DE69718176T2

DE69718176T2 - Teppichrüchen appreturschichten, verbundschichten und schaumschichten hergestellt aus polyurethanformulierungen die flugaschen enthalten

Info

Publication number: DE69718176T2
Application number: DE69718176T
Authority: DE
Inventors: C. Jenkines
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: WO1998008893A1; NZ333977A; KR20000035834A; AU4081697A; CA2262782C; DE69718176D1; US6555199B1; US6096401A; EP0922067A1; TW449605B; AU719798B2; BR9711246A; EP0922067B1; JP2000517361A; CA2262782A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gegenstände mit Polyurethanrückenbeschichtungen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Gegenstände mit Polyurethanrückenbeschichtungen und auf ein Verfahren und eine Zusammensetzung, die bei ihrer Herstellung verwendet werden.
Gegenstände, welche hieran gebunden Polyurethanschaumschichten besitzen, sind wohlbekannt. Beispielsweise sind Teppiche und andere Substrate, die hieran gebundene Polyurethanschaumschichten als Rückenbeschichtung besitzen, in den US-Patenten Nr. 3 755 212, 3 821 130, 3 862 879, 4 022 941, 4 171 395, 4 278 482, 4 286 003, 4 296 159, 4 405 393, 4 483 894, 4 512 831, 4 515 646, 4 595 436, 4 611 044, 4 657 790, 4 696 849, 4 853 054, 4 853 280, 5 104 693 und der EP-A-0 093 392 beschrieben. Typischerweise wird ein Füllstoffmaterial zur Herstellung einer Polyurethanformulierung für Teppichrückenbeschichtung verwendet. Der Füllstoff kann einen gewissen Teil des zur Herstellung eines Gegenstandes mit Polyurethanrückenbeschichtung erforderlichen Polymeren ersetzen, wobei das Große Volumen in dem Gegenstand beibehalten wird. Dies kann die Herstellungskosten des Gegenstandes herabsetzen, da als Füllstoffe benutzte Materialien typischerweise weniger kostspielig als das zu ersetzende Polymermaterial sind.
Bei der Auswahl eines Füllstoffes für eine spezielle Anwendung sollte der Effekt, welchen der Füllstoff auf das Verfahren - und auf die physikalischen Eigenschaften des Gegenstandes - haben kann, in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann ein zu alkalischer Füllstoff bei einem Verfahren zur Herstellung von Teppichen mit Polyurethanrückenbeschichtung vorzeitige Gelierung hervorrufen. Im Gegensatz dazu kann ein Füllstoff, der zu sauer ist, eine nicht annehmbare Verzögerung beim Beginn der Gelierung hervorrufen. Die Erhöhung der Menge von bei Herstellung von Teppichrückenbeschichtungen verwendeten konventionellen Füllstoffen, wie Calciumcarbonat (CaCO&sub3;) und Aluminiumtrihydrat (ATH), kann eine nicht erwünschte Erhöhung der Viskosität in einer Polyurethanformulierung zur Folge haben.
Obwohl die Kostenherabsetzung ein Anlaß zur Einführung von so viel wie möglich Füllstoff in eine Polyurethanformulierung sein kann, kann es nicht annehmbar sein, die Kosten der Herstellung auf Kosten der Qualität des hergestellten Gegenstandes zu vermindern. Die in eine Polyurethanformulierung eingebaute Füllstoffmenge kann durch die negativen Effekte begrenzt sein, welche der Füllstoff auf die Eigenschaften eines Polyurethans, wie beispielsweise die Flexibilität, die Erholung und die Haftung, haben kann.
Flugasche wurde als Füllstoffmaterial in Systemen wie Zement und Betonprodukten, Straßenbelägen/Unterbauten und Baufüllstoffen verwendet. Siehe beispielsweise U.S. Department of Transportation/Federal Highway Administration Report No. FHWA-SA-94-081 (August 1995). Das Electric Power Research Institute (EPRI) berichtete in EPRI Report CS-4765 (September 1986) (im folgenden CS-4765), daß aus einem direkten Säureauslaugverfahren gewonnene Flugasche als Füllstoff zu polymerisiertem Nylon und Polypropylen zugesetzt wurde.
Es wäre erwünscht, die Beladung von Füllstoff in einer Polyurethanformulierung ohne Schädigung des Verfahrens zur Herstellung einer Polyurethan-Teppichrückenbeschichtung oder für die physikalischen Endeigenschaften des fertigen Produktes zu erhöhen. Ebenfalls wäre es wünschenswert, Flugasche als ein Füllstoffmaterial in einem reaktiven polymeren System ohne signifikanten Einfluß auf eine Polymerbildungsreaktion zu verwenden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung eine geschäumte Polyurethanzusammensetzung, brauchbar zum Herstellen einer Polyurethanvorbeschichtung, Polyurethanlaminatschicht oder Polyurethanschaumschicht, umfassend: ein Polyol, einen Kettenverlängerer, ein Polyisocyanat, einen Katalysator, ein Füllstoffbenetzungsmittel und einen Füllstoff, wobei der Füllstoff Flugasche der Klasse F einschließt, und ein Gas-Blähmittel.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Teppich mit Rückbeschichtung, der eine Polyurethanrückenbeschichtung entsprechend der Erfindung besitzt.
