Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Schaumstoffen aus härtbaren synthetischen Harzen
Es ist bekannt, Schaumstoffe aus härtbaren synthetischen Harzen durch Vermischen der Lösung eines Harzes, z. B. eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensa- tes, und einer aufgeschäumten Schaummittellösung unter Härten der entstandenen Mischung herzustellen.
So hat sich in die Technik eine Verfahrensweise eingeführt, bei der man zunächst eine Lösung des Schaummittels, die gegebenenfalls einen Härter enthalten kann, in einen Schaum überführt und diesen Schaum danach mit der Lösung des synthetischen Harzes mischt. Es sind verschiedene Vorrichtungen bekannt geworden zur Herstellung von schaumförmigen Harzen nach dem genannten Verfahren. Eine gebräuchliche Apparatur besteht z. B. aus einem einseitig geschlossenen Rührbehälter, in den eine mit Schaummittel und Härtern versetzte Lösung eingebracht wird, die durch kräftiges Rühren in einen Schaum übergeführt wird.
Diesem Schaum wird dann an einem in der Nähe der Behälteraustrittsöffnung angeordneten Einlassventil eine Lösung des synthetischen Harzes zugeführt. Eine Abwandlung einer solchen Vorrichtung ist z. B. mit zwei getrennten Rührbehältern ausgestattet, wobei in dem ersten Behälter der Schaum erzeugt und in einem zweiten Behälter die Lösung des synthetischen Harzes zugesetzt wird. Nach solchen Verfahren und mit den genannten Vorrichtungen werden vor allem Schaumstoffe auf der Grundlage von Harnstoff-Formaldehyd- Kondensaten hergestellt. Die unter Anwendung der genannten Vorrichtungen ausgeführten Verfahren haben einen beträchtlichen Nachteil. Es hat sich gezeigt, dass sich an den Wandungen der Mischbehälter, an den Harzeintrittsöffnungen sowie an den Austragsrohren für den fertigen Schaum Harzreste ablagern.
Die Ursache ist vor allem in der ungleichmässigen Verteilung der Harze in den Schaumlösungen zu suchen.
Infolge dieser Ablagerungen verringert sich der wirksame Querschnitt in den Einbring- und Austrittsöffnungen sowie in den Mischgefässen, so dass die Dosierung von Harz und Schaum ungenau wird. Zudem wird der Schaum durch gelegentlich abplatzende Harzbzw. Schaumkrusten aus gehärtetem Harz durchsetzt, so dass ein inhomogenes Endprodukt entsteht. Es ist dauer erforderlich, derartige Vorrichtangen öfter zu rei nigen, so dass die bisher gebräuchlichen Verfahren umständlich sind.
Nach einem neueren Vorschlag soll die wässrige Lösung eines Schaummittels und die Lösung eines Harnstoffharzes in ein Gehäuse eingeleitet werden, in dem sich mehrere einseitig gelagerte Scheiben bewegen.
Die auf die Scheiben aufgespritzte Harzlösung wird infolge der Fliehkraft gegen die Innenwand des Gehäuses hinbefördert, an der die wässrige Schaumlösung eingebracht wird. Hierbei mischt sich Schaum und Harz, so dass der entstandene Kunstharzschaum an der Seite des Gehäuses, die der Antriebswelle für die bewegte Scheibe gegenüberliegt, abgezogen werden kann. Derartige Apparaturen sind mit Vorrichtungen zum Abkratzen sich absetzender Harzreste versehen. Ein solches Mischverfahren arbeitet technisch aufwendig, so dass es sich nicht in die Praxis eingeführt hat.
Gegenstand der Erfindung ist ein besonders vorteilhaft arbeitendes Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Schaumstoffen aus härtbaren synthetischen Harzen. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zu dieser Herstellung von Schaumstoffen aus härtbaren synthetischen Harzen durch Verschäumen von wässrigen Lösungen eines Schaummittels und Mischen des erhaltenen, Härtungsmittel enthaltenden Schaumes mit einer wässrigen Lösung des härtbaren synthetischen Harzes in einer Vormisch- und einer Hauptmischzone und Austragen des Schaumstoffes aus der Mischzone und Härten des Schaumstoffes wird so vorgegangen, dass man den Schaum durch ein zylindrisches Rohr fördert und konzentrisch in diesem Rohr in Bewegungsrichtung des Schaumes die Lösung des Harzes unter Druck einbringt,
wobei die grösste Querschnittsfläche des Harzstrahles kleiner als die Querschnittsfläche der Rohrleitung ist und wobei die Strecke zwischen dem Einbringen Ides Harzes und dem Eintreten des Gemisches in die Mischzone nicht länger als das eins- bis zweifache des Durchmessers der Rohrleitung ist, das mit Schaum so vorgemischte Harz in eine Hauptmischzone eintreten lässt, wo beide Komponenten in der gesamten Hauptmischzone ständig bewegt werden und den erhaltenen Schaumstoff aus der Hauptmischzone austrägt.
Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von Schaumstoffen aus synthetischen härtbaren Harzen.
Darunter sind z. B. Aminoplast- und Phenoplastharze zu verstehen, die vorteilhaft in wässriger Lösung verarbeitet werden. Besonders vorteilhaft arbeitet das Verfahren zum Verschäumen von wässrigen Lösungen von Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten. Es werden dabei sogenannte Vorkondensate verwendet, die mit Hilfe von Härtungsmitteln zu vernetzten Produkten verhärtet werden können. Für die Harnstoffharze eignen sich als Härter Säuren und unter der Einwirkung von Formaldehyd säurebildende Verbindungen.
Die Harze sollen mit einem Schaum gemischt werden, der durch Verschäumen einer wässrigen Lösung eines Schaummittels erhalten wurde. Zur Schaumerzeugung eignen sich die hierfür üblichen Substanzen, z. B. Fettalkoholsulfate mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen in der Kette, oxäthylierte Sulfate von Alkoholen, Alkylbenzosulfate und Alkylphenolen. Die Lösungen können gegebenenfalls die üblichen Härter für die synthetischen Harze enthalten. Die Schaummittellösung wird vorteilhaft durch Einwirken von Druckluft in die Lösung aufgeschäumt. Es können jedoch auch andere Gase als Luft zum Verschäumen der Schaummittellösung verwendet werden.
Besonders vorteilhaft verschäumt man die Lösungen, indem man sie in ein zylinderförmiges Gefäss mit angeschlossenem langem Rohr axial einleitet und tangential in das zylinderförmige Gefäss ein Gas unter Druck zuführt und den so erhaltenen Schaum aus dem Rohr abzieht.
Zum Vormischen des Schaumes mit dem Harz wird der Schaum durch ein zylindrisches Rohr gefördert, in das konzentrisch die Harzlösung in Bewegungsrichtung des Schaumes unter Druck eingeführt wird. Die grösste Querschnittsfläche des eingebrachten Harzstrahles soll kleiner als die Querschnittsfläche der Rohrleitung sein. Zvieckmässig beträgt die grösste Querschnittsfläche des Harzstrahles etwa 75 bis 80 0/o des Rohrquerschnitts. Das in die Rohrleitung einströmende Harz kann also an keiner Stelle die Wandung berühren. Somit wird vermieden, dass sich Harzteile an den Wänden des Rohres absetzen.
Nach einer besonders vorteilhaft arbeitenden Ausführungsform des Verfahrens wird das Harz und die Pressluft tangential in eine Leitung eingebracht und vermischt, die an ihrem Ende eine Austrittsöffnung hat, deren Durchmesser kleiner als der Leitungsdurchmesser ist. Besonders vorteilhaft arbeitet das Verfahren, wenn das Gemisch von Harz und Luft mit der gleichen oder nahezu gleichen Strömungsgeschwindigkeit aus der Austritts öffnung in den Schaumstrom eingebracht wird, mit der sich der Schaum durch das Rohrstück bewegt. Unter annähernd gleicher Geschwindigkeit von Harz- und Schaumstrom sollen Unterschiede innerhalb eines Bereiches von t 10 bis 25 O/o der Strömungsgeschwindigkeiten verstanden werden.
Der mit härtbaren synthetischen Harzen vorge mischte Schaum wird in eine Hauptniischzone einem bracht. Hierin soll das Gemisch derart gerührt werden, dass es über der gesamten Mischzone ständig mechanisch bewegt wird. Das heisst also, die Komponenten sind an jeder Stelle der Mischzone in Bewegung, so dass sie sich nicht ablagern können.
Der mit den härtbaren synthetischen Harzen gemischte Schaum wird, bevor er ausgehärtet ist, aus den Mischzonen ausgetragen. Die Erhärtung erfolgt erst nach dem Verlassen der Mischzonen. Es ist dafür Sorge zu tragen, durch geeignete Auswahl der Härtungsmittel, dass die Härtungsgeschwindigkeit grösser als die Verweilzeit des Schaumes in den Mischzonen ist.
