PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69924144T2 13.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001137698
Titel POLYMERSCHAUM AUF ISOCYANATBASIS UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG
Anmelder Woodbridge Foam Corp., Mississauga, Ontario, CA
Erfinder DOLGOPOLSKY, Inna, Richmond Hill, CA;
DULEY, A., John, King City, CA
Vertreter Dr. Weitzel & Partner, 89522 Heidenheim
DE-Aktenzeichen 69924144
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.12.1999
EP-Aktenzeichen 999591621
WO-Anmeldetag 13.12.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/CA99/01181
WO-Veröffentlichungsnummer 0000035997
WO-Veröffentlichungsdatum 22.06.2000
EP-Offenlegungsdatum 04.10.2001
EP date of grant 09.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse C08J 9/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse C08G 18/48(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polymerschaum auf Isozyanat-Basis und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine neuartige Methode zur Verringerung des exothermischen Wertes, dem ein Polymerschaum auf Isozyanat-Basis während der Produktion ausgesetzt ist.

Polymere auf Isozyanat-Basis sind in der Fachwelt bekannt. Im Allgemeinen werden von Fachpersonen unter Polymeren auf Isozyanat-Basis Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyisocyanurate und Mischungen hiervon verstanden.

Auch die Produktion geschäumter Polymere auf Isozyanat-Basis ist in der Fachwelt bekannt. Einer der Vorteile von Polymeren auf Isozyanat-Basis im Vergleich zu anderen Polymersystemen liegt in der Tatsache, dass die Polymerisierung und die Schäumung in situ erfolgen können. Auf diese Weise kann das Polymer während seiner Ausbildung und Schäumung geformt werden.

Im Allgemeinen kann ein Polymerschaum auf Isozyanat-Basis durch die Reaktion einer Mischung aus Isozyanat, einer Monowasserstoff enthaltenden Verbindung (d. h. im Fall von Polyurethan einem Polyol, im Fall von Polyharnstoff einem Polyamin usw.), einem Treibmittel, einem Katalysator und einer oder mehreren optionalen Ingredienzien (z. B. Füllstoffe, oberflächenaktive Mittel, Aufbaumittel, Zellöffner und ähnliche) hergestellt werden.

Eine der herkömmlichen Methoden zur Produktion eines Polyurethanschaums ist als "Einstufenverfahren" ("One-shot") bekannt. Bei diesem Verfahren werden das Isozyanat, ein geeignetes Polyol, ein Katalysator, Wasser (das als reaktives "Treibmittel" wirkt und auf Wunsch durch ein oder mehrere zusätzliche Treibmittel ersetzt werden kann) und andere Zusatzstoffe gleichzeitig miteinander vermischt, beispielsweise unter Anwendung des Aufprallmischverfahrens (z. B. bei hohem Druck). Bei der Herstellung von Polyharnstoff würde das Polyol im Allgemeinen durch ein geeignetes Polyamin ersetzt. Ein Polyisocyanurat kann aus der Cyclotrimerisierung der Isocyanatkomponente resultieren. Urethan-modifizierte Polyharnstoffe oder Polyisocyanurate sind in der Fachwelt bekannt. In beiden Szenarien würden die Reaktionsstoffe unter Anwendung einer geeigneten Mischtechnik sehr schnell gründlich gemischt.

Eine weitere Technik zur Produktion geschäumter Polymere auf Isozyanat-Basis ist als "Präpolymer"-Technik bekannt. Bei dieser Technik wird ein Präpolymer produziert, indem ein Polyol und Isozyanat (im Fall eines Polyurethans) in einer inerten Atmosphäre zur Reaktion gebracht werden, um ein flüssiges, mit reaktiven Gruppen (z. B. Isozyanaten) terminiertes Polymer zu bilden. Zur Herstellung des geschäumten Polymers wird das Präpolymer mit einem Polyol mit niedrigem Molekulargewicht (im Falle der Herstellung eine Polyurethans) oder mit einem Polyamin (im Fall der Herstellung eines modifizierten Polyharnstoffs) in Anwesenheit eines Härtungsmittels und anderer Zusatzstoffe je nach Bedarf gründlich gemischt.

Die zwei Hauptkategorien der Polymerschäume auf Isozyanat-Basis sind Formschäume oder Schäume in Tafelform.

Im Allgemeinen werden Formschäume durch Einführen einer schäumbaren Zusammensetzung in eine Hohlform, Schließen der Form zur Bildung eines Hohlraums mit der gewünschten Form des produzierten Artikels und Polymerisieren und Aufschäumen der schäumbaren Zusammensetzung produziert, wodurch die Hohlform ausgefüllt wird.

Im Allgemeinen werden tafelförmige Schäume unter Verwendung eines kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Verfahrens als große Laibe produziert. Zu diesen Verfahren gehören normalerweise das Einführen der schäumbaren Zusammensetzung in eine Wanne mit offener Oberseite, Seitenwänden und einem beweglichen Bodenförderer, der die Schäumungsmasse vom Einfüllpunkt weg transportiert. Das Produkt ist hier typischerweise ein Schaumlaib. Der Laib kann bis zu 30 m lang sein und eine Querschnittfläche von bis zu 2,1 m mal 1,2 m aufweisen.

Es überrascht nicht, dass bei der Produktion von Schaum in Tafelform der exothermische Wert des Schaums ein wesentliches Sicherheitskriterium darstellt. Wie in der Fachwelt bekannt, verläuft die Reaktion zwischen Isozyanat und Polyol (bei der Produktion eines Polyurethanschaums) exothermisch bei Abgabe einer beträchtlichen Wärmemenge. Während der exothermische Wert eines Formschaums bewältigbar ist, zumal die Größe des Volumenprodukts relativ gering ist, muss der exothermische Wert im tafelförmigen Schaum wegen der schieren Größe des Produkts kontrolliert werden. In dieser Spezifikation soll der Ausdruck "exothermischer Wert", wenn er im Zusammenhang mit einem Schaum auf Isozyanat-Basis verwendet wird, die vom Schaum während der Produktion erfahrene Reaktionswärme bezeichnen. Demgemäß bedeutet der Ausdruck "maximaler exothermischer Wert" die maximale Reaktionswärme des Schaums während der Produktion; in der Praxis kann diese durch Messen der Maximaltemperatur (in der Regel in der Nähe des Kerns) direkt nach der Produktion ermittelt werden. In der Praxis kann es, sobald eine Schwelltemperatur erreicht ist (typischerweise 165°C–175°C bei den meisten offenzelligen tafelförmigen Schäumen und bis zu 200°C bei den meisten festen, halbfesten und tafelförmigen Schäumen mit geringem Luftstrom), in Anwesenheit von Luft oder Sauerstoff zu einer Selbstoxidation des Schaums kommen, was eine Entfärbung (Produktverschlechterung) und manchmal Brand (Beschädigung und/oder Zerstörung der Produktionsanlage) zur Folge haben kann.

In früheren Verfahren wurde auf unterschiedliche Weise versucht, dieses Exothermik-Problem bei Schaummaterial in Tafelform zu lösen.

