WO2008116763A1 - Modified polyurethane foamed plastics containing microencapsulated latent heat storage material - Google Patents

Modified polyurethane foamed plastics containing microencapsulated latent heat storage material Download PDF

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WO2008116763A1
WO2008116763A1 PCT/EP2008/053082 EP2008053082W WO2008116763A1 WO 2008116763 A1 WO2008116763 A1 WO 2008116763A1 EP 2008053082 W EP2008053082 W EP 2008053082W WO 2008116763 A1 WO2008116763 A1 WO 2008116763A1
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Hildegard Stein
Andreas Arlt
Michael Klemm
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    • C09K5/06Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
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Definitions

  • the present invention relates to modified polyurethane foams containing microencapsulated latent heat storage material, a process for their preparation and their use as a mattress overlay.
  • Microcapsules with wall material based on a highly crosslinked methacrylic acid ester polymer are known from EP-A-1 029 018, DE-A-101 39 171, WO 2005/1 16559 and the older European application no. 06117092.4 known. They all relate to microencapsulated latent heat storage materials in a wide variety of construction applications.
  • the earlier European Application No. 06126017.0 teaches highly crosslinked microcapsules based on methacrylic acid esters for textile and foam applications.
  • WO 98/46669 describes thin-layer, open-celled polyurethane foams, for example for car skies, which are coated with a microcapsule / binder dispersion. With foam thicknesses of 2.5 to 4 mm, penetration depths of 50% are achieved. However, this is a coating that has a natural limit on large order quantities. So 84 g of microcapsules per m 2 are applied, which has a rather low heat storage effect. According to this document, microcapsules with a gelatin wall are suitable. A very similar teaching is US 5,677,048, which teaches thin-layer, fabric-bonded, coated foams which are useful in shoe inner liners.
  • JP 2003-011256 and JP 2003-012853 also teach polyurethane foams, the surface of which is coated to a penetration depth of 2 mm with a microcapsule / binder dispersion. The addition of binder and thickener prevents a deeper penetration of the microcapsules in the foam. In order to ensure a fixation of the microcapsules, the surface is then coated with a polypropylene film.
  • polyurethane foams which contain 20 to 80 wt .-%, based on the treated polyurethane foam, microencapsulated latent heat storage material.
  • other methods of preparation include coating or impregnation. n mich with a microcapsule dispersion described.
  • the foams are suitable for use in mattresses, pillows and clothing.
  • JP 2001-302841 teaches a flexible polyurethane foam with an initial volume weight of 40 kg / m 3 which is impregnated with a binder mixture containing a microencapsulated latent heat storage material.
  • JP 2001-299538 describes a cushion consisting of a polyurethane core and a 4 mm thick outer layer, which is also a polyurethane foam whose density is 50 kg / m 3 .
  • This outer layer contains 30% by weight of microencapsulated latent heat storage material.
  • DE 10 2004 031 529 describes polyurethane foams to which microencapsulated latent heat storage material with wall material based on methyl methacrylate was mixed before foaming.
  • the latent heat storage material is uniformly distributed in the foam and, based on the volume, achieves a content of 7 g of microcapsules per liter of foam. Now, if such foams are used as mattresses, the experiments have shown that the user is observed only a small effect.
  • the object of the present invention was thus to provide a larger content of microcapsules in the foam. Furthermore, it was an object to present the foam in a form which has an advantageous distribution of the microencapsulated latent heat storage material and thus offers a high level of comfort. Finally, the foam should have good fastness to moisture, bodily fluids, laundry or cleaning.
  • a modified polyurethane foam comprising an open cell polyurethane foam matrix and 5-70 kg microcapsules per m 3 foam, wherein the microcapsules comprise a capsule core of latent heat storage material and a capsule wall constructed of
  • the microcapsules used according to the invention comprise a capsule core and a capsule wall made of polymer.
  • the capsule core consists predominantly, to more than 95% by weight, of lipophilic substance.
  • the capsule core can be both solid and liquid depending on the temperature.
  • the average particle diameter of the microcapsules (Z means by means of light scattering) is 0.5 to 50 ⁇ m, preferably 0.5 to 30 ⁇ m.
  • the weight ratio of capsule core to capsule wall is generally from 50:50 to 95: 5, preferably from 70:30 to 93: 7.
  • the capsule wall generally contains at least 30% by weight, preferably at least 40% by weight, in a particularly preferred form at least 50% by weight, in particular at least 60% by weight, very particularly preferably at least 70% by weight. and up to 100% by weight, preferably at most 90% by weight, in particular at most 85% by weight and very particularly preferably at most 80% by weight of at least one monomer from the group comprising C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and / or maleic acid (monomers I), copolymerized, based on the total weight of the monomers.
  • At least 2 different monomers I are used to prepare the capsule wall.
  • the capsule wall preferably contains at least 10 wt .-%, preferably at least 15 wt .-%, preferably at least 20 wt .-% and generally at most 70 wt .-%, preferably at most 60 wt .-% and in a particularly preferred form at most 50% by weight of one or more difunctional or polyfunctional monomers which are insoluble or sparingly soluble in water (monomers II), based on the total weight of the monomers.
  • the capsule wall may contain up to 40% by weight, preferably up to 30% by weight, in particular up to 20% by weight, of other monomers III in copolymerized form.
  • the capsule wall is composed only of monomers of groups I and II.
  • Suitable monomers I are C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid (monomers Ia). Furthermore, the unsaturated C3 and C4 carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid (monomers Ib) are suitable. Especially preferred Monomers I are methyl, ethyl, n-propyl and n-butyl acrylate and / or the corresponding methacrylates. Iso-propyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl acrylate and the corresponding methacrylates are preferred. Generally, the methacrylates and methacrylic acid are preferred.
  • microcapsule walls of 25 wt .-% to 75 wt .-% of maleic acid and / or acrylic acid, in particular methacrylic acid, constructed.
  • Suitable monomers II are bi- or polyfunctional monomers which are insoluble or sparingly soluble in water but which have better solubility in the lipophilic substance.
  • Low solubility is to be understood as meaning a solubility of less than 60 g / l at 20 ° C.
  • bi- or polyfunctional monomers is meant compounds having at least two non-conjugated ethylenic double bonds.
  • divinyl and polyvinyl monomers come into consideration. They cause a crosslinking of the capsule wall during the polymerization.
  • One or more divinyl monomers and one or more polyvinyl monomers can be polymerized in.
  • monomer II used is a mixture of divinyl and polyvinyl monomers, the proportion of polyvinyl monomers being from 2 to 90% by weight, based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers.
  • the proportion of polyvinyl monomers is preferably from 5 to 80% by weight, preferably from 10 to 60% by weight, based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers.
  • the Polyvi- nylanteil is preferably 20 to 80 wt .-%, in particular 30 to 60 wt .-% based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers.
  • the polyvinyl is preferably from 5 to 40 wt .-%, in particular 10 to 30 wt .-% based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers.
  • Suitable divinyl monomers are divinylbenzene and divinylcyclohexane.
  • Preferred divinyl monomers are the diesters of diols with acrylic acid or methacrylic acid, furthermore the diallyl and divinyl ethers of these diols. Examples which may be mentioned are ethanediol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, methallyl methacrylamide, allyl acrylate and allyl methacrylate. Particular preference is given to propanediol, butanediol, pentanediol and hexanediol diacrylate and the corresponding methacrylates.
  • Preferred polyvinyl monomers are trivinylbenzene, trivinylcyclohexane and preferably the polyesters of polyols with acrylic acid and / or methacrylic acid, furthermore the polyalkylene and polyvinyl ethers of these polyols. Preference is given to trimethylolpropane triacrylate and methacrylate, pentaerythritol triallyl ether, pentaerythritol tetraallyl ether, pentaerythritol triacrylate and pentaerythritol tetraacrylate and their technical mixtures.
  • divinyl and polyvinyl monomers such as butanediol diacrylate and pentaerythritol tetraacrylate, hexanediol diacrylate and pentaerythritol tetraacrylate, butanediol diacrylate and trimethylolpropane triacrylate, and hexanediol diglycol and trimethylolpropane triacrylate.
  • Suitable monomers III are other monomers which are different from the monomers I and II, such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinylpyridine and styrene or ⁇ -methylstyrene. Particular preference is given to charge-bearing or ionizable group-carrying monomers IIIa which are different from the monomers I and II, such as itaconic acid, maleic anhydride, 2-hydroxyethyl acrylate and methacrylate, acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, N-vinylpyrrolidone, N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide, dimethylaminoethyl methacrylate and diethylaminoethyl methacrylate, furthermore methacrylonitrile, acrylonitrile and methacrylamide.
  • charge-bearing or ionizable group-carrying monomers IIIa which are different from the monomers I and II, such as itaconic acid, male
  • the capsule wall is constructed from
  • the capsule wall is constructed from
  • Monomers Ib ⁇ 25% by weight, based on the total weight of all monomers I, II and III,
  • the capsule wall is constructed from 30 to 90 wt .-% of a mixture of monomers Ia and Ib, wherein the proportion of the
  • Monomer Ib 25% by weight, based on the total weight of all monomers 1, 11 and III,
  • latent heat storage materials are substances which have a phase transition in the temperature range in which heat transfer is to be carried out.
  • it is an organic lipophilic substance having a solid / liquid phase transition in the temperature range from -20 to 120 0 C.
  • Examples include:
  • aliphatic hydrocarbon compounds such as saturated or unsaturated C 10 -C 40 -hydrocarbons, which are branched or preferably linear, e.g. such as n-tetradecane, n-pentadecane, n-hexadecane, n-heptadecane, n-octadecane, n-nonadecane, n-eicosane, n-heneicosane, n -docosan, n-tricosane, n-tetracosane, n-pentacosane, n Hexacosan, n-heptacosane, n-octacosane and cyclic hydrocarbons, eg Cyclohexane, cyclooctane, cyclodecane; aromatic hydrocarbon compounds such as benzene, naphthalene, biphenyl, o-
  • Fatty alcohols such as lauryl, stearyl, oleyl, myristyl, cetyl alcohol, mixtures such as coconut fatty alcohol and the so-called oxo alcohols, which are obtained by hydroformylation of ⁇ -olefins and further reactions;
  • C 6 -C 30 fatty amines such as decylamine, dodecylamine, tetradecylamine or hexadecylamine;
  • Esters such as C 1 -C 10 -alkyl esters of fatty acids, such as propyl palmitate, methyl stearate or methyl palmitate, and preferably their eutectic mixtures or methyl cinnamate; natural and synthetic waxes such as montanic acid waxes, montan ester waxes, carnauba wax, polyethylene wax, oxidized waxes, polyvinyl ether waxes wax, ethylene vinyl acetate wax or hard waxes according to Fischer-Tropsch
  • halogenated hydrocarbons such as chlorinated paraffin, bromoctadecane, bromopentadecane, bromononadecane, bromeicosane, bromodocosan.
  • mixtures of these substances are suitable, as long as it does not come to a melting point lowering outside the desired range, or the heat of fusion of the mixture is too low for a meaningful application.
  • n-alkanes for example, the use of pure n-alkanes, n-alkanes with a purity of greater than 80% or of alkane mixtures, as obtained as a technical distillate and are commercially available as such.
  • soluble compounds may be added to the lipophilic substances in order to prevent the crystallization delay that sometimes occurs with the nonpolar substances. It is advantageous to use, as described in US Pat. No. 5,456,852, compounds having a melting point 20 to 120 K higher than the actual core substance. Suitable compounds are the fatty acids mentioned above as lipophilic substances, fatty alcohols, fatty amides and aliphatic hydrocarbon compounds. They are added in amounts of from 0.1 to 10% by weight, based on the capsule core.
  • the latent heat storage materials are selected.
  • used for latent heat storage in building materials in a moderate climate preferred latent heat storage materials whose solid / liquid phase transition in the temperature range of 0 to 60 0 C.
  • transition temperatures 15-30 0 C selects a rule for indoor applications individual substances or mixtures with transition temperatures 15-30 0 C. mainly transformation temperatures from 0 to 40 ° C are advantageous for applications in the textile sector.
  • Preferred latent heat storage materials are aliphatic hydrocarbons, particularly preferably those listed above by way of example.
  • aliphatic hydrocarbons having 14 to 20 carbon atoms and mixtures thereof are preferred.
  • microcapsules used according to the invention can be prepared by a so-called in situ polymerization.
  • the principle of microcapsule formation is based on the preparation of a stable oil-in-water emulsion from the monomers, a free radical initiator, at least one protective colloid and the lipophilic substance to be encapsulated.
  • the polymerization of the monomers is then initiated by heating and, if appropriate, controlled by further temperature increase, the standing polymers form the capsule wall, which encloses the lipophilic substance.
  • This general principle is described, for example, in DE-A-10 139 171, to the contents of which reference is expressly made.
  • the microcapsules are prepared in the presence of at least one organic or inorganic protective colloid.
  • organic and inorganic protective colloids may be ionic or neutral.
  • Protective colloids can be used both individually and in mixtures of several identically or differently charged protective colloids.
  • this may also be part of the microcapsules.
  • this may also be part of the microcapsules.
  • up to 10% by weight, based on the total weight of the microcapsules, may be protective colloid.
  • the microcapsules on the surface of the polymer have the protective colloid.
  • Organic protective colloids are preferably water-soluble polymers which reduce the surface tension of the water from 73 mN / m to a maximum of 45 to 70 mN / m and thus ensure the formation of closed capsule walls and microcapsules with preferred particle sizes in the range of 0.5 to 50 .mu.m, preferably 0 , 5 to 30 microns in particular 0.5 to 10 microns, form.
  • Organic protective colloids are preferably organic neutral protective colloids.
  • organic neutral protective colloids are preferred. Particularly preferred are OH-bearing protective colloids such as polyvinyl alcohols and partially hydrolyzed polyvinyl acetates.
  • Organic neutral protective colloids are, for example, cellulose derivatives such as hydroxyethylcellulose, methylhydroxyethylcellulose, methylcellulose and carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, copolymers of vinylpyrrolidone, gelatin, gum arabic, xanthan, casein, polyethylene glycols, polyvinyl alcohol and partially hydrolyzed polyvinyl acetates and also methylhydroxypropylcellulose.
  • Preferred organic neutral protective colloids are polyvinyl alcohol and partially hydrolyzed polyvinyl acetates and methylhydroxypropyl cellulose.
  • mixtures of organic protective colloids such as polyvinyl alcohols are used together with cellulose derivatives.
  • protective colloid in particular polyvinyl alcohol or partially hydrolyzed polyvinyl acetate, is used in a total amount of at least 3% by weight, preferably from 6 to 8% by weight, based on the microcapsules (without protective colloid). It is possible to add further protective colloids mentioned above in addition to the preferred amount of polyvinyl alcohol or partially hydrolyzed polyvinyl acetate.
  • the microcapsules are preferably prepared only with polyvinyl alcohol and / or partially hydrolyzed polyvinyl acetate and without the addition of further protective colloids.
  • Polyvinyl alcohol is obtainable by polymerizing vinyl acetate, optionally in the presence of comonomers, and hydrolysis of the polyvinyl acetate with elimination of the acetyl groups to form hydroxyl groups.
  • the degree of hydrolysis of the polymers may be, for example, 1 to 100%, and is preferably in the range of 50 to 100%, more preferably 65 to 95%.
  • partially hydrolyzed polyvinyl acetates are to be understood as meaning a degree of hydrolysis of ⁇ 50% and polyvinyl alcohol of> 50 to 100%.
  • the preparation of homo- and copolymers of vinyl acetate and the hydrolysis of these polymers to form polymers containing vinyl alcohol units are well known.
  • Vinyl alcohol units-containing polymers are sold, for example as Mowiol ® brands from Kuraray Specialties Europe (KSE).
  • Organic anionic protective colloids are sodium alginate, polymethacrylic acid and their copolymers, the copolymers of sulfoethyl acrylate and methacrylate, sulfopropyl acrylate and methacrylate, N- (sulfoethyl) -maleimide, 2-
  • Preferred organic anionic protective colloids are naphthalenesulfonic acid and naphthalenesulfonic acid-formaldehyde condensates and above all polyacrylic acids and phenolsulfonic acid-formaldehyde condensates.
  • a Pickering system can consist of the solid particles alone or in addition of auxiliaries which improve the dispersibility of the particles in water or the wettability of the particles by the lipophilic phase.
  • the inorganic solid particles may be metal salts, such as salts, oxides and hydroxides of calcium, magnesium, iron, zinc, nickel, titanium, aluminum, silicon, barium and manganese.
  • metal salts such as salts, oxides and hydroxides of calcium, magnesium, iron, zinc, nickel, titanium, aluminum, silicon, barium and manganese.
  • These include magnesium hydroxide, magnesium carbonate, magnesium oxide, calcium oxalate, calcium carbonate, barium carbonate, barium sulfate, titanium dioxide, aluminum oxide, aluminum hydroxide and zinc sulfide.
  • Silicates, bentonite, hydroxylapatite and hydrotalcites are also mentioned. Particularly preferred are highly disperse silicas, magnesium pyrophosphate and tricalcium phosphate.
  • the Pickering systems can both be added to the water phase first, as well as added to the stirred oil-in-water emulsion. Some fine, solid particles are produced by precipitation as described in EP-A-1 029 018 and EP-A-1 321 182.
  • the highly dispersed silicas can be dispersed as fine, solid particles in water. But it is also possible to use so-called colloidal dispersions of silica in water. Such colloidal dispersions are alkaline, aqueous mixtures of silica. In the alkaline pH range, the particles are swollen and stable in water. For use of these dispersions as Pickering system, it is advantageous if the pH of the oil-in-water emulsion is adjusted to pH 2 to 7 with an acid.
  • the protective colloids are used in amounts of from 0.1 to 15% by weight, preferably from 0.5 to 10% by weight, based on the water phase.
  • Organic protective colloids are preferably used in amounts of from 0.1 to 10% by weight, based on the water phase of the emulsion.
  • inorganic protective colloids and their mixtures with organic protective colloids are preferred.
  • surfactants preferably nonionic surfactants
  • Suitable surfactants can be found in the "Handbook of Industrial Surfactants", the content of which is expressly referred to The surfactants can be used in an amount of from 0.01 to 10% by weight, based on the water phase of the emulsion.
  • Radical initiators for the free-radical polymerization reaction which can be used are the customary peroxo and azo compounds, advantageously in amounts of from 0.2 to 5% by weight, based on the weight of the monomer (s).
  • radical initiator Depending on the state of aggregation of the radical initiator and its solubility behavior, it can be fed as such, but preferably as a solution, emulsion or suspension, as a result of which, in particular, small amounts of radical initiator can be metered more precisely.
  • Preferred free-radical initiators are tert-butyl peroxoneodecanoate, tertiary
  • radical initiators are di (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide, 4,4'-azobisisobutyronitrile, tert-butyl perpivalate and dimethyl 2,2-azobisisobutyrate. These have a half-life of 10 hours in a temperature range of 30 to 100 0 C.
  • the dispersing conditions for preparing the stable oil-in-water emulsion are preferably chosen in a manner known per se such that the oil droplets have the size of the desired microcapsules.
  • the polymerization is conducted at temperatures in the range of 20 to 120 0 C and preferably from 40 to 95 ° C.
  • the oil-in-water emulsion should be formed at a temperature at which the core material is liquid / oily. Accordingly, a radical initiator is chosen whose decomposition temperature is above this temperature, and carries out the polymerization 2 to 50 K above this temperature, so that optionally selects radical initiator whose decomposition temperature is above the melting point of the lipophilic substance.
  • a common process variant for lipophilic substances with a melting point up to about 60 0 C is a reaction temperature starting at 60 ° C, which is increased in the course of the reaction to 85 ° C.
