WO2009095230A2 - Behälter zur diskontinuierterlichen herstellung von geschäumtem material - Google Patents

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WO2009095230A2
WO2009095230A2 PCT/EP2009/000558 EP2009000558W WO2009095230A2 WO 2009095230 A2 WO2009095230 A2 WO 2009095230A2 EP 2009000558 W EP2009000558 W EP 2009000558W WO 2009095230 A2 WO2009095230 A2 WO 2009095230A2
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foam
side wall
container
expanding foam
reaction mixture
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Sascha Fahlenkamp
Joachim Tyfker
Erwin Otto
Roger Scholz
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Bayer Materialscience Ag
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/58—Moulds
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    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/40—Plastics, e.g. foam or rubber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles

Definitions

  • the present invention relates to a container for the discontinuous production of foamed material. It further relates to a process for the discontinuous production of foamed material using a container according to the invention.
  • Polyurethane block foam can be obtained by two different manufacturing processes. A distinction is made between the continuous and the discontinuous process. In the continuous process, the starting materials are mixed in a mixing head and continuously applied to a moving conveyor belt. The foam rises, hardens and is cut into blocks.
  • the batch process is also referred to as a foam box process or "box foaming".
  • the reaction mixture from which the polyurethane foam is formed applied to the bottom of a designated container.
  • the foam expands taking on the shape of the container.
  • the side walls of the container can be opened by hinges and the block removed.
  • the advantages of the batch process are, in particular, low costs for the systems required and the possibility of producing large-volume blocks.
  • the batch-produced blocks may occupy a volume of 2 m 3 or more and have a weight of over 100 kg.
  • An overview of a typical container for this process is given in " Flexible Polyurethane Foams ", Ron Herrington, Kathy Hock, Dow Chemical Company, 1991, 5.11 to 5.17.
  • a uniform density or an at least sufficiently small fluctuating density distribution can be achieved with conventional Schulumkisten method difficult.
  • the foaming reaction mixture prevail depending on the age of the considered volume element, which can make a difference in a few seconds, different temperatures, thermal insulation, viscosities and pressures.
  • the expanding foam spreads in all directions, ie horizontally and vertically. If the expanding foam encounters a container wall, the gas bubbles are compressed by the pressure of the further expanding material in the environment. The result is a foam block, which seen horizontally in the middle and vertically seen in the middle of the lowest density, ie the largest gas space has.
  • a modification of the container wall of a foam box is proposed in EP 1 018 417 A1.
  • the inner side wall of the container comprises polyalkylene, very preferably polypropylene.
  • the shell may be a tub, a mixing head, a box or a mold. If it is a pan or a mixing head, it is useful in the continuous production of slabstock foam. If it is a box or a mold, it can be used in Shuumkisten method or in foam molding process.
  • the polyalkylene coating is used to prevent adhesion of the resulting foam to the container wall. This should save working time by avoiding cleaning operations. A reference to the density distribution of the resulting foam block is not produced.
  • EP 1 393 877 A2 discloses a method and a plant for the production of foam in a continuous block foam process.
  • the method comprises the steps of detecting actual rise heights of the foam along a conveying direction and determining a manipulated variable for the block foam process as a function of a deviation of the actual riser heights from the desired riser heights.
  • the system has a conveyor belt which is moved in the conveying direction. At the beginning of the conveyor belt is located above a mixing head for applying a reactive chemical system on the surface of the conveyor belt.
  • US 2,649,620 discloses an apparatus for producing slabstock foam, the apparatus comprising vertically movable, solid sidewalls of the foam mold. At the beginning of the foaming process, the side walls are in a lower position. During foaming, ie during the expansion of the plastic, the side walls are pulled up. A disadvantage of this is in particular, as can be seen from the drawings of this patent, that a load lifting device is needed to pull up the side walls. This limits the use of this device to places where such a device, for example in crane, is available.
  • the present invention has the object to overcome at least one of the disadvantages of the prior art.
  • it has the object of providing a container for the discontinuous production of foamed material which allows the foam block produced therein to have reduced differences in density from the inside to the edges.
  • a container for the discontinuous production of foamed material comprising a horizontally arranged bottom for receiving an expanding foam-forming reaction mixture and at least one vertically arranged side wall, wherein the surface of the side wall coming into contact with the expanding foam is movable in the vertical direction and wherein the side wall comprises a flexible surface element which is stretched between rollers.
  • the container comprises four vertically disposed side walls adjacent to the bottom, wherein the surface of at least one side wall coming into contact with the expanding foam is movable in the vertical direction and wherein said at least one side wall comprises a flexible surface element which is stretched between rollers.
  • the container comprises four such side walls with vertically movable surfaces and with flexible surface elements spanned between rollers.
  • the container according to the invention can thus be used as a foaming box.
  • the foam-forming reaction mixture may be applied to the floor or into an optional tub, for example a cardboard tray. Then the foaming begins and the mixture expands.
  • the surface of the side wall that comes into contact with the expanding foam is movable in the vertical direction. This means that the surface of the side wall or even the entire side wall can follow the movement of the upward expanding foam. As a result, the relative velocity of the rising foam to the container wall decreases. It is advantageous if the rising foam and the upwardly moving side wall or its surface have the same speed.
  • the side wall is a flexible surface element includes, which is stretched between rollers.
  • the rollers serve as upper and lower edges of the side wall.
