DE4210404C2 - Urethanschaum-Formmasse - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polyurethanschaum-
Formmasse, die eine erste Flüssigkeit, die eine Polyol-Kom
ponente enthält, und eine zweite Flüssigkeit, die eine
Isocyanat-Komponente enthält, umfaßt, wobei die erste Flüs
sigkeit zusammen mit einem Fluorkohlenstoff-Blasmittel
(hiernach als FC-Blasmittel bezeichnet) zugesetzt wird.
Die Urethanschaum-Formmasse der Erfindung ist als Form
material zur Herstellung von Urethanschaumprodukten mit in
tegrierter Haut geeignet, beispielsweise Innenausstattungs
teilen für Kraftfahrzeuge (insbesondere Lenkrädern, Hupen
kissen, Armlehnen, Kopfstützen, Instrumentenpaneelen),
welche einerseits dekorativ und andererseits weich und zäh
sowie verschleißfest sein müssen. Eine solche Urethanschaum-
Formmasse kann auch als Formmaterial für einen breiten Be
reich von Formprodukten Verwendung finden, beispielsweise
Kissen, Matratzen, Möbelstücken, Stoßfängern von Kraftfahr
zeugen, wobei geeignete Modifikationen in der Art und
Menge der Polyol-Komponenten und Vernetzungsmittel durchge
führt werden.
Obwohl "Freon" ein registriertes Warenzeichen der Firma E.I.
du Pont de Nemours & Co. Inc. ist, wird dieser Begriff in
der nachfolgenden Beschreibung verwendet, da er allgemein
benutzt wird. Die Freon beigefügten Ziffern besitzen die
folgenden Bedeutungen: 100er Ziffern = Zahl der C-Atome -1;
10er Ziffern = Zahl der Wasserstoffatome + 1; und 1er Zif
fern = Zahl der Fluoratome.
Für die Herstellung von Urethanschaum-Formmassen wurden
üblicherweise FC-Blasmittel wegen der Einfachheit der For
mung von Schäumen mit integrierter Haut verwendet. Von die
sen FC-Blasmitteln haben Chlorfluorkohlenstoffe (die keine
HC-Bindung enthalten), typischerweise Trichlormonofluor
methan (Freon 11), breite Anwendung gefunden. Dies ist
darauf zurückzuführen, daß Trichlorfluorkohlenstoffe einen
geeigneten Siedepunkt besitzen, rasch verfügbar und im Ver
gleich zu anderen FC-Blasmitteln billig sind.
Die Chlorfluorkohlenstoffe sind jedoch chemisch beständig
und erreichen bei Freigabe in die Luft die Stratosphäre ohne
Zersetzung. In der Stratosphäre werden die Chlorfluorkohlen
stoffe durch starke UV-Strahlung zersetzt und setzen Chlor
frei, das wiederum mit Ozon reagiert, wodurch die Ozon
schicht in der Stratosphäre zerstört wird.
Andererseits sind Fluorkohlenstoffe, die eine oder mehrere
C-H-Bindungen enthalten [sogenannte Hydrochlorfluorkohlen
stoffe (hiernach als HCFC bezeichnet) oder Hydrofluor
kohlenstoffe (hiernach als HFC bezeichnet)], aufgrund des
Vorhandenseins der C-H-Bindungen im Vergleich zu Chlorfluor
kohlenstoffen chemisch unbeständig. Aus diesem Grunde wird
der größte Teil der HCFC und HFC vor dem Erreichen der
Stratosphäre zersetzt, so daß auf diese Weise die Gefahr ei
ner Zerstörung der Ozonschicht in der Stratosphäre beträcht
lich reduziert werden kann.