Bei einer noch anderen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Teppichs, der eine Polyurethanrückenbeschichtung besitzt, umfassend die Stufen: (1) Aufbringen wenigstens einer Schicht einer polyurethanbildenden Zusammensetzung auf ein Teppichsubstrat, wobei die polyurethanbildende Zusammensetzung Flugasche der Klasse F einschließt, und (2) Aushärten der polyurethanbildenden Zusammensetzung zur Bildung einer von Klebrigkeit freien Polyurethanrückenbeschichtung. Die Anmelderin hat ein Verfahren zur Herstellung einer Polyurethanzusammensetzung entwickelt, welche Flugasche als Füllstoffmaterial einschließt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ein verbessertes Verfahren ergeben, einschließend erhöhtem Fließen einer Polyurethanzusammensetzung in den Steppstich eines Teppichs und erhöhte Topfzeit einer Polyurethanzusammensetzung. Die Verwendung von Flugasche als Füllstoff reduziert die Pillingbildung und den Abrieb der Teppichfläche, erhöht die Flexibilität des Teppichs während des Einbaus und reduziert ebenfalls die verfestigende Gelierung während des Auftrags einer polyurethanbildenden Zusammensetzung. Zusätzlich kann Flugasche mit höherer Beladung als konventionelle Füllstoffe eingegeben werden, ohne daß eingerichtete Verfahrensparameter oder die physikalischen Eigenschaften einer Polyurethan-Teppichrückenbeschichtung geschädigt werden.
Die Erfindung liefert eine geschäumte Polyurethanzusammensetzung zum Herstellen einer Polyurethanvorbeschichtung, einer Polyurethanlaminatschicht oder einer Polyurethanschaumschicht, umfassend ein Polyol, einen Kettenverlängerer, ein Polyisocyanat, einen Katalysator, ein Füllstoffbenetzungsmittel, ein Gas-Blähmittel und einen Füllstoff, der Flugasche der Klasse F einschließt. Die Zusammensetzung hat einen Isocyanatindex von 85 bis 130. Sie enthält reaktionsfähige Komponenten wie aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindungen und Verbindungen mit Isocyanatfunktionalität.
Aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindungen sind Verbindungen, welche aktive Wasserstofffunktionalität besitzen, worin wenigstens ein Wasserstoffatom an ein elektronegatives Atom wie Schwefel, Stickstoff oder Sauerstoff gebunden ist. Hier beschriebene, aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindungen können eine beliebige Kombination von Hydroxyl-, Amino- und Mercaptylfunktionalität - zusätzlich zu anderen aktiven Wasserstoffgruppen - enthalten, und sie können mit Isocyanatgruppen unter Bedingungen umgesetzt werden, die zur Herstellung einer Polyurethan-Teppichrückenbeschichtung geeignet sind. Die Durchschnittsfunktionalität einer aktiven Wasserstoff enthaltenden Bedingung bezieht sich auf die Durchschnittszahl von aktiven Wasserstoffgruppen pro Verbindung.
Ein Polyol ist ein Beispiel einer aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung bei der vorliegenden Erfindung. Wie hier verwendet, kann sich der Ausdruck "Polyol" auf ein einzelnes Polyol oder eine Mischung von zwei oder mehr Polyolen beziehen. Ein Polyol der vorliegenden Erfindung kann ein Durchschnittsäquivalentgewicht von 500 bis 5000, bevorzugt von 750 bis 2500 und mehr bevorzugt von 750 bis 2000 haben. Das Durchschnittsäquivalentgewicht einer Verbindung kann dadurch bestimmt werden, daß das Durchschnittsmolekulargewicht der Verbindung durch die Funktionalität der Verbindung dividiert wird. In der vorliegenden Erfindung sind wenigstens etwa 30%, bevorzugt etwa 50% und mehr bevorzugt etwa 60% der Hydroxylfunktionalität eines Polyols primäre Hydroxylfunktionalität. Obwohl ein breiter Bereich von Materialien verwendet werden kann, sind Polyetherpolyole aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit und breiten Verfügbarkeit bevorzugt. Polymere von Propylenoxid, welche wenigstens teilweise mit Ethylenoxid endgekappt sind, sind besonders bevorzugt.
Polyole der vorliegenden Erfindung werden nach bekannten Methoden durch Umsetzung eines Alkylenoxids mit einer geeigneten vielwertigen Initiatorverbindung hergestellt. Das Alkylenoxid hat vorzugsweise 2-8 Kohlenstoffatome. Beispielsweise können geeignete Alkylenoxide Ethylenoxid, Propylenoxid, 1,2-Butylenoxid, 2,3-Butylenoxid, Styroloxid, Epichlorhydrin, 3-Methyl-1,2-butylenoxid, vergleichbare Verbindungen und Mischungen hiervon sein, wobei Propylenoxid das bevorzugte Oxid ist. Die Initiatorverbindung kann eine vielwertige Verbindung sein wie Wasser, Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, p,p'-Isopropylidindiphenol, Anilin, Ammoniak, Ethylendiamin, Aminoethylethanolamin, vergleichbare Verbindungen und Mischungen hiervon.
Wenn ein einzelnes Polyol in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann das Polyol eine Durchschnittsfunktionalität von 1,4 bis 3,0 haben. Bevorzugt beträgt die Durchschnittsfunktionalität des Polyols von 1,6 bis 2,8. Eine Mischung von Polyolen kann verwendet werden, welche wenigstens ein zweites Polyol zusätzlich zu dem ersten Polyol enthält. Das zweite Polyol kann in derselben Weise wie das erste Polyol mit der Ausnahme beschrieben werden, daß das zweite Polyol eine Funktionalität von wenigstens etwa 2,05 haben kann. Bevorzugt hat das zweite Polyol eine Funktionalität von 2,4 bis 3,0, mehr bevorzugt beträgt die Funktionalität von 2,5 bis 2,95. Wenn eine Polyolmischung verwendet wird, kann die Durchschnittsfunktionalität der Polyolmischung von 1,97 bis 2,5, bevorzugt von 1,98 bis 2,4 und mehr bevorzugt von 1,99 bis 2,3 betragen.
