DE2143098A1

DE2143098A1 - Vorrichtung zum erzeugen eines polyurethan-kunststoffes auf einem traeger

Info

Publication number: DE2143098A1
Application number: DE2143098A
Authority: DE
Inventors: Ernest Peter Meeder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-11-18
Filing date: 1971-08-27
Publication date: 1973-03-01
Also published as: FR2067162B1; FR2067162A1

Description

9 1- Λ 3 Γ) Q R Patentanwälte Dipl. Ing. F. Weicämann, ^r " £ ι 4 O υ 3 ο

Dipl.-Ing. Sri.ΛΥειοκμανν, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.WEi-eKMANN, Βι,ϊΚ-^ηεμ." Β. Huber

_WTT_A 8 MÜNCHEN 86, DEN

^οΛ-^:Α POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22 • - ν - . : - · <9839 21/22)

EHZISST- PETER MSEDüS, 1148 Londonderry Lane, 51en Ellyn,

Illinpis,_ri.Voot.Ao

Vorrichtung zum Erzeugen eines Polyurethan-Kunststoffes

auf einem Träger. \ -

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen ' 3rzeugen eines Polyurethan-Kunststoffes auf einem Träger« Gemäß der 'Erfindung wird der fließfähige, mindestens .teilweise nicht umgesetzte Kunststoff in einem dünnen otrom unter einer Hin- und Herbewegung zwischen dem Träger und einem Druoköaud abgesetzt, diis mit einer rotierenden geheizten Trommel zusammenwirkt, um den Kunststoff festwerden zu lassen, worauf der verfestigte Kunststoff und der Träger in Form einer flexiblen dchicht von der geheizten Trommel abgezogen werden. JOer Kunststoff kann aufgeschäumt sein oder auch nicht und der Träger kann entweder bleibend mit dem Kunststoff verbunden oder von letzterem abstreifbar sein.

Hit dem Verfahren und der -Vorrichtung gemäß der Erfindung lasHen sich vielfältige Produkte erzeugen, wie noch genauer besenrieben wird, bei denen der hitzehärtbare Kunststoff entweder bleibend oder kurzzeitig mit der Unterlage verbunden ist, Das gehärtete Polyurethan wird nach Wunsch kontinuierlich unu gleichmäßig erzeugt.

In der beigefügten Zeichnung, die eine halbschematische Darstellung der erfindun.-'-sgemäßen Vorrichtung ist, ist ein Aus-

309809/0992

BAD ORIGINAL

j.'ülirungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht ο . -"-"■■■- -·"■""

Wie schon erwähnt, handelt .es sich bei dem Kunststoff um. ein. Polyurethan. Die Art und- '.^reise, wie das Urethan hergestellt. wird, ist nicht G-er-enstand. der Erfindung. Das Urethan kann also nach Belieben hergestellt werden und es keim ein Polyester- oder Polyäthertyp sein, der durch Jleaktion aiit einem Polyisocyanat gebildet wird. Die Herstellungsverfahren für Urethane sind bekannt und in Patentschriften und anderen wissenschaftlichen Veröffentlichungen genau beschrieben. Die Erzeugung von Produkten aus ein freies Isoeyanat—Radikal enthaltenden Polyurethanen aus der Reaktion zwischen 1) einem Alkyd oder einem anderen aktiven wasserstoffhaltigen organischen Polymer und 2) organischen Stoffen, die als einzige reagierende G-ruppen mehrere Isocyanatgruppen enthalten, ist in "G-erman Plastics' Practice" von De Bell u.a., 1946, α.315 und 463-465'beschrieben. Weitere Aufzählungen von Reaktioristeiliiehinern und Beschreibungen von Verfahren, die sur "Krzeugurg von Polyurethanen, wie sie für die Erfindung brauchbar sir.ct, dienen können, sind in den U₀S.A.-Patentschriften 2'282 827; 2 284 637; 2 284 896; 2 292 443; 2 333 639; 2 358'475; 2 779 689; 2 7ö7 601; 2 783 335'; 2 850 464; 2 833 730; 2 842 506 und 2 814 600 enthalten»