Eine zweckmässige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist beispielhaft in der Figur wiedergegeben. Sie besteht aus einem Rohr 1 zum Vormischen des wässrigen Schaumes mit der wässrigen Lösung des synthetischen härtbaren Harzes. In diesem Rohr ist konzentrisch eine Leitung 2 zum Einbringen der Harzlösung, gegebenenfalls mit Pressluft, angeordnet. Die Querschnittsfläche dieser konzentrisch angeordneten Leitung 2 verhält sich zur Querschnittsfläche des Vormischrohres 1 zwecl:mässig wie 1:2 bis 1:4. Über der Austrittsöffnung der Leitung 2 ist in das Rohr 1 ein Rohr 3 angeordnet, durch das die aufgeschäumte Schaummittellösung in das Rohr 1 eingebracht wird.
Der Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Leitung 2 und dem Rohr 3 beträgt vorteilhaft das zehnbis fünfzehnfache des Durchmessers der Leitung 2.
Das Ende der Leitung 2 hat vorteilhaft eine Verengung, die aus einem dünnwandigen Rohr 4 besteht, dessen innerer Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Leitung 2 ist. Am Kopf der Leitung 2 sind zwei tangentiale Stützen für das Einbringen von Harz 11 und von Pressluft 12 angeordnet. Das Mischrohr 1 ist an dem einen Ende eines zylindrischen Mischgefässes 5 in radialer Richtung angeordnet. Der Abstand zwischen dem Ende der Leitung 2 und der Mantel des Mischgefässes 5 soll vorteilhaft das eins- bis zweifache des Durchmessers des Rohres 1 betragen. In dem zylindrischen Mischgefäss 5 ist konzentrisch eine Rührwelle 6 angeordnet. Diese Welle ist beidseitig in Lagern 7 gelagert. An der Welle 6 sind einarmige Rührarme 8 angeordnet, die vorteilhaft die Länge des halben Durchmessers des Mischgefässes 5 haben. Je zwei Rührarme 8 bilden ein Rührerpaar.
Sie sind um die Breite des Armes und um einen Winkel von 180 Grad gegeneinander versetzt. Jedes Rührerpaar ist gegenüber dem nächstliegenden um 45 Grad versetzt, so dass die Rührarme eine Schraubenlinie bilden. Die Rührarme 8 sind derart angeordnet dass sie den ganzen Raum 1üB- kenlos bis auf ein geringes Spiel an der Mantel fläche und an den Zylinderwänden bestreichen. Besonders vorteilhaft haben sich Rührarme erwiesen, die einen rechteckigen Querschnitt haben. Die Enden der Rührarme sollen vorteilhaft breiter ausgebildet sein als die Schäfte, z. B. schwalbenschwanzförmig. An dem Ende des Mischgefässes 5, das der Eintrittsöffnung des Mischrohres 1 entgegenliegt, ist ein Austrittsstutzen 9 zweckmässig tangential angeordnet.
Aus den Stutzen 9 tritt der fertige Schaum aus und wird durch einen dehnbaren Schlauch 10, der an den Stutzen 9 befestigt ist, abgeleitet.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man mit horizontal angeordneten Mischgefässen 5 arbeitet, deren Länge im Verhältnis zum Durchmesser zwischen 1:1 bis 1:2 liegt. Der Rauminhalt des Mischgefässes 5 beträgt etwa ein Tausendstel bis ein Eintau sendfünfhundertstel der stündlich erzeugten Schaummenge. Die Umfangsgeschwindigkeit der Rührarme 8 soll 12 bis 30 m/sec betragen. Der Schlauch 10 ist vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff hergestellt. Bei einer Drucksteigerung von 0,1 bis 0,5 atü gegenüber dem Druck in der Anlage soll der Schlauch 10 zweckmässig eine Dehnung von 15 bis 25 o/o des Durchmessers erfahren.
Bei der Arbeitsweise mit der oben angegebenen Vorrichtung bilden sich in der Mischzone mehrere zylindrische Abschnitte entsprechend der Anzahl der Rührarme aus. In diesen Abschnitten wird der Schaum in Drehung versetzt, wobei sich vor den Rührarmen eine Druck- und hinter den Rührarmen eine Unter druckzone ausbildet. Infolge der Drehbewegung werden nicht eingemischte Harzanteile bzw. solche Anteile des Schaumes, die mit Harz übersättigt sind, aufgrund ihres relativ höheren spezifischen Gewichts durch die Fliehkraft gegen die Begrenzung der Mischzone befördert. Dort verteilen sich die Harzanteile und gelangen in eine Unterdruckzone des nächsten Abschnittes, so dass sie dort erneut mit dem Schaum vermischt werden.
Es ist erforderlich, die Mischzonen derart auszubilden, dass mindestens 6 bis 8 Abschnitte entstehen, in denen sich Druck und Unterdruckzonen ausbilden.
