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Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen, wie Urethangruppen enthaltenden
Kunststoffen, bei dem in einem Raum eine Mischung der Reaktionskomponenten durch
Druckinjektion mindestens einer Nebenkomponente von niedriger Viskosität in den
laufenden Strom der hochviskosen Hauptkomponente erfolgt.
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Bei der Herstellung der Reaktionsgemische traten bisher insofern
Schwierigkeiten auf, als bei gleichzeitigem Einschalten und Ausschalten der Fördervorrichtungen
für die Hauptkomponente und der Druckinj ektionsvorrichtung für die Nebenkomponente(n)
normalerweise die Hauptkomponente infolge ihrer hohen Viskosität später in den Mischraum
eintritt oder später stoppt als die Nebenkomponente(n). Dies führte beim Anlauf
und ebenso beim Abstellen der Maschine zu Mischungsfehlern der Komponenten, also
beim Anlauf oder beim Abstellen der Fabrikationseinrichtung zu einer schädlichen
Gemischveränderung. Die Verwendung von Verzögerungsrelais oder die Anordnung von
Kondensatoren für die zeitverzögernde Einschaltung der Druckinjektionsvorrichtung
der Nebenkomponente brachte keine ausreichende Variationsmöglichkeit der Schaltverzögerung,
insbesondere, wenn es sich um verschiedene Mischungsrezepte und Mischkammerabmessungen
handelte.
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Es wurde nun gefunden, daß diese Schwierigkeiten zu vermeiden sind,
wenn gemäß der Erfindung die Injektion der niedrigviskosen Komponente(n) durch den
Arbeitsdruck der hochviskosen Komponente zeitlich gesteuert wird. Die Vorrichtung
zur Ausübung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß in die Zuleitung
der hochviskosen Komponente vor der Mischvorrichtung ein Kontaktmanometer eingebaut
ist, das über ein Relais den Antrieb der Injektionsvorrichtung für die niedrigviskose
Komponente einschaltet. An Stelle des Kontaktmanometers können auch andere geeignete
Druckschaltgeräte mittels des im Fördersystem der Hauptkomponente eintretenden Druckanstiegs
in Tätigkeit gesetzt werden.
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Vor Erreichen des normalerweise vorhandenen Arbeitsdruckes der Hauptkomponentenpumpe
von etwa 38 atü wird die Druckinjektionspumpe durch das Kontaktmanometer dann geschaltet,
wenn im Bereich des Druckanstiegs 18 atü der Mischkammer erreicht werden. In diesem
Augenblick ist die Mischkammer, bestehend aus Ventilraum und Injektionskanal, mit
der Hauptkomponente gefüllt, und in den in der Mischkammer befindlichen Hauptkomponentenstrom
wird schlagartig die Nebenkomponente eingeführt. Jeglicher Vorlauf der einen oder
anderen Komponente ist auf diese Weise verhindert, so daß beim Anlauf der Apparatur
keine tYber- oder Untervernetzung stattfinden kann. Die Einstellung des im Fördersystems
der Hauptkomponente angeordneten Kontaktmanometers ist von der Vorspannung eines
in der
Mischkammer angeordneten Zuflußventils für die Hauptkomponente abhängig. Voraussetzung
für die Funktion der Schaltverzögerung ist ferner das Vorhandensein von starren
Zuleitungen für die Hauptkomponente, d. h. Vorhandensein von Stahlrohren oder nicht
atmenden flexiblen Schläuchen. Eine weitere Voraussetzung ist eine genaue Temperaturführung
sämtlicher Komponenten. Für den Stoppprozeß der D osierapparatur sind die Schwierigkeiten
wesentlich geringer. Das schlagartige Aussetzen der Komponentenförderung kann gleichzeitig
erfolgen. Eine Verzögerung der Hauptkomponente wird dadurch verhindert, daß das
