NO169054B - Fremgangsmaate og apparat til fremstilling av polymerskum - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et apparat for fremstilling av polymerskum, såsom polyuretanskum, og spesielt skum-plater eller -"kaker".

Polyuretanskum kan fremstilles ved å blande en polyol med toluen-di-isocyanat (TDI), vannstabilisatorer og passende katalysatorer. Den kjemiske reaksjonen produserer karbondioksyd som forårsaker at blandingen ekspanderer til et skum, og reaksjonen er eksotermisk. Tettheten av det resulterende skum kan styres, avhengig av mengden av vann som tilsettes, men hvis andelen av vann overstiger omkring 4,8 deler pr hundre, vil den eksotermiske temperatur stige til et uakseptabelt nivå dvs mer enn 170°C. Det er derfor, hvis ytterligere styring av tettheten er nødvendig, nødvendig å tilsette et drivmiddel såsom Freon 11 og/eller metylenklorid for å hjelpe ekspansjonsprosessen.

Fremstilling av skum-blokker eller -kaker blir vanligvis utført i en åpen form, som kan være en statisk form eller en kanalformet transportør, f.eks. som beskrevet i britisk patentspesifikasjon nr. 1 235 915. Etter at skumekspansjons-prosessen er ferdig, og mens den pågår, vil alle de ovennevnte gasser sammen med et relativt lite kvantum av TDI slippe ut i atmosfæren, og unntatt karbondioksyd, er de alle miljømessig uønskete. Etter at det ekspanderte skum har størknet tilstrekkelig til å fjernes fra transportøren, blir sideforingen av papir eller polyetylenfilm fjernet, og kappete lengder av skum blir lagret mens skummet herdnes ferdig. Under denne tiden vil skadelige gasser som befinner seg i volumet av blokken gradvis lekke ut fra blokken og forurense atmosfæren.

Det har vært foreslått å kapsle inn formen. Britisk

patent nr. 2 050 922A beskriver f.eks. en prosess for produksjon av skumblokker i hvilket en kanalformet transportør er montert i et lukket kammer, og trykket inne i kammeret er redusert med det formål å produsere skum med lavere vekt pr volumenhet for en gitt skumformel. I den utstrekning at gassene som forlater skummet kan bli beholdt og trukket ut under ekspansjonsprosessen, er det klart at dette bare kan skje med gasser som forlater den øvre overflate av skummet. Dessuten vil skumblokken som forlater kammeret være mettet med skadelige gasser.

Europeisk patentsøknad nr. 23 749 beskriver et system av former som er forbundet med en anordning for å redusere trykket inne i formene til under normalt armosfærisk trykk såsnart en blanding av skumreagenser er innført. Her blir igjen bare gasser som forlater den øvre overflate av skummet trukket ut,

og det er uunngåelig at noen skadelige gasser må forbli inne i det ekspanderte skum.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å gjøre det mulig å produsere polymerskum-produkter slik at i det vesentlige alle skadelige gasser kan fjernes fra produktet og hindres fra å slippe ut i atmosfæren under og etter produksjonsprosessen.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte og et apparat som angitt i de etterfølgende, selvstendige, henholdsvis krav 1 og 7. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen fremgår av de øvrige, etterfølgende krav.

Oppfinnelsen gjør det mulig å produsere polymerskum, spesielt skumblokker, i et miljø som er ved atmosfærisk trykk, og med et resulterende produkt som er uten betydelige mengder av skadelige gasser når produktet blir fjernet fra formen.

