DE2506274A1 - Federndes, wasserdichtes material und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Federndes, wasserdichtes material und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
9553-75/Dr.U/wi
Case 18148
GB-PA 6787/74
Filed February 14, 1974
GENERAL FOAM PRODUCTS LIMITED North Shields j Northumberland / England
"Federndes, wasserdichtes Material und Verfahren zu seiner Herstellung"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein federndes, wasserdichtes
Material, insbesondere in Form von Folien oder Platten, und seine Herstellung durch Imprägnierung eines, von
porenhaltigen oder geschäumten synthetischen Kunststoffen abgeleiteten Materials.
Für eine Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise Schuhwerk, Baumaterialien, Dichtungen und Dichtungsflächen-Materialien
werden federnde, wasserdichte Materialien benötigt.
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Die früheren Entwicklungen auf diesem Gebiet schließen die nachfolgenden drei Arten flexibler, wasserdichter Polyurethan-Strukturen
ein. Feste Urethan-Gummis sind wasserdicht, -flexibel und weisen gute Druck- und Abriebbeständigkeit auf, besitzen
jedoch eine hohe Dichte, bemerkenswerterweise in der
Gegend von 75 Ib/ft^ (1201,4 kg/m^) und sind daher für viele
Anwendungen zu kostspielig. Mikrocellulare und geschälte, elastische Polyurethane besitzen eine.niedrigere Dichte, ζ.
B. 50 Ib/ft^ (800,9 kg/m^) und sind im wesentlichen wasserdicht,
jedoch werden sie unter Druck leicht deformiert und ihre Zellstruktur ist schwierig zu steuern. Als eine dritte
Möglichkeit wurden offenzellige Polyurethan-Strukturen von niedriger Dichte mit verschiedenen Mitteln imprägniert, jedoch
erlangen diese Strukturen ihre Dichtungseigenschaften unter Druck nur dann, wenn sehr hohe Anteile an Imprägniermitteln
verwendet werden. In typischen Beispielen variiert die Höhe der Imprägnierung zwischen 75 % und 200 % des Polyurethan-Gewichts,
und außerdem ist zur Ausbildung einer flüssigen Dichtung ein permanenter Druck erforderlich.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles,
wasserdichtes oder dichtendes Material auf Polyurethan-Basis mit guten tragenden Eigenschaften, niedriger Kompressibilität
und guter Abriebfestigkeit zu schaffen.
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Das Material der vorliegenden Erfindung umfaßt ein poröses
Polyurethan-Material, vorzugsweise mit einer Dichte im Bereich von 20 bis 50 Ib/ft3 (320,4 bis 800,9 kg/m3}, das in
einem Ausmaß von 5 bis 50 Gew.-^, bezogen auf das Polyurethan, mit einem elastomeren Material imprägniert ist.
Das bevorzugte Material verwendet ein poröses Polyurethan-Material
einer Dichte im Bereich von 25 bis 50 Ib/ft
(400,5 bis 800,9 kg/nr) und einer Imprägnierungsschwelle
von 10 bis 35 Gew.-^ des Polyurethans.
Es kann ein beliebiges poröses, imprägnierbares Polyurethan-Material
der geeigneten Dichte als Ausgangsmaterial verwendet werden, jedoch sind die bevorzugten Materialien sogenannte "wiederaufgebaute Polyurethan-Schäume", die durch
Verbinden der Teilchen von zerkleinertem Polyurethan-Schaum mit einem Polyurethan-Bindemittel hergestellt worden sind.
