DE19627065A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Schaumherstellung mittels unter Druck gelöstem Kohlendioxid - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Schaumherstellung mittels unter Druck gelöstem KohlendioxidInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung von Schäumen mittels unter Druck gelöstem Kohlendioxid als
Treibmittel, wobei die zu verschäumende Masse unter Druck mit vorzugsweise
flüssigem Kohlendioxid vermischt und anschließend unter Schaumbildung ent
spannt wird. Als verschäumbare Massen werden insbesondere flüssige Ausgangs
produkte für Kunststoffe eingesetzt, die aufgrund einer nach dem Verschäumen
einsetzenden Polyadditions- oder Polykondensationsreaktion zum Schaum-Kunst
stoff aushärten. Speziell bezieht sich die Erfindung auf Polyurethan-Schaumstoffe.
Bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen wird mindestens eine der
Reaktivkomponenten (Polyisocyanat und Isocyanat-reaktive Wasserstoffatome
aufweisende Verbindungen, insbesondere Polyole) mit einem flüssigen oder gas
förmigen Treibmittel versetzt, danach mit der anderen Komponente vermischt und
die erhaltene Mischung entweder diskontinuierlich in eine Form oder kontinuier
lich auf ein Transportband gefördert, wo die Mischung aufschäumt und aushärtet.
Zur Erzeugung des Schaums haben eine Reihe von Verfahren breite Anwendung
in der Technik gefunden. Einerseits werden bei niedriger Temperatur verdam
pfende Flüssigkeiten wie niedermolekulare Chlorfluorkohlenwasserstoffe, Methy
lenchlorid, Pentan usw. eingesetzt, die aus der noch flüssigen Reaktivmischung
verdampfen und Bläschen bilden (physikalische Schaumerzeugung). Ferner kann in
die Reaktivmischung bzw. in eine der Komponenten Luft eingeschlagen werden
(mechanische Schaumerzeugung) und schließlich wird bei Polyurethanschäumen
Wasser als Treibmittel der Polyolkomponente zugesetzt, das nach Vermischung
mit der Isocyanatkomponente durch Reaktion mit dem Isocyanat Kohlendioxid als
Schäumgas freisetzt (chemische Schaumerzeugung).
Aus Gründen der Umweltverträglichkeit, der Arbeitshygiene und aufgrund der ver
gleichsweise hohen Löslichkeit von flüssigem Kohlendioxid in der Polyolkompo
nente wurde flüssiges Kohlendioxid bereits vielfach als Treibmittel vorgeschlagen
(GB-A 803 771, US-A 3 184 419). Jedoch haben diese alten Vorschläge bisher
keinen Eingang in die Technik gefunden, offenbar aufgrund der Schwierigkeiten,
bei der erforderlichen Entspannung der Reaktivmischung von Drücken zwischen
10 und 20 bar gleichmäßige Schäume zu erzeugen. Dabei besteht das Problem
einerseits darin, daß unmittelbar nach der Entspannung das Kohlendioxid relativ
plötzlich verdampft, so daß eine sehr starke Volumenvergrößerung der
Reaktionsmischung um einen Faktor von beispielsweise ca. 10 erfolgt, die schwer
zu beherrschen ist und andererseits die Reaktivmischung zu Freisetzungsverzügen
des Kohlendioxids neigt, die 3 bis 6 bar unterhalb des Gleichgewichtsdampfdrucks
von CO₂ bei der jeweiligen Temperatur liegen können, so daß es zu plötzlichen
explosionsartigen Kohlendioxidfreisetzungen kommt, mit der Folge, daß große
Blasen oder Lunker in den Schaumstoff eingeschlossen sind.
Zur Erzeugung einer gleichmäßigen Schaumstruktur ist es ferner bekannt, fein
teilige Luft- oder Stickstoffblasen in die flüssige Reaktivmischung einzubringen,
die als Blasenkeime dienen, so daß eine lokale Übersättigung an physikalisch
gelöstem oder chemisch erzeugtem Treibmittel verhindert wird.
