NO310503B1 - Fremgangsmåte og anordning for fremstilling av skum ved bruk av karbondioksyd opplöst under trykk - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og anordning for fremstilling av skum ved bruk av karbondioksyd oppløst under trykk som oppskummingsmedie, hvor det material som skal ekspanderes er blandet under trykk med fortrinnsvis flytende karbondioksyd og er deretter ekspandert under dannelse av skum. Flytende utgangsmaterialer for plast er fortrinnsvis benyttet som materiale som kan ekspanderes og som kan stive ved bruk av en polyaddisjon eller polykondensasjonsreaksjon, som er initiert etter ekspansjon, for å gi oppskummet plast. Foreliggende oppfinnelse vedrører særlig polyuretanskum.

Under fremstilling av polyuretanskum er i det minste en av de reaktive komponentene (polyisicyanat og elementer som inneholder isocyanatreaktive hydrogenatomer, særlig polyoler) blandet med et væskeformig eller gassforming oppskummingsmedie, og deretter blandet med ytterligere komponenter og den oppnådde blanding føres enten puljevis inn i en form eller kontinuerlig på et transportbånd, hvor blandingen ekspanderer og stivner.

Det er et utall fremgangsmåter med vidtgående bruksområder i industrien for fremstilling av skummaterialer. På den ene siden, væsker som fordamper ved lav temperatur, slik som klorinerte hydrokarboner med lav molekylærvekt, metylenklorid, pentan etc. benyttes, hvilke fordamper ut av den fremdeles væskeformige reaksjonsblandingen og danner små bobler (fysisk skumproduksjon). Videre kan luft varmes opp inn i den reaktive blandingen eller inn i en av komponentene (mekanisk skumfremstilling) og til slutt kan vann tilsettes til polyolkomponenten som et oppskummingsmedie under dannelse av polyuretanskum, hvilket frigjør karbondioksyd som den skumproduserende gass etter at dette er blandet med isocyanatkomponenten på grunn av reaksjon med isocyanatet (kjemisk skumfremstilling).

Av hensyn til miljømessig tilpasning og yrkesmessig hygiene og på grunn av den i sammenligning høye oppløsningsevne til flytende karbondioksyd i polyolkomponenten, er allerede flytende karbondioksyd blitt foreslått som et oppskummingsmedie ved flere anledninger (GB-A 803 771, US-A 3 184 419). Imidlertid har hittil ikke karbondioksyd blitt benyttet i industrien, åpenbart på grunn av vanskeligheter ved fremstilling av skum i form når trykket i den reaktive blandingen er, som foreskrevet, redusert fra trykk mellom 10 og 20 bar. Problemet er at på den ene siden fordamper karbondioksyd forholdsvis brått hvilket umiddelbart reduserer trykket, slik at en svært stor økning av volumet i reaksjonsblandingen, med en faktor av for eksempel 10, hvilket er vanskelig å kontrollere og på den andre side er det en tendens til å være tidsforsinkelse - som kan være 3 til 6 bar under likevektsfordampningstrykket til CO2 ved en gitt temperatur - ved frigjøring av karbondioksyd fra den reaktive blandingen, slik at plutselig, eksplosive frigjøringer av karbondioksyd opptrer med det resultat at store bobler eller blemmer inkluderes i det ekspanderte materialet.

I henhold til DE-A 2 628 785 har introdusjonen av luft inn i polyolkomponenten, før karbondioksyd oppløses deri, allerede blitt foreslått, åpenbart for å gi nuklei for frigjøringen av karbondioksyd.

I henhold til EP-A 145 250 benyttes karbondioksyds evne til å danne addukter med vann og andre lavmolekylærvektige væsker, for å gi den forsinkede frigjøringen av karbondioksyd fra den reaktive blanding slik at skumdannelsen på grunn av frigjøring av karbondioksyd begynner kun etter at trykket er redusert i den reaktive blandingen. Etter nedbryting av adduktet er vannet tilgjengelig som et ytterligere kjemisk oppskummingsmedie. Imidlertid er kontrollerbarheten av skumdannelse i en storskalaprosess ikke virkelig forbedret ved denne fremgangsmåten fordi både dannelsen av addukt og dennes dekomposisjon er utrolig ustabil i nærvær av de andre forhold som er fremherskende i den reaktive blandingen, unntatt når det benyttes addukter som er forberedt i et separat trinn, hvilket også er beskrevet i de nevnte referanser, ved hjelp av lavmolekylærvektige tertiæraminer som åpenbart har en vesentlig utvidet dekomposisjonstid sammenlignet med spontant dannede vann/CC^ addukter.

Kombinasjoner av fysisk oppløst karbondioksyd og andre fysiske eller kjemiske oppskummingsmedia som koker ved lav temperatur, slik som vann eller klorinerte hydrokarboner, er også foreslått, i overensstemmelse med EP-A 89796.

Enkelte av disse forslagene har ført til industrielt anvendbare løsninger for bruk av CO2, fysisk oppløst under trykk, som oppskummingsmedie for fremstilling av polyuretanskum.

De underliggende testene i foreliggende oppfinnelse er basert på tanken om at de forhold under hvilke den reaktive blandingen av polyuretan med CO2 under trykk ekspanderes

har en essentiell effekt på dannelsen av skum.

I henhold til US-A 3 184 419 er den trykksatte reaktive blandingen inneholdende karbondioksyd som fremkommer fra blandeanordningen åpenbart plutselig ekspandert gjennom en ventil. I henhold til EP-A 145 250 bør ekspansjon finne sted gradvis, så det er mulig for den gradvise trykkreduksjon å finne sted mens den reaktive blandingen med karbondioksyd strømmer gjennom et rør. I dette tilfellet vil frigjøring av noe av gassen mens dette fremdeles er inne i røret ikke nødvendigvis anses som en ulempe fordi denne prosessen kan bistå dannelsen av boblenuklei. I sammenheng med foreliggende oppfinnelses underliggende tester er det imidlertid vist at en slik prematur, dvs. spontan og ikke-indusert, dannelse av boblenuklei er forholdsvis ufordelaktig for porestrukturen i skummet fordi en slik spontan dannelse av boblenuklei hovedsakelig resulterer i skum som ikke bare har svært variabel porestruktur, men som også store hull og tomrom.

