DE2126681A1 - Verfahren zur Herstellung von elastischen Polyurethanschaumstoffen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von elastischen PolyurethanschaumstoffenInfo
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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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original
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-
10984 97 1912"
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
109849/1912 . ,,
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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- ίο -
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.
10984 971912
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.
Es wird die angegebene Rezeptur verwendet, die bei freiem Verschäumen
EU einem Polyurethanschaumstoff mit einer Dichte von
26 g/Liter führt. -.-■-■
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
109849./ 1 912 ' .
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
109849/1912
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 1 wird unter Verwendung des nachfolgend aufgeführten
Ausgangsgemisches wiederholt. ;
Oxypropyliertes Glycerin, 100
Molekulargewicht 3000 (80 fo)
Molekulargewicht 1000 (20 f°)
Molekulargewicht 1000 (20 f°)
!Eoluylendiisocyanat 43,4
(iroO-Index 110)
Wasser 3,2
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-
109849/1312
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.
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-
109849/1912
• - 19 - ■
fonierten Ölen (Emcol H-77-86, Herst. Witco Ghem. Co.) verwendet.
Es wird folgende Rezeptur verwendet: ' ■
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
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)
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:ut':a-~
weise etwa 1000 bis 6000, verwendet.
109 849/1912
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.
109849/ 1912
Leerseite
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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ID=21916155
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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ES (1) | ES391617A1 (de) |
FR (1) | FR2090352A1 (de) |
GB (1) | GB1341886A (de) |
NL (1) | NL7107221A (de) |
SE (1) | SE374692B (de) |
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