DE4445787A1

DE4445787A1 - High quality foam prodn. using dissolved carbon di:oxide and novel expander

Info

Publication number: DE4445787A1
Application number: DE19944445787
Authority: DE
Inventors: Herbert Steilen; Florian Dipl Ing Thiebes; Ruediger Dr Drope; Wilfried Dipl Ing Ebeling; Robert Dr Eiben
Original assignee: Bayer AG; Hennecke GmbH
Current assignee: Bayer AG; Hennecke GmbH
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1996-06-27

Abstract

The process makes foam by expanding a fluid using a gas. This is first dissolved under pressure, then the fluid is expanded to a pressure well below the saturation pressure of the dissolved gas. A new rotary device performs the expansion. The fluid passes inwards under pressure in a radial flow channel in a rotor, working against centrifugal force, to the point of transition to a non-rotating channel, where high shear forces are generated and foaming is initiated. Also claimed are a plastic foam process and a foam production device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schäumen mittels unter Druck gelöstem Kohlendioxid als Treibmittel, wobei die zu verschäumende Masse unter Druck mit vorzugsweise flüssigem Kohlendioxid vermischt und anschließend unter Schaumbildung ent spannt wird. Als verschäumbare Massen werden insbesondere flüssige Ausgangs produkte für Kunststoffe eingesetzt, die aufgrund einer nach dem Verschäumen einsetzenden Polyadditions- oder Polykondensationsreaktion zum Schaum-Kunst stoff aushärten. Speziell bezieht sich die Erfindung auf Polyurethan-Schaumstoffe.The present invention relates to a method and an apparatus for Production of foams using carbon dioxide dissolved under pressure Blowing agent, the mass to be foamed preferably under pressure liquid carbon dioxide mixed and then ent with foaming is stretched. Liquid foams in particular are used as foamable materials products used for plastics, which due to a foaming starting polyaddition or polycondensation reaction to foam art harden fabric. In particular, the invention relates to polyurethane foams.

Bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen wird mindestens eine der Reaktivkomponenten (Polyisocyanat und Isocyanat-reaktive Wasserstoffatome aufweisende Verbindungen, insbesondere Polyole) mit einem flüssigen oder gas förmigen Treibmittel versetzt, danach mit der anderen Komponente vermischt und die erhaltene Mischung entweder diskontinuierlich in eine Form oder kontinuier lich auf ein Transportband gefördert, wo die Mischung aufschäumt und aushärtet.In the production of polyurethane foams, at least one of the Reactive components (polyisocyanate and isocyanate-reactive hydrogen atoms containing compounds, especially polyols) with a liquid or gas shaped blowing agent, then mixed with the other component and the mixture obtained either discontinuously in a form or continuously on a conveyor belt, where the mixture foams and hardens.

Zur Erzeugung des Schaums haben eine Reihe von Verfahren breite Anwendung in der Technik gefunden. Einerseits werden bei niedriger Temperatur verdam pfende Flüssigkeiten wie niedermolekulare Chlorfluorkohlenwasserstoffe, Methy lenchlorid, Pentan usw. eingesetzt, die aus der noch flüssigen Reaktivmischung verdampfen und Bläschen bilden (physikalische Schaumerzeugung). Ferner kann in die Reaktivmischung bzw. in eine der Komponenten Luft eingeschlagen werden (mechanische Schaumerzeugung) und schließlich wird bei Polyurethanschäumen Wasser als Treibmittel der Polyolkomponente zugesetzt, das nach Vermischung mit der der Isocyanatkomponente durch Reaktion mit dem Isocyanat Kohlendioxid als Schäumgas freisetzt (chemische Schaumerzeugung).A number of methods have been widely used to produce the foam found in technology. On the one hand, they are condensed at a low temperature nourishing liquids such as low molecular weight chlorofluorocarbons, methy Lenchlorid, pentane, etc. used from the still liquid reactive mixture evaporate and form bubbles (physical foam generation). Furthermore, in the reactive mixture or air is hammered into one of the components (mechanical foam generation) and finally with polyurethane foams Water is added as a blowing agent to the polyol component after mixing with that of the isocyanate component by reaction with the isocyanate carbon dioxide releases as foaming gas (chemical foam generation).

Aus Gründen der Umweltverträglichkeit, der Arbeitshygiene und aufgrund der ver gleichsweise hohen Löslichkeit von flüssigem Kohlendioxid in der Polyolkompo nente wurde flüssiges Kohlendioxid bereits vielfach als Treibmittel vorgeschlagen (GB-A 803 771, US-A 3 184 419). Jedoch hat Kohlendioxid bisher keinen Eingang in die Technik gefunden, offenbar aufgrund der Schwierigkeiten, bei der erforderlichen Entspannung der Reaktivmischung von Drücken zwischen 10 und 20 bar gleichmäßige Schäume zu erzeugen. Dabei besteht das Problem einerseits darin, daß unmittelbar nach der Entspannung das Kohlendioxid relativ plötzlich verdampft, so daß eine sehr starke Volumenvergrößerung der Reaktionsmischung um einen Faktor von beispielsweise ca. 10 erfolgt, die schwer zu beherrschen ist und andererseits die Reaktivmischung zu Freisetzungsverzügen des Kohlendioxids neigt, die 3 bis 6 bar unterhalb des Gleichgewichtsdampfdrucks von CO₂ bei der jeweiligen Temperatur liegen können, so daß es zu plötzlichen explosionsartigen Kohlendioxidfreisetzungen kommt, mit der Folge, daß große Blasen oder Lunker in den Schaumstoff eingeschlossen sind.For reasons of environmental compatibility, occupational hygiene and due to ver equally high solubility of liquid carbon dioxide in the polyol compo Liquid carbon dioxide has already been proposed many times as a blowing agent (GB-A 803 771, US-A 3 184 419). However, carbon dioxide has none so far Found their way into the technology, apparently due to the difficulties with which required relaxation of the reactive mixture from pressures between 10 and To produce uniform foams of 20 bar. On the one hand, there is the problem in the fact that immediately after the relaxation the carbon dioxide is relatively sudden evaporates, so that a very large increase in volume of the reaction mixture by a factor of about 10, for example, which is difficult to control and on the other hand the reactive mixture for delayed release of the carbon dioxide tends to be 3 to 6 bar below the equilibrium vapor pressure of CO₂ at respective temperature may lie, causing sudden explosive Carbon dioxide releases, with the result that large bubbles or voids are enclosed in the foam.

