NO802059L - Fremgangsmaate ved fremstilling av et skum ved kondensasjonsreaksjon. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling av et skum av forhåndsbestemt form, ved hvilken en reaktiv harpikskomponent underkastes en kondensasjonsreaksjon i nærvær av en katalysator, et blåsemiddel og andre additiver.

I bygningsindustrien er det idag behov for isolasjonsmaterialer med bedre egenskaper enn de hittil anvendte materialer. Mangel på energi, spesielt fra naturlige kilder, gjør det nødvendig å isolere morgendagens bygninger langt bedre enn det gjøres idag. Det finnes statlige forskrifter for visse egenskaper ved isolasjonsmaterialer, f.eks. hva angår ikke-brennbarhet og isolasjonsegenskaper.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling

av formgitt, varmherdet isolasjonsskum. Nærmere bestemt an-

går oppfinnelsen en fremgangsmåte ved fremstilling av varmherdet isolasjonsskum ved kondensasjonsreaksjon. For ordens skyld skal det nevnes at ved en kondensasjonsreaksjon vil forskjellige reaktive grupper reagere med hverandre under dannelse av biprodukter, såsom vann og/eller formaldehyd og/eller andre små molekyler, som fjernes under tørretrinnet. Eksempler på harpikser, som polymeriserer ved kondensasjons-reaks jon, er: fenolharpikser, aminoformaldehydharpikser og furanharpikser, samt modifikasjoner av disse, såsom fenol-formaldehydharpikser, urea-formaldehydharpikser, melamin-formaldehydharpikser, thiourea-formaldehydharpikser og. furan-formaldehydharpikser, foruten kombinasjoner av disse med andre harpikser, såsom isocyanater. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av amino-formal-dehydskum og furanholdige skum som har mindre indre spenninger og som herdes mer homogent enn de kjente skum.

Spesielt er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen nyttig

for fremstilling av mer brannsikre isolasjonsskum ut fra furan-eller furfurylalkoholmodifiserte fenolharpikser og amino-harpikser, og ganske spesielt er fremgangsmåten nyttig for fremstilling av isolasjonsskum på basis av urea-formaldehyd-furfurylalkohol, med forbedrede herdeegenskaper og forbedret ydelse ved den såkalte muffelovntest og beslektede brennbarhetstester.

Krav til en skumfremstillingsprosess:

1. Fremgangsmåten bør gi et skum hvor råmaterialene utnyttes så økonomisk som mulig, hvilket vil si at den bør gi:

a) lite eller intet skrap

b) lav tetthet av skummet,

c) en cellestruktur som er homogen uten svake partier som

svekker de mekaniske egenskaper.

2) Fremgangsmåten bør muliggjøre optimal reaksjon og herdning av harpiksen. Således bør den: a) muliggjøre hurtig regulering av temperaturen gjennom hele skummassen, b) muliggjøre programmerte temperaturendringer under pro-duksjonsprosessen, for å sikre optimal herdning og

høy produksjonshastighet uten at det oppstår overreak-sjon eller skade på cellestrukturen,

c) sikre at samtlige deler av det formede skummateriale er blitt optimalt herdet, slik at ingen utilstrekkelig

herdede partier svekker bruksegenskapene og ydelsen ved brennbarhetstester eller i en virkelig brannsitua-sjon.

Standardfremgangsmåten for fremstilling av skum i kom-mersiell målestokk er en fremgangsmåte ved hvilken reaktantene blandes og føres frem på et transportbånd med sidevegger. Blandingen begynner å skumme, og den tillates fritt å heve seg inntil reaksjonen stopper. Den utviklede reaksjonsvarme kan ikke lett unnslippe fra skummets midtparti, hvorved høye temperaturer oppstår i dette midtparti. For å begrense dette gjøres reaksjonen langsom ved seleksjon av utgangsmaterialene, hvilket begrenser utvalget av råmaterialer og likeledes med-fører den ulempe at der må benyttes et langt transportbånd.

I praksis må det gjøres et kompromiss. Etter at reaksjonen er opphørt, blir skumblokken trimmet og skåret til den ønskede form. Blokkens sidepartier, og spesielt dens veivede overside, er ubrukelige, hvilket medfører et betydelig tap av verdifullt skummateriale.

For å forsøke å unngå de ovennevnte ulemper er andre skumfremstillingsprosesser blitt utviklet. Som representative eksempler skal nevnes: A. US patentskrift 3 761 209, som beskriver en fremgangsmåte og et apparat for fremstilling av folier, plater og blokker av varmherdende harpiksskum, spesielt fenol-alde-hydskum.

En blanding av en fenol-aldehydharpiks, en katalysator, et blåsemiddel og de vanlige additiver påføres på et forvarmet transportbånd med ikke-vedheftende overflate ved en temperatur som er gunstig for reaksjon og skumdannelse. Et forvarmet øvre transportbånd begrenser hevingen av skummet og gir folien eller platen den ønskede tykkelse. Ved at transportbeltene oppvarmes herdes foliens eller platens overflater til en tett, sterk hud som muliggjør håndtering. For å redusere den tid på 12 - 15 timer som normalt kreves for å fjerne vannet fra skummets indre partier underkastes skummet høyfrekvensoppvarmning.

