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Diese
Patentanmeldung bezieht sich auf eine neue Form zur Verwendung bei
der Herstellung von Polyurethangegenständen durch Spritzgießen. Sie
bezieht sich ebenfalls auf ein neues Verfahren zur Herstellung von
Teilen durch Spritzgießen
und auf neue Produkte, hergestellt unter Anwendung eines solchen
Verfahrens.
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Die
größte Anzahl
von unter Anwendung der Polyurethanchemie hergestellten Gegenständen werden
mittels Spritzgießen
hergestellt. Im allgemeinen werden beim Spritzgießen die
Komponenten, aus welchen das Teil hergestellt werden soll, in eine Form
eingespritzt und solchen Bedingungen unterworfen, daß die, eingespritzten
Materialien verfestigt werden. Danach wird der Gegenstand aus der
Form entfernt. Poly- urethane haben ausgezeichnete Hafteigenschaften.
Dies ist ein Nachteil bei der Entfernung eines Polyurethanmaterials
aus einer Form. Zur Verbesserung der Entfernung des Gegenstandes aus
einer Form ist es übliche
Praxis, die Form, bevor die Reaktionsteilnehmer in die Form eingespritzt
werden, mit einem äußeren Entformungsmittel
zu besprühen.
Die Verwendung eines äußeren Entformungsmittels
fügt eine
extra Stufe bei dem Verfahren ein und reduziert signifikant die
Produktivität
irgendeiner Spritzgußmaschine.
Alternativ wird ein inneres Entformungsmittel, wie Zinkstearat,
in die zur Formung des Gegenstandes verwendeten Materialien eingegeben.
Die Verwendung eines internen Entformungsmittels kann die Anzahl
der Vorgänge
reduzieren, bei welchen eine Form mit einem äußeren Entformungsmittel besprüht werden
muß.
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Für Teile
wie in der Kraftfahrzeugindustrie eingesetzte Körperteile, welche in industriellen Überzugsverfahren
beschichtet werden, stört
das innere Entformungsmittel den Auf trag von industriellen Überzügen auf
das Teil. Zur Verhütung
der Störung des
Beschichtens des Teiles durch das innere Entformungsmittel ist es
akzeptierte Praxis, das Teil zu versiegeln, nachdem das Teil aus
der Form entnommen, abgekühlt
und gewaschen wurde. Diese Teile oder Gegenstände werden typischerweise mit
einem Teil Melamin, bezogen auf Polyurethanmaterial, versiegelt.
Die Verwendung des Versiegelungsmittels ist sehr kostspielig, bis
zu 30% der Kosten des Teiles.
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Die
EP-A-0 341 479 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethangegenstandes durch
Reaktionsspritzgießen
unter Verwendung einer Form mit einem inneren Oberflächenüberzug,
der eine kontinuierliche Matrix von Nickel umfaßt, die hierin dispergiert
ein fluoriertes Polyolefin enthält.
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Erwünscht ist
es, diese Versiegelungsstufe für
Gegenstände
auszuschließen,
die in konventionellen industriellen Beschichtungsverfahren beschichtet
werden müssen.
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Weiter
erforderlich ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethangegenständen, welche Spritzgießen umfaßt, wobei
dieses nicht die Verwendung eines Versiegelungsmittels vor der Verwendung in
einem industriellen Beschichtungsverfahren erfordert.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethangegenstandes
bereitgestellt, welches das Einspritzen in eine Form umfaßt von:
(a) einem thermoplastischen Polyurethan, (b) (i) einem Polyisocyanat
oder Isocyanatprepolymeren, und (ii) einem Material, das im Durchschnitt
mehr als eine mit einem Isocyanat reaktive Gruppe hat, (c) Exponieren
des in die Form eingespritzten Materials Bedingungen, so daß eine feste
Masse gebildet wird, und (d) Entformen des gebildeten Gegenstandes
aus der Form, bei welchem die innere Oberfläche der Form mit einem Überzug beschichtet
ist, der eine kontinuierliche Matrix von Nickel oder Kobalt umfaßt, die
hierin dispergiert 10% bis 50% des Gewichtes des Überzuges
von einem fluorierten Polyolefin hat, und bei welchem der Polyurethangegenstand
0,5 Gew.-% oder weniger von einem inneren Entformungsmittel enthält.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Erfindung ein Verfahren zum Spritzgießen eines Teiles aus Polyurethanmaterialien,
wobei dieses Verfahren das Einspritzen einer Zweikomponenten-Polyurethanzusammensetzung
oder eines thermoplastischen Polyurethanprepolymeren in eine Form,
das Exponieren der eingespritzten Materialien solchen Bedingungen,
daß ein
verfestigter Gegenstand gebildet wird, und die Entfernung des geformten
Gegenstandes aus der Form umfaßt.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
ist die Erfindung ein Gegenstand, umfassend Polyurethanmaterial,
hergestellt durch Spritzgießen,
wobei dieses 0,5 Gew.-% oder weniger eines inneren Entformungsmittels
enthält,
und welcher in einem industriellen Beschichtungsverfahren ohne Notwendigkeit für ein auf
den Gegenstand aufgebrachten Versiegelungsmittel beschichtet werden
kann.
