DE69611381T2

DE69611381T2 - Schleifteller mit schaumstoffschicht für schleifartikel

Info

Publication number: DE69611381T2
Application number: DE69611381T
Authority: DE
Inventors: J. Keipert
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: US5962120A; WO1997020662A1; DE69611381D1; EP0868261B1; AU7480896A; EP0868261A1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Träger-Pad (Trägerkissen) für einen Schleifartikel, das eine hochelastische und haltbare Polyurethanschaumschicht einschließt.
Schleifartikel in Schichtform, wie ein aufgetragenes Schleifmittel, werden oft in Kombination mit einem Trägerkissen verwendet. Das Trägerkissen stellt einen Träger für den Schleifartikel während des Abschleifens bereit. Im allgemeinen umfasst ein für diesen Zweck verwendetes, konventionelles Trägerkissen typischerweise eine Kissendeckschicht, die ein Befestigungsmaterial umfasst, wie Strickmaschenware, Gewebe, Vinylfolienmaterial, Hakenware, die an einem elastischen, offenzelligen Polyurethan- Schaum oder "Körperteil" befestigt ist. Das Befestigungsmaterial der Kissendeckschicht greift in die Rückseite des Schleifartikels ein, um denselben während der Verwendung festzuhalten. Der elastische Polyurethanschaum oder das "Körperteil" wird verwendet, um dem Schleifartikel bestimmte erwünschte Eigenschaften (Festigkeit, Steifigkeit, Lebensdauer, Flexibilität und dergleichen) während seiner Verwendung zu verleihen, wobei die Notwendigkeit für derartige Eigenschaften von der beabsichtigten Schleifanwendung abhängt.
Die physikalischen Eigenschaften werden durch die bestimmte Anwendung des Schleifartikels bestimmt. Z. B. unterliegen Polyurethanschaum-Trägerkissens in der Schleifartikel-Umgebung während der Anwendung einer cyclischen Hochfrequenzkompression. Dies erzeugt Wärme in dem Schaum. Diese Wärmebildung, verbunden mit der schlechten Wärmeübertragung eines Schaums, kann eine hohe Innentemperatur an der Stelle der größten Deformation erzeugen. Schaumträgerkissens müssen im allgemeinen befähigt sein, Innentemperaturen von ≥90ºC ohne permanente Deformation aushalten, und ihre Form beibehalten ohne zu verzerren und ohne aus den Fugen zu gehen. Eine solche Verzerrung kann einen thermischen Abbau des Schaums induzieren, wobei innere Hohlräume gebildet werden und anschließend ein struktururelles Versagen des Kissens erfolgt. Daher ist eine hohe Elastizität des Schaums erforderlich, um eine Wärmeerzeugung aufgrund von Hysteresisverlusten während der cyclischen Kompression des Schaums während der Anwendung zu minimieren. Wenn sich übermäßige Innentemperaturen während der Anwendung bilden, kann sich der Schaum zersetzen und versagen. Der Schaum muss auch eine hohe Zugfestigkeit und Reißfestigkeit aufweisen, um den Spannungen zu widerstehen, die während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs des Schleifartikels auf das Kissen einwirken. Zusätzlich dazu muss das Trägerkissen eine geeignete mechanische Festigkeit aufweisen, um die Schleifleistung zu optimieren, und das richtige Gewicht aufweisen, um mit dem Antriebswerkzeug (d. h. Gegengewicht-Schwingschleifer) kompatibel zu sein. Schaumträgerkissens müssen auch eine annehmbare Leistungsfähigkeit aufweisen, insbesondere während der Schwingschleifer- Benutzung. Solche Schaumträgerkissens müssen eine ausreichende Zugfestigkeit und Reißfestigkeit aufweisen, um dem Versagen bei Drehgeschwindigkeiten von mehr als 15 000 U/min zu widerstehen. Die Fähigkeit des Schaums, solchen Drehgeschwindigkeiten zu widerstehen, stellt eine indirekte Messung der Zugfestigkeit und Reißfestigkeit des Schaums bereit. Ein wichtiger Faktor zur Bestimmung der grundlegenden physikalischen Fähigkeiten des Polyurethanschaums ist im allgemeinen seine Chemie der Schaumbildung:
Die grundlegende chemische Reaktion zur Bildung von Harzen auf Polyurethan- und Isocyanat-Basis beinhaltet eine Kondensationsreaktion von Isocyanat (NCO) und Hydroxyl (OH)-Endgruppen. Dies bildet eine grundlegende, polymere Einheit mit Urethan-Verbindungsgruppen (d. h. RaNHC(O)-ORb), von denen der Name dieser Klasse von Materialien abgeleitet wurde. Eine andere Umsetzung, die eine wichtige Rolle spielt, beinhaltet Isocyanat (NCO)-Endgruppen und Wassermoleküle (H&sub2;O), die unter Bildung von Kohlendioxid (CO&sub2;), welches als Treibmittel (Verschäumungsmittel) für bestimmte zellartige Produkte dient, und Amin reagieren, welches weiterhin reagiert, um disubstituierte Harnstoff- Bindungen zu bilden. Auf jeden Fall sind die zwei Hauptbestandteile von Polyurethanharzsystemen flüssige Isocyanate als Quelle von NCO-Gruppen und Polyole als Quelle von Hydroxyl(OH)-Gruppen. Isocyanate werden im allgemeinen difunktional (Diisocyanate) verwendet. Übliche Beispiele schließen ein: Toluoldiisocyanat in zwei isomeren Formen (2,4 und 2,6), welches als "TDI" abgekürzt wird, und Methylendi(oder bis)phenyldiisocyanat, das als "MDI" abgekürzt wird, welches auch in polymerer Form ("PMDI") verwendet wird. Polyole, die auch als "Makroglycole" bezeichnet werden, sind durch Hydroxyl(OH)gruppen als Endgruppen und Seitengruppen charakterisiert. Die Kettenlänge des Polyols und die Häufigkeit des Auftretens von OH-Gruppen (Funktionalität) kann variiert werden. Im allgemeinen sind flexible Polyurethane mit einer geringen Funktionalität und langen Ketten assoziiert, während steife Polyurethane einer hohen Funktionalität und kurzen Ketten entsprechen. Polyole sind im allgemeinen in zwei Klassen eingeteilt: eine, die Polyestertypen sind, welche im allgemeinen eine gute Beständigkeit gegen Öle und Kohlenwasserstoffe aufweisen, und Polyethertypen, die im allgemeinen eine gute Hydrolysebeständigkeit (wasserassozierter Abbau) aufweisen. Harze vom Polyurethantyp sind für andere Chemikalien von großer Bedeutung, die eine Rolle in den komplexen und vielfältigen chemische Reaktionen spielen, die mit der Polyurethanchemie verbunden sind. Kurz gesagt werden diese Chemikalien oft Streckmittel, Kettenverlängerer (z. B. kurzkettige Diole, wie 1,4-Butandiol), Härtungsmittel, Vernetzungsmittel oder sogar Katalysatoren genannt, wenn sie in relativ kleinen Mengen verwendet werden. Herkömmliche Katalysatoren schließen z. B. Amine, wie tertiäre Amine, Zinnseifen und organische Zinnverbindungen ein. Nukleierungshilfsmittel, Tenside und Flammverzögerungsmittel werden oft zu den schaumbildenden Formulierungen gegeben.
Im Handel erhältliche Schleifartikel-Trägerkissens sind bekannt, welche TDI-Polyesterschäume und MDI/Polyesterschäume einschließen. Herkömmlicherweise werden Formulierungen auf der Basis von Polyesterpolyolen und Toluoldiisocyanat (TDI) verwendet, um Schäume für Schleifartikel-Trägerkissens herzustellen, da man annahm, dass dieselben eine erforderliche Kombination von Festigkeit und Elastizität bereitstellen. Diese Formulierungen leiden jedoch an verschiedenen großen Nachteilen. Ein Nachteil ist der hohe Dampfdruck von TDI. Ein anderer Nachteil liegt darin, dass Polyesterschäume auch hohe Rohmaterialkosten bedingen, da Polyesterpolyole oft beträchtlich kostspieliger sind als andere Polyole, wie Polyetherpolyole. Die Hinzufügung einer Prepolymer-Synthesestufe erhöht diesen Kostenunterschied sogar noch mehr, d. h. ein aus einer zweiteiligen Formulierung bestehendes Schaumsystem, das zur Bildung eines Polyurethan-Schaumkörperteils verwendet wird, basierend auf einem Polyol und Toluoldiisocyanat (TDI)-Quasi-Prepolymerteil und einem Polyesterpolyol/Katalysator/Wasser-Teil. Ein anderer Nachteil ist die hohe Viskosität der Polyesterpolyole. Dies erfordert die Verwendung von Niederdruckschaum-Maschinen, was häufiges Spülen mit Lösungsmittel erfordert, um Urethanreste von den mechanischen Mischkomponenten zu entfernen. Möglicherweise sind MDI/Polyesterschaumkissen-Formulierungen gebräuchlicher.
Zur Erklärung: herkömmliche Schaummaschinen treten im allgemeinen als zwei Typen auf. Der erste Typ ist eine "Niederdruck"maschine, welche auf einer mechanischen Mischvorrichtung im Verteilerkopf zum Vermischen der beiden Komponentenströme beruht. Der Vorteil dieses Typs von Maschine ist ihre Fähigkeit, einen breiten Bereich von Viskositäten und kleine Volumina pro Schaumschuss zu handhaben. Andererseits ist ein Hauptnachteil die Notwendigkeit, den Mischkopf regelmäßig mit Lösungsmittel zu spülen, um härtende Polyurethanreste aus der Mischkammer zu entfernen. Das dafür am gebräuchlichsten verwendete Lösungsmittel ist Methylenchlorid, welches zu einem gefährlichen Abfallmaterial führt und eine kostspielige Handhgung und Entsorgung erfordert. Ein zweiter Typ einer Schaummaschine ist die "Hochdruck"- oder Aufprall-Mischmaschine. In diesem Vorrichtungstyp wird das Vermischen durch Aufeinanderprallen zweier Komponentenströme mit hoher Geschwindigkeit in der Mischkammer erreicht. Da hierin kein mechanisches Mischvorrichtung stört, kann die Kammer mit einem Kolben nach jedem Schuss saubergewischt werden, was die Notwendigkeit einer Lösungsmittelreinigung eliminiert. Dies ist derzeit der bevorzugte Maschinentyp für große, hochvolumige Teile, wie Autositze und die RIM-Teil-Herstellung. Jedoch sind Trägerkissens auf der Basis von Polyester/TDI-Schäumen auf die Verwendung in Niederdruckschaummaschinen eingeschränkt, und zwar aufgrund der hohen Viskosität der Polyesterschaumsysteme und der Flüchtigkeit von TDI, selbst wenn diese Maschinen ein mühsames und zeitraubendes, regelmäßiges Reinigen mit schädlichen Lösungsmitteln erfordern. Es bleibt die dringende Notwendigkeit, eine weniger gefährliche Klasse von Isocyanaten zu finden, um dieselben zur Herstellung von Schaumträgerkissen zu verwenden.
