EP3649334A1 - Flammgeschützte isolierung für verbrennungsmotoren - Google Patents

Flammgeschützte isolierung für verbrennungsmotoren

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Publication number
EP3649334A1
EP3649334A1 EP18736877.4A EP18736877A EP3649334A1 EP 3649334 A1 EP3649334 A1 EP 3649334A1 EP 18736877 A EP18736877 A EP 18736877A EP 3649334 A1 EP3649334 A1 EP 3649334A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
weight
range
polyurethane foam
polyol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18736877.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joern Beaujean
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Covestro Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Covestro Deutschland AG
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Filing date
Publication date
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Application filed by Covestro Deutschland AG filed Critical Covestro Deutschland AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2350/00—Acoustic or vibration damping material

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of polyurethane foam for thermal and acoustic insulation of engines, wherein the polyurethane foam is obtainable or obtained by reacting di- and / or polyisocyanates with filler-containing polyols, wherein the filler is preferably a reaction product of di - And or polyisocyanates with isocyanate-reactive hydrogen atoms having compounds, in the presence of water and / or physical blowing agents, Furthermore, the invention relates to the use of the polyurethane foam for thermal and acoustic insulation for
  • Thermal insulations of internal combustion engines reduce the warm-up phase of the still-cold engine after take-off, thus helping to reduce the wear on the engine as well as the increased engine
  • Insulations of combustion engines can - at the same time - also serve the acoustic insulation.
  • complete encapsulations of the motor housing are proposed in the prior art.
  • Paper Cushioning Test investigates the flame retardant properties of furniture and upholstery materials. Materials that must be used in vehicle construction
  • Flame retardants or additives used can alter the mechanical properties of a polyurethane foam or lead to undesirable emissions.
  • each addition is associated with additional costs.
  • flame-retardant materials in particular polyurethane foams for the thermal and acoustic insulation of engines.
  • flame retardant polyurethane foams that do not contain flame retardants or flame retardant additives.
  • polyurethane foams which do not exceed the fire speed of Omm min and do not reach the mark of 25mm when stored horizontally during burning, and do not form burning drops when burned, which fall down.
  • WO 2014/195153 relates to a thermal-insulated internal combustion engine, wherein the insulation consists of a polyurethane foam.
  • the insulation consists of a polyurethane foam.
  • DE 19962911 relates to flame-resistant high-resistance polyurethane cold-formed foams with reduced flue gas intensity and toxicity.
  • the document discloses polyurethane foams obtained by reacting filled polyols, the resulting polyurethane foams having apparent densities of 55 kg / m 3 .
  • the document refers primarily to
  • Polyurethane foams for upholstery, interior trim and furniture are Polyurethane foams for upholstery, interior trim and furniture.
  • WO 2011/003590 discloses a process for the preparation of flame-retarded polyurethane flexible foams.
  • the polyurethane flexible foam contains filled polyols and red phosphorus as a flame retardant.
  • the open-roasted flexible polyurethane foams of this document have a bulk density in the range of 35-38 kg / m 3 .
  • US 2016/0145377 relates to flame-retarded polyurethane foams that can be used in the engine compartment of a car.
  • the polyurethane foams of this document each contain two different filled polyols, namely a styrene-acrylonitrile-filled polyol and a polyol which is filled with polyurea dispersion.
  • the polyurethane foams have a density of 112-123 kg / m 3 .
  • the object of the present invention was therefore to provide a method for
  • the object was to provide a method for producing a polyurethane foam available, which in a horizontal position in the
  • Burning off do not exceed a fire speed of Omm / min and do not reach a mark of 25mm, and when burning do not form burning drops that fall down.
  • the flame retardant properties should be achieved without the addition of flame retardants or flame retardant additives.
  • This object has been achieved by a method for the production of polyurethane foam for thermal and acoustic insulation of motors, wherein the polyurethane foam is obtained or obtainable by reacting a composition containing or consisting of
  • a component Al comprising or consisting of at least one filled polyol
  • component A2 comprising or consisting of compounds which are reactive towards isocyanates and have a number-average molecular weight of 400 to 18000 g / mol,
  • component A3 containing or consisting of compounds which are isocyanate-reactive and have a number average molecular weight of 62 to 399 g / mol,
  • components A2 and A3 contain no filled polyols
  • a component A4 comprising water and / or at least one physical blowing agent
  • a component B comprising or consisting of di- and / or polyisocyanates
  • a preferred subject of the invention is a process for producing polyurethane foam for the thermal and acoustic insulation of engines, wherein the polyurethane foam is obtained or obtainable by reacting a composition containing or consisting of
  • a component A1 comprising or consisting of at least one filled polyol containing a filler structure
  • Polyurea dispersions by reaction of di- and / or polyisocyanates with primary and / or secondary amino groups containing di- and / or polyamines and / or
  • Hydrazines are available in a polyol component, and / or
  • Urethane group-containing dispersions obtainable by reacting alkanolamines with di- and / or polyisocyanates in a polyol component, a component A2 comprising or consisting of compounds which are reactive toward isocyanates and have a number-average molecular weight of 400-18,000 g / mol, preferably from 3500 to 5000 g / mol,
  • component A3 containing or consisting of compounds which are isocyanate-reactive and have a number average molecular weight of 62 to 399 g / mol,
  • components A2 and A3 contain no filled polyols
  • a component A4 comprising water and / or at least one physical blowing agent
  • a component B comprising or consisting of di- and / or polyisocyanates
  • the conversion is carried out at a ratio of 90 to 110.
  • Another preferred object is a method for producing a thermal and acoustic insulation for internal combustion engines using polyurethane foams, wherein the polyurethane foams are obtainable by reacting
  • Ala filler-containing polyols wherein the filler is a reaction product of di- and / or polyisocyanates with compounds having isocyanate-reactive hydrogen atoms,
  • A2 optionally having isocyanate-reactive hydrogen atoms
  • A3 optionally having isocyanate-reactive hydrogen atoms
  • A4b optionally flame retardant
  • auxiliaries and additives such as
  • additives selected from the group consisting of reaction retardants, cell regulators, pigments, dyes, stabilizers against aging and weathering, plasticizers, fungistatic and bacteriostatic substances, fillers and release agents,
  • B di- or polyisocyanates wherein the filler-containing polyols according to components Ala and Alb are used in amounts such that the filler content resulting from the components Ala and Alb based on the total amount of the components Ala and Alb, A2 and A3 is 2 to 30 wt.
  • Another preferred object relates to the process described in the previous paragraph, wherein the polyurethane foams are obtainable by reacting
  • Ala filler-containing polyols wherein the filler is a reaction product of di- and / or polyisocyanates with compounds having isocyanate-reactive hydrogen atoms,
  • A2 optionally having isocyanate-reactive hydrogen atoms
  • Components AI to A3) compared to isocyanates reactive hydrogen atoms having compounds having a molecular weight of 62 - 399 g / mol, which do not fall under the definition of the component Ala or Alb,
  • A4a 0.1 to 10 parts by weight (based on 100 parts by weight of the sum of parts by weight of
  • Components AI to A3) water and / or physical blowing agents
  • A4b 0 to 20 parts by weight (based on 100 parts by weight of the sum of parts by weight of
  • Components AI to A3) flame retardants are Components AI to A3) flame retardants
  • Components AI to A3) auxiliaries and additives such as
  • additives selected from the group consisting of reaction retardants, cell regulators, pigments, dyes, stabilizers against aging and weathering, plasticizers, fungistatic and bacteriostatic substances, fillers and release agents,
  • filler-containing polyols according to components Ala and Alb are used in amounts such that the filler content resulting from the components Ala and Alb based on the total amount of the components Ala and Alb, A2 and A3 is 2 to 30% by weight of filler and the reaction takes place at a ratio of 90 to 110.
  • Polyurethane rigid foam is a highly crosslinked, thermosetting plastic that has been foamed to form a cellular structure of low bulk density.
  • the thermoset nature manifests itself in the fact that the foam is not meltable, has a high softening point and good resistance to chemicals and solvents.
  • Components Al, Ala and Alb are filler-containing polyols, where the filler is a reaction product of di- and / or polyisocyanates with compounds having isocyanate-reactive hydrogen atoms.
  • Filler-containing polyols contain finely divided solid particles in the form of a dispersed phase in a base polyol.
  • Filler-containing polyols can be prepared by polymerization of styrene and acrylonitrile or by reacting diisocyanate with diamines or amino alcohols in active or inactive base polyols.
  • Another technically important group of filler-containing polyethers are the polyurea or polyhydrazodicarbonamide polyols. They are generated by reactions of other components in the polyol in situ.
  • Reaction components serve the isocyanates and diamines or hydrazine, which combine by polyaddition to polyureas or polyhydrazodicarbonamines. In some cases a linkage with the hydroxyl groups of the polyether chain takes place.
  • the stable dispersions thus obtained are referred to as PHD polyethers.
  • Filler-containing polyols of component Ala and Alb are preferably polyols with a filler of polyurea dispersions, so-called.
  • PIPA polyols are preferably polyols with a filler of polyurea dispersions.
  • the invention relates to a method wherein it is to component AI or Ala to
  • filler-containing polyols having a filler structure or consisting of a component Al. l containing or consisting of polyurea dispersions, which by reaction of di- and / or Polyisocyanates having di- and / or polyamines having primary and / or secondary amino groups and / or hydrazines in a polyol component are available (PHD polyols), and / or
  • filler-containing polyols having a filler structure comprising or consisting of a component AI.2 containing or consisting of dispersions containing urethane groups, which are obtainable by reacting alkanolamines with di- and / or polyisocyanates in a polyol component.
  • the components Al. l and A 1.2 used as a mixture
  • the components Al. l and A 1.2 in a weight ratio of Al. 1: A 1.2 corresponding to> 30: 70 to ⁇ 70: 30 is used and in a further preferred embodiment, component AI or Ala of the composition for the production of polyurethane foam exclusively component Al.l or exclusively component AI.2 is used.
  • the composition for carrying out the process according to the invention comprises filler-containing polyols having a filler structure of polyurea dispersions, which
  • composition for carrying out the process according to the invention preferably comprises filler-containing polyols having a filler structure of urethane group-containing dispersions obtainable by reacting alkanolamines with di- and / or polyisocyanates in a polyol component, more preferably in a 1 to 8 primary and / or secondary hydroxyl groups having polyol molecular weight of 400 to 18000 g / mol.
  • Hydroxyl-containing compounds are 2 to 8 hydroxyl groups
  • Polyether carbonate and polyester amide polyols as they are known per se for the preparation of homogeneous and cellular polyurethanes and as described for example in EP-A 007 502, pages 8 to 15, are described.
  • the Polyether polyols prepared by addition of alkylene oxides (such as ethylene oxide, propylene oxide and butylene oxide or mixtures thereof) to initiators such as ethylene glycol,
  • component AI or Ala of the composition for the production of polyurethane foam filler-containing polyols are used, by reacting a diisocyanate mixture of 75 to 85 parts by weight of 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI) and 15 to 25 Wt. 2,6-toluene diisocyanate (2,6-TDI) with a diamine and / or hydrazine in a polyol component, preferably a polyether polyol prepared by alkoxylation of a trifunctional initiator (such as glycerol and / or trimethylolpropane).
  • a diisocyanate mixture 75 to 85 parts by weight of 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI) and 15 to 25 Wt. 2,6-toluene diisocyanate (2,6-TDI)
  • a diamine and / or hydrazine in a polyol component, preferably a polyether polyol prepared by alk
  • Component AI preferably contains 5 to 35% by weight, preferably 8 to 25% by weight, more preferably 9 to 22% by weight, in each case based on the component AI, of a filler structure, in particular of a filler structure of polyurea dispersions.
  • the at least one filled polyol of component AI preferably has a number-average molecular weight in the range from 3000 to 5000 g / mol, preferably in the range from 3500 to 4500 g / mol, more preferably in the range from 3800 to 4100 g / mol.
  • the at least one filled polyol of component AI preferably has an OH number according to DIN 53240 in the range from 10 to 40, preferably in the range from 15 to 35, more preferably in the range from 20 to 30.
  • the filled polyols according to component Ala are used in amounts such that the filler content resulting from the component Al or al based on the total amount of the components Al and A2 preferably 2 to 30 parts by weight, particularly preferably 4 to 25 parts by weight, most preferably 7 to 22 wt.
  • component Ala PHD polyols having a PHD filler fraction of 2 to 25% by weight, most preferably 8 to 22% by weight, based in each case on the PHD polyol.
  • a PHD filler content of 20% by weight based on the PHD polyol and a ratio of 75 parts by weight of PHD polyol and 25 parts by weight of component A2 in each case based on the sum of the components Ala to A2 is a filler content of 15% by weight, based on the total amount of components Ala and A2.
