EP0287705A2 - Verfahren zum Reinigen von Verarbeitungsanlagen für reaktive isocyanathaltige Mehrkomponentengemische - Google Patents

Verfahren zum Reinigen von Verarbeitungsanlagen für reaktive isocyanathaltige Mehrkomponentengemische Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an agent for cleaning processing plants for reactive isocyanate-containing multicomponent mixtures.
  • processing plants In the production of quick-setting plastics and plastic foams based on polyurethane and polyisocyanurate, processing plants are used in which the reactive, isocyanate-containing mixtures required for the production of the end product are fed to the molds via mixing heads.
  • mixing heads which can be equipped with agitators, tend to clog and therefore have to be kept periodically, usually after every shot, with suitable detergents.
  • the storage containers, valves and lines upstream of the mixing heads must also be cleaned from time to time with a detergent.
  • solvents or solvent mixtures in which the substances to be removed are readily soluble.
  • These are usually chlorinated hydrocarbons such as dichloromethane, trichlorethylene, 1,1,1-trichloroethane, tetrachlorethylene or carboxyl-containing, volatile solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, pentyl acetate or mixtures thereof.
  • chlorinated hydrocarbons such as dichloromethane, trichlorethylene, 1,1,1-trichloroethane, tetrachlorethylene or carboxyl-containing
  • volatile solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, pentyl acetate or mixtures thereof.
  • Such agents are described in DE-OS 34 44 293.
  • the chlorinated hydrocarbons are liver and nerve toxins, some of them. carcinogenic, and are therefore subject to special legal provisions regarding use and labeling. Furthermore, these substances are difficult to decompose in the soil.
  • the object of the present invention is to provide a cleaning agent according to the preamble of the main claim which, with a good cleaning effect, can be used only with great flammability, is not carcinogenic and can be used without high safety measures in terms of occupational safety and disposal.
  • the agent is intended to completely detach or disperse the reactive components, the so-called adducts, as well as the products of the beginning reaction, which are not yet highly crosslinked, without the need for increased shear forces. Residual solvents in the systems must be avoided.
  • plasticizer portion of the cleaning agent according to the invention has so far been known only from PVC processing and in paint production.
  • Suitable plasticizers are esters of phthalic acid with shorter to medium chain (C2 to C13) aliphatic alcohols, especially diethyl or dioctyl phthalate, or there are shorter to medium chain alkyl sulfonic acid esters of phenols. The latter are available as finished commercial products.
  • Suitable mineral oil products are mineral oil fractions with carbon numbers from 8 to 17 from aliphatic, naphthenic or aromatic hydrocarbons or mixtures thereof.
  • the boiling range of the fractions must be between 120 ° C and 300 ° C. For reasons of safe processing, it is advantageous to use fractions with boiling ranges above 180 ° C at flash points above 55 ° C. Petroleum and / or white spirit have proven successful.
  • Aromatically-free mineral oil fractions with a boiling range between 230 and 260 ° C and a flash point above 100 ° C are particularly advantageous, also in toxicological terms.
  • the flash points of the plasticizers are above 150 ° C; these can therefore also be used without any problems.
  • Used residues of the cleaning agent can be removed easily and safely. If they get into the operating wastewater, they can be separated from it using a light liquid separator, which is usually available. Residues of still reactive isocyanate components can then be converted into harmless, fully reacted products by adding water, ammonia and / or alcohol accordingly.
  • the formulation of the solvent according to the invention was not obvious since both components on their own do not have the required cleaning action. Their mixing ratio can be optimized within the limits of the invention by simple preliminary tests for the residues to be removed in each case.
  • Typical ingredients of these residues are e.g. For example: 4,4 ⁇ -diphenylmethane diisocyanate, also in modified form; Tolylene diisocyanate; the linear and branched polyethers and polyesters customary in polyurethane chemistry, such as, for. B. of naphthylene-1,5-diisocyanate with a linear polyester of adipic acid and ethylene glycol.
  • the detergent according to the invention is used in a known manner in that it passes through the processing plant instead of the reaction components, optionally supported by pumps. Then you can accelerate with an air flow of 6 bar overpressure or blow off the cleaning agent.
  • a mixture of 61 percent by weight dibutyl phthalate and 39 percent by weight white spirit (boiling range 180 to 210 ° C) is used to clean a casting machine with a mixing chamber and stirrer, in which polyurethane foam parts are made from a branched polyether based on polyethylene / prolypropylene glycol, modified diphenylmethane diisocyanate and with conventional additives . After the mixing and ejection process, approx. 20 ml of reactive mixture remain in the mixing chamber.
  • a mixture of 70 weight percent dioctyl phthalate and 30 weight percent of a non-aromatic hydrocarbon fraction (boiling range 240 to 260 ° C, a commercial product) is produced.
