Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermischung von reaktiven Komponenten zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen, ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen und die Verwendung dieser Polyurethan- Schaumstoffe.

Polyurethan-Schaumstoffe werden erhalten durch Reaktion von einer Isocyanat-reaktiven Komponente mit einem Isocyanat. Zur Vermischung dieser beiden Komponenten werden die Isocyanat-reaktive Komponente und das Isocyanat separat in eine Mischkammer zugeführt. Die Mischung der beiden Komponenten erfolgt dabei beispielsweise durch Gegenstrominjektion oder durch ein Mischelement, wie z. B. einen Stachelrührer. Bei der Vermischung kommt es bereits zu Reaktionen der beiden Komponenten miteinander und es bilden sich Ablagerungen im Bereich von Totzonen und Wandungen. Diese Ablagerungen wachsen mit der Zeit an und es ist notwendig diese zu entfernen um eine Blockade der Mischkammer zu verhindern.

Hierzu werden beispielsweise bei Gegenstrominjektionsmischköpfen Reinigungsstößel eingesetzt, was zu einer Limitierung des Verfahrens hinsichtlich des Füllstoffgehalts an festen Additiven der Reaktionsmischung führt (EP2886280). DE 41 11 458 CI offenbart eine Mischkammer mit einer Mischschnecke als Mischelement, wobei die Mischkammer und Mischschnecke konisch ausgeführt sind und die Mischschnecke mit einer Geschwindigkeit von 5000 bis 10000 U/min rotiert. Nachteil dieser Ausführung ist der komplexe Aufbau und ein notwendiger zusätzlicher Schritt zur Reinigung der Mischschnecke bei hohen Geschwindigkeiten im Bereich von 15000 bis 20000 U/min.

Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der ein geringer Aufwand zur Reinigung und Instandhaltung notwendig ist und somit längere Standzeiten in Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen erzielt werden können. Gleichzeitig sollte die Auftragsmenge und Verweilzeit für großtechnische Prozesse geeignet sein.

Überraschend wurde gefunden, dass die technische Aufgabe gelöst wird durch eine Vorrichtung zur Vermischung von reaktiven Komponenten zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen umfassend eine Mischkammer enthaltend ein Mischelement, dadurch gekennzeichnet, dass als Mischelement zwei dichtkämmende Schneckenwellen eingesetzt werden, die geeignet sind mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1200 U/min zu rotieren, wobei die zwei rotierenden Wellen ineinandergreifen, mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren und die gleichen Maße hinsichtlich ihres Durchmessers von jeweils 10 mm bis 80 mm und hinsichtlich ihrer Länge vom 3- bis 20-fachen des jeweiligen Durchmessers aufweisen.

Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan- Schaumstoffen durch Vermischung von Al) Isocyanat-reaktive Komponente,

A2) Treibmittel,

A3) gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoff,

A4) Flammschutzmittel mit

B) einer Isocyanatkomponente, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten A) und B) mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermischt wurden.

Bevorzugt handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein kontinuierlich durchgeführtes Verfahren.

Die als Mischelement eingesetzten Schneckenwellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung rotieren mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1200 U/min, bevorzugt von mehr als 1200 U/min bis 25000 U/min, besonders bevorzugt von 2000 U/min bis 20000 U/min und insbesondere bevorzugt von 2500 U/min bis 15000 U/min. Noch mehr bevorzugt rotieren die als Mischelement eingesetzten Schneckenwellen mit einer Geschwindigkeit von mehr als 4000 U/min oder mehr als 4200 U/min, am meisten bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mehr als 4000 U/min bis 15000 U/min oder mehr als 4200 U/min bis 15000 U/min. Bevorzugt werden als Mischelement zwei dichtkämmende Schneckenwellen eingesetzt, die geeignet sind, mit einer Geschwindigkeit von mehr als 4000 U/min oder mehr als 4200 U/min zu rotieren. Der Durchmesser der einzelnen rotierenden Schneckenwelle beträgt 10 mm bis 80 mm, bevorzugt 20 mm bis 60 mm, besonders bevorzugt 30 mm bis 60 mm und die Länge der einzelnen rotierenden Schneckenwelle beträgt das 3- bis 20-fache, bevorzugt 5- bis 15-fache, besonders bevorzugt 8 bis 12-fache des Durchmessers.

Weiterhin bevorzugt weist das Mischelement ein Spaltmaß im Verhältnis zum Gehäusedurchmesser von wenigstens 1 pm/mm, insbesondere bevorzugt von wenigstens 2.5 pm/mm. Vorzugsweise weist das Mischelement ein Spaltmaß im Verhältnis zum Gehäusedurchmesser von höchstens 20 pm/mm auf.

Es ist bevorzugt, dass die Geschwindigkeit und die Maße der rotierenden Schneckenwellen so miteinander abgestimmt sind, dass die mittlere Verweilzeit der reaktiven Komponenten in der Mischkammer weniger als 10 Sekunden, vorzugsweise von 0,01 bis weniger als 10 Sekunden, weiter bevorzugt kleiner 5 Sekunden, besonders bevorzugt kleiner 2 Sekunden beträgt. Die Bestimmung der mittleren Verweilzeit ist dem Fachmann geläufig und kann beispielsweise durch Zugabe eines Tracers gemessen werden.