ic!in übliches Verfahren zur Herstellung von Urethan läuft folgendermaßen ab: Ein Polyisocyanat wird mit einem cito ff... zur Reaktion gebracht, der eine aktive Wasserstoffgruppe enthält, etwa ein Polyäther oder ein Polyester, wobei ein Prepolymer entsteht. Das Prepo.lymer .wird dann.mit Wasser aufgeschäumt, wenn ein Schaumstoff hergestellt werden soll» Vorzugsweise, wird, ein Amin als Katalysator verwendet, um als Nebenprodukt Kohlendioxid zu erzeugen, das Blasen bildet und Schaumstoffe entstehen läßt .,Der Urethan-ochaumstoff kann auch in einem einstufigen Prozeß erzeugt werden, bei dem das Polyisocyanat, der den aktiven Wasserstoff enthaltende

30980 9/tf992^'^'

BAD ORIGINAL

■ 2-U309: 3-

und das Aufsehäufflmittel, beispielsweise "lasser, sowie vorzugsweise ein Katalysator und. ein flüssiges Silikon alle gleichzeitig an der Reaktion "beteiligt sind. Diese Beaktlonen sind'" bekannt und waren Gegenstand vieler Untersuchungen von j'crscüern und 1'¹Orschungsgruppen seit 1945* Bekanntlich können die Urethane ohne Auf-schäumung hergestellt' werden und das . entstandene Urethan kann nach Art des Gummis gewalzt und geformt" werden«

Beispiel 1

I-Jir; irepolymer wurde nach folgendem Y er fahr en hergestellt j λ 444,8 engl. Pfund Pluronic 1-61, Xiydroxylzahl 50,5, wurde -' mit 65,5 engl. Pfund von PPG-400, Hydroxylaahl 288,8,

was ein Hydroxyläquivalentverhältnis von 0,4448 i "bedeutet. Dieses PolyolgemiBch muß eine Hydroxylzahl von 60-81 haben? die Säurezahl wurde auf 0,03 und der Wassergehalt auf O,39,^;<> eingestellt. Zu diesem Gemisch wurden235 engl. Pfund von Toluoldiisoeyanat mit einer Gesaratsäurehaltigkeit von 0,002 bis 0,0öj5^ zugegeben.und untergemiseht. Das löO/OH-Terhältnis betrug etwa 3,44* Ifech 30 Minuten hatte die Heaktionswärme einen Temperaturanstieg auf etwa 54 0 (13O⁰P) bewirkt. Bei vielter er, zwei Stunden dauernder Erwärmung erreichte das Gemisch eine Temperatur von 100°G (212⁰P)₀ Man ließ die Keaktion bei 100 C weitergehen, bis die Yiskosität ( etwa 3900 bis 4200 Oentistokes betrug. Das entstandene Prepol^/raer wurde auf 38 - 52°0 (100 - 125°P) abgekühlt; es enthielt etwa 9,35/i freies UOO. Der gesamte Prozeß dauerte etwa 8 1/2 bis 9 1/2 Stunden.

¹Ur jeweils 100 Gewichtsteile des obigen Prepolymers, das vorher auf 9,8^o freies NCO eingestellt worden war, wurden rollende Mengen zugegeben! 0,2 Teile flüssiges Silikon DO- ;-00 (Polydimethylsiloxan). bei 25⁰O, Viskosität 50 ö ent is to-/eej 17 -Teile Titanox IiOHT-X; und 0,167 Teile Benzedingelb

BAD ORIGINAL

2U3098

Eine Katalysatorlösung wurde aus folgenden Bestandteilen bereitet: 15 Teile Wasser, 1,5 Teile Triäthylamin und 5 Teile Diäthyl-Äthanolamin. "

Das Urethan wurde folgendermaßen hergestellt: Hit Hilfe von Präzisionsdosierpumpen wurde die Prepolymer/Katalysatorlösung im Verhältnis 32-25:1 in eine Mischvorrichtung mit einer Kapazität von 100 ml abgepumpt. Eine Mischturbine mit dreifachen Schaufeln und einer Mischgeschwindigkeit von 3400 U/min wurde verwendet. Um das Abpumpen des Kunststoffes zu erleichtern, wurde dieser auf 49 G (120 F) erwärmt. Die Pumpleistung betrug etwa 5 engl. Pfund pro Minute.