Eine Methode zielt auf die Ersetzung von Wasser als indirektes Treibmittel durch flüssige organische Treibmittel mit höherer Hitzefähigkeit, d. h. das flüssige organische Treibmittel würde zumindest einen Teil der freiwerdenden Reaktionswärme absorbieren. Beispiele flüssiger Kohlenwasserstoff-Treibmittel für diesen Zweck sind: Fluorchlorkohlenstoffe (z. B. Freon-11, Freon-12, usw.), Fluorchlorkohlenwasserstoffe (z. B. Freon-142b, Freon-22, usw.), Methylenchlorid, Aceton, 1,1,1-Trichlorethan und ähnliche. Ein Problem bei dieser Methode ist die Umweltbelastung. Insbesondere Mitte der 80-er Jahre untersuchten verschiedene Regierungsbehörden die Verwendung organischer Kohlenstoffverbindungen – zum Beispiel Treibmittel auf Kohlenwasserstoffbasis und Halogenkohlenwasserstoffbasis – im Lichte von Studien, die den potentiellen Schaden durch das Eindringen solcher Verbindungen in die und deren Reaktion mit der Ozonschicht der Erde. Als Folge daraus haben weltweit viele Regierungen Gesetze erlassen, welche die Verwendung organischer Verbindungen auf Kohlenstoffbasis als Treibmittel, wie beispielsweise Treibmittel auf Kohlenwasserstoffbasis und Halogenkohlenwasserstoffbasis, erheblich beschränken oder gar verbieten.

Eine andere Methode betrifft den Einsatz von flüssigem Kohlendioxid als Ersatz für das bei der Reaktion zwischen dem Isozyanat und Wasser in situ produzierte Kohlendioxid. Ein Nachteil dieser Methode liegt darin, dass sie signifikant hohe Investitionskosten in den Produktionsanlagen bedingt und es zu Verarbeitungsproblemen mit dem Produkt kommt (z. B. Nadellöcher im Produkt und/oder schlechte Strömungseigenschaften vor dem Aufgehen).

Bei einer anderen Methode wird ein frischer, "heißer" Schaumlaib rasch abgekühlt, indem kalte oder Umgebungsluft durch diesen hindurch gezogen wird. Ein Nachteil dieser Methode liegt darin, dass die Eigenschaften des Schaums streng kontrolliert werden müssen, um sicherzustellen, dass er einen hohen Anteil offener Zellen hat, damit der Luftstrom durch das Schaummaterial fließen kann.

Eine weitere Methode arbeitet mit einem reduzierten atmosphärischen Druck zur Produktion von Schaummaterial geringer Dichte ohne eine übermäßige Menge an Wasser. Ein Nachteil dieses Ansatzes liegt darin, dass er beträchtlich hohe Investitionskosten in die Produktionsanlagen und die Verwendung relativ teurer Copolymerpolyole erfordert, um die Festigkeit des Schaums zu gewährleisten, die ansonsten durch eine Reduzierung der Wassermenge in der Schaumformulierung verloren ginge.

In WO 90/03997 wird die Zugabe eines Zusatzstoffes in eine Schaumformulierung beschrieben, der einer chemischen und/oder physikalischen Änderung unterzogen wird, um ein gasförmiges und/oder dampfförmiges Material zu produzieren, so dass das Schaummaterial mit besser kontrollierbaren, reproduzierbaren und/oder gleichförmigen Eigenschaften hergestellt werden kann.

Allerdings lehrt oder empfiehlt das Dokument nicht die Verwendung von kristallinem organischem Polymer mit der vorgeschriebenen Enthalpie des endothermischen Phasenübergangs als besonders vorteilhaft für die Reduzierung des maximalen exothermischen Werts, dem der Schaum ausgesetzt wird.

Es bleibt deshalb trotz dieser unterschiedlichen Methoden auf dem Stand der Technik ein Bedarf an einer zuverlässigen Methode zur Reduzierung des exothermischen Werts in der Produktion von Schaum auf Isozyanat-Basis, insbesondere von Polyurethanschäumen in Tafelform. Es wäre noch vorteilhafter, wenn der exothermische Wert in der Produktion des Schaums auf Isozyanat-Basis reduziert werden könnte, ohne dafür höhere Investitionskosten für die Produktionsanlagen und/oder die Verwendung relativ teurer Chemikalien in der Schaumformulierung in Kauf nehmen zu müssen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der Erfindung, zumindest einen der genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden oder zu verringern.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen neuartigen Polymerschaum auf Isozyanat-Basis zu schaffen.

Diese Ziele werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche erreicht.

In der gesamten Spezifikation sollen die Ausdrücke "Schmelzenthalpie", "latente Schmelzwärme" und "Schmelzwärme" dieselbe Bedeutung haben und werden austauschbar verwendet und sind von der Enthalpie des endothermischen Phasenübergangs des Materials erfasst.

Somit haben die gegenständlichen Erfinder eine neuartige Methode für die Produktion von Schäumen auf Isozyanat-Basis entdeckt, bei der der maximale exothermische Wert des Schaums während der Produktion reduziert ist, wodurch die Produkteigenschaften aufgewertet werden und vor allem auch die Anlagensicherheit durch Reduzierung des Vorkommens einer Selbstoxidierung des Schaums erhöht wird. Allgemein betrifft die Entdeckung die Hinzufügung eines Zusatzstoffs zu der Schaumformulierung, der geeignet ist, einem Übergang mit einem endothermischen Phasenwechsel unterzogen zu werden. Typischer Weise ist das Material bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck ein Feststoff. Ohne sich einer bestimmten Theorie oder Handlungsweise verpflichtet zu fühlen, wird davon ausgegangen, dass der endothermische Phasenwechsel in den meisten Fällen stattfindet, indem der Feststoff zumindest einen wesentlichen Teil der bei der Produktion des Polymerschaums auf Isozyanat-Basis frei werdenden Reaktionswärme absorbiert, woraus das Schmelzen und/oder der endothermische Übergang (z. B. Sublimation) des Feststoffmaterials folgt. Mit dem Abkühlen des Schaums kann sich das Zusatzmaterial verfestigen. Obwohl also davon ausgegangen wird, dass die gesamte Reaktionswärme bei der Produktion des Schaums im wesentlichen unverändert bleibt, wird angenommen, dass das Zusatzmaterial als aktive Wärmesenke fungiert (d. h. das Material ist in dem Sinne aktiv, dass es vor dem maximalen exothermischen Wert des Schaums einer Art von Phasenübergang unterzogen wird), die rasch einen Teil der Reaktionswärme absorbiert und anschließend die absorbierte Reaktionswärme über eine relativ lange Zeitspanne abgibt. Das Nettoergebnis dieser Umstände ist eine Senkung des maximalen exothermischen Werts (oder der Temperatur), welchem der Schaum während der Produktion ausgesetzt ist, und möglicherweise als Zusatzvorteil gleichförmigere und/oder bessere Eigenschaften (z. B. geringerer Druckverformungsrest bei Feuchtigkeit und Alterung) aufgrund einer Herabsetzung des Temperaturgradienten, dem der Schaum ausgesetzt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:

16 stellt die Ergebnisse der bezüglich unterschiedlicher partikelförmiger Materialien durchgeführten Differentialscanningkalorimetrie (DSK) nach ASTM E793-85 dar;

79 stellt die Exothermikprofile unterschiedlicher Schäume dar, die in den nachstehenden Beispielen hergestellt wurden.

