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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Polyurethan-Schaumstoffe mit einem
Gehalt an geschlossenen Zellen von zumindest 90% und verbesserten
Wärmedurchbiegungs-Eigenschaften, die
durch Reaktionsinjektionsformen ("RIM")
hergestellt werden, und ein Verfahren zur Herstellung solcher Schaumstoffe.
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Bei
diesen bekannten Verfahren wird ein organisches Diisocyanat oder
Polyisocyanat mit einer Isocyanat-reaktiven Komponente umgesetzt,
die zumindest ein (im Allgemeinen mehr als ein) Polyol, einen Katalysator,
ein Vernetzungsmittel und andere Verfahrenshilfen umfasst. Die eingesetzten
Polyole sind jene, die typischerweise von Quellen wie z.B. Saccharose,
Aminen, Glycerin, Ethylenglykol etc. stammen. Viele dieser Ausgangsmaterialien
stammen von immer teureren Petrochemikalien. Es wäre deshalb
vorteilhaft, einige oder alle dieser Polyole durch Polyole zu ersetzen,
die von weniger teuren Ausgangsmaterialien stammen.
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Alternative
Quellen für
solche Polyole, die bereits vorgeschlagen wurden, sind erneuerbare
Quellen, wie z.B. pflanzliche Öle
(z.B. Sojaöl,
Rizinusöl,
Leinöl,
Tungöl,
Erdnussöl,
Sonnenblumenöl)
und Fischöle.
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US-Patent Nr. 2.787.601 offenbart
beispielsweise zelluläre,
flexible Polyurethane, die aus Hydroxylgruppen-hältigen Fettsäureglyceriden
hergestellt werden. Genauer gesagt wird ein einfaches (d.h. nicht
modifiziertes) und unbehandeltes Hydroxylgruppen-hältiges Fettsäureglycerid,
wie z.B. Rizinusöl,
mit einem aromatischen Diisocyanat zur Bildung eines Präpolymers
mit Isocyanat-Ende umgesetzt. Dieses Präpolymer wird dann mit Wasser
zur Bildung eines zellulären
Schaumstoffs mit einer Schüttdichte,
die mit 2,8 bis 6,5 Pfund pro Kubikfuß angegeben wird, umgesetzt.
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US-Patent Nr. 2.833.730 offenbart
ebenfalls zelluläre
Polyurethane, die aus einem Polyol auf Fettsäuretrigylcerid-Basis hergestellt
werden, die Berichten zufolge nicht die Schrumpfungsprobleme aufweisen,
die bei ähnlichen
Polyurethanen nach dem Stand der Technik aus solchen Polyolen auftraten.
Genauer gesagt wird ein Gemisch aus einer niedermolekularen Polyhydroxylverbindung
und ein Hydroxylgruppen-hältiges Triglycerid
(nicht modifiziert und unbehandelt) mit einem aromatischen Diisocyanat
zur Bildung eines Präpolymers
mit Isocyanat-Ende umgesetzt. Dieses Präpolymer wird dann mit Wasser
zur Bildung des gewünschten Polyurethanprodukts
umgesetzt. Das Verhältnis
der niedermolekularen Polyhydroxylverbindung zu dem Hydroxylgruppen-hältigen Triglycerid
sollte zumindest 0,6 zu 1 betragen, um ein Polyurethan mit verbesserten Schrumpfungseigenschaften
zu erhalten.
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Nicht
modifizierte pflanzliche Öle
wurden jedoch bisher nicht als Hauptreaktionskomponenten zur Herstellung
von Polyurethan-Hartschaumstoffen mittels RIM-Verfahren eingesetzt.
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Die
Verwendung von nicht modifizierten pflanzlichen Ölen als Hauptsubstituent einer
Polyolkomponente, die zur Herstellung eines Polyurethan-Hartschaumstoffs
eingesetzt wird, ist jedoch nachteilig, da nicht modifiziertes pflanzliches Öl dazu neigt,
im Lauf der Zeit an die Polyurethanoberfläche zu wandern, wodurch das
Potential für
das Auftreten von Problemen nach dem Bemalen des Formteils und die
Beeinträchtigung
der physikalischen Eigenschaften gesteigert wird.
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In
dem Bemühen,
die physikalischen Eigenschaften von aus pflanzlichen Ölen hergestellten
Schaumstoffen zu verbessern, wurden die pflanzlichen Öle vor der
Verwendung chemisch modifiziert.
US-Patent
Nr. 4.742.087 offenbart beispielsweise ein Verfahren, bei
dem epoxidierte Öle
durch Alkoholyse oder Umesterung teilweise in Alkylesterpolyole
umgewandelt werden, die zur Herstellung von Präpolymeren mit Isocyanat-Ende eingesetzt
werden. Diese Präpolymere
werden in der Folge umgesetzt, um Polyurethan-Schaumstoffe zu produzieren.
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US-Patent Nr. 5.482.980 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen, offenzelligen Urethan-Schaumstoffs,
bei dem epoxidiertes Sojabohnenöl
Teil einer Polyether-Polyol-Reaktionskomponente ist.
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Epoxidierte
pflanzliche Öle
werden auch in relativ geringen Mengen als Emulgatoren in Reaktionsgemischen
zur Polyurethan-Bildung eingesetzt. Siehe beispielsweise
US-Patent Nr. 5.750.583 .
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Solche
chemisch modifizierten Öle
wurden jedoch bisher nicht als signifikante Anteile der Polyolkomponente,
die zur Herstellung von geschlossenzelligen Polyurethan-Hartschaumstoffen
verwendet wurde, eingesetzt, da erwartet würde, dass diese Materialtypen
in größerer Menge
auf dieselbe Weise funktionieren wie interne Formtrennmittel und
das Potential für
Delaminierung während
des Formens von Verbundgegenständen erhöhen.
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Die
Verwendung von modifizierten pflanzlichen Ölen ist auch kommerziell aufgrund
der für
die Epoxidation und etwaige folgende Umwandlungen, z.B. in ein Polyester-polyol, erforderliche
Energie, Materialien und Zeit nachteilig.
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Eine
Alternative zu solchen chemisch modifizierten pflanzlichen Ölen ist
in
US-Patent Nr. 6.180.686 offenbart.
In diesem Patent werden Urethan-Schaumstoffe und -Elastomere durch
das Umsetzen eines Isocyanats mit einem pflanzlichen Öl, das durch
das Leiten von Luft durch das Öl
zur Entfernung von Verunreinigungen und zur Verdickung des Öls (als "geblasenes Öl" bezeichnet) behandelt
wurde, in Gegenwart eines multifunktionellen Alkoholvernetzungsmittels,
wie z.B. Butandiol oder Ethylen" glykol,
hergestellt. Das geblasene Öl wird
als einzige Isocyanat-reaktive Komponente eingesetzt. Es ist kein
Polyester- oder Polyetherpolyol auf Erdölbasis enthalten. Es wird jedoch
nicht gelehrt, dass geschlossenzellige Polyurethan-Hartschaumstoffe
mit den offenbarten geblasenen pflanzlichen Ölen hergestellt werden können.
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Aus
diesem Grund wäre
es vorteilhaft, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem geschlossenzellige
Polyurethan-Hartschaumstoffe mittels eines RIM-Verfahrens unter
Einsatz einer nicht modifizierten erneuerbaren Quelle, wie z.B.
eines pflanzlichen Öls,
als Polyolkomponente hergestellt werden können, ohne auf die physikalischen
Eigenschaften dieses Hartschaumstoffs zu verzichten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Polyolkomponente bereitzustellen,
die bei der Herstellung von geschlossenzelligen Polyurethan-Hartschaumstoffen
nützlich
ist, wobei diese Polyolkomponente ein Polyolmaterial auf biologischer
Basis als wesentliche Komponente umfasst.
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Es
ist ebenfalls ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein RIM-Verfahren
zur Herstellung eines geschlossenzelligen Polyurethan-Hartschaumstoffs
mit guten physikalischen Eigenschaften aus einem Reaktionsgemisch
bereitzustellen, das einen signifikanten Anteil eines Polyolmaterials
auf biologischer Basis umfasst.
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Für Fachleute
auf dem Gebiet der Erfindung wird klar werden, dass diese und weitere
Ziele erreicht werden, indem bis zu 30 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht
der Isocyanat-reaktiven Komponente eines geblasenen Öls auf biologischer
Basis (hierein auch als "Polyol
auf biologischer Basis" oder "geblasenes pflanzliches Öl" oder "polymerisiertes pflanzliches Öl" bezeichnet), wie
z.B. von Sojaöl,
in einer Isocyanat-reaktiven Komponente zur Verwendung in einem
RIM-Verfahren enthalten sind.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Graph, bei dem Tan Delta (E'/E'') über
der Temperatur für
Formgegenstände
mit einer Dichte von 0,72 g/cm3 (45 Pfund/Kubikfuß) oder
0,56 g/cm3 (35 Pfund/Kubikfuß) aus Systemen,
die 20 Gew.-% Sojaöl
enthalten, und Systemen, die ohne geblasenes Sojaöl hergestellt
wurden, geplottet ist.
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2 ist
ein Graph, bei dem die Ableitung der %-Penetration einer Sonde über der
Temperatur für
gemäß Beispiel
31, 35 und 39 hergestellte Formgegenstände geplottet ist.
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3 ist
ein Graph, bei dem bei dem die Ableitung der %-Penetration einer
Sonde über
der Temperatur für
gemäß Beispiel
32, 36 und 40 hergestellte Formgegenstände geplottet ist.
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4 ist
ein Graph, bei dem bei dem die Ableitung der %-Penetration einer
Sonde über
der Temperatur für
gemäß Beispiel
33, 37 und 41 hergestellte Formgegenstände geplottet ist.
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5 ist
ein Graph, bei dem bei dem die Ableitung der %-Penetration einer
Sonde über
der Temperatur für
gemäß Beispiel
34, 38 und 42 hergestellte Formgegenstände geplottet ist.
