DE1779291C - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffschaum - Google Patents

Description

Der Grundaufbau der Vorrichtung ist in F i g. 1 dargestellt. Sie weist neben anderen und an sich bekannten Bauteilen einen umlaufenden Mischer 1 mit c'iner ringförmigen Mischkammer la auf, in der eine unter Druck stehende Mischung aus Kunststoff und Luft umgewälzt wird, die vorher in diese Mischkammer eingeleitet wurden, wobei deren koaxialen Wände eine Relativdrehbewegung ausführen, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß man die äußere

Wand mit dem Umlaufen des Rotors ansteigt und während der Herstellung in der Mischung einen in radialer Richtung von der inneren Wandle zu der äußeren Wand IA abnehmenden Tempeiaturgradienten erzeugt. In der Mischung während der Herstellung würde sich eine Schichtung ausbilden, die Schichten mit unterschiedlichen Temperaturen und demzufolge unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften aufweist. Unter diesen Bedingungen sind spezielle

Wand Xb der Mischkammer Ia als Stator und die io Vorkehrungen zu treffen, damit einerseits eine über

höhte Erwärmung des in der Mischkammeria des Mischers 1 umlaufenden Materialflusses und andererseits die genannten Temperaturunterschiede vermieden werden können.

Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei getrennte Kühlmittelkreisläufe für die Innenwand Ic und die Außenwand Xb auf. Jeder dei beiden ICühlmitteikreisläufe hat eine Einrichtung zum Regeln seiner Leistungsfähigkeit. Die Kühlmittelkreis-

ti:-jse Druckleitung 3a der Pumpe 3 beispielsweise mit ei;.cm Druck von 6 bar liefert, der etwas über dem des Kunststoffes liegt, der diese Druckleitung durchströmt, eingeleitet.

Das Abziehen des in der Mischkammeria des Mischers 1 hergestellten Schaumes erfolgt über eine Aüstrittsleitung 6, die von dem am stromabwärts Iisenden Ende dieser Ringkammer la angeordneten

innere Wand Ic dieser Kammer als Rotor ausbildet, der durch einen Elektromotor 2 in Drehunc versetzt wird.

Die zu mischenden Bestandteile werden unter Druck in die Mischkammer la, der Kunststoff mittels einer pumpe 3, die beispielsweise einen Druck in der Größenordnung von 5 bar erzeugt, und deren Druckleitung 3a in einen ringförmigen Sammelraum 4 mündet, der am

stromaufwärts liegenden Ende der Mischkammer la ..,„_...

iüigeordnet ist, und die Schäumluft mittels einer Ein- ao laufe ebenso wie ihre einzelnen Regeleinrichtungen '.pntzeinrichtungS, welche die Luft unter Druck in sind so angeordnet, daß die äußere Wand Xb und die

inner. Wand Ic im Bereich des Betriebszustandes des Mischers im wesentlichen auf einer gleichen Temperatur T₁ gehalten wenden können, die unter einer SoII-Temperatur T₀ liegt, die nachfolgend erläutert wird, über welcher sich die physikalischen Eigenschaften des synthetischen Schaumes im Laufe der Herstellung verändern.

...... _D.._ _o Dazu wird die in F i g. 1 dargestellte Ausführungs-

riiigfömigen Sammelraum 7 abzweigt und den her- 30 form verwandt, gemäß der in der Anordnung der gestellten Schaum einer Verarbeitungsvorrichtung zu- Kühleinrichtung eine Kühlgruppe 9 vorgesehen ist, führt (beispielsweise eine Vorrichtung zum Auftragen, die eine Pumpe 10 mit einem Kühlfluid (beispielsweise Beschichten oder Formen). Glykol-Wasser) versorgt, deren Austritts- bzw. Druck-