  • One of the filled polyols described under component Al or Ala is preferably used as component Alb.
  • the filled polyols according to component Alb are used in amounts such that the filler content resulting from the component Alb, based on the total amount of the components Ala, Alb, A2 and A3 ⁇ 10% by weight, preferably ⁇ 5% by weight, more preferably ⁇ 2 Wt. Filler is.
  • composition for carrying out the process according to the invention contains no SAN polyols.
  • Component A2 contains or consists of compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms. These are compounds which are amino groups, thio groups or carboxyl groups, preferably hydroxyl groups, in particular 2 to 8
  • Hydroxyl groups have.
  • Component A2 contains or consists of compounds which have a number average molecular weight of 400-18,000 g / mol, preferably 1,000 to 6,000, more preferably 2,000 to 6,000, even more preferably from 3,000 to 5,000 g / mol.
  • Component Aa preferably contains or consists of polyethers, polyesters, polycarbonates or polyesteramides which have at least 2, as a rule 2 to 8, but preferably 2 to 6, hydroxyl groups.
  • the polyether polyols containing at least two hydroxyl groups are preferred according to the invention.
  • the polyether polyols are prepared by addition of alkylene oxides (such as ethylene oxide, propylene oxide and butylene oxide or mixtures thereof) to initiators such as ethylene glycol, propylene glycol, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, mannitol and / or sucrose, so that a functionality between 2 and 8 , preferably between 2.5 and 6, more preferably between 2.5 and 4 can be adjusted.
  • Component A2 preferably contains or consists of polyether polyols which are prepared from polyethylene oxide, polypropylene oxide and glycerol, if appropriate in the presence of a catalyst.
  • component A2 preferably have an OH number according to DIN 53240 in the range from 10 to 40, preferably from 15 to 35, more preferably from 25 to 30.
  • component A2 contains or consists of a glycerine-based polyethylene oxide-polypropylene oxide polyether having a number average
  • the composition according to the invention for producing a polyurethane foam contains a component A3 comprising or consisting of compounds which are isocyanate-reactive and has a number average molecular weight of 62 to 399 g / mol, preferably 80 to 200 g / mol, more preferably 100 to 180 g / mol.
  • the compounds preferably have hydroxyl groups and / or amino groups and / or thiol groups and / or carboxyl groups, preferably hydroxyl groups and / or amino groups.
  • these compounds serve as chain extenders or crosslinkers.
  • These compounds generally have from 2 to 8, preferably from 2 to 4, isocyanate-reactive hydrogen atoms.
  • component A3 has an OH number of from 500 to 2000, more preferably from 800 to 1500, even more preferably from 1000 to 1300.
  • component A3 contains or consists of ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, sorbitol and / or glycerol, more preferably
  • Component A4 or A4a Component A4 or A4a
  • Component A4 or A4a contains water and / or at least one physical blowing agent.
  • Physical blowing agents are preferably carbon dioxide and / or volatile organic
  • component A5 As component A5, if necessary, auxiliaries and additives are used as
  • reaction retarders eg acidic substances such as hydrochloric acid or organic acid halides
  • cell regulators such as paraffins or fatty alcohols or dimethylpolysiloxanes
  • pigments Dyes, stabilizers against aging and weathering, plasticizers, fungistatic and bacteriostatic substances
  • fillers such as barium sulfate, diatomaceous earth, soot or whiting
  • auxiliaries and additives examples include Kunststoff-Handbuch, Volume VII, edited by G. Oertel, Carl Hanser Verlag, Kunststoff, 3rd edition, 1993, for example pages 104-127.
  • the catalysts used are preferably: aliphatic tertiary amines (for example
  • Trimethylamine tetramethylbutanediamine, 3-dimethylaminopropylamine, N, N-bis (3-dimethylaminopropyl) -N-isopropanolamine), cycloaliphatic tertiary amines (e.g. 1,4-diaza (2,2,2) bicyclooctane), aliphatic aminoethers (e.g.
  • cycloaliphatic amidines, urea and derivatives of urea such as
  • Aminoalkyl ureas in particular (3-dimethylaminopropylamine) urea).
  • a particularly preferred catalyst is 1,4-diaza (2,2,2) bicyclooctane.
  • Tin (II) salts of carboxylic acids can also be used as catalysts, it being preferable for the respective underlying carboxylic acid to have from 2 to 20 carbon atoms. Particularly preferred are the tin (II) salt of 2-ethylhexanoic acid (ie stannous (2-ethylhexanoate)), the stannous salt of 2-butyloctanoic acid, the tin (II) salt of 2-ethylhexanoate. Hexyl decanoic acid, the stannous salt of neodecanoic acid, the stannous salt of oleic acid, the stannous salt of ricinoleic acid and
  • Tin (II) laurate may also contain tin (IV) compounds, e.g. dibutyl tin oxide,
  • Dioctylzinndiacetat be used as catalysts.
  • Component A5 preferably contains urea, 1,4-diaza (2,2,2) bicyclooctane, a mixture of modified polyethersiloxanes and a polyol / carbon black mixture with about 15% by weight of carbon black.
  • Component B contains di- and / or polyisocyanates.
  • component B contains aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic, aromatic and heterocyclic polyisocyanates, e.g. by W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, pages 75 to 136, for example those of the formula (I)
  • n 2 - 4, preferably 2 -3, and
  • Q is an aliphatic hydrocarbon radical having 2 to 18, preferably 6 to 10 C atoms, one
  • cycloaliphatic hydrocarbon radical having 4-15, preferably 6-13 C atoms or an araliphatic hydrocarbon radical having 8-15, preferably 8-13 C atoms
  • polyisocyanates e.g. the 2,4- and 2,6-toluene diisocyanate, and any mixtures of these isomers ("TDI");
  • Urethane groups, allophanate groups, isocyanurate groups, urea groups or biuret polyisocanates ("modified polyisocyanates"), in particular those modified polyisocyanates derived from 2,4- and / or 2,6-toluene diisocyanate or from 4,4'- and / or 2 Derive '4'-diphenylmethane diisocyanate.
  • component B contains or contains at least one compound selected from the group consisting of 4,4'-
  • component B particular preference is given to using a diphenylmethane diisocyanate mixture consisting of
  • Multinuclear MDI and / or 2,2'-, 2,4'-, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate- and / or pMDI-based carbodiimides, uretdiones or uretdionimines.
  • component B a diphenylmethane diisocyanate mixture consisting of
  • composition for producing polyurethane foam for the thermal and acoustic insulation of engines preferably contains no flame retardants, in particular no phosphorus-containing or halogen-containing flame retardants or melamine.
  • the composition preferably contains no flame retardants such as, for example, phosphates or phosphonates, such as diethylethanephosphonate (DEEP), triethylphosphate (TEP) and dimethylpropylphosphonate (DMPP), brominated esters, brominated ethers (xxol) or brominated alcohols such as dibromoneopentyl alcohol, tribromoneopentyl alcohol, tetrabromophthalate diol (DP 54 ) and PHT-4-diol, as well as chlorinated
  • DEEP diethylethanephosphonate
  • TEP triethylphosphate
  • DMPP dimethylpropylphosphonate
  • brominated esters brominated ethers (xxol) or brominated alcohols
  • dibromoneopentyl alcohol tribromoneopentyl alcohol
  • DP 54 tetrabromophthalate diol
  • PHT-4-diol as well as chlor
  • Phosphates such as tris (2-chloroethyl) phosphate, tris (2-chloropropyl) phosphate (TCPP), tris (1,3-dichloropropyl) phosphate, tricresyl phosphate, diphenyl cresyl phosphate (DPK), tris (2,3-dibromopropyl) phosphate, Tetrakis- (2-chloroethyl) ethylenediphosphate, dimethylmethanephosphonate, Diethanolaminomethylphosphonklathylester and commercially available halogen-containing
  • Flame retardants according to the invention are not the filler-containing polyols according to
  • composition for producing polyurethane foam is reacted at a ratio of 90 to 110, preferably 95 to 105, more preferably at a ratio of 100.
  • index isocyanate index
  • composition contains or consists of
  • component A3 optionally 0 to 5% by weight, preferably 0.2 to 2.0% by weight of component A3,
  • component A4 0.1 to 10.0% by weight, preferably 0.5 to 2.0% by weight of component A4,
  • component A5 optionally 0 to 20.0% by weight, preferably 1.0 to 4.0% by weight of component A5,
  • the reaction components are preferably reacted by the per se known one-step process, the prepolymer process or the semi-prepolymer process, preferably using mechanical equipment.
  • Polyurethane foam a one-shot or one-shot process in which the components of the composition are dosed and mixed true to form and then into a Shaping device can be entered.
  • the shaping device has a temperature of 45 to 70 ° C.
  • the blended composition in the mold cures after 5 to 10 minutes, more preferably 6 to 8 minutes, and the resulting polyurethane foam can be demoulded from the mold.
  • a prepolymer is first formed from the polyol component A2 and the isocyanate component B, which is then reacted with the other reactants.
  • the polyurethane foam obtained by the process according to the invention preferably has a bulk density according to DIN EN ISO 845 in the range from 100 to 250 kg / m 3 , preferably in the range from 130 to 200 kg / m 3 , more preferably in the range from 140 to 170 kg / m 3 up.
  • the polyurethane foam obtained by the process according to the invention preferably has a compression hardness, CV40 [kPa] according to DIN EN ISO 3386-1-98, of 30 to 80 kPa, more preferably 40 to 60 kPa.
  • One embodiment relates to the use of a polyurethane foam obtained by the process according to the invention for the thermal and acoustic insulation of engines.
  • a further embodiment relates to an insulation of motors comprising a polyurethane foam which was obtained by the process according to the invention, in particular as a shaped body, wherein the shaped body is in particular a self-supporting molded body, in particular the molded body largely encloses the outer surface of a motor.
  • the outer surface of the internal combustion engine preferably comprises the engine block, the
  • Valve cover the crankshaft housing, the camshaft housing, and / or the
  • Intake air supply includes.
  • the polyurethane foams are used according to the invention for thermal and acoustic insulation of internal combustion engines, optionally including the ancillary components. It is possible to isolate the motor in whole or in part, and only the engine or the engine together with the ancillaries.
  • the outer surface of the internal combustion engine preferably the engine block, the valve cover, the crankcase, the camshaft housing, and / or the intake air supply described.
  • the thermal and acoustic insulation according to the invention may be materially connected to the engine block. This can be done for example by direct foaming of the rigid polyurethane foam to the engine block. In this case, either only the motor housing or else the motor housing and the additional units can be foamed.
  • the advantage of this embodiment lies in a complete sealing of the motor housing, which leads to a very good thermal and in particular sound insulation.
  • this method is very easy to carry out, since only the liquid foam components must be applied to the engine surface and no separate shaping and adjustment of the insulation must be made.
  • the disadvantage is that when working on the engine, the insulation must be removed, which is in any case associated with their destruction.
  • Another way of cohesive insulation of the motors may consist in that the insulation is produced in one piece or in several parts, preferably as a shaped body, and then glued to the motor housing. Also, a complete sealing of the motor housing can be achieved with the above-mentioned advantages.
  • the disadvantage is that initially the moldings produced and these must then be connected in a separate step with the motor housing. Compared to direct foaming, this method has the advantage that when working on the engine, the insulation may be removed by loosening the bond and then reapplied.
  • the insulation can be designed as a self-supporting unit.
  • molded parts made of polyurethane foam and this can be attached to the engine.
  • the insulation can be designed as a part or in the form of several parts.
  • the engine can be completely or partially or the engine including the ancillaries wrapped.
  • the advantage of this embodiment lies in the simple disassembly of the insulation during maintenance or repair work on the engine and the possible reuse of the insulation.
  • a disadvantage compared to the direct foaming of the engine is the higher cost in the production and Attachment of insulation.
  • it may cause the operation of the engine to a relaxation of the insulation and thus to a possible deterioration of the heat and noise insulation of the engine.
  • Particularly advantageous here is the design of the insulation of several items to simplify repair and maintenance of the engine.
  • the insulation, or the individual parts of the insulation instead of a molded body can also be prepared as a block foam, which is then cut into the appropriate shape.
  • the self-supporting units can also be designed as composite elements.
  • plastics for the production of this shell for example, polyolefins, polystyrene, polyamide or polycarbonates can be used.
  • plastics used to make the shell can also contain reinforcing agents, for example glass fibers.
  • the side facing the engine may contain a layer of at least one temperature-stable material.
  • Inorganic substances for example mineral fibers
  • organic materials for example foams, for example melamine-formaldehyde foam.
  • foams for example melamine-formaldehyde foam.
