DE4023541A1

DE4023541A1 - Thermosetting resin mixer and applicator and use of mixed resins

Info

Publication number: DE4023541A1
Application number: DE19904023541
Authority: DE
Inventors: Clausdieter Ihle
Original assignee: Koch Marmorit 7801 Bollschweil De GmbH; Koch Marmorit GmbH
Current assignee: Knauf Marmorit GmbH
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1992-01-30
Also published as: DE4023541C2

Abstract

The invention relates to a process and equipment for application of a mixed multi-component resin system onto a porous granular material which is subsequently consolidated. Components are supplied separately at high pressures to a mixing chamber where they are turbulently mixed and then applied at low pressure as a thin curtain of material in laminar flow to the material. Equipment for the process consists of separate high pressure lines for each component, a static-vaned mixer and a fan-spray nozzle for low pressure application of mixed material. The use of multi-component PU or epoxy resins systems is claimed for railway track applications.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfah ren und eine Vorrichtung zum Auftragen von Mehrkompo nentenharzen auf poröse, zu verfestigende körnige Mate rialien, insbesondere zu verfestigende Schüttgüter, die gegebenenfalls nachträglich durch Rütteln etc. verdich tet sind. Typische derartige Materialien sind beispiels weise die Schotterbetten von Schienenfahrbahnen, zu sätzliche feinkörnigere Steinschüttungen auf derartige Schotterbetten, aber auch Sand- und Kiesaufschüttungen beim Straßenbau, die miteinander verklebt werden sol len, ohne ihre Wasserdurchlässigkeit zu verlieren. Bei Schotterbetten für Schienenfahrbahnen erfolgt das Ver kleben insbesondere in den Übergangszonen zwischen weichen und festen Bereichen gemäß deutscher Patentan meldung P 39 41 141.9 der Anmelderin. Weiterhin kann es sinnvoll sein, insbesondere in Kurven den Querverschie bewiderstand von Eisenbahnschwellen auf einem Schotter bett zu erhöhen gemäß deutscher Patentanmeldung P 40 14 529.8 der Anmelderin. Feinkörnigere Aufschüttungen auf derartige Schotterbetten werden mit Mehrkomponentenhar zen verklebt zwecks Erhöhung der Schallabsorption und/oder der Reinigungsfähigkeit eines Bahngleises ge mäß deutscher Patentanmeldung P 39 41 142.7 der Anmel derin. Verklebungen von Kies und Sand im Straßenbau unter Erhalt der Wasserdurchlässigkeit und Porosität erfolgen insbesondere, um ein rasches Abfließen des Oberflächenwassers zu gewährleisten und dadurch auch bei Regen die Verkehrsgeräusche zu vermindern.The present invention relates to a method ren and a device for applying multi-compo resin on porous, to be solidified granular mate materials, in particular bulk materials to be solidified, the if necessary compress later by shaking etc. are. Typical materials of this type are examples assign the ballast beds of railroad tracks additional fine-grained stones on such Ballast beds, but also sand and gravel fillings in road construction, which should be glued together len without losing their water permeability. At Ballast beds for railways are ver stick especially in the transition zones between soft and firm areas according to German patent notification P 39 41 141.9 by the applicant. Furthermore, it can be sensible, especially when cornering the crossbar resistance from railway sleepers on a gravel increase bed according to German patent application P 40 14 529.8 the applicant. Fine-grained fillings such ballast beds are with multi-component har zen glued to increase sound absorption and / or the cleanability of a railroad track according to German patent application P 39 41 142.7 of the applicant derin. Bonding of gravel and sand in road construction while maintaining water permeability and porosity take place, in particular, in order to ensure that the To ensure surface water and thereby reduce traffic noise when it rains.

