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Die
vorliegende Erfindung betrifft neuartige Polyisocyanat-Zusammensetzungen,
ein Verfahren zur Herstellung dieser Polyisocyanat-Zusammensetzungen,
ein Verfahren zur Herstellung eines kalthärtenden, weichen Formschaumstoffs,
worin die Isocyanat-Komponente die erfindungsgemäßen Polyisocyanat-Zusammensetzungen
umfasst, sowie durch dieses Verfahren hergestellten, kalthärtenden,
weichen Formschaumstoff.
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Gemische
aus Diisocyanaten, die auf Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und Polymethylenpoly(phenylisocyanat)
(d.h. polymerem MDI oder PMDI) basieren, und Präpolymere, die auf solchen Gemischen
basieren, sind auf dem Gebiet der Erfindung bekannt und beschrieben
worden. Die Verwendung dieser Gemische aus Diisocyanaten, die auf
MDI und polymerem MDI oder PMDI basieren, und der Präpolymere,
die auf solchen Gemischen basieren, ist auf dem Gebiet der Herstellung
von Polyurethan-Weichschaumstoff ebenfalls bekannt und beschrieben,
beispielsweise in den US-Patenten 4.239.856, 4.256.849, 4.261.852
und 4.365.025.
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Es
sind zahlreiche Patente veröffentlicht
worden, die die Gemische aus Diphenylmethandiisocyanaten (MDI),
Polymethylenpoly(phenylisocyanat) sowie Präpolymere, die auf diesen Gemischen
basieren, beschreiben. Siehe beispielsweise die US-Patente 3.152.162,
3.644.457, 3.701.796, 4.055.548, 4.118.411, 4.154.752, 4.177.205,
4.261.852, 4.442.235, 4.478.960, 4.490.302, 4.910.333, 5.070.114,
5.240.635, 5.246.977, 5.266.604, 5.350.778, 5.399.594, 5.563.232,
5.585.452, 5.877.227, 6.077.456 und 6.090.864.
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Es
ist bekannt, dass MDI ohne weiteres mittels Carbodiimidierung verflüssigt werden
kann. Typisch für dieses
Verfahren sind die in den US-Patenten 3.152.162, 3.384.643, 3.449.256,
3.640.966, 3.641.093, 3.701.796, 4.014.935, 4.088.665, 4.154.752
und 4.177.205 beschriebenen Verfahren.
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Es
ist ebenfalls bekannt, wenn auch weniger üblich, dass MDI mit N,N-Di-(2-hydroxypropyl)anilin
(wie in US-Patent 3.394.165 beschrieben) umgesetzt und mit N,N'-di substituierten
Thioharnstoffen (wie in US-Patent 3.674.828 beschrieben) erhitzt
werden kann.
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Eine
allgemein bekannte und übliche
Reaktion von MDI ist mit verschiedenen hydroxyfunktionellen Materialien.
Folglich sind nach dem Stand der Technik mehrere Typen von flüssigen Isocyanaten
beschrieben worden:
- 1) Reaktionsprodukte von
MDI mit Poly-1,2-propylenetherglykolen mit einem Molekulargewicht
von 134 bis 700 (US-A-3.644.457);
- 2) Reaktionsprodukte von MDI mit einem Gemisch aus Alkylenglykolen,
die zumindest 3 Kohlenstoffatome aufweisen (US-A-3.883.571 und 4.229.347);
- 3) Gemische aus i) 30 bis 80 Gew.-% MDI, ii) 5 bis 25 Gew.-%
MDI-Uretonimin enthaltenden Derivaten, iii) 20 bis 50 Gew.-% Reaktionsprodukten
von MDI mit Diolen oder Gemischen aus Diolen mit einem Molekulargewicht
von weniger als 175, und iv) 0 bis 10 Gew.-% Polymethylenpoly(phenylisocyanaten) (US-A-4.031.026);
- 4) Reaktionsprodukte von Polyoxyethylenglykolen mit einem Molekulargewicht
von 200 bis 600 und Polymethylenpoly(phenylisocyanaten), die 65
bis 85 Gew.-% MDI enthalten, wobei der Rest höhere Homologe sind (US-A-4.055.548);
- 5) Reaktionsprodukte von MDI mit Polyolen mit einem Molekulargewicht
von 240 bis 1.500 und Funktionalitäten von 2,7 bis 3,3 (US-A-4.102.833);
- 6) Reaktionsprodukte von MDI (mit unterschiedlichem 2,4'-Isomergehalt) mit
Propylenglykol oder Poly-1,2-propylenetherglykolen (US-A-4.118.411)
oder mit Polyoxyethylenglykolen (US-A-4.115.429);
- 7) Gemische aus i) 50 bis 90 Gew.-% Reaktionsprodukten von MDI
und Mischungen aus 50 bis 100 Gew.-% Polyoxypropylendiolen oder
-triolen mit einem Äquivalentgewicht
von 750 bis 3.000 und 0 bis 50 Gew.-% Polyoxyethylendiolen oder
-triolen mit einem Äquivalentgewicht
von 750 bis 3.000, und ii) 10 bis 50 Gew.-% Polymethylenpoly(phenylisocyanat),
das 30 bis 65% Diphenylmethandiisocyanat enthält (US-A-4.261.852);
- 8) Gemische aus i) Reaktionsprodukten von MDI und einer Polyolmischung
eines Polyols mit einem Molekulargewicht von zumindest 1.000 und
eines Polyols mit einem Molekulargewicht von 115 bis 300 und ii) verflüssigtem
MDI (US-A-4.321.333);
- 9) Reaktionsprodukte von MDI und einem N-substituierten Ethanolamin
(US-A-4.332.742);
- 10) Reaktionsprodukte von MDI, das 10 bis 20 Gew.-% des 2,4-Isomers
enthält,
und einem Polyethertriol, das ein Molekulargewicht von 5.500 aufweist
(US-A-4.448.904);
- 11) Reaktionsprodukte von MDI mit einem Phenyl-substituierten
Alkandiol (US-A-4.490.300)
oder mit einem Monoallylether von Trimethylolpropan (US-A-4.490.301);
- 12) Reaktionsprodukte von MDI mit einem Gemisch aus einer Monohydroxylverbindung,
einem Poly-1,2-propylenglykol und einem niedermolekularen Triol
(US-A-4.490.302);
- 13) Reaktionsprodukte von MDI mit unterschiedlichen Isomergehalten
mit 1,3-Butandiol und Propylenglykol (US-A-4.539.156), mit Neopentylglykol
und Propylenglykol (US-A-4.539.157) und 1,3-Butandiol und Neopentylglykol
(US-A-4.539.158);
- 14) Reaktionsprodukte von MDI mit Aminen und Tripropylenglykol
(US-A-4.883.909);
- 15) Reaktionsprodukte von MDI mit hochmolekularen Polyolen und
Tripropylenglykol (US-A-4.442.235 und 4.910.333);
- 16) Gemische aus i) Reaktionsprodukten von MDI und einem Polyol
mit einem Äquivalentgewicht
von 30 bis 600 und ii) Polymethylenpoly(phenylisocyanaten) (US-A-5.240.635); und
- 17) Gemische aus i) Reaktionsprodukten von MDI und Polyoxytetramethylenglykolen
mit einem Äquivalentgewicht
von 250 bis 1.500 und ii) bis zu 30 Gew.-% eines zweiten Isocyanats,
das ein 2,4'-Isomer
oder ein Polymethylenpoly(phenylisocyanat) sein kann (US-A-5.246.977).
