DE69812888T2

DE69812888T2 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen von polymerschaum

Info

Publication number: DE69812888T2
Application number: DE69812888T
Authority: DE
Inventors: Brian Blackwell; James Blackwell; William Blackwell; Geoffrey Buckley
Original assignee: Beamech Group Ltd
Current assignee: Beamech Group Ltd
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2018-01-10
Also published as: DE69812888D1; WO1998030376A1; EP0952910A1; US6241220B1; EP0952910B1; AU5566498A

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Apparat und ein Verfahren zur Herstellung von Polymerschaum und besonders, aber nicht ausschließlich, ein Apparat und Verfahren für die kontinuierliche Herstellung von Polymerschaum.
Die Herstellung von Polymerschäumen erfordert konventionell das homogene Mischen mehrerer Komponenten, die zur Bildung eines geschäumten Polymers reagieren. Die Komponenten schließen typischerweise ein Polyol, ein Isocyanat, einen Katalysator oder Katalysatoren, ein oberflächenaktives Mittel, Aktivatoren und Wasser ein. Wenn diese Komponenten in den korrekten Proportionen zusammengemischt werden, reagiert das Wasser mit dem Isocyanat zur Bildung von Kohlendioxid zur Expansion des Polymers.
Durch Abgabe einer Schicht des Gemischs auf ein sich bewegendes Förderband (mit einer beweglichen Basis und verstellbaren gegenüberliegenden Seitenwänden) reagieren die Komponenten des Gemischs und führen kontinuierlich einen Polymerschaumblock herbei.
In jüngerer Zeit hat die kontinuierliche Herstellung von Schäumen niedriger Dichte die Verwendung einer relativ inerten Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt beinhaltet, die unter Druck in einem flüssigen Zustand mit den anderen chemischen Komponenten gemischt wird, um eine Hilfstreib-/Schäumungswirkung an dem Gemisch vorzusehen, bevor das Gemisch durch Bildung von Kohlendioxid aus der Isocyanat/Wasser-Reaktion expandiert. Das Gemisch wird auf das Förderband abgegeben, und die verdampfte Flüssigkeit von niedrigem Siedepunkt expandiert das Reaktionsgemisch, welches dann anschließend durch die chemische Bildung von Kohlendioxid aus dem Reaktionsgemisch zur Bildung eines Polymerschaumes expandiert.
Zuvor haben geeignete Treib-/Schaummittel verschiedene Chlorfluorkohlenstoffe (CFK) enthalten. Obwohl CFK die gewünschte Trägheit und einen relativ niedrigen Siedepunkt aufweisen, wurde ihre Verwendung in jüngerer Zeit aus umweltrelevanten Überlegungen entmutigt, da angenommen wird, dass CFK zum Abbau der Ozonschicht beitragen. Ein geeigneter Ersatz für CFK ist Kohlendioxid, da Kohlendioxid jedoch bei einer viel niedrigeren Temperatur verdampft als CFK und in der Tat unter Druck gesetzt werden muss, um als eine Flüssigkeit zu existieren, mussten relativ hohe Drücke im gesamten Apparat und während des gesamten Verfahrens aufrechterhalten werden.
Sofern die Verdampfung des Kohlendioxids jedoch nicht unter kontrollierten Bedingungen auftritt, kann etwas von ihm verloren gehen und die Effizienz der Schaumexpansion wird reduziert, und es könnte ein Schaum von schlechter Qualität mit ungleichmäßiger Zellstruktur und Fehlstellen oder "Pinholes" herbeigeführt werden.
Der in EP-A-0645226 beschriebene Apparat versucht, das Reaktionsgemisch unter kontrollierten Bedingungen durch Abgabe des Gemischs durch eine längliche Druckabfallzone zur Initiierung von Schäumung, Fließen des Schäumungsgemischs entlang einer Schäumungskavität und durch eine Auslassöffnung und anschließend Abgabe des Schäumungsgemischs auf ein Substrat abzugeben.
In veröffentlichtem WO96/00644 wird die Expansion eines schäumbaren reaktiven Gemischs in eine große Anzahl individueller Ströme bei Scherraten von über 500/sec vorgeschlagen. Es wird versucht, dies durch Passieren des reaktiven Gemischs durch ein separates feinmaschiges Sieb oder mehrere separate feinmaschige Siebe mit einer Siebgröße von 0,025 bis 0,3 mm zu erreichen. Die in WO96/00644 ins Auge gefassten "Siebe" umfassen Scheiben mit Öffnungen oder Netze, d. h. die einfache direkte Pfade dort hindurch aufweisen. Die verschiedenen Ausführungsformen, die in WO96/00644 beispielhaft gezeigt werden, verwenden alle separate, mehrere feinmaschige Siebe, die axial durch entsprechende Abstandhalter dergestalt auseinandergehalten werden, dass sie einen klaren Zwischenraum dort dazwischen aufweisen. Dies scheint möglicherweise einen Nachteil dergestalt aufzuweisen, dass aufgrund der individuellen Druckabfälle über diese Siebe hinweg etwas Schäumung in den Zwischenräumen zwischen den Sieben stattfinden könnte, was bei der praktischen Ausführung höchst unerwünscht wäre. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die feinmaschigen Siebe nur einen begrenzten Druckabfall ohne Deformation oder Beschädigung des Siebes zulassen können.
In veröffentlichtem WO-A-9616782 wird vorgeschlagen, dass ein reaktives Gemisch, das unter Druck aufgelöstes Kohlendioxid enthält, plötzlich expandiert werden sollte, um auf diese Weise hohe Scherraten in dem Gemisch herbeizuführen. Dies soll durch Passieren des Gemischs durch mindestens eine Öffnung erreicht werden, die sich weniger als 1 mm in mindestens einer Richtung erstreckt. Die mindestens eine Öffnung kann ein feinmaschiges Sieb, eine perforierte Platte, ein geschlitztes Gitter oder ein verlängerter Schlitz sein. Eine weitere perforierte Platte, die als ein stabilisierendes Sieb wirkt, kann unterstromig von der zuvor erwähnten mindestens einen Öffnung platziert werden. Folglich ist aus WO-A-9616782 bekannt, dass ein permeabler Austragkopf zur Verwendung bei der Herstellung von Polymerschäumen vorgesehen ist, durch welchen ein Reaktionsgemisch mit einem kontrollierten Druckabfall zur Bildung eines Schaums abgegeben wird, wobei der Austragkopf mehrere individuelle Maschengewebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 umfasst. WO-A-96 16782 offenbart auch einen Apparat nach dem Oberbegriff von Anspruch 3.
GB-A-1575049 befasst sich mit Filtermedien zum Entfernen von Kontaminanten aus geschmolzenen Polymeren bei der Bildung synthetischer Fasern. Es schlägt eine Filtermediumstruktur vor, worin Schichten aus gesinterten Metallfasern oberstromig und unterstromig von einem gewebten Siebglied angeordnet sind. Dieses Patent befasst sich jedoch nicht mit der Herstellung derartiger Schäume aus ihren einen Teil bildenden reaktiven Chemikalien und schlägt nicht die Verwendung des Filtermediums für den Zweck der Kontrolle des Druckabfalls an einem Austragkopf für die Herstellung derartiger Polymerschäume vor.