Kammerventil möglichst hoch vorgespannt wird (z. B. 30 atü) und der Ventilsitz sehr
schmal gehalten wird. Die Schließgeschwindigkeiten des Kammerventils können noch
dadurch vergrößert werden, daß im Bereich zwischen der Hauptstrompumpe und dem Kammerventil
eine plötzliche Druckentlastung herbeigeführt wird, z. B. in der Weise, daß man
eine Förderleitung zwischen Kammerventil und Hauptstrompumpe über ein Rücklaufsystem
mit dem Leitungsbereich zwischen Hauptstrompumpe und Vormischer schaltet. Ein weiterer
Weg, die Schließgeschwindigkeiten des Kammerventils zu vergrößern, ist eine schlagartige
Vergrößerung des Leitungsvolumens zwischen Mischkammer und Hauptstrompumpe um etwa
100 cm3 mittels eines Kolbensystems. Diese Vergrößerung des Volumens wird vor der
Wiederinbetriebnahme der Apparatur rückgängig gemacht. Durch die oben geschilderten
Maßnahmen wird erreicht, daß bei Stillsetzen der Apparatur in dem Mischsystem nur
noch Gemische verbleiben, die das gewünschte Komponentenverhältnis besitzen. Darüber
hinaus kann im Bedarfsfall auch noch eine zusätzliche Verzögerung der Schaltzeit
für die Nebenkomponente durch Anwendung
çon Zeitrelais erreicht
werden bzw. noch zusätzlich wiederum ein Kontaktmanometer für Druckabfall benutzt
werden.
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Eine weitere Vorrichtung für das dosierte Umsetzen von Reaktionsgemischen
ist die Maßnahme, daß im System Entlastungsventile für die Haupt- und Nebenkomponente(n)
angeordnet sind, die als Hauptschalt-Drgane für die Inbetriebnahme der Maschine
Verwendung finden. Die Apparatur kann erst dann in Betrieb genommen werden, wenn
die Entlastungsventile der Haupt- und Nebenkomponente(n) auf Arbeitsstellung stehen,
so daß in keinem Fall eine Veränderung der Komponentenverhältnisse durch nicht ausreichendes
Schließen der Ent lastungsventile eintreten kann.
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Das beschriebene Verfahren kann für die Herstellung von Kunststoffen
der verschiedensten Art angewendet werden, sofern zu ihrer Herstellung Nebenkomponenten
von niedriger Viskosität mit hochviskosen Hauptkomponenten gemischt werden; als
Beispiel wird im folgenden Bezug auf Polyester-Polyisocyanat-Kombinationen genommen.
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Sinngemäß gilt das erfindungsgemäße Verfahren für die Kombination
zweier Komponenten, von denen die über Zahnradpumpe geförderte höherviskose Komponente
z.B. ein Polyester-Isocyanat-Addukt ist und die andere, niedrigviskose Komponente
das für den Reaktionsablauf notwendige Aktivator- oder ein Aktivator-Polyester-System
ist, das in den Injektionskanal der Mischkammer unter Hochdruck (bis 1000 atü) eingeführt
wird.
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Die regelbare Schaltzeit (1!ion bis lllo Sekunde) für die Verzögerung
der Inj ektionsnebenkomponente ist abhängig von der Arbeitstemperatur (35 bis 65"C)
und der Fördermenge (z. B. 1 bis 15 1) der höherviskosen Hauptkomponente und von
den Abmessungen des Mischsystems, das auf Grund der Arbeitstechnik gemäß der Erfindung
nunmehr für die Erzielung einer guten Vermischung der Komponenten so festgelegt
wurde, daß für Mengen von D,5 bis 10,0 1 Reaktionsgemisch (Isocyanat + Polyester
t Aktivator) der Injektionskanal 10 bis 14 mm Länge und 2,5 bis 3,7 mm Durchmesser
für einen Ventilraum von 2,5 bis 3,5 cm3 Größe besitzt bzw. für Reaktionsgemischmengen
von 15 bis 35 1 der Injektionskanal eine Länge von 15 bis 20 mm und einen Durchmesser
von 4,5 bis 5,5 mm für einen Ventilraum von 3,7 bis 4,5 cm3 hat.
