CH632446A5

CH632446A5 - Procede et appareil pour la production en continu de mousse de polyurethane.

Info

Publication number: CH632446A5
Application number: CH1036379A
Authority: CH
Inventors: Derk Jan Boon
Original assignee: Reeves Bros Inc
Priority date: 1978-11-20
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1982-10-15
Also published as: IN153400B; NZ192115A; NO793602L; ES492926A0; IT1119506B; ES8102902A1; IT7969240A0; IE48877B1; BE880113A; AR221119A1; AU531575B2; ES486104A1; DE2946396A1; FR2441480A1; BR7907493A; PT70450A; ZA796068B; AU5298179A; MX151491A; NL7908419A

Description

La présente invention concerne un procédé de production en continu de mousse de polyuréthanne coulée de type rigide, semi-rigide ou souple.

La mousse de polyuréthanne est un matériau de plus en plus utilisé dans le bâtiment comme isolation thermique et phonique, et dans l'ameublement pour la fabrication de matelas, de coussins, de rembourrages, etc. La mousse polymérisée est généralement obtenue par coulée dans un moule d'un mélange homogène de constituants réactifs liquides. Le terme de moule désigne aussi bien les moules fixes classiques que les moules translatables ou mobiles pour la coulée continue. La mousse est produite par un dégagement de bulles de gaz à l'intérieur du mélange réactif. Dans certaines compositions de mousses, la réaction isocyanate-alcool dégage suffisamment de gaz, mais dans d'autres il faut ajouter un agent d'expansion mélangé aux constituants réactifs. Le développement des bulles de gaz provoque l'expansion de la mousse qui finit par remplir complètement le moule. La mousse subit initialement une expansion partielle et, au moment de la coulée, le mélange est relativement fluide. Sa viscosité augmente au fur et à mesure de la polymérisation de la matière, et on obtient finalement un bloc de mousse de polyuréthanne ayant la forme intérieure du moule.

Pour fabriquer des blocs de mousse de polyuréthanne de section rectangulaire ou circulaire, on utilise généralement des moules à translation de forme appropriée. Ces moules comprennent généralement un tapis roulant formant le fond du moule et deux parois latérales espacées qui peuvent être fixes ou mobiles à la vitesse du tapis. Les parois latérales et le fond du moule sont généralement recouverts d'une ou plusieurs feuilles de papier kraft, de polyéthylène ou autre. Ces feuilles sont généralement déroulées de bobines et sont entraînées en continu le long de l'auge constituant le moule, à la vitesse du tapis roulant. Le mélange de réactifs liquides est déposé en zigzag sur le fond du moule par un bec verseur qui est animé d'un mouvement de va-et-vient transversal au-dessus du moule. Ensuite, la mousse gonfle et se solidifie en un bloc de section uniforme. Des procédés de fabrication de blocs ayant des sections rectangulaires et circulaires sont décrits dans les brevets des E.-U.A. Nos 3325823, 3325573,3786122 et 3870441.

Ces procédés connus ont cependant pour inconvénient de fournir des blocs de mousse de polyuréthanne dont la hauteur ou le diamètre est insuffisant pour certaines utilisations.

Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient et, à cet effet, l'invention a pour objet le procédé défini dans la revendication 7, pour la mise en œuvre du procédé précité.

L'invention va maintenant être illustrée par plusieurs exemples d'application décrits en regard des dessins annexés.

La fig. 1 est une vue en plan d'un moule pour la production de mousse de polymère.

La fig. 2 est une vue en élévation latérale et en coupe partielle du moule de la fig. 1 et d'une tête mélangeuse classique qui dépose un mélange réactif liquide sur une plaque de coulée plane inclinée d'un certain angle par rapport à l'horizontale.

La fig. 3 est une vue analogue à celle de la fig. 2, mais représentant une plaque de coulée comprenant un pan horizontal suivi d'un pan oblique.

La fig.. 4 illustre une variante de l'appareil de la fig. 1 dans laquelle le mélange réactif produit par la tête mélangeuse passe successivement dans une chambre de préexpansion puis dans un dispositif égalisateur situé en ampnt du moule.

