DE68919555T2

DE68919555T2 - Polymerpolyol-Zusammensetzungen sowie deren Anwendung zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen.

Info

Publication number: DE68919555T2
Application number: DE68919555T
Authority: DE
Inventors: Stanley Lee Hager
Original assignee: Arco Chemical Technology LP
Current assignee: Lyondell Chemical Technology LP
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1989-07-11
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2009-07-12
Also published as: EP0350868A3; NO892865L; NO892865D0; KR900001775A; NO176611C; NO176611B; ATE114683T1; DE68919555D1; CA1339904C; FI893362A0; NZ229894A; FI893362A; IE892229L; ES2064387T3; DD287043A5; DK342789A; DD301902A9; DK342789D0; JPH083039B2; EP0350868B1

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen bestimmte Polymerpolyolzusammensetzungen und deren Verwendung bei der Herstellung flexibler Polyurethanschäume. Ein erfinderischer Aspekt betrifft Vielkomponentenzusammensetzungen zur Herstellung flexibler Polyurethanschäume, wobei die Zusammensetzungen ein Polyol höherer Funktionalität, ein unterstützendes Polyol mit einem hohen Gehalt an Poly-(oxyethylen) sowie ein stabil dispergiertes Polymer umfassen. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung von Polymerpolyolzusammensetzungen bei der Herstellung von Schäumen, mit der sich ein vergrößertes Spektrum beim Variieren der Formulierungsbestandteile erzielen läßt. Die Erfindung betrifft ferner Schaume und geschäumte Erzeugnisse, welche aus solche Zusammensetzungen enthaltenden Formulierungen herstellbar sind.
Polyurethanschäume werden sehr verbreitet bei der Herstellung einer vielseitigen Produktpalette eingesetzt und lassen sich entsprechend der beabsichtigten Verwendung in Richtung auf die besondere Verwendungsweise und gewünschten physikalischen Eigenschaften "maßschneidern". Beispielsweise wird ein Schaum mit hoher Federelastizität (HF) weitverbreitet für Möbel, Matten, für den Kraftfahrzeugbereich und zahlreiche andere Anwendungen eingesetzt. Von herkömmlichen Schäumen unterscheidet er sich durch seinen höheren Komfort bzw. Abstützungsfaktor sowie einer besseren Rückfederwirkung. Zur Definition von HF- Schäumen wurden in dem ASTM-Verfahren D3770 spezielle Richtlinien in Kraft gesetzt, wobei jedoch in der Praxis eine viel breitere Palette von Schäumen mittels dieser Terminologie beschrieben ist, so daß die Erfindung diese breitere Klassifizierung auch mit einschließen soll.
Handelsüblich verwendete Schaumstoffplattenmaterialien mit hoher Federelastizität enthalten typischerweise (1) ein Polymerpolyol, welches aus einem in einem reaktiven, endgruppenverkappten Ethylenoxid-Polyol mit mehr als 50 % primären Hydroxylgruppen stabil dispergiert ist, (2) Wasser, (3) ein Quervernetzungs-Verlängerungsmittel mit niedrigem Molekulargewicht, üblicherweise Diethanolamin, (4) einen Polyether/Silikon-Copolymerstabilisator, (5) Amin- und Zinnkatalysatoren, (6) Toluoldiisocyanat und verschiedene andere Additive wie beispielsweise Füllstoffe, Flammschutzmittel, Blähmittel und dergleichen.
Ein geformter Schaumstoff von hoher Federelastizität ist üblicherweise aus Schaumstoffplattenmaterialsystemen hoher Rückfederwirkung durch Abwandlung der Katalysatorzusammensetzungen herstellbar, wobei Schaumstoffplattenmaterial üblicherweise mittels einer signifikant höhereren Zinnkatalysatormenge produziert wird als eigentlich bei der Verarbeitung des geformten Schaums wünschenswert wäre. Schaumstoffplattenmaterialien werden beinahe ausschließlich mittels Toluoldiisocyanatisomergemischen hergestellt, wogegen Gemische aus polymerem Methylendiisocyanat und Toluoldiisocyanat bisweilen bei der Herstellung von Schaumstoff-Formstücken eingesetzt werden.
Typische, unverfüllte und wassergeschäumte Schaumstoffplattenmaterialien hoher Federelastizität bewegen sich bei handelsüblicher Herstellung im Bereich zwischen 20 und 56 kg/m³ (1,8 und 3,5 pcf), wogegen Materialien mit einem Gehalt an physikalischen Blähmitteln im allgemeinen weniger als etwa 29 kg/m³ (1,8 pcf) aufweisen. Die Härtezahl (25 % IFD) bewegt sich in einem Bereich zwischen 280 und 1120 kg/m² (20 und 80 lbs/50 sg.in) bei mit Wasser aufgeschäumten Schaumstoffen und bis herab auf 98 bis 280 kg/m² (7 und 20 lbs/50 sq.in) bei Schaumstoffen mit physikalischen Blähmitteln wie beispielsweise Chlorfluorkohlenstoffen. In der Zeit bis zur vorliegenden Erfindung war die Herstellung von Schaumstoffplattenmaterialien mit einer hohen Federelastizität (weniger als 29 kg/m³ (1,8 pcf) und/oder niedriger Härtezahl (weniger als 280 kg/m² (20 lbs/50 sq.in), welche keine physikalischen Blähmittel aufwiesen, aufgrund eines schmalen oder sogar fehlenden Verarbeitungsspektrums für die Formulierungen, welche zur Herstellung dieser Qualitäten notwendig sind, sehr beschränkt.
Das Verarbeitungsspektrum von handelsüblichen Schaumstoffplattenmaterialien mit hoher Federelastizität ist gewöhnlich durch Diethanolamin (DEOA) und Indexbereiche gekennzeichnet, welche eine annehmbare Verarbeitung ergeben. Ein breites Spektrum ist nicht nur für die Verarbeitung wünschenswert, sondern auch im Hinblick auf die Qualität der Flexibilität, da mit dem Ansteigen des DEOA-Levels die Härtezahl abnimmt, ebenso wie der Index. Die untere DEOA-Grenze ist durch ein übermäßiges Absetzen oder Kollabieren gekennzeichnet, wogegen bei der oberen Grenze der Schaumstoff schrumpft (übermäßige Dichte). In bezug auf ein typisches Polymerpolyol-Handelsprodukt hängt das Spektrum von DEOA von Faktoren, wie beispielsweise dem Isocyanatindex, der Wassermenge, dem Katalysatortyp und der -menge, dem Tensid sowie von Maschinencharakteristika ab. Im allgemeinen sieht man sich vor das Problem gestellt, diejenige DEOA-Menge herauszufinden, welche einen stabilen und nichtschrumpfenden Schaumstoff bei Wassermengen von mehr als 3,2 und/oder einem Index von oberhalb 15 und unterhalb 100 ergibt. Dies führt zu einer den Qualitätsanforderungen nicht gerecht werdenden Produktion sowie erhöhten Herstellungskosten.
Obwohl ein breites Spektrum an Verfahren und Polyurethanformulierungen in der Patentliteratur dargestellt ist, ist bis heute keine Veröffentlichung über erfindungsgemäße Polymerpolyol-Zusammensetzungen und Formulierungen erschienen.
Die Polymerpolyole mit einem Gehalt an 3 bis 10 % Ethylenoxid in bezug auf das Polyol weisen ein Äquivalenzgewicht von mehr als 1250 sowie eine durchschnittliche Funktionalität von mehr als 3,2 auf; sie wurden in der US-A-4 111 865 veröffentlicht, wobei darin die Rede davon ist, daß diese Polymerpolyole flexible Schaumstoffe mit verbesserter Standfestigkeit und verringerter Nässeempfindlichkeit ergeben. Frei expandierte Schäume, welche mit diesen Zusammensetzungen hergestellt wurden, waren zu fest und neigten zur Schrumpfung.
US-A-3 857 800 und GB-A-1 339 442 offenbaren die Verwendung eines unterstützenden Polyols mit hohem Poly-(oxyethylen) gehalt in Verbindung mit einem mit Polyoxyethylen verkappten Oxypropylenpolyol, bei dem das unterstützende Polyol dazu beiträgt, die Schaumzellen zum Vermeiden der Schrumpfneigung zu öffnen. Es sind Beispiele vorgesehen, wonach ein Quervernetzungsmittel eingesetzt wurde; es ist jedoch keine Offenbarung über den Einsatz der Polymerpolyole zu finden. Alle brauchbaren handelsüblichen Systeme zur Herstellung von Schaumstoffen mit hoher Federelastizität beruhen auf Polymerpolyolen, wogegen die stabil dispergierte Polymerkomponente für die Schrumpfungsbeständigkeit verantwortlich ist. Die Weglassung des Polymerpolyols aus den Formulierungen für Schaumstoffe hoher Federelastizität, gemäß denen Katalysatorkombinationen mit industriell annehmbaren Härtungsraten zum Einsatz gelangen und gemaß denen Silikontenside verwendet werden, welche eine annehmbare Zellstruktur ergeben, führt zu einer bedenklichen Schrumpfung, sogar dann, wenn das unterstützende Polyol mit einem hohen Anteil an Poly-(oxyethylen) eingesetzt wird. Die in jenem Patent beispielhaft eingesetzten Katalysatoren und Stabilisatorkombinationen dürften sich daher nicht dazu eignen, aktuelle Systeme zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums zu ergeben. Das Verarbeitungsspektrum und die Flexibilität hinsichtlich der Formulierung dürften eng begrenzt sein.
Eine Reihe anderer einheimischer und ausländischer Patente offenbaren und beanspruchen die unterschiedlichsten Polyolgemische, wobei jedoch meistenteils kein Polymerpolyol zum Einsatz gelangt und/oder sonstige Unterschiede in der Zusammensetzung der Formulierung vorliegen, so daß an sich wünschenswerte flexible Schaumstoffe von hoher Federelastizität mit besseren Verarbeitungsvorteilen nicht zur Verfügung gestellt werden, siehe beispielsweise die japanischen Patente SHO 57-133112; SHO 57195113; SHO 57-195725; und SHO 59-100125 US-A-4 544 678; GB-A-1 480 972; US-A-4 690 955 und dergleichen.
