CH327737A - Verfahren zur Erzeugung von Kunststoffschaum mit Feinschaumstruktur und nach diesem Verfahren hergestellter Kunststoffschaum - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Erzeugung von Kunststoffschaum mit Feinschaumstruktur und nach diesem Verfahren hergestellter Kunststoffschaum
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von in AushÏrtung   begriffenem    Kunststoffschaum mit Feinschaumstruktur sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Kunststoffschaum.



  Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch g dass der Herstellungsprozess in drei zeitlich sieh unmittelbar aneinander anschliessenden Phasen kontinuierlich erfolgt, dessen erste Phase in der pneumatischen VerschÏumung einer Fl ssigkeit zu einem   Grob-      sehaum    besteht, in dessen zweiter Phase durch Einwirkung mechanischer Mittel der Grobschaum in einen Sehaum mit   Feinsehaum-    struktur übergeführt wird, und in dessen dritter Phase dem   Feinschaum    ein Kunststoffvorkondensat beigemengt wird, wobei die Flüssigkeit, die man   versehäumt,    einen Katalysator in ausreichender Menge enthält, um bei dem in der dritten Prozessphase beigemengten Kunststoffvorkondensat eine rasch fortschreitende   PolykondensationundAus-    härtung zu bewirken,

   die zu einer Verfestigung des   Feinsehaumes führt.   



   Es sind bereits eine Reihe von Verfahren für die kontinuierliche Herstellung schaum  artiger Massen    aus Kunststoffen, darunter auch aus Carbamidharzen, vorgesehlagen worden. Dabei wird meist so vorgegangen, dass eine   sehaumbildungsfähige Substanz durch    mechanische Rührwerke oder Versprüher mit Pressluft versehäumt wird und mit diesem Schaum dann ein Kunststoffvorkondensat vermiseht wird, woraufhin die so gebildete Masse, meist unter Anwendung von Temperatur und Druck, gehärtet wird. Ein anderer ähnlicher Vorschlag sieht vor, dass dem mit   Kunststoff-    vorkondensat bereits vermengten Schaum ein   Härtemittel    beigefügt und dadurch dessen Aushärtung eingeleitet wird.



   Diese bekannten Verfahren weisen aber sämtlich bedeutende Mängel auf und liefern Endprodukte, die solche Naehteile besitzen, dass sie sich bisher nicht einf hren konnten.



  Soweit dabei keine nachträgliche Wärmebehandlung vorgesehen ist, sind bei den vorgesehlagenen Kunststoffvorkondensaten solehe Mengen saurer Härter erforderlich, dass auf den Schaumstoff nachteilige Einwirkungen nicht vermieden werden können und im Endprodukt ein unzulässig hoher SÏuregehalt auftritt. Die Verfahren mit nachträglicher   Aus-    härtung durch Anwendung von WÏrme und Druck vermeiden zwar den unzulässig hohen Säuregehalt, sind aber umständlich, nur unter Schwierigkeiten kontinuierlich zu gestalten und liefern durchwegs nur groben   Kunststoff-    schaum, da die   Feinschaumstruktur-wenn    eine solche überhaupt erreiehbar ist - beim.



  Zumischen von   Kunststoff vorkondensat    bereits leidet und in diesem labilen Zustand bis zum Beginn des Aushärtungsprozesses praktisch mit Feinschaumstruktur nicht aufrechterhalten werden kann. 



   Demgegenüber wird beim Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ein Feinschaum gebildet, der mit dem in ihm enthaltenen Katalysator auf das beigefügte   Vorkondensat    rasch   katalysierend    wirkt und dessen   Poly-    kondensation und AushÏrtung einleitet, so la¯ eine nachträgliche Zugabe von Katalysator sich erübrigt. Der Gehalt des Feinschaumes an katalysierenden Substanzen und das beigefügte   Kunststoffvorkondensat,    das vorzugsweise ein sehr   labiles Carbamidharz    ist, sind so aufeinander abgestimmt, dass der Feinsehaum die Polykondensation des beigemengten   Kunststoffvorkondensates    bewirkt und ein Endprodukt mit Feinschaumstruktur erzielt wird.

   Auf diese Weise lϯt sich ein Kunststoffschaum gewinnen, der keinen   un-    zulässig hohen Säuregehalt aufweist und keiner Nachbehandlung zur volligen Aushär  tung    bedarf.