På bakgrunn av disse og andre observasjoner ble følgende bestemmelser nedfelt på utviklingen av en fremgangsmåte for forberedelse av skummaterialer fremstilt av to-komponent reaktiv plastikk med karbondioksyd som er fysisk oppløst under trykk som opp skummingsmedie: 1. Dannelsen av boblenuklei i den væskefasige to-komponent reaktive blandingen må kontrolleres på en slik måte at hver boblenukleus som produseres kan delta på identisk måte i frigjøringen av karbondioksyd fra den reaktive blandingen, slik at

så ensartede porer som mulig produseres.

2. Ved generering av boblenuklei bør antallet boblenuklei som produseres allerede samsvare med det antall porer som finner sted i det stivnede ekspanderte

plastikkmaterialet.

3. Den kontrollerte, iverksatte produksjon av boblenuklei må finne sted på det tidspunkt hvor den flytende reaktive blandingen endres fra en tilstand som ikke er mettet med oppløst karbondioksyd til en tilstand hvor den er overmettet med karbondioksyd, dvs. i det øyeblikk hvor den ekspanderer fra et trykk over metningstrykket til det oppløste karbondioksyd til et trykk som er under

metningstrykket for det oppløste karbondioksyd.

4. Umiddelbart etter dannelsen av nuklei bør den største mulige grad av overmetning av oppløst karbondioksyd bli fremstilt i den reaktive blandingen. Dvs. ekspansjon fra et trykk over balansetrykket i det oppløste karbondioksyd til omgivelsestrykk bør finne sted så momentant som mulig.

Det ble funnet at de ovennevnte krav kan tilfredsstilles når den reaktive blandingen som inneholder karbondioksyd oppløst under trykk ekspanderes med fremstilling av høy grad av skjærkrefter i den reaktive blandingen.

Følgelig gir foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av skummaterialer fra to-komponent reaktive plaster hvor karbondioksyd benyttes som oppskummingsmedie ved blanding av i det minste en av de reaktive komponenter med karbondioksyd under trykk, blanding av de reaktive komponenter under bibehold av trykk som er høyere enn metningstrykket til karbondioksydet i blandingen, ekspansjon av den reaktive blandingen med karbondioksyd og herding, karakterisert ved ekspansjonen er utført plutselig med fremstilling av høy grad av skjæring.

Den fremstilte skjærgraden under ekspansjon bør være i det minste lO^/sekund, særlig i det minste lO^/sekund. Skjærgrad høyere enn 10^/sekund er særlig foretrukket.

Et organ som er egnet for ekspansjon og for fremstilling av høy skjærgrad er i det minste en føringsvei for den reaktive blandingen med en størrelse hvor i det minste en dimensjon er mindre enn 1 mm, fortrinnsvis 0,05 til 0,5 mm, ytterligere foretrukket 0,1 til 0,3 mm og den mest foretrukne 0,08 til 0,15 mm.

Den i det minste ene føringsvei kan utføres i form av en finrutet sikt, en perforert plate,

et spaltet gitter eller en utvidet sprekk. Utvidelsen av føringsveien i strømningsretningen bør være minimal. Utvidelsen bør i strømningsretningen fortrinnsvis ikke være større enn 1 mm, og mest foretrukket ikke større enn 0,5 mm. Perforerte plater med en tykkelse av 0,1 til 0,5 mm er særlig anvendbare. I tilfellet av i lengderetningen forlengede sprekker er det vanligvis nødvendig av fabrikasjonshensyn at disse i strømningsretningen er mellom 0,5 og lmm.

Trykkforskjellen i den reaktive blandingen oppstrøms og nedstrøms i føringsveien er vanligvis mellom 5 og 20 bar, fortrinnsvis 7 til 15 bar, og mest ønskelig 8 til 12 bar.

Skjærgraden er her gradienten av strømningsgraden på tvers av strømningsretningen.

Skjærgraden for en sprekk kan omtrentlig beregnes fra det frie (åpne) tverrsnittsområdet Q av åpningen og strømningsvolumet V som passerer gjennom åpningen ved å anta en lineær strømningsprofil. Skjærgraden for en sprekk med bredde D er derfor.

S = 2 V/Q: 1/2D (tilnærmelse for en strømningsprofil i form av en triangel hvor

sidene har identisk lengde).

Skjærgraden for en perforert plate med n åpninger med radius R og et tverrsnittsareal q er: S = 3 V/n q:R (tilnærmelse for en strømningsprofil i form av en sirkulær

pyramide).

Det to-komponent reaktive plastmaterialet er fortrinnsvis et polyuretan plastmateriale produsert ved polyisocyanat-polyaddisjonsprosessen.

Selv om den høye skjærgraden som fremkommer når den reaktive blandingen passerer gjennom i det minste en åpning med lav tverrsnittsstørrelse er hovedsakelig tilfredsstillende for å oppnå et tilstrekkelig antall boblenuklei, kan det være fordelaktig å produsere ytterligere boblenuklei på den alminnelige måten ved introduksjon av luft eller nitrogen i det minste en av reaksjonskomponentene i reaksjonsblandingen før disse blandes, særlig, for eksempel, når utilstrekkelig overmetning med oppløst CO2 produseres når blandingen passerer gjennom i det minste en åpning med lite tverrsnitt som et resultat av lavt CO2 innhold i den reaktive blandingen.