BESTE METHODE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft inter alia einen Polymerschaum auf Isozyanat-Basis, der ein partikelförmiges Material umfasst, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Im Allgemeinen wird der vorliegende Polymerschaum auf Isozyanat-Basis ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanschaum, Polyharnstoffschaum, Polyisozyanatschaum, harnstoffmodifiziertem Polyurethanschaum, urethanmodifiziertem Polyharnstoffschaum, urethanmodifiziertem Polyisozyanuratschaum und harnstoffmodifiziertem Polyisozyanuratschaum. Das bevorzugte geschäumte Polymer auf Isozyanat-Basis wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanschaum und harnstoffmodifiziertem Polyurethanschaum. Das meistbevorzugte Polymer auf Isozyanat-Basis ist Polyurethanschaum. Wie in der Fachwelt bekannt, bedeutet der Ausdruck "modifiziert", wenn er in Zusammenhang mit einem Polyurethan, Polyharnstoff oder Polyisozyanurat gebraucht wird, dass bis zu 50% der bindungsbildenden Polymerhauptkette substituiert wurde.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das partikelförmige Material eine Enthalpie des endothermischen Phasenübergangs von mindestens etwa 50 J/g. Vorzugsweise hat das partikelförmige Material eine Enthalpie des endothermischen Phasenübergangs im Bereich von etwa 50 bis etwa 600 J/g, insbesondere eine solche von etwa 75 bis etwa 400 J/g, meistbevorzugt von etwa 100 bis etwa 250 J/g. Für ein bestimmtes partikelförmiges Material kann die Enthalpie des endothermischen Phasenübergangs von einer durchschnittlichen Fachperson problemlos ermittelt werden. Insbesondere kann das Testverfahren für die Schmelz- und Kristallisationswärmen mit Hilfe der Differentialscanningkalorimetrie (DSK) nach ASTM E793-85 ermittelt werden.

Das partikelförmige Material muss so ausgewählt werden, dass es einem Übergang mit endothermischem Phasenwechsel (also Phasenwechsel infolge Wärmeabsorption) bei einer Temperatur unter dem maximalen exothermischen Wert unterzogen werden kann, dem der Schaum während der Produktion in Abwesenheit des partikelförmigen Materials ausgesetzt würde. Der maximale exothermische Wert lässt sich wie folgt ermitteln:

  • 1. Die schäumbare Zusammensetzung (die in der Regel ein Isozyanat, eine Monowasserstoff enthaltende Verbindung, Wasser, einen Katalysator und ein partikelförmiges Material enthält) wird in einen Behälter geleert.
  • 2. Unverzüglich nachdem der Schaum voll aufgegangen ist, wird eine Thermoelementsonde in die geometrische Mitte des Laibes eingeführt. Der Zeitpunkt, zu dem das Thermoelement die Mitte des Laibes erreicht, wird als Zeit Null angesehen, und die erste Messung wird vorgenommen.
  • 3. Temperaturmessungen erfolgen jede Minute, während die Temperatur ansteigt, und alle 15 Minuten nach Erreichen des Maximums, bis ein Rückgang von 20°C erreicht ist.

Eine flexible Thermoelementsonde mit einem Durchmesser von 1–2 mm wird bevorzugt. Die Länge der Sonde sollte ausreichen, um die Mitte des Laibes zu erreichen. Messungen lassen sich in der Praxis beispielsweise vornehmen mit dem Thermoelement AFDO/240GK03H mit einem Gordon Sensor 0,063'' Durchmesser und 24'' langem Mantel von Zesta Engineering Ltd. Mit einem Digitalthermometer mit Thermoelement Typ K von der Barnat Company lassen sich die Temperaturmessungen vornehmen.

Das partikelförmige Material ist vorzugsweise ein Feststoff bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck (z. B. 20°C bzw. 1 Atmosphäre). Im Idealfall findet der physikalische Übergang als Folge davon statt, dass das partikelförmige Material zumindest einen Teil der Reaktionswärme vom Reaktionsgemisch absorbiert, woraus mindestens eines von Schmelzen, Dehydrierung, Sublimation und Feststoff/Feststoff-Übergang des partikelförmigen Materials stattfindet, vorzugsweise dessen Schmelzen.

Das partikelförmige Material ist kristallin und bedeckt hochkristalline Polymere und/oder semikristalline Polymere.

Die Größe des partikelförmigen Materials ist nicht spezifisch beschränkt, vorausgesetzt sie hat keinen schädlichen Einfluss auf die Verarbeitung (z. B. sollte die Größe des partikelförmigen Materials nicht eine Zunahme der Viskosität des Harzes bewirken, die eine Messung oder sonstige Behandlung erschwert). Das partikelförmige Material hat vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als etwa 1000 &mgr;m, insbesondere im Bereich von etwa 1 bis etwa 500 &mgr;m und meistbevorzugt im Bereich von etwa 10 bis etwa 200 &mgr;m.

Die Menge des im gegenständlichen Polymerschaum auf Isozyanat-Basis enthaltenen partikelförmigen Materials ist vorzugsweise weniger als etwa 20 Gewichtsprozent des Schaums, insbesondere von etwa 0,5 bis etwa 15 Gewichtsprozent, meistbevorzugt von etwa 5 bis etwa 10 Gewichtsprozent des Schaums. Die Menge des verwendeten partikelförmigen Materials kann durch mehrere Faktoren beeinflusst werden, darunter die Wärmekapazität des jeweils verwendeten partikelförmigen Materials, der maximale exothermische Wert des mit dem partikelförmigen Material produzierten Schaums und die Viskosität der Reaktion, insbesondere bei höheren Ladungen von partikelförmigem Material.

Wie oben beschrieben, ist das partikelförmige Material von kristalliner Natur. In dieser Hinsicht muss berücksichtigt werden, dass der Ausdruck "kristallin", wenn er in dieser Spezifikation mit Bezug auf das partikelförmige Material verwendet wird, eine breit gefasst Bedeutung haben soll und semikristalline sowie hochkristalline Feststoffe umfasst. Solche partikelförmige Materialien sind besonders nützlich in der Produktion von Formschaum oder Schaum in Tafelform. Wie jedoch einschlägigen Fachpersonen ohne weiteres klar ist, kann das gegenständliche Verfahren vorteilhafterweise dazu verwendet werden, den maximalen exothermischen Wert eines Schaummaterials in Tafelform während der Produktion zu senken. Ohne Bindung an eine besondere Theorie oder Vorgangsweise wird davon ausgegangen, dass zumindest einige der Vorteile aus der vorliegenden Erfindung auf die Wärmeabsorptionsfähigkeit des kristallinen partikelförmigen Materials zurückzuführen sind. Insbesondere kommt ein kristallines partikelförmiges Material zur Anwendung, das unterhalb der vom Schaum während der Produktion erreichten Maximaltemperatur schmilzt (diese kann wie oben erörtert ermittelt werden). Während somit in der Reaktion Wärme abgegeben wird, wird ein Teil davon – anstatt den exothermischen Wert des Schaums zu erhöhen – durch das kristalline partikelförmige Material absorbiert, woraus typischerweise das Schmelzen des partikelförmigen Materials resultiert. Da das kristalline partikelförmige Material im wesentlichen gleichmäßig in der Schaummatrix verteilt ist, ergibt sich eine allgemeine Herabsetzung des vom Schaum erfahrenen maximalen exothermischen Werts. Dies verbessert erheblich die Sicherheit der Schaumproduktion und/oder verhindert die Verschlechterung der Produktionseigenschaften. Beim Abkühlen der Schaummatrix nach der Produktion kommt es zu einer Rekristallisation oder Wiederverfestigung des partikelförmigen Materials.

