AT365618B - Kontinuierliches verfahren zur herstellung von schaumkunststoffen mit verbessertem brandverhalten und vorrichtung zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Description

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   Gegenstand der AT-PS Nr. 347697 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststoffen mit verbessertem Brandverhalten durch Kondensation von wasserhaltigen Aminoplastvorkondensaten und deren Vorstufen mit mindestens bifunktionellen organischen Isocyanaten in Gegenwart von Säuren zur Härtung der Aminoplastvorkondensate und organischen Aminen und gegebenenfalls organischen Metallverbindungen zur Katalyse der Reaktion des Polyisocyanats mit Wasser und den Hydroxylgruppen der im Reaktionsgemisch vorhandenen organischen Verbindungen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein wasserlösliches Aminoplastvorkondensat bzw.

   dessen Vorstufen in wässeriger Lösung gleichzeitig mit, aber getrennt von den sauren Härtungskatalysatoren, dem Polyisocyanat zugesetzt wird, dem vorher das Amin und gegebenenfalls die organische Metallverbindung zugesetzt worden ist, wobei das Polyisocyanat im Verhältnis zum Wasser in einer Menge zugegeben ist, die gleichzeitig eine Vernetzung mit den Methylolgruppen des Aminoplastvorkondensates bzw. dessen Vorstufen gestattet. 



   Bei dem Versuch dieses Verfahren in optimaler Weise kontinuierlich durchzuführen, treten jedoch gewisse Schwierigkeiten auf. Diese hängen im wesentlichen damit zusammen, dass die Herstellung des Voradduktes aus dem organischen Polyisocyanat und dem basischen Katalysator (vor allem den hydroxylgruppenhaltigen Aminen) infolge der hohen Reaktionsgeschwindigkeit, der grossen Reaktionswärme und des damit verbundenen raschen Viskositätsanstieges des gebildeten Voradduktes ausserordentlich schwierig ist. Bekanntlich wird bei Polyurethanschaumstoffen der basische Katalysator zunächst dem Polyol zugesetzt und erst dann, auf diese Weise verdünnt, dem organischen Isocyanat zugeführt.

   Auf Grund der speziellen Natur des Verfahrens gemäss Stammpatent muss der basische Katalysator dem organischen Polyisocyanat direkt zugesetzt werden,   u. zw.   in, bezogen auf das Polyisocyanat, zwangsläufig ausserordentlich hohen Konzentrationen von bis zu 14%. Die Folge 
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 kontinuierliche Herstellung der Schaumstoffe verhindert, weil die üblichen Verschäumvorrichtungen rasch verstopft werden. Die reibungslose Produktion eines einwandfreien Produktes ist damit unmöglich. 



   Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass sich die oben geschilderten Nachteile vermeiden lassen, wenn man das Verfahren in zwei definierten Stufen durchführt und die Zusammenführung des Polyisocyanats und des basischen Katalysators bzw. der organischen Metallverbindung in der ersten Mischstufe unter ganz bestimmten Temperaturen und bei bestimmten Verweilzeiten vornimmt. 



   Gegenstand des vorliegenden Zusatzpatentes ist somit ein Verfahren gemäss Stammpatent, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einer ersten Mischstufe der basische Katalysator und gegebenenfalls die organische Metallverbindung in Mengen von 4 bis 14   Gew.-%   bezogen auf die Polyisocyanatmenge dieser zugesetzt wird, wobei die Verweilzeiten des zwischen dem Katalysator und dem organischen Polyisocyanat sich bildenden Voradduktes in der ersten Mischstufe 0, 5 bis 12 s bei Reaktionstemperaturen von 40 bis 1300C betragen, worauf diesem nach unmittelbarer Überführung in die anschliessende zweite Mischstufe das Aminoplastvorkondensat und der saure Katalysator zudosiert werden, worauf das schaumfähige Reaktionsgemisch kontinuierlich ausgetragen wird.

   Die dem Polyisocyanat in der Mischstufe 1 beizumischenden Katalysatorkonzentrationen, bevorzugt 6 bis 12   Gew.-%,   werden zweckmässig so bemessen, dass sie bezogen auf ihre jeweilige Basizität im Unterschuss gegenüber den der Mischstufe 2 zugesetzten Mengen an saurem Katalysator sind. Im übrigen wird durch Erhöhung des Überschusses an saurem Katalysator, falls erforderlich, die Aushärtungszeit des resultierenden Schaumstoffes wesentlich verkürzt. 



