PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102007009128A1 13.09.2007
Titel Durchstossfester Verbund
Anmelder BASF AG, 67063 Ludwigshafen, DE
Erfinder Stearns, Robert B., Luna Piers, Mich., US
DE-Anmeldedatum 24.02.2007
DE-Aktenzeichen 102007009128
Offenlegungstag 13.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.09.2007
IPC-Hauptklasse C08J 5/12(2006.01)A, F, I, 20070224, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C08L 75/04(2006.01)A, L, I, 20070224, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein durchstoßfester Verbundgegenstand weist eine erste Schicht mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 bis 1,15 g/ml aus einer elastomeren Urethanzusammensetzung, die das gehärtete Umsetzungsprodukt einer Isocyanatkomponente und einer Polytetrahydrofuran enthaltenden Harzzusammensetzung enthält, auf. Der Verbundgegenstand weist außerdem eine auf der ersten Schicht aufgebrachte zweite Schicht auf. Bei einem Verfahren zur Herstellung des Verbundgegenstands sprüht man die Isocyanatkomponente und die spezielle Harzzusammensetzung in einem konischen Sprühmuster oder einem weitgehend planaren Sprühmuster in eine Formhöhlung. Bei dem Verfahren setzt man ferner die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung zu der elastomeren Urethanzusammensetzung um, härtet die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung der ersten Schicht, bringt eine Urethanzusammensetzung in die Formhöhlung ein, härtet die Urethanzusammensetzung zur Bildung der zweiten Schicht und des Verbundgegenstands und entformt den Verbundgegenstand.

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Verbundgegenstand und ein Verfahren zur Herstellung des Verbundgegenstands. Genauer gesagt setzt man bei dem Verfahren eine Isocyanatkomponente und eine Polytetrahydrofuran enthaltende Harzzusammensetzung zu einer elastomeren Urethanzusammensetzung um.

STAND DER TECHNIK

Mehrschichtige Verbundgegenstände sind an sich gut bekannt. Im einzelnen werden Verbundgegenstände mit einer Schicht aus einer elastomeren Urethanzusammensetzung sowohl im Automobilbereich als auch in anderen Bereichen verwendet. Die Verbundgegenstände mit der Schicht aus der elastomeren Urethanzusammensetzung werden in der Regel durch Einbringen der elastomeren Urethanzusammensetzung in eine Form hergestellt. Dann wird die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung der Schicht des Verbundgegenstands gehärtet.

Im Lauf der Zeit sind für Verbundgegenstände erhöhte Zugfestigkeit, erhöhte Dehnung, erhöhter Weiteneißwiderstand nach Graves, erhöhte Taber-Abriebfestigkeit, erhöhte Shore-A-Durometerhärte und erhöhte Durchstoßfestigkeit (d.h. Beständigkeit gegenüber Umweltbelastungen einschließlich Perforierung und Durchstoßen) gefordert worden. Daher haben die Hersteller Außenschichten aus den elastomeren Urethanzusammensetzungen auf den Verbundgegenständen hinzugefügt. Diese Verbundgegenstände haben jedoch bei zahlreichen Anwendungen eine unbeständige und unzureichende Durchstoßfestigkeit gezeigt. Infolgedessen haben die Hersteller die Dicke der Außenschichten erhöht, was eine Abnahme der Produktionsgeschwindigkeit und -leistung und eine Zunahme des Chemikalienaufwands und der Produktionskosten mit sich brachte.

Die unbeständige und unzureichende Durchstoßfestigkeit der Verbundgegenstände mit Außenschichten aus den elastomeren Urethanzusammensetzungen ist teilweise auf die zum Aufbringen der elastomeren Urethanzusammensetzungen angewandten Verfahren zurückzuführen. Zu den Verfahren zum Aufbringen der elastomeren Urethanzusammensetzungen gehört das Sprühen, bei dem elastomere Urethanzusammensetzungen in die Formhöhlungen eingesprüht und gehärtet werden. Durch das Spritzen werden Luftbläschen in die elastomeren Urethanzusammensetzungen und die resultierenden Schichten eingetragen und die spezifischen Dichten der aus den elastomeren Urethanzusammensetzungen gebildeten Schichten verringert. Die spezifischen Dichten der Schichten werden im Vergleich zu den spezifischen Dichten vollkommen homogener Schichten ohne Luftbläschen verringert. Es wird angenommen, daß Verringerungen der spezifischen Dichten zu Verringerungen der Durchstoßfestigkeit der Verbundgegenstände beitragen.

Demgemäß besteht nach wie vor die Möglichkeit, einen Verbundgegenstand mit erhöhter Durchstoßfestigkeit herzustellen. Es besteht außerdem nach wie vor die Möglichkeit, den Verbundgegenstand mit der verbesserten Durchstoßfestigkeit mit erhöhter Geschwindigkeit und Produktionsleistung und mit verringertem Chemikalienaufwand und somit verringerten Produktionskosten herzustellen.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILE

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgegenstands in einer Form mit einer Formhöhlung. Bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bringt man bei dem Verfahren eine Isocyanatkomponente und eine Polytetrahydrofuran enthaltende Harzzusammensetzung in die Formhöhlung ein. Außerdem setzt man bei dem Verfahren die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung zu einer elastomeren Urethanzusammensetzung um. Ferner härtet man bei dem Verfahren die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung einer ersten Schicht mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 bis 1,15 g/ml.

Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sprüht man bei dem Verfahren die Isocyanatkomponente und die das Polytetrahydrofuran enthaltende Harzzusammensetzung in einem konischen Sprühmuster oder einem weitgehend planaren Sprühmuster in die Formhöhlung ein. Außerdem setzt man bei dem Verfahren die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung zu einer elastomeren Urethanzusammensetzung um. Ferner härtet man bei dem Verfahren die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung der ersten Schicht.

Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Ausführungsform bringt man bei dem Verfahren eine von der elastomeren Urethanzusammensetzung verschiedene Urethanzusammensetzung in die Formhöhlung ein. Bei diesen Ausführungsformen härtet man bei dem Verfahren außerdem die Urethanzusammensetzung in der Formhöhlung zur Bildung einer zweiten Schicht und zur Bildung des Verbundgegenstands und entfernt den Verbundgegenstand aus der Formhöhlung.

Das Verfahren zur Herstellung des Verbundgegenstands ist an sich etabliert. Es beseitigt die Notwendigkeit der kontinuierlichen Erhöhung der Dicke der ersten Schicht zur Erhöhung der Durchstoßfestigkeit und ermöglicht die Herstellung des Verbundgegenstands mit erhöhter Geschwindigkeit und Produktionsleistung und weniger Chemikalienaufwand und somit verringerten Produktionskosten.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verbundgegenstand mit der ersten Schicht mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 bis 1,15 g/ml, enthaltend ein gehärtetes Umsetzungsprodukt der Isocyanatkomponente und der das Polytetrahydrofuran enthaltenden Harzzusammensetzung. Der Verbundgegenstand weist auch eine auf der ersten Schicht aufgebrachte zweite Schicht aus der gehärteten Urethanzusammensetzung, die von dem gehärteten Umsetzungsprodukt verschieden ist, auf.

Das spezifische Gewicht der ersten Schicht von 0,9 bis 1,15 g/ml ergibt sich aus einer Beschränkung von Luftblasen in der ersten Schicht auf ein Minimum, was einer erhöhten Homogenität der ersten Schicht entspricht. Durch die Verringerung der Menge der Luftblasen in der ersten Schicht und die sich daraus ergebende Erhöhung des spezifischen Gewichts der ersten Schicht wird die Durchstoßfestigkeit des Verbundgegenstands erhöht.

KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden näheren Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine Querschnittsseitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbundgegenstands;

2 eine Querschnittsseitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbundgegenstands;

3 eine perspektivische Ansicht einer Form mit einer Formhöhlung und einer Sprühpistole mit einer Kegeldüse, die eine Isocyanatkomponente und/oder eine Harzzusammensetzung in einem konischen Sprühmuster versprüht; und

4 eine perspektivische Ansicht einer Form mit einer Formhöhlung und einer Sprühpistole mit einer Fächerdüse, die eine Isocyanatkomponente und/oder eine Harzzusammensetzung in einem weitgehend planaren Sprühmuster versprüht.

NÄHERE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Bezugnehmend auf die 1 bis 4, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgegenstands (20) in einer Form (32) mit einer Formhöhlung (34) bereit. Es ist vorgesehen, daß es sich bei der Form (32) um eine offene Form oder eine geschlossene Form handeln kann. Wie in den 3 und 4 gezeigt, handelt es sich bei der Form (32) um eine offene Form. Bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bringt man bei dem Verfahren eine Isocyanatkomponente und eine Polytetrahydrofuran enthaltende Harzzusammensetzung in die Formhöhlung (34) ein. Bei dem Verfahren setzt man außerdem die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung zu einer elastomeren Urethanzusammensetzung um. Bei dem Verfahren härtet man ferner die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung einer ersten Schicht (22) mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 bis 1,15 g/ml. Bei der ersten Ausführungsform sprüht man die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung vorzugsweise in einem konischen Sprühmuster oder einem planaren Sprühmuster in die Formhöhlung (34) ein, wenngleich dies nicht unbedingt erforderlich ist.

Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sprüht man bei dem Verfahren die Isocyanatkomponente und die das Polytetrahydrofuran enthaltende Harzzusammensetzung in dem konischen Sprühmuster oder dem weitgehend planaren Sprühmuster in die Formhöhlung (34) ein. Außerdem setzt man bei dem Verfahren die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung zu der elastomeren Urethanzusammensetzung um. Ferner härtet man bei dem Verfahren die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung der ersten Schicht (22).

Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Ausführungsform bringt man bei dem Verfahren eine von der elastomeren Urethanzusammensetzung verschiedene Urethanzusammensetzung in die Formhöhlung (34) ein. Bei diesen Ausführungsformen härtet man bei dem Verfahren außerdem die Urethanzusammensetzung in der Formhöhlung (34) zur Bildung einer zweiten Schicht (24) und zur Bildung des Verbundgegenstands (20) und entfernt den Verbundgegenstand (20) aus der Formhöhlung (34).

Es ist jedoch vor der Durchführung der obigen Schritte vorgesehen, daß die Formhöhlung (34) zur Erleichterung der letztendlichen Entformung des Verbundgegenstands (20) mit einem bekannten Formtrennmittel beschichtet werden kann. Das Formtrennmittel kann nach einem beliebigen an sich bekannten Verfahren auf die Formhöhlung (34) aufgebracht werden, u.a. durch manuelles und/oder automatisches Sprühen, Gießen, Legen und Kombinationen davon. Sofern das Formtrennmittel verwendet wird, kann es u.a. Silikone, Seifen, Wachse, Lösungsmittel und Kombinationen davon umfassen.

Alternativ oder zusätzlich zu dem Ausbringen eines Formtrennmittels kann man eine Beschichtungszusammensetzung (26) mit einer vorbestimmten Farbe in die Formhöhlung (34) sprühen oder gießen. Die Beschichtungszusammensetzung (26) kann aus einer Reihe von wasser- und lösungsmittelhaltigen Lösungen ausgewählt werden. Die Beschichtungszusammensetzung (26) kann auch eine ein- oder mehrkomponentige Zusammensetzung umfassen. Unter den zahlreichen verfügbaren Beschichtungszusammensetzungen (26), die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind die ganz besonders bevorzugten Beschichtungszusammensetzungen (26) zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung Protothane®, das im Handel von Titan Finishes Corporation, Detroit, MI, USA, erhältlich ist, Polane®, das im Handel von Sherwin Williams, Inc., Cleveland, OH, USA, erhältlich ist, und Rimbond®, das im Handel von Lilly Corporation, Aurora, IL, USA, erhältlich ist. Die Beschichtungszusammensetzung (26) kann je nach den gewünschten Eigenschaften des Verbundgegenstands (20) in einer beliebigen, vom Fachmann bestimmten Menge manuell und/oder automatisch in die Formhöhlung (34) gesprüht oder gegossen werden.

Vorzugsweise vermischt man nach dem Aufbringen des Formtrennmittels und vor dem Einsprühen der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung (34) die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung durch Prallmischen in einem Kopf einer Sprühpistole (36). Beim Prallmischen werden Ströme der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung unter Druck im Kopf der Spritzpistole (36) vermischt. Die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung können im Kopf der Spritzpistole (36) bei einer beliebigen Temperatur und einem beliebigen Druck vermischt werden. Vorzugsweise vermischt man die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung bei einer Temperatur von mehr als 38 °C [100°F] und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von ungefähr 66 °C [150°F] und bei einem Druck von mehr als 68 bar [1.000 psi] und besonders bevorzugt bei einem Druck von ungefähr 103 bar [1.500 psi].

Nunmehr bezugnehmend auf das Einbringen der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung (34), kann man die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung über dem Formtrennmittel und/oder der Beschichtungszusammensetzung (26), sofern vorhanden, und in deren Abwesenheit direkt in die Formhöhlung (34) einbringen. Bei der ersten Ausführungsform können die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung nach einem beliebigen Verfahren in die Formhöhlung (34) eingebracht werden, u.a. durch Sprühen, Gießen und Kombinationen davon. Bei der ersten Ausführungsform wird beim Einbringen der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung vorzugsweise versprüht.

Bei der ersten Ausführungsform sprüht man dann, wenn die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung versprüht wird, beim Sprühen vorzugsweise die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung in einem konischen Sprühmuster oder einem weitgehend planaren Sprühmuster in die Formhöhlung (34) ein, wie oben zuerst eingeführt. Es ist jedoch vorgesehen, daß sowohl die Isocyanatkomponente als auch die Harzzusammensetzung in dem konischen Sprühmuster oder dem weitgehend planaren Sprühmuster versprüht werden können.

