DE68920453T2

DE68920453T2 - Polyurethanschaum-Zusammensetzungen mit geschlossenen Zellen.

Info

Publication number: DE68920453T2
Application number: DE68920453T
Authority: DE
Inventors: Philip Lee Bartlett; Joseph Anthony Creazzo
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1988-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: AU3014889A; AR245167A1; KR890013102A; GR3015157T3; AU617151B2; DE68920453D1; JPH01261434A; BR8900726A; EP0330988A3; MX169764B; ATE117005T1; JP2761019B2; ES2067490T3; KR0130896B1; EP0330988B1; EP0330988A2; CN1036970A; CA1323138C

Description

Diese Erfindung betrifft geschlossenzellige Polyurethanschaumstoffe, die mit Treibmittelmischungen aufgeschäumt worden sind, die Wasserstoff enthaltende Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffe HCFC-123, HCFC-123a und HCFC-141b und ausgewählte schrumpfungsminimierende Halogenkohlenwasserstoffe umfassen, um Polyurethanschaumstoffe mit minimaler Schrumpfung herzustellen.
1985 wurden in den US etwa 63,5 x 10&sup6; kg (140 Millionen Pfd.) Treibmittel (hauptsächlich CFC-11 und CFC-12) verwendet, um alle Arten von Isolierschaumstoffen herzustellen. Von diesem Gesamtvolumen wurden etwa 70% oder 45,4 x 106 kg (100 Millionen Pfd.) verwendet, um Polyurethanschaumstoff herzustellen. Geschlossenzelliger Polyurethanschaumstoff ist das energieeffizienteste Isoliermaterial, das erhältlich ist, mit einem R-Wert von annähernd 2,84 pro cm (7,2 pro Inch), während Glasfaser einen R-Wert von annähernd 1,22 pro cm (3,1 pro Inch) hat.
Geschlossenzellige Polyurethanschaumstoffe werden weitverbreitet für Isolierzwecke im Gebäudebau und in der Herstellung von energieeffizienten elektrischen Geräten verwendet. In der Bauindustrie wird Polyurethan(Polyisocyanurat)-Plattenmaterial wegen dessen Isolierungs- und Lasttragfähigkeiten im Dachwerk und in den Seitenwänden verwendet. Beim Bauen werden auch gegossene und gesprayte Polyurethanschaumstoffe verwendet. Gesprayte Polyurethanschaumstoffe werden weitverbreitet zur Isolierung großer Gebilde, wie Speicherbehälter usw., verwendet. Am Ort gegossene Urethanschaumstoffe werden, zum Beispiel, in Geräten, wie Kühlschränken und Gefriertruhen, und bei der Kühllastwagen- und -waggonherstellung verwendet.
In den frühen 1970ern begann es, daß die Sorge zum Ausdruck gebracht wurde, daß die Stratosphärenozonschicht (die Schutz gegen die Durchdringung der Erdatmosphäre mit ultravioletter Strahlung darstellt) durch Chloratome abgebaut wurde, die aus der Freisetzung vollhalogenierter Chlorfluorkohlenwasserstoffe in die Atmosphäre gelangten. Diese Chlorfluorkohlenwasserstoffe werden weitverbreitet als Treibgase in Aerosolen, als Treibmittel für Schaumstoffe, als Kühlmittel und als Reinigungs/Trocknungs-Lösungsmittelsysteme verwendet. Wegen der großen chemischen Stabilität vollhalogenierter Chlorfluorkohlenwasserstoffe zersetzen sich diese Verbindungen, gemäß der Ozon-Abbautheorie, nicht in der Erdatmosphäre, sondern erreichen die Stratosphäre, wo sie sich langsam unter Freisetzung von Chloratomen, die wiederum mit dem Ozon reagieren, zersetzen.
Die Sorge erreichte ein solches Ausmaß, daß die US-Umweltschutzbehörde (EPA) 1978 ein Verbot für nichterforderliche Verwendungen vollhalogenierter Chlorfluorkohlenwasserstoffe als Aerosoltreibgase erließ. Dieses Verbot führte in den US zu einer dramatischen Verschiebung weg von Chlorfluorkohlenwasserstoff-Treibmitteln (mit Ausnahme für befreite Verwendungen) hin zu hauptsächlich Kohlenwasserstoff-Treibgasen. Da sich jedoch der Rest der Welt den US bei diesem Aerosol-Verbot nicht anschloß, war das Gesamtergebnis, daß die Verwendungen von Chlorfluorkohlenwasserstoffen in Aerosolen aus den US hinausverschoben wurden, aber nicht, daß, wie gedacht, die weltweite Chlorfluorkohlenwasserstoff-Gesamtproduktion reduziert wurde. Tatsächlich hat in den letzten paar Jahren die Gesamtmenge hergestellter Chlorfluorkohlenwasserstoffe die Menge, die 1978 (vor dem US-Verbot) hergestellt wurde, überschritten.