Gemäß DE-A 26 28 785 wurde daher offenbar zur Bereitstellung von Keimen für die Kohlendioxidfreisetzung bereits vorgeschlagen, in die Polyolkomponente Luft einzubringen, bevor in dieser Kohlendioxid gelöst wird.According to DE-A 26 28 785 was therefore apparently to provide germs for the carbon dioxide release already suggested in the polyol component air to be introduced before carbon dioxide is dissolved in it.

Gemäß EP-A 145 250 wird die Fähigkeit des Kohlendioxids zur Bildung von Addukten mit Wasser und anderen niedrigmolekularen Flüssigkeiten ausgenutzt, um eine verzögerte Freisetzung des Kohlendioxids aus der Reaktivmischung zu erzielen, so daß die Schaumbildung durch Freisetzung des Kohlendioxids erst nach der Entspannung der Reaktivmischung verzögert einsetzt. Nach Zerstörung des Adduktes steht das Wasser als zusätzliches chemisches Treibmittel zur Verfügung. Allerdings wird die Beherrschbarkeit der Schaumbildung im großtechnischen Prozeß hierdurch kaum verbessert, da sowohl die Adduktbildung als auch deren Zerfall äußerst labil gegenüber den sonstigen in der Reaktivmischung herrschenden Bedingungen sind, außer man würde die dort ebenfalls beschriebenen, in einem separaten Schritt hergestellten Addukte unter Mitwirkung niedermolekularer tertiärer Amine einsetzen, die offenbar gegenüber spontan gebildeten Wasser/CO₂- Addukten eine erheblich verlängerte Zerfallszeit aufweisen.According to EP-A 145 250, the ability of carbon dioxide to form Use of adducts with water and other low-molecular liquids, to delay the release of the carbon dioxide from the reactive mixture achieve so that the foam formation only after release of the carbon dioxide relaxation of the reactive mixture starts with a delay. After the destruction of the Adduct, the water is available as an additional chemical blowing agent. However, the controllability of foam formation on an industrial scale Process hardly improved by this, since both adduct formation and their formation Decay extremely unstable compared to the others in the reactive mixture Conditions are, unless you would also describe them there, in one Adducts prepared in a separate step with the participation of low molecular weight use tertiary amines, which apparently compared to spontaneously formed water / CO₂- Adducts have a considerably longer disintegration time.

Kombinationen von physikalisch gelöstem Kohlendioxid und anderen bei niedriger Temperatur siedenden physikalischen oder chemischen Treibmitteln wie Wasser oder Chlorfluorkohlenwasserstoffe werden auch bereits gemäß EP-A 89796 vorge schlagen.Combinations of physically dissolved carbon dioxide and others at lower Temperature boiling physical or chemical blowing agents such as water or chlorofluorocarbons are also already proposed according to EP-A 89796 beat.

All diese Vorschläge haben nicht zu technisch anwendbaren Lösungen für den Einsatz von physikalisch unter Druck gelöstem CO₂ als Treibmittel für die Polyurethanschaumherstellung geführt.All these suggestions have no technically applicable solutions for the Use of physically dissolved CO₂ as a blowing agent for the Made of polyurethane foam.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen gehen von der Vorstellung aus, daß die Bedingungen, unter denen die unter Druck stehende, CO₂ enthaltende Polyurethan-Reaktivmischung entspannt wird, wesentlichen Einfluß auf die Schaumbildung hat.The investigations on which the present invention is based are based on Imagination that the conditions under which the pressurized CO₂ containing polyurethane reactive mixture is relaxed, significant influence has foaming.

Gemäß US-A 3 184 419 wird die aus der Mischvorrichtung austretende, unter Druck stehende, Kohlendioxid enthaltende Reaktivmischung durch ein Ventil offenbar plötzlich entspannt. Gemäß EP-A 145 250 sollte die Entspannung allmäh lich ("gradually") erfolgen, wobei der allmähliche Druckabbau beim Durchströmen der Kohlendioxid enthaltenden Reaktivmischung durch einen Schlauch erfolgen kann. Dabei wird die noch im Schlauch erfolgende Freisetzung eines Teils des Gases nicht notwendigerweise als Nachteil angesehen, da hierdurch die Blasenkeimbildung unterstützt werden kann. Im Rahmen der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen hat sich jedoch gezeigt, daß eine solche vorzeitige, d. h. spontane und nicht induzierte Blasenkeimbildung für die Porenstruktur des Schaumes eher nachteilig ist, da aus einer solchen spontanen Blasenkeimbildung regelmäßig ein Schaum resultiert, der nicht nur eine stark unterschiedliche Porenstruktur aufweist, sondern auch größere Lunker und Voids.According to US-A 3 184 419 the exiting from the mixing device is under Pressurized reactive mixture containing carbon dioxide through a valve apparently suddenly relaxed. According to EP-A 145 250, the relaxation should be gradual gradually ("gradually"), the gradual decrease in pressure when flowing of the reactive mixture containing carbon dioxide take place through a hose can. The release of part of the Gases are not necessarily considered a disadvantage, as Bladder nucleation can be supported. As part of the present Investigations on which the invention is based have been shown, however, that a such premature, d. H. spontaneous and not induced bladder nucleation for the Pore structure of the foam is rather disadvantageous because of such a spontaneous Bladder nucleation regularly results in a foam that is not just a strong one has different pore structure, but also larger cavities and voids.