La fig. 4A est une vue frontale du dispositif égalisateur de la fig. 4.

La fig. 5 est une vue en élévation latérale et en coupe partielle d'une modification de l'appareil de la fig. 4, qui utilise une plaque de coulée à deux pans ayant des inclinaisons différentes par rapport au plan horizontal.

La fig. 6 est une vue frontale d'une variante de l'appareil de la fig. 1 dans laquelle le mélange réactif est introduit par-dessous à travers une chambre de préexpansion conique.

La fig. 6A est une vue frontale du dispositif égalisateur, de la chambre de préexpansion et d'une centrifugeuse montée en amont dans l'appareil de la fig. 6.

La fig. 1 représente un appareil 10 de production de blocs de polyuréthanne à partir d'un mélange réactif auto-expansif. Cet

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

appareil fournit normalement des blocs de section rectangulaire, comme décrit dans le brevet des E.-U. A. N° 3325823. On peut cependant modifier l'appareil pour produire des blocs cylindriques, selon les principes du brevet des E.-U.A. N° 3325573. L'appareil de la fig. 1 comporte un tube vertical 11 qui peut être fixe ou mobile transversalement pour étaler les constituants réactifs préalablement mélangés à proximité du sommet d'une zone triangulaire 12. La zone triangulaire 12 forme l'entrée d'un moule 13 à translation continu. Le reste du moule est une auge de forme convenable dont le fond est mobile pour entraîner la mousse de polyuréthanne pendant son expansion et sa polymérisation. Les parois latérales parallèles 15 du moule peuvent être fixes ou mobiles. La partie triangulaire 12 est délimitée par des parois latérales 14 qui divergent et se raccordent aux parois latérales parallèles 15.

On voit sur la fig. 2 que les constituants réactifs sont amenés par des tuyauteries 16,17 à une tête mélangeuse classique 18 dont la sortie est reliée au tube 11 pour déposer le mélange réactif sur une plaque de coulée 19. Le fond du moule est garni d'une feuille souple 20, par exemple un papier kraft, qui se déroule d'une bobine et est entraînée sur la surface 21 d'une tapis roulant 22.

Les parois latérales 14 et 15 du moule sont également revêtues de feuilles souples 23 et 23A de papier kraft ou autre. Les feuilles 23 et 23 A sont guidées entre des rouleaux 24 et sont entraînées le long des parois 14 et 15 à la vitesse du tapis roulant 22. Ces feuilles sont plaquées contre les parois latérales 14 et 15 par la pression de la mousse de polyuréthanne en expansion. En résumé, les feuilles latérales et inférieure délimitent un moule continu de section rectangulaire ou circulaire. Les trois feuilles sont entraînées par des moyens appropriés à une vitesse sensiblement égale à celle du tapis roulant 22.

La plaque de coulée 19, qui peut être plane ou incurvée, fait un angle a par rapport au plan horizontal. Cette inclinaison est de préférence réglable pour s'adapter aux variations de la viscosité du mélange.

Bien que les fig. 1 et 2 illustrent une plaque de coulée sensiblement plane, il peut être intéressant pour certaines applications d'utiliser une plaque à plusieurs pans comme celle de la fig. 3. Chaque pan peut avoir un angle d'inclinaison différent par rapport à l'horizontale. Dans le cas de la fig. 3, la plaque comprend un pan horizontal 25 qui est suivi d'un pan oblique 26 faisant un angle a par rapport à l'horizontale. Cette configuration permet de fabriquer des blocs de mousse de section rectangulaire ou circulaire. On peut évidemment utiliser d'autres formes de plaque de coulée.

La fig. 4 illustre une autre modification de l'appareil de la fig. 1 utilisant une chambre de préexpansion 27 dans laquelle les constituants commencent à réagir avant d'être déposés sur la plaque de coulée 18. La chambre de préexpansion 27 est de type centrifuge, comme décrit dans le brevet des E.-U.A. N° 4158132. On peut utiliser d'autres moyens de préexpansion, par exemple une chambre conique divergente, comme dans le cas des fig. 6 et 6A (voir également le brevet des E.-U.A. N° 4158132). Comme dans le cas de la fig. 1, les constituants réactifs sont amenés par des tuyauteries 16 et 17 à une tête mélangeuse 18 d'où ils ressortent par une tuyauterie 11 qui aboutit à la chambre de préexpansion.