   Die Verweilzeit in der l. Mischstufe beträgt bevorzugt 1 bis   B   s, die Reaktionstemperatur 55 bis   100 C.   Die optimale Abstimmung dieser Parameter hängt zwar unter anderem vom jeweiligen Polyisocyanat und dem basischen Katalysator ab und ist durch Testversuche bestimmbar. Infolge der komplexen Natur des Systems aus Polyisocyanat und den verwendeten hohen Konzentrationen basischer Katalysatoren bzw. organischer Metallverbindungen sind jedoch Zusammenhänge zwischen den genannten beiden Parametern nicht ohne weiteres erkennbar. 



   Die Bedingungen in der zweiten Mischstufe, in welcher das Aminoplastvorkondensat und der saure Katalysator getrennt voneinander zudosiert werden, sind weniger kritisch. Die Verweilzeiten des dort hergestellten schaumfähigen Reaktionsgemisches sind lediglich so zu bemessen, dass eine ausreichende Vermischung der Einsatzstoffe ohne vorherige Aushärtungserscheinungen stattfindet. 

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   Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bestehend aus zwei getrennten, jedoch unmittelbar miteinander verbundenen Mischkammern, wobei die für das Verfahren charakteristische Verweilzeit in der ersten Mischstufe durch eine entsprechende Dimensionierung der Summe der freien Querschnitte der Zuleitungen zur ersten Mischstufe zu jener der Verbindung zwischen erster und zweiter Mischstufe, die vorzugsweise als Düse ausgebildet ist, erzielt wird. 



   Eine für diesen Zweck besonders geeignete Vorrichtung ist in Fig. 1 als Längsschnitt dargestellt. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den oberen Teil der Kammer für die 1. Mischstufe, zu der die   Zuleitungen --3,   4,5 und   6-- für   das Polyisocyanat den Schaumstabilisator, den oder die basischen Katalysatoren und/oder die organische Metallverbindung führen. Bei --7-- wird allenfalls ein Spülmittel zu Reinigungszwecken zugeführt. Diese   Mischkammer --1-- ist   durch den Kühlmantel - umgeben und endet in der   Düse --10--,   durch die das in dieser Kammer gebildete Voraddukt unmittelbar in die   Mischkammer --2-- der   zweiten Stufe übergeführt wird.

   Der Querschnitt der Düse --10-- ist so dimensioniert, dass er sich an seiner engsten Stelle zur Summe der freien Querschnitte der   Zuleitungen --3,   4,5 und   6-wie 0, 3   bis   0, 9 : l verhält.-8-sind   die Stachelrührer, mit denen die   Mischkammern --1 und 2-- versehen   sind. Die Zuleitung --11-- dient der Zuführung des Aminoplastvorkondensates und die Zuleitung --12-- der des sauren Katalysators. Bei - wird das schaumfähige Reaktionsgemisch ausgetragen. 



   Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutern. 



   Beispiel 1 : In die Mischkammer --1-- versehen mit einem mit 3000 Umdr/min arbeitenden Sta-   chelrührer --8-- werden   stündlich die nachstehend angeführten Komponenten für die Herstellung des Voradduktes eingeleitet : 90, 6 kg rohes Diphenylmethandiisocyanat durch die Zuleitung --3--,   5, 43   kg Silikonöl als Schaumstabilisator durch die Zuleitung --4--, sowie 7, 24 kg Triäthanolamin und 0, 91 kg Dimethyläthanolamin (insgesamt   9, 0 Gew.-%   bezogen auf das Polyisocyanat) durch die Zuleitungen --5 und 6--. 



   Der über den   Kühlmantel --10-- auf 870C   wassergekühlte, intensiv vermischte Inhalt verlässt nach einer Verweilzeit von 3 s die   Mischkammer --1-- und   tritt durch die   Düse --10-- in   die unmittelbar anschliessende Mischkammer --2-- ein. Dort werden dem flüssigen Voraddukt unter Rührung mit einem   Stachelrührer --8-- mit   3000 Umdr/min über die   Zuleitungen --11   und   12-362, 3 keg   wässerige Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensatlösung mit einem Feststoffgehalt von 90% und 9,6 kg Benzoylchlorid zugegeben. Das schaumfähige Gemisch verlässt nach einer Verweilzeit von 1 s durch die Bohrung --13-- die Mischkammer --2--. 