Die vorliegende Erfindung schließt einen Kettenverlängerer ein. Ein Kettenverlängerer ist typischerweise eine aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindung mit niedrigem Äquivalentgewicht, welche etwa 2 aktive Wasserstoffgruppen pro Molekül besitzt. Die aktiven Wasserstoffgruppen können Hydroxyl-, Mercaptyl- oder Aminogruppen sein. Falls die aktiven Wasserstoffgruppen Aminogruppen sind, ist das Amin bevorzugt ein sterisch gehindertes Amin. Ein sterisch gehindertes Amin ist ein Amin, das mit Gruppen mit großem Volumina substituiert ist, welche die Neigung zum Hemmen der Reaktivität des Amins besitzen, beispielsweise Alkylgruppen mit zwei oder mehr Kohlenstoffen. Ein Aminkettenverlängerer kann ebenfalls geblockt, eingekapselt oder in anderer Weise weniger aktiv gemacht sein. Bevorzugte Kettenverlängerer schließen Glykole und Glykolether ein wie: Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6- Hexamethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Cyclohexandimethanol, die diversen Bisphenole, vergleichbare Verbindungen und Mischungen hiervon. Geeignete Aminkettenverlängerer schließen ein: Methylen-bis-(o-chloranilin), NaCl-geblocktes Methylendianilin, Diethyltoluoldiamin, vergleichbare Verbindungen und Mischungen hiervon.
Bei der Herstellung einer Polyurethanrückenbeschichtung der vorliegenden Erfindung werden vorteilhafterweise kleine Mengen von Kettenverlängerer verwendet. Im allgemeinen werden von 5 bis 50 Teile, bevorzugt von 5 bis 30 Teile des Kettenverlängerers pro 100 Teile von Polyol, in Gewicht, verwendet. Mehr bevorzugt werden von 5 bis 20 Teile Kettenverlängerer pro 100 Teile Polyol bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet.
Die polyurethanbildende Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung schließt ebenfalls ein Polyisocyanat ein. Die Durchschnittsfunktionalität eines Polyisocyanates ist die Durchschnittszahl von Isocyanatgruppen pro Molekül. Das hier verwendete Polyisocyanat hat eine Durchschnittsfunktionalität von 1,9 bis 3,0. Das Polyisocyanat hat bevorzugt eine Durchschnittsfunktionalität von 1,95 bis 2,5 und mehr bevorzugt von 1,95 bis 2,4. Am meisten bevorzugt hat das Polyisocyanat eine Durchschnittsfunktionalität von 2,0 bis 2,4.
Das Polyisocyanat kann aliphatisch oder aromatisch sein. Aromatische Polyisocyanate, welche für die Verwendung hier geeignet sind, schließen ein: Phenyldiisocyanat, 2,4-Toluoldiisocyanat, 2,6-Toluoldiisocyanat, Ditoluoldiisocyanat, Naphthalin-1,4-diisocyanat, 2,4'- oder eine Kombination von 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Polymethylenpolyphenylenpolyisocyanate (polymeres MDI), vergleichbare Verbindungen und Mischungen hiervon. Geeignete aliphatische Polyisocyanate schließen ein: die hydrierten Derivate von geeigneten aromatischen Polyisocyanaten wie 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, 1,4-Cyclohexyldiisocyanat, vergleichbare Verbindungen und Mischungen hiervon. Prepolymere, hergestellt durch Umsetzung eines Polyols oder Kettenverlängerers mit einem Polyisocyanat, sind ebenfalls geeignet.
Das Polyisocyanat kann in einer geeigneten Menge zur Herstellung einer polyurethanbildenden Zusammensetzung mit einem Isocyanatindex von 85 bis 130 verwendet werden. Der Isocyanatindex kann durch Multiplizieren des Verhältnisses von Isocyanatäquivalenten zu aktiven Wasserstoffäquivalenten mal 100 berechnet werden. Der bevorzugte Isocyanatindex ist eine Variable, welche von der Menge von Wasser in dem Textilmaterial abhängt. Bevorzugt liegt der Isocyanatindex in dem Bereich von 85 bis 115 für eine Laminatbeschichtung und bevorzugt von 85 bis 110 für eine Schaumbeschichtung.
Ein Katalysator wird bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet. Geeignete Katalysatoren schließen tertiäre Amine und organometallische Verbindungen, vergleichbare Verbindungen und Mischungen hiervon ein. Beispielsweise schließen geeignete Katalysatoren ein: Di-n- butylzinn-bis-(mercaptoessigsäureisooctylester), Dimethylzinndilaurat, Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinnsulfid, Zinn(II)-octoat, Bleioctoat, Eisen(III)-acetylacetonat, Bis- muthcarboxylate, Triethylendiamin, N-Methylmorpholin, vergleichbare Verbindungen und Mischungen hiervon. Es wird vorteilhafterweise eine solche Menge von Katalysator verwendet, daß ein relativ rasches Aushärten bis zu einem von Klebrigkeit freien Zustand erhalten wird. Falls ein organometallischer Katalysator verwendet wird, kann ein solches Aushärten unter Verwendung von 0,01 bis 0,5 Teilen pro 100 Teile der polyurethanbildenden Zusammensetzung, in Gewicht, erhalten werden. Falls ein tertiärer Aminkatalysator verwendet wird, liefert der Katalysator vorzugsweise ein geeignetes Aushärten unter Verwendung von 0,01 bis 3 Teilen von tertiärem Aminkatalysator pro 100 Teile des polyurethanbildenden Zusammensetzung, in Gewicht. Sowohl ein Katalysator vom Amintyp als auch ein organometallischer Katalysator können in Kombination verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung schließt ein Füllstoffmaterial ein. Das Füllstoffmaterial schließt Flugasche der Klasse F ein. Der Füllstoff kann ausschließlich Flugasche sein, oder er kann wahlweise konventionelle Füllstoffe wie gemahlenes Glas, Calciumcarbonat, ATH, Talk, Bentonit, Aminontrioxid, Kaolin oder andere bekannte Füllstoffe einschließen. Bevorzugt macht die Flugasche wenigstens 50 Gew.-% des Gesamtgewichtes des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Füllstoffes aus. Mehr bevorzugt macht die Flugasche wenigstens 75% des Füllstoffes und noch mehr bevorzugt wenigstens 90% des Füllstoffes, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, aus. Am meisten bevorzugt macht die Flugasche im wesentlichen das gesamte Füllstoffmaterial aus, d. h. wenigstens 99% des Füllstoffes ist Flugasche.
