DE10313150A1

DE10313150A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Recyclat-Polyolen aus Polyurethanen

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Publication number: DE10313150A1
Application number: DE2003113150
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-09-30
Also published as: DE102004014165A1

Abstract

Verfahren zur kontinuierlichen einstufigen Herstellung von Polyolen aus Polyurethanabfällen, hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen und gegebenenfalls primären oder sekundären aliphatischen Aminen oder aus der Polyesterherstellung stammenden Oligoestergemischen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus Polyurethan-Schaumstoffen, einem oder mehreren Glykolen oder einem Oligoestergemisch und einem oder mehreren primären und/oder sekundären aliphatischen Aminen in einem Misch-/Knetreaktor mit einer oder mehreren horizontal rotierenden Wellen, an denen spezielle Mischelemente angeordnet sind, in einer oder mehreren Reaktions- und/oder Bearbeitungszonen zur Reaktion gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyolen aus Polyurethan-Abfällen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 20.

Es sind Verfahren bekannt, durch die Polyurethanschaumstoff-Abfälle mit Hilfe von niedermolekularen Glykolen ggf. in Gegenwart von Aminoalkoholen oder stark basischen primären oder sekundären Aminen in Lösung gebracht und auf diesem Wege Polyole für die Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen gewonnen werden (z. B. DE-PS 22 38 109 , DE-AS 25 16 863 ).

Nach der DE-OS 199 17 932 werden Polyurethan-Schaumstoff-Abfälle in ein Gemisch aus mindestens einem Diol und mindestens einem primären oder sekundären aliphatischen Amin bei Temperaturen von 120 bis 250 °C eingetragen und umgesetzt, wodurch ein Polyetheralkoholgemisch und ein in diesem gelöstes oder kolloidal dispergiertes Gemisch von substituierten Polyharnstoffen gebildet wird.

Nachteilig ist bei der Batch-Arbeitsweise, dass die Zuführung der Schaumstoffe der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist und die gerade bei dem zuletzt genannten Verfahren theoretisch möglichen kurzen Reaktionszeiten nicht genutzt werden können, so dass die Polyurethane unterschiedlich lange Zeiträume im Reaktionsgemisch verweilen und unerwünschte Nebenreaktionen, die durch die kurzen Reaktionszeiten an sich unterdrückt werden, dennoch möglich sind.

Eine weitere bekannte Variante der Polyol-Herstellung aus Polyurethan-Abfällen besteht in der Umesterung durch ein Oligoesterkondensate, Glykole und Katalysatoren enthaltendes Gemisch, das bei der Polyestersynthese als Abfallprodukt anfällt, im Rührreaktor bei 120 bis 250 °C ( DE-OS 197 19 084 ).

Durch die genannten Verfahren ist es prinzipiell möglich, in ein- oder mehrstufigen Prozessen aus PUR-Schaumstoffen Polyole zu gewinnen, die dazu geeignet sind, neue Polyurethane herzustellen. Diesen Verfahren haften jedoch die Nachteile diskontinuierlicher Verfahren bei hohen Temperaturen und ggf. unter Druck sowie langer Reaktionszeiten an.

Für eine wirtschaftliche industrielle Anwendung derartiger Verfahren ist es wünschenswert, dass sie kontinuierlich durchgeführt werden können, wofür insbesondere das Verfahren nach DE-OS 199 17 932 auf Grund der sehr wirksamen Amin-Katalyse und der Möglichkeit, das Produkt ohne weitere Bearbeitung zur Polyurethan-Herstellung zu verwenden, gute Voraussetzungen bietet.

In der DE-PS 24 42 387 und dem entsprechenden USP 4,136,967 sowie in der DE-OS 32 32 461 werden Verfahren zur Hydrolyse bzw. Solvolyse von PUR-Schaumabfällen gelehrt, bei denen die Umsetzung kontinuierlich in einer Schneckenmaschine (Reaktionsextruder) bei 200 bis 260 °C unter Anwendung von Druck bis 100 bar durchgeführt wird.

G. Bauer beschreibt Versuche zur Alkoholyse von Polyurethanen, bei denen ein Extruder und zwei Rührreaktoren in einer Kaskade hintereinandergeschaltet sind (G. Bauer, FAT-Schriftenreihe Nr. 86, Frankfurt am Main 1990; G. Bauer, Kunststoffe 81, 301-305[1991]).

