Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Kunstharzschaumstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Kunstharzschaumstoffen aus Lösungen härtbarer Kunstharze durch Vermischen eines Schaumes aus einer mit einem Druckgas aufgeschäumten Schaummittellösung mit einer Kunstharzlösung und Härten des entstandenen Kunstharzschaumes und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, Kunstharzschaumstoffe herzustellen, indem man zunächst eine Schaummittellösung, die gegebenenfalls einen Härter für das Kunstharz enthalten kann, in einen Schaum überführt und diesem Schaum dann die Kunstharzlösung beimischt.
Vorrichtungen der verschiedensten Art, die eine kontinuierliche Durchführung dieses Verfahrens gestatten, sind ebenfalls bekannt geworden. Eine gebräuchliche Apparatur besteht z. B. aus einem einseitig geschlossenen Rührbehälter, in den eine mit einem Härter für das Kunstharz versetzte Schaummittellösung mittels eines Druckgases eingedüst und durch kräftiges Rühren in einen Schaum übergeführt werden kann. Diesem Schaum wird dann an einer dem Behälterausgang genäherten Stelle die Kunstharzlösung zugeführt. Abwandlungen dieser Vorrichtung sind z. B. mit zwei getrennten Rührbehältern ausgestattet, wobei im ersten Behälter der Schaum erzeugt und diesem in einem zweiten Behälter die Kunstharzlösung zugemischt wird. Ebenso ist es bekannt, den zur Schaumerzeugung vorgesehenen Behälter mit einer Fritte zu versehen, durch die das Gas in die Schaummittellösung eingepresst werden kann.
Die Durchführung des Verfahrens mit Hilfe dieser Vorrichtungen erfordert einen verhältnismässig grossen Raumaufwand und die Vorrichtungen zudem einen ebenfalls aufwendigen mechanischen Antrieb.
Die Schaumstofferzeugung an beliebigen Stellen ist daher erschwert, so dass diese Geräte meistens nur stationär zur Anwendung gelangen.
Weiterhin wurde vorgeschlagen, Schaummittellösung und Harzlösung getrennt, mit unter Druck st- henden Gasen zu zerstäuben und dann diese Zerstäubungsprodukte zusammenzuführen.
Bei einer anderen Ausführungsform wird zur Bereitung des Schaumes die Schaummittellösung in einen mit Glaskugeln gefüllten Aufschäumungsraum eingestäubt und in den so erzeugten Schaum dann in einer nachgeschalteten Mischkammer die Harzlösung eingedüst.
Die für diese Verfahren notwendigen Apparaturen sind zwar handlicher, ihre Leistung und die physikalischen Eigenschaften der erzeugten Schaumstoffe, insbesondere die Dichte, werden jedoch durch die Abmessungen der Zerstäubungsdüsen festgelegt und sind nur in engen Grenzen variabel. Für Leistungsänderungen müssen die Düsensätze ausgewechselt werden. Weiterhin sind diese Vorrichtungen wegen der kleinen Düsenbohrungen, die für eine gute Zerstäubung zwangsläufig erforderlich sind, störungsanfällig. So können z. B. durch nicht ausgetra- gene, ausgehärtete Schaumstoffreste oder Verunreinigungen in den Ausgangskomponenten Störungen hervorgerufen werden, die eine zeitraubende Reinigung der Vorrichtung erfordern.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein besonders vorteilhaftes Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung.
Bei diesem Verfahren werden ebenfalls Kunstharzschaumstoffe aus Lösungen härtbarer Kunstharze durch Vermischen eines Schaum es aus einer mit einem Druckgas aufgeschäumten Schaummittellösung mit einer Kunstharzlösung und Härten des entstandenen Kunstharzschaumes hergestellt. Es wird jedoch erfindungsgemäss zur Schaumerzeugung einem rohrförmigen Gefäss an dessen Eingangsseite axial eine Schaummittellösung und tangential ein Druckgas zugeführt und in den so erzeugten Schaum, in einem dem rohrförmigen Gefäss an seiner in ihrem Durchmesser reduzierten Ausigangsseite nachgeschalteten Rohr, nahe dem Rohrende, eine Kunstharzlösung eingebracht.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch ein rohrförmiges Gefäss zur Bereitung des Schaumes aus der Schaummittellösung, an dessen Eingangs seite eine tangentiale Zuführung für Druckgas und eine axiale Zuführung für Schaummittellösung angebracht sind und an dessen im Durchmesser reduzierten Ausgangsseite sich ein vorzugsweise schraubenlinienförmig gewickeltes Rohr befindet, das nahe dem Rohrende mit einer Zuführung für Kunstharzlösung in den Schaum ausgestattet ist. Gegebenenfalls sind im verjüngten Teil des rohrförmigen Gefässes Einbauten wie z. B. Leitbleche, Lochscheiben oder grobmaschige Siebe angebracht, die die im Gefäss vorwiegend vorhandene Drehströmung des Schaumes in eine vorwiegend achsparallele Strömung in dem nachgeschalteten Rohr umwandeln.
