DE2012992A1

DE2012992A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines einen Füllstoff enthaltenden Polyurethanschaumstoffes

Info

Publication number: DE2012992A1
Application number: DE19702012992
Authority: DE
Inventors: P R Chant
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij N.V., Den Haag; (Niederlande)
Priority date: 1969-03-20
Filing date: 1970-03-18
Publication date: 1970-10-01
Also published as: GB1217103A; NL166042B; NL7003816A; AT316119B; FR2035102B1; CH514425A; BE747107A; SE374298B; FR2035102A1; DE2012992C3; DE2012992B2; US3627706A

Description

SHELI INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ N.V. Carel van Bylandtlaan 30, Den Haag /Niederlande

"betreffend

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines einen Füllstoff enthaltenden Polyurethanschaumstoffes.

Zur Einarbeitung in Polyurethanschaumstoffe wurden aus den verschiedensten Gründen, z.B. um die Festigkeit oder die Feuerbestandigke.it zu verbessern oder die Gestehungskosten herabzusetzen, schon die verschiedensten Füllstoffe vorgeschlagen. Die Füllerteilchen können eine beliebige Form haben, jedoch ist der Füller vorzugsweise ein Mineral, dessen kleinster Teilchendurchmesser mindestens bei 3 mm liegt. Gewöhnlich umfaßt eine gewisse Füllermenge Teilchen von verschiedener Größe zwischen 3 und 10 mm, die zweckmäßigerweise aus gesintertem, porösem und expandiertem Ton, Vermiculit oder Glas bestehen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch mit anderen Füllstoffen, wie Sandkörnern und zerkleinerten cellulosehaltigen Stoffen, wie Holzspänen oder Häcksel oder mit einer Kombination der verschiedensten Füllertypen, durchgeführt werden.

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Polyurethanschaum mit einem Gehalt an Füllmitteln kann so hergestellt werden, daß man zunächst eine Schicht von lullerteilchen in eine Form einbringt, die etva 40 bis 50 i*> des Innenraumes der Form, je nach der Größe oder der Größenverteilung der Füllerteilchen, einnimmt. Dann wird über diese Schicht ein flüssiges Gemisch gegossen, das einen gehärteten Polyurethanschaum bilden kann, worauf man die Form schließt und das flüssige Polyurethan verschäumen und härten läßt.

Der Ausdruck "flüssiges Polyurethan¹¹ bedeutet hier ein flüssiges Gemisch, das die Fähigkeit hat, einen gehärteten Polyurethanschaumstoff zu bilden. Die Flüssigkeit muß in fließbarem und verschäumbar em Zustand vorliegen, wobei die Verschäumungsreaktion bereits eingesetzt haben kann. Nachdem der Schaum so behandelt und ausreichend gehärtet ist, daß er in den Dimensionen stabil bleibt, wird der mit Füllstoff versehene Schaumstoff aus der Form entnommen. Dieses Verfahren hatte jedoch zu schlechten Resultaten geführt, hauptsächlich deswegen, weil die Zwischenräume zwischen den Füllerteilchen unvoll kommen mit Polyurethanschaum gefüllt worden waren, was seinerseits auf den Einschluß von Luft, den langen und uneinheitlichen Fließweg für die Polyurethanflüssigkeit

längs der Füllerteilchen und den hohen Fließwiderstand der im allgemeinen rauhen Oberfläche des Füllstoffes gegenüber der Flüssigkeit zurückzuführen ist. Das bekannte Verfahren ist außerdem deswegen unbefriedigend, weil es ein Zweistufenverfahren ist, das keine hohen Produktionsgeschwindigkeiten erlaubt.

