DE1494305C3 - Herstellen von Schaumkleinstteil chen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkleinstteilchen der Größenordnung von 1 bis 1000 μ aus synthetischen Thermoplasten oder hitzehärtbaren Polymeren.

Als hitzehärtbare Polymerisate kommen insbe-. sondere Additions- oder Kondensationspolymerisate, Harnstofformaldehydpolymerisate, Phenolkondensationspolymerisate, Polyisocyanatharze, Epoxyharze oder Silikonharze in Frage. , .

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von diskreten, ein- oder vielzelligen Schaumkleinstteilchen mit einem Durchmesser von 1 bis 1000 μ aus synthetischen thermoplastischen oder hitzehärtbaren Polymeren, indem man ein auf Grund seiner stofflichen Zusammensetzung oder durch ein vorhandenes Treibmittel bei erhöhter Temperatur schaumbildendes thermoplastisches oder hitzehärtbares Polymeres oder dessen Bildungskomppnenten erhitzt, besteht darin, daß man das Polymere oder' dessen Bildungskomponenten in einen heißen, gegebenenfalls turbulenten Gasstrom hoher Geschwindigkeit einführt, dessen Temperatur so hoch'ist, daß eine Schäumung bzw. Bildung und Schäumung des Polymeren eintritt.

Die einzelnen Teilchen können aus offenen oder geschlossenen Zellen bestehen; es können auch beide Zellenarten nebeneinander vorhanden sein; es ist möglich, daß jedes Teilchen nur·aus einer Zelle oder aus einer Assoziation oder Aggregation von Zellen besteht. Die Zahl der Zellen, welche ein Teilchen bilden, ist vorzugsweise verhältnismäßig klein. Die geschlossenen Zellen können mit einem Gas, etwa mit Luft, Stickstoff, Kohlendioxyd, Helium oder einem anderen Gas, oder mit einem' anorganischen oder organischen Dampf erfüllt sein, beispielsweise mit dem Dampf des Acetons, Methylchlorid oder anderen halogenierten Kohlenwasserstoffen.

• Die Kleinstteilchen können Füllstoffe oder Zusätze enthalten, etwa. Pigmente oder fein verteilte Metalle, wie Aluminiumflocken; diese Füllstoffe oder Zusätze sind vorzugsweise auf die- aus Polymerisat bestehenden Zellwände fein verteilt. Die Dichte der Teilchen ist wesentlich unter der Dichte derjenigen Teilchen, die in künstlichem Nebel oder künstlichem Rauch verwendet werden. Sie liegt unter 1 g/ccm und bewegt sich vorzugsweise in der Größenordnung der Dichte der Luft oder noch darunter. Diese ungewöhnlich geringe Dichte der erfindungsgemäßen Kleinstteilchen verursacht, daß diese hervorragend geeignet sind, in einem Gas, etwa in Luft, dispergiert zu werden; sie bilden dann eine Nebel oder einen Rauch mit ungewöhnlich geringer Niederschlagsgeschwindigkeit.

Ein guter Wirkungsgrad und eine hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bringen die Forderung mit sich, daß der Gasstrom eine hohe Geschwindigkeit hat; vorzugsweise soll die Geschwindigkeit nahe bei der Schallgeschwindigkeit oder noch darüber liegen.

Die Geschwindigkeit des Gasstromes kann an der Stelle, an der das Polymerisat oder die dieses bildenden Reaktionsteilnehmer in den Gasstrom eingeführt werden, dadurch erhöht werden, daß man den Querschnitt des Gasstromes etwa durch Anbringung einer Venturi-Düse in dem Strömungskanal des Gasstromes einschnürt; die Polymerisate oder die diese bildende Reaktionsteilnehmer werden dann vorzugsweise nahe oder an der engsten Stelle der Venturi-Düse eingeführt. Es ist weiterhin von Vorteil, dem Gasstrom einen hohen Grad von Turbulenz in oder nahe dieser engsten Stelle mitzuteilen.

Die Ausgangsstoffe für das Verfahren können beliebige Polymerisate sein, weiche vorzugsweise ein geeignetes Blähmittel enthalten, beispielsweise ein solches Blähmittel, welches durch Hitzezersetzung unter Bildung von gasförmigen Zersetzungsproduk-

• ten wirksam wird oder ein solches, welches durch Wärmeexpansion wirksam wird. Man kann ferner als Ausgangsmaterial Reaktionsteilnehmer verwenden, welche bei Kontakt in dem heißen Gasstrom das Polymerisat bilden. Die Schäumung des so gebildeten Polymerisats kann durch Anwesenheit eines geeigneten Blähmittels oder durch Entwicklung von Gasen oder Dämpfen infolge der stattfindenden chemischen Reaktion herbeigeführt werden, wie bei der Bildung von geschäumten Polyisocyanaten. Je nach den Eigenschaften der in den Gasstrom eingeführten oder in ihm erzeugten Polymerisaten kann es erwünscht sein, das Polymerisat in der geschäumten Form auszuhärten. Die Härtung kann durch die Gegenwart von Katalysatoren, Vernetzungsmitteln oder ähnlichen Hilfsmitteln bewirkt oder beschleunigt werden. Sie kann aber auch durch die in das Verfahren angewandten hohen Temperaturen herbeigeführt werden.

