JP2008533229A - プレポリマー及び前記プレポリマーから製造された気泡状ポリイソシアナート重付加生成物 - Google Patents

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Abstract

(a)ジイソシアナートと(b)ポリエーテルアルコールとの反応を基礎とする10%より少ないNCO含有量を有するプレポリマーにおいて、(b)ポリエーテルアルコールが、(b1)、(b2)及び(b3)について次の意味合いを有する(b1)並びに(b2)及び/又は(b3):
(b1)分子量1800〜2100g/molを有するポリテトラヒドロフラン並びに
(b2)エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドを基礎とする分子量500〜7000g/molを有するポリエーテルアルコール
及び/又は
(b3)分子量800〜1200g/molを有するポリテトラヒドロフラン
を含有する、プレポリマー。

Description

発明の詳細な説明
本発明は、(a)ジイソシアナート、有利には2,2′−、2,4′−及び/又は4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)を含有するジイソシアナートと(b)ポリエーテルアルコール、有利には平均官能性、有利には実際の平均官能性1.7〜2.7、有利には1.7〜2.1、特に有利には1.9〜2.1を有するポリエーテルアルコールとの反応を基礎とする10%より少ない、有利には2%〜8%、特に有利には4%〜7%のNCO含有量を有するプレポリマーにおいて、(b)ポリエーテルアルコールが、(b1)、(b2)及び(b3)について次の意味合いを有する(b1)並びに(b2)及び/又は(b3):
(b1)分子量1800g/mol〜2100g/mol、有利には1900g/mol〜2100g/mol、特に有利には1901g/mol〜2100g/molを有するポリテトラヒドロフラン
並びに
(b2)エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドを基礎とする分子量500〜7000g/molを有するポリエーテルアルコール、有利には特に有利には名目上の官能性2又は3を有する前記ポリエーテルアルコール
及び/又は
(b3)分子量800〜1200g/molを有するポリテトラヒドロフラン
を含有する、プレポリマーに関する。
更に、本発明は、気泡状ポリイソシアナート重付加生成物、特に有利には気泡状ポリウレタンエラストマー(これは場合により、イソシアヌラート−及び/又は尿素構造を含有することができる)、特に DIN EN ISO 845による密度200〜800kg/m3、有利には300〜600kg/m3、DIN EN ISO 1798による引張強さ≧2.0N/mm2、有利には≧2.5N/mm2、DIN EN ISO 1798による破断点伸び≧200%、有利には≧350%及びDIN ISO 34-1 B (b)による引裂強さ≧8N/mm、及び特に有利にはDIN EN ISO 1856に準拠した圧縮永久歪(40%変形:22時間80℃及び2時間23℃)40%未満を有する気泡状ポリイソシアナート重付加生成物を製造するにあたり、(a)ジイソシアナート、有利には2,2′−、2,4′−及び/又は4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)と(b)ポリエーテルアルコール、有利には平均官能性、有利には実際の平均官能性1.7〜2.7、有利には1.7〜2.1を有するポリエーテルアルコールとの反応により、10%よりも少ない、有利には2%〜8%、特に有利には4%〜7%のNCO含有量を有するイソシアナート基を有するプレポリマー、特に有利には、請求項のいずれか1項記載のプレポリマーを製造し、このプレポリマーを引き続き型中で(e)水並びに場合により(d)脂肪酸スルファート、有利には、気泡状ポリイソシアナート重付加生成物の質量に対して脂肪酸スルファート0.005〜1質量%を含有する架橋剤成分と反応させる、気泡状ポリイソシアナート重付加生成物の製造方法において、ポリエーテルアルコール(b)として、(b1)、(b2)及び(b3)について次の意味合いを有する(b1)並びに(b2)及び/又は(b3):
(b1)分子量1800〜2100g/mol、有利には1900g/mol〜2100g/mol、特に有利には1901g/mol〜2100g/molを有するポリテトラヒドロフラン並びに
(b2)エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドを基礎とする分子量500〜7000g/molを有するポリエーテルアルコール、有利には特に有利には名目上の官能性2又は3を有する前記ポリエーテルアルコール
及び/又は
(b3)分子量800〜1200g/molを有するポリテトラヒドロフランが使用されることを特徴とする、気泡状ポリイソシアナート重付加生成物の製造方法に関する。
更に本発明はこのように得られた気泡状ポリイソシアナート重付加生成物、有利には気泡状の、特に有利には微細気泡状のポリウレタンエラストマー(これは場合によりイソシアヌラート−及び/又は尿素構造を含有することができる)、特に円柱状の、有利には中空成型体、特に中空の円柱状の自動車補助スプリング(Automobilzusatzfeder)、有利には自動車ショックアブゾーバーのための、特に有利には自動車ショックアブゾーバーを含有する中空の円柱状自動車補助スプリングに関する。
気泡状、例えば微細気泡状ポリイソシアナート重付加生成物、通常は、ポリウレタン及び/又はポリイソシアヌラート(これは場合により尿素構造を含有することができ、かつイソシアナートとイソシアナートに対して反応性の化合物との反応により得ることができる)並びにこの製造方法は一般的に公知である。この生成物の特殊な形態は、気泡状の、特に微細気泡状ポリウレタンエラストマーであり、これは通常のポリウレタンフォーム物質とは、その実質的により高い密度、通常200〜800kg/m3、その特殊な物理的特性、及びこれにより条件付けられる適用可能性の点で相違する。この種のポリウレタンエラストマーは、例えば、制振要素及び緩衝要素として、特に自動車構造において使用される。ポリウレタンエラストマーから製造されるスプリング要素は、自動車において例えば、ショックアブゾーバー、スパイラルスプリング及びエラストマースプリングからなる全体的なスプリングストラット構造内で、ショックアブゾーバーのピストンロッドに対して押し付けて動かされる。
製造のために、少ないNCO含有量を有するプレポリマー("full prepolymer")が使用される生成物は、比較的温度安定性な尿素硬質相に特徴付けられる。特に高い動的負荷(即ち、高い力及び/又は高い振動数)では、前記スプリング中に高められた温度(>80℃)が生じる。この際、尿素硬質相を有するスプリングは、ウレタン硬質相を有する生成物(高いNCO含有量、例えばNCO=14〜20%を有するプレポリマー、"semi-prepolymer"を基礎とする)と比較してより高い動的性能を示す。尿素硬質相の製造は、気泡状エラストマーでは通常は、水とイソシアナートとの反応を通じて行われる。形成されたカルバミン酸は、二酸化炭素及びアミンに分解し、これは尿素形成下でイソシアナートと反応する。
ポリエステルオール含有軟質相は、尿素硬質相を有する気泡状のPURエラストマー中で、最も高い動的特性レベルを生じる。この種の生成物は一般的に公知である。従って、WO 2001018086 A1は、ポリエステルオール−ポリエーテルオール(平均分子量220〜270g/molを有するポリオキシテトラメチレングリコール及びアジピン酸から重縮合した)の、良好な動的特性及び高い低温柔軟性を有する気泡状PURエラストマーの製造のための使用を記載する。エステル結合のために、この生じるフォームはしかしながら、加水分解を受けやすい。
DE-A 3613964は、純粋なポリエステル−又はポリエステル−ポリエーテルオール−軟質相を基礎とする生成物の製造を記載する。軟質相としてポリテトラヒドロフラン(M=2000g/mol)を基礎とするDE-A 3613964中の比較例中に挙げられた試験体は、比較的少ない曲げ抵抗性のみを示す(DE-A 3613964中の第1表中の比較例3参照)。
本発明の課題は従って、気泡状ポリイソシアナート重付加生成物、有利には気泡状ポリウレタンエラストマー、有利には密度200〜800kg/m3、有利には300〜600kg/m3を有する気泡状ポリイソシアナート重付加生成物であって、動的に高い負荷をかけることが可能であり(特に、傑出した引張強さ、伸長性、引裂強さ(Weiterreissfestigkeit)及び圧縮永久歪(Druckverformungsrest))、かつ安価であり、かつ極めて良好な微生物抵抗並びに加水分解安定性を示す気泡状ポリイソシアナート重付加生成物を開発することである。更に、前記気泡状ポリウレタンエラストマーは、少ない水吸収を示し、かつ低温柔軟性であることが望ましい。この際、特殊な試練が存在し、著しいアンダーカットを有する部材、例えば制動要素の曲げリップ(Biegelippen)を引裂なしに変形することができるようにするとの試練である。気泡状ポリウレタンエラストマーは特に、制動要素として、例えば自動車構造において使用されることができることが望ましい。更に、この気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物は、簡単かつ経済的に製造することができることが望ましく、特に良好に取り扱い可能なプレポリマー成分を基礎とすることが望ましい。本発明の課題は従って、適したプレポリマーであって、これを用いて気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物を得ることができ、前記生成物が導入部で記した利点及び改善点を有するプレポリマーを開発することであった。
