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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Prepolymer, eine Polyol-Zusammensetzung
und ein Verfahren zur Herstellung eines weichen bzw. weichelastischen
Polyurethanschaumstoffs.
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In
WO 01/32735 wird ein Verfahren
für einen
solchen Schaumstoff unter Verwendung eines Prepolymers, der einen
NCO-Wert von unter 20 Gew.-% hat, beschrieben. Ein solches Verfahren
hat die Nachteile, dass ein zusätzlicher
Produktionsschritt erforderlich ist, um das Prepolymer herzustellen,
und dass solche Prepolymere oft eine höhere Viskosität haben,
welche die Einfachheit der Herstellung der Schaumstoffe behindern kann.
Darüber
hinaus ist die Härte
der Schaumstoffe für
Schaumstoffe, die einen relativ niedrigen Gehalt an einem harten
Block und eine relativ hohe Dichte haben, nicht hoch genug.
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In
WO 01/60884 ist ein Verfahren
zur Herstellung eines weichelastischen Polyurethanschaumstoffs offenbart,
das eine hohe Menge eines Polyols, das einen hohen Oxyethylen-Gehalt und einen
hohen primären Hydroxyl-Gehalt
hat, mit einem Polyol mit einem mittleren Oxyethylen-Gehalt verwendet;
siehe z.B. Beispiel 8. Als das Experiment in einer geschlossenen
Form wiederholt wurde, wurde kein zufrieden stellender Schaumstoff
erhalten.
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WO 01/32736 offenbart ein
Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen, das ähnliche
Polyole zusammen mit einem Polyol, das einen niedrigen Oxyethylen-Gehalt
hat, verwendet. Das Verfahren ist ein Einstufenverfahren oder ein
Prepolymerverfahren, bei dem das Prepolymer einen hohen NCO-Wert
hat. Die erhaltenen Schaumstoffe haben viskoelastische Eigenschaften.
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US 5594097 und
US 4559366 offenbaren die Verwendung
von Polyolen mit einer intermediären
Menge an Oxyethylen-Gruppen, wie von 20-50 Gew.-%, bei der Herstellung
von weichelastischen Schaumstoffen.
US
5459170 offenbart Prepolymere aus solchen Polyolen.
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US 57924097 offenbart die
Verwendung von Polyetherpolyolen mit einer -PO-PO/EO-EO-Struktur mit, um
MDI-Prepolymere zur Elastomerproduktion herzustellen.
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Überraschenderweise
haben wir festgestellt, dass weichelastische Polyurethanschaumstoffe
mit einer besseren Härte/Dichte/harter
Block-Gehalt-Beziehung mit guten weiteren Eigenschaften wie Festigkeit,
bleibende Verformung, Kriecheigenschaften, Rückprallelastizität, Vibrationstransmission,
Dehnung und einem angenehmen Feeling durch das folgende einfach
durchführbare
Verfahren erhältlich
sind, wobei ein spezielles Prepolymer und ein Polyoxyethylen-polyoxypropylen-polyol
mit einem bestimmten hohen Oxyethylen-Gehalt und gegebenenfalls ein Polyol
mit einem bestimmten mittleren Oxyethylen-Gehalt und gegebenenfalls
ein spezifisches Polyoxyethylen-polyol verwendet werden.
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Daher
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neues Prepolymer,
eine Zusammensetzung aus anderen Polyisocyanaten und diesem neuen
Prepolymer und auf ein Verfahren zur Herstellung von weichelastischen
Polyurethanschaumstoffen durch Umsetzen dieses neuen Prepolymers
oder dieser neuen Zusammensetzung mit einem Polyol und Wasser.
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Das
Prepolymer gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Isocyanat-terminiertes Prepolymer, das einen NCO-Wert
von 5-30 Gew.-% und vorzugsweise 5-19 Gew.-% hat, und das Reaktionsprodukt
einer Überschussmenge
an Diphenylmethandiisocyanat (MDI), das wenigstens 80 Gew.-% und
vorzugsweise wenigstens 90 Gew.-% 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umfasst,
und eines Polyoxyethylen-polyoxypropylen-polyol, das ein durchschnittliches
Molekulargewicht von 2000-10000, eine durchschnittliche nominale
Hydroxyfunktionalität
von 2-6, einen Oxyethylen-Gehalt von 21-45 Gew.-% und eine Struktur
des Typs -PO-PO/EO-EO hat, worin der (erste) PO-Block 60-90% des
PO umfasst und das Verhältnis
endständiges
(tipped) EO : statistisches EO 3:1 bis 1:3 ist, ist.