Das Konzept der verzögerten Kohlendioxidfreisetzung, d . h. der Freisetzung erst nach Aufbringung der Reaktivmischung auf das Formgebungsmittel (Transport band oder Form) durch Adduzierung des Kohlendioxid an hydroxylgruppenhaltige Verbindungen führt auch deswegen nicht zu einer kontrollierten Schaumbildung, weil die Addukte unter Verschäumungsbedingungen extrem instabil sind und daher immer auch größere Mengen von nicht adduziertem Kohlendioxid vorhanden sind, die bei entsprechender Anwesenheit von Blasenkeimen spontan vorzeitig freige setzt werden.The concept of delayed carbon dioxide release, i. H. the release first after application of the reactive mixture to the molding agent (transport band or form) by adding the carbon dioxide to those containing hydroxyl groups This is also why connections do not lead to controlled foam formation, because the adducts are extremely unstable under foaming conditions and therefore larger quantities of non-added carbon dioxide are always present, which spontaneously releases prematurely in the presence of bladder germs be set.

Aufgrund dieser und anderer Beobachtungen wurden folgende Forderungen für die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Schaumstoffen aus Zweikom ponentenreaktivkunststoffen unter Einsatz von physikalisch unter Druck gelöstem Kohlendioxid als Treibmittel aufgestellt:Based on these and other observations, the following requirements for the Development of a process for the production of foams from Zweikom component reactive plastics using physically dissolved under pressure Carbon dioxide installed as a blowing agent:

1. The relaxation of the reactive mixture containing dissolved carbon dioxide from a pressure at which the mixture is undersaturated to one Pressure at which the mixture oversaturates as much carbon dioxide as possible is to take place within such short periods of time, within which one The carbon dioxide has not yet been released.
2. The formation of bladder germs in the liquid two-component Reactive mixing must be carried out in such a controlled manner that every one produced Bladder germ in the same way from the release of carbon dioxide the reactive mixture can participate, so that as uniform as possible Pores are created.
3. When induced bladder nucleation, there should already be as many bladder germs are generated, such as the number of pores in the cured foam plastic corresponds.
4. The nucleation should be at the greatest possible oversaturation of the Reactive mixture of dissolved carbon dioxide can be brought about, d. H. approximated immediately following the relaxation Ambient pressure.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Entspannung der Reaktivmischung von einem Druck oberhalb des Sättigungsdruckes für das gelöste Kohlendioxid auf nahezu Atmosphärendruck in einem Rotationskörper gegen die Zentrifugalkraft innerhalb kurzer Zeit durchzuführen und die Blasenkeimbildung durch Erzeugung hoher Schergeschwindigkeiten in der Reaktivmischung zu bewirken.According to the invention, the relaxation of the reactive mixture from a pressure above the saturation pressure for the dissolved carbon dioxide almost atmospheric pressure in a rotating body against the centrifugal force perform within a short time and the nucleation by generation to cause high shear rates in the reactive mixture.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaum aus einer unter Druck gelöstes Gas enthaltenden Flüssigkeit durch Entspannen der Flüssigkeit auf einen Druck unterhalb des Sättigungsdruckes für das Gas und Freisetzen des Gases, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Flüssigkeit einen in einem Rotationskörper vorgesehenen radialen Strömungskanal von außen nach innen durchströmt, wobei der Druck gegen die Wirkung der Zentrifugalkraft abgebaut wird, und anschließend in einen nicht rotierenden Strömungskanal überführt wird, wobei beim Übergang vom rotierenden in den nicht rotierenden Strömungskanal in der Flüssigkeit hohe Scherkräfte erzeugt werden.The present invention relates to a method for producing Foam from a liquid containing gas dissolved under pressure Relax the liquid to a pressure below the saturation pressure for the gas and release of the gas, which is characterized in that the Liquid a radial flow channel provided in a rotating body flows through from the outside in, the pressure against the action of Centrifugal force is released, and then into a non-rotating Flow channel is transferred, with the transition from rotating to non-rotating flow channel in the liquid generates high shear forces will.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Schaum stoffen aus Zweikomponenten-Reaktivkunststoffen unter Einsatz von Kohlendioxid als Treibmittel durch Vermischen von mindestens einer der Reaktivkomponenten mit Kohlendioxid unter Druck, Vermischen der Komponenten, von denen mindestens eine Kohlendioxid unter Druck enthält, Entspannen der Kohlendioxid enthaltenden Reaktivmischung und Aushärten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reaktivmischung nach Vermischung der Komponenten bei einem Druck oberhalb des Sättigungsdruckes für das gelöste Kohlendioxid in einen Verteilungs- Ringkanal eingeführt wird, anschließend einen in einem Rotationskörper vorgesehenen rotierenden Ringkanal von außen nach innen radial durchströmt, wobei der Druck gegen die Wirkung der Zentrifugalkraft abgebaut wird, und anschließend in einen nicht rotierenden Strömungskanal überführt wird, wobei in der Reaktivmischung vom Übergang vom rotierenden in den nicht rotierenden Strömungskanal hohe Scherkräfte erzeugt werden.In particular, the invention relates to a method for producing foam substances from two-component reactive plastics using carbon dioxide as a blowing agent by mixing at least one of the reactive components with carbon dioxide under pressure, mixing the components of which contains at least one carbon dioxide under pressure, relaxing the carbon dioxide containing reactive mixture and curing, which is characterized in that the reactive mixture after mixing the components at one pressure above the saturation pressure for the dissolved carbon dioxide in a distribution Ring channel is inserted, then one in a rotating body provided rotating ring channel flows radially from the outside inwards, wherein the pressure is reduced against the action of the centrifugal force, and is then transferred to a non-rotating flow channel, wherein in the reactive mixture from the transition from rotating to non-rotating Flow channel high shear forces are generated.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Ent spannung einer Flüssigkeit unter Schaumbildung, die unter dem Druck des in ihr gelösten Gases steht, mit folgenden Merkmalen: Ein im wesentlichen rotations symmetrisches Gehäuse enthält einen zur Rotation antreibbaren Rotationskörper, der vom Gehäuse umschlossen wird; das Gehäuse weist eine ringförmige mit dem Rotationskörper koaxiale Verteilungsleitung für die Flüssigkeit auf, die aus mindestens einer Zufuhrleitung gespeist wird; das Gehäuse weist auf einer Seite eine axiale rotationssymmetrische Ausnehmung auf, deren Durchmesser kleiner ist, als der Durchmesser des Rotationskörpers; sowie einen als Ringspalt ausgebildeten Ringkanal von der Zufuhrleitung zu der Ausnehmung, wobei der Ringkanal den Rotationskörper durchtritt.The present invention also relates to a device for ent tension of a liquid with foaming, which under the pressure of it Dissolved gas is available, with the following features: An essentially rotating symmetrical housing contains a rotating body that can be driven to rotate, which is enclosed by the housing; the housing has an annular with the Rotary body on coaxial distribution line for the liquid coming out at least one supply line is fed; the case faces on one side an axial, rotationally symmetrical recess, the diameter of which is smaller, as the diameter of the rotating body; and one designed as an annular gap Ring channel from the supply line to the recess, the ring channel the Rotation body passes.

