DE1679839A1

DE1679839A1 - Verfahren zur Entgasung von Polyurethangelen

Info

Publication number: DE1679839A1
Application number: DE19671679839
Authority: DE
Inventors: Hermann Gutermuth; Clemens Dipl-Ing Neuhaus; Werner Dr Riess
Original assignee: Glanzstoff AG
Current assignee: Glanzstoff AG
Priority date: 1967-02-01
Filing date: 1967-02-01
Publication date: 1971-03-25
Also published as: CH456923A; NL6801076A; FR1554154A; BE707891A; LU55215A1; GB1210873A

Description

Verfahren zur Entgasung von Polyurethangelen

Glanz stoff** AQ

WUPPERTAL

Polyurethangele haben In der letzten Zeit ständig an Bedeutung zugenommen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet haben sie als Imprägnier- und Beschichtungsmassen gefunden. Für die Imprägnierung bzw. Beschichtung von beispielsweise Geweben oder Non-wovens müssen die Massen homogen und blasenfrei sein, um eine einheitliche Schicht bilden zu können. Gewebe bzw. Non-wovens, die mit Gelen imprägniert bzw. beschichtet werden, weisen eine inhomogene Struktur auf, wenn die Imprägnier- bzw, Beschichtungsgele Luft- oder Gasblasen enthalten. Durch diese Inhomogenitäten wird die Qualtität des Materials ungünstig beeinflußt.

Es hat nicht an Versuchen gefeht, Verfahren zur -Herstellung von blasenfreien Polyurethangelen zu entwickeln. Bisher erfolgte die Entgasung diskontinuierlich in einem unter Vakuum stehenden RUhrwerksbehälter. Dieses Verfahren hat, außer daß es nur diskontinuierlich betrieben werden kann, mehrere weitere Nachteile. Zu bemängeln sind vor allem die langen Entgasungszelten, die bis zu 12 und mehr Stunden betragen können. Infolge der langen Entgasungszeiten läßt es sich nicht vermeiden, daß auch Lösungsmittel mitverdampft. Es kommt zu Entmischungserscheinungen, und die erhaltenen Gele sind nicht mehr homogen. Häufig bildet sich oben auf der zu entgasenden Masse eine Haut, die zu Verarbeitungsschwierigkeiten führt. Bei höheren Viskositäten und bei Massen, die sehr viele Blasen enthalten, ist es zudem schwierig, die Masse in zufriedenstellendem Ausmaß zu entgasen.

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Wenn die Beschichtungsmasse rait Farbpigmenten versetzt in einem Rührwerksb ehält er mit den nach der bekannten Arbeitsweise langen Verweilzeiten entgast wird, tritt neben den bereits oben genannten Nachtellen die Schwierigkeit auf, daß die Farbpigmente nicht ausreichend gleichmäßig in der Beschichtungsmasse verteilt sind» Es kommt leicht zur Agglomeratbildung, und es ist dann selbst unter Zuhilfenahme von Reibmühlen nicht möglich, die in mehr oder weniger großen Klumen vorliegenden Pigmente gleichmäßig in der Masse zu verteilen.

Bekannt sind auch Entgasungszentrifugen. Jedoch ist mit diesen eine einwandfreie Entgasung.von Polyurethangelen praktisch nicht durchführbar. Auch eine kontinuierliche Entgasung auf geneigten Blechen, die sich unter Vakuum befinden, führt nicht zu dem gewünschten Erfolg.-Die Polyurethangele fließen nämlich nicht .kontinuierlich in einer dünnen, zusammenhängenden Schicht über die Bleche, sondern die Schicht reißt häufig ab und rutscht ohne ausreichende Verweilzeit auf den Blechen in den Auffangbehälter ab« Außerdem setzt sich von den Rändern her zur Mitte hin Material fest, so daß nach kurzer Zeit die Gelmasse anstatt auf einer breiten Fläche sich wie in einer Rinne fortbewegt, was den Entgasungseffekt stark beeinträchtigt«

Es wurde nun gefunden, daß man völlig blasenfreio Polyurethangele erhält, wenn man das mit Gasblasen durchsetzte Gel kontinuierlich unter einem Druck von 1 bis 5 atü durch eine Düsenplatte mit mehreren Düsenlöchern in einem unter Vakuum stehenden Schacht preßt, an dessen Boden ansammelt, mittels einer Pumpe abzieht und unter Druck austrägt» Ein Austragen unter Druck ist deshalb angezeigt, weil durch geringe Lösungsmittel verdampfung Gasblasen entstehen könn-i.- ■ .· ,ι Anwendung eines geeigneten Drucks werden diese Gasblasen zusammengedrücktj bevorzugt wird unter einem Druck von 5 - 15 &tti ausgetragen.

