DE10123002C1 - Reaction apparatus for the production of reaction plastics - Google Patents
Reaction apparatus for the production of reaction plasticsInfo
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Reaktionsapparat zur Herstellung von Reaktions-Kunststoffen, bestehend aus einer Kombination aus zwei voneinander unabhängig arbeitenden selbstreinigenden Doppelschneckenextrudern, die totraumfrei an den Schneckenendgehäusen miteinander verbunden sind.The invention relates to a reaction apparatus for the production of reaction plastics, consisting of a combination of two independently working, self-cleaning twin-screw extruders which are connected to one another at the screw end housings without dead space.
Description
Die Erfindung betrifft einen Reaktionsapparat zur Herstellung von Reaktions-Kunststoffen, insbesondere Polyurethanen, sowie die Herstellung von Reaktions-Kunststoffen, insbesondere Poly urethanen, mittels dieses Reaktors.The invention relates to a reaction apparatus for production of reaction plastics, in particular polyurethanes, and the production of reaction plastics, especially poly urethanes, by means of this reactor.
Unter Reaktionskunststoffen im Sinne der Erfindung werden solche Kunststoffe verstanden, die durch chemische Reaktion von min destens zwei Komponenten hergestellt werden. Bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäßen Reaktionsapparat solche Reaktions kunststoffe hergestellt, die duroplastische Eigenschaften aufweisen. Unter duroplastischen Eigenschaften soll in Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden werden, daß die Kunst stoffe nach der Aushärtung nicht mehr schmelzbar sind. Die duro plastischen Eigenschaften werden insbesondere durch Vernetzung hervorgerufen.Reaction plastics in the sense of the invention include such Understand plastics that by chemical reaction of min at least two components are produced. To be favoured such reaction with the reaction apparatus according to the invention Made of plastics that have thermosetting properties exhibit. Taking thermosetting properties is said to mean of the present invention can be understood that art substances are no longer meltable after curing. The duro plastic properties are particularly through networking caused.
Zu den bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Reaktionsapparat herstellbaren Reaktions-Kunststoffen gehören neben den chemisch vernetzten Polyurethanen, wie Hart- und Weich- und Halbhart schaumstoffen, Gießelastomeren und Reaktivsystemen beispielsweise auch Amino- und Phenoplaste, Silikonelastomere, ungesättigte Polyesterharze und Epoxidharze.To the preferred with the reactor of the invention Reactive plastics that can be produced belong in addition to the chemical ones cross-linked polyurethanes, such as hard and soft and semi-hard foams, cast elastomers and reactive systems, for example also amino and phenoplasts, silicone elastomers, unsaturated Polyester resins and epoxy resins.
Eine besondere Bedeutung unter den Reaktions-Kunststoffen haben die Polyurethane, und hier besonders die Polyurethan-Schaum stoffe. Die Herstellung der Polyurethane erfolgt zumeist durch Umsetzung mindestens eines Polyisocyanats mit mindestens einer Verbindung mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, bei der Herstellung von Schaumstoffen in Anwesenheit von Treibmitteln. Dabei werden die Reaktions komponenten vermischt und danach zum Schaum aushärten gelassen. Zur Vermischung dienen im allgemeinen spezielle Mischorgane, beispielsweise Mischköpfe. Derartige Aggregate wurden vielfach beschrieben, beispielsweise im Kunststoffhandbuch, Band 7 "Poly urethane" 1., 2. und 3. Auflage, Carl-Hanser-Verlag München.The polyurethanes, and here in particular the polyurethane foams, are of particular importance among the reaction plastics. The polyurethanes are usually produced by reacting at least one polyisocyanate with at least one compound having at least two hydrogen atoms reactive with isocyanate groups, in the production of foams in the presence of blowing agents. The reaction components are mixed and then allowed to harden into foam. Special mixing elements, for example mixing heads, are generally used for mixing. Such units have been described many times, for example in the plastics manual, volume 7 "Poly urethane" 1st, 2nd and 3rd edition, Carl-Hanser-Verlag Munich.
In WO 96/20966 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Poly urethan-Schaumstoffen beschrieben, bei dem die Reaktions komponenten in einem Extruder miteinander vermischt werden und nach ihrem Austrag auf einem Band, beispielsweise einem her kömmlichen Doppelband, aufschäumen und aushärten. Durch dieses Verfahren soll insbesondere das Einarbeiten von Füllstoffen in den Schaum erleichtert werden. So können gemäß der Lehre von WO 96/20966 A1 mindestens 15 bis 20 Gew.-% Füllstoffe in den Schaum eingearbeitet werden. Als Extruder werden Ein- oder Zweiwellen extruder beschrieben, wobei es sich bei den Zweiwellenextrudern um Gleichläufer handelt.WO 96/20966 A1 describes a process for the production of poly urethane foams described in which the reaction components are mixed together in an extruder and after their discharge on a tape, for example one ago conventional double belt, lather and harden. Because of this The method is intended in particular to incorporate fillers into the foam will be relieved. According to the teaching of WO 96/20966 A1 at least 15 to 20 wt .-% fillers in the foam be incorporated. One or two shafts are used as extruders extruder described, it being the twin-screw extruders is about co-movement.
Es hat sich allerdings gezeigt, daß nach diesem Verfahren nur Polyurethansysteme mit extrem langer Abbindezeit verarbeitet werden können, da es ansonsten zu Ablagerungen im Extruder kommt, was bis zum Zuschäumen des Extruders führen kann. Außerdem kommt es zu starken Druckschwankungen im Extruder. In WO 96/20966 A1 wird darauf hingewiesen, daß Hartschäume, bei denen bereits im Extruder die Polyurethanbildung stattfindet, zur Blockade des Extruders führen können.However, it has been shown that using this method only Processed polyurethane systems with an extremely long setting time because otherwise there will be deposits in the extruder, which can lead to the foaming of the extruder. Also comes there are strong pressure fluctuations in the extruder. In WO 96/20966 A1 it is pointed out that rigid foams in which already in the extruder the polyurethane formation takes place, to block of the extruder.
In Research Disclosure 402064 wird ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen beschrieben, bei dem Polyiso cyanat, Polyol, Treibmittel und Katalysator in einen Extruder eingebracht, in diesem bis zu einem Umsatz von 5 bis 50% umgesetzt und diese Reaktionsmischung durch eine Düse auf ein Band ausgetragen wird, wo sie zu einem Polyurethanschaum aus reagiert und dabei aufschäumt. An der Düse sollte der Druck hoch genug sein, um ein vorzeitiges Aufschäumen oder eine Entmischung der Reaktionsmischung zu vermeiden. Auch bei diesem Verfahren findet die Urethanbildungsreaktion im wesentlichen außerhalb des Extruders statt.Research Disclosure 402064 describes a manufacturing process of rigid polyurethane foams described in the Polyiso cyanate, polyol, blowing agent and catalyst in an extruder introduced in this up to a turnover of 5 to 50% implemented and this reaction mixture through a nozzle on Band is discharged where it turns into a polyurethane foam reacts and foams. The pressure at the nozzle should be high enough to cause premature foaming or segregation to avoid the reaction mixture. Even with this procedure the urethane formation reaction takes place essentially outside of the extruder.
Problematisch bei der Herstellung von Reaktionskunststoffen, insbesondere duroplastischen Reaktionskunststoffen, mittels Extrudern ist die irreversible Ausbildung von festen, nicht schmelzbaren Reaktionsprodukten innerhalb von Totraumzonen des Extruders, insbesondere in der Nähe der Austrittsöffnung des Extruders. Durch diese Ablagerungen kann es zu Problemen beim Druckaufbau innerhalb des Extruders und in extremen Fällen zur Blockade des Extruders kommen.Problematic in the production of reaction plastics, in particular thermosetting reaction plastics, by means of Extrusion is the irreversible formation of solid, not fusible reaction products within dead zones of the Extruder, especially near the outlet of the Extruder. These deposits can cause problems with Pressure build-up inside the extruder and in extreme cases Blockage of the extruder coming.
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren zur Herstellung von Reaktions-Kunststoffen mittels des Extrusions verfahrens zu entwickeln, bei dem ein konstanter Druckaufbau im Extruder stattfindet und die irreversible Ausbildung von festen Reaktionsprodukten in Totraumbereichen des Extruders unterbunden wird.The object of the invention was to provide a method for Production of reaction plastics by means of extrusion to develop a process in which a constant pressure build-up in the Extruder takes place and the irreversible formation of solid Reaction products in dead space areas of the extruder prevented becomes.
