DD248023A3

DD248023A3 - DEVICE FOR PREPARING POLYURETHANE ELASTOMERS WITH DIFFERENT HARD SEGMENT COMPONENTS

Info

Publication number: DD248023A3
Application number: DD26698184A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Maass; Klaus Michalke; Peter Lehmann; Joerg-Peter Eberhardt; Werner Foerster; Manfred Rose; Klaus Techritz
Original assignee: Dresden Komplette Chemieanlag
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1984-09-05
Publication date: 1987-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Polyurethanelastomeren mit unterschiedlichen Hartsegmentanteilen. Die Mischeinrichtung der Vorrichtung soll so ausgebildet sein, dass auch die Herstellung von Polyurethanelastomeren mit hohen Hartsegmentanteilen ermoeglicht wird, ohne dass in der Vorrichtung Verkrustungserscheinungen auftreten. Dies wird erreicht, indem die in die Mischeinrichtung fuehrende Diisocyanatzufuehrungsleistung in dem Austrittskanal der Mischeinrichtung endet. Dabei bildet das untere Ende dieser Zufuehrungsleitung mit dem Austrittskanal einen die Geschwindigkeit der ihn durchstroemenden Hydroxylkomponente erhoehenden Ringspalt. Dadurch wird einerseits ein Zurueckstroemen des Diisocyanates in die Mischeinrichtung verhindert und andererseits dem Reaktionsextruder ein Gemisch der Ausgangskomponenten zugefuehrt. Die Erfindung wird in der chemischen Industrie bei der Polyurethanherstellung angewendet.The invention relates to a device for the production of polyurethane elastomers with different hard segment shares. The mixing device of the device should be designed so that the production of polyurethane elastomers with high hard segment shares is made possible without crusting appear in the device. This is accomplished by terminating the diisocyanate feed to the mixer in the outlet channel of the mixer. In this case, the lower end of this Zufuehrungsleitung forms with the outlet channel an increasing the speed of him durchroemenden hydroxyl component annular gap. As a result, on the one hand, a backflow of the diisocyanate into the mixing device is prevented, and on the other hand, the reaction extruder is supplied with a mixture of the starting components. The invention is used in the chemical industry in polyurethane production.

Description

der DD-PS 135333 beschrieben ist. Dieser ist jedoch komplizierter und energieaufwendiger, so daß ein rationeller Einsatz dieses Mischkopfes nur bei der Herstellung von Produkten mit einem höheren Anteil an Hartsegmenten, also Textilbeschichtungsmassen und Produkten, die zur Spritzgußverarbeitung vorgesehen sind, erfolgen kann. Ist jedoch in einer Anlage die wechselweise Herstellung von Produkten mit unterschiedlichen Hartsegmentanteilen vorgesehen, so müßten die Mischköpfe jeweils ausgewechselt werden. Dies führt jedoch zu größeren Ausfallszeiten der Anlage.DD-PS 135333 is described. However, this is more complicated and energy consuming, so that a rational use of this mixing head only in the production of products with a higher proportion of hard segments, ie textile coating compositions and products that are intended for injection molding can be done. However, if the alternate production of products with different hard segment shares provided in a plant, so the mixing heads would have to be replaced. However, this leads to greater downtime of the system.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, in einer Anlage wechselweise Polyurethanelastomere, die jeweils unterschiedliche Hartsegmentanteile aufweisen, mit geringem apparativen und energetischen Aufwand herzustellen, wobei die Endprodukte frei von Inhomogenitäten und anderen Ungleichmäßigkeiten sein sollen.The aim of the invention is to produce in a plant alternately polyurethane elastomers, each having different hard segment shares, with low equipment and energy costs, the final products should be free of inhomogeneities and other irregularities.

Presentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, deren Mischeinrichtung so ausgebildet ist, daß auch die Herstellung von Polyurethanelastomeren mit hohen Hartsegmentanteilen ermöglicht wird, ohne daß in der Vorrichtung Verkrustungserscheinungen auftreten.The invention has for its object to develop a device whose mixing device is designed so that the production of polyurethane elastomers is made possible with high Hartsegmentanteilen without crusting appear in the device.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Diisocyanatzuführungsleitung in dem zu der Mischeinrichtung gehörenden Austrittskanal endet. Dabei bildet das untere Ende dieser Zuführungsleitung mit dem Austrittskanal einen die Geschwindigkeit der ihn durchströmenden Hydroxylkomponente erhöhenden Ringspalt.The object is achieved in that the Diisocyanatzuführungsleitung ends in belonging to the mixing device outlet channel. In this case, the lower end of this supply line forms with the outlet channel an annular gap which increases the velocity of the hydroxyl component flowing through it.

