DE2012992B2

DE2012992B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines füllstoffhaltigen Schaumstoffs

Info

Publication number: DE2012992B2
Application number: DE2012992A
Authority: DE
Inventors: P R Chant
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1969-03-20
Filing date: 1970-03-18
Publication date: 1980-04-03
Also published as: AT316119B; SE374298B; BE747107A; NL166042B; FR2035102A1; CH514425A; DE2012992C3; FR2035102B1; DE2012992A1; GB1217103A; US3627706A; NL7003816A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines füllstoffhaltigen Schaumstoffes nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es soll die Herstellung von als Baumaterialien dienenden Gegenständen aus relativ grobkörnigen Füllstoffen oder Zuschlagstoffen, in denen die Füll- oder Zuschlagstoffe mit Hilfe eines Polyurethanschaumstoffs gebunden sind, ermöglicht werden.

Es ist bekannt, in Polyurethanschaumstoffe aus verschiedenen Gründen, wie zur Erhöhung der Festigkeit oder der Feuerbeständigkeit oder zur Verringerung der Einstandskosten verschiedene Füllstoffe einzuarbeiten. Abgesehen von diesen körnigen Füllstoffen in Kunststoffen sind auch faserverstärkte Kunststoffe, die gegebenenfalls expandiert oder geschäumt sein können, bekannt. Nach der US-PS 29 81 308 wird ein faseriges Verstärkungsmaterial in Form einer Dispersion in Preßluft und eine Dispersion eines Kunststoffs in Preßluft in der Art eines Venturi-Mischers vereinigt und mit Hilfe der sich entspannenden Druckluft in eine Form geschleudert Dieses Einblasen der Masse in die Form erfolgte in der Art einer Spritzpistole. Aufgabe dieses bekannten Verfahrens ist die Verbesserung der gleichmäßigen Verteilung der Fasern innerhalb des Kunststoffs, um lokale Heterogenitäten in den mechanischen Eigenschaften der Fertigprodukts zu vermeiden.

Aus der US-PS 30 25 202 ist die Herstellung eines faserverstärkten Schaumstoffs bekannt, wobei ein

ίο freifallendes Volumen von Glasstapelfasern mit einer Schäummasse besprüht und das Gemisch auf ein Förderband zu einem Filz abgelagert wird. Dieser Filz wird verdichtet und dann der Kunststoff gehärtet. Als Kunststoff dienen expandierbare Polysiyrolperlen,

Ii Polyurethan, thermoplastische oder wärmehärtbare, organische oder anorganische, natürliche oder synthetische Stoffe. Es besteht die Gefahr, daß es zu einem Zusammenballen der Fasern während des Mischvorgangs kommt. Nachteilig an diesem Verfahren ist der ungebührliche Viskositätsanstieg bei der Einarbeitung des Fasermatcrials in die verschäurnbare Masse, womit der Faserstoffgehalt der Masse begrenzt wird.

Aus der US-PS 30 50 427 ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Schaumkörpers bekannt, bei dem in frei fallende Faserklumpen ein schäumbares Material, z. B. Polyurethan eingedüst wird. Gleichzeitig können kleine Metall- und Glasteilchen zugesetzt werden.

Weiter ist ein Verfahren zur Herstellung von

Füllstoffe enthaltenden Polyurethanschaumstoffen bekannt, indem man zunächst eine Schicht von Füllstoff in eine Form einbringt, die etwa 40 bis 50% des Formvolumens ausmacht. Auf diese Schicht wird dann ein fließfähiges Gemisch gegossen, das einen Polyure thanschaumstoff zu bilden vermag, woraufhin die Form geschlossen, das fließfähige Gemisch aufgeschäumt und gehärtet wird. Bei dem fließfähigen Gemisch handelt es sich um die schäumende Masse, in der die Polyurethan-Reaktion bereits eingesetzt hat. Der verfestigte und damit dimensionsstabile Schaum wird dann entformt. Es zeigte sich jedoch, daß dieses Verfahren zu schlechten Ergebnissen führt, und zwar in erster Linie deswegen, weil die Zwischenräume zwischen den Füllstoffteilchen unvollkommen mit fließfähigem Gemisch gefüllt wor den waren, was auf Lufteinschluß und einen langen und uneinheitlichen Fließweg des Gemisches über die Füllstoffteilchen und den hohen Fließwiderstand an der im allgemeinen rauhen Oberfläche des Füllstoffs zurückzuführen ist. Außerdem ist dieses bekannte Verfahren ein zweistufiges und gestattet keine Großproduktion mit hoher Leistung.

