DE3936227A1

DE3936227A1 - Halogenkohlenwasserstofffreier polyurethanschaumstoff mit hohem waermeisolationsvermoegen und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3936227A1
Application number: DE19893936227
Authority: DE
Inventors: Hans Wilhelm Huetzen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1991-05-02

Description

Im Hauptpatent ... (Hauptpatentanmeldung Nr. P 39 33 705.7) ist ein Polyurethanschaumstoff, nachfolgend kurz PUR-Schaumstoff genannt, beschrieben, dessen Zellen frei von den umweltschädlichen Halogenkohlenwasserstoffen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) oder nicht voll halogenierte Kohlenwasserstoffe, sog. weiche FCKW, sind, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, bei dem keine Halogenkohlenwasserstoffe als Treibmittel verwendet werden. Der PUR-Schaumstoff gemäß dem Hauptpatent ... (Hauptpatent anmeldung P 39 33 705.7 ist dadurch gekennzeichnet, daß in seinen Zellen in hohem Prozentsatz (ca. 80%) Luft vorhanden ist und geringe Mengen des in dem Herstellungsverfahren verwendeten Treibmittels, d. h. organische Flüssigkeiten mit einem bestimmten niedrigen Siedepunkt und in dem die Alkoholkomponente des herzustellenden PUR-Schaumstoffes nicht oder im wesentlichen nicht löslich ist, insbesondere die bevorzugt verwendeten niederen Kohlenwasserstoffe, wie insbesondere n-Pentan.

Das Verfahren zur Herstellung derartiger Schaumstoffe ist dadurch gekennzeichnet, daß einerseits aus einer üblichen alkoholischen Komponente der herzustellenden Weich- oder insbesondere Polyurethanhartschaumstoffe und andererseits dem bei der Ausgangstemperatur des Gemisches bei dem angewandten Druck flüssigen organischen Treibmittel in der je nach dem gewünschten Schäumungsgrad notwendigen Menge, ggfs. unter Zusatz eines Emulgators und ggfs. unter Zugabe der anderen Komponenten des PUR-Schaumstoffes, ausgenommen die einzusetzende übliche Isocyanat-Komponente, eine Emulsion gebildet wird, so daß sich eine sehr gleichmäßige Verteilung des Treibmittels in flüssigem Zustand im Gemisch bildet, und sodann diese Emulsion mit der Isocyanat-Komponente in üblicher Weise vermischt wird, so daß die chemische Reaktion zwischen dem Di- oder Polyol einerseits und dem Di- oder Triisocyanat andererseits in üblicher Weise beginnt. Diese Reaktion und Bildung des PUR ist exotherm und bewirkt, daß das in flüssigem Zustand in der alkoholischen Komponente in Emulsionsform, d. h. in besonders gleichmäßig verteilter und feinverteilter Form zugemischte Treibmittel verdampft und so einen PUR-Schaumstoff mit besonders gleichmäßiger und damit günstiger Schaumstruktur bildet. Das verdampfte Treibmittel diffundiert während der Polymerisationsreaktion oder, wie bevorzugt, bei der kurzfristigen Lagerung nach der Bildung des PUR-Schaumstoffproduktes durch die dünnen Zellwände ab und wird durch die umgebende Luft ausgetauscht, so daß die Zellen des schließlich erhaltenen PUR-Schaumstoffes weitgehend mit Luft gefüllt sind. Je nach den weiteren Zusatzstoffen können auf diese Weise PUR-Schaumstoffe erzielt werden, die sofort nach der Herstellung und insbesondere nach kurzfristiger Lagerung die günstige und beim Einsatz als Baumaterial geforderte Brandklasse B2 haben.

Der Nachteil der neuen Schaumstoffe gegenüber den mit FCKW geschäumten PUR-Schaumstoffen besteht darin, daß die Wärmeleitfähigkeit der erhaltenen Schaumstoffe häufig etwas ungünstiger ist und sich selbst nach längerer Lagerung zwar eindeutig als innerhalb der DIN 18159 oder 18164 bleibend gestaltet, aber die Lambdawerte dann etwas ungünstiger als bei den mit FCKW geschäumten PUR-Schaumstoffen sind, so daß z. B. zur Erreichung desselben Wärmedämm- bzw. -isoliereffektes der Schaumstoffe mit einer etwas größeren Dicke eingesetzt werden muß. Gerade bei im Bauwesen als Dämmstoffe eingesetzten Kunstharzschaumstoffprodukten ist aber ein besonders hoher Wärmedurchlaßwiderstand (1) oder, gleichbedeutend, eine besonders niedrige Wärmeleitfähigkeit erwünscht, und dies bei möglichst wenig dicker Schaumstoffplatte, und dies dazu dauerhaft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, PUR-Schaumstoffe mit Hilfe des neuen Verfahrens gemäß dem Hauptpatent ... (Hauptpatentanmeldung P 39 33 705.7) herzustellen, die eine ebenso günstige oder noch günstigere Wärmeleitfähigkeit als die bisher üblichen, mit dem umweltschädlichen FCKW geschäumten Schaumstoffen haben, und zwar in möglichst dauerhaftem Ausmaß.

