NO309077B1 - FremgangsmÕte og system for kontinuerlig tilvirkning av polyuretanskumblokker - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et system for kontinuerlig fremstilling av polyuretanskumblokker, nærmere bestemt fleksible og stive blokker, som regel anvendt til fremstilling av paneler, myke polstringsmateri-aler og lignende.

Polymerskum, og i særdeleshet polyuretanskum, er vel kjent. Generelt krever fremgangsmåten for fremstilling av disse blanding av reaktive kjemikaliebestanddeler, slik som en polyol og et isocyanat, i nærvær av vanlig anvendte additiver slik som egnet katalysator, overflateaktivt eller celleregulerende middel, samt vann som kjemisk reagerer med isocyanatet og danner karbondioksid for blåsing av skummet.

Ved den kontinuerlige fremstilling av fleksible skum, og særlig ved fremstilling av fleksible skum i blokker slik det i dag praktiseres med konvensjonelle maskiner, er det vanlig at blandingen i flytende tilstand spres eller helles i et tynt lag ut på et foliesubstrat i bevegelse, tilveiebragt på et svakt hellende transportbelte. Skummet tillates så som et resultat av reaksjonen mellom de kjemiske bestanddeler, å stige fritt inntil skummets totalekspansjon er oppnådd. Skummet får så herde og kuttes deretter til blokker. Konvensjonelle fremgangsmåter og apparaturer er beskrevet blant annet i US patentskrifter nr. 3.325.823 og 4.492.664.

For å unngå en situasjon hvor den flytende blanding renner under skummet, og for å oppnå fremstilling av jevne blokker, er vanligvis svak helning og stor hastighet på transportbåndet påkrevet, samt hurtig tilførsel av kjemikalier. Dette resulterer i kostbare og plasskrevende maskiner, en alt for høy produksjonshastighet og anlegg i svært stor skala.

I et forsøk på delvis å råde bot på problemene og ulempene forbundet med den konvensjonelle fremgangsmåte, foreslås det i US patentskrift nr. 3.786.122 en alternativ fremgangsmåte for skumming, hvorved flytende reaktanter blandes og i flytende tilstand føres inn i bunnen av en forskummingsrenne. Dette tillater blandingen å ekspandere oppover og bringer den forekspanderte blanding til å flyte ut av karet, på et kanalformet foliemateriale båret på en transportanordning. Selv om det ved denne fremgangsmåte unngås bruk av frem- og tilbakegående blandingshoder ved fremstillingen av en kontinuerlig polymerskumblokk, så opptrer det ikke desto mindre enkelte problemer på grunn av at skummet "bygger seg opp" i rennen, hvilket leder til en gradvis innsnevring eller reduksjon av rennens anvendbare volum og følgelig til en reduksjon i oppholdstiden i rennen. Det delvis ekspanderte skum har fremdeles en forholdsvis høy tetthet og lav viskositet, og dette begrenser den hel-ningsvinkel som kan benyttes for transportbeltet for skummingen. Risikoen for renning under skummet er derfor fortsatt tilstede.

Selv om det viktigste mål for US 3.786.122 var å kunne benytte et kortere transportbelte som gikk med lavere hastighet enn transportbeltet i en konvensjonell maskin, er det et faktum at blandingen som kommer fra karet fremdeles er i flytende tilstand, og i praksis medfører dette at transportbeltets hastighet og lengde ikke kan reduseres i vesentlig grad. Den resulterende maskin for fremstilling av skumblokker er derfor stor og krever fortsatt stor plass. I en publikasjon G. Hortel, "PU Handbook", 1985, Carl Hanser Verlag, sider 162-168, beskrives det en ytterligere variant av helleteknikken i et forsøk på å oppnå en jevn utlegging av blandingen av polyuretanbestanddeler ved hjelp av et fast blandehode. Den blanding som diskuteres av H. Hortel, er ikke et skum, og skumming forekommer heller ikke. Ifølge Hortel spres blandingen over hele transportbeltets bredde ved hjelp av en fordelingsskinne som blandingen avleveres gjennom på bred front. Således er den resulterende flyt lik den fra rennen benyttet i US 3.788.122, avhengig av fordelings-skinnens volum og skumningssystemets kjemiske reaktivitet. Blandingen avleveres på et substrat i form av en klar væske (ingen reaksjon) eller i form av en allerede kremaktig væske (reaksjonen startet). Følgelig vil blandingens tetthet og viskositet fortsatt avhenge av volumet på fordelingsskinnen hvor den kjemiske skumming fin-ner sted. Fordelingsskinnen ifølge Hortel skiller seg derfor ikke vesentlig fra renne-systemet i US 3.786.122.

US 3.181.199 angår en innretning for påføring av et plastskummateriale på et foliemateriale, hvor det viktigste anvendelsesområde er baksidelag på tepper, dvs. påføring av et skummet plastlag på undersiden av tuftede tepper. En trykksatt skumdannende blanding pumpes inn i et trykkutjevningskammer som er utstyrt med en lang spalte. Blandingen føres gjennom denne og inn i et skummingskammer som har en utløpsåpning som strekker seg tvers over foliematerialet vinkelrett på folie-materialets bevegelsesretning. På denne måte dannes et tett baksideskum med stor densitet i forhold til blokkskum.

Skummingsprosessen er en vel kjent teknikk i polyuretanteknologien, men ikke til fremstilling av skumblokker. Ved skumming blir en ikke-reaktiv inert gass, eller et blåsemiddel, under trykk blandet i flytende tilstand eller i oppløsning, med polyuretanets kjemiske bestanddeler i en blandemaskin. Deretter avlastes trykket, hvilket frembringer skumming eller préekspansjon. Fordampningen av blåsemidlet får cellene til å vokse og til å skumme den flytende reaksjonsblanding som så herder og danner en elastomer.