Meist ist es nicht erforderlich, dass mehr als 12 solcher Abschnitte vorhanden sind.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtung können Schaumstoffe auf der t : Grundlage von synthetischen härtbaren Harzen besonders gleichmässiger Qualität erhalten werden.
Dabei ist es möglich, die Mengen an wässrigen Schaum- und Kunstharzlösungen innerhalb bestimmter Grenzen zu variieren. Die Verhältnisse richten sich nach der gewünschten Dichte des Schaumes.
Es hat sich gezeigt, dass beim Einbringen der Lösung des synthetischen Harzes in den Schaumstrom innerhalb des Mischrohres keine Harzablagerung an den Rohrwänden entstehen. Arbeitet man, wie erfindungsgemäss vorgeschlagen, unter solchen Bedingungen, dass die Strömungsgeschwindigkeit von Harz- und Schaumstoffstrom gleich bzw. annähernd gleich sind, wird die Harzablagerung an der Austrittsöffnung der Leitung 2 bzw. an den Stellen, an denen das Gemisch in die Mischzone eintritt, vermieden. Ebenso günstig sind die Verhältnisse während des Mischens innerhalb der Mischzone sowie beim Ausbringen des erhaltenen Harzschaumes durch einen elastischen Schlauch, der zum Austragen des Schaumes bzw. zum Fördern des Schaumes an die Stelle der Verwendung dient.
Das Verfahren der Erfindung arbeitet insofern vorteilhaft, als keine Störungen eintreten, die auf Harzablagerungen innerhalb der Einbring- und Mischzone zurückzuführen sind. Es ist ein besonderer Vorteil, dass man absolut gleichmässige Schaumstoffe erhält, deren Unterschied in der Qualität innerhalb der Fehlergrenzen liegen, die bei der Dosierung der Ausgangsstoffe entstehen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung garantiert eine Leistung über einen längeren Zeitraum, wobei es nicht erforderlich ist, den Betrieb der Vorrichtung durch etwaige Reinigungsmassnahmen zu unterbrechen. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich daher besonders zur Herstellung grosser Mengen von Schaumstoffen auf der Grundlage synthetischer Harze, wie sie vor allem für Anwendungen in der Landwirtschaft benötigt werden.
Beispiel 1 a) In einer Schaumapparatur, die im Prinzip der in der Figur dargestellten entspricllt, werden in einem Rohr 1 von 40 mm Durchmesser 7,2 Liter einer wässrt- gen Schaummittellösung pro Minute eingebracht. Die Schaummittellösung enthält 1 Gewichtsprozent als Schaummittel sowie 1,5 Gewichtsprozente Phosphorsäure als Härter. In den wässrigen Schaum wird durch eine Leitung 2, deren Durchmesser 20mm beträgt, 13,0 Liter pro Minute einer Lösung eines Harnstoff Formaldehyd-Kondensates eingebracht. Die Lösung enthält 34 Gewichtsprozent des Harnstoff-Formaldehyd-Kondensates (Molverhältnis von Harnstoff:Form- aldehyd wie 1 zu 1,3). Das Ende der Leitung 2 ist in 65 mm Abstand von der Eintrittsöffnung in das zylindrische Mischgefäss 5 angeordnet.
Das Mischgefäss 5 hat einen Durchmesser von 300 mm und eine Länge von 300 mm. Um die Rührwelle 6 sind jeweils um 45 Grad versetzt, vier Rührarmpaare angeordnet. Die Austrittsöffnung 9 hat einen Durchmesser von 50 mm.
Der entstandene Schaumstoff wird durch einen Schlauch 10 aus weich eingestelltem Polyvinylchlorid abgezogen. Die Apparatur liefert etwa 24 cbm Schaumstoff pro Stunde. Die Druckfestigkeit des Schaumstoffes beträgt nach dem Trocknen zwischen 500 und 520 g/qcm. Unter der Druckfestigkeit wird das Gewicht verstanden, das auf einer Fläche von 1 qcm den Schaum von 10 mm eindrückt. Die Messungen werden an Probestücken von 50 mm Kantenlänge vorgenommen. Die Apparatur kann für die Dauer von 12 Stunden betrieben werden. In gleicher Weise können auch Phenol-Formaldehyd-Kondensate verschäumt werden. b) In einer zylindrischen Mischkammer, in der ein Rührer angeordnet ist, werden die gleichen Mengen von wässrigem Schaum und Harnstoff-Formaldehyd Kondensat, wie sie unter a) genannt werden, gemischt.