MDI(Methylendiphenyldiisocyanat)/Polyester-Polyurethan-Schäume sind auch bekannt, weisen aber schwerwiegende Nachteile auf, einschließlich der Lösungsmittelabfallprobleme, verbunden mit dem Reinigen von Tiefdruckschaummaschinen, da das viskosere Polyestersystem das Zurückgreifen auf Tiefdruckschaummaschinen erfordert, und einer Schaumelastizität, die geringer ist als was allgemein für Schleifmittelträgerkissen- Anwendungen als annehmbar angesehen wird. Diese MDI/Polyesterschäume weisen im allgemeinen eine geringere Leistungsfähigkeit auf als TDI/Polyesterschäume, werden aber nichtsdestoweniger im breiten Umfang verwendet.
Eine andere verwandte Technik wird in den folgenden Literaturstellen beschrieben:
US 4 631 220 (Clifton) bezieht sich auf ein beschichtetes Schleifmittelträgerkissen, umfassend eine Schicht eines auf elastische Weise komprimierbaren Schaums, eine steife, faserverstärkte, polymere Trägerplatte, eine kreisförmige Anordnung von Öffnungen in der Trägerplatte, durch welche die Trägerplatte durch Schrauben an einem Antriebsmechanismus befestigt ist, und eine flexible Klebschicht, die an der gegenüberliegenden Fläche der Schaumschicht befestigt ist. Das Trägerkissen schließt eine metallverstärkte Platte zwischen der Trägerplatte und der Schaumschicht ein.
Das den nächstliegenden Stand der Technik bildende US 4 893 436 (Rich) beschreibt ein Trägerkissen aus verfilztem Polyurethanschaum zur Verwendung in einer schwingenden oder vibrierenden Schleifvorrichtung, die sowohl Antriebskräfte zwischen den Flächen des Kissens auf wirksame Weise überträgt, um eine mit Schleifmittel beschichtete Schicht, die an ihrer Außenfläche klebt, gegen ein Arbeitsstück zu lenken, als auch das Rattern und Aufprallen der Schleifvorrichtung auf dem Arbeitsstück einschränkt.
Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich ist, besteht ein Bedarf an einem Trägerkissenschaum, der eine vorteilhafte Produktionssicherheit und Abfallreduktion gewährt, während er die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Trägerkissens erfüllt, die mit der Schleifartikel-Umgebung verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Schaumträgerkissen für einen Schleifartikel bereit, das einen hochelastischen, doch angemessen starken und haltbaren offenzelligen Schaum beinhaltet, der in einer Hochdruckschaummaschine hergestellt werden kann, ohne dass ein übermäßiges Risiko für gesundheitsschädliche Dämpfe erzeugt wird, und auch die Lästigkeit und die Kosten der Lösungsmittelreinigung und Lösungsmittelabfallentsorgungsprobleme vermieden werden, die ansonsten mit der Verwendung einer Niederdruckschaummaschine verbunden sind.
Kurz und allgemein ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Schleifartikel-Trägerkissen, umfassend einen elastischen, offenzelligen Polyurethanschaum, der als das Reaktionsprodukt eines Polyetherpolyols und eines aromatischen Polyisocyanats gebildet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform schließt das aromatische Polyisocyanat Methylendiphenyldiisocyanat ("MDI") ein. Das MDI kann als Polyurethan-bildendes Ausgangsmaterial oder Reaktant in monomerer Form, modifizierter Form, polymerer Form oder als Mischung von monomerem, modifizierten und/oder polymerem MDI oder als irgendwelche dieser Formen von MDI, vermischt mit einem anderen Typ (Nicht-MDI- Typ) von Polyisocyanat, verwendet werden. Modifizierte MDI-Systeme schließen z. B. Uretonimine und kurzkettige Diol-Prepolymere ein. Vorzugsweise wird das MDI in polymerer Form verwendet. Eine brauchbare, MDI- enthaltende Verbindung als Polyisocyanat-Reaktant der Erfindung kann durch die nachstehende Formel (A):
dargestellt werden.
In der Formel (A) ist n eine ganze, Zahl eines Werts von 0 oder größer, vorzugsweise ein nicht null betragender positiver Zahlenwert von eins oder mehr. Wenn z. B. n 0 ist, stellt Formel (A) 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat (hierin auch zuweilen 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan bezeichnet) dar. Wenn n 1 oder größer ist, stellt die Formel (A) ein polymeres MDI dar. In der Erfindung werden auch MDI-enthaltende Verbindungen in Betracht gezogen, einschließlich des 2,4'-Isomers der durch die Formel (A) dargestellten Verbindung. Obwohl hydriertes MDI vor dieser Erfindung üblicherweise nicht in Schäumen verwendet wurde, wird in der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen, dass die Polyisocyanat-Komponente hydriertes MDI umfassen kann.
Das Trägerkissen der Erfindung kann derartig konstruiert werden, dass es sich per Hand oder in Kombination mit einer Maschine verwenden lässt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trägerkissen vorzugsweise ein Deckschicht-Mittel auf, das an seiner Vorderfläche befestigt ist, um das Befestigen des Schaumkissens an der Rückseite eines Schleifartikels zu erleichtern. Auch kann Kleineisenzeug auf der rückwärtigen, abgewandten Fläche des Schaumkissens bereitgestellt werden, um ein Befestigen der Trägerkissen-Anordnung an einem Antriebsmittel für den Schleifartikel zu ermöglichen.
Formulierungen des hochelastischen Polyether/MDI-Polyurethan-Trägerkissens der Erfindung sind sogenannte kaltgeformte Schäume und bieten eine überlegene Kombination von Festigkeit, hoher Elastizität, geringen Kosten und schneller Härtungsgeschwindigkeit. Da MDI insbesondere einen sehr viel geringeren Dampfdruck als TDI aufweist, ist das Risiko der zufälligen Einwirkung derselben während der Produktion stark reduziert. Polyetherpolyole weisen auch ausreichend niedrige Viskositäten auf, so dass Hochdruckaufprallmisch-Schaummaschinen verwendet werden können, wodurch die Verwendung eines reinigenden Lösungsmittels und der sich ergebende Abfallstrom eliminiert werden. Die Polyetherpolyol/MDI- Schaumträgerkissen stellen diese Vorteile der Produktionssicherheit und Abfallreduktion bereit, während die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Trägerkissens beibehalten werden. D. h. die erfindungsgemäßen Schaumträgerkissen weisen eine hohe Elastizität zusammen mit einer guten Festigkeit und Haltbarkeit auf. Auch der thermische Abbau des Trägerkissenschaums wird minimiert, wenn man einen Polyetherpolyol/MDI-Schaum wie in der Erfindung verwendet, der hochelastisch ist und minimale Viskositätsverluste aufweist. Da die Polyetherpolyole im allgemeinen auch weniger kostspielig sind als Polyesterpolyole, ist es sowohl aus Abfall- als auch Kostenreduzierungsgründen vorteilhaft, das in der vorliegenden Erfindung verwendete Polyetherpolyol/MDI-Schaumsystem zu verwenden.
Der durch das Trägerkissen der Erfindung gestützte "Schleifartikel" ist nicht speziell eingeschränkt, obwohl er im allgemeinen eine angepasste Blattkonfiguration oder blattartige Konfiguration für die meisten Anwendungen aufweist, die derzeit für die Erfindung in Betracht gezogen werden, und er weist wenigstens eine Hauptfläche auf, die eine Schleifflächen- Textur darstellt. Die(in der Erfindung brauchbaren Schleifteilchen schließen aufgetragene Schleifteilchen, strukturierte Schleifmittel, Vlies-Schleifmittel und Aufschlämmungs-beschichtete Schleifmitte) ein. "Aufgetragene Schleifmittel" umfassen im allgemeinen einen flexiblen Träger, auf dem ein Bindemittel eine Schicht von Schleifkörnern hält und stützt. Bei dem aufgetragenen Schleifteilchen verwendet man typischerweise eine "Make" (Bindemittelschicht)-Beschichtungssvorstufe aus harzartigem Bindemittelmaterial. Die Make-Schicht befestigt die Schleifkörner an dem Träger. Eine "Size" (Bindemittelschicht)-Beschichtungssvorstufe aus harzartigem Bindemittelmaterial wird über der Make-Schicht und den Schleifkörnern aufgetragen. Die Size-Schicht bindet die Schleifkörner fest an den Träger. Zusätzlich dazu sind die Schleifkörner im allgemeinen mit ihrer längsten Abmessung senkrecht zu dem Träger orientiert, um eine optimale Schnittgeschwindigkeit bereitzustellen.
"Vliesstoff-Schleifteilchen" umfassen im allgemeinen eine faserige Fasermatte, die auf wenigstens einem Teil ihrer Fläche eine Schleifschicht aufweist, die Schleifkörner und ein Bindemittel umfasst. Die Fasern können aus verschiedenen Polymeren, einschließlich Polyamiden, Polyestern, Polypropylen, Polyethylen und verschiedenen Copolymeren hergestellt werden. Natürlich vorkommende Fasern, wie Baumwolle, Wolle, Bastfasern und verschiedene tierische Haare können auch geeignet sein. "Aufschlämmungs-beschichtete Schleifmittel" beinhalten im allgemeinen einen flexiblen Träger, auf dem eine Beschichtungsmischung befestigt wird, die Schleifkörner einschließt, welche als kontinuierliche Phase in einem Klebstoffmaterial dispergiert sind. Die Dispersion der Schleifteilchen in dem auftragbaren Klebstoff kann im allgemeinen in einen gleichmäßigen Dicke auf den Träger aufgetragen werden. Ein "strukturierter Schleifartikel " beinhaltet eine Mehrzahl von präzise geformten Schleifkomposites, die an einen Träger geklebt sind.
Die vorhergehenden und andere Zwecke, Aspekte und Vorteile sind aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung besser verständlich, worin
Fig. 1 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Trägerkissens der Erfindung ist. Die dargestellte Dicke und die dargestellten Größen der verschiedenen Merkmale dienen der Erläuterung und sollen nicht notwendigerweise den tatsächlichen Maßstab widerspiegeln.
Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Schleifartikel-Trägerkissen, das eine hochelastische Polyurethanschaumschicht-Komponente einschließt, die auf dem Reaktionsprodukt von Polyetherpolyolen und einem aromatischen Polyisocyanat basiert, insbesondere einem Polyisocyanat auf MDI- Basis. Das Schaumträgerkissen stellt eine Stütze für einen Schleifartikel während des Schleifens bereit. Der Schleifartikel kann ein aufgetragenes Schleifmittel, ein durch Läppen aufgetragenes Schleifmittel, ein strukturiertes Schleifmittel oder ein dreidimensionales Vliesstoff-Schleifmittel sein.