Typiske blåsemidler er de forskjellige klorfluorkarboner (CFC), imidlertid er det visse miljøproblemer forbundet med bruken av CFC-materialer. Det har derfor vært gjort mange forsøk på å fremstille skummede polyuretan-materialer gjennom å skumme med karbondioksid (C02).

Karbondioksid (C02) som et ikke-reaktivt blåsemiddel anvendt ved slominiingsteknikken, er blant annet foreslått i US patentskrifter nr. 3.184.419 og 5.120.770.

Ifølge disse to patentskrifter holdes reaksjonsblandingen under trykk under sammenblandingen for å holde blåsemidlet i flytende tilstand. Deretter sprøyt-es blandingen ut ved atmosfæretrykk, hvilket forårsaker en turbulent fordampning av blåsemidlet. Mens denne skummingsteknikk og bruken av et inert blåsemiddel i flytende tilstand innlemmet i reaksjonsblandingen gjør det mulig å fremstille et skum med redusert tetthet, så vil allikevel cellestrukturen ha svært ujevn kvalitet fordi det finnes ujevnt formede celler og for store celler.

Selv om skumming med inert gass, og i særdeleshet med C02, er en vel kjent potensiell teknikk, så er det til nå hverken foreslått eller oppfunnet vellykkede praktiske skummingsprosesser og systemer innbefattende slik teknikk, som kan anvendes til fremstilling av skummede blokker.

I et forsøk på å løse problemet med produksjon av blokker uten å benytte klorfluorkarboner som esemidler, og ved anvendelse av skummingsteknikkene, er det nå funnet at den trykksatte blanding må avlastes under regulerte betingelser. Ved fremstilling av polymerskum er anvendelse av regulerte betingelser som positivt innvirker på veksten av cellene under den første skumming av blandingen, viktig ved fremstillingen av blokker.

Det er fortsatt behov for en ny skummingsprosess og et nytt skummingssystem hvor skummingsteknikken og et ikke-reaktivt esemiddel er praktisk anvendbart ved kontinuerlig fremstilling av fleksible blokker eller i andre kontinuerlige produksjonslinjer for skum.

Det er et mål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en skummingsprosess som angitt over, ved hvilken det med fordel er mulig å anvende et ikke-reaktivt flytende esemiddel, fortrinnsvis karbondioksid, til skumming uten at cellestrukturen i skummet påvirkes negativt slik at det tilveiebringes et avpasset, boblefritt kommersielt produkt.

Et annet mål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som angitt over, for kontinuerlig skumming ved fremstilling av fleksible eller stive blokker hvor skummingen av blandingen hensiktsmessig utføres under regulerte betingelser som tillater spredning av blandingen på et substrat i bevegelse, i form av et høyviskøst skum uten at det medfører turbulent fordampning av esemidlet. Dette tillater også fremstilling av et skum med lav tetthet i størrelses-ordenen 14 kg/m<3>.

Et ytterligere mål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en skummingsprosess og et skummingssystem som angitt over og som gjør det mulig å benytte et anlegg med lav kapasitet og svært lave hastigheter. Dette tillater skmrmiingslinjer som er mye kortere enn med konvensjonelle eller kjente maskiner, produksjonslinjer eller anlegg. Derved unngås begrensningene i de konvensjonelle systemer, mens deres fordelaktige trekk bibeholdes. En kortere linje drevet med lavere hastighet resulterer også i en dramatisk reduksjon av utslippene, slik at mengden i volum/time av avgasser som krever skrubbing eller andre rengjøringstiltak før utslipp, reduseres tilsvarende. Like viktig er at mindre mengder fabrikkluft behøver kondisjonering, og derved reduseres energikostnadene forbundet med blokkproduksjonen.

Hovedmålene med den foreliggende oppfinnelse er derfor å fjerne klorfluorkarboner (CFC) og flyktige organiske forbindelser fra blandingen og erstatte disse med en mindre kostbar bestanddel, samt fremstilling av et mykt skum med lav tetthet og svært homogen cellestruktur fri for store bobler, nålehull og synlige de-fekter.

Med oppfinnelsen tilveiebringes således en fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av polyuretanblokkskum, med fremgangsmåtetrekk som angitt i krav 1.

Med oppfinnelsen tilveiebringes også et system for kontinuerlig fremstilling av polymert blokkskum på et substrat i bevegelse, med trekk som angitt i krav 12.

I motsetning til de generelle tendenser i den kjente teknikk, er kjernen i oppfinnelsen å blande under trykk polymerdannende kjemiske bestanddeler med et inert, lavtkokende esemiddel, etterfulgt av skumming av blandingen under trykkregulerte betingelser før noen reaksjoner starter, gjennom en trykkutjevnende skumme-anordning som har en langsgående trykkfallssone tvers over substratets bevegelsesretning. Skummingsblandingen tvinges så langs en skummingskorridor eller et skummingsrom. Deretter begynner reaksjonen i den skummede blanding. Skummingskorridoren eller -rommet har fortrinnsvis en utløpsåpning med større areal enn arealet av åpningen eller utløpet fra trykkfallssonen. I henhold til oppfinnelsen er trykket ved blanding fortrinnsvis i området fra 5 til 18 bar.