Während des Zeitraums von 1978-1987 wurde viel geforscht, um die Ozon- Abbautheorie zu untersuchen. Wegen der Kompliziertheit der Atmosphärenchemie bleiben viele, diese Theorie betreffende Fragen unbeantwortet. Wenn die Theorie jedoch richtig ist, sind die Gesundheitsrisiken, die aus dem Abbau der Ozonschicht resultieren würden, beträchtlich. Dies, zusammen mit der Tatsache, daß die weltweite Chlorfluorkohlenwasserstoff-Produktion angestiegen ist, hat zu internationalen Anstrengungen geführt, die Chlorfluorkohlenwasserstoff- Verwendung zu reduzieren. Insbesondere erließen die Vereinten Nationen im September 1987 durch ihr Umweltprogamm (UNEP) einen versuchsweisen Vorschlag, der eine 50prozentige Reduzierung der weltweiten Produktion vollhalogenierter Chlorfluorkohlenwasserstoffe bis zum Jahr 2000 verlangte.
Wegen dieser vorgeschlagenen Reduzierung der Verfügbarkeit vollhalogenierter Chlorfluorkohlenwasserstoffe, wie CFC-11 und CFC-12, werden alternative, für die Umwelt annehmbarere Produkte dringend benötigt.
Schon in den 1970ern mit dem anfänglichen Auftauchen der Ozon-Abbautheorie war bekannt, daß das Einbringen von Wasserstoff in vorher vollhalogenierte Chlorfluorkohlenwasserstoffe die chemische Stabilität dieser Verbindungen ausgesprochen reduzierte. Daher wäre zu erwarten, daß sich diese jetzt destabilisierten Verbindungen in der Atmosphäre abbauen und die Stratosphäre und die Ozonschicht nicht erreichen. Die begleitende Tabelle führt das Ozonabbaupotential für eine Vielzahl voll- und teilhalogenierter Halogenkohlenwasserstoffe auf. Greenhouse-Potentialdaten (Potential für die Reflektion infraroter Strahlung (Wärme) zurück zur Erde und dadurch die Erhöhung der Erdoberflächentemperatur) sind ebenfalls angegeben. OZONABBAU- UND GREENHOUSE-POTENTIALE Treibmittel Ozonabbaupotenial* Greenhouse-Potential** geringer als * berechnet relativ zu CFC-11. ** berechnet relativ zu CFC-12.
Halogenkohlenwasserstoffe, wie HCFC-123, HCFC 123a und HCFC-141b, sind dadurch für die Umwelt annehmbar, daß sie theoretisch eine minimale Wirkung auf den Ozonabbau haben. Diese Halogenkohlenwasserstoffe verursachen jedoch Zellschrumpfung oder -kollaps, wenn sie als Treibmittel für geschlossenzellige Polyurethanschaumstoffe verwendet werden. Diese Schrumpfung tritt insbesondere gern bei relativ flexiblen Polymeren auf, wie denjenigen, die aus Polyetherpolyolen hergestellt sind, und wenn der geschlossenzellige Polyurethanschaumstoff ein Schaumstoff niedriger Dichte, z.B. weniger als etwa 3,2 x 102 g/cm³ (2,0 Pfd./Kubikfuß), insbesondere etwa 2,4 x 10&supmin;²g/cm³ (1,5 Pfd./Kubikfuß), ist. Verglichen zu Schaumstoffen höherer Dichte erfordert die Herstellung von Schaumstoffen niedrigerer Dichte gewöhnlicherweise eine größere Treibmittelmenge und eine geringere Polymermenge, was zu dünneren und daher schwächeren Zellwänden führt. Zusätzlich können die Halogenkohlenwasserstoff-Treibmittel aus den Zellhohlräumen zur Polymerisatmasse wandern und die schon dünnen Zellwände weichmachen oder plastifizieren.
Letztlich sind Schaumstoffzellen gleich nach der Herstellung, wenn die Temperatur des aufgeschäumten Polyurethans auf Umgebungstemperatur zurückgeht, am brüchigsten. Bei der Temperatur, bei der Schaumstoffe hergestellt werden, die normalerweise wegen der exothermen Reaktion zwischen Polyol und Isocyanat etwa 93-149ºC (200-300ºF) erreicht, enthalten die Zellen Treibmittel mit einem Druck von einer Atmosphäre. Jedoch enthalten die Schaumstoffe nach Abkühlen auf Umgebungstemperatur typischerweise Treibmittel bei weniger als Atmosphärendruck. Da dies in den Zellen ein Teilvakuum verursacht, werden sie auf ein kleineres Volumen schrumpfen, wenn die Zellwände schwach, weich oder sehr dünn sind. Gewöhnlicherweise tritt diese Schrumpfung innerhalb von 72 Stunden nach der Herstellung auf und bevor das Polymer in den Zellwänden vollständig härtet und erhärtet. Diese Schrumpfung oder dieser Kollaps von Schaumstoffen ist unerwünscht und führt zu:
