-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft sowohl Techniken für das Zerkleinern von polymeren
Schaumstoffen als auch Techniken zum Herstellen polymerer Schaumstoffe,
die diesen zerkleinerten Schaumstoff enthalten. Die Verfahren können bei
Schaumstoffen, die Verunreinigungsstoffe aus der Produktion wie
Polyolefine, Papier und Schaumstoffaußenhäute enthalten, und bei anderen
Schaumstoffen, die auf den Verbraucher zurückzuführende Verunreinigungsstoffe
wie Holz, Metall, Leder usw. enthalten, verwendet werden.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Polymere
Schaumstoffe umfassen eine große
Vielzahl von Materialien, die im Allgemeinen Zweiphasen-Systeme
mit einer festen polymeren Phase und einer gasförmigen Phase bilden. Die kontinuierliche
Phase ist ein polymeres Material, und die gasförmige Phase ist entweder Luft
oder Gase, die entweder in die Synthese des Schaumstoffs eingeführt oder
während
dieser gebildet werden. Einige dieser Gase sind als "Treibmittel" bekannt. Einige
syntaktische polymere Schaumstoffe enthalten hohle Kügelchen.
Die Gasphase der syntaktischen Schaumstoffe ist in den hohlen Kügelchen
enthalten, die in der polymeren Phase dispergiert sind. Diese Kügelchen
können
aus einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Glas, Metall, Kohlenstoff
und Polymeren bestehen. Andere Materialien wie Füllstoffe, Verstärkungsmittel
und Flammverzögerungsmittel können verwendet
werden, um spezifische Schaumstoffeigenschaften zu erhalten. Offenzellige
oder geschlossenzellige, polymere Schaumstoffe werden üblicherweise
als weich, halbweich, halbhart oder hart klassifiziert. Weiche Schaumstoffe,
Schaumstoffe, die sich nach einer Deformierung erholen, werden typischerweise
bei Rückseiten
von Teppichen, Matratzen, Möbeln
und Automobilsitzen verwendet. Harte Schaumstoffe, Schaumstoffe,
die sich nach einer Deformierung nicht erholen, werden bei der Wärmeisolierung,
bei Verpackungen und lasttragenden Komponenten verwendet. Beispiele
von Polymeren, die üblicherweise
bei Schaumstoffen verwendet werden, umfassen Epoxy, Fluorpolymer,
Latex, Polyisocyanurat, Polyimid, Polyolefin, Polystyrol, Polyurethan,
Poly(vinylchlorid) (PVC), Silicon und Harnstoffformaldehyd.
-
Bei
typischen Schaumstoffherstellungsverfahren fallen polymere Schaumstoffabfälle an.
Beispielsweise erzeugen kommerzielle Verfahren, die zu großen Mengen
an Polyurethanschaumstoff führen,
bei einem kontinuierlichen Gießverfahren
Schaumstoffblockware. Die sich ergebenden, gegossenen Schaumstoffblockwaren
werden beispielsweise oft zu Stücken,
die 1 bis 2,5 cm breit, 1,5 m hoch und bis zu 70 m lang sind, geschnitten.
Schaumstoffblockware wird auch in Kästen unter Verwendung von Chargenverfahren
hergestellt. Bei beiden Verfahren ist die Außenseite der Blockware mit
einem Papier- und/oder Kunststofftrennbogen ausgekleidet, und eine
Schicht der Schaumstoffhaut wird dort gebildet. Die Blockware erfordert
im Allgemeinen ein Beschneiden der Oberseite und der Seiten, bevor
sie zur kommerziellen Verwendung geschnitten wird. Diese abgeschnittenen
Stücke
der Oberseite und der Seiten umfassen ein Schaumstoffabfallprodukt,
das Verunreinigungsstoffe aus der Produktion enthält.
-
Unter "Verunreinigungsstoff
aus der Produktion" sollen
Materialien verstanden werden, die gleichzeitig mit der Herstellung
des Blockwaren- oder Kastenschaumstoffs hergestellt oder bei dieser
verwendet werden und die typischerweise in dem von den Seiten, der
Oberseite und der Unterseite des Blockwaren- oder Kastenschaumstoffs
abgeschnitten Abfall vorhanden sind. Beispiele der Verunreinigungsstoffe
aus der Produktion sind die vorstehend erörterten Schaumstoffhäute. Des
weiteren umfasst der Begriff die auch vorstehend erörterten
Trennbögen
oder Trennelemente, die beispielsweise aus Papier, mit Wachs oder
Polyolefin beschichtetem Papier oder auch aus Folie, einem Bogen
oder Gitter aus polymeren Materialien wie Polyethylen, Polypropylen,
Polystyrol oder anderen Polyolefinen bestehen können. Wir bezeichnen diese
Trennbögen,
die eine Menge eines beliebigen Polymers enthalten, generisch als "polymere Bögen". Das Hautmaterial
in abgeschnittenem Abfall (oder "Schaumstoffhäute") unterscheidet sich
in der Konsistenz und Dichte ziemlich von dem gewünschten
Schaumstoffprodukt. Das Hautmaterial ist ein zäheres, gummiartigeres Produkt
und besitzt eine höhere
Dichte als das gewünschte
Schaumstoffprodukt. Schaumstoffhäute
sind Schichten aus einen Nichtschaumstoffmaterial oder einem sehr
dichten Schaumstoff, die während
der Schaumstoffpolymerisierungsverfahren gebildet werden. Schaumstoffhaut
wie "Pilze" von Material aus
dem Schaumstoffformpressverfahren, die aus der Form austreten, ist
ebenfalls im Abfall vorhanden. Schaumstoffhaut ist auch in geformten
Teilen, die nicht der Spezifikation entsprechen, zu finden.
-
Abgeschnittene
Stücke
fallen auch bei dem Schaumstoffherstellungsverfahren an, bei denen
brauchbare Formen aus der Blockware ausgeschnitten werden. Diese
Art von Abfall wird Produktionsabfall genannt, und er enthält im Allgemeinen
geringere Mengen an Verunreinigungsstoffen aus der Produktion als
der Abfall aus dem Abschneiden von Blockware.
-
Polymerer
Schaumstoffabfall ist auch in vielen weggeworfenen schaumstoffhaltigen
Produkten wie Möbeln,
Automobilsitzen, Wärmeisolierungsschaumstoffen
und Verpackungsschaumstoffen vorhanden. Diese Art von Abfall wird "auf den Gebrauch
zurückzuführender
Abfall" genannt.
Auf den Gebrauch zurückzuführender
Abfall enthält
oft Verunreinigungen von anderen Materialien, die bei einem hergestellten
Teil mit dem Schaumstoff verwendet wurden, oder von Materialien,
denen der Schaumstoff während
seiner Nutzlebensdauer ausgesetzt war. Diese "auf den Verbraucher zurückzuführenden
Verunreinigungsstoffe" umfassen
Holz, Eisenmetall, Nichteisenmetall, Textilien, Leder, Glas, Schmutz, Öl, Fett,
Klebstoffe, Mineralien und Kunststoffe.
-
"Polyurethan" (PUR) beschreibt
eine allgemeine Klasse von Polmeren, die durch die Polyadditionspolymerisation
von Diisocyanatmolekülen
und einer oder mehreren Aktivwasserstoffverbindungen hergestellt wurden. "Aktivwasserstoffverbindungen" umfassen polyfunktionelle,
Hydroxyl enthaltende (oder "Polyhydroxyl"-) Verbindungen wie
Diole, Polyesterpolyole und Polyetherpolyole. Aktivwasserstoffverbindungen
umfassen auch polyfunktionelle, Aminogruppen enthaltende Verbindungen,
wie Polyamine und Diamine. Ein Beispiel eines Polyetherpolyols ist
ein glycerininitiiertes Polymer aus Ethylenoxid oder Propylenoxid.
-
"PUR-Schaumstoffe" werden über die
Reaktion zwischen einer oder mehreren Aktivwasserstoffverbindungen
und einer polyfunktionellen Isocyanatverbindung gebildet, was zu
Urethanbindungen führt.
Wie hier definiert, umfasst PUR-Schaumstoff
auch Polyisocyanurat- (PIR-) Schaumstoff, der mit Diisocyanattrimer
oder Isocyanuratmonomer hergestellt wird. PUR-Schaumstoffe werden
weit verbreitet bei einer Vielzahl von Produkten und Anwendungen
verwendet. Diese Schaumstoffe können
in einem großen
Bereich von Dichten gebildet werden und können von weicher, halbweicher,
halbharter oder harter Schaumstoffstruktur sein. Allgemein gesprochen,
sind "weiche Schaumstoffe" diejenigen, die
ihre Form nach der Deformierung wieder erhalten. Abgesehen davon,
dass sie reversibel verformbar sind, neigen weiche Schaumstoffe
dazu, eine begrenzte Beständig keit
gegenüber
aufgebrachter Last zu haben, und neigen dazu, hauptsächlich offene
Zellen zu haben. "Harte
Schaumstoffe" sind
diejenigen, die nach der Deformierung im Allgemeinen die deformierte
Gestalt ohne wesentliche Erholung beibehalten. Harte Schaumstoffe
neigen dazu, hauptsächlich
geschlossene Zellen aufzuweisen. "Halbharte" oder "halbweiche" Schaumstoffe sind diejenigen, die deformiert
werden können, aber
ihre ursprüngliche
Gestalt langsam, vielleicht unvollständig wieder erlangen. Eine
Schaumstoffstruktur wird durch die Verwendung von sogenannten "Treibmitteln" gebildet. Treibmittel
werden während
der Schaumstoffbildung durch das Verflüchtigen von niedrig siedenden
Flüssigkeiten
oder durch die Bildung von Gas während
der Reaktion eingeleitet. Beispielsweise bildet eine Reaktion zwischen
Wasser und Isocyanat CO2-Gasblasen in dem
PUR-Schaumstoff.
Diese Reaktion erzeugt Wärme
und führt
zu Harnstoffbindungen in dem Polymer. Des weiteren können oberflächenaktive
Mittel verwendet werden, um die Polymerschaumstoffstruktur während der
Polymerisation zu stabilisieren. Katalysatoren werden verwendet,
um die Polymerisationsreaktionen, die die Urethanbindungen bilden,
zu initiieren und die Blasreaktion zur Bildung von Gas zu steuern.
Das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Reaktionen, das durch die
Arten und Mengen der Katalysatoren gesteuert wird, hängt auch
von der Reaktionstemperatur ab.
-
Wirksame
Recyclingtechnologien sind äußerst wünschenswert,
um den Schaumstoffabfall wieder zu verwenden, die Rohmaterialressourcen
dieser Schaumstoffe zu maximieren, die nachteiligen Umwelteinflüsse der
Entsorgung von Polymerschaumstoffabfall zu verringern oder zu eliminieren
und die Herstellung von polymerem Schaumstoff kostengünstiger
zu gestalten.
-
Es
ist wünschenswert,
weichen PUR-Schaumstoff durch Zerkleinern dieses Schaumstoffabfalls
zu Teilchen mit einer maximalen Teilchengröße von etwa 2 mm und Einführen der
zerkleinerten Teilchen bei der Herstellung von neuem weichem PUR-Schaumstoff
zu recyclen (siehe beispielsweise US-Patent Nr. 4,451,583, erteilt
an Chesler). Bei dem Chesler-Verfahren werden die zerkleinerten
Teilchen der Reaktionsmischung für
das neue PUR oder einer der reaktiven, flüssigen Komponenten, wie den
Polyhydroxylkomponenten, zugegeben und dann wird neuer, weicher
Schaumstoff auf herkömmliche
Weise hergestellt. Kryogenes Feinmahlen ist in dem '583 Patent als bevorzugte
Mahltechnik zur Bildung der erforderlichen Teilchengröße des Schaumstoffabfalls
offenbart.
-
Das
US-Patent Nr. 5,411,213, erteilt an Just, zeigt ein Verfahren zum
Vermahlen von Polymeren wie PUR durch die Zugabe eines Antiagglomerations-
oder Trennmittels und Unterziehen des Materials einer Pressscherkraft
unter Verwendung von beispielsweise einer Zweiwalzenmühle. Bei
einer weiteren Technik, die in dem US-Patent Nr. 4,304,873, erteilt
an Klein, offenbart ist, werden Mikrostückchen des weichen PUR-Schaumstoffs
durch Aussetzen von zerkleinertem weichem PUR-Schaumstoff und einem
Kühlfluid
wie Wasser an einen wiederholten Schlag durch eine Vielzahl von
Schlagflächen
hergestellt. Bei einer weiteren Technik, dem US-Patent Nr. 5,451,376,
erteilt an Proska et al., werden ein PUR-Schaumstoffzerkleinerungsverfahren und
eine PUR-Schaumstoffzerkleinerungsvorrichtung offenbart, bei denen
eine Feinzerkleinerung durchgeführt
wird, indem eine Mischung aus grob zerkleinertem Material und einer
der flüssigen
PUR-Reaktionskomponenten
durch eine oder mehrere Düsen
gedrückt
wird.
-
Gebrauchte
Schaumstoffgegenstände
wie Automobilpolstermaterialien können mit Fett- oder Ölverunreinigungsstoffen
verunreinigt sein, die die Bildung von neuem Schaumstoff destabilisieren.
Das US-Patent Nr. 5,882,432, erteilt an Jody et al., beschreibt
ein Verfahren zum direkten Entfernen von Öl- oder Fettverunreinigungsstoffen
aus großen
PUR-Schaumstücken
bzw. Schaumstoffstücken.
-
Es
ist schwierig, abgeschnittene Schaumstoffstücke, die Abfallmaterial aus
polymerer Schaumstoffhaut, welche typischerweise bei Blockware an
der Außenseite
einer Schaumstoffblockware gebildet wird, enthalten, unter Verwendung
von herkömmlichen
Vermahlbedingungen, die am besten zum Vermahlen von polymerem Schaumstoff
geeignet sind, wirksam zu vermahlen. Die Wärmeisolierungseigenschaften
von Schaumstoff machen es schwierig, den Schaumstoff in relativ
langen Produktionsläufen
kontinuierlich zu vermahlen, da die Vermahltemperatur dazu neigt,
sich bei fortgesetztem Vermahlen zu erhöhen, was möglicherweise zu der Wärmezersetzung
des polymeren Schaumstoffs führt.
Verunreinigungsstoffe aus der Herstellung führen zu erhöhten Vermahltemperaturen. Des
weiteren sind Schaumstoffstücke
und Schaumpulver bzw. Schaumstoffpulver Materialien, deren Handhabung
in großen
Mengen schwierig ist, da diese Produkte in verschiedenen Verarbeitungsvorrichtungen
leicht zusammenbacken. Des weiteren neigt Schaumstoffpulver dazu,
die Oberflächen
von Verarbeitungsvorrichtungen wie Förderern, Mühlen und Sieben zu überziehen.
-
Es
ist auch schwierig, abgeschnittene Schaumstoffstücke aus der Produktion zur
Wiederverwendung als Schaumstoffpulver zu vermahlen, da sie typischerweise
mit Verunreinigungsstoffen aus der Produktion wie Kunststofffolien
oder -bahnen (oft aus Polymeren wie Polystyrol oder Polyolefinen
wie Polyethylen und Polypropylen), Kunststoffgittern oder Papier,
die bei der Herstellung der Blockware verwendet werden, verunreinigt sind.
