DE102007020910A1

DE102007020910A1 - Verfahren zum Herstellen eines Formstücks aus weichelastischem PU-Schaumkunststoff und danach hergestelltes Formstück zur Absorption von Kontaminationsstoffen im Wasser

Info

Publication number: DE102007020910A1
Application number: DE102007020910A
Authority: DE
Inventors: Erich Kumpf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-11-06

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Kontaminationsstoffen, wie Öle, Flüssigkunststoffe, Lösungsmittel, aufsaugenden und dennoch schwimm- bzw. schwebefähig bleibenden Elementen in Form von Würfel-, Scheiben-, Schnipselstücken oder dergleichen ausgeprägten Formstücken aus elastischem bzw. weichelastischem, vollständig offenzelligem oder teilweise offen- und geschlossenzelligen Polyurethan-Schaumkunststoff werden Polyurethan-Schaumkunststoff-Formstücke in eine weichmacherfreie Dispersion getaucht, wonach die gegebenenfalls vorhandene innenliegende offene Zellen ganz oder teilweise ausfüllende und im Außenbereich liegende offene Zellen zellwandseitig benetzende Dispersion ausgehärtet wird, was zu einer Aussteifung der Formstücke führt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Kontaminationsstoffe, wie Öle, Flüssigkunststoffe, Lösungsmittel, aufsaugenden und dennoch schwimm- und schwebefähig bleibenden Elementen in Form von Würfel-, Scheiben-, Schnipselstücken oder dergleichen ausgeprägten Formstücken aus elastischem beziehungsweise weichelastischem Polyurethan-Schaumkunststoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein zum Aufsaugen von Kontaminationsstoffen, wie Ölen, Flüssigkunststoffe, Lösungsmittel, geeignetes und schwimm- bzw. schwebefähig bleibendes Element als Würfel-, Scheiben-, Schnipselstück oder dergleichen ausgeprägtes Formstück aus elastischem bzw. weichelastischem Polyurethan-Schaumkunststoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Weichelastische Polyurethan-Schaumkunststoffe besitzen eine Dichte bzw. ein spezifisches Gewicht, das sie im Wasser schwimmen bzw. schweben lässt. Die Polyurethan-Schaumkunststoffe besitzen hydrophoben (wasserabstoßenden) Charakter einerseits und andererseits, wenn offenzellige Polyurethan-Schaumkunststoffe verwendet werden, polyophilen bzw. lipophilen (ölaufsaugenden) Charakter. Offenzellige Polyurethan-Schaumkunststoffe haben jedoch den Nachteil, dass sie insbesondere bei relativ schweren Ölen in vollgesaugtem Zustand absinken.
In der WO 2005/089 932 A1 wurde deshalb vorgeschlagen, geschlossenzellige Polyurethan-Schaumkunststoffe zu verwenden, die aus einer Blockform heraus in Formstücke derart geschnitten werden, dass diese an ihren Außenflächen offene Zellen aufweisen. Dadurch ist ermöglicht worden, dass die offenen Zellen dem Aufsagen von Kontaminationsstoffen dienen und die geschlossenen Zellen im Inneren des Formstücks in jedem Falle gewährleisten, dass die Formstücke schwimm- bzw. schwebefähig bleiben, unabhängig von der Dichte des aufgesaugten Kontaminationsstoffes.
Dabei hat sich jedoch als problematisch herausgestellt, dass, da der verwendete Polyurethan-Schaumkunststoff elastisch bzw. weichelastisch ist, die daraus hergestellten Formstücke leicht verformbar sind, was bedeutet, dass bei mechanischer Belastung der Formstücke, wie sie sich beim Abfischen der Formstücke von der Gewässeroberfläche ergibt, der in den offenzelligen Schnittflächen aufgenommene Kontaminationsstoff zumindest teilweise wieder ausgequetscht wird. Dies reduziert die tatsächliche Aufnahmekapazität.
