DE102009034292A1

DE102009034292A1 - Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen

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Publication number: DE102009034292A1
Application number: DE102009034292A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kieffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Kieffer Andreas 36100 Petersberg De
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen bei dem über eine Zuführeinrichtung eine erste Komponente als fließfähige Masse einer Mischvorrichtung (10) zugeführt wird, die innerhalb der Mischvorrichtung in einer Hauptströmungsrichtung gefördert wird und bei dem wenigstens eine zweite gasförmige Komponente in einer bezogen auf die Hauptströmungsrichtung etwa radialen Richtung der Mischvorrichtung zugeführt wird, wobei beide Komponenten in der Mischvorrichtung innig vermischt werden und nach Abkühlen des Gemischs ein Schaumstoff entsteht. Um ein verbessertes Verfahren der genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches eine rasche innige Durchmischung der fließfähigen und der gasförmigen Komponente zulässt und sich dadurch besonders zur Herstellung von Schaumstoffen mit feinen Poren eignet, schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass die erste Komponente als fließfähige Phase unter Druck der Eingangsseite (11) einer Venturidüse zugeführt und in den Mischraum (13) der Venturidüse entspannt wird und die zweite gasförmige Komponente durch den Unterdruck radial in den Mischraum der Venturidüse eingesaugt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen bei dem über eine Zuführeinrichtung eine erste Komponente als fließfähige Masse einer Mischvorrichtung zugeführt wird, die innerhalb der Mischvorrichtung in einer Hauptströmungsrichtung gefördert wird und bei dem wenigstens eine zweite, gasförmige Komponente als Nebenstrom der Mischvorrichtung zugeführt wird, wobei beide Komponenten in der Mischvorrichtung innig vermischt werden und nach Abkühlen des Gemischs ein Schaumstoff entsteht.
Ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen mit mikrozellulärer Struktur und vergleichsweise kleiner Zellgröße mit den eingangs genannten Merkmalen ist aus der WO 00/73036 A2 bekannt geworden. Bei diesem bekannten Verfahren wird die fließfähige polymere Masse in einer Extruderschnecke in axialer Richtung gefördert. In die Extruderschnecke wird über feine radiale Öffnungen ein Gas in etwa radialer Richtung bezogen auf die Förderrichtung der Schnecke eingeblasen. Das dadurch entstandene Gemisch aus fließfähiger Masse und Gas tritt dann aus einer Extruderdüse aus, wobei im Bereich der Düse ein Druckabfall erzeugt wird, so dass eine Keimbildung auftritt, Mikrozellen gebildet werden und Gas aus der Masse heraus diffundiert, wodurch eine Gasdecke geschaffen werden soll, die die Oberfläche des Schaumstoffs vor Kontakt mit der Düse schützt.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung feinporiger geschäumter Kunststoffformteile ist in der WO 2005/070645 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Kunststoffausgangsmaterial in einem vorgelagerten Verfahrensschritt mit einem Treibmittel in Gegenwart von Nanopartikeln behandelt, wodurch eine große Anzahl von Poren und eine gleichmäßige Porenverteilung erzielt werden soll.
Ebenfalls hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt sind die konventionellen Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen wie zum Beispiel von Polyurethanschäumen, bei denen die Einbringung der Gasblasen in eine flüssige Matrix auf chemischem Wege erfolgt. Man lässt dabei ein Isocyanat mit Wasser zu einer Carbamidsäure reagieren, welche in ein Amin und Kohlendioxid zerfällt. Das Amin reagiert mit vorhandenen Isocyanatkomponenten zu dem Polymer, während das Kohlendioxid die Gasblasen in der Polymermatrix bildet.
