DE10254678B4

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Publication number: DE10254678B4
Application number: DE10254678A
Authority: DE
Inventors: Adolf Stender; Peter Dr. Gansen
Original assignee: Technogel GmbH and Co KG
Current assignee: Technogel GmbH and Co KG
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2022-11-23
Also published as: ATE317655T1; DE10254678A1; EP1421878B1; DE50302403D1; US20040098806A1; EP1421878A1

Abstract

A molded article, preferably a seat cushion, comprises a lower bearing surface (1), a gel layer (2), comprising a polyurethane gel, having integral supports (3) separated from each other by extending channels (4), upon which a polyurethane foam layer (6) lies, whose upper face (5) is covered by an outer covering (7).

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft einen Formkörper,insbesondere fürein Sitzpolster, mit einer tragenden, unteren Auflagefläche undeiner oberen Auflage.TheInvention relates to a molding,especially fora seat cushion, with a supporting, lower support surface andan upper edition.

Inder WO 82/00578 A1 wird eine Unterlage für Sitz- oder Liegeflächen beschrieben,die mit einer Hülleversehen ist, die als obere Auflage einen Fellüberzug aufweist. Innerhalbdieser Hüllebefindet sich eine Schaumstoff-Ummantelung für eine in einer feuchtigkeitsundruchlässigen Umhüllung eingeschlossenenEinlage aus einem Material flüssigerbis pastöserKonsistenz, das unter der Einwirkung eines dem Gewicht des menschlichenoder tierischen Körpersentsprechenden Druckes (praktisch) nicht zusammendrückbar ist.Die Einlage lagert dabei auf einer unteren Auflagefläche, dieaus dem unteren Teil der Schaumstoff-Ummantelung gebildet wird,auf.InWO 82/00578 A1 describes a pad for sitting or lying areas,those with a shellis provided, which has a fur cover as the upper edition. Withinthis shellThere is a foam sheath for a trapped in a moisture-impermeable sheathInsert of a material liquiduntil pastyConsistency, which under the action of a human weightor animal bodycorresponding pressure (practically) is not compressible.The deposit is stored on a lower support surface, theis formed from the lower part of the foam sheath,on.

Nachteiligan der in der WO 82/00578 A1 beschriebenen Unterlage ist, dass Sieaufgrund Ihres Aufbaus eine großeBauhöheaufweist.adverselyto the document described in WO 82/00578 A1 is that youdue to your construction a big oneheighthaving.

Vondieser Problemstellung ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabezu Grunde, einen Formkörpermit geringer Bauhöheso zu gestalten, dass er sich insbesondere für ein Sitzpolster verwendenlässt undhier zu einem hohen Sitzkomfort bei gegenüber her kömmlichen Sitzpolstern verringerterBauhöhe führt undder sich generell fürden Sitzmöbelbereich (Armauflagen,Rückenkissen,Nackenkissen) und insbesondere auch für den Fahrzeugbereich einsetzenlässt,bei denen eine Verringerung der Bauhöhe besonders vorteilhaft ist,da hierdurch unter dem Fahrzeugsitz ein höherer Einbauraum für technische Einbautengeschaffen werden kann.FromBased on this problem, the invention is the taskat the bottom, a moldingwith low heightbe designed so that he use in particular for a seat cushionlets andhere to a high level of comfort in comparison with conventional seat cushions reducedHeight leads andgenerally speaking forthe seating area (armrests,Back cushions,Neck pillow) and in particular also for the vehicle sectorleaves,where a reduction in height is particularly advantageous,as a result, under the vehicle seat, a higher installation space for technical installationscan be created.

DieseAufgabe wird gelöstdurch einen gattungsgemäßen Formkörper, dersich dadurch auszeichnet, dass die Auflagefläche eine aus einem Polyurethan-Gelbestehende Gellage ist, die auf Ihrer Oberseite integrale, voneinander über Ausdehnungskanäle beabstandeteAuflager aufweist, auf denen eine Polyurethan-Schaumstofflage aufliegt,deren Oberseite durch die obere Auflage abgedeckt ist.TheseTask is solvedby a generic molding, thecharacterized in that the bearing surface of a polyurethane gelexisting gel layer is integral on its top, spaced apart from one another via expansion channelsHaving supports bearing a polyurethane foam layer,the top of which is covered by the upper support.