Das Zuführen der reaktiven Komponenten in die Mischkammer kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Generell wird das zu vermischende Material über geeignete Öffnungen von außen in die Mischkammer eingebracht. Dies können z.B. Düsen, Injektionslanzen oder einfach nur Öffnungen sein. Es können alle reaktiven Komponenten bereits vor der Mischkammer zusammengeführt und als ein Stoffstrom in die Mischkammer gegeben werden. Dieser wird dann in der Mischkammer vermischt. Es können aber auch alle reaktiven Komponenten einzeln der Mischkammer zugeführt werden. Dabei ist die Anzahl der reaktiven Komponenten nicht auf zwei beschränkt, es können auch drei oder mehr sein. Es können auch einzelne Bestandteile einer üblicherweise vorgemischten Komponente einzeln zudosiert werden, die Vermischung übernimmt dann ebenfalls das Mischelement.

Das Zuführen der zu vermischenden Komponenten kann an der gleichen Position des Mischelementes in Längsrichtung (Wellenrichtung bzw. Förderrichtung) gesehen erfolgen. Dann müssen natürlich unterschiedliche Positionen in Umfangsrichtung gewählt werden, es sei denn, alle Komponenten werden gemeinsam an einer Stelle zugeführt. Die Komponenten können aber auch an unterschiedlichen Positionen in Längsrichtung und, falls gewünscht, auch in Umfangsrichtung zugeführt werden. Wichtig ist, dass am Ende der Mischkammer die gewünschte Vermischung erreicht wird. Dabei kann die Zuführposition z.B. in Längsrichtung so gewählt werden, dass schwer zu vermischende Komponenten am Anfang der Mischkammer und leicht zu vermischende Komponenten am Ende der Mischkammer zugeführt werden. Es können z.B. auch Komponenten, die keine zu intensive Mischung vertragen, eher zum Ende der Mischkammer zugeführt werden.

Am Ende der Mischkammer steht das vermischte Reaktionsgemisch dann zur weiteren Nutzung oder Verarbeitung bereit. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden.

Das Profil der Schneckenwellen kann ein- oder mehrgängig ausgeführt sein, kann also einen oder mehrere Schneckengänge aufweisen. Bevorzug ist ein mehrgängiges Profil, besonders bevorzugt ein zweigängiges Profil. Solche Profile sind bevorzugt, weil dadurch ein größeres freies Volumen bei gleichzeitig gutem Druckaufbauvermögen erzielt werden kann. Die einhüllende Fläche der rotierenden Wellen ist vorzugsweise zylindrisch, kann aber auch konisch sein oder weitere Formen annehmen.

Als Isocyanat-reaktive Komponente Al wird mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen, Polyetheresterpolyolen, Polycarbonatpolyolen und Polyether-Polycarbonatpolyolen eingesetzt. Bevorzugt sind Polyesterpolyole und/oder Polyetherpolyole. Die Isocyanat-reaktive Komponente Al kann bevorzugt eine Hydroxylzahl zwischen 25 bis 800 mg KOH/g, insbesondere 50 bis 500 mg KOH/g und besonders bevorzugt 100 bis 300 mg KOH/g aufweisen. Vorzugsweise weist die einzelne Polyolkomponente ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 120 g/mol bis 6000 g/mol, insbesondere 400 g/mol bis 2000 g/mol und besonders bevorzugt 500 g/mol bis 1000 g/mol auf.

Die zahlenmittlere Molmasse M _n (auch: Molekulargewicht) wird im Rahmen dieser Erfindung durch Gelpermeationschromatographie nach DIN 55672-1 (August 2007) bestimmt.

Die OH-Zahl (auch: Hydroxylzahl) gibt im Falle eines einzelnen zugesetzten Polyols dessen OH-Zahl an. Angaben der OH-Zahl für Mischungen beziehen sich auf die zahlenmittlere OH-Zahl der Mischung, berechnet aus den OH-Zahlen der einzelnen Komponenten in ihren jeweiligen molaren Anteilen. Die OH-Zahl gibt die Menge an Kaliumhydroxid in Milligramm an, welche der bei einer Acetylierung von einem Gramm Substanz gebundenen Menge Essigsäure gleichwertig ist. Die OH-Zahl wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung nach der Norm DIN 53240-1 (Juni 2013) bestimmt.

„Funktionalität“ bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung die theoretische, aus den bekannten Einsatzstoffen und deren Mengenverhältnissen berechnete mittlere Funktionalität (Anzahl an gegenüber Isocyanaten bzw. gegenüber Polyolen reaktiven Funktionen im Molekül).