Die Aufgabe konnte überraschenderweise gelöst werden, indem als Reaktionsapparat eine Kombination aus zwei voneinander unabhängig arbeitenden selbstreinigenden Doppelschneckenextrudern eingesetzt wird, die totraumfrei an den Schneckenendgehäusen miteinander verbunden sind.The task could surprisingly be solved by as Reactor a combination of two independently working self-cleaning twin-screw extruders the dead space free at the screw end housings with each other are connected.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Reaktionsapparat zur Herstellung von Reaktions-Kunststoffen, bestehend aus einer Kombination aus zwei voneinander unabhängig arbeitenden selbst reinigenden Doppelschneckenextrudern, die totraumfrei an den Schneckenendgehäusen miteinander verbunden sind.The invention accordingly relates to a reaction apparatus for the production of reaction plastics, consisting of a Combination of two independently working self cleaning twin screw extruders, which can be Screw end housings are interconnected.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Her stellung von Reaktions-Kunststoffen, vorzugsweise Polyurethanen, insbesondere Polyurethan-Schaumstoffen, in einem Reaktions apparat, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.The invention further relates to a method for the manufacture position of reaction plastics, preferably polyurethanes, especially polyurethane foams, in one reaction apparatus with the features of claim 9.
Die Verbindung der Extruder kann auf bekannte Weise erfolgen. Vorzugsweise wird dieser zweite Extruder an den Doppelschneckenextruder mit gegenläufigen Schnecken angeflanscht.The extruders can be connected in a known manner. Preferably this second extruder is connected to the twin screw extruder flanged counter-rotating screws.
Die Gegenlaufschnecken, in die die Ausgangs komponenten der Reaktions-Kunststoffe eingefüllt und zur Reaktion gebracht werden, dienen auf Grund ihrer stärkeren axialen Abdichtung dem Druckaufbau im Extruder. Dieser Teil des Extruders wird daher von der Reaktionsmischung zuerst durchlaufen.The counter-rotating screws in which the output components of the reaction plastics filled and for Reaction are served because of their stronger axial sealing of the pressure build-up in the extruder. this part of the extruder is therefore the reaction mixture first run through.
Die Gleichlaufschnecken haben vorwiegend eine druckregulierende und produktaustragende Funktion.The co-rotating screws mainly have a pressure regulating one and product carrying function.
Die druckregulierende Funktion der Gleichlaufschnecken kann dabei vorzugsweise durch eine gezielte Bestückung der Schnecken mit fördernden und gegenfördernden Schneckenelementen sowie durch die Variation der Schneckendrehzahl erfolgen.The pressure regulating function of the co-rotating screws can preferably by a specific loading of the snails with promoting and counter-promoting screw elements and by Vary the screw speed.
Die produktaustragende Funktion der Gleichlaufschnecken erfolgt vorwiegend durch einen Produktabstau im Bereich einer Entgasungs zone. Dieser Produktabstau kann beispielsweise durch eine dicht schließende Stauscheibe auf den Schneckenwellen bewirkt werden. The product-carrying function of the synchronous screws takes place mainly due to a product jam in the area of a degassing Zone. This product jam can be caused, for example, by a leak closing baffle plate on the worm shafts.
Die Öffnung der Entgasungszone wird zumeist gleichzeitig zum Produktaustrag genutzt. Sie befindet sich zumeist unterhalb des Reaktionsapparats in Schwerpunktrichtung. Dies kann im einfachsten Fall eine Öffnung sein. Es ist jedoch auch mög lich, den Austrag anders, beispielsweise, als Formenadaption, auszugestalten.The opening of the degassing zone mostly becomes at the same time Product discharge used. It is usually below of the reaction apparatus in the direction of the center of gravity. This can be done in simplest case would be an opening. However, it is also possible Lich, the discharge differently, for example, as a form adaptation, embody.
Der Extruderteil mit gleichlaufenden Schnecken, der den Produktstrom vom gegensinnig drehenden Doppelschneckenextruder zwangsweise übergeben bekommt, kann je nach Förderrichtung der verwendeten Schneckenelemente, der Schneckendrehzahl, der Konfiguration der Schnecken oder ähnlicher Parameter den vom gegensinnig drehenden Extruderteil zu überwindenden Förder widerstand verringern oder erhöhen. Dadurch wird der auf die Reaktionsmasse ausgeübte Druck verringert bzw. erhöht. Dieser Druck kann, beispielsweise durch die Variation der Drehzahl des Doppelschneckenextruders, genau geregelt werden.The extruder part with co-rotating screws that the Product flow from the counter rotating twin screw extruder forcibly handed over, depending on the direction of funding the screw elements used, the screw speed, the Configuration of the screws or similar parameters from the counter-rotating extruder part to be overcome conveying decrease or increase resistance. This is the on the Reaction mass pressure reduced or increased. This Pressure can, for example, by varying the speed of the twin-screw extruder can be precisely regulated.
Wie ausgeführt, gibt es für die Ausgestaltung des Übergangs vom Doppelschneckenextruder mit gegenläufigen Schnecken zum Doppel schneckenextruder mit gleichlaufenden Schnecken verschiedene Möglichkeiten.As stated, there is for the design of the transition from Twin screw extruder with counter rotating screws for double screw extruder with co-rotating screws different Possibilities.
So ist es möglich, daß die Schnecken beider Extruder die gleiche Förderrichtung besitzen, jedoch die Drehzahl des Doppelschnecken extruders mit gegenläufigen Schnecken höher ist als die des Doppelschneckenextruders mit gleichlaufenden Schnecken. Bereits durch diese einfache Maßnahme kann ein Druckaufbau bewirkt werden, wobei die Ausbildung von Belägen durch die totraumfreie Anordnung bei bekannter Fähigkeit der Doppelschnecken zur Selbst reinigung verhindert wird.So it is possible that the screws of both extruders are the same Have the conveying direction, but the speed of the twin screw extruder with counter-rotating screws is higher than that of the Twin screw extruder with co-rotating screws. Already This simple measure can cause pressure to build up be, the formation of coverings by the dead space-free Arrangement with known ability of the twin snails to self cleaning is prevented.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktionsapparats weisen die Schnecken der beiden Doppel schneckenextruder eine entgegengesetzte Förderrichtung auf. Erreicht wird dies durch einen rechts fördernden Schnecken besatz des dem gegenläufigen Schneckenextruder spiegelbildlich gegenüber angeordneten Gleichlaufdoppelschneckenextruders. So bekommen normal, das heißt rechts, fördernde Schneckenelemente eine gegenfördernde, das heißt stauende, Funktion. Ein Besatz mit rückfördernden, das heißt links fördernden, Elementen würde durch die spiegelbildliche Anordnung eine fördernde Funktion bewirken.In a preferred embodiment of the invention Reaction devices have the snails of the two doubles screw extruder on an opposite direction of conveyance. This is achieved by a snail conveying to the right trimmed mirror image of the counter rotating screw extruder opposite arranged twin screw extruder. So get normal, that is, right, promotional snail elements a counter-promoting, i.e. congestion, function. A trim with return-promoting, that is, left-promoting, elements would through the mirror image arrangement has a promoting function.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Reaktionsapparats weist der Doppelschneckenextruder mit gleichlaufenden Schnecken am Übergang vom Doppelschneckenextruder mit gegenläufigen Schnecken zunächst rechtsfördernde Schneckenelemente und anschließend linksfördernde Schneckenelemente auf. Dadurch kommt es am Übergang der beiden Doppelschneckenextruder zunächst zu einem Produktabstau und damit zu dem erwünschten Druckaufbau. Durch die ständige Produktzufuhr aus dem gegensinnig drehenden Doppelschneckenextruder wird dieser Abschnitt mit den rechtsfördernden Schneckenelementen überfahren. Durch die sich an die rechtsfördernden Schneckenelemente anschließenden links fördernden Schneckenelemente wird das Reaktionsgemisch weiter zum Austrag des Reaktionsapparats transportiert. Neben dem ver besserten Druckaufbau hat diese Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Reaktionsapparats den weiteren Vorteil, daß es beim Über fahren der rechtsfördernde Schneckenelemente zusätzlich zu einer noch besseren Durchmischung der Reaktionsmischung kommt.In a particularly preferred embodiment of the invention according to the reaction apparatus, the twin-screw extruder has co-rotating screws at the transition from the twin screw extruder with counter-rotating screws initially right-hand screw elements and then left-hand screw elements. This results in the transition between the two twin screw extruders first to a product jam and thus to the desired Pressure build-up. Due to the constant supply of products from the opposite direction rotating twin screw extruder, this section with the run over right-hand screw elements. By yourself to the left, to the right-conveying screw elements the reaction mixture is further promoted by screw elements transported to the discharge of the reaction apparatus. In addition to the ver This embodiment of the invention has improved pressure build-up according reaction apparatus the further advantage that it is in the over the right-hand auger elements move in addition to one even better mixing of the reaction mixture comes.