Die Mischeinrichtung ist auf dem Mehrschneckenextruder angeordnet. Sie weist an ihrem unteren Teil den Austrittskanal auf, der unmittelbar in den Mehrschneckenextruder führt. Darüber hinaus mündet in den oberen Teil der Mischeinrichtung die Zuführungsleitung für die Hydroxylkomponente und gegebenenfalls noch eine zweite Diisocyanatzuführungsleitung. Diese Zuführungsleitungen für die Einsatzkomponenten weisen Absperrorgane auf und sind mit Dosierpumpen verbunden.The mixing device is arranged on the multi-screw extruder. It has at its lower part the outlet channel, which leads directly into the multi-screw extruder. In addition, the supply line for the hydroxyl component and optionally also a second diisocyanate feed line opens into the upper part of the mixing device. These supply lines for the insert components have shut-off valves and are connected to metering pumps.

Die in den Austrittskanal führende Diisocyanatleitung besteht im einfachsten Fall aus einem zentrierten Rohr, welches an dem Deckel der Mischeinrichtung befestigt ist und durch diesen Deckel hindurch mit der Dosierpumpe für das Diisocyanat in Verbindung steht. Eine kompliziertere Ausführungsform der Diisocyanatzuführungsleitung besteht darin, daß die Welle des Rührers der Mischeinrichtung als Hohlwelle ausgebildet und mit der Dosierpumpe für das Diisocyanat verbunden ist. Dabei endet diese Hohlwelle in dem Austrittskanal. Ihr unteres Ende bildet mit dem Austrittskanal einen Ringspalt, in dem sich die Geschwindigkeit der durchströmenden Reaktionskomponenten erhöht.In the simplest case, the diisocyanate line leading into the outlet channel consists of a centered tube which is fastened to the cover of the mixing device and is connected by this cover to the metering pump for the diisocyanate. A more complicated embodiment of the Diisocyanatzuführungsleitung is that the shaft of the stirrer of the mixing device is designed as a hollow shaft and connected to the metering pump for the diisocyanate. This hollow shaft ends in the outlet channel. Its lower end forms with the outlet channel an annular gap in which increases the velocity of the flowing reaction components.

Der zwischen dem unteren Ende der Diisocyanatzuführungsleitung und dem Austrittskanal befindliche Ringspalt und die dadurch bewirkte Geschwindigkeitserhöhung der ihn durchströmenden Hydroxylkomponente verhindert ein Zurückfließen des aus der Diisocyanatzuführungsleitung austretenden Diisocyanates in die Mischeinrichtung. Die durch den Ringspalt strömende Hydroxylkomponente umschließt in dem Austrittskanal den Diisocyanatstrom ringförmig. Dabei kommt es in dem Grenzbereich zwischen dem Hydroxylkomponentenstrom und dem Diisocyanatstrom zu einer Vermischung, wobei die polyurethanbildende Reaktion einsetzt. Dies erfolgt noch vor dem Eintreten der Reaktionskomponenten in den Mehrschneckenextruder. Die bei der Reaktion entstehenden Hartsegmente finden auf Grund der Strömungs- und Temperaturverhältnisse jedoch keine Möglichkeit zum Absetzen an der Wandung des Austrittskanals, sondern werden von dem Hydroxylkomponentenstrom in den Mehrschneckenextruder mitgerissen. Auf diese Weise wird bei der Herstellung von Polyurethanprodukten mit höheren Hartsegmentanteilen eine Krustenbildung in der Mischeinrichtung verhindert.The annular gap located between the lower end of the diisocyanate feed line and the outlet channel and the resulting increase in the velocity of the hydroxyl component flowing through it prevent the diisocyanate leaving the diisocyanate feed line from flowing back into the mixing device. The hydroxyl component flowing through the annular gap encloses the diisocyanate stream annularly in the outlet channel. In this case mixing occurs in the boundary region between the hydroxyl component stream and the diisocyanate stream, the polyurethane-forming reaction beginning. This occurs even before the reaction components enter the multi-screw extruder. Due to the flow and temperature conditions, the hard segments formed during the reaction, however, have no possibility of settling on the wall of the outlet channel, but are entrained in the multi-screw extruder by the hydroxyl component stream. In this way, crumb formation in the mixing device is prevented in the production of polyurethane products with higher hard segment proportions.

Unter Polyurethanprodukten mit einem höheren Hartsegmentanteil werden solche Produkte verstanden, zu deren Herstellung mehr als 1,6mol Kettenverlängerer pro 1 mol Polyol eingesetzt werden. Solche Produkte sind Polyurethantextilbeschichtungsmassen, weiterhin aber auch solche Produkte, die zur Extrusion oder zur Spritzgußverarbeitung vorgesehen sind.Polyurethane products with a higher proportion of hard segments are understood to mean those products for whose preparation more than 1.6 mol chain extenders per 1 mol of polyol are used. Such products are polyurethane textile coating compositions, but also those products which are intended for extrusion or injection molding.

