DE4210404A1

DE4210404A1 - Urethanschaum-formmasse

Info

Publication number: DE4210404A1
Application number: DE4210404A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Takimoto; Hisashi Mizuno
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1992-10-08
Anticipated expiration: 2012-03-31
Also published as: DE4210404C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polyurethanschaum- Formmasse, die eine erste Flüssigkeit, die eine Polyol-Kom ponente enthält, und eine zweite Flüssigkeit, die eine Isocyanat-Komponente enthält, umfaßt, wobei die erste Flüs sigkeit zusammen mit einem Fluorkohlenstoff-Blasmittel (hiernach als FC-Blasmittel bezeichnet) zugesetzt wird.

Die Urethanschaum-Formmasse der Erfindung ist als Form material zur Herstellung von Urethanschaumprodukten mit in tegrierter Haut geeignet, beispielsweise Innenausstattungs teilen für Kraftfahrzeuge (insbesondere Lenkrädern, Hupen kissen, Armlehnen, Kopfstützen, Instrumentenpaneelen etc.), welche einerseits dekorativ und andererseits weich und zäh sowie verschleißfest sein müssen. Eine solche Urethanschaum- Formmasse kann auch als Formmaterial für einen breiten Be reich von Formprodukten Verwendung finden, beispielsweise Kissen, Matratzen, Möbelstücken, Stoßfängern von Kraftfahr zeugen etc., wobei geeignete Modifikationen in der Art und Menge der Polyol-Komponenten und Vernetzungsmittel durchge führt werden.

Obwohl "Freon" ein registriertes Warenzeichen der Firma E.I. du Pont de Nemours & Co. Inc. ist, wird dieser Begriff in der nachfolgenden Beschreibung verwendet, da er allgemein benutzt wird. Die Freon beigefügten Ziffern besitzen die folgenden Bedeutungen: 100er Ziffern = Zahl der C-Atome - 1; 10er Ziffern = Zahl der Wasserstoffatome + 1; und 1er Zif fern = Zahl der Fluoratome.

Für die Herstellung von Urethanschaum-Formmassen wurden üblicherweise FC-Blasmittel wegen der Einfachheit der For mung von Schäumen mit integrierter Haut verwendet. Von die sen FC-Blasmitteln haben Clorfluorkohlenstoffe (die keine HC-Bindung enthalten), typischerweise Trichlormonofluor methan (Freon 11), breite Anwendung gefunden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Trichlorfluorkohlenstoffe einen geeigneten Siedepunkt besitzen, rasch verfügbar und im Ver gleich zu anderen FC-Blasmitteln billig sind.

Die Chlorfluorkohlenstoffe sind jedoch chemisch beständig und erreichen bei Freigabe in die Luft die Stratosphäre ohne Zersetzung. In der Stratosphäre werden die Chlorfluorkohlen stoffe durch starke UV-Strahlung zersetzt und setzen Chlor frei, das wiederum mit Ozon reagiert, wodurch die Ozon schicht in der Stratosphäre zerstört wird.

Andererseits sind Fluorkohlenstoffe, die eine oder mehrere C-H-Bindungen enthalten (sogenannte Hydrochlorfluorkohlen stoffe (hiernach als HCFC bezeichnet) oder Hydrofluor kohlenstoffe (hiernach als HFC bezeichnet)), aufgrund des Vorhandenseins der C-H-Bindungen im Vergleich zu Chlorfluor kohlenstoffen chemisch unbeständig. Aus diesem Grunde wird der größte Teil der HCFC und HFC vor dem Erreichen der Stratosphäre zersetzt, so daß auf diese Weise die Gefahr ei ner Zerstörung der Ozonschicht in der Stratosphäre beträcht lich reduziert werden kann.