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Das
Verfahren der Erfindung erlaubt die Herstellung eines Polyurethangegenstandes,
der in einem industriellen Verfahren ohne Notwendigkeit für ein Versiegelungsmittel
auf der außenliegenden Oberfläche des
Gegenstandes überzogen
werden kann. Weiterhin ermöglicht
das Verfahren die Herstellung von mehr als 200 Gegenständen ohne
Notwendigkeit für
Aussprühen
der Form mit einem äußeren Entformungsmittel.
Weiterhin erlaubt die Verwendung der beschichteten Form raschere
Injektionszeit der Ausgangsmaterialien und ermöglicht die Verwendung eines
Materials mit einer geringeren Menge von innerem Entformungsmittel,
als dies bei einer nicht-beschichteten Form verwendet wird.
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Die
bei dem Verfahren der Erfindung verwendeten Formen umfassen eine
Metallform einer beliebig gewünschten
Gestalt, welche üblicherweise
für Spritzgießen verwendet
wird. Das Metall kann ein beliebiges Metall sein, welches üblicherweise
für Spritzgießen verwendet
wird, wie Stahl oder Aluminium.
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Die
Form hat einen Überzug
auf der inneren Oberfläche
der Form, welche mit dem zu formenden Material in Kontakt kommt.
Dieser Überzug
umfaßt eine
kontinuierliche Matrix eines Metalls, welches Nickel oder Kobalt,
bevorzugt Kobalt, umfaßt,
das hierin dispergiert in der kontinuierlichen Matrix ein fluoriertes
Polyolefinpolymeres, bevorzugt Polytetrafluorethylen, aufweist.
Die Menge von vorliegendem Metall soll eine ausreichende Menge sein,
so daß das Metall
eine kontinuierliche Matrix ist. Die Menge von vorliegendem fluorierten
Polyolefin ist die Menge, welche zur Verbesserung der Benetzung
oder der Gleitfähigkeit
des Überzuges
ausreicht. Die Menge von fluoriertem Polyolefin in dem Überzug beträgt 10 Gew.-%
des Überzuges
oder mehr, mehr bevorzugt 20 Gew.-% oder mehr des Überzuges
und am meisten bevorzugt etwa 23 Gew.-% oder mehr des Überzuges.
Die Menge des fluorierten Polyolefins beträgt 50 Gew.-% oder weniger des Überzuges,
mehr bevorzugt 30 Gew.-% oder weniger und am meisten bevorzugt auf
der inneren Oberfläche,
welche in Kontakt mit dem eingespritzten Material ist, etwa 25 Gew.-%
oder weniger des Überzuges.
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Die
Menge von Metall in dem Überzug
beträgt
50 Gew.-% oder mehr, bevorzugt 70 Gew.-% oder mehr. Bevorzugt beträgt die Menge
des Metalls in dem Überzug
70 Gew.-% oder weniger, mehr bevorzugt 80 Gew.-% oder weniger und
am meisten bevorzugt 77 Gew.-% oder weniger.
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Der Überzug auf
der Form beträgt
bevorzugt 0,0006 Zoll (0,015 mm) oder mehr, mehr bevorzugt etwa
0,0015 Zoll (0,038 mm) oder mehr. Bevorzugt beträgt die Dicke des Überzuges
etwa 0,003 Zoll (0,076 mm) oder weniger, mehr bevorzugt etwa 0,002
Zoll (0,051 mm) oder weniger. Im allgemeinen wird die Form mit einem
Elektrobeschichtungsverfahren beschichtet. Solche Verfahren sind
auf dem Fachgebiet wohlbekannt und umfassen im allgemeinen die Anordnung
der Form in einem das Metall und fluoriertes Polyolefin enthaltendem
Bad, das Anlegen von Strom an das Teil oder die Form unter solchen Bedingungen, daß ein Überzug von
Metall und fluoriertem Polyolefin der gewünschten Dicke auf der inneren
Oberfläche
der Form abgeschieden wird.
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Die
zum Beschichten der Form verwendeten Überzüge sind kommerziell erhältlich.
Ein solcher Überzug
ist von Roehlen Industries NA, Youngstown, Ohio, unter der Marke
TRIBOCOAT erhältlich,
ebenfalls erhältlich
von Nimet Industries, South Bend, Indiana, unter der Marke NiCoTeF-Coatings.
