DE2035595A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von verbesserten Harnstoff Formaldehyd-Schäumen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. MÜ LLER-BORE ■ DR. MANITZ · DR. DEUFEL

BIPL-INQ. RNSTERWALD ■ DIPL-ING. GRAMKOW

8 MÜNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STR 1

TELEFON 225110

II JUU 1970

D/Ha/Hn - Case B 1044

BBITISH 1IDUxSO)RIAL PLASSIGS LIMITED / England

Verfahren und Vorrichtung sur Herstellung von Harnst of f/?03?maldehyd-Schäraaen_o

Priorität s Großbritannien vom 1?_a Juli 1969 -(Hr,. 36069/69)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schäumen aus in der Wärme aushärtenden Harzmateriaiien, die im wesentlichen Harnstoff/Formaldehyd«» Harz© enthalten»

Fach den bisher bekannten Verfahren wurden zur Herstellung solcher Schäume eine wäßrige HarziSsung und eine wäßrige Härterlösung verwendet, wobei eine Komponente dureh Vermischen mit komprimierter Luft in Gegenwart eines Verschäumungsmitteis verschäumt und nach der Schaumbildung die andere Komponente in den Schaum eingemiecht wurde₀ Zur Erzielung eines Schaumes mit niedriger Dichte bei Anwendung eines solchen Verfahrens

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waren große Mengen Wasser es'foi'derliüii und diese Mengen Wasser mußten auf sete kostspieligem Wege wieder ent« fernt werden und schlachten die gegebenenfalls foräaaden© Schaumstruktur_e

Es wurden deshalb Yersdiiedan® TerBuehe unternommen ₉ um d©s Mengenanteil aes zur Herstellung ©ia@§ S©hamaes einer Tbe*= stimmten Dichte erforderliches, Wassere he^ateMsetseiio Bis solcher Tersuen bestand darin₉ di@ Harslösung und anschließend ein Yerfmltxiissäßig geringes Härterlösung ia den S©liaua ©isigiispsli^Ho lei der Erhöhung der Eonsentration des? Earsfes-festoffe stieg Jedoeh aweh di© Eaddiciite des teoekeaea Sofiameg nad b©i ffss'suehaa,, dies durch Einfiiteung tos mehr Suft ia di© Harslösmig gu ä wurde festgestellte daß die lifeerscliiisaige Luft als Lufj aus dem Schaum aixsgeteiebea wird₉ wean qt· aus' seMumiingspistoX© austritt und ©s könnt© dadurch k@ia<s- Herab= setaiüig dei» Dislite trsielt w

Ziel der vox-lieg ζέρ Hes?stellung Toa eines Sshaumes s»it ©iaeia

erhalten wird, ansi2g@beao Ii@l d©^

war es feraer§ oiae Vorrialitttag g-yu? Herstellung ©iaes sol

chea Schaumes anaiigebea_e

Gegenstand der ErfindiiHg is·

chea Herstelllang eines selbgtteageadtsa Separate mit Siebte, das dadurch gekennzeichnet ist₉" daß ©in©

die eine wäßrige lösuag ein©, rials mit einem Harnstoff/

mungsmittel enthält _φ verschäumt wird taat©£> Bäldimg ©ia© ersten Schaumes, daß eine Hiseö,«ag₉ dia ©iae eines Härters und eines Terseliaiimiiagaaifetels schäumt wird unter Bildung eines weiten Sehaum©® nad daß der erste Schaum mit dem aweiten Seha» gemischt

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Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren werden in dem ©rfindungsgesaßen Verfahren sowohl das Harz als auch der Härter einzeln verschäumt bevor sie miteinander gemischt wsrdeno

Das in der Wärme aushärtende Harz kann ein einfaches Harnstoff /Formäldehyd-Harz sein oder es kann durch Einarbeitung einer geringen Menge von solchen Komponenten, wie z₀ B₀ Melamin/Formaldehyd~Harzen, Phenol/FQrmaldehyd-Harssens, MeIa= min, löslichen Polyamiden, 61ykolen_t Resorcin, Polyvinylalkohol, Stärken und Zuckern modifiziert sein_e Die modifizierend© Komponente kann in das Harnstoff/Formaldehyd^Hara einkondensiert oder damit lediglich gemischt werden und im letzteren Falle kann sie eine reaktionsfähige Substanz oder lediglich ein nicht reaktionsfähiger Füllstoff sein₀ Me Wahl des Ver~ aehäumungsmittels ist kein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung und es kann jedes beliebige TTerschäumungsmittel verwendet werden, das normalerweise in Harnstoff/3?orm~ aldehyd-Schaumsystemen verwendet wird_ö Beispiele für typische Verschäumuncßmittel sindi