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6 ist
ein Graph, bei dem bei dem die Ableitung der %-Penetration einer
Sonde über
die Zeit für gemäß Beispiel
32, 36 und 40 bei konstanter Temperatur hergestellte Formgegenstände geplottet
ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein RIM-Verfahren zur Herstellung
von geschlossenzelligen Polyurethan-Hartschaumstoffen und insbesondere
die Verwendung einer Isocyanat-reaktiven Komponente, in der bis zu
30 Gew.-% ein geblasenes Öl
auf biologischer Basis, wie z.B. Sojaöl, sind. Die Erfindung betrifft
auch die durch dieses Verfahren hergestellten geschlossenzelligen
Polyurethan-Hartschaumstoffe.
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Ein
Schlüsselmerkmal
der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines geblasenen pflanzlichen Öls in der
Isocyanat-reaktiven Komponente in einer Menge von etwa 0,5 bis 30
Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt von
10 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Isocyanat-reaktiven
Komponente. Ein beliebiges bekanntes Öl auf biologischer Basis, insbesondere
pflanzliche Öle,
durch die Luft geleitet wurde, um Verunreinigungen zu entfernen
und das Öl
einzudicken, können
in der praktischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung eingesetzt
werden. Beispiele für
geeignete Öle
auf biologischer Basis, die, nachdem sie geblasen wurden, in der
vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, umfassen: pflanzliche Öle, wie
z.B. Sojaöl,
Rapsöl
oder Canolaöl,
Erdnussöl,
Baumwollöl,
Olivenöl,
Weintraubenöl,
Kokosöl,
Palmöl,
Leinöl
und Rizinusöl;
Fischöle
und Öle,
die aus Tierfetten gewonnen werden. Sojaöl und Rizinusöl sind bevorzugt.
Sojaöl
ist besonders bevorzugt. Solche geblasenen Öle sind in
US-Patent Nr. 6.180.686 beschrieben
und im Handel bei Urethane Soy Systems unter den Namen SoyOyl P38.GC5
Polyol auf biologischer Basis, SoyOyl P38-05 Polyol auf biologischer
Basis und SoyOyl P56.05 Polyol auf biologischer Basis erhältlich.
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Weitere
Bestandteile der Isocyanat-reaktiven Komponente, die in Kombination
mit dem erforderlichen geblasenen pflanzlichen Öl wirksam sind, umfassen beliebige
bekannte Isocyanat-reaktive Materialien, Kettenverlängerer,
Vernetzungsmittel, Katalysator, Treibmittel, Additive und Verarbeitungshilfen,
die herkömmlicherweise
bei RIM-Verfahren
eingesetzt werden.
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Geeignete
Isocyanat-reaktive Verbindungen, die in Kombination mit dem erforderlichen
geblasenen pflanzlichen Öl
nützlich
sind, umfassen Verbindungen mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht
von 400 bis etwa 10.000, vorzugsweise von etwa 470 bis etwa 8.000,
besonders bevorzugt von etwa 1.000 bis etwa 6.000, und enthalten
Aminogruppen, Hydroxylgruppen, Thiolgruppen oder eine Kombination
davon.
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Diese
Isocyanat-reaktiven Verbindungen enthalten im Allgemeinen etwa 1
bis etwa 8 Isocyanat-reaktive Gruppen, vorzugsweise etwa 2 bis etwa
6 Isocyanat-reaktive Gruppen. Geeignete Verbindungen umfassen Polyether,
Polyester, Polyacetale, Polycarbonate, Polyesterether, Polyestercarbonate,
Polythioether, Polyamide, Polyesteramide, Polysiloxane, Polybutadiene
und Polyacetone. Besonders bevorzugte Isocyanat-reaktive Verbindungen
enthalten 2 bis 4 reaktive Amino- oder Hydroxylgruppen.
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Diese
Isocyanat-reaktiven Verbindungen sind im Allgemeinen in einer Menge
von etwa 5 bis etwa 80 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht der
Isocyanat-reaktiven
Komponente), vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 60 Gew.-%, besonders
bevorzugt von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-%, in der Isocyanat-reaktiven
Komponente enthalten.
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Geeignete
Hydroxyl-hältige
Polyether sind bekannt und im Handel erhältlich. Solche Polyetherpolyole können beispielsweise
durch das Polymerisieren von Epoxiden, wie z.B. Ethylenoxid, Propylenoxid,
Butylenoxid, Tetrahydrofuran, Styroloxid oder Epichlorhydrin, gegebenenfalls
in Gegenwart von BF3, oder durch die chemische
Addition solcher Epoxide, gegebenenfalls als Gemische oder aufeinander
folgend, an Ausgangskomponenten, die reaktive Wasserstoffatome enthalten,
wie z.B. Wasser, Alkohole oder Amine, hergestellt werden. Beispiele
für solche
Ausgangskomponenten umfassen Ethylenglykol, 1,2- oder 1,3-Propandiol,
1,2-, 1,3- oder 1,4-Butandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit,
4,4'-Dihydroxydiphenylpropan,
Anilin, 2,4- oder
2,6-Diaminotoluol, Ammoniak, Ethanolamin, Triethanolamin oder Ethylendiamin.
Saccharosepolyether können
auch eingesetzt werden. Polyether, die hauptsächlich primäre Hydroxylgruppen (bis zu
90 Gew.-%, bezogen auf alle Hydroxylgruppen in dem Polyether) enthalten,
sind zu bevorzugen. Polyether, die durch Vinylpolymere des Typs
modifiziert sind, der beispielsweise durch das Polymerisieren von
Styrol und Acrylnitril in Gegenwart von Polyethern hergestellt wird,
sind auch geeignet wie auch Polybutadiene, die Hydroxylgruppen enthalten.
Besonders bevorzugte Polyether umfassen Polyoxyalkylenpolyetherpolyole,
wie z.B. Polyoxyethylendiol, Polyoxypropylendiol, Polyoxybutylendiol
und Polytetramethylendiol.
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Hydroxyl-hältige Polyester
sind auch zur Verwendung in der Isocyanat-reaktiven Komponente geeignet.
Geeignete Hydroxyl-hältige
Polyester umfassen Reaktionsprodukte mehrwertiger Alkohole (vorzugsweise Diole),
gegebenenfalls unter Zusatz von dreiwertigen Alkoholen, und polybasische
(vorzugsweise dibasische) Carbonsäuren. Anstelle von freien Polycarbonsäuren können zur
Herstellung der Polyester die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride
oder die entsprechenden Polycarbonsäureester niederer Alkohole
oder Gemische davon eingesetzt werden. Die Polycarbonsäuren können aliphatisch,
cycloaliphatisch, aromatisch oder heterozyklisch sein und z.B. mit
Halogenatomen substituiert und/oder ungesättigt sein. Geeignete Polycarbonsäuren umfassen
Bernsteinsäure,
Adipinsäure,
Suberinsäure,
Azelainsäure,
Sebacinsäure,
Phthalsäure,
Isophthalsäure,
Trimellithsäure,
Phthalsäureanhydrid,
Tetrahydrophthalsäureanhydrid,
Hexahydrophthalsäureanhydrid,
Tetrachlorphthalsäureanhydrid,
Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid,
Glutarsäureanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid,
Fumarsäure,
dimere und trimere Fettsäuren,
Dimethylterephthal- und Terephthalsäure-bis-glykolester. Geeignete
mehrwertige Alkohole umfassen Ethylenglykol, 1,2- und 1,3-Propandiol,
1,4- und 2,3-Butandiol,
1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, Neopentylglykol, 1,3- und 1,4-Bis(hydroxymethyl)cyclohexan,
2-Methyl-1,3-propandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, 1,2,6-Hexantriol,
1,2,4-Butantriol, Trimethylolethan, Pentaerythrit, Chinit, Mannit,
Sorbit, Methylglycosid, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylengiykol,
Polyethylenglykole, Dipropylenglykol, Polypropylenglykole, Dibutylenglykol
und Polybutylenglykole. Die Polyester können auch einen Anteil Carboxyl-Endgruppen
aufweisen. Polyester von Lactonen, wie z.B. ε-Caprolacton, oder von Hydroxycarbonsäuren, wie
z.B. ω-Hydroxycapronsäure, können auch
eingesetzt werden. Hydrolytisch stabile Polyester werden vorzugsweise
eingesetzt, um den größten Nutzen
in Bezug auf die hydrolytische Stabilität des Endprodukts zu erhalten.
Bevorzugte Polyester umfassen Polyester, die aus Adipinsäure oder
Isophthalsäure
und unverzweigten oder verzweigten Diolen erhalten werden, sowie
Lactonpolyester, vorzugsweise jene auf Basis von Caprolacton und
Diolen.
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Geeignete
Polyacetale umfassen Verbindungen, die durch das Kondensieren von
Glykolen, wie z.B. Diethylenglykol, Triethylenglykol, 4,4'-Dihydroxydiphenylmethan
und Hexandiol, mit Formaldehyd oder durch das Polymerisieren von
zyklischen Acetalen, wie z.B. Trioxan, erhalten werden.
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Geeignete
Polycarbonate umfassen jene, die durch die Reaktion von Diolen,
wie z.B. 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Diethylenglykol,
Triethylenglykol, Tetraethylenglykol oder Thiodiglykol, mit Phosgen
oder Diarylcarbonaten, wie z.B. Diphenyicarbonat, hergestellt werden.
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Geeignete
Polyestercarbonate umfassen jene, die durch die Reaktion von Polyesterdielen
mit oder ohne andere Diele, wie z.B. 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol,
1,6-Hexandiol, Diethylenglykol,
Triethylenglykol, Tetraethylenglykol oder Thiodiglykol, mit Phosgen,
zyklischen Carbonaten oder Diarylcarbonaten, wie z.B. Diphenylcarbonat,
hergestellt werden. Geeignete Polyestercarbonate umfassen allgemeiner
Verbindungen, wie z.B. die in
US-Patent
Nr. 4.430.484 offenbarten.
