WO2007144272A1 - Offenzellige viskoelastische polyurethan-weichschaumstoffe - Google Patents

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WO2007144272A1 PCT/EP2007/055302 EP2007055302W WO2007144272A1 WO 2007144272 A1 WO2007144272 A1 WO 2007144272A1 EP 2007055302 W EP2007055302 W EP 2007055302W WO 2007144272 A1 WO2007144272 A1 WO 2007144272A1
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Stephan Bauer
Stefan Meyer
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Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of open-cell viscoelastic polyurethane flexible foams, preferably flexible slab foams, wherein a) polyisocyanates having b) compounds having isocyanate-reactive hydrogen atoms, containing b1) between 20 and 95% by weight.
  • % preferably between 30 and 80 wt.%, of a polyether alcohol, preferably glycerol propoxylates, having a functionality in a range from 2.3 to 3.0, a hydroxyl group number between 40 to 100 mgKOH / g, preferably between 50 and 60 mgKOH / g, a proportion of primary hydroxyl groups based on the total of the hydroxyl groups of less than 20%, preferably between 0% and 15%, in particular less than 5% and an ethylene oxide content of less than 50% by weight, preferably between 0% by weight.
  • a polyether alcohol preferably glycerol propoxylates
  • polyol having a functionality between 2.8 and 4.5, a hydroxyl number between 300 and 600 mg KOH / g and in particular polyols having a proportion of primary hydroxyl groups based on the total of the hydroxyl groups of smaller 20%, preferably less than 5%, and an ethylene oxide content of less than 50 wt .-%, preferably 0 wt .-%, c) blowing agents.
  • the invention relates to open-cell viscoelastic polyurethane flexible foams obtainable in this way, in particular open-celled viscoelastic ones Flexible polyurethane foams, preferably flexible slab foams, based on b) compounds having isocyanate-reactive hydrogen atoms, containing b1) between 20 to 95% by weight, preferably between 30 and 80% by weight, of a polyether alcohol having a functionality in one Range of 2.3 to 3.0, a hydroxyl group number between 40 to 100 mgKOH / g, a proportion of primary hydroxyl groups based on the total of the hydroxyl groups of less than 20%, preferably between 0 and 15%, in particular less than 5%, and a Ethylene oxide content of less than 50 wt .-%, preferably between 0 wt .-% and
  • polyol having a functionality between 2.8 and 4.5, a hydroxyl number between 300 and 600 mg KOH / g, and in particular polyols having a proportion of primary hydroxyl groups based on the total of hydroxyl groups of less than 20%, preferably less than 5%, and an ethylene oxide content of less than 50 wt .-%, preferably between 0 and 10 wt .-%, in particular 0 wt .-%.
  • the present invention furthermore relates to the use of the flexible polyurethane foams according to the invention in furniture, mattresses, cushions and in motor vehicle interiors.
  • Polyurethane flexible foams are used in many technical fields, in particular for upholstery or noise insulation. They are usually prepared by reacting polyisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms in the presence of blowing agents and optionally catalysts and customary auxiliaries and / or additives.
  • viscoelastic foams which have virtually constant viscoelastic properties over a broad temperature range.
  • Commercially available viscoelastic foams have a glass transition temperature T 9 in the range of + 15 to 25 ° C. Below the glass transition temperature ( ⁇ 5 ° C), the foams become hard and can no longer be deformed under normal pressure. Above the glass transition temperature (> 35 ° C), the foams are highly elastic.
  • open-cell foams are required by the market to ensure the highest possible air and moisture transport in the mattresses and pillows.
  • WO 02/088211 describes the use of monools for the production of viscoelastic foams using a polyol mixture consisting of 30 to 85% by weight of an ethylene oxide-rich polyol with at least 50% by weight of ethylene oxide.
  • the object of the present invention is therefore to provide a low-emission viscoelastic flexible polyurethane foam which has virtually constant vsikoelastic properties over a broad temperature range.
  • the viscoelastic flexible polyurethane foams should be as low emission and ensure the highest possible air and moisture transport.
  • a foam is called viscoelastic if it has a loss factor of more than 0.15, preferably more than 0.2 in the torsional vibration test according to DIN 53445. Also, the foam may be said to be viscoelastic if it has a rebound resilience measured after
  • Such foams are used in particular for sound insulation and for the production of mattresses or pillows. In these applications, it is also important that the foams have good aging resistance, especially in moist heat storage. Furthermore, the cleavage of Urethanbin- compounds, which can lead to the formation of aromatic amines, should be significantly suppressed.
  • the compounds b1) preferably have a hydroxyl number of 40 to 100 mg / KOH at a viscosity in the range of 400 to 4000 mPas and a functionality of 2.3 to 3.0. Preference is given to using polyetherols based on glycerol having a hydroxyl number of 45 to 100, preferably 50 to 80 mgKOH / g. These preferably have a content of primary hydroxyl groups of less than 10, preferably less than 5%, based on all hydroxyl groups. Most preferably used as b1) are glycerol propoxylates having a hydroxyl number between 50 and 60 mgKOH / g, e.g. Lupranol® VP 931 1, Caradol® SC-56-15, Voranol® 3008, Arcol® 1105. Compounds b2) are monools having a hydroxyl group number of from 74 to
  • Benzyl alcohol C4 to C20 monoalcohols, C8 to C18 oxo alcohol ethoxylates, as the Lupragen ® XA 40 LF, Lutensol ® A .. N, AO, AP, AT, F, ON, TO, XL, XP, AP-brands BASF Aktiengesellschaft, monoglycol ethers and esters such as butylglycol.
  • Lupragen ® XA 40 LF, Lutensol ® A4N, AO3 ON 30, ON 40, TO2, TO3, XA 30 XA 40, XP 30, XP 40, XL 40, butyl, and benzyl alcohol are most preferably used as monols.
  • polymer-modified polyols having a solid content of 5% to 50% and a hydroxyl value of 15 to 50 mgKOH / g can be used.
  • Such polyols can be prepared, for example, by in situ polymerization of ethylenically unsaturated monomers, preferably styrene and / or acrylonitrile, in polyether alcohols.
  • the polymer-modified polyether alcohols also include polyurea-containing polyether alcohols, which are preferably prepared by reacting amines with isocyanates in polyols.
  • polymer-modified polyols b3) having a solids content of 40 to 50 wt .-% of styrene and / or acrylonitrile particles and having a hydroxyl number of 15 to 35 mgKOH / g.
  • polymer-modified polyols b3) having a solids content of 40 to 50 wt .-% of styrene and / or acrylonitrile particles and having a hydroxyl number of 15 to 35 mgKOH / g.
  • non-reactive polymer-modified polyols having a primary OH group content of less than 5%, based on all hydroxyl groups is used as Lupranol ® 4600, Lupranol 4682-40, Arcol ® HS 100, VORALUX HL ® 400, Caradol MD ® 30- 45th
  • compound b4) are diols having a molecular weight of 90 to 3000 g / mol, for example C4 to C20 diols, such as butanediol, hexanediol and polyalkene oxides having a functionality of 1, 9 to 2 and a molecular weight of 400 to 3000.
  • C4 to C20 diols such as butanediol, hexanediol and polyalkene oxides having a functionality of 1, 9 to 2 and a molecular weight of 400 to 3000.
  • Niax ® DP-1022 and propylene glycols having a molecular weight from 450 to 2000 g / mol, such as Lupranol ® 1000 and used 1100 and 1200 of BASF Aktiengesellschaft.