  • Advantageous free radical initiators have a 10-hour shelf life in the range of 45 to 65 ° C, such as tert-butyl perpivalate.
  • a temperature program is selected which starts at correspondingly higher reaction temperatures. For initial temperatures of around 85 ° C is chosen free-radical initiator with a 10-hour half-life in the range of 70 to 90 0 C, preferably tert-butyl per-2-ethylhexanoate.
  • the polymerization is carried out at atmospheric pressure, but you can work even at reduced or slightly elevated pressure z.
  • the reaction times of the polymerization are normally 1 to 10 hours, usually 2 to 5 hours.
  • An advantageous process variant using polyvinyl alcohol and / or partially hydrolyzed polyvinyl acetate allows an advantageous procedure according to which is dispersed and polymerized directly at elevated temperature.
  • aqueous microcapsule dispersions largely free of odor carriers, such as residual monomers and other volatile organic constituents.
  • This can be achieved physically in a manner known per se by distillative removal (in particular via steam distillation) or by stripping with an inert gas.
  • distillative removal in particular via steam distillation
  • stripping with an inert gas.
  • it can be done chemically, as described in WO 99/24525, advantageously by redox-initiated polymerization, as described in DE-A 44 35 423, DE-A 44 19 518 and DE-A 44 35 422.
  • microcapsules having a mean particle size in the range from 0.5 to 100 .mu.m it being possible to adjust the particle size in a manner known per se by means of the shearing force, the stirring speed, the protective colloid and its concentration.
  • microcapsules used according to the invention can preferably be used directly as an aqueous dispersion for the treatment of the foam. However, it is also possible to spray-dry the microcapsule dispersion to obtain a powder.
  • spray-drying and optionally used spray aids are described in WO 2006/053714, to which reference is expressly made.
  • an open-celled polyurethane foam is treated with a microcapsule dispersion.
  • the open-cell polyurethane foam used in this case is obtained by reacting diisocyanates or polyisocyanates (a) with polyols (b).
  • diisocyanates or polyisocyanates (a), polyols (b), the following further optional components can also be used to prepare the foams used according to the invention:
  • additives such as. As flame retardants, dyes, pigments, stabilizers, fillers and the like.
  • the polyurethane foams used according to the invention are synthesized from diisocyanates or polyisocyanates (a) customary in the polyurethane range.
  • diisocyanates or polyisocyanates (a) customary in the polyurethane range.
  • Aliphatic, cycloaliphatic, arylaliphatic and aromatic polyfunctional di- or polyisocyanates are generally suitable.
  • Polyisocyanates (a) can also be used in the form of polyisocyanate prepolymers. These prepolymers are known to the person skilled in the art. The preparation is carried out in a manner known per se, by reacting the above-described di- or polyisocyanates (a), for example at temperatures of about 80 ° C., with the polyols (b) described below to give the prepolymer.
  • the polyol-di- or polyisocyanate ratio is generally chosen so that the NCO content of the prepolymer 8 to 25 wt .-%, preferably 10 to 24 wt .-%, particularly preferably 13 to 23 wt .-% is ,
  • polyether alcohols or polyester alcohols are generally used as polyols (b).
  • Suitable polyester alcohols are usually prepared by condensation of polyfunctional alcohols, preferably diols, having 2 to 12 carbon atoms, preferably 2 to 6 carbon atoms, for example hexanediol, with polyfunctional carboxylic acids having 2 to 12 carbon atoms, for example adipic acid and / or phthalic acid.
  • the polyether alcohols used usually have a functionality in the range from 2 to 6, in particular 4 to 3.
  • polyether alcohols are preferably used as polyols (b). Suitable polyether alcohols are described below under component (b-1).
  • the polyether polyols used have an OH number of from 15 to 200, preferably from 20 to 120, particularly preferably from 22 to 90, and a nominal functionality of from 2 to 4, preferably from 2.2 to 2.9.
  • component (b) may also comprise further compounds with isocyanate-reactive hydrogen atoms, these compounds preferably having two or more reactive groups selected from OH groups, SH groups, NH groups, Nhb groups and CH-acidic groups, such as ß-diketo groups, carry in the molecule.
  • polyurethanes generally comprises polyisocyanate polyaddition products, for example also polyureas.
  • the polyols (b) include components (b-1) polyether polyols having an OH number of from 15 to 200 and (b-2) polymer polyols.
  • the polyether polyols (b-1) used are generally prepared by known processes, for example by anionic polymerization with alkali metal hydroxides, such as sodium or potassium hydroxide or alkali metal alkoxides, such as sodium methylate, sodium or potassium ethylate or potassium isopropoxide as catalysts and with addition of at least one starter molecule, containing 2 to 4 reactive hydrogen atoms bound, or by cationic polymerization with Lewis acids, such as antimony pentachloride, borofluoro etherate and others or bleaching earth as catalysts of one or more alkylene oxides, selected from propylene oxide (PO) and ethylene oxide (EO) prepared.
  • alkali metal hydroxides such as sodium or potassium hydroxide or alkali metal alkoxides, such as sodium methylate, sodium or potassium ethylate or potassium isopropoxide
  • Lewis acids such as antimony pentachloride, borofluoro etherate and others or bleaching earth as catalysts of one or
  • low-unsaturated polyether polyols are understood as meaning, in particular, polyether alcohols having an unsaturated compound content of less than 0.02 meq / g, preferably less than 0.01 meq / g.
  • polyether alcohols are prepared by addition of ethylene oxide and / or propylene oxide and mixtures thereof, prepared at least difunctional alcohols in the presence of so-called double metal cyanide catalysts.
  • the alkylene oxides can be used individually, alternately one after another or as mixtures.
  • the use of an EO / PO mixture leads to a polyether polyol with random PO / EO unit distribution. It is possible first to use a PO7EO mixture and then, before termination of the polymerization, to use only PO or EO, then a polyether polyol with PO or EO endcap is obtained.
  • Suitable starter molecules are customary starter molecules in polyurethane chemistry, as mentioned in DE 10 2004 031 529, to which reference is expressly made.
  • the polyether polyols are present individually or in the form of a mixture of two or more of the aforementioned polyether polyols.
  • polymer polyols which are also often referred to as graft polyols used.
  • These polymer polyols are usually prepared by free-radical polymerization of suitable olefinic monomers, for example styrene, acrylonitrile, acrylates and / or acrylamide, in a polyetherol which serves as a graft base.
  • the side chains are generally formed by transferring the radicals from growing polymer chains to polyether polyols.
  • the polymer polyol predominantly contains the homopolymers of the olefins dispersed in unchanged polyetherol.
  • carrier polyetherols are usually compounds having a hydroxyl group functionality of 1, 8 to 8, preferably 2 to 3, a hydroxyl value of 20 to 100 mg KOH / g, preferably 25 to 70 mg KOH / g, prepared by anionic, cationic see or neutral polymerization (DMC) of alkylene oxides, preferably ethylene and / or propylene oxide into consideration.
  • DMC neutral polymerization
  • Macromers also referred to as stabilizers, are linear or branched polyols having number average molecular weights of up to 2000 g / mol and containing at least one terminal, reactive olefinic unsaturated group.
  • the ethylenically unsaturated group can be synthesized by reaction with anhydrides (maleic anhydride, fumaric acid), acrylate and methacrylate derivatives and isocyanate derivatives, such as 3-iso-unsaturated propenyl-1, 1-dimethylbenzyl isocyanates, isocyanato-ethyl methacrylates, are added to an existing polyol.
  • the macromers are incorporated into the copolymer chain.
  • This forms block copolymers with a polyether and a poly-acrylonitrile-styrene block which act as phase mediators in the interface of continuous phase and dispersed phase and suppress the agglomeration of the polymer polyol particles.
  • the proportion of macromers is usually 1 to 15 wt .-%, based on the total weight of the monomers used for the preparation of the polymer polyol.
  • modifiers also referred to as chain transfer agents
  • chain transfer agents are usually used, as mentioned in DE 10 2004 031 529, to which reference is expressly made.
  • customary initiators are used in conventional amounts, as mentioned in DE 10 2004 031 529, to which reference is expressly made.
  • the free radical polymerization for the preparation of polymer polyols is usually carried out at temperatures of 70 to 150 0 C and a pressure up to 20 bar due to the reaction rate of the monomers and the half life of the initiators.
  • Preferred reaction conditions for the preparation of polymer polyols are temperatures of 80 to 140 0 C at a pressure of atmospheric pressure to 15 bar.
  • Polymer polyols are made in continuous processes using continuous feed and off-stream stirred tanks, stirred tank cascades, tubular reactors and loop reactors with continuous feed and drain, or in batch processes by means of a batch reactor or a semi-batch reactor.
  • the polymer polyols (b-2) are preferably used in admixture with polyether polyols (b-1).
  • the polymer polyol (b-2) is in an amount of 5 to 20 wt .-%, preferably from 6 to 18 wt .-%, particularly preferably from 8 to 15 wt .-%, based on the total weight of Component (b), before
  • the polyol component (b) further contains crosslinking agent as component (b-3).
  • Suitable crosslinking agents are, for example, polyols, preferably polyether polyols, having a nominal functionality of more than 2, preferably from 3 to 4, and having an OH number of more than 200 to 2000, preferably 500 to 1200.
  • crosslinking agents (b-3) are in an amount of from 0.1 to 5% by weight, preferably from 0.5 to 4% by weight, more preferably from 1 to 3% by weight, based on the total weight of Component (b), before.
  • catalysts (c) for the preparation of the polyurethane foams suitable according to the invention it is possible to use the customary and known polyurethane-forming catalysts, for example organic tin compounds, such as tin diacetate, tin dioctoate, dialkyltin dilaurate, and / or strongly basic amines, such as triethylamine, pentamethyldiethylenetriamine, tetramethyldiaminoethyl ether, 2-dimethylimidazole, dimethylcyclohexylamine, dimethylbenzylamine or, preferably, triethylenediamine.
  • the catalysts are preferably used in an amount of 0.01 to 5 wt .-%, preferably 0.05 to 2 wt .-%, based on the weight of the isocyanates.
  • propellant (d) for the production of the polyurethane foams suitable according to the invention it is preferred to use water which reacts with the isocyanate groups with liberation of carbon dioxide.
  • physically active blowing agents for example liquid CO 2, hydrocarbons, such as n-, iso- or cyclopentane, or halogenated hydrocarbons, such as dichloromethane, tetrafluoroethane, pentafluoropropane, heptafluoropropane, pentafluorobutane, hexafluorobutane, dichloromonofluoroethane, Ketones such as Acetone or acetals, e.g.
  • Methylal be used.
  • 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 .-%, based on the weight of the compounds having at least two active hydrogen atoms.
  • auxiliaries and / or additives it is possible to use, for example, surface-active substances, foam stabilizers, cell regulators, external and internal release agents, fillers, pigments, hydrolysis protection agents and fungistatic and bacteriostatic substances.
  • the preparation of the polyurethane foams suitable for the modification is preferably carried out 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 at a temperature in the range of 15 to 90 0 C, preferably 20 to 60 0 C. and particularly preferably 20 to 35 0 C mixed and brought into the mold, or on the belt line.
  • the temperature in the mold is usually in the range of 20 and 1 10 0 C, preferably 30 to 60 0 C and particularly preferably 35 to 55 0 C.
  • the foams used according to the invention - ie before their modification - may have a density of 5-100 kg / m 3 .
  • Preferably low-density foams are selected, for example, from 5 to 25 kg / m 3 , particularly preferably from 10 to 20 kg / m 3 and in particular from 14 to 20 kg / m 3 .
  • the production of foams of low density is known to the person skilled in the art, for example by direct delivery of the physical blowing agents (physical blowing agents) described as (d) to the mixing head of the polyurethane processing machine or by prior mixing of the blowing agents (d) with the polyols (b).
  • foams with densities below 20 kg / m 3 Another possibility for the production of foams with densities below 20 kg / m 3 consists in a special foaming process using reduced pressure.
  • VPF Very Pressure Foaming
  • the continuous foam production is carried out using a vacuum in an encapsulated polyurethane processing machine.
  • the still-liquid polyurethane mixture can be discharged into a box before foaming and this box can be pushed into a pressure chamber.
  • the foaming is then also carried out using a vacuum, whereby lower volume weights are obtained.
  • open-cell foams are used.
  • Open-celled foams are those which have an air permeability determined in accordance with DIN EN ISO 7231 (method for determining the air permeability at constant pressure) of> 2 dm 3 / s, preferably> 2.5 dm 3 / s.
  • open-cell foams can be produced both chemically and physically. They are obtained, for example, by adding cell-opening compounds, for example polyols having a high content of ethylene oxide, to the reaction mixture. Further, they are obtained by adding a foam stabilizer having a low surface activity, for example, a silicone base. Another way to obtain open-celled foams is by varying the catalysis, for example, by reducing the proportion of metal-based catalyst (c).
  • foams can be subsequently modified into open-cell foams by a physical process.
  • the cells of the foam are burst in an explosion chamber with a blast gas mixture.
  • Foams suitable for the modification according to the invention usually have cell sizes in the range from 50 to 2000 .mu.m, preferably from 200 to 1200 .mu.m and particularly preferably from 400 to 800 .mu.m.
  • the cell size and the distribution of the cell size can, as known in the art, be influenced by mechanical adjustment or chemical variation, for example by changing the mixing chamber pressure, the stirring speed, the choice of stirrer type and air supply to the mixing chamber and by gassing the polyols or isocyanates with intergass such as nitrogen.
  • the cell size and the regularity of the cell structure can also be influenced by the choice of the silicone-based foam stabilizer and the metal catalyst.
  • a flexible polyurethane foam is selected for the modification with microcapsules.
  • Flexible polyurethane foams have a tensile strength of> 50 kPa up.
  • Polyurethane flexible foams are preferably selected which have a tensile strength in the range from 100 to 250 kPa and particularly preferably 150 kPa 250 kPa.
  • the foams can be made up after their production, ie before the modification, by means of horizontal or vertical cutting systems and cut into rolls.
  • the foams are preferably cut in thicknesses of 1 to 100 mm, preferably 3 to 50 mm, particularly preferably 3 to 30 mm. In these thicknesses, for example, they are ideal as a mattress pad.
  • an open-cell foam is treated with a microcapsule dispersion.
  • the foam is impregnated with the microcapsule dispersion. This can be done, for example, by passing the foam through a bath containing a microcapsule dispersion, then pressing it off and then drying it.
  • a dispersion of microcapsule powder in water and / or water-miscible solvent can be used or the aqueous microcapsule dispersion obtained directly from the microencapsulation process.
  • the ready-made foams are impregnated with the microcapsule dispersion.
  • Water and / or water-miscible solvents and their mixtures for impregnation or impregnation are suitable as dispersants for the microcapsules.
  • Water-miscible solvents are to be understood as being miscible with water up to a quantity of 20% by weight, based on the mixture of water and solvent at 25 ° C. and 1 bar.
  • Suitable water-miscible solvents are, for example, alcohols, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol, Glycerol, cyclohexanol, polypropylene glycols, polyethylene glycols, higher molecular weight polyols such as the above-mentioned inventive polyols (b), ketones such as acetone, and methyl ethyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and esters such. For example, methyl and ethyl acetate.
  • alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol, Glycerol, cyclohexanol
  • polypropylene glycols polyethylene glycols
  • higher molecular weight polyols such as the above-mentioned inventive polyols (b)
  • ketones such as acetone, and
  • Alcohols and / or water and particularly preferably water are preferably used.
  • binders may also be added to the aqueous microcapsule dispersion.
  • Suitable binders are, for example, film-forming polymers having a glass transition temperature in the range of -45 to 45 ° C, preferably -30 to 12 ° C.
  • Suitable examples are acrylates, PU dispersions and resins, which optionally still have reactive groups for subsequent curing.
  • Such binders can be found, for example, in WO 98/46669, to which reference is expressly made.
  • the solids content of the microcapsule dispersion is 10 to 80 wt .-%, preferably 20 to 60 wt .-% and particularly preferably 30 to 50 wt .-%.
  • the formulation for impregnating the foam may additionally contain up to 50% by weight, preferably up to 30% by weight, of binder (solid) based on the total formulation. Furthermore, surfactants or dispersants and defoamers can be added to the formulation.
  • the impregnation of the foam with the microcapsule dispersion may be carried out batchwise or continuously, but preferably continuously, wherein the foam to be impregnated as roll goods having a width of 50 to 3000 mm and a thickness of 1 to 100 mm, preferably 3 to 50, particularly preferably 3 - 30 mm through a variable volume trough, typically 300 - 600 l.
  • This tub has an automatic level control.
  • the foam is guided under slight bias via guide rollers through the microcapsule dispersion.
  • the residence time of the foam in the microcapsule dispersion is a few seconds and is controlled by the speed of the roller drive.
  • the impregnated foam When the impregnated foam emerges from the impregnating trough, it then passes through a pair of rollers (padder), through which excess microcapsule dispersion can be pressed out.
  • the percentage uptake of microencapsulated latent heat storage material in the foam will be controlled by simply varying the gap size of this pair of rollers. The gap is dependent on the foam thickness.
  • the impregnated roll goods is passed through a drying unit, wherein usually belt dryers are used, in which hot air over the Foam is passed.
  • the drying temperature can be varied depending on the residence time between 50 0 C and 160 0 C.
  • the modified polyurethane foams according to the invention comprising 5 to 70 kg microcapsules in a m 3 foam.
  • concentrations show as mattress pad particularly good temperature-regulating properties without negatively influencing the elasticity.
  • the pads can be washed or cleaned without losing their temperature-regulating properties.
  • Examples 1-4 Adjustment of the absorbed amount of microencapsulated latent heat storage by varying the gap size in the padder machine
  • MK microencapsulated latent heat storage material
  • the uptake of the amount of microcapsule can be increased by increasing the gap dimension in the padder machine.
  • the impregnated with microencapsulated latent heat storage material foams of Examples 1-3 was performed with a DSC 7 instrument the heat absorption or -abgäbe during heating to 60 0 C and subsequent cooling to 0 0 C at a heating or -Kühlrate of 10 K / min determined (sample weight 10 mg).
  • the gaseous and condensable emissions were determined by means of automatic thermal desorption in accordance with the Daimler-Chrysler Test Instructions PB VWL 709 Issue 1 1.01.2001 or VDA 278 Recommendation.
  • the emission of formaldehyde was analyzed.
  • VOC volatile emissions
  • Example 2 3 From the sample of Example 2 3 per strip of approximately 5 mg were excised with a scalpel from the surface, geneLeo- in a thermal desorption been dried by heating for 30 min at 90 0 C heated. The thereby emitted volatiles were collected in an absorber with Tenax cartridge TA®, a porous resin based on poly (2,6-diphenylphenylen) oxide, at -30 0 C and subsequently to 280 ° C for. The released compounds were identified by GC / MS coupling and identified with toluene as the external standard.
  • Tenax cartridge TA® a porous resin based on poly (2,6-diphenylphenylen) oxide
  • the desorption tubes containing the sample were heated at 120 ° C. for 60 minutes after determining the volatile emissions and analyzed as above by GC / MS coupling.
  • Emissions could be detected formaldehyde.

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Abstract

The present invention relates to modified polyurethane foamed plastics comprising an open-cell polyurethane foam matrix and 5 kg to 70 kg of microcapsules per m3 of foam. The microcapsules comprise a capsule core made of a latent heat storage material and a capsule wall which is made up of from 30% to 100% by weight, based on the total weight of the monomers, of at least two monomers which are different from one another (monomer I) from the group comprising C1-C24 alkyl esters of acrylic and/or methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid, and maleic acid; 0% to 70% by weight, based on the total weight of the monomers, of one or more bifunctional or polyfunctional monomers (monomer II) which are not soluble or which are highly soluble in water; and 0% to 40% by weight, based on the total weight of the monomers, of one or more other monomers (monomer III) which are distributed in the cells of the foam matrix. The invention further relates to a method for the production of said polyurethane foamed plastics and to the use of said polyurethane foamed plastics as mattress toppers.

