DE1128125B

DE1128125B - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung poroeser oder homogener Kunststoff-Halbfabrikate bzw. -Fertigartikel auf Polyurethanbasis

Info

Publication number: DE1128125B
Application number: DEF20266A
Authority: DE
Inventors: Dr Erwin Weinbrenner; Dipl-Ing Peter Hoppe; Karl Breer
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1956-05-11
Filing date: 1956-05-11
Publication date: 1962-04-19
Also published as: US3230047A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung poröser oder homogener Kunststoff-Halbfabrikate bzw. -Fertigartikel auf Polyurethanbasis Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung poröser oder homogener Kunststoff-Halbfabrikate bzw. -Fertigartikel auf Polyurethanbasis in starrer, halbstarrer oder elastischer Form. Gemäß Handbuch »Bayer-Kunststoffe« (1955), S. 71, werden drei Komponenten auf getrennten Wegen in eine gemeinschaftliche Mischkammer gleichzeitig eingetragen und durch mechanische Rührsysteme homogenisiert.
Dieses Verfahren ist für die kontinuierliche Herstellung von Reaktionsgemischen brauchbar, besitzt allerdings den Nachteil, daß bei Anfahren und Stillsetzen der Apparatur ein bedeutender Verlust an Rohstoffen in Kauf zu nehmen ist, um das Mischsystem für die geforderte Fabrikationsmenge aktionsfähig zu halten. Die Homogenisierung der drei Komponenten stellt keineswegs ein Optimum dar, auch wenn man durch Temperierung, besonders der hochviskosen Komponente, deren Viskosität herabmindert.
Besonders nachteilig ist auch das gleichzeitige Aufeinandertreffen des Isocyanates mit dem Wasser des Aktivatorgemisches, wodurch Reaktionen voreilen, die den gesamten Schaumprozeß nachteilig beeinflussen.
Um bei der Erzeugung von Schaumstoffen immer von Komponenten ausgehen zu können, die hinsichtlich der Lagerfähigkeit zu keinerlei Bedenken Anlaß zu geben, und um bei der Kombination eine breite, kurzfristige Variationsmöglichkeit zu besitzen und ferner um den bei häufigem Stillsetzen der Apparatur auftretenden Verlust bei der Produktion auf ein Minimum herabzusetzen, werden erfindungsgemäß von den zur Polyurethanerzeugung erforderlichen Komponenten zwei oder mehrere vor der Zumischung der restlichen Komponente miteinander gemischt. So werden erfindungsgemäß in den Polyesterstrom unter Druck entweder Isocyanat oder wahlweise ein Vernetzungsmittel und/oder Beschleuniger eingemischt, und diesem Gemisch wird unter Druck entweder Vernetzer- und/oder Beschleunigerflüssigkeit oder wahlweise Isocyanat zugemischt, worauf das endgültige Gemisch der Weiterverarbeitung zugeführt wird.
Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens besteht aus einer mit einem Rührer versehenen Mischkammer für getrennt eingeführte Polyester und Aktivatoren bzw. wahlweise Isocyanat, einer Pumpe, die das aus der Kammer tretende Gemisch unter Druck kontinuierlich einem allseits beweglichen oder ortsfesten Mischkopf zuführt, und einer Pumpe, die Isocyanat bzw. wahlweise Beschleuniger und/oder Vernetzungsmittel aus einem zugehörigen Behälter innerhalb des Mischkopfes in den laufenden Gemischstrom einspritzt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens schematisch dargestellt. Hierin bedeutet 7 den Behälter für Polyester, 1 den Behälter für Beschleuniger und/ oder Vernetzungsmittel bzw. wahlweise Isocyanat und 11 den Behälter für Isocyanat bzw. wahlweise für Beschleuniger und/oder Vernetzungsmittel (Aktivator).