Als Zweikomponenten-Reaktivkunststoffe werden vorzugsweise Polyurethankunst stoffe nach dem Polyisocyanat-Polyadditionsverfahren hergestellt.Polyurethane is preferably used as the two-component reactive plastic substances produced by the polyisocyanate polyaddition process.

Dabei werden als Komponente A aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische, aromatische und heterocyclische Polyisocyanate, wie sie z. B. von W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, Seiten 75 bis 136, beschrieben sind, eingesetzt.As component A, aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic, aromatic and heterocyclic polyisocyanates such as z. B. by W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, pages 75 to 136, are described, used.

Bevorzugt eingesetzt werden aromatische Polyisocyanate, besonders bevorzugt werden in der Regel die technisch leicht zugänglichen Polyisocyanate, z. B. das 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren ("TDI"), Polyphenyl-polymethylen-polyisocyanate, wie sie durch Anilin-Form aldehyd-Kondensation und anschließende Phosgenierung hergestellt werden ("rohes MDI") und Carbodiimidgruppen, Urethangruppen, Allophanatgruppen, Iso cyanuratgruppen, Harnstoffgruppen oder Biuretgruppen aufweisende Polyiso cyanate ("modifizierte Polyisocyanate"), insbesondere solche modifizierten Polyisocyanate, die sich vom 2,4- und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat ableiten.Aromatic polyisocyanates are preferably used, particularly preferably are usually the technically easily accessible polyisocyanates such. B. that 2,4- and 2,6-tolylene diisocyanate and any mixtures of these isomers ("TDI"), polyphenyl-polymethylene-polyisocyanates, such as those obtained from aniline form aldehyde condensation and subsequent phosgenation are prepared ("crude MDI ") and carbodiimide groups, urethane groups, allophanate groups, Iso Polyiso containing cyanurate groups, urea groups or biuret groups cyanates ("modified polyisocyanates"), especially those modified Polyisocyanates derived from 2,4- and / or 2,6-tolylene diisocyanate.

Als zweite Komponente B ("Polyolkomponente") werden Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit Molekulargewichten von in der Regel zwischen 60 und 5000, vorzugsweise zwischen 100 und 2000, besonders bevorzugt zwischen 200 und 800. Hierunter versteht man neben Aminogruppen, Thiolgruppen oder Carboxylgruppen aufweisenden Verbindungen vorzugsweise Hydroxylgruppen aufweisende Verbin dungen, insbesondere 2 bis 8 Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen, speziell solche mit Molekulargewichten zwischen 200 und 2000, vorzugsweise 300 bis 1200, z. B. mindestens 2, in der Regel 2 bis 8, vorzugsweise aber 2 bis 6, Hy droxylgruppen aufweisende Polyester, Polyether, Polythioether, Polyacetale, Polycarbonate und Polyesteramide, wie sie für die Herstellung von Poly urethanschäumen an sich bekannt sind; ganz besonders bevorzugt sind Polyetherpolyole.As the second component B (“polyol component”), compounds with at least two hydrogen atoms reactive towards isocyanates Molecular weights of usually between 60 and 5000, preferably between 100 and 2000, particularly preferably between 200 and 800. Below one understands beside amino groups, thiol groups or carboxyl groups containing compounds preferably hydroxyl-containing verbin dungen, in particular compounds having 2 to 8 hydroxyl groups, especially those with molecular weights between 200 and 2000, preferably 300 to 1200, e.g. B. at least 2, usually 2 to 8, but preferably 2 to 6, Hy polyesters containing droxyl groups, polyethers, polythioethers, polyacetals, Polycarbonates and polyester amides as used for the production of poly urethane foams are known per se; are particularly preferred Polyether polyols.

Für den Einsatz als Polyolkomponente geeignete Verbindungen sind auf den Seiten 6 bis 9 der EP-B 121 851 beschrieben.Compounds suitable for use as a polyol component are shown in Pages 6 to 9 of EP-B 121 851 described.