  • hard foam polyols having a functionality of 2.8 to 4.5 and a hydroxyl number of 300 to 600 mgKOH / g are used.
  • Preferably used amines are aliphatic amines having up to 10 carbon atoms, for example, ethylenediamine, diethylenetriamine, propylenediamine, and amino alcohols, such as ethanolamine or diethanolamine.
  • the alkylene oxides used are preferably ethylene oxide and / or propylene oxide. Examples of such Hartschaumpolyole include Lupranol® ® 3300, 3402, 3423, 3424, 3425, 3426 BASF Aktiengesellschaft.
  • polyether alcohols in particular polyether alcohols
  • H-functional starter substances usually by catalytic addition of alkylene oxides, in particular ethylene oxide and / or propylene oxide, to H-functional starter substances or by condensation of tetrahydrofuran will be used.
  • polyhydric alcohols and / or amines are used as H-functional starter substances.
  • Preferably used amines are aliphatic amines having up to 10 carbon atoms, for example, ethylenediamine, diethylenetriamine, propylenediamine, and amino alcohols, such as ethanolamine or diethanolamine.
  • Ethylene oxide and / or propylene oxide are preferably used as alkylene oxides, and in the case of polyether alcohols which are used for the production of flexible polyurethane foams, an ethylene oxide block is frequently added to the chain end.
  • catalysts in the addition of the alkylene oxides in particular basic compounds are used, in which case the potassium hydroxide has the greatest technical importance. If the content of unsaturated constituents in the polyether alcohols is to be low, it is also possible to use DMC catalysts as catalysts for preparing these polyether alcohols.
  • polymer-modified polyols may also be used.
  • Such polyols can be prepared, for example, by in situ polymerization of ethylenically unsaturated monomers, preferably styrene and / or acrylonitrile, in polyether alcohols.
  • polyether alcohols include polyurea dispersions containing polyether alcohols, which are preferably prepared by reacting amines with isocyanates in polyols.
  • component b) consists of 35 to 75 wt .-% b1), 10 to 20 wt .-% b2), 5 to 35 wt .-% b3), 5 to 10 wt. -% b4) and
  • toluene diisocyanate (TDI) is used as (a) polyisocyanate.
  • TDI toluene diisocyanate
  • Particular preference is given to using as (a) polyisocyanate a 2,4- / 2,6-toluene diisocyanate mixture in a weight ratio of 80:20.
  • the open-celled viscoelastic inventive polyurethane foams preferably have viscoelastic properties in a range of - 10 to + 40 ° C, preferably from - 20 to + 60 ° C, more preferably in a range from - 30 to + 80 0 C.
  • the viscoelastic invention Polyurethane flexible foams have a very good resistance to aging, especially under wet-heat conditions. They are hydrophobic and swell resistant.
  • the volume of the open-cell viscoelastic flexible polyurethane foams according to the invention changes after 30 minutes storage in water at 23 ° C by a maximum of 15%, preferably a maximum of 10%.
  • the foam preferably complies with the certification criteria for the "LGA tested for harmful substances" certificate for mattresses, whereby a concentration of 500 ⁇ g / m 3 of volatile compounds must not be exceeded after 7 days.
  • Test conditions in the test chamber Temperature: (23 ⁇ 1) ° C Humidity: 50% RH ⁇ 5% RH Room load: approx. 1 m 2 / m 3
  • Air exchange rate 0.5 h-1 ⁇ 0.05 h-1 (in case of different room load, the air exchange rate must be adjusted accordingly).
  • Timing of sampling 24 hours after initiation of conditioning on carcinogenic, mutagenic, reproductive toxicants 7 days after initiation of conditioning for the remaining VOCs.
  • Particular preference is given to open-cell viscoelastic polyurethane flexible foams in which the foam contains a maximum of 100 ppm of volatile emissions (VOC), determined in accordance with VDA 278.
  • VOC volatile emissions
  • the open-cell viscoelastic polyurethane flexible foam according to the invention preferably has an air permeability of at least 20 dm 3 / min, particularly preferably greater than 50 dm 3 / min.
  • the proportion of aromatic amines, in particular 2,4 and 2,6-toluenediamine or MDA in the foam is less than 10 ppm and preferably less than 1 ppm and does not increase even after a long period of use.
  • open-cell viscoelastic flexible polyurethane foams in which the foam contains not more than 10 ppm, more preferably less than 1 ppm, of ppm 2,4- and 2,6-TDA.
  • the production of the viscoelastic polyurethane flexible foams according to the invention can be carried out by customary and known processes.
  • polyisocyanates a all isocyanates having two or more isocyanate groups in the molecule can be used for the process according to the invention.
  • Aliphatic isocyanates such as hexamethylene diisocyanate (HDI) or isophorone diisocyanate (IPDI), or preferably aromatic isocyanates, such as tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI) or mixtures of diphenylmethane diisocyanate and polymethylene polyphenylene polyisocyanates (crude MDI), preferably TDI and MDI, more preferably TDI may be used. Very particularly preferred is a mixture of 80 wt .-%.
  • modified isocyanates are MDI prepolymers having an NCO content of between 20 and 35% or mixtures thereof with polymethylene polyphenylene polyisocyanates (crude MDI).
  • chain extenders and crosslinkers can also be used.
  • chain extenders and crosslinkers it is preferred to use 2- and 3-functional alcohols having molecular weights of 62 to 800 g / mol, in particular in the range of 60 to 200 g / mol.
  • Examples are ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, low molecular weight polypropylene and polyethylene oxides such as Lupranol ® 1200, butane-1, 4, glycerol or trimethylolpropane.
  • crosslinking agents it is also possible to use diamines, sorbitol, glycerol, alkonolamines. If chain extenders and crosslinkers are used, their amount is preferably up to 5% by weight, based on the weight of the compounds having at least two active hydrogen atoms.
  • the process according to the invention is usually carried out in the presence of activators, for example tertiary amines or organic metal compounds, in particular tin compounds.
  • activators for example tertiary amines or organic metal compounds, in particular tin compounds.
  • tin compounds divalent tin salts of fatty acids such as tin dioctoate and organotin compounds such as dibutyltin dilaurate are preferably used.
  • propellant c) for the production of the polyurethane foams preference is given to using water which reacts with the isocyanate groups with liberation of carbon dioxide. Preference is given to water in an amount of 0.5 to 6 wt .-%, particularly preferably in an amount of 0.7 to 4.5 wt .-% and most preferably in an amount of 1, 0 to 3.5 wt. -%, based on the weight of component b) used.
  • blowing agents for example carbon dioxide, hydrocarbons, such as n-, iso- or cyclopentane, cyclohexane or halogenated hydrocarbons, such as tetrafluoroethane, pentafluoropropane, heptafluoropropane, pentafluorobutane, hexafluorobutane or dichloromonofluoroethane, may also be used together with or instead of water become.
  • hydrocarbons such as n-, iso- or cyclopentane, cyclohexane or halogenated hydrocarbons, such as tetrafluoroethane, pentafluoropropane, heptafluoropropane, pentafluorobutane, hexafluorobutane or dichloromonofluoroethane
  • the amount of the physical blowing agent is preferably in the range from 1 to 15 wt .-%, in particular 1 to 10 wt .-%, the amount of water preferably in the range between 0.5 to 10 wt .-%, in particular 1 to 5 wt .-%.