Der Durchmesser der Mischkammer beträgt 400 mm und die Höhe 900 mm. Um die Rührachse sind in einem Abstand von 50 mm drei Rührflügel angeordnet. Das Harz wird vor dem Eintritt in das Rührgefäss mit dem Schaum gemischt. Die Vorrichtung liefert 6 cbm Schaumstoff pro Stunde.
Es zeigte sich, dass die Mischkammer bereits nach zweistündigem Betrieb stark verschmutzt war, so dass sie gereinigt werden musste. Die Druckfestigkeit des erhaltenen Schaumes betrug 380 bis 420 g/qcm. c) In eine zylindrische Mischkammer von 40 mm Durchmesser und 400 mm Länge wird an einem Ende ein wässriger Schaum, wie unter a) angegeben, einge- bracht. In der Mischkammer wird die Harzlösung derart eingemischt, dass eine turbulente Durchmischung von Harz und Schaum über den ganzen Querschnitt erfolgt.
Der erhaltene Schaum wird am Ende des Gefässes abgezogen und durch einen dickwandigen Schlauch abgeleitet.
Das Gerät erzeugt 6 cbm Schaumstoff pro Stunde.
Die Druckfestigkeit des erhaltenen Schaumes schwankt zwischen 290 und 380 g/qcm.
Nach 11/2-stündigem Betrieb des Gerätes war dieses infolge sich absetzender Harzteile so stark ver schmutzt, dass es gereinigt werden musste.
Beispiel 2
Wie in Beispiel 1 unter a) angegeben, wird in einer Apparatur, wie sie dort beschrieben ist, ein Schaumstoff aus einem Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat hergestellt. Es werden die Umdrehungsgeschwindigkeiten der Rührarme 8 variiert. Wie die untenstehende Tabelle zeigt, erhält man Schaumstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften. Der günstigste Drehbereich liegt zwischen 1000 und 1800 Umdrehungen pro Minute. Dies entspricht einer Umfangsgeschwindigkeit von 15,8 bis 28,5 m/sec.
Die erhaltenen Schäume werden bis auf eine durchschnittliche Teilchengrösse von 5 mm zerkleinert. Es werden die Schüttvolumina ermittelt, die aus einem Liter Schaum entstehen. Je höher das Schüttvolumen ist, desto besser ist die Qualität des Schaumes.
Tabelle Einfluss der Rührerdrehzahl auf Druckfestigkeit und Schüttvolumen von zerkleinertem Schlaum Verweilzeit des Schaumes im Mischgefäss: : 3 Sekunden
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<tb> 1000 <SEP> 15 <SEP> 500 <SEP> kl.
<SEP> Lunker <SEP> 2,45 <SEP> frei
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<tb> 1500 <SEP> 15 <SEP> 550 <SEP> feinporig <SEP> 2,7 <SEP> frei
<tb> 1800 <SEP> 15 <SEP> 502 <SEP> Lunker <SEP> 2,6 <SEP> frei
<tb> 2000 <SEP> 15 <SEP> 500 <SEP> Lunker <SEP> 2,37 <SEP> frei
<tb> Der optimale Drehzahlbereich liegt zwischen 1000 und 18 000 Imin. Das entspricht einer Umfangsgeschwin digkeit von 15,8 bis 28,5 m/sec.
Process and apparatus for the continuous production of foams from curable synthetic resins
It is known to make foams from curable synthetic resins by mixing a solution of a resin, e.g. B. a urea-formaldehyde condensate, and a foamed foam solution with hardening of the resulting mixture.
A procedure has been introduced into technology in which a solution of the foaming agent, which may optionally contain a hardener, is first converted into a foam and this foam is then mixed with the solution of the synthetic resin. Various devices have become known for the production of foam-shaped resins by the process mentioned. A common apparatus consists e.g. B. from a stirred tank closed on one side into which a solution mixed with foaming agent and hardeners is introduced, which is converted into a foam by vigorous stirring.
A solution of the synthetic resin is then fed to this foam at an inlet valve arranged in the vicinity of the container outlet opening. A modification of such a device is, for. B. equipped with two separate stirred tanks, the foam is generated in the first tank and the synthetic resin solution is added in a second tank. According to such methods and with the devices mentioned, foams based on urea-formaldehyde condensates are primarily produced. The methods carried out using the devices mentioned have a considerable disadvantage. It has been shown that resin residues are deposited on the walls of the mixing containers, on the resin inlet openings and on the discharge pipes for the finished foam.
The main reason is to be found in the uneven distribution of the resins in the foam solutions.
