DE2035595A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von verbesserten Harnstoff Formaldehyd-Schäumen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von verbesserten Harnstoff Formaldehyd-SchäumenInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
DR. MÜ LLER-BORE ■ DR. MANITZ · DR. DEUFEL
BIPL-INQ. RNSTERWALD ■ DIPL-ING. GRAMKOW
8 MÜNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STR 1
TELEFON 225110
II JUU 1970
D/Ha/Hn - Case B 1044
BBITISH 1IDUxSO)RIAL PLASSIGS LIMITED
/ England
Verfahren und Vorrichtung sur Herstellung von
Harnst of f/?03?maldehyd-Schäraaeno
Priorität s Großbritannien vom 1?a Juli 1969 -(Hr,. 36069/69)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Schäumen aus in der Wärme aushärtenden
Harzmateriaiien, die im wesentlichen Harnstoff/Formaldehyd«»
Harz© enthalten»
Fach den bisher bekannten Verfahren wurden zur Herstellung
solcher Schäume eine wäßrige HarziSsung und eine wäßrige
Härterlösung verwendet, wobei eine Komponente dureh Vermischen
mit komprimierter Luft in Gegenwart eines Verschäumungsmitteis
verschäumt und nach der Schaumbildung die andere Komponente
in den Schaum eingemiecht wurde0 Zur Erzielung eines Schaumes
mit niedriger Dichte bei Anwendung eines solchen Verfahrens
109882/1842
waren große Mengen Wasser es'foi'derliüii und diese
Mengen Wasser mußten auf sete kostspieligem Wege wieder ent«
fernt werden und schlachten die gegebenenfalls foräaaden©
Schaumstrukture
Es wurden deshalb Yersdiiedan® TerBuehe unternommen 9 um d©s
Mengenanteil aes zur Herstellung ©ia@§ S©hamaes einer Tbe*=
stimmten Dichte erforderliches, Wassere he^ateMsetseiio Bis
solcher Tersuen bestand darin9 di@ Harslösung
und anschließend ein Yerfmltxiissäßig geringes
Härterlösung ia den S©liaua ©isigiispsli^Ho lei der Erhöhung
der Eonsentration des? Earsfes-festoffe stieg Jedoeh aweh di©
Eaddiciite des teoekeaea Sofiameg nad b©i ffss'suehaa,, dies
durch Einfiiteung tos mehr Suft ia di© Harslösmig gu ä
wurde festgestellte daß die lifeerscliiisaige Luft als
Lufj aus dem Schaum aixsgeteiebea wird9 wean qt· aus'
seMumiingspistoX© austritt und ©s könnt© dadurch k@ia<s- Herab=
setaiüig dei» Dislite trsielt w
Ziel der vox-lieg
ζέρ Hes?stellung Toa
eines Sshaumes s»it ©iaeia
erhalten wird, ansi2g@beao Ii@l d©^
war es feraer§ oiae Vorrialitttag g-yu? Herstellung ©iaes sol
chea Schaumes anaiigebeae
Gegenstand der ErfindiiHg is·
chea Herstelllang eines selbgtteageadtsa Separate mit
Siebte, das dadurch gekennzeichnet ist9" daß ©in©
die eine wäßrige lösuag ein©,
rials mit einem Harnstoff/
mungsmittel enthält φ verschäumt wird taat©£>
Bäldimg ©ia© ersten Schaumes, daß eine Hiseö,«ag9 dia ©iae
eines Härters und eines Terseliaiimiiagaaifetels
schäumt wird unter Bildung eines weiten Sehaum©® nad daß
der erste Schaum mit dem aweiten Seha» gemischt
1 09882/1842
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren werden in
dem ©rfindungsgesaßen Verfahren sowohl das Harz als auch
der Härter einzeln verschäumt bevor sie miteinander gemischt
wsrdeno
Das in der Wärme aushärtende Harz kann ein einfaches Harnstoff /Formäldehyd-Harz sein oder es kann durch Einarbeitung
einer geringen Menge von solchen Komponenten, wie z0 B0
Melamin/Formaldehyd~Harzen, Phenol/FQrmaldehyd-Harssens, MeIa=