  • composite elements of a plurality of polyurethane foams wherein the polyurethane foam used for the side facing away from the engine should be characterized by particular thermal stability and by the particular use of mechanical strength and the polyurethane foam used for the motor side facing.
  • the composite elements may also contain at least one layer which serves the ⁇ 0 ⁇ 8 ⁇ 3 ⁇ 1 ⁇ 3 ⁇ .
  • these are polyurethanes with special fillers, for example barite. If possible, these layers are mounted in the middle or on the side facing away from the motor of the composite element, since they are usually not temperature resistant.
  • the outer plastic shell has a thickness of 0.5 to 5.0 mm
  • the thermal insulation layer has an average thickness of 5.0 to 70 mm
  • the layer has the thickness of
  • the inside of the insulation may also be surrounded by a metal layer, for example with a thin layer of aluminum. This also leads to an additional reflection of heat radiation.
  • the outer surface of metal can still be designed decorative.
  • the invention relates to a process for the preparation of
  • a polyurethane foam for thermal and acoustic insulation of engines wherein the polyurethane foam is obtained or obtainable by reacting a composition containing or consisting of
  • a component Al containing or consisting of at least one filled polyol a component A2 containing or consisting of compounds which are isocyanate-reactive and have a number average molecular weight of 400 to 18000 g / mol, optionally a component A3 containing or consisting of compounds to isocyanates are reactive and have a number average molecular weight of 62 to 399 g / mol,
  • components A2 and A3 contain no filled polyols
  • a component A4 containing water and / or at least one physical blowing agent optionally a component A5 containing auxiliaries and additives, and
  • component B containing or consisting of di- and / or polyisocyanates
  • the invention relates to a method according to embodiment 1, wherein the at least one filled polyol of the component AI contains a filler structure
  • Polyurea dispersions which are obtainable by reacting di- and / or polyisocyanates with di- and / or polyamines having primary and / or secondary amino groups and / or hydrazines in a polyol component, and / or
  • Urethane-containing dispersions obtainable by reacting alkanolamines with di- and / or polyisocyanates in a polyol component.
  • the invention relates to a process according to embodiment 1 or 2, wherein the component AI 5 to 35 parts by weight, preferably 8 to 25 parts by weight, based in each case Component AI contains a Grestoff essentials, in particular a filler structure of polyurea dispersions.
  • the invention relates to a process according to one of embodiments 1 to 3, wherein the at least one filled polyol of component AI has a number-average molecular weight in the range from 3000 to 5000 g / mol, preferably in the range from 3500 to 4500 g / mol, more preferably in the range of 3800 to 4100 g / mol.
  • the invention relates to a method according to one of
  • Embodiments 1 to 4 wherein the at least one filled polyol of component AI has an OH number according to DIN 53240 in the range of 10 to 40, preferably in the range of 15 to 35, more preferably in the range of 20 to 30.
  • the invention relates to a method according to one of
  • the invention relates to a method according to one of
  • component B comprises at least one compound selected from the group consisting of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,2'-diphenylmethane diisocyanate and polyphenylpolymethylene polyisocyanate ("multicore MDI") or mixtures thereof contains or consists of.
  • the invention relates to a method according to one of
  • the invention relates to a method according to one of
  • Embodiments 1 to 8 wherein the composition contains or consists of
  • component AI 10.0 to 98.9% by weight, preferably 20.0 to 55.0% by weight, of component AI,
  • component A3 optionally 0 to 5% by weight, preferably 0.2 to 2.0% by weight of component A3,
  • component A4 0.1 to 10.0% by weight, preferably 0.5 to 2.0% by weight of component A4,
  • component A5 optionally 0 to 20.0% by weight, preferably 1.0 to 4.0% by weight of component A5,
  • the invention relates to a polyurethane foam for thermal and acoustic insulation of engines obtained by or obtainable by a
  • the invention relates to a polyurethane foam after
  • Embodiment 10 wherein the polyurethane foam has a bulk density according to DIN EN ISO 845 in the range of 100 to 250 kg / m 3 , preferably in the range of 130 to 200 kg / m 3 , more preferably in the range of 140 to 170 kg / m 3 ,
  • the invention relates to the use of a polyurethane foam according to embodiment 10 or 11 for the thermal and acoustic insulation of engines.
  • the invention relates to an insulation of motors comprising a polyurethane foam according to embodiment 10 or 11, in particular as a shaped body, wherein the shaped body is in particular a self-supporting molded body, in particular the shaped body largely encloses the outer surface of a motor.
  • the invention relates to a method for producing an insulation according to embodiment 13, comprising the following steps
  • the invention relates to a method according to embodiment 14, wherein the outer surface of the internal combustion engine, the engine block, the valve cover, the
  • Crankshaft housing, the camshaft housing, and / or the intake air supply includes.
  • Polyurethane foams were prepared with the following components:
  • AI Desmophen 7619W a filler-containing polyol having 21.6% polyurea dispersion (PHD) as a filler and 78.4% of a glycerine-based polyethylene oxide-polypropylene oxide polyether having a number average molecular weight of 4007 g / mol and an OH number of 28 Hyperlite Polyol 1650, a filler-containing polyol containing 43% styrene-acrylonitrile (SAN) as a filler and 57% of a glycerine-based polyethylene oxide-polypropylene oxide polyether having a number average molecular weight of 8332 g / mol and an OH number of 20
  • PLD polyurea dispersion
  • SAN styrene-acrylonitrile
  • A2 Desmophen 10 WF 22 consisting of a glycerine-based polyethylene oxide-polypropylene oxide polyether having a number-average molecular weight of 4500 g / mol and an OH number of 28
  • Desmophen 41 WB01 consisting of a polyethylene oxide-polypropylene oxide polyether on the
  • Glycerine base with more than 70% ethylene oxide content and with a number average
  • A2 Desmophen 10 WF 15 consisting of a glycerol-based polyethylene oxide-polypropylene oxide polyether having a number-average molecular weight of 4007 g / mol and an OH number of 35
  • A3 triethanolamine having a number average molecular weight of 149 g / mol and an OH number of 1128
  • A5 Dabco 33 LV consisting of 33% l, 4-diazabicyclo [2.2.2] octane dissolved in 67% dipropylene glycol
  • A5 Tegostab B 8715 LF 2 consisting of a mixture of modified polyethersiloxanes
  • A5 Isopur Black Paste consisting of a polyol-soot mixture with about 15% soot
  • the isocyanates of component B are composed as follows:
  • Polyurethane foams were prepared by the following procedure:
  • Components AI to A6 were weighed into a 1.85 L volume beaker and mixed for 15 seconds at 4200 rpm with a stirrer. The isocyanate of component B was weighed and the mixture stirred for a further 5s at the same rate.
  • the mixture was transferred to a heated aluminum mold (about 50 ° C., volume: example 1-3 and 6-11: 5 L, example 4: 2.8 L) and demolded again after a curing time of 7.5 min.
  • the density was determined according to DIN EN ISO 845 on a test specimen from the core of the molded part.
  • the compression hardness CV 40 was determined according to DIN EN ISO 3386-1-98.
  • the experimental setup will be a fire chamber with the dimensions 70 x 66 x 40 cm and
  • Ventilation possibility equipped with a Bunsen burner on a movable rail A sample holder for a horizontally inserted specimen with the dimensions 150x90x13mm is inserted into the chamber so that a 38mm long flame of the Bunsen burner can reach exactly to one edge of the specimen.
  • the sample or sample holder is marked at 25mm and 125mm. After igniting the Bunsen burner, it is brought on the rail to the edge of the test specimen and left there for 15 seconds. Then the Bunsen burner is returned to the starting position at which there is no contact of the flame to the test specimen.
  • the requirement for the engine compartment is met if the fire speed does not exceed ⁇ mm / min. For this, the first measuring mark at 25mm must not be reached by the flame. Non-burning dripping is another desirable criterion.
  • composition of the polyurethane foams is shown in the following Tables 2 and 3.
  • the weights are in each case in parts by weight.
  • the experimental data of Inventive Examples 1 to 4 and 11 and 12 show that the polyurethane foams of the invention meet the flame retardant requirements that are necessary for use in the engine compartment, or on the engine. For none of these foams the fire speed exceeded the threshold of 0 mm / min and none of these foams reached the first measuring mark at 25 mm. In addition, the fire tests showed that none of the foams according to the invention formed burning droplets on burning. The foams according to the invention of Examples 2, to 4 and 12 even formed no drops when burned. By comparison, when burning the foam of Comparative Example 5, burning drops appeared. This foam did not meet the requirements for the fire speed. in the
  • Comparative Example 5 was used as a filled polyol, a styrene-acrylonitrile-filled polyol, while in the examples of the invention as a filled polyol, a polyurea-dispersed polyol was used.
  • the comparison of the inventive examples with Comparative Example 5 clearly shows that the use of a polyol filled with polyurea dispersion leads to improved fire protection properties compared to the use of a styrene-acrylonitrile-filled polyol.
  • Example 3 of the invention with Comparative Example 5 shows that the technical effect is clearly due to the nature of the filled polyol used. These two examples differ only in the type of filled polyol that was used.
  • Comparative Examples 6, 7 and 10 contained both a polyurea-dispersed polyol and a styrene-acrylonitrile-filled polyol, and both formed burning drops on burning.
  • Comparative Examples 8 and 9 show that even the index at which the polyurethane foams are made has an effect on the fire behavior of the foams.
  • the foam of Comparative Example 8 was synthesized at an index of 70 and the foam of Comparative Example 9 at an index of 120. Both foams contained a polyurea-dispersed polyol as the filled polyol and formed burning drops on burning.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff zur thermischen und akustischen Isolierung von Motoren, wobei der Polyurethan-Schaumstoff erhalten wird oder erhältlich ist durch Umsetzung von Di- und/oder Polyisocyanaten mit füllstoffhaltigen Polyolen, wobei der Füllstoff bevorzugt ein Reaktionsprodukt aus Di- und oder Polyisocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen aufweisenden Verbindungen ist, in Gegenwart von Wasser und/oder physikalischen Treibmitteln. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung des Polyurethan-Schaumstoffes für eine thermische und akustische Isolierung für Verbrennungsmotoren, sowie eine thermische und akustische Isolierung für Verbrennungsmotoren enthaltend den Polyurethan-Schaumstoff.

Description

Flammgeschützte Isolierung für Verbrennungsmotoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff zur thermischen und akustischen Isolierung von Motoren, wobei der Polyurethan-Schaumstoff erhältlich ist oder erhalten wird durch Umsetzung von Di-und/oder Polyisocyanaten mit füllstoffhaltigen Polyolen, wobei der Füllstoff bevorzugt ein Reaktionsprodukt aus Di- und oder Polyisocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen aufweisenden Verbindungen ist, in Gegenwart von Wasser und/oder physikalischen Treibmitteln, Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung des Polyurethan-Schaumstoffes für eine thermische und akustische Isolierung für
Verbrennungsmotoren, sowie eine thermische und akustische Isolierung für Verbrennungsmotoren enthaltend den Polyurethan-Schaumstoff.
Thermische Isolierungen von Verbrennungsmotoren verringern die Warmlaufphase des noch kalten Motors nach dem Start und helfen somit den Verschleiß des Motors, sowie den erhöhten
Kraftstoffverbrauch und die damit einhergehende höhere Emission von Schadstoffen zu verringern. Isolierungen von Verbrennungsmotoren können - gleichzeitig - auch der akustischen Isolierung dienen. Um eine möglich gute Schallisolierung zu gewährleisten werden im Stand der Technik komplette Umkapselungen des Motorengehäuses vorgeschlagen. Als Material für die Isolierungen werden ganz allgemein Polyurethanschäume beschrieben. Im Hinblick auf die mechanischen und thermischen Belastungen, denen Bauteile im Motorraum ausgesetzt sind ist es jedoch wünschenswert dass die im Motorraum verwendeten Polyurethanschäume eine Rohdichte im Bereich von 130 bis 200 kg/m3 aufweisen.
Verbrennungsmotoren werden sehr heiß. Es ist daher wichtig, dass das Material, aus dem die Isolierungen bestehen, nur schwer entflammbar ist. Darüber hinaus müssen Materialien, die im Fahrzeugbau verwendet werden, flammgeschützt sein. Die flammschützenden Eigenschaften von Materialien werden mit unterschiedlichen Testverfahren untersucht, welche die Besonderheiten des jeweiligen Verwendungsbereichs abbilden. Mit der Brandschutznorm Crib V oder dem sog.
