DE60004560T2 - Verfahren zum herstellen von viscoelastischen schäumen, polyolmischung und dafür geeignetes reaktionssystem - Google Patents

Verfahren zum herstellen von viscoelastischen schäumen, polyolmischung und dafür geeignetes reaktionssystem Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung visco-elastischer Schäume. Sie bezieht sich ebenfalls auf Reaktionssysteme, die in dem Verfahren brauchbar sind, als auch auf spezifische Polyolmischungen.
  • Visco-elastische Schäume werden gewöhnlich aus einer Polyolmischung hergestellt, die ein starres Polyol mit einem OH-Wert von 180–400 umfasst. Dies führt zu Nachteilen. Das erste Problem ist, dass das starre Polyol gewöhnlich nur PO ist, somit nur sekundäre Hydroxygruppen hat und somit weniger reaktiv ist. Der zweite Nachteil ist, dass dieses starre Polyol zu stark vernetzten Schäumen führt, die somit geringere mechanische Eigenschaften (Reißfestigkeit und Elongation sind recht niedrig) haben. Der dritte Nachteil ist, dass die Fliessqualität (aufgrund einer frühen Netzwerkbildung) schlecht ist.
  • US-P-4839397 offenbart einen Schaum mit Isoliereigenschaften, die bei einem Index unterhalb 80 erhalten werden, welcher adhesiv ist, eine hohe Dichte und einen Verlustfaktor von wenigstens 0.4 hat. Die visco-elastischen, adhesiven Schäume werden im besonderen aus einer Polyolmischung mit zum Beispiel 48 Teilen eines PO/EO-Polyols, einem OH-Wert von 42, einem Molekulargewicht von 4000, 26 Teilen PPG mit einem OH-Wert von 250, einem Molekulargewicht von 450 und 6 Teilen eines PO/EO-Polyols mit einem OH-Wert von 28, als Zellregulator, hergestellt.
  • US-P-5847014 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Schaums aus einer Polyolmischung, die im besonderen ein Standardpolyol, nicht-tertiäres Aminpolyol und ein Amin/Alkohol umfasst.
  • WO-A-9816567 offenbart einen Schaum, der aus einer Polyolmischung, die 30–70% eines Polyols mit einem hohen primären Hydroxylgehalt und 70–30 eines starren Polyols mit einem Molekulargewicht im Bereich von 300 bis 1000 umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Probleme zu lösen und leicht verarbeitbare visco-elastische Schäume bereitzustellen, ohne auf hartes Polyol zurückzugreifen.
  • Die vorliegende Erfindung zielt ebenfalls darauf ab, einen flexiblen Polyurethanschaum, der eine geringe bleibende Verformung nach Druckeinwirkung, eine sehr geringe Widerstandskraft (gute Dämpfung), eine gute Reißfestigkeit, ein sehr hohe Elongation und einen hohen Verlustfaktor zeigt, bereitzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung zielt ebenfalls darauf ab, ein System mit einem breiten Verarbeitungsbereich (breiter Bereich des 2,4'/4,4'-Verhältnisses für MDI) und mit niederer Viskosität für die Bestandteilsströme (was besonders brauchbar für die Herstellung von Formen für die Schallisolierung wäre und welche für Polyurethanmaschinen, die im Stand-der-Technik bekannt sind, verwendet werden könnten) bereitzustellen.
  • Die Erfindung stellt somit ein Einstufen- oder Vorpolymerverfahren zur Herstellung eines visco-elastischen Polyurethanschaums bei einem NCO-Index von 70–120 durch Umsetzen:
    • a) einer Polyisocyanat-Zusammensetzung;
    • b1) eines Polyoxyethylen-Polyoxypropylenpolyols mit einer durchschnittlichen nominalen Hydroxyfunktionalität von 2–6, wobei das EO als tipped EO und/oder Random-EO vorliegt, wobei der EO-Gesamtgehalt wenigstens 50 Gew.-% beträgt;
    • b2) eines Polyoxyethylen-Polyoxypropylenpolyols mit einer durchschnittlichen nominalen Hydroxyfunktionalität von 2–6, wobei das EO als tipped EO und/oder Random-EO vorliegt, wobei der EO-Gesamtgehalt zwischen 20–50 Gew.-% beträgt, mit einem primären Hydroxygehalt von wenigstens 50% berechnet auf die Menge von primären und sekundären Hydroxylgruppen;
    • b3) eines Polyoxyethylen-Polyoxypropylenpolyols mit einer durchschnittlichen nominalen Hydroxylfunktionalität von 2–6, mit einem primären Hydroxygehalt von wenigstens 50%, berechnet auf die Menge von primären und sekundären Hydroxylgruppen und mit einem EO-Gehalt von 10–20 Gew.-%;
    • b4) eines Polyalkylenglycols mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 100–1200; wobei diese Polyole b1, b2, b3 und b4 gemäß den folgenden Anteilen, bezogen auf die kombinierten Gewichte von b1, b2, b3 und b4, umgesetzt werden, b1: 30–85 Gew.-%, b2: 5–65 Gew.%, b3: 5–40 Gew.-%, b4: 0–50 Gew.-%;
    • c) Wasser; und
    • d) an sich bekannter Zusätze und Hilfsstoffe; und wobei für den Fall, dass das Vorpolymerverfahren verwendet wird, das Polyisocyanat-Vorpolymer einen NCO-Wert von ungefähr 20% hat, bereit.
  • Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine spezifische Polyolzusammensetzung, die drei oder vier der oben genannten Polyole gemäß der speziellen Anteile umfasst.
  • Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Reaktionssystem, das A) ein Polyisocyanat-Vorpolymer, das durch Umsetzen des Polyisocyanats mit Teilen der Polyolzusammensetzung der Erfindung erhalten wird, und B) eine Isocyanat-reaktive Verbindung, die den Rest der Polyolzusammensetzung der Erfindung und Wasser umfasst, umfasst.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung haben die folgenden Ausdrücke, wenn und wann immer sie benutzt werden, die folgende Bedeutung:
    • 1) Isocyanatindex oder NCO-Index: das Verhältnis der NCO-Gruppen gegenüber den Isocyanat-reaktiven Wasserstoffatomen, die in der Formulierung vorliegen, als Prozentsatz ausgedrückt:
      Figure 00040001
  • Der NCO-Index drückt mit anderen Worten den in der Formulierung tatsächlich verwendeten Isocyanat-Prozentsatz in Bezug auf die Menge an Isocyanat, die theoretisch für das Umsetzen mit der Menge des Isocyanat-reaktiven Wasserstoffes, der in der Formulierung benutzt wird, erforderlich ist, aus.
  • Es sollte bemerkt werden, dass der Isocyanatindex, wie er hier benutzt wird, vom Standpunkt des tatsächlichen Schäumverfahrens, einschließlich des Isocyanatbestandteiles und des Isocyanat-reaktiven Bestandteiles aus betrachtet wird. Irgendwelche Isocyanatgruppen, die in einem vorhergehenden Schritt verbraucht werden, um modifizierte Polyisocyanate herzustellen (einschließlich solcher Isocyanatderivate, auf die sich im Stand der Technik als Quasi- oder Semi-Vorpolymere und Vorpolymere bezogen wird) oder irgendwelche aktiven Wasserstoffe, die mit Isocyanat umgesetzt werden, um modifizierte Polyole oder Polyamine herzustellen, werden in die Berechnung des Isocyanatindexes nicht miteinbezogen. Nur die freien Isocyanatgruppen und die freien Isocyanat-reaktiven Wasserstoffe (einschließlich denen von Wasser), die beim tatsächlichen Schäumschritt vorliegen, werden in Betracht gezogen.
    • 2) Der Ausdruck „Isocyanat-reaktive Wasserstoffatome", wie er hier zum Zwecke der Berechnung des Isocyanatindexes benutzt wird, bezieht sich auf die Gesamtheit der Hydroxyl- und Aminwasserstoffatome, die in der reaktiven Zusammensetzung in der Form von Polyolen, Polyaminen und/oder Wasser vorliegen; das bedeutet, dass man zum Zwecke der Berechnung des Isocyanatindexes beim tatsächlichen Schäumverfahren annimmt, dass eine Hydroxylgruppe einen reaktiven Wasserstoffumfasst, eine primäre oder sekundäre Amingruppe einen reaktiven Wasserstoff umfasst und ein Wassermolekül zwei reaktive Wasserstoffe umfasst.
    • 3) Reaktionssystem: Eine Kombination von Komponenten, wobei die Polyisocyanatverbindung in einem von der Isocyanatreaktiven Verbindung getrennten Behälter aufbewahrt wird.
    • 4) Der Ausdruck „Polyurethanschaum" bezieht sich, wie er hier benutzt wird, im Allgemeinen auf zelluläre Produkte, wie sie unter Verwendung von Schaumbildungsagenzien durch Umsetzen von Polyisocyanaten mit Verbindungen, die Isocyanatreaktiven Wasserstoff enthalten, erhalten werden, und beinhaltet im besonderen zelluläre Produkte, die mit Wasser als reaktives Schaumbildungsmittel erhalten werden (was eine Reaktion von Wasser mit Isocyanatgruppen, die Harnstoffbindungen und Kohlendioxid ergeben, mitumfasst und zu Polyharnstoff-Urethanschäumen führt).