この課題は導入部で記したプレポリマーにより解決されることが可能であった。
本発明によるプレポリマーは、本発明によるポリオール組合せにより、即ち、(b1)と共に(b2)を使用すること、又は(b1)と共に(b3)を使用すること、又は(b1)と共に(b2)及び(b3)を使用することにより、一方では加工特性における著しい利点を、そして他方では、気泡状ポリウレタンエラストマーの材料特性における著しい利点を達成することができることにより特徴付けられる。本発明によるプレポリマーを用いて、比較的著しいアンダーカットを有する部材さえも、短い硬化時間の後に引き裂き無しに変形することが可能であった。気泡状ポリウレタンエラストマーは、良好な動的部材特性を示し、かつ加水分解抵抗性及び微生物抵抗性であった。本発明によるポリオール組合せの使用により、(b1)により引き起こされる軟質相結晶化が減少されることができ、これは低温柔軟性の顕著な改善を生じた。
更に、本発明によるプレポリマーは、優れた貯蔵安定性を付加し、従って取り扱い性の点で顕著な利点を示す利点を有する。本発明によるプレポリマーは、0℃での冷却の後にでも、材料特性の損失無しに再度溶融されることができ、かつ新たにフォーム形成させることができる。NDIと比較したMDIの顕著により低い溶融温度(Tm(NDI)=127℃又はTm(MDI)=38℃)に条件付けられて、特に、有利な、イソシアナートとしてMDIを基礎とするプレポリマーはその製造後に室温に冷却され、必要に応じて、数週間の貯蔵時間の後に更に使用温度60〜90℃で溶融されることができる。これは、取り扱い性及び気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物への加工性の点で本発明によるプレポリマーの特別な利点でもある。
有利には、(b2)及び(b3)の合計に対する(b1)の質量比が、11:1〜2:1、特に有利には9:1〜2:1であり、その際(b2)又は(b3)の質量はゼロであってよいプレポリマーである。
有利には、(b)ポリエーテルアルコール(b1)及び(b2)を含有し、このポリエーテルアルコール(b2)が、500mg KOH/gよりも少ない、有利には16mg KOH/g〜340mg KOH/g、特に有利には16mg KOH/g〜80mg KOH/gのヒドロキシル価及び有利には名目上の官能性2又は3を示すプレポリマーである。この種のポリエーテルアルコール(b2)は、通常の二及び/又は三官能性出発物質を基礎とすることができ、前記出発物質はエチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドで、例えばブロック式に又はランダムに、即ち混合して、アルコキシル化されている。
三官能性ポリエーテルアルコール(b2)として、グリセリン及び/又はトリメチロールプロパンで出発したポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレングリコール及びポリエーテルアルコールが使用されてよく、これはエチレンオキシド単位及びプロピレンオキシド単位をブロック式に又は混合して有する。特に有利には、プレポリマー中にはポリエーテルアルコール(b2)として、グリセリン出発したポリオキシプロピレン(有利には、75〜90質量%)−ポリオキシエチレン(特に有利には10〜25質量%)−グリコールが存在してよく、特に有利には20〜60mg KOH/g、特にとりわけ有利には25〜50mg KOH/gのヒドロキシル価を有する。特にとりわけ有利には更にポリエーテルアルコール(b2)として、トリメチロールプロパン出発したポリオキシプロピレングリコール又はポリオキシエチレングリコールであり、特に有利には100〜250mg KOH/g、特にとりわけ有利には150〜250mg KOH/gのヒドロキシル価を有する。
特に有利には、(b2)として、二及び三官能性ポリエーテルアルコールが使用される。(b1)に加えて(b3)も使用される場合には、有利には更に三官能性ポリエーテルアルコール(b2)が使用される。
有利には、(b)ポリエーテルアルコール(b1)及び(b2)を含有するプレポリマーである。この際、(b1)及び(b3)を含有する混合物は、有利には数平均分子量1500g/mol〜1900g/mol、特に有利には1700g/mol〜1900g/molを示す。
ポリテトラヒドロフラン(この刊行物においてはPTHFとも呼ばれる)は、テトラヒドロフランからのカチオン重合により製造されるポリオールである。ポリテトラヒドロフランは一般的に公知であり、かつ様々な分子量でBASF Aktiengesellschaftから市販されている。
プレポリマーは特に有利にはアロファナート基を含有することができる。このアロファナートは、プレポリマー製造の際に100℃を上回る、有利には120〜150℃の反応温度で形成されることができる。このプレポリマー製造は従って、120℃を上回って加熱されて装入されたポリエーテルアルコール(b)に40℃を上回る温度、特に有利には50℃に加熱されたMDIが添加されることにより行われることができる。
特に有利には、本発明によるプレポリマーは、(a)ジイソシアナートと分子量500g/mol〜7000g/molを有する本発明によるポリエーテルアルコール(b)との反応を基礎とし、ポリエーテルアルコール(b)の他にイソシアナート基に対して反応性の化合物として有利にはヒドロキシル基を有する化合物、特に有利にはトリオール化合物(b4)(化合物は名目上の官能性3及び500g/molよりも少ない分子量を示す)、有利には、グリセリン及び/又はトリメチロールプロパン、特に有利にはトリメチロールプロパンで出発した、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドを基礎とするポリエーテルアルコールが使用される。
(b2)及び/又は(b4)、有利には(b2)としてのトリオールの使用により、架橋点は軟質相内に形成されることができる。三官能性ポリエーテルアルコール(b2)の使用が有利であり、というのもこれは(b1)と良好に混合可能であり、かつ有利にはMDIに対して比較可能な反応性を有するからである。この場合には、アロファナートは構成される必要はないので、最高反応温度は80〜95℃で十分である。
本発明による特に有利な製品は、本発明による気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物を基礎とする、円柱状の、有利には中空の成型体、特に中空の円柱状の自動車補助スプリング、有利には自動車ショックアブゾーバーのための、特に有利には自動車ショックアブゾーバーを含有する中空の円柱状自動車補助スプリングである。"円柱状"との表現は、円形の底面積及び高さにわたり一定の半径を有する成形体のみでなく、長円形の断面及び/又は長円形の底面積を有する成形体もが理解されるべきである。単に断片が長さ軸に沿って円又は長円の断面を有する成形体もこの刊行物中では定義により"円柱状"との表現でもって含まれている。同様に、この概念"円柱状"には、半径が長さにわたり変化する成形体をも当てはまり、その際前記成形体は即ち、くびれ及び/又はふくらみを有する。有利には円形の断面を有する円柱状の成形体である。円柱状の補助スプリングのための例は、図解1中に実施例で挙げた。"中空の"成形体の表現とは、この刊行物中では、定義により、長さ軸に沿って、有利には長さ軸に沿って同心的に空洞を有する成形体が理解される。有利には、"中空の"との表現は、成形体中で貫通する、有利には同心の中空空間が、成形体の長さ軸全体に沿って存在することが理解される。この有利な形態、即ち、中空の円柱状の成形体は、補助スプリングとして一般的に公知であり、かつ多様に使用される。相応した形態にあるこの成形体の製造は、何度も記載され、かつ当業者には一般的に公知であり、例えばDE-C 44 38 143から一般的に公知である。
本発明の主題は更には導入部で記したとおり、気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物の製造方法であって、有利には二工程方法において、(a)ジイソシアナート、有利には2,2′−、2,4′−及び/又は4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)と(b)ポリエーテルアルコール、有利には平均官能性、有利には実際の平均官能性1.7〜2.7、特に有利には1.7〜2.1を有するポリエーテルアルコールとの反応を通じて10%より少ない、有利には2%〜8%、特に有利には4%〜7%のNCO含有量を有するイソシアナート基を含有するプレポリマー、特に有利には本発明によるプレポリマー、特に有利には、請求項のいずれか1項記載のプレポリマーを製造し、このプレポリマーを引き続き型中で(e)水並びに場合により(d)脂肪酸スルファート、有利には、気泡状ポリイソシアナート重付加生成物の質量に対して脂肪酸スルファート0.005〜1質量%を含有する架橋剤成分と反応させ、その際(b)ポリエーテルアルコールとして、(b1)、(b2)及び(b3)について次の意味合いを有する(b1)並びに(b2)及び/又は(b3):