Des weiteren kann das dem rohrförmigen Gefäss nachgeschaltete Rohr gegen Rohrstücke anderer Länge bzw. Windungszahl ausgetauscht werden.
Mit diesem Verfahren und der Vorrichtung können Kunstharzschaumstoffe in - in der Zeiteinheit wechselnden Mengen und unterschiedlicher Dichte kontinuierlich, auch direkt am Orte ihrer nachfolgenden Verwendung hergestellt werden.
Nachfolgend ist das Verfahren und die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäss der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Das dem Gefäss (1) bei (2) tangential zugeführte Gas erzeugt in Achsnähe des Gefässes eine Unterdruckzone. Die in diese Zone durch die Zuführung (3) axial eingebrachte, z. B. mit einer Pumpe eindosierte, gegebenenfalls den Härter für die Kunstharzlösung enthaltende Schaummittellösung wird von dem kreisförmig an der Wandung des Gefässes entlang strömenden Gas erfasst und infolge der durch die unterschiedlichen tangentialen und axialen Strömungsgeschwindigkeiten der Komponenten bedingten Wirbelbildung in einen groben Schaum übergeführt.
Durch die Verjüngung am Ende des Gefässes und die gegebenenfalls dort angebrachten achsparallelen Leitbleche u. dgl. (6) wird die Rotationsbewegung des groben Schaumes unterbunden und weitgehend in eine axial gerichtete Bewegung umgewandelt. In dem nachgeschalteten, zweckmässig schraubenlinienförmig gewundenen Rohr (4) wird der grobe Schaum in einen feinporigen Schaum übergeführt. Kurz vor Austritt aus dem Rohr, dessen Länge entsprechend der gewünschten Volumendichte des Schaumstoffes gewählt werden kann, wird dem Schaum die Kunstharzlösung durch die Leitung (5) zugeführt. Diese kann, z. B. ohne oder unter Mitverwendung eines Gases in den Schaum eingestäubt, eingepumpt oder in anderer Weise eindosiert werden. Die Kunstharzlösung vennischt sich schnell mit dem Schaum und dieser wird durch die sofort einsetzende Härtung des Kunstharzes zunehmend verfestigt.
Der so hergestellte, noch nicht ausgehärtete Schaumstoff kann durch einen am Ende der Rohrstrecke angeschlossenen Schlauch (7) unmittelbar der vorgesehenen Verwendung zugeführt werden.
Gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen bietet diese neue Art der Schaumstoffherstellung wesentliche Vorteile. Die zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Apparatur ist klein, leicht transportabel und ermöglicht dennoch die Herstellung sehr grosser Schaumstoffmengen. Eine aus Kunststoff, z. B. Polyvinylchlorid oder Polyäthylen, gebaute derartige Vorrichtung, mit der bis zu 20 m3 Schaumstoff in der Stunde erzeugt werden können, besitzt nur ein Gewicht von ca. 9 kg. Die Vorrichtung ist wartungsfrei, da sie keine dem Verschleiss unterworfenen beweglichen Teile, z. B. Rührer, enthält.
Sie ist nicht mit feinen Düsen oder sontigen zum Verstopfen neigenden Einbauten versehen. Die in der Zeiteinheit nach diesem Verfahren zu erzeugende Schaumstoffmenge ist, ohne dass Teile des Geräts ausgewechselt werden müssen, lediglich durch Änderung der zudosierten Rohstoffmengen, in weiten Grenzen variabel. Ebenso kann nach diesem Verfahren die Dichte des erzeugten Schaumstoffes durch geeignete Wahl der nachgeschalteten Rohrstrecke sowie durch Variation der zugeführten Mengen Gas und Kunstharzlösung in starkem Masse beeinflusst werden.
