DE2022208A1 - Verbesserte Hochfrequenz-schweissbare Schaumstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Verbesserte Hochfrequenz-schweissbare Schaumstoffe und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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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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ORIGINAL
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
.10:984 9/1491
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! |
109849/1491
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-
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>
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109849/1491
BAD ORIGINAL
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.
.10 98 4 9/U 91
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
Haftung
B.)
Haftung
Haftung
420 ρ 610 ρ
840 ρ 950 ρ
1200 ρ 1500 ρ
480 ρ
1900 ρ
200 ρ
1900 ρ
1900 ρ
über 2000 p,
nicht meßbar
der Schaum
reißt
der Schaum
reißt
über 2000 p,
nicht meßbar
der Schaum
reißt
nicht meßbar
der Schaum
reißt
C) Haftung
500 ρ 380 ρ
500 ρ 000 ρ
600 ρ
Polyätherschaum gemäß A 2.)
Schweißhilfsmittel
Naht
A.) Haftung
B.)
Haftung
Haftung
C, )
Haftung
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
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^
^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- -. .
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)
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
109849/UÖ1
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.
109849/U91
Claims (1)
- Patentansprüche1) 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 etwa1098A9/U9125 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.1098A9/U9110) Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylacetalzusammen mit Polyamiden, und zwar vorzugsweiseeinemMischpolyamiden 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.109849/149114) 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.109849/U91
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- 1970-05-06 DE DE19702022208 patent/DE2022208A1/de active Pending
-
1971
- 1971-04-22 AT AT346271A patent/AT310454B/de not_active IP Right Cessation
- 1971-05-05 GB GB1332971*[A patent/GB1345265A/en not_active Expired
- 1971-05-05 FR FR7116239A patent/FR2088380B1/fr not_active Expired
- 1971-05-06 NL NL7106216A patent/NL7106216A/xx unknown
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2088380A1 (de) | 1972-01-07 |
GB1345265A (en) | 1974-01-30 |
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AT310454B (de) | 1973-10-10 |
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