On voit sur la fig. 4 que la chambre de préexpansion 27 comprend un pot centrifuge 29 qui est entraîné en rotation par un moteur électrique 28 et une transmission à courroie 30. Un régulateur 31 permet de faire varier à volonté la vitesse du moteur 28. Ainsi, le mélange réactif qui est introduit dans la chambre centrifuge subit un début d'expansion et de polymérisation.

La chambre de préexpansion peut être pressurisée par une source de gaz sous pression 33 et une tuyauterie 34, pour faciliter l'expulsion du mélange préexpansé 32. Le mélange préexpansé circule dans un flexible 35 jusqu'à une buse 36 qui est disposée au sommet de la zone triangulaire 12 du moule. Plus précisément, la buse 36 est montée au-dessus d'un dispositif égalisateur comprenant un réservoir circulaire 37 et un déversoir 38, comme représenté en détail sur la fig. 4A. La buse 36 peut être fixe ou animée d'un mouvement transversal

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alternatif sur la largeur de la partie triangulaire 12 du moule. Comme indiqué précédemment, la plaque de coulée 19 s'étend jusqu'à la surface 21, de préférence horizontale, du tapis roulant 22. Pour le reste, l'appareil fonctionne de la même manière que celui de la fig 1.

Le réservoir circulaire 37 et le déversoir 38 assurent un étalement uniforme du mélange préexpansé qui s'écoule sur une surface oblique 39 avant de s'étaler sur la plaque de coulée 19.

Dans certaines applications, la plaque de coulée plane 19 de la fig. 4 peut être remplacée par une plaque à plusieurs pans, comme illustré par exemple sur la fig. 5. Dans ce cas, le mélange réactif est reçu de la buse 36 sur un premier pan 40 de la plaque ayant un angle d'inclinaison a! par rapport au plan horizontal. Le reste de la plaque de coulée forme un second pan 41 plus fortement incliné d'un angle <x2. Là encore, on peut évidemment concevoir des plaques de coulée à plusieurs pans ou à courbure continue.

La fig. 6 est une vue frontale d'une modification de l'appareil de la fig. 1. Le mélange réactif est introduit par-dessous, par une chambre de préexpansion 42 de forme conique divergente qui débouche dans le haut de la plaque de coulée 19. Le système d'introduction du mélange préexpansé (voir fig. 6A) est monté sous la plaque 19, et la chambre de préexpansion 42 reçoit le mélange réactif par une tuyauterie 43. Le mélange partiellement expansé sortant de la chambre par un orifice 44 s'écoule dans un réservoir 45 qui est délimité par une paroi en U 46 et un déversoir frontal 47. Le déversoir sert à étaler uniformément le produit sur la feuille 20 de papier kraft, ou autre, qui recouvre la plaque de coulée 19. Comme indiqué précédemment, des feuilles 23 et 23A sont guidées par des rouleaux 24 et 24a le long des parois latérales du moule. Ces trois feuilles se déplacent en continu à la vitesse du tapis roulant 22.

On voit sur la fig. 6A que la chambre de préexpansion 42 est alimentée en mélange réactif par l'intermédiaire d'une centrifugeuse 48.

Selon le procédé de l'invention, un premier constituant A et un second constituant B sont injectés ensemble dans la tête mélangeuse 18. A la sortie de la tête mélangeuse, les deux constituants réactifs intimement mélangés sont soit déposés directement sur la plaque de coulée 19, soit introduits dans la chambre de préexpansion 27 où ils se transforment en un mélange 32 qui est refoulé vers la buse de distribution 36. La tuyauterie 11 et la buse 36 peuvent être fixes ou animées d'un mouvement alternatif transversal. Le mélange est normalement déposé avec un débit constant au sommet de la zone triangulaire 12 du moule 13. La réaction se poursuivant, le mélange se transforme en une mousse de polyuréthanne qui gonfle et se polymérise pendant son transport le long du moule. Le tapis roulant se déplace normalement à la même vitesse constante que les trois feuilles de papier kraft.