Skjønt der ved hjelp av nevnte fremgangsmåte oppnåes en betydelig reduksjon av tørketiden, oppnåes hverken den ønskede ensartethet av skumegenskapene fra kjernen til overflaten eller optimale brannsikkerhetsegenskaper. Fordi folien eller platen ved denne fremgangsmåte er stengt inne mellom ikke-porøse overflater under hevningen og herdningen, blir vannet som opprinnelig var tilstede i råmaterialene, pluss det vann som dannes under reaksjonen, tilbakeholdt i folien eller platen. Under den første heving vil temperaturen i foliens eller platens midtparti bli relativt høy, hvilket bevirker overføring av vann til foliens eller platens overflater. I de senere trinn oppvarmes overflatene, hvorved vannet konsentreres i midtpartiet, hvor det vil for-tynne syreherdemidlet eller katalysatoren. Følgelig blir overflatene og midtpartiet utsatt for meget ulike betingelser under fremstillingsprosessen. Dette vil selvsagt medføre store ulikheter i graden av herdning, tverrbinding og tetthet, med den følge at egenskapene av det fremstilte skum ikke blir optimale.

Dessuten vil den tette overhud, som utgjør en del av oppfinnelsen ifølge nevnte patentskrift, begrense hastigheten med hvilken vanndampen unnslipper fra foliens eller platens midtparti under tørringen i det dielektriske felt. Ved den høye temperatur som utvikles i et dielektrisk felt vil likeledes gasser som ikke er i stand til å unnslippe, føre til dannelse av et meget høyt trykk som vil skade cellestrukturen og ha uheldig innvirkning på skumegenskapene. Huden som dannes, representerer ganske åpenbart ingen optimal anvendelse av materialene hva fremstilling

av et isolasjonsmateriale angår.

B. US patentskrift nr. 3 821 337 som beskriver en fremgangsmåte ved fremstilling av isolasjonsplater av skummet fenolaldehyd. Ved denne fremgangsmåte anbringes en oppskumbar fenolhar-piks mellom to bærerfolier av et porøst stoff oppskumning og herdning igangsettes ved oppvarmning av innsiden av de elementer som avgrenser formen, til 60-100°C, og den oppskummede harpiks tørres deretter ved at den utsettes for mikrobølgeenergi.

Som følge av anvendelsen av relativt porøse bærerfolier som omhyller skummet, lettes unnslippelsen av flyktige materialer under sluttbehandlingen hvor mikrobølgeenergi anvendes, og følgelig reduseres beskadigelsen av celle-strukturene under dette nrosesstrinn. Da imidlertid opp-skummingen og herdningen finner sted mellom oppvarmede ikke-porøse elementer som avgrenser for formen, er produktet som fåes, fortsatt ikke-homogent, og følgelig er dets

egenskaper ikke ensartede.

C. US patentskrift nr. 4 026 980 beskriver en fremgangsmåte ved hvilken en syrekatalysator settes til en urea-formaldehyd-harpiksoppløsning og den gelatiniserende oppløsning over-føres til en flat, åpen støpeform. Om ønskes, kan harpiks-oppløsningen forhåndsskummes mekanisk ved visping. Deretter vil gelen stivne, inntil den er blitt tilstrekkelig stiv til å kunne tas ut av formen. Platen overføres så til en annen form, som lukkes og oppvarmes i en presse -ved en temperatur høyere enn 120°C. Harpiksen ekspanderer ytterligere under disse betingelser, og det erholdes en plate med en tetthet på 390 - 760 kg/m 3 med en cellestørrelse mindre enn 1 mm.

Heller ikke ved denne fremgangsmåte vil det vann som opprinnelig er tilstede i harpiksen, og det vann som fri-, gjøres under reaksjonen, kunne unnslippe i noen vesentlig grad, hvilket nødvendiggjør et tørretrinn etter presse-trinnet. Også i dette tilfelle vil vannet ha tendens til å oppsamles i skummets midtparti, slik at skummet ikke blir homogent tvers igjennom. Formen blir også oppvarmet til en temperatur over 100°C for å avstedkomme ytterligere utvidelse. Da denne utvidelse finner sted etter at den første tverrbinding av harpiksen har funnet sted, vil celle-veggene briste. Dette har bare begrensede følger for skum med høy tetthet, men vil være uheldig når det ønskes et

skum av lavere tetthet for isolasjonsformål.

D. US patentskrift nr. 4 016 111 beskriver oppskumming av en harpiksblanding inneholdende furfurylalkohol, urea, formaldehyd og additiver i nærvær av en syre. Harpiksen inneholder minst 10 vekt% av en borforbindelse.

I laboratoriemålestokk kan plater av liten størrelse fremstilles uten alvorlige vanskeligheter, og i de tester som er beskrevet i<p>atentskriftet, oppviser små, utskårede skumblokker utmerkede egenskaper. Imidlertid syntes det ved fremstilling i stor målestokk å være vanskelig å fore-ta en fullt ut tilfredstillende regulering av skumnings-betingelsene i en form av store dimensjoner. De ulike betingelser i.skummets kjerne og i skumpartiene nær formens vegger førte til store variasjoner i skumegenskapene, deri-blant i brennbarhetsegenskapene, som følge av ujevn herdning gjennom skummet. Som følge av den ujevne herdning har

skummet en tendens til å oppta vann i fuktig miljø.

Det er derfor et mål med op<p>finnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av formgitte, skummede polymerprodukter ut fra kondenserende harpikser, ved hvilken fremgangsmåte råmaterialene utnyttes på den best mulige økonomiske måte.

