DE102013106364B4 - Process for producing a polyurethane block foam - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Blockschaumstoffes (12), wobei als Ausgangsstoffe (50) Polyurethan-Abfall (44), wenigstens ein Dicarbonsäureanhydrid (56) beziehungsweise wenigstens eine Dicarbonsäure (58) beziehungsweise wenigstens ein Dicarbonsäurederivat (60) und wenigstens ein gepfropftes Reaktand-Polyol (54) bereitgestellt, vermischt und erhitzt werden, derart, dass ein Dispersions-Polyol (26) entsteht, wonach das so entstandene Dispersions-Polyol (26) mit wenigstens einem System-Polyol (28) vermischt wird und dann Isocyanat (34) zu der Mischung aus Dispersions-Polyol (26) und System-Polyol (28) derart zugegeben wird, dass sich ein Blockschaumstoff (12) bildet, wobei die Ausgangsstoffe (50) nur mit höherwertigen Stählen (62) in Kontakt gebracht werden.The invention relates to a method for producing a polyurethane block foam (12), wherein as starting materials (50) polyurethane waste (44), at least one dicarboxylic anhydride (56) or at least one dicarboxylic acid (58) or at least one dicarboxylic acid derivative (60) and at least a grafted reactant polyol (54) is provided, mixed and heated such that a dispersion polyol (26) is formed, after which the resulting dispersion polyol (26) is mixed with at least one system polyol (28) and then Isocyanate (34) is added to the mixture of dispersion polyol (26) and system polyol (28) such that a block foam (12) is formed, the starting materials (50) being contacted only with higher grade steels (62) become.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Blockschaumstoffes.The invention relates to a method for producing a polyurethane block foam.
Polyurethan-Blockschaumstoffe sind großvolumige Blockschäume, die durch Reaktion von Polyolen mit Isocyanaten hergestellt werden. Die besondere Eigenschaft der Blockschaumstoffe ist insbesondere ihr Volumen, da solche Schaumstoffe beispielsweise zur Herstellung von Matratzen verwendet werden sollen.Polyurethane slab foams are large-volume block foams which are produced by reaction of polyols with isocyanates. The particular property of the block foams is in particular their volume, since such foams are to be used for example for the production of mattresses.
Bei der Aufbereitung der Polyurethan-Blockschäume fallen Polyurethan-Abfälle an, die zum einen entsorgt werden müssen und zum anderen dazu führen, dass sich die effektive Menge des tatsächlichen verwerteten Polyurethan-Blockschaumes verringert.When processing the polyurethane block foams accumulate polyurethane waste, which must be disposed of on the one hand and on the other hand lead to the fact that the effective amount of the actual recycled polyurethane foam blocks reduced.
Daher ist es wünschenswert, den Polyurethan-Abfall sinnvoll weiterzuverwenden.Therefore, it is desirable to continue to use the polyurethane waste meaningful.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass aus den Polyurethan-Abfällen die Ausgangsstoffe des Polyurethans rückgewonnen werden, um diese zur Herstellung von Polyurethan wiederzuverwenden.This can be done, for example, that the starting materials of the polyurethane are recovered from the polyurethane waste in order to reuse these for the production of polyurethane.