  • additional rollers can serve for stabilization. Accordingly, the rollers are arranged horizontally.
  • the surface element is configured circumferentially around the outermost rolls. It can be in the form of an endless belt or between two rolls wound on it.
  • "flexible" means that the surface element can change its shape, for example when it is deflected around a roller or around a roller.
  • the surface element may, for example, be a textile surface element, a layer of a polymer or a rubber- or polymer-reinforced fabric, scrim or nonwoven.
  • Suitable polymers which prevent sticking of foam residues include polyethylene or polytetrafluoroethylene (Teflon). Furthermore, the surface of the sheet element which comes into contact with the reaction mixture may comprise polysiloxane-coated paper. This also prevents sticking of foam residues, in particular polyurethane foam residues.
  • An advantage of the design as a flexible surface element is that the possibility of deflection keeps the overall height of the container low and that no external lifting devices must be provided for the side wall.
  • one or more of the rollers may be rotatable.
  • At least one vertically disposed side wall or its surface in contact with the foam has the
  • Mobility in the vertical direction It can also be two, three or four walls this
  • Containers can be designed flat or curved.
  • containers can be realized whose horizontal cross-section has straight or curved portions.
  • the container according to the present invention is particularly suitable for producing polyurethane foam. This results from the property of the polyurethane foam or of the foam leading to the reaction mixture, temporally and spatially varying temperatures, viscosities and degrees of cure have.
  • the surface element may also be stiffened.
  • the edges may be so stiffened that their modulus of elasticity in accordance with ISO 178 is> 1-fold to ⁇ 2-fold,> 1.5-fold to ⁇ 3-fold or> 1.8-fold ⁇ 4-times the modulus of elasticity according to ISO 178 of the remaining surface element.
  • the side wall further comprises a thermal insulation.
  • the thermal insulation can reduce cooling of the reaction mixture towards the edge.
  • the material of the thermal insulation for example, have a thermal conductivity ⁇ of> 0.004 W / m-K to ⁇ 1.0 W / m-K.
  • an insertable polyurethane foam has a thermal conductivity ⁇ of> 0.02 W / m-K to ⁇ 0.03 W / m-K.
  • the thermal conductivity can be determined by the standard EN ISO 8497.
  • the flexible surface element is driven in the vertical movement by a motor.
  • a motor drive it is possible to move the surface element at a speed which is greater than the rate of rise of the foam. In this way, a desired speed profile of the rising foam can be adjusted from outside to inside.
  • the engine speed is part of a control loop.
  • the height of the rising foam can be determined by distance measurements by means of optical methods, laser or ultrasound. The calculated rate of climb can then be incorporated into the setting of the engine speed. This has the advantage that unexpectedly high or low rising velocities of the foam, as can occur in a production environment due to the weather, are at least partially compensated.
  • the side wall further comprises a bulge on the surface in contact with the expanding foam.
  • the bulge can be mounted over the entire width of the side wall or only at selected locations. The attachment of a bulge is advantageous because it can be pushed upwards by the surface of the expanding foam. In this way, the vertical movement of the side wall is supported upwards overall. There may also be two or more bulges available.
  • the bulge is dimensioned so that it is detected by a lid placed on the expanding foam.
  • the expanding foam first pushes the lid up and then the lid pushes the bulge and associated side wall.
  • the bulge is pushed up safer than by the direct contact with the foam. Furthermore, this contamination of the bulge is avoided.
  • the side wall is adapted for positive connection with a lid.
  • a lid limits the expanding foam upwards.
  • the lid may be snapped into the sidewall or into suitable devices on the sidewall.
  • the positive connection is reversible, that is releasable and recoverable. Due to the positive connection, the vertical movement of the side wall is supported upwards overall.
  • a guide surface is arranged on the side of the side wall opposite the expanding foam. This is to be understood that on the back of the side wall, which is in contact with the foam, a
  • Support is provided to counteract the pressure of the expanding foam.
  • the guide surface can be present for example as a plate, as a perforated plate or as a wire mesh.
  • the guide surface can be present for example as a plate, as a perforated plate or as a wire mesh.
  • Gas cavities in the foam also depends on the temperature, can be in this way the
  • Suitable elements may be, for example, electrical heating filaments or Peltier cooling elements.
  • the side wall at the contact points to the expanding foam has a gas permeability to carbon dioxide of> 0.15 to ⁇ 0.8 m 3 CO 2 / (m 2 h bar).
  • the gas permeability may also be in a range from> 0.57 to ⁇ 0.6 m 3 CO 2 / (m 2 -h-bar).
  • the gas permeability can be determined according to ISO 2556. The values given here are the gas permeability of the part of the sidewall which is in contact with the expanding foam. Alternatively, the gas permeability can be characterized by the material used for the sidewall.
  • the material in a 100 ⁇ m thick film, can have a gas permeability according to ISO 2556 of> 0.15 to ⁇ 0.8 m 3 CO 2 / (m 2 -h bar).
  • the gas permeability can also be in a range from> 0.57 to ⁇ 0.6 m 3 CO 2 / (m 2 h bar).
  • Gas permeable sidewalls prevent it from getting builds up an undesirable overpressure in the foam body, which is disadvantageous for the properties of the finished product. For example, in the production of polyurethane foam carbon dioxide is released, which must escape. If the carbon dioxide can escape through the sidewalls, there is a much more controlled pressure reduction.