Allerdings besteht beim Einsatz von physikalisch gelöstem Kohlendioxid als
Treibmittel das Problem, daß die Freisetzung des Kohlendioxids innerhalb von
Zeiträumen erfolgt, in denen die Polyadditionsreaktion kaum fortschreitet, so daß
der nach Freisetzung des Kohlendioxids erhaltene Froth noch sehr empfindlich
gegen Beanspruchung durch Scherkräfte ist. Auf den Froth ausgeübte Scherkräfte
führen zur Zerstörung von Schaumblasen, so daß größere Schaumblasen gebildet
werden und eine ungleichmäßige Schaumstruktur entsteht. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn die Schaumblasen einen Durchmesser erreichen, bei dem die
Blasenform von der Kugelform abweicht, d. h. wenn das Blasenvolumen im Froth
einen Raumanteil einnimmt, der größer ist, als der dichtesten Kugelpackung ent
spricht. Ein Blasenvolumen, das der dichtesten Kugelpackung entspricht, wird
erreicht, wenn 0,5 Gew.-Teile Kohlendioxid bezogen auf 100 Gew.-Teile Reaktiv
mischung bei Atmosphärendruck freigesetzt sind.
Bei der kontinuierlichen Herstellung von Schaumstoffblöcken (siehe Becker/Braun,
Kunststoffhandbuch, Band 7: Polyurethane, 1993, Bild 4.8 und 4.9, Seite 148)
kann das Aufbringen des Froth auf das Transportband und seine Verteilung über
die Breite des Transportbandes als problematisch für den Froth angesehen werden.
Zur Überwindung des Ablage- und Verteilungsproblems des Froth auf dem
Transportband wurde gemäß EP-A 645 226 vorgeschlagen, die Kohlendioxid unter
Druck gelöst enthaltende Polyurethanreaktivmischung zunächst druckseitig über
die Breite des Transportbandes in einer sogenannten Druckausgleichskammer zu
verteilen, den Druck anschließend in einer sich über die Breite des Transport
bandes erstreckenden Druckabbauzone, die in Form eines einen ausreichenden
Strömungswiderstand zur Verfügung stellenden, sich über die Breite des
Transportbandes erstreckenden Spaltes oder Reihe von Durchgangsbohrungen aus
gebildet ist, abzubauen und anschließend eine sich in Strömungsrichtung
erweiternde, quer über das Transportband erstreckende Aufschäumkammer vorzu
sehen, aus der der Froth mit an die Transportbandgeschwindigkeit angepaßter
Fließgeschwindigkeit austreten soll. Nachteilig bei diesem Vorschlag ist die ver
gleichsweise lange Verweilzeit des Froth in der Aufschäumkammer, das relativ
große Verhältnis von Aufschäumkammerwand und Aufschäumkammerquerschnitt
und die Schwierigkeit, Unterschiede der Fließgeschwindigkeit des Froth am Aus
gang der Aufschäumkammer und des Transportbandes zu vermeiden. Insbesondere
können aufgrund der von der unteren Begrenzungswand der Aufschäumkammer
sowie am Übergang von Aufschäumkammer zu Transportband durch Scherung des
Froth erzeugte vergrößerte Schaumblasen nicht mehr durch Aufplatzen und Ab
gabe des eingeschlossenen Gases an die Umgebung verschwinden, da sie vom
Froth überdeckt sind. Vielmehr wandern solche an der Unterseite der Froth-Masse
erzeugte vergrößerte Gasblasen während der zunehmenden Polyadditionsreaktion
in den Froth hinein und werden in den erzeugten Schaum eingeschlossen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Her
stellung von Blockschaum durch Verschäumen einer Kohlendioxid unter Druck ge
löst enthaltenden Polyurethanreaktivmischung, wobei die Reaktivmischung bei
einem Druck oberhalb des Löslichkeitsdruckes für das gelöste Kohlendioxid einer
linear ausgedehnten Druckverteilungskammer zugeführt wird, in einer linear ausge
dehnten Druckentspannungszone auf einen Druck unterhalb des Löslichkeits
druckes für das gelöste Kohlendioxid entspannt wird, aus der Druckentspannungs
zone einer Aufschäumkammer mit sich erweiterndem Strömungsquerschnitt zuge
führt wird und die aufgeschäumte Reaktivmischung (Froth) im wesentlichen
senkrecht frei fließend auf das Transportband einer kontinuierlichen Blockschaum
anlage aufgebracht wird.