Dabeiist es zweckmäßig, wenndie Auflage im Bereich der bei Belastung auftretenden Druckspitzeneinen engeren Abstand voneinander aufweisen, wobei die Auflage vorzugsweisesäulenförmig ausgebildetsein können.thereit is useful ifthe support in the area of the pressure peaks occurring under loada closer distance from each other, wherein the support preferablyformed columnarcould be.

AusBelüftungszweckenist es vorteilhaft, wenn die obere Auflage ein Abstandsgewirk ist,das aus zwei durch Abstandsfädenmiteinander verbundenen textilen Flächen besteht. Das an sich bekannteAbstandsgewirk setzt sich zusammen aus einer Warengrunde, einerWarenseite und aus diese miteinander verbindende Legebarren. DieEigenschaften eines Abstandsgewirkes werden im Wesentlichen vonden Bindungsstrukturen, also der Einbindung der Fäden in dieFläche,der Maschendichte sowie der Fadenstärke beeinflusst. Durch ihre3D-Struktur bieten Abstandsgewirke viele technische Vorteile wie Luftdurchlässigkeit,geringes Gewicht, gutes Rückstellverhalten,Schockabsorption, Wärmezirkulation, Recyclingfähigkeit,Sortenreinheit und gute Verformbarkeit.Outventilation purposesit is advantageous if the upper support is a spacer,that of two by spacer threadsinterconnected textile surfaces. The knownSpacer knit consists of a goods reason, aGoods side and from these interconnecting guide bar. TheProperties of a spacer knit are essentially determined bythe binding structures, so the involvement of the threads in theArea,the mesh density and the thread strength influenced. Through her3D structure, spacer fabrics offer many technical advantages such as air permeability,low weight, good resilience,Shock absorption, heat circulation, recyclability,Varietal purity and good ductility.

Hinsichtspezieller Ausführungsformender Polyurethan-Schaumstofflage sowie ihrer Verbindung mit der Gellagewird auf die Gegenständeder Ansprüche6 bis 10 verwiesen.respectspecial embodimentsthe polyurethane foam layer and its connection with the gel layeris on the objectsthe claims6 to 10 referenced.

Erfindungsgemäß bestehtdie Gellage aus einem Polyurethan-Gel, dessen chemische Struktur auslangen Polymer-Fädenund nur wenigen Verkettungen ohne Verwendung zugesetzter Weichmacher bestehenkann.According to the inventionthe gel layer of a polyurethane gel, its chemical structurelong polymer threadsand consist of only a few links without the use of added plasticizerscan.

Esist aber möglich,dass fürdas Gel ein untervernetztes Polyurethan auf der Basis von Polyolen undPolyisocyanaten oder Polyethern und Polyisocyanaten eingesetzt wird.Itbut it is possiblethat forthe gel is an undercrosslinked polyurethane based on polyols andPolyisocyanates or polyethers and polyisocyanates is used.

Erfindungsgemäß ist eszweckmäßig, wenn dieGelmassen mit Rohstoffen einer Isocyanat-Funktionalität der Polyolkomponentevon mindestens 5,2 vorzugsweise von mindestens 6,5, insbesonderevon mindestens 7,5 hergestellt werden.It is according to the inventionexpedient if theGelled with raw materials of an isocyanate functionality of the polyol componentof at least 5.2, preferably of at least 6.5, in particularof at least 7.5.

Dabeiist es vorteilhaft, wenn die Polyolkomponente zur Herstellung desGels aus einem Gemisch aus

a) einem oder mehrerenPolyolen mit Hydroxylzahlen unter 1 12 und
b) einem oder mehreren Polyolen mit Hydroxyzahlen im Bereichvon 112 bis 600 besteht,

wobei das Gewichtsverhältnis derKomponente a) zu Komponente b) zwischen 90:10 und 10:90 liegt, die Isocyanat-Kennzahldes Reaktionsgemisches im Bereich von 15 und 60 liegt und das Produktaus Isocyanat-Funktionalitätund Funktionalitätder Polyolkomponente mindestens 6 beträgt.It is advantageous if the polyol component for the preparation of the gel from a mixture of

a) one or more polyols having hydroxyl numbers below 1 12 and
b) one or more polyols having hydroxyl numbers ranging from 112 to 600,

wherein the weight ratio of component a) to component b) is between 90:10 and 10:90, the isocyanate index of the reaction mixture in the range of 15 and 60 and the product of isocyanate functionality and functionality of the polyol component is at least 6.

