DE2126681A1

DE2126681A1 - Verfahren zur Herstellung von elastischen Polyurethanschaumstoffen

Info

Publication number: DE2126681A1
Application number: DE19712126681
Authority: DE
Inventors: William C East Haven; Puig John E. Wallingford; Leuwen Bruce G. van Hamden; Conn. Ready (V.St.A.)
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1970-05-28
Filing date: 1971-05-28
Publication date: 1971-12-02
Also published as: SE374692B; US3658972A; FR2090352A1; NL7107221A; BE767849A; GB1341886A; ES391617A1

Description

"Verfahren zur Herstellung von elastischen Polyurethanschaum-stoffen"

Priorität: 28. Mai 1970, V.St.A., 3Jr. 41 372

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elastischen Polyurethanschaumstoffen, die zusammenhängende Zonen mit unterschiedlicher Dichte aufweisen. -

In den letzten Jahren hat das Gebiet der elastischen Polyurethanschaurastoff e mit dem Auftauchen der permanent verdichteten Schaumstoffe mit relativ hoher Dichte sine starke Belebung erfahren. Die Herstellung solcher Schaumstoffe ist a.3. in äev US-PS 3 506 600 beschrieben. Diese Herstellung umfaßt eine Kombination von kritischen, miteinander verknüpften Verfahrensschritten, v/obei das Prinzip darin besteht, ein verschäumbares

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Polyurethangemisch nach dem Verschäumen im teilweise gehärteten Zustand unter Kraftaufwand auf einen bestimmten Teil den ursprünglichen Sehaunavolumens zusammen zu drücken und anschliea-.. send vollständig auszuhärten. Aufgrund der verbesserten Festigkeit und Dauerhaftigkeit sind die auf vorgenannte Weise herge-.stellten Schaumstoffe für die verschiedensten Anwendungsgebiete z.B. in der Kraftfahrzeug- oder Möbelindustrie, z.B. zur Herstellung von Matratzen oder Polsterungen, geeignet.

Für verschiedene Anwendungszwecke sind Polyurethanschaumstoffe w erwünscht, die mindestens einen festen Bereich mit hoher Dichte und mindestens einen weicheren Bereich mit geringerer Dichte aufweisen. So besteht z.B. in der Automobilindustrie großes Interesse an Polyurethanschaumstoff-Schalensitzen, die aus festen, verdichteten Grenzbereichen und weicheren, weniger dichten Sitz- und Rückteilen bestehen. Bisher sind Schaumstoff— teile mit uneinheitlicher Dichte durch Verachäumung so hergestellt worden, daß man für jeden Dichtebereich verschiedene Ausgangsgemische verwendete. Abgesehen von dem Kachteil, mehrere Rohstoffgemische auswählen und herstellen zu müssen, ist diese Arbeitsweise aufwendig und damit auch kostspielig.

Zusätzliche Probleme ergeben sich, wenn zwei oder mehr Ausgangsgemische verwendet werden müssen, bei deren Verschäumung so unterschiedliche Härtungsbedingungen erforderlich sind, daß die Härtung sbe dingungen der einen Rezeptur sich störend auf die Härtung bei der anderen Rezeptur auswirken.

Aufgabe der Erfindung war es daher, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zu schaffen, das die Herstel-

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SAD ORIGINAL

lung von elastischen Polyurethanschaurnetofi'cm mit Bereichen unterschiedlicher Dichte, die im wesentlichen scharf voneinander abgegrenzt sind, aus einem einzigen Rohstoffgeinisch ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von elastischen Polyurethanschaumstoffen mit mindestens zwei unterschiedlichen, verschiedene Dichten aufweisenden, zusammenhängenden Zonen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein verschäumbar es Polyurethangemisch unter lokaler Begrenzung der' Steighöhe zu einer Schaummasse ir? t einheitlicher Dichte verschäumt, die teilweise gehärtete Schaummasse nach beendeter Steigzeit 0 bis etwa 10 Minuten bei Temperaturen von etwa 7 bis 205°C hält, unmittelbar anschließend mindestens in einer Zone auf einen Teil der ursprünglichen Dicke verdichtet und schließlich die Schaummasse vollständig aushärtet.

Das Verfahren der Erfindung wird im folgenden an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel an den Figuren 1 bis 5 erläutert.

Figur 1 zeigt in auseinandergezogener.Darstellung eine für die Verschäumung geeignete Vorrichtung.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die Form (1), die bereits den Polyurethanschaum enthält, vor dem Zusammendrücken. Figur 5 zeigt den Querschnitt, nachdem eine Zone des Polyurethanschaums zusammengedrückt worden ist.