Will man die erfindungsgemäß erzeugten geschäumten Kleinstteilchen unmittelbar zur Bildung eines stabilen Rauchs oder Nebels oder eines ande-

mit 11 eine gleichachsig zu diesem angeordnete Turbine bezeichnet; in einer Brennkammer 12 wird die in dem Verdichter komprimierte Luft erhitzt und gelangt sodann zur Turbine. Die heißen Abgase der 5 Turbine treten durch eine Venturi-Düse 13 hindurch. Mit 14 und 15 sind Flüssigkeitstanks bezeichnet, . welche flüssige schäumungsfähige Polymerisatmassen oder die zu deren Bildung notwendigen Reaktionsteilnehmer enthalten. Die Tanks 14, 15 sind über

ren Aerosols verwenden, so kann man den Gasstrom
direkt in den Raum blasen oder in die Atmosphäre.
Die geschäumten Kleinstteilchen können als Trüger
für eine Vielzahl von Stoffen dienen; besonders geeignet sind sie als Träger für biologische Wirkstoffe,
wie Insecticide. Die Größe und Dichte der Teilchen
kann dadurch beeinflußt werden, daß .man die Temperatur und/oder das Volumenverhältnis von Polymerisat und Gasstrom und/oder Geschwindigkeit des
heißen Gasstromes regelt. Die Größe und die Dichte io eine Leitung 18 an eine Druckluftversorgung angeder Teilchen kann ferner durch die Auswahl des schlossen. Durch die Druckluft wird der Inhalt die-Blähmittels und durch geeignete Wahl des Mengen- ses Tanks über Leitungen 16 und 17 in die Venturiverhältnisses von Blähmittel und Polymerisat beein- Düse 13 getrieben, in der das Polymerisat sodann flußt werden. ■ auf Schäumungstemperatur gebracht und in eine

Wenn das Polymerisat in flüssiger Form oder in 15 Dispersion von geschäumten Polymerisationskleinst-Lösungsform zur Anwendung gebracht wird, so kann teilchen umgesetzt wird. Die Dichte der dispergierten , man es in einem oder mehreren Strömen in den hei- Polymerisatkleinstteilchen kann dadurch verändert ßen Gasstrom einführen. Wenn das Polymerisat in werden, daß man die Art und den Mengenanteil des dem Gasstrom erst erzeugt wird, nämlich durch die Polymerisates und des Blähmittels verändert, ferner Reaktion zweier oder mehrerer reaktionsfähiger Po- 20 durch Änderung der Reaktionstemperatur und anlymerisat bildenden Komponenten, so werden die derer variabler Größen. Es ist auf diese Weise mög-Komponenten im allgemeinen getrennt, d. h. in ein- Hch, Aerosole zu erzeugen, in denen die Dichte der zelnen Strömen in den heißen Gasstrom eingeführt. dispergierten Teilchen nur 0,0012 g/ccm und dar-Die Teilchen, welche in Form einer Dispersion unter ist. Auf diese Weise ist es also möglich, einen entstehen, und das Trägergas können nach üblichen 25 Rauch zu erzeugen, bei dem auch verhältnismäßig Methoden voneinander getrennt werden. große Teilchen eine, sehr geringe Niederschlagsge-

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es schwindigkeit haben; z. B. hat ein Rauch aus genicht nur möglich, die Größe und die Dichte der schäumten Phenolharzteilchen von 10 μ Durchmesser dispergierten Teilchen unabhängig voneinander in mit einer Dichte von 0,0016 g/ccm eine theoretische weitem Bereich zu variieren, sondern es ist auch 30 Niederschlagsgeschwindigkeit von nur 1,7 cm/h, vvähmöglich, die Farberscheinung, Reflexionseigenschaf- rend ein Ölnebel, welcher aus Teilchen mit 1 μ ten, Hygroskopizität und anderen physikalischen
Eigenschaften unabhängig von der Größe und der
Dichte der Teilchen einzustellen.