Det er videre et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte som muliggjør hurtig regulering av hevningen og herdningen, hvorved det oppnåes jevnere tetthet gjennom det formgitte skummateriale og et bedre forhold mellom den midlere tetthet og kjernes tetthet enn man hittil har kunnet oppnå.

Videre er det et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte som muliggjør nøyaktig kontroll av temperaturen gjennom hele skummassen, og som muliggjør programmering av temperaturen inne i skummet under fremstillingen, hvorved det oppnåes optimal herdning og høy fremstillingshastighet uten at reaksjonen drives for ]angt eller cellestrukturen skades. Videre er det et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av formede skinnprodukter, f.eks. plater, som oppviser utmerket dimensjonsstabilitet under bruksbetingelsene.

Det er likeledes et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av skum som har ensartet, homogen cellestruktur med lukkede celler. Ganske spesielt er det et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en mer regulerbar fremgangsmåte som sikrer at alle deler av det formede skummateriale blir optimalt herdet, slik at ingen utilstrekkelig herdede partier reduserer produktets ydelse under bruksbetingelsene, under brennbarhetstester eller i et virkelig branntilfelle.

Disse og andre mål nåes ved hjelp av en fremgangsmåte ved hvilken polymere skum fremstilles ut fra kondenserende harpikser ved omsetning av utgangsmaterialene (fortrinnsvis en harpiks avledet i det vesentlige fra furfurylalkohol og en urea-formaldehydharpiks) i et lukket formhulrom under betingelser hvor vannet som dannes under reaksjonen, hovedsakelig fritt kan bevege seg til et rom i tilslutning til og som kommuniserer med skummet, og regulering av temperaturen og herdningen av skummet, ved regulering av våtkuletemperaturen av gassmassen i dette rom. Fortrinnsvis reguleres våtkuletemperaturen i gassmassen inne i nevnte rom, på en slik måte at der etter den første eksotermiske reaksjon frembringes en på forhånd bestemt temperatur gjennom hele skummet inntil herdingen er praktisk fullført.

Ved hjelp av oppfinnelsen har det overraskende vist seg mulig å regulere temperaturendringene gjennom en hel skumblokk, slik at fullstendig og jevn herdning gjennom hele skumblokken oppnåes. Dette kunne ikke oppnåes med de kjente fremgangsmåter.

Dette vil bli forklart i det følgende. I et forsøk på

å oppnå bedre kontroll med reaksjonsbetingelsene ved utførelse av fremgangsmåten beskrevet i US patentskrift nr. 3 919 127

og samtidig oppnå den oppskummede polymer i en på forhånd bestemt form, ble reaksjonen utført i en lukkbar, grunn form med metallvegger.

Det viste seg at en for stor varmemengde gikk tapt fra overflatene på grunn av den store varmekapasitet av formens metallvegger, hvilket medførte sammenbrytning av skummet ved overflaten og utilstrekkelig herdning. Et forsøk på å oppvarme formen på forhånd førte til en sterk eksoterm reaksjon, som avstedkom et brent midtparti i skummet.

I et neste forsøk ble det benyttet en godt isolert, adiabatisk form. Denne gang ble det oppnådd en jevnere tempera-turfordeling gjennom skummet, men det samlet seg fuktighet ved formoverflåtene, hvilket forårsaket skade på skumoverflaten. Fuktigheten forårsaket likeledes utilstrekkelig herdning ved formens overflate som følge at katalysatoren ble fortynnet.

Det ble så fremstilt en perforert form for å tillate unnvikelse av fuktigheten ved skumoverflaten. Dette resulterte imidlertid i et tett skumskinn og på ny i ufullstendig herdning i skummets indre. For å kompensere for denne virkning ble formet oppvarmet ved ledning av varm luft over de perforerte formoverflater. Denne gang ble det erholdt en lytefri, stiv skumplate med høy mekanisk styrke. Denne skumplate ble imidlertid meget svak i fuktig miljø, og den oppviste dårlig ydeevne ved brennbarhetstester, hvilken kunne ansees som en indikasjon på at herdningen hadde vært mangelfull.

Det viste seg likeledes at dersom oppskuminingsreaksjonen ble utført ved forhøyet lufttemperatur, ble ydelsen ved brennbarhetstester desto dårligere jo høyere den anvendte lufttemperatur var. Når temperaturen i skummets indre ble registrert under reaksjonen, viste det seg at en høyere lufttemperatur førte til en lavere temperatur i skummets indre. Ganske overraskende viste det seg at en optimal herdning gjennom hele skumplaten kan oppnåes ved en lavere temperatur, dersom våtkuletemperaturen av luften som ledes over skummet, reguleres.

Ved en konstant tørrkuletemperatur er det således mulig å oppvarme eller kjøle de indre partier av det herdende skum meget hurtig ved hevning eller senkning av våtkuletemperaturen av luften som ledes over den perforerte form. Dette er så meget mer uventet som skumproduktene som fremstilles i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, har hovedsakelig lukket cellestruktur og er gode varmeisolatorer. Forøvrig blir andre isolerende skinnprodukter, som fremstilles ut fra ikke-konden serende harpikser, såsom polyurethaner, ubetydelig eller slett ikke påvirket ved en slik form for regulering.

Det har nu vist seg at ved fremstillingen av kondensa-sjonspolymerskum etter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er temperaturen i skummets indre nær knyttet til våtkuletemperaturen av luften som kommuniserer med formhulrommet, og den følger variasjoner i denne. På den annen side påvirkes ikke temperaturen i skummets indre så lett som ønskelig på vesentlige variasjoner i denne luftens tørrkuletemperatur.