In der DE 32 26 818 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Intergralschaumformkörpern auf Basis Polyurethan oder Polyamid beschrieben, bei dem eine Komponente A eines Reaktionsspritzgußverfahrens zunächst in einem Zwischenbehälter gelagert und dann in einen Maschinenbehälter einer Schaummaschine gefördert wird. Eine Komponente B wird von einem Lagertank zu dem Maschinenbehälter gepumpt, wobei diese Komponente eine Gasbeladung erhält. Das Gas wird in einem Bypass zudosiert und in eine Rücklaufrohrleitung vom Mischkopf zum Maschinentank zudosiert. Dazu wird ein Kapillarrohr in die Rohrleitung eingeführt und zusätzlich ein Venturirohr. Bei diesem Verfahren erfolgt jedoch die Reaktion der beiden Komponenten A und B des Polymerisierungsprozesses in dem Maschinenbehälter und somit räumlich getrennt von der Gaszugabe. Verfahrensbedingt ist die Gasbeladung der Komponenten ungleichmäßig und muss gemessen und durch Eindosieren von Gas auf ein gewünschtes Niveau gebracht werden. Das Gemisch enthält bereits einen Gasanteil aus der Reaktion im Maschinentank und die gewünschte Gasbeladung wird abhängig von der Messung durch weitere Gaszufuhr im Bypass gesteuert. Das aus dieser Druckschrift bekannte Verfahren und die verwendete Anlage sind somit vergleichsweise aufwändig.
Die DE 10 2006 030 403 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung physikalisch getriebener Schäume von fließfähigen Formmassen, bei dem aus einem Zweikomponentengemisch über eine Beladungseinheit unter Verwendung von physikalischem Treibmittel wie zum Beispiel inertem Gas innerhalb eines Extrusions- oder Spritzgießprozess ein geschäumtes Bauteil hergestellt wird. Zwei Formmassenkomponenten A und B werden in getrennten Beladungsmischern mit dem gasförmigen Treibfluid beladen. Erst anschließend werden die beladenen Formmassenströme vermischt und homogenisiert und in das Werkzeug einer Spritzgießmaschine injiziert. Dort kommt es bedingt durch den Druckabfall zur Übersättigung der fließfähigen Formmasse mit Treibgas und somit zum Aufschäumen des Gemischs. Die Beladungseinheit weist einen beispielsweise mechanisch oder hydraulisch schließbaren Injektor auf, mittels das gasförmige Treibmittel punktuell unter Druck in die fließfähige Formmasse injiziert wird. Die Beladungseinheit arbeitet nicht nach dem Venturiprinzip.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches eine rasche innige Durchmischung der fließfähigen und der gasförmigen Komponente zulässt und sich dadurch besonders zur Herstellung von Schaumstoffen mit feinen Poren eignet.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Komponente als fließfähige Phase unter Druck der Eingangsseite einer Venturidüse zugeführt und in den Mischraum der Venturidüse entspannt wird und die zweite, gasförmige Komponente durch den Unterdruck in den Mischraum der Venturidüse eingesaugt wird und das Gemisch als Zweistoffgemisch (fließfähig/gasförmig) der beiden Komponenten an der Ausgangsseite die Venturidüse verlässt.
Gemäß einer alternativen Lösungsvariante kann man die gasförmige Komponente auch mit einem Überdruck der Mischvorrichtung zugeben/zudosieren. Diese Variante ist besonders interessant, wenn man einen vergleichsweise hohen Anteil an Gas in das Gemisch einarbeiten möchte, um beispielsweise Schaumstoffe mit geringen Dichten (geringes Verhältnis Masse/Volumen) herzustellen.
Die erste fließfähige Komponente kann insbesondere einen Kunststoff, ein Metall oder eine mineralische Substanz umfassen oder auch ein Gemisch der genannten Stoffe. Somit lassen sich bevorzugt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Kunststoffschäume, Metallschäume oder auch Steinschäume herstellen.
Unter dem Begriff „fließfähig” wird verstanden, dass die erste Komponente beispielsweise flüssig, pastös und/oder breiförmig ist und jedenfalls eine derartige Konsistenz und Viskosität aufweist, dass sie sich unter Druck mit entsprechender Fließgeschwindigkeit durch eine Venturidüse fördern lässt. Die erste Komponente kann zum Beispiel in schmelzflüssigem Zustand der Eingangsseite einer Venturidüse zugeführt werden. Die Fließfähigkeit kann auch dadurch hergestellt oder verbessert werden, dass der ersten Komponente ein Lösungsmittel zugegeben wird.