Den heißen Gasstrom, in den die schäumungsfä- 35
higen Kunststoffmassen injiziert werden, kann.man'
auf verschiedenste Weise erzeugen. Gasturbinen, insbesondere bewegliche Gasturbinen, stellen eine sehr
geeignete Quelle für heiße Gase dar, um Kunststoffaerosole gemäß der Erfindung an beliebigen Orten 40 Variablen beeinflussen ja Größe und Dichte der Teilzu erzeugen. Es können jedoch auch Auspuffgase chen. Durch Veränderung der Temperatur und des von Dieselmotoren sowie von Strahltriebwerken, Volumenverhältnisses sowie der Bauart der Injek-" Turbostrahltriebwerken und Raketenmotoren ver- tionsdüsen und schließlich der Art und der Menge wendet werden. Die Herkunft und die Art des hei- des Blähmittels ist es möglich, die Größe und Dichte ßen Gasstromes ist im allgemeinen nicht von grund- 45 der Teilchen in einem weiten Bereich zu wählen, sätzlicher Bedeutung und erhält Bedeutung hoch- Die Gasgeschwindigkeiten in der Reaktionszone

stens hinsichtlich wirtschaftlicher Überlegungen. Ge- sollen deshalb nahe bei der Schallgeschwindigkeit wohnlich verwendet man auch zweckmäßig ein Gas, liegen, um einen glatten Betrieb zu gewährleisten, welches im wesentlichen inert ist und unter den vor- ,An Stelle der Verwendung von Sprühdüsen für die kommenden Bedingungen mit dem Polymerisat, den 5° Verteilung des Polymerisates in dem Gasstrom kann Reaktionsteilnehmern und Hilfsmitteln nicht reagiert. die Verteilung auch durch rasch rotierende Sprüh-Die schäumungsfähige plastische Masse wird in körper herbeigeführt werden. Die Verwendungsmögder Regel in flüssiger Form in den heißen Gasstrom
eingeführt, und zwar entweder in Form eines einzigen Stromes oder in Form zweier oder mehrerer 55
Ströme, deren jeder verschiedene Anteile der schäumungsfähigen Masse enthält. Je nach der Art der
zur Anwendung kommenden Masse gelangt man zu
dem flüssigen Zustand durch Erwärmung oder durch
Zusetzung flüchtiger Lösungsmittel; es ist aber auch 60 frostgefährdeten Pflanzen unterbinden. Natürlich . möglich, eine flüssige, ja sogar eine fein" verteilte können die erfindungsgemäßen Aerosole auch dort feste Masse als Dispersion in einem flüssigen oder verwendet werden, wo man bisher schon den begasfÖrmigen Gasstrom zu transportieren und so in kannten künstlichen Rauch zur Anwendung gebracht den heißen Gasstrom einzubringen. hat, also etwa zur Erzeugung von Rauchschirmen,

In der Zeichnung ist das Schema einer Anlage zur 65 Rauchsignalen, Himmelbeschriftung und überhaupt Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens immer dort, wo die geringe Niederschlagsgeschwindargestellt. digkeit und das geringe Verhältnis von Dichte zur

In der Zeichnung ist mit 10 ein Verdichter und Teilchengröße von Bedeutung sind. Eine weitere An

Durchmesser und einer Dichte von 2 g/ccm besteht, eine theoretische Niederschlagsgeschwindigkeit von 21,6 cm/h besitzt.

Die Temperatur und das auf die Polymerisatmasse bezogene Volumen der heißen Trägergase sind nicht kritisch, solange nur Temperatur und Geschwindigkeit groß genug bleiben, um eine rasche Expansion herbeizuführen, denn diese beiden zuletzt genannten

lichkeiten der erfindungsgemäßen Aerosole sind zahlreich. Je nach den Reflexions- und Absorptionseigenschaften der Aerosole können diese z. B. als Reflektoren oder Absorber für Strahlungsenergie dienen. Weiter können sie dazu verwendet werden, um Frostschädigung von Ernten zu verhindern, indem sie,die Wärmeausstrahlung von Obstbäumen und ähnlichen

wendungsart beruht darin, die erfindungsgemäßen Polymerisatteilchen als Träger für Wirkstoffe zu verwenden, beispielsweise als Träger für Silberjodid, das zu Wolkenbildungsversuchen verwendet werden kann; es können aber die erfindungsgemäßen dispergierten Teilchen auch als Träger für Insecticide verwendet werden und somit sanitäre oder Ernteschutzzwecke erfüllen.

Die voneinander getrennten Schaumpolymerisatteilchen gemäß der Erfindung können, wenn sie vorher gesammelt, d. h. aus ihren Trägergasen abgeschieden worden sind, wieder in rauchähnliche Dispersion gebracht werden, indem man sie erneut in gasförmige Träger einführt, und zwar entweder in der Form, in der man sie durch Sammeln aus dem ursprünglichen gasförmigen Träger gewonnen hat, oder in einer nachbehandelten Form, wenn man beispielsweise durch eine Nachbehandlung die Farbreflexionsund anderen Eigenschaften verändern will.

