PL179287B1

PL179287B1 - Sposób wytwarzania materialów piankowych,zwlaszcza poliuretanowych materialów piankowychoraz urzadzenie do wytwarzania materialów piankowych, zwlaszcza poliuretanowych materialów piankowych PL

Info

Publication number: PL179287B1
Application number: PL95320483A
Authority: PL
Inventors: Ferdinand Althausen; Reiner Raffel; Wilfried Ebeling; Robert Eiben
Original assignee: Bayer Ag; Hennecke Gmbh
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 2000-08-31
Also published as: CN1167459A; NO972407D0; MX9703891A; US20030185717A1; AR000187A1; JP3607296B2; ATE177675T1; JPH10509924A; US6689325B2; BR9509776A; CN1063702C; AU4117096A; NO972407L; US5840778A; WO1996016782A1; EP0794857B1; DE69508427D1; EP0794857A1; CA2205870A1; DE69508427T2

Abstract

1. Sposób wytwarzania materialów piankowych, zwlaszcza poliuretanowych materialów piankowych, z dwóch skladników reakcyjnych z uzyciem dwutlenku wegla jako srodka porotwórczego, w którym miesza sie przynaj- mniej jeden ze skladników reakcyjnych z dwutlenkiem we- gla pod cisnieniem, miesza sie pod cisnieniem skladniki, z których przynajmniej jeden zawiera dwutlenek wegla, po czym prowadzi sie mieszanine reakcyjna zawierajaca dwu- tlenek wegla przez przynajmniej jeden otwór gwaltownie obnizajac jej cisnienie, znamienny tym, ze strumien mieszaniny reakcyjnej prowadzi sie przez otwór wylotowy (12, 22) majacy ponizej 1 mm w przynajmniej jednym wymiarze, z wytworzeniem duzych predkosci scinania, nastepnie, po spadku cisnienia, redukuje sie predkosc przeplywu miesza- niny, po czym .......................................................................... 7. Urzadzenie do wytwarzania materialów pianko- wych, zwlaszcza poliuretanowych materialów piankowych, z dwuskladnikowych reakcyjnych tworzyw sztucznych, przy zastosowaniu rozpuszczonego w dwuskladnikowej mieszaninie reakcyjnej dwutlenku wegla pod cisnieniem, zawierajace urzadzenie mieszajace do mieszania skladni- ków pod cisnieniem, posiadajace wylot, przy czym wylot urzadzenia mieszajacego ma postac przynajmniej jednego otworu wylotowego, znamienne tym, ze otwór wylotowy (12, 22) ma ponizej 1 mm w przynajmniej jednym wy- miarze przekroju poprzecznego oraz...................................... P L 1 7 9 2 8 7 B1 F i g . 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiałów piankowych, zwłaszcza poliuretanowych materiałów piankowych oraz urządzenie do wytwarzania materiałów piankowych, zwłaszcza poliuretanowych materiałów piankowych. W sposobie i urządzeniu do wytwarzania materiałów piankowych stosuje się dwutlenek węgla rozpuszczony pod ciśnieniem jako środek porotwórczy, przy czym materiał rozprężany jest mieszany pod ciśnieniem najkorzystniej z dwutlenkiem węgla, a następnie podlega rozprężaniu z wytworzeniem pianki. Jako materiały, które można rozprężyć i utwardzić przez reakcję poliaddycji albo polikondensacji, którą rozpoczyna się po rozprężeniu w celu utworzenia piankowych tworzyw sztucznych stosuje się najkorzystniej płynne materiały wyjściowe do tworzyw sztucznych. Przedmiotem wynalazku są zwłaszcza poliuretanowe materiały piankowe.

W czasie wytwarzania poliuretanowych materiałów piankowych, zwanych dalej piankami poliuretanowymi, przynajmniej jeden ze składników reakcyjnych (poliizocyjanian i składniki, które zawierają izocyjaniano-reaktywne atomy wodoru, w szczególności poliole) miesza się z płynnym bądź gazowym środkiem porotwórczym, a następnie miesza się z drugim składnikiem, po czym otrzymaną mieszaninę podaje się albo porcjami do wytłaczarki, albo w sposób ciągły na pas przenośnikowy, gdzie mieszanina ulega rozprężeniu i utwardzeniu.

Istnieje wiele sposobów wytwarzania materiałów piankowych o szerokim zastosowaniu w przemyśle. Z jednej strony stosuje się płyny, które parują w niskich temperaturach, takie jak węglowodory chlorowane o niskiej masie cząsteczkowej, chlorek metylenu, pentan i tym podobne, które wyparowują z wciąż płynnej mieszaniny reakcyjnej i tworzą małe pęcherzyki (fizyczne wytwarzanie pianki). Ponadto, można „wbić” powietrze do mieszaniny reakcyjnej albo do jednego z jej składników (mechaniczne wytwarzanie pianki), wreszcie do składnika poliolowego można dodać wodę jako środek wytwarzający pory w czasie wytwarzania pianki poliuretanowej, która uwalnia dwutlenek węgla z gazu wytwarzającego piankę po zmieszaniu ze składnikiem izocyjanianowym z uwagi na reakcję z izocyjanianem (wytwarzanie pianki chemiczne).

Technologia sposobu przygotowywania pianek poliuretanowych opisana jest zasadniczo w Becker/Braun, Kunststoff-Handbuch, vol. 7: Polyurethane, 1993 strony 143 do 149, w szczególności na fig. 4.8 i fig. 4.9 na stronie 148.

Dla celów ochrony środowiska i higieny zawodowej oraz z powodu stosunkowo wysokiej rozpuszczalności dwutlenku węgla w składniku poliolowym, proponowano już płynny dwutlenek węgla jako środek porotwórczy (GB-A 803771, US-A 3 184 419). Jednakże, dwutlenek węgla nie był dotąd zastosowany w przemyśle, głównie z powodu trudności związanych z wytworzeniem jednorodnych pianek, gdy ciśnienie w mieszaninie reakcyjnej jest zgodnie z wymogami zmniejszane od ciśnień pomiędzy 10 · 10⁵ Pa a 20 · 10⁵ Pa. Problem polega na tym, że z jednej strony dwutlenek węgla często wyparowuje gwałtownie natychmiast po zmniejszeniu ciśnienia, tak że następuje trudne do kontrolowania znaczne zwiększenie objętości mieszaniny reakcyjnej, na przykład około dziesięciokrotne. Z drugiej strony istnieje tendencja do opóźnień czasowych - które mogą wynosić 3 · 10⁵ do 6 · 10⁵ Pa poniżej ciśnienia równowagowego pary CO₂w szczególnej temperaturze - w uwalnianiu dwutlenku węgla z mieszaniny reakcyjnej, tak że dochodzi do nagłych, wybuchowych uwolnień dwutlenku węgla prowadząc do powstawania w rozprężanym materiale wielkich pęcherzy albo pustych wydrążeń. Według opisu patentowego DE-A 2 628 785, wprowadzenie powietrza do składnika poliolowego, zanim dwutlenek węgła się w nim rozpuści, było już uprzednio sugerowane, najwyraźniej, by utworzyć zarodki pęcherzy.

Związki, które nadająsię do użytku jako składnik poliolowy opisano w europejskim opisie patentowym EP-B 121 850 (strony 6-9).