  • the side wall comprises elements for heating and / or cooling. Since the size of the gas cavities in the foam also depends on the temperature, the foam density at the edge of the foam block can be selectively influenced in this way. Suitable elements may be, for example, electrical heating filaments or Peltier cooling elements.
  • the present invention further provides a process for the discontinuous production of foamed material, wherein an expanding foam-forming reaction mixture is introduced into a container according to the present invention.
  • the expanding foam-forming reaction mixture comprises a mixture of a polyol and an isocyanate.
  • a polyurethane foam is formed.
  • the reaction mixture is covered with a lid.
  • a lid limits the expanding foam upwards.
  • the lid contacts suitable elements on the movable side walls.
  • FIG. 1 shows a container according to the present invention
  • FIG. Figure 1 shows a container for the discontinuous production of foamed material according to the present invention.
  • the container has a horizontally arranged bottom 1.
  • lid 2 On the bottom 1 is lid 2.
  • the cover 2 rests with its side walls on the floor 1, thus forming a cavity.
  • an expanding foam-forming reaction mixture for example, a directly previously prepared mixture of polyol system and isocyanate system, are applied to the bottom 1.
  • the container further comprises vertically arranged side walls 4, which form the end faces.
  • the long sides are formed by further walls, of which only wall 5 is shown schematically for reasons of clarity. Overall, there is an open-topped container.
  • the container has four such vertically arranged side walls, as shown under reference number 4.
  • a side wall 4 comprises a circumferential flexible surface element 6, which is spanned between two rollers 7, T.
  • the rollers 7, T are rotatably mounted about the horizontal axis.
  • the flexible surface element 6 can thus on the rollers 7, T circumferentially up and down, that is, in the vertical direction, moves, are.
  • the ceiling! 2 and the side walls 4 are substantially flush. This means that there is at most a gap of a few millimeters width, for example 1, 2, 3, 4 or 5 millimeters between the edge of the lid 2 and the side walls 4. Such a gap is beneficial for allowing gas formed during foam formation to escape from the reaction mixture.
  • the lid 2 engages in the bulges 8, 8 'and thus a reversible positive connection is established.
  • the cover 2 can then be constructed without side walls.
  • the guide surface 9 On the inside of the flexible surface element 6, ie on the side facing away from the foam, the guide surface 9 is attached. It serves the surface element 6 as a support against the pressure of the expanding foam.
  • the guide surface 9 is over the entire width of
  • the guide surface 9 can continue to act as thermal insulation.
  • it can be made for example of polyurethane foam.
  • an expanding foam-forming mixture that is, for example, a mixture reacting to a polyurethane foam
  • the lid 2 is pushed upwards.
  • the expanding foam touches the surface of the side wall 4 and the cover detects the bulge 8.
  • the flexible surface element 6 is pressed by the action of the lid 2 on the bulge 8 upwards.
  • the surface element 6 is tracked via the lower roller 7 '. At the same time it rolls over the upper roller 7 down.
  • the surface of the side wall 4 follows in the form of Surface of the flexible surface element 6 of the vertical extent of the foam.
  • the flexible surface element 6 may advantageously be designed gas-permeable.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Behälters. Der Behälter umfasst einen horizontal angeordneten Boden 1 zur Aufnahme eines expandierenden schaumbildenden Reaktionsgemisches und mindestens eine vertikal angeordnete Seitenwand 4. Die mit dem expandierenden Schaum in Kontakt tretende Oberfläche der Seitenwand 4 ist in vertikaler Richtung beweglich. Die Seitenwand 4 umfasst ein flexibles Flächenelement 6, welches zwischen drehbar gelagerten Walzen 7, T aufgespannt ist. Der Behälter eignet sich insbesondere zur Herstellung von Polyurethan-Blockschaum im 'box foaming'-Verfahren.

Description

Behälter zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material unter Verwendung eines erfmdungsgemäßen Behälters.
Blockschaumstoff aus Polyurethan kann durch zwei verschiedene Herstellungsverfahren erhalten werden. Man unterscheidet zwischen dem kontinuierlichen und dem diskontinuierlichen Verfahren. Im kontinuierlichen Verfahren werden die Ausgangsstoffe in einem Mischkopf vermischt und kontinuierlich auf ein sich bewegendes Förderband aufgetragen. Hierbei steigt der Schaum auf, härtet aus und wird in Blöcke geschnitten.
Das diskontinuierliche Verfahren wird auch als Schäumkisten- Verfahren oder "box foaming" bezeichnet. Hierbei wird das Reaktionsgemisch, aus dem der Polyurethanschaum entsteht, auf den Boden eines dafür vorgesehenen Behälters aufgebracht. Der Schaum expandiert und nimmt dabei die Form des Behälters an. Nach dem Aushärten können die Seitenwände des Behälters über Scharniere geöffnet werden und der Block entnommen werden. Die Vorteile des diskontinuierlichen Verfahrens sind insbesondere geringe Kosten für die benötigten Anlagen und die Möglichkeit, Blöcke großen Volumens herzustellen. Die diskontinuierlich hergestellten Blöcke können ein Volumen von 2 m3 oder mehr einnehmen und ein Gewicht von über 100 kg aufweisen. Ein Überblick über einen typischen Behälter für dieses Verfahren wird in "Flexible Polyurethane Foams", Ron Herrington, Kathy Hock, Dow Chemical Company, 1991, 5.11 bis 5.17 gegeben.