Es hat siah gezeigt, daß der Druck vor der Düse 5 atü nicht überschreiten soll, da sonst nicht die Gewähr dafür gegeben ist, daß die PoIy^

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urethangele In feinen, zusammenhängenden Strahlen senkrecht durch den Schacht in den Sumpf fallen, sondern nach dem Austritt abgelenkt und gegen die Wand des Entgasungsrohres geschleudert werden. Hierdurch wird der Entgasungseffekt stark reduziert und es besteht die Gefahr, daß die Gele durch die ungleichmäßige Verweilzeit inhomogen werden. Andererseits muß der auf das Polyurethangel vor der Düse wirkende Druck mindestens 1 atti betragen. Bei Unterschreiten dieses Druckes bilden sich nämlich an den DUsenlöchern keine feinen Strahlen mehr, sondern die Masse fällt in Form von unzusammenhängenden Klumpen herab und es tritt keine genügende Entgasung ein. Nach den bekannten Strömungsgesetzen besteht folgender Zusammenhang:

Q proportional χι · ρ · or

Q, m Menge

η s» Anzahl der Düsenlöch©*-

A ρ » Druckverlust

d « Düsendurchmesser

Erfindungsgemäß wird der Druek^erlust zwischen 1 und 5 atü gewählt. Der Durchmesser der Düsenlöcher soll l_el ram nleht Überschreiten.

Bevorzugt werden die Polyurethangele vor dem Verdüsen auf 15 - 50° unter dem Jeweiligen Siedepunkt der verwendeten Fällungs- bzw. Lösungsmittel erwärmt· Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn diese Temperatur 20 - 30° unter dem jeweiligen Siedepunkt der Fällungs- bzw. Lösungsmittel liegt. Liegt diese Temperatur weniger als I^ unter dem Siedepunkt der Lösungs- bzw. Fällungsmittel bei dem für die Entgasung angewandten Druck, so besteht die Gefahr, daß Lösungsmittel oder Fällungsmittel in solchen Mengen verdampfen, daß es zu Entmischungserscheinungen kommt und dadurch die Qualität des Polyurethangels gemindert wird. Selbstverständlich 1st es in vielen Fällen möglich* öle Entgasung noch hol tieferen Temperaturen durch-

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zuführen. Bei tieferen Temperaturen kann es jedoch vorkommen, daß man keine genügende Entgasung mehr erzielt· In dem bevorzugten Temperaturbereich ist Jedoch eine einwandfreie Entgasung gewährleistet, ohne daß es dabei zu unerwünschten Nebenwirkungen kommt* Entscheident sind die Siedepunkte des Fällungs- bzw. Lösungsmittelgemisches unter dem bei der Entgasung angewandten Druck. Sind die Druck- und Temperaturbedingungen so gewählt, daß das zu entgasende Produkt siedet, so herrschen zwar für die Entgasung optimale Bedingungen, durch unkontrollierbares Verdampfen von Lösungsmittel Jedoch tritt eine unerwünschte Konzentrierung des Gels ein* die zur gefürchteten Agglomeratbildung führt.

Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zu entgasenden Polyurethangele vor dem Durchgang, durch die Düse in einem Schnellmischer gleichzeitig homogenisiert und auf erhöhte Temperatur gebracht.

Nach dem Austritt aus den Düsenlöchern fällt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gelmasse in gradlinigen Strahlen durch den Schacht und sammelt sich im Sumpf an. Die Strecke zwischen Düse und Sumpfoberfläche, von der die Verweilzeit des Gels im herabfallenden Strahl abhängt, kann in verhältnismäßig weiten Grenzen variiert werden. Gute Ergebnisse werden bei einer Schachtlänge von 2 m erzielt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ,auch ohne weiteres noch durchführbar, wenn der Abstand zwischen Düse und Sumpfoberfläche 1 m oder J m beträgt.

Die Höhe des Sumpfes wird mit einem geeigneten Standanzeiger kontrolliert und kann gegebenenfalls unter Verwendung üblicher Vorrichtungen geregelt werden. Der Stand über der austragenden Zahnradpumpe . soll dabei nicht so tief sinken, daß die Pumpe Luft aus dem Entgasungsraum mitreißen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Entgasung von Polyurethangelen, wie sie unter der Verwendung üblicher Polyurethane und

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den dafür bekannten Lösungs- und Fällungsmittel hergestellt werden. Zur Herstellung des Polyurethangels wird das Polymere zunächst in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch wie z.B. Dimethylformamid, Tetrahydrofuran, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid usw. gelöst. Sodann setzt man ein Fällungsmittel zu, das mit dem Lösungsmittel völlig oder zumindestens teilweise mischbar ist, bis eine Trennung in eine Gelphase und eine flüssige Phase erfolgt. Als Fällungsmittel eignet sich z.B. Wasser. Als sehr gute Fällungsmittel erwiesen sich auch Salzlösungen, die unter der Verwendung des gleichen Lösungsmittels, wie bei der Herstellung der Polyurethanlösung, hergestellt wurden. Besonders geeignet sind .z.B. Ammoniumnitratlösungen. Bei Polyurethangelen, die nach einem solchen Verfahren hergestellt worden sind, vereinfacht sich die spätere Rückgewinnung des Lösungsmittels aus der abgetrennten, flüssigen Phase.