Infolgedessen waren vor dem Zeitpunkt der Erfindung Formulierungen von Schaumstoffen mit hoher Federelastizität mit dem erwünschten Spektrum der Variierung von Formulierungsbestandteilen ohne Beeinträchtigung der Verarbeitung und wünschenswerter physikalischer Eigenschaften nicht ohne weiteres erhältlich. Aktuelle Systeme in bezug auf Schaumstoffplattenmaterialien hoher Federelastizität neigen bei der Verarbeitung im Hinblick auf die in der Formulierung erhöhte Wassermenge zu Mängeln bei der Herstellung von Schaumstoffen niedrigerer Dichte und/oder im Hinblick auf eine erhöhte Quervernetzungsmittelmenge bzw. im Hinblick auf deren Verminderung jenseits geltender Grenzen und/oder im Hinblick auf einen erhöhten Index bzw. einen über die geltenden Grenzen hinaus herabgesetzten Index. Diese Begrenzungen schränken den Bereich der zu produzierenden Schaumstoffqualitäten ein (d. h. Dichte und Belastung); sie begrenzen auch das Marketing und die üblicherweise zum Einsatz gelangenden Anwendungen.
Bis zum Zeitpunkt der Erfindung verlangte die Herstellung flexibler Schaumstoffe mit hoher Federelastizität von einer Dichte unterhalb von 29 kg/m³ (1,8 pcf) und/oder einer Härtezahl von unterhalb 280 kg/m² (20 lbs/50 sq.in) typischerweise die Verwendung von Blähmitteln, wie beispielsweise Halogenkohlenwasserstoffen. Aufgrund von Umweltschutzüberlegungen geht der aktuelle Trend jedoch dahin, den Einsatz derartiger Blähmittel bei der Herstellung von Schäumen zu vermeiden oder wenigstens zu minimieren. Die Herstellung von Qualitäten hoher Federelastizität und höheren Härtezahlen (Massengewichten) verlangt den Einsatz teuerer, die Härtezahl erhöhender Additive, welche nunmehr erfindungsgemäß ausgeschaltet oder beträchtlich reduziert werden können.
Dementsprechend lassen sich durch die praktische Anwendung der Erfindung eine oder mehrere der nachstehend genannten Ziele verwirklichen. Ein erfindungsgemäßes Ziel besteht darin, Polymerpolyolzusammensetzungen zur Verwendung bei der Herstellung von flexiblen Polyurethanschaumstoffen hoher Federelastizität zur Verfügung zu stellen. Ein anderes Ziel besteht darin, Polymerpolyolzusammensetzungen zur Verfügung zu stellen, deren Einsatz ein verbreitetes Spektrum zur Variierung von Formulierungsbestandteilen ohne nachteilige Effekte in bezug auf die Verarbeitungsbedingungen oder Schaumeigenschaften ermöglicht. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Polymerpolyolzusammensetzungen zur Verfügung zu stellen, welche bei der Herstellung flexibler Polyurethanschaumstoffe hoher Federelastizität einsetzbar sind, welche Mehrkomponentensysteme aus Polymerpolyol umfassen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von flexiblen Polyurethanschaumstoffen hoher Federelastizität mit einem verbreiterten Spektrum im Hinblick auf die Formulierung und Flexibilität bei der Herstellung solcher Schäume zur Verfügung zu stellen. Eine andere erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, Formulierungen zur Verfügung zu stellen, welche bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen hoher Federelastizität von Nutzen sind, so daß vom Umweltschutz aus betrachtet der Einsatz nichtakzeptabler Blähmittel, wie beispielsweise halogenierter Kohlenwasserstoffe, vermieden oder wenigstens minimiert wird. Ein weiteres Ziel ist es, Schäume und geschäumte Erzeugnisse zu schaffen, welche aus Formulierungen mit einem Gehalt an erfindungsgemäßen Polymerpolyolzusammensetzungen hergestellt sind. Diese und andere Aufgaben sind für Fachleute angesichts der nachstehend beschriebenen Lehre offenkundig.
In weitestem Sinne wird erfindungsgemäß ein Polymerpolyol zur Verfügung gestellt, welches
(a) ein Polyalkylenoxidpolyol mit hoher Funktionalität bzw. ein Gemisch derartiger Polyole mit einem Äquivalenzgewicht zwischen 1000 und 3000, einem Ethylenoxidgehalt von 8 bis 25 % und einer durchschnittlichen nominellen Funktionalität von mindestens 3 umfaßt, wobei das Polyol oder -Gemisch in einer Menge von 30 bis 90 Gew.-% in bezug auf das Polymerpolyol anwesend ist; und
(b) ein unterstützendes Polyalkylenoxidpolyol mit einem Molekulargewicht zwischen 450 und 30 000 sowie einem Poly-(oxyethylen)-gehalt von größer als 30 % enthält, wobei das Polyalkylenoxidpolyol in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-% in bezug auf das Polymerpolyol vorhanden ist und die durchschnittliche nominelle Funktionalität des Gemisches aus (a) und (b) mindestens 3,0 beträgt; sowie außerdem
(c) ein stabil dispergiertes, in situ durch Polymerisation niedriger Molekulargewichtsverbindungen innerhalb des Gemisches aus (a) und (b) oder im Rahmen einer oder mehrerer Komponenten gemäß (a) und/oder (b) gebildetes Polymer umfaßt, wobei das Polymer in einer Menge zwischen 2 und 50 Gew.-% in bezug auf das Polymerpolyol vorhanden ist.
Mit "Funktionalität" ist die Anzahl der aktiven oder Zerewitinoff-Wasserstoffatome pro Molekül gemeint. Im Falle des Einsatzes eines Polyolgemisches ist die nominelle Durchschnittsfunktionalität die nominelle Durchschnittsfunktionalität des Gemisches.
Mit der Anwendung der erfindungsgemäßen Polymerpolyolzusammensetzungen ist eine ungewöhnliche Flexibilität bei der Verarbeitung und Formulierung im Zusammenhang mit der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen hoher Federelastizität verbunden.
Wie bereits vorstehend erläutert, ist die Erfindung zum Teil auf Polymerpolyolzusammensetzungen ausgerichtet, welche bei der Herstellung flexibler Polyurethanschaumstoffe zum Einsatz gelangen können, wobei das Polymerpolyol aus einem Polyol hoher Funktionalität oder einem Polyolgemisch, einem Hilfs- Poly-(alkylenoxid) und einem stabil dispergierten Polymer zusammengesetzt ist.
Mit dem Ausdruck "Polymerpolyol" oder "Polymerpolyolzusammensetzung", wie er durchgehend in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, ist eine stabile Dispersion einer festen Polymerphase in flüssigem Polyol, einem Polyolgemisch oder einem Gemisch mit einem Gehalt an Polyol gemeint, worin das feste Polymer durch Polymerisieren von Niedrigmolekulargewichtsverbindungen in situ innerhalb der flüssigen Phase gebildet wird.
Der erste Bestandteil in der Polymerpolyolzusammensetzung ist in einer Menge von 30 bis 90 Gew.-% in bezug auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung anwesend und liegt in Form von Polyalkylenoxidpolyol oder einem Gemisch derartiger Polyole mit einer durchschnittlichen nominellen Funktionalität vor, so daß die Kombination der ersten und zweiten Bestandteile eine durchschnittliche nominelle Funktionalität von 3,0 oder mehr besitzt, vorzugsweise eine solche innerhalb des Bereichs zwischen 3,2 und 6,0. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt die erste Komponente ein Gemisch aus einem höheren primären hydroxylpoly-(oxyethylen)-endgruppenverkappten Poly(oxypropylen)-polyol und vorwiegend ein sekundäres Hydroxylpolyalkylenoxidpolyol dar.
Der zweite Bestandteil ist in einer Menge zwischen 1 und 20 Gew.-% vorhanden und stellt ein Polyalkylenoxid mit einem Gehalt an mehr als 30 Gew.-% Poly-(oxyethylen) dar.
Der dritte Bestandteil ist in einer Menge zwischen 2 und 50 Gew.-% vorhanden und stellt ein stabil dispergiertes Polyol dar, welches durch die Polymerisation von Verbindungen niedrigen Molekulargewichts in situ in der Mischung der Bestandteile 1 und 2 gebildet wird oder innerhalb von ein oder mehr Polyalkylenoxiden, welche zur Konstituierung der Bestandteile 1 und 2 eingesetzt werden.
Eine derartige Polymerpolyolzusammensetzung ergibt stabile, nichtschrumpfende oder nichtschwindende, flexible Urethanschaumstoffe bei höheren Wassermengen und über einen ausgedehnteren Bereich an Quervernetzungs-Kettenverlängerungsmitteln und Index, so daß die Vergrößerung des Spektrums der Dichte und der Härtezahl im Vergleich zu den aktuellen Polymerpolyolen zur Erzielung hoher Federelastizität (siehe die Tabellen I, II, III und X) ermöglicht wird.
Dementsprechend gestattet die Erfindung die Herstellung von flexiblen Schaumstoffen niedrigerer Dichte und von Schaumstoffen mit einem verbreiterten Spektrum an Massengewicht bzw. Härtezahl. Die bisher gebräuchlichen Schaumstoffplatten-Polymerpolyolmaterialien waren die Ursache für ein begrenztes Verarbeitungsspektrum (enger DEOAund Indexbereich), und zwar bei einer Wassermenge von oberhalb 3,2 Teilen pro Hundert (TvH) in dem Polymerpolyolgemisch. In Einklang mit der Erfindung ist es gelungen, ein Spektrum bei mehr als 4,5 TvH einzuhalten. Die Fähigkeit, eine solche Qualität im Hinblick auf niedrige Dichte herzustellen in Verbindung mit dem Vermögen, Schaumstoffe mit einem ausgedehnteren Bereich der Härtezahl ohne Blähmittel oder Zusatzstoffe zum Härtezahlverstärker herzustellen, lassen diese Mischungen zur Herstellung von Polyurethanschäumen industriell attraktiv erscheinen. Wie oben bereits dargelegt, kann man davon ausgehen, daß die hierin vorgetragenen Umweltschutzüberlegungen vermutlich zur Vermeidung von Kohlenwasserstoffen wie Freonen als Blähmittel bei der Herstellung von Urethanschaumstoffen führen.
Schaumstoffe hoher Federelastizität mit einer hohen Dichte von mehr als 37 kg/m³ (> 2,3 pcf) mit einem weiten Bereich der Härtezahl sind mit diesen Polypolyolkombinationen ebenfalls herstellbar, so daß der komplette Bereich von Schaumstoffen hoher Federelastizität mit hoher Härtezahl, welche zum gegenwärtigen Zeitpunkt produziert werden, zur Verfügung gestellt wird, und zwar mit der zusätzlichen Fähigkeit, Qualitäten mit höherer Härtezahl (25 % IFD bei 560 kg/m² (40 lbs/50 sq.in) oder mehr), ohne daß der Zusatz an weiteren Additiven zum Aufbau höherer Härtezahlen notwendig wäre.
