NO790027L - Fremgangsmaate for eliminering av tettheten paa bunnarealet under fremstilling av polyuretanskumblokker - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for å eliminere komprimeringer i bunnarealet under fremstilling av vlokker av polyuretanskum.

Oppfinnelsen vedrorer en forbedret fremstilling av blokker av polyuretanskum. Spesielt muliggjores det å oppnå blokker av polyuretanskum som ikke har den komprimerte bunn som blokkene fremstilt ved vanlig fremgangsmåte.

Som kjent er polyuretanskum et plaststoff som har oppnådd okende betydning de senere år. Det er et produkt for bruk i slike forskjellige industrielle sektorer som eksempelvis bilindustrien og tekstilindustrien. I Spania er fordelingen av forbruket av polyuretanskum representert av fblgende omtrentlige prosentsatser:

Polyuretanskum er prinsipielt produktet av omset-ningen av en polyol med et polyisocyanat som er hovedingre-diensene. Andre produkter er også nodvendig som vann, kata-lysator, aktivator, drivmidler, farger, etc. Som det er kjent for fagfolk er en stor variasjon i skumtyper som er resultat av muligheten for variasjonen i naturen av de forskjellige komponenter hvorav de er fremstilt og i deres relative forhold. Blant karakteristikker som kan varieres ifblge utval-get av komponenter og forhold er stivhet, tetthet, motstand^ mot nedbrytning, tensilstyrke, cellestorrelse etc. Blant de involverte parametre med spesiell viktighet er typen av polyolet og polyisocyanatet og forholdet mellom polyol/polyisocyanat/vann/drivmiddel.

Industriet fås polyuretanskum i form av blokker.

Disse blokker kan ha en lengde på mer enn 100 m, bredden er normalt 2 m og hoyden varierer mellom 80 cm og 130 cm. For-men av skumblandingens tverrsnitt oppnådd ved vanlig fremgangsmåte er vist på fig. 1 på tegningen som skal omtales nærmere nedenfor.

Uavhengig av typen av det dannede skum er et alvor-lig problem forbundet med fremstilling av blokken komprimeringen som opptrer i dens bunn. Som et resultat av denne komprimering er det nodvendig å kassere en viktig del av slutt-materialet på grunn av at tettheten er vesentlig storre og de mekaniske egenskaper er meget forskjellig fra disse i resten av blokken.

Fagfolk fremhever at ofte kommer prosentsatsen av. komprimert areal opptil 5 vekt-% og også 7% i forhold til blokkens totalvekt.

Ulempene ved å oppnå blokker av skum som har en komprimert bunn er klar hvis det tas hensyn til folgende faktorer: a) Mengden av kassert råmateriale kan være av vesentlig betydning i lys av det faktum at den daglige produksjon av en gjennomsnittlig storrelse av polyuretanskum-installasjon overskrider 20.000 kg. b) Det er ekstra omkostninger for trimming med egnede mekaniske midler, fortrinnsvis sager beregnet spesielt

for dette formål, idet det komprimerte skumlag som kan ha

en lengde på mer enn 100 m (blokkens lengde), en bredde på

2 m og en tykkelse på 10 - 15 mm.

c) Vanskelighet med markedfbring av fjernede komprimerte lag som biprodukt. d) Da en vesentlig del av komponentene i skummet er av petrokjemisk opprinnelse ses lett behov for å bkonomisere

slike materialer til maksimum i lys av dagens hbye omkostninger for petroleum og dets derivater.

Det kan utledes av det foregående at det å oppnå blokker uten nedre komprimerte areal er meget bnskelig for polyuretanskum-industrien.

De foregående problemer og ulemper er lost ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen som tilveiebringer en blokk .uten det komprimerte areal og således oppnår god utnyttelse av råmaterialene og vesentlig besparelse i fremstillingsom-kostninger.

Fig. 1 viser tverrsnittet av en skumblokk fremstilt

ved vanlig fremgangsmåte.

