DE2558304B2

DE2558304B2 - Mischkopf für reaktionsfähige, flüssige Komponenten

Info

Publication number: DE2558304B2
Application number: DE2558304A
Authority: DE
Inventors: Stephen Anthony Cheshire Knis; Adnan Abdul Rida North Haven Sayigh
Original assignee: Upjohn Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-12-23
Publication date: 1979-03-15
Also published as: FR2295821B1; ES443630A1; GB1462320A; US3924837A; DE2558304A1; IT1060091B; JPS5189257A; JPS5518542B2; FR2295821A1; DE2558304C3

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischkopf für reaktionsfähige, flüssige Komponenten nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Zum Vermischen stark reaktionsfähiger Komponenten, beispielsweise von polymerisierbaren Kunstharzer, werden besondere Mischköpfe verwendet, damit die Homogenität der Mischung erzielt wird, die zur Gewährleistung bestimmter Eigenschaften am Produkt erforderlich ist

Ein Mischkopf der im Hauptanspruch bezeichneten Gattung ist in der US-PS 36 74 720 beschrieben. Hier werden die flüssigen Komponenten axial zugeführt, auf einer kurzen, axialen Wegstrecke innig vermischt und sodann axial durch eine Düse ausgetragen. Bei dieser an und für sich in der Praxis bewährten Bauart ist es schwierig, auf der verfügbaren Strecke, die axial zu durchströmen ist die erforderliche Homogenität der Mischung zu erzielen, insbesondere wenn — wie häufig — intermittierend gearbeitet wird. Eine zusammenhängende Betriebsdauer von mehr als zwei Stunden kann im allgemeinen nicht überschritten werden, da sich spätestens zu diesem Zeitpunkt im Vorgemisch Ablagerungen gebildet haben. Diese setzen die Einlasse zu, über welche die einzelnen Komponenten eingebracht werden, so daß eine Reinigung von Hand erforderlich wird

Aus der GB-PS 8 29 505 ist der Gedanke bekannt, mit am Umfang des Läufers eines Kn dselmischers angeordneten, rakelartigen Schabern die Innenwand der Mischkammer von Ablagerungen freizuhalten und der Vermischungszone zuzuführen. Hier liegen jedoch die fcB fur die einzelnen Komponenten radial Bei einer radialen Zuführung ist jedoch keine besonders kompakte Bauwci c möglich Die umlaufenden Scha berarrne können wohl tarkere Ablagerungen an der

ejaef Pfropfens auOeak$dns£«nisciiψ den ^ndungen der Einlasse kann jedoch nicht vermieden, werden,

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einen} Mischkopf

der im Hauptauspruch angegebenen Art eine verbesserte Durchmischung und Homogenität zu erzielen sowie

Ablagerungen im Bereich der Einlasse auf konstruktiv

einfache und sichere Weise, insbesondere auch in vorhandenen Mischköpfen nachrüstbar, nachhaltig zu ^vermeiden.

15' Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Verwendung eines speziell ausgebildeten, zusammen mit dem Mischkorb umlaufenden Einsatzes mit axiaier Erstreckung und radialen Vorsprüngen wird bereits im Zuge der Vormischung der Komponenten eine innigere Durchmischung, also ein bereits homogeneres Vorgemisch, erzielt Dieses homogene Vorgemisch wird durch die nachgeschalteten, bereits bekannten Mischeinrichtungen so weit vermischt, daß das schließlich austretende Gemisch von hervorragender Homogenität ist Auch bei kurzen Unterbrechungen der Gemischabgabe im intermittierenden Betrieb wird die eine Komponente nicht zum Einlaß der anderen Komponente transportiert und kann dort Ablagerungen bilden; sie wird vielmehr von der Einlaßöffnung abgestrichen und im Inneren des Vorgemisches im Korbteil verwirbelt Der Einsatz kann so ausgelegt J5 werden, daß er mit geringer oder ohne Abwandlung an bereits vorhandene Mischköpfe anpaßbar ist

Die Erfindung wird im folgenden durch ein Ausführungsbeispiel im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher urläutfcrt. Es zeigt
Fig. 1 einen lotrechten Teilschnitt durch einen dem Stand der Technik entsprechenden Mischkopf für die Herstellung von Polyurethanschaum,

F i g. 2 eine F i g. 1 ähnelnde Darstellung des gleichen Mischkopfes, in welchem ein Einsatz gemäß der Erfindung angeordnet ist,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2,

Fig.4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene perspektivische Darstellung des Einsatzes selbst und

F i g. 5 eine graphische Darstellung zum Vergleich der so Ergebnisse von thermographischen analytischen Versuchen bei Polyurethanschaumprodukten, die mit und ohne den erfindungsgemäßen Mischereinsatz hergestellt worden sind

In Fig. 1 ist ein Mischkopf 10 zum Austragen eines Polyurethanschaumgemisches in eine Gießform oder eine ähnliche Aufnahmeform zum Ausformen des Produktes beim Aufschäumen desselben veranschaulicht, welcher abnehmbar an der Unterseite eines Gehäuses 12 montiert ist, von dem nur ein Teil dargestellt ist Das Gehäuse ist mit einer Anzahl von Durchgangsbohrungen 14 versehen, über welche die einzelnen Komponenten oder Vorgemisehe aus verschiedenen Komponenten zu Einlassen 16 gefördert werden, die an der Fläche 18 eines Ansatzes 20 des es Gehäuses 12 in die Mischkammer einmünden. Die Durchgänge 14 stehen mit nicht dargestellten, im gehäuse 12 angeordneten Steuer- oder Regelventilen in Verbindung, welche die Förder- oder Durchsatzmenge

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Polytetrafiwprithylen bestehenden, eine Düse bildenden Einsatz bzw. Endstück 23!versehen, das herausnehmbar in die betreffende, den jeweiligen Einlaß 16 bildende Senkbobning eingesetzt ist Das Gehäuse 12 weist außerdem eins im Mischkopf gelagerte Rotorwelle 24 auf, die sich unter die Fläche 18 des Ansatzes 20 hinaus erstreckt und die in Antriebsverbindung mit einem von ihr getragenen Rotor steht

Der Mischkopf 10 weist ein offenendiges, rohrförmiges Gehäuse 30 auf, ,das einen Kreiselmischer 32 einschließt und mit einem abnehmbaren Spritz- oder Austragstutzen 34 versehen ist Die abnehmbare Anbringung des Gehäuses 30 am Ansatz 20 sowie des Stutzens.34 am Gehäuse 30 kann auf beliebige geeignete Weise erfolgen, beispielsweise mittels der in Fig.1 dargestellten Gewinde.

Der Kreiselmischer 32 besteht aur einem mehrstufigen Mischwerkzeug mit einem eine erste Stufe bildenden Korbteil 36, einem spiral- oder schneckenförmigen Zwischenteil 38 und einem unteren bzw. endseitigen Förderten 40. Im Aufnahmeende des Austragstutzens 34 ist ein Satz von einander diametral kreuzenden Flügeln bzw. Leitplatten 42 befestigt

Im Betrieb des Mischkopfes werden die reaktionsfähigen Polymerkomponenten über die Bohrungen 14 und die Düsen-Endstücke 22 in den Mischkopf 10 eingeleitet EHe Endstücke 22 sind dabei umfangsmäßig um die Rotorwelle herum angeordnet, so daß sie das Material in das offene Ende des Korbteils 36 des Kreiselmischers 32 austragen. Der Korbteil 36 besteht aus einem Zylinder mit einem geschlossenen unteren Ende 44, an welchem er auf der Welle 24 gehaltert ist Diese Halterung erfolgt durch Schweißen oder anderweitige Befestigung des geschlossenen Endes des Korbteils 36 an eine Nabe 46, die einen Teil des Mittelstückes des Kreiselmischers bildet und welche am unteren Ende der Rotorwelle 24 beispielsweise angeschraubt oder anderweitig befestigt ist Der Korbteil 36 ist somit durch die Welle 24 in Drehung versetzbar. Die Seitenwand bzw. Mantelfläche 48 des Korbteils 36 ist im allgemeinen geschlitzt oder durchbrochen, so daß das über die Düsen-Endstücke 22 in das offene .Ende des Korbteils eingeleitete flüssige Produkt radial aus dem Korbteil austreten kann. Bei der Drehung des Korbteils 36 werden die einströmenden flüssigen Komponenten unter Fliehkraftwirkung durch die im Korbteilmantel vorgesehenen Offnungen nach außen geschleudert, so so daß sie auf die Innenfläche des Gehäuses 30 aufprallen. Dieser Aufprall bewirkt ein anfängliches oder Vormischen der reaktionsfähigen Komponenten, und diese Mischwirkung wird durch den engen Abstand zwischen dem Korbteilmantel 48 und dem Gehäuse 30 weiter begünstigt, weil dabei bei der Drehung des Kreiselmischers eine Scherwirkung erzeugt wird. Das flüssige Gemisch strömt dann in Axialrichtur.g längs des Kreiselmischer! zum Zwischenteil 38, in welchem an der Nabe 46 befestigte, spiral- bzw. wendeiförmige Leisten ω oder Flügel 49 eine Schlagwirkung zum weiteren Homogenisieren des Gemisches ausüben. Sodann strömt das Gemisch in Axialrichtung zwischen dem Gehäuse 30 und den Flügeln des endseitigen Förderteils 40, welcher das Gemisch in das obere Ende des Austragstutzens 34 abgibt Letzterer dient zur Unterdrückung der Quer· oder Radialverlagerung des flüssigen Komponentengemisches bei seinem Austritt au« dem Ende des Gehäuses 3Q_fJW0kei dje Lejtplajiten 43 ebenfalls :sur Verringerung von Turbulenz im austretenden Strpni beitrage.^;

Der in Fig,4 veranschaulichte und in seiner Anordnung im KorbtejJ 36 in den Fig,2 imd 3 dargestellte Einsatz 50 besteht aus zwei Sätzen von einander jeweils diametral gegenüberliegenden Schenkeln bzw. Armen 52, die von einer zentralen Nabe 54 mit einer Bohrung zur Aufnahme der Rotorwelle 24 ausgehen. In der Nabe 54 sind Schrauben 56 zur Befestigung des Einsatzes 50 an der Rotorwelle vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt jeder Arm 52 eine im wesentlichen E-förmige Gestalt mit einem ersten, radial abstehenden Halteteil 58, der so mit der Nabe 54 verbunden ist und von ihr getragen wird, daß ein axial verlaufender Stegteil 60 dicht an der Innenfläche des KorbteUs 36 und parallel zu dieser Hegt Am oberen Ende jedes Stegtefls 60 ist jeweils eil» kurzer, radial nach innen gerichteter Endteil 62 vorgesehen. Die Innenenden der einander paarweise zugeordneten Endteile 62 sind einander mit Abstand zugewandt, so daß sie zwischen sich eine Büchse 64 auf der Welle 24 mit Schiebesitz aufzunehmen vermögen. Diese Büchse wird durch eine Feder 66 gegen die Fläche 18 des Ansatzes 20 gedrängt, um an dieser Stelle eine Dichtung um die Welle herum zu bilden. Die Oberseiten der Endteile 62 sind ihrerseits dicht an den Düsen-Endstücken 22 angeordnet, ohne diese jedoch zu berühren. Allgemein läßt sich sagen, daß der Abstand an dieser Stelle für die Gewährleistung der vorbeistreichenden Abstreifwirkung ohne unmittelbare körperliche Berührung zwischen den Einsatzannen und den Düsen-Endstücken wesentlich ist Dieser Abstand kann für die meisten Polyurethanschaumgemischzusammensetzungen in der Größenordnung von etwa 0,25 bis 038 mm liegen. Eine tatsächliche Berührung zwischen den Endflächen der Einsatzanne und den eingesetzten Düsen-Endstücken ist unerwünscht, weil dies zts einer Erwärmung aufgrund von Reibung führen würde, die eine physikalische Veränderung der Düsengröße unter Beeinträchtigung der Dosier-Durchsatzmenge durch die Einlaßöffnung zur Folge hat