Gemäß einer möglichen Variante der Erfindung kann es beispielsweise so sein, dass die erste fließfähige Komponente ein schmelzflüssiges Polymeres, insbesondere ein Elastomeres umfasst. Auf diese Weise lassen sich Kunststoffschäume mit einer feinen Verteilung kleiner Gasbläschen in der flüssigen Phase herstellen, die sich dann anschließend beispielsweise durch Abkühlung zu Schaumstoffen mit feinporigen Zellen verfestigen. Der zuvor verwendete Begriff „Polymeres” umfasst auch Vorpolymere oder Prepolymere. Es können beispielsweise auch Prepolymer/Vernetzer- und Prepolymer/Härter-Gemische thermoplastisch verarbeitet werden, die nach dem Extrudieren oder Verspritzen über eine Spritzgussmaschine aushärten.
Die Zuführung der fließfähigen ersten Komponente zu der Venturidüse kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass man die Venturidüse unmittelbar stromabwärts hinter einem Extruder anordnet, so dass die erste Komponente aus dem Extruder austritt und in die Eingangsseite der Venturidüse gelangt. Die Herstellung der Fließfähigkeit kann in diesem Fall in herkömmlicher Weise durch Zugabe der ersten Komponente beispielsweise in festem Zustand als Granulat oder dergleichen in die Eingangsseite eines Extruders erfolgen, wo die erste Komponente dann aufgeschmolzen wird und durch eine Schnecke oder andere bekannte Vorrichtungen zu einer Ausgangsseite des Extruders gefördert wird. Vorteilhaft bei dieser beispielhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch die Tatsache, dass man im Prinzip bekannte apparative Komponenten wie Extruder und Venturidüse für die Erstellung der zur Anwendung des Verfahrens benötigten Vorrichtung einsetzen kann.
Für die Verfestigung des Zweistoffgemischs nach Austreten aus der Venturidüse stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Die Verfestigung kann physikalisch erfolgen, insbesondere durch Abkühlung und/oder physikalische Vernetzung. Die Verfestigung kann alternativ chemisch erfolgen, insbesondere durch Polymerisation und/oder Polyaddition und/oder Polykondensation. Dazu kann beispielsweise als weitere Komponente ein Vernetzer an einer Stelle, an der ein Unterdruck oder eine Turbulenz herrscht durch Ansaugen dem Mischraum der Venturidüse zugeführt werden. Grundsätzlich können auch andersartige weitere Komponenten über weitere Zugänge im wesentlichen radial zu der Strömungsrichtung im Mischraum der Venturidüse dem Gemisch zugeführt werden. Dies können beispielsweise reaktive Komponenten sein, die mit der ersten Komponente eine chemische Reaktion eingehen. Durch die vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs innerhalb der Venturidüse werden diese weiteren Komponenten angesaugt, mitgerissen und vermischen sich aufgrund von Turbulenzen intensiv mit den anderen Komponenten des Gemischs. Durch die Anwendung des Venturiprinzips lässt sich in vorteilhafter Weise ein sehr rascher Stofftransport und folglich ein hoher Durchsatz erzielen. Voraussetzung für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im wesentlichen nur, dass der Druck, mit dem die erste fließfähige Komponente eingangsseitig der Venturidüse zugeführt wird, ausreichend hoch ist, um den erwünschten „Venturieffekt” zu erzielen und die zweite gasförmige Komponente und gegebenenfalls weitere Komponenten anzusaugen und mitzureissen.
Es können verschiedenste Gase als zweite Komponente der Venturidüse zugeführt werden, beispielsweise inerte Gase wie Helium oder andere Edelgase, Stickstoff oder Kohlendioxid oder SF₆, um nur einige beispielhaft zu nennen.
Die zweite Komponente kann außerdem selbst ein Stoffgemisch sein, aus mehreren Gasen oder aus einem Gas und einer (oder mehreren) Flüssigkeiten (beispielsweise ein Aerosol). Wenn man erfindungsgemäß über den Nebeneingang der Venturidüse ein Gas und eine flüssige Komponente zugibt, kann dies in Form eines Gas/Flüssigkeits-Gemischs erfolgen, oder aber alternativ gibt man das Gas durch einen ersten Nebeneingang in den turbulenten Bereich der Venturidüse und die weitere flüssige Komponente gibt man über einen weiteren Nebeneingang der Venturidüse zu. Die letztgenannte Variante hat den Vorteil, dass man beide zuzugebenden Komponenten besser separat geregelt zudosieren kann. Ein Beispiel für die Vorgehensweise nach dieser Variante des Verfahrens ist in Beispiel 1 wiedergegeben. Als zweite Komponente wird dabei zum einen Stickstoff als Gas zugegeben und weiterhin MDI als zweite flüssige Komponente. Auch die erste, fließfähige Komponente kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits ein Stoffgemisch von zwei oder mehreren Substanzen umfassen, wie Beispiel 1 der vorliegenden Anmeldung zeigt.
