SE420582B - Forfarande for framstellning av polyuretanskumblock - Google Patents

Description

_f7900266-3 L". 10 15 20 30 era de ingående komponenternas beskaffenhet och deras propor- tioner. Bland de egenskaper man kan variera genom valet av kom- ponenter och proportioner kan nämnas styvheten, densiteten, be- ständigheten mot nedbrytning, draghâllfastheten och cellstor- leken. Polyolens och polyisocyanatets beskaffenhet och mängd- förhållandena mellan polyol, polyisocyanat, vatten och jäsmedel är av särskild betydelse bland de förekommande parametrarna.

Industriellt framställs polyuretanskum i form av block. Dessa block kan ha en längd av mer än 100 m, deras bredd är normalt 2 m och deras höjd varierar mellan 0,8 och 1,3 m.

De med det konventionella förfarandet erhållna skumblockens tvär- snittsform framgår av figur 1 på ritningen, vilken beskrivs när- mare i det följande.

Oberoende av det framställda skummets typ uppträder ett allvarligt problem vid tillverkning av block,vilket har att göra med förtätningen av bottenskiktet. Till följd av denna förtätning måste man kassera en betydande del av det färdiga materialet på grund av att den har betydligt större densitet och sämre mekaniska egenskaper än blocket í övrigt.

Det förtätade området uppgår till ca 5 viktprocent och är ibland upp till 7 viktprocent av hela blocket.

Olägenheterna med bildning av skumblock med förtätad botten ínses lätt vid beaktande av följande faktorer. a) Mängden förlorat råmaterial kan bli betydande med hänsyn till att produktionen i en medelstor anläggning för fram- ställning av polyuretanskum kan vara över 20 000 kg per dag. b) Det innebär kostnader att skära bort det förtätade skumskiktet, som kan ha en längd av 100 m (blockets längd), en ”bredd av 2 m och en tjocklek av 10 - 15 mm, med mekaniska medel, företrädesvis specialkonstruerade sågar. 7 c) Det är svårt att försälja det avskurna förtätade skiktet som biprodukt. d) Eftersom en betydande andel av skummets kompo- nenter är av petrokemiskt ursprung, är det uppenbarligen önsk- värt att i största möjliga utsträckning spara på dessa material, med Lanka på det höga priscL på petrolcum och dess derivat.

Det framgår av det ovan sagda, att det är synnerligen önskvärt att framställa block utan det undre förtätade området.

De ovan angivna olägenheterna undanröjs enligt före- 10 15 20 30 35 7900266-3 3 liggande uppfinning, som erbjuder ett block utan förtätat område, varigenom man erhåller ett utmärkt utnyttjande av råmaterialen och en väsentlig sänkning av tillverkningskostnaderna.

Uppfinningen beskrivs närmare i anslutning till bi- fogade ritningar.

Figur 1 visar i tvärsnitt ett skumblock framställt med det konventionella förfarandet.

Figur 2 är en schematisk sidovy av en anläggning för framställning av polyuretanskumblock enligt uppfinningen. _ Figur 3 är ett diagram, vilket anger temperaturen (QC) på ordinatan och tiden på abskissan. Den horisontella sträckan 00' återger den tid under vilken, med det ändlösa trans- portbandet i skumningstunneln arbetande utan matning med skummets komponenter, ett ledat element däri går från rumstemperatur till en temperatur T . Sträckan O'O" motsvarar den tid varunder det ändlösa bandet står stilla. Sträckan 0"B' motsvarar den tid det tar för ett element i bandet, varpå skum häller pâ att bildas, att passera genom skumningstunneln. Slutligen motsvarar sträckan B'G' den tid det tar för ett element av skumblocket att röra sig från skumningstunnelns ände till torkområdets ände.

I anslutning till figur 2 beskrivs det konventionella förfarandet för framställning av polyuretanskumblock. Anläggningen innefattar en skumningstunnel med ett av ledande plattor P sam- mansatt lutande transportband 1, vars övre part eller transport- part bildas skumningstunnelns botten. I övrigt bildas tunneln av sidoväggar 5 och ett tak T, i vilket det, såsom framgår av figuren, finns tre ledningar för utsugning av under reaktionen bildade och/eller frigjorda gaser, såsom koldioxid och jäsme- del. Vid skumningstunnelns ingàngsände finns ett blandar- och matarhuvud MA, vari skumkomponenterna blandas i rätta pro- portioner och varifrån de avges till transportbandet.