In
Insbesondere bei der Herstellung von großvolumigen Blockschaumstoffen muss dabei jedoch gewährleistet sein, dass die Verwendung von Recycling-Ausgangsmaterialien bei der Polyurethan-Herstellung in gleicher Qualität des Blockschaumstoffes wie bei der herkömmlichen Herstellung des Polyurethan-Blockschaumstoffes, d. h. ohne Verwendung von Recycling-Polyol, resultiert.In particular, in the production of large-volume slab foams must be ensured, however, that the use of recycled starting materials in the polyurethane production in the same quality of the block foam as in the conventional production of polyurethane slab foam, d. H. without using recycled polyol.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Blockschaumstoffen bereitzustellen, bei dem Polyurethan-Abfälle verwendet werden können und dennoch eine gleiche Qualität des resultierenden Blockschaumstoffes wie bei der üblichen Blockschaumstoffherstellung erzielt werden kann.The object of the invention is therefore to provide a process for the production of polyurethane slab foams in which polyurethane waste can be used and yet a same quality of the resulting slab foam can be achieved as in the conventional slabstock production.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Blockschaumstoffes, weist die folgenden Schritte auf:
- a) Bereitstellen der folgenden Ausgangsstoffe:
- a1) Polyurethan-Abfalle;
- a2) wenigstens ein Dicarbonsäureanhydrid, wenigstens eine Dicarbonsäure und/oder wenigstens ein Dicarbonsäurederivat;
- a3) wenigstens ein gepfropftes Reaktand-Polyol;
- b) Vermischen und Erhitzen der Ausgangsstoffe derart, dass ein Dispersions-Polyol entsteht;
- c) Vermischen des Dispersions-Polyols mit wenigstens einem System-Polyol;
- d) Zugabe von Isocyanat zu der Mischung aus Dispersions-Polyol und System-Polyol derart, dass sich ein Blockschaumstoff bildet,
- a) Provision of the following starting materials:
- a1) polyurethane waste;
- a2) at least one dicarboxylic acid anhydride, at least one dicarboxylic acid and / or at least one dicarboxylic acid derivative;
- a3) at least one grafted reactant polyol;
- b) mixing and heating the starting materials such that a dispersion polyol is formed;
- c) mixing the dispersion polyol with at least one system polyol;
- d) addition of isocyanate to the mixture of dispersion polyol and system polyol such that a block foam forms,
Es werden bevorzugt Dicarbonsäureanhydride verwendet oder alternativ Dicarbonsäuren beziehungsweise deren Derivate, die, meist bei erhöhter Temperatur, unter Wasserabspaltung Dicarbonsäureanhydride bilden können.Dicarboxylic anhydrides are preferably used or alternatively dicarboxylic acids or their derivatives which, usually at elevated temperature, can form dicarboxylic acid anhydrides with elimination of water.
Weiter ist es bevorzugt, wenn die Umsetzung bei Reaktionszeiten von 1 bis 10 Stunden durchgeführt wird und vorteilhaft Katalysatoren, insbesondere basische Katalysatoren, besonders bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Reaktionssystem, verwendet werden.It is further preferred if the reaction is carried out at reaction times of 1 to 10 hours and advantageously catalysts, in particular basic catalysts, more preferably in amounts of 0.1 to 5 wt .-%, based on the total reaction system used.
Durch Vermischen und Erhitzen der Polyurethan-Abfälle mit dem gepfropften Reaktand-Polyol und wenigstens einem Dicarbonsäureanhydrid und/oder einer Dicarbonsäure und/oder einem Dicarbonsäurederivat wird der Polyurethan-Abfall zu einem Dispersions-Polyol umgesetzt, das heißt zu einem Ausgangsstoff zur Herstellung von Polyurethan. Durch diese Umsetzung können alle möglichen Polyurethan-Abfälle, insbesondere auch die, die bei der Aufarbeitung des Blockschaumstoffes anfallen, vorteilhaft recycelt werden, so dass die Entsorgung der Abfälle entfallen kann und insgesamt mehr Blockschaumstoff effektiv verwendet werden kann als bei der Nichtverwertung der Polyurethan-Abfälle.By mixing and heating the polyurethane waste with the grafted reactant polyol and at least one dicarboxylic acid anhydride and / or a dicarboxylic acid and / or a dicarboxylic acid derivative, the polyurethane waste is converted to a dispersion polyol, ie to a starting material for the production of polyurethane. By this reaction, all possible polyurethane waste, especially those incurred in the workup of the block foam, can be advantageously recycled, so that the disposal of waste can be omitted and a total of more block foam can be used effectively than in the non-utilization of polyurethane waste ,
Zur Herstellung des Dispersions-Polyols, das somit ein aus Polyurethan-Abfall hergestelltes Recycling-Polyol ist, wird das Dispersions-Polyol mit einem System-Polyol vermischt. Unter System-Polyol soll dabei verstanden werden, dass dies ein Polyol ist, das nicht durch eine Recyclingreaktion entsprechend der in Schritt b) erfolgten Umsetzung hergestellt worden ist.To prepare the dispersion polyol, which is thus a recycled polyol made from polyurethane waste, the dispersion polyol is blended with a system polyol. The term "system polyol" is to be understood to mean that this is a polyol which has not been prepared by a recycling reaction in accordance with the reaction carried out in step b).
