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Die Erfindung bezieht sich auf einen
agglomerierten Polyurethanschaum, der hauptsächlich aus weichen Polyurethanschaumpartikeln
besteht, die miteinander durch einen Leim verbunden sind.
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Solche agglomerierten Polyurethanschäume sind
bereits in der Praxis bekannt. Diese bekannten agglomerierten Schäume werden
aus Abfall hergestellt, der beim Schneiden großer Blöcke von Polyurethanschaum in
Kissen, Matratzen und dergleichen anfällt.
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Dieser Abfall wird entsprechend der
bekannten Methode in sogenannten Flockenmühlen zu Flocken vermahlen.
Diese Flocken werden mit Leim behandelt und anschließend in
einer Form auf die gewünschte Dichte
zusammengedrückt.
Danach läßt man den
Leim härten,
bevor der agglomerierte Schaum aus der Form genommen wird.
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Einen Nachteil der so erhaltenen
agglomerierten Schäume
liegt darin, daß sie
eine relativ hohe Dichte haben, generell höher als 50 kg/m3,
und somit eine viel zu hohe Härte
aufweisen, um als Füllmaterial
für Sitzmöbel oder
Matratzen verwendet werden zu können.
Sie werden daher in der Praxis auf anderen Gebieten eingesetzt,
beispielsweise als Teppichmatten, akustische Schäume, Packmaterialien oder Konturverstärkungen
eines Sitzkissens oder einer Matratze.
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Derartige agglomerierte Polyurethanschäume sind
beispielsweise in der Patentliteratur in der US-A-4,385,131 und
der FR-A-1 241 750 offenbart.
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Die US-A-4,385,131 offenbart agglomerierte
Polyurethanschäume,
die nicht mehr ausschließlich
in Form von Unterlagen für
Teppiche und Teppichböden
benutzt werden konnten, aber auch in Anwendungen, die jungfräulichen
Polyurethanschaum verlangten, beispielsweise Matratzen und Kissen.
Der agglomerierte Schaum wird gemäß diesem US-Patent jedoch auf der Basis von geschredderten
oder gemahlenen Polyurethanschaumpartikeln hergestellt, die eine
relativ große
Menge an Leim erfordern und weiterhin auf eine relativ weitreichende
Art komprimiert werden müssen.
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Auch die FR-A-1 241 750 offenbart
agglomerierte Polyurethanschäume,
die auf Basis von gemahlenen Polyurethanschaumpartikeln hergestellt
werden. Gemäß dieser
Patentveröffenlichung
werden die Schaumpartikel mit einem Granulator erhalten. In den
aufgeführten
Beispielen haben die agglomerierten Schäume eine Dichte von wenigstens
55 kg/m3.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, einen
agglomerierten Polyurethanschaum zur Verfügung zu stellen, der im Gegensatz
zu den bekannten agglomerierten Polyurethanschäumen weniger Leim und eine
weniger weitreichende Kompression der Partikel, aus denen dieser
Schaum zusammengesetzt ist, erfordert, und der daher besser als
Füllstoff
in beispielsweise Kissen oder Matratzen geeignet ist, in anderen
Worten für
die gleichen Anwendungen wie der eigentliche weiche Polyurethanschaum,
der zum Herstellen des agglomerierten Polyurethanschaumes nach der
vorliegenden Erfindung benutzt wird.
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Dazu haben die besagten Partikel
eine minimal zerstörte
Zellstruktur, werden durch Anwenden einer Schneidetechnik aus Stücken des
besagten weichen Polyurethanschaums durch die Verwendung einer Maschine
erhalten, die zum Herstellen von Partikeln mit einem Volumen von
0,15 bis 25 cm3 eingestellt ist, und werden
miteinander durch den besagten Leim in einer solchen Weise verbunden,
daß der
agglomerierte Polyurethanschaum eine Dichte von 15 bis 50 kg/m3 hat, wobei die Polyurethanschaumpartikel
vor der Verleimung eine Dichte von 12 bis 50 kg/m3 aufweisen
und der Leim einen Anteil von 3 bis 20 % des agglomerierten Polyurethanschaumes
bildet.