Det skal fortrinnsvis tilføres tørr luft til den øvre overflate av skummet. Dette gir den videre fordel at absorpsjon av vanndamp i skummet blir redusert eller unngått under herding av skummet, noe som ellers vil redusere nivået av TDI som fremdeles er aktivt i skummet. Det kreves såeldes mindre TDI i den opprinnelige blanding av skumreagenser enn ellers ville vært nødvendig for å sikre den ønskete hårdhet gjennom produktet. Den gjennomsnittlige hårdhet gjennom blokken blir også betydelig øket.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et diagram som representerer en utførelse av apparatet for å utføre oppfinnelsen; Fig. 2 er et riss som viser bunnen av formen;

Fig. 3 er en grafisk fremstilling som viser resultatene

som blir oppnådd ved oppfinnelsen;

Fig. 4 er et diagram som representerer en annen utførelse av oppfinnelsen; Fig. 5 viser et snitt langs linjen V-V på fig. 4; Fig. 6-8 viser utsnitt av en forms sidevegg sett fra inne i formen på fig. 4, og viser detaljer av alternative innretninger for lukking av åpninger; Fig. 9 og 10 viser alternative innretninger for lukking av formen; Fig. 11 viser bruken av lukkingsanordningen på fig. 10, og

Fig. 12 viser et planriss av fig. 11.

Det er åpenbart at oppfinnelsen kan benyttes til kontinuerlig produksjon av polymerskum ved bruk av en kanalformet transportør, men oppfinnelsen skal beskrives med henvisning til produksjon i statiske former.

Det henvises først til fig. 1, som viser en kasseform omfattende et bunnbrett 1, sider 2 som kan bestå av et papprør plassert i brettet 1, og et lokk 3. Like nedenfor brettet 1, som utgjør bunnen av formen, er det et kammer 4 som kan bli brakt i forbindelse med formen ved å åpne en hengslet dør 5 i en åpning 5a i bunnen av brettet 1. Døren kan åpnes og lukkes ved hjelp av en passende innretning som ikke er vist.

Forbundet med formlokket 3 er det en lufttilførselskanal som leder gjennom en styringsventil 7 til en kilde 6 for luft. Luftkilden 6 er fortrinnsvis en kilde for tørr luft. Forbundet med kammeret 4 er det en gassuttrekkingskanal omfattende en spreder 8, strømmåler 9 og pumpe 10. Fra pumpen 10 leder uttrekkingskanalen gjennom en ventil 11 til en første karbonfilterenhet 12, som er forbundet gjennom ventilene 13 og 14 til en annen karbonfilterenhet 15. Utgangen av enheten 15 leder gjennom en ventil 16 og en kondensator 17 til et oppsamlingskar 18 ved en utløpsventil 19.

Ovenfor formen er det et blandehode 21 forsynt med skumreagenser fra respektive lagertanker representert ved 22.

I bruk blir formlokket 3 fjernet, døren 5 blir lukket og en foring av f.eks. polyetylenfilm, indikert ved den brutte linje 23, blir plassert i bunnen av formen. Hvor formen ligger over døren 5, er den festet til døren med lim, og kan være perforert langs en linje som svarer til periferien av døren. En blanding av skumreagenser fra blandehodet 21 blir plassert i bunnen av formen, og lokket 3 blir lukket, mens luftinnløpsventilen 7 er lukket.

En forutbestemt tid etter at skummet har sluttet å ekspandere, blir ventilen 7 åpnet, pumpen 10 blir igangsatt og døren 5 blir åpnet. Døren fører med seg den overliggende del av foringen 23, og også en tilsvarende del av bunnhuden av skumblokken. Ventilene 11, 13, 14 og 16 er åpne, og ventilene 12a, 15a og 19 er lukket. Luft blir trukket gjennom ventilen 7 og gjennom skumblokken, hvor den samler opp gassene i blokken og fører dem med seg gjennom døren 5 til kammeret 4 og til filtrene 12 og 15.

Gassene i skumblokken vil omfatte luft, vanndamp, karbondioksyd, et lite kvantum TDI, tertiær-aminer, og Freon 11 og/eller metylenklorid. Man har funnet at man ved å trekke luften ned gjennom skumblokken og ut fra bunnen av blokken effektivt fjerner i det vesentlige alle gasser fra blokken.

Når alle gassene er fjernet fra skumblokken, blir pumpen

10 stoppet og ventilen 7 lukket. Formlokket 3 blir fjernet, og blokken, om ønsket med side 2, blir fjernet fra formen som så blir forberedt for den neste skumoperasjon.