Es ist prinzipiell auch möglich, die Schnecken des Doppel schneckenextruders mit gleichlaufenden Schnecken mit mehreren aufeinanderfolgenden Schneckenelementen mit unterschiedlicher Förderrichtung auszurüsten, falls dies erforderlich ist. Vorteil haft erscheint eine solche Anordnung dann, wenn man durch Ein bindung von Mischelementen eine verbesserte Durchmischung von zugeführten Additiven, beispielsweise Katalysatoren, erreichen will, das heißt eine sequentiell fördernde, mischende und abstauende Schneckengeometrie benötigt.It is also possible in principle, the snails of the double screw extruders with co-rotating screws with several successive screw elements with different Equip the conveying direction if necessary. benefit Such an arrangement appears to be imprudent if one passes through On binding of mixing elements an improved mixing of supplied additives, for example catalysts wants, that is, a sequentially promoting, mixing and stagnating screw geometry required.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Ausgangsstoffe für die Herstellung der Reaktions-Kunststoffe, wie oben ausgeführt, in den Doppelschneckenextruder mit gegenläufigen Schnecken dosiert.To carry out the method according to the invention, the Starting materials for the production of the reaction plastics, as stated above, in the twin screw extruder dosed with opposing screws.
Hierbei ist es möglich, alle Ausgangsstoffe für die Kunststoffe an einer Stelle zu dosieren. Dabei können diese bereits vor der Dosierung vermischt werden. Dies kann in üblichen und bekannten Mischorganen, bei der Herstellung von Polyurethanen beispiels weise mittels Mischköpfen, geschehen.It is possible to use all raw materials for the plastics to dose in one place. This can be done before Dosage to be mixed. This can be done in common and well known Mixing elements, for example in the production of polyurethanes wise by means of mixing heads.
Es ist ebenso möglich, die einzelnen Ausgangsstoffe für die Kunststoffe an unterschiedlichen Stellen des Reaktionsapparats zu dosieren. Auch hierbei ist es möglich, einzelne Komponenten vor der Dosierung in den Reaktionsapparat vorzuvermischen.It is also possible to use the individual starting materials for the Plastics at different points in the reaction apparatus to dose. It is also possible to use individual components premix into the reactor prior to dosing.
Bevorzugte Gruppe der Reaktions-Kunststoffe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, sind die Polyurethane. Besondere Bedeutung haben hierbei die Polyurethan- Schaumstoffe, da diese eine verstärkte Neigung zur irreversiblen Ausbildung von festen Reaktionsprodukten aufweisen. Die Her stellung dieser Verbindungen erfolgt bekanntermaßen durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen. Diese Umsetzung erfolgt zumeist in Gegenwart Katalysatoren, Treib mitteln sowie, falls erforderlich, sonstigen Hilfs- und/oder Zusatzstoffen.Preferred group of reaction plastics, which according to the Processes according to the invention can be produced Polyurethanes. The polyurethane Foams, as these have an increased tendency to become irreversible Show formation of solid reaction products. The Her These connections are known to be made by Reaction of polyisocyanates with compounds with at least two hydrogen atoms reactive with isocyanate groups. This The reaction mostly takes place in the presence of catalysts, propellants means and, if necessary, other auxiliary and / or Additives.
Bei der Herstellung von Polyurethanen mit dem erfindungsgemäßen Reaktionsapparat ist es ebenfalls möglich, die Ausgangsstoffe getrennt oder gemeinsam dem Reaktionsapparat zuzufahren.In the production of polyurethanes with the invention Reactor it is also possible to use the starting materials separately or together to feed the reactor.
Katalysatoren, Treibmittel sowie Hilfs- und/oder Zusatzstoffe können dem Polyisocyanat und/oder den Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen vor dem Dosieren in den Reaktionsapparat zugesetzt werden.Catalysts, blowing agents and auxiliaries and / or additives can the polyisocyanate and / or the compounds with at least two hydrogen atoms reactive with isocyanate groups before Dosing can be added to the reactor.
Es ist ebenso möglich, die Katalysatoren, Treibmittel sowie die sonstigen Hilfs- und/oder Zusatzstoffe separat zu einer dem Reaktionsapparat vorgeschalteten Mischeinrichtung zu bringen und dort mit dem Polyisocyanat und/oder den Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen zu vermischen. Es ist ebenso möglich, die genannten Verbindungen getrennt von den Reaktionskomponenten dem Reaktionsapparat zuzu fahren. Dabei kann die Dosierung in die gleiche oder eine andere Zone vorgenommen werden, in welche die Polyisocyanate und die Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen dosiert wurden. Es ist ebenso möglich, einen Teil der genannten Komponenten vor dem Eintrag in den Reaktions apparat den Reaktionskomponenten zuzusetzen und einen anderen Teil getrennt von den Reaktionskomponenten dem Reaktionsapparat zuzufahren. So kann es vorteilhaft sein, bestimmte Additive und Füllstoffe, aber auch Katalysatoren und/oder Treibmittel im Extruder mit den gegenläufigen Schnecken stromauf vor der Zugabe der Reaktionskomponenten zuzusetzen.It is also possible to use the catalysts, blowing agents and the other auxiliaries and / or additives separately from one Bring reactor upstream mixing device and there with the polyisocyanate and / or the compounds at least two hydrogen atoms reactive with isocyanate groups to mix. It is also possible to use the compounds mentioned to the reaction apparatus separately from the reaction components drive. The dosage can be the same or different Zone are made in which the polyisocyanates and Compounds with at least two reactive with isocyanate groups Hydrogen atoms were dosed. It is also possible to have one Part of the components mentioned before entry in the reaction apparatus to add the reaction components and another Part separately from the reaction components of the reactor fully close. So it can be beneficial to use certain additives and fillers, but also catalysts and / or blowing agents in the extruder with the counter-rotating screws upstream of the Add the reaction components.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden das Polyisocyanat, die Verbindungen mit mindestens zwei mit Iso cyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen sowie, falls verwendet, das Treibmittel, insbesondere Wasser und/oder physikalische Treibmittel, mit einem Mischer, vorzugsweise einem Niederdruck- Mischer, oder durch eine Niederdruckmischanlage vermischt, diese Mischung dem Reaktionsapparat zugeführt und der Katalysator ent weder vor oder im Mischer, oder aber in einer beliebigen späteren Zone nach dem Mischer und vor dem Austrittsorgan dem Reaktions apparat zugeführt wird. Zusätzlich verwendete Hilfs- und/oder Zusatzstoffe können, wie oben beschrieben, sowohl gemeinsam mit dem Polyisocyanat und/oder der Verbindung mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen als auch in einer beliebigen Zone sowohl vor der Mischerzuführung als auch zwischen dieser und dem Austrittsorgan dem Reaktionsapparat zugeführt werden.In a preferred embodiment of the invention Polyisocyanate, the compounds with at least two with Iso hydrogen atoms reactive to cyanate groups and, if used, the blowing agent, especially water and / or physical Propellant, with a mixer, preferably a low pressure Mixer, or mixed by a low pressure mixing system, this Mixture fed to the reactor and the catalyst ent neither before or in the mixer, or in any later Zone after the mixer and before the outlet organ after the reaction apparatus is fed. Additionally used auxiliary and / or Additives can, as described above, both together with the polyisocyanate and / or the compound with at least two with Isocyanate reactive hydrogen atoms as well in one any zone both before the mixer feed and between this and the outlet member fed to the reaction apparatus become.
Im allgemeinen herrscht in der Zone, in der die Reaktionsmischung eingetragen wird, noch kein Druck. Dieser wird erst in den Zonen aufgebaut, die sich stromabwärts an diese Zone anschließen.In general, the zone in which the reaction mixture prevails is entered, no pressure yet. This is only in the zones built up that connect downstream to this zone.
Der erfindungsgemäße Reaktionsapparat besteht, wie schon erwähnt, aus zwei zueinander spiegelbildlich und totraumfrei angeordneten Zweiwellenextrudern, einem gegenläufigen Doppelschneckenextruder zur Aufnahme der Reaktionskomponenten und Additive und als druck aufbauendes Reaktionssystem, und einem gleichlaufenden Doppel schneckenextruder, der je nach der gewünschten Ausgestaltung des Verfahrens zum kontrollierten Gegendruckaufbau durch Ausbildung eines entsprechenden Förderwiderstands und/oder zur Verbesserung der Misch- und Austragswirkung wahlweise mit fördernden, gegen fördernden, mischenden und knetenden Elementen ausgerüstet ist.As already mentioned, the reaction apparatus according to the invention consists of two arranged in mirror image to each other and free of dead space Twin-shaft extruders, an opposing twin-screw extruder for taking up the reaction components and additives and as pressure constructive reaction system, and a synchronous double screw extruder, depending on the desired design of the Process for controlled back pressure build-up through training a corresponding funding resistance and / or for improvement the mixing and discharge effect optionally with promoting, against promoting, mixing and kneading elements.