  • Carbon dioxide is preferably used as a physical blowing agent, more preferably in combination with water.
  • Stabilizers and auxiliaries and / or additives may also be used to prepare the flexible polyurethane foams according to the invention.
  • Suitable stabilizers are, in particular, polyethersiloxanes, preferably water-soluble polyethersiloxanes. These compounds are generally designed so that a long-chain copolymer of ethylene and propylene oxide is connected to a polydimethylsiloxane radical.
  • Other foam stabilizers are described in US-A-2,834,748, 2,917,480 and US-A-3,629,308
  • the reaction is optionally carried out in the presence of auxiliaries and / or additives such as fillers, cell regulators, surface-active compounds and / or flame retardants.
  • Preferred flame retardants are liquid flame retardant halogen-phosphorus-based as trichloropropyl phosphate, trichloroethyl phosphate, halogen-free flame retardant such as Exolit ® OP 560 (Clariant International Ltd). Further information on the starting materials used, catalysts and auxiliaries and additives can be found for example in the Plastics Handbook, Volume 7, Polyurethanes, Carl Hanser Verlag Kunststoff, 1st edition 1966, 2nd edition, 1983 and 3rd edition, 1993.
  • the organic polyisocyanates are reacted with the compounds having at least two active hydrogen atoms in the presence of the abovementioned blowing agents and, if appropriate, the catalysts and auxiliaries and / or additives.
  • the isocyanate and the polyol component are usually brought together in such an amount that the equivalence ratio of isocyanate groups to the sum of the active hydrogen atoms
  • the polyurethane foams are preferably produced by the one-shot process, for example by means of high-pressure or low-pressure technology.
  • the foams can be made in open or closed metallic molds or by continuously applying the reaction mixture to belt lines to produce foam blocks.
  • the components are preferably mixed at a temperature in the range between 15 to 90 ° C, preferably 20 to 60 ° C and more preferably 20 to 35 ° C and placed in the mold or on the strip line.
  • the temperature in the mold is usually in the range between 20 and 1 10 ° C, preferably 30 to 60 ° C and particularly preferably 35 to 55 ° C.
  • Slab foams can be foamed in discontinuous or continuous plants, such as, for example, the Planiblock, the Maxfoam, the Draka-Petzetakis and the Vertifoam process.
  • the flexible polyurethane foams produced by the process according to the invention are characterized in that the foams have and also viscoelastic properties in the Tempratur Scheme of at least 0 to 40 ° C a resilience of less than 30%, a loss factor of greater than 0.2 and an air permeability of greater than 20 dm / m 3 and a maximum of 2,4- and 2,6-TDA content of a maximum of 5 ppm, as well as low emission according to VDA 278 (VOC) and LGA-tested for harmful substances "for mattresses and hydrophobic, ie the volume of the foam after storage for 30 min in water at 23 ° C changes by a maximum of 15%, and thus suitable for the use of flexible polyurethane foams for furniture, mattresses, pillows and in automotive interiors.
  • VDA 278 VDA 278
  • R1, R2, M1 and M2 sum ⁇ 10 ⁇ g / m3
  • R1, R2, M1 and M2 sum ⁇ 2 ⁇ g / m 3
  • BTEX benzene, toluene, ethylbenzene, xylose CMT: carcinogen, mutagen, teratogen
  • Polyol 1 is a trifunctional polyether polyol based on glycerol having a hydroxyl group number of 56 mg KOH / g, a proportion of primary hydroxyl groups based on the total of the hydroxyl groups of less than 5% and an ethylene oxide content of 0% by weight. It has a viscosity of 500 mPa-s.
  • Polyol 2 is a nonreactive styrene and acrylonitrile (SAN) grafted polyether polyol having a solids content of 45% by weight, a hydroxyl value of 30.8 mg KOH / g, a proportion of primary hydroxyl groups based on the total of the hydroxyl groups of less than 3 % and an ethylene oxide content of 6 wt .-%. It has a viscosity of 4550 mPa-s.
  • SAN nonreactive styrene and acrylonitrile
  • Polyol 3 is a polypropylene glycol having a hydroxyl number of 55 mgKOH / g and a viscosity of 325 mPa s.
  • Polyol 4 is a glycerol-based trifunctional polyether polyol having a hydroxyl value of 400 mgKOH / g, a proportion of primary hydroxyl groups based on the total of hydroxyl groups of 0% and an ethylene oxide content of 0% by weight. It has a viscosity of 325 mPa-s.
  • Monool is a deodorized C10-oxoalcohol ethoxylate + 4 EO with a hydroxyl group number of 150 mgKOH / g.
  • Dabco ® NE 500 and 600 are installable amine catalysts (Air Products and
  • Kosmos ® EF and 54 are installable tin or zinc catalysts (Degussa AG).
  • Tegostab ® B 8036 and BF 2370 are silicone stabilizers (Degussa AG).
  • Lupranat ® T 80 A is a 2,4- / 2,6-toluene diisocyanate mixture in the ratio 80:20 (BASF Aktiengesellschaft)
  • TDA is toluene diamine
  • DMA Dynamic Mechanical Analysis
  • Hydrophobic ie the volume of the foam changes by a maximum of 15% after 30 minutes of storage in water at 23 ° C. are, and thus suitable for the use of flexible polyurethane foams for furniture, mattresses, pillows and in automotive interiors.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von offenzelligen viskoelastischen Polyurethan- Weichschaumstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man a) Polyisocyanate mit b) Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, enthaltend b1 ) zwischen 20 bis 95 Gew.-% von einem Polyetheralkohol mit einer Funktionalität in einem Bereich von 2,3 bis 3,0, einer Hydroxylgruppenzahl zwischen 40 bis 100 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20% und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 50 Gew.-%, b2) und mindestens 5 bis 35 Gew.-% Monol mit einem Molekulargewicht zwischen 74 und 800 g/mol und b3) 0 bis 50 Gew.-% polymermodifiziertes Polyol mit einem Feststoffgehalt zwischen 5 Gew.% bis 55 Gew.-%, einer Hydroxylzahl zwischen 15 und 50 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20 % und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 25 Gew.-%, b4) 0 bis 20 Gew.-% Diol mit einem Molgewicht zwischen 90 und 3000 g/mol, b5) 0 bis 5 Gew.-% Polyol mit einer Funktionalität zwischen 2,8 und 4,5, einer Hydroxylzahl zwischen 300 und 600 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydro xylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20% und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 50 Gew.-%, c) Treibmitteln umsetzt.