Verschiedene Mischungen von Polymerpolyolen im Rahmen der Erfindung zeigen gute Schaumverarbeitungscharakteristika, wie aus den in den Tabellen IV-VIII aufgelisteten Werten ersichtlich ist.
In der Praxis können die Polyole mit hoher Funktionalität Polyalkylenoxidpolyole oder Gemische derartiger Polyole mit einer durchschnittlichen nominellen Funktionalität zwischen3 und 6 darstellen, wobei ein Ethylenoxidgehalt zwischen 8 und 25 Gew.-% und ein Äquivalenzgewicht zwischen 1000 und 3000, vorzugsweise zwischen 1600 und 2200, vorliegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Polyol mit hoher Funktionalität ein Poly-(oxyethylen-oxypropylen)-Copolymer. Das Polyol mit hoher Funktionalität wird in Mengen zwischen 30 und 90 % angewendet, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 40 und 90 % in bezug auf das Gesamtgewicht der Mischung.
Das unterstützende Polyalkylenoxid, der zweite Bestandteil der Polymerpolyolzusammensetzung, kann ein Molekulargewicht im Bereich zwischen 450 und 30 000 aufweisen, wobei die nominelle Funktionalität bis zu etwa 8 und vorzugsweise zwischen 2 und 8 beträgt, und der Ethylenoxidgehalt zwischen 30 und etwa 100 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-%, betragen. Flüssigkeiten mit einem niedrigeren Molekulargewicht (450 und 2000) und einem Ethylenoxidgehalt von mehr als 70 % werden aus Gründen der erleichterten Handhabung und optimalen Verarbeitung bevorzugt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt das unterstützende Polyalkylenoxid ein Poly-(oxyethylen-oxypropylen)-Copolymer dar, welches vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% Poly(oxyethylen) umfaßt. Die Menge dieses zweiten Bestandteils kann zwischen 1 und 20 Gew.-% an der Polymerpolyolzusammensetzung variiert werden, wobei der Bereich zwischen 1 und 10 % bevorzugt wird.
Der dritte Bestandteil der Zusammensetzung kann ein Standard- Vinylpolymer oder -copolymer darstellen, ebenso wie ein Polymer vom Typ Polyharnstoffpolymer oder ein Kondensationsprodukt eines polyfunktionellen Glykols oder Glykolamins mit Diisocyanat von niedrigem Molekulargewicht. Dieser Bestandteil wird als stabile Dispersion in einem oder mehr Polyolen durch Polymerisieren der Monomere in situ gebildet. Die Menge des stabil dispergierten Polymers kann zwischen 2 und 50 Gew.-% variieren, wobei der Bereich zwischen 4 und 30 bzw. 40 % der bevorzugte Bereich für flexible Schaumstoffe hoher Federelastizität darstellt.
Die erfindungsgemäßen Polyolzusammensetzungen können eine Vielfalt von Verbindungen umfassen und schließen, ohne auf diese beschränkt zu sein, die folgenden ein:
(a) Alkylenoxidaddukte von Polyhydroxyalkanen,
(b) Alkylenoxidaddukte von nichtreduzierenden Zuckern oder Zuckerderivaten, und
(c) Alkylenoxidaddukte von Polyphenolen.
Beispielhafte Alkylenoxidaddukte von Polyhydroxyalkanen schließen unter anderen die Alkylenoxidaddukte von Glyzerin, 1,2,4-Trihydroxybutan, 1,2,6-Trihydroxyhexan, 1,1,1- Trimethylolethan, 1,1,1-Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Polycaprolacton, Xylit, Arabit, Sorbit und Mannit ein.
Eine weitere Klasse von einsetzbaren Polyolen stellen die vorstehend erwähnten Alkylenoxidaddukte nichtreduzierender Zucker dar, worin die Alkylenoxide zwischen 2 und 4 Kohlenstoffatome aufweisen. Zu den in Erwägung zu ziehenden nichtreduzierenden Zuckern und Zuckerderivaten zählen die Saccharose, Alkylglykoside wie beispielsweise das Methylglucosid und Ethylglucosid, Glykolglykoside wie beispielsweise Ethylenglykolglykosid, Propylenglykolglykosid, das Glyceringlucosid sowie 1,2,6-Hexantriolglykosid, wie auch Alkylenoxidaddukte von Alkylglykosiden, wie sie in US-A-3 073 788 beschrieben sind.
Eine weitere Klasse gemäß (c), wie oben dargelegt stellen die Polyphenole dar, und zwar in bevorzugter Weise solche, bei denen die Alkylenoxide zwischen 2 und 4 Kohlenstoffatome aufweisen. Zu den in Betracht zu ziehenden Polyphenolen zählen beispielsweise Kondensationsprodukte von Phenol und Formaldehyd sowie Novolakharze, Kondensationsprodukte aus verschiedenen phenolischen Verbindungen und Acrolein, wobei die einfachsten Vertreter dieser Klasse 1,2,3-Tris-(hydroxyphenyl)-propane darstellen, Kondensationsprodukte aus verschiedenen phenolischen Verbindungen und Glyoxal, Glutaraldehyd und andere Dialdehyden, wovon die einfachsten Vertreter dieser Klasse das 1,1,2,2-Tetrakis-(hydroxyphenol)-ethane darstellen.
Die Alkylenoxidaddukte von Phosphor- und Polyphosphorsäuren stellen eine weitere brauchbare Klasse von Polyolen dar, wie z. B. Ethylenoxid, 1,2-Epoxypropan, Epoxybutane, sowie 3-Chlor- 1,2-epoxypropan als bevorzugte Alkylenoxide. Phosphorsäure, phosphorige Säure, die polymetaphosphorigen Säuren wie beispielsweise die Tripolyphosphorsäure und die Polymetaphosphorsäuren sind in diesem Zusammenhang für den Einsatz erwünscht.
An sich läßt sich jede Substanz mit einem aktiven Wasserstoff, wie er sich anhand des Zerewitinoff-Tests bestimmen läßt als Polyolkomponente einsetzen. Beispielsweise sind Polyetherpolyole mit Amin-Endgruppen bekannt und können gewünschtenfalls verwendet werden. Die Tabelle VII enthält ein Beispiel, wonach ein Polyetherpolyol mit Amin-Endgruppen eingesetzt wird.
Die erfindungsgemäß am bevorzugtesten einsetzbaren Polyole schließen Poly-(oxypropylenoxyethylen)-glykole ein. Ethylenoxid kann im Falle seines Einsatzes auf jede Weise entlang der Polymerkette eingebaut werden.
Mit anderen Worten läßt sich das Ethylenoxid entweder in das Innere der Blöcke wie auch endständig in die Blöcke einbauen, oder sie können nach einer Zufallsverteilung entlang der Polyolkette angeordnet werden.
Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Poly-(alkylenoxid)- Bestandteilen kann die Polyolzusammensetzung auch Polybutadien mit endständigen Hydroxylgruppen enthalten. Ebenso kann ein Zusatz kleinerer Anteile eines mit einer Alkencarbonsäure gepfropften Polyalkylenoxidpolyethers erfolgen, um die Steuerung der Reaktivität und Zellöffnung zu unterstützen. Beispiele des Einsatzes dieser Verbindungen sind ebenfalls in Tabelle VIII zu finden. Die aufgepfropfte Säure liegt vorzugsweise in einer Menge zwischen 0,01 und 2 Gew.-% in bezug auf das Gesamtgewicht des Polymerpolyols vor.
Die Herstellung von in Polyolen stabil dispergierten Polymeren zur Herstellung von Polymerpolyolen ist im Stand der Technik bereits bekannt. Die grundlegenden Patente auf diesem Gebiet sind das Stamberger-Patent Re. 28 715 (Neuausgabe der U.S.-3 383 351) sowie das Patent Re. 29 118 (Neuausgabe der U.S.-3 304 273). Derartige Zusammensetzungen sind durch die Polymerisierung eines oder mehrerer ethylenisch ungesättigter Monomere herstellbar, welche in einem Polyol aufgelöst oder dispergiert sind, und zwar in Anwesenheit eines Katalysators vom freien Radikaltyp, um eine stabile Dispergierung der Polymerteilchen im Polyol zu bilden. Diese Polymerpolyolzusammensetzungen verfügen über die wertvolle Eigenschaft, den daraus hergestellten Polyurethanschaumstoffen die Eigenschaften einer höheren Härtezahl im Vergleich zu den mit den entsprechenden nichtmodifizierten Polyolen zu verleihen. Es sind auch solche Polyole mit eingeschlossen, wie sie in den U.S.-Patenten Nr. 3 325 421 und 4 374 209 offenbart sind.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerpolyolzusammensetzungen ist ein breites Spektrum von Monomeren einsetzbar. Zahlreiche ethylenisch ungesättigte Monomere werden in früheren Patenten offenbart. Jedes dieser Monomere ist geeignet. Seit kurzem erst werden Polyharnstoff- und Polyurethansuspensionspolymere ebenso verwendet.
Die Auswahl des jeweils verwendeten Monomers oder der jeweils verwendeten Monomere hängt von Überlegungen wie den relativen Monomerkosten bzw. den Polyurethanproduktcharakteristika ab, wie sie für die beabsichtigte Anwendung benötigt werden. Die bei der Herstellung des Polymerpolyols verwendeten Monomere bzw. das verwendete Monomer sollte wünschenswerterweise zur Verleihung des gewünschten Schaumstoff-Massengewichtes ausgewählt werden, um so ein Polymer zur Verfügung zu stellen, welches einen Glasübergangspunkt von wenigstens geringfügig höher als die Raumtemperatur aufweist. Beispielhafte Monomere schließen Styrol und dessen Derivate wie zum Beispiel p- Methylstyrol, Acrylate, Methacrylate, wie zum Beispiel Methylmethacrylat, Acrylonitril und andere Nitrilderivate, wie beispielsweise Methacrylnitril ein. Vinylidenchlorid ist ebenfalls einsetzbar.
Die zur Herstellung der Polymerpolyolzusammensetzungen verwendeten bevorzugten Monomergemische stellen Mischungen aus Acrylnitril und Styrol oder Acrylnitril, Styrol und Vinylidenchlorid dar.
Der Monomergehalt ist in typischer Weise auszuwählen, um den gewünschten Gehalt an Feststoffen, wie er für die vorweggenommene Endanwendung erforderlich ist, zur Verfügung zu stellen. Für typische Schaumstoff-Formulierungen von hoher Federelastizität ist ein Feststoffgehalt bis herauf zu 50 Gew.-% realisierbar und auch einsetzbar.