Fig. 2 viser skjematisk et sideoppriss av installa-sjonen for fremstilling av polyuretanskumblokker ifolge oppfinnelsen og endelig

fig. 3 viser grafisk temperaturen i °C i den verti-kale akse og tiden i den horisontale akse. Den horisontale .lengde 00' representerer tiden hvorunder med det endelbse transporbelte i skumtunnelen i drift uten mating av komponentene for skummet, et element herav passerer fra omgivelsestemperatur til verdien T . Lengden 0'0" representerer tiden hvorunder nevnte endelbse belte forblir stoppet. Lengden 0<M>B' representerer den tid det tar et belteelement hvorpå skummet dannes å passere gjennom skumtunnelen. Endelig representerer lengden B'G' tiden det tar for et element.av skumblokken å passere distansen mellom enden av skumtunnelen og enden av torkearealet.

Under, henvisning til fig. 2 er det fblgende en om-tale av den vanlige fremgangsmåte for fremstilling av blokker av polyuretanskum. De fundamentale deler av installeringen er: En skumtunnel som utgjbres av et hellende.transportbelte 1, dannet av sammenhengslede plater P, idet den ovre del av beltet utgjor gulvet av skumtunnelen. Resten av tunnelen dannes av vegger ,5 og taket T, hvori, som det ses av figuren, der er tre ledninger for evakuering av gasser som dannes og/eller frigjbres under reaksjonen, som CO 2 og drivmiddel. I oppstrbmsdelen av skumtunnelen er det et blande-matningshode MA, hvori de forskjellige komponenter av skummet blandes i egnede forhold og deretter mates på det endelbse belte.

Plasert under det endelbse transportbeltet, hvorav den ovre eller bærende del utgjor gulvet av skumtunnelen er flere trekkende transportbrer vist som 2 og 3 på fig. 2, som trekker skummet som dannes i skumtunnelen til et arrangement av ikke drevne valser 6, hvorfra det deretter kuttes og lagres blokker av skummet E.

En vevnad som beveger seg over overflaten av tran-sportbelfet 1, 2 og 3 og har samme bredde som transportøren er plasert mellom skummassen E og overflaten av transportøren. Vevnaden som mates fra en materull 4 beveger seg i samme hastighet som transportbrene 1, 2 og 3 og fjernes av en opp-taksrull 4'. Vevnaden kan være av papir, polyetylenfilm eller annet material som har nbdvendige egenskaper med hensyn, til styrke, stivhet og motstand mot brudd. Nødvendigheten av denne vevnad som av enkelhetshensyn i det fblgende kalles "papirvevnad" er fordi som allerede nevnt en bevegelig tran-sportør ikke har en kontinuerlig overflate, men er dannet av flere sammenhengslede plater hvorimellom der er et mellom-rom. Således forstås behovet for en vevnad av papir eller annet materiale hvis det tas hensyn til at skumbestanddelene som avsettes ved tunnelens begynnelse er flytende under blandingen i blander-mater-hbdet således at uten papirvevnaden ville den flytende blanding passere inn i hengslene i det endelbse transportbelte..

Med hensyn til fig. 2 som omtalt ovenfor, skal det bemerkes at: 1) den representerer bare en skjematisk gjengivelse og innbefatter ikke alle elementer som reaksjonskomponent-tanker, pumper,.transportbrdrivmotorer etc. 2) i anordningen hvori den vanlige fremgangsmåte utfores er det ingen elementer som her vist ved S-^, S2og S-^, som er en del av oppfinnelsen som skal omtales ytterligere nedenfor. Dette betyr at transportør 1, 2 og 3 såvel som arrangementet av ikke-drevne ruller 6 er kontinuerlig og ikke har avstander mellom transportbrene som vist på fig. 2.