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Die Verwendung von Polyurethanschaumpartikeln,
die durch Schneiden von Polyurethanstücken erhalten werden, zur Herstellung
eines agglomerierten Polyurethanschaumes wird bereits in der GB-B-934
345 offenbart. Diese Patentveröffentlichung
lehrt jedoch nicht die vergleichsweise geringen Dichten der agglomerierten
Polyurethanschäume
nach der Erfindung. Weiterhin lehrt sie einen sehr breiten Bereich
bezüglich
der Menge an zu verwendendem Schaum, wobei die Obergrenze sogar
bei einem Teil Leim pro Teil Polyurethanschaum liegt, wodurch also
eine sehr hohe Schaumdichte resuliert.
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Aufgrund der Schneidetechnik, die
zum Herstellen der Bestandspartikel des agglomerierten Schaums nach
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weisen diese Partikel
eine minimal zerstörte
Zellstrukutur auf. Sie können
beispielsweise durch Schneiden von Stücken von weichem Polyurethanschaum
oder möglicherweise
durch andere Schneidetechniken erhalten werden, beispielsweise durch
Ausstanzen oder Sägen, unter
der Voraussetzung, daß lediglich
eine minimale Beschädigung
der Zellstruktur von diesen Schneidetechniken hervorgerufen wird.
Wenn dagegen weicher Polyurethanschaum zu Flocken vermahlen wird,
wird die Zellstruktur deutlich beschädigt. Weiterhin haben die derart
erhaltenen Partikel der bekannten agglomerierten Polyurethanschäume zudem
eine unregelmäßige Geometrie,
die alle Arten von Rissen und Ausfransungen zeigt. Als Folge davon
erfordern die bekannten agglomerierten Polyurethanschäume eine
hohe Menge an Leim, und die sie zusammensetzenden Flocken müssen nach
der Zugabe von Leim auf eine relativ weitreichende Art komprimiert
werden, um eine ausreichend koharänte Einheit auszubilden. Praktisch
wird gefunden, daß eine
Kompression bis zu mehr als 2,5 mal der ursprünglichen Dichte des Basisschaums
notwendig ist, um eine koharänte
Einheit auszubilden, wodurch diese bekannten Schaumagglomerate,
wie bereits oben dargestellt, eine zu hohe Dichte und Härte aufweisen,
um beispielsweise als Füllmaterial
für Matratzen
oder Kissen verwendet werden zu können.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, daß die
agglomerierten Polyurethanschäume
nach der Erfindung jedoch nicht nur für dieselben Anwendungen wie
die Basisschäume,
aus denen die Komponenten-Partikel erhalten werden geeignet sind,
sondern darüber
hinaus noch bessere Komforteigenschaften zeigen. Insbesondere wurde
gefunden, daß diese
agglomerierten Schäume
einen verbesserten Komfort oder „Durchbiegefaktor" und Elastizität bei einer
vergleichbaren Dichte wie diejenigen aufweisen, die in der Sitzmöbel- und Matratzenindustrie
verwendet werden, außerdem
wurde gefunden, daß der
Härteverlust
durch Ermüdung
kleiner ist. Die Figur zeigt die Differenz in der Kompressionskurve
eines normalen Polyetherschaums mit einer Dichte von 40 kg/m3 und einem agglomerierten Schaum mit einer
vergleichbaren Härte
und Dichte, der nach der Methode, die nachfolgend beschrieben wird,
erhalten wurde. Weiterhin ist die Elastizität dieser agglomerierten Schäume nach
der Erfindung höher
als die Elastizität
der Basisschäume.
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Vorzugsweise ist der Leim, durch
den die Partikel des agglomerierten Schaums zusammengebunden sind,
ein Polyurethanleim, wobei das möglicherweise
später
durchzuführende
Recycling dieses Schaums beträchtlich
erleichtert wird.