Selbstverständlich können die Polyurethangele andere Polymere, wie z.B. Polyvinylchlorid und Mischpolymerisate enthalten. Der Zusatz anderer Stoffe, wie Verdickungsmittel oder Stabilisatoren, ist ebenfalls möglich. Ohne weiteres können Zusätze in Mengen bis etwa 250 % vorhanden sein.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung.

Gemäß der Zeichnung gelangen die Luft- und Gasblasen enthaltenden Polyurethangele über den Zulauf 1 in einen Vorratsbehälter 2. Von dort werden sie über eine Zahnradpumpe 5 in einen Schnellmischer 4 gebracht, wo sie homogenisiert werden und solange gerührt werden, bis sie sich auf die gewünschte Temperatur erwärmt haben. Vom Mischer gelangt die Masse über eine Dosierpumpe 5 durch die DUsenplatte 7 in den Entgasungsturm 8, der unter dem erforderlichen Vakuum steht. Die entgaste Masse sammelt sich in einem Sumpf, dessen Höhe durch den Standanzeiger 9 angezeigt wird. Duroh die Zahnradpumpe 10 wird das

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entgaste Produkt zur Weiterverarbeitung abgepumpt. 6 und 11 sind Manometer« 12 ist ein Druckhalteventil.

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert! 1. Beispiel

Es wurde eine 20 Gew. -#ige Polyurethanlösung in einem Rührwerksbehälter angesetzt und diese mit einer 30 Gew.-#igen Ammoniumnitratdimethylformamid-Lösung in einem Schnellmischer zu einem Gel gefällt. Das überschüssige Fällungsmittel wurde anschließend mit einer Zentrifuge abgetrennt. Ca. 75 kg/h dieses separierten und mit Luftblasen durchsetzten Gels mit einem Feststoffgehalt von ca. 20 Gew.-^ wurden in die oben beschriebene Entgasungseinrichtung eingepumpt. Zunächst passierte das Produkt einen Schnellmischer (Drehzahl ca. 1 000 UpM), in dem es homogenisiert und gleichzeitig auf 4o°C aufgeheizt wurde. Eine Änderung der Produkttemperatur kann durch Drehzahländerung des Schnellmischers erreicht werden, über eine Düsenplatte mit 14 Düsenlöchern mit einem Lochdurchmesser von jeweils 1,1 mm wurde das Produkt in den Entgasungsturra gepumpt. Der Druck vor der Düse betrug 2 atü. Im Entgasungsturm herrschte ein Vakuum von 40 Torr. Die Austragung des entgasten Produktes erfolgte mit einer Zahnradpumpe unter einem Druck von 10 atü.

Das so erhaltene Produkt war völlig homogen, blasenfrei und ließt sich mit einem Rakelmesser gut zu einwandfreien Deckschichten verstreichen.

Polyurethangele, die hingegen Blasen enthielten und nicht gemäß der Erfindung entgast wurden« ließen sich nicht zu Deckschichten für Gewebe und Non-wovens verarbeiten.

2. Beispiel

Es wurde ein Tetrahydrofurangel mit einem Feststoffgehalt von 20 Gew.-Ji der oben beschriebenen Weise hergestellt. Ale Fällungsmittel

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diente Wasser. 50 kg/h Gel, das Gas bzw. Luft emulgiert enthielt, wurden in einen Schnellmischer gepumpt und auf Jß ⁰C aufgewärmt. Nach Passieren einer Düsenplatte mit 6 Düsenlöchern von je 1,1 mm gelangte das Produkt in den Entgasungsschacht. Der Druck vor der Düse betrug 5 atü, der Unterdruck im Entgasungsschacht 500 Torr. Das mit einer Zahnradpumpe unter15 atü ausgetragene Produkt war völlig homogen und blasenfrei.

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur Entgasung von Polyurethangelen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasblasen enthaltenden Polyurethangele kontinuierlich unter einem Druck von 1 bis 5 atü durch eine Düsenplatte mit mehreren Düsenlöchern in einen unter Vakuum stehenden Schacht preßt, an dessen Boden sammelt, mittels einer Pumpe abzieht und unter Druck austrägt*

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das entgaste Produkt unter einem Druck von 5-15 atü austrägt·

3) Verfahren nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polyurethangele vor dem Verdüsen auf 15 - 50° unter dem jeweiligen Siedepunkt der verwendeten Fällungs- bzw. Lösungsmittel erwärmt.

4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polyurethane auf eine Temperatur erwärmt, die 20 - j50° unter dem jeweiligen Siedepunkt der verwendeten Fällungs- bzw. Lösungsmittel bei dem für die Entgasung angewandten Druck liegt.

5) Verfahren nach den Ansprüchen J und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyurethangele vor dem Verdüsen In einem Sohnellmischer gleichzeitig homogenisiert und auf erhöhte Temperatur gebracht werden.

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