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Solche
Prepolymere werden in herkömmlicher
Weise hergestellt, indem das Polyisocyanat und Polyol bei Umgebungstemperatur
oder erhöhter
Temperatur (z.B. bis zu 90°C)
und, wenn gewünscht,
in Gegenwart eines Katalysators reagieren gelassen werden. Das MDI
kann reines 4,4'-MDI
oder ein Gemisch mit 2,4'-MDI gegebenenfalls
zusammen mit geringeren Mengen (weniger als 5 Gew.-%) 2,2'-MDI sein. Das zur
Herstellung des Prepolymers verwendete Polyol ist auf dem Fachgebiet
ebenfalls bekannt; siehe
EP 609982 .
Vor zugsweise ist das durchschnittliche Molekulargewicht 3000-9000
und ist die durchschnittliche nominale Hydroxyfunktionalität 2-4.
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Die
Polyisocyanat-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Zusammensetzung von 1-99, vorzugsweise 5-95 und am bevorzugtesten
10-90 Gewichtsteilen (Gew.-Teilen) des Prepolymers gemäß der vorliegenden
Erfindung mit 1-99, vorzugsweise 5-95 und am bevorzugtesten 10-90
Gew.-Teilen eines anderen Polyisocyanats, berechnet auf 100 Gew.-Teile
dieser Polyisocyanat-Zusammensetzung. Das andere Polyisocyanat kann
aus aliphatischen, cycloaliphatischen und araliphatischen Polyisocyanaten,
speziell Diisocyanaten, wie Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat,
Cyclohexan-1,4-diisocyanat, 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat
und m- und p-Tetramethylxylylendiisocyanat, und insbesondere aromatischen
Polyisocyanaten wie Tolylendiisocyanaten (TDI), Phenylendiisocyanaten
und am bevorzugtesten Diphenylmethandiisocyanaten (MDI), die eine
Isocyanat-Funktionalität
von wenigstens zwei haben, ausgewählt werden. Die Diphenylmethandiisocyanate
(MDI) können
aus reinem 4,4'-MDI,
Isomeren-Gemischen von 4,4'-MDI und 2,4'-MDI und weniger
als 5 Gew.-% 2,2'-MDI,
rohem und polymerem MDI, das eine Isocyanat-Funktionalität von über 2 hat,
und modifizierten Varianten dieser MDIs, die Urethan-Gruppen enthalten,
die durch Umsetzen solcher MDIs mit Polyolen mit einem Molekulargewicht
von höchstens
500 erhalten werden, und/oder Carbodiimid- und/oder Uretonimin-Gruppen
enthalten, solchen Varianten mit einem NCO-Wert von wenigstens 20 Gew.-%
und Gemischen von solchen Diphenylmethandiisocyanaten, die eine
Isocyanat-Funktionalität von wenigstens
2 haben, ausgewählt
werden.
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Beispiele
für MDI,
Uretonimin/Carbodiimid-modifiziertes MDI und polymeres MDI sind
Suprasec MPR, 2020 bzw. 2185, alle von Huntsman Polyurethanes, (Suprasec
ist eine Marke von Huntsman International LLC). Die Varianten, die
Urethan-Gruppen enthalten, sind in großem Umfang bekannt und im Handel
verfügbar.
Die Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden
Erfindung können
durch einfaches Mischen, Hochscher-Mischer oder "in-line"-Mischen oder durch eine andere Art
des Mischens der Ingredienzien hergestellt werden.
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Insbesondere
Prepolymere mit einem niedrigeren NCO-Wert, z.B. 5-19 Gew.-%, können mit
solchen weiteren Polyisocyanaten gemischt werden, um so ein Prepolymer
herzustel len, das einen höheren
NCO-Wert hat, welches dann zur Herstellung des Schaumstoffs eingesetzt
wird.