Das in WO96/02377 vorgeschlagene Verfahren und der Apparat sind ähnlich denen von WO96/00644, verwenden aber einen "Siebstapel" (eine Siebpackung), um ein reaktives Gemisch wiederholt in eine Vielzahl einzelner Ströme aufzuteilen, während mehrfach alternierende Scherraten mit Maximalwerten von mindestens 200/sec aufgebracht werden. Die "Siebpackung" von WO96/02377 ist aus einer "granulären Masse" aus regelmäßigen oder unregelmäßigen organischen oder anorganischen Füllkörpern aufgebaut, wobei die bevorzugten Füllkörper Sphären sind. WO96/00644 erwähnt auch, dass die "Siebpackung" gesinterte Metallplatten oder gesinterte Glasplatten, d. h. aus gesintertem Metall oder Glaspartikeln hergestellte Planen umfassen könnte. Die Nachteile von gesinterten Partikelplatten werden hierin, nach Beispiel 7 besprochen.
Das "reaktive Gemisch", das in den offenbarten Verfahren verwendet und sowohl in WO96/00644 als auch WO96/02377 beansprucht wird, wird wie folgt erhalten: unter Verwendung von mindestens zwei reaktiven Komponenten und Kohlendioxid als Expandiermittel durch Mischen von mindestens einer der reaktiven Komponenten mit Kohlendioxid unter Druck, wobei ein Gemisch herbeigeführt wird, das flüssiges Kohlendioxid enthält und anschließendes Mischen des resultierenden Gemischs mit den anderen reaktiven Komponenten zur Bildung des schäumbaren reaktiven Gemischs. Die letzteren sequenziellen Mischschritte werden in der Regel in einem konventionellen statischen Mischer bzw. einem Mischtrommelkopf durchgeführt. Wie weithin bekannt ist, inkorporieren konventionelle "statische Mischer" eine Vielzahl abgewinkelter Schaufeln, die in einer Innenkammer dergestalt angeordnet sind, dass sie Turbulenz und Mischen von dort hindurch geleiteten, einen Bestandteil bildenden Flüssigkeiten fördern.
Folglich basieren das Verfahren und der Apparat von EP-0645226, WO96/00644 und WO/9602377 alle auf einem Dreistufenverfahren von:
(1) Vormischen unter Druck von mindestens einem der Reaktionsteilnehmer und flüssigem CO&sub2;;
(2) Mischen der Komponente, welche das Kohlendioxid enthält, mit den weiteren reaktiven Komponenten oder mit der zweiten reaktiven Komponente unter Druck; und dann
(3) Durchleiten der gemischten reaktiven Komponenten, die das CO&sub2; enthalten, durch eine druckreduzierende Vorrichtung.
Die letzteren Systeme verlassen sich alle darauf, dass sie vollständig gemischte "reaktive Gemische" oberstromig von dem/den feinmaschigen Sieb(en) oder der Siebpackung aufweisen, da ein unzureichendes oder unzureichend gleichmäßiges Mischen in den Sieböffnungen selbst stattfindet.
Andere Verfahren unter Verwendung von flüssigem CO&sub2; erfordern das Zufügen einer höheren als normalen Menge von ergänzenden Nukleierungsgasen. Wir haben entdeckt, dass die Verwendung unseres hierin nachstehend beschriebenen permeablen Austragkopfes diese ergänzenden Nukleierungsgase größtenteils eliminiert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten permeablen Austragkopf und einen Apparat und ein Verfahren zur Herstellung von Polymerschaum von gleichbleibend hoher Qualität vorzusehen.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein permeabler Austragkopf zur Verwendung bei der Herstellung von Polymerschäumen vorgesehen, durch welchen ein Reaktionsgemisch mit einem kontrollierten Druckabfall zur Bildung eines Schaums ausgetragen werden kann, wobei genannter permeabler Austragkopf mehrere individuelle Maschengewebe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass genannte individuelle Maschengewebe Drahtgewebe sind, die zur Bildung eines Verbunddiffusorelementes zusammengesintert sind.
Der Permeabilitätskoeffizient des Verbundelementes liegt bevorzugt zwischen 1 · 10&supmin;&sup6; und 200 · 10&supmin;&sup6; cgs-Einheiten.
Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Austragkopfes ermöglicht, dass die in den Schaumkomponenten enthaltene Druckenergie gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt des Verbundelementes hinweg verwendet werden kann, um Mischen der Schaumkomponenten bei ihrer Passage durch das Verbundelement wie auch zur Förderung der Nukleierung zu erhalten, wodurch das Vormischen oberstromig von dem Austragkopf, zum Beispiel unter Verwendung eines konventionellen statischen Mischers und/oder einer Mischtrommel unnötig gemacht wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Apparat zum Herstellen eines Polymerschaumes vorgesehen, worin Schaumkomponenten zur Bildung eines Reaktionsgemischs unter Druck zusammengebracht werden, wobei genannter Apparat einen permeablen Austragkopf umfasst, der mehrere individuelle Maschengewebe umfasst, durch die das Reaktionsgemisch mit kontrolliertem Druckabfall zur Bildung eines Schaums abgegeben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass genannte individuelle Maschengewebe Drahtgewebe sind, die zur Bitdung eines Verbunddiffusorelementes zusammengesintert sind.
Der Permeabilitätskoeffizient des Verbundelementes liegt vorteilhafterweise zwischen 1 · 10&supmin;&sup6; und 200 · 10&supmin;&sup6; cgs-Einheiten.
Die Dicke des Verbundelementes liegt bevorzugt in dem Bereich von 0,4 bis 5 mm.
Die individuellen Drahtgewebe, welche das Verbundelement bilden, können gleiche oder verschiedene Porengrößen haben.
Einige bevorzugte Ausführungsformen des Verbundelementes umfassen zwei oder mehrere Tressengewebe.
Andere bevorzugte Ausführungsformen des Verbundelementes umfassen zwei oder mehrere Tressengewebe in glatter Bindung und mindestens ein Maschengewebe in glatter Bindung.
In einigen Ausführungsformen kann der Apparat einen gemeinsamen Verteiler einschließen, der an den permeablen Austragkopf gekoppelt ist und in den alle Komponenten des Schaumes unter Druck gespeist werden. Der gemeinsame Verteiler wird bevorzugt mittels eines Druckbegrenzungsventils an den Austragkopf gekoppelt.
Der permeable Austragkopf umfasst vorteilhafter ein einzelnes genanntes Verbundelement, das so angeordnet ist, um ausreichend stark zu sein, um die erforderliche Druckreduktion in einem einzelnen Durchgang dort hindurch zu erlauben.
Das Austraggemisch aus dem permeablen Austragkopf wird auch vorteilhafterweise auf eine transversale Platte abgegeben, die bei einem Winkel zwischen 20º und 70º zu der Horizontalen liegt.
Es wird bevorzugt, dass die Querschnittsfläche, Porengröße und der Permeabilitätskoeffizient des Verbundelementes ausgewählt werden, um einen Gegendruck vor dem Verbundelement in dem Bereich von 0,5 bis 80 bar aufrechtzuerhalten.
Nach Anspruch 15 der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Polymerschaumes vorgesehen, worin die Schaumkomponenten unter Druck zusammengebracht werden, um ein Reaktionsgemisch zu bilden, das mit einem kontrollierten Druckabfall durch einen permeablen Austragkopf geleitet wird, der mehrere Drahtgewebe umfasst, die zur Bildung eines Verbundelementes zusammengesintert wurden, wodurch ein Schaum gebildet wurde.