Herkömmlich verwendete HCFC und HFC (die Vorteile in bezug auf die Verfügbarkeit und die Kosten besitzen) weisen allge mein einen Siedepunkt unter 20°C auf und sind daher bei üblicher Temperatur gasförmig. Beispielsweise besitzt Chlor difluorkohlenstoff (Freon 22) einen Siedepunkt von -40,75°, während Difluormonochloräthan (Freon 142b) einen Siedepunkt von -9,7°C aufweist.

Da die HCFC und HFC mit niedrigerem Siedepunkt stark flüchtig sind und ihr Molekulargewicht gering ist, kann der gleiche Blasfaktor erzielt werden, indem man eine geringere Menge an HCFC oder HFC als Blasmittel verwendet.

Beispielsweise kann bei Verwendung von Freon 22 anstelle von Freon 11 die Menge des Blasmittels auf etwa 1/4 reduziert werden.

Es wurde jedoch festgestellt, daß bei Einführung eines HCFC oder eines HFC, die bei Normaltemperatur gasförmig sind, in die erste Flüssigkeit eine unerwünscht hohe Viskosität re sultiert, wodurch die Spritzgießeigenschaften absinken. Ob wohl es möglich ist, die Viskosität durch Einarbeiten eines Polyoles mit niedrigem Molekulargewicht einzustellen, führt dieser Einbau eines üblichen Polyols mit niedrigem Moleku largewicht zu schlechteren physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Stoßelastizität und insbesondere der Zug festigkeit (siehe Vergleichsbeispiel 1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Urethan schaum-Formmasse zu schaffen, mit der Schaumformteile mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften unter Verwen dung eines Fluorkohlenstoffs, der mindestens eine H-C-Bin dung enthält und bei Normaltemperatur gasförmig ist, ge schaffen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Urethanschaum- Formmasse gelöst, die eine erste Flüssigkeit, die eine Polyol-Komponente enthält, und eine zweite Flüssigkeit um faßt, die eine Isocyanat-Komponente enthält, wobei die erste Flüssigkeit mit einem FC-Blasmittel zugesetzt wird, das min destens eine C-H-Bindung enthält und bei Normaltemperatur ein Gas ist, und wobei die Polyol-Komponente eine Kombina tion aus einer Vielzahl von Polyolen ist, die auf eine Vis kosität von 700 bis 100 Pa·s eingestellt worden sind.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Polyurethanschaum-Form masse können Urethanschaum-Formprodukte mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften hergestellt werden. Der größte Anteil der gasförmigen Fluorkohlenstoffe, die mindestens eine H-C-Bindung aufweisen, kann vor dem Erreichen der Stra tosphäre zersetzt werden, und die FC-Blasmittel können in geringeren Mengen verwendet werden. Daher kann die Möglich keit einer Zerstörung der Ozonschicht in der Stratosphäre beträchtlich reduziert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Durchführung eines Formvor ganges unter Verwendung einer erfindungs gemäßen Polyurethanschaum-Formmasse zeigt; und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Form, die bei der Herstellung eines Lenkrades unter Verwendung der erfin dungsgemäßen Urethanschaum-Formmasse ein gesetzt wird.

A) Es ist erforderlich, daß die Urethanschaum-Formmasse der Erfindung eine erste Flüssigkeit, die eine Polyol- Komponente enthält, und eine zweite Flüssigkeit umfaßt, die eine Isocyanat-Komponente enthält, wobei die erste Flüssigkeit mit einem FC-Blasmittel zugesetzt wird.

1) Jedes herkömmliche Isocyanat kann als Isocyanat-Kompo nente verwendet werden. Beispielsweise können die nach folgend angegebenen Isocyanate verwendet werden. Die Art und Menge der Isocyanate kann in Abhängigkeit von den für die Formteile erforderlichen physikalischen Ei genschaften ausgewählt werden.

