DE10032334A1 - Schaumstoffe auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten - Google Patents
Schaumstoffe auf der Basis von Polyisocyanat-PolyadditionsproduktenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft Schaumstoffe auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, enthaltend Schichtsilikate mit einer Dicke von 1 bis 10 nm und Längen von kleiner 200 nm.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Schaumstoffe auf der Basis von
Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten enthaltend Schichtsilikate
mit einer Dicke von 1 bis 10 nm und Längen von kleiner 200 nm.
Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Her
stellung von Schaumstoffen auf der Basis von Polyisocyanat-Poly
additionsprodukten sowie derart erhältliche Schaumstoffe.
Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen auf der Basis von
Polyisocyanat-Polyadditonsprodukten, beispielsweise Polyuretha
nen, die gegebenenfalls Isocyanurat- und/oder Harnstoffstrukturen
enthalten können, sind allgemein bekannt. Für diese Schaumstoffe
sind eine Vielzahl von Zusatzstoffen bekannt, durch deren Zugabe
vor oder bei der Verschäumung die Herstellung der Schaumstoffe
wirtschaftlicher bzw. die Eigenschaften der Schäume verbessert
werden soll. Insbesondere für Polyurethanhartschaumstoffen, die
üblicherweise zur Wärmedämmung eingesetzt werden, werden neben
einer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit auch hohe Druckfestig
keiten und ein gutes Brandverhalten gefordert. Die Zugabe von
Füllstoffen erschwert in der Regel, diesen Anforderungen gerecht
zu werden.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Schaumstoffe
auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, bei
spielsweise Polyurethanen (PUR), die gegebenenfalls Isocyanurat
strukturen (PUR/PIR) aufweisen können, insbesondere Hartschaum
stoffe zu entwickeln, die aufgrund der Zugabe eines Füllstoffes
wirtschaftlicher herzustellen sind, ohne daß Nachteile ins
besondere in der Dichte, der Festigkeit und der Wärmeleitfähig
keit eintreten.
Diese Aufgabe konnte durch Schaumstoffe auf der Basis von Poly
isocyanat-Polyadditionsprodukten enthaltend Schichtsilikate mit
einer Dicke von 1 bis 10 nm und Längen von kleiner 200 nm.
Als Schichtsilikate können beispielsweise Glimmer, Betonite,
Musconite, Montmorillonite und/oder Cloisite eingesetzt werden.
Die sogenannten Blatt- oder Schichtsilikate zeichnen sich durch
ein Schichtgitter aus (SiO4)-Tetraedern aus, die jeweils in einer
Ebene miteinander verkettet sind und zweidimensionale Netzwerke
bilden. Die einzelnen Schichten sind durch zwischen ihnen
liegende Kationen (z. B. Na, K, Mg, Al, Ca) verbunden.
Die Schichtsilikate, bevorzugt die aufgeweiteten Schichtsilikate
können beim Schäumvorgang bei der Herstellung der Schaumstoffe
delaminiert werden, wodurch Schichtsilikate, beispielsweise in
Form von Silikatblättchen, entstehen, die Dicken von 1 bis 10 nm
und Längen von kleiner 200 nm, bevorzugt 5 bis 100 nm aufweisen.
Durch Umsetzung mit Hydrophobierungsmitteln können die Abstände
der einzelnen Schichten bis auf etwa 5 nm vergrößert werden.
Werden solche bevorzugten aufgeweiteten hydrophobierten Schicht
silikate längere Zeit mit Lösungsmitteln oder Polyolkomponenten
behandelt, so findet eine weitere Aufweitung bis zur Laminierung
statt. Das in den Beispielen eingesetzte Cloisit® 30A (Southern
Clay Products) wurde mit Hilfe eines Dihydroxyfettsäureamins auf
geweitet.