Bei der zweiten Ausführungsform werden die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung versprüht. Genauer gesagt werden bei der zweiten Ausführungsform die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung in dem konischen Sprühmuster oder dem weitgehend planaren Sprühmuster versprüht. Es versteht sich, daß der Begriff „weitgehend planares Sprühmuster" ein Sprühmuster einschließt, das planar ist, nahezu planar ist und/oder mit einem planaren Element assoziierte Eigenschaften aufweist, aber nicht unbedingt auf diese Bedeutung beschränkt ist. Vorzugsweise wird beim Sprühen in dem konischen Sprühmuster oder dem planaren Sprühmuster mit einer Kegeldüse (28) bzw. einer Fächerdüse (30) der Spritzpistole (36) gesprüht. Es ist vorgesehen, daß bei der vorliegenden Erfindung jede beliebige an sich bekannte Kegeldüse (28) oder Fächerdüse (30) verwendet werden kann. Besonders gut geeignete Kegeldüsen (28) sind u.a. Vollkegeldüsen, Hohlkegeldüsen und Kombinationen davon. Besonders gut geeignete Fächerdüsen (30) sind u.a. flache Fächerdüsen, flutende Fächerdüsen und Kombinationen davon. Ohne Beschränkung auf irgendeine bestimmte Theorie wird angenommen, daß durch das Sprühen in dem konischen Sprühmuster oder dem weitgehend planaren Sprühmuster das spezifische Gewicht der elastomeren Urethanzusammensetzung erhöht wird, d.h. die Menge der in der elastomeren Urethanzusammensetzung eingeschlossenen Luft auf ein Minimum beschränkt wird, was zu einer größeren Durchstoßfestigkeit des Verbundgegenstands (20) führt. Das spezifische Gewicht wird im folgenden näher beschrieben. Wenn das Verfahren den Sprühschritt umfaßt, können die Sprühverarbeitungsparameter manipuliert werden. Die Sprühverarbeitungsparameter, die in der Regel manipuliert werden, sind u.a. Temperatur und Druck der in die Spritzpistole (36) eintretenden Isocyanatkomponente und/oder der in die Spritzpistole (36) eintretenden Harzzusammensetzung und der Durchsatz der Spritzpistole (36). Die Temperatur wird vorzugsweise zwischen 25 und 85°C und besonders bevorzugt zwischen 55 und 74°C gehalten. Ebenso wird dann, wenn der Druck der in die Spritzpistole (36) eintretenden Isocyanatkomponente und/oder der in die Spritzpistole (36) eintretenden Harzzusammensetzung manipuliert wird, der Druck vorzugsweise zwischen 48 und 103 bar [700 und 1500 psi] und besonders bevorzugt zwischen 62 und 76 bar [900 und 1100 psi] gehalten. Außerdem wird dann, wenn der Durchsatz der Spritzpistole (36) manipuliert wird, der Durchsatz vorzugsweise zwischen 5 und 50 g/s und ganz besonders bevorzugt zwischen 17 und 40 g/s gehalten. Vorzugsweise kann jeder der obigen Sprühverarbeitungsparameter für die Verwendung optimiert werden, wenn die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung eine Viskosität von bis zu 20.000 mPa.s [20.000 cP] und besonders bevorzugt von 200 bis 400 mPa.s [200 bis 4.000 cP] bei 25°C aufweist.

Beim Einbringen der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung (34) versteht es sich für den Fachmann, daß die in der Formhöhlung (34) vorhandene Wasser- und Feuchtigkeitsmenge bei der Herstellung des Verbundgegenstands (20) eine wichtige zu beachtende Bedingung ist. Vorzugsweise wird die Wasser- und Feuchtigkeitsmenge auf ein Minimum beschränkt, um jegliches mögliche Schäumen der elastomeren Urethanzusammensetzung zu reduzieren. Es kann jedoch etwas Wasser und Feuchtigkeit vorhanden sein, ohne die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung nachteilig zu beeinflussen. In der Regel erfolgt das Einbringen der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung (34) in Gegenwart von weniger als 100 Grains/Pound, in der Regel weniger als 17 Grains/Pound, üblicherweise weniger als 14 Grains/Pound und meist weniger als 7 Grains/Pound absoluter Feuchtigkeit.

Die in die Formhöhlung (34) eingebrachte Isocyanatkomponente enthält vorzugsweise ein aromatisches Isocyanat. Wenn die Isocyanatkomponente ein aromatisches Isocyanat enthält, so entspricht das aromatische Isocyanat vorzugsweise der Formel R'(NCO)z, worin R' für einen mehrwertigen aromatischen organischen Rest steht und z für eine ganze Zahl steht, die der Wertigkeit von R' entspricht. Vorzugsweise steht z mindestens für zwei. Die erfindungsgemäße Isocyanatkomponente enthält vorzugsweise das aromatische Isocyanat, da die Aromatizität die Reaktivität hinsichtlich der Umsetzung der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung, genauer gesagt dem Polytetrahydrofuran, erhöht. Die Aromatizität verringert auch die mit der Herstellung der Isocyanatkomponente verbundenen Kosten. Ganz besonders bevorzugt enthält die Isocyanatkomponente ein 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat. Bevorzugte Beispiele für 4,4'-Diphenylmethandiisocyanate sind im Handel von BASF Corporation, Wyandotte, MI, USA, unter den Handelsnamen Lupranate® MM103, Lupranate® M, Lupranate® MP102, Lupranate® LP30 und Lupranate® LP30D erhältlich.

Andere aromatische Isocyanate, die verwendet werden können, sind u.a. 1,4-Diisocyanatobenzol, 1,3-Diisocyanato-o-xylol, 1,3-Diisocyanato-p-xylol, 1,3-Diisocyanato-m-xylol, 2,4-Diisocyanato-1-chlorbenzol, 2,4-Diisocyanato-1-nitrobenzol, 2,5-Diisochyanato-1-nitrobenzol, m-Phenylendiisocyanat, p-Phenylendiisocyanat, 2,4-Toluoldiisocyanat, 2,6-Toluoldiisocyanat, Gemische von 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanat, 1,5-Naphthalindiisocyanat, 1-Methoxy-2,4-phenylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 4,4'-Biphenylendiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenylmethandiisocyanat und 3,3'-Dimethyldiphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Triisocyanate wie 4,4',4"-Triphenylmethantriisocyanat, Polymethylenpolyphenylenpolyisocyanat und 2,4,6-Toluoltriisocyanat, Tetraisocyanate wie 4,4'-Dimethyl-2,2'-5,5'-diphenylmethantetraisocyanat, Toluoldiisocyanat, 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Polymethylenpolyphenylenpolyisocyanat, entsprechende Isomerengemische davon und Kombinationen davon.

Wenn die Isocyanatkomponente das aromatische Isocyanat enthält, kann die Isocyanatkomponente auch ein modifiziertes mehrwertiges aromatisches Isocyanat enthalten, d.h. ein Produkt, das durch chemische Reaktionen von aromatischen Diisocyanaten und/oder aromatischen Polyisocyanaten erhalten wird. Beispiele hierfür sind Polyisocyanate einschließlich u.a. Harnstoffe, Biurete, Allophanate, Carbodiimide, Uretonimine und isocyanurat- und/oder urethangruppenhaltige Diisocyanate und/oder Polyisocyanate wie modifizierte Diphenylmethandiisocyanate. Die Isocyanatkomponente kann u.a. auch modifizierte Benzol- und Toluoldiisocyanate enthalten, die einzeln oder in Umsetzungsprodukten mit Polyoxyalkylenglykolen, Diethylenglykolen, Dipropylenglykolen, Polyoxyethylenglykolen, Polyoxypropylenglykolen, Polyoxypropylenpolyoxethylenglykolen, Polyesterolen, Polycaprolactonen und Kombinationen davon verwendet werden. Die Isocyanatkomponente kann auch stöchiometrische oder nichtstöchiometrische Umsetzungsprodukte der oben aufgeführten Isocyanate enthalten. Die Isocyanatkomponente kann jedoch alternativ dazu ein aliphatisches Isocyanat und/oder Kombinationen des aromatischen Isocyanats und des aliphatischen Isocyanats enthalten. Es ist vorgesehen, daß in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung jedes beliebige an sich bekannte Isocyanat bei der vorliegenden Erfindung als Isocyanatkomponente verwendet werden kann.