Papierkissentest werden die flammschützenden Eigenschaften von Materialien für Möbel und Polsterrungen untersucht. Materialien die im Fahrzeugbau verwendet werden müssen den
Anforderungen des FMVSS 302 (Federal Motor Vehicle Safety Standards) genügen. Die Vorschrift verlangt, dass die horizontale Brandgeschwindigkeit 0 mm min nicht überschreitet. Um dieses Kriterium zu erfüllen muss sich der Schaumstoff schon vor Erreichen der ersten Messmarke bei 25 mm selbst verlöschen. Ein weiteres Kriterium ist, dass die beim Abschmelzen entstehenden Tropfen nicht brennen. Man spricht dabei von nicht brennendem Abtropfen. Dies verhindert die weitere Verbreitung des möglichen Brandherdes im Motorraum. Um das Brandverhalten von Polyurethan-Schaumstoffen zu verbessern werden üblicherweise
Flammschutzmittel oder Zusätze verwendet. Derartige Flammschutzmittel oder Zusätze können jedoch die mechanischen Eigenschaften eines Polyurethan-Schaumstoffs verändern oder zu unerwünschten Emissionen führen. Darüber hinaus ist jeder Zusatz mit zusätzlichen Kosten verbunden. Es besteht daher ein Bedarf an flammgeschützten Materialien, insbesondere Polyurethan- Schaumstoffen für die thermische und akustische Isolierung von Motoren. Darüber hinaus besteht ein Bedarf an flammgeschützten Polyurethan-Schaumstoffen, die keine Flammschutzmittel oder flammschützende Additive enthalten. Für die Verwendung im Motorraum besteht insbesondere ein Bedarf an Polyurethan-Schäumen, welche bei einer horizontalen Lagerung beim Abbrennen die Brandgeschwindigkeit von Omm min nicht überschreiten und die Marke von 25mm nicht erreichen, sowie beim Verbrennen keine brennenden Tropfen bilden, die herunterfallen.
Die WO 2014/195153 betrifft einen thermisch-isolierten Verbrennungsmotor, wobei die Isolierung aus einem Polyurethanschaumstoff besteht. Die Druckschrift bezieht sich zwar darauf, dass die eingesetzten Polyurethanschaumstoffe eine hohe Temperaturstabilität aufweisen müssen, offenbart jedoch keine flammschützende Wirkung der Polyurethanschäume.
Die DE 19962911 betrifft flammwidrige High-Resistance -Polyurethan-Kaltformschäume mit reduzierter Rauchgasintensität und -toxizität. Die Druckschrift offenbart Polyurethanschäume, die durch Umsetzung von gefüllten Polyolen erhalten sind, wobei die erhaltenen Polyurethanschäume Rohdichten von 55 kg/m3 aufweisen. Die Druckschrift bezieht sich in erster Linie auf
Polyurethanschäume für Polster, Innenverkleidungen und Möbel.
Die WO 2011/003590 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von flammgeschützten Polyurethan- Weichschaumstoffen. Der Polyurethan-Weichschaumstoff enthält gefüllte Polyole sowie roten Phosphor als Flammschutzmittel. Die offenbraten Polyurethan-Weichschaumstoffe dieser Druckschrift weisen eine Rohdichte im Bereich von 35 - 38 kg/m3 auf.
Die US 2016/0145377 bezieht sich auf flammgeschützte Polyurethanschäume, die im Motorraum eines Autos verwendet werden können. Die Polyurethanschäume dieser Druckschrift enthalten jeweils zwei unterschiedliche gefüllte Polyole, nämlich ein Styrol-Acrylnitril-gefülltes Polyol und ein Polyol, das mit Polyharnstoff -Dispersion gefüllt ist. Die Polyurethanschäume weisen eine Dichte von 112 - 123 kg/m3 auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Bereitstellung eines Verfahrens zur
Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff zur thermischen und akustischen Isolierung von Motoren mit guten Flammschutzeigenschaften. Insbesondere sollen die Flammschutzanforderungen gemäß FMVSS302 erfüllt sein. Insbesondere bestand die Aufgabe darin ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Schaums zur Verfügung zu stellen, welche bei einer horizontalen Stellung beim
Abbrennen eine Brandgeschwindigkeit von Omm/min nicht überschreiten und eine Marke von 25mm nicht erreichen, sowie beim Verbrennen keine brennenden Tropfen bilden, die herunterfallen. Darüber hinaus sollen die flammschützenden Eigenschaften ohne den Zusatz von Flammschutzmitteln oder flammschützenden Additiven erzielt werden.
Diese Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff zur thermischen und akustischen Isolierung von Motoren, wobei der Polyurethan-Schaumstoff erhalten wird oder erhältlich ist durch Umsetzung einer Zusammensetzung enthaltend oder bestehend aus
- einer Komponente AI enthaltend oder bestehend aus mindestens einem gefüllten Polyol,
- einer Komponente A2 enthaltend oder bestehend aus Verbindungen die gegenüber Isocyanaten reaktiv sind und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 400 bis 18000 g/mol aufweisen,
- gegebenenfalls einer Komponente A3 enthaltend oder bestehend aus Verbindungen die gegenüber Isocyanaten reaktiv sind und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 62 bis 399 g/mol aufweisen,
wobei die Komponenten A2 und A3 keine gefüllten Polyole enthalten,
- einer Komponente A4 enthaltend Wasser und/oder mindestens ein physikalisches Treibmittel,
- gegebenenfalls einer Komponente A5 enthaltend Hilfs- und Zusatzstoffe, und
- einer Komponente B enthaltend oder bestehend aus Di-und/oder Polyisocyanaten,
wobei keine Styrol-Acrylonitril gefüllten Polyole in der Zusammensetzung enthalten sind und die Umsetzung bei einer Kennzahl von 90 bis 110 erfolgt.
Ein bevorzugter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan- Schaumstoff zur thermischen und akustischen Isolierung von Motoren, wobei der Polyurethan- Schaumstoff erhalten wird oder erhältlich ist durch Umsetzung einer Zusammensetzung enthaltend oder bestehend aus
- einer Komponente AI enthaltend oder bestehend aus mindestens einem gefüllten Polyol, enthaltend einen Füllstoffaufbau aus
Polyharnstoffdispersionen, die durch Umsetzung von Di- und/oder Polyisocyanaten mit primären und/oder sekundären Aminogruppen aufweisenden Di- und/oder Polyaminen und/oder
Hydrazinen in einer Polyolkomponente erhältlich sind, und/oder
Urethangruppen enthaltenden Dispersionen, die durch Umsetzung von Alkanolaminen mit Di- und/oder Polyisocyanaten in einer Polyolkomponente erhältlich sind, - einer Komponente A2 enthaltend oder bestehend aus Verbindungen die gegenüber Isocyanaten reaktiv sind und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 400 - 18000 g/mol bevorzugt von 3500 bis 5000 g/mol, aufweisen,
- gegebenenfalls einer Komponente A3 enthaltend oder bestehend aus Verbindungen die gegenüber Isocyanaten reaktiv sind und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 62 bis 399 g/mol aufweisen,
wobei die Komponenten A2 und A3 keine gefüllten Polyole enthalten,
- einer Komponente A4 enthaltend Wasser und/oder mindestens ein physikalisches Treibmittel,
- gegebenenfalls einer Komponente A5 enthaltend Hilfs- und Zusatzstoffe, und
- einer Komponente B enthaltend oder bestehend aus Di-und/oder Polyisocyanaten,
wobei die Umsetzung bei einer Kennzahl von 90 bis 110 erfolgt.
Ein weiterer bevorzugter Gegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen und akustischen Isolierung für Verbrennungsmotoren unter Verwendung von Polyurethanschaumstoffen, wobei die Polyurethanschaumstoffe erhältlich sind durch Umsetzung von
Ala füllstoffhaltigen Polyolen, wobei der Füllstoff ein Reaktionsprodukt aus Di- und oder Polyisocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen aufweisenden Verbindungen ist,
Alb gegebenenfalls weiteren füllstoffhaltigen Polyolen, die nicht unter die Definition der Komponente al fallen,
A2 gegebenenfalls gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige Wasserstoffatome aufweisende
Verbindungen mit einem zahlengemittelten Molekulargewicht von 400 - 18000 g/mol, die nicht unter die Definition der Komponente Ala oder Alb fallen,
A3 gegebenenfalls gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige Wasserstoffatome aufweisenden
Verbindungen mit einem zahlengemittelten Molekulargewicht von 62 - 399 g/mol, die nicht unter die Definition der Komponente Ala oder Alb fallen,
A4a Wasser und/oder physikalische Treibmittel,
A4b gegebenenfalls Flammschutzmittel,
A5 ggf. Hilfs- und Zusatzstoffe wie
a) Katalysatoren,
b) oberflächenaktive Zusatzstoffe,
c) ein oder mehrere Additiven ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Reaktionsverzögerer, Zellregler, Pigmente, Farbstoffe, Stabilisatoren gegen Alterungsund Witterungseinflüsse, Weichmacher, fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Substanzen, Füllstoffe und Trennmittel,
und
B Di- oder Polyisocyanaten, wobei die füllstoffhaltigen Polyole gemäß Komponenten Ala und Alb in Mengen eingesetzt werden, so dass der Füllstoffgehalt resultierend aus den Komponenten Ala und Alb bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten Ala und Alb, A2 und A3 2 bis 30 Gew.- Füllstoff beträgt.
Ein weiterer bevorzugter Gegenstand betrifft das im vorherigen Absatz beschriebene Verfahren, wobei die Polyurethanschaumstoffe erhältlich sind durch Umsetzung von
100 Gewichtsteilen (Gew.-Teilen) einer Komponente bestehend aus Ala und Alb , A2 und A3 mit der folgenden Zusammensetzung:
Ala füllstoffhaltige Polyole, wobei der Füllstoff ein Reaktionsprodukt aus Di- und oder Polyisocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen aufweisenden Verbindungen ist,
Alb gegebenenfalls weitere füllstoffhaltige Polyole, die nicht unter die Definition der Komponente Ala fallen,
A2 gegebenenfalls gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige Wasserstoffatome aufweisende
Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 400 - 18000 g/mol, die nicht unter die
Definition der Komponente Ala oder Alb fallen,
A3 0 bis 10 Gew.-Teilen (bezogen auf 100 Gew.-Teile der Summe der Gewichtsteile der
Komponenten AI bis A3) gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige Wasserstoffatome aufweisende Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 62 - 399 g/mol, die nicht unter die Definition der Komponente Ala oder Alb fallen,
A4a 0,1 bis 10 Gew.-Teilen (bezogen auf 100 Gew.-Teile der Summe der Gewichtsteile der
Komponenten AI bis A3) Wasser und/oder physikalische Treibmittel,
A4b 0 bis 20 Gew.-Teilen (bezogen auf 100 Gew.-Teile der Summe der Gewichtsteile der
Komponenten AI bis A3) Flammschutzmittel,
A5 0 bis 20 Gew.-Teilen (bezogen auf 100 Gew.-Teile der Summe der Gewichtsteile der
Komponenten AI bis A3) Hilfs- und Zusatzstoffen wie
a) Katalysatoren,
b) oberflächenaktive Zusatzstoffe,
c) ein oder mehrere Additiven ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Reaktionsverzögerer, Zellregler, Pigmente, Farbstoffe, Stabilisatoren gegen Alterungs- und Witterungseinflüsse, Weichmacher, fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Substanzen, Füllstoffe und Trennmittel,
und
B Di- oder Polyisocyanaten,
wobei die füllstoffhaltigen Polyole gemäß Komponenten Ala und Alb in Mengen eingesetzt werden, so dass der Füllstoffgehalt resultierend aus den Komponenten Ala und Alb bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten Ala und Alb, A2 und A3 2 bis 30 Gew.- Füllstoff beträgt und wobei die Umsetzung bei einer Kennzahl von 90 bis 110 erfolgt.
Polyurethan-Hartschaumstoff ist ein stark vernetzter, duroplastischer Kunststoff, der zu einem zelligen Gebilde niedriger Rohdichte aufgeschäumt ist. Der duroplastische Charakter äußert sich darin, dass der Schaumstoff nicht schmelzbar ist, einen hohen Erweichungspunkt und eine gute Beständigkeit gegen Chemikalien und Lösemittel aufweist.
Für die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethanschaumstoffe können die nachfolgend näher beschriebenen Komponenten eingesetzt werden.
Komponente AI, Ala und Alb
Bei Komponenten AI, Ala und Alb handelt es sich um füllstoffhaltige Polyole, wobei der Füllstoff ein Reaktionsprodukt aus Di- und oder Polyisocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen aufweisenden Verbindungen ist.