Diese delaminierten Schichtsilikate werden bevorzugt in den
Zellstegen des Schaumstoffes eingebaut, wodurch die mechanischen
Eigenschaften des Schaumstoffes auch bei dichtereduzierten
Schaumstoffen verbessert werden konnten. Vorteilhaft ist des
weiteren, daß bei verbesserten mechanischen Eigenschaften die
Wärmeleitfähigkeit insbesondere bei Hartschaumstoffen etwa gleich
bleibt, somit bezüglich dieses wichtigen technischen Parameters
keine wesentlichen Nachteile eingegangen werden müssen.
Bevorzugt sind demnach Schaumstoffe, bei denen die Schicht
silikate in den Zellstegen des Schaumstoffes vorliegen.
Des weiteren bezieht sich Erfindung auf Verfahren zur Herstellung
von Schaumstoffen, beispielsweise Hart-, Halbhart- oder Weich
schaumstoffen, bevorzugt Hartschaumstoffen, auf der Basis von
Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, die dadurch gekennzeichnet
sind, daß man Schichtsilikate einsetzt, insbesondere solche mit
einer Dicke von 5 bis 10 nm, bevorzugt 5 nm und einer Länge
von 100 bis 200 nm, bevorzugt 100 nm, wobei die Länge durch den
größten Durchmesser der Partikel und die Dicke mit dem geringsten
Durchmesser der Partikel definiert ist.
Die erfindungsgemäßen Schaumstoffe weisen bevorzugt eine Dichte
von kleiner 500 kg/m3, besonders bevorzugt kleiner 100 kg/m3,
insbesondere 15 bis 60 kg/m3 auf. Der Gehalt an Schichtsilikate
in den Schaumstoffen beträgt üblicherweise 0,5 bis 50, bevorzugt
1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schaumstoffe.
Die erfindungsgemäßen Produkte können nach üblichen Verfahren
kontinuierlich oder diskontinuierlich, beispielsweise auf einer
Bandanlage hergestellt werden.
Die Herstellung von Schaumstoffen auf der Basis von Polyiso
cyanat-Polyadditionsprodukten ist allgemein bekannt und viel
fältig beschrieben. Die Herstellung kann üblicherweise durch
Umsetzung von Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktiven
Verbindungen in Gegenwart von Treibmitteln und gegebenenfalls
Katalysatoren, Hilfs- und/oder Zusatzstoffen zu den erfindungs
gemäßen Schaumstoffen erfolgen.
Die weiteren Ausgangskomponenten zur Herstellung der Schaumstoffe
werden im Folgenden beispielhaft beschrieben.
Als Isocyanate, bevorzugt organische und/oder modifizierte
organische Polyisocyanate, kommen die an sich bekannten
aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen und vorzugs
weise aromatischen mehrwertigen Isocyanate in Frage, wie sie
beispielsweise in EP-A-0 421 269 (Spalte 4, Zeile 49, bis
Spalte 6, Zeile 22) oder in EP-A-0 719 807 (Spalte 2, Zeile 53,
bis Spalte 4, Zeile 21) aufgeführt sind.
Besonders bewährt haben sich Isocyanate auf der Basis von
Diphenylmethandiisocyanat (MDI), bevorzugt Diphenylmethan-diiso
cyanat-Isomerengemische oder Roh-MDI mit einem Diphenylmethandi
isocyantisomerengehalt von 33 bis 55 Masse-% und urethangruppen
haltige Polyisocyanatgemische auf Basis von Diphenylmethandiiso
cyanat mit einem NCO-Gehalt von 15 bis 33 Masse-%.
Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen können Ver
bindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktiven
Wasserstoffatomen verwendet werden. Hierfür kommen Verbindungen
in Frage, die zwei oder mehrere reaktive Gruppen, ausgewählt aus
OH-Gruppen, SH-Gruppen, NH-Gruppen, NH2-Gruppen und CH-aciden
Gruppen im Molekül tragen.