Die Isocyanatkomponente weist vorzugsweise einen prozentualen NCO-Gehalt von 8 bis 34 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 10 bis 30 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 20 bis 30 Gewichtsprozent auf. Die Bestimmung des gewichtsbezogenen prozentualen NCO-Gehalts erfolgt durch dem Fachmann bekannte Analyse mittels standardmäßiger chemischer Titration. Außerdem weist die Isocyanatkomponente vorzugsweise eine nominelle Funktionalität von 1,7 bis 3, besonders bevorzugt von 1,9 bis 3 und ganz besonders bevorzugt von 1,9 bis 2,1 auf. Ferner weist die Isocyanatkomponente vorzugsweise ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 125 bis 525 g/mol, besonders bevorzugt von 140 bis 420 g/mol und ganz besonders bevorzugt von 183 bis 420 g/mol auf. Des weiteren weist die Isocyanatkomponente vorzugsweise eine Viskosität von 15 bis 2000 mPa.s [15 bis 2000 cP], besonders bevorzugt von 50 bis 1000 mPa.s [50 bis 1000 cP] und ganz besonders bevorzugt von 50 bis 700 mPa.s [50 bis 700 cP] bei 25°C auf.

Nunmehr bezugnehmend auf die in die Formhöhlung (34) eingebrachte Harzzusammensetzung, enthält die Harzzusammensetzung Polytetrahydrofuran. Vorzugsweise enthält die Harzzusammensetzung mindestens 60 Gewichtsteile des Polytetrahydrofurans pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung. Besonders bevorzugt enthält die Harzzusammensetzung mindestens 80 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt mindestens 85 Gewichtsteile des Polytetrahydrofurans pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung. Die Harzzusammensetzung kann weitgehend frei von anderen Polyolen als Polytetrahydrofuran sein. Es versteht sich, daß weitgehend frei im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Menge anderer Polyole in der Harzzusammensetzung von weniger als 1 Gewichtsteil, besonders bevorzugt weniger als 0,50 Gewichtsteilen und ganz besonders bevorzugt weniger als 0,05 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung einschließt. Es ist vorgesehen, daß die Harzzusammensetzung im wesentlichen aus Polytetrahydrofuran bestehen kann. Bei allen Ausführungsformen kann jedes beliebige Polytetrahydrofuran verwendet werden. Vorzugsweise umfaßt das Polytetrahydrofuran im Handel von BASF Corporation, Wyandotte, MI, USA, unter dem Handelsnamen PolyTHF® erhältliches Polytetrahydrofuran. Besonders gut geeignete Polytetrahydrofurane sind u.a. PolyTHF® 250, PolyTHF® 650, PolyTHF® 650 S, PolyTHF® 1000, PolyTHF® 1000 S, PolyTHF® 1400, PolyTHF® 1800, PolyTHF® 2000 und Kombinationen davon.

Die Harzzusammensetzung kann auch einen oder mehrere Polymerisationskatalysatoren enthalten. In diesem Fall kann der Polymerisationskatalysator ein Amin umfassen. Wenn der Polymerisationskatalysator ein Amin umfaßt, so gehören hierzu in der Regel u.a. Triethylendiamin, N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, Diethylethanolamin, N-Cocomorpholin, 1-Methyl-4-dimethylaminoethylpiperizin, 3-Methoxypropyldimethylamin, N,N,N'-Trimethylisopropylpropylendiamin, 3-Diethylaminopropyldiethylamin, Dimethylbenzylamin, mit Ethylhexansäure blockiertes 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en und Kombinationen davon. Ganz besonders bevorzugt umfaßt der Polymerisationskatalysator zwei Amine, die im Handel von Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA, USA, unter den Handelsnamen DABCO® S-25 bzw. Polycat® SA-102 erhältlich sind. Das DABCO® S-25 umfaßt Triethylendiamin und 1,4-Butandiol. Das Polycat® SA-102 umfaßt mit Ethylhexansäure blockiertes 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en.

Der Polymerisationskatalysator kann auch ein Metall enthalten, einschließlich u.a. Bismut, Kalium, Blei, Zinn, Zink, Quecksilber, Titan, Zirconium, Hafnium und Kombinationen davon. Besonders gut geeignete Beispiele für den Polymerisationskatalysator sind u.a. Zinn(II)-chlorid, Dibutylzinndi-2-ethylhexanoat, Zinn(II)-oxid, Dioctylzinndimercaptin, Bismutcarboxylat, Zinkcarboxylat und Kombinationen davon.

Der Polymerisationskatalysator kann in der Harzzusammensetzung in beliebiger Menge vorliegen. Vorzugsweise liegt der Polymerisationskatalysator in der Harzzusammensetzung in einer Menge von kleiner gleich 6 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt von 0,02 bis 1,5 Gewichtsteilen und ganz besonders bevorzugt von 0,02 bis 0,5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung vor.

Vorzugsweise ist der Polymerisationskatalysator kein wirksamer Katalysator für eine unerwünschte Nebenreaktion von Wasser und Feuchtigkeit mit der Isocyanatkomponente. Bei der Reaktion von Wasser und Feuchtigkeit mit der Isocyanatkomponente wird gasförmiges Kohlendioxid gebildet und die elastomere Urethanzusammensetzung aufgeschäumt, wie an sich gut bekannt ist. Das Aufschäumen der elastomeren Urethanzusammensetzung mit dem gasförmigen Kohlendioxid ist unerwünscht und bildet Hohlräume und Blasen. Es wird angenommen, daß die Bildung von Hohlräumen und Blasen zu einer Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften der elastomeren Urethanzusammensetzung einschließlich geschwächter struktureller Stabilität, verringerter und inhomogener Dichte und verringerter Durchstoßfestigkeit führt. Daher versteht es sich, daß die erfindungsgemäße elastomere Urethanzusammensetzung nicht aufgeschäumt wird. Jegliches auftretende Aufschäumen ist nicht erwünscht, wird vorzugsweise auf ein Minimum beschränkt und ganz besonders bevorzugt eliminiert.

Die Harzzusammensetzung kann ferner ein oder mehrere Additive aus der Gruppe bestehend aus Kettenverlängerungsmitteln, Antischaummitteln, Verarbeitungsadditiven, Weichmachern, Kettenabbruchmitteln, oberflächenaktiven Mitteln, Haftvermittlern, Flammschutzmitteln, Antioxidantien, Wasserfängern, pyrogenen Kieselsäuren, Farbstoffen, UV-Lichtschutzmitteln, Füllstoffen, Thixotropiermitteln und Kombinationen davon enthalten. Man kann das Additiv bzw. die Additive in beliebiger Menge einarbeiten.

Die Harzzusammensetzung kann ein Kettenverlängerungsmittel als Additiv enthalten. Beispiele für bevorzugte Kettenverlängerungsmittel sind Verbindungen mit mindestens zwei funktionellen Gruppen mit aktiven Wasserstoffatomen einschließlich u.a. Hydrazin, primäre und sekundäre Diamine, Alkohole, Aminosäuren, Hydroxysäuren, Glykole und Kombinationen davon. Derartige Kettenverlängerungsmittel haben in der Regel ein zahlenmittleres Molekulargewicht von weniger als etwa 400 g/mol. Es sind jedoch auch Kettenverlängerungsmittel mit zahlenmittleren Molekulargewichten von mehr als 400 g/mol zur Verwendung vorgesehen. Besonders bevorzugt wird das Kettenverlängerungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,3-Butandiol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Diethylenglykol, Glycerin und Kombinationen davon ausgewählt. Ganz besonders bevorzugt wird das Kettenverlängerungsmittel aus der Gruppe bestehend aus 1,4-Butandiol, 1,3-Butandiol und Kombinationen davon ausgewählt. 1,4-Butandiol ist im Handel von BASF Corporation, Wyandotte, MI, USA, erhältlich. 1,3-Butandiol ist im Handel von GE Silicones, Wilton, CT, USA, unter dem Handelsnamen NIAX® Processing Additive DP-1022 erhältlich.