Der Doppelschneckenextruder mit gegenläufigen Schnecken ist vorzugsweise aus bis zu 7 Gehäuseteilen mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D-Verhältnis) von 3,5 bis 28 auf gebaut, in denen die Aufnahme von Additiven und Füllstoffen, die Zuführung von Reaktionskomponenten und Reaktionsbeschleunigern, das Mischen, die Reaktion und der Druckaufbau in stromabwärts liegender Reihenfolge erfolgt. Die Beschickung mit festen Additiven und Füllstoffen geschieht insbesondere über offene Zugabestellen, die Zuführung der flüssigen Reaktionskomponenten, Reaktionsbeschleuniger und Additive kann unter offenen oder geschlossenen Bedingungen erfolgen. Verwendung finden aufgrund ihrer hohen Selbstreinigung und abdichtenden Wirkung vorzugs weise dichtkämmende Schneckenelemente, die im Bereich der Zugabe stellen hohe Schneckensteigungen aufweisen, um ohne Rückstau die zugeführten Rohstoffe aufnehmen zu können. Zum Druckaufbau stromabwärts werden bevorzugt Schneckenelemente mit abnehmender Steigung eingesetzt. Die Schneckendrehzahlen, die durch den Durchsatz, die gewünschte Verweilzeit und den beabsichtigten Druckaufbau bestimmt werden, liegen üblicherweise zwischen 20 und 250/min, bevorzugt bei 50 bis 200/min. Der Doppelschnecken extruder mit gleichlaufenden Schnecken, der spiegelbildlich tot raumfrei am Austrittsteil des Doppelschneckenextruders mit gegen läufigen Schnecken befestigt ist, ist vorzugsweise aus 1 bis 5 Gehäuseteilen mit einem L/D-Verhältnis von 3,5 : 20 aufgebaut. Er kann sowohl links- als auch rechtssinnig drehend ausgeführt sein. Vorzugsweise wird er linkssinnig drehend eingesetzt. Durch Besatz mit fördernden, gegenfördernden oder mischenden und knetenden Schneckenelementen kann eine abstauende, d. h. gegen druckerzeugende, oder auch fördernde bzw. mischende und knetende Wirkung erreicht werden. Darüber hinaus erfüllt dieser Doppel schneckenextruder auch die Aufgabe des Produktaustrags, der bevorzugt über eine Entgasungsöffnung in Schwerkraftrichtung vor genommen wird. Ein Weitertransport der Reaktionsmasse in Richtung Schneckenschaft wird durch eine mit dem Ende der Entgasungs öffnung abschließenden Stauscheibe erreicht. Eine bevorzugte Anordnung der Schneckenelemente zur Erzielung eines anfänglichen Druckaufbaues mit nachfolgender Durchmischung eines beispiels weise zugeführten Katalysatoranteiles mit abschließendem Produkt austrag ist der Aufbau von im Sinne des Gleichlaufprinzips fördernden Elementen am Übergang zur Gegenlaufschnecke, dann folgend der Aufbau von Schneckenmischelementen und/oder Knet blöcken und abschließend die Installation von im Sinne des Gleichlaufprinzips gegenfördernden Elementen in Stromaufrichtung der Gleichlaufdoppelschnecke. Die Erhöhung des Förderwiderstandes durch Gegenförderung im Produktübergangsbereich von gegen laufender zu gleichlaufender Doppelschnecke bewirkt einen zusätzlichen Druckaufbau, der durch Drehzahlvariation des Doppel schneckenextruders mit gleichlaufenden Schnecken reguliert werden kann.The twin screw extruder with counter rotating screws is preferably from up to 7 housing parts with a ratio from length to diameter (L / D ratio) from 3.5 to 28 built in which the inclusion of additives and fillers that Supply of reaction components and reaction accelerators, mixing, reaction and pressure build-up in the downstream lying order. The loading with fixed Additives and fillers are made especially through open ones Addition points, the supply of the liquid reaction components, Reaction accelerators and additives can be open or under closed conditions. Find use due to preferred their high self-cleaning and sealing effect wise tightly intermeshing screw elements that are in the area of addition make high screw pitches to have no backwater to be able to absorb the raw materials supplied. To build up pressure downstream, screw elements with decreasing preference are preferred Slope used. The screw speeds caused by the Throughput, the desired dwell time and the intended one Pressure build-up are usually between 20 and 250 / min, preferably at 50 to 200 / min. The twin screw extruder with co-rotating screws, the mirror image dead space-free at the outlet part of the twin screw extruder with counter Common snails is attached, is preferably from 1 to 5 housing parts with an L / D ratio of 3.5: 20. It can be rotated both left and right his. It is preferably used in a left-handed rotation. By Stocking with promoting, counter-promoting or mixing and kneading screw elements can a dewing, d. H. against pressure generating, or also promoting or mixing and kneading Effect can be achieved. In addition, this fulfills double screw extruder also the task of product discharge, the preferably via a degassing opening in the direction of gravity is taken. A further transport of the reaction mass in the direction Snail shaft is through one with the end of the degassing closing baffle plate reached. A preferred one Arrangement of the screw elements to achieve an initial Pressure build-up with subsequent mixing of an example wise supplied catalyst portion with final product The result is the establishment of in the sense of the synchronous principle promoting elements at the transition to the counter-rotating screw, then following the construction of screw mixing elements and / or kneading blocks and finally the installation of in the sense of Synchronization principle counter-promoting elements in the upstream direction the synchronous twin screw. The increase in delivery resistance by counter-funding in the product transition area from against running to co-rotating twin screw causes one additional pressure build-up, due to the speed variation of the double screw extruders can be regulated with co-rotating screws can.
Die Schneckengeometrie selbst sowie ihre sequentielle Anordnung im Bereich der gleichlaufenden Doppelschnecke ist entsprechend der Verfahrensaufgabe wählbar. Die Schneckendrehzahlen des Gleichlaufextruderteiles sind unabhängig wählbar und liegen im Bereich von 10 und 400/min, bevorzugt bei 30 und 300/min.The screw geometry itself and its sequential arrangement in the area of the co-rotating twin screw is corresponding of the procedural task selectable. The screw speeds of the Synchronous extruder part can be selected and lie independently in the range of 10 and 400 / min, preferably at 30 and 300 / min.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Reaktionsapparats zur Herstellung von Reaktions-Kunststoffen ist es überraschenderweise möglich, auch solche Kunststoffe, die zur irreversiblen Bildung von Feststoffen neigen, beispielsweise Polyurethan-Schaumstoffe, herzustellen, ohne daß es im Reaktionsapparat zu einer Ablagerung von irreversibel ausgehärteten Bestandteilen kommt.When using the reaction apparatus according to the invention It is surprising that the production of reaction plastics possible, even those plastics that lead to irreversible formation of solids, such as polyurethane foams, to produce without causing a deposit in the reactor comes from irreversibly hardened components.
Der Druck im Reaktionsapparat läßt sich leicht einstellen und konstant halten. Damit kann der Reaktionsapparat auch über lange Zeiträume stabil und betriebssicher gefahren werden. Überraschenderweise weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunststoffe, insbesondere die Poly urethan-Schaumstoffe, bessere Eigenschaften gegenüber solchen auf, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, wie unten näher erläutert wird.The pressure in the reactor can be easily adjusted and keep it constant. The reaction apparatus can also do this be operated stably and reliably over long periods. Surprisingly, according to the invention Processed plastics, especially the poly urethane foams, better properties than those on, which were produced by conventional methods, such as is explained in more detail below.
Vorzugsweise wird bei der Herstellung von Kunststoffen, ins besondere Polyurethan-Schaumstoffen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Reaktionsmischung im Reaktionsapparat soweit unter Druck gesetzt bzw. gehalten, daß sie dort unter Druckaufbau aufschäumt oder das Treibmittel physikalisch oder auch chemisch ge löst ist oder in mindestens eine Zone stromabwärts der Dosierung der Reaktionsmischung dosiert wird, so daß sich die Reaktions mischung nach dem Austrag aus dem Reaktionsapparat sehr schnell entspannt, dabei schnell aufschäumt, und hauptsächlich nur noch aushärtet. Dies wird erreicht, indem das Reaktionsgemisch erst kurz vor der Abbindezeit, insbesondere wenige Sekunden vor der Abbindezeit, aus dem Reaktionsapparat ausgetragen wird. Eine Volumenvergrößerung findet je nach Rohdichte des Schaums auf das 5- bis 1000-fache, vorzugsweise auf das 12- bis 60-fache und insbesondere auf das 20- bis 40-fache statt. Die Volumen vergrößerung ist bezogen auf die ungeschäumte Mischung, das heißt ein kompaktes Polyurethan aus den gleichen Einsatzstoffen, jedoch ohne Treibmittel.Preferably in the manufacture of plastics, ins special polyurethane foams, according to the invention Process the reaction mixture in the reactor as far below Pressure set or held that it foams there under pressure build-up or the blowing agent physically or chemically dissolves or in at least one zone downstream of the dosage the reaction mixture is metered so that the reaction mix very quickly after discharge from the reactor relaxed, foaming quickly, and mostly just cures. This is achieved by the reaction mixture shortly before the setting time, in particular a few seconds before the Setting time from which the reaction apparatus is discharged. A Volume increases depending on the bulk density of the foam 5 to 1000 times, preferably 12 to 60 times and in particular 20 to 40 times. The volumes Magnification is based on the unfoamed mixture, that is a compact polyurethane made from the same feed materials, however without blowing agent.