In einigen Ausführungsformen werden ein oberflächenaktives Mittel und ein CO&sub2;-Schaummittel unter Druck oberstromig von dem permeablen Austragkopf zusammengebracht, wobei das oberflächenaktive Mittel in eine der reaktiven Komponenten vor dem CO&sub2; eingebracht wird.
In anderen Ausführungsformen werden reaktive Schaumkomponenten und ein Hilfsschaummittel unter Druck zusammengebracht und werden ohne Vormischen durch den permeablen Austragkopf geleitet.
Das Hilfsschaummittel ist bevorzugt flüssiges oder gasförmiges CO&sub2;.
In noch anderen Ausführungsformen wird überhaupt kein Hilfsschaummittel verwendet, wobei die reaktiven Komponenten unter Druck zusammengebracht werden und ohne Vormischen durch den permeablen Austragkopf geleitet werden.
In einigen Ausführungsformen werden die reaktiven Komponenten und wo vorliegend das Hilfsschaummittel in einem gemeinsamen Verteiler zusammengebracht.
Die Geschwindigkeit des Schaumes am Austritt aus dem Austragkopf wird gemäß der Darcy-Formel dergestalt angepasst, um eine glatte und laminare Strömung zu erzielen.
Zum Bilden von Schaumkörpern von runder oder im Wesentlichen runder Form kann aus dem permeablen Austragkopf austretender Schaum in einen Schaumkörper gebildet werden, der dergestalt expandiert werden kann, um einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufzuweisen.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, auf die hierin zuvor verwiesen wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren in nur zwei Stufen stattfinden, bevorzugt durch Einspeisen aller der reaktiven Mittel, Katalysatoren, Aktivatoren und CO&sub2; in einen Verteiler, in den ein oberflächenaktives Mittel vor dem CO&sub2; eingeführt wird. Die Komponenten werden dann durch den vorliegenden permeablen Austragkopf auf die gleiche Weise geleitet, wie ausführlich in unserer früheren Anmeldung PCT/GB96/01626 in Bezug auf den permeablen Austragkopf dieser Anmeldung erklärt, auf die hierdurch verwiesen wird und der Inhalt von der hierin unter Bezugnahme inkorporiert ist.
Wenn diese Anordnung bei Verwendung des vorliegenden permeablen Austragkopfs unter Inkorporation eines aus gesintertem, mehrschichtigem Drahtgewebeverbundstoff hergestellten Diffusorelements übernommen wird, wird die konventionelle Notwendigkeit für eine Mischtrommel umgangen, und in vielen Fällen kann auch die Verwendung eines statischen Mischers umgangen werden.
Wie anhand der hierin nachstehend beschriebenen praktischen Beispiele demonstriert, kann die Verwendung des vorliegenden permeablen Austragkopfes ermöglichen, dass Polymerschäume hoher Qualität, ohne irgendwelche Verwendung von CO&sub2; und Mischtrommeln erhalten werden kann.
Der vorliegende Austragkopf ermöglicht das Vorsehen eines äußerst kontrollierten Druckabfalls und ermöglicht dadurch die Herstellung von Schaum von gleichbleibend hoher Qualität mit einer verbesserten Zellstruktur.
Der gesinterte Drahtgewebeverbundstoff, der in allen den vorstehenden Aspekten der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mischt wiederholt die Ströme, wenn sie durch das einzelne Verbundelement oder die einzelnen Verbundelemente passieren. Die Druckenergie in den Reaktionsteilnehmern wird vorteilhafterweise verwendet, um homogenes Mischen beim Passieren durch den gewundenen dreidimensionalen Pfad des permeablen Elementes bereitzustellen.
Ein bevorzugter gesinterter Maschenverbundstoff umfasst eine Kombination aus zwei Tressengeweben in glatter Bindung mit einem glatten Maschengewebe dort dazwischen.
Es wurde gefunden, dass dünne Verbundelemente in dem Dickenbereich von 0,4 mm bis 5,0 mm wünschenswert sind, weil dies größtenteils Schäumung während der Passage durch die Elemente (wobei Fehlstellen in dem endgültigen Schaum verursacht werden) eliminiert. Das Verfahren zum Erreichen des notwendigen Grades von Mischen/Tortuosität erfolgt durch die Lamination und das Zusammensintern mehrfacher Schichten bestimmter Drahtgewebetypen.
Das Diffusorelement sollte bevorzugt Kombinationen der folgenden distinkten Charakteristika aufweisen: Porengrößenkontrolle, Gleichmäßigkeit der Permeabilität, Mischen/Tortuosität, Festigkeit und im Wesentlichen Blockierungsfreiheit.
Porengrößenkontrolle kann durch eine glatte Bindung, d. h. eine Bindung von Drähten gleichen Durchmessers in sowohl Ketten- (Warp) als auch Schussdrähten (Weft) und in einem im Wesentlichen "quadratischen" Muster gewebt, ohne weiteres und genau vorgesehen werden. Ein einzelnes derartiges Maschengewebe würde eine gute Aufteilung in die erforderliche Anzahl von Strömen vorsehen. Es wäre jedoch gewöhnlich für die vorliegenden Zwecke nicht zufriedenstellend, weil es nicht die Mischung/Tortuosität geben würde, die erforderlich ist, und es könnte eine zu hohe Permeabilität aufweisen. Ein Gleichgewicht zwischen Strömungsrate, Porengröße, Viskosität und Druckabfall wäre deshalb für die Herstellung guter Schäume ohne Vormischen nicht erreichbar.
Andere Bindungstypen, die entweder zusammen miteinander oder zusammen mit einer glatten Bindung verwendet werden, um die für die Herstellung von gutem Schaum erforderlichen Charakteristika zu geben, wurden als nützlich befunden.
Eine geeignete Bindung ist das Tressengewebe in glatter Bindung, in dem die Drähte in einer Richtung im Wesentlichen größer als die in rechten Winkeln verwendeten Drähte sind. Das Charakteristikum dieser Bindung besteht darin, dass der größere Draht gerade und ausgerichtet bleibt, während der kleinere Draht über und unter den größeren Draht gewoben wird. Das Tressengewebe in glatter Bindung sieht einen viel gewundeneren Strömungspfad als die glatte Bindung vor, weil der Eintrittsstrom durch eine rechteckige. Öffnung unterteilt wird, um bei 90º durch zwei kleinere dreieckige (oder schräge dreieckige) Öffnungen zu passieren, bevor er wieder bei 90º durch eine rechteckige Austragöffnung passiert, alles in einer Dicke des einzelnen Maschengewebes.
Eine weitere Variation des Bindungsmusters ist das Tressengewebe in Köperbindung, worin die kleineren Drähte unter und über zwei der großen Drähte verlaufen. Diese Bindung sieht einen noch gewundeneren Pfad mit folglich mehr Mischen vor.
Es gibt viele andere Variationen an Bindungsmustern, die verwendet werden können, wie zum Beispiel Tressengewebe in Köperdoppelbindung, bei dem es sich um ein sehr dicht gewebtes Muster handelt.
Es wurde gefunden, dass zur Herbeiführung guter Ergebnisse bei der Herstellung von Schäumen eine gesinterte Kombination verschiedener Drahtgewebetypen im Allgemeinen notwendig ist.
Zwei der zuvor definierten Charakteristika können wie folgt erhalten werden.