   Der Herstellungsprozess für den   Kunst-      stoffschaum    mit   Feinsehaumstruktur    geht in drei Phasen vor sich, erfolgt aber   kontinuier-    lieh und die drei   unterscheidbaren    Prozessphasen schlie¯en sich zeitlich unmittelbar aneinander an, wie nachstehend   näher beschrie-    ben wird.



   Die erste Prozessphase umfasst die pneumatische Erzeugung eines Grobschaumes aus dem flüssigen Ausgangsmaterial. Hierfür kann ein pneumatischer Grobschaumbildner verwendet werden, in welchem ein unter Druck   stehen-    der, regelbarer Gasstrom von unten durch eine ruhende Schicht des flüssigen Ausgangsmaterials geleitet wird, und zwar durch eine feinporige Platte   hindureh,    wobei das flüssige Ausgangsmaterial dem Grobschaumbildner in   soleher    Menge zugeführt wird, da¯ die Fl s  sigkeitshöhe über    der feinporigen Platte weit  gehend    konstant bleibt.

   Die Konstruktion des   Grobschaumbildners    und die entsprechende Dimensionierung des Gasstromes   gewährleiste    einen   Grobschaum    von solcher Struktur, dass zur späteren Umwandlung desselben in einen Feinschaum die notwendige Substanzmenge vorhanden ist. Dabei besteht aber durchaus die Möglichkeit, durch entspreehende Regelung von Gasdruck und Materialzufluss die pro Zeiteinheit erzeugte Menge   von Grob-    schaum innerhalb gewisser Grenzen zu ver ändern.



   Als Gasstrom kann zweckmässigerweise Pressluft verwendet werden. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass das vorliegende Verfahren nicht hierauf beschränkt ist. Vielmehr besteht auch die Möglichkeit, andere Gase als Luft zu verwenden und hierdurch besondere   Wir-      kungen    zu erzielen. Beispielsweise kann ein Gas verwendet werden, das   eventuell naeh der       Schaumverfestigung noch vorhandene Flüs-      ". igkeitsspuren,    die gegebenenfalls zu einem unerw nschten Geruch des   Endproduktes füh-    ren konnten, unschädlich bzw. geruchlos maeht, wie dies etwa von ozonhaltiger Luft bewirkt wird.

   Auch kann ein Gas verwendet werden, das auf das Endprodukt eine konser   vierende Wirkungausübtundbeispielsweise    Schimmelbildung, FÏulnis usw. hemmt.



   Als Fl ssigkeit f r die Grobschaumerzengung kommt vor allem Wasser in Frage, das nebst dem Katalysator ein die Schaumbildung   forderndes Mittel,    wie beispielsweise Alkoholsulfonat enthält. Wenn der Katalysator eine SÏure ist, so sollten die   die Sehaumbildung    f¯rdernden Mittel so beschaffen scin, da¯ sie in ihrer Funktion bei einem PH bis zu mindestens zwei hinunter nicht merklich beeinträchtigt sind. Als Katalysator kann zum Beispiel eine organische oder anorganische SÏure verwendet werden, die in wässriger Lösung der L¯sung des genannten Mittels zugegeben werden kann. Art und   Menge des Katalysators    richten sich nach dem in der dritten   Prozess-    phase dem   Sehaum      beigemengten Kunststoff-      vorkondensat.

   Er    soll auf dieses   polykonden-      sierend wirken.    Das vorliegende Verfahren ist aber keineswegs   auf Alkoholsulfonat    als die Schaumbildung   forderndes    Mittel und auf Säuren als Katalysatoren für das spÏter bei  gemengte    Vorkondensat beschrÏnkt. Vielmehr lassen sich viele andere   Substanzkombinatio-    nen angeben. Wesentlich ist aber die Tatsache, dass man erreichen kann, dass der aus dem Grobsehaum entstehende   Feinschaum    in seiner gesamten Substanz auf das spÏter zugef gte  Kunststoffvorkondensat katalysierend zu wirken vermag.



     Der    erzeugte Grobschaum wird in der zweiten Prozessphase durch die Einwirkung   mechanischer Mittel    in einen   Schanm mit       Feinsehaumstruktur umgewandelt. Diese Um-    Wandlung ist nat rlich nur innerhalb einer gewissen Verweilzeit des Schaumes im Bereich    dieser feinsehaumerzeugenden mechanischen    Mittel bis zu dem erw nschten Feinheitsgrad m¯glich. Trotzdem ist die   kontinuierliche Er-      zeugung von Feinschaum möglich. Sie    kann so erfolgen, dass die hierzu vorgesehenen    mechanischen Mittel längs eines langgestreek-    ten Behälters angeordnet sind, der an seinem    einen Ende seitens des Grobschaumbildners gespeist wird.