Hovedtrekket ved oppfinnelsen går derfor ut på å be-nytte våtkuletemperaturen primært for regulering av skummets temperatur og følgelig for regulering av herdehastigheten. Tørrkuletemperaturen reguleres primært i den hensikt å varme opp utstyret i tilstrekkelig grad til å forhindre fuktighet i å kondensere i ledningsnettet og tilgrensende rom.

Ved fremgangsmåten blir våtkuletemperaturen av luften som kommuniserer med formhulrommet, regulert til verdier som er hovedsakelig ekvivalente med de temperaturer som Ønskes i skummassens indre, i det minste under deler av herdeprosessen.

Eksempelvis kan harpikssystemet tillates å danne en gel under dets egen eksoterme varmeutvikling og deretter underkastes en konstant våtkuletemperatur i området fra 40° til 90°C i tilstrekkelig lang tid til å fullføre herdningen. For å oppnå den høyest mulige reaksjonshastighet er det ofte fordelaktig å starte med en relativt lav våtkuletemperatur på f.eks. 30°C og deretter heve våtkuletemperaturen enten kontinuerlig eller trinnvis opp til den endelige herdetemperatur, som f.eks. kan være fra 65° til 95°C, alt etter skumsystemet. Hastigheten med hvilken våtkuletemperaturen økes, bør være tilstrekkelig høy til at produksjonsutstyret utnyttes best mulig. På den annen side har det vist seg at en for rask temperaturøkning kan føre til skade på skummets cellestruktur.

Under skumsysternets innledende eksoterme fase kan våtkuletemperaturen være fra 5 til 20°C under temperaturen i skummassens midtparti, avhengig av skumsystemets reaktivitet og f ormhul romme ts tverrsnittsareal-.

For enkelte systemer har det vist seg fordelaktig å holde våtkuletemperaturen på et enda lavere nivå under den første skumhevning, f.eks. ved en temperatur 40°C under

temperaturen i skummets midtparti. Først etter den innledende skumhevning bringes våtkuletemperaturen kontinuerlig eller trinnvis opp på det nivå hvor skummet skal forherdes. Denne temperatur kan f.eks. være 4 0 - 65°C etterhvert som herdningen skrider frem. Temperaturen kan så ytterligere økes, og den endelige våtkuletemperatur kan være så høy som 75 - 95°C.

I praksis har det vist seg at temperaturen i skummets indre kan være litt høyere enn våtkuletemperaturen av luften som omgir formen, fordi en viss mengde varme utvikles under herdningen.

Ved utførelse i praksis av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har det vist seg at tørrkuletemperaturen av luften som ledes over og er i nær kontakt med formhulrommet, kan være vesentlig lavere enn på det punkt hvor tørrkuletemperaturen reguleres. Dette skyldes luftens lave varmekapasitet og uunn-gåelige varmetap i utstyret. Luftens våtkuletemperetur, deri-mot, oppviser langt mindre avvik mellom det punkt hvor den kontrolleres og det punkt hvor luften passerer over formhulrommet. Innstillingen av tørrkuletemperaturen vil derfor være særegen for det bestemte utstyr som anvendes for fremgangsmåten, og vil måtte være høyere dersom luftledningene til formrommet er lange eller lite isolert, for derved å hindre fuktighet i å kondensere i ledningsnettet.

I apparatet som anvendes ved utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, kan de nødvendige betingelser oppnåes ved å heve våtkuletemperaturen enten kontinuerlig eller trinnsvis fra ca. 25°C og opp til området 50-95°C under herdningen av skummet, samtidig med at tørrkuletemperaturen heves fra ca. 30°C og opp til området 55 -110°C. Eksempelvis kan betingelsene være 4 5°C våtkuletemperatur og 75°C tørrkule-temperatur i 1 - 5 minutter, deretter 60°C våtkuletemperatur og 85°C tørrkuletemperatur i ytterligere 5 minutter og slutte-lig 65°C våtkuletemperatur og 95°C tørrkuletemperatur i et tredje tidsintervall.

I den innledende fase av prosessen kan forskjellen mellom våtkuletemperaturen og tørrkuletemperaturen være slik at et visst overskudd av fuktighet kan fordampe fra oppskumnings-systemet, hvorved den eksoterme reaksjon i herdereaksjonens startfase blir regulert. Forskjellen mellom våtkuletemperaturen tørrkuletemperaturen kan f.eks. være 6-15°C ved en tørrkule-temperatur på 30°C og 12-28°C ved en tørrkuletemperatur på 60°C. De sistnevnte temperaturdifferanse r benyttes for langsommere reaksjonssystemer.

Etterhvert som reaksjonen skrider frem, utvikles der midre varme i det herdende skum, og det synes fordelaktig å

øke våtkuletemperaturen og tørrkuletemperaturen under opprett-holdelsen av en temperaturdifferanse på 5-20°C ved en tørrkule-temperatur på 50°C og en temperaturdifferanse på 10-30°C ved en tørrkuletemperatur på 90°C. Når primærherdingen er hovedsakelig fullført, kan det være fordelaktig å behandle skummet ved en våtkuletemperatur på 60-85°C og en tørrkuletemperatur som er 5-25°C høyere og fortrinnsvis er 8-22°C høyere. Varig-heten av dette endelige pro sesstrinn kan være fra 5 minutter opp til ca. 2 timer, avhengig av tykkelsen av skumproduktet.