Dadurch, daß die aufgeschäumte Reaktivmischung im wesentlichen frei fließend
auf das Transportband aufgebracht wird, können an der Begrenzungswand der
Aufschäumkammer erzeugte größere Schaumblasen nach dem Austritt der aufge
schäumten Reaktivmischung aus der Aufschäumkammer aufplatzen, so daß der
Gasinhalt entweicht und die aufgeschäumte Reaktivmischung von größeren
Schaumblasen befreit wird. Das Fließen der aufgeschäumten Reaktivmischung auf
dem Transportband zur Gleichverteilung erfolgt mit vergleichsweise kleinen Scher
geschwindigkeiten, die für den Schaum nicht schädlich sind.
Die lineare Ausdehnung der Druckverteilungskammer und der Druckentspannungs
zone kann geradlinig, sich quer über die Breite des Transportbandes erstreckend
ausgebildet sein, so daß eine Querverteilung des Froth über die Breite des
Transportbandes im wesentlichen unterbleiben kann.
Aus Gründen des Handlings, d. h. der kompakteren Bauweise der Vorrichtung zur
Erzeugung des Froth wird die lineare Ausdehnung vorzugsweise ringförmig aus
gebildet, wobei die Druckverteilungskammer in Form eines Ringkanals ausgebildet
ist und die Druckentspannungszone in Form eines Ringspaltes bzw. einer Vielzahl
ringförmig nebeneinander angeordneter Durchgangsbohrungen. Die Aufschäum
kammer wird dann auf der Seite der Druckentspannungszone als Ringkanal mit
sich erweiterndem Strömungsquerschnitt ausgebildet, wobei die Querschnittser
weiterung im wesentlichen durch Verkleinerung des Radius der inneren Ring
kanalbegrenzungsfläche herbeigeführt wird bis die innere Ringkanalbegrenzungs
fläche in Form einer Spitze endet, so daß die Aufschäumkammer einen nur durch
die äußere Ringkanalbegrenzungsfläche begrenzten Auslaß aufweist. Die kreis
runde Ausbildung der Schaumerzeugungsvorrichtung hat ferner den Vorteil, daß
diese nur minimale Begrenzungsflächen für das Fließen der aufgeschäumten
Reaktivmischung aufweist, so daß auch die Störungen des Schaumes minimal
bleiben.
"Im wesentlichen senkrecht" im Sinne der Erfindung soll eine Neigung der Mittel
ebene bzw. Achse der Austrittsöffnung der Aufschäumkammer um einen Winkel
von 30° gegenüber Lotrecht einschließen. Bevorzugt soll der Winkel jedoch nicht
größer als 20° sein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die
Strömungsrichtung der Reaktivmischung nach ihrem Austritt aus der Druckent
spannungszone um einen Winkel von mindestens 90°, vorzugsweise um
mindestens 270°, umgelenkt, wobei der Strömungsquerschnitt der Aufschäum
kammer nach der Umlenkung mindestens 5mal, insbesondere bevorzugt
mindestens 10mal, größer ist, als der Strömungsquerschnitt der Druckentspannungszone.