(b1)分子量1800g/mol〜2100g/mol、有利には1900g/mol〜2100g/mol、特に有利には1901g/mol〜2100g/molを有するポリテトラヒドロフラン
並びに
(b2)エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドを基礎とする分子量500〜7000g/molを有するポリエーテルアルコール、
及び/又は
(b3)分子量800〜1200g/molを有するポリテトラヒドロフラン
を使用する製造方法である。
とりわけ本発明による方法は従って、二工程方法において第一工程において(a)と(b)との反応を通じてイソシアナートを有するプレポリマーを製造し、このプレポリマーを第二工程において型中で(d)硫酸化された脂肪酸エステル及び(e)水を含有する架橋剤成分と反応させるように行われ、その際(c)ポリシロキサン及び場合により(f)触媒、(g)発泡剤及び/又は(h)助剤が前記プレポリマー及び/又は架橋剤成分中に含有されていることができる。この架橋剤成分はこの際(h)としてカルボジイミドを含有する。
架橋剤成分は従って有利には、(e)水の他に更に(d)硫酸化した脂肪酸エステル、有利には気泡状ポリイソシアナート重付加生成物の質量に対して硫酸化された脂肪酸エステル0.005〜1質量%並びに触媒(f)並びに場合により(c)ポリシロキサン、(g)発泡剤及び/又は助剤(h)を含有する。脂肪酸エステルに関してこの量の記載は、水無しでの硫酸化された脂肪酸エステルの質量に対する。
触媒としてこの際、架橋剤成分中に有利にはスズ化合物が含有されていてよく、特に有利にはスズ(IV)化合物、特に有利にはジ−n−オクチルスズ(IV)ビス(2−エチルヘキシルチオグリコラート)及び/又はn−オクチルスズ−(IV)トリス(2−エチルヘキシルチオグリコラート)である。これにより、必要な硬化時間が顕著に減少されることができる。比較可能な効果は、アミン性触媒の量の単なる向上によっては達成されることができない。特に有利には、架橋剤成分は、スズ化合物の他にアミン性触媒、特に第三級アミン、特に有利にはビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、1,4−ジアザビシクロ−[2,2,2]−オクタン、N,N,N′,N′′,N′′−ペンタメチルジエチレンジアミン、N−メチルイミダゾール、N−プロピルイミダゾール及び/又はN−(2−ジメチルアミノエチル)−N′−ピペラジンを含有する。
ポリシロキサンとして一般的に公知の化合物、例えば、ポリメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン及び/又はポリオキシアルキレンシリコーン−コポリマーが使用されることができる。例えば、次の一般的な構造式の化合物が考慮される:
XYZSi−O−[SiXY−O−]n−SiXYZ
[式中、
X:−CH3、−CH2CH3、−[CH2CH2−O−]m−OH;
Y:−CH3、−CH2CH3、−[CH2CH2−O−]m−OH;
Z:−OH、−R−OH、−R−SH、−R−NH−R、−[CH2CH2−O−]m−OH;
n:1〜100;
m:1〜100;
R:アルキル残基中に、1〜20個の炭素原子を有するアルキル、−O−アルキル、−S−アルキル、−NH−アルキル]。
有利にはポリシロキサンは25℃で粘度20〜2000mPasを有する。
硫酸化された脂肪酸エステルとして、市販もされている一般的に公知の硫酸化された脂肪酸エステルが使用されることができる。有利には、硫酸化された脂肪酸エステルとして硫酸化されたひまし油が使用される。
硫酸化された脂肪酸エステルの量は有利には、有利な範囲を超えず、というのも特に顕著に改善された、即ちより少ない、成形体の水吸収は、より多量の乳化剤用いては達成されないからである。架橋剤成分中の、以下に記載する更なる化合物、例えば加水分解保護剤、例えばカルボジイミドの使用に基づき、この架橋剤成分の十分な均質化のために乳化剤の更なる量が必要であることが望ましい場合には、硫酸化された脂肪酸エステルの本発明による量を上回って、又は、硫酸化された脂肪酸エステルの完全な使用として例えば更なる一般的な乳化剤、例えば脂肪酸のポリグリコールエステル、脂肪酸のアルコキシラート、有利にはポリエチレングリコールエステル、ポリプロピレングリコールエステル、ポリエチレンポリプロピレングリコールエステル、リノール酸、リノレン酸、オレイン酸、アラキドン酸のエトキシラート及び/又はプロポキシラート、特に有利にはオレイン酸エトキシラートが使用されることができる。
硫酸化された脂肪酸エステルは有利には、水溶液として、例えば50%水溶液として使用されることができる。
有利には、本発明による気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物の型中での製造は、型内壁の表面温度60〜90℃で実施される。"型内壁の表面温度"との概念には、通常は、成形部品の製造の際に少なくとも短時間、有利には少なくとも10分間反応系と成形部品の製造の際に接触している、型の内壁の表面、即ち型の表面が有する温度が理解されるべきである。
本発明による気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物は、有利には、−50℃より低いガラス温度、DIN EN ISO 1798による引張強さ≧2N/mm2、有利には≧3N/mm2、DIN EN ISO 1798による破断点伸び≧200%、有利には≧300%、及びDIN ISO 34-1 B (b)による引裂強さ≧8N/mm、及び特に有利にはDIN 53572に準拠した圧縮永久歪(80℃で)40%未満を示す。
特に有利には、気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物の水吸収は、ポリイソシアナート−重付加生成物の質量に対して50質量%より少なく、有利には30質量%より少なく、特に有利には20質量%より少ない。
本発明による気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物は、以下において"成形体"としても呼ばれるが、制動要素として、車両構造において、例えば自動車構造において、例えば補助スプリング、ショック緩衝器、コントロールアームベアリング、後車軸サスペンションサブフレームベアリング(Hinterachsfahrschemellager)、スタビライザベアリング、ロングストラットベアリング、スプリングストラット支持ベアリング、ショックアブゾーバーベアリング、三角アームのためのベアリングとして及び/又はリムにあるスペアタイアとして使用され、これは例えばタイヤ破損の際に作用し、従ってこの車両は気泡状ポリイソシアナート重付加生成物を基礎として動作し、かつ制御可能なままである。
本発明による成形体、即ち、気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物、有利には微細気泡状ポリウレタンエラストマーはこれに応じて、優れた機械的及び動的特性を示すのみでなく、とりわけ加水分解安定性、微生物抵抗性及び低温柔軟性を、所望されるとおり本発明により顕著に改善することができる。特にとりわけ有利な特性の組合せは公知技術からは公知でない。
成形部品の製造は有利には、NCO/OH比0.85〜1.20で実施され、その際加熱された出発成分が混合され、かつ所望の成形部品密度に相当する量で、加熱された、有利には密閉された成形型中へ導入される。
成形部品は5〜40分後に硬化され従って変形可能である。
成形型中に導入される反応混合物の量は通常は、この得られる成形体が既に記載された密度を有するように計量される。本発明により得られる気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物は有利には、DIN EN ISO 845による密度200〜800kg/m3、特に有利には300〜600kg/m3を有する。
出発成分は通常は、15〜120℃、有利には30〜110℃の温度でもって成形型中へ導入される。成形体の製造のための密度化比は、1.1〜8、有利には2〜6である。
本発明による気泡状ポリイソシアナート−重付加生成物は、目的に応じて、ワンショット方法により低圧技術を用いて、又は特に反応射出成形技術(RIM)を用いて、開放系の、又は有利には閉鎖系の成形型中で製造される。この反応は特に高密度化しながら、閉鎖系の成形型中で実施される。反応射出成形技術は例えば、H. Piechota及びH. Roehrにより"Integralschaumstoffe", Carl Hanser-Verlag, Muenchen, Wien 1975中で; D.J. Prepelka及びJ.L. Wharton in Journal of Cellular Plastics, 3月/4月 1975, 87〜98頁及びU. Knipp Journal of Cellular Plastics, 3月/4月 1973, 76-84頁中に記載されている。
