DE1629276C - Mischvorrichtung zur kontinu lerhchen Herstellung von Schaum stoffen aus hartbaren synthetischen Harzen - Google Patents

Description

Besonderheit darin besteht, daß die Zuführungsrohre der Vormischeinrichtung (1,2) ein Querschnittsverhältnis von 2:1 bis 4: 1 aufweisen und unmittelbar neben einer Stirnseite am zylindrischen Mischgefäß (5) der Hauptmischeinrichtung in radialer Richtung zu diesem verlaufend angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen der Mündung des inneren Rohres (2) und der Mantelfläche des zylindrischen Gefäßes das 1- bis 2fache des Durchmessers des äußeren Rohres (1) beträgt und daß unmittelbar neben der anderen Stirnseite am Mischgefäß (5) ein tangential und der Eintrittsöffnung der Vormischeinrichtung (1,2) diametral gegenüberliegend angeordneter Austrittsstutzen (9) mit anschließbarem, dehnbarem Schlauch (10) angeordnet ist, wobei die Rührweile (6) der Hauptmischeinrichtung Rührarme (8) von rechteckigem Querschnitt aufweist, die jeweils paarweise um 180° und in axialer Richtung um eine Rührarmbreite gegeneinander sowie von Paar zu Paar um 45° gegeneinander versetzt sind.

Mit einer Vorrichtung nach einem früheren Vorschlag, wie sie in der deutschen Patentschrift 813 598 beschrieben ist, und bei der »in einem einseitig geschlossenen Rührbehälter an dem geschlossenen Teil des Behälters Schaummittellösung und Luft eingeführt werden, in den daraus gebildeten Schaum an einer dem Ausgang genäherten Stelle die Lösung eines Harzes, Leimes od. dgl. eingeführt und unter starkem Rühren untergemischt und der entstandene Kunstharzoder Leimschaum durch die unter Überdruck eingeführte Luft zum offenen Ende des Rührgefäßes hin und dort hinausgefördert wird«, läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung schon deshalb nicht vergleichen, weil die frühere Vorrichtung nur etwa die dreißig- bis sechzigfache Menge Schaum, bezogen auf ihr Arbeitsvolumen, je Stunde erzeugt, wogegen die neue Vorrichtung das 1000- bis 1500fache ihres Rauminhaltes stündlich an Schaumvolumen bildet.

Die Vorrichtung eignet sich zur Herstellung von Schaumstoffen aus synthetischen härtbaren Harzen. Darunter sind z. B. Aminoplast- und Phenoplastharze zu verstehen, die vorteilhaft in wäßriger Lösung verarbeitet werden. Insbesondere dient die Vorrichtung zum Verschäumen von wäßrigen Lösungen von Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten. Es werden dabei sogenannte Vorkondensate verwendet, die mit Hilfe von Härtungsmitteln zu vernetzten Produkten verhärtet werden können. Für die Harnstoffharze eignen sich als Härter Säuren und unter der Einwirkung von Formaldehyd säurebildende Verbindungen.

Die Harze sollen mit einem Schaum gemischt werden, der durch Verschäumen einer wäßrigen Lösung eines Schaummittels erhalten wurde. Zur Schaumerzeugung eignen sich die hierfür üblichen Substanzen, z.B. Fettalkoholsulfate mit8 bis 18 Kohlenstoffatomen in der Kette, oxäthylierte Sulfate von Alkoholen, Alkylbenzosulfate und Alkylphenolen. Die Lösungen können gegebenenfalls die üblichen Härter für die synthetischen Harze enthalten. Die Schaummittellösung wird vorteilhaft durch Einwirken von Druckluft auf die Lösung aufgeschäumt. Es können jedoch auch andere Gase als Luft zum Verschäumen der Schaummittel verwendet werden.

