NO120902B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for å nedbryte cellemembraner i polymerskummaterialer.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å ned-

bryte cellemembraner i polymerskummaterialer.

Det er kjent å fremstille mange forskjellige polymerskummaterialer. Disse polymerskummaterialer bestar av et stort antall adskilte celler, som normalt er oppbygget av et tredimensjonelt skjelett med "membraner" eller "vinduer" imel-lom de forskjellige strenger i skjelettet, slik at de adskil-ler tilstøtende celler. Disse membraner kan være hele eller være gjennomhullet, slik at det dannes forbindelse mellom cellene i polymerskummet. De skjelettaktige deler i slike polymerskum er vanligvis vesentlig tykkere enn membranene eller vinduene.

Polymerskummaterialer fremstilt ved de kjente frem gangsmåter har i utstrakt grad funnet anvendelse til f.eks. mobelstoffer og f6r i klær. Det har imidlertid i mange tilfelle vist seg å være forbundet med visse fordeler hvis celle-veggene eller membranene i disse polymerskummaterialer fjernes, slik at det dannes et nettaktig materiale, for å forbedre materialets egenskaper som elastisitet, lydabsorpsjonsevne, hårdhet og evne til å puste. Eksempler på slike materialer av kjent art er polyurethanskum hvor membranene er nedbrutt, hvilke materialer anvendes til mange forskjellige filtrerings-formål og til adskillelse av fine væskedråper fra gasser.

Den kjente teknikk har nesten utelukkende beskjef-tiget seg med fremstillingen av fleksible skumpolyurethaner og især fleksible skumpolyesterpolyurethaner med nedbrutte cellemembraner. En av grunnene til dette er at man ikke tidligere har utviklet en fremgangsmåte som effektivt kan fore til en nedbrytning av cellemembranene i andre former av polymerskummaterialer, som f.eks. halvstive eller stive skumplaststoffer.

Et eksempel på en kjent fremgangsmåte for å nedbryte cellemembraner ved skumpolyurethaner er en fremgangsmåte som an-vender et hydrolyserende middel, som f.eks. en vandig opplos-ning av natriumhydroxyd, for å fjerne cellemembranene. Selv om det ved denne fremgangsmåte effektivt frembringes et nettaktig polyurethanskum, er fremgangsmåten dog beheftet med forskjellige ulemper. Det er forskjellige tidskrevende og derfor kostbare trinn ved denne fremgangsmåte som nøytralisering av det hydrolyserende middel etter anvendelsen og utvasking og torring av det nettaktige polyurethanskum. Dessuten er denne fremgangsmåte bare velegnet i forbindelse med fleksible skumpolyesterpolyurethaner. Det fremstilles derfor ved denne fremgangsmåte relativt kostbare polyurethanskum.

Andre fremgangsmåter hvor polymerskummets cellemembraner opploses, er likeledes kjent. Ved disse fremgangsmåter er organiske opplosningsmidler samt ozon, etterfulgt av en utskylling med vann, anvendt ved nettdannelsen. Også ved disse fremgangsmåter fremstilles det relativt kostbare produkter.

Formålet med. den foreliggende oppfinnelse er derfor å skaffe en enkel fremgangsmåte for å nedbryte cellemembraner i polymerskum av forskjellig art, især i skumpolyurethaner.

Fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen kjennetegnes ved at polyraerskummaterialet utsettes for varmesjokk som smelter eller fordamper materialet i de tynne membraner, hvorunder de

tykkere strenger ikke nedbrytes.

Ved denne fremgangsmåte kan man oppnå at polymerskummets skjelettdannende deler forblir intakte samtidig som i det minste en del av cellemembranene fjernes.

Ved anvendelse av det i krav 2's karakteriserende del angitte oppnås at man kan anvende lysenergi til nedbrytning, og i krav 5's karakteriserende del er angitt en fremgangsmåte til å oke lysabsorpsjonen ved polymerskum hvor den er lavere enn onskelig for prosessens utforelse. Ved anvendelse av lys-en er gi kan man utfore en særlig skånsom behandling av materialet, og da lysenergien er lett å lokalisere, er fremgangsmåten blant annet særlig anvendelig i tilfelle man onsker å utfore nedbrytningen på bestemte steder i det foreliggende polymerskum.