Herkömmlich verwendete HCFC und HFC (die Vorteile in bezug
auf die Verfügbarkeit und die Kosten besitzen) weisen allge
mein einen Siedepunkt unter 20°C auf und sind daher bei
üblicher Temperatur gasförmig. Beispielsweise besitzt Chlor
difluorkohlenstoff (Freon 22) einen Siedepunkt von
40,75°C, während Difluormonochloräthan (Freon 142b) einen
Siedepunkt von -9,7°C aufweist.
Da die HCFC und HFC mit niedrigerem Siedepunkt stark
flüchtig sind und ihr Molekulargewicht gering ist, kann der
gleiche Blasfaktor erzielt werden, indem man eine geringere
Menge an HCFC oder HFC als Blasmittel verwendet.
Beispielsweise kann bei Verwendung von Freon 22 anstelle von
Freon 11 die Menge des Blasmittels auf etwa 1/4 reduziert
werden.
Es wurde jedoch festgestellt, daß bei Einführung eines HCFC
oder eines HFC, die bei Normaltemperatur gasförmig sind, in
die erste Flüssigkeit eine unerwünscht hohe Viskosität re
sultiert, wodurch die Spritzgießeigenschaften absinken. Ob
wohl es möglich ist, die Viskosität durch Einarbeiten eines
Polyoles mit niedrigem Molekulargewicht einzustellen, führt
dieser Einbau eines üblichen Polyols mit niedrigem Moleku
largewicht zu schlechteren physikalischen Eigenschaften, wie
beispielsweise der Stoßelastizität und insbesondere der Zug
festigkeit (siehe Vergleichsbeispiel 1).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Urethan
schaum-Formmasse zu schaffen, mit der Schaumformteile mit
ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften unter Verwen
dung eines Fluorkohlenstoffs, der mindestens eine H-C-Bin
dung enthält und bei Normaltemperatur gasförmig ist, ge
schaffen werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Urethanschaum-
Formmasse nach Patentanspruch 1 sowie durch ein Formschaumpro
dukt hergestellt durch Verschäumen dieser Urethanschaum-Form
masse gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemä
ßen Urethanschaum-Formmasse sind in den Patentansprüchen 2 und
3 dargestellt.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung der
Urethanschaum-Formmasse gemäß Patentanspruch 5 zur Verfügung
gestellt.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Polyurethanschaum-Form
masse können Urethanschaum-Formprodukte mit ausgezeichneten
physikalischen Eigenschaften hergestellt werden. Der größte
Anteil der gasförmigen Fluorkohlenstoffe, die mindestens
eine H-C-Bindung aufweisen, kann vor dem Erreichen der Stra
tosphäre zersetzt werden, und die FC-Blasmittel können in
geringeren Mengen verwendet werden. Daher kann die Möglich
keit einer Zerstörung der Ozonschicht in der Stratosphäre
beträchtlich reduziert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei
spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, die ein
Verfahren zur Durchführung eines Formvor
ganges unter Verwendung einer erfindungs
gemäßen Polyurethanschaum-Formmasse
zeigt; und
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer
Form, die bei der Herstellung eines
Lenkrades unter Verwendung der erfin
dungsgemäßen Urethanschaum-Formmasse ein
gesetzt wird.
- A) Es ist erforderlich, daß die Urethanschaum-Formmasse der Erfindung eine erste Flüssigkeit, die eine Polyol- Komponente enthält, und eine zweite Flüssigkeit umfaßt, die eine Isocyanat-Komponente enthält, wobei die erste Flüssigkeit mit einem FC-Blasmittel zugesetzt wird.
- (1) Jedes herkömmliche Isocyanat kann als Isocyanat-Kompo nente verwendet werden. Beispielsweise können die nach folgend angegebenen Isocyanate verwendet werden. Die Art und Menge der Isocyanate kann in Abhängigkeit von den für die Formteile erforderlichen physikalischen Ei genschaften ausgewählt werden.