For å oppnå en så høy som mulig overmetning av den reaktive blandingen når den passerer gjennom den i det minste ene åpningen med en liten tverrsnittsstørrelse, bør trykket i reaksjonsblandingen før dennes inngang gjennom åpningen være noe høyere enn metningstrykket for fordampning for den oppløste karbondioksyd. Hvis derfor, i henhold til en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen, karbondioksyd er kun oppløst i polyolkomponenten for fremstilling av reaksjonsblandingen med karbondioksyd, er trykket i reaksjonsblandingen redusert, ved en trykkreduksjonsventil, etter at det kommer ut av blandeapparatet hvor polyol og isocyanatkomponentene blandes, til et trykk noe høyere enn metningstrykket for fordampning i blandingen, som for eksempel kan være mellom 60 og 80% av metningstrykket for fordampning i polyolkomponenten ved karbondioksyd (oppstrøms for blandeapparatet).

Alifatiske, cykloalifatiske, aralifatiske, aromatiske eller heterocykliske polyisocyanater, slik som beskrevet, for eksempel, av W. Siefken i Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, sidene 75 til 136 benyttes som komponent A.

Aromatiske polyisocyanater er fortrinnsvis benyttet, særlig fortrinnsvis polyisocyanater som er hovedsakelig enkelt tilgjengelig industrielt, for eksempel 2,4- og 2,6-toluylendiisocyanat og enhver blanding av disse isomerer ("TDI"), polyfenyl-polymetylen polyisocyanater, av typen forberedt ved anilin/formaldehydkondensasjon og etterfølgende fosgenasjon ("rå MDI") og polyisocyanater inneholdende karbodiimidgrupper, uretangrupper, allofanatgrupper, isocyanuratgrupper, ureagrupper eller biuretgruper

("modifiserte polyisocyanater"), særlig de modifiserte polyisocyanatene som er avledet fra 2,4- og/eller 2,6-toluylendiisocyanat.

Den andre komponent B ("polyolkomponent") består av bestanddeler inneholdende i det minste to hydrogenatomer som er i stand til å reagere med isocyanater og har molekylærvekt hovedsakelig mellom 60 og 5000, fortrinnsvis mellom 100 og 2000, og særlig mellom 200 og 800. Disse er ment å inkludere, i tillegg til komponenter inneholdende aminogrupper, tiolgrupper eller karboksylgrupper, fortrinnsvis komponenter inneholdende hydroksylgrupper, særlig komponenter inneholdende 2 til 8 hydroksylgrupper, særlig de med molekylærvekt mellom 200 og 2000, fortrinnsvis 300 til 1200, for eksempel polyestere, polyetere, polytioetere, polyacetaler, polykarbonater og polyesteramider med i det minste 2, hovedsakelig 2 til 8, men fortrinnsvis 2 til 6, hydroksylgrupper, av den i og for seg kjente type for fremstilling av polyuretanskum; polyeterpolyoler er særdeles å foretrekke.

Komponenter som er anvendbare for bruk som polyolkomponenter er beskrevet på sidene 6 til 9 av EP-B 121 850.

Videre kan vann, andre oppskummingsmedie, skumstabilisatorer, katalysatorer og ytterligere tilleggsmedia og additiver i og for seg kjent eventuelt benyttes for å forberede den reaktive blandingen. Disse tilleggsmedia hvilke er i og for seg kjent, som kan benyttes er beskrevet på sidene 9 til 11 i EP-B 121 850.

I henhold til oppfinnelsen er vann særlig foretrukket benyttet som et ytterligere oppskummingsmedie i en mengde fortrinnsvis 1 til 7 vekt-%, basert på den reaktive blandingen. Vann er særlig foretrukket benyttet i en mengde av 2 til 5 vekt-%.

De ytterligere media som kan benyttes kan tilføres separat til blandeanordningen for blanding av isocyanatkomponenten og polyolkomponenten eller er forøvrig blandet med en av de to hovedkomponentene før blanding av isocyanatet med polyolen, hvori tilsatt vann og enhver annen tilleggskomponent som reagerer med isocyanatet bør kun blandes inn med polyolkomponenten.

Prosessteknologien for forberedelse av polyuretanskum er beskrevet i hovedtrekk i Becker/Braun, Kunststoff-Handbuch, vol. 7: Polyurethane, 1993, sidene 143 til 149, særlig i fig. 4,8 og 4,9 på siden 148.

Komponentene blandes fortrinnsvis i et såkalt lavtrykks omrøringsblandekammer, hvor trykket i blandekammeret hovedsakelig i henhold til oppfinnelsen er større enn metningstrykket til det oppløste karbondioksyd.

Karbondioksyd er oppløst i en eller flere av komponentene, særlig i polyolkomponenten, før komponenten introduseres til blandehodet. Karbondioksyd er fortrinnsvis oppløst i en mengde av 1 til 7 vekt-%, fortrinnsvis 2 til 5 vekt-%, basert på den totale reaktive blanding. Oppløsning av karbondioksyd, fortrinnsvis kun i polyolkomponenten, kan foregå på flere måter, for eksempel

a) gassformig karbondioksyd blandes inn i polyol ved bruk av en omrører i en beholder inneholdende polyolkomponenten ved et trykk av 15 til 25 bar; b) flytende karbondioksyd blandes med polyolen ved romtemperatur, for eksempel i en statisk blander ved et trykk av 70 til 80 bar, og ekspanderes så til et trykk av 15 til 25 bar før introduksjon til det lavtrykksomrørte blandehodet; c) flytende karbondioksyd, kjølt ned til for eksempel -20°C, blandes med polyolkomponenten som er ved romtemperatur ved et trykk av 15 til 25 bar,

hvori blanding utføres på en slik måte at karbondioksyd løses opp i polyolkomponenten før den kan fordampe.