(a) Verlust des Isolierwertes,
(b) Verlust der inneren Festigkeit,
(c) Abgehen von Schaumstoff von Wänden, z.B., den Wänden eines Kühlschrankes.
Solche Schrumpfung oder solcher Kollaps von Polyurethan-Isolierschaumstoff macht diese Halogenkohlenwasserstoffe als Treibmittel unattraktiv. Es könnte jedoch möglich sein, die Polyurethanschaumstofformulierungen neu zuzubereiten, so daß sie für diese Halogenkohlenwasserstoffe verträglicher sind. Solcheine Lösung würde eine vollständige Untersuchung der Herstellung/Eigenschaften/Verwendungen neuer Formulierungen und einen beträchtlichen Zeitraum zur Entwicklung erfordern. Auf lange Sicht werden höchstwahrscheinlich neue oder modifizierte Polymersysteme, die für die Verwendung mit diesen Halogenkohlenwasserstoffen bestimmt sind, und andere polymerlöslichere Treibmittel entwickelt werden; da jedoch vollhalogenierte Chlorfluorkohlenwasserstoff-Treibmittel Regulierungs- und Verwendungsbeschränkungen gegenüberstehen, werden Treibmittelsysteme benötigt, die in den vorhandenen, im wesentlichen unmodifizierten Polyurethanschaumstoffformulierungen verwendet werden können.
JP-A-62-18418 offenbart eine Treibmittelzusammensetzung für starre Polyurethanschaumstoffe, die aus Trichlorfluormethan und Dichlortrifluorethan besteht. Das Dichlortrifluorethan wird in diesen Zusammensetzungen verwendet, um die Löslichkeit von Trichlorfluormethan in einer Polyolvormischung und die Stabilität der Vormischung zu verbessern.
Ein Verfahren ist entdeckt worden, umfassend Mischen von wenigstens 1 Gewichtsprozent und weniger als etwa 60 Gewichtsprozent eines schrumpfungsminimierenden Halogenkohlenwasserstoffs, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus CFC-11, CFC-12, HCFC-22, HFC- 32, CFC-113, CFC-114, HCFC-124, HCFC-133a, HFC-134a, HCFC-142b und HFC-152a, und von einem Minimum von etwa 40 Gewichtsprozent eines Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffes, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus HCFC-123, HCFC-123a und HCFC-141b, um eine Mischung zu bilden, mit der Ausnahme von Mischungen aus CFC-11 und HCFC-123 oder HCFC-123a, und danach Verwendung der Mischung, um einen geschlossenzelligen Polyurethanschaumstoff mit minimaler Schrumpfung herzustellen.
Ebenfalls umfaßt sind geschlossenzellige Polyurethanschaumstoffe mit minimaler Schrumpfung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet worden sind.
Bevorzugt sind Verfahren, worin die Mischung zuerst in einem Polyol aufgelöst wird, das ein grenzflächenaktives Mittel und einen Katalysator enthält, um ein B- Seite-System zu bilden, das dann mit Isocyanaten umgesetzt wird, um den Polyurethanschaumstoff herzustellen, wobei die Mischung etwa 2 bis 60 Gewichtsprozent des B-Seite-Systems umfaßt, oder worin die Mischung mit grenzflächenaktivem Mittel und einem Isocyanat vereinigt wird, um eine Komponente zu bilden, und danach die Komponente mit einem Polyol und einem Katalysator umgesetzt wird, um den geschlossenzelligen Polyurethanschaumstoff herzustellen.
Vorzugsweise werden Polyurethanschaumstoffe mit einer Dichte von etwa 2,4 x 10&supmin;² bis 4,0 x 10&supmin;² g/cm³ (1,5 bis 2,5 Pfund pro Kubikfuß) oder etwa 1,9 x 10&supmin;² bis 2,4 x 10&supmin;² g/cm³ (1,2 bis 1,5 Pfund pro Kubikfuß) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