Andere brauchbare Überzüge sind Überzüge, erhältlich von Melco
Engraving. Für
Aluminiumformen können Überzüge, die
von Nimet Industries, Inc., South Bend, Indiana, unter der Marke
NiCo-Tef coatings
erhältlich
sind, verwendet werden. Ein anderer Überzug ist 25% Polytetrafluorethylen
in 75% Nickel, erhältlich
von Hall Technologies.
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Die
Gegenstände
werden dadurch hergestellt, daß die
Ausgangsmaterialien in die Form eingespritzt und sie Bedingungen
ausgesetzt werden, so daß ein
verfestigter Gegenstand hergestellt wird. Das Verfahren erfordert
nicht die Beschichtung der Form mit einem äußeren Entformungsmittel vor
der Herstellung eines jeden Teiles. Das Teil kann einfach aus der
Form ohne Haftung des Polyurethanteiles an der Formoberfläche entfernt
werden. Beim Spritzgießen
wird ein thermoplastisches Polyurethanprepolymeres auf über seine
Schmelztemperatur erhitzt und in eine Form eingespritzt. Das Material
wird unter seine Schmelztemperatur abgekühlt, so daß das thermoplastische Polyurethan
verfestigt wird. Danach wird das verfestigte Teil mit der gewünschten
Gestalt aus der Form entfernt. Thermoplastische Polyurethane, welche
in diesem Verfahren verwendet werden können, sind dem Fachmann auf
dem Gebiet wohlbekannt und im US-Patent 5 627 254 beschrieben.
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Bei
einem anderen Verfahren werden Teile durch Reaktions-Spritzgießen hergestellt.
Beim Reaktions-Spritzgießen
wird ein isocyanat-terminiertes Prepolymeres oder ein Isocyanat
in eine Form zur gleichen Zeit wie ein Material, eingespritzt, das
Gruppen besitzt, welche mit einem in die Form eingespritzten Isocyanat
reaktionsfähig
sind. Verfahren für Reaktions-Spritzgießen sind
im US-Patent 4 218 543 und US-Patent
5 106 874 beschrieben. Weiterhin kann ein Katalysator für die Reaktion
eines Isocyanates mit einer isocyanat-reaktiven Verbindung in die
in die Form eingespritzten Materialien eingegeben werden. Im allgemeinen
sind Isocyanate, welche bei der Herstellung von durch Reaktions-Spritzgießen geformten
Polyurethanteilen brauchbar sind, wohlbekannt, und sie sind im US-Patent
5 852 137, Spalte 2, Zeile 40 bis Spalte 3, Zeile 43 und im US-Patent
5 106 874, Spalte 6, Zeile 52 bis Spalte 7, Zeile 8, beschrieben.
Im allgemeinen sind Polyole oder isocyanat-reaktive Materialien,
wie Polyole, welche bei der Herstellung von durch Reaktions-Spritzgießen geformten
Gegenständen
verwendet werden können, dem
Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt, und sie sind im US-Patent 5
852 137, Spalte 3, Zeile 46 bis Spalte 4, Zeile 64, beschrieben.
Für die
Reaktion von isocyanat-terminiertem Prepolymerem mit einem Polyol
brauchbare Katalysatoren sind dem Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt
und im US-Patent 5 852 137, Spalte 7, Zeile 56 bis Spalte 8, Zeile
24 und ebenfalls im US-Patent 4 218 542, Spalte 10, Zeile 26 bis
Spalte 11, Zeile 30, beschrieben. Die beschriebenen Zinnkatalysatoren
sind zur Verwendung bei diesem Verfahren bevorzugt.
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Die
Reaktionsteilnehmer für
das RIM-Verfahren (RIM = Reaktions-Spritzgießen) können ebenfalls Kettenverlängerungsmittel,
die auf dem Fachgebiet bekannt sind, einschließen. Solche Kettenverlängerungsmittel
sind im
US 5 106 874 in
Spalte 9, Zeile 13 bis Spalte 9, Zeile 50, angegeben.
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Im
allgemeinen werden die Formen vor dem Einspritzen der Ausgangsmaterialien
vorerhitzt. Bevorzugt wird die Form bis auf eine Temperatur von 65°C bis 85°C vorerhitzt.
Die Ausgangsmaterialien können
beliebig von Umgebungstemperatur 23°C bis zu 70°C, bevorzugt bis zu etwa 60°C, eingespritzt werden.
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Im
allgemeinen haben die Materialien eine Aufenthaltszeit in der Form
von 20 bis 30 Sekunden. Solche Gegenstände haben allgemein elastomere Natur.
Diese Gegenstände
können
leicht aus den Formen entnommen werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
können Gegenstände aus
Schaumstoffpolyurethan hergestellt werden. Das Isocyanatprepolymere
oder Polyisocyanat, Material reaktionsfähig mit einem Polyurethan oder
einer Isocyanateinheit, und Katalysator werden in die Form zusammen
mit einem Blähmittel eingespritzt.