    • 5) Der Ausdruck „durchschnittliche nominale Hydroxylfunktionalität" wird hier verwendet, um die durchschnittliche Funktionalität (die Anzahl der Hydroxylgruppen pro Molekül) der Polyolzusammensetzung unter der Annahme anzugeben, dass diese die durchschnittliche Funktionalität (Anzahl der aktiven Wasserstoffatome pro Molekül) des Initiators ist, der bei ihrer Herstellung verwendet wird, obwohl es in der Praxis aufgrund von terminaler Ungesättigtheit oft etwas weniger sein wird. Das durchschnittliche Äquivalentgewicht eines Polyols ist das durchschnittliche Molekulargewicht geteilt durch diese durchschnittliche nominale Hydroxylfunktionalität.
    • 6) Der Ausdruck „durchschnittlich" wird verwendet, um eine durchschnittliche Anzahl aufzuzeigen.
    • 7) Der Ausdruck „visco-elastische Schäume" soll die Schäume mit einer Elastizität von mindestens 40%, gemessen gemäß ISO 8307, bezeichnen.
  • Der folgende Weg, um Polyole zu beschreiben, wird in der vorliegenden Erfindung verwendet: Ein PO-EO-Polyol ist ein Polyol, das an den Initiator zuerst mit einem PO-Block, gefolgt von einem EO-Block, gebunden wird. Ein PO-PO/EO-Polyol ist ein Polyol, das zuerst einen PO-Block und dann einen Block von statistisch verteiltem PO und EO hat. Ein PO-PO/EO-EO-Polyol ist ein Polyol, das zuerst einen PO-Block, dann einen Block von statistisch verteiltem PO und EO und dann einen EO-Block hat. Ein PO-EO-Polyol ist ein Polyol, das zuerst einen PO-Block und dann einen EO-Block hat. In den oben genannten Beschreibungen wird nur ein Ende des Polyols beschrieben (vom Initiator aus gesehen); die nominale Hydroxyfunktionalität wird bestimmen, wie viele solcher Enden vorliegen werden.
  • Die Polyisocyanate, die im Vorpolymer verwendet werden, können aus aliphatischen, cycloaliphatischen und araliphatischen Polyisocyanaten, besonders Diisocyanaten, wie Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Cyclohexan-1,4-diisocyanat, 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat und m- und p-Tetramethylxylylendiisocyanat und im besonderen aus aromatischen Polyisocyanaten, wie Tolylendiisocyanate (TDI), Phenylendiisocyanate und am bevorzugtesten aus Methylendiphenylisocyanaten mit einer Isocyanatfunctionalität von wenigstens zwei ausgewählt werden. Methylendiphenylisocyanate (MDI) sind bevorzugt.
  • Die Methylendiphenylisocyanate (MDI) können aus reinem 4,4'-MDI, isomeren Mischungen von 4,4'-MDI und 2,4'-MDI und weniger als 10 Gew.-% von 2,2'-MDI, rohem und polymerem MDI mit Isocyanatfunktionalitäten über 2, und modifizierten Varianten davon, die Carbodiimid, Uretonimin, Isocyanurat, Urethan, Alophanat, Harnstoff oder Biuret-Gruppen enthalten, ausgewählt werden. Die am meisten bevorzugten Methylendiphenylisocyanate sind reine 4,4'-MDI und isomere Mischungen von 4,4'-MDI mit 2,4'-MDI, die optional bis zu 50 Gew.-% rohes oder polymeres MDI und/oder Uretonimin und/oder Carbodiimid und/oder Urethan-modifiziertes MDI enthalten. Mischungen dieser bevorzugten Methylendiphenylisocyanate mit besonders bis zu 25 Gew.-% anderer, oben genannter Polyisocyanate, besonders TDI, können, wenn gewünscht, benutzt werden.
  • Das Polyisocyanat kann fein verteilte Harnstoffteilchen und/oder Urethanteilchen enthalten, die auf herkömmlichem Wege, z.B. durch Hinzufügen einer geringen Menge eines Isophorondiamins zum Polyisocyanat, hergestellt werden.
  • Das Vorpolymer wird nach Standardverfahren, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, erhalten. Der NCO-Wert ist wenigstens 20%, bevorzugt wenigstens 23%, bevorzugter wenigstens 25 Gew.-%.