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Andere
flüssige
Isocyanat-Zusammensetzungen sind in den US-Patenten 4.365.025, 4.525.490, 4.644.018,
5.070.114, 5.266.604 und 5.430.072 beschrieben.
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Die
flüssigen
Isocyanate von US-Patent 4.365.025 sind Präpolymere, die aus (a) einem
Gemisch aus MDI und PMDI mit einer Funktionalität von über 2,0 und (b) einem oder
mehr Polyolen mit 2 bis 3 Hydroxylgruppen und zumindest 50 Gew.-%
an Oxyethylengruppen hergestellt sind, worin das Verhältnis der NCO-Äquivalente
zu den Hydroxyläquivalenten
1,5:1 bis 5:1 beträgt.
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US-Patent
5.070.114 beschreibt ein Präpolymer
mit einer NCO-Funktionalität
von über
2 und einem NCO-Gehalt von 2 bis 12%, das ein flüssiges Isocyanat enthält. Diese
werden hergestellt, indem (i) ein Isocyanat-reaktives Polymer mit
einer Nominalfunktionalität
von 2 bis 4 und einem mittleren Äquivalentgewicht
von 500 bis 5.000 mit ii) einem stöchiometrischen Überschuss
einer MDI-Zusammensetzung mit einer mittleren Funktionalität von 2
bis 2,3, worin zumindest 2 Gew.-% des 2,4'-Isomers von MDI enthalten sind, umgesetzt wird.
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US-Patent
5.266.604 offenbart ein flüssiges
Polyisocyanat-Präpolymer
mit einem Gehalt an freien NCO-Gruppen von 2 bis 15 Gew.-%. Diese
Präpolymere
umfassen die Reaktionsprodukte eines Isocyanat-reaktiven Polymers
mit einer Nominalfunktionalität
von 2 bis 6 und einem Äquivalentgewicht
von 500 bis 5.000 mit einem stöchiometrischen Überschuss
eines Polyisocyanats. Aus diesen Präpolymeren können durch Umsetzung mit einer
Isocyanat-reaktiven Zusammensetzung, die zumindest 50 Gew.-% Wasser
enthält,
Polyurethan-Weichschaumstoffe hergestellt werden.
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Flüssige Präpolymere
mit Isocyanat-Endgruppen sind auch im US-Patent 5.399.594 offenbart.
Diese zeichnen sich durch eine Funktionalität von 2 oder mehr aus und weisen
einen NCO-Gehalt von 2 bis 15% auf. Die Präpolymere sind Reaktionsprodukte
eines Isocyanat-reaktiven Polymers, das eine Funktionalität von 2 bis
6 und ein Äquivalentgewicht
von 750 bis 5.000 aufweist, mit einem stöchiometrischen Überschuss
an MDI mit einer mittleren Funktionalität von 2 bis 2,3. Aus diesen
Präpolymeren
können
auch Weichschaumstoffe hergestellt werden.
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In
US-Patent 5.430.072 wird ein homogenes Gemisch aus zwei Polyisocyanaten
offenbart. Eine dieser Polyisocyanat-Komponenten ist ein Präpolymer
mit einem Gehalt an NCO-Gruppen von 2 bis 15 Gew.-% und ist das
Reaktionsprodukt einer Isocyanat-reaktiven Verbindung, die eine
Nominalfunktionalität
von 2 bis 8 und ein Äquivalentgewicht
von 500 bis 5.000 aufweist, mit einem stöchiometrischen Überschuss
einer MDI-Zusammensetzung. Das andere Isocyanat des homogenen Gemischs
weist einen NCO-Gruppengehalt von zumindest 25 Gew.-% auf. Dieses
homogene Gemisch aus Isocyanaten kann zur Bildung von Polyurethan-Weichschaumstoffen
verwendet werden, indem es mit einer Isocyanat-reaktiven Komponente,
die zumindest 40 Gew.-% Wasser enthält, umgesetzt wird.
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Die
Polyisocyanat-Zusammensetzungen in US-Patent 5.877.227 umfassen
ein Semi-Präpolymer,
welches das Reaktionsprodukt eines Überschusses einer Isocyanat-Basisformulierung
mit 5 bis 50 Gew.-% eines ersten Polyoxypropylen/Polyoxyethylen-Polyols
mit einer Nominalfunktionalität
von 2 bis 4, einem Molekulargewicht von 1.000 bis 8.000 und einen
EO-Gehalt von 0 bis 30 Gew.-% darstellt. Die Isocyanat-Basisformulierung
umfasst ein Gemisch aus MDI und PMDI; worin das MDI 21 bis 35 2,4'-MDI, 63 bis 79%
4,4'-MDI und 0 bis
2% 2,2'-MDI umfasst
und die Isocyanat-Basisformulierung
eine Funktionalität
von 2,07 bis 2,12 aufweist. Diese Polyisocyanat-Zusammensetzung
wird als zur Herstellung von offenzelligem Polyurethan- Weichschaumstoff
geeignet offenbart, der durch Umsetzung einer Isocyanat-reaktiven
Komponente mit Wasser als einzigem Treibmittel hergestellt wird.
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US-Patent
5.877.227 beschreibt die zur Herstellung des im erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiel verwendeten
Präpolymers
angewandte Technologie. Die Unterschiede zwischen diesem Präpolymer
und den Präpolymeren
der hierin beanspruchten Erfindung umfassen 1) den Ethylenoxid-
(EO-) Gehalt des Polyols, d.h. die vorliegende Erfindung erfordert
mehr als 50% EO im Polyol, und 2) den NCO-Gruppen-Gehalt des Präpolymers
(die vorliegende Erfindung erfordert weniger als 20% an NCO), gefolgt
von Einmischen von polymerem MDI (d.h. ein anderes Verfahren zur
Herstellung des Präpolymers).
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Flüssige Polyisocyanat-Präpolymer-Zusammensetzungen
sind auch in US-Patent 6.077.456 offenbart. Diese Präpolymere
weisen einen NCO-Gruppengehalt von 10 bis 31% auf und umfassen das
Reaktionsprodukt einer organischen Polyisocyanat-Mischung mit einem Polyoxyalkylenpolyol.