In all diesen Fällen sowie ähnlichen Anwendungsgebieten für die Verklebung von porösen körnigen Materialien und Schüttgütern mit Mehrkomponentenharzen ist es erforder lich, möglichst gleichmäßig eine ausreichende Menge der Mehrkomponentenharze so aufzutragen, daß zumindest im oberen Bereich die Teile vollflächig benetzt werden und zumindest an den Berührungspunkten klebende Brücken entstehen. Überschüssige Mengen des Mehrkomponentenhar zes sollen dabei jeweils nach unten abfließen und dort weiteres Material überziehen. Keinesfalls sollen die Hohlräume gefüllt werden, da dies die Porosität und Durchlässigkeit der verklebten Schüttgüter für Wasser und andere Flüssigkeiten beeinträchtigen würde. Die Mehrkomponentenharze sollen daher nicht zu hoch viskos und nach Möglichkeit nicht thixotrop sein. Die Abbinde reaktion soll erst erfolgen, nachdem eine ausreichende Schichttiefe des Schüttgutes mit dem Mehrkomponenten harz überzogen, aber nicht vollvolumig gefüllt ist. Da es sich bei Mehrkomponentenharzen im allgemeinen um sehr reaktive Substanzen handelt, die bei der Verarbei tung zur Reizung der Haut und der Schleimhäute führen können, sollte die Bildung von Sprühnebeln unterdrückt bzw. völlig vermieden werden.In all these cases and similar areas of application for the bonding of porous granular materials and Bulk goods with multi-component resins are required Lich, as evenly as possible, a sufficient amount of Apply multi-component resins so that at least in upper area the parts are fully wetted and at least at the points of contact adhesive bridges arise. Excess quantities of the multi-component har zes should each flow down and there cover further material. Under no circumstances should they Cavities are filled as this is the porosity and Permeability of the glued bulk goods to water and other liquids. The Multi-component resins should therefore not be too viscous and if possible not be thixotropic. The bandage reaction should only take place after a sufficient Layer depth of the bulk material with the multi-component resin coated, but not filled to capacity. There multicomponent resins in general very reactive substances involved in processing lead to irritation of the skin and mucous membranes should suppress the formation of spray mist or completely avoided.

Beim Verarbeiten in Tun neln oder gar geschlossenen Räumen sollte obendrein lösungsmittelfrei gearbeitet werden. Diese Forderung besteht im Grunde auch für die Verarbeitung im Freien, da die sofort oder später verdampfenden Lösungsmittel zu einer nach Möglichkeit zu vermeidenden Umweltbela stung führen. Dennoch muß das Auftragen der Mehrkompo nentenharze rasch, einfach und sicher durchführbar sein, um Materialkosten und Lohnkosten so niedrig wie moglich zu halten.When processing in action n or even enclosed spaces should be on top of that be worked solvent-free. This requirement basically exists for processing outdoors, because the solvents evaporating immediately or later to an environmental pollution to be avoided if possible lead. Nevertheless, the application of the multi-compo Resin resins can be carried out quickly, easily and safely be as low as material costs and labor costs possible to keep.

Diese vielseitige, schwierige und teilweise widersprüch lich erscheinende Aufgabe kann überraschend einfach dadurch gelöst werden, daß die Komponenten räumlich voneinander getrennt mit relativ hohem Druck an eine Mischkammer herangeführt, in der Mischkammer turbulent miteinander gemischt und als Gemisch mit relativ niedri gem Druck als flacher Vorhang laminar auf das Material aufgetragen werden. This versatile, difficult and sometimes contradicting Task that appears can be surprisingly simple be solved in that the components spatially separated from one another with relatively high pressure Mixing chamber introduced, turbulent in the mixing chamber mixed together and as a mixture with relatively low according to the print as a flat curtain laminar on the material be applied.

Vorzugsweise wird durch Auswahl der Komponenten sowie gegebenenfalls geeignete Zusätze dafür gesorgt, daß die Viskosität des Gemisches auf 300 bis 1000 mPas erhöht, jedoch die Oberflächenspannung erniedrigt wird. Diese beiden Eigenschaften tragen dazu bei, daß der flache Vorhang des Gemisches nicht vorzeitig aufreißt und da bei Sprühnebel bildet.Preferably by selecting the components as well where appropriate, suitable additives ensure that the Viscosity of the mixture increased to 300 to 1000 mPas, however, the surface tension is lowered. These Both properties help that the flat The curtain of the mixture does not open prematurely and there forms with spray mist.

Die Komponenten und die Zusätze sollten dabei von vorn herein lösungsmittelfrei sein. Weiterhin sollte auf den Zusatz von Lösungsmitteln möglichst ganz verzichtet werden.The components and additives should start from the beginning be solvent-free in. Furthermore, the The addition of solvents is avoided if possible will.