- (a) Aromatische Isocyanate:
Als Beispiele von verwendbaren aromatischen Isocyanaten können 4,4'-Diphenylmethandiisocyanate (hiernach als MDI bezeichnet), Roh-MDI, flüssige MDI, Toluoldiisocya nate, Phenylendiisocyanate genannt werden. Zur besseren Handhabung können auch polymerisierte Derivate dieser Verbindungen eingesetzt werden, wie beispiels weise Dimere, Trimere und Vorpolymere. - (b) Aliphatische Isocyanate:
Zusätzlich zu normalen aliphatischen Isocyanaten können alicyclische Isocyanate eingesetzt werden. Beispiele von verwendbaren Isocyanaten umfassen sogenannte ali phatische Isocyanate vom Non-yellow-discoloring-Typ, wie beispielsweise Hexamethylendiisocyanat (HMDI), Xyloldiisocyanat (XDI), hydriertes Xyloldiisocyanat (hydriertes XDI), 4,4'-Methylenbisdicyclohexyldi isocyanat (H12MDI), Methylcyclohexyldiisocyanat (hydriertes TDI), Isophorondiisocyanat (IPD). Zur besseren Handhabung können auch polymerisierte De rivate dieser Verbindungen verwendet werden, beispiels weise Dimere, Trimere und Vorpolymere. - (2) Zusätzlich zum Blasmittel wird die erste Flüssigkeit üblicherweise in Verbindung mit der Zugabe von anderen Bestandteilen eingesetzt, beispielsweise Vernetzungs mitteln, Katalysatoren, Schaumregulatoren und Färbemit teln.
- B) Die Urethanschaum-Formmasse der Erfindung erfordert den Einsatz eines Fluorkohlenstoff-Blasmittels, das min destens eine CH-Bindung enthält und einen Siedepunkt aufweist, der nicht höher ist als 20°C (das Mittel be findet sich daher bei Normaltemperatur in einem gasför migen Zustand), und einer Polyol-Komponente, die aus einer Kombination einer Vielzahl von Polyether-Polyolen besteht, die auf eine Viskosität von 700 bis 1000 cPs eingestellt worden sind.
- (1) Als Beispiele von verwendbaren Fluorkohlenstoffen, die mindestens eine C-H-Bindung aufweisen, können HCFC und HFC genannt werden. Üblicherweise kann es in bezug auf die Kosten vorteilhaft sein, HCFC einzusetzen, wie bei spielsweise Freon 22 (Chlordifluormethan) und Freon 142b (Difluormonochlorethan), oder HFC, wie beispiels weise Freon 134a (Tetrafluorethan). Durch Verwendung von HCFC und/oder HFC kann die Möglichkeit einer Zer störung der Ozonschicht in der Stratosphäre beträcht lich reduziert werden. Obwohl die Menge des zu verwen denden HCFC und HFC vom gewünschten Blasfaktor und der Verträglichkeit mit Polyolen abhängt, können die Ver bindungen normalerweise in einer Menge von 2 bis 10 Ge wichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Poylol-Kompo nente eingesetzt werden. Die Menge kann im Vergleich zu den Fällen, wo ein Blasmittel des Standes der Technik, wie beispielsweise Freon 11, verwendet wird, geringer sein.
- (2) In der ersten Flüssigkeit wird eine Polyol-Komponente
verwendet, die aus einer Kombination von Polyether-
Polyolen besteht. Der Einsatz von Polyester-Polyolen
macht die Einstellung der Viskosität schwierig.