  • Die bevorzugten, im Verfahren verwendeten Polyisocyanate umfassen wenigstens 80 Gew.-% von 4,4'-MDT (Methylendiphenylisocyanat). Der restliche Teil kann, wie oben offenbart, Isomere davon, Oligomere mit höheren Funktionalitäten davon, Varianten davon oder irgendein anderes Isocyanat (wie zum Beispiel TDI) umfassen.
  • Polyol b1 ist ein EO-reiches Polyol. Es kann nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Es umfasst PO und EO, wobei das EO random, tipped oder beides sein kann. Das EO ist bevorzugt mehrheitlich random. Der EO-Gehalt ist größer als 50 Gew.-% (gegenüber den gesamten vorliegenden Oxyalkyleneinheiten).
  • Polyol b2 kann eine Struktur des PO-PO/EO-EO-Typs oder des PO/EO-EO-Typs oder des PO-EO-Typs haben. Der gesamte EO-Gehalt geht von 20 bis 50 Gew.-% (gegenüber den gesamten vorliegenden Oxyalkyleneinheiten), bevorzugt von 21 bis 45%. Polyol b2 hat einen primären OH-Gehalt von wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 70%. Im Polyol vom PO-PO/EO-EO-Typ umfasst der erste PO-Block bevorzugt 20 bis 75 Gew.-% der PO-Einheiten. In diesen Polyolen b2, die sowohl tipped als auch Random-EO umfassen, ist das Gewichtsverhältnis tipped EO/Random-EO bevorzugt von 1:3 bis 3:1. Das Polyol mit einer Struktur des PO-PO/EO-EO-Typs kann im besonderen gemäß den Lehren von Chaffanjon et al., in US-A-5594097 hergestellt werden. Das Polyol mit einer Struktur des PO/EO-EO-Typs kann im besonderen gemäß den Lehren von Hostettler in US-A-4559366 hergestellt werden. Ein Beispiel eines Polyols b2 ist eines, bei dem der tipped EO-Gehalt von 10–20 Gew.-% ist.
  • Polyol b3 kann nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Es hat einen primären Hydroxygehalt von wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 70%. Es kann verschiedene Strukturen haben (PO-EO, PO/EO etc.), wobei das EO entweder random, tipped oder beides sein kann. Der EO-Gehalt ist von 10 bis 20 Gew.-% (über den gesamten vorliegenden Oxyalkyleneinheiten). Ein bevorzugtes Polyol ist eines, bei dem das EO als tipped EO vorliegt.
  • Polyol b4 ist optional und ist ein Polyalkylenglycol, wie zum Beispiel Polyoxyethylenglycol PEG oder Polyoxypropylenglycol PPG. Ein bevorzugtes Polyol ist das PEG-Diol.
  • Die durchschnittliche nominale Funktionalität dieser Polyole wird zwischen 2 und 6, bevorzugt zwischen 2 und 4 umfassen.
  • Das durchschnittliche Äquivalentgewicht wird allgemein, außer für das Polyol b4, zwischen 1000 und 4000, bevorzugt 1500 und 3500 umfassen.
  • Die Polyole werden dazu gebracht, in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Anteile, ausgedrückt auf der Basis der kombinierten Gewichte der Polyole, zu reagieren:
    • b1: 30–85%, bevorzugt 40–70 Gew.-%
    • b2: 5–65%, bevorzugt 10–30 Gew.-%
    • b3: 5–40%, bevorzugt 5–25 Gew.-%
    • b4: 0–50%, bevorzugt 0–40 Gew.-%.
  • Jede Komponente b1, b2, b3 und b4 kann von Mischungen umfasst sein.
  • Fein verteiltes Material kann ebenso vorliegen. Dies ist als Polymer-modifiziertes Polyol bekannt und umfasst z.B. SAN oder PIPA (Poly Isocyanat Poly Addition) oder PHP (Polyharnstoff-Dispersion).
  • Die Polymer-modifizierten Polyole, die in Übereinstimmung mit der Erfindung besonders interessant sind, sind Produkte, die durch in-situ Polymerisation von Styrol und/oder Acrylonitril in Poly(oxyethylen/oxypropylen)polyolen) erhalten werden, und Produkte, die durch in-situ Reaktion zwischen einem Polyisocyanat und einer amino- oder hydroxyfunktionellen Verbindung (wie Triethanolamin) in einem Poly(oxyethylen/oxypropylen)polyol erhalten werden. Der Feststoffgehalt (basierend auf dem gesamten Polyolgewicht b1+b2+b3+b4) kann innerhalb weiter Grenzen, z.B. von 5 bis 50%, variieren. Teilchengrößen des fein verteilten Polymers von weniger als 50 um sind bevorzugt. Mischungen können ebenso benutzt werden.