Figur 4 zeigt den Querschnitt nach weiterem Zusammendrücken des Polyurethanschaums.

Figur - 5 stellt eine perspektivische Ansicht des zusammengedrückten und vollständig ausgehärteten Polyurethanschaumstoffs dar.

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Figur 1- zeigt die Verschäumungsvorrichtung, ."bestehend aus der oben offenen Form (1), dem Einschubteil (2) und dem Deckel (3). mit der Öffnung (4). Der Einsehubteil (2) kann in der genau angepaßten Öffnung (4) auf und at bewegt werden. Die Form (1) kann selbstverständlich jede beliebige Form haben und kann aus jedem Material gefertigt sein, das stark genug ist, dem Gewicht • des Schaumstoffs und. dem später ausgeübten Druck zu widerstehen und das den Schäumvorgang nicht stört. Beispiele für geeignete Materialien sind z.B. Holz, Karton, Metalle oder Kunststoffe.

•Das Einschubteil (2) und der Deckel (3) können aus dem gleichen W Material wie die Form (1) gefertigt sein. Selbstverständlich ist man auch in der Formgestaltung der Öffnung (4) und der entsprechenden Form des Einschubteils (2) frei.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst das Polyurethan-Ausgangsgemisch in die Form (1) gegeben. Dann wird das Einschubteil (2) gemäß Figur 2 mittels einer geeigneten Halteeinrichtung bis zur gewünschten Hohe h^ in die Form abgesenkt. Bei entsprechender Berechnung der Menge des , Polyurethan-Ausgangsgemisches ist nach dem Verschäumen die gesamte Form (1) mit Ausnahme des durch das Einschubteil (2) begrenzten Raums mit der Schaummasse ausgefüllt. Figur 2 zeigt, daß die Schaummas.se überall von gleichmäßiger Dichte ist, jedoch nach Maßgabe des Einschubteils (2) zwei verschiedene Höhen nämlich h₁ und h„. aufweist.

Vor dem endgültigen Aushärten der Schaummasse wird der Deckel (3) bis auf die Höhe h₁ herabgedrückt. ¥ie aus Figur 3 hervorgeht, besitzt die Schaummasse zu diesem Zeitpunkt eine eil-

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heitliche Höhe h.. und besteht aus einer äußeren Zone .(5) aus verdichteter Schaummasse und einer inneren Zone (6) aus nicht verdichteter Schaummasse. Anschließend wird die noch nicht völlig ausgehärtete Schaummasse durch gleichzeitiges Absenken des Deckels (3) und des Einschubteils (2) gemäß Figur 4 bis auf die Höhe h, zusammengedrückt. Hierbei erhält man eine einheitlich •dicke Schaummasse mit stark verdichteter äußerer Zone (5) und einer weniger stajrk verdichteten inneren Zone (6). ITach dem vollständigen Aushärten wird der Schaumstoff' aus der-.Form (1) entnommen. Figur 5 zeigt, daß die Begrenzungslinien zwischen den Zonen unterschiedlicher Dichte im wesentlichen parallel zur Druckrichtung verlaufen.

Gegebenenfalls kann die vollständige Aushärtung der Schaummasse auch schon nach Absenken des Deckels (3) bis auf die Höhe tu erfolgen, so daß man einen Schaumstoff mit verdichteter äußerer Zone (5) und nicht verdichteter innerer Zone (6) erhält.

Uach dem Verfahren der Erfindung erhält man elastische Polyurethanschaumstoffe mit Bereichen unterschiedlicher Dichte, deren Begrenzungsflächen im wesentlichen parallel zur Druckrichtung verlaufen. Überraschenderweise erfolgt der Dichte-Übergang an. den Grenzflächen zwischen Bereichen höherer und niedrigerer Dichte nicht allmählich, sondern ganz plötzlich. Die einzelnen Dichtebereiche weisen in sich eine im wesentlichen gleichmäßige Dichte auf.

