Verfahren zur Herstellung von weichen und saugfähigen Schaumstoffen
Es ist bekannt, dass man Schaumstoffe nach dem Diisocyanat-Polyadditions-Verfahren herstellen kann.
Das Verfahren wurde von 0. Bayer in Angewandte Chemie 1947, S. 257 ff., besonders S. 267, beschrieben und wird heute in grossem Umfange in der Praxis ausgeübt. Die gemäss dem Verfahren erhältlichen Schaumstoffe besitzen im allgemeinen ein Raumgewicht von etwa 30-70 kg pro m3; ihre Saugfähigkeit ist im allgemeinen verhältnismässig gering.
Für viele Zwecke ist es erwünscht, Schaumstoffe mit veränderten Eigenschaften herzustellen. Beispielsweise ist für die Verwendung als Schwämme im Haushalt, für das Waschen von Autos und andern Gegenständen eine möglichst gute Saugfähigkeit zweckmässig. Für andere Verwendungsgebiete ist ein geringeres Raumgewicht oder eine weichere Struktur vorteilhaft.
Bisher hat man sich bemüht, eine Veränderung der Eigenschaften der Schäume dadurch zu erreichen, dass man die Zusammensetzung der Ausgangskomponenten oder die Bedingungen, unter denen die Schäume hergestellt wurden, variierte.
Es wurde nun gefunden, dass man weiche und saugfähige Schäume dadurch herstellen kann, dass man durch Polyaddition unter Verwendung von Diisocyanaten hergestellte Schäume mit sauer oder alkalisch reagierenden Stoffen nass behandelt. Bei dieser Behandlung geht ein Teil der in den Schäumen enthaltenen chemischen Stoffe in Lösung, was sich unter anderem aus der Gewichtsabnahme der Schaumstoffe ergibt. Wenn man den Schaumstoff mit dem sauren oder alkalischen Behandlungsbad gleichmässig und vollständig durchdringt, so erfolgt die teilweise Auflösung der Grundstoffe derart, dass man nach einer Gewichtsabnahme von etwa 10 bis etwa 50% einen Stoff erhält, der noch eine gute Schaumstruktur, jedoch im Vergleich zu den Eigenschaften des Ausgangs-Schaumstoffes je nach dem Grad der Gewichtsabnahme mehr oder minder weitgehend abgeänderte Eigenschaften besitzt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zur Herstellung von weichen und saugfähigen Schaumstoffen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass durch Polyaddition unter Verwendung von Diisocyanaten hergestellte Schäume einer Nassbehandlung mit alkalisch oder sauer reagierenden Mitteln unterworfen werden, bei der die Schäume eine Gewichtsverminderung von etwa 10 bis 50% ihres ursprünglichen Gewichtes erleiden.
Nach dem Diisocyanat-Polyadditions-Verfahren lassen sich Schaumstoffe herstellen, die Ester-, Urethan-, Carbonamid- und Harnstoff-Gruppierungen enthalten. Diese Gruppierungen werden jeweils mit verschiedener Leichtigkeit von den sauren bzw. alkalischen Behandlungsbädern angegriffen bzw. aufgespalten. Ausserdem sind die in den ursprünglichen Schaumstoffen enthaltenen Zellen von einander mehr oder minder weitgehend durch dünne Wände getrennt. Es ist anzunehmen, dass die sauren bzw. alkalischen Behandlungsbäder an diesen dünnen Trennwänden bevorzugt angreifen und so die Struktur der Schaumkörper mehr oder minder weitgehend auflockern.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Wirkung der sauren bzw. alkalischen Behandlungsbäder dadurch verstärkt, dass die Schaumstoffe während der Behandlung mit den sauren bzw. alkalischen Bädern einer mechanischen Beanspruchung unterworfen werden, indem die Körper während der chemischen Behandlung fortlaufend abwechslungsweise zusammengedrückt und wieder freigegeben werden. Durch diese mechanische Behandlung wird das Aufreissen der vorerwähnten Trennwände gefördert.
Die Konzentration der verwendeten Säuren bzw.
Alkalien, die Länge der Behandlungszeit, die Höhe der Behandlungstemperatur und die sonstigen Be dingungen der Behandlung können derart aufein ander abgestimmt werden, dass die Gewichtsabnahme und Veränderung der ursprünglichen Eigenschaften des Schaumkörpers in dem von Fall zu Fall gewünsch ten Umfange erreicht wird. Zweckmässig werden
Alkalien und Säuren mit niedriger Konzentration ver wendet, weil man in diesem Fall die Umsetzung durch Veränderung der Reaktionszeit und Reaktionstem peratur besser kontrollieren kann. Wenn man z. B.
Natronlauge verwendet, haben sich Konzentrationen von 10 bis 20% als zweckmässig erwiesen. Man kann die gewünschten Effekte bei Verwendung von 10% der Natronlauge entweder bei Zimmertemperatur und Behandlungszeiten von 6-12 Stunden oder bei höheren Temperaturen und entsprechend verkürzten Behandlungszeiten erreichen. Bei Temperaturen von
70-80 genügt vielfach eine Behandlungszeit von wenigen Minuten. Mit schwächer wirkenden Behandlungsmitteln muss man entsprechend konzentriertere Bäder undloder längere Behandlungszeiten undloder höhere Temperaturen verwenden. Ähnliches gilt für die Behandlung mit Säuren.