Die Polyesterpolyole der Komponente Al können beispielsweise Polykondensate aus mehrwertigen Alkoholen, vorzugsweise Diolen, mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, und Polycarbonsäuren, wie z.B. Di-, Tri- oder sogar Tetracarbonsäuren, oder Hydroxycarbonsäuren oder Lactonen sein, bevorzugt werden aromatische Dicarbonsäuren oder Gemische aus aromatischen und aliphatischen Dicarbonsäuren verwendet. Anstelle der freien Polycarbonsäuren können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder entsprechende Polycarbonsäureester von niederen Alkoholen zur Herstellung der Polyester verwendet werden. Bevorzugt verwendet werden Phthalsäureanhydrid, Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure.

Als Carbonsäuren kommen insbesondere in Betracht: Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebazinsäure, Decandicarbonsäure, Tetrahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäure, Cyclohexandicarbonsäure,

Tetrachlorphthalsäure, Itaconsäure, Malonsäure, 2-Methylbemsteinsäure, 3,3- Diethylglutarsäure, 2,2-Dimethylbemsteinsäure, Dodekandisäure,

Endomethylentetrahydrophthalsäure, Dimerfettsäure, Trimerfettsäure, Zitronensäure, Trimellithsäure, Benzoesäure, Trimellitsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure und Terephthalsäure. Verwendet werden können ebenso Derivate dieser Carbonsäuren, wie beispielsweise Dimethylterephthalat. Die Carbonsäuren können dabei sowohl einzeln als auch im Gemisch verwendet werden. Als Carbonsäuren werden bevorzugt Adipinsäure, Sebacinsäure und/oder Bernsteinsäure, besonders bevorzugt Adipinsäure und/oder Bemsteinsäure, verwendet.

Hydroxycarbonsäuren, die als Reaktionsteilnehmer bei der Herstellung eines Polyesterpolyols mit endständigen Hydroxylgruppen mitverwendet werden können, sind beispielsweise Hydroxycapronsäure, Hydroxybuttersäure, Hydroxydecansäure, Hydroxystearinsäure und dergleichen. Geeignete Lactone sind unter anderem Caprolacton, Butyrolacton und Homologe.

Zur Herstellung der Polyesterpolyole kommen insbesondere auch biobasierte Ausgangsstoffe und/oder deren Derivate in Frage, wie z. B. Rizinusöl, Polyhydroxyfettsäuren, Ricinolsäure, Hydroxyl-modifizierte Öle, Weintraubenkemöl, schwarzem Kümmelöl, Kürbiskemöl, Borretschsamenöl, Sojabohnenöl, Weizensamenöl, Rapsöl, Sonnenblumenkernöl, Erdnussöl, Aprikosenkernöl, Pistazienöl, Mandelöl, Olivenöl, Macadamianussöl, Avocadoöl, Sanddomöl, Sesamöl, Hanföl, Haselnussöl, Primelöl, Wildrosenöl, Distelöl, Walnussöl, Fettsäuren, hydroxylmodifizierte und epoxidierte Fettsäuren und Fettsäureester, beispielsweise basierend auf Myristoleinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Vaccensäure, Petroselinsäure, Gadoleinsäure, Erukasäure, Nervonsäure, Linolsäure, alpha- und gamma-Linolensäure, Stearidonsäure, Arachidonsäure, Timnodonsäure, Clupanodonsäure und Cervonsäure. Insbesondere bevorzugt sind Ester der Rizinolsäure mit mehrfunktionellen Alkoholen, z.B. Glycerin. Bevorzugt ist auch die Verwendung von Mischungen solcher biobasierten Säuren mit anderen Carbonsäuren, z.B. Phthalsäuren.

Beispiele für geeignete Diole sind Ethylenglykol, Butylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyalkylenglykole wie Polyethylenglykol, weiterhin 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol und Isomere, Neopentylglykol oder Hydroxypivalinsäureneopentylglykolester. Vorzugsweise verwendet werden Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol oder Mischungen aus mindestens zwei der genannten Diole, insbesondere Mischungen aus 1,4- Butandiol, 1,5-Pentandiol und 1,6-Hexandiol.

Daneben können auch Polyole wie Trimethylolpropan, Glycerin, Erythrit, Pentaerythrit, Trimethylolbenzol oder Trishydroxyethylisocyanurat eingesetzt werden, wobei Glycerin und Trimethylolpropan bevorzugt sind.

Es können zusätzlich auch einwertige Alkanole mit verwendet werden.

Erfindungsgemäß eingesetzte Polyetherpolyole werden nach dem Fachmann bekannten Herstellungsmethoden erhalten, wie beispielsweise durch anionische Polymerisation von einem oder mehreren Alkylenoxiden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen mit Alkalihydroxiden, wie Natrium- oder Kaliumhydroxid, Alkalialkoholaten, wie Natriummethylat, Natrium oder Kaliumethylat oder Kaliumisopropylat, oder aminischen Alkoxylierung s- Katalysatoren, wie Dimethylethanolamin (DMEOA), Imidazol und/oder Imidazolderivate, unter Verwendung mindestens eines Startermoleküls, das 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6 reaktive Wasserstoffatome gebunden enthält.