Die Mischkammer 4 wird gemäß Abb. 1 aus dem unter Druck (2 atü Luftdruck) stehenden Vorratsbehälter 7 mit dem Polyester laufend gespeist. Die Eindosierung des Aktivatorgemisches in den Polyesterstrom erfolgt über eine Einspritzpumpe 2 in den Düsenraum 3 der Mischkammer 4, die zusätzlich mit einem mechanisch durch einen Motor 5 angetriebenen Stiftrührer 6 versehen ist. Das Polyester-Aktivator-Gemisch wird durch den auf dem Behälter 7 ruhenden Vordruck über die Rohrleitung 8 zu einer Zahnradpumpe 9 und von dieser in dosierten Mengen zum Mischkopf 10 gefördert. Im- Mischkopf 10 wird das aus den Behälter 11 mittels einer Einspritzpumpe 12 geförderte Polyisocyanat intermittierend in den Gemischstrom eingespritzt. Das auf der Polyester-Aktivator-Seite befindliche Rohrstück zwischen Pumpe 9 und Mischkopf 10 steht unter einem bis zu 150atü ansteigenden Druck, während der Zusatzmischer 4 nur unter dem auf dem Behälter 7 ruhenden Vordruck von beispielsweise etwa 2 atü steht. Hierdurch entfallen schwierige Dichtungsprobleme.
Um jegliches Nachtropfen aus der Öffnung 16 des MischkopfeslO bei einer intermittierenden Verschäumung zu vermindern, sind gemäß Abb. 2 zwischen der Polyester-Aktivator-Förderpumpe 9 und dem Düsenmischkopf 10 in Gemischstromleitung 15 zwei Überdruckventilel3 und 14 vorgesehen, von denen das Ventil 14 höher vorgespannt wird als das Ventil 13, z. B. Ventil 14 mit 30 atü Öffnungsdruck und Ventil 13 mit 20 atü Öffnungsdruck. Ventil 14 wird darüber hinaus zweckmäßig als Entlastungsventil ausgebildet, um eventuell noch zwischen Ventil 14 und Mischkopfaustritt 16 nach Außerbetriebsetzen der Apparatur vorhandene Polyester-Aktivator-Reste zurückzusaugen und damit jegliches Nachtropfen zu verhindern. Die Anordnung von Druckventilen ist besonders dann erforderlich, wenn das Leitungsstück 15 für transportable Mischköpfe als Hochdruckschlauch ausgebildet ist. Durch Einbau der Überdruckventile 13 und 14 wird die beim Fahren der Apparatur unvermeidliche Schlauchdehnung unter dem gegebenenfalls je nach Wahl der Vorspannung der Ventile 13 und 14 bis 100 atü je nach Viskosität des Polyester-Aktivator-Gemisches ansteigenden Förderdruck auch nach Stillsetzen der Apparatur erhalten, so daß beim Wiederanfahren der Apparatur die Aktivator-Polyester-Mischung zur gleichen Zeit in den Mischraum 10 einströmt wie das Polyisocyanat aus dem Behälter 11 mittels Pumpe 12, damit wird auch in den ersten Bruchteilen von Sekunden bei Anlauf der Maschine sofort ein exakt dosiertes Reaktionsgemisch gewonnen.
Als weitere Steuerung für die sichere Handhabung der Schnellmischapparatur wurde gefunden, daß zum schlagartigen Stillsetzen der Apparatur beim Ausschäumen von vorgegebenen Hohlräumen die Regelstange 17 der beispielsweise 6-Zylinder-Einspritzpumpe 12 (Abb. 1 und 3) auf Förderleistung = mittels Hubmagnet 18 geschaltet wird, während die Pumpe selbst weiterläuft. Bei dem Schnellmischsystem erfolgt ja bekanntlich der Eintrag z. B. des Polyisocyanates in die Düsen-Drall-Mischkammer 10 nur mittels einer Düse, d. h., alle Zylinder z. B. der 6-Zylinder-Pumpe arbeiten nur auf diese eine Düse.
Dies bedeutet bei Stillsetzen der Pumpe und Beibehaltung der Regelstangen-Förderstellung für die erforderlichen Polyisocyanatmengen, daß mindestens ein Kolben auf Arbeitshub steht und damit in der Zuleitung ein Druck erhalten bleibt, der nur um ein geringes unter dem Düsenöffnungsdruck liegt (z. B.
130 atü Restdruck gegenüber Öffnungsdruck 150 atü).