I nevnte innretning, når driften har nådd den pro-grammerte hastighet, transportører 1, 2 og 3 såvel som innretninger for tilførsel 4 og opptak 4' av vevnaden, mates den flytende blanding av reaksjonsdeltagerne. ved den egnede<*>strbmningsgrad fra blander-matnings-hodet MA og den flytende blanding av reaksjonsdeltagere avsettes på oppstrbmsenden av skumtunnelen ved A, på vevnaden av materiale som beveger seg med gulvet av skumtunnelen. I oyeblikket for avsetning er reaksjonsdeltagerblandingen en viskos væske som etter hvert reagerer eksotermt, oker i volum og danner skumblokken. Denne fase av skumdannelsen er vist på fig. 2 ved en stig-^ende kurve hvis stilling varierer fra en skumtype til en annen således at punktet C av tunneloverflaten, som tilsvarer projeksjonen av slutten av den stigende kurve, kan beveges til hoyre eller venstre av stillingen på fig. 2 avhengig av formuleringens reaktivitet. Etter å ha oppnådd maksimal, hbyde. vokser den dannede blokk progressivt i lengde idet den trekkes av bevegelsen av transportørene 1, 2 og 3. Etter å ha passert den siste av trekk-transportørene vist ved 3 på figuren, og papirvevnaden er fjernet, kuttes blokken istyk-ker i varierende storrelse og lagret etter en herdeperiode på 24 timer.

Tverrsnittet av blokken er vist på fig. 1 hvor

det kan ses det komprimerte bunnareal F hvis nedre overflate ikke er glatt. Derfor må den komprimerte bunn F trimmes for. å fjerne komprimeringen og overflateuregelmessigheter med

de ulemper som er omtalt ovenfor.

Fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen omfatter som et fbrste trinn å kjbre det endelbse transportbeltet i skumtunnelen uten noen matning av komponentene for skummet og å oke temperaturen av rammen av det endelbse transportbeltet. Resultatet av denne oppvarming er at temperaturen av den

ovre del av beltet som danner gulvet i skumtunnelen passerer i en tidsperiode mellom 0 og 90 minutter, fra værelsetemperatur (T ) til en temperatur (T„) på ca. 80°C. Denne tempe-a p

raturvariasjon er vist på venstre del av fig. 3.

Bevegelsen av det endelbse transportbelte stoppes deretter i en egnet tid, papirvevnaden plaseres på beltet for å plaseres mellom belteplatene og skumblokken og deretter begynner i oppstrbmsdelen av skumtunnelen blandingen av reaksjonsdeltagerne som utvikler skummet og mates gjennom blander-mater-hodet på papirvevnaden. Under denne periode når beltet er stoppet, faller temperaturen fra til en verdi kalt reaksjonstemperaturen T^, som er fast for hver skumtype, ved hvilket byeblikk (punkt A på fig.'2 og 3) bevegelsen av det endelbse beltet gjenopptas og samtidig aktiveres innretningene

for matning og opptagning av papirvevnaden.

Gående ut fra dette byeblikk blir temperaturen

av overflaten av "den ovre del av det endelbse belte i skumtunnelen '- som er vesentlig samme som for en kontinuerlig papirvevnad og fblgelig vesentlig samme til bunndelen av skumblokken under dannelse som hviler på papirvevnaden - regulert således at i et fbrste areal kalt reaksjonsarealet opprettholdes ovennevnte verdi TR, og i et annet areal nedstrbms av fbrste, kalt konsolideringsarealet, opprettholdes en verdi over T^,i det fblgende kalt Tc.

I det minste i ett areal nedstrbms av skumtunnelen, utsettes bunnen av den konsoliderte bevegelige blokk for en tbrketemperatur kalt Tg når den passerer gjennom et tbrke-areal. På fig. 2 er tre tbrkearealer vist som S-^, S2og S^.

Etter tbrkeprosessen fjernes papirvevnaden og vikles opp på opptaksinnretningen 4' og vedhengende til dette kan det ses et tynt, jevnt lag av skum. Blokken som passerer til de ikke bevegede ruller har en bunn uten komprimering . og et glatt og jevnt utseende som ikke behbver etterbehandling, en uunngåelig behandling tidligere.