Description

Offenzellige viskoelastische Polyurethan-Weichschaumstoffe Beschreibung Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von offenzelligen viskoe- lastischen Polyurethan-Weichschaumstoffen, bevorzugt Blockweichschaumstoffe, wobei man a) Polyisocyanate mit b) Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, enthaltend b1 ) zwischen 20 bis 95 Gew.-%, bevorzugt zwischen 30 und 80 Gew.-%, von einem Polyetheralkohol, bevorzugt Glycerinpropoxylate, mit einer Funktionalität in einem Bereich von 2,3 bis 3,0, einer Hydroxylgruppenzahl zwischen 40 bis 100 mgKOH/g, bevorzugt zwischen 50 und 60 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20 %, bevorzugt zwischen 0 % und 15 %, insbesondere kleiner 5 % und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 50 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0 Gew.-
% und 15 Gew.-%, insbesondere 0 Gew.-%,
b2) und mindestens 5 bis 35 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 und 30 Gew.-% Mo- nool mit einem Molekulargewicht zwischen 74 und 800 g/mol, bevorzugt zwi- sehen 100 und 400 g/mol und
b3) 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0 und 40 Gew.-% polymermodifiziertes Polyol mit einem Feststoffgehalt zwischen 5 Gew.-% bis 55 Gew.-%, einer Hydroxylzahl zwischen 15 und 50 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydro- xylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20 %, bevorzugt zwischen 0 % und 15 %, insbesondere kleiner 5 %, und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 25 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0 und 10 Gew.-%,
b4) 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 und 15 Gew.-% Diol mit einem Molge- wicht zwischen 90 und 3000 g/mol,
b5) 0 bis 5 Gew.-% Polyol mit einer Funktionalität zwischen 2,8 und 4,5, einer Hydroxylzahl zwischen 300 und 600 mgKOH/g und insbesondere Polyole mit einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydro- xylgruppen von kleiner 20%, bevorzugt kleiner 5 %, und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 50 Gew.-%, bevorzugt 0 Gew.-%, c) Treibmitteln umsetzt. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf derart erhältliche offenzellige viskoelastische Polyurethan-Weichschaumstoffe, insbesondere offenzellige viskoelastische Polyurethan-Weichschaumstoffe, bevorzugt Blockweichschaumstoffe, auf der Basis von b) Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, enthaltend b1 ) zwischen 20 bis 95 Gew.-%, bevorzugt zwischen 30 und 80 Gew.-%, von einem Polyetheralkohol mit einer Funktionalität in einem Bereich von 2,3 bis 3,0, einer Hydroxylgruppenzahl zwischen 40 bis 100 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20%, bevorzugt zwischen 0 und 15 %, insbesondere kleiner 5 %, und einem E- thylenoxidgehalt von kleiner als 50 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0 Gew.-% und
15 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner 5 Gew.-%, insbesondere 0 Gew.-%,
b2) und mindestens 5 bis 35 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 und 30 Gew.-% Mo- nool mit einem Molekulargewicht zwischen 74 und 800 g/mol, bevorzugt zwi- sehen 100 und 400 g/mol und
b3) 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0 und 40 Gew.-% polymermodifiziertes Polyol mit einem Feststoffgehalt zwischen 5 Gew.-% bis 55 Gew.-%, einer Hydroxylzahl zwischen 15 und 50 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydro- xylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20 %, bevorzugt zwischen 0 und 15%, und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 25 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0 und 10 Gew.-%,
b4) 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 und 15 Gew.-% Diol mit einem Molge- wicht zwischen 90 und 3000 g/mol,
b5) 0 bis 5 Gew.-% Polyol mit einer Funktionalität zwischen 2,8 und 4,5, einer Hydroxylzahl zwischen 300 und 600 mgKOH/g, und insbesondere Polyole mit einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydro- xylgruppen von kleiner 20%, bevorzugt kleiner 5%, und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 50 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0 und 10 Gew.-%, insbesondere 0 Gew.-%.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen PoIy- urethan-Weichschaumstoffen in Möbeln, Matratzen, Kissen und in Kraftfahrzeuginnenräumen.
Polyurethan-Weichschaumstoffe werden in vielen technischen Gebieten, insbesondere zur Polsterung oder Geräuschdämmung, eingesetzt. Ihre Herstellung erfolgt üblicher- weise durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen in Gegenwart von Treibmitteln sowie gegebenenfalls Katalysatoren und üblichen Hilfs- und/oder Zusatzstoffen. Der Markt verlangt aus anwendungstechnischen Gründen zunehmend nach viskoe- lastischen Schaumstoffen, die in einem breitem Temperaturbereich nahezu gleichbleibende viskoelastische Eigenschaften besitzen. Handelsübliche viskoelastische Schaumstoffe besitzen eine Glastemperatur T9 im Bereich von + 15 bis 25°C. Unter- halb der Glastemperatur (< 5°C) werden die Schaumstoffe hart und können nicht mehr unter normalen Druck verformt werden Oberhalb der Glastemperatur (> 35°C) sind die Schaumstoffe hoch elastisch. Nur in dem engen Temperaturfenster der Glastemperatur (T9 ± 10°C) zeigen die Schaumstoffe ein viskoelastisches Verhalten. Der Einsatz von viskoelastischen Schaumstoffen in kalten Bereichen, wie z.B. im Automobilbereich im Winter und für Matratzen in kalten Zimmern ist nur eingeschränkt nutzbar.
Darüber hinaus wird vom Markt offenzellige Schaumstoffe gefordert, um die einen möglichst hohe Luft- und Feuchtigkeitstransport in den Matratzen und Kissen zu gewährleisten.
WO 02/088211 beschreibt die Verwendung von Monolen für die Herstellung von viskoelastischen Schaumstoffen unter Verwendung von einem Polyolgemisch, dass zu 30 bis 85 Gew.-% aus einem ethylenoxidreichen Polyol mit mindestens 50 Gew.-% Ethylenoxid besteht.
Vom Markt wird zudem zunehmend emissionsarme Schaumstoffe verlangt. Derartige Emissionen werden entweder nach dem Thermodesorptionsmethode VDA 278 oder nach Kammtestverfahren mittels GC-MS, wie zum Beispiel vom LGA, bestimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, einen emissionsarmen viskoelastischen Polyurethan-Weichschaumstoff bereitzustellen, der in einem breiten Temperaturbereich nahezu gleichbleibende vsikoelastische Eigenschaften besitzt. Außerdem sollte der viskoelastische Polyurethan-Weichschaumstoffe möglichst emissionsarm sein und einen möglichst hohen Luft- und Feuchtigkeitstransport gewährleisten.
Diese Aufgabe konnten durch die eingangs dargestellten Verfahren und offenzelligen viskoelastischen Polyurethan-Weichschaumstoffe, bevorzugt Blockweichschaumstoffe gelöst werden.
Im Rahmen dieser Erfindung wird ein Schaumstoff als viskoelastisch bezeichnet, wenn er im Torsionsschwingungsversuch nach DIN 53445 einen Verlustfaktor von mehr als 0,15, bevorzugt mehr als 0,2 aufweist. Ebenfalls kann der Schaumstoff als viskoe- lastisch bezeichnet werden, wenn er eine Rückprallelastizität, gemessen nach
DIN EN ISO 8307, von weniger als 30 %, bevorzugt von 2 bis 27 %, besonders bevorzugt von 3 bis 25 % aufweist. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der erfindungsgemäße Schaumstoff sowohl die vorstehend angegebenen Kriterien für den Verlustfaktor als auch für die Rückprallelastizität erfüllt. Bei den erfindungsgemäßen viskoelastischen Schaumstoffen mit vorstehend beschriebenen Dämpfungskoeffizienten handelt es sich um sogenannte "müde" Schaumstoffe.
Derartige Schaumstoffe werden insbesondere zur Schalldämmung sowie zur Herstel- lung von Matratzen oder Kissen eingesetzt. Bei diesen Anwendungen ist es auch wichtig, dass die Schaumstoffe eine gute Alterungsbeständigkeit, insbesondere bei der Feuchtwärmelagerung, aufweisen. Weiterhin sollte die Rückspaltung der Urethanbin- dungen, die zur Bildung von aromatischen Aminen führen kann, deutlich unterdrückt werden.