Nachfolgend wird Isocyanat zugegeben, um durch Reaktion der Polyole mit dem Isocyanat das Polyurethan zu bilden, wobei durch Freisetzung von CO2 gleichzeitig das Polyurethan zu dem Blockschaumstoff aufschäumt.Subsequently, isocyanate is added to form by reaction of the polyols with the isocyanate, the polyurethane, wherein the release of CO 2 at the same time foams the polyurethane to form the block foam.
Bei der Verwendung von Dispersions-Polyolen in Mischung mit System-Polyolen hat sich herausgestellt, dass die Qualität des Polyurethan-Blockschaumes nicht der des standardmäßig hergestellten Polyurethan-Blockschaumes entspricht. Denn in dem Schaumkern entstehen in diesem Herstellungsverfahren unter Verwendung von Recycling- beziehungsweise Dispersions-Polyol bräunliche Verfärbungen, die zu Ausschuss beziehungsweise Fehlteilen führen und es kommt auch teilweise zur Zerstörung des Schaumes durch Abbrennen, was als Scorching-Effekt bekannt ist. When using dispersion polyols in mixture with system polyols, it has been found that the quality of the polyurethane block foam does not match that of the polyurethane block foam produced as standard. Because in the foam core arise in this manufacturing process using recycled or dispersion polyol brownish discoloration, which lead to rejects or missing parts and it also comes partially to the destruction of the foam by burning, which is known as scorching effect.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch Verwendung spezieller Kontaktmaterialien insbesondere bei den Schritten a) und b) die oben genannten Effekte, die die Qualität des Polyurethan-Blockschaumes vermindern, vorteilhaft verhindert werden können.Surprisingly, it has been found that by using special contact materials, in particular in steps a) and b), the abovementioned effects which reduce the quality of the polyurethane block foam can advantageously be prevented.
Daher werden in dem Verfahren in den Schritten a) und b) die Ausgangsstoffe und alle Mischungen der Ausgangsstoffe während der Umsetzung zu dem Dispersions-Polyol nur mit korrosionsbeständigem Duplex-Stahl in Kontakt gebracht.Therefore, in the process in steps a) and b), the starting materials and all mixtures of the starting materials during the reaction are brought into contact with the dispersion polyol only with corrosion-resistant duplex steel.
Vorteilhaft können auch die Schritte c) und d) derart durchgeführt werden, dass das Dispersions-Polyol, das System-Polyol und das Isocyanat vorzugsweise nur mit korrosionsbeständigem Duplex-Stahl in Kontakt kommen.Advantageously, the steps c) and d) can be carried out such that the dispersion polyol, the system polyol and the isocyanate preferably come into contact only with corrosion-resistant duplex steel.
Besonders bevorzugt werden die Ausgangsstoffe in den Schritten a) und b), insbesondere a) bis d), nur mit korrosionsbeständigem Duplex-Stahl 1.4462 in Kontakt gebracht.Particularly preferably, the starting materials in steps a) and b), in particular a) to d), are brought into contact only with corrosion-resistant duplex steel 1.4462.
Es hat sich herausgestellt, dass bei der Verwendung von Duplex-Stahl beziehungsweise Stahl 1.4462 Verfärbungen und Scorching-Effekte bei der Herstellung von Polyurethan-Blockschaumstoffen unter Verwendung von recycelten Dispersions-Polyol vorteilhaft vermeiden lassen.It has been found that when using duplex steel or steel 1.4462 discoloration and scorching effects in the production of polyurethane slab foams using recycled dispersion polyol can be advantageously avoided.
Vorzugsweise werden mit den Ausgangsstoffen in Kontakt kommende Materialien, insbesondere Behälter, Armaturen und/oder Rührer, verwendet, die aus korrosionsbeständigem Duplex-Stahl gebildet und/oder beschichtet sind. Besonders bevorzugt wird in Schritt a3) ein Reaktand-Polyol mit einer Molmasse von 500–6000 g/mol und/oder mit einer Hydroxylfunktionalität von 2–5 verwendet.Preference is given to materials coming into contact with the starting materials, in particular containers, fittings and / or stirrers, which are formed and / or coated from corrosion-resistant duplex steel. Particularly preferred in step a3) is a reactant polyol having a molecular weight of 500-6000 g / mol and / or having a hydroxyl functionality of 2-5.