Det ble funnet at det foretrukne alternativ c) er særlig suksessrikt, på grunn av karbondioksydets høye tendens til å løse seg, ved bruk av en høyhastighets strømningsomrører som er plassert i polyolrørledningen ved innløpspunktet for den flytende karbondioksyd.

Komponentene i det reaktive plastiske material, i det minste en av disse som inneholder det oppløste karbondioksyd, tilføres til blandehodet, blandes deri og ekspanderes ved levering fra blandehodet med produksjon av høy skjærgrad i henhold til foreliggende oppfinnelse.Til dette formål er den i det minste ene føringsvei med lite tverrsnitt i i det minste en dimensjon plassert ved utløpet av blandehodet. Utløpsåpningen er fortrinnsvis en spalte eller en siktplate med liten tverrsnittsstørrelse. Den reaktive blandingen inneholdende karbondioksyd passerende gjennom spalten ekspanderer umiddelbart etter passering gjennom spalten innen en svært kort tid som kan være i området 1/10 til 1/1000 sekund. I dette tilfellet frigjøres hovedsakelig all den oppløste karbondioksyd, hvorved et skum med forholdsvis ensartet skumstruktur fremstilles.

Gitt at sammensetningen av den reaktive blandingen bidrar til spontan produksjon av CO2 addukter, for eksempel med blandinger med innhold av hydroksylgrupper, frigjøres ytterligere CO2 på et tidspunkt forsinket av den nødvendige dekomposisjonstidne for adduktene, hvilket hovedsakelig leder til en forstørring av skumboblene som allerede er tilstede. Når vann benyttes som et kjemisk tilleggsoppskummingsmedie, "stiger" skummet videre ved starten av isocyanatreaksjonen med vann.

Den reaktive blandingen, som plutselig ekspanderer med et trykkfall på 5 til 15 bar og frembringelsen av høy grad av skjæring, har en forholdsvis høy hastighet på mer enn 5 m/sek. og særlig 10 til 50 m/sek. Det er egnet, i denne form, for sprøytepåføring av for eksempel flate tekstilstrukturer eller støpte enheter.

For å produsere flak av skum med større tykkelse, bør den høye strømningsgraden av reaksjonsblandingen som er utgående fra den i det minste ene åpning med liten størrelse i det minste i en retning fortrinnsvis reduseres, særlig til 1/5 til 1/100 av utgangshastigheten.

Reduksjonen av utgangshastigheten bør finne sted i et tidsrom som er tilstrekkelig kort, etter utløp fra den i det minste ene åpning med en liten størrelse i det minste i en retning, for enhver signifikant frigjøring av karbondioksyd som fremdeles ikke har funnet sted. Hastighetsreduksjonen finner fortrinnsvis sted innen 0,01 sekunder etter passering gjennom den i det minste ene åpning med liten størrelse, og ytterligere fortrinnsvis innen mindre enn 0,003 sekunder og særlig fortrinnsvis innen mindre enn 0,001 sekund.

Hastighetsreduksjonen kan forestås ved å rette strømmen av reaktiv blanding innenholdende oppløst karbondioksyd som strømmer ut fra den i det minste ene åpning med liten tverrsnittsstørrelse i minst en retning mot en mottaksflate hvor strømmen avbøyes med en vinkle på i det minste 70°, fortrinnsvis ca. 90°. Den høye graden av lineær strømning i den rettede strøm destrueres når denne treffer mottaksflaten og endres til en svært turbulent, hovedsakelig retningsløs flyt.

Mottaksflatens avstand fra utløpet av den i det minste ene åpning med lite tverrsnittsareal kan være mindre enn 2 cm, fortrinnsvis mindre enn 1 cm, slik at strømingsreduksjonen kan finne sted innen en svært kort tid i henhold til oppfinnelsen etter frembringelse av de høye skjærkrefter.

Den svært turbulente strømmen som fremkommer i den reaktive blandingen etter møte med mottaksflaten er særlig fortrinnsvis stabilisert før enhver substantiell frigjøring av oppløst karbondioksyd finner sted. Stabilisering av den turbulente strømmen kan forestås ved å passere materialet gjennom en stabiliserende sikt. I dette tilfellet bør den stabiliserende sikt ha et stort nok fritt areal for passasje for den reaktive blandingen inneholdende karbondioksyd til å oppleve en minimal trykksenkning ved passering gjennom den stabiliserende sikt. Særlig bør den stabiliserende sikt ha et fritt tverrsnittsareal, dvs. en sum av tverrsnittsarealene av alle gjennomganger, som er 5 til 100 ganger større enn det totale tverrsnittsarealet av den i det minste ene åpning med lite tverrsnitt i det minste en retning som benyttes for å produsere den høye graden av skjærkrefter.

Foretrukne organer for frembringelse av den særlig foretrukne kombinasjon av trinn i henhold til oppfinnelsen

a) frembringelse av høy skjærgrad

b) reduksjon av strømningsgraden, og

c) stabilisering av strømmen i blandingen

kan oppnås på følgende måter:

1. Den i det minste ene åpning med lite tverrsnitt i det minste i en retning er en spalte. Etterfølgende denne er det et strømningsreduksjonskammer med en sikt eller perforert plate som er parallell til føringsveien gjennom spalten. Strømningsreduksjonskammeret har fortrinnsvis en slik størrelse at den midlere oppholdstiden i strømningsreduksjonskammeret er mindre enn 0,1 sekund, fortrinnsvis mindre enn 0,02 sekunder, særlig mellom 0,005 og 0,02 sekunder. 2. En sikt eller en perforert plate med et antall føringsveier med en diameter fortrinnsvis ca. 0,1 mm benyttes for å frembringe den høye skjærgraden. Den stabiliserende sikten eller perforerte plate for stabilisering av strømmen er anordnet parallelt til sikten eller den perforerte platen for frembringelse av høy skjærgrad ved en avstand av mindre enn 2 mm, fortrinnsvis mindre enn 1 mm. Det frie tverrsnittsarealet, dvs. summen av tverrsnittsseksjonene av alle passasjene gjennom sikten for frembringelse av skjærgrad, kan være mellom 0,5 og 5% av arealet av sikten. Det frie tverrsnittsarealet av stabilisatorsikten kan fortrinnsvis være i det minste 5 ganger, og foretrukket 10 til 50 ganger, det frie tverrsnittsarealet av sikten for frembringelse av høye skjærkrefter.