Die Verbindungen b1) haben bevorzugt eine Hydroxylzahl von 40 bis 100 mg/KOH bei einer Viskosität im Bereich von 400 bis 4000 mPa-s und einer Funktionalität von 2,3 bis 3,0. Bevorzugt werden Polyetherole auf Basis von Glyzerin mit einer Hydroxylzahl von 45 bis 100, bevorzugt 50 bis 80 mgKOH/g eingesetzt. Diese weisen bevorzugt einen Gehalt an primären Hydroxylgruppen von kleiner 10, bevorzugt kleiner 5 %, bezogen auf alle Hydroxylgruppen auf. Ganz bevorzugt werden als b1 ) Glycerinpropoxylate mit einer Hydroxylzahl zwischen 50 und 60 mgKOH/g eingesetzt, z.B. Lupranol® VP 931 1 , Caradol® SC-56-15, Voranol® 3008, Arcol® 1105. Als Verbindung b2) werden Monoole mit einer Hydroxylgruppenzahl von 74 bis
800 mgKOH/g eingesetzt. Bevorzugt werden Benzylalkohol, C4 bis C20-Monoalkohole, C8 bis C18-Oxoalkoholethoxylate, wie die Lupragen® XA 40 LF, Lutensol® A.. N, AO, AP, AT, F, ON, TO, XL, XP, AP-Marken der BASF Aktiengesellschaft eingesetzt, Mo- noglykolether und -ester wie Butylglykol. Ganz bevorzugt werden Lupragen® XA 40 LF, Lutensol® A4N, AO3 ON 30, ON 40, TO2, TO3, XA 30, XA 40, XP 30, XP 40, XL 40, Butylglykol und Benzylalkohol als Monole verwendet.
Als Verbindung b3) können polymermodifizierte Polyole mit einem Feststoffgehalt von 5% bis 50% und einer Hydroxylzahl von 15 bis 50 mgKOH/g verwendet werden. Derar- tige Polyole können beispielsweise durch in-situ Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren, vorzugsweise Styrol und/oder Acrylnitril, in Polyetheralkoholen hergestellt werden. Zu den polymermodifizierten Polyetheralkoholen gehören auch Polyharnstoffdispersionen enthaltende Polyetheralkohole, die vorzugsweise durch Umsetzung von Aminen mit Isocyanaten in Polyolen hergestellt werden. Bevorzugt werden als polymermodifizierte Polyole b3) mit einem Feststoffgehalt von 40 bis 50 Gew.-% an Styrol und/oder Acrylnitril-Partikeln und mit einer Hydroxylzahl von 15 bis 35 mgKOH/g eingesetzt. Ganz bevorzugt werden nicht reaktive polymermodifizierte Polyole mit einem primären OH-Gruppengehalt von kleiner 5%, bezogen auf alle Hydroxylgruppen, eingesetzt, wie Lupranol® 4600, Lupranol 4682-40, Arcol® HS 100, Voralux® HL 400, Caradol® MD 30-45.
Als Verbindung b4) werden Diolen mit einem Molgewicht von 90 bis 3000 g/mol, zum Beispiel C4 bis C20-Diole, wie Butandiol, Hexandiol und Polyalkenoxide mit einer Funktionalität von 1 ,9 bis 2 und einem Molgewicht von 400 bis 3000. Ganz bevorzugt werden Butandiol, Niax® DP-1022 und Propylenglykole mit einem Molgewicht von 450 bis 2000 g/mol, wie Lupranol® 1000 und 1 100 und 1200 der BASF Aktiengesellschaft eingesetzt.
Als Verbindung b5) werden Hartschaumpolyolen mit einer Funktionalität von 2,8 bis 4,5 und einer Hydroxylzahl von 300 bis 600 mgKOH/g eingesetzt. Bevorzugt werden als Starter für die Herstellung von Hartschaumpolyolen Wasser, zweiwertige Alkohole, beispielsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, oder Butandiole, dreiwertige Alkohole, beispielsweise Glycerin oder Trimethylolpropan, sowie höherwertige Alkohole, wie Pentaerythrit, Zuckeralkohole, beispielsweise Sucrose, Glucose oder Sorbit eingesetzt. Bevorzugt eingesetzte Amine sind aliphatische Amine mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Ethylendiamin, Diethylentriamin, Propylendiamin, sowie Aminoalkohole, wie Ethanolamin oder Diethanolamin. Als Alkylenoxide werden vorzugsweise Ethylen- oxid und/oder Propylenoxid eingesetzt. Beispiele für derartige Hartschaumpolyole sind z.B. Lupranol® 3300, 3402, 3423, 3424, 3425, 3426 der BASF Aktiengesellschaft.
Zusätzlich den Polyolen b1 ) bis b5) können gegebenenfalls weitere Polyole, insbesondere Polyetheralkohole, die nach bekannten Verfahren, zumeist durch katalytische Anlagerung von Alkylenoxiden, insbesondere Ethylenoxid und/oder Propylenoxid, an H-funktionelle Startsubstanzen, oder durch Kondensation von Tetra hydrofu ran, hergestellt werden, eingesetzt werden. Als H-funktionelle Startsubstanzen kommen insbesondere mehrfunktionelle Alkohole und/oder Amine zum Einsatz. Bevorzugt eingesetzt werden Wasser, zweiwertige Alkohole, beispielsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, oder Butandiole, dreiwertige Alkohole, beispielsweise Glycerin oder Trimethylolpropan, sowie höherwertige Alkohole, wie Pentaerythrit, Zuckeralkohole, beispielsweise Sucrose, Glucose oder Sorbit. Bevorzugt eingesetzte Amine sind aliphatische Amine mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Ethylendiamin, Diethylentriamin, Propylendiamin, sowie Aminoalkohole, wie Ethanolamin oder Diethanolamin. Als Alkylenoxide werden vorzugsweise Ethylenoxid und/oder Propylenoxid eingesetzt, wobei bei PoIy- etheralkoholen, die für die Herstellung von Polyurethan-Weichschäumen verwendet werden, häufig am Kettenende ein Ethylenoxidblock angelagert wird. Als Katalysatoren bei der Anlagerung der Alkylenoxide kommen insbesondere basische Verbindungen zum Einsatz, wobei hier das Kaliumhydroxid die größte technische Bedeutung hat. Wenn der Gehalt an ungesättigten Bestandteilen in den Polyetheralkoholen gering sein soll, können als Katalysatoren zur Herstellung dieser Polyetheralkohole auch DMC- Katalysatoren zum Einsatz kommen.
Für bestimmte Einsatzgebiete, insbesondere zur Erhöhung der Härte der Polyurethan- Weichschaumstoffe, können auch sogenannte polymermodifizierte Polyole mitverwen- det werden. Derartige Polyole können beispielsweise durch in-situ Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren, vorzugsweise Styrol und/oder Acrylnitril, in Polyetheralkoholen hergestellt werden. Zu den polymermodifizierten Polyetheralkoholen gehören auch Polyharnstoffdispersionen enthaltende Polyetheralkohole, die vorzugsweise durch Umsetzung von Aminen mit Isocyanaten in Polyolen hergestellt werden.
Bevorzugt sind Verfahren und Weichschaumstoffe, bei denen die Komponente b)
30 bis 80 Gew.-% b1), 10 bis 30 Gew.-% b2), 0 bis 40 Gew.-% b3), 5 bis 15 Gew.-% b4) und 0 bis 5 Gew.-% b5) enthält.