¹DIe Grundlagen für die Herstellung verdichteter Polyurethanes chaumst off e sind in der US-PS 3 506 600 beschrieben, auf die

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. - 6 hier vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Das Verfahren der Erfindung kann nach dem Einstufenverfahren oder einem abgewandelten Zweistufenverfahren, dem sog. semiprepolymer-Verfahren, erfolgen. Unter dem Begriff "verschäumbare Polyurethangemische" werden hierbei alle bekannten Kombinationen aus Polyolen, wie Polyätherpolyole oder Polyesterpolyole , organischen Polyisocyanaten, Treibmitteln, Katalysatoren und anderen üblichen Zusatzstoffen und Verarbeitungshilfsmitteln verstanden. Vorzugsweise werden solche verschäumbaren Polyuret-hangemisc'.e verwendet, die beim freien Verschäumen Schaumstoffe mit !Dichten von etwa 12,8 bis 64 g/Liter ergeben. Typische Rezepturen sind in der US-PS 3 072 582 und der CA-PS 705 938 beschrieben. '

In der Praxis wird das Verfahren der Erfindung vorzugsweise in offenen Formen durchgeführt. Dies erleichtert das Beschicken der Formen mit dem zu verschäumenden Polyurethangemisch und die Druckanwendung. Es können jedoch auch geschlossene Formen Verwendung finden.

Nach dem Beschicken der Form wird eine geeignete Einrichtung zur lokalem Beschränkung der freien Steighöhe in der Form angebracht. Gegebenenfalls kann" diese Einrichtung auch schon vor dem Beschicken der Form angebracht sein. Einfache Beispiele für geeignete Formen sind U-.oder L-förmige Formen, in denen das freie Steigen des Polyurethanschaums durch den mittleren Teil und den flachen Teil der U- bzw. L-Form verhindert v/ird. Die Druckanwendung erfolgt durch die beiden offenen Schenkel der U- bzw. den einen offenen Schenkel der L-Form. Nach Maßgabe der

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gewünschten .Eigenschaf ten des Endprodukts^können auch zwei oder mehr Einrichtungen zur Begrenzung der freien Steighöhe in der Form angebracht sein. Die Einrichtungen werden jeweils so befestigt, daß sie durch den aufsteigenden Schaum in ihrer lage nicht verändert werden.

Da die Verschäumung exotherm- verläuft, ist an sich keine Wärmezufuhr erforderlich", sie kann jedoch in "bestimmten Fällen von Vorteil sein. Die Starrzeit, d.h. die Zeit vom Vermischen der

Ausgangskomponenten bis zum Beginn der Schäumreaktion, die sich durch ein Milchigweidcn des Reaktionsgemische ankündigt, beträgt im allgemeinen etwa 0,1 bis 20 Sekunden. Mit dem Anstieg der Reaktionstemperatur setzt die G-asblasenentwicklung ein, die die Bildung von im wesentlichen ungehärteten, gelartigen Zellen ~ zur Folge hat. Bei entsprechend berechneten Ausgangsmengen füllt der aufsteigende Schaum allmählich die gesamte Form aus. Mit dem Aufhören der G-asblasenentwicklung wird auch das Aufsteigen des gelartigen Materials beendet. Zu diesem Zeitpunkt besteht der Polyurethanschaum im wesentlichen aus ungehärtetem oder nur teilweise gehärtetem Material, das nach Maßgabe der die Steighöhe begrenzenden Einrichtung aus zwei oder mehr Bereichen mit verschiedener Dicke, jedoch von überall gleichmäßiger Dichte, besteht.

Bei der Druckanwendung auf den noch nicht gehärteten Polyurethanschaum müssen gemäß der US-PS 3 506 600 zwei kritische Verfahrensparameter unter Kontrolle gehalten werden. Beim ersten-Parameter handelt es sich um die sog. crush time. Die crush time bezeichnet denjenigen Zeitraum, der von dem Ende der

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Steigzeit bis zur Druckanwendung vergeht. Das Verfahren der Erfindung wird mit einer crush time von O bis etwa 10 Minuten ^- vorzugsweise 0 bis etwa 5 Minuten, durchgeführt.

Bei dem zweiten kritischen Parameter handelt es sich um die Temperatur während der crush time . Es hat sich gezeigt, daß der im wesentlichen noch ungehärtete Polyurethanschaum während der crush time bei Temperaturen von etwa 7 bis' 205⁰O gehalten werden muß. Im einzelnen werden bei einer crush time von O bis etwa 2,5 Minuten Temperaturen von etwa 7 bis 205 C, vorzugsweise 7 bis 94 C, bei einer crush time von etwa 2,5 bis 5 Minuten Temperaturen von etwa 7 bis 94⁰C, vorzugsweise 7 bis 38°Gj und bei einer crush time von etwa 5 bis 10 Minuten Temperaturen von-etwa 7 bis 44⁰O, vorzugsweise 7 bis 30⁰C, angewendet. Zur Einhaltung der vorgenannten Temperaturen werden gegebenenfalls übliche Einrichtungen, wie Öfen oder Kühlsysteme, verwendet. Bei der technischen Durchführung des Verfahrens der Erfindung wird vorzugsweise bei Temperaturen von 21 bis 44⁰C und bei ' einer crush time von 0 bis 10 Minuten gearbeitet.