Døren 5 i bunnen av formen kan justeres i størrelse, eller flere dører kan bli anordnet slik at én eller flere kan åpnes for å gi en døråpning av den ønskete størrelse. Fig. 2 viser et diagram som representerer et innvendig planriss av en forms bunnbrett 1, typisk en meter i firkant. Det er anordnet seks dører og hver kan opereres uavhengig av de andre. På en side er det en enkelt dør 25, og på den motsatte side er en flate lik flaten av døren 25 delt i tor dører 26, og tre dører 27, hver på en tredjedel av flaten av døren 26. Med denne utformingen vil en enkelt dør 27 gi et åpent område på omtrent 2 % av formbunnens totale flate, mens alle dørene åpne vil gi et totalt åpent område på omtrent 36 % av formbunnen.

Eksempel

Det ble benyttet et apparat som beskrevet under henvisning til fig. l, med en form på 1 kubikkmeter, og med en dør som ga en åpning på ca. 18 % av den totale bunnflaten. Tre suksessive skumoperasjoner ble utført med forskjellige blandinger av skumreagenser for å produsere skumtettheter som følger:

Grad A med tetthet 16 kg/m<3>.

Grad B med tetthet 24 kg/m<3>.

Grad C med tetthet 40 kg/m<3>.

I hvert tilfelle, etter at reagensene blir helt inn i formen og lokket lagt på, var skumreagensen ferdig på 2 minutter og 45 sekunder. Etter ytterligere 4 minutter og 15 sekunder (7 minutter etter innhelling) ble døren åpnet og pumpen 10 startet. Ventilen 7 ble justert slik at tørr luft ble trukket gjennom formen ved 500 liter/minutt, som målt med strømmåleren 9. Formen var montert på en veieplattform som indikert ved 30 på fig. 1, og med en utløsningsskala 31. Ved å merke seg endringen i formvekten med tid, ble mengden av uttrukne gasser beregnet og uttrykt som en prosent av gasser som ble erstattet med tørr luft i skumblokken - utvekslingspro-senten. Fig. 3 viser en grafisk fremstilling som representerer hver skumgrad, plottet som utvekslingsprosent i forhold til en lineær vertikal akse og tid, i minutter, i forhold til en logaritmisk horisontal akse.

Man vil se, at med alle tre grader, ble 90 % utveksling oppnådd innenfor 20 minutter fra innhellingen, og 100 % utveksling innen omkring 60 minutter fra innhellingen.

Oppfinnelsen unngår, ved å la tørr luft strømme ned gjennom blokken mens skummet herdner, den vanlige absorpsjon av vanndamp i skummet, noe som ellers ville reagere med og således redusere nivået av TDI som fremdeles er aktiv i blokken og som er vesentlig for å oppnå den nødvendige hardhet av skummet.

Det kreves således mindre TDI i den originale blanding av skumreagenser enn som ellers ville være nødvendig for å sikre den nødvendige minimumhårdhet gjennom blokken. Videre har man funnet at den gjennomsnittlige hårdhet gjennom blokken er betydelig øket.

Oppfinnelsen kan anvendes på en større form, med ytterligere fordeler. Det henvises til fig. 4 og 5, som viser en langstrakt, kanaIliknende form 4 0 med sidevegger 41 og endevegger 42 og 43. Det er vist et avtagbart formdeksel 44 som strekker seg hele lengden av formen. Dette kan være en enkel plate av fleksibelt plastmateriale, eller kan være i form av en persienne, slik at den kan rulles tilbake eller rulles ut for å avdekke og dekke formen.

Endeveggen 42 omfatter et gassoppsamlingskammer 65 forbundet med et rør 66, gjennom et manifold 67 til en uttrekks-vifte 68. Utgangen fra viften er forbundet, via en valgfri akkumulatortrykktank 70, til en vaskeenhet 71 som fører til et aktivt karbonfilter 72. Enheten 71 absorberer mindre kvanta av TDI og aminer, og filteret i denne enheten må skiftes ut etter mettning, og innholdet må brennes. Filteret 72 vil samle Freon 11 og/eller metylenklorid, som etter mettning vil bli gjenvunnet ved en standard gjenvinningsenhet, som beskrevet under henvisning til fig. l.