Das partikelförmige Material ist ein organisches Polymer-, insbesondere ein thermoplastisches Material. Eine nicht erschöpfende Aufzählung verwendbarer thermoplastischer Polymere umfasst Beispiele aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, chloriertem Polyethylen und Mischungen davon.

Vorzugsweise wird das partikelförmige Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen und Mischungen daraus. Meistbevorzugt ist das partikelförmige Material kristallines Polyethylen.

Fachpersonen erkennen selbstverständlich, dass auch modifizierte partikelförmige Materialien verwendet werden können. Beispielsweise können Partikel bekanntermaßen oberflächenmodifiziert werden, indem sie einer Ultraviolett-, Elektronenstrahl- und ähnlichen Behandlungen unterzogen werden, um beispielsweise die Adhäsion der Partikel in der Matrix zu verbessern, in der sie verteilt sind.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Produktion des gegenständlichen Polymerschaums auf Isozyanat-Basis umfasst folgende Schritte:

Zusammenbringen von Isozyanat, einer Monowasserstoff enthaltenden Verbindung, Wasser, einem Katalysator und einem partikelförmigen Material zur Produktion eines Reaktionsgemischs;

Aufschäumen des Reaktionsgemischs zur Produktion des Polymerschaums auf Isozyanat-Basis.

Der erste Schritt im gegenständlichen Verfahren umfasst die Bereitstellung eines Reaktionsgemischs, umfassend eine Monowasserstoff enthaltende Verbindung, ein Isozyanat, ein wässriges Treibmittel und einen Katalysator.

Die einen Monowasserstoff enthaltende Verbindung wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nicht-hydrophilen Polyolen, Polyaminen, Polyamiden, Polyiminen, Polyolaminen und Mischungen davon.

Wenn das Verfahren somit zur Produktion eines Polyurethanschaums benützt wird, ist die einen aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindung typischerweise ein Polyol. Im Allgemeinen ist die Wahl eines solchen Polyols nicht besonders eingeschränkt und liegt im Vermögen einer durchschnittlichen Fachperson. Das Polyol kann beispielsweise eine Hydroxyl-terminierte Verbindung sein, die aus der Gruppe bestehend aus Polyether, Polyester, Polycarbonat, Polydien und Polycaprolacton ausgewählt ist. Das Polyol kann aus der Gruppe bestehend aus Hydroxyl-terminierten polymeren Kohlenwasserstoffen, Hydroxyl-terminierten Polyformalen, Fettsäuretriglyzeriden, Hydroxyl-terminierten Polyestern, Hydroxymethyl-terminierten Polyestern, Hydroxymethyl-terminierten Perfluormethylenen, Polyalkylenetherglykolen, Polyalkylenarylenetherglykolen und Polyalkylenethertriolen ausgewählt sein. Das Polyol kann auch aus der Gruppe bestehend aus Adipinsäure-Ethylenglykolpolyester, Poly(butylenglykol), Poly(propylenglykol) und Hydroxyl-terminiertem Polybutadien ausgewählt sein – vgl. beispielsweise das Britische Patent Nr. 1,482,213, dessen Inhalt hier durch Bezugnahme integriert ist. Mischungen von einem oder mehreren solcher Polyole sind ebenfalls möglich. Ein solches Polyol hat vorzugsweise ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 200 bis etwa 20.000, meistbevorzugt von etwa 300 bis etwa 6.000.

Es ist des weiteren möglich, eine Präpolymertechnik anzuwenden, um einen Polyurethanschaum im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu schaffen. In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Präpolymer durch die Reaktion eines Isozyanatüberschusses mit einem Polyol hergestellt wird (wie oben erörtert). Das Präpolymer könnte dann mit zusätzlichem Polyol (das gleiche oder ein anderes als das erste Polyol) reagiert werden, um einen Polyurethanschaum oder ein Amin für die Produktion eines Polyharnstoff-modifizierten Polyurethans herzustellen.

Wenn das Verfahren dazu dient, einen Polyharnstoff-modifizierten Polyurethanschaum herzustellen, umfasst die wasserstoffhaltige Verbindung zumindest zum Teil Verbindungen, in denen Wasserstoff an Stickstoff gebunden ist. Vorzugsweise werden solche Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyaminen, Polyamiden, Polyiminen und Polyolaminen, insbesondere aus Polyaminen. Nicht erschöpfende Beispiele solcher Verbindungen umfassen mit primären und sekundären Aminen terminiere Polyether. Solche Polyether haben vorzugsweise ein Molekulargewicht von über 1500, eine Funktionalität von 2 bis 6 und eine Aminäquivalentmasse von etwa 200 bis etwa 6000. Solche Amin-terminierten Polyether werden normalerweise aus einem geeigneten Initiator gemacht, zu dem ein niederes Alkylen-(z. B. Ethylen, Propylen, Butylen und Mischungen davon)-Oxid hinzugefügt wird, wobei das resultierende Hydroxyl-terminierte Polyol anschließend aminiert wird. Wenn zwei oder mehr Alkylenoxide verwendet werden, können sie entweder als Zufallsmischungen oder als Blöcke vom einen oder anderen Polyether vorhanden sein. Für eine leichtere Aminierung ist es insbesondere bevorzugt, dass die Hydroxylgruppen des Polyols im Wesentlichen alle sekundäre Hydroxylgruppen sind. In der Regel ersetzt der Aminierungsschritt die Mehrheit, aber nicht alle Hydroxylgruppen des Polyols.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das erste Polyol ein Polymerpolyol umfassen, auch bekannt als Pfropfcopolymerpolyole. Wie in der Fachwelt bekannt, sind solche Polyole im Allgemeinen Polyetherpolyoldispersionen, die mit anderen organischen Polymeren gefüllt sind. Solche Polymerpolyole sind nützlich für den Füllungsaufbau oder für die Verbesserung der Schaumhärte im Vergleich zur Verwendung unmodifizierter Polyole. Nicht erschöpfende Beispiele verwendbarer Polymerpolyole sind: Ketten-Copolymerpolyole (z. B. mit partikelförmigem Poly(acrylnitril), Poly(styren-acrylnitril) und Mischungen derselben), und/oder Stufen-Copolymerpolyole (z. B. PolyHarnstoff-Dispersionen (PHD), Polyisozyanatpolyaddition-(PIPA)-Polyole, Epoxydispersionpolyole und Mischungen davon). Weitere Informationen über Polymerpolyole vgl. z. B. Kapitel 2 in FLEXIBLE FOAM FUNDAMENTALS, Herrington et al. (1991) und die darin zitierten Verweise, dessen Inhalte dieser Schrift durch Bezugnahme einverleibt sind. Wenn ein Polymerpolyol verwendet wird, kann es alleine oder in Zumischung mit einem unmodifizierten Polyol vorhanden sein. Im Allgemeinen können Mischungen verwendet werden, die Polymerpolyol in einer Menge im Bereich von etwa 5 bis etwa 100 Gewichtsprozent unmodifiziertes Polyol in der Mischung enthalten.