Bis zum Ende der crush time wird mindestens ein Bereich des teilweise gehärteten Polyurethanschaums auf einen Teil der ursprünglichen Steighöhe zusammengedrückt. Vorzugsweise beträgt die Dichte des Polyurethanschaums nach dem Zusammendrücken etwa 24 bis 160 g/Liter. Hierbei ist die Dichtezunahme dem Verdichtungsverhältnis direkt proportional. Das Verdichtungsverhältnis kann sich in weitem Rahmen bewegen. Vorzugsweise wird der Polyurethanschaum im wesentlichen parallel sur Steigrichtung auf 2/3 bis I/IO seiner ursprünglichen Dicke zusammengepreßt.

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_ 9 ■ —

Hierbei erhält man einen Polyurethanschaum, der eine um mindestens 50 $6 höhere Dichte als die nicht zusammengepreßte Schaummasse aufweist.

Die Druckanwendung kann mittels einer geeigneten Einrichtung, z.B. einem hydraulischen Kolben, durch die oben offene Form unter Verwendung einer Druckplatte oder einer Patrize von entsprechender Form und Abmessung erfolgen.

Die Dauer der Druckeinwirkung und die>Temperatur der,Oberfläche über die die Druckanwendung erfolgt, spielen keine besondere Rolle. Aus praktischen Erwägungen erfolgt die Druckeinwirkung. bei Raumtemperatur und wird auf ein Minimum, d.h. auf Zeiten von unter 60 Sekunden, beschränkt. Gegebenenfalls kann es jedoch von Vorteil sein, den Polyurethanschaum längere Zeit unter gleichzeitigem Erhitzen der den Druck vermittelnden Kontaktfläche zusammenzudrücken. Es kann z.B. vorkommen, daß die äußeren Schichten des Polyurethanschaums vollständig aushärten, so daß sie sich unter den üblichen Bedingungen nicht mehr verdichten lassen. Der so erhaltene Polyurethanschaumstoff besitzt dann ein oder zwei äußere Schichten aus nicht verdichtetem Material. Dies kann für manche Anwendunszwecke wünschenswert sein. \'Iewa solche Polyurethanschaumstoffe unerwünscht sind, läßt sich dies durch verlängerte Druckeinwirkung und/oder durch das Heizen der Kontaktfläche vermeiden.

Nach dem Zusammendrücken des Polyurethanschaums erfolgt unter dem Nachlassen der Druckeinwirkung die vollständige Aushärtung» Bei verlängerter Druckeinwirkung und verhältnismäßig geringen Dicken des Polyurethanschaums kann es vorkommen, daß beim V/eg-

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nehmen des Drucks bereits vollständige oder im wecentlichen vollständige Aushärtung des Polyurethanschauins stattgefunden hat. Die vollständige Aushärtung kann somit vor, gleichzeitig mit oder nach dem Wegnehmen des Drucks erfolgen.

Zur Aushärtung des Polyurethanschaums ist keine Wärmezufuhr erforderlich, da bereits bei Raumtemperatur eine vollständige Aushärtung erfolgt. Gegebenenfalls können jedoch zur Beschleunigung der Aushärtung erhöhte Temperaturen angewendet v/erden.

Nach dem Y/egnehmen des Drucks und der vollständigen Aushärtung des verdichteten Polyurethanschaums kann es möglich sein, daß sich der Schaumstoff um einen geringen Teil der Differenz zwischen ursprünglicher Dicke und der Dicke nach dem Zusammendrücken wieder ausdehnt. Da die Verdichtung des Polyurethanschaums jedoch vor dem Aushärten erfolgt ist, ist diese Ausdehnung stets auf ein geringes Ausmaß beschränkt.

Nach dem Entnehmen aus der Porm können die erfindungsgemäß hergestellten Polyurethanschaumstoffe im allgemeinen ohne weitere Arbeitsgänge, wie Nachschneiden, verwendet werden. Selbstverständlich müssen bei der Herstellung mehrerer Einheiten in "einer gemeinsamen Form diese Einheiten anschließend durch Schneiden voneinander getrennt werden. Auch bei speziellen Anwendungszwecken kann eine Nachbehandlung der Schaumstoff körper erforderlich sein.