Det lille tverrsnittet i det minste i en retning av den i det minste ene åpning for frembringelse av høye skjærkrefter, trykkfallet ved passering gjennom åpningen, viskositeten til den reaktive blandingen og den høye graden av skjær frembrakt er ikke uavhengige kvantiteter. Særlig må trykkfallet være slik at trykket i den reaktive blandingen før passasje gjennom åpningen må være over metningstrykket til den oppløste karbondioksyd. Selv om det er mulig, i prinsippet, å sikre et tilstrekkelig trykkfall ved å redusere den lille størrelsen av den i det minste ene føringsvei, er det tekniske restriksjoner med hensyn til graden av reduksjon i denne størrelse, særlig åpningens tendens til å sperre etterhvert som tverrsnittet blir mindre. Av hensyn til reduksjon av den lille størrelsen av åpningen, er det derfor i henhold til foreliggende oppfinnelse foretrukket at flere sikter eller spalter er anordnet i sekvensiell rekkefølge for å garantere det nødvendige minimums trykkfall. De flere spalter eller sikter er anordnet så nært sammen at på det nærmeste fullstendig trykkfall finner sted innen en periode på mindre enn 10~<3> sek., fortrinnsvis mindre enn IO"<4> sek.

Strømingsveiene er fortrinnsvis utført for å være av den type som åpnes opp i form av en dyse på utløpssiden slik at strømmen av den reaktive blandingen spres langs ytterkanten av dysen og ut i en vifteform. Dette betyr at strømningsfrie områder mellom siktene eller de perforerte platene unngås og store avvik fra den midlere oppholdstiden mellom siktene eller perforerte plater unngås.

For å unngå blokkering av den i det minste ene åpning for frembringelse av høye skjærkrefter, kan en sikt plasseres mellom blandekammerets utløp og den i det minste ene strømningsvei, hvor faste partikler utskilt fra blandekammeret med reaktivt materiale felles ut. Åpningsstørrelsen for denne "rensesikten" bør i det minste ikke være vesentlig større enn den lille tverrsnittsstørrelsen av den i det minste ene åpning for frembringelse av høye skjærkrefter. Det frie tverrsnittsarealet av sikten, dvs. summen av tverrsnittsarealene av alle siktåpningene, bør være stor nok til at trykkfallet ved passasje gjennom rensesikten er neglisjerbar, dvs. mindre enn 1 bar.

For å unngå blokkering av rensesikten under lengere operative perioder for enheten er det også mulig for rensesikten å bli skiftet ut periodisk eller kontinuerlig under operasjon av enheten. Til dette formål er det mulig for en kassett å bli anordnet på tvers av tilførselslinjen for den reaktive blandingen fra blandekammerets utgang til oppskummingsanordningen, og for rensesikten å bli spunnet av en rulle i kassetten, videresendt via glidepakninger inn i og ut av tilførselslinjen, og oppspolt på en andre rulle. Rullene som er anordnet på hver side av tilførselslinjen kan være innkapslet og de enkelte kapsler kan være fylt med væske, slik som for eksempel en polyol, under det samme trykk som det rådende trykk i tilførselslinjen, slik at hovedsakelig det samme trykk råder på begge sider av glidepakningene.

Foreliggende oppfinnelse er forklart i ytterligere detalj i det etterfølgende med henvisning til de vedlagte figurer: Fig. 1 viser i prinsipp fremgangsmåtetrinnene i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser en første anordning i henhold til foreliggende oppfinnelse for frembringelse av høye skjærkrefter i en spalte og reduksjon av strømningsgraden av den reaktive blandingen ved hjelp av en mottaksflate.

Fig. 2a viser i perspektiv anordningen i henhold til fig. 2.

Fig. 3 viser en forbedret utførelsesform av anordningen ifølge fig. 2.

Fig. 4 viser en anordning ifølge fig. 2 hvori en ytterligere stabiliserende sikt er anordnet. Fig. 5 viser en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse med en perforert flate for frembringelse av høy skjærgrad og en sikt som benyttes samtidig som en mottaksflate og for stabilisering av strømmen.

Fig. 5a viser en forstørret detalj av utførelsesformen i henhold til fig. 5.

Fig. 5b viser en versjon ifølge fig. 5a, men med et foretrukket omriss for føringsveien. Fig. 6 viser en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse med en variabel spaltebredde. Fig. 7 viser hovedfremgangsmåten for forberedelse av skumflak ved bruk av en

skumproduserende anordning i overensstemmelse med fig. 6.

Fig. 8 viser en alternativ utførelsesform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse i

overensstemmelse med fig. 7 med en pneumatisk justerbar spalte.

Fig. 8a viser et ytterligere riss av anordningen i overensstemmelse med fig. 8.

Fig. 9 og 9a viser seksjoner gjennom ulike skumanordninger i overensstemmelse med fig.

5 integrert i et hyllesystem.

Fig. 10, 10a, 10b og 10c viser et hyllesystem med to skumanordninger i overensstemmelse med fig. 5, hvori det effektive perforerte plateareal er utført for å være kontinuerlig variabelt. Fig. 1 viser i skjematisk form diagrammer over fire tilstander I, II, III og IV for den reaktive blandingen. Etter blanding av komponentene i den reaktive blandingen i et egnet blandeapparat, entrer blandingen et fordelingskammer indikert ved veggen 1. Det er så i tilstand I, ved et trykk som er større enn eller i det minste lik metningstrykket av den oppløste karbondioksyd. Metningstrykket til karbondioksyd, for et karbondioksydinnhold av 3%, er omtrent 7,5 bar. Trykket i fordelingskammeret i tilstand I er derfor større enn eller likt 7,5 bar. Det kan for eksempel være 8 til 12 bar. Veggen 1

i fordelingskammeret har en åpning 2 med en liten tverrsnittsdimensj on d i det minste i en retning. På den andre siden av åpningen 2 råder et trykk Pjj, som er mindre enn metningstrykket til det oppløste CO2, fortrinnsvis absolutt atmosfæretrykk av 1 til 2 bar. På grunn av trykkforskjellen mellom de to sidene av åpningen 2, tvinges den reaktive blandingen gjennom åpningen ved fremstilling av høye skjærkrefter. Ved utgangen av åpningen 2 er hastighetsprofilen Vq ved tiden tfj ved den reaktive blandingen fremkommende fra åpningen 2 via dimensjon d som vist (tilstand II). Innen kort tid, under hvilken fremdeles hovedsakelig ingen karbondioksyd frigjøres fra den reaktive blandingen som nå er overmettet med karbondioksyd, er strømmen av reaktiv blanding som utkommer fra åpningen 2 endret gjennom en vinkel som indikert ved funksjonspilen 3 og hastigheten reduseres, hvorved den reaktive blandingen som fremdeles inneholder oppløst karbondioksyd, endres til tilstand III, som er vist i form av en diagrammatisk hastighetsprofil v^ over bredden av strømmen av reaktiv blanding ved tiden t\ etter avbøyning. Til slutt, i tilstand IV, frigjøres den oppløste karbondioksyd med dannelse av bobler.

Fig. 2 viser en del av anordningen for fremstilling av skum i henhold til foreliggende oppfinnelse som er vist i perspektiv i fig. 2a. Den reaktive blandingen introduseres i det forlengede fordelingskammeret 11 fra blandehodet (ikke vist) via røret 10. Åpningen med en smal dimensjon er i form av en forlenget spalte 12 rettvinklet til tegningsplanet i fig. 2. En strøm av den reaktive blandingen i form av et flak, indikert med en pil II, utkommer fra spalten 12 vinkelrett til tegningsplanet og støter mot mottaksflaten 13 pekende mot spalten 12. Den høye strømningsgraden av reaktivt materiale reduseres derved ved turbulens. Volumet av avbøyningskammeret 14 er valgt slik at oppholdstiden som dannes for den reaktive blandingen heri er slik at karbondioksyd hovedsakelig fremdeles ikke frigjøres under denne tiden. Kun etter at den reaktive blandingen utkommer fra avbøyningskammeret 14 frigjøres karbondioksyd med dannelsen av skum 15.

En forbedret turbulent reduksjon av den høye utgangshastigheten av det reaktive materialet fra spalten 12 oppnås når ytterkantene 16 og 17 for avbøyningskammeret 14 er anordnet i overensstemmelse med fig. 3. Tegningen i overensstemmelse med fig. 3 er ellers i overensstemmelse med fig. 2.

Fig. 4 viser en skumdannende anordning i henhold til oppfinnelsen hvor avbøyningskammeret 14 er begrenset av en perforert plate 18 som et strømningsstabiliserende element. Fig. 5 viser en anordning som er analog til de foregående figurer, hvori en perforert plate 22 er anordnet som et element for frembringelse av høy grad av skjæring. Den stabiliserende sikt 18 er benyttet, som vist i fig. 5a, som er en forstørret detalj "A" fra fig. 5, begge som en mottaksflate og for å stabilisere strømmen av den reaktive blanding. Fig. 5b viser utspredningen av materialstrømmen på grunn av den utvidede fasongen på utløpssdien av strømningsveien. Fig. 6 viser en anordning for frembringelse av skum i henhold til foreliggende oppfinnelse med sirkulær symmetri med en ringformet spalte 12 for frembringelse av høy grad av skjæring. Den øvre begrensning av den ringformede spalten 12 er dannet av et sentralt beliggende legeme 30 som er omgitt av et sirkulært fordelingskammer 11. Det sirkulære kammeret 11 er tett forseglet mot huset 35 ved et stempel 32 koblet til det sentralt beliggende legemet 30. Stempelet 32 kan beveges vertikalt for å justere bredden av den ringformede spalten 12 ved introduksjon av en hydraulisk væske 34 inn i hulrommet 31 over stempelet 32. Stempelet 32 kan også anordnes med et ledestempel 33 for å forhindre stempelet 32 fra å tippe i huset 35. Fig. 7 viser en enhet for fremstilling av skumflak. Polyolkomponenten 41, isocyanatkomponenten 42 og andre tilleggsmedia og tilsetninger tilføres til blandeanordningen 40 via røret 43. Polyolkomponenten 41 inneholder fortrinnsvis karbondioksyd oppløst under trykk. Fra blandeapparatet 40 introduseres de nå blandede komponentene til fordelingskamme 11 i den skumdannende anordning 44. Den skumdannende anordning 44 vist som et eksempel korresponderer til tegningen i overensstemmelse med fig. 6. Skummet 15 utkommer fra den skumdannende anordning 44 avsettes på en nedre laminerende film 51 som beveges vekk fra den skumdannende anordningen 44 på et transportbånd 50. Videre kan en øvre laminerende film 52 tilføres ovenfra. Fig. 8 inneholder et alternativt forslag for en skumdannende anordning i henhold til foreliggende oppfinnelse med en utvidet, justerbar spalte. Her er ytterkanten av spalten 12 dannet av et elastisk polymerrør 80 som pneumatisk eller hydraulisk kan utvides for å justere spalten 12. Fig. 8a viser et snitt A-A gjennom fig. 8. Fig. 8 representerer et snitt B-B gjennom fig. 8a. Fig. 9 og 9a viser et tverrsnitt og lengdesnitt gjennom en skumanordning i henhold til foreliggende oppfinnelse, hvori fire skumanordninger ab, b, c og d, som vist i prinsipp i fig. 5, er integrert i form av en hylleanordning i en hovedsakelig sylindrisk bærer 61.

