DE102012015128A1 - Producing resin-based foams by foaming and curing aqueous or alcoholic solution or dispersion, comprises supplying solution or dispersion in microwave heater, applying the solution onto conveyor belt, and moving solution to conveyor belt - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von harzbasierten Schaumstoffen durch Verschäumen und anschließendes Aushärten einer wässrigen oder alkoholischen Lösung oder Dispersion, welche ein Treibmittel und/oder eine chemische Verbindung, die unter Gasbildung reagiert oder sich zersetzt, enthält.The present invention relates to a method and an apparatus for producing resin-based foams by foaming and subsequent curing of an aqueous or alcoholic solution or dispersion containing a blowing agent and / or a chemical compound which reacts or decomposes to form gas.
Beispielsweise aus der
Um die Gleichmäßigkeit der Mikrowellen-Energieverteilung zu verbessern, kann die Mikrowellen-Kammer in Abschnitte segmentiert werden, um diese Abschnitte energetisch besser zu beherrschen. Dies ist operativ aufwendig. Ebenso kann die Energiedichte reduziert werden, was geringe Abweichungen zwischen dem Feldminima und -maxima zur Folge hat. Dadurch wird jedoch die Länge der Mikrowellen-Kammer bzw. -anlage erhöht und vergrößern sich somit auch die Kosten und die Stellfläche. Ebenso wird die Prozesskontrolle beeinträchtigt. Wünschenswert ist eine gezielte und schnelle Erwärmung auf Siede- oder Reaktionstemperatur.In order to improve the uniformity of the microwave energy distribution, the microwave chamber can be segmented into sections to better control these sections energetically. This is operationally complex. Likewise, the energy density can be reduced, resulting in small deviations between the field minima and maxima. As a result, however, the length of the microwave chamber or system is increased and thus increase the cost and the footprint. Likewise, the process control is impaired. Desirable is a targeted and rapid heating to boiling or reaction temperature.
Übliche Einlauftemperaturen liegen im Bereich von 20–30°C. Das Stoffgemisch bzw. die Lösung oder Dispersion, wird dann auf ca. 60–80°C erhöht, wobei dann das Aufschäumen beginnt. Das Aufschäumen ist stark abhängig von der Temperatur. Treten Unterschiede in der Temperatur in den Temperaturprofilen entlang der Transportrichtung auf, sind Unterschiede in der Schaumstruktur und in der Vernetzung des Schaumes sichtbar. Dies führt zu Inhomogenitäten. Cirka 30% der Gesamtlänge einer Mikrowellen-Kammeranlage wird üblicherweise für die Reaktionserwärmung benötigt.Common inlet temperatures are in the range of 20-30 ° C. The mixture or the solution or dispersion is then increased to about 60-80 ° C, in which case the foaming begins. The foaming is strongly dependent on the temperature. If differences in temperature occur in the temperature profiles along the transport direction, differences in the foam structure and in the crosslinking of the foam are visible. This leads to inhomogeneities. About 30% of the total length of a microwave chamber equipment is usually required for the reaction heating.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine gleichmäßigere Aufschäumung mit einer homogenen Porenstruktur und gleichmäßiger Vernetzung des Schaumes mittels Mikrowellen zu erreichen.The present invention is therefore based on the object to achieve a more uniform foaming with a homogeneous pore structure and uniform crosslinking of the foam by means of microwaves.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Lösung oder Dispersion in einem Mikrowellen-Durchlauferhitzer eine vorab festgelegte Energiemenge durch Mikrowellenbestrahlung zugeführt wird und anschließend die Lösung oder Dispersion auf ein, vorzugsweise kontinuierlich laufendes, Förderband in einer Kammer, vorzugsweise zeilenweise, aufgetragen sowie auf dem Förderband unter zumindest zeitweiliger Bestrahlung mit Mikrowellen durch die Kammer bewegt wird. Anstelle eines Förderbandes kann auch eine andere geeignete Fördereinrichtung vorgesehen sein.According to the invention this object is achieved in the method of the type mentioned in that the solution or dispersion in a microwave water heater a predetermined amount of energy is supplied by microwave irradiation and then the solution or dispersion on a, preferably continuously running, conveyor belt in a chamber, preferably line by line, applied and moved on the conveyor belt under at least temporary irradiation with microwaves through the chamber. Instead of a conveyor belt, another suitable conveyor may be provided.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst eine Vorrichtung zur Herstellung von harzbasierten Schaumstoffen durch Verschäumen und anschließendes Aushärten einer wässrigen oder alkoholischen Lösung oder Dispersion, welche ein Treibmittel und/oder eine chemische Verbindung, die unter Gasbildung reagiert oder sich zersetzt, enthält, umfassend: eine Kammer, in der ein, vorzugsweise kontinuierlich laufendes, Förderband angeordnet ist, mindestens einen Mikrowellen-Generator zum Bestrahlen zumindest eines Teils des Inneren der Kammer mit Mikrowellen, und einen der Kammer vorgeschalteten Mikrowellen-Durchlauferhitzer.Furthermore, this object is achieved by a device for producing resin-based foams by foaming and subsequent curing of an aqueous or alcoholic solution or dispersion containing a blowing agent and / or a chemical compound which reacts or decomposes to form gas, comprising: a chamber, in which a, preferably continuously running, conveyor belt is arranged, at least one microwave generator for irradiating at least a portion of the interior of the chamber with microwaves, and a chamber of the microwave upstream water heater.