  • Die Erfindung bezieht sich ebenso auf eine spezielle Polyolmischung, die drei oder vier Polyole, wie oben definiert, gemäß den folgenden Anteile, ausgedrückt auf der Basis der kombinierten Gewichte der Polyole, umfasst:
    • b1: 30–85%, bevorzugt 40–70 Gew.-%
    • b2: 5–65%, bevorzugt 10–30 Gew.-%
    • b3: 5–40%, bevorzugt 5–25 Gew.-%
    • b4: 0–50%, bevorzugt 0–40 Gew.-%.
  • Wasser wird als Treibmittel verwendet. Wenn benötigt, kann Kohlendioxid hinzugefügt werden. Es ist angemessen, 1.0 bis 10, bevorzugt 1.5 bis 5 Gew.-%, Wasser, basierend auf dem Gewicht der gesamten Polyolkomponente (vorreagiert und nicht-vorreagiert, d.h. das vollständige Startpolyol oder die vollständigen Isocyanat-reaktiven Startverbindungen) zu verwenden, wobei das Wasser optional in Verbindung mit Kohlendioxid verwendet werden kann.
  • Andere herkömmliche Bestandteile (Zusätze und/oder Hilfsmittel) können bei der Herstellung der Polyurethane verwendet werden. Dies schließt Katalysatoren, zum Beispiel tertiäre Amine und organische Zinnverbindungen, Tenside, Vernetzungs- oder Kettenverlängerungssmittel, zum Beispiel Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, wie zum Beispiel Diole, Triole (mit einem Molekulargewicht unterhalb des von b3/b4) und Diamine, Flammschutzmitteln, zum Beispiel halogenierte Alkylphosphate, Füllstoffe und Pigmente, ein. Schaumstabilisatoren, zum Beispiel Polysiloxan-Polyalkylenoxid-Blockcopolymere, können verwendet werden, um die Zellen des Schaums zu stabilisieren oder zu regulieren.
  • Die Menge dieser gering verwendeten Bestandteilen wird von der Natur des gewünschten Produkts abhängen und kann innerhalb für den Polyurethanschaumtechniker gut bekannter Grenzen variieren.
  • Diese Komponenten, im besonderen die Polyole b1, b2, b3 und b4 können in irgendeiner Reihenfolge hinzugegeben werden, vorausgesetzt, es ist ein Ein-Stufen- oder ein Vorpolymer-Verfahren, in welchem das Vorpolymer gemäß der oben aufgezeigten NCO-Werte verwendet wird.
  • Die Polyole können eines nach dem anderen oder Teil für Teil in irgendeiner Reihenfolge hinzugegeben werden (zum Beispiel ein Teil von b1, dann der Rest von b1 zusammen mit dem gesamten b2+b3+b4, oder alles von b2, dann alles von b1, dann alles von b3, dann alles von b4).
  • In einer Ausführungsform wird das Vorpolymer mit dem gesamten Polyol b1 und keinem Polyol b2, b3 und b4, welche somit über die Isocyanat-reaktive Zusammensetzung zugegeben werden, erhalten.
  • Die Komponenten der Polyurethan bildenden Reaktionsmischung können in irgendeiner herkömmlichen Art und Weise, zum Beispiel unter Verwendung irgendeiner Mischungsausrüstung, die in den individuellen Komponenten beschrieben wird, zusammengemischt werden, oder/und können vorgemischt sein, um die Anzahl der Komponentenströme zu reduzieren, die benötigt werden, um im endgültigen Mischungsschritt zusammengebracht zu werden. Es ist oft angenehm, ein Zweistromsystem zu haben, wobei ein Strom das Polyisocyanat oder Polyisocyanat-Vorpolymer umfasst und der zweite Strom alle anderen Komponenten der Reaktionsmischung umfasst.
  • Die visco-elastischen Schäume können gemäß der Formgebungs- oder der Blockschaumtechnik hergestellt werden. Die Schäume können bevorzugt durch die bekannten Heiß- oder Kalthärtungs-Formgebungsverfahren hergestellt werden. Die Schäume können in der Möbel- und in der Automobilindustrie in Sitzen, Polsterung und Matratzen und für Sounddämpfung und Isolierung verwendet werden.
  • Die somit erhaltenen visco-elastischen Schäume haben eine freie Ausdehnungsdichte, die zwischen z.B. 25 und 80 kg/m3, bevorzugt 30 und 70 kg/m3 liegt. Diese Schäume zeigen eine Elastizität von höchstens 35%, bevorzugt höchstens 25%, vorteilhafter höchstens 10%.