min, löslichen Polyamiden, 61ykolent Resorcin, Polyvinylalkohol, Stärken und Zuckern modifiziert seine Die modifizierend©
Komponente kann in das Harnstoff/Formaldehyd^Hara einkondensiert oder damit lediglich gemischt werden und im letzteren
Falle kann sie eine reaktionsfähige Substanz oder lediglich ein nicht reaktionsfähiger Füllstoff sein0 Me Wahl des Ver~
aehäumungsmittels ist kein wesentliches Merkmal der vorliegenden
Erfindung und es kann jedes beliebige TTerschäumungsmittel
verwendet werden, das normalerweise in Harnstoff/3?orm~
aldehyd-Schaumsystemen verwendet wirdö Beispiele für typische
Verschäumuncßmittel sindi
Natriumalkylbenzolsulfonat (Hansa HS 80)
NatriumdodecylbenssolBulfonat (Kansa HS 85S)
modifiziertes Natri\imdodecylben2iol-
sulfonat (Hansa SL 50)
Gemisch aus Efatriumdodeeylbenzolsulfonat t
Lauryläthersulfat und Magnesiumxylolsul-
fonat (Hansa LES 42)
STatriumdodesylbenzolsulfonat und
äthoxylierte Fettsäurealkylolamide (Nansa 100)
Hatriumsulfosuccinat (Gropol 60)
Gemisch aus Alkylbenzolsulfonaten und
sekundären Alkylsulfaten (Teepöl 514)
weiche sekundäre Alkylsulfate (Teepol 610)
Hatriumsalz einer sulfonierten Kohlen= teerfraktion (Belloid
Bei der Verwendung der erfindungsgeraäßen Vorrichtung imd den
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but Herstellung der bevorzugten erfindungsgemäßen Schäume
verwendeten Materialien haben sich die beiden ersteri der .
oben genannten Verbindungen als besonders wirksam erwiesen«
Wenn konzentriertere Harzlösungen verwendet werden, die beispielsweise
eine Konzentration" von mehr als 45 % aufweisen,
was bisher in der Praxis als Höchstwert angesehen wurde, wird auf Seiten des Harzes (erster Schaum) ein Scham mit
einer höheren Dichte erhalten und daher wird die Gesamtdichte
erhöht, die Bnddichte hängt jedoch von dem Verhältnis der
Harz- und Härterflüsssigkeitsausgangsmateriaiien und ihren
^ Jeweiligen Expansionen abo Da ein Vorteil der vorliegenden
' Erfindung darin besteht, den Wassergehalt herabzusetzen, wird die Zuführungsgeschwindigkeit des Härters vorzugsweise
so niedrig wie möglich gehalten, f/obei jedoch 'bei einer
übermäßigen Säurekonzentration eine schlechte Vermischung,
auftritt und deshalb wird vorzugsweise ein Harz/Härter-Verhältnis
von 4:1 bis 50*1 entsprechend der gewünschten... Endtrockendichte
des Schaumes und dem Feststoffgehalt der verwendeten
Harzlösung angewendet „. So kann "bei einem feststoff .gehalt
von 4-5 % ein Verhältnis von 7§1 angewendet werden unter
Bildung eines T^oclcenschaumes mit einer Dichte von 8 kg/m-9
der gewöhnlich als Harnstoff/Formaldehyd-Sehaum mit niedriger
Dichte bezeichnet wirdo Dies könnte jedocsh nicht unter Verwendung eines Harzes mit einem Feststoffgehalt von 60 % er-
w zielt werden,, ohne das Verhältnis auf 1/-H1 zu verringern,
wodurch der Gesamtwassergehalt erhöht und. Vermischungsprobleme
auftreten würden. Wenn unter Verwendung der gleichen Apparatur
dichtere Schäume gewünscht- werden, können diese erhalten
werden, indem man die BeschicJrangsverhältnisjs© und/oder die
Harzkonzentration oder den in. jeder VerscfiäumungseiEheit erzielten Expansionsgrad durch Änderung der
drucke oder der Geometrie deö Aufbaues des? Einheit
Vorzugsweise wird mindestens die d@n ©3?st©a Setiämm
Mischung erhitzt und es kann awcfe bevorzugt■ s®ia9