Geeignete Ausgangsmaterialien sind solche, wie sie in der britischen Patentschrift 1 337 413 beschrieben worden sind,.
die Polyurethan- oder einen anderen, bis zu einer Teilchengröße von unterhalb 2 mm zerkleinerten Schaum, der mit einer
Polyurethan-Zubereitung verbunden und unter Druck zu einer Dichte im Bereiche von 10 bis 60 lb/ft3 (l6O,2 bis 961,1 kg/
nr) verpresst worden ist, umfassen. Derartige Materialien sind nicht in dem Sinne als porös erkennbar, in welchem der
, -4-609834/0983
Ausdruck gewöhnlich bei Polyurethan-Materialien angewandt
wird, jedoch behalten sie eine ausreichende Porosität für eine Imprägnierung zur Bildung der erfindungsgemäßen Produkte
bei. Es können jedoch Schaumteilchen von anderen Teilchengrößen eingesetzt werden, und es beträgt die Teilchengröße
des zerkleinerten Schaums in den in der vorliegenden Erfindung verwendeten, wiederaufgebauten Materialien vorzugsweise
1 bis h mm, und insbesondere 1 bis 2 mm. Derartige wiederaufgebaute Materialien können andere Materialien enthalten,
wie beispielsweise zerkleinerten Schaum auf Basis von synthetischem oder natürlichem Gummi oder Vinylpolymerisat,
oder mineralische Füllstoffe, oder Pasern, oder pulverisierten Kork, jedoch werden hier unter dem Ausdruck "Polyurethan-Material"
Materialien auf Basis Polyurethan und insbesondere Polyurethan-Bindemitteln verstanden.
Das Imprägniermittel kann ein beliebiges Mittel aus einem weiten Bereich von Elastomeren sein und im Hinblick auf eine
gegebene Endverwendung ausgewählt sein. Beispiele von Imprägniermitteln umfassen Gummis der verschiedensten Arten,
Viny!polymerisate und -copolymerisate, Acrylelastomere,
Butylgummis und insbesondere carboxylierte Styrol-Butadien-Gummis.
Das Imprägnierungsmittel kann Additive für die verschiedensten Zwecke enthalten, beispielsweise färbende
Stoffe, Stabilisatoren, Weichmacher, Oberflächenmodifizier-
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mittel, UV-Stabilisieriuittel, Desodorantien,Fungicide oder
feuerhemmende Mittel. ■ , ■ --·.
Die Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Materialien sind ihre
Flexibilität, Verschleißwiderstandsfähigkeit und Dichtungseigenschaften,
die bei niedrigeren Dichten oder niedrigeren Imprägnierungsschwellen als.bei früher vorgeschlagenen Materialien erzielt werden. Dies kann durch Vergleich eines
typischen Materials gemäß Erfindung mit typischen früheren Materialien erläutert werden.
Ein Material gemäß der vorliegenden Erfindung, basierend auf einem porösen Polyurethan-Material mit einer Dichte von ,
30 Ib/ft^ (480j6 kg/nrO und einer Menge an Imprägniermittel'
von 5 Ib/ft (80,1 kg/m^) hat äquivalente wasserdichte und-Dichtungseigenschaften
wie ein fester ürethan-Gummi mit einer Dichte von 75 lb/ft^ (1201,4 kg/m^) oder ein mikrozellulares
Polyurethan mit einer Dichte von 50 lb/ft^ (800,9 kg/rn^), wobei es die Vorteile eines niedrigeren Gewichtes »und einer
leichteren Steuerung der Produktion aufweist.: Es ist ferner bemerkenswert, daß das Material gewichtsmäßig leichter und :
beständiger gegenüber Verschleiß als Gummi oder Vinyl-Folien
bzw. -Platten ist und daß es die weiteren Vorteile der .-Flexibilität
und Beständigkeit gegen Rißbildung, Atmungsfähigkeit
und eine niedrigere Wasserabsorpt.ion der Größenordnung von ν
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5 % besitzt. Es ist bemerkenswert, daß bei Imprägnierungsschwellenwerten
oberhalb des bevorzugten Bereiches, beispielsweise von 70 %s das Produkt eine sogar niedrigere.
Wasserabsorption und eine niedrigere Atmungsfähigkeit aufweist
a was ein Nachteil für solche Verwendungszwecke wie Schuhsohlen, ist.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines federnden, wasserdichten Materials, welches
das Imprägnieren eines porösen Polyurethan-Materials mit 5 bis 50 % seines eigenen Gewichtes an einem elastomeren
Material in Form einer Dispersion in einem flüssigen Medium, insbesondere einem wässerigen'Latex, oder einer Schmelze,
umfaßt. Färbende Bestandteile oder andere Additive, wie sie oben erwähnt worden sind, können zu dem feuchten Imprägnierungsmittel
zugegeben werden.