Polyether-Polyole können in der Form einer Kombination von geeigneten difunktionellen Polyolen und polyfunk tionellen Polyolen (typischerweise trifunktionellen Polyolen) eingesetzt werden. Die hier verwendete Be zeichnung "polyfunktionelles Polyether-Polyol" bezieht sich auf Polyether-Polyole, die mehr als difunktionell sind, nämlich trifunktionelle Poly ether-Polyole und mehr als trifunktionelle Polyether- Polyole. Beispiele von verwendbaren difunktionellen und polyfunktionellen Polyether-Polyolen sind nachfolgend genannt:- (i) difunktionelle Polyether-Polyole:
Polyoxypropylen-Polyoxyethylenglycole
Polyoxyethylenglycole
Polyoxypropylenglyole
Polyoxybutylenglycole. - (ii) trifunktionelle Polyether-Polyole:
Propylenoxid-Trimethylolpropan-Kopolymere
Propylenoxid-Hexantriol-Kopolymere
Propylenoxid-Glycerol-Kopolymere
Ethylenoxid-Propylenoxid-Glycerol-Kopolymere - (iii) tetrafunktionelle Polyether-Polyole:
Ethylendiamin-Ethylenoxid-Propylenoxid-Kopolymere.
- (i) difunktionelle Polyether-Polyole:
Das Verhältnis der difunktionellen Polyether-Polyole zu
den polyfunktionellen Polyether-Polyolen liegt vor
zugsweise in einem Bereich von 10/90 bis 90/10. Wenn
die Menge der eingesetzten polyfunktionellen Poly
ether-Polyole zu gering ist, werden Formteile gebildet,
die eine unerwünscht niedrige Stoßelastizität besitzen.
Wenn polyfunktionelle Polyether-Polyole in einer zu
großen Menge eingesetzt werden, resultiert eine unbe
ständige Fluidität des Materiales und dieses wird
empfänglich gegenüber der Mitführung von Luft während
des Formens. Dies ist darauf zurückzuführen, daß poly
funktionelle Polyether-Polyole reaktiver sind als di
funktionelle Polyether-Polyole, so daß auf diese Weise
eine unerwünscht hohe Reaktionsgeschwindigkeit auf
tritt.
Es kann bevorzugt werden, daß die polyfunktionellen
Polyether-Polyole ein Molekulargewicht von 1100 oder
darüber pro darin enthaltene OH-Gruppe besitzen. Wenn
es geringer ist als 1100, wird die Absenkung der Stoß
elastizität der geformten Produkte in unzureichender
Weise verhindert.
- (3) Wenn die Viskosität der Polyol-Komponente geringer ist als 700 cPs, entstehen geformte Produkte, die eine schlechtere Stoßelastizität besitzen. Wenn die Viskosi tät 1000 cPs übersteigt, ergibt sich eine unerwünscht hohe Viskosität, so daß nachteilige Effekte in bezug auf die Formeigenschaften des Materiales entstehen.
Die Urethan-Formmasse der Erfindung kann nach einem
herkömmlichen Formverfahren geformt werden, mit Aus
nahme der Einführung des Blasmittels in die erste Flüs
sigkeit.
Beispielsweise wird ein Überzugsformverfahren in der
Form in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben,
wobei das Material durch Reaktionsspritzgießen (RIM) zu
einem Lenkrad (ein Schaumformprodukt mit integrierter
Haut) geformt wird.
Vor dem Spritzgießen werden eine erste Flüssigkeit und
eine zweite Flüssigkeit ohne gegenseitigen Kontakt in
einem durch einen Mischkopf 5 und einen ersten Tank 1
oder einen zweiten Tank 3 zirkulierenden Zustand gehal
ten, indem Hochdruckpumpen 7 und 8 mit konstantem Volu
men verwendet werden. Beim Spritzgießen werden Ventile
(nicht gezeigt) betätigt, so daß die erste und zweite
Flüssigkeit zusammentreten und sich unter hohem Druck
im Mischraum des Mischkopfes 5 vermischen. Das resul
tierende Gemisch wird in eine Form 10 eingespritzt. Vor
dem Einspritzen wird ein Urethanüberzugsfilm 11 auf der
Oberfläche des Hohlraumes der Form 10 ausgebildet, und
ein Metall 13 für das Lenkrad wird in die Form einge
setzt. Zur Ausbildung des Urethan-Überzugsfilmes kann
man vorzugsweise einen Urethan-Anstrich vom non-yellow-
Discoloration-Typ verwenden.