Geeignete Polyisocyanat-Mischungen umfassen A) Diphenylmethandiisocyanat
mit 50 bis 95 Gew.-% des 4,4'-Isomers,
5 bis 50 Gew.-% des 2,4'-Isomers
und weniger als 10 Gew.-% des 2,2'-Isomers; B) ein Polymethylenpolyphenylpolyisocyanat,
das 30 bis 70 Gew.-% MDI umfasst, wobei der Rest PMDI ist, und eine
Funktionalität
von über
2 aufweist; und C) gegebenenfalls ein mit Uretonimin-Carbodiimid
modifiziertes Diisocyanat, umfassend 10 bis 35 Gew.-% einer Uretonimin-Carbodiimid-Spezies,
wobei der Rest im Wesentlichen aus reinem 4,4'-MDI besteht. Für dieses Verfahren geeignete
Polyoxyalkylenpolyole umfassen jene mit einem Molekulargewicht von 700
bis 10.000 und mittleren Funktionalitäten von 1,6 bis 3.
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Das
US-Patent 6.090.864 offenbart polymere MDI-Präpolymer-Zusammensetzungen und
deren Verwendung bei der Herstellung von Weichschaumstoffen. Diese
Präpolymere
umfassen das Reaktionsprodukt (a) eines Polymethylenpolyphenylpolyisocyanats
mit (b) einem Polyetherpolyol mit einem mittleren Hydroxyläquivalentgewicht
von zumindest etwa 700 und zeichnen sich durch eine mittlere Viskosität von zwischen
400 und 7.000 Centipoise bei 25°C
aus.
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Bei
der Herstellung von Weichschaumstoffen umfassen typische Isocyanat-reaktive
Materialien (1) Gemische aus Polyethertriolen mit einem Molekulargewicht
von 2.000 bis 7.000 und Diethanolamin, wie beispielsweise in US-Patent
4.239.856 beschrieben; (2) Gemische aus Polyethern mit primären Hydroxylgruppen, die
ein Molekulargewicht von 400 bis 10.000 aufweisen, und Gemischen
aus niedermolekularen, aktiven Wasserstoff enthaltenden Materialien
(US-Patent 4.256.849); (3) Polyoxypropylen- oder Poly(oxypropylen-oxyethylen)diole
oder -triole mit einem Äquivalentgewicht
von 700 bis 2.000, wie beispielsweise in US-Patent 4.261.852 beschrieben;
und (4) Wasser (siehe US-Patent 4.365.025).
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Es
ist auch bekannt, bei der Herstellung von Weichschaumstoffen verschiedene
niedermolekulare Vernetzer zu verwenden. In US-Patent 3.067.148
ist die Verwendung von aus Ethylendiamin und Alkylenoxiden abgeleiteten
Verbindungen mit vier Hydroxylgruppen beschrieben. US-Patent 3.948.825
offenbart die Verwendung von Reaktionsprodukten von Methylendianilin
und Alkylenoxiden, und in US-Patent 4.569.952 ist die Verwendung
eines Additionsprodukts eines Alkylenoxids und eines aromatischen
Diamins sowie ein Gemisch des Additionsprodukts mit einem Alkanolamin
beschrieben.
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Amine
wie etwa Dytek A, das üblicherweise
als 2-Methylpentamethylendiamin beschrieben wird, sind ebenso als
geeignete Kettenverlängerer
für Polyurethan-Weichschaumstoffe
bekannt und offenbart.
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Obwohl
zahlreiche, auf MDI und PMDI basierte Schaumformulierungen für zahlreiche
Anwendungen geeignete Eigenschaften bieten, ist es im Allgemeinen
schwierig, über
einen weiten Isocyanat-Index-Bereich gute Verarbeitbarkeit erzielen
zu können.
Zudem wäre
es wünschenswert,
einen Weichschaumstoff zu entwickeln, der für Kraftfahrzeugssitzflächen und
-kopfstützen
sowie bei Anwendung für
Nichtkraftfahrzeugssitzflächen
hohe Reißfestigkeit,
hohe Dehnung und geringe Druckverformung aufweist.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Polyisocyanat-Zusammensetzung
umfassen im Vergleich mit den Präpolymeren
nach dem Stand der Technik, die über
vergleichbare MDI-Isomer-Zusammensetzungen verfügen, die Tatsache, dass die
erfindungsgemäßen Polyisocyanat-Zusammensetzungen
zur Herstellung von Weichschaumstoffen verwendet werden können, die
eine verbesserte (d.h. reduzierte) Druckverformung und bessere Druckverformungseigenschaften
bei Feuchtigkeitsalterung sowie verbesserte (d.h. erhöhte) Reißfestigkeit
aufweisen, während
eine ausreichend hohe Härte
aufrechterhalten wird. Das Konzept, welches das Mischen eines niedermolekularen
NCO-Präpolymers
mit einem monomer-polymeren MDI beinhaltet, ermöglicht Variabilitäten bei
der Optimierung dieser Eigenschaften mittels Änderungen der Mischungsverhältnisse
von A(1) und A(2) der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen dargelegt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft neuartige Polyisocyanat-Zusammensetzungen,
ein Verfahren zur Herstellung dieser Polyisocyanat-Zusammensetzungen,
ein Verfahren zur Herstellung von Weichschaumstoffen und eines kalthärtenden,
weichen Formschaumstoffs und die resultierenden Weichschaumstoffe
sowie die kalthärtenden,
weichen Formschaumstoffe.
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Die
erfindungsgemäßen Polyisocyanat-Zusammensetzungen
zeichnen sich durch einen NCO-Gruppen-Gehalt von mehr als 15%, vorzugsweise
von 20% bis weniger als 33%, insbesondere von 25% bis 32%, aus.
Diese Zusammensetzungen umfassen:
- (1) 70 bis
99 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% von (1) und (2), eines Polymethylenpoly(phenylisocyanats) mit
einem NCO-Gruppen-Gehalt von 30 bis 33 und einem Monomergehalt von
40 bis 90%, worin das Monomer weniger als 8 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat, 10 bis 50%
2,4'-Diphenylmethandiisocyanat
und 50 bis 90% 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
umfasst, wobei die Gew.-% des 2,2'-, des 2,4'- und des 4,4'-Isomers von Diphenylmethandiisocyanat
zusammen 100 Gew.-% des Monomergehalts ausmachen; und
- (2) 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% von (1) und (2),
eines Präpolymers
von Diphenylmethandiisocyanat mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 2%
bis 20%, umfassend das Reaktionsprodukt von:
- (a) Diphenylmethandiisocyanat, das nicht mehr als 3 Gew.-% des
2,2'-Isomers, 0,1
bis 60 Gew.-% des 2,4'-Isomers
und 40 bis 99,9 Gew.-% des 4,4'-Isomers umfasst,
wobei die Gew.-% des 2,2'-,
des 2,4'- und des
4,4'-Isomers zusammen
100 Gew.-% ausmachen; und
- (b) zumindest einem Polyetherpolyol mit einer Funktionalität von zumindest
2, einem Molekulargewicht von 500 bis 10.000 und einer OH-Zahl von
10 bis 400, das durch Umsetzung einer geeigneten Initiatorverbindung
mit Ethylenoxid und Propylenoxid in einem Gewichtsverhältnis EO:PO
von 50:50 bis 90:10 erhalten worden ist.