Natriumalkylbenzolsulfonat (Hansa HS 80)

NatriumdodecylbenssolBulfonat (Kansa HS 85S) modifiziertes Natri\imdodecylben2iol-

sulfonat (Hansa SL 50)

Gemisch aus Efatriumdodeeylbenzolsulfonat _t

Lauryläthersulfat und Magnesiumxylolsul-

fonat (Hansa LES 42)

STatriumdodesylbenzolsulfonat und

äthoxylierte Fettsäurealkylolamide (Nansa 100)

Hatriumsulfosuccinat (Gropol 60)

Gemisch aus Alkylbenzolsulfonaten und

sekundären Alkylsulfaten (Teepöl 514)

weiche sekundäre Alkylsulfate (Teepol 610) Hatriumsalz einer sulfonierten Kohlen= teerfraktion (Belloid

Bei der Verwendung der erfindungsgeraäßen Vorrichtung imd den

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but Herstellung der bevorzugten erfindungsgemäßen Schäume verwendeten Materialien haben sich die beiden ersteri der . oben genannten Verbindungen als besonders wirksam erwiesen«

Wenn konzentriertere Harzlösungen verwendet werden, die beispielsweise eine Konzentration" von mehr als 45 % aufweisen, was bisher in der Praxis als Höchstwert angesehen wurde, wird auf Seiten des Harzes (erster Schaum) ein Scham mit einer höheren Dichte erhalten und daher wird die Gesamtdichte erhöht, die Bnddichte hängt jedoch von dem Verhältnis der Harz- und Härterflüsssigkeitsausgangsmateriaiien und ihren ^ Jeweiligen Expansionen abo Da ein Vorteil der vorliegenden ' Erfindung darin besteht, den Wassergehalt herabzusetzen, wird die Zuführungsgeschwindigkeit des Härters vorzugsweise so niedrig wie möglich gehalten, f/obei jedoch 'bei einer übermäßigen Säurekonzentration eine schlechte Vermischung, auftritt und deshalb wird vorzugsweise ein Harz/Härter-Verhältnis von 4:1 bis 50*1 entsprechend der gewünschten... Endtrockendichte des Schaumes und dem Feststoffgehalt der verwendeten Harzlösung angewendet „. So kann "bei einem feststoff .gehalt von 4-5 % ein Verhältnis von 7§1 angewendet werden unter Bildung eines T^oclcenschaumes mit einer Dichte von 8 kg/m-₉ der gewöhnlich als Harnstoff/Formaldehyd-Sehaum mit niedriger Dichte bezeichnet wirdo Dies könnte jedocsh nicht unter Verwendung eines Harzes mit einem Feststoffgehalt von 60 % er- w zielt werden,, ohne das Verhältnis auf 1/-H1 zu verringern, wodurch der Gesamtwassergehalt erhöht und. Vermischungsprobleme auftreten würden. Wenn unter Verwendung der gleichen Apparatur dichtere Schäume gewünscht- werden, können diese erhalten werden, indem man die BeschicJrangsverhältnisjs© und/oder die Harzkonzentration oder den in. jeder VerscfiäumungseiEheit erzielten Expansionsgrad durch Änderung der drucke oder der Geometrie deö Aufbaues des? Einheit

Vorzugsweise wird mindestens die d@n ©3?st©a Setiämm Mischung erhitzt und es kann awcfe bevorzugt■ s®ia₉ »weiten Schaum "bildend© Mischmag au e3?bitaeiio Bio

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schäumen mögliche Volumenzunahme wird stark durch die Viskosität beeinflußt und beim Erhitzen wird die Viskosität herabgesetzt, so daß bei einem gegebenen Trockenfeststoffgehalt Schäume mit einer geringeren Dichte erzielt werden können,, Da die Viskosität der Harzlösung normalerweise viel höher ist als-diejenige-des Härtere, ist die Wirkung beim Erhitzen des Harzes gewöhnlich viel größer als beim Erhitzen des Härters und sie ist besonders groß bei einem sehr hohen Feststoffgehalt.·