Produkte mit einem niedrigen Hartsegmentanteil (Polyurethanklebstoffe) neigen kaum zu Verkrustungen in der Mischeinrichtung. Sie können auch in der beschriebenen Vorrichtung hergestellt werden. Dabei ist es allerdings'vorteilhaft, wenn eine zweite Diisocyanatzuführungsleitung ebenso wie die Zuführungsleitung für die Hydroxylkomponente in den oberen Teil der Mischeinrichtung mündet. Es ist daherzweckmäßig, die Diisocyanatzuführungsleitung außerhalb der Mischeinrichtung mit einer Abzweigung zu versehen, von der eine Leitung auf die beschriebene Art zu dem Austrittskanal führt und eine zweite Leitung in den oberen Teil der Mischeinrichtung mündet, wobei diese Leitungen jeweils mit Absperrorganen ausgerüstet sind.Products with a low hard segment content (polyurethane adhesives) hardly tend to encrustations in the mixing device. They can also be produced in the device described. It is, however, 'advantageous if a second Diisocyanatzuführungsleitung opens as well as the supply line for the hydroxyl component in the upper part of the mixing device. It is therefore appropriate to provide the Diisocyanatzuführungsleitung outside the mixing device with a branch from which leads a line in the manner described to the outlet channel and a second line opens into the upper part of the mixing device, these lines are each equipped with shut-off devices.

Mit einer solchen Vorrichtung können sowohl Polyurethanprodukte mit einem niedrigen Hartsegmentanteil hergestellt werden, wobei die Hydroxylkomponente und das Diisocyanat in der Mischeinrichtung mit Hilfe des Rührers vermischt werden, als auch Polyurethanprodukte mit einem hohen Hartsegmentanteil, wobei die Einsatzkomponenten in dem Austrittskanal vermischt werden.With such a device both polyurethane products with a low hard segment content can be prepared, wherein the hydroxyl component and the diisocyanate are mixed in the mixing device with the aid of the stirrer, as well as polyurethane products with a high hard segment content, wherein the insert components are mixed in the outlet channel.

In der Regel ist der Mehrschneckenextruder als Doppelschneckenextruder ausgebildet. Der den Übergang von der Mischeinrichtung zum Mehrschneckenextruder bildende Austrittskanal ist zweckmäßigerweise in einem Einsatzstück angeordnet, welches an den Mehrschneckenextruder angepaßt ist.In general, the multi-screw extruder is designed as a twin-screw extruder. The exit channel forming the transition from the mixing device to the multi-screw extruder is expediently arranged in an insert which is adapted to the multi-screw extruder.

Dabei weist das Spiel zwischen dem Einsatzstück und den Schneckenwellen die gleiche Größe auf wie in den übrigen Teil des Mehrschneckenextruders. Das Einsatzstück ist mit dem Extrudergehäuse wärmeleitend verbunden.In this case, the game between the insert and the worm shafts has the same size as in the remaining part of the multi-screw extruder. The insert is thermally conductively connected to the extruder housing.

Als Reaktionskomponenten kommen die für die Polyurethanherstellung benannten Isocyanate, wie beispielsweise 4,4-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 1,4-Toluylendiisocyanat u.dgl. in betracht. Ebenso benutzt man auch die hierfür üblichen oligomeren Diole(Polyole), wie Polyester, Polyether, Polyesteramide u.dgl. Bevorzugt wird ein Polyesteralkohol aus Adipinsäure, Ethylenglykol und 1,4-Butandiol eingesetzt (Molmasse 2000). Weiterhin werden niedermolekulare Diole als Kettenverlängerer eingesetzt, beispielsweise Diamine, Glykole, Aminoalkohole u.dgl., wobei 1,4-Butandiol und 1,6-Hexandiol bevorzugt angewendet werden. Die zur Anwendung kommende Hydroxylkomponente besteht somitaus einem oligomeren Diol und gegebenenfalls einem niedermolekularen Kettenverlängerer bzw. Kettenverlängerergemisch. Darüber hinaus können noch Katalysatoren, Gleitmittel, Füllstoffe, Kettenabbruchmittel wie n-Dekanol usw. mit den Einsatzkomponenten zugegeben werden.The reaction components are the isocyanates known for polyurethane production, such as, for example, 4,4-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 1,4-toluene diisocyanate and the like. in consideration. Likewise, one also uses the customary oligomeric diols (polyols), such as polyesters, polyethers, polyester amides and the like. Preferably, a polyester alcohol of adipic acid, ethylene glycol and 1,4-butanediol is used (molecular weight 2000). Furthermore, low molecular weight diols are used as chain extenders, for example diamines, glycols, amino alcohols and the like, with 1,4-butanediol and 1,6-hexanediol are preferably used. The hydroxyl component used thus consists of an oligomeric diol and optionally a low molecular weight chain extender or chain extender mixture. In addition, catalysts, lubricants, fillers, chain terminators such as n-decanol, etc. can be added with the feed components.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß mit einer Vorrichtung wechselweise Polyurethanelastomere mit jeweils unterschiedlichen Hartsegmentanteilen hergestellt werden können. Somit können in der gleichen Anlage Klebstoffe, Textilbeschichtungsmassen und Produkte, die zur Thermoplastverarbeitung vorgesehen sind, wechselweise nacheinander hergestellt werden.The invention has the advantage that with a device alternately polyurethane elastomers can be produced, each with different hard segment shares. Thus, adhesives, textile coatings and products intended for thermoplastic processing can be alternately prepared sequentially in the same equipment.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an 3 Beispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist ein Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Polyurethanelastomeren mit unterschiedlichen Hartsegmentanteilen dargestellt. Auf dem Mehrschneckenextruder 1, welcher als Doppelschneckenextruder ausgebildet ist, ist eine Mischeinrichtung angeordnet. Diese besteht aus dem zylindrischen Behälter 2, der beheizbar ist. Zu diesem Zweck ist er mit einem Heizmantel versehen, in dem das Heizmedium strömt und damit eine Temperierung der in dem Behälter 2 befindlichen Reaktionskomponenten ermöglicht. Der Behälter 2 ist senkrecht angeordnet.The invention is explained in more detail below with reference to 3 examples. In the accompanying drawing, a section through an apparatus for producing polyurethane elastomers with different hard segment shares is shown. On the multi-screw extruder 1, which is designed as a twin-screw extruder, a mixing device is arranged. This consists of the cylindrical container 2, which is heated. For this purpose, it is provided with a heating jacket in which the heating medium flows and thus allows a temperature of the reaction components located in the container 2. The container 2 is arranged vertically.