Schließlich ist es aus »Kunststoff-Handbuch«, Band VFI, Polyurethane, Hanser-Verlag München 1966, Seite 605/606 bekannt, eine zu einem Polyurethan reagieren de schäumende Masse mit einem körnigen Füllstoff unter Verwendung eines Gasstroms im freien Raum miteinander zu vermischen und dann wie üblich zu einem Polyurethan-Schaumstoff zu formen.

Wenn bei einem derartigen Verfahren ein relativ

langsam reagierendes Gemisch der Komponenten Polyol, Polyisocyanat, Katalysator und Treibmittel verwendet wird, damit man entsprechende Zeit zum Füllen und Schließen der Formen hat, wirkt sich die Abgabe der Reaktionswärme aus der Polyurethan-Re aktion an die Füllstoffteilchen auf einen beträchtlichen Rückgang der Expansionsfähigkeit des Gemischs aus, was seinerseits wieder zu hohen Schaumstoffdichten und einem unvollständigen Füllen der Zwischenräume

zwischen den Teilchen führt. Wendet man zur Vermeidung dieses Nachteils ein schnell reagierendes Gemisch an, so reicht die zur Verfügung stehende Zeit nicht mehr für ein einheitliches Benetzen der Füllstoffteilchen aus, da das schäumende Gemisch eine zu geringe Fließgeschwindigkeit über und entlang der Füllstoffiz'lchen besitzt

Aufgabe der Erfindung ist nun die Herstellung von Baumaterialier., deren relativ grobkörnige Füllstoffe oder Zuschlagstoffe mit Hilfe eines Polyurethanschaum-Stoffs gebunden sind, wobei im Rahmen der Herstellung solche Bedingungen geschaffen sind, daß eine einwandfreie Benetzung der FüHstolfteilchen mit der schäumenden Masse gewährleistet ist, wodurch entsprechende Raumgewichte der Baustoffe bei optimaler Homogenitat erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gemisch in einen Trägergasstrom eingespritzt und dieser sodann mit den freifallenden Füllstoffteilchen, die eine Korngröße δ 3 mm aufweisen, vereinigt wird. Es ist besonders günstig, wenn das Gemisch irn Trägergasstrom in einem senkrechten Windel auf den Füllstoffstrom gerichtet wird. Besonders gute Benetzung erhält man, wenn der Strom der Füllstoffteilchen zylindermantelförmig ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung obigen Verfahrens aus einem vertikal angeordneten rohrförmigen Körper zur Aufnahme der Füllstoffe, einer in das Rohr unterhalb der Stelle, an der sich der Füllstoffstrom bildet, einmündenden Zuleitung jo für ein komprimiertes Trägergas und einer Zuleitung für das mit dem Füllstoff in Berührung zu bringende verschäumbare Gemisch. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung für das Gemisch in die Gaszuleitung mündet, und daß die Einmündung der J5 Gaszuleitung in das Füllstoffrohr derart ausgestaltet ist, daß gegen den von oben nach unten hindurchfallenden Füllstoffstrom ein mit dem Gemisch beladener Gasstrom gerichtet werden kann.

Der Träg^rgasstrom dient auch zur Beschleunigung <to des Gemischs aus den Polyurethan bildenden Komponenten. Das Gemisch wird als kompakter Strahl eingespritzt und vom Trägergasstrom fein zerteilt. Diese feine Dispersion des Gemischs in dem Trägergasstrom gewährleistet eine sichere Benetzung aller Füllstoffteilchen. Dies wird auch unterstützt durch die in der Reaktionszone von dem Luftstrom hoher Geschwindigkeit hervorgerufenen Turbulenz. In dieser Hinsicht ist auch die Einführung des das Gemisch enthaltenden Trägergas.»troms im rechten Winkel zu so den fallenden Füllstoffteilchen besonders zweckmäßig. Zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases kann diese vor Eintritt des Polyurethan-Gemisches eine Stauscheibe oder eine Venturi-Düse durchströmen. Durch diese Einschnürung der Strömung kommt es an dieser Stelle zu einem Druckabfall (der Druck kann bis unter Atmosphärendruck fallen), wodurch der Austritt des Gemisches in den Trägergasstrom sozusagen durch Ansaugen begünstigt wird. Dies kann von besonderer Bedeutung sein, wenn sich am m> Umfang der freifallenden Füllstoffteilchen mehrere Zuleitungen für Preßluft mit Polyurethan-Gemisch befinden, insbesondere dann, wenn diese Zuleitungen aus einem einzigen Vorratsbehälter für Polyurethan-Gemisch in größerer Entfernung gespeist werden und man das Einführen des Trägergasstroms in verschiedenen Winkeln gegen de ι Strom der Fülistoffteilchen wünscht.