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Geeignete
Polythioether umfassen die Kondensationsprodukte, die durch die
Reaktion von Thiodiglykol, allein oder mit anderen Glykolen, Formaldehyd
oder Aminoalkoholen erhalten werden. Die erhaltenen Produkte sind
in Abhängigkeit
von den verwendeten Verbindungen Polythioethergemische, Polythioetherester oder
Polythioetheresteramide.
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Geeignete
Polyesteramide und Polyamide umfassen beispielsweise die hauptsächlich unverzweigten Kondensate,
die aus polybasischen gesättigten
und ungesättigten
Carbonsäuren
oder den Anhydriden davon und mehrwertigen gesättigten oder ungesättigten
Aminoalkoholen, Diaminen, Polyaminen und Gemischen davon hergestellt
werden.
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Weitere
geeignete Hydroxyl-hältige
Verbindungen umfassen Polyhydroxylverbindungen, die bereits Urethan-
oder Harnstoffgruppen enthalten, wenngleich diese weniger bevorzugt
sind. Additionsprodukte von Alkylenoxiden an Formaldehydharze oder
Harnstoff-Formaldehyd-Harze sind auch geeignet.
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Polyhydroxylverbindungen,
in denen Polyadditionsprodukte oder Polykondensate oder Polymere
in fein dispergierter oder gelöster
Form vorhanden sind, können
gemäß der vorliegenden
Erfindung auch eingesetzt werden, vorausgesetzt, dass das Molekulargewicht
im Bereich von etwa 400 bis etwa 10.000 liegt. Polyhydroxylverbindungen
dieses Typs können
beispielsweise durch Polyadditionsreaktionen (z.B. Reaktionen zwischen
Polyisocyanaten und Amino-funktionellen Verbindungen) oder Polykondensationsreaktionen
(z.B. zwischen Formaldehyd und Phenolen oder Aminen) in situ in
den oben angeführten
Hydroxyl-hältigen
Verbindungen erhalten werden. Geeignete Verbindungen können auch
gemäß den
US-Patenten Nr. 3.869.413 oder
2.550.860 durch das Mischen
einer zuvor hergestellten wässrigen
Polymerdispersion mit einer Polyhydroxylverbindung und die darauf
folgende Entfernung des Wassers aus dem Gemisch erhalten werden.
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Mit
Vinylpolymeren modifizierte Polyhydroxylverbindungen, wie z.B. die
durch Polymerisieren von Styrol und Acrylnitril in Gegenwart von
Polycarbonatpolyolen erhaltenen (
US-Patent
Nr. 3.637.909 ), sind auch für das Verfahren der vorliegenden
Erfindung geeignet.
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Allgemeine
Erläuterungen
in Bezug auf typische Hydroxyl-hältige
Verbindungen, die gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzt werden können,
sind beispielsweise in Saunders und Frisch, Polyurethanes – Chemistry
and Technology, Interscience Publishers, New York London, Band I,
S. 32–42
und 44–54
(1962), sowie Band II, S. 5–6
und 198–199
(1964), und in Vieweg-Höchtlen,
Kunststoff-Handbuch, Band VII, S. 45–71, Carl-Hanser-Verlag, München (1966),
zu finden.
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Geeignete
Isocyanat-reaktive Verbindungen, die Aminogruppen enthalten, umfassen
die so genannten Polyether mit Amin-Endgruppen, die primäre oder
sekundäre
(vorzugsweise primäre)
aromatisch oder aliphatisch (vorzugsweise aliphatisch) gebundene
Aminogruppen enthalten. Verbindungen, die Amino-Endgruppen enthalten, können auch
durch Urethan- oder Estergruppen an die polyetherkette gebunden
werden. Diese Polyether mit Amin-Endgruppen können durch ein beliebiges von
verschiedenen Verfahren hergestellt werden, die auf dem Gebiet der
Erfindung bekannt sind. Polyether mit Amin-Endgruppen können beispielsweise
aus Polyhydroxylpolyethern (z.B. Polypropylenglykolether) durch
eine Reaktion mit Ammoniak in Gegenwart von Raney-Nickel und Wasserstoff
hergestellt werden. Polyoxyalkylenpolyamine können durch eine Reaktion des entsprechenden
Polyols mit Ammoniak und Wasserstoff in Gegenwart eines Nickel-,
Kupfer- oder Chromkatalysators hergestellt werden. Polyether, die
Amino-Endgruppen enthalten, können
durch das Hydrieren von cyanoethylierten Polyoxypropylenethern hergestellt
werden.
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Relativ
hochmolekulare Polyhydroxypolyether, die für die vorliegenden Erfindung
geeignet sind, können
durch die Reaktion mit Isatosäureanhydrid
in die entsprechenden Anthranilsäureester
umgewandelt werden. Relativ hochmolekulare Verbindungen, die Amino-Endgruppen
aufweisen, können
auch durch die Reaktion von Isocyanat-Präpolymeren auf Polyhydroxylpolyether-Basis
mit Hydroxyl-hältigen
Enaminen, Aldiminen oder Ketiminen und das Hydrolysieren des Reaktionsprodukts
erhalten werden.
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Aminopolyether,
die durch die Hydrolyse von Verbindungen, die Isocyanat-Endgruppen aufweisen,
erhalten werden, sind auch bevorzugte Polyether mit Amin-Endgruppen. Bevorzugte
Polyether mit Amin-Endgruppen werden durch die Hydrolyse einer Isocyanatverbindung
mit einem Isocyanatgruppen-Gehalt von 0,5 bis 40 Gew.-% hergestellt.
Besonders bevorzugte Polyether werden hergestellt, indem zunächst ein
Polyether, der zwei bis vier Hydroxylgruppen enthält, mit
einem Überschuss
an aromatischem Polyisocyanat zur Bildung eines Präpolymers
mit Isocyanat-Endgruppen umgesetzt wird und die Isocyanatgruppen
dann durch Hydrolyse in Aminogruppen umgewandelt werden.
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Polyether
mit Amin-Endgruppen, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind,
sind in vielen Fällen Gemische
mit anderen Isocyanat-reaktiven Verbindungen mit dem geeigneten
Molekulargewicht. Diese Gemische sollten im Allgemeinen (im statistischen
Durchschnitt) zwei bis vier Isocyanat-reaktive Amino-Endgruppen
aufweisen.
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Geeignete
Vernetzungsmittel oder Kettenverlängerer, die in der Isocyanat-reaktiven
Komponente der vorliegenden Erfindung enthalten sein können, weisen
im Allgemeinen ein Molekulargewicht von weniger als 399 und eine
Funktionalität
von etwa 2 bis etwa 6 (vorzugsweise von 2 bis 4) auf. Kettenverlängerer weisen im
Allgemeinen eine Funktionalität
von etwa 2 auf, und Vernetzungsmittel weisen im Allgemeinen eine
Funktionalität
von mehr als 2 auf. Solche Verbindungen weisen typischerweise Hydroxylgruppen,
Aminogruppen, Thiolgruppen oder eine Kombination davon auf und enthalten
im Allgemeinen 2 bis 8 (vorzugsweise 2 bis 4) Isocyanat-reaktive
Wasserstoffatome.
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Der
Kettenverlängerer
und/oder das Vernetzungsmittel ist im Allgemeinen in einer Menge
von etwa 1 bis etwa 75 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa
65 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 15 bis etwa 55 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Isocyanat-reaktiven Komponente, in der
Isocyanat-reaktiven Komponente enthalten.
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Die
bevorzugten Hydroxyl-hältigen
Kettenverlängerer
und Vernetzungsmittel umfassen Glykole und Polyole, wie z.B. 1,2-Ethandiol,
1,2- und 1,3-Propylenglykol, 1,4- und
2,3-Butylenglykol, 1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, Neopentylglykol,
Cyclohexandimethanol, 1-Methyl-1,3-propandiol, 2-Methyl-1,3-propandiol, Glycerin,
Trimethylolpropan, 1,2,6-Hexantriol, Pentaerythrit, 1,2,4-Butantriol
und Trimethylolethan.
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Geeignete
Kettenverlängerer
umfassen auch Hydroxyl-hältige
Polyether mit einem Molekulargewicht von weniger als 399. Geeignete
Hydroxyl-hältige
Polyether können
beispielsweise durch die oben für
die höhermolekularen
Hydroxy-hältigen
Polyether beschriebenen Verfahren hergestellt werden, nur dass niedermolekulare
Polyether eingesetzt werden. Glycerin, das propoxyliert und/oder
ethoxyliert wurde, um ein Polyol mit einem Molekulargewicht von
weniger als 399 herzustellen, ist ein Beispiel. Besonders geeignete
Polyether umfassen Polyoxyalkylenpolyetherpolyole, wie z.B. Polyoxyethylendiol,
Polyoxypropylendiol, Polyoxybutylendiol und Polytetramethylendiol
jeweils mit dem erforderlichen Molekulargewicht.
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Amin-Kettenverlängerer enthalten
vorzugsweise ausschließlich
aromatisch gebundene primäre
oder sekundäre
(vorzugsweise primäre)
Aminogruppen und vorzugsweise ebenfalls Alkylsubstituenten. Beispiele für solche
aromatischen Diamine umfassen 1,4-Diaminobenzol, 2,4- und/oder 2,6-Diaminotoluol,
meta-Xyloldiamin, 2,4'- und/oder 4,4'-Diaminodiphenylmethan,
3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethan,
1-Methyl-3,5-bis(methylthio)-2,4-
und/oder -2,6-diaminobenzol, 1,3,5-Triethyl-2,4-diaminobenzol, 1,3,5-Triisopropyl-2,4-diaminobenzol,
1-Methyl-3,5-diethyl-2,4- und/oder
-2,6-diaminobenzol, 4,6-Dimethyl-2-ethyl-1,3-diaminobenzol, 3,5,3',5'-Tetraethyl-4,4-diaminodiphenylmethan,
3,5,3',5'-Tetraisopropyl-4,4'-diaminodiphenylmethan und 3,5-Diethyl-3',5'-diisopropyl-4,4'-diaminodiphenylmethan. Bestimmte (cyclo)aliphatische
Diamine sind auch geeignet, wenngleich diese im Allgemeinen weniger
bevorzugt sind. Ein besonders geeignetes (cyclo)aliphatisches Diamin
ist 1,3-Bis(aminomethyl)cyclohexan. Solche Diamine können selbstverständlich auch als
Gemische eingesetzt werden.