Vid det ändlösa transportbandets 1 utgångsände finns flera dragtransportörer 2, 3, vilka drar det i skumnings- tunneln bildade skummet till ett arrangemang av frilöpande rul- lar 6, där skumsträngen E kapas till block och varifrån dessa avges till ett lager.

En bana, som rör sig över transportörernas 1, 2 och 3 ytor och som har samma bredd som dessa transportörer, är in- lagd mellan skumsträngenfi och transportörerna. Banan tillförs från 7900266-3 10 15 20 25 30 35 en förrådsrulle H, rör sig med samma hastighet som transportör- erna 1, 2 och 3 samt leds bort till en upptagsrulle H'. Banan kan bestå av papper, polyetenfilm eller annat material med er- forderlig draghållfasthet, styvhet och sprängstyrka. Banan Ci fortsättningen för enkelhets skull kallad "pappersbana") behövs därför att transportören inte har en kontinuerlig yta, utan bildas av ledbart förbundna plattor, vilka är anbragta med mellanrum. Det inses, att det är oundgängligen nödvändigt att använda en bana av papper eller liknande material, eftersom de vid tunnelns ingångsände avsatta skumingredienserna är flytande vid blandningen i blandarhuvudet, så att den flytande blandningen i frånvaro av pappersbanan skulle tränga genom mellanrummen mellan transportbandets plattor. 7 Med avseende på figur 2 är följande att märka.

För det första är figuren endast en schematisk bild, och den inne- fattar inte alla erforderliga element, såsom tankar för kompo- nenterna, pumpar och drivmotorer. För det andra finns det i den anläggning, där den konventionella processen genomförs, inga element motsvarande de i figuren visade anordningarna S1, S2 och S3, vilka ingår i föreliggande uppfinning och beskrivs närmare i det följande. Detta innebär, att transportörerna 1, 2, 3 och rullbordet är anordnade i omedelbar anslutning till varandra utan de i figur 2 visade mellanrummen.

I den konventionella anläggningens drift arbetar transportörerna 1, 2, 3 och anordningarna 4, H' för tillförsel och upptagning av banan med förutbestämd hastighet. Den flytande blandningen av reaktionskomponenter avges i lämpligt flöde från hlandar- och maiarhuvudet MA och avsätts vid skumníngstunnelns íngängsände A på banan, som rör sig längs skumningstunnelns botten. Vid avsättningen är blandningen av reaktionskomponenterna en viskös vätska, som progressivt reagerar exotermt, expanderar och bildar skumblocket. Denna fas av framställningen återges i figur 2 med en stigande kurva, vars läge varierar från ett slags skum till ett annat, så att den punkt C i tunneln, som motsvarar slutpunkten för den stigande kurvan, kan förflyttas åt höger eller åt vänster från läget i figur ?, beroende på bland- ningens reaktivitet, Sedan det har nätt_sin maximala höjd, 2 växer skumblocket progressivt i längdled, varvid det dras fram _ genom transportörernas 1, 2 och 3 rörelse. Sedan blocket har 10 20 |\3 (fa 30 35 7900266-3 passerat den sista transportören, d.v.s. transportören 3 i figur 2, och sedan pappersbanan har dragits undan, kapas blocket till stycken av varierande storlek och lagras efter en härdnings- tid av 2H h.

Blockets tvärsnitt visas i figur 1, varav framgår, att det har ett förtätat underskikt F, vars undersida är ojämn.

Man måste därför skära bort det förtätade underskiktet F för att bortskaffa det förtätade området och ytojämnheten, med därav följande olägenheter, såsom anges ovan.

Det förbättrade förfarandet enligt uppfinningen inne- fattar âtgärden att köra det ändlösa transportbandet i skum- ningstunneln utan att mata det med skumkomponenterna och att höja temperaturen inom höljet omkring det ändlösa transportbandet.

Pesultatet av värmningen är att temperaturen i bandets överpart, som bildar skumningstunnelns botten, inom en tid av mellan D och 90 min höjs från rumstemperatur (Ta) till en temperatur (TP) av ca SOOC. Denna temperaturhöjning återges av den längst till vänster belägna delen av figur 3.

