EP0032142A1 - Process and device for the continuous production of polyurethane - Google Patents

Process and device for the continuous production of polyurethane

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Publication number
EP0032142A1
EP0032142A1 EP80901230A EP80901230A EP0032142A1 EP 0032142 A1 EP0032142 A1 EP 0032142A1 EP 80901230 A EP80901230 A EP 80901230A EP 80901230 A EP80901230 A EP 80901230A EP 0032142 A1 EP0032142 A1 EP 0032142A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
kneading
screw
mixing
housing
worm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP80901230A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ivan Stojanovic
Peter Schimanski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buss AG
IROQUOIS CHEMIE GmbH
Original Assignee
Buss AG
IROQUOIS CHEMIE GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buss AG, IROQUOIS CHEMIE GmbH filed Critical Buss AG
Publication of EP0032142A1 publication Critical patent/EP0032142A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/0895Manufacture of polymers by continuous processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/20Stationary reactors having moving elements inside in the form of helices, e.g. screw reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/375Plasticisers, homogenisers or feeders comprising two or more stages
    • B29C48/38Plasticisers, homogenisers or feeders comprising two or more stages using two or more serially arranged screws in the same barrel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05Filamentary, e.g. strands

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device according to the preceding claims. This is intended to avoid an untargeted crosslinking of the individual components during the addition polymerization, as a result of which the material properties would be adversely affected and incorrectly polymerized, jelly particles could also occur.
  • Recipes, types of manufacture and use of polyurethanes are known from publications, for example from the plastics handbook. Volume VII, Vieweg-Höchtlen, Carl-Hanser Verlag. However, these • deal primarily with batch production using the casting process or on mixing rolling mills.
  • a short-chain diol is added as a so-called chain extender to the reaction between the long-chain bi-functional polyol and isocyanate
  • chain extender preferably an diol, for example 1,4-butanediol
  • the distribution of the soft and hard segments in the chains is not carried out in the desired manner, and in extreme cases this can even lead to the formation of linear non-elastic polyurethanes if large amounts of the diisocyanate are consumed in the reaction with butanediol alone.
  • the inventive method and the device for this have the features listed in the characterizing part of claims 1 and 2.
  • the object of the invention was to overcome the difficulties and disadvantages described above and describes a successful process in which the individual reaction components are separated into the screw housing of a single-shaft mixing and kneading machine, as described, for example, in DE PS 20 56 611 has been described, injected. f OMPI - 3 -
  • This mixing and kneading machine has an intensive mixing effect, both in the axial and in the radial direction, with clear backmixing between the individual kneading stages, which represent a progressive reactor cascade.
  • This mixing effect is caused by the interaction of the individual worm wings and the knuckle teeth.
  • the reaction progresses gradually in individual sections of the snail shell with a smooth transition.
  • the individual reaction components can be adjusted individually or partially with reaction adaptation. premixed or even pre-reacted injected.
  • fillers, extenders, colorants and auxiliaries can be added and kneaded homogeneously during or after the reaction.
  • the melt is preferably discharged through a thread nozzle into a cooling bath and then granulated.
  • Fig. 2 shows three different kneading chicanes, which in the
  • Inner wall of the housing of the mixing and kneading machine can be used / ÜRE-AT? "
  • OMPI Fig. 3 shows the mixing and kneading machine in side view
  • Fig. 4 is a front view of the flanged Trans ferschnecke.
  • the shaft of the mixing and kneading machine 16 is driven by the motor 1 by means of V-belts 15 and the gear 14.
  • the housing of the machine 16 is equipped with kneading chicanes over its entire length without an inlet connection. Kneading teeth 27 can be used, which are secured against rotation with the pin 28 in the housing wall, or kneading bolts 25, 26.
  • the machine is equipped with 126 bolts 26 and three bolts 25; the latter are pierced and are used to inject the reaction components.
  • the bolts 25 can be used in any A number and at optimally chosen points instead of the bolts 26.
  • the individual bolts form a cascade of 129 intermeshing processing chambers in the known To interact with the rotating and simultaneously reciprocating screw blades.
  • the product is mixed intensively, kneaded and divided by the screw wing edge. A smaller part is pushed back into the previous chamber, the larger part is pushed into the next subsequent chamber.
  • the edges of the screw blades brush the inside wall of the housing and past the bolt, which in turn wipes the screw blades, so that the process is self-cleaning
  • the reactants an isocyanate 6, a polyol 7, which can be an unbranched or slightly branched polyester mixture, and a so-called chain extender are preheated in the boilers 9 provided with a heating jacket.
  • the individual components are pumped by means of metering pumps 17 through heated pipelines 18 to the mixing and kneading machine 16 and injected through the bolts 25 into the kneading chambers.
  • the kneader housing has a length of 12 L / D from the first injection point.
  • the average residence time of the components when passing through the 129 kneading cascades is 3-4 minutes. Due to the inclination of the screw blades, the excellent longitudinal and transverse mixing effect with partial recirculation is overlaid by a dominant plug flow in the exit direction, which means that the residence time can be shortened by increasing the speed.
  • Kneader housing and shaft can be heated or cooled, which enables the temperature of the strongly exothermic reaction to be controlled.
  • the mixture of the isocyanate with the polyol begins at 1 after one L / D length and is continued until close to 3 at three L / D lengths; the reaction already begins.
  • the chain extender is now added and takes part in the reaction, which is already quite advanced shortly after 5 at five L / D.
  • the material is processed over a further seven L / D lengths in order to mature the reaction at a temperature.
  • the resulting highly viscous melt is then ejected into a short transfer screw 19 with drive 20.
  • the screw conveyor 19 builds up a uniform delivery pressure in order to push the melt through a right-angled thread nozzle 21 into a water bath 22.
  • the threads drawn through the water bath are then cut into a granulator 23.
  • degassing the melt can be advantageous.
  • a degassing nozzle 24 is provided on the kneader housing, which is closed by an insert when not in use.
  • OMPI still had a medium viscosity.
  • the liquid di- isoc.yanate was injected through a kneading pin, the ratio between the premix and the diisocyanate was kept at approx. 2.4: 1.
  • the worm shaft and the three separately heatable housing zones were heated to 178 ° C. After the onset of the reaction, the product temperature rose briefly to 182 ° C. and then decreased again.
  • the screw speed in the reaction kneader was 85 rpm and was tempered to 70 ° C., so that the viscous product could be knocked off hot immediately after leaving the multi-hole nozzle plate and quickly cooled in a conveying air stream.
  • a polyurethane was continuously prepared from three individual metered components.
  • the drilled kneading pins were inserted into the reactor housing as follows in accordance with the recipe.
  • a long-chain polyol mixture with a relative molecular weight of about 16O0 to 50 ° C was premelted and injected into the reactor at zero D.
  • the three zones of the reactor housing were tempered at 120 ° C., then 100 ° C. and 60 ° C., the screw shaft at 100 ° C.
  • the production temperature jumped to 120 ° C and then at 4 D to 140 ° C, before slowly falling again.
  • the screw speed was kept at 40 rpm and 4.2 kg / h of product was produced.
  • the method disclosed above offers numerous advantages; For example, the installation of pierced kneading pins at freely selected locations, which can be found on the circumference or length of the reactor housing, enables a very good adaptation to the known recipes. This also makes it possible to shorten the length of the reaction zones.
  • the large number of successive reactor stages in a cascade brings about thorough mixing and advantageous homogenization of the reaction.
  • the speed and the shear rate in the kneading reactor can be selected so that the reaction product is not overheated and thermally damaged.
  • the worm shaft consists of a shaft core with slid-on screw wing bushes, which are interchangeable.
  • the screw wing geometry can . be selected so that the speed can be regulated independently of the throughput, and the reactor remains filled.
  • the reaction products in granular form have the same excellent properties as could previously only be achieved using the pouring method; they are free of jellyfish or nodules.
  • the reactor can also be used at high temperatures without modification.