Besonders bevorzugt sind Verfahren und Weichschaumstoffe, bei denen die Komponente b) besteht aus 35 bis 75 Gew.-% b1), 10 bis 20 Gew.-% b2), 5 bis 35 Gew.-% b3), 5 bis 10 Gew.-% b4) und
0 bis 3 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 3 Gew.-% b5).
Besondere bevorzugt sind ferner Verfahren, bei denen man als (a) Polyisocyanat To- luylendiisocyanat (TDI) einsetzt. Besonders bevorzugt setzt man als (a) Polyisocyanat ein 2,4-/2,6-Toluylendiisocyanatgemisch im Gewichtsverhältnis 80:20 ein.
Die erfindungsgemäßen offenzelligen viskoelastischen Polyurethan-Weichschaumstoffe besitzen bevorzugt viskoelastische Eigenschaften in einem Bereich von - 10 bis + 40°C , bevorzugt von - 20 bis + 60°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von - 30 bis + 800C. Die erfindungsgemäßen viskoelastischen Polyurethan-Weichschaumstoffe besitzen eine sehr gute Alterungsbeständigkeit, insbesondere auch unter Feucht-Wärme- bedingungen. Sie sind hydrophob und quellbeständig. Bevorzugt ändert sich das Volumen der erfindungsgemäßen offenzelligen viskoelastischen Polyurethan-Weichschaumstoffe nach 30 min Lagerung in Wasser bei 23°C um maximal 15 %, bevorzugt maximal von 10 %.
Bevorzugt erfüllt der Schaumstoff die Zertifizierungskriterien zum Zertifikat „LGA- schadstoffgeprüft" für Matratzen. Hierbei darf eine Konzentration von 500 μg/m3 an flüchtigen Verbindungen nach 7 Tagen nicht überschritten werden.
Folgende Prüfbedingungen liegen hierbei vor:
Prüfbedingungen in der Prüfkammer: Temperatur : (23 ± 1)°C Luftfeuchtigkeit: 50 % r.F. ± 5 % r.F. Raumbeladung: ca. 1 m2/m3
Luftwechselrate: 0,5 h-1 ± 0,05 h-1 (bei abweichender Raumbeladung ist die Luftwechselrate entsprechend anzupassen). Zeitpunkt der Probenahme: 24 Stunden nach Beginn der Konditionierung auf krebserzeugende, erbgutverändernde, fortpflanzungs- gefährdende Stoffe 7 Tage nach Beginn der Konditionierung für die übrigen flüchtigen organischen Stoffe. Besonders bevorzugt sind offenzellige viskoelastische Polyurethan-Weichschaumstoffe, bei denen der Schaumstoff maximal 100 ppm flüchtige Emissionen (VOC), bestimmt nach VDA 278 enthält. Der erfindungsgemäße offenzellige viskoelastische Polyurethan-Weichschaumstoff besitzt bevorzugt eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 20 dm3/min, besonders bevorzugt größer als 50 dm3/min.
Der Anteil an aromatischen Aminen, insbesondere 2,4 und 2,6-Toluoldiamin oder MDA im Schaumstoff ist kleiner als 10 ppm und bevorzugt kleiner 1 ppm und erhöht sich auch nach langer Gebrauchsdauer nicht. Besonders bevorzgut sind ferner offenzellige viskoelastische Polyurethan-Weichschaumstoffe, bei denen der Schaumstoff maximal 10 ppm, besonders bevorzugt kleiner 1 ppm ppm 2,4- und 2,6-TDA enthält. Die Herstellung der erfindungsgemäßen viskoelastischen Polyurethan- Weichschaumstoffe kann nach üblichen und bekannten Verfahren erfolgen.
Zu den für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Ausgangsverbindungen ist im einzelnen folgendes zu sagen:
Als Polyisocyanate a) können für das erfindungsgemäße Verfahren alle Isocyanate mit zwei oder mehr Isocyanatgruppen im Molekül zum Einsatz kommen. Dabei können sowohl aliphatische Isocyanate, wie Hexamethylendiisocyanat (HDI) oder Isophoron- diisocyanat (IPDI), oder vorzugsweise aromatische Isocyanate, wie Toluylendiisocya- nat (TDI), Diphenylmethandiisocyanat (MDI) oder Mischungen aus Diphenylmethandii- socyanat und Polymethylenpolyphenylenpolyisocyanaten (Roh-MDI), vorzugsweise TDI und MDI, besonders bevorzugt TDI, verwendet werden. Ganz besonders bevorzugt ist eine Mischung aus 80 Gew.-%. 2,4- und 20 Gew.-% 2,6-Toluylendiisocyanat. Es ist auch möglich, Isocyanate einzusetzen, die durch den Einbau von Urethan-, Uretdion-, Isocyanurat-, Allophanat-, Uretonimin- und anderen Gruppen modifiziert wurden, sogenannte modifizierte Isocyanate. Bevorzugte Prepolymere sind MDI-Prepoly- mere mit einem NCO-Gehalt zwischen 20 und 35 % bzw. deren Mischungen mit PoIy- methylenpolyphenylenpolyisocyanaten (Roh-MDI). Als Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen können auch Ket- tenverlängerungs- und Vernetzungsmittel eingesetzt werden. Als Kettenverlängerungs- und Vernetzungsmittel werden vorzugsweise 2- und 3-funktionelle Alkohole mit Molekulargewichten von 62 bis 800 g/mol, insbesondere im Bereich von 60 bis 200 g/mol, verwendet. Beispiele sind Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Triethylengly- kol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, niedermolekulare Polypropylen- und Polyethy- lenoxide, wie Lupranol® 1200, Butandiol-1 ,4, Glycerin oder Trimethylolpropan. Als Vernetzungsmittel können auch Diamine, Sorbit, Glycerin, Alkonolamine eingesetzt werden. Falls Kettenverlängerungs- und Vernetzungsmittel eingesetzt werden, beträgt deren Menge vorzugsweise bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt zumeist in Anwesenheit von Aktivatoren, beispielsweise tertiären Aminen oder organischen Metallverbindungen, insbesondere Zinnverbindungen. Als Zinnverbindungen werden bevorzugt zweiwertige Zinnsalze von Fettsäuren wie Zinndioktoat und zinnorganische Verbindungen wie Dibutylzinndilaurat verwendet.
Als Treibmittel c) zur Herstellung der Polyurethan-Schaumstoffe wird bevorzugt Was- ser eingesetzt, das mit den Isocyanatgruppen unter Freisetzung von Kohlendioxid reagiert. Bevorzugt wird Wasser in einer Menge von 0,5 bis 6 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 0,7 bis 4,5 Gew.-% und ganz bevorzugt in einer Menge von 1 ,0 bis 3,5 Gew.-% , bezogen auf das Gewicht der Komponente b), verwendet. Gemeinsam mit oder an Stelle von Wasser können auch physikalisch wirkende Treibmit- tel, beispielsweise Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe, wie n-, iso- oder Cyclopentan, Cyclohexan oder halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Tetrafluorethan, Pentafluorpro- pan, Heptafluorpropan, Pentafluorbutan, Hexafluorbutan oder Dichlormonofluorethan, eingesetzt werden. Die Menge des physikalischen Treibmittels liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere 1 bis 10 Gew.-%, die Menge an Wasser vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%. Kohlendioxid wird bevorzugt als physikalisches Treibmittel eingesetzt, besonders bevorzugt in Kombination mit Wasser.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethan-Weichschaumstoffe können übli- cherweise auch Stabilisatoren sowie Hilfs- und/oder Zusatzstoffe eingesetzt werden.