As a result of these deposits, the effective cross-section in the inlet and outlet openings and in the mixing vessels is reduced, so that the metering of resin and foam becomes imprecise. In addition, the foam is blocked by occasionally flaking resin or Foam crusts made of hardened resin interspersed, so that an inhomogeneous end product is created. It is always necessary to clean such devices more often, so that the previously common methods are cumbersome.
According to a more recent proposal, the aqueous solution of a foaming agent and the solution of a urea resin are to be introduced into a housing in which several discs mounted on one side move.
As a result of the centrifugal force, the resin solution sprayed onto the panes is carried towards the inner wall of the housing, where the aqueous foam solution is introduced. The foam and resin mix here, so that the resulting synthetic resin foam can be pulled off on the side of the housing that is opposite the drive shaft for the moving disk. Such apparatus are provided with devices for scraping off settling resin residues. Such a mixing process is technically complex, so that it has not been introduced into practice.
The invention relates to a particularly advantageous process for the continuous production of foams from curable synthetic resins. Another object of the invention is a device for performing the method.
For this production of foams from curable synthetic resins by foaming aqueous solutions of a foaming agent and mixing the resulting foam containing curing agent with an aqueous solution of the curable synthetic resin in a premixing and a main mixing zone and discharging the foam from the mixing zone and curing the foam the procedure is such that the foam is conveyed through a cylindrical pipe and the resin solution is introduced under pressure concentrically in this pipe in the direction of movement of the foam,
wherein the largest cross-sectional area of the resin jet is smaller than the cross-sectional area of the pipeline and wherein the distance between the introduction of the resin and the entry of the mixture into the mixing zone is no longer than one to two times the diameter of the pipeline, the resin so premixed with foam can enter a main mixing zone, where both components are constantly moved throughout the main mixing zone and the foam obtained is discharged from the main mixing zone.
The process is suitable for the production of foams from synthetic curable resins.
These include: B. to understand aminoplast and phenoplast resins, which are advantageously processed in aqueous solution. The process for foaming aqueous solutions of urea-formaldehyde condensates works particularly advantageously. So-called precondensates are used, which can be hardened into crosslinked products with the aid of hardening agents. For the urea resins, acids are suitable as hardeners and compounds which form acid under the action of formaldehyde.
The resins are said to be mixed with a foam obtained by foaming an aqueous solution of a foaming agent. The substances customary for this purpose are suitable for producing foam, e.g. B. fatty alcohol sulfates with 8 to 18 carbon atoms in the chain, oxethylated sulfates of alcohols, alkyl benzosulfates and alkylphenols. The solutions can optionally contain the usual hardeners for the synthetic resins. The foam concentrate solution is advantageously foamed into the solution by the action of compressed air. However, gases other than air can also be used to foam the foam concentrate solution.
It is particularly advantageous to foam the solutions by introducing them axially into a cylindrical vessel with a connected long pipe, feeding a gas under pressure tangentially into the cylindrical vessel and drawing the foam thus obtained from the pipe.
To premix the foam with the resin, the foam is conveyed through a cylindrical tube into which the resin solution is introduced under pressure concentrically in the direction of movement of the foam. The largest cross-sectional area of the resin jet introduced should be smaller than the cross-sectional area of the pipeline. The largest cross-sectional area of the resin jet is roughly 75 to 80% of the pipe cross-section. The resin flowing into the pipeline cannot touch the wall at any point. This prevents resin parts from settling on the walls of the pipe.
According to a particularly advantageous embodiment of the method, the resin and the compressed air are introduced and mixed tangentially into a line which has an outlet opening at its end, the diameter of which is smaller than the line diameter. The method works particularly advantageously when the mixture of resin and air is introduced into the foam stream from the outlet opening at the same or almost the same flow rate at which the foam moves through the pipe section. Approximately the same speed of resin and foam flow should be understood to mean differences within a range from t 10 to 25% of the flow speeds.
The foam, pre-mixed with curable synthetic resins, is brought into a main mixing zone. Here, the mixture should be stirred in such a way that it is constantly moved mechanically over the entire mixing zone. This means that the components are in motion at every point in the mixing zone so that they cannot deposit.
The foam mixed with the curable synthetic resins is discharged from the mixing zones before it is cured. The hardening takes place only after leaving the mixing zones. Care must be taken, through a suitable selection of the hardening agents, that the hardening rate is greater than the dwell time of the foam in the mixing zones.
An expedient device for performing the method is shown by way of example in the figure. It consists of a tube 1 for premixing the aqueous foam with the aqueous solution of the synthetic curable resin. A line 2 for introducing the resin solution, optionally with compressed air, is arranged concentrically in this tube. The cross-sectional area of this concentrically arranged line 2 is related to the cross-sectional area of the premixing pipe 1: moderately as 1: 2 to 1: 4. A pipe 3 is arranged in the pipe 1 above the outlet opening of the line 2, through which pipe the foamed foaming agent solution is introduced into the pipe 1.