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Erst wenn Ventilraum und Inj ektionskanal mit der höherviskosen Komponente
gefüllt sind, schaltet bei dem von Viskosität und Fördergeschwindigkeit im wMischkammersystem
erzeugten Arbeitsdruck die Inj ektionskomponente ein.
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Beispiele In den folgenden Rezeptbeispielen ist mit A die Nebenkomponente
bezeichnet, die mit einer Viskosität von 3 bis 300 cP (Centipoises) (gemessen bei
250 C) über eine oder zwei Düsen unter Drücken von 30 bis 100 atü im Injektionskanal
der Handdüse im Gegenstrom oder senkrecht dazu kontinuierlich oder intermittierend
in die Hauptkomponente B eingeführt wird, wodurch die erforderliche innige Vermischung
mit der Komponente B, die eine Viskosität von 30 bis 15 000 cP (gemessen bei 250
C) je nach Rezeptwabl haben kann, eintritt.
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Beispiel 1 Komponente A: 85 Gewichtsteile Polyisocyanat mit Arbeitstemperatur
von 250 C und Viskosität von 3 cP.
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Komponente B: 100 Gewichtsteile Polyester-Aktivator-Gemisch, bestehend
aus 100 Gewichtsteilen Polyester aus 1 Mol Adipinsäure, 2 Mol Phthalsäureanhydrid,
1 Mol Ölsäure, 6 Mol Trimethylolpropan, mit der Säurezahl 2 und einer OH-Zahl 360
bis 380, 3 Gewichtsteilen N-Di-
äthyl-ß-phenoxyäthyl-amin, 4 Gewichtsteilen Natriumsalz
eines sulfonierten Rizinusöls mit 540/o Wasser, 1 Gewichtsteil Hexamethyltriäthylentetramin,
mit einer Viskosität von 800 cP bei einer Arbeitstemperatur von 550C.
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Beispiel 2 Komponente A: 85 Gewichtsteile Polyesterisocyanat mit
Arbeitstemperatur von 180 C und Viskosität 3 cP.
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Komponente B: 100 Gewichtsteile eines Polyester-Aktivator-Brandschutzgemisches,
bestehend aus 50 Gewichtsteilen Polyester aus 5 Mol Adipinsäure, 1 Mol Phthalsäureanhydrid,
8 Mol Hexantriol, 30 Gewichtsteilen Polyester aus 17 Mol Hexantriol, 12 Mol Phthalsäureanhydrid,
1 Mol Adipinsäure, 1 Mol Triäthanolamin, 20 Gewichtsteilen Umsetzungsprodukt aus
1 Mol Trimethylolpropan, 12 Mol Äthylenoxyd, 30 Gewichtsteilen Trichloräthylphosphat,
3 Gewichtsteilen N-Diäthylß-phenoxyäthyl-amin, 4 Gewichtsteilen Natriumsalz eines
sulfonierten Rizinusöls mit 5401, Wasser, 1 Gewichtsteil Hexamethyltriäthylentetramin,
mit einer Viskosität von 500 cP bei einer Arbeitstemperatur von 40"C.
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Beispiel 3 Komponente A: 70 Gewichtsteile höherviskoses Polyisocyanat
mit Arbeitstemperatur von 200 C und Viskosität von 250 cP.
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Komponente B: 100 Gewichtsteile eines Polyester-Aktivator-Gemisches
aus 70 Gewichtsteilen Polyester aus 1 Mol Adipinsäure, 2 Mol Phthalsäureanhydrid,
1 Mol Ö1-säure, 6 Mol Trimethylolpropan mit einer Säurezahl 2 und einer OH-Zahl
360 bis 380, 30 Gewichtsteile Polyester aus 17 Mol Hexatriol, 12 Mol Phthalsäureanhydrid,
1 Mol Adipinsäure, 1 Mol Triäthanolamin, 3 Gewichtsteilen N-Diäthyl-ß-phenoxyäthyl-amin,
4 Gewichtsteilen Natriumsalz eines sulfonierten Rizinusöls mit 540/, Wasser, mit
einer Viskosität von 1500 cP bei einer Arbeitstemperatur von 45"C.
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Beispiel 4 Komponente A: 43 Gewichtsteile Polyisocyanat mit cP =
3 bei 20° C.