An sich kann man das Gemisch auch in einem einstufigen Verfahren erzeugen, indem man das flüssige Polyurethangemisch auf einen freifallenden Strom vor- ^>?Mierteilchen aufsprüht, worauf die von dem flüssigen Polyurethan benetzten Füllerteilchen in eine Yjrm gebracht

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werden. Wenn bei diesem Verfahren ein verhältnismäßig langsam reagierendes Polyurethangemisch verwendet wird, damit man entsprechend Zeit zum Pullen und Schließen der Form hat, wirkt sich der Verlust an Reaktionswärme an die Füllerteilchen während der langen Reaktionsperiode in einem beträchtlichen Rückgang der Expansionsfähigkeit» des Polyurethangemisches aus, was zu hohen ";', Schaumdichten und einem unvollständigen Pullen der Zwischenräume zwischen den Teilchen führt. TJm diesen Nachteil zu vermeiden, kann man ein schnell reagierendes Gemisch verwenden und muß dann die Form schneller füllen. Da jedoch die volumetrische Geschwindigkeit von unverschäumtem öder im Anfang des Verschäumungsvorganges befindlichem flüssigem Polyurethan, das auf den Puller aufgesprüht wird, weitaus geringer ist als die volumetrische Geschwindigkeit des Püllers, ist es sehr schwer, ein ausreichendes und einheitliches Benetzen der herabfallenden Püllerteilchen in der kurzen Zeit, die hierfür zur Verfügung steht, zu erreichen. .

Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von einen Püller enthaltendem Polyurethanschaum«» stoff, bei welchem ein verbesserter Kontakt zwischen den Füllerteilchen und der Polyurethanflüssigkeit erreicht wird. I

* ■ ■ ■

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines einen Füllstoff enthaltenden Polyurethanschaumstoffes ist daher dadurch gekennzeichnet, daß man ein zur Bildung eines gehärteten Polyurethanschaumstoffes fähiges Flüssigkeitsgemisch in einen Gasstrom einführt, der gegen einer. Füllmittelstrom gerichtet ist, derart, daß sich ein komisch aus Flüssigkeit und Füllmittel bildet, worauf man die Flüssigkeit in dem Gemisch verschäumen läßt und den Schaum härtet»

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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung eines einen Füllstoff enthaltenden Polyurethanschaums gemäß obigem Verfahren, die gekennzeichnet ist durch einen rohrförmigen Körper, ein Reservoir für den Füller, derart angeordnet, daß der Füller von einer Ausstoßöffnung durch den rohrförmigen Körper abgegeben wird, eine Gasleitung, die an ihrem einen Ende mit einem Vorrat an komprimiertem Gas in Verbindung steht und deren anderes Ende in den Innenraum des rohrförmigen Körpers an einer Stelle unterhalb der Auslaßöffnung des Eeservoirs mündet sowie eine Zufuhrleitung für Flüssigkeit, die an einem Ende mit einem Vorrat an einem flüssigen Gemisch in Verbindung steht, das einen gehärteten Polyurethanschaum bilden kann und mit ihrem anderen Ende in die Gaszuleitung hineinreicht.

Vorzugsweise ist der mit dem flüssigen Polyurethan ir Berührung zu bringende Füllerstrom ein freifallender Strain, d.h. ö.er Strom steht nicht in Verbindung mit irgendein l-v Wand.

Der Gasstrom, der normalerweise durch Expansion von Preßluft erzeugt wird, dient sowohl als Träger als auch als Beschleuniger für die in ihn eingeleitete Polyurethanflüssigkeit. Falls das flüssige Polyurethan als fester Flüssigkeitsstrom eingespritzt wird, wird die Flüssigkeit durch den luftstrom in einen feinverteilten Spray ütabgeführt, der mit großer Geschwindigkeit gegen den allerstrcn gerichtet ist, vorzugsweise in zu diesem ^«rTi senkrechter Richtung. Die feinen Flüssigkeitströpioiien im Spray können hierbei tief in den Füller-.:.--t r eindringen und kommen mit all seinen Teilchen in rj-ixung. Eine einheitliche Benetzung der Füllerteilchen wird außerdem gefördert durch die in der Kontaktzone von Füller und Flüssigkeit durch den Luftstrom mit

