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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schäumen aus wässrigen Kautschukdispersionen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schäumen aus wässrigen Kautschukdispersionen, wobei reversible Schäume erzeugt werden, in welchen die wässrige Dispersion von Kautschuk unkoaguiiert ist, so dass beim Zusammenfallen eines solchen Schaumes ein unkoagulierter Latex erhalten wird. Diese Schäume von wässrigen Kautschukdispersionen führen, wenn sie verfestigt bzw. koaguliert werden, zur Bildung von Schwammkautschuk, welcher für vielerlei Zwecke, insbesondere für Tapeziererwaren, Kissen, Polsterungen u. dgl., benutzt wird.
Es ist schon bekannt, wässrige Kautschukdispersionen durch Einschlagen oder Einbirsen von Luft oder andern Gasen in einen reversiblen Schaum überzuführen und hernach zur Bildung von Erzeugnissen schwammartiger oder zellförmiger Struktur zu verfestigen bzw. koagulieren. Die für den angegebenen Zweck bisher verwendeten Verfahren führten jedoch zur Ausbildung eines Belages am Behälter ; ferner ermöglichten sie nicht die zur Herstellung von Schäumen von vorbestimmter Dichte erforderliche Genauigkeit der Regelung und schliesslich gaben sie Anlass zu Ungenauigkeiten hinsichtlich der Zumischung verschiedener Zusatzstoffe.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu seinffen, mit deren Hilfe dem'tige Schwierigkeiten vermieden oder ausgeschaltet werden können, und die daher die Herstellung von Schäumen mit vorbestimmten Eigenschaften aus wässrigen K : ; utsehukdis- persionen gestatten.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung, welches die Herstellung von Schäumen mit vorbestimmten Eigenschaften aus wässrigen Kautschukdispersionen mit Hilfe von U sen oder Gasmischungen gest, ttet, besteht im Wesen darin, dass man die Schaumbildung kontinuierlich bewirkt, indem man zugleich eine wässrige Kautschukdispersion und ein Gas in einen Schaumbildner fortlaufend einführt und die schaumige Mischung von Kautschukdispersion und Gas fortlaufend abführt.
Bei Durchführung des Verfahrens werden die wässrige Kautschukdispersion und das Gs, welche zugleich in den Schaumbildner eingeführt werden, in einem bestimmten geeigneten VolumsverhÅa1tnis zugeführt.
Gewünschtenfalls können Stoffe, z. B. solehe, die fähig sind, die Beschaffenheit der verwendeten wässrigen Kautschukdispersionen zu verändern, diesen vor, während oder nach der Erzeugung des reversiblen Schaumes zugesetzt werden. Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden Zusatzstoffe, welcher Art immer, die den Dispersionen einverleibt werden sollen, z. B.
Füllmittel, Mittel zur Herbeiführung der Gelbildung oder Verfestigung u. dgl., in den erzeugten kontinuierlichen Strom der in Sehiumform gebrachten Eautsehukdispersion fortlaufend eingeführt und zweckmässig in dem kontinuierlichen Strom des Schaumes durch Rühren fortlaufend verteilt.
Indem bei dieser Ausbildung des Verfahrens zunächst die kontinuierliche Schaumbildung bewirkt wird und dann in den Strom des Schaumes die Zusatzstoffe fortlaufend eingemischt werden, werden die Schwierigkeiten vermieden, die sich daraus ergeben könnten, dass die Zusatzstoffe, wenn sie der Ausgangsdispersion vor der Schaumbildung zugesetzt werden, sich mehr oder minder absetzen oder zusammenballen, während die Kautsehukdispersion in das Schaumbildungsgefäss befördert wird.
