DE69209686T2 - Treibreaktionskatalysator-Zusammensetzung, die bei dem resultierenden Polyurethanschaum Zellöffnung bewirkt - Google Patents
Treibreaktionskatalysator-Zusammensetzung, die bei dem resultierenden Polyurethanschaum Zellöffnung bewirktInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft tertiäre Aminkatalysatorzusammensetzungen zur Herstellung von Polyurethanschaum.
- Geformte Polyurethanschäume werden sehr häufig für verschiedene Sitzmöbelanwendungen, darunter auch Autositze, verwendet. Um die Sitze bequem zu machen, müssen die Polyurethanschäume atmungsaktiv sein. Das derzeit verwendete Verfahren, um diese Atmungsaktivität zu erreichen, beinhaltet die Kombination aus mechanischem und/oder Vakuum-Zerdrücken mit den entsprechenden oberflächenaktiven Mitteln aus Silikon in der Polyurethanschaumformulierung, um die größtmögliche Zellöffnung zu erreichen.
- Eine typische Lösung, um die Luftdurchlässigkeit geformter Schäume zu verbessern, besteht darin, für solche Formschaumformulierungen weniger stabilisierende oberflächenaktive Mittel aus Silikon zu wählen. Diese weniger wirksamen oberflächenaktiven Mittel bieten eine bessere Zellöffnung und damit bessere Luftdurchlässigkeitswerte. Allerdings haben sie den Nachteil verstärkter Verfahrensprobleme und einer insgesamt ansteigenden Instabilität des Schaums. Ein zweiter Lösungsansatz ist die Verwendung einer Mischung aus einem oberflächenaktiven Standardmittel aus Silikon mit einem Dimethylsiloxanfluid. Die Dimethylsiloxanfluids werden normalerweise als Schaumbremser verwendet. Diese Silikonmischungen wirken, doch man muß auch hier Abstriche in bezug auf Schaumstabilität und Wahlmöglichkeiten bei der Verarbeitung machen.
- Zur Herstellung von Polyurethanschaum verwendete Katalysatorzusammensetzungen umfassen typischerweise eine Kombination aus einem Treibreaktionskatalysator und einem Gelierkatalysator. Der Treibreaktionskatalysator beeinflußt die Isocyanat-Wasser-Reaktion. Bis(dimethylaminoethyl)ether (BDMAEE) ist ein häufig verwendeter Treibreaktionskatalysator. Man geht nicht davon aus, daß Polyurethankatalysatoren zellöffnend wirken. Bei den Mengen, die man in der Industrie zur Erzielung einer optimalen Produktivität einsetzt, gibt man typischerweise den Katalysatoren die Schuld, daß sie die Zellöffnung verringern, indem sie die Polymerisationsgeschwindigkeit zu Polyurethan erhöhen.
- Die Lieferanten von Polyol arbeiten an Modifikationen ihrer Produkte, um die Zellöffnung zu verbessern. Außerdem werden geringe Mengen an ausgewählten Polyolen als Modifiziermittel für die Zellöffnung verkauft. Diese Polyole haben typischerweise ein niedriges Molekulargewicht und werden in Anwendungen mit starrem Schaum verwendet.
- Die Erfindung stellt eine Katalysatorzusammensetzung zur Herstellung eines Polyurethanschaumprodukts mit verbesserter Atmungsaktivität zur Verfügung. Die Katalysatorzusammensetzung besteht im wesentlichen aus 25 bis 80 Gew.-% Pentamethyldiethylentriamin (PMDETA) und 20 bis 75 Gew.-% Bis(dimethylaminopropyl)methylamin (BDMAPMA).
- Diese Katalysatorzusammensetzung verbessert die Luftdurchlässigkeit geformter Polyurethanschäume, die durch die Umsetzung von organischen Polyisocyanaten mit Polyolen hergestellt werden, wenn man sie anstelle eines normalerweise verwendeten Treibreaktionskatalysators wie z.B. BDMAEE zum Einsatz bringt.