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seiner hohen Geschwindigkeit hervorgerufene Turbulenz. Die Turbulenz brictrt den Füll er strom auf unä intensiviert den Kontakt mit dem Sprühstrahl aus flüssigem Poly-urethan. Um die einheitliche Verteilung der Flüssigkeit in dem Luftstrom zu unterstützen, wird das flüssige Polyurethan vorzugsweise im rechten Winkel zu diesem Strom .' eingesprüht. Ein mit Öffnung versehenes Hindernis, wie . eine Venturidüse oder eine durchlöcherte Platte, können in die Luftzufuhr kurz vor dem Punkt, an welchem die Polyurethanflüssigkeit eingesprüht wird, angeordnet sein. Die Einengung erhöht die Geschwindigkeit des Luftstromes, und die resultierende Druckverringerung an diesem Punkt j (der statische Druck kann unter eine Atmosphäre fallen) · unterstützt den.Ausstoß der viskosen Polyurethanflüssigkeit in den Luftstrom. Diese Beeinflussung des Durchflusses kann von großer Wichtigkeit sein, wenn rund um den Füllerstrom mehrere Preßluftleitungen angeordnet sind, von denen jede aus einer verhältnismäßig weit entfernten gemeinsamen Quelle Polyurethanflüssigkeit erhält. Die Verwendung von mehr als einer Luftleitung ermöglicht esj die Polyurethanflüssigkeit gegen den Füllerstrom unter verschiedenen Winkeln zu versprühen.

Die Auslaßöffnung der Luftleitung oder die Öffnung | der darin angeordneten Durchflußverengung kann kreisförmig sein oder eine beliebige andere Form haben, z.B. kann der Auslaß bzw. die Öffnung als gerader Schlitz ausgebildet sein, so daß sich ein Sprühstrahl bildet, der in einer zum Füllerström rechtwinkligen Ebene flach ausgebreitet ist.

Der Füllstoff kann einer der bereits oben erwähnten Typen sein, wobei expandierte Mineralstoffe, insbesondere Ton,^ Glas oder Vermiculite bevorzugt sind. Das Volumen des Füllers im Endprodukt kann zwischen 15 und 80 $ des Gesamtvolumens schwanken, liegt jedoch gewöhnlich -in der Gegend von 40 bis 60 #, .

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Im Moment ihrer Berührung mit dem Füller oder schon beim Einleiten in den Luftstrom ist die Polyurethanflüssigkeit vorzugsweise in einem solchen Zustand, daß die Versohäumungsreaktion bereite begonnen hat, so daß die Flüssigkeit bereits im schäumenden Zustand ist.

Die Zeichnung dient zur näheren Erläuterung der Erfindung und ist eine diagrammatisohe Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. -

Dargestellt ist ein Reservoir für einen kornförmigen Füllstoff, das aus einem Trichter 11 und einem sich vertikal erstreckenden Abgaberohr 12 besteht. Am oberen Ende des Rohres 12 ist ein Ventil 13 angeordnet, das den Durchfluß des Füllers aus dem Trichter durch das Rohr 12 steuert. Am unteren Ende des Abgaberohres 12 ist ein Diffusor H (leitvorrichtung) angeordnet· In der Mitte, etwas unterhalb zwischen dem Diffusor H,ist ein konisches Element 21 angeordnet. Der Diffusor H und das konische Element 21 umschreiben einen ringförmigen Auslaß für die Füllerteilchen. Der Diffusor ist auswechselbar, um die Wahl eines Auslasses von gewünschter Weite und Konfiguration zu ermöglichen. Das Füllerreservoir ist so angeordnet, daß der Füllstoff vom Auslaß 15 unter dem Einfluß der Schwerkraft frei durch einen zylindrischen, normalerweise vertikal angeordneten rohrförmigen Körper 16 hindurchfällt. In geringem Abstand unterhalb des Auslasses 15 sind zwei Luftleitungen oder Luftdüsen 17 angeordnet, die rechtwinklig und einander diametral gegenüberstehend in das Rohr 16 einmünden· Es können noch mehr Luftdüsen 17 in gleichmäßigem Abstand um die Peripherie des Rohres 16 auf gleicher Höhe wie die beiden dargestellten Düsen 17 angeordnet sein. Dureb ./ugaigkeitsleitungen 18, die im rechten Winkel in aie Luft-

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düsen 17 einmünden, kann den letzteren flüssiges Polyurethan zugeführt werden. Die Polyurethanflüssigkeit wird einem gemeinsamen Vorrat 19, der mit dem Auslaß einer Mischkammer 22 für Polyurethanflüssigkeit verbunden ist, entnommen und den Leitungen 18 zugeleitet. In den Iiuftdüsen 17 ist kurz vor der Einmündung der Lei- J tung 18 eine mit Öffnung versehene Prallplatte 20 angeordnet.