Co więcej, wodę, inne środki porotwórcze, stabilizatory piankowe, katalizatory i inne środki i dodatki pomocnicze znane per se można opcjonalnie zastosować dla przygotowania mieszaniny reakcyjnej. Te dodatkowe środki znane per se, które można zastosować przedstawiono w europejskim opisie patentowym EP-B 121 850 (strony 9-11).

Według europejskiego opisu patentowego EP-A 0145250, wykorzystuje się zdolność dwutlenku węgla do tworzenia związków addycyjnych z wodą i innymi niskocząsteczkowymi płynami, w celu wytworzenia opóźnionego uwalniania dwutlenku węgla z mieszaniny reakcyjnej, tak że

179 287 powstawanie pianki w wyniku uwalniania dwutlenku węgla rozpoczyna się dopiero po zmniejszeniu ciśnienia mieszaniny reakcyjnej. Po zniszczeniu związku addycyjnego, woda stanowi dodatkowy środek porotwórczy. Jednakże, możliwość kontrolowania powstawania pianki w procesie na dużą skalę nie została w tych sposobach ulepszona, ponieważ tak powstawanie związku addycyjnego jak i jego rozkład są niezwykle labilne w obecności innych warunków panujących w mieszaninie reakcyjnej, z wyjątkiem zastosowania związków addycyjnych przygotowanych w oddzielnym etapie, z wykorzystaniem niskocząsteczkowych amin trzeciorzędowych, które mają znacznie wydłużony czas rozkładu w porównaniu ze spontanicznie powstającymi związkami addycyjnymi wody z CO₂.

Według europejskiego opisu patentowego EP-A 89796 proponuje się również połączenia fizycznie rozpuszczonego dwutlenku węgla i innych fizycznych bądź chemicznych środków porotwórczy ch, które wrząw niskiej temperaturze, takich jak woda albo chlorowane węglowodory.

Żadna z tych propozycji znanych ze stanu techniki nie przedstawiła dających się zastosować w przemyśle rozwiązań umożliwiających zastosowanie CO₂ rozpuszczonego pod ciśnieniem, jako środka porotwórczego dla wytwarzania pianek poliuretanowych.

Badania, które doprowadziły do niniejszego wynalazku oparto na tezie, iż warunki, w których mieszanina reakcyjna poliuretanu zawierająca CO₂ pod ciśnieniem; ulega rozprężaniu mają zasadniczy wpływ na powstawanie pianki.

Według amerykańskiego opisu patentowego US-A 3184419, sprężona mieszanina reakcyjna, zawierająca dwutlenek węgla, która opuszcza urządzenie mieszające jest niewątpliwie w sposób gwałtowny poddana rozprężaniu przez zawór. Według europejskiego opisu patentowego EP-A 145 250, rozprężanie powinno zachodzić stopniowo, by możliwe było stopniowe zmniejszenie ciśnienia, w czasie gdy mieszanina reakcyjna zawierająca dwutlenek węgla przepływa przez rurę. W tym wypadku, uwolnienie części gazu, podczas jego obecności wewnątrz rury nie uważa się za wadę, ponieważ proces ten może towarzyszyć tworzeniu się pęcherzykowatych zarodków. Stwierdzono jednak, że takie przedwczesne, tj. spontaniczne i niewywołane, tworzenie się pęcherzykowatych zarodków jest niekorzystne dla struktury porów pianki, ponieważ takie spontaniczne (niekontrolowane) powstawanie pęcherzykowatych zarodków powoduje zasadniczo powstanie pianki, która ma nie tylko bardzo zmienną strukturę porów, ale również duże dziury i puste przestrzenie.

Na podstawie wyżej wymienionych danych znanych ze stanu techniki ustalono przedstawione poniższe wymagania odnośnie sposobu przygotowywania materiałów piankowych wykonanych z dwuskładnikowych tworzyw sztucznych przy zastosowaniu dwutlenku węgla, który rozpuszcza się fizycznie pod ciśnieniem jako środek porotwórczy:

1. Powstawanie pęcherzykowatych zarodków w płynnej dwuskładnikowej mieszaninie reakcyjnej musi podlegać kontroli w taki sposób, że każdy wytworzony pęcherzykowaty zarodek mógł w identyczny sposób uczestniczyć w uwalnianiu dwutlenku węgla z mieszaniny reakcyjnej, tak by powstały maksymalnie jednorodne pory.

2. Już przy wzbudzaniu pęcherzykowatych zarodków, liczba wytworzonych pęcherzykowatych zarodków powinna odpowiadać liczbie porów w utwardzonym rozprężonym materiale plastykowym.

3. Kontrolowane, wywołane wytwarzanie pęcherzykowych zarodków musi zachodzić w tym momencie (w czasie), w którym płynna mieszanina reakcyjna zmienia swój stan ze stanu, kiedy nie jest nasycona rozpuszczonym dwutlenkiem węgla na stan, w którym jest przesycona dwutlenkiem węgla, tj. w tym momencie (w czasie), w którym rozpręża się od ciśnienia powyżej ciśnienia nasycenia rozpuszczonego dwutlenku węgla do ciśnienia, które jest poniżej ciśnienia nasycenia rozpuszczonego'dwutlenku węgla.

4. Natychmiast po utworzeniu się zarodków, w mieszaninie reakcyjnej powinien wytworzyć się największy możliwy stopień przesycenia rozpuszczonym dwutlenkiem węgla, to jest rozprężenie od ciśnienia powyżej ciśnienia równowagi rozpuszczonego dwutlenku węgla do ciśnienia otoczenia powinno zajść w pełni natychmiast jak jest to możliwe.

179 287

Ustalono, że powyższe wymagania można spełnić opracowując sposób wytwarzania materiałów piankowych, zwłaszcza poliuretanowych materiałów piankowych, z dwóch składników reakcyjnych z użyciem dwutlenku węgla jako środka porotwórczego, w którym miesza się przynajmniej jeden ze składników reakcyjnych z dwutlenkiem węgla pod ciśnieniem, miesza się pod ciśnieniem składniki, z których przynajmniej jeden zawiera dwutlenek węgla, po czym prowadzi się mieszaninę reakcyjną zawierającą dwutlenek węgla przez przynajmniej jeden otwór gwałtownie obniżając jej ciśnienie, który według wynalazku charakteryzuje się tym, że strumień mieszaniny reakcyjnej prowadzi się przez otwór wylotowy mający poniżej 1 mm w przynajmniej jednym wymiarze, z wytworzeniem dużych prędkości ścinania, następnie, po spadku ciśnienia, redukuje się prędkość przepływu mieszaniny, po czym stabilizuje się strumień mieszaniny prowadząc jąprzez sito stabilizujące mające wolnąpowierzchnię przekroju poprzecznego, którajest 5-cio do 100-krotnie większa niż całkowita wolna powierzchnia przekroju poprzecznego przynajmniej jednego otworu wylotowego, przez który prowadzi się mieszaninę reakcyjną obniżając jej ciśnienie.

W sposobie według wynalazku obniża się ciśnienie mieszaniny reakcyjnej prowadząc jąprzez otwór wylotowy, w postaci odpowiednio szczeliny albo sita w kształcie płytki perforowanej.

Mieszaninę reakcyjną utrzymuje się w komorze pomiędzy obniżeniem ciśnienia a stabilizacją w czasie średnio krótszym niż 100 msek.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku do mieszaniny reakcyjnej wprowadza się wodę jako pomocniczy środek porotwórczy.