Aus der DE 27 38 268 A1 ist es bekannt, statt eines offenzelligen Polyurethan-Schaumstoffs zur Ölabsorption im Wasser einen solchen zu verwenden, bei dessen. Herstellung ein bestimmtes Verhältnis der Anzahl von offenen Zellen zur Anzahl von geschlossenen Zellen vorgegeben werden kann, so dass eine relativ hohe Ölaufnahmekapazität bei gleichbleibender Schwimm- bzw. Schwebefähigkeit erreicht werden kann. Aber auch hier verbleibt aufgrund des verwendeten elastischen bzw. weichelastischen Polyurethan-Schaumstoffs und damit der hohen Verformbarkeit des Materials das Problem des teilweise wieder Ausquetschens und der damit einhergehenden Verringerung der Aufnahmekapazität.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Herstellen von Kontaminationsstoffe aufsaugenden und dennoch schwimm- bzw. schwebefähig bleibenden Elementen aus elastischem bzw. weichelastischem Polyurethan-Schaumkunststoff sowie danach hergestellte Formstücke aus weichelastischem Polyurethan-Schaumkunststoff derart zu schaffen, dass beim Polyurethan-Schaumkunststoff-Formstück ein Wiederausquetschen der Kontaminationsstoffe bei mechanischer Belastung durch das Auffischen oder Absaugen von der Gewässeroberfläche vermieden ist und damit die Aufnahmekapazität von Kontaminationsstoffen nicht verringert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren zum Herstellen derartiger Formstücke die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und bei einem zum Aufsaugen von Kontaminationsstoffen geeigneten, schwimm- bzw. schwebefähig bleibenden Formstück die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist erreicht, dass zunächst ein sehr kostengünstig herzustellender weichelastischer Polyurethan-Schaumkunststoff als Ausgangsprodukt vorliegt, der in schneller und einfacher Weise entsprechend präpariert werden kann. Daraus ergibt sich ein weichelastisches Polyurethan-Schaumkunststoff-Formstück, dessen Auftrieb durch den bereits vorliegenden oder den wieder verschlossenen und damit geschlossenzelligen Anteil am Formstück gegeben und dessen die Kontaminationsstoffe, wie Öle oder Flüssigkunststoffe oder Lösungsmittel, aufsaugende Eigenschaften und Kapazität durch den offenzellig verbleibenden Anteil am Polyurethan-Schaumkunststoff-Formstück gebildet ist. Durch das weitere Präparieren bzw. Ausrüsten des geschnittenen elastischen bzw. weichelastischen Polyurethan- Schaumkunststoffs ist jedes einzelne Formstück in der Weise mit einer erheblich höheren Steifigkeit gegenüber dem bspw. blockförmigen Ausgangs- bzw. Grundmaterial versehen, dass es sich bei der Beaufschlagung mit Druck oder aufgrund mechanischer Belastung, wie es beim Abfischen oder Absaugen der Elemente von einer Gewässeroberfläche auftritt, wesentlich weniger verformt als das Ausgangsmaterial. Dies bedeutet, dass ein Ausquetschen der Formstücke beim Abfischen oder Absaugen im Wesentlichen vermieden ist und damit die aufgenommenen Kontaminationsstoffe im Wesentlichen nicht wieder austreten können, so dass die ursprüngliche Absorptions- bzw. Aufnahmekapazität erhalten bleibt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahrensschritte beim Ausfüllen bzw. Verschließen gegebenenfalls vorhandene innerer offener Zellen und/oder ausschließlich beim Benetzen der Zellenwände der im äußeren Bereich liegenden offenen Zellen ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2 und/oder 3 bzw. 12 und/oder 13. Es ist somit durch bestimmte Produktionsmechanismen, wie vorgegebene Eintauchzeit der Formstücke in das Medium bzw. die Dispersion und/oder die Veränderung der Aushärtzeit der Dispersion und/oder der Steuerung des Abtropfens möglich, nicht nur die höhere Steifigkeit bzw. Druckfestigkeit der Formstücke einzustellen sondern bei offenzelligem Ausgangsmaterial auch das Verhältnis des Anteils an weiterhin offenen Zellen zum Anteil an nunmehr ver- bzw. geschlossenen Zellen und somit das Verhältnis der Aufnahmekapazität zur Auftriebsfähigkeit einzustellen.
Vorteilhafte Ausführungen der Dispersion ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 4 bis 7 bzw. 14 bis 17.
Nach den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 8 bis 10 bzw. 18 bis 20 können die Formstücke in unterschiedlicher Weise hergestellt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung unter anderem anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben und erläutert ist.