Die Fig. 1 zeigt ein Trägerkissen 10 gemäß der Erfindung mit einem daran befestigten Schleifartikel 30. Die Schleifschicht 11 des Artikels 30 umfasst eine Mehrzahl von Schleifteilchen 20, die durch eine Klebstoffschicht 21 an einem flexiblen Träger 12 befestigt sind. Der Träger 12 weist eine Vorderseite 13 und eine Rückseite 14 auf. Die Befestigungsschicht 15 wird als eine Haftkleber-Schicht (PSA) bereitgestellt, um den Schleifartikel 30 (Schichten 11 und 12) an der Deckschicht 16, die auf der Vorderfläche 17 der geformten Schaumschicht 18 bereitgestellt ist, so zu befestigen, dass er abgelöst werden kann. Die Schaumschicht 18 ist auf ihrer rückseitigen Fläche 19 an einer steifen Metallstützplatte 22 befestigt. Ein Gewindebolzen 23 ist auf bekannte Weise auf der Rückseite der steifen Metallstützplatte 22 befestigt, um ein Befestigen des Trägerkissens 10 an einem geeigneten Werkzeug oder Antriebsmittel (nicht gezeigt) zu ermöglichen, das z. B. befähigt ist, das Kissen 10 und den Artikel durch Rotation um die Längsachse des Gewindebolzen 23 anzutreiben. Wahlfreie Luftkanäle 24 können bereitgestellt werden, die sich zur Belüftung durch die Dicke der Schaumschicht 18 des Trägerkissens 10 hin erstrecken.
Das Trägerkissen der Erfindung kann in irgendeiner einer Vielfalt von Schleifanwendungen verwendet werden, sofern es auf richtige Weise konstruiert ist, um die Anforderungen der vorgegebenen Schleifanwendungen zu erfüllen. Das Schaummaterial und die Mischverhältnisse der Komponenten des Schaums sollten derartig formuliert werden, dass sie die Anforderungen der erwünschten Schleifanwendungen erfüllen. Es gilt, dass der Begriff Schleifen und seine Variationen - wie er hierin verwendet wird - so aufgefasst wird, dass er Arbeitsweisen einschließt, die verwendet werden, um eine Oberfläche eines Arbeitsstücks durch Reibungskontakt zwischen der Oberfläche des Arbeitsstücks und einem Schleifartikel zu reduzieren oder zu verfeinern, wie Schleif-, Schmirgel-, Feinschliff-, Reinigungs- oder Poliertätigkeiten. Diese Schleifanwendungen können in breitem Maße vorn abschließenden Polieren von Augenlinsen bis zum Entfernen von starken Krusten (heavy stock) von Metallplatten variieren. Diese Schleifanwendungen können auch entweder das Schleifen per Hand oder das Schleifen mit einer Maschine beinhalten, wie die Art des Steuerns des Schleifartikels in Bewegung. Die Schleifbewegungen können eine lineare Bewegung, eine zufällige Bewegung, eine Drehbewegung, eine Schwingung, eine zufällige Bahnbewegung, Kombinationen derselben oder dergleichen einschließen. Die Form des Schaumträgerkissens kann quadratisch, dreieckig, rechteckig, oval, kreisförmig, fünfeckig, sechseckig, achteckig, mehreckig und dergleichen sein. Der Durchmesser eines kreisförmigen Trägerkissens reicht von etwa 0,5 bis 50 inch (1,25 cm bis 127,0 cm), typischerweise von 1 bis 30 inch (2,5 cm bis 76,2 cm). Die Länge und/oder Breite des Trägerkissens reicht von etwa 0,05 bis 50 inch (0,13 bis 127,0 cm), typischerweise von 1 bis 30 inch (2,5 cm bis 76,2 cm). In einigen Fällen hängt ein aufgetragener Schleifartikel um einen sehr kleinen Betrag über das Trägerkissen hinaus, d. h. typischerweise weniger als 0,1 inch (0,25 cm), vorzugsweise weniger als 0,05 inch (0,13 cm). Die Dicke des Schaumkörper-Teils reicht im allgemeinen von etwa 0,2 cm bis 7,0 cm, typischerweise von 0,5 cm bis 5,0 cm, und vorzugsweise von 1,0 cm bis 3,0 cm.
Die Schaumträgerschicht - wie sie in den meisten Schleifanwendungen verwendet wird - wird geformt, um ein Paar im wesentlichen parallel voneinander getrennte Hauptflächen oder -vorderseiten darzustellen. In der Figur stellt die Vorderfläche 17 des Schaumträgerkissens 10 eine Fläche bereit, auf der eine dem Kissen-Deckschicht 16 bereitgestellt werden kann. Beispiele von Materialien, die zur Bildung der vorderen Deckschicht brauchbar sind, schließen Gewebe, Faservlies-Substrate, behandeltes Gewebe, behandelte Faservlies-Substrate, polymere Folien und dergleichen ein. Beispiele bevorzugter Materialien für die vordere Deckschicht schließen Maschenware, Stoffbahn, Vinylbahn, Hakenware, nylonbeschichtete Stoffbahnen, vinylbeschichtetes Gewebe, vinylbeschichtete Stoffbahnen, Hakenstrickwaren und dergleichen ein. Die Maschenware kann Schlingenware, Veloursware, Chenille gesteppte Maschenware und dergleichen sein. Das Polyurethanmaterial der Schaumschicht 18 ist an die Kissen-Deckschicht 16 geklebt und kann vor Ort auf der Kissen-Deckschicht gehärtet werden. Z. B. kann ein Polyurethanmaterial direkt auf die Rückseite einer Kissen-Deckschicht, wie einer Maschenware, geschäumt werden, wodurch es an der Kissen-Deckschicht klebt. Alternativ dazu kann das Material der vorderen Deckschicht auf klebende Weise an den Polyurethanschaum gebunden werden. Wenn das Polyurethan auf das Material der vorderen Deckschicht geschäumt wird, wird das Material der vorderen Deckschicht zuerst vorzugsweise abgedichtet, um ein unerwünschtes, übermäßiges Eindringen des Schaums dadurch zu verhindern.
Wenn das Schaumträgerkissen bei maschinengetriebenen Anwendungen verwendet werden soll, wird es typischerweise einen gewissen Typ von mechanischem Befestigungssystem gegenüber der Seite der Maschenware aufweisen, um das Trägerkissen an der Maschine zu befestigen. Ein solches System umfasst eine steife Trägerplatte 22, die an der rückwärtigen Fläche 19 des Schaumträgerkissens 10 mit einem Gewindebolzen 23 befestigt ist, der an der Platte 22 befestigt ist (z. B. durch Schweißen), um das Schaumträgerkissen 10 an einem Antriebsmotor zu befestigen, wie einem solchen, der im US Patent 4 844 967 (Goralski) beschrieben ist, auf das hierin Bezug genommen wird. Die Trägerplatte 22 ist an einer einen größeren Durchmesser aufweisenden Glasfaserplatte (nicht gezeigt) oder an einem äquivalenten Teil fixiert (z. B. durch Nieten), und die Schaumoberfläche 19 ist direkt an die Glasfaser geklebt, um dadurch das Montagesystem an dem Trägerkissen 10 zu fixieren. Irgendeines einer Vielfalt von Systemen oder Mitteln kann bereitgestellt werden, um das Schaumkissen 10 an verschiedene Typen von Antriebsmotor-Anordnungen auf abbaubare Weise zu kuppeln. Solche Mittel sind in der Technik bekannt und können z. B. zentrale, konzentrische Öffnungen einschließen, die sich durch den Schaum und die Trägerplatte erstrecken und das mit einem Gewinde versehenen Ende eines mit einem Kopf versehenen Schraubenbolzens aufnehmen, wobei der Bolzenkopf die Oberfläche der an dem Schaum befestigten Trägerplatte mit dem Kopf des Bolzens berührt, der in der zentralen Öffnung des Schaums angeordnet ist, und das mit einem Gewinde versehenen Ende Bolzens in das Antriebsteil der Antriebsmotor- Anordnung eingreift. Für Schwingschleif-Anwendungen kann das Trägerteil einen Schraubbolzen oder ein anderes Befestigungssystem enthalten, das auf die Maschine montiert werden soll. Andere Mittel, die bereitgestellt werden können, um das Trägerkissen für den Betrieb mit Antriebsmechanismen anzupassen, schließen solche ein, die im US Patent Nr. 4 631 220 (Clifton) offenbart werden, auf das hierin Bezug genommen wird. Es gilt, dass die Erfindung nicht auf das speziell verwendete Montiersystem eingeschränkt ist, und dem Fachmann wird erkenntlich sein, dass das spezielle Montiersystem, das zur Anwendung mit einem speziellen Trägerkissen verwendet wird, vom Typ des Werkzeugs abhängt, das mit dem Kissen verwendet werden soll.
Für manuelle Schleifarbeiten, wobei das Kissen in der Hand gehalten wird, können verschiedene Formen oder Konfigurationen von Schaum-Trägerkissen verwendet werden. Zwei solche Typen schließen Handkissen und geschäumte Trägerkissen ein, die auf langen Planierplatten verwendet werden. Die Festigkeit und andere physikalische Eigenschaften, die für diese manuellen Schleifarbeiten notwendig sind, sind geringer als solche für Schwingschleifer-Anwendungen, worin die Anforderungen an die Festigkeit und die physikalischen Eigenschaften des Schaums sehr viel signifikanter werden. Die physikalischen Eigenschaften des Schaums hängen von der Endanwendung ab. Wenn das Trägerkissen bei Schleifanwendungen verwendet wird, kann dasselbe mit einem Griff versehen werden.
In einigen Fällen wird es bevorzugt, einen Haftkleber auf der Rückseite des Schleifartikels einzufügen, so dass der Träger des Schleifartikels an der Deckschicht des Schaum-Trägerkissens befestigt werden kann. Repräsentative Beispiele von Haftklebern, die für die Erfindung brauchbar sind, schließen ein: Latexcrêpe, Kolophonium, Acrylpolymere und -copolymere, z. B. Polybutylacrylat, Polyacrylatester, Polyvinylether, z. B. Polyvinyln-butylether, Alkyd-Kleber, Kautschuk-Kleber, z. B. natürlichen Kautschuk, synthetischen Kautschuk, chlorierten Kautschuk und Mischungen derselben. Der bevorzugte Haftkleber ist ein Isooctylacrylat : Acrylsäure-Copolymer.
Alternativ dazu kann ein Befestigungssystem vom Klettverschluss-Typ verwendet werden, um den Schleifartikel an der Deckschicht des Trägerkissens zu befestigen. Das Haken-Textilerzeugnis kann auf der Rückseite des Schleifartikels vorliegen, wobei sich die Haken auf der Vorderseite des Trägerkissens befinden. Ansonsten können die Haken auf der Rückseite des Schleifartikels vorliegen, wobei die Ösen sich auf der Vorderseite des Trägerkissens befinden. Das Befestigungssystem vom Klettverschluss-Typ wird weiterhin in den US Patenten Nr. 4 609 581 und 5 254 194 und der US Patentanmeldung Serial Nr. 08/181 192; 08/181 193 und 08/181 195 beschrieben, wobei auf jede derselben hierin Bezug genommen wird. Die gegenüberliegende, freigelegte Vorderseite des Schleifartikels weist eine Schleifschicht auf, die für die Schleifwirkung verantwortlich ist.