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Abstract

Le procede doit permettre la polyaddition et la fabrication en continu de polymethanes avec la granulation consecutive, qui soit propre a l'usinage sur des extrudeuses, des presses et des boudineuses. Cela est obtenu par l'injection dans le boitier d'une machine a vis sans fin (16), en des points choisis (25), avec des pompes de dosage (17), des differents constituants (6, 7, 8) prealablement chauffes. La machine a vis sans fin (16) est a axe unique et sert de reacteur en cascade. Sa construction est particuliere: les filets de la vis sans fin sont interrompus et l'arbre rotatif accomplit simultanement un mouvement de va-et-vient, de sorte que des chevilles (25, 25) ou des dents (27) disposees a l'interieur du boitier de la vis sans fin puissent penetrer entre les ailettes de la vis, par les lacunes, pour diviser, malaxer et melanger de facon intensive le materiau transporte. A la sortie de la machine a vis sans fin (16), le polymerisat penetre dans une courte vis de transfert (19) puis ressort par une buse a plusieurs trous (21) ou il est decoupe pour former le granulat.The process must allow polyaddition and continuous manufacture of polymethanes with consecutive granulation, which is suitable for machining on extruders, presses and extruders. This is obtained by injecting into the housing of a worm machine (16), at selected points (25), with metering pumps (17), of the various constituents (6, 7, 8) beforehand. heat. The worm machine (16) has a single axis and serves as a cascade reactor. Its construction is special: the threads of the worm are interrupted and the rotary shaft simultaneously performs a back-and-forth movement, so that pegs (25, 25) or teeth (27) arranged at the inside the housing of the worm can penetrate between the fins of the screw, through the gaps, to divide, knead and intensively mix the material transported. At the outlet of the worm machine (16), the polymerisat enters a short transfer screw (19) then exits through a nozzle with several holes (21) where it is cut to form the aggregate.