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Geeignete
tertiäre
Amin- oder Ammoniumverbindungen, die in der Isocyanatreaktiven Komponente der
vorliegenden Erfindung wirksam eingesetzt werden können, umfassen
Isocyanat-reaktive tertiäre
Aminpolyether, Fettsäureamidoamine,
Ammoniumderivate von Fettsäureamidoaminen
und Gemische davon.
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Geeignete
Katalysatoren umfassen tertiäre
Amine und Metallverbindungen, die auf dem Gebiet der Erfindung bekannt
sind. Geeignete tertiäre
Aminkatalysatoren umfassen Triethylamin, Tributylamin, N-Methylmorpholin,
N-Ethylmorpholin, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, Pentamethyldiethylentriamin
und höhere Homologe,
1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan,
N-Methyl-N'-(dimethylaminoethyl)piperazin,
Bis(dimethylaminoalkyl)piperazine, N,N-Dimethylbenzylamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin,
N,N-Diethylbenzylamin, Bis(N,N-diethylaminoethyl)adipat, N,N,N',N'-Tetramethyl-1,3-butandiamin,
N-Dimethyl-β-phenylethylamin,
1,2-Dimethylimidazol,
2-Methylimidazol, monozyklische und bizyklische Amidine, Bis(dialkylamino)alkylether
(
US-Patent Nr. 3.330.782 )
und tertiäre
Amine, die Amidgruppen (vorzugsweise Formamidgruppen) aufweisen.
Die verwendeten Katalysatoren können
auch die bekannten Mannich-Basen von sekundären Aminen (wie z.B. Dimethylamin)
und Aldehyden (vorzugsweise Formaldehyd) oder Ketonen (wie z.B.
Aceton) und Phenolen sein.
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Geeignete
Katalysatoren umfassen auch bestimmte tertiäre Amine, die Isocyanatreaktive
Wasserstoffatome enthalten. Beispiele für solche Katalysatoren umfassen
Triethanolamin, Triisopropanolamin, N-Methyldiethanolamin, N-Ethyldiethanolamin,
N,N-Dimethylethanolamin, deren Reaktionsprodukte mit Alkylenoxiden
(wie z.B. Propylenoxid und/oder Ethylenoxid) und sekundär-tertiäre Amine.
-
Weitere
geeignete Katalysatoren umfassen Organometallverbindungen, insbesondere
Organozinn-, -bismut- und -zinkverbindungen. Geeignete Organozinnverbindungen
umfassen jene, die Schwefel enthalten, wie z.B. Dioctylzinnmercaptid,
und vorzugsweise Zinn(II)-Salze von Carbonsäuren, wie z.B. Zinn(II)-acetat, Zinn(II)-octoat,
Zinn(II)-ethylhexoat und Zinn(II)-Taurat, sowie Zinn(IV)-Verbindungen,
wie z.B. Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinndichlorid, Dibutylzinndiacetat,
Dibutylzinnmaleat und Dioctylzinndiacetat. Geeignete Bismutverbindungen
umfassen Bismutneodecanoat, Bismutversalat und verschiedene Bismutcarboxylate,
die auf dem Gebiet der Erfindung bekannt sind. Geeignete Zinkverbindungen
umfassen Zinkneodecanoat und Zinkversalat. Gemischte Metallsalze,
die mehr als ein Metall enthalten (wie z.B. Carbonsäuresalze,
die Zink und Bismut aufweisen), sind auch geeignete Katalysatoren.
-
Beliebige
der oben angeführten
Katalysatoren können
selbstverständlich
auch als Gemische eingesetzt werden.
-
Der
Katalysator ist im Allgemeinen in einer Menge von etwa 0,01 bis
etwa 7 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 6 Gew.-%, besonders
bevorzugt von etwa 1 bis etwa 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Isocyanat-reaktiven Komponente, in der Isocyanat-reaktiven Komponente
enthalten.
-
Geeignete
Treibmittel zur Verwendung bei der Herstellung der Polyurethan-Schaumstoffe umfassen Wasser
und/oder leicht flüchtige
organische Substanzen. Organische Treibmittel umfassen Aceton, Ethylacetat,
Methanol, Ethanol, Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Siedepunkt (wie
z.B. Butan, Hexan oder Heptan) oder Fluorkohlenstoffe, Chlorfluorkohlenstoffe,
Chlorfluorkohlenwasserstoffe oder andere Halogen-substituierte Alkane
(wie z.B. Methylenchlorid, Chloroform, Ethylidenchlorid, Vinylidenchlorid,
Monofluortrichlormethan, Chlordifluormethan und Dichlordifluormethan),
Diethylether oder Carbonsäuren
(wie z.B. Milchsäure,
Zitronensäure
und Malonsäure)
sowie Kohlendioxid, das durch die Hydrolyse von Isocyanatgruppen
gebildet wird. Eine Treibwirkung kann auch durch den Zusatz von
Verbindungen erzielt werden, die sich bei höheren Temperaturen als Raumtemperatur
zersetzen und dabei Gase, wie z.B. Stickstoff (beispielsweise Azo-Verbindungen,
wie z.B. Azoisobutyronitril) oder Kohlendioxid (wie z.B. Dimethyldicarbonat),
abgeben.
-
Das
Treibmittel ist im Allgemeinen in einer Menge von etwa 0,05 bis
7 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,1 bis etwa 6 Gew.-%, besonders
bevorzugt von etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Isocyanat-reaktiven Komponente, in der Isocyanat-reaktiven Komponente
enthalten.
-
Weitere
Additive, die gegebenenfalls in der Isocyanat-reaktiven Komponente
der vorliegenden Erfindung enthalten sein können, umfassen beispielsweise
Flammenhemmstoffe, interne Formtrennmittel, Tenside, Säurefänger, Wasserfänger, Zellregulationsmittel,
Pigmente, Farbstoffe, UV-Stabilisatoren, Weichmacher, fungistatische
oder bakteriostatische Substanzen und Füllstoffe.
-
Geeignete
Flammenhemmstoffe (die, gemäß der Verwendung
der Bezeichnung hierin, auch Rauchunterdrückungsmittel und andere bekannte
Verbrennungsmodifikatoren umfassen) umfassen Phosphonate, Phosphite
und Phosphate (wie z.B. Dimethylmethylphosphonat, Ammoniumpolyphosphat
und verschiedene zyklische Phosphat- und Phosphonatester, die auf
dem Gebiet der Erfindung bekannt sind), Halogen-hältige Verbindungen,
die auf dem Gebiet der Erfindung bekannt sind (wie z.B. bromierter
Diphenylether und andere bromierte aromatische Verbindungen); Melamin,
Antimonoxide (wie z.B. Antimonpentoxid und Antimontrioxid); Zinkverbindungen
(wie z.B. verschiedene bekannte Zinkborste); Aluminiumverbindungen
(wie z.B. Aluminiumoxidtrihydrat); sowie Magnesiumverbindungen (wie
z.B. Magnesiumhydroxid).
-
Interne
Formtrennmittel sind Verbindungen, die zu den reaktiven Komponenten
der Isocyanat-Additionsreaktion zugesetzt werden, gewöhnlicherweise
zu der Isocyanatreaktiven Komponente, um die Entfernung eines Polyurethanprodukts
aus einer Form zu erleichtern. Für
die vorliegende Erfindung geeignete interne Formtrennmittel umfassen
jene, die zumindest teilweise auf Fettsäurestern basieren (z.B.
US-Patente Nr. 3.726.952 ,
3.925.527 ,
4.058.492 ,
4.098.731 ,
4.201.847 ,
4.254.228 ,
4.868.224 und
4.954.537 ); Metall- und/oder Aminsalze
von Carbonsäuren,
Amidocarbonsäuren,
Phosphor-hältigen
Säuren
oder Bor-hältigen Säuren (z.B.
US-Patente Nr. 4.519.965 ,
4.581.386 ,
4.585.803 ,
4.876.019 und
4.895.879 ); Polysiloxane (z.B.
US-Patent Nr. 4.504.313 );
Amidine (z.B.
US-Patente Nr.
4.764.540 ,
4.789.688 und
4.847.307 ); Harze, die durch
die Reaktion von Isocyanat-Präpolymeren
und einer Polyamin-Polyimin-Komponente
hergestellt werden (z.B.
US-Patent
Nr. 5.198.508 ) und neutralisierte Ester, die aus bestimmten
Tetrahydroxyverbindungen mit Amin-Beginngruppen hergestellt werden, die
in
US-Patent Nr. 5.208.268 beschrieben
werden.
-
Tenside
(oder oberflächenaktive
Wirkstoffe) umfassen Emulgatoren und Schaumstabilisatoren. Beispiele
für geeignete
Tenside umfassen beliebige von mehreren Silicontensiden, die auf
dem Gebiet der Erfindung bekannt sind (umfassend z.B. jene die im
Handel von Dow Corning Corporation, Union Carbide Chemical und Plastics
Co., Inc., und Rhein Chemie Corporation bezogen werden können), sowie
verschiedene Aminsalze von Fettsäuren
(wie z.B. Diethylaminoleat oder Diethanolaminstearat) und Natriumsalze
von Ricinusölsäuren.
-
Säurefänger sind
Verbindungen, die die Azidität
und Wasserkonzentration der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
steuern. Bevorzugte Säurefänger umfassen
verschiedene Orthoester (wie z.B. Trimethylorthoformiat), Carbodiimide
(wie z.B. 2,2',6,6'-Tetraisopropyldiphenylcarbodiimid,
als STABOXAL I und STABOXAL P von Rhein Chemie Corp. erhältlich)
und Epoxide (wie z.B. 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexylcarboxylat,
erhältlich
als ERL-4221 von Union Carbide).
-
Wasserfänger (oder
Feuchtigkeitsfänger)
sind Verbindungen, die in den Zusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung einen geringen Wassergehalt aufrechterhalten. Geeignete
Wasserfänger
sind beispielsweise in den
US-Patenten
Nr. 3.755.222 und
4.685.618 beschrieben.
Beispiele für
geeignete Wasserfänger umfassen
Alkalialuminosilicate (als BAYLITH L, BAYLITH T und BAYLITH W in
Pulver- oder Pastenform von Bayer AG, Deutschland erhältlich)
und chemisch reagierende Wasserfänger
(wie z.B. ZOLDINE MS-Plus von Angus Chemical Company).
-
Bekannte
Füllstoffe
und/oder verstärkende
Substanzen, wie z.B. Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Calciumsilicat,
Tonerden, Kieselgur, gemahlene Kreide, Glimmer und insbesondere
Glasfasern, Flüssigkristallfasern,
Glasplättchen,
Glasbälle,
Mikrokügelchen,
Aramidfasern und Kohlenstofffasern, sind auch geeignet.
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Die
lagerstabilen Isocyanat-reaktiven Zusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung können
durch das Mischen der einzelnen Komponenten in beliebiger Reihenfolge
hergestellt werden, werden aber vorzugsweise durch die Kombination
der Basispolyole zuerst und die darauf folgende Zugabe von Katalysator,
Treibmittel, Füllstoff
etc. zu dem Polyolgemisch hergestellt.
-
Die
Isocyanat-reaktiven Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
können
zur Herstellung verschiedener Produkte auf Urethan-Basis durch Reaktioninjektiorsformen
("RIM") eingesetzt werden.
Wie hierin verwendet bezieht sich die Bezeichnung "Polyurethan" auch auf Polyharnstoffe
und Polurethan-Polyharnstoff-Hybride.
-
Bei
der Herstellung von Polyurethanen gemäß der vorliegenden Erfindung
durch Isocyanat-Additionsreaktion wird die Isocyanat-reaktive Komponente
mit einem organischen Polyisocyanat reagieren gelassen. Geeignete
Polyisocyanate sind auf dem Gebiet der Erfindung bekannt. Geeignete
Polyisocyanate können nicht
modifizirte Isocyanate, modifizierte Polyisocyanate oder Isocyanat-Präpolymere
sein. Geeignete organische Polyisocyanate umfassen aliphatische,
cycloaliphatische, araliphatische, aromatische und heterozyklische
Polyisocyanate des Typs, der beispielsweise von W. Siefken, in:
Justus Liebigs Annalen der Chemie 562, S. 75 bis 136, beschrieben
ist. Beispiele solcher Isocyanate umfassen die mit der Formel Q(NCO)n worin n eine
Zahl von 2 bis etwa 5 (vorzugsweise 2 bis 3) und Q eine aliphatische
Kohlenwasserstoffgruppe mit 2 bis etwa 18 (vorzugsweise 6 bis 10)
Kohlenstoffatomen, eine cycloaliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit
4 bis etwa 15 (vorzugsweise 5 bis 10) Kohlenstoffatomen, eine araliphatische
Kohlenwasserstoffgruppe mit 8 bis 15 (vorzugsweise 8 bis 13) Kohlenstoffatomen
oder eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis etwa 15
(vorzugsweise 6 bis 13) Kohlenstoffatomen ist. Beispiele für geeignete
Isocyanate umfassen Ethylendiisocyanat; 1,4-Tetramethylendiisocyanat; 1,6-Hexamethylendiisocyanat;
1,12-Dodecandiisocyanat; Cyclobutan-1,3-diisocyanat; Cyclohexan-1,3-
und -1,4-diisocyanat und Gemische dieser Isomere; 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan
("Isophorondiisocyanat"); 2,4- und 2,6-Hexahydrotoluoldiisocyanat
und Gemische dieser Isomere; Dicyclohexylmethan-4,4'-diisocyanat ("hydriertes MDI" oder "HMDI"); 1,3- und 1,4-Phenylendiisocyanat;
2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanat und Gemische dieser Isomere ("TDI"); Diphenylmethan-2,4'- und/oder -4,4'-diisocyanat ("MDI"); Naphthylen-1,5-diisocyanat;
Triphenylmethan-4,4',4''-tiisocyanat; Polyphenylpolymethylenpolyisocyanate
des Typs, der durch das Kondensieren von Anilin mit Formaldehyd
gefolgt von Phosgenieren erhalten werden kann ("rohes MDI"); Norbornandiisocyanate; m- und p-Isocyanatophenylsulfonylisocyanate;
perchiorierte Arylpolyisocyanate; modifizierte Polyisocyanate, die
Carbodiimidgruppen enthalten; modifizierte Polyisocyanate, die Urethangruppen
aufweisen; modifizierte Polyisocyanate, die Allophanatgruppen aufweisen;
modifizierte Polyisocyanate, die Isocyanuratgruppen aufweisen; modifizierte
Polyisocyanate, die Harnstoffgruppen aufweisen; Polyisocyanate,
die Biuretgruppen aufweisen; Polyisocyanate, die durch Telomerisie rungsreaktionen
erhalten werden; Polyisocyanate, die Estergruppen aufweisen; Reaktionsprodukte
der oben genannten Isocyanate mit Acetalen; sowie Polyisocyanathältige polymere
Fettsäuregruppen.
Es ist auch möglich,
die Isocyanat-hältigen
Destillationsrückstände zu verwenden,
die bei der Herstellung von Isocyanaten im kommerziellen Maßstab anfallen,
gegebenenfalls gelöst in
einem oder mehreren der oben angeführten Polyisocyanate. Es ist
ebenfalls möglich,
Gemische der oben beschriebenen Polyisocyanate einzusetzen.
-
Im
Allgemeinen ist es zu bevorzugen, leicht verfügbare Polyisocyanate zu verwenden,
wie z.B. 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanate und Gemische dieser Isomere
("TDI"); Polyphenylpolymethylenpolyisocyanate
des Typs, der durch das Kondensieren von Anilin mit Formaldehyd
und anschließendes
Phosgenieren erhalten wird ("rohes
MDI"); sowie Polyisocyante,
die Carbodiimidgruppen, Urethangruppen, Allophanatgruppen, Isocyanuratgruppen,
Harnstoffgruppen oder Biuretgruppen aufweist ("modifizierte Polyisocyanate").
-
Selbstverständlich ist
es auch möglich,
Isocyanat-Präpolymere
zu verwenden, die durch die Reaktion eines beliebigen der oben genannten
Polyisocyanate mit einer substöchiometrischen
Menge eines Isocyanat-reaktiven Verbindungen hergestellt werden.
-
Maschinen,
die für
das Durchführen
des RIM-Verfahrens der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind Fachleuten
auf dem Gebiet der Erfindung bekannt und im Handel bei Hennecke,
Krauss-Maffei Corporation und Cannon, Inc., erhältlich sind.
-
Wenn
eine Reaktion einer Isocyanat-reaktiven Zusammensetzung gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem Isocyanat durchgeführt wird, sollte die Menge
der Isocyanat-Komponente vorzugsweise so gewählt werden, dass der Isocyanat-Index
80 bis 130, vorzugsweise 90 bis 120, besonders bevorzugt 100 bis
120, beträgt.
Mit "Isocyanat-Index" ist der Quotient
der Anzahl der Isocyanatgruppen dividiert durch die Anzahl der Isocyanat-reaktiven
Gruppen, multipliziert mit 100, gemeint.
-
Geformte
Schaumstoffe werden unter Einsatz der Zusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung durch ein RIM-Verfahren hergestellt. In RIM-Verfahren
werden im Allgemeinen zwei getrennte Ströme innig gemischt und in der
Folge in eine geeignete Form gefüllt.
Der erste Strom ist im Allgemeinen die Isocyanat-Komponente, und
der zweite Strom ist typischerweise die Isocyanat-reaktive Komponente.
Der Katalysator, das Treibmittel und weitere Additive sind typischerweise
in der Isocyanatreaktiven Komponente enthalten. Es können jedoch
auch mehr als zwei Ströme
in solchen Verfahren eingesetzt werden. Geeignete Formmaterialien umfassen
Metalle (z.B. Aluminium oder Stahl) oder Kunststoffe (z.B. ungesättigtes
Polyesterharz oder Epoxidharz). In der Form schäumt das aufschäumbare Reaktionsgemisch
zur Bildung des Formprodukts.
-
Bei
der Herstellung der geschlossenzelligen Polyurethan-Hartschaumstoffe
gemäß der vorliegenden Erfindung
umfassen bevorzugte Isocyanat-reaktive Zusammensetzungen: (1) 0,5
bis 30 Gew.-% (noch bevorzugter 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt
10 bis 20 Gew.-%) geblasenes Öl
auf biologischer Basis; (2) 5 bis 80 Gew.-% (noch bevorzugter 5
bis 60 Gew.-%) eines Polyetherpolyols mit einem Molekulargewicht
von zumindest 400; (3) 1 bis 75 Gew.-% (noch bevorzugter 10 bis
65 Gew.-%) eines Kettenverlängerers
oder Vernetzungsmittels; (4) 0,05 bis 7 Gew.-% (noch bevorzugter
0,1 bis 6 Gew.-%) eines Treibmittels; und (5) 0,01 bis 7 Gew.-%
(noch bevorzugter 0,5 bis 6 Gew.-%) eines Katalysators, wobei alle
Mengen auf die Gesamtmenge des in der Isocyanat-reaktiven Komponente
vorhandenen Materials bezogen sind. Weitere fakultative Additive
werden, wenn sie verwendet werden, im Allgemeinen in einer Menge
von 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Isocyanat-reaktiven
Komponente, eingesetzt.
