DE1141776B

DE1141776B - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung poroeser oder homogener Kunststoffhalbfabrikate bzw. Fertigartikel auf Polyurethanbasis

Info

Publication number: DE1141776B
Application number: DEF14831A
Authority: DE
Inventors: Dr Erwin Weinbrenner; Karl Breer
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1954-05-28
Filing date: 1954-05-28
Publication date: 1962-12-27
Also published as: GB802324A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung poröser oder homogener Kunststoffhalbfabrikate bzw. Fertigartikel auf Polyurethanbasis Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung poröser oder homogener Kunststoffhalbfabrikate bzw. Fertigartikel auf Polyurethanbasis und hat den Zweck, die erforderlichen Komponenten derart zu mischen, daß der Zutritt von Luft in das Gemisch und damit bei Herstellung poröser Stoffe die Störung des Chemismus der Poren vermieden wird, und daß die Verweilzeit zur Durchführung der Reaktion nach Bedarf variierbar ist, ohne Gefahr einer vorzeitigen Erstarrung des Gemisches vor dem gründlichen Fertigmischen.
Dieser Zweck wird erreicht, indem erfindungsgemäß der Strom mindestens einer der flüssigen Komponenten mit dem laufenden Strom einer Hauptkomponente schlagartig unter Druckinjektion vereinigt und die vereinigten Ströme der noch flüssigen Komponenten von unten nach oben geleitet werden, wobei die unmittelbar nach ihrer Vereinigung sich aufwärts bewegenden Ströme der Komponenten durch Rühren miteinander vermischt werden. Mehrere Ströme der Nebenkomponenten werden hierbei getrennt und im Abstand voneinander in den Hauptstrom injiziert.
Durch das von unten nach oben erfolgende Hindurchleiten der miteinander vereinigten Komponenten durch die Rührwerkskammer werden Lufteinschlüsse vermieden und durch das zeitliche Aufeinanderfolgen von Zusammenbringen und Vermischen der einzelnen Komponenten kann die Verweilzeit der Komponenten in der Rührwerkskammer nach Bedarf variiert werden, ohne befürchten zu müssen, daß eine Reaktion eintritt, die das Fertirmischen durch vorherige Schaumbildung oder Erstarrung vorzeitig unterbricht.
Es sind bereits Vorrichtungen zum stetigen Herstellen von Mischungen bekannt, die aus einem aufrecht stehenden Behälter bestehen, in dessen Bodenteil Zuführungsöffnungen für die zu mischenden Ausgangsstoffe vorgesehen sind und in dessen Kopfteil die Auslaßöffnung für das fertige Gemisch angeordnet ist. Diese Vorrichtungen sind zur Erzeugung von Kunststoffabrikaten auf Polyurethanbasis nicht verwendbar, da es sich bei den Komponenten für die Kunststoffherstellung um solche handelt, die schnell und kurzfristig, aber intensiv gemischt werden müssen. Es setzt nämlich beim bloßen Zusammengeben der Komponenten eine schnell fortschreitende Reaktion ein, die alsbald ein weiteres Mischen unterbindet, sei es, daß Schaumbildung eintritt, sei es, daß die ausgebildete hochmolekulare Struktur die zu mischenden Flüssigkeiten so zäh macht, daß sie nicht mehr fertiggemischt werden können.
Es ist auch bekannt, die einen Schaumkunststoff bildenden Einzelstoffe getrennt einer Düse unter Druck zuzuführen, aus deren Auslaßöffnungen sie noch getrennt, aber sich anschließend sofort vermischend austreten. Das Sprühgemisch wird in Formen oder Hohlräume eingebracht. Bei dieser Mischmethode ist ein gründliches Nachmischen, das zur Erzeugung einheitlicher, gleichmäßiger und reproduzierbarer Stoffe erforderlich ist, nicht gegeben.
Außerdem ist beim Einsprühen in Hohlräume, die meist nicht luftleer sind, ein Einschlagen von Luft in die Masse unvermeidbar. Zur Herstellung von homogenen Stoffen, die frei von Blasen sein müssen, ist diese Mischmethode nicht brauchbar.
Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens besteht aus einer Rührwerkskammer mit mindestens einer im Bodenteil einmündenden Zuführungsleitung und einer im Kopfteil angeordneten Auslaßöffnung und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung der Hauptkomponente mit mindestens einer Anschlußleitung für eine der Nebenkomponenten versehen ist. Um eine Zeitverschiebung des Zusammentreffens der verschiedenen Komponenten zu erreichen, sind die Anschlußleitungen in geringen Abständen gestaffelt übereinander angeordnet. Zur Erreichung einer größeren Zeitverschiebung ist der Bodenteil der Rührwerkskammer als ein beliebig verlängerb ares oder verkürzbares Leitungsstück ausgebildet.
Für Reaktionen, welche sehr temperaturabhängig sind oder bei denen bei Raumtemperatur feste Zustände und erst bei höherer Temperatur Schmelzen vorliegen, ist bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Mischsystem die Möglichkeit gegeben, die dosierenden Injektionspumpen räumlich direkt neben die Mischkammer anzuordnen, wodurch kürzeste Zuleitungen gegeben sind. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Dosierpumpen und die Mischkammer, eventuell auch die Vorratsbehälter räumlich so zueinander anzuordnen, daß sie alle zusammen in ein gemeinsames Heizbad, z. B. Ölbad oder Wasserbad eingebracht werden können, wodurch exakteste Temperaturhaltung sowohl beim Pumpen, Rohrleitung und Mischkammer als auch Vorratsbehälter gegeben ist. Bei einer solchen Anordnung werden die Bedienungseinrichtungen für die Regelung durch den Deckel nach oben ins Freie geführt, so daß ohne weiteres die Regelung mit direkter Handbedienung erfolgen kann. Um verschiedene Temperaturen der Einzelkomponenten einstellen zu können, ist es weiterhin möglich, Mischkammern oder Pumpen nebst den zugehörigen Behältern jeweils in einem separaten Heizbad unterzubringen.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß bei Reaktionsgemischen, welche nach der Mischung reaktiv sind und zur Verhärtung neigen, nach Durchführung des Mischvorganges mit einer der Komponenten oder mit geeigneten Lösungsmitteln in der Mischkammer nachgespült werden kann, wodurch ein Verharzen der Mischkammer vermieden wird. Bei Ausfüllung der Mischkammer mit einer der Reaktionskomponenten, die ungemischt haltbar sind, ist bei dieser Anordnung die Gewähr gegeben, daß alle Leitungswege, Pumpen und die Mischkammer von reaktionsunempfindlichen Stoffen gefüllt sind, so daß die Apparatur beliebig an- und abgestellt werden kann, ohne daß Verharzungsgefahr auftritt. Die erfindungsgemäße Anordnung stellt einen wesentlichen technischen Fortschritt dar, da es mit den bisherigen Systemen nicht möglich war, blasenfreie Homogenstoffe herzustellen. Weiterhin stellt diese Anordnung auch einen technischen Fortschritt dar für die Herstellung von Schaumstoffen, indem vermieden wird, daß auf irgendeinem Wege Luft in das Gemisch eindringen kann, welche bei der Herstellung von feinporigem Material in Form von größeren Blasenbildungen störend in Erscheinung treten kann. Das oben geschilderte System ist insbesondere geeignet zur Herstellung von Umsetzungsprodukten aus aktiven Wasserstoffatomen enthaltenden Polyestern, die mit Diisocyanaten umsetzbar sind zu Polyurethanen. Ein weiterer großer technischer Fortschritt ist dadurch gegeben, daß sich mit diesem Verfahren infolge der Möglichkeit der gleichmäßigen Durchwärmung von Vorratsbehälter, Mischpumpe und Leitungswegen nebst Mischkammer Polyisocyanate verwendet werden können, die erst bei höheren Temperaturen flüssig sind. Die Verwendung solcher Produkte scheiterte bisher an dem Mangel der exakten Steuerung der Temperaturen für Pumpen und Leitungswege. Bei Reaktionssystemen, welche bezüglich Gasbeladung empfindlich sind, ist es vorteilhaft, die Reaktionsbehälter unter Überdruck zu halten, um ein Entgasen des Materials zu vermeiden.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß auch zähflüssige Systeme, wie sie z. B. in Gemischen von ungesättigten Polyestern mit mono- merem Styrol und Peroxyden als Katalysator vorliegen, als sogenannte Polyesterharze bekannt, Verwendung finden können.