Quervernetzungsmittel/Verlängerer:

Vorzugsweise wird ein polyfunktionelles Glykolamin-Quervernetzungsmittel/Verlängerer mit niedrigem Molekulargewicht zur Herstellung stabiler, frei entwickelbarer Schäume unter den erfindungsgemäßen Bedingungen eingesetzt. Diethanolamin stellt das am häufigsten eingesetzte handelsübliche Quervernetzungsmittel dar und bildet das bevorzugte Mittel der Wahl. Seine Verwendung in einem Konzentrationsbereich zwischen 0 und 5 TvH, welcher erheblich breiter ist als der sonst handelsüblich eingesetzte, d. h. zwischen 0,6 und 1,5 TvH, wird durch die Polymerpolyolzusammensetzungen, welche vorliegend beschrieben sind, erleichtert. Dies ermöglicht eine im wesentlichen vergrößerte Möglichkeit der Steuerung der Härtezahl. Gemische anderer Quervernetzungsmittel zusammen mit Diethanolamin ergeben ebenfalls ähnliche Vorteile. Obschon das Diethanolamin bevorzugt wird, können andere Quervernetzungsmittel wie beispielsweise Glyzerin, Triethanolamin, Sorbit und zahlreiche andere polyfunktionelle Hydroxy- und/oder Aminverbindungen niedrigen Molekulargewichts gewünschtenfalls das Diethanolamin ersetzen.

Katalysatoren:

Aus der großen Anzahl zur Verfügung stehender Katalysatoren lassen sich beliebige Polyurethankatalysatoren zur Herstellung des Polyurethanschaumstoffes einsetzen. Typische Mengen bewegen sich zwischen 0,001 und 2 TvH. Repräsentative Katalysatoren schließen die folgenden Verbindungen ein:
(a) tertiäre Amine wie Bis-(2,2'-dimethylamino)-ethylether, Trimethylamin, Triethylamin, N-Methylmorpholin, N,N-Ethylmorpholin, N,N-Dimethylbenzylamin, N,N-Dimethylethanolamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-1,3-butandiamin, Pentamethyldipropylentriamin, Triethanolamin, Triethylendiamin, Pyridinoxid;
(b) starke Basen wie Alkali- und Erdalkalimetallhydroxid, Alkoxide sowie Phenoxide;
(c) saure Metallsalze starker Säuren wie Eisen(III)-chlorid, Zinn(II)-chlorid, Antimon(III)-chlorid, Wismutnitrat und -chlorid;
(d) Chelate verschiedener Metalle wie solcher, wie sie über Acetylaceton, Benzoylaceton, Trifluoracetylaceton, Ethylacetoacetat, Salicylaldehyd, Cyclopentanon-2-carboxylat, Acetylacetonimin, Bis-acetylacetonalkylendiimine oder Salicylaldehydimin zusammen mit verschiedenen Metallen wie Be, Mg, Zn, Cd, Pb, Ti, Zr, Sn, As, Bi, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni oder Ionen wie MoO&sub2;²&spplus;, UO&sub2;²&spplus; erhältlich sind;
(f) Alkoholate und Phenolate verschiedener Metalle wie beispielsweise Ti(OR)&sub4;, Sn(OR)&sub4;, Sn(OR)&sub2;, Al(OR)&sub3;, worin R Alkyl oder Aryl bedeutet, sowie die Reaktionsprodukte von Alkoholaten mit Carbonsäuren, β-Diketonen und 2-(N,N-Dialkylamino)-alkanolen, wie beispielsweise die wohlbekannten Chelate von Titan, welche sich nach diesem oder vergleichbaren Verfahren gewinnen lassen;
(g) Salze organischer Säuren mit einer Vielzahl von Metallen wie beispielsweise Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Al, Sn, Pb, Mn, Co, Bi sowie Cu einschließlich von Natriumacetat, Kaliumlaurat, Calciumhexanoat, Zinnacetat, Zinnoctoat, Zinnoleat, Bleioctoat, metallischen Sikkativen wie beispielsweise Mangan- und Kobaltnaphthenat.
(h) organometallische Derivate von vierwertigem Zinn, dreiwertigem und fünfwertigem As, Sb und Bi sowie Metallcarbonylen des Eisens und Kobalts.
Unter den erwähnenswerten Organozinnverbindungen verdienen besondere Erwähnung die Dialkylzinnsalze von Carbonsäuren, beispielsweise das Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaureat, Dibutylzinnmaleat, Dilaurylzinndiacetat, Dioctylzinndiacetat, Dibutylzinn-bis-(4-methylaminobenzoat), Dibutylylzinndilaurylmercaptid oder Dibutylzinn-bis-(6-methylaminocaproat). In ähnlicher Weise lassen sich Trialkylzinnhydroxid, Dialkylzinnoxid, Dialkylzinndialkoxid oder Dialkylzinndichlorid verwenden. Beispiele dieser Verbindungen umfassen das Trimethylzinnhydroxid, Tributylzinnhydroxid, Trioctylzinnhydroxid, Dibutylzinnoxid, Dioctylzinnoxid, Dilaurylzinnoxid, Dibutylzinn-bis-(isopropoxid), Dibutylzinn-bis-(2-dimethylaminopentylat), Dibutylzinndichlorid sowie Dioctylzinndichlorid.

Stabilisatoren:

Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Anwendung eines Schaumstabilisierungsmittels in kleinen Anteilen, beispielsweise im Bereich zwischen 0,001 und 5 Gew.-% in bezug auf das gesamte Reaktionsgemisch. Geeignete Schaumstabilisatoren oder Tenside sind bekannt und sind je nach besonderer Polyurethananwendung variierbar. Geeignete Stabilisatoren für Plattenmaterialanwendungen schließen "hydrolysierbare" Polysiloxan- Polyoxyalkylen-Blockcopolymere wie beispielsweise die in der US-A-2 834 748 und 2 917 480 beschriebenen Blockcopolymere ein. Eine weitere brauchbare Klasse von Schaumstabilisatoren sind die "nichthydrolysierbaren" Polysiloxan-Polyoxyalkylen- Blockcopolymere wie beispielsweise die in US-A-3 505 377 und 3 686 254 sowie GB-A-1 220 471 beschriebenen Blockcopolymere. Die letztgenannte Klasse von Copolymeren unterscheidet sich von den vorstehend erwähnten Polysiloxan-Polyoxyalkylen-Blockcopolymeren dadurch, daß der Polysiloxanteil an den Polyoxyalkylenblock über direkte Kohlenstoff/Silizium-Bindungen gebunden ist, im Gegensatz zur Kohlenstoff/Sauerstoff/Silizium-Bindung. Diese verschiedenen Polysiloxan-Polyoxyalkylen-Blockcopolymere enthalten vorzugsweise zwischen 5 und 50 Gew.-% Polysiloxanpolymer, wobei der restliche Anteil aus Polyoxyalkylenpolymer gebildet wird. Noch eine andere brauchbare Klasse von Schaumstabilisatoren stellen die Cyanoalkylpolysiloxane dar, wie sie in US-A-3 905 924 beschrieben sind.
Obwohl keine Notwendigkeit dafür besteht, wird ein Polyethersilikon-Copolymer bevorzugt, bei dem der Polyetheranteil mit gemischten Hydroxy- und Methoxyendgruppen verkappt ist, wie in der US-A-4 690 955 offenbart wurde und zwar gegenüber weniger stabilisierenden Netzmitteln in bezug auf hohe Federelastizität, um der Destabilisierung des unterstützenden Polyols in den erfindungsgemäßen Polymerpolyolzusammensetzungen entgegenzuwirken.