複数の供給ノズルを有する混合室の使用の際には、出発成分は単独で供給され、混合室中で強力に混合される。有利であることが判明したのは、二成分方法により作業することである。
特に有利な一実施態様によれば、二工程方法においてまずNCO基含有プレポリマーが製造される。このために、成分(b)を(a)と過剰量で通常は80℃〜160℃の温度で反応させる。反応時間は、理論NCO含有量の達成に対して測定されている。
有利にはこれに応じて、二工程方法において成形体が本発明により製造され、その際、第一工程において(a)と(b)との反応を通じてイソシアナート基を有するプレポリマーが製造され、このプレポリマーを第二工程において型中で(d)及び(e)を含有する架橋剤成分と反応させ、その際(c)及び場合により(f)、(g)及び/又は(h)がプレポリマー及び/又は架橋剤成分中に含有されている。
成分(c)は、二工程方法の際に、プレポリマーに、この製造の前、間、及び/又は後に、及び/又は架橋剤成分に添加されることができる。助剤及び/又は添加剤(h)は有利には架橋剤成分中に含有されていることができる。
本発明により製造される成形体の脱型の改善化のために、この成形型内側表面を少なくとも製造系列の開始時に、通常の外部離型剤、例えばロウ又はシリコーンベースの外部離型剤で、又は特に水性石鹸溶液でもってコーティングすることが有利であることが判明した。
脱型時間は、成形部品の大きさ及び幾何学に依存して、平均して5〜40分間である。
型中での成形部品の製造後に、成形部品を有利には1〜48時間の期間、通常は70〜140℃の温度で熱処理することができる。
本発明による反応混合物中に含有される出発成分については次のように説明することができる:
イソシアナート(a)として一般的に公知の(環式)脂肪族及び/又は芳香族ポリイソシアナートが使用されることができる。本発明による複合要素(Verbundelement)の製造には、特に芳香族ジイソシアナート、有利には2,2′−、2,4′−及び/又は4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、1,5−ナフチレンジイソシアナート(NDI)、2,4−及び/又は2,6−トルイレンジイソシアナート(TDI)、3,3′−ジメチルジフェニルジイソシアナート、1,2−ジフェニルエタンジイソシアナート、p−フェニレンジイソシアナート及び/又は(環式)脂肪族イソシアナート、例えば1,6−ヘキサメチレンジイソシアナート、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン及び/又はポリイソシアナート、例えばポリフェニルポリメチレンポリイソシアナートが適する。イソシアナートは、純粋な化合物の形で、混合して及び/又は変性された形で、例えばウレトジオン、イソシアヌラート、アロファナート又はビウレットの形で、有利にはウレタン−及びイソシアナート基を含有する反応生成物、いわゆるイソシアナートプレポリマーの形で使用されることができる。有利には場合により変性された2,2′−、2,4′−及び/又は4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、1,5−ナフチレンジイソシアナート(NDI)、2,4−及び/又は2,6−トルイレンジイソシアナート(TDI)及び/又はこれらのイソシアナートの混合物が使用され、特に有利には2,2′−、2,4′−及び/又は4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、特に有利には4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート及び2,4′−ジフェニルメタンジイソシアナートの合計の質量に対して、2,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート2.5質量%までを有する4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナートが使用される。
イソシアナートに対して反応性の化合物(b)として、既に記したポリエーテルオールが使用される。これは場合により、一般的に公知のポリヒドロキシル化合物、有利には、官能性2〜3及び有利には分子量60〜7000、特に有利には500〜6000、特に800〜6000を有するポリヒドロキシル化合物と共に使用されることができる。有利には場合により本発明によるポリエーテルオールに加えて(b)としてポリエーテルエステルポリオール、ポリエステルポリアルコール及び/又はヒドロキシル基含有ポリカルボナートが使用される。特に有利には、本発明によるポリエーテルオールのみが成分(b)として使用される。
既に記したイソシアナートに対して反応性の成分の他に、更に、500より少ない、有利には60〜499の分子量を有する低分子量の鎖伸長剤(b5)、例えば二官能性アルコール、二官能性ポリオキシアルキレンポリオールの群から選択された鎖伸長剤を使用することができる。(b5)として例えば、2〜12個、有利には2個、4個又は6個の炭素原子を有するアルカンジオール、例えばエタン−、1,3−プロパン−、1,5−ペンタン−、1,6−ヘキサン−、1,7−ヘプタン−、1,8−オクタン−、1,9−ノナン−、1,10−デカンジオール及び有利には1,4−ブタンジオール、4〜8個の炭素原子を有するジアルキレングリコール、例えばジエチレングリコール及びジプロピレングリコール及び/又は二官能性ポリオキシアルキレンポリオールを使用することができる。更に、分子量、有利には122〜400を有するアルキル置換した芳香族ポリアミン、特にアミノ基に対するオルト位で少なくとも1個のアルキル置換基を有する第一級芳香族ジアミンを使用することができ、これは、アミノ基の反応性が立体障害により減少され、これは室温で液状であり、かつより高い分子量の、有利には少なくとも二官能性化合物(b)と加工条件下で少なくとも部分的に、有利にはしかしながら完全に混合可能である。本発明による成形体の製造のために、技術的に良好に使用可能である1,3,5−トリエチル−2,4−フェニレンジアミン、1−メチル−3,5−ジエチル−2,4−フェニレンジアミン、1−メチル−3,5−ジエチル−2,4−及び−2,6−フェニレンジアミンからなる混合物、いわゆるDETDA、1〜4個のC原子をアルキル基中に有する3,3′−ジ−又は3,3′,5,5′−テトラアルキル置換した4,4′−ジアミノジフェニルメタンからなる異性体混合物、特にメチル−、エチル−及びイソプロピル基が結合して含有する3,3′,5,5′−テトラアルキル置換した4,4′−ジアミノジフェニルメタン、並びに、いわゆるテトラアルキル置換した4,4′−ジアミノジフェニルメタン及びDETDAからなる混合物が使用されることができる。特殊な機械的特性の達成のために、前記のアルキル置換した芳香族ポリアミンを、前述の低分子量の多価アルコール、有利には二価及び/又は三価アルコール又はジアルキレングリコールと混合して使用することが目的に適っている場合もある。
本発明により、気泡状ポリイソシアナート重付加生成物の製造が有利には水(e)の存在下で実施される。水は、尿素基の形成下で架橋剤としても、また同様にイソシアナート基との反応のために二酸化炭素の形成下で発泡剤としても作用する。この二倍の機能のために、この刊行物中では(b)及び(g)とは分けて説明される。定義によれば成分(b)及び(g)は従って水を含有せず、これは定義によれば(e)としてのみ記載される。
目的に応じて使用されることができる水の量は、成分(b)の質量に対して0.01〜5質量%、有利には0.3〜3.0質量%である。水は完全に又は部分的に、硫酸化された脂肪酸エステルの水溶液の形で使用されることができる。
反応の促進のために、反応バッチに、プレポリマーの製造の際にも、また同様に場合によりプレポリマーと架橋剤成分との反応の際にも、一般的に公知の触媒(f)が添加されることができる。触媒(f)は単独でも、また同様に相互に混合しても添加されることができる。有利な触媒は既に記載した。これらは場合により、その他の一般的に公知の触媒、例えば金属有機化合物、例えば、有機カルボン酸のスズ(II)塩、例えばスズ(II)−ジオクトアート、スズ(II)−ジラウラート、ジブチルスズジアセタート及びジブチルスズジラウラート及び第三級アミン、例えばテトラメチルエチレンジアミン、N−メチルモルフォリン、ジエチルベンジルアミン、トリエチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ジアザビシクロオクタン、N,N′−ジメチルピペラジン、N−メチル,N′−(4−N−ジメチルアミノ−)ブチルピペラジン、N,N,N′,N′′,N′′−ペンタメチルジエチレンジアミン又は類似物と一緒に使用されることができる。更に触媒として次のものが考慮される:アミジン、例えば2,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン、トリス(ジアルキルアミノアルキル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、特にトリス(N,N−ジメチルアミノプロピル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、アルカリ金属水酸化物、例えば水酸化ナトリウム及びアルカリ金属アルコラート、例えばナトリウムメチラート及びカリウムイソプロピラート、並びに10〜20個のC原子及び場合により側位のOH基を有する長鎖脂肪酸のアルカリ金属塩。