Die Reaktionsmischung ist also bei Austritt aus dem Reaktions apparat im wesentlichen ausreagiert, das heißt das Aufschäumen nach der Extrusion ist im wesentlichen ein physikalischer Vorgang. Dieser Vorgang des zeitlich im wesentlichen von der Urethanbildungsreaktion getrennten Aufschäumens der Reaktions mischung wird häufig auch als Froth bezeichnet.The reaction mixture is thus on exiting the reaction apparatus essentially reacted, that is, foaming after extrusion is essentially physical Process. This process of essentially temporal of the Urethane formation reaction, separate foaming of the reaction Mixture is often referred to as Froth.
Wie ausgeführt, liegt der Druck im Reaktionsapparat über dem Atmosphärendruck. Vorzugsweise liegt er bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen oberhalb 10 bar, insbesondere zwischen 10 und 200 bar, besonders bevorzugt zwischen 10 und 100 bar. Der Druck im Reaktionsapparat sollte 200 bar nicht überschreiten. Der Überdruck entsteht bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen aus dem durch die Reaktion mit Wasser entstehenden Kohlendioxid und/oder durch verdampfendes physikalisches Treibmittel, insbesondere physikalisches Treib mittel, welches versucht, die Reaktionsmischung aufzublähen, aber durch den Reaktionsapparat gehindert wird und somit Druck erzeugt, und/oder durch Schneckenkompression des Reaktions apparats.As stated, the pressure in the reactor is above that Atmospheric pressure. It is preferably during production of polyurethane foams above 10 bar, in particular between 10 and 200 bar, particularly preferably between 10 and 100 bar. The pressure in the reactor should not be 200 bar exceed. The overpressure arises during manufacture of polyurethane foams from which by reacting with Water generated carbon dioxide and / or by evaporating physical blowing agent, especially physical blowing agent medium, which tries to inflate the reaction mixture, but is prevented by the reaction apparatus and thus pressure generated, and / or by screw compression of the reaction system troubles.
Die Temperatur im Reaktionsapparat sollte 200°C nicht über steigen. Bevorzugt wird, je nach der Art des Kunststoffs, im Temperaturbereich von 20 bis 150°C, insbesondere von 20 bis 100°C, gearbeitet. Bei höheren Temperaturen ist die Reaktion nur noch schwer beherrschbar, bei geringeren Temperaturen kann die Umsetzung der Reaktionsmischung bei Austritt aus dem Reaktionsapparat noch nicht weit genug fortgeschritten sein, zum anderen ist dann die Viskosität der Reaktionsmischung sehr hoch. The temperature in the reactor should not exceed 200 ° C climb. Is preferred, depending on the type of plastic Temperature range from 20 to 150 ° C, especially from 20 to 100 ° C, worked. The reaction is at higher temperatures difficult to control, at lower temperatures can the reaction of the reaction mixture upon exit from the Reaction apparatus not yet advanced enough secondly, the viscosity of the reaction mixture is very high high.
Wie ausgeführt, kommt die Reaktionsmischung vorzugsweise ausreagiert, jedoch immer noch fließfähig aus dem Austrag des Reaktionsapparats und muß nur noch fertig aushärten und, im Falle von Schaumstoffen, aufschäumen. Dadurch kann der Schaum ohne die sonst notwendige Überfüllung oder mit deutlich niedrigerer Überfüllung in die Formen oder Hohlräume eingebracht werden, was zu einer weiteren Verringerung der Dichte und damit zu einer weiteren Materialeinsparung sowie zu einer gleich mäßigeren Dichteverteilung im Schaum führt. Auch die Entform zeiten bei der Herstellung von Formkörpern können dadurch reduziert werden.As stated, the reaction mixture preferably comes fully reacted, but still flowable from the discharge of the reaction apparatus and only has to harden and in the case of foams, lather. This allows the Foam without the otherwise necessary overfilling or with clearly lower overfill into the molds or cavities become, which leads to a further reduction in density and thus to a further material saving as well as an equal leads to more moderate density distribution in the foam. Demoulding too times in the production of moldings can be reduced.
Vorzugsweise können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her gestellte Polyurethan-Hartschaumstoffe als Plattenware oder zum Ausfüllen von Hohlräumen eingesetzt werden.Preferably, according to the inventive method provided rigid polyurethane foams as sheets or can be used to fill cavities.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können, wie ausgeführt, prinzipiell alle Arten von Reaktions-Kunststoffen, vorzugsweise duroplastischen Kunststoffen und insbesondere Polyurethan- Schaumstoffen, hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Her stellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen, insbesondere solchen, die für die Wärmedämmung eingesetzt werden.According to the inventive method, as stated, in principle all types of reaction plastics, preferably thermosetting plastics and especially polyurethane Foams. It is particularly advantageous the application of the method according to the invention position of rigid polyurethane foams, especially those which are used for thermal insulation.
So hat sich überraschenderweise gezeigt, daß nach dem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellten Polyurethan-Hartschaumstoffe bei gleicher Zellgröße dickere Zellwände aufweisen als solche, die nach anderen Verfahren hergestellt wurden. Übliche Zellwanddicken betragen 0,5 µm und darunter, was zu Steganteilen in der Schaum matrix von über 90% führt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren war es überraschenderweise möglich, Schaumstoffe mit Wandanteilen von größer oder gleich 10% herzustellen. Die Zellgrößen der erfindungsgemäßen Schaumstoffe sind zumeist deutlich geringer als die von Schaumstoffen mit gleicher Rezeptur, die nach her kömmlichen Verfahren hergestellt wurden. Das wirkt sich bei Poly urethan-Hartschäumen sehr günstig auf die Wärmeleitfähigkeit und die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Druckfestigkeit, aus.It has surprisingly been found that after the invention Rigid polyurethane foams produced in accordance with the process same cell size have thicker cell walls than those were produced by other processes. Usual cell wall thicknesses amount to 0.5 µm and below, resulting in web portions in the foam matrix of over 90% leads. By the method according to the invention it was surprisingly possible to use foams with wall parts of greater than or equal to 10%. The cell sizes of the Foams according to the invention are usually significantly lower than that of foams with the same formulation, which according to conventional processes were produced. That affects Poly Rigid urethane foams are very favorable on thermal conductivity and the mechanical properties, especially the compressive strength, out.
Bei der Herstellung der Reaktionskunststoffe unter Verwendung des erfindungsgemäßen Reaktionsapparats werden die für die Her stellung der jeweiligen Kunststoffe notwendigen Einsatzstoffe verwendet. Beispielhaft soll das nachfolgend bei der Herstellung von Polyurethanen beschrieben werden. Using in the manufacture of the reaction plastics of the reaction apparatus according to the invention for the Her position of the respective plastics necessary input materials used. This is to be exemplified in the following during production be described by polyurethanes.
Zu den bei der bevorzugten Herstellung von Polyurethan-Schaum stoffen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Ausgangsverbindungen ist im einzelnen folgendes zu sagen.Among those in the preferred manufacture of polyurethane foam substances used by the inventive method Starting compounds can be said in detail as follows.
Als Polyisocyanate kommen die üblichen aliphatischen, cyclo aliphatischen und insbesondere aromatischen Di- und/oder Poly isocyanate zum Einsatz. Bevorzugt verwendet werden Toluylen diisocyanat (TDI), Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und ins besondere Gemische aus Diphenylmethandiisocyanat und Poly phenylenpolymethylenpolyisocyanaten (Roh-MDI). Die Isocyanate können auch modifiziert sein, beispielsweise durch Einbau von Uretdion-, Carbamat-, Isocyanurat-, Carbodiimid-, Allophanat- und insbesondere Urethangruppen.The usual aliphatic, cyclo aliphatic and especially aromatic di- and / or poly isocyanates for use. Toluene is preferably used diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI) and ins special mixtures of diphenylmethane diisocyanate and poly phenylene polymethylene polyisocyanates (raw MDI). The isocyanates can also be modified, for example by installing Uretdione, carbamate, isocyanurate, carbodiimide, allophanate and especially urethane groups.
Zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen wird ins besondere Roh-MDI eingesetzt. Für verschiedene Anwendungen ist es vorteilhaft, Isocyanuratgruppen in das Polyisocyanat einzubauen.For the production of rigid polyurethane foams, ins special raw MDI used. For different applications it is advantageous to include isocyanurate groups in the polyisocyanate install.
Hierfür werden bevorzugt Isocyanuratgruppen bildende Katalysatoren, beispielsweise Alkalimetallsalze, wie Kaliumoctoat und/oder Kaliumacetat alleine oder in Kombination mit tertiären Aminen eingesetzt. Die Isocyanurat-Bildung führt zu flammwidrigen Schaumstoffen, welche bevorzugt im technischen Hartschaum, beispielsweise im Bauwesen als Dämmplatte oder Sandwichelemente, eingesetzt werden. Die Isocyanuratbildung kann bei Temperaturen über 60°C verstärkt ablaufen.Isocyanurate groups are preferred for this purpose Catalysts, for example alkali metal salts, such as potassium octoate and / or potassium acetate alone or in combination with tertiary Amines used. The formation of isocyanurate leads to flame retardant Foams, which are preferred in technical rigid foam, for example in construction as an insulation board or sandwich elements, be used. Isocyanurate formation can occur at temperatures drain more than 60 ° C.
Als Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanat reak tiven Gruppen, das heißt mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, kommen insbesondere solche in Frage, die zwei oder mehrere reaktive Gruppen, ausgewählt aus OH-Grup pen, SH-Gruppen, NH-Gruppen, NH2-Gruppen und CH-aciden Gruppen, wie z. B. β-Diketo-Gruppen, in Molekül tragen.Compounds with at least two groups reactive toward isocyanate, that is to say with at least two hydrogen atoms reactive with isocyanate groups, are in particular those which have two or more reactive groups selected from OH groups, SH groups, NH groups, NH 2 groups and CH-acidic groups, such as. B. β-diketo groups in the molecule.
Zur Herstellung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bevor zugt hergestellten Polyurethan-Hartschaumstoffe kommen ins besondere Verbindungen mit 2 bis 8 OH-Gruppen zum Einsatz. Vorzugsweise eingesetzt werden Polyetherole und/oder Poly esterole. Die Hydroxylzahl der verwendeten Polyetherole und/oder Polyesterole beträgt bei der Herstellung von Polyurethan-Hart schaumstoffen vorzugsweise 100 bis 850 mgKOH/g, besonders bevor zugt 200 bis 600 mgKOH/g, die Molekulargewichte sind vorzugsweise größer als 400. Die Polyurethane können ohne oder mit Ketten verlängerungs- und/oder Vernetzungsmitteln hergestellt werden. Als Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel kommen ins besondere zwei- oder dreifunktionelle Amine und Alkohole, insbesondere Diole und/oder Triole mit Molekulargewichten kleiner als 400, vorzugsweise von 60 bis 300, zum Einsatz.To manufacture the before according to the inventive method Rigidly produced rigid polyurethane foams come into play special compounds with 2 to 8 OH groups are used. Polyetherols and / or poly are preferably used esterole. The hydroxyl number of the polyetherols used and / or Polyesterole is used in the production of polyurethane hard foams preferably 100 to 850 mgKOH / g, especially before add 200 to 600 mgKOH / g, the molecular weights are preferred larger than 400. The polyurethanes can be with or without chains extenders and / or crosslinking agents are produced. As chain extenders and / or crosslinking agents come into special bifunctional or trifunctional amines and alcohols, in particular Diols and / or triols with molecular weights smaller than 400, preferably from 60 to 300, are used.
Als Treibmittel wird insbesondere Wasser eingesetzt. An Stelle von oder im Gemisch mit Wasser können auch sogenannte physikalische Treibmittel eingesetzt werden. Darunter ver steht man Verbindungen, die in den Einsatzstoffen der Poly urethan-Herstellung gelöst oder emulgiert sind und unter den Bedingungen der Polyurethanbildung verdampfen. Dabei handelt es sich beispielsweise um Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlen wasserstoffe, und andere Verbindungen, wie zum Beispiel per fluorierte Alkane, wie Perfluorhexan, Fluorchlorkohlenwasser stoffe, sowie Ether, Ester, Ketone und/oder Acetale. Daneben ist es möglich, inerte Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Edel gase unter Druck in den Polyurethan-Aufbaukomponenten zu lösen.Water is used in particular as a blowing agent. On Instead of or in a mixture with water, so-called physical blowing agents are used. Including ver there are compounds in the feedstocks of the poly urethane production are dissolved or emulsified and among the Evaporate conditions of polyurethane formation. This is what it is about are, for example, hydrocarbons, halogenated coals hydrogen, and other compounds, such as by fluorinated alkanes such as perfluorohexane, chlorofluorocarbons substances, as well as ethers, esters, ketones and / or acetals. Is next to it it is possible to use inert gases such as nitrogen, carbon dioxide or noble to release gases under pressure in the polyurethane components.
Weiterhin können die üblichen Katalysatoren, Hilfs- und/oder Zusatzstoffe eingesetzt werden.The usual catalysts, auxiliaries and / or Additives are used.
Füllstoffe werden entweder angebatcht, das heißt als Paste oder als flüssige Dispersion in die Polyol- oder Isocyanatkomponente eingerührt, oder aber über Dispergatoren direkt der Reaktions mischung zugeführt. Eine ebenfalls bevorzugte Variante der Zuführung ist die Füllstoffeinbringung über eine stromauf vor der Zugabestelle der Reaktionsmischung befindliche Gehäuseöffnung. Als Füllstoffe können bevorzugt solche eingesetzt werden, die zu einer erhöhten Flammwidrigkeit führen, beispielsweise, Ammonium polyphosphat, Blähgraphit, aber auch solche, die zur Absenkung der Wärmeleitfähigkeit führen, beispielsweise IR-absorbierende Substanzen, wie Ruß, Graphit, Aluminium-Pulver oder metall- organische Verbindungen.Fillers are either attached, i.e. as a paste, or as a liquid dispersion in the polyol or isocyanate component stirred in, or directly via dispersants of the reaction mix fed. Another preferred variant of the The filler is introduced via an upstream before the feed Opening of the reaction mixture located housing opening. Fillers which can be used are preferably those which lead to increased flame resistance, for example, ammonium polyphosphate, expanded graphite, but also those used for lowering thermal conductivity, for example IR-absorbing Substances such as carbon black, graphite, aluminum powder or metal organic compounds.
Als Katalysatoren werden vorzugsweise tertiäre Amine, Zinn- Katalysatoren oder Alkalisalze verwendet. Es besteht auch die Möglichkeit, die Reaktionen ohne Katalyse ablaufen zu lassen. Dabei wird die Reaktion über die durch die Schneckenrotation eingetragene, über durch die exotherme Reaktion gebildete oder von außen zugeführte Wärme aktiviert.Tertiary amines, tin Catalysts or alkali salts are used. There is also Possibility to run the reactions without catalysis. The reaction is carried out by the screw rotation registered, or formed by the exothermic reaction external heat activated.
Nähere Angaben über die oben genannten und weitere Ausgangsstoffe sind der Fachliteratur, beispielsweise dem Kunststoffhandbuch, Band VII, Polyurethane, Carl Hanser Verlag München, Wien, 1., 2. und 3. Auflage 1966, 1983 und 1993, zu entnehmen.More detailed information on the above and other starting materials can be found in the specialist literature, for example the Plastics Manual, Volume VII, Polyurethane, Carl Hanser Verlag Munich, Vienna, 1st, 2nd and 3rd editions 1966 , 1983 and 1993 .
Durch die beschriebene Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktionsapparats ist es möglich, im Reaktionsapparat einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten. Durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktionsapparates in Form von zwei nach ihrem Grundprinzip gegeneinander fördernden selbstreinigenden Doppelschneckenextrudern mit einer totraumfreien Anordnung des zum kontrollierten Produktabstau und damit Druckaufbau dienenden gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruders ist eine im Gegensatz zu den bekannten, einen Strömungswiderstand erzeugenden, den Strömungsquerschnitt verengenden Techniken, beispielsweise Kapillardüsen oder Drosselsystemen, weitgehende Freiheit von irreversibel entstehenden und die Prozeßkontinuität begrenzenden Produktablagerungen gewährleistet. Die Druck verhältnisse und die Verweilzeit der Reaktionsmischung im Extruder sind leicht regelbar, so daß eine Änderung der Para meter ohne aufwendige Umbauten des Extruders möglich ist.Due to the described configuration of the invention Reactor it is possible to have one in the reactor maintain constant pressure. By design of the reactor according to the invention in the form of two their basic principle promoting self-cleaning against each other Twin screw extruders with a dead space free arrangement of controlled product damming and thus pressure build-up serving in the same direction rotating twin-screw extruder one in contrast to the known, a flow resistance generating techniques that narrow the flow cross-section, for example, capillary nozzles or throttle systems, extensive Freedom from irreversible and process continuity limiting product deposits guaranteed. The pressure ratios and the residence time of the reaction mixture in the Extruders are easily adjustable, so that a change in the para meters is possible without extensive extruder conversions.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunst stoffe können für die üblichen und bekannten Einsatzgebiete verwendet werden.The art produced by the method according to the invention fabrics can be used for the usual and well-known areas be used.