Zum Vormischen des Schaumes mit dem Harz wird der Schaum durch ein zylindrisches Rohr gefördert, in ι das konzentrisch die Harzlösung in Bewegungsrich- ! tung des Schaumes unter Druck eingeführt wird. Die ! größte Querschnittsfläche des eingebrachten Harzstrahles soll kleiner als die Querschnittsfläche der Rohrleitung sein. Zweckmäßig beträgt die größte Querschnittsfläche des Harzstrahles etwa 75 bis 80 °/o des Rohrquerschnitts. Das in die Rohrleitung einströmende Harz kann also an keiner Stelle die Wandung berühren. Somit wird vermieden, daß sich Harzteile an den Wänden des Rohres absetzen. Nach einer besonders vorteilhaft arbeitenden Ausführungsform der Vorrichtung wird das Harz und die Preßluft tangential

ίο in eine Leitung eingebracht und vermischt, die an ihrem Ende eine Austrittsöffnung hat, deren Durchmesser kleiner als der Leitungsdurchmesser ist. Man läßt dabei zweckmäßig das Harz mit der gleichen oder nahezu gleichen Strömungsgeschwindigkeit aus der Austrittsöffnung in den Schaumstrom eintreten, mit der sich der Schaum durch das Rohrstück bewegt. Unter annähernd gleicher Geschwindigkeit von Harz- und Schaumstrom sollen Unterschiede innerhalb eines Bereiches von ±10 bis 25% der Strömungsgeschwindigkeiten verstanden werden.

Der mit härtbaren synthetischen Harzen vorgemischte Schaum wird in eine Hauptmischzone eingebracht. Hierin soll das Gemisch derart gerührt werden, daß es über der gesamten Mischzone ständig mechanisch bewegt wird. Das heißt also, die Komponenten sind an jeder Stelle der Mischzone in Bewegung, so daß sie sich nicht ablagern können.

Eine zweckmäßige Ausbildung der Vorrichtung ist in der Figur wiedergegeben. Sie besteht aus einem Rohr 1 zum Vormischen des wäßrigen Schaumes mit der wäßrigen Lösung des synthetischen härtbaren Harzes. In diesem Rohr ist konzentrisch eine Leitung 2 zum Einbringen der Harzlösung, gegebenenfalls mit Hilfe von Preßluft, angeordnet. Die Querschnittsfläche dieser konzentrisch angeordneten Leitung 2 verhält sich zur Querschnittsfläche des Vormischrohres 1 wie 1: 2 bis 1: 4. Über der Austrittsöffnung der Leitung 2 ist in das Rohr 1 ein Rohr 3 angeordnet, durch das die aufgeschäumte Schaummittellösung in das Rohr 1 eingebracht wird. Der Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Leitung 2 und dem Rohr 3 beträgt vorteilhaft das zehn- bis fünfzehnfache des Durchmessers der Leitung 2. Das Ende der Leitung 2 hat vorteilhaft eine Verengung, die aus einem dünnwandigen Rohr 4 besteht, dessen innerer Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Leitung 2 ist. Am Kopf der Leitung 2 sind zwei tangentiale Stützen für das Einbringen von Harz 11 und von Preßluft 12 angeordnet. Das Mischrohr 1 ist an dem einen Ende eines zylindrischen Mischgefäßes 5 in radialer Richtung angeordnet. Der Abstand zwischen dem Ende der Leitung 2 und der Mantelfläche des Mischgefäßes 5 soll das ein- bis zweifache des Durchmessers des Rohres 1 betragen. In dem zylindrischen Mischgefäß 5 ist konzentrisch eine Rührwelle 6 angeordnet. Diese Welle ist beidseitig in Lagern 7 gelagert. An der Welle 6 sind einarmige Rührarme 8 von rechteckigem Querschnitt angeordnet, die im allgemeinen die Länge des halben Durchmessers des Mischgefäßes 5 haben. Je zwei Rührarme 8 bilden ein Rührerpaar. Sie sind um die Breite des Armes und um einen Winkel von 180 Grad gegeneinander versetzt. Jedes Rührerpaar ist gegenüber dem nächstliegenden um 45 Grad versetzt, so daß die Rührarme eine Schraubenlinie bilden. Die Rührarme 8 sind derart angeordnet, daß sie den ganzen Raum lückenlos bis auf ein geringes Spiel an der Mantelfläche und an den Zylinderwänden bestrei-