Ein mittlerer, radial gerichteter Abschnitt 68 jedes Arms erzeugt zwar eine zusätzliche Rfthrwirk'ing im Korbteil, doch ist er nicht immer erforderlich. Eine zusätzliche Förderung des Gemisches wird dadurch erreicht, daß eine Fläche eines der radialen Armteile schräg zur Drehebene geneigt wird, z. B. die Flächen 70 der Halteteile 58. Da der Rotor mit hoher Drehzahl von normalerweise etwa 4000 U/min oder mehr umläuft, ist eine erhöhte Festigkeit des Einsatzes, so daß er der Fliehkraft zu widerstehen vermag, wünschenswert, und dta *ird durch je eine versteifende Ausrundung 72 an der Übergangsstelle zwischen den Halte- und Stegteilen 58 bzw. 60 erreicht Die Innenflächen 74 dieser Ausrundungen können schräggestellt sein, um die Misch- und Förderleistung des Einsatzes zu verbessern.

Die Erfindung ist auf Vorrichtungen zur Verarbeitung aller üblichen Polyurethanschaumgemische anwendbar,

Die folgenden Beispiele sollen die erfindungsgemäß erreichte Verbesserung aufzeigen.

Beispiel 1
Komponente A

Polymethylen-pölyphenylisocyanat Hartschaum-Silikonnetzmittel Trichlorfluormethan

Komponente B	35
Polyesterpolyol
Epoxynovolakharz, Viskosität	8
76 500 Cp bei 25* C	15
Tri-(/?-chloräthyI)phosphat	1
Silikonnetzmittel	5,5
Trichlorfluormethan	643

Komponente C	6.75
Katalysator!¹)	2.25
Katalysator II²)	1.5
N-Äthylmorpholin

10,5

Fußnoten:
') Katalysator I: Eine Lösung aus

43 Gew.-% Kalium-N-phenyl-2-äthylhexamid.

28Gew.-% Äthylenglykol und

23Gcw.-% Dimethylformamid.
²) Katalysator II:50%ige Lösung von

Natrium-N-(2-hydroxy-5-nonylphenyl)methyl- N-methylglycinat in Diäthylenglykol.

Diese drei flüssigen Komponenten wurden über die betreffenden Düsen-Endstücke 22 in den Korbteil 36 des Kreiselmischers in den angegebenen Mengenverhältnissen ausgetragen. Der verwendete Rotor besaß einen Durchmesser von etwa 50,8 mm, und er wurde mit einer Drehzahl von rund 4000 U/min betrieben. In diesem Fall wurde kein Einsatz gemäß der Erfindung verwendet.

Nach einer gewissen Betriebszeit mußte die Produktion unterbrochen werden, um den Mischkopf abzunehmen und ihn von Hand von Ansammlungen des umgesetzten Materials, insbesondere in den Einlaß-Endstücken, zu befreien. Ein Lösungsmitteldurchspülen des Mischkopfes, während er noch montiert ist, kann in der Weise vorgenommen werden, daß ein geeignetes Lösungsmittel über einen Zulaß und ein speziell für diesen Zw»ck vorgesehenes Düsen-Endstück eingeleitet wird. Dieser Lösungsmittel-Spülzyklus kann in der Praxis jedoch nicht häufig genug angewandt werden, um die Ansammlung von umgesetztem Material in den Düsen und speziell in der Lösungsmitteldüse selbst vollständig zu verhindern. Sobald eine solche Ansammlung auftritt, kann kein weiterer Lösungsmittel-Spülzyklus mehr durchgeführt werden.

Mit der oben angegebenen Schaumstoffzusammensetzung ist normalerweise höchstens eine Betriebszeit von etwa 2 h möglich, bevor der Betrieb unterbrochen

und der Mischkopf ausgebaut werden muß, um die Vorrichtung von Hand zu reinigen.