Wünschenswert bei der Herstellung von Schaumstoffblöcken ist es, über den gesamten Block hinweg eine einheitliche Dichte zu erreichen. Dieses liegt darin begründet, dass für die Weiterverarbeitung und den Einsatz der hergestellten Schaumstofferzeugnisse wichtigen Eigenschaften eine Funktion der Dichte, also der Größe und Verteilung Gasräumen, darstellen.
Eine einheitliche Dichte oder eine zumindest ausreichend gering schwankende Dichteverteilung lässt sich mit herkömmlichen Schäumkisten-Verfahren nur schwer erreichen. Im schäumenden Reaktionsgemisch herrschen je nach Alter des betrachteten Volumenelements, wobei schon einige Sekunden einen Unterschied ausmachen können, unterschiedliche Temperaturen, Wärmedämmungen, Viskositäten und Drücke. Weiterhin breitet sich der expandierende Schaum nach allen Richtungen, also horizontal und vertikal aus. Trifft der expandierende Schaum auf eine Behälterwand, so erfolgt hier eine Kompression der Gasblasen durch den Druck des in der Umgebung weiter expandierenden Materials. Im Ergebnis erhält man einen Schaumblock, welcher horizontal gesehen in seiner Mitte und vertikal gesehen in der Mitte die geringste Dichte, also den größten Gasraum, aufweist. Eine Modifizierung der Behälterwand einer Schäumkiste wird in EP 1 018 417 Al vorgeschlagen. Diese Schrift offenbart einen Behälter zur Herstellung von Gegenständen aus flexiblem Polyurethanschaum, wobei die innere Seitenwand des Behälters Polyalkylen, sehr bevorzugt Polypropylen umfasst. Dieses kann bedeuten, dass die innere Seitenwand eine Schicht aus Polyalkylen ist, die an das Innere des Behälters angebracht wurde oder dass der gesamte Behälter aus Polyalkylen hergestellt ist. Die Hülle kann eine Wanne, ein Mischkopf, eine Kiste oder eine Form sein. Wenn sie eine Wanne oder ein Mischkopf ist, ist sie nützlich in der kontinuierlichen Fertigung von Blockschaumstoff. Wenn sie eine Kiste oder eine Form ist, kann sie in Schäumkisten-Verfahren beziehungsweise in Formschaum-Verfahren eingesetzt werden. Jedoch wird die Beschichtung aus Polyalkylen eingesetzt, um das Anhaften des entstandenen Schaumes an der Behälterwand zu verhindern. Dieses soll durch das Vermeiden von Reinigungsoperationen Arbeitszeit einsparen. Ein Bezug zur Dichteverteilung des entstandenen Schaumblocks wird nicht hergestellt.
Aus dem kontinuierlichen Herstellungsverfahren lassen sich keine Erkenntnisse ableiten, wie die Dichte des Schaumes zum Rand hin auf eine vergleichbare Größe wie die Dichte des Schaumes im Blockinneren eingestellt werden kann. Beispielsweise offenbart EP 1 393 877 A2 ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Schaumstoff in einem kontinuierlichen Blockschaumprozess. Das Verfahren weist die Schritte der Erfassung von Ist-Steighöhen des Schaumstoffs entlang einer Förderrichtung und der Bestimmung einer Stellgröße für den Blockschaumprozess in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Steighöhen von den Soll-Steighöhen auf. Die Anlage weist ein Transportband auf, welches in Förderrichtung bewegt wird. Am Anfang des Transportbandes befindet sich oberhalb angeordnet ein Mischkopf zur Aufbringung eines reaktiven chemischen Systems auf die Oberfläche des Transportbandes. Dieses Gemisch expandiert auf dem Transportband, so dass ein Expansionsbereich mit expandierendem Schaum entsteht. Auf die Schaumoberfläche wird Abdeckpapier aufgebracht, welches über Rollen zugeführt wird. Aus Sicht des einmal aufgebrachten und dann expandierenden Schaumes sind seine Begrenzungen ebenfalls stationär, so dass im Prinzip die gleichen Verhältnisse wie in der Schäumkiste herrschen. Weiterhin wird das kontinuierliche Verfahren üblicherweise eingesetzt, um Schaumkörper mit vergleichsweise geringer Querschnittsfläche herzustellen.
US 2,649,620 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung von Blockschaumstoff, wobei die Vorrichtung in vertikaler Richtung bewegliche, feste Seitenwände der Schaumform umfasst. Zu Beginn des Schäumvorgangs sind die Seitenwände in einer unteren Position. Während des Schäumens, also während der Expansion des Kunststoffs, werden die Seitenwände hochgezogen. Nachteilig hieran ist insbesondere, wie aus den Zeichnungen dieser Patentschrift zu erkennen, dass ein Lasthebevorrichtung benötigt wird, um die Seitenwände hochzuziehen. Dieses beschränkt den Einsatz dieser Vorrichtung auf Orte, an denen eine solche Vorrichtung, beispielsweise in Kran, verfügbar ist.