Es besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf
das Verfahren zur Einbringung des Blasmittels in die
Urethanschaum-Formmasse der vorliegenden Erfindung.
Beispielsweise kann das Blasmittel direkt durch einen
Einlaß 15 eingeführt werden, da es sich hierbei um ein
Gas mit Normaltemperatur handelt.
Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu er
leichtern, werden hiernach Ausführungsbeispiele zusam
men mit Vergleichsbeispielen und einem Beispiel einer
herkömmlichen Formmasse beschrieben.
- (1) Eine erste Flüssigkeit mit einer nachfolgend wiederge gebenen Formulierung, die Polyol-Komponenten gemäß Ta belle 1 enthielt, wurde unter hohem Druck mit einer zweiten Flüssigkeit zusammengebracht und vermischt, die die nachfolgend wiedergegebene Formulierung besaß. Das entstandene Gemisch wurde in eine Form eingespritzt, um Teststücke der Größe 40×40×0,5 cm auszubilden. Die Formbedingungen waren wie folgt Einspritzdruck 130 kgf/cm2; Temperatur des Gemisches 30 ± 2°C und Form temperatur 50°C. Die Viskosität der in Tabelle 1 ange gebenen Polyol-Gemische wurde durch ein B-8R-Typ-Visko simeter (hergestellt von der Firma Tokyo Keiki Co., Ltd.) unter den folgenden Bedingungen gemessen: Rotor Nr. 2; Rotationsfrequenz 100 UpM und Raumtemperatur 25°C.
Das Ausführungsbeispiel mit der herkömmlichen Formmasse
zeigt einen Fall, bei dem die Formulierung so modifi
ziert wurde, daß 15 Gewichtsteile Freon 11 anstelle von
Freon 22 ohne Zugabe von Polyolen verwendet wurden.
Erste Flüssigkeit | |
Gewichtsteile | |
Polykomponente | 100 |
Vernetzungsmittel (Glycol) | 9 |
Katalysator | 2 |
Freon 22 | 4 |
Zweite Flüssigkeit | |
MDI | 68 |
Ermittelt bei einer Temperatur von 25°C durch Verwen
dung eines Rupke-Stoßelastizität-Testgerätes
(hergestellt von der Firma Kobunshi Keiki Co.).
Die Stoßelastizität der gemäß den Ausführungsbeispielen
erhaltenen Produkte zeigt einen geringeren Abnahmegrad
als die des Produktes aus der herkömmlichen Formmasse. An
dererseits wies die Stoßelastizität der Produkte gemäß
den Vergleichsbeispielen 1 und 2, bei denen Gemische
aus Polyolen mit einer Viskosität geringer als 700 cPs
verwendet wurden, einen größeren Absenkgrad auf als er
läutert.
Dumbbel No. 2 Teststücke (JIS 6301) wurden bei einer
Dehngeschwindigkeit von 200 mm/min unter Verwendung ei
nes Autograph DCS-10T A-Typ-Testgerätes (hergestellt
von der Firma Shimadzu Corp.) untersucht.
Die Produkte gemäß den Ausführungsbeispielen und dem
Vergleichsbeispiel 1 besaßen eine Zugfestigkeit, die
größer war als die des Produktes aus der herkömmlichen
Formmasse, während das Produkt gemäß Vergleichsbeispiel 2,
bei dem ein Gemisch aus Polyol mit einer Viskosität
niedriger als 425 cPs verwendet wurde, eine im Ver
gleich zur herkömmlichen Formmasse deutlich reduzierte Zug
festigkeit besaß.
Wie beim Zugfestigkeitstest.
Die Längsdehnung beim Bruch war bei den Ausführungsbei
spielen und dem Vergleichsbeispiel 1 so gut wie bei der
herkömmlichen Formmasse. Andererseits war die Längsdehnung
beim Bruch beim Vergleichsbeispiel 2, bei dem ein Ge
misch aus Polyol mit einer Viskosität von 425 cPs ver
sendet wurde, im Vergleich zu der bei der herkömmlichen
Formmasse deutlich abgesenkt.