Bæreren 61 er anordnet slik at den kan rotere om en akse i et sylindrisk kammer 62. Det sylindriske kammeret 62 har en åpning 63 langs en linje i sin ytterbegrensning parallelt til aksen gjennom hvilken skum kan fremkomme fra den gitte skumanordning som er i bruk. Videre er distribusjonskanalen 11 assosiert med den bestemte skumanordning i bruk (i tegningen skumanordning a) fylt med reaktiv blanding via tilførselsrøret 10 som passerer inn i kammeret 62. Videre er tilførselsrør 64 anordnet til i det minste en av skumanordningene som ikke er i bruk (b, c og/eller d) som er innelukket i kammeret 62, og rensevaeske tilføres gjennom disse. Korresponderende avløpskanaler 65 er anordnet for rensevæsken. Hyllesystemet for skumanordning vist i fig. 9 og 9a tillater skumanordningen å endres på kortest mulig tid under operativ tilstand, dersom den perforerte platen 22 i skumanordningen under bruk er blokkert av fremmede partikler fra den reaktive polyuretanblandingen eller av polyuretan som har herdet på rørveggen g deretter har blitt revet løs. Rensevæsken (vanligvis polyol) passerer fortrinnsvis i den motsatte retningen (sammenlignet med den reaktive blandingen under oppskummingsprosssen) gjennom skumanordningen som ikke er i bruk.

For å oppnå den operative tilstanden "oppskumming" og "rensing med rensevaeske" er det tilstrekkelig å anordne et hyllesystem med kun to skumanordninger. I henhold til oppfinnelsen er imidlertid 4 til 12 skumanordninger fortrinnsvis integrert i et hyllesystem, hvori skumanordningene er ulike med hensyn på diameter av hullene i de perforerte platene 18 og 22 og/eller antall huller (fri gjennomstrømningsflate), og par av skumanordninger er utformet slik at de er identiske. På denne måte kan en optimalt tilpasset oppskummingsanordning velges for den enkelte reaktive blanding (viskositet, temperatur, karbondioksydinnhold) ved begynnelsen av en operasjon og deretter kan ekspansjon foretas alternativt med denne og den skumanordning som er identisk til denne. Fig. 9 indikerer at avstandsstykkene 66 mellom perforerte plater 22 og 18 kan være fremstilt som membran som begrenser det effektive tverrsnitt av de perforerte platene 18 og 22.1 den viste utførelse er det effektive tverrsnitt i skumanordningene c og d begrenset sammenlignet med skumanordningene a og b ved membraner 66. Det effektive tverrsnittet av den perforerte plate 22 kan typisk være mellom 3 og 15 mm (tverrsnittsstørrelse i overensstemmelse med fig. 9) og utstrekning i lengderetningen av den perforerte plate 22 kan være mellom 150 og 800 mm (størrelse i lengderetning i overensstemmelse med fig. 9a).

Fig. 10 og 10a viser et hyllesystem av skumanordninger i henhold til oppfinnelsen, analogt til fig. 9 og 9a, hvori kun to skumanordninger a og b er anordnet. Tilførsel 10 av den reaktive blandingen finner ikke sted via hodet på det sylindriske kammer 62, i motsetning til utførelsesformen i fig. 9a, men i midten av det sylindriske kammers lengderetning slik at strømningsveien for den reaktive blandingen i fordelingskanal 11 kun rekker over halvparten av det sylindriske kammers lengderetning. I henhold til oppfinnelsen er avstandselementet 66 mellom de perforerte plater 22 og 18 utformet som et kontinuerlig justerbart membran i utførlsesformen i overensstemmelse med fig. 10 og 10a, slik at de effektive arealene av de perforerte platene 22 og 18 kan kontinuerlig endres. Dette forklares i ytterligere detalj i fig. 10b og 10c. Fig. 10b viser et snitt B-B gjennom membranet i overensstemmelse med fig. 10 og 10a slik at membranet 66 kan sees (etter fjerning av den perforerte platen 18). Avstandsstykket 66 mellom de perforerte plater 18 og 22 består av tre seksjoner, 66a, 66b og 66c, som dekker den perforerte plate 22 i diagrammet i fig. 10b unntatt ved det synlige effektive tverrsnitt. Avstandsflakene 66a og 66c er fast innfestet. De er skrudd mot det sylindriske legemet 61 sammen med de perforerte platene 22 og 18 og avlaster trykket av den reaktive blandingen på den perforerte platen 22. Den justerbare delen av membranet, 66b, og avstandsplaten 66a har sagtannformede glideflater 69 som forskyver kanten av membranet 70 av membranet 66a på tvers over den perforerte plate 22 ved bevegelse i retning av pilen 71. Membranet 66b har forlengelser som kan beveges og som strekker seg ut av det sylindriske legemet 61 ved glideflatenes 69 vinkel og er koblet til skruen 73. Skruen 73 er ledet inne i huset 72 og kan beveges i retning av pilen 71 ved mutter 74. Avstandsplatene 66a og 66c kan ha en tykkelse av 0,5 til 4 mm, fortrinnsvis 1 til 2 mm, i henhold til oppfinnelsen. Det bevegelige membranet 66b har fortrinnsvis en tykkelse som er 0,01 til 0,05 mindre enn det. Oppskummingsprosessen er fortrinnsvis satt i gang med det størst mulige effektive areal for den perforerte plate 22 og etterhvert som den skrider frem, reduseres det effektive arealet av den perforerte platen 22 kontinuerlig til en optimal skumstruktur oppnås.