Vorteilhaft werden in Schritt b) die Ausgangsstoffe vor, nach oder während des Vermischens auf eine Temperatur von 120–270°C erhitzt.In step b), the starting materials are advantageously heated to a temperature of 120-270 ° C. before, after or during the mixing.
Vorzugsweise wird der Polyurethan-Abfall vor Schritt a) zerkleinert und in Schritt b) in eine erhitzte Mischung aus dem gepfropften Reaktand-Polyol mit wenigstens einem Dicarbonsäureanhydrid und/oder wenigstens einer Dicarbonsäure und/oder wenigstens einem Dicarbonsäurederivat eingemischt.Preferably, the polyurethane waste is comminuted prior to step a) and mixed in step b) into a heated mixture of the grafted reactant polyol with at least one dicarboxylic acid anhydride and / or at least one dicarboxylic acid and / or at least one dicarboxylic acid derivative.
Besonders bevorzugt wird in Schritt c) 5–30 Gew.-% Dispersions-Polyol mit 70–95 Gew.-% System-Polyol an der Gesamt-Polyolmischung vermischt.More preferably, in step c), 5-30% by weight of dispersion polyol is mixed with 70-95% by weight of system polyol on the total polyol mixture.
Vorteilhaft wird nach Schritt c) ein Schritt d) Aufbereitung des Blockschaumstoffes unter Erzeugung von Polyurethan-Abfall, insbesondere von 5–20% Polyurethan-Abfall an dem Gesamt-Blockschaumstoff, durchgeführt, wobei der dabei entstehende Polyurethan-Abfall den Polyurethan-Abfall in Schritt a1) bereitstellt.Advantageously, after step c), a step d) preparation of the block foam to produce polyurethane waste, in particular 5-20% polyurethane waste to the total block foam carried out, wherein the resulting polyurethane waste the polyurethane waste in step a1).
Vorzugsweise werden die Schritte a) bis d) in situ durchgeführt.Preferably, steps a) to d) are carried out in situ.
Damit ist es vorteilhaft möglich, die Recyclingreaktion, das heißt die Umsetzung des Abfalles des bereits hergestellten Blockschaumstoffes in einer Anlage mit der Herstellung des Blockschaumstoffes durchzuführen, so dass die Ausgangsstoffe zur Blockschaumstoffherstellung vorzugsweise unmittelbar nach Recycling und Herstellung des Dispersions-Polyols zusammengeführt werden können.Thus, it is advantageously possible to carry out the recycling reaction, ie the conversion of the waste of the already produced block foam in a plant with the production of the block foam, so that the starting materials for slabstock production can be preferably brought together immediately after recycling and preparation of the dispersion polyol.
Weiter führt der in situ-Aufbau dazu, dass beim Hersteller des Blockschaumstoffes Abfälle des Blockschaumstoffes vorteilhaft direkt ohne Verzögerung weiterverwendet und recycelt werden können und unmittelbar wieder der Blockschaumstoffherstellung zugeführt werden können.Furthermore, the in-situ construction leads to the fact that waste from the block foam can advantageously continue to be used and recycled directly without delay by the manufacturer of the block foam, and the block foam production can be returned immediately.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, wobeiA preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, wherein
Der Recyclingbehälter
In dem Recycling-Behälter
In dem ersten Mischkopf
Über die Leitung
In dem zweiten Mischkopf
Der Polyurethan-Blockschaumstoff
Dadurch entsteht Polyurethan-Abfall
Dieser Polyurethan-Abfall
Der Recycling-Behälter
In dem Recycling-Behälter
Diese Vorlage wird durch die Heizeinrichtung
Sämtliche Einrichtungen der Vorrichtung
Das bedeutet, dass zumindest der Recycling-Behälter
Ein Beispiel für einen solchen höherwertigen Stahl ist Duplex-Stahl
Auch alle weiteren Einrichtungen der Vorrichtung
Ausgangspunkt für die Wiedergewinnung von Sekundärpolyol aus Polyurethan-Weichschaumstoff, insbesondere aus Schaumstoffabfällen, das heißt für die Gewinnung von Dispersions-Polyol
Allerdings wurde festgestellt, dass es bei der Durchführung des Verfahrens in üblichen Behältern und Weiterverwendung des Dispersions-Polyols
Daher wird vorgeschlagen, im gesamten System nur bestimmte Stahlsorten zu verwenden, insbesondere Duplex-Stahl
Es hat sich demnach gezeigt, dass isocyanatreaktive Dispersions-Polyole
Zur Vermeidung des Scorching-Effektes werden deshalb sehr hohe Qualitätsanforderungen an die Ausgangsrohstoffe gestellt und den Polyolen Antioxidantien zugesetzt. Durch Einsatz von Antioxidantien wird die Gefahr der Radikalbildung reduziert, denn freie Radikale können den Scorching-Effekt verstärken.To avoid the scorching effect, very high quality requirements are therefore imposed on the starting raw materials and the polyols are added with antioxidants. The use of antioxidants reduces the risk of radical formation, as free radicals can intensify the scorching effect.
