DE2022208A1

DE2022208A1 - Verbesserte Hochfrequenz-schweissbare Schaumstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2022208A1
Application number: DE19702022208
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Koenig; Hans-Juergen Remmert
Original assignee: Rudolph Koepp & Co Chem Fab AG
Current assignee: Rudolph Koepp & Co Chem Fab AG
Priority date: 1970-05-06
Filing date: 1970-05-06
Publication date: 1971-12-02
Also published as: FR2088380A1; GB1345265A; NL7106216A; AT310454B; FR2088380B1

Description

PATENTANWÄLTE

hVOU KKEiSiER DR.-ING. SCHCf NWALD; DR.-ING. TH. MEYER BR. FPES DiPL-CKEM, ALE K VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KL0PSCK

KÖLN i„ EtEiCHMAWNKAUS

28. April 1970 Fu/bz

Firma Rudolph Koepp & Co-> Chemische Fabrik ÄS, 6227 Qestrlch/Rheingau

Verbesserte Hochfrequenz-schweißbare Schaumstoffe und

"Verfahren, zu ihrer Herstellung "

Schaumstoffe aus synthetischen Polymeren und insbesondere biegsame oder elastische Schaumstoffe dieser Art werden heute in der Technik ir., großem Umfange, beispielsweise als Polstermaterial oder zur Herstellung von Isolierungen eingesetzt. Besondere Bedeutung haben dabei Polyurethanschaumstoffe erhalten, die auf Polyester- und/ oder Polyätherbasis aufgebaut sein können» Es sind dabei solche Schaumstoffe mit weitgehend geschlossener Zellstruktur als auch offenporige Schäume bekannt. Heute gebräuchliche Polyurethanschaumstoffe sind beispielsweise beschrieben in "Kunststoff-Handbuch", Band VII, Polyurethane, Herstellung, Eigenschaften und Verwendung, Carl-Hanser-Verlag, München, I966, Seiten 25 bis 28 und Seiten %42 bis 447. Weitere Angaben zu Polyurethan-Schaumstoffen finden sich in "'Ullmanns- Encyklopädie der technischen Chemie", >. Auflage, Band 14, Seiten 352 bis (Urban & Schwarzenberg, München-Berlin, 1965).

Für die Verarbeitung von Schaumstoffen und insbesondere Polyuretharisehaumstoffen ist ihre VerSchweißbarkeit; von großer praktischer Bedeutung. Insbesondere die Hochfrcquenzverschweißung ist heute in der Praxis wichtig,»

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Viele Schaumstoffe und insbesondere Polyurethanschaumstoffe zeigen ein unbefriedigendes Verhalten beim Verschweißen und vor allem beim HF-Verschweißen. Es ist daher vorgeschlagen worden, zur Verbesserung der Schweißbarkeit und insbesondere der HP-Schweißbarkeit von Polyurethanschaumstoffen, thermoplastische Harze in die Schaumstoffe einzuarbeiten. Vorgeschlagen ist unter anderem die Einarbeitung von Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid oder die Verwendung von Gemischen solcher Thermoplasten, insbesondere die Verwendung von Gemischen von Polyamiden und Polyvinylchlorid. Die Zugabe der thermoplastischen Harze kann dabei entweder schon während der Herstellung des Schaumes erfolgen - etwa durch Vermischen des thermo- . plastischen Harzes mit einer Reaktionskomponente des Polyurethanschaumes vor der Verschäumung (vergl. hierzu beispielsweise die deutsche Patentschrift 1 08l 220) oder aber auch durch nachträgliches Imprägnieren des fertigen Polyurethanschaumstoffes mit den thermoplastischen Harzen. Hierbei kann eine Imprägnierung des Schaumes mit Lösungen, Piastisolen oder Dispersionen des Thermoplasten erfolgen (vergl. beispielsweise die deutschen Patentschriften 1 08l 220 und 1 292 4o6 und die DAS 1 245 117).

Die bisher vorgeschlagenen thermoplastischen Harze, bzw. Harzmischungen, weisen jedoch bei der Verarbeitung des damit modifizierten Schaumstoffes eine Reihe von Nachteilen auf. Einerseits machen sich diese insbesondere bei schwierigen Schweißproblemen bemerkbar, beispielsr weise bei HP-Schweißungen mit textlien Gebilden, zum anderen können Probleme durch eine unzureichende Thermostabil! tat der thermoplastischen Harze entstehen. So sind Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Polyvinylacetat bei höheren Temperaturen nur mangelhaft beständig. Werden diese Harze bei der Herstellung des

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Polyurethanschaumes rnitverschäumt, so wirkt sich diese mangelhafte Wärmebestandigkeit bereits nachteilig -während der Herstellung aus. Die Klasse der genannten thermoplastischen Harze kann sich bei den durch die exotherme Reaktion der Polyurethan-Komponenten entstehenden Temperaturen, die bis zu l80°C betragen und über mehrere Stunden anhalten, teilweise zersetzen. Hierdurch wird der Schaumblock, insbesondere im Kerngebiet verfärbt und die Schweißfreudigkeit des Schaumes läßt nach.

Bei der HF-Schweißung selbst/ und zwar insbesondere bei schwierigen Schweißproblemen, wie etwa bei Ornament-Schweißungen von textil-kaschierten Schäumen oder bei Schweißungen von Schaum mit beigelegten Textilien oder Wattevliesen mit losen Elektroden, treten bei Einsatz solcher Thermoplast-Harze infolge unvermeidlicher lokaler Uberhitzungen innerhalb eines größeren Elektrodenbildes immer wieder Durchschläge auf, die durch Gasbildung an den eingearbeiteten Thermoplastteilchen durch thermische Zersetzung veranlaßt werden.