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Das
Prepolymer und die Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung
sind zur Herstellung von weichelastischen Polyurethan-Schäumen verwendbar.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung außerdem ein Verfahren zur Herstellung
eines weichelastischen Polyurethan-Schaums durch Umsetzung in einer
Form und mit einem Index von 70-120 und vorzugsweise von 80-105:
- a) eines Prepolymers oder einer Zusammensetzung
der vorliegenden Erfindung,
- b1) von 30-100 Gew.-Teilen eines Polyoxyethylen-polyoxypropylen-polyols,
das eine durchschnittliche nominale Hydroxyfunktionalität von 2-6
und einen Oxyethylen (EO)-Gehalt von mehr als 50 Gew.-% hat
- b2) von 0-70 Gew.-Teilen eines Polyoxyethylen-polyoxypropylen-polyols,
das eine durchschnittliche nominale Hydroxyfunktionalität von 2-6,
einen EO-Gehalt von zwischen 20-50 Gew.-% und einen primären Hydroxy-Gehalt
von wenigstens 50%, berechnet unter Bezug auf die Anzahl von primären und
sekundären Hydroxyl-Gruppen in Polyol
b2), hat, wobei die Mengen an b1) und b2) auf 100 Gew.-Teile an
b1) und b2) berechnet sind; hat; und
- c) von Wasser; und gegebenenfalls
- d) von Additiven und Hilfsstoffen, die per se bekannt sind.
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Im
Kontext der vorliegenden Erfindung haben die folgenden Ausdrücke, wenn
und wo immer sie verwendet werden, die folgende Bedeutung:
- 1) Isocyanat-Index oder NCO-Index oder Index:
Das
Verhältnis
von NCO-Gruppen gegenüber
Isocyanat-reaktiven Wasserstoffatomen, die in einer Formulierung
vorliegen, angegeben als Prozentwert: Mit anderen Worten, der NCO-Index
drückt
den Prozentwert an Isocyanat, das tatsächlich in einer Formulierung
eingesetzt wird, in Bezug auf die Menge an Isocyanat, das theoretisch
für die
Umsetzung mit der Menge an Isocyanat-reaktivem Wasserstoff, der
in einer Formulierung verwendet wird, erforderlich ist, aus. Es
sollte beachtet werden, dass der Isocyanat-Index, wie er hierin
verwendet wird, unter dem Gesichtspunkt des tatsächlichen Schäumungsverfahrens,
das das Isocynat-Ingrediens und die Isocyanat-reaktiven Ingredienzien
involviert, betrachtet wird. Isocyanat-Gruppen, die in einem vorangehenden
Schritt unter Produktion modifizierter Polyisocyanate (einschließlich solcher
Isocyanat-Derivate,
die auf dem Fachgebiet als Prepolymere bezeichnet werden) verbraucht
werden, oder aktive Wasserstoffe, die mit Isocyanat unter Herstellung
von modifizierten Polyolen oder Polyaminen umgesetzt sind, werden
bei der Berechnung des Isocyanat-Indexes nicht berücksichtigt.
Es werden nur die freien Isocyanat-Gruppen und die freien Isocyanat-reaktiven
Wasserstoffatome (einschließlich
derjenigen des Wassers), die in der tatsächlichen Schäumungsstufe
vorliegen, berücksichtigt.
- 2) Der Ausdruck "Isocyanat-reaktive
Wasserstoffatome",
wie er hierin zum Zwecke der Berechnung des Isocyanat-Indexes verwendet
wird, bezieht sich auf die Summe aus Hydroxyl- und Amin-Wasserstoffatomen, die
in den reaktiven Zusammensetzungen in der Form von Polyolen, Polyaminen
und/oder Wasser vorliegen; dies bedeutet, dass zum Zweck der Berechnung
des Isocyanat-Indexes im tatsächlichen
Schäumungsverfahren
nur eine Hydroxyl-Gruppe betrachtet wird, um so ein reaktives Wasserstoffatom
einzuschließen,
eine primäre
oder sekundäre
Amin-Gruppe betrachtet wird, um ein reaktives Wasserstoffatom einzuschließen, und
ein Wassermolekül
betrachtet wird, um zwei aktive Wasserstoffatome einzuschließen.
- 3) Reaktionssystem: Eine Kombination von Komponenten, wobei
die Polyisocyanat-Komponente
in einem Behälter
getrennt von den mit Isocyanat-reaktiven Komponenten gehalten wird.