調節すべき反応性に応じて、触媒(f)は、プレポリマーに対して0.0001〜0.5質量%の量で適用される。
場合により、ポリウレタン製造において通常の発泡剤(g)が使用されることができる。適しているのは、例えば、発熱性重付加反応の影響下で蒸発する低沸性液体である。適しているのは、有機ポリイソシアナートに対して不活性であり、かつ沸点100℃未満を有する液体である。この種の、有利に使用される液体の例は、ハロゲン化した、有利にはフッ化炭化水素、例えば塩化メチレン及びジクロロモノフルオロメタン、全フッ化又は部分フッ化炭化水素、例えばトリフルオロメタン、ジフルオロメタン、ジフルオロエタン、テトラフルオロエタン及びヘプタフルオロプロパン、炭化水素、例えばn−及びiso−ブテン、n−及びiso−ペンタン並びに、この炭化水素の技術的混合物、プロパン、プロピレン、ヘキサン、ヘプタン、シクロブタン、シクロペンタン及びシクロヘキサン、ジアルキルエーテル、例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル及びフラン、カルボン酸エステル、例えばメチル−及びエチルホルミアート、ケトン、例えばアセトン、及び/又はフッ化及び/又は完全フッ化第三級アルキルアミン、例えばペルフルオロ−ジメチル−イソプロピルアミンである。この低沸性液体の相互の及び/又はその他の置換又は非置換炭化水素との混合物も使用されることができる。
尿素基を結合して含有するエラストマーからなるこの種の気泡含有弾性成形体の製造のための低沸性液体の目的に応じた量は、達成するこの密度並びに、有利に、使用される水の量に依存する。一般的には、成分(b)の質量に対して1〜15質量%、有利には2〜11質量%の量は、満足のいく結果を生じる。特に有利には、発泡剤として水(e)のみが使用される。
成形部品の本発明による製造では、助剤及び添加剤(h)が使用されることができる。ここには、例えば一般的に公知の界面活性物質、加水分解保護剤、充填剤、酸化防止剤、セル制御剤、難燃剤並びに着色剤が属する。界面活性物質として、出発物質の均質化の支持のために用いられ、かつ場合により、セル構造を制御するためにも適している化合物が考慮される。例えば、乳化性作用を有する本発明による乳化剤の他の更なる化合物、例えば脂肪酸とアミンとの塩、例えばオレイン酸ジエチルアミン、ステアリン酸ジエタノールアミン、リシノール酸ジエタノールアミン、スルホン酸の塩、例えばドデシルベンゼン−又はジナフチルメタンジスルホン酸のアルカリ金属塩又はアンモニウム塩が挙げられる。更に、フォーム安定剤として、例えばオキシエチル化したアルキルフェノール、オキシエチル化した脂肪アルコール、パラフィンオイル、リシノール酸又はリシノール酸エステル、ロート油及び落花生油及びセル調節剤、例えばパラフィン及び脂肪アルコールが考慮される。界面活性物質は、通常は、成分(b)100質量部に対して、0.01〜5質量部の量で適用される。定義によれば、化合物(c)及び(d)は助剤及び添加剤(h)に該当しない。
次の実施例につき本発明が詳説されるものである。全ての本発明によるプレポリマーは室温で数週間にわたり貯蔵安定性であった。更なる加工前に、前記プレポリマーは、16時間80℃に加温され、かつ2〜3分間撹拌された。プレポリマー粘度を、Rheometrics Scientific社の回転粘度計を用いて測定した。
静的−機械的特性をブロックから、動的−機械的特性をスプリング要素(図解1参照)から算出した。
Figure 2008533229
図解1:スプリング要素(曲げリップを含む)
実施例1(本発明による)
NCO基含有プレポリマーの製造
ポリテトラヒドロフラン2000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF2000)57.0質量部及びポリテトラヒドロフラン1000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF1000)14.3質量部並びにシリコーンを基礎とする泡安定剤(Dow Corning社のDC 193)0.2質量部を、三口フラスコ中に窒素雰囲気下で140℃に加熱し、かつ撹拌下で4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)28.5質量部と混合した。反応温度を完全な反応まで、かつアロファナート基の形成まで10分間145℃に維持し、引き続き冷却した。NCO含有量5.7%、アロファナート含有量0.2%及び80℃で粘度1600mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
74.1質量部 脂肪酸スルファートの50%水溶液
24.6質量部 非イオン性乳化剤ポリエチレングリコール(PEG−40)
ソルビトールヘキサオレアート
0.4質量部 ジ−n−オクチルスズビス(2−エチルヘキシルチオグリコラート)
0.9質量部 Lupragen(R) N 202 (BASF Aktiengesellschaft)及び
Niax(R) catalyst E-A-1 (GE Silicones)からなる混合物, 触媒。
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分3.03質量部と、低圧注入成形機械を用いて80℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を75℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを75℃で15分間硬化させた。微細気泡状生成物の脱型後に、この成形部品を14時間110℃で熱により後硬化させた。
実施例2(本発明による)
NCO基含有プレポリマーの製造
4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)27.7質量部を三口フラスコ中に窒素雰囲気下で溶融させ、かつ60℃で撹拌下で、ポリテトラヒドロフラン2000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF2000)54.1質量部、ポリテトラヒドロフラン1000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF1000)13.5質量部及びポリオキシプロピレン(80質量%)−ポリオキシエチレン(20質量%)−グリコール(ヒドロキシル価 27mg KOH/g、分子量5180g/mol、グリセリンを出発分子として使用して製造)4.7質量部からなる混合物と混合した。この混合物を完全な反応まで1.5時間100℃に加熱し、引き続き冷却した。NCO含有量5.7%、及び80℃で粘度1900mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
71.2質量部 脂肪酸スルファートの50%水溶液
23.7質量部 非イオン性乳化剤ポリエチレングリコール(PEG−40)
ソルビトールヘキサオレアート
3.9質量部 シリコーンベースの泡安定剤(Dow Corning社のDC 193)
0.3質量部 ジ−n−オクチルスズビス(2−エチルヘキシルチオグリコラート)
0.9質量部 Lupragen(R) N 202 (BASF Aktiengesellschaft)及び
Niax(R) catalyst E-A-1 (GE Silicones)からなる混合物, 触媒。
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分3.03質量部と、低圧注入成形機械を用いて80℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を75℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを75℃で15分間硬化させた。微細気泡状生成物の脱型後に、この成形部品を14時間110℃で熱により後硬化させた。
実施例3(本発明による)
NCO基含有プレポリマーの製造
ポリテトラヒドロフラン2000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF2000)64.6質量部及びポリテトラヒドロフラン1000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF1000)7.2質量部並びにシリコーンを基礎とする泡安定剤(Dow Corning社のDC 193)0.2質量部を、三口フラスコ中に窒素雰囲気下で140℃に加熱し、かつ撹拌下で4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)28.0質量部と混合した。反応温度を完全な反応まで、かつアロファナート基の形成まで10分間145℃に維持し、引き続き冷却した。NCO含有量5.8%、アロファナート含有量0.2%及び80℃で粘度2000mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