Vorteilhafterweise wird bei dem Verfahren die Lösung oder Dispersion in dem Mikrowellen-Durchlauferhitzer durch ein Durchgangsrohr aus Kunststoff, Keramik, Glaskeramik o. ä. geleitet.Advantageously, in the method, the solution or dispersion in the microwave water heater is passed through a through pipe made of plastic, ceramic, glass ceramic o. Ä.
Günstigerweise wird die Lösung oder Dispersion mit einem Druck im Bereich von ca. 1 bis ca. 20 bar durch das Durchgangsrohr gepumpt. Conveniently, the solution or dispersion is pumped through the passageway at a pressure in the range of about 1 to about 20 bar.
Besonders bevorzugt wird der Mikrowellen-Durchlauferhitzer im Monomode betrieben. In einem zylindrischen Hohlleiter gibt es verschiedene Grundwellen. Die E01(auch TM01 genannt)-Grundwelle weist eine elektrische Feldstärkeamplitude auf, die in der Mittelachse des zylindrischen Hohlleiters maximal ist und zu der Wandung des zylindrischen Hohleiters abnimmt. Wenn man nun ein Rohr (Durchgangsrohr) in die Mittelachse des zylindrischen Hohlleiters platziert und durch dieses Rohr gleichmäßig Produkt fördert, nimmt das Produkt auf der Verweilstrecke Mikrowellenenergie auf, was zu einer gleichmäßigen Erwärmung des Produktvolumens am Auslauf des Mikrowellen-Durchlauferhitzers führt.Particularly preferably, the microwave water heater is operated in the single mode. In a cylindrical waveguide, there are different fundamental waves. The E01 (also called TM01) fundamental has an electric field strength amplitude which is maximum in the central axis of the cylindrical waveguide and decreases toward the wall of the cylindrical waveguide. If a tube (through-tube) is now placed in the central axis of the cylindrical waveguide and evenly promotes product through this tube, the product absorbs microwave energy on the dwell line, which leads to a uniform heating of the product volume at the outlet of the microwave instantaneous heater.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform liegt die Verweilzeit der Lösung oder Dispersion im Mikrowellen-Durchlauferhitzer im Bereich von ca. 0,1 s bis ca. 10 s.According to a particular embodiment, the residence time of the solution or dispersion in the microwave instantaneous water heater is in the range from about 0.1 s to about 10 s.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Zuführung der Energie so, dass die Temperatur der Lösung oder Dispersion die druckabhängige Siedetemperatur im Mikrowellen-Durchlauferhitzer nicht überschreitet.According to another particular embodiment of the present invention, the supply of energy is such that the temperature of the solution or dispersion does not exceed the pressure-dependent boiling temperature in the microwave water heater.
Alternativ ist die Temperatur die Reaktionstemperatur der chemischen Verbindung, die unter Gasbildung reagiert oder sich zersetzt.Alternatively, the temperature is the reaction temperature of the chemical compound which reacts or decomposes to form gas.