- 4) Der Ausdruck "Polyurethan-Schaumstoff" bzw. "Polyurethan-Schaum", wie er hierin verwendet
wird, bezieht sich allgemein auf zelluläre Produkte, wie sie durch
Umsetzung von Polyisocyanaten mit Isocyanat-reaktiven Wasserstoff
enthaltenden Verbindungen unter Verwendung von Schäumungsmitteln
erhalten werden, und umfasst insbesondere zelluläre Produkte, die mit Wasser
als reaktivem Schäumungsmittel
erhalten werden (involvierend eine Reaktion von Wasser mit Isocyanat-Gruppen,
die zu Harnstoffbindungen und Kohlendioxid führt und Polyharnstoff-Polyurethan-Schaumstoffe
produziert).
- 5) Der Ausdruck "durchschnittliche
nominale Hydroxyl-Funktionalität" wird hierin verwendet,
um die durchschnittliche Funktionalität (Anzahl von Hydroxyl-Gruppen
pro Molekül)
eines Polyols unter der Annahme anzugeben, dass dies die durchschnittliche
Funktionalität
(Anzahl von aktiven Wasserstoffatomen pro Molekül) des Initiators (der Initiatoren)
ist, die bei ihrer Herstellung eingesetzt werden, obgleich die Funktionalität des Polyols
in der Praxis aufgrund einer gewissen terminalen Ungesättigtheit
etwas niedriger sein wird. Das durchschnittliche Äquivalentgewicht
eines Polyols ist das durchschnittliche Molekulargewicht dividiert
durch diese durchschnittliche nominale Hydroxyl-Funktionalität.
- 6) Der Ausdruck "durchschnittlich(e)" bzw. "durchschnittliches" bzw. "Durchschnitt" wird hierin verwendet, um
einen Zahlenmittelwert anzugeben.
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In
der vorliegenden Anmeldung wird die folgende Art der Beschreibung
von Polyolen verwendet: Ein PO-EO-Polyol ist ein Polyol, das einen
ersten PO-Block an den Initiator gebunden, gefolgt von einem EP-Block hat
(PO steht für
Oxypropylen und EO für
Oxyethylen). Ein PO-PO/EO-Polyol ist ein Polyol, das zuerst einen PO-Block
und dann einen Block aus statistisch verteiltem PO und EO hat. Ein
PO-PO/EO-EO-Polyol ist ein Polyol, das zuerst einen PO-Block, dann
einen Block aus statisch verteiltem PO und EO und dann einen Block aus
EO hat. Ein PO-EO-Polyol ist ein Polyol, das zuerst einen PO-Block
und dann einen EO-Block hat. In den obigen Beschreibungen wird nur
ein Schwanz eines Polyols beschrieben (vom Initiator gesehen); die
nominale Hydroxy-Funktionalität
wird bestimmen, wie viele derartige Schwänze vorliegen.
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Polyol
b1 ist ein EO-reiches Polyol. Es kann durch bekannte Verfahren hergestellt
werden. Es umfasst PO und EO, wobei das EO statistisch, endständig oder
beides sein kann. Vorzugsweise ist das EO in der Mehrheit statistisch.
Der EO-Gehalt ist größer als
50 Gew.-% und vorzugsweise 60-90 Gew.-%, berechnet auf das Gewicht
des Polyols. Vorzugsweise ist die durchschnittliche nominale Hydroxy-Funktionalität 2-4. Das
durchschnittliche Molekulargewicht kann von 2000-10000, vorzugsweise
von 3000-8000 reichen. Beispiele für einsetzbare Polyole sind
Daltocel F442, F444 und F555, alle von Huntsman Polyurethanes. Daltocel
ist eine Marke von Huntsman International LLC.