Prędkość przepływu mieszaniny reakcyjnej po obniżeniu ciśnienia i przed zredukowaniem prędkości przepły wu ustala się na 10 do 50 m/sek.

Stabilizuje się strumień mieszaniny reakcyjnej przed rozpoczęciem zasadniczego wydzielania rozpuszczonego dwutlenku węgła.

Urządzenie do wytwarzania materiałów piankowych, zwłaszcza poliuretanowych materiałów piankowych, z dwuskładnikowych reakcyjnych tworzyw sztucznych, przy zastosowaniu rozpuszczonego w dwuskładnikowej mieszaninie reakcyjnej dwutlenku węgla pod ciśnieniem, zawierające urządzenie mieszające do mieszania składników pod ciśnieniem, posiadające wylot, przy czym wylot urządzenia mieszaj ącego ma postać przynaj mniej j ednego otworu wylotowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że otwór wylotowy ma poniżej 1 mm w przynajmniej jednym wymiarze przekroju poprzecznego oraz urządzenie ma sito stabilizujące usytuowane zgodnie z kierunkiem przepływu strumienia przez przynajmniej jeden otwór wylotowy, przy czym wolna powierzchnia przekroju poprzecznego sita stabilizującego jest 5-cio do 100-krotnie większa niż wolna powierzchnia przekroju poprzecznego przynajmniej jednego otworu wylotowego.

W urządzeniu według wynalazku przynajmniej jeden otwór wylotowy ma postać sita, przy czym sito jest równoległe do sita stabilizującego.

Odstęp pomiędzy sitem a sitem stabilizującym wynosi mniej niż 2 mm.

Prędkości ścinania wytworzone w czasie rozprężania wynoszą najmniej 10⁴/sekundę, w szczególności przynajmniej 10⁵/sekundę. Szczególnie zalecane sąprędkości ścinania większe od 10⁶/sekundę.

Środkiem, który nadaje się do rozprężania i wytwarzania dużych prędkości ścinania jest przynajmniej jeden kanał dla mieszaniny reakcyjnej mający w przynajmniej jednym wymiarze poniżej 1 mm, korzystnie 0,05 do 0,5 mm, szczególnie korzystnie 0,1 do 0,3 mm, a najkorzystniej 0,08 do 0,15 mm.

Ten przynajmniej jeden kanał musi mieć postać sita o drobnych oczkach, płytki perforowanej, siatki ze szczelinami albo wydłużonej szczeliny. Długość kanału w kierunku przepływu powinna być minimalna. Zaleca się, by jego długość w kierunku przepływu nie przekraczała 1 mm, a najkorzystniej wynosiła nie więcej niż 0,5 mm. Szczególnie korzystne sąpłytki perforowane

179 287 o grubości od 0,1 do 0,5 mm. W wypadku podłużnie przebiegających szczelin zwykle konieczne jest, z uwagi na wymagania produkcyjne, by ich wymiary w kierunku przepływu wynosiły od 0,5 do 1 mm.

Różnica w ciśnieniu mieszaniny reakcyjnej powyżej i poniżej kanału wynosi zwykle pomiędzy 5 · 10⁵ a 20 · 10⁵ Pa, korzystnie 7 · 10⁵ do 15 10⁵Pa, a najkorzystniej 8 · 10⁵ do 12 · 10⁵ Pa.

Prędkość ścinania stanowi gradient prędkości przepływu poprzecznego w kierunku przepływu. Prędkość ścinania dla szczeliny można w przybliżeniu obliczyć z wolnej (otwartej) powierzchni przekroju poprzecznego Q otworu i objętości przepływu V, przechodzącego przez otwór przy założeniu liniowego profilu przepływu. Prędkość ścinania dla szczeliny o szerokości D wynosi zatem:

S = 2 V/Q: 1 /2D (przybliżenie dla profilu przepływu w postaci trójkąta o bokach o identycznych długościach).

Prędkość ścinania dla płytki perforowanej z n otworków o promieniu R i polu przekroju poprzecznego q wynosi:

S = 3 V/nq:R (przybliżenie dla profilu przepływu w postaci okrągłej piramidy).

Korzystnie, dwuskładnikowy reakcyjny materiał tworzyw sztucznych stanowi materiał poliuretanowy wytworzony w procesie poliaddycji poliizocyjanianu.

Chociaż duża prędkość ścinania która powstaje, gdy mieszanina reakcyjna przechodzi przez przynajmniej jeden otwór o małym wymiarze przekroju poprzecznego, j est na ogół wystarczaj ąca dla uzyskania wystarczaj ąco dużej liczby pęcherzykowatych zarodków, może być korzystne wytworzenie dodatkowych pęcherzykowatych zarodków w tradycyjny sposób poprzez wprowadzenie powietrza albo azotu do przynajmniej jednego ze składników reakcyjnych mieszaniny reakcyjnej przed ich zmieszaniem, w szczególności, na przykład, gdy niewystarczające przesycenie rozpuszczonym CO₂ powstanie w czasie przechodzenia mieszaniny przez przynajmniej jeden otwór o małym wymiarze przekroju poprzecznego w wyniku niskiej zawartości CO₂w mieszaninie reakcyjnej.

W celu uzyskania możliwie najwyższego przesycenia mieszaniny reakcyjnej w czasie jej przechodzenia przez przynajmniej jeden otwór o małym wymiarze przekroju poprzecznego, ciśnienie mieszaniny reakcyjnej przed jej wejściem do otworu jest tylko niewiele wyższe niż ciśnienie nasycenia pary rozpuszczonego dwutlenku węgla. Dlatego też, jeżeli według korzystnego wariantu sposobu wykonania wynalazku, dwutlenek węgla rozpuści się tylko w składniku poliolowym dla wytworzenia mieszaniny reakcyjnej zawierającej dwutlenek węgla, ciśnienie mieszaniny reakcyjnej ulegnie zmniejszeniu (przy pomocy zaworu.zmniejszającego ciśnienie) po jej wyjściu z urządzenia mieszającego, w którym składnik poliolowy i izocyjanianowy ulegają zmieszaniu, do ciśnienia nieco wyższego od ciśnienia pary nasyconej mieszaniny, które może na przykład wynosić pomiędzy 60 a 80% ciśnienia pary nasyconej składnika poliolowego, zawierającego dwutlenek węgla (ponad urządzeniem mieszającym).

Jako składnik A stosuje się alifatyczne, cykloalifatyczne, aryalifatyczne, aromatyczne bądź heterocykliczne poliizocyjaniany.

Według wynalazku korzystne jest stosowanie poliizocyjanianów aromatycznych, w szczególności najkorzystniej poliizocyjanianów, które są ogólnie łatwo dostępne przemysłowo, na przykład diizocyjanianu 2,4- i 2,6-toluilenu i różnych mieszanin tych izomerów („TDI”), poliizocyjanianów polifenylo-polimetylenu, z rodzaju przygotowywanych przez kondensacje aniliny/formaldehydu i następnie fosgenację („czyste MDI”) oraz poliizocyjanianów zawierających grupy karbodwuimidową, uretanową, allofanianową, izocjanurenową, mocznikową albo biuretową („poliizocyjaniany modyfikowane”), w szczególności tych modyfikowanych poliizocyjanianów, które pochodzą z diizocyjanianu 2,4- i/lub 2,6-toluilenu.