Zur Erzeugung eines flachen Vorhangs des laminar aus tretenden Gemisches eignen sich insbesondere Flach strahldüsen, die mit relativ niedrigem Druck arbeiten. Geeignete Flachstrahldüsen werden beispielsweise von der Firma Spraying Systems Deutschland GmbH, Hamburg unter den Bezeichnungen FlatJet®-Düsen und FloodJet®- Düsen angeboten. Diese Flachstrahldüsen liefern bei Verwendung üblicher niedrigviskoser Materialien wie Wasser und wäßrigen Spüllösungen einen flachen Vorhang feiner Tröpfchen mit einem erheblichen Anteil an Sprüh nebeln. Es war zunächst nicht vorhersehbar, daß es mög lich ist, mit derartigen Flachstrahldüsen Mehrkomponen tenharze so auszutragen, daß der entstehende Vorhang nicht vorzeitig aufreißt und keine Sprühnebel bildet. Insbesondere wenn beim Austritt des Gemisches aus der Düse nur noch ein Druck zwischen 2 und 6 bar (vorzugs weise 3,5 bis 5 bar) vorhanden ist, entsteht ein lami nar fließender, flacher Vorhang des Gemisches. Dieser Vorhang bleibt im allgemeinen mindestens 10, meistens 20 cm geschlossen und zerfällt erst dann in Einzel strahlen und schließlich in relativ große Tropfen, je doch keinesfalls in die zu vermeidenden Sprühnebel. To create a flat curtain made of laminar emerging mixture are particularly suitable flat jet nozzles that operate at relatively low pressure. Suitable flat jet nozzles are for example from from Spraying Systems Deutschland GmbH, Hamburg under the names FlatJet® nozzles and FloodJet® Nozzles offered. These flat fan nozzles deliver Use of conventional low-viscosity materials such as Water and aqueous rinse solutions create a flat curtain fine droplets with a substantial amount of spray fog. At first it was not foreseeable that it would be possible Lich, multi-component with such flat jet nozzles So that the resulting curtain does not tear open prematurely and does not form spray mist. Especially when the mixture emerges from the Nozzle only a pressure between 2 and 6 bar (prefer 3.5 to 5 bar) is present, a lami is formed nar flowing, flat curtain of the mixture. This Curtain generally remains at least 10, mostly 20 cm closed and only then disintegrates shine and finally in relatively large drops, each but never in the spray to be avoided.

Die einzelnen Komponenten der Mehrkomponentenharze müs sen vor dem Austrag aus der Flachstrahldüse möglichst rasch und möglichst intensiv vermischt werden, wobei die Menge des jeweils hergestellten Gemisches so klein wie möglich zu halten ist, um Materialverluste bei Ar beitsunterbrechungen so gering wie möglich zu halten. Die Komponenten müssen daher erfindungsgemäß in der Mischkammer turbulent miteinander gemischt werden. Be sonders bewährt haben sich Statikmischer. Dies sind relativ kurze Rohre, die hintereinander linksdrehende und rechtsdrehende Wendel aufweisen und dadurch eine turbulente Strömung und einwandfreie Vermischung der Komponenten gewährleisten.The individual components of the multi-component resins must as possible before discharge from the flat jet nozzle are mixed quickly and as intensively as possible, whereby the amount of the mixture produced is so small is to be kept as possible to avoid material losses at Ar keep work interruptions as low as possible. The components must therefore according to the invention in the Mixing chamber can be mixed turbulently. Be Static mixers have proven particularly successful. these are relatively short tubes, the one behind the other rotating and have a clockwise spiral and thereby a turbulent flow and perfect mixing of the Ensure components.

Die Zuleitungen für die einzelnen Komponenten zum Sta tikmischer müssen erfindungsgemäß unter relativ hohem Druck stehen. Bewährt haben sich Drücke zwischen 30 und 200 bar (vorzugsweise 50 bis 150 bar). Dieser relativ hohe Druck wird innerhalb des Statikmischers so stark abgebaut, daß das fertige Gemisch nur noch unter einem Restdruck von 2 bis 6 bar in die Flachstrahldüse aus tritt.The supply lines for the individual components to the sta According to the invention, tikmischer must be of relatively high To stand pressure. Pressures between 30 and 200 bar (preferably 50 to 150 bar). This relative high pressure becomes so strong inside the static mixer degraded that the finished mixture only under one Residual pressure of 2 to 6 bar into the flat jet nozzle occurs.