Geeignete Alkylenoxide sind beispielsweise Tetrahydrofuran, 1,3 -Propylenoxid, 1,2- bzw. 2,3-Butylenoxid, Styroloxid und vorzugsweise Ethylenoxid und 1,2-Propylenoxid. Die Alkylenoxide können einzeln, alternierend nacheinander oder als Mischungen verwendet werden. Bevorzugte Alkylenoxide sind Propylenoxid und Ethylenoxid, besonders bevorzugt ist Ethylenoxid. Die Alkylenoxide können in Kombination mit CO2 umgesetzt werden.

Als Startermoleküle kommen beispielsweise in Betracht: Wasser, organische Dicarbonsäuren, wie Bernsteinsäure, Adipinsäure, Phthalsäure und Terephthalsäure, aliphatische und aromatische, gegebenenfalls N-mono-, N,N- und N,N'-dialkylsubstituierte Diamine mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, wie gegebenenfalls mono- und dialkylsubstituiertes Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, 1,3- Propylendiamin, 1,3- bzw. 1,4-Butylendiamin, 1,2-, 1,3-, 1,4-, 1,5- und 1,6- Hexamethylendiamin, Phenylendiamine, 2,3-, 2,4- und 2,6-Toluylendiamin und 2,2'-, 2,4'- und 4,4'-Diaminodiphenylmethan.

Vorzugsweise verwendet werden zwei oder mehrwertige Alkohole, wie Ethandiol, 1,2- und 1,3-Propandiol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Triethanolamin, Bisphenole, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit und Saccharose.

Verwendbare Polycarbonatpolyole sind Hydroxylgruppen aufweisende Polycarbonate, zum Beispiel Polycarbonatdiole. Diese entstehen in der Reaktion von Kohlensäurederivaten, wie Diphenylcarbonat, Dimethylcarbonat oder Phosgen, mit Polyolen, bevorzugt Diolen.

Beispiele derartiger Diole sind Ethylenglykol, 1,2- und 1,3-Propandiol, 1,3- und 1,4- Butandiol, 1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, Neopentylglykol, 1,4-

Bishydroxymethylcyclohexan, 2-Methyl- 1 ,3-propandiol, 2,2,4-Trimethylpentandiol- 1 ,3 , Dipropylenglykol, Polypropylenglykole, Dibutylenglykol, Polybutylenglykole, Bisphenole und lactonmodifizierte Diole der vorstehend genannten Art. Statt oder zusätzlich zu reinen Polycarbonatdiolen können auch Polyether- Polycarbonatdiole eingesetzt werden, welche beispielsweise durch Copolymerisation von Alkylenoxiden, wie zum Beispiel Propylenoxid, mit CO2 erhältlich sind.

Verwendbare Polyetheresterpolyole sind solche Verbindungen, die Ethergruppen, Estergruppen und OH-Gruppen enthalten. Organische Dicarbonsäuren mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen sind zur Herstellung der Polyetheresterpolyole geeignet, vorzugsweise aliphatische Dicarbonsäuren mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen oder aromatische Dicarbonsäuren, die einzeln oder im Gemisch verwendet werden. Beispielhaft seien Korksäure, Azelainsäure, Decandicarbonsäure, Furandicarbonsäure, Maleinsäure, Malonsäure, Phthalsäure, Pimelinsäure und Sebacinsäure sowie insbesondere Glutarsäure, Fumarsäure, Bemsteinsäure, Adipinsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure und Isoterephthalsäure genannt. Neben organischen Dicarbonsäuren können auch Derivate dieser Säuren, beispielsweise deren Anhydride sowie deren Ester und Halbester mit niedermolekularen, monofunktionellen Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. Der anteilige Einsatz der oben genannten biobasierten Ausgangsstoffe, insbesondere von Fettsäuren bzw. Fettsäurederivaten (Ölsäure, Sojaöl etc.) ist ebenfalls möglich und kann Vorteile aufweisen, z.B. im Hinblick auf Lagerstabilität der Polyolformulierung, Dimensions Stabilität, Brandverhalten und Druckfestigkeit der Schäume.

Als weitere Komponente zur Herstellung der Polyetheresterpolyole werden Polyetherpolyole eingesetzt, die man durch Alkoxylieren von Startermolekülen wie mehrwertigen Alkoholen erhält. Die Startermoleküle sind mindestens difunktionell, können aber gegebenenfalls auch Anteile höherfunktioneller, insbesondere trifunktioneller, Startermoleküle enthalten.

Startermoleküle sind zum Beispiel Diole wie 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,2- Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentendiol, 1,5-Pentandiol, Neopentylglykol, 1,6- Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,10-Decandiol, 2-Methyl-l,3-propandiol, 2,2- Dimethyl-l,3-propandiol, 3-Methyl-l,5-pentandiol, 2-Butyl-2-ethyl-l,3-propandiol, 2- Buten-l,4-diol und 2-Butin-l,4-diol, Etherdiole wie Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dibutylenglykol, Tributylenglykol, Tetrabutylenglykol, Dihexylenglykol, Trihexylenglykol, Tetrahexylenglykol und Oligomerengemische von Alkylenglykolen, wie Diethylenglykol. Auch Startermoleküle mit von OH verschiedenen Funktionalitäten können alleine oder in Mischung eingesetzt werden. Neben den Diolen können als Startermoleküle für die Herstellung der Polyether auch Verbindungen mit mehr als 2 Zerewitinoff-aktiven Wasserstoffen, besonders mit zahlenmittleren Funktionalitäten von 3 bis 8, insbesondere von 3 bis 6 mitverwendet werden, zum Beispiel 1,1,1-Trimethylolpropan, Triethanolamin, Glycerin, Sorbitan und Pentaerythrit sowie auf Triolen oder Tetraoien gestartete Polyethylenoxidpolyole.