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Das
Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyisocyanat-Zusammensetzungen
umfasst (A) das Vermischen von (2) 1 bis 30 Gew.-% eines Präpolymers
von Diphenylmethandiisocyanat mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 2
bis 20 Gew.-% mit (1) 70 bis 99 Gew.-% eines Polymethylenpoly(phenylisocyanats)
mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 30 bis 33 Gew.-% und einem Monomergehalt
von 40 bis 90 Gew.-%. Die Präpolymere
von Diphenylmethandiisocyanat sind Reaktionsprodukte von (a) Diphenylmethandiisocyanat und
(b) zumindest einem Polyetherpolyol, wie hierin zuvor beschrieben.
Der Monomergehalt der Komponente (1), Polymethylenpoly(phenylisocyanat),
umfasst weniger als 8% 2,2'-Isomer
von MDI, 10 bis 50 Gew.-% 2,4'-Isomer
von MDI und 50 bis 90 Gew.-% 4,4'-Isomer
von MDI, wobei die Gew.-% des 2,2'-, des 2,4'- und des 4,4'-Isomers von Diphenylmethandiisocyanat
zusammen 100 Gew.-% des Monomergehalts ausmachen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
eines kalthärtenden,
weichen Polyurethan-Formschaumstoffs. Das Verfahren umfasst (I)
das Umsetzen (A) der Polyisocyanat-Zusammensetzung mit einem NCO-Gruppen-Gehalt
von mehr als 15%, umfassend (1) 70 bis 99 Gew.-% eines Polymethylenpoly(phenylisocyanats)
mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 30 bis 33% und einem Monomergehalt
von 49 bis 90 Gew.-% und (2) 1 bis 30 Gew.-% eines Präpolymers
von Di phenylmethandiisocyanat mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 2%
bis 20%, umfassend das Reaktionsprodukt von (a) Diphenylmethandiisocyanat und
(b) zumindest einem Polyetherpolyol; und (B) einer Isocyanat-reaktive
Komponente, umfassend (1) zumindest ein Polyetherpolyol mit einem
Molekulargewicht von 400 bis 14.000, einer zahlenmittleren Funktionalität von 2
bis 6 und einer OH-Zahl von 10 bis 850 und gegebenenfalls (2) eine
niedermolekulare, Isocyanat-reaktive Komponente, die zur Kettenverlängerung
und/oder Vernetzung fähig
ist und die 2 bis 6 reaktive Gruppen, die mit Isocyanatgruppen reagieren
können,
enthält
und ein Molekulargewicht von 32 bis 399 aufweist; in Gegenwart von
(C) zumindest einem Wasser umfassenden Treibmittel und gegebenenfalls
(D) einem oder mehreren Additiven. In diesem Verfahren beträgt die Gesamtmenge
des vorhandenen Wassers 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht von (B)(1). Geeignete (A) Polyisocyanat-Zusammensetzungen
sind wie oben beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch mittels obigen Verfahrens hergestellte
kalthärtende
weiche Formschaumstoffe.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
erfindungsgemäßen Polyisocyanat-Zusammensetzungen
sind durch einen NCO-Gruppen-Gehalt von
mehr als 15%, vorzugsweise von 20% bis weniger als 33%, insbesondere
von 25% bis 32% gekennzeichnet. Diese Polyisocyanat-Zusammensetzungen
umfassen:
- (1) 70 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise
85 bis 95 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% von (1) und (2), eines Polymethylenpoly(phenylisocyanats)
mit einem NCO-Gruppen-Gehalt
von 30 bis 33% und einem Monomergehalt von 40 bis 90 Gew.-%, und
- (2) 1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf
100 Gew.-% von (1) und (2), eines Präpolymers von Diphenylmethandiisocyanat
mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 2 bis 20%, vorzugsweise 5 bis 15%.
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Geeignete
Polymethylenpoly(phenylisocyanate) für Komponente (1) der erfindungsgemäßen Polyisocyanat-Zusammensetzungen
umfassen jene mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 30 bis 33%, vorzugsweise 31
bis 33%, und einem Monomergehalt von 40 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise
60 bis 90 Gew.-%, insbesondere 70 bis 85 Gew.-%, worin das Monomer
weniger als etwa 8 Gew.-% 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat,
10 bis 50% 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat
und 50 bis 90 Gew.-% 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
umfasst, wobei die Gew.-% des 2,2'-, des 2,4'- und des 4,4'-Isomers von Diphenylmethandiisocyanat
zusammen 100 Gew.-% des Monomergehalts ausmachen. Vorzugsweise umfasst
der Monomergehalt weniger als 2 Gew.-% 2,2'-Isomer von MDI, 15 bis 35 Gew.-% 2,4'-Isomer von MDI und
15 bis 35 Gew.-% 4,4'-Isomer
von MDI und 63 bis 85 Gew.-% 4,4'-Isomer
von MDI, wobei die Gew.-% des 2,2'-, des 2,4'- und des 4,4'-Isomers zusammen 100 Gew.-% des Monomergehalts
ausmachen.
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Der
Gehalt dieser Komponente an polymerem MDI beträgt 10 bis etwa 60 Gew.-%, vorzugsweise
10 bis 40 Gew.-%, insbesondere 15 bis 30 Gew.-%.
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Die
hierin verwendete Bezeichnung "polymeres
MDI" (PMDI) kennzeichnet
höhere
Ringverbindungen der MDI-Reihe, und zwar Produkte mit 3 oder mehr
Ringen, die von der Phosgenierung von Anilin-Formaldehyd-Kondensationsprodukten
herrühren.
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Geeignete,
als Komponente (2) in den erfindungsgemäßen Polyisocyanat-Zusammensetzungen
zu verwendende Präpolymere
sind durch einen NCO-Gruppen-Gehalt von 2 bis 20%, vorzugsweise
5 bis 15%, gekennzeichnet. Diese Komponente sollte flüssig und
bei 50 bis 60°C
oder darunter gießbar
sein. Diese Präpolymere
umfassen das Reaktionsprodukt von:
- (a) Diphenylmethandiisocyanat,
das nicht mehr als 3 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 1 Gew.-%,
des 2,2'-Isomers,
0,1 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 2 Gew.-%, des 2,4'-Isomers und 40 bis
99,9 Gew.-%, vorzugsweise 97 bis 99 Gew.-%, des 4,4'-Isomers umfasst,
wobei die Gew.-% des 2,2'-,
des 2,4'- und des 4,4'-Isomers zusammen
100 Gew.-% ausmachen; und
- (b) zumindest einem Polyetherpolyol mit einer Funktionalität von zumindest
2, vorzugsweise von 3 bis 6, einem Molekulargewicht von 500 bis
10.000, vorzugsweise 1.000 bis 6.000, und einer OH-Zahl von 10 bis 400,
vorzugsweise 20 bis 200, das durch Umsetzung einer geeigneten Initiatorverbindung
mit Ethylenoxid und Propylenoxid in einem Gewichtsverhältnis EO:PO
von 50:50 bis 90:10, vorzugsweise 60:40 bis 90:10, noch bevorzugter
65:35 bis 85:15, erhalten worden ist.