   Die Durehsatzmenge und Ver-      vveiilzeit kann    dabei so bestimmt und die   fein-    schaumerzeugenden Mittel so gestaltet werden, da¯ am Ende der zweiten Prozessphase ein   Feinschaum entstanden    ist, der   grössen-    ordnungsgemϯ wenigstens 105 Poren pro cm 3    aufweist.



   Das Vermengen des Feinsehaumes mit, dem    Vorkondensat in der dritten Proze¯phase erfolgt zweckmϯig noch unter der Wirkung der    feinsehaumerzeugenden mechanischen Mittel.   



     J) as Kunststoffvorkondensat    ist dabei vorzugsweise flüssig. Durch die mechanischen Mittel   wird dieses Vorkondensat    mit dem   Feinschaum    vermengt, steht aber   gleiehzeitig      enter      der Oberfläehemwirkung dessel. ben,    die eine homogene Verteilung dieses Vorkonden  sats    unterstützt. Jedenfalls wird so eine weitgehend gleichmϯige Verteilung gewÏhrleistet und kann bereits nach einer, im Verhältnis zur Dauer der dritten Prozessphase kurzen   Zeit. weitgellend verwirklicht    sein.

   Dureh diese rasche und gleichmϯige Verteilung des   lsunststottvorkondensats    in der   Feinsehaum-    masse ergibt sieh eine sehr weitgehende Auf  teilung desselben auf    die einzelnen. Sehaumstoffporen, was zu einer intensiven   Einwir-      kung    des Katalysators auf das Kunststoff   vorkondensat führt. Somit ergibt sieh eine    fast gleichzeitig im gesamten Feinschaum und in   dessen gesamtem Volumen stattfindende       beginnende Polykondensation des Vorkonden-    sats, die rasch fortschreitet und eine mehr und mehr zunehmende Aushärtung und Verfestigung des Feinschaumes zur Folge hat.



   Man wird natürlich darauf aehten, dass in der dritten Phase des Prozesses der ver   hältnismässig rasch aushärtende Kunststoff-      sehaum    nur noch so lange unter der Wirkung der feinschaumerzeugenden mechanischen Mittel bleibt, als durch diese noch keine Beein  trächtigung    und Zerstörung der Feinschaumstruktur erfolgt. Durch mechanische Transportmittel kann der so entstandene   Kunst-    stoffschaum aus dem Behälter herausgefördert werden, womit die dritte Prozessphase beendet ist.



   Die gesamte Prozessdauer und Verweilzeit des Schaumes vom Beginn der ersten bis zur   Beendigung der dritten Prozessphase    wird teils durch den Druck des dem   Grobschaumbildner    zugeführten Gasstromes und damit der Gasmenge, teils durch die mechanische Austrage Vorrichtung bestimmt. Durch entsprechende   EinregulierungkannKunststoffsehaum    verschiedener Struktur und versehiedenen   Raum-    gewichtes hergestellt werden.



   Wesentlich f r die richtige Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens ist die Art des beigemengten Kunststoffvorkondensats. Als besonders geeignet hat sich hierfiir ein labiles Carbamidharz, z. B. ein Methylolharnstoffharz, erwiesen, es sind aber auch andere Vorkondensate mit   ähnlichen Eigen-    sehaften verwendbar. Das vorzugsweise be  nützte    Carbamidllarz ist infolge seiner Herstellung nur teilweise   polykondensiert    und von sehr labiler Natur. Jedenfalls ist es gegen geringe Mengen saurer Katalysatoren in   wäss-    riger Lösung sehr empfindlieh und zeigt bei deren Vorhandensein eine rasch fortschreitende Polykondensation bis zur völligen Aushärtung ohne weitere Nachbehandlung.



   Bei Verwendung eines solchen labilen Carbamidharzes oder anderer   Vorkondensate    mit gleichartigen Eigenschaften ist somit bei Be  enduit,      der dritten Prozessphase    ein in Aus   härtung begriffener Kunststoffschaum mit      Feinschaumstruktur    vorhanden, der in ver   formbarem Zustand durch eine Austragevor-    richtung aus dem Behälter   herausgefordert    werden kann und innerhalb relativ kurzer Zeit, ohne notwendigerweise nachbehandelt zu werden, vollständig aushärtet. Der ganze Herstellungsprozess, wie vorstehend beschrieben, kann dabei ohne Anwendung höherer Temperaturen bei Normaltemperatur durchgeführt werden, was einen bedeutenden   Orteil    vorstellt.