Der Strömungsquerschnitt der Austrittsöffnung der Aufschäumkammer kann min
destens 50mal, insbesondere mindestens 100mal größer sein als der Strömungs
querschnitt der Druckentspannungszone. Insbesondere bevorzugt ist ein 100- bis
200mal größerer Austrittsquerschnitt der Aufschäumkammer als der Strömungs
querschnitt der Druckentspannungszone. Eine weiter bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist eine ringspaltförmige Druckentspannungszone
auf, wobei die eine Begrenzungsfläche der Druckentspannungszone, die innere
Begrenzungsfläche der Druckverteilungsringkammer und die innere Begrenzungs
fläche der Aufschäumringkammer in Form eines in axialer Richtung beweglichen
Zentralkörpers ausgebildet ist, durch dessen axiale Bewegung die Spaltbreite der
Druckentspannungszone eingestellt werden kann. Weiter bevorzugt ist druckseitig
in der Druckverteilungskammer oder der Zufuhrleitung zur Druckverteilungs
kammer ein Druckmeßgerät vorgesehen, wobei der Meßwert des Druckes zur
Steuerung der Antriebsvorrichtung für die axiale Verschiebung des Zentralkörpers
eingesetzt wird. Auf diese Weise ist es möglich, in Abhängigkeit von dem
Volumenstrom der zugeführten Polyurethanreaktivmischung, der vorzugsweise
konstant gehalten wird, den Druck in der Druckverteilungskammer durch Regelung
der Spaltbreite der Druckentspannungszone zu regeln, insbesondere konstant zu
halten.
Die Ausdehnung der Druckentspannungszone in Durchströmrichtung, d. h. senk
recht zu ihrer linearen Ausdehnung, kann 0,1 bis 20 mm betragen, insbesondere 1
bis 10 mm, besonders bevorzugt 3 bis 8 mm. Die Spaltbreite der Druckentspannungszone
kann zwischen 0,1 und 0,5 mm betragen, je nach Viskosität der
Polyurethanreaktivmischung und deren Zufuhrrate. Beim Einsatz einer füll
stoffhaltigen Polyurethanreaktivmischung sind Spaltbreiten von 0,3 bis 0,5 mm
bevorzugt. Die Austrittsbeschwindigkeit der aufgeschäumten Reaktivmischung aus
der Aufschäumkammer kann zwischen 0,05 und 2 m/sec betragen.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Schaumerzeugungsvorrichtung so ge
fahren, daß am Austritt der Aufschäumkammer etwa 20 bis 50% des gelösten
Kohlendioxids freigesetzt sind, so daß nach dem Austritt der (teilweise) aufge
schäumten Reaktivmischung aus der Aufschäumkammer sich der Strom der
Reaktivmischung unter Freisetzung des noch in Lösung (Übersättigung) befind
lichen Kohlendioxids glockenförmig erweitert.
Die Durchtrittsgeschwindigkeit der Reaktivmischung durch die Druckentspannungs
zone ist abhängig von der Ausdehnung der Druckentspannungszone in Strömungs
richtung, der Spaltbreite, der Viskosität der Reaktivmischung sowie dem in der
Druckverteilungskammer herrschenden Druck. Typische Durchtrittsge
schwindigkeiten können zwischen 1 und 25 m/sec liegen. Für die Verschäumung
von Reaktivmischungen mit hohem Kohlendioxidgehalt, z. B. im Bereich zwischen
3 und 6 Gew.-% Kohlendioxid werden hohe Durchströmgeschwindigkeiten durch
die Druckentspannungszone, z. B. zwischen 15 und 25 in/sec bevorzugt, so daß
sich kurze Verweilzeiten in der Schäumvorrichtung ergeben.
Die der erfindungsgemäßen Verschäumvorrichtung zuzuführende Polyurethan-
Reaktivmischung wird wie folgt hergestellt:
Als Isocyanatkomponente werden aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische, aromatische und heterocyclische Polyisocyanate, wie sie z. B. von W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, Seiten 75 bis 136, beschrieben sind, eingesetzt.
Als Isocyanatkomponente werden aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische, aromatische und heterocyclische Polyisocyanate, wie sie z. B. von W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, Seiten 75 bis 136, beschrieben sind, eingesetzt.
Bevorzugt eingesetzt werden aromatische Polyisocyanate, besonders bevorzugt
werden in der Regel die technisch leicht zugänglichen Polyisocyanate, z. B. das
2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren
("TDI"), Polyphenyl-polymethylen-polyisocyanate, wie sie durch Anilin-Form
aldehyd-Kondensation und anschließende Phosgenierung hergestellt werden ("rohes
MDI") und Carbodiimidgruppen, Urethangruppen, Allophanatgruppen, Isocyanurat
gruppen, Harnstoffgruppen oder Biuretgruppen aufweisende Polyisocyanate
("modifizierte Polyisocyanate"), insbesondere solche modifizierten Polyisocyanate,
die sich vom 2,4- und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat ableiten.