Ferner können zur Herstellung der Reaktivmischung gegebenenfalls Wasser, weitere Treibmittel, Schaumstabilisatoren, Katalysatoren sowie sonstige an sich bekannte Hilfs- und Zusatzstoffe eingesetzt werden. Diese an sich bekannten, weiter einsetzbaren Mittel sind auf Seiten 9 bis 11 der EP-B 121 850 offenbart.Furthermore, water, if appropriate, other blowing agents, foam stabilizers, catalysts and others per se known auxiliaries and additives are used. These known, further usable agents are disclosed on pages 9 to 11 of EP-B 121 850.

Insbesondere bevorzugt wird erfindungsgemäß Wasser als zusätzliches Treibmittel in einer Menge von besonders bevorzugt 1 bis 7 Gew.-%, bezogen auf die Reaktivmischung mitverwendet. Bevorzugt wird Wasser in einer Menge von 2 bis 5 Gew.-% mitverwendet.According to the invention, water is particularly preferred as an additional blowing agent in an amount of particularly preferably 1 to 7 wt .-%, based on the Reactive mixture also used. Water is preferred in an amount of 2 to 5 wt .-% used.

Die zusätzlich einsetzbaren Mittel können dem Mischaggregat zur Vermischung von Isocyanatkomponente und Polyolkomponente getrennt zugeführt werden oder aber bereits vor der Vermischung von Isocyanat mit Polyol einer der beiden Hauptkomponenten zugeführt werden, wobei das mitverwendete Wasser und weitere eventuell mit Isocyanat reagierende Zusatzkomponenten nur der Polyol komponente zugemischt werden dürfen.The additional agents can be used in the mixing unit for mixing be supplied separately from isocyanate component and polyol component or but one of the two before the isocyanate is mixed with the polyol Main components are supplied, the water used and further additional components which may react with isocyanate only the polyol component may be mixed.

Die Verfahrenstechnik zur Herstellung von Polyurethanschäumen ist prinzipiell in Becker/Braun, Kunststoff-Handbuch, Band 7: Polyurethane, 1993, Seiten 143 bis 149, insbesondere in Bild 4.8 und Bild 4.9 auf Seite 148 dargestellt.The process engineering for the production of polyurethane foams is principally in Becker / Braun, Kunststoff-Handbuch, Volume 7: Polyurethane, 1993, pages 143 to 149, particularly shown in Figure 4.8 and Figure 4.9 on page 148.

Vorzugsweise werden die Komponenten in einer sogenannten Niederdruck- Rührwerksmischkammer vermischt, wobei erfindungsgemäß in der Mischkammer ein Druck herrscht, der oberhalb des Sättigungsdruckes für das gelöste Kohlendioxid liegt.The components are preferably in a so-called low-pressure Agitator mixing chamber mixed, according to the invention in the mixing chamber there is a pressure above the saturation pressure for the solute Carbon dioxide lies.

In einer oder mehreren der Komponenten, insbesondere der Polyolkomponente, wird vor der Einleitung der Komponenten in den Mischkopf Kohlendioxid gelöst. Vorzugsweise wird Kohlendioxid in einer Menge von 1 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamt-Reaktivmischung gelöst. Die Auflösung des Kohlendioxids, vorzugsweise nur in der Polyolkomponente, kann auf beliebige Weise erfolgen, z. B.In one or more of the components, in particular the polyol component, carbon dioxide is dissolved before the components are introduced into the mixing head. Carbon dioxide is preferably used in an amount of 1 to 7% by weight, preferably 2 to 5% by weight, based on the total reactive mixture. The dissolution of carbon dioxide, preferably only in the polyol component, can be done in any way, e.g. B.

a) Gaseous carbon dioxide is contained in the polyol component tank, which is kept at a pressure of 15 to 25 bar, in the polyol mixed in by means of an agitator;
b) liquid carbon dioxide is at room temperature, for. B. in a statics at a pressure of 70 to 80 bar mixed with the polyol and then before the introduction into the low pressure agitator mixing head relaxed to a pressure of 15 to 25 bar;
c) liquid, on z. B. -20 ° C cooled carbon dioxide is at a pressure from 15 to 25 bar with the polyol compo at room temperature nente mixed, the mixing being such that the coal dioxide is dissolved in the polyol component before it can evaporate.

Es wurde gefunden, daß insbesondere die bevorzugte Alternative c) aufgrund der hohen Neigung des Kohlendioxids, in Lösung zu gehen, mittels eines schnellaufenden Durchflußrührers, der in der Polyolleitung an der Einleitstelle für das flüssige Kohlendioxid angeordnet ist, gelingt.It was found that in particular the preferred alternative c) due to the high tendency of the carbon dioxide to go into solution by means of a high - speed flow agitator, which is in the polyol line at the inlet point for the liquid carbon dioxide is arranged succeed.

Die Komponenten des Reaktivkunststoffs, von denen mindestens eine das gelöste Kohlendioxid enthält, werden nun dem Mischkopf zugeführt, hier vermischt und im Anschluß an den Austritt aus dem Mischkopf unter Schaumbildung erfindungs gemäß gespannt. The components of the reactive plastic, at least one of which is the dissolved one Contains carbon dioxide, are now fed to the mixing head, mixed here and Invention following the exit from the mixing head with foam formation according to excited.

Sofern die Zusammensetzung der Reaktivmischung die spontane Ausbildung von CO₂-Addukten z. B. an hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen begünstigt, wird verzögert um die erforderliche Zerfallszeit der Addukte zusätzlich CO₂ freigesetzt, das im wesentlichen zur Vergrößerung des bereits vorhandenen Schaumblasen führt. Bei Mitverwendung von Wasser als chemisches Treibmittel "steigt" der Schaum weiter beim Beginn der Isocyanatreaktion mit dem Wasser.If the composition of the reactive mixture is the spontaneous formation of CO₂ adducts z. B. favored on hydroxyl-containing compounds delayed by the required decomposition time of the adducts additionally released CO₂, essentially to enlarge the existing foam bubbles leads. When water is also used as a chemical blowing agent, it "rises" Foam continues at the start of the isocyanate reaction with the water.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert:The invention is explained in more detail below with reference to the attached figures:

Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Fig. 1 shows an axial section through a device according to the invention.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine entlang der strichlierten Linie A-A gemäß Fig. 1 aufgeschnittene erfindungsgemäße Vorrichtung. FIG. 2 shows a plan view of a device according to the invention cut along the broken line AA according to FIG. 1.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Blockschrauben unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 3 shows an apparatus for the production of block screws using the apparatus according to the invention.

Fig. 4 bis Fig. 6 zeigen vergrößerte Darstellungen verschiedener Ausführungen des Details B aus Fig. 1. FIGS. 4 through Fig. 6 show enlarged views of different embodiments 1 of the detail B of FIG..

Die in Fig. 1 beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 besteht aus einem Gehäuse 2, das gemeinsam mit dem Zentralkörper 2a einen Rotationskörper 3 umschließt. Das Gehäuse 2 enthält ferner einen Ringkanal 4 für die Verteilung der unter dem Druck von gelöstem Gas stehenden Flüssigkeit, vorzugsweise einer Kohlendioxid unter Druck gelöst enthaltenden Polyurethanreaktivmischung, über den Umfang des Rotationskörpers 3. Der Verteilungs-Ringkanal 4 wird durch eine Zuleitung 15 (siehe Fig. 2) gespeist. Der Rotationskörper 3 weist einen Ringkanal 5 mit radialer Durchtrittsrichtungs-Komponente auf. In dem Ringspalt 5 sind Stege 6 vorgesehen, die einerseits die beiden Teile des Rotationskörpers, die den Ringspalt 5 begrenzen, zusammenhalten und andererseits für die Übertragung der Rotationsbewegung auf die den Ringspalt 5 durchtretende Flüssigkeit sorgen. Der Ringspalt 5 des Rotationskörpers (Rotorspalt) setzt sich in Durchtrittsrichtung als nicht rotierender Spalt 7 zwischen dem den Spalt 7 begrenzenden Teil des Zentral körpers 2a und dem den Rotationskörper 3 umgreifenden Teil des Gehäuses 2 fort (Statorspalt).The device 1 according to the invention shown by way of example in FIG. 1 consists of a housing 2 which, together with the central body 2 a, encloses a rotating body 3 . The housing 2 also contains an annular channel 4 for distributing the liquid under pressure of dissolved gas, preferably a reactive polyurethane mixture containing carbon dioxide under pressure, over the circumference of the rotating body 3 . The distribution ring channel 4 is fed by a feed line 15 (see FIG. 2). The rotary body 3 has an annular channel 5 with a radial passage direction component. In the annular gap 5 webs 6 are provided which on the one hand hold the two parts of the rotary body which delimit the annular gap 5 and on the other hand ensure the transmission of the rotational movement to the liquid passing through the annular gap 5 . The annular gap 5 of the rotating body (rotor gap) continues in the direction of passage as a non-rotating gap 7 between the part 7 of the central body 2 a delimiting the gap 7 and the part of the housing 2 encompassing the rotating body 3 (stator gap).

Die in den Verteilungs-Ringkanal 4 eingeführte, unter Druck stehende Flüssigkeit tritt in den Rotorspalt 5 ein, wobei die Zentrifugalkraft aufgrund der Rotation des Rotorspaltes 5 der Druckkraft entgegenwirkt. Aufgrund der Mitnahme der Flüssig keit im Rotorspalt 5 tritt diese mit hoher Tangentialgeschwindigkeit in den Statorspalt 7 ein, wo die Tangentialgeschwindigkeit unter Erzeugung von hoher Schergeschwindigkeit abgebremst wird. Die Schergeschwindigkeit erzeugt in der entspannten, an Gas übersättigten Flüssigkeit eine Vielzahl von Blasenkeimen, die sich beim Austritt aus dem Statorspalt 7 zu Schaumblasen vergrößern. Die axiale Ausnehmung 8 der Gehäuses 2 wird gemeinsam mit dem Zentralkörper 2a vor zugsweise als ein sich Diffusor-ähnlich erweiternder axialer Austrittskanal für den Schaum ausgebildet. Die Breite senkrecht zur Durchtrittsrichtung des Statorspaltes 7 kann erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Viskosität der Flüssigkeit 0,5 bis 2 mm betragen. Die Breite senkrecht zur Durchtrittsrichtung des Rotorspaltes 5 entspricht vorzugsweise der des Statorspaltes 7. Die Durchtrittsgeschwindigkeit durch den Statorspalt senkrecht zur Rotortangente kann vorzugsweise zwischen 1 und 10 m/sec, besonders bevorzugt 1 bis 3 m/sec, betragen. Die Tangentialge schwindigkeit am Austritt des Rotorspaltes 5 kann vorzugsweise 50 bis 200 m/sec betragen.The pressurized liquid introduced into the distribution ring channel 4 enters the rotor gap 5 , the centrifugal force counteracting the pressure force due to the rotation of the rotor gap 5 . Due to the entrainment of the liquid speed in the rotor gap 5 , this occurs at a high tangential speed in the stator gap 7 , where the tangential speed is braked to produce a high shear rate. The shear rate generates a large number of bubble nuclei in the relaxed, supersaturated gas, which enlarge to foam bubbles as they emerge from the stator gap 7 . The axial recess 8 of the housing 2 is formed together with the central body 2 a before preferably as a diffuser-like widening axial outlet channel for the foam. According to the invention, the width perpendicular to the direction of passage of the stator gap 7 can be 0.5 to 2 mm, depending on the viscosity of the liquid. The width perpendicular to the direction of passage of the rotor gap 5 preferably corresponds to that of the stator gap 7 . The passage speed through the stator gap perpendicular to the rotor tangent can preferably be between 1 and 10 m / sec, particularly preferably 1 to 3 m / sec. The Tangentialge speed at the outlet of the rotor gap 5 can preferably be 50 to 200 m / sec.