I praksis foretrekkes en behandlingstid på 15-90 minutter for skumplater av tykkelse i området fra 25 til 100 mm. Denne slutt-behandling under regulerte fuktighetsbetingelser gir produktet utmerkede brannsikkerhetsegenskaper ved muffelovntesten, samt dimensjonsstabilitet og styrke ved høy fuktighet. Om ønskes, kan produktet, så snart primærherdningen er fullført og det oppskummede produkt har tilstrekkelig stor styrke, tas ut av formhulrommet og overføres til et annet rom hvor temperaturene

-kan reguleres som ovenfor angitt.

Etter primærherdningen kan skumplaten utsettes for

en strengere varmebehandling uten at skumstrukturen ødelegges, f.eks. o<p>pvarmning med høyfrekvensenergi, forutsatt at våtkuletemperaturen og tørrkuletemperaturenopprettholdes slik at unnslippelsen av fuktighet fra skumplaten reguleres nøyaktig.

I en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ut-føres denne oppvarmning med høyfrekvensenergi mens skummet fortsatt er noe plastisk og ikke fullstendig tverrbundet. Etter høyfrekvensbehandlingen, som kan vare i 1 - 5 minutter, kan skummet herdes ytterligere ved en regulert våtkuletemperatur som ovenfor angitt. Ved bruk av høyfrekvensbehandligen på dette tidlige trinn har det vist seg at skummet får langt bedre dimensjonsstabilitet, dvs. at dimensjonene endres mindre perma-nent etter en fuktighetstest, enn når høyfrekvensbehandlingen utføres på et mer fremskredent trinn av herdningen av skummet.

I en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten

ifølge oppfinnelsen blir en glassfiberduk fortrinnsvis en duk fremstilt av glasstapelfibere av lengde 5-20 mm sammenbundet med 10-40% bindemiddel og med en arealvekt på 30-90 g/m 2 påo-ført formveggene for å sikre at skumplaten slipper formen.

Det har overraskende vist seg at denne glassfiberduk ytterligere forbedrer flere av skumplatens egenskaper, såsom jevn-heten av skumcellene nær platens overflate, og at den be-fordrer en enda hurtigere respons i skummets indre på endrin-ger i våtkuletemperaturen. Årsaken kan være en økning i det skumoverflateareal som effektivt utsettes for luften i det hosliggende rom, når en porøs glassduk anvendes over de perforerte formvegger.

Fremgangsmåten skal nu beskrives i en av dens mulige utførelsesformer, hvor det trekkes fordel av de forskjellige muligheter fremgangsmåten frembyr.

Utgangsmaterialet, dvs. den reaktive harpikskomponent og den som ovenfor angitt fremstilte katalysatorblanding innføres i et blande kammer gjennom doseringspumper. Det grundig blandede materiale anbringes i et perforert formhulrom som er foret med glassfiberduk. En av flere mulige metoder for å oppnå jevn fordeling over hele formen omfatter anvendelse av en dyse som beveger seg frem og tilbake over en bevegelig form.

Temperaturen i det esende skum vil stige raskt. Nær formens vegger vil temperaturøkningen skje langsommere på

grunn av formens varmekapasitet. Luft av regulert våtkuletemperatur ledes langs formens vegger for å regulere mengden av vann som skal fordampe fra skummet. Når den eksoterme reaksjon er hovedsakelig fullført, vil hele skummassen gradvis nærme seg våtkuletemperaturen av luften som ledes forbi formen. Våtkuletemperaturen heves trinnvis 5-10°C pr. 5 minutter, og herdningen av skummet tillates å forløpe inntil det erholdte skum har tilstrekkelig styrke til å tåle en strengere behandling, eller inntil skumplaten kan tas ut av formen uten å deformeres. Fremgangsmåten inndeles i fem etapper. I tre av disse etapper reguleres skummets temperatur utelukkende av våtkuletemperaturen av luften som ledes forbi den perforerte form. I en fjerde etappe tilføres ytterligere energi ved hjelp av en høyfrekvensgenerator for å gjøre skumplaten dimensjons-

stabil, under regulering av betingelsene ved luftventileringen, og i en femte etappe benyttes en regulert våtkuletemperatur for å herde og tverrbinde skummet.

De følgende eksempler illustrerer fremgangsmåten: S ammenligningseksempel 1

To komponenter A og B ble pumpet fra lagringstanker gjennom et blandekammer i mengdeforholdet 20 deler "A" til en del "B". Blandingen ble jevnt fordelt over bunnen av en boksformet form av dimensjoner 1,0 x 1,25 x 0,15 mm. Formen hadde 1 mm tykke vegger av Teflon<®->belagt stål, som var belagt med et 20 mm tykt isolerende lag av cellulært polystyren. Et perforert lokk ble klemt fast over formen, og blandingen ble tillatt å skumme, heve seg og herde inne i formen.

De to komponenter hadde følgende sammensetning:

Under oppskumningen og herdningen ble temperaturene i skummets midtparti og i partiene nær formveggene registrert. Temperaturkurvene er vist på fig. 1.

Etter 50 minutter ble formen åpnet og skumplaten tatt ut. Skummet ble tillatt å etterherde i en boksovn natten over ved 70°C og ble deretter testet med hensyn på tetthet, cellestruktur og 10% kompresjonsfasthet ved 23°C og 50% relativ fuktighet:

Skumplaten viste seg å ha et tett skikt ved overflaten.