Kettenverlängerungsmittel wirken in der Regel als Vernetzer und verbessern physikalische Eigenschaften der elastomeren Urethanzusammensetzung. Die in die Harzzusammensetzung eingearbeitete Kettenverlängerungsmittelmenge wird zwar größtenteils durch die vorgesehene Endverwendung der elastomeren Urethanzusammensetzung bestimmt, jedoch enthält die Harzzusammensetzung vorzugsweise 1 bis 20 Gewichtsteile, besonders bevorzugt 6 bis etwa 15 Gewichtsteile und ganz besonders bevorzugt 8 bis etwa 10 Gewichtsteile Kettenverlängerungsmittel pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung.

Die Harzzusammensetzung kann auch das Antischaummittel als Additiv enthalten. In diesem Fall umfaßt das Antischaummittel vorzugsweise eine Silikonflüssigkeit, die im Handel von Dow Corning, Midland, MI, USA, unter dem Handelsnamen Antifoam-A erhältlich ist. Das Antischaummittel verringert in der Regel die Menge des aus der Reaktion von Wasser und Feuchtigkeit und der Isocyanatkomponente gebildeten gasförmigen Kohlendioxids. Wird es in die Harzzusammensetzung eingearbeitet, so wird das Antischaummittel vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 0,50 Gewichtsteilen und ganz besonders bevorzugt von 0,05 bis 0,15 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung eingearbeitet.

Die Harzzusammensetzung kann auch das Kettenabbruchmittel als Additiv enthalten. In diesem Fall handelt es sich bei dem Kettenabbruchmittel vorzugsweise um einen Alkohol. Besonders bevorzugt umfaßt das Kettenabbruchmittel einen primären Alkohol. Ganz besonders bevorzugt umfaßt das Kettenabbruchmittel eine Mischung von hochreinen primären C12-, C13-, C14- und C15-Alkoholen, die von Shell Chemical LP, Houston, TX, USA, unter dem Handelsnamen Neodol® 25 erhältlich ist. Wird es in die Harzzusammensetzung eingearbeitet, so wird das Kettenabbruchmittel vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 6 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt von 2 bis 4 Gewichtsteilen und ganz besonders bevorzugt 3 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung eingearbeitet.

Die Harzzusammensetzung kann auch den Wasserfänger als Additiv enthalten. Der Wasserfänger umfaßt vorzugsweise ein Molsieb. Ganz besonders bevorzugt ist das Molsieb im Handel von UOP, LLC, Des Plaines, IL, USA, unter dem Handelsnamen Molecular Sieve Type 3A erhältlich. Wird er in die Harzzusammensetzung eingearbeitet, so wird der Wasserfänger vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 2 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt von 0,5 bis 1,5 Gewichtsteilen und ganz besonders bevorzugt von 0,8 bis 1,2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung eingearbeitet.

Die Harzzusammensetzung kann auch die pyrogene Kieselsäure als Additiv enthalten. Die pyrogene Kieselsäure wirkt vorzugsweise als Suspendiermittel für den Wasserfänger. Die pyrogene Kieselsäure ist von Degussa AG, Düsseldorf, Deutschland, unter dem Handelsnamen Aerosil® R972 erhältlich. Wird sie in die Harzzusammensetzung eingearbeitet, so wird die pyrogene Kieselsäure vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 1,5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung eingearbeitet.

Die Harzzusammensetzung kann auch ein anderes Polyol als Polytetrahydrofuran enthalten, wenngleich dies weniger bevorzugt ist. Das andere Polyol als Polytetrahydrofuran kann in die Harzzusammensetzung als Verdünnungsmittel zum Lösen des Polytetrahydrofurans eingearbeitet werden. Wie an sich bekannt ist, kann Polytetrahydrofuran bei Raumtemperatur fest sein. Wird das Polyol eingearbeitet, so kann es sich dabei um ein beliebiges an sich bekanntes Polyol handeln. Das Polyol kann Pfropfpolyole umfassen und kann Polyetherpolyole, Polyesterpolyole, Polycarbonatpolyole und Kombinationen davon umfassen. Nunmehr bezugnehmend auf die Umsetzung der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung, können die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung bei einer beliebigen Temperatur und einem beliebigen Druck zu der elastomeren Urethanzusammensetzung umgesetzt werden, wie vom Fachmann gewählt. Die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung reagieren zwar spontan, aber die Reaktion kann verzögert und nicht ideal sein. Daher werden die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung vorzugsweise bei einer Temperatur von mehr als 38 °C [100 F] und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von ungefähr 66 °C [150°F] und bei einem Druck von ungefähr 1013 mbar [760 torr] umgesetzt. Die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung können auch bei einem beliebigen Isocyanat-Index umgesetzt werden, wie vom Fachmann bestimmt. Vorzugsweise setzt man bei der Umsetzung der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung bei einem Isocyanat-Index von 90 bis 115, besonders bevorzugt von 95 bis 105 und ganz besonders bevorzugt von 98 bis 102 um. Es versteht sich, daß die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung im Kopf der Spritzpistole (36) zu reagieren beginnen können und beim Aufbringen und/oder Versprühen und danach weiter reagieren können. Es ist vorgesehen, daß die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung nicht zu reagieren beginnen dürfen, bis sie vermischt werden.

Nunmehr bezugnehmend auf die Härtung der elastomeren Urethanzusammensetzung zur Bildung der ersten Schicht (22), kann die erste Schicht (22) bei einer beliebigen Temperatur und über einen beliebigen Zeitraum gehärtet werden. Vorzugsweise härtet man bei der Härtung der elastomeren Urethanzusammensetzung zur Bildung der ersten Schicht (22) bei einer Temperatur von mindestens 16 °C [60°F], besonders bevorzugt 16 bis 27 °C [60 bis 80 °F] und ganz besonders bevorzugt 18 bis 24 °C [65 bis 75 °F]. Die erste Schicht (22) kann nach der Härtung eine beliebige Dicke aufweisen. Vorzugsweise hat die erste Schicht (22) eine Dicke von 0,064 bis 0,508 cm [0,025 bis 0,2 Zoll], besonders bevorzugt von 0,064 bis 0,381 cm [0,025 bis 0,15 Zoll] und ganz besonders bevorzugt von ungefähr 0,127 cm [0,05 Zoll]. Es versteht sich, daß die erste Schicht (22) nicht die äußerste Schicht des Verbundgegenstands (20) sein muß und eine innere Schicht des Verbundgegenstands (20) sein kann. Die erste Schicht (22) kann jedoch die äußerste Schicht des Verbundgegenstands (20) sein und ist vorzugsweise eine Schauoberfläche des Verbundgegenstands (20).