   Ferner ist für die zweite und dritte Prozessphase kein höherer Druck als Atmosphärendruck notwendig.



   Nach dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung kann man   Kunststoffsehaum    mit Feinsehaumstruktur gewinnen, der gegen  ber ähnliehen Erzeugnissen anderer Herstellungsart wesentliche Vorteile aufweist. Vor allem kann durch Abstimmung des Katalysatorgehaltes der flüssigen Ausgangssubstanz auf das in der dritten Prozessphase beige  mengte      Knnststoffvorkondensat,    vorzugsweise ein labiles   Carbamidharz,    erreicht werden, dass das Produkt nach dem   volligen Aushärten    ehemisch angenähert neutral ist und kaum noch Spuren von überschüssiger saurer Kata  lysatorsubstanz    aufweist.

   Der ausgehärtete Kunststoffschaum besitzt, wenn er zum Beispiel mit labilem   Carbamidharz    hergestellt   kurde,    eine ausgezeichnete thermische IsolierfÏhigkeit, ist nicht entflammbar, kann als   weitgehend fäulnissicher und dauerhaft    betrachtet werden und ist zudem geruchlos, ungiftig und billig in der Herstellung.



   Abschliessend sei ein Ausführungsbeispiel f r das erfindungsgemässe Verfahren gegeben :
Eine wässrige Lösung, die 2 bis   4 /o Do-    decylbenzolsulfonat und 1 bis   2 ouzo    konzen  trierte Schwefelsäure    als Katalysator enthält, wird in der ersten Phase kontinuierlich mit Pressluft zu einem Grobschaum verschäumt.



  In der zweiten sich unmittelbar anschliessenden Phase wird der   Grobschaum    durch die Einwirkung rotierender Drahtborstenwalzen kontinuierlich in einen Schaum mit   Feinstruk-    tur übergeführt. Dieser   Feinsehaum    weist ein Gewieht von 12-20 kg/m3 auf.

   In der dritten Phase, die sich   nnmittelbar    an die zweite anschliesst, werden   dem-Feinschaum konti-      nuierlich    pro m3   etwa 4-18    kg einer 50    /oigen    wässrigen Lösung eines härtbaren, labilen   Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensates    bei  gemengt.    Dieses   härtbare Vorkondensat wurde    erhalten durch Zufliessenlassen einer hei¯en wässrigen   Harnstofflosung    in eine siedende wässrige Formaldehydlösung bei einem pH AVert der beiden Lösungen von 3 bis 5.

   Die Ausgangsstoffe Formaldehyd und Harnstoff wurden bei der Bildung des Vorkondensates im Molverhältnis 1, 4 :   1    bis   2    :   1    angewendet.



  Nach der Zugabe des härtbaren Vorkonden  sates bewirkt    die SchwefelsÏure in der vorhandenen Menge bei demselben eine rasch fort   schreitende Polykondensation und Aushär-    tung, so dass der Feinschaum erstarrt und als Endprodukt ein in Aushärtung   begriffener      Kunststoff schäum erhalten wird.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Erzeugung von in Aushärtung begriffenem Kunststoffsehaum mit Feinschaumstruktur, dadurch gekennzeichnet, da¯ der IIerstellungsprozess in drei zeitlich sich unmittelbar aneinander anschliessenden l'hases kontinuierlieh erfolgt, dessen erste Phase in der pneumatisehen Verschäumung einer Fl ssigkeit zu einem Grobschaum besteht, in dessen zweiter Phase durch Einwirkung mechanischer Mittel der Grobsehaum in einen Sehaum mit Feinsehaumstruktur übergeführt wird, und in dessen dritter Phase dem Feinsehaum ein Kunststoffvorkondensat bei gemengt wird, wobei die Fl ssigkeit, die man verschÏumt,

   einen Katalysator in ausreichen- der Menge enthält, um bei dem in der dritten Prozessphase beigemengten Kunststoffvorkon- densat eine rasch fortsehreitende Polykondensation und Aushärtung zu bewirken, die zu einer Verfestigung des Feinschaumes führt.

   II. Nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I hergestellter Kunststoffschaum.

   UNTERANSPRUCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Grobschaum in einem pneumatischen Grobsehaumbildner erzeugt wird, bei dem ein unter Druek stehender Gasstrom dureh eine Vielzahl von Poren von unten lier durch eine ruhende Schicht der zu versehäumenden Flüssigkeit geleitet wird.