Ved anvendelse av det i krav 3's karakteriserende del angitte oppnås at man kan anvende kjemisk energi ved utforelse av fremgangsmåten, hvilket i mange tilfelle vil være billig og enkelt.

Ved anvendelse av det i krav 4<*>s karakteriserende del angitte er det mulig å utfore cellenedbrytningen ved anvendelse av mekanisk energi. Gassen i og omkring polymérskummet komprimeres fortrinnsvis til et volum under l/lo av det opprinnelige volum. Det er fordelaktig å kunne gjennomfore prosessen ved anvendelse av mekanisk energi som ofte er forholdsvis billig og lett tilgjengelig, og idet prosessen kan gjennomføres hurtig utén langvarige forbehandlinger og ikke forårsaker forurensning eller kjemisk omdannelse av råmaterialet.

Oppfinnelsen skal nu forklares nærmere under hen-visning til de medfolgende tegninger som inneholder eksempler på apparater som kan anvendes ved utforelse av fremgangsmåten.

Fig. 1 viser en enkelt polyurethancelle i et polyurethanskum,

idet den celleformige oppbygning og cellenes membraner

er vist, og en enkelt av membranene er gjennombrutt. fig. 2 en enkelt nettaktig polyurethancelle etterat cellemembranene er nedbrutt, idet den skjelettaktige struktur,

som er vist på fig. 1, er bibeholdt,

fig. 3 skjematisk et utstyr som anvendes ved en foretrukken ut-fOrélsesform av fremgangsmåten ifcSlge oppfinnelsen,

fig. 4 en fotoflash-lyskilde som anvendes til å gi lysimpulser ved en annen foretrukken utforelsesform av fremgangsmåten

ifolge oppfinnelsen,

fig. 5 et kretslbpsdiagram for et lysimpulsutstyr til en foretrukken utfbrelsesform for fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen, og

fig. 6 skjematisk et kompresjonsutstyr som anvendes ved en foretrukken, annen utfbrelsesform for fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen.

Den på fig. 1 viste enkelte celle 10 kan være en celle fra et polyurethanskum som er fremstilt ved en av de hittil kjente fremgangsmåter. Den består av et skjelett 11 samt membraner 12.

I visse tilfelle er membranene 12 gjennombrutt slik at cellen

IO står i forbindelse med andre celler som det for en enkelt membrans vedkommende er vist på fig. 1. Polymerskum med forbindelse mellom cellene kalles vanligvis polymerskum med "åpne celler". Hvis ingen av membranene 12 i cellen 10 er gjennombrutt, er det tale om et polymerskum med lukkede celler.

Når membranene 12 fjernes fra et polymerskum med lukkede celler, fremkommer et polymerskum som kan betegnes som "nettaktig", idet det i sin oppbygning danner et tredimensjonalt nett. Nettdannelsen kan betegnes som en fullstendig nettdannelse når membranene 12 er helt eliminert, mens skjelettet 11 er forblitt intakt.

Fig. 2 illustrerer, hvorledes en celle som vist i fig*1, ser ut etter en fullstendig nettdannelse.

Som allerede nevnt kan den til fremgangsmåten nbdvendige varmemengde frembringes ved å antenne en gassblanding inne i polymerskummets celler, og de vesentligste enkeltheter i et til dette anvendelig utstyr sees på fig. 3 hvor det er vist en kasselignende beholder 21 med et lokk 20 som ved hjelp av bolter 17, 18, 19 kan fastspennes, slik at kammer 22 blir lufttett avlukket. Det er vist et tilforaelsror 23 og et utlopsror 24 som begge er forsynt med ventiler og festet til beholderen 21. En transformator T er på sekundærsiden gjennom ledninger 13, 14 tilsluttet et gnistgap 25, 26, idet gjennomfbringaisolatorer 15, 16 gir den nbdvendige isolasjon mot beholderens lokk. Parallelt med gnistgapet er det dessutan tilsluttet en til transformatoren trimmet kondensator C^. Kondensatoren arbeider med hbyspending på sekundærsiden og er på priraærsiden gjennom en bryter S tilsluttet et alminnelig lavspenningsnett.