Als zweite Komponente ("Polyolkomponente") werden Verbindungen mit min
destens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit
Molekulargewichten von in der Regel zwischen 60 und 5000, vorzugsweise zwi
schen 100 und 2000, besonders bevorzugt zwischen 200 und 800. Hierunter
versteht man neben Aminogruppen, Thiolgruppen oder Carboxylgruppen aufwei
senden Verbindungen vorzugsweise Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen,
insbesondere 2 bis 8 Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen, speziell solche
mit Molekulargewichten zwischen 200 und 2000, vorzugsweise 300 bis 1200, z. B.
mindestens 2, in der Regel 2 bis 8, vorzugsweise aber 2 bis 6, Hydroxylgruppen
aufweisende Polyester, Polyether, Polythioether, Polyacetale, Polycarbonate und
Polyesteramide, wie sie für die Herstellung von Polyurethanschäumen an sich
bekannt sind; ganz besonders bevorzugt sind Polyetherpolyole.
Für den Einsatz als Polyolkomponente geeignete Verbindungen sind auf den
Seiten 6 bis 9 der EP-B 121 850 beschrieben.
Ferner können zur Herstellung der Reaktivmischung gegebenenfalls Wasser,
weitere Treibmittel, Schaumstabilisatoren, Katalysatoren sowie sonstige an sich
bekannte Hilfs- und Zusatzstoffe eingesetzt werden. Diese an sich bekannten,
weiter einsetzbaren Mittel sind auf Seiten 9 bis 11 der EP-B 121 850 offenbart.
Insbesondere bevorzugt wird erfindungsgemäß Wasser als zusätzliches Treibmittel
in einer Menge von besonders bevorzugt 1 bis 7 Gew.-%, bezogen auf die
Reaktivmischung mitverwendet. Bevorzugt wird Wasser in einer Menge von 2 bis
5 Gew.-% mitverwendet.
Die zusätzlich einsetzbaren Mittel können dem Mischaggregat zur Vermischung
von Isocyanatkomponente und Polyolkomponente getrennt zugeführt werden oder
aber bereits vor der Vermischung von Isocyanat mit Polyol einer der beiden
Hauptkomponenten zugeführt werden, wobei das mitverwendete Wasser und
weitere eventuell mit Isocyanat reagierende Zusatzkomponenten nur der Polyol
komponente zugemischt werden dürfen.
Die Verfahrenstechnik zur Herstellung von Polyurethanschäumen ist prinzipiell in
Becker/Braun, Kunststoff-Handbuch, Band 7: Polyurethane, 1993, Seiten 143 bis
149, insbesondere in Bild 4.8 und Bild 4.9 auf Seite 148 dargestellt.
Vorzugsweise werden die Komponenten in einer sogenannten Niederdruck-
Rührwerksmischkammer vermischt, wobei erfindungsgemäß in der Mischkammer
ein Druck herrscht, der oberhalb des Sättigungsdampfdruckes für das gelöste
Kohlendioxid liegt.
In einer oder mehreren der Komponenten, insbesondere der Polyolkomponente,
wird vor der Einleitung der Komponenten in den Mischkopf Kohlendioxid gelöst.
Vorzugsweise wird Kohlendioxid in einer Menge von 1 bis 7 Gew.-%,
vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamt-Reaktivmischung gelöst.
Die Auflösung des Kohlendioxids, vorzugsweise nur in der Polyolkomponente,
kann auf beliebige Weise erfolgen, z. B.