In dieser Spezifikation bezeichnet der Ausdruck "Äquivalentmasse" durchwegs die Masse der einen Monowasserstoff enthaltenden Verbindung pro reaktivem Wasserstoff nach der folgenden Formel: Äquivalentmasse = M.W./f wobei M.W. das Molekulargewicht der Verbindung und f die Anzahl der reaktiven Wasserstoffe (Funktionalität) in einem Molekül der Verbindung ist. Somit reagiert eine Äquivalentmasse der einen Monowasserstoff enthaltenden Verbindung stöchiometrisch mit einer Äquivalentmasse Isozyanat.

Da die Feststellung der Funktionalität des Polyols komplex sein kann, liegt mit der folgenden Formel eine alternative und praktische Methode der Feststellung der Äquivalentmasse eines Polyols vor: Äquivalentmasse = (56,1 × 1000)/OH-Zahl wobei die OH-Zahl die Hydroxylzahl des Polyols ist. Wie in der Fachwelt bekannt, kann die Hydroxylzahl gemessen werden und verweist diese auf die Anzahl der Hydroxylgruppen im Polyol, die für die Reaktion zur Verfügung stehen. Wie ebenfalls in der Fachwelt bekannt, gibt es unterschiedliche herkömmliche analytische Methoden zur Feststellung der Hydroxylzahl eines Polyols – vgl. z. B. Kapitel 2 in FLEXIBLE FOAM FUNDAMENTALS, Herrington et al. (1991) und die darin zitierten Verweise, dessen Inhalte dieser Schrift durch Bezugnahme einverleibt sind. Diese analytischen Methoden umfassen Analysen auf nassem Weg und Infrarotspektroskoptechniken.

Das Reaktionsgemisch im ersten Schritt des gegenständlichen Verfahrens umfasst des weiteren ein Isozyanat. Fachpersonen sind sich natürlich bewusst, dass eine Mischung aus zwei oder mehr Isozyanaten verwendet werden kann. Die Wahl des zur Verwendung im Reaktionsgemisch geeigneten Isozyanats liegt im Allgemeinen innerhalb der Möglichkeiten einer durchschnittlichen Fachperson. Im Allgemeinen kann die zur Verwendung geeignete Isozyanatverbindung durch folgende allgemeine Formel dargestellt werden: Q(NCO)i wobei i eine Ganzzahl von zwei oder höher und Q ein organisches Radikal mit der Valenz i ist. Q kann eine substituierte oder unsubstituierte Kohlenwasserstoffgruppe sein (z. B. eine Alkylen- oder Arylengruppe). Des weiteren kann Q durch folgende allgemeine Formel dargestellt werden: Q1-Z-Q1 wobei Q1 eine Alkylen- oder Arylengruppe und Z aus folgender Gruppe ausgewählt ist: -O-, -O-Q1, -CO-, -S-, -S-Q1-S- und -SO2-. Beispiele von Isozyanatverbindungen, die in den Geltungsbereich dieser Definition fallen, umfassen Hexamethylendiisocyanat, 1,8-Diisocyanat-p-Methan, Xylyldiisocyanat, (OCNCH2CH2CH2OCH2O)2, 1-Methyl-2,4-diisocyanatcyclohexan, Phenylendiisocyanate, Toluendiisocyanate, Chlorphenyldiisocyanate, Diphenylmethan-4,4'-Diisocyanat, Naphtalen-1,5-Diisocyanat, Triphenylmethan-4,4',4''-Triisocyanat und Isopropylbenzen-Alpha-4-Diisocyanat.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann Q auch für ein Polyurethanradikal mit einer Valenz i stehen. In diesem Fall ist Q(NCO)i eine Verbindung, die in der Fachwelt für gewöhnlich als Präpolymer bezeichnet wird. Im Allgemeinen kann ein Präpolymer durch Reaktion eines stöchiometrischen Überschusses einer Isozyanatverbindung (wie oben erörtert) mit einem Polyhydroxyl-haltigen Material oder Polyol (wie oben erörtert) hergestellt werden. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Isozyanat beispielsweise in Anteilen von etwa 30 Prozent bis etwa 200 Prozent stöchiometrischer Überschuss mit Bezug auf den Hydroxylanteil im Polyol verwendet werden. Das Präpolymer kann dann mit einem Polyol zur Reaktion gebracht werden, um einen Polyurethanschaum, oder einem Amin, um ein Polyharnstoff-modifiziertes Polyurethan zu produzieren. Wie weiter unten aufgezeigt, ist es für den Fall, dass das für die Produktion des Präpolymers verwendete Polyol das Aufbaumittel ist (wie unten erörtert), nach wie vor nötig, das zweite Polyol im Polyolgemisch zu verwenden. Des weiteren sollte das zweite Polyol in dem oben beschriebenen Polyolgemisch im Polyolgemisch unabhängig davon verwendet werden, ob ein gleiches Polyol zur Produktion des Präpolymers verwendet wird, um sicherzustellen, dass ein Polyurethanschaum mit einer integralen Haut produziert wird. Im Kontext des gegenständlichen Verfahrens ist deshalb ein Präpolymer als Untergruppe verwendbarer Isozyanate zu betrachten, und seine Verwendung erübrigt nicht die Notwendigkeit zur Verwendung des oben erörterten Polyolgemischs. Ein nicht erschöpfendes Beispiel eines in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Präpolymers ist im Handel bei der Bayer Corporation unter der Handelsbezeichnung MondurTMPF erhältlich.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die zur Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendbare Isozyanatverbindung aus Dimeren und Trimeren von Isozyanaten und Diisozyanaten und aus polymeren Diisozyanaten mit der folgenden allgemeinen Formel ausgewählt werden: [Q''(NCO)i]j wobei i und j Ganzzahlen mit einem Wert von 2 oder mehr sind und Q" ein polyfunktionales organisches Radikal ist, und/oder als zusätzliche Komponenten im Reaktionsgemisch Verbindungen mit folgender allgemeiner Formel: L(NCO)i wobei i eine Ganzzahl mit dem Wert 1 oder mehr und L ein monofunktionales oder polyfunktionales Atom oder Radikal ist. Beispiele von Isozyanatverbindungen, die in den Geltungsbereich dieser Definition fallen, umfassen Ethylphosphondiisozyanat, Phenylphosphondiisozyanat, Verbindungen, die eine a=Si-NCO-Gruppe enthalten, Isozyanatverbindungen, die von Sulfonamiden (QSO2NCO) abgeleitet sind, Cyansäure und Thiocyansäure.

Vgl. z. B. auch das Britische Patent Nr. 1,453,258, dessen Inhalt durch Bezugnahme diesem Dokument einverleibt ist.

Nicht erschöpfende Beispiele geeigneter Isozyanate umfassen: 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,4-Butylendiisocyanat, Furfurylidendiisocyanat, 2,4-Toluendiisocyanat, 2,6-Toluendiisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 4,4'-Diphenylpropandiisocyanat, 4,4'-Diphenyl-3,3'-Demthylmethandiisocyanat, 1,5-Naphthalendiisocyanat, 1-Methyl-2,4-Diisocyanat-5-Chlorbenzen, 2,4-Diisocyanat-s-Triazin, 1-Methyl-2,4-Diisocyanatcyclohexan, p-Phenylendiisocyanat, m-Phenylendiisocyanat, 1,4-Naphthalendiisocyanat, Dianisidindiisocyanat, Bitoluendiisocyanat, 1,4-Xylylendiisocyanat, 1,3-Xylylendiisocyanat, Bis-(4-Isocyanatphenyl)methan, Bis-(3-Methyl-4-Isocyanatphenyl)methan, Polymethylenpolyphenylpolyisocyanate und Gemische derselben.