Ein weiterer Nachteil kann darin liegen, daß mit solchen thermoinstabilen Harzen ausgerüstete Polyurethanschaumstoffe nicht oder nur schlecht nach dem Flammkaschier-Verfahren mit Textilien verbunden werden können. Es kommt schließlich hinzu, daß durch die unvermeidliche Säureentwicklung in den Abgasen der Flamme die gesamte Kaschieranlage korrosionsgefahrdet ist. Die se Nachteile treffen natürlich auch für Mischungen beispielsweise von Polyvinylchlorid mit anderen thermoplastischen Hilfsstoffen, wie Polyamiden, zu, sowie für Mischungen von Polyvinylchlorid oder anderen säurehaltigen thermoplastischen Harzen mit Weichmachern.

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Andere thermoplastische Schweißhilfsmittel, die bei der thermischen Beanspruchung keine sauren Komponenten bilden, beispielsweise Polyäthylen oder Polystyrol, sind für dar; wichtigste Schweißverfahren, die HF-Schweißung, wenig geeignet, weil sie keinen ausreichenden Verlustfaktor besitzen, um die an sich schlechten Schweißeigenschaften reiner Polyurethanschäume zu verbessern. Sie sind damit insbesondere zur Verbesserung der HF-Schweißfreudigkeit von PolyurethanDchäumen schlecht geeignet. Sie können allenfalls dazu dienen, das plastische Verhalten des Schaumes bei äußerer Temperatureinwirkung zu verbessern.

Eine gewisse Sonderstellung kommt den Polyamiden zu. Sie zeigen nicht die geschilderten Nachteile und sind auch ausreichend beständig bei den Temperaturen, die bei der Herstellung und Verschweißung damit ausgerüsteter Polyurethanschäume auftreten. Insbesondere wurde überraschenderweise gefunden - und hier liegt ein wichtiges Element für die vorliegende Erfindung - daß bestimmt ausgewählte Mischpolyamid-Typen als Schweißhilfsmittel für Schaumstoffe, insbesondere Polyurethanschaumstoffe, bedeutungsvoll sind. Während die Schmelzpunkte der klassischen Polyamide, beispielsweise vom Typ des Polycaprolactarns oder des 6,6-Nylons so hoch liegen, daß eine sinnvolle Verwendung als Schweißhilfsmittel für Polyurethanschäume schwierig ist, hat sich gezeigt, daß Mischpolyamide,insbesondere ternäre Mischpolyamide mit Schmelzpunkten bzw. Heißsiegelpunkten unterhalb etwa l80 C, vorzugsweise unterhalb etwa 10O⁰C, eine merkliche Verbesserung der Schweißeigenschaften von Polyurethanschäurnen erbringen. Solche Mischpolyamidemit Heißsiegelpunkten im Dereich von etwa loo bis k u^(J0 und bevorzugt- im Bereich von 120 bis IMQ⁰C, sind mohrfach beschrieben (vergl. hierzu beispielsweise d:ie Prospekte der' Firma Bridi r.ohe Anilin- und Rod;; fabrik,

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■;■... _ 5 -

Ludwigshafen, M 20?4d - 8ϋ4ΐΛ (620) April I965 "Ultramid 1 C" und Vorläufige Arbeitsanleitung "Kuroplast KR 2235" 11.66 sowie das Merkblatt der Firma Dr. Plate" GmbH, Chemische Fabrik, Bonn "Platamid H I05 P" 9.67).

Als viertvolles Schweißhilf stnittel für die Erfindung haben sich in diesem Zusammenhang weiterhin die sog. Polyamidharze erwiesen, die man durch Kondensation von Äthylendiamin bzw. Polyathylenaininen mit verzweigten Polycarbonsäuren, insbesondere Dicarbonsäuren erhält, die ihrerseits durch Dimerisation ungesättigter Fettsäuren erhalten werden. In der Praxis sind hier Polyamidharze mit Schmelzpunkten je nach Zusammensetzung der Harze im Bereich von etwa II5 bis I85 C bekannt, wobei für die Erfindung bevorzugt Polyamidharz-Typen mit Heißsiegelpunkten nicht über etwa l6o°C Verwendung finden. Zur Herstellung und zu den Eigenschaften solcher PoIyarnidharze siehe beispielsweise "Ulltnanns Encyklopädie der technischen Chemie", 14. Band a. a. 0., Seiten 73 bis 75 sowie "Kunststoff--Handbuch" a. a. 0., Band VI, Polyamide, Seite 387·

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Arbeiten ivurde allerdings weiterhin festgestellt, daß die alleinige Verwendung auch dieser vergleichsweise niedrig schmelzenden Mischpolyamide bzw. Polyamidharze noch gewisse Schwierigkeiten mit sich bringen kann. Der Verlustfaktor der Polyamide, der für die HF-Schweißbarkeit von wichtiger Bedeutung ist, ist in hohem Maße temperatur- und feuchtigkeitsabhängig. Der Verlustfaktor trockener Polyamide liegt bei /'irf.mertemperatur bei nur etwa 0,02, steigt aber bereits bei 90 C auf über 0,2, d. h. auf mehr als den 10-fachon Wert. Bei' der HBⁿ-Schweißung muß daher bei der alleinigen Verwendung von diesen Polyamid-Typen zwockmäßigerweise mit vorgeheizten Elektroden gearbeitet werden, was nur in Sonderfällen möglich ist,

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oder aber es muß mit sehr hohen Feldstärken geschweißt werden, was die Durchschlagssgefahr erheblich steigert.