Er ist an seinem unteren Ende mit dem Mehrschneckenextruder 1 lösbar verbunden. Diese Verbindung ist als Flanschverbindung mit Selbstzentrierung ausgebildet, wobei die Flansche durch Schrauben verbunden werden. Der Behälter 2 ist an seinem untersten Teil den Schneckenwellen 3 angepaßt. Die Anpassung des Behälters 2 an die Schneckenwellen 3 erfolgt so genau, daß das radiale Spiel zwischen den Schneckenwellen 3 und dem Behälterunterteil nicht größer ist als in dem übrigen Teil des selbstreinigenden Mehrschneckenextruders 1. Zwischen dem Behälter 2 und dem Gehäuse des Mehrschneckenextruders 1 wird eine metallische Flachdichtung eingelegt.It is detachably connected at its lower end to the multi-screw extruder 1. This connection is formed as a flange connection with self-centering, wherein the flanges are connected by screws. The container 2 is adapted to the screw shaft 3 at its lowermost part. The adaptation of the container 2 to the screw shafts 3 takes place so accurately that the radial clearance between the screw shafts 3 and the container base is not greater than in the remaining part of the self-cleaning Mehrschneckenextruder 1. Between the container 2 and the housing of the multi-screw extruder 1 is a metallic Flat gasket inserted.

Der Behälter 2 weist in seinem untersten Teil den Austrittskanal 4 auf, welcher als Bohrung ausgebildet ist und senkrecht verläuft. Dieser Austrittskanal 4 mündet mit seinem oberen Ende in der trichterförmigen Ausbildung des unteren Teiles des Behälters 2. Das untere Ende des Austrittskanals 4 mündet am Schersattel des Mehrschneckenextruders 1. Der Deckel des Behälters 2 ist mit diesem über einen Flansch verbunden. Durch diesen Deckel führt die Diisocyanatzuführungsleitung 5 in den Behälter 2 und in diesem senkrecht nach unten. Sie besteht aus einem nichtisolierten zentrierten Rohr, das mit seinem unteren Ende in den Austrittskanal 4 des Behälters 2 ragt. Da der Außendurchmesser der Diisocyanatzuführungsleitung 5 kleiner ist als der Innendurchmesser des Austrittskanals 4, entsteht in dem Austrittskanal 4 der Ringspalt 6. Durch diesen Ringspalt 6 treten die in dem Behälter 2 befindlichen Reaktionskomporienten auf ihrem Weg in den Mehrschneckenextruder 1, wobei auf Grund der Querschnittsverengung ihre Durchtrittsgeschwindigkeit erhöht wird. Bei einer anderen Variante ist der Behälter 2 mit einem Rührer 7 ausgerüstet, welcher als Blattrüher ausgebildet ist und über eine Kupplung und ein Getriebe von einem Motor angetrieben wird. Der Abstand zwischen dem Rührer 7 und der Behälterwandung ist möglichst gering, um das Ansetzen von Krusten an der Wandung zu verhindern. Der Behälter 2 ist an seinem unteren Teil trichterförmig ausgebildet. In gleicherweise ist der Rührer 7 an seinem unteren Teil mit Schrägen versehen, wodurch die Waridgängigkeit des Rührers 7 auch in diesem Teil gewahrt bleibt.The container 2 has in its lowermost part the outlet channel 4, which is formed as a bore and perpendicular. This outlet channel 4 opens at its upper end in the funnel-shaped configuration of the lower part of the container 2. The lower end of the outlet channel 4 opens at the shear caliper of the multi-screw extruder 1. The lid of the container 2 is connected thereto via a flange. Through this cover, the Diisocyanatzuführungsleitung 5 leads into the container 2 and in this vertically downwards. It consists of a non-insulated centered tube which projects with its lower end into the outlet channel 4 of the container 2. Since the outer diameter of the Diisocyanatzuführungsleitung 5 is smaller than the inner diameter of the outlet channel 4, formed in the outlet channel 4 of the annular gap 6. Through this annular gap 6, the Reaktionskomporienten located in the container 2 on their way into the multi-screw extruder 1, wherein due to the cross-sectional constriction Passage speed is increased. In another variant, the container 2 is equipped with a stirrer 7, which is designed as a blade stirrer and is driven by a motor via a clutch and a transmission. The distance between the stirrer 7 and the container wall is as small as possible in order to prevent the formation of crusts on the wall. The container 2 is funnel-shaped at its lower part. In the same way, the stirrer 7 is provided at its lower part with bevels, whereby the Waridgängigkeit the stirrer 7 is maintained in this part.