74.0質量部 硫酸化脂肪酸エステルの50%水溶液
24.7質量部 非イオン性乳化剤ポリエチレングリコール(PEG−40)
ソルビトールヘキサオレアート
0.3質量部 ジ−n−オクチルスズビス(2−エチルヘキシルチオグリコラート)
1.0質量部 Lupragen(R) N 202 (BASF Aktiengesellschaft)及び
Niax(R) catalyst E-A-1 (GE Silicones)からなる混合物, 触媒。
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分3.10質量部と、低圧注入成形機械を用いて80℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を75℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを75℃で15分間硬化させた。微細気泡状生成物の脱型後に、この成形部品を14時間110℃で熱により後硬化させた。
実施例4(本発明による)
NCO基含有プレポリマーの製造
4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)27.7質量部を三口フラスコ中に窒素雰囲気下で溶融させ、かつ60℃で撹拌下で、ポリテトラヒドロフラン2000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF2000)60.9質量部、ポリテトラヒドロフラン1000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF1000)6.8質量部及びポリオキシプロピレン(80質量%)−ポリオキシエチレン(20質量%)−グリコール(ヒドロキシル価 27mg KOH/g、分子量5180g/mol、グリセリンを出発分子として使用して製造)4.7質量部からなる混合物と混合した。この混合物を完全な反応まで1.5時間90℃に加熱し、引き続き冷却した。NCO含有量6.0%、及び80℃で粘度1400mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
94.5質量部 硫酸化脂肪酸エステルの50%水溶液
4.1質量部 シリコーンベースの泡安定剤(Dow Corning社のDC 193)
0.5質量部 ジ−n−オクチルスズビス(2−エチルヘキシルチオグリコラート)
0.9質量部 N−(2−ジメチルアミノエチル)−N′−ピペラジン。
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分2.56質量部と、低圧注入成形機械を用いて80℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を75℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを75℃で15分間硬化させた。微細気泡状生成物の脱型後に、この成形部品を14時間110℃で熱により後硬化させた。
実施例5(本発明による)
NCO基含有プレポリマーの製造
4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)27.4質量部を三口フラスコ中に窒素雰囲気下で溶融させ、かつ60℃で撹拌下で、ポリテトラヒドロフラン2000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF2000)62.3質量部、ポリテトラヒドロフラン1000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF1000)6.9質量部及びポリオキシプロピレン(80質量%)−ポリオキシエチレン(20質量%)−グリコール(ヒドロキシル価 27mg KOH/g、分子量5180g/mol、グリセリンを出発分子として使用して製造)3.4質量部からなる混合物と混合した。この混合物を完全な反応まで1.5時間90℃に加熱し、引き続き冷却した。NCO含有量5.9%、及び80℃で粘度1600mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
94.7質量部 硫酸化脂肪酸エステルの50%水溶液
4.1質量部 シリコーンベースの泡安定剤(Dow Corning社のDC 193)
0.4質量部 ジ−n−オクチルスズビス(2−エチルヘキシルチオグリコラート)
0.8質量部 N−(2−ジメチルアミノエチル)−N′−ピペラジン。
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分2.4質量部と、低圧注入成形機械を用いて80℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を75℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを75℃で15分間硬化させた。微細気泡状生成物の脱型後に、この成形部品を14時間110℃で熱により後硬化させた。
実施例6(本発明による)
NCO基含有プレポリマーの製造
4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)27.7質量部を三口フラスコ中に窒素雰囲気下で溶融させ、かつ60℃で撹拌下で、ポリテトラヒドロフラン2000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF2000)47.8質量部、ポリテトラヒドロフラン1000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF1000)13.7質量部、ポリテトラヒドロフラン1800(BASF AktiengesellschaftのポリTHF1800)6.1質量部及びポリオキシプロピレン(80質量%)−ポリオキシエチレン(20質量%)−グリコール(ヒドロキシル価 27mg KOH/g、分子量5180g/mol、グリセリンを出発分子として使用して製造)4.7質量部からなる混合物と混合した。この混合物を完全な反応まで1.5時間100℃に加熱し、引き続き冷却した。NCO含有量5.7%、及び70℃で粘度2100mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
実施例5(本発明による)参照
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分2.3質量部と、低圧注入成形機械を用いて70℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を70℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを70℃で15分間硬化させた。微細気泡状生成物の脱型後に、この成形部品を14時間110℃で熱により後硬化させた。
実施例7(本発明による)
NCO基含有プレポリマーの製造
4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)26.5質量部を三口フラスコ中に窒素雰囲気下で溶融させ、かつ60℃で撹拌下で、ポリテトラヒドロフラン2000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF2000)55.0質量部、ポリプロピレンオキシド(BAYER AGのAcclaimTM Polyol 2200、ヒドロキシル価56mgKOH/g、分子量2000g/mol)13.8質量部及びポリオキシプロピレン(80質量%)−ポリオキシエチレン(20質量%)−グリコール(ヒドロキシル価 27mg KOH/g、分子量5180g/mol、グリセリンを出発分子として使用して製造)4.7質量部からなる混合物と混合した。この混合物を完全な反応まで1.5時間100℃に加熱し、引き続き冷却した。NCO含有量5.8%、及び75℃で粘度1200mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
実施例2(本発明による)参照
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分3.10質量部と、低圧注入成形機械を用いて75℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を67℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを67℃で15分間硬化させた。微細気泡状生成物の脱型後に、この成形部品を14時間110℃で熱により後硬化させた。
実施例8(本発明による)
NCO基含有プレポリマーの製造