Die Anwesenheit eines Blähmittels
bildet Zellen in der Matrix des Polyurethans aus, so daß ein Schaumstoff
gebildet wird. Bei diesem Verfahren nützliche Blähmittel sind dem Fachmann auf
dem Gebiet wohlbekannt und sie sind im US-Patent 4 218 543 in Spalte 11, Zeile
30 bis Spalte 11, Zeile 54, beschrieben.
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Bei
einer noch anderen Ausführungsform können die
in die Form eingespritzten Materialien ein Vernetzungsmittel enthalten,
um die Struktur des Schaumstoffes zu verbessern. Übliche,
auf dem Fachgebiet bekannte Vernetzungsmittel können bei diesem Verfahren verwendet
werden. Solche Vernetzungsmittel sind im US-Patent 5 106 874, Spalte
9, Zeile 51 bis Spalte 9, Zeile 66, angegeben. Die gemäß dieser
Erfindung hergestellten Gegenstände umfassen
Polyurethanelastomere und -schaumstoffe. Solche Schaumstoffe enthalten
im allgemeinen eine Menge von innerem Entformungsmittel, wie Zinkstearat,
von 0,5 Gew.-% des Gegenstandes oder weniger und mehr bevorzugt
0,2 Gew.-% des Gegenstandes oder weniger. Bei einigen Ausführungsformen
kann es erwünscht
sein, die Form mit einem äußeren Entformungsmittel
vor der anfänglichen
Herstellung eines Gegenstandes gemäß der Erfindung auszusprühen. Die
Verwendung von beschichteten Formen der Erfindung erlauben die Herstellung
von mehr als 200 Gegenständen
zwischen den Auftragungen eines äußeren Entformungsmittels
auf die Formoberfläche.
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Zahlreiche
der Gegenstände
der Erfindung werden bei der Herstellung von Gegenständen, welche
einen Überzug
erfordern, eingesetzt. Bei einem Beispiel ist ein Gegenstand der
Erfindung ein Körperteil
für ein
Kraftfahrzeug oder einen Lastwa gen. Solche Körperteile müssen mit Primer versehen, mit
einem Grundüberzug
beschichtet werden und mit einem Klarüberzug beschichtet werden.
Dies erfordert das Durchführen
des Gegenstandes durch einen Ofen zum Aushärten der verschiedenen Überzüge. Die
Formen der Erfindung erlauben die Herstellung von Gegenständen, welche
mittels dieses beschriebenen Verfahrens ohne weiteren Auftrag eines
Versiegelungsmittels auf den Gegenstand beschichtet werden können.
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Ein
weiterer Vorteil der bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten
Formen ist, daß die
Formen weniger häufig
eine Reinigung erfordern und daher ist verbesserte Produktivität der Formen gegeben.
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Das
folgende Beispiel soll der Erläuterung der
Erfindung dienen und nicht den Umfang der Ansprüche einschränken. Falls nichts anderes
angegeben ist, sind alle Teile und Prozentsätze in Gewicht angegeben.
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Beispiel
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Ein
Plattenformeinsatz wurde poliert und mit einer Überzugszusammensetzung von
Nickel (75 %) Polytetrafluorethylen (25 %) behandelt. Der Plattenformeinsatz
wurde in eine Reaktions-Spritzgußmaschine eingesetzt. Die Form
wurde gereinigt, mit Chemtrend RCTW 2006 Entformungsmittel, erhältlich von
Chemtrend, mit Gazegewebe geschwabbelt und erneut mit Entformungsmittel
besprüht.
Bei einer Reihe von Versuchen wurde ein Plattenformeinsatz ohne
den Überzug
verwendet. Bei einer anderen wurde ein Plattenformeinsatz verwendet,
der wie beschrieben beschichtet worden war. Es wurden Platten geformt
unter Verwendung von Zweikomponentenformulierungen aus Polyisocyanat/Polyol,
SPECTRIMTM BP 80, erhältlich von The Dow Chemical Company.
Es wurden 9 Platten unter Verwendung des nicht-beschichteten Formeinsatzes
geformt, bevor die Platten begannen anzukleben. 20 Platten wurden
unter Verwendung des beschichteten Plattenformeinsatzes geformt,
bevor die Platten begannen anzuhaften.
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Der
beschichtete Plattenformeinsatz wurde auf einer Bearbeitungsmaschine
Cincinnati Milacron HT RRIM eingebaut. Über 1000 Platten wurden unter Verwendung
der Form geformt. Keine nennenswerte Verminderung der Qualität des Überzuges
wurde beobachtet. Weiterhin ist es leichter, Urethan zu entfernen,
das sich auf der Oberfläche
der mit Überzug
versehenen Form aufgebaut hat.