Skummet under dannelse passerer gjennom det fbrste areal, reaksjonsarealet plasert oppstrbms på beltet, i en på forhånd bestemt tid som varierer fra det ene skum til det andre. Som angitt er overflatearealet av det endelbse belte her holdt ved en konstant temperatur'T^som også varierer fra det ene skum til det annet.

Den tid det tar for skummet å passere konsolideringsarealet avhenger av den forhåndsbestemte tid i reaksjonsarealet.

De fundamentale parametre som utgjor gjenstanden for oppfinnelsen er definert som folger:

Tj^ = Overflatetemperaturen av reaks jonsarealet.

T^= Overflatetemperaturen av konsolideringsarealet.

Tg = Overflatetemperaturen av tbrkearealet.

t^= Den tiden det tar for et element av det endelbse belte,

eller bunnpartiet av den papirbelagte blokk som hviler derpå å passere reaksjonsarealet; dvs. fra punkt A til punkt C vist på fig. 2 og 3.

tø = Den tid. det tar for ovennevnte element å passere konsolideringsarealet, dvs. fra punkt C til punkt B vist på fig. 2 og 3.

ty = Tiden det tar for nevnte element å passere gulvet av skumtunnelen, dvs. fra punkt A til punkt B vist på fig.

2 og 3.

Når det tas hensyn til at gulvet av skumtunnelen passerer reaksjons- og konsolideringsarealene, ses lett at

og da verdien t^er forhåndsbestemt for hver skumtype, utledes at

Mens verdiene tRog TRer faste for et gitt skum, varierer de fra et skum til et annet da som fagfolk på området kjenner til varierer reaksjonens eksotermisitet jfor polyure-tandannelse ifolge naturen av hovedkomponentene og forholdet mellom dem. Som tidligere angitt er hovedkomponentene polyol og polyisocyanat. Imidlertid har prosentinnholdet av vann i blandingen en viktig rolle.

En fundamental karakteristikk av forbedringene oppnådd med foreliggende oppfinnelse er at overflatetemperaturen av de tre arealer oppfyller betingelsene

Vanligvis varierer differansen T^ T^=^-^T

fra mellom 10 og 15°C,idet 10°C foretrekkes. En temperatur innenfor skumtunnelen i reaksjonsarealet over maksimal grense kan bevirke krakking av skummet, og selv forbrenning. Denne krakketemperatur varierer fra en sammensetning til en annen mellom omtrent 45 - 80°C og da fremkommer

Temperaturen av tbrkearealet Tg kan anta hoyére verdier mellom 100 og 250°C i korte tidsperioder. Dette er ikke i motsetning til det som var sagt ovenfor med hensyn til krakking og/eller forbrenning, når det tas i betraktning at nev-.nte overflate-torketemperatur dannes i et areal utenfor skumtunnelen som passeres av blokken i lbpet av veldig kort tid.

Ennskjbnt i det foregående det bare er blitt nevnt ett torkeareal, er ikke oppfinnelsen nodvendigvis begrenset til bare ett areal av denne type, men det kan eksistere flere ennskjbnt praktiske hensyn begrenser antallet til tre. Ikke-destomindre er ett torkeareal det mest foretrukne.

Som en konsekvens av differansen i de nevnte tre termiske nivåer er når torkearealet er passert og papirvevnaden fjernet dannet en blokk som ikke har komprimert bunn og en glatt og jevn overflate, et tynt og jevnt lag av skum av en tetthet tilsvarende resten av blokken har forblitt vedhengende til papirvevnaden.

Lengden av beltet 1 som utgjor reaksjonsarealet er Vist ved AC, CB som er den longitudinelle kant av konsolideringsarealet. Av det foregående ses at plaseringen av punkt C, ennskjbnt det er fast for en bestemt skumtype, varierer fra et skum til et annet og kan være til hbyre eller venstre av den stilling som er vist på figuren.