Mit geschlossenzelligem Polyurethanschaumstoff mit minimaler Schrumpfung ist ein geschlossenzelliger Polyurethanschaumstoff gemeint, der unter Verwendung der Mischung der vorliegenden Erfindung gebildet wird, wobei der Schaumstoff weniger als 10 Prozent an Volumen abnimmt, verglichen zu dem Originalvolumen des Schaumstoffs, wenn man ihn nach der Bildung wenigstens 72 Stunden bei Atmosphärendruck stehen läßt.
Die geschlossenzelligen Polyurethanschaumstoffe der vorliegenden Erfindung umfassen alle Arten geschlossenzelliger Polyurethanschaumstoffe, einschließlich:
1. Am Ort gegossene Geräteschaumstoffe, die normalerweise durch die Reaktion eines Polyetherpolyols mit einem Isocyanat, annäherend auf einer 1/1- Isocyanat-Äquivalent/Hydroxyl-Äquivalent-Basis, hergestellt werden. Ein Isocyanatindex von 105 ist üblich. Das ausgewählte Isocyanat kann vom Toluoldiisocyanat(TDI)- oder Polymethylenpolyphenylisocyanat(MDI)-Typ sein. Die Polyether-Polyole können verschiedene Polyhydroxyverbindungen sein, die Polyethylenglykole, Polypropylenglykole, gemischte Glykole auf PEO-PPO-Basis, Reaktionsprodukte aus Zuckern oder Aminoalkoholen und Ethylenoxid und/oder Propylenoxid sein können.
2. Plattenmaterial(Isocyanurat)-Schaumstoffe, die normalerweise durch die Reaktion eines aromatischen Polyesterpolyols (kann eine Mischung aus Polyester/Polyetherpolyolen sein) mit einem Isocyanat (MDI) in dem Verhältnis von Isocyanat-Äquivalent zu Hydroxyl-Äquivalent von 1,5-6,0 hergestellt werden. Aromatische Polyesterpolyole können sich in der Struktur beträchtlich unterscheiden. Zum Beispiel kann ein Polyesterpolyol durch die Umesterung von Polyethylenterephthalat(PET)-Abfall mit einem Glykol, wie Diethylenglykol, hergestellt werden, oder ein Polyesterpolyol kann aus Phthalsäureanhydrid und einem Glykol hergestellt werden.
Unerwarteterweise bilden die in dem Verfahren dieser Erfindung verwendeten Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffe,
1,1-Dichlor-2,2,2-trifluorethan (HCFC-123),
1,2-Dichlor-1,1,2-trifluorethan (HCFC-123a) und
1,1-Dichlor-1-fluorethan (HCFC-141b), in Kombination mit ausgewählten schrumpfungsminimierenden Halogenkohlenwasserstoffen,
Trichlormonofluormethan (CFC-11), Dichlordifluormethan (CFC-12), Monochlordifluormethan (HCFC-22), Difluormethan (HFC-32), 1,1,2-Trichlortrifluorethan (CFC-113), 1,2-Dichlortetrafluorethan (CFC-114), 1-Chlor-1,2,2,2-tetrafluorethan (HCFC-1 24), 1-Chlor-2,2,2-trifluorethan (HCFC-133a), 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFC-134a), 1-Chlor-1,1-difluorethan (HCFC-142b) und 1,1-Difluorethan (HFC-152a) (mit der Ausnahme von Mischungen aus CFC-11 und HCFC-123 oder HCFC-123a), Treibmittelmischungen, die geschlossenzellige Polyurethanschaumstoffe mit minimaler Schrumpfung bilden können. Die Verwendung der Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffe als die einzigen Treibmittel bildet geschlossenzellige Polyurethanschaumstoffe, die eine viel größere Schrumpfung haben. Die Mischungen der vorliegenden Erfindung bilden geschlossenzellige Polyurethanschaumstoffe, die, unerwarteterweise, weniger schrumpfen, als man von einer einfachen Mischung aus den Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffen mit den ausgewählten schrumpfungsminimierenden Halogenkohlenwasserstoffen erwarten würde.
Die Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffe der vorliegenden Erfindung, HCFC-123, HCFC-123a und HCFC-141b, sind in der Fachwelt bekannt und können durch bekannte Verfahren hergestellt werden. Die schrumpfungsminimierenden Halogenkohlenwasserstoffe der vorliegenden Erfindung, CFC-11, CFC-12, HCFC-22, HFC-32, CFC-113, CFC-114, HCFC-124, HCFC-133a, HFC-134a, HCFC-142b und HFC-152a, sind auch in der Fachwelt bekannt und können durch bekannte Verfahren hergestellt werden.