Erfindungsgemäß wird somit eine Urethanschaum-Formmasse vor
geschlagen, mit der ein Formschaumprodukt mit integrierter
Haut hergestellt werden kann. Die Masse umfaßt eine erste
Flüssigkeit, die eine Polyol-Komponente enthält, und eine
zweite Flüssigkeit, die eine Isocyanat-Komponente enthält,
wobei die erste Flüssigkeit mit einem Fluorkohlenstoff-Blas
mittel zugesetzt wird. Das Fluorkohlenstoff-Blasmittel be
steht aus einem Fluorkohlenstoff, der mindestens eine C-H-
Bindung aufweist und bei Normaltemperatur gasförmig ist. Die
Polyol-Komponente besteht aus einer Kombination
von Polyether-Polyolen und ist auf eine Viskosität
von 700 bis 1000 cPs eingestellt.
Claims (7)
1. Urethanschaum-Formmasse hergestellt durch Vermischen ei
ner ersten Flüssigkeit, die eine Polyol-Komponente enthält, und
einer zweiten Flüssigkeit, die eine Isocyanat-Komponente ent
hält, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Flüssigkeit ein
Treibmittel aus einem Fluorkohlenstoff zugesetzt wird, der
mindestens eine C-H-Bindung enthält und einen Siedepunkt auf
weist, der nicht höher ist als 20°C, und daß die Polyol-Kom
ponente eine Kombination von Polyether-Polyolen ist, die auf ei
ne Viskosität von 700 bis 1000 cPs (25°C) eingestellt sind.
2. Urethanschaum-Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Polyol-Komponente eine Kombination von difunk
tionellen Polyether-Polyolen und polyfunktionellen Polyether-
Polyolen ist, die eine größere Funktionalität als Difunktionali
tät besitzen, wobei das Verhältnis der difunktionellen Polyole
zu den polyfunktionellen Polyolen in einem Bereich von 10/90 bis
90/10 liegt.
3. Urethanschaum-Formmasse nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die polyfunktionellen Polyether-Polyole ein Mole
kulargewicht von mindestens 1100 pro darin enthaltener OH-Gruppe
besitzen.
4. Formschaumprodukt mit integrierter Haut, hergestellt
durch Verschäumen einer Urethanschaum-Formmasse nach einem der
Ansprüche 1 bis 3.
5. Verfahren zur Herstellung einer Urethanschaum-Formmasse,
wobei eine erste Flüssigkeit, die eine Polyol-Komponente ent
hält, mit einer zweiten Flüssigkeit, die eine Isocyanat-Kom
ponente enthält, vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der
ersten Flüssigkeit ein Treibmittel aus einem Fluorkohlenstoff
zugesetzt wird, das mindestens eine C-H-Bindung enthält und ei
nen Siedepunkt aufweist, der nicht höher als 20°C ist, und daß
als Polyolkomponente eine Kombination von Polyether-Polyolen ge
wählt wird, die auf eine Viskosität von 700 bis 1000 cPs (25°C)
eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
als Polyol-Komponente eine Kombination von difunktionellen Po
lyether-Polyolen und polyfunktionellen Polyether-Polyolen, die
eine größere Funktionalität als Difunktionalität besitzen, ge
wählt wird, wobei das Verhältnis der difunktionellen Polyole zu
den polyfunktionellen Polyolen in einem Bereich von 10/90 bis
90/10 eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
als polyfunktionelle Polyether-Polyole solche gewählt werden,
die ein Molekulargewicht von mindestens 1100 pro darin enthalte
ner OH-Gruppe besitzen.
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- 1992-03-30 DE DE4210404A patent/DE4210404C2/de not_active Expired - Fee Related
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Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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