Diese Kunststoffe können
aufgrund der während
der Vermahlverfahren erzeugten Wärme
die Mahlflächen
der Zerkleinerungsvorrichtungen überziehen.
Eine Verunreinigung mit Papier behindert die Zerkleinerung des Schaumstoffs,
insbesondere beim Zerkleinern, um sehr kleine Schaumstoffteilchen
zu erhalten, da sich die Vermahleigenschaften von Papier von denjenigen
des polymeren Schaumstoffs stark unterscheiden. Die Papiere können auch
mit einem Polymer beschichtet sein. Große Teilchen dieser Verunreinigungsstoffe
verursachen Verarbeitungsschwierigkeiten bei der anschließenden Schaumstoffherstellung
und sind verantwortlich für
Qualitätsprobleme
bei dem sich ergebenden Schaumstoff. Diese Probleme umfassen: eine
hohe Viskosität der
PUR-Schaumstoffbestandteile, die Mischungen wie Aufschlämmungen
aus Schaumstoffpulver und Aktivwasserstoffverbindungen umfassen,
eine schlechte Zellstruktur bei dem sich ergebenden Schaumstoff,
die Sichtbarkeit der größeren Schaumstoffteilchen
und eine schlechte Qualität
und einen schlechten gefühlsmäßigen Eindruck
des Schaumstoffs.
-
Es
ist schwierig, Schaumstoffabfall, der mit Klebstoffen verunreinigt
ist, unter Verwendung herkömmlicher
Techniken zum Zerkleinern zu verarbeiten und die sich ergebenden
Schaumstoffstücke
oder das sich ergebende Schaumstoffpulver zu fördern. Klebstoffe bewirken
oft, dass Schaumstoffstücke
oder Schaumstoffpulver aneinander und an den Transport- und/oder
Verarbeitungsvorrichtungen wie Mühlen
anhaften. Klebemittel, die in Schaumstoffpulver vorhanden sind,
der zur Herstellung von neuem Schaumstoff verwendet wird, können den
Polymerschaumstoff während
seiner Bildung destabilisieren.
-
Kostengünstige,
verbesserte Techniken, Verfahren und Vorrichtungen zum Verarbeiten
von polymerem Schaumstoff um eine verbesserte Integration der Verarbeitungsschritte
des polymeren Schaumstoffs und Schaumstoffpulvers zu erzielen, die
Verwendung eines größeren Bereichs
von Schaumstoffzusammensetzungen zum Zerkleinern und Wiederverwenden
bei neuem Schaumstoff, eine verbesserte Steuerung und Zuverlässigkeit
der Verarbeitungsvorrichtungen und -verfahren, eine Verringerung
der Betriebs- und Materialkosten und Verbesserungen bei der Ressourcenverwendung
sind alle wünschenswert.
Insbesondere besteht Bedarf an verbesserten Verarbeitungstechniken
zum (1) Zerkleinern von polymerem Schaumstoff, einschließlich Verunreinigungen
aus der Produktion wie polymeren Schaumstoffhäuten, polymeren Bögen oder
Papier, (2) Verhindern oder Verringern des übermäßigen Erwärmens des polymeren Schaumstoffs
während
der Zerkleinerung, (3) Verarbeiten von Schaumstoffprodukten, die
eine große
Vielzahl von auf die Produktion und den Verbraucher zurückzuführenden
Verunreinigungsstoffen enthalten.
-
DE-A1-4416749
offenbart ein Verfahren in Übereinstimmung
mit dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
GB 922 306 offenbart das
Vermahlen von Abfallpolyurethanschaumstoff und Verarbeitungsschnipseln, die
bei der Herstellung eines Polyurethanschaumstoffs verwendet werden
sollen.
-
FR-A-2
460 987 offenbart das Grobvermahlen von halbharten bis harten, geschlossenzelligen Schaumstoffen
zur Herstellung eines Materials zum Absorbieren von flüssigen Kohlenwasserstoffen.
-
EP-A-0
955 142 offenbart eine mobile Recyclingeinheit zum Recyceln von
Kunststoffen mittels Granulieren von Kunststoffabfall unter Verwendung
eines mit Zähnen
versehenen Zweiwalzengranulators. Pressluft wird für das Kühlen und
Trocknen der Körnchen
verwendet.
-
EP-A-0
551 655 offenbart eine Zweiwalzenmühle für das Zerkleinern von Kunststoff
oder Kunststoff enthaltenden Verbundstoffen, Mischungen oder Konglomeraten
sowie von organischen oder natürlichen
Polymeren.
-
Die
Erfindung stellt neue Verfahren für das Verarbeiten von polymerem
Schaumstoff zur Verfügung, insbesondere
Verfahren zum Zerkleinern (beispielsweise Vermahlen oder Pulverisieren)
von polymeren Schaumstoffen, vorzugsweise solchen, die Verunreinigungsstoffe
aus der Produktion und vielleicht auf den Verbraucher zurückzuführenden
Verunreinigungsstoffe enthalten. Diese neuen Verfahren verringern
das übermäßige Erwärmen des
polymeren Schaumstoffs während
der Verarbeitung und verbessern das Verarbeiten der polymeren Schaumstoffprodukte,
die die verschiedensten Verunreinigungen enthalten.
-
Polymere
Schaumstoffe, die Verunreinigungsstoffe aus der Produktion enthalten,
werden auf einer Zweiwalzenmühle
zerkleinert. Das sich ergebende zerkleinerte Schaumstoffpulver wird
abgeschreckt, um sowohl das zerkleinerte Schaumstoffpulver als auch
die Vorrichtungen des Zerkleinerungsverfahrens zu kühlen.
-
Bei
einer Variante der vorliegenden Erfindung wird eine neue Sammelkammer
abwechselnd zum Sammeln des polymeren Schaumstoffpulvers von einer
Zweiwalzenmühle
und zum Abschrecken des zerkleinerten Schaumstoffpulvers mittels
eines gasförmigen
Kühlmediums
verwendet.
-
Eine
weitere Variante der Erfindung umfasst eine neue Siebvorrichtung
zum Sieben des polymeren Schaumstoffpulvers. Bei der Vorrichtung
werden ein zylindrisches Siebrohr und Schlagstangen für das Trennen
von Schaumstoffteilchen von größeren Schaumstoffstücken verwendet.
-
Das
PUR-Schaumstoffpulver, das aus dem PUR-Schaumstoff, der Verunreinigungen
aus der Produktion enthält,
wie z.B. PUR-Schaumstoffhäute,
polymere Bögen
(oft aus Polyethylen, Polypropylen oder Polystyrol) und Papier (eventuell
beschichtet), wird anschließend
bei der Herstellung von neuem PUR-Schaumstoff verwendet.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst Verfahren zum Entfernen von Öl und Fett aus dem Schaumstoffpulver
und entweder zum Entfernen von Klebstoffverunreinigungsstoffen aus
dem polymeren Schaumstoffpulver oder zum Zerstören der Klebeeigenschaft dieser
Verunreinigungsstoffe.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Blockdiagramm, das das generische Polymerschaumstoffpulververfahren
dieser Erfindung schematisch zeigt.
-
2 ist
ein Fließdiagramm,
das einen Zerkleinerungs- und Siebbereich des in 1 gezeigten
Verfahrens schematisch zeigt.
-
3 zeigt
eine schematische Ansicht eines Schaumstoffstücklagerbehälters mit einem Abgabemechanismus
der vorliegenden Erfindung.
-
4 zeigt
eine schematische Ansicht eines Schaumstoffpulverfördersystems.
-
5 zeigt
eine perspektivische Ansicht mit weggebrochenen Teilen eines offenen
Lüfters.
-
6 ist
eine schematische Darstellung eines Zyklons.
-
7 ist
ein Fließdiagramm,
das einen alternativen Zerkleinerungs- und Siebbereich des in 1 dargestellten
Verfahrens schematisch zeigt.
-
8 ist
ein Fließdiagramm,
das einen Zerkleinerungs- und Siebbereich des in 1 dargestellten Verfahrens
schematisch zeigt.
-
9 ist
ein Fließdiagramm,
das eine Technik zum Steuern der Förderbandgeschwindigkeit durch eine
Walzenmühle
schematisch zeigt.
-
10A zeigt eine Walzenmühlenvorrichtung mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten.
-
10B zeigt eine Steuervorrichtung, die zum Steuern
der Walzenmühlenvorrichtung
mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten von 10A geeignet
ist.
-
11 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht einer Sammelkammer der
vorliegenden Erfindung unter Verwendung des Abschreckverfahrens.
-
12 ist
eine schematische Ansicht der Anordnung der in 11 dargestellten
Sammelkammer.
-
13A zeigt eine auseinandergezogene, perspektivische
Ansicht der erfindungsgemäßen Siebvorrichtung.
-
13B zeigt eine perspektivische Ansicht eines in 13A gezeigten Flansches.
-
14A und 14B zeigen
schematisch den Luftstrom durch die Siebvorrichtung von 13A.
-
14C zeigt eine Luftsteuervorrichtung an der Siebvorrichtung
von 13A.
-
15 zeigt
den Siebspannungseinstellmechanismus für das Sieb von 13A.
-
16 ist
eine schematische Darstellung einer Zerkleinerungs- und Siebvorrichtung,
wie in 1 gezeigt.
-
17 ist
ein Fließdiagramm,
das das Lösungsmittelwaschmerkmal
des in 1 gezeigten Verfahrens schematisch zeigt.
-
18 ist
ein Fließdiagramm,
das die kontinuierliche Mischsequenz des in 1 gezeigten
Verfahrens schematisch zeigt.
-
19 ist
ein Fließdiagramm,
das die Chargenmischsequenz des in 1 gezeigten
Verfahrens schematisch zeigt.
-
20 ist
ein Fließdiagramm,
das einen Zerkleinerungsschritt des in 1 gezeigten
Verfahrens schematisch zeigt.
-
21 ist
ein Fließdiagramm,
das eine weitere Verarbeitungssequenz des in 1 gezeigten
Verfahrens schematisch zeigt.
-
22 ist
eine graphische Darstellung einer Schaumstoffpulvergrößenverteilung,
die erfindungsgemäß, wie in
den Beispielen gezeigt, durchgeführt
wurde.
-
23 ist
eine graphische Darstellung einer Schaumstoffpulvergrößenverteilung,
die erfindungsgemäß, wie in
den Beispielen gezeigt, durchgeführt
wurde.
-
BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Bei
der Beschreibung der Erfindung und ihrer Varianten wird aus Gründen der
Klarheit eine bestimmte Terminologie verwendet. Eine solche Terminologie
soll die angegebenen Varianten sowie alle äquivalenten Varianten umfassen.
-
Gesamtverfahren
-
1 zeigt
eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der ein
integriertes Verfahren zur Zerkleinerung von polymeren Schaumstoffen
zur Herstellung von Schaumstoffpulverteilchen und zum anschließenden Inkorporieren
des Schaumstoffpulvers in neu gebildete, polymere Schaumstoffe verwendet
wird. Die verschiedenen Verarbeitungsschritte dieses erfindungsgemäßen Verfahrens
können
kombiniert werden, um zusammenwirkend zu funktionieren, um ein integriertes
Verfahren zu bilden, wie es schematisch in 1 dargestellt
ist. 1 liefert eine zusammengefasste, schematische
Darstellung eines integrierten Verfahrens 150 mit Verarbeitungsverfahren 200, 300, 400 und 500.
Jedes Verarbeitungsmodul umfasst einen oder mehrere Verarbeitungsschritte
oder eine oder mehrere Verarbeitungssequenzen. Das Verarbeitungsmodul 200 umfasst
Verfahren zum Zerkleinern von Gegenständen, die polymeren Schaumstoff
enthalten, um kleinere Schaumstoffstücke herzustellen. Dieses Modul
umfasst eine Erststufenzerkleinerung, wie detaillierter in Verbindung
mit 2 und 7 beschrieben ist. 3, 4, 5 und 6 zeigen
Konfigurationen der Vorrichtung zum Transport von Schaumstoff von
einer Stufe zur anderen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Das Verarbeitungsmodul 300 in 1 zeigt
eine Zweitstufenzerkleinerung, bei der Schaumstoffpulverteilchen aus
den Schaumstoffstücken
hergestellt werden, die sich aus den im Verarbeitungsmodul 200 durchgeführten Verfahren
ergeben. Das in 1 gezeigte Modul 400 umfasst
Verfahren zum Herstellen von Mischungen aus Schaumstoffpulver und
einer oder mehreren polymerisierbaren Flüssigkeiten. Wahlweise können Mischungen aus
Schaumstoffpulver und polymerisierbarer Flüssigkeit unter Verwendung der
Verfahren des Verarbeitungsmoduls 400 zerkleinert werden,
wodurch eine Drittstufenzerkleinerung der Schaumstoffteilchen zur
Verfügung gestellt
wird. Das Modul 500 in 1 umfasst
Verfahrensschritte zum Herstellen von festen polymeren Schaumstoffen
durch die Zugabe verschiedener Bestandteile zu einer Mischung aus
Schaumstoffpulver und polymerisierbarer Flüssigkeit und zum anschließenden Polymerisieren
der Mischung zur Bildung eines neuen Schaumstoffs, in dem die Schaumstoffpulver
der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
-
Erststufenzerkleinerung
-
Das
Verarbeitungsmodul 200 (1) umfasst
die in 2 gezeigte Verarbeitungssequenz 210 und eine
alternative Verarbeitungssequenz 250, die in 7 gezeigt
ist. Diese beiden Verarbeitungssequenzen unterscheiden sich im Allgemeinen
durch die Arten von polymeren Schaumstoffprodukten und Schaumstoffgegenständen, die
in der Erststufenzerkleinerung zerkleinert werden. Unter Bezugnahme
auf 2 umfasst ein erster Schritt 212 in der
Verarbeitungssequenz 210 das Zerkleinern von Schaumstoffprodukten
und -gegenständen,
die nichtverunreinigten Schaumstoff enthalten, oder von Schaumstoffgegenständen, die
nur mit Verunreinigungsstoffen aus der Produktion verunreinigt sind.
Der Begriff "nichtverunreinigter
Schaumstoffe", wie hier
definiert, umfasst polymere Schaumstoffprodukte oder -gegenstände, die
im Wesentlichen frei von Verunreinigungsstoffen aus der Produktion
und anderen Verunreinigungsstoffen wie Metall, Holz, Fasern und
anderen polymeren Verbindungen sind. Wie vorstehend erwähnt, umfasst
der Ausdruck "Verunreinigungen
aus der Produktion" Materialien,
die typischerweise bei der Herstellung von Polymerschaumstoff vorhanden
sind, wie Papier, mit Kunststoff beschichtetes Papier und Polymerfolien
oder -gitter sowie Schaumstoffhäute.