The distance between the outlet opening of the line 2 and the pipe 3 is advantageously ten to fifteen times the diameter of the line 2.
The end of the line 2 advantageously has a constriction which consists of a thin-walled tube 4, the inner diameter of which is smaller than the diameter of the line 2. Two tangential supports for the introduction of resin 11 and compressed air 12 are arranged at the head of the line 2. The mixing tube 1 is arranged at one end of a cylindrical mixing vessel 5 in the radial direction. The distance between the end of the line 2 and the jacket of the mixing vessel 5 should advantageously be one to two times the diameter of the pipe 1. An agitator shaft 6 is arranged concentrically in the cylindrical mixing vessel 5. This shaft is supported in bearings 7 on both sides. One-armed stirring arms 8 are arranged on the shaft 6 and advantageously have the length of half the diameter of the mixing vessel 5. Two stirring arms 8 each form a pair of stirrers.
They are offset from one another by the width of the arm and an angle of 180 degrees. Each pair of stirrers is offset by 45 degrees from the closest one, so that the stirring arms form a helix. The agitator arms 8 are arranged in such a way that they cover the entire space 1üB- without a slight play on the jacket surface and on the cylinder walls. Mixing arms that have a rectangular cross-section have proven particularly advantageous. The ends of the agitator arms should advantageously be made wider than the shafts, for. B. dovetail shape. At the end of the mixing vessel 5 which is opposite the inlet opening of the mixing tube 1, an outlet connection 9 is expediently arranged tangentially.
The finished foam emerges from the nozzle 9 and is diverted through an expandable hose 10 which is attached to the nozzle 9.
It has proven to be particularly advantageous to work with horizontally arranged mixing vessels 5 whose length in relation to the diameter is between 1: 1 to 1: 2. The volume of the mixing vessel 5 is about one thousandth to one thousandth of the amount of foam produced per hour. The peripheral speed of the agitator arms 8 should be 12 to 30 m / sec. The hose 10 is preferably made of an elastic plastic. With a pressure increase of 0.1 to 0.5 atmospheres relative to the pressure in the system, the hose 10 should expediently experience an expansion of 15 to 25 o / o of the diameter.
When working with the device specified above, several cylindrical sections corresponding to the number of agitator arms are formed in the mixing zone. In these sections the foam is set in rotation, a pressure zone forming in front of the agitator arms and a negative pressure zone behind the agitator arms. As a result of the rotary movement, unmixed resin parts or those parts of the foam that are oversaturated with resin are conveyed against the boundary of the mixing zone by the centrifugal force due to their relatively higher specific weight. There the resin components are distributed and reach a negative pressure zone in the next section, so that they are mixed again with the foam there.
It is necessary to design the mixing zones in such a way that at least 6 to 8 sections are created in which pressure and negative pressure zones develop.
In most cases it is not necessary that there are more than 12 such sections.
With the method according to the invention and the device according to the invention, foams of particularly uniform quality can be obtained on the basis of synthetic curable resins.
It is possible to vary the amounts of aqueous foam and synthetic resin solutions within certain limits. The proportions depend on the desired density of the foam.
It has been shown that when the solution of the synthetic resin is introduced into the foam stream within the mixing tube, no resin deposits occur on the tube walls. If one works, as proposed according to the invention, under such conditions that the flow rate of resin and foam flow are the same or approximately the same, the resin deposit at the outlet opening of line 2 or at the points where the mixture enters the mixing zone, avoided. The conditions during mixing within the mixing zone and when the resin foam obtained is discharged through an elastic hose, which serves to discharge the foam or to convey the foam to the point of use, are just as favorable.
The method of the invention works advantageously in that no disturbances occur which can be attributed to resin deposits within the introduction and mixing zone. It is a particular advantage that absolutely uniform foams are obtained, the difference in quality of which lies within the error limits that arise when the starting materials are metered. The device according to the invention guarantees performance over a longer period of time, whereby it is not necessary to interrupt the operation of the device by any cleaning measures. The method and the device are therefore particularly suitable for the production of large quantities of foams based on synthetic resins, such as those required above all for applications in agriculture.