In den bevorzugten Varianten des Verfahrens wird entweder ein offenzelliges Polyurethan-Material hergestellt, in
welchem die Zellen vorkomprimiert und noch unter Druck imprägniert werden, oder es wird ein vorkomprimierter und
gehärteter Schaum oder ein poröses Material ohne weiteren Druck imprägniert. In dem ersten Fall wird die gepreßte
imprägnierte Struktur getrocknet und noch unter Druck verschmolzen, wobei man lediglich nach der Härtung der Struktur
■ _7_
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Λ-
den Druck entspannt. Im zweiten Fall wird die imprägnierte
Struktur ohne Anwendung von weiterem Druck gehärtet und getrocknet .
Das tatsächliche Imprägnierungsverfahren kann auf mehreren
Wegen durchgeführt werden. Es kann einfach durch Eintauchen oder Besprühen einer Folie bzw. Platte des porösen Materials
durchgeführt werden, ob^zwar man dafür Sorge tragen muß, einen Lufteinschluß im Mittelpunkt der Folie bzw. der
Platte zu verhindern. Das bevorzugte Verfahren besteht darin, bis zu einem gewissen Ausmaß zu verpressen, um die Hauptmenge
der in der Struktur vorhandenen Luft auszutreiben und dann den Druck unter der Oberfläche der Flüssigkeit zu entspannen,
um es dem Imprägnierungsmittel zu ermöglichen, die Folie bzw. die Platte zu durchdringen. Daran schließt sich
eine Endstufe, in welcher das Material einem geregelten Druck unterworfen wird, um die Einstellung der erforderlichen
Konzentration an den Imprägnierungsmitteln zu-erreichen. Dieses Verfahren kann entweder als Ansatζverfahren oder als
kontinuierliches Verfahren durchgeführt werden. Im letzteren
Fall kann der Druck bequemerweise unter Verwendung von
Quetschwalzen aus Stahl aufgelegt werden.
Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren
und die Eigenschaften des Produktes. ■
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Beispiel 1
Ein 13 x 13 inch (33,02 χ 33sO2 cm) großes Stück trockenes,
wiederaufgebautes Polyurethan-Material, das gemäß dem einzigen Beispiel der britischen Patentschrift 1 337 413 hergestellt
worden war und ein Gewicht von 490 g bei einer Dicke von 8 mm
Quetschaufwies, wurde durch eine Reihe von angetriebenen walzen aus Stahl mit einer Spaltbreite von 3,6 mm, die in einen Behälter,
gefüllt mit einer Gummi-Emulsion (REVINEX 55D1O), enthaltend 50 % Feststoffe, eingetaucht waren, hindurchgeführt
(REVINEX ist eine Handelsmarke der Firma Revertex Limited) Nach dem Herausführen der Probe aus dem Behälter wurde diese
zwecks Beseitigung von überschüssigem Imprägniermittel durch einen zweiten ähnlichen Walzenspalt hindurchgeführt. Die
Materialplatte wog nach dieser weiteren Behandlung 656 g. Sie wurde dann bis zur Gewichtskonstanz bei einer Temperatur
von 150 0C getrocknet. Das Endgewicht der Platte betrug 573 g
(entsprechend 17 % Imprägniermittel). Die Wasserabsorption
dieser Probe wurde nach dem SATRA-Test-Verfahren PM 75 (Wasserabsorption von porenhaltigen Sohlenstoffen (Solings)
nach dem Druckverfahren) gemessen und es werden die Ergebnisse dieses Tests und andere physikalischen Eigenschaften
in der nachfolgenden Tabelle gezeigt.
-9-509834/0983
.1.