Polyisocyanate:

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist darin zu sehen, daß ein breites Spektrum der Variation des Isocyanatindex vorliegt, wobei auch noch stabile Schaumstoffe mit geringer Neigung zum Schwund oder Schrumpfung herstellbar sind. Beispiele dafür sind in der Tabelle III wiedergegeben, worin der 80/20 TDIIndex zwischen 90 und 120 in bezug auf frei entwickelbare Schäume variiert ist. Die industrielle Herstellung mit aktuellen Polymerpolyolen bewegt sich im Indexbereich zwischen 100 und 115. Das vergrößerte Härtezahlspektrum, welches durch den verbreiterten Indexbereich ermöglicht wird, ist aus den angegebenen Beispielen klar ersichtlich.
Erfindunsgemäß zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe brauchbare organische Polyisocyanate werden durch organische Verbindungen repräsentiert, welche mindestens zwei Isocyanatgruppen enthalten. Derartige Verbindungen sind im Stand der Technik wohlbekannt. Geeignete organische Polyisocyanate umfassen Kohlenwasserstoffdiisocyanate, beispielsweise Alkylen diisocyanate und Aryldiisocyanate wie auch bekannte Triisocyanate und Polymethylenpoly-(phenylenisocyanate). Beispiele geeigneter Polyisocyanate stellen die folgenden Stoffe dar: 2,4-Diisocyanatotoluol, 2,6-Diisocyanatotoluol, Methylen-bis- (4-cyclohexylisocyanat), 1,8-Diisocyanatooctan, 1,5-Diisocyanato-2,2,4-trimethylpentan, 1,9-Diisocyanatononan, 1,10-Diisocyanatopropylether des 1,4-Butylenglykols, 1,11-Diisocyanatoundecan, 1,12-Diisocyanatododecan-bis-(isocyanatohexyl)sulfid, 1,4-Diisocyanatobenzol, 3,5-Diisocyanato-o-xylol, 4,6-Diisocyanato-p-xylol, 2,4-Diisocyanato-1-chlorbenzol, 2,4-Diisocyanato-1-nitrobenzol, 2,5-Diisocyanato-1-nitrobenzol, 4,4'-Diphenylmethylendiisocyanat, 2,4'-Diphenylmethylendiisocyanat sowie Polymethylenpoly-phenylenisocyanate sowie deren Gemische. Das bevorzugte Polyisocyanat stellt 80/20 TDI dar (ein Gemisch aus 80 % 2,4-Toluoldiisocyanat und 20 % 2,6-Toluoldiisocyanat).

Blähmittel:

Zur Entwicklung von Kohlendioxid über die Reaktion mit Isocyanat läßt sich Wasser als Blähmittel für den Schaum in einer Menge zwischen etwa 1,0 und etwa 5,0 TvH, vorzugsweise zwischen 1,5 und 4,0 TvH einsetzen. Zusätzlich läßt sich auch eine Kombination von Wasser und anderen Blähmitteln anwenden. Zur Erläuterung seien Polyurethanblähmittel erwähnt, welche halogenierte Kohlenwasserstoffe wie zum Beispiel Trichlormonofluormethan, Dichlordifluormethan, Dichlormonofluormethan, Dichlormethan, Trichlormethan, 1,1-Dichlor-1-fluorethan, 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan, Hexafluorcyclobutan, Octafluorcyclobutan und dergleichen einschließen. Einer der bereits vorstehend erwähnten Vorteile der Erfindung besteht jedoch darin, daß sich der Einsatz von Fluorkohlenstoff-Blähmitteln vermeiden läßt oder in der Schaumformulierung zumindest minimiert werden kann.
Eine weitere Klasse von Blähmitteln schließt thermisch instabile Verbindungen ein, welche beim Erwärmen Gase freisetzen, wie beispielsweise N,N'-Dimethyl-N,N'-dinitrosoterephthalamid, Aminformiate sowie Ameisensäure.
Das bevorzugte Verfahren zum Aufschäumen zur Herstellung flexibler Schaumstoffe ist die Verwendung von Wasser oder eine Kombination von Wasser plus Fluorkohlenstoff-Blähmittel wie beispielsweise dem Trichlormonofluorkohlenstoff. Die eingesetzte Menge an Blähmittel variiert mit Parametern wie beispielsweise der Dichte, welche in dem Schaumstofferzeugnis gewünscht wird.

Andere Zusätze:

In die Schaumstoff-Formulierungen läßt sich eine Vielfalt zusätzlicher Additive einarbeiten, welche in der Fachwelt bekannt sind. Diese können flammhemmende Mittel, Farbstoffe, Füllstoffe und andere Substanzen umfassen. Mit den erfindungsgemäß beschriebenen Polymerpolyolen lassen sich auch sogenannte verbrennungsmodifizierte Schaumstoffe mit hoher Federelastizität herstellen, und zwar unter Einsatz von dispergiertem Melaminpulver und/oder Flammhemmern.
Praktisch werden die zur Herstellung der erfindungsgernäßen Schaumstoffe vorgesehenen Formulierungen dadurch hergestellt, daß man die vorstehend erwähnten Bestandteile in einer Standard-Schaumverarbeitungsapparatur gemäß der Technologie des Standes der Technik vermischt. Aufgrund des Einsatzes der besonderen erfindungsgemäß offenbarten Komponenten wird dem Hersteller bei der Steuerung der Dichte, der Härtezahl und anderer physikalischer Eigenschaften des erhaltenen Schaums, ein breiteres Spektrum zur Verfügung gestellt.
Beispielsweise können erfindungsgemäß Schaumstoffe dadurch hergestellt werden, daß ein vergrößerter Bereich der Formulierungsvariablen in Form von Wasser, DEOA und Isocyanat verwendet werden. Die Vorteile dieser Flexibilität bei der Schaumstoffverarbeitung sind darin zu sehen, daß ein breiteres Spektrum an Dichte- und Härtezahlqualitäten verfügbar ist. Darüber hinaus lassen sich weichere Schaumstoffe herstellen, ohne auf die Verwendung von Fluorkohlenstoffen zurückgreifen zu müssen. Ebenso lassen sich höhere Härtezahlqualitäten ohne den Einsatz teuerer, minderwertiger Aufbauadditive herstellen.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung erlaubt die Verwendung einer typischen Formulierung den Einsatz von Polyalkylenoxidpolyol oder einem -polyolgemisch mit einem Gehalt an mindestens 10 % Ethylenoxid mit einer nominellen Funktionalität von mindestens 3,0 und einem Äquivalenzgewicht im Bereich zwischen 1500 und 3000. Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung stellt ein Gemisch eines höheren, mit primären Hydroxyl-Endgruppen verkappten Ethylenoxidpolyols sowie einem Polyol mit überwiegend sekundären Hydroxylgruppen dar.
Aus diesem Grunde umfaßt eine typische Formulierung unter Einsatz der erfindungsgemäßen Gemische bei der Herstellung eines frei entwickelbaren Schaumstoffplattenmaterials die Kombination der folgenden Bestandteile, welche eine hohe Polyurethan- Schaumstoffqualität bei einer stabilen Verarbeitung von bis zu 5 TvH Wasser bei einem gleichzeitigen breiten Spektrum im Hinblick auf Diethanolamin und den Index. Diese Bestandteile sind wie folgt:
(a) 63 % eines nominellen Poly-(oxypropylenoxyethylen)-polyols mit einer Funktionalität von 6 und einem Äquivalenzgewicht von etwa 2000, einem Anteil an primären Hydroxyl von mehr als 80 % und einem Ethylenoxidgehalt von mehr als 15 % sowie 19 % eines Poly-(oxyethylenoxypropylen)-polyols mit vorwiegend sekundärem Hydroxyl und einer nominellen Funktionalität von 3 bei einem Äquivalenzgewicht von etwa 1100 sowie einem inneren Ethylenoxidgehalt von etwa 10 %;
(b) 2 % eines überwiegend Poly-(oxyethylen)-polyols mit einer nominellen Funktionalität von 3 und einem Äquivalenzgewicht von 330;
(c) 16 % eines in Polyolen stabil dispergierten Styrol/Acrylnitrilcopolymers;
(d) Wasseranteile im Bereich zwischen etwa 1,5 und etwa 5 TvH an Polymerpolyol;
(e) Diethanolaminanteile im Bereich zwischen etwa 0,4 und 5 TvH;
(f) Toluolisocyanat (80/20) bei einem Index von 75 bis 125 (stöchiometrisch);
(g) Gemisch aus Bis-(2-dimethylaminomethyl)-ether und Triethylendiamin als tertiärem Aminkatalysator;
(h) Zinnoctoat oder Dibutylzinndilaurat als Zinnkatalysator;
(i) ein Tensid vom Polyethersilikoncopolymertyp;
(j) in geeigneter Weise kommen als Ergänzung Standardadditive einschließlich von Blähmitteln, Flammhemmern, Füllstoffen, Farbstoffen und dergleichen in Betracht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das unterstützende Polyol zur Schaumformulierung als getrennte Komponente in bezug auf die Restmenge an Polymerpolyol hinzugefügt. In den folgenden Beispielen werden verschiedene Abkürzungen zur Definition der bei der Schaumherstellung angewandten Komponenten benutzt. Diese Bestandteile sind wie folgt definiert:

Polyole:

