PL185128B1

PL185128B1 - Sposób wytwarzania mieszaniny reakcyjnej z izocyjanianu i preparatu poliolowego

Info

Publication number: PL185128B1
Application number: PL98335142A
Authority: PL
Inventors: Schulte┴Klaus; Krippl┴Kurt; Friederichs┴Wolfgang; Künzel┴Uwe; Weber┴Hans-Ulrich
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 2003-02-28
Also published as: IL131011A; WO1998035804A1; CN1247496A; IL131011A0; EP0960009B1; ES2190066T3; PL335142A1; CA2280864A1; AU6619798A; JP2001512380A; TR199901869T2; CN1113732C; DE59807004D1; KR20000071114A; US6297342B1; DK0960009T3; ATE231429T1; EP0960009A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania mieszaniny reakcyjnej z izocyjanianu i preparatu po- liolowego, w którym izocyjanian i preparat poliolowy wprowadza sie do strefy miesza- nia i miesza sie ze soba w tej strefie, przy czym skladniki te maja rózna lepkosc, znamienny tym, ze strefe mieszania zasila sie preparatem poliolowym o lepkosci wy- noszacej przynajmniej 3000 mPa · s, przy czym preparat poliolowy wprowadza sie pod niskim cisnieniem, zas w strumien pre- paratu poliolowego o duzej lepkosci wstrzykuje sie pod wysokim cisnieniem przynajmniej dwa strumienie izocyjanianu o malej lepkosci. F i g . 1 a PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mieszaniny reakcyjnej z izocyjanianu i preparatu poliołowego, przy czym izocyjanian i preparat poliolowy wprowadza się do strefy mieszania i miesza się je ze sobą w tej strefie.

Nowe dziedziny zastosowań wymagają przetwarzania preparatów poliolowych o zwiększonej lepkości. Zastosowanie składników o większej lepkości stwarza wiele zalet. Z reguły ze wzrastającą funkcyjnością wzrasta lepkość polieteru poliołowego, a zwłaszcza poliestru poliołowego. Aby uzyskać wysokie stopnie usieciowania, a tym samym lepszy poziom własności mechanicznych pożądane jest użycie większych ilości względnie udziałów składników w postaci poliolu o dużej funkcyjności.

Jako składnik o dużej lepkości znajduje zastosowanie również izocyjanian w postaci prepolimeru.

Przy tym idealne zmieszanie w mieszalniku pozbawionym mieszadła i samooczyszczającym się stwarza trudności wraz ze wzrostem lepkości tego rodzaju składników. W podręczniku tworzyw sztucznych, tom 7, „Poliuretany” (Carl Hanser Verlag Monachium 1993 r.) na str. 175 w ostatnim ustępie stwierdzono, iż: „o ile wcześniej granicę mieszalności stanowiła wielkość 1500 mPa-s, to dzisiaj opanowane zostały metody iniekcyjne dla składników o lepkości powyżej 2000 mPa-s”. Faktycznie jednakże do dzisiaj nie udało się przetwarzanie składników reakcji powyżej wartości 3000 mPa-s metodą iniekcji wysokociśnieniowej w przeciwprądzie. Powstający materiał piankowy posiadał smugi różnej wielkości porów, a jego wartości fizyczne znacznie się pogarszały. Konieczne było wtedy użycie mieszalników z mieszadłami.

Znane jest także („Podręcznik tworzywa sztuczne”, str. 125), obniżanie lepkości z 3000 mPa-s do 2000 mPa-s za pomocą podwyższonej temperatury przetwarzania. Wskutek zwiększonej temperatury składników wzrasta jednak reaktywność układu tak, że nie można kontrolować przebiegu procesu spieniania.

185 128

Mimo, że poniższe wyjaśnienia odnoszą się do składników w postaci polioli, to jest to tylko omówieniem przykładowym. Wyjaśnienia te dotyczą także przypadków, gdy jako składniki o dużej lepkości stosuje się izocyjaniany.