Ein bevorzugtes Isozyanat ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und Mischungen daraus. Ein bevorzugtes Isozyanat dieses Typs ist ein Gemisch, das von etwa 15 bis etwa 25 Gewichtsprozent 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat und von etwa 75 bis etwa 85 Gewichtsprozent 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat enthält. Ein Beispiel eines solchen Isozyanats ist im Handel erhältlich bei Imperial Chemical Industries unter der Handelsbezeichnung Rubinate M. Ein weiteres bevorzugtes Isozyanat dieses Typs ist im Handel erhältlich bei BASF Corporation unter der Handelsbezeichnung LupranateTM MM-103 (ein lösemittelfreies, Carbodiimid-modifiziertes 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat).

Ein weiteres bevorzugtes Isozyanat kann aus der Gruppe bestehend aus 2,4-Toluendiisocyanat, 2,6-Toluendiisocyanat und Gemischen derselben ausgewählt werden.

Vorzugsweise hat das im gegenständlichen Verfahren verwendete Isozyanat eine Funktionalität im Bereich von etwa 2,0 bis etwa 2,7.

Das Isozyanat wird vorzugsweise in einer Menge verwendet, dass es einen Isozyanatindex einschließlich aller Reaktionsäquivalente im Reaktionsgemisch im Bereich von etwa 60 bis etwa 200 ergibt, insbesondere von etwa 70 bis etwa 140 und meistbevorzugt von etwa 90 bis etwa 120.

Das im ersten Schritt des gegenständlichen Verfahrens verwendete Reaktionsgemisch umfasst des weiteren ein Treibmittel. Das bevorzugte Treibmittel ist ein wässriges Treibmittel. Wie in der Fachwelt bekannt, können wässrige Treibmittel, wie beispielsweise Wasser, als reaktive Treibmittel in der Produktion von Polymerschäumen auf Isozyanatbasis verwendet werden. Spezifisch reagiert das Wasser mit dem Isozyanat mit Bildung von Kohlendioxid, das als das effektive Treibmittel im fertigen, geschäumten Polymerprodukt wirkt. Ein wesentlicher Vorteil des gegenständlichen Verfahrens ist die Fähigkeit zur Produktion eines Polyurethanschaums in Tafelform unter Verwendung einer Menge Wasser, die in der herkömmlichen Praxis einen sehr hohen exothermischen Wert im Schaum nach der Produktion ergeben könnte.

Es ist in der Fachwelt bekannt, dass die als Treibmittel in der Herstellung eines Polymerschaums auf Isozyanat-Basis herkömmlicher Weise verwendete Wassermenge im Bereich von etwa 0,20 bis etwa 8,0 oder mehr Gewichtsteile reicht, meistbevorzugt von etwa 2,5 bis etwa 8,0 Gewichtsteile pro Hundert Gewichtsteile der einen Monowasserstoff enthaltenden Verbindung im Reaktionsgemisch. Da die in der Produktion eines Schaummaterials verwendete Wassermenge durch die erwarteten oder verlangten festgeschriebenen Eigenschaften eines Schaums beschränkt ist, kann es unter bestimmten Umständen wünschenswert sein, ein im wesentlichen inertes, flüssiges Aufbaumittel zu verwenden, wenn ein stark gefüllter (z. B. pigmentierter) Schaum produziert wird. Nicht erschöpfende Beispiele geeigneter flüssiger Aufbaumittel umfassen halogenisierte Kohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht und Polyole.

Das im ersten Schritt des gegenständlichen Verfahrens verwendete Reaktionsgemisch umfasst des weiteren einen Katalysator. Der Katalysator fördert die Reaktion des Polyolgemischs mit dem Isozyanat. Die Wahl und Verwendung eines solchen Katalysators liegt durchaus im Vermögen einer durchschnittlichen Fachperson. Vgl. beispielsweise die U.S.-Patente Nr. 4,296,213 und 4,518,778, deren Inhalt diesem Dokument durch Bezugnahme einverleibt ist. Geeignete Katalysatoren umfassen tertiäre Amine und/oder organometallische Verbindungen. Nicht erschöpfende Beispiele nützlicher Katalysatoren zur Verwendung im gegenständlichen Verfahren können aus einer Gruppe bestehend aus quaternären Ammoniumsalzen, Trietylendiamin, N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, Diethanolamin, N-Cocomorpholin, 1-Methyl-4-Dimethylaminethylpiperazin, Methoxypropyldimethylamin, N,N,N'-Trimethylisopropylpropylendiamin, 3,-Diethylaminpropyldiethylamin, Dimethylbenzylamin, Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinndiacetat, Zinndichlorid, Dibutylzinn-Di-2-ethylhexanoat, Zinn(II)-Octoat und Mischungen derselben ausgewählt werden. Vgl. beispielsweise U.S.-Patent Nr. 4,590,219 [Nissen et al.], dessen Inhalt diesem Dokument durch Bezugnahme einverleibt ist, für eine Diskussion unterschiedlicher derartiger und anderer geeigneter Katalysatoren. Vorzugsweise wird der Katalysator in einer Menge im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2,5, insbesondere von etwa 0,10 bis etwa 2,0, meistbevorzugt von etwa 0,10 bis etwa 0,60 Gewichtsteilen pro hundert Gewichtsteilen des Polyolgemischs verwendet.

Wie für Fachpersonen ohne weiteres verständlich, wird davon ausgegangen, dass im gegenständlichen Verfahren herkömmliche Zusatzstoffe der Polyurethanschaumtechnik verwendet werden können. Nicht erschöpfende Beispiele solcher Zusätze sind: Füllstoffe (z. B. Materialien, die eine Enthalpie des endothermischen Phasenübergangs von weniger als 50 J/g haben), oberflächenaktive Mittel (z. B. siliciumhaltige organische Verbindungen, die unter der Handelsbezeichnung L-540 Union Carbide erhältlich sind), Zellöffner (z. B. Silikonöle), Aufbaumittel (z. B. halogenierte Paraffine, im Handel als Cereclor S45 erhältlich), Vernetzungsmittel (z. B. reaktive Wasserstoff-haltige Zusammensetzungen mit niedrigem Molekulargewicht), Pigmente/Farbstoffe, Flammhemmer (z. B. halogenierte Organophosphorsäureverbindungen), Verzögerer (z. B. schwache Säuren), Keimbildner (z. B. Diazoverbindungen), Antioxidantien, UV-Stabilisatoren (z. B. Hydroxybenzotriazole, Zinkdibutylthiocarbamat, 2,6-ditertiäres Butylcatechin, Hydroxybenzophenone, behinderte Amine und Gemische derselben), Weichmacher (z. B. sulfonierte aromatische Verbindungen), Biocide, Antistatika (z. B. ionisierbare Metallsalze, Carbonsäuresalze, Phosphatester und Gemische derselben), und Gemische derselben. Die Mengen dieser herkömmlicher Weise verwendeten Zusatzstoffe sind für eine durchschnittliche Fachperson feststellbar – vgl. beispielsweise Kapitel 2 in FLEXIBLE FOAM FUNDAMENTALS, Herrington et al. (1991) und die darin zitierten Verweise, dessen Inhalte dieser Schrift durch Bezugnahme einverleibt sind.