Description

Modifizierte Polyurethanschaumstoffe enthaltend mikroverkapseltes Latentwärmespeichermaterial Modified polyurethane foams containing microencapsulated latent heat storage material
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft modifizierte Polyurethanschaumstoffe, enthaltend mikroverkapseltes Latentwärmespeichermaterial, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung als Matratzenauflage.The present invention relates to modified polyurethane foams containing microencapsulated latent heat storage material, a process for their preparation and their use as a mattress overlay.
Mikrokapseln mit Wandmaterial auf Basis eines hochvernetzten Methacrylsäureester- polymers sind aus der EP-A-1 029 018, DE-A-101 39 171 , WO 2005/1 16559 sowie der älteren europäischen Anmeldung No. 06117092.4 bekannt. Sie alle betreffen mikrover- kapselte Latentwärmespeichermaterialien in unterschiedlichsten Bauanwendungen. Die ältere europäische Anmeldung Nr. 06126017.0 lehrt hochvernetzte Mikrokapseln auf Basis von Methacrylsäureestern für Textil- und Schaumstoffanwendungen.Microcapsules with wall material based on a highly crosslinked methacrylic acid ester polymer are known from EP-A-1 029 018, DE-A-101 39 171, WO 2005/1 16559 and the older European application no. 06117092.4 known. They all relate to microencapsulated latent heat storage materials in a wide variety of construction applications. The earlier European Application No. 06126017.0 teaches highly crosslinked microcapsules based on methacrylic acid esters for textile and foam applications.
Mit Latentwärmespeichermaterial modifizierte Schaumstoffe sind bekannt. So beschreibt die WO 98/46669 dünnlagige, offenzellige Polyurethanschaumstoffe, für beispielsweise Autohimmel, die mit einer Mikrokapsel/Bindemitteldispersion beschichtet werden. Bei Schaumstoffstärken von 2,5 bis 4 mm werden Eindringtiefen von 50 % erzielt. Damit handelt es sich jedoch um eine Beschichtung, der eine natürliche Grenze bei großen Auftragsmengen gesetzt ist. So werden 84 g Mikrokapseln pro m2 aufgebracht, was einen eher geringen Wärmespeichereffekt zur Folge hat. Gemäß dieser Schrift sind Mikrokapseln mit einer Gelatinewand geeignet. Eine sehr ähnliche Lehre gibt die US 5,677,048, die dünnlagige, mit einem Gewebe verbundene, beschichtete Schaumstoffe lehrt, die sich vorteilhaft für Schuhinnenauskleidungen eignen.With latent heat storage material modified foams are known. Thus, WO 98/46669 describes thin-layer, open-celled polyurethane foams, for example for car skies, which are coated with a microcapsule / binder dispersion. With foam thicknesses of 2.5 to 4 mm, penetration depths of 50% are achieved. However, this is a coating that has a natural limit on large order quantities. So 84 g of microcapsules per m 2 are applied, which has a rather low heat storage effect. According to this document, microcapsules with a gelatin wall are suitable. A very similar teaching is US 5,677,048, which teaches thin-layer, fabric-bonded, coated foams which are useful in shoe inner liners.
Die JP 2003-011256 und JP 2003-012853 lehren ebenfalls Polyurethanschaumstoffe, deren Oberfläche bis zu einer Eindringtiefe von 2 mm mit einer Mikrokap- sel/Bindemitteldispersion beschichtet ist. Die Zugabe von Bindemittel und Verdicker verhindert dabei ein tieferes Eindringen der Mikrokapseln in den Schaumstoff. Um eine Fixierung der Mikrokapseln zu gewährleisten, wird die Oberfläche anschließend mit einem Polypropylenfilm überzogen.JP 2003-011256 and JP 2003-012853 also teach polyurethane foams, the surface of which is coated to a penetration depth of 2 mm with a microcapsule / binder dispersion. The addition of binder and thickener prevents a deeper penetration of the microcapsules in the foam. In order to ensure a fixation of the microcapsules, the surface is then coated with a polypropylene film.
Die generelle Problematik von Beschichtungen ist, dass zu geringe Mengen Latentwärmespeichermaterial aufgebracht werden können, um einen guten temperaturausgleichenden Effekt zu erzielen. In der Regel leidet auch die Oberflächenbeschaffenheit unter einer solchen Beschichtung.The general problem of coatings is that too small amounts of latent heat storage material can be applied in order to achieve a good temperature-compensating effect. As a rule, the surface finish also suffers from such a coating.
Aus der JP 10-300373 sind Polyurethanschaumstoffe bekannt, die 20 bis 80 Gew.-%, bezogen auf den behandelten Polyurethanschaum, mikroverkapseltes Latentwärmespeichermaterial enthalten. Neben der Zugabe der Mikrokapseln im Schaumstoffbil- dungsprozess werden als weitere Herstellungsweisen die Beschichtung oder Impräg- nierung mit einer Mikrokapseldispersion beschrieben. Die Schaumstoffe eignen sich zur Verwendung in Matratzen, Kissen sowie Bekleidung.From JP 10-300373 polyurethane foams are known which contain 20 to 80 wt .-%, based on the treated polyurethane foam, microencapsulated latent heat storage material. In addition to the addition of the microcapsules in the foam-forming process, other methods of preparation include coating or impregnation. nierung with a microcapsule dispersion described. The foams are suitable for use in mattresses, pillows and clothing.
Die JP 2001-302841 lehrt einen flexiblen Polyurethanschaumstoff mit einem Aus- gangsraumgewicht von 40 kg/m3 der mit einer mikroverkapselten Latentwärmespeichermaterial enthaltenden Bindemittelmischung imprägniert wird.JP 2001-302841 teaches a flexible polyurethane foam with an initial volume weight of 40 kg / m 3 which is impregnated with a binder mixture containing a microencapsulated latent heat storage material.
Die JP 2001-299538 beschreibt ein Kissen bestehend aus einem Polyurethankern und einer 4 mm dicken Außenschicht, die ebenfalls ein Polyurethanschaum ist, dessen Raumgewicht 50 kg/m3 beträgt. In dieser Außenschicht sind 30 Gew.-% mikroverkap- seltes Latentwärmespeichermaterial enthalten.JP 2001-299538 describes a cushion consisting of a polyurethane core and a 4 mm thick outer layer, which is also a polyurethane foam whose density is 50 kg / m 3 . This outer layer contains 30% by weight of microencapsulated latent heat storage material.
Die DE 10 2004 031 529 beschreibt Polyurethanschaumstoffe, denen vor dem Aufschäumen mikroverkapseltes Latentwärmespeichermaterial mit Wandmaterial auf Ba- sis von Methyl methacrylat zugemischt wurde. Herstellungsbedingt ist das Latentwärmespeichermaterial jedoch gleichmäßig im Schaumstoff verteilt und erzielt bezogen auf das Volumen einen Gehalt von 7 g Mikrokapseln pro Liter Schaumstoff. Werden nun solche Schaumstoffe als Matratzen verwendet, so haben die Versuche gezeigt, dass für den Benutzer nur ein geringer Effekt zu beobachten ist.DE 10 2004 031 529 describes polyurethane foams to which microencapsulated latent heat storage material with wall material based on methyl methacrylate was mixed before foaming. However, due to the manufacturing process, the latent heat storage material is uniformly distributed in the foam and, based on the volume, achieves a content of 7 g of microcapsules per liter of foam. Now, if such foams are used as mattresses, the experiments have shown that the user is observed only a small effect.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, einen größeren Gehalt an Mikrokapseln im Schaumstoff zur Verfügung zu stellen. Ferner war es eine Aufgabe den Schaumstoff in einer Form darzubieten, die eine vorteilhafte Verteilung des mikroverkapselten Latentwärmespeichermaterials aufweist und somit einen hohen Komfort bie- tet. Schließlich sollte der Schaumstoff gute Echtheiten bei Kontakt mit Feuchtigkeit, Körperflüssigkeiten, in der Wäsche oder Reinigung aufweisen.The object of the present invention was thus to provide a larger content of microcapsules in the foam. Furthermore, it was an object to present the foam in a form which has an advantageous distribution of the microencapsulated latent heat storage material and thus offers a high level of comfort. Finally, the foam should have good fastness to moisture, bodily fluids, laundry or cleaning.
Dem gemäß wurde ein modifizierter Polyurethanschaumstoff umfassend eine offenzel- lige Polyurethanschaumstoffmatrix und 5 - 70 kg Mikrokapseln pro m3 Schaumstoff, wobei die Mikrokapseln einen Kapselkern aus Latentwärmespeichermaterial und eine Kapselwand umfassen, die aufgebaut ist ausAccordingly, a modified polyurethane foam comprising an open cell polyurethane foam matrix and 5-70 kg microcapsules per m 3 foam, wherein the microcapsules comprise a capsule core of latent heat storage material and a capsule wall constructed of
30 bis 100 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, mindestens eines Monomers (Monomere I) aus der Gruppe umfassend C1-C24- Alkylester der Acryl- und/oder Methacrylsäure, Acrylsäure, Me- thacrylsäure und Maleinsäure,From 30 to 100% by weight, based on the total weight of the monomers, of at least one monomer (monomers I) from the group comprising C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid,
0 bis 70 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer bi- oder polyfunktioneller Monomere (Monomere II), welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist und 0 bis 40 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer sonstiger Monomere (Monomere III), und wobei die Mikrokapseln im wesentlichen in den Zellen der Schaumstoffmatrix verteilt sind, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung als Matratzenauflage gefunden.0 to 70 wt .-% based on the total weight of the monomers, one or more bi- or polyfunctional monomers (monomers II), which is insoluble or sparingly soluble in water and 0 to 40 wt .-% based on the total weight of the monomers , one or more other monomers (monomers III), and wherein the microcapsules are substantially distributed in the cells of the foam matrix, a process for their preparation and their use as a mattress overlay found.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Mikrokapseln umfassen einen Kapselkern und eine Kapselwand aus Polymer. Der Kapselkern besteht überwiegend, zu mehr als 95 Gew.- %, aus lipophiler Substanz. Der Kapselkern kann dabei abhängig von der Temperatur sowohl fest als auch flüssig sein.The microcapsules used according to the invention comprise a capsule core and a capsule wall made of polymer. The capsule core consists predominantly, to more than 95% by weight, of lipophilic substance. The capsule core can be both solid and liquid depending on the temperature.
Der mittlere Teilchendurchmesser der Mikrokapseln (Z-Mittel mittels Lichtstreuung) beträgt 0,5 bis 50 μm, bevorzugt 0,5 bis 30 μm. Das Gewichtsverhältnis von Kapselkern zu Kapselwand beträgt im allgemeinen von 50:50 bis 95:5, bevorzugt von 70:30 bis 93:7.The average particle diameter of the microcapsules (Z means by means of light scattering) is 0.5 to 50 μm, preferably 0.5 to 30 μm. The weight ratio of capsule core to capsule wall is generally from 50:50 to 95: 5, preferably from 70:30 to 93: 7.
Die Kapselwand enthält im Allgemeinen mindestens 30 Gew.-%, in bevorzugter Form mindestens 40 Gew.-%, in besonders bevorzugter Form mindestens 50 Gew.-%, insbesondere mindestens 60 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 70 Gew.-% sowie bis zu 100 Gew.-%, bevorzugt höchstens 90 Gew.-%, insbesondere höchstens 85 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt höchstens 80 Gew.-% mindestens eines Monomeren aus der Gruppe umfassend Ci-C24-Alkylester der Acryl- und/oder Me- thacrylsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder Maleinsäure (Monomere I), einpo- lymerisiert, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.The capsule wall generally contains at least 30% by weight, preferably at least 40% by weight, in a particularly preferred form at least 50% by weight, in particular at least 60% by weight, very particularly preferably at least 70% by weight. and up to 100% by weight, preferably at most 90% by weight, in particular at most 85% by weight and very particularly preferably at most 80% by weight of at least one monomer from the group comprising C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and / or maleic acid (monomers I), copolymerized, based on the total weight of the monomers.
Bevorzugt setzt man zur Herstellung der Kapselwand mindestens 2 verschiedene Monomere I ein.Preferably, at least 2 different monomers I are used to prepare the capsule wall.
Weiterhin enthält die Kapselwand bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt mindestens 15 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% sowie im Allgemeinen höchstens 70 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 60 Gew.-% und in besonders bevorzugter Form höchstens 50 Gew.-% eines oder mehrerer bi- oder polyfunktionelle Monomere, welche in Wasser nicht löslich oder schwer löslich sind (Monomere II) einpo- lymerisiert, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.Furthermore, the capsule wall preferably contains at least 10 wt .-%, preferably at least 15 wt .-%, preferably at least 20 wt .-% and generally at most 70 wt .-%, preferably at most 60 wt .-% and in a particularly preferred form at most 50% by weight of one or more difunctional or polyfunctional monomers which are insoluble or sparingly soluble in water (monomers II), based on the total weight of the monomers.
Daneben kann die Kapselwand bis zu 40 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 30 Gew.-%, insbesondere bis zu 20 Gew.-% sonstige Monomere III einpolymerisiert enthalten.In addition, the capsule wall may contain up to 40% by weight, preferably up to 30% by weight, in particular up to 20% by weight, of other monomers III in copolymerized form.
Vorzugsweise ist die Kapselwand nur aus Monomeren der Gruppen I und Il aufgebaut.Preferably, the capsule wall is composed only of monomers of groups I and II.
Als Monomere I eignen sich Ci-C24-Alkylester der Acryl- und/oder Methacrylsäure (Monomere Ia). Weiterhin eignen sich die ungesättigten C3- und C4-Carbonsäuren wie Acrylsäure, Methacrylsäure sowie Maleinsäure (Monomere Ib). Besonders bevorzugte Monomere I sind Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- und n-Butylacrylat und/oder die entsprechenden Methacrylate. Bevorzugt sind iso-Propyl-, iso-Butyl-, sec.-Butyl- und tert- Butylacrylat und die entsprechenden Methacrylate. Generell werden die Methacrylate und Methacrylsäure bevorzugt.Suitable monomers I are C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid (monomers Ia). Furthermore, the unsaturated C3 and C4 carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid (monomers Ib) are suitable. Especially preferred Monomers I are methyl, ethyl, n-propyl and n-butyl acrylate and / or the corresponding methacrylates. Iso-propyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl acrylate and the corresponding methacrylates are preferred. Generally, the methacrylates and methacrylic acid are preferred.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mikrokapselwände aus 25 Gew.-% bis 75 Gew.-% Maleinsäure und/oder Acrylsäure, insbesondere Methacrylsäure, aufgebaut.According to a preferred embodiment, the microcapsule walls of 25 wt .-% to 75 wt .-% of maleic acid and / or acrylic acid, in particular methacrylic acid, constructed.
Geeignete Monomere Il sind bi- oder polyfunktionelle Monomere, welche in Wasser nicht löslich oder schwer löslich sind, und die aber eine bessere Löslichkeit in der Ii- pophilen Substanz haben. Unter Schwerlöslichkeit ist eine Löslichkeit kleiner 60 g/l bei 200C zu verstehen. Unter bi- oder polyfunktionellen Monomeren versteht man Verbindungen, die wenigstens zwei nichtkonjugierte ethylenische Doppelbindungen haben. Vornehmlich kommen Divinyl- und Polyvinylmonomere in Betracht. Sie bewirken eine Vernetzung der Kapselwand während der Polymerisation. Es können ein oder mehrere Divinylmonomere sowie ein oder mehrere Polyvinylmonomere einpolymerisiert werden.Suitable monomers II are bi- or polyfunctional monomers which are insoluble or sparingly soluble in water but which have better solubility in the lipophilic substance. Low solubility is to be understood as meaning a solubility of less than 60 g / l at 20 ° C. By bi- or polyfunctional monomers is meant compounds having at least two non-conjugated ethylenic double bonds. In particular, divinyl and polyvinyl monomers come into consideration. They cause a crosslinking of the capsule wall during the polymerization. One or more divinyl monomers and one or more polyvinyl monomers can be polymerized in.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als Monomer Il eine Mischung aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren eingesetzt, wobei der Anteil der Polyvinylmonomeren 2 bis 90 Gew.-% bezogen auf die Summe aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren beträgt. Bevorzugt beträgt der Anteil der Polyvinylmonomeren 5 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren. Für Mikrokapseln mit einer mittleren Teilchengröße < 2,5 μm beträgt der Polyvi- nylanteil bevorzugt 20 bis 80 Gew.-%, insbesondere 30 bis 60 Gew.-% bezogen auf die Summe aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren. Für Mikrokapseln mit einer mittleren Teilchengröße > 2,5 μm beträgt der Polyvinylanteil bevorzugt 5 bis 40 Gew.-%, insbesondere 10 bis 30 Gew.-% bezogen auf die Summe aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren.According to a preferred embodiment, monomer II used is a mixture of divinyl and polyvinyl monomers, the proportion of polyvinyl monomers being from 2 to 90% by weight, based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers. The proportion of polyvinyl monomers is preferably from 5 to 80% by weight, preferably from 10 to 60% by weight, based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers. For microcapsules having a mean particle size <2.5 microns, the Polyvi- nylanteil is preferably 20 to 80 wt .-%, in particular 30 to 60 wt .-% based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers. For microcapsules having a mean particle size> 2.5 microns, the polyvinyl is preferably from 5 to 40 wt .-%, in particular 10 to 30 wt .-% based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers.
Geeignete Divinylmonomere sind Divinylbenzol und Divinylcyclohexan. Bevorzugte Divinylmonomere sind die Diester von Diolen mit Acrylsäure oder Methacrylsäure, ferner die Diallyl- und Divinylether dieser Diole. Beispielhaft seien Ethandioldiacrylat, E- thylenglykoldimethacrylat, 1 ,3-Butylenglykoldimethacrylat, Methallylmethacrylamid, Allylacrylat und Allylmethacrylat genannt. Besonders bevorzugt sind Propandiol-, Bu- tandiol-, Pentandiol- und Hexandioldiacrylat und die entsprechenden Methacrylate.Suitable divinyl monomers are divinylbenzene and divinylcyclohexane. Preferred divinyl monomers are the diesters of diols with acrylic acid or methacrylic acid, furthermore the diallyl and divinyl ethers of these diols. Examples which may be mentioned are ethanediol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, methallyl methacrylamide, allyl acrylate and allyl methacrylate. Particular preference is given to propanediol, butanediol, pentanediol and hexanediol diacrylate and the corresponding methacrylates.
Bevorzugte Polyvinylmonomere sind Trivinylbenzol, Trivinylcyclohexan und bevorzugt die Polyester von Polyolen mit Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, ferner die Polyal- IyI- und Polyvinylether dieser Polyole. Bevorzugt werden Trimethylolpropantriacrylat und -methacrylat, Pentaerythrittriallylether, Pentaerythrittetraallylether, Pentaerythrittri- acrylat und Pentaerythrittetraacrylat sowie ihre technischen Mischungen. Bevorzugt werden die Kombinationen aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren wie aus Butandioldiacrylat und Pentaerytrittetraacrylat, Hexandioldiacrylat und Pentaerytrit- tetraacrylat, Butandioldiacrylat und Trimethylolpropantriacrylat sowie Hexandioldiacry- lat und Trimethylolpropantriacrylat.Preferred polyvinyl monomers are trivinylbenzene, trivinylcyclohexane and preferably the polyesters of polyols with acrylic acid and / or methacrylic acid, furthermore the polyalkylene and polyvinyl ethers of these polyols. Preference is given to trimethylolpropane triacrylate and methacrylate, pentaerythritol triallyl ether, pentaerythritol tetraallyl ether, pentaerythritol triacrylate and pentaerythritol tetraacrylate and their technical mixtures. Preference is given to the combinations of divinyl and polyvinyl monomers, such as butanediol diacrylate and pentaerythritol tetraacrylate, hexanediol diacrylate and pentaerythritol tetraacrylate, butanediol diacrylate and trimethylolpropane triacrylate, and hexanediol diglycol and trimethylolpropane triacrylate.