Flugasche ist ein Rückstand, der aus der Verbrennung von pulverisierter Kohle resultiert, und er kann verschiedene Anteile von Oxiden von Silizium (Si), Aluminium (Al), Eisen (Fe), Calcium (Ca) und Magnesium (Mg) einschließen. Der Hauptteil der Flugasche besteht aus Oxiden von Aluminium und Silizium. Flugasche kann klassifiziert werden entweder als Flugasche vom Typ Klasse C oder Klasse F. Flugasche der Klasse C wird aus subbituminösen Kohlen und Lignitkohlen erhalten. Flugasche der Klasse F wird aus bituminösen Kohlen und Anthrazitkohlen erhalten. Die Flugasche der vorliegenden Erfindung ist Flugasche der Klasse F. Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Flugasche kann entsprechend bekannten Verfahrensweisen zur Entfernung von Verunreinigungen oder nicht erwünschten Komponenten behandelt werden. Beispielsweise kann Flugasche durch Waschen mit Wasser behandelt werden. Alternativ kann Flugasche durch direktes Säureauslaugen (DAL) behandelt werden, wie in CS-4765 beschrieben. Als andere Alternative kann Flugasche, die zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, kommerziell bezogen werden.
Flugasche kann in eine Formulierung der vorliegenden Erfindung mit höherer Beladung eingeschlossen werden, als sie unter Verwendung von konventionellen Füllstoffen erreicht werden kann. Flugasche kann mit größer als 400 Teilen Flugasche pro 100 Teile von aktiven Wasserstoffverbindungen beladen werden. Konventionelle Füllstoffe, die mit größer als 400 Teilen pro 100 Teile beladen werden, können Probleme bei einem Verfahren zur Herstellung einer Polyurethan-Teppichrückenbeschichtung hervorrufen. Beispielsweise können konventionelle Füllstoffe eine nicht annehmbare Viskositätserhöhung in einer polyurethanbildenden Formulierung bewirken, wenn sie mit einer Konzentration von größer als 400 Teilen eingegeben werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann Füllstoff in eine Unterlagen- oder Laminatschicht mit einer Konzentration von 100 bis 1000 Teilen Füllstoff pro 100 Teile aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindungen beladen werden. Bevorzugt wird der Füllstoff mit einer Konzentration von 300 bis 900 Teilen pro 100 Teile beladen. Mehr bevorzugt wird der Füllstoff mit einer Konzentration von 300 bis 700 Teilen pro 100 Teile der aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindungen beladen. Bei einer Schaumbeschichtung kann Füllstoff mit einer Konzentration von 100 bis 400 Teilen Füllstoff pro 100 Teile von aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindungen beladen werden. Bevorzugt wird der Füllstoff mit 150 bis 400 Teilen, mehr bevorzugt von 200 bis 400 Teilen beladen.
Die vorliegende Erfindung schließt ebenfalls ein Füllstoffbenetzungsmittel ein. Ein Füllstoffbenetzungsmittel erfüllt im allgemeinen die Funktion der Verträglichmachung des Füllstoffes und der polyurethanbildenden Zusammensetzung. Brauchbare Füllstoffbenetzungsmittel können ethoxylierte Phosphatester in einem organischen Träger einschließen. Beispiele von geeigneten Füllstoffbenetzungsmitteln schließen Maphos 56, Pegafx 410 und Code 5027 (erhältlich von Fibro Chem, Inc.) ein.
Ein Füllstoffbenetzungsmittel kann in eine polyurethanbildende Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung mit einer Konzentration von wenigstens etwa 0,5 Teilen pro 100 Teile Füllstoff, in Gewicht, eingegeben werden. Bevorzugt wird das Füllstoffbenetzungsmittel mit einer Konzentration von 0,5 bis 1,5 Teilen pro 100 Teile Füllstoff, mehr bevorzugt von 0,75 bis 1,25 Teilen pro 100 Teile Füllstoff eingeschlossen.
Die vorliegende Erfindung kann andere wahlweise Komponenten einschließen. Beispielsweise kann eine polyurethanbildende Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ein Tensid, ein Blähmittel, ein Flammhemmmittel, Pigmente, antistatische Mittel, Verstärkungsfasern, Antioxidantien, Konservierungsstoffe, Wasserfänger, Säurefänger einschließen. Geeignete Blähmittel schließen Gase wie Luft, Kohlendioxid, Stickstoff, Argon und Helium ein. Ebenfalls geeignet sind Flüssigkeiten wie Wasser, flüchtige halogenierte Alkane wie die verschiedenen Chlorfluormethane und Chlorfluorethane und Azo-Blähmittel wie Azobis-(formamid). Bevorzugt in der Praxis dieser Erfindung ist die Verwendung eines Gases als Blähmittel, Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Luft als Blähmittel.
In der vorliegenden Erfindung kann ein Tensid erwünscht sein. Ein Tensid kann bei der Herstellung einer Polyurethanschicht oder einer Polyurethanlaminatschicht unter Verwendung einer Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung besonders brauchbar sein. Geeignete Tenside schließen Blockcopolymere von Ethylenoxid und Silikontenside ein. Beispielsweise kann ein geeignetes Blockcopolymeres von Ethylenoxid Copolymere einschließen, welche wenigstens 60 Gew.-% des von Oxyethyleneinheiten abstammenden Polymeren, 15 bis 40 Gew.-% des von Polydimethylsiloxaneinheiten abstammenden Polymeren haben und das Polymere ein Molekulargewicht von weniger als 30.000 besitzt, wie in dem US-Patent Nr. 4 483 894 beschrieben. Ein Tensid kann in eine Formulierung der vorliegenden Erfindung in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 2 Teilen pro 100 Teile des Polyols, in Gewicht, eingegeben werden.