Es wird deutlich, dass weiterhin der Bedarf nach einer einfacheren Möglichkeit besteht, Blockschaumstoff in großen Blöcken herzustellen, welche eine gleichmäßigere Verteilung der für die Weiterverarbeitung wichtigen Eigenschaften aufweisen. Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, mindestens einen der Nachteile im Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere hat sie sich die Aufgabe gestellt, einen Behälter zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material bereitzustellen, welcher es ermöglicht, dass der darin hergestellte Schaumstoffblock verringerte Unterschiede in der Dichte von Innen zu den Rändern hin aufweist.
Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe durch einen Behälter zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material, umfassend einen horizontal angeordneten Boden zur Aufnahme eines expandierenden schaumbildenden Reaktionsgemisches und mindestens eine vertikal angeordnete Seitenwand, wobei die mit dem expandierenden Schaum in Kontakt tretende Oberfläche der Seitenwand in vertikaler Richtung beweglich ist und wobei die Seitenwand ein flexibles Flächenelement umfasst, welches zwischen Walzen aufgespannt ist.
Vorteilhafterweise umfasst der Behälter an den Boden angrenzend vier vertikal angeordnete Seitenwände, wobei die mit dem expandierenden Schaum in Kontakt tretende Oberfläche mindestens einer Seitenwand in vertikaler Richtung beweglich ist und wobei diese mindestens eine Seitenwand ein flexibles Flächenelement umfasst, welches zwischen Walzen aufgespannt ist. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn der Behälter vier solcher Seitenwände mit vertikal beweglichen Oberflächen und mit zwischen Walzen aufgespannten flexiblen Flächenelementen umfasst.
Der erfindungsgemäße Behälter kann somit als Schäumkiste eingesetzt werden. Das schaumbildende Reaktionsgemisch kann auf den Boden oder in eine wahlweise bereitgestelle Wanne, zum Beispiel eine Pappwanne, aufgebracht werden. Anschließend setzt die Schaumbildung ein und das Gemisch expandiert.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die mit dem expandierenden Schaum in Kontakt tretende Oberfläche der Seitenwand in vertikaler Richtung beweglich ist. Dieses bedeutet, dass die Oberfläche der Seitenwand oder auch die gesamte Seitenwand der Bewegung des sich nach oben ausdehnenden Schaumes folgen kann. Als Folge davon verringert sich die Relativgeschwindigkeit des aufsteigenden Schaumes zur Behälterwand. Vorteilhaft ist, wenn der aufsteigende Schaum und die sich aufwärts bewegende Seitenwand oder deren Oberfläche die gleiche Geschwindigkeit aufweisen.
Erfϊndungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die Seitenwand ein flexibles Flächenelement umfasst, welches zwischen Walzen aufgespannt ist. Die Walzen dienen als obere und untere Kante der Seitenwand. Weiterhin können zusätzliche Walzen zur Stabilisierung dienen. Entsprechend sind die Walzen horizontal angeordnet. Das Flächenelement wird um die äußersten Walzen herum umlaufend ausgestaltet. Es kann als Endlosband oder zwischen zwei Rollen, auf die es aufgewickelt wird, vorliegen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet "flexibel", dass das Flächenelement seine Form ändern kann, beispielsweise wenn es um eine Rolle oder um eine Walze umgelenkt wird. Das Flächenelement kann beispielsweise ein textiles Flächenelement, eine Schicht eines Polymers oder ein gummi- oder polymerverstärktes Gewebe, Gelege oder Vlies sein. Geeignete Polymere, welche ein Festkleben von Schaumresten verhindern, sind unter Anderem Polyethylen oder Polytetrafluorethylen (Teflon). Weiterhin kann die Oberfläche des Flächenelements, welche mit dem Reaktionsgemisch in Kontakt tritt, mit Polysiloxanen beschichtetes Papier umfassen. Auch dieses verhindert ein Festkleben von Schaumresten, insbesondere von Polyurethanschaumresten.
Vorteilhaft an der Ausgestaltung als flexibles Flächenelement ist, dass die Möglichkeit der Umlenkung die Gesamtbauhöhe des Behälters niedrig hält und dass keine externen Hebevorrichtungen für die Seitenwand bereitgestellt werden müssen. Zur Erleichterung der Bewegung des Flächenelements können eine oder mehrere der Walzen drehbar ausgeführt sein.
Ohne auf eine Theorie festgelegt zu sein, wird angenommen, dass die Möglichkeit des Weitertransports von schäumendem Material die Kompression der Gasphase in den in der Mitte liegenden und somit von der Reaktionszeit her gesehen jüngeren Volumenelementen der schäumenden Reaktionsmischung verringert. Wenn der sich ausdehnende Schaum die Seitenwand des Behälters erreicht und sich nicht mehr zur Seite, sondern nur noch nach oben hin ausdehnen kann, drückt er die Seitenwand hoch und muss so nur verringerte oder sogar keine Reibungskräfte mehr überwinden. Die Reibungskräfte würden ansonsten entweder bei Kontakt mit der Seitenwandoberfläche auftreten und/oder sich in Form eines horizontal nach außen hin abnehmenden Profils der Strömungsgeschwindigkeit bemerkbar machen.
Im Ergebnis wird also erreicht, dass die Größe und Verteilung der Gasblasen oder Poren in dem erhaltenen Schaum gleichmäßiger ausfällt.