- Wenn die Katalysatorzusammensetzung in einer 1,4- bis 1,8-fachen Menge des BDMAEES in der Polyurethanschaumformulierung verwendet wird, liefert sie im wesentlichen äquivalente Reaktionszeiten und offenere Zellschäume. Außerdem kann die Menge an Gelierkatalysator, der zusammen mit der Katalysatorzusammensetzung verwendet wird, gegenüber der mit BDMAEE verwendeten Menge um 20 bis 40 % verringert werden. Die resultierenden Polyurethanschäume sind in allen getesteten physikalischen Eigenschaften vergleichbar; nur die Luftdurchlässigkeit ist besser, wenn die Schäume mit der erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung hergestellt werden.
- Die Polyurethanschäume werden mit geeigneten, in der Technik allgemein bekannten organischen Polyisocyanaten hergestellt, darunter Hexamethylendiisocyanat, Phenylendiisocyanat, Toluoldiisocyanat und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat. Besonders geeignet sind die 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanate ("TDI"), und zwar entweder einzeln oder zusammen in einer im Handel erhältlichen Mischung. Andere geeignete Isocyanate sind Mischungen von Diisocyanaten, die im Handel unter dem Namen "rohes MDI" oder PAPI bekannt sind und etwa 60 % 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat zusammen mit anderen isomeren und analogen höheren Polyisocyanaten enthalten. Ebenfalls geeignet sind Prepolymere dieser Polyisocyanate, die eine teilweise schon vorher zur Umsetzung gebrachte Mischung aus Polyisocyanaten und Polyether oder Polyesterpolyolen enthalten.
- Beispielhaft für geeignete Polyole als Komponente der Polyurethanschaumzusammensetzung sind die Polyalkylenether- und Polyesterpolyole. Die Polyalkylenetherpolyole umfassen die Poly(alkylenoxid)polymere wie Poly(ethylenoxid)- und Poly(propylenoxid)-Polymere und Copolymere mit endständigen Hydroxylgruppen, die von mehrwertigen Verbindungen einschließlich Diolen und Triolen abgeleitet sind, darunter z.B. Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,3-Butandiol, 2,4-Butandiol, 1,6- Hexandiol, Neopentylglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Pentaerythrit, Glycerol, Diglycerol, Trimethylolpropan, Cyclohexandiol und ähnliche Polyole mit niedrigem Molekulargewicht.
- Geeignete Polyesterpolyole umfassen solche, die durch die Umsetzung einer Dicarbonsäure mit einem Überschuß eines Diols, z.B. Adipinsäure mit Ethylenglykol oder Butandiol, oder die Umsetzung eines Diols wie Caprolacton und Propylenglykol hergestellt werden.
- Außer den Polyether- und Polyesterpclyolen enthalten die Masterbatches oder Vormischungen häufig ein Polymerpolyol. Polymerpolyole werden in Polyurethanschaum verwendet, um dessen Widerstandsfähigkeit gegen Verformung zu erhöhen, d.h. die Tragfähigkeitseigenschaften des Schaums zu verbessern. Derzeit werden zwei verschiedene Polymerpolyoltypen verwendet, um die Tragfähigkeit zu verbessern. Der erste Typ, der als Pfropfpolyol beschrieben wird, besteht aus einem Triol, auf dem Vinylmonomere pfropfcopolymerisiert werden. Dazu wählt man normalerweise Styrol und Acrylnitril als Monomere. Der zweite Typ, mit Polyharnstoff modifizierte Polyole, ist ein Polyol mit einer Polyharnstoffdispersion, die durch die Reaktion eines Diamins und Toluoldiisocyanat (TDI) gebildet wurde. Da TDI im Überschuß verwendet wird, kann ein Teil des TDIs sowohl mit dem Polyol als auch dem Polyharnstoff reagieren. Dieser zweite Polymerpolyoltyp hat eine PIPA-Polyol genannte Variante, die durch die In situ Polymerisation von TDI und Alkanolamin im Polyol hergestellt wird. Je nach den Anforderungen an die Tragfähigkeit können Polymerpolyole 20 bis 80 % des Polyolanteils des Masterbatches ausmachen.
- Weitere typische Mittel, die man in Polyurethanschaumformulierungen findet, sind u.a. Vernetzungsmittel wie Diethanolamin, Diisopropylamin, Triethynolamin und/oder Tripropanolamin, Treibmittel wie Wasser, Methylenchlorid, Tricholofluormethan u.ä. und Zellstabilisatoren wie Silikone.