Z opisu DE-A1-2945818 znany jest sposób wytwarzania poliuretanów, w którym składniki zawierające wypełniacze wstrzykuje się do mieszalnika pod niskim ciśnieniem, natomiast izocyjanian jak również preparat poliolowy wstrzykuje się pod wysokim ciśnieniem.

Natomiast z opisu EP-A1-554719 jest znany mieszalnik, który stosuje się do wytwarzania prepolimerów. Ponieważ w mieszalniku zmieszane składniki mają porównywalnie małą lepkość, składniki według EP-554719 mogą być dozowane do mieszalnika z małym ciśnieniem wstępnym przykładowo 3 -10⁵ Pa.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania mieszaniny reakcyjnej wspomnianego rodzaju bez użycia narzędzia mieszającego, która to mieszanina reaguje tak, że powstaje produkt wysokiej jakości.

Sposób wytwarzania mieszaniny reakcyjnej z izocyjanianu i preparatu poliolowego, w którym izocyjanian i preparat poliolowy wprowadza się do strefy mieszania i miesza się ze sobą w tej strefie, przy czym składniki te mają różną lepkość, według wynalazku charakteryzuje się tym, że strefę mieszania zasila się preparatem poliolowym o lepkości wynoszącej przynajmniej 3000 mPa-s, przy czym preparat poliolowy wprowadza się pod niskim ciśnieniem, zaś w strumień preparatu poliolowego o dużej lepkości wstrzykuje się pod wysokim ciśnieniem przynajmniej dwa strumienie izocyjanianu o małej lepkości.

Korzystnie, powierzchnia przekroju poprzecznego strumienia preparatu poliolowego o dużej lepkości jest 10 do 100 razy większa od sumy powierzchni przekrojów poprzecznych strumieni o wysokim ciśnieniu.

Strumienie izocyjanianu o małej lepkości wstrzykuje się w strumień preparatu poliolowego o dużej lepkości imający ciśnienie poniżej 20· 10⁵ Pa, pod ciśnieniem 50-10⁵ Pa do 250-10⁵ Pa.

Strumienie izocyjanianu o małej lepkości wstrzykuje się w strumień preparatu poliolowego o lepkości przynajmniej 3000 mPa-s poprzecznie do kierunku jego przepływu.

Wszystkie strumienie składników wprowadza się do strefy mieszania w tej samej płaszczyźnie.

Niespodziewanie uzyskano przy tym dobre wymieszanie składników o dużej lepkości. Korzyścią sposobu według wynalazku jest to, że przez rozdzielenie składników o większej lepkości na dwa lub na więcej częściowych strumieni ich energia ulega wprawdzie przesunięciu lecz w sumie ulega zwiększeniu.

Przy współdziałaniu korzystnych ciśnień przetwarzania wynoszących 50-10⁵ Pa do 300-10 Pa dla izocyjanianu i poniżej 20-10⁵ Pa dla preparatów poliolowych, uzyskuje się dobre rezultaty. Korzystne jest ciśnienie 70 do 250-10⁵ Pa, zwłaszcza 100 do 200-0⁵ Pa.

Korzystnie strumienie cząstkowe izocyjanianu wstrzykuje się jako strumień poprzeczny.

Należy zauważyć, ze przy nie za dużym odchyleniu od wprowadzania strumienia poprzecznie można uzyskać jeszcze stosunkowo dobre wyniki.

Korzystne jest także, aby wstrzykiwany strumień nie kierować na oś środkową strefy mieszania, gdyż przynajmniej w przybliżeniu styczny kierunek wprowadzania powoduje dodatkowe zawirowanie, a tym samym dobry stopień wymieszania.