Midtpartiet (senteret) hadde en temmelig grov cellestruktur med mange skadede broer. Platens overflate var skadet på mange steder av vann som hadde kondensert på formens stål-vegger under herdningen.

Det vil sees av temperaturkurve C på fig. 1 at midtpartiet er blitt utsatt for en temperatur betydelig høyere enn temperaturen ved kantene (kurve E på fig. 1). Dette førte til en ukontrollert variasjon i tettheten og dårlig eller variabel materialfasthet. Dette eksempel viser klart mangelen på kontroll med herdebetingelsene ved den kjente fremgangsmåte og de ujevne skumegenskaper som dette medfører.

Sammenlignjngseksempel 2

I et tilsvarende forsøk ble formens 1 mm tykke stål-vegger erstattet med tynn (50^um) aluminiumfolie i et forsøk på å oppnå en jevnere tetthet over hele skumplatens tverrsnitt. Imidlertid steg temperaturen i skummets indre til godt over 80°C under herdningen. Skjønt tettheten var jevnere fra topp til bunn, var cellestrukturen betydelig skadet og meget svak.

Sammenlignjngseksempel 3

I en grunn, boksformet form av dimensjoner

l,0x 1,36 x 0,04 m ble det hellet en blanding erholdt ved om-hyggelig' blanding av en strøm av urea-formaldehyd-furfurylalkohol-harpiks (mengdeforhold urea:formaldehyd 1:1,80) inneholdende 17 vektdeler triklorfluormethan, 2 vektdeler over-flateaktivt middel (silikon) og 20 vektdeler borsyre pr.

100 vektdeler harpiks, med en strøm bestående av 70%-ig fos-forsyre (10 vektdeler).

Formens topp og bunn var fremstilt av 1 mm tykke perforerte stålplater, som var støttet av en rekke kanaler utført i tre-virke og som strakte seg på tvers av formen fra den ene kant til den annen. Disse kanaler var åpne nær den perforerte plate. Opp- . varmet luft kunne ledes gjennom kanalene. Formens konstruksjons-prinsipp er vist på fig. 2, hvor den perforerte topp og bunn av stål er vist ved 1, 2 er de åpne kanaler gjennom hvilke luft kan ledes over formoverflaten for å oppvarme eller kjøle formen, og 3 er skummet.

Før formen ble fylt, ble formveggene bragt til en temperatur på 25°C. Etter oppfylling av formen ble toppen anbragt på plass. Deretter ble blandingen tillatt å heve seg og å gela-tisere inne i formhulrommet. Etter 2,5 minutter, da skummet hadde gelatisert, ble luft fra omgivelsene, som var oppvarmet til 55°C, ledet gjennom kanalene fra den ene kant til den annen. Etter 15 minutter ble oppvarmningen stoppet. Skummet ble tatt ut av formen og ble etterherdet i 6 timer i en boks-ovri oppvarmet til 65°C.

Under prosessen ble temperaturen i skummets indre registrert. Den er vist på fig. 3. Ganske uventet resulterte oppvarmningen i et raskt temperaturfall i skummets indre. Dette er vist ved kurvens C fall under kurve E på fig. 3.

Skumplaten var stiv og hadde god cellestruktur. Kompresjonsfastheten var 23°C og 50% luftfuktighet var 205 KPa.

Da skummet ble testet i muffelovntesten ved 505°C, viste det imidlertid alvorlig svikt. Likeledes ble skummets egenskaper meget vesentlig redusert når skummet ble anbragt i vann, hvilket indikerer meget utilstrekkelig herdning.

Eksempel 1

Sammenligningseksempel 3 ble gjentatt under anvendelse av samme materialsammensetning og samme form. Da skummet i formhulrommet var blitt gelatisert, ble fuktig luft med en våtkuletemperatur på 50°C og en tørrkuletemperatur på 55°C (målt

i rommet tilstøtende til formhulrommet) ledet over de perforerte formvegger. De forskjellige temperaturer på innsiden og utsiden av formen er vist på fig. 4, hvor kurve C representerer temperaturen målt i skummets midtparti, kurve E temperaturen målt i kanten av skummet og kurver D<p>g W tørrkuletemperaturen og våtkuletemperaturen målt på utsiden av formen. Det vil sees at temperaturdifferansen er ubetydelig mellom skumoverflaten og skumkjernen under herdningen. Etter 15 minutter ble skumplaten tatt ut av formen og anbragt i en ovn hvor den ble holdt under tvungen sirkulasjon av luft med våtkuletemperatur 55°C og tørr-kuletemperatur 65°C i 2 timer.

Den erholdte skumplate var stiv og hadde en lytefri, glatt overflate med meget jevn cellestruktur fra topp til bunn. Kompresjonsfastheten var 207 KPa ved 23°C og 50% relativt fuktighet. Kanttettheten var 41 kg/m 3 og kjernetettheten 37 kg/m 3. Skummet tilfredsstilte muffelovntesten ved 505°C.