Bei dieser Variante ist die Welle des Rührers 7 als Hohlwelle ausgebildet. Sie steht an ihrem oberen Teil außerhalb des Behälters 2 mit der Diisocyanatzuführungsleitung 5 in Verbindung. Auf diese Weise wird die Welle des Rührers 7 selbst zur Diisocyanatzuführungsleitung 5, deren unteres Ende mit dem Austrittskanal 4 den Ringspalt 6 bildet. Die Verbindung zwischen der feststehenden Diisocyanatzuführungsleitung 5 und der Hohlwelle des Rührers 7 erfolgt über das Verbindungsstück 8, welches die Welle des Rührers 7 umgibt und eng an dieser anliegt. Dieses Verbindungsstück 8 weist einen um die Welle des Rührers 7 führenden Kanal auf, durch den das Diisocyanat in die Hohlwelle tritt. Eine an dem Verbindungsstück 8 angeordnete Stopfbuchsdichtung 9 verhindert dabei ein Austreten des Diisocyanates in die Umgebung. Der Deckel des Behälters 2 ist am Durchtritt der Welle des Rührers 7 ebenfalls mit einer Stopfbuchsdichtung versehen, um ein Austreten der Reaktionskomponenten in die Umgebung zu vermeiden.In this variant, the shaft of the stirrer 7 is formed as a hollow shaft. It communicates at its upper part outside the container 2 with the Diisocyanatzuführungsleitung 5 in connection. In this way, the shaft of the stirrer 7 itself becomes the diisocyanate feed line 5, whose lower end forms the annular gap 6 with the outlet channel 4. The connection between the fixed Diisocyanatzuführungsleitung 5 and the hollow shaft of the stirrer 7 via the connecting piece 8, which surrounds the shaft of the stirrer 7 and fits tightly against this. This connector 8 has a leading to the shaft of the agitator 7 channel through which the diisocyanate enters the hollow shaft. A arranged on the connector 8 Stopfbuchsdichtung 9 prevents leakage of the diisocyanate in the environment. The lid of the container 2 is also provided at the passage of the shaft of the stirrer 7 with a stuffing box seal to prevent leakage of the reaction components into the environment.

Der Behälter 2 weist an seinem oberen Teil den Eintrittsstutzen 10 für das Diisocyanat auf. In diesen Eintrittsstutzen 10 mündet die zweite Diisocyanatzuführungsleitung 11, welche an ihrem anderen Ende mit der Diisocyanatzuführungsleitung 5 verbunden ist. Somit wird eine Diisocyanatzuführung sowohl in den Eintrittsstutzen 10 am Behälter 2 als auch in das Verbindungsstücke an der Welle des Rührers 7 ermöglicht. Jeweils vor dem Verbindungsstück 8 und dem Eintrittsstutzen 10 angeordnete Absperrorgane ermöglichen eine gezielte Zuführung des Diisocyanates durch den Eintrittsstutzen 10 und/oder die Welle des Rührers 7.The container 2 has at its upper part to the inlet nozzle 10 for the diisocyanate. In this inlet nozzle 10, the second Diisocyanatzuführungsleitung 11, which is connected at its other end to the Diisocyanatzuführungsleitung 5 opens. Thus, a Diisocyanatzuführung is made possible both in the inlet nozzle 10 on the container 2 and in the connecting pieces on the shaft of the stirrer 7. In each case before the connecting piece 8 and the inlet nozzle 10 arranged shut-off valves allow a targeted supply of the diisocyanate through the inlet nozzle 10 and / or the shaft of the stirrer. 7