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Das
Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Polyisocyanat-Zusammensetzung
umfasst
- (A) das Vermischen von
- (1) 70 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 85 bis 95 Gew.-%, eines Polymethylenpoly(phenylisocyanats)
mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 30 bis 33 Gew.-% und einem Monomergehalt
von 40 bis 90 Gew.-%; und
- (2) 1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, eines Präpolymers
von Diphenylmethandiisocyanat mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 2
bis 20 Gew.-%;
bei Temperaturen von 30 bis 60°C und Umgebungsdruck.
Vor dem Vermischen des Präpolymers,
d.h. Komponente (A)(2), mit der Polyisocyanatverbindung, d.h. Komponente
(A)(1), sollte das Präpolymer
unter Stickstoff auf 50 bis 60°C
erhitzt werden, falls die Viskosität des Präpolymers zu hoch zum Vermischen
bei Raumtemperatur ist.
-
Geeignete
Präpolymere
von Diphenylmethandiisocyanat und geeignete Polymethylenpoly(phenylisocyanate)
sind wie zuvor beschrieben. Die Präpolymere, d.h. obige Komponente
(2), werden durch Präpolymerisation
von Isocyanat- und Polyol-Komponenten unter Verwendung von auf dem
Gebiet der Polyurethanchemie bekannten Techniken und Verfahren hergestellt.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
eines kalthärtenden,
weichen Formschaumstoffs, umfassend:
- (I) das
Umsetzen von
- (A) der Polyisocyanat-Zusammensetzung mit einem NCO-Gruppen-Gehalt
von mehr als 15%, umfassend:
- (1) 70 bis 99 Gew.-% eines Polymethylenpoly(phenylisocyanats)
mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 30 bis 33% und einem Monomergehalt
von 40 bis 90 Gew.-%; und
- (2) 1 bis 30 Gew.-% eines Präpolymers
von Diphenylmethandiisocyanat mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von 2%
bis 20%, umfassend das Reaktionsprodukt von:
- (a) Diphenylmethandiisocyanat, und
- (b) zumindest einem Polyetherpolyol;
mit
- (B) einer Isocyanat-reaktiven Komponente, umfassend:
- (1) zumindest ein Polyetherpolyol mit einem Molekulargewicht
von 400 bis 14.000, einer zahlenmittleren Funktionalität von 2
bis 6 und einer OH-Zahl
von 10 bis 850;
und gegebenenfalls
- (2) einer niedermolekularen Isocyanat-reaktiven Komponente,
die zur Kettenverlängerung
und/oder Vernetzung fähig
ist, 2 bis 6 reaktive Gruppen, die mit Isocyanatgruppen reagieren
können,
enthält
und ein Molekulargewicht von 32 bis 399 aufweist;
in Gegenwart
von
- (C) zumindest einem Wasser umfassenden Treibmittel;
und
gegebenenfalls
- (D) einem oder mehreren Additiven.
-
In
diesem Verfahren beträgt
die Gesamtmenge an vorhandenem Wasser 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise
2 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von (B)(1). Die relativen
Mengen von (A) der Polyisocyanat-Zusammensetzung und der kombinierten
Mengen von (B), der Isocyanat-reaktiven Komponente, (C) dem Treibmittel
und (D) beliebiger Additive sind so, dass der Isocyanat-Index (NCO-Index)
des Verfahrens in einem Bereich von 70 bis 120, vorzugsweise 80
bis 110, insbesondere 90 bis 105, liegt.
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Im
Verfahren zur Herstellung des kalthärtenden, weichen Formschaumstoffs
und für
die aus diesem Verfahren resultierenden Schäume sind nachstehende Komponenten
geeignet. Die Polyisocyanat-Zusammensetzung ist wie zuvor beschrieben.
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Geeignete
Isocyanat-reaktive Komponenten zur Verwendung als Komponente (B)
in vorliegendem Verfahren umfassen (1) ein oder mehrere Polyetherpolyol(e)
mit einem Molekulargewicht von 400 bis 14.000, einer zahlenmittleren
Funktionalität
von 2 bis 6 und einer OH-Zahl von 10 bis 850; und (2) eine oder
mehrere niedermolekulare organische Verbindung(en), die Isocyanat-reaktive
Gruppen enthält
bzw. enthalten und zur Kettenverlängerung und/oder Vernetzung
fähig ist
bzw. sind. Diese niedermolekularen Verbindungen enthalten im Allgemeinen
2 bis 6 reaktive Gruppen, die mit Isocyanatgruppen reagieren können, und
weisen ein Molekulargewicht von 32 bis 399 auf.
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Geeignete,
als erfindungsgemäße Komponente
(B)(1) zu verwendende Polyetherpolyole umfassen beispielsweise bekannte
hochmolekulare Polyether, die z.B. durch Polymerisieren von Epoxiden,
wie etwa Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Tetrahydrofuran,
Styroloxid oder Epichlorhydrin, in Gegenwart von beispielsweise
BF3, KOH, Zweimetallcyanid oder anderen
geeigneten Alkoxylierungskatalysatoren, erhältlich sind; oder durch chemische
Addition dieser Epoxide, vorzugsweise von Ethylenoxid und Propylenoxid,
im Gemisch oder nacheinander, an Komponenten, die reaktive Wasserstoffatome
enthalten, wie etwa Wasser, Alkohole oder Amine. Als Beispiele für Alkohole
und Amine dienen Ethylenglykol, 1,3- und 1,2-Propylenglykol, Trimethylolpropan,
Glycerin etc. Ebenfalls geeignet sind Polyether, die hochmolekulare
Polyaddukte und Polykondensate oder Polymere in fein dispergierter
oder gelöster
Form enthalten. Solche Polyether können durch In-situ-Polyadditionsreaktionen
(z.B. Reaktionen von Polyisocyanaten mit aminofunktionellen Verbindungen) und
Polykondensationsreaktionen (z.B. von Formaldehyd mit Phenolen und/oder
Aminen) in den oben beschriebenen Polyethern erhalten werden. Solche
Verfahren sind in den deutschen Auslegeschriften Nr. 1.168.075 und
1.260.142 sowie in den deutschen Offenlegungsschriften Nr. 2.324.134,
2.423.984, 2.512.385, 2.513.815, 2.550.796, 2.550.797, 2.550.833,
2.550.862, 2.633.293 und 2.639.254 beschrieben. Siehe auch die US-Patente
3.325.421, 4.042.537, 4.089.835, 4.293.470, 4.296.213 und 4.374.209,
deren Offenbarungen hierin durch Verweis aufgenommen sind. Ebenfalls
geeignet sind die so genannten Polymerpolyole, die durch Polymerisieren
von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomer(en) in einem
Polyether erhältlich
sind. Solche Polymerpolyole sind beispielsweise in den US-Patenten
3.383.351, 3.304.273, 3.523.093, 3.110.685 sowie RE 28.715 und 29.118
beschrieben, deren Offenbarungen hierin durch Verweis aufgenommen
sind. Polymerpolyole von Bayer AG, BASF und Union Carbide sind im
Handel erhältlich.