Der Druckabfall im Rotorspalt 5 ist abhängig vom Radius R des Rotors 3 sowie der radialen Abmessung des Rotorspaltes ΔR und der Rotationsgeschwindigkeit. Zwischen der Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors, dem Druckabfall p im Rotorspalt, dem Radius R, der radialen Ausdehnung des Rotorspalts ΔR und der Dichte der Flüssigkeit D besteht angenähert der folgende Zusammenhang:The pressure drop in the rotor gap 5 is dependent on the radius R of the rotor 3 and the radial dimension of the rotor gap ΔR and the speed of rotation. The relationship between the angular velocity ω of the rotor, the pressure drop p in the rotor gap, the radius R, the radial expansion of the rotor gap ΔR and the density of the liquid D is approximately as follows:

Beispielsweise ist für einen Druckabfall von p = 8 bar, einem Rotor mit R = 5 cm und ΔR = 0,5 cm und einer Flüssigkeit mit der Dichte D = 1 eine Umdrehungsge schwindigkeit von 1,8 × 10⁴ U/min erforderlich. For example, for a pressure drop of p = 8 bar, a rotor with R = 5 cm and ΔR = 0.5 cm and a liquid with the density D = 1 one revolution Speed of 1.8 × 10⁴ U / min required.

Fig. 1 zeigt ferner Kugellager 9, in denen die als Hohlachse ausgebildete Rotor achse durch ein nicht gezeichnetes Antriebsaggregat zur Rotation angetrieben werden kann. Ferner sind in dem Gehäuse 2 Leitungen 10 für die Zuführung (Pfeil 11) einer Schmier- und Dichtflüssigkeit vorgesehen, mittels derer der Rotor gegen die Statorelemente schmierend abgedichtet wird. Im Falle der Herstellung von Polyurethanschaum kann als Schmier- und Dichtflüssigkeit eine unterge ordnete Menge Polyol bei einem Druck, der dem Druck der Reaktivmischung im Ringkanal 4 entspricht, zugeführt werden, so daß die Reaktivmischung nicht in den Zwischenraum zwischen Rotor und Gehäuse 2 eindringen und dort erstarren kann. Geringe Mengen an Polyol, die in den Rotorkanal 5 und Statorkanal 7 ein dringen, werden durch die hohen Scherkräfte beim Übertritt der Reaktivmischung vom Rotorspalt 5 in den Statorspalt 7 hinreichend gut vermischt. Fig. 1 also shows ball bearings 9 , in which the rotor axis formed as a hollow axis can be driven by a drive unit, not shown, for rotation. Furthermore, 2 lines 10 are provided in the housing for the supply (arrow 11 ) of a lubricating and sealing liquid, by means of which the rotor is sealed in a lubricating manner against the stator elements. In the case of the production of polyurethane foam, a subordinate amount of polyol can be supplied as a lubricating and sealing liquid at a pressure which corresponds to the pressure of the reactive mixture in the ring channel 4 , so that the reactive mixture does not penetrate into the space between the rotor and the housing 2 and there can freeze. Small amounts of polyol that penetrate into the rotor channel 5 and stator channel 7 are mixed sufficiently well by the high shear forces when the reactive mixture passes from the rotor gap 5 into the stator gap 7 .

In Fig. 2 bezeichnen die angegebenen Ziffern dieselben Elemente wie in Fig. 1. Fig. 1 stellt einen Schnitt B-B durch Fig. 2 dar.In FIG. 2, the numbers given designate the same elements as in FIG. 1. FIG. 1 shows a section BB through FIG. 2.

Fig. 3 zeigt eine Anlage zur Herstellung von Blockschaum. Dabei werden dem Mischaggregat 20 die Polyolkomponente 21, die Isocyanatkomponente 22 sowie weitere Hilfs- und Zusatzstoffe über Leitung 23 zugeführt. Vorzugsweise enthält die Polyolkomponente 21 unter Druck gelöstes Kohlendioxid. Aus dem Misch aggregat 20 treten die nunmehr vermischten Komponenten in den Verteiler-Ring kanal 4 der erfindungsgemäßen Schaumbildungsvorrichtung 1 ein. Die dargestellte Schaumbildungsvorrichtung 1 entspricht der Darstellung gemäß Fig. 1. Zusätzlich angedeutet ist der Antriebsmotor M für die Hohlachse des Rotors 3 sowie die Achse 12 des Zentralkörpers 2a, die über ein Gerüst 13 mit dem Gehäuse 2 der Schaumbildungseinrichtung 1 fest verbunden ist. Der aus der Schaumbildungsvor richtung 1 austretende Schaum 24 wird auf einer unteren Kaschierfolie 25, die auf einem Transportband 26 von der Schaumbildungsvorrichtung 1 wegbewegt wird, abgelegt. Ferner kann von oben eine obere Kaschierfolie 27 zugeführt werden. Fig. 3 shows a plant for the production of block foam. The polyol component 21 , the isocyanate component 22 and further auxiliaries and additives are fed to the mixing unit 20 via line 23 . The polyol component 21 preferably contains carbon dioxide dissolved under pressure. From the mixing unit 20 , the now mixed components enter the distributor ring channel 4 of the foam-forming device 1 according to the invention. The foam-forming device 1 shown corresponds to the representation according to FIG. 1. In addition, the drive motor M for the hollow axis of the rotor 3 and the axis 12 of the central body 2 a, which is firmly connected to the housing 2 of the foam-forming device 1 via a frame 13 . The direction from the Schaumbildungsvor 1 exiting foam 24 is placed on a lower laminating film 25, which is moved away on a conveyor belt 26 of the foam formation apparatus 1. Furthermore, an upper laminating film 27 can be fed in from above.