Polyetheresterpolyole können auch durch die Alkoxylierung, insbesondere durch Ethoxylierung und/oder Propoxylierung, von Reaktionsprodukten, die durch die Umsetzung von organischen Dicarbonsäuren und deren Derivaten sowie Komponenten mit Zerewitinoff-aktiven Wasserstoffen, insbesondere Diolen und Polyolen, erhalten werden, hergestellt werden. Als Derivate dieser Säuren können beispielsweise deren Anhydride eingesetzt werden, wie zum Beispiel Phthalsäureanhydrid.

Es ist auch möglich, Polyester- und Polyetherpolyole über Glykolyse von geeigneten Polymer-Rezyklaten zu gewinnen. Geeignete Polyether-Polycarbonatpolyole und ihre Herstellung werden beispielsweise in der EP 2 910 585 Al, [0024]-[0041], beschrieben. Beispiele zu Polycarbonatpolyolen und ihre Herstellung finden sich unter anderem in der EP 1 359 177 Al. Die Herstellung geeigneter Polyetheresterpolyole ist unter anderem in der WO 2010/043624 A und in der EP 1 923 417 A beschrieben.

Weiterhin können in der Isocyanat-reaktiven Komponente Al niedermolekulare Isocyanat- reaktive Verbindungen enthalten sein, insbesondere können di- oder trifunktionelle Amine und Alkohole, besonders bevorzugt Diole und/oder Triole mit Molmassen M _n kleiner als 400 g/mol, vorzugsweise von 60 bis 300 g/mol, zum Einsatz kommen, z.B. Triethanolamin, Diethylenglykol, Ethylenglykol und Glycerin. Sofern zur Herstellung der Polyurethan-Schaumstoffe solche niedermolekularen Isocyanat-reaktiven Verbindungen Anwendung finden, z.B. in der Funktion als Kettenverlängerungsmittel und/oder Vemetzungsmittel kommen diese zweckmäßigerweise in einer Menge von bis zu 5 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponente Al, zum Einsatz.

Neben den oben beschriebenen Polyolen und Isocyanat-reaktiven Verbindungen können in der Komponente Al weitere Isocyanat-reaktive Verbindungen enthalten sein, beispielsweise Graft-Polyole, Polyamine, Polyaminoalkohole und Polythiole. Selbstverständlich umfassen die beschriebenen Isocyanat-reaktiven Komponenten auch solche Verbindungen mit gemischten Funktionalitäten. Die Komponente Al kann aus einer oder mehreren der oben genannten Isocyanat- reaktiven Komponenten bestehen.

Als Treibmittel A2 kann physikalisches Treibmittel eingesetzt werden, wie beispielsweise niedrig siedende organische Verbindungen, wie z.B. Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Ether, Ketone, Carbonsäureester oder Kohlensäureester. Geeignet sind insbesondere organische Verbindungen, welche gegenüber der Isocyanatkomponente B inert sind und Siedepunkte unter 100 °C, vorzugsweise unter 50 °C bei Atmosphärendruck aufweisen. Diese Siedepunkte haben den Vorteil, dass die organischen Verbindungen unter dem Einfluss der exothermen Polyadditionsreaktion verdampfen. Beispiele solcher, vorzugsweise verwendeten organischen Verbindungen sind Alkane, wie Heptan, Hexan, n- und iso-Pentan, vorzugsweise technische Gemische aus n- und iso- Pentanen, n- und iso-Butan und Propan, Cycloalkane, wie z. B. Cyclopentan und/oder Cyclohexan, Ether, wie z. B. Furan, Dimethylether und Diethylether, Ketone, wie z. B. Aceton und Methylethylketon, Carbonsäurealkylester, wie z. B. Methylformiat, Dimethyloxalat und Ethylacetat und halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Methylenchlorid, Dichlormonofluormethan, Difluormethan, Trifluormethan, Difluorethan, Tetrafluorethan, Chlordifluorethane, l,l-Dichlor-2,2,2-trifluorethan, 2,2-Dichlor-2- fluorethan und Heptafluorpropan. Auch bevorzugt ist der Einsatz von (hydro)fluorierten Olefinen, wie z. B. HFO 1233zd(E) (Trans-l-chlor-3,3,3-trifluor-l-propen) oder HFO 1336mzz(Z) (cis-l,l,l,4,4,4-Hexafluor-2-buten) oder Additive wie FA 188 von 3M (l,l,l,2,3,4,5,5,5-Nonafluor-4-(trifluormethyl)pent-2-en). Auch Gemische zweier oder mehrerer der genannten organischen Verbindungen können verwendet werden. Die organischen Verbindungen können dabei auch in Form einer Emulsion aus kleinen Tröpfchen eingesetzt werden.