AlsAlternativlösungkann vorgesehen sein, dass die Polyolkomponente zur Herstellungdes Gels aus einem oder mehreren Polyolen mit einem Molekulargewichtzwischen 1000 und 12000 und einer OH-Zahl zwischen 20 und 1 12 besteht,wobei das Produkt der Funktionalitäten der polyurethanbildendenKomponenten mindestens 5 beträgtund die Isocyanat-Kennzahl zwischen 15 und 60 liegt.Whenalternative solutionit can be provided that the polyol component for the preparationof the gel of one or more polyols having a molecular weightbetween 1000 and 12000 and an OH number between 20 and 1 12,the product of the functionalities of the polyurethane-formingComponents is at least 5and the isocyanate index is between 15 and 60.

Schließlich istes vorteilhaft, wenn man als Isocyanate zur Gelherstellung solcheder Formel Q (NCO) einsetzt, in der n für 2 bis 4 steht und Q einen aliphatischenKohlenwasserstoffrest mit 8 bis 18 C-Atomen, einen cycloaliphatischenKohlenwasserstoffrest mit 4 bis 15 C-Atomen, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrestmit 6 bis 15 C-Atomen oder einen aralisphatischen Kohlenwasserstoffrestmit 8 bis 15 C-Atomenbedeutet, und wenn das Polyurethan mit Isocyanaten in reiner Formoder mit urethanisierten, allophanisierten, biurethisierten oderfunktionell entsprechend modifizierten Isocyanaten hergestellt ist.Finally isit is advantageous if, as isocyanates for gel production suchof the formula Q (NCO) in which n is 2 to 4 and Q is an aliphaticHydrocarbon radical having 8 to 18 carbon atoms, a cycloaliphaticHydrocarbon radical with 4 to 15 C atoms, an aromatic hydrocarbon radicalwith 6 to 15 carbon atoms or an aralisphatic hydrocarbon radicalwith 8 to 15 carbon atomsmeans, and when the polyurethane with isocyanates in pure formor with urethanised, allophanised, biuretted oris functionally prepared according to modified isocyanates.

DieEP 57 838 A1 beanspruchtGele zur Vermeidung von Dekubitus, welche durch eine niedrige Kennzahl,das heißtdurch sogenannte Untervernetzung gekennzeichnet sind. Sie werdendurch Umsetzung eines Polyisocyanates mit langkettigen Polyolen,die frei von kurzkettigen Anteilen sein sollen, hergestellt. Dieseformstabilen Gele aus Polyurethan-Rohstoffen können als Matratzen, Matratzeneinlagen,Automobilsitze und als Polstermaterial zum Einsatz kommen. DieEP 51 1 570 A1 offenbartverbesserte Gele aus Polyolen und Isocyanaten mit niedrigen Kennzahlen,die aus Gemischen von langkettigen und kurkettigen Polyethern hergestelltwerden. Die verarbeitungstechnisch günstiger herzustellen Polyol-und Polyiscyanatgemische finden bevorzugte Anwendung als Polstermaterialin der Schuhindustrie, als Auflagen zur Ver meidung von bzw. Verhinderungvon Verletzungen, Gesichtsmasken, als Abpolsterungen von Pferdesätteln sowiein weiteren Anwendungen.The EP 57 838 A1 claims gels for the prevention of bedsores, which are characterized by a low characteristic, that is by so-called sub-crosslinking. They are prepared by reacting a polyisocyanate with long-chain polyols, which should be free of short-chain fractions. These dimensionally stable gels made of polyurethane raw materials can be used as mattresses, mattress inserts, automobile seats and as upholstery material. The EP 51 1 570 A1 discloses improved low-glock polyols and isocyanates prepared from blends of long-chain and short-chain polyethers. The processing technology to produce cheaper polyol and Polyiscyanatgemische find preferred use as cushioning material in the footwear industry, as conditions for the avoidance of Ver or prevention of injuries, face masks, as padding of horse saddles and in other applications.