Die USP 5,616,623 und die entsprechende DE-PS 44 42 379 lehren ein Verfahren zur Spaltung von PUR-Kunststoffen durch Zerkleinern dieser Kunststoffe und Vermischen mit einer isocyanatreaktiven Komponente, z. B. Ethylenglykol, und einem Regenerationsprodukt, hergestellt durch Spaltung von Polyurethan mit einer isocyanatreaktiven Verbindung, das in einem Rührreaktor durchgeführt wird. Durch Kreislaufführung eines Regeneratstroms, in den Polyurethan und Glykol hineindosiert werden, und durch Abziehen des Produktes aus dem Rührkessel wird das Verfahren kontinuierlich geführt. Bei dieser Art der Reaktionsführung ist es nachteiligerweise unvermeidlich, dass das Reaktionsprodukt ein breites Spektrum von Produkten mit unterschiedlichem Abbaugrad enthält.

In der DE-PS 29 51 617 und der analogen EP 0 031 538 von demselben Anmelder wird ein auch kontinuierlich durchführbares Verfahren zur Alkoholyse oder Acidolyse von Polyurethan angegeben, bei dem die Umsetzung von Polyurethan-Abfällen mit beispielsweise Polypropylenpolyol (Molekulargewicht 2000) in drei getrennten Apparaten durchgeführt wird, und zwar 1. einem Mischer, in dem das Polyurethan zerkleinert und mit Lösungsmittel behandelt wird, 2. einem liegenden Reaktor, in dem der Abbau unter Erzeugung starker Scherfelder, erzeugt durch blattförmige Scherelemente, bevorzugt unter Druck fortgesetzt wird, 3. einem Hochdruck-Rührreaktor, in dem der Abbau fortgesetzt werden kann, um so die Verweilzeit im liegenden Reaktor verkürzen zu können. Die gesamte Anlage wird unter Schutzgas im Gegenstrom betrieben, da der durch den Schaumstoff eingeschleppte Sau erstoff eine Qualitätsminderung des Produktes verursachen würde. Die Art des Betriebes mit mehreren Anlagenteilen macht einen durchgehend kontinuierlichen Betrieb schwierig, wenn nicht im Extremfall unmöglich.

Vorrichtungen, die im kontinuierlichen Betrieb Polyurethan-Weichschaumstoffe vorbereiten und zuführen, sind nicht bekannt. Eine Zerkleinerung des Weichschaums in Shreddereinrichtungen erfolgt bis zu einer technisch begrenzten Flockengröße ohne Materialkompression. Der gegebenenfalls zerkleinerte Schaum wird bei diskontinuierlichen Reaktoren chargenweise mit aufgenommenen Luftanteilen eingetragen.

Unabhängig von der Solvolyse von Polyurethanabfällen sind diskontinuierlich und kontinuierlich arbeitende Vorrichtungen zur Zerkleinerung, Vermischung und Umsetzung von festen und flüssigen Reaktionskomponenten mit folgenden Charakteristika bekannt:

– Reaktorwellen, die um horizontale Achsen rotieren,
– auf den Reaktorwellen angebrachte Knetschaufeln, die einen linearen Versatz untereinander auf der Welle und zueinander bei der Anordnung von Mehrwellenraktoren aufweisen,
– Volumenstrom des Reaktionsgutes ist über die Gesamtlänge des Reaktors unveränderlich,
– Heizmantel ist durchgehend über die Gesamtlänge des Reaktors beheizbar,
– durchgehend beheizbare Hohlwelle zur Beheizung der Kneterschaufeln und zur zentralen Wärmeabgabe an den Reaktorraum,
– Reaktorraum ist nicht in definierte Einzugszone, Reaktionszone und Austragszone eingeteilt.

Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, bei denen der Wärmeeintrag über die Mischerschaufeln erfolgt und der mechanische Einfluß auf das Reaktionsgut von untergeordneter Bedeutung ist.