Schaumstoffhäute
sind Schichten aus Nichtschaumstoff oder hochdichtem Schaumstoff,
die während
der Schaumstoffpolymerisierungsverfahren gebildet werden. Diese
Kunststofffolien werden zur Auskleidung der Formen verwendet, die
zum Herstellen der vorstehend erwähnten "Blockware" verwendet werden. Die verwendeten Kunststoffe
sind typischerweise Polyolefine wie Polyethylen oder Polypropylen,
obgleich auch andere Polymere geeignet sind. Geeignete Verfahren
für den
Schaumstoffzerkleinerungsschrit 212 umfassen die Größenverringerung
unter Verwendung einer beliebigen der Technologien, die Durchschnittsfachleuten
bekannt sind. Beispiele der Größenverringerungsvorrichtung,
die zum Zerkleinern von Schaumstoff in Schritt 212 (2)
geeignet sind, umfassen Zerkleinerungsvorrichtungstypen wie Walzenbrecher
unter Verwendung von zwei Walzen, die sich mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten gegenläufig
bewegen, Schlagprallmühlen,
bei denen beispielsweise Hammerbrecher verwendet werden, Zerkleinerer,
bei denen Zerkleinerungszähne
auf einer einzigen Walze oder Sägezähne verwendet
werden und sich gegenläufig
drehende Abstandsanordnungen zum Einsatz kommen, Ringmühlen, bei
denen hakenförmige
Ringe verwendet werden, die an einem Rotor, der sich mit hoher Geschwindigkeit
dreht, befestigt sind, und Ringwalzenmühlen unter Verwendung von Walzen
zusammen mit Mahlringen. Beispiele der bevorzugten Größenverringerungsvorrichtung
für den
Schritt 212 umfassen Drehmühlen, Hammermühlen und
Scherzerkleinerer.
-
Falls
der polymere Schaumstoff mit Klebstoff verunreinigt ist, sollte
der Schaumstoff zuerst behandelt werden, um die Klebeeigenschaften
zu entfernen. Dies ges tattet die wirksame Umwandlung des Schaumstoffabfalls
zu Schaumstoffpulver. Geeignete Behandlungstechniken umfassen Waschen
mit Lösungsmittel
oder Aussetzen des mit einem Klebstoff verunreinigten Schaumstoffs
an eine Mikrowellen-, Infrarot- oder UV-Strahlung.
-
Schaumstoffprodukte
und -gegenstände
werden unter Verwendung einer beliebigen der Techniken, die einem
Durchschnittsfachmann bekannt sind, wie Zuführen der Schaumstoffgegenstände per
Hand in die Zerkleinerungsvorrichtung oder die Verwendung von Trichtern
und/oder Förderbändern, in
die Größenverkleinerungsvorrichtung
von Schritt 212 eingeführt
(nicht gezeigt). Selbstverständlich
kann vor dem Schritt 212 ein vorläufiger Größenverringerungsschritt (nicht
gezeigt) durchgeführt
werden kann, um die Schaumstoffgegenstände auf eine Größe zu zerkleinern,
die für
die Zerkleinerungsvorrichtung von Schritt 212 geeignet
ist.
-
Wünschenswerterweise
beträgt
die Größe der kleinen
Schaumstoffstücke,
die sich aus Schritt 212 ergeben, weniger als etwa 10.
cm. Vorzugsweise beträgt
diese Größe weniger
als etwa 2 cm. Ein spezifischer Größenbereich wird durch Betreiben
der Größenverringerungsvorrichtung
von Schritt 212 mit den erforderlichen Betriebsparametern,
gefolgt von einem Siebschritt 214 (2), erhalten.
Schaumstoffstücke,
die aus der Zerkleinerungsvorrichtung von Schritt 212 abgegeben
werden, werden in Schritt 214 gesiebt, was zu einer Sollgröße wie Schaumstoffstücken, die
nicht größer als
etwa 10 cm sind, und übergroßen Stücken, einschließlich Schaumstoffstücken, die
größer als
die Sollgröße sind,
führt.
Geeignete Vorrichtungen für
den Siebschritt 214 umfassen bekannte Siebvorrichtungen
unter Verwendung von sich drehenden Sieben, Rüttelsieben, vibrierenden, oszillierenden
oder sich hin und her bewegenden Sieben. Übergroße Stücke werden zur Zerkleinerungsvorrichtung
in Schritt 216 der Verarbeitungssequenz 210 (2)
recycelt. Der Recyclingschritt 216 umfasst die Verwendung
von Vorrichtungen wie Förderbändern, Förderschrauben
oder pneumatisches Fördern, d.h.
Fördern
in einem Gasstrom, um diese Schaumstoffstücke zu der Zerkleinerungsvorrichtung
von Schritt 214 zurückzuführen. Schaumstoffstücke innerhalb
des Sollgrößenbereichs
werden in Schritt 218 zu dem Schaumstoffstücklagerschritt 220 unter
Verwendung von herkömmlichen
Fördertechniken
wie Förderbändern, Förderschrauben
oder pneumatischem Fördern,
gefördert.
Typischerweise weist die für
die vorliegende Technologie geeignete Zerkleinerungsvorrichtung
eingebaute Komponenten zum Sieben und Recyceln der übergroßen Stücke auf
(Schritte 212, 214 und 216).
-
Lagervorrichtungen
zur Durchführung
des wahlweisen Lagerschritts 220 können Lagerbehälter, -kästen und
-silos, wie sie für
die Lagerung von Massenfeststoffen verwendet werden, umfassen. Vorzugsweise wird
das Schaumstoffstückabgabeverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen, um die Abgabe der Schaumstoffstücke aus
der Lagervorrichtung von Schritt 220 im Vergleich zu herkömmlichen
Abgabeverfahren zu erleichtern. Vorrichtungen, die für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Abgabeverfahrens
geeignet sind, sind in 3 gezeigt. Das erfindungsgemäße Abgabeverfahren
umfasst das Lagern von Schaumstoffstücken in einem Lagerbehälter 230 mit
einem Bodenbereich, der ein mechanisch betätigtes Sieb 232 umfasst,
bei dem beispielsweise eine vibrierende, oszillierende oder rüttelnde
Bewegung verwendet wird und das vorzugsweise eine Sieböffnung aufweist,
wobei die Größe der Sieböffnung den
größten Durchmesser
der größten Schaumstoffstücke, d.h.
die maximale Größe der Schaumstoffstücke, um
mindestens etwa 2 % übersteigt.
Eine flexible Verbindung 234 kann zwischen dem Sieb 232 und
dem Lagerbehälter 230 vorgesehen sein,
um die mechanische Betätigung
des Siebs zu erleichtern. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst des weiteren
eine Förderfläche 236,
die sich unterhalb des Siebs bewegt.
-
Wahlweise
weist die sich bewegende Förderfläche Vorsprünge 238 (3)
daran auf, die sich in enger Nachbarschaft zu dem Sieb innerhalb
eines Abstands erstrecken, der etwa gleich der Abmessung der Sieböffnung ist.
Diese Vorsprünge
können
Klammern oder flexible oder starre Streifen oder Stangen sein, die
an der Oberfläche
des Förderers
angebracht sind. Vorzugsweise erstrecken sich diese Vorsprünge etwa
0,3 bis etwa 7,5 cm von der Förderfläche weg.
Diese Förderfläche kann
von der Richtung oder Ebene parallel zum Sieb um einen Winkel von
0° bis 30° geneigt
sein, um für
eine gleichmäßige Abgaberate
aus allen Teilen des Lagerbehälters
zu sorgen. Wir haben gefunden, dass das Sieb eine Abstützung für das Material,
d.h. die Schaumstoffstücke,
in dem Lagerbehälter
bietet und dadurch das Gewicht des Materials auf der Förderfläche verringert
und die Verwendung von einfacheren, kostengünstigeren und weniger massiven
Fördervorrichtungen
gestattet. Die Kombination des Siebs und der Förderfläche verhindert den durch die
Schwerkraft unterstützten
Strom von Schaumstoffstücken
von der Lagervorrichtung, wenn die Förderfläche und das Sieb nicht betätigt sind.
-
Beim
Förderschritt 218 können ein
oder mehrere Lüfter
verwendet werden, um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer
gasförmigen
Strömung
die Schaumstoffstücke
durch eine Leitung oder einen Kanal zu blasen oder zu fördern. Beispielsweise
können
zwei Lüfter
in Kombination mit einem Zyklon verwendet werden. Geeignete Vorrichtungen
zum Fördern
der Schaumstoffstücke
oder des Schaumstoffpulvers unter Verwendung eines Zyklons und von
zwei Lüftern
sind in 4 gezeigt. Ein erster Lüfter 270 steht
mit dem Einlass 272 des Zyklons 274 in Verbindung,
wobei er in Luft suspendierte Schaumstoffstücke oder in Luft suspendiertes
Schaumstoffpulver dem Zyklon 274 zuführt. Ein zweiter Lüfter 276 steht
mit dem Zyklonauslass 278 in Verbindung, um Luft oder ein
anderes Fördergas
aus dem Zyklon durch den Auslass 278 zu entfernen. Die Lüfter sind üblicherweise
derart konstruiert und werden derart betrieben, dass in dem Zyklonmaterialauslass 280 ein
optimaler, abwärts
gerichteter Druck realisiert wird, um Probleme mit dem Verstopfen
des Zyklons, die für
die Handhabung von Schaumstoffstücken
oder Schaumstoffpulver charakteristisch sind, auszuschalten. Der
nach unten gerichtete Druck in dem Zyklonmaterialauslass 280 kann
auch durch Ändern
des Drucks in dem Zyklonluftauslass 278 mit beispielsweise
einstellbaren Prallplatten, Filtern, einem Filtersack oder anderen Einschränkungen
eingestellt werden. Bei beiden Lüftern
wird vorzugsweise eine sogenannte "offene" Konstruktion verwendet.
-
5 zeigt
schematisch einen offenen Lüfter 282.
Der Lüfter
besitzt ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 284, eine vordere
Abdeckung 286 und eine hintere Abdeckung 288.
Innerhalb des Gehäuses 284 ist eine
scheibenförmige
Platte 290 derart angebracht, dass ein Antriebsmechanismus
(nicht gezeigt) die Scheibe im Betrieb dreht. An der Scheibe sind
mehrere schaufelartige Flügel
wie Flügel 294 und 296 angebracht.
Es besteht ein beträchtlicher
Abstand zwischen den Flügeln
und dem Inneren der vorderen Abdeckung 286, was zu einer
offenen Konstruktion führt.
Ein Einlass ist an der Öffnung 298 der
vorderen Abdeckung 286 vorgesehen. Ein Auslass 299 ist
am äußeren Umfang
der zylindrischen Kammer vorgesehen. Wenn die Scheibe 290 gedreht
wird, wird eine Zentrifugalwirkung erzeugt, um Luft oder in Luft
suspendierte Schaumstoffpulverteilchen vom Einlass 298 zum
Auslass 299 zu fördern.
-
Pneumatische
Fördertechniken
umfassen oft Schritte zum Trennen des Fördergases von dem Material,
das gefördert
wird. Ein geeigneter Platz, um dies zu tun, ist an dem Punkt, an
dem das geförderte
Material aus dem Förderprozess
abgegeben wird. Zyklone können
verwendet werden, um die überschüssige Luft
zu entfernen. Wenn jedoch Schaumstoff zu fördern ist, können Schaumstoffstücke und
Schaum stoffpulver die inneren Wände
des Zyklons überziehen.
Des weiteren neigen Schaumstoffstücke und Schaumstoffpulver dazu, den
Zyklonmaterialausgang zu verstopfen. Solche Überziehungs- und Verstopfungsschwierigkeiten,
die mit der Verwendung von Schaumstoff in Zyklonen verbunden sind,
können
durch die Verwendung eines länglichen flexiblen
Elements 283, siehe 6, verbessert
werden, das von einem oberen Bereich 285 eines Zyklons 287 herunterhängt und
sich nach unten erstreckt und an einem Zyklonmaterialauslass 289 befestigt
ist, der sich an der Unterseite 291 des Zyklons befindet.
Der Luftstrom innerhalb des Zyklons bewirkt, dass sich das flexible Element 283 verbiegt
und um das Innere des Zyklons bewegt, wodurch kontinuierlich Schaumstoff
von der Innenseite der Zyklonwände 287 und
von dem Zyklonmaterialauslass 289 entfernt wird. Geeignete
Materialien für
das flexible Element 283 umfassen Seil, Kunststoff und
Gummischlauch, Kunststoffkette und Metallkette. Stärker bevorzugt
ist ein Seil, das aus einem technischen Polymer wie aromatischen
Polyamid, beispielsweise Kevlar, besteht. Luft tritt in den Zyklon
am Einlass 293 ein und wird durch den Auslass 295 abgegeben.
-
Die
in 4 bis 6 gezeigten Fördervorrichtungen
und -verfahren und Teile von ihnen können auf verschiedenartige
Weise zum Fördern
von sowohl Schaumstoffstücken
als auch Schaumstoffpulver mit den hier gezeigten Vorrichtungen
verwendet werden.
-
Alternativer
erster Zerkleinerungsschritt
-
Wie
in 7 gezeigt, kann die Verarbeitungssequenz 250 des
Verarbeitungsmoduls 200 (1) bei polymeren
Schaumstoffprodukten und -gegenständen verwendet werden, die
beispielsweise mit Holz, Fasern, Leder, Eisen- und Nichteisenmetallen,
Kunststoff und Glas, wie sie in Stühlen, Autositzen und dergleichen
zu finden sind, verunreinigt sind. Wie vorstehend erwähnt, bezeichnen
wir diese Klasse von Verunreinigungsstoffen als "auf den Verbraucher zurückzuführende Verunreinigungsstoffe" oder "auf den Gebrauch
zurückzuführende Verunreinigungsstoffe". Die Schaumstoff
enthaltenden Produkte und -gegenstände werden in einem Zerkleinerungsschritt 252 unter
Verwendung von Größenverringerungsvorrichtungen
zerkleinert, die gleich den Vorrichtungen sein können, die im Zusammenhang mit
dem Schaumstoffzerkleinerungsschritt 212 der in 2 gezeigten
Verarbeitungssequenz 210 beschrieben sind. Es ist ersichtlich,
dass der spezifische Typ der Größenverkleinerungsvorrichtung
in Schritt 252 von der Art der Verun reinigung abhängt. Beispielsweise
erfordert eine Verunreinigung mit Metall eine Größenverkleinerungsvorrichtung
mit einer höheren
Energieaufnahme und einer höheren
Verschleißbeständigkeit
als Vorrichtungen, die für
Schaumstoff, der mit Gewebe verunreinigt ist, bestimmt sind.
-
Nach
dem Zerkleinerungsschritt 252 werden die Materialien in
einem Sortierschritt 254 sortiert, um die festgestellten
Verunreinigungsstoffe in einem Verunreinigungsentfernungsschritt 256 zu
entfernen. Diese Sortierverfahren können alle Techniken umfassen,
die Durchschnittsfachleuten bekannt sind. Beispielsweise können Eisenmetalle
mittels Magneten entfernt werden. Nichteisenmetalle können magnetisch
getrennt werden, gefolgt von der Induktion von Wirbelströmen in diesen
Metallen. Durch den Gebrauch herbeigeführte Verunreinigungsstoffe
wie Holz, Fasern, Leder, Kunststoff und Glas können unter Verwendung herkömmlicher
Auswaschungsverfahren entfernt werden, bei denen die Stücke beispielsweise
durch Schwerkraft in einem nach oben strömenden Gasstrom, beispielsweise
einem Luftstrom, getrennt werden.