Description

Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Polyurethanen. Process and device for the continuous production of polyurethanes.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Ein¬ richtung, nach den vorstehenden Patentansprüchen. Damit soll während der Additions-Polymerisation eine ungezielte Vernetzung der einzelnen Komponenten vermieden werden, durch welche die Werkstoffeigenschaften beeinträchtigt würden und auch unrichtig poly erisierte, quallige Teilchen auftreten könnten. Rezepturen, Herstellungsarten und Verwendung von Polyurethanen sind durch Veröffentlichungen bekannt, beispielsweise durch das Kunststoff- handbuch. Band VII, Vieweg-Höchtlen, Carl-Hanser Verlag. Diese behandeln allerdings vornehmlich die absatzweise Herstellung nach dem Giessverfahren oder auf Mischwalzwerken.The present invention relates to a method and a device according to the preceding claims. This is intended to avoid an untargeted crosslinking of the individual components during the addition polymerization, as a result of which the material properties would be adversely affected and incorrectly polymerized, jelly particles could also occur. Recipes, types of manufacture and use of polyurethanes are known from publications, for example from the plastics handbook. Volume VII, Vieweg-Höchtlen, Carl-Hanser Verlag. However, these deal primarily with batch production using the casting process or on mixing rolling mills.

Die Möglichkeit, ein Polyurethan auf Schneckenmaschinen konti¬ nuierlich herzustellen, wurde bereits in den FR PS 956.605 und 961.756 beschrieben. Dabei wurde darauf geachtet, dass das noch nicht vollständig reagierte Polymerisat in flüssigem Zustand ausgestossen wurde, bevor es den zäh-plastischen Zustand er¬ reichte. Die Eigenschaften der erzeugten Produkte erreichten aber nicht die gewünschten hohen Werte, welche mit der Giess- methode erreichbar sind. Die Versuche waren nicht befriedigend, die Einstellung des gewünschten Molekulargewichtes war äusserst schwierig, und die Molekulargewichtsverteilung war nicht aus¬ reichend gleich ässig. Darüberhinaus erhielt man in der ausge- stossenen Schmelze stets quallige Teilchen, die man auch als Knötchen bezeichnet. Man gelangte zur Ansicht, dass es nicht möglich sei, eine Einschneckenmaschine den schwierigen Reak¬ tionsbedingungen der verschiedenen Rezepturen genügend anzu¬ passen, und dass nur Mehrschneckenextruder für die Polyurethan¬ herstellung geeignet seien; dies geht unter" anderem aus den DE OS 24 47 368, 25 49 372, 26 08 280 und 26 10 980 hervor. Diese beschreiben alle Verfahren, bei denen man danach trachtet, einen Rückmischeffekt möglichst zu vermeiden.The possibility of continuously producing a polyurethane on screw machines has already been described in FR PS 956.605 and 961.756. Care was taken to ensure that the polymer which had not yet reacted completely was discharged in the liquid state before it reached the viscous-plastic state. However, the properties of the products produced did not reach the desired high values that can be achieved with the casting method. The experiments were unsatisfactory, the setting of the desired molecular weight was extremely difficult, and the molecular weight distribution was not sufficiently uniform. In addition, there were always jelly particles in the ejected melt, which are also referred to as nodules. It was concluded that it was not possible to adequately adapt a single-screw machine to the difficult reaction conditions of the various recipes and that only multi-screw extruders were suitable for the production of polyurethane; this goes under "alia from DE OS 24 47 368 25 49 372 26 08 280 and 26 10 980 forth. These all describe processes in which one seeks to prevent back mixing effect as possible.