chen. Die Enden der Rührarme sollen vorteilhaft breiter ausgebildet sein als die Schäfte, z. B. schwalbenschwanzförmig. An dem Ende des Mischgefäßes 5, das der Eintrittsöffnung des Mischrohres 1 entgegenliegt, ist ein Austrittsstutzen 9 tangential angeordnet. Aus den Stutzen 9 tritt der fertige Schaum aus und wird durch einen dehnbaren Schlauch 10, der an den Stutzen 9 befestigt ist, abgeleitet.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man mit horizontal angeordneten Mischgefäßen 5 arbeitet, deren Länge im Verhältnis zum Durchmesser zwischen 1:1 bis 1:2 liegt. Der Rauminhalt des Mischgefäßes 5 beträgt etwa ein Tausendstel bis ein Eintausendfünfhundertstel der stündlich erzeugten Schaummenge. Die Umfangsgeschwindigkeit der Rührarme 8 soll 12 bis 30 m/sec betragen. Der Schlauch 10 ist vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff hergestellt. Bei einer Drucksteigerung von 0,1 bis 0,5 atü gegenüber dem Druck in der Anlage soll der Schlauch 10 zweckmäßig eine Dehnung von 15 bis 25 % des Durchmessers erfahren. Die Dehnung bewirkt, daß Änderungen in der Konsistenz des Schaumes, die eine Änderung des Druckabfalles in der Schlauchleitung bewirken, auch gleichzeitig dessen Dehnung veranlassen. Hierdurch entsteht eine Rückwirkung auf die eigentliche Mischvorrichtung, die im Sinne einer selbsttätigen Regelung wirkt. Die Folge ist ein besonders hinsichtlich der Dichte völlig gleichmäßiger Schaum.

Bei der Arbeitsweise mit der oben angegebenen Vorrichtung bilden sich in der Mischzone mehrere zylindrische Abschnitte entsprechend der Anzahl der Rührarme aus. In diesen Abschnitten wird der Schaum in Drehung versetzt, wobei sich vor den Rührarmen eine Druck- und hinter den Rührarmen eine Unterdruckzone ausbildet. Infolge der Drehbewegung werden nicht eingemischte Harzanteile bzw. solche Anteile des Schaumes, die mit Harz übersättigt sind, auf Grund ihres relativ höheren spezifischen Gewichts durch die Fliehkraft gegen die Begrenzung der Mischzone befördert. Dort verteilen sich die Harzanteile und gelangen in eine Unterdruckzone des nächsten Abschnittes, so daß sie dort erneut mit dem Schaum vermischt werden. Es ist erforderlich, die Mischzonen derart auszubilden, daß mindestens 6 bis 8 Abschnitte entstehen, in denen sich Druck- und Unterdruckzonen ausbilden. Im allgemeinen ist es aber nicht erforderlich, daß mehr als 12 solcher Abschnitte vorhanden sind.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Schaumstoffe auf der Grundlage von synthetischen härtbaren Harzen besonders gleichmäßiger Qualität erhalten werden. Dabei ist es möglich, die Mengen an wäßrigen Schaum- und Kunstharzlösungen innerhalb bestimmter Grenzen zu variieren. Die Verhältnisse richten sich nach der gewünschten Dichte des Schaumes.