-
Die
Schaumstoffstücke,
die so erhalten werden, können
in Schritt 258 und 260 (7) gesiebt
und in Übereinstimmung
mit der Größe recycelt
werden, die ähnlich
den jeweiligen Schritten 214 und 216 der in 2 gezeigten
Verarbeitungssequenz 210 sind. Unter erneuter Bezugnahme
auf 7 wird die Sollgrößenfraktion der Schaumstoffstücke in Schritt 262 gefördert und
in Schritt 264 gelagert, wobei diese Schritte gleich den
jeweiligen Schritten 218 und 220 von 2 sind,
einschließlich
der erfindungsgemäßen Abgabe
der Schaumstoffstücke
aus der Lagervorrichtung unter Verwendung eines mechanisch betätigten Siebs,
das in Verbindung mit 3 beschrieben wurde.
-
Mahlschrittsteuervorrichtung
-
Wie
in der in 8 gezeigten Verarbeitungssequenz 300 gezeigt,
werden Schaumstoffstücke,
einschließlich
Verunreinigungen aus der Produktion, in Schritt 310 einem
Vermahl- oder Zerkleinerungsschritt 314 gegebenenfalls
unter Entfernen des Fördergases,
wie in Schritt 312 gezeigt, gefördert. Geeignete Fördereinrichtungen
umfassen die in Zusammenhang mit 4 bis 6 beschriebenen
Vorrichtungen. Es ist jedoch bekannt, dass es schwierig ist, die
Zuführungsrate
der Schaumstoffstücke
aufgrund ihrer geringen Schüttdichte
und ihrer Neigung zusammenzubacken zuverlässig zu steuern. Erfindungsgemäß wurde
nun entdeckt, dass der Mühlendurchsatz
unter Verwendung eines Förderverfahrens
optimiert werden kann, bei dem die Rate des Förderns durch die Zerkleinerungsrate
gesteuert wird. Bei einer Variante dieser Technik wird der Energieverbrauch
der Mühle
während
des Zerkleinerungsverfahrens überwacht.
Dann wird eine elektrische Rückkopplungstechnik
verwendet, um den Energieverbrauch der Mühle mit der Zuführungsrate
elektrisch zu koppeln. Falls beispielsweise eine übermäßige Menge
an Schaumstoffstücken
der Mühle
zugeführt
wird, führt
dies typischerweise zu einem erhöhten
Energieverbrauch durch die Mühle.
Das Signal, das sich aus dem HÖHEREN Energieverbrauch
ergibt, kann der Fördervorrichtung
zugeführt
werden, was bewirkt, dass die Fördervorrichtung
die Förderrate
der Schaumstoffstücke
zur Mühle
verringert. In gleicher Weise braucht die Mühle typischerweise weniger
Energie, wenn die Zuführungsrate
der Schaumstoffstücke
zur Mühle
zu niedrig ist. Das verringerte Energiesignal der Mühle kann
dann zur Fördereinrichtung
zurückgeführt werden,
was bewirkt, dass sie die Förderrate
erhöht.
Die Beziehung zwischen dem Energieverbrauch der Mühle und
der Schaumstoffzuführungsrate
kann experimentell für
verschiedene Arten von Schaumstoff bestimmt werden. Das neue Zuführungssteuerverfahren
für die
Mühle ist
in 9 gezeigt, wo das Stromentnahmesignal 362 des
Walzenmühlenmotors
einem PID-Regler (Proportional-Integral-Differential) 364 zugeführt wird,
der dann die Förderbandgeschwindigkeit 366 steuert.
PID-Regler und die Technologie zur Verwendung von PID-Reglern sind
Durchschnittsfachleuten bekannt.
-
Zusätzlich zur
Verwendung der Stromentnahme oder des Energieverbrauchs der Walzenmühle als Maßnahme der
Schaumstoffförderrate
zu einer Mühle
können
andere ähnliche
Indizien verwendet werden. Wenn hydraulische Motoren verwendet werden,
um die Fördervorrichtung
mit Energie zu versorgen, kann der Hydraulikdruck oder die Strömungsrate
des Hydraulikfluids verwendet werden.
-
Schaumstoffpulver, das
Verunreinigungsstoffe aus dem Prozess enthält
-
Schaumstoffstücke, die
sich aus den Verfahren des Verarbeitungsmoduls 200 ergeben,
werden unter Verwendung eines Zerkleinerungsschritts 314,
siehe 8, zerkleinert, um ein Schaumstoffpulver herzustellen,
das vorzugsweise eine Teilchengröße von 2
mm oder weniger, vorzugsweise weniger als etwa 0,25 mm, aber wahrscheinlich
größer als
etwa 0,001 mm, beispielsweise 0,005 mm, einschließlich Größenbereichen
wie 0,001 mm bis 0,010 mm, 0,001 mm bis 0,020 mm, 0,001 mm bis 0,045
mm, 0,001 mm bis 0,150 mm, 0,005 mm bis 0,010 mm, 0,005 mm bis 0,020
mm, 0,005 mm bis 0,045 mm, 0,005 mm bis 0,150 mm, und alle Unterbereiche
dieser Werte aufweist. Es ist ersichtlich, dass Schaumstoffpulver
mit einer Teilchengröße von 2
mm oder weniger gebrochene Teile von Schaumstoffblasen oder -zellen
ohne irgendeine beträchtliche
Volumenfraktion (beispielsweise weniger als etwa 7,5 Vol.- %, vorzugsweise
weniger als etwa 5 Vol.- % und am bevorzugtesten weniger als etwa
2,5 Vol.- %) an vollständigen
Zellen oder Blasen aufweist. Vorzugsweise besitzt der größte Teil
der Teilchen (oder alle Teilchen) eine derartige Größe, dass,
wenn sie Teilchen für
Teilchen betrachtet werden, keine länglichen Abschnitte von der
mikroskopischen Schaumstoffstruktur übrig bleiben, die aus einer
zentralen Grenzfläche
vorstehen. Dieser Zerkleinerungsschritt ist eine Zweitstufenzerkleinerung
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Wir haben gefunden, dass polymerer Schaumstoff, der mit Verunreinigungsstoffen
aus der Produktion, wie polymeren Schaumstoffhäuten, Papier und Kunststofffolien
oder -gitter verunreinigt ist, wirksam auf einer Zweiwalzenmühle unter
Verwendung einer Abschrecktechnik für das schnelle Abkühlen des
abgegebenen Schaumstoffpulvers zerkleinert werden kann. Das zerkleinerte
Schaumstoffpulver kann in den angegebenen Teilchenbereichen 75 Gew.-%
polymere Schaumstoffhäute
oder geringere Mengen, einschließlich der Bereiche von 20 %
bis 60 %, 20 % bis 50 %, 20 % bis 65 % und jeglichen Unterbereich bis
zu diesen 75 % enthalten. Es ist ein Vorteil dieses Verfahrens,
dass extrem große
Mengen dieser polymeren Schaumstoffhäute und anderer Verunreinigungsstoffe
aus der Produktion enthalten sein können und dass trotzdem die
kleinen Teilchengrößen des
Schaumstoffpulvers erhalten werden.
-
Das
sich ergebende Material, das Schaumstoffpulver, kann Teilchen des
PUR-Schaumstoffs
und einen oder mehrere der Verunreinigungsstoffe aus der Produktion
umfassen oder im Wesentlichen aus diesen bestehen. Wir haben gefunden,
dass das Verfahren bei der Erzeugung von zerkleinerten Schaumstoffteilchen
mit einem beliebigen der Verunreinigungsstoffe aus der Produktion
ziemlich konsequent ist. Wünschenswerterweise
wird das Schaumstoffpulver aus mindestens etwas weichem PUR-Schaumstoff,
vorzugsweise 5 oder 10 Gew.-% oder mehr, hergestellt, aber es enthält wenig
harten oder halbharten Schaumstoff, falls es diesen überhaupt
enthält.
Selbstverständlich
ist es möglich,
den Nutzen des Verfahrens auch bei Verwendung des harten oder halbharten
Schaumstoffs zu erhalten, doch andere Verfahren beschäftigen sich
in geeigneter Weise mit harten Schaumstoffen.
-
Abschreckmahlschritt
-
Schaumstoffpulver
wird aus der Mühle
in dem in 8 gezeigten Abgabeschritt 316 abgegeben.
Die Zerkleinerung von polymerem Schaumstoff in einer Mühle wie
einer Zweiwalzenmühle
bewirkt, dass die Temperatur des Schaumstoffs erhöht wird,
wenn er durch die Mahlzone geführt
wird. Beispielsweise kann die Zerkleinerung von Schaumstoff die
Schaumstofftemperatur auf 150°C
erhöhen,
was oberhalb der Erweichungstemperatur von üblicherweise verwendeten Thermoplasten
wie Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol und dergleichen liegt.
Solche Temperaturerhöhungen
können
zu einer Wärmezersetzung
des polymeren Schaumstoffs führen,
insbesondere wenn der Schaumstoff mehreren Durchläufen durch
die Mühle
unterzogen wird. Beispielsweise beträgt die Erweichungstemperatur
von Niederdruckpolyethylen etwa 135°C. Das Erweichen oder Schmelzen
von thermoplastischen Materialien während der Zerkleinerung führt zu einer
verringerten Mühlenleistung,
da diese Materialien dazu neigen, an der Mühlenoberfläche zu haften oder sich zusammenzuballen,
um während
der Zerkleinerung harte Flocken oder Klumpen zu bilden. Des weiteren
beeinträchtigen erhöhte Temperaturen
die Zerkleinerungscharakteristiken des Schaumstoffs. Bei diesen
Temperaturen bildet PUR-Schaumstoff und/oder -Schaumstoffpulver
beispielsweise eine Schicht auf den Mühlenwalzen. Obgleich von innen
gekühlte
Mühlenwalzen
für eine
geringfügig
günstige
Kühlung
sorgen, stellen sie im Allgemeinen nicht das gewünschte Kühlniveau zur Verfügung. Wir
haben gefunden, dass das gekühlte
Schaumstoffpulver nicht zusammenbackt und auch nicht an den Walzen
anhaftet, wenn wir das Schaumstoffpulverprodukt zu dem Zeitpunkt,
da es die Walzenoberflächen
verlässt, "abschrecken",. Insbesondere ist
es höchst
wünschenswert, das
Kühlmedium
direkt auf den Spalt zwischen den beiden Walzen zu richten, um einen
maximalen Nutzen aus dem Verfahren zu ziehen. Wahrscheinlich gibt
es auch eine direkte und/oder indirekte Wärmeübertragungswirkung auf die
Walzen selbst. Wir verstehen unter "Abschrecken", dass der Temperaturunterschied zwischen
dem Schaumstoffpulver und dem Kühlmedium
5°C bis
10°C bis
125°C, vorzugsweise
25°C bis
125°C und
am meisten bevorzugte 50°C
bis 100°C
beträgt.
Vorzugsweise wird das Kühlmedium
mit einer Temperatur von weniger als 115°C eingeleitet. Es ist auch besonders
wünschenswert,
dass das Kühlmedium
auf das Schaumstoffpulverprodukt, wenn es die Walzenoberflächen verlässt, d.h.
am Spalt zwischen den Walzen, in einer Wirbelströmung auftritt und weiterhin,
dass sich die sich ergebende Mischung aus Schaumstoffpulver und
Kühlmedium
in einer Wirbelströmung
befindet. Vorzugsweise besitzt die Massenströmungsrate des Kühlmediums
einen Wert von mindestens 3 % der Massenströmungsrate des Schaumstoffpulverprodukts.
Für das meiste
mittels dieses Verfahrens hergestellte Pulver ist dieser Wert auch
der Mindestwert, der für
das pneumatische Verdünnungsphasenfördern geeignet
ist. Stärker
bevorzugt besitzt die Massenströmungsrate
des Kühlmediums
einen Wert, der mindestens 30 % der Massenströmungsrate des Schaumstoffpulverprodukts beträgt.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird ein gasförmiges Kühlmedium wie Ergänzungsförderluft
vorzugsweise in das pneumatische Fördersystem eingespritzt oder
eingesaugt, um das Schaumstoffpulver in Schritt 318 abzuschrecken,
wenn das Schaumstoffpulver aus der Mühle abgegeben wird. Alternativ
kann das gasförmige
Kühlmedium
wie Luft dem pneumatischen Fördersystem
an einer beliebigen Stelle innerhalb der Umwälzschleife zugegeben werden.
Ein bevorzugtes Verfahren der Zugabe von Luft ist die Schaffung
eines Einlasses für
Luft mit einer Prallplatte zur Strömungssteuerung in einem Abschnitt
des Kanals mit einem Druck von weniger als dem atmosphärischen
Druck, beispielsweise vor einem Lüfter. Wir haben gefunden, dass
beispielsweise für
Nettoschaumstoffzerkleinerungsraten von etwa 450 kg/h (990 lb./h)
unter Verwendung von Abschreckluftströmungsraten von etwa 42,5 m3/Min. (1500 cu.ft./min.) Luft mit Umgebungstemperatur
in einem Kanal mit einem Durchmesser von 20 cm (8 in.) zu einer
sehr turbulenten Strömung
führt,
was eine wirksame Kühlung
des Schaumstoffpulvers bewirkt. Wiederum ist die Kühlmediumströmung vorzugsweise
eine Wirbelströmung.
-
Beispiele
geeigneter Kühlmedien
umfassen: Gase wie Luft, Stickstoff, Kohlendioxid oder Mischungen dieser
Gase sowie Gase wie diese, die zusätzlich Tröpfchen oder Dampf von Flüssigkeiten
wie Wasser, Alkoholen, Ketonen, Alkanen oder halogenierten Lösungsmitteln
enthalten. Die Tröpfchen
werden zum verdampfenden Kühlen
zugegeben. Vorzugsweise sollten die bei diesen Medien verwendeten
Tröpfchen
eine Tröpfchengröße von etwa
0,06 mm oder weniger aufweisen. Es wird auch bevorzugt, das gasförmige Kühlmedium auf
eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur vor der Verwendung
bei dem vorliegenden Verfahren zu kühlen.
-
Vor
der Erörterung
des Abschreckkonzepts wird der Zerkleinerungsschritt in Erwägung gezogen.
Der Zerkleinerungsschritt 314 kann unter Verwendung einer
Zweiwalzenmühle,
wie in 10A und 10B gezeigt,
durchgeführt
werden. 10A zeigt ein Paar Walzen: eine
schnellere, angetriebene Walze 311 und eine rela tiv langsamere
Walze 313, die durch die schnelle Walze 311 angetrieben
wird. Mit "schneller" und "langsamer" beziehen wir uns
in diesem Zusammenhang auf die relativen Oberflächengeschwindigkeiten der Walzen. Es
gibt eine unterschiedliche Geschwindigkeit an der Stelle, wo sich
die Walzen treffen und den Schaumstoff zwischen sich scheren. Bei
dieser Variante der Erfindung kann die schnellste Walze 311 durch
einen Elektromotor oder dergleichen (nicht gezeigt) angetrieben
werden, während
die zweite Walze 313 indirekt durch die erste Walze durch
die Reibung zwischen der direkt angetriebenen Walze und dem Material
in dem Spalt zwischen den beiden Walzen indirekt angetrieben wird.