Den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist nachteiligerweise gemeinsam, dass sie für eine industrielle kontinuierliche Führung der Solvolyse von Polyurethanen nicht geeignet sind, weil entweder zu geringe Durchsätze möglich sind oder wegen ungünstiger Reaktorgeometrie hohe Temperaturen, erhöhter Druck, teure Reaktionspartner bzw. Katalysatoren oder wegen aufeinander folgender Reaktionsschritte und gegebenenfalls unterschiedlicher Reaktionsbedingungen eine aufwendige vielstufige Reaktionstechnik erforderlich sind. Darüber hinaus findet eine für den Prozeß nachteilige Rückvermischung im Strom des Reaktionsgutes statt. Weiterhin ist der Antrieb ist nicht stoß- und ruckfrei, was zu einer erhöhten Belastung des Antriebsaggregats führt. Eine Verschiebung des Temperaturprofils im Reaktor, bedingt durch den Transport des Reaktionsgutes, ist nicht definiert beeinflußbar. Dadurch ist es schwierig, die für die Reaktion geeigneten konstanten oder wechselnden Temperaturbedingungen einzustellen. Im Falle des Einsatzes von Polyurethan-Weichschaum erfolgt ein Aufschwimmen auf der flüssigen Phase, was eine geringe Kontaktfläche und dadurch bedingt eine geringe Reaktionsgeschwindigkeit zur Folge hat. Darüber hinaus ist im Schaumstoff keine Luftverdrängung bzw. kein Gasaustausch durch ein prozeßspezifisches Schutzgas, z.B. Stickstoff, möglich, so dass ein Arbeiten der Gesamtanlage unter Schutzgas erforderlich ist, um Oxydation durch Luftsauerstoff zu vermindern, die zu qualitätsmindernden Oxydationsprodukte führen würde. Die Verwendung von nur bis ca. 10 cm Flockengröße zerkleinertem Weichschaum führt bei Silobevorratung in Zufuhr und Dosiervorrichtungen zu einer Brückenbildung, die eine Unterbrechung der kontinuierlichen Zufuhr zur Folge hat.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von Polyolen aus Polyurethan-Abfällen zu entwickeln, die ohne die genannten Nachteile kontinuierlich unter chemisch vorgegebenen Verfahrensbedingungen die Konditionierung, die Dosierung und die Reaktion des Reaktionsgutes mit den zugeführten Komponenten gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 20 gelöst.

So ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus Polyurethan-Schaumstoffen, einem oder mehreren Glykolen oder einem Oligoestergemisch und einem oder mehreren primären und/oder sekundären aliphatischen Aminen in einem Misch-/Knetreaktor mit einer oder mehreren horizontal rotierenden Wellen, an denen spezielle Mischelemente angeordnet sind, in einer oder mehreren Reaktions- und/oder Bearbeitungszonen zur Reaktion gebracht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor, der horizontal angeordnet ist, eine oder mehrere Hohlwellen im wesentlichen horizontal parallel, rotierbar gelagert, angeordnet sind, wobei die Hohlwellen auf ihrer Oberfläche Knet- und Rührelemente so angeordnet aufweisen, dass deren Flächen mit einem Reaktormantel (innen) und/oder mit den Flächen der Knet- und Rührelemente benachbarter Hohlwellen bei der Rotation sich stetig verengende und wieder öffnende Spalte bilden, und dass der Reaktor an der Dosierseite beginnend bis zur Austragsseite fortsetzend eine Misch- und Lösezone, eine Reaktionszone und eine Nachreaktions- und Austragsszone aufweist.

Die wesentlichen Verfahrensschritte der PUR-Glykolyse sind:

– Füllen des Reaktors mit der/den Glykol-Komponente/n mit der entsprechenden Pumpe bei ausgeschalteter Produktpumpe
– Füllen des Reaktors mit der Amin-Komponente mit der entsprechenden Pumpe bei ausgeschalteter Produktpumpe
– Einschalten von Rührer und Heizung des Reaktors und der Wellen
– Zudosieren der entsprechenden Menge vorzerkleinerten Weichschaums über eine Stopfschnecke und den Verengungsring von oben (dabei werden die im Schaum enthaltenen Gase entfernt – Sauerstoff führt zu Qualitätsminderung des Produktes) oder anderer Polyurethane über eine Stopfschnecke von der Seite
– Batchbetrieb des Reaktors für beispielsweise 30 min bei beispielsweise 160 °C in der Reaktionszone; Polