DE2649996A1

DE2649996A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines fuellstoffhaltigen reaktionsgemisches aus mindestens zwei fliessfaehigen komponenten, insbesondere zum erzeugen von polyurethan

Info

Publication number: DE2649996A1
Application number: DE19762649996
Authority: DE
Inventors: Robert Peters; Klaus Schulte
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1976-10-30
Filing date: 1976-10-30
Publication date: 1978-05-03
Also published as: JPS5356293A; US4275033A; FR2369071A1; GB1559909A; BE860220A

Description

Mr/RBg 509 Leverkusen. Bayerwerk

29. Oktober 1970

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines füllstoffhaltigen Reaktionsgemisches aus mindestens zwei fließfähigen Komponenten, insbesondere zum Erzeugen von Polyurethan

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines füllstoffhaltigen Reaktionsgemisches aus mindestens zwei fließfähigen Komponenten, insbesondere zum Erzeugen von Polyurethan, wobei die Füllstoffe dem Reaktionsgemisch trokken in pulvriger bis feinkörniger oder fasriger Form zudosiert werden.

Bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen werden oft Füllstoffe beigegeben, um bestimmte Eigenschaften des Fertigprodukts zu erzielen, um Abfallstoffe verwerten zu können oder auch nur, um die Materialkosten zu senken.

Gebräuchliche Füllstoffe sind beispielsweise Zement, Kalk oder Kreide, Bariumsulfat, Fasern, insbesondere Glasfasern, sowie Schaumstoffpulver, das aus zerkleinerten Schaumstoffabfällen hergestellt worden ist.

Das Einarbeiten von Füllstoffen bringt erfahrungsgemäß Schwierigkeiten mit sich. Bei geringen Füllstoffanteilen und entsprechend niedriger Viskosität bis etwa 40 Pa«s und nicht abrasiven Füllstoffen lassen sich Zahnradpumpen einsetzen,

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wobei der Füllstoff in eine der Komponenten, vorzugsweise in das Polyol, eingegeben wird. Bei höheren Füllstoff e.nteilen und entsprechend höherer Viskosität bis etwa zu 100 Pa>s und abrasivem Charakter der Füllstoffe werden Schraubenwendelpumpen verwendet. Auch hier erfolgt die Vorverraischurig mit einer Komponente.

Schließlich ist noch eine Vorrichtung bekannt, bei der der Füllstoff in einem endlosen Schlauch verpackt zugeführt wird, wobei der Schlauch unmittelbar vor der Eintragsöffnung in die Mischkammer aufgeschiitst und abgezogen wird. Der Schlauch selbst fällt als Abfall an.

Es ist auch schon bekannt, in eine Rührwerksmischkaramer feste Füllstoffe über eine Schüttelrinne zuzugeben.

Bei der Dosierung mittels Pumpen macht der extrem hohe Unterschied der Viskositäten zwischen den Komponenten und den Füllstoffen.Schwierigkeiten, da hohe Mischenergien erzeugt werden müssen, die hohe Antriebsleistungen erfordern. Die Dosierung mittels Pumpen ist deshalb nur für den kontinuierlichen Betrieb geeignet, denn die hohe Viskosität der mit Füllstoff beladenen Komponente im Vergleich zu der sehr geringen Viskosität der zweiten Komponente bereitet Schwierigkeiten in der Abstimmung der Eintritte der Komponenten in die Mischkammer. Wegen der hohen Viskosität ist auch ein absolut sicheres Schließen der Einlaßöffnung für die mit Füllstoff beladene Komponente nicht gewährleistet. Wegen des damit verbundenen Nachlaufens kennen im diskontinuierlichen Betrieb, der in der Regel für die Füllung von Formwerkzeugen Anwendung findet, entsprechende Fehler in den gefertigten Forint eil en vorhanden sein.

Die Zuführung des Füllstoffs, mittels Schlauch oder Schüttelrinne 1st insbesondere für abrasive Güter geeignet. Es bestehen jedoch erhebliche Schwierigkeiten in der genauen

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Dosierung, die sich bei diskontinuierlicher Arbeitsweise besonders stark bemerkbar machen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, mit denen Füllstoffe jeglicher Art in hohen Gewichtsanteilen und in exaktem Verhältnis zu den restlichen Reaktionskomponenten zudosiert und damit homogen vermischt werden können. Dabei soll sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich gearbeitet werden können, wobei im diskontinuierlichen Betrieb ein nahezu verlustfreies Arbeiten möglich sein muß.

Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Eindosierung des Füllstoffs in den oberen Bereich einer Mischzone erfolgt, wobei in diesem Bereich ein Druck durch rasche Abführung des Füllstoffs in den anschliessenden Bereich der Mischzone erzeugt wird, der maximal demjenigen des Füllstoffs im Moment der Sindosierung entspricht; und daß die Reaktionskomponenten in den anschließenden Bereich eindosiert, gleichzeitig miteinander und mit dem Füllstoff vermischt werden, bevor das Gemisch ausgestoßen wird.

Dadurch wird erreicht, daß sich größere Mengen Füllstoff exakt eindosieren lassen. Der Füllstoff wird innerhalb der Mischkammer aus dem Eintragsbereich so schnell abgeführt, daß sich kein Gegendruck aufbauen kann, der die Füllstoffzudosierung verfälschen würde. Im eigentlichen, darunter gelegenen Mischbereich findet eine intensive Vermischung aller eingebrachten Stoffe statt. Da der Füllstoff seinen V/eg durch die Zuführungszone der Reaktionskomponenten nehmen muß, ist eine homogene Verteilung im Reaktionsgemisch auch zu Beginn und Ende des Arbeitsvorganges gewährleistet. Deshalb eignet sich dieses Verfahren insbesondere für die diskontinuierliche Arbeitsweise.

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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Gehäuse mit Rührwerksnischkammer mit Zuführungen für den Füllstoff und die Komponenten sowie einer Auslassöffnung. Das Neue ist darin zu sehen, daß eine Dosierschnecke für den Füllstoff in den oberen Hereich der Mischkammer mündet, die Zuführungen der Komponenten in den darunter liegenden Bereich münden und daß das Rührwerk aus einer in Förderrichtung druckaufbauenden Schnecke besteht.

Die Dosierschnecke ermöglicht eine einwandfreie Dosierung großer Füllstoffmengen pro Zeiteinheit. Die als Rührwerk dienende druckaufbauende Schnecke dient in ihrem oberen Bereich lediglich als Förderorgan für den Füllstoff. Der Druckaufbau zur Äuslaßöffnung hin und damit ein Druckabbau im oberen Bereich, in den der Füllstoff eingegeben wird, kann durch verschiedene Maßnahmen erzielt werden, die in der Schneckenna-Ecfiineri-Technik allgemein bekannt sind. Beispielsweise kann die Rührwerksschnecke so konstruiert sein, daß ihr Fördervolumen für das Gesamtgemisch im Verhältnis gesehen größer ist als das Fördervolumen der Dosierschnecke. Dies wird beispielsweise auch- durch entsprechende Drehzahlen erreicht. Eine hohe Drehzahl der d.ruc kauf bauenden Rührwerksschnecke hat außerdem den Vorteil einer weitgehenden Selbstreinigung der Schnecke.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Welle der Dosierschnecke hehl ausgebildet, und der verschiebbare Schaft eines Verschlußventils reicht hindurch.

Dieses Verschlußventil verhindert den Austritt von Füllstoff aus der Dosierschnecke vor Beginn und nach Ende des Arbeitsso daß Dosierfehler vermieden werden.

Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese Dosierschnecke einen Einfülltrichter auf, der mit einer Auflockerungsvorrichtung versehen

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ist. Sine derartige Maßnahme ist allgemein bekannt. In diesem Zusammenhang bietet sie jedoch dsn Vorteil, daß etwaige Agglomerate vor dem Eintritt in die Dosierschnecke zerkleinert werden und auf diese Weise die Dosiermenge konstant gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise mehrere Dosierschnecken auf.

Dies ist von Vorteil, wenn schwierig zu fördernde bzw. schwierig zu dosierende Füllstoffe eingebracht werden müssen, wenn rr.an verschiedene Füllstoffe gleichzeitig dosieren will und v.-cr.n man besonders hohe Mengen an Füllstoffen zuführen muß.

Unter Benutzung der beschriebenen Vorrichtung lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise für folgende Anwendungszwecke füllstoffenthaltende Schaumstoffe herstellen:

Roinpiel 1

Teppiche für die Automobil-Industrie zum Auslegen der Kraftfahrzeuge werden mit einem Schwerschaum beschichtet. Es wird hierfür folgende Rezeptur verwendet:

100 Gewichtsteile Polyol
25 Gewichtsteile Isocyanat
300 Gewichtsteile Bariumsulfat oder Kreide.

Beispiel 2

Für die Herstellung von Bauelementen wird Schaumbeton produziert, der folgende Rezeptur besitzt:

100 Gewichtsteile Wasserglas
100 Gewichtsteile Isocyanat
50 bis 300 Gewichtsteile Kalk oder Zement.

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Zur Erhöhung der Wärmestabilität von hartem Integralsehaumstof f werden Glasfasern unterschiedlicher Lange und Schlichte dem heaktionsgemisch zugegeben. Folgende Rezeptur wird verwendet:

Gewichtsteile Polyol
ca. 130 Gewichtsteile Isocyanat
ca. 8 Gewichtsteile Treibmittel

3 bis 10 Gewichtsteile Glasfasern in der Länge von 0,5 bis

8 mm.

P.elspiel 4

bei der Wiederverwertung von feingemahlenen Schaumstoffabfäl len wird nachstehende Rezeptur verwendet:

100 Gewichtsteile Polyol

.":-.. 50 Gewichtsteile Isocyanat

ca. 8 Gewichtsteile Aktivatoren

1' bis 10 Gewichtsteile S chaums t off pulver.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Zeichnung rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung,

Figur 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung mit mehreren Dosierschnecken und

Figur 3 die Vorrichtung in der Gesamtanlage eingeordnet.