Die einzige Figur zeigt in schematischer ausschnittsweiser Darstellung einen Schnitt durch ein Formstück aus weichelastischem Polyurethan-Schaumkunststoff nach der Behandlung bzw. Ausrüstung in einer Dispersion gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.
Das in der Zeichnung dargestellte Polyurethan-Schaumkunststoff-Element 11 ist entweder aus einem nicht dargestellten Block aus einem elastischen bzw. weichelastischem Polyurethan-Schaumkunststoff ausgeschnitten oder unmittelbar als Formstück, beispielsweise als Würfel oder entsprechend 1 als flaches länglich rechteckförmiges Formstück hergestellt. Dieses Formstück 11 dient aufgrund seines hydrophoben (wasserabstoßenden) Charakters einerseits und seines polyophilen bzw. lipophilen (ölaufsaugenden) Charakters andererseits zum Aufnehmen bzw. Aufsaugen von auf dem Meer oder einem Binnengewässer schwimmenden Kontaminationsstoffen, wie Ölen, Flüssigkunststoffen, Lösungsmittel oder dergleichen, wobei auch bei beispielsweise Ölen relativ hoher Dichte die Fähigkeit des Formstücks 11 zum Schwimmen auf bzw. Schweben nahe der Oberfläche des betreffenden Gewässers erhalten bleibt.
Der elastische bzw. weichelastische Polyurethan-Schaumkunststoff ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als ein vollständig offenzelliger Schaumkunststoff entweder in kleinen Formstücken 11 oder in Blockform aus dem Formstück 11 geschnitten werden, hergestellt. Mit anderen Worten, die entweder unmittelbar hergestellten oder durch Ausschneiden aus einem großformatigen Block hergestellten Polyurethan-Schaumkunststoff-Formstücke 11 sind im Ausgangs- bzw. Grundzustand zunächst zu 100% mit offenen Zellen versehen.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel besitzt der elastische bzw. weichelastische Polyurethan-Schaumkunststoff im Ausgangs- bzw. Grundzustand ein bestimmtes prozentuales Verhältnis von offenen zu geschlossenen Zellen, wobei die Formstücke 11 entweder unmittelbar hergestellt oder aus einer hergestellten Blockform ausgeschnitten sind. In diesem Fall besitzen die Formstücke 11 einen Anteil innenliegender geschlossener Zellen und einen Anteil in äußeren Bereichen liegender offener Zellen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird zunächst ein elastischer bzw. weichelastischer geschlossenzelliger Polyurethan-Schaumkunststoff-Block hergestellt, aus dem die Formstücke 11 ausgeschnitten werden. Die Formstücke 11 sind derart aus dem Block ausgeschnitten, dass das Formstück 11 außer einem mittigen geschlossenzelligen Anteil einen längs von beispielsweise zwei oder vier oder allen Schnittflächen angeordneten offenzelligen Anteil besitzt. Dieser offenzellige Anteil an den Schnittflächen rührt daher, dass beim Ausschneiden des Formstücks aus dem geschlossenzelligen Block die in der jeweiligen Schnittebene liegenden geschlossenen Zellen des Blocks durchschnitten und damit zu offenen Zellen aufgeschnitten werden.
Diese zunächst sich im Ausgangs- bzw. Grundzustand als Halbfabrikat befindenden Formstücke 11 werden einer Ausrüstungsbehandlung mit einer weichmacherfreien Dispersion unterzogen, um dem elastischen bzw. weichelastischen Formstück 11 eine erheblich höhere Steifigkeit bzw. Druckfestigkeit zu verleihen. Dies ist deshalb möglich, weil die verwendete Dispersion in der Lage ist, die elastischen bzw. weichelastischen Zellwände 13 der in den äußeren Bereichen liegenden offenen Zellen 12 zu benetzen und nach ihrem Aushärten zu versteifen. Auch kann die Dispersion bei den Formstücken 11 die von außen zugängigen inneren offene Zellen 14 ganz oder teilweise auszufüllen und damit teilweise oder ganz verschließen, so dass beim ausgerüsteten Formstück 11 wie beim innenliegenden geschlossenen Zellen versehenen Formstück die Schwimm- bzw. Schwebefähigkeit auch in mit Kontaminationsstoffen im äußeren Bereich vollgesaugtem Zustand zu gewährleisten.