Foreliggende oppfinnelse er enestående ved at det anvendes en skummet form av de blandede kjemiske bestanddeler som utgjør polymerskummet som skal danne blokkene. Foreliggende oppfinnelse er også enestående ved at det anvendes et miljøsikkert esemiddel til å utvikle skummet ved fremstillingen av skumblokkene. Slike skumblokker kan enten være fleksible eller stive. Ved oppfinnelsen anvendes det et spesielt utformet utløpshode eller utleggingshode, kalt en skinneport, som på

en enestående måte hjelper skumbestanddelene til å skumme. Denne skumming skjer på en svært kontrollert måte ved å benytte en forlenget trykkfallssone som en del av skinneporten, og deretter la det blandede, skummende materiale passere gjennom en skummingskorridor eller et skummingsrom hvor det gassformige esemiddel gradvis frigjøres inne i den skummende blanding før denne kommer ut på et substrat eller en transportør i bevegelse. Utløpshodet sikrer at det skummede materiale fordeles tvers over maskinens bredde, enten over en vesentlig del eller over en ønsket del av denne. Blokk-maskinen kan omfatte en fullstendig linje eller et fullstendig anlegg hvor det

skummede skum får reagere kjemisk, reise seg til full høyde og så herde, hvoretter det kuttes til ønskede

stykker.

Under forsøk er det også observert at de kritiske faktorer ved fremstillingen av store skumblokker er likevekten mellom skumprofilenvinkelen, doserings-maskinens ytelse, transportørens hastighet og blandingens egenskaper, slik som viskositetsoppbygning, reaktivitet, etc. Ifølge foreliggende oppfinnelse er blandingen allerede viskøs når reaksjonen starter og tåler en bratt stignings vinkel slik at skummets stigningsvinkel ikke lenger utgjør noen begrensning av prosessbetingelsene. Skummet som føres ut av skummingshulrommet er en homogen preekspandert blanding med tilstrekkelig høy viskositet til at problemene med stigningsvinkelen forbundet med tidligere produksjonsutstyr og linjer for fleksible blokker unngås. Vis-kositeten er stor nok til at fremstillingen av høye blokker som har reagert ferdig, kan opprettholdes, selv ved svært lave hastigheter og med bratte fallplatevinkler. Denne betingelse oppnås gjennom å regulere blandingens ekspansjonsfase etter blandehodet og gjør det mulig med gradvis frigivelse av esemidlet i den reagerende masse. Følge-lig kan de fire kritiske faktorer varieres for å oppnå den ønskede tetthet, snarere enn at de er bundet til et stivt sett med parametere slik tilfellet er i de tidligere skummingsprosesser. Hastigheten og størrelsen på en linje eller et anlegg kan skreddersys etter skumprodusentens behov, med hastigheter fra 1 til 5 m/min og lengder så korte som 20 m eller mindre, sammenlignet med de mer konvensjonelle lengder på ca. 100 m. Dette medfører også at et mindre volum avgasser pr. time må behandles og fjernes eller skrubbes, enklere dosering og tilvirkning, skum fremstilt med C02, mindre volum luft som må tempereres, og svært lave tettheter ned til 14 kg/m<3> eller lavere.

Oppfinnelsen, og foretrukne utførelser av denne, skal nå beskrives mer detaljert med henvisning til de vedføyede tegninger, hvor: fig. 1 viser et system som virker i overensstemmelse med fremgangsmåten for skumming og ekspansjon ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 2 er et forstørret bilde av en skummingsanordning med utførelses-trekk ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 3 viser et andre system med utførelsestrekk ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 4 viser et ytterligere system som tilkjennegir en modifisert utførelse av skummingsanordningen;

fig. 5 er et forstørret bilde av skummingsanorohingen på fig. 4 foran;

fig. 6 er en forstørret detalj av ytterligere en skiimmingsanorclriing;

fig. 7 viser en annen utførelse av slaimrningsanordningen ifølge oppfinnelsen.

De vesentlige trekk ved oppfinnelsen skal nå beskrives mer detaljert, først med henvisning til de vedføyede figurer 1 og 2. Som vist, er apparaturen for utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen forsett med to sidevegger 4 anordnet vinkelrett på transportbåndet. Kontinuerlige sidepapirbaner 3 er anordnet slik at de løper og beveges langs innsiden av hver sidevegg 4 i produksjonsretningen P

(se pil) for skummet. En kontinuerlig papirhane 2 som er litt bredere enn avstanden mellom sideveggene 4, tilføres transportbåndet 1 for å tilveiebringe en skummings-bane. Overskuddsbredden på hver side brettes opp slik at disse danner en forsegling mot bunnkanten av sidepapirbanene 3. Bunnpapiret 2 og sidepapirene 3 danner en effektiv kontinuerlig renne som er åpen på toppen, og som kan være f.eks. ca. 2 m bred og 1 m høy. Transportbeltet 1 kan være anordnet hovedsakelig horisontalt, eller alternativt kan det være anordnet med en liten vinkel, f.eks. 6°.

Apparaturen omfatter videre en blander 11 med et utløp 12 anbragt i et nivå over transportbeltet 1 for å mate blandingen av reaktive kjemikaliebestanddeler til en skummingsanordning, generelt angitt som 13, og skjematisk vist i detalj på figurer 2 og 5.

En trykkmåler 12' er anbragt på utløpsrøret 12 fra blandeanordningen 11 for å vise trykket i kjemikalieblandingen som forlater blandekammeret gjennom ut-løpet 12. Tanker 5, 6 og 7 er tilveiebragt for å inneholde de skummdannende kjemikaliebestanddeler, slik som en polyol og et isocyanat samt et vanlig anvendt kjemisk tilsetningsstoff omfattende et lavtkokende esemiddel, slik som C02. Fra hver tank mates kjemikaliebestanddelene og esemidlet til blanderen 11 gjennom rør og tilhør-ende doseringspumper 8, 9 og 10.