  • Die Erfindung stellt ebenso ein Reaktionssystem bereit, das es dem Schaumhersteller ermöglichen wird, den gewünschten Schaum durch Umsetzen der Polyisocyanat- und Polyolzusammensetzungen herzustellen. Diese Methode stellt einen relativ einfachen Weg für den Kunden bereit, ein Produkt, das oftmals aus einer Vielzahl von Chemikalien hergestellt wird, durch Kombination zweier Zusammensetzungen unter angemessenen Bedingungen herzustellen. Der Polyisocyanatbestanteil ist entweder gesondert oder das Vorpolymer (wenn überhaupt), während die Isocyanat-reaktive Komponente den Rest des Polyols umfasst. Unter der Ausführungsform des Vorpolymers ist irgendeine Kombination vorgesehen (vorausgesetzt, die Charakteristik des NCO-Wertes ist gegeben). Sie deckt im besonderen die folgenden Möglichkeiten ab: ein Teil von b1+b2+b3+b4 im Vorpolymer, dann der Rest von b1+b2+b3+b4 in der Isocyanat-reaktiven Zusammensetzung; ein Teil von b1+b2, aber kein b3/b4, dann der Rest von b1+b2 und alles b3/b4; ein Teil von b1+b3+b4 aber kein b2, dann der Rest von b1+b3+b4 und alles b2; alles b1, dann alles b2+b3+b4; alles b2, dann alles b1+b3+b4; ein Teil von b1, dann der Rest von b1 zusammen mit allem b2+b3+b4; ein Teil von b2, dann der Rest von b2 zusammen mit allem b1+b3+b4. In einer Ausführungsform umfasst das Reaktionssystem A) ein Vorpolymer, das mit allem b1-Polyol (vorausgesetzt, das Merkmal des NCO-Wertes ist gegeben) erhalten wird, und B) der Rest des Polyols und der anderen Reaktanden.
  • Das Verfahren ist besonders brauchbar, wenn der EO-Gehalt, der auf dem gesamten Polyol basiert (vorreagiert oder nicht), höher als 40% ist, bevorzugt höher als 50 Gew.-%.
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, ohne sie einzuschränken.
  • Wenn nicht anders angegeben, sind alle Teile im Gewicht gegeben.
  • Glossar (alle Funktionalitäten sind nominale Funktionalitäten)
    • Polyol A PO/EO, mit EO als Random. EO-Gehalt ist 75% Gew.-%. Durchschnittliches Äquivalentgewicht ist 1336. Funktionalität ist 3, OH-Wert ist 42 mg KOH/g.
    • Polyol B PO-PO/EO-EO, EO-Gesamtgehalt ist 28.6 Gew.-%. tipped EO-Gehalt ist 15 Gew.-%. Durchschnittliches Äquivalentgewicht ist 2004. Funktionalität ist 3, OH-Wert ist 28 mg KOH/g. Primärer OH-Gehalt ist 87%.
    • Polyol C PO-PO/EO-EO, EO-Gesamtgehalt ist 21 Gew.-%. tipped EO-Gehalt ist 15 Gew.-%. Durchschnittliches Äquivalentgewicht ist 2004. Funktionalität ist 3, OH-Wert ist 28 mg KOH/g. Primärer OH-Gehalt ist 83%.
    • Polyol D PO/EO-EO, EO-Gesamtgehalt ist 29.6 Gew.-%. tipped EO-Gehalt ist 15 Gew.-%. Durchschnittliches Äquivalentgewicht ist 2004. Funktionalität ist 3, OH-Wert ist 28 mg KOH/g. Primärer OH-Gehalt ist 84%.
    • Polyol E PO-EO, mit EO als tipped. EO-Gehalt ist 15% Gew.-%. Durchschnittliches Äquivalentgewicht ist 2004. Funktionalität ist 3, OH-Wert ist 28 mg KOH/g. Primärer OH-Gehalt ist 81%.
    • Polyol F Polymerpolyol, mit 20 Gew.-% eines fein verteilten Urethanfeststoffs aus Triethanolamin und modifiziertem Uretonimin MDI in Polyol E.
    • Polyol G PEG 200
    • Polyol H PEG 600
    • Isocyanat A Modifiziertes MDI, das 72.8 Gew.-% von MDI (2% davon ist 2,4'- und 2,2') und 27.2 Gew.-% Uretonimin-modifiziertes MDI. Funktionalität ist 2.12. NCO-Wert ist 29.3 Gew.-%.