Als Monomere III kommen sonstige Monomere, die von den Monomeren I und Il verschieden sind, wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylpyridin und Styrol oder α- Methylstyrol in Betracht. Besonders bevorzugt werden Ladung tragende oder ionisier- bare Gruppen tragende Monomere lila, die von den Monomeren I und Il verschieden sind, wie Itaconsäure, Maleinsäureanhydrid, 2-Hydroxyethylacrylat und -methacrylat, Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, N-Vinylpyrrolidon, N-Methylolacrylamid, N- Methylolmethacrylamid, Dimethylaminoethylmethacrylat und Diethylaminoethylmethac- rylat, weiterhin Methacrylnitril, Acrylnitril und Methacrylamid.Suitable monomers III are other monomers which are different from the monomers I and II, such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinylpyridine and styrene or α-methylstyrene. Particular preference is given to charge-bearing or ionizable group-carrying monomers IIIa which are different from the monomers I and II, such as itaconic acid, maleic anhydride, 2-hydroxyethyl acrylate and methacrylate, acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, N-vinylpyrrolidone, N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide, dimethylaminoethyl methacrylate and diethylaminoethyl methacrylate, furthermore methacrylonitrile, acrylonitrile and methacrylamide.
Bevorzugt ist die Kapselwand aufgebaut ausPreferably, the capsule wall is constructed from
30 bis 90 Gew.-% eines oder mehrerer Ci-C24-Alkylester der Acryl- und/oder Methac- rylsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder Maleinsäure (Mo- nomere I),From 30 to 90% by weight of one or more C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and / or maleic acid (monomers I),
10 bis 70 Gew.-% einer Mischung aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren (Monomere II), wobei der Anteil der Polyvinylmonomere 2 bis 90 Gew.-% bezogen auf die Monomere Il beträgt sowieFrom 10 to 70% by weight of a mixture of divinyl and polyvinyl monomers (monomers II), where the proportion of polyvinyl monomers is from 2 to 90% by weight, based on the monomers II, and
0 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer sonstiger Monomere (Monomer III)0 to 30% by weight of one or more other monomers (monomer III)
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomer.in each case based on the total weight of the monomer.
Besonders bevorzugt ist die Kapselwand aufgebaut ausParticularly preferably, the capsule wall is constructed from
30 bis 90 Gew.-% einer Mischung aus Monomeren Ia und Ib, wobei der Anteil der30 to 90 wt .-% of a mixture of monomers Ia and Ib, wherein the proportion of the
Monomeren Ib < 25 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht aller Monomere I, Il und III ist,Monomers Ib <25% by weight, based on the total weight of all monomers I, II and III,
10 bis 70 Gew.-% einer Mischung aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren (Monomere II), wobei der Anteil der Polyvinylmonomere 2 bis 90 Gew.-% be- zogen auf die Monomere Il beträgt sowieFrom 10 to 70% by weight of a mixture of divinyl and polyvinyl monomers (monomers II), the proportion of polyvinyl monomers being from 2 to 90% by weight based on the monomers II and
0 bis 30 Gew.-% sonstige Monomere III,From 0 to 30% by weight of other monomers III,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.in each case based on the total weight of the monomers.
Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kapselwand aufgebaut ist aus 30 bis 90 Gew.-% einer Mischung aus Monomeren Ia und Ib, wobei der Anteil derAccording to a further particularly preferred embodiment, the capsule wall is constructed from 30 to 90 wt .-% of a mixture of monomers Ia and Ib, wherein the proportion of the
Monomeren Ib > 25 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht aller Monomere 1, 11 und III ist,Monomer Ib> 25% by weight, based on the total weight of all monomers 1, 11 and III,
10 bis 70 Gew.-% einer Mischung aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren (Monomere II), wobei der Anteil der Polyvinylmonomere 2 bis 90 Gew.-% bezogen auf die Monomere Il beträgt sowieFrom 10 to 70% by weight of a mixture of divinyl and polyvinyl monomers (monomers II), where the proportion of polyvinyl monomers is from 2 to 90% by weight, based on the monomers II, and
0 bis 30 Gew.-% sonstige Monomere III,From 0 to 30% by weight of other monomers III,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.in each case based on the total weight of the monomers.
Das Kernmaterial der Mikrokapseln ist ein Latentwärmespeichermaterial, auch unter dem Namen PCM (Phase Change Material) bekannt. Latentwärmespeichermaterialien sind definitionsgemäß Substanzen, die in dem Temperaturbereich, in welchem eine Wärmeübertragung vorgenommen werden soll, einen Phasenübergang aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich um eine organische lipophile Substanz, die einen fest/flüssig Phasenübergang im Temperaturbereich von -20 bis 1200C aufweist.The core material of the microcapsules is a latent heat storage material, also known as PCM (Phase Change Material). By definition, latent heat storage materials are substances which have a phase transition in the temperature range in which heat transfer is to be carried out. Preferably, it is an organic lipophilic substance having a solid / liquid phase transition in the temperature range from -20 to 120 0 C.
Beispielhaft seien genannt:Examples include:
- aliphatische Kohlenwasserstoffverbindungen wie gesättigte oder ungesättigte Cio-C4o-Kohlenwasserstoffe, die verzweigt oder bevorzugt linear sind, z.B. wie n-Tetradecan, n-Pentadecan, n-Hexadecan, n-Heptadecan, n-Octadecan, n- Nonadecan, n-Eicosan, n-Heneicosan, n-Docosan, n-Tricosan, n-Tetracosan, n-Pentacosan, n-Hexacosan, n-Heptacosan, n-Octacosan sowie cyclische Koh- lenwasserstoffe, z.B. Cyclohexan, Cyclooctan, Cyclodecan; aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen wie Benzol, Naphthalin, Biphenyl, o- oder m-Terphenyl, ein- oder mehrfach Ci-C4o-alkylsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffe wie para- XyIoI, n-Dodecylbenzol, n-Tetradecylbenzol, n- Hexadecylbenzol, ß-n-Hexylnaphthalin oder ß-n-Decylnaphthalin; - gesättigte oder ungesättigte Cβ-Cso-Fettsäuren wie Laurin-, Stearin-, Öl- oder Behensäure, bevorzugt eutektische Gemische aus Decansäure mit z.B. Myristin- , Palmitin- oder Laurinsäure;aliphatic hydrocarbon compounds, such as saturated or unsaturated C 10 -C 40 -hydrocarbons, which are branched or preferably linear, e.g. such as n-tetradecane, n-pentadecane, n-hexadecane, n-heptadecane, n-octadecane, n-nonadecane, n-eicosane, n-heneicosane, n -docosan, n-tricosane, n-tetracosane, n-pentacosane, n Hexacosan, n-heptacosane, n-octacosane and cyclic hydrocarbons, eg Cyclohexane, cyclooctane, cyclodecane; aromatic hydrocarbon compounds such as benzene, naphthalene, biphenyl, o- or m-terphenyl, mono- or polysubstituted Ci-C4o-alkyl-substituted aromatic hydrocarbons such as para -XyIoI, n-dodecylbenzene, n-tetradecylbenzene, n-hexadecylbenzene, ß-n-hexylnaphthalene or ß-n-decylnaphthalene; saturated or unsaturated Cβ-Cso fatty acids such as lauric, stearic, oleic or behenic acid, preferably eutectic mixtures of decanoic acid with e.g. Myristic, palmitic or lauric acid;
Fettalkohole wie Lauryl-, Stearyl-, Oleyl-, Myristyl-, Cetylalkohol, Gemische wie Kokosfettalkohol sowie die sogenannten Oxoalkohole, die man durch Hydrofor- mylierung von α-Olefinen und weiteren Umsetzungen erhält;Fatty alcohols such as lauryl, stearyl, oleyl, myristyl, cetyl alcohol, mixtures such as coconut fatty alcohol and the so-called oxo alcohols, which are obtained by hydroformylation of α-olefins and further reactions;
C6-C3o-Fettamine, wie Decylamin, Dodecylamin, Tetradecylamin oder Hexade- cylamin;C 6 -C 30 fatty amines, such as decylamine, dodecylamine, tetradecylamine or hexadecylamine;
Ester wie Ci-Cio-Alkylester von Fettsäuren wie Propylpalmitat, Methylstearat oder Methylpalmitat sowie bevorzugt ihre eutektischen Gemische oder Methyl- cinnamat; natürliche und synthetische Wachse wie Montansäurewachse, Montanesterwachse, Carnaubawachs, Polyethylenwachs, oxidierte Wachse, Polyvinylether- wachs, Ethylenvinylacetatwachs oder Hartwachse nach Fischer-Tropsch-Esters, such as C 1 -C 10 -alkyl esters of fatty acids, such as propyl palmitate, methyl stearate or methyl palmitate, and preferably their eutectic mixtures or methyl cinnamate; natural and synthetic waxes such as montanic acid waxes, montan ester waxes, carnauba wax, polyethylene wax, oxidized waxes, polyvinyl ether waxes wax, ethylene vinyl acetate wax or hard waxes according to Fischer-Tropsch
Verfahren; halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Chlorparaffin, Bromoctadecan, Brompenta- decan, Bromnonadecan, Bromeicosan, Bromdocosan.Method; halogenated hydrocarbons such as chlorinated paraffin, bromoctadecane, bromopentadecane, bromononadecane, bromeicosane, bromodocosan.
Weiterhin sind Mischungen dieser Substanzen geeignet, solange es nicht zu einer Schmelzpunkterniedrigung außerhalb des gewünschten Bereichs kommt, oder die Schmelzwärme der Mischung für eine sinnvolle Anwendung zu gering wird.Furthermore, mixtures of these substances are suitable, as long as it does not come to a melting point lowering outside the desired range, or the heat of fusion of the mixture is too low for a meaningful application.
Vorteilhaft ist beispielsweise die Verwendung von reinen n-Alkanen, n-Alkanen mit einer Reinheit von größer als 80% oder von Alkangemischen, wie sie als technisches Destillat anfallen und als solche handelsüblich sind.Advantageously, for example, the use of pure n-alkanes, n-alkanes with a purity of greater than 80% or of alkane mixtures, as obtained as a technical distillate and are commercially available as such.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, den lipophilen Substanzen in ihnen lösliche Verbin- düngen zuzugeben, um so die zum Teil bei den unpolaren Substanzen auftretende Kristallisationsverzögerung zu verhindern. Vorteilhaft verwendet man, wie in der US- A 5 456 852 beschrieben, Verbindungen mit einem 20 bis 120 K höheren Schmelzpunkt als die eigentliche Kernsubstanz. Geeignete Verbindungen sind die oben als lipophile Substanzen erwähnten Fettsäuren, Fettalkohole, Fettamide sowie aliphati- sehen Kohlenwasserstoffverbindungen. Sie werden in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf den Kapselkern zugesetzt.Furthermore, it may be advantageous to add soluble compounds to the lipophilic substances in order to prevent the crystallization delay that sometimes occurs with the nonpolar substances. It is advantageous to use, as described in US Pat. No. 5,456,852, compounds having a melting point 20 to 120 K higher than the actual core substance. Suitable compounds are the fatty acids mentioned above as lipophilic substances, fatty alcohols, fatty amides and aliphatic hydrocarbon compounds. They are added in amounts of from 0.1 to 10% by weight, based on the capsule core.
Je nach Temperaturbereich, in dem die Anwendung der Latentwärmespeicher gewünscht ist, werden die Latentwärmespeichermaterialien gewählt. Beispielsweise ver- wendet man für Latentwärmespeicher in Baustoffen in gemäßigtem Klima bevorzugt Latentwärmespeichermaterialien, deren fest/flüssig Phasenübergang im Temperaturbereich von 0 bis 600C liegt. So wählt man in der Regel für Innenraumanwendungen Einzelstoffe oder Mischungen mit Umwandlungstemperaturen von 15 bis 300C. Für Anwendungen im Textilsektor sind vor allem Umwandlungstemperaturen von 0 bis 40 °C vorteilhaft.Depending on the temperature range in which the application of the latent heat storage is desired, the latent heat storage materials are selected. For example, used for latent heat storage in building materials in a moderate climate preferred latent heat storage materials whose solid / liquid phase transition in the temperature range of 0 to 60 0 C. Thus, selects a rule for indoor applications individual substances or mixtures with transition temperatures 15-30 0 C. mainly transformation temperatures from 0 to 40 ° C are advantageous for applications in the textile sector.
Bevorzugte Latentwärmespeichermaterialien sind aliphatische Kohlenwasserstoffe besonders bevorzugt die oben beispielhaft aufgezählten. Insbesondere werden aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 14 bis 20 Kohlenstoffatomen sowie deren Gemische bevorzugt.Preferred latent heat storage materials are aliphatic hydrocarbons, particularly preferably those listed above by way of example. In particular, aliphatic hydrocarbons having 14 to 20 carbon atoms and mixtures thereof are preferred.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Mikrokapseln lassen sich durch eine sogenannte in-situ-Polymerisation herstellen. Das Prinzip der Mikrokapselbildung basiert darauf, dass man aus den Monomeren, einem Radikalstarter, mindestens einem Schutzkolloid und der einzukapselnden lipophilen Substanz eine stabile ÖI-in-Wasser-Emulsion herstellt. Anschließend löst man die Polymerisation der Monomeren durch Erwärmung aus und steuert sie gegebenenfalls durch weitere Temperaturerhöhung, wobei die ent- stehenden Polymere die Kapselwand bilden, welche die lipophile Substanz umschließt. Dieses allgemeine Prinzip wird beispielsweise in der DE-A-10 139 171 beschrieben, auf deren Inhalt ausdrücklich Bezug genommen wird.The microcapsules used according to the invention can be prepared by a so-called in situ polymerization. The principle of microcapsule formation is based on the preparation of a stable oil-in-water emulsion from the monomers, a free radical initiator, at least one protective colloid and the lipophilic substance to be encapsulated. The polymerization of the monomers is then initiated by heating and, if appropriate, controlled by further temperature increase, the standing polymers form the capsule wall, which encloses the lipophilic substance. This general principle is described, for example, in DE-A-10 139 171, to the contents of which reference is expressly made.
In der Regel werden die Mikrokapseln in Gegenwart wenigstens eines organischen oder anorganischen Schutzkolloids hergestellt. Sowohl organische wie auch anorganische Schutzkolloide können ionisch oder neutral sein. Schutzkolloide können dabei sowohl einzeln wie auch in Mischungen mehrerer gleich oder unterschiedlich geladener Schutzkolloide eingesetzt werden.In general, the microcapsules are prepared in the presence of at least one organic or inorganic protective colloid. Both organic and inorganic protective colloids may be ionic or neutral. Protective colloids can be used both individually and in mixtures of several identically or differently charged protective colloids.
Abhängig vom Herstellungsverfahren und dem dabei gewählten Schutzkolloid kann dieses ebenfalls Bestandteil der Mikrokapseln sein. So können bis zu 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Mikrokapseln Schutzkolloid sein. Gemäß dieser Ausführungsform weisen die Mikrokapseln auf der Oberfläche des Polymers das Schutzkolloid auf.Depending on the preparation process and the selected protective colloid, this may also be part of the microcapsules. Thus, up to 10% by weight, based on the total weight of the microcapsules, may be protective colloid. According to this embodiment, the microcapsules on the surface of the polymer have the protective colloid.
Organische Schutzkolloide sind bevorzugt wasserlösliche Polymere, die die Oberflächenspannung des Wassers von 73 mN/m maximal auf 45 bis 70 mN/m senken und somit die Ausbildung geschlossener Kapselwände gewährleisten sowie Mikrokapseln mit bevorzugten Teilchengrößen im Bereich von 0,5 bis 50 μm, vorzugsweise 0,5 bis 30 μm insbesondere 0,5 bis 10 μm, ausbilden. Vorzugsweise handelt es sich bei organischen Schutzkolloiden um organische neutrale Schutzkolloide.Organic protective colloids are preferably water-soluble polymers which reduce the surface tension of the water from 73 mN / m to a maximum of 45 to 70 mN / m and thus ensure the formation of closed capsule walls and microcapsules with preferred particle sizes in the range of 0.5 to 50 .mu.m, preferably 0 , 5 to 30 microns in particular 0.5 to 10 microns, form. Organic protective colloids are preferably organic neutral protective colloids.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden organische neutrale Schutzkolloide bevorzugt. Besonders bevorzugt werden OH-Gruppen tragende Schutzkolloide wie Polyvinylalkohole und teilhydrolysierte Polyvinylacetate.According to another embodiment, organic neutral protective colloids are preferred. Particularly preferred are OH-bearing protective colloids such as polyvinyl alcohols and partially hydrolyzed polyvinyl acetates.
Organische neutrale Schutzkolloide sind beispielsweise Cellulosederivate wie Hydro- xyethylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose, Methylcellulose und Carboxymethylcel- lulose, Polyvinylpyrrolidon, Copolymere des Vinylpyrrolidons, Gelatine, Gummiarabi- cum, Xanthan, Kasein, Polyethylenglykole, Polyvinylalkohol und partiell hydrolysierte Polyvinylacetate sowie Methylhydroxypropylcellulose. Bevorzugte organische neutrale Schutzkolloide sind Polyvinylalkohol und partiell hydrolysierte Polyvinylacetate sowie Methylhydroxypropylcellulose.Organic neutral protective colloids are, for example, cellulose derivatives such as hydroxyethylcellulose, methylhydroxyethylcellulose, methylcellulose and carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, copolymers of vinylpyrrolidone, gelatin, gum arabic, xanthan, casein, polyethylene glycols, polyvinyl alcohol and partially hydrolyzed polyvinyl acetates and also methylhydroxypropylcellulose. Preferred organic neutral protective colloids are polyvinyl alcohol and partially hydrolyzed polyvinyl acetates and methylhydroxypropyl cellulose.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Mischungen organischer Schutzkolloide wie Polyvinylalkohole zusammen mit Cellulosederivaten eingesetzt.According to a preferred embodiment, mixtures of organic protective colloids such as polyvinyl alcohols are used together with cellulose derivatives.
Der Einsatz von Polyvinylalkohol und/oder teilhydrolysiertem Polyvinylacetat führt zu stabilen Emulsionen auch bei kleinen mittleren Tröpfchengrößen wie 1 ,5 - 2,5 μm. Dabei entspricht der Durchmesser der Öltröpfchen nahezu dem Durchmesser der nach der Polymerisation vorliegenden Mikrokapseln. Im allgemeinen wird Schutzkolloid, insbesondere Polyvinylalkohol oder teilhydrolysier- tes Polyvinylacetat, in einer Gesamtmenge von mindestens 3 Gew.-%, vorzugsweise von 6 bis 8 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf die Mikrokapseln (ohne Schutzkolloid). Dabei ist es möglich, weitere oben genannte Schutzkolloide zusätzlich zu der bevorzugten Menge Polyvinylalkohol oder teilhydrolysiertem Polyvinylacetat zuzusetzen. Bevorzugt werden die Mikrokapseln nur mit Polyvinylalkohol und/oder teilhydrolysiertem Polyvinylacetat und ohne Zusatz weiterer Schutzkolloide hergestellt.The use of polyvinyl alcohol and / or teilhydrolysiertem polyvinyl acetate leads to stable emulsions even at small mean droplet sizes such as 1, 5 - 2.5 microns. The diameter of the oil droplets corresponds almost to the diameter of the microcapsules present after the polymerization. In general, protective colloid, in particular polyvinyl alcohol or partially hydrolyzed polyvinyl acetate, is used in a total amount of at least 3% by weight, preferably from 6 to 8% by weight, based on the microcapsules (without protective colloid). It is possible to add further protective colloids mentioned above in addition to the preferred amount of polyvinyl alcohol or partially hydrolyzed polyvinyl acetate. The microcapsules are preferably prepared only with polyvinyl alcohol and / or partially hydrolyzed polyvinyl acetate and without the addition of further protective colloids.