Eine besonders vorteilhafte bevorzugte Variante der Aufgabenlösung ist gegeben, wenn wenigstens zwei nach dem Venturiprinzip arbeitende Mischvorrichtungen in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet oder auch parallel zueinander angeordnet sind. Das Gemisch kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise auch mindestens teilweise im Kreislauf oder in einer Schleife geführt werden, das heißt, dass das an der Ausgangsseite einer nach dem Venturiprinzip arbeitenden Mischvorrichtung austretende Gemisch wenigstens teilweise wieder der Eingangsseite einer nach dem Venturiprinzip arbeitenden Mischvorrichtung zugeführt wird.
Die Zuführung der zweiten, gasförmigen Komponente zur Mischvorrichtung kann vorzugsweise in einer zunächst bezogen auf die Hauptströmungsrichtung etwa radialen Richtung erfolgen. Diese Komponente wird also bevorzugt bezogen auf die Achse der Venturi-Mischdüse von radial außen zugeführt, dann durch den Unterdruck eingesaugt und mitgerissen, mit der ersten, fließfähigen Komponente innig vermischt und das entstandene Gemisch strömt danach weiter im wesentlichen in der Hauptströmungsrichtung, das heißt in der Regel axial bezogen auf die Venturi-Mischvorrichtung.
Die nach dem Venturiprinzip arbeitende Mischvorrichtung (Venturimischer, Venturidüse) kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wenigstens teilweise temperiert werden. Dazu kann man diese beispielsweise mit einem Temperiermantel versehen, der eine Thermoflüssigkeit enthält. Diese Maßnahme ist insbesondere für die Verarbeitung von thermoplastischen Materialien von Vorteil.
Grundsätzlich arbeitet ein Venturimischer (Venturidüse) der erfindungsgemäßen Art immer dann, wenn die Druckdifferenz zwischen Flüssigkeitseingangsseite und Flüssigkeitsausgangsseite groß genug ist. Die Venturi-Mischvorrichtung kann somit beispielsweise auch unter einem hohen Systemdruck arbeiten (beispielsweise Druck auf der Flüssigkeitseingangsseite 60 bar und Druck auf der Flüssigkeitsausgangsseite 50 bar, womit sich eine Druckdifferenz von 10 bar ergibt.) Dies ist beispielsweise relevant, wenn angestrebt wird, eine größere Gasmenge in der flüssigen Phase unter Druck zu lösen. Man kann auch mehrere Venturimischer hintereinander schalten, um eine größere Gasmenge in die flüssige Phase einzuarbeiten oder um die flüssige Phase besser mit der Gasphase zu homogenisieren. Der Druck an der Eingangsseite des ersten Venturimischers kann dann entsprechend hoch gewählt werden, so dass auch an der Eingangsseite eines nachgeschalteten Venturimischers noch ein ausreichend hoher Eingangsdruck herrscht und auf diese Weise mehrere Venturimischer kaskadenartig hintereinander geschaltet werden können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung insbesondere zur Anwendung in einem Verfahren der vorgenannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass diese wenigstens eine nach dem Venturiprinzip arbeitende Mischvorrichtung umfasst, welcher eingangsseitig ein Extruder vorgeschaltet ist, wobei die Ausgangsseite des Extruders in Strömungsverbindung mit der Eingangsseite der Mischvorrichtung steht, wobei mit einem etwa radial zur Strömungsrichtung der Mischvorrichtung angeordneten Saugeingang wenigstens eine Gasleitung in Verbindung steht. Vorzugsweise ist weiterhin stromabwärts zur Ausgangsseite der Mischvorrichtung wenigstens eine Einrichtung zur Verfestigung des aus der Mischvorrichtung austretenden Gemischs angeordnet.