I denne utførelse blir ren luft fra filteret 72 forbundet med en lufttørrer 73, omfattende et manifold (ikke vist) i likhet med manifoldet 67. Utgangen av lufttørreren blir returnert til formen via et fleksibelt rør 74 og et kammer 75,

i likhet med kammeret 65, på enden av veggen 43. Kamrene 65 og 75 er forbundet med formen gjennom én eller flere åpninger som strekker seg tvers over vedkommende endevegg nær toppkanten av veggen og nedenfor dekselet 44.

Utenfor formen, langs bunnkanten av hver sidevegg 41 er

det en kanal 80 montert på gasstett måte til formveggen. Enden av hver kanal nær endeveggen 42 er forbundet ved et rør 81 til manifoldet 67, og den andre enden av hver kanal er forbundet ved et rør 82 til lufttørreren 73. Langs bunnkanten av hver sidevegg 41 er det en rekke hengslete luker eller dører 85 som kan svinges ut fra veggens plan til den stilling som er vist på fig. 5, og som dermed kan åpne åpningene 86 (fig. 4) som fører fra det indre av formen til den respektive kanal 80. Dørene kan være fjærbelastet, til å åpnes og utløses ved en egnet låseinnretning som aktiveres utenfor kanalene.

Fig. 4 og 5 viser formen etter at formreagensene er plassert inne i formen, og med skummet fullt ekspandert som vist ved 61 på fig. 5. Toppdekselet 44 er strukket ut til å dekke hele formen. Fremgangsmåten for plassering av skumreagensene er ikke en del av den foreliggende oppfinnelse, og kan utføres ved fremgangsmåte og apparat ifølge opfinnelsen som er beskrevet i oppfinnerens patentsøknad av samme dato og som krever prioritet fra britisk patentsøknad nr. 8 314 010.

Før skumreagensene plasseres i formen 40, og med dekselet

44 rullet tilbake, blir de indre overflatene av formens bunn, sidevegger og endevegger dekket med en foring (ikke vist) av en tynn polyetylenfilm. Foringene på sideveggene er festet til overflaten av hver lukket dør 85, f.eks. ved et klebemiddel, og er om nødvendig perforert eller på annen måte svekket rundt hver dør, slik at når døren blir åpnet vil den tilsvarende del av foringen bli ført bort med den for å klarere åpningen 86. Alternativt kan formoverflåtene bestå av et permanent, fast polyetylenmateriale. I dette tilfellet kan overflatene, inklusive dørene 85, belegges med et slipemiddel.

Hvis man antar at skumreagensene blir innført i formen ved en nedleggingsinnretning (ikke vist) som beveger seg langs formen fra venstre til høyre som sett på fig. 4, blir dekselet 4 4 gradvis rullet over det ekspanderende skum. Som en bekvem-melighet kan.den ledende kant av dekselet være festet til nedleggingsinnretningen for dette formål. Ved begynnelsen av skumnedleggingen, blir viften 68 startet og gassene som slipper ut fra toppen av det ekspanderende skum blir trukket av langs røret 66 sammen med medført omgivelsesluft. Før formen er helt dekket av dekselet 44, blir ren luft som resirkuleres gjennom kammeret 75 i det minste delvis sluppet ut til atmosfæren. Deretter flyter denne luften gjennom rommet 62 (fig. 4) over

det fullt ekspanderte og herdnende skum 61, og blir kontinuerlig resirkulert gjennom systemet.

Ved å sirkulere tørr luft gjennom rommet 62 blir herdnings-forholdene optimalisert, noe som resulterer i forbedret hårdhetsfordeling gjennom tverrsnittet av skumblokken. Den indre temperatur av skumblokken kan også blir styrt ved å justere volumet av luft som blir resirkulert. For å redusere muligheten for brenning av skumoverflaten, kan en inert gass såsom C02 eller N2 bli blandet med den sirkulerte luften.