Es wird angenommen, daß das spezifische Gewicht der ersten Schicht (22) zur Durchstoßfestigkeit des Verbundgegenstand (20) beiträgt, wie oben zuerst eingeführt. Das spezifische Gewicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung definiert als das Verhältnis der Dichte der ersten Schicht (22) zur Dichte von Wasser bei 25°C. Das spezifische Gewicht der ersten Schicht (22) beträgt 0,9 bis 1,15 g/ml, vorzugsweise 0,98 bis 1,15 g/ml, besonders bevorzugt 1,05 bis 1,15 g/ml, noch weiter bevorzugt 1,10 bis 1,15 g/ml und ganz besonders bevorzugt ungefähr 1,15 g/ml. Die erste Schicht (22) kann jedoch ein beliebiges spezifisches Gewicht zwischen 0,9 und 1,15 g/ml aufweisen.

Außerdem hat die erste Schicht (22) nach Härtung vorzugsweise eine Durchstoßfestigkeit von mehr als 446 g/cm [250 Pounds pro Zoll], besonders bevorzugt mehr als 714 g/cm [400 Pounds pro Zoll], noch weiter bevorzugt mehr als 893 g/cm [500 Pounds pro Zoll] und ganz besonders bevorzugt mehr als 1071 g/cm [600 Pounds pro Zoll], wie anhand einer Durchstoßfestigkeitsprüfmethode bestimmt. Die Durchstoßfestigkeitsprüfmethode dient zur Bestimmung der Durchstoßfestigkeit einer Probe der ersten Schicht (22) durch Messung der Kraft, die für das Eindringen einer einen Durchmesser von 0,254 cm [0,1 Zoll] aufweisenden Spitze einer scharfkantigen Durchstoßsonde in die Probe erforderlich ist. Im einzelnen wird eine Probe so geschnitten, daß sie einen Durchmesser von 3,048 cm [1,2 Zoll] hat. Die Probe wird um eine Öffnung eines Traginstruments herum angebracht, und eine Kante der Probe wird um die Öffnung herumgecrimpt, um die Probe in Position zu halten. Die Durchstoßsonde wird mit einer Geschwindigkeit von 5,08 cm [2 Zoll] pro Minute betrieben und durchstößt die Probe. Die zum Durchstoßen der Probe erforderliche Kraft wird durch die Dicke der Probe dividiert und als Durchstoßfestigkeit angegeben.

Des weiteren hat die erste Schicht (22) vorzugsweise auch eine Shore-A-Durometerhärte von 50 bis 100 und besonders bevorzugt von 50 bis 75, wie gemäß ASTM D-2240 bestimmt. Die Shore-A-Durometerhärte ist ein Maß für den Eindruckwiderstand der ersten Schicht (22).

Nunmehr bezugnehmend auf das Einbringen der von der elastomeren Urethanzusammensetzung verschiedenen Urethanzusammensetzung in die Formhöhlung (34), umfaßt die Urethanzusammensetzung vorzugsweise eine aufgeschäumte Urethanzusammensetzung. Die Urethanzusammensetzung kann bezüglich Dichte, Druckfestigkeit und anderen wichtigen Eigenschaften modifiziert werden und mit einem beliebigen physikalischen und/oder chemischen Treibmittel, das an sich bekannt ist, aufgeschäumt werden. Daher kann die Dichte der Urethanzusammensetzung unabhängig von der Dichte der elastomeren Urethanzusammensetzung reguliert werden.

Der Verbundgegenstand (20) kann auch zusätzliche Schichten enthalten. In diesem Fall sind die zusätzlichen Schichten vorzugsweise die gleichen wie die oben beschriebene zweite Schicht (24), die vorzugsweise ein gehärtetes Umsetzungsprodukt der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung umfaßt. Zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung sind jedoch auch zusätzliche Schichten vorgesehen, die von der zweiten Schicht (24) und von der ersten Schicht (22) verschieden sind. Bei Verwendung zusätzlicher Schichten können die zusätzlichen Schichten entweder auf der ersten und/oder der zweiten Schicht (24) und in Kontakt mit der ersten und/oder der zweiten Schicht (24) angeordnet sein oder von der ersten und/oder zweiten Schicht (24) getrennt sein.

Vorzugsweise dient die zweite Schicht (24) als Trägerschicht für die erste Schicht (22). Daher kann die Urethanzusammensetzung direkt auf die erste Schicht (22) aufgebracht werden, d.h. in Kontakt mit der ersten Schicht (22). Die Urethanzusammensetzung wird vorzugsweise nach dem Einbringen oder Einsprühen der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung (34) und vorzugsweise nach Härtung der ersten Schicht (22) in die Formhöhlung (34) eingebracht. Die Urethanzusammensetzung kann jedoch in die Formhöhlung (34) eingetragen werden, bevor die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung in die Formhöhlung (34) eingetragen oder eingesprüht und/oder gehärtet werden. Die Urethanzusammensetzung kann auch über dem Formtrennmittel und/oder der Beschichtungszusammensetzung (26), sofern vorhanden, und in deren Abwesenheit direkt in die Formhöhlung (34) eingebracht werden. In dieser Situation würden die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung auf die zweite Schicht (24) aufgebracht und danach gehärtet. Es ist vorgesehen, daß die Urethanzusammensetzung in die Formhöhlung (34) eingesprüht oder gegossen werden kann. Ganz besonders bevorzugt wird die Urethanzusammensetzung in die Formhöhlung (34) eingesprüht.

Nunmehr bezugnehmend auf das Härten der Urethanzusammensetzung in der Formhöhlung (34) zur Bildung des Verbundgegenstands (20), kann man bei der Härtung der Urethanzusammensetzung bei einer Temperatur von 38 bis 93 °C [100 bis 200 °F], besonders bevorzugt von 54 bis 66 °C [130 bis 150 °F] und ganz besonders bevorzugt von 60 °C [140 °F] und über einen Zeitraum von 1 bis 10 Minuten und besonders bevorzugt 2 bis 5 Minuten härten. Die zweite Schicht (24) kann nach Härtung eine beliebige Dicke aufweisen. Vorzugsweise hat die zweite Schicht (24) eine Dicke von 0,02 bis 0,5 cm und besonders bevorzugt von 0,051 bis 0,254 cm [0,02 bis 0,1 Zoll]. Bei dem Verfahren wird außerdem der Verbundgegenstand (20) aus der Formhöhlung (34) entfernt.

Der Verbundgegenstand (20) umfaßt eine erste Schicht (22) mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 bis 1,15 g/ml, die ein gehärtetes Umsetzungsprodukt (d.h. die gehärtete elastomere Urethanzusammensetzung) der Isocyanatkomponente und der das Polytetrahydrofuran enthaltenden Harzzusammensetzung umfaßt. Der Verbundgegenstand (20) umfaßt auch die auf der ersten Schicht (22) angeordnete zweite Schicht (24), die aus einer von dem gehärteten Umsetzungsprodukt verschiedenen gehärteten Urethanzusammensetzung gebildet wird. Die elastomere Urethanzusammensetzung wird vorzugsweise zur Herstellung von Verbundgegenständen (20) einschließlich Nichtautomobilteilen wie den in der Landwirtschaft, im Freiluftsport und bei marinen Anwendungen verwendeten Teilen verwendet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung der äußersten Schicht eines Sitzkörpers für eine landwirtschaftliche Anwendung verwendet.