Es ist gefunden worden, daß wenigstens 1 Gewichtsprozent und weniger als etwa 60 Gewichtsprozent der schrumpfungsminimierenden Halogenkohlenwasserstoffe dieser Erfindung mit einem Minimum von etwa 40 Gewichtsprozent der Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffe der vorliegenden Erfindung vereinigt werden können, um die Mischungen dieser Erfindung zu bilden.
Von der gesamten Treibmittelmischung kann die effektive Menge von CFC-11, CFC-12, HCFC-22, HFC-32, CFC-113, CFC-114, HCFC-124, HCFC-133a, HFC- 134a, HCFC-142b und HFC-152a wenigstens 1 Gewichtsprozent und weniger als etwa 60 Gewichtsprozent sein, vorzugsweise etwa 5 bis 59 Gewichtsprozent und bevorzugter etwa 10 bis 40 Gewichtsprozent. Der Rest der Mischung besteht aus Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffen, wie HCFC-123, mit der Ausnahme von Mischungen aus CFC- 11 und HCFC-123 oder HCFC-123a.
Unerwarteterweise reduzieren/verhindern CFC-12, HCFC-22, HFC-32, CFC-113, CFC-114, HCFC-124, HCFC-133a, HFC-134a, HCFC-142b und HFC-152a spürbaren Zellkollaps/-schrumpfung, verglichen zu einem Polyurethanschaum, der unter Verwendung von HCFC-123 als einzigem Treibmittel gebildet worden ist.
Allein verwendet verursachen HCFC-123a und HCFC-141b ebenfalls übermäßige Schaumstoffzellschrumpfung. Mischungen aus den Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffen können auch verwendet werden. Wenn bis zu, aber weniger als 60 Gewichtsprozent CFC-11, CFC-12, HCFC-22, HFC-32, CFC-113, CFC-114, HCFC-124, HCFC-133a, HFC-134a, HCFC-142b und/oder HFC-152a, entweder einzeln oder zusammen, mit den Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffen, entweder einzeln oder zusammen (mit der Ausnahme von Mischungen aus CFC-11 und HCFC- 123a), vermischt werden, können geschlossenzellige Polyurethanschaumstoffe mit minimaler Schrumpfung hergestellt werden.
Die Mischungen der vorliegenden Erfindung können auf irgendeine für den Hersteller geeignete Weise hergestellt werden, u.a. einfach durch Einwiegen gewünschter Mengen jeder Komponente und danach Vereinigung in einem geeigneten Behälter.
Polyurethanschaumstoffe werden gewöhnlicherweise durch Vereinigung eines Polyols, eines Isocyanats, eines Treib- oder Aufschäumungsmittels und anderer Materialien, wie Katalysatoren und grenzflächenaktive Mittel, hergestellt, um eine Polyurethanreaktionsformulierung zu bilden. Danach läßt man die Polyurethanreaktionsformulierung entweder in einen geschlossen Raum hinein oder unbegrenzt aufschäumen. Zum Beispiel können Polyurethanschaumstoffe unter Verwendung der für das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten Mischung durch Verfahren, die in US-A-4 411 949 beschrieben sind, hergestellt werden.
Bezogen auf das Gewicht der gesamten Polyurethanreaktionsformulierung kann die effektive Konzentration von CFC-11, CFC-12, HCFC-22, HFC-32, CFC-113, CFC-114, HCFC-124, HCFC-133a, HFC-134a, HCFC-142b und HFC-152a etwa 0,1 bis 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, sein.
Der für die Mischungen, die für das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, brauchbare Konzentrationsbereich, bezogen auf das Gewicht der Polyurethanreaktionsformulierung, kann etwa 1 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Polyurethanreaktionsforumulierung, sein, wobei der bevorzugte Bereich etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent ist. Da Treibmittel (aus Handhabungszweckmäßigkeit) oft im Polyolanteil der Polyurethanreaktionsformulierung aufgelöst werden, um "B-Seiten-Systeme" herzustellen, kann der brauchbare Konzentrationsbereich der Mischung, die für das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in dem Polyol etwa 2-60 Gewichtsprozent sein, wobei der bevorzugte Bereich etwa 10-40 Gewichtsprozent des Polyols ist.