(a) Aromatische Isocyanate:
Als Beispiele von verwendbaren aromatischen Isocyanaten können 4, 4′-Diphenylmethandiisocyanate (hiernach als MDI bezeichnet), Roh-MDI, flüssige MDI, Toluoldiisocyanate, Phenylendiisocyanate etc. genannt werden. Zur besseren Handhabung können auch polymerisierte Derivate dieser Verbindungen eingesetzt werden, wie beispielsweise Dimere, Trimere und Vorpolymere.

(b) Aliphatische Isocyanate:
Zusätzlich zu normalen aliphatischen Isocyanaten können alicyclische Isocyanate eingesetzt werden. Beispiele von verwendbaren Isocyanaten umfassen sogenannte aliphatische Isocyanate vom Non-yellow-discoloring-Typ, wie beispielsweise Hexamethylendiisocyanat (HMDI), Xyloldiisocyanat (XDI), hydriertes Xyloldiisocyanat (hydriertes XDI), 4, 4′-Methylenbisdicyclohexyldiisocyanat (H12MDI), Methylcyclohexyldiisocyanat (hydriertes TDI), Isophorendiisocyanat (IPD) etc. Zur besseren Handhabung können auch polymerisierte Derivate dieser Verbindungen verwendet werden, beispielsweise Dimere, Trimere und Vorpolymere.

2) Zusätzlich zum Blasmittel wird die erste Flüssigkeit üblicherweise in Verbindung mit der Zugabe von anderen Bestandteilen eingesetzt, beispielsweise Vernetzungs mitteln, Katalysatoren, Schaumregulatoren und Färbemit teln.

B) Die Urethanschaum-Formmasse der Erfindung erfordert den Einsatz eines Fluorkohlenstoff-Blasmittels, das min destens eine CH-Bindung enthält und einen Siedepunkt aufweist, der nicht höher ist als 20°C (das Mittel be findet sich daher bei Normaltemperatur in einem gasför migen Zustand), und einer Polyol-Komponente, die aus einer Kombination einer Vielzahl von Polyäther-Polyolen besteht, die auf eine Viskosität von 700 bis 100 Pa·s eingestellt worden sind.

1) Als Beispiele von verwendbaren Fluorkohlenstoffen, die mindestens eine C-H-Bindung aufweisen, können HCFC und HFC genannt werden. Üblicherweise kann es in bezug auf die Kosten vorteilhaft sein, HCFC einzusetzen, wie bei spielsweise Freon 22 (Chlordifluormethan) und Freon 142b (Difluormonochloräthan), oder HFC, wie beispiels weise Freon 134a (Tetrafluoräthan). Durch Verwendung von HCFC und/oder HFC kann die Möglichkeit einer Zer störung der Ozonschicht in der Stratosphäre beträcht lich reduziert werden. Obwohl die Menge des zu verwen denden HCFC und HFC vom gewünschten Blasfaktor und der Verträglichkeit mit Polyolen abhängt, können die Ver bindungen normalerweise in einer Menge von 2 bis 10 Ge wichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Poylol-Kompo nente eingesetzt werden. Die Menge kann im Vergleich zu den Fällen, wo ein Blasmittel des Standes der Technik, wie beispielsweise Freon 11, verwendet wird, geringer sein.

2) In der ersten Flüssigkeit wird eine Polyol-Komponente verwendet, die aus einer Kombination von Polyäther- Polyolen besteht. Der Einsatz von Polyester-Polyolen macht die Einstellung der Viskosität schwierig.