    • Isocyanat B Quasi-Vorpolymer, das auf MDI (81.3 Gew.-% Diisocyanat 30% davon 2,4'-MDI und 18.7% Oligomerspezies einer höheren Funktionalität, Funktionalität ist 2.16) und Polyol E basiert. NCO-Wert ist 29.7 Gew.-%.
    • Isocyanat C MDI, das 78.2 Gew.-% Diisocyanat, davon sind 26.0 2,4'-MDI und 21,8% Oligomerspezies einer höheren Funktionalität, umfasst. Funktionalität ist 2.19. NCO-Wert ist 32.6 Gew.-%.
    • Isocyanat D MDI mit 4,4'-Isomergehalt von 50 Gew.-%. NCO-Wert ist 33.6 Gew.-%, Funktionalität ist 2.0.
    • B4113 Tensid von Goldschmidt
    • D8154 Aminkatalysator von Air Products
    • Niax A1 Katalysator von Union Carbide
    • D33LV Katalysator von Air Products
  • Schäume werden gemäß dem folgenden Schema hergestellt. Polyole, Katalysatoren, Tenside und Wasser werden vor der Zugabe des Isocyanats gemischt. Polyolmischungen und Isocyanate werden bei 20°C innerhalb von 8 Sekunden vor der Schaumbildung gemischt. Freie Ausdehnungsschäume werden in Plastikbehältern von 2.5 l bis 10 l hergestellt. Geformte Schäume werden mit einer auf 45°C vorgeheizten, viereckigen Form von 9.1 l hergestellt.
  • Die Eigenschaften des Schaums werden gemäß der folgenden Verfahren und Standards bestimmt: Natur der Zellen
    Vertiefung (%)
    FRD (Freie Ausdehnungsdichte) ISO 845
    Formen
    OAD (Gesamtdichte) (kg/cm3) ISO 845
    CD (Kern Dichte) (kg/cm3)
    Schaumbildung
    Startzeit (s)
    Ausdehnungsende (s)
    Kompressionshärte
    CLD 40% (kPa) ISO 3386-1
    Hystereseverlust (%)
    Verformungsrest (Dicke) ISO 1856
    Trocken 75% (%)
    Feucht 75% (%)
    Elastizität (%) ISO 8307
    Reißfestigkeit (N/m) ISO 8067
    Max.
    Zugfestigkeit (kPa) ISO 1798
    Elongation (%)
    Verlustfaktor DIN53576
  • Die Ergebnisse werden in den folgenden Tabellen zusammengefasst. Man beachte, dass die Verlustfaktoren der Schäume der Beispiele 14, 15 und 16, 0.62, 0.68 bzw. 0.8 sind.
  • Die Schäume der Beispiele 7, 8, 9, 14, 15, 23, 24 und 25 zeigen adhesive Oberflächen. Die Erfindung stellt somit auch Schäume mit adhesiven Eigenschaften bereit.
  • Beispiele 1, 5 und 6 sind Vergleichsbeispiele.
  • Figure 00160001
  • Figure 00170001
  • Figure 00180001
  • Figure 00190001
  • Figure 00200001
  • Figure 00210001

Claims (10)

  1. Ein Einstufen- oder Prepolymerverfahren zur Herstellung eines visco-elastischen Polyurethanschaums bei einem NCO-Index von 70–120 durch Umsetzen: a) einer Polyisocyanat-Zusammensetzung; b1) eines Polyoxyethylen-Polyoxypropylenpolyols mit einer durchschnittlichen nominalen Hydroxyfunktionalität von 2–6, wobei das EO als tipped EO und/oder Random-EO vorliegt, wobei der EO-Gesamtgehalt wenigstens 50 Gewichtsprozent beträgt; b2) eines Polyoxyethylen-Polyoxypropylenpolyols mit einer durchschnittlichen nominalen Hydroxyfunktionalität von 2–6, wobei das EO als tipped EO und/oder Random-EO vorliegt, wobei der EO-Gesamtgehalt zwischen 20–50 Gewichtsprozent beträgt, mit einem primären Hydroxygehalt von wenigstens 50% berechnet auf die Menge von primären und sekundären Hydroxylgruppen; b3) eines Polyoxyethylen-Polyoxypropylenpolyols mit einer durchschnittlichen nominalen Hydroxylfunktionalität von 2–6, mit einem primären Hydroxygehalt von wenigstens 50% berechnet auf die Menge von primären und sekundären Hydroxylgruppen und mit einem EO-Gehalt von 10–20 Gewichtsprozent; b4) eines Polyalkylenglycols mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 100–1200; wobei diese Polyole b1, b2, b3 und b4 gemäß den folgenden Anteilen, bezogen auf die kombinierten Gewichte von b1, b2, b3 und b4, umgesetzt werden, b1: 30–85 Gew.-%, b2: 5–65 Gew.-%, b3: 5–40 Gew.-%, b4: 0–50 Gew.-%; c) Wasser; und d) an sich bekannter Zusätze und Hilfsstoffe; und wobei für den Fall, dass das Prepolymerverfahren verwendet wird, das Polyisocyanat-Prepolymer einen NCO-Wert von oberhalb 20% hat.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei diese Polyole b1, b2, b3 und b4 gemäß den folgenden Anteilen, bezogen auf die kombinierten Gewichte von b1, b2, b3 und b4, umgesetzt werden: b1: 40–70 Gew.-%, b2: 10–30 Gew.-%, b3: 5–25 Gew.-%, b4: 0–40 Gew.-%.
