WO2009121899A1 - Flammwidriger, elastischer polyurethan-weichschaumstoff mit reduziertem gewicht - Google Patents

Flammwidriger, elastischer polyurethan-weichschaumstoff mit reduziertem gewicht Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a flame-retardant, flexible polyurethane flexible foam which is produced from a foam reaction mixture which comprises a polyol mixture, polyisocyanate, expandable graphite as flame retardant and additives.
  • Such a flexible polyurethane foam is known from DE 39 09 017 C1 of the Applicant.
  • a polyol mixture consisting of polyether polyol and polymer-filled polyol is used.
  • the flame retardant used is expanded graphite in platelet form, in which the platelets have the same order of magnitude as the resulting foam cell walls and are first mixed into the reaction component polyol.
  • Such flame-retardant polyurethane flexible foams are used in particular as seat cushions for aircraft or rail vehicles.
  • the foam In addition to high demands on the fire behavior, the foam must also have high long-term use properties. To meet these requirements, the known foam has a relatively high density, which leads to an increased energy consumption.
  • the present invention seeks to propose a flame-retardant, flexible polyurethane flexible foam, which has a reduced weight while maintaining or increasing the life.
  • a flexible polyurethane foam of the type mentioned that the polyol mixture has 50% to 90% by weight based on ethylene oxide based polyol (EO polyol) and 50% to 10% of standard polyol and / or filler polyol ,
  • the flexible polyurethane foam according to the invention has very good long-term use properties at low density. Compared with conventional flexible polyurethane foams, the weight can be reduced by about 30%. This is particularly advantageous when using the flexible polyurethane foam as a seat cushion for aircraft, as this can be the aircraft weight and thus the fuel consumption can be reduced.
  • the weight fraction of the ethylene oxide-based polyol is 80% and the weight fraction of the standard polyol and / or filler polyol is 20%.
  • the polyisocyanate portion is used with an amount of isocyanate corresponding to a ratio of 90 to 105.
  • a diisocyanate is used.
  • the proportion of expandable graphite is 50 to 40 parts by weight, in particular 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of polyol.
  • the expandable graphite flame retardant is advantageously present with a grain size of 0.2 to 1 mm.
  • the expandable graphite flame retardant is in platelet form.
  • the additives contain in particular water, a catalyst and a stabilizer.
  • the foam reaction mixture has:
  • the density of the flexible polyurethane foam is advantageousously, the density of the flexible polyurethane foam
  • Table I shows a comparison between the novel flexible polyurethane foam according to the invention and a comparison foam according to the prior art.
  • Polyol 2 EO polyol e.g. Bayfit 41WB01
  • Stabilizer 1 Tegostab 4900 (Evonik)
  • the polyurethane flexible foam according to the invention has the composition shown in the left-hand column. It can be seen that the polyol mixture consists of a standard polyol (polyol 1) and an ethylene oxide based polyol (polyol 2). In contrast, in the comparative foam is a polyol mixture consisting of a standard polyol (polyol 1) and another standard polyol (polyol 3) is used, as can be seen from the right column of Table I. The catalysts and stabilizers used are the same for both foams.
  • a diisocyanate is used with an amount of isocyanate corresponding to a ratio of 90 to 105.
  • Table II shows the physical properties of the new foam and two comparative foams of different density.
  • the flexible polyurethane foam according to the invention has a density of 40 kg / m 3 .
  • the physical values such as compression set according to DIN EN ISO 1856, wet compression set according to DIN EN ISO 1856 and fatigue test according to DIN EN ISO 3385 are shown in column 1. As can be seen from the comparison with column 2, the known comparative foam with an identical density of 40 kg / m 3 has much poorer physical properties.
  • the comparative foam must have a density of 65 kg / m 3 , as shown in column 3.
  • the polyurethane flexible foam of the invention has the same physical properties by about 30% reduced weight.
  • the reduced volume weight results in particular when using the foam as upholstery for aircraft and rail vehicles advantages because the energy consumption can be reduced.
  • the foam according to the invention can also be used for mattresses which are used in security areas such as prisons.
  • the foam is produced by the process described in DE 39 09 017 C1.

Abstract

Flammwidriger, elastischer Polyurethan-Weichschaumstoff, der aus einem Schaumstoff-Reaktionsgemisch hergestellt ist, dass ein Polyolgemisch, ein Polyisocyanat, ein Blähgraphit als Flammschutzmittel und Zusatzstoffe aufweist. Um das Raumgewicht bei gleichbleibenden Dauergebrauchseigenschaften zu reduzieren, weist das Polyolgemisch 50 % bis 90 % Gewichtsanteile EO-basierendes Polyol und 50 bis 10 Gewichtsanteile Standard-Polyol und/oder Füllstoff-Polyol auf.