Les exemples ci-après illustrent plusieurs applications du procédé de l'invention pour la fabrication de blocs de mousse de polyuréthanne.

Exemple I:

L'appareil utilisé est celui de la fig. 1 avec une tête mélangeuse classique. Les deux constituants réactifs mélangés et déposés dans le moule répondent aux compositions suivantes:

Poids Poids Débit ConstituantA (%) (%) (kg/min)

Polyol Dow CP-3140 (Copolymère 3700 MV d'oxydes d'éthylène et de propylène, fabriqué par la société

Dow Chemical) 65,05 65,05 3,470

Master Batch I:

Polyol Dow CP-3140 32,45 BF-2370 (agent tensioactif au silicone, fabriqué par la société

Goldschmidt Chemical) 0,75

Eau 4,00

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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4

A-l (solution à 70% de bis-(diméthylaminoéthyl)éther dans du dipropylèneglycol, fabriqué par la société Union Carbide)

Master Batch II:

Polyol Dow CP-3140 C-6 (33,33% de T-9) (solution à 33,33% d'octoate stanneux dans du D.O.P., fabriqué par la société Witco Chemical)

Constituant B

0,10

37,30 37,30 3,470

2,50

Dans ce cas, le débit de mélange réactif est de 7 kg/min et la vitesse du tapis roulant est de 104 cm/min. On obtient un bloc de mousse de haute qualité ayant une section rectangulaire et une hauteur de 40,4 cm. Le rapport de la vitesse du tapis et de la hauteur s du produit est d'environ 2,6.

Exemple III:

Un bloc de mousse de polyuréthanne est coulé en continu en io utilisant un pot centrifuge de préexpansion semblable à celui de la fig. 4. Les constituants réactifs ont les compositions suivantes :

0,75 3,25

3,25 0,173

TD-80 (diisocyanate de toluène avec un rapport d'isomères 2,4/2,6 de 80/20, fabriqué par Mobay Chemical)

50,00

50,00 2,667

155,60 8,300

Constituant A

Poids

(%)

Polyol Dow CP-3140

Master Batch I:

Polyol Dow CP-3140 BF-2370 Eau A-l

Master Batch II: Polyol Dow CP-3140 C-6 (33,33% de T-9)

Constituant B

77,13 77,13 3,470

20,37 0,75 4,00 0,10

25,22 25,22 1,135

2,50 0,75

3,25

3,25 0,146

TD-80

50,00

50,00 2,249

Constituant A

Poids (%)

Poids Débit (%) (kg/min)

Les ingrédients du constituant A, qui contient le polyol, sont préalablement mélangés et sont injectés ensemble dans la tête mélangeuse 18. Le constituant B, qui contient le diisocyanate de toluène, est injecté séparément dans la tête où le mélange se produit à la température ambiante. Le débit global de mélange réactif est de 8,3 kg/min. Ce mélange est déposé à débit constant près du sommet de la partie triangulaire du moule. Les parois latérales de la partie triangulaire ont une longueur de 112 cm et sont espacées de 63,5 cm à l'endroit où elles se raccordent aux parois latérales parallèles. L'ouverture de ces parois latérales divergentes est de l'ordre de 33°. Le mélange en expansion s'écoule le long d'une plaque à deux pans semblable à celle de la fig. 3. Le premier pan est horizontal et le second fait un angle de 17° avec l'horizontale.

La plaque de coulée 19 se termine à proximité d'un tapis roulant à mouvement continu qui monte de 3° par rapport à l'horizontale et dont la vitesse est 130 cm/min. Le fond et les parois latérales du moule sont revêtus de feuilles de papier kraft qui se déplacent *à la même vitesse que le tapis roulant. On obtient un bloc de mousse de polyuréthanne, de section rectangulaire, ayant une densité d'environ 80 kg/m3 et une hauteur de 48,8 cm. Le rapport de la vitesse du tapis roulant à la hauteur du produit est de l'ordre de 2,7.