- TJTC*_- TJTC * _

O PI ~ Die Untersuchung der Ursachen der nicht ganz befriedigenden Er gebnisse führt zu der Erkenntnis, dass die Temperatur und der Zeitpunkt der Polyaddition der Komponenten jeweils genau der Rezeptur und den Verfahrensbedingungen angepasst werden muss, um Polyurethane mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Dabei muss man bei der kontinuierlichen Herstellung auch besor sein, die Reaktionszeit kurz zu halten. Wird beispielsweise be der Reaktion zwischen dem langkettigen bi-funktionellen Polyol und Isocyanat noch ein kurzkettiges Diol als sogenannter Kette verlängerer hinzu addiert, dann können sich erhebliche Schwie¬ rigkeiten ergeben, denn der Kettenverlängerer, vorzugsweise ei Diol, z.B. 1,4 Butandiol, reagiert einerseits infolge seiner grösseren Reaktivität bevorzugt mit den Diisocyanaten und tren sich anderseits bei den Reaktionstemperaturen ziemlich schnell von den Polyolen. Die Verteilung der Weich- und Hartsegmente in den Ketten erfolgt nicht in der gewünschten Weise, und im Extremfall kann dies sogar zum Entstehen von linearen nicht¬ elastischen Polyurethanen führen, wenn grosse Anteile des Di- isocyanats allein in der Reaktion mit Butandiol verbraucht werden.O PI ~ The investigation of the causes of the results, which are not entirely satisfactory, leads to the realization that the temperature and the point in time at which the components are polyadducted must be adapted precisely to the formulation and the process conditions in order to obtain polyurethanes with the desired properties. With continuous production, you also have to be careful to keep the reaction time short. If, for example, a short-chain diol is added as a so-called chain extender to the reaction between the long-chain bi-functional polyol and isocyanate, considerable difficulties can arise because the chain extender, preferably an diol, for example 1,4-butanediol, reacts on the one hand preferred due to its greater reactivity with the diisocyanates and, on the other hand, quickly separated from the polyols at the reaction temperatures. The distribution of the soft and hard segments in the chains is not carried out in the desired manner, and in extreme cases this can even lead to the formation of linear non-elastic polyurethanes if large amounts of the diisocyanate are consumed in the reaction with butanediol alone.

Kleine Schwankungen im Anteil der für die Gesamtreaktion zur Verfügung stehenden Komponenten können grosse Schwankungen im Molekulargewicht der Polyadditionsprodukte zur Folge haben; ihre kontinuierliche Herstellung ist deshalb nicht einfach.Small fluctuations in the proportion of the components available for the overall reaction can result in large fluctuations in the molecular weight of the polyaddition products; their continuous production is therefore not easy.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die Einrichtung dazu weise die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1. und 2. aufgeführte Merkmale auf. Die Erfindung stellte sich die Aufgabe, die vor¬ stehend geschilderten Schwierigkeiten und Nachteile zu über¬ winden und beschreibt ein erfolgreiches Verfahren, bei dem die einzelnen Reaktionskomponenten getrennt in das Schneckengehäus einer einwelligen Misch- und Knetmaschine, wie sie beispiels¬ weise in der DE PS 20 56 611 beschrieben wurde, eingespritzt werden. f OMPI - 3 -The inventive method and the device for this have the features listed in the characterizing part of claims 1 and 2. The object of the invention was to overcome the difficulties and disadvantages described above and describes a successful process in which the individual reaction components are separated into the screw housing of a single-shaft mixing and kneading machine, as described, for example, in DE PS 20 56 611 has been described, injected. f OMPI - 3 -

Diese Misch- und Knetmaschine weist einen intensiven Mischeffekt auf, und zwar sowohl in axialer als auch in radialer Richtung, mit deutlicher Rückmischung zwischen den einzelnen Knetstufen, die eine fortschreitende Reaktorkaskade darstellen. Dieser Mischeffekt wird durch das Zusammenwirken der einzelnen Schnek- kenflügel und der Knetzähne bewirkt.This mixing and kneading machine has an intensive mixing effect, both in the axial and in the radial direction, with clear backmixing between the individual kneading stages, which represent a progressive reactor cascade. This mixing effect is caused by the interaction of the individual worm wings and the knuckle teeth.

Die Reaktion erfolgt schrittweise fortschreitend in einzelnen Abschnitten des Schneckengehäuses mit glattem Uebergang. Die einzelnen Reaktionskomponenten können unter Reaktionsanpassung jedes einzeln oder z.T. vorgemischt oder auch schon vorreagiert eingespritzt werden. In bekannter Weise können während oder nach der Reaktion Füllstoffe, Streckmittel, F rb- und Hilfs¬ stoffe zugegeben und homogen eingeknetet werden. Die Schmelze wird vorzugsweise durch eine Fadendüse in ein Kühlbad ausge¬ tragen und anschliessend granuliert. Es ist aber auch möglich, einzelne Rezepturen direkt durch Heissabschlag an einer Mehr- lochdüsenplatte zu granulieren und in einem Kühlmittelstrom aufzufangen. Als Kühlmittel kann Wasser angewendet werden, welches zwar mit dem noch heissen Polymerisat vernetzend rea¬ gieren könnte, jedoch ist die Kontaktzeit im Kühlbad zumeist ausreichend kurz, sodass das Wasser sofort von der Oberfläche des Polymerisats abdampft. Man kann natürlich auch solche Sub¬ stanzen verwenden, von denen bekannt ist, dass sie mit dem Polymer nicht reagieren.The reaction progresses gradually in individual sections of the snail shell with a smooth transition. The individual reaction components can be adjusted individually or partially with reaction adaptation. premixed or even pre-reacted injected. In a known manner, fillers, extenders, colorants and auxiliaries can be added and kneaded homogeneously during or after the reaction. The melt is preferably discharged through a thread nozzle into a cooling bath and then granulated. However, it is also possible to granulate individual recipes directly by hot cutting on a multi-hole nozzle plate and collect them in a coolant flow. Water can be used as the coolant, which could react crosslinking with the still hot polymer, but the contact time in the cooling bath is usually sufficiently short so that the water evaporates immediately from the surface of the polymer. It is of course also possible to use substances which are known to not react with the polymer.