Darüber hinaus weist der Behälter 2 an seinem oberen Teil den Hydroxylkomponenteneintrittsstutzen 12 auf, durch den die Hydroxylkomponente, ein oligomeres Diol und ein niedermolekulares Diol, in den Behälter 2 tritt. Jeweils vorgeschaltete Dosierpumpen bewirken die Förderung des Diisocyanates und der Hydroxylkomponente in den Behälter 2 bzw. in die Welle des Rührers 7.In addition, the container 2 has at its upper part the hydroxyl component inlet nozzle 12, through which the hydroxyl component, an oligomeric diol and a low molecular weight diol, enters the container 2. In each case upstream metering pumps cause the promotion of the diisocyanate and the hydroxyl component in the container 2 and in the shaft of the stirrer. 7

example 1

Es soll ein Polyurethanelastomer hergestellt werden, welches durch Extrusion oder Spritzguß verarbeitbar ist. Hierzu werden pro Stunde 22,192 kg Hydroxylgemisch, bestehend aus einem Polyesteralkohol mit einer mittleren Molmasse von 2000 (hergestellt aus Adipinsäure und einem Gemisch von 1,4-Butandiol und Ethylenglykol) und 1,4-Butandiol als Kettenverlängerer im Molverhältnis 1:5,78, versehen mit 3,2 g Paraffinöl pro kg Polyesteralkohol, mit Hilfe einer Dosierpumpe durch den Hydroxylkomponenteneintrittsstutzen 12 in den Behälter 2 gefördert. Somit werden 5,78mol Kettenverlängerer pro mol Polyesteralkohol in den Behälter 2 geleitet. Gleichzeitig werden mit Hilfe einer zweiten Dosierpumpe kontinuierlich 15,400 kg 4,4-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) pro Stunde der polyurethanbildenden Reaktion zugeführt. Auf Grund des relativ hohen Anteils an Hartsegmenten neigt das Reaktionsgemisch zur Bildung von Verkrustungen in der Mischeinrichtung. Um das Entstehen von Verkrustungen in dem Behälter 2 zu vermeiden, wird das MDI durch die Diisocyanatzuführungsleitung 5 in den Austrittskanal 4 des Behälters 2 geführt. Das mit einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s durch den Ringspalt 6 tretende Hydroxylgemisch reißt das aus der Diisocyanatzuführungsleitung 5 austretende MDI mit in den Einzugsbereich der Schneckenwellen 3. Dadurch wird ein Zurückströmen des MDI in den Behälter 2 verhindert.It is intended to produce a polyurethane elastomer which can be processed by extrusion or injection molding. For this purpose, 22.192 kg of hydroxyl mixture per hour, consisting of a polyester alcohol having an average molecular weight of 2000 (prepared from adipic acid and a mixture of 1,4-butanediol and ethylene glycol) and 1,4-butanediol as a chain extender in the molar ratio 1: 5.78, provided with 3.2 g of paraffin oil per kg of polyester alcohol, promoted by means of a metering pump through the hydroxyl component inlet nozzle 12 into the container 2. Thus, 5.78 moles of chain extender per mole of polyester alcohol are passed into vessel 2. At the same time, 15,400 kg of 4,4-diphenylmethane diisocyanate (MDI) are fed per hour to the polyurethane-forming reaction with the aid of a second metering pump. Due to the relatively high proportion of hard segments, the reaction mixture tends to form encrustations in the mixing device. In order to avoid the formation of encrustations in the container 2, the MDI is guided through the Diisocyanatzuführungsleitung 5 in the outlet channel 4 of the container 2. The hydroxyl mixture passing through the annular gap 6 at a speed of 0.3 m / s entrains the MDI emerging from the diisocyanate feed line 5 into the catchment area of the screw shafts 3. This prevents the MDI from flowing back into the container 2.

In dem Austrittskanal 4 begin nt die Durch mischung der Reaktionskomponenten, welche dann in dem Mehrschneckenextruder 1 fortgesetzt wird. Das Ineinandergreifen der Schneckenwellen 3 und das geringe radiale Spiel zwischen den Schneckenwellen 3 und der Gehäusewandung des Mehrschneckenextruders 1 verhindern eine Krustenbildung in dem Mehrschneckenextruder 1.In the outlet channel 4 begin nt by mixing the reaction components, which is then continued in the multi-screw extruder 1. The meshing of the worm shafts 3 and the small radial clearance between the worm shafts 3 and the housing wall of the multi-screw extruder 1 prevent crusting in the multi-screw extruder 1.

Die polyurethanbildende Reaktion findet in dem Mehrschneckenextruder 1 bei intensiver Durchmischung statt. Das dabei entstehende Produkt wird nach dem Austritt aus dem Mehrschneckenextruder 1 granuliert. Die durch Spritzguß hergestellten Prüfkörper sind frei von Inhomogenitäten und weisen folgende Kennwerte auf.The polyurethane-forming reaction takes place in the multi-screw extruder 1 with intensive mixing. The resulting product is granulated after leaving the multi-screw extruder 1. The test specimens produced by injection molding are free of inhomogeneities and have the following characteristics.