1. Steifheit

Es wurde gefunden, dass es in Bezug auf die Qualität des sich ergebenden Schaumes für die gesinterten Verbundelemente vorteilhaft sein kann, dünn zu sein und eine Gesamtdicke zwischen 0,4 und 5 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 3 mm aufzuweisen. Die effektive Fläche (d. h. der Durchmesser, wenn die Vorrichtung rund ist) wird relativ groß sein, um die notwendigen Strömungscharakteristika vorzusehen. Dies erfordert, dass die Vorrichtung eine sehr hohe Festigkeit und Steifheit für eine derartige dünne Folie aufweist.
Die Steifheit kann durch die Auslegungsaspekte, die Auswahl von Bindungen, die Ausrichtung aufeinanderfolgender Laminationen in dem gesinterten Verbundstoff und die Endverarbeitung des gesinterten Verbundstoffes vorgesehen werden.

2. Blockierungsfreiheit

Mit einem gesinterten gewebten Drahtgewebeverbundstoff gibt es im Wesentlichen keine Blindpassagen.
Ein weiterer Vorteil dieses dünnen gesinterten Drahtgewebes besteht darin, dass wenig oder keine Schäumung in dem Sinterelement stattfindet. Der Schaum wird größtenteils nach dem Passieren durch das Sinterelement gebildet. Andere Vorrichtungen, wie zum Beispiel die in WO96/00644 beschriebenen, die mehrfache Siebe aufweisen oder WO96/02377, die eine Packungsdicke zwischen 10 und 400 mm aufweisen, können erlauben, dass während der Passage durch die Vorrichtungen Schäumung stattfindet. Dies könnte sich nachteilig auf den Schaum auswirken und die Bläschen in dem Schaum veranlassen, durch Friktion zu koaleszieren, was wiederum Löcher in dem Schaum verursachen kann.
Eine wichtige Entdeckung besteht darin, dass der Permeabilitätskoeffizient und die Dicke des gesinterten Maschengewebes bei der Herstellung von feinem, offenzelligem Schaum wichtig sein kann. Mit einem gesinterten Maschengewebe von 20 Mikron mit einem Permeabilitätskoeffizient von 54 · 10&supmin;&sup6; (cgs-Einheiten) und einem. Durchmesser von 30 mm und einer Dicke von 1,32 mm wurde ein feiner, offenzellig strukturierter Schaum mit einem Druckabfall über das Sinterelement hinweg von 18 bar bei einer Kaltstromrate von 23 kg pro Minute unter Verwendung konventioneller Polyole erhalten.
Die effektive Fläche von jedwedem Diffusorelement kann aus einer modifizierten Darcy-(D'Arcy)-Formel/Gleichung berechnet werden:
Worin:
v = das Flüssigkeitsvolumen ist, das in ml in einer Zeit von t Sekunden fließt.
p = der Druckabfall über das Element hinweg in g/cm² ausgedrückt wird.
A = die effektive Fläche des Elements in cm² ist.
n = die absolute Viskosität in Centipoise (oder Milli-Pascal Sekunden) ist.
l = die Dicke des Elements in cm ist.
φ = der Permeabilitätskoeffizient [d. h. Messung des Stroms durch das Element in cgs-(cm.g.Sekunde)-Einheiten] ist.
Das oder jedes permeable Element kann auf Wunsch in ein konvexes Profil (wenn von der Austragseite angesehen) über seine effektive Fläche zur Erhöhung seiner Festigkeit geformt werden.
Der Austragschaum wird vorteilhafterweise von einem transversalen Plattenset bei einem Winkel zwischen 20º und 70º an das Förderband oder die Fallplattenoberfläche abgelenkt. Wir haben gefunden, dass die Höhe des Austragkopfes über der transversalen Platte und die Geschwindigkeit des Schaumes bei Austritt aus dem Austragkopf wichtig sein kann; eine zu geringe Höhe und eine zu hohe Geschwindigkeit können Fehlstellen in Richtung des Bodens des Blockes verursachen. Es ist wünschenswert, dass der Strom des Schaumes beim Austritt glatt und laminar ist.
Die Erfindung wird hierin nachstehend ferner unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen lediglich beispielhaft beschrieben, worin:
Fig. 1 eine diagrammatische Schnittansicht von einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen permeablen Austragkopfes ist;
Fig. 2-5 Beispiele von Tressengeweben zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 6 im Schnitt eine Ausführungsform eines Verteilers mit einem Chemikalieneinlass an einem und Abgabevorrichtungs-Austragkopf für einen erfindungsgemäßen Apparat veranschaulicht;
Fig. 7 im Schnitt eine Ausführungsform ähnlich der von Fig. 6 veranschaulicht, die aber die Verwendung eines Treib-/Schaum-(CO&sub2;)-Mittels vollkommen ausschließt.
Fig. 8 und 9 die Verwendung einer gewinkelten transversalen Platte zur Aufnahme des Schaumes veranschaulicht;
Fig. 10 einen Apparat zeigt, der bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht bevorzugt ist, worin das CO&sub2; vor den Aktivator- und Katalysatorkomponenten (einschließlich des Silikon-Katalysators) eingeführt wird; und
Fig. 11 bis 18 Ausführungsformen des Apparates zeigen, die in der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind.
Fig. 1 ist eine diagrammatische Querschnittsansicht von einem erfindungsgemäßen möglichen permeablen Austragkopf für einen Apparat und umfasst im Allgemeinen ein glockenförmiges Gehäuse 11 mit einer Kupplung 13 an einem Ende zum Anschluss an ein Einlassrohr 14, das im Gebrauch die notwendigen Schaumkomponenten trägt, die sich in Richtung A bewegen. Befestigt an dem unterstromigen Auslassende des Gehäuses 11 ist ein einzelnes Verbundelement 16, das aus einer Anzahl einzelner scheibenförmiger Drahtgewebe konstruiert ist, die zur Bildung eines unitären Körpers zusammengesintert wurden, der eine Struktur dergestalt aufweist, um Teilung, Divergenz und Konvergenz von Strompfaden in drei Dimensionen in seiner Axialdicke erforderlich zu machen, die in der Stromrichtung dort hindurch berücksichtigt wird, wodurch wiederholte Richtungsänderungen und Mischen der Ströme, wenn sie durch den Körper passieren, erreicht werden sollen. Das Element 16 wird zwischen Flanschen 18a, 18b, möglicherweise mit dem Zusatz runder Abdichtungen (nicht gezeigt) festgeklemmt, um bei der Verhinderung des Stromes von Schaumkomponenten um die Peripherie des Elementes 16 herum zu helfen.
Während in der veranschaulichten Ausführungsform das Element 16 rund ist, könnte es in anderen Ausführungsformen aus verschiedenen Formen, wie zum Beispiel rechteckig sein.
Die vorliegende Erfindung befasst sich nicht mit der peripheren Form des Elementes 16, sondern vielmehr mit seiner. Struktur. Wie hierin zuvor erklärt, ist das Element 16 aus gesinterten Drahtgeweben aufgebaut, die in der Regel, aber nicht unbedingt, aus Metall sind.
Obgleich die Erfindung nicht auf die Verwendung derartiger Bindungen begrenzt ist, zeigen Fig. 2-5 Beispiele von Tressengeweben zur Verwendung bei der Bildung des Verbundelementes 16.
Fig. 2 zeigt eine Einzelschicht aus Tressengewebe in glatter Bindung. Fig. 3 zeigt drei Schichten aus Tressengewebe in glatter Bindung, wobei benachbarte Schichten bei 90º ausgerichtet sind.
Fig. 4 ist eine Endansicht des Aufbaus von Fig. 3. Der Aufbau von Fig. 3 und 4 weist eine Verbunddicke "t" auf.