Um die Durchmischung dieser in der Mischkammer ' leitung 10a dieses Fluid jeweils parallel zu den beiden !.7 umlaufenden Mischung zu verbessern, sind jeweils 35 Kühlmittelkreisläufen für die äußere Wand Xb und die auf den gegenüberliegenden Seiten der äußeren und innere Wand Ic liefert. Der Kühlmittelkreislauf für die inneren Wand Ib bzw. Ic dieser Mischkammer la äußere Wand \b weist eine Zufuhrleitung 11 auf, die zwei Sätze von Vorsprüngen 8 mit komplementären von der Druckleitung 10a der Pumpe 10 abzweigt und Formen vorgesehen, die vorzugsweise eine Tetraeder- am stromabwärts liegenden Ende eines Kühlmantels form, wie in F i g. 2 dargestellt, oder eine Parallel- 40 mündet, der die äußere Wand Ib umgibt, und er wird epipedforn haben, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. beispielsweise durch einen schraubenlinienförmig geführten Kanal 12a gebildet, der in dieser äußeren Wand angeordnet ist und am stromaufwärts liegenden Ende des Mischers in eine Abzugsleitung 13 mündet, die das 45 Kühlfluid einem Rücklaufsammeikanal 14 zuführt, der auf der Eintrittsseite der Kühlgruppe 9 angeschlossen ist, wobei dieser Kühlmittelkreislauf mit einem vorteilhafterweise in der Zufuhrleitung 11 angeordneter

„. ~ _o „. , _a Mengenregler 15 versehen ist. Ferner weist der Kühl-

und zu einem Überschreiten der Vorgelierungstempe- 50 mittelkreislauf für die innere Wand Ic eint Zufuhrratur der Mischung, wodurch die Vorrichtung auf leitung 16 auf, die gleichfalls von der Druckleitung 1Oi Grund des Erstarrens der Mischung in der Misch- der Pumpe 10 abzweigt und am stromabwärts liegender kammer la außer Betrieb gesetzt würde. Andererseits (hohl ausgebildeten) Ende der Welle 17 des Rotors de: ist während der kurzen Zeitspanne des normalen Be- Mischers mündet, damit das Kühlfluid durch einer tfiebs der Vorrichtung an der Mündung der Austritts- 55 ersten Satz öffnungen 18a einen Kühlmantel Ub er leitung 6 eine physikalisch-chemische Heterogenität reicht, der die Innenseite dieser inneren Wand Ic um des gelieferten Schaumes und demzufolge ein unregel- gibt und durch einen zweiten Satz Öffnungen 186 mi mäßiges Aussehen der Oberfläche des in der Vorrich- dem stromaufwärts liegenden (gleichfalls hohl ausgc tung zur Formgebung dieses Schaumes hergestellten bildeten) Ende d^:eser Welle 17 in Verbindung steht, vor Endproduktes zu beobachten. Tatsächlich würde 60 wo aus es danach durch eine Abzugsleitung 19 den mangels spezieller Vorkehrungen der im Mischer 1 Rücklaufsammelkanal 14 zugeführt wird, wobei aucl hergestellte Schaum selbst im Laufe seiner Herstellung
unterschiedliche Temperaturen, wie oben angegeben,
auf Grund der Tatsache aufweisen, daß die allgemeine
Erwärmung auf Grund des Betriebs der Vorrichtung 65
mehr die sich drehende innere Wand Ic als die feststehende äußere Wand Xb beeinflußt, wobei der Unterschied der Temperaturen dieser inneren und äußeren

Diese beiden Sätze von Vorsprüngen begünstigen auf Grund ihrer Relativbewegung die Ausbildung einer homogenen Mischung und eine homogene Verteilung der Luftblasen in diesei Mischung.

Bei einer solchen Vorrichtung führt die in der Mischung erzeugte Reibung, insbesondere auf Grimd der Durchmischurig durch die Vorsprünge 8, zu einer schnellen Erhöhung der Temperatur dieser Mischung

dieser Kühlmittelkreislauf mit einem vorteilhafter weise in der Zuführleitung 16 angeordneten Mengen regler 20 versehen ist.