Es hat sich gezeigt, dass nach der angegebenen Ausführungsform des Verfahrens, obgleich der Schaum in einem halbflüssigen
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den kontinuierlichen Strom des bereits gebildeten Schaumes eingemischt werden können, ohne dass die Gefahr einer Abscheidung, Schichtenbildung oder Ausbildung sonstiger Ungleichmässigkeiten besteht. Es kann sich auch unter Umständen empfehlen, einige Stoffe in einer Stufe des Verfahrens und einige in einer andern Stufe einzufahren. Man kann einige dieser Zusatzstoffe in geeigneten Verhältnissen der Oberfläche des Schaumes zuführen, wenn dieser den genannten Behälter verlässt, und den Schaum dann durch einen andern (zweiten) Behälter führen, der mit einem geeigneten Mechanismus versehen ist, um eine gründliehe Mischung der Zusatzstoffe mit dem Schaum zu bewirken.
Die verwendeten wässrigen Dispersionen umfassen solche, die aus Kautschuk, Guttapercha, Balata od. ähnl. Pflanzenstoffen bestehen oder derartige Stoffe enthalten, u. zw. natürlich vorkommende oder künstlich hergestellte, in vulkanisiertem oder unvulkanisiertem Zustand. An Stelle dieser wässrigen Dispersionen oder in Mischung mit ihnen können gewünschtenfalls auch Dispersionen von koagu- liertem Kautschuk, vulkanisiertem Kautschuk, synthetischem Kautschuk, Kautsehukabfall oder - regenerat verwendet werden.
Die genannten Dispersionen können die üblichen bekannten Mischungsbestandteile enthalten.
Konzentrate, wie sie nach den in der britischen Patentschrift Nr. 290313 und der britischen Patentschrift Nr. 219635 beschriebenen Verfahren erhalten werden, können gleichfalls verwendet werden, und diesen Konzentraten können eine oder mehrere der bekannten Mischungsbestandteile
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bestandteile einverleiben, indem man diese beispielsweise in geregelten Verhältnissen entweder vor oder während oder nach Beimischung des Gases einführt.
Gemäss dem Verfahren der Erfindung können reversible Schäume ohne besonderen Zusatz sehaumbildender Stoffe erzeugt werden, doch hat sich die Verwendung derartiger Stoffe als vorteilhaft erwiesen. Beispiele für solche Stoffe sind Seifen und seifenbildende Bestandteile. Derartige Stoffe können der Hauptmenge der wässrigen Kautsehukdispersionen zugesetzt werden oder sie können in geregelten Verhältnissen kontinuierlich in die Dispersion vor oder während der Sehaumerzeugung eingeführt werden.
Als Stoffe, welche die Fähigkeit besitzen, die Beschaffenheit der wässrigen Kautschukdispersion zu verändern, seien beispielsweise die folgenden, die den wässrigen Dispersionen beigemischt werden können, genannt : Mittel, welche Verfestigung oder Gelbildung bewirken, in Form von Dispersionen oder Lösungen ; Stabilisatoren, wie Casein, Ätzalkalien oder aber Stoffe, welche fähig sind, den Gehalt an freiem Ammoniak zu verringern, wie beispielsweise Formaldehyd ; Stoffe, die fähig sind, durch chemische Einwirkung Gase zu erzeugen, u. dgl.
Das Gas, das zum Vermischen mit den wässrigen Dispersionen verwendet wird, kann Luft sein oder es kann aus einer Gasmischung bestehen, oder es kann Dämpfe enthalten, die fähig sind, die wässrigen Dispersionen, den gebildeten Schaum oder das nach dem Verfestigen erhaltene irreversible schwammartige oder zellförmige Material zu verändern. Solche Dämpfe sind beispielsweise Formaldehyd oder Lösungsmittel in Dampfform.
Die Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung vorzugsweise verwendet wird, besteht aus einem Behälter, in dem ein Mechanismus zur Erzeugung von Schaum, ein oder mehrere Einlässe in der Nähe des Bodens und ein Auslass am oberen Teil angeordnet sind, aus Organen zur Regelung der Zufuhr der Flüssigkeit und aus Organen zur Regelung der Gaszufuhr.
Der Behälter, in dem der Mechanismus zur Schaumerzeugung angeordnet ist, weist vorzugsweise Zylinderform auf und ist am unteren Teile stromlinienförmig gestaltet, um ein gleichmässiges Fliessen der eingeführten Flüssigkeit zu gestatten.