Fig. 4 zeigt das Detail B in Form eines vergrößerten Ausschnitts aus Fig. 1. Gleiche Ziffern bezeichnen gleiche Elemente wie in Fig. 1. Zusätzlich sind Leit flächen 16 im Statorspalt 7 vorgesehen, die die Tangentialgeschwindigkeit der aus dem Rotorspalt 5 austretenden Kohlendioxid-haltigen Reaktivmasse abbremsen. Fig. 4 shows the detail B in the form of an enlarged section of Fig. 1. The same numerals designate the same elements as in Fig. 1. In addition, guide surfaces 16 are provided in the stator gap 7 , which contain the tangential velocity of the carbon dioxide emerging from the rotor gap 5 Brake the reactive mass.

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Details B aus Fig. 1. Der Austritt aus dem Rotorspalt 7 ist in Form einer Lochblende 17 gestaltet. Fig. 5a zeigt eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 5. FIG. 5 shows an alternative embodiment of the detail B from FIG. 1. The exit from the rotor gap 7 is designed in the form of an aperture 17 . FIG. 5a shows a view in the direction of arrow A in FIG. 5.

Fig. 5b zeigt ebenfalls eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 5. Die Loch blende 17 ist hier so gestaltet, daß die Begrenzungsflächen des Statorspaltes 7 alternierend Stege 28 aufweisen. Diese Ausführungsform erlaubt es, die Breite des Statorspaltes, wie durch Doppelpfeil 17a angedeutet, einstellbar auszubilden. Fig. 5b also shows a view in the direction of arrow A in Fig. 5. The aperture plate 17 is designed here so that the boundary surfaces of the stator gap 7 alternately have webs 28 . This embodiment allows the width of the stator gap, as indicated by double arrow 17 a, to be adjustable.

Eine besonders bevorzugte Ausbildung der vorliegenden Erfindung (Detail B aus Fig. 1) ist in Fig. 6 und 6a dargestellt, wobei Fig. 6a einen Schnitt C-C durch die Darstellung in Fig. 6 darstellt. Der Rotor 3 weist im wesentlichen radiale Bohrungen 5 auf, die auf der Innenseite in im wesentlichen tangentiale Austritts bohrungen oder Spalte 20 übergehen. Der Querschnitt der Austrittsöffnungen 20 wird so gewählt, daß die Reaktivmasse eine Geschwindigkeit relativ zum Rotor erhält (Pfeil 18), die der Tangentialgeschwindigkeit (Pfeil 19) des Rotors entspricht und dieser entgegengesetzt ist, bevorzugt 50 bis 200 m/sec. Die Reaktivmasse tritt also mit einer Tangentialgeschwindigkeit von etwa Null in den Raum 8 ein.A particularly preferred embodiment of the present invention (detail B from FIG. 1) is shown in FIGS. 6 and 6a, FIG. 6a showing a section CC through the illustration in FIG. 6. The rotor 3 has essentially radial bores 5 which pass into holes or gaps 20 on the inside in substantially tangential outlet. The cross section of the outlet openings 20 is chosen so that the reactive mass receives a speed relative to the rotor (arrow 18 ) which corresponds to and is opposite to the tangential speed (arrow 19 ) of the rotor, preferably 50 to 200 m / sec. The reactive mass thus enters space 8 at a tangential velocity of approximately zero.

Die hohe Schergeschwindigkeit wird in der im Vergleich zu den im wesentlichen radialen Bohrungen 5 kleinen Austrittsöffnung 20 erzeugt.The high shear rate is generated in the outlet opening 20 which is small in comparison to the essentially radial bores 5 .

Claims

1. A method for producing foam from a liquid containing gas dissolved under pressure by relaxing the liquid to a pressure below the saturation pressure for the dissolved gas and releasing the gas, characterized in that the liquid has a radial flow channel provided in a rotating body from the outside to the outside Flows through inside, the pressure being reduced against the action of the centrifugal force, and then transferred into a non-rotating flow channel, high shear forces being generated when the liquid passes from the rotating to the non-rotating flow channel.

2. Process for the production of foams from two-component reak tivkunststoffe using carbon dioxide as a blowing agent by Ver mix at least one of the reactive components with carbon dioxide under pressure, mixing the components, at least one of which Contains carbon dioxide under pressure, relaxing the carbon dioxide containing reactive mixture and curing, characterized in that the reactive mixture has a radial one provided in a rotating body Flow channel flows from the outside to the inside, the pressure against the effect of the centrifugal force is reduced, and then into one non-rotating flow channel is transferred, with the transition of Reactive mixture from the rotating into the non-rotating flow channel high shear forces to release the gas from the carbon dioxide supersaturated solution are generated.

3. Device for expanding a liquid with foaming, which is at least under the pressure of the gas dissolved in it, with the following features:
An essentially rotationally symmetrical housing contains a rotational body which can be driven to rotate and which is enclosed by the housing; the housing has an annular, with the rotating body coaxial distribution line for the liquid which is fed from at least one supply line; the housing has an axial, rotationally symmetrical recess on one side, the diameter of which is smaller than the diameter of the rotating body; and an annular channel formed as an annular gap from the distribution line to the recess, the annular channel passing through the rotary body.