Ungeachtet des hierin spezifisch verwendeten Polyethers wird allgemein
bevorzugt, Polyether mit primären
Hydroxylgruppen zu verwenden.
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Es
ist auch möglich,
einen beliebigen der niedermolekularen Kettenverlängerer und
Vernetzer zu verwenden, die im Folgenden als geeignete Starter für die hochmolekulare
Polyetherpolyol-Komponente (B)(1) beschrieben werden, mit der Maßgabe, dass
diese den oben festgelegten Molekulargewichts-, Funktionalitäts- und
OH-Zahl-Grenzen entsprechen. Einige Beispiele dafür umfassen
Verbindungen, wie etwa 4,4'-Dihydroxydiphenylpropan,
Saccharose, Anilin, Ammoniak, Ethanolamin, Ethylendiamin, Propylenglykol,
Ethylenglykol, Glycerin etc. Ebenfalls geeignet sind OH-Gruppen
enthaltende Polybutadiene.
-
Diese
erfindungsgemäßen Polyetherpolyole
für (B)(1)
weisen vorzugsweise eine nominale Funktionalität von 2 bis 4, ein Molekulargewicht
von 1.000 bis 6.000 und eine OH-Zahl von 18 bis 225 auf.
-
Geeignete
als Komponente (B)(2) verwendbare Verbindungen, d.h. niedermolekulare
organische Verbindungen, die als Kettenverlängerer und/oder Vernetzer dienen
können,
umfassen beispielsweise Verbindungen mit 2 bis 8 Isocyanat-reaktiven
Gruppen und einem Molekulargewicht von 32 bis 399. Vorzugsweise
weisen diese Verbindungen 2 bis 6 Isocyanat-reaktive Gruppen und
ein Molekulargewicht von 60 bis 350 auf. Beispiele für geeignete
Hydroxylgruppen enthaltende Kettenverlängerer umfassen Ethylenglykol,
1,2- und 1,3-Propylendiol, 1,3- und 1,4- und 2,3-Butadien diol, 1,6-Hexandiol,
1,10-Decandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol,
Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan,
Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Propylenoxidaddukte
von Ethylendiamin etc. Im Allgemeinen liegen Kettenverlängerer und/oder
Vernetzer in einer Menge von 0 bis 10%, vorzugsweise 0 bis 3 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Isocyanat-reaktiven Komponente,
vor.
-
Geeignete
Treibmittel für
die erfindungsgemäßen Schäume umfassen
Wasser. Im Allgemeinen beträgt die
Gesamtmenge an als Treibmittel verwendetem Wasser 2 bis 6 Gew.-%,
vorzugsweise 2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponente
(B)(1). Abgesehen von Wasser können
auch andere Treibmittel verwendet werden. Beispiele für andere
geeignete Treibmittel umfassen Verbindungen wie etwa halogenierte
Kohlenwasserstoffe, niedrig siedende Lösungsmittel, wie z.B. Pentan,
und andere bekannte Treibmittel. In vorliegender Erfindung wird
vorzugsweise Wasser als alleiniges Treibmittel verwendet.
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Es
ist auch möglich,
gasförmiges
oder verflüssigtes
Kohlendioxid als Treibmittel zu verwenden. Das Kohlendioxid wird
entweder in Komponente (A), der Polyisocyanat-Zusammensetzung, und/oder in Komponente
(B), der Isocyanat-reaktiven Komponente, gelöst oder während des Mischschritts dem
Reaktionsgemisch aus (A) und (B) zugesetzt.
-
In
der Formulierung können
auch verschiedene Additive und/oder Hilfsmittel enthalten sein.
Beispiele für
solche Additive und/oder Hilfsmittel umfassen Katalysatoren, oberflächenaktive
Additive, wie etwa Emulgiermittel und Schaumstabilisatoren, interne
Formtrennmittel, Pigmente, Zellregulatoren, Flammverzögerer, Weichmacher,
Farbstoffe, Füller
und Verstärkungsmittel,
wie z.B. Glas in Faser- oder Plättchenform
oder Kohlefasern.
-
Katalysatoren,
die zur Verwendung gemäß vorliegender
Erfindung geeignet sind, umfassen beispielsweise verschiedene organische
Metallverbindungen, einschließlich
beispielsweise Zinn(II)-Salze von Carbonsäuren, Dialkylzinnsalze von
Carbon säuren,
Dialkylzinnmercaptide, Dialkylzinndithioester und Amine, wie etwa
Dimethylcyclohexylamin (d.h. Polycat® 8),
Pentamethyldiethylentriamin (d.h. Polycat® 5),
Bis[2-dimethylaminoethyl]ether (Niax A®-1),
Dimethylethanolamin (DMEA), Dabco® WT,
Triethylendiamin (Dabco® 33LV), Pentamethyldipropylentriamin
(Polycat® 77),
Dimethylaminopropylamin (DMAPA), Bis(dimethylaminopropylamin) (Polycat® 15).
Natürlich
ist es auch möglich,
einen beliebigen, Fachleuten auf dem Gebiet der Polyurethanchemie
bekannten Katalysator einzusetzen. In vorliegender Erfindung werden
als Katalysatoren vorzugsweise Amine verwendet.
-
Einige
Beispiele für
geeignete Additive umfassen oberflächenaktive Additive, wie etwa
Emulgiermittel und Schaumstabilisatoren. Als Beispiele dafür kommen
N-Stearyl-N',N'-bis-hydroxyethylharnstoff,
Oleylpolyoxyethylenamid, Stearyldiethinolamid, Isostearyldiethanolamid,
Polyoxyethylenglykolmonooleat, ein Pentaerythrit/Adipinsäure/Ölsäure-Ester,
ein Hydroxylethylimidazolderivat der Ölsäure, N-Stearylpropylendiamin
und Natriumsalze von Castorölsulfonaten
oder Fettsäuren
in Frage. Als oberflächenaktive
Additive können
Alkalimetall oder Ammoniaksalze von Sulfonsäuren wie etwa Dodecylbenzolsulfonsäure oder
Dinaphthylmethansulfonsäure
und auch Fettsäuren
verwendet werden.
