DE3416442A1

DE3416442A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines reaktionsgemisches aus mindestens zwei komponenten fuer die produktion von schaumstoffen

Info

Publication number: DE3416442A1
Application number: DE19843416442
Authority: DE
Inventors: Peter 8000 München Taubenmann; Heino Dr. 670 Ludwigshafen Thiele; Werner Dr. 6800 Mannheim Weber
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1983-05-07
Filing date: 1984-05-04
Publication date: 1984-11-08
Also published as: DE3416442C2

Description

SASF AktiengeMllscteft °·²- ΟΟ5Ο/365Ο6

'Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Reaktionsgemisches aus mindestens zwei Komponenten für die Produktion von Schaumstoffen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Reaktionsgemisches aus mindestens zwei Komponenten für die Produktion von Schaumstoffen, insbesondere auf Basis Polyurethan, bei dem die flüssigen Komponenten getrennt voneinander unter Druck in eine Mischzone gefördert

'Ο und miteinander vermischt werden und gegebenenfalls während der Pausenzeiten, in denen keine Vermischung stattfindet, im Kreislauf gefördert werden, wobei wenigstens eine der Komponenten mit Gas beladen wird bevor die Vermischung mit der anderen Komponente erfolgt. Die Vorrich-

S tung zur Durchführung des Verfahrens geht aus von getrennten Vorratsbehältern für jede Komponente und einem Mischkopf, der über Dosierpumpen enthaltende Zuführleitungen und gegebenenfalls Rückführleitungen mit den Vorratsbehältern verbunden ist sowie mindestens einer Gaszuleitung in das Leitungssystem wenigstens einer Komponente.

Beim Herstellen von Formteilen aus Polyurethanschaum hat die Gasbeladung der Ausgangskomponenten einen wesentlichen Einfluß auf Schaumstruktur und Qualität des Formteils. Ge-

2- löste Gase sowie eingeschlagene Gasblasen verändern die Viskosität und Dichte des Komponentengemisches. Die Gasbeladung beeinflußt damit nicht nur die Mischungsgüte und die Maschineneinstellung, sondern auch wesentlich die Schaumstruktur und die Dichteverteilung. Sie dient als

"⁵^ Nukleierungshilf smittel.

Schon eine visuelle Begutachtung der Schaumteile läßt Rückschlüsse auf die Gasbeladung zu. Bei geringer Gasbeladung erhält man ein dunkles Formteil mit wenigen großen Zellen. Mit zunehmender Gasbeladung wird der Schaum heller; die

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''Anzahl der Zellen pro Volumeneinheit steigt, ihr Radius wird kleiner. Ein qualitativ guter Schaum muß eine Mindestmenge an Gas enthalten. Das gilt sowohl für Weichschaum als auch für Hart- und Integralschaum. 5

Um dieses zu erreichen, ist es bereits vorgeschlagen worden, Gas unmittelbar in die Mischkammer eines Mischkopfes einzugeben. Hierbei entsteht aber ein unruhiger oder zerstäubender Austritt des Komponenten-Gemisches aus der Mischkammer, was zum ruhigen und genauen Gießen nachteilig ist. Auch das Zuführen von Gas in Vorratsbehälter zur Vermischung mit der entsprechenden Komponente hat sich als äußerst unsicher erwiesen. Wenn das Gas mittels eines Rührers in die Komponente in dem Vorratsbehälter eingeführt wird, erfolgt vielfach sehr schnell eine Entmischung, so daß das Eingeben des Gases im wesentlichen ohne Wirkung bleibt.

Aus der DE-OS 25 44 559 ist weiterhin bekannt, eine oder beide Komponenten mit Gas zu beladen, bevor die eigentliche Vermischung stattfindet. Hierzu wird der mit Gas zu beladende Komponentenstrom eingeschnürt und durch Einhaltung einer entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit der Komponente in der Einschnürachse ein Unterdruck erzeugt. 2- Das Gas wird im Bereich des Unterdruckes zugeführt und der Komponente beigemischt. Die danach in den Komponenten erzielbaren Gasblasengrößen reichen jedoch im allgemeinen nicht aus, um Koaleszenz der Blasen in größerem Umfang zu vermeiden bzw. um hohe dispergierte Gasgehalte in den Kom-■^ ponenten zu gewährleisten, insbesondere dann, wenn diese über längere Zeit in Behältern vorrätig gehalten werden müssen.