In einem Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung weist mindestens eine vertikal angeordnete Seitenwand beziehungsweise deren mit dem Schaum in Kontakt tretende Oberfläche die
Beweglichkeit in vertikaler Richtung auf. Es können aber auch zwei, drei oder vier Wände diese
Beweglichkeit aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass diese Seitenwand oder
Seitenwände eben oder gekrümmt ausgestaltet sein können. So können Behälter verwirklicht werden, deren horizontaler Querschnitt gerade oder gekrümmte Anteile besitzt. Als Beispiele seien quaderförmige Behälter, also mit rechteckigem Querschnitt, und zylindrische Behälter, also mit kreisfbrmigem Querschnitt, genannt.
Der Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere geeignet zur Herstellung von Polyurethanschaum. Dieses ergibt sich aus der Eigenschaft des Polyurethanschaums beziehungsweise des zum Schaum fuhrenden Reaktionsgemisches, zeitlich und auch räumlich veränderliche Temperaturen, Viskositäten und Aushärtungsgrade aufzuweisen.
Zwecks besserer Abdichtung an den vertikalen Kanten kann das Flächenelement auch versteift sein. Beispielsweise können die Kanten so versteift sein, dass deren Elastizitätsmodul gemäß ISO 178 den > 1 -fachen bis < 2-fachen, > 1,5-fachen bis < 3-fachen oder > 1,8-fachen < 4-fachen Wert des Elastizitätsmoduls gemäß ISO 178 des restlichen Flächenelements annimmt.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Seitenwand weiterhin eine Wärmedämmung. Durch die Wärmedämmung kann ein Abkühlen der Reaktionsmischung zum Rand hin verringert werden. Das Material der Wärmedämmung kann beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit λ von > 0,004 W/m-K bis < 1,0 W/m-K aufweisen. So weist ein einsetzbarer Polyurethanschaum eine Wärmeleitfähigkeit λ von > 0,02 W/m-K bis < 0,03 W/m-K auf. Die Wärmeleitfähigkeit kann anhand der Norm EN ISO 8497 bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das flexible Flächenelement in der vertikalen Bewegung durch einen Motor angetrieben. Dieses ist als Alternative zum passiven Antrieb durch den aufsteigenden Schaum zu sehen. Durch einen Motorantrieb wird es ermöglicht, das Flächenelement mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, welche größer als die Steiggeschwindigkeit des Schaums ist. Auf diese Weise kann ein gewünschtes Geschwindigkeitsprofil des aufsteigenden Schaums von Außen nach Innen eingestellt werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Motorgeschwindigkeit Teil eines Regelkreises ist. So kann die Höhe des aufsteigenden Schaums durch Abstandsmessungen mittels optischer Methoden, Laser oder Ultraschall bestimmt werden. Die daraus berechnete Steiggeschwindigkeit kann dann in die Einstellung der Motordrehzahl einfließen. Dieses hat den Vorteil, dass unerwartet hohe oder niedrige Steiggeschwindigkeiten des Schaums, wie sie in einer Produktionsumgebung auch wetterbedingt auftreten können, zumindest teilweise kompensiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Seitenwand weiterhin auf der mit dem expandierenden Schaum in Kontakt tretenden Oberfläche eine Ausbuchtung. Die Ausbuchtung kann über die ganze Breite der Seitenwand oder nur an ausgewählten Stellen angebracht sein. Die Anbringung einer Ausbuchtung ist vorteilhaft, da sie durch die Oberfläche des expandierenden Schaums nach oben gedrückt werden kann. Auf diese Weise wird die vertikale Bewegung der Seitenwand nach oben insgesamt unterstützt. Es können auch zwei oder mehr Ausbuchtungen vorliegen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ausbuchtung so dimensioniert, dass sie durch einen auf den expandierenden Schaum aufgelegten Deckel erfasst wird. Somit drückt der expandierende Schaum zunächst den Deckel nach oben und dann der Deckel die Ausbuchtung und die damit verbundene Seitenwand. Durch die Kombination mit dem Deckel wird die Ausbuchtung sicherer nach oben gedrückt als durch den direkten Kontakt mit dem Schaum. Weiterhin wird dadurch ein Verschmutzen der Ausbuchtung vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Seitenwand zur formschlüssigen Verbindung mit einem Deckel eingerichtet. Solch ein Deckel begrenzt den expandierenden Schaum nach oben hin. Beispielsweise kann der Deckel in die Seitenwand oder in geeignete Vorrichtungen an der Seitenwand eingerastet sein. Zweckmäßigerweise ist die formschlüssige Verbindung reversibel, das heißt lösbar und wieder herstellbar. Durch die formschlüssige Verbindung wird die vertikale Bewegung der Seitenwand nach oben insgesamt unterstützt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auf der dem expandierenden Schaum entgegengesetzten Seite der Seitenwand eine Führungsfläche angeordnet. Hierunter ist zu verstehen, dass auf der Rückseite der Seitenwand, welche mit dem Schaum in Kontakt ist, eine
Unterstützung eingerichtet wird, um dem Druck des expandierenden Schaums entgegenzutreten.