Die erfindungsgemäß hergestellten Polyurethanschaumstoffe besitzen im allgemeinen einen Sac-Faktor von etwa 2,3 bis 10. Der Sac-Faktor ergibt sich gemäß ASTM-15 64-6 4-T aus dem Ver-

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hältnis der .Eindruckhärte "bei 65 $ Verformung zur Eindruckhärte bei 25/3 Verf öx-mung. Polyurethanschaumstoffe mit einem 'so hohen Sac-Faktor neigen nur wenig zum sog» bottoming-out. Dieser Begriff dient in der Möbelindustrie zur Beschreibung derjenigen Eigenschaft von Schaumstoffen, die das Gefühl vermitteln, beim Hinsetzen auf die Möbe!konstruktion durchzusitzen.

Bevorzugt werden als Polyhydroxyverbindungen Polyätherpolyole, insbesondere polyalkoxylierte mehrwertige Alkohole mit Molekulargewichten von etwa 700 bis 10 000, vorzugsweise etwa 1000 bis 6000, und Hydroxylzähl-en von unter etwa 250, vorzugsweise etwa 25 bis 175} verwendet. Diese alkoxylierten mehrwertigen Alkohole werden im allgemeinen durch Umsetzung mehrwertiger Alkohole mit Alkylenoxiden, wie Äthylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Amylenoxid, Epichlorhydrin oder Gemischen der vorgenannten Alkylenoxide, in Gegenwart alkalischer Katalysatoren hergestellt. Die Umsetzung erfolgt entweder statistisch oder schrittweise. Die alkoxylierten mehrwertigen Alkohole können entweder allein oder im Gemisch verwendet werden.

Pur die Herstellung der Polyätherpolyole geeignete mehrwertige Alkohole sind z.B. Äthylenglykol, Pentaerythrit,' Methylglukosid. Propylenglykol, 2,3-Butylenglykol, 1,3-Butylenglykol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Sorbit, Saccharose oder Gemische der vorgenannten Alkohole. Gegebenenfalls können die Alkohole teilweise oder ganz durch andere Verbindungen mit mindestens zwei reaktiven Wasserstoffatomen, wie Alkylamine, Alkylenpolyamine, cyclische Amine, aromatische Amine, Säureamide oder Polycarbonsäuren, ersetzt werden. Spezielle Beispiele für Amine sind Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl- oder

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Hexylamin, Äthylendiamin, Hexamethylendiamin, Diäthylentriamin, Piperazin, 2-Methylpiperazin, 2,5-Dimethylpiperazin oder Toluylendiamin. Spezielle Säureamide sind z.B. Acetamid, Succinamid oder Benzolsulfonamid. Spezielle Beispiele für Polycarbonsäuren sind Adipinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Acönitsäure oder Diglykolsäure. Des weiteren sind auch Verbindungen mit verschie-.denen funktionellen Gruppen als Träger der aktiven Wasserstoffatome, wie Zitronensäure, Glykolsäure oder A'thanolamin, geeignet .

" Für das Verfahren der Erfindung geeignete PoIy^ soeyanate sind z.B. Toluyleridiisocyariat, wie die handelsüblichen 80 $ 20 oder 65 s 35 Isomerengemische aus 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat, Äthylendiisocyanat, Propylendiisocyanat, Methylen-bis-4-phenylisocyanat, 3,5'-Bitoluylen-4,4'-diisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, lTaphthylen-1,5-diisocyanat oder Polyphenylenpolymethylenisocyanat. Die Menge an Polyisocyanat wird so hoch gewählt, daß mindestens etwa 0,7 NCO-Gruppen pro Hjnlroxylgruppe .. im Reaktionssystem vorhanden sind. Bs kann zwar auch ein stö-,

>chiometrischer Überschuß an Polyisocyanat verwendet werden, dies ist ;jedoch aus Kostengründen unvorteilhaft. Vorzugsweise werden nicht mehr als 1,25 NCO-Gruppen, insbesondere etwa 0,9 bis 1,15 lICO-Gruppen, pro Hydroxylgruppe verwendet.

Die Verschäumung erfolgt in Gegenwart eines Treibmittels, eines Katalysators und vorzugsweise einer geringen Menge eines üblichen oberflächenaktiven Zusatzstoffes.