Es war daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen bei der Herstellung

S

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•"eines Reaktlonsgemlsches aus mindestens zwei Komponenten Gas in wenigstens einer der Komponenten auf einfache Weise möglichst gleichmäßig und feinverteilt dispergiert werden kann.

■ .

Verfahrenstechnisch wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 enthaltenen Maßnahmen gelöst.

Erfindungsgemäß wird mit vergleichsweise geringem Aufwand IQ und sehr wirkungsvoll Gas einer Komponente zugemischt, wenn diese entweder aus dem Vorratsbehälter mittels eines Förderaggregats in einem separaten Kreislauf umgewälzt wird oder - falls vorhanden - durch einen Bypass zwischen Komponentenvorlauf und .Komponentenrücklauf strömt. Die Gaszuleitung erfolgt bevorzugt im Saugbereich des Förderaggregats. Eine Zufuhr von Gas unmittelbar nach dem Förderaggregat bzw. direkt in das Förderaggregat ist ebenfalls möglich, erfordert jedoch einen vergleichsweise höheren Gasdruck und wird daher nur dann angewendet, wenn bei hohen Gasgehalten der Komponente die Leistung des Förderaggregats beeinträchtigt wird. Als Gas kommt insbesondere Luft, Stickstoff sowie gegebenenfalls Kohlendioxid in Betracht.

Das nach dem Einleiten des Gases vorliegende zwelphasige Gas-Komponenten-Gemlsch wird in einer sich an das Förderaggregat unmittelbar anschließenden Kompressionszone auf ein höheres Druckniveau gebracht. Der Druck in der Kompressionszone kann in weiten Grenzen variieren und wird gegenüber dem Druck im Vorratsbehälter von etwa 1 bis 5 bar um zweckmäßig 0,5 bis 200 bar, vorteilhaft 3 bis 20 bar erhöht. Dabei wird das Gas zumindest teilweise in der Komponente gelöst. Die Kompressionszone ist im allgemeinen so bemessen, daß die Verweilzeit des Gas-Komponenten-Gemisches etwa 0,5 bis 200 see, insbesondere 1 bis

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*" 20 sec beträgt. Die Verweilzeit des Gas-Komponenten-Gemisches ist abhängig von der Löslichkeit des Gases in der Komponente, d.h. von der Art des gewählten Gases sowie von der Zusammensetzung der Komponente und der Komponententemperatur und kann durch einfache Vorversuche leicht ermittelt werden.

Nach der Kompressionszone wird das Gas-Komponenten-Gemisch mit Hilfe eines Drosselorgans wieder auf den im Vorratsbehälter herrschenden Druck entspannt und in den Vorratsbehälter geleitet. Als Drosselorgan sind beispielsweise Peinregulierventile sowie einstellbare Einbauten, wie Düsen, Blenden und dergleichen, geeignet. Durch das Drosselorgan wird das Gas in der Komponente zumindest

iS teilweise wieder freigesetzt und es entstehen Gasblasen, die klein und gleichmäßig in der Komponente verteilt sind. Ein intensives Rühren der Komponente im Vorratsbehälter zum Aufrechterhalten bzw. Wiederherstellen des dispersen Zustandes ist nicht erforderlich. Des weiteren kann auf

2Q zusätzliche Maßnahmen zur Peinverteilung des Gases in der Komponente, auch während der Zuführung in die Mischzone, verzichtet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuleitung in eine mit einer Förderpumpe versehene Ringleitung bzw. einen Bypass zwischen Zufuhr- und Rückführleitung einmündet und daß im Abstand nach der Einmündung der Gaszu-, leitung ein Drosselorgan vorgesehen ist. Durch die Förderpumpe und das Drosselorgan wird zwischen diesen ein Überdruck erzeugt, der notwendig ist, um das zudosierte Gas zu lösen und zu dispergieren.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in der Ringleitung bzw. im Bypass vor der Förderpumpe ein Meßgerät

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'•zur Bestimmung des Gasgehaltes der Komponente vorgesehen, so daß die Gasbeladung der Komponente schnell und reproduzierbar erfaßt werden kann. Als Meßmethoden bieten sich u.a. solche Verfahren an, die die folgenden physikalischen Effekte ausnutzen: den Partialdruck, die Absorption eines Lichtstrahls, die Dichte sowie die Kompressibilität und Löslichkeit eines Gases. Diese Meßmöglichkeiten sind bekannt und in Kunststoffe 67 (1977), Seiten 284 bis 287 dargestellt.