Description

Flammwidriger, elastischer Polyurethan-Weichschaumstoff mit reduziertem Gewicht
Die Erfindung betrifft einen flammwidrigen, elastischen Polyurethan- Weichschaumstoff, der aus einem Schaumstoff-Reaktionsgemisch hergestellt ist, das ein Polyolgemisch, Polyisocyanat, Blähgraphit als Flamm- schutzmittel und Zusatzstoffe aufweist.
Ein derartiger Polyurethan-Weichschaumstoff ist aus der DE 39 09 017 C1 der Anmelderin bekannt. Bei dem verwendeten Schaumstoff- Reaktionsgemisch kommt ein Polyolgemisch bestehend aus Polyetherpolyol und polymergefüllten Polyol zum Einsatz. Als Flammschutzmittel findet Bläh- graphit in Plättchenform Verwendung, bei dem die Plättchen die Größenordnung der entstehenden Schaumstoff-Zellwände aufweisen und zunächst der Reaktionskomponente Polyol zugemischt werden. Derartige flammwidrige Polyurethan-Weichschaumstoffe kommen insbesondere als Sitzpolster für Flugzeuge oder Schienenfahrzeuge zum Einsatz. Neben hohen Anforderun- gen an das Brandverhalten muss der Schaumstoff auch hohe Dauergebrauchseigenschaften aufweisen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, weist der bekannte Schaumstoff ein relatives hohes Raumgewicht auf, was zu einem erhöhten Energieverbrauch führt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen flammwidrigen, elastischen Polyurethan-Weichschaumstoff vorzuschlagen, der unter Beibehalt oder Erhöhung der Lebensdauer ein reduziertes Gewicht aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Polyurethan-Weichschaumstoff der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Polyolgemisch 50% bis 90% Gewichtsanteile auf Ethylenoxid basierendes Polyol (EO-Polyol) und 50% bis 10 % Standard-Polyol und/oder Füllstoff-Polyol aufweist.
Der erfindungsgemäße Polyurethan-Weichschaumstoff weist bei niedrigem Raumgewicht sehr gute Dauergebrauchseigenschaften auf. Gegenüber herkömmlichen Polyurethan-Weichschaumstoffen kann das Gewicht um etwa 30 % reduziert werden. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des Polyurethan-Weichschaumstoffes als Sitzpolster für Flugzeuge von Vorteil, da hierdurch das Flugzeuggewicht und somit der Kraftstoffverbrauch reduziert werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Vorteilhaft beträgt der Gewichtsanteil des auf Ethylenoxid basierenden Polyol 80 % und der Gewichtsanteil des Standard-Polyol und/oder Füllstoff-Polyol 20 %.
Der Polyisocyanat-Anteil wird mit einer Isocyanatmenge entsprechend einer Kennzahl von 90 bis 105 eingesetzt. Vorteilhaft kommt ein Diisocyanat zum Einsatz.
Vorteilhaft beträgt der Blähgraphit-Anteil 50 bis 40 Gewichtsteile, insbesondere 30 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyol.
Das Blähgraphit-Flammschutzmittel liegt vorteilhaft mit einer Korngröße von 0.2 bis 1 mm vor.
Vorteilhaft liegt das Blähgraphit-Flammschutzmittel in Plättchenform vor. In vorteilhafter Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass als weiteres Flamm- schutzmittel Chorphosphorsäureester mit 5 bis 15 Gewichtsteilen, insbesondere 10, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyol vorliegt.
Die Zusatzstoffe enthalten insbesondere Wasser, einen Katalysator und einen Stabilisator.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Schaumstoff- Reaktionsgemisch auf:
a) ein Polyolgemisch mit 80 % Gewichtsanteilen auf Ethylenoxid basierendes Polyol und 20 Gewichtsanteilen Standard-Polyol,
b) eine Isocyanatmenge entsprechend einer Kennzahl von 90 bis 105;
c) 30 Gewichtsteile Blähgraphit-Flammschutzmittel bezogen sowie 10 Gewichtsteile Chlorphosphorsäureester bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyol.
Vorteilhaft beträgt das Raumgewicht des Polyurethan-Weichschaumstoffes
20 bis 50 kg/m3.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Tabelle I zeigt eine Gegenüberstellung zwischen dem erfindungsgemäßen neuen Polyurethan-Weichschaumstoff und einem Vergleichsschaumstoff gemäß dem Stand der Technik. Tabelle I
Neuer Schaumstoff Vergleichsschaumstoff
(Stand der Technik)
Polyol 1 20 80
Polyol 2 80
Polyol 3 20
Wasser 6 6
Katalysatori 0,6 1 ,5
Katalysator2 0,2 0,3
Katalysator3 0,3
Stabilisator 1 1
Stabilisator 2 2,3
Blähgraphit 30 30
Flammschutzmittel 10 10
Isocyanat 95 95
Polyol 1 Standard Polyol z.B Bayfit 10WF 18
Polyol 2 EO Polyol z.B. Bayfit 41WB01
Polyol 3 Standard Polyol Bayfit 7619
Katalysator 1 Diethanolamin
Katalysator 2 Bis-2-Dimethylaminoethanol
Katalysator 3 Thethylendiamin
Stabilisator 1 Tegostab 4900 (Fa. Evonik)
Stabilisator 2 Tegostab B4690 (Fa. Evonik)
Isocyanat Desmodur 3230 (Fa. Bayer)
Der erfindungsgemäße Polyurethan-Weichschaumstoff weist die aus der linken Spalte ersichtliche Zusammensetzung auf. Hieraus ist ersichtlich, dass das Polyol-Gemisch aus einem Standard-Polyol (Polyol 1 ) und einem auf Ethylenoxid basierenden Polyol (Polyol 2) besteht. Demgegenüber kommt bei dem Vergleichssschaumstoff ein Polyolgemisch bestehend aus einem Standard-Polyol (Polyol 1 ) und einem weiteren Standard-Polyol (Polyol 3) zum Einsatz, wie aus der rechten Spalte der Tabelle I ersichtlich ist. Die zum Einsatz kommenden Katalysatoren und Stabilisatoren sind bei beiden Schaumstoffen gleich.
Ein Diisocyanat wird mit einer Isocyanatmenge entsprechend einer Kennzahl von 90 bis 105 eingesetzt.
Aus Tabelle Il sind die physikalischen Eigenschaften des neuen Schaumstoffes und zweier Vergleichsschaumstoffe mit unterschiedlichem Raumgewicht ersichtlich.
Tabelle Il
Figure imgf000006_0001
Der erfindungsgemäße Polyurethan-Weichschaumstoff weist ein Raumgewicht von 40 kg/m3 auf. Die physikalischen Werte wie Druckverformungsrest gemäß DIN EN ISO 1856, Wet Compression Set gemäß DIN EN ISO 1856 und Dauerschwingversuch gemäß DIN EN ISO 3385 ergeben sich aus Spalte 1. Wie aus der Gegenüberstellung mit Spalte 2 ersichtlich ist, weist der bekannte Vergleichsschaumstoff mit einem identischen Raumgewicht von 40 kg/m3 wesentlich schlechtere physikalische Eigenschaften auf.
Zur Erzielung ähnlicher physikalischer Eigenschaften muss der Vergleichsschaumstoff ein Raumgewicht von 65 kg/m3 aufweisen, wie aus Spalte 3 ersichtlich ist. Somit weist der erfindungsgemäße Polyurethan- Weichschaumstoff bei gleichen physikalischen Eigenschaften ein um etwa 30 % reduziertes Gewicht auf.
Durch das reduzierte Raumgewicht ergeben sich insbesondere beim Einsatz des Schaumstoffes als Polsterung bei Flugzeugen und Schienenfahrzeugen Vorteile, da der Energieverbrauch reduziert werden kann. Neben dem Einsatz als Polsterung von Flugzeug und Schienenfahrzeug kann der erfin- dungsgemäße Schaumstoff auch bei Matratzen, die in Sicherheitsbereichen wie Gefängnissen zum Einsatz kommen Verwendung finden.
Die Herstellung des Schaumstoffes erfolgt nach dem in der DE 39 09 017 C1 beschriebenen Verfahren.