Beispiele

Um die Größe der Schaumstoffschrumpfung, die in Polyurethanschaumstoffen bei Verwendung unterschiedlicher Treib- oder Aufschäumungsmittel auftritt, zu bestimmen, wurden Schaumstoffproben durch Handmischen und Alterung unter Verwendung der drei grundlegenden in Tabelle I beschriebenen Polyurethanreaktionsformulierungen hergestellt.
Schaumstoffe wurden hergestellt durch Mischen der angegebenen Polyol- und Isocyanatmengen, wie in Tabelle I für jedes der drei untersuchten Schaumstoffsysteme dargelegt.
Die verwendeten Treibmittel wurden üblicherweise mit dem Polyolanteil der Formulierung zweckmäßigerweise vorgemischt. Treibmittel CFC-11, HCFC-123 und HCFC-141b wurden mit dem geeigneten Polyol in 473-ml(Einpint)Glasgefäßen vermischt; wegen der höheren Drücke (und der Tendenz zum Treibmittelverlust, wenn bei Atmosphärendruck vermischt wird) wurden die anderen untersuchten Treibmittel jedoch mit dem geeigneten Polyol in 237-ml(8-Unzen)Aerosoldosen vereinigt.
Damit man das Polyol, das das Treibmittel enthält, und das Isocyanat vor dem Beginn der exothermen Reaktion 15 sec. vermischen kann, wurden das Polyol und das Isocyanat vor dem Mischen getrennt auf -10ºC abgekühlt.
Nach Abkühlen auf -10ºC wurde das Polyol (das das Treibmittel, grenzflächenaktives Mittel und Katalysator enthält) zu dem Isocyanat hinzugefügt und für 1 5 Sekunden unter Verwendung eines luftbetriebenen Schnellmischers vermischt.
Schaumstoffe wurden durch zwei Techniken hergestellt:
(1) Nach den 15 Sekunden Mischen wurde die Geräteschaumstoffreaktionsformulierung in eine 6,4 cm x 33,0 cm x 38,1 cm(2-1/2 in x 13 in x 15 in)-Form (die auf 60ºC (140ºF) erhitzt war) gegossen, und man ließ sie aufschäumen und die geschlossene Form ausfüllen.
(2) Nach den 15 Sekunden Mischen wurde die Plattenmaterialreaktionsformulierung in einen 4,7-I(5-Quart)-Eimer gegossen, und man ließ sie frei aufgehen.
Nachdem man die Schaumstoffproben härten und sich auf Umgebungstemperatur abkühlen gelassen hatte, wurden wie unten beschrieben der Grad der Schrumpfung bestimmt.
In den frei aufgegangenen Proben wurde ein Kernstück (7,6 cm x 7,6 cm x 10,2 cm (3 in x 3 in x 4 in)) zur Beobachtung entfernt. Alle Schrumpfungsmessungen wurden mindestens 72 Stunden nach der Schaumstoffbildung durchgeführt.
Tabelle II zeigt typische Bestandteilmengen, die für die Herstellung einer Schaumstoffprobe in der geschlossenen 64 cm x 33,0 cm x 38,1 cm(2-1/2 in x 13 in x 15 in)-Form notwendig sind.
Tabelle III zeigt Schrumpfungsdaten.