Teppiche mit Rückenbeschichtungen können eine Unterlage und eine Laminatschicht einschließen, aufgebracht auf der Rückseite eines Teppichsubstrates. Zusätzlich kann ein Teppich mit Rückenbeschichtung wahlweise ein hieran gebundenes Schaumpolster, welches auf das Teppichsubstrat aufgebracht wird, einschließen. Im allgemeinen werden Teppiche, welche hieran gebundene Polster besitzen, durch Tuften oder Weben von Garn in eine primäre Unterlage, Auftrag einer klebenden Vorbeschichtung auf die primäre Unterlage zum Binden des getufteten Materials in der Unterlage und dann Auftragen eines Polyurethanschaumpolsters hergestellt. Die Verwendung von beliebigen der Polyurethanschichten kann wahlweise bei der Praxis der vorliegenden Erfindung sein. Beispielsweise kann der Auftrag einer getrennten Polyurethanvorbeschichtung durch Auftrag einer ausreichenden Menge einer Laminatschicht eliminiert werden, so daß die Laminatschicht in das Teppichgewebe einsickert und die Funktion sowohl einer Vorbeschichtung als auch einer Laminatbeschichtung erfüllt. In gleicher Weise kann eine Polyurethanschaumschicht in einer ausreichenden Menge aufgebracht werden, um den getrennten Auftrag einer Polyurethanvorbeschichtung oder einer Kombination von Laminat¬ schicht zu eliminieren.
Die Verwendung einer Vorbeschichtungsschicht ist bevorzugt, weil die Verwendung einer Vorbeschichtung eine größere Flexibilität in den Verarbeitungsbedingungen erlaubt, die bei der Herstellung eines Teppichs mit Polyurethanrückenbeschichtung angewandt werden. Beispielsweise erlaubt die Verwendung einer Vorbeschichtung die Verwendung einer höheren Funktionalität in einer Polyurethan-Laminatschichtzusammensetzung. Höhere Funktionalität hat die Neigung, einen schädlichen Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften eines Teppichs zu haben. Eine Vorbeschichtungsschicht kann verhindern, daß eine anschließende Laminatschicht oder Schaumschicht in das Teppichgewebe eindringt, wodurch die Verwendung einer Laminat- oder Schaumschicht mit höherer Funktionalität ohne Schädigung der Teppicheigenschaften möglich wird.
Bei der Herstellung von Teppichen mit Polyurethanrückenbeschichtung gemäß dieser Erfindung werden die einzelnen Komponenten der polyurethanbildenden Zusammensetzung gemischt und als eine Schicht von vorzugsweise gleichförmiger Dicke auf eine Oberfläche des Teppichsubstrates aufgebracht. Oftmals ist es bevorzugt, alle Komponenten mit Ausnahme des Polyisocyanates (und wahlweise Blähmittel, wenn ein Gas verwendet wird) zur Bildung einer formulierten "B-Seite" vorzumischen. Dies vereinfacht die Dosierung und das Mischen zum Zeitpunkit der Herstellung der polyurethanbildenden Zusammensetzung. Bei der Herstellung einer geschäumten Polyurethanrückenbeschichtung wird es bevorzugt, alle Komponenten zu mischen und dann Gas in das Gemisch unter Verwendung einer Einrichtung wie eines Oakes- oder Fireston-Schäumers einzumischen.
Die polyurethanbildende Zusammensetzung wird dann auf einer Oberfläche eines Teppichsubstrates aufgetragen, bevor sie bis zu einem von Klebrigkeit freien Zustand aushärtet. Typischerweise wird die polyurethanbildende Zusammensetzung auf die Oberfläche, welche an eine primäre Unterlage gebunden ist, aufgebracht. Die Zusammensetzung kann auf das Teppichsubstrat aufgetragen werden, bevor irgendein wesentliches Aushärten auftritt, wobei eine Vorrichtung wie eine Rakel, eine Luftrakel oder ein Extruder zum Auftrag und Einstellen der Schicht verwendet wird. Alternativ kann die Zusammensetzung zu einer Schicht auf einem sich bewegenden Band oder einer anderen geeigneten Vorrichtung geformt und partiell ausgehärtet werden, dann mit dem Teppichsubstrat unter Verwendung wie eines Doppelbahnlaminators (auch bekannt als Doppelbandlaminator) oder einem sich bewegenden Band mit einem aufgelegten Schaumpolster vereinigt werden. Die Menge von polyurethanbildender Zusammensetzung kann in breitem Maße variieren, von 5 bis 500 Unzen pro Quadratyard (0,17 bis 17 kg/m²), abhängig von den Eigenschaften des Textilmaterials. Nachdem die Schicht aufgetragen und in ihrer Dicke eingestellt ist, wird die Schicht unter Anwendung von Wärme aus irgendeiner geeigneten Wärmequelle wie einem Infrarotofen, einem Umluftofen oder Heizplatten ausgehärtet. Eine Temperatur von 100ºC bis etwa 170ºC und eine Zeit von 1 Minute bis 60 Minuten sind zum Aushärten des Polyurethans geeignet.
Die polyurethanbildende Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann zum Beschichten einer Vielzahl von Substraten benutzt werden. Beispielsweise kann die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung zum Beschichten von Textilien wie Rollenteppiche, Teppichfliesen, Kraftfahrzeugteppichen, Textilmaterialien für Kraftfahrzeugausstattungen, Panele und Leitungsauskleidungen, synthetische Spieloberflächen, Tennisballabdeckungen, Vorhangstoffe, Wandtextilien, gewebte und nicht gewebte Gaze verwendet werden.