Hierdurch tritt häufig eine leichte Leckage der Einspritzdüse ein, die zu einem allmählichen Zuwachsen der Mischkammer 10 führt, da die Mischkammer ja ständig mit dem Polyester-Aktivator-Gemisch beim Stillsetzen der Apparatur gefüllt bleibt. Wird gemäß Abb. 3 beim Abstoppen der Genuschförderung die Regelstange 17 der Einspritz pumpe 12 mittels Hubmagnet 18 schlagartig auf Null gesetzt, während die Pumpe weiterläuft, so fällt der Druck vor der Düse etwa auf Null, und die Gefahr des Zuwachsens durch Leckage ist vermieden.
Beispiel 1 Zur Herstellung von starrem Polyurethanschaum werden die im Behälter 7 befindlichen 50 Gewichtsteile Polyester aus 5 Mol Adipinsäure, 1 Mol Phthal- säurehydrid und 8 Mol Hexantriol, 30 Gewichtsteile Polyester aus 1,5 Mol Adipinsäure, 1 Mol Hexantriol und 1 Mol Butandiol, 20 Gewichtsteile äthoxyliertes Trimethylolpropan mit den im Behälter 1 befindlichen 3 Gewichtsteilen N .-Diäthyl-ß-phenoxyäthyl-amin und 4 Gewichtsteilen Natriumsalz eines sulfonierten Rizinusöls mit 540/0 Wasser in die Mischkammer 4 gefördert und dort miteinander gemischt und dann durch die Rohrleitung 8 zu einer Zahnradpumpe 9 gedrückt. - Diese Pumpe 9 fördert das Gemisch zum MischkopflO, in dem aus dem Behälter 11 mittels der Einspritzpumpe 12 geförderte 85 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat als restliche Komponente intermittierend in den Gemisclistrom eingespritzt werden.
Beispiel 2 Elastischer Schaum Im Behälter 7 befinden sich 100 Gewichtsteile Polyester aus 15 Mol Adipinsäure, 16 Mol Diäthylenglykol und 1 Mol Trimethylolpropan.
Im Behälter 1 befinden sich 6 Gewichtsteile Aktivator aus 3 Gewichtsteilen bis-(Diäthylaminoäthanol)-adipat, 0,5 Gewichtsteilen Natriumsalz eines sulfonierten Rizinusöls mit 54°/0 Wasser, 1 Gewichtsteil Wasser, 0,2 Gewichtsteilen Hexahydrodimethylanilin und 0,2 Gewichtsteilen Paraffinöl.
Die im Behälter 7 und 1 befindlichen Komponenten werden in der Kammer 4 miteinander gemischt, und in dieses Gemisch werden in dem MischkopflO 36 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat hinzugemischt.
Beispiel 3 Spritzschaum (hart) Im Behälter 7 befinden sich 80 Gewichtsteile Polyester aus 5 Mol Adipinsäure, 1 Mol Phthalsäurehydrid und 8 Mol Hexantriol, 20 Gewichtsteile Polyester aus 14 Mol Adipinsäure und 15 Mol Diäthylenglykol, 30 Gewichtsteile Trichloräthylphosphat, 2 Gewichtsteile Kieselkreide.
Im Behälter 1 befinden sich 4 Gewichtsteile Natriumsalz eines sulfonierten Rizinusöls mit 540in Wasser, 3 Gewichtsteile N-Diäthyl-ß-phenoxyäthylamin, 3 Gewichtsteile permethyliertes Triäthylentetramin.
85 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat werden als restliche Komponente aus dem Behälterll mittels der Einspritzpumpe 12 intermittierend in den Gemischstrom eingespritzt.
Beispiel 4 Spritzschaum (elastisch) Im Behälter 7 befinden sich 90 Gewichtsteile Polyester aus 15 Mol Adipinsäure, 16 Mol Diäthylenglykol und 1 Mol Trimethylolpropan, 10 Gewichtsteile Polyester aus 1 Mol Adipinsäure und 1 Mol Äthylenglykol, 9 Gewichtsteile Aktivatorgemisch, bestehend aus 4 Gewichtsteilen bis-(Diäthylaminoäthanol)-adipat 1 Gewichtsteil Natriumsalz eines sulfonierten Rizinusöls mit 54°/0 Wasser und 4 Gewichtsteilen Wasser.
48 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat werden als restliche Komponente aus dem Behälterll mittels der Einspritzpumpe 12 intermittierend in den Gemischstrom eingespritzt.