Füllstoffhaltige Polyole enthalten fein verteilte Feststoffpartikel in Form einer dispergierten Phase in einem Grundpolyol. Füllstoffhaltige Polyole können durch Polymerisation von Styrol und Acrylnitril oder durch Umsetzung von Diisocyanat mit Diaminen beziehungsweise Aminoalkoholen in aktiven oder inaktiven Basis Polyolen hergestellt werden. Eine weitere technisch bedeutende Gruppe von füllstoffhaltigen Polyethern sind die Polyharnstoff - beziehungsweise Polyhydrazodicarbonamid- Polyole. Sie werden durch Reaktionen weiterer Komponenten im Polyol in situ erzeugt. Als
Reaktionskomponenten dienen die Isocyanate und Diamine beziehungsweise Hydrazin, die sich durch Polyaddition zu Polyharnstoffen beziehungsweise Polyhydrazodicarbonaminen verbinden. Hierbei findet zum Teil eine Verknüpfung mit den Hydroxylgruppen der Polyether- Kette statt. Die so erhaltenen stabilen Dispersionen werden als PHD-Polyether bezeichnet.
Füllstoffhaltige Polyole der Komponente Ala und Alb sind bevorzugt Polyole mit einem Füllstoff aus Polyharnstoff dispersionen, sog. PHD-Polyole, oder Polyole mit einem Füllstoff erhältlich durch Umsetzung von Alkanolaminen mit Di- und/oder Polyisocyanaten, sog. PIPA -Polyole.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, wobei es sich bei Komponente AI oder Ala um
füllstoffhaltige Polyole, mit einem Füllstoffaufbau enthaltend oder bestehend aus einer Komponente Al. l enthaltend oder bestehend aus Polyharnstoff dispersionen, die durch Umsetzung von Di- und/oder Polyisocyanaten mit primären und/oder sekundären Aminogruppen aufweisenden Di- und/oder Polyaminen und/oder Hydrazinen in einer Polyolkomponente erhältlich sind (PHD-Polyole), und/oder
füllstoffhaltige Polyole, mit einem Füllstoffaufbau enthaltend oder bestehend aus einer Komponente AI.2 enthaltend oder bestehend aus Urethangruppen enthaltenden Dispersionen, die durch durch Umsetzung von Alkanolaminen mit Di- und/oder Polyisocyanaten in einer Polyolkomponente erhältlich sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Komponenten Al. l und A 1.2 als Mischung eingesetzt, in einer anderen Ausführungsform werden die Komponenten Al. l und A 1.2 in einem Gewichtsverhältnis von Al. l :A 1.2 entsprechend > 30 : 70 bis < 70 : 30 eingesetzt und in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Komponente AI oder Ala der Zusammensetzung zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff ausschließlich Komponente Al.l oder ausschließlich Komponente AI.2 eingesetzt.
Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens füllstoffhaltige Polyole mit einem Füllstoffaufbau aus Polyharnstoffdispersionen, die durch
Umsetzung von Di- und/oder Polyisocyanaten mit primären und/oder sekundären Aminogruppen aufweisenden Di- und/oder Polyaminen und/oder Hydrazinen in einer 1 bis 8 primäre und/oder sekundäre Hydroxylgruppen aufweisenden Verbindung mit einem Molekulargewicht von 400 bis 18000 g/mol.
Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens füllstoffhaltige Polyole mit einem Füllstoffaufbau aus Urethangruppen enthaltenden Dispersionen, die durch Umsetzung von Alkanolaminen mit Di- und/oder Polyisocyanaten in einer Polyolkomponente erhältlich sind, besonders bevorzugt in einer 1 bis 8 primäre und/oder sekundäre Hydroxylgruppen aufweisenden Polyolkomponente mit einem Molekulargewicht von 400 bis 18000 g/mol.
Bevorzugte bei der Herstellung der erfindungsgemäßen füllstoffhaltigen Polyole eingesetzte
Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen sind 2 bis 8 Hydroxylgruppen aufweisende
Verbindungen, speziell solche vom Molekulargewicht 1000 bis 6000 g/mol, vorzugsweise 2000 bis 6000 g/mol, z.B. mindestens 2, in der Regel 2 bis 8, vorzugsweise aber 2 bis 6 Hydroxylgruppen aufweisende Polyetherpolyole und Polyesterpolyole sowie Polycarbonatpolyole,
Polyethercarbonatpolyole und Polyesteramidpolyolen, wie sie für die Herstellung von homogenen und von zellförmigen Polyurethanen an sich bekannt sind und wie sie z.B. in der EP-A 0 007 502, Seiten 8 bis 15, beschrieben werden. Bevorzugt sind Hydroxylgruppen aufweisende, besonders bevorzugt mindestens zwei Hydroxylgruppen aufweisende Polyetherpolyole. Vorzugsweise werden die Polyetherpolyole hergestellt durch Addition von Alkylenoxiden (wie beispielsweise Ethylenoxid, Propylenoxid und Butylenoxid oder deren Mischungen) an Startern wie Ethylenglykol,
Propylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Mannit und/oder Sucrose, so daß eine Funktionalität zwischen 2 und 8, vorzugsweise zwischen 2,5 und 6, besonders bevorzugt zwischen 2,5 und 4 eingestellt werden kann.
Vorzugsweise werden als Komponente AI oder Ala der Zusammensetzung zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff füllstoffhaltige-Polyole verwendet, die durch Umsetzung einer Diisocyanat- Mischung aus 75 bis 85 Gew.- 2,4-Toluylendiisocyanat (2,4-TDI) und 15 bis 25 Gew.- 2,6- Toluylendiisocyanat (2,6-TDI) mit einem Diamin und/oder Hydrazin in einer Polyolkomponente, vorzugsweise einem Polyetherpolyol, hergestellt durch Alkoxylierung eines trifunktionellen Starters (wie beispielsweise Glycerin und/oder Trimethylolpropan), erhältlich sind.
Bevorzugt enthält Komponente AI 5 bis 35 Gew.- , bevorzugt 8 bis 25 Gew.- , bevorzugter 9 bis 22 Gew.- , jeweils bezogen auf die Komponente AI, eines Füllstoffaufbaus, insbesondere eines Füllstoffaufbaus aus Polyharnstoffdispersionen.
Bevorzugt weist das mindestens eine gefüllte Polyol der Komponente AI ein zahlengemitteltes Molekulargewicht im Bereich von 3000 bis 5000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 3500 bis 4500 g/mol, bevorzugter im Bereich von 3800 bis 4100 g/mol auf.
Bevorzugt weist das mindestens eine gefüllte Polyol der Komponente AI eine OH -Zahl nach DIN 53240 im Bereich von 10 bis 40, bevorzugt im Bereich von 15 bis 35, bevorzugter im Bereich von 20 bis 30 auf.
Die gefüllten Polyole gemäß Komponente Ala werden in Mengen eingesetzt, dass der Füllstoff gehalt resultierend aus der Komponente AI oder al bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten AI und A2 bevorzugt 2 bis 30 Gew.- , besonders bevorzugt 4 bis 25 Gew.- , höchst bevorzugt 7 bis 22 Gew.- Füllstoff beträgt.
Bevorzugt werden als gefüllte Polyole gemäß Komponente Ala ausschließlich PHD-Polyole in Mengen eingesetzt, dass der Füllstoffgehalt resultierend aus dem PHD-Polyol bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten AI und A2 bevorzugt 2 bis 30 Gew.- , besonders bevorzugt 4 bis 25 Gew.- , höchst bevorzugt 7 bis 22 Gew.- Füllstoff beträgt.
Besonders bevorzugt werden als Komponente Ala PHD-Polyole mit einem PHD-Füllstoffanteil von 2 bis 25 Gew.- , höchst bevorzugt 8 bis 22 Gew.- , jeweils bezogen auf das PHD-Polyol, eingesetzt. Beispielsweise resultiert im Falle eines PHD-Füllstoffanteils von 20 Gew.- bezogen auf das PHD- Polyol und einem Mengenverhältnis von 75 Gew. -Teilen PHD-Polyol und 25 Gew. -Teilen der Komponente A2, jeweils bezogen auf die Summe der Komponenten Ala bis A2 ein Füllstoffgehalt von 15 Gew.- , bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten Ala und A2.
Komponente Alb
Bevorzugt wird eines der unter Komponente AI oder Ala beschriebenen gefüllten Polyole als Komponente Alb eingesetzt.
Die gefüllten Polyole gemäß Komponente Alb werden in Mengen eingesetzt, dass der Füllstoffgehalt resultierend aus der Komponente Alb, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten Ala, Alb, A2 und A3 < 10 Gew.- , vorzugsweise < 5 Gew.- , besonders bevorzugt < 2 Gew.- Füllstoff beträgt.
Die Zusammensetzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält keine SAN- Polyole.
Komponente A2
Komponente A2 enthält oder besteht aus Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen. Hierunter versteht man Verbindungen die Aminogruppen, Thiogruppen oder Carboxylgruppen, vorzugsweise Hydroxylgruppen, insbesondere 2 bis 8
Hydroxylgruppen, aufweisen. Komponente A2 enthält oder besteht aus Verbindungen die ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 400 - 18000 g/mol, bevorzugt 1000 bis 6000, bevorzugter 2000 bis 6000, noch bevorzugter von 3000 bis 5000 g/mol aufweisen. Bevorzugt enthält oder besteht Komponente Aa aus Polyethern, Polyestern, Polycarbonaten oder Polyesteramiden, die mindestens 2, in der Regel 2 bis 8, vorzugsweise aber 2 bis 6, Hydroxylgruppen aufweisen. Die mindestens zwei Hydroxylgruppen aufweisenden Polyetherpolyole sind erfindungsgemäß bevorzugt. Vorzugsweise werden die Polyetherpolyole hergestellt durch Addition von Alkylenoxiden (wie beispielsweise Ethylenoxid,Propylenoxid und Butylenoxid oder deren Mischungen) an Startern wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Mannit und/oder Sucrose, so daß eine Funktionalität zwischen 2 und 8, vorzugsweise zwischen 2,5 und 6, besonders bevorzugt zwischen 2,5 und 4 eingestellt werden kann. Bevorzugt enthält oder besteht Komponente A2 aus Polyether-Polyole die aus Polyethylenoxid, Polypropylenoxid und Glyzerin gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators hergestellt werden.
Bevorzugt weisen die Verbindungen der Komponente A2 eine OH-Zahl nach DIN 53240 im Bereich von 10 bis 40, bevorzugt von 15 bis 35, bevorzugter von 25 bis 30 auf. In einer Ausführungsform enthält oder besteht Komponente A2 aus einem Polyethylenoxid- Polypropylenoxidpolyether auf der Basis von Glyzerin mit einem zahlengemitteltem
Molekulargewicht im Bereich von 4000 bis 5000 g/mol und einer OH-Zahl nach DIN 53240 im Bereich von 25 bis 35.
Komponente A3
Gegebenenfalls enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung zur Herstellung eines Polyurethan- Schaumstoffs eine Komponente A3 enthaltend oder bestehend aus Verbindungen die gegenüber Isocyanaten reaktiv sind und ein zahlengeniitteltes Molekulargewicht von 62 bis 399 g/mol, bevorzugt 80 bis 200 g/mol, bevorzugter 100 bis 180 g/mol, aufweisen. Bevorzugt weisen die Verbindungen Hydroxylgruppen und/oder Aminogruppen und/oder Thiolgruppen und/oder Carboxylgruppen auf, vorzugsweise Hydroxylgruppen und/oder Aminogruppen. Bevorzugt dienen diese Verbindungen als Ketten Verlängerungsmittel oder Vernetzungsmittel. Diese Verbindungen weisen in der Regel 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4, gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige Wasserstoffatome auf. Bevorzugt weisen die in Komponente A3 enthaltenen Verbindungen eine OH-Zahl von 500 bis 2000, bevorzugter von 800 bis 1500, noch bevorzugter von 1000 bis 1300 auf. Bevorzugt enthält oder besteht Komponente A3 aus Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Sorbit und/oder Glycerin, bevorzugter
Triethanolamin.
Komponente A4 oder A4a
Komponente A4 oder A4a enthält Wasser und/oder mindestens ein physikalisches Treibmittel.
Physikalische Treibmittel sind bevorzugt Kohlendioxid und/oder leicht flüchtige organische
Substanzen wie z. B. Dichlormethan.
Komponente A5
Als Komponente A5 werden gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe verwendet wie
a) Katalysatoren (Aktivatoren),
b) oberflächenaktive Zusatzstoffe (Tenside), wie Emulgatoren und Schaumstabilisatoren, c) ein oder mehrere Additive ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Reaktionsverzögerern (z.B. sauer reagierende Stoffe wie Salzsäure oder organische Säurehalogenide), Zellreglern (wie beispielsweise Paraffine oder Fettalkohole oder Dimethylpolysiloxane), Pigmenten, Farbstoffen, Stabilisatoren gegen Alterungs- und Witterungseinflüsse, Weichmachern, fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Substanzen, Füllstoffen (wie beispielsweise Bariumsulfat, Kieselgur, Ruß- oder Schlämmkreide) und Trennmittel. Beispiele von bevorzugten Hilfs- und Zusatzstoffen sowie Einzelheiten über Verwendungs- und Wirkungsweise dieser Hilfs- und Zusatzstoffe sind im Kunststoff-Handbuch, Band VII, herausgegeben von G. Oertel, Carl-Hanser-Verlag, München, 3. Auflage, 1993, z.B. auf den Seiten 104-127 beschrieben.
