DE4210404C2

DE4210404C2 - Urethanschaum-Formmasse

Info

Publication number: DE4210404C2
Application number: DE4210404A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Takimoto; Hisashi Mizuno
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2012-03-31
Also published as: DE4210404A1

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.

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.

C) Formverfahren

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.

Formulierung der Urethanschaum-Formmasse

Erste Flüssigkeit
Gewichtsteile
Polykomponente	100
Vernetzungsmittel (Glycol)	9
Katalysator	2
Freon 22	4

Zweite Flüssigkeit

MDI	68

(2) Testverfahren und Auswertung (i) Stoßelastizität Testverfahren

Ermittelt bei einer Temperatur von 25°C durch Verwen dung eines Rupke-Stoßelastizität-Testgerätes (hergestellt von der Firma Kobunshi Keiki Co.).

Auswertung

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.

(ii) Zugfestigkeit Testverfahren

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.

Auswertung

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.

(iii) Längsdehnung beim Bruch Testverfahren

Wie beim Zugfestigkeitstest.

Auswertung

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

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.