Hierdurch können Undichtigkeiten der Seitenwand vermieden werden. Es ist vorgesehen, dass die
Seitenwand über die Führungsfläche gleiten kann. Somit kann selbst bei Bewegung der Seitenwand nach oben oder unten diese abgestützt werden. Die Führungsfläche kann beispielsweise als Platte, als gelochte Platte oder als Drahtgitter vorliegen. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die
Führungsfläche zum Heizen und/oder Kühlen der Seitenwand eingerichtet ist. Da die Größe der
Gashohlräume im Schaum auch von der Temperatur abhängt, lässt sich auf diese Weise die
Schaumdichte am Rand des Schaumblocks gezielt beeinflussen. Geeignete Elemente können beispielsweise elektrische Heizfäden oder Peltier-Kühlelemente sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Seitenwand an den Kontaktstellen zum expandierenden Schaum eine Gasdurchlässigkeit für Kohlendioxid von > 0,15 bis < 0,8 m3 CO2/(m2 h bar) auf. Die Gasdurchlässigkeit kann auch in einem Bereich von > 0,57 bis < 0,6 m3 CO2/(m2-h-bar) liegen. Die Gasdurchlässigkeit kann in Anlehnung an ISO 2556 bestimmt werden. Bei den hier angegebenen Werten handelt es sich um die Gasdurchlässigkeit des Teils der Seitenwand, welcher mit dem expandierenden Schaum in Berührung steht. Alternativ kann die Gasdurchlässigkeit durch das verwendete Material für die Seitenwand charakterisiert werden. So kann das Material, in einem 100 μm dicken Film, eine Gasdurchlässigkeit gemäß ISO 2556 von > 0,15 bis < 0,8 m3 CO2/(m2-h bar) aufweisen. Die Gasdurchlässigkeit kann auch in einem Bereich von > 0,57 bis < 0,6 m3 CO2/(m2 h bar) liegen. Gasdurchlässige Seitenwände verhindern, dass sich im Schaumkörper ein unerwünschter Überdruck aufbaut, welcher nachteilig für die Eigenschaften des fertigen Produktes ist. So wird beispielsweise bei der Herstellung von Polyurethanschaum Kohlendioxid frei, welches entweichen muss. Wenn das Kohlendioxid auch über die Seitenwände entweichen kann, so ergibt sich ein viel kontrollicrterer Druckabbau.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Seitenwand Elemente zum Heizen und/oder Kühlen. Da die Größe der Gashohlräume im Schaum auch von der Temperatur abhängt, lässt sich auf diese Weise die Schaumdichte am Rand des Schaumblocks gezielt beeinflussen. Geeignete Elemente können beispielsweise elektrische Heizfäden oder Peltier-Kühlelemente sein.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material, wobei ein expandierendes schaumbildendes Reaktionsgemisch in einen Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung eingebracht wird. Vorzugsweise umfasst das expandierende schaumbildende Reaktionsgemisch eine Mischung aus einem Polyol und einem Isocyanat. Somit wird ein Polyurethanschaum gebildet.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Einbringen des expandierenden schaumbildenden Reaktionsgemisches in den Behälter das Reaktionsgemisch mit einem Deckel abgedeckt. Solch ein Deckel begrenzt den expandierenden Schaum nach oben hin. Vorteilhafterweise kontaktiert der Deckel geeigenete Elemente an den beweglichen Seitenwänden. Somit drückt der expandierende Schaum zunächst den Deckel nach oben und dann der Deckel die Elemente und die damit verbundene Seitenwand.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
FIG. 1 einen Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung
FIG. 1 zeigt einen Behälter zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Behälter weist einen horizontal angeordneten Boden 1 auf. Auf dem Boden 1 befindet sich Deckel 2. Der Deckel 2 liegt mit seinen Seitenwänden auf dem Boden 1 auf und bildet so einen Hohlraum. Durch das Loch 3 im Deckel 2 kann ein expandierendes schaumbildendes Reaktionsgemisch, beispielsweise eine direkt vorher hergestellte Mischung aus Polyol-System und Isocyanat- System, auf den Boden 1 aufgebracht werden.
Der Behälter weist weiterhin vertikal angeordnete Seitenwände 4 auf, welche die Stirnseiten bilden. Die Längsseiten werden durch weitere Wände gebildet, wovon aus Gründen der Übersichtlichkeit nur Wand 5 schematisch gezeigt ist. Insgesamt liegt ein oben offener Behälter vor.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Behälter vier solcher vertikal angeordneten Seitenwände auf, wie sie unter Bezugszeichen 4 dargestellt sind. Eine Seitenwand 4 umfasst ein umlaufendes flexibles Flächenelement 6, welches zwischen zwei Walzen 7, T aufgespannt ist. Die Walzen 7, T sind um die horizontale Achse drehbar gelagert. Das flexible Flächenelement 6 kann also über die Walzen 7, T umlaufend auf und ab, das heißt in vertikaler Richtung, bewegt, werden. Der Decke! 2 und die Seitenwände 4 schließen im Wesentlichen bündig ab. Dieses bedeutet, dass höchstens ein Spalt von wenigen Millimetern Breite, beispielsweise 1, 2, 3, 4 oder 5 Millimetern zwischen dem Rand des Deckels 2 und den Seitenwänden 4 vorliegt. Solch ein Spalt ist günstig, um während der Schaumbildung entstehendes Gas aus der Reaktionsmischung entweichen zu lassen.