Exemple II:

L'appareil est le même que dans l'exemple I, mais on utilise un débit réduit et des produits réactifs de compositions différentes.

Polyol Dow CP-3140

Master Batch I:

Polyol Dow CP-3140 BF-2370 20 Eau A-5

Master Batch II: Polyol Dow CP-3140 25 C-6 (33,33% de T-9)

75,00 75,00 7,160

22,50 0,80 4,00 0,03

27,33 27,33 2,609

2,50 0,57

3,07

3,07 0,293

Constituant B

30 TD-80

50,00

50,00 4,773

155,40 14,835

35

45

Poids Débit (%) (kg/min)

Les ingrédients du constituant A, qui contient le polyol, sont préalablement mélangés et sont ensuite injectés ensemble dans la tête mélangeuse classique. Le constituant B, qui contient le diisocyanate de toluène, est injecté séparément dans la tête où le mélange se fait à la température ambiante. Le mélange réactif est ensuite introduit dans un pot centrifuge où la mousse de polyuréthanne subit une expansion partielle. Le mélange préexpansè est déposé près du sommet de la zone triangulaire du moule, avec un débit constant de 14,835 kg/min. Les parois latérales de la zone triangulaire ont une longueur de 152 cm et un espacement de 117 cm à l'endroit où elles se raccordent aux parois parallèles. L'ouverture des parois divergentes est d'environ 45°. L'appareil utilise une plaque de coulée à trois pans dont le premier est incliné de 15°, le second de 0° et le troisième de 13°. Comme précédemment, le tapis roulant remonte vers l'aval sous un angle de 3°. L'écartement des parois parallèles du moule est de 117 cm. Le tapis roulant et les parois sont recouverts de feuilles de papier kraft entraînées à la vitesse du tapis. En utilisant les formules et les débits indiqués ci-dessus, on effectue plusieurs essais comparatifs avec des vitesses de translation différentes. Les résultats suivants ont été obtenus:

60

65

N°de

Vitesse linéaire

Hauteur du

Rapport l'essai

Vc (cm/min)

bloc (cm)

Vc/H

1

83,8

43,7

1,92

2

89,3

41,0

2,18

3

92,0

42,3

2,18

4

92,0

40,9

2,25

5

101,8

41,9

2,43

6

101,8

43,0

2,37

7

101,8

41,0

2,48

8

110,0

42,0

2,62

9

125,0

44,7

2,79

10

133,3

45,7

2,92

155,60 7,000

On constate que le rapport Vc/H varie d'environ 1,9 à 2,9.

5

632446

Exemple IV:

L'exemple I est répété avec des compositions similaires, mais avec un débit plus important de 14,845 kg/min.

Les constituants suivants sont introduits séparément dans la chambre de préexpansion:

Constituant A

Poids Poids Débit 5 (%) (%>) (kg/min)

Polyol Dow CP-3140

Master Batch I :

Polyol Dow CP-3140 BF-2370 Eau A-5

Master Batch II:

Polyol Dow CP-3140 C-6 (33,33% de T-91)

75,00

22,50 0,80 4,00 0,07

27,37

2,50 0,57

3,07

75,00

7,160

27,37

2,613

3,07 0,299

Constituant B

TD-80

50,00

50,00 4,773

155,44 14,845

Dans la partie triangulaire du moule, les parois latérales ont une longueur de 152 cm et s'écartent jusqu'à 117 cm selon un angle d'environ 45°. La plaque de coulée est à quatre pans ayant les inclinaisons respectives suivantes: premier pan 15°, deuxième pan 0°, troisième pan 3°, quatrième pan 18°. Le tapis roulant monte avec un angle de 3° et une vitesse linéaire de 122 cm/min. On obtient un bloc rectangulaire de 39,4 cm de haut, soit un rapport de 3,1 entre la vitesse du tapis et la hauteur du produit.

Exemple V:

L'exemple III est répété avec un moule de configuration cylindrique pour produire un bloc de mousse de section circulaire.