- a) gasförmiges Kohlendioxid wird in einen die Polyolkomponente enthal tenden Behälter, der bei einem Druck von 15 bis 25 bar gehalten wird, in das Polyol mittels eines Rührwerks eingemischt;
- b) flüssiges Kohlendioxid wird bei Raumtemperatur z. B. in einem Statik mischer bei einem Druck von 70 bis 80 bar mit dem Polyol vermischt und anschließend vor der Einführung in den Niederdruck-Rührwerksmischkopf auf einen Druck von 15 bis 25 bar entspannt;
- c) flüssiges, auf z. B. -20°C abgekühltes Kohlendioxid wird bei einem Druck von 15 bis 25 bar mit der bei Raumtemperatur befindlichen Polyolkompo nente vermischt, wobei die Vermischung derart erfolgt, daß das Kohlen dioxid in der Polyolkomponente gelöst wird, bevor es verdampfen kann.
Es wurde gefunden, daß insbesondere die bevorzugte Alternative c) aufgrund der
hohen Neigung des Kohlendioxids, in Lösung zu gehen, mittels eines
schnellaufenden Durchflußrührers, der in der Polyolleitung an der Einleitstelle für
das flüssige Kohlendioxid angeordnet ist, gelingt.
Die Komponenten des Reaktivkunststoffs, von denen mindestens eine das gelöste
Kohlendioxid enthält, werden nun dem Mischkopf zugeführt, hier vermischt und
nach dem Austritt aus dem Mischkopf der erfindungsgemäßen Verschäum
vorrichtung zugeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert:
Fig. 1 zeigt in schematisierter Seitenansicht eine erste Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 zeigt eine schematisierte Aufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 zeigt eine detailliertere Darstellung einer erfindungsgemäßen Aufschäum
vorrichtung,
Fig. 3a, 3b und 3c zeigen alternative Darstellungen des Details A (Entspannungs
zone) aus Fig. 3,
Fig. 4 zeigt eine alternative Darstellung der Schaumerzeugungsvorrichtung ent
sprechend Fig. 3.
In Fig. 1 ist in Seitenansicht das Transportband 1 einer Blockschaumanlage
dargestellt. Dem Transportband 1 wird eine untere Kaschierfolie 2 zugeführt, die
mit dem Transportband bei einer Geschwindigkeit von 3 bis 7 m/min nach rechts
bewegt wird. Dem Mischaggregat 3 werden unter Druck Isocyanat 31 und Polyol
32, das 3 bis 7 Gew.-% Kohlendioxid gelöst enthalten kann, sowie weitere Zusatz-
und Hilfsstoffe 33 zugeführt. Im Mischaggregat herrscht ein Druck, der oberhalb
des Lösungsdampfdrucks für das gelöste Kohlendioxid liegt. Aus dem Misch
aggregat 3 wird die Reaktionsmischung der Schäumerzeugungsvorrichtung 4 zuge
führt. Die Schäumerzeugungsvorrichtung 4 besteht aus einer ringkanalförmigen
Druckverteilungskammer 41, einer ringkanalförmigen Druckentspannungszone 42
sowie der Aufschäumkammer 43. Der die innere Begrenzung des Ringkanals
bildende Zentralkörper 44 kann über ein Schraubgewinde 45 in axialer Richtung
unter Einstellung der Spaltbreite der Druckentspannungszone 42 verschoben
werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch Messung des Druckes in der
Druckentspannungszone 41 mittels Druckmeßgerät P, das über eine Kontrolleinheit
C eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung für die Schraubgewindeachse 45
ansteuert. Aus der Aufschäumkammer 43 tritt die teilweise aufgeschäumte, an
Kohlendioxid übersättigte Reaktionsmischung als Froth 5 in Richtung der
punktstrichlierten Linie 51 frei fließend im wesentlichen senkrecht auf das
Transportband 1 aus. Der sich unterhalb der kreissymmetrischen Aufschäumvor
richtung 4 bildende Frothhaufen 5 verteilt sich zunächst frei fließend über die
Breite des Transportbandes, wobei zur Vermeidung des Fließens entgegen der
Bewegungsrichtung des Transportbandes eine im wesentlichen senkrechte Barriere
6 vorgesehen ist, die sich quer über das Transportband erstreckt. In Bewegungs
richtung des Transportbandes im Abstand von der Zufuhrstelle des Froth 5 wird
die obere Kaschierfolie 8 über eine in den Froth eintauchende Umlenkrolle 7
zugeführt. Ferner werden beidseitig des Transportbandes seitliche Kaschierfolien
10 über Umlenkrollen 9 zugeführt.