I henhold til utførelsen vist på fig. 2 er utløpsrøret 12 fra blanderen 11 forbundet med røret 18 til skummingsanordningen 13 som strekker seg tvers over transportbeltet 1. Skummingsanordningen 13 innbefatter anordninger for å gi trykkfall, omfattende en langsgående trykkfallssone i form av en lang spalte 17. Det er underforstått at hensikten med den langsgående trykkfallssone er å tilveiebringe et tilbaketrykk og muliggjøre blanding under trykk av kjemikaliebestanddelene i blanderen 11, samt en utjevning av trykket i den samme skummingsanordning før trykkreduksjonen for å forhindre turbulent fordampning av esemidlet under skummingen av blandingen. Samtidig tillater skummingsanordningen 13 skumming av blandingen under tvangsbetingelser og trykkregulering. Skummingsanordningen 13 sikrer også at det resulterende skum avleveres jevnt til substratet 2, 3 samtidig som blandingen flyter i transportanordningens bevegelsesretning.

Som angitt over og som vist i eksemplet på fig. 2, kan anordningen for trykkutjevning og skumming, 13, f.eks. omfatte en rørformet del som definerer et langsgående trykkutjevnende kammer 21 med langsgående akse. Kammer 21 er gjennom ett eller flere matepunkter forbundet med blanderen 11 ved minst ett rørarrangement 18. Trykkutjevningskammeret eller rørkarnmeret 21 er forsett med en trykkfallssone, f.eks. i form av en langsgående spalte 17 som strekker seg langs én side av kammeret 21. Imidlertid kan trykkfallssonen også omfatte andre trykkfalls-åpninger av egnet form som blandingen kan flyte gjennom før skumming. Som vist på figurer 6 og 7 kan skinnen med utløp, eller skinneporten, innbefatte en serie åpninger av sirkulær, oval eller rektangulær form, eller en serie med langsgående, men kortere spalter, så lenge som regulerte betingelser kan oppnås. Spalten, eller mer presist sagt trykkfallssonen 17, har et begrenset tverrsnittsareal som er tilstrekkelig til å frembringe en trykkreduksjon i blandingen når den slipper ut fra kammeret 21 under skummingen, og et korresponderende tilbaketrykk i blandingsanordningen 11 med det formål som er nevnt over.

Kontroll med skummet for å oppnå de regulerte betingelser som er ønsket under utleggingen av skummet, oppnås ved anvendelse av et forstørret hulrom, slik som vist ved 19 med en utløpsåpning 20, hvorfra den skummende blanding avleveres på det fremadgående substrat.

Det forstørrede skummingsrom 19 har en egnet utforming for flytregu-lering av den skummende blanding. Spesielt bør tverrsnittsarealet av utløpsåpningen 20 være større enn tverrsnittsarealet av trykkfallssonen, slik som den langsgående spalte 17, som tilveiebringer forbindelsen mellom trykkutjevningskammeret 21 og skummingsrommet 19. Tverrsnittsarealet av utløpsåpningen 20 bør være i området fra 10 til 100 ganger, eller mer, av tverrsnittsarealet av trykkfallssonen i form av den langsgående spalte 17.

I utførelsen vist på fig. 1 avleverer skummingsanordningen 13 skum-blandingen på substratet 2, 3 som med transportøren 1 beveger seg langs en hovedsakelig horisontal bane. Transportøren kan gå med en hastighet på fra 1 til 5 m/min, slik at full blokkhøyde kan oppnås innen et område fra 1 til 8 m fra skummets ut-leggingspunkt.

Eksemplet på fig. 1 angår et system hvor skummet stiger oppover fra bunnen som er transportøren.

Eksemplet på fig. 3 angår et annet system hvor skummet tillates å skumme på en nedoverskrånende bane som gjør det mulig med en vesentlig redusert maskinlengde. I henhold til utførelsen er helningsvinkelen på transportøren som skummingsblandingen tømmes ut på, ikke kritisk fordi skummet fra skummingsrommet har høy viskositet. Det vil derfor ikke renne noe under skummet.

For den kontinuerlige blokk-maskin på fig. 3 anvendes det fortsatt en hovedtransportør 1 sammen med tilhørende sidevegger 4 og side- og bunnpapirer 2 og 3, og transportøren 1 er i horisontal posisjon.

Denne utførelse innbefatter også en andre drevet transportør 25 skråstilt med en vinkel a, f.eks. ca. 30° i forhold til horisontalplanet, og anbragt mellom sideveggene og sidepapirene på en slik måte at den laveste ende ligger umiddelbart over hovedtransportøren 1. Anordningen for trykkutjevning og skumming 13, slik som den beskrevet i eksemplet på fig. 1, er anbragt umiddelbart over den øvre overflate av transportøren 25 på dennes høyeste punkt. Som et alternativ til transportøren 25 er det mulig å anvende en glideflate, slik som et skråplan for å oppnå den nedover-rettede bane. Vinkelen a kan fortrinnsvis variere fra 10° til 40°, og med foretrukket vinkel i området fra 25° til 30°.

I dette tilfelle beveges bunnpapiret 2 på og nedover den øvre overflate av den skråstilte transportør 25 og deretter på og langs hovedtransportøren 1.

Et andre kontinuerlig papir 22 går under en valse 23 slik at det akkurat går klar av den øvre overflate av skummingsrommet 19 og på en slik måte at papiret 22 hviler på og beveges sammen med toppoverflaten av det ekspanderende skum 16.

Om påkrevet anordnes eventuelle trykkflater 24 slik at disse hviler på toppsiden av papiret 22 for å hjelpe til med å forme det ekspanderende skum.

Forsøk angående kontinuerlig tilvirkning av blokker er utført ved hjelp av en fremgangsmåte og et system ifølge foreliggende oppfinnelse og sammenlignet med et konvensjonelt system.

EKSEMPLER

Eksempel 1

1 henhold til dette sammenligningseksempel ble det anvendt en konvensjonell kontinuerlig blokk-maskin som beskrevet på fig. 1, med unntak av at skummingsanordningen 13 var fjernet. En kjemikalieblanding, identifisert som blanding A i den følgende tabell 1, ble fremstilt og fylt på tank 5. På tank 6 ble det fylt 80:20 TDI, Del B. Tank 7 inneholdt stanno-oktoat-katalysator, Del C.

Pumpene 8,9 og 10 ble stilt inn slik at de ga ytelser som definert i tabell 1 for henholdsvis deler A, B og C. Transportør 1 ble stilt inn på hastighet 5 m/min.

De skumdannende kjemikalier som kom fra blanderen fikk renne fra blandehodeutløpet 12 direkte ned på papiret 2. Avlesningen på trykkmåleren 12' var 0.

Ekspansjonen av skummet 16 startet i et punkt langs transportøren 1 ca. 0,8 m fra blandehodet 11. Dette representerte en tid på ca. 12 s etter blanding.

Skummet var fullt ekspandert i et punkt ca. 8 m fra blandehodet 11. Dette representerte en tid på ca. 105 s etter blanding.

Høyden på skumblokken etter at den hadde herdet var 0,8 m. Tettheten for en skumprøve skåret ut fra blokken var 21,5 kg/m<3>. Skummets cellestruktur var av jevn kvalitet med noen få ujevne celler, for store celler og hulrom tilstede.

Eksempel 2

Ifølge dette sammenligningseksempel ble det benyttet samme blokk-maskin som i eksempel 1.1 dette tilfelle ble kjemikalieblandingen betegnet Del A i tabell 1, som var i tank 5, mettet med karbondioksidgass under trykk ved å tilsette en viss mengde flytende karbondioksid. Det ble tilsatt så mye karbondioksid at det ble oppnådd et trykk i tank 5, avlest på trykkmåler 14, på 6 bar.

Blokkskum-maskinen ble drevet på samme måte som beskrevet i eksempel 1.

Denne gang forlot kjemikaliene blandehodet gjennom utløpsrøret 12 i form av et turbulent skum. Det ble også lagt merke til at store gassbobler ble dannet i skummet etter at dette var avsatt på bunnpapiret 2. Trykkmåleren 12' på utløpet 12 viste at trykket var 0.

Ekspansjonen av skummet var fullstendig i avstand ca. 7 m fra blandehodet 11.

Da skumblokken var herdet, ble det funnet at den hadde en høyde på 0,9 m, hvilket viste at ekspansjonen var større enn i eksempel 1.

Tettheten for en skumprøve skåret ut fra blokken ble funnet å være 19 kg/m<3>.

Skummets cellestruktur var ujevn i og med at det i skummet var til stede store ovale hulrom eller nålehull som var opp til 30 mm høye og med opp til 10 mm diameter. Tilstedeværelsen av disse ujevnheter i cellestrukturen gjorde skummet kommersielt uakseptabelt.

Eksempel 3

I henhold til oppfinnelsen ble det anvendt den samme skumblokk-maskin som i eksempler 1 og 2, med unntak av at en skummingsanordning 13 ifølge oppfinnelsen ble anbragt på blandehodeutløpet, 12, for trykkutjevning tvers over transportørens bredde, 1, i de skumdannende kjemikalier før disse ble skummet gjennom å redusere trykket idet de passerte trykkfallssonen 17 i trykkutjevningskammeret 21.

Den trykkutjevnende skummingsanordning vist skjematisk på fig. 2, besto av et 1,9 m langt stålrør 21 med indre diameter 30 mm. I lengderetningen på trykkutjevningskammeret 21, som var i form av et stålrør, var det skåret ut en spalte 17 med 0,5 mm høyde og 1,85 m lengde. Til det spaltede rør 21 var det festet et innløpsrør 18 som i sin tur var forbundet med blandehodeutløpet 12.

Et skummingsrom 13 i form av et hulrom med en awikningsplate 19 var festet til utsiden av skinneporten eller trykkutjevningskammeret 21 slik at det ble dannet en slukket, gradvis sprikende bane fra den langsgående spalte 17 til det rektangulære utløp 20. Dimensjonene på utløpsåpningen i skummingsrommet var 1,85 m bredde og 0,2 m høyde. Lengden på skummingsrommet fra spalten til ut-løpsåpningen var 0,5 m.

Det spaltede rør med sprederen/avledningsplaten var festet til skumblokk-maskinen slik at utløpsåpningen 20 var akkurat over bunnpapiret 2 og med åpning ned mot transportøren 1 i transportretningen som vist med pilen P.

Skinneporten 60 kan ha en utforming som vist på figurer 6 og 7. På fig.

6 har skinnen en ytre rektangulær form og et indre kammer 62 med et rektangulært tverrsnitt. En serie langsgående spalter, eksempelvis angitt som 64, 66 og 68, kan

anvendes for å tilveiebringe det ønskede utløp fra skinneporten 60 samt det ønskede trykkfall. På fig. 7 er det tilveiebragt en skinneport 70 med et indre kammer 72 som har et sirkulært tverrsnitt hvorfra det går en serie rørformede utløpsåpninger, eksempelvis angitt som 74, 76 og 78, som strekker seg aksialt i strømningsretningen slik at det tilveiebringes ønskede åpninger og ønsket trykkfall.

Blokkskum-maskinen ble kjørt på samme måte som i eksempel 2. Trykket i tanken 5 var igjen 6 bar, vist på trykkmåleren 14, og trykket i blandekammeret var ca. 18 bar.

Vi har funnet at trykkfallet i skinneporten eller trykkutjevningskammeret 21 bør bære en vesentlig del av det totale trykkfall fra blandekammeret og ut.