Es hat sich gezeigt, daß beim Einbringen der Lösung des synthetischen Harzes in den Schaumstrom innerhalb des Mischrohres keine Harzablagerungen an den Rohrwänden entstehen. Arbeitet man unter solchen Bedingungen, daß die Strömungsgeschwindigkeit von Harz- und Schaumstoffstrom gleich bzw. annähernd gleich sind, wird die Harzablagerung an der Austrittsöffnung der Leitung 2 bzw. an den Stellen, an denen das Gemisch in die Mischzone eintritt, vermieden. Ebenso günstig sind die Verhältnisse während des Mischens innerhalb der Mischzone sowie beim Ausbringen des erhaltenen Harzschaumes durch den erwähnten dehnbaren Schlauch, der zum Austragen des Schaumes bzw. zum Fördern des Schaumes an die Stelle der Verwendung dient. Es ist ein besonderer Vorteil, daß man absolut gleichmäßige Schaumstoffe erhält, deren Unterschied in der Qualität innerhalb der Fehlergrenzen liegen, die bei der Dosierung der Ausgangsstoffe entstehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung garantiert eine Dauerleistung über einen längeren Zeitraum, wobei es nicht erforderlich ist, den Betrieb der Vorrichtung durch etwaige Reinigungsmaßnahmen zu unterbrechen. Die Vorrichtung eignet sich daher besonders zur Herstellung großer Mengen von Schaumstoffen auf der Grundlage synthetischer Harze, wie sie vor allem für Anwendungen in der Landwirtschaft benötigt werden.

Beispiele

a) In eine Schaumapparatur, die im Prinzip der in der Figur dargestellten entspricht, werden mittels eines Rohres 1 von 40 mm Durchmesser 7,2 Liter einer wäßrigen Schaummittellösung pro Minute eingebracht. Die Schaummittellösung enthält 1 Gewichtsprozent Fettalkoholsulfat als Schaummittel sowie 1,5 Gewichtsprozent Phosphorsäure als Härter. In den wäßrigen Schaum wird durch eine Leitung 2, deren Durchmesser 20 mm beträgt, 13,0 Liter pro Minute einer Lösung eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensates eingebracht. Die Lösung enthält 34 Gewichtsprozent eines Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensates, das Harnstoff und Formaldehyd im Molverhältnis 1: 1,3 einkondensiert enthält.

Das Ende der Leitung 2 ist in 65 mm Abstand von der Eintrittsöffnung in das zylindrische Mischgefäß 5 angeordnet. Das Mischgefäß 5 hat einen Durchmesser von 300 mm und eine Länge von 300 mm. Um die Rührwelle 6 sind jeweils um 45 Grad versetzt vier Rührarmpaare angeordnet. Die Austrittsöffnung 9 hat einen Durchmesser von 50 mm. Der entstandene Schaumstoff wird durch einen Schlauch 10 aus weich eingestelltem Polyvinylchlorid abgezogen. Die Apparatur liefert etwa 24 cbm Schaumstoff pro Stunde. Die Druckfestigkeit des Schaumstoffes beträgt nach dem Trocknen zwischen 500 und 520 g/cm². Unter der Druckfestigkeit wird das Gewicht verstanden, das auf einer Fläche von 1 cm² den Schaum von 10 mm eindrückt. Die Messungen werden an Probestücken von 50 mm Kantenlänge vorgenommen. Die Apparatur kann ohne weiteres für die Dauer von 12 Stunden und mehr betrieben werden.

b) In einer zylindrischen Mischkammer, in der ein Rührer angeordnet ist, werden die gleichen Mengen von wäßrigem Schaum und Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat, wie sie unter a) genannt werden, gemischt. Der Durchmesser der Misch- i kammer beträgt 400 mm und die Höhe 900 mm. i Um die Rührachse sind in einem Abstand von I 50 mm drei Rührflügel angeordnet. Das Harz wird vor dem Eintritt in das Rührgefäß mit dem Schaum gemischt. Die Vorrichtung liefert 6 cbm Schaumstoff pro Stunde.

