DE102008008391A1 - Geschäumte, lichtechte Polyurethanformteile - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft geschäumte, lichtechte Polyurethanformteile sowie deren Verwendung.

Description

  • Die Erfindung betrifft geschäumte, lichtechte Polyurethanformteile sowie deren Verwendung.
  • Polyurethane (PUR) auf der Basis von Isocyanaten mit aromatengebundenen NCO-Gruppen neigen unter Lichteinwirkung bekanntlich zu Verfärbungen. Dies ist bei Außenanwendungen oder bei unter Lichteinwirkung stehenden Innenteilen ein Problem. Zur Herstellung von lichtbeständigen Formteilen ist daher eine Oberfläche mit entsprechenden Eigenschaften erforderlich.
  • Zur Herstellung von Polyurethanen (PUR) mit hoher Lichtbeständigkeit werden üblicherweise aliphatisch gebundene Isocyanate eingesetzt. Eine Verwendung solcher Isocyanate zur Herstellung lichtbeständiger PUR ist in EP 0379246 B1 beschrieben. Hier werden lichtbeständige Deckhäute, z. B. für die Anwendung auf Instrumententafeln hergestellt. Möglich ist die Fertigung von kompakten und geschäumten aliphatischen Häuten. Die Verwendung von Wasser als Treibmittel führt in den Schäumen zu relativ hoher, teilweise unerwünschter Härte, die im Bereich geringer Dichten sogar höhere Härten als die kompakten Häute zeigen. Zudem ist die Abstimmung der Katalyse von Treib- und Vernetzungsreaktion bei Verwendung von aliphatischen Isocyanaten meist problematisch. Hier muss oft mit bestimmten Metallkatalysatoren gearbeitet werden.
  • Darüber hinaus sollen die Oberflächen im Innenbereich auch eine gewisse Schutzfunktion übernehmen, indem sie bei Beanspruchung eine weiche Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, die jedoch nach relativ kurzer Zeit wieder die ursprüngliche Kontur aufweist.
  • In EP-A 0 652 250 wird ein Verfahren zur Herstellung von zelligen Polyurethanen aus Isocyanaten der Diphenylmethanreihe und Carbamat-Treibmitteln beschrieben. Diese Schaumstoffe zeigen jedoch zu hohe Schwindungswerte. Derartige Änderungen in der Dimensionsstabilität von Formteilen sind unerwünscht. Auch die thermische Ausdehnung sollte möglichst gering sein.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, lichtechte Polyurethane in einem breiten Rohdichtebereich mit weichelastischem Oberflächenverhalten (Haptik), z. B. für den Anwendungsbereich von Armaturentafeln, Türauskleidungen, Armlehnen und Konsolen zur Verfügung zu stellen, die zudem ein niedriges Schwindungsverhalten zeigen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Überraschend konnte diese Aufgabe mit Polyurethanen gelöst werden, die aus aliphatischen Isocyanaten und gegenüber Isocyanaten reaktiven Kurz- und Langkettern unter Verwendung bestimmter Ammonium-Carbamate als Treibmittel erhältlich sind.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind geschäumte, lichtechte Polyurethanformteile erhältlich aus
    • A) aliphatischen Isocyanaten und/oder aliphatischen Isocyanatprepolymeren, die ggf. modifiziert sein können,
    • B) Polyolen mit einem mittleren Molekulargewicht von 1.000–15.000 g/mol und einer Funktionalität von 2 bis 8, vorzugsweise von 2 bis 4,
    • C) Polyolen oder Polyaminen mit einem Molekulargewicht von 62–500 g/mol und einer Funktionalität von 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4, als Kettenverlängerer/Vernetzer,
    • D) ggf. weitere Hilfs- und Zusatzstoffe,
    • E) Treibmittel,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel mindestens 2 OH-Gruppen enthaltende Ammonium-Carbamat-Salze der Formel I) eingesetzt werden HO-X-N(R1)H2 + –O-C(O)-N(R1)-X-OH (I)
    R1 = H, C1-C5-Alkylrest oder -X-OH
    X = [CR2R3]n n = 2–6
    = (CR2R3)p-[-O-(-CR2R3-)-p]q p = 2–4 q = 1–10
    = (CR2R3)-[-N(R4)-(-CR2R3-)-r]s r = 2–4 s = 1–10
    R2, R3 = H, C1-C5-Alkylrest
    R4 = H, C1-C5-Alkylrest oder -X-OH
  • Die Herstellung der Ammonium-Carbamate ist in EP-A 0 652 250 beschrieben.