Vorteilhafterweise liegt die Temperatur im Bereich von ca. 60°C bis 200°C.Advantageously, the temperature is in the range of about 60 ° C to 200 ° C.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Lösung oder Dispersion mittels einer Entspannungseinrichtung, insbesondere einer Düse, auf das Förderband aufgetragen.According to a particular embodiment of the invention, the solution or dispersion by means of a relaxation device, in particular a nozzle, applied to the conveyor belt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Kammer eine Multimode-Mikrowellen-Teilkammer aufweist.Furthermore, it can be provided that the chamber has a multi-mode microwave sub-chamber.
Günstigerweise liegt die Verweilzeit in der Multimode-Mikrowellen-Teilkammer im Bereich von ca. 5 Sekunden bis ca. 40 Sekunden.Conveniently, the residence time in the multimode microwave sub-chamber is in the range of about 5 seconds to about 40 seconds.
Vorteilhafterweise ist bei der Vorrichtung zwischen dem Mikrowellen-Durchlauferhitzer und der Mikrowellen-Kammer eine Entspannungseinrichtung, wie zum Beispiel eine Düse, zum, vorzugsweise zeilenweisen, Auftragen der aus dem Mikrowellen-Durchlauferhitzer abgegebenen Lösung oder Dispersion auf das Förderband zwischengeschaltet.Advantageously, in the device between the microwave water heater and the microwave chamber, a relaxation device, such as a nozzle, for, preferably line by line, application of the output from the microwave water heater solution or dispersion interposed on the conveyor belt.
Schließlich weist der Mikrowellen-Durchlauferhitzer vorteilhafterweise ein Durchgangsrohr aus Kunststoff, Keramik, Glaskeramik o. ä. auf.Finally, the microwave instantaneous water heater advantageously has a through pipe made of plastic, ceramic, glass ceramic or the like.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass in dem vorgeschalteten Mikrowellen-Durchlauferhitzer mittels Mikrowellen so viel Energie zugeführt wird, dass die Lösung/Dispersion bzw. das Produkt in der nachgeschalteten Mikrowellen-Kammer bei Atmosphäre sofort beginnt aufzuschäumen. Da ein Großteil der zum Aufschäumen erforderlichen Energie bereits durch den vorgeschalteten Mikrowellen-Durchlauferhitzer eingebracht wurde, kann die Mikrowellen-Energiedichte in der Mikrowellen-Kammer reduziert werden, was zu grundsätzlich besseren Mikrowellen-Energieverteilungen führt. Außerdem kann die Baulänge der Mikrowellen-Kammer bzw. -anlage verkürzt werden. Da das Produkt bereits mit einer hohen Temperatur von zum Beispiel 60°C bis 100°C in die Mikrowellen-Kammer eintritt, findet eine sehr viel gleichmäßigere Aufschäumung mit einer homogenen Porenstruktur und gleichmäßigen Vernetzung des Schaumes statt. Durch die energetische Beladung mittels des Mikrowellen-Durchlauferhitzers kann die Verweilzeit in der nachgeschalteten Mikrowellen-Kammer zum Aufschäumen signifikant verkürzt (beispielsweise 1 bis 5 Minuten reduziert auf 5 bis 40 Sekunden) und die Länge der Mikrowellen-Kammer bzw. Kammeranlage für das Aufschäumen und Aushärten um ca. 30 bis 50% verkürzt werden.The invention is based on the surprising finding that in the upstream microwave instantaneous water heater so much energy is supplied by means of microwaves that the solution / dispersion or the product in the downstream microwave chamber immediately starts to foam up in the atmosphere. Since a large part of the energy required for foaming has already been introduced by the upstream microwave instantaneous water heater, the microwave energy density in the microwave chamber can be reduced, which leads to fundamentally better microwave energy distributions. In addition, the length of the microwave chamber or system can be shortened. Since the product already enters the microwave chamber at a high temperature of, for example, 60 ° C. to 100 ° C., a much more uniform foaming takes place with a homogeneous pore structure and uniform crosslinking of the foam. The energetic loading by means of the microwave instantaneous heater significantly shortens the residence time in the downstream microwave chamber for foaming (for example, 1 to 5 minutes reduced to 5 to 40 seconds) and the length of the microwave chamber or chamber for foaming and curing be shortened by about 30 to 50%.