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Die Erfindung bezieht sich ebenfalls
auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger agglomerierter Polyurethanschäume. In
dem oben erwähnten,
bekannten Verfahren werden als Ausgangsimaterial Partikel eines weichen
Polyurethanschaumes mit einer Dichte von 12 bis 50 kg/m3 verwendet,
ein polymerisierbarer PU-Leim in einer Menge zwischen 3 und 20 Gew.-%,
bezogen auf das Endgewicht des agglomerierten Polyurethanschaumes,
wird darauf appliziert, die derart mit Leim versehenen Partikel
werden zusammengepreßt,
der Leim wird mit den Partikeln im zusammengepreßten Zustand polymerisiert
und der erhaltene agglomerierte Polyurethanschaum auf Atmosphärendruck
gebracht, nachdem diese Polymerisation im wesentlichen beendet ist. Im
Gegensatz zu dem erwähnten
bekannten Verfahren werden jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als
Ausgangsmaterial im wesentlichen staubfreie Polyurethanschaum-Partikel
mit einem mittleren Volumen von 0,15 bis 25 cm3,
vorzugsweise von 0,5 bis 5 cm3, die durch
Schneiden von Stücken
des besagten weichen Polyurethanschaumes erhalten werden können und
die eine minimale Beschädigung
der Zellstruktur zeigen, verwendet. Weiterhin werden diese Partikel
auf eine Weise komprimiert und der besagte Leim wird in einer solchen
Menge aufgebracht, daß der
agglomerierte Polyurethanschaum eine Dichte von 15 bis 50 kg/m3 aufweist, vorzugsweise von 20 bis 40 kg/m3.
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Da im wesentlichen staubfreie Partikel
mit einer minimal beschädigten
Zellstruktur und mit einem durchschnittlichen Volumen, das innerhalb
der angegebenen Grenzen liegt, verwendet werden, wird einerseits weniger
Leim verlangt, andererseits brauchen diese Partikel weniger stark
zusammengedrückt
werden, um eine gute Adhäsion
zu erhalten. Auf diese Weise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein agglomerierter Schaum erhalten, der aufgrund seiner vergleichsweise
niedrigen Dichte nicht nur für
den Einsatz in den selben Anwendungen wie der Basisschaum geeignet
ist, sondern der weiterhin überraschenderweise
sogar verbesserte Komforteigenschaften aufweist.
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Die als Ausgangsmaterial in dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendeten Polyurethanpartikel können insbesondere zu diesem
Zweck erhalten werden, indem diese aus Stücken des Polyurethanschaums geschnitten
werden oder indem diese Partikel aus diesen Stücken des Polyurethanschaumes
herausgestanzt werden. Rotierende Schneidemesser, bei denen der
Abstand zwischen den jeweiligen Messern als Funktion der gewünschten
Dimensionen einstellbar ist, sind insbesondere geeignet.
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Vorzugsweise werden die Polyurethanschaum-Stücke vorher
von Krusten befreit.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile
der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einiger
möglicher
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen agglomerierten
Polyurethanschaumes und des Verfahrens zur Herstellung dieses Schaumes ersichtlich.
Diese Beschreibung wird als ein Beispiel gegeben, und es ist eindeutig
nicht beabsichtigt, den Bereich der Erfindung zu beschränken.
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Der erfindungsgemäße agglomerierte Polyurethanschaum
besteht hauptsächlich
aus weichen Polyurethanschaum-Partikeln, die miteinander durch einen
Leim verbunden sind. Vor der Verleimung haben die Polyurethan-Partikel
ein mittleres Volumen von 0,15 bis 25 cm3,
vorzugsweise von 0,5 bis 5 cm3. Wesentlich
für den
erfindungsgemäßen agglomerierten
Schaum ist, daß diese
Partikel auf eine Art zusammengeleimt werden, daß der agglomerierte Schaum
eine Dichte von 15 bis 50 kg/m3 aufweist.
Als Folge davon kann dieser Schaum in den selben Anwendungen wie
der Basisschaum verwendet werden, aus dem die den Schaum bildenden
Partikel erhalten werden. Weiterhin hat der erfindungsgemäße agglomerierte
Schaum, verglichen mit dem Basisschaum, überraschenderweise eine Anzahl
verbesserter Komforteigenschaften, einschließlich des höheren "Durchbiegefaktors", der geringeren Härteverlustes nach Ermüdung und
der höheren
Elastizität.