Polyäther-Polyole können in der Form einer Kombination von geeigneten bifunktionellen Polyolen und multifunk tionellen Polyolen (typischerweise trifunktionellen Polyolen) eingesetzt werden. Die hier verwendete Be zeichnung "multifunktionelles Polyäther-Polyol" bezieht sich auf polyfunktionelle Polyäther-Polyole, die mehr als bifunktionell sind, nämlich trifunktionelle Poly äther-Polyole und mehr als trifunktionelle Polyäther- Polyole. Beispiele von verwendbaren bifunktionellen und multifunktionellen Polyäther-Polyolen sind nachfolgend genannt:
(i) bifunktionelle Polyäther-Polyole:
Polyoxypropylen-Polyoxyäthylenglycole
Polyoxyäthylenglycole
Polyoxypropylenglycole
Polyoxybutylenglycole
(ii) trifunktionelle Polyäther-Polyole:
Propylenoxid-Trimethylolpropan-Kopolymere
Propylenoxid-Hexantriol-Kopolymere
Propylenoxid-Glycerol-Kopolymere
Äthylenoxid-Propylenoxid-Glycerol-Kopolymere
(iii) tetrafunktionelle Polyäther-Polyole:
Äthylendiamin-Äthylenoxid-Propylenoxid-Kopolymere

Das Verhältnis der bifunktionellen Polyäther-Polyole zu den multifunktionellen Polyäther-Polyolen liegt vor zugsweise in einem Bereich von 10/90 bis 90/10. Wenn die Menge der eingesetzten multifunktionellen Poly äther-Polyole zu gering ist, werden Formteile gebildet, die eine unerwünscht niedrige Stoßelastizität besitzen. Wenn multifunktionelle Polyäther-Polyole in einer zu großen Menge eingesetzt werden, resultiert eine unbe ständige Fluidität des Materiales und dieses wird empfänglich gegenüber der Mitführung von Luft während des Formens. Dies ist darauf zurückzuführen, daß multi funktionelle Polyäther-Polyole reaktiver sind als bi funktionelle Polyäther-Polyole, so daß auf diese Weise eine unerwünscht hohe Reaktionsgeschwindigkeit auf tritt.

Es kann bevorzugt werden, daß die multifunktionellen Polyäther-Polyole ein Molekulargewicht von 1100 oder darüber pro darin enthaltene OH-Gruppe besitzen. Wenn es geringer ist als 1100, wird die Absenkung der Stoß elastizität der geformten Produkte in unzureichender Weise verhindert.

3) Wenn die Viskosität der Polyol-Komponente geringer ist als 70 Pa·s, entstehen geformte Produkte, die eine schlechtere Stoßelastizität besitzen. Wenn die Viskosi tät 100 Pa·s übersteigt, ergibt sich eine unerwünscht hohe Viskosität, so daß nachteilige Effekte in bezug auf die Formeigenschaften des Materiales entstehen.

C) Formverfahren:
Die Urethan-Formmasse der Erfindung kann nach einem herkömmlichen Formverfahren geformt werden, mit Aus nahme der Einführung des Blasmittels in die erste Flüs sigkeit.

Beispielsweise wird ein Überzugsformverfahren in der Form in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben, wobei das Material durch Reaktionsspritzgießen (RIM) zu einem Lenkrad (ein Schaumformprodukt mit integrierter Haut) geformt wird.

Vor dem Spritzgießen werden eine erste Flüssigkeit und eine zweite Flüssigkeit ohne gegenseitigen Kontakt in einem durch einen Mischkopf 5 und einen ersten Tank 1 oder einen zweiten Tank 3 zirkulierenden Zustand gehal ten, indem Hochdruckpumpen 7 und 8 mit konstantem Volu men verwendet werden. Beim Spritzgießen werden Ventile (nicht gezeigt) betätigt, so daß die erste und zweite Flüssigkeit zusammentreten und sich unter hohem Druck im Mischraum des Mischkopfes 5 vermischen. Das resul tierende Gemisch wird in eine Form 10 eingespritzt. Vor dem Einspritzen wird ein Urethanüberzugsfilm 11 auf der Oberfläche des Hohlraumes der Form 10 ausgebildet, und ein Metall 13 für das Lenkrad wird in die Form einge setzt. Zur Ausbildung des Urethan-Überzugsfilmes kann man vorzugsweise einen Urethan-Anstrich vom non-yellow- Discoloration-Typ verwenden.