-
Die
Geschwindigkeitsverringerung kann bei der langsamen Walze 313 durch
mechanisches Bremsen in der Darstellung von 10A unter
Verwendung von Bremsbacken 315 erzielt werden, um das gewünschte Geschwindigkeitsverhältnis zwischen
den beiden Walzen aufrechtzuerhalten. Die Geschwindigkeitsverringerung
kann selbstverständlich
durch die Erzeugung elektrischer oder hydraulischer Energie erzielt
werden. Wir haben gefunden, dass der Unterschied bei der Oberflächengeschwindigkeit
zwischen den beiden Walzen die Wirksamkeit des Zerkleinerungsschritts
sehr verbessert. Das Verhältnis
der jeweiligen Oberflächengeschwindigkeiten
kann zwischen 10 : 1 und geringfügig
oberhalb von 1 : 1, vorzugsweise zwischen 10 : 1 und 3 : 1, stärker bevorzugt
zwischen 8 : 1 und 3 : 1 und am stärksten bevorzugt zwischen 5
: 1 und 3 : 1 liegen. Die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen beträgt im Allgemeinen
0,1 bis 10 m/s, vorzugsweise 0,1 bis 4,5 m/s und am stärksten bevorzugt
0,1 bis 3,0 m/s.
-
10B zeigt einen schematischen Umriss eines Steuerungsschemas
für die
Vorrichtung von 10A, bei dem der Drehmomentausgang
von der langsamen Walze durch die Steuereinrichtung 314 überwacht
wird und zur Steuerung der Drehmomentrückkopplung von der langsamen
Walze 313 zur schnellen Walze 311 verwendet wird,
um den gewünschten
Unterschied der Walzengeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten.
-
Wir
fahren fort mit dem Abschreckmerkmal dieser Vorrichtung:
Ein
Beispiel eines Abschreckmerkmals wird in 11 und 12 verwendet.
Dieses Abschrecken findet in der Sammelkammer 402 statt.
Die erste Seitenwand 421 der Kammer 402 weist
einen Rand 422 auf, der in enger Nachbarschaft zur zylindrischen
Oberfläche 424 der
ersten Walze 426 einer Zweiwalzenmühle mit einer zweiten Walze 428 angeordnet
ist. Der Rand 422 verläuft
im Wesentlichen parallel zur zylindrischen Oberfläche 424.
Ein Kammerboden 430 verbindet die Seitenwand 421 mit
einer zweiten Seitenwand (nicht gezeigt) mit einem Rand (nicht gezeigt),
der in enger Nachbarschaft zur zylindrischen Oberfläche 432 der
zweiten Walze 428 angeordnet ist. Eine erste Stirnwand 434 verbindet
die beiden Seitenwände.
Diese Stirnwand besitzt einen Rand, der in enger Nachbarschaft zu
den zylindrischen Flächen 424 und 432 angeordnet
ist. Die Stirnwand 434 verläuft im Wesentlichen rechtwinklig
zu den zylindrischen Flächen 424 und 432.
Eine zweite Stirnwand 438 ähnlich der ersten Stirnwand 434 ist
gegenüber
der ersten Endwand angeordnet. Vorzugsweise sind die Ränder der
Seitenwände
und der Stirnwände
an den Walzen satt anliegend, um jegliche wesentlichen Spalte zwischen
den Walzen und den Rändern
zu vermeiden. Vorzugsweise sind die Ränder der Seitenwände 422 und
Stirnwände 436 mit
einem Rand aus einem Material versehen, das weicher als die Walzen
ist, beispielsweise einem polymeren Material, um eng an den Walzen
anzuliegen, ohne die Oberfläche
der Walzen zu beschädigen.
-
Abstreifschaber 440 und 442 sind
derart angeordnet, dass sie die zylindrischen Oberflächen 424 und 432 jeweils
kontaktieren (oder fast kontaktieren). Die Abstreifschaber sollten
im Wesentlichen den ganzen Schaumstoff, der eventuell an den Walzen 426 und 428 anhaftet,
entfernen. Unser Verfahren arbeitet optimal, wenn im Wesentlichen
der gesamte zerkleinerte Schaumstoff in die untere Kammer fällt. Die
Abstreifschaber können
in den Stirnwänden
der Kammer durch Schlitze wie den Schlitz 443 angebracht
werden. Der Einlass 444 in der Endwand 434 ist
zum Einführen
eines gasförmigen
Kühlmediums
vorgesehen, während
der Auslass 446 in der Stirnwand 438 für die Abgabe
des polymeren Schaumstoffpulvers sorgt, das abgegeben wird, wenn die
polymeren Schaumstoffstücke
auf Walzen 426 und 428 zerkleinert werden. Selbstverständlich ist
die Anordnung des Einlasses und Auslasses nur veranschaulichend.
Alternativ können
der Einlass und/oder der Auslass in den Seitenwänden oder in dem Boden der
Kammer angeordnet werden. Alternativ kann ein Hohlbohrer im Boden
der Kammer angebracht werden, beispielsweise in Ausrichtung mit
dem Einlass 444 und dem Auslass 446, um die Abgabe
von Schaumstoffpulver aus der Kammer zu unterstützen.
-
Wie
in 12 gezeigt, sind die Walzen einer Zweiwalzenmühle wie
die Walze 426 üblicherweise
in Seitenträgern 448 und 450 der
Mühle angebracht.
Die Kammer 402 ist unter Verwendung solcher Anbringungsmittel,
die Durchschnittsfachleuten bekannt sind, an den Seitenträgern angebracht
(nicht gezeigt). Bei einer alternativen Konstruktion (nicht gezeigt)
kann sich die Kammer entlang der gesamten Länge der Walzen erstrecken,
wenn die Seitenträger 448 und 450 so
gestaltet sind, dass sie einen Raum für den Zugang zum Einlass 444 und
dem Auslass 446 zur Verfügung stellen. Abstreifschaber
wie der Abstreifschaber 440 sind an den Seitenträgern 448 und 450 angebracht.
Alternativ können
die Abstreifschaber an der Kammer 402 angebracht sein.
Vorzugsweise sind die Abstreifschaber in einstellbaren Positionen
angebracht, um für
eine wirksame Passung mit den Mühlenwalzenoberflächen zu
sorgen. Typischerweise sind die Walzen 426 und 428 mit Führungen,
wie den Führungen 452 und 454 (12),
versehen, um den Schaumstoff von den Enden der Walzen fern zu halten.
-
Wie
in 8 angegeben, wird das Schaumstoffpulver von dem
Abschreckschritt 318 in einem Förderschritt 320 gefördert. Pneumatische
Förderverfahren
und -vorrichtungen, wie diejenigen, die im Zusammenhang mit 4 bis 6 gezeigt
sind, können
verwendet werden, um Schaumstoffpulver einem Schaumstoffpulversiebschritt 324 zuzuführen. Wenn
pneumatisch gefördert
wird, ist es bevorzugt, das Schaumstoffpulver in einem Fördergasentfernungsschritt 322 (8)
abzutrennen. Herkömmliche
Zyklone können
in Schritt 322 verwendet werden, es ist jedoch bevorzugt,
einen Zyklon, wie er im Zusammenhang mit 6 beschrieben ist,
zu verwenden.
-
Das
Schaumstoffpulver kann unter Verwendung einer beliebigen herkömmlichen
Art von Siebvorrichtungen, die im Zusammenhang mit dem Siebschritt 214 der
in 2 gezeigten Verarbeitungssequenz 210 beschrieben
sind, gesiebt werden.
-
Unter
erneuter Bezugnahme auf 8 werden übergroße Schaumstoffteilchen über eine
Umwälzschleife
in Schritt 326 zu dem Zerkleinerungsschritt 314 zurückgeführt. Typischerweise
umfasst der Schritt 326 ein pneumatisches Fördern und
die Verwendung eines Zyklons (nicht gezeigt), um den im Kreislauf
geführten Schaumstoff
von der pneumatischen Luft unter Verwendung eines herkömmlichen
Zyklons oder eines Zyklons, wie er in Verbindung mit 6 beschrieben
ist, bei der Kreislaufführung
der übergroßen Schaumstoffteilchen zum
in 8 gezeigten Zerkleinerungsschritt 314 abzutrennen.
Es ist auch vorteilhaft, übergroße Teilchen durch
einen bei Bedarf eingesetzten neuen Reinigungsschritt 328 auszutragen,
wenn die übergroße Fraktion eine
beträchtliche
Menge an Materialien enthält,
die im Allgemeinen auf den Gebrauch zurückzuführen und/oder Verunreinigungsstoffe
sind, deren Pulverisierung in dem Zerkleinerungsschritt 314 schwierig
ist. Das Reinigen der Umwälzschleife
wird mittels einer Vorrichtung oder Komponente bewirkt, die für das Entfernen von
Material aus der Schleife geeignet ist, wie ein Trennventil (nicht
gezeigt).
-
Sieb
-
Auf
jeden Fall wird der Schaumstoffpulversiebschritt 324 (8)
vorzugsweise in der erfindungsgemäßen Siebvorrichtung oder dem
erfindungsgemäßen Sieb 374 durchgeführt. 13A, 13B, 14A, 14B, 14C und 15 zeigen
ein erfindungsgemäßes Schaumstoffsieb,
das viele der Verarbeitungsschwierigkeiten, die mit dem Fördern und
Handhaben von Schaumstoffpulver verbunden sind, verringert oder eliminiert,
wobei diese Schwierigkeiten Ablagerungen auf den Verarbeitungsvorrichtungen,
das Zusetzen von Sieben und Zusammenbacken umfassen. Wie nachstehend
detaillierter beschrieben, besitzt das erfindungsgemäße Sieb 374 mehrere
beträchtliche
Vorteile, die sich aus seiner mechanischen Konstruktion ableiten.
Insbesondere gestattet die Verwendung von sich drehenden Schlagstangen
in enger Nachbarschaft zu der zylindrischen Siebeinheit ein sehr
effizientes Sieben; die Anordnung des Siebs nahe am Siebgehäuse zusammen mit
der Verwendung von Vakuum fördert
eine Strömung
mit sehr hoher Geschwindigkeit in einer Halbumfangsströmung um
das Sieb herum, wobei das kohäsive
Schaumstoffpulver von dem Sieb weggetragen wird; die axiale Strömung von
Luft durch die Siebeinheit trägt
die größeren Schaumstoffstücke ohne
Zusammenbacken oder Binden, und die Konstruktion des Siebs gestattet
die Einstellung an dem Schwungrad (fly).
-
13A zeigt eine perspektivische, auseinandergezogene
Ansicht des erfindungsgemäßen Siebs 374.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst einen Schaumstoffpulvereinlassabschnitt 376 und
ein Siebgehäuse 378 mit
einem Flansch 382. Ein Flansch zum Befestigen eines Siebrohrs 393 (A.d.Ü.: müsste 391 heißen) ist
an einem Flansch 385 befestigt. Mit Gewinde versehene Stangen 386 (vielleicht
drei oder mehr) sind über
Gewindebohrungen in den Löchern 356 beweglich
an dem Siebspannflansch 385 befestigt. Die mit einem Gewinde
versehenen Stangen 356 können schraubenartige Abflachungen
(wrench flats) oder dergleichen mit Schultern 387 aufweisen,
die am anderen Ende Federn 375 abstützen. Die Einzelheiten des
Siebspannflansches 385 sind in 13B gezeigt.
Die Federn 375 sind zwischen den Schultern 387 und
einem Ringflansch 392 zusammengedrückt. Der Ringflansch 392 ist über dem
Flansch 377 des Schaumstoffpulvereinlassabschnitts 376 beweglich
abgestützt.
Der Ringflansch 392 ist mit einem zwei ten Flansch zur Befestigung
des Siebrohrs 391 versehen, das gegenüber dem Flansch 393 angeordnet
ist. Die mit einem Gewinde versehenen Stangen 386 können gedreht
werden, wenn das Sieb in Betrieb ist. Durch Drehen der Stangen 386 bewegt
sich der Ringflansch 292 axial entlang des Flansches 377 und
verleiht dem Siebrohr 391 so eine axiale Spannung. Federn 375 sorgen
für einen
passiven Mechanismus zum Aufrechterhalten der Spannung an dem Siebrohr
auf einem in etwa konstanten Niveau, wenn das Siebrohr 391 gestreckt
wird oder sich entspannt.
-
Eine
Welle 388 ist im Wesentlichen entlang der zentralen Achse
des Gehäuses 378 derart
angeordnet, dass sie sich von dem Siebspannflansch 385 durch
das Gehäuse 378 und
den Einlassabschnitt 376 erstreckt. Die Welle 388 läuft um und
ist unter Verwendung von beispielsweise einem Lager 358 in
dem Einlassabschnitt 376 zentriert. Ein Antriebsmechanismus,
beispielsweise ein Elektromotor, eine Dampfturbine usw., vielleicht mit
einem damit verbundenen Getriebe, dreht die Welle 388.
Die Welle 388 ist in einem Lager 389 abgestützt, das
an dem Spannflansch 385, beispielsweise unter Verwendung
eines Speichenlagers (spider bearing) abgestützt ist. Das Lager 389 ist
vorzugsweise derart gewählt,
dass die Welle 388 axial darin gleiten kann. Dies gestattet
es, dass das Lager 389 ein integraler Teil des Siebspannflansches 385 ist,
und gestattet einen einfachen Zusammenbau und Ausbau der Einheit
und den einfachen Zugang zum Lager für die Wartung oder den Austausch.
-
Der
das Lager 389 innerhalb des Spannflansches 385 umgebende
Bereich bildet einen Schaumstoffpulverauslass 410. Eine
Schaumstoffpulverabgabesammelkappe 412 (13A) ist vorgesehen, um die groben Teilchen, die
feines Schaumstoffpulver, grobes Schaumstoffpulver und Schaumstoffstücke umfassen
können,
die durch den Schaumstoffpulverabgabeauslass 410 abgegeben
werden, aufzunehmen und sie zum Auslass 416 für grobes
Schaumstoffpulver zu leiten. Die Kappe 412 ist derart angebracht,
dass ein Spalt 414 mit einer einstellbaren Weite (nachstehend
mit Bezug auf 14B gezeigt und detaillierter
erörtert)
zwischen dem Flansch 385 und der Kappe angeordnet ist.
-
Ein
Schaumstoffpulverzuführungsmechanismus 390 wie
eine Schnecke oder ein Hohlbohrer ist an der Welle 388 angebracht.
Der Zuführungsmechanismus 390 erstreckt
sich in das Gehäuse 378.
Eine im Allgemeinen zylindrische Siebanordnung oder ein im Allgemeinen
zylindrisches Siebrohr 391 ist für den Betrieb dieser Vorrichtung
von zentraler Bedeutung. Die Siebanordnung 391 besteht
aus ei nem Siebmaterial geeigneter Größe und wird im Allgemeinen
an Flanschen oder Ringen 392 und 393 befestigt,
um der Siebanordnung 391 eine insgesamt zylindrische Form
zu verleihen und Befestigungspunkte zum Anbringen und Strecken des Siebs
zu schaffen. Der Flansch 393 der Siebanordnung ist an dem
Spannflansch 385 befestigt.