Drugi składnik B („składnik poliolowy”) składa się ze związków zawierających przynajmniej dwa atomy wodoru, które zdolne sądo reakcji z izocyjanianami i mająmasy cząsteczkowe ogólnie pomiędzy 60 a 5000, korzystnie pomiędzy 100 a 2000, w szczególności pomiędzy 200 a 800. Należą do nich, poza związkami zawierającymi grupy aminowe, grupy tiolowe bądź grupy karboksylowe, korzystnie związki zawierające grupy hydroksylowe, w szczególności

179 287 związki zawierające 2 do 8 grup hydroksylowych, szczególnie te, które mająmasy cząsteczkowe pomiędzy 200 a 2000, korzystnie 300 do 1200, np. poliestry, polietery, politioetery, poliacetale, poliwęglany i poliesteroamidy, mające przynajmniej 2, ogólnie 2 do 8, ale korzystnie 2 do 6, grup hydroksylowych, z rodzaju znanego per se w wytwarzaniu pianek poliuretanowych; poliole polieterowe zaleca się szczególnie.

W sposobie według wynalazku, szczególnie korzystnie jako dodatkowy środek porotwórczy stosowana jest woda najkorzystniej w ilości 1 do 7% wag. w odniesieniu do mieszaniny reakcyjnej. Szczególnie korzystnie, woda jest stosowana w ilości 2 do 5% wag.

Dodatkowe środki, które można zastosować, dostarcza się oddzielnie do urządzenia mieszającego dla zmieszania ze składnikiem izocyjanianowym i składnikiem poliolowym albo miesza się je z jednym z dwóch głównych składników przed zmieszaniem izocyjanianu z poliolem, przy czym dodatkowa woda i wszelkie inne dodatkowe składniki, reagujące z izocyjanianem miesza się jedynie ze składnikiem poliolowym.

Składniki miesza się w tak zwanej niskociśnieniowej mieszanej komorze mieszaj ącej, przy czym według wynalazku ciśnienie panujące w komorze mieszającej jest większe od ciśnienia nasycenia rozpuszczonego dwutlenku węgla.

Dwutlenek węgla rozpuszcza się w jednym bądź więcej składnikach, w szczególności w składniku poliolowym, przed wprowadzeniem składników do głowicy mieszającej. Zaleca się by dwutlenek węgla rozpuścić w ilości 1 do 7% wag., korzystnie 2 do 5% wag., w stosunku do całkowitej mieszaniny reakcyjnej. Rozpuszczenie dwutlenku węgla, korzystnie tylko w składniku poliolowym, można przeprowadzić w dowolny sposób, na przykład;

a) gazowy dwutlenek węgla miesza się z poliolem przy zastosowaniu mieszadła w pojemniku zawierającym składnik poliolowy, który jest utrzymywany pod ciśnieniem 15 · 10⁵ do 25·10⁵ Pa;

b) płynny dwutlenek węgla miesza się z poliolem w temperaturze pokoj owej, na przykład w mieszadle statycznym przy ciśnieniu 70 · 10⁵ do 80 · 10⁵ Pa, a następnie rozpręża do ciśnienia 15 · 10⁵ do 25 · 10⁵ Pa przed wprowadzeniem do niskociśnieniowej mieszanej głowicy mieszającej;

c) płynny dwutlenek węgla, schłodzony do na przykład -20°C, miesza się ze składnikiem poliolowym, który ma temperaturę pokojową i jest pod ciśnieniem 15 · 10⁵ do 25 · 10⁵ Pa, przy czym mieszanie przeprowadza się w taki sposób, że dwutlenek węgla rozpuszcza się w składniku poliolowym, przed wyparowaniem.

Stwierdzono, iż jest szczególnie korzystny wariant c), ze względu na wysoką tendencję dwutlenku węgla do wprowadzania do roztworu, przy zastosowaniu mieszadła przepływowego o wysokiej prędkości, które umieszczone jest w przewodzie rurowym poliolu w punkcie wlotowym dla płynnego dwutlenku węgla.

Składniki w materiale reakcyjnym tworzyw sztucznych, z których przynajmniej jeden zawiera rozpuszczony dwutlenek węgla, podaje się do głowicy mieszającej, miesza się tam i poddaje rozprężaniu po wyjściu z głowicy mieszającej z wytworzeniem dużej prędkości ścinania. W tym celu, przy wylocie głowicy mieszającej umieszczony jest przynajmniej jeden przewód o małym przekroju poprzecznym w przynajmniej jednym kierunku. Korzystnie, otwór wylotowy stanowi szczelina albo płytka sitowa o małym wymiarze przekroju poprzecznego. Mieszanina reakcyjna, zawierająca dwutlenek węgla, przechodząca przez szczelinę rozpręża się natychmiast po przejściu przez szczelinę w bardzo krótkim czasie, który wynosi 1/10 do 1/1000 sekund. Uwalnia się wówczas zasadniczo cały rozpuszczony dwutlenek węgla, wytwarzając tym samym piankę o stosunkowo jednorodnej strukturze piankowej.

Ponieważ, skład mieszaniny reakcyjnej sprzyja spontanicznemu powstawaniu związków addycyjnych CO₂, na przykład ze związkami, które zawierają grupę hydroksylową, uwalnia się dodatkowy CO₂ w czasie opóźnionym przez czas konieczny dla rozkładu związków addycyjnych, co prowadzi zasadniczo do powiększenia obecnych już pęcherzyków pianki. Przy zastosowaniu wody jako dodatkowego chemicznego środka porotwórczego, pianka „podnosi się” jeszcze bardziej na początku reakcji izocyjanianu z wodą.

179 287

Mieszanina reakcyjna, która gwałtownie rozpręża się z jednoczesnym spadkiem ciśnienia 5 · 10⁵ do 15 · 10⁵ Pa i z wytworzeniem dużych prędkości ścinania, ma stosunkowo dużą szybkość ponad 5 m/sek., a zwłaszcza 10 do 50 m/sek. W tej postaci, nadąje się ona, do pokrywania przez rozpylanie, na przykład płaskich struktur tekstylnych albo elementów zgrzewanych.

W celu wytworzenia płyt z pianki o określonej grubości, zaleca się zmniejszyć dużąprędkość przepływu mieszaniny reakcyjnej, wyłaniającej się z przynajmniej jednego otworu o małym wymiarze w przynajmniej jednym kierunku, w szczególności do 1/5-1/100 prędkości wyjściowej.

Zmniejszenie prędkości wyjściowej powinno zajść w czasie wystarczająco krótkim, po wyłonieniu się z przynajmniej jednego otworu o małym wymiarze w przynajmniej jednym kierunku, dla każdego większego uwolnienia dwutlenku węgla (które wciąż nie nastąpiło). Korzystnie, zmniejszenie prędkości powinno nastąpić w 0,01 sekundy po przejściu przez przynajmniej jeden otwór o małym wymiarze, korzystniej w ciągu mniej niż 0,003 sekundy, a szczególnie korzystnie w ciągu mniej niż 0,001 sekundy.

Zmniejszenie prędkości można osiągnąć przez skierowanie strumienia mieszaniny reakcyjnej, zawierającej rozpuszczony dwutlenek węgla, wyłaniającej się z przynajmniej jednego otworu o małym wymiarze w przynajmniej jednym kierunku na powierzchnię uderzenia, przy której strumień ulega odchyleniu o kąt przynajmniej 70°, korzystnie około 90°. W chwili uderzenia w powierzchnię uderzenia, duża prędkość przepływu liniowego skierowanego strumienia ulega ograniczeniu i zmianie w wysoce turbulentny, zasadniczo bezkierunkowy przepływ.