   Nach einer Steigzeit von 2 min erhält man einen Schaumstoff mit einem Raumgewicht von 18 kg/m3. 



   Beispiel 2 : Wie unter Beispiel 1 beschrieben, wurden folgende, teilweise von Beispiel 1 abweichende Mengen in die   Mischkammer-l-eingeführt.   
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  90,6 <SEP> kg <SEP> Diphenylmethandiisocyanat
<tb> 5, <SEP> 43 <SEP> kg <SEP> Silikonöl <SEP> 
<tb> 7, <SEP> 55 <SEP> kg <SEP> Triäthanolamin <SEP> 
<tb> 0, <SEP> 18 <SEP> kg <SEP> Dimethyläthanolamin
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In der Mischkammer --2-- wurde das Voraddukt mit 362, 3 kg Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensatlösung mit einem Feststoffgehalt von 90% und 10, 14 kg Benzoylchlorid vermischt. Das auf das Transportband der Blockschäumanlage aufgetragene, schaumfähige Gemisch expandierte innerhalb von 2 min. Das Raumgewicht des entstandenen Schaumstoffes betrug 25   kg/m3.   die Schaumstruktur war wieder gleichmässig feinzellig.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststoffen mit verbessertem Brandverhalten durch Kondensation von wasserhaltigen Aminoplastvorkondensaten und deren Vorstufen mit mindestens bifunktionellen organischen Isocyanaten in Gegenwart von Säuren zur Härtung der Aminoplastvorkondensate und organischen Aminen und gegebenenfalls organischen Metallverbindungen zur Katalyse der Reaktion des Polyisocyanats mit Wasser und den Hydroxylgruppen der im Reaktionsgemisch vorhandenen organischen Verbindungen, wobei ein wasserlösliches Aminoplastvorkondensat bzw.

   dessen Vorstufen in wässeriger Lösung gleichzeitig mit, aber getrennt von den sauren Härtungskatalysatoren, dem Polyisocyanat zugesetzt wird, dem vorher das Amin und gegebenenfalls die organische Metallverbindung zugesetzt worden ist, wobei das Polyisocyanat im Verhältnis zum Wasser in einer Menge zugegen ist, die gleichzeitig eine Vernetzung mit den Methylolgruppen des Aminoplastvorkondensates bzw. dessen Vorstufen gestattet, gemäss AT-PS Nr.

   347697, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Mischstufe der basische Katalysator und gegebenenfalls die organische Metallverbindung in Mengen von 4 bis 14 Gew.-% bezogen auf die Polyisocyanatmenge dieser zugesetzt wird, wobei die Verweilzeiten des zwischen dem Katalysator und dem organischen Polyisocyanat sich bildenden Voradduktes in der ersten Mischstufe 0, 5 bis 12 s bei Reaktionstemperaturen von 40 bis 1300C betragen, worauf diesem nach unmittelbarer Überführung in die anschliessende zweite Mischstufe das Aminoplastvorkondensat und der saure Katalysator zudosiert werden, worauf das schaum-- fähige Reaktionsgemisch kontinuierlich ausgetragen wird. EMI3.1 Katalysatormenge 6 bis 12 Gew.-% beträgt.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeiten des zwischen dem Katalysator und dem Polyisocyanat gebildeten Voradduktes in der ersten Mischstufe 1 bis 8 s betragen.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionstemperatur in der ersten Mischstufe 55 bis 1000C beträgt.

   5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Mischkammer (1) für die Mischung des Polyisocyanats mit dem basischen Katalysator und/oder der organischen Metallverbindung mit den Zuleitungen (3,4, 5,6) für das Polyisocyanat, den Schaumstabilisator, die basischen Katalysatoren und/oder die organische Metallverbindung sowie das Spülmittel (7), einen die Mischkammer (1) umgebenden Kühlmantel (9) mit Zuund Ablauf und einer Düse (10), unmittelbar mündend in die Mischkammer (2) mit den Zuleitungen (11 und 12) für das Aminoplastvorkondensat und den sauren Katalysator, der Bohrung (13) für die kontinuierliche Austragung des schaumfähigen Reaktionsgemisches aus der Mischkammer (2) sowie den beiden Stachelrührern (8), wobei der freie Querschnitt der Düse (10)

   sich an seiner engsten Stelle zur Summe der freien Querschnitte der Zuleitungen (3,4, 5 und 6) wie 0, 3 bis 0, 9 : 1 verhält.