Anlegget anvendes på den måten at man i kammeret

22 innfarer polymerskummet som skal underkastes nettdannelse, og som fortrinnsvis har omtrent samme dimensjoner som kammerets indre, så dette omtrentlig fylles uten at det forekommer storre hulrom mellom polymerskummet og beholdersidene eller lokket.

Forut for innføringen av den brennbare gassblanding

i kammeret kan man evakuere dette ved hjelp av en alminnelig vakuumpumpe gjennom roret 23 (f.eks. ned til ca. 0,1 mm Hg). Deretter innfores den brennbare gassblanding som skal antennes, og som kan bestå av en blanding av oxygen og naturgass, eventuelt med tilblanding av brennverdireduserende gasser, f.eks. alminnelig luft, alt etter arten av materialet som skal behandles. Det tilfores gassblanding gjennom roret 23 inntil man har det for prosessen dnskede trykk eller undertrykk og en der-til svarende gassblandingsraengde i kammeret 22 hvoretter rdret 23 avstenges. Ved slutning av kontakten S fremkaller man en gnistladning. over gnistgapet 25, 26, hvorved gassblandingen i kammeret 22 og i det innelukkede polymerskum blir antent.

Selve forbrenningen varer mindre enn 1 sekund, og

de dannede forbrenningspfrodukter fjernes ved å gjennomblåse kammeret 22 og det innesluttede polymerskum med ren luft gjennom rorene 23, 24.

Med et anlegg som det beskrevne har det vist seg at man ved å tilpasse driftsforholdene til de foreliggende polymerskum og det onskede resultat har kunnet oppnå fullstendig nettdannelse uten at polymerskummet er blitt beskadiget ved forbrenningen av gassblandingen, og prosessen har kunnet gjennom-fores på tilfredsstillende måte med polymerskum av meget forskjellig art og meget forskjellig cellestbrrelse, f.eks. polymerskum med ca. 1 celle pr. 1opende mm såvel som polymerskum med ca. 4 celler pr. 1opende mm. Det har især vært behandlet polyurethanskum.

Under forutsetning av at det anvendte polymerskum

er av en slik art at prosessbetingelsene i onskelig grad kan tilpasses til formålet (blant annet at polymerskummet har et passende forhold mellom varmekapasiteten av membranene og celleskjelettet), kan man ellers behandle forskjellige polymerskum ved den omtalte fremgangsmåte, f«eks. polymerskum på

basis av polymerer som er avledet av ethylenisk umettede mono-merer f.eks. polystyren, acrylharpikser, polyolefiner (poly-ethylen og polypropylen) og myknet eller ikke myknet polyvinyl-klorid og deres copolymerer, terpolymerer, ennvidere cellulose-avledede polymerer som viskose-polymerer, elastomerer som poly-

urethaner og naturlig og syntetisk gummi. Polyurethaner har hittil<y>ært fortrinnsvis anvendt også til fremstilling av stive polymerskum.

Tenningen av gassblandingen kan også foregå med andre tenningsmidler enn en elektrisk gnist, f.eks. ved anvendelse av en lysimpuls. Innvirkningen av den med tenningen folgende sjokkbølge på polymerskummet mildnes når tenningen skjer midt i dette. Det kan også være fordelaktig å anbringe fyllmateriale, f.eks. ca. 1 cm tykke massive plaststykker, i . uutfylte hulrom i kammeret for tenningen. I tilfeller hvor det opptrer deformasjon av polymerskummet etter tenningen, kan dette ved en etterfølgende varmebehandling, f.eks. med damp, regenereres til sin opprinnelige form.

Prosessen kan også gjennomføres i et kammer uten stive vegger, som en plastpose.

Det er ikke nbdvendig at det anvendte polymerskum består av utelukkende "åpne" celler, såfremt bare en passende del av cellene er innbyrdes forbundne.