Polyol A stellt ein (nominelles) Polyalkylenoxidtriol dar, welches durch Reaktion von Propylenoxid mit Glyzerin unter nachfolgender Umsetzung mit Ethylenoxid und anschließender Verkappung mit Propylenoxid bis zum Erreichen eines Äquivalenzgewichts von etwa 1180 hergestellt wird. Es enthält in etwa 10,% Ethylenoxid in seinem Innern und weist überwiegend sekundäre Hydroxylgruppen auf.
Polyol B stellt ein (nominelles) Polyalkylenoxidhexol dar, welches durch die Umsetzung von Propylenoxid mit Sorbit und anschließendes Endgruppenverkappen mit Ethylenoxid hergestellt wird. Das Produkt enthält 16 % Ethylenoxid und weist einen Gehalt an primärem Hydroxyl von etwa 83 % bei einem Äquivalenzgewicht von etwa 2000 auf.
Polyol C ist dem Polyol B vergleichbar, jedoch mit der Ausnahme, daß es etwa 11 % Ethylenoxid enthält.
Polyol D ist dem Polyol B vergleichbar, jedoch mit dem Unterschied, daß es etwa 23 % Ethylenoxid enthält.
Polyol E ist dem Polyol B vergleichbar, jedoch mit dem Unterschied, daß es etwa 20 % Ethylenoxid enthält.
Polyol F stellt ein Polyalkylenoxidtriol dar, welches durch die Umsetzung von Ethylenoxid mit Glyzerin bis zum Erreichen eines Äquivalenzgewichts von etwa 330 hergestellt wird. Es besteht aus etwa 90 % Ethylenoxid.
Polyol G ist dem Polyol F vergleichbar, jedoch mit dem Unterschied, daß es ein Äquivalenzgewicht von etwa 670 aufweist.
Polyol H ist dem Polyol F vergleichbar, jedoch mit dem Unterschied, daß es ein Äquivalenzgewicht von etwa 170 aufweist.
Polyol I ist dem Polyol F vergleichbar, jedoch mit dem Unterschied, daß es ein Äquivalenzgewicht von etwa 6700 aufweist.
Polyol J stellt ein Polyalkylenoxidtriol dar, welches durch die Reaktion von Ethylenoxid zusammen mit einem propoxylierten Glyzerinstarter bis zum Erreichen eines Äquivalenzgewichts von etwa 700 hergestellt wird. Es besteht aus etwa 65 0% Ethylenoxid.
Polyol K stellt ein aus der Umsetzung von Ethylenoxid bis zum Erreichen eines Äquivalenzgewichts von etwa 1700 hergestelltes Polyalkylenoxiddiol dar. Es besteht aus 100 % Ethylenoxid.
Polyol L stellt ein Polyalkylenoxidhexol dar, welches durch die Umsetzung von Ethylenoxid zusammen mit einem propoxylierten Sorbitstarter hergestellt wird, bis ein Äquivalenzgewicht von etwa 400 erreicht ist. Es besteht aus etwa 50 % Ethylenoxid.
Polyol M ist dem Polyol L vergleichbar, jedoch mit dem Unterschied, daß es bis zu einem Äquivalenzgewicht von etwa 800 ethoxyliert wird.
Polyol N stellt ein 10 %iges Acrylsäure-Polyalkylenoxid- Pfropfpolymer dar, welches durch die Reaktion von Ethylen/Propylenoxid mit Butanol hergestellt wird.
Polyol O stellt ein Polyalkylenoxiddiol dar, welches durch die Reaktion von Propylenoxid bis zum Erreichen eines Äquivalenzgewichts von etwa 1000 hergestellt wird.
Polyol P stellt ein (nominelles) Polyalkylenoxid dar, welches durch die Umsetzung von Propylenoxid hergestellt wird, bis ein Äquivalenzgewicht von etwa 2000 erreicht ist.
Polyol Q stellt ein (nominelles) Polyalkylenoxidtriol dar, welches durch Einwirkenlassen von zuerst Propylenoxid und dann Ethylenoxid (17 %) auf Glyzerin und anschließendes Endgruppenverkappen mit Propylenoxid hergestellt wird, bis ein Äquivalenzgewicht von etwa 2000 erreicht ist.

Polymerpolyole (PP)

PP-A - handelsübliches Polymerpolyol für hohe Federelastizität mit einem Gehalt an etwa 11 % eines Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymeren im Gemisch mit oxyethylenendgruppenverkappten Poly-(oxypropylen)-polyolen.
PP-B - handelsübliches Polymerpolyol für hohe Federelastizität, ähnlich dem PP-A.
PP-C - Polymerpolyol, welches aus den folgenden drei Hauptkomponenten besteht: (1) 15 Gew.-% eines Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymers; (2) 65 % Polyol B; und (3) 20 % Polyol A.
PP-D - vergleichbar dem PP-C, jedoch mit dem Unterschied, daß auch eine Spur Polyol N (etwa 0,1 %) enthalten sind.
PP-E - vergleichbar dem PP-C, jedoch mit dem Unterschied, daß die Komponente (3) durch Polyol D ersetzt ist.
PP-F - Polymerpolyol, welches aus den drei folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 16 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 44 % Polyol B; sowie (3) 40 % nominell dreifunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 1600, welches durch das Einwirkenlassen von Propylenoxid auf Glyzerin und Endgruppenverkappung mit 16,5 % Ethylenoxid hergestellt wurde.
PP-G - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 16 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 32 % Polyol E; (3) 20 % Polyol A; sowie (4) 32 % nominell dreifunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 2000, welches durch Einwirkenlassen von Propylenoxid auf Glyzerin und Verkappen mit 16 % Ethylenoxid hergestellt wurde.
PP-H - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 17 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 32 % Polyol C; (3) 20 % Polyol A; sowie (4) 31 % nominell dreifunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 1600, welches durch Einwirkenlassen von Propylenoxid auf Glyzerin und Verkappen mit 16,5 % Ethylenoxid hergestellt wurde.
PP-I - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 17 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 40 % vierfunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 1600, welches durch Einwirkenlassen von Propylenoxid auf Pentaerythrit und Endverkappen mit 15 % Ethylenoxid erhalten wurde, (3) 20 % Polyol A; sowie (4) 23 % nominell dreifunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 1600, welches durch das Einwirkenlassen von Propylenoxid auf Glyzerin und Verkappen mit 16,5 % Ethylenoxid hergestellt wurde.
PP-J - Polymerpolyol, welches aus den drei folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 18,5 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 59 % Polyol B sowie (3) 22,5 % Polyol A.
PP-K - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 16 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 55 % Polyol E, (3) 19 % Polyol A, sowie 10 % Polyol O.
PP-L - Polymerpolyol, welches aus den drei folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 15 Gew.-% an Styrolacrylnitrilvinylidenchlorid-Suspensionsterpolymer, (2) 65 % Polyol B, sowie (3) 20 % Polyol Q.
PP-M - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 17 Gew.-% an Styrolacrylnitrilvinylidenchlorid-Suspensionsterpolymer, (2) 31 % Polyol B, (3) 20 % Polyol Q, sowie (4) 32 % nominell dreifunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 1600, welches durch das Einwirkenlassen von Propylenoxid auf Glyzerin und Verkappen mit 19 % Ethylenoxid hergestellt wurde.
PP-N - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 17 Gew.-% an Styrolacrylnitrilvinylidenchloridsuspensionsterpolymer, (2) 40 % Polyol B, (3) 20 % Polyol Q, sowie (4) 23 % nominell zweifunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 1400, welches durch Reaktion von Propylenoxid auf Glyzerin und Verkappen mit 17 % Ethylenoxid hergestellt wurde.
PP-Q - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 17 Gew.-% an Styrolacrylnitrilvinylidenchloridsuspensionsterpolymer; (2) 30 % Polyol B, (3) 20 % Polyol Q, sowie (4) 33 % nominell dreifunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 1600, welches durch Reaktion von Propylenoxid auf Glyzerin und Verkappen mit 19 % Ethylenoxid hergestellt wurde.
PP-P - Polymerpolyol, welches aus den drei folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 8 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 80 % Polyol B, sowie (3) 12 % Polyol A.
PP-Q - Polymerpolyol, welches aus den drei folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 24 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 40 % Polyol B, sowie (3) 36 % Polyol A.
PP-R - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 12 Gew.-% an Polyharnstoffsuspensionscopolymers, (2) 45 % Polyol B, (3) 20 % Polyol A, sowie (4) 23 % nominell dreifunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 1700, welches durch Einwirkenlassen von Propylenoxid auf Glyzerin und Verkappen mit 16 % Ethylenoxid hergestellt wurde.
PP-S - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 4 Gew.-% an Polyurethansuspensionscopolymers (Kondensationsprodukt aus TDI und Triethanolamin), (2) 45 % Polyol B, (3) 20 % Polyol A, sowie (4) 31 % nominell dreifunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 1600, welches durch Einwirkenlassen von Propylenoxid auf Glyzerin und Verkappen mit 15 % Ethylenoxid hergestellt wurde.
PP-T - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 16 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymers, (2) 44 % Polyol B, (3) 20 % Polyol A, sowie (4) 20 % nominell dreifunktionelles, aminterminiertes Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 2000, welches durch Einwirkenlassen von Propylenoxid auf Glyzerin und Amintermination hergestellt wurde.
PP-U - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 18 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 56 % Polyol B, (3) 23 % Polyol A, sowie (4) 3 % eines Polybutadienpolyols mit einem Äquivalenzgewicht von 1250.
PP-V - Polymerpolyol, welches aus den drei folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 18 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 49 % Polyol B, sowie (3) 33 % nominell dreifunktionelles Polyol mit einem Äquivalenzgewicht von 1600, welches durch Einwirkenlassen von Propylenoxid auf Glyzerin und anschließendes Verkappen mit 19 % Ethylenoxid hergestellt wurde.
PP-W - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 16 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 61 % Polyol B, (3) 20 % Polyol A, sowie (4) 3 % Polyol P.
PP-X - Polymerpolyol, welches aus den vier folgenden Hauptbestandteilen besteht: (1) 18 Gew.-% an Styrolacrylnitrilsuspensionscopolymer, (2) 56 % Polyol B, (3) 23 % Polyol A, sowie (4) 3 % Polyol P.

Quervernetzungsmittel/Verlängerer:

DEOA bedeutet Diethanolamin
MEOA bedeutet Methyl-(ethanolamin)
EOA bedeutet Monoethanolamin

Katalysatoren:

A-1 stellt einen handelsüblichen tertiären Aminkatalysator dar, welcher von der Union Carbide Corporation vertrieben wird.
C-183 stellt einen handelsüblichen tertiären Aminkatalysator dar, welcher von der Union Carbide Corporation vertrieben wird.
T-9 und D-19 stellen überwiegend Zinnoctoat dar.
T-12 und D-22 stellen überwiegend Dibutylzinndilaurat dar.