BEISPIELE

Die folgenden Beispiele und das Vergleichsbeispiel sollen die vorliegende Erfindung erläutern. Diese Beispiele und das Vergleichsbeispiel sollen den Umfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung nicht beschränken und sie sollten nicht in dieser Weise ausgelegt werden.

BEISPIEL 1 - VORBESCHICHTUNG

Ein Polyetherdiol (A) mit einem Molekulargewicht von 2000 wurde durch Umsetzung von Dipropylenglykol mit Propylenoxid bis zu einem Molekulargewicht von etwa 1760, gefolgt von Reaktion mit Ethylenoxid bis zu einem Molekulargewicht von etwa 2000 hergestellt. 85 Gramm der Komponente A wurde mit 15 Gramm Dipropylenglykol, 400 Gramm Flugasche (AlSil , JTM- Sorte O1TR) und 4 Gramm Füllstoffbenetzungsmittel Code 5027 gemischt. Ein 23 Gew.-%iges Isocyanatprepolymeres (B) wurde durch Umsetzung einer Dipropylen/Tripropylenglykolmischung (45/55 Gew.-%) mit einem gleichen Gewicht von Diphenylmethan- 4,4'-diisocyanat hergestellt. Eine 27,5 Gew.-%ige Isocyanatprepolymer(B')mischung wurde durch Zugabe eines 2,3-funktionellen Polyisocyanates zur Komponente B hergestellt. 59,5 Gramm von Komponente B' und 0,15 Gramm Dibutylzinnsulfid wurden zur Komponente A zugesetzt, und die Komponenten wurden gründlich vermischt. Die resultierende Unterlagenmischung wurde auf einen Schlingennylonteppich kommerzieller Qualität, der eine gewebte Primärrückseite aus Polypropylen (Sea Island) hatte, mit einem Rakelrollenapplikator (d. h. geräkelt) mit einer Rate von 30 Unzen pro Quadratyard (1 kg/m²) aufgebracht. Der Teppich wurde für acht (8) Minuten in einem auf 120ºC gehaltenen Ofen ausgehärtet. Ein mechanischer Schaum, wie im US-Patent Nr. 5 104 693 beschrieben, wurde auf den vorbeschichteten Teppich aufgerakelt. Eine nicht gewebte Polyestergaze, wie im US-Patent Nr. 4 853 280 (Style NO.2117 von Hoechst Fiber) beschrieben, wurde auf der Oberfläche des nicht ausgehärteten Schaumes angeordnet. Der resultierende Verbund wurde für weitere acht (8) Minuten bei 120ºC ausgehärtet. Die Teppichrückenbeschichtung wurde auf Kanten- Kräuselung, Kanten-Auflösung und Tuft-Bindung, wie unten beschrieben, getestet. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Tabelle 1 angegeben.

Tuftbindung

Die Tuftbindung wurde entsprechend ASTM D-1335 bestimmt.

Kantenkräuselung

Es werden drei Stücke von 2" · 6" (5 · 15 cm) in Wasser von Zimmertemperatur für 30 Sekunden eingetaucht. Das überschüssige Wasser wird aus dem Teppich ausgewrungen. Die Proben werden auf eine flache Oberfläche mit der Rückseite nach unten angeordnet. Die Proben werden bei den ersten 2" (5 cm) des Endes gegenüberliegend dem zu messenden Ende durch Gewicht nach unten gehalten. Eine Uhr wird auf 30 Minuten eingestellt, und die Proben werden ungestört während dieser Zeiteinstellung gelassen. Nach 30 Minuten wird der Abstand von der ebenen Oberfläche zu der Rückseite der äußeren Kanten eines jeden Stückes gemessen.