Das Pluronic Ii-61 hat die Formel

H0(C₂H₄0)_a(C₅H₆0)_b(C₂H₄0)_cII

Es hat ein Molekulargewicht der Polyoxypropylen-Basis von etwa 1501 - 1800 und einen Gehalt an Öxyäthylen von etwa 10^. Das PPG-400 ist Polypropylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 40O₀ Das Titanox RGHT-X besteht aus Galciumsulfatpartikeln mit einem Titandioxyd-Überzug«.

In der dargestellten Vorrichtung ist eine rotierende Trommel 10 vorgesehen, die um eine Mittelachse mit üblichen Mitteln gedreht wird. Die Trommel ist hohl und enthält in ihrem Inneren Heizelemente 12, die an der Trommelinnenfläche angeordnet sind. Im Betrieb dreht sich die Trommel um die Achse 11, wie durch den Pfeil 13 angedeutet.

Über dem größten Teil des Trommelumfangs 14, vorzugsweise auf einem mehr als 270° umfassenden Abschnitt, ist ein in sich geschlossenes Druckband 15 angeordnet, das von einer Rolle 16 zum Trommelumfang hin und von einer Rolle 17 vom Trommelumfang weg geleitet wird· In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umläuft das Druckband 15 die Tromiiielflache 14 über etwa 300 . Dann wird das Druckband, um zwei weitere,

309809/0992

2H3098

von der Trommel 10 "beanstandete Rollen 18 zurück zur Rolle 16 gelenktο

Um den als Unterlage dienenden Träger rund um die Trommel 10 zu leiten, ist eine Spule 19 vorgesehen, die eine Vorratsrolle des Trägers aufnimmt. In einer Anwendungsform der Erfindung war der Träger eine Rolle eines Gewebes 20, von der die 3-ewebebahn 21 über zwei beabstandete Swischenrollen 22 auf die Trorameloberflache 14 unter das Druckband 15 und zwischen die Trommel 10 und die Rolle 16 geleitet wurde. Die Trommel 10 wird gedreht und die Bahn 21 des Trägers wird etwa mit der gleichen Lineargeschwindigkeit bewegt, so daß zwischen der Trommel und der Bahn praktisch kein Schlupf entsteht,, Das gleiche gilt auch für das Druckband 15· Bei der getroffenen Anordnung nähern sich die Bahn 21 und das Druckband 15 der Trommeloberfläche 14 unter verschiedenen 7/inkeln, so daß dazwischen eine Einbuchtung 23 entsteht. In dem gezeigten Beispiel ist über dieser Einbuchtung ein seitlich verschieblicher Mischer angeordnet, der eine von einem Elektromotor 25 angetriebene Mischkammer 24 aufweist, die mit den flüssigen Bestandteilen zur Bildung des Polyurethan-Kunststoffes durch mehrere leitungen 26 versorgt wird. Bei dem vorliegenden Beispiel 1 fließt also der Ausstoß der nicht gezeigten Dosierpumpen durch die Leitungen 26, von denen nur zwei dargestellt sind, in den Mischer 24β

Vom Mischer 24 wurde das gemischte Kunststoffmaterial durch eine Düse 27 in einem dünnen Strom zu der Einbuchtung 23 angeliefert, wobei dieser Strom vorzugsweise einen mittleren Querschnitt (oder, falls der Querschnitt kreisförmig ist, einen Durchmesser) von etwa 3_f2 bis 9,5 mm (1/8 bis 3/8 Zoll) hatte·

Unterdessen bewegen sich, wie oben ausgeführt, die Gewebe-» bahn 21, die Trommel 10 und das Druckband 15 praktisch mit der gleichen linearen Geschwindigkeit. Während des Aufbringens des Stoffgemisches aus der Düse 27 wird die Düse in