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Polyol
b2 hat, wenn es verwendet wird, vorzugsweise eine Struktur des Typs
PO-PO/EO-EO, PO/EO-EO
oder PO-EO. Der gesamte EO-Gehalt liegt zwischen 20-50 Gew.-% und vorzugsweise
zwischen 21 bis 45%, berechnet auf der Basis des Polyols. Polyol
b2 hat einen Gehalt an primärem
OH von wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 70%. In dem Polyol
vom PO-PO/EO-EO-Typ – welches
ein am stärksten
bevorzugtes ist – umfasst
der (erste) PO-Block vorzugsweise 60 bis 90 Gew.-% des PO, und das
Gewichtsverhältnis
von endständigem
EO und statistischem EO ist vorzugsweise 1:3 bis 3:1. Das Polyol,
das die Struktur des Typs PO-PO/EO-EO hat, kann insbesondere nach
der Lehre von Chaffanjon et al.,
US-A-5594097 produziert werden. Das Polyol,
das eine Struktur des Typs -PO-EO-EO hat, kann insbesondere nach
der Lehre von Hostettler,
US-A-4559366 produziert
werden. Die durchschnittliche nominale Hydroxy-Funktionalität ist vorzugsweise
2-4. Das durchschnittliche Molekulargewicht kann im Bereich von
2000-10000 und vorzugsweise von 3000-9000 liegen.
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Vorzugsweise
werden keine Polyole verwendet, die ein durchschnittliches Molekulargewicht
von 2000 oder mehr und einen Oxyethylen-Gehalt von weniger als 20
Gew.-% haben.
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Wasser
wird als Treibmittel verwendet. Kohlendioxid kann bei Bedarf zugesetzt
werden. Es ist angemessen, 1 bis 10%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%
Wasser, bezogen auf das Gewicht der gesamten Polyol-Komponente (vorumgesetzt
und nicht vorumgesetzt, d.h. die gesamten Ausgangs-Polyol-Verbindungen),
zu verwenden.
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Bei
der Herstellung der Polyurethane können andere herkömmliche
Ingredienzien (Additive und/oder Hilfsstoffe) zugesetzt werden.
Diese umfassen Katalysatoren, zum Beispiel tertiäre Amine und organische Zinnverbindungen,
Surfactants, Vernetzungsmittel oder Kettenverlängerungsmittel, zum Beispiel
Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, zum Beispiel Diole,
Triole und Diamine, Flammverzögerungsmittel,
zum Beispiel halogenierte Alkylphosphate, Füllstoffe und Pigmente. Schaumstabilisatoren,
zum Beispiel Polysiloxan-Polyalkylenoxid-Blockcopolymere, können eingesetzt
werden, um die Zellen des Schaumstoffs zu stabilisieren oder zu
regulieren. Die Menge der anderen mit Isocyanat reaktiven Ingredienzien
als Polyole b1) und b2) und Wasser ist vorzugsweise weniger als
15% und bevorzugter weniger als 10 Gew.-%, berechnet auf das Gewicht
von Polyol b1) + b2).
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Die
Menge dieser minoren Ingredienzien, die verwendet wird, wird von
der Natur des verlangten Produkts abhängen und kann innerhalb von
Grenzen variieren, die einem Polyurethan-Schaumstoff-Technologen gut
bekannt sind.
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Die
Komponenten des Polyurethan-Bildungsreaktionsgemisches können in
zweckmäßiger Weise
miteinander gemischt werden. Sie können vorgemischt werden, um
so die Anzahl der Komponentenströme
zu reduzieren, die im Endmischschritt zusammenzubringen sind. Es
ist oft zweckmäßig, ein
Zweistromsystem zu haben, wobei ein Strom das Prepolymer oder die
Polyisocyanat-Zusammensetzung umfasst und der zweite Strom alle
anderen Komponenten des Reaktionsgemisches umfasst. Alle anderen
Komponenten können
auch unabhängig
dem Mischkopf der Schäumungsmaschine
zugeführt
werden.
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Die
Schaumstoffe können
in der Möbel-
und Automobilindustrie in Sitzen, Lenkrädern, Armaturenbrettern, Federungen
und Bewehrungsmatten und zur Schalldämmung und Isolierung verwendet
werden.
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Die
so erhaltenen Schaumstoffe haben eine Gesamtdichte von 15-140 kg/m3, vorzugsweise 30-110 kg/m3 (ISO
845).
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Schaumstoffe,
die aus einem Prepolymer oder einer Zusammensetzung gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt sind, zeigen eine bessere Stabilität als Schaumstoffe,
die nach dem Einstufenverfahren hergestellt sind, und zeigen eine
höhere
Härte als
Schaumstoffe, die aus Prepolymeren auf der Basis von Polyol b1 hergestellt
sind.