Diebekannten Polyol- und Isocyanatgemische weisen für die oben beispielhaft genanntenAnwendungen stets den Nachteil des hohen Eigengewichtes und diedamit verbundene hohe Wärmekapazität auf. Aufgrunddes hohen Eigengewichtes von etwa 1,0 g/cm³ istder Einsatz auf Anwednungen beschränkt, bei denen das Gewichtin Relation zu den hervorragenden druckverteilenden Eigenschaften eineuntergeordnete Rolle spielt. Darüberhinaus kann die hohe Wärmekapazität des Polyurethan-Gelsim direkten Körperkontaktals unangenehm empfunden werden, da Körperwärme zum Aufwärmen derjeweiligen Gelmassen deutlich wahrnehmbar dem Körper entzogen wird.The known polyol and isocyanate mixtures always have the disadvantage of the high own weight and the associated high heat capacity for the applications exemplified above. Due to the high weight of about 1.0 g / cm³ , the use is limited to applications in which the weight plays a minor role in relation to the excellent pressure-distributing properties. In addition, the high heat capacity of the polyurethane gel in direct body contact can be perceived as unpleasant, since body heat to warm up the respective gel masses is clearly removed from the body.

InderDE 43 08 445 A1 werdenverschiedene Verfahren bzw. Patentschriften (EP 0 057 839 A1; WO-88/01878A1;EP 0 453 286 A2 zurHerstellung von Gelschäumenmit Luft, Stickstoff und Kohlendioxid genannt. Die Reduzierung desspezifischen Gewichts und damit verbundene Verringerung der Wärmekapazität sind imgewünschtenMaße erreicht,die Gele weisen aber den Nachteil auf, dass die gebildeten Zellenbei Druckbeanspruchung an den Zellinnenwänden aufgrund des sehr hohenSelbstklebeverhaltens der stets untervernetzten Reaktionsprodukteauf Basis von Polyolen und Polyisocyanaten verkleben. Darüber hinausstellen die Zellen eine Schwächungder Gelmatrix dar, die sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften,wie Bruchdehnung und Zugfestigkeit auswirkt. Auch kehrt ein zelliges Gelnach Belastung langsamer in seine Ausgangsposition zurück. DesWeiteren könnenSchrumpfprobleme auftreten, wie sie aus der Verarbeitung von Polyurethanschaumstoffenbekannt sind.In the DE 43 08 445 A1 Are various methods or patents ( EP 0 057 839 A1 ; WO-88/01878 A1; EP 0 453 286 A2 for producing gel foams with air, nitrogen and carbon dioxide. The reduction of the specific weight and the associated reduction of the heat capacity are achieved to the desired extent, but the gels have the disadvantage that the cells formed under compressive stress on the cell inner walls due to the very high self-sticking behavior of always undercrosslinked reaction products based on polyols and polyisocyanates , In addition, the cells are a weakening of the gel matrix, which has a negative effect on the mechanical properties, such as elongation at break and tensile strength. Also, a cellular gel returns more slowly to its original position after loading. Furthermore, shrinkage problems can occur, as they are known from the processing of polyurethane foams.

Einweiterer Nachteil der beschriebenen Polyurethan-Gele ist das Einsitzverhalten.Insbesondere beim ersten Kontakt wird ein Gel-Kissen häufig als hartempfunden, weil erst mit einer Zeitverzögerung das Gel in die gewünschte eineoptimale Druckverteilung garantierende Position fließt bzw.geflossen ist.OneAnother disadvantage of the polyurethane gels described is the single seat behavior.Especially at the first contact, a gel pad is often considered hardfelt, because only with a time delay, the gel in the desired oneoptimal position of the pressure guaranteeing or flowingflowed.