Die Verweilzeiten der Mehrkomponentenharze in der Misch kammer bzw. dem Statikmischer sind wesentlich kürzer als die sogenannten Topfzeiten der fertigen Gemische. Das erfindungsgemäß auf die Schüttgüter aufgetragene Gemisch behält somit seine relativ niedrige Viskosität lange genug, um spreitend und benetzend durch eine aus reichend dicke Schicht des Schüttgutes hindurchzulau fen.The residence times of the multi-component resins in the mix chamber or the static mixer are much shorter than the so-called pot lives of the finished mixtures. The one applied to the bulk goods according to the invention Mixture thus maintains its relatively low viscosity long enough to spread and wet through one enough thick layer of bulk material to pass through fen.

Keinesfalls dürfen jedoch die Komponenten der Mehrkom ponentenharze in den Rohrleitungen bis zur Mischkammer miteinander in Berührung kommen oder gar in den Zufüh rungsleitungen reagieren. Es ist deshalb zweckmäßig, jede der getrennten Zuleitungen für die Komponenten durch Rückschlagventile abzusichern. Weiterhin ist es außerordentlich zweckmäßig, jede dieser Zuführungslei tungen getrennt mit einer Druckluftleitung zu verbin den, die ihrerseits durch Rückschlagventile abgesichert ist. Bei Ausfall einer Komponente oder bei beabsichtig ter oder nicht beabsichtigter Unterbrechung der Zufuhr einer Komponente sorgt die Druckluft für eine Entlee rung der Zuführungsleitung in die Mischkammer und von dort zur Flachstrahldüse. Dort tritt dann nach kurzer Zeit ein flacher Vorhang eines Flüssigkeit/Luft-Gemi sches aus, was sowohl optisch als auch akustisch sofort bemerkt werden kann und zur Unterbrechung des gesamten Verarbeitungsvorganges führen sollte.The components of the Mehrkom component resins in the piping to the mixing chamber come into contact with each other or even in the feeder lines react. It is therefore advisable each of the separate supply lines for the components secured by check valves. Furthermore it is extremely useful, each of these feed lines connections separately with a compressed air line the one that is secured by check valves is. If a component fails or if it is intended ter or unintentional interruption of the supply one component, the compressed air ensures a drain supply line into the mixing chamber and from there to the flat jet nozzle. There occurs after a short time Time a flat curtain of a liquid / air mixture what looks both visually and acoustically immediately can be noticed and interrupt the whole Processing should lead.

Auch bei beabsichtigter Unterbrechung oder Beendigung des Verarbeitungsvorganges werden durch die Druckluft die Rohrleitungen und die Mischkammer gereinigt. Eine darüber hinausgehende Reinigung mit Lösungsmitteln ist im allgemeinen nicht mehr nötig.Even in the event of an intended interruption or termination of the processing process are by the compressed air the pipes and the mixing chamber cleaned. A further cleaning with solvents is generally no longer necessary.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit zu nächst das Verfahren gemäß den obigen Verfahrensansprü chen. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfin dung ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens bestehend ausThe present invention thus relates to next, the process according to the above process claims chen. Another subject of the present inven is the device for performing the procedure rens consisting of

a) separate supply lines for those under relatively high Components under pressure
b) one preferably designed as a static mixer Mixing chamber
c) a flat jet nozzle for relatively low pressure,
d) preferably separate compressed air lines, which in lead to the components and
e) check valves at the beginning and end of each closing Line for the components as well as in the compressed air cables.

Im einfachsten Fall besteht die Vorrichtung somit aus den getrennten Zuleitungen für die unter relativ hohem Druck stehenden Komponenten, einer Mischkammer und ei ner Flachstrahldüse für relativ niedrigen Druck. Vor zugsweise weist die Vorrichtung getrennte Druckluftlei tungen auf, die in den Zuleitungen für die Komponenten münden. Zweckmäßigerweise sind die Zuleitungen für die Komponenten und die Druckluftleitungen jeweils durch Rückschlagventile abgesichert, so daß ein unbeabsich tigtes Eindringen einer oder aller Komponenten in ande re Teile der Vorrichtung als die Mischkammer und die Flachstrahldüse vermieden wird.In the simplest case, the device consists of the separate feed lines for those under relatively high Pressure components, a mixing chamber and egg ner flat jet nozzle for relatively low pressure. Before preferably the device has separate compressed air lines lines in the supply lines for the components flow out. The supply lines for the are expedient Components and the compressed air lines each through Check valves secured so that an unintended penetration of one or all components into another re parts of the device as the mixing chamber and the Flat jet nozzle is avoided.