Claims

Patentansprüche
1. Flammwidriger, elastischer Polyurethan-Weichschaumstoff, hergestellt aus einem Schaumstoff-Reaktionsgemisch, das aufweist:
a) ein Polyolgemisch;
b) ein Polyisocyanat;
c) Blähgraphit als Flammschutzmittel;
d) Zusatzstoffe
dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolgemisch 50% bis 90% Gewichtsanteile auf Ethylenoxid basierendes Polyol und 50% bis 10% Gewichtanteile Standard-Polyol und/oder Füllstoff-Polyol aufweist.
2. Polyurethan-Weichschaumstoff nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des auf Ethylenoxid basierenden Polyol 80 % und der Gewichtsanteil des Standard-Polyol und/oder Füllstoff-Polyol 20 % beträgt.
3. Polyurthan-Weichschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyisocyanat-Anteil mit einer Isocyanatmenge entsprechend einer Kennzahl 90 bis 105 vorliegt.
4. Polyurethan-Weichschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Blähgraphit-Anteil 5 bis 40 Gewichtsteile, insbesondere 30 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyol beträgt.
5. Polyurethan-Weichschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blähgraphit-Flammschutzmittel mit einer Korngröße von 0.2 bis 1 mm vorliegt.
6. Polyurethan-Weichschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blähgraphit-Flammschutzmittel in Plättchenform vorliegt.
7. Polyurethan-Weichschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Flammschutzmittel Chorphosphorsäureester mit 5 bis 15 Gewichtsteilen, insbesondere
10, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyol vorliegt.
8. Polyurethan-Weichschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe Wasser, einen Kata- lysator und einen Stabilisator enthalten.
9. Polyurethan-Weichschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Schaumstoff-Reaktionsgemisch, das aufweist:
a) ein Polyolgemisch mit 80 % Gewichtsanteilen EO-basierendes
Polyol und 20 % Gewichtsanteilen Standard-Polyol und/oder Füllstoff-Polyol;
b) ein Polyisocyanat mit einer Isocyanatmenge entsprechend ei- ner Kennzahl von 90 bis 105.
c) 30 % Gewichtsteile Blähgraphit-Flammschutzmittel sowie 10 Gewichtsteile Chlorphosphorsäureester bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyol.
0. Polyurethan-Weichschaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Raumgewicht des Polyurethan- Weichschaumstoffes 20 bis 50 kg/m3 beträgt.
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