Nachstehend wird das Verfahren anhand eines Beispiels beschrie¬ ben und auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, und zwar wie folgt:The method is described below using an example and illustrated on the accompanying drawings, as follows:

Fig. 1 zeigt eine Anlage für die Durchführung des Verfahrens in schematischer Darstellung,1 shows a system for carrying out the method in a schematic representation,

Fig. 2 zeigt drei verschiedene Knetschikanen, die in dieFig. 2 shows three different kneading chicanes, which in the

Innenwandung des Gehäuses der Misch- und Knetmaschine eingesetzt werden können, / ÜRE-AT?" Inner wall of the housing of the mixing and kneading machine can be used / ÜRE-AT? "

OMPI Fig. 3 zeigt die Misch- und Knetmaschine in SeitenansichOMPI Fig. 3 shows the mixing and kneading machine in side view

Fig. 4 ist eine Frontansicht auf die angeflanschte Trans ferschnecke.Fig. 4 is a front view of the flanged Trans ferschnecke.

Die Welle der Misch- und Knetmaschine 16 wird durch den Motor 1 mittels Keilriemen 15 und dem Getriebe 14 angetrieben. Das Ge¬ häuse der Maschine 16 ist ohne Einlaufstutzen und über seine ganze Länge mit Knetschikanen bestückt. Es können Knetzähne 27 verwendet werden, die mit dem Stift 28 in der Gehäusewand gege ein Verdrehen gesichert sind oder Knetbolzen 25,26. Im gewähl¬ ten Beispiel ist die Maschine mit 126 Bolzen 26 und drei Bolze 25 bestückt; letztere sind durchbohrt und dienen zum Einspritz der Reaktionskomponenten. Die Bolzen 25 können in beliebiger A zahl und an optimal gewählten Punkten anstelle der Bolzen 26 eingesetzt werden. Die einzelnen Bolzen bilden im bekannten Zu sammenwirken mit den rotierenden und gleichzeitig hin- und her gehenden Schneckenflügeln eine Kaskade von 129 ineinander über gehenden Bearbeitungskammern. In diesen wird das Produkt inten siv gemischt, geknetet und durch die Schneckenflügelkante zer¬ teilt. Ein kleinerer Teil wird in die vorangehende Kammer zurü geschoben, der grössere Teil wird in die nächste nachfolgende Kammer gedrückt. Die Schneckenflügelkanten streifen die Gehäus innenwand und am Bolzen vorbei, der seinerseits über die Schne kenflügel abstreift, sodass der Vorgang selbstreinigend erfolgThe shaft of the mixing and kneading machine 16 is driven by the motor 1 by means of V-belts 15 and the gear 14. The housing of the machine 16 is equipped with kneading chicanes over its entire length without an inlet connection. Kneading teeth 27 can be used, which are secured against rotation with the pin 28 in the housing wall, or kneading bolts 25, 26. In the selected example, the machine is equipped with 126 bolts 26 and three bolts 25; the latter are pierced and are used to inject the reaction components. The bolts 25 can be used in any A number and at optimally chosen points instead of the bolts 26. The individual bolts form a cascade of 129 intermeshing processing chambers in the known To interact with the rotating and simultaneously reciprocating screw blades. In these, the product is mixed intensively, kneaded and divided by the screw wing edge. A smaller part is pushed back into the previous chamber, the larger part is pushed into the next subsequent chamber. The edges of the screw blades brush the inside wall of the housing and past the bolt, which in turn wipes the screw blades, so that the process is self-cleaning

In den mit Heizmantel versehenen Kesseln 9 werden je nach Re¬ zeptur die Reaktionsteilnehmer, ein Isocyanat 6, ein Polyol 7, welches ein unverzweigtes oder schwach verzweigtes Polyester¬ gemisch sein kann, und ein sogenannter Kettenverlängerer vorge wärmt. Die einzelnen Komponenten werden mittels Dosierpumpen 17 durch geheizte Rohrleitungen 18 zur Misch- und Knetmaschine 16 gepumpt und durch die Bolzen 25 in die Knetkammern einge¬ spritzt.Depending on the recipe, the reactants, an isocyanate 6, a polyol 7, which can be an unbranched or slightly branched polyester mixture, and a so-called chain extender are preheated in the boilers 9 provided with a heating jacket. The individual components are pumped by means of metering pumps 17 through heated pipelines 18 to the mixing and kneading machine 16 and injected through the bolts 25 into the kneading chambers.