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigen:
1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung im Längsschnitt;
2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Vorrichtung mit den wichtigsten in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Komponenten;
3 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung zur Verwendung in einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen. Die Darstellung zeigt schematisch vereinfacht eine erfindungsgemäße nach dem Venturiprinzip arbeitende Mischvorrichtung im Längsschnitt. Die Mischvorrichtung ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Diese Mischvorrichtung weist eine Eingangsseite mit einer Öffnung 11 auf, an der eine erste fließfähige Komponente unter Druck eingespeist wird, so dass sie in Pfeilrichtung durch den sich konisch verengenden Kanal 12 der Mischvorrichtung strömt und schließlich in den Mischraum 13 gelangt. Dieser weist eine Verengung 14 auf, in deren Bereich die Fließgeschwindigkeit zunimmt und der dynamische Druck ebenfalls zunimmt. Die Mischvorrichtung weist weiterhin einen etwa radial ausgerichteten Seitenkanal 15 auf, an dessen Eingangsseite über eine Öffnung 16 ein Gas als zweite Komponente eingespeist wird, welches durch den aufgrund des sich an der Verengung verringernden statischen Drucks und den damit durch den Venturieffekt entstehenden Unterdruck in den Mischraum 13 gesaugt wird. Die beiden Komponenten vermischen sich innig und es entsteht ein Zweistoffgemisch, welches dann weiter in axialer Strömungsrichtung entsprechend den Pfeilen durch den sich dann wieder konisch erweiternden Kanal 17 der Mischvorrichtung 10 strömt und diese schließlich an der Ausgangsseite durch die Öffnung 18 verlässt.
2 zeigt eine schematisch stark vereinfachte Ansicht einer beispielhaften Anlage mit den wesentlichen Komponenten zur Herstellung von feinporigen Schaumstoffen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Es ist ein Extruder 20 vorgesehen, dem beispielsweise über eine trichterförmige Zuführeinrichtung 21 ein Granulat eines Kunststoffs zugeführt wird, welches dann in üblicherweise mittels einer hier nicht dargestellten Heizvorrichtung in dem Extruder erwärmt und mittels einer Schnecke 22 in der Zeichnung von rechts nach links gefördert wird und als heiße Schmelze endseitig am Extruder austritt, um dann über die Öffnung 11 an der Eingangsseite der nach dem Venturiprinzip arbeitenden Mischvorrichtung 10 einzutreten. Dort tritt über den Seitenkanal 15 ein Gas über die bevorzugt absperrbare Leitung 25 in die Mischkammer der Mischvorrichtung 10 ein, wo dieses mit der ersten fließfähigen Komponente aus dem Extruder innig vermischt wird. Danach strömt das Gemisch in Pfeilrichtung durch die Venturidüse und tritt dann aus der Öffnung 18 aus der Mischvorrichtung aus und gelangt in eine Kühleinrichtung 23, in der das Gemisch durch Abkühlung verfestigt wird. Die Kühleinrichtung 23 kann zum Beispiel einen Mantel aufweisen, der von einem Kühlmittel wie bei spielsweise Wasser durchströmt wird, so dass der durch einen inneren Hohlraum der Kühleinrichtung hindurch tretende Schaumstoff sich verfestigt. In Förderrichtung der Kühleinrichtung 23 nachgeschaltet sein kann dann beispielsweise eine Trenneinrichtung 24, in der jeweils periodisch ein Abschnitt des verfestigten Schaumstoffs 26 aus dem Strang abgetrennt wird, der dann auf eine Fördereinrichtung 27 gelangt und von dieser weiter in Pfeilrichtung transportiert wird.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 eine alternative Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft erläutert. In einen Reaktor 30, an dem mindestens eine Venturidüse 31 angeordnet ist, deren Ausgang 32 in den Reaktor mündet, tritt ein über die Venturidüse innig vermischtes Flüssigkeits/Gas-Gemisch 33 ein, welches über einen Ausgang 35, an den eine (hier nicht dargestellte) Leitung angeschlossen ist, als homogenes Flüssigkeits/Gas-Gemisch den Reaktor 30 verlässt.
An dem Reaktor 30 befindet sich weiterhin ein Ausgang 36, an den eine Flüssigkeitsleitung 37 angeschlossen ist, die zu einer Pumpe 34 führt, so dass es möglich ist, flüssige Komponente bzw. noch fließfähiges Gemisch über die Leitung 38 zum Eingang 39 der Venturidüse 31 zu fördern.