Denne gang forlot skummet den rektangulære utløpsåpning 20 som et jevnt skum. Det var ikke noe tegn på at store bobler var til stede i det ekspanderte skum. Trykket vist på trykkmåleren 12' på utløpsrøret 12 fra blandehodet var 6 bar.

Skummet var fullstendig ekspandert i en avstand som var kortere enn 7 m fra utløpsåpningen 20. Som en følge av skummets høye viskositet er det ifølge oppfinnelsen mulig å redusere transportørens hastighet og dramatisk redusere linjens totallengde, og følgelig redusere hele anlegget sammenlignet med konvensjonelle anlegg, uten at det medfører problemer med renning under skummet.

Da skumblokken hadde herdet, ble det funnet at den hadde en høyde på 1 m. Tettheten for en skumprøve skåret ut fra blokken viste seg å være 17 kg/m<3>. Cellestrukturen var fin og inneholdt ingen store hulrom. Skumkvaliteten ble bedømt til å være kommersielt akseptabel.

Eksempel 4

Ifølge oppfinnelsen ble det anvendt samme kjemikalieresept som i eksempel 3, og trykket i tank 5 som inneholdt blandingen polyolblanding/karbondioksid, var 6 bar avlest på trykkmåler 14.

I dette tilfelle ble imidlertid ytelsene fra pumper 8,9 og 10 redusert til en femtedel av ytelsene anvendt i eksempel 3, slik som vist i tabell 1, og spalten 17 ble redusert til en høyde på 0,4 mm.

Transportørene 1 og 21 hadde begge en overflatehastighet på 1 m/min.

Det ekspanderte skum nådde i dette tilfelle full ekspansjon i avstand ca. 1,2 m fra utløpet 20.

Høyden på den herdede skumblokk var 1 m. Tettheten for en skumprøve skåret ut fra blokken ble målt til 17 kg/m<3>. Cellestrukturen var fin og lignet skummet fremstilt i eksempel 3. Det inneholdt ingen store hulrom. Kvaliteten ble bedømt til å være kommersielt akseptabel.

Eksemplene 3 og 4 i denne beskrivelse viser klart effektiviteten ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, oppnådd gjennom å regulere trykkfallet og skummingen av blandingen under kontinuerlig fremstilling av polymert skummateriale.

Eksempel 5

Det ble anvendt den samme kjemikalieresept som i eksempel 4, med unntak av at C02-innholdet ble øket slik som beskrevet nedenfor. Utførelsen ble modifisert slik at flytende C02 kunne pumpes kontinuerlig i stedet for å bli forblandet i tanken med polyol. En pumpe 54 vist på fig. 4 ble tilføyet for å blande flytende C02 fra tanken 55 inn i polyolstrømmen ved hjelp av en statisk blander 53. En trykkreduksjonsventil 56 ble innført for å sikre at trykket i polyol-ledningen ble opp-rettholdt slik at C02 holdt seg i flytende tilstand ved arbeidstemperaturen foran den statiske blander 53. Flytende C02 ble pumpet inn i polyolstrømmen med en mengde tilsvarende et vektforhold på 4% (C02 i forhold til polyol). Flytende C02 kunne like så vel ha blitt pumpet inn i isocyanatstrømmen. Spalten 17 ble ytterligere redusert til en høyde på ca. 0,3 mm. Trykkmåleren 12' viste et trykk på 15 bar. Alle de andre parametere ble beholdt som i eksempel 4.

Høyden på den herdede blokk var 1,2 m og tettheten var 14 kg/m<3>.

Forsøk utført over lengre tid har vist at det er en reell mulighet å benytte C02 på en effektiv måte som primært esemiddel, og at det gir en jevn og homogen skumming av reaktantblandingen på et substrat i bevegelse, samt at materialet kan skummes på et transportbelte som går med forholdsvis lav hastighet, hvilket resulterer i at det kan anvendes en maskin med vesentlig redusert lengde og ytelse i forhold til maskiner anvendt ved konvensjonelle fremgangsmåter og skummingsteknik-ker.

Ved konvensjonell mekanisk blanding for fremstilling av fleksible polyuretanskum er det vel kjent at det er nødvendig å tilsette de flytende reaktanter små mengder nukleeringsgass under blandingen. Hensikten med nukleeringsgassen er å tilveiebringe nukleeringskjerner for celledannelse ved starten av skummingen. Typiske nukleeringsgasser, slik som luft eller nitrogen, vil tilsettes med en hastighet på fra 0,3 til 3 Nl/min ved en blandeytelse på 100 kg/min kjemikaliereaktanter.

Ifølge oppfinnelsen har vi også funnet at når flytende karbondioksid innføres i de flytende reaktanter som et hjelpe-esemiddel, er det fremdeles tilrådelig å tilsette en nukleeringsgass. Som forventet må gassen tilsettes blandingen ved et tilstrekkelig høyt trykk til å overvinne trykket i blanderen. Dette trykk kan som tidligere nevnt være fra 5 til 18 bar.

Vi har videre funnet at mengden nukleeringsgass kan være betydelig større enn det som er tilfellet ved konvensjonell mekanisk blanding av fleksibelt polyuretanskum. Ved et trykk på 5-18 bar i blandehodet og med en kjemikalieytelse på 100 kg/min, har vi funnet at det er mulig å tilsette nukleeringsgass (f.eks. nitrogen) med en hastighet av 10-40 Nl/min. Dersom den lavere tilsetningshastighet anvendes, hvilken er typisk for konvensjonell mekanisk blanding, blir skumcellenes struktur svært grov og med lav porøsitet, og skumproduktet er ikke av kommersiell kvalitet.