Den for prosessen nødvendige varmetoning kan som nevnt, oppnås ved antennelse av oxyderbare stoffer, og det er klart at det er hensiktsmessig å arbeide med oxyderbare stoffer som er i gassform, eller som kan bringes i darapform under prosessen. Som eksempler på anvendbare oxyderbare stoffer

kan nevnes hydrogen, methan, ethan, propan, pentan, octan, decan,

ethylen, propylen, acetylen og roethylacetylen og likeledes

f.eks. ammoniakk, hydrazin, hydrogensulfid og forskjellige hydrocarboner som f.eks. bensin*

Som oxyderende stoffer kan anvendes luft, oxygen, ozon og forskjellige perklorater. Det er naturligvis også mulig å anvende eksplosive gassblandinger ved hvilke varme-utviklingen ikke skjer ved en oxydering. Slike gassblandinger er kjent.

Stive polyurethanskum består ofte utelukkende av lukkede celler, selv om det også kjennes polymerskum med en del forbundne celler. Slike polymerskum kan forbehandles ved mekanisk gjennorahulling så en passende del av cellene for utførelsen av fremgangsmåten blir innbyrdes forbundet og inn-trengning av gassb landing en i polymerskummet derved let i: es, eller det kan foretas andre forbehandlinger som en delvis nedbrytning av membranene under påvirkning av kjemisk aggressive stoffer.

Når det anvendte polymerskum har et passende antall celler som ikke er helt avsperret fra hverandre, er en slik forbehandling naturligvis overflbdig.

Varmetilforselen kan som nevnt også foregå ved til-førsel av lysimpulser, f.eks. ved anvendelse av en fotoflash-lyskilde, som den vist i fig. 4. Det har vist seg at man ved anvendelse av lyspåvirkning er istand til å styre nedbrytnings-graden meget nbyaktig. Det på fig. 4 viste lysror 27 er et kvartsror i hvis ender det er forseglet elektroder 28. I det i fig. 5 viste kretslop er en slik lyskilde betegnet 30. Det er anbragt en kondensator parallelt over lyskilden 30 og begge deler er forbundet til en stromforsyningskilde for en hoyspenningslikestrora som igjen får energi fra en alminnelig lavspenningsvekselstroraforsyning. Det er innsatt en passende seriemotstand mellom kondensatoren og strømforsyningen V^for å begrense ladestrommen. Under driften opplades kondensatoren C 1 til den onskede hoyspenning av spenningsfor-syningen V^. Deretter sluttes tennkontakten S og dette bevirker at det påtrykkes en hoyspenningsimpuls på en triggerelektrode 31 som befinner seg i nærheten av lampen 30. Denne triggerimpuls bevirker en tilstrekkelig ionisering av gassen i lampen 30 til at kondensatoren C 1 kan utlade sin energi gjennom lyskilden 30 og derved tilveiebringe en kraftig lysimpuls.

I praksis kan lyskilden 30 arbeide enten over eller under sin utladningsspenning. Ved utladningsspenningen for-stås her den spenning over hvilken en nedbrytning av luftgapet mellom elektrodene i lyskilden 30 opptrer spontant på grunn av ioniseringen av den gass som er i denne. Når denne spenning overskrides, vil kondensatoren C derfor utlade sin energi gjennom lyskilden 30 uten ytre triggerimpuls, og i^så fall kan kretslopet 32 altså unnværes. Når lyskilden arbeider over utladningsspenningen, må en elektronisk kontakt (ikke vist) innsettes i kretslopet, slik at den ved slutning vil forbinde lyskilden 30 tvers over kondensatoren på det tidspunkt man dnsker å frembringe lysimpulsen slik at den oppiågrede elek-triske energi utlades gjennom lampen 30.

Under utladningsspenningen er det nbdvendig å frembringe en tilstrekkelig ionisering av gassen i lyskilden 30 for at utladningsprosessen derpå kan fortsette. I den fore-trukne utfbrélsesform for dette utstyr etableres dette ved en hoyspenningsimpuls som frembringes i det ytre kretslop 30 som har en triggerelektrode 31 anbragt i nærheten av lyskilden 30, Denne hdyspenningstriggerimpuls induseres i en hbyspenningstransformator T ved å utlade en liten kondensator C gjennom den primære transformatorvikling, idet den lille kondensator C tilfores likespenning fra den positive pol av et batteri B .