Under begynnerstadiet av skumnedleggingen, og når det ekspanderte skum nær endeveggen 42 har dannet gel i tilstrekkelig grad, blir de motstående dørene 85 på hver side av det gelformige skum åpnet. Deretter, mens nedleggingen fortsetter, blir hvert par av motstående dører åpnet etterhvert som det nærliggende skum har dannet gel. Således vil gassene, og spesielt slike gasser som Freon 11 og metylenklorid, flyte fra skummet gjennom åpningene 86 inn i kanalene 80, og blir ført med av luften som sirkulerer i systemet som omfatter rørene 82, kanalene 80 og rørene 81. Når skumnedleggingen er ferdig, er således alle dørene 85 åpne, og hele skumblokken inne i formen er utsatt for gassfjerningsprosessen, og gasser som forlater blokken blir erstattet med luft fra rommet 62.

Størrelsene av åpningene 86 og deres adskillelse langs formen kan velges innenfor et bredt område, ved den totale flate av åpninger uttrykt som en prosent av formens bunnflate. Med slike apparater som det vist på fig. 4, har man funnet at

en åpningsflate så lav som 2 % er tilfredsstillende.

Dørene 85 har vært vist som en enkelt, rektangelformet klaff hengslet langs den øvre kant. Alternativt kan dørene være som vist på fig. 6, og omfatte to samvirkende rektangulære klaffer 50 hengslet langs vertikale kanter og fjærbelastet til den lukkete stilling som vist på venstre side av tegningen. En slik dør kan bli operert ved hjelp av en tre-stillings luft-sylinder 51 plassert inne i kanalen 80, hvis aktiveringsstav bærer en plate 52 plassert inne i formen. I en første stilling av sylinderen 51, er platen 52 i en avstand fra formens sidevegg 41 for å tillate installering av den ovennevnte foring. Sylinderen blir så operert til sin mellomstilling, i hvilken platen 52 holder foringen mot de lukkete klaffer 50. Når døren skal åpnes, blir sylinderen operert til sin tredje stilling, hvor klaffene blir åpnet som ved 50a, og foringen blir strukket eller deformert ved platen 52 slik at den åpner en åpning nedenfor den nedre kant av foringen eller slik at den river foringen rundt rommet mellom de åpne klaffene 50a. Som et foretrukket alternativ, kan dørene være formet som vist i fig.

7, hvor åpningene er trekantete og klaffene 53 er trekantete og hengslet slik at basekantene av hver klaff beveger seg oppover som indikert ved 53a når klaffen blir åpnet, og dermed skaper en åpning nedenfor klaffen.

Hvis formens sideveggoverflater er av polyetylen som nevnt ovenfor, slik at de kan belegges med et slippmiddel, og slik at foring ikke er nødvendig, kan sideveggåpningene være dekket av en plate av elastisk materiale som utgjør døren. På fig. 8 er den trekantete åpningen 54 til venstre dekket av en permanent festet, trekantet plate 55, f.eks. av silikongummi som blir strukket av platen 52 til å avdekke den nødvendige døråpning. Alternativt kan platen 55 erstattes, som vist på høyre side av fig. 8, av to overlappende trekantete plater 56 av et passende materiale, såsom en glassduk dekket med polytetrafluoretylen. Flatene bøyer seg og glir i forhold til hverandre under trykket av platen 52, slik at de avdekker døråpningen. Fig. 9 og 10 viser alternative anordninger for å dekke formen istedenfor dekselet 44 som er beskrevet ovenfor. Figurene viser et riss av formen sett fra en ende. På fig. 9 omfatter dekselet et sentralt panel 90 som er plassert over formens sidevegger 41 og som strekker seg hele lengden av formen mellom endeveggene. Hengslet til den langsgående kant av panelet 90 er en rekke mindre paneler 91 og 92, og hver rekke strekker seg hele lengden av panelet 90. Disse panelene kan være individuelt hengslet til en lukket stilling (panel 91) slik at det ligger på toppkanten av sideveggene, eller til en åpen stilling (panel 92). Med denne utformingen kan hvert par av motsatte paneler 91, 92 lukkes i sekvens når skumnedleggingen fortsetter, for å utforme et deksel over formen.