  • a system on which polyurethane elastomer parts are produced from an adduct of naphthylene-1,5-diisocyanate and a linear polyester from adipic acid and ethylene glycol at 90 ° C is rinsed with 100 ml cleaning mixture for 3 seconds and 2 seconds with compressed air from 6 bar overpressure blown out. The system runs clean for the duration of a shift, as was previously the case only when using dichloromethane.
  • Example 1 A mixture of 66 percent by weight alkyl sulfonic acid esters of phenols (commercial product) and 34 percent by weight petroleum (boiling range 180 to 245 ° C.) is used to clean a system as in Example 1. The cleaning result is equivalent to that of Example 1.
  • the contaminated cleaning agent residues of Examples 1 to 3 are allowed to react with water, as a result of which the isocyanate components are converted into harmless products. If necessary, ammonia and / or an alcohol can be added.
  • the solids formed are separated from the liquid phase by settling. This can be used again to produce a cleaning agent according to the invention.

Abstract

Ein Mittel zum Reinigen von Verarbeitungsanlagen für reaktive isocyanathaltige Mehrkomponentengemische besteht aus 50 bis 75 Gewichtsprozent eines Weichmachers aus der Gruppe der kürzer- bis mittelkettigen Phthalsäureester oder Alkylsulfonsäureester von Phenolen sowie aus 50 bis 25 Gewichtsprozent Mineralölfraktionen aus aliphatischen, naphthenischen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen des Bereiches C8 bis C17.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Mittel zum Reinigen von Verar­beitungsanlagen für reaktive isocyanathaltige Mehrkompo­nentengemische.
  • Bei der Herstellung von schnell erhärtenden Kunststoffen und Kunststoffschäümen auf Basis Polyurethan und Polyiso­cyanurat werden Verarbeitungsanlagen verwendet, bei denen die zur Herstellung des Endproduktes benötigten reaktiven, isocyanathaltigen Gemische den Formen über Mischköpfe zuge­führt werden. Diese Mischköpfe, die mit Rührwerken ausge­stattet sein können, neigen zum Verstopfen und müssen des­halb periodisch, meist nach jedem Schuß, mit geeigneten Spülmitteln durchgängig gehalten werden. Auch die den Misch­köpfen vorgeschalteten Vorratsbehälter, Ventile und Leitun­gen sind von Zeit zu Zeit mit Hilfe eines Spülmittels zu reinigen.
  • Die Reinigung geschieht bisher meist mit Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen, in denen die zu entfernen­den Substanzen gut löslich sind. Dies sind normalerweise Chlorkohlenwasserstoffe wie Dichlormethan, Trichlorethen, 1,1,1-Trichlorethan, Tetrachlorethen oder carboxylgruppen­haltige, leicht flüchtige Lösungsmittel wie Aceton, Methyl­ethylketon, Ethylacetat, Pentylacetat oder Gemische daraus. Solche Mittel sind in DE-OS 34 44 293 beschrieben.
  • Der Nachteil dieser Mittel liegt darin, daß sie entweder gesundheits- und umweltschädlich sind und wegen ihres Halo­gengehaltes kostenaufwendig entsorgt werden müssen, oder daß sie leicht flüchtig und leicht entflammbar sind, wes­halb besondere, aufwendige Einrichtungen zum Explosions­schutz vorgesehen werden müssen. So besitzen Äthylacetat und Methylethylketon Flammpunkte von -4°C und Aceton von unter -20°C, n-Butylacetat einen Flammpunkt von 25°C.
  • Die chlorierten Kohlenwasserstoffe sind Leber- und Nerven­gifte, z.T. kanzerogen, und unterliegen deshalb besonderen gesetzlichen Bestimmungen bezüglich Gebrauch und Kennzeich­nung. Ferner sind diese Stoffe im Boden schwer abbaubar.
  • Unter diesem Aspekt wurde bereits in DE-OS 35 17 170 ein Reinigungsmittel vorgeschlagen, welches nicht-aromatische, hochsiedende Kohlenwasserstoffe und alkylierte aromatische Verbindungen mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen enthält. Solche Zusammensetzungen besitzen auch ausreichend hohe Flammpunk­te; für den Einsatz in Verarbeitungsanlagen für reaktive, isocyanathaltige Mehrkomponentensysteme haben sie sich je­doch als unwirksam erwiesen.