Es kommen die üblichen Treibmittel, wie V/asser oder organische Treibmittel mit bis zu 7 C-Atomen, z.B. halogenierte Kohlen-

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Wasserstoffe, niedermolekulare Alkane, Alkene oder Äther, oder Gemische der vorgenannten Treibmittel in Frage. Die Menge dea Treibmittels kann sich in weitem Rahmen bewegen. Im allgemeinen werden die halogenierten Kohlenwasserstoffe in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen oder Wasser in einer Menge von 1,0 bis 6,0 Gewicht steilen, jeweils bezogen auf 100 Gewichts-teile des ,Polyols, verwendet. Typische halogenierte Kohlenwasserstoffe sind z.B. Monofluortrichlormethan, Dichlormonofluormethan, Difluordichlormethan, 1,1,2-Tr'ichlor-1,2,2-trifluoräthan, Dichlortetrafluoräthan, Äthylchlorid, Methylenchlorid, Chloroform oder Tetrachlorkohlenstoff. Weitere spezielle Treibmittel sind Methan, Äthan, Äthylen, Propan, Propylen, Pentan, Hexan, Heptan, Diäthyläther, Diisopropyläther oder Gemische der vorgenannten Treibmittel.

Geeignete Katalysatoren sind z.B. tertiäre Amine oder Metallsalze, insbesondere Zinn-(II)-salze. Diese Katalysatoren können allein oder im Gemisch verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Gemisch aus Amin und Metallsalz verwendet. Die Katalysatoren werden im allgemeinen in Konzentrationen von etwa 0,05 bis 1,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 0,075 bis 0,50 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf die Poiyolkomponente, verwendet. Spezielle Beispiele für tertiäre Amine sind W-iviethylmorpholin, N-Hydroxyäthylmorpholin, Triethylendiamin, Triäthylamin oder Trimethylairiin. Typische Metallsalze sind z.B. die Salze von Antimon, Zinn und Eisen, wie Dibutylzinndilaurat oder Zinn-(II)-octoat.

Pur das Vorfahren der Erfindung geeignete oberflächenaktive Zusatzstoffe sind z.B. Silikonöle, .Seifen oder'Siloxan-Oxyalkylen-

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-H-

Blockcopolymerisate. Verschiedene oberflächenaktive Zusatzstoffe sind in der US-PS 2 834 748 und in "Rigid Plastic Foams", Reinhold Publishing Corp., New. York (1963) 38-42, beschrieben. Im allgemeinen werden bis zu 2 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven Zusatzstoffes je 100 Gewichtsteile des Polyols verwendet. Durch die Anwesenheit des oberflächenaktiven Zusatzstoffes .wird die Zellstruktur der Polyurethanschaumstoffe verbessert.

In den verschäumbaren Polyurethangemischen können weitere Zusatzstoffe, wie Füllstoffe, z.B. Ton, Calciumsulfat öder Arnmoniumphosphat, Farbstoffe, Pigmente, Fasern au? Glas oder Asbest oder synthetische Fasern, Y/eichmacher, Duftstoffe oder Antioxydationsmittel, zur Verbesserung der physikalischen Eigfenschaften, und/oder aus Kastengründen enthalten sein.

Die erfindungsgemäß hergestellten Polyurethanschaumstoffe eignen sich zur Herstellung von Polsterungen aller Art. Insbesondere ist das Verfahren zur Herstellung von Autornobil-Schalensitzen geeignet, die einen nicht verdichteten oder nur leicht verdichteten Sitzbereich und sehr hoch verdichtete Grenzbereiche aufweisen. Die Schalensitze lassen sich nach dem Entnehmen aus der Form ohne weitere Nachbearbeitung verwenden.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile- und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben.

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BAD

Bei dem in den Beispielen verwendeten Toluylendiisocyanat handelt es sich um ein handelsübliches Produkt aus 80 Prozent 2,4- und 20 Prozent 2,6-Isomerem. . ·

Der NGO-Index gibt das Verhältnis von Isocyanat- zu Hydroxylgruppen in Prozent an.

Der Sac-Faktor gibt das Verhältnis der nach ASTM-1564-64T bestimmten Eindruckhärte bei 65 Prozent Verformung zur Eindruckhärte bei 25 Prozent Verformung an.