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Das
Verfahren kann in einem beliebigen Typ einer Form, der auf dem Fachgebiet
bekannt ist, durchgeführt
werden. Vorzugsweise wird das Verfahren in einer geschlossenen Form
durchgeführt.
Beispiele für
solche Formen sind die Formen, die handelsüblich für die Herstellung von Polyurethan-Möbelteilen,
Automobilsitzen und anderen Automobilteilen, wie Armlehnen und Kopfstützen, eingesetzt
werden. Das Formungsverfahren ist ein so genanntes Kalthärtungs-Formungsverfahren,
in dem die zur Herstellung des Schaumstoffs verwendeten Ingredienzien
bei einer Temperatur von Umgebungstemperatur bis zu 80°C und vorzugsweise bis
zu 55°C
in die Form eingeführt
werden, und die Form während
des Verfahrens bei einer Temperatur von Umgebungstemperatur bis
zu 80°C
und vorzugsweise bis zu 55°C
gehalten wird. Nach dem Entformen werden die Schaumstoffe gegebenenfalls
für einen
Zeitraum von 1 Stunde bis 2 Tagen bei Umgebungstemperatur bis 100°C und vorzugsweise
Umgebungstemperatur bis 70°C
gehärtet.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann als ein so genanntes "Foam-in-Fabric" (FIF)-Verfahren (oder auch "Pour-in-place"-Verfahren) durchgeführt werden.
Nach diesem Verfahren werden die Ingredienzien zur Herstellung des
Schaumstoffs in eine Form, die ein Bezugsmaterial oder eine äußere Schicht,
zum Beispiel Rayon, Vinyl, behandelte Naturfasern und dergleichen,
enthält,
gegossen. Ein Hauptproblem bei diesem Ansatz ist, dass das reagierende
flüssige
Urethan-Gemisch durch das Überzugsmaterial durchschlagen
kann oder dieses durchdringen kann, während das letztgenannte entsprechend
der Gestalt der Form und somit der Gestalt des gewünschten
Verbundgegenstands ist.
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"Durchschlagen" ist ein Problem,
da das reagierende Polyurethan-Gemisch in das Innere des Bezugsmaterials
gegossen wird, wo die Schäumungswirkung
es unter Druck gegen die Wände
der Form bewegt. Aufgrund des auf das Überzugsmaterial ausgeübten Drucks
kann das Urethan-Gemisch leicht das Bezugsmaterial penetrieren und
dies führt
zu einem fehlerhaften Gegenstand. Oft wird eine dünne Schaumstoffbarriere
an der Stelle zwischen dem Schaumstoff und dem Bezugsmaterial verwendet.
Allerdings ist eine Penetration der Schaumstoffbarriere auch nicht
bevorzugt, da selbst wenn ein solches Durchschlagen nicht sichtbar
ist, es am Punkt der Penetration ein hartes Gefühl bei einer Berührung gibt.
Oftmals wird auch ein impermeabler Film zwischen dem Bezugsmaterial
und der dünnen
Schaumbarriere verwendet. Durch Verwendung der Ingredienzien gemäß der vorliegenden
Erfindung in dieser Pour-in-place-Technik wird kein derartiger Film
benötigt
und es wird kein oder wenig Durchschlagen beobachtet. Daher wird
das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung vorteilhafterweise in einer Form durchgeführt, die
ein Bezugsmaterial umfasst.
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Herkömmliche
Polyurethan-Systeme, die in erster Linie Polyether-polyole, die
vornehmlich Oxypropylen-Gruppen umfassen, verwenden, benötigen normalerweise
sicherlich einen Barrierefilm mit höherer Überpackung (overpack); überraschenderweise
können
die erfindungsgemäßen Systeme
ohne Barrierefilme arbeiten. Die Überpackung in dem erfindungsgemäßen "Foam-in-Fabric"-Verfahren ist vorzugsweise
5-100 und bevorzugter 10-50%. Die Verwendung des Prepolymers auf
der Basis des Polyols des Typs PO-PO/EO-EO erlaubt insbesondere
eine höhere Überpackung,
ohne dass eine zu starke Penetration beobachtet wird, wenn die "Foam-in-Fabric"-Technik verwendet
wird.