Als Treibmittel A2 kann auch chemisches Treibmittel, wie beispielsweise Wasser, Carbonsäure und deren Gemische, verwendet werden. Diese reagieren mit Isocyanatgruppen unter Bildung des Treibgases, wie beispielsweise im Falle von Wasser entsteht dabei Kohlendioxid und im Falle von z. B. Ameisensäure entsteht dabei Kohlendioxid und Kohlenstoffmonoxid. Als Carbonsäure wird bevorzugt mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure und Ricinolsäure, eingesetzt. Als chemisches Treibmittel wird besonders bevorzugt Wasser eingesetzt.

Vorzugsweise werden keine halogenierten Kohlenwasserstoffe als Treibmittel verwendet. Als Treibmittel A2 wird mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus physikalischen und chemischen Treibmittel, eingesetzt. Bevorzugt wird nur physikalisches Treibmittel eingesetzt.

Gegebenenfalls können Hilfs- und Zusatzstoffe als Komponente A3 eingesetzt werden. Beispiele für die Komponente A3 sind Katalysatoren, oberflächenaktive Substanzen, Schaumstabilisatoren, Zellregler, Füllstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Hydrolyseschutzmittel, fungistatische und bakteriostatisch wirkende Substanzen.

Als Katalysator zur Herstellung der Polyurethan-Schaumstoffe werden Verbindungen verwendet, welche die Reaktion der reaktiven Wasserstoffatome, insbesondere Hydroxylgruppen enthaltenden Verbindungen mit der Isocyanatkomponente B beschleunigen, wie z. B. tertiäre Amine oder Metallsalze. Die Katalysatorkomponenten können dem Reaktionsgemisch zudosiert oder auch ganz oder teilweise in der Isocyanat- reaktiven Komponente Al vorgelegt werden.

Verwendet werden beispielsweise tertiäre Amine, wie Triethylamin, Tributylamin, Dimethylbenzylamin, Dicyclohexylmethylamin, Dimethylcyclohexylamin, N, N ,N', N'- Tetramethyldiaminodiethylether, Bis-(dimethylaminopropyl)-hamstoff, N-Methyl- bzw. N-Ethylmorpholin, N-Cyclohexylmorpholin, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N,N-Tetramethylbutandiamin, N, N, N, N-Tetramethylhexandiamin-1,6, Pentamethyldiethylentriamin, Bis[2-(dimethylamino)ethyl]ether, Dimethylpiperazin, N- Dimethylaminoethylpiperidin, 1,2-Dimethyl-imidazol, l-Azabicyclo-(3,3,0)-octan, 1,4- Diaza-bi-cyclo-(2,2,2)-octan (Dabco) und Alkanolaminverbindungen, wie Triethanolamin, Triisopropanolamin, N-Methyl- und N-Ethyldiethanolamin, Dimethylaminoethanol, 2- (N,N-Dimethylaminoethoxy)ethanol, N,N',N"-Tris-(dialkylaminoalkyl)hexahydrotriazin, z.B. N,N',N"-Tris-(dimethylaminopropyl)hexahydrotriazin und Triethylendiamin.

Es können auch Metallsalze wie z. B. Alkali- oder Übergangsmetallsalze eingesetzt werden. Als Übergangsmetallsalze werden beispielsweise Zink-, Wismut-, Eisen-, Blei oder bevorzugt Zinnsalze eingesetzt. Beispiele für eingesetzte Übergangsmetallsalze sind Eisen(II)-chlorid, Zinkchlorid, Bleioctoat, Zinndioctoat, Zinndiethylhexoat und Dibutylzinndilaurat. Besonders bevorzugt ist das Übergangsmetallsalz ausgewählt aus mindestens einer Verbindung aus der Gruppe bestehend aus Zinndioctoat, Zinndiethylhexoat und Dibutylzinndilaurat. Beispiele für Alkalimetallsalze sind Alkalialkoholate, wie z. B. Natriummethylat und Kaliumisopropylat, Alkalicarboxylate, wie z. B. Kaliumacetat, sowie Alkalimetallsalze von langkettigen Fettsäuren mit 10 bis 20 C-Atomen und gegebenenfalls seitenständigen OH-Gruppen. Bevorzugt als Alkalimetallsalz werden ein oder mehrere Alkalicarboxylate eingesetzt.

Als Katalysator kommen ferner in Betracht: Amidine, wie z. B. 2,3-Dimethyl-3,4,5,6- tetrahydropyrimidin, Tetraalkylammoniumhydroxide, wie z. B. Tetramethylammonium hydroxid, Alkalihydroxide, wie z. B. Natriumhydroxid, und Tetraalkylammonium- oder Phosphoniumcarboxylate. Darüber hinaus sind Mannichbasen und Salze von Phenolen geeignete Katalysatoren. Es besteht auch die Möglichkeit, die Reaktionen ohne Katalyse ablaufen zu lassen. In diesem Fall wird die katalytische Aktivität von mit Aminen gestarteten Polyolen ausgenutzt.