4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)26.4質量部を三口フラスコ中に窒素雰囲気下で溶融させ、かつ60℃で撹拌下で、ポリテトラヒドロフラン2000(BASF AktiengesellschaftのポリTHF2000)54.2質量部、ポリプロピレンオキシド(ヒドロキシル価55mgKOH/g、分子量1970g/mol、プロピレングリコールを出発分子として使用して製造)13.5質量部及びポリオキシプロピレン(80質量%)−ポリオキシエチレン(20質量%)−グリコール(ヒドロキシル価 27mg KOH/g、分子量5180g/mol、グリセリンを出発分子として使用して製造)5.9質量部からなる混合物と混合した。この混合物を完全な反応まで1.5時間100℃に加熱し、引き続き冷却した。NCO含有量5.8%、及び75℃で粘度1400mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
94.7質量部 硫酸化脂肪酸エステルの50%水溶液
4.1質量部 シリコーンベースの泡安定剤(Dow Corning社のDC 193)
0.4質量部 ジ−n−オクチルスズビス(2−エチルヘキシルチオグリコラート)
0.8質量部 N−(2−ジメチルアミノエチル)−N′−ピペラジン。
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分2.34質量部と、低圧注入成形機械を用いて75℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を67℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを67℃で15分間硬化させた。微細気泡状生成物の脱型後に、この成形部品を14時間110℃で熱により後硬化させた。
比較例1
1)NCO基含有プレポリマーの製造
ポリ(エチレンブチレン−アジパート)(ヒドロキシル価 56mg KOH/g、分子量2000g/mol)70.7質量部、1,4−ブタンジオール0.4質量部並びにシリコーンベースの泡安定剤(Dow Corning社のDC 193)0.2質量部を窒素雰囲気下で140℃に加熱し、かつ撹拌下で4,4′−ジイソシアナートジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)28.6質量部を混合した。反応温度を完全な反応まで、かつアロファナート基の形成まで10分間145℃に維持し、引き続き冷却した。NCO含有量6.0%、アロファナート含有量0.2%及び90℃で粘度1900mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
74.4質量部 硫酸化脂肪酸の50%水溶液
21.3質量部 2,2′,6,6′−テトライソプロピルジフェニルカルボジイミド
3.2質量部 シリコーンベースの泡安定剤(Dow Corning社のDC 193)
0.9質量部 脂肪酸ポリグリコールエステル及びアルキルベンゼンスルホナートの
アミン塩の混合物
0.2質量部 30質量%ペンタメチルジエチレントリアミン及び
70質量%N−メチル−N′−(ジメチルアミノエチル)−
ピペラジンからなる混合物。
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分3.22質量部と、低圧注入成形機械を用いて90℃プレポリマー温度及び50℃架橋剤温度で混合し、この混合物を85℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを85℃で20分間硬化させた。微細気泡状生成物の脱型後に、この成形部品を14時間110℃で熱により後硬化させた。
比較例2
1)NCO基含有プレポリマーの製造
4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)26.7質量部を三口フラスコ中で窒素雰囲気下で溶融させ、かつ60℃で撹拌下で、ポリテトラヒドロフラン2000(ヒドロキシル価 56mg KOH/g、分子量2000g/mol)73.3質量部と混合した。この混合物を完全な反応まで1.5時間90℃に加熱し、引き続き冷却した。NCO含有量5.8%、及び80℃で粘度1400mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
実施例2(本発明による)参照
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分3.24質量部と、低圧注入成形機械を用いて80℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を75℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを75℃で15分間硬化させた。
脱型の際にこのスプリング要素は、アンダーカットの範囲内、例えば曲げリップを引き裂いた。この引裂は不可逆的であり、かつ、14時間の110℃でのこの成形部品の引き続く熱による後硬化によっても閉じられることはなかった。この損傷形成のためにこの成形部品は動的に検査されず、かつこのブロックもまた機械的特性データについて検査されなかった。
比較例3
1)NCO基含有プレポリマーの製造
4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)27.0質量部を三口フラスコ中で窒素雰囲気下で溶融させ、かつ60℃で撹拌下で、ポリテトラヒドロフラン2000(ヒドロキシル価 56mg KOH/g、分子量2000g/mol)72.9質量部及びトリメチロールプロパン0.1質量部からなる混合物と混合した。この混合物を完全な反応まで1.5時間90℃に加熱し、引き続き冷却した。NCO含有量5.9%、及び80℃で粘度1600mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
実施例2(本発明による)参照
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分3.30質量部と、低圧注入成形機械を用いて80℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を75℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを75℃で15分間硬化させた。
既に比較例2において記載したように、アンダーカットを有するこの成形部品は不可逆的な引裂と共に脱型された。このブロックもこの成形部品も、機械的又は動的特性について検査しなかった。
比較例4
1)NCO基含有プレポリマーの製造
4,4′−ジイソシアナト−ジフェニルメタン(BASF AktiengesellschaftのLupranat(R) MES)27.3質量部を三口フラスコ中で窒素雰囲気下で溶融させ、かつ60℃で撹拌下で、ポリテトラヒドロフラン2000(ヒドロキシル価 56mg KOH/g、分子量2000g/mol)72.5質量部及びトリメチロールプロパン0.2質量部からなる混合物と混合した。この混合物を完全な反応まで1.5時間90℃に加熱し、引き続き冷却した。NCO含有量5.9%、及び80℃で粘度1800mPasを有するほとんど無色の液体が生じた。
2)架橋剤成分の製造:
実施例2(本発明による)参照
3)円柱状成形体の製造
(1)によるプレポリマー100質量部を、(2)による架橋剤成分3.30質量部と、低圧注入成形機械を用いて80℃プレポリマー温度及び35℃架橋剤温度で混合し、この混合物を75℃に調温された、密閉可能な成形型(例えば、図解1によるスプリング幾何学を有する)中に導入し、かつこのフォームを75℃で15分間硬化させた。
既に比較例2において記載したように、アンダーカットを有するこの成形部品は不可逆的な引裂と共に脱型された。このブロックもこの成形部品も、機械的又は動的特性について検査しなかった。
試験条件
成形体を次に記した条件下でその機械的及び動的特性について試験した。
ガラス温度をISO 6721-7により、完成部品からなるS3A引張ロッドに対して、ねじれ振動を用いて産生された振動の原理に応じて算出した。ガラス転移温度を損失弾性率G″の最大の際に決定した。この際試験体を−80℃に冷却し、5分間この温度に維持し、引き続き2K/minの加熱速度で40℃に加熱した。この測定振動は1Hzであった。
静的−機械的特性は、この試験体の密度はそのつど0.5g/cm3であるが、DIN EN ISO 845による引張強さ、DIN EN ISO 1798による破断点伸び、DIN ISO 34-1B(b)による引裂強さ及び80℃でのDIN EN ISO 1798に対して一部変更した圧縮永久歪に基づいて、18mmの高さのスペーサー(Abstandsstuck)及び底面積40×40mm及び高さ30±1mmを有する試験体を用いて測定した。40%だけ予備負荷された試験体を22時間80℃で貯蔵し、引き続き予備負荷された状態で2時間の間23℃で冷却させた。この圧縮永久歪(DVR)の算出を次式
DVR=[(H0−H2)/(H0−H1)]*100[%]
[式中、
0 試験体の当初の高さ(mm)、