Die Art und Weise, in der Polyolgemisch, Isozyanat, Treibmittel, partikelförmiges Material und Katalysator im ersten Schritt des gegenständlichen Verfahrens zusammengebracht werden, ist nicht besonders spezifiziert. Es ist somit möglich, die Komponenten in einem getrennten Tank vorzumischen, der dann an eine geeignete Mischvorrichtung zum Mischen mit dem Treibmittel und dem Katalysator angeschlossen wird. Es ist aber auch möglich, die Monowasserstoff enthaltende Verbindung mit dem Treibmittel, dem Katalysator und – wenn vorhanden – anderen Zusatzstoffen vorzumischen, um ein Harz zu bilden. Diese Harzvormischung könnte dann in einen geeigneten Mischkopf (Hochdruck oder Niederdruck) eingespeist werden, der auch einen unabhängigen Strom des Isozyanats aufnehmen würde.

Nachdem die Monowasserstoff enthaltende Verbindung, das Isozyanat, das Treibmittel, das Aufbaumittel und der Katalysator zusammengebracht worden sind und im Idealfall gleichmäßig vermischt wurden, wird ein Reaktionsgemisch gebildet. Dieses Reaktionsgemisch wird dann aufgeschäumt, um den gegenständlichen Polyurethanschaum auf Isozyanat-Basis zu schaffen. Wie für einschlägige Fachpersonen ohne weiteres erkenntlich, erweist sich das Verfahren der vorliegenden Erfindung als nützlich in der Produktion von Schaum in Tafelform, Formartikeln und Ähnlichem. Die Art und Weise, wie die Schäumung der Reaktionsmischung bewirkt wird, ist abhängig von der Art des produzierten Schaums.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben, die nicht geeignet sind, den Geltungsbereich der Erfindung einzuschränken. Der in den Beispielen benützte Ausdruck "pbw" steht für "Gewichtsteile" (parts per weight).

In den Beispielen wurden folgende Verbindungen benützt:

  • 1. ArcolTM LHT-112, ein Polyetherpolyol mit einer Äquivalentmasse von 500 (Molekulargewicht annähernd 1500), im Handel erhältlich bei Lyondell Corporation;
  • 2. ArcolTM F-3020, ein Polyetherpolyol mit einer Äquivalentmasse von 1000 (Molekulargewicht annähernd 3000), im Handel erhältlich bei Lyondell Corporation;
  • 3. ArcolTM E788, ein Polyetherpolyol mit etwa 38% SAN-Feststoffen, einer Äquivalentmasse von 2540, im Handel erhältlich bei Lyondell Corporation; 4. ArcolTM PPG-725, ein Polyetherpolyol mit einer Äquivalentmasse von 380 (Molekulargewicht annähernd 760), im Handel erhältlich bei Lyondell Corporation;
  • 5. VoranolTM 360, ein Polyetherpolyol mit einer Äquivalentmasse von 156 (Molekulargewicht annähernd 700), im Handel erhältlich bei The Dow Chemical Company;
  • 6. VoranolTM 230–660, ein Polyetherpolyol mit einer Äquivalentmasse von 85 (Molekulargewicht annähernd 250), im Handel erhältlich bei The Dow Chemical Company;
  • 7. Baynat-755TM, ein Polyetherpolyolsystem mit einer Äquivalentmasse von 150–168 und einem Wassergehalt von 4,2–4,4 pph, im Handel erhältlich bei Bayer Corporation;
  • 8. PS 2502A, ein Polyesterpolyol mit einer Äquivalentmasse von 224,4, im Handel erhältlich bei Stephan Corporation;
  • 9. PluracolTM 1178, ein Polyetherpolyol mit einer Äquivalentmasse von 2250 (Molekulargewicht 6500), im Handel erhältlich bei BASF Corporation;
  • 10. VoranolTM V4701, ein Polyetherpolyol mit einer Äquivalentmasse von 1780 (Molekulargewicht annähernd 5340), im Handel erhältlich bei The Dow Chemical Company;
  • 11. DEOA-LF, Diethanolamin – niedriger Gefrierpunkt, mit 15% Wasser, einer Äquivalentmasse von 24, im Handel erhältlich bei The Dow Chemical Company;
  • 12. TegostabTM B8871, ein zellöffnendes, oberflächenaktives Mittel als Organosilikon-Copolymer, im Handel erhältlich bei Goldschmidt Chemical Corporation;
  • 13. NiaxTM L5770 – Organosilikon-Surfaktant als Alkylseitengruppe, im Handel erhältlich bei Osi Specialties, einer Witco Company;
  • 14. NiaxTM Y10184 – Organosilikon-Surfaktant für Formschäume, im Handel erhältlich bei Osi Specialties, einer Witco Company;
  • 15. TegostabTM B4690, Organosilikon-Surfaktant für Formschäume, im Handel erhältlich bei Goldschmidt Chemical Corporation.
  • 16. NiaxTM A1-70% bis(2-Dimethylethaminethyl)ether in Dipropylenglykol, im Handel erhältlich bei Osi Specialties, einer Witco Company;
  • 17. NiaxTM C255 – ausgleichender Aminkatalysator, im Handel erhältlich bei Osi Specialties, einer Witco Company;
  • 18. PolycatTM 12 – N,Methyldicyclochlorhexylamin, im Handel erhältlich bei Air Products and Chemicals Inc.;
  • 19. DabcoTM T12, Dibutylzinndilaurat, im Handel erhältlich bei Air Products and Chemicals Inc.;
  • 20. DabcoTM 33LV-335, Triethylendiamin in Dipropylenglykol, im Handel erhältlich bei Air Products and Chemicals Inc.;
  • 21. DabcoTM T10, Zinn(II)-Octoat, im Handel erhältlich bei Air Products and Chemicals Inc.;
  • 22. Diethylenglykol, ein Aufbaumittel;
  • 23. Isozyanat A: PAPITM 27 Polymeric MDI, Polymethylenpolyphenylisocyanat, enthaltend 4,4'-Methylenbisphenylisozyanat mit einem Gesamt-NCO-Gehalt von 31,0–31,5%, im Handel erhältlich bei The Dow Chemical Company;
  • 24. Isozyanat B: MondurTM MR Polymeric MDI, Polymethylenpolyphenylisozyanat, enthaltend 4,4'-Methylenbisphenylisozyanat mit einem Gesamt-NCO-Gehalt von 31,0–31,5%, im Handel erhältlich bei Bayer Corporation;
  • 25. Isozyanat C: T-80TM, Toluendiisozyanat, in Handel erhältlich bei TDI;
  • 26. Melamin, ein partikelförmiges Material, im Handel erhältlich bei Melamine Chemicals Inc.
  • 27. Polyethylen, EscoreneTM HD-8761-27 RBG, ein partikelförmiges Material, im Handel erhältlich bei Exxon Corporation; und
  • 28. Polypropylen, MontelTM 5M 6100, ein partikelförmiges Material, im Handel erhältlich bei Shell.