  • Als Isocyanate A) werden (cylo)aliphatische Polyisocyanate, bevorzugt Diisocyanate, eingesetzt. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethane eignen sich besonders Isophorondiisocyanat (IPDI) und Hexamethylendiisocyanat (HDI). Die Isocyanate können in Form der reinen Verbindung oder in modifizierter Form, beispielsweise in Form von Uretdionen, Isocyanuraten, Allophanaten oder Biureten, oder in Form von Urethan- und Isocyanatgruppen enthalenden Umsetzungsprodukten, sogenannten Isocyanat-Prepolymeren, und/oder Carbodiimid-modifizierten Isocyanaten, eingesetzt werden. Die Isocyanate A) weisen vorzugsweise einen Isocyanatgehalt von 35 bis 15 Gew.-% auf. Bevorzugte Isocyanatkomponenten sind niederviskose Produkte auf der Basis von IPDI mit einem Monomeranteil von 95 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 90–55 Gew.-%.
  • Die Komponente B) weist eine mittlere Hydroxylfunktionalität von 2 bis 8 auf und besteht vorzugsweise aus mindestens einem Polyhydroxypolyether mit einem mittleren Molekulargewicht von 1.000 bis 15.000 g/mol, vorzugsweise 2.000 bis 13.000 g/mol und/oder mindestens einem Polyhydroxypolyester mit einem mittleren Molekulargewicht von 2.000 bis 10.000 g/mol, vorzugsweise 2.000 bis 8.000 g/mol.
  • Geeignete Polyhydroxypolyether sind die aus der Polyurethanchemie an sich bekannten Alkoxylierungsprodukte von vorzugsweise di- oder trifunktionellen Startermolekülen bzw. Gemischen derartiger Startermoleküle. Geeignete Startermoleküle sind beispielsweise Wasser, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Trimethylolpropan, Glycerin und Sorbit. Zur Alkoxylierung eingesetzte Alkylenoxide sind insbesondere Propylenoxid und Ethylenoxid, wobei diese Alkylenoxide in beliebiger Reihenfolge und/oder als Gemisch zum Einsatz gelangen können.
  • Geeignete Polyesterpolyole sind die an sich bekannten, Hydroxylgruppen aufweisenden Veresterungsprodukte von vorzugsweise zweiwertigen Alkoholen, wie beispielsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, Neopentylglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, mit unterschüssigen Mengen an vorzugsweise difunktionellen Carbonsäuren, wie beispielsweise Bernsteinsäure, Adipinsäure, Phthalsäure, Tetrahydrophtalsäure, Hexahydrophtalsäure oder Gemischen derartiger Säuren.
  • Bei der Komponente C) handelt es sich bevorzugt um difunktionelle Kettenverlängerungsmittel mit einem Molekulargewicht von 62 bis 500 g/mol, vorzugsweise 62 bis 400 g/mol. Zu den bevorzugten Kettenverlängerungsmitteln C) gehören zweiwertige Alkohole, wie beispielsweise Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol oder Gemische derartiger Diole. Als Komponente C) bzw. als Teil der Komponente C) ebenfalls geeignet sind Ethergruppen aufweisende Diole mit Molekulargewichten von unter 400 g/mol, wie sie durch Propoxylierung und/oder Ethoxylierung von zweiwertigen Startermolekülen der bereits oben beispielhaft genannten Art zugänglich sind. Als Kettenverlängerungsmittel C) ebenfalls geeignet sind Diamine mit arylalkylständigen Aminogruppen, wie z. B. 1,3-Xylyendiamin. Beliebige Gemische der beispielhaft genannten Kettenverlängerungsmittel können ebenfalls eingesetzt werden. Die Kettenverlängerungsmittel C) werden in Mengen von 2 bis 15, vorzugsweise 4 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Komponente B), eingesetzt.
  • Bei den erfindungswesentlichen Carbamaten handelt es sich um Verbindungen der bereits oben genannten allgemeinen Formeln.
  • Die Herstellung der Carbamate erfolgt durch einfache Sättigung der zugrundeliegenden Alkanolamine mit gasförmigem oder festem Kohlendioxid bei Temperaturen zwischen 40 und 130°C.
  • Besonders bevorzugte Alkanolamine zur Herstellung der Carbamate sind Ethanolamin, Isopropanolamin, 3-Aminopropanol-1, N-Methylethanolamin, 2-(2-Aminoethoxy)-ethanol, N-(2-Aminoethyl)-ethanolamin oder Gemische derartiger Alkanolamine.
  • Bei der Herstellung der Polyurethane (PUR) wird das als Treibmittel verwendete Carbamat in einer Menge von 0,1 bis 6, vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Komponente B), verwendet.
  • Als Hilfs- und Zusatzmittel D) werden Verbindungen der an sich bekannten Art verwendet.