Der Schleifartikel, die Anordnung zur Befestigung des Artikels auf der Rückseite des Trägerkissens, die Schaum-Deckschicht, die steife Trägerplatte und der mit Einem Gewinde versehene Schraubbolzen, die oben in Verbindung mit der Diskussion der Fig. 1 erwähnt wurden, können - obwohl sie vom praktischen Standpunkt der vorliegenden Erfindung brauchbar und notwendig sind - durch in der Technik bekannte Vorrichtungen und Konstruktionen bereitgestellt werden, so dass hierin zum Verständnis des Fachmanns keine weiteren Einzelheiten bereitgestellt werden müssen.
Es ist der elastische Polyurethanschaum oder das "Körperteil", der (das) die erwünschten Eigenschaften der Festigkeit, Steifigkeit, Lebensdauer, Flexibilität und dergleichen für die Verwendung des oben erwähnten Schleifartikels bereitstellt, und diese Eigenschaften hängen von der beabsichtigten Schleifanwendung ab.
Die Polyurethanschaum-Formulierungen, die in der Schaumkissenschicht der Erfindung verwendet werden, basieren auf primären Reaktanten von Polyetherpolyolen, aromatischen Polyisocyanaten und Wasser. Die Polyolsegmente des Polymernetzwerks sind als "weiche" Segmente bekannt, und die Isocyanatsegmente sind die "harten" Segmente des Polyurethans. Das Wasser reagiert mit einem aromatischen Polyisocyanat unter Bildung einer instabilen Carbamidsäure, welche schnell mit einem anderen Isocyanat unter Bildung eines harten Harnstoff-Segments reagiert.
Polyetherpolyole können allgemein in die folgenden Kategorien eingeteilt werden: Polyoxypropylendiole, Polyoxypropylentriole, Polyoxypropylentetrole und Ethylenoxid-verkappte Diole, Triole oder Tetrole. Beispiele von Polyetherpolyolen schließen Polypropylenglycol, Polyethertriole, Polypropylenetherglycol(PPEG), Polyethylenetherglycol (PEEG), Polytetramethylen(oder butylen)etherglycol (PTMG oder PBEG) ein. Es gibt auch statistische Polymere und Blockpolymere der obigen Polyetherpolyole, worin das Polyol sowohl mit Ethylenoxid als auch Propylenoxid hergestellt wird. Wenn die Oxide als Beschickungsgemisch zugegeben werden, werden die Produkte Heteropolyole genannt. Pfropf- oder Copolymerpolyole enthalten stabile Dispersionen einer festen, aus Teilchen bestehenden polymeren Phase in der flüssigen Polyolphase.
Die in der Erfindung brauchbaren Polyetherpolyole sind vorzugsweise Polyethertriole und mehr bevorzugt Polypropylenglycol-Polyethertriole mit Molmassen (Massenmittel) von etwa 6000. In bezug auf die Molmassen der vorliegenden Polyetherpolyole sollen diese Molmassen als das Massenmittel der Molmasse verstanden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Polyetherpolyole aus Polypropylenoxidtriolen einer Molmasse von etwa 6000 hergestellt, die teilweise mit Ethylenoxid endverkappt sind. Der sich ergebende Gehalt an primärem Hydroxyl ergibt eine erhöhte Härtungsgeschwindigkeit. Diese Polyole können gegebenenfalls Polymerpfropfpolyole enthalten, wenn z. B. ein Styrol/Acrylnitril- Polymer als Mittel zur Erhöhung der Schaumhärte und zur Erhöhung der tragenden Eigenschaften auf das Polyol gepfropft wird, ohne dass die Schaumdichte wesentlich verändert wird. Flexible Polyurethanschäume der Erfindung erfordern im allgemeinen Polyole mit einem Äquivalentgewicht zwischen 500 und 2000.
Vorzugsweise enthalten die Polyetherpolyole zwei oder mehr primäre oder sekundäre aliphatische Hydroxylgruppen (d. h. die Hydroxylgruppe ist direkt an ein nichtaromatisches Kohlenstoffatom gebunden). Die Hydroxylgruppe kann terminal angeordnet sein oder sich seitlich aus einem Polymer oder Copolymer heraus erstrecken.
Beispiele geeigneter Polyetherpolyole schließen solche ein, die z. B. unter den folgenden Handelsbezeichnungen verfügbar sind: ARCOL 11-27, ein mit Ethylenoxid endverkapptes Polypropylenglycolpolyethertriol einer Molmasse von 6000; ARCOL 34-28, ein Polymerpolyol mit einem Styrol/Acrylnitril-Polymer, das auf ein Ethylenoxid endverkapptes Polypropylenglycolpolyethertriol gepfropft ist; und ARCOL 31-28, ein Polymerpolyol mit einem Styrol/Acrylnitril-Polymer, das auf ein Ethylenoxidendverkapptes Polypropylenglycolpolyethertriol gepfropft ist; die alle im Handel von Arco Chemical Co., Newton Square, PA erhältlich sind.
Die aromatische Polyisocyanat-Komponente der schaumbildenen Formulierung kann im allgemeinen entweder MDI-Monomere, modifiziertes MDI, MDI-Polymere, TDI oder Mischungen derselben sein. Die Umsetzungen, welche MDI erzeugen, werden üblicherweise optimiert, um die Zweiring- MDI-Isomere herzustellen. Die Zweiring-Isomere sind bei Raumtemperatur fest, können aber durch Einschluss von Carbodiimid-Strukturen verflüssigt werden. Da sie relativ frei von sterischen Hinderungen sind, sind die 4,4'- MDI- und das 2,4'-MDI-Isomere für eine Verwendung in den meisten Formulierungen für flexible Schäume im allgemeinen zu reaktiv. Zusätzlich dazu ist aufgrund von hohen Kosten und Feststoff-Handhabungsproblemen, die mit reinem MDI verbunden sind, ihre Verwendung in flexiblen Schäumen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, schwierig und weniger bevorzugt.
Statt dessen sind polymere MDIs oder Mischungen von polymeren MDIs mit reinen Isomeren in Formulierungen für flexible Schäume der Erfindung brauchbarer. Viele polymere MDI-Produkte sind erhältlich, die sich durch die Viskosität, die Funktionalität und Reaktivität unterscheiden. Polymeres MDI weist einen niedrigeren Dampfdruck als TDI auf - eine mögliche Sicherheitserwägung. Vorzugsweise wird das MDI in polymerer Form verwendet. Eine MDI-enthaltende Verbindung, die als Polyisocyanat- Reaktant der Erfindung brauchbar ist, kann durch die nachstehende Formel (A):
dargestellt werden.
In der Formel (A) ist n ein Wert einer ganzen Zahl von 0 oder größer, vorzugsweise ein nicht null betragender positiver Zahlenwert von eins oder mehr. Wenn n z. B. 0 ist, stellt Formel (A) 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat (d. h. 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan) dar. Wenn n 1 oder größer ist, stellt die Formel (A) ein polymeres MDI dar. In der Erfindung werden auch MDI-enthaltende Verbindungen in Betracht gezogen, einschließlich des 2,4'-Isomers der durch die Formel (A) dargestellten Verbindung. Obwohl hydriertes MDI vor dieser Erfindung üblicherweise nicht in Schäumen verwendet wurde, wird in der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen, dass die Polyisocyanat-Komponente hydriertes MDI umfassen könnte.
Polyisocyanat-Mischungen, die MDI enthalten, können auch verwendet werden, wie die Mischung von MDI und einem Trimer von MDI, die von Dow Chemical Company, Midland MI unter der Handelsbezeichnung ISONATE 143L "Liquid MDI" erhältlich ist. Ein bevorzugtes aromatisches Isocyanat, das in den Schaum-Formulierungen der Erfindung brauchbar ist, ist unter der Handelsbezeichnung MONDUR CD erhältlich, welches ein modifiziertes MDI darstellt, das von Bayer, Pittsburg PA hergestellt wird. Es wird erwartet, dass andere MDI-Oligomere ebenso arbeiten werden.
Gemäß der Erfindung werden auch - obwohl weniger bevorzugt - TDI- Isomere, wie 2,4-TDI oder 2,6-TDI, entweder allein oder in Kombination mit den oben beschriebenen MDI-Polyisocyanaten, verwendet. In Abhängigkeit von dem exakten Reaktions- und Reingungsschema, das verwendet wird, kann das Verhältnis von 2,4-TDI-Isomer zu 2,6-TDI-Isomer in dem fertigen Produkt 65/35, 80/20 bzw. 100/0 betragen. Das TDI-Isomeren- Verhältnis kann die Eigenschaften des Polymers und des sich ergebenden Schaums sehr stark beeinflussen. Die 80/20 TDI-Isomeren-Mischung wird im allgemeinen für einen flexiblen Schaum bevorzugt. Die 65/35 TDI- Isomeren-Mischung kann jedoch brauchbar sein, um die Reaktivität in speziellen Formulierungen auszugleichen, und sie bildet auch flexible Schäume mit höheren tragenden Eigenschaften.
Andere im Handel erhältliche Polyisocyanate, die in Kombination mit dem obigen MDI oder TDI verwendet werden können, schließen z. B. ein: Hexamethylendisocyanat, Isophorondisocyanat, 3,5,5-Trimethyl-1- isocyanato-3-isocyanatomethyl-3-cyclohexan, 4,4',4"-Triisocyanatotriphenylmethan und die Polymethylenpolyphenylisocyanate. Andere Polyisocyanate sind bekannt und schließen solche ein, die in den US Patenten Nr. 3 700 643 und 3 600 359 beschrieben werden.
Das bevorzugte Mischverhältnis für die Polyol-, Wasser- und Polyisocyanat- Komponenten in den Polyurethanschaum-Formulierungen der Erfindung stellt einen Isocyanatindex ("NCO-Index")-Wert von 90 bis 110 bereit. Der NCO-Index wird berechnet als das Verhältnis der vorliegenden NCO- Äquivalente, geteilt: durch die Summe von Polyol- und Wasser-Äquivalenten, die in den schaumbildenden Formulierungen vorliegen, wobei der sich ergebende Quotient mit 100 multipliziert wird. Ein mehr bevorzugter Isocyanatindex für diese Erfindung ist 100. Wie auf dem Gebiet der Polyurethanchemie bekannt ist, hat eine Abänderung des Isocyanatindex in einem Schaum einen ausgeprägten Effekt auf die Härte des fertigen Schaums. Es gilt, dass diese Zunahme der Härte mit einer erhöhten äquivalenten Vernetzung direkt in Verbindung steht.
Zur Herstellung eines Schaums muss das Polyurethanpolymer durch die Einführung von Gasblasen ausgedehnt oder geschäumt werden. Eine zweckmäßige Gasquelle ist Kohlendioxid, das durch die Reaktion eines Isocyanats mit Wasser gebildet wird. Die Schäume der Erfindung werden vorzugsweise durch Wasser geschäumt, und es brauchen keine weiteren Treibmittel zugegeben werden. Gemäß der Erfindung werden von Wasser verschiedene Treibmittel zuzugeben, oder Treibmittel zusätzlich zum Wasser zuzugeben, wie Trifluormethan oder ein ähnliches flüchtiges Material, falls es erwünscht ist. Die Schaumdichte kann - falls es erwünscht ist - variiert werden, indem man die einzufügende Wassermenge verändert. Im allgemeinen liegt die Schaumdichte, die für die Schleifartikel- Trägerkissen-Anwendung benötigt wird, im Bereich von 32 bis 800 kg/m³.