Przy klasycznej zasadzie wstrzykiwania w przeciwprądzie składników o lepkościach < 2000 mPa-s pracuje się z następującym rozkładem energii:

(nipohol X Ppohol) A (ηΐιζο X Pizo) — E

Przy odprowadzaniu 4 kg/min poliolu (lepkość 4000 mPa-s) i 6 kg/min izocyjanianu (lepkość 50 mPa-s), a więc przy całkowitym odprowadzaniu 10 kg/min przy ciśnieniach wstrzykiwania wynoszących 100-10⁵ Pa, powstaje następujący rozkład energii:

(4x 100) + (6 x 100) energia poliolu 400 + energia izocyjanianu 600 = 1000

185 128

Przy nowym sposobie poliol doprowadza się przy 10-10⁵ Pa, a izocyjanian w dwóch przeciwnie skierowanych strumieniach cząstkowych wstrzykuje się w strumieniu poprzecznym przy 180-10⁵ Pa.

(lU-polioI X Ppoliol) F [(Mlizo/2 X Pizo) + (m_IZC/2 X Pizo)] — E 4 x 10 + (6/2 x 180) + (6/2 x 180)

Energia poliolu 40 + energia izocyjanianu 1080 = 1120

Według alternatywnej postaci wykonania sposobu według wynalazku wszystkie strumienie wprowadza się do strefy mieszania w tej samej płaszczyźnie.

Możliwe jest również, aby z preparatu w postaci poliolu pod niskim ciśnieniem doprowadzać tylko część mającą większą lepkość, a oddzielnie od niej części o małej lepkości oraz izocyjanian wstrzykiwać pod wysokim ciśnieniem w strumień części mającej większą lepkość.

Do realizacji sposobu według wynalazku nadaje się korzystnie mieszalnik bez narzędzia mieszającego, składający się z mieszalnika w postaci komory z otworami wlotowymi dla poszczególnych składników.

Mieszalnik ten posiada otwór wlotowy dla preparatu poliolu o zwiększonej lepkości i przynajmniej dwa otwory wlotowe dla składników o małej lepkości (izocyjanian i ewentualnie poliol o małej lepkości), przy czym powierzchnia przekroju poprzecznego otworu wlotowego dla preparatu o zwiększonej lepkości jest 10 do 100 razy większa od sumy powierzchni przekrojów poprzecznych otworów wlotowych dla składnika (względnie składników) o małej lepkości.

Tego rodzaju mieszalniki są samooczyszczające i z samej zasady, stosownie do ich możliwości sterowania, umożliwiają pracę ciągłą, na przykład dla ustawionych dalej urządzeń taśmowych lub także pracę przy użyciu wtłaczania do napełniania narzędzi do obróbki plastycznej lub wypełniania innych tego rodzaju pustych przestrzeni.

Sposób według wynalazku umożliwia wytwarzanie mieszanin reakcyjnych przy zastosowaniu składników poliolowych o lepkościach powyżej 3000 mPas, zwłaszcza w zakresie od 10000 do 50000 mPa-s. Ograniczenie lepkości składników poliolowych wynika z wymaganych środków tłoczących. Jako środki tłoczące przy wielkościach do 100000 mPa-s nadają się pompy zębate, pompy śrubowe lub maszyny ślimakowe.

Wynalazek zostanie wyjaśniony na podstawie przykładu wykonania uwidocznionego na rysunku, na którym fig. 1a i 1b przedstawiają mieszalnik do realizacji sposobu według wynalazku z wylotem ukształtowanym jako szerokoszczelinowa dysza, fig. 2 - mieszalnik z wylotem ukształtowanym jako dysza łożyskowa względnie języczkowa, fig. 3a i 3b - mieszalnik do pracy przez wtłaczanie, a fig. 4a, 4b i 4c przedstawiają alternatywną postać wykonania mieszalnika do pracy przez wtłaczanie.