- Eine allgemeine Polyurethanschaumformulierung, in der das Wasser ausgetrieben wird, würde folgende Komponenten (nach Gewichtsteilen) umfassen:
- Polyol mit einer Triolethylenoxidschutzgruppe (4.000 - 6.000 Molgewicht) 20 - 80
- Polymerpolyol (5.000 - 6.000 Molgewicht) 80 - 20
- Oberflächenaktives Mittel aus Silikon 1 - 2,5
- Treibmittel 2 - 4,5
- Vernetzungsmittel 0,5 - 2
- Treibreaktionskatalysator 0,1 - 0,7
- Gelierkatalysator 0,1 - 0,6
- Isocyanat index 92 - 115
- Die Treibreaktionskataylsatorzusammensetzung zur Verbesserung der Luftdurchlässigkeit des resultierenden Schaumprodukts besteht im wesentlichen aus
- (a) 25 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 70 Gew.-%, PMDETA und
- (b) 20 bis 75 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 70 Gew.-%, BMAPMA.
- Zusätzlich zu der vorstehenden Treibreaktionskatalysatorzusammensetzung würde die Polyurethanschaumzusammensetzung auch irgendeinen in der Technik bekannten Gelierungskatalysator aus einem tertiären Amin enthalten, z.B. Triethylendiamin und Bis(dimethylaminopropyl)methylamin.
- Eine katalytisch wirksame Menge der Treibreaktionskatalysatorzusammensetzung wird in der Polyurethanschaumformulierung verwendet. Insbesondere können geeignete Mengen der Treibreaktionskatalysatorzusammensetzung im Bereich von 0,1 bis 0,7 Teilen auf 100 Teile Polyol in der Polyurethanformulierung liegen.
- Um die Leistung der erfindungsgemäßen Treibreaktionskatalysatorzusammensetzung zu zeigen, wurden unter Verwendung der zwei folgenden Polyurethanschaumzusammensetzungen (in Gewichtsteilen) Schäume hergestellt: Formulierung Multranol Diethanolamin oberflächenaktives Mittel aus Silikon Wasser Katalysator Toluoldiisocyanat wechselnd Index
- a) Herkömmliches Triol (Mol-Gew. 6.000), vertrieben von Mobay Chemical
- b) Mit Polyharnstoff gefülltes Triol (Mol-Gew. 6.000), vertrieben von Mobay Chemical
- Die Katalysatoren wurden per Hand in die Formulierung eingemischt, in eine Form mit 5 Luftauslässen gegossen (20,3 x 23,9 x 11,4 cm) und isothermisch auf 60ºC (140ºF) erhitzt. Jeder Auslaß hatte 3,2 mm Durchmesser und befand sich in der Mitte 4,5 cm vom nächsten entfernt, beginnend 7,6 cm von der Seite des Formdeckels und 10,2 cm von dessen Vorderkante. Nach sechs Minuten wurde der Schaum aus der Form genommen, von Hand zerdrückt und noch 24 Stunden nachhärten gelassen, ehe man die Messungen der Luftdurchlässigkeit in einem Gerät zum Test der Porosität von Amscor vornahm. Die Dichtebestimmungen wurden durch das Standard ASTM-Verfahren D-3574 vorgenommen. Durchlauf Formulierung DABCO Dichte (pcf)
- a) 33 Gew.-% Triethylendiamin in Dipropylenglykol.
- Durchlauf A4, in dem ein 10/90 Molverhältnis von PMDETA/BDMAPMA verwendet wurde, wies im Vergleich zu den Kontrollen A1 und A2 ausgezeichnete Luftdurchlässigkeitswerte auf, war jedoch, wie sich durch einen nicht wieder verschwindenden Handabdruck beim Herausnehmen aus der Form zeigte, nicht ausreichend ausgehärtet. Ähnliche Ergebnisse erhielt man für die Durchläufe A8 und A9. Wenn der BDMAPMA-Gehalt etwa 75 Teile überstieg, härtete der Schaum noch schlechter aus. Diese Ergebnisse definieren das effektive Verhältnis für PMDETA und BDMAPMA.