Ferner ist es insbesondere möglich, mit dem gemäß der Erfindung geschilderten Verfahren auch in diesen speziellen Mischkammersystemen solche poröse Stoffe herzustellen, wie sie z. B. aus hydroxyl- und carboxylhaltigen Polyestern in Verbindung mit geeigneten Aktivatoren, Wasser und Isoxyanaten erzeugt werden.
Diese Stoffe sind als Polyurethan-Schaumstoffe bekannt.
In der Zeichnung ist ein Vorrichtungsbeispiel zur Ausführung des Verfahrens schematisch dargestellt.
Abb. 1 zeigt die Gesamtanlage in einem gemeinsamen Heizbad; Abb. 2 veranschaulicht einen Querschnitt durch die Mischkammer mit den Anschlüssen.
Aus dem Behälter 1 (Abb. 1) wird die Hauptkomponente, z. B. ein Polyester, mittels einer Zahnradpumpe 2 durch die Leitung 3 in die Mischkammer 4 an deren Boden eingeleitet. Gleichzeitig wird mittels der Hochdruckkolbenpumpe 5 ein Vernetzer, z. B.
Butylenglykol, der dieser Pumpe aus dem Behälter 6 über die Leitung 7 zuläuft, durch die Leitung 8 in den unteren Teil der Mischkammer 4 quer zur Einströmrichtung der Hauptkomponente injiziert. Ebenfalls wird zu gleicher Zeit mittels der Hochdruckkolbenpumpe 9 eine Reaktionskomponente (z. B. Isocyanat), die dieser Pumpe 9 aus dem BehälterlO über die Leitung 11 zuläuft, durch die Leitung 12 in den unteren Teil der Mischkammer 4 quer zur Einströmrichtung der Hauptkomponente und entgegengesetzt zur Einströmrichtung des Vernetzers eingedüst. Die Hochdruckpumpe 5 wird durch den Elektromotor 13 über die Kupplung 14 und die Hochdruckpumpe9 durch den Elektromotor 15 über die Kupplung 16 angetrieben. Die Mengenregelung der Pumpe 5 wird durch den Regler 17 und die der Pumpe 9 durch den Regler 18 vorgenommen.
In der Mischkammer 4 steigt das innerhalb des unteren Teils der Kammer aus den drei eingeführten Komponenten gebildete Gemisch von unten nach oben, wobei es mittels des rotierenden Rührers 19 (Abb. 2) eine Nachmischung erfährt. Das fertige, gießfähige Gemisch tritt am oberen Ende des Mischraumes der Mischkammer 4 durch die Leitung 20 ins Freie, um z. B. in Formen (nicht dargestellt) eingefüllt zu werden. Mit 21 ist der Antriebsmotor für den Rührer 19 bezeichnet.
Die Mischkammer 4 sowie die Hochdruckkolbenpumpen 5 und 9 und der Behälter 10 sind in einem Heizbad, beispielsweise in einem erhitzten Ölbad, das sich in dem Tank 22 befindet, untergebracht. Das Bad wird mittels der elektrischen Heizstäbe 23 und 24 geheizt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Erzeugung poröser oder homogener Kunststoffh albfabrikate bzw. Fertigartikel auf Polyurethanbasis, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom mindestens einer der flüssigen Komponenten mit dem laufenden Strom einer Hauptkomponente schlagartig unter Druckinjektion vereinigt und die vereinigten Ströme der noch flüssigen Komponenten von unten nach oben geleitet werden, wobei die unmittelbar nach ihrer Vereinigung sich aufwärts bewegenden Ströme der Komponenten durch Rühren miteinander vermischt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ströme der Nebenkomponenten getrennt und im Abstand voneinander in den Hauptstrom injiziert werden.
3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einer Rührwerkskammer mit mindestens einer im Bodenteil einmündenden Zuführungsleitung und einer im Kopfteil angeordneten Auslaßöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung der Hauptkomponente mit mindestens einer Anschlußleitung für eine der Nebenkomponenten versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anschlußleitungen in ge ringen Abständen gestaffelt übereinander liegen.
5. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenteil der Rührwerkskammer als ein beliebig verlängerbares oder verkürzbares Leitungsstück ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 228 544, 832 493; belgische Patentschrift Nr. 512 901; britische Patentschrift Nr. 533 065.