Im Rahmen der Erfindung hat es sich nun weiterhin überraschenderweise gezeigt, daß eine Gruppe von synthetischen Polymeren als Schweißhilfsmittel und insbesondere als Hilfsmittel für die HF-Schweißung ganz besonders geeignet ist, die bisher hierfür nicht eingesetzt wurden. Diese erfindungsgemäßen Schweißhilfsmittel sind Polyvinylalkohol und/oder die Acetale des Polyvinylalkohole. Insbesondere'die Polyvinylacetat und ihre Mischungen mit Polyvinylalkohol sind im Rahmen der Erfindung die bevorzugten Schweißhilfsmittel.

Polyvinylalkohol und Polyvinylacetat sind bekannte und In der Praxis in beachtlichem Umfang, nicht jedoch als Schweißhilfsmittel, eingesetzte synthetische Stoffklassen. Sie sind beispielsweise ausführlich beschrieben in "Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie", 5. Auflage, Band 14, Seiten 2j56 bis 248 (Urban & Schwarzenberg, München-Berlin, 1963). Es hat sich gezeigt, daß sie in der Lage sind, Schaumstoffen und insbesondere Polyurethanschäumen eine unerwartet gute Schweißfreudigkeit zu verleihen. Sie zeichnen sich insbesondere durch eine Kombination vorteilhafter Eigenschaften aus. Sie zeigen schon bei 20 C einen günstigen Verlustfaktor, so daß bei der HF-Schweißung ein schnelles Durchwärmen der Nahtbereiche auch ohne überhöhten Spannungsbedarf gewährleistet ist. Darüber hinaus weisen diese Verbindungen eine sehr hohe Dauerwärmestandfestigkeit auf und spalten auch bei einer Erhitzung - beispielsweise in einer Flammkaschieranlage - keine schädlichen Säuren ab. Gegenstand der Erfindung sind dementsprechend Schaumstoffe und insbesondere Polyuretharischaurnstoffe mit verbesserten Eigenschaften für die Verschweißung, vorzugsweise für die HF-Verschweißung, die durch einen Gehalt

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an Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylacetal gekennzeichnet sind.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß diese Schweißhilfsmittel der Erfindung sowohl schon im Rahmen der Schaumstoffherstellung in den Schaumstoff eingearbeitet werden können, als auch durch nachträgliches Imprägnieren in den bereits fertig vorgebildeten .Schaumstoff

einzuarbeiten sind. Bei der Herstellung von Polyure-Uianschaumstoffen mitverwendete Schweißhilfsmittel werden"wenigstens einer der Ausgangskomponenten für die Polyurethanbildung, dabei gewöhnlich der Hydroxykomponente, vor'der Polyurethanbildungsreaktion zugeßetzt. Für das nachträgliche Imprägnieren eines vorgebildeten Schaumstoffes mit fließfähigen Zubereitungen des Schweißhilfsmittels kann es bevorzugt sein, einen ausreichend offenzelligen Schaumstoff einzusetzen, damit das Tmprägniermittel nicht nur auf der Außenfläche des Schaumstoffes haftet. Es ist aber auch möglich, das Schweißhilfsmittel nur oberflächlich auf einen vorher fertiggestellten Schaumstoff aufzubringen, der dann auch eine geschlossene Zellstruktur aufweisen kann. Dieses Auftragen kann z. B. durch Aufstreuen, oder Bedrucken und gegebenenfalls anschließendes Versintern erfolgen, 'niese Arbeitsweise kann dann von besonderer Bedeutung sein, wenn vergleichsweise dünne Schaumschichten zusammen mit mengenmäßig bedeutenden Thermoplastbeschichtungen verwendet werden sollen, beispielsweise als eine die HF-Schweißung vermittelnde Beilage. Bei der Einarbeitung des Schweißhilfsmittels schon im. Rahmen der Schaumstoffherstellung ist es möglich, gleichmäßig mit dem Schweißhilfamittel durchsetzte Schaumstoffe zu schaffen , unabhängig davon, ob es sich um einen offenzelligen oder geoChlossenzelligez: Schaumstoff-Typ handelt.

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Wenn nun auch schon das Einbringen von Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylacetat in Polyurethanschäume zu einer wesentlichen Verbesserung der Verschweißbarkeit des Schaumstoffes führt, so wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Wirkung des Polyvinylalkohole und/oder Polyvinylacetals mit der wirkung anderer Schweißhilfsmittel verbunden. Schweißhilfsmittel, die man bisher im HF-Schweißen nicht oder nur mit gewissen Schwierigkeiten einsetzen konnte, zeigen ein völlig anderes Verhalten, wenn sie in Mischung mit Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylacetat verwendet werden. Insbesondere ist dabei für die ^ßbrnischung mit den erfindungsgemäßen Schweißhilfsmitteln wichtig die blasse derjenigen thermoplastischen Harze, die an sich durchaus temperaturbeständig sind bzw. beim Erhitzen keine sauren Bestandteile abspalten, deren Verlustwinkel jedoch so ungünstig liegt, daß bisher im HP-Schweißen ihre Verwendung Schwierigkeiten mit sich brachte. Hie Zumischung selbst kleiner Mengen an Polyvinylalkohol und insbesondere Polyvinylacetal oder dessen Mischungen mit Polyvinylalkohol führt zu einer stark verbesserten HF-Schweißfreudigkeit auch an der kalten Elektrode, wobei in der Regel eine synergistische Wirkungssteigerung festzustellen ist. Die Mitverwendung des Polyvinylacetal s bzw. Polyvinylalkohole ist gewissermaßen einem Vorwärmen der Schweißelektroden vergleichbar. Es gelingen erfindungsgemäß mit solchen Gemischen von Schweißhilfsmitteln Sehwelßungen, die bei Abwesenheit des Polyvinylalcohols bzw. -acetals nicht oder nur unter sorgfältigsten Bedingungen, insbesondere mit vorgeheizten Elektroden einstellbar sind. In dieser Ausführungsform der neuen technischen Lehre ist also ein weiterer Gegensta:u der Erfindung ein Schaumstoff, insbesondere Polyurethan-Schaumstoff, dessen Verschweißbarkeit dadurch verbose:·-. ist, daß ein Gemisch aus Polyvinylalkohol und/oder Po.'¹,.-· vinylacctal in Mischung mit einem weiteren thermoplr>.~ " 1.0984 9/U91