Diethanolamin oder irgendeine Vielfalt von polyfunktionalen Komponenten niedriger Molmasse kann als Vernetzungsmittel verwendet werden, um den Schaum während der Ausdehnung zu stabilisieren, indem sie demselben einen schnellen Viskositätsaufbau verleihen. Die Katalysatorkombination wird ausgewählt, um ein optimales Gel/Verschäumungs-Verhältnis mit minimaler Schrumpfung oder einem minimalen Schaumkollaps bereitzustellen. Im allgemeinen beträgt die Vernetzungsmittel-Konzentration in pph, bezogen auf Polyol, 0 bis 5,0%, mehr bevorzugt 1 bis 5%. Vernetzungsmittel, die typischerweise kurzkettige, polyfunktionale Moleküle sind, werden zugegeben, um die Tragfähigkeit oder die anfängliche Schaumstabilität zu erhöhen. Diese können Polyole oder Aminpolyole sein. Repräsentative Beispiele geeigneter organischer Materialien haben eine Hydroxyl-Funktionalität von 1 und schließen Alkanole, Monoalkylether von Polyoxyalkylenglycolen und Monoalkylether von Alkylenglycolen ein. Beispiele brauchbarer Vernetzungsmittel schließen Diethanolamin ein, wie dasjenige, welches im Handel von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI erhältlich ist. Andere brauchbare Vernetzungsmittel schließen solche ein, die wie folgt unter den verschiedenen Handelsbezeichnungen erhältlich sind: UNILINK 4200, ein aromatisches, sekundäres Amin, das im Handel von UOP, Des Plaines, IL., erhältlich ist; QUADROL, ein Polyol, das im Handel von BASF, Mount Olive, NJ., erhältlich ist; VORANOL 446: ein Polyol, das im Handel von Dow Chemical, Midland, MI, erhältlich ist; und VORANOL 800, ein Polyol, das im Handel von Dow Chemical, Midland, MI erhältlich ist.
Repräsentative Beispiele von brauchbaren Kettenverlängerern schließen monomere, organische Polyhydroxy-Materialien ein, welche Alkylenglycole (z. B. 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 2-Ethyl-1,6-hexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,18-Dihydroxyoctadecan und 3-Chlor- 1,2-propandiol), Polyhydroxyalkane (z. B. Glycerin, Trimethylolethan, Pentaerythrit und Sorbit) und andere Polyhydroxy-Verbindungen, wie N,N-bis(Hydroxyethyl)benzamid, 2-Buten-1,4-diol, Rizinussöl und dergleichen, einschließen.
Ein Silicon/Polyether-Tensid kann verwendet werden, um eine Schaumstabilisierung bereitzustellen und die Zellöffnung zu erleichtern. Bei fast allen flexiblen Polyurethanschäumen werden nichtionische, auf Silicon basierende Tenside verwendet, um die Oberflächenspannung zu reduzieren, die inkompatiblen Formulierungsbestandteile zu emulgieren, die Keimbildung von Bläschen zu fördern, die Spannungskonzentration in den dünner werdenden Zellwänden zu reduzieren, um den aufsteigenden Schaum zu stabilisieren und dem Entschäumungseffekt irgendwelcher Feststoffe in dem Schaum entgegenzuwirken. Ein Beispiel eines brauchbaren Tensids ist dasjenige, welches unter der Handelsbezeichnung NIAX L-3001 erhältlich ist, ein Silicon-Tensid, das im Handel von OSi Specialties, Inc., Danbury, CT erhältlich ist.
In jeder Schaum-Formulierung ist eine minimale Tensidmenge notwendig, um einen kommerziell annehmbaren Schaum herzustellen. Wenn kein Tensid vorliegt, werden die Bläschen sehr schnell koaleszieren und in einer als Sieden bekannten Form zur Oberfläche aufsteigen. Wenn ein Tensid vorliegt, aber die Menge desselben nicht angemessen ist, können die Schäume stabil, aber fehlerhaft sein. Bei optimalen Tensidgehalten werden stabile, offenzellige Schäume hergestellt. Wenn die Tensidgehalte zu groß sind, kann der Schaum zu stabil werden, was dichtere, geschlossenzellige Schäume mit schlechteren physikalischen Eigenschaften ergibt. Im allgemeinen beträgt die Tensid-Konzentration in pph, bezogen auf Polyol, 0 bis 2,0%, mehr bevorzugt 0,5 bis 1,5%.
In die Polyurethan-Formulierungen werden vorzugsweise ein oder mehrere Katalysatoren eingefügt. Chemikalien, wie bestimmte metallorganische Verbindungen, nämlich organische Zinnverbindungen (z. B. Dibutylzinndilaurat) oder tertiäre Amine sind oft in den Rezepturen als wahre Katalysatoren für die Reaktionen mit inbegriffen. Kombinationen von Katalysatoren können verwendet werden, um die Polymerbildungsgeschwindigkeit (Isocyanat mit Hydroxyl) mit der Gasbildungsgeschwindigkeit (Isocyanat mit Wasser) auszugleichen. Es muss darauf geachtet werden, dass die Reaktionsgeschwindigkeiten, wie im Falle eines Nichtgleichgewichts, abgeglichen werden; das gelierende Polymer kann vielleicht keine ausreichende Festigkeit aufweisen, um das Kohlendioxid in den sich ausdehnenden Zellwänden einzufangen. Weiterhin könnte in Abhängigkeit von dem Nichtgleichgewicht - und falls es eintritt - das Resultat ein katastrophaler Zellkollaps, offene Zellen oder ein Aufspalten sein, und ebenfalls kann eine übermäßige Schrumpfung erfolgen.
Katalysatoren gewährleisten auch, dass die Polymerisationsreaktion fast zur Vervollständigung gelangt, und beschleunigen im Falle von geformten Schäumen die Härtungsgschwindigkeit derartig, dass die Schäume früher aus dem Werkzeug entfernt werden können und schneller gehandhabt werden. Wenn der Katalysatorgehalt zu hoch ist, kann die Startzeit des ausgetretenen Schaums zu kurz sein. Wie hierin verwendet wird, bezieht sich die Startzeit auf die Zeitspanne zwischen dem Aulaufen der Schaummaterialien aus dem Mischkopf und dem Beginn des Aufsteigens des Schaums, was typischerweise durch eine Farbänderung an der Oberfläche der Flüssigkeit als Ergebnis der Sättigung der Flüssigkeit mit sich entwickelndem Gas Eingegeben wird. Wenn die Startzeit geringer als 2 Sekunden ist, können sich Entnahmeprobleme ergeben.
Beispiele brauchbarer Katalysatoren sind DABCQ 33-LV, ein 33%iges Triethylendiamin in Dipropylenglycol, das im Handel von Air Products and Chemicals Inc., Allentown, PA, erhältlich ist; DABCO BL-16, ein 10%iger bis(N,N-Dimethylaminoethyl)ether in Dipropylenglycol, der im Handel von Air Products and Chemicals Inc., Allentown, PA, erhältlich ist; und NIAX A-300, das im Handel von OSi Specialties, Inc., Danbury, CT, erhältlich ist.
Eine Entwicklung jüngeren Datums auf diesem Gebiet ist das Auftreten von Katalysatoren mit verzögerter Wirkung. Diese Katalysatoren sind bei Raumtemperatur nicht sehr aktiv, aktivieren aber, wenn die anfängliche Reaktionswärme die schäumende Polymermasse aufwärmt. Typischerweise wird ein Salz eines tertiären Amins in einem geeigneten Lösungsmittel, wie einem niedermolekularen Glycol, verwendet. Salze tertiärer Amine von organischen Säuren, wie Kohlen-, Ameisen-, Essig-, 2-Ethylhexan- und Milchsäure, können als derartige Katalysatoren mit verzögerter Wirkung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Im allgemeinen ist die Katalysator-Konzentration in pph, bezogen auf Polyol, 0 bis 5,0; mehr bevorzugt 0,5 bis 2,0, am meisten bevorzugt 0,5 bis 1,0. Der Fachmann wird erkennen, dass die Katalysator-Konzentration von der Aktivität des Katalysators und dem Typ des Katalysators abhängt. In der Technik sind auch andere Polyurethan-Katalysatoren bekannt, und eine empirische Optimierung könnte andere brauchbare Kombinationen dem Fachmann offenbaren. Die exakte Zusammensetzung wird ausgewählt, um den Schaum für eine vorgegebene Anwendung maßzuschneidern und seine Verarbeitung in kommerziellen Anlagen, die sich in breitem Maße in ihrer Leistungsfähigkeit unterscheiden, zu ermöglichen.
Ein Antioxidationsmittel kann in die schaumbildenden Formulierung eingeschlossen werden, um die Wärmebeständigkeit des Schaums zu verbessern; und dasselbe kann auch eine inneres Scorching des Schaums reduzieren. Während der Verwendung als Schaum-Trägerkissen kann die gebildete Wärme einen Abbau des Schaum bewirken. Daher ist es erwünscht, Antioxidationsmittel wie IRGANOX 1076 einzufügen, ein Antioxidationsmittel, das im Handel von Ciba Geigy Corp., Hawthorne, NY erhältlich ist.
Der Schaum der Erfindung kann weiterhin andere Additive enthalten, solange diese Additive die physikalischen Eigenschaften des Schaums nicht stören oder beeinträchtigen. Beispiele solcher Additive schließen Farbstoffe, Pigmente, UV-Absorber, UV-Stabilisatoren, Weichmacher, Verfahrenshilfsmittel, Füllstoffe, Fasern, Verstärkungsfasern und dergleichen ein.
Die Auswahl und Wirkungen verschiedener Hilfsstoffe und die Herstellungsweisen des Schaums der Erfindung werden allgemein in "Flexible Polyurethane Foams", Editors: R. Herrington und K. Hock, Dow Chemical Co., 1991, beschrieben, auf das hierin Bezug genommen wird.
Gemäß der Erfindung wird die Schaumformulierung entweder mit einer Hochdruckschaummaschine oder mit einer Niederdruckschaummaschine verwendet, wobei es diesbezüglich keine Einschränkungen gibt.
Die Schäume der Erfindung können auch gegebenenfalls ein Verstärkungssubstrat, wie ein Gewebe, Tuch, Vlies, Verstärkungssträhnen, Maschenware und dergleichen, enthalten. Diese Verstärkungsmaterialien werden zuerst dem Werkzeug zugeführt, und dann wird die schaumbildende Formulierung in das Werkzeug eingeführt, um das Verstärkungssubstrat zu überfluten.
Die Schäume der Erfindung weisen relativ hohe Zugfestigkeiten und eine sehr hohe Elastizität für Polyetherschäume auf. Aufgrund ihres hohen Gehalts an primärem Hydroxyl, härten sie schnell und können oft nach nur einigen Minuten aus dem Werkzeug entfernt werden.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachstehend beschriebenen, nichteinschänkenden Beispiele weiterhin beschrieben. Falls nichts Anderweitiges angegeben ist, sind alle Teile, Mengen, Prozente und dergleichen auf das Gewicht bezogen.