Die weichmacherfreie Dispersion 15, mit denen die Formstücke 11 bspw. durch Eintauchen getränkt werden, besteht aus einem Gemisch aus im Wesentlichen zwei Komponenten, nämlich erstens einer wässrigen Copolymerisat-Dispersion auf Basis Styrol/(Meth)Acrylsäureester und zweitens aus einer wässrigen Copolymerisat-Dispersion auf der Basis von Venylacetat/Ethen.
Die aus dem Grundmaterial bestehenden bzw. als Halbfabrikat vorhandenen Formstücke 11 werden in dieses Dispersionsgemisch eingetaucht, herausgeholt, gegebenenfalls einem Abtropfen unterworfen und dann einem Vorgang des Aushärtens der verbliebenen Dispersion unterzogen. Dabei werden die Eintauchzeit, die gegebenenfalls erforderliche Abtropfzeit sowie die Bedingungen für die Aushärtung (Temperatur und Zeit) vorgegeben bzw. eingestellt. Diese einzustellenden Maßnahmen bzw. Produktionsmechanismen bestimmen den Füllgrad der von außen zugänglichen innenliegenden offenen Zellen 14 und den Grad der zellwandseitigen Benetzung 16 der äußeren bzw. im Außenbereich liegenden offenen Zellen 12 durch die Dispersion. Die Dicke der Benetzung 16 der Zellwände 13 liegt bspw. im μm-Bereich. Damit ist auch erreicht, dass die inneren Zellen und die äußeren Zellen in unterschiedlicher Weise mit der Dispersion beaufschlagt werden können, das heißt, ob einzelne Zellen vollständig oder nur teilweise gefüllt sind bzw. an ihren Zellwänden mit einer dünneren oder dickeren Schicht benetzt sind. Dies spielt schlussendlich für die Aufnahmekapazität der Formstücke bezüglich der Kontaminationsstoffe und deren Art sowie für die entsprechend den aufgesaugten Kontaminationsstoffen vorhandene bzw. sichergestellte Schwimm- bzw. Schwebefähigkeit eine Rolle. In jedem Falle sind die Formstücke zumindest außenumfangsseitig durch die ausgehärtete Dispersion derart mit einer höheren Steifigkeit und damit Druckfestigkeit versehen, dass die (vollgesaugten) Formstücke aufgrund Druck bzw. mechanischer Belastung beim Aufnehmen oder dergleichen Vorgang aus dem Gewässer so gut wie nicht mehr ausgequetscht bzw. zusammengedrückt werden können, so dass sie ihre Aufnahmekapazität beibehalten.
Wenn auch das Formstück 11 nach 1 als eine Platte mit beispielsweise einer Abmessung von etwa 60 mm × 100 mm × 12,5 mm beschrieben ist, versteht es sich, dass das Formstück 11 auch großformatiger oder kleinformatiger in Form von Schnipseln bzw. Chips ausgebildet oder auch in Scheibenform oder insbesondere als Würfel mit einer Kantenlänge von beispielsweise im Bereich von 20 mm bis 30 mm, vorzugsweise 25 mm hergestellt sein kann.
Die Formstücke 11 können leichtes Heizöl bis Schweröl aufnehmen und auf dem Meer, Hafenbecken, Flüssen, Seen, Abwasserkanälen, Speicherbecken, Kläranlagen und dergleichen eingesetzt werden. Die Formstücke sind beim Einsatz und bei der Entsorgung auf bzw. von Wasseroberflächen einfach zu handhaben.