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stischen Kunstharz als Schweißhilfsmittel vorgesehen ist. Dieses weitere thermoplastische kunstharz ist bevorzugt ein thermostabiles Material, das insbesondere unter thermischer Beanspruchung keine sauren Bestandteile abspaltet. In Betracht kommen hier-beispielsweise Polykohlenwasserstoffe, vor allen Dingen aber die Polyamide.

Es hat sich gezeigt, daß gerade die vorher erwähnten Mischpolyamide bzw. Polyarnidharze mit Heiß-Siegel-Punkten bis max. l80°fi, vorzugsweise bis etwa l60 C, hervorragende Mischungskomponenten für die Abmischung mit dem Polyvinylalkohol und/oder'dem Polyvinylacetal sind. In dieser Kombination wird es möglich, die günstigen dielektrischen Eigenschaften der Polyvinylacetat und/ oder -alkohole mit den überaus günstigen Haftfestigkeiten dieser Polyamidklassen zu vereinigen. Durch das günstige dielektrische Verhalten der Polyvinylacetat bzw. Polyvinylalkohole wird dabei eine rasche Erwärmung des Nahtbereiches eingeleitet, bis bei erhöhter Temperatur auch der Verlustfaktor der Polyamidkomponente so hoch wird, daß diese an der HP-Schweißung.aktiven Anteil hat. Dazu kommt weiterhin, daß solche Kombinationen von Schweißhilfsmitteln offenbar den Sinter- bzw. Schmelzpunkt des Polyurethanschaumes herabsetzen. Man kann mit derart ausgerüsteten Polyurethanschaumstoffen Verbundkörper - beispielsweise mit entsprechend ausgerüsteten Textilien oder Kunststoffolien - durch Verschweißung herstellen, die eine ausgezeichnete Haftung aufweisen.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, die Haftfreudigkeit des Schaumstoffes an anderen Materialien durch Zusätze von Harzestern oder Kautschukderivaten weiter zu steigern, wie sie insbesondere als Haftvermittler in der Lacktechnik bekannt sind. Besonders zweckmäßig -

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- ίο -

wenn auch keineswegs notwendig - kann es sein, bei der Einarbeitung des Schweißhilfsmittelgernisches von eine:.-: Gemisch des Polyvinylacetals, bzw. -alkohols und dem Mischpolyamid bzw. Polyamidharz auszugehen. Dieses Stoffgemisch kann dann entweder schonbei der Herstellung des Schaumstoffes in diesen eingearbeitet weraen, oder aber es wird eine geeignete Zubereitung, insbesondere eine Lösung, eine Dispersion oder ein Plastisol in den vorher bereiteten Schaumstoff eingearbeitet oder auf dessen Oberfläche aufgegeben und das flüssige Lösungs- bzw. Dispergiermittel anschließend entfernt.

Schon beschränkte Mengen des Polyvinylacetals und/oder Polyvinylalkohol bzw. der erfindungsgemäßen und diese Verbindung enthaltenden Stoffgemische geben gute Ergebnisse bezüglich der Schweißfreudigkeit, Beispielsweise wird mit etwa J5 bis ^O Gew.-% des thermoplastischen Schweißhilfsmittels im Sinne der Erfindung eine in vielen Fällen ausreichende Bereitschaft zur HP-Schweißung und zur anschließenden Haftung in Verbundmaterialien eingestellt. Es können aber auch beträchtlich größere Mengen des Schweißhilfsmittels zur Verwendung kommen, und zwar selbst bei der Einarbeitung in den Schaumstoff bei seiner Herstellung. Insbesondere wird das möglich, wenn das Schweißhilfsmittel beim Verschäumen in ausreichend großen Körnern zugesetzt wird. Diese lösen sich dann nicht völlig auf, sondern werden noch in Kornform in die Schaumstoffstruktur eingebaut. In der Regel kann das Schweißhilfsmittel damit bis zu etwa 00 Gew.-% des Schaumstoffes ausmachen. Etwa 10 j50 Gew.-% sind bevorzugt. Diese Angaben beziehen sich dabei jeweils auf das Gewicht des mit Schweißhilfsrnittel versehenen fertigen Schaumstoffs.

Wird das Schweißhilfsmittel bei der Polyurethanschaurnstoffherstellung eingearbeitet, so können Mengen von

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5 bis 4O Gew.-ίυ des Schweißhilfsmittels, bezogen auf die Polyolkomponente des Polyurethans/ besonders zweckmäßig sein. Auch beim nachträglichen Imprägnieren eine.s vorgefertigten Schaumstoffes mit einer Lösung, einer Dispersion oder einem Plastisol des SchvreiiBhilfsrriittels bzv.'. Gemischesvon thermoplastischen Harzen im Sinne der Frfindung worden gute Ergebnisse mit entsprechenden Mengen des Schweißhilfsmittels erhalten. Es kann allerdings hier je nach dem Verwendungszweck auch sehr viel mehr des Schweißhilfsmittels auf den Schaum aufgebracht .v/erden. So kann die Menge des Schweißhilfsmittels beispielsweise bis zu 150 Gew.-^, bezogen auf das Schaumstoffgex\'ieht, gesteigert werden. Das kann bedeutungsvoll sein, wenn dünne Schaumstoffolien als Beilagen für die HF-Schweißung eingesetzt werden.