Als Stabilisatoren kommen vor allem Polyethersiloxane, bevorzugt wasserlösliche Po- lyethersiloxane, in Frage. Diese Verbindungen sind im allgemeinen so aufgebaut, dass ein langkettiges Copolymerisat aus Ethylen- und Propylenoxid mit einem Polydimethyl- siloxanrest verbunden ist. Weitere Schaumstabilisatoren sind in US-A-2,834,748, 2 917 480 sowie in US-A-3,629,308 beschrieben
Die Umsetzung erfolgt gegebenenfalls in Anwesenheit von Hilfs- und/oder Zusatzstoffen wie Füllstoffen, Zellreglern, oberflächenaktiven Verbindungen und/oder Flamm- Schutzmitteln. Bevorzugte Flammschutzmittel sind flüssige Flammschutzmittel auf Halogen-Phosphor-Basis wie Trichlorpropylphosphat, Trichlorethylphosphat und halogenfreie Flammschutzmittel wie Exolit® OP 560 (Clariant International Ltd). Weitere Angaben zu den verwendeten Ausgangsstoffen, Katalysatoren sowie Hilfsund Zusatzstoffen finden sich beispielsweise im Kunststoff-Handbuch, Band 7, Polyurethane, Carl-Hanser-Verlag München, 1. Auflage 1966, 2. Auflage, 1983 und 3. Auflage, 1993.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethane werden die organischen PoIy- isocyanate mit den Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen im Beisein der genannten Treibmittel, sowie gegebenenfalls der Katalysatoren und Hilfs- und/oder Zusatzstoffe zur Reaktion gebracht.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethane werden das Isocyanat und die Polyolkomponente zumeist in einer solchen Menge zusammengebracht, dass das Äquivalenzverhältnis von Isocyanatgruppen zur Summe der aktiven Wasserstoffatome
0,7 bis 1 ,25, vorzugsweise 0,8 bis 1 ,2 beträgt.
Die Herstellung der Polyurethan-Schaumstoffe erfolgt vorzugsweise nach dem one- shot-Verfahren, beispielsweise mit Hilfe der Hochdruck- oder Niederdrucktechnik. Die Schaumstoffe können in offenen oder geschlossenen metallischen Formwerkzeugen oder durch das kontinuierliche Auftragen des Reaktionsgemisches auf Bandstraßen zur Erzeugung von Schaumblöcken hergestellt werden.
Besonders vorteilhaft für die Herstellung von Formweichschaumstoffen ist es, nach dem sogenannten Zweikomponentenverfahren zu arbeiten, bei dem eine Polyol- und eine Isocyanatkomponente hergestellt und verschäumt werden. Die Komponenten werden vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich zwischen 15 bis 90°C, vorzugsweise 20 bis 60°C und besonders bevorzugt 20 bis 35°C vermischt und in das Formwerkzeug beziehungsweise auf die Bandstraße gebracht. Die Temperatur im Formwerkzeug liegt zumeist im Bereich zwischen 20 und 1 10°C, vorzugsweise 30 bis 60°C und besonders bevorzugt 35 bis 55°C.
Blockweichschaumstoffe können in diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Anlagen, wie beispielweise nach dem Planiblock-, dem Maxfoam-, dem Draka-Petzetakis und dem Vertifoam-Verfahren verschäumt werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyurethan-Weichschaumstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass die Schaumstoffe aufweisen und zudem viskoelastische Eigenschaften im Tempraturbereich von mindestens 0 bis 40°C eine Rückprallelastizität kleiner 30%, einem Verlustfaktor von größer 0,2 und eine Luftdurchlässigkeit von größer 20 dm/m3 sowie einen maximalen 2,4- und 2,6-TDA-Gehalt von maximal 5 ppm besitzen, sowie emissionsarm gemäß VDA 278 (VOC) und LGA-schadstoffgeprüft" für Matratzen und zudem hydrophob sind, d.h. das Volumen des Schaumstoffes nach 30 min Lagerung in Wasser bei 23°C ändert sich um maximal 15%, und sich somit zur Verwendung von Polyurethan-Weichschaumstoffen für Möbeln, Matratzen, Kissen und in Kraftfahrzeuginnenräumen eignen.
Die Erfindung soll an den nachfolgenden Beispielen näher erläutert werden.
Beispiele: Herstellung der offenzelligen viscoelastischen Polyurethan-Weichschaum- Stoffe
Beispiele 1 bis 4
Die in Tabelle 1 genannten Ausgangsprodukte wurden in den in Tabelle 1 aufgeführten Mengenverhältnissen zur Umsetzung gebracht.
Alle Komponenten außer dem Isocyanat wurden zunächst durch intensives Mischen zu einer Polyolkomponente vereinigt. Danach wurde das Isocyanat unter Rühren hinzugegeben und die Reaktionsmischung in eine offene Form vergossen, worin sie zum Polyurethan-Schaumstoff ausschäumte. Die Kennwerte der erhaltenen Schäume sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Die folgenden Kennwerte sind nach den genannten Normen, Arbeits- und Prüfanweisungen bestimmt worden:
Raumgewicht in kg/m3 DIN EN ISO 845
VOC in ppm VDA 278
Luftdurchlässigkeit in dm3/min DIN EN ISO 7231
Stauchhärte, 40 % Verformung in kPa DIN EN ISO 2439 Eindruckhärte, 25 % Verformung DIN EN ISO 2439
Eindruckhärte, 40 % Verformung DIN EN ISO 2439
Eindruckhärte, 65 % Verformung DIN EN ISO 2439
Dehnung in %nach DIN EN ISO 1798
Zugfestigkeit in kPa DIN EN ISO 1798 Rückprall-Elastizität in % DIN EN ISO 8307
Druckverformungsrest in % DIN EN ISO 3386 Zertifizierungskriterien zum Zertifikat „LGA-schadstoffgeprüft" für Matratzen
Formaldehyd-Konzentration in der Prüfkammer nach 7 Tagen: < 0,003 ppm
Flüchtige CMT-Stoffe in der Prüfkammer nach 3 Tagen:
- K1 je 2 μg/m3
- K2 je 5 μg/m3
- R1 , R2, M1 und M2 Summe < 10 μg/m3
Flüchtige CMT-Stoffe in der Prüfkammer nach 7 Tagen:
- K1 und K2 < 1 μg/m3
- R1 , R2, M1 und M2 Summe < 2 μg/m3
TVOC-Konzentration in der Prüfkammer nach 7 Tagen: < 500 μg/m3 - davon BTEX-Aromaten < 10 μg/m3
- und halogenierte Aromaten < 10 μg/m3
TVOC: Total Volatile Organic Compounds
BTEX: Benzol, Toluol, Ethylbenzol, XyIoI CMT: Cancerogen, Mutagen, Teratogen
K1 : Krebserzeugende Stoffe der Kategorie 1
K2: Krebserzeugende Stoffe der Kategorie 2
R1 und R2 Erbgutverändernde und fortpflanzungsgefährdende Stoffe der Kategorien 1 und 2
Tabelle 1
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Erläuterungen zur Tabelle
Polyol 1 ist ein trifunktionelles Polyetherpolyol auf Basis von Glyzerin mit einer Hydroxylgruppenzahl von 56 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 5 % und einem Ethylenoxid- gehalt von 0 Gew.-%. Es hat eine Viskosität von 500 mPa-s. Polyol 2 ist ein nichtreaktives mit Styrol und Acrylnitril (SAN) gepfropftes Polyether- polyol mit einem Feststoffgehalt von 45 Gew.-%, einer Hydroxylzahl von 30,8 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 3 % und einem Ethylenoxidgehalt von 6 Gew.-%. Es hat eine Viskosität von 4550 mPa-s.