Es hat sich gezeigt, dass bei Zusatz von bereits geringen Mengen, etwa 5 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Gesamt-Polyol-Menge, an Dispersions-Polyolen
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die negativen Effekte nur auftreten, wenn die Dispersions-Polyole
Daher wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Blockschaumstoffes
Beispiele:Examples:
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel 1):Example 1 (Comparative Example 1):
Ein Dispersions-Polyol
Ein Blockweichschaum mit 1 m3 Volumen wird aus 10 Teilen Dispersionspolyol
Im Kern zeigt der Polyurethan-Blockschaumstoff
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel 2):Example 2 (Comparative Example 2):
Analog zu der Herstellung in Vergleichsbeispiel 1 wird das Dispersions-Polyol
Ein Blockweichschaum mit 1 m3 Volumen wird aus 10 Teilen des Dispersions-Polyols
Der Blockweichschaum zeigt im Kern deutliche Verfärbungen auf.The block foam shows in the core on clear discoloration.
Beispiel 3:Example 3:
Ein Dispersions-Polyol wird analog zu den Vergleichsbeispielen 1 und 2 auf einem Rührbehälter hergestellt, bei dem jedoch alle Medien berührenden Teile aus Duplex-Stahl 1.4462 bestehen. Das hergestellte Dispersions-Polyol
Ein erster Blockweichschaum mit 1 m3 Volumen wird aus 10 Teilen Dispersions-Polyol
Weiter wird ein zweiter Blockweichschaum mit 1 m3 Volumen aus 20 Teilen Dispersions-Polyol
Weiter wird ein dritter Blockweichschaum mit 1 m3 Volumen aus 30 Teilen Dispersions-Polyol
Alle drei hergestellten Blockschäume zeigen im Kern selbst bei höheren Dispersions-Polyolanteilen keine Verfärbung.All three block foams produced show no discoloration in the core even at higher dispersion polyol contents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1212
- Polyurethan-BlockschaumstoffPolyurethane foam block
- 1414
- Recycling-BehälterRecycling bins
- 1616
- System-Polyol-BehälterSystem polyol container
- 1818
- Isocyanat-BehälterIsocyanate container
- 2020
- erster Mischkopffirst mixing head
- 2222
- Leitungmanagement
- 2424
- zweiter Mischkopfsecond mixing head
- 2626
- Dispersions-PolyolDispersion polyol
- 2828
- System-PolyolSystem polyol
- 3030
- VentilValve
- 3232
- Gesamt-PolyolmischungTotal polyol
- 3434
- Isocyanatisocyanate
- 3636
- Düsejet
- 3838
- Förderbandconveyor belt
- 4040
- Polyurethanpolyurethane
- 4242
- Schneidvorrichtungcutter
- 4444
- Polyurethan-AbfallPolyurethane waste
- 4646
- Zerkleinerungseinrichtungcomminution device
- 4848
- Rührerstirrer
- 5050
- Ausgangsstoffstarting material
- 5252
- Heizeinrichtungheater
- 5454
- gepfropftes Reaktand-Polyolgrafted reactant polyol
- 5656
- Dicarbonsäureanhydriddicarboxylic
- 5858
- Dicarbonsäuredicarboxylic acid
- 6060
- Dicarbonsäurederivatdicarboxylic acid derivative
- 6262
- höherwertiger Stahlhigher grade steel
- 6464
- Duplex-StahlDuplex steel
Claims (9)
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