BEISPIELE

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Reihe von elastomeren Urethanzusammensetzungen (Beispiele 1 bis 6) hergestellt. Die Herstellung der Beispiele 1 bis 6 erfolgt durch Einsprühen einer Isocyanatkomponente und einer Harzzusammensetzung in eine Formhöhlung (34) einer Form (32). Im einzelnen werden in den Beispielen 1 bis 3 die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung in einem weitgehend planaren Sprühmuster mit einer Fächerdüse (30) einer Spritzpistole (36) in die Formhöhlung (34) gesprüht. In den Beispielen 4 bis 6 werden die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung in einem konischen Sprühmuster mit einer Kegeldüse (28) der Spritzpistole (36) in die Formhöhlung (34) gesprüht.

Danach werden die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung dann zur Bildung der Beispiele 1 bis 6 umgesetzt. Danach werden die Beispiele 1 bis 6 48 Stunden bei Raumtemperatur gehärtet, was entsprechende erste Schichten (22) (Schichten 1 bis 6) ergibt. Die Schichten 1 bis 6 werden dann hinsichtlich Durchstoßfestigkeit und Shore-A-Durometerhärte beurteilt, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.

Außerdem wird eine zum Vergleich dienende elastomere Urethanzusammensetzung, Vergleichsbeispiel 1, hergestellt, in der aber kein Polytetrahydrofuran verwendet wird. Daher dient das Vergleichsbeispiel 1 als Kontrolle. Im einzelnen erfolgt die Herstellung des Vergleichsbeispiels 1 durch manuelles Mischen und Gießen der Isocyanatkomponente und einer zum Vergleich dienenden Harzzusammensetzung in die Formhöhlung (34). Die Isocyanatkomponente und die zum Vergleich dienende Harzzusammensetzung werden zur Bildung des Vergleichsbeispiels 1 umgesetzt. Im einzelnen enthält die zum Vergleich dienende Harzzusammensetzung kein Polytetrahydrofuran, sondern stattdessen ein anderes Polyetherol, Polyetherol 1. Nach der Bildung wird auch das Vergleichsbeispiel 1 48 Stunden bei Raumtemperatur gehärtet, was eine entsprechende zum Vergleich dienende erste Schicht (Vergleichsschicht 1) ergibt. Die Vergleichsschicht 1 wird dann ebenfalls hinsichtlich Durchstoßfestigkeit und Shore-A-Durometerhärte beurteilt, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.

Die zur Herstellung der Beispiele 1 bis 6 verwendete Harzzusammensetzung enthält Polytetrahydrofuran, zwei Polymerisationskatalysatoren, ein erstes und ein zweites Kettenverlängerungsmittel, das Kettenabbruchmittel, das Antischaummittel, das Molsieb und die pyrogene Kieselsäure, wie nachstehend in Tabelle 1 aufgeführt. Die zur Bildung des Vergleichsbeispiels 1 verwendete zum Vergleich dienende Harzzusammensetzung enthält Polyetherol 1, die beiden Polymerisationskatalysatoren, das erste und zweite Kettenverlängerungsmittel, das Kettenabbruchmittel, das Antischaummittel, das Molsieb und die pyrogene Kieselsäure, wie ebenfalls nachstehend in Tabelle 1 aufgeführt. Alle Mengen in Tabelle 1 sind Gewichtsteile, bezogen auf das Gesamtgewicht der Harzzusammensetzung einschließlich des Polytetrahydrofurans für die Beispiele 1 bis 6 bzw. des Polyetherols 1 für das Vergleichsbeispiel 1, sofern nicht anders vermerkt.

Nach der Härtung der Beispiele 1 bis 6 und des Vergleichsbeispiels 1 über einen Zeitraum von 48 Stunden bei Raumtemperatur zur Bildung der Schichten 1 bis 6 bzw. der Vergleichsschicht 1 werden Proben jeder der Schichten 1 bis 6 und der Vergleichsschicht 1 nach einer Durchstoßfestigkeitsprüfung zur Bestimmung der Durchstoßfestigkeit und nach ASTM D-2240 zur Bestimmung der Shore-A-Durometerhärte beurteilt, wie in Tabelle 1 aufgeführt. Die wie oben beschriebene Durchstoßfestigkeitsprüfung dient zur Bestimmung der Durchstoßfestigkeit von Proben der Schichten 1 bis 6 und der Vergleichsschicht 1 durch Messung der Kraft, die für das Eindringen einer einen Durchmesser von 0,254 cm [0,1 Zoll] aufweisenden Spitze einer scharfkantigen Durchstoßsonde in die Proben der Schichten 1 bis 6 und der Vergleichsschicht 1 erforderlich ist. Die ASTM D-2240 (d.h. die Prüfung der Shore-A-Durometerhärte) dient zur Bestimmung des Eindruckwiderstands der Schichten 1 bis 6 und der Vergleichsschicht 1. In Tabelle 1 finden sich u.a. die Ergebnisse der Durchstoßfestigkeitsprüfung und der ASTM D-2240 zur Bestimmung der Shore-A-Durometerhärte.

TABELLE 1

TABELLE 1 (Forts.)

TABELE 1 (Forts.)

Das Polytetrahydrofuran, das im Handel von BASF Corporation, Wyandotte, MI, USA, unter dem Handelsnamen PolyTHF® 1000 erhältlich ist, ist ein difunktionelles, lineares, gesättigtes Polyetherpolyol mit einer Hydroxylzahl von 106,9 bis 118,1 mg KOH/g und einem zahlenmittleren Molekulargewicht von ungefähr 1000 g/mol. Das PolyTHF® 1000 stammt aus der Polymerisation von Tetrahydrofuran.

Das Polyetherol 1, das im Handel von BASF Corporation, Wyandotte, MI, USA, unter dem Handelsnamen Pluracol® 380 erhältlich ist, ist ein prim.-hydroxylterminiertes Triol mit einer Ethylenoxid-Verkappung von 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyetherols 1 mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 6500 g/mol, einer Hydroxylzahl von 25 mg KOH/g und einer nominellen Funktionalität von 2,29.

Das erste Kettenverlängerungsmittel, bei dem es sich um 1,4-Butandiol handelt, ist im Handel von BASF Corporation, Wyandotte, MI, USA, erhältlich.

Das zweite Kettenverlängerungsmittel, bei dem es sich um 1,3-Butandiol handelt, ist im Handel von GE Silicones, Wilton, CT, USA, unter dem Handelsnamen NIAX® Processing Additive DP-1022 erhältlich.

Das Kettenabbruchmittel, bei dem es sich um eine Mischung von hochreinen primären C12-, C13-, C14- und C15-Alkoholen handelt, ist von Shell Chemicals, Houston, TX, USA, unter dem Handelsnamen Neodol® 25 erhältlich.

Das Antischaummittel, bei dem es sich um eine Silikonflüssigkeit handelt, ist im Handel von Dow Corning, Midland, MI, USA, unter dem Handelsnamen Antifoam-A erhältlich.

Das Molsieb ist im Handel von UOP, LLC, Des Plaines, IL, USA, unter dem Handelsnamen Molecular Sieve Type 3A erhältlich.

Die pyrogene Kieselsäure ist im Handel von Degussa AG, Düsseldorf, Deutschland, unter dem Handelsnamen Aerosil® R972 erhältlich.

Der Polymerisationskatalysator 1 ist mit Ethylhexansäure blockiertes 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en, das im Handel von Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA, USA, unter der Handelsbezeichnung Polycat® SA-102 erhältlich ist.

Der Polymerisationskatalysator 2, bei dem es sich um eine Mischung von Triethylendiamin und 1,4-Butandiol handelt, ist im Handel von Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA, USA, unter dem Handelsnamen DABCO® S-25 erhältlich.