Polyol 3 ist ein Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 55 mgKOH/g und einer Viskosität von 325 mPa s. Polyol 4 ist ein trifunktionelles Polyetherpolyol auf Glycerinbasis mit einer Hydroxylzahl von 400 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von 0% und einem Ethylenoxidgehalt von 0 Gew.-%. Es hat eine Viskosität von 325 mPa-s. Monool ist ein desodoriertes C10-Oxoalkoholethyoxylat + 4 EO mit einer Hydroxylgruppenzahl von 150 mgKOH/g.
Dabco® NE 500 und 600 sind einbaubare Aminkatalysatoren (Fa. Air Products and
Chemicals, Inc.).
Kosmos® EF und 54 sind einbaubare Zinn bzw. Zinkkatalysatoren (Degussa AG).
Tegostab® B 8036 und BF 2370 sind Silikonstabilisatoren (Degussa AG).
Lupranat® T 80 A ist ein 2,4-/2,6-Toluylendiisocyanatgemisch im Verhältnis 80:20 (BASF Aktiengesellschaft)
TDA ist Toluoldiamin In der folgenden Abbildung ist der temperaturabhängige Verlustfaktor von Beispiel 3 abgebildet, gemessen über dynamisch-mechanische Analyse (DMA).
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyurethan- Weichschaumstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass die Schaumstoffe
• viskoelastische Eigenschaften im Tempraturbereich von mindestens 0 bis 40°C
• eine Rückprallelastizität kleiner 30%
• einem Verlustfaktor von größer 0,2 und
• eine Luftdurchlässigkeit von größer 20 dm/m3 • einen maximalen 2,4- und 2,6-TDA-Gehalt von maximal 5 ppm besitzen, sowie
• emissionsarm gemäß VDA 278 (VOC) und LGA-schadstoffgeprüft" für Matratzen
• hydrophob, d.h. das Volumen des Schaumstoffes nach 30 min Lagerung in Wasser bei 23°C um maximal 15% ändert, sind, und sich somit zur Verwendung von Polyurethan-Weichschaumstoffen für Möbeln, Matratzen, Kissen und in Kraftfahrzeuginnenräumen eignen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von offenzelligen viskoelastischen Polyurethan- Weichschaumstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man
a) Polyisocyanate mit
b) Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, enthaltend
b1 ) zwischen 20 bis 95 Gew.-% von einem Polyetheralkohol mit einer Funktionalität in einem Bereich von 2,3 bis 3,0, einer Hydroxylgruppenzahl zwischen 40 bis 100 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20% und ei- nem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 50 Gew.-%,
b2) und mindestens 5 bis 35 Gew.-% Monool mit einem Molekulargewicht zwischen 74 und 800 g/mol und
b3) 0 bis 50 Gew.-% polymermodifiziertes Polyol mit einem Feststoffgehalt zwischen 5 Gew.% bis 55 Gew.-%, einer Hydroxylzahl zwischen 15 und 50 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20 % und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 25 Gew.-%,
b4) 0 bis 20 Gew.-% Diol mit einem Molgewicht zwischen 90 und 3000 g/mol,
b5) 0 bis 5 Gew.-% Polyol mit einer Funktionalität zwischen 2,8 und 4,5, einer Hydroxylzahl zwischen 300 und 600 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20% und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 50 Gew.-%,
c) Treibmitteln
umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente b) 30 bis 80 Gew.-% b1), 10 bis 30 Gew.-% b2), 0 bis 40 Gew.-% b3), 5 bis
15 Gew.-% b4) und 0 bis 5 Gew.-% b5) enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente b) besteht aus 35 bis 75 Gew.-% b1 ), 10 bis 20 Gew.-% b2), 5 bis 35 Gew.-% b3), 5 bis 10 Gew.-% b4) und 0,5 bis 3 Gew.-% b5).
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man als (a) Polyiso- cyanat Toluylendiisocyanat (TDI) einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man als (a) Polyiso- cyanat ein 2,4-/2,6-Toluylendiisocyanatgemisch im Gewichtsverhältnis 80:20 ein- setzt.
6. Offenzelliger viskoelastischer Polyurethan-Weichschaumstoff, bevorzugt Blockweichschaumstoff, erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Offenzelliger viskoelastischer Polyurethan-Weichschaumstoff auf der Basis von b) Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, enthaltend
b1 ) zwischen 20 bis 95 Gew.-% von einem Polyetheralkohol mit einer Funktionalität in einem Bereich von 2,3 bis 3,0, einer Hydroxylgruppenzahl zwischen 40 bis 100 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20% und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 50 Gew.-%,
b2) und mindestens 5 bis 35 Gew.-% Monool mit einem Molekulargewicht zwischen 74 und 800 g/mol und
b3) 0 bis 50 Gew.-% polymermodifiziertes Polyol mit einem Feststoffgehalt zwi- sehen 5 Gew.-% bis 55 Gew.%, einer Hydroxylzahl zwischen 15 und
50 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20 % und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 25 Gew.-%,
b4) 0 bis 20 Gew.-% Diol mit einem Molgewicht zwischen 90 und 3000 g/mol,
b5) 0 bis 5 Gew.-% Polyol mit einer Funktionalität zwischen 2,8 und 4,5, einer Hydroxylzahl zwischen 300 und 600 mgKOH/g, einem Anteil von primären Hydroxylgruppen bezogen auf die Gesamtheit der Hydroxylgruppen von kleiner 20% und einem Ethylenoxidgehalt von kleiner als 50 Gew.-%.
8. Offenzelliger viskoelastischer Polyurethan-Weichschaumstoff nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff viskoelastischen Eigenschaften in einem Bereich von - 10 bis + 40°C , bevorzugt von - 20 bis + 60°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von - 30 bis + 80°C besitzt.
9. Offenzelliger viskoelastischer Polyurethan-Weichschaumstoff nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Volumen des Schaumstoffes nach 30 min Lagerung in Wasser bei 23°C um maximal 15% ändert.
10. Offenzelliger viskoelastischer Polyurethan-Weichschaumstoff nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff die Zertifizierungskriterien zum Zertifikat „LGA-schadstoffgeprüft" für Matratzen erfüllt.
1 1. Offenzelliger viskoelastischer Polyurethan-Weichschaumstoff nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff maximal 100 ppm flüchtige Emissionen (VOC), bestimmt nach VDA 278 enthält.
12. Offenzelliger viskoelastischer Polyurethan-Weichschaumstoff nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff maximal 1 ppm 2,4- und 2,6-TDA enthält.
13. Verwendung von Polyurethan-Weichschaumstoffen nach Anspruch 6 oder 7 in Möbeln und Matratzen und Kissen.
14. Verwendung von Polyurethan-Weichschaumstoffen nach Anspruch 6 oder 7 in Kraftfahrzeuginnenräumen.
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