Mieszalnik 1 z fig. 1 zawiera przewód doprowadzający 11 poliol o dużej lepkości oraz otwory wlotowe w postaci dysz wstrzykujących 12 dla izocyjanianu. Dysze wstrzykujące 12 mają ruchome i napięte wstępnie sprężynami stożki zamykające 15, które przy doprowadzaniu izocyjanianu (strzałka 14) otwierają się przy żądanym ciśnieniu. Nie określona ściśle strefa mieszania 13 wykonana jest w postaci zwykłej rury przepływowej, w której mają ujście otwory wlotowe izocyjanianu w postaci dysz wstrzykujących 12. Strefa mieszania nie zawiera żadnych elementów wytwarzających turbulencje. Korzystnie, otwory wlotowe izocyjanianu w postaci dysz wstrzykujących 12 nie są skierowane na oś strefy mieszania 13, lecz tak są obrócone w płaszczyźnie prostopadle do osi, że strumieniowi poliolu o dużej lepkości wskutek wstrzykiwania izocyjanianu w strefie mieszania 13 nadany zostaje ruch obrotowy dla zwiększenia skuteczności wymieszania. Wylot 2 mieszalnika 1 ukształtowany jest jako dysza szerokoszczelinowa. Na fig. 1b przedstawiony jest przekrój prostopadły do płaszczyzny rysunku z fig. 1a, przechodzący przez wylot 2 mieszalnika.

Na fig. 2 przedstawiony jest mieszalnik 1 taki, jak na fig. 1, przy czym wylot 2 wykonany jest jako dysza języczkowa .

Mieszalnik 1 z fig. 3a przeznaczony jest do przerywanego wtłaczania w celu wytwarzania kształtek piankowych. Mieszalnik ma tłok zamykający 20 poruszany hydraulicznie w kierunku osi (strzałka 21). W celu napełnienia formy tłok zamykający 20 (jak wskazuje strzałka 21) cofa się tak, że dopływ 11 dla poliolu o dużej lepkości oraz dysza wstrzykująca 12 izocyja185 128 nian uzyskują dostęp do strefy mieszania 13. Ze strefy mieszania 13 mieszanina przechodzi do rury wylotowej 2, poprzez która mieszanina wypełnia formę. Po zakończeniu napełniania formy tłok zamykający 20 powraca w przedstawione położenie, przy czym dopływy 11 i 12 do strefy mieszania ulegają zamknięciu. Jednocześnie dopływy 11 i 12 poprzez rowki 28 i 29 tłoka zamykającego 20 łączą się z przewodami recyrkulacyjnymi 24 i 25, poprzez które poliol o dużej lepkości i izocyjanian zawracane są do swoich zbiorników zasobnikowych. Strumień recyrkulacyjny podczas przerwy we wtłaczaniu pozostaje utrzymany tak, jak to ma zwykle miejsce w technice wytwarzania poliuretanu.

Mieszalnik posiada ponadto hydraulicznie napędzany tłok oczyszczający 26, który po zakończeniu wtłaczania, gdy tłok zamykający 20 dojdzie do swego położenia zamykającego, usuwa z wylotu 2 pozostałą w nim mieszaninę. Na fig. 3b przedstawiony jest przekrój A-A z fig. 3a. W przykładowym przedstawieniu uwidocznione są trzy dysze wstrzykujące wprowadzające izocyjanian. Poza tym możliwe są odmiany konstrukcyjnego wykonania mieszalnika. Dla realizacji sposobu istotne jest to, iż mieszalnik ma duży przekrój poprzeczny otworów doprowadzenia dla poliolu o dużej lepkości z odpowiednio dużymi przekrojami poprzecznymi dla przewodów recyrkulacyjnych w porównaniu do otworów wlotowych dla izocyjanianu tak, że poliol o dużej lepkości może być tłoczony bezciśnieniowo.

Na fig. 4a przedstawiona jest alternatywna postać wykonania mieszalnika do realizacji sposobu według wynalazku, mieszalnika do przerywanej pracy wtłaczania, przy czym kąty zmiany kierunku dla poliolu o dużej lepkości utrzymywane są jako małe. Te same oznaczenia oznaczają te same elementy co na fig. 3a. Na fig. 4b przedstawiony jest przekrój według linii B-B z fig.4a. Na fig. 4c przedstawiony jest widok z fig. 4a, przy czym tłok zamykający 20 przesunięty jest w położenie zamykające. Doprowadzany poprzez doprowadzenie 11 strumień poliolu o dużej lepkości, przy wprowadzaniu do strefy mieszania 13 podlega tylko odchyleniu o kąt 20 do 35°. Wprowadzanie izocyjanianu (cztery parami naprzeciwległe usytuowane otwory wlotowe 12a i 12b) dokonuje się poprzecznie do strumienia poliolu. Przy tym doprowadzenia izocyjanianu 14a i 14b parami tak są przesunięte, że strumień poliolu w płaszczyznach wprowadzania wprowadzany zostaje przeciwbieżnie w rotację. Recyrkulacja izocyjanianu po zakończeniu wtłaczania dokonuje się poprzez rowek 29 w tłoku zamykającym 20. Recyrkulacja poliolu o dużej lepkości zachodzi poprzez przelotowy otwór 28 w tłoku zamykającym 20, który to otwór w położeniu zamkniętym tworzy połączenie do przewodu recyrkulacyjnego 24.