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Komponente B: 100 Gewichtsteile eines Polyester-Aktivator-Gemisches,
bestehend aus 100 Gewichtsteilen Polyester aus 15 Mol Adipinsäure, 16 Mol Diäthylenglykol,
1 Mol Trimethylolpropan, 1,5 Gewichtsteilen Dimethylbenzylamin, 0,5 Gewichtsteilen
ölsaurem Diäthylamin, 0,5 Gewichtsteilen Paraffinöl, 0,5 Gewichtsteilen Natriumsalz
eines sulfonierten Rizinusöls mit 540/, Wasser, 3,0 Gewichtsteilen Wasser, mit einer
Viskosität von 1800 cP bei einer Arbeitstemperatur von 55"C.
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Beispiel 5 Komponente A: 20 Gewichtsteile eines Aktivator-Polyester-Gemisches,
bestehend aus 14 Gewichtsteilen Polyester aus 15 Mol Adipinsäure, 16 Mol Diäthylenglykol,
1 Mol Trimethylolpropan, 1,5 Gewichtsteilen Dimethylbenzylamin, 0,5 Gewichtsteilen
ölsaurem Diäthylenamin, 0,5 Gewichtsteilen Paraffinöl, 0,5 Gewichtsteilen Natriumsalz
eines sulfonierten Rizinusöls mit 540/o Wasser, 3,0 Gewichtsteilen Wasser, mit einer
Viskosität von 350 cP bei 400 Arbeitstemperatur.
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Komponente B: 100 Gewichtsteile eines Polyester-Is:'-cyanat-Addukts,
bestehend aus 89 Gewichtsteilen Polyester aus 15 Mol Adipinsäure, 16 Mol Diäthylenglykol,
1 Mol Trimethylolpropan, 43 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat, mit einer Arbeitstemperatur
von 380 G und einer Viskosität von 1000 cP.
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In der Zeichnung ist ein Anwendungsbeispiel der beschriebenen Schaltverzögerung
der Inj ektionskomponente mittels Drucksteuerung schematisch dargestellt.
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Abb. 1 zeigt im Schema die Gesamtapparatur, Abb. 2 einen Längsschnitt
durch die Mischkammer.
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Die im Behälter 1 befindliche hochviskose Hauptkomponente wird mittels
der Zahnradpumpe 2 durch die Leitung 3 in die Mischvorrichtung 4 gefördert. Der
Antrieb der Zahnradpumpe 2 erfolgt mittels des Elektromotors 5, der über ein Relais
6 eingeschaltet wird. In der Leitung 3 ist ein Kontaktmanometer 7 mit dem Schaltkontakt
8 angeordnet, der über die Steuerleitung 9 mit einem Schaltrelais 10 in Verbindung
steht. Mit 11 ist ein Antriebsmotor für eine Injektionspumpe 12 bezeichnet, welche
die im Behälter 13 befindliche Nebenkomponente durch die Leitung 14 in die Mischvorrichtung
fördert.
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In diese Mischvorrichtung 4 (Abb. 2) soll bei Inbetriebnahme der Apparatur
die Nebenkomponente durch die Leitung 14 erst dann eingeführt werden, wenn der Ventilraum
15 und der Injektionskanal 16 mit der durch die Leitung 3 ankommenden Hauptkomponente
gefüllt ist.
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Dies wird dadurch erreicht, daß man den Schaltkontakt 8 in dem Manometer
7 jeweils auf den Druck einstellt, der ausreicht, um in der Mischkammer den vorge-
spannten
Ventilkörper 19 vom Ventilsitz 20 abzuheben und Raum 15 sowie Kanal 16 durch den
Hauptstrom auszufüllen. Ist dieser Druck in der Leitung 3 erreicht, so wird vom
Kontakt 8 über die Leitung 9 das Relais 10 und damit der Motor 11 der Einspritzpumpe
12 eingeschaltet, und die Nebenkomponente wird unter hohem Druck durch die Düse
21 in den im Kanal 16 befindlichen Hauptstrom eingespritzt.