Da zumindest in einer besonderen Ausführungsform sich in den Reaktionsgemischen auch ein Anteil von Wasser befindet, kann durch höhere Drücke im Mikrowellen-Durchlauferhitzer (Wasser in der Flüssigkeitsphase gehalten und energetisch beladen) die Prozeßtemperatur in der Flüssigkeitsphase deutlich über 100°C erhöht werden (typisch 130°C bis 150°C). Dies führt nach Austritt der Lösung/Dispersion bzw. des Schaumgemisches an beispielsweise einer Düse (Schäumdüse) beim Förderband der Mikrowellen-Kammer zu einer schlagartigen Entspannungsverdampfung (Flash) und unterstützt eine schnelle Schaumbildung (Aufschäumen) sowie, dass ein Teil des enthaltenden Wassers sofort an atmosphärischen Druck verdampft. Mit dieser gezielten Prozessführung des vorgeschalteten Mikrowellen-Durchlauferhitzers lassen sich gezielt Qualitätsmerkmale des Schaumes steuern, wie zum Beispiel Dichte über Porengröße, Schaumhöhe, mechanische Festigkeiten etc. Diese gezielte Beeinflussung ist mit einer einfachen Mikrowellen-Kammer bzw. -kammeranlage schlecht oder kaum möglich.Since, at least in a particular embodiment, a proportion of water is also present in the reaction mixtures, the process temperature in the liquid phase can be increased significantly above 100 ° C. by higher pressures in the microwave instantaneous water heater (water in the liquid phase and energetically charged) (typically 130 ° C.) ° C to 150 ° C). This leads after exiting the solution / dispersion or the foam mixture of, for example, a nozzle (Schäumdüse) at the conveyor belt of the microwave chamber to a flash expansion flash (Flash) and supports rapid foaming (foaming) and that a part of the water containing immediately atmospheric pressure evaporates. With this targeted process control of the upstream microwave continuous flow heater can be targeted quality characteristics of the foam control, such as density on pore size, foam height, mechanical strength, etc. This targeted influence is poor or hardly possible with a simple microwave chamber or -kammeranlage.
Neben Härtern werden auch Katalysatoren eingesetzt, um die „chemische Schaumreaktion” zu beschleunigen. Durch die Katalysatoren wird die kritische Phase des Aufschäumen und des Aushärtens schneller durchlaufen. Die Katalysatoren beeinträchtigen jedoch häufig die Langzeiteigenschaften und sind teuer. Wie Versuche gezeigt haben, benötigt man bei Verwendung eines Mikrowellen-Durchlauferhitzers ca. 20–50% weniger Katalysatoren. Dadurch wird die Langzeitstabilität verbessert und werden die Kosten gesenkt.In addition to hardeners, catalysts are also used to accelerate the "chemical foam reaction". The catalysts undergo the critical phase of foaming and curing faster. The catalysts however, often affect the long-term properties and are expensive. As experiments have shown, it takes about 20-50% less catalysts when using a microwave water heater. This improves long-term stability and reduces costs.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Zeichnung beschrieben wird. Die einzige Zeichnung zeigt schematisch eine Vorrichtung
Die Vorrichtung
Wie sich weiterhin aus der einzigen Figur ergibt, ist die Kammer
In der zweiten Teilkammer
Auf der Oberseite der Multimode-Mikrowellen-Kammer
Neben dem Monomode-Mikrowellen-Durchlauferhitzer
Weiterhin ist in der einzigen Figur unterhalb der Kammer
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims may be essential both individually and in any desired combinations for the realization of the invention in its various embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1212
- Kammerchamber
- 1414
- Förderbandconveyor belt
- 1616
- Monomode-Mikrowellen-DurchlauferhitzerSingle-mode microwave water heater
- 18, 20, 2218, 20, 22
- Rohrleitungenpiping
- 2323
- Mischermixer
- 2424
- Pumpepump
- 2626
- DurchgangsrohrThrough pipe
- 2828
- Mikrowellen-GeneratorMicrowave generator
- 3030
- Rohrleitungpipeline
- 3232
- Düsejet
- 3333
- Blechsheet
- 3434
- erste Teilkammerfirst compartment
- 3636
- Mikrowellen-GeneratorMicrowave generator
- 3838
- zweite Teilkammersecond sub-chamber
- 4040
- LuftabzugsrohreAir flues
- 4242
- Rohrpipe
- 4444
- Gebläsefan
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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