Als Katalysatoren werden bevorzugt eingesetzt: aliphatische tertiäre Amine (beispielsweise
Trimethylamin, Tetramethylbutandiamin, 3-Dimethylaminopropylamin, N,N-Bis(3-dimethyl- aminopropyl)-N-isopropanolamin), cycloaliphatische tertiäre Amine (beispielsweise 1,4- Diaza(2,2,2)bicyclooctan), aliphatische Aminoether (beispielsweise Bisdimethylaminoethylether, 2- (2-Dimethylaminoethoxy)ethanol und N,N,N-Trimethyl-N-hydroxyethyl-bisaminoethylether) , cycloaliphatische Aminoether (beispielsweise N-Ethylmorpholin), aliphatische Amidine,
cycloaliphatische Amidine, Harnstoff und Derivate des Harnstoffs (wie beispielsweise
Aminoalkylharnstoffe, insbesondere (3-Dimethylaminopropylamin)-harnstoff). Ein besonders bevorzugter Katalysator ist 1 ,4-Diaza(2,2,2)bicyclooctan.
Als Katalysatoren können auch Zinn(II)-Salze von Carbonsäuren eingesetzt werden, wobei vorzugsweise die jeweils zugrundeliegende Carbonsäure von 2 bis 20 Kohlenstoffatome aufweist. Besonders bevorzugt sind das Zinn(II)-Salz der 2-Ethylhexansäure (d.h. Zinn(II)-(2-ethylhexanoat)), das Zinn(II)-Salz der 2-Butyloctansäure, das Zinn(II)-Salz der 2-Hexyldecansäure, das Zinn(II)-Salz der Neodecansäure, das Zinn(II)-Salz der Ölsäure, das Zinn(II)-Salz der Ricinolsäure und
Zinn(II)laurat. Es können auuch Zinn(IV)-Verbindungen, wie z.B. Dibutylzinnoxid,
Dibutylzinndichlorid, Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinnmaleat oder
Dioctylzinndiacetat als Katalysatoren eingesetzt werden.
Selbstverständlich können alle oben genannten Katalysatoren als Gemische eingesetzt werden.
Bevorzugt enthält Komponente A5 Harnstoff, 1 ,4-Diaza(2,2,2)bicyclooctan, ein Gemisch aus modifzierten Polyethersiloxanen und eine Polyol-Ruß -Mischung mit ca. 15 Gew.- Ruß.
Komponente B
Komponente B enthält Di- und /oder Polyisocyanate. Bevorzugt enthält Komponente B aliphatische, cycloaliphatische, ar aliphatische, aromatische und heterocyclische Polyisocyanate, wie sie z.B. von W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, Seiten 75 bis 136, beschrieben werden, beispielsweise solche der Formel (I)
Q(NCO)„ (I)
in der
n = 2 - 4, vorzugsweise 2 -3, und
Q einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2 - 18, vorzugsweise 6 - 10 C-Atomen, einen
cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4 - 15, vorzugsweise 6 - 13 C-Atomen oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 - 15, vorzugsweise 8 - 13 C-Atomen
bedeuten.
Besonders bevorzugt werden in der Regel die technisch leicht zugänglichen Polyisocyanate, z.B. das 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat, sowie beliebige Gemische dieser Isomeren („TDI");
Polyphenylpolymethylenpolyisocyanate, wie sie durch Anilin-Formaldehyd-Kondensation und anschließende Phosgenierung hergestellt werden ("rohes MDI") und Carbodiimidgruppen,
Urethangruppen, Allophanatgruppen, Isocyanuratgruppen, Harnstoffgruppen oder Biuretgruppen aufweisenden Polyisocanate ("modifizierte Polyisocyanate"), insbesondere solche modifizierten Polyisocyanate, die sich vom 2,4- und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat bzw. vom 4,4'- und/oder 2,4'- Diphenylmethandiisocyanat ableiten. Vorzugsweise enthält oder beseht Komponente B aus mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4,4'-
Diphenylmethandiisocyanat, 2,4'- Diphenylmethandiisocyanat, 2,2' -Diphenylmethandiisocyanat und Polyphenylpolymethylenpolyisocyanat („Mehrkern-MDI") oder Mischungen daraus.
Besonders bevorzugt wird als Komponente B eine Diphenylmethandiisocyanat-Mischung eingesetzt, bestehend aus
a) 35 bis 95 Gew.- 4,4 '-Diphenylmethandiisocyanat und
b) 5 bis 65 Gew.- 2,2 '-Diphenylmethandiisocyanat und/oder 2,4'-Diphenylmethandiiso- cyanat und
c) 0 bis 56 Gew.- , bevorzugt 0 bis 52 Gew.- Polyphenylpolymethylenpolyisocyanat
(„Mehrkern-MDI") und/oder 2,2'-, 2,4'-, 4,4 '-Diphenylmethandiisocyanat-, und/oder pMDI- basierte Carbodiimide, Uretdione oder Uretdionimine.
Ganz besonders bevorzugt wird als Komponente B eine Diphenylmethandiisocyanat-Mischung eingesetzt, bestehend aus
a) 40 bis 42 Gew.- 4,4 '-Diphenylmethandiisocyanat und
b) 6 bis 9 Gew.- 2,2 '-Diphenylmethandiisocyanat und/oder 2,4'-Diphenylmethandiiso-cyanat und
c) 50 bis 52 Gew.- Polyphenylpolymethylenpolyisocyanat („Mehrkern-MDI") und/oder 2,2'-, 2,4'-, 4,4 '-Diphenylmethandiisocyanat-, und/oder pMDI-basierte Carbodiimide, Uretdione oder Uretdionimine. Bevorzugt enthält die Zusammensetzung zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff zur thermischen und akustischen Isolierung von Motoren keine Flammschutzmittel, insbesondere keine phosphorhalten oder halogenhaltigen Flammschutzmittel oder Melamin. Bevorzugt enthält die Zusammensetzung keine Flammschutzmittel wie beispielsweise Phosphate oder Phosphonate, wie z.B. Diethylethanphosphonat (DEEP), Triethylphosphat (TEP) und Dimethylpropylphosphonat (DMPP), bromierte Ester, bromierte Ether (Ixol) oder bromierte Alkohole wie Dibromneopentylakohol, Tribromneopentylalkohol, Tetrabromphthalat Diol (DP 54) und PHT-4-Diol, sowie chlorierte
Phosphate wie Tris(2-chlorethyl)phosphat, Tris-(2-chlorpropyl)phosphat (TCPP), Tris(l,3- dichlorpropyl)phosphat, Trikresylphosphat, Diphenylkresylphosphat (DPK), Tris-(2,3- dibrompropyl)phosphat, Tetrakis-(2-chlorethyl)-ethylendiphosphat, Dimethylmethanphosphonat, Diethanolaminomethylphosphonsäurediethylester sowie handelsübliche halogenhaltige
Flammschutzpolyole oder Mischungen daraus .
Unter Flammschutzmitteln sind erfindungsgemäß nicht die füllstoffhaltigen Polyole gemäß
Komponente AI oder al oder a2 zu verstehen.
Die Zusammensetzung zur Herstellung von Polyurethanschaumstoff wird bei einer Kennzahl von 90 bis 110, bevorzugt 95 bis 105, bevorzugter bei einer Kennzahl von 100 umgesetzt. Die Kennzahl (Isocyanat Index) gibt das Verhältnis der tatsächlich eingesetzten Isocyanat-Menge zur
stöchiometrischen, d.h. berechneten Isocyanat-Gruppen (NCO)-Menge an:
Kennzahl = [(Isocyanat-Menge eingesetzt) : (Isocyanat-Menge berechnet)] · 100(11)
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält oder besteht die Zusammensetzung aus
- 10,0 bis 98,9 Gew- , bevorzugt 20,0 bis 55,0 Gew-%, der Komponente AI,
- 1,0 bis 88,9 Gew-%, bevorzugt 37,0 bis 72,0 Gew-% der Komponente A2,
- gegebenenfalls 0 bis 5 Gew-%, bevorzugt 0,2 bis 2,0 Gew-% der Komponente A3,
- 0,1 bis 10,0 Gew-%, bevorzugt 0,5 bis 2,0 Gew-% der Komponente A4,
- gegebenenfalls 0 bis 20,0 Gew-%, bevorzugt 1,0 bis 4,0 Gew-% der Komponente A5,
wobei sich die Gewichtsteile der Komponenten AI bis A5 zu 100 addieren.
Zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe werden die Reaktionskomponenten bevorzugt nach dem an sich bekannten Einstufenverfahren, dem Prepolymerverfahren oder dem Semiprepolymerverfahren zur Umsetzung gebracht, wobei man sich vorzugsweise maschineller Einrichtungen bedient.
Einzelheiten über Verarbeitungseinrichtungen, die auch erfindungsgemäß infrage kommen, werden im Vieweg und Höchtlen (Hrsg.): Kunststoff-Handbuch, Band VII, Carl-Hanser-Verlag, München 1966, S. 121 bis 205 beschrieben. Bevorzugt ist Verfahren zu Herstellung des erfindungsgemäßen
Polyurethan-Schaumstoffs ein Einstufen- oder one-shot-Verfahren, bei dem die Komponenten der Zusammensetzung rezepturgetreu dosiert und vermischt werden und dann in eine Formgebungsvorrichtung eingetragen werden. Bevorzugt weist die Formgebungsvorrichtung eine Temperatur von 45 bis 70 °C auf. Bevorzugt härtet die vermischte Zusammensetzung in der Form nach 5 bis 10 Minuten, bevorzugter nach 6 bis 8 Minuten aus und der erhaltene Polyurethan- Schaumstoff kann aus der Form entformt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Komponenten AI bis A5 und B in einem
Einstufenverfahren zur Reaktion gebracht. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform wird zunächst aus der Polyolkomponente A2 und der Isocyanatkomponente B ein Prepolymer gebildet, welches dann mit den übrigen Reaktanden umgesetzt wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Polyurethan-Schaumstoff zur thermischen und akustischen Isolierung von Motoren erhalten durch oder erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren. Bevorzugt weist der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Polyurethan- Schaumstoff eine Rohdichte nach DIN EN ISO 845 im Bereich von 100 bis 250 kg/m3, bevorzugt im Bereich von 130 bis 200 kg/m3, bevorzugter im Bereich von 140 bis 170 kg/m3 auf. Bevorzugt weist der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Polyurethan-Schaumstoff eine Stauchhärte, CV40 [kPa] nach DIN EN ISO 3386-1-98 von 30 bis 80 kPa, bevorzugter von 40 bis 60 kPa auf.
Eine Ausführungsform betrifft die Verwendung eines durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Polyurethan-Schaumstoffs für die thermische und akustische Isolierung von Motoren.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Isolierung von Motoren enthaltend einen Polyurethan- Schaumstoff der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wurde, insbesondere als Formkörper, wobei der Formkörper insbesondere ein selbsttragender Formkörper ist, insbesondere umschließt der Formkörper die Außenfläche eines Motors weitgehend.
Eine weitere Ausführungsform betritt ein Verfahren zur Herstellung der Isolierung von Motoren umfassend die folgenden Schritte
- Bereitstellen einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und Vermischen der
Komponenten unter Erhalt einer Mischung,
- wenigstens abschnittsweises Auftragen der Mischung unmittelbar auf die Außenfläche eines
Verbrennungsmotors, insbesondere weitestgehend vollflächiges Auftragen,
- Ausreagierenlassen der Mischung.