Handelsübliche Polyvinylacetat sind in der Regel Verbindungen, deren Vinylalkoholgruppen in überwiegendem Ausmaß, nicht jedoch zu 100 %, acetalisiert sind. Solehe Polyvinylacetat können besonders zweckmäßig aZ.s Sehweißhilfsmittel, und zwar insbesondere auch in Ab-■misehung mit der geschilderten Klasse der Mischpolyamide bzxtf. Polyamidharze eingesetzt werden. Polyvinylacetale mit einem Gehalt von etwa "Ο bis 98 fo, vorzugsweise 80 bis 38 fo Acetalgruppen sind besonders bevorzugt.

Werden in der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung Mischungen solcher Polyvinylalkohole tind/cder -acetale mit den Polyamiden bzw. Polyamidharzen des maximalen Schmelz- bzw. Siegelpunktes von etwa l6o°C verwendet, so körnen prinzipiell beliebige Mischungen zwischen Polyamid-komponente, und Polyvinylalkohol bzw. -acetalkomponente eingesetzt v;erden. Überraschennervjeise genügen aber schon beschränkte Merken, die beispielsweise weniger- als 50 Gew.->i des them· ^plastischen Gesamtgemisches ausmachen, um die or-

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wünschte rasche und gleichmäßige Durchheizung der Schweißnaht sicherzustellen. Schon Mengen bis zu etwa 1/4 der insgesamt eingesetzten Mischung der thermoplastischen Schweißhilfsmittel können ausreichen. Werden zusätzliche Haftvermittler, also die aus der Lacktechnik: bekannten Harzester, oder Kautschukderivate, mitverwendet, so können diese bis etwa 25 Gew.-^, bezogen auf die Gesamtmenge der thermoplastischen Schweißhilfsmittel, betragen. Die Mitverwendung der Polyamide bzw. Polyamidharze wird immer dann vorteilhaft sein, wenn besonders gute Werte bezüglich der Haftfestigkeit der Schweißnaht gefordert werden. Will man jedoch beispielsweise nur scharf-profilierte Nahtbilder, etwa Polsterpfeifen oder Ziernähte auf Verbundmaterialien aus Schaumstoff und beispielsweise Textilien durch HP-Schweißung herstellen, bei denen der Verbund schon durch andere Maßnahmen, wie Klebung oder Flammkaschierung, sichergestellt ist, so kann man auf die Zugabe von Polyamid und/oder anderen haftverbe.3-sernden Materialien ganz oder wenigstens teilweise verzichten. Von besonderer Bedeutung ist, daß in allen Fällen schon bei etwa I70 C nicht übersteigenden Temperaturen ausgezeichnete Schweißergebnisse erhalten werden. Das ist gerade für die Polyurethanverschweißung von ausschlaggebender Bedeutung. Höhere Temperaturen führen leicht zu thermischer Zersetzung und einem Abbau des Polyurethanschaumstoffes, während bis zu dieser Temperaturgrenze keine nachteiligen Eigenschaften durch den Schweißvorgang auf das Polyurethangefüge zu erwarten sind.

Die Herstellung der mit Schweißhilfsmitteln im Sinne der Erfindung versehenen Polyurethanschaumstoffe, die in den Rahmen der Erfindung fällt, erfolgt nach den an sich bekannten Methoden der Polyurethanschaumstoff-

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herstellung, so wie sie beispielsweise in den zitierten Literaturstellen angegeben ist.

Die Schaumstoffe und/oder die thermoplastischen Schweißhilfsmittel können in an sich bekannter Weise Zuschlagstoffe für die verschiedenartigsten Zwecke, beispielsweise also Farbstoffe, flammhemmende Mittel, Weichmacher und ähnliches enthalten.

Die folgenden Beispiele zur Erläuterung der Erfindung sind in die drei Abschnitte A, B und C unterteilt. In dem Beispielsteil A sind die Grundrezepturen für typische Polyurethanschäume der heutigen Praxis angegeben. Beispiel A,1 schildert einen Esterschaum, Beispiel A,2 einen Ä'therschaum und Beispiel A,j5 einen selbstlöschenden Ä'therschaum.

Mit Hilfe dieser drei Grundrezepturen v/erden dann die in den Abschnitten B und C gebrachten Vergleichsversuche durchgeführt.

Der Teil B schildert dabei die Ergebnisse, die beim Verschweißen von Polyurethanschäumen erhalten werden, denen das Schweißhilfsmittel im Rahmen der Schaumstoffherstellung zugesetzt worden ist. In allen Fällen wurde dabei das jeweilige Schweißhilfsmittel dem Polyester vor der Zugabe des Polyisocyanats beigegeben.

In dem Abschnitt C der Verfahrensbeispiele sind die Ergebnisse zusammengefaßt, die beim nachträglichen Imprägnieren der fertigen Polyurethanschaunistoffe mit den Schweißhilfsmitteln erhalten worden sind. Hier sind also zunächst PolyureChanschaumstoffe nach den Grundrezepturen des Abschnittes A hergestellt und dann in der in Abschnitt; C geschilderten Weise nachträglich mit den Schwe Lßhi 1 ·-nitteln imprägniert worden.

'098*9/1*91 BADO«

Teil A

Grundrezepturen zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe.

j.)Polyesterpolyurethanschaum:

100 Gew.-Teile eines verzweigten Polyesters aus

Adipinsäure, Diäthylengiykol und Triol mit einer Hydroxylzahl ca. 6o werden mit

4.4 Gew.- " ' Wasser

1.5 Gew.- " Dimethylbenzylamin und

1,2 Gew.- " Silicon-Stabilisator verrührt.