EKSEMPEL

En enhet i henhold til fig. 7 benyttes for fremstilling av polyuretanskum. Samlebåndets hastighet er 7 m/min. Bredden av samlebåndet er 2 m, avstanden mellom den øvre laminerende film 52 og den nedre laminerende film 51 er 1,2 m. I stedet for en skumdannende anordning 44 er en skumdannende anordning i henhold til fig. 5 benyttet. De perforerte platene 22 og 18 danner begge et areal som ikke er dekket av flensene og støttene av 1,3 cm i bredde og 70 cm i lengde. Tykkelsen av de perforerte platene var i hvert tilfelle 0,2 mm. Pr. cm<2> hadde den perforerte platen 22 256 perforeringer hver av en diameter på 0,1 mm på innløpssiden, hvilken utvidet seg til ca. 2,5 ganger diameteren i strømningsretningen. Det frie gjennomstrømmende arealet av alle perforeringene var ca. 1,82 cm<2>.

Avstanden mellom den perforerte platen 18 (stabiliserende nett) og den perforerte plate 22 var 1 mm. Pr. cm<2> hadde den 3000 hull hver med en diameter av 0,1 mm på innløpssiden hvilket økte til 2,5 ganger diameteren.

I blandeanordningen 40 (fig. 7) produseres en reaktiv blanding for forbruk med følgende sammensetning: 100 deler etter vekt av en polyeterpolyol med et OH nummer på 45, inneholdende 85% etter vekt av propylenoksydenheter og 15% etter vekt av

etylenoksydenheter, initiert med trimetylolpropan,

4.2 deler etter vekt med vann,

4,0 deler etter vekt med CO2,

1.3 deler etter vekt med silikonstabilisator,

0,15 deler etter vekt av en aminkatalysator,

0,16 deler etter vekt av tinoktat, og

50 deler etter vekt av toluylendiisocyanat 80/20.

Polyolen, vann og flytende CO2 forblandes i en statisk blander ved 70 bar, trykket i denne blandingen reduseres til 15 bar og introduseres via en tilførselslinje 41 til blandeapparatet 40, hvor det blandes med isocyanat og andre tilsetninger.

Trykket ved utløpet av blandekammeret var 11 bar. 270 kg den reaktive blandingen ble tilført pr. minutt. Graden av skjæring idet blandingen passerte gjennom den perforerte platen 22 (fig. 5) er beregnet til å være 1,3-10^/sek.

Den reaktive blandingen skummet idet den utløp fra den skumdannende anordningen i form av en stabil, kraftig ekspanderende fråde, som spredde seg over samlebåndet. Kun noen få meter nedstrøms av utslippunktet på samlebåndet begynte fråden å heve på grun av reaksjon med isocyanatet. Etter ca. 12 m var den maksimale platehøyden på 1,2 m oppnådd.

En skumplate med en tetthet på 16,1 kg/m3 var oppnådd.

Skummet hadde åpne porer og 16 til 19 porer pr. cm. Det var hovedsakelig fritt for blemmer og porer med diameter større enn 2 mm.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av polyuretanskummaterialer fra to reaktive komponenter ved bruk av karbondioksyd som oppskummingsmedie ved blanding av i det minste en av de reaktive komponenter med karbondioksyd under trykk, blanding av komponentene, hvorav i det minste en inneholder karbondioksyd under trykk, plutselig ekspansjon av den reaktive blandingen inneholdende karbondioksyd ved passering igjenom minst en åpning, karakterisert ved at åpningen utvides til mindre enn 1 mm, i det minste i en diemnsjon, ved frembringelse av høy grad av skjærkrefter, reduksjon av strømningshastigheten etter ekspansjon og stabilisering av strømmen av blandingen ved passering igjennom en sikt med et fritt tverrsnittsareal som er 5 til 100 ganger større enn det totale fire tverrsnittsarealet av den i det minste ene åpningen hvorigjennom blandingen ekspanderes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den reaktive blandingen ekspanderes gjennom en spalte eller en sikt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at strømningsretningen av den reaktive blandingen avbøyes med en vinkel på minst 70° for å redusere hastigheten.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert v e d at den midlere oppholdstiden for den reaktive blandingen mellom ekspansjon og stabilisering e mindre enn 100 msek.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert v e d at den raktive blandingen inneholder vann som hjelpeoppskummingsmedium.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at hastigheten av blandingen etter ekspansjon og før hastighetsreduksjon er 10 til 50 m/sek.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, karakterisert v e d at strømmen stabiliseres før enhver vesentlig frigivelse av oppløst karbondioksid oppstår.

8. Anordning for fremstilling av skummaterialer fra to-komponent reaktiv plast benyttende karbondioksyd under trykk, bestående av en blandeanordning (44) for blanding av komponentene under trykk, og ved utløpet av blandeanordningen minst en utløpsåpning (12,22), karakterisert ved at åpningen utvides til mindre enn 1 mm i minst en tverrsnittsdimensjon, anordningen består videre av en første sikt (18) nedstrøms av den i det minste ene utløpsåpningen som utvides til mindre enn 1 mm i minst en tverrsnittsdimensjon, hvor det frie tverrsnittsarealet av sikten er 5 til 100 ganger det frie tverrsnittsarealet av alle utløpsåpningene, hvorav i det minste en av komponentene inneholder karbondioksyd under trykk, og at det ved utløpet av dette blandeapparatet rager i det minste en utløpsåpning til mindre enn 1 mm i det minste i en tverrsnittsdimensj on.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at den i det minste ene utløpsåpningen er en andre sikt (22) som er parallell med den første sikten (18) med et 5 til 100 ganger større fritt tverrsnittsareal enn den første sikten (18).

10. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at avstanden mellom den andre sikten (22) og den første sikten (18) er mindre enn 2 mm.