-
Geeignete
Siebmaterialien umfassen organische Gewebe wie Polyester und Nylon
sowie Metall wie ein Gitter aus rostfreiem Stahl. Ein typisches
Siebrohr besitzt ein Verhältnis
von Länge
zu Durchmesser im Bereich von 0,1 zu 3, vorzugsweise im Bereich
von 0,2 zu 2.
-
Eine
Schlagstangenanordnung, die innerhalb des Siebrohrs 391 angeordnet
ist, befindet sich auf der Welle 388. Die Schlagstangenanordnung
umfasst eine oder mehrere Schlagstangen 395, 396 und 397,
die an der Welle 388 befestigt sind und sich mit dieser
drehen. Die Schlagstangen sind im Allgemeinen im Wesentlichen parallel
zum Inneren des Siebrohrs 391 und zur Achse der Welle 388 angeordnet.
Selbstverständlich
können
die Schlagstangen schraubenförmig
mit Bezug auf die Welle 388 unter einem Winkel von 0° bis 60° zur Welle 388 verlaufen.
Die Schlagstangen sind vorzugsweise einstellbar an den Trägern befestigt,
um für
eine einstellbare Spaltweite zwischen den Stangen und dem Inneren
des Siebrohrs 391 zu sorgen. Die Schlagstangen können aus
einer Vielzahl von Materialien wie Metallen, Gummi und Kunststoff
oder einer Kombination von Materialien wie Metall und Gummi hergestellt
sein.
-
14A, 14B und 14C zeigen verschiedene Aspekte des Betriebs einer
Siebvorrichtung. In 14A wird ein Vakuum oder ein
Sog an dem Auslass des Schaumstoffpulverabgabeauslasses 383 zur
Einwirkung gebracht. Dieser Sog zieht seinerseits die Gasströmung durch
den ringförmigen
Raum zwischen Sieb 391 und Siebgehäuse 378. Das Sieb 391 und
das Siebgehäuse 378 befinden
sich in enger Nachbarschaft, beispielsweise unter einem Abstand
von 2 Zoll oder weniger in vielen Fällen. Diese Nähe sorgt
für eine
Gasströmung
hoher Geschwindigkeit durch diesen ringförmigen Raum, wodurch jegliche
Schaumstoffteilchen oder jegliches Schaumstoffpulver, das durch
das Sieb 391 hindurch getreten ist, weggetragen wird. Die
durchschnittliche Gasgeschwindigkeit um den halbkreisförmigen Weg
in dem angegebenen ringförmigen
Raum herum beträgt
2.500 bis 6.500 Fuß pro
Minute (fpm), vorzugsweise 4.000 und 5.500 fpm und am stärksten bevorzugt
etwa 4.500 bis 5.000 fpm. Diese Gasströmung wird im Allgemeinen als
von der Gasströmung
durch das Zentrum der Siebanordnung 391 hindurch etwas
getrennt erachtet.
-
14C zeigt eine wahlweise Variante, die die Fähigkeit
der Vorrichtung, nicht verstopft zu werden, verbessert. Wir haben
gefunden, dass durch "Aktivieren" oder Schütteln des
Siebmaterials, beispielsweise durch ein Vibrierenlassen oder Biegen
des Siebmaterials des Siebrohrs 391 das Sieb üblicherweise
frei von Verstopfungsproblemen bleibt, die mit dem Sieben von Schaumstoffpulver
verbunden sind. Eine vibrierende Bewegung kann erhalten werden,
indem das Rohr 391 einer gepulsten Luftströmung unterzogen
wird, was zu einem Vibrieren des Siebs mit einer Frequenz führt, die
vorzugsweise im Bereich von etwa 0,01 Hz bis etwa 1000 Hz liegt.
Eine solche gepulste Strömung
kann durch eine Vielzahl von Vorrichtungen verursacht werden. 14C zeigt eine erfindungsgemäße Art der Bewirkung eines
solchen Pulsierens. Eine sich frei drehende Platte 353 befindet
sich in einem Schlitz 384. Wenn Luft an der Platte vorbei
gezogen wird, dreht sie sich und begrenzt momentan die Gasströmung in
den Schlitz 384, wenn sie den Schlitz verschließt. Wenn
sie sich weiter dreht, öffnet
sie den Schlitz und lässt
die Gasströmung
zu. Die Drehung bei einer hohen Geschwindigkeit verursacht ein Flattern
der Gasrate und eine sich daraus ergebende Oszillation des Siebs 391.
Selbstverständlich
wird auch in Erwägung
gezogen, dass sich eine solche drehende Platte in dem Siebauslass
(beispielsweise dem Schaumstoffpulverabgabeauslass 383 oder
dem Auslass für
grobes Schaumstoffpulver) oder in den Gasleitungen, die zum Sieb
(beispielsweise Schaumstoffpulvereinlassabschnitt 376)
oder weg vom Sieb führen,
angeordnet werden kann. Die sich drehende Platte 353 kann
beispielsweise auch durch einen Elektromotor mit einer Frequenz
von etwa 0,01 Hz bis etwa 1000 Hz angetrieben werden.
-
14B zeigt die andere größere Gasströmung durch die und entlang
der Achse der Siebanordnung 391. In diesem Fall wird ein
Vakuum oder ein Sog an dem Auslass 416 des Abgabetrichters 412 zur
Einwirkung gebracht. Dies führt
zu einer Strömung
durch sowohl das Innere der Siebanordnung 391 als auch
durch den Schlitz 414, der am Rand des Endtrichters 412 vorgesehen
ist. Diese "stufige
Ausbildung" der
Gasströmung gestattet
es, dass sich größere Schaumstoffstücke langsamer
durch das Innere der Siebanordnung 391 in Richtung auf
das Austragsende fortbewegen, während
die Schlagstangen auf sie einschlagen. Trotzdem trägt, wenn
die Schaumstoffstücke
die Siebanordnung 391 verlassen, der hinzugefügte Gasstrom,
der durch den Schlitz 414 eintritt, in Kombination mit
dem verringerten Querschnittsbereich im Austrag 416 die
größeren Schaumstoffstücke zwangsweise
aus der Einheit 374 heraus. Die stufige Ausbildung der
Gasströmung
eliminiert im Wesentlichen die Möglichkeit
des Zusammenbackens in dem erfindungsgemäßen Sieb 374.
-
Klarerweise
kann die Größe der in 14B gezeigten Schlitze 414 durch Bewegen
des Abgabetrichters 412 mit Bezug auf den Flansch 385 eingestellt
werden. Ordnungsgemäße Schlitzeinstellungen
verhindern beispielsweise, dass das Schaumstoffpulver "im Bypass" in den Austragstrichter 12 "geführt" wird. Auf diese Weise
kann eine optimale Verweilzeit des Materials innerhalb der Siebanordnung
erzielt werden. In gleicher Weise können die Schlitze 384 einstellbar
gemacht werden, um eine ordnungsgemäße Luftströmung um das Sieb 391 herum
zu bewirken.
-
Ein
weiterer nützlicher
Aspekt der Erfindung ist in 15 gezeigt.
Wenn die Vorrichtung verwendet wird, dehnt sich das Siebmaterial
der Siebanordnung 391 und kann beginnen, sich hin und her
zu bewegen oder zu flattern. Dies kann ein frühes Versagen des Siebmaterials
verursachen. Eine zu große
Lockerung des Siebs kann ein Zusammentreffen mit den Schlagstangen
mit im Allgemeinen katastrophalen Ergebnissen zulassen. Die Betriebsspannung
unseres Siebs 391 kann leicht durch die Verwendung der
in 15 gezeigten, mit einem Gewinde versehenen Einstellstange 386 eingestellt
werden. Das Verfahren muss für
diese Einstellung nicht abgeschaltet werden.
-
Wenn
der Betrieb der Siebvorrichtung 374 optimiert werden soll,
haben wir festgestellt, dass es bevorzugt ist, Mischungen von sowohl
feinem als auch grobem Schaumstoffpulver und von sowohl feinen als
auch groben Schaumstoffstücken
derart zu sieben, dass die Mischung einen Teilchengrößenbereich
aufweist derart, dass weniger als etwa die Hälfte des Beschickungsmaterials
Teilchen umfasst, die klein genug sind, um durch das Sieb hindurchzutreten,
und der Hauptteil des Beschickungsmaterials Schaumstoffteilchen
mit einer Teilchengröße umfasst,
die nicht durch das Sieb hindurch treten. Qualitativ gesprochen, "wischen" die Schlagstangen
mittels der größeren Teilchen
das Sieb "ab" und drücken die
kleineren Teilchen durch die Sieböffnungen hindurch.
-
Schaumstoffteilchen
in dem Sollgrößenbereich
werden aus der Siebvorrichtung des Schritts 324 (8)
abgegeben und können
einem bei Bedarf eingefügten Lagerschritt 330 zugeführt werden.
Wiederum wird das Schaumstoffpulver vorzugsweise mittels der in 4 bis 6 gezeigten,
pneumatischen Förder- und
Trennvorrichtungen gefördert.
-
Bei
einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung wird ein gasförmiges Kühlmedium
in das Schaumstoffpulver eingespritzt oder eingesaugt, wenn es aus
der Mühle
ausgetragen wird, wie dies schematisch in 16 gezeigt
ist. Polymere Schaumstoffstücke,
die Verunreinigungsstoffe aus der Produktion enthalten, werden auf
einer Zweiwalzenmühle 401 zerkleinert.
Das zerkleinerte Schaumstoffpulver enthält typischerweise feine Teilchen,
die innerhalb eines vorbestimmten Sollteilchengrößenbereichs liegen, und grobe
Teilchen, die eine Größe haben,
die diesen Sollgrößenbereich überschreitet.
Die zerkleinerten Schaumstoffteilchen, die Verunreinigungsstoffe
aus der Produktion enthalten, werden in eine Sammelkammer 402,
wie in Zusammenhang mit 11 detaillierter
beschrieben, abgegeben. Ein gasförmiges
Kühlmedium 404 wird
in das zerkleinere Schaumstoffpulver innerhalb der Sammelkammer 402 eingeleitet.
Die Kammer 402 steht mit einem Sieb 408 über eine
Leitung 406 in Verbindung. Das Kühlmedium 404 strömt durch
die Leitung 406, wobei es das zerkleinerte Schaumstoffpulver
von der Kammer 402 zum Sieb 408 bei Schaffung
einer Druckdifferenz zwischen der Kammer 402 und dem Sieb 408 derart,
dass der Druck in der Kammer höher
ist als der Druck in dem Einlass des Siebs 408, befördert. Eine
solche Druckdifferenz kann beispielsweise durch Verwendung eines
Lüfters
(nicht gezeigt) in der Leitung 406 derart erzeugt werden,
dass bewirkt wird, dass gasförmiges
Kühlmedium
von der Kammer 402 zum Sieb 408 strömt. Geeignete
Lüfter
umfassen Lüfter,
die allgemein als Zentrifugallüfter
bekannt sind, die typischerweise zum Bewegen von großen Volumina
an Luft oder Gas oder zum Fördern
von in einem Gasstrom suspendierten Material verwendet werden. Alternativ
kann selbstverständlich ein
offener Lüfter,
wie in Zusammenhang mit 5 beschrieben, verwendet werden,
um eine wirksame Druckdifferenz zwischen der Kammer 402 und
dem Sieb 408 zu erzeugen.
-
Das
Sieb 408 (16) wird zum Sieben des zerkleinerten
Schaumstoffpulvers durch das getrennte Abgeben von feinen Teilchen,
die innerhalb eines vorbestimmten Sollteilchengrößenbereichs 410 liegen,
und groben Teilchen 412 verwendet. Verunreinigungsstoffe
aus der Produktion wie polymere Schaumstoffhaut, Polymerfolie und
Papierverunreinigungen können
in den feinen Teilchen, die die gewünschte Teilchengröße aufweisen,
und/oder in den groben Teilchen vorhanden sein. Die groben Teilchen
werden durch eine Leitung 414 für eine zusätzliche Zerkleinerung im Kreislauf
zur Mühle 401 geführt. Die
groben Teilchen werden durch die Leitung 414 unter Verwendung
von beispielsweise einem Zentrifugal- oder offenen Lüfter (nicht
gezeigt) in dem Kanal 414 gefördert. Gegebenenfalls ist ein
Trennventil 416 zwischen dem Sieb 408 und der
Mühle 401 zum Trennen
(418) der groben Teilchen angeordnet, wenn dieses grobe
Schaumstoffpulver beispielsweise Material enthält, das in der Mühle 401 nicht
leicht zerkleinert wird. Vorzugsweise umfasst das Sieb 408 das
erfindungsgemäße Sieb 374,
wie vorstehend beschrieben ist.
-
Wahlweise
kann unter Verwendung von beispielsweise einem Zentrifugal- oder
offenen Lüfter
eine kleine Menge zusätzliches
Kühlmedium
in die Leitungen 406 und 414 und in das Sieb 408 eingeleitet
werden. Alternativ kann ein Zyklon (nicht gezeigt) in der Leitung 406 und/oder
der Leitung 414 verwendet werden, um das Kühlen des
Schaumstoffpulvers zu verbessern. Diese Zyklone können für das Heraustreiben
des gasförmigen
Kühlmediums,
das durch das Schaumstoffpulver erwärmt worden ist, durch die Oberseite
des Zyklons hindurch und zum Einleiten von zusätzlichem gasförmigen Kühlmedium
mit einer niedrigeren Temperatur hinter dem Zyklon, beispielsweise
am Materialauslass an der Unterseite des Zyklons verwendet werden.
Dieser Austausch des gasförmigen
Kühlmediums
wird bewirkt, während
das Schaumstoffpulver durch die jeweiligen Zyklone gefördert wird.
Beispiele von geeigneten Kühlmedien
umfassen die vorstehend erörterten.
-
LÖSUNGSMITTELEXTRAKTION
-
Die
in 17 gezeigte Verarbeitungssequenz 520 zeigt
einen Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei dem Schaumstoffpulver mit einem Lösungsmittel behandelt wird,
um Öl-
und Fettverunreinigungsstoffe zu entfernen. Das Schaumstoffpulver
ist vorzugsweise Sollgrößenschaumstoffpulver
aus dem Siebschritt 324 (8) oder
aus dem Lagerschritt 330. Unter erneuter Bezugnahme auf 17 wird
das Schaumstoffpulver zu einem Lösungsmittelwaschschritt 524 befördert, in
dem das Schaumstoffpulver mit einem oder mehreren Lösungsmitteln,
insbesondere Lösungsmitteln,
die PUR nicht zersetzen, behandelt wird. Solche Lösungsmittel
umfassen beispielsweise flüssiges
Kohlendioxid, Perchlorethylen (CCl2CCl2), Trichlorethane, einige Alkohole, Ketone
wie Aceton, Alkane und halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid
(CH2Cl2). Die Behandlung
umfasst das Rühren
der im Lösungsmittel
suspendierten Schaumstoffteilchen.