Polyvinylalkohol ist erhältlich durch Polymerisieren von Vinylacetat, gegebenenfalls in Gegenwart von Comonomeren, und Hydrolyse des Polyvinylacetats unter Abspaltung der Acetylgruppen unter Bildung von Hydroxylgruppen. Der Hydrolysegrad der Polymeren kann beispielsweise 1 bis 100 % betragen und liegt bevorzugt in dem Bereich von 50 bis 100 % insbesondere von 65 bis 95 %. Unter teilhydrolysierten Polyvinylacetaten ist im Rahmen dieser Anmeldung ein Hydrolysegrad von < 50% und unter Polyvinylalkohol von > 50 bis 100 % zu verstehen. Die Herstellung von Homo- und Copolymerisa- ten von Vinylacetat sowie die Hydrolyse dieser Polymerisate unter Bildung von Vinylal- koholeinheiten enthaltenden Polymeren ist allgemein bekannt. Vinylalkoholeinheiten enthaltende Polymere werden beispielsweise als Mowiol® Marken von Kuraray Specia- lities Europe (KSE) vertrieben.Polyvinyl alcohol is obtainable by polymerizing vinyl acetate, optionally in the presence of comonomers, and hydrolysis of the polyvinyl acetate with elimination of the acetyl groups to form hydroxyl groups. The degree of hydrolysis of the polymers may be, for example, 1 to 100%, and is preferably in the range of 50 to 100%, more preferably 65 to 95%. For the purposes of this application, partially hydrolyzed polyvinyl acetates are to be understood as meaning a degree of hydrolysis of <50% and polyvinyl alcohol of> 50 to 100%. The preparation of homo- and copolymers of vinyl acetate and the hydrolysis of these polymers to form polymers containing vinyl alcohol units are well known. Vinyl alcohol units-containing polymers are sold, for example as Mowiol ® brands from Kuraray Specialties Europe (KSE).
Bevorzugt werden Polyvinylalkohole oder teilhydrolysierte Polyvinylacetate, deren Viskosität einer 4 Gew.-% wässrigen Lösung bei 20 0C nach DIN 53015 einen Wert im Bereich von 3 bis 56 mPa s aufweist, bevorzugt einem Wert von 14 bis 45 mPa s, ins- besondere von 22 bis 41 mPa-s. Bevorzugt werden Polyvinylalkohole mit einem Hydrolysegrad von > 65%, bevorzugt > 70% insbesondere > 75%.Preference is given to polyvinyl alcohols or partially hydrolyzed polyvinyl acetates whose viscosity of a 4 wt .-% aqueous solution at 20 0 C according to DIN 53015 has a value in the range of 3 to 56 mPa s, preferably a value of 14 to 45 mPa s, in particular of 22 to 41 mPa-s. Preference is given to polyvinyl alcohols having a degree of hydrolysis of> 65%, preferably> 70%, in particular> 75%.
Organische anionische Schutzkolloide sind Natriumalginat, Polymethacrylsäure und ihre Copolymerisate, die Copolymerisate des Sulfoethylacrylats und -methacrylats, Sulfopropylacrylats und -methacrylats, des N-(Sulfoethyl)-maleinimids, der 2-Organic anionic protective colloids are sodium alginate, polymethacrylic acid and their copolymers, the copolymers of sulfoethyl acrylate and methacrylate, sulfopropyl acrylate and methacrylate, N- (sulfoethyl) -maleimide, 2-
Acrylamido-2-alkylsulfonsäuren, Styrolsulfonsäure sowie der Vinylsulfonsäure. Bevorzugte organisch anionische Schutzkolloide sind Naphthalinsulfonsäure und Naphthalin- sulfonsäure-Formaldehyd-Kondensate sowie vor allem Polyacrylsäuren und Phenol- sulfonsäure-Formaldehyd-Kondensate.Acrylamido-2-alkylsulfonic acids, styrenesulfonic acid and vinylsulfonic acid. Preferred organic anionic protective colloids are naphthalenesulfonic acid and naphthalenesulfonic acid-formaldehyde condensates and above all polyacrylic acids and phenolsulfonic acid-formaldehyde condensates.
Als anorganische Schutzkolloide sind sogenannte Pickering-Systeme zu nennen, die eine Stabilisierung durch sehr feine feste Partikel ermöglichen und in Wasser unlöslich, aber dispergierbar sind oder unlöslich und nicht dispergierbar in Wasser, aber benetzbar von der lipophilen Substanz sind. Die Wirkweise und ihr Einsatz ist in der EP-A-1 029 018 sowie der EP-A-1 321 182 beschrieben, auf deren Inhalte ausdrücklich Bezug genommen wird. Ein Pickering-System kann dabei aus den festen Teilchen allein oder zusätzlich aus Hilfsstoffen bestehen, die die Dispergierbarkeit der Partikel in Wasser oder die Benetzbarkeit der Partikel durch die lipophile Phase verbessern.As inorganic protective colloids so-called Pickering systems are mentioned, which allow stabilization by very fine solid particles and are insoluble in water, but dispersible or insoluble and not dispersible in water, but wettable by the lipophilic substance. The mode of action and its use is described in EP-A-1 029 018 and EP-A-1 321 182, to the contents of which reference is expressly made. A Pickering system can consist of the solid particles alone or in addition of auxiliaries which improve the dispersibility of the particles in water or the wettability of the particles by the lipophilic phase.
Die anorganischen festen Partikel können Metallsalze sein, wie Salze, Oxide und Hydroxide von Calcium, Magnesium, Eisen, Zink, Nickel, Titan, Aluminium, Silicium, Barium und Mangan. Zu nennen sind Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumoxid, Calciumoxalat, Calciumcarbonat, Bariumcarbonat, Bariumsulfat, Titandioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid und Zinksulfid. Silikate, Bentonit, Hydroxyl- apatit und Hydrotalcite seien ebenfalls genannt. Besonders bevorzugt sind hochdisperse Kieselsäuren, Magnesiumpyrophosphat und Tricalciumphosphat.The inorganic solid particles may be metal salts, such as salts, oxides and hydroxides of calcium, magnesium, iron, zinc, nickel, titanium, aluminum, silicon, barium and manganese. These include magnesium hydroxide, magnesium carbonate, magnesium oxide, calcium oxalate, calcium carbonate, barium carbonate, barium sulfate, titanium dioxide, aluminum oxide, aluminum hydroxide and zinc sulfide. Silicates, bentonite, hydroxylapatite and hydrotalcites are also mentioned. Particularly preferred are highly disperse silicas, magnesium pyrophosphate and tricalcium phosphate.
Die Pickering-Systeme können sowohl zuerst in die Wasserphase gegeben werden, als auch zu der gerührten Emulsion von Öl-in-Wasser zugegeben werden. Manche feinen, festen Partikel werden durch eine Fällung hergestellt, wie in der EP-A-1 029 018, sowie der EP-A-1 321 182 beschrieben.The Pickering systems can both be added to the water phase first, as well as added to the stirred oil-in-water emulsion. Some fine, solid particles are produced by precipitation as described in EP-A-1 029 018 and EP-A-1 321 182.
Die hochdispersen Kieselsäuren können als feine, feste Teilchen in Wasser dispergiert werden. Es ist aber auch möglich, sogenannte kolloidale Dispersionen von Kieselsäure in Wasser zu verwenden. Solche kolloidale Dispersionen sind alkalische, wässrige Mischungen von Kieselsäure. Im alkalischen pH-Bereich sind die Partikel gequollen und in Wasser stabil. Für eine Verwendung dieser Dispersionen als Pickering-System ist es vorteilhaft, wenn der pH-Wert der Öl-in-Wasser Emulsion mit einer Säure auf pH 2 bis 7 eingestellt wird.The highly dispersed silicas can be dispersed as fine, solid particles in water. But it is also possible to use so-called colloidal dispersions of silica in water. Such colloidal dispersions are alkaline, aqueous mixtures of silica. In the alkaline pH range, the particles are swollen and stable in water. For use of these dispersions as Pickering system, it is advantageous if the pH of the oil-in-water emulsion is adjusted to pH 2 to 7 with an acid.
Im allgemeinen werden die Schutzkolloide in Mengen von 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 10 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf die Wasserphase. Für anorganische Schutzkolloide werden dabei bevorzugt Mengen von 0,5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Wasserphase, gewählt. Organische Schutzkolloide werden bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf die Wasserphase der E- mulsion.In general, the protective colloids are used in amounts of from 0.1 to 15% by weight, preferably from 0.5 to 10% by weight, based on the water phase. For inorganic protective colloids, preference is given to amounts of from 0.5 to 15% by weight, based on the aqueous phase. Organic protective colloids are preferably used in amounts of from 0.1 to 10% by weight, based on the water phase of the emulsion.
Gemäß einer Ausführungsform werden anorganische Schutzkolloide sowie ihre Mischungen mit organischen Schutzkolloiden bevorzugt.According to one embodiment, inorganic protective colloids and their mixtures with organic protective colloids are preferred.
Ferner ist es möglich, zur Costabilisierung Tenside, bevorzugt nichtionische Tenside zuzusetzen. Geeignete Tenside sind dem Ηandbook of Industrial Surfactants" zu entnehmen, auf dessen Inhalt ausdrücklich bezug genommen wird. Die Tenside können in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Wasserphase der Emulsion eingesetzt werden. Als Radikalstarter für die radikalisch ablaufende Polymerisationsreaktion können die üblichen Peroxo- und Azoverbindungen, zweckmäßigerweise in Mengen von 0,2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des oder der Monomere, eingesetzt werden.It is also possible to add surfactants, preferably nonionic surfactants, for costabilization. Suitable surfactants can be found in the "Handbook of Industrial Surfactants", the content of which is expressly referred to The surfactants can be used in an amount of from 0.01 to 10% by weight, based on the water phase of the emulsion. Radical initiators for the free-radical polymerization reaction which can be used are the customary peroxo and azo compounds, advantageously in amounts of from 0.2 to 5% by weight, based on the weight of the monomer (s).
Je nach Aggregatzustand des Radikalstarters und seinem Löslichkeitsverhalten kann er als solcher, bevorzugt jedoch als Lösung, Emulsion oder Suspension zugeführt werden, wodurch sich insbesondere kleine Stoffmengen Radikalstarter präziser dosieren lassen.Depending on the state of aggregation of the radical initiator and its solubility behavior, it can be fed as such, but preferably as a solution, emulsion or suspension, as a result of which, in particular, small amounts of radical initiator can be metered more precisely.
Als bevorzugte Radikalstarter sind tert.-Butylperoxoneodecanoat, tert-Preferred free-radical initiators are tert-butyl peroxoneodecanoate, tertiary
Amylperoxypivalat, Dilauroylperoxid, tert.-Amylperoxy-2-ethylhexanoat, 2,2'-Azobis- (2,4-dimethyl)valeronitril, 2,2'-Azobis-(2-methylbutyronitril), Dibenzoylperoxid, tert- Butylper-2-ethylhexanoat, Di-tert.-butylperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, 2,5- Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)hexan und Cumolhydroperoxid zu nennen.Amyl peroxypivalate, dilauroyl peroxide, tert-amyl peroxy-2-ethylhexanoate, 2,2'-azobis (2,4-dimethyl) valeronitrile, 2,2'-azobis (2-methylbutyronitrile), dibenzoyl peroxide, tert-butylper-2-yl ethylhexanoate, di-tert-butyl peroxide, tert-butyl hydroperoxide, 2,5-dimethyl-2,5-di- (tert-butylperoxy) hexane and cumene hydroperoxide.
Besonders bevorzugte Radikalstarter sind Di-(3,5,5-trimethylhexanoyl)-peroxid, 4,4'- Azobisisobutyronitril, tert.-Butylperpivalat und Dimethyl-2,2-azobisisobutyrat. Diese weisen eine Halbwertzeit von 10 Stunden in einem Temperaturbereich von 30 bis 1000C auf.Particularly preferred radical initiators are di (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide, 4,4'-azobisisobutyronitrile, tert-butyl perpivalate and dimethyl 2,2-azobisisobutyrate. These have a half-life of 10 hours in a temperature range of 30 to 100 0 C.
Weiterhin ist es möglich, zur Polymerisation dem Fachmann bekannte Regler in üblichen Mengen zuzusetzen, wie tert.-Dodecylmercaptan oder Ethylhexylthioglycolat.Furthermore, it is possible to add to the polymerization known to those skilled controller in conventional amounts, such as tert-dodecyl mercaptan or Ethylhexylthioglycolat.
Vorzugsweise wählt man die Dispergierbedingungen zur Herstellung der stabilen Öl- in-Wasser Emulsion in an sich bekannter Weise so, dass die Öltröpfchen die Größe der gewünschten Mikrokapseln haben.The dispersing conditions for preparing the stable oil-in-water emulsion are preferably chosen in a manner known per se such that the oil droplets have the size of the desired microcapsules.
In der Regel führt man die Polymerisation bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 1200C und vorzugsweise von 40 bis 95°C durch. Abhängig von der gewünschten Ii- pophilen Substanz ist die ÖI-in-Wasser-Emulsion bei einer Temperatur zu bilden, bei der das Kernmaterial flüssig/ölig ist. Entsprechend wird ein Radikalstarter gewählt, dessen Zerfallstemperatur oberhalb dieser Temperatur liegt, und führt die Polymerisation 2 bis 50 K oberhalb dieser Temperatur durch, so dass man gegebenenfalls Radikalstarter wählt, deren Zerfallstemperatur oberhalb des Schmelzpunkts der lipophilen Substanz liegt.In general, the polymerization is conducted at temperatures in the range of 20 to 120 0 C and preferably from 40 to 95 ° C. Depending on the desired lipophilic substance, the oil-in-water emulsion should be formed at a temperature at which the core material is liquid / oily. Accordingly, a radical initiator is chosen whose decomposition temperature is above this temperature, and carries out the polymerization 2 to 50 K above this temperature, so that optionally selects radical initiator whose decomposition temperature is above the melting point of the lipophilic substance.
Eine gängige Verfahrensvariante für lipophile Substanzen mit einem Schmelzpunkt bis etwa 600C ist eine Reaktionstemperatur beginnend bei 60°C, die im Verlauf der Reaktion auf 85°C erhöht wird. Vorteilhafte Radikalstarter haben eine 10-Stunden HaIb- wertszeit im Bereich von 45 bis 65°C wie tert.-Butylperpivalat. Nach einer weiteren Verfahrensvariante für lipophile Substanzen mit einem Schmelzpunkt oberhalb 600C wählt man ein Temperaturprogramm, welches bei entsprechend höheren Reaktionstemperaturen startet. Für Anfangstemperaturen um die 85°C wählt man Radikalstarter mit einer 10-Stunden Halbwertszeit im Bereich von 70 bis 900C, bevorzugt ist tert.-Butylper-2-ethylhexanoat.A common process variant for lipophilic substances with a melting point up to about 60 0 C is a reaction temperature starting at 60 ° C, which is increased in the course of the reaction to 85 ° C. Advantageous free radical initiators have a 10-hour shelf life in the range of 45 to 65 ° C, such as tert-butyl perpivalate. According to a further process variant for lipophilic substances having a melting point above 60 0 C, a temperature program is selected which starts at correspondingly higher reaction temperatures. For initial temperatures of around 85 ° C is chosen free-radical initiator with a 10-hour half-life in the range of 70 to 90 0 C, preferably tert-butyl per-2-ethylhexanoate.
Zweckmäßigerweise wird die Polymerisation bei Normaldruck vorgenommen, jedoch kann man auch bei vermindertem oder leicht erhöhtem Druck arbeiten z. B. bei einer Polymerisationstemperatur oberhalb 1000C, also etwa im Bereich von 0,5 bis 5 bar.Conveniently, the polymerization is carried out at atmospheric pressure, but you can work even at reduced or slightly elevated pressure z. B. at a polymerization temperature above 100 0 C, that is approximately in the range of 0.5 to 5 bar.
Die Reaktionszeiten der Polymerisation betragen normalerweise 1 bis 10 Stunden, meistens 2 bis 5 Stunden.The reaction times of the polymerization are normally 1 to 10 hours, usually 2 to 5 hours.
Eine vorteilhafte Verfahrensvariante unter Einsatz von Polyvinylalkohol und/oder teil- hydrolysiertem Polyvinylacetat ermöglicht eine vorteilhafte Verfahrensweise, gemäß der direkt bei erhöhter Temperatur dispergiert und polymerisiert wird.An advantageous process variant using polyvinyl alcohol and / or partially hydrolyzed polyvinyl acetate allows an advantageous procedure according to which is dispersed and polymerized directly at elevated temperature.
Im Anschluss an die eigentliche Polymerisationsreaktion bei einem Umsatz von 90 bis 99 Gew.-% ist es in der Regel vorteilhaft, die wässrigen Mikrokapseldispersionen weit- gehend frei von Geruchsträgern, wie Restmonomere und anderen flüchtigen organischen Bestandteilen zu gestalten. Dies kann in an sich bekannter Weise physikalisch durch destillative Entfernung (insbesondere über Wasserdampfdestillation) oder durch Abstreifen mit einem inerten Gas erreicht werden. Ferner kann es chemisch geschehen, wie in der WO 99/24525 beschrieben, vorteilhaft durch redoxinitiierte Polymerisa- tion, wie in der DE-A 44 35 423, DE-A 44 19 518 und DE-A 44 35 422 beschrieben.Following the actual polymerization reaction at a conversion of 90 to 99% by weight, it is generally advantageous to make the aqueous microcapsule dispersions largely free of odor carriers, such as residual monomers and other volatile organic constituents. This can be achieved physically in a manner known per se by distillative removal (in particular via steam distillation) or by stripping with an inert gas. Furthermore, it can be done chemically, as described in WO 99/24525, advantageously by redox-initiated polymerization, as described in DE-A 44 35 423, DE-A 44 19 518 and DE-A 44 35 422.
Man kann auf diese Weise Mikrokapseln mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,5 bis 100 μm herstellen, wobei die Teilchengröße in an sich bekannter Weise über die Scherkraft, die Rührgeschwindigkeit, das Schutzkolloid und seine Konzentra- tion eingestellt werden kann. Bevorzugt werden Mikrokapseln mit einem mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,5 bis 50 μm, bevorzugt 0,5 bis 30 μm, insbesondere 3 bis 7 μm (Z-Mittel mittels Lichtstreuung).It is possible in this way to produce microcapsules having a mean particle size in the range from 0.5 to 100 .mu.m, it being possible to adjust the particle size in a manner known per se by means of the shearing force, the stirring speed, the protective colloid and its concentration. Preference is given to microcapsules having an average particle diameter in the range from 0.5 to 50 .mu.m, preferably 0.5 to 30 .mu.m, in particular 3 to 7 .mu.m (Z agent by means of light scattering).