   2. Verfahren naeh Patentansprueh I und Unteranspruch l, dadurch gekennzeichnet. dass der Gasstrom, der dem pneumatischen Grobschaumbildner zugeführt wird, ein Pre¯ Snftstrom ist.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I und ITnteranspruch], dadureh gekennzeichnet, dass der Gasstrom, der dem pneumatischen Grobschaumbildner zugeführt wird, aus einem (as besteht, das im Endprodukt eine geruehs- bindende Wirkung aus bt.

   4. Verfahren naeh Patentansprueh I und Unteransprueh l, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom, der dem pneumatischen (Irobsehaumbildner zugeführt wird, aus einem ras besteht, das im Endprodukt eine konser- vierende Wirkung ausübt.

   5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschäv- mende Flüssigkeit als Katalysator eine wäss rige, organische oder anorganische Säure ent- halt.

   6. Verfahren nach Patentansprueh I uncl Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschÏumende Flüssigkeit eine die Sehaumbildung fordernde Substanz enthält, die bei einem plu-vert von zwei in ihrer in ihrer Sehaumkraft nieht merklieh beeinträehtigt ist.

   7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass in der zweiten Prozessphase ein Feinschaum gebildet wird, der wenigstens 105 Poren pro em. 3 enthÏlt.

   8. Verfahren naeh Patentansprueh I, dadurch gekennzeichnet, dass der Feinsehaum bei der Beimengimg des Kunststoffvorkon- densates in der dritten Prozessphase noch unter der Wirkung von feinschaumerzeugen- den, mechanischen Mitteln steht.

   9. Verfahren nach Patentanspruch 1 und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Transportmittel verwendet werden, die den mit dem Kunststoffvorkondensat vermengten Feinschaum in der dritten Proze¯phase nach einer bestimmten Einwir- kungsdauer der feinsehaumerzeugenden mechanischen Mittel der Einwirkung dieser Mittel entziehen.

   10. Verfahren nach Patentanspruch 1 und Unteranspruchen 8 und 9, dadurch gekennzeiehnet, dass der Feinsehaum durch die genannten Transportmittel der Einwirkung der feinschaumerzeugenden mechanischen Mittel entzogen wird, bevor die letzteren Mittel eine maehteilige Wirktxng auf seine Feinschawn- struktur ausüben.

   11. Verfahren nach Patentansprueh I und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffvorkondensat in der dritten Prozessphase unter der Einwirkung der feinschaumerzeugenden mechanischen Mittel und der Oberflächenkräfte seitens des Fein sehaumes in diesem gleichmässig verteilt wird. und dass diese Verteilung bereits naeh einer Zeit erreicht ist, die im Verhältnis zur Gesamtdauer der dritten Prozessphase kurz ist.

   12. Verfahren naeh Patentanspruch I und Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Prozessphase als Kunst stoffvorkondensat ein labiles Carbamidharz in flüssiger Form zugeführt wird, das von dem im Feinschaum homogen verteilten Kataly- sator zur rasch fortschreitenden Polykonden- sation und Aushärtung veranlasst wird.

   13. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und dritte Prozessphase bei Atmosphärendruek oder hiervon nur wenig verschiedenem Druck vor sich geht.

   14. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Herstellungsprozess bei Norma. ltemperatur durchgeführt wird.

   15. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und dritte Phase in einem einzigen, mit mechanisehen Mitteln zur Feinschaumerzeugung versehenen BehÏlter ablaufen, der am einen Ende vom Grobschaumbildner gespeist wird und am andern Ende eine Austragevorrichtung aufweist, durch die der im Aushärten begriffene, aber noch verformbare Kunststoffsehaum mit Feinschaumstruktur aus dem Behälter herausgefördert wird.

   16. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchsatzmenge durch den Druck des dem Grobschaumbildner zugeleiteten Gasstromes und die Fördergeschwindigkeit der Austragevorrichtung eingeregelt wird.

   17. Kunststoffsehaum naeh Patentansprueh II ; dadurch gekennzeichnet, dass er noeh ver iormbar ist und seine völlige Aushärtung ohne weitere Nachbehandlung selbstÏndig vor sich geht.

   18. Kunststoffschaum nach Patentanspruch TI, dadureh gekennzeichnet, dass er ehemiseh. nahezu neutral ist.