Beispiel 1

Es wird die angegebene Rezeptur verwendet, die bei freiem Verschäumen EU einem Polyurethanschaumstoff mit einer Dichte von 26 g/Liter führt. -.-■-■

Komponente Gewichtsteile

Oxypropyliertes Glycerin 100,0 (Molekulargewicht 3000) -~. ■

Toluylendiisocyanat, 50,6

(NGO-Index 110)

Wasser . 4,0

Zinn-(ll)-octoat ' 0,25

Triäthylendiamin · 0,35

Polydimethylsiloxan 1,5

(Dow-Corning,DG-190)

In einer in Figur 1 dargestellten Verschäumungsvorrichtung mit einer Form (1) mit einer Höhe von 28 cm wird das vorgenannte Ausgangsgemisch auf dem Boden der Form (1) verteilt. Unmittel- · bar danach wird das Einschubteil (2) bis auf eine Höhe von 10,2 cm vom Boden der Form in die Form abgesenkt. Die !»enge des Ausgangsgemisches ist so berechnet, daß die Form mit Ausnahme

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des durch das Einschubteil (2) ausgespraten Raums vollständig _; von dem Polyurethanschaum angefüllt wird. 90 Sekunden nach I

dem Ende der Steigzeit · wird der Deckel (3) auf die Form gelegt. Deckel (3.) und Einschubteil (2) werden zusammen auf eine gleichmäßige Höhe von 5_}1 cm über dem Boden der Form (1J abgesenkt. Wach 10-minütigem Aushärten bei 10O⁰C des zusammengepreßten Polyurethanschaums wird der ausgehärtete Polyurethanschaumstoff aus der Form genommen.

Der zusammenhängende Schaumstoffblock hat eine gleichmäßige Dicke und besteht aus einer hochverdichteten äußeren Zone und einer weniger stark verdichteten inneren Zone. Der Dichteüber-

gang an.den Grenzflächen-der beiden.Bereiche mit-unterschied

licher Dichte ist.sehr scharf. Die Ergebnisse der physikalischen Prüfung sind in Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I	innen	außen
2:1	5,5 :' 1
45	101
0,37	2,12
0,89	5,75
1,81	. 12,75
13,95	29,83

Schaumstoffbereich Verdichtungsverhältnis " ' Dichte (g/Liter)

Eindruckhärte bei 25 i* Verformung 50 5^ Verformung 65. i> Verformung 75 fo Verformung

Sac-Faktor 4,9 6,0

Tabelle I zeigt, daß der äußere Bereich bei höherer Dichte wesentlich fester ist als der innere Bereich. Beide Bereiche

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weisen einen hohen Sac-Fafctor auf.

B e i s ρ i e 1

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch wird die Menge an Ausgangsgemisch so gewählt, daß die Form nur Ms zu einer Höhe von 20,3 cm. mit Ausnahme des durch das Eins chubteil (2) ausgespar-"ten Haums ausgefüllt ist. Hierbei erhält man einen Polyurethanschaumstoff mit einem Verdichtungsverhältnis im äußeren Bereich von 4 ί 1« Me nach dem Aushärten bestimmten physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle II zusammengestellt.

Beispiel 3

Beispiel 1 wird unter Verwendung des nachfolgend aufgeführten Ausgangsgemisches wiederholt. ;

Komponente gewichtsteile

Oxypropyliertes Glycerin, 100

Molekulargewicht 3000 (80 fo)
Molekulargewicht 1000 (20 f°)

!Eoluylendiisocyanat 43,4

(iroO-Index 110)
Wasser 3,2

Zinn-(II)-octoat 0,25

Triäthylendiamin 0,45

Silikon 2,0

Trichlormonofluormethan 20

!Die Form (1) wird mit einer solchen Menge des Ausgangsgemisches beschickt, daß sie mit dem Polyurethanschaum bis zu einer Höhe von 15,8 cm mit Ausnahme des durch das Einschubteil (2) ausgesparten Raums angefüllt wird. Die nach dem Aushärten des PoIy-

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urethanschaums bestimmten physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle II zusammengestellt.

Beispiel 4

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eine,s Polyurethan-.schaumstoffs mit einem hochverdichteten Bereich und einem nicht verdichteten Bereich.

Beispiel 1 wird mit Ausnahme von zwei Bedingungen wiederholt. Zum einen wird soviel des Ausgangsgemisches verwendet, daß die Form (l) beim freien Verschäumen nur bis zu eixier Höhe von 25»4 cm mit Ausnahme des durch das Einschubteil (2) ausgesparten Raums angefüllt ist. Zum anderen v/ird der l'olyurethanschaurn nur bis auf eine Höhe von 10,2 cm über- dem Boden, was dem Abstand des Einschubteils (2) vom Boden der Form (1) entspricht, zusammengedrückt. Der innere Bereich wird also keiner Verdichtung unterzogen.

Nach dem Aushärten erhält man einen Polyurethanschaumstoff mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke, der aus einem verdichteten äußeren Bereich und einem praktisch nicht verdichteten inneren' Bereich besteht. Die physikalischen Eigenschaften dieses Schaumstoffs sind in Tabelle II zusammengestellt.