Man avbryter sedan transportbandets rörelse under en viss tid och placerar pappersbanan på bandet för att inlägga den mellan bandets plattor och skumsträngen samt påbörjar i tunnelns uppströmsparti tillförseln av blandningen av de skummet bildande reaktionskomponenterna genom blandar- och matarhuvudet till pappersbanan. Under denna tid, medan transportbandet är från värdet TP till ett värde TR, reaktionstemperaturen, som är bestämt för varje skum. I detta ögonblick (punkt A i figur 3) sätts transportbandet äter i gäng.

Samtidigt sätts också anordningarna för tillförsel och avdragning stilla, sjunker temperaturen av pappersbanan i gång.

Från detta ögonblick reglerar man temperaturen i överparten av det ändlösa bandet i skumningstunneln (vilken temperatur är i huvudsak densamma som den kontinuerliga pappers- banans temperatur och följaktligen i huvudsak lika med tempe- raturen i undre delen av det på pappersbanan vilande skumblock, som håller på att bildas),så att i ett första område (reaktions- omrädet) det ovannämnda värdet TP bibehålls och i ett andra, nedströms om det första området beläget område (konsolidations- området) eti värde TC upprätthålls, vilket är högre än TR.

I åtminstone ett område nedströms om skumnings- 7900266 -3 10 15 20 25 30 35 a »a ra +a tunneln utsätts det konsoliderade vandrande blockets undersida för en torktemperatur TS medan blocket passerar ett torkområde.

I figur 2 återges tre torkområden S1, S2 och S3.

Efter torkningen tas pappersbanan upp och líndas på upptagsanordningen H', och vid pappersbanan häftar då ett tunt skumskikt. Det till rullbordet överförda blocket har en underzon utan förtätning och en jämn och.slät undersida, som inte kräver renskärning, vilken varit en oundgänglig operation enligt teknikens ståndpunkt.

Under sin bildning löper skummet genom det första området, d.v.s. det vid transportbandets uppströmsparti belägna reaktionsområdet, pä en förutbestämd tid, som varierar från ett skum till ett annat. Som ovan anges, hålls det ändlösa bandets yta i detta område vid en konstant temperatur TR, vilken likaså beror på skummets beskaffenhet.

Den tid det tar för skummet att passera konsoliderings- omrâdet beror pâ den förutbestämda tiden i reaktionsområdet.

De väsentliga parametrarna för förfarandet enligt upp- finningen är följande. yttemperaturen i reaktionsomrâdet W yttemperaturen i konsolideringsområdet yttemperaturen i torkområdet tiden för passage av ett element av transportbandet av det därpå vilande blockets 'PUUJO eller ett element pappersbelagda undersida genom reaktionsområdet, d.v.s. från punkt A till punkt C i figur 2 och 3. tiden för det ovannämnda elementets passage genom konsolideringsområdet, d.v.s. från punkt C till punkt B i fig. 2 och 3. t tiden för det nämnda elementets passage genom skum- ningstunneln, d.v.s. från punkt A till punkt B i fig. 2 och 3.

Eftersom skumníngstunnelns botten går genom reaktions- området och konsolideringsområdet, inses att tT = tR + tc (1) och eftersom värdet av tR är givet för varje slags skum, följer att t = t - t (2) 10 .A ¿-. 25 30 35 7900266-3 Ehuru värdena tR och TR är bestämda för ett givet skum, varierar de från ett skum till ett annat, enär exotermi- citeten hos denpolyuretanbíldande reaktionen varierar med huvudingrediensernas beskaffenhet och med förhållandet mellan dem. Huvudingrédienserna är som ovan nämnts en polyol och ett polyisocyanat. Vattenhalten i blandningen spelar emellertid också en viktig roll.

Ett betydelsefullt kännetecken för uppfinningen ligger i att yttemperaturen i de tre områdena satisfierar relationen TR < TC < TS Vanligen ligger differensen TC - TR = AT mellan 10 och 1500, och ca 10°C är att föredra.

En temperatur inom skumningslnnnoln l reaktions- omrädet över en viss gräns kan medföra nedbrytning (spríckning) eller förbränning av skummet. Denna nedbrytningstemperatur vari- erar från en sammansättning till en annan och ligger vanligen mellan H5 och 8000, varför man har TR < TC < so°c Temperaturen TS i torkområdet kan gå upp till höga värden, t.ex. mellan 100 och 250OC, under en kort tid. Detta motsäger inte det ovan med avseende på nedbrytning och/eller förbränning sagda med tanke på att torktemperaturen alstras i ett utanför skumningstunneln beläget område, som genomgås av skumsträngen på mycket kort tid.