Beispiel 2

Dieselben Mischungskomponenten wie in Beispiel 1 wurden wiederum in derselben Weise und unter Verwendung der gleichen Mischkopf· und Düsenanordnung wie vorher, unter denselben Umgebungstemperaturbedingungen und in der gleichen Durchsatzmenge verwendet Bei diesem Beispiel war jedoch ein Einsatz gemiiß der Erfindung (speziell der vorher beschriebene Einsatz 50) in den Korbteil der Kreiselmischeranordnung der Düseneinheit eingebaut

In diesem Fall konnte die Produktion ohne weiteres während einer vollen Achtstundenschicht durchgeführt werden, ohne daß der Betrieb für das manuelle Reinigen des Mischkopfes auch nur einmal unterbrochen werden mußte. Außerdem bestätigte die thermographische Analyse ucs bei dieser Arbeitsweise erhaltenen Endschaumproduktes, daß eine praktisch vollständige und gleichmäßige Ausnützung der Katalysatorkomponenten erfolgt war, wie dies aus der graphischen Darstellung von F i g. 5 hervorgeht (Kurven SJt
Wenn das gleiche Gemisch in kleinem Maßstab und unter idealen Laboratoriumsbedingungen zur Gewährleistung einer Optimierung der gewünschten Eigenschaften des endgültigen Schaumprodukts zubereitet wird um', sodann Proben dieses Produkts der thermographischen Analyse unterworfen werden, stimmt die

to erhaltene Kurve sehr genau mit der Gruppe der Kurven B gemäß der graphischen Darstellung überein. Die verschiedenen Kurven dieser Oruppe stellen die Ergebnisse der Analyse an kleinen Proben des Produkts dar, die von verschiedenen Stellen Ober den Querschnitt eines Schaumstoffendproduktes entnommen wurden. Ersichtlicherweise liegen die Kurven B sehr eng beisammen, was ein weiteres Anzeichen für die Gleichmäßigkeit des Vermischens der Komponenten ist

Eine ähnliche Analyse eines aus einem Gemisch identischer Zusammensetzung hergestellten Produkts, für welches jedoch der Mischkopfeinsatz gemäß der Erfindung nicht verwendet wurde, ist in der graphischen Darstellung von F i g. 5 durch die Kurve A angegeben.

Die beträchtliche Abweichung von der gewünschten Kurvenform ist ohne weiteres erkennbar; dies ist auf eine unvollständige Vermischung und Umsetzung des Schaumgemisches zurückzuführen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

25 58 3Q4

Patenten Prwhe

1 Mischkopf fur reakt|on^rfahige Πι) irc Kompo

nempn,' rojf einer w igrsn" ^m^itc^ineRcf^ Ejnlägjse .f^dje^Konipon^nten; und¹ andererseits, einen Au^Ujj} ,,jar- das Genjjis^- ausweisenden, robrförpiigentNfjiBchJc^iimer, juser ein. au? Misch- und Fördere|einenten Stehendes Mischwerkzeug drehbar ist, welches zu^rder die Ejrijässeaufweisenden Stirnseite der Mischkammer hin einen offenendigen Korbteil aufweist, der mitgenhgem Abstand an der Miscbkammerwand entlangläuft und mit radialen Durchtrittsöffnungen versehen ist und in dessen Innenraum die Einlasse münden, dadurch gekennzeichnet, daß in das offene Ende des Korbteils (36) ein an der WeUe (24) des Mischwerkzeugs befestigter Einsatz (50) eingesetzt ist, der mehrere an einer Nabe (54) befestigte Anne (52) aufweist, $ren denen jeder aus einem von der Nabe (54) radiai abstehenden Haiteteii (58), einem radial äußeren, axial verlaufenden Stegtefl (60) und einem von dessen Ende sich radial einwärts erstreckenden, mit geringem Abstand an den Mündungen der Einlasse (16) vorbeibewegbaren Endteil (62) besteht
2. Mischkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen den Endteilen (62) und den Mündungen der Einlasse (16) 0,25 bis 0,38 mm betragt
3. Mischkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß zumindest einige der radial abstehenden HalteteUe (58) f^!ne schräg zur Drehebene geneigte Fläche (70) aufweisen.