Wesentlich beim erfindungsgemäßen wasserabweisenden, lipophilen, schwimmenden Formstück 11 ist der ausgewogene bzw. optimierte Anteil (Anzahl und Ausformung) an geschlossenen bzw. wieder verschlossenen Zellen für die Schwimmfähigkeit bzw. den Auftrieb und dem entsprechend optimierten Anteil (Anzahl und Ausformung) an offenen Zellen für die Lipophilität bzw. Absorption sowie insbesondere deren Aussteifung zum Erreichen einer erhöhten Druckfestigkeit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2005/089932 A1 [0003]
- DE 2738268 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen von Kontaminationsstoffe, wie Öle, Flüssigkunststoffe, Lösungsmittel, aufsaugenden und dennoch schwimm- bzw. schwebefähig bleibenden Elementen in Form von Würfel-, Scheiben-, Schnipselstücke oder dergleichen ausgeprägte Formstücke aus elastischem bzw. weichelastischem und entweder vollständig offenzelligem oder geschlossenzelligem und durch Formschneiden außenumfangsflächenseitig offenzelligem oder in einem bestimmten prozentualen Verhältnis offen- und geschlossenzellig ausgebildetem Polyurethan-Schaumkunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethan-Schaumkunststoff-Formstücke in eine weichmacherfrei Dispersion getaucht werden, wonach die gegebenenfalls vorhandene innenliegende offene Zellen ganz oder teilweise ausfüllende und/oder ausschließlich im Außenbereich liegende offene Zellen zellwandseitig benetzende Dispersion ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennnzeichnet, dass das ganze oder teilweise Ausfüllen von innenliegenden offenen Zellen und/oder Benetzen der Zellwände von im Außenbereich liegenden offenen Zellen durch die Eintauchzeit und/oder Aushärtezeit und/oder die Viskosität der Dispersion gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt des Eintauchens und dem Schritt des Aushärtens ein Zwischenschritt des Abtropfens der Dispersion aus oder vom Formstück durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weichmacherfreie Dispersion eine wässrige Copolymerisat-Dispersion verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein wässriges Copolymerisat auf der Basis Styrol/(Meth)Acrylsäureester verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein wässriges Copolymerisat auf der Basis Venylacetat/Ethen verwendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als wässrige Copolymerisat-Dispersion ein Gemisch aus dem wässrigen Copolymerisat auf der Basis Styrol/(Meth)Acrylsäureester und dem wässrigen Copolymerisat auf der Basis Venylacetat/Ethen verwendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethan-Schaumkunststoff-Formstücke aus einem großformatigen Block geschnitten werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethan-Schaumkunststoff-Formstücke unmittelbar als solche hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstücke als Würfel mit einer Kantenlänge von 20 mm–30 mm, vorzugsweise von 25 mm gebildet werden.
Zum Aufsaugen von Kontaminationsstoffen, wie Ölen, Flüssigkunststoffen, Lösungsmittel, geeignetes und schwimm- bzw. schwebefähig bleibendes Element (11) als Würfel-, Scheiben-, Schnipselstück oder dergleichen ausgeprägtes Formstück aus elastischem bzw. weichelastischem und entweder vollständig offenzelligem oder geschlossenzelligem und durch Formschneiden außenumfangsflächenseitig offenzelligem oder in einem bestimmten prozentualen Verhältnis offen- zu geschlossenzellig ausgebildetem Polyurethan-Schaumkunststoff, gekennzeichnet durch eine gegebenenfalls im Innenbereich liegende offene Zellen ganz oder teilweise ausfüllende und/oder ausschließlich im Außenbereich liegende offene Zellen zellwandseitig benetzende sowie ausgehärtete weichmacherfreie Dispersion.
Formstück nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das ganz oder teilweise Ausfüllen von innenliegenden offenen Zellen und/oder Benetzen der Zellwände von im Außenbereich liegenden offenen Zellen durch die Eintauchzeit und/oder Aushärtezeit und/oder die Viskosität der Dispersion gesteuert ist.
Formstück nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt des Eintauchens und dem Schritt des Aushärtens ein Zwischenschritt des Abtropfens der Dispersion aus oder vom Formstück vorgesehen ist.
Formstück nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als weichmacherfreie Dispersion eine wässrige Copolymerisat-Dispersion verwendet ist.
Formstück nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein wässriges Copolymerisat auf der Basis Styrol/(Meth)Acrylsäureester verwendet ist.
Formstück nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein wässriges Copolymerisat auf der Basis Venylacetat/Ethen verwendet ist.
Formstück nach den Ansprüchen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als wässrige Copolymerisat-Dispersion ein Gemisch aus dem wässrigen Copolymerisat auf der Basis Styrol/(Meth)Acrylsäureester und dem wässrigen Copolymerisat auf der Basis Venylacetat/Ethen verwendet ist.
Formstück nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethan-Schaumkunststoff-Formstücke aus einem großformatigen Block geschnitten sind.
Formstück nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethan-Schaumkunststoff-Formstücke unmittelbar als solche hergestellt sind.
Formstück nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstücke durch Würfel mit einer Kantenlänge von 20 mm–30 mm, vorzugsweise von 25 mm gebildet sind.