Med henvisning nå til figurer 4 og 5 vises det en alternativ utførelse av apparaturen og skummingsanordningen.

I henhold til eksemplet på fig. 4 i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, blir flytende C02 inneholdt i tanken 55, ved hjelp av en doseringspumpe 54 sprøytet direkte inn i polyolstrømmen fra tanken 5, slik som i eksemplet på fig. 1. Nærmere bestemt tilføres flytende C02 inn i polyolstrømmen foran en statisk blander 53 forbundet gjennom en trykkreduksjonsventil 56 med høytrykksblanderen 11 for polyuretanbestanddelene. Ventilen 56 tjener til å sikre at trykket i polyol-ledningen er slik at C02 holdes i flytende tilstand ved arbeidstemperaturen. Flytende C02 kan alternativt føres inn i strømmen av isocyanat tilført fra tank 6 på fig. 1.

Henvisning 13 på fig. 4 angir en alternativ utførelse av trykkutjevnings-og skummingsanordningen for polyuretanblandingen, vist detaljert på fig. 5. Røret 18 på fig. 5 kommer fortsatt fra blandekammeret 11, slik som i utførelsene vist på figurer 1-3, og det anvendes et trykkutjevningskammer eller skinneport 21. Her har kammeret 21 et rektangulært tverrsnitt, men andre former enn sirkulære eller rektangulære kan også anvendes. Skinneporten innbefatter også en trykkreduksjonsåpning 17. Åpningen 17 går til et modifisert skummingsrom, generelt angitt som 40. Skummingsrommet 40 omfatter en toppvegg 42 som er festet til skinneporten og strekker seg fra denne utover i en avstand av ca. 10 mm. Vegg 42 slutter i vegg 44 som er anbragt i en vinkel på ca. 90° med hensyn til vegg 42. Vegg 44 strekker seg nedover forbi utløpsspalten 17 i en lengde av ca. 30 mm. Følgelig vil den utstrømmende, skummende blanding treffe veggene 2 og 44 og få retningen dreiet 90° i forhold til strøm-ningsretningen gjennom spalten 17. Vi har funnet at det å avslutte skummingsrommet på dette punkt, dvs. ved slutten av vegg 44 og med en del av bakveggen 48, vil kunne gi tilfredsstillende resultater når det gjelder å regulere skummingen og tilveiebringe et egnet baktrykk for blandekammeret 11. Vi foretrekker imidlertid å forlenge skummingsrommet ved å forlenge bakveggen 48 i en avstand ca. 40 mm ved å la en bunn-vegg 50 strekke seg fra bakveggen 48 i en 90° vinkel i lengde ca. 50 mm, og la topp-veggen 46 strekke seg fra veggen 44 i en 90° vinkel og i lengde ca. 40 mm. Vegger 46 og 50 er posisjonert slik at de er hovedsakelig parallelle, selv om de kan sprike med en liten vinkel på fra 10° til 20°.

Ved å anvende ledevegger 46 og 50 gjør den skummende blanding en

ny 90° sving, denne gang i forhold til den strømningsretning den skummende bland-

ing har mellom veggene 42, 44 og toppdelen av bakveggen 48. Ved å føre den skummende blanding gjennom skummingsrommet, vil skummingen begynne å først finne sted under trykkregulerte betingelser. Ved å føre den skummende blanding gjennom skummingsrommet, oppnås at den første skummingsprosess utvikler seg uten turbu-lensen forbundet med systemer hvor det er direkte innsprøytning. Det resulterende skum kommer i en jevn strøm fra utløpet og danner en jevn, frittflytende overgang ned på substratet i bevegelse, under ikke-turbulente betingelser, og som et kremaktig skum. Fordelingen forbedres, og den ytterligere overgang fra skumming til reaksjon-

en mellom kjemikaliebestanddelene og skumveksten, generelt angitt ved 52, foregår også jevnt og fullstendig.

Som fig. 3 viser, kan det i skummingsrommet benyttes kontinuerlig løpende papirbaner og om ønskelig kan det også anvendes en papirhane 22 på toppsiden.

Claims (25)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av polyuretan-blokkskum (16), innbefattende trinnene: - å danne en blanding av reaktive kjemikaliebestanddeler, - å blande de reaktive kjemikalier med C02 under tilstrekkelige trykkbetingelser til å holde C02 i flytende tilstand, karakterisert ved at - blandingen fordeles ved å føre denne gjennom et langstrakt trykkutjevningskammer (21) og gjennom en langstrakt trykkfallssone (17) som er dimensjonert for å opprettholde et trykk i den foranliggende blanding slik at C02 holdes i flytende tilstand og slik at skummingen startet under trykkregulerte betingelser for derved å unngå en turbulent fordampning av C02 når blandingen føres ut fra trykkfallssonen, og - blandingen som føres ut formes til et gradvis ekspanderende skum materiale ved gradvis å frigjøre C02 i det skummende materiale etter hvert som dette flyter gjennom et skummingsrom (19) og gjennom en utløpsåpning (20) hvor den skummende blanding ledes ut på et substrat (2).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trinnet med å føre blandingen ut innbefatter anbring-else av den skummende blanding (16) på et substrat i bevegelse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den skummende blanding (16) føres ut langs en hovedsakelig horisontal bane.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den skummende blanding (16) føres ut på en hellende bane (25).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den skummende blanding flyter gjennom et skummingsrom (19) som har et tverrsnitt som øker gradvis i dets lengderetning.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at utløpsåpningen (20) av skummingsrommet (19) har et tverrsnittsareal som er større enn tverrsnittsarealet for trykkfallssonen (17).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at blandingen føres gjennom et skummingsrom (19) hvor den skummende blanding avlastes gradvis før den reaktive blanding av kjemikaliebestanddeler initieres for kjemisk ekspansjon.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at strømningsretningen for blandingen som strømmer fra trykkfallssonen (17) avbøyes.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trykkfallssonen (17) og skummingsrommet (19) strekker seg på tvers av substratet (2).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det under blandingen anvendes et trykk i området fra 5 til 18 bar.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at trykket er fra 15 til 18 bar.