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Anordnung zur Bildung des Verbundelementes 16, das zwei sich außen befindende Tressengewebe in glatter Bindung 20a, 20b, die bei 90º zueinander ausgerichtet sind und eine sich innen befindende glatte Bindung 22 umfasst. In dem Tressengewebe in glätter Bindung 20a verlaufen die größeren Drähte, wie gesehen, von Osten nach Westen. In dem Tressengewebe in glatter Bindung 20b verlaufen die größeren Drähte von Norden nach Süden.
Ein inhärentes Charakteristikum von gesintertem Drahtgewebeverbundstoff, wie hierin verwendet, besteht darin, dass er ausgelegt und hergestellt werden kann, um einen breiten. Permeabilitätsbereich bei einem konstanten Porengrößenbemessungswert zu geben. Dieses Charakteristikum kann unter Verwendung gesinterter, aus Partikeln hergestellten. Platten, nicht erreicht werden.
So kann zum Beispiel ein gesinterter Drahtgewebeverbundstoff in einer glatten Bindung mit einem festgelegten Bemessungswert von 20 Mikron hergestellt werden, die sich in Sandwichform zwischen zwei groben Außenschichten aus Tressengewebe in glatter Bindung befindet. Dies würde eine festgelegte Porengröße von 20 Mikron mit einer geeigneten Permeabilität herbeiführen. Wenn anstelle des Sandwichs in glatter Bindung der Verbundstoff aus drei Tresengewebeschichten in glatter Bindung mit einem festgelegten Bemessungswert von 20 Mikron hergestellt würde, dann würde sich eine viel niedrigere Permeabilität ergeben. Durch ähnliche Änderungen an der Spezifikation ist es möglich, einen breiten Bereich von Permeabilität- versus Porengrößenkombinationen herbeizuführen, welche die genaue Auswahl eines geeigneten permeablen Austragkopfes für einen breiten Bereich chemischer Formulierungen und von Systemen erlaubt.
Gesinterte Drahtgewebeverbundstoffe lassen die Möglichkeit zur unabhängigen Kontrolle von Permeabilität, Porengröße, Mischen/Tortuosität zu.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. 6 wird ein Beispiel eines Systems gezeigt, welches die vorliegende Erfindung verkörpert, worin die verschiedenen Komponenten, d. h. Silikon, Wasser, TDI, Amin und Zinn ebenso wie das Treib-/Schaummittel (CO&sub2;) einfach über respektive Einspritzventile/Injektoren 30 in einen hohlen gemeinsamen Verteiler 32 eingeführt werden, an den das Polyol auch über einen Schlauch 34 zugeleitet wird. Es wird bevorzugt, dass das CO&sub2; zuletzt, d. h. am nächsten dem Austragende des Verteilers, eingespritzt wird. Ein Druckbegrenzungsventil 36 zwischen dem Verteilerauslass und einem permeablen Austragkopf 38 ermöglicht, dass der Druck über dem Gleichgewichtsdruck des Gemischs aufrechterhalten wird.
Der permeable Austragkopf 38 ist im Rahmen der in Verbindung mit Fig. 1 erklärten Grundlagen konstruiert. Weitere Einzelheiten zu möglichen Strukturen für den Austragkopf werden in WO-A-9702938 erklärt, auf die hierdurch verwiesen wird.
Es ist im Schäumungsfach weithin bekannt, dass teilweises Mischen durch Dosierung der reaktiven Komponenten durch Injektordüsen stattfinden kann, aber bei der kontinuierlichen Herstellung von Polymerschaum sind in der Regel zusätzlich Mischtrommeln erforderlich, die bei Geschwindigkeiten bis zu mehreren hundert oder über mehrere tausend UpM taufen, um Schaum von geeigneter Zellstruktur herbeizuführen. Diese vorliegende Erfindung ermöglicht, dass die Verwendung von Mischtrommeln oder statischen Mischern vermieden werden kann, wie in Beispielen 3.1 bis 3.4 inklusive, wie hierin nachstehend beschrieben, bestätigt wird.
Wie auch hierin nachstehend ferner demonstriert, ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass Schäume ohne die Verwendung von CO&sub2;-Schaummittel hergestellt werden können. Ein Beispiel wie der Chemikalien-Verteiler 32 modifiziert werden würde, wenn kein CO&sub2; Eingang vorhanden ist, wird in Fig. 7 gezeigt.
Es wurde als vorteilhaft befunden, Nukleierungsgase, wie zum Beispiel Luft oder Stickstoff beim Schäumen ohne CO&sub2; zu verwenden.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. 10 wird nun ein Apparat gezeigt, der in der Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht bevorzugt ist, da das CO&sub2; vor den Aktivator- und Katalysatorkomponenten (einschließlich des Silikons und Katalysators) eingeführt wird und von dem gefunden wurde, dass er unzufriedenstellende Ergebnisse gibt, wenn er zur Herstellung CO&sub2; getriebener Schäume vewendet wird. Es wird angenommen, dass der Grund, warum dieser Kreis schlechte Ergebnisse gibt, darin liegt, dass das Silikon in einer der reaktiven Komponenten zu dem Zeitpunkt, an dem CO&sub2; eingeführt wird, nicht vorhanden ist.
Fig. 11 bis 18 zeigen Ausführungsformen, bei denen es sich um die Erfindung verkörpernde bevorzugte Anordnungen handelt.
Fig. 11 ist ähnlich wie Fig. 10, aber mit dem wichtigen Unterschied, dass das Silikon bereits zu der Zeit in das Polyol eingeführt ist, wenn das CO&sub2; eingeführt wird. Bei Verwendung dieses Kreises wurde gefunden, wenn konventionelle chemische Polyurethan-Systeme verwendet werden, dass zusätzliches Mischen unnötig ist, wenn er zusammen mit dem vorliegenden permeablen Austragkopf verwendet wird.
In dem Apparat von Fig. 12 dosiert die Pumpe 40 nicht nur genaue Mengen des Polyols oder der Polyolmischung, sondern erhöht den Druck auf ca. 60 bar, um dem CO&sub2; zu erlauben, bei hohem Druck ohne Verdampfung eingeführt werden zu können. In einigen praktischen Anwendungen ist es vorteilhaft, den Aktivator bei niedrigem Druck (ca. 2 bis 10 bar) zu dosieren, und dies kann durch Einführung der Aktivatoren vor der Pumpe bei hohem Druck erreicht werden.
Fig. 13 und 14 sind Fig. 12 ähnlich, außer dass gezeigt wird, dass die wichtige Chemikalie zur Einführung vor dem CO&sub2; das oberflächenaktive Mittel ist, die anderen Aktivatoren, wie zum Beispiel Amin, Wasser und Zinn können mit keinen nachteiligen Wirkungen nach dem CO&sub2; eingeführt werden. Es wird auch gezeigt, dass das Silikon nach Pumpe 40 bei hohem Druck oder bei niedrigerem Druck vor Pumpe 40 eingeführt werden kann. In dieser Konfiguration weisen alle nach der Pumpe 40 zugefügten Ströme einen hohen Druck auf und würden an dem Punkt des Eintritts in den Hauptstrom Einspritzventile verwenden.
Fig. 15 und 16 sind Fig. 12 ähnlich, außer dass gezeigt wird, dass die Aktivatorströme als eine Alternative zu ihrem Vormischen individuell an den Kreis gepumpt werden können.
Fig. 17 und 18 lassen erkennen, dass die durch die vorangehenden Figur abgedeckten Prinzipien auf ein System wie in Fig. 6 gezeigt angewendet werden können, in dem alle Ströme vor dem Druckbegrenzungsventil 42 eingeführt werden.
In Fig. 10 bis 18 können alle Umlauflaufsysteme an allen Strömen, die gewöhnlich bei der praktischen Ausführung vorhanden sein können, zwecks Klarheit ausgelassen werden.
Nun werden Beispiele beschrieben, welche zeigen, dass durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen gesinterten Drahtgewebeverbundstoffes statische Mischer und Mischtrommeln eliminiert werden können.