Kanten-Auflösung

Der Test auf Kanten-Auflösung wurde unter Verwendung eines Instron-Gerätes durchgeführt. Mittels Stanze wurden drei 2" · 6" (5 · 15 cm) Teppichproben (jeweils eine von der linken Seite, rechten Seite und dem Zentrum des Teppichs, die ausgeschnittenen Proben der linken und rechten Seite nicht näher als 1" von der Teppichkante) ausgeschnitten. Die Konditionierung der Proben erfolgte für wenigstens 24 Stunden bei 23ºC ± 3ºC, 50% Feuchtigkeit ±5%. Die Proben wurden durch Herausziehen von zwei vollständigen Tuftreihen präpariert. Dies kann unter Verwendung von Nadelhakenzangen erfolgen. Irgendwelche zurückbleibenden primäre Unterlage, Schaum oder Gaze werden von der dritten Tuftreihe mit Scheren entfernt. Es wird mit dem Herausziehen der nächsten Tuftreihe annähernd 1,5 bis 2 Zoll (3,8 bis 5 cm) der gesamten Garnlänge längs der präparierten Länge begonnen. Es wird die Zugbelastungszelle (eingestellt auf entweder 100 oder 10 lbs (45 oder 4,5 kg)) montiert, und die Zelle wird sich für 10 Minuten aufwärmen gelassen. Die pneumatischen Klemmbacken werden auf dem Instron-Gerät installiert. Die Kreuzkopfkniehebel werden überprüft, um sicherzustellen, daß sie in ihren richtigen Stellungen vorliegen. Der rechte Kniehebel sollte zu der Rückseite gestoßen sein, und der linke Kniehebel sollte zu der Vorderseite des Gerätes gezogen sein. Das Instron-Gerät wird entsprechend den Anweisungen des Herstellers betrieben, wobei die maximale Ausdehnung auf eine Einstellung von 8 und die Geschwindigkeit auf eine Einstellung von 10 eingestellt werden. Die Testprobe wird in die untere Klemmbacke des Instron-Gerätes, wobei die präparierte Kante nach oben gerichtet ist, eingesetzt. Die partiell entfaserte Tuftreihe wird in der oberen Klemmbacke befestigt. Der Test wird durch Drücken des UP-Knopfes auf dem Steuerpult gestartet. Die Ergebnisse werden aufgezeichnet.

BEISPIEL 2 - VERGLEICHSBEISPIEL VORBESCHICHTUNG

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme befolgt, daß 215 Teile ATH anstelle von Flugasche verwendet wurden und daß 1,5 Teile Füllstoffbenetzungsmittel Code 5027 anstelle von 4 Teilen verwendet wurden. Der Teppich wurde auf Kanten-Krauselung, Kanten-Auflösung und Tuft-Bindung getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgezeichnet.

BEISPIEL 3 - LAMINATBESCHICHTUNG, HERGESTELLT MIT GAZE

Die Vorbeschichtungsmischung von Beispiel 1 wurde mit den folgenden Ausnahmen verwendet: 65,0 Teile Komponente B' pro 100 Teile Polyol wurden eingegeben; ein Blähmittel (Wasser, 0,5 Teile pro 100 Teile Polyol) wurden hinzugegeben, und ein Tensid (Niax L-5614, 0,75 Teile pro 100 Teile Polyol) wurden hinzugefügt. Die Formulierung wurde mechanisch bis zu einer Dichte von 1200 g/ml aufgeschäumt, und der Schaum wurde auf Sea Island mit einer Rate von 49 opsy aufgetragen. Eine Gaze aus nicht gewebtem Polyester, wie im US-Patent Nr. 4 853 280 (Style NO.2117 von Hoechst Fiber) beschrieben, wurde auf die Oberfläche des nicht ausgehärteten Schaumes aufgelegt. Der Teppichverbund wurde in einem Ofen für 3,5 Minuten bei 120ºC ausgehärtet. Die Gaze wurde auf dem Laminat mit einem Plattenroller (angepaßt) gemäß einer im US-Patent No. 4 278 482 beschriebenen Arbeitsweise geglättet. Die Teppichprobe wurde für weitere 4,0 Minuten bei 120ºC ausgehärtet. Das Laminat wurde auf Tuft-Bindung, Kanten-Auflösung und Kanten-Kräuselung getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

BEISPIEL 4 - LAMINAT, HERGESTELLT MIT EINER GAZE

Eine Laminatschicht wurde auf dasselbe Teppichsubstrat entsprechend der Arbeitsweise von Beispiel 3 aufgetragen. Die Laminatmischung wurde wie in Beispiel 3 mit der Ausnahme hergestellt, daß Diethylenglykol-Kettenverlängerer anstelle von Dipropylenglykol verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1
Kein Beispiel der vorliegenden Erfindung
+1 lb = 0,454 kg.

BEISPIEL 5 - SCHAUMSCHICHT

Es wurde eine Schaumschicht unter Verwendung von 90 Teilen eines Polyols (Voranol® 9741), 10 Teilen Diethylenglykol- Kettenverlängerer pro 100 Teile von Polyol, 220 Teilen Flugaschefüllstoff (AlSil. JTM Sorte O1TR) pro 100 Teile Polyol, Füllstoffbenetzungsmittel Code 5027 (0,5 Teile pro 100 Teile Füllstoff), Isocyanat Isonate® 7045 (41,5 Teile pro 100 Teile Polyol), Dibutylzinnsulfidkatalysator (0,15 Teile pro 100 Teile Polyol) und Tensid Niax L-5614 (0,75 Teile pro 100 Teile Polyol) hergestellt.