-
Geeignete
Schaumstabilisatoren umfassen Polyethersiloxane. Diese Verbindungen
weisen im Allgemeinen eine Struktur auf, worin ein Copolymer von
Ethylenoxid und Propylenoxid an einen Polydimethylsiloxanrest gebunden
ist. Solche Schaumstabilisatoren sind im US-Patent 2.764.565 beschrieben.
In vorliegender Erfindung werden vorzugsweise schwache Tenside in
einer Menge von 0,3 bis 3 Gew.-%, noch bevorzugter von 0,5 bis 2
Gew.-% (bezogen auf das Gewicht der hochmolekularen Polyetherpolyol-Komponente),
eingesetzt. Bevorzugte im Handel erhältliche Tenside umfassen die
Silicontenside B-4690 und B-4113 von Goldschmidt.
-
Die
erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
können
unter Einsatz herkömmlicher
Verarbeitungsverfahren in einem Isocyanat-Index-Bereich von 70 bis
120 (vorzugsweise 80 bis 110, insbesondere 90 bis 105) geformt werden.
Unter der Bezeichnung "Isocyanat-Index" (üblicherweise
auch als "NCO-Index" bezeichnet) werden
hierin die Äquivalente
an Isocyanat, geteilt durch die Gesamtäquivalente der Isocyanat-reaktiven, Wasserstoff
enthaltenden Materialien, multipliziert mit 100 verstanden. Wenn
Wasser als alleiniges Treibmittel oder als Teil davon vorliegt,
wird die Wassermenge bei der Ermittlung des Isocyanat-Indexes berücksichtigt.
-
Gemäß der Erfindung
können
die Komponenten unter Einsatz bekannter Verfahren miteinander umgesetzt
werden; häufig
unter Verwendung mechanischer Vorrichtungen, wie beispielsweise
im US-Patent 2.764.565 beschrieben, dessen Offenbarung hierin durch
Verweis aufgenommen ist. Details bezüglich Verarbeitungsvorrichtungen,
die gemäß der Erfindung
eingesetzt werden können,
finden sich im Kunststoff-Handbuch,
Band VII, herausgegeben von Vieweg und Hochtlen, Carl-Hanser-Verlag,
München
(1966), S. 121 und 205.
-
Gemäß vorliegender
Erfindung wird die Schäumungsreaktion
zur Herstellung von Schaumprodukten häufig in Formen durchgeführt. Bei
dem Verfahren wird das schäumbare
Reaktionsgemisch in eine Form eingeführt, die aus einem Metall wie
Aluminium oder einem Kunststoffmaterial wie Epoxidharz bestehen
kann. Das Reaktionsgemisch wird zur Herstellung des geformten Produkts
im Inneren der Form aufgeschäumt.
Das Verfahren zum Aufschäumen
in Formen wird zur Herstellung eines Produkts durchgeführt, das
auf seiner Oberfläche
eine Zellenstruktur aufweist. Gemäß der Erfindung kann das gewünschte Ergebnis
erzielt werden, indem genau jene Menge an schäumbarem Reaktionsgemisch eingeführt wird,
die ausreicht, um die Form nach Beendigung der Reaktion mit Schaum
auszufüllen.
-
So
genannte externe, auf dem Gebiet der Erfindung bekannte Formtrennmittel,
wie etwa Siliconwachse und -öle,
kommen häufig
beim Schäumen
in Formen zum Einsatz. Das Verfahren kann auch mittels so genannter
interner Formtrennmittel, falls gewünscht in Kombination mit externen
Formtrennmitteln, durchgeführt werden,
wie dies in den deutschen Offenlegungsschriften Nr. 2.121.670 und
2.307.589 beschrieben ist.
-
Kalthärtender
Schaum kann auch wie im britischen Patent Nr. 1.162.517 und in der
deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2.153.086 beschrieben hergestellt
werden.
-
Der
Schaum kann natürlich
auch durch ein Blockschäumverfahren
oder durch auf dem Gebiet der Erfindung bekannte Laminierverfahren
hergestellt werden. Die durch die Erfindung erhältlichen Produkte können beispielsweise
als Polsterungs- oder als Wattierungsmaterial verwendet werden.
-
Die
nachstehenden Beispiele veranschaulichen Details zur Herstellung
und Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen.
Die in der vorangehenden Offenbarung dargelegte Erfindung soll durch diese
Beispiele weder bezüglich
Lehre noch Schutzumfang irgendwelche Einschränkungen erfahren. Fachleuten
ist klar, dass bekannte Variationen der Bedingungen und Verfahren
der nachstehenden Herstellungsverfahren angewandt werden können, um
diese Zusammensetzungen herzustellen. Sofern nicht anders angegeben,
sind alle Temperaturangaben in Grad Celsius sowie alle Anteils-
und Prozentangaben in Gewichtsteilen bzw. Gewichtsprozent angegeben.
-
BEISPIELE
-
Die
nachstehenden Komponenten wurden in den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
verwendet.
-
Polymerpolyol A:
-
Ein
mit Styrol-Acrylnitril (SAN) gefülltes
Polypropylenoxid/Polyethylenoxid-Polyetherpolyol mit einer nominalen
Funktionalität
von etwa 3 und einem Molekulargewicht von etwa 4.800 g/mol, das
etwa 43 Gew.-% Feststoffe enthält.
-
Polyetherpolyol A:
-
Ein
ausgehend von Glycerin hergestelltes Polypropylenoxid/Polyethylenoxid-Polyetherpolyol,
gekennzeichnet durch eine nominale Funktionalität von 3 und ein Molekulargewicht
von etwa 6.000 g/mol.
-
Vernetzer A:
-
-
Tensid A:
-
- Tegostab® B-4690, im Handel von
Goldschmidt erhältlich.
-
Tensid B:
-
- Tegostab® B-8681, im Handel von
Goldschmidt erhältlich.
-
Tensid C:
-
- Tegostab® B-4113, im Handel von
Goldschmidt erhältlich.
-
Katalysator A:
-
- Dabco® 33-LV,
33% Triethylendiamin in Dipropylenglykol, im Handel von Air Products
erhältlich.
-
Katalysator B:
-
- Dabco® 8154,
Katalysator mit verzögerter
Gelbildung, im Handel von Air Products erhältlich.