Es besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf das Verfahren zur Einbringung des Blasmittels in die Urethanschaum-Formmasse der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise kann das Blasmittel direkt durch einen Einlaß 15 eingeführt werden, da es sich hierbei um ein Gas mit Normaltemperatur handelt.

Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu er leichtern, werden hiernach Ausführungsbeispiele zusam men mit Vergleichsbeispielen und einem Beispiel einer herkömmlichen Masse beschrieben.

1) Eine erste Flüssigkeit mit einer nachfolgend wiederge gebenen Formulierung, die Polyol-Komponenten gemäß Ta belle 1 enthielt, wurde unter hohem Druck mit einer zweiten Flüssigkeit zusammengebracht und vermischt, die die nachfolgend wiedergegebene Formulierung besaß. Das entstandene Gemisch wurde in eine Form eingespritzt, um Teststücke der Größe 40×40×0,5 cm auszubilden. Die Formbedingungen waren wie folgt: Einspritzdruck 130 kgf/cm²; Temperatur des Gemisches 30 ± 2°C und Form temperatur 50°C. Die Viskosität der in Tabelle 1 ange gebenen Polyol-Gemische wurde durch ein B-8R-Typ-Visko simeter (hergestellt von der Firma Tokyo Keiki Co., Ltd.) unter den folgenden Bedingungen gemessen: Rotor Nr. 2; Rotationsfrequenz 100 UpM und Raumtemperatur 25°C.

Das Ausführungsbeispiel mit der herkömmlichen Masse zeigt einen Fall, bei dem die Formulierung so modifi ziert wurde, daß 15 Gewichtsteile Freon 11 anstelle von Freon 22 ohne Zugabe von Polyolen verwendet wurden.

Formulierung der Urethanschaum-Formmasse
Erste Flüssigkeit
Gewichtsteile
Polykomponente
100
Vernetzungsmittel (Glycol)	9
Katalysator	2
Freon 22	4
Zweite Flüssigkeit @	MDI	68

(2) Testverfahren und Auswertung

(i) Stoßelastizität

Testverfahren:

Ermittelt bei einer Temperatur von 25°C durch Verwendung eines Rupke-Stoßelastizität-Testgerätes (hergestellt von der Firma Kobunshi Keiki Co.).

Auswertung:

Die Stoßelastizität der gemäß den Ausführungsbeispielen erhaltenen Produkte zeigt einen geringeren Abnahmegrad als die des Produktes aus der herkömmlichen Masse. Andererseits wies die Stoßelastizität der Produkte gemäß den Vergleichsbeispielen 1 und 2, bei denen Gemische aus Polyolen mit einer Viskosität geringer als 70 Pa · s verwendet wurden, einen größeren Absenkgrad auf als erläutert.

(ii) Zugfestigkeit

Testverfahren:

Dumbbel No. 2 Teststücke (JIS 6301) wurden bei einer Dehngeschwindigkeit von 200 mm/min unter Verwendung ei nes Autograph DCS-10T A-Typ-Testgerätes (hergestellt von der Firma Shimadzu Corp.) untersucht.
Auswertung:

Die Produkte gemäß den Ausführungsbeispielen und dem Vergleichsbeispiel 1 besaßen eine Zugfestigkeit, die größer war als die des Produktes aus der herkömmlichen Masse, während das Produkt gemäß Vergleichsbeispiel 2, bei dem ein Gemisch aus Polyol mit einer Viskosität niedriger als 42,5 Pa · s verwendet wurde, eine im Ver gleich zur herkömmlichen Masse deutlich reduzierte Zug festigkeit besaß.

(iii) Längsdehnung beim Bruch

Testverfahren:

Wie beim Zugfestigkeitstest.