Zugfestigkeittensile strenght 51MPa51MPa Bruchdehnungelongation 433 %433% WeiterreißfestigkeitTear strength 1415 N/cm1415 N / cm Abriebabrasion 31 mm³ 31 mm ³ Härtehardness 59 Shore D59 Shore D.

Example 2

Es soll eine Polyurethantextilbeschichtungsrnasse hergestellt werden.A polyurethane textile coating composition is to be prepared.

Hierzu werden pro Stunde 20,357kg Polyesteralkohol mit einer mittleren Molmasse von 2000 (Hydroxylzahl = 56,1), hergestellt aus Adipinsäure und einem Gemisch von 1,4-Butandiol und Ethylenglykol, und 1,864kg 1,4-Butandiol als Kettenverlängerer durch den Hydroxylkomponenteneintrittsstutzen 12 kontinuierlich in den Behälter 2 dosiert. Das molare Verhältnis zwischen dem Polyesteralkohol und dem Kettenverlängerer 1,4-Butandioi beträgt somit 1:2. Gleichzeitig werden kontinuierlich 7,830kg 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat pro Stunde durch das Verbindungsstück 8 und durch die Hohlwelle des Rührers 7 in den Austrittkanal 4 des Behälters 2 dosiert. Dort wird es von dem mit hoher Geschwindigkeit durch den Ringspalt 6 strömenden Hydroxylkomponentengemisch erfaßt und in den Einzugsbereich der Schneckenwellen 3 mitgerissen. In dem Mehrschneckenextruder 1 findet bei intensiver Durchmischung der Reaktionskomponenten die polyurethanbildende Reaktion statt, Das dabei entstehende Produkt wird nach dem Austritt aus dem Mehrschneckenextruder 1 granuliert.For this purpose, 20.357 kg per hour polyester alcohol having an average molecular weight of 2000 (hydroxyl number = 56.1), prepared from adipic acid and a mixture of 1,4-butanediol and ethylene glycol, and 1.864kg 1,4-butanediol as a chain extender through the Hydroxylkomponenteneintrittsstutzen 12th continuously dosed into the container 2. The molar ratio between the polyester alcohol and the chain extender 1,4-butanediol is thus 1: 2. At the same time continuously 7.830kg of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate per hour through the connector 8 and through the hollow shaft of the stirrer 7 in the outlet channel 4 of the container 2 are metered. There it is detected by the flowing at high speed through the annular gap 6 Hydroxylkomponentengemisch and entrained in the catchment area of the screw shafts 3. In the multi-screw extruder 1 takes place with intensive mixing of the reaction components, the polyurethane-forming reaction instead, the resulting product is granulated after emerging from the multi-screw extruder 1.

Aus dem Granulat wurde eine Lösung hergestellt, welche 25 Gew.-% Polyurethan und 75 Gew.-% Dimethylformamid enthält. Die Lösung ist bei Raumtemperatur frei von Gelteilchen.From the granules, a solution was prepared containing 25 wt .-% polyurethane and 75 wt .-% dimethylformamide. The solution is free of gel particles at room temperature.

Die aus der Lösung gezogene Folie weist folgende mechanische Kennwerte auf:The drawn from the solution film has the following mechanical characteristics:

Bruchdehnung 756%Elongation at break 756%

Zugfestigkeit 44MPaTensile strength 44MPa

Example 3

Es soll ein Polyurethanklebstoff hergestellt werden. Dieses Produkt hat einen relativ niedrigen Kettenverlängereranteil und neigt daher nicht zur Krustenbildung in der Mischeinrichtung.It is to be made a polyurethane adhesive. This product has a relatively low chain extender content and therefore does not tend to crust in the mixer.