Eksempel 2

Et skum ble fremstilt ut fra en furanharpiks under anvendelse av materialsammensetningen som er gitt i US patentskrift nr. 3 919 127 (eksempel 36b). Blandingen ble jevnt for delt over bunnen av en grunn, boksformet form av dimensjoner 1,0 x 1,25 x 0,04 m, og et lokk ble satt på plass. Formen var av samme konstruksjon som i sammenligningseksempel 3 og eksempel 1. 5 minutter etter ifyllingen ble formen oppvarmet ved ledning av luft av våtkuletemperatur 60°C og tørrkuletem-peratur 72°C over den perforerte formoverflate i 25 minutter. Temperaturfordelingen i formens indre viste seg å være meget jevn under herdningen.

Etter uttagningen fra formen ble skumplaten anbragt i et gasstett hylster av polyesterfilm og plassert i en boks hvor den ble oppvarmet til 80°C (tørt). Den relative fuktighet i det forseglede rom som omga skummet, ble registrert og holdt seg mellom 55 og 65% under etterherdningen.på 2 timer. Dette svarer til en våtkuletemperatur på fra 68 til 71°C under etterherdningen.

Den erholdte skumplate var stiv og fast med jevn celle-fordeling over hele tverrsnittet og bare små ulikheter i tetthet og fasthet mellom kjerneskum og overflateskum. Den besto muffelovntesten.

Eksempel 3

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt med en modifisert furfurylalkoholharpiks under anvendelse av materialsammensetningen ifølge eksempel 6 i US patentskrift nr. 4 108 809. Den erholdte skumplate hadde meget jevnere tetthet enn ved fremstilling etter den konvensjonelle transport-belteprosess. Også tettheten og fastheten var betydelig mindre utsatt for variasjon.

Eksempel 4

Skummet fra eksempel 1 ble undersøkt ved muffelovntesten under anvendelse av prøvestykker av dimensjoner 3 x 3 x 3cm. Skjønt skummet besto muffelovntesten ved 505°C, viste det seg at prøver som hadde hud på en overflate, ved litt høyere temperaturer, såsom 515°C, flammet og i enkelte tilfeller også brant.

Forsøket ble så gjentatt under anvendelse 3 x 3 x 3 cm prøveblokker erholdt ved stabling av 0,5 x 3 x 3 cm 2 stykker som var skåret parallelt med skumplatens overflate i forskjellige skumdybder. Prøvestykkene som .var skåret ut av skummets midtparti besto testen, men prøvestykkene som var utskåret fra skum med ytterhud ga dårligere resultater og førte uten unn-tak til oppblanding og brenning, hvilket indikerte en lavere grad av herdning.

Et nytt skum ble så fremstilt under anvendelse av samme materialsammensetning og samme fremgangsmåte som i eksempel 1, med før ifyllingen ble foretatt, ble formoverflåtene belagt med en 50 g/m 2 duk bestående av 12 rrim glassfibere.

Et skum ble fremstilt og herdet som i eksempel 1. Glassduken som var benyttet til å fore formen, heftet til skumoverflaten, men kunne lett rives av. Da skumprøvene ble underkastet muffelovntesten som ovenfor beskrevet, oppviste de langt bedre egenskaper ved 515°C, hvilket viser den forbedrede temperaturregulering og herdning som oppnåes ved anvendelse av glassduken som formoverflate. Også da prøvestykkene ble testet med glassduken heftende til skummet var resultatene som ble oppnådd ved muffelovntesten, meget bedre.

Eksempel 5

En ureamodifisert furfurylalkohol-formaldehyd-harpiks inneholdende 32% furfurylalkohol (bundet og i fri tilstand) ble opparbeidet til et skum ved omsetning med en syrekatalysator i utstyret beskrevet i sammenligningseksempel 3. Be-gynnelsestemperaturen i formen var 27°C. Temperaturen av blandingen av harpiks og katalysator var 24°C. Etter at skummet hadde begynt å heve seg, ble fuktig luft med våtkuletemperatur 45°C og tørrkuletemperatur 75°C ledet gjennom rommet tilstøtende til formhulrommet i 4,5 minutter. Våtkuletemperaturen og tørr-kuletemperaturen ble så hevet til henholdsvis 55° og 85°C. Etter 4,5 minutter ble det foretatt en ytterligere justering til 60°C og 90°C, og disse temperaturer ble opprettholdt i 5 minutter. Temperaturene som ble registrert i midtpartiet og på skummets overflate, er vist på fig. 5 (M=midtparti og K=kant)..Det vil sees at det praktisk talt ikke er noen tem-peraturvariasjon over skummets tykkelse under herdningen, og kjernetemperaturen reagerer hurtig på justeringer av våtkuletemperaturen i rommet støtende til formhulrommet. Under den innledende skumhevning er der en eksoterm topp, som imidlertid holdes under 57°C som følge av formdampning av vann til den regulerte atmosfære i det tilstøtende rom.

Dersom prosessen gjentas uten regulering av våtkuletemperaturen, iakttas større temperaturforskjeller over skumplatens tverrsnitt, og skummet op<p>viser alvorlige tegn på utilstrekkelig herdning, f.eks. når det underkastes TNO-testen (NEN 3883).

Sammenlignjngseksempel 4

En cellulær ureamodifisert furanpolymer fremstilles i

en såkalt trykktransportbeltemaskin. Maskinen omfatter et nedre transportbelte av stål og av.tilstrekkelig lengde til å tillate hevning og herdning av skummet. Dette belte bærer et silikonbehandlet slipp-papir, hvis kanter er foldet, slik at det danner et trau.