Ehuru endast ett torkområde nämns ovan, är uppfinningen inte begränsad till användningen av endast ett sådant område.

Flera kan förekomma, men av praktiska skäl är antalet vanligen begränsat till tre. Ett enda turkområde är emellertid att före- dra.

Till följd av skillnaderna mellan de tre angivna temperaturniväerna erhåller man efter blockets passage av tork- området och borttagning av pappersbanan ett block utan för- tätat underskikt och med slät och jämn undersida. Ett tunt och jämnt skikt av skum med samma densitet som blocket i övrigt förblir häftande vid pappersbanan.

Den sträcka av bandet 1, som bildar reaktionsområdet, återges med AC, och CB är konsolidationsomrâdets längdkant. 10 l5 20 30 35 '7900266-3 Av det föregående framgår, att läget av punkten C visserligen är fixerat för varje givet skum, men varierar från ett skum till ett annat och kan vara förskjutet åt höger eller åt vänster från det visáde läget.

I figur 2 synes tre torkomrâden S1, S2 och S3 utanför själva skumningstunneln. Torkområdena är vanligen kortare än de andra båda områdena, och längden (eller den tid det tar ett visst element av det konsoliderade blocket att passera torkområdet) varierar omvänt med temperaturen. Ett tämligen kort torkomrâde (eller en kort tid för passage av torkcmrådet) kräver en hög tem- peratur och omvänt.

Figur 3 visar variationen av temperaturen i ett ytele- ment av skumblockets undersida med tiden. I figuren är OO' tiden för bandets arbete i skumningstunneln utan matning med skummets komponenter, och O'0" är bandets stillestàndstid. Beteckningarna TR, TC, tR, tc och tT har ovan angivna betydelser.

Det inses,att övergången av temperaturen från reak- tionsomrâdet till konsolidationsomrâdet inte sker plötsligt, och därför har ett lutande avsnitt angivits i figur 3, och punkten C är vid en temperatur som kan anses ligga mitt emellan värdena TR och TC. Sedan ett visst plattelement i transportbandet har nått vändstället, undergâr den del av blockets undersida, som har varit i kontakt med detta element, en temperaturhöjning till värdet TS1, om torkomrâdet S1 förekommer. Om torkområdet ligger _längre nedströms, exempelvis vid Sé~eller S3, börjar blockets temperatur sjunka, i det att den tenderar att nedgâ till luft- temperaturen. Den brutna linjen BF återger den variation av temperaturen med tiden som skulle föreligga i frånvaro av tork- områden. Det framgär vidare av figuren, att ju längre bort från skumningstunneln torkområdet är, desto högre måste temperaturen vara däri för att nedgången av konsolideringstemperaturen skall motverkas. Sedan torkområdet har passerats, sjunker blockytans temperatur givetvis från värdet D, E eller G enligt figur 3 till omgivningens temperatur.

Avlägsnandet av pappersbanan är ett av de viktigaste kännetecknen för uppfinningen. Ehuru det ovan talas om en bana av papper, som är det material man vanligen brukar införa mellan det under bildning varande skumblocket och de ledbart förbundna rektangulära plattorna i transportbandet, kan man använda andra ; ~ 7900266-z banmaterial som fyller samma funktion.

Nedan anges ett exempel på framställning av polyure- tanskum med det förbättrade förfarandet enligt uppfinningen.

Exemplet är belysande, men inte begränsande. 5 Från blandarhuvudet i en anläggning enligt ovan till- förs en komposition innehållande (i viktdelar) 100 delar polyol, 51,3 delar toluendiisocyanat, U,1 delar vatten, 0,0 del dimetyl- aminoetanol, 1 del silikon, 6,5 delar freon 11, 0,2 del tenn- oktoat och 0,3 del färgämne. 10 Temperaturen i reaktionsområdet hålls vid ett värde TR= 41,5 1 100 och temperaturen i konsolidationsområdet vid ett värde TC = 51,5 i 100 med en tid tR av 2 - 3 min i reaktionsom- rådet och en uppehållstid tc av 3 - 2 min i konsolidationsområdet.