Schaummittellösungen im Sinne der Erfindung sind die Lösungen üblicher zur Schaumerzeugung geeigneter Substanzen, z. B. Lösungen von Alkoholsulfonaten. Diesen Lösungen kann gegebenenfalls ein üblicher Härter für das Kunstharz zugesetzt werden, z. B. eine organische oder anorganische Säure. Zum Aufschäumen der Schaummittellösung gelangt in den meisten Fällen Druckluft zur Anwendung. Jedoch können auch andere Gase als Luft verwendet werden, z. B. Gase, die den erzeugten Schaumstoffen eine sts rilisierende Wirkung verleihen. Geeignete Kunstharzlösungen sind z. B. die wässrigen Lösungen von Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten oder Melamin Formaldehyd-Kondensaten, jedoch können auch Lösungen von Mischungen davon zur Anwendung gelangen.
Die erfindungsgemäss hergestellten Kunstharzschaumstoffe können für die verschiedenartigsten an sich bekannten Anwendungszwecke herangezogen werden, z. B. zur Herstellung von Blöcken, Platten und sonstigen Formkörpern für Verpackungen oder als Torfersatz.
Die Vorrichtung kann anhand der im folgenden wiedergegebenen Tabellen, welche die Abhängigkeit der Dichte der nach dem Verfahren hergestellten Schaumstoffe von der Länge des dem Gefäss zur Schaumerzeugung nachgeschalteten Rohrstückes und in Abhängigkeit von der zugeführten Gasmenge aufzeigen, ohne weiteres verschieden ausgelegt werden (Tabelle I und II). Tabelle III gibt zusätzlich einen Überblick der Variationsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Verfahrens. Zur Anwendung gelangten eine handelsübliche Harnstoff-Formaldehydlö- sung, die 380 g Feststoff im Liter enthält und der gegebenenfalls noch 50 bis 250 g Harnstoff sowie ein üblicher Härter für das Kunstharz zugesetzt worden waren. Als Schaummittellösung wurde eine handels übliche Schaummittellösung verwendet.
Die für diese Versuche benutzte Ausführungsform des Gerätes hatte folgende Abmessungen: (Zahlenangaben in mm)
Länge des rohrförmigen Gefässes zur Schaumerzeugung (1) 330
Lichte Weite des Gefässes 70
Lichte Weite der Zuführung für die Schaummittellösung (3) 4
Lichte Weite der Zuführung für das Druckgas (2) 10
Lichte Weite des nachgeschalteten Rohres (4) 40 Äusserer Durchmesser einer Rohrwindung 246
Lichte Weite der Zuführung für die Kunstharzlösung (5) 6
Tabelle I
Dichte des Schaumstoffes in Abhängigkeit von der Länge des dem Gefäss zur Schaumerzeugung nachgeschalteten Rohrstückes.
Belast. 6,61trum Schaummittellösung
9,3 ltr/m Kunstharzlösung
28 m3/h Pressluft
Länge Gewicht des Dichte des des Rohres Windungs- Schaumstoffes Schaumstoffes in m zahl in kg/m3 in g/cm3
1 25 0,025
2 3 21 0,021
3 18 0,018
4 6 16 0,016
5 14 0,014
6 9 13 0,013
Tabelle II
Dichte des Schaumstoffes in Abhängigkeit von der zugeführten Gasmenge. Nachgeschaltete Rohr länge 6 m.
Belastung 6,61tr/min Schaummittellösung 9,41tr/min Kunstharzlösung
Gewicht des Dichte des Pressluft Schaumstoffes Schaumstoffes in Nm3/h in kg/ms in g/cm3
15 16 0,016
16 15 0,015
18 13,5 0,0135
20 12,5 0,0125
22 12 0,012
26 11 0,011
30 10,5 0,0105
Tabelle III Wechselnde Belastung der Apparatur Nachgeschaltete Rohrlänge 6 m.
EMI3.1
<tb>
Zugeführte
<tb> <SEP> 6,5 <SEP> 9,5 <SEP> 28 <SEP> 32 <SEP> 11
<tb> <SEP> in <SEP> 1/min.
<tb>
<SEP> Zugeführte
<tb> <SEP> Kunstharzlösung
<tb> <SEP> in <SEP> 1/min.