Auf der nach außen gerichteten Seite des flexiblen Flächenelements 6 sind Ausbuchtungen 8, 8' angebracht, welche vom Deckel 2 erfasst werden und so während der Expansion des Schaums nach oben gedrückt werden können. Die Ausbuchtungen 8 werden vom Deckel 2 erfasst. Die
Ausbuchtungen 8' liegen um eine halbe Umdrehung des Flächenelements 6 versetzt auf diesem. So kann die nach einem Produktionslauf mit dem expandierenden Schaum in Berührung gekommene
Seite des Flächenelements 6 gereinigt werden, während die andere Seite für den nächsten Produktionslauf zur Verfügung steht. Dieses erhöht die Arbeitsgeschwindigkeit.
Alternativ ist es möglich, dass der Deckel 2 in die Ausbuchtungen 8, 8' einrastet und somit eine reversible formschlüssige Verbindung aufgebaut wird. Hierbei kann dann der Deckel 2 ohne Seitenwände aufgebaut sein.
Auf der Innenseite des flexiblen Flächenelements 6 , also auf der dem Schaum abgewandten Seite, ist die Führungsfläche 9 angebracht. Sie dient dem Flächenelement 6 als Stütze gegen den Druck des sich ausdehnenden Schaums. Die Führungsfläche 9 ist über die gesamte Breite des
Flächenelements 6 ausgebildet. Im Gegensatz zu den Ausbuchtungen 8, 8' ist die Führungsfläche 9 nicht mit dem Flächenelement verbunden. Damit das Flächenelement 6 abgestützt werden kann, muss es über die Führungsfläche 9 hinweg gleiten können. Die Führungsfläche 9 kann weiterhin als Wärmedämmung fungieren. Hierzu kann sie beispielsweise aus Polyurethanschaum gefertigt sein.
Wird ein expandierendes schaumbildendes Gemisch, also beispielsweise ein zu einem Polyurethanschaum reagierendes Gemisch, durch das Loch 3 im Deckel 2 auf den Boden 1 aufgebracht, so nimmt es im Verlauf seiner Expansion zunächst den durch den Deckel 2 bereitgestellten Raum ein. Reicht dieser Raum nicht mehr aus, wird der Deckel 2 nach oben gedrückt. Der expandierende Schaum berührt die Oberfläche der Seitenwand 4 und der Deckel erfasst die Ausbuchtung 8. Im Zuge der weiteren Ausdehnung des Schaums wird das flexible Flächenelement 6 über die Einwirkung des Deckels 2 auf die Ausbuchtung 8 nach oben gedrückt. Das Flächenelement 6 wird über die untere Walze 7' nachgeführt. Gleichzeitig rollt es über die obere Walze 7 nach unten ab. Insgesamt folgt also die Oberfläche der Seitenwand 4 in Gestalt der Oberfläche des flexiblen Flächenelements 6 der vertikalen Ausdehnung des Schaums. Für ein kontrolliertes Entweichen von Reaktionsgas wie CO2 kann das flexible Flächenelement 6 vorteilhafterweise gasdurchlässig gestaltet sein.
Bezugszeichenliste:
1 Boden
2 Deckel
3 Loch im Deckel
4 Seitenwand
5 Weitere Wand
6 Flexibles Flächenelement
7, 7' Walzen
8, 8' Ausbuchtungen
9 Führungsfläche

Claims

Patentansprüche
1. Behälter zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material, umfassend einen horizontal angeordneten Boden (1) zur Aufnahme eines expandierenden schaumbildenden Reaktionsgemisches und mindestens eine vertikal angeordnete Seitenwand (4), dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem expandierenden Schaum in Kontakt tretende Oberfläche der Seitenwand (4) in vertikaler Richtung beweglich ist und dass die Seitenwand (4) ein flexibles Flächenelement (6) umfasst, welches zwischen Walzen (7, 7') aufgespannt ist.
2. Behälter gemäß Anspruch 1, wobei die Seitenwand (4) weiterhin eine Wärmedämmung umfasst.
3. Behälter gemäß Anspruch 1, wobei das flexible Flächenelement (6) in der vertikalen Bewegung durch einen Motor angetrieben wird.
4. Behälter gemäß Anspruch 1, wobei die Seitenwand (4) weiterhin auf der mit dem expandierenden Schaum in Kontakt tretenden Oberfläche eine Ausbuchtung (8) umfasst.
5. Behälter gemäß Anspruch 1, wobei die Seitenwand (4) zur formschlüssigen Verbindung mit einem Deckel (2) eingerichtet ist.
6. Behälter gemäß Anspruch 1, wobei auf der dem expandierenden Schaum entgegengesetzten Seite der Seitenwand (4) eine Führungsfläche (9) angeordnet ist.
7. Behälter gemäß Anspruch 1, wobei die Seitenwand (4) an den Kontaktstellen zum expandierenden Schaum eine Gasdurchlässigkeit für Kohlendioxid von > 0,15 bis < 0,8 m3 CO2/(m2 h bar) aufweist.
8. Behälter gemäß Anspruch 1, wobei die Seitenwand (4) Elemente zum Heizen und/oder Kühlen umfasst.
9. Verfahren zur diskontinuierlichen Herstellung von geschäumtem Material, dadurch gekennzeichnet, dass ein expandierendes schaumbildendes Reaktionsgemisch in einen Behälter gemäß Anspruch 1 eingebracht wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das expandierende schaumbildende Reaktionsgemisch eine Mischung aus einem Polyol und einem Isocyanat umfasst.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei nach dem Einbringen des expandierenden schaumbildenden Reaktionsgemisches in den Behälter das Reaktionsgemisch mit einem Deckel abgedeckt wird.
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