-
Die
gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Polyurethan-Schaumstoffe sind Hartschaumstoffe
mit einem Gehalt an geschlossenen Zellen von zumindest 90%, vorzugsweise
von zumindest 95%, besonders bevorzugt von etwa 100%. Diese Hartschaumstoffe
weisen eine Dichte von 0,128 bis 0,88 g/m3 (8
bis 55 lb/ft3), vorzugsweise von 0,24 bis
0,88 g/m3 (15 bis 55), besonders bevorzugt
von 0,40 bis 0,72 g/m3 (25 bis 45), auf.
Diese Schaumstoffe weisen eine Shore-D-Härte von zumindest 40, vorzugsweise
von 50 bis 75, auf. Die Wärmedurchbiegungs-Werte
für gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte Schaumstoffe sind zumindest etwas besser
als die von unter Einsatz traditioneller Polyetherpolyole hergestellten
Schaumstoffe, im Allgemeinen jedoch wesentlich besser als die Wärmedurchbiegungs-Werte
für herkömmliche
Schaumstoffe, die nur aus Polyetherpolyolen hergestellt wurden.
Auf ähnliche
Weise ist die Formbeständigkeitstemperatur
für gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte Schaumstoffe zumindest genauso hoch wie,
jedoch im Allgemeinen höher
als die für
nur mit herkömmlichen
Polyetherpolyolen hergestellten Schaumstoffe. Die weiteren physikalischen
Eigenschaften der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Schaumstoffe sind mit jenen von nur mit
herkömmlichen
Polyetherpolyolen hergestellten Hartschaumstoffen vergleichbar.
-
Die
Verbesserung in Bezug auf die Wärmedurchbiegung
und die Formbeständigkeitstemperatur
in den gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten geschlossenzelligen Polyurethan-Hartschaumstoffen
wurde nicht erzielt, wenn die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten
Polyole auf biologischer Basis zusätzlich zu oder als teilweiser
Ersatz für
in der Herstellung von Polyurethanelastomeren verwendete herkömmliche
Polyether-Polyole eingesetzt wurden.
-
Die
folgenden Beispiele dienen der weiteren Veranschaulichung von Details
in Bezug auf die Herstellung und die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen.
Die Erfindung, die in der vorhergehenden Offenbarung erläutert wird,
wird durch diese Beispiele weder in Bezug auf ihre Lehre noch auf
ihren Umfang eingeschränkt.
Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung ist klar, dass zur Herstellung
dieser Zusammensetzungen bestimmte Herstellungsverfahren eingesetzt
werden können.
Wenn nicht anders angegeben sind alle Temperaturen in Grad Celsius
angegeben, und alle Teile und Prozentangaben entsprechen Gewichtsteilen
bzw. Gewichtsprozent.
-
BEISPIELE
-
Folgende
Ausgangsmaterialien wurden in den Beispielen eingesetzt.
| POLYOL
A (PA) | ein
polymerisiertes Sojaöl
mit einer Hydroxylfunktionalität
von 1,8, einer Hydroxylzahl von 51,8 und einem Äquivalentgewicht von 1100,
das im Handel unter dem Namen SoyOyl P38.05 (geruchsarm) von Urethane
Soy Systems Co., Inc., erhältlich
ist |
| POLYOL
B (PB) | ein
polymerisiertes Sojaöl
mit einer Hydroxylfunktionalität
von 3, einer Hydroxylzahl von 174 und einem Äquivalentgewicht von 322, das
im Handel unter dem Namen SoyOyl P38.GC5 von Urethane Soy Systems Co.,
Inc., erhältlich
ist |
| POLYOL
C (PC) | ein
polymerisiertes Sojaöl
mit einer Hydroxylfunktionalität
von 3,4, einer Hydroxylzahl von 65,8 und einem Äquivalentgewicht von 850, das
im Handel unter dem Namen SoyOyl P56.05 von Urethane Soy Systems
Co., Inc., erhältlich
ist |
| POLYOL
D (PD) | Polyether
aus Propylenoxid und Ethylenoxid (83 Gew.-% Propylenoxid und 17
Gew.-% Ethylenoxid) mit Glycerin-Beginngruppen mit einer Hydroxylzahl von
28 und einer Funktionalität
von 3. |
| POLYOL
E (PE) | Polyether
aus Propylenoxid mit Glycerin-Beginngruppen
mit einer Funktionalität
von 3 und einer Hydroxylzahl von 1050 (Molekulargewicht: etwa 160) |
| KATALYSATOR
A (CA) | N,N-Dimethylcyclohexylamin
(als POLYCAT 8 bei Air Products & Chemicals,
Inc., erhältlich) |
| KATALYSATOR
B (CB) | Glykolsäuresalz
von Tetraethylendiamin und 1,1-Dibutylzinndiacetat
(als DABCO DC-2 von Air Products & Chemicals,
Inc., erhältlich) |
| LA | Milchsäure |
| TENSID
(SF) | Silicontensid,
als Dow Corning 193 bei Dow Corning Corporation erhältlich |
| TREIBMITTEL
(BA) | Wasser |
| PU-1748
(PU) | ein
quaternäres
Ammoniumsalz des Amids von Tallöl und
N,N'-Dimethyl-1,3-diaminpropan. |
| ISOCYANAT
A (IA) | polymeres
Diphenylmethandiisocyanat mit einem NCO-Gehalt von 31,5 Gew.-%,
das im Handel unter dem Namen Mondur MR bei Bayer Corporation erhältlich ist |
| ISOCYANAT
(IB) | modifiziertes
Diphenylmethandiisocyanat mit einem NCO-Gehalt von 27 Gew.-%, das
unter dem Namen Mondur 486 bei Bayer Corporation erhältlich ist |
-
Die
Eigenschaften der in den Beispielen hergestellten und in den Tabellen
2, 4, 6, 7, 8 und 9 angeführten
geschlossenzelligen Polyurethan-Hartschaumstoffe sind folgende:
| TH | Dicke | Gemessen
(in cm (Zoll) angegeben) |
| D | Dichte | Gemäß ASTM D
3574 bestimmt |
| | | (in
kg/m3 (lb/ft3) angegeben) |
| CCC | Gehalt
an geschlossenen Zellen | (in
% angegeben) |
| SD1 | Härte, Shore
D | Gemäß ASTM D
2240 bestimmt, 1 s |
| SD5 | Härte, Shore
D | Gemäß ASTM D
2240 bestimmt, 5 s |
| CI | Charpy-Schlag | Gemäß modifiziertem
ASTM D 256 bestimmt, wobei die Probe auf einer 0,5 Zoll großen Probefläche einem
Schlag unterzogen wurde (in kJ/m2 (ft-lb/in2) angegeben) |
| FM | Biegemodul | Gemäß ASTM D
790 bestimmt (in kPa (psi) × 10
angegeben) |
| FS | Biegefestigkeit | Gemäß ASTM D
790 bestimmt (in kPa (psi) angegeben) |
| TS | Zugfestigkeit | Gemäß ASTM D
412 bestimmt (in kPa (psi) angegeben) |
| E | Dehnung | Gemäß ASTM D
412 bestimmt (in % angegeben) |
| HDT | Wärmeformbeständigkeit | Gemäß ASTM D
648 bestimmt Temperatur bei 66 psi (in °C angegeben) |
| CS | Druckfestigkeit | Gemäß ASTM D
695 bei 25% bestimmt (in kPa (psi) angegeben) |
| IZU | Izod,
ungekerbt | Gemäß ASTM D
256 bestimmt (in J/m (ft-lb/in) angegeben) |
| HSPC | Hochgeschwindigkeit,
5 mph | Gemäß ASTM D
3763 bestimmt Durchschlag bei Sprung (in J (ft-lb) angegeben) |
| HSPP | Hochgeschwindigkeit,
5 mph | Gemäß ASTM D
3763 bestimmt Durchschlag bei Spitze (in g (lb) angegeben) |
| HS | Wärmedurchbiegung,
1 h, 250°F | Gemäß ASTM D
3769 bestimmt (in mm angegeben) |
| CTE121 | Wärmeausdehnungskoeffizient | Gemäß ASTM D696
bei 121°C
bestimmt |
| | | (in
cm/cm/°C
(in/°C) × 10–6 angegeben) |
| CTE70 | Wärmeausdehnungskoeffizient | Gemäß ASTM D696
bei 70°C
bestimmt (in cm/cm/°C
(in/in/°C) × 10–6 angegeben) |
| CTE-40 | Wärmeausdehnungskoeffizient | Gemäß ASTM D696
bei –40°C bestimmt
(in cm/cm/°C
(in/in/°C) × 10–6 angegeben) |
-
Beispiel 1–9
-
Es
wurde eine Isocyanat-reaktive Komponente aus den in Tabelle 1 angeführten Materialien
in den in Tabelle 1 in Gewichtsteilen angegebenen Mengen hergestellt.
Diese Isocyanat-reaktive Komponente wurde dann unter Einsatz einer
Cannon-HE-120-RIM-Vorrichtung
mit ISOCYANAT B in einer Menge umgesetzt, so dass der Isocyanat-Index
110 betrug. Das Reaktionsgemisch wurde in eine auf 60–77°C erhitzte
Aluminiumplattenform gefüllt.