Beispiel 5

In diesem Beispiel wird als Polyolkomponente ein aus Adipinsäure, Diäthylenglykol und Trimethylo!propan hergestelltes Polyesterpolyol (Fomrez-50, Herst. \,^ritco Chem. Co.) und als Emulgator ein Gemisch aus Estern mehrwertiger Alkohole und sul-

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• - 19 - ■

fonierten Ölen (Emcol H-77-86, Herst. Witco Ghem. Co.) verwendet.

Es wird folgende Rezeptur verwendet: ' ■

Komponente Gewichtsteile

Polyesterpolyol 100

.Wasser ■ . 4>1'

!Eoluylendiisoeyanat · 69,5

(NCO-Index 108) · ' "

Calciumstearat 0,30

33-prozentige Lösung von

Äthylendiamin in Dipropylen- 0,45

glykol

Emulgator . 0,90

Polydimethylsiloxan-Stabilisator 0,60 (Union Carbide, Niax L-532) · -

Die Verfahrensschritte gemäß Beispiel 1 werden unter Verwendung der in Figur 1 dargestellten Verschäumungsvorrichtung und mit einer solchen Menge des vorgenannten Ausgangsgemisches wiederholt, daß die Form (1) bis zu einer Höhe von 15»8 cm-mit Ausnahme des durch.das Einschubteil (2) ausgesparten Raums mit dem Polyurethanschaum angefüllt wird. 30 Sekunden nach dem Ende der Steigseit wird der Schaum bis auf eine einheitliche Dicke von 5»1 cm verdichtet und anschließend gehärtet« Man erhält einen Polyurethanschaumstoff, der scharf voneinander abgegrenzte Bereiche unterschiedlicher Dichte aufweist. Die Eigenschaften dieses Schaumstoffs Bind in Tabelle II zusammen- · gestellt.

1 0 9.-8,4.$../ 1.9 1 2

Beispiel Nr. Tabelle II

Verdichtungsverhältnis Dichte /(g/Liter)

CD OO 4> CO

1 2

3 4 5

innen

außen

2	: 1	5,	5 ί	1 : '
2	: 1	4,	O :	1
2	.: 1	3,	1 :	1 '
1	ί 1	2,	5 :	1
2	: 1	3,	1 :	1

innen außen

45	101
45	' 90
39	59
27	67
42	62

CD CD 00

- 21 -

Tabelle II zeigt, daß die Dichtezunahnie in jedem Bereich der erfxndungsgemaß hergestellten Polyurethanschaumstoffe von dem Verdichtungsverhältnis und von der verwendeten Rezeptur abhängig ist.

Patentansprüche

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Claims

1. Verfahren zur Herstellung von elastischen Polyurethanschaumstoffen mit mindestens zwei unterschiedlichen, verschiedene Dichten aufweisenden, zusammenhängenden Zonen, d a d u r c h gekennzeichnet , daß man ein verschäumbares Polyurethangemisch unter lokaler Begrenzung der Steighöhe zu einer Schaummasse mit einheitlicher Dichte verschätimt, die teilweise gehärtete Schaummasse nach beendeter Steigzeit 0 bis etwa 10 Minuten bei !Temperaturen von etwa 7 bis 205°C hält, unmittelbar anschließend mindesten,⁰ in einer Zone auf einen Teil der ursprünglichen Dicke verdichtet und schließlich die Schaumraasr-e vollständig aushärtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man verschäumbare Polyurethangemische verwendet, die bein freien Verschäumen Schaumstoffe mit Dichten von 12,8 bis 64 g/Liter ergeben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verdichtung bis auf etwa 2/3 bis 1/1O der ursprünglichen Dicke des frei geschäumten Polyurethanschaums vornimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Polyurethangemisch als Polyhydroxylkomponente ein Polyätherpolyol verwendet.

5« Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyätherpolyol einen polylalkoxylierten mehrwertigen Alkohol, mit einem Molekulargewicht von etwa 700 bis 10 000, vorL:u_t':a-~ weise etwa 1000 bis 6000, verwendet.

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60 Verfahren nach Anspruch 4 "und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Polyurethangemisch als Isocyanatkornponente To~ luylendiisoeyanat verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die teilweise gehärtete Schauinmasse nach beendeter Steigzeit vor der Verdichtung. 0 "bis etwa 5 Minuten ,hei Temperaturen von etwa 21 Ms 44°C hält.

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