Es ist möglich, die Mikrokapseln mit Polyelektrolyt zu behandeln, was gegebenenfalls die Dichtigkeit der Kapseln noch verbessern kann. Verfahren zu ihrer Herstellung sowie geeignete Polyelektrolyte sind in älteren internationalen Anmeldung PCT/EP2007/056786 beschrieben, auf die ausdrücklich verwiesen wird.It is possible to treat the microcapsules with polyelectrolyte, which may even improve the tightness of the capsules. Processes for their preparation and suitable polyelectrolytes are described in earlier international application PCT / EP2007 / 056786, to which reference is expressly made.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Mikrokapseln lassen sich bevorzugt direkt als wässrige Dispersion zur Behandlung des Schaumstoffs verwenden. Es ist jedoch auch möglich, die Mikrokapseldispersion sprühzutrocken um ein Pulver zu erhalten. Die Sprühtrocknung sowie gegebenenfalls eingesetzte Sprühhilfsmittel sind in der WO 2006/053714 beschrieben, auf die ausdrücklich Bezug genommen sei.The microcapsules used according to the invention can preferably be used directly as an aqueous dispersion for the treatment of the foam. However, it is also possible to spray-dry the microcapsule dispersion to obtain a powder. The spray-drying and optionally used spray aids are described in WO 2006/053714, to which reference is expressly made.
Zur Herstellung der erfindungsgemäß modifizierten Polyurethanschaumstoffe wird ein offenzelliger Polyurethanschaumstoff mit einer Mikrokapseldispersion behandelt. Der hierbei eingesetzte offenzellige Polyurethanschaumstoff wird erhalten, indem man Diisocyanate bzw. Polyisocyanate (a) mit Polyolen (b) umsetzt.To prepare the modified polyurethane foams according to the invention, an open-celled polyurethane foam is treated with a microcapsule dispersion. The open-cell polyurethane foam used in this case is obtained by reacting diisocyanates or polyisocyanates (a) with polyols (b).
Neben den Komponenten Diisocyanate bzw. Polyisocyanate (a), Polyole (b) können zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Schaumstoffe noch folgende weitere, optionale Komponenten eingesetzt werden:In addition to the components diisocyanates or polyisocyanates (a), polyols (b), the following further optional components can also be used to prepare the foams used according to the invention:
(c) Katalysatoren (d) Treibmittel,(c) catalysts (d) blowing agent,
(e) Zusatzstoffe, wie z. B. Flammschutzmittel, Farbstoffe, Pigmente, Stabilisatoren, Füllstoffe und dergleichen.(e) additives, such as. As flame retardants, dyes, pigments, stabilizers, fillers and the like.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyurethanschaumstoffe werden aus im PoIy- urethanbereich üblichen Diisocyanaten bzw. Polyisocyanaten (a) aufgebaut. In Betracht kommen im allgemeinen aliphatische, cycloaliphatische, arylaliphatische und aromatische mehrwertige Di- oder Polyisocyanate. Bevorzugt werden die technisch gut zugänglichen, gegebenenfalls Urethangruppen aufweisenden, aromatischen Di- und Polyisocyanate wie 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat, sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, 2,2'- und 2,4'- und 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, Mischungen aus 2,2'- 2,4'-, 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanaten und Polyphenyl-polymethylen-polyisocyanaten (Roh-MDI) und Gemische aus Toluylen- diisocyanaten und Roh-MDI.The polyurethane foams used according to the invention are synthesized from diisocyanates or polyisocyanates (a) customary in the polyurethane range. Aliphatic, cycloaliphatic, arylaliphatic and aromatic polyfunctional di- or polyisocyanates are generally suitable. Preference is given to the industrially readily available, optionally urethane-containing, aromatic di- and polyisocyanates, such as 2,4- and 2,6-toluene diisocyanate, and any desired mixtures of these isomers, 2,2'- and 2,4'- and 4,4 '. Diphenylmethane diisocyanate and any mixtures of these isomers, mixtures of 2,2'-2,4'-, 4,4'-diphenylmethane diisocyanates and polyphenyl polymethylene polyisocyanates (crude MDI) and mixtures of toluene diisocyanates and Roh MDI.
Polyisocyanate (a) können auch in Form von Polyisocyanatprepolymeren eingesetzt werden. Diese Prepolymere sind dem Fachmann bekannt. Die Herstellung erfolgt auf an sich bekannte Weise, indem vorstehend beschriebene Di- oder Polyisocyanate (a), beispielsweise bei Temperaturen von etwa 800C, mit nachstehend beschriebenen Polyolen (b) zum Prepolymer umgesetzt werden. Das Polyol-Di- bzw. Polyisocyanat- Verhältnis wird im allgemeinen so gewählt, dass der NCO-Gehalt des Prepolymeren 8 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 24 Gew.-%, besonders bevorzugt 13 bis 23 Gew.-% beträgt.Polyisocyanates (a) can also be used in the form of polyisocyanate prepolymers. These prepolymers are known to the person skilled in the art. The preparation is carried out in a manner known per se, by reacting the above-described di- or polyisocyanates (a), for example at temperatures of about 80 ° C., with the polyols (b) described below to give the prepolymer. The polyol-di- or polyisocyanate ratio is generally chosen so that the NCO content of the prepolymer 8 to 25 wt .-%, preferably 10 to 24 wt .-%, particularly preferably 13 to 23 wt .-% is ,
Als Polyole (b) werden im allgemeinen Polyetheralkohole oder Polyesteralkohole ver- wendet. In Betracht kommen jedoch auch andere hydroxylgruppenhaltige Polymere, beispielsweise Polyesteramide und Polyacetale. Geeignete Polyesteralkohole werden zumeist durch Kondensation von mehrfunktionel- len Alkoholen, vorzugsweise Diolen, mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Hexandiol, mit mehrfunktionellen Carbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Adipinsäure und/oder Phthalsäure, hergestellt. Die eingesetzten Polyetheralkohole haben zumeist eine Funktionalität im Bereich von 2 bis 6, insbesondere 4 bis 3.As polyols (b), polyether alcohols or polyester alcohols are generally used. However, other hydroxyl-containing polymers, for example polyesteramides and polyacetals, are also suitable. Suitable polyester alcohols are usually prepared by condensation of polyfunctional alcohols, preferably diols, having 2 to 12 carbon atoms, preferably 2 to 6 carbon atoms, for example hexanediol, with polyfunctional carboxylic acids having 2 to 12 carbon atoms, for example adipic acid and / or phthalic acid. The polyether alcohols used usually have a functionality in the range from 2 to 6, in particular 4 to 3.
Bevorzugt werden als Polyole (b) Polyetheralkohole verwendet. Geeignete Polyetheralkohole sind nachstehend unter der Komponente (b-1 ) beschrieben.As polyols (b), polyether alcohols are preferably used. Suitable polyether alcohols are described below under component (b-1).
Im allgemeinen weisen die verwendeten Polyetherpolyole eine OH-Zahl von 15 bis 200, bevorzugt von 20 bis 120, besonders bevorzugt von 22 bis 90, und eine nominale Funktionalität von 2 bis 4, bevorzugt von 2,2 bis 2,9 auf.In general, the polyether polyols used have an OH number of from 15 to 200, preferably from 20 to 120, particularly preferably from 22 to 90, and a nominal functionality of from 2 to 4, preferably from 2.2 to 2.9.
Gegebenenfalls kann die Komponente (b) auch weitere Verbindungen mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Wasserstoffatomen enthalten, wobei diese Verbindungen bevorzugt zwei oder mehr reaktive Gruppen, ausgewählt aus OH-Gruppen, SH-Gruppen, NH-Gruppen, Nhb-Gruppen und CH-aciden Gruppen, wie z.B. ß-Diketo-Gruppen, im Molekül tragen. Je nach Vorhandensein dieser Verbindungen in der Komponente (b) umfasst im Rahmen dieser Erfindung der Begriff Polyurethane allgemein Polyisocya- nat-Polyadditionsprodukte, beispielsweise auch Polyharnstoffe.Optionally, component (b) may also comprise further compounds with isocyanate-reactive hydrogen atoms, these compounds preferably having two or more reactive groups selected from OH groups, SH groups, NH groups, Nhb groups and CH-acidic groups, such as ß-diketo groups, carry in the molecule. Depending on the presence of these compounds in component (b), in the context of this invention the term polyurethanes generally comprises polyisocyanate polyaddition products, for example also polyureas.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Polyole (b) die Bestandteile (b-1 ) Polyetherpolyole mit einer OH-Zahl von 15 bis 200 und (b-2) Polymerpolyole.In a preferred embodiment, the polyols (b) include components (b-1) polyether polyols having an OH number of from 15 to 200 and (b-2) polymer polyols.
Die eingesetzten Polyetherpolyole (b-1 ) werden im allgemeinen nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch anionische Polymerisation mit Alkalihydroxiden, wie Nat- rium- oder Kaliumhydroxid oder Alkalialkoholaten, wie Natriummethylat, Natrium- oder Kaliumethylat oder Kaliumisopropylat als Katalysatoren und unter Zusatz mindestens eines Startermoleküls, das 2 bis 4 reaktive Wasserstoffatome gebunden enthält, oder durch kationische Polymerisation mit Lewis-Säuren, wie Antimonpentachlorid, Borfluo- rid-Etherat u.a. oder Bleicherde als Katalysatoren aus einem oder mehreren Alkylen- oxiden, ausgewählt aus Propylenoxid (PO) und Ethylenoxid (EO), hergestellt.The polyether polyols (b-1) used are generally prepared by known processes, for example by anionic polymerization with alkali metal hydroxides, such as sodium or potassium hydroxide or alkali metal alkoxides, such as sodium methylate, sodium or potassium ethylate or potassium isopropoxide as catalysts and with addition of at least one starter molecule, containing 2 to 4 reactive hydrogen atoms bound, or by cationic polymerization with Lewis acids, such as antimony pentachloride, borofluoro etherate and others or bleaching earth as catalysts of one or more alkylene oxides, selected from propylene oxide (PO) and ethylene oxide (EO) prepared.
Als Polyetherpolyole (b-1) können weiterhin sogenannte niedrig ungesättigte Polyetherpolyole verwendet werden. Unter niedrig ungesättigten Polyolen werden im Rahmen dieser Erfindung insbesondere Polyetheralkohole mit einem Gehalt an ungesättig- ten Verbindungen von kleiner als 0,02 meq/g, bevorzugt kleiner als 0,01 meq/g, verstanden. Derartige Polyetheralkohole werden durch Anlagerung von Ethylenoxid und/oder Propylenoxid und Mischungen daraus, an mindestens difunktionelle Alkohole in Gegenwart von sogenannten Doppelmetallcyanidkatalysatoren hergestellt.As polyether polyols (b-1), so-called low-unsaturated polyether polyols can be further used. In the context of this invention, low-unsaturated polyols are understood as meaning, in particular, polyether alcohols having an unsaturated compound content of less than 0.02 meq / g, preferably less than 0.01 meq / g. Such polyether alcohols are prepared by addition of ethylene oxide and / or propylene oxide and mixtures thereof, prepared at least difunctional alcohols in the presence of so-called double metal cyanide catalysts.
Die Alkylenoxide können einzeln, alternierend nacheinander oder als Mischungen ver- wendet werden. Der Einsatz eines EO/PO-Gemisches führt zu einem Polyetherpolyol mit statistischer PO/EO-Einheiten-Verteilung. Es ist möglich, zunächst ein PO7EO- Gemisch einzusetzen und dann, vor Abbruch der Polymerisation, nur noch PO oder EO zu verwenden, dann erhält man ein Polyetherpolyol mit PO- bzw. EO-Endcap.The alkylene oxides can be used individually, alternately one after another or as mixtures. The use of an EO / PO mixture leads to a polyether polyol with random PO / EO unit distribution. It is possible first to use a PO7EO mixture and then, before termination of the polymerization, to use only PO or EO, then a polyether polyol with PO or EO endcap is obtained.
Als Startermoleküle kommen in der Polyurethanchemie übliche Startermoleküle in Betracht, wie in der DE 10 2004 031 529 erwähnt, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.Suitable starter molecules are customary starter molecules in polyurethane chemistry, as mentioned in DE 10 2004 031 529, to which reference is expressly made.
Die Polyetherpolyole liegen einzeln oder in Form eines Gemisches aus zwei oder mehr der vorstehend genannten Polyetherpolyolen vor.The polyether polyols are present individually or in the form of a mixture of two or more of the aforementioned polyether polyols.
Als Bestandteil (b-2) werden sogenannte Polymerpolyole, die auch häufig als Graft- Polyole bezeichnet werden, eingesetzt. Diese Polymerpolyole werden üblicherweise durch radikalische Polymerisation von geeigneten olefinischen Monomeren, beispiels- weise Styrol, Acrylnitril, Acrylaten und/oder Acrylamid, in einem als Pfropfgrundlage dienenden Polyetherol hergestellt. Die Seitenketten entstehen im allgemeinen durch Übertragung der Radikale von wachsenden Polymerketten auf Polyetherpolyole. Das Polymer-Polyol enthält neben dem Propfcopolymerisaten überwiegend die Homopoly- mere der Olefine, dispergiert in unverändertem Polyetherol.As component (b-2) so-called polymer polyols, which are also often referred to as graft polyols used. These polymer polyols are usually prepared by free-radical polymerization of suitable olefinic monomers, for example styrene, acrylonitrile, acrylates and / or acrylamide, in a polyetherol which serves as a graft base. The side chains are generally formed by transferring the radicals from growing polymer chains to polyether polyols. In addition to the graft copolymer, the polymer polyol predominantly contains the homopolymers of the olefins dispersed in unchanged polyetherol.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Monomere Acrylnitril, Styrol, insbesondere Styrol und Acrylnitril im Verhältnis zwischen 1 :1 bis 3:1 , sowie gegebenenfalls in Gegenwart weiterer Monomerer, eines Makromers, eines Moderators und unter Einsatz eines Radikal-Initiators, meist Azo- oder Peroxidverbindungen, in einem Polyethe- rol bzw. Polyesterol als kontinuierlicher Phase hergestellt.In a preferred embodiment, acrylonitrile, styrene, in particular styrene and acrylonitrile in the ratio between 1: 1 to 3: 1, and optionally in the presence of other monomers, a macromer, a moderator and using a radical initiator, usually azo or as monomers Peroxide compounds, in a Polyether- rol or polyesterol produced as a continuous phase.
Als Trägerpolyetherole kommen üblicherweise Verbindungen mit einer Hydroxylgruppen-Funktionalität von 1 ,8 bis 8, vorzugsweise 2 bis 3, einer Hydroxylzahl von 20 bis 100 mg KOH/g, bevorzugt 25 bis 70 mg KOH/g, hergestellt durch anionische, kationi- sehe oder neutrale Polymerisation (DMC) von Alkylenoxiden, bevorzugt Ethylen- und/oder Propylenoxid in Betracht.As carrier polyetherols are usually compounds having a hydroxyl group functionality of 1, 8 to 8, preferably 2 to 3, a hydroxyl value of 20 to 100 mg KOH / g, preferably 25 to 70 mg KOH / g, prepared by anionic, cationic see or neutral polymerization (DMC) of alkylene oxides, preferably ethylene and / or propylene oxide into consideration.
Makromere, auch als Stabilisatoren bezeichnet, sind lineare oder verzweigte Polyole mit zahlenmittleren Molekulargewichten von bis zu 2000 g/mol, die mindestens eine endständige, reaktionsfähige olefinische ungesättigte Gruppe enthalten. Die ethyle- nisch ungesättigte Gruppe kann über Reaktion mit Anhydriden (Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure), Acrylat- und Methacrylat-Derivaten sowie Isocyanat-Derivaten,wie 3-lso- propenyl-1 ,1-dimethylbenzyl-isocyanate, Isocyanato-ethylmethacrylate, an ein bereits bestehendes Polyol eingefügt werden.Macromers, also referred to as stabilizers, are linear or branched polyols having number average molecular weights of up to 2000 g / mol and containing at least one terminal, reactive olefinic unsaturated group. The ethylenically unsaturated group can be synthesized by reaction with anhydrides (maleic anhydride, fumaric acid), acrylate and methacrylate derivatives and isocyanate derivatives, such as 3-iso-unsaturated propenyl-1, 1-dimethylbenzyl isocyanates, isocyanato-ethyl methacrylates, are added to an existing polyol.
Während der radikalischen Polymerisation werden die Makromere mit in die Copoly- merkette eingebaut. Dadurch bilden sich Blockcopolymere mit einem Polyether- und einem Poly-acrylnitril-styrol-Block, welche in der Grenzfläche von kontinuierlicher Phase und dispergierter Phase als Phasenvermittler wirken und das Agglomerieren der Polymerpolyolpartikel unterdrücken. Der Anteil der Makromere beträgt üblicherweise 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung des Polymerpoly- ols eingesetzten Monomere.During radical polymerization, the macromers are incorporated into the copolymer chain. This forms block copolymers with a polyether and a poly-acrylonitrile-styrene block which act as phase mediators in the interface of continuous phase and dispersed phase and suppress the agglomeration of the polymer polyol particles. The proportion of macromers is usually 1 to 15 wt .-%, based on the total weight of the monomers used for the preparation of the polymer polyol.
Zur Herstellung von Polymerpolyolen werden üblicherweise Moderatoren, auch als Kettenüberträger bezeichnet, eingesetzt, wie in DE 10 2004 031 529 erwähnt, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.For the preparation of polymer polyols, modifiers, also referred to as chain transfer agents, are usually used, as mentioned in DE 10 2004 031 529, to which reference is expressly made.
Zur Initiierung der radikalischen Polymerisation werden übliche Initiatoren in üblichen Mengen eingesetzt, wie in der DE 10 2004 031 529 erwähnt, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.To initiate the free-radical polymerization, customary initiators are used in conventional amounts, as mentioned in DE 10 2004 031 529, to which reference is expressly made.
Die radikalische Polymerisation zur Herstellung von Polymerpolyolen wird aufgrund der Reaktionsgeschwindigkeit der Monomere sowie der Halbwertszeit der Initiatoren üblicherweise bei Temperaturen von 70 bis 1500C und einem Druck bis zu 20 bar durchgeführt. Bevorzugte Reaktionsbedingungen zur Herstellung von Polymerpolyolen sind Temperaturen von 80 bis 1400C bei einem Druck von Atmosphärendruck bis 15 bar.The free radical polymerization for the preparation of polymer polyols is usually carried out at temperatures of 70 to 150 0 C and a pressure up to 20 bar due to the reaction rate of the monomers and the half life of the initiators. Preferred reaction conditions for the preparation of polymer polyols are temperatures of 80 to 140 0 C at a pressure of atmospheric pressure to 15 bar.
Polymerpolyole werden in kontinuierlichen Verfahren, unter Einsatz von Rührkesseln mit kontinuierlichem Zu- und Ablauf, Rührkesselkaskaden, Rohrreaktoren und Loopreaktoren mit kontinuierlichem Zu- und Ablauf, oder in diskontinuierlichen Verfahren, mittels eines Batch Reaktors oder eines Semi-Batch Reaktors, hergestellt.Polymer polyols are made in continuous processes using continuous feed and off-stream stirred tanks, stirred tank cascades, tubular reactors and loop reactors with continuous feed and drain, or in batch processes by means of a batch reactor or a semi-batch reactor.
Die Polymerpolyole (b-2) werden vorzugsweise im Gemisch mit Polyetherpolyolen (b-1 ), verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Polymerpolyol (b-2) in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-%, bevorzugt von 6 bis 18 Gew.-%, besonders bevorzugt von 8 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponente (b), vorThe polymer polyols (b-2) are preferably used in admixture with polyether polyols (b-1). In a preferred embodiment, the polymer polyol (b-2) is in an amount of 5 to 20 wt .-%, preferably from 6 to 18 wt .-%, particularly preferably from 8 to 15 wt .-%, based on the total weight of Component (b), before
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Polyolkomponente (b) des weiteren Vernetzungsmittel als Bestandteil (b-3). Als Vernetzungsmittel geeignet sind beispielsweise Polyole, bevorzugt Polyetherpolyole, mit einer nominalen Funktionalität von mehr als 2, bevorzugt von 3 bis 4, und mit einer OH-Zahl von mehr als 200 bis 2000, bevorzugt von 500 bis 1200. Üblicherweise liegen Vernetzungsmittel (b-3) in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt von 0,5 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt von 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponente (b), vor.In a preferred embodiment, the polyol component (b) further contains crosslinking agent as component (b-3). Suitable crosslinking agents are, for example, polyols, preferably polyether polyols, having a nominal functionality of more than 2, preferably from 3 to 4, and having an OH number of more than 200 to 2000, preferably 500 to 1200. Usually, crosslinking agents (b-3) are in an amount of from 0.1 to 5% by weight, preferably from 0.5 to 4% by weight, more preferably from 1 to 3% by weight, based on the total weight of Component (b), before.