Beispiele

Versuchstestmethoden

Die folgenden Tests wurden verwendet, um die Produkte zu analysieren, die durch die nachstehend beschriebenen Beispiele hergestellt wurden.

Testmethode I:

Dies war ein Test der beschleunigten Anwendung, der bestimmt ist, um die Reaktion des Trägerkissens gegenüber einer kontinuierlichen, starken Beanspruchung zu messen. Schäume mit ungenügender Elastizität erzeugen eine beträchtliche innere Wärme während dieses Tests, was eine Scorching und den Abbau, eine Schaumerhärtung, eine Hohlraumbildung und ein Versagen des Kissens zur Folge hat. Dieser Test bestand aus einem bloßen Kissen (ohne einen daran fixierten Schleifartikel), das mit einem hydraulischen Motor verbunden ist, welcher mit 3500 U/min läuft. Alle getesteten Kissen waren scheibenförmig, wobei die Vorderfläche einen Durchmesser von 6 inch (15,2 cm) aufweist und das Kissen eine Dicke von etwa 0,625 inch (1,6 cm) aufweist. Die Vorderfläche des Kissens wurde 200 zur Horizontalen geneigt, und die Kante der Kissenfläche wurde mit der Oberfläche und nahe des Umfangs eines frei drehenden Aluminiumtischs derartig in Kontakt gebracht, dass die Kante des Kissens den Tisch unter der Kraft des oben erwähnten Motors in Drehung versetzte. Ein abwärts gerichtete Kraft von 18 pounds wurde durch das Gewicht der Motoranordnung auf die Kante des Kissens im Kontakt mit dem Tisch ausgeübt, und das Kissen wurde 1 Stunde lang durch den Motor kontinuierlich gedreht. Dann wurde das Kissen auf Beschädigungen untersucht, Kissen, die eine sichtbare Deformation ihrer ursprünglichen Form aufwiesen, wurden aufgeschnitten, um das Ausmaß des Scorching zu bestimmen, sofern ein solches vorliegt. Die erfindungsgemäßen Schaumformulierungen bestanden diesen Test und wiesen kein scorching oder eine Hohlraumbildung auf, wobei sich nur eine geringe Härtung an der Kante des Kissens ergab. Alle erfindungsgemäßen Kissen wurden - selbst nachdem sie getestet waren - für eine weitere Verwendung als geeignet beurteilt.

Testmethode II

Dies war ein Test des Rotationsdefekts, der verwendet wurde, um die Kissen-Formulierungen zu testen, welche den Test der beschleunigten Anwendung des Testmethode I bestanden haben. Jedes bloße Schaumkissen (ohne einen daran fixierten Schleifartikel) wurde in einer verschlossenen Kammer montiert und in einem freien Rotationsmodus mit einer Anstiegsrate gedreht, die 500 U/min pro Sekunde zunimmt. Die Drehgeschwindigkeit, bei der das Kissen versagte, sowie die Art des Versagens wurden registriert. Mit diesem Test wurde die Festigkeit und die Reißfestigkeit des Schaums gemessen.

Testmethode III

Die Shore A Härte wurde durch ASTM Methode D 2240-91 gemessen, was das Anordnen der Schaumprobe auf einer harten, horizontalen Oberfläche beinhaltete. Das Durometer (A) wurde in senkrechter Position gehalten, wobei der Punkt des Eindringkörpers wenigstens 12 mm von jeder Kante der Probe entfernt war. Der Presserfuß wurde ohne Schlag so schnell wie möglich auf die Probe aufgetragen, wobei der Fuß parallel zur Fläche der Probe gehalten wird, wobei man einen gerade ausreichenden Druck anwendet, um einen Kontakt zwischen dem Presserfuß und der Probe zu erhalten. Nachdem der Presserfuß in festem Kontakt mit der Probe war, wurde der Skalenwert innerhalb einer Sekunde abgelesen, oder der maximale Skalenwert wurde aufgezeichnet. 5 Härtemessungen an unterschiedlichen Positionen auf der Probe, die wenigstens 6 mm voneinander getrennt sind, wurden durchgeführt, und das arithmetische Mittel wurde bestimmt.

Testmethode IV

Nach einer vollständigen, angemessenen Härtung wurde das Gewicht des Schaum-Trägerkissens in g gemessen. Das Kissengewicht muss mit dem Antriebsmechanismus kompatibel sein, um das richtige Gleichgewicht bereitstellen und die Schwingungen zu minimieren.