»weiten Schaum "bildend© Mischmag au e3?bitaeiio Bio
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schäumen mögliche Volumenzunahme wird stark durch die Viskosität
beeinflußt und beim Erhitzen wird die Viskosität herabgesetzt, so daß bei einem gegebenen Trockenfeststoffgehalt
Schäume mit einer geringeren Dichte erzielt werden können,,
Da die Viskosität der Harzlösung normalerweise viel höher ist als-diejenige-des Härtere, ist die Wirkung beim Erhitzen
des Harzes gewöhnlich viel größer als beim Erhitzen des Härters und sie ist besonders groß bei einem sehr hohen Feststoffgehalt.·
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine λ
Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines selbsttragenden
Schaumes mit niedriger Dichte, die gekennzeichnet ist durch mindestens zwei Verschäumungseinheiten, die so angeordnet
und aufgebaut sind, daß sie eine Schaummischeinheit beliefern, wobei {jede Verschäumungseinheit mit einer den
Schaum induzierenden Packung, einem Gaseinlaß und einem Flüssigkeitseinlaß
versehen ist, wodurch während des Betriebseine Verschäumungseinheit mit komprimiertem Gas und einer
wäßrigen Lösung oines in dar Wärme aushärtenden Harzes und
eines Verschäumungsmittels beschickt wird, und in der die andere Verechäumungseinheit mit komprimiertem Gas und
einer wäßrigen Lösung eines Härters und einem Versehäumungs·=
mittel beschickt wird und bei der der auf diese Weise in den ,
beiden Verschäumr.ngseinheiten gebildete Schaum in eine Schaum- "
mischeinheit eingeführt und dort vermischt wird. Der Flüssig=·
keitsbeschickungseinlaß mindestens einer der Verschäumungseinheiten
ist vorzugsweise mit Wärmeaustauschvorrichtungen versehen, wodurch der Flüssigkeitsbeschickung zum Verschäumen
der Mischung.Wärme zugeführt werden kannο
Eine einzige Mischeinheit kann durch mehrere Verschäumungseinheit
en, die eine oder beide der oben genannten Verschäumuncseinheiten
ersetzen können, beliefert werden.
In der beigefügten Zeichnung ist eine zur Herstellung eines erfindungsgemäßen selbsttragenden Schaumes mit niedriger Dichte
■'■■-. 109882/1642
2035535
geeignete Vorrichtung eehematisch dargestellto
In der beiliegenden Zeichnung ist die vertikale Kolonne 1
durch ein Verbindungsstück 2 mit einer vertikalen Kolonne 3
verbunden» Die Kolonne 1 hat eine Hohe von 9° ca (3 ft O8
einen Innendurchmesser von 2,5 cm (1 inch) und sie ist mit Glasperlen ^9 die jeweils einen Durchmesser von 6 mm haben,
beschickt ο Die Kolonne 2 hat eine Höhe von 50 sm (1 ft») und
einen Innendurchmesser von 1,8 cm (3/4· inch) und ist mit
Glasperlen 5 gefüllt, die jeweils einen Durchmesser von 3 w&
^ aufweiseno Die Glasperlen werden in der Kolonne 1 bzw ο 3
^ mit Hilfe der Drahtgewebe 6 bzw0 7 gehaltene. An einem Ver~
längerungsrohr 8 der Kolonne 1 unterhalb des Punktes, an
dem diese, mit· der Kolonne 2 in Verbindung steht, ist ein
flexibles Rohr 9 angebracht, das jede gewünschte länge aufweisen kannο Das in dem nachfolgend beschriebenen Beispiel 1
verwendete Rohr 9 hatte eine Länge von etwa 10 m ($0 bis 40
fto) und einen Innendurchmesser von 1}8 ca (3/4 incii)? ein
Rohr, das jedoch beispielsweise sum Einspritzen von Schaum als Isolierung in eine Hohlräumwand verwendet wircl9 kann eine
Länge von z„ B0 1?5 bis 3 m (4 bis 8 fto) habea.