EXAMPLE 1 a) 7.2 liters of an aqueous foaming agent solution are introduced per minute into a pipe 1 with a diameter of 40 mm in a foam apparatus which in principle corresponds to that shown in the figure. The foam concentrate solution contains 1 percent by weight as foaming agent and 1.5 percent by weight phosphoric acid as hardener. 13.0 liters per minute of a solution of a urea formaldehyde condensate are introduced into the aqueous foam through a line 2, the diameter of which is 20 mm. The solution contains 34 percent by weight of the urea-formaldehyde condensate (molar ratio of urea: formaldehyde as 1 to 1.3). The end of the line 2 is arranged at a distance of 65 mm from the inlet opening into the cylindrical mixing vessel 5.
The mixing vessel 5 has a diameter of 300 mm and a length of 300 mm. Around the agitator shaft 6, four pairs of agitator arms are each offset by 45 degrees. The outlet opening 9 has a diameter of 50 mm.
The resulting foam is drawn off through a hose 10 made of soft polyvinyl chloride. The apparatus delivers about 24 cbm of foam per hour. The compressive strength of the foam after drying is between 500 and 520 g / sq cm. The compressive strength is understood to mean the weight that presses in the foam of 10 mm over an area of 1 square cm. The measurements are made on test pieces with an edge length of 50 mm. The apparatus can be operated for a period of 12 hours. Phenol-formaldehyde condensates can also be foamed in the same way. b) The same amounts of aqueous foam and urea-formaldehyde condensate as mentioned under a) are mixed in a cylindrical mixing chamber in which a stirrer is arranged.
The diameter of the mixing chamber is 400 mm and the height 900 mm. Three agitator blades are arranged around the agitator axis at a distance of 50 mm. The resin is mixed with the foam before entering the stirred vessel. The device delivers 6 cbm of foam per hour.
It was found that the mixing chamber was heavily soiled after just two hours of operation, so that it had to be cleaned. The compressive strength of the foam obtained was 380 to 420 g / qcm. c) In a cylindrical mixing chamber 40 mm in diameter and 400 mm in length, an aqueous foam, as indicated under a), is introduced at one end. The resin solution is mixed in the mixing chamber in such a way that a turbulent mixing of resin and foam takes place over the entire cross section.
The foam obtained is drawn off at the end of the vessel and drained through a thick-walled hose.
The device produces 6 cbm of foam per hour.
The compressive strength of the foam obtained varies between 290 and 380 g / qcm.
After the device had been in operation for 11/2 hours, it was so badly soiled as a result of settling resin parts that it had to be cleaned.
Example 2
As indicated in Example 1 under a), a foam from a urea-formaldehyde condensate is produced in an apparatus as described there. The speeds of rotation of the stirring arms 8 are varied. As the table below shows, foams with different properties are obtained. The best rotation range is between 1000 and 1800 revolutions per minute. This corresponds to a peripheral speed of 15.8 to 28.5 m / sec.
The foams obtained are comminuted to an average particle size of 5 mm. The bulk volumes that arise from one liter of foam are determined. The higher the bulk volume, the better the quality of the foam.
Table Influence of the stirrer speed on compressive strength and bulk volume of crushed slurry Residence time of the foam in the mixing vessel: 3 seconds
EMI4.1
<tb> <SEP> w
<tb> <SEP> bfl <SEP> I
<tb> <SEP> ell <SEP> or similar
<tb> inch
<tb> <SEP> II
<tb> n <SEP> Contamination <SEP> of the <SEP> a8
<tb> <SEP> 425 <SEP> 15 <SEP> 357 <SEP> coarse-pored <SEP> 1.8 <SEP> light <SEP> coating <SEP> on <SEP> shaft <SEP> and <SEP> sash
<tb> <SEP> 600 <SEP> 15 <SEP> 385 <SEP> coarse-pored <SEP> 2.0 <SEP> light <SEP> coating <SEP> on <SEP> shaft <SEP> and <SEP> sash
<tb> <SEP> 860 <SEP> 15 <SEP> 494 <SEP> somewhat <SEP> coarse-pored <SEP> 2.2 <SEP> light <SEP> coating
<tb> 1000 <SEP> 15 <SEP> 500 <SEP> kl.
<SEP> Blowholes <SEP> 2.45 <SEP> free
<tb> 1200 <SEP> 15 <SEP> 540 <SEP> porous <SEP> 2.65 <SEP> free
<tb> 1500 <SEP> 15 <SEP> 550 <SEP> fine-pored <SEP> 2.7 <SEP> free
<tb> 1800 <SEP> 15 <SEP> 502 <SEP> Blowholes <SEP> 2,6 <SEP> free
<tb> 2000 <SEP> 15 <SEP> 500 <SEP> Blowholes <SEP> 2.37 <SEP> free
<tb> The optimal speed range is between 1000 and 18,000 Imin. This corresponds to a circumferential speed of 15.8 to 28.5 m / sec.