Beschreibung der Materialien

Polyole

ARCOL 11-27: mit Ethylenoxid-endverkapptes Polypropylenglycolpolyethertriol einer Molmasse von 6000, das im Handel von Arco Chemical Co., Newton Square, PA erhältlich ist;
ARCOL 34-28: ein Polymerpolyol mit einem Styrol/Acrylnitril-Polymer, das auf ein Ethylenoxid-endverkapptes Polypropylenglycolpolyethertriol gepfropft ist, das im Handel von Arco Chemical Co., Newton Square, PA erhältlich ist;
ARCOL 31-28: ein Polymerpolyol mit einem Styrol/Acrylnitril-Polymer, das auf ein Ethylenoxid-endverkapptes Polypropylenglycolpolyethertriol gepfropft ist, das im Handel von Arco Chemical Co., Newton Square, PA erhältlich ist;

Vernetzungsmittel

Diethanolamine: das im Handel von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WIS erhältlich ist;
UNILINK 4200: ein aromatisches sekundäre Diamin, das im Handel von UOP, Des Plaines, IL erhältlich ist;
QUADROL: ein Polyol, das im Handel von BASF, Mount Olive, NJ erhältlich ist;
VORANOL 390: ein Polyetherpolyol, das im Handel von Dow Chemical, Midland, MI erhältlich ist;
VORANOL 446: ein Polyol, das im Handel von Dow Chemical, Midland, MI erhältlich ist;
VORANOL 800: ein Polyol, das im Handel von Dow Chemical, Midland, MI erhältlich ist;

Polyisocyanate

MONDUR CD: Ein aromatisches Polyisocyanat vom MDI-Typ, das im Handel von Bayer, Pittsburgh, PA erhältlich ist;

Katalysatoren

DABCO 33-LV: 33%iges Diethylentriamin in Dipropylenglycol, das im Handel von Air Products and Chemicals Inc., Allentown, PA erhältlich ist;
DABCO BL-16 : 10%iges bis(N,N'-Dimethylaminoethyl)ether in Dipropylenglycol, das im Handel von Air Products and Chemicals Inc., Allentown, PA erhältlich ist;
NIAX A-300: Katalysator mit verzögerter Wirkung, der im Handel von OSi Specialties, Inc., Danbury, CT erhältlich ist;

Tensid

NIAX L-3001: Silicon-Tensid, das im Handel von OSi Specialties, Inc., Danbury, CT erhältlich ist;
NIAX L-3002: Silicon-Tensid, das im Handel von OSi Specialties, Inc., Danbury, CT erhältlich ist;

Antioxidationsmittel

IRGANOX 1076: Antioxidationsmittel, das im Handel von Ciba Geigy Corp., Hawthorne, NY erhältlich ist.

Allgemeine Arbeitsweise zur Herstellung von Trägerkissenschäumen

Die Schäume wurden dadurch hergestellt, dass man alle Komponenten, außer dem Isocyanat, in einem Papierbecher mit einer Hochgeschwindigkeitsrührschaufel vermischte. Dann wurde das Isocyanat zugegeben, und das Mischen wurde etwa 5 Sekunden fortgesetzt. Die schäumende Mischung wurde unmittelbar in ein Werkzeug von Raumtemperatur gegossen, welches das Kleineisenzeug des Kissens enthält. Eine Kissen-Deckschicht wurde auf der Oberseite angeordnet, und der Werkzeughohlraum wurde verschlossen. Die Werkzeuganordnung wurde 30 Minuten fang in einen Ofen von 65ºC (150ºF) gelegt, um den Schaum zu härten. Die gehärteten Kissen wurden aus dem Werkzeug entfernt und Abquetschgrate zurechtgeschnitten. Man ließ die Kissen vor dem Testen 24 Stunden lang härten. Die Schaum-Formulierungen werden in den nachstehenden Beispielen beschrieben.

Isocyanatindex

Die Menge des Isocyanats, die erforderlich ist, damit dasselbe mit dem Polyol, Wasser und irgendwelchen anderen reaktiven Additiven reagiert, wird in Form von stöchiometrischen Äquivalenten bestimmt. Diese theoretische, stöchiometrische Menge von Isocyanat kann dann in Abhängigkeit von dem Schaumsystem und den erforderlichen, finalen physikalischen Eigenschaften nach oben oder nach unten eingestellt werden. Die Menge des Isocyanats, die in Bezug auf die theoretisch Äquivalente Menge verwendet wird, ist als Isocyanatindex bekannt:
Isocyanatindex = 100 (tatsächlich verwendete Isocyanatmenge)/theoretisch erforderliche Isocyanatmenge

Beispiele 1 bis 4

Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, um die Wirkung von Polymerpolyolen auf die Haltbarkeit von Trägerkissen-Formulierungen zu untersuchen. Für Beispiel 1 wurde eine Bezugsformulierung, nämlich Schaum 1 hergestellt. ARCOL 11-27 wurde verwendet, welches ein mit Ethylenoxid verkapptes Polypropylenglycolpolyethertriol einer Molmasse von 6000 war. Das Polyisocyanat war ein modifiziertes MDI mit einer Funktionalität von 2, 3, das in einer stöchiometrischen Menge zu der schaumbildenden Formulierung gegeben wurde, d. h. es wurde ein NCO- Indexwert von 100 bereitgestellt. Beide Katalysatoren waren Amine, die in einem Verhältnis verwendet wurden, welches das richtige Gleichgewicht von Gel- und Verschäumungsreaktionen ergab. Der Wassergehalt wurde experimentell bestimmt und eingestellt, um das richtige Kissengewicht und die richtige Werkzeugfüllung zu ergeben. Ein Trägerkissen wurde hergestellt, indem man eine auf 40 g Polyol basierende Formulierung verwendete und 30 Minuten lang bei 65ºC härtete. Das sich ergebende Schaumkissen bestand den Test der beschleunigten Anwendung gut (Testmethode I), wobei sich keine Hohlräume oder kein katastrophales Versagen ergaben. Es wurde ein Aushärtung in der Kissenvorderseite gebildet, in Verbindung mit einer Ausbeulung in der Kissenkante. Als das Kissen aufgeschnitten wurde, sah man einen braunen Scorch-Ring am Kissenumfang, dort wo die Schaumkompression am größten war. Die innere Wärme, die während der Verwendung in der Testmethode I erzeugt wurde, war daher ausreichend, um einen Schaumabbau zu bewirken.
Für die Beispiele 2 bis 4 wurden eine Reihe von Formulierungen, d. h. die Schäume 2 bis 4, hergestellt, wobei man die Formulierung von Schaum 1 als Basisformulierung verwendete. Die Polyol-Komponente wurde mit verschiedenen Ethylenoxid (EO)-verkappten Polymertriolen mit Gehalten zwischen 20 und 50% modifiziert. Der Isocyanat-Gehalt wurde eingestellt, um einen Index von 100 beizubehalten. Die untersuchten Polyole waren ARCOL 31-28, welches einen hohem Acrylnitrilgehalt hatte, und ARCOL 34-28, welches einen höheren Styrolgehalt hatte. Die Wirkung beider Additive bestand darin, ein sehr viel festeres Kissen herzustellen, bis zu 35 Shore A, wie gemäß der Testmethode III bestimmt wurde. Die Kissengewichte wurden gemäß der Testmethode IV gemessen. Es gab keine Änderung der Leistungsfähigkeit, die für die Schäume 2 bis 4 im Test der beschleunigten Anwendung (Testmethode I) beobachtet wurde, im Vergleich zum Schaum 1. In dem erwünschten Härtebereich waren die Kissendeformation und das Scorching denjenigen des Kontrollkissens des Schaums 1 ähnlich. Dies wies darauf hin, dass obwohl die Polymerpolyol- Zugabe ein Verfahren zur Verbesserung der Festigkeit des Kissens bieten kann, dieselbe wenig dazu beiträgt, die Elastizität des Kissens zu verbessern. Alle in der Tabelle 1 aufgeführten Mengen stellen Gewichtsteile dar. Tabelle 1
Es wurde gezeigt, dass durch das Einfügen von Polymerpolyolen Kissen mit einer Vielfalt von Härtewerten bei ziemlich konstantem Kissengewicht erhalten werden können.
Beim Vergleich mit im Handel erhältlichen Polyether/MDI- und Polyester/MDI-Schäumen war eine typische, für solche Kissen beobachtete Art des Versagens in der Testmethode I - bei denen eine ungenügende Elastizität festgestellt wurde - die Bildung von Hohlräumen und Rissen genau innerhalb des Randes des Kissens am Punkt der maximalen Deformation. Demgegenüber wurde kein derartiges Verhalten bei den oben beschriebenen Formulierungen der Schäume 1 bis 4 beobachtet. In diesen Formulierungen der Schäume 1 bis 4 wurde nur ein Bereich der Schaumverfärbung und eine geringe winkelförmige Verfestigung am Umfang der Kissenfläche beobachtet. Wie zu erwarten war, war das Ausmaß dieses Verhaltens größer in den weicheren Kissen, die der größten Deformation während des Tests unterliegen.

Beispiel 5

Kissen wurden mit: der gleichen Formulierung wie beim Schaum 1 des Beispiels 1 hergestellt, außer dass separate Schaumproben bei Isocyanatindexwerten von 90, 100 und 110 hergestellt wurden, um den Effekt der Variation des Isocyanatindex zu untersuchen. Der Haupteffekt war wiederum die Änderung der Kissenfestigkeit. Der einzige Effekt, der in dem Test der beschleunigten Verwendung (d. h. Testmethode I) erkenntlich war, schien auf die Kissenfestigkeit zurückzuführen sein, wobei die weichen Schaumkissen, die mit einem NCO-Index von 90 gebildet wurden, die schlechteste Leistungsfähigkeit aller verglichenen Proben hatten.

Beispiel 6

Da der interne Schaum-Scorch aufgrund des Wärmeaufbaus eine Hauptquelle des Versagens des Schaumkissens im Schaum 1 der Beispiele 1 und 5 zu sein schien, wurden Versuche durchgeführt, um den Effekt der Zugabe eines Antioxidationsmittels zu der schaumbildenden Formulierung zu bestimmen. Eine Probe von Irganox 1076 wurde zum Testen erhalten. Dies ist ein langkettiges Alkylderivat von BHT (butyliertes Hydroxyltoluol), und dasselbe ist in der Polyol-Formulierung löslich. Proben, die die gleiche Formulierung wie Schaum 1 des Beispiels 1 aufweisen, wurden hergestellt, außer dass sie weiterhin Irganox 1076-Antioxidationsmittel bei 1 pph Polyol enthielten. Der Test der beschleunigten Verwendung gemäß der Testmethode I zeigte eine komplette Eliminierung des Scorch und eine beträchtliche Verbesserung der Kissendeformation. Es wurde gezeigt, dass sich dieser Effekt auf eine Vielfalt von Formulierungen erstreckt, die Polymerpolyole enthalten.