Im Reaktor befindet sich über dem Gas/Flüssigkeits-Gemisch 33 eine Gasphase 40, in deren Bereich eine Gasleitung 41 an den Reaktor angeschlossen ist, über die Gas aus dem Reaktor zum Nebeneingang 42 der Venturidüse 31 strömt. Gas aus dem Reaktor kann also ebenso wie fließfähiges Gemisch aus dem Reaktor der Venturidüse 31 zugeführt werden, in der die Vermischung erfolgt. Das aus der Venturidüse 31 strömende Gemisch beider Komponenten tritt in den Reaktor 30 ein und kann als homogenes Flüssigkeits/Gas-Gemisch über den Ausgang 35 dem Reaktor entnommen werden. Die Gasmenge in der flüssigen Phase kann über den Gasdruck geregelt werden.
Es können bei dieser Variante alle flüssigen oder fließfähigen Phasen eingesetzt werden, wie zum Beispiel Polymerschmelzen, Prepolymere, flüssiger Beton oder Metallpasten.
Es können auch zwei oder mehrere Venturidüsen 31 seitlich am Reaktor oder im Reaktor 30 angeordnet sein, wobei es nicht notwendig ist, dass die Venturidüsen am Reaktor befestigt sind.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von zwei Beispielen näher erläutert, die jeweils konkrete Anwendungsmöglichkeiten für das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlichen, selbstverständlich ohne den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
Beispiel 1:
Zur Herstellung eines Schaumstoffs werden 5000 g Polyetherphenol (Mn = 2000), 623,14 g 1,4-Butandiol sowie verschiedene Katalysatoren miteinander vermischt und bei 50°C durch den Eingang 11 (siehe 1) einer Venturidüse gepumpt. Gleichzeitig werden über eine Leitung über die Öffnung 16 2500 g MDI (Diphenylmethandiisocyanat) und 6 Liter Stickstoff so zudosiert, dass über den gesamten Zeitraum das Mischungsverhältnis MDI:Polyetherphenol:Butandiol:Stickstoff gleich bleibt.
Alle Komponenten werden über eine Venturidüse miteinander vermischt. Es wird beispielsweise eine Venturidüse mit einem Düsendurchmesser von 0,015 inches verwendet. Dabei können die Komponenten so rasch miteinander reagieren, dass es unmittelbar nach dem Austritt der vermischten Komponenten aus der Venturidüse zu einem Viskositätsanstieg kommt, so dass die Gasblasen in der aushärtenden Polymermatrix fixiert werden.
Der so hergestellte Schaumstoff weist eine Dichte von 0,621 kg/Liter auf und zeichnet sich durch eine außerordentlich feine und gleichmäßige Verteilung der Luftbläschen innerhalb der Polymermatrix aus.
Beispiel 2
Zur Herstellung eines Schaumstoffs wird ein Thermoplast vom Typ Ultradur^® (ein Polybutylenterephthalat, erhältlich von der Firma BASF) in die Zuführeinrichtung 21 eines Extruders gegeben (siehe 2), aufgeschmolzen und bei 270°C durch die Venturidüse 10 gepumpt. Gleichzeitig wird über die Leitung 25 (siehe 2) Stickstoff gleichmäßig zudosiert.
In der Venturimischvorrichtung wird das Gas sehr fein in den Thermoplasten eingearbeitet bzw. mit diesem vermischt.
Unmittelbar nach dem Austritt des Ultradur^®/Gas-Gemisches aus der Öffnung 18 der Venturidüse wird abgekühlt, wobei die Gasblasen fein verteilt in der Polymermatrix bleiben. Der so entstandene Schaumstoff weist eine Dichte von 0,65 kg pro Liter auf.