309809/0992

BAD ORIGINAL

2U3098 - 6 -

Längsrichtung der Trommel 10 hin- und herbewegt, so daß das Kunststoffgemisch in einem Vor- und Rückhub mit solcher Geschwindigkeit abgeschieden xvird, daß an der Einbuchtung 23 eine gewünsonte 'jemischmenge angeliefert wird» Das bedeutet natürlich, daß, je langer die geheizte Trommel 10 ist, desto größer die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung der Düse 27 sein muß. Bei einem AusfUhrungsbeispxel war die Trommel 10 etwa 1,5 m (60 Zoll) lang und der Durchmesser des an der Einbuchtung 23 abgelagerten Wulstes betrug etwa 6,4 mm (1/4 Zoll). Unter diesen "Verhältnissen wurden die Drehung der Trommel 10 und die Geschwindigkeit der Hin— und Herbewegung der Düse 27 abgestimmt, so daß die gewünschte Kunststoff menge an der Einbuchtung abgelagert wurde· Biese aufeinander abgestimmten Werte ändern sich für jedes Produkt, da die Art de3 zu erzeugenden Produktes die Dicke der Kunststoffschicht auf der Bahn 21 bestimmto

Die Rolle 16 ist eine Paßlehre. Sie ist zum Trommelumfang 14 verstellbar, um eine Kunststoffschicht der gewünschten Dicke zu erzielen· Der Kunststoff des Beispiels 1 ist aufschäüJibar, so daß ein Polyurethan-Schaumstoff auf der Bahn 21 erzeugt \ri_rd. Wie später noch erklärt wird, kann der Kunststoff auch ohne Aufschäumen erzeugt werden₀

Während des obigen Prozesses wurde die Trommel 10 in Pfeilrichtung 13 gedreht, so daß die Bahn 21 und das Druckband 15 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Trommel liefen» Temperatur und Verweilzeit an der Trommel wurden so gewählt, daß das flüssige Kunststoffgemisoh beim Erreichen der ersten Rolle 17 vollständig fest geworden war» Von hier aus wurde die mi"fc Urethan-Schaumstoff bedeckte Bahn 28 über eine Zwischenrolle 29 zu einer Aufwickelspule 30 geleitet, auf der sie zu einer Rolle 31 des beschichteten Gewebes aufgewickelt wurde«

In manchen Fällen mag es wünsohenswert aein, das Urethan zwischen zwei flexiblen Trägern abzulagern· Eine Vorrieh-

309809/0992

2H3Q98

tuiii^;; hierzu vielst eine zweite iJpule 32 auf, von der ein zweiter flexibler Träger abgewickelt wird. Wie die Zeichnung zeigt, kann dieser flexible Träger eine zweite, zu einer Holle 33 aufgewickelte Gewebebahn 54 sein, die von der Spule 53 über einige Zwischenrollen 55 zu den sich bewegenden Druckband 15 releitet wird. Diese Gewebebahn 34 bildet dann die aridere Seite der Einbuchtung 23» so da.3 der Urethan-Üchaunstoff au rs der Düse 27 zwischen die beiden Gewebebahnen 21 und 34 abgeschieden wird. In dieser Betriebsweise der Vorrichtung wird das Gebilde aus Urethan mit auf beiden leiten angebrachten Geweben auf die Aufwickelspule 30 aufgewickelte

Hit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können noch vielfältige andersartige Produkte hergestellt werden« Bin solches Produkt ist zum Beispiel ein Polyurethanfilm, der klebt„ 'Jenn die Vorrichtung dazu benutzt wird, wird der flüssige Klebstoff (nicht gezeigt) auf die Außenseite des Druckbandes 15 an irgendeiner Stelle, beispielsweise der Stelle A, vor dem Ablagern des Polyurethangemisches an der Einbuchtung 23 aufgebracht· Damit sich der Klebstoff gut von dem Druckband 15 abzieht, ist es in diesem Fall zweckmäßig, das Druckband mit einer nienthaftenden Oberfläche auszustatten, beispielsweise mit einem Silikonüberzug auf der Außenfläche· Während das Druckband sich in der auf der Zeichnung gekennzeichneten Richtung weiterbewegt, trocknet der Klebstoff entweder an Luft oder kann durch benachbarte Heizelemente 36, die wie die Elemente 12 elektrische Heizer sein können, getrocknet werden. Wenn dann das Urethangemisch aus der Düse 27 in die iiinbuchtung 23 gerichtet wird, wird der Klebstoff von dem Druckband 15 auf das feste Urethan übertragen mit dem Ergebnis, daß die die Trommel 10 und das Druckband 15 an der Rolle 17 verlassende Bahn aus einem Gewebe besteht, das mit einer fenten Polyurethanschicht bedeckt ist, die ihrerseits einen Klebatoffüberzug trägt·