Beim Betrieb wird das Reservoir mit einer Charge von gekörntem Füllgut gefüllt und das Ventil 13 geöffnet, so daß der Füllstoff durch den Auslaß 15 hindurch- | fällt und so in der Zentralzone des Rohres 16 einen rohrförmigen Füllerstrom bildet. Durch die Düsen 17 wird Preßluft zugeführt, während Polyurethanflüssig^öit in gleichmäßig vermischtem Zustand über die Leitungen in die ^ftdüsen 17 eingeführt wird. 21«* Arbeitsbedingungen sind so gewählt, daß die aus den Leitungen 18 austretende Polyurethanflüssigkeit in einem Anfangsstadium des Verschäumens ist. Ih den Luftdüsen 17 trifft der Luftstrom auf die Polyurethanflüssigkeit auf und bildet so einen feinen Sprühstrahl, der mit hoher Geschwindigkeit rechtwinklig gegen den Füllerstrom gerichtet ist,, wodurch der Füllstoff durch und durch von _'■ g der Flüssigkeit benetzt wird. Die benetzten Füllerteil- * chen können in eine Form überführt werden, die dann geschlossen wird, damit das Verschäumen der Polyurethanflüssigkeit vollendet und der Schaum gehärtet werden kann. Der fertige Gegenstand, z.B. eine Bauplatte, >*ir>l dann der Form entnommen.

Soll auf Rohren eine Isolation angebracht so wird ein Abschnitt des zu beschichtenden Rohres vertikal und konzentrisch innerhalb eines weiteren und von außen abgestützten Rohres angeordnet. Der' benetzte Füll-

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stoff wird über einen oberhalb des Rohrabschnittes angeordneten Verteilerkonus derart geleitet, daß er gleichmäßig von der Peripherie des Konus in den ringförmigen Raum zwischen dem Rohr und der Umhüllung einfließt. Diese Umhüllung kann aus Metallfolie oder Papier hergestellt sein und kann ggf. auf dem isolierten Rohr verbleiben.

Normalerweise wird die Polyurethanflüssigkeit in die Luftdüsen 17 als geschlossener Flüssigkeitsstrom eingeleitet, der durch den luftstrom zu einem feinen Sprühstrahl verblasen wird. Die öffnung 20 in den Luftdüsen fe verringert den Druck der Einmündung der Zuleitungen 18 und fördert dadurch den Ausfluß an Polyurethanflüssigkeit; die Expansion der Luft hinter der Öffnung sorgt dann wieder für eine besonders gute Verteilung der Flüssigkeit in der Luft. Die hohe Geschwindigkeit, welche die Luft aufgrund der Expansion erreicht, bewirkt ein tiefes Eindringen der den Sprühstrom bildenden Polyurethantröpfchen in den Füllerstrom, so daß sich eine innige und gleichmäßige Vermischung mit allen Füllerteilchen ergibt. Erleichtert wird dieses Durchmischen noch durch die Tatsache, daß der zu benetzende Füllerstrom ein hohles Rohr bildet.

Beispiel

Die benutzte Vorrichtung entsprach im wesentlichen der Zeichnung.

Der innere Durchmesser des rohrförmigen Körpers 16, der Luftdüsen 17, der Flüssigkeiteleitungen 18 und des ringförmigen Auslasses 15 betrug 150 bzw. 20 bzw. 6 bzw. 100 mm. Der größte Außendurchmesser des konischen Elementes 21 betrug 50 mm. Die Öffnung in der Prallplatte 20 hatte einen Durchmesser von 2 mm und in der Richtung der Düsenachse eine Länge von ebenfalls 2 mm.

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Die Vorrichtung war in regelmäßigem Abstand ringsu um das Rohr 16 mit acht Luftdüsen versehen, die jeweils eine Flüssigkeitszuführung aufwiesen.