Under selve skummetunnelen kan det ses tre torkeareal på fig. 2 vist ved S-p S2og S-^. Disse torkeareal er vanligvis snevrere i vidde enn de andre to arealer, vidden (eller det som er det samme, tiden det tar et visst element av konsolidert blokk å passere torkearealet) står i omvendt forhold til temperaturen. Dvs. et relativt snevert torkeareal (eller dets ekvivalente, en kort tid for å passere arealet) vil nødvendiggjore en hoy temperatur og omvendt.

Fig. 3 viser temperaturvariasjonen av et overflate- . element av skumblokkbunnen i forhold til tiden. På figuren er 00' . driftstiden av beltet i skumtunnelen uten noen matning av komponenter av skum og 0'0" er stopptiden av beltet ^R''''C °^ ^R'^C°^"^t ^ar oven^or angitte betydning.

Det ses at overforing av temperaturen mellom reaksjons- og konsolideringsarealet er ikke momentant og derfor står den hellende lengde på fig. 3, punkt C er ved en tempe- råtur som kan anses som mellomliggende mellom T^og T^. Når plateelementet av referansen har nådd returpunktet, går den del av blokkbunnen i kontakt med platereferansen hvis torkeareal S-^ -eksisterer en okning i temperaturen til verdien Tgler nådd. Hvis torkearealet ligger nedstrbms, eksempelvis ved S2 eller S-^, begynner blokktemperaturen å minske og ten-derer til å bli lik atmosfærens. Den prikkede linje representert ved BF vil være variasjonen av temperaturen i forhold til tiden hvis det ikke var torkeareal. Det ses også at jo lenger fra skumtunnelen, jo hoyere må temperaturen være i torkearealet for å motvirke nedgang i konsolideringstempe-raturen. Selvsagt, når forst torkearealet er passert, vil .t emp er a tur en til blokkoverf laten minske fra punkt D, E eller G på fig. 3 til omgivelsestemperatur.

Fjerning av papirvevnaden er et viktig trekk i hen-. hold til oppfinnelsen, det ér klart at selv om i det foregående er referert til den som fremstilt av papir, kan det brukes de mest vanlige materialer for vevnaden som innsettes mellom skumblokken under dannelse og de rektangulære, heng-slede plater som danner det endelbse transportbelte, idet et hvilket som helst annet vevnadslignende materiale kan benyt-tes som oppfyller samme funksjon.

I det fblgende skal det eksempelvis omtales hvor-ledes kommersielt polyuretanskum kan fremstilles ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen.

Matning utfores fra et blandehode i drift som nevnt tidligere av en blanding som utgjbres av fblgende materialer i de angitte vektdeler:

Temperaturen av reaksjonsarealet opprettholdes ved en verdi TR= 41,5° + 1°C og temperaturen i konsolideringsarealet ved en verdi Tc = 51,5° 1°C med en tid tR= 2 - 3 minutter i reaksjonsområdet og en tid t^= 3 - 2 minutter i konsolideringsarealet. Det dannes en blokk som etter å

ha vært utsatt for en temperatur på 120°C i torkearealet og papirvevnaden er fjernet fra bunnen har en i det vesent-^lige jevn tetthet gjennom volumet på 20 kg/m ■ z, dvs..uten noen komprimering i bunnen og uten uregelmessigheter og som ikke behbver etterbehandling.

Det fblgende viser ved enkel beregning de økono-miske fordeler ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen.