Odległość powierzchni uderzeniowej od wylotu przynajmniej jednego otworu o małym wymiarze przekroju poprzecznego powinna wynosić mniej niż 2 cm, korzystnie mniej niż 1 cm, tak, że zmniej szenie przepływu według wynalazku może zaj ść w krótkim czasie po wytworzeniu wysokich sił tnących.

Wysoce turbulentny przepływ, panujący w mieszaninie reakcyjnej po uderzeniu w powierzchnię uderzeniową jest szczególnie korzystnie stabilizowany zanim nastąpi jakiekolwiek zasadnicze uwolnienie rozpuszczonego dwutlenku węgla. Stabilizację przepływu turbulentnego osiąga się poprzez skierowanie (przepuszczenie) materiału przez sito stabilizujące. W tym przypadku, sito stabilizujące musi mieć wystarczająco dużą wolną powierzchnię przejścia mieszaniny reakcyjnej, zawierającej dwutlenek węgla, by doszło do minimalnego spadku ciśnienia, przy przechodzeniu przez sito stabilizujące. W szczególności, sito stabilizujące powinno mieć wolną powierzchnię przekroju poprzecznego, to znaczy sumę pól przekrojów poprzecznych wszystkich przepustów, która jest 5 do 100-krotnie większa niż całkowita wolna powierzchnia przekroju poprzecznego przynajmniej jednego otworu o małym wymiarze w przynajmniej jednym kierunku, używanego do wytworzenia dużych prędkości ścinania.

Szczególnie korzystne połączenie kolejnych etapów sposobu według wynalazku obejmujące;

a) wytwarzanie dużych prędkości ścinania,

b) zmniejszanie prędkości przepływu, oraz

c) stabilizowanie przepływu mieszaniny osiąga się w następujący sposób:

1. Przynajmniej jeden otwór o małym wymiarze w przynajmniej jednym kierunku stanowi szczelina. Za nią usytuowana jest komora zmniejszenia przepływu, wyposażona w sito albo płytkę perforowaną, która jest równoległa do przewodu przez szczelinę. Korzystnie, rozmiar komory zmniejszania przepływu ustala się tak, by średni czas przebywania w komorze zmniejszania przepływu był krótszy od 0,1 sek., korzystnie krótszy od 0,02 sek., a szczególnie korzystnie wynosił pomiędzy 0,005 a 0,02 sek.

2. Sito albo płytkę perforowaną z wieloma otworkami o średnicy korzystnie około 0,1 mm stosuje się do wytworzenia dużych prędkości ścinania. Sito stabilizujące albo płytka perforowana do stabilizacji przepływu umieszczona jest równolegle do sita albo płytki perforowanej do wytwarzania dużych prędkości ścinania i w odległości mniejszej od 2 mm, korzystnie mniej niż 1 mm. Wolna powierzchnia przekroju poprzecznego, to jest suma przekrój ów poprzecznych wszystkich przepustów przez sito dla wytworzenia prędkości ścinania, może zatem wynosić pomiędzy

179 287

0,5 a 5% pola powierzchni sita. Korzystnie, wolna powierzchnia powierzchni przekroju poprzecznego sita stabilizacyjnego jest przynajmniej 5-cio, a korzystnie 10-cio do 50-cio krotnie większa od wolnej powierzchni przekroju poprzecznego sita do wytwarzania dużych sił ścinania.

Mały wymiar przekroju poprzecznego w przynajmniej jednym kierunku przynajmniej jednego otworu do wytwarzania dużych sił ścinania, spadek ciśnienia po przejściu przez otwór, lepkość mieszaniny reakcyjnej i wytworzona duża prędkość przecinania nie są wielkościami niezależnymi. W szczególności spadek ciśnienia musi być taki, by ciśnienie mieszaniny reakcyjnej przed przejściem przez otwór było większe od ciśnienia nasycenia rozpuszczonego dwutlenku węgla. Chociaż zasadniczo można zapewnić odpowiedni spadek ciśnienia poprzez zmniejszenie małego wymiaru przynajmniej jednego przewodu, istniejąograniczenia techniczne co do stopnia zmniejszenia tego wymiaru, w szczególności tendencja otworu do blokowania się w miarę zmniejszania wymiaru przekroju poprzecznego. W celu zagwarantowania minimalnego wymaganego spadku ciśnienia według wynalazku korzystnie umieszcza się kolejno kilka sit albo szczelin. Kilka szczelina albo sit umieszcza się w tak bliskiej odległości, że zasadniczo całkowite rozprężenie zachodzi w czasie krótszym niż 10'³ sek, korzystnie krótszym niż 10⁴ sek.

Korzystnie według wynalazku przewody rozszerzają się w postaci dyszy po stronie wyjściowej tak, że przepływ mieszaniny reakcyjnej następuje wachlarze wato wzdłuż obrysu dyszy. Prowadzi to do eliminacji martwych przestrzeni przepływu pomiędzy sitami albo płytkami perforowanymi oraz dużych odchyleń od średniego czasu przebywania pomiędzy sitami albo płytkami perforowanymi.

W celu uniknięcia blokowania się przynajmniej jednego otworu do wytwarzania dużych sił tnących, można umieścić sito pomiędzy wylotem komory mieszającej, a przynajmniej jednym przewodem, na którym uwięzione zostaną cząstki stałe, wyrzucone z komory mieszającej. Wielkość oczka „sita czyszczącego” nie może zatem wynosić znacznie więcej niż wymiar przekroju poprzecznego przynajmniej jednego otworu do wytwarzania dużych sił ścinających. Wolna powierzchnia przekroju poprzecznego sita, to jest suma pól przekrojów poprzecznych wszystkich ok sita, powinna być wystarczająco duża, by spadek ciśnienia, przy przejściu przez sito czyszczące mógł być pominięty, a więc mniejszy od 1 · 10⁵ Pa.

W celu uniknięcia zablokowania się sita czyszczącego w czasie dłuższego okresu działania urządzenia można wymieniać sito czyszczące okresowo bądź ciągle w czasie działania urządzenia. W tym celu możliwe jest umieszczenie kasety poprzecznie do przewodu dostarczającego mieszaninę reakcyjną z komory mieszającej do urządzenia spieniającego i zwinięcie sita czyszczącego z rolki w kasecie, przepuszczenie poprzez uszczelnienia ślizgowe do i z przewodu dostarczającego i nawinięcie na drugą rolkę. Rolki umieszczone po obu stronach przewodu dostarczającego mogąbyć zamknięte w osłonach, a każda osłona wypełniona płynem, takim jak na przykład poliol, pod tym samym ciśnieniem jak panujące w przewodzie dostarczającym, tak, że zasadniczo to samo ciśnienie panuje po obu stronach uszczelnień ślizgowych.