Die Eigenschaften des Formgegenstands sind in Tabelle 2 angeführt. Tabelle 1
| Material | Bsp.1 | Bsp.2 | Bsp.3 | Bsp.4 | Bsp.5 | Bsp.6 | Bsp.7 | Bsp.8 | Bsp.9 |
| PD | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 |
| PE | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 |
| SF | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| PU | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| BA | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 |
| PA | – | 1 | 5 | 10 | 30 | – | – | – | – |
| PC | – | – | – | – | – | 1 | 5 | 10 | 30 |
| LA | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| CA | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| CB | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
Tabelle 2
| Test | Bsp.1 | Bsp.2 | Bsp.3 | Bsp.4 | Bsp.5 | Bsp.6 | Bsp.7 | Bsp.8 | Bsp.9 |
| TH | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) |
| D | 744
(46,4) | 729
(45,5) | 729
(45,5) | 724
(45,2) | 707
(44,1) | 726
(45,3) | 724
(45,2) | 708
(44,2) | 708
(44,2) |
| SD1 | 69 | 71 | 70 | 69 | 66 | 72 | 72 | 71 | 68 |
| SD5 | 69 | 70 | 69 | 69 | 65 | 71 | 72 | 71 | 68 |
| CI | 17
(8,1) | 27
(13) | 25
(11,8) | 23
(10,9) | 25
(11,7) | 24
(11,4) | 21
(9,8) | 22
(10,4) | 29
(13,7) |
| FM | 110785
(16068) | 111337
(16148) | 106634
(15466) | 108537
(15742) | 75636
(10970) | 111571
(16182) | 106110
(15390) | 101174
(14674) | 80021
(11606) |
| FS | 38376
(5566) | 39417
(5717) | 38424
(5573) | 38204
(5541) | 28544
(4140) | 40190
(5829) | 39555
(5737) | 36515
(5296) | 28806
(4178) |
| TS | 20960
(3040) | 21856
(3170) | 21381
(1301) | 20801
(3017) | 16927
(2455) | 20836
(3022) | 19526
(2832) | 20388
(2957) | 17395
(2523) |
| E | 8,44 | 9,36 | 9,08 | 8,36 | 10,08 | 6,12 | 6,28 | 9 | 12,02 |
| HDT | 57,8 | 56,5 | 57,6 | 57,3 | 54,3 | 58,5 | 57,2 | 55,2 | 53,7 |
| CS | 31502
(4569) | 15644
(2269) | 31226
(4529) | 29082
(4218) | 26338
(3820) | 30744
(4459) | 31254
(4533) | 28406
(4120) | 27096
(3930) |
| CCC | >90 | >90 | >90 | >90 | >90 | >90 | >90 | >90 | >90 |
-
Diese
Beispiele veranschaulichen die einfache Zugabe von geblasenem Sojaöl zu einem
Polyurethan-bildenden Reaktionsgemisch, das durch ein RIM-Verfahren
verarbeitet wird, ohne Modifikation, wobei das Polyurethan-bildende
Reaktionsgemisch keinen wesentlichen Vorteil in Bezug auf die physikalischen
Eigenschaften des Polyurethan-Schaumstoffs bietet, aber diese auch
nicht beeinträchtigt.
Da ein solches System aufgrund der Kosten des zugesetzten geblasenen
Sojaöls
teurer wäre,
ohne dass es aufgrund der Eliminierung eines teureren Materials
aus der Isocyanatreaktiven Komponente zu Einsparungen kommen würde, hätte ein
Verfahren, bei dem geblasenes Sojaöl lediglich zu einem bestehenden
System zugsetzt wird keine kommerziellen Vorteile.
-
Beispiele 10–18
-
Es
wurde eine Isocyanat-reaktive Komponente aus den in Tabelle 3 angeführten Materialien
in den in der Tabelle in Gewichtsteilen angegebenen Mengen hergestellt.
Diese Isocyanat-reaktive Komponente wurde dann unter Einsatz einer
Cannon-HE-120-RIM-Vorrichtung
mit ISOCYANAT B in einer Menge umgesetzt, so dass der Isocyanat-Index
110 betrug. Das Reaktionsgemisch wurde in eine Aluminiumplattenform
gefüllt.
Die Eigenschaften des Formgegenstands sind in Tabelle 4 angeführt. Tabelle 3
| Material | Bsp.10 | Bsp.11 | Bsp.12 | Bsp.13 | Bsp.14 | Bsp.15 | Bsp.16 | Bsp.17 | Bsp.18 |
| PD | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 |
| PE | 45 | 30 | 20 | 10 | – | 45 | 45 | 45 | 45 |
| SF | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| PU | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| BA | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,7 |
| PA | – | 15 | 25 | 35 | 45 | – | – | – | – |
| PB | – | – | – | – | – | 1 | 5 | 10 | 30 |
| LA | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| CA | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| CB | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
Tabelle 4
| Test | Bsp.10 | Bsp.11 | Bsp.12 | Bsp.13 | Bsp.14 | Bsp.15 | Bsp.16 | Bsp.17 | Bsp.18 |
| TH | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) | 0,635
(0,25) |
| D | 427
(45,4) | 713
(44,5) | 724
(45,2) | 726
(45,3) | 739
(46,1) | 731
(45,6) | 737
(46,0) | 723
(45,1) | 726
(45,3) |
| SD1 | 76 | 75 | 70 | 73 | 69 | 75 | 75 | 75 | 74 |
| SD5 | 74 | 72 | 69 | 71 | 67 | 72 | 73 | 72 | 71 |
| CI | 21
(10,1) | 26
(12,2) | 27
(12,7) | 17
(8,3) | 11
(5) | 22
(10,3) | 25
(11,8) | 30
(14,1) | 30
(14,1) |
| FM | 126788
(18389) | 123051
(17847) | 120955
(17543) | 118259
(17152) | 103339
(14988) | 123175
(17865) | 119073
(17270) | 112702
(16346) | 93203
(13518) |
| FS | 43141
(6257) | 43540
(6315) | 41982
(6089) | 41127
(5965) | 25249
(3662) | 43927
(6371) | 42099
(6106) | 39955
(5795) | 33164
(4810) |
| TS | 22980
(3333) | 22642
(3284) | 22415
(3251) | 21519
(3121) | 14582
(2115) | 24463
(3548) | 23815
(3454) | 23525
(3412) | 19795
(2871) |
| E | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| CS | 30847
(4474) | 30875
(4478) | 31599
(4583) | 30923
(4485) | 30054
(4359) | 34667
(5028) | 33667
(4883) | 32102
(4656) | 28979
(4203) |
| CCC | >90 | >90 | >90 | >90 | >90 | >90 | >90 | >90 | >90 |
-
Diese
Beispiele veranschaulichen Systeme, in denen ein Teil eines teureren
Polyols in dem Polyurethan-bildenden Reaktionsgemisch durch das
geblasene Sojaöl
in verschiedenen Mengen ersetzt wird. Aus den Tabellen geht hervor,
dass die physikalischen Eigenschaften des Polurethan-Schaumstoffs
nicht beeinträchtigt wurden,
wenn bis zu etwa 30 Gew.-% Polyol durch geblasenes Sojaöl ersetzt
wurden. Polyurethan-bildende Reaktionsgemische, in denen bis zu
etwa 30 Gew.-% des teureren Polyols durch geblasenes Sojaöl ersetzt wurden,
hätten
demnach einen kommerziellen Vorteil, da die physikalischen Eigenschaften
des Schaumstoffs bei Verwendung eines kostengünstigeren und umweltfreundlicheren
Reaktionsgemischs (d.h. ein Gemisch, in dem ein wesentlicher Teil
des Polyetherpolyols durch geblasehes Sojaöl ersetzt wird) nicht beeinträchtigt werden.
-
Beispiele 19–30
-
Es
wurde eine Isocyanat-reaktive Komponente aus den in Tabelle 5 angeführten Materialien
in den in der Tabelle 5 in Gewichtsteilen angegebenen Mengen hergestellt.
Diese Isocyanat-reaktive Komponente wurde dann unter Einsatz einer
Cannon-HE-120-RIM-Vorrichtung
mit ISOCYANAT A in einer Menge umgesetzt, so dass der Isocyanat-Index
110 betrug. Das Reaktionsgemisch wurde in eine Aluminiumplattenform
gefüllt. Die
Eigenschaften des Formgegenstands sind in Tabelle 6 angeführt. Tabelle 5
| Material | PD | PE | SF | PU | CB | PA | LA | CA | BA |
| Bsp.19 | 55 | 45 | 3 | 6 | 0,2 | – | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.20 | 55 | 45 | 3 | 6 | 0,2 | – | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.21 | 55 | 45 | 3 | 6 | 0,2 | – | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.22 | 55 | 45 | 3 | 6 | 0,2 | – | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.23 | 55 | 33 | 3 | 6 | 0,2 | 12 | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.24 | 55 | 33 | 3 | 6 | 0,2 | 12 | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.25 | 55 | 33 | 3 | 6 | 0,2 | 12 | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.26 | 55 | 33 | 3 | 6 | 0,2 | 12 | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.27 | 55 | 22 | 3 | 6 | 0,2 | 23 | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.28 | 55 | 22 | 3 | 6 | 0,2 | 23 | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.29 | 55 | 22 | 3 | 6 | 0,2 | 23 | 3 | 4 | 0,7 |
| Bsp.30 | 55 | 22 | 3 | 6 | 0,2 | 23 | 3 | 4 | 0,7 |
Tabelle 6
| Test | D | SD1 | SD5 | FM | FS | TS | E | CI |
| Bsp.19 | 473
(29,53) | 57 | 55 | 61922
(8981) | 20657
(2996) | 11652
(1690) | 8,6 | 15
(6,9) |
| Bsp.20 | 547
(34,14) | 61 | 68 | 76511
(11097) | 26173
(3796) | 14534
(2108) | 9,1 | 20
(9,6) |
| Bsp.21 | 623
(38,91) | 67 | 65 | 99353
(14410) | 34446
(4996) | 20533
(2978) | 7,9 | 21
(10,1) |
| Bsp.22 | 692
(43,20) | 75 | 71 | 111992
(16243) | 39714
(5760) | 23615
(3425) | 8,2 | 20
(9,5) |
| Bsp.23 | 480
(29,98) | 61 | 57 | 62260
(9030) | 20733
(3007) | 10887
(1579) | 7,2 | 14
(6,5) |
| Bsp.24 | 568
(35,44) | 65 | 61 | 76442
(11087) | 26317
(3817) | 16030
(2325) | 7,9 | 18
(8,8) |
| Bsp.25 | 599
(37,42) | 72 | 68 | 85357
(12380) | 31930
(4631) | 17292
(2508) | 8,6 | 21
(10,1) |
| Bsp.26 | 700
(43,72) | 74 | 72 | 98892
(14343) | 36928
(5356) | 23277
(3376) | 7,6 | 21
(9,9) |
| Bsp.27 | 464
(28,96) | 58 | 55 | 65417
(9488) | 21684
(3145) | 11363
(1648) | 7,9 | 13
(6) |
| Bsp.28 | 565
(35,28) | 65 | 62 | 79752
(11567) | 26607
(3859) | 13948
(2023) | 8,1 | 17
(8,2) |
| Bsp.29 | 633
(39,50) | 70 | 67 | 95630
(13870) | 32916
(4774) | 17437
(2529) | 8,1 | 23
(11,1) |
| Bsp.30 | 693
(43,27) | 70 | 67 | 113095
(16403) | 39369
(5710) | 20953
(3039) | 7,3 | 24
(11,5) |
-
Diese
Beispiele veranschaulichen aus Schaumstoff-bildenden Gemischen hergeseellte
Polyurethan-Schaumstoffe, wobei: (1) kein geblasenes Sojaöl in der
Isocyanatreaktiven Komponente enthalten war (Beispiele 19–22); (2)
etwa 25% des niedermolekularen Polyetherpolyols durch geblasenes
Sojaöl
ersetzt wurden (Beispiele 23–26)
und (3) etwa 50% des niedermolekularen Polyetherpolyols durch geblasenes
Sojaöl
ersetzt wurden (Beispiele 27–30).