Et gjennomsnitts-stbrrelsesanlegg danner skum

200 dager i året og i hvert skum dannes kontinuerlig brok-ker av 20 Tm, eller med andre ord, en årlig produksjon er 20 x 200 = 4.000 Tm = 4.000.000 kg. I drift overensstemmende med vanlig prosess og antatt en gjennomsnittsverdi av 4,5 vekt-% for bunnkomprimeringen, gir:

Årlig produksjon av komprimert skum

4.000.000 X 0,045 = 180.000 kg Årlig produksjon av skum av jevn tetthet

4.000.000 - 180.000= 3.820.000 kg

Et anlegg av samme stbrrelse som arbeider med fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen og hvor det beregnes 0,5 vekt-% av det tynne skumlag som henger ved papirvevnaden vil ha en årlig skumproduksjon av jevn tetthet på: 4.000.000 - (4.000.000 x 0.005) = 3-980.000 kg..

Dette vil si at ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen vil den årlige bkning i utbyttet være: 3-980.000 - 3-820.000 = 160.000 kg/år

Av dette ses at fordelen ved systemet består i fremstillingen av 160.000 kg skum uten omkostninger i råmateriale. I tillegg til disse besparelser er omkostninger for kraft, arbeid, etc. som er nbdvendige for etterbehandling, lagring og salg av det komprimerte skum.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for å eliminere komprimering av bunnarealet under fremstilling av blokker av polyuretanskum, karakterisert ved at (1) et endelbst belte av en skumtunnel i en skumfremstillende innretning er innrettet til å virke over en tidsperiode på mellom 15 og 90 minutter, samtidig som det endelbse beltet oppvarmes således at overflatetemperaturen av den ovre del av beltet som danner gulv i tunnelen, passerer fra værelsetemperatur til en temperatur T på mellom 60 og 80°C, (2) bevegelsen av det endelose beltet stoppes, en vevnad av material, fortrinnsvis papir, plaseres på beltet for å plaseres mellom skummet og belteplatene og umiddelbart begynner mating fra blande-mater-hodet av blandingen av reaksjonsdeltagerne som utgjor skummet oppstroms på det endelose beltet, idet temperaturen under stopperioden går ned fra verdien til en verdi TR , (3) når verdien T R er oppnådd settes det endelose beltet igjen i bevegelse, drift startes for innretninger for tilfbring og avtagning av vevnaden av egnet materiale, fortrinnsvis papir, som dekker overflaten av nevnte endelose belte, samtidig kontrollering av temperaturen av overflaten av den ovre del av beltet som danner tunnelgulvet således at et fbrste reaksjonsareal plasert oppstroms av det endelbse beltet holdes ved konstant temperatur T^ , og i et annet konso-lideringsområde. en annen konstant verdi T^ , idet tempera-turverdiene er konstant for hver skumtype, og at tiden hvor temperaturen holdes for hver skumtype bestemmes ved forholdet t T = <t>^<+><t>^ , idet t T er den totale tid for opp-hold av skummet i reaksjonstunnelen, t^ er tiden det tar for et skumelement å passere reaksjonsaréalet, en fast verdi for hver skumtype og t^ er tiden det tar for et skumelement å passere konsolideringsarealet og (4) at etter å ha forlatt skumtunnelen, blokken under dannelse undergår i det minste, ett areal, plasert enten for trekkbeltene, mellom dem eller etter det siste av beltene som utgjor trekkinnretninger, tbrking av den nedre del av blokken i et såkalt torkeareal som holdes ved en konstant temperatur Tg betydelig hbyere enn TR og T^ , etter passering av dette foretas fjerning av vevnaden av egnet material, fortrinnsvis papir, hvortil det vedhenger en tynn film av skum, og således oppnås en blokk av polyuretanskum som ikke har komprimert bunn og en jevn overflate som ikke krever etterbehandling.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, k a r a k t e r i- sert ved at differansen i temperatur mellom konsolideringsarealet og reaks jonsarealet på AT = Tc - TR er 15°C maksimum, fortrinnsvis 10°C.

3. ' Fremgangsmåte ifolge de foregående krav, karakterisert ved at vevnaden av kontinuerlig materiale ér valgt blant papir eller annet materiale som står imot hoyere temperaturer i torkearealet og har den nbdvendige motstandskarakteristikk.