Als Katalysatoren (c) für die Herstellung der erfindungsgemäß geeigneten Polyurethanschaumstoffe können die üblichen und bekannten Polyurethanbildungskatalysatoren eingesetzt, beispielsweise organische Zinnverbindungen, wie Zinndiacetat, Zinn- dioctoat, Dialkylzinndilaurat, und/oder stark basische Amine wie Triethylamin, Penta- methyldiethylentriamin, Tetramethyldiaminoethylether, 1 ,2-Dimethylimidazol, Dimethyl- cyclohexylamin, Dimethylbenzylamin oder vorzugsweise Triethylendiamin. Die Katalysatoren werden vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Isocyanate, eingesetzt.As catalysts (c) for the preparation of the polyurethane foams suitable according to the invention it is possible to use the customary and known polyurethane-forming catalysts, for example organic tin compounds, such as tin diacetate, tin dioctoate, dialkyltin dilaurate, and / or strongly basic amines, such as triethylamine, pentamethyldiethylenetriamine, tetramethyldiaminoethyl ether, 2-dimethylimidazole, dimethylcyclohexylamine, dimethylbenzylamine or, preferably, triethylenediamine. The catalysts are preferably used in an amount of 0.01 to 5 wt .-%, preferably 0.05 to 2 wt .-%, based on the weight of the isocyanates.
Als Treibmittel (d) zur Herstellung der erfindungsgemäß geeigneten Polyurethan- Schaumstoffe wird bevorzugt Wasser eingesetzt, das mit den Isocyanatgruppen unter Freisetzung von Kohlendioxid reagiert. Gemeinsam mit oder an Stelle von Wasser können auch physikalisch wirkende Treibmittel, beispielsweise Flüssig-Cθ2, Kohlenwasserstoffe, wie n-, iso- oder Cyclopentan, oder halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Dichlormethan, Tetrafluorethan, Pentafluorpropan, Heptafluorpropan, Pentafluorbutan, Hexafluorbutan, Dichlor-monofluorethan, Ketone wie z.B. Aceton oder Acetale wie z.B. Methylal 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.-%, bezogen auf das Gewicht der Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen.As propellant (d) for the production of the polyurethane foams suitable according to the invention it is preferred to use water which reacts with the isocyanate groups with liberation of carbon dioxide. Together with or in place of water, it is also possible to use physically active blowing agents, for example liquid CO 2, hydrocarbons, such as n-, iso- or cyclopentane, or halogenated hydrocarbons, such as dichloromethane, tetrafluoroethane, pentafluoropropane, heptafluoropropane, pentafluorobutane, hexafluorobutane, dichloromonofluoroethane, Ketones such as Acetone or acetals, e.g. Methylal be used. 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 .-%, based on the weight of the compounds having at least two active hydrogen atoms.
Als Hilfsmittel und/oder Zusatzstoffe (e) können beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, Schaumstabilisatoren, Zellregler, äußere und innere Trennmittel, Füllstoffe, Pigmente, Hydrolyseschutzmittel sowie fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Substanzen eingesetzt werden.As auxiliaries and / or additives (e), it is possible to use, for example, surface-active substances, foam stabilizers, cell regulators, external and internal release agents, fillers, pigments, hydrolysis protection agents and fungistatic and bacteriostatic substances.
Die Herstellung der für die Modifizierung geeigneten Polyurethanschaumstoffe erfolgt vorzugsweise nach dem one-shot-Verfahren, beispielsweise mit Hilfe der Hochdruckoder 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.The preparation of the polyurethane foams suitable for the modification is preferably carried out 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.
Besonders vorteilhaft ist es, nach dem sogenannten Zweikomponentenverfahren zu arbeiten, bei dem, wie oben ausgeführt, eine Polyol- und eine Isocyanatkomponente hergestellt und miteinander verschäumt werden. Die Komponenten werden vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 15 bis 90 0C, vorzugsweise 20 bis 60 0C und besonders bevorzugt 20 bis 35 0C vermischt und in das Formwerkzeug, beziehungsweise auf die Bandstraße gebracht. Die Temperatur im Formwerkzeug liegt zumeist im Bereich von 20 und 1 10 0C, vorzugsweise 30 bis 60 0C und besonders bevorzugt 35 bis 55 0C.It is particularly advantageous to use the so-called two-component method in which, as stated above, a polyol and an isocyanate component are produced and foamed together. The components are preferably at a temperature in the range of 15 to 90 0 C, preferably 20 to 60 0 C. and particularly preferably 20 to 35 0 C mixed and brought into the mold, or on the belt line. The temperature in the mold is usually in the range of 20 and 1 10 0 C, preferably 30 to 60 0 C and particularly preferably 35 to 55 0 C.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Schaumstoffe - also vor ihrer Modifizierung - können ein Raumgewicht von 5 - 100 kg/m3 aufweisen. Bevorzugt werden Schaumstoffe geringer Dichte beispielsweise von 5 - 25 kg/m3, besonders bevorzugt von 10 - 20 kg/m3 und insbesondere von 14 - 20 kg/m3 gewählt. Die Herstellung von Schaumstof- fen geringer Dichte ist dem Fachmann bekannt, beispielsweise durch direkte Zuführung der als (d) beschriebenen physikalischen Treibmittel (physikalische Treibmittel) zum Mischkopf der Polyurethanverarbeitungsmaschine oder durch vorherige Abmi- schung der Treibmittel (d) mit den Polyolen (b). Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Schaumstoffen mit Raumgewichten unter 20 kg/m3 besteht in einem speziel- len Schäumverfahren unter Anwendung von reduziertem Druck. Bei diesem Verfahren, welches dem Fachmann unter der Bezeichnung VPF (Variable Pressure Foaming)- Verfahren bekannt ist, erfolgt die kontinuierliche Schaumherstellung unter Anwendung eines Vakuums in einer gekapselten Polyurethanverarbeitungsmaschine. Alternativ kann bei der diskontinuierlichen Herstellung das noch flüssige Polyurethangemisch vor dem Aufschäumen in eine Box abgelassen werden und diese Box in eine Druckkammer geschoben werden. Das Aufschäumen erfolgt dann ebenfalls unter Anwendung eines Vakuums, wodurch geringere Raumgewichte erhalten werden.The foams used according to the invention - ie before their modification - may have a density of 5-100 kg / m 3 . Preferably low-density foams are selected, for example, from 5 to 25 kg / m 3 , particularly preferably from 10 to 20 kg / m 3 and in particular from 14 to 20 kg / m 3 . The production of foams of low density is known to the person skilled in the art, for example by direct delivery of the physical blowing agents (physical blowing agents) described as (d) to the mixing head of the polyurethane processing machine or by prior mixing of the blowing agents (d) with the polyols (b). , Another possibility for the production of foams with densities below 20 kg / m 3 consists in a special foaming process using reduced pressure. In this process, which is known to those skilled in the art under the name of VPF (Variable Pressure Foaming) process, the continuous foam production is carried out using a vacuum in an encapsulated polyurethane processing machine. Alternatively, in the batchwise preparation, the still-liquid polyurethane mixture can be discharged into a box before foaming and this box can be pushed into a pressure chamber. The foaming is then also carried out using a vacuum, whereby lower volume weights are obtained.
Erfindungsgemäß werden offenzellige Schaumstoffe eingesetzt. Unter offenzelligen Schaumstoffen sind solche zu verstehen, die eine Luftdurchlässigkeit bestimmt nach DIN EN ISO 7231 (Verfahren zur Bestimmung der Luftdurchlässigkeit bei konstantem Druck) von > 2 dm3/s, bevorzugt > 2,5 dm3/s aufweisen.According to the invention open-cell foams are used. Open-celled foams are those which have an air permeability determined in accordance with DIN EN ISO 7231 (method for determining the air permeability at constant pressure) of> 2 dm 3 / s, preferably> 2.5 dm 3 / s.
Die Herstellung von offenzelligen Schaumstoffen ist dem Fachmann bekannt. So kann man offenzellige Schaumstoffe sowohl auf chemischen Wege wie auch auf physikalischem Wege herstellen. Man erhält sie beispielsweise, indem man dem Reaktionsgemisch zellöffnende Verbindungen, beispielsweise Polyolen mit einem hohen Gehalt an Ethylenoxid, zusetzt. Ferner werden sie durch Zusatz eines Schaumstabilisators mit geringer Oberflächenaktivität erhalten, beispielsweise einem auf Silikonbasis. Eine weitere Möglichkeit offenzellige Schaumstoffe zu erhalten, ist die Variation der Katalyse, beispielsweise, indem der Anteil an Katalysator (c) auf Metallbasis, reduziert wird. Beispielsweise führt in Verfahren mit Zinndioctoat als Katalysator eine Erhöhung des Anteiles an Polymerpolyol (b-2) durch die darin enthaltenen SAN-Partikel (Styrol- Acrylnitril-Copolymere) ebenfalls zu offenzelligeren Schaumstoffen.The production of open-cell foams is known to the person skilled in the art. Thus, open-cell foams can be produced both chemically and physically. They are obtained, for example, by adding cell-opening compounds, for example polyols having a high content of ethylene oxide, to the reaction mixture. Further, they are obtained by adding a foam stabilizer having a low surface activity, for example, a silicone base. Another way to obtain open-celled foams is by varying the catalysis, for example, by reducing the proportion of metal-based catalyst (c). For example, in processes with tin dioctoate as catalyst, an increase in the proportion of polymer polyol (b-2) by the SAN particles (styrene-acrylonitrile copolymers) contained therein likewise leads to open-celled foams.
Weiterhin können Schaumstoffe über ein physikalisches Verfahren nachträglich in offenzellige Schaumstoffe modifiziert werden. Bei dem dem Fachmann unter dem Begriff Retikulieren bekannten Verfahren werden die Zellen des Schaumstoffes in einer Explosionskammer mit einem Knallgasgemisch zerborsten.Furthermore, foams can be subsequently modified into open-cell foams by a physical process. In the person skilled in the term Reticulate known methods, the cells of the foam are burst in an explosion chamber with a blast gas mixture.
Zur erfindungsgemäßen Modifizierung geeignete Schaumstoffe weisen üblicherweise Zellgrößen in Bereich von 50 bis 2000 μm, bevorzugt von 200 bis 1200 μm und besonders bevorzugt von 400 bis 800 μm auf. Die Zellgrößen und die Verteilung der Zellgröße lässt sich, wie dem Fachmann bekannt, durch maschinelle Einstellung oder chemische Variation beeinflussen, beispielsweise durch Veränderung des Mischkammerdruckes, der Rührgeschwindigkeit, der Wahl des Rührertyps und Luftzufuhr in die Misch- kammer sowie durch Begasung der Polyole oder Isocyanate mit Intergasen wie Stickstoff. Ebenso lässt sich die Zellgröße und die Regelmäßigkeit der Zellstruktur auch durch Wahl des Schaumstabilisators auf Silikonbasis und den Metallkatalysator beeinflussen.Foams suitable for the modification according to the invention usually have cell sizes in the range from 50 to 2000 .mu.m, preferably from 200 to 1200 .mu.m and particularly preferably from 400 to 800 .mu.m. The cell size and the distribution of the cell size can, as known in the art, be influenced by mechanical adjustment or chemical variation, for example by changing the mixing chamber pressure, the stirring speed, the choice of stirrer type and air supply to the mixing chamber and by gassing the polyols or isocyanates with intergass such as nitrogen. Likewise, the cell size and the regularity of the cell structure can also be influenced by the choice of the silicone-based foam stabilizer and the metal catalyst.
Bevorzugt wird für die Modifizierung mit Mikrokapseln ein Polyurethanweichschaumstoff gewählt. Polyurethanweichschaumstoffe weisen eine Zugfestigkeit von > 50 kPa bis auf. Bevorzugt werden Polyurethanweichschaumstoffe gewählt, die eine Zugfestigkeit im Bereich von 100 bis 250 kPa und besonders bevorzugt von 150 kPa 250 kPa haben.Preferably, a flexible polyurethane foam is selected for the modification with microcapsules. Flexible polyurethane foams have a tensile strength of> 50 kPa up. Polyurethane flexible foams are preferably selected which have a tensile strength in the range from 100 to 250 kPa and particularly preferably 150 kPa 250 kPa.
Die Schaumstoffe können nach ihrer Herstellung, also vor der Modifizierung, mittels Horizontal- oder Vertikal-Schneideanlagen konfektioniert werden und in Rollenware geschnitten werden. Bevorzugt werden die Schaumstoffe in Dicken von 1 - 100 mm, bevorzugt 3 - 50 mm, besonders bevorzugt 3 - 30 mm geschnitten. In diesen Dicken eignen sie sich beispielsweise hervorragend als Matratzenauflage.The foams can be made up after their production, ie before the modification, by means of horizontal or vertical cutting systems and cut into rolls. The foams are preferably cut in thicknesses of 1 to 100 mm, preferably 3 to 50 mm, particularly preferably 3 to 30 mm. In these thicknesses, for example, they are ideal as a mattress pad.
Zur Herstellung der erfindungsgemäß modifizierten Polyurethanschaumstoffe wird ein offenzelliger Schaumstoff mit einer Mikrokapseldispersion behandelt. Vorzugsweise wird dabei der Schaumstoff mit der Mikrokapseldispersion imprägniert. Dies kann bei- spielsweise erfolgen, indem der Schaumstoff durch ein Bad enthaltend eine Mikrokapseldispersion geführt wird, anschließend abgepresst wird und dann getrocknet wird. Hierzu kann eine Dispersion von Mikrokapselpulver in Wasser und/oder mit Wasser mischbaren Lösungsmittel eingesetzt werden oder die direkt aus dem Mikroverkapse- lungsverfahren erhaltene wässrige Mikrokapseldispersion. Bevorzugt werden die be- reits konfektionierten Schaumstoffe mit der Mikrokapseldispersion imprägniert.To prepare the modified polyurethane foams according to the invention, an open-cell foam is treated with a microcapsule dispersion. Preferably, the foam is impregnated with the microcapsule dispersion. This can be done, for example, by passing the foam through a bath containing a microcapsule dispersion, then pressing it off and then drying it. For this purpose, a dispersion of microcapsule powder in water and / or water-miscible solvent can be used or the aqueous microcapsule dispersion obtained directly from the microencapsulation process. Preferably, the ready-made foams are impregnated with the microcapsule dispersion.
Als Dispergiermittel für die Mikrokapseln sind Wasser und/oder mit Wasser mischbare Lösungsmittel sowie ihre Mischungen zur Imprägnierung bzw. Tränkung geeignet. Unter mit Wasser mischbar sind dabei Lösungsmittel zu verstehen, die bis zu einer Men- ge von 20 Gew.-% bezogen auf die Mischung aus Wasser und Lösungsmittel bei 25°C und 1 bar mit Wasser mischbar sind. Geeignete mit wasser mischbare Lösungsmittel sind beispielsweise Alkohole, wie Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, Butanol, Glycerin, Cyclohexanol, Polypropylenglykole, Polyethylenglykole, höhermolekulare Polyole wie die oben genannten erfindungsgemäßen Polyole (b), Ketone wie Aceton, und Methylethylylketon, Ether wie Tetrahydrofuran und Dioxan sowie Ester wie z. B. Methyl- und Ethylacetat.Water and / or water-miscible solvents and their mixtures for impregnation or impregnation are suitable as dispersants for the microcapsules. Water-miscible solvents are to be understood as being miscible with water up to a quantity of 20% by weight, based on the mixture of water and solvent at 25 ° C. and 1 bar. Suitable water-miscible solvents are, for example, alcohols, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol, Glycerol, cyclohexanol, polypropylene glycols, polyethylene glycols, higher molecular weight polyols such as the above-mentioned inventive polyols (b), ketones such as acetone, and methyl ethyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and esters such. For example, methyl and ethyl acetate.
Bevorzugt werden Alkohole und/oder Wasser und besonders bevorzugt Wasser eingesetzt.Alcohols and / or water and particularly preferably water are preferably used.
Gemäß einer Variante können der wässrigen Mikrokapseldispersion auch Bindemittel zugesetzt werden. Geeignete Bindemittel sind beispielsweise filmformende Polymere mit einer Glasübergangstemperatur im Bereich von -45 bis 45°C vorzugsweise -30 bis 12°C. Geeignet sind beispielsweise Acrylate, PU-Dispersionen und Harze, die gegebenenfalls noch reaktive Gruppen zur nachträglichen Härtung aufweisen. Derartige Bindemittel sind beispielsweise der WO 98/46669 zu entnehmen, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.According to one variant, binders may also be added to the aqueous microcapsule dispersion. Suitable binders are, for example, film-forming polymers having a glass transition temperature in the range of -45 to 45 ° C, preferably -30 to 12 ° C. Suitable examples are acrylates, PU dispersions and resins, which optionally still have reactive groups for subsequent curing. Such binders can be found, for example, in WO 98/46669, to which reference is expressly made.
Der Feststoffgehalt der Mikrokapseldispersion beträgt 10 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%.The solids content of the microcapsule dispersion is 10 to 80 wt .-%, preferably 20 to 60 wt .-% and particularly preferably 30 to 50 wt .-%.
Die Formulierung zum Tränken des Schaumstoffes kann darüber hinaus noch bis 50 Gew.-% bevorzugt bis zu 30 Gew.-% Bindemittel (fest) bezogen auf die Gesamtformulierung enthalten. Desweiteren können Tenside oder Dispergiermittel sowie Entschäumer der Formulierung zugesetzt werden.The formulation for impregnating the foam may additionally contain up to 50% by weight, preferably up to 30% by weight, of binder (solid) based on the total formulation. Furthermore, surfactants or dispersants and defoamers can be added to the formulation.
Das Tränken des Schaumstoffes mit der Mikrokapseldispersion kann diskontinuierlich oder kontinuierlich, bevorzugt jedoch kontinuierlich erfolgen, wobei der zu tränkende Schaumstoff als Rollenware mit einer Breite von 50 - 3000 mm und mit einer Dicke von 1 - 100 mm, bevorzugt 3 - 50, besonders bevorzugt 3 - 30 mm durch eine Wanne mit variablem Volumen, in der Regel 300 - 600 I geführt wird. Diese Wanne besitzt eine automatische Füllstandskontrolle. Der Schaumstoff wird dabei unter leichter Vorspannung über Leitrollen durch die Mikrokapseldispersion geführt. Die Verweilzeit des Schaumstoffes in der Mikrokapseldispersion beträgt einige Sekunden und wird über die Geschwindigkeit des Rollenantriebes geregelt. Beim Austreten des getränkten Schaumstoffes aus der Imprägnierwanne durchläuft dieser anschließend ein Walzen- paar (Foulard), durch das überschüssige Mikrokapseldispersion abgepresst werden kann. Die prozentuale Aufnahme an mikroverkapseltem Latentwärmespeichermaterial im Schaumstoff wird durch einfache Variation des Spaltmaßes dieses Walzenpaares gesteuert werden. Das Spaltmaß ist dabei abhängig von der Schaumstoffdicke.The impregnation of the foam with the microcapsule dispersion may be carried out batchwise or continuously, but preferably continuously, wherein the foam to be impregnated as roll goods having a width of 50 to 3000 mm and a thickness of 1 to 100 mm, preferably 3 to 50, particularly preferably 3 - 30 mm through a variable volume trough, typically 300 - 600 l. This tub has an automatic level control. The foam is guided under slight bias via guide rollers through the microcapsule dispersion. The residence time of the foam in the microcapsule dispersion is a few seconds and is controlled by the speed of the roller drive. When the impregnated foam emerges from the impregnating trough, it then passes through a pair of rollers (padder), through which excess microcapsule dispersion can be pressed out. The percentage uptake of microencapsulated latent heat storage material in the foam will be controlled by simply varying the gap size of this pair of rollers. The gap is dependent on the foam thickness.