  • Gegebenenfalls mit zu verwendende Hilfs- und Zusatzmittel D) sind die bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen üblichen Verbindungen, wie z. B. Aktivatoren, Stabilisatoren oder auch sonstige halogenfreie Treibmittel, wie insbesondere Wasser, welches gegebenenfalls in einer Menge von bis zu 0,3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Komponente B), mit verwendet wird. Vorzugsweise wird die Herstellung der PUR jedoch ohne zugesetztes Wasser durchgeführt.
  • Die Ausgangskomponenten werden im Übrigen in solchen Mengen eingesetzt, dass eine Isocyanat-Kennzahl von 80 bis 120, vorzugsweise 95 bis 105, erhalten wird.
  • Zur Herstellung der PUR werden im Allgemeinen die Komponenten B) bis E) zu einer "Polyolkomponente" vereinigt, die dann mit der Polyisocyanatkomponente A) vermischt und in geschlossenen Formen zur Reaktion gebracht werden. Hierbei bedient man sich üblicher Mess- und Dosiervorrichtungen.
  • Die Formteile werden beispielsweise als Lenkräder oder Türseitenverkleidungen sowie Instrumententafelabdeckungen oder allgemein als Schutzpolster im Autoinnenraum verwendet.
  • Die aliphatischen Schaumstoffe eignen sich als Verkleidung für Armaturentafeln, Konsolen, Verkleidungen von Türen oder Ablagen im Bereich von Fahrzeugen.
  • Die Temperatur der Reaktionskomponenten (Polyisocyanatkomponente A) bzw. Polyolkomponente) liegt im Allgemeinen innerhalb des Temperaturbereichs von 20 bis 60°C. Die Temperatur der Formwerkzeuge liegt im Allgemeinen bei 20 bis 90°C.
  • Die Menge des in die Form eingetragenen schaumfähigen Materials wird so bemessen, dass Rohdichten der Formteile von 200 bis 700 kg/m3 resultieren.
  • Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.
  • Beispiele
  • Die Prozentangaben in Tabelle 1 beziehen sich auf das Gewicht.
  • Polyisocyanat I:
  • Aliphatisches Polyisocyanat (mit einem IPDI-Gehalt von 70 Gew.-% und einem IPDI-Isocyanurat-Gehalt von 30 Gew.-%) mit einem NCO-Gehalt von 30,5 Gew.-% und einer Viskosität von 200 mPas bei 25°C.
  • Polyol I:
  • Polyetherpolyol mit einer OH-Zahl von 27; hergestellt durch Alkoxylierung von Trimethylolpropan mit Propylenoxid/Ethylenoxid (PO/EO) im Gewichtsverhältnis 78:22 und überwiegend primären OH-Endgruppen.
  • Polyol II:
  • Polyetherpolyol mit einer OH-Zahl von 37; hergestellt durch Alkoxylierung von Glycerin mit Propylenoxid/Ethylenoxid (PO/EO) im Gewichtsverhältnis 28:72 und überwiegend primären OH-Endgruppen.
  • Polyol III:
  • Polyetherpolyol mit einer OH-Zahl von 640; hergestellt durch Addition von Propylenoxid an Ethylendiamin mit sekundären OH-Endgruppen.
  • Carbamat I:
  • In eine Lösung aus 610 g Aminoethanol und 830 g Ethylenglykol werden bis zur Sättigung 5 rot CO2 eingeleitet.
  • Es entsteht eine 50 Gew.-%ige Lösung des Carbamats.
    Säurezahl: 166 mg KOH/g berechnet: 168,9 mg KOH/g
    Aminzahl: 335 mg KOH/g berechnet: 337,9 mg KOH/g
  • Carbamat II:
  • In eine Lösung aus 210 g 2-(2-Aminoethoxy)-ethanol und 254 g Ethylenglykol wird zur Sättigung 1 mol CO2 eingeleitet.
  • Es entsteht eine 50 Gew.-%ige Lösung des Carbamats.