Dabei umfasst die Außenfläche des Verbrennungsmotors vorzugsweise den Motorblock, den
Ventildeckel, das Kurbelwellengehäuse, das Nockenwellengehäuse, und/oder die
Ansaugluftzuführung umfasst. Die Polyurethanschäume werden erfindungsgemäß zur thermischen und akustischen Isolierung für Verbrennungsmotoren, gegebenenfalls einschließlich der Nebenaggregate, eingesetzt. Es ist hierbei möglich, den Motor ganz oder teilweise sowie nur den Motor oder den Motor gemeinsam mit den Nebenaggregaten zu isolieren. Erfindungsgemäß wird mit dem Begriff Motor die Außenfläche des Verbrennungsmotors vorzugsweise den Motorblock, den Ventildeckel, das Kurbelwellengehäuse, das Nocken wellengehäuse, und/oder die Ansaugluftzuführung beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die erfindungsgemäße thermische und akustische Isolierung stoffschlüssig mit dem Motorblock verbunden sein. Das kann beispielsweise durch direktes Anschäumen des Polyurethanhartschaums an den Motorblock geschehen. Dabei kann entweder nur das Motorgehäuse oder aber auch das Motorgehäuse und die Zusatzaggregate umschäumt werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in einer vollständigen Abdichtung des Motorgehäuses, was zu einer sehr guten Wärme- und insbesondere Schallisolierung führt. Außerdem ist dieses Verfahren sehr leicht durchführbar, da nur die flüssigen Schaumkomponenten auf die Motoroberfläche aufgebracht werden müssen und keine separate Formgebung und Anpassung der Isolierung erfolgen muß. Nachteilig ist jedoch, daß bei Arbeiten am Motor die Isolierung entfernt werden muß, was in jedem Fall mit ihrer Zerstörung verbunden ist.
Eine weitere Möglichkeit der stoffschlüssigen Isolierung der Motoren kann darin bestehen, dass man die Isolierung in einem Stück oder in mehreren Teilen herstellt, vorzugsweise als Formkörper, und diese dann mit dem Motorgehäuse verklebt. Auch dabei kann einer vollständigen Abdichtung des Motorgehäuses mit den oben erwähnten Vorteilen erreicht werden. Nachteilig ist, daß zunächst die Formkörper hergestellt und diese danach in einem separaten Arbeitsschritt mit dem Motorgehäuse verbunden werden müssen. Gegenüber dem direkten Anschäumen hat dieses Verfahren den Vorteil, daß bei Arbeiten am Motor die Isolierung gegebenenfalls durch lösen der Verklebung entfernt und anschließend wieder aufgebracht werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Isolierung als selbsttragende Einheit gestaltet werden. Dabei können Formteile aus Polyurethanschaum hergestellt und diese um den Motor angebracht werden. Auch hier ist es wiederum möglich, die Isolierung als ein Teil oder in Form von mehreren Teilen auszugestalten. Außerdem kann wiederum nur der Motor ganz oder teilweise oder der Motor einschließlich der Nebenaggregate umhüllt werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der einfachen Demontage der Isolierung bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten am Motor und der möglichen Wiederverwendung der Isolierung. Nachteilig gegenüber der direkten Verschäumung des Motors ist der höhere Aufwand bei der Herstellung und Anbringung der Isolierung. Außerdem kann es beim Betrieb des Motors zu einer Lockerung der Isolierung und damit zu einer möglichen Verschlechterung der Wärme- und Geräuschdämmung des Motors kommen. Besonders vorteilhaft ist auch hier die Ausgestaltung der Isolierung aus mehreren Einzelteilen, um Reparatur und Wartungsarbeiten am Motor zu vereinfachen.
Selbstverständlich können in den beiden letztgenannten Ausführungsformen die Isolierung, bzw. die einzelnen Teile der Isolierung statt als Formkörper auch als Blockschaum hergestellt werden, der dann in die entsprechende Form geschnitten wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die selbsttragenden Einheiten auch als Verbundelemente ausgestaltet sein.
So ist es möglich, die dem Motor abgewandte Seite mit einer stabilen Schale aus Kunststoff zu versehen, um die mechanische Festigkeit der Isolierung zu verbessern. Als Kunststoffe zur Herstellung dieser Schale können beispielsweise Polyolefine, Polystyrol, Polyamid oder Polycarbonate verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich und im Interesse der Recyclingfähigkeit vorteilhaft, kompakte Polyurethane, beispielsweise PU-RIM, zur Herstellung dieser Schale einzusetzen. Die zur Herstellung der Schale eingesetzten Kunststoffe können auch Verstärkungsmittel, beispielsweise Glasfasern, enthalten.
Die dem Motor zugewandte Seite kann eine Schicht aus mindestens einem temperaturstabilen Material enthalten. Dabei können anorganische Stoffe, beispielsweise Mineralfasern, ebenso verwendet werden wie organische Materialien, insbesondere Schaumstoffe, wie zum Beispiel Melamin- Formaldehydschaum. Es ist auch möglich, Verbundelemente aus mehreren Polyurethanschäumen einzusetzen, wobei sich der für die dem Motor abgewandte Seite verwendete Polyurethanschaum durch besondere mechanische Festigkeit und der für die dem Motor zugewandte Seite verwendete Polyurethanschaum durch besondere thermische Stabilität auszeichnen sollte.
Die Verbundelemente können auch mindestens eine Schicht enthalten, die der Κ0 εΓ8οη3ΐ1ά3ητηιιιη§ dient. Beispiele hierfür sind Polyurethane mit speziellen Füllstoffen, beispielsweise Schwerspat. Nach Möglichkeit werden diese Schichten in der Mitte oder an der dem Motor abgewandten Seite des Verbundelementes angebracht, da sie zumeist nicht temperaturbeständig sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn die äußere Kunststoffschale eine Dicke von 0,5 bis 5,0 mm, die Schicht zur Wärmedämmung eine mittlere Dicke von 5,0 bis 70 mm und die Schicht zur
eine Dicke von 0,5 bis 10 mm aufweist. Zum Schutz gegen aggressive Flüssigkeiten, wie Kraftstoff, Motorenöl, Bremsflüssigkeit oder Frostschutzmittel, kann die Innenseite der Isolierung auch noch mit einer Metallschicht umgeben sein, beispielsweise mit einer dünnen Aluminiumschicht. Dies führt darüber hinaus noch zu einer zusätzlichen Reflexion der Wärmestrahlung. Außerdem kann die äußere Oberfläche aus Metall noch dekorativ gestaltet werden.
In einer ersten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von
Polyurethan-Schaumstoff zur thermischen und akustischen Isolierung von Motoren, wobei der Polyurethan-Schaumstoff erhalten wird oder erhältlich ist durch Umsetzung einer Zusammensetzung enthaltend oder bestehend aus
einer Komponente AI enthaltend oder bestehend aus mindestens einem gefüllten Polyol, einer Komponente A2 enthaltend oder bestehend aus Verbindungen die gegenüber Isocyanaten reaktiv sind und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 400 bis 18000 g/mol aufweisen, gegebenenfalls einer Komponente A3 enthaltend oder bestehend aus Verbindungen die gegenüber Isocyanaten reaktiv sind und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 62 bis 399 g/mol aufweisen,
wobei die Komponenten A2 und A3 keine gefüllten Polyole enthalten,
einer Komponente A4 enthaltend Wasser und/oder mindestens ein physikalisches Treibmittel, gegebenenfalls einer Komponente A5 enthaltend Hilfs- und Zusatzstoffe, und
einer Komponente B enthaltend oder bestehend aus Di-und/oder Polyisocyanaten,
wobei keine Styrol-Acrylonitril gefüllten Polyole in der Zusammensetzung enthalten sind und die Umsetzung bei einer Kennzahl von 90 bis 110 erfolgt.
In einer zweiten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß Ausführungsform 1 , wobei das mindestens eine gefüllte Polyol der Komponente AI einen Füllstoffaufbau enthält aus
Polyharnstoffdispersionen, die durch Umsetzung von Di- und/oder Polyisocyanaten mit primären und/oder sekundären Aminogruppen aufweisenden Di- und/oder Polyaminen und/oder Hydrazinen in einer Polyolkomponente erhältlich sind, und/oder
Urethangruppen enthaltenden Dispersionen, die durch Umsetzung von Alkanolaminen mit Di- und/oder Polyisocyanaten in einer Polyolkomponente erhältlich sind.
In einer dritten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß Ausführungsform 1 oder 2, wobei die Komponente AI 5 bis 35 Gew.- , bevorzugt 8 bis 25 Gew.- , jeweils bezogen auf die Komponente AI eines Füllstoffaufbaus enthält, insbesondere eines Füllstoffaufbaus aus Polyharnstoffdispersionen.
In einer vierten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei das mindestens eine gefüllte Polyol der Komponente AI ein zahlengemitteltes Molekulargewicht im Bereich von 3000 bis 5000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 3500 bis 4500 g/mol, bevorzugter im Bereich von 3800 bis 4100 g/mol aufweist.
In einer fünften Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 4, wobei das mindestens eine gefüllte Polyol der Komponente AI eine OH- Zahl nach DIN 53240 im Bereich von 10 bis 40, bevorzugt im Bereich von 15 bis 35, bevorzugter im Bereich von 20 bis 30, aufweist.
In einer sechsten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 5, wobei die Verbindungen der Komponente A2 eine OH-Zahl nach DIN 53240 im Bereich von 10 bis 40, bevorzugt im Bereich von 15 bis 35, aufweisen.
In einer siebten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 6, wobei die Komponente B mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4,4'- Diphenylmethandiisocyanat, 2,4'- Diphenylmethandiisocyanat, 2,2'- Diphenylmethandiisocyanat und Polyphenylpolymethylenpolyisocyanat („Mehrkern-MDI") oder Mischungen daraus enthält oder daraus besteht.
In einer achten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 7, wobei die Zusammensetzung keine Flammschutzmittel, insbesondere keine phosphorhaltigen oder halogenhaltigen Flammschutzmittel oder Melamin, enthält.
In einer neunten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 8, wobei die Zusammensetzung enthält oder besteht aus
10,0 bis 98,9 Gew- , bevorzugt 20,0 bis 55,0 Gew- , der Komponente AI,
1,0 bis 88,9 Gew-%, bevorzugt 37,0 bis 72,0 Gew-% der Komponente A2,
gegebenenfalls 0 bis 5 Gew-%, bevorzugt 0,2 bis 2,0 Gew-% der Komponente A3,
0,1 bis 10,0 Gew-%, bevorzugt 0,5 bis 2,0 Gew-% der Komponente A4,
gegebenenfalls 0 bis 20,0 Gew-%, bevorzugt 1,0 bis 4,0 Gew-% der Komponente A5,
wobei sich die Gewichtsteile der Komponenten AI bis A5 zu 100 addieren. In einer zehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Polyurethan-Schaumstoff zur thermischen und akustischen Isolierung von Motoren erhalten durch oder erhältlich durch ein
Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 9.
In einer elften Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Polyurethan-Schaumstoff nach
Ausführungsform 10, wobei der Polyurethan-Schaumstoff eine Rohdichte nach DIN EN ISO 845 im Bereich von 100 bis 250 kg/m3, bevorzugt im Bereich von 130 bis 200 kg/m3, bevorzugter im Bereich von 140 bis 170 kg/m3 aufweist.
In einer zwölften Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines Polyurethan- Schaumstoffs nach Ausführungsform 10 oder 11 für die thermische und akustische Isolierung von Motoren.
In einer dreizehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Isolierung von Motoren enthaltend einen Polyurethan-Schaumstoff nach Ausführungsform 10 oder 11, insbesondere als Formkörper, wobei der Formkörper insbesondere ein selbsttragender Formkörper ist, insbesondere umschließt der Formkörper die Außenfläche eines Motors weitgehend.
In einer vierzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Isolierung nach Ausführungsform 13 umfassend die folgenden Schritte
- Bereitstellen einer Zusammensetzung nach einem der Ausführungsformen 1 bis 9 und
Vermischen der Komponenten unter Erhalt einer Mischung,
- Verbrennungsmotors, insbesondere weitestgehend vollflächiges Auftragen,
- Ausreagierenlassen der Mischung.
In einer fünfzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach Ausführungsform 14, wobei die Außenfläche des Verbrennungsmotors den Motorblock, den Ventildeckel, das
Kurbelwellengehäuse, das Nockenwellengehäuse, und/oder die Ansaugluftzuführung umfasst.