In Figur 1 und Figur 2 besteht die Vorrichtung aus einem Gehäuse 1, in dem eine schnell-laufende, druckaufbauende Schnecke 2 als Rührwerk angeordnet ist. In den oberen Bereich 3 mündet die Einlaßöffnung 4 einer Dosierschnecke 5·

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Der Dosierschnecke 5 ist ein Einfülltrichter 6 mit einer A . ;.'-lockerungsvorrichtung 7 vorgeschaltet. Die Schneckenwelle ' ist hohl ausgeführt und endet in einem Getriebe 9, dem ei:. Antrieb 10 zugeordnet ist. Durch die hohle Schneckenwelle -~ hindurch reicht ein Ventilschaft 11, der einen Ventilteller 12 trägt, mit dem der Einlaß 4 verschließbar ist. Das andere Ende des Ventilschaftes 8 wirkt mit einer Umschaltvorricht ^c 15 zusammen, deren Hub mittels einer Stellschraube 14 einstellbar ist. Unterhalb des Eintragsbereiches 3 für den Füllstoff schließt sich der Eintragsbereich I5 für die Komponenten an. Hier sind Einspritzdüsen 16, I7 vorgesehen. Der Bereich ist bereits Teil der Mischzone 18. Die Auslaßöffnung I9 de: Gehäuses 1 führt in den Hohlraum 20 eines Formwerkzeuge:.; 2'

In Figur 2 sind drei Dosierschnecken 5 angeordnet, von denen zwei arbeiten.

Die Arbeitsweise der Anlage nach Figur 3 ist folgende: Bei Betätigung des Startknopfes j50 wird ein Zeitrelais 31, die sogenannte Schäumzeituhr, betätigt. Gleichzeitig geschieht folgendes: Die Antriebe 32 der Förderpumpen 33 für die Komponenten beginnen zu laufen, der Antrieb 3^ des !{Uhrwerkes 35 sowie der Antrieb J>6 der Dosierschnecke 37 werden ebenfalls betätigt. Außerdem wird ein Luftwegeventil 38 einer pneumatischen Steuereinrichtung 39 so geschaltet, daß die Entlastungsventile 40 in den Entlastungsleitungen 41 geschlossen werden. Außerdem wird über die pneumatische Steuereinrichtung 39 das Verschlußventil 42 der Dosierschnecke 37 geöffnet.

Ist das Zeitintervall, auf das die Schäumzeituhr 31 eingestellt war, abgelaufen, so werden alle beschriebenen Vorgänge umgekehrt. Lediglich der Antrieb J>h des Rührwerkes 35 läuft noch weiter, indem von der Schäumzeituhr 3I ^e^^r- weiteres Zeitrelais 43 betätigt wird, das auf ein Zeitintervall eingestellt ist, das gewährleistet, daß das in der Mischka:--

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BAD ORIGINAL

rr-.er enthaltene Gemisch vollständig in das Formwerkzeug 44 aufgetragen wird. Nach Ablauf dieses Zeitintervalls steht :;le Anlage für einen neuen Formwerkzeug-Füllvorgang wieder •:ur Verfügung.

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BAD OPtSGSNAL

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Claims

Patentansprüche

1J Verfahren zum Herstellen eines fUllstoffhaltigen Reaktionsgemisches aus mindestens zwei fließfähigen Komponenten, insbesondere zum Erzeugen von Polyurethan, wobei die Füllstoffe dem Reaktionsgemisch trocken in pulvriger bis feinkörniger oder fasriger Form zudosiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindosierung des Füllstoffes in den oberen Bereich einer Mischzone erfolgt, wobei in diesem Bereich ein Druck durch rasche Abführung des Füllstoffes in den anschließenden Bereich der Mischzone erzeugt wird, der maximal demjenigen des Füllstoffes im Moment der Eindosierung entspricht; und daß die Reaktionskomponenten in den anschließenden Bereich eindosiert, gleichzeitig miteinander und mit dem Füllstoff vermischt werden, bevor das Gemisch ausgestoßen wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem Gehäuse (1) mit Rührwerksmischkammer (2) mit Zuführungen (4, 5; 16, 17) für den Füllstoff und die Komponenten sowie einer Auslaßöffnung (19), dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosierschnecke (5) für den Füllstoff in den oberen Bereich (jj) der Mischkammer (2) mündet, die Zuführungen (16, 17) der Komponenten in den darunter liegenden Bereich (15) münden und daß das Rührwerk (2) aus einer in Förderrichtung druckaufbauenden Schnecke besteht.
3- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierschnecke (5) mittels eines Verschlusses (12) verschließbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierschnecke (5) einen Einfülltrichter (6) aufweist, der mit einer Auflockerungsvorrichtung (7) versehen ist,
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, gekennzeichnet durch mehrere Dosierschnecken (5)·

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