In der in Fig. 2 dargestellten Aufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1 zeichnen
gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsdarstellung der Schäumerzeugungsvor
richtung 4. Diese besteht aus dem Zentralkörper 44, der die innere Begrenzung der
Druckverteilungskammer 41, der Druckentspannungszone 42 und der Aufschäum
kammer 43 bildet. Der Zentralkörper 44 weist eine Führungsachse 46 auf, die
gegen das Gehäuse 49 mittels Dichtring 47 abgedichtet ist. Die Achse 46 wird in
axialer Richtung durch das Schraubgewinde 45 fortgesetzt, über das mittels nicht
gezeigtem Rotationsantrieb der Zentralkörper 44 vertikal innerhalb des Gehäuses
49 verschoben werden kann, so daß der freie Durchtrittsquerschnitt der Druck
entspannungszone 42 zur Regelung des Druckes innerhalb der Druckverteilungs
kammer 41 geregelt werden kann. Zur Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit
der Reaktivmischung nach dem Durchtritt durch die Druckentspannungszone 42
erfolgt eine Umlenkung der Strömungsrichtung um mindestens 90°, wobei eine
Umlenkkammer 48 zum turbulenten Abbau der kinetischen Energie der Reaktions
mischung vorgesehen sein kann.
Die Schaumerzeugungsvorrichtung 4 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von derjeni
gen gemäß Fig. 3 dadurch, daß die Druckentspannungszone 42 radial nach außen
durchströmt wird. Dies hat den Vorteil, daß die Druckverteilungskammer 41 ein
kleineres Volumen aufweist als gemäß Fig. 3, so daß die Verweilzeit der
Reaktivmischung in der Druckverteilungskammer geringer gehalten werden kann.
Es wird eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von Polyurethanblockschaum
gemäß Fig. 1 eingesetzt. Die Transportbandgeschwindigkeit beträgt 3,5 m/min. Die
Breite des Transportbandes beträgt 2 m, der Abstand der oberen Kaschierfolie 8
von der unteren Kaschierfolie 2 erreicht 1,2 m. Es wird eine Schaumbildungsvor
richtung gemäß Fig. 4 eingesetzt. Die Druckentspannungszone 42 weist eine
Spaltbreite von 0,3 mm, eine Ausdehnung in Durchströmrichtung von 6,8 mm und
einen Austrittsumfang (lineare Ausdehnung) von 400 mm auf. Der Radius der
Austrittsöffnung der Aufschäumkammer 43 beträgt 60 mm.
In dem Mischaggregat 3 (Fig. 1) wird eine verschäumbare Reaktivmischung fol
gender Zusammensetzung erzeugt:
100 Gew.-Tle eines Polyetherpolyols mit einer OH-Zahl von 45, enthaltend 85 Gew.-% Propylenoxideinheiten und 15 Gew.-% Ethylenoxid einheiten, gestartet auf Trimethylolpropan,
4,2 Gew.-Tle Wasser,
4,0 Gew.-Tle CO₂,
1,3 Gew.-Tle eines Silikonstabilisators,
0,15 Gew.-Tle eines Aminkatalysators,
0,16 Gew.-Tle Zinnoctoat,
50 Gew.-Tle Toluylendiisocyanat 80/20.
100 Gew.-Tle eines Polyetherpolyols mit einer OH-Zahl von 45, enthaltend 85 Gew.-% Propylenoxideinheiten und 15 Gew.-% Ethylenoxid einheiten, gestartet auf Trimethylolpropan,
4,2 Gew.-Tle Wasser,
4,0 Gew.-Tle CO₂,
1,3 Gew.-Tle eines Silikonstabilisators,
0,15 Gew.-Tle eines Aminkatalysators,
0,16 Gew.-Tle Zinnoctoat,
50 Gew.-Tle Toluylendiisocyanat 80/20.
Dabei werden Polyol, Wasser und flüssiges CO₂ in einem Statikmischer bei 70 bar
vorvermischt, auf 15 bar entspannt und über Leitung 32 in das Mischaggregat 3
eingeleitet und dort mit dem Isocyanat und den weiteren Zusatzstoffen vermischt.