OMPI Das Knetergehäuse hat von der ersten Ξinspritzstelle an gerech¬ net eine Länge von 12 L/D. Die mittlere Verweilzeit der Kompo¬ nenten beim Durchlauf durch die 129 Knet-Kaskaden beträgt 3-4 Minuten. Durch die Schrägstellung der Schneckenflügel wird dem ausgezeichneten Längs- und Quer-Mischeffekt mit teilweiser Rück¬ führung eine dominierende Pfropfenströmung in Austrittsrichtung überlagert, womit man es in der Kand hat, durch Höherregelung der Drehzahl die Verweilzeit zu kürzen. Knetergehäuse und Welle sind heiz- oder kühlbar, was eine gezielte Temperierung der stark exothermen Reaktion ermöglicht. Die Mischung des Isocya- nats mit dem Polyol beginnt bei 1 nach ein L/D Länge und wird bis nahe an 3 bei drei L/D Länge weitergeführt; dabei beginnt bereits die Reaktion.OMPI The kneader housing has a length of 12 L / D from the first injection point. The average residence time of the components when passing through the 129 kneading cascades is 3-4 minutes. Due to the inclination of the screw blades, the excellent longitudinal and transverse mixing effect with partial recirculation is overlaid by a dominant plug flow in the exit direction, which means that the residence time can be shortened by increasing the speed. Kneader housing and shaft can be heated or cooled, which enables the temperature of the strongly exothermic reaction to be controlled. The mixture of the isocyanate with the polyol begins at 1 after one L / D length and is continued until close to 3 at three L / D lengths; the reaction already begins.

Bei 3 wird nun der Kettenverlängerer zugegeben und nimmt an der Reaktion teil, die bereits kurz hinter 5 bei fünf L/D ziemlich weit fortgeschritten ist. Nun wird das Material noch über wei¬ tere sieben L/D Länge bearbeitet, um die Reaktion temperiert auszureifen. Anschliessend wird die entstandene hochviskose Schmelze in eine kurze Transferschnecke 19, mit Antrieb 20 aus- gestossen. Die Förderschnecke 19 baut einen gleichmässigen Förderdruck auf, um die Schmelze durch eine rechtwinklige Fa¬ dendüse 21 in ein Wasserbad 22 zu schieben. Die durch das Was¬ serbad gezogenen Fäden werden anschliessend in einem Granulator 23 gestückelt.At 3, the chain extender is now added and takes part in the reaction, which is already quite advanced shortly after 5 at five L / D. Now the material is processed over a further seven L / D lengths in order to mature the reaction at a temperature. The resulting highly viscous melt is then ejected into a short transfer screw 19 with drive 20. The screw conveyor 19 builds up a uniform delivery pressure in order to push the melt through a right-angled thread nozzle 21 into a water bath 22. The threads drawn through the water bath are then cut into a granulator 23.

Bei einigen Rezepturen kann eine Entgasung der Schmelze vor¬ teilhaft sein. Hierzu ist am Knetergehäuse ein Entgasungs¬ stutzen 24 vorgesehen, der bei Nichtgebrauch durch einen Ein¬ legeteil verschlossen wird.In some formulations, degassing the melt can be advantageous. For this purpose, a degassing nozzle 24 is provided on the kneader housing, which is closed by an insert when not in use.

Beispiel 1 :Example 1 :

In einem Versuchsreaktor mit D = 46 mm und 11 L/D Länge wurde eine Vormischung aus Polyol plus Glycol und Katalysator in den Anfang des Schneckenreaktors eingespritzt. Die Vormischung war durch Erwärmen auf ca. 70°C soweit aufgeschmolzen, dass sie nurIn a test reactor with D = 46 mm and 11 L / D length, a premix of polyol plus glycol and catalyst was injected into the beginning of the screw reactor. The premix was melted by heating to approx. 70 ° C until it only