Die Austrittsöffnungen für den Trägergasstrom bzw, die Mittel zur Einschnürung der Strömung des Trägergases können rund oder von beliebiger Gestalt sein, wie schlitzförmig.

Als Füllstoff kommt gesinterter poröser oder expandierter Ton, Vermiculit oder Glas infrage, aber auch andere Produkte wie Sand, zerkleinerte cellulosehaltige Stoffe wie Holzspäne oder Häcksel, wovon jedoch Ton, Glas und Vermiculit bevorzugt werden. In den fertigen Baustoffen soll der Anteil an Füllstoffen zwischen 15 und 80 Vol-% liegen, wobei man 40 bis 60% bevorzugt

Das Polyurethan-Gemisch soll, wenn es mit den Füllstoffen in Berührung kommt oder vorzugsweise, wenn es in den Trägergasstrom eingeführt wird, bereits beginnen aufzuschäumen.

Die Erfindung wird anhand de; Zeichnung weiter erläutert

Der Füllstoff befindet sich in einem Vorratsbehälter mit Trichter 11 und gelangt -on diesem durch entsprechende Betätigung des Schiebers J3 in das vertikale Rohr 12, in welchem sich unten eine Leitvorrichtung 14 befindet. In der Mitte des Rohres 12 etwas unterhalb der Leitvorrichtung 14 ist ein Konus 21 angeordnet, so daß zwischen 14 und 21 ein ringförmiger Auslaß 15 für die Füllstoffteilchen gebildet wird. Die Leitvorrichtung 14 ist auswechselbar, womit Größe und Form des Auslasses beliebig eingestellt werden kann. Unterhalb der Bauteile 12, 14 und 21 befindet sich das Rohr 16 und etwas unter dem Auslaß 15 zwischen Rohr 12 und 16 zwei Zuleitungen 17 für Preßluft, die sich diametral gegenüberstehen und rechtwinklig in das Rohr 16 einmünden. Selbstverständlich können anstelle dieser zwei Luftleitungen auch mehrere in gleichem Abstand um den Umfang des Füllstoffrohres 16 auf gleicher Höhe angeordnet sein. Die Zuleitung 18 für das Polyurethan-Gemisch mündet im rechten Winkel in die Gaszuleitung 17, welcher aus einem gemeinsamen Vorratsbehälter für die einzelnen Gaszuleitungen und Gemischzuleitungen die verschäumbare Mischung zuge'jhrt wird (22, 19). In der (den) Gasleitung(en) 17 befinden sich in unmittelbarer Nähe von der Finmündung der Zuleitung(en) 18 Stauscheiben 20.

Wie oben bereits erwähnt, wird der Füllstoff in das Vorratsgefäß 11 eingeführt und durch Betätigung des Schiebers 13 dessen freier Fall durch das Rohr 12 und den Auslaß 15 freigegeben. Innerhalb des Füllstoffrohrs 16 trifft somit senkrecht auf den zylindermantelförmigen Füllstoffstrom der das verschäumbare Gemisch enthaltende Luftstrom auf. Es ist zweckmäßig, solche Bedingungen einzuhalten, daß das Gemisch bei Eintritt in den Luftstrom bereits zu schäumen beginnt. Der Luftstrahl zerreißt den Strom des schäumenden Gemischs in feine Teilchen, welche mit hoher Geschwindigkeit 8'if die herunterfallenden Fülistoifteilchen auftreffen und diese damit rundum benetzen. Die so mit schäumendem Gemisch überzogenen Füllstoffteilchen können nun in eine Form gefüllt werden, in de: in üblicher Weise das Aufschäumen und Erhärten des Schaums stattfindet. Der fertige Schaumstoff, z. B. eine Bauplatte, wird dann ernfurmt. Soll eine Isolntion auf Rohren aufgebracht werden, so wird das sntsprechende Rohrstück vertikal und konzentrisch innerhalb eines weiteren und von außen abgestutzten Rohres angeordnet. Die mit schämendem Gemisch überzogenen Füllstoffteilchen gelangen dann über einen entsprechenden Verteilerkonus in den Ringraum zwischen dem zu beschichtenden Rohr und der Umhüllung entsnrrrhenri

obiger Form für die Herstellung von z. B. plattenförmigen Gegenständen. Die Umhüllung kann in diesem Fall aus einer Metallfolie oder Papier bestehen und verbleibt gegebenenfalls auf dem in dieser Weise isolierten Rohrstück.