Beispiele
Es wurden Polyurethanschaumstoffe mit den folgenden Komponenten hergestellt:
AI Desmophen 7619 W, ein füllstoffhaltiges Polyol mit 21,6 % Polyharnstoffdispersion (PHD) als Füllstoff und 78,4% eines Polyethylenoxid-Polypropylenoxidpolyethers auf der Basis von Glyzerin mit einem zahlengemitteltem Molekulargewicht von 4007 g/mol und einer OH-Zahl von 28 Hyperlite Polyol 1650, ein füllstoffhaltiges Polyol mit 43 % Styrol-Acrylonitril (SAN) als Füllstoff und 57% eines Polyethylenoxid-Polypropylenoxidpolyethers auf der Basis von Glyzerin mit einem zahlengemitteltem Molekulargewicht von 8332 g/mol und einer OH-Zahl von 20
A2 Desmophen 10 WF 22 bestehend aus einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxidpolyether auf der Basis von Glyzerin mit einem zahlengemitteltem Molekulargewicht von 4500 g/mol und einer OH-Zahl von 28
A2 Desmophen 41 WB01 bestehend aus einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxidpolyether auf der
Basis von Glyzerin mit mehr als 70% Ethylenoxid Anteil und mit einem zahlengemitteltem
Molekulargewicht von 4548 g/mol und einer OH-Zahl von 37
A2 Desmophen 10 WF 15 bestehend aus einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxidpolyether auf der Basis von Glyzerin mit einem zahlengemitteltem Molekulargewicht von 4007 g/mol und einer OH-Zahl von 35
A3 Triethanolamin einem zahlengemitteltem Molekulargewicht von 149 g/mol und einer OH-Zahl von 1128
A4 Wasser
A5 Harnstoff
A5 Dabco 33 LV bestehend aus 33% l,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan gelöst in 67% Dipropylenglykol A5 Tegostab B 8715 LF 2 bestehend aus einem Gemisch aus modifizierten Polyethersiloxanen A5 Isopur Black Paste bestehend aus einer Polyol-Ruß-Mischung mit ca. 15% Ruß
Die Isocyanate der Komponente B setzten sich wie folgt zusammen:
Tabelle 1
Es wurden Polyurethanschaumstoffe nach dem folgenden Verfahren hergestellt:
Die Komponenten AI bis A6 wurden in einen Becher mit 1,85L Volumen eingewogen und 15s bei 4200U/min mit einem Rührer vermischt. Das Isocyanat der Komponente B wurde zugewogen und das Gemisch für weitere 5s bei gleicher Geschwindigkeit gerührt.
Das Gemisch wurde in eine beheizte Aluminiumform (ca. 50°C , Volumen: Beispiel 1-3 und 6-11 : 5L, Beispiel 4: 2,8L ) überführt und nach 7,5 min Aushärtezeit wieder entformt. Die Rohdichte wurde nach DIN EN ISO 845 an einem Prüfkörper aus dem Kern des Formteils bestimmt.
Die Stauchhärte CV 40 wurde nach DIN EN ISO 3386-1-98 bestimmt.
Durchführung eines Brandtest nach FMVSS 302 bzw. Richtlinie 95/28/EG:
Im Versuchsaufbau wird eine Brandkammer mit den Maßen 70 x 66 x 40 cm und
Belüftungsmöglichkeit mit einem Bunsenbrenner auf einer bewegbaren Schiene bestückt. Eine Probenfassung für einen horizontal eingesetzten Probenkörper mit den Abmessungen 150x90x13mm wird so in die Kammer eingebracht, dass eine 38mm lange Flamme des Bunsenbrenners exakt an eine Kante des Probekörpers heranreichen kann.
Die Probe oder die Probenaufnahme werden bei 25mm und 125mm markiert. Nach Entzünden des Bunsenbrenners wird dieser auf der Schiene an die Kante des Probekörpers herangeführt und dort für 15s belassen. Dann wird der Bunsenbrenner wieder auf die Ausgangsposition zurückgeführt an der kein Kontakt der Flamme zum Probekörper besteht.
Danach wird die Flammenausbreitung beobachtet und die Zeit ab Überschreiten der 25mm Marke bis zur Selbstverlöschung oder bis zum Erreichen der 125mm Marke bestimmt. Hieraus wird die
Brandgeschwindigkeit in mm/min berechnet.
Als weitere Beobachtung wird das Abtropfverhalten notiert. Hierbei ist relevant, ob der Schaum abtropft und wenn ja ob diese Tropfen selbst brennen oder nicht brennen.
Die Anforderung für den Motorraum wird erfüllt wenn die Brandgeschwindigkeit Omm/min nicht überschreitet. Hierfür darf die erste Messmarke bei 25mm nicht von der Flamme erreicht werden. Ein nicht brennendes Abtropfen ist ein weiteres wünschenswertes Kriterium.
Die Zusammensetzung der Polyurethanschaumstoffe ergibt sich aus folgenden Tabellen 2 und 3. Die Gewichtsangaben sind jeweils in Gew.- .
Tabelle 2
Tabelle 3
Bei den Polyurethanschäumen der Vergleichsbeispiele 6 und 8, die bei einem Index von 70 hergestellt wurden, war eine höhere Rohdichte notwendig, damit die Aluminiumform nach vollständiger Expansion der Zusammensetzung zur Herstellung des Schaums komplett gefüllt war. Bei dem Polyurethanschaum von Vergleichsbeispiel 9 und 12, musste die Rohdichte hingegen etwas reduziert werden, da ansonsten zu viel Druck in der Form entsteht.
Die experimentellen Daten der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 4 sowie 11 und 12 zeigen, dass die erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoffe die Flammschutzanforderungen erfüllen, die für eine Verwendung im Motorraum, beziehungsweise am Motor notwendig sind. Bei keinem dieser Schäume überschritt die Brandgeschwindigkeit die Schwelle von 0 mm/min und es erreichte auch keiner dieser Schäume die erste Messmarke bei 25 mm. Darüber hinaus zeigten die Brandtests, dass keiner der erfindungsgemäßen Schäume beim Verbrennen brennende Tropfen bildete. Die erfindungsgemäßen Schäume der Beispiele 2, bis 4 und 12 bildeten beim Verbrennen sogar gar keine Tropfen. Im Vergleich dazu traten beim Verbrennen des Schaums aus Vergleichsbeispiel 5 brennende Tropfen auf. Dieser Schaum erfüllte auch nicht die Anforderungen für die Brandgeschwindigkeit. Im
Vergleichsbeispiel 5 wurde als gefülltes Polyol ein Styrol-Acrylonitril-gefülltes Polyol verwendet, während in den erfindungsgemäßen Beispielen als gefülltes Polyol ein Polyharnstoff-dispergiertes Polyol verwendet wurde. Der Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele mit dem Vergleichsbeispiel 5 zeigt eindeutig, dass die Verwendung eines mit Polyharnstoffdispersion gefüllten Polyols zu verbesserten Brandschutzeigenschaften im Vergleich zur Verwendung eines Styrol-Acrylonitril- gefüllten Polyols führt. Insbesondere der Vergleich des erfindungsgemäßen Beispiels 3 mit dem Vergleichsbeispiel 5 zeigt, dass der technische Effekt eindeutig auf die Art des verwendeten gefüllten Polyols zurückzuführen ist. Diese beiden Beispiele unterscheiden sich nur hinsichtlich der Art des gefüllten Polyols, das verwendet wurde.
Die Vergleichsbeispiele 6, 7 und 10 zeigen, dass eine Mischung von verschiedenen gefüllten Polyolen nicht zu dem gewünschten technischen Effekt führt. Die Polyurethanschaumstoffe der
Vergleichsbeispiele 6, 7 und 10 enthielten sowohl ein Polyharnstoff-dispergiertes Polyol als auch ein Styrol-Acrylonitril-gefülltes Polyol und bildeten beide brennende Tropfen beim Abbrennen.
Die Vergleichsbeispiele 8 und 9 zeigen, dass auch der Index, bei dem die Polyurethanschaumstoffe hergestellt werden, Auswirkungen auf das Brandverhalten der Schäume hat. Der Schaum des Vergleichsbeispiels 8 wurde bei einem Index von 70 und der Schaum des Vergleichsbeispiels 9 bei einem Index von 120 synthetisiert. Beide Schäume enthielten als gefülltes Polyol ein Polyharnstoff- dispergiertes Polyol und bildeten brennende Tropfen beim Abbrennen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff zur thermischen und akustischen
Isolierung von Motoren, wobei der Polyurethan-Schaumstoff erhalten wird oder erhältlich ist durch Umsetzung einer Zusammensetzung enthaltend oder bestehend aus
- einer Komponente AI enthaltend oder bestehend aus mindestens einem gefüllten Polyol,
- einer Komponente A2 enthaltend oder bestehend aus Verbindungen die gegenüber
Isocyanaten reaktiv sind und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 400 bis 18000 g/mol aufweisen,
- gegebenenfalls einer Komponente A3 enthaltend oder bestehend aus Verbindungen die gegenüber Isocyanaten reaktiv sind und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 62 bis 399 g/mol aufweisen,
wobei die Komponenten A2 und A3 keine gefüllten Polyole enthalten,
- einer Komponente A4 enthaltend Wasser und/oder mindestens ein physikalisches Treibmittel,
- gegebenenfalls einer Komponente A5 enthaltend Hilfs- und Zusatzstoffe, und
- einer Komponente B enthaltend oder bestehend aus Di-und/oder Polyisocyanaten, wobei keine Styrol-Acrylonitril gefüllten Polyole in der Zusammensetzung enthalten sind und die Umsetzung bei einer Kennzahl von 90 bis 110 erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine gefüllte Polyol der Komponente AI einen Füllstoff aufbau enthält aus
Polyharnstoffdispersionen, die durch Umsetzung von Di- und/oder Polyisocyanaten mit primären und/oder sekundären Aminogruppen aufweisenden Di- und/oder Polyaminen und/oder
Hydrazinen in einer Polyolkomponente erhältlich sind, und/oder
Urethangruppen enthaltenden Dispersionen, die durch Umsetzung von Alkanolaminen mit Di- und/oder Polyisocyanaten in einer Polyolkomponente erhältlich sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente AI 5 bis 35 Gew.- , bevorzugt 8 bis 25 Gew.- , jeweils bezogen auf die Komponente AI eines Füllstoffaufbaus enthält, insbesondere eines Füllstoffaufbaus aus Polyharnstoffdispersionen.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine gefüllte Polyol der Komponente AI ein zahlengemitteltes Molekulargewicht im Bereich von 3000 bis 5000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 3500 bis 4500 g/mol, bevorzugter im Bereich von 3800 bis 4100 g/mol aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
mindestens eine gefüllte Polyol der Komponente AI eine OH-Zahl nach DIN 53240 im Bereich von 10 bis 40, bevorzugt im Bereich von 15 bis 35, bevorzugter im Bereich von 20 bis 30, aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verbindungen der Komponente A2 eine OH-Zahl nach DIN 53240 im Bereich von 10 bis 40, bevorzugt im Bereich von 15 bis 35, aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Komponente B mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4,4'- Diphenylmethandiisocyanat, 2,4'- Diphenylmethandiisocyanat, 2,2' -Diphenylmethandiisocyanat und Polyphenylpolymethylenpolyisocyanat („Mehrkern-MDI") oder Mischungen daraus enthält oder daraus besteht.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zusammensetzung keine Flammschutzmittel, insbesondere keine phosphorhaltigen oder halogenhaltigen Flammschutzmittel oder Melamin, enthält.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zusammensetzung enthält oder besteht aus
- 10,0 bis 98,9 Gew- , bevorzugt 20,0 bis 55,0 Gew- , der Komponente AI,
- 1,0 bis 88,9 Gew-%, bevorzugt 37,0 bis 72,0 Gew-% der Komponente A2,
- gegebenenfalls 0 bis 5 Gew-%, bevorzugt 0,2 bis 2,0 Gew-% der Komponente A3,
- 0,1 bis 10,0 Gew-%, bevorzugt 0,5 bis 2,0 Gew-% der Komponente A4,
- gegebenenfalls 0 bis 20,0 Gew-%, bevorzugt 1,0 bis 4,0 Gew-% der Komponente A5, wobei sich die Gewichtsteile der Komponenten AI bis A5 zu 100 addieren.
10. Polyurethan-Schaumstoff zur thermischen und akustischen Isolierung von Motoren erhalten durch oder erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Polyurethan-Schaumstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyurethan- Schaumstoff eine Rohdichte nach DIN EN ISO 845 im Bereich von 100 bis 250 kg/m3, bevorzugt im Bereich von 130 bis 200 kg/m3, bevorzugter im Bereich von 140 bis 170 kg/m3 aufweist.
12. Verwendung eines Polyurethan-Schaumstoffs nach Anspruch 10 oder 11 für die thermische und akustische Isolierung von Motoren.
13. Isolierung von Motoren enthaltend einen Polyurethan-Schaumstoff nach Anspruch 10 oder 11, insbesondere als Formkörper, wobei der Formkörper insbesondere ein selbsttragender Formkörper ist, insbesondere umschließt der Formkörper die Außenfläche eines Motors weitgehend.
14. Verfahren zur Herstellung einer Isolierung nach Anspruch 13 umfassend die folgenden Schritte a) Bereitstellen einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und Vermischen der Komponenten unter Erhalt einer Mischung,
b) wenigstens abschnittsweises Auftragen der Mischung unmittelbar auf die Außenfläche eines Verbrennungsmotors, insbesondere weitestgehend vollflächiges Auftragen,
c) Ausreagierenlassen der Mischung.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche des
Verbrennungsmotors den Motorblock, den Ventildeckel, das Kurbel wellengehäuse, das
Nocken wellengehäuse, und/oder die Ansaugluftzuführung umfasst.
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