Die erfindungsgemäßen PUR-Schaumstoffe sind dadurch gekennzeichnet, daß sie wie die Schaumstoffe gemäß dem Hauptpatent ... (Hauptpatentanmeldung P 39 33 705.7) frei von FCKW oder anderen Halogenkohlenwasserstoffen sind und neben geringen Mengen des eingesetzten Treibmittels in gegenüber Luft erhöhtem Maße Stickstoff, oder neben Luft ein oder mehrere Edelgase oder Gemische von Stickstoff und einem oder mehreren Edelgasen enthalten. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Treibmittels gemäß dem Hauptpatent ... (Hauptpatentanmeldung P 39 33 705.7) eine gesättigte Lösung dieses Treibmittels an Stickstoff, dem oder den Edelgasen oder einem Gemisch von Stickstoff und dem oder den Edelgasen eingesetzt wird. Setzt man z. B. anstelle des bevorzugten n-Pentans eine vorher gesättigte Lösung von Argon in n-Pentan ein, entsteht ein PUR-Schaumstoff, insbesondere nach kurzzeitiger Lagerung, dessen Zellen neben den geringen Mengen des als Treibmittel verwendeten n-Pentans Luft im Gemisch mit Argon enthält. Zu dem gleichen Ziel gelangt man auch - und sogar gegebenenfalls in noch besserem Ausmaß - wenn man die gesamte Emulsion aus der alkoholischen Komponente für den PUR-Schaumstoff und dem flüssigen organischen Treibmittel mit Stickstoff, dem oder den Edelgasen oder dem Gemisch aus Stickstoff und dem oder den Edelgasen sättigt, z. B. indem man diese Zusatzgase durch die Emulsion z. B. unter Rühren hindurchperlt oder diese Zusatzgase in noch höherer Menge in bekannter Art und Weise in das PUR-Gesamtreaktionsgemisch einführt.

Von Edelgasen ist bekannt, daß sie synthetische Folien nur in geringem Ausmaß durch Diffusion durchdringen. Aufgrund dieses Umstandes wurde früher z. B. Helium als Füllung für Ballone anstelle von Wasserstoff eingesetzt. Außerdem ist bekannt, daß Edelgase eine besondere niedere Wärmeleitfähigkeit haben, weshalb sie z. B. bei der Herstellung von Glühlampen als Füllgas im Gemisch mit Stickstoff eingesetzt werden. Überraschenderweise sind gerade die eingesetzten niederen Kohlenwasserstoffe relativ gute Lösungsmittel für Stickstoff und insbesondere Edelgase, so daß bei Einsatz des an Edelgasen gesättigten niederen Kohlenwasserstoffs bei dem Übergang des flüssigen Treibmittels in den verdampften Zustand infolge der bei der Polymerisationsreaktion freiwerdenden Reaktionswärme auch das im Treibmittel gelöste oder die gelösten Edelgase im Inneren der PUR-Schaumstoffzellen gleichmäßig über den Schaumstoff verteilt vorhanden ist und die Edelgase infolge ihres geringeren Diffusionsvermögens durch das PUR-Material im wesentlichen und insbesondere langfristig in den Zellen verbleiben, während das n-Pentan aus dem PUR-Schaumstoff herausdiffundiert bzw. gegen Luft ausgetauscht wird. Die geringe Wärmeleitfähigkeit des Stickstoffs und insbesondere der Edelgase trägt dazu bei, daß die Wärmeleitfähigkeit des erhaltenen Schaumstoffes in besonders günstigem Ausmaß niedrig ist und dies wegen der geringen Diffusionsfähigkeit des Stickstoffs und insbesondere der Edelgase dauerhaft niedrig bleibt, selbst wenn der Anteil der Edelgase am Inhalt der Zellen des Schaumstoffs relativ gering ist. Auch das Brandverhalten der erhaltenen Schaumstoffe wird durch die anwesenden Zusatzgase, insbesondere die Edelgase, weiter verbessert.

Die vorliegende Erfindung wird durch das folgende Beispiel erläutert.