In einer besonderen Ausführungsform ist das Meßgerät mit

einem Regelgerät gekoppelt, wodurch die Gasbeladung der Komponente nicht mehr von Hand eingestellt werden muß, sondern automatisch erfolgen kann, über das Regelgerät ist ^ sowohl die Gaszufuhr als auch der Druck der Komponente in der Ringleitung bzw. im Bypass veränderbar.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert.

In den Figuren 1 und 2 ist schematisch eine Hochdruckmischvorrichtung mit einem Vorratsbehälter (1) für eine Komponente und einem Mischkopf (2) dargestellt. Vorratsbehälter und Mischkopf sind über eine eine Dosierpumpe (3) enthaltende Zuführleitung (4) sowie eine Rückführleitung (5) miteinander verbunden. Im Vorratsbehälter ist ein Rührer (6) angedeutet. Mit (7) ist eine Gaszuleitung bezeichnet, über welche ein bestimmter Behälterdruck aufrechterhalten wird. Der Vorratsbehälter sowie das Leitungssystem für die andere Komponente sind zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung nicht gezeigt.

An den Vorratsbehälter (1) ist eine in einem getrennten Kreislauf geführte Ringleitung (8) angeschlossen, die bei (9) wieder in den Vorratsbehälter mündet (Figur 1). In der

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'"Ringleitung sind eine Förderpumpe (10) und ein Drosselorgan (11) vorgesehen. Der Abschnitt (12) der Ringleitung zwischen Förderpumpe und Drosselorgan ist als Kompressionszone ausgebildet.

Die mit Gas zu beladende Komponente wird vor ihrer Vermischung mit der anderen Komponente durch die Förderpumpe (10) im Kreislauf umgewälzt. Dabei erfolgt die Zufuhr des Gases über die Gaszuleitung (13) in den Saugbereich und/oder Druckbereich der Förderpumpe, gegebenenfalls auch direkt in die Förderpumpe. Durch die Förderpumpe sowie das Drosselorgan (11) wird der in der Kompressionszone (12) für eine wirkungsvolle Absorption des Gases erforderliche Druck eingestellt und mittels eines Meßwertgebers (14) gemessen. Der Meßwert kann direkt angezeigt und zur Einstellung des Drosselorgans von Hand verwendet werden. Es ist ebenso möglich, den Meßwert zur automatischen Regelung des Drosselorgans über eine "Verstelleinrichtung zu verwenden.

Durch den von der Dosierpumpe (3) unabhängigen Kotnponentenkreislauf wird eine kontinuierliche Konditionierung der Komponente im Vorratsbehälter (1) auf einen vorgegebenen Gasgehalt, unabhängig vom Betriebszustand der übrigen Mischvorrichtung, möglich. Insbesondere bei Produktionsanlagen mit hohen Ausstoßleistungen und kurzen Pausenzeiten, in denen keine Vermischung mit der anderen Komponente stattfindet, ergeben sich zusätzliche Vorteile, indem z.B. sonst zwangsläufig erforderliche Unterbrechungen zur Gasbeladung einer od-er beider Komponenten vermieden werden.

Zur Bestimmung des Gasgehalts der Komponente ist in der Ringleitung (8) vor der Förderpumpe (10) ein entsprechendes Meßgerät (15) angebracht. Das Meßgerät ist mit einem

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''Regelgerät (16) gekoppelt, das auf ein Ventil (17) in der Gaszuleitung (13) wirkt. Je nach Abweichung des Meßwertes von einem vorgegebenen Sollwert kann die Gaszufuhr oder . auch die Leistung der Förderpumpe (10) dosiert werden.

Pur eine Steigerung der Meßgenauigkeit der Gasbeladung ist vor dem Meßgerät (15) ein Drosselventil (18) vorgesehen, über welches der Komponentendruck auf einen Wert unterhalb des Behälterdruckes abgesenkt werden kann. Auf diese Weise sind neben dem in der Komponente dispergiert vorliegenden Gasanteil auch der in der Komponente gelöste Gasanteil teilweise oder vollständig erfaßbar.