-
Katalysator C:
-
- NIAX®A-1,
70% Bis(dimethylaminoethyl)ether und 30% Dipropylenglykol, im Handel
von OSi/Witco erhältlich. Polyolmischung
1:
umfasste
ein Gemisch aus: | |
Polymerpolyol
A: | 20
Gewichtsteile |
Polyetherpolyol
A: | 80
Gewichtsteile |
Vernetzer
A: | 0,95
Gewichtsteile |
Wasser: | 2,70
Gewichtsteile |
Tensid
A: | 0,5
Gewichtsteile |
Tensid
B: | 0,2
Gewichtsteile |
Katalysator
A: | 0,2
Gewichtsteile |
Katalysator
B: | 0,2
Gewichtsteile |
Katalysator
C: | 0,08
Gewichtsteile |
-
Isocyanat 1:
-
Polymeres
MDI mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von etwa 32,5% und einem Monomergehalt
von etwa 83%, bezogen auf das Gesamtgewicht, worin etwa 72% das
4,4'-Isomer von
MDI, etwa 27% das 2,4'-Isomer von
MDI und etwa 1% das 2,2'-Isomer
von MDI, bezogen auf das Gesamtgewicht des Monomers, sind. Das Isocyanat
weist etwa 17 Gew.-% höhere
Ringoligomere von MDI auf.
-
Präpolymer 1:
-
Vergleichspräpolymer
(d.h. Stand der Technik, beschrieben in US-Patent 5.877.227). Ein
Polyisocyanat-Gemisch mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von etwa 28,0%,
das etwa 72 Gew.-% monomeres MDI, bezogen auf das Gesamtgewicht
des Präpolymers
(d.h. die oben beschriebenen Komponenten (i) und (ii)), aufweist.
Von diesem Gehalt an monomerem MDI sind etwa 76% das 4,4'-Isomer, etwa 24%
das 2,2'-Isomer
und etwa 0,2% das 2,2'-Isomer,
bezogen auf 100 Gew.-% des Monomers. Dieses Polyisocyanat-Gemisch
wurde hergestellt durch Umsetzung von:
- (i)
einem Semi-Präpolymer
mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von etwa 27 Gew.-%, umfassend das Reaktionsprodukt
von:
- (a) 30,8 Gewichtsteilen eines monomeren 4,4'-Diphenylmethandiisocyanats mit weniger
als 2 Gew.-% des 2,4'-Isomers
von MDI,
- (b) 30,8 Gewichtsteilen eines monomeren MDI, das etwa 45 Gew.-%
des 4,4'-Isomers
von MDI, etwa 53 Gew.-% des 2,4'-Isomers von MDI und
etwa 2 Gew.-% des 2,2'-Isomers
von MDI aufweist, und
- (c) 13,6 Gewichtsteilen eines ausgehend von Glycerin hergestellten
Polypropylenoxid/Polyethylenoxid-Polyetherpolyols mit einer nominalen
Funktionalität
von 3 und einem Ethylenoxid-Gehalt
von etwa 45%, mit
- (ii) 25 Teilen eines polymeren MDI mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von etwa 31,5%
und einem Gehalt an monomerem MDI von etwa 45 Gew.-%. Der Monomergehalt
der polymeren MDI-Komponente
bestand zu etwa 94,5 Gew.-% aus dem 4,4'-Isomer von MDI, zu etwa 5,5 Gew.-%
aus dem 2,4'-Isomer
von MDI und zu weniger als 0,1 Gew.-% aus dem 2,2'-Isomer von MDI.
-
Präpolymer 2:
-
Präpolymer,
das Komponente (2) aus Anspruch 1 entspricht.
-
Ein
Polyisocyanat-Präpolymer
mit einem NCO-Gruppen-Gehalt von etwa 9,5 Gew.-% und einer Viskosität von etwa
4.000 mPa·s
bei 25°C.
Dieses Präpolymer
wurde hergestellt durch Präpolymerisation
von:
- (i) einem monomeren MDI mit weniger als
2 Gew.-% des 2,4'-Isomers von MDI und
weniger als 0,1 Gew.-% des 2,2'-Isomers
von MDI, wobei der Rest das 4,4'-Isomer
von MDI war, mit
- (ii) einem ausgehend von Glycerin hergestellten Polypropylenoxid/Polyethylenoxid-Blockcopolyetherpolyol mit
einer nominalen Funktionalität
von 3, einem Molekulargewicht von 4.500 g/mol und einem Ethylenoxidgehalt
von etwa 70 Gew.-%, (bezogen auf das kombinierte Gewicht von Propylenoxid
und Ethylenoxid).
-
Es
wurden Polyisocyanate aus Isocyanat 1 und Präpolymer 2 durch nachstehendes
Verfahren hergestellt. Diese Polyisocyanate sind für die beanspruchte
vorliegende Erfindung repräsentativ.
-
Zuerst
wurde einem Kolben eine geeignete Menge Präpolymer 2 zugesetzt, wonach
das Präpolymer auf
etwa 50°C
erhitzt wurde. Eine geeignete Menge des erhitzten Präpolymers
wurde dem Isocyanat 1 zugesetzt und gut vermischt. Das Gemisch wurde
unter trockenem Stickstoff gehalten und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
-
Die
nachstehende Tabelle gibt die relativen Mengen von Isocyanat 1,
Präpolymer
2 und den NCO-Gehalt der resultierenden Polyisocyanat-Gemische an,
die gemäß vorliegender
Erfindung hergestellt wurden. TABELLE
1: Erfindungsgemäße Polyisocyanat-Gemische
TABELLE
2:
- * VW-Beschreibung PV3410/TL544
-
Die
Schäume
der Beispiele 2, 3 und 4 wiesen verglichen mit dem Schaum aus Beispiel
1 geringere (d.h. verbesserte) Druckverformung und Druckverformung
nach Feuchtigkeitsalterung auf.
-
Der
Schaum aus Beispiel 4 wies zudem im Vergleich mit dem Schaum aus
Beispiel 1 bei gleichen % NCO der Isocyanat-Komponente und gleichem
Härtegrad
wie Schaum 1 aus Vergleichsbeispiel 1 (ILD, CFD 40) eine höhere (d.h.
verbesserte) Dehnung und höhere
(d.h. verbesserte) Reißfestigkeit
auf.
-
Die
Schäume
aus den Beispielen 2 und 3 wiesen zusätzlich zur verbesserten (d.h.
geringeren) Druckverformung und höheren Härte (ILD, CFD 40) im Vergleich
mit dem Schaum aus Vergleichsbeispiel 1 höhere (d.h. verbesserte) Dehnung,
höhere
(d.h. verbesserte) Reißfestigkeit
und höhere
(d.h. verbesserte) Zugfestigkeit auf.
-
Wie
der Schaum aus Beispiel 4 weist auch der Schaum aus Beispiel 3 geringere
(d.h. verbesserte) Druckverformung nach Feuchtigkeitsalterung als
der Schaum aus Vergleichsbeispiel 1 auf, allerdings auch höhere Härtegrade
(ILD, CFD 40) sowie verbesserte Dehnung, Reißfestigkeit und Zugfestigkeit.
Dieses Ergebnis wurde bei einem höheren % NCO-Wert der Isocyanat-Komponente
erzielt, d.h. für
die Herstellung des Schaums wurde bei gleichem Index weniger Isocyanat
verwendet.