In diese Mischung werden bei den in Teil B erläuterten Versuchen die jeweiligen Schweißhilfsmittel gleichmäßig eingerührt. Für die Versuche des Teils C entfällt dieser Schritt. In das so vorbereitete Gemisch gibt man ein Gemenge von

35 Gew.-Teile Toluylendiisocyanat mit einem Gehalt

von 8o % 2,4 und 20 % 2,6 Isomeren sowie

18 Gew.- " Toluylendiisocyanat mit einem Gehalt von 65 % 2,4 und 35 % 2,6 Isomeren

und vermengt intensiv mit einem schnell laufenden Rührwerk. Das Gemisch ergibt nach 60 - 90 Sekunden Steigzeit einen offenzelligen Weichschaumstoff mit einem Raumgewicht von ca. JO g/Ltr., der gegebenenfalls (Teil B) die Schweißhilfsmittel in feinster Verteilung enthält.

2.) Polyätherpolyurethanschaum:

100 Gew.-Teile eines verzweigten, mit A'thylenoxyd

modifizierten Propylenglykols mit einer Hydroxylzahl ca. 49 werden mit

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4,5 Gew.-Teile Wasser

0,7 Gew.- " Siliconstabilisator

0,08 Gew.- " Dimethylamino-Äthläther u.

0,5 Gew.-" Zinndloctoat verrührt.

In diese Mischung werden bei den unter Teil B erläuterten Versuchen die Schweißhilfsmittel gleichmäßig eingerührt. In das so voroereitete Gemisch gibt man 55 Gew.-Teile Toluylendiisocyanat mit einem Gehalt

von 8o % 2,4 und 20 % 2,6 Isomeren. und vermengt intensiv mit einem schnell laufenden

Rührwerk. Das Gemisch ergibt nach 60 - 90 Sekunden A

Steigzeit einen offenzelligen Weichschaumstoff mit einem Raumgewicht von ca. 50 g/Ltr., der gegebenenfalls (Teil B) die Schweißhilf srnittel in feinster Verteilung enthält.

5.) Polyatherpolyurethansehaum (selbstlöschend);

100 Gew.-Teile eines verzweigten Polypropylenglykols

mit einer Hydroxylzahl ca. 56 werden mit

Wasser

Triäthylen-Diamin

Siliconstabilisator M

Triethanolamin und Dibrom-Propyl-Phosphat Monofluortrichlormethan verrührt.

In diese Mischung werden bei den in Teil B erläuterten Versuchen die Schweißhilfsmittel gleichmäßig eingerührt. In das so vorbereitete Gemisch gibt man ein Gemenge von

2,5	Gew.-	II
0,5	Gew.-	H
0,8	Gew.-	H
6,0	Gew,-	11
10,	OGew.-	11
5,0	Gev;.-	1!

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JJ Gew.-Teile Toluylendiisocyanat mit 65 % 2,4 und

j55 % 2,6 Isomeren sowie 10 Gew.- " Diphenylmethan-diisocyanat

und vermengt intensiv mit einem schnell laufenden Rührwerk. Das Gemisch ergibt nach einer Steinzeit von 60 - );0 Sekunden einen offenzelligen Weichschaum mit einem Baumgevüoht von ca. 45 g/Ltr., der gegebenenfalls (Tell B) die Schweifshilfsmittel in feinster Verteilung enthält.

Schweißhilfsmittel in den Schaumstoff bei dessen Herstellung eingearbeitet.

'Zur Versuchsdurchführung:

Es wurden jeweils 15 mm starke Proben eines Polyurethanschaumstoffes verschiedenen Schweißversu.chen unterworfen, die die im folgenden angegebenen SchvreiEsnilfsmittel enthielten. Die folgenden Sehweißversuche wurden dabei durchgeführt:

Fall I.) HF-Versohweissung mit einer 0,4 mm starken Weich-PVC-Folie.

Fall II. )HF-Verschwei,3sung mit einem 1 mm starken Nylon-Velours.

F&ll IIL)HL^?~Verschweissung zwischen einer 0,4 »".:i starken V/eich-PVC-Folie und einem mit 3-.'.vg FcIy--

2
vinylicenchlorio/m ' beschicljteten ϊ·..· u;-3 L-c-fjcT-

Papier.

Die 3chv.'ei'3un,-_;;(:ii v/urden ciUiT-hr,^ r"kri ir.lt elr^cr }-:ic!:l> ■ de /on 550 nvr.' KIacViο Ubci- '. 3ekunc^n i:ilt ciirot' i'.y · nun.¹ 7 'ti ''-I'7 Λΐι<^! eine»· i'..-tromi;t:.>!:vi von 0,4 A".^y :->

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bei einer Frequenz von 27,12 MHz. Die Nahttemperatur

wurde in allen Fällen unter 17O⁰C gehalten.

Der subjektive Eindruck der entstandenen Schweißnaht wurde beurteilt und ist in den anliegenden Tabellen wie folgt eingestuft:

0 = Keine Ausbildung einer Naht

1 - Punktweise Andeutung einer Naht ■

2 = Naht in der Art verdichteten Schaums 3' = Verschweißte, durchscheinende Naht

Die Nahtfestigkeit wurde bestimmt durch Abreißen quer zur Naht gemäß DIN 53. 357 in p/cm Naht länge eine Stun de nach erfolgter Schweißung.

Die prozentuale Menge des Schweißhilfsmittels ist in Gew.-Ja, bezogen auf die Polyol-Menge, angegeben.