Det kan også anvendes andre midler til å frembringe den nodvendige ionisering såsom hoyfrekvenskilder, mikrobblge-kilder, Teslaspoler eller andre kilder for ioniserende utstråling, som f.eks. radioaktige stoffer. Kildene for den ioniserende utstråling skal arbeide i umiddelbar nærhet av lyskilden for å være virksomme.

I det foreliggende system kan det være anvendt forskjellige selvinduksjoner forbundet i serie med lyskilden for å gi ytterligere en parameter som kan anvendes til styring av lysimpulsens varighet. Vanligvis er lysimpulsen innstilt slik at den varer fra få hundrede mikrosekunder til få milli-sekunder, og lyseffekten blir storst ved kortvarig utladning.

Lyskilden kan utformes og etter behov forsynes med reflektorer på en slik måte at visse områder av det behandlede materiale blir særlig sterkt påvirket. Den på fig. 4 viste lyskilde kan omgis av en sylindrisk reflektor, hvorved hovedlys-mengden konsentreres langs aksen av lampespiralen. Det er imidlertid også mulig å anvende alminnelige blitzpærer eller andre f.eks. kjemiske lyskilder.

Fremgangsmåten har vært anvendt til nettdannelse av organiske skumstoffer og graden av nettdannelsen har kunnet reguleres ved regulering av lysutsendelsen. Etter behov kan det behandlede skumstoff's absorpsjonsevne overfor lys være av-passet ved tilsetning av egnede tilsatsmaterialer, som f.eks. grafitt, metallsalter eller andre stoffer. En behandling med varmt vann eller bare damp kan også anvendes til å oke absorp-sjonsevnen, idet det ved en slik behandling absorberes vann eller vanndamp i cellemembranene. Det kan undertiden være hensiktsmessig, f.eks. for å unngå ubnsket farvepåvirkning av skumstoffet, å la lys som anvendes til behandlingen, passere filtre, f.eks. for å frafiltrere ultrafiolett lys.

Ved lysbehandling er det mulig å oppnå en orientert nettdannelse idet de membraner hvis plan ligger i flukt med lys-retningen, ikke nedbrytes, hvilket kan være fordelaktig ved fremstilling av filtermaterialer. Lysbehandlingen kan naturlig vis også med stor letthet gjbres selektiv ved spesiell diri-gering eller avskjerming av lysstrålene. Energiomkostningene ved prosessen er små. Prosessen har vært anvendt på polyesterpoly-urethanskum med cellestorrelser mellom ca. 1 og 1/4 mm uten at det ved fullstendig nettdannelse er oppstått misfargninger. Prosessen er naturligvis uavhengig av om det anvendte skum-materiale har mere eller mindre åpne eller helt lukkede celler.

Som foran omtalt kan den for fremgangsmåten nbdvendige varmepåvirkning også fremkalles ved en hurtig kompresjon med påfdlgende dekompresjon av en gass som er anbragt i et lukket rom sammen med polymerskummet. Den nevnte gass kan være alminnelig luft som befinner seg eller er innfort i polymerskummets celler.

Det hertil anvendte utstyr kan ha den utfdrelses-form som skjematisk er vist i fig. 6, og som blant annet har vist seg særdeles velegnet til å bevirke nettdannelse ved skumpolyurethaner .

Tegningen viser et kammer 34 som er avgrenset av veggen 40 og er innrettet til å inneholde en porsjon polymerskum 38 i den ene ende. Kammeret 34 er i den annen ende for-

synt med et bevegelig stempel 35 som svarer til kammerets form, slik at det dannes en relativt lufttett forbindelse. Stemplet 35 er forsynt med en drivstang 36 slik at stemplet 35 syklisk kan beveges for å komprimere og dekomprimere en gass som befinner seg i kammeret 34. I den motsatte ende av kammeret 34 er det anbragt et lokk 37 som lufttett lukker den ene ende av kammeret 34. Det innsnevrede parti av kammeret 34 sikrer mot at stemplet kan komme i beroring med det materiale som skal behandles. Kammeret og stemplet eller de deler derav som er i berbring med den komprimerte gass, utfores fortrinnsvis av materialer med en lav termisk ledningsevne for å redusere varmebortledningen fra den komprimerte gass til disse deler.