OMPI noch eine mittlere Viskosität hatte. Bei 2 L/D nachfolgend wur de durch einen durchbohrten Knetbolzen das leichtflüssige Di- •isoc.yanat eingespritzt, das Verhältnis zwischen der Vormischun und dem Diisocyanat wurde bei ca. 2,4 : 1 gehalten. Die Schnek kenwelle und die drei getrennt heizbaren Gehäusezonen wurden mit 178°C temperiert. Nach Einsetzen der Reaktion stieg die Produkttemperatur kurzzeitig auf 182°C, um dann wieder abzu¬ fallen. Die Schneckendrehzahl im Reaktionskneter betrug 85 UpM und war auf 70°C temperiert, sodass das zähviskose Produkt di¬ rekt nach Verlassen der Mehrlochdüsenplatte heiss abgeschlagen und in einem fördernden Luftstrom rasch gekühlt werden konnte. Es ergab sich ein Polyurethan mit gutem thermoplastischen Ver¬ halten und in regelmässiger Granulatform. Geringe Spuren von Katalysator-Lösemitteldämpfen wurden bei 9 L/D durch den Entga sungsstutzen abgesaugt. Die mittlere Verweilzeit im Reaktor la bei 3 Minuten.OMPI still had a medium viscosity. In the case of 2 L / D, the liquid di- isoc.yanate was injected through a kneading pin, the ratio between the premix and the diisocyanate was kept at approx. 2.4: 1. The worm shaft and the three separately heatable housing zones were heated to 178 ° C. After the onset of the reaction, the product temperature rose briefly to 182 ° C. and then decreased again. The screw speed in the reaction kneader was 85 rpm and was tempered to 70 ° C., so that the viscous product could be knocked off hot immediately after leaving the multi-hole nozzle plate and quickly cooled in a conveying air stream. The result was a polyurethane with good thermoplastic behavior and in regular granular form. Small traces of catalyst solvent vapors were sucked off through the degassing nozzle at 9 L / D. The average residence time in the reactor 1 a at 3 minutes.

Beispiel 2: •Example 2: •

In der gleichen wie für Beispiel 1 benutzten Einrichtung wurde aus drei einzelnen dosierten Komponenten kontinuierlich ein Polyurethan aufbereitet. Hierzu wurden aber die durchbohrten Knetbolzen in Anpassung an die Rezeptur wie folgt in das Reak¬ torgehäuse eingesetzt. Je einer am Anfang bei null D, 1 D und 4 D. Es wurde ein langkettiges Polyol-Gemisch mit einer rela¬ tiven Molekülmasse von etwa 16Ö0 auf 50°C vorgeschmolzen und bei null D in den Reaktor eingespritzt. Bei 1 D folgte die Ein spritzung von Diisocyanat und bei 4 D das 1,4 Butandiol als Kettenverlängerer. Die drei Zonen des Reaktorgehäuses wurden mit 120°C, dann 100°C und 60°C temperiert, die Schneckenwelle mit 100°C. Die Produktionstemperatur sprang auf 120°C und dan bei 4 D auf 140°C, um dann langsam wieder zu fallen. Die Schne kendrehzahl wurde bei 40 UpM gehalten und 4,2 kg/h Produkt er¬ zeugt.In the same device used for Example 1, a polyurethane was continuously prepared from three individual metered components. For this purpose, however, the drilled kneading pins were inserted into the reactor housing as follows in accordance with the recipe. One at the beginning at zero D, 1 D and 4 D. A long-chain polyol mixture with a relative molecular weight of about 16O0 to 50 ° C was premelted and injected into the reactor at zero D. An injection of diisocyanate followed at 1 D and 1,4 butanediol as a chain extender at 4 D. The three zones of the reactor housing were tempered at 120 ° C., then 100 ° C. and 60 ° C., the screw shaft at 100 ° C. The production temperature jumped to 120 ° C and then at 4 D to 140 ° C, before slowly falling again. The screw speed was kept at 40 rpm and 4.2 kg / h of product was produced.

f OM Beispiel 3 ;f OM Example 3;

In dem Knetreaktor einer Produktionsanlage mit 100 mm Durch¬ messer und 12 L/D Länge wird bei null D ein auf 95°C vorge¬ wärmtes Gemisch aus einem Hydroxylgruppen enthaltenden, nur schwach verzweigten Polyester plus 1,4 Butandiol eingespritzt. Bei 3 D folgt die Einspritzung von Isocyanat. Schneckenwelle und Gehäusezonen werden von 175°C bis 205°C temperiert. Die Temperatur des Reaktionsprodukts steigt auf 195°C.In the kneading reactor of a production plant with a diameter of 100 mm and a length of 12 l / d, a mixture of a hydroxyl group-containing, only weakly branched polyester plus 1,4 butanediol, preheated to 95 ° C., is injected at zero D. At 3 D, isocyanate is injected. The worm shaft and housing zones are tempered from 175 ° C to 205 ° C. The temperature of the reaction product rises to 195 ° C.