Dazu ist weiterhin auch wesentlich, daß die den Schaum bildenden
Partikel eine minimal beschädigte
Zellstruktur aufweisen, wie das bei den Strukturen der Fall ist,
die durch Schneiden von Stücken
von weichem Polyurethanschaum erhalten werden können. Bevor die verbesserten
Eigenschaften des agglomerierten Polyurethanschaumes weiter diskutiert
werden, wird zunächst
eine Methode zur Herstellung eines solchen erfindungsgemäßen Schaumes
nachfolgend beschrieben.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden als Ausgangsmaterial im wesentlichen staubfreie Partikel
eines weichen Polyurethanschaumes mit einer Dichte von 12 bis 50
kg/m3 und einem mittleren Volumen von 0,5
bis 25 cm3 vorzugsweise von 0,5 bis 5 cm3, verwendet. Wie bereits oben ausgeführt, können diese Partikel
lediglich eine minimale Zerstörung
der Zellstruktur aufweisen. Diese Partikel können beispielsweise durch Schneiden
von Stücken
des Basis-Polyurethanschaumes erhalten werden. Andere Schneidetechniken, mit
denen die Struktur im wesentlichen aufrecht erhalten wird und durch
die im wesentlichen keine Risse oder Ausfransungen des Basisschaumes
resultieren, wie beispielsweise Ausstanzen der Partikel aus den
Polyurethanschaum-Stücken,
können
jedoch zu diesem Zweck ebenfalls in Betracht gezogen werden. Als
weitere Möglichkeit
können
die Partikel ebenso ausgesägt
werden, aber in diesem Fall sollte darauf geachtet werden, daß dabei
anfallender Staub und Pulver von den Partikeln entfernt wird, beispielsweise
durch geeignete Absaug- oder Abblasvorrichtungen.
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Vorzugsweise werden diese Techniken
eingesetzt, um Partikel mit einer regulären Geometrie herzustellen,
beispielsweise in der Form von Würfeln,
Strahlen, Prismen, Zylindern und dergleichen. Diese Geometrie muß jedoch
nicht notwendigerweise aus regulären
Körpern
bestehen, sondern muß aus
Körpern
bestehen, die durch Ebenen oder Kurven mit einer sauberen Schnittfläche begrenzt
werden. Dies ist ganz klar nicht möglich mit einer Flockenmühle, da
eine solche Mühle
Flocken mit unregelmäßiger Form
herstellt, wobei die Zellstruktur weiterhin wesentlich geschädigt wird.
Gleichzeitig ermüdet
der Schaum eher, und mehr Staub und Pulver fallen weiterhin an.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden die Polyurethanschaum-Stücke
beispielsweise aus dem Abfallmaterial hergestellt, das beim Schneiden
großere
Blöcke
des Basisschaums, die vorzugsweise von Krusten befreit wurden, anfällt. Selbstverständlich ist
es bevorzugt, wenn der große
Block vor dem Schneiden von Krusten befreit wird. Die Partikel,
die aus solchen von Krusten befreiten Stücken von Polyurethanschaum erhalten
werden, sind daher qualitativ identisch zu dem Schaum, der beispielsweise
in Kissen oder Matratzen eingearbeitet wird.
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Um das Haften der Polyurethanpartikel
aneinander zu erreichen, werden diese beispielsweise zuerst in ein
Mischrohr gegeben. Dann wird ein polymerisierbarer Leim auf diese
Partikel gegeben, insbesondere durch Sprühen über die Partikel, während diese
mit einer Rührvorrichtung
gerührt
werden. Nachdem das Rühren über einige
Zeit aufrecht erhalten wurde, wird der Leim gleichmäßig über die
Oberfläche
des Partikel gegeben.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird eine vergleichsweise geringe Menge an Leim zum Verbinden der
Partikel miteinander benötigt,
da die Zellstruktur dieser Partikel minimal beschädigt ist
und diese damit im wesentlichen staubfrei sind. Eine reguläre Geometrie,
das heißt
die Abwesenheit von Rissen oder Ausfransungen, trägt auch
zu einem niedrigeren Verbrauch an Leim bei. Gemäss der Erfindung werden 3 bis
20 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-% Leim auf die Polyurethanschaumpartikel,
bezogen auf das Endgewicht des agglomerierten Polyurethanschaumes,
appliziert.
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Vorzugsweise wird ein Polyurethanleim
verwendet, insbesondere ein Polyurethanschaum auf Basis eines Präpolymers
von TDI und/oder MDI mit üblichen
Ether-Polyolen, die etwa zur Herstellung von weichen Polyurethanschäumen verwendet
werden. Üblicherweise
weisen solche Präpolymere
einen freien NCO-Gruppe-Gehalt von 5 bis 25% auf, vorzugsweise von
5 bis 15%, für
TDI-Präpolymere
und von 10 bis 20% für MDI-Präpolymere.
Derartige Präpolymere
haben eine analoge chemische Struktur wie der Schaum selbst, was später für ein mögliches
Recycling wichtig sein kann.
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Nach dem Applizieren des Leims über die
Partikel werden diese aus dem Mischrohr in eine Presse überführt, die
generell die Form eines rechtwinklingen oder zylindrischen Blocks
aufweist. Es können
ebenfalls sehr komplexe Formen verwendet werden, beispielsweise,
diejenigen, die zur Herstellung von Formsitzkissen für Autos
verwendet werden. In diesem Fall werden die Partikel insbesondere
auf eine Art zusammengepreßt, daß die Dichte
des agglomerierten Polyurethanschaumes mindestens 0,8mal der Dichte
des Polyurethanschaumes entspricht, aus dem die Partikel erhalten
werden, oder der mittleren Dichte dieses Schaums entspricht, wenn
die Partikel aus Schaumstücken
mit unterschiedlichen Dichten erhalten werden. Dieses minimale Zusammenpressen
ist wichtig, um eine homogenes Agglomerat mit ausreichend guten
mechanischen Eigenschaften, wie Reiss- und Zugfestigkeit zu erhalten,
und weiterhin um die Vorteile wie "Durchbiegefaktor" und Härteverlust nach Abnutzung zu
erhalten.
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Die Polyurethanschaumpartikel werden
andererseits generell nicht so weit komprimiert, daß die Dichte des
agglomerierten Schaums mehr als 2,5mal der Dichte des Schaums entspricht,
aus dem die Partikel erhalten werden. Wenn dieses Verhältnis höher als
2,5 wird, ist die Härte
des agglomerierten Schaums zu hoch, um die üblichen Schäume in der Sitz- und Matratzenindustrie
zu ersetzen.
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Nach Härten des Schaumes kann der
agglomerierte Schaumblock aus der Form genommen oder, in anderen
Worten, zurück
auf Atmosphärendruck
gebracht werden. Im Fall von Präpolymeren
mit einem Überschuss
an NCO-Gruppen kann der Härtevorgang
durch Einblasen von beispielsweise gesättigtem Dampf über ungefähr 5 Minuten
beschleunigt werden.
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Zusammenfassend muß weiter
erwähnt
werden, daß mit
diesem Verfahren weiterhin sogenannte "post-consumer" Polyurethanschaum-Abfälle verarbeitet
werden können,
wie beispielsweise diejenigen aus alten Matratzen und Sesseln unter
der Voraussetzung, daß sie
von Überzügen und
Federn und dergleichen befreit wurden.
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Eine Anzahl von erfindungsgemäßen Beispielen
werden nachfolgend gegeben, in denen die verbesserten Eigenschaften
des agglomerierten Polyurethanschaumes entsprechend der Erfindung
und damit ebenso die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens klar gezeigt
werden. Um den Vergleich zwischen den verschiedenen agglomerierten
Schäumen
zu erleichtern, wird in diesen Beispielen immer der gleiche Leim
in gleicher Konzentration eingesetzt, nämlich 10% Präpolymer
bezogen auf TDI mit einem freien NCO-Gehalt von 15. Als Beispiel
werden vier typische Schäume
jeweils in den Tabellen 1–4
behandelt.
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Die Haupteigenschaften, die in dieser
Erfindung in Betracht gezogen werden, das heißt Dichte, Härte, "Durchbiegefaktor", Härteverlust
nach Ermüdung
und Elastizität
werden zwischen den Basisschäumen
und den agglomerierten, daraus hergestellten Schäumen verglichen. Eine Schneidemaschine
mit drei Sätzen
von rotierenden Messern wurde benutzt, um Schaumpartikel mit glatten
Schnittflächen
herzustellen. In den Tabellen werden sowohl der Abstand zwischen
den Messern und das entsprechende theoretische Volumen der Partikel
angegeben. Die scheinbare Dichte der Partikel, die lose aufeinander
gestapelt vorliegen, ist ebenso erwähnt wie der verwendete Kompressionsgrad,
der das Verhältnis
der Dichte des erhaltenen agglomerierten Schaumes zu der Dichte
des Basisschaumes ist. Ähnliche
Dichten aus unterschiedlichen Tabellen sollen miteinander verglichen
werden, womit gezeigt wird, daß unterschiedliche
Härten
ausgehend von gleichen Dichten erhalten werden können.
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