Schrumpfungs-Messung

(A) 64cm x 33,0cm x 38,1 cm(2-1/2 in x 13 in x 15 in)-Geschlossene-Form: Da Schaumstoffschrumpfung uneinheitlich sein kann, von unregelmäßigen konkaven Bereichen an den Seiten der Schaumstoffblöcke bis zu beträchtlichen Volumenkontraktionen an den oberen Bereichen der Schaumstoffblöcke variiert, ist die Volumenbestimmung schwierig. Daher wurde eine Wasserimmersionstechnik entwickelt. Bei dieser Technik ist die erhöhte Wassermenge, die erforderlich ist, um eine Plastikkammer aufzufüllen, die den geschrumpften Schaumstoffblock, gegenüber dem Schaumstoffblock, der keine Schrumpfung aufweist, enthält, ein Maß für den Volumenverlust oder die Schrumpfung, die nach einem gegebenen Zeitraum auftritt.
Die Größe der Schrumpfung wurde unter Verwendung der folgenden Formel berechnet:
Schrumpfung in Prozent,
wobei
A = Kammervolumen bis zum Überlauf,
B = Originalvolumen des Schaumstoffblocks bevor die Schrumpfung auftritt,
C = Wasservolumen, das erforderlich ist, um die Kammer mit dem geschrumpften Block darin bis zum Überlauf aufzufüllen,
D = A - C = Volumen des geschrumpften Blocks.
Das Folgende ist das Ergebnis der Probenberechnung mit den angegebenen Werten:
(B) 7,6 cm x 7,6 cm x 10,2 cm (3 in x 3 in x 4 in) Freies Aufgehen: Ebenso wie bei den Untersuchungen mit geschlossenen Formen wurde die Wasserimmersionstechnik zur Schrumpfungsbestimmung der Kernbereiche (7,6 cm x 7,6 cm x 10,2 cm (3 in x 3 in x 4 in)) für freiaufgegange Schaumstoffproben nach einem vorgegebenen Zeitraum verwendet.
Die Größe der Schrumpfung wurde unter Verwendung der folgenden Formel berechnet:
wobei
A = Kammervolumen bis zum Überlauf,
B = Originalvolumen des Schaumstoffblocks bevor die Schrumpfung auftritt,
C = Wasservolumen, das erforderlich ist, um die Kammer mit dem geschrumpften Block darin bis zum Überlauf aufzufüllen,
D = A - C = Volumen des geschrumpften Blocks.
Das Folgende ist das Ergebnis einer Probenberechnung mit den angegebenen Werten: TABELLE I POLYURETHANSYSTEME Polyurethansystem Schaumstoff-Verwendung Isocyanat-Index* Polyol-Typ Polyol-Äqui-Gew. Isocyanat-Typ Isocyant-Äqui.-Gew. Kommentare Gerät (am Ort gegegossen) Gerät Isolierungsplattenmaterial (Isocyanurat) Polyether TDI (modifiziert) Polyol enthält Prozent Wasser * Die Anzahl der Äquivalente Isocyanate pro Äquivalent Hydroxyl im Polyol mulipliziert mit 100 ** ungefähr TABELLE II TYPISCHE SCHAUMSTOFFORMULIERUNGEN Treibmittel Menge g Polyurethan-System Polyol, g Isocyanat, g Treibmittel Molekulargewicht TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung * 1 Pfund pro Kubikfuß (= Pfd./Kubikfuß) = 1,6 x 10-2 g/cm³ TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung * 1 Pfd./Kubikfuß = 1,6 x 10&supmin;² g/cm³ TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung * 1 Pfd./Kubikfuß = 1,6 x 10&supmin;² g/cm³ TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung * 1 Pfd./Kubikfuß = 1,6 x 10&supmin;² g/cm³ TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung * 1 Pfd./Kubikfuß = 1,6 x 10&supmin;² g/cm³ TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - II SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - II SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung * 1 Pfd./Kubikfuß = 1,6 x 10&supmin;² g/cm³ TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - II SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - GESCHLOSSENE FORM Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - III SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - FREIES AUFGEHEN Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung * 1 Pfd./Kubikfuß = 1,6 x 10&supmin;² g/cm³ TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - III SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - FREIES AUFGEHEN Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung TABELLE III POLYURETHANSCHAUMSTOFFHERSTELLUNG POLYURETHAN-SYSTEM (TABELLE I) - I SCHAUMSTOFFHERSTELLUNGSVERFAHREN - FREIES AUFGEHEN Treibmittel A B %B in A+B %A+B im Polymer Mole A&B in 100-US-Pfund Polymer Schaumstoffdichte Pfd./Kubikfuß* %Volumenschrumpfung * 1 Pfd./Kubikfuß = 1,6 x 10&supmin;² g/cm³