Der Mechanismus zur Schaumerzeugung in dem Behälter kann aus einem Drahtkäfig bestehen, der sich um eine Achse innerhalb des Behälters oder der Schaumerzeugungskammer dreht und von ihr durch einen schmalen ringförmigen Spalt getrennt ist, oder aus einem rotierenden Metallzylinder mit Drähten, die von ihm abstehen und konzentrisch zu der Schaumerzeugungskammer angeordnet sind. Die Drähte können vertikal verlaufen und mit ähnlichen Drähten ineinandergreifen, welche an den Wänden der Schaumerzeugungskammer angebracht sind und von ihnen abstehen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Mechanismus zur Schaumerzeugung besteht aus zylindrisch angeordneten Drähten, welche man normal zu der Achse der Schaumerzeugungskammer nach Art der Planetenbewegung rotieren lässt. Das rotierende Organ reicht über den Auslass für den austretenden Schaum hinaus und trägt an seinem oberen Ende vorzugsweise Flanschen, um das Eindringen von Luft aus der Atmosphäre zu verhindern.
Die Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit der Gaszufuhr in den Behälter besteht vorzugsweise aus einem Strömungsmesser.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung kann, in Kombination mit den beschriebenen Bestandteilen, auch ein oder mehrere zusätzliche Pumpensysteme enthalten und an Stelle dieser oder zusätzlich zu diesen einen oder mehrere Strömungsmesser, ausser dem Strömungsmesser, der zur Messung der Geschwindigkeit der Gaszufuhr in den Behälter dienen mag. Der Behälter, der die Vorrichtung zur
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Schaumerzeugung enthält, kann an seinem Auslass mit einer nach abwärts verlaufenden Bahn ver- sehen sein, die in eine Mischungskammer führt. Eine Anzahl von Düsen, die mit verschiedenen Vor- ratsbehältern in Verbindung stehen, können so angeordnet sein, dass sie Flüssigkeiten in geregelten
Verhältnissen der nach abwärts geneigten Bahn zuführen können.
Die wässrige Dispersion wird aus dem Vorratsbehälter durch Einströmen von Luft gefördert, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch einen Strömungsmesser gemessen wird, der dazu dient, die Zufuhr der Dispersion zu der Sehaumerzeugungskammer auf eine vorbestimmte Geschwindig- keit einzuregeln.
Die wässrige Dispersion und das Gas werden vorzugsweise am Boden der Schaumerzeugungs- kammer in geregelten Volumsverhältnissen eingeführt. Die geregelte Gaszufuhr erfolgt am Boden der Schaumerzeugungskammer durch eine abnehmbare Düse. Der eingeregelte Strom der wässrigen
Dispersionen tritt vorzugsweise in den Gasstrom knapp vor der Stelle, an welcher der letztere in die
Schaumerzeugungskammer eingeführt wird, ein. Ein grober Schaum wird erzeugt, sobald auf die
Mischung von Luft und wässriger Dispersion der untere Teil des rotierenden Organs einwirkt, welches
Organ die Grösse der Gasblasen während ihres Aufsteigen durch die Schaumerzeugungskammer nach und nach vermindert, so dass ein feiner Schaum gebildet wird, der schliesslich am oberen Ende der
Schaumerzeugungskammer abgeführt wird.
Durch Regelung des Volumsverhältnisses des Gases und der wässrigen Dispersion wird die Dichte des austretenden Schaumes auf den gewünschten Wert eingestellt.
Wenn ein Gelbildung hervorrufendes Mittel oder andere Substanzen in den Schaum eingeführt werden sollen, kann zur Schaumerzeugung eine Vorrichtung oder ein rotierendes Organ verwendet werden, das in der Nähe des Zentrums keine Drähte aufweist und in diesem Hohlraum mit einem
Kegel von kompaktem Metall versehen ist, der so befestigt ist, dass seine Spitze nach aufwärts zeigt.