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine λ Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines selbsttragenden Schaumes mit niedriger Dichte, die gekennzeichnet ist durch mindestens zwei Verschäumungseinheiten, die so angeordnet und aufgebaut sind, daß sie eine Schaummischeinheit beliefern, wobei {jede Verschäumungseinheit mit einer den Schaum induzierenden Packung, einem Gaseinlaß und einem Flüssigkeitseinlaß versehen ist, wodurch während des Betriebseine Verschäumungseinheit mit komprimiertem Gas und einer wäßrigen Lösung oines in dar Wärme aushärtenden Harzes und eines Verschäumungsmittels beschickt wird, und in der die andere Verechäumungseinheit mit komprimiertem Gas und einer wäßrigen Lösung eines Härters und einem Versehäumungs·= mittel beschickt wird und bei der der auf diese Weise in den , beiden Verschäumr.ngseinheiten gebildete Schaum in eine Schaum- " mischeinheit eingeführt und dort vermischt wird. Der Flüssig=· keitsbeschickungseinlaß mindestens einer der Verschäumungseinheiten ist vorzugsweise mit Wärmeaustauschvorrichtungen versehen, wodurch der Flüssigkeitsbeschickung zum Verschäumen der Mischung.Wärme zugeführt werden kannο

Eine einzige Mischeinheit kann durch mehrere Verschäumungseinheit en, die eine oder beide der oben genannten Verschäumuncseinheiten ersetzen können, beliefert werden.

In der beigefügten Zeichnung ist eine zur Herstellung eines erfindungsgemäßen selbsttragenden Schaumes mit niedriger Dichte

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geeignete Vorrichtung eehematisch dargestellt_o

In der beiliegenden Zeichnung ist die vertikale Kolonne 1 durch ein Verbindungsstück 2 mit einer vertikalen Kolonne 3 verbunden» Die Kolonne 1 hat eine Hohe von 9° ca (3 ft O₈ einen Innendurchmesser von 2,5 cm (1 inch) und sie ist mit Glasperlen ^₉ die jeweils einen Durchmesser von 6 mm haben, beschickt ο Die Kolonne 2 hat eine Höhe von 50 sm (1 ft») und einen Innendurchmesser von 1,8 cm (3/4· inch) und ist mit Glasperlen 5 gefüllt, die jeweils einen Durchmesser von 3 w& ^ aufweiseno Die Glasperlen werden in der Kolonne 1 bzw ο 3 ^ mit Hilfe der Drahtgewebe 6 bzw₀ 7 gehaltene. An einem Ver~ längerungsrohr 8 der Kolonne 1 unterhalb des Punktes, an dem diese, mit· der Kolonne 2 in Verbindung steht, ist ein flexibles Rohr 9 angebracht, das jede gewünschte länge aufweisen kannο Das in dem nachfolgend beschriebenen Beispiel 1 verwendete Rohr 9 hatte eine Länge von etwa 10 m ($0 bis 40 fto) und einen Innendurchmesser von 1_}8 ca (3/4 incii)_? ein Rohr, das jedoch beispielsweise sum Einspritzen von Schaum als Isolierung in eine Hohlräumwand verwendet wircl₉ kann eine Länge von z„ B₀ 1_?5 bis 3 m (4 bis 8 fto) habea.

Bei der Inbetriebnahme wird ein Strom A₅ der aus einer wäßrigen Lösung des Harzes zusammen mit einem VerschäumungsEiittel be·= " steht, in den Oberteil der Kolonne 1 eingeführt_o Der Beschickungsstrom A wird vorzugsweise beim Durchgang dursii einen Wärmeaustauscher (nicht gezeigt) vorerhitfcto Ein Strom B aus komprimierter Luft wird ebenfalls.in den Oberteil äer^: Kolonne 1 eingeleitet und er verschäumt die Hara«· ψ VsirschäumungsmittellSsung_t während letztere durch die Packung der Glasperlen hindurchtropft«

Ein Strom 0, der aus einer wäßrigen Lösung einos Härtere susammen mit einem Verschäumunßsmittel besteht, wird in den Oberteil der Kolonne 3 eingeführt und ein Strom D aus komprimierter Luft v/ird ebenfalls in den Oberteil der Kolonne 3

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eingeleitet und die Verschäumung der genisehten Härter lösung erfolgt h&±BL Durchtropfen durch, die Glasperl enpaclr mg ο