Pro Stunde werden 155,740kg Polyesteralkohol auf der Basis von Adipinsäure und Hexandiol (Molekulargewicht 2000) und 7,202kg Kettenverlängerer, bestehend aus einem Gemisch von 1,4-Butandiol und 1,6-Hexandiol mit Hilfe einer Dosierpumpe über den Hydroxylkomponenteneintrittsstutzen 12 in den Behälter 2 geführt. Insgesamt werden 0,9 mol Kettenverlängerer pro mol Polyesteralkohol der polyurethanbildenden Reaktion zugeführt. Gleichzeitig werden mit Hilfe einer zweiten Dosierpumpe pro Stunde 36,820kg 4,4-Diphenylmethandiisocyanat über die zweite Diisocyanatzuführungsleitung 11 und über den Eintrittsstutzen 10 in den oberen Teil des Behälters 2 gefördert. Auf diese Weise werden sowohl das Hydroxylkomponentengemisch als auch das Diisocyanat in den oberen Teil des Behälters 2 gefördert. Dort beginnt auch die polyurethanbildende Reaktion. Das Reaktionsgemisch wird in dem Behälter 2 mit Hilfe des Rührers 7 intensiv vermischt, wobei es von oben nach unten strömt. An dem untersten Teil des Behälters 2 strömt das Reaktionsgemisch durch den Ringspalt 6 in den Mehrschneckenextruder 1, wird dort von den Schneckenwellen 3 erfaßt und weiter durchmischt. Es entsteht ein einheitliches Produkt, welches frei von Inhomogenitäten ist.155.740 kg polyester alcohol based on adipic acid and hexanediol (molecular weight 2000) and 7.202 kg chain extender, consisting of a mixture of 1,4-butanediol and 1,6-hexanediol with the aid of a metering pump via the hydroxyl component inlet nozzle 12 into the container 2 per hour guided. In total, 0.9 mol of chain extender per mole of polyester alcohol is added to the polyurethane-forming reaction. At the same time, 36.820 kg of 4,4-diphenylmethane diisocyanate are conveyed via the second diisocyanate feed line 11 and via the inlet connection 10 into the upper part of the container 2 per hour with the aid of a second metering pump. In this way, both the hydroxyl component mixture and the diisocyanate are conveyed into the upper part of the container 2. This is where the polyurethane-forming reaction begins. The reaction mixture is intensively mixed in the container 2 by means of the stirrer 7, wherein it flows from top to bottom. At the lowest part of the container 2, the reaction mixture flows through the annular gap 6 in the multi-screw extruder 1, where it is detected by the screw shafts 3 and further mixed. The result is a uniform product, which is free of inhomogeneities.

Claims

1. A device for the production of polyurethane elastomers with different hard segment shares of diisocyanates and organic hydroxyl components, consisting of a multi-screw extruder, arranged on the multi-screw extruder mixing device having at its lower part leading into the multi-screw extruder outlet channel, and metering pumps via supply lines for the insert components connected to the mixing device, characterized in that the Diisocyanatzuführungsleitung (5) in the outlet channel (4) ends and forms the lower end of this feed line to the outlet channel (4) a speed of the hydroxyl component increasing annular gap (6).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the shaft of the mixer belonging to the stirrer (7) is designed as a hollow shaft and with the Diisocyanatzuführungsleitung (5) is in communication, said shaft in the outlet channel (4) ends and the lower end this wave with the outlet channel (4) forms a speed of the reaction components increasing annular gap (6).

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention includes an apparatus for producing various polyurethane products that differ in their proportion of hard segments. It is used in the chemical industry. With their help, it is possible to produce polyurethane adhesives, polyurethane textile coating compositions and polyurethane products which can be processed according to the methods generally used for thermoplastic processing, such as injection molding, calendering and extrusion or in solution.

Characteristic of the known technical solutions

Due to the large viscosity increase, the polyurethane-forming reaction is preferably carried out in a multi-screw extruder. The reaction components are usually mixed before they enter the multi-screw extruder. On the other hand, from DE-OS 2447368 a method is known in which the reaction components are individually metered directly into the feed zone of the multi-screw extruder, wherein in the feed zone a temperature of 240 ⁰ C prevails. According to this method, pre-mixing is therefore dispensed with and the polyurethane-forming reaction only begins in the extruder.

This type of reaction is particularly problematic in formulations with a low proportion of hard segment, because in the multi-screw extruder to mix a large amount of an oligomeric, relatively high viscosity diol (polyester), a small amount of a low molecular weight low viscosity diol (Kettenyerlängerer) and a relatively small amount of diisocyanate and to react. In addition, for the production of polyurethane products consistently good quality adapted to the different Hartsegmentanteile screw geometry and temperature control is necessary. The disadvantages mentioned can be avoided by first mixing the reaction components before they enter the multi-screw extruder and then feeding the mixture into the extruder. Such a device is known from DD-PS 13S 332. This device consists of a twin-screw extruder, on which a mixing head is arranged, which communicates via liquid lines with metering pumps for conveying the reaction components. The mixing head consists of a cylindrical container, which is equipped with a wall-mounted stirrer. The mixing head is directly connected to it via a nozzle which is arranged on the shear saddle of the twin-screw extruder. The liquid lines for the reaction components diisocyanate, polyol and the chain extender coming from the Dösier pumps open into the upper part of the mixing head. The reaction components thus enter the upper part of the mixing head and are then intimately mixed. Part of the polyurethane-forming reaction already takes place in the mixing head.

As is known, the proportion of hard segments in the polyurethane compounds increases with the proportion of the chain extender; As the proportion of chain extender increases, harder products are thus produced. However, harder products tend to form encrustations in the mixer. Therefore, the preparation of polyurethane compounds having a higher hard segment content poses some difficulties. Thus, in the operation of the device according to DD-PS 135332 that products with low hard segment shares, namely polyurethane adhesive, can be easily prepared without crusting appear in the mixing head. In the case of products with a higher proportion of hard segments, namely textile coating compositions and, above all, products which are intended for thermoplastic processing, encrustations occur in the mixing head which cause inhomogeneities in the end product and sometimes even lead to blockages of the mixing head.
This disadvantage could be remedied by the choice of another mixing head, for example, such as in