Tenside:

SURF-A stellt ein alkoxyverkapptes Polyether-Silikon-Copolymer dar. Es handelt sich dabei um ein handelsübliches Standardtensid für erhöhte Federelastizität.
SURF-B stellt ein Polyether-Silikon-Copolymer mit einer Verkappung aus einem Gemisch an Hydroxy- und Methoxyendgruppen dar. Es weist eine geringfügig höhere Stabilisatorwirkung auf als das SURF-A.
SURF-C stellt ein Polyether-Silikon-Copolymer mit einer Verkappung aus einem Gemisch aus Hydroxy- und Methoxyendgruppen dar. Es weist eine stärkere Stabilisatorwirkung als SURF-A auf.
SURF-D stellt ein alkoxyverkapptes Polyether-Silikon-Copolymer dar, welches dem SURF-A ähnlich ist.

Flammhemmer:

T-101 (Thermclin 101) stellt einen handelsüblichen Organochlorphosphat-Flammhemmer dar, welcher von der Olin Corporation vertrieben wird.
DE-60F Special stellt ein aus einer bromierten aromatischen Verbindung und einem Organochlorphosphat zusammengesetztes handelsübliches Flammhemmungsmittel dar, welches von der Great Lakes Chemical Co. vertrieben wird.
CEF stellt ein handelsübliches Organochlorphosphat-Flammhemmungsmittel dar, welches von der Stauffer Corporation vertrieben wird.

Blähmittel:

F-11C stellt im wesentlichen Trichlorfluormethan (Fluorocarbon 11) dar.

Diisocyanat:

INDEX bedeutet den Prozentsatz der berechneten stöchiometrischen Menge an TDI, welche zur Reaktion mit den aktiven Wasserstoffkomponenten in der Formulierung benötigt wird, und welcher gleichzeitig die stöchiometrische Menge an eingesetztem TDI darstellt. Beispielsweise besagt ein Index von 110, daß 110 % der stöchiometrischen Menge an TDI eingesetzt wurden. Soweit in den Tabellen nicht näher bezeichnet, bezieht sich der Index auf die verwendete Menge an 80/20-TDI.
80/20-TDI stellt ein Gemisch aus 80 % 2,4-Toluoldiisocyanat und 20 % 2,6-Toluoldiisocyanat dar.
65/35-TDI stellt ein Gemisch aus 65 % 2,4-Toluoldiisocyanat und 35 % 2,6-Toluoldiisocyanat dar.

Ausdrücke in bezug auf die Verarbeitung und physikalischen Eigenschaften:

Aufrahmungszeit ist die Zeit ab Beginn des Mischens von TDI mit den übrigen Bestandteilen, bis eine nennenswerte Ausdehnung der Schaummischung erfolgt.
Quellungszeit ist die Zeit ab Beginn des Mischens von TDI mit den übrigen Bestandteilen, bis ein Gasaustritt beinahe zu vollständiger Schaumentwicklung sichtbar ist.
Absetzhöhe in Prozent ist der Prozentsatz an Höhenverlust (von der maximalen Schaumhöhe aus gerechnet) in dem Moment, bei dem 5 Minuten nach der TDI-Zugabe zu den übrigen Bestandteilen verstrichen sind.
Schrumpfung (Schwund) ist die Angabe der Schaumstoffschrumpfungsmenge, die während der Abkühlung des Schaumstoffs eintritt. Schon ein mäßiger Schrumpfungsprozeß wird für die Verarbeitung als nicht akzeptabel betrachtet.
Porosität ist ein Maß für die Luftdurchsatzrate in m³ min&supmin;¹ m&supmin;² (Kubikfuß pro Minute pro Quadratfuß) durch einen Schnitt durch das Schaumstoffsegment, und zwar nach dem Zerquetschen zu offenzelligen Öffnungen.

Messungen mittels Standardverfahren:

Dichte - kg/m³ (Pfund pro Kubikfuß)
Federelastizität - Kugelrückprall in Prozent
IFD 25 % (25 % IFD) - Belastbarkeit (beim Eindrücken ausgeübte Kraft) bei 25 %iger Kompression, ausgedrückt in MPa (Pfund pro 50 Quadratzoll).
IFD 65 % (65 % IFD) - Belastbarkeit (beim Eindrücken ausgeübte Kraft) bei 65 %iger Kompression, ausgedrückt in MPa (Pfund pro 50 Quadratzoll).

Beispiele 1 bis 59

Gemäß den nachfolgenden Beispielen wurden Schaumstoffe im Labormaßstab (Beispiele 1 bis 51) dadurch hergestellt, daß man alle Bestandteile der Formulierung, mit Ausnahme von TDI und Zinnoctoat-Katalysator (falls eingesetzt), nach dem Wiegen in eine 1,891 bzw. 3,7851 (1/2 oder 1 Gallone) Kanne aus Karton abwog, und anschließend bei 2400 Upm 15 Sekunden lang unter Verwendung einer mit einem blattförmigen Rührer ausgestatteten Ständerbohrmaschine miteinander vermischte. Es wurde eine Prallwand in die Kanne aus Karton eingesetzt und das Mischen weitere 60 Sekunden lang fortgesetzt. Anschließend wurde die Mischung 15 Sekunden lang stehengelassen, währenddessen das Zinnoctoat, sofern benötigt, hinzugefügt wurde. Das Mischen wurde weitere 15 Sekunden lang in den verbleibenden 7 Sekunden während dieser Periode hinzugefügt.
Das vollständige Gemisch wurde schnell in eine "Kuchen"-Form von der Größe 356 x 356 x 152 mm (14 x 14 x 6") gegossen und der Schaumbildung überlassen. Die Umriß- und Absetzkonturen wurden 5 Minuten aufgezeichnet, wonach der Schaumstoff 5 Minuten lang in einen Luftumwälzofen bei 125 ºC verbracht wurde. Nach dem Entfernen aus dem Ofen ließ man den Schaum bei Umgebungsbedingungen für mindestens 16 Stunden aushärten. Nach diesem Zeitraum wurden die Anzeichen für eine Schaumstoffschrumpfung notiert, wonach der Schaumstoff zur Messung der physikalischen Eigenschaften in Stücke von der Größe 305 x 305 x 102 mm (12 x 12 x 4") geschnitten wurde.
Es wurden auf einer herkömmlichen Niederdruck-Schaumstoffplattenmaterialmaschine Schaumstoffe (Beispiele 52 bis 59) im Pilotmaßstab hergestellt. Es wurde aus sämtlichen Bestandteilen mit Ausnahme des TDI und Zinnoctoat (sofern eingesetzt) eine Vormischung bereitet, wobei letztere Bestandteile gleichzeitig mit der Vormischung über jeweils separaten Zulauf zum Mischkopf injiziert wurden. Es wurden Plattenmaterialstücke mit einem Querschnitt von ungefähr 914 mm (36"), einer Breite von 457 zu 610 mm (18 bis 24") Höhe hergestellt. Aus der Mitte aller Plattenformlinge wurden Testkörper mit einem Maß von 381 x 381 x 102 mm (15 x 15 x 4") herausgeschnitten. Alle Proben wurden in Einklang mit den üblicherweise industriell durchgeführten Testungen bewertet. Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabelle I-X dargestellt. Tabelle 1 Vergleich des Formulierungsspektrums von Diethanolamin in bezug auf bevorzugte Polymerpolyol-Zusammensetzungen und handelsübliches Schaumstoffplattenmaterial von Polymerpolyolen mit hoher Federelastizität (PP-A, PP-B) BEISPIEL POLYOL-F WASSER SURF-A SURF-B INDEX AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG BEMERKUNGEN DICHTE FEDERELASTIZITÄT POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % KOLLABIERT KEINE MÄSSIG KEIN ENTWEICHEN LEICHT Tabelle 2 Vergleich des Verabeitungsweise von Formulierungen mit hohem Wasseranteil für bevorzugte Polymerpolyolzusammensetzungen und handelsübliches HF-Polymerpolyole (PP-A, PP-B) BEISPIEL POLYOL-F POLYOL-G WASSER SURF-B SURF-A INDEX AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG BEMERKUNGEN DICHTE POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % KOLLABIERT KEINE Tabelle III Beispiele zum Aufzeigen der Flexibilität im Hinblick auf die Herstelllung von HF-Schaumstoffen mit einem breiten Spektrum in bezug auf die Härtezahl und das Raumgewicht unter Verwendung bevorzugter Polymerpolyolzusammensetzungen BEISPIEL POLYOL-F POLYOL-G WASSER SURF-B SURF-A INDEX TECHN.BEZEICHNUNG AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG DICHTE FEDERELASTIZITÄT POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % SMITH KEINE SEHR GERING Tabelle IV Beispiele für Modifikationen der Komponente 1 (Polyol mit hoher Funktionalität) von Polymerpolyolzusammensetzungen BEISPIEL POLYOL-F WASSER SURF-A SURF-B INDEX AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG DICHTE FEDERELASTIZITÄT POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % LEICHT LEICHT-MÄSSIG Tabelle IV (Fortsetzung) Beispiele für Modifikationen der Komponente 1 (Polyol mit hoher Funktionalität) von Polymerpolyolzusammensetzungen BEISPIEL POLYOL-F WASSER SURF-B SURF-D SURF-A INDEX AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG DICHTE FEDERELASTIZITÄT POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % KEINE LEICHT Tabelle V Beispiele von Abwandlungen der Polypokomponente 2 (höheres Oxyethylenpolyol) BEISPIEL POLYOL-H POLYOL-K POLYOL-M POLYOL-L POLYOL-I WASSER SURF-B SURF-A INDEX AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG BEMERKUNGEN DICHTE FEDERELASTIZITÄT POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % LEICHT SEHR LEICHT ENTWEICHEN KEINE Tabelle VI Beispiele von Abwandlungen der Polyolkomponente 2 (höheres Oxyethylenpolyol) BEISPIEL POLYOL-J SURF-A INDEX AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG DICHTE FEDERELASTIZITÄT POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % KEINE GERING Tabelle VII Beispiele von Abwandlungen der Komponente 3 (stabil dispergiertes Polymer) in Polymerpolyolzusammensetzungen BEISPIEL POLYOL-F POLYOL-J WASSER SURF-A SURF-B INDEX AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG BEMERKUNGEN DICHTE FEDERELASTIZITÄT POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % KEINE LEICHT KEIN ENTWEICHEN MÄSSIG BIS STARK Tabelle VIII Beispiele verschiedener Abwandlungen der Polymerpolyols und der Schaumstoff-Formulierungen BEISPIEL POLYOL-F WASSER SURF-A MELAMIN INDEX AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG DICHTE FEDERELASTIZITÄT POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % KEINE LEICHT Tabelle IX Beispiele von Modifikationen des Quervernetzungsmittels in den Schaumstoff-Formulierungen BEISPIEL POLYOL-F POLYOL-J WASSER SACCHAROSE SURF-B SURF-D SURF-C INDEX AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG BEMERKUNGEN DICHTE FEDERELASTIZITÄT POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % SEHR SCHWACH KEINE Tabelle X Verabreitung und Eigenschaften der Schäume, maschinell im Pilotmaßstab produziert BEISPIEL POLYOL-F WASSER SURF-A SURF-B INDEX AUFRAHMUNGSZEIT ENTWICKLUNGSZEIT % ABSETZUNG SCHRUMPFUNG DICHTE FEDERELASTIZITÄT POROSITÄT HÄRTEZAHL-25 % HÄRTEZAHL-65 % KEINE
Es ist aus den vorstehend wiedergegebenen Daten leicht ersichtlich, daß der Einsatz der erfindungsgemäßen Polymerpolyolzusammensetzungen ein größeres Spektrum bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen ermöglicht.