Przedmiot wynalazku j est uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ogólny kolejnych etapów sposobu według wynalazku, fig. 2 - pierwsze urządzenie według wynalazku do wytwarzania dużych sił ścinania w szczelinie i zmniejszania prędkości przepływu mieszaniny reakcyjnej przy pomocy powierzchni uderzeniowej, fig. 2a przedstawia rzut perspektywiczny urządzenia według fig. 2, fig. 3 - ulepszone przykładowe wykonanie urządzenia według fig. 2, fig. 4 - urządzenie według fig. 2, w którym zastosowano dodatkowe sito stabilizujące, fig. 5 - urządzenie według wynalazku z płytką perforowaną dla wytworzenia dużych prędkości ścinania oraz sitem, które używane jest równocześnie jako powierzchnia uderzeniowa i do stabilizacji przepływu, fig. 5a - powiększony szczegół przykładowego wykonania urządzenia według fig. 5, fig. 5b - wersję, odpowiadającąfig. 5a, ale z zalecanym obrysem przewodów, fig. 6 - urządzenie według wynalazku ze szczeliną o zmiennej szerokości, fig. 7 - główny sposób przygotowywania płyt z pianki przy zastosowaniu urządzenia wytwarzającego piankę według fig. 6, fig. 8 - alternatywne przykładowe wykonanie urządzenia według wynalazku według fig. 7 ze szczeliną ustawialną pneumatycznie, fig. 8a - drugi rzut urządzenia według fig. 8, fig. 9 i fig. 9a - przekroje przez kilka urządzeń piankowych według fig. 9,

179 287 zintegrowanych w jeden magazynek, fig. 10, lOa, lOb i lOc przedstawiają magazynek z dwoma urządzeniami piankowymi według fig. 5, w których efektywne pole powierzchni płytki perforowanej może zmieniać się w sposób ciągły.

Na figurze 1 przedstawiono schematycznie cztery kolejne etapy sposobu, w których mieszanina reakcyjna znajduje się w stanach I, II, III i IV. Po zmieszaniu składników mieszaniny reakcyjnej w odpowiednim urządzeniu mieszającym, mieszanina wchodzi do komory rozdzielczej oznaczonej jako ścianka 1. Jest ona wówczas w stanie I, pod ciśnieniem, które jest większe albo przynajmniej równe ciśnieniu nasycenia rozpuszczonego dwutlenku węgla. Ciśnienie nasycenia dwutlenku węgla, dla zawartości dwutlenku węgla 3%, wynosi około 7,5 · 10⁵ Pa. Ciśnienie w komorze rozdzielczej w stanie I jest zatem większe bądź równe 7,5 · 10⁵ Pa. Może na przykład wynosić 8 · 10⁵ do 12 · 10⁵ Pa. Ścianka 1 komory rozdzielczej ma otwór 2 o małym wymiarze przekroju poprzecznego d w przynajmniej jednym kierunku. Z drugiej strony otworu 2 panuje ciśnienie Pn, które jest niższe od ciśnienia nasycenia rozpuszczonego CO2, korzystnie bliskie ciśnieniu atmosferycznemu 1-2 · 10⁵ Pa. Z uwagi na różnicę ciśnień pomiędzy obiema stronami otworu 2, mieszanina reakcyjna przepychana jest przez ten otwór z wytworzeniem dużych sił ścinania. Przy wyjściu z otworu 2 przedstawiono profil prędkości Vo w czasie tg mieszaniny reakcyjnej, opuszczającej otwór 2 przez wymiar d (stan II). W krótkim czasie, podczas którego z mieszaniny reakcyjnej, teraz przesyconej dwutlenkiem węgla, wciąż nie uwalnia się zasadniczo dwutlenek węgla, strumień mieszaniny reakcyjnej opuszczający otwór 2 kierowany jest pod kątem (jak zaznaczono strzałką funkcjonalną 3) i zmniejsza prędkość, przez co mieszanina reakcyjna wciąż zawierająca rozpuszczony dwutlenek węgla przechodzi w stan III, który narysowano w postaci schematycznego profilu prędkości v, nad szerokościąprzepływu mieszaniny reakcyjnej w czasie t,, po j ej odchyleniu. Wreszcie, w stanie IV, rozpuszczony dwutlenek węgla uwalnia się z wytworzeniem pęcherzyków.

Na figurze 2 przedstawiony jest przekrój przez urządzenie do wytwarzania pianki według wynalazku, które przedstawiono perspektywicznie na fig. 2a. Mieszaninę reakcyjną wprowadza się do wydłużonej komory dystrybucyjnej 11 z głowicy mieszającej (nie przedstawionej) przez rurę 10. Otwór o małym wymiarze ma postać podłużnej szczeliny 12. Strumień mieszaniny reakcyjnej w postaci arkusza, oznaczonego strzałką II, wyłania się ze szczeliny 12 pod kątami prostymi do płaszczyzny rysunku i uderza w powierzchnię uderzeniową 13 znajdującą się naprzeciwko szczeliny 12. Duża prędkość przepływu materiału reakcyjnego ulega dzięki temu turbulentnemu zmniejszeniu. Objętość komory odchylającej 14 dobrana jest tak, by czas przebywania w niej mieszaniny reakcyjnej był taki, aby zasadniczo nie nastąpiło w tym czasie uwolnienie dwutlenku węgła. Dopiero po wyłonieniu się mieszaniny reakcyjnej z komory odchylającej 14 dwutlenek węgla uwalnia się z niej z tworzeniem pianki 15.

Ulepszone zmniejszenie turbulentne dużej prędkości wyjściowej materiału reakcyjnego ze szczeliny 12 osiąga się gdy krawędzie graniczne 16 i 17 komory odchylającej 14 mają postać jak według fig. 3. Pozostałe elementy fig. 3 odpowiadają fig. 2.

Na figurze 4 przedstawiono urządzenie do wytwarzania pianki według wynalazku, w którym komora odchylająca 14 jest ograniczona sitem stabilizującym 18 w postaci płytki perforowanej stanowiącym element stabilizujący przepływ.

Figura 5 przedstawia urządzenie, które jest analogiczne do przedstawionych na poprzednich figurach, przy czym wyposażone jest w sito 22 w postaci płytki perforowanej stanowiące element do wytwarzania dużych prędkości ścinania. Na fig. 5a przedstawiony powiększony szczegół „A” z fig. 5, który stanowi sito stabilizujące 18, zastosowane jako powierzchnia uderzeniowa oraz użyte do stabilizacji przepływu mieszaniny reakcyjnej. Fig. 5b przedstawia przepływy materiału rozkładające się wachlarzowato w związku z poszerzeniem obrysów po stronie wylotowej przewodów.

Na figurze 6 przedstawionej est urządzenie do wytwarzania pianki według wynalazku o symetrii kolistej ze szczeliną 12 o kształcie pierścieniowym do wytwarzania dużych prędkości ścinania. Górna krawędź szczeliny 12 o kształcie pierścieniowym utworzona jest przez korpus środkowy 30, który otoczony jest przez kolistą komorę rozdzielczą 11. Kolista komora 11 jest

179 287 szczelnie zamknięta na obudowie 35 przy pomocy tłoka 32, połączonego z korpusem środkowym 30. Tłok 32 może się poruszać pionowo dla ustawienia szerokości szczeliny 12 o kształcie pierścienia poprzez wprowadzenie płynu hydraulicznego 34 do przestrzeni 31 ponad tłokiem 32. Tłok 32 może być również wyposażony w tłok prowadzący 33 dla zapobieżenia przechylania się tłoka 32 w obudowie 35. Fig. 7 przedstawia jednostkę do wytwarzania płyt z pianki. Składnik poliolowy 41, składnik izocyjanianowy 42 i inne pomocnicze środki oraz dodatki dostarcza się do urządzenia mieszającego 40 przez rury 43. Korzystnie, składnik poliolowy 41 zawiera dwutlenek węgla rozpuszczony pod ciśnieniem. Z urządzenia mieszającego 40, zmieszane już składniki wprowadza się do komory rozdzielczej 11 urządzenia wytwarzającego piankę 44. Jednostka wytwarzająca piankę 44 przedstawiona jest przykładowo na fig. 6. Pianka 19, wyłaniająca się z urządzenia wytwarzającego piankę 44 osadzana jest na dolnej folii laminacyjnej 51, która przesuwa się od urządzenia wytwarzającego piankę 44 na pasie transmisyjnym 50. Górna folia laminacyjna 52 może być nakładana z góry.