Zweckmäßigerweise werden solche mit einer Funktionalität von 2
bis 8, vorzugsweise 2 bis 6, und einem mittleren Molekulargewicht
von 60 bis 8000 verwendet. Bewährt haben sich z. B. Polyether
polyamine und/oder vorzugsweise Polyole ausgewählt aus der Gruppe
der Polyether-polyole, Polyester-polyole, Polythioether-polyole,
Polyesteramide, hydroxylgruppenhaltigen Polyacetale und hydroxyl
gruppenhaltigen aliphatischen Polycarbonate oder Mischungen aus
mindestens zwei der genanten Polyole, die bevorzugt ein mittleres
Molekulargewicht von 301 bis 4000 aufweisen. Vorzugsweise
Anwendung finden Polyester-polyole und/oder Polyether-polyole.
Die Hydroxylzahl der Polyhydroxylverbindungen beträgt dabei in
aller Regel 100 bis 850 und vorzugsweise 200 bis 600. Nähere Aus
führungen zu den einsetzbaren Verbindungen sind beispielsweise
aus EP-A-0 421 269 (Spalte 6, Zeile 23, bis Spalte 10, Zeile 5)
oder EP-A-0 719 807 (Spalte 4, Zeile 23, bis Spalte 7, Zeile 55),
ersichtlich. Die PUR-Hartschaumstoffe können ohne oder unter Mit
verwendung von Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmitteln
hergestellt werden. Zur Modifizierung der mechanischen Eigen
schaften, z. B. der Härte, kann sich jedoch der Zusatz von Ketten
verlängerungsmitteln, Vernetzungsmitteln oder gegebenenfalls
auch Gemischen davon als vorteilhaft erweisen. Als Ketten
verlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel zusätzlich zu den
erfindungsgemäßen Vernetzerpolyolen können Diole und/oder Triole
mit Molekulargewichten kleiner als 400, vorzugsweise von 60
bis 300 verwendet werden. In Betracht kommen vorzugsweise ali
phatische, cycloaliphatische und/oder araliphatische Diole mit
2 bis 14, vorzugsweise 4 bis 10 Kohlenstoffatomen. Nähere Aus
führungen zu diesen und weiteren einsetzbaren Verbindungen sind
beispielsweise aus EP-A-0 421 269 (Spalte 10, Zeilen 6 bis 48)
zu entnehmen.
Sofern zur Herstellung der Hartschaumstoffe Kettenverlängerungs
mittel, Vernetzungsmittel oder Mischungen davon Anwendung
finden, kommen diese zweckmäßigerweise in einer Menge von 0 bis
20 Gew.-%, vorzugsweise von 2 bis 8 Gew.-%, bezogen auf das
Gewicht der gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen mit
einem Molekulargewicht von 60 bis 8000, zum Einsatz.
Als Treibmittel können die üblichen physikalischen Treibmittel
wie Alkane, Alkene, Cycloalkane, Ester, Ether, Ketone, Acetale
und/oder Fluoralkane und chemisch wirkende Treibmittel wie Wasser
zum Einsatz kommen. Beispielhaft seien im einzelnen genannt:
Butan, n-Pentan, iso-Pentan, Cyclopentan, Cyclohexan, Methyl
formiat, Ethylformiat, Methylacetat, Ethylacetat, Methylethyl
ether, Diethylether, Aceton, Formaldehyddimethylacetal, Tetra
fluorethan, Difluorchlormethan und/oder 1,1,1-Di-chlor-fluor
ethan. Dabei können die physikalischen Treibmittel natürlich
auch als Mischungen verwendet werden.
Bevorzugt ist die Verwendung einer Kombination von physikalischen
Treibmitteln und Wasser, d. h. Kohlendioxid, das bei der Reaktion
von Wasser mit Isocyanat gebildet wird. Besonders bevorzugt wird
eine Treibmittelmischung enthaltend Wasser und Cyclopentan ver
wendet, insbesondere eine Treibmittelmischung enthaltend Wasser,
Cyclopentan und mindestens einen Stoffe Isopentan und/oder
n-Pentan.