Bei der Isocyanatkomponente, die im Handel von BASF Corporation, Wyandotte, MI, USA, unter dem Handelsnamen Lupranate MP-102 erhältlich ist, handelt es sich um ein flüssiges modifiziertes reines Diphenylmethandiisocyanat mit einem prozentualen NCO-Gehalt von 23%, einer nominellen Funktionalität von 2, einer Viskosität von 700 mPa.s [700 cP] bei 25°C, einem zahlenmittleren Äquivalentgewicht von 183 g/Äq. und einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 366 g/mol.

Der Isocyanat-Index, wie oben zuerst eingeführt, ist definiert als das Verhältnis der Zahl der Isocyanatgruppen (NCO) in der Isocyanatkomponente zur Zahl der Hydroxylgruppen (OH) in dem Polytetrahydrofuran für die Beispiele 1 bis 6 bzw. des Polyetherols 1 für Vergleichsbeispiel 1.

Das Gewichtsverhältnis ist das Verhältnis der Gewichtsteile der umgesetzten Isocyanatkomponente zu den Gewichtsteilen des umgesetzten Polytetrahydrofurans für die Beispiele 1 bis 6 bzw. des Polyetherols 1 für Vergleichsbeispiel 1.

% NCO ist der gewichtsbezogene Prozentanteil der NCO-Gruppen der Isocyanatkomponente. Die Bestimmung des gewichtsbezogenen prozentualen NCO-Gehalts erfolgt durch dem Fachmann bekannte Analyse mittels standardmäßiger chemischer Titration. Die Ergebnisse der Durchstoßfestigkeitsbestimmungen zeigen, daß die den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Beispielen 1 bis 6 entsprechenden Schichten 1 bis 6 eine hervorragende Durchstoßfestigkeit aufweisen, wodurch die Notwendigkeit der kontinuierlichen Erhöhung der Dicke der ersten Schicht (22) zur Erhöhung der Durchstoßfestigkeit beseitigt wird. Die Bestimmungen der Durchstoßfestigkeit der Schichten 1 bis 6 läßt darauf schließen, daß jede der Schichten 1 bis 6 zur Verwendung als äußerste Schicht bei Nichtautomobil-Sitzanwendungen geeignet ist. Die Ergebnisse der Bestimmungen der Shore-A-Durometerhärte zeigen, daß die den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Beispielen 1 bis 6 entsprechenden Schichten 1 bis 6 eine so große Shore-A-Durometerhärte aufweisen, daß jede der Schichten 1 bis 6 zur Verwendung als äußerste Schicht bei Nichtautomobil-Sitzanwendungen geeignet ist.

Offensichtlich sind im Licht der obigen Lehren zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Die Erfindung kann innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche auch anders als spezifisch beschrieben ausgeführt werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Verbundgegenstands in einer Form mit einer Formhöhlung, bei dem man:

a) in die Formhöhlung eine Isocyanatkomponente und eine Polytetrahydrofuran enthaltende Harzzusammensetzung einbringt;

b) die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung zu einer elastomeren Urethanzusammensetzung umsetzt;

c) die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung einer ersten Schicht mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 bis 1,15 g/ml härtet;

d) in die Formhöhlung eine von der elastomeren Urethanzusammensetzung verschiedene Urethanzusammensetzung einbringt;

e) die Urethanzusammensetzung in der Formhöhlung zur Bildung einer zweiten Schicht und zur Bildung des Verbundgegenstands härtet; und

f) den Verbundgegenstand aus der Formhöhlung entfernt.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundgegenstands in einer Form mit einer Formhöhlung, bei dem man:

a) in die Formhöhlung eine Isocyanatkomponente und eine Polytetrahydrofuran enthaltende Harzzusammensetzung in einem konischen Sprühmuster oder einem weitgehend planaren Sprühmuster einsprüht;

b) die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung zu einer elastomeren Urethanzusammensetzung umsetzt;

c) die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung einer ersten Schicht härtet;

d) in die Formhöhlung eine von der elastomeren Urethanzusammensetzung verschiedene Urethanzusammensetzung einbringt;

e) die Urethanzusammensetzung in der Formhöhlung zur Bildung einer zweiten Schicht und zur Bildung des Verbundgegenstands härtet; und

g) den Verbundgegenstand aus der Formhöhlung entfernt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man beim Einsprühen der Isocyanatkomponente und/oder der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung in einem konischen Sprühmuster in die Formhöhlung einsprüht. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem man beim Einsprühen der Isocyanatkomponente und/oder der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung in einem konischen Sprühmuster die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung mit einer Kegeldüse in die Formhöhlung einsprüht. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man beim Einsprühen der Isocyanatkomponente und/oder der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung in einem weitgehend planaren Sprühmuster in die Formhöhlung einsprüht. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem man beim Einsprühen der Isocyanatkomponente und/oder der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung in einem weitgehend planaren Sprühmuster die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung mit einer Fächerdüse in die Formhöhlung einsprüht. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die erste Schicht ein spezifisches Gewicht von 0,9 bis 1,15 g/ml aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Harzzusammensetzung mindestens 60 Gewichtsteile Polytetrahydrofuran pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung enthält. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Harzzusammensetzung weitgehend frei von anderen Polyolen als Polytetrahydrofuran ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Harzzusammensetzung ferner einen Polymerisationskatalysator enthält, der in der Harzzusammensetzung in einer Menge von 0,02 bis 1,5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung vorliegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Harzzusammensetzung ferner ein Additiv aus der Gruppe bestehend aus Kettenverlängerungsmitteln, Antischaummitteln, Verarbeitungsadditiven, Weichmachern, Kettenabbruchmitteln, oberflächenaktiven Mitteln, Haftvermittlern, Flammschutzmitteln, Antioxidantien, Wasserfängern, pyrogenen Kieselsäuren, Farbstoffen, UV-Lichtschutzmitteln, Füllstoffen, Thixotropiermitteln und Kombinationen davon enthält. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Isocyanatkomponente ein aromatisches Isocyanat umfaßt. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem es sich bei dem aromatischen Isocyanat um 4,4'-Methylendiisocyanat handelt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem man bei der Umsetzung der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung bei einem Isocyanat-Index von 95 bis 105 umsetzt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Harzzusammensetzung ferner ein anderes Polyol als Polytetrahydrofuran enthält. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem man bei der Härtung der elastomeren Urethanzusammensetzung zur Bildung der ersten Schicht die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung der ersten Schicht bei einer Temperatur von 16 bis 27 °C [60 bis 80°F] härtet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem man bei der Härtung der Urethanzusammensetzung in der Formhöhlung die Urethanzusammensetzung in der Formhöhlung bei einer Temperatur von 54 bis 66 °C [130 bis 150°F] und über einen Zeitraum von 2 bis 5 Minuten härtet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem die Urethanzusammensetzung eine aufgeschäumte Urethanzusammensetzung umfaßt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die erste Schicht eine Dicke von 0,064 bis 0,381 cm [0,025 bis 0,15 Zoll] aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die Harzzusammensetzung im wesentlichen aus Polytetrahydrofuran besteht. Verbundgegenstand, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 20. Verbundgegenstand nach Anspruch 21, bei dem die erste Schicht ferner als eine Schauoberfläche des Verbundgegenstands definiert ist.






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

Patent Zeichnungen (PDF)

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