Beispiel 7

Die Wirkung von Vernetzungsmitteln wurde untersucht, indem zuerst den Diethanolamin-Gehalt variierte und dann die Wirkung der zusätzlichen Verwendung verschiedener Vernetzungsmittel untersuchte, die der Formulierung von Schaum 1 des Beispiels 1 zugegeben wurden. Die Wirkungen, die beobachtet wurden, indem man verschiedene Typen von Vernetzungsmitteln in der Formulierung des Schaums 1 verwendete, sind wie folgt zusammengefasst. Tabelle 2
Bei der Verwendung der Voranol- und Quadrol-Materialien, die Polyol- Vernetzungsmittel sind, ergab sich, dass bei denselben eine Katalysatoränderung notwendig war, um die Geßrate zu verbessern. D. h. diese Systeme schlossen auch einen Dabco 33-LV-Katalysator bei 0,75 pph Polyol ein, wobei kein separater Verschäumungskatalysator zugegeben wurde.
Ergänzend zu den in der Tabelle 2 gemachten Beobachtungen wurde festgestellt, dass, wenn das Vernetzungsmittel vollkommen weggelassen wurde, die Härtungsgeschwindigkeit dieser Schäume stark reduziert war und der Schaum während der Härtung instabil wurde und eine Tendenz zum Kollabieren hatte. Es wurde beobachtet, dass diese Neigung teilweise überwunden wurde, wenn man den Gehalt des Gel-Katalysators erhöhte, aber die Härtungsgeschwindigkeit und die Kissenhaltbarkeit waren immer noch reduziert. Die Reduktion der Diethanolamin-Gehalte auf 0,5 Teile ergab ein sehr weiches Kissen von 17 Shore A, aber ohne eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit. Die Schaum-Formulierung, die 3 pph Voranol 390 Vernetzungsmittel einschließt, ergab das beste Ergebnis, im Vergleich zur Kontrollformulierung, welche den Schaum 1 des Beispiels 1 nachahmt.

Beispiel 8

Zu Untersuchung der Auswirkungen der Zugabe eines Silicon-Tensids zu dem Schaum wurde eine Reihe von folgenden Silicon-Tensiden von OSi Specialties, Inc., Danbury, CT - wobei jedes, das unter der Reihe des Präfix Niax erhalten wurde, durch diese Firma verkauft wurde - und von Goldschmidt Chemicals erhalten, wobei jedes, das unter der Reihe des "Präfix B" erhalten wurde, durch diese Firma verkauft wurde. Frei aufgehende Schaumproben wurden hergestellt, indem man 0,5 (Gewichtsteile) jedes getesteten Tensids zu einer Schaum-Formulierung gab, welche die in Tabelle 3 beschriebene Formulierung des Schaums A aufweist. Alle in der Tabelle 3 aufgeführten Mengen sind Gewichtsteile. Tabelle 3
Die in der Tabelle 3 aufgeführte Tensid-Komponente wurde für jeden Testversuch aus den folgenden, in der Tabelle 4 aufgeführten Tensiden ausgewählt, und der sich ergebende Schaum wird beschrieben. Tabelle 4
Unerwarteterweise waren die Tenside, welche die besten Schaumergebnisse ergaben (z. B. B-8680, B-8681) diejenigen, welche durch den jeweiligen Tensidhersteller zur Verwendung in TDI-Schäumen (keine Polyetherschäume) empfohlen wurden, und selbst eines, das durch den entsprechenden Hersteller für Polyesterschäume (nämlich 8-300) empfohlen wurde. Schäume, die diese Tenside einschließen, schienen die feinste Zellstruktur, die beste Zellgrößen-Kontrolle und die sich am weichesten anfühlenden Schäume zu ergeben. Schaumkissen, die unter Verwendung jedes der Silicontenside Niax L-3001, B-8300 und B-8681 hergestellt wurden, wurden durch das Protokoll der Testmethode I dem Test der beschleunigten Verwendung unterzogen. Die Kissen, die mit der Niax L- 3001 enthaltenden Schaum-Formulierung hergestellt wurden, bestanden den Test. Die Schäume, die mit B-8300 und B-8681 hergestellt wurden, hatten eine bessere Fähigkeit zur Zellkontrolle, aber die hergestellten Schäume wiesen eine vergleichsweise geringe Elastizität auf. Hochelastische Schäume, wie solche, die das in diesem Beispiel getestete Silicontensid Niax L-3001 enthalten, sind zur Verwendung in Schleif-Umgebungen besonders vorteilhaft.

Beispiel 9

Eine experimentelle Untersuchung wurde durchgeführt, um die Auswirkungen der Verwendung eines Katalysatortyps mit verzögerter Wirkung in der in der Tabelle 5 beschriebenen Formulierung des Schaums B zu bestimmen. Alle in der Tabelle aufgeführten Mengen sind Gewichtsteile. Tabelle 5 Schaum B¹
1 Iscyanatindex: 100; Shore A Härte: 22; Schaumgewicht (g): 125,5;
2 enthält 40 Gew.-% Wasser
Der zugefügte Gel-Katalysator mit verzögerte Wirkung, nämlich Niax A- 300, der verwendet wurde, war ein blockiertes Amin, dessen Blockierung beim Erwärmen aufgehoben wird, und der als Hilfsmittel zur Zellöffnung vermarktet wird. Niax A-300 wurde bei 0,75 pph Polyol verwendet. Diese Schaum-Formulierung ergab eine eindeutige Verbesserung der Leichtigkeit des Mischers und des Werkzeugfüllens, da der Beginn des Schäumens verzögert wurde. Die hergestellten Schaumkissen waren sehr gleichmäßig, weisen seine dicke, zähe Haut und eine hohe scheinbare Elastizität auf. Beim Testen der Kissen mit dem Tester der beschleunigten Verwendung gemäß dem Protokoll der Testmethode I war ihre Leistungsfähigkeit außergewöhnlich.
Die einzige sichtbare Änderung im Kissen war eine sehr kleine Erhärtung in der Kante der Kissenfläche und ein leichtes Kräuseln der Kissenkante. Eine zweite Reihe von Kissen wurde hergestellt, welche die gleiche Formulierung aufwiesen, aber bei 99ºC gehärtet wurden, anstatt bei den standardmäßigen 60ºC. Dies ergab eine verbesserte Leistungsfähigkeit. Kissen, die mit dieser Formulierung hergestellt wurden, erreichen eine Leistungsfähigkeit, die derjenigen von Polyester/TDI-Kissen vergleichbar ist, die Härtegrade von 22-25 Shore A aufweisen, was nahe bei dem Optimum liegt. Zwei Kissen, die gemäß der Schaum-Formulierung dieses Beispiels hergestellt wurden, wurden gemäß dem Protokoll der Testmethode II dem Rotationsdefekt-Testen unterzogen. Eine Geschwindigkeit des Versagens von 18 000 U/min ist für eine Einstufung von 10 000 U/min notwendig. Die erreichten Geschwindigkeiten waren 16 645 und 15 150 U/min. Die Art des Versagens war der Verlust eines dicken Schaumstücks aus der Kissenkante. Dies steht im Gegensatz zu der typischen Versagensart, welche ein Versagen der Deckschicht und ein vollständigen Zerstören des Kissens darstellt. Dies deutet entweder auf Defekte hin, wie große Blasen im Schaum, die verschwinden können, wenn eine Schaummaschine verwendet wird, oder die dringende Notwendigkeit, die Zugfestigkeit des Schaums leicht zu Erhöhen. Versuche zur Verbesserung der Schaumfestigkeit durch Zugabe von 20% Polymerpolyol ergaben ein Kissen mit einer schlechteren Leistungsfähigkeit bei der beschleunigten Verwendung gemäß der Testmethode 1.

Claims

1. Träger-Pad, das zur Verwendung mit einem eine Schleiffläche und eine Befestigungsfläche aufweisenden Schleifartikel geeignet ist, wobei das Träger-Pad umfasst:

einen elastischen, offenzelligen Polyurethan-Schaumkörper, der eine Befestigungsfläche aufweist, die in die Befestigungsfläche des Schleifartikels eingreifen kann, wobei das Polyurethan, welches das Reaktionsprodukt wenigstens eines Polyetherpolyols und wenigstens eines aromatischen Polyisocyanats umfasst, aus der aus monomerem Methylendiphenyldiisocyanat, polymerem Methylendiphenyldiisocyanat, modifiziertem Methylendiphenyldiisocyanat und Kombination derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

2. Träger-Pad gemäß Anspruch 1, worin das aromatische Polyisocyanat durch die Formel (A):

dargestellt wird, worin n der Wert einer ganzen Zahl von 0 oder größer ist.

3. Träger-Pad gemäß Anspruch 2, worin n eine nicht 0 darstellende, positive ganze Zahl eines Werts von 1 oder mehr darstellt.

4. Träger-Pad gemäß Anspruch 1, worin das Polyetherpolyol aus der aus Polyoxypropylendiolen, Polyoxypropylentriolen, Polyoxypropylentetrolen und Ethylenoxid-verkappten Diolen, Ethylenoxid-verkappten Triolen und Ethylenoxid-verkappten Tetrolen und Mischungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Träger-Pad gemäß Anspruch 1, worin das Polyetherpolyol aus der aus Polypropylenetherglycol, Polyethylenetherglycol, Polytetramethylenetherglycol und Polybutylenetherglycol und Mischungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

6. Träger-Pad gemäß Anspruch 1, worin das Polyetherpolyol ein Polyethertriol umfasst.

7. Träger-Pad gemäß Anspruch 1, worin das Polyetherpolyol ein Polypropylenglycolpolyethertriol mit einer durchschnittlichen Molmasse von etwa 6000 umfasst.

8. Verfahren zur Herstellung eines Träger-Pads für einen Schleifartikel, umfassend die Schritte:

(a) der Bereitstellung eines Schleifartikels, umfassend eine flexible Trägerschicht, die eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei eine Schleifschicht auf dieser Vorderseite bereitgestellt wird;

(b) der Bildung einer elastischen, offenzelligen Polyurethan- Schaumschicht durch Umsetzung eines Polyetherpolyols und eines aromatischen Polyisocyanats, wobei diese Schaumschicht eine Vorderfläche einschließt, und

(c) des Befestigens der Vorderfläche der Schaumschicht an der Rückseite der Trägerschicht des Schleifartikels.