-
Nach
dem Waschschritt 524 wird Lösungsmittel in Schritt 526 beispielsweise
mittels Spintrocknen oder Spraytrocknen entfernt. Falls notwendig,
können
die Wasch- und Trocknungsschritte wiederholt werden, bis im Wesentlichen
alle Öl- und Fettverunreinigungen
entfernt sind, wonach das trockene Schaumstoffpulver in einem Lagerschritt 528 gesammelt
wird. Alternativ kann eine Vielzahl von Wasch- und Trocknungsschritten
in Reihe verwendet werden, wobei sich das Lösungsmittel und das Schaumstoffpulver
im Gegenstrom zueinander bewegen, so dass das sauberste Lösungsmittel
das sauberste Schaumstoffpulver kontaktiert. Das Lösungsmittel
wird innerhalb des Waschschritts beispielsweise mittels der Destillation
des Lösungsmittel
aus der Öl-
und Fettverunreinigung und Zurückführen des
Lösungsmittels
zu dem Prozess und Entsorgung der abgetrennten Verunreinigungsstoffe
recycelt.
-
Bei
einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung wird das endgültige Waschen
unter Verwendung eines Lösungsmittels
durchgeführt,
das als Schaumstofftreibmittel fungiert, wenn das Schaumstoffpulver
anschließend
bei neuem Schaumstoff verwendet wird. Methylenchlorid, Pentan, Aceton
und flüssiges Kohlendioxid
sind Beispiele von geeigneten Flüssigkeiten,
die Öl
und Fett auflösen
können
und bei manchen Schaumstoffsystemen wie PUR Treibmittel sind. Methylenchlorid
wird bevorzugt. Bei diesem erfindungsgemäßen Beispiel kann der letzte
Waschschritt unter Verwendung eines Lösungsmittels, das ein Treibmittel
ist, durchgeführt
werden. Dann wird ein Entfernen des Lösungsmittels ähnlich Schritt 526 (16)
verwendet, um für
ein unvollständiges
Lösungsmittelentfernen
zu sorgen, was dazu führt,
dass die Schaumstoffteilchen die gewünschte Menge an absorbiertem
Lösungsmittel
aufweisen. Ein anschließender
Lagerschritt wie Schritt 528 wird verwendet, um das Schaumstoffpulver
mit dem absorbierten Lösungsmittel
zu sammeln. Während
des Lagerns gleicht sich die Lösungsmittelabsorption
an den Schaumstoffteilchen aus, was zu einer Charge von Schaumstoffpulver
führt,
deren Lösungsmittelabsorption
auf den Schaumstoffteilchen im Wesentlichen gleichmäßig ist,
selbst wenn nicht die gesamten Schaumstoffpulverinkremente, die
in die Lagervorrichtung abgegeben werden, zu dem Zeitpunkt, zu dem
sie zum Lagern abgegeben werden, den gleichen Gehalt an Lösungsmittel
haben. Dieses erfindungsgemäße Verfahren
kann beispielsweise verwendet werden, um die Wärmebehandlung von Schaumstoffpulver
zum Entfernen von Lösungsmittel
zu eliminieren, da es nicht notwendig ist, das gesamte Lösungsmittel
aus dem Schaumstoffpulver zu entfernen, wenn das Lösungsmittel
ein Treibmittel ist oder anderweitig mit dem neuen Schaumstoff kompatibel
ist.
-
HERSTELLUNG
VON MISCHUNGEN MIT SCHAUMSTOFFPULVER
-
Das
Verarbeitungsmodul 400 (1) umfasst
die in 18 gezeigte Verarbeitungssequenz 530 und die
in 19 gezeigte alternative Verarbeitungssequenz 540.
Die Verarbeitungssequenz 530 zeigt ein kontinuierliches
Verfahren zum Herstellen von Mischungen aus Schaumstoffpulver und
polymerisierbarer Flüssigkeit;
die Verarbeitungssequenz 540 schafft ein Chargenverfahren
zum Herstellen dieser Mischungen.
-
Unter
erneuter Bezugnahme auf 18 wird
Schaumstoffpulver kontinuierlich in einem Schaumstoffpulverzuführungsschritt 532 mit
einer vorbestimmten gesteuerten Rate unter Verwendung von beispielsweise einem
kontinuierlichen Dosierförderer
mit einem Förderband
mit Lastzellen unterhalb des Bands dem Mischschritt 536 zugeführt, um
Gewichtsänderungen
festzustellen, wenn sich Material auf dem Band über die Lastzellen bewegt.
Diese Arten von kontinuierlichen Dosierförderern sind Durchschnittsfachleuten
bekannt. Polymerisierbare Flüssigkeit
wird mit einer vorbestimmten gesteuerten Rate in dem Flüssigkeitszuführschritt 534 der
Verarbeitungssequenz 530 kontinuierlich zugeführt. Die
Flüssigkeit
wird mit einer gesteuerten Rate unter Verwendung von beispielsweise
Pumpen, wie Dosierpumpen, die Flüssigkeit
mit einer gesteuerten Rate transportieren, zugeführt. Diese Pumpen sind Durchschnittsfachleuten
bekannt. Die Schaumstoffpulver- und Flüssigkeitskomponenten werden
dem Mischschritt 536 mit Raten, die vorbestimmt sind, zugeführt, um
das gewünschte
Verhältnis
von Schaumstoffpulver zu Flüssigkeit
zu erhalten. Das Schaumstoffpulver und die polymerisierbare Flüssigkeit
werden in dem Mischschritt 536 unter Verwendung von beispielsweise
Reihenmischern, die Durchschnittsfachleuten bekannt sind, kontinuierlich
gemischt. Die flüssige
Mischung wird in einem wahlweisen Lagerschritt 538 gesammelt.
Wenn die Verarbeitungssequenz 530 als Teil eines größeren kontinuierlichen
Prozesses verwendet wird, kann die flüssige Mischung dem Lagerschritt 538 von
dem Mischschritt 536 aus kontinuierlich zugegeben und aus
dem Lagerschritt 538 für
anschließende
Prozesse, beispielsweise den Schritt 612 (21),
kontinuierlich entfernt werden.
-
Der
Mischschritt führt
typischerweise zur Einleitung von Luft, was die Bildung von Schaumstoff-
oder Luftblasen in der Mischung bewirkt. Es ist unerwünscht, Luftblasen
in der Mischung zu haben, wenn diese anschließend polymerisiert wird, und
es ist deshalb wünschenswert,
die Mischung zu entlüften.
Die flüssige
Mischung kann während
des Lagerschritts durch Halten der Mischung im Lager, vorzugsweise
unter Rühren
mit geringer Intensität,
entlüftet
werden, bis die Luftblasen aus der Mischung ausgetreten sind. Alternativ
kann ein kontinuierliches Entlüften
durch kontinuierliches Zentrifugieren (nicht gezeigt) der Mischung
in einer Vakuumumgebung zwischen den Schritten 536 und 538 (18)
erzielt werden.
-
Im
allgemeinen ist es wünschenswert,
einen Reihenmischer beim Mischschritt 536 zu verwenden,
wodurch die Einleitung von Luft in die Mischung vermieden wird.
Mischer mit hohen Scherkräften
werden zur Verwendung bei dem Mischschritt 536 bevorzugt.
-
Die
in 19 gezeigte Verarbeitungssequenz 540 stellt
ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus Schaumstoffpulver
und polymerisierbarer Flüssigkeit
zur Verfügung,
wobei Chargenherstellungstechniken verwendet werden. Eine vorbestimmte
Menge Schaumstoffpulver wird in einem Chargenzuführschritt 542, siehe 19,
einer Vorrichtung zum Durchführen
des Chargenmischschritts 546 zugegeben. Beispiele geeigneter
Mischvorrichtungen umfassen Mischbehälter oder -tanks, die mit einem
oder mehreren Kreisel- oder Schaufelmischern ausgestattet sind.
Der Schaumstoffpulverzuführschritt 542 kann
beispielsweise durch Wiegen einer vorbestimmten Menge des Schaumstoffpulvers
oder durch kontinuierliche Zugabe von Schaumstoffpulver mit einer
gesteuerten Rate ähnlich
Schritt 532 (18), bis die gewünschte Menge Schaumstoffpulver
der Mischvorrichtung zugegeben worden ist, durchgeführt werden.
Eine vorbestimmte Menge an polymerisierbarer Flüssigkeit kann der Mischvorrichtung
beispielsweise in einem Chargenzuführschritt 544 zugegeben
werden. Eine vorbestimmte Menge Flüssigkeit kann beispielsweise
durch Zugabe einer vorbestimmten Gewichts- oder Volumenmenge Flüssigkeit
zu dem Mischschritt 546 zugegeben werden. Alternativ kann
eine vorbestimmte Menge Flüssigkeit
mittels des kontinuierliches Zuführens
von Flüssigkeit
mit einer gesteuerten Rate ähnlich
Schritt 534 (18) zugegeben werden, bis die
gewünschte
Menge an polymerisierbarer Flüssigkeit
dem in 19 gezeigten Mischschritt 546 zugegeben
worden ist. Bei Beendigung des Mischschritts 546 kann ein
Lagerschritt 548 in der Mischvorrichtung durchgeführt werden.
Alternativ kann ein Lagerschritt 548 in einer separaten
Lagervorrichtung wie einem Lagertank oder einer Trommel durchgeführt werden.
Eingeschlossene Luftblasen können
unter Verwendung einer beliebigen der im Zusammenhang mit der Verarbeitungssequenz 530 beschriebenen
Technologien aus der flüssigen
Mischung entfernt werden (18).
-
Bei
einem alternativen Verfahren (nicht gezeigt) wird Schaumstoffpulver
unter Vakuum dem kontinuierlichen Mischschritt 536 (18)
oder dem Chargenmischschritt 546 (19) zugeführt, wodurch
die Einleitung von Luft während
des Mischschritts verringert wird. Bei einem weiteren, jedoch bevorzugten
Verfahren wird Schaumstoffpulver dem kontinuierlichen Mischschritt 536 unter
einer Atmosphäre
von CO2 zugegeben, aus der im Wesentlichen
die gesamte Luft kontinuierlich abgeführt wird. Da CO2 in
der Polyhydroxylverbindung leichter löslich als Luft ist, werden
wesentlich weniger Blasen in der Mischung gebildet. Dies ist vorteilhaft,
da, das Vorhandensein von gelöstem
Gas zwar eine gute Schaumstoffstruktur fördert, die Anwesenheit von
Gasblasen jedoch die Schaumstoffstruktur verschlechtert. Kohlendioxid
ist ein allgemein bekanntes, umweltfreundliches Treibgas für PUR-Schaumstoff.
-
Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 zeigt das Hauptprozessschema
einen Mischschritt 400 für das Mischen von Pulver und
Polymerisierungsflüssigkeit. 20 zeigt
ihrerseits eine Variante dieses Mischschritts. Insbesondere ist
eine wahlweise Drittstufenzerkleinerung, vielleicht von den kontinuierlichen
Misch- oder Lagerschritten 536 und 538 (18)
oder dem Chargenmischschritt oder dem Lagerschritt 546 und 548 (19)
zum in 20 gezeigten Zerkleinerungsschritt 582 schematisch
in 20 gezeigt. Vorzugsweise wird dieser Zerkleinerungsschritt
unter Verwendung einer Mühle
durchgeführt,
die für
das Zerkleinern von Materialien mit einer Flüssigkeits- oder Pastenkonsistenz
geeignet ist. Solche Mühlen
umfassen Dispersions- oder Kolloidmühlen, in denen das Material
fluiden Scherkräften
unterzogen wird, die durch eine oder mehrere mechanisch aktivierte
Oberflächen
erzeugt werden. Beispiele umfassen Walzenmühlen, bei denen zwei oder mehr
Walzen verwendet werden, die sich gegenläufig mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten drehen, und Kolloidmühlen, bei denen die flüssige Mischung
zwischen konvergierenden Scheiben zerkleinert wird. Die Verwendung
dieses Schritts kann das Weglassen der früher beschriebenen, im Allgemeinen
trockenen Walzenmühlen
gestatten. Auf jeden Fall ist die am meisten gewünschte Verwendung des Verfahrens
die Herstellung von Schaumstoffpulverteilchen von 100 Mikron, vorzugsweise
40 Mikron oder kleiner und am stärksten
bevorzugt von 10 Mikron oder kleiner. Das zerkleinerte Schaumstoffpulver
kann in den angegebenen Teilchengrößenbereichen bis zu 75 Gew.-%
polymere Schaumstoffhäute
oder kleinere Mengen, einschließlich
der Bereiche 20 % bis 60 %, 20 % bis 50 %, 20 % bis 65 % und jeglichen
Unterbereich bis zu diesen 75 Gew.-% enthalten. Es ist ein Vorteil
dieses Verfahrens, dass extrem große Mengen dieser polymeren
Schaumstoffhäute enthalten
sein können
und dass dennoch die kleinen Teilchengrößen des Schaumstoffpulvers
erzielt werden.
-
Typischerweise
wird der Austrag aus der Mühle
in einem Förderschritt 584 zu
einem Lagerschritt 586 gefördert. Alternativ wird der
Austrag aus der Mühle
einem Sieb (nicht gezeigt) zugeführt,
das es gestattet, dass eine vorbestimmte Teilchengrößenfraktion
zum Fördern
(nicht gezeigt) zu einem Lagerschritt (nicht gezeigt) hindurchtritt,
während
die übergroße Fraktion
zum Zerkleinerungsschritt (nicht gezeigt) zurückgeführt wird. Im allgemeinen ist
es wünschenswert,
den Austrag aus der Mühle
unter Verwendung von solchen Entlüftungstechniken, die im Zusammenhang
mit 17 und 18 beschrieben
wurden, zu entlüften.
-
Das
Verarbeitungsmodul 500 (1 und 21)
stellt Verfahren zum Polymerisieren der Mischungen zur Verfügung, die
das Schaumstoffpulver enthalten, das aus den Lagerschritten, wie
den Schritten 538 (18), 548 (19)
oder 586 (20) oder einem kontinuierlichen
Mischschritt zur Herstellung von polymerisiertem, neuen Schaumstoff,
der dieses Schaumstoffpulver enthält, stammt. Die Mischung aus
Schaumstoffpulver und Flüssigkeit
wird auf gesteuerte Weise im Zuführschritt 612 einem
Mischschritt 616 unter Verwendung solcher Techniken und
Vorrichtungen zugeführt,
die Durchschnittsfachleuten bekannt sind, einschließlich Chargenzuführen und
kontinuierlichem Zuführen.
Andere Polymerisierungs- und Schaumstoffbildungsbestandteile werden
auf die gleiche Weise in einem gesteuerten Zuführschritt 614 dem
Mischschritt 616 zugegeben. Es ist ersichtlich, dass Schritt 614 mehrere
Schritte umfassen kann, um eine Vielzahl von Bestandteilen zuzugeben.
Beispielsweise kann, falls PUR-Schaumstoff gewünscht wird, der Schritt 612 den
Schritt des Zuführens
einer Mischung aus Schaumstoffpulver und Aktivwasserstoff- (beispielsweise
Polyhydroxyl- oder Polyol-) Verbindungen umfassen. Der Schritt 614 kann
das gesteuerte Zuführen
einer Polyolmischung umfassen, die Wasser, ein oder mehrere oberflächenaktive
Mittel, Katalysatoren und Treibmittel enthält, während ein polyfunktionelles
Isocyanat wie Toluoldiisocyanat getrennt auf gesteuerte Weise dem
Mischschritt 616 zugegeben wird. Alternativ kann jedes
der verschiedenen Materialien getrennt an einem Punkt unmittelbar
vor dem Mischkopf zugegeben werden, der alle Bestandteile zur Bildung
des Schaumstoffs mischt.