Anschließend wird die imprägnierte Rollenware durch eine Trocknungseinheit geführt, wobei in der Regel Bandtrockner eingesetzt werden, bei denen heiße Luft über den Schaumstoff geleitet wird. Die Trocknungstemperatur kann dabei je nach Verweilzeit zwischen 50 0C und 160 0C variiert werden.Subsequently, the impregnated roll goods is passed through a drying unit, wherein usually belt dryers are used, in which hot air over the Foam is passed. The drying temperature can be varied depending on the residence time between 50 0 C and 160 0 C.
Gemäß diesem Verfahren erhält man die erfindungsgemäß modifizierten Polyurethanschaumstoffe umfassend 5 - 70 kg Mikrokapseln in einem m3 Schaumstoff. Bevorzugt werden modifizierte Polyurethanschaumstoffe umfassend 20 bis 65 kg, insbesondere 30 bis 60 kg Mikrokapseln pro m3 Schaumstoff. Derartige Konzentrationen zeigen als Matratzenauflage besonders gute temperaturregulierende Eigenschaften ohne die E- lastizität negativ zu beeinflussen. Darüber hinaus lassen sich die Auflagen waschen oder reinigen, ohne dass sich die temperaturregulierende Eigenschaft verliert.According to this process, the modified polyurethane foams according to the invention comprising 5 to 70 kg microcapsules in a m 3 foam. Preference is given to modified polyurethane foams comprising 20 to 65 kg, in particular 30 to 60 kg of microcapsules per m 3 of foam. Such concentrations show as mattress pad particularly good temperature-regulating properties without negatively influencing the elasticity. In addition, the pads can be washed or cleaned without losing their temperature-regulating properties.
Beispiel A: Synthese der Mikrokapsel-Dispersion:Example A: Synthesis of the microcapsule dispersion:
Wasserphasewater phase
380 g Wasser 190 g einer 5 gew.-%igen wässrigen Lösung von Methylhydroxypropylcellulose380 g of water 190 g of a 5% strength by weight aqueous solution of methylhydroxypropylcellulose
(Culminal® MHPC 100)(Culminal MHPC 100 ®)
47.5 g einer 10 gew.-%igen wässrigen Polyvinylalkohollösung (Mowiol 15-79) 2,1 g einer 2,5 gew.-%igen wässrigen Natriumnitritlösung47.5 g of a 10% strength by weight aqueous polyvinyl alcohol solution (Mowiol 15-79) 2.1 g of a 2.5% strength by weight aqueous sodium nitrite solution
Ölphase 431 g techn. Octadecan, (91 %iger Reinheit)Oil phase 431 g techn. Octadecane, (91% purity)
9 g Sasolwax 6805 (höherschmelzendes Paraffin)9 g Sasolwax 6805 (higher melting paraffin)
19.6 g Methylmethacrylat 19,6 g 1 ,4-Butandioldiacrylat 9,8 g Methacrylsäure 0,7 g einer 75 gew.-%igen Lösung von tert-Butylperpivalat in aliphatischen Kohlenwasserstoffen19.6 g of methyl methacrylate 19.6 g of 1,4-butanediol diacrylate 9.8 g of methacrylic acid 0.7 g of a 75% strength by weight solution of tert-butyl perpivalate in aliphatic hydrocarbons
Zugabe 1 5,38 g einer 10 gew.-%igen wässrigen Lösung von tert-ButylhydroperoxidAddition 1 5.38 g of a 10% strength by weight aqueous solution of tert-butyl hydroperoxide
Zulauf 1 28,3 g einer 1 ,1 gew.-%igen wässrigen Lösung von AscorbinsäureFeed 1 28.3 g of a 1, 1 wt .-% aqueous solution of ascorbic acid
a) Bei 40 0C wurde die obige Wasserphase vorgelegt und nach Zugabe der Ölphase wurde mit einem schnelllaufenden Dissolverrührer bei 6000 Upm dispergiert. Nach 40 Minuten Dispergierung wurde eine stabile Emulsion der mittleren Teilchengröße D[4,3] = 3,6 μm Durchmesser erhalten. b) Die Emulsion wurde unter Rühren mit einem Ankerrüher über einen Zeitraum von 60 Minuten auf 700C erwärmt, innerhalb von weiteren 60 Minuten auf eine Temperatur von 85 0C erwärmt und bei dieser Temperatur eine Stunde gehalten. Es wurde Zugabe 1 zugegeben und die entstandene Mikrokapseldispersion innerhalb von 30 Minuten unter Rühren auf 200C gekühlt, während Zulauf 1 zudosiert wurde.a) At 40 0 C, the above water phase was presented and after addition of the oil phase was dispersed with a high-speed Dissolverrührer at 6000 rpm. After 40 minutes of dispersion, a stable emulsion of average particle size D [4.3] = 3.6 μm in diameter was obtained. b) The emulsion was heated with stirring with an anchor crusher over a period of 60 minutes at 70 0 C, heated to a temperature of 85 0 C within another 60 minutes and held at this temperature for one hour. Add 1 was added and the resulting microcapsule dispersion was cooled within 30 minutes with stirring to 20 0 C, while feed 1 was metered.
Die entstandene Mikrokapseldispersion besaß einen Feststoffgehalt von 44 % und eine mittlere Teilchengröße D[4,3] = 3,5 μm (gemessen mit Fraunhoferbeugung), D(0, 9) = 5,67 μm, die Halbwertsbreite der Verteilung betrug 2,8 μm, der Span 1 ,33, die Abdampfrate betrug 3,8%.The resulting microcapsule dispersion had a solids content of 44% and an average particle size D [4.3] = 3.5 μm (measured by Fraunhoferbeugung), D (0, 9) = 5.67 microns, the half-width of the distribution was 2.8 μm, the chip 1, 33, the evaporation rate was 3.8%.
Beispiele 1-4: Einstellung der aufgenommenen Menge an mikroverkapselten Latentwärmespeichern durch Variation des Spaltmaßes in der FoulardmaschineExamples 1-4: Adjustment of the absorbed amount of microencapsulated latent heat storage by varying the gap size in the padder machine
Aus Rollenmaterial eines offenzelligen konventionellen Polyurethan- Blockweichschaumstoffes mit einem Netto-Raumgewicht von ca. 15 kg/m3 wurden Matten mit den Dimensionen 40 x 30 x 2 (L x B x H) cm herausgeschnitten und in einem Glasgefäß in 3000 ml einer Mikrokapseldispersion gemäß Beispiel A mit einem Feststoffgehalt von ca. 44 % und einer Viskosität von 300 mPa-s getränkt. Nach dem Tränken wurde die überschüssige Flüssigkeit durch Kalandrieren der Schaumstoffplatten durch eine handbetriebene Foulardmaschine entfernt. Die aufgenommene Menge an mikroverkapseltem Latentwärmespeichermaterial ist wie die Beispiele 1 - 4 zeigen vor allen Dingen von dem Spaltmaß der Kalanderrollen in der Foulardmaschine abhängig und ist somit gezielt einstellbar. Anschließend wurden die Schaumstoffmatten bei 150 0C 5 Minuten lang vorgetrocknet und anschließend bei Raumtemperatur bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Beispiel 3 und 4 zeigen die gute Reproduzierbarkeit des Tränkprozesses.From roll material of an open-cell conventional polyurethane flexible slab having a net density of about 15 kg / m 3 , mats having the dimensions 40 × 30 × 2 (L × W × H) cm were cut out and placed in a glass vessel in 3000 ml of a microcapsule dispersion according to Example A with a solids content of about 44% and a viscosity of 300 mPa-s soaked. After soaking, the excess liquid was removed by calendering the foam sheets by a hand-held padder machine. The amount of microencapsulated latent heat storage material received, like Examples 1 to 4, is above all dependent on the gap dimension of the calender rolls in the padder machine and can thus be adjusted in a targeted manner. Subsequently, the foam mats were pre-dried at 150 0 C for 5 minutes and then dried at room temperature to constant weight. Examples 3 and 4 show the good reproducibility of the impregnation process.
Figure imgf000023_0001
MK: mikroverkapseltes Latentwärmespeichermaterial
Figure imgf000023_0001
MK: microencapsulated latent heat storage material
1) bezogen auf unbehandelten Schaumstoff,1) based on untreated foam,
2) bezogen auf erfindungsgemäßes Schaumstoffsubstrat2) based on inventive foam substrate
Wie der Vergleich der Beispiele 1 - 3 zeigt, lässt sich die Aufnahme der Menge an Mik- rokapsel durch eine Vergrößerung des Spaltmaßes in der Foulardmaschine erhöhen.As the comparison of Examples 1-3 shows, the uptake of the amount of microcapsule can be increased by increasing the gap dimension in the padder machine.
Beispiel 5: Bestimmung des Wärmespeichervermögens (Kapazität) der mit Mikrokap- seln imprägnierten Schaumstoffe mittels Dynamischer Differenz-KalorimetrieExample 5 Determination of the Heat Storage Capacity (Capacity) of the Microcapsules Impregnated Foams by Differential Scanning Calorimetry
Mit den mit mikroverkapselten Latentwärmespeichermaterial imprägnierten Schaumstoffen der Beispiele 1 - 3 wurde mit einem DSC 7-Messgerät die Wärmeaufnahme bzw. -abgäbe beim Aufheizen auf 60 0C und anschließendem Abkühlen auf 0 0C bei einer Heiz- bzw. -Kühlrate von 10 K/min bestimmt (Probeneinwaage 10 mg).The impregnated with microencapsulated latent heat storage material foams of Examples 1-3 was performed with a DSC 7 instrument the heat absorption or -abgäbe during heating to 60 0 C and subsequent cooling to 0 0 C at a heating or -Kühlrate of 10 K / min determined (sample weight 10 mg).
In der nachfolgenden Tabelle sind die dabei freigesetzten bzw. aufgenommenen Wärmemengen dargestellt:The following table shows the amounts of heat released or absorbed:
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000024_0001
Beispiel 6: Bestimmung der flüchtigen und kondensierbaren Bestandteile mittels Therm od esorptionExample 6 Determination of Volatile and Condensable Components by Thermodesorption
Mit einer Probe des imprägnierten Schaumstoffes aus Beispiel 2 wurden die gasförmi- gen und kondensierbaren Emissionen mittels automatischer Thermodesorption in Anlehnung an die Daimler-Chrysler-Prüfanweisung PB VWL 709-Ausgabe 1 1.01.2001 bzw. VDA 278 -Empfehlung bestimmt. Insbesondere wurde dabei die Emission von Formaldehyd analysiert.With a sample of the impregnated foam from Example 2, the gaseous and condensable emissions were determined by means of automatic thermal desorption in accordance with the Daimler-Chrysler Test Instructions PB VWL 709 Issue 1 1.01.2001 or VDA 278 Recommendation. In particular, the emission of formaldehyde was analyzed.
Bestimmung der flüchtigen Emissionen (VOC):Determination of volatile emissions (VOC):
Von der Probe aus Beispiel 2 wurden je 3 Streifen von ca. 5 mg mit einem Skalpell aus der Oberfläche herausgeschnitten, in ein ausgeheiztes Desorptionsröhrchen eingewo- gen und 30 min auf 90 0C erhitzt. Die dabei abgegebenen flüchtigen Bestandteile wurden in einer Absorberkartusche mit Tenax TA®, einem porösen Harz auf Basis von Poly-(2,6-diphenylphenylen)-oxid, bei -30 0C aufgefangen und diese anschließend auf 280°Cerhitzt. Die dabei wieder freigesetzten Verbindungen wurden mittels GC/MS- Kopplung identifiziert und mit Toluol als externem Standard identifiziert.From the sample of Example 2 3 per strip of approximately 5 mg were excised with a scalpel from the surface, gene eingewo- in a thermal desorption been dried by heating for 30 min at 90 0 C heated. The thereby emitted volatiles were collected in an absorber with Tenax cartridge TA®, a porous resin based on poly (2,6-diphenylphenylen) oxide, at -30 0 C and subsequently to 280 ° C for. The released compounds were identified by GC / MS coupling and identified with toluene as the external standard.
Bestimmung der kondensierbaren Emissionen (FOG):Determination of condensable emissions (FOG):
Die Desorptionsröhrchen mit der Probe wurden nach der Bestimmung der flüchtigen Emissionen 60 min auf 120 0C erhitzt und wie oben mittels GC/MS-Kopplung analysiert.The desorption tubes containing the sample were heated at 120 ° C. for 60 minutes after determining the volatile emissions and analyzed as above by GC / MS coupling.
Ergebnis:Result:
Weder bei der Bestimmung der flüchtigen Emissionen noch bei den kondensierbarenNeither in the determination of volatile emissions nor in the condensable
Emissionen konnte Formaldehyd nachgewiesen werden. Emissions could be detected formaldehyde.

Claims

Patentansprüche claims
1. Modifizierter Polyurethanschaumstoff umfassend eine offenzellige Polyurethanschaumstoffmatrix und 5 - 70 kg Mikrokapseln pro m3 Schaumstoff, wobei die Mikrokapseln einen Kapselkern aus Latentwärmespeichermaterial und eine Kapselwand umfassen, die aufgebaut ist ausA modified polyurethane foam comprising an open-cell polyurethane foam matrix and 5-70 kg microcapsules per m 3 foam, the microcapsules comprising a capsule core of latent heat storage material and a capsule wall constructed of
30 bis 100 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, wenigstens 2 voneinander verschiedener Monomere (Monomere I) aus der Gruppe umfassend Ci-C24-Alkylester der Acryl- und/oder Methacrylsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure und Maleinsäure,From 30 to 100% by weight, based on the total weight of the monomers, of at least two different monomers (monomers I) from the group comprising C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid,
0 bis 70 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer bi- oder polyfunktioneller Monomere (Monomere II), welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist und0 to 70 wt .-% based on the total weight of the monomers, one or more bifunctional or polyfunctional monomers (monomers II), which is insoluble or sparingly soluble in water, and
0 bis 40 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer sonstiger Monomere (Monomere III)0 to 40% by weight, based on the total weight of the monomers, of one or more other monomers (monomers III)
und in den Zellen der Schaumstoffmatrix verteilt sind.and distributed in the cells of the foam matrix.
2. Modifizierter Polyurethanschaumstoff nach Anspruch 1 , wobei die Kapselwand der Mikrokapseln aufgebaut ist aus2. Modified polyurethane foam according to claim 1, wherein the capsule wall of the microcapsules is constructed from
30 bis 90 Gew.-% eines oder mehrerer Ci-C24-Alkylester der Acryl- und/oder30 to 90 wt .-% of one or more Ci-C24-alkyl esters of acrylic and / or
Methacrylsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder Maleinsäure (Monomere I),Methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and / or maleic acid (monomers I),
10 bis 70 Gew.-% einer Mischung aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren (Monomere II), wobei der Anteil der Polyvinylmonomere 2 bis 90 Gew.-% bezogen auf die Monomere Il beträgt sowieFrom 10 to 70% by weight of a mixture of divinyl and polyvinyl monomers (monomers II), where the proportion of polyvinyl monomers is from 2 to 90% by weight, based on the monomers II, and
0 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer sonstiger Monomere (Monomer III)0 to 30% by weight of one or more other monomers (monomer III)
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomer.in each case based on the total weight of the monomer.
3. Modifizierter Polyurethanschaumstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei der offen- zellige Polyurethanschaumstoff vor der Modifizierung auf eine Dicke von 1 bis 100 mm zugeschnitten wurde.3. A modified polyurethane foam according to claim 1 or 2, wherein the open-celled polyurethane foam has been cut to a thickness of 1 to 100 mm before being modified.
4. Modifizierter Polyurethanschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schaumstoff erhältlich ist durch Behandeln eines offenzelligen Polyurethanschaumstoffes mit einer Mikrokapseldispersion. A modified polyurethane foam according to any one of claims 1 to 3, wherein the foam is obtainable by treating an open-celled polyurethane foam with a microcapsule dispersion.
5. Modifizierter Polyurethanschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, erhältlich durch Imprägnieren eines offenzelligen Polyurethanschaumstoffes mit einer Dispersion enthaltend die Mikrokapseln.5. A modified polyurethane foam according to any one of claims 1 to 4, obtainable by impregnating an open-celled polyurethane foam with a dispersion containing the microcapsules.
6. Modifizierter Polyurethanschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der offenzellige Polyurethanschaumstoff vor der Modifizierung eine Dichte im Bereich von 5 bis 25 kg/m3 hat.A modified polyurethane foam according to any one of claims 1 to 5, wherein the open-celled polyurethane foam has a density in the range of 5 to 25 kg / m 3 prior to modification.
7. Modifizierter Polyurethanschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der offenzellige Polyurethanschaumstoff vor der Modifizierung eine Dichte im Bereich von 10 bis 20 kg/m3 hat.A modified polyurethane foam according to any one of claims 1 to 6, wherein the open-celled polyurethane foam has a density in the range of 10 to 20 kg / m 3 prior to the modification.
8. Modifizierter Polyurethanschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, enthaltend 20 - 65 kg Mikrokapseln pro m3 Schaumstoff.8. A modified polyurethane foam according to any one of claims 1 to 7, containing 20-65 kg of microcapsules per m 3 of foam.
9. Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Polyurethanschaumstoffes umfassend eine offenzellige Polyurethanschaumstoffmatrix und 5 - 70 kg Mikrokapseln pro m3 Schaumstoff, wobei die Mikrokapseln einen Kapselkern aus Latentwärmespeichermaterial und eine Kapselwand umfassen, die aufgebaut ist aus9. A process for producing a modified polyurethane foam comprising an open-celled polyurethane foam matrix and 5-70 kg microcapsules per m 3 foam, the microcapsules comprising a capsule core of latent heat storage material and a capsule wall constructed of
30 bis 100 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, wenigstens 2 voneinander verschiedener Monomere (Monomere I) aus der Gruppe umfassend Ci-C24-Alkylester der Acryl- und/oder Methacrylsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure und Maleinsäure,From 30 to 100% by weight, based on the total weight of the monomers, of at least two different monomers (monomers I) from the group comprising C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid,
0 bis 70 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer bi- oder polyfunktioneller Monomere (Monomere II), welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist und 0 bis 40 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer sonstiger Monomere (Monomere III),0 to 70 wt .-% based on the total weight of the monomers, one or more bi- or polyfunctional monomers (monomers II), which is insoluble or sparingly soluble in water and 0 to 40 wt .-% based on the total weight of the monomers , one or more other monomers (monomers III),
und in den Zellen der Schaumstoffmatrix verteilt sind, indem man einen offenzelligen Polyurethanschaumstoff mit einer Dispersion enthaltend Mikrokapseln be- handelt.and distributed in the cells of the foam matrix by treating an open-celled polyurethane foam with a dispersion containing microcapsules.
10. Verwendung von modifizierten Polyurethanschaumstoffen gemäß Anspruch 1 als Matratzenauflage. 10. Use of modified polyurethane foams according to claim 1 as a mattress pad.
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