10: Mischvorrichtung
11: Öffnung
12: Kanal
13: Mischraum
14: Verengung
15: Seitenkanal
16: Öffnung
17: Kanal
18: Öffnung
20: Extruder
21: Zuführeinrichtung
22: Schnecke
23: Kühleinrichtung
24: Trenneinrichtung
25: Leitung
26: Schaumstoff
27: Fördereinrichtung
30: Reaktor
31: Venturidüse
32: Ausgang
33: Flüssigkeits/Gas-Gemisch
34: Pumpe
35: Ausgang
36: Ausgang
37: Flüssigkeitsleitung
38: Leitung
39: Eingang
40: Gasphase
41: Gasleitung
42: Nebeneingang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 00/73036 A2 [0002]
- WO 2005/070645 A1 [0003]
- DE 3226818 A1 [0005]
- DE 102006030403 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen bei dem über eine Zuführeinrichtung eine erste Komponente als fließfähige Masse einer Mischvorrichtung zugeführt wird, die innerhalb der Mischvorrichtung in einer Hauptströmungsrichtung gefördert wird und bei dem wenigstens eine zweite, gasförmige Komponente als Nebenstrom der Mischvorrichtung zugeführt wird, wobei beide Komponenten in der Mischvorrichtung innig vermischt werden und nach Abkühlen des Gemischs ein Schaumstoff entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente als fließfähige Phase unter Druck der Eingangsseite (11) einer Venturidüse (10) zugeführt und in den Mischraum (13) der Venturidüse entspannt wird und die zweite gasförmige Komponente durch den Unterdruck in den Mischraum der Venturidüse eingesaugt wird und das Gemisch als Zweistoffgemisch (fließfähig/gasförmig) der beiden Komponenten an der Ausgangsseite (18) die Venturidüse verlässt.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente als fließfähige Phase unter Druck der Eingangsseite (11) einer Venturidüse (10) zugeführt und in den Mischraum (13) der Venturidüse entspannt wird, die zweite, gasförmige Komponente mit einem Überdruck der Mischvorrichtung zugegeben/zudosiert wird und das Gemisch als Zweistoffgemisch (fließfähig/gasförmig) der beiden Komponenten an der Ausgangsseite (18) die Venturidüse verlässt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste fließfähige Komponente einen Kunststoff, eine mineralische Substanz oder ein Metall umfasst und ein Metallschaum, Steinschaum oder Kunststoffschaum hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste fließfähige Komponente ein schmelzflüssiges Polymeres, insbesondere ein Elastomeres umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfestigung des Gemischs nach Austritt aus der Venturidüse physikalisch erfolgt, insbesondere durch Abkühlung und/oder physikalische Vernetzung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfestigung des Gemischs nach Austritt aus der Venturidüse chemisch erfolgt, insbesondere durch eine Polymerisation und/oder Polyaddition und/oder Polykondensation.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Komponente ein Vernetzer an einer Stelle, an der ein Unterdruck oder eine Turbulenz herrscht durch Ansaugen dem Mischraum (13) der Venturidüse zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei nach dem Venturiprinzip arbeitende Mischvorrichtungen (10) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei nach dem Venturiprinzip arbeitende Mischvorrichtungen (10) parallel zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch wenigstens abschnittsweise in einem Kreislauf geführt wird, derart, dass an der Ausgangsseite einer nach dem Venturiprinzip arbeitenden Mischvorrichtung austretendes Gemisch wenigstens teilweise wieder der Eingangsseite einer nach dem Venturiprinzip arbeitenden Mischvorrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, gasförmige Komponente in einer zunächst bezogen auf die Hauptströmungsrichtung etwa radialen Richtung der Mischvorrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Venturiprinzip arbeitende Mischvorrichtung wenigstens teilweise temperiert wird.
Vorrichtung insbesondere zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine nach dem Venturiprinzip arbeitende Mischvorrichtung (10) umfasst, welcher eingangsseitig ein Extruder (20) vorgeschaltet ist, wobei die Ausgangsseite des Extruders in Strömungsverbindung mit der Eingangsseite der Mischvorrichtung steht, wobei mit einem etwa radial zur Strömungsrichtung der Mischvorrichtung angeordneten Saugeingang (16) wenigstens eine Gasleitung (25) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts zur Ausgangsseite der Mischvorrichtung (10) wenigstens eine Einrichtung (23) zur Verfestigung des aus der Mischvorrichtung austretenden Gemischs angeordnet ist.
Vorrichtung insbesondere zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Venturidüse 31 in oder an einem Reaktor oder Behälter 30 angeordnet ist, wobei das Flüssigkeits/Gas-Gemisch aus der Venturidüse 31 in den Reaktor 30 eintritt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus dem Reaktor 30 heraus führende Leitung 37 für flüssige/fließfähige Phase vorgesehen ist, die zur Eingangsseite der Venturidüse 31 führt.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine eingangsseitig mit einer Gasphase 40 im Behälter in Verbindung stehende Gasleitung 41 vorgesehen ist, die zum Nebeneingang 42 der Venturidüse 31 führt.