Nach der Durchführung der Behandlung mit den alkalischen bzw. sauren Bädern wird zweckmässig eine Neutralisierungs- und Waschstufe eingeschaltet, um die alkalischen bzw. sauren Behandlungsmittel nach Beendigung des Verfahrens aus dem Produkt vollständig zu entfernen.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ermöglicht zunächst die Herstellung von Schäumen mit geringerem Raumgewicht. Das Raumgewicht kann z. B. auf die Hälfte des ursprünglichen Gewichtes herabgesetzt werden, ohne dass dadurch die Schaumstruktur wesentlich beeinträchtigt wird.
Im Verfolg der Gewichtsabnahme erhalten die Schaumstoffe eine bisher unerreichte weiche Struktur, was für viele Zwecke, z. B. die Verwendung in der Steppdecken-Industrie, sehr erwünscht ist. Der besondere Vorteil der gemäss dem vorliegenden Verfahren behandelten Schaumstoffe liegt in der stark verbesserten Saugfähigkeit der neuen Schaumstoffe.
Wahrscheinlich wird die Struktur der Poren durch die Behandlung gemäss der vorliegenden Erfindung in grundsätzlicher Weise verändert. Schwämme, die gemäss der vorliegenden Erfindung behandelt sind, vermögen beispielsweise Wasser bis zum 30fachen ihres Gewichtes aufzunehmen. Die gemäss der Erfindung hergestellten Schwämme eignen sich vorzüglich zum Waschen von Autos, Fenstern und andern Gegenständen. Überraschend ist, dass gemäss der Erfindung erhaltene Schwämme den Schmutz, der bei der praktischen Verwendung in die Schwämme hineingebracht wird, wesentlich leichter wieder abgeben, als dies bei den Ausgangsschwämmen der Fall ist. Im allgemeinen genügt ein Waschen mit klarem Wasser, um die gemäss der vorliegenden Erfindung erhältlichen Schwämme wieder sauber zu machen.
Die Luftdurchlässigkeit der gemäss der Erfindung erhaltenen Schwämme ist verbessert, wodurch ihre
Verwendung als Luftfilter ermöglicht wird.
Der Griff der Schwämme kann dadurch verbes sert bzw. weicher gemacht werden, dass man eine Nachbehandlung mit Essigsäure durchführt. Wenn man das Verfahren als solches mit sauren Behandlungsbädern durchgeführt hat, wird zweckmässig zunächst eine Zwischenbehandlung mit einem alkali schen Mittel, wie Ammoniak, und dann anschliessend die Nachbehandlung mit Essigsäure bzw. flüchtigen organischen Säuren durchgeführt.
Die Dehnungsfähigkeit bzw. die Reissfestigkeit ist trotz der oben beschriebenen Behandlung im allgemeinen nicht verschlechtert, in einigen Fällen sogar verbessert. Ausserdem verlieren die Schaumstoffe durch die Behandlung gemäss der Erfindung den ihnen sonst oft anhaftenden unangenehmen Geruch.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
Als Ausgangsprodukt wird ein Schaumstoff verwendet, der aus einem technischen Isomerengemisch von Toluylen-2,4-diisozyanat und Toluylen-2,6-diisozyanat sowie einem verzweigten Polyester aus Adipinsäure, Diäthylenglykol und Triol hergestellt ist. Die Herstellung erfolgt unter Zusatz einer geringen Menge Wasser und eines Aktivators (vgl. Zeitschrift für angewandte Chemie 1947, S. 2671268). Die Menge des eingesetzten Toluylendiisozyanats wird so berechnet, dass sie 5-10% höher liegt als der dem Hydroxylgehalt des Polyesters und dem zusätzlich verwendeten Wasser stöchiometrisch entsprechende Anteil. Der so hergestellte Schaumstoff wird mit 10% iger Natronlauge bei einer Temperatur von 70-80"C während 5 bis 10 Minuten behandelt. Die Gewichtsabnahme beträgt bis zu 50%.
Das Produkt wird sorgfältig gewaschen, wobei eine kurze Behandlung mit Essigsäure zwecks Neutralisation eingeschaltet wird.
Der erhaltene Schaum ist weich, besitzt eine sehr gute Saugfähigkeit und lässt sich für Haushaltartikel, Waschschwämme, Industrieschwämme, z. B. in der keramischen Industrie usw. verwenden. Ein ähnlicher Effekt kann erreicht werden, wenn man die Behandlung mit der 10% igen Natronlauge bei Zimmertemperatur so lange durchführt, bis auch hier die Gewichtsabnahme von etwa 50% erreicht ist.
Anstelle der Natronlauge kann mit praktisch gleichem Erfolg Kalilauge verwendet werden.
Beispiel 2
Als Ausgangsstoff wird ein Schaumstoff verwendet, der analog zum Beispiel 1 hergestellt ist, wobei jedoch als Polyester ein linearer Polyester aus Adipinsäure und Diäthylenglykol mit einem Hydroxylgehalt von 1,1-1,4% verwendet wird. Der so erhaltene Schaumstoff wird mit 20%igem Bariumhydroxyd bei 80o C während 5-15 Minuten behandelt. Die Gewichtsabnahme beträgt etwa 10-30%. Die Saugfähigkeit ist auch bereits bei dieser geringen Gewichts abnahme in ausgesprochener Weise verbessert. Das erhaltene Material ist bezüglich der Weichheit der Struktur noch dem Ausgangsprodukt ähnlich.