Der Druck in der Druckentspannungszone 41 betrug 11 bar. Es wurden 135 kg
Reaktivmischung pro Minute gefördert.
Die Reaktivmischung trat unter Aufschäumen aus der Schaumbildungsvorrichtung
als stabiler, stark expandierender Froth aus, der sich auf dem Transportband
ausbreitete. Wenige Meter hinter der Ablagestelle auf dem Transportband begann
der Froth aufgrund der Reaktion des Wassers mit dem Isocyanat zu steigen. Nach
ca. 6 m war die maximale Blockhöhe von 1,2 m erreicht.
Es wurde ein Schaumblock mit einer Dichte von 16,1 kg/m³ erhalten.
Der Schaum war offenporig und wies 16 bis 19 Poren pro cm auf. Er war im
wesentlichen frei von Lunken und Poren mit Durchmessern von oberhalb
2 mm.
Claims (4)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Blockschaum durch Ver
schäumen einer Kohlendioxid unter Druck gelöst enthaltenden Polyurethan
reaktivmischung, wobei
- a) die Reaktivmischung bei einem Druck oberhalb des Löslichkeits dampfdruckes für das gelöste Kohlendioxid einer linear ausge dehnten Druckverteilungskammer zugeführt wird,
- b) in einer linear ausgedehnten Druckentspannungszone auf einen Druck unterhalb des Löslichkeitsdampfdruckes für das gelöste Koh lendioxid entspannt wird,
- c) aus der Druckentspannungszone einer Aufschäumkammer mit sich erweiterndem Strömungsquerschnitt zugeführt wird, und
- d) die aufgeschäumte Reaktivmischung (Froth) im wesentlichen senk recht frei fließend auf das Transportband einer kontinuierlichen Blockschaumanlage aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strömungsrichtung der Reaktiv
mischung nach dem Austritt aus der Druckentspannungszone um einen
Winkel von mindestens 90° umgelenkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die lineare Ausdehnung der
Druckverteilungskammer und der Druckentspannungszone in Form eines
Kreisringes ausgebildet ist und die Aufschäumkammer eingangsseitig als
Ringkammer und ausgangsseitig als kreisrunde Diffusorkammer ausgebildet
ist.
4. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Polyurethanblockschaum
unter Einsatz von unter Druck gelöstem Kohlendioxid als Treibmittel
enthaltend ein Mischaggregat (3), eine dem Mischaggregat (3) nachge
schaltete linear ausgedehnte Druckverteilungskammer (41), eine linear aus
gedehnte Druckentspannungszone (42) und eine Aufschäumkammer (43),
wobei die Austrittsöffnung der Aufschäumkammer (43) oberhalb des
Transportbandes (1) im Abstand zu diesem mit im wesentlichen senkrecht
auf das Transportband (1) gerichteter Achse angeordnet ist.
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US08/887,584 US6019919A (en) | 1996-07-05 | 1997-07-03 | Process for foam production using carbon dioxide dissolved under pressure |
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DE19627065A DE19627065A1 (de) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | Verfahren und Vorrichtung zur Schaumherstellung mittels unter Druck gelöstem Kohlendioxid |
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DE (1) | DE19627065A1 (de) |
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1996
- 1996-07-05 DE DE19627065A patent/DE19627065A1/de not_active Withdrawn
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1997
- 1997-06-26 GB GB9713569A patent/GB2315074B/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-07-03 IT IT97MI001575A patent/IT1292463B1/it active IP Right Grant
- 1997-07-03 US US08/887,584 patent/US6019919A/en not_active Expired - Fee Related
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ITMI971575A0 (de) | 1997-07-03 |
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GB9713569D0 (en) | 1997-09-03 |
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