Wird beim Verschäumen ein größerer Polyisocyanatüberschuss verwendet, kommen als Katalysatoren für die Trimerisierungsreaktion der überschüssigen NCO-Gruppen untereinander ferner in Betracht: Isocyanuratgruppen bildende Katalysatoren, beispielsweise Ammoniumionen- oder Alkalimetallsalze, speziell Ammonium- oder Alkalimetallcarboxylate, alleine oder in Kombination mit tertiären Aminen. Die Isocyanurat-Bildung führt zu besonders flammwidrigen PIR-Schaumstoffen.

Die oben genannten Katalysatoren können alleine oder in Kombination miteinander eingesetzt werden.

Als oberflächenaktive Substanzen kommen z.B. Verbindungen in Betracht, welche zur Unterstützung der Homogenisierung der Ausgangsstoffe dienen und gegebenenfalls auch geeignet sind, die Zellstruktur der Kunststoffe zu regulieren. Genannt seien beispielsweise Emulgatoren, wie die Natriumsalze von Ricinusölsulfaten oder von Fettsäuren sowie Salze von Fettsäuren mit Aminen, z.B. ölsaures Diethylamin, stearinsaures Diethanolamin, ricinolsaures Diethanolamin, Salze von Sulfonsäuren, z.B. Alkali- oder Ammoniumsalze von Dodecylbenzol- oder Dinaphthylmethandisulfonsäure und Ricinolsäure; Schaumstabilisatoren, wie Siloxanoxalkylen-Mischpolymerisate und andere Organopolysiloxane, oxethylierte Alkylphenole, oxethylierte Fettalkohole, Paraffinöle, Rizinusöl- bzw. Ricinolsäureester, Türkischrotöl und Erdnussöl, und Zellregler, wie Paraffine, Fettalkohole und Dimethylpolysiloxane. Zur Verbesserung der Emulgierwirkung, der Zellstruktur und/oder Stabilisierung des Schaumes eignen sich ferner die oben beschriebenen oligomeren Acrylate mit Polyoxyalkylen- und Fluoralkanresten als Seitengruppen. Als Füllstoffe, insbesondere verstärkend wirkende Füllstoffe, sind die an sich bekannten, üblichen organischen und anorganischen Füllstoffe, Verstärkungsmittel, Beschwerungsmittel, Mittel zur Verbesserung des Abriebverhaltens in Anstrichfarben, Beschichtungsmittel usw. zu nennen. Im Einzelnen seien beispielhaft genannt: anorganische Füllstoffe wie silikatische Mineralien, beispielsweise Schichtsilikate wie z. B. Antigorit, Serpentin, Hornblenden, Amphibole, Chrisotil, Montmorillonit und Talkum, Metalloxide, wie Kaolin, Aluminiumoxide, Titanoxide und Eisenoxide, Metallsalze, wie Kreide, Schwerspat und anorganische Pigmente, wie Cadmiumsulfid und Zinksulfid, sowie Glas u.a. sowie natürliche und synthetische faserförmige Mineralien wie Wollastonit, Metall- und insbesondere Glasfasern verschiedener Länge, die gegebenenfalls geschlichtet sein können. Als organische Füllstoffe kommen beispielsweise in Betracht: Kohle, Melamin, Kolophonium, Cyclopentadienylharze und Pfropfpolymerisate sowie Cellulosefasern, Polyamid-, Polyacrylnitril-, Polyurethan-, Polyesterfasern auf der Grundlage von aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäureestern und Kohlenstofffasern.

Als Flammschutzmittel A4 können beispielsweise Phosphate oder Phosphonate, wie z. B. Diethylethylphosphonat (DEEP), Triethylphosphat (TEP), Triphenylphosphat (TPP), Trikresylphosphat, Diphenylkresylphosphat (DPK), Dimethylmethylphosphonat (DMMP), Diethanolaminomethylphosphonsäurediethylester, 9, 10-Dihydro-9-oxa- 10- phosphorylphenanthrene-10-oxid (DOPO) und Dimethylpropylphosphonat (DMPP), eingesetzt werden. Weitere geeignete Flammschutzmittel A4 sind beispielsweise bromierte Ester, bromierte Ether (Ixol) oder bromierte Alkohole wie Dibromneopentylakohol, Tribromneopentylalkohol, Tetrabromphthalat Diol, sowie chlorierte Phosphate wie Tris(2- chlorethyl)phosphat, Tris-(2-chlorpropyl)phosphat (TCPP), Tris(l,3- dichlorpropyl)phosphat, Tris-(2,3-dibrompropyl)phosphat, Tetrakis-(2-chlorethyl)- ethylendiphosphat, sowie handelsübliche halogenhaltige Flammschutzpolyole. Bevorzugt sind Diphenylkresylphosphat, Triethylphosphat und Bisphenol-A-bis(Diphenylphosphat). Es ist besonders bevorzugt, dass kein halogenhaltiges Flammschutzmittel eingesetzt wird.