En blanding av furfurylalkohol-modifisert urea-formaldehyd-harpiks med de vanlige additiver og en syrekatalysator helles over slipp-papirer, slik at der dannes et tynt, jevnt lag. Når skummet begynner å heve seg, anbringes et andre lag av slipp-papir.på toppen av skummet. Hevningen av skummet av-grenses av et øvre transportbelte av stål, som sammen med det nedre belte avgrenser tykkelsen av skumplaten som fremstilles. Det nedre belte strekker seg ca. 3 m ut frahver ende av det øvre belte. Ved oppstrømsenden er det nedre belte termostat-regulert ved kontakt med tre vannoppvarmede termostatiske plater for å igangsette og regulere skumhevningen. Ved ned-strømsenden blir den sammenhengende skumblokk kuttet opp i plater av lengde 2,44 mm, og slipp-papiret fjernes.

Passeringen under det øvre transportbelte tar 14 minutter, hvorunder de to stålbelter oppvarmes til ca. 65°C for å fremme herdningen av skummet.

Etter kuttingen anbringes skumplaten på en perforert hylle i en ovn med tvungen sirkulasjon av luft av 65 oC,hvor den holdes i 16 timer i den hensikt å tørre og herde skummet.

Det erholdte skum har følgende egenskaper: kompresjonsfasthet ved 23°C og 50% relativ fuktighet 135-160 KPa; kompresjonsfasthet etter 7 dager ved 95% relativ fuktighet og 23°C: 37-49 KPa; kjernetetthet: 39 kg/m<3>; kanttetthet:

54 kg/m<3>.

Platen har en hud av ikke-cellulær polymer på toppen og i bunnen, men huden i bunnen viser seg å være skadet som følge av reaksjonsvann som har kondensert på overflaten under den

innledende herdning.

Den store ulikhet i tetthet mellom kjerne og overflate og tilsvarende ulikhet med hensyn til styrke gjenspeiler mangelen på temperaturregulering under herdningen. Også den alvorlige reduksjon i styrken når platen utsettes for høy fuktighet, er en indikasjon på utilstrekkelig herdning.

Eksempel 6

Sammenligningseksempel 4 gjentas, bortsett fra at skumplaten etter oppkuttingen holdes i 4 timer i en ovn hvor iden sirkulerende luft fuktes med vanndamp, slik at der fåes en tørrkuletemperatur på 65°C og en våtkuletemperatur på 55°C.

Ved testing etter 7 dager ved 95% relativ fuktighet

og 23°C har skummet en kompresjonsfasthet på 85-112 KPa. Det er klart at herdningen denne gang er blitt bragt til sin full-førelse, skjønt den skade på cellestrukturen som ble forårsaket av den utilstrekkelige regulering av oppskumnings- og herdebetingelsene under den første del av prosessen, og som er omtalt i sammenligningseksempel 4, ikke kan repareres.

Eksempel 7

Eksempel 5 ble gjentatt under anvendelse av forskjellige kombinasjoner av våtkuletemperaturer og tørrkuletemperaturer i løpet av skummets herdetid. Betingelsene er oppført i nedenstående tabell.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et skum av forhåndsbestemt form, ved hvilken en reaktiv harpikskomponent i nærvær av en katalysator, et blåsemiddel og additiver underkastes en kondensasjonsreaksjon, karakterisert ved at utgangsmaterialene omsettes i et lukket formhulrom under betingelser hvor vannet som dannes under reaksjonen, hovedsakelig fritt kan bevege seg inn i et rom som støter til og kommuniserer med skummet, og at temperaturen og herdningen av skummet reguleres ved regulering av våtkuletemperaturen i gassmassen i nevnte rom.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at våtkuletemperaturen i gassmassen i nevnte rom reguleres på en slik måte at der etter den første eksotermiske reaksjon frembringes en forhåndsbestemt temperatur gjennom hele skummet inntil herdningen av skummet er hovedsakelig fullført.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man over i det minste en del av prosess-tiden regulerer våtkuletemperaturen i gassmassen som kommuniserer med skummet, til en verdi som er hovedsakelig lik den temperatur som ønskes i skummets indre.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man hever herdetemperaturen i skummets indre ved å øke våtkuletemperaturen i gassmassen som kommuniserer med skummet, enten kontinuerlig eller trinnvis.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at våtkuletemperaturen reguleres til en temperatur 0 - 5°C under den ønskede herdetemperatur i skummets indre.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at man regulerer våtkuletemperaturen i luften som ledes forbi skummet i området fra 25°C og opp til området fra 50 til 95°C og samtidig holder tørrkuletempera-turen i denne luft i området fra 30°C og opp til området fra 55° til 110°C.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at skummet etter en første herdning underkastes behandling med hø yfrekvensenergi.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at der etter behandlingen med høyfrekvens-energi foretas en ytterligere behandling ved en regulert våtkuletemperatur.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kommuniseringen mellom skummet og nevnte gassmasse forbedres ved at formens innvendige overflater før oppskumningsoperasjonen dekkes med en glassfiberduk.

10. Fremgangsmåte -ifølge krav 9, karakterisert ved at der anvendes en duk fremstilt av 5 - 20 mm lange glasstapelfibere og med en glassarealvekt på 30 - 90 g/m <2> .

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at der som utgangsmateriale anvendes en harpiks som hovedsakelig er avledet fra furfurylalkohol.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at der som utgangsmateriale anvendes en ureaformaldehydharpiks.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at der som utgangsmateriale anvendes fenolharpikser modifisert med furfurylalkohol.