Beispiel 1

Es wurde ein Schaumdurchlauf mit einem Gesamtaustrag von 23 kg reaktiven Materialien und CO&sub2; basierend auf 100 Teilen Polyol, 4, 5 Teilen Wasser, 4,0 Teilen CO&sub2; und einem TDI-Index von 110 durchgeführt. Alle die Reaktionsteilnehmer, einschließlich des CO&sub2;-Schaummittels wurden (durch Umgehen der üblichen Verfahren des statischen Vormischens und des Mischens in einer Mischtrommel) in einen Verteiler gespeist, wobei die Reaktionsteilnehmer und CO, durch einen gesinterten Drahtgewebeverbundstoff mit einem Bemessungswert von 20 Mikron und mit einem Durchmesser von 30 mm gespeist wurden. Es wurde ein guter Schaum von einer feinen offenzelligen Struktur mit einer Dichte von 15,6 kg pro Kubikmeter hergestellt.

Beispiel 2

Ein Schaumdurchlauf wurde bei einem Gesamtaustrag von 122 Kilogramm pro Minute von Reaktionsteilnehmern und CO&sub2; basierend auf 100 Teilen Polyol, TDI-Index 112, 4,5 Teilen Wasser und 4 Teilen CO&sub2; durchgeführt. Die Reaktionsteilnehmer und CO&sub2; wurden durch einen gesinterten Drahtgewebeverbundstoff mit einem Bemessungswert von 20 Mikron gespeist. Der hergestellte Schaum war fein und offenzellig mit Blockabmessungen von 20 m hoch, 2,1 m breit und einer Dichte von 16 kg pro Kubikmeter.
Nach 20-minütiger Schaumherstellung wurde die Mischtrommel bei 500 UpM lauten lassen. In dem Block wurden oben sofort Längsrisse hervorgerufen. Nach 23 Minuten wurde der Mischer ausgeschaltet, und die Längsrisse oben verschwanden, und es wurde wieder ein guter, feiner, offenzelliger Schaum hergestellt.
Ein bedeutendes Problem bei der Herstellung von flexiblem Polyurethanschaum stellt das Vorliegen von Fehlstellen (erbsengroßen Löchern) und Pinholes in dem Schaum dar. Diese Defekte sind besonders prävalent bei der Herstellung von Schaum anhand der weithin bekannten. Maxfoam- oder Vertifoam-Verfahren. Das durch den vorliegenden gesinterten Drahtgewebeverbundstoff herbeigeführte Mischen begegnet diesen Problemen.

Beispiel 3

Vier Schäume wurden ohne CO&sub2; hergestellt.
Schaumherstellungsrate 9,985 (10 kg) pro Minute
Polyol 100 ppH
TDI-Index 110
Wasser 4,5 ppH
Beispiel 3.1 Die Polyolmischung (Wasser, Silikon und Amin) einschließlich Zinn, TD1 und eines Nukleierungsgases, Stickstoff, wurden in den Mischkopf-Verteiler, ohne laufenden Rührer, mit einem gesinterten Drahtgewebeverbundstoff eines Bemessungswertes von 20 Mikron eingespeist. Der hergestellte Schaum wies eine feine regelmäßige Struktur ohne Pinholes auf.
Beispiel 3.2 Wie 3.1, aber mit laufendem Rührer bei 300 UpM; der hergestellte Schaum wies eine feine regelmäßige Zellstruktur auf, aber enthielt erbsengroße Löcher und mehrere vertikale Löcher (Schornsteine). Dies wurde der Verwendung des Rührers zugeschrieben, wobei Kavitation und die Bildung von Bläschen in den gemischten Reaktionsteilnehmern verursacht wurde.
Beispiel 3.3 Das Sintermaschengewebe wurde entfernt, und der Mischer wurde angehalten. Der hergestellte Schaum wies bedeutende Längsrisse, ungemischte Bereiche, erbsengroße Löcher und eine allgemein schlechte Qualität auf. Folglich führten der Verteiler und das Einspritzen der Schaumchemikalien selbst nicht ausreichendes Mischen herbei.
Beispiel 3.4 3.3 wurde mit dem bei 3000 UpM laufenden Mischkopf wiederholt. Der resultierende Schaum wies eine unregelmäßige Zellstruktur, viele erbsengroße Löcher und große Splits auf.

Beispiel 4 (Apparat von Fig. 10)

Ein Schaum wurde bei einem Gesamtaustrag von 22,4 Kilogramm/Minute wie folgt hergestellt:
Polyol 100 ppH
Wasser 4,5 ppH
Silikon 1,68 ppH
Amin 0,25 ppH
Zinn 0,2 ppH
CO&sub2; 4 ppH
Das Wasser, Silikon und Amin wurden in einen Strom vorgemischt - was als Aktivatormischung bezeichnet wurde.
Das Polyol und CO&sub2; aus Pumpe 50 wurden unter Druck in einen CO&sub2;-Injektorblock 52 gespritzt, wonach sie durch ein Druckbegrenzungsventil 42 bei einem Druck von 40 bar an einen Verteiler 54 und dann an den Austrag-/Abgabekopf 58 gespeist wurden.
Das TDI aus Pumpe 60, Zinn aus Pumpe 62 und Aktivatormischung aus Pumpe 64 wurden bei hohem Druck in den gleichen Verteiler gespeist. Die Reaktionsteilnehmer, einschließlich CO&sub2; und Aktivatormischung wurden dann an den Druckreduktionsvorrichtungs-Austragkopf 58 gespeist. Der hergestellte Schaum war von schlechter Qualität, voller Löcher und wies viele Oberflächendefekte auf

Beispiel 5 (Apparat von Fig. 11)

Der obige Test wurde wiederholt, die Aktivatormischung wurde jedoch in das Polyol gespeist, bevor es in den CO&sub2;-Injektorblock 52 gespeist wurde. Der resultierende Schaum war gut und frei von Löchern und wies keine Oberflächendefekte auf.

Beispiel 6 (Apparat von Fig. 12)

Ein Schaum wurde bei einem Austrag von 218 kg pro Minute aus der folgenden Formulierung hergestellt:
Polyol 100 ppH
TDI-Index 104
Wasser 4,13
Zinn 0,25
Silikon 1,5
Amin 0,164
CO&sub2; 4,0
Jeder der Aktivator-/Katalysatorströme wurde gesondert dosiert, wobei das Silikon als ein gesonderter Strom auf das Polyol gespritzt wurde, bevor es in den CO&sub2;-Injektorblock gespeist wurde. Der resultierende Schaum war gut frei von Löchern und wies keine Oberflächendefekte auf.
Diese Tests zeigen, dass mittels Einspritzen des Silikons in das Polyol vor dem Zufügen von CO&sub2; und unter Verwendung des vorliegenden gesinterten Drahtgewebes ein guter Schaum ohne die Verwendung von Mischtrommelköpfen erzielt wird.