Tab | Eigenschaft | eile | Imprägniert |
Dichte | 41 lb/ft3, (656,8 "kg/m·3) |
||
Wasserabsorptions test |
Nicht imprägniert | 6,1 % | |
Zugfestigkeit lb/in2 (kg/cnT) |
35 lb/ft3 -, (560,7 kg/m5) |
365 (25,66) |
|
Spaltungs-Kerb-Festig- keit (pro inch) |
über 100 % | 20 | |
291 (20,46) |
|||
11 | |||
Beispiel 2
Eine weitere Probe wie oben (Trockengewicht 490 g) wurde in
einer identischen Weise behandelt,mit der Ausnahme, daß das
endgültige Trockengewicht 614 g (25,3 % Imprägniermittel) betrug. Die Wasserabsorption dieser Probe war 4,9 %>
Das folgende Beispiel verwendet eine Mischung von imprägnierenden
Harzen, die fähig ist, eine versteifte Platte zu liefern, die beim Biegen keine Rißbildung gibt.
Eine imprägnierende Zubereitung wurde aus den folgenden
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Bestandteilen (Gewichtsteile) hergestellt:
Carboxylierte Styrol-Butadien-Copolymerisat- ιηη ψ .-,
Emulsion, 50 bis 55 % Peststoffe (REVINEX 55D1O) e
Carboxylierte Butadienlatex-Emulsion, ιηη φ ..,
50 bis 55 % Peststoffe (REVINEX 14F7O) 1UU 1Θ1ΧΘ
Färbeemulsion 2 Teile
Wasser · 100 Teile
Ein 12 χ 12 inch (30,48 χ 30,48 cm) -Stück eines wiederaufgebauten
Schaummateriais (wie oben), 2 mm Dicke mit einem Gewicht
von 76,5 Ss wurde mit diesem Imprägniermittel derart imprägniert,
daß nach dem Trocknen bei I50 0C das Endgewicht
der Platte 102,2 g betrug. Dies entspricht einem Imprägnierungsanteil
von 25 %\ Die Zugfestigkeit des imprägnierten
Materials, gemessen gemäß British Standard 3379,
2 2
war 500 lb/in (35,15 kg/cm ) und das doppelte von derjenigen
des nichtimprägnierten Materials. Die Dehnung betrug 50 % ,
was gegenüber dem nichtimprägnierten Material keinen allzu
großen Unterschied darstellte.
Ähnliche Produkte können bei Imprägnierungsanteilein von
15 bis 30 Gew.-% an trockenen imprägnierenden Peststoffen erhalten werden, wobei der bevorzugte Bereich 25 bis 30 %
ist.
Diese Produkte und insbesondere dasjenige von Beispiel 3
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selbst sind für die Herstellung von Schuhmaterialien3 Handtaschen, Gepäckstück- und Auto-Teile brauchbar. Das Material
hat den zusätzlichen Vorteils daß es wärmeverformbar ist
und ebenso auch zu Geweben oder Schaummaterialien oder anderen geeigneten Substraten laminiert werden kann.
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Claims (5)
1. Federndes, wasserdichtes Material, bestehend aus imprägniertem porösen Polyurethan, dadurch gekennzeichnet
, daß das nichtimprägnierte Polyurethan eine Dichte von 20 bis 50 lb/ft"5 (320,4 bis 800,9
kg/nr) (wie für das Produkt selbst bekannt) besitzt und mit einem Elastomeren in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%
des Polyurethans imprägniert ist.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Imprägniermittel 15 bis 30 Gew.-%
des Polyurethans beträgt.
3. Material nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Elastomere ein carboxyliertes
Styrol-Butadien-Copolymerisat umfaßt.
4. Verfahren zur Herstellung eines federnden, wasserdichten Materials nach Anspruch 1, dadurch gekenn-,
zeichnet , daß das poröse Polyurethan verdichtet und der Druck entspannt wird, während das Polyurethan sich
unterhalb der Oberfläche einer Dispersion des Elastomeren in einem flüssigen Medium befindet.
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5. Verfahren nach Anspruch k, d a d u r c h g e k e η η
zeichnet , daß das Polyurethan in eine wässerige
Dispersion des Elastomeren eingetaucht wird.
S09834/0983
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