Als Schweißhilfsmittel wurden verwendet:

Polyvinylalkohol: mit einem Hydrolysegrad 97-99 Mol-# Polyvinylacetat mit einem Gehalt von 75~77 f> Acetal,

1 % Acetat und 18-21 % Alkohol Copolyamid durch Polymerisation eines Gemisches von Laurinlactam, Capro-■ lactam und weiteren Polyamid-bilden

Polyamid A Polyamid B:

Cyclokautschuk:

den Bestandteilen mit einem Schmelzpunkt von etwa 12O°C Kondensationsprodukt.aus dimerisierten Fettsäuren mit Ethylendiamin mit einem Erweichungspunkt von 110-120⁰C Cyclisierter Isoprenkautschuk.

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Tabelle 1

Polyesterschäume gemäß Al.)

Schweißhilfsmittel

Naht

Ohne

10 % Polyvinylalkohol

10 % Polyvinylacetal

20 % Polyamid A

20 % Polyamid A + 5 % Polyvinylacetal

10 % Polyamid A + 5 % Polyvinyl-

acetal + O % Cyclokautschuk

A.)
Haftung

B.)
Haftung

420 ρ 610 ρ

840 ρ 950 ρ

1200 ρ 1500 ρ

480 ρ

1900 ρ

200 ρ
1900 ρ

über 2000 p,

nicht meßbar
der Schaum
reißt

über 2000 p,
nicht meßbar
der Schaum
reißt

C) Haftung

500 ρ 380 ρ

500 ρ 000 ρ

600 ρ

Tabelle 2

Polyätherschaum gemäß A 2.)

Schweißhilfsmittel

Naht

A.) Haftung

B.)
Haftung

C, )
Haftung

Ohne

10 % Polyvinylalkohol

10 % Polyvinylacetal

20 % Polyamid A 20 % Polyamid B

20 % Polyamid A + 5 % Polyvinylacetat

20 % Polyamid B + 5 % Polyvinylacetal

20 % Polyäthylen

20 % Polyäthylen + 5 % Polyvinylacetal

O	/	0
1	l6op	1
1	200 ρ	i
2	520 ρ	2
2	300 ρ	2
3	Abriß in der Naht über 500 ρ	3
3	Abriß in der Naht über 500 ρ	3
O	/	0

ρ

ρ
ρ
ρ

ρ
ρ

Ιβθ ρ ρ

80 ρ 360 ρ

240 ρ 400 ρ 280 ρ

570 ρ

350 ρ 160 ρ

300 ρ

NJ NJ CD OO

Tabelle 3
^Siiäkherschau^gemäß^A^

Schweißhilfsmittel

Ohne 10 %

10

Polyvinylalkohol

Polyvinylacetal

20 % Polyamid A

20 % Polyamid + 5 % Polyvinylacetal

Naht A.) Naht B.)

Haftung Haftung

O O

2 3

120 ρ 350 ρ

550 ρ

C)

Haftung

200 ρ 560 ρ

250 ρ 500 ρ

■ 500 ρ

Teil C

Nachträgliches Imprägnieren der ohne Einarbeitung
von Schweißhilfsmitteln hergestellten Schaumstoffe
gemäß Teil AV- -. .

1. V Ein Polyurethanschaumstoff, welcher nach der Grundrezeptur A 1 hergestellt wurde, wird mit 50 % seines Gewichts der folgenden Lösung getränkt:

20 Gew.-Teile eines Copolyamids aus Laurinlactam,

Caprolactam und weiteren Polyamid- "

bildenden Bestandteilen (Schmelzpunkt etwa 120⁰C) "

10 Gew.- "- Po.lyviny!acetal 2p Gew.- " Carbamidsäureester 70, OGew.-" Äthanol 20, OGew.-" Benzol 10,OGew.-" Wasser

Der so imprägnierte Schaumstoff wird bei 105°C getrocknet. Das erhaltene Produkt ist hervorragend. Hochfrequenz-schweißfähig.

2.) Ein Polyurethanatherschaumstoff hergestellt gemäß Grundrezeptur A 2 wird mit der gleichen Gewichtsmenge folgender Dispersion getränkt:

10 Gew.-Teile eines Mischpolyamids auf der Grundlage

von Caprolactam, Hexamethylendiamin/
Adipinsäure und ρ,ρ-Diaminodicyclohexylmethan/Adiplnsäure (Schmelzpunkt etwa I85°c)

5,0 Gew.- " Polyvlnylacetal

2,0 Gew.- " Carbaraidsäureester

2,0 Gew.- " Benzolsulfosäure-N-butylamid 50,OGew.- " Butanol

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dispergiert in

4O,O Gew.-Teilen Wasser 10,0 Gew.- " Vinylpyrrolidon

Diese Dispersion wird durch Abquetschen in dem Schaumstoff gleichmäßig verteilt und der so ausgerüstete Schaum bei 105 C getrocknet. Man erhalt ein hervorragend HF-schweißbares Produkt.

100 Gew.-Teile eines Kondensationsproduktes aus

dimerisierten Fettsäuren mit Äthylen-· diamin (Erweichungstemperatur 110-12Ot)

25 Gew.- " Polyvinylacetal mit einem Gehalt von

75-77 % Acetal, 1 % Acetat und 18-21 % Alkohol

10 Gew.- " Cyclisierter Isoprenkautschuk

werden miteinander verschmolzen. Die Schmelze wird nach dem Erstarren auf eine Korngröße von ;500/U vermählen.

Ein Polyester-Polyurethanschaumstoff, hergestellt nach Grundrezeptur A 1, wird zu einer 1 mm starken Folie geschnitten und diese Folie mit einer geeigneten Streuapparatur mit 150 % ihres Eigengewichts mit der oben beschriebenen gemahlenen Schmelze bestreut. Die so beschichtete Schaumfolie wird unter einem Infrarotfeld so hoch erhitzt, daß die Körner der Schmelze sintern und an der Schaumstoffoberfläche haften.