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Da
die Schaumstoffe bzw. Schäume
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einfacher Weise ohne Anwendung einer externen Formtrennung
nachdem der erste Teil durchgeführt
wurde, entfernt werden können, kann
das Verfahren zur Herstellung des weichelastischen Polyurethan-Schaumstoffs
in einer geschlossenen Form nach den folgenden Schritten durchgeführt werden:
- 1) Ein externes Formentrennmittel wird auf
wenigstens solche Oberflächen
der Form aufgebracht, die mit den Ingredienzien in Kontakt kommen
werden, welche zur Herstellung des Schaumstoffs und/oder des fertig
gestellten Schaumstoffs verwendet werden;
- 2) die für
die Herstellung des Schaumstoffs zu verwendenden Ingredienzien werden
in die Form eingeführt;
- 3) die Ingredienzien werden reagieren und den Polyurethan-Schaumstoff
bilden gelassen, wobei die Reaktion das Umsetzen der vorher beschriebenen
Ingredienzien umfasst;
- 4) der so gebildete Polyurethan-Schaumstoff wird aus der Form
entfernt, und
- 5) die Schritte 2, 3 und 4 werden wenigstens zehnmal wiederholt,
ohne dass Schritt 1 wiederholt wird.
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Die
erhaltenen Schaumstoffe haben vergleichbare physikalische Eigenschaften,
und zwar ungeachtet der Tatsache, ob der Schaumstoff erhalten wird,
nachdem die Schritte 2, 3 und 4 einmal, zehnmal, 25-mal, 40-mal
oder sogar noch öfter
durchgeführt
wurden.
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Die
Form kann nach Schritt 2 geschlossen werden und nach Schritt 3 geöffnet werden,
oder die Form kann nach Schritt 1 geschlossen werden und nach Schritt
3 geöffnet
werden; im zuletzt genannten Fall werden die Ingredienzien zur Herstellung
des Schaumstoffs über
geeignete Einlassöffnungen
in die Form eingeführt.
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Das
Material der Form kann aus solchen ausgewählt werden, die auf dem Fachgebiet
bekannt sind, wie Metall, z.B. Stahl, Aluminium, und Epoxyharz.
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Schritt
1 des Verfahrens kann in einer auf dem Fachgebiet bekannten Art
durchgeführt
werden. Das Anwenden bzw. Aufbringen eines äußeren Formtrennmittels auf
die Oberflächen
der Form, wobei diese Oberflächen
mit den zur Herstellung des Materials und/oder mit dem Material
in Kontakt kommen werden, umfasst ein beliebiges Aufbringen bzw.
Anwenden eines solchen Mittels auf die Oberflächen wie Reiben, Bürsten, Sprühen und
Kombinationen davon und ein Aufbringen eines Mittels oder von Mitteln,
das/die dazu bestimmt ist/sind, das spätere Entfernen aus der Form
zu erleichtern. Ein äußeres For mentrennmittel
oder mehrere äußere Formentrennmittel
kann/können
verwendet werden ebenso wie Gemische von äußeren Formentrennmitteln.
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Die äußeren Formentrennmittel
können
als solche oder als Lösung,
Emulsion oder Dispersion in einer Flüssigkeit aufgebracht bzw. angewendet
werden.
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Die äußeren Formentrennmittel,
die in Schritt 1 angewendet werden, können in einer oder in mehreren Stufen
angewendet bzw. aufgetragen werden. Es kann ein im Stand der Technik
bekanntes äußeres Formentrennmittel
angewendet werden; Beispiele für
geeignete äußere Formentrennmittel
sind Kluberpur 41-0039 und 41-0061 (beide von Kluber Chemie), Desmotrol
D-10RT von Productos Concentrol SA, Acmosil 180 STBH von Fuller
and Johnson Cire 103 von Johnson and Johnson.
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Die
Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.