-
Das
Schaumstoffpulver kann auch einer oder mehreren Flüssigkeiten
des in 21 gezeigten Verarbeitungsschritts 614 zugegeben
werden, um in den Verarbeitungsschritten 612 und 614 flüssige Mischungen herzustellen,
die ähnliche
Viskositäten
aufweisen, was zu einer verbesserten Mischeffizienz führt. Die
Bestandteile können
im Mischschritt 616 chargengemischt oder kontinuierlich
gemischt werden. Das Chargenmischen ist im Allgemeinen geeignet,
wenn die Bestandteilsmischung zum Polymerisieren von beispielsweise Polyimidschaumstoff
erhöhte
Temperaturen erfordert. Das kontinuierliche Mischen wird bevorzugt,
wenn die Mischung der Bestandteile die Polymerisation bei Umgebungstemperaturen
initiieren kann, beispielsweise bei PUR-Schaum. Die polymerisierbare
Mischung wird in einem Abgabeschritt 618 (21)
aus dem Mischschritt 616 einem Polymerisierungs- und Bildungsschritt 620 für neuen
Schaumstoff abgegeben. Der Schritt 620 kann in Abhängigkeit
von dem Typ des polymeren Schaumstoffs und der beabsichtigten Funktion
des Schaumstoffs in einer Form stattfinden oder kontinuierlich sein.
-
Wie
im Zusammenhang mit 18, 19 und 20 beschrieben,
kann das Mischen von Schaumstoffpulver und polymerisierbarer Flüssigkeit,
insbesondere wenn sie in Gegenwart von Luft erfolgt, einen Entlüftungsschritt
erfordern, um Schaumstoff- und Luftblasen zu entfernen. Wir haben
gefunden, dass die Herstellung von Mischungen aus Schaumstoffpulver
und polymerisierbarer Flüssigkeit
unter einer Atmosphäre
von CO2, aus der Luft im Wesentlichen gespült wurde,
zu Mischungen führt,
die weniger Entgasen erfordern als Mischungen, die nicht in einer
CO2-Umgebung
hergestellt wurden.
-
Wir
haben auch gefunden, dass die Zugabe einer geringen Konzentration
von Aktivwasserstoffverbindungen (beispielsweise 0,01 bis 5,0 Gew.-%
Polyol) zu den polymeren Schaumstoffstücken und den polymeren Schaumstoffpulvern
im Allgemeinen zu verbesserten Materialhandhabungseigenschaften
an der Außenseite
der Schaumstoffpulverteilchen oder Schaumstoffstücke führt. Wir haben gefunden, dass
insbesondere bei einer solchen Zugabe die Schaumstoffstücke und
das Schaumstoffpulver weniger anfällig für die Bildung einer Ablagerung,
auch als Plattierung bekannt, auf den Oberflächen der Verarbeitungsvorrichtungen
sind. In den meisten Fällen
ist die Plattierung tatsächlich
eliminiert. Des weiteren sind Probleme mit der Handhabung aufgrund
statischer Elektrizität
auf ein Minimum herabgesetzt. Die Aktivwasserstoffverbindung kann
auf den Schaumstoffstücken oder
dem Schaumstoffpulver als leichter Nebel niedergeschlagen sein,
wenn sie in den Verarbeitungsvorrichtungen transportiert werden.
Vorzugsweise wird sie Luft zugegeben, die für das pneumatische Fördern oder
Kühlen
dieser Schaumstoffprodukte verwendet wird.
-
Eine
große
Vielzahl von polymeren Schaumstoffen, einschließlich Verunreinigungsstoffen
aus der Produktion, können
unter Verwendung unserer erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden.
Beispielsweise umfassen, falls ein PUR-Schaumstoff verarbeitet wird, geeignete
polymerisierbare Flüssigkeiten
zum Mischen mit Schaumstoffpulver polyfunktionelle Isocyanate oder
Aktivwasserstoffverbindungen wie Polyhydroxylverbindungen, Polyester
mit einer Hydroxylendgruppe und Polyether mit einer Hydroxylendgruppe.
Andererseits umfasst, falls ein Polyimidschaumstoff verarbeitet
wird, eine geeignete polymerisierbare Flüssigkeit zum Mischen mit Schaumstoffpulver
Essigsäureanhydrid.
Die Mischung aus Schaumstoffpulver und Essigsäureanhydrid kann anschließend verwendet
werden, um durch Mischen und Erwärmen
der Mischung mit festem Polyamid, 4-Benzoylpyridin und Glasmikrokügelchen
einen neuen Schaumstoff herzustellen. Die vorliegenden Techniken
können
auch zur Herstellung von Polyisocyanuratschaumstoff verwendet werden,
bei dem geeignete polymerisierbare Flüssigkeiten zum Mischen mit
Schaumstoffpulver Isocyanurate und Aktivwasserstoffverbindungen
umfassen, da diese Verbindungen zur Herstellung von Polyisocyanuratschaumstoff
verwendet werden können.
-
Der
Gehalt des PUR-Schaumstoffpulvers, das in einem neuen PUR-Schaumstoff
enthalten sein kann, liegt typischerweise im Bereich von etwa 3
bis etwa 60 Gew.-%.
Die Verfahren und Techniken der vorliegenden Erfindung sind zum
Zerkleinern und Verarbeiten von PUR-Schaumstoff geeignet, der Schaumstoffhäute und/oder
Polymerbögen
und/oder Papier mit einem Gehalt im Bereich von 0,1 %, vorzugsweise
von etwa 0,5 % bis etwa 75 %, insbesondere beim Verarbeiten von
abgeschnittenen Stücken
von PUR-Blockware, enthält. Der
sich ergebende, neu gebildete PUR-Schaumstoff kann Verunreinigungsstoffe
aus der Verarbeitung oder Produktion mit einem Gehalt im Bereich
von 0,003 %, vorzugsweise von etwa 0,015 % bis etwa 65 %, enthalten.
Im allgemeinen bevorzugt ist eine Menge im Bereich von 20 % bis
65 %, 20 % bis 50 %, 20 % bis ... (A.d.Ü.: die Angabe fehlt) und jeder
Unterbereich bis zu diesen 65 %. Es ist ein Vorteil dieses Verfahrens,
dass extrem große
Mengen dieser polymeren Schaumstoffhäute enthalten sein können. Neuer
PUR-Schaumstoff kann mit Schaumstoffpulver in einem gro ßen Dichte-
und Härtebereich
hergestellt werden. Beispielsweise besitzt weicher Blockwarenschaumstoff,
der Schaumstoffpulver mit Verunreinigungsstoffen aus der Produktion
enthält, typischerweise
eine Dichte im Bereich von etwa 13 bis etwa 70 kg/m3.
Die Härte
dieses Schaumstoffs (wie mittels des 25 % IFD-Tests in dem ASTM
D3574 Verfahren bestimmt) beträgt
typischerweise etwa 25 bis 200 N/323 cm2.
Schaumstoffe mit einer höheren
Dichte und Härte
sind auch möglich;
sie sind jedoch von geringerer kommerzieller Bedeutung.
-
BEISPIELE
-
Beispiel 1
-
Abfall
aus der Herstellung von weichem Blockwaren-Polyurethanschaumstoff
wurde beim Abschneiden der Häute
von Schaumstoffblockware erhalten. Der Abfall enthielt dichtes Hautmaterial
und Polyethylenfolie, wobei der Rest aus Polyurethanschaumstoff
variierender Dichte bestand. Dieses Abfallmaterial wurde zuerst
zu Stücken
mit einer Größe von etwa
1 cm zerkleinert. Die Schaumstoffstücke wurden dann auf gegenläufigen Walzen
mit einem Durchmesser von 56 cm und einer Länge von 152 cm wie denjenigen,
die in 11 gezeigt sind, mit Geschwindigkeiten
von 27 und 80 UpM zerkleinert. Das sich ergebende Material wurde
beim Verlassen der Walzen zusammengekratzt und abgeschreckt und
einer turbulenten Luftströmung
bei Raumtemperatur ausgesetzt. Das Material wurde zusammen mit der
Luftströmung
ausgetragen und zu einem Sieb gefördert. Das Material wurde in
dem Sieb gesiebt, was zu einem feinen Schaumstoffpulver mit der
in Tabelle 1 gezeigten Teilchengrößenverteilung führte. Eine
grobe Fraktion, die auch aus dem Sieb erhalten wurde, wurde zurück zu den
sich gegenläufig
drehenden Walzen geführt.
Das aus dem Sieb gesammelte feine Schaumstoffpulver wurde anschließend verwendet,
um neue weiche Blockwaren-Polyurethanschaumstoffe mit Dichten von
18 kg/m3 bis 35 kg/m3 und
einem Pulvergehalt von bis zu 15 Gew.- % dieses Pulvers herzustellen
-
-
-
Beispiel 2
-
Abfall
aus der Herstellung von weichem Blockwaren-Polyurethanschaumstoff
wurde durch Abschneiden der Häute
von Blockware von mit Polyetherpolyolen hergestelltem Schaumstoff
erhalten. Das Abfallmaterial enthielt 2,3 Gew.-% Niederdruckpolyethylenfolie
mit einer Dicke von etwa 25 Mikron und 30 Gew.-% dichtes Hautmaterial,
wobei der Rest aus Polyurethanschaumstoff variierender Dichte bestand.
Dieses Abfallmaterial wurde zunächst
mit einer Drehmühle
zu Stücken
mit einer Größe von etwa
3 cm zerkleinert. Die Schaumstoffstücke wurden dann auf sich gegenläufig drehenden
Walzen mit einem Durchmesser von 30 cm und einer Länge von
45 cm, wie denjenigen die in 11 gezeigt
sind, mit Geschwindigkeiten von 30 und 120 UpM zerkleinert. Das
sich ergebende Material wurde beim Verlassen der Walzen zusammengekratzt
und abgeschreckt und einer turbulenten Luftströmung bei Raumtemperatur ausgesetzt.
Das Material wurde zusammen mit der Luftströmung abgegeben und zu dem erfindungsgemäßen Sieb,
wie in 13A gezeigt, gefördert. Das
Material wurde in dem Sieb gesiebt, was zu einem feinen Schaumstoffpulver
mit der in Tabelle 1 gezeigten Teilchengrößenverteilung führte. Eine
grobe Fraktion, die auch aus dem Sieb erhalten wurde, wurde zu den
sich gegenläufig
drehenden Walzen zurückgeführt.
-
Beispiel 3
-
Eine
Aufschlämmungsprobe
wurde durch Mischen von 15 Teilen des in Beispiel 1 beschriebenen,
feinen Polyurethanpulvers mit 100 Teilen VORANOL® 3137
Polyetherpolyol von The Dow Chemical Company hergestellt. Dieses
Polyol ist eine flüssige
Polyhydroxylverbindung mit einer Viskosität von etwa 460 centipoise bei
einer Temperatur von 25°C.
-
Die
günstigen
Größenverringerungswirkungen,
die durch das Mischen von Polyurethanpulver mit hohen Scherkräften in
einer Polyhydroxylverbindung erhalten werden, sind in 22 und 23 gezeigt.
Nach der Entnahme einer kleinen Probe zum Messen der Teilchengröße vor dem
Mischen mit hohen Scherkräften wurde
die verbleibende Charge einem 2,5-minütigem Mischen mit hohen Scherkräften unter
Verwendung eines Silverson L4R Labormischers mit hohen Scherkräften unterzogen.
Der Mischer erzeugt mittels der Zentrifugalwirkung eines Rotors
in einem Rotor-/Stator-Arbeitskopf mit hohen Scherkräften eine
Fluidscherung. Eine Teilchengrößenanalyse
wurde unter Einsatz der Laserdiffraktionstechnik mit einem Mastersizer
von Malvern Instruments, Southborough, MA, durchgeführt.
-
Diese
Ergebnisse sind in den in 22 und 23 abgebildeten
grafischen Darstellungen zu sehen, die die Teilchengröße in Mikron
auf der x-Achse zeigen. 22 zeigt
eine kumulative Verteilung der Volumenfraktion, während 22 den
Volumenprozentsatz als Funktion der Teilchengröße in Mikron zeigt. Diese grafischen
Darstellungen zeigen eine beträchtliche
Verschiebung der Schaumstoffteilchengröße, insbesondere an der oberen
Grenze des Größenbereichs.
Der Gehalt an Teilchen an der oberen Grenze beträgt weniger: vor dem Vermahlschritt
waren beispielsweise 5 % der Teilchen größer als 600 Mikron, nach dem
Vermahlen waren keine Teilchen größer als 600 Mikron.
-
Beispiel 4
-
Stücke aus
Polyurethanschaumstoff mit einer Größe von etwa 1 cm wurden in
einen Behälter
geladen. Der Behälter
hatte einen offenen Bereich von 1 Quadratfuß (900 cm2)
am Boden, der mit einem Sieb bedeckt war. Das Sieb wies sowohl 4'' × 4'' (10 × 10 cm) große Öffnungen
als auch 1'' × 1'' (2,5 × 2,5 cm)
große Öffnungen
darin auf. Die Schaumstoffstücke
fielen nicht aus der Öffnung
im Sieb heraus, wenn sich der Behälter im Ruhezustand befand.
Der Behälter
wurde dann sinusförmig
in einer Richtung parallel zum Sieb mit einer Frequenz von etwa
3 Hz und einer Amplitude von etwa 4'' (10
cm) geschüttelt.
Während
der Behälter
geschüttelt
wurde, fielen Schaumstoffstücke
mit einer Geschwindigkeit von etwa 4 Kubikfuß/Min. (0,1 m3/min.)
durch das Sieb heraus. Wenn das Schütteln gestoppt wurde, stoppte
auch der Strom der Schaumstoffstücke.
-
Beispiel 5
-
Eine
Aufschlämmung
von 16,7 Gew.- % des in Beispiel 1 beschriebenen feinen Pulvers
in VORANOL 3137 wurde hergestellt. Die Aufschlämmung enthielt 10 Vol.-% Luft,
wie durch die Volumenänderung
beim Absetzen während
48 Stunden gezeigt ist. Die Aufschlämmung wurde in einem einzigen
Durchgang durch einen Cornell D-16 Versator mit 10 gpm und einem
Vakuum von –27
Zoll Hg (etwa 0,01 bar (1000 Pa)) absolutem Druck gepumpt. Die sich
ergebende Aufschlämmung
enthielt keine messbare mitgerissene Luft.
-
Beispiel 6
-
Das
in Beispiel 1 beschriebene feine Pulver wurde in Polyol unter einer
Atmosphäre
von Kohlendioxid, aus dem die Luft heraus gespült worden war, gemischt. Die
sich ergebende Aufschlämmung
wies weniger als 12,6 Vol.- % mitgerissene Glasblasen (wahrscheinlich
Kohlendioxid) auf. Eine identische, unter Luft gemischte Aufschlämmung ohne
CO2 wies 16 Vol.- % mitgerissene Gasblasen
(wahrscheinlich Luft) auf.