  • Ferner wurde in DE-PS 26 05 984 eine wäßrige Emulsion eines mehrwertigen Alkohols mit einem Öl-in-Wasser-Emulgator vor­geschlagen. Dieses Mittel hat jedoch den entscheidenden Nachteil, daß, wenn auch nur geringste Mengen davon in den Verarbeitungsanlagen zurückbleiben - was sich nur selten verhindern läßt -, chemische Wechselwirkungen mit der Iso­cyanatkomponente auftreten und es zu Rückstandsbildungen und damit zu Störungen in der Apparatur kommt. Ferner ist dieses Mittel nur anwendbar bei niedrigviskosen, gut dis­pergierbaren Verunreinigungen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Reinigungsmittel gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches anzugeben, welches bei guter Reinigungswirkung nur schwer entflammbar, nicht kanzerogen und in bezug auf Arbeitssi­cherheit und Entsorgung ohne hohe Sicherheitsmaßnahmen ein­gesetzt werden kann. Das Mittel soll die reaktiven Kompo­nenten, die sogenannten Addukte, wie auch die Produkte der beginnenden Reaktion, die noch nicht hoch vernetzt sind, vollständig ablösen bzw. dispergieren, ohne daß erhöhte Scherkräfte anzuwenden sind. Lösungsmittelrückstände in den Anlagen müssen sicher vermieden werden.
  • Die Lösung der genannten Aufgabe besteht in einem Reini­gungsmittel mit der Zusammensetzung, wie sie im kennzeich­nenden Teil des Anspruchs 1 angegeben ist. Die Unteransprü­che betreffen vorteilhafte Varianten.
  • Der Weichmacheranteil des erfindungsgemäßen Reinigungsmit­tels ist bisher nur aus der PVC-Verarbeitung und in der Lackherstellung bekannt. Geeignete Weichmacher sind Ester der Phthalsäure mit kürzer- bis mittelkettigen (C₂ bis C₁₃) aliphatischen Alkoholen, besonders Diethyl- oder Dioctyl­phthalat, oder es sind kürzer- bis mittelkettige Alkylsul­fonsäureester von Phenolen. Letztere sind als fertige Han­delsprodukte erhältlich.
  • Geeignete Mineralölprodukte sind Mineralölfraktionen mit Kohlenstoffzahlen von 8 bis 17 aus aliphatischen, naphthe­nischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen oder Mischun­gen daraus. Der Siedebereich der Fraktionen muß zwischen 120°C und 300°C liegen. Aus Gründen der unbedenklichen Ver­arbeitet ist es vorteilhaft, Fraktionen mit Siedebe­reichen über 180°C bei Flammpunkten über 55°C einzusetzen. Bewährt haben sich hierbei Petroleum und/oder Testbenzin.
  • Besonders vorteilhaft, auch in toxikologischer Hinsicht, sind aromatenfreie Mineralölfraktionen, deren Siedebereich zwischen 230 und 260°C und deren Flammpunkt über 100°C liegt.
  • Wesentlich ist, daß die Mischungsverhältnisse dieser Frak­tionen völlig unkritisch sind, also auf die Wirkung des er­findungsgemäßen Reinigungsmittels keine qualitativen Ein­flüsse haben. Solche Gemische von Kohlenwasserstofffraktio­nen sind ebenfalls unter verschiedenen Bezeichnungen im Handel erhältlich.
  • Die Flammpunkte der Weichmacher liegen oberhalb 150°C; diese sind daher ebenfalls unproblematisch verwendbar.
  • Die Beseitigung verbrauchter Reste des Reinigungsmittels ist leicht und gefahrlos möglich. Falls sie in das Betriebs­abwasser gelangen, können sie aus diesem mittels eines - in der Regel vorhandenen - Leichtflüssigkeits-Abscheiders abgetrennt werden. Reste noch reaktiver Isocyanat-Kompo­nenten können durch entsprechenden Wasser-, Ammoniak- und/­oder Alkoholzusatz danach in unschädliche, ausreagierte Pro­dukte umgewandelt werden.
  • Die erfindungsgemäße Rezeptur des Lösungsmittels war nicht naheliegend, da beide Komponenten für sich allein nicht die geforderte Reinigungswirkung zeigen. Ihr Mischungsverhält­nis ist innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen durch ein­fache Vorversuche für die jeweils zu entfernenden Rückstän­de optimierbar. Typische Inhaltsstoffe dieser Rückstände sind z. B.: 4,4ʹ-Diphenylmethandiisocyanat, auch in modifi­zierter Form; Toluylen-diisocyanat; die in der Polyurethan­chemie üblichen linearen und verzweigten Polyether und Po­lyester, wie z. B. von Naphthylen-1,5-Diisocyanat mit einem linearen Polyester aus Adipinsäure und Ethylenglycol.