Przykład wykonania sposobu :

Przetwarza się 4 kg/min poliolu z czego 2/3 jest o dużej lepkości, a 1/3 o małej lepkości. Część o dużej lepkości wprowadza się pod ciśnieniem 10· 10⁵ Pa prostopadle w strefę mieszania Część o malej lepkości oraz 6 kg/min izocyjanianu wstrzykuje się wspólnie pod ciśnieniem 150-10 Pa w trzech strumieniach cząstkowych przesuniętych względem siebie o kąt 120°.

Wynika przy tym poniższy rachunek energetyczny, przy czym „poli H” oznacza poliol o dużej lepkości, a „poli N” oznacza poliol o małej lepkości.

[(1/3mpohHX Ppoh) + (2/3 mpolN x Ppoli) ] + [m_lzo/2 x P,z₀) + (m_1Z0/2 x Fi_Z0) ] = E (1,33 x 10) + (2,66 x 150) + (6/2 x 150) + (6/2 x 150) energia poliolu 413 + energia izocyjanianu 900 = 1313

Przy podziale preparatu poliolu na części o dużej i o małej lepkości, również część o dużej lepkości może być wprowadzana prostopadle do komory mieszania, podczas gdy część o małej lepkości wstrzykuje się w jednym strumieniu, a całą ilość izocyjanianu wstrzykuje się w innym strumieniu, przeciwnie do siebie.

[(1/3mpohH X Ppoh) 4- (2/3 nipohN X Ppoli)] 4 [nino X Pizo ) ^_ E (1,33 x 10) + (2,66 x 150) + (6 x 150) energia poliolu 413 + energia izocyjanianu 900 = 1313

Oczywiście, że zarówno izocyjanian jak i/lub poliol o małej lepkości można wstrzykiwać również w wielu strumieniach cząstkowych.

185 128

Mg . =

185 128

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania mieszaniny reakcyjnej z izocyjanianu i preparatu poliolowego, w którym izocyjanian i preparat poliolowy wprowadza się do strefy mieszania i miesza się ze sobą w tej strefie, przy czym składniki te mają różną lepkość, znamienny tym, że strefę mieszania zasila się preparatem poliolowym o lepkości wynoszącej przynajmniej 3000 mPa-s, przy czym preparat poliolowy wprowadza się pod niskim ciśnieniem, zaś w strumień preparatu poliołowego o dużej lepkości wstrzykuje się pod wysokim ciśnieniem przynajmniej dwa strumienie izocyjanianu o małej lepkości.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia przekroju poprzecznego strumienia preparatu poliołowego o dużej lepkości jest 10 do 100 razy większa od sumy powierzchni przekrojów poprzecznych strumieni o wysokim ciśnieniu.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że strumienie izocyjanianu o małej lepkości wstrzykuje się w strumień preparatu poliołowego o dużej lepkości i ciśnieniu poniżej 20-10⁵ Pa, pod ciśnieniem 50-10⁵ Pa do 250-10⁵ Pa.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że strumienie izocyjanianu o małej lepkości wstrzykuje się w strumień preparatu poliolowego o lepkości przynajmniej 3000 mPa-s poprzecznie do kierunku jego przepływu.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wszystkie strumienie składników wprowadza się do strefy mieszania w tej samej płaszczyźnie.