Als geeignete Isocyanatkomponente B kommen z. B. Polyisocyanate, d. h. Isocyanate mit einer NCO-Funktionalität von mindestens 2, in Frage. Beispiele solcher geeigneten Polyisocyanate sind 1,4-Butylendiisocyanat, 1,5-Pentandiisocyanat, 1,6- Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), 2,2,4- und/oder 2,4,4- Trimethylhexamethylendiisocyanat, die isomeren Bis(4,4'- isocyanatocyclohexyl)methane oder deren Mischungen beliebigen Isomerengehalts, 1,4-Cyclohexylendiisocyanat, 1,4- Phenylendiisocyanat, 2,4- und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat (TDI), 1,5- Naphthylendiisocyanat, 2,2'- und/oder 2,4'- und/oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und/oder höhere Homologe (polymeres MDI), 1,3- und/oder l,4-Bis-(2-isocyanato- prop-2-yl)-benzol (TMXDI), l,3-Bis-(isocyanatomethyl)benzol (XDI), sowie Alkyl-2,6- diisocyanatohexanoate (Lysindiisocyanate) mit CI- bis C6-Alkylgruppen. Bevorzugt wird die Isocyanatkomponente B ausgewählt aus mindestens einer Verbindung aus der Gruppe bestehend aus MDI, polymeres MDI und TDI.

Neben den vorstehend genannten Polyisocyanaten können anteilig auch modifizierte Diisocyanate mit Uretdion-, Isocyanurat-, Urethan-, Carbodiimid-, Uretonimin-, Allophanat-, Biuret-, Amid-, Iminooxadiazindion- und/oder Oxadiazintrionstruktur sowie nicht-modifiziertes Polyisocyanat mit mehr als 2 NCO-Gruppen pro Molekül wie zum Beispiel 4-Isocyanatomethyl-l,8-octandiisocyanat (Nonantriisocyanat) oder Triphenylmethan-4,4',4"-triisocyanat, mit eingesetzt werden.

Statt oder zusätzlich zu den oben genannten Polyisocyanaten können auch geeignete NCO- Präpolymere als Isocyanatkomponente B eingesetzt werden. Die Präpolymere sind herstellbar durch Umsetzung eines oder mehrerer Polyisocyanate mit einem oder mehreren Polyolen, entsprechend den unter den Isocyanat-reaktiven Komponenten Al beschriebenen Polyolen.

Unter der Isocyanat-Kennzahl (auch Kennzahl oder Isocyanat-Index genannt) wird der Quotient aus der tatsächlich eingesetzten Stoffmenge [Mol] an Isocyanat-Gruppen und der tatsächlich eingesetzten Stoffmenge [Mol] an Isocyanat-reaktiven Gruppen, multipliziert mit 100, verstanden:

Kennzahl = (Mole Isocyanat-Gruppen / Mole Isocyanat-reaktive Gruppen) * 100

Es ist möglich, dass im Reaktionsgemisch die Anzahl der NCO-Gruppen im Isocyanat und die Anzahl der gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen zu einer Kennzahl (Index) von 90 bis 600 führen, bevorzugt zwischen 250 und 450. Diese Kennzahl liegt bevorzugt in einem Bereich von 300 bis 400 in dem ein hoher Anteil an Polyisocyanuraten (PIR) vorliegt (der Polyurethan- Schaumstoff wird als PIR-Schaumstoff oder PUR-/PIR- Schaumstoff bezeichnet) und zu einer höheren Flammwidrigkeit des Polyurethan- Schaumstoffes selbst führt. Ein anderer bevorzugter Bereich für die Isocyanat-Kennzahl ist der Wertebereich von > 90 bis < 150 in dem der Polyurethan- Schaumstoff zum Beispiel zu geringerer Sprödigkeit neigt.

Der NCO-Wert (auch: NCO-Gehalt, Isocyanatgehalt) wird bestimmt mittels EN ISO 11909 (Mai 2007). Falls nicht anders angegeben, handelt es sich um die Werte bei 25°C. Die erfindungsgemäß hergestellten Polyurethan-Schaumstoffe finden beispielsweise in der Herstellung von Isoliermaterial, Möbelpolsterungen, Textileinlagen, Matratzen, Automobilsitze, Kopfstützen, Armlehnen, Schwämme und Bauelemente, sowie Sitz- und Armaturenverkleidungen V erwendung .

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung weiter erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigt:

Fig. 1 eine Mischkammer enthaltend ein Mischelement mit zwei dichtkämmenden, gleichläufigen und eingängigen Schneckenwellen.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Mischkammer (1) mit zwei separaten Positionen (2a) und (2b) zum Zuführen der zu vermischenden Komponenten. Die Positionen (2a) und (2b) sind in Förderrichtung (3) voneinander versetzt. Die Mischkammer (1) enthält zwei dichtkämmende, gleichläufige und eingängige Schneckenwellen (4) als Mischelement.