Die Strömungsverengung — wie Stauscheibe 20 — erzeugt dahinter, also an der Einmündung der Zuleitung 18, einen Unterdruck, wodurch das verschäumbar Gemisch angesaugt wird. Der sich dann hinter der Düse erweiternde Luftstrom sorgt für eine gute Verteilung des Gemischs in der Luft als Trägergasstrom. Durch die hohe Geschwindigkeit des Stroms und die feine Verteilung der Gemischtröpfchen werden die Füllstoffteilchen gut und gleichmäßig benetzt und durchmischt, was insbesondere für die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem rohrförmigen Strom der Füllstoffteilchen gilt.

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Bei diesem Beispiel wurde eine Vorrichtung entsprechend der Zeichnung angewandt.

Lichte Weite des Füllstoffrohrs 150 mm, der Gaszuleitung 17 20 mm, der Zuleitung 18 6 mm, Breite des Auslasses 15 100 mm, maximaler Durchmesser des Konus 21 50 mm, öffnung in der Stauscheibe 20 0 20 mm, in Richtung der Achse 2 mm lang.

Um das Füllstoffrohr 16 befanden sich 8 Gaszuleitungen mit jeweils einer Gemisch-Zuleitung. Als Füllstoff diente ein expandierter Ton, Körnung 3

bis 10 mm, Schüttgewicht etwa 420 kg/m³. Über die Gaszuleitungen wurde Preßluft mit einem Druck von 6 bar zugeführt. Über die Zuleitungen 18 wurde verschäumbares Gemisch in einer Menge von insgesamt 13 kg/min bei einer Füllstoffmenge im Auslaß 15 von

ίο 60 kg/min zugeführt. Das verschäumbare Gemisch bestand aus einem Polyol, einem Diisoeyanat und Trichlormonofluormethan als Treibmittel. Der mit schäumendem Gemisch überzogene Füllstoff wurde in eine Form gefüllt und diese dann verschlossen, so daß das Gemisch aufschäumen und härten konnte. Der erhaltene Formkörper besaß ein Raumgewicht von 320 kg/m¹, wobei die mittlere Dichte des Schaumstoffs selbst 120 kg/m³ hatte.

Der erhaltene Baustoff hatte eine Biegefestigkeit von

159 N/cm², einen Biegemodul von 5780 N/cm², für eine

IO%ige Kompression benötigte man einen Druck von

14,2 bar und für eine 25°/oige Kompression von 20,2 bar.

Die Untersuchung des Baustoffs ergab, daß der Füllstoff homogen in dem Schaumstoff verteilt war und

keine Lufteinschlüsse vorlagen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnun >

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines füllstoffhaliigen Schaumstoffs, wobei körnige Füllstoffteilchen im freien Raum mit einem zu Polyurethanschaumstoff verschäumbaren Gemisch unter Anwendung eines Gasstroms beaufschlagt werden, in dem das zu Polyurethanschaumstoff verschäumbare Gemisch unter einem bestimmten Winkel mit dem Strom der Füllstoffteilchen zusammentrifft, worauf das Gemisch verschäumt und der Schaum ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in einen Trägergasstrom eingespritzt und dieser sodann mit den freifallenden Füllstoffteilchen, die eine Korngröße £ 3 mm aufweisen, vereinigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Füllstoffteilchen zylindermantelförmig ist.

3. Verfihren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Gemisch enthaltende Trägergasstrom senkrecht auf die freifallenden Füllstoffteilchen gerichtet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I bis 3 bestehend aus einem vertikal angeordneten rohrförmigen Körper zur Aufnahme des Füllstoffs, einer in das Rohr unterhalb der Stelle, an der sich der Füllstoffstrom bildet, einmündenden Zuleitung für ein komprimiertes Trägergas und einer Zuleitung für das mit dem Füllstoff in Berührung zu bringende verschäumbare Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (18) für das Gemisch in die Gaszuleitung (17) mündet und daß die Einmündung der GaszuKiitun? (17) in das Füllstoffrohr (16) derart ausgestaltet iit. daß gegen den von oben nach unten hindurchfallenden Füllstoffstrom ein mit dem Gemisch beladener Gasstrom gerichtet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Füllstoffrohres (16) ein Füllstoffreservoir (11, 12) mit einem ringförmigen Auslaß (15) angeordnet ist, aus dem der Füllstoff in Form eines zylinderförmigen, innen hohlen Stromes in das Rohr (16) gelangt.