Es zeigte sich, daß die Mischkammer bereits

nach zweistündigem Betrieb stark verschmutzt war, so daß sie gereinigt werden mußte. Die Druckfestigkeit des erhaltenen Schaumes betrug 380 bis 420 g/cm².

c) In eine zylindrische Mischkammer von 40 mm Durchmesser und 400 mm Länge wird an einem Ende ein wäßriger Schaum, wie unter a) angegeben, eingebracht. In der Mischkammer wird die Harzlösung derart eingemischt, daß eine turbulente Durchmischung von Harz und Schaum über

den ganzen Querschnitt erfolgt. Der erhaltene Schaum wird am Ende des Gefäßes abgezogen und durch einen dickwandigen Schlauch abgeleitet.

Das Gerät erzeugt 6 cbm Schaumstoff pro Stunde. Die Druckfestigkeit des erhaltenen Schaumes schwankt zwischen 290 und 380 g/ cm².

Nach lV2Stündigem Betrieb des Gerätes war dieses infolge sich absetzender Harzteile so stark verschmutzt, daß es gereinigt werden mußte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen eines härtbaren Aminoplast-Vorkondensates mit einer ein Härtungsmittel enthaltenden aufgeschäumten, wäßrigen Schaummittellösung, die mit einer zwei koaxial zueinander angeordnete Zuführungsrohre für das Harz und die wäßrige Schaummittellösung aufweisenden Vormischeinrichtung und einer ein zylindrisches Mischgefäß mit einer koaxial angeordneten Rührwelle mit Rührarmen aufweisenden Hauptmischeinrichtung sowie einer Einrichtung zum Abführen des gebildeten, aushärtbaren Harzschaumes versehen ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsrohre der Vormischeinrichtung (1, 2) ein Querschnittsverhältnis von 2:1 bis 4 : 1 aufweisen und unmittelbar neben einer Stirnseite am zylindrischen Mischgefäß (5) der Hauptmischeinrichtung in radialer Richtung zu diesem verlaufend angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen der Mündung des inneren Rohres (2) und der Mantelfläche des zylindrischen Gefäßes das 1-bis 2fache des Durchmessers des äußeren Rohres (1) beträgt und daß unmittelbar neben der anderen Stirnseite am Mischgefäß (5) ein tangential und der Eintrittsöffnung der Vormischeinrichtung (1,2) diametral gegenüberliegend angeordneter Austrittsstutzen (9) mit anschließbarem, dehnbarem Schlauch (10) angeordnet ist, wobei die Rührwelle (6) der Hauptmischeinrichtung Rührarme (8) von rechteckigem Querschnitt aufweist, die jeweils paarweise um 180° und in axialer Richtung um eine Rührarmbreite gegeneinander sowie von Paar zu Paar um 45° gegeneinander versetzt sind.

   Es ist bekannt, Schaumstoffe aus härtbaren synthetischen Harzen durch Vermischen der Lösung eines Harzes, z. B. eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensats und einer aufgeschäumten Schaummittellösung unter Härten der entstandenen schaumförmigen Mischung herzustellen. So hat sich in die Technik eine Verfahrensweise eingeführt, bei der man zunächst eine Lösung des Schaummittels, die gegebenenfalls einen Härter enthalten kann, in einen Schaum überführt und diesen Schaum danach mit der Lösung des synthetischen Harzes mischt. Es sind verschiedene Vorrichtungen bekanntgeworden zur Herstellung von schaumförmigen Harzen nach dem genannten Verfahren. Eine gebräuchliche Apparatur besteht z. B. aus einem einseitig geschlossenen Rührbehälter, in den eine mit Schaummittel und Härtern versetzte Lösung eingebracht wird, die durch kräftiges Rühren in einen Schaum übergeführt wird. Diesem Schaum wird dann an einem in der Nähe der Behälteraustrittsöffnung angeordneten Einlaßventil eine Lösung des synthetischen Harzes zugeführt. Eine Abwandlung einer solchen Vorrichtung ist z. B. mit zwei getrennten Rührbehältern ausgestattet, wobei in dem ersten Behälter der Schaum erzeugt und in einem zweiten Behälter die Lösung des synthetischen Harzes zugesetzt wird. Nach solchen Verfahren und mit den genannten Vorrichtungen werden vor allem SdiaumsiOhe auf der Grundlage von Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten hergestellt. Die genannten Vorrichtungen haben einen beträchtlichen Nachteil. Es hat sich gezeigt, daß sich an den Wandungen der Mischbehälter, an den Harzeintrittsöffnungen sowie an den Austragsrohren für den fertigen Schaum Harzreste ablagern. Die Ursache ist vor allem in der ungleichmäßigen Verteilung der Harze in den Schaumlösungen zu suchen. Infolge dieser Ablagerungen verringert sich der wirksame Querschnitt in den Einbring- und Austrittsöffnungen sowie in den Mischgefäßen, so daß die Dosierung von Harz und Schaum ungenau wird. Zudem wird der Schaum von gelegentlich abplatzenden Harz- bzw. Schaumkrusten aus gehärtetem Harz durchsetzt, so daß ein inhomogenes Endprodukt entsteht. Es ist daher erforderlich, die bisher gebräuchlichen Vorrichtungen öfter zu reinigen.