So können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyurethan-Weichschaumstoffe insbesondere als Sitzkissen im Möbelbereich, als Matratzen oder für ähnliche Anwendungen ein gesetzt werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her gestellten Polyurethan-Hartschaumstoffe können insbesondere in der Wärmedämmung, beispielsweise von Kühlmöbeln, Fernwärmerohren, Rohrdämmungen, Wärmespeichern, in der Vakuumisolierung, oder im Bauwesen, beispielsweise für Sandwichelemente oder Dämmplatten, eingesetzt werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her gestellten Halbhartschaumstoffe können insbesondere im Automobil bereich, beispielsweise als energieabsorbierende Schaumstoffe für Türinnenverkleidungen, Schutzpolster im Innenraum, Dachhimmel zur Schalldämmung oder für ähnliche Anwendungen eingesetzt werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten zelligen Polyurethan-Elastomere können vorzugsweise als Schwingungsdämpfer in Fahrzeugen eingesetzt werden.So can be produced by the inventive method Flexible polyurethane foams, in particular as seat cushions in the Furniture area, as mattresses or for similar applications be set. The according to the inventive method posed rigid polyurethane foams can in particular thermal insulation, for example of refrigeration units, district heating pipes, Pipe insulation, heat storage, in vacuum insulation, or in Construction, for example for sandwich elements or insulation boards, be used. The according to the inventive method Semi-rigid foams can be used especially in automobiles area, for example as energy absorbing foams for Door linings, protective pads in the interior, headlining for Sound insulation or used for similar applications. The cellular cells produced by the process according to the invention Polyurethane elastomers can preferably be used as vibration dampers be used in vehicles.
Nähere Angaben über die oben genannten und weitere Anwendungen der nach dem erfindungsgemäßen Reaktionskunststoffe sind der Fachliteratur, im Falle der Polyurethane beispielsweise dem Kunststoffhandbuch, Band VII, Polyurethane, Carl Hanser Verlag München, Wien, 1., 2. und 3. Auflage 1966, 1983 und 1993, zu entnehmen.More detailed information on the above and other uses of the reaction plastics according to the invention are in the specialist literature, in the case of polyurethanes for example the plastics handbook, Volume VII, Polyurethane, Carl Hanser Verlag Munich, Vienna, 1st, 2nd and 3rd edition 1966 , 1983 and 1993 .
Die Erfindung soll an nachfolgenden Beispielen näher beschrieben werden. The invention is described in more detail in the following examples become.
Der Reaktionsapparat, der in Fig. 1 in der Draufsicht und in Fig. 2 in der Seitenansicht dargestellt ist, besteht aus einer Gleichlauf- und einer Gegenlaufausführung eines Labordoppel schneckenextruders Typ LSM 30/34, Firma Leistritz, mit einem Schneckendurchmesser von 34 mm und einer Schneckengesamtlänge von 31,5 × D (9 Zonen) in der Zusammensetzung der Einzelschnecken längen von 7 × D, das entspricht 2 Zonen (1 und 2) des Gleich laufteiles zu 24,5 × D, das entspricht 7 Zonen, des Gegenlauf teiles (3 bis 9) bei einer Länge je Zone von 3,5 × D. D bedeutet Schneckendurchmesser. Die Kombination selbst erfolgt totraumfrei an den jeweiligen Austrittsenden der Extruderteile durch einen Flansch (10). Die beiden sich nahezu berührenden Schneckenpaare, 11 und 12 gegenläufig, 13 und 14 gleichläufig, sind aufgrund getrennter Antriebseinheiten in zueinander unterschiedlichen Drehzahlen frei einstellbar, die maximal einstellbaren Schnecken drehzahlen sind 400/min bei den gleichlaufenden Schnecken bzw. 300/min bei den gegenläufigen Schnecken. Die Drehrichtung ist dabei linksdrehend bei den gleichlaufenden bzw. links/rechts bei den gegenlaufenden Schnecken. Die Extruderzonen sind einzeln elektrisch beheiz- und kühlbar. Die Zone 5 des Extruders mit den gegenläufigen Schnecken (5) ist zur Aufnahme der Flüssigrohstoffe als Einzugsteil mit einem Einfüllstutzten (15), die Zone 2 des Gleichlaufteils (2) ist in Schwerkraftrichtung als Austragsteil (Entgasungsgehäuse) mit einer Austragsöffnung (16) ausgebildet. Am Ende des Austragsteiles (2) in Antriebsrichtung sind die Gleichlaufschnecken mit einer Stauscheibe (17) versehen, um eine Zwangsförderung in Austragsrichtung zu gewährleisten. Der Schneckenbesatz der gleichlaufenden Schnecken wurde zunächst in Stromrichtung mit rechtsfördernden, d. h. aufgrund der spiegel bildlichen Anordnung in Richtung Produktfluß abstauenden und im Anschluß mit linksfördernden, d. h. in Produktfließrichtung fördernden Elementen, festgelegt. Der Schneckenbesatz der gegen laufenden Schnecken wird mit dichtkämmenden Förderelementen mit in Förderrichtung abnehmender Steigung zwecks Druckaufbau ge wählt. Im Bereich des Einzugsteiles Zone 5 des Gegenlaufteils (5) werden Förderelemente mit vergleichsweise großer Steigung einge setzt, um eine gute Einzugswirkung der Rohstoffe zu garantieren. In den benachbarten Zonen der beiden Extruderteile, d. h. in Zone 7 (3) (auch als Gehäuse 7 des gegenläufigen Doppelschnecken extruders bezeichnet) und Zone 8 (2) (auch als Gehäuse 2 des Gleichlaufextruders bezeichnet) in Produktflußrichtung sind Druckmeßstellen eingerichtet. The reactor, which is shown in Fig. 1 in top view and in Fig. 2 in the side view, consists of a synchronized and a mating embodiment of a laboratory twin screw extruder type LSM 30/34, Leistritz, with a screw diameter of 34 mm and a Total screw length of 31.5 × D (9 zones) in the composition of the single screw lengths of 7 × D, which corresponds to 2 zones ( 1 and 2 ) of the synchronous part to 24.5 × D, which corresponds to 7 zones, of the counter-rotating part ( 3 to 9 ) with a length per zone of 3.5 × D. D means screw diameter. The combination itself takes place free of dead space at the respective outlet ends of the extruder parts through a flange ( 10 ). The two almost touching screw pairs, 11 and 12 counter-rotating, 13 and 14 counter-rotating, are freely adjustable at different speeds due to separate drive units, the maximum adjustable screw speeds are 400 / min for the co-rotating screws or 300 / min for the counter-rotating screws , The direction of rotation is counter-clockwise for the co-rotating or left / right for the counter-rotating screws. The extruder zones can be electrically heated and cooled individually. Zone 5 of the extruder with counter-rotating screws ( 5 ) is designed to hold the liquid raw materials as a feed section with a filler neck ( 15 ), zone 2 of the synchronous section ( 2 ) is designed as a discharge section (degassing housing) with a discharge opening ( 16 ) in the direction of gravity. At the end of the discharge part ( 2 ) in the drive direction, the synchronous screws are provided with a baffle plate ( 17 ) in order to ensure forced delivery in the discharge direction. The screw set of the co-rotating screws was first determined in the flow direction with right-hand-conveying elements, ie, stagnating due to the mirror-image arrangement in the direction of the product flow, and subsequently with left-hand-conveying elements, ie in the product flow direction, conveying elements. The screw stocking of the screws running against is selected with tightly intermeshing conveying elements with a decreasing gradient in the conveying direction in order to build up pressure. In the area of the feed section zone 5 of the counter-run part ( 5 ), conveyor elements with a comparatively large slope are used in order to guarantee a good feed effect of the raw materials. Pressure measuring points are set up in the adjacent zones of the two extruder parts, ie in zone 7 ( 3 ) (also referred to as housing 7 of the counter-rotating twin-screw extruder) and zone 8 ( 2 ) (also referred to as housing 2 of the co-rotating extruder) in the product flow direction.