Der Trichter 11 wurde mit Kügelchen aus expandier-, tem TQn von 3 bis 10 mm Durchmesser und einer Schüttdichte von ungefähr 420 g/l gefüllt. Der Luftdruck in den Luftdüsen 17 vor der. Prallplatte betrug 6 kg/cm². Die üfenge an. über die; Leitungen 18 zugeführter Polyurethanflüssigkeit betrug insgesamt 13 kg/min und der Füllerausstoß (durch die Öffnung 15)60 kg/min. Die Polyurethan- | flüssigkeit setzte sich im wesentlichen aus einem PoIyol und.einem Diisocyanat zusammen, mit .Trichlormonöfluor-· methan als Treibmittel. Der befeuchtete Füller wurde in eine Form eingebracht, die dann verschlossen, wurde, wo- ■. rauf man die Polyurethanflüssigkeit zu ihrer höchstmöglichen Ausdehnung expandieren ließ, worauf der Schaum gehärtet und das Formstück der Form entnommen wurde. Die Gesamtdichte des Produktes betrug 320 g/l; die durchschnittliche Dichte des Polyuretlianschaumes selbst betrug. 120 g/l. Die mechanischen Eigenschaften des Produktes waren die folgenden: .

Biegefestigkeit 15,9 kg/cm²

Biegungsmodul 578 kg/em

zu einer 10bigen Kompression ρ

benötigter Druck 14,2 kg/cm

zu einer 25$igen Kompression . ■ ■ ? benötigter' Druck : 20,2 kg/cm

Eine Untersuchung des Produktes "ergab, daß der¹." Füller homogen im Polyurethanschaum verteilt war und daß dieser frei von Lufteinschlussen war. ' '

Patentansprüche 8647 - · QQ 98 A 0/2 112 ν"ν·*-Ρ^ΰ .. ₁₀ -

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1A-37 496 Patentansprüche

M .Ti Verfahren zur Herstellung eines einen Füllstoff enthaltenden Polyurethanschaumes, dadurch gekennzeichnet , daß man ein zur Bildung eines gehärteten Polyurethanschaumstoffes fähiges Flüssigkeitsgemisch in einen gegen einen Füllstoffstrom gerichteten Gasstrom einführt, derart, daß sich ein Gemisch aus Flüssigkeit und Füllstoff bildet, und die Flüssigkeit in dem Gemisch verschäumt und den Schaum härtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Füllstoffstrom im freien Fall mit der Flüssigkeit in Berührung kommt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoffstrom bei seiner Berührung mit der Flüssigkeit die Form eines hohlen Rohres aufweist.»
4· Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Gasstrom im wesentlichen senkrecht gegen den Füllerstrom gerichtet ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet , daß das flüssige Gemisch durch Einführung in den Gasstrom in einen Sprühstrahl übergeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Flüssigkeitsgemisch in im wesentlichen senkrechter Richtung in den Gasstrom eingeführt wird.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Gasstrom den statischen Druck an der Einführungsstelle des Flüssigkeitsgemisches auf weniger als 1 Atmosphäre reduziert·
8· Torrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, g e k e η η ζ ei ohne t durch einen normalerweise vertikal angeordneten rohrförmigen Körper (16), ein Reservoir (11) für Füllstoff, derart angeordnet, daß der Füllstoff über einen Auslaß (15) durch den rohrförmigen Körper (16) abgegeben wird, eine ^s | Gaszuleitung (17), die am einen Ende mit einer Quelle für komprimiertes Gas verbunden ist und am anderen Ende in den Raum innerhalb des rohrförmigen Körpers (16) unterhalb des Auslasses (15) des Reservoirs (TT) mündet/sowie einer Flüssigkeitszuleitung (18), die an einem Ende mit einem Vorrat (22) an Flüssigkeitsgemisch, das zur Bildung eines gehärteten Polyurethanschaumes fähig ist, in Verbindung steht und am anderen Ende in die Gaszuleitungen (17) einmündet· ·
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (15) im Abstand zu den λ Wänden des rohrförmigen Körpers (16) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k en η ζ e ic h net, daß der Auslaß (15) derart geformt ist, . daß der Füllstoff als hohler rohrförmiger Strom abgegeben wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß in der Gaszuleitung (17) eine mi% #ffnung versehene Einengung (20) angeordnet ist und zwar vor der Stelle, an welcher die Flüssigkeitszuleitung einmündet. .

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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß um den rohrförmigen Körper (16) herum in regelmäßiger Anordnung eine Mehrzahl an GasZuführungen (17) vorgesehen sind.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e kenn z. eiohnet , daß die Flüssigkeitszuleitungen über Leitungen von gleichem Fließwiderstand an einen gemeinsamen Vorrat (22) an Flüssigkeitsgemisch angeschlossen sind.

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