Den eingespritzten Strahl lässt man auf den oberen Teil der Fläche des Kegels in solcher Weise auftreffen, dass das die Gelbildung bewirkende Mittel oder die andern Substanzen gleichmässig durch die aufsteigende Schaummasse verteilt werden. Derartige Substanzen können in die Schaumerzeugungs- kammer in regelbarer Weise durch direktes Einpumpen eingeführt werden.
Eine bevorzugte Methode zur Einführung zusätzlicher Mittel, wie beispielsweise Zinkoxyd und Gelbildung hervorrufender Mittel, wie beispielsweise Natriumsilikofluorid, ist im folgenden Beispiel an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben :
Eine Latexmischung von vorbestimmter Zusammensetzung wird aus einem Behälter mit geregelter Strömungsgeschwindigkeit durch ein Rohr 2 in die zylinderförmige Schaumerzeugungskammer 3 eingeführt, die ein Fassungsvermögen von 18 l besitzt und mit einem rotierenden Organ 1 : versehen ist. Ein Luftstrom von geregelter Stärke wird durch das Rohr 1 in die Schaumerzeugungskammer eingeführt.
Die Luft und die Latexmisehung werden durch die Wirkung des rotierenden Organs 4, das mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 Umdrehungen in der Minute rotiert, gemischt und beim Aufsteigen der Mischung in der Schaumerzeugungskammer J in einen feinen Schaum verwandelt. Da die Wirkung dieses rotierenden Organs 4 in weitgehendem Masse eine zerkleinernde ist, hängt die Grösse der Gasblasen in dem Schaum unter anderem von der Rotationsgeschwindigkeit ab.
Der Schaum fliesst längs einer nach abwärts gerichteten Bahn 5 in einen Mischraum 6 über. Das rotierende Organ 4 reicht über die Oberfläche des austretenden Schaumes hinaus. Die Hilfsstoffe werden in den Schaum eingeführt, indem man sie mit eingeregelten Geschwindigkeiten durch eine beliebige Anzahl von Zuführungsrohren 7,7 auf die Oberfläche des Schaumes, wenn er auf der geneigten Fläche abwärts fliesst, aufbringt. Die Mischung der Hilfsstoffe und des Schaumes werden in der Mischkammer 6 mit Hilfe eines einfachen Schaumschlägers 8 bewirkt, welcher vorzugsweise eine Planetenbewegung ausführt. Die Mischungszeit wird durch die Niveauhöhe, die in dem Behälter 6 aufrechterhalten wird, gesteuert.
Das Niveau des Schaumes wird durch die einstellbare Schraubenzwinge 9 geregelt, welche an ein Kautschukrohr 10 angreift, das am unteren Teil des Behälters 6 befestigt ist.
Bei der Herstellung eines feinen Schaumes, in welchem das Volumsverhältnis von Luft zu Latexmischung 5 : 1 beträgt, aus einer Latexmisehung, deren Gehalt an festen Bestandteilen 54% beträgt, kann die oben beschriebene Vorrichtung eine Ausbeute von 1'6 fcg Trockengewicht pro Minute oder in andern Worten von 18 Schaum pro Minute liefern. Die Zeit des Durchganges durch die Schaumerzeugungskammer beträgt etwa eine Minute und, falls eine zusätzliche Mischungskammer verwendet wird, beträgt die Zeit des Durchganges durch diese Kammer etwa eine halbe Minute.
Typische Einbringungsgeschwindigkeiten für Hilfsstoffe, welche durch Pumpen eingeführt werden, sind beispielsweise 36 cm3 Seifenlösung pro Minute, 60 cm3 von gelbildenden Mitteln pro Minute, 100 cm3 Zinkoxyddispersion pro Minute.
Mittels einer Vorrichtung der beschriebenen Art werden 454 l Schaum der oben angegebenen Zusammensetzung in etwa 25 Minuten gebildet. Bei dem diskontinuierlichen Verfahren beträgt, wenn man ein Gefäss, das etwa 91l fasst, verwendet, die Zeit, die insgesamt erforderlich ist, um 4541 eines ähnlichen Schaumes zu erzeugen, etwa 80 Minuten, und es sind hiezu mindestens 10 Chargen erforderlich.