Bei der Inbetriebnahme wird ein Strom A5 der aus einer wäßrigen
Lösung des Harzes zusammen mit einem VerschäumungsEiittel be·=
" steht, in den Oberteil der Kolonne 1 eingeführto Der Beschickungsstrom A wird vorzugsweise beim Durchgang dursii
einen Wärmeaustauscher (nicht gezeigt) vorerhitfcto Ein Strom
B aus komprimierter Luft wird ebenfalls.in den Oberteil äer:
Kolonne 1 eingeleitet und er verschäumt die Hara«· ψ VsirschäumungsmittellSsungt
während letztere durch die Packung der Glasperlen hindurchtropft«
Ein Strom 0, der aus einer wäßrigen Lösung einos Härtere
susammen mit einem Verschäumunßsmittel besteht, wird in den
Oberteil der Kolonne 3 eingeführt und ein Strom D aus komprimierter Luft v/ird ebenfalls in den Oberteil der Kolonne 3
10 98 8 2/16-42 ' ■ ^m original
eingeleitet und die Verschäumung der genisehten Härter lösung
erfolgt h&±BL Durchtropfen durch, die Glasperl enpaclr mg ο
Der Haraschaum fließt in das Verlängerungsrohr 8 der Kolonne
ebenso wie der aus dem Boden der Kolonne 3 austretende und
entlang des Verbindungsrohres 2 fließende verschäumte Härtere Das verschäumte Harz und dor ^erschäumte Härter werden beim
Einströmen in das Rohr 9 innig miteinander vermischt, mit dessen Ende das verschäumte Material an die Stelle gelenkt
wird, an der es benötigt wird«, Obwohl das Vermischen des
Schaumes zum größten Teil in dem Verlängerungsrohr 8 der Kolonne i erfolgt, tritt eine bestimmte weitere Mischung in |
dem Bohr 9 auf c Sie Mischeinheit weist daher im Vergleich,
au dem Gesamtqusrschnitt der Verschäumungseinheiten einen
glatten» verringerten Rohrquerschnitt auf, so daß die Fließ-·
geschwindigkeit erhöht und dadurch das Vermischen gefördert wird· Gewünschtenfalls kann die Form der Oberfläche des
Rohres so modifiziert werden, daß sie das Mischen fördert,
beispielsweise indem man auf der Oberfläche Unregelmäßigkeiten,
Zo B0 Vertiefungens vorsiehto
Bei einer modifizierten Vorrichtung der Erfindung ist das Rohr mit diametral gegenüberliegenden Falzpaaren versehene
wobei die aufeinanderfolgenden Paare um jeweils 90° versetzt
sindο ,
Zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung wird diese nachfolgend an Hand von Beispielen näher
erläutert. In den Beispielen sind alle Seile und Prozentangaben auf das Grewicht bezogen-
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wurde eine wäßrige I»ösung eines Harnstoff/Formaldehyd-Harzes
mit einem Feststoff gehalt von '!ü %t die auf eine Temperatur
von 50°G vorerwärmt worden war und 1,,5 ^ (bezogen auf das (Je-
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wicht der Harzfeststoffe) eines
nat^Verschäumunesmittels (bekannt unter dom Hamen Hansa HS)
enthielt, als Strom A mit einer Beschiöicüngsgeschwiiadißkeit
von 4 1 pro Minute verwendet, Der luftstrom B wurde unter