    Säurezahl: 107 mg KOH/g berechnet: 110 mg KOH/g
    Aminzahl: 219 mg KOH/g berechnet: 220 mg KOH/g
  • In der nachstehenden Tabelle 1 werden die Komponenten für die Herstellung der PUR beschrieben. Tabelle 1: Zusammensetzungen
    Beispiel 1 2 3 4
    Polyol I 84,5 89,5 74,5 89,5
    Polyol II 5,0 - 15,0 -
    Polyol III 1,5 1,5 1,5 1,5
    Isophorondiamin (Kettenverlängerer) 1,5 1,5 1,5 1,5
    Farbpaste Isopur® comobeige; der Firma ISL-Chemie 6,0 6,0 6,0 6,0
    UOP-L-Pulver (Zeolithpulver); der Firma UOP 1,0 1,0 1,0 1,0
    Dabco XF U2018 (Katalysator); der Firma Air Products 1,0 2,0 1,0 1,0
    1,4-Butandiol 4,0 - 4,0 -
    Diethylenglycol - 4,0 - 4,0
    Tegostab B 8936 (Stabilisator); der Firma Goldschmidt-Degussa 1,8 1,0 1,0 1,0
    Aminkatalysator Polycat 15; der Firma Air Products - - 0,3
    Carbamat I 3,0 3,0 3,0
    Carbamat II - - - 5,0
    Isocyanat I 35,3 32,9 35,6 37,4
    Dabco XF U2031 (Metallaktivator); der Firma Air Products 0,4 0,4 0,4 0,4
    Tabelle 2: Eigenschaften
    Beispiel 1 2 3 4
    Rohdichte [kg/m3] gemessen nach DIN 53 568 600 500 500 500
    Shore Härte A gemessen nach DIN 53 505 39 35 37 45
    Zugfestigkeit [MPa] gemessen nach DIN 53 504 1,7 1,8 1,4 1,5
    Reißdehnung [%] gemessen nach DIN 53 504 192 180 175 195
    Weiterreißfestigkeit [kN/m] gemessen nach DIN 53 515 6 6 6 6
    Rückprallelastizität [%] gemessen nach DIN 53 512 27 29 25 32
    Formstandzeit [sec.] 150 150 90 150
    Schwindung [%] nach 2 Tagen in Längsrichtung 0,20 0,15 0,20 0,15
  • Die Umsetzungsverhältnisse der Komponenten beziehen sich auf 100 Gew.-Teile der Polyolformulierung für die angegebene Menge des Isocyanats in Tabelle 1.
  • Die Formtemperatur betrug 80°C, die Formgröße betrug 200 × 200 × 5 mm.
  • Die Temperatur der eingesetzten Komponenten lag bei Zimmertemperatur (25°C) für das Isocyanat und bei 50°C für die Polyolformulierung.
  • Die Arbeitsdrücke bei der üblichen maschinellen Verarbeitung nach dem RIM–Prozess betrugen auf Isocyanat- und Polyolseite jeweils 200 bar.
  • Die Menge, die in die Form eingefüllt wurde, war so bemessen, dass die angegebene Rohdichte resultierte.
  • Die aliphatischen Polyurethanschaumstoffe weisen eine einwandfreie Oberfläche auf; sie zeigen nach einer Belastung ein Rückstellverhalten, das zeitnah verzögert die ursprüngliche Oberflächenstruktur wieder ergibt. Die Aufschlagpunkte der Kugeln bei der Messung der Kugelfall-Rückprallelastizität wurden völlig zurückgebildet.
  • Vorteilhaft neben dem verzögerten Rückstellvermögen der Oberfläche nach einer Belastung ist die wesentlich geringere Härte der PUR-Schaumstoffe im Vergleich zu den Polyurethanen aus den Beispielen 18–21 der EP-A 0 379 246 . Gegenüber den PUR aus den Beispielen aus der EP-A 0 652 250 weisen die Polyurethanschaumstoffe der vorliegenden Erfindung überraschenderweise eine wesentlich geringere Schwindung auf. Hierdurch ist eine vorteilhafte große Maßhaltigkeit, z. B. bei geschäumten Häuten, gegeben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (2)

  1. Geschäumte, lichtechte Polyurethanformteile erhältlich aus A) aliphatischen Isocyanaten und/oder aliphatischen Isocyanatprepolymeren, die ggf. modifiziert sein können, B) Polyolen mit einem mittleren Molekulargewicht von 1.000–15.000 g/mol und einer Funktionalität von 2 bis 8, vorzugsweise von 2 bis 4, C) Polyolen oder Polyaminen mit einem Molekulargewicht von 62–500 g/mol und einer Funktionalität von 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4, als Kettenverlängerer/Vernetzer, D) ggf. weitere Hilfs- und Zusatzstoffe, E) Treibmittel, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel mindestens 2 OH-Gruppen enthaltende Ammonium-Carbamat-Salze der Formel I) eingesetzt werden HO-X-N(R1)H2 + –O-C(O)-N(R1)-X-OH (I) R1 = H, C1-C5-Alkylrest oder -X-OH X = [CR2R3]n n = 2–6 = (CR2R3)p-[-O-[-CR2R3-)-p]q p = 2–4 q = 1–10 = (CR2R3)–[-N(R4)-(-CR2R3-)-r]s r = 2–4 s = 1–10 R2, R3 = H, C1-C5-Alkylrest R4 = H, C1-C5-Alkylrest oder -X-OH
  2. Verwendung der Polyurethanformteile gemäß Anspruch 1 als Verkleidung für Armaturentafeln, Konsolen, Verkleidungen von Türen oder Ablagen im Bereich von Fahrzeugen.
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