  • Die Verwendung des erfindungsgemäßen Spülmittels geschieht in bekanter Weise dadurch, daß es anstelle der Reaktions­komponenten die Verarbeitungsanlage durchläuft, gegebenen­falls unterstützt durch Pumpen. Anschließend kann beschleu­nigt mit einem Luftstrom von 6 bar Überdruck getrocknet bzw. das Reinigungsmittel abgeblasen werden.
  • Zusammensetzung, Anwendung und Vorteile des erfindungsgemä­ßen Reinigungsmittels werden durch die folgenden Beispiele näher erläutert:
    • Beispiel 1
  • Eine Mischung aus 61 Gewichtsprozent Dibutylphthalat und 39 Gewichtsprozent Testbenzin (Siedebereich 180 bis 210°C) wird zur Reinigung einer Gießmaschine mit Mischkammer und Rührwerk verwendet, in welcher Polyurethanschaumteile aus einem verzweigten Polyether auf Basis Polyethylen/Prolypro­pylenglycol, modifiziertem Diphenylmethandiisocyanat und mit üblichen Zusatzmitteln hergestellt werden. Nach dem Misch- und Ausstoßvorgang bleiben ca. 20 ml reaktives Ge­misch in der Mischkammer zurück.
  • Diese wird mit 60 ml der genannten Reinigungsmittelmischung während 6 Sekunden aus dem Vorratstank durchgespült. An­schließend wird 3 Sekunden lang mit strömender Luft (6 bar Luftüberdruck) getrocknet. Das Mischaggregat ist danach zum nächsten Mischvorgang bereit. Spülmittel- oder Reaktions-­Komponenten sind in der Anlage nicht mehr vorhanden.
    • Beispiel 2
  • Eine Mischung aus 70 Gewichtsprozent Dioctylphthalat und 30 Gewichtsprozent einer nicht-aromatischen Kohlenwasser­stofffraktion (Siedebereich 240 bis 260°C, ein Handelspro­dukt) wird hergestellt. Eine Anlage, auf der Polyurethan-­Elastomerteile aus einem Addukt aus Naphthylen-1,5-Diisocy­anat und einem linearen Polyester aus Adipinsäure und Ethy­lenglycol bei 90°C hergestellt werden, wird mit 100 ml Rei­nigungsmischung während 3 Sekunden gespült und 2 Sekunden mit Preßluft von 6 bar Überdruck ausgeblasen. Die Anlage läuft reinigungslos über die Dauer einer Schicht, wie dies vorher nur bei der Verwendung von Dichlormethan der Fall war.
    • Beispiel 3
  • Eine Mischung aus 66 Gewichtsprozent Alkylsulfonsäureestern von Phenolen (Handelsprodukt) und 34 Gewichtsprozent Petro­leum (Siedebereich 180 bis 245°C) wird zur Reinigung einer Anlage wie in Beispiel 1 verwendet. Das Reinigungsergebnis ist gleichwertig demjenigen von Beispiel 1.
  • Die verschmutzten Reinigungsmittelreste der Beispiele 1 bis 3 werden mit Wasser ausreagieren gelassen, wodurch die Isocyanat-Komponenten in unschädliche Produkte überführt werden. Falls erforderlich, können Ammoniak und/oder ein Alkohol zugesetzt werden.
  • Die gebildeten Feststoffe werden durch Absitzenlassen von der flüssigen Phase getrennt. Diese kann erneut zur Her­stellung eines erfindungsgemäßen Reinigungsmittels einge­setzt werden.

Claims (5)

1. Mittel zum Reinigen von Verarbeitungsanlagen für reakti­ve isocyanathaltige Mehrkomponentengemische, dieses Mit­tel bestehend aus einem Weichmacher und einem Lösungs­mittel, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
50 bis 75 Gewichtsprozent eines Esters aus a) Phthal­säure und einem aliphatischen Alkohol mit einer Ketten­länge von C₂ bis C₁₃ oder
b) einer kürzer- bis mittelkettigen Alkylsulfonsäure und einem Phenol;
25 bis 50 Gewichtsprozent Mineralölfraktionen mit Koh­lenstoffzahlen von C₈ bis C₁₇ aus aliphatischen, naphthe­mischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, oder de­ren Mischungen, wobei der Siedebereich der Fraktionen zwischen 120°C und 300°C liegt.
2. Reinigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß der Weichmacher Diethyl- oder Dioctylphthalat ist.
3. Reinigungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die enthaltenen Mineralölfraktionen einen Siedebereich über 180°C bei einem Flammpunkt über 55°C aufweisen.
4. Reinigungsmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Mineralölfraktion Petroleum und/oder Testben­zin enthält.
5. Reinigungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß es aromatenfreie Mineralölfraktionen mit einem Siedebereich von 230°C bis 260°C bei einem Flamm­punkt über 100°C enthält.
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