Hunnen ΐίΗΗϊι dan gleiche Produkt hergestellt werden,

309809/0992

BAD ORIGINAL

2U3098

aber statt einer bleibenden Unterlage für das Urethan kann der Träger auch abstreifbar sein, beispielsweise Abziehpapier, so dai3 das auf die Aufwickelrolle 30 aufgewickelte Produkt dann eine Urethanschicht mit einem Klebstoff ist_o

In einer weiteren Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die von der Vorratsrolle 19 angelieferte Trägerschicht selbst mit einem ablösbaren Klebstoff versehen werden, so daß das die Trommel 10 an der Rolle 17 verlassende Urethan auf beiden Seiten einen Klebstoffüberzug trägt, wobei der Klebstoff der einen Seite von dem Druckband 15 und der Klebstoff der anderen Seite von dem Träger, z.B₀ dem Abziehpapier, stammt·

Vorrichtung und Verfahren gemäß der Erfindung können auch dazu dienen, eine geprägte Folie zu erzeugen· Hierzu wird der Träger von der Spule 19 in Form eines geprägten Abziehpapiers angeliefert, während die Bahn von der Spule 32 glattes Abziehpapier ist.

Nach Wunsch'können auch mit Urethan überzogene Träger, ζ·Β· flexible Gewebebahnen, erzeugt werden, auf denen das Urethan in bestimmt geformten Ablagerungen aufgebracht isto In diesem Fall kann die Oberfläche H der Trommel 10 besonders gestaltet sein, etwa durch Einfräsen von Nuten, so daß sich das Urethan auf dem Träger beispielsweise in Form von Leisten ablagerte

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, deren Hauptelemente oben beschrieben wurden, kann somit eine große Vielfalt von Produkten, die Polyurethan enthalten, rasch und wirtschaftlich produzieren«)

309809/0992

Claims

Pat entansprüohe

Yorrichtung zum Erzeugen eines Polyurethan-Kunststoffes auf einem Träger, dadurch gekennzeichnet, daß eine rotierende, geheizte Trommel (10) auf dem größten Teil ihrer Oberfläche (14) von einem Druckband (15) umgeben ist, das sich mit praktisch der gleichen lineargeschwindigkeit bewegt wie die Trommel, daß zwischen dem Druckband und der Trommel eine flexible Trägerbahn (21) die Trommel umläuft, wobei an der Stelle, wo das Druckband und die Trägerbahn sich der Trommel nähern, eine Einbuchtung (23,) gebildet ist, und daß eine Vorrichtung (24-27) vorgesehen ist, die ein meistens teilweise umgesetztes flüssiges Polyurethangemisoh in einem dünnen Strom in einer Hin- und Herbewegung entlang der Einbuchtung in diese fließen läßt, während sich die Trommel dreht und das Druckband läuft, und Mittel (17,30) vorgesehen sind, um die Trägerbahn mit der aufgebrachten, verfestigten Polyurethanschicht von der Trommel wegzuleiten_e

2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Urethan auf der Trommel und die Temperatur der Trommel so gewählt sind, daß das flüssige Polyurethan beim Verlassen der Trommel festgeworden ist_e

3b Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorrichtung zum Aufbringen des Polyurethangemisches eine Düse (27) gehört, die das G-emiscn in die Einbuchtung lenkt«

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch tjekennseichnet, daß der dünne Strom des Polyurethangemisches einen mittleren Durchmesser von 3,2 bis y,5 mm hat.

309809/0992

- ίο -

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß noch eine zweite Bahn (34) die Trommel umläuft und daß die das Kunststoffgemisch aufnehmende Einbuchtung (23) zwischen der ersten (21) und
der zweiten (34) Bahn gebildet ist, wobei die beiden Bahnen und das dazwischen eingebettete Polyurethan als eine Einheit die Trommel verlassen»

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, »dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerbahn und/odor gegebe*· nenfalls die zweite Bahn (34) nach Verlassen der Trommel von der verfestigten Urethanschicht abziehbar sincU

7· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet₍ daß vor der Jüinbuohtung auf das Druckband (15) ein Klebstoff aufgebracht wirdo

309809/0992