<tb>
<SEP> Zugeführte
<tb> <SEP> Pressioft
<tb> <SEP> in <SEP> Nm3/h
<tb> <SEP> Erzeugte
<tb> <SEP> Schaumstoffmenge
<tb> <SEP> inm3/h
<tb> <SEP> Gewicht <SEP> des
<tb> <SEP> Schaumstoffes
<tb> <SEP> in <SEP> kg/m3
<tb>
Method and device for the continuous production of synthetic resin foams
The invention relates to a method for producing synthetic resin foams from solutions of curable synthetic resins by mixing a foam from a foaming agent solution foamed with a compressed gas with a synthetic resin solution and hardening the synthetic resin foam and a device for carrying out the method.
It is known to produce synthetic resin foams by first converting a foam agent solution, which may optionally contain a hardener for the synthetic resin, into a foam and then adding the synthetic resin solution to this foam.
Devices of the most varied types which allow this method to be carried out continuously have also become known. A common apparatus consists e.g. B. from a stirred tank closed on one side into which a foaming agent solution mixed with a hardener for the synthetic resin can be injected by means of a compressed gas and converted into a foam by vigorous stirring. The synthetic resin solution is then fed to this foam at a point approaching the container outlet. Modifications of this device are z. B. equipped with two separate stirred tanks, the foam is generated in the first tank and the synthetic resin solution is added to this in a second tank. It is also known to provide the container provided for foam generation with a frit through which the gas can be pressed into the foam agent solution.
Carrying out the method with the aid of these devices requires a relatively large amount of space and the devices also require a mechanical drive that is also complex.
The production of foam at any point is therefore more difficult, so that these devices are mostly only used in a stationary manner.
It has also been proposed that the foam solution and resin solution be atomized separately with pressurized gases and then these atomization products be brought together.
In another embodiment, to prepare the foam, the foaming agent solution is dusted into a foaming space filled with glass spheres and the resin solution is then injected into the foam thus produced in a downstream mixing chamber.
The equipment required for this process is more manageable, but its performance and the physical properties of the foams produced, in particular the density, are determined by the dimensions of the atomizing nozzles and can only be varied within narrow limits. The nozzle sets must be exchanged for changes in performance. Furthermore, these devices are prone to failure because of the small nozzle bores that are inevitably required for good atomization. So z. For example, malfunctions can be caused by cured foam residues or impurities in the starting components which require time-consuming cleaning of the device.
The present invention relates to a particularly advantageous method and an apparatus for carrying it out.
In this process, synthetic resin foams are also produced from solutions of curable synthetic resins by mixing a foam from a foaming agent solution foamed with a compressed gas with a synthetic resin solution and curing the resulting synthetic resin foam. According to the invention, however, a foaming agent solution is fed axially to the inlet side of a tubular vessel and a compressed gas tangentially and a synthetic resin solution is introduced into the foam thus generated in a pipe downstream of the pipe-shaped vessel on its diameter-reduced exit side, near the pipe end.
The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, which is characterized by a tubular vessel for preparing the foam from the foaming agent solution, at the inlet side of which a tangential feed for compressed gas and an axial feed for foaming agent solution are attached and at its diameter Reduced output side is a preferably helically wound pipe, which is equipped near the pipe end with a feed for synthetic resin solution in the foam. If necessary, built-in components such as, for example, are in the tapered part of the tubular vessel. B. baffles, perforated disks or large-meshed screens are attached, which convert the predominantly existing rotary flow of foam in the vessel into a predominantly axially parallel flow in the downstream pipe.
Furthermore, the pipe connected downstream of the tubular vessel can be exchanged for pipe sections of a different length or number of turns.
With this method and the device, synthetic resin foams can be produced continuously in quantities that change over time and with different densities, even directly at the place of their subsequent use.
The method and the mode of operation of the device according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
The gas tangentially supplied to the vessel (1) at (2) generates a negative pressure zone near the axis of the vessel. The axially introduced into this zone through the feed (3), e.g. B. dosed with a pump, possibly containing the hardener for the synthetic resin solution foaming agent solution is captured by the circular gas flowing along the wall of the vessel and converted into a coarse foam due to the vortex formation caused by the different tangential and axial flow velocities of the components.
Due to the taper at the end of the vessel and the axially parallel baffles u. Like. (6) the rotational movement of the coarse foam is prevented and largely converted into an axially directed movement. The coarse foam is converted into a fine-pored foam in the pipe (4), which is expediently wound in a helical manner. Shortly before it emerges from the pipe, the length of which can be selected according to the desired volume density of the foam, the synthetic resin solution is fed to the foam through the line (5). This can, for. B. be dusted, pumped in or metered in in some other way without or with the use of a gas. The synthetic resin solution quickly mixes with the foam and this is increasingly solidified by the immediate hardening of the synthetic resin.