einem Druck von 6 kg/cm (80 psi) eingeführt« Dor Strom 0, ■'
der aus einer 4 %igen Lösung von-Phospho^BäurQ^Cl^i3^) bei
200C bestand und %5 %■ Nansa HS enthielt s wurde; mit einer
Geschwindigkeit von 550 ecm pro Minute eingetütetP Der luftatrora
D wurde unter einem Brück von 3 kg/era .(40 ;os4) eingeführte Wie Dichte dee Endschaumes "betrug 14 feg/...m3.- (O.V875 --Abs/
5
Vergleichsbeispiel
Zum Vergleich wurden die gleichen. Materialien wie in Beispiel
1 unter den gleichen !Bedingungen verwendet, wobei ^diesmal
jedoch die Harzlösung allein auf die bisherige Art und
Weise verachäuBit und der Harter-au. dem .--Schaum 5&ttgtset5ät
wurdeo Die miniraalo Enddichte9 die auf diese Weisie ersielt
werden konnte, betrug 33 kg/ » (2e1 lbs/ft„^)0
Be^sgiel^g
Es wurde eine Vorrichtung verwendet, die der oben beschriebenen Vorrichtung entsprach^ die ,!©doch ötwas andere Dimensionen
aufwiese Die Kolonne 1 hatte eixie Höh© von 60 «sin und
einen Innendurchmesser von 4 cm, die Paakungspörlen 4 hatten
Jeweils einen Durchmesser von 5 »M» Sowohl der Besohickungsßtrom
A in die Kolonne i als auch ä<äT BesehiokTHigsstrom 0 in
die Kolonne 3 waren mit Wärmeaustauschern vexvseheji: e- Die
Kolonne 1 wurde mit einer öesohwindigbeit von ? 1 pro Minute
mit einer üSeung von Harnst of f/JPoxmalaehya^Sara mit 60 % _
Peststoffgehalt? die 1 % Natriumdodecylbeazolswlfcmat enthielt s beschickt.. Sie wurde auf 700O erMtss-fc«.
Kolonne 2 wurde .mit einer 6esöhvd:.iidiglceit von 1 1 p:?o "Minute mit elnaj? 4573 foig&n IiößUBg von Phosphorsäure» die 2 ϊ>
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BAD ORIGINAL
203559
Nafcriuaaodeeylbenaoleiilfonat enthielt, beschickte" Biese
Kolonne wurde auf 350G erhitzt*
Beide Kolonnen würden mit Luft unter einem Druck von 2 kg/cm
beschickte, Bas dabei erhaltene Produkt war ein ausgeseiehneter
Schaum mit einer Mehte von 104 kg/ößr in föuehtem Zustand und
von 53 kg/®? to lufttrockenem Zustand„
Bas Beispiel 2 wurde wiederholts wobei diesmal jedoch eine
kleine Menge Polyvinylalkohol (88/10 Eevinex) anstelle eines
Teils des Harnstoff/Formaidehjd-Harzes in einer Menge von
2 % der HarBiaischung verwendet wurde 0 Dabei entstand ein
Schaum mit den QleiGhen Eigenschaften wie der in Beispiel 2
hergestellte S©haims er hatte jedoch eine rerbesserte Brückfestigkeit
ο
Unter Verwendung der gleichen Apparatur und der gleichen Ausgangsstoffe wurde das Beispiel 2 wiederholts wobei diesmal
Jedoch eine Harzlösung mit einem Feststoffgehalt von&%■ %
verwendet wurde < Die Kolonne 1 wurde mit Luft niit einem Driusk
von Ί, 6.5" kg/cm und die Kolonne 3 wurde mit Luft alt einem
Druck Ton 2 kg/cra beschickt« .Der dabei gebildete Seftawn
hatte eine Dichte "von 112 kg/ mJ in feuchtem Sustand und von
72 kg/ m^ in lufttrockenem &?..;; öand.