Als Katalysatoren zur Herstellung der PUR- und/oder PUR/PIR-Hart
schaumstoffe werden insbesondere Verbindungen verwendet, die die
Reaktion der reaktive Wasserstoffatome, insbesondere Hydroxyl
gruppen, enthaltenden Verbindungen der Komponente (b) mit den
organischen, gegebenenfalls modifizierten Polyisocyanaten (a)
stark beschleunigen. Die Isocyanatgruppen können durch geeignete
Katalysatoren aber auch miteinander zur Reaktion gebracht werden,
wobei neben den Addukten zwischen Isocyanaten und den Ver
bindungen mit wasserstoffaktiven Gruppen vorzugsweise Iso
cyanuratstrukturen entstehen.
Als Katalysatoren werden also insbesondere solche Stoffe ver
wendet, die Reaktionen der Isocyanate beschleunigen, insbesondere
die Urethan-, Harnstoff- und Isocyanuratbildung.
Bevorzugt hierfür sind tertiäre Amine, Zinn- und Bismutum
verbindungen, Alkali- und Erdalkalicarboxylate, quarternäre
Ammoniumsalze, s-Hexahydrotriazine und Tris-(dialkylamino
methyl)-phenole.
Nähere Angaben zu einsetzbaren Katalysatoren sind beispielsweise
aus EP-A-0 719 807 (Spalte 9, Zeilen 5 bis 56) zu entnehmen.
Der Reaktionsmischung zur Herstellung der PUR- und/oder PUR/PIR-
Hartschaumstoffe können gegebenenfalls auch noch Hilfsmittel
und/oder Zusatzstoffe einverleibt werden. Genannt seien bei
spielsweise oberflächenaktive Substanzen, Schaumstabilisatoren,
Zellregler, Flammschutzmittel, andere als die erfindungsgemäßen
Füllstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Hydrolyseschutzmittel, fungi
statische und bakteriostatisch wirkende Substanzen. Nähere Aus
führungen zu den einsetzbaren Verbindungen sind beispielsweise
aus EP-A-0 421 269 (Spalte 12, Zeile 55, bis Spalte 14, Zeile 16)
oder EP-A-0 719 807 (Spalte 9, Zeile 58, bis Spalte 13, Zeile 17)
ersichtlich.
Zur Herstellung der PUR-Hartschaumstoffe werden die organischen
und/oder modifizierten organischen Polyisocyanate und die gegen
über Isocyanaten reaktiven Verbindungen üblicherweise in solchen
Mengen zur Umsetzung gebracht, daß das Äquivalenz-Verhältnis von
NCO-Gruppen der Polyisocyanate zur Summe der reaktiven Wasser
stoffatome 0,85 bis 1,75 : 1, vorzugsweise 1,0 bis 1,3 : 1 und ins
besondere 1,1 bis 1,2 : 1, beträgt. Falls die Hartschaumstoffe auf
Isocyanatbasis zumindest teilweise Isocyanuratgruppen gebunden
enthalten, wird üblicherweise ein Verhältnis von NCO-Gruppen der
Isocyanate zur Summe der reaktiven Wasserstoffatome der gegenüber
Isocyanaten reaktiven Verbindungen von 1,5 bis 60 : 1, vorzugsweise
3 bis 8 : 1, angewandt.
Die Hartschaumstoffe werden vorteilhafterweise nach dem one shot-
Verfahren, beispielsweise mit Hilfe der Hochdruck- oder Nieder
druck-Technik in offenen oder geschlossenen Formwerkzeugen,
beispielsweise metallischen Formwerkzeugen, hergestellt. Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, nach dem Zwei
komponenten-Verfahren zu arbeiten und die gegenüber Isocyanaten
reaktiven Verbindungen, die Treibmittel und gegebenenfalls Kata
lysatoren, Hilfs- und/oder Zusatzstoffe in der Komponente (A),
der sogenannten Polyolkomponente, zu vereinigen und als Kompo
nente (B), der sogenannten Isocyanatkomponente, die Isocyanate
oder Mischungen aus den Isocyanaten und gegebenenfalls Treib
mittel zu verwenden.
Die Herstellung von Sandwichelementen, Rohren oder anderen
erfindungsgemäßen Artikel ist allgemein bekannt.