Det anvendte kompresjonsforhold avpasses etter karakteren av polymerskummet som skal behandles. Kompresjonen og dekompre-sjonen utfores meget hurtig, slik at bare de tynne membraner fordampes eller nedbrytes, mens materialskjelettet forblir intakt. Etter behandlingen kan polymerskummet gjennomspyles med renset luft for å fjerne eventuelt dannede gassformige produkter i polymerskummet. Det har vist seg at man har kunnet behandle polymerskum av alle cellestarrelser, farger "og sammensetninger bestående av "åpne" skumpolyurethaner, såvel fleksible som mere eller mindre stive polymerskum, i tidsperioder under 0,3 sekunder, f.eks. innenfor 0,03 sekund. Delvis nettdannelse kan oppnås ved nedregulering av det anvendte kompresjonsfor-

hold, og det kan også anvendes flere behandlinger etter hver-

andre.

Fremgangsmåten kan ved anvendelse av egnet utstyr

anvendes ved kontinuerlig fabrikasjon, slik at det til stadig-

het fremfores et bånd av polymerskum, hvorav det avgrenses segmenter som underkastes en hurtig kompresjon og dekompresjon.

Det nbdvendige kompresjonstrykk kan nedsettes hvis

skummaterialet og den i dette innelukkede gass forut for prosessen er forvarmet til en viss begynnelsestemperatur. Det er i alminnelighet enklest å anvende alminnelig luft ved prosessen, men når særlige omstendigheter taler for det, er det naturligvis intet i veien for å anvende andre gasser. I

visse tilfelle er det også mulig å redusere den nbdvendige be-

handlingstemperatur og dermed kompresjonsgraden ved å forbe-

handle skummaterialet med opplbsningsmidler eller damper derav.

Til forbehandling av polyurethanskum kan det f.eks. anvendes opp-

lbsningsmidler som tetrahydrofuran eller dimethylformamid. Pro-

sessen har vært anvendt ved forskjellige former for skumpoly-

urethaner, såvel halvstive som fleksible og med eller uten flammehindrende midler eller germisider, og polyurethanskum med alle cellestbrrelser og forbundne eller "åpne" celler har kunnet behandles, idet dog kompresjonstemperaturen må bkes når antallet av celler pr. lbpende mm oker. Det har kunnet oppnås såvel fullstendig som delvis nettdannelse, idet graden av nettdannelsen kan reguleres ved passende innstilling av kompresjonsforholdet samt ved anvendelse av flere kompresjoner og dekompresjoner.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å nedbryte cellemembraner i polycierskummaterialer, særlig skumpolyurethan, karakte-

risert ved at polymerskummaterialet utsettes for varme- sjokk som smelter eller fordamper materialet i de tynne mem- braner, hvorunder de tykkere strenger ikke nedbrytes.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakteri- sert ved at varmesjokket frembringes ved en eller flere lysimpulser av en slik intensitet at cellemembranene nedbrytes ved absorpsjon av lyset.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at varmesjokket frembringes ved at der forbrennes en gassblanding som er innfort i polymerskummaterialet.

4. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at varmesjokket frembringes pneumatisk ved hurtig kompresjon og derpå folgende dekompresjon.

5. Fremgangsmåte ifolge krav 2, karakterisert ved at lysimpulsens effekt bkes ved okning av materialets lysabsorpsjon, f.eks. ved farging eller opakisering.

6. Fremgangsmåte ifolge krav 3, karakterisert ved at behandlingen utfores i et kammer hvor polymerskummaterialet evakueres, en brennbar gassblanding innfores og derpå antennes på flere punkter i kammeret,