EineGelmasse, die eine deutliche Reduzierung des Gewichtes, der Wärmekapazität und des Einsitzkomfortsunter Beibehaltung der typischen Geleigenschaften, wie z.B. derAufnahme von Scherkräftenmöglichmacht, bedeutet eine deutliche technische Verbesserung.AGel mass, which significantly reduces the weight, the heat capacity and the Einsitzkomfortswhile retaining the typical gel properties, e.g. of theAbsorption of shear forcespossiblemakes a significant technical improvement.

Diefür dieerfindungsgemäß vorgesehene Gellagezu verwendenden Gelmassen sollten die vorstehend genannten Nachteilevermeiden und die typischen vorteilhaften Geleigenschaften mit einem niedrigenspezifischen Gewicht einer insgesamt niedrigeren Wärmeleitfähigkeitsowie guter Haltbarkeit und dauerhaft gleich bleibenden Gebrauchsmustereigenschaftenverbinden. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Gellage elastischeMikrohohlkugeln als Füllstoffenthält,wobei die Mikrohohlkugeln aus polymerem Material, vorzugsweise Polyolefinbestehen und mit einer Deckschicht aus einem anorganischen Material,vorzugsweise Calciumkarbonat, beschichtet sind.Thefor theGellage provided according to the inventionGel masses to be used should have the disadvantages mentioned aboveavoid and the typical favorable gel properties with a lowspecific weight of an overall lower thermal conductivityas well as good durability and permanently consistent utility model propertiesconnect. It is therefore advantageous if the gel layer is elasticHollow microspheres as fillercontainswherein the hollow microspheres of polymeric material, preferably polyolefinconsist and with a cover layer of an inorganic material,preferably calcium carbonate coated.

Esist vorteilhaft, wenn die Mikrohohlkugeln einen Durchmesser von10 μm bis150 μm besitzen, undwenn der Anteil der Mikrohohokugeln in dem Gelwerkstoff 0,1–10 Gew.-%beträgt.Itis advantageous if the hollow microspheres have a diameter of10 μm toHave 150 microns, andif the proportion of micro-spheres in the gel material is 0.1-10% by weightis.

DerSitzkomfort lässtsich insgesamt noch dadurch verbessern, dass in der Gelmasse grobkörnige Feststoffteilchenverteilt sind, die aus Korkstückchen,Korkmehl, Holzstückchen,Holzspänen, Schaumstoffflocken,Styropor, Textilfasern oder Textilstücken bestehen, deren Durchmesservorzugsweise zwischen 0,1 mm und 15 mm liegt.Of theSeating comfort leavesOverall, even better, that in the gel mass coarse-grained solid particlesare distributed from cork pieces,Cork flour, pieces of wood,Wood shavings, foam flakes,Styrofoam, textile fibers or textile pieces consist whose diameterpreferably between 0.1 mm and 15 mm.

Erfindungsgemäß wird derEinsitz-Komfort durch die obenliegende Polyurethan-Schaumstofflage wesentlichverbessert.According to the inventionSingle-seat comfort through the overhead polyurethane foam layer essentialimproved.

Inder Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungsformender Erfindung dargestellt. Es zeigen:InThe drawings are a few exemplary embodimentsrepresented the invention. Show it:

1 – im Querschnitteinen Formkörpermit einer unteren Gellage und einer oberen Schaumstofflage; 1 - In cross-section, a shaped body with a lower gel layer and an upper foam layer;

2 – in einerDarstellung gemäß1 einemit unteren Ansätzenin Ausdehungskanäleder Gellager eintauchende Schaumstofflage; 2 - in a representation according to 1 a foam layer immersed with lower lugs in expansion channels of the gel bearings;

3 – in einerDarstellung gemäß2 einedie Gellage seitlich einfassende Schaumstofflage, deren untere Ansätze sichbis auf den Boden der Ausdehnungskanäle erstrecken; und 3 - in a representation according to 2 a Gellage laterally enclosing foam layer, the lower lugs extend to the bottom of the expansion channels; and

4 – in einerDarstellung gemäß2 eineuntere Gellage mit unterschiedlich gestalteten Ausdehnungskanälen. 4 - in a representation according to 2 a lower gel layer with differently shaped expansion channels.