1 変形された状態での試験体の高さ(mm)、
2 緊張緩和された状態での試験体の高さ(mm)]
により行った。
試験体の動的−機械的特性を、この残留歪量(Setzbetrag)に基づいて決定した。試験体は、円柱状試験スプリング(参照、図解1)からなっていた。試験体を、力6kN及び振動1.2Hzを有する100000の負荷変動に負荷した。残留歪量の測定のための高さHRの算出を動的な試験後に、スプリングの特性を記録して行った。H0は出発高さである。成形体を3回、最大力でもって予備加圧した。この後に4サイクルでこの特性を記録した。この押し込み速度は50mm/minであった。10分後にH1を測定し、即ちこの部材のH1を特性値の記録により測定した。この後で初めて、動的試験を開始した。試験体の動的機械的試験の後に、残留歪量(SB)を次の式:
SB=[(H0−HR)/H0)]*100[%]
[式中、
0 試験体の当初の高さ(mm)、
R 動的試験の後の試験体の残留高さ(mm)、23℃かつ50%空気湿分での24時間の貯蔵後に測定]
により行った。
この残留歪量は、連続的振動試験(Dauerschwingversuch)の間の気泡状PUエラストマーの残留する変形に関する尺度である。この値が小さいほど、この材料の動的負荷能は高い。この動的試験を、温度調節した室中で23℃かつ相対空気湿分50%でファン冷却下で行った。
円柱状試験スプリング(参照、図解1)の低温特性を、−40℃の人工気候室中で予備加圧無しに記録した。この際押し込み速度50mm/minであった。6kNの力の際に進んだ道程(=スプリング撓み(Einfederung))が長いほど、このスプリングはより軟質及び低温柔軟性である。
微生物抵抗性の試験を、スプリング要素(参照、図解1)に対するISO 846, D法,版1997に準拠して埋没試験を用いて行った。この際、試験すべきスプリング要素を締付装置中で、この半分の出発高さにだけ予備加圧し、次いで6週間生物学的に活性のある土壌(湿分を、この最大の保水量の60%に調節)中で28℃で貯蔵した。実質的な変更(例えば引裂形成/分解)が観察されない限りは、このフォーム材料は微生物抵抗性である。
次の表中には、本発明による気泡状エラストマー(実施例1〜8)並びに比較フォーム(比較例1〜3)の材料特性がまとめられている。
本発明による実施例1〜8に相当して製造された成形体(参照、図解1)は、15分間の均一な硬化時間後に引裂無しに脱型される。これに対して、比較例2、3及び4の成形体は、顕著なアンダーカットの範囲内、特に曲げリップの範囲内で引き裂いた。この引き裂かれた成形体は更に試験されなかったので、この例のための材料データは記載していない。
本発明による気泡状ポリウレタンエラストマーは、高い機械的特性レベル(参照、引張強さ、破断点伸び、引裂強さ、及び特に圧縮永久歪、80℃で)を示し、かつ、湿った、温かい環境中での並はずれて良好な加水分解抵抗性に優れている。これに対して、ポリエステル軟質相を有する比較例1のフォームは加水分解した。
更に、本発明による材料は、際だった微生物抵抗性により優れている。
低温柔軟性を、完全なスプリング要素に対しても、部材から取り出された試験体に対しても、−40℃での力−道程曲線の記録により試験した。このガラス温度が低くかつスプリング撓みのための値が大きいほど、低温柔軟性はより良好である。本発明によるエラストマーフォームは、低いガラス温度も、また同様に高いスプリング撓みも示す。
動的材料特性を、図解1に示したスプリング要素に対して算出した。この際、全ての本発明によるスプリング要素は、動的試験を終了し、かつ少ない、従って有利な残留歪量を生じた。
従って、本発明によるフォームは比較的少ない材料コストで高い動的特性レベルと、加水分解抵抗性及び微生物抵抗性と共に関連し、これは長期の材料利用を、不利な環境条件下でも可能にする。
Figure 2008533229
Figure 2008533229
Figure 2008533229
Figure 2008533229
**)n.m.=測定せず
***)80日間の80℃に温度調節された脱塩水中での引張強さ試験体の貯蔵。取り出した試験体を30分間23℃で冷却し、引き続き引張強さをDIN EN ISO 1798により測定。
****)動的試験条件:負荷6kN;振動1.2Hz;負荷交換数 100000サイクル;ファン冷却;パーセントでの残留歪量(SB)は、試験後のスプリングの残留高さ(HR)対試験前のスプリング出発高さ(H0)のパーセント比から生じる;
SB=[(H0−HR)/H0)]*100[%]。

Claims (15)

  1. (a)ジイソシアナートと(b)ポリエーテルアルコールとの反応を基礎とする10%より少ないNCO含有量を有するプレポリマーにおいて、(b)ポリエーテルアルコールが、(b1)、(b2)及び(b3)について次の意味合いを有する(b1)並びに(b2)及び/又は(b3):
    (b1)分子量1800〜2100g/molを有するポリテトラヒドロフラン並びに
    (b2)エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドを基礎とする分子量500〜7000g/molを有するポリエーテルアルコール
    及び/又は
    (b3)分子量800〜1200g/molを有するポリテトラヒドロフラン
    を含有することを特徴とする、プレポリマー。
  2. (b2)及び(b3)の合計に対する(b1)の質量比が、11:1〜2:1であり、その際(b2)又は(b3)の質量はゼロであってよいことを特徴とする、請求項1記載のプレポリマー。
  3. (b)ポリエーテルアルコール(b1)及び(b2)を含有し、このポリエーテルアルコール(b2)が、500mg KOH/gよりも少ないヒドロキシル価を示すことを特徴とする、請求項1記載のプレポリマー。
  4. ポリエーテルアルコール(b2)が、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシド並びにグリセリン及び/又はトリメチロールプロパンを出発物質として基礎とすることを特徴とする、請求項3記載のプレポリマー。
  5. (b)ポリエーテルアルコール(b1)及び(b3)を含有することを特徴とする、請求項1記載のプレポリマー。
  6. (b1)及び(b3)を含有する混合物が、数平均分子量1500g/mol〜1900g/molを示すことを特徴とする、請求項5記載のプレポリマー。
  7. プレポリマーがアロファナート基を含有することを特徴とする、請求項1記載のプレポリマー。
  8. プレポリマーが(a)ジイソシアナートと分子量500g/mol〜7000g/molを有するポリエーテルアルコール(b)との反応を基礎とし、ポリエーテルアルコール(b)の他にイソシアナート基に対して反応性の化合物として化合物(b4)が使用され、前記化合物が名目上の官能性3及び500g/molよりも少ない分子量を示すことを特徴とする、請求項1記載のプレポリマー。
  9. 気泡状ポリイソシアナート重付加生成物を製造するにあたり、(a)ジイソシアナートとポリエーテルアルコール(b)との反応により、10%よりも少ないNCO含有量を有するイソシアナート基を有するプレポリマーを製造し、このプレポリマーを引き続き型中で(e)水並びに場合により(d)硫酸化した脂肪酸エステルを含有する架橋剤成分と反応させる、気泡状ポリイソシアナート重付加生成物の製造方法において、ポリエーテルアルコール(b)として、(b1)、(b2)及び(b3)について次の意味合いを有する(b1)並びに(b2)及び/又は(b3):
    (b1)分子量1800〜2100g/molを有するポリテトラヒドロフラン並びに
    (b2)エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドを基礎とする分子量500〜7000g/molを有するポリエーテルアルコール
    及び/又は
    (b3)分子量800〜1200g/molを有するポリテトラヒドロフランを使用することを特徴とする、気泡状ポリイソシアナート重付加生成物の製造方法。
  10. 請求項2から8までのいずれか1項記載のプレポリマーを使用することを特徴とする、請求項9記載の方法。
  11. 架橋剤成分中に触媒(f)並びに場合により(c)ポリシロキサン、(g)発泡剤及び/又は助剤(h)が含有されていることを特徴とする、請求項9記載の方法。
  12. 架橋剤成分中にスズ化合物が含有されていることを特徴とする、請求項9記載の方法。
  13. 架橋剤成分中に、スズ化合物の他にアミン性触媒が含有されていることを特徴とする、請求項12記載の方法。
  14. 請求項9から13までのいずれか1項記載の方法により得られる、気泡状ポリイソシアナート重付加生成物。
  15. DIN EN ISO 845による密度200〜800kg/m3、DIN EN ISO 1798による引張強さ≧2.0N/mm2、DIN EN ISO 1798による破断点伸び≧200%及びDIN ISO 34-1 B (b)による引裂強さ≧8N/mmを示すことを特徴とする、請求項14記載の気泡状ポリイソシアナート重付加生成物。
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