Na figurze 8 przedstawiony jest alternatywny wariant urządzenia wytwarzającego piankę według wynalazku z wydłużoną, ustawialną szczeliną. Powierzchnia graniczna szczeliny 12 utworzona jest przez rurkę ze sprężystego polimeru 80, która może być pneumatycznie albo hydraulicznie rozszerzana w celu ustawienia szczeliny 12. Fig. 8a przedstawia przekrój A-A przez fig. 8. Fig. 8 przedstawia przekrój B-B przez fig. 8a.

Na figurze 9 i 9a przedstawiony jest przekrój poprzeczny i przekrój podłużny przez urządzenie do wytwarzania pianki według wynalazku, w którym cztery urządzenia piankowe a, b,c i d, jak przedstawiono zasadniczo na fig. 5, zintegrowano w postaci magazynku w zasadniczo cylindrycznym przenośniku 61. Przenośnik 61 jest umieszczony tak, że może się obracać wokół osi w cylindrycznej klatce 62. Cylindryczna klatka 62 ma otwór 63 wzdłuż linii równoległej do osi, przez który pianka może opuszczać poszczególne działające urządzenie piankowe. Ponadto, kanał rozdzielczy 11, połączony z działającym poszczególnym urządzeniem piankowym (na fig. urządzenie piankowe a) wypełniany jest mieszaniną reakcyjną poprzez rurę zasilającą 10, która przechodzi do klatki 62. Natomiast, do przynajmniej jednego z nie pracujących (b, c i/lub d) urządzeń piankowych doprowadzone są rury zasilające 64, (zamknięte w klatce 62), przez które dostarczany jest płyn czyszczący. Urządzenie wyposażone jest także w kanały spustowe 65 dla płynu czyszczącego. Magazynek urządzeń piankowych przedstawiony na fig. 9 i 9a umożliwia zmianę urządzenia piankowego podczas pracy w najkrótszym możliwym czasie pracy, jeśli sito 22 w postaci płytki perforowanej pracującego urządzenia piankowego zablokuje się obcymi cząstkami z poliuretanowej mieszaniny reakcyjnej albo poliuretanem, który stwardniał na ścianie rur i następnie odpadł. Korzystne jest przepuszczenie płynu zwilżającego (zwykle poliolu) w kierunku przeciwnym (do kierunku przepływu mieszaniny reakcyjnej w czasie procesu piankowania) przez niepracujące urządzenie piankujące.

W celu osiągnięcia stanów roboczych „piankowania” i „zwilżania płynem czyszczącym”, wystarczający byłby magazynek z jedynie dwoma urządzeniami piankowymi. Według wynalazku korzystne jest jednak zintegrowanie czterech do dwunastu urządzeń piankujących w jednym magazynku, przy czym urządzenia piankujące różniąsię co do średnicy otworów w sitach 18,22 w postaci płytek perforowanych i/lub liczby otworów (wolna powierzchnia przej ścia), przy czym pary urządzeń piankujących zaprojektowano jako identyczne. W ten sposób, można wybrać urządzenie piankujące optymalnie dostosowane do parametrów konkretnej mieszaniny reakcyjnej (lepkość, temperatura, zawartość dwutlenku węgla) na początku pracy, a następnie rozprężanie można przeprowadzać alternatywnie z tym urządzeniem piankującym, które jest z nim identyczne. Fig. 9 wskazuje, iż oddzielacze pomiędzy sitami 22 i 18 w postaci płytek perforowanych mogąbyć skonstruowane jako przepony 66, które ograniczają efektywny przekrój poprzeczny (tj. powierzchnię, która nie jest przysłonięta przesłonami) sit 18 i 22 w postaci płytek perforowanych. W przedstawionym przykładowym wykonaniu, przekrój poprzeczny urządzeń piankujących c i d zmniejszony jest w porównaniu z urządzeniami piankującymi a i b dzięki przeponom 66. Przekrój poprzeczny sita 22 w postaci płytki perforowanej może wynosić pomiędzy 3

179 287 a 15 mm (wymiar przekroju poprzecznego według fig. 9), a rozciągłość podłużna sita 22 może wynosić pomiędzy 150 a 800 mm (wymiar podłużny według fig. 9a).

Nafigurze lOi lOa przedstawiony jest magazynek urządzeń piankujących według wynalazku, analogiczny do przedstawionego na fig. 9 i 9a, w którym umieszczone sątylko dwa urządzenia piankujące a i b. Zasilanie 10 mieszaniną reakcyjną nie zachodzi poprzez głowicę cylindrycznej klatki 62, w przeciwieństwie do przykładowego wykonania z fig. 9a, ale w środku podłużnej długości cylindrycznej klatki tak, że droga przepływu mieszaniny reakcyjnej w kanale rozdzielczym 11 wynosi jedynie połowę długości podłużnej cylindrycznej klatki. Według wynalazku, oddzielacz pomiędzy sitami 22 a 18 w postaci płytek perforowanych stanowi ustawialną w sposób ciągły przeponą 66 w przykładowym wykonaniu z fig. 10 i lOa, tak by efektywne pola płytek perforowanych sit 22 i 18 w postaci płytek perforowanych można było modyfikować w sposób ciągły. Wyjaśnione jest to bardziej szczegółowo na fig. lOb i lOc. Fig. lOb przedstawia przekrój B-Bprzezprzeponę według fig. lOi lOa tak, że widocznaj est przepona 66 (po usunięciu sita 18 w postaci płytki perforowanej). Oddzielacz w postaci przepony 66 pomiędzy sitami 18 i 22 składa się z trzech odcinków, 66a, 66b i 66c, które pokrywają sito 22 w postaci płytki perforowanej na fig. lOb z wyjątkiem widocznego efektywnego przekroju. Arkusze przepony 66a i 66c sąprzymocowane w miejscu. Sąone przykręcone do cylindrycznego korpusu 61 wraz z sitami 22 i 18 w postaci płytek perforowanych i przejmująciśnienie mieszaniny reakcyjne na sicie 22 w postaci płytki perforowanej. Ustawialny odcinek przepony 66b, oraz płytka przepony 66a mają ukształtowane w postaci zębów piły powierzchnie ślizgowe 69, które unoszą krawędź przepony 70 przepony 66b poprzecznie ponad sitem 22, gdy porusza się ono w kierunku strzałki 71. Przepona 66b ma wypustki, które mogą poruszać się i które wy stają z korpusu walcowatego 61 pod kątem powierzchni ślizgowych 69 i połączone są ze śrubą 73. Śruba 73 kierowana jest wewnątrz obudowy 72 i może poruszać się w kierunku strzałki 71 dzięki nakrętce 74. Arkusze przepony 66a i 66c mają według wynalazku grubość 0,5 do 4 mm, korzystnie 1 do 2 mm. Ruchoma przepona 66b ma korzystnie grubość, która jest 0,01 do 0,05 mniejsza. Korzystne jest, gdy proces piankowania zaczyna się przy największej możliwej powierzchni efektywnej dla sita 22 w postaci płytki perforowanej, a w miarę jego postępowania, powierzchnia efektywna sita 22 ciągle się zmniejsza, aż pianka osiągnie optymalną strukturę.