Die so hergestellte, punktförmig beschichtete Schaumstoffolie dient als Beilage bei HF-Schweißun-xen insbesondere zur HF-Schweißung von Textilien.

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Claims

Patentansprüche

1) Schaumstoffe, insbesondere Polyurethanschaumstoffe,-mit verbesserter HF-VerSchweißbarkeit und einem Gehalt an thermoplastischen Harzen als Schweißhilfsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Schweißhilfsmittel Polyvinylalkohol und/ oder Polyvinylacetat gegebenenfalls in Mischung mit anderen,die Verschweißbarkeit fördernden Thermoplasten, vorliegen.

2) Schaumstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylacetal in Mischung mit Polyamiden, vorzugsweise mit Polyamiden eines Schmelz- bzw. Heißsiegelpunktes unter 18O°G, vorliegen. -

5) Schaumstoffe nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyamide Mischpolyamide mit einem Schmelz- bzw. Heißsiegelpunkt bis etwa 160⁰C, vorzugsweise im Bereich von etwa 120 bis l40 C, oder Polyamidharze aus Äthylendiamin bzw. Polyäthylenaminen mit höheren verzweigten Dicarbonsäuren sind.

4) Schaumstoffe nach Ansprüchen 1 bis j5* dadurch gekennzeichnet, daß sie Mischungen von Polyvinylacetal und Polyvinylalkohol und insbesondere Polyvinylacetale mit einem Gehalt von etwa 70 bis 98 %, vorzugsweise 80 bis 88 % Acetalgruppen, enthalten.

5) Schaumstoffe nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Polyvinylacetal und/oder Polyvinylalkohol zusammen mit anderen.thermoplastischen Rohweißhilfsmitteln enthalten, wobei in diesen Mischungen Polyvinylacetal und/oder Polyvinylalkohol höchstens 50 Gew.-?o, vorzugsweise höchstens etwa

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25 Gew.-% des Gesamtthermoplastengemisches ausmachen.

6) Schaumstoffe nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge-

'■· kennzeichnet, daß das Schweißhilfsmittel zusätzlich Harzester oder Kautschukderivate, vorzugsweise in Mengen bis etwa 25 Gew.-% - bezogen auf die Gesamtmenge der thermoplastischen Schweißhilfsmittel -, enthält.

7) Schaumstoffe nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißhilfsmittel in den Polyurethanschaumstoff bei seiner Herstellung eingearbeitet vorliegt und dabei vorzugsweise in Mengen von etwa 3 bis 60 Gew.-^, vorzugsweise etwa IO bis '$0 Gew.-%,zugegen ist.

8) Schaumstoffe nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Schweißhilfsmittel durch Imprägnierung oder oberflächliche Beschichtung des vorgebildeten Schaumstoffes eingebracht ist , und daß es in Mengen von 5 bis 150 Gew.-%, vorzugsweise 2<~> bis 100 Gew.-% - jeweils bezogen auf das Schaumstoffgewicht - vorliegt.

9) Verfahren zur Verbesserung der Verschweißbarkeit, insbesondere der HP-Verschweißbarkeit von Schaumstoffen, vorzugsweise Polyurethanschaumstoffen, durch Einarbeiten von Thermoplasten in den Schaumstoff bei dessen Herstellung und/oder durch Imprägnierung des fertigen Schaumstoffes mit dem Thermoplasten, dadurch gekennzeichnet, daß man als Thermoplasten Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylacetat gegebenenfalls in Mischung mit weiteren thermoplastischen Harzen, verwendet.

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10) Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylacetal

zusammen mit Polyamiden, und zwar vorzugsweise

einem

Mischpolyamiden bzw. Polyamidharzen mit/Schmelzbzw, einem Heißsiegelpunkt bis etwa l60°C, vorzugsweise etwa 120 bis l40°n, einsetzt.

11) Verfahren nach Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß man Polyvinylacetat mit -einem Gehalt von etwa 70 bis 98 %» vorzugsweise 80 bis 88 %, Acetalgruppen verwendet.

12) Verfahren nach Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man Mischungen von thermoplastischen Schweißhilfsmitteln einsetzt, die nicht mehr als etwa die Hälfte, vorzugsweise nicht mehr als etwa 1/4 des thermoplastischen Harzgemisches an Polyvinylacetal und/oder Polyvinylalkohol enthalten und die außerdem zusätzliche Haftvermittler, wie Harzester oder Kautschukderivate, vorzugsweise in Mengen bis etwa 25 Gew.-%_s bezogen auf die Gesamtmenge des thermoplastischen Schweißhilfsmittels, enthalten können.

13) Verfahren nach Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Thermoplasten wenigstens anteilsweise bei der Schaumstoffherstellung in den Schaumstoff derart einarbeitet, daß man sie einer und/oder mehreren Ausgangskomponenten des Schaumstoffs - insbesondere dem Polyol - zusetzt und dabei vorzugsweise etwa 5 bis ^O Gew.-% der Thermoplasten - bezogen auf das Polyol - beimischt.

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14) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Thermoplasten wenigstens anteilsweise in Form einer Lösung oder eines Plastisols, bzw. einer Dispersion in den fertigen Schaumstoff in an sich bekannter Weise einarbeitet oder aufbringt und dabei vorzugsweise 5 bis 150 Gew.-%, insbesondere 10 bis 100 Gew.-% des thermoplastischen Harzes - bezogen auf das Schaumstoffgewicht - aufträgt.

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