Platten mit verschiedenen Dichten wurden aus jedem dieser Gemische
hergestellt.
-
Aus
den in Tabelle 6 angeführten
Daten geht hervor, dass die Wärmedurchbiegung
und die Wärmeformbeständigkeitstemperatur
der gemäß der vorliegenden
Erfindung (d.h. mit geblasenem Sojaöl in der Isocyanat-reaktiven
Komponente) hergestellten Platten deutlich besser waren als bei
den Platten, die eine vergleichbare Dichte aufwiesen und nicht aus
einer Isocyanat-reaktiven Komponente mit geblasenem Sojaöl hergestellt
worden waren. Die anderen physikalischen Eigenschaften der getesteten
Platten waren ähnlich.
Die Vorteile, die sich aus dem Ersetzen eines Teils des herkömmlichen
Polyetherpolyols durch geblasenes Sojaöl ergaben, waren bei allen
Dichten zu erkennen.
-
Beispiele 31–42
-
Die
in Tabelle 5 beschriebenen Isocyanat-reaktiven Zusammensetzungen
wurden unter Einsatz einer Cannon-HE-120-RIM-Vorrichtung auch mit
ISOCYANAT B in einer Menge umgesetzt, so dass der Isocyanat-Index
110 betrug. Das Reaktionsgemisch wurde in eine Aluminiumplattenform
gefüllt.
Die Eigenschaften der Formgegenstände sind in Tabelle 7 angeführt. Tabelle 7
| Test | Polyol | D | SD1 | SD5 | FM | FS | TS | E | CI |
| Bsp.31 | Bsp.19 | 481
(30) | 58 | 56 | 60481
(8772) | 15927
(2310) | 11383
(1651) | 11 | 20
(9,6) |
| Bsp.32 | Bsp.20 | 554
(34,61) | 65 | 63 | 71292
(10340) | 23511
(3410) | 14369
(2084) | 12 | 23
(11,1) |
| Bsp.33 | Bsp.21 | 636
(39,72) | 70 | 68 | 89060
(12917) | 29785
(4320) | 19140
(2776) | 10 | 28
(13,5) |
| Bsp.34 | Bsp.22 | 707
(44,14) | 74 | 72 | 104338
(15133) | 35998
(5221) | 23284
(3377) | 11 | 34
(16,1) |
| Bsp.35 | Bsp.23 | 472
(29,46) | 58 | 55 | 61177
(8873) | 19643
(2849) | 11252
(1632) | 9 | 16
(7,6) |
| Bsp.36 | Bsp.24 | 556
(34,69) | 65 | 62 | 52607
(7630) | 24821
(3600) | 14872
(2157) | 11 | 20
(9,5) |
| Bsp.37 | Bsp.25 | 638
(39,81) | 70 | 68 | 89701
(13010) | 29958
(4345) | 18664
(2707) | 9 | 26
(12,3) |
| Bsp.38 | Bsp.26 | 706
(44,05) | 71 | 68 | 107993
(15663) | 37494
(5438) | 21877
(3173) | 11 | 33
(15,5) |
| Bsp.39 | Bsp.27 | 472
(29,46) | 58 | 54 | 59736
(8664) | 19354
(2807) | 11142
(1616) | 10 | 14
(6,8) |
| Bsp.40 | Bsp.28 | 549
(34,27) | 62 | 59 | 76049
(11030) | 25049
(3633) | 14520
(2106) | 10 | 17
(8,3) |
| Bsp.41 | Bsp.29 | 631
(39,38) | 67 | 64 | 92231
(13377) | 30861
(4476) | 18188
(2638) | 10 | 26
(12,4) |
| Bsp.42 | Bsp.30 | 715
(44,66) | 70 | 67 | 107993
(15663) | 37052
(5374) | 22215
(3222) | 12 | 30
(14,5) |
-
Diese
Beispiele veranschaulichen Polyurethan-Schaumstoffe, die aus denselben
schaumstoffbildenden Gemischen hergestellt wurden, die auch in den
Beispielen 19–30
eingesetzt wurden, nur dass ein anderes Isocyanat verwendet wurde.
Die Eigenschaften der resultierenden Hartschaumstoffe mit der angegebenen Dichte
entsprachen im Wesentlichen den in den Beispielen 19–30 erhaltenen,
d.h. es wurden eine verbesserte Wärmedurchbiegung und eine verbesserte
Wärmeformbeständigkeitstemperatur
erreicht, ohne dass die anderen physikalischen Eigenschaften des
Schaumstoffs nachteilig beeinflusst wurden.
-
Die
verbesserten dynamischen mechanischen Eigenschaften der in den Beispielen
40 und 42 (gemäß der vorliegenden
Erfindung) und in den Beispielen 32 und 34 (ohne geblasenes Polyol
auf biologischer Basis) hergestellten Platten sind graphisch in 1 dargestellt,
in der Tan Delta (E'/E'') über
der Temperatur in °C geplottet
ist.
-
Es
wurde auch eine TMA-Analyse jeder in den Beispielen 19–30 hergestellten
Platte unter Einsatz eines Perkin Elmer TMA7 im Penetrationsmodus
durchgeführt.
Die Platten wurden auf Temperaturen von –50°C bis 250°C mit 5°C pro Minute erhitzt. Flüssiger Stickstoff
wurde als Kühlmittel
und Heliumgas wurde als Reinigungsmittel eingesetzt. Die auf die
Sonde ausgeübte
Kraft betrug 500 mN. Die Ergebnisse dieser Analyse sind in Tabelle
8 untenstehend angeführt
und graphisch in
2 (Platten der Beispiele 31,
35 und 39), 3 (Platten der Beispiele 32, 36 und 40), 4 (Platten
der Beispiele 33, 37 und 41) und 5 (Platten der Beispiele 34, 38
und 42) dargestellt. Tabelle 8
| BEISPIEL | D | TBegin (°C)* |
| 31 | 481
(30) | 122 |
| 35 | 481
(30) | 129 |
| 39 | 481
(30) | 129 |
| 32 | 561
(35) | 109 |
| 36 | 561
(35) | 121 |
| 40 | 561
(35) | 123 |
| 33 | 641
(40) | 115 |
| 37 | 641
(40) | 118 |
| 41 | 641
(40) | 127 |
| 34 | 721
(45) | 116 |
| 38 | 721
(45) | 122 |
| 42 | 721
(45) | 124 |
- * erhalten durch die Peak-Ableitung der
Höhen-%-Kurve
-
Die
gemäß den Beispielen
32, 36 und 40 hergestellten Platten wurden unter Einsatz eines Perkin
Elmer TMA7 im Penetrationsmodus bei Verwendung von flüssigem Stickstoff
als Kühlmittel
und Helium als Reinigungsmittel mit einer Kraft der Penetrationssonde
von 500 mN unter Erhitzen auf 0°C
bis 120°C
mit 10°C/min und
30-minütigem
isothermem Halten einer TMA-Analyse unterzogen. Die gesamte Penetration
der Sonde im gesamten Durchlauf wurde gemessen und ist als ΔHöhe in der
folgenden Tabelle 9 angeführt.
Die Ergebnisse der Analyse sind in Tabelle 9 angeführt und
graphisch in
6 dargestellt. Tabelle 9
| BEISPIEL | D | ΔHöhe | Anstieg
(% Penetration/min) |
| 32 | 561
(35) | 5,594 | 0,038 |
| 36 | 561
(35) | 5,315 | 0,025 |
| 40 | 561
(35) | 5,194 | 0,021 |
-
Wenngleich
die Erfindung obenstehend zur Veranschaulichung detailliert beschrieben
wurde, ist klar, dass diese Details nur diesem Zweck dienen und
dass Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung Veränderungen vornehmen können, ohne
von der Lehre und dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wobei diese
Veränderungen
durch die Ansprüche
eingeschränkt
sein können.