Es ist offensichtlich, daß die Bedienungsperson be einer solchen Vorrichtung lediglich die Mengenregle 15 und 20 der beiden Kühlmittelkreise in zweckmäßige Weise zu betätigen braucht, um die Temperatur T₁ de

Schaumes während seiner Herstellung auf einem Wert zu halten, der unter der Soll-Temperatur T₀ liegt. Damit die Bedienungsperson unter Berücksichtigung der verschiedenen Betriebszuständc die Mengenregler 15 und 20 richtig bedienen kann, braucht sie eine gewisse Anzahl von Informationen bezüglich der verschiedenen Parameter des Betriebs der Vorrichtung, und zu diesem Zweck kann die Vorrichtung vorteilhafterweise mit Meßinstrumenten ausgestattet werden, von denen, wie schematisch in F i g. 1 dargestellt, insbesondere anzuführen sind: ein Thermometer21, das die Temperatur des Schaumes am Austritt des Mischers anzeigt; ein Thermometer 22, das die Temperatur des Kühlfluids in der Abzugsleitung 13 des Kühlmittelkrcislaufcs für die äußere Wand 1/) anzeigt; ein Thermometer 23, das die Temperatur des Kühlfluids in der Abzugsleitung 19 des Kühlmittelkreislaufes für die innere Wand Ir anzeigt; ein Thermometer 24, das die Temperatur des Kühlfluids in der Druckleitung 1Oo der Pumpe 10 angibt; ein Slrömungs- bzw. Durchflußmesser 25, der den Gesamtdurchsatz des Kühlfluids durch diese Druckleitung 1Oo anzeigt, und ein Amperemeter 26, das die Belastung des den Mischer 1 antreibenden Motors 2 angibt.

Für die Bestimmung der Soll-Temperatur T₀ sollte der Tatsache Rechnung getragen werden, daß die Arbeitstemperatur sich mehr erhöht, je viskoser bzw. fjirkfli'i<i<;ii>cr dip hrharujeltc Mischung ist und je stärker der Betrieb bzw. die Drehzahl des Rotors des Mischers erhöht wird. Außerdem sollte bei der Bestimmung der Soll-Temperatur die chemische Zusammensetzung des Schaumes und insbesondere die Art des verwendeten Harzes sowie des in diesem Schaum enthaltenen Stabilisiermittels berücksichtigt werden.

Die im allgemeinen für die Herstellung von Kunststoffschaum verwendeten homopolymeren und copolymeren Harze weisen eine Vorgelierungstemperatur, über der sie erstarren, auf. Dadurch ist es nötig, eine Soll-Temperatur T₀ und eine Betriebstemperatur T₁ zu verwenden, die unter dieser Vorgelierungstemperatur liegen. Gewisse homopolymere Harze haben eine Vorgelierungstemperatur von etwa 35 C, während die Vorgelierungstemperatur copolymerer Harze im allgemeinen zwischen 28 und 35' C liegt, jedoch in gewissen Fällen ausnahmsweise bei 22°C liegen kann.

Die verwendeten Stabilisiermittel (im allgemeinen Seifen, wie beispielsweise Kaliumoleat, Methyllaurat oder ein Netzmittel auf der Basis von Alkylarylsulfonat) sind jeweils nur in einem bestimmten Temperaturbereich wirksam, und es sollte ein Stabilisiermittel verwandt werden, bei dem die untere Grenze des Bereiches seiner Wirksamkeit unter der Vorgelierungstemperatur des betreffenden Harzes liegt.

In jedem Fall soll für eine gegebene Mischung (Harz und Stabilisiermittel) eine Betriebstemperatur T₁ gewählt werden, die unter der Vorgelierungstemperalur des Harzes und in einem Bereich liegt, in dem das Stabilisiermittel wirksam ist, wonach die Soil-Temperatur T₀ in dem gleichen Bereich der Wirksamkeit des Stabilisiermittels und unter der Vorgelierungstemperatur des Harzes liegen soilte. Die meisten Stabilisiermiltel weisen wirksame Bereiche auf, deren obere Grenze in der Größenordnung der Vorgelierungstemperaturen liegt.