Beispielsweise werden die Ausgangskomponenten bei einer
Temperatur von 15 bis 80°C, vorzugsweise von 20 bis 30°C,
gemischt und in ein offenes oder gegebenenfalls unter erhöhtem
Druck in ein geschlossenes Formwerkzeug eingebracht. Die Form
werkzeugtemperatur beträgt zweckmäßigerweise 20 bis 70°C, bevor
zugt 30 bis 60°C, insbesondere 40 bis 50°C. Bevorzugt kann man
die Wände des Formwerkzeuges beispielsweise durch die Einlage
von Hartschaumstoffteilen thermisch isolieren.
Die nachfolgende Polyolkomponente wurde bei einem konstanten
Index von 110 mit Lupranat® M20W (MDI, BASF Aktiengesellschaft)
umgesetzt. Die jeweiligen Anteile an Wasser und Schichtsilikat
wurden variiert.
27,5 Gew.-Teile Lupranol® 3423 (BASF Aktiengesellschaft)
20,0 Gew.-Teile Lupranol® 3300 (BASF Aktiengesellschaft)
5,0 Gew.-Teile Lupranol® 1200 (BASF Aktiengesellschaft)
1,4 Gew.-Teile Polyurax® SR 321
0,8 Gew.-Teile Lupragen® N 100 (BASF Aktiengesellschaft)
30,0 Gew.-Teile TCPP
Wasser
mit Dihydroxyfettsäure aufgeweitetes Cloisit® 30A als Schicht silikat (Southern Clay Products)
20,0 Gew.-Teile Lupranol® 3300 (BASF Aktiengesellschaft)
5,0 Gew.-Teile Lupranol® 1200 (BASF Aktiengesellschaft)
1,4 Gew.-Teile Polyurax® SR 321
0,8 Gew.-Teile Lupragen® N 100 (BASF Aktiengesellschaft)
30,0 Gew.-Teile TCPP
Wasser
mit Dihydroxyfettsäure aufgeweitetes Cloisit® 30A als Schicht silikat (Southern Clay Products)
Zuerst wurde die Polyolkomponente mit dem Schichtsilikat verrührt
(30 s) bei ca. 1800 U/min. Anschließend wurde sofort die Iso
cyanatkomponente zugegeben und beides verschäumt. Die Schaum
stoffe wurden 3 Tage gelagert, bevor sie den Prüfungen unterzogen
wurden. Die in der Tabelle dargestellten Beispiele 1 und 2 sind
Vergleichsbeispiele. Die erfindungsgemäßen Schäume 3, 4 und 5
zeigen eine deutliche höhere, d. h. bessere Druckfestigkeit, die
sich in der höheren Bruchspannung ausdrückt.
Die Menge an Schichtsilikat bezieht sich auf den fertigen Schaum
stoff.
Claims (7)
1. Schaumstoffe auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditions
produkten enthaltend Schichtsilikate mit einer Dicke von 1
bis 10 nm und Längen von kleiner 200 nm.
2. Schaumstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schichtsilikate in den Zellstegen des Schaumstoffes vor
liegen.
3. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen auf der Basis von
Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, dadurch gekennzeichnet,
daß man Schichtsilikate einsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man
Schichtsilikate mit einer Dicke von 5 nm und einer Länge von
100 nm einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaumstoffe eine Dichte von kleiner 500 kg/m3 aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaumstoffe 0,5 bis 50 Gew.-% Schichtsilikate, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Schaumstoffe, enthalten.
7. Schaumstoffe auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditions
produkten erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 3 bis 6.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE10032334A DE10032334A1 (de) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | Schaumstoffe auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10032334A DE10032334A1 (de) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | Schaumstoffe auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10032334A1 true DE10032334A1 (de) | 2002-01-17 |
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ID=7647646
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE10032334A Ceased DE10032334A1 (de) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | Schaumstoffe auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10032334A1 (de) |
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- 2000-07-04 DE DE10032334A patent/DE10032334A1/de not_active Ceased
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