Das vorstehend offenbarte Verfahren bietet mannigfache Vor¬ teile; so ermöglicht der Einbau von durchbohrten Knetbolzen an frei gewählten Stellen, die sich am Umfang oder in der Länge versetzt am Reaktorgehäuse finden, eine sehr gute Anpassung an die bekannten Rezepturen. Dadurch ist auch eine Verkürzung der Länge der Reaktionszonen möglich. Die grosse Zahl der in Kas¬ kade aufeinander folgenden Reaktorstufen bringt eine gute Durchmischung und vorteilhafte Vergleichmässigung der Reaktion. Die Drehzahl und die Schergeschwindigkeit im Knetreaktor lassen sich so wählen, dass das Reaktionsprodukt nicht überhitzt und thermisch geschädigt wird. Die Schneckenwelle besteht aus einem Wellenkern mit aufgeschobenen Schneckenflügelbüchsen, die aus¬ wechselbar sind. Die Schneckenflügelgeometrie kann. so gewählt werden, dass die Drehzahl unabhängig vom Durchsatz regelbar ist, und dennoch der Reaktor gefüllt bleibt. Die Reaktionsprodukte in Granulatform haben die gleichen hervorragenden Eigenschaften wie sie bisher nur nach der Giessmethode erzielt werden konnten; sie sind frei von Quallen oder Knötchen. Der Reaktor kann ohne Umbau auch bei hohen Temperaturen eingesetzt werden. The method disclosed above offers numerous advantages; For example, the installation of pierced kneading pins at freely selected locations, which can be found on the circumference or length of the reactor housing, enables a very good adaptation to the known recipes. This also makes it possible to shorten the length of the reaction zones. The large number of successive reactor stages in a cascade brings about thorough mixing and advantageous homogenization of the reaction. The speed and the shear rate in the kneading reactor can be selected so that the reaction product is not overheated and thermally damaged. The worm shaft consists of a shaft core with slid-on screw wing bushes, which are interchangeable. The screw wing geometry can . be selected so that the speed can be regulated independently of the throughput, and the reactor remains filled. The reaction products in granular form have the same excellent properties as could previously only be achieved using the pouring method; they are free of jellyfish or nodules. The reactor can also be used at high temperatures without modification.

Claims

P A T E N T A N S P R U E C H E PATENT CLAIMS 1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Polyuretha nen durch Polyaddition und Formen zu regeI ässigen Stücke die für die Weiterverarbeitung geeignet sind, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Komponenten einzeln oder teilweise vorgemischt in örtlich getrennte Stellen einer geschlosse nen Reaktionskaskade direkt zugeführt werden, in denen si bei teilweiser Rückmischung geknetet und gemischt und bei fortschreitender Förderung so lange verweilen, bis die Re tion ausgereift ist, wonach das gebildete Polyurethan in eine Förderschnecke ausgestossen wird, die es durch eine Mehrlochdüsenplatte schiebt, nach deren Verlassen das Pro dukt gekühlt und gestückelt wird.1. Continuous process for the production of polyurethanes by polyaddition and shaping into regular pieces which are suitable for further processing, characterized in that the components, individually or partially premixed, are fed directly into a closed reaction cascade in locally separated locations, in which si kneaded and mixed in the case of partial remixing and, as the conveyance progresses, linger until the ration has matured, after which the polyurethane formed is ejected into a screw conveyor which pushes it through a multi-hole nozzle plate, after which the product is cooled and chopped. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie als geschlossene Reaktio kaskade eine Knet- und Mischvorrichtung mit hin- und her¬ gehender Welle benutzt, die Schneckenflügel trägt, welche mit an der Innenwand des Gehäuses der Misch-' und Knetmasc ne eingesetzten Knetschikanen derart zusammenwirken, dass jede einzelne von ihnen mit dem zugeordneten Schnecken¬ flügel eine Reaktorstufe darstellt, in welcher gemischt, geknetet und teilweise rückgemischt wird, wobei einzelne Knetschikanen durchbohrt sind und der Zuführung der Reak- tions-Kαmponenten dienen,und das Polymerisat in eine Förd schnecke ausgestossen, durch diese weiter gefördert und durch eine Mehrlochdüsenplatte geschoben wird, wonach die so geformten Stränge mit einer Schneidvorrichtung gestück werden.2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it uses a kneading and mixing device with a reciprocating shaft as a closed reaction cascade, which carries screw blades, which with the inner wall of the housing of the mixing ' and kneading machines used kneading chicanes work together in such a way that each one of them, with the associated screw blades, represents a reactor stage in which mixing, kneading and partial backmixing is carried out, individual kneading chicanes being pierced and serving to supply the reaction components, and the polymer is ejected into a screw conveyor, conveyed through it and pushed through a multi-hole nozzle plate, after which the strands thus shaped are fitted with a cutting device. f O f O
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