BEISPIEL 6 - VISKOSITÄT VON KOMPOUNDIERUNGEN, ENTHALTEND FLUGASCHEFÜLLSTOFF

Die Viskositätswerte der Kompoundierung wurden unter Anwendung der folgenden Arbeitsweise erhalten: Eine Ausgangspolyolmischung wurde mit 85 Teilen pro 100 Teile Polyol Voranol® 9120, 15 Teilen pro 100 Teile Dipropylenglykol- Kettenverlängerer und 1 Teil pro 100 Teile Wasser hergestellt. Ein Füllstoffbenetzungsmittel und ein Füllstoff wurden zu dem Polyol in variierenden Mengen (siehe Tabelle 2) zugegeben. Die Komponenten wurden auf 120ºF (49ºC) gemischt, dann auf 72ºF (22ºC) abgekühlt. Die Viskosität der Gemische wurden unter Verwendung einer Spindel #7, die mit 10 Upm rotierte, auf einem Brookfield-Viskosimeter, Modell RVTDV-II bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. TABELLE 2
³ Kein Beispiel der vorliegenden Erfindung.

Claims

1. Geschäumte Polyurethanzusammensetzung, brauchbar zum Herstellen einer Polyurethanvorbeschichtung, Polyurethanlaminatschicht oder Polyurethanschaumschicht, umfassend:

(a) ein Polyol;

(b) einen Kettenverlängerer;

(c) ein Polyisocyanat;

(d) einen Katalysator;

(e) ein Füllstoffbenetzungsmittel;

(f) einen Füllstoff, wobei der Füllstoff Flugasche der Klasse F einschließt; und

(g) ein Gas-Blähmittel,

worin die Zusammensetzung einen Isocyanatindex von 85 bis 130 hat.

2. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 1, in welcher die Zusammensetzung ein Tensid einschließt.

3. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 1, in welcher das Polyol eine Durchschnittsfunktionalität von 1,4 bis 3,0 besitzt.

4. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 1, in welcher das Polyol eine Durchschnittsfunktionalität von 1,6 bis 2,8 besitzt.

5. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 1, in welcher eine Polyolmischung eingeschlossen ist.

6. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 5, in welcher die Polyolmischung eine Durchschnittsfunktionalität von 1,97 bis 2,5 besitzt.

7. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 5, in welcher die Polyolmischung eine Durchschnittsfunktionalität von 1,98 bis 2,4 besitzt.

8. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 5, in welcher die Polyolmischung eine Durchschnittsfunktionalität von 1,99 bis 2,3 besitzt.

9. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 1, in welcher der Füllstoff wenigstens 50% Flugasche, bezogen auf Gewicht von Gesamtfüllstoff, einschließt.

10. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 1, in welcher der Füllstoff wenigstens 75% Flugasche, bezogen auf Gewicht von Gesamtfüllstoff, einschließt.

11. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 1, in welcher der Füllstoff wenigstens 90% Flugasche, bezogen auf Gewicht von Gesamtfüllstoff, einschließt.

12. Polyurethanzusammensetzung nach Anspruch 1, in welcher im wesentlichen der gesamte Füllstoff Flugasche ist.

13. Teppich mit Rückenbeschichtung, der eine Polyurethanrückenbeschichtung besitzt, die wenigstens eine Schicht aus Polyurethan einschließt, welche aus einer geschäumten Polyurethanzusammensetzung hergestellt ist, umfassend:

(a) ein Polyol;

(b) einen Kettenverlängerer;

(c) ein Polyisocyanat;

(d) einen Katalysator;

(e) ein Füllstoffbenetzungsmittel;

(g) ein Gas-Blähmittel.

14. Teppich mit Rückenbeschichtung nach Anspruch 13, bei welchem die Polyurethanzusammensetzung zusätzlich ein Tensid einschließt.

15. Teppich mit Rückenbeschichtung nach Anspruch 13, bei welchem die Teppich-Rückenbeschichtung einschließt:

(a) eine Polyurethanvorbeschichtung; und

(b) eine Polyurethanlaminatschicht.

16. Teppich mit Rückenbeschichtung nach Anspruch 15, bei welchem die Vorbeschichtung und die Laminatschicht jede Flugasche einschließen.

17. Teppich mit Rückenbeschichtung nach Anspruch 15, bei welchem die Teppich-Rückenbeschichtung zusätzlich eine Polyurethanschaumschicht einschließt.

18. Teppich mit Rückenbeschichtung nach Anspruch 17, bei welchem die Vorbeschichtung, die Laminatschicht und die Schaumschicht jede Flugasche einschließen.

19. Teppich mit Rückenbeschichtung nach Anspruch 13, bei welchem die Teppich-Rückenbeschichtung eine Polyurethanvorbeschichtung und eine Polyurethanschaumschicht einschließt.

20. Teppich mit Rückenbeschichtung nach Anspruch 19, bei welchem die Schaumschicht Flugasche einschließt.

21. Teppich mit Rückenbeschichtung nach Anspruch 19, bei welchem die Vorbeschichtung und die Schaumschicht jede Flugasche einschließen.

22. Verfahren zum Herstellen eines Teppichs, der eine Polyurethanrückenbeschichtung besitzt, umfassend die Stufen:

(1) Aufbringen wenigstens einer Schicht einer geschäumten Polyurethanzusammensetzung auf ein Teppichsubstrat, wobei die geschäumte Polyurethanzusammensetzung Flugasche und ein Gas-Blähmittel einschließt; und

(2) Aushärten der geschäumten Polyurethanzusammensetzung zur Bildung einer von Klebrigkeit freien Polyurethanrückenbeschichtung.