In einem Rohstoffvorratsbehälter einer Niederdruckschäummaschine
wurde ein Prepolymer mit einem NCO-Gehalt von 4,25 Gew.-% vor
gelegt. Das Prepolymer wurde zuvor in einem getrennten Rührkessel
nach folgender Vorschrift hergestellt:
100 Gewichtsteile eines entwässerten linearen Polyether-Poly
esterpolyols mit einer Hydroxylzahl-Zahl von 56 mg KOH/g, welches
ein Polykondensat aus einem kurzkettigen Polytetrahydrofuran mit
einem Molekulargewicht von 250 g/Mol und Adipinsäure darstellt,
wurden mit 24 Gewichtsteilen Naphtylendiisocyanat bei 140°C unter
intensiver Homogenisierung zur Reaktion gebracht. Das Prepolymer
wurde mit einer Temperatur von 80°C in einem Niederdruckmisch
kopf bei einer Mischerdrehzahl von 2800/min mit einer Vernetzer
komponente, bestehend aus 28,1 Gew.-% Wasser und einem Gemisch
aus einem Hydrolyseschutzmittel und Emulgatoren in einem
Verhältnis von 100 zu 3,05 vermischt und sofort in den Einzug
(15) des Reaktionsapparates gemäß Beispiel 1 mit einem Gesamt
ausstoß von 14 kg/h dosiert. Die Temperatur im Extruder betrug
80°C und die Drehzahl der gegenläufigen Schnecken 180/min. In
den Extruder mit gleichläufigen Schnecken, der im Unterschied
zu dem Extruder aus Beispiel 1 einen ausschließlich in Produkt
flußrichtung fördernden und mischenden Schneckenbesatz auswies
und eine Schneckendrehzahl von 230/min besaß, wurden in eine
im Gehäuse (2) (Gehäuse 8 in Produktflußrichtung) befindliche
Mischzone 0,03 GT Desmorapid® PP als Katalysator injiziert.
Anschließend wurde die Reaktionsmischung unter einem geringen
Überdruck von 1 bis 5 bar in kurzzeitig an die Austragsöffnung 16
angedockte dichtschließende Formen gepreßt, die nach 30 min
geöffnet wurden. Nach einer Zwischenlagerzeit von maximal 5 h
wurden die Formteile 16 h bei 110°C getempert. Das Formteil, ein
40 g-Federelement für Zusatzdämpfersysteme im Automobilbau, wies
im Vergleich zur herkömmlichen diskontinuierlichen Fertigungs
technik eine gleichmäßigere Zellstruktur und homogenere Raum
gewichtsverteilung auf. Weiterhin erlaubt das Doppelschnecken
system aufgrund seiner hohen Selbstreinigung eine weitestgehend
kontinuierliche Fertigung und somit eine reproduzierbare und
gleichmäßige Produktqualität.
A prepolymer with an NCO content of 4.25% by weight was placed in a raw material reservoir of a low-pressure foam machine. The prepolymer was previously prepared in a separate stirred kettle according to the following procedure:
100 parts by weight of a dehydrated linear polyether polyester polyol with a hydroxyl number of 56 mg KOH / g, which is a polycondensate of a short-chain polytetrahydrofuran with a molecular weight of 250 g / mol and adipic acid, were under with 24 parts by weight of naphthylene diisocyanate at 140 ° C. intensified homogenization reacted. The prepolymer was at a temperature of 80 ° C in a low pressure mixing head at a mixer speed of 2800 / min with a crosslinker component consisting of 28.1 wt .-% water and a mixture of a hydrolysis protection agent and emulsifiers in a ratio of 100 to 3.05 mixed and immediately metered into the feeder ( 15 ) of the reactor according to Example 1 with a total output of 14 kg / h. The temperature in the extruder was 80 ° C and the speed of the counter-rotating screws was 180 / min. In the extruder with co-rotating screws, which, in contrast to the extruder from Example 1, had a screw feed conveying and mixing exclusively in the product flow direction and a screw speed of 230 / min, were placed in a housing ( 2 ) (housing 8 in the product flow direction) Mixing zone 0.03 GT Desmorapid® PP injected as a catalyst. The reaction mixture was then pressed under a slight excess pressure of 1 to 5 bar into briefly closing molds docked onto the discharge opening 16 , which molds were opened after 30 minutes. After an interim storage period of at most 5 hours, the molded parts were annealed at 110 ° C. for 16 hours. The molded part, a 40 g spring element for additional damper systems in automotive engineering, had a more uniform cell structure and more homogeneous density distribution compared to conventional discontinuous manufacturing technology. Furthermore, due to its high level of self-cleaning, the twin-screw system allows largely continuous production and thus reproducible and uniform product quality.
Die Versuche wurden in einem Reaktionsapparat gemäß Beispiel 1 mit einem Polyurethanhartschaum-System folgender Zusammensetzung durchgeführt:The experiments were carried out in a reaction apparatus according to Example 1 with a rigid polyurethane foam system with the following composition carried out:
100 Gewichtsteile Polyesteralkohol, hergestellt aus Phthalsäure
anhydrid, Diethylenglykol und Monoethylen
glykol (Diethylenglykol : Monoethylenglykol =
10 : 1) mit einer Hydroxylzahl von 240 mg KOH/g
und einer Viskosität von 12000 mPas bei 25°C
12 Gewichtsteile Butandiol 100 parts by weight of polyester alcohol, made from phthalic anhydride, diethylene glycol and monoethylene glycol (diethylene glycol: monoethylene glycol = 10: 1) with a hydroxyl number of 240 mg KOH / g and a viscosity of 12000 mPas at 25 ° C
12 parts by weight of butanediol
11
,.
44
1 Gewichtsteil Stabilisator DC 1 part by weight of stabilizer DC
193193
der Firma Air Products
1 Gewichtsteil Katalysatorgemisch bestehend aus dem
Aminkatalysator Lupragen® N600 der BASF
Aktiengesellschaft (48,3 Gewichtsteile);
einem Polyol aus Propylenglykol und Propylen
oxid mit einer Hydroxylzahl von 250 mgKOH/g
(22,5 Gewichtsteile), Triethanolamin
(26,7 Gewichtsteile) und Glycerin
(2,5 Gewichtsteile),
3,5 Gewichtsteile Wasser als Treibmittelfrom Air Products
1 part by weight of catalyst mixture consisting of the amine catalyst Lupragen® N600 from BASF Aktiengesellschaft (48.3 parts by weight); a polyol of propylene glycol and propylene oxide with a hydroxyl number of 250 mgKOH / g (22.5 parts by weight), triethanolamine (26.7 parts by weight) and glycerol (2.5 parts by weight),
3.5 parts by weight of water as a blowing agent
Isocyanatkomponente bestehend aus partiell Carbodiimidgruppen enthaltendem 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat mit einem NCO-Gehalt 29,5 Gew.-% (Lupranat® MM103 der Firma BASF Aktiengesellschaft)Isocyanate component consisting of partially carbodiimide groups containing 4,4'-diphenylmethane diisocyanate with an NCO content 29.5% by weight (Lupranat® MM103 from BASF Aktiengesellschaft)
Das Mischungsverhältnis von Polyolkomponente zu Isocyanat komponente betrug 100 : 119 Gewichtsteile.The mixing ratio of polyol component to isocyanate component was 100: 119 parts by weight.
Bei einer Handverschäumung des verwendeten Polyurethan-Systems
im Becher wurden folgende Werte ermittelt:
Startzeit: 42 Sekunden
Abbindezeit: 64 Sekunden
Steigzeit: 92 Sekunden
Rohdichte: 47,4 g/lThe following values were determined when the polyurethane system used was manually foamed in a cup:
Start time: 42 seconds
Setting time: 64 seconds
Rise time: 92 seconds
Bulk density: 47.4 g / l
Die Reaktionsmischung wurde am Austrag 16 des Extruders in einen Becher mit einem Durchmesser von 11 cm und einer Höhe von 10 cm und einem Volumen von 660 ml gefüllt und dort aushärten gelassen. At the discharge 16 of the extruder, the reaction mixture was filled into a beaker with a diameter of 11 cm and a height of 10 cm and a volume of 660 ml and allowed to harden there.
Von den ausgehärteten Schäumen wurden die Rohdichte nach DIN 53 420, die Zellgröße nach ASTM Verf. 3576-77, die Geschlossenzelligkeit nach ASTM D 2856-87 Verf. B mittels Accupyc 1330 und die Druckfestigkeit nach DIN 53421 bestimmt.The bulk density of the cured foams was determined in accordance with DIN 53 420, the cell size in accordance with ASTM procedure 3576-77, the closed cell structure in accordance with ASTM D 2856-87 procedure B using Accupyc 1330 and the compressive strength in accordance with DIN 53421.
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