1 zeigtim Querschnitt einen insbesondere als Sitzpolster dienenden Formkörper, miteiner unteren, tragenden, eine untere Auflagefläche1 bildenden, auseinem Polyurethan-Gel bestehenden Gellage2, die auf ihrerOberseite integrale, voneinander über Ausdehnungskanäle4 beabstandeteAuflager3 aufweist, auf denen eine Polyurethan-Schaumstofflage6 aufliegt,deren Oberseite5 durch eine obere Auflage7 abgedecktist. 1 shows in cross section serving in particular as a seat cushion molding, with a lower, supporting, a lower support surface 1 forming, consisting of a polyurethane gel gel layer 2 Integral on their top, from each other via expansion channels 4 spaced supports 3 comprising, on which a polyurethane foam layer 6 rests, whose top 5 through an upper edition 7 is covered.

Beider in2 dargestellten abgewandelten Ausführungsformweist die Polyurethan-Schaumstofflage6 auf ihrer Unterseiteintegrale Ansätze6a auf,die in die Ausdehnungskanäle4 derGellage2 eintauchen.At the in 2 illustrated modified embodiment, the polyurethane foam layer 6 integral approaches on its underside 6a on that in the expansion channels 4 the Gellage 2 plunge.

Beider Ausführungsformgemäß3 erstreckensich die integralen Ansätze6a derPolyurethan-Schaumstofflage6 bis auf den Boden8 derAusdehnungskanäleund könnensich auf diesen abstützen.Ferner zeigt3, dass die Polyurethan-Schaumstofflage6 dieGellage2 seitlich vollständig einfasst.In the embodiment according to 3 extend the integral approaches 6a the polyurethane foam layer 6 down to the ground 8th the expansion channels and can be supported on this. Further shows 3 that the polyurethane foam layer 6 the gellation 2 completely enclosed laterally.

4 zeigteine weiterhin abgewandelte Ausführungsform,die quasi eine Kombination der Ausführungsformen gemäß den1 und3 darstellt.Denn hier sind einerseits Ausdehnungskanäle4 vorgesehen, diefrei von unteren Ansätzender Polyurethan-Schaumstofflage6 sind, die aber mit integralenAnsätzen6a inAusdehnungskanälegeringerer Tiefe und kleineren Querschnitts eintaucht, wobei sichdiese Ansätze6a aufdem Boden8 dieser Ausdehnungskanäle abstützen können. 4 shows a further modified embodiment, which is a combination of the embodiments according to the quasi 1 and 3 represents. Because here are on the one hand expansion channels 4 provided, which are free from lower approaches of the polyurethane foam layer 6 are, but with integral approaches 6a immersed in expansion channels of lesser depth and smaller cross-section, with these approaches 6a on the ground 8th can support these expansion channels.

DieGellage2 kann nach Abziehen einer zusammen mit ihr hergestelltenFolie mit der Polyurethan-Schaumstofflage6 verklebt sein.Alternativ könntedie Polyurthan-Schaumstofflageauch übereinen aufgetragenen Kleber mit den Auflagern der Gellage verklebtsein.The Gellage 2 can after removal of a film produced with her with the polyurethane foam layer 6 be glued. Alternatively, the Polyurthan foam layer could also be glued over an applied adhesive to the supports of the gel layer.

Beiallen Ausführungsformenist die obere Auflage7 ein Abstandsgewirk, das aus zweidurch Abstandsfädenmiteinander verbundenen textilen Flächen besteht.In all embodiments, the upper edition 7 a spacer fabric consisting of two textile surfaces interconnected by spacer threads.

Diewesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Formkörpers sind zu sehen in demerhöhten Sitzkomfortbei verringerter Bauhöhe,den günstigen Belüftungseigenschaften,der guten Druckverteilung, einem weichen Einsitzverhalten und indem reduzierten Gewicht im Vergleich mit einem reinen Gelsitz.TheSignificant advantages of the molding according to the invention can be seen in theincreased seating comfortat reduced height,the favorable ventilation properties,the good pressure distribution, a soft seated and inthe reduced weight compared to a pure gel seat.