   Nach einem neueren Vorschlag soll die wäßrige Lösung eines Schaummittels und die Lösung eines Harnstoffharzes in ein Gehäuse eingeleitet werden, in dem sich mehrere einseitig gelagerte Scheiben bewegen. Die auf die Scheiben aufgespritzte Harzlösung wird infolge der Fliehkraft gegen die Innenwand des Gehäuses hinbefördert, an der die wäßrige Schaumlösung eingebracht wird. Hierbei mischt sich Schaum und Harz, so daß der entstandene Kunstharzschaum an der Seite des Gehäuses, die der Antriebswelle für die bewegte Scheibe gegenüberliegt, abgezogen werden kann. Derartige Apparaturen sind mit Vorrichtungen zum Abkratzen sich absetzender Harzresic j versehen. Ein solches Mischverfahren arbeitet tech- ^: nisch aufwendig, so daß es sich nicht in die Praxis eingeführt hat.

   In der französischen Patentschrift 1339 261 ist eine andere Vorrichtung beschrieben, die einen verhältnismäßig einfachen Aufbau besitzt und bei der ein Schaummittel bzw. seine Lösung, Druckluft und ein härtbares Harz in Form seiner Lösung einer Misch- i vorrichtung zugeführt wird, die im wesentlichen aus j zwei konzentrischen Rohren mit nachgeschalteten j Homogenisierungsmitteln besteht. Ein Vorschlag sieht z. B. eine Packung von Glaskugeln vor, in denen Schaummittel und Preßluft beim Durchpressen ver- I mischt und so verschäumt werden. Auch wird u. a. ein kleiner Propeller gezeigt, der hinter der Mündung des Innenrohres von außen drehbar angeordnet ist. Die beschriebene Vorrichtung ist zwar recht handlich, neigt aber erfahrungsgemäß auch zu Störungen bei Schwankungen in der Dosierung der Zuführstoffe und läßt Verkrustungen entstehen.

   Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer neuen i Mischvorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Aminoplastharz-Schäumen, die die geschilderten Nachteile vermeidet und unter rauhen Betriebsbedingungen störungsfrei und mit hoher spezifischer Leistung arbeitet.

   Dem Bedürfnis ist abzuhelfen mit einer neuen Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen eines härtbaren Aminoplast-Vorkondensats mit einer ein Härtungsmittel enthaltenden aufgeschäumten, wäßrigen Schaummittellösung, die mit einer zwei koaxial zueinander angeordnete Zuführungsrohre für das Harz und die wäßrige Schaummittellösung aufweisenden Vormischeinrichtung und einer ein zylindrisches Mischgefäß mit einer koaxial angeordneten Rührwellc mit Rührarmen aufweisenden Hauptmischeinrichtiing sowie einer Einrichtung zum Abführen des gebildeten, aushüribaren Harzschaumes versehen ist und (.leren