Auswertung:

Die Längsdehnung beim Bruch war bei den Ausführungsbeispielen und dem Vergleichsbeispiel 1 so gut wie bei der herkömmlichen Masse. Andererseits war die Längsdehnung beim Bruch beim Vergleichsbeispiel 2, bei dem ein Gemisch aus Polyol mit einer Viskosität von 42,5 Pa · s verwendet wurde, im Vergleich zu der bei der herkömmlichen Masse deutlich abgesenkt.

Tabelle 1

Formulierung der Formmasse

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Erfindungsgemäß wird somit eine Urethanschaum-Formmasse vor geschlagen, mit der ein Formschaumprodukt mit integrierter Haut hergestellt werden kann. Die Masse umfaßt eine erste Flüssigkeit, die eine Polyol-Komponente enthält, und eine zweite Flüssigkeit, die eine Isocyanat-Komponente enthält, wobei die erste Flüssigkeit mit einem Fluorkohlenstoff-Blas mittel zugesetzt wird. Das Fluorkohlenstoff-Blasmittel be steht aus einem Fluorkohlenstoff, der mindestens eine C-H- Bindung aufweist und bei Normaltemperatur gasförmig ist. Die Polyol-Komponente besteht aus einer Kombination aus einer Vielzahl von Poyläther-Poylolen und ist auf eine Viskosität von 70 bis 100 Pa·s eingestellt.

Claims

1. Urethanschaum-Formmasse mit einer ersten Flüssigkeit, die eine Polyol-Komponente enthält, und einer zweiten Flüs sigkeit, die eine Isocyanat-Komponente enthält, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste Flüssigkeit mit einem Blasmittel aus einem Fluorkohlenstoff zugesetzt wird, der mindestens eine C-H-Bindung enthält und einen Siedepunkt aufweist, der nicht höher ist als 20°C, und daß die Polyol-Komponente eine Kombination aus einer Vielzahl von Polyäther-Polyolen ist, die auf eine Viskosität von 70 bis 100 Pa·s eingestellt sind.

2. Urethanschaum-Formmasse nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Polyol-Komponente eine Kombination von bifunktionellen Polyäther-Polyolen und multifunktionellen Polyäther-Polyolen, die eine größere Funktionalität als Bi funktionalität besitzen, wobei das Verhältnis der bifunktio nellen Polyole zu den multifunktionellen Polyolen in einem Bereich von 10/90 bis 90/10 liegt, ist.

3. Urethanschaum-Formmasse nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die multifunktionellen Polyäther-Polyole ein Molekulargewicht von mindestens 1100 pro darin enthal tene OH-Gruppe besitzen.

4. Formschaumprodukt mit integrierter Haut, hergestellt aus einer Urethanschaum-Formmasse mit einer ersten Flüssig keit, die eine Polyol-Komponente enthält, und einer zweiten Flüssigkeit, die eine Isocyanat-Komponente enthält, wobei die erste Flüssigkeit eine Isocyanat-Komponente enthält und mit einem Blasmittel aus Fluorkohlenstoff zugesetzt wird, der mindenstens eine CH-Bindung aufweist und einen Siede punkt besitzt, der nicht größer ist als 20°C, und wobei die Polyol-Komponente eine Kombination aus einer Vielzahl von Polyäther-Polyolen ist, die auf eine Viskosität von 70 bis 100 Pa·s eingestellt sind.

5. Formschaumprodukt mit integrierter Haut nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyol-Komponente eine Kombination von bifunktionellen Polyäther-Polyolen und mul tifunktionellen Polyäther-Polyolen, die eine höhere Funktio nalität besitzen als Bifunktionalität, ist, wobei das Ver hältnis zwischen den bifunktionellen Polyäther-Polyolen und den multifunktionellen Polyäther-Polyolen in einem Bereich von 10/90 bis 90/10 liegt.

6. Formschaumprodukt mit integrierter Haut nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die multifunktionellen Poly äther-Polyole ein Molekulargewicht besitzen, das nicht klei ner ist als 1100 pro darin enthaltene OH-Gruppe.