Die gesammelten Teilchen können als Leichtfüllmittel, Texturmittel in Anstrichen, Emailüberzügen und anderen Überzügen verwendet werden, ferner in Gummi und Kunststoffmassen. Weiter können sie als Füllmittel in Papier oder Papierüberzugsmassen verwendet werden. Ein Anwendungsgebiet eröffnet sich auch bei der Bodenkonditionierung, und zwar können die Teilchen hierzu so angewandt werden, wie sie gewonnen werden, sie können aber auch vorher mit Schädlingsbekämpfungsmitteln, Pflanzennäh rstoffen oder Farbstoffen behandelt worden sein. Schließlich kommen sie als Füllmittel für Reifen in Frage.

Beispiel 1 '

Man nimmt 100 Teile eines hitzehärtbaren, teilweise ausgehärteten Phenolaldehydharzes, der durch Erhitzen eines Moläquivalent Phenol mit 2Va Moläquivalenten Formaldehyd als wäßrige 40%ige Lösung in Gegenwart von 0,05 Moläquivalenten Natriumhydroxyd während einer Dauer von 2 Stunden und bei einer Temperatur von 80 bis 85° C und anschließendes Neutralisieren mit Milchsäure und Vakuumdehydrieren auf 10°/ό Wassergehalt gebildet ist, mischt dieses Phenolaldehydharz mit 7 Teilen Isopropyläther und 1 Teil Polyoxyalkylenäther des Sorbitanmonopalmitals als Benetzungsmittel in einem der aus der Figur ersichtlichen Tanks und bringt eine Katalysatormischung, bestehend aus 50 Teilen Schwefelsäure von 66°Beaume und 7 Teilen 85%ige Phosphorsäure sowie 50 Teilen Wasser in den anderen Tank. ■·.,■"'

ίο Das Gasturbinengerät wird offen angelassen und so eingestellt, daß es einen Abgasstrom mit 565° C erzeugt. Werden das Harzgemisch und die Katalysatormischung in die Venturi-Düse in einer Menge von 22 Teilen Katalysatormischung auf 100 Teile Harz eingeführt, so wird ein rosa Rauch gebildet, welcher aus dispergierten· Zellteilchen des Phenolharzes besteht.

Beispiel 2

Wenn Furfurylalkohol der in Beispiel 1 beschriebenen Harzmasse in einer. Menge von 10 Teilen Furfurylalkohol und 6 Teilen Isopropylalkohol zu 84 Teilen des Phenolformaldehydharzes zugesetzt wird, bildet sich ein schwarzer Rauch, wenn dieser in einen heißen Abgasstrom wie in Beispiel Γ eingeführt wird. .

Beispiel 3

Wenn eine aus zwei Komponenten bestehende Schäumungsmasse mit der Komponente A aus 78,8 Teilen bis zur Isocyanatstufe fertiggestelltem Polyäther-Vorpolymerisat und aus 21,2 Teilen Trichlorfluormethan sowie der Komponente B aus 66,4 Teilen eines Polyäthers mit einer Polypropylenoxydkette aus 20,7 Teilen Trichlorfluormethan und aus 3,3 Teilen Triäthylamin als Katalysator in die Venturi-Düse eingeführt werden, entsteht ein weißer Rauch, der von dispergierten Zellteilchen gebildet ist. .

Das Trichlorfluormethan verringert einmal die Viskosität der flüssigen Bestandteile, und zum anderen wirkt es als Blähmittel.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von diskreten, ein- oder vielzelligen Schaumkleinstteilchen mit einem Durchmesser von 1 bis 1000 μ aus synthetischen thermoplastischen oder hitzehärtbaren Polymeren, indem man ein auf Grund seiner stofflichen Zusammensetzung oder durch ein vorhandenes' Treibmittel bei erhöhter Temperatur schaumbildendes thermoplastisches oder hitzehärtbares Polymeres oder dessen Bildungskomponenten erhitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man das Polymere oder dessen Bildungskomponenten in einen heißen, gegebenenfalls turbulenten Gasstrom hoher Geschwindigkeit einführt, dessen Temperatur so hoch ist, daß eine Schäumung bzw. Bildung und Schäumung des Polymeren eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Gasstromes nahe bei oder über der Schallgeschwindigkeit liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das blähfähige Polymere bzw. dessen Bildungskomponenten in die heißen Abgase einer Gasturbine eingeführt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Gasturbinenaggregat und eine nachgeschaltete Venturi-Düse, in welche das schäumungsfähige Polymere bzw. dessen Bildungskomponenten eingeführt werden.