Der Haraschaum fließt in das Verlängerungsrohr 8 der Kolonne ebenso wie der aus dem Boden der Kolonne 3 austretende und entlang des Verbindungsrohres 2 fließende verschäumte Härtere Das verschäumte Harz und dor ^erschäumte Härter werden beim Einströmen in das Rohr 9 innig miteinander vermischt, mit dessen Ende das verschäumte Material an die Stelle gelenkt wird, an der es benötigt wird«, Obwohl das Vermischen des Schaumes zum größten Teil in dem Verlängerungsrohr 8 der Kolonne i erfolgt, tritt eine bestimmte weitere Mischung in | dem Bohr 9 auf c Sie Mischeinheit weist daher im Vergleich, au dem Gesamtqusrschnitt der Verschäumungseinheiten einen glatten» verringerten Rohrquerschnitt auf, so daß die Fließ-· geschwindigkeit erhöht und dadurch das Vermischen gefördert wird· Gewünschtenfalls kann die Form der Oberfläche des Rohres so modifiziert werden, daß sie das Mischen fördert, beispielsweise indem man auf der Oberfläche Unregelmäßigkeiten, Zo B₀ Vertiefungen_s vorsieht_o

Bei einer modifizierten Vorrichtung der Erfindung ist das Rohr mit diametral gegenüberliegenden Falzpaaren versehen_e wobei die aufeinanderfolgenden Paare um jeweils 90° versetzt

sindο ,

Zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung wird diese nachfolgend an Hand von Beispielen näher erläutert. In den Beispielen sind alle Seile und Prozentangaben auf das Grewicht bezogen-

Beispiel 1

Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wurde eine wäßrige I»ösung eines Harnstoff/Formaldehyd-Harzes mit einem Feststoff gehalt von '!ü %_t die auf eine Temperatur von 50°G vorerwärmt worden war und 1,,5 ^ (bezogen auf das (Je-

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wicht der Harzfeststoffe) eines

nat^Verschäumunesmittels (bekannt unter dom Hamen Hansa HS) enthielt, als Strom A mit einer Beschiöicüngsgeschwiiadißkeit von 4 1 pro Minute verwendet, Der luftstrom B wurde unter einem Druck von 6 kg/cm (80 psi) eingeführt« Dor Strom 0, ■' der aus einer 4 %igen Lösung von-Phospho^BäurQ^Cl^i³^) bei 20⁰C bestand und %5 %■ Nansa HS enthielt _s wurde; mit einer Geschwindigkeit von 550 ecm pro Minute eingetütet_P Der luftatrora D wurde unter einem Brück von 3 kg/era .(40 ^;os4) eingeführte Wie Dichte dee Endschaumes "betrug 14 feg/...m³.- (O._V875 --Abs/ ⁵

Vergleichsbeispiel

Zum Vergleich wurden die gleichen. Materialien wie in Beispiel 1 unter den gleichen !Bedingungen verwendet, wobei ^diesmal jedoch die Harzlösung allein auf die bisherige Art und Weise verachäuBit und der Harter-au. dem .--Schaum 5&ttgtset5ät wurdeo Die miniraalo Enddichte₉ die auf diese Weisie ersielt werden konnte, betrug 33 kg/ » (2_e1 lbs/ft„^)₀

Be^sgiel^g

Es wurde eine Vorrichtung verwendet, die der oben beschriebenen Vorrichtung entsprach^ die ,!©doch ötwas andere Dimensionen aufwiese Die Kolonne 1 hatte eixie Höh© von 60 «sin und einen Innendurchmesser von 4 cm, die Paakungspörlen 4 hatten Jeweils einen Durchmesser von 5 »M» Sowohl der Besohickungsßtrom A in die Kolonne i als auch ä<äT BesehiokTHigsstrom 0 in die Kolonne 3 waren mit Wärmeaustauschern vex^vseheji^: _e- Die Kolonne 1 wurde mit einer öesohwindigbeit von ? 1 pro Minute mit einer üSeung von Harnst of f/JPoxmalaehya^Sara mit 60 % _ Peststoffgehalt_? die 1 % Natriumdodecylbeazolswlfcmat enthielt _s beschickt.. Sie wurde auf 70⁰O erMtss-fc«.

Kolonne 2 wurde .mit einer 6esöhvd:.iidiglceit von 1 1 p:?o "Minute mit elnaj? 4₅73 foig&n IiößUBg von Phosphorsäure» die 2 ϊ>

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BAD ORIGINAL

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Nafcriuaaodeeylbenaoleiilfonat enthielt, beschickte" Biese Kolonne wurde auf 35⁰G erhitzt*

Beide Kolonnen würden mit Luft unter einem Druck von 2 kg/cm beschickte, Bas dabei erhaltene Produkt war ein ausgeseiehneter Schaum mit einer Mehte von 104 kg/ößr in föuehtem Zustand und von 53 kg/®? to lufttrockenem Zustand„