Sedan blocket har utsatts för 120°C i torkomrâdet och den konti- 15 nuerliga pappersbanan har avdragits från undersidan, har blocket en väsentligen enhetlig densitet av 20 kg/m3 i hela sin volym, d.v.s. utan förtätning i underskiktet och utan oregelbundenheter, så att det inte behöver renskäras.

De ekonomiska fördelarna av förfarandet enligt upp- 20 finningen framgår av följande beräkning.

En medelstor fabrik producerar skumplast under 200 dagar om året och framställer vid varje skumningsarbete ett sammanhängande block av 20 ton. Årsproduktíonen är alltså 20 X 200 = 4000 ton eller H 000 000 kg. Vid arbete enligt det 25 konventionella förfarandet får man, om det förtätade underskiktet antas utgöra i genomsnitt U,5 viktprocent, en årsproduktion av tätt skum av H 000 000 X 0,005 = 180 000 kg. Årsproduktionen av skum med enhetlig densitet är alltså 3 820 000 kg.

En fabrik av samma storlek, som arbetar med för- 30 farandet enligt uppfinningen, erhåller, om andelen av det vid pappersbanan häftande tunna skumskiktet uppskattas till 0,5 vikt- procent, en årsproduktion av H 000 000 - H 000 000 X 0,005 = 3 980 000 kg skum av enhetlig densitet.

Detta innebär, att vid tillämpning av uppfinningen 35 årsproduktionen ökar med 160 000 kg. Härav framgår, att fördelen med systemet ligger i en produktion av 160 000 kg skumplast utan råmaterialkostnad. Till denna besparing kommer den besparing, som beror på att kostnaderna för energi och arbetskraft för ren- skärning, förvaring och försäljning w det täta skummet bortfaller.

Claims (4)

'7900266'3. 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av ett polyuretanskum- block, vid vilken en blandning av polyuretanskum bildande reaktionskomponenter tillföras ena änden av en skumnings- tunnel och framföras genom denna på ett ändlöst transport- band, som bildar skumningstunnelns botten, medan blandningen reagerar och bildar skum, varvid en materialbana, lämpligen en papporsbana, införs mellan det ändlösa transportbandet och skummet, varpå skummet torkas efter utträde ur skumnings- tunneln, k ä n n e t e c k n a t av att temperaturen i det ändlösa bandets överpart, som bildar skumningstunnelns botten, inregleras så, att den i ett reaktionsområde i bandets uppströmsparti får ett konstant värde TR och i ett följande konsolidationsomrâde ett annat konstant värde TC, varvid tiden för bibehållande av temperaturen bestäms av sam- bandet tT = tR + tc, där tT är totala tiden för skummets uppe- håll i skumningstunneln, tR är tiden för ett skumelements passage genom reaktionsomrâdet och tc är tiden för ett skum- elements passage genom konsolidationsomrâdet, och att blocket, sedan det har lämnat skumningstunneln,underkastas torkning av sin undre del i ett torkområde, som hållas vid en konstant temperatur TS, som är väsentligt högre än TR och TC, varefter den nämnda materialbanan avdras tillsammans med en tunn skum- Iilm, kvarlämnunde ett polyuretanskumbluvk utan förtfltad botten och med jämn yta, vilket icke behöver rcnsküras.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t av att temperaturskillnaden mellan konsolidationsom- rådet och reaktionsområdet är högst 15°C, företrädesvis 10oC.

3. I Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a t av att materialbanan utgöres av papper eller annat material, som motstår den höga temperaturen i torkområdet och har erforderlig hållfasthet.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t :av att det ändlösa transportbandet i skumningstunneln först drivs under en tid av lämpligen 15 - 90 min medan det ändlösa bandet värms, så att yttempera- turen i bandets överpart, vilken bildar tunnelns botten, går från rumstemperatur till en temperatur TP av lämpligen mellan _' 7900266-3 11 60 eeh 8UOC, att det ändlösa bandet stoppas och material- banan placera; på bandet för att införas mellan skummet och bandet uamt tillförsel av de ekummet bildande reak- Lionskompunenterna Lill bandets uppströmaparti påbörjas, varvid bandets temperatur under stílleständstiden sjunker från ett värde TP till ett värde TR, och att det ändlösa bandet sätts i gång på nytt, när värdet TR näs, och anordningar för tillförsel och upptagning av den bandet täckande materialbanan sätts i gång.