Beispiel 7

Ein Test verwendete eine gesinterte Metallplatte von durchschnittlicher Porengröße, die mit 50 Mikron bemessen war (der angegebene Bereich der Porengröße von dem ausliefernden Hersteller betrug von 15 bis 250 Mikron). Ein Schaum wurde unter Verwendung dieses Materials unter den folgenden Bedingungen hergestellt:
Polyol 100
TDI-Index 110
Wasser 3,8
CO&sub2; 2,4 ppH
Der Druck der Reaktionsteilnehmer und von CO&sub2; vor dem Eintritt zu dem gesinterten Metall betrug 20 bar.
Der resultierende Schaum wies einige erbsengroße Löcher und Pinholes auf und war nicht akzeptierbar.
Dieser Test wurde unter Verwendung eines dünnen gesinterten Drahtgewebe-Elements mit einem Bemessungswert von 20 Mikron, einer Dicke von 1,32 mm, mit einem Druck vor dem Eintritt zu dem gesinterten Metall von 26 bar wiederholt. Der resultierende Schaum war gut und frei von Fehlstellen und Pinholes.
a. Das vorstehende Beispiel 4 beschreibt die Ergebnisse unter Verwendung des Apparates von Fig. 10, und Beispiel 5 und Beispiel 6 zeigen die Ergebnisse unter Verwendung des Apparates von Fig. 11 und Fig. 12.
b. Diese Tests mit keinem CO&sub2; und keiner anderen mit flüssigem CO&sub2; durchgeführten Arbeit bestätigen, dass die Verwendung eines gesinterten Drahtgewebeverbundstoffes gut gemischte Schäume ergibt, frei von Fehlstellen und anderen Defekten, ohne die Verwendung von Mischtrommeln für sowohl Schäume ohne CO&sub2; als auch mit CO&sub2; ergibt.
c. In einigen Ausführungsformen wird das CO&sub2; zuletzt in den gemeinsamen Verteiler eingeführt, d. h. in einen Bereich des Verteilers, der sich im Vergleich zu den Einführungspunkten der verschiedenen Reaktionskomponenten am dichtesten an dem Verteilerauslass des vorliegenden permeablen Austragkopfes befindet.

Nachteile gesinterter Partikelplatten

1. Wie zuvor erwähnt, hält WO96/02377 den Vorschlag granulärer Massen oder von gesinterten Metallplatten oder gesinterten Glasplatten (gesinterten Partikelplatten) als geeignete "Siebpackungen" entgegen.
2. Wie nunmehr hierin nachstehend beschrieben, weisen gesinterte Partikelplatten im Vergleich zu den in der vorliegenden Erfindung verwendeten gesinterten Drahtgewebeverbundstoffen eine Anzahl wichtiger Nachteile auf, wie zum Beispiel Variationen in den Querschnittsflächen der Öffnungspassagen. Diese Variationen können zu Fehlstellen und Fehlern in dem Schaum führen. Die Probleme und praktischen Nachteile derartiger gesinterter Materialien werden in den folgenden Beispielen veranschaulicht.
3. Die Porengröße wird größtenteils von der in dem gesinterten Verfahren verwendeten Partikelgröße bestimmt. Deshalb kann für eine gegebene Partikelgröße die Permeabilität nur durch Variation der Dicke kontrolliert werden. Außerdem begrenzt dies die Strömungsraten und Viskositäten, die erfolgreich verarbeitet werden können.
4. Wir haben ermittelt, dass Konstanz/Gleichmäßigkeit der Permeabilität bei der Herstellung einer gleichmäßigen Schäumung und folglich eines gleichmäßigen Schaums wichtig ist. Permeabilität ist eine Funktion der Porengröße, wobei die Gleichmäßigkeit von Permeabilität aufgrund von Variationen der Partikelgröße schwer zu kontrollieren ist.
5. Die Variation der in einem Partikelsinter vorliegenden Porengröße ist dergestalt, dass eine kleine Quantität von Poren, die signifikant größer als die mittlere Porengröße sind und (zahlenmäßig) eine größere Anzahl von Poren, die unter der mittleren Porengröße sind, vorliegen.
Die sich durch zu große Poren ergebenden Probleme sind wie folgt:
(a) Die Permeabilität ist erhöht, welche den Druckabfall senkt und Pinholes oder erbsengroße Löcher in dem Schaumendprodukt verursachen könnte.
Die sich durch zu kleine Poren ergebenden Probleme sind wie folgt:
(a) Die Strömungsrate durch die kleineren Poren ist sehr gering. Dies resultiert in vorzeitiger Blockierung.
(b) Blockierung tritt in kleinen Poren aufgrund von Partikeln und Agglomeration in dem Chemikalienstrom auf, die anderweitig frei passieren würden:
6. Blindporen
Einige der Porenkanäle in einem wahllos verteilten Partikelsinter haben nur eine Öthung mit keinem durchführenden Ausgang.
Das reaktive Gemisch bleibt in der gesinterten Vorrichtung eingeschlossen und wird zur Bildung eines gehärteten Schaumpartikels expandiert, was allmählich zur Blockierung der Vorrichtung führen wird.

Schaumblöcke mit nicht rechteckigem Querschnitt

Schaumblöcke mit runden Querschnittsflächen werden unter Verwendung des weithin bekannten konventionellen geneigten Förderbandes, Maxfoam- und Vertifoam-Verfahren hergestellt. Es ist sehr wichtig, Pinholes und Fehlstellen zu vermeiden, wenn runde Blöcke hergestellt werden, die in relativ dünne Folien (2 mm bis 20 mm dick) abgeschält werden sollen, und derartige Defekte würden Schaumabfall verursachen.
In konventionellen Verfahren mit geneigten Förderbändern werden die Reaktionsteilnehmer in flüssigem Zustand auf das Förderband abgeschieden, und es muss vorsichtig vorgegangen werden, um Lufteinschlüsse oder Unterlaufen zu vermeiden, da dies Fehlstellen, Pinholes und Abfallschaum herbeiführen kann. Es wurde gefunden, dass die unter Verwendung des vorliegenden permeablen Austragkopfes, mit und ohne einem flüssigen CO&sub2;, hergestellte Abscheidung (Lay-down) nicht so kritisch ist und Fehlstellen, Pinholes und andere Schaumdefekte erheblich reduziert werden.
In den Maxfoam- und Vertifoam-Verfahren wird ein teilweise vorexpandierter Schaum verwendet, aber jedwede in dem Schaum vor der Abscheidung eingeschlossene Gase führen zu Fehlstellen und Pinholes in dem Schaum. Die Verwendung des gesinterten Drahtgewebeverbundstoffes, wie in dieser Erfindung definiert, vermeidet die Verwendung von Mischtrommeln und die von der Mischtrommel herbeigeführten Fehlstellen und Pinholes können vermieden werden.

Claims

1. Permeabler Austragkopf zur Verwendung bei der Herstellung von Polymerschäumen, durch welchen ein Reaktionsgemisch mit einem kontrollierten Druckabfall zur Bildung eines Schaumes ausgetragen werden kann, wobei genannter permeabler Austragkopf mehrere individuelle Maschengewebe (20a, 22, 20b) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass genannte individuelle Maschengewebe (20a, 22, 20b) Drahtgewebe sind, die zur Bildung eines Verbunddiffusorelements (16) zusammengesintert sind.

2. Permeabler Austrag nach Anspruch 1, worin der Permeabilitätskoeffizient des Verbundelementes (16) zwischen 1 · 10&supmin;&sup6; und 200 · 10&supmin;&sup6; cgs-Einheiten liegt.

3. Apparat zum Herstellen eines Polymerschaumes, worin Schaumkomponenten unter Druck zur Bildung eines Reaktionsgemisches zusammengebracht werden, wobei genannter Apparat einen permeablen Austragkopf umfasst, der mehrere individuelle Maschengewebe (20a, 22, 20b) umfasst, durch welche das Reaktionsgemisch mit kontrolliertem Druckabfall zur Bildung eines Schaumes ausgetragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass genannte individuelle Maschengewebe (20a, 22, 20b) Drahtgewebe sind, die zur Bildung eines Verbunddiffusorelementes (16) zusammengesintert sind.