Mit (19) ist schließlich eine Desorptionseinrichtung zum Entziehen überschüssiger Gasanteile in der Komponente bezeichnet. Sie wird durch das Dreiwegeventil (20) angesteuert. Das Gas-Komponentan-Gemisch durchströmt dann die Desorptionseinrichtung, wobei ein Teil des Gases freigesetzt wird, und gelangt über den Leitungsabschnitt (21) 2Q wieder in den Saugbereich der Förderpumpe (10).

Gemäß Figur 2 kann die Gasbeladung einer oder beider Komponenten auch in einem Bypass (22) zwischen Zuführleitung (4) und Rückführleitung (5) vorgenommen werden. Sine solche Konstruktion bietet sich dann an, wenn die Förderleistung der Dosierpumpe (3) durch den im Bypass geführten Komponentenstrom nicht beeinflußt wird.

In besonderen Fällen, beispielsweise bei sehr hoher Gasbeladung der Komponente im Vorratsbehälter (1) ist es vorteilhaft, einen Teilstrom des Gas-Komponenten-Gemisches vor dem Drosselorgan (11) abzuziehen und der Doslerpumpe (3) zuzuführen.

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"Nach der Erfindung ist es möglich, für die Produktion von Schaumstoffen die für jedes Schaumstoffsystem jeweils optimalen Gasgehalte in den Ausgangskomponenten mit einfachen Mitteln einzustellen. Es können sowohl der Komponenten-β durchsatz, das Druckniveau in den Kreisläufen als auch die Gaszufuhr hinsichtlich Menge und Dauer verändert werden, so daß Gasgehalte in den Komponenten von bis zu 35 VoI .yS erreichbar sind. Pur eine hohe Produktionssicherheit und größere Variabilität können darüber hinaus sämtliche für ^q den Prozeßablauf relevanten Meßwerte einem Rechner zugeführt, dort verarbeitet und die Stellsignale an die einzelnen Stellorgane weitergegeben werden. Mit Hilfe des Rechners ist es ferner möglich, die in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Zusammensetzung der Komponenten veränderte liehen Gleichgewichtswerte zwischen Gas und der jeweiligen flüssigen Komponente zur Umrechnung des gemessenen Gasgehalts auf einen Normzustand zu verwenden.

- Leerseite -

Claims

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*" Patentansprüche ""

Verfahren zum Herstellen eines Reaktionsgemisches aus mindestens zwei Komponenten für die Produktion von ς Schaumstoffen, insbesondere auf Basis Polyurethan, bei dem die flüssigen Komponenten getrennt voneinander unter Druck in eine Mischzone gefördert und miteinander vermischt werden und gegebenenfalls während der Pausenzeiten, in denen keine Vermischung stattfindet,

iQ im Kreislauf gefördert werden, wobei wenigstens eine der Komponenten mit Gas beladen wird, bevor die Vermischung mit der anderen Komponente erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasbeladung der Komponente während ihrer umwälzung in einem getrennten Kreislauf erfolgt, wobei das Gas im Saugbereich und/oder Druckbereich eines Förderaggregates zugeführt wird und nachfolgend das Gas-Komponenten-Gemisch komprimiert und unmittelbar anschließend an die Kompressionszone wieder entspannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasbeladung in einem Bypass zwischen Komponentenvorlauf und Komponentenrücklauf erfolgt und das komprimierte Gas-Komponenten-Gemisch vor seinem Eintritt in den Komponentenrücklauf entspannt wird.
3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus getrennten Vorratsbehältern für jede Komponente und einem Mischkopf, der über Dosierpumpen enthaltende Zuführleitungen und gegebenenfalls Rückführleitungen mit den Vorratsbehältern verbunden ist sowie mindestens einer Gaszuleitung in

229/83 Wr/HB O6.O5.1983

SASF Aklierig«e«Uachaft - 2 - ,0.2. 0050/36506

das Leitungssystem wenigstens einer Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuleitung (13) in eine mit einer Förderpumpe (10) versehene Ringleitung (8) bzw. einen Bypass (22) zwischen Zuführ- (4) und Rückführleitung (5) einmündet und daß im Abstand nach der Einmündung der Gaszuleitung ein Drosselorgan (11) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringleitung (8) bzw. im Bypass (22) vor der Förderpumpe (10) ein Meßgerät (15) zur Bestimmung des Gasgehaltes der Komponente vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (15) mit einem Regelgerät (16) gekoppelt ist.