Constituant A

Polyol Dow CP-3140

Master Batch I:

Polyol Dow CP-3140 BF-2370 Eau A-5

Master Batch II:

Polyol Dow CP-3140 C-6 (33,33% de T-91)

Constituant B

TD-80

Poids Poids Débit (%) (%) (kg/min)

64,968 64,968 3,470

32,522 0,800 4,000 0,030

37,352 37,352 1,995

2,50 0,57

3,070 3,070 0,164

50,000 50,000 2,671 155,390 8,300

35

Les parois latérales de la zone triangulaire du moule ont dans ce cas une longueur de 112 cm et s'écartent jusqu'à 58 cm. La plaque de coulée comporte un premier pan incliné à 6° et un deuxième pan incliné à 15°. Comme dans les exemples précédents, le tapis roulant monte vers l'aval sous un angle de 3°. Les blocs de mousse cylindriques ont un diamètre de 56 cm. En faisant varier la vitesse du tapis de 65 à 127 cm/min, on obtient des rapports d'environ 1,1 et 2,2 entre la vitesse de translation et le diamètre du produit.

Il convient de noter que certaines mousses de polyuréthanne à base de polyesters peuvent être trop fragiles pour supporter les contraintes mécaniques qu'engendre l'appareil de l'invention.

2 feuilles dessins

Claims

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1. Procédé de moulage en continu d'une mousse de polyuréthanne autoexpansive dans un moule ouvert vers le haut dont le fond est un tapis roulant se déplaçant à vitesse constante, le mélange réactif étant déposé avec un débit constant sur une plaque de coulée, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer le mélange réactif à proximité du sommet d'une première partie du moule à translation qui est délimitée par des parois latérales divergentes, faisant entre elles un angle compris entre 10° et 120° et se raccordant à des parois latérales parallèles d'une deuxième partie du moule, les dimensions de la première partie du moule étant telles que l'expansion de la mousse est pratiquement achevée à la sortie de la première partie du moule.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de la vitesse du tapis roulant et de la hauteur du bloc de mousse de polyuréthane est compris entre 1 et 3.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange réactif qui produit la mousse du polyuréthanne est déjà partiellement expansé au moment où il est déposé entre les parois latérales divergentes de la première partie du moule.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mélange réactif qui produit la mousse de polyuréthanne est d'abord déposé dans la première partie du moule.

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mélange réactif qui produit la mousse de polyuréthanne est d'abord introduit dans une chambre conique divergente de préexpansion avant d'être déposé dans la première partie du moule.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mousse est un polyuréthanne à base de polyester.

7. Appareil de mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un dispositif de mélange de deux constituants liquides dont la réaction donne la mousse de polyuréthanne, un dispositif de dépôt du mélange réactif dans un moule à translation axiale et un moule continu, ouvert le haut, comprenant un tapis roulant qui forme le fond du moule et reçoit le mélange réactif, une surface translatable adjacente au tapis roulant et une plaque de coulée placée entre les parois latérales du moule, la plaque ayant un bord surélevé à proximité du dispositif de dépôt du mélange réactif et s'étendant jusqu'à la surface du fond du moule, caractérisé en ce que le dispositif de dépôt est fixe pour délivrer le mélange réactif à proximité du sommet d'une première partie du moule ouvert délimitée par deux parois latérales divergentes faisant un angle compris entre 10° et 120°, les extrémités des parois se raccordant aux parois latérales parallèles de la deuxième partie du moule.

8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un dispositif de préexpansion est incorporé dans le dispositif de dépôt de façon que le mélange réactif soit déjà partiellement expansé au moment où il est déposé sur la plaque de coulée.

9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de préexpansion est un pot centrifuge.

10. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de préexpansion est une chambre conique divergente.

11. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la plaque de coulée est à plusieurs pans.

12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la plaque de coulée comporte un premier pan horizontal qui est adjacent au dispositif de dépôt et qui est suivi d'un second pan incliné.

13. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième partie du moule a une section rectangulaire.

14. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième partie du moule a une section circulaire.