  3. Das Verfahren der Ansprüche 1–2, wobei das Polyol b2) vom -PO-PO/EO-EO-Typ, vom -PO/EO-EO-Typ oder vom -PO-EO-Typ ist.
  4. Das Verfahren der Ansprüche 1–3, wobei die Funktionalität der Polyole b1, b2 und b3 2–4 ist und wobei die Polyole b1 bis b4 weiter fein verteilte Teilchen umfassen und wobei der EO-Gehalt des Polyols, bezogen auf die kombinierten Gewichte von b1, b2, b3 und b4, wenigstens 40 Gewichtsprozent beträgt und wobei das Polyisocyanat MDI oder eine modifizierte Variante davon ist.
  5. Das Verfahren der Ansprüche 1–4, wobei der NCO-Wert wenigstens 23 Gewichtsprozent beträgt und wobei der NCO-Index 70–110 ist.
  6. Ein Reaktionssystem, das A) ein Polyisocyanat-Prepolymer mit einem NCO-Wert von wenigstens 20 Gewichtsprozent, erhältlich durch Umsetzen des Polyisocyanats mit einem Teil der Polyolzusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1–4, und B) eine Isocyanat-reaktive Verbindung, die den Rest der Polyolzusammensetzung der Ansprüche 1–4 und Wasser umfasst, umfasst.
  7. Eine Polyolzusammensetzung, die umfasst: b1) ein Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Polyol mit einer durchschnittlichen nominalen Hydroxyfunktionalität von 2–6, wobei das EO als tipped EO und/oder Random-EO vorliegt, wobei der EO-Gesamtgehalt wenigstens 50 Gewichtsprozent beträgt; b2) ein Polyoxyethylen-Polyoxypropylenpolyol mit einer durchschnittlichen nominalen Hydroxyfunktionalität von 2–6, wobei das EO als tipped EO und/oder Random-EO vorliegt, wobei der EO-Gesamtgehalt zwischen 20–50 Gewichtsprozent beträgt, mit einem primären Hydroxygehalt von wenigstens 50%, berechnet auf die Menge von primären und sekundären Hydroxylgruppen; b3) ein Polyoxyethylen-Polyoxypropylenpolyol mit einer durchschnittlichen nominalen Hydroxylfunktionalität von 2–6, mit einem primären Hydroxygehalt von wenigstens 50% berechnet auf die Menge von primären und sekundären Hydroxylgruppen und mit einem EO-Gehalt von 10–20 Gewichtsprozent; b4) ein Polyalkylenglycol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 100–1200; wobei diese Polyole b1, b2, b2 und b4, die gemäß den vorliegenden Anteilen, bezogen auf die kombinierten Gewichte von b1, b2, b3 und b4, vorliegen, b1: 30–85 Gew.-%, b2: 5–65 Gew.-%, b3: 5–40 Gew.-%, b4: 0–50 Gew.-%.
  8. Die Polyolzusammensetzung gemäß Anspruch 7, wobei diese Polyole b1, b2, b3 und b4 gemäß den folgenden Anteilen, bezogen auf die kombinierten Gewichte von b1, b2, b3 und b4, vorliegen, b1: 40–70 Gew.-%, b2: 10–30 Gew.-%, b3: 5–25 Gew.-%, b4: 0–40 Gew.-%.
  9. Die Polyolzusammensetzung der Ansprüche 7–8, wobei das Polyol b2) vom -PO-PO/EO-EO-Typ, vom -PO/EO-EO-Typ oder vom -PO-EO-Typ ist.
  10. Die Polyolzusammensetzung der Ansprüche 7–9, wobei der EO-Gehalt des Polyols, bezogen auf die kombinierten Gewichte von b1, b2, b3 und b4, wenigstens 40 Gewichtsprozent ist.
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