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Beispiel 1
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72
Gewichtsteile (Gew.-Teile) Polyol 1 wurden auf etwa 45°C erwärmt und
zu einem Gemisch aus 28 Gew.-Teilen Suprasec MPR und etwa 10 ppm
Thionylchlorid, wobei dieses Gemisch bei etwa 50°C gehalten wurde, gegeben. Dann
wurde die Reaktion für
etwa 3 1/2 Stunden ablaufen gelassen, während die Temperatur bei 85°C gehalten
wurde. Anschließend
wurde das erhaltene Prepolymer auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Das
Prepolymer (im Folgenden "Prepolymer
1") hatte einen
NCO-Wert von etwa 7,8 Gew.-%.
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Polyol
1 ist ein Polyol mit der Struktur PO-PO/EO-EO, welches Glycerin-initiiert
ist und einen OH-Wert von 28 mg KOH/g und eine Gewichtsverteilung
von etwa 55-15/15-15 hat.
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Beispiel 2
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Polyisocyanat-Zusammensetzungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung wurden hergestellt, indem die folgenden Polyisocyanate
(Mengen in Gew.-Teilen) vermischt wurden.
| Polyisocyanat-Zusammensetzung | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Prepolymer
1 | 36,3 | 20,9 | 50,6 | 27,2 | 48,4 |
| Suprasec
2020 | 12,1 | 11,1 | 4,8 | 30,8 | 20,8 |
| Suprasec
MPR | 8,9 | 11,1 | 7,6 | 30,8 | 20,8 |
| Suprasec
2185 | 3,4 | 1,1 | 1,2 | 11,1 | 10,0 |
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Beispiel 3
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Geformte
weichelastische Schaumstoffe wurden aus den Zusammensetzungen von
Beispiel 2 und den folgenden weiteren Ingredienzien, die vorgemischt
wurden, bevor sie mit den Polyisocyanaten in Kontakt gebracht wurden,
hergestellt.
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Die
Formtemperatur war 45-50°C,
die Temperatur der Chemikalien vor dem Mischen war 27°C. Nach Einführen des
Gemisches in die Form wurde die Form geschlossen. Die Formgröße war 45 × 45 × 10 cm
und die Menge der Überpackung
war etwa 50%.
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Die
Ingredienzien und die physikalischen Eigenschaften der erhaltenen
geformten Schaumstoffe sind in der Tabelle unten angegeben.
| Schaumstoff | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Polyisocyanat-Zusammensetzung | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Polyol
2 | – | – | 33,6 | 62,9 | 95 |
| Polyol
3 | 36,5 | 43,5 | – | – | – |
| Polyol
1 | – | 10 | – | 32,1 | – |
| ZF22 | 0,06 | 0,04 | 0,06 | – | – |
| Dabco
33 LV | 0,45 | 0,4 | 0,4 | – | – |
| B8715LF | 0,25 | 0,15 | 0,15 | 0,45 | 0,5 |
| Wasser | 2,04 | 1,64 | 1,54 | 3,60 | 3,43 |
| D8154 | – | – | – | 0,53 | 0,6 |
| DMES | – | – | – | 0,27 | 0,3 |
| DMAPA | – | – | – | 0,16 | 0,2 |
| Kerndichte, kg/m3m, ISO 845 | 57 | 69 | 68 | 59 | – |
| Transmissionsfähigkeit
bei Resonanz, JASO B407-82 | 3,1 | 3,0 | 3,2 | – | – |
| Eindruckhärte, N/324 cm2, bei 25%,
ISO 2439 | 265 | 246 | 236 | – | – |
| Kriechen (Druckbelastungsverformung
40%), kPa | 8,5 | – | 9,8 | 8,3 | – |
- Polyol 2: ist ein Polyoxyethylen-polyoxypropylen-polyol,
das eine nominale Funktionalität
von 3, einen OH-Wert von 38 mg KOH/g und einen EO-Gehalt von etwa
75 Gew.-% (alle statistisch) hat.
- Polyol 3: als Polyol 2 mit der Maßgabe, dass der OH-Wert 28
mg KOH/g ist.
- ZF22: JeffcatTM ZF22, ein Katalysator,
erhältlich
von Huntsman.
- Dabco 33 LV: Katalysator von Air Products
- B8715LF: Tegostab 8715 LV, ein Surfactant von Goldschmidt
- D8154: Mischung aus tertiärem
Amin-Katalysator und organischem Säure-Katalysator von Air Products
- DMES: Dimethylethanolamin-Katalysator
- DMAPA: Dimethylaminpropylamin-Katalysator