Bas Beispiel 2 wurde wiederholt_s wobei diesmal jedoch eine kleine Menge Polyvinylalkohol (88/10 Eevinex) anstelle eines Teils des Harnstoff/Formaidehjd-Harzes in einer Menge von 2 % der HarBiaischung verwendet wurde ₀ Dabei entstand ein Schaum mit den QleiGhen Eigenschaften wie der in Beispiel 2 hergestellte S©haim_s er hatte jedoch eine rerbesserte Brückfestigkeit ο

Unter Verwendung der gleichen Apparatur und der gleichen Ausgangsstoffe wurde das Beispiel 2 wiederholt_s wobei diesmal Jedoch eine Harzlösung mit einem Feststoffgehalt von&%■ % verwendet wurde < Die Kolonne 1 wurde mit Luft niit einem Driusk von Ί, 6.5" kg/cm und die Kolonne 3 wurde mit Luft alt einem Druck Ton 2 kg/cra beschickt« .Der dabei gebildete Seftawn hatte eine Dichte "von 112 kg/ m^J in feuchtem Sustand und von 72 kg/ m^ in lufttrockenem &?..;; öand.

Patent

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Claims (5)

1„ Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung- eines selbst»·»- tragenden Schaumes mit niedriger "Dicshts, dadurch gekeimaeich net j daß eine Misehmig>aua eine*? v/äßr:l^3Hjjoi3iiäg eines in der Wärae aushärtenden Materials mit einem Ha^nsta££/3F0rmai~ &ehyd«Hars5 und einem Vsrscliäusiungsaittel vermischt γ/ird untes Bildung eines er&ten Schaumes ₉ daß «ine Mischung-aus einer wäßrigen Xiösung eines Härters und einem VersöhauiaungsyßitteZ verschänrat" wird "unter Bildung eines awaitan Scliausies wnd öaß der er-ste Schaum iait dam sweiten Schaum gealscht w5.rd.

2 ο Verfahren nach . Anspruch 1₉ dadurch gekeans-aichnet;^; daß die den ersten Schaum Uildead© Mischimg erhitzt wiE>d_e

5» Verfahren nach Anspruch 2_? dadurch gekennzeichnet,, daß· die den zweiten Schaum bildende -Mischung erhitzt wird-,

4o Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche., da= durch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis von Hars mn Härter innerhalb des Bereiches von 4·:1 bis $0-s1 verwendet ivird,

5 ο Verfaliren nach einem der vorhergehenden Msprüohe, durch gekennzeichnet, daß als Hars ein einfaches Harnstoff/ Forraaldehyd-Harz verwendet- wird*

6ο Verfahren nach einem der Einsprüche 1 bis ^l\·^ dadurch gekennzeichnet j daß als Harz.ein modifiziertes Harnstoff/Fora« aldöhyd«Hara verwendet wird»

7c Voriii-öhb'ung am.» kontinuierlichen .Herstellung; eines" selbst £3ehauai«s mit niedriger Uielite,. gekeiaizeieliaet; i sv/ei V^.^sehaumungseisiheit^a" C'1_?3)r Äie- sö.aaga t'dnoü und aufg^b^iö sind_s daß sie eine EJehauEmiiß-cheiiiheiüi.Lijföi.'ii, 7/0höi _s)eie Ysrsohäuaimigßöinheit (1,3) mit? ei

ΐ.' ->i :-J -j -C₁ i' I ö ·4 ώ

AD- OBlGtNAL

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einlaß und einem Flüssigkeitiabeschickungisßinlaß versehen ist, wobei während des Betriebs eine Verschäuiaungseinheit (1 oder 3) mit komprimiertem Gas (B oder D) und einer wäßrigen Lösung eines in der Wärme aushärtenden Harzes und eines Verschäumungsmittels (A oder G) und die andere Verschätinmngseinheit (3 oder 1} mit komprimiertem Gas (P oder B) und einer "wäßrigen... Lösung eines Härters und eines Verschäumungsmittels (0 oder A) beschickt imd der auf diese V/eise in den beiden Verschaumungs= einleiten (1_S3) gebildete Schaum in eine Schaummischeinheit überführt vnä dort gemischt wird*

8* Vorrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet₅ daß der Flüssiglceitsbesehickiragseinlaß mindestens einer der Verschäumungseinheiten (1,3) mit Wärmeaustauschern versehen ist, wodurch, der Plüssigkeitsbeßchickunp, zur Vörschäumung der Mischung Wärme zugeführt werden kann»

9o VorrichGimg nach Anspruch 7 oder 8,-dadurch gekennzeichnet ₉ daß eine einzige Mincheinheit durch mehrsra Yerachäumungs-» einheiten? die eine oder beide der Verschäumungseinheiten (1,3) ersetzen Itönnen₉ beschickt wirdo

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eerse'ife