Beispiele 1 bis 8; Tabelle I

Diese Beispiele dienen zum Vergleich der durch die erfindungsgemäßen Polymerpolyole ermöglichte DEOA-Breiten mit zwei handelsüblichen HF-Polymerpolyolen im Zusammenhang mit der Herstellung von 25,6 kg/m³ (1.6 pcf) Schaumstoffen im Labormaßstab, welche unter Verwendung von Wasser als Treibmittel frei entwickelt wurden. Die handelsüblichen Polyole kollabieren bei DEOA-Mengen unterhalb von etwa 0,8 TvH und bewirken ein nicht annehmbares Nachschwinden zu einem höheren Prozentsatz (1,25 TvH im Falle von PP-B). Das bevorzugte Polymerpolyol bildet einen stabilen Schaumstoff von geringer Nachschwindungstendenz im Bereich zwischen 0,6 und 3 TvH DEOA.

Beispiele 9 bis 14; Tabelle II

Diese Beispiele zeigen die verbesserte Stabilität bei erhöhten Wassermengen (4,5 bis 5 TvH) in bezug auf die erfindungsgemäßen Polymerpolyole im Vergleich zu handelsüblichen Polymerpolyolen.

Beispiele 15 bis 20; Tabelle III

Härtezahlen bei 25 % Stauchung im Bereich zwischen 12 und 55 Pfund/50 Quadratzoll und Dichtezahlen im Bereich zwischen 20,4 und 44,8 kg/m³ (1,28 bis 2,8 pcf) ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Herstellung der Polymerpolyole ohne den Zusatz von Mitteln, welche die Härtezahl verbessern und ohne physikalische Blähmittel. Die aktuelle Herstellung mittels HF-Schaumstoffplattenmaterial-Polymerpolyolen bewegt sich im Bereich zwischen etwa 6,9 und 12,1 MPa (20 bis 35 Pfund/50 Quadratzoll) und einer Dichte von oberhalb etwa 28,8 kg/m³ (1,8).

Beispiele 21 bis 44; Tabellen IV bis VII

Diese Beispiele zeigen die Abwandlungen der Bestandteile der erfindungsgemäßen Polymerpolyole auf und demonstrieren ferner die Breite der einsetzbaren Zusammensetzungen.

Beispiele 45 bis 51; Tabellen VIII und IX

Diese Beispiele zeigen die Durchführung von Abwandlungen der Technologie auf; sie demonstrieren ferner das Spektrum der brauchbaren Schaumstoffzusammensetzungen.

Beispiele 52 bis 59; Tabelle X

Diese Beispiele demonstrieren, daß die im Labormaßstab erhältlichen Vorteile bei der Verarbeitung der vorstehenden Beispiele auf den industriellen Schaumstoffherstellungsprozeß übertragbar sind.

Claims

1. Polymerpolyol, welches bei der Herstellung von flexiblen Polyurethanschäumen brauchbar und dazu befähigt ist, das Spektrum zur Abwandlung der Formulierungskomponenten bei der Herstellung von Schäumen mit einer ausgedehnten Variationsbreite an Belastung und Dichte zu vergrößern, wobei das Polymerpolyol die nachstehenden Bestandteile umfaßt:

(a) ein Polyalkylenoxidpolyol mit hoher Funktionalität bzw. ein Gemisch derartiger Polyole mit einem Äquivalenzgewicht zwischen 1000 und 3000, einem Ethylenoxidgehalt von 8 bis 25 % und einer durchschnittlichen nominellen Funktionalität von mindestens 3, wobei das Polyol oder Polyolgemisch in einer Menge von 30 bis 90 Gew.-% in bezug auf das Polymer polyol anwesend ist;

(b) ein unterstützendes Polyalkylenoxidpolyol mit einem Molekulargewicht zwischen 450 und 30 000 sowie einem Poly- (oxyethylen)-Gehalt von größer als 30 %, wobei das Polyalkylenoxidpolyol in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-% in bezug auf das Polymerpolyol vorhanden ist und die durchschnittliche nominelle Funktionalität des Gemisches aus (a) und (b) mindestens 3,0 beträgt sowie

(c) ein stabil dispergiertes, in situ durch Polymerisation von Verbindungen niedrigen Molekulargewichts innerhalb des Gemisches aus (a) und (b) oder im Rahmen einer oder mehrerer Komponenten gemäß (a) und/oder (b) gebildetes Polymer, wobei das Polymer in einer Menge zwischen 2 und 50 Gew.-% in bezug auf das Polymerpolyol vorhanden ist.

2. Polymerpolyol gemäß Anspruch 1, worin das Polyol bzw. Polyolgemisch (a) hoher Funktionalität in einer Menge zwischen 40 und 90 Gew.-% in bezug auf das Polymerpolyol vorhanden ist und die durchschnittliche nominelle Funktionalität von (a) + (b) zwischen 3,2 und 6 beträgt.

3. Polymerpolyol gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Polyol hoher Funktionalität ein Poly-(polyethylenoxypropylen)- Copolymer darstellt.

4. Polymerpolyol gemäß Anspruch 3, worin das Copolymer ein Äquivalenzgewicht zwischen 1600 und 2200 aufweist.

5. Polymerpolyol gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das unterstützende Polyol ein Poly-(oxyethylenoxypropylen)-Copolymer darstellt.

6. Polymerpolyol gemäß Anspruch 5, worin das unterstützende Polyalkylenoxid von mindestens 50 Gew.-% Polyoxyethylen umfaßt wird.

7. Polymerpolyol gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das unterstützende Polyalkylenoxid ein Molekulargewicht zwischen 450 und 2000 aufweist.

8. Polymerpolyol gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das unterstützende Polyalkylenoxid im Polymerpolyol in einer Menge zwischen 1 bis 10 Gew.-% in bezug auf das Polymerpolyol vorhanden ist.

9. Polymerpolyol gemäß Anspruch 1, worin das unterstützende Polyalkylenoxid eine Funktionalität zwischen 2 und 8 besitzt.

10. Polymerpolyol gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das stabil dispergierte Polymer in einer Menge von 4 bis 40 Gew.-% in bezug auf das Polymerpolyol vorhanden ist.

11. Polymerpolyol gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, worin mindestens ein Polyol hoher Funktionalität und das unterstützende Polyol eine von Polyol verschiedene Verbindung mit einem Gehalt an aktivem Wasserstoff (Zerewitinoff) einschließt.

12. Polymer gemaß Anspruch 11, worin die Verbindung eine durch die Termination eines Polyetherpolyols mit Amin erhältliche Verbindung darstellt.

13. Polymerpolyol gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, welches eine geringere Menge an einem mit einer Alkencarbonsäure gepfropften Polyalkylenoxid enthält.

14. Polymerpolyol gemäß Anspruch 13, worin die Alkencarbonsäure in Form der Acrylsäure vorliegt.

15. Polymerpolyol gemäß Anspruch 13 oder 14, worin die aufgepfropfte Alkencarbonsäure in einer Menge von 0,01 bis 2 Gew.-% in bezug auf das Gesamtgewicht des Polymerpolyols vorhanden ist.

16. Verwendung des Polymerpolyols gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums, welches dazu befähigt ist, das Spektrum zur Abwandlung der Formulierungsbestandteile bei der Herstellung von Schäumen mit einer ausgedehnten Variationsbreite an Belastung und Dichte zu vergrößern.

17. Verwendung des Polymerpolyols gemäß Anspruch 16 zusammen mit Wasser in einer Menge zwischen 1,0 und 5,0 Gew.-Teilen, vorzugsweise zwischen 1,5 und 4,0 Gew.-Teilen, auf 100 Teile Polyol.

18. Verwendung des Polymerpolyols gemäß Anspruch 16 oder 17, worin das unterstützende Polyol zur Schaumformulierung als getrennter Bestandteil in bezug auf das verbleibende Polymerpolyol hinzugefügt wird.

19. Flexibler Polyurethanschaum, welcher gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18 hergestellt worden ist.