Claims

1. Ein Verfahren, umfassend

Mischen von mindestens 1 Gewichtsprozent und weniger als 60 Gewichtsprozent eines schrumpfungsminimierenden Halogenkohlenwasserstoffs, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus CFC-11, CFC-12, HCFC-22, HFC-32, CFC-113, CFC-114, HCFC-124, HCFC-133a, HFC-134a, HCFC-142b und HFC-152a, und von einem Minimum von etwa 40 Gewichtsprozent eines Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffs, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus HCFC-123, HCFC-123a und HCFC-141b, um eine Mischung zu bilden, mit der Ausnahme von Mischungen aus CFC-11 und HCFC-123 oder HCFC-123a, und danach

Verwendung der Mischung, um einen geschlossenzelligen Polyurethanschaumstoff mit minimaler Schrumpfung herzustellen.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin die Mischung zuerst in einem Polyol gelöst wird, das ein grenzflächenaktives Mittel und einen Katalysator enthält, um ein B-Seite-System zu bilden, das dann mit Isocyanaten umgesetzt wird, um den Polyurethanschaumstoff herzustellen, wobei die Mischung 2 bis 60 Gewichtsprozent des B-Seite-Systems umfaßt.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin die Mischung mit grenzflächenaktivem Mittel und einem Isocyanat vereinigt wird, um eine Komponente zu bilden, und danach die Komponente mit einem Polyol und einem Katalysator umgesetzt wird, um den geschlossenzelligen Polyurethanschaumstoff herzustellen.

4. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin die Mischung 5 bis 59 Gewichtsprozent des schrumpfungsminimierenden Halogenkohlenwasserstoffs und 95 bis 41 Gewichtsprozent des Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffs umfaßt.

5. Das Verfahren nach Anspruch 4, worin die Mischung 10 bis 40 Gewichtsprozent des schrumpfungsminimierenden Halogenkohlenwasserstoffs und 90 bis 60 Gewichtsprozent des Wasserstoff enthaltenden Zwei-Kohlenstoff-Halogenkohlenwasserstoffs umfaßt.

6. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin der schrumpfungsminimierende Halogenkohlenwasserstoff 0,1 bis 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, der Polyurethanreaktionsformulierung umfaßt.

7. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin der Polyurethanschaumstoff ein Dichte von 2,4 x 10&supmin;² bis 4,0 x 10&supmin;² g/cm³ (1,5 bis 2,5 Pfund pro Kubikfuß) hat.

8. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin der Polyurethanschaumstoff eine Dichte von 1,9 x 10&supmin;² bis 2,4 x 10&supmin;² g/cm³ (1,2 bis 1,5 Pfund pro Kubikfuß) hat.

9. Ein nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellter Polyurethanschaumstoff.