BEISPIELE 1–12

In diesen Beispielen wurden unterschiedliche Schaummaterialien gemäß den Formulierungen in Tabelle 1 produziert. Folgende Methode wurde in den einzelnen Beispielen angewendet.

Eine Harzmischung wurde produziert, indem alle Ingredienzien mit Ausnahme des Isozyanats und des partikelförmigen Materials gemischt wurden. Diese Harzmischung und das Isozyanat wurden auf eine Temperatur von 25°C vorbehandelt.

Das partikelförmige Material wurde nach Bedarf gemahlen, um eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 1000 &mgr;m zu erreichen. An diesem Punkt wurde das partikelförmige Material zum Harzgemisch zugefügt und gut durchmischt, bis ein im wesentlichen homogenes Gemisch erreicht wurde. Für durchschnittliche Fachpersonen ist es natürlich keine Frage, dass das partikelförmige Material zum Isozyanat hinzugefügt werden oder in einige Fraktionen zwischen dem Harzgemisch und dem Isozyanat aufgeteilt werden könnte.

Die homogene Harzmischung (jene, die das partikelförmige Material enthält) wurde in einen Behälter geeigneter Größe eingemischt, und das Isozyanat diesem zugegeben. Nach annähernd 10 Sekunden wurde das Reaktionsgemisch im Behälter in eine 10'' × 10'' × 6'' große Kartonschachtel übertragen und konnte zu einem frei aufgehenden Schaumlaib expandieren. Ein an ein Aufzeichnungsgerät angeschlossenes Thermoelement wurde in die Mitte des Schaumlaibs eingeführt, nachdem der frei aufgegangene Schaumlaib seine Expansion (sichtbar) abgeschlossen hatte, und die Temperatur wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren aufgezeichnet.

Bezug nehmend auf 1 und 2 ist die DSK für Melamin dargestellt, eines der in diesen Beispielen verwendeten partikelförmigen Materialien. Bezug nehmend auf 3 und 4 ist die DSK für Polypropylen dargestellt, eines der in diesen Beispielen verwendeten partikelförmigen Materialien. Bezug nehmend auf 5 und 6 ist die DSK für Polyethylen dargestellt, eines der in diesem Beispielen verwendeten partikelförmigen Materialien. Wie deutlich zu sehen ist, ergeben die DSK für Polypropylen und Polyethylen eine Enthalpie des endothermischen Phasenübergangs von 87 (durchschnittlich) bzw. 168 (durchschnittlich) J/g. Im Gegensatz dazu ist die DSK für Methylen vernachlässigbar.

Wie unter Bezugnahme auf die bezüglich der Beispiele 1–3 in Tabelle 1 berichtete Reduzierung des exothermischen Werts zu sehen ist, verbessert die Verwendung von Polyethylen die Reduzierung des exothermischen Werts signifikant. Insbesondere ergab die Verwendung der selben Menge Polyethylen wie Melamin eine 12-fache Steigerung der Reduzierung des exothermischen Werts. Die Ergebnisse der Beispiele 1–3 sind in 7 dargestellt.

Bezug nehmend auf die Beispiele 4–7 ist zu sehen, dass wiederum die Verwendung von Polyethylen erhebliche Vorteile hinsichtlich der Reduzierung des exothermischen Werts im Vergleich zur Verwendung von keinem partikelförmigen Material oder der Verwendung von Melamin ergibt, das eine vernachlässigbare Enthalpie des endothermischen Phasenübergangs aufweist. Die Ergebnisse in Beispiel 4–7 sind in 8 dargestellt.

Bezug nehmend auf die Beispiele 8–10 illustrieren diese Beispiele, dass die zuvor gesehenen vorteilhaften Eigenschaften in der Reduzierung des exothermischen Werts auch in einer Formulierung zu sehen sind, die zur Produktion eines festen Formschaums verwendet wird.

Weiterhin Bezug nehmend auf Beispiel 11–13 sind die Vorteile einer Reduzierung des exothermischen Werts unter Verwendung von Polyethylen in einer Weichschaumformulierung dargestellt. Die Ergebnisse in den Beispielen 10–12 sind in 9 dargestellt.

Bezug nehmend auf die Beispiele 14 und 15 sind die Vorteile einer Reduzierung des exothermischen Werts bei Verwendung von Polyethylen in einer HR-Formschaumformulierung zu sehen.

Tabelle 1
SRS
= Halbfester Schaum in Tafelform (Semi-rigid slab foam)
  • * Vergleichsbeispiele
Tabelle 1 (Forts.)
RM
= Feste Form
FS
= Weichschaum Tafel
Tabelle 1 (Forts.)
HR
= Weichschaumformung (High Resiliency Molded)


Anspruch[de]
  1. Polymerschaum auf Isozyanat-Basis, umfassend eine Polymerschaummatrix auf Isozyanat-Basis, die partikelförmiges Material enthält,

    dadurch gekennzeichnet, dass das partikelförmige Material ein kristallines organisches Polymer enthält, mit

    (i) einer Enthalpie des endothermischen Phasenübergangs im Bereich von etwa 100 bis etwa 250 J/g und

    (ii) eine Temperatur des endothermischen Phasenübergangs unterhalb des maximalen exothermen Wertes des Schaumes.
  2. Polymerschaum auf Isozyanat-Basis gemäß Anspruch 1, wobei das partikelförmige Material Polyethylen umfasst.
  3. Polymerschaum auf Isozyanat-Basis nach Anspruch 1, wobei das partikelförmige Material hochdichtes Polyethylen aufweist (HPDE).
  4. Polymerschaum auf Isozyanat-Basis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das partikelförmige Material eine durchschnittliche Partikelgröße von unter 1000 Mikron aufweist.
  5. Polymerschaum auf Isozyanat-Basis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das partikelförmige Material in einer Menge von unter 20 Gew.-% des Schaumes vorliegt.
  6. Polymerschaum auf Isozyanat-Basis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das partikelförmige Material in einer Menge im Bereich von etwa 5 bis etwa 10 Gew.-% des Schaumes vorliegt.
  7. Verfahren zum Herstellen eines Polymerschaumes auf Isozyanat-Basis mit den folgenden Verfahrensschritten:

    es werden ein Isozyanat, eine Verbindung, die Mono-Wasserstoff enthält, Wasser, ein Katalysator sowie ein partikelförmiges Material miteinander zusammengebracht, um eine Reaktionsgemisch zu bilden;

    das Reaktionsgemisch lässt man expandieren, um einen Polymerschaum auf Isozyanat-Basis zu bilden;

    dadurch gekennzeichnet, dass

    das partikelförmige Material ein kristallines organisches Polymer umfasst mit einer Enthalpie des endothermischen Phasenübergangs im Bereich von etwa 100 bis etwa 250 J/g, derart, dass ein endothermischer Phasenübergang bei einer Temperatur unterhalb des maximalen exothermischen Wertes des Schaumes möglich ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das partikelförmige Material Polyethylen umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das partikelförmige Material hochdichtes Polyethylen (HDPE) umfasst.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Menge Wasser im Bereich von etwa 2,5 bis etwa 8,0 Gew.-% pro hundert Teilen der Mono-Wasserstoff enthaltenden Verbindung beträgt.
  11. Schaumaterial in Tafelform, hergestellt mit dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com