Patent
BAD ORIGINAL 10 9882/1842
Claims (5)
1„ Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung- eines selbst»·»-
tragenden Schaumes mit niedriger "Dicshts, dadurch gekeimaeich
net j daß eine Misehmig>aua eine*? v/äßr:l^3Hjjoi3iiäg eines in
der Wärae aushärtenden Materials mit einem Ha^nsta££/3F0rmai~
&ehyd«Hars5 und einem Vsrscliäusiungsaittel vermischt γ/ird untes
Bildung eines er&ten Schaumes 9 daß «ine Mischung-aus einer
wäßrigen Xiösung eines Härters und einem VersöhauiaungsyßitteZ
verschänrat" wird "unter Bildung eines awaitan Scliausies wnd öaß
der er-ste Schaum iait dam sweiten Schaum gealscht w5.rd.
2 ο Verfahren nach . Anspruch 19 dadurch gekeans-aichnet;^; daß
die den ersten Schaum Uildead© Mischimg erhitzt wiE>de
5» Verfahren nach Anspruch 2? dadurch gekennzeichnet,, daß·
die den zweiten Schaum bildende -Mischung erhitzt wird-,
4o Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche., da=
durch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis von Hars mn Härter
innerhalb des Bereiches von 4·:1 bis $0-s1 verwendet ivird,
5 ο Verfaliren nach einem der vorhergehenden Msprüohe,
durch gekennzeichnet, daß als Hars ein einfaches Harnstoff/
Forraaldehyd-Harz verwendet- wird*
6ο Verfahren nach einem der Einsprüche 1 bis l\·^ dadurch gekennzeichnet j daß als Harz.ein modifiziertes Harnstoff/Fora«
aldöhyd«Hara verwendet wird»
7c Voriii-öhb'ung am.» kontinuierlichen .Herstellung; eines" selbst
£3ehauai«s mit niedriger Uielite,. gekeiaizeieliaet; i
sv/ei V^.^sehaumungseisiheit^a" C'1?3)r Äie- sö.aaga
t'dnoü und aufg^b^iö sinds daß sie eine EJehauEmiiß-cheiiiheiüi.Lijföi.'ii,
7/0höi s)eie Ysrsohäuaimigßöinheit (1,3) mit? ei
ΐ.' ->i :-J -j -C1 i' I ö ·4 ώ
AD- OBlGtNAL
2035585
einlaß und einem Flüssigkeitiabeschickungisßinlaß versehen ist,
wobei während des Betriebs eine Verschäuiaungseinheit (1 oder
3) mit komprimiertem Gas (B oder D) und einer wäßrigen Lösung
eines in der Wärme aushärtenden Harzes und eines Verschäumungsmittels
(A oder G) und die andere Verschätinmngseinheit
(3 oder 1} mit komprimiertem Gas (P oder B) und einer "wäßrigen...
Lösung eines Härters und eines Verschäumungsmittels (0 oder A)
beschickt imd der auf diese V/eise in den beiden Verschaumungs=
einleiten (1S3) gebildete Schaum in eine Schaummischeinheit
überführt vnä dort gemischt wird*
8* Vorrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet5 daß
der Flüssiglceitsbesehickiragseinlaß mindestens einer der Verschäumungseinheiten
(1,3) mit Wärmeaustauschern versehen ist,
wodurch, der Plüssigkeitsbeßchickunp, zur Vörschäumung der Mischung
Wärme zugeführt werden kann»
9o VorrichGimg nach Anspruch 7 oder 8,-dadurch gekennzeichnet 9
daß eine einzige Mincheinheit durch mehrsra Yerachäumungs-»
einheiten? die eine oder beide der Verschäumungseinheiten
(1,3) ersetzen Itönnen9 beschickt wirdo
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