På fig. 10 omfatter dekselet en rekke armer 93, 94, svingbart festet nær den øvre kant av den respektive sidevegg 41. Hver serie av armer strekker seg hele lengden av formen mellom endeveggene, og armene er adskilt slik at de tjener som støtte for et ark av plastfilm 95. Den illustrerte arm 93 er vist i den lukkete stilling, og armen 94 er vist i den åpne stilling. Fig. 11 er et riss i den samme retning som vist på fig. 10 (i en meget redusert målestokk), i hvilket suksessive par av armer er vist i sine respektive stillinger, mens dekselet blir gradvis lukket over formen. Fig. 12 er et tilsvarende riss fra hvilket man kan se at arkene av film 95 gradvis kommer sammen, fortrinnsvis med et overlapp på omtrent 15 cm, som om en glidelåse ble trukket langs senterlinjen av formen.

Ved hver dekselutforming kan panelene 91, 92 eller armene 93, 94 bli plassert manuelt eller ved en form for maskindrevet mekanisme.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av polymerskum, omfattende innføring av en blanding av skumreaksjonskomponenter i en form (1, 2, 40), lukking av formen og reagering av reaksjons-komponentene og ekspandering av samme i formen, karakterisert ved fjerning av tilstedeværende gasser i det ekspanderte skum fra formens nedre område, tilføring av luft til det ekspanderte skummets øvre overflate og derved stort sett bibehold av atmosfæretrykk over det reagerende og ekspanderte skummets overflate, idet luften suges ned gjennom skummet når skummet har ekspandert slik at skummets celler er åpnet og har dannet gel i tilstrekkelig grad til å hindre at skummet faller sammen under virkningen av luftstrømmen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at gassene fjernes fra bunnen av formen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav l, karakterisert ved at gassene fjernes fra siden av formen.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, hvor gassene fjernes gjennom en lukkbar åpning, karakterisert ved at denne åpningen holdes lukket til skummet er ferdig ekspandert, og at åpningen deretter åpnes og gassene fjernes.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at et forutbestemt tidsinter-vall tillates å passere mellom ferdigekspandering av skummet og begynnelsen av gassfjerningen.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at luft sirkuleres gjennom et rom mellom den øvre overflate av det ekspanderte skum og formdekslet.

7. Apparat til fremstilling av polymerskum, omfattende en form (1, 2 eller 40), organer (21) for innføring av en blanding av skumreaksjonskomponenter i formen, og en lukkeanordning (3, 44) for formen, karakterisert ved et organ (6) innrettet til å mate luft hovedsakelig ved atmosfærisk trykk til formen under og innved lukkeanordningen, et gassutløp (5a, 86) i formens nedre område samt midler (5, 85) for åpning av gassutløpet (5a, 86) når skummet i formen har ekspandert.

8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at gassutløpet (5a) er plassert i bunnen av formen.

9. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at gassutløpet (86) er plassert i siden av formen.

10. Apparat ifølge krav 9, karakterisert ved at anordningen (85) for å åpne gassutløpet (86) omfatter to samvirkende klaffer (50), hengslet til respektive sider av utløpet, og at klaffen (50) er innrettet til å flyttes ut fra deres samvirkende forhold, for derved i det minste delvis å åpne utløpet.

11. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at gassutløpet (54) er trekantet, og at klaffene (53) er trekantete, idet klaffene kan opereres for å bevege underkanten av hver klaff oppover.

12. Apparat ifølge krav 9, karakterisert ved en anordning (85) for å lukke utløpet (54) i form av et ark (55) av elastisk materiale, permanent festet over utløpet, og at en innretning (52) er anordnet for å strekke arket ut av utløpets plan, og dermed i det minste delvis å åpne utløpet.