Beispiel 5 Homogen-Stoff (starr) Im Behälter 7 befinden sich 80 Gewichtsteile Polyester aus 2 Mol Adipinsäure, 0,5 Mol Phthalsäureanhydrid, 3,5 Mol Trimethylolpropan und 1 Mol 1,3-Butandiol.
Im Behälter 1 befinden sich 20 Gewichtsteile Polyester aus 15 Mol Adipinsäure, 16 Mol Diäthylenglykol und 1 Mol Trimethylolpropan, 0,7 Gewichtsteile Eisenkomplexsalz des Cyclopentanonmonocarbonsäure-äthylesters .
44 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat werden als restliche Komponente aus dem Behälter 11 mittels der Einspritzpumpe 12 intermittierend in den Gemischstrom eingespritzt.
Die oben beschriebene Schnellmischapparatur ist geeignet für das dosierte Eintragen von Reaktionsgemischen in Formen oder Hohlkörper aller Art.
Die Leistung der Apparatur kann auf 1 bis 60 kg/Min. ausgelegt werden, je nach Größe des zu füllenden Hohlraums. Es ist ferner möglich, daß man mit der erfindungsgemäßen Apparatur auch homogene Werkstoffe auf Polyurethanbasis dosiert vergießen oder verspritzen kann. Das Aktivatorsystem ist wasserfrei und wird, wie oben beschrieben, über die Zusatzmischkammer 4 dem stark verzweigten Polyester zugeführt.
Die Polyesterseite wird zur Erzielung einer ausreichend niedrigen Viskosität zwecks einwandfreier Homogenisierung der Reaktionskomponenten auf Temperaturen von 40 bis 50° C gebracht.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Apparatur kann weiterhin auch für Erzeugung von homogenen oder porösen Kunststoffen auf Polyurethanbasis benutzt werden, die aus linearen Polyestern erzeugt werden und bei denen man ein Vorreaktionsprodukt aus Polyester und Polyisocyanat mit einem Aktivatorsystem zur Herbeiführung der Endreaktion kombiniert. In diesem Fall wird in der Mischkammer 4 (Abb. i) der Polyester mit dem Polyisocyanat vorgemischt und durch zusätzliche Temperaturzuführung in der Mischkammer 4 und in dem Rohrsystem8, das gegebenenfalls als Durchlauferhitzer ausgebildet ist, zur Pumpe 9 geführt. In dem Mischkopf 10 wird in diesem Falle vom Behälter 11 über die Dosierpumpe 12 das Aktivatorsystem zugeführt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Erzeugung poröser oder homogener Kunststoff-Halbfabrikate bzw. -Fertigartikel auf Polyurethanbasis in starrer, halbstarrer oder elastischer Form, dadurch gekennzeichnet, daß von den zur Polyurethanerzeugung erforderlichen Komponenten zwei oder mehrere vor der Zumischung der restlichen Komponente miteinander gemischt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Polyesterstrom unter Druck entweder Isocyanat oder wahlweise ein Vernetzungsmittel und/oder Beschleuniger eingemischt werden und diesem Gemisch unter Druck entweder Vernetzer- und/oder Beschleunigerflüssigkeit oder wahlweise Isocyanat zugemischt wird, wodurch das endgültige Gemisch der Weiterverarbeitung zugeführt wird.
3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit Rührer (6) versehene Mischkammer (4) für getrennt eingeführte Polyester und Aktivatoren bzw. wahlweise Isocyanant, eine Pumpe (9), die das aus der Kammer (4) tretende Gemisch unter Druck kontinuierlich einem allseits beweglichen oder ortsfesten Mischkopf (10) zuführt, und eine Pumpe (12), die Isocyanat bzw. wahlweise Beschleuniger und/oder Vernetzungsmittel aus einem Behälter (11) innerhalb des Mischkopfes (10) in den laufenden Gemischstrom einspritzt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gemischstromleitung (15) zwischen Pumpe (9) und Mischkopf (10) zwei Überdruckventile (13 und 14) angeordnet sind, wobei das Ventil (13) niedriger vorgespannt ist als das Ventil (14).
5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einspritzpumpe (12) ein Hubmagnet (18) angeordnet ist, der beim Außerbetriebsetzen der intermittierend fahrenden Pumpe (12) die Regelstange (17) auf Pumpenleerlauf stellt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 901 471; »Bayer-Kunststoffe« (1955), S. 71.