4. Apparat nach Anspruch 3, worin der Permeabilitätskoeffizient des Verbundelements (16) zwischen 1 · 10&supmin;&sup6; und 200 · 10&supmin;&sup6; cgs-Einheiten liegt.

5. Apparat nach Anspruch 3 oder 4, worin das Verbundelement (16) eine im Wesentlichen gleichmäßige Porengröße und Tortuosität aufweist.

6. Apparat nach Anspruch 3, 4 oder 5, worin die Dicke des Verbundelementes (16) in dem Bereich von 0,4 bis 5 mm liegt.

7. Apparat nach einem der Ansprüche 3 bis 6, worin die individuellen Drahtgewebe, die das Verbundelement (16) bilden, die gleichen oder unterschiedliche Porengrößen aufweisen.

8. Apparat nach einem der Ansprüche 3 bis 7, worin das Verbundelement (16) zwei oder mehrere Tressengewebe (20a, 22, 20b) umfasst.

9. Apparat nach einem der Ansprüche 3 bis 8, worin das Verbundelement zwei oder mehrere Tressengewebe in glatter Bindung (20a, 22, 20b) und mindestens ein Maschengewebe in glatter Bindung (22) umfasst.

10. Apparat nach einem der Ansprüche 3 bis 9, einschließlich eines gemeinsamen Verteilers (32), gekoppelt mit dem Austragkopf (38) und in den alle Komponenten des Schaumes unter Druck gespeist werden.

11. Apparat nach Anspruch 10, worin der gemeinsame Verteiler (32) mittels eines Druckbegrenzungsventils (36) an den Austragkopf (38) gekoppelt ist.

12. Apparat nach einem der Ansprüche 3 bis 11, worin der permeable Austragkopf (16, 38) ein einzelnes genanntes Verbundelement umfasst, das so angeordnet ist, um ausreichend stark zu sein, um die erforderliche Druckreduktion in einem einzelnen Durchgang dort hindurch zu erlauben.

13. Apparat nach einem der Ansprüche 3 bis 12, worin das Austraggemisch aus dem permeablen Austragkopf (68) auf eine transversale Platte (66) abgegeben wird, die bei einem Winkel zwischen 20º und 70º zu der Horizontalen liegt.

14. Apparat nach einem der Ansprüche 3 bis 13, worin die Querschnittsfläche, Porengröße und der Permeabilitätskoeffizient des Verbundelementes ausgewählt werden, um einen Gegendruck vor dem Verbundelement in dem Bereich von 0,5 bis 80 bar aufrechtzuerhalten.

15. Verfahren zum Herstellen eines Polymerschaumes, worin die Schaumkomponenten unter Druck zusammengebracht werden, um ein Reaktionsgemisch zu bilden, das mit einem kontrollierten Druckabfall durch einen permeablen Austragkopf geleitet wird, der mehrere Drahtgewebe (20a, 22, 20b) umfasst, die zur Bildung eines Verbundelements (16) zusammengesintert wurden, wodurch ein Schaum gebildet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, worin reaktive Schaumkomponenten, einschließlich eines oberflächenaktiven Mittels und eines CO&sub2;-Schaummittels unter Druck oberstromig von dem permeablen Austragkopf zusammengebracht werden, wobei das oberflächenaktive Mittel in eine der reaktiven Komponenten vor dem CO&sub2; eingebracht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, worin reaktive Schaumkomponenten und ein Hilfsschaummittel unter Druck zusammengebracht werden und, ohne Vormischen, durch den permeablen Austragkopf geleitet werden.

18. Verfahren nach Anspruch 15, worin das Hilfsschaummittel flüssiges oder gasförmiges. CO&sub2; ist.

19. Verfahren nach Anspruch 15, welches kein Hilfsschaummittel verwendet, worin die reaktiven Schaumkomponenten unter Druck zusammengebracht werden und, ohne Vormischen, durch den permeablen Austragkopf geleitet werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, worin die reaktiven Komponenten und, wo vorliegend, das Hilfsschaummittel in einem gemeinsamen Verteiler (32) zusammengebracht werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, worin die Geschwindigkeit des Schaumes am Ausgang des Austragkopfes gemäß der Darcy-Formel dergestalt angepasst wird, um eine glatte und laminare Strömung zu erzielen.

22. Verfahren zur Herstellung von Polymerschaum nach Anspruch 15, worin aus dem permeablem Austragkopf austretender Schaum zu einem Schaumkörper mit einem im Wesentlichen runden Querschnitt geformt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 15 zum Herstellen eines Polymerschaumes aus Schaumkomponenten, worin die Schaumkomponenten unter Druck zusammengebracht werden und, ohne Vormischen, durch genannten permeablen Austragkopf geleitet werden, worin der Druck reduziert ist und unterstromig von dem der Schaum gebildet wird, wobei das Verbundelement des permeablen Austragkopfes einen Permeabilitätskoeffizienten zwischen 1 · 10&supmin;&sup6; und 200 · 10&supmin;&sup6; cgs-Einheiten aufweist und eine im Wesentlichen gleichmäßige Porengröße und Tortuosität dergestalt besitzt, um Druckenergie, die in den unter Druck stehenden Schaumkomponenten enthalten ist, gleichmäßig in seinem gesamten Strömungsquerschnitt in Mischen und Förderung von Zellenbildung umzuwandeln, wodurch an der Austragseite des Verbundelementes ein homogenes schäumendes Gemisch gebildet wird.

24. Verfahren zum Herstellen von Polymerschaum nach Anspruch 15, worin alle die reaktiven Schaumkomponenten und ein Schaummittel mit niedrigem Siedepunkt ohne Vormischen unter Verwendung eines statischen Mischers oder einer Mischtrommel zusammengebracht werden, ausreichender Druck zur Aufrechterhaltung des Schaummittels in einem flüssigen Zustand aufgebracht wird und die kombinierten reaktiven Schaumkomponenten und Schaummittel durch genannten permeablen Austragkopf geleitet werden, durch welchen das Gemisch ausgetragen wird und wo der Druck reduziert ist und Schaum gebildet wird.

25. Verfahren zum Herstellen von Polymerschaum nach Anspruch 15, ohne die Verwendung von jeglichem Schaummittel mit niedrigem Siedepunkt, worin alle die reaktiven Schaumkomponenten ohne Vormischen unter Verwendung eines statischen Mischers oder einer Mischtrommel zusammengebracht werden und die kombinierten reaktiven Schaumkomponenten durch genannten permeablen Austragkopf geleitet werden, durch welchen das Gemisch ausgetragen und Schaum gebildet wird.

26. Verfahren zum Herstellen von Polymerschaum nach Anspruch 15, worin reaktive Schaumkomponenten, mit oder ohne ein Schaummittel mit niedrigem Siedepunkt, zusammengebracht werden, und das Gemisch durch genannten permeablen Austragkopf geleitet wird, durch welchen das Gemisch ausgetragen wird und wo der Druck reduziert ist und Schaum gebildet wird.

27. Verfahren zum Herstellen von Polymerschaum nach Anspruch 15, worin reaktive Schaumkomponenten und ein Schaummittel mit niedrigem Siedepunkt unter ausreichendem Druck zur Aufrechterhaltung des Schaummittels in einem flüssigen Zustand zusammengebracht werden und die Kombination durch genannten permeablen Austragkopf geleitet wird, dessen Permeabilitätskoeffizient so beschaffen ist, dass er zwischen 1 · 10&supmin;&sup6; und 200 · 10&supmin;&sup6; cgs-Einheiten liegt.