Die Vorrichtung ist bei Verwendung von Statikmischern relativ einfach, leicht und daher gut manuell handhab bar. Die Zuführung zu der Vorrichtung erfolgt vorzugs weise uber flexible Schläuche. Bei einem Zweikomponen tenharz genügen somit zwei Schläuche für die Komponen ten und ein Schlauch für die Druckluft.The device is when using static mixers relatively simple, light and therefore easy to handle manually bar. The feed to the device is preferred wise about flexible hoses. With a two-component Resin is therefore sufficient for two hoses for the components and a hose for the compressed air.

Bevorzugte Mehrkomponentenharze sind Epoxidharzkleber sowie Polyurethanharzkleber. Für Spezialanwendungen kann aber ohne weiteres auch eine dritte oder vierte flüssige Komponente zudosiert werden, insbesondere wenn die Oberflächenspannung, die Viskosität und die Reak tionszeit den jeweiligen Sondersituationan angepaßt werden sollen oder diese zusätzlichen Komponenten bei Vormischung zu einer verminderten Haltbarkeit der Haupt komponenten führen.Preferred multi-component resins are epoxy resin adhesives as well as polyurethane resin adhesive. For special applications can easily be a third or fourth liquid component are added, especially if the surface tension, the viscosity and the reac adapted to the respective special situation should be or these additional components Premix to reduce durability of the main components.

Weitere zusätzliche Komponenten können auch Flammschutz mittel, Entschäumer, Suspensionen von Farbpigmenten etc. sein, die nur an bestimmten Stellen oder besonders kritischen Bereichen zum Einsatz kommen sollen. Other additional components can also include flame retardants medium, defoamers, suspensions of color pigments etc. be only in certain places or special critical areas should be used.

In der anliegenden Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung für das Auftragen eines Zweikomponentenharzes mit den Komponenten A und B dargestellt.In the attached FIG. 1, a device according to the invention for applying a two-component resin with components A and B is shown schematically.

In dieser Figur bedeutet.In this figure means.

1 eine Flachstrahldüse
2 einen Statikmischer
3A die Zuleitung für die Komponente A
3B die Zuleitung für die Komponente B
4 die getrennten Zuleitungen für Druckluft
5 die Rückschlagventile in den Zuleitungen für die Komponenten und den Zuleitungen für Druckluft 1 a flat jet nozzle
2 a static mixer
3 A the supply line for component A
3 B the supply line for component B
4 the separate supply lines for compressed air
5 the check valves in the supply lines for the components and the supply lines for compressed air

Claims

1. A method for applying multicomponent resins to porous, solidified granular materials, characterized in that the components are spatially separated from one another with a relatively high pressure to a mixing chamber, mixed turbulently with one another in the mixing chamber and as a mixture with a relatively low pressure flat curtain laminar to be worn on the material.

2. The method according to claim 1, characterized in that the flat curtain of the mixture due to lower Surface tension and / or increased viscosity of the Mixtures at a premature opening and the bil is prevented by spray mists.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in net that solvent-free work is carried out.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that a static mixer as a mixing chamber is used.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that each lead for the components is secured separately by check valves and ent by supplying compressed air through the mixing chamber can be emptied.

6. The method according to claim 5, characterized in that in the event of failure of the supply of a component to the mixing chamber a mixture of air and the component other than flat curtain of a liquid / air mixture will wear.

7. Device for performing the method according to claims 1 to 6, consisting of

a) separate supply lines for the components under relatively high pressure
b) a mixing chamber preferably designed as a static mixer
c) a flat jet nozzle for relatively low pressure,
d) preferably separate compressed air lines which open into the supply lines for the components and
e) Check valves at the beginning and end of each supply line for the components and in the compressed air lines.