12. System for kontinuerlig fremstilling av polymert blokkskum (16) på et substrat (2) i bevegelse, omfattende: - en blandeanordning (11) for å blande reaktive kjemikaliebestanddeler og C02 under tilstrekkelig trykk til å holde C02 i flytende tilstand, - en tilførselsledning (18) for å føre blandingen til en skummingsanordning (13), karakterisert ved at skummingsanordningen (13) omfatter et langstrakt trykkutjevningskammer (21) utstyrt med en langstrakt trykkfallssone (17) som er dimensjonert for å opprettholde et trykk i den foranliggende blanding slik at C02 holdes i flytende tilstand og slik at skummingen starter under trykkregulerte betingelser for derved å unngå turbulent fordampning av C02 når blandingen føres ut fra trykkfallssonen, og - et skummingsrom (19) for forming av blandingen som føres ut, til et gradvis ekspanderende skummateriale ved gradvis å frigjøre C02 i det skummende materiale etter hvert som dette flyter fremover i skumningsrommet (19) som har en utløpsåpning (20) som strekker seg på tvers av bevegelsesretningen for substratet (2).

13. System ifølge krav 12, karakterisert ved at skummingsanordningen (13) omfatter en skinneport med et trykkutjevningskammer (21) utstyrt med en langsgående trykkfallssone (17) og et skummingsrom (19) som strekker seg fra skinneporten (21), hvilket skummingsrom (19) er definert av vegganordninger og har en utløpsåpning for fordeling av den skummende blanding på substratet (2).

14. System ifølge krav 12, karakterisert ved at tverrsnittsarealet av utløpsåpningen (20) er større enn tverrsnittsarealet av åpningen i trykkfallssonen (17).

15. System ifølge krav 12, karakterisert ved at trykkfallssonen (17) omfatter en langsgående spalte som hovedsakelig strekker seg over hele substratets (2) bredde.

16. System ifølge krav 12, karakterisert ved at trykkfallssonen omfatter en serie langsgående spalter (64,66,68).

17. System ifølge krav 12, karakterisert ved at trykkfallssonen omfatter en serie rørformede utløps-åpninger (72, 74, 76) som er aksialt langstrakt i flyteretningen og er dimensjonert slik at det opprettholdes tilstrekkelig trykk til å holde det oppløste C02 i den foranliggende blanding i oppløst tilstand.

18. System ifølge krav 12, karakterisert ved at trykkfallssonen omfatter minst én langsgående spalte (17; 64, 66, 68) som er aksialt langstrakt i flyteretningen og er dimensjonert slik at det opprettholdes tilstrekkelig trykk til å holde det oppløste C02 i den foranliggende blanding i oppløst tilstand.

19. System ifølge krav 12, karakterisert ved at skummingsrommet (19) er definert av sammenkoblede vegganordninger (44, 46, 48, 50) som avbøyer flyteretningen.

20. System ifølge krav 19, karakterisert ved at vegganordningenes retninger avviker fra flyteretningen.

21. System ifølge krav 12, karakterisert ved at skummingsrommet innbefatter minst én hovedsakelig rettvinklet sving (42,44; 28, 50) etter trykkfallssonen (17).

22. System ifølge krav 12, karakterisert ved at trykkfallssonen (17) og skummingsrommet (19) strekker seg på tvers av substratet (2).

23. System ifølge krav 12, karakterisert ved at det omfatter en anordning for å regulere skummingen av en blanding av en polyol, et isocyanat og flytende C02, hvilken skummingsanordning omfatter et hus (40) med et langstrakt trykkutjevningskammer (21) og et innløp (18) for blandingen og som leder inn i det langstrakte trykkutjevningskammer (21), minst én utløpsåpning (17) som leder bort fra trykkutjevningskammeret (21) og et skummingsrom (52) forbundet med huset (40) og anbragt slik at det mottar blandingen som strømmer fra minst én utløpsåpning (17), hvilket skummingsrom (52) omfatter en serie sammenbundne og ulikt orienterte vegganordninger (42,44,46, 48, 50) som er tilstrekkelige til å avbøye blandingens flyteretning når den strømmer fra minst én utløpsåpning (17).

24. System ifølge krav 12, karakterisert ved at det omfatter en skummingsanordning (13) for blanding av reaktive polymere polyuretan-kjemikalier og C02, hvilken anordning omfatter et trykkutjevningskammer (21) som har et trykksatt innløp (18) og en trykkfallssone (17) som utløp, hvor skummingsanordningen omfatter et hulrom som strekker seg fra trykkfallssonen (17) og er anordnet slik at det avskjærer strømmen fra trykkfallssonen (17) og regulerer frigivelsen av gassformig C02 og energifordelingen innen det skummende materiale.

25. System ifølge krav 12, karakterisert ved at det omfatter en skummingsanordning (13) forbundet med kjemikalieblandestasjonen (11) for å motta de blandede polyuretan-kjemikalier og for å utvikle blandingen til et homogent pre-ekspandert skummateriale og avsette dette på et substrat (21) som beveger seg langs et skråplan (25), og en transportør-anordning (1) som i forhold til skråplanet (25) er anbragt slik at den mottar skum-materialet som kommer fra skråplanet (25), hvilken transportør (1) drives med en hastighet på fra 1 til 5 m/min således at full blokkhøyde oppnås innen et område fra 1 til 8 m fra utleggingspunktet for skummet.