- Das Experiment wurde unter Verwendung einer Formulierung mit höherem Wassergehalt wiederholt, welche sensibler auf Bedingungen nicht ausreichender Härtung reagiert. Durchlauf Formulierung DABCO Dichte (pcf)
- In diesem Experiment waren dort ähnliche Ergebnisse zu verzeichnen, wo zur Herstellung der Schäume ein höherer Wassergehalt verwendet wurde. Das zugesetzte Wasser wirkt sich darin aus, daß das Volumen des durch die Reaktion von Wasser mit Isocyanat erzeugten Gases erheblich zunimmt, was zu einer höheren Aufgehgeschwindigkeit führt und einen Schaum von geringerer Dichte ergibt. In den Durchläufen B4, B8 und B9 mit einem PMDETA/DMAPMA Verhältnis von 10/90, 90/10 bzw. 0,100 neigte der Schaum zu mäßigem Zusammenfallen und zeigte Anzeichen einer nicht ausreichenden Aushärtung. In einer Formschaumanwendung mit hohem Wassergehalt, wo die Schäume sehr rasch aufgehen, ist zu beobachten, daß der Schaum zusammenfällt, weil die Gelier- oder Polymerisationsreaktion, die sich an die Treibreaktion anschließt, bewirkt, daß die sich bildenden Zellen sich bis zum Zerreißen ausdehnen. Wenn man mehr oberflächenaktives Mittel aus Silikon zusetzt, kann dieser Effekt minimiert werden, aber der fertige Schaum weist keine gute Luftdurchlässigkeit auf, das heißt, der Katalysator bringt den gewünschte Effekt nicht. Durchlauf B5 zeigt, daß die Kombination aus PMDETA/DMAPMA der erwünschten Leistungskante sehr nahe ist, weil der Schaum beginnt, Instabilität zu zeigen, d.h. er fällt an den Entlüftungs löchern leicht zusammen.
Claims (11)
1. Katalysatorzusammensetzung zur Herstellung von
Polyurethanschaum, welche im wesentlichen aus
a) 25 bis 80 Gew.-% Pentamethyldiethylentriamin
und
b) 20 bis 75 Gew.-%
Bis(dimethylaminopropyl)methylamin
besteht.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, welche im
wesentlichen aus
a) 30 bis 70 Gew.-% Pentamethyldiethylentriamin
und
b) 30 bis 70 Gew.-%
Bis(dimethylaminopropyl)methylamin
besteht.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im
wesentlichen aus
a) 50 Gew.-% Pentamethyldiethylentriamin und
b) 50 Gew.-% Bis(dimethylaminopropyl)methylamin
besteht.
4. Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2
als Treibreaktionskatalysator im Kombination mit
einem Gelierungskatalysator aus einem tertiären
Amin.
5. Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2
als Treibreaktions- und Gelierungskatalysator.
6. Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 4, bei dem
Triethylendiamin der Gelierungskatalysator ist.
7. Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 5, bei dem
Triethylendiamin ein weiterer Gelierungskatalysator
ist.
8. Verbessertes Verfahren zur Herstellung eines
Polyurethanschaums, bei dem ein organisches
Polyisocyanat und ein Polyol in Gegenwart eines
Treibmittels, eines Zellstabilisierungsmittels und einer
Katalysatorzusammensetzung, die eine
Treibreaktionskatalysator-zusammensetzung und einen
Geherungskatalysator umfaßt, zur Umsetzung gebracht
werden, wobei eine Treibmittelzusammensetzung zur
Herstellung von Polyurethanschaum verwendet wird,
die im wesentlichen aus
a) 25 bis 80 Gew.-% Pentamethyldiethylentriamin
und
b) 20 bis 75 Gew.-%
Bis(dimethylaminopropyl)methylamin
besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der
Treibreaktionskatalysator im wesentlichen aus
a) 30 bis 70 Gew.-% Pentamethyldiethylentriamin
und
b) 30 bis 70 Gew.-%
Bis(dimethylaminopropyl)methylamin
besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der
Treibreaktionskatalysator im wesentlichen aus
a) 50 Gew.-% Pentamethyldiethylentriamin und
b) 50 Gew.-% Bis(dimethylaminopropyl)methylamin
besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 8 bis 10, bei dem
Triethylendiamin der Gelierungskatalysator ist.
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