Przykład. Do wytworzenia pianki poliuretanowej stosuje się jednostkę według fig. 7. Prędkość pasa transmisyjnego wynosi 7 m/min. Szerokość pasa transmisyjnego wynosi 2 m, odległość pomiędzy górnąfoliąlaminacyjną52 a dolnąfoliąlaminacyjną51 wynosi 1,2 m. Zamiast urządzenia tworzącego piankę 44 stosuje się urządzenie tworzące piankę według fig. 5. Każde z sit 22 i 18 w postaci płytek perforowanych stanowi powierzchnię nie przykrytą kołnierzami i podporami o szerokości 1,3 cm i długości 70 cm. Grubość płytek perforowanych wynosi w każdym przypadku 0,2 mm. Na cm² sito 22 ma 256 perforacji, każda o średnicy 0,1 mm po stronie wlotowej, których średnica zwiększa się w kierunku przepływu około 2,5 raza. Wolna po wierzchnia przepływu wszystkich perforacji wynosiła 1,82 cm². Odległość pomiędzy sitem stabilizującym 18 w postaci płytki perforowanej (siatką stabilizacyjną), a sitem 22 wynosi 1 mm. Na cm² ma ono 3000 otworów, każdy o średnicy 0,1 mm po stronie wlotowej, których średnica zwiększa się do 2,5 raza.

W urządzeniu mieszającym 40 (fig. 7) wytwarza się rozprężalną mieszaninę reakcyjną o następującym składzie:

100 części wag. poliolu polieterowego z liczbą OH 45, zawierającego 85% wag. jednostek tlenku polipropylenu i 15% wag. jednostek tlenku etylenu, inicjowanych trimetylopropanem, 4,2 części wag. wody, 4,0 części wag. CO₂, 1,3 części wag. stabilizatora silikonowego, 0,15 części wag. katalizatora aminowego, 0,16 części wag. kaprylanu cyny oraz 50 części wag. dwuizocyjanianu toluilenu 80/20.

Poliol, wodę i płynny, CO₂ miesza się wstępnie w mieszarce statycznej pod ciśnieniem 70 · 10⁵ Pa, ciśnienie mieszaniny zmniejsza się do 15 · 10⁵ Pa i wprowadza się ją poprzez przewód zasilający 41 do urządzenia mieszającego 40, w którym ulega ona zmieszaniu z izocyjanianem i innymi dodatkami.

179 287

Ciśnienie przy wyjściu do komory mieszającej wynosiło 11 · 10⁵ Pa. Prowadzono 270 kg mieszaniny reakcyjnej na minutę. Prędkość ścinania w trakcie przechodzenia mieszaniny przez sito 22 w postaci płytki perforowanej (fig. 5) oblicza się na 1,3 · 10⁶/sek.

Mieszanina reakcyjna spienia się w czasie opuszczania urządzenia tworzącego piankę w postaci stabilnej, silnie rozszerzającej się piany, która rozlewa się na pasie transmisyjnym. Dopiero kilka metrów poniżej punktu osadzania napasie transmisyjnym piana zaczęła się podnosić w wyniku reakcji wody z izocyjanianem. Po około 12 m osiągnięto maksymalną wysokość płyty 1,2 m.

Uzyskano płytę piany o gęstości 16,1 kg/m³. Piana miała otwarte pory i miała 16 do 19 porów na cm. Była ona zasadniczo wolna od pustych przestrzeni i porów o średnicach większych od 2 mm.

179 287

LL.

179 287

Fia. 6

179 287

Ο

179 287

F ig. 1 pi > Ps

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania materiałów piankowych, zwłaszcza poliuretanowych materiałów piankowych, z dwóch składników reakcyjnych z użyciem dwutlenku węgla jako środka porotwórczego, w którym miesza się przynajmniej jeden ze składników reakcyjnych z dwutlenkiem węgla pod ciśnieniem, miesza się pod ciśnieniem składniki, z których przynajmniej jeden zawiera dwutlenek węgla, po czym prowadzi się mieszaninę reakcyjną zawierającą dwutlenek węgla przez przynajmniej jeden otwór gwałtownie obniżając jej ciśnienie, znamienny tym, że strumień mieszaniny reakcyjnej prowadzi się przez otwór wylotowy (12,22) maj ący poniżej 1 mm w przynajmniej jednym wymiarze, z wytworzeniem dużych prędkości ścinania, następnie, po spadku ciśnienia, redukuje się prędkość przepływu mieszaniny, po czym stabilizuje się strumień mieszaniny prowadząc ją przez sito stabilizujące (18) mające wolnąpowierzchnię przekroju poprzecznego, która jest 5-cio do 100-krotnie większa niż całkowita wolna powierzchnia przekroju poprzecznego przynajmniej jednego otworu wylotowego (12,22), przez który prowadzi się mieszaninę reakcyjną obniżając jej ciśnienie.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obniża się ciśnienie mieszaniny reakcyjnej prowadząc jąprzez otwór wylotowy (12,22) w postaci odpowiednio szczeliny (12) albo sita (22) w kształcie płytki perforowanej.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że utrzymuje się mieszaninę reakcyjną w komorze pomiędzy obniżeniem ciśnienia a stabilizacjąw czasie średnio krótszym niż 100 m/sek.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do mieszaniny reakcyjnej wprowadza się wodę jako pomocniczy środek porotwórczy.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ustala się prędkość przepływu mieszaniny reakcyjnej po obniżeniu ciśnienia i przed zredukowaniem prędkości przepływu na 10 do 50 m/sek.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stabilizuje się strumień mieszaniny reakcyjnej przed rozpoczęciem zasadniczego wydzielania rozpuszczonego dwutlenkiem węgla.
7. Urządzenie do wytwarzania materiałów piankowych, zwłaszcza poliuretanowych materiałów piankowych, z dwuskładnikowych reakcyjnych tworzyw sztucznych, przy zastosowaniu rozpuszczonego w dwuskładnikowej mieszaninie reakcyjnej dwutlenku węgla pod ciśnieniem, zawierające urządzenie mieszające do mieszania składników pod ciśnieniem, posiadające wylot, przy czym wylot urządzenia mieszającego ma postać przynajmniej jednego otworu wylotowego, znamienne tym, że otwór wylotowy (12, 22) ma poniżej 1 mm w przynajmniej jednym wymiarze przekroju poprzecznego oraz urządzenie ma sito stabilizujące (18) usytuowane zgodnie z kierunkiem przepływu strumienia przez przynajmniej jeden otwór wylotowy (12,22), przy czym wolna powierzchnia przekroju poprzecznego sita stabilizującego (18) jest 5-cio do 100-krotnie większa niż wolna powierzchnia przekroju poprzecznego przynajmniej jednego otworu wylotowego (12, 22).
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że przynajmniej jeden otwór wylotowy ma postać sita (22), przy czym sito (22) jest równoległe do sita stabilizującego (18).
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że odstęp pomiędzy sitem (22) a sitem stabilizującym (18) wynosi mniej niż 2 mm.

* * *

179 287