Nachfolgend werden zwei Beispiele der Herstellung von Schaum mit dieser Vorrichtung angegeben. In diesen* beiden Beispielen beträgt der Druck des Srhüiimcs 5 bar und der der Schaumlufl 6 bar. Außerdem ist das bei beiden Beispielen verwendete Stabilisiermittel so gewählt, daß es bei der Arbeitstemperatur wirksam ist.

B c i s ρ i e 1 I

Bei diesem Beispiel handelt es sich um einen Schaum aus einem Polyvinyl-Plastisol, das aus einem homo· polymeren Standardharz besteht und mit 50°/„ plastifizicrt und stabilisiert ist. Dabei ist die Soll-Temperatur T₀ die Vorgelierungstemperatur des Plastisol, d. h. etwa 30 C, verringert um einen geringen Sichcrheitsbereich.
Wenn der Rotor mit 250 U/min umläuft und die Temperatur des Glykol-Wasscrs bei 8°C liegt, beträgt die Betriebstemperatur Γ, 24"C, und der erhaltene Schaum ist sehr homogen.

Gemäß einer Variante dieses Beispiels, bei dem man den Rotor mit 350 U/min umlaufen läßt, sollte die

ao Temperatur des GIykol-Wassers bei —5"C gehalten werden, damit man eine Betriebstemperatur 7", in der Größenordnung von 26 bis 27"C erhält, d. h. eine Temperatur unter der Soll-Temperatur T₀, die bei 30 C liegt.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel handelt es sich um einen Sehn um aus Polyvinyl-Plastisol, das aus einem copolymcrcii Harz mit niedrigem Gclierungspunkl besteht und mit 50°/₀ plastifiziert und stabilisiert ist. Die Soll-Temperatur 7₀ ist dabei die Vorgelicrungstemperatur des Plastisols, d. h. etwa 25"C, etwas verringert.
Wenn der Rotor mit 300 U/min umläuft und die Temperatur des Glykol-Wassers bei —8 ¹C liegt, ist die Betriebstemperatur T₁ 22° C, und der erhaltene Schaum ist noch sehr homogen.

Bezüglich des Profils der Mischkammer Io in axialer Richtung ist zu bemerken, daß es in den meisten Fällen vorzuziehen ist, obgleich man in gewissen Fällen die Verwendung einer zylindrischen Mischkammer in Betracht ziehen kann, eine Mischkammer mit sich ändernder Form zu verwenden, in der die Mischung in den divergierenden Abschnitten gleichmäßig be-

schleunig! und in den konvergierenden Abschnitten gleichmäßig verzögert wird, wobei vorteilhafterweise zylindrische Vcrbihdungsabschnilte vorgesehen werden können, in denen die Geschwindigkeit der Mischung ebenfalls gleichförmig ist. Allgemein wird

die Ausbildung so getroffen, daß die Mischung im stromaufwärtigen Teil verzögert wird.

Im Falle der F i g. 1 weist die Mischkammer des Mischers von stromaufwärts nach stromabwärts einen divergierenden Abschnitt auf, an den sich ein konvergierender Abschnitt anschließt, wobei die beiden Kegelslümpfe auf der Seite ihrer größten Durchmesser miteinander verbunden sind. Eine solche Form der Ringkammer eignet sich für Schaum aus Polyvinylchlorid oder natürlichem Latex.

Ls kann jedoch auch, wie oben angegeben, in vieler Fällen von Interesse sein, am Mischer .ylindrische Verbindungsabschnitlc vorzusehen, in denen die Mischung mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit umläuft. Sc kann beispielsweise ein Mischer 1, wie in F i g. 4 dar-

gestelll, in Strömungsrichtung von lber nach unter gesehen, einen divergierenden Absc mitl /„ einen zylindrischen Abschnitt i_t, einen di rcrgicrenden Anschnitt/₃. einen konvertierenden abschnitt I₁, einer

zylindrischen Abschnitt /₆ und schließlich einen konvergierenden Abschnitt i_t aufweisen, während der in F i g. 5 dargestellte Mischer I, ebenfalls von oben nach unten in Strömungsrichtung, einen divergierenden Absclini'.i /,, einer konvergierenden Abschnitt t._it einen zylindrischen Abschnitt I₃ und einen konvergierenden Abschnitt /₄ aufweist. Der in F i g. 6 dargestellte Mischer Ϊ ist, wiederum in Strömungsrichtung von oben nach unten gesehen, aus einem divergierenden Abschnitt /,, einem zylindrischen Abschnitt /₂, einem divergierenden Abschnitt I₃, einem zylindrischen Abschnitt /₄, einem konvergierenden Abschnitt /₅, einem zylindrischen Abschnitt /„ und aus einem konvergierenden Abschnitt I₇ zusammengesetzt.