Beispiel

n-Pentan wurde bei Zimmertemperatur mit Argon gesättigt, indem unter Rühren des n-Pentans Argon durch das Pentan hindurchgeperlt wurde. Sodann wurde ein PUR-Hartschaumstoff wie folgt hergestellt:
Ein Gemisch aus

50 GT eines Polyätheralkohols mit einer OH-Zahl von ca. 550 (Viskosität ca. 8000 mPa · s bei 25°C) aus der Gruppe der CARADOL®-Produkte der Fa. Shell Chemie,
30 GT eines gesättigten Polyesters mit Quervernetzer mit einer OH-Zahl von ca. 500 (Viskosität ca. 8-10 000 mPa · s bei 25°C),
20 GT eines aromatischen Polyätheralkohols mit einer OH-Zahl von ca. 500 (Viskosität ca. 5000 mPa · s bei 25°C),
7 GT des flüssigen Flammschutzmittels Dimethylmethylphosphonat (DMMP) mit 26% Phosphorgehalt,
5 GT des Emulgators EMULGIN®550 der Fa. Henkel AG, 2 GT eines Silicons,
28 GT des festen Flammschutzmittels Ammoniumpolyphosphat,
3 GT eines Katalysators auf Basis eines Alkaliacetats,
18 GT des mit Argon gesättigten n-Pentans

wurde bei 22°C emulgiert. Der Emulsion wurden in für die Herstellung von PUR-Schaumstoffen üblicher Weise 172 Teile Diphenylmethan-4,4′-diisocyanat zugemischt und die erhaltene Mischung wurde in einer üblichen Schäumanlage unter Normaldruck und bei Raumtemperatur geschäumt. Der erhaltene PUR-Schaumstoff wurde anschließend bei Raumtemperatur (20°C) und Normaldruck 4 Tage gelagert.

Claims

1. Polyurethanschaumstoff gemäß Patent ... (Patentanmeldung P 39 33 705.7), der gegebenenfalls noch übliche Zusatzstoffe wie Katalysatoren, Stabilisatoren, Flammschutzmittel und/oder Emulgatoren enthält und dessen Zellen frei von Halogenkohlenwasserstoffen sind, ca. 80% Luft und geringe Mengen des im Herstellungsverfahren eingesetzten organischen, flüssigen Mediums mit einem Siedepunkt bei Normaldruck zwischen +10 und +70°C, das die Alkoholkomponente des PUR-Schaumstoffes nicht oder im wesentlichen nicht löst, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen zusätzlich in im Vergleich zu Luft überhöhtem Maß Stickstoff und/oder zusammen mit Luft und dem Treibmittel ein oder mehrere Edelgase enthalten.

2. Polyurethanschaumstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen des Polyurethans neben Luft und dem Treibmittel ein Edelgas enthalten.

3. Polyurethanschaumstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen des Polyurethanschaumstoffs Argon enthalten.

4. Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumstoffs nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man entweder das eingesetzte organische, flüssige Medium mit einem Siedepunkt bei Normaldruck zwischen +10 und +70°C, das die alkoholische Ausgangskomponente des PUR-Schaumstoffes nicht oder im wesentlichen nicht löst, mit Stickstoff, einem oder mehreren Edelgasen oder einem Gemisch aus Stickstoff und einem oder mehreren Edelgasen in üblicher Weise bei Raumtemperatur im wesentlichen sättigt und mit dem so im wesentlichen gesättigten flüssigen Medium und der für PUR-Schaumstoff üblichen Alkoholkomponente eine Emulsion bildet oder die Emulsion aus der für den herzustellenden PUR-Schaumstoff üblichen Alkoholkomponente und dem organischen, flüssigen Medium in üblicher Weise bei Raumtemperatur im wesentlichen mit den genannten Gasen sättigt und sodann dieser Emulsion die für PUR-Schaumstoffe übliche Isocyanatkomponente im für PUR-Schaumstoffe üblichen Verhältnis zwischen der Alkoholkomponente und der Isocyanatkomponente zumischt und die Polymerisation der Ausgangsprodukte für den herzustellenden PUR-Schaumstoff unter sonst üblichen Bedingungen, insbesondere Temperaturbedingungen, ggfs. unter Aufrechterhaltung eines schwachen Über- oder Unterdrucks während des Aufschäumvorganges, wenn der Siedepunkt des angewandten organischen Lösungsmittels es erfordert, durchführt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zuzumischendes Gas ein Edelgas oder ein Gemisch mehrerer Edelgase eingesetzt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Edelgas Argon einsetzt.