The not yet cured foam produced in this way can be used directly for the intended use through a hose (7) connected to the end of the pipe section.
Compared to known methods and devices, this new type of foam production offers significant advantages. The apparatus which is particularly suitable for carrying out the process is small, easily transportable and nevertheless enables very large amounts of foam to be produced. One made of plastic, e.g. B. polyvinyl chloride or polyethylene, such a device built, with which up to 20 m3 of foam can be produced per hour, has a weight of only about 9 kg. The device is maintenance-free since it does not have any moving parts subject to wear, e.g. B. stirrer contains.
It is not provided with fine nozzles or other fixtures that tend to clog. The amount of foam to be produced in the unit of time according to this method can be varied within wide limits, without having to replace parts of the device, merely by changing the amount of raw material added. According to this method, the density of the foam produced can also be influenced to a large extent by a suitable choice of the downstream pipe section and by varying the quantities of gas and synthetic resin solution supplied.
Foam solutions for the purposes of the invention are the solutions of conventional substances suitable for foam generation, e.g. B. Solutions of alcohol sulfonates. A customary hardener for the synthetic resin can optionally be added to these solutions, e.g. B. an organic or inorganic acid. In most cases, compressed air is used to foam the foam concentrate solution. However, gases other than air can also be used, e.g. B. Gases that give the foams produced a sts rilizing effect. Suitable synthetic resin solutions are e.g. B. the aqueous solutions of urea-formaldehyde condensates or melamine-formaldehyde condensates, but solutions of mixtures thereof can also be used.
The synthetic resin foams produced according to the invention can be used for a wide variety of known applications, e.g. B. for the production of blocks, plates and other moldings for packaging or as a peat substitute.
The device can easily be designed differently on the basis of the tables reproduced below, which show the dependence of the density of the foams produced by the process on the length of the pipe section downstream of the vessel for foam generation and depending on the amount of gas supplied (Tables I and II ). Table III also gives an overview of the possible variations of the method according to the invention. A commercially available urea-formaldehyde solution was used which contains 380 g of solids per liter and to which 50 to 250 g of urea and a customary hardener for the synthetic resin had optionally been added. A commercially available foam concentrate solution was used as the foam concentrate solution.
The embodiment of the device used for these experiments had the following dimensions: (Numbers in mm)
Length of the tubular vessel for foam generation (1) 330
Inside width of the vessel 70
Clear width of the feed for the foam concentrate solution (3) 4
Clearance of the feed for the compressed gas (2) 10
Inside diameter of the downstream pipe (4) 40 Outer diameter of a pipe turn 246
Clear width of the feed for the synthetic resin solution (5) 6
Table I.
Density of the foam as a function of the length of the pipe section downstream of the foam generation vessel.
Burden 6.61trum foam solution
9.3 ltr / m synthetic resin solution
28 m3 / h compressed air
Length Weight of the density of the pipe winding foam foam in m number in kg / m3 in g / cm3
1 25 0.025
2 3 21 0.021
3 18 0.018
4 6 16 0.016
5 14 0.014
6 9 13 0.013
Table II
Density of the foam as a function of the amount of gas supplied. Downstream pipe length 6 m.
Load 6.61tr / min foam concentrate solution 9.41tr / min synthetic resin solution
Weight of the density of the compressed air foam foam in Nm3 / h in kg / ms in g / cm3
15 16 0.016
16 15 0.015
18 13.5 0.0135
20 12.5 0.0125
22 12 0.012
26 11 0.011
30 10.5 0.0105
Table III Alternating loading of the apparatus Downstream pipe length 6 m.
EMI3.1
<tb>
Supplied
<tb> <SEP> 6.5 <SEP> 9.5 <SEP> 28 <SEP> 32 <SEP> 11
<tb> <SEP> in <SEP> 1 / min.
<tb>
<SEP> Supplied
<tb> <SEP> synthetic resin solution
<tb> <SEP> in <SEP> 1 / min.
<tb>
<SEP> Supplied
<tb> <SEP> Pressioft
<tb> <SEP> in <SEP> Nm3 / h
<tb> <SEP> Generated
<tb> <SEP> amount of foam
<tb> <SEP> inm3 / h
<tb> <SEP> Weight <SEP> des
<tb> <SEP> foam
<tb> <SEP> in <SEP> kg / m3
<tb>