Was die Abmessungen betrifft, so wird die Höhe //

jedes Abschnitts (konischer oder zylindrischer Abschnitt) durch die Formel

T- D

festgelegt, worin T die Zeil der Schaumbildung, D der Durchsatz des hergestellten Schaumes und S der Ringquerschnitt der Kammer 1 ist (für die konischen Abschnitte der mittlere Ringciucrschnitt).

ίο Der in F i g. 4 dargestellte Mischer kann beispielsweise für die Herstellung von Schaum aus synthetischem Acryllatex oder Plastisol geeignet sein, während ein Mischer, wie er in den F i g. 5 und 6 dargestellt ist, für die Herstellung eines Schaumes aus natürlichem Latex verwendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 614/274

Claims (2)

1 2 in eine Form oder beim Auftragen bzw. Beschichten Patentansprüche: einer Unterlage, was zur Folge hat, daß das Endpro dukt eine ungleichmäßig aussehende Oberfläche auf-

1. Verfahren zum Herstellen von Kunststoff- weist und eine heterogene Struktur hat. Diese Nachschaum in einer Mischkammer, bei der die schaum- 5 teile können durch ein Durchmischen des aus der Herbildende Mischung und die Schäumluft auf der Stellungsvorrichtung austretenden Schaumflusse^ nicht einen Seite zugeführt werden und der Schaum auf beseitigt werden. Eine solche Durchmischung würde der anderen Seite abgeführt wird, wobei eine die im Schaum eingeschlossenen Mikroblasen beseiti-Mischkammerwand gedreht wird, dadurch gen, wodurch der Schaum seine Zellstruktur verlieren gekennzeichnet, daß die Innen- und die io würde.

Außenwand der Mischkammer auf gleicher, unter Zur Überwindung der obengenannten Schwierig-

der Vorgelierungstemperatur des Harzes und in keilen und zur Erzeugung eines möglichst homogenen einem das Stabilisiermittel zur Wirkung gelangen Kunststoffschaumes sind verschiedene Verfahren und lassenden Bereich liegender Temperatur gehalten Vorrichtungen vorgeschlagen worden. In der franwerden. ₁₅ zösischen Patentschrift 1 405 984 wird eine Vorrich-

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens tung beschrieben, bei der die einzelnen Mischkomponach Anspruch 1 mit einer ringförmigen Misch- nenten in eine mit Rührern versehene zylindrische k mmer, deren innere Vorsprünge aufweisende Kammer an einem Ende der Kammer eingedüst und V ind sich dreht und deren Außenwand gekühlt ist, die Mischung am anderen Ende abgezogen wird, wobei wobei an dem einen Ende der Mischkammer die 20 die Kammer von außen durch einen Kühlmantel geden Kunststoffschaum bildende Mischung und die kühlt wird. Weiterhin wird in der deutschen Patent-Schäumluft zugeführt und am andeien gegenüber schrift 966 494 ein Verfahren zur Herstellung von liegenden Ende der Schaum abgeführt wird, da- Polyurethanschaum beschrieben, bei dem die Reakdurch gekennzeichnet, daß ein vom Kühlkreislauf tionskomponenten, eine mit Wasser versetzte PoIy-(11, 12a, 13) der Außenwand unabhängiger, einen 35 estermasse und Polyisozyanat, auf eine Temperatur Mengenregler (20) aufweisender Kühlkreislauf (16. unter O⁰C abgekühlt werden und die Reaktionsmasse 17, 12Z», 14) für di-Innenwand (Ic) angeordnet ist. anschließend bei höherer Temperatur verschäumt

wird. Weiterhin ist in der schweizerischen Patentschrift 362 518 eine Vorrichtung zum Herstellen von

30 Kunststoffschaum beschrieben, die eine kegelstumpf-

förmige Ringkammer aufweist, an deren Enac mit kleinerem Durchmesser die Mischkomponenten zuge-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen führt werden und am Ende mit dem größeren Durchvon Kunststoffschaum in einer Mischkammer, bei der messer die Mischung abgeführt wird. Dabei kann die die schaumbildende Mischung und die Schäumluft auf 35 Innenwand der Mischkammer gedreht und die Außender einen Seite zugeführt werden und der Schaum auf wand gekühlt werden.

der anderen Seite abgeführt wird, wobei eine Misch- Obwohl alle diese bekannten Verfahren und Vorkammerwand gedreht wird. richtungen die Herstellung von Kunststoffschaum mit

Der nach einem solchen Verfahren erzeugte Kunst- verbesserter Homogenität zum Ziel hatten, ist eine stoffschaum kann verschiedene Härtegrade aufweisen, 4° sprunghafte Verbesserung der Homogenität durch für unterschiedliche Zwecke in der Industrie, im Haus- diese Vorrichtungen und Verfahren nicht erreicht halt, für Nahrungsmittel usw. verwand*, werden und worden.

ist auf der Basis von Kunststoffen wie beispielsweise Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

Polyvinylchlorid, Polyurethan, Polyäthylen, Acryl- ein Verfahren anzugeben, mit dem ein äußerst homoharzen, Mischpolymerisaten, synthetischem oder natür- 45 gener Kunststoffschaum erzeugt wird,
lichem Latex usw. hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Lösung

Der in Form von weichen, mehr oder weniger dicken dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die Innen-Bogen, Bahnen oder Decken hergestellte Kunststoff- und die Außenwand der Mischkammer auf gleicher, schaum kann zur Herstellung verschiedener Gegen- unter der Vorgelierungstemperatur des Harzes und in stände, insbesondere für Boden- oder Wandverkiei- 5° einem das Stabilisiermittel zur Wirkung gelangen düngen, Unterfutter oder Auskleidungen, Schutz- und lassenden Bereich liegender Temperatur gehalten Verstärkungsteile usw. verwandt werden, bei denen es werden.

wichtig ist, daß ihre Oberfläche gleichmäßig aussieht Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil

und das Material, aus dem sie bestehen, homogen ist. auf, daß der nach ihm hergestellte Kunststoffschaum Wie die Erfahrung zeigt, bringt die Fertigung von 55 gegenüber nach bekannten Verfahren hergestelltem gleichmäßigem und homogenem Kunststoffschaum im Kunststoffschaum eine weitaus höhere Homogenität Stadium der Herstellung des Schaumes schwierige zeigt.

Probleme mit sich, die vor allem auf die Temperaturen Im folgenden werden an Hand der Zeichnung das

bei der Herstellung zurückzuführen sind. Jede Tempe- erfindungsgemäße Verfahren und eine beispielsweise raturschwankung im Gesamtstrom des Kunststoff- 60 Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung ichaumes, der aus der Vorrichtung zu seiner Herstellung dieses Verfahrens näher erläutert,
lustritt, äußert sich bei verschiedenen Temperaturen F i g. 1 zeigt einen schematischen Axialschnitt einer

lurch eine entsprechende Heterogenität der physika- Ausführungsform einer eifindungsgemäßen Vorrichisch-chemischen Eigenschaften der Einzelströme, die tung zum Herstellen von Kunststoffschaum;
iiesen Gesamtstrom bilden. Diese Einzelströme mit 65 F i g. 2 und 3 zeigen Einzelheiten aus F i g. 1;
interschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaf- F i g. 4 bis 6 stellen ähnlich wie in F i g. 1 dreiwei-

en hahin demnach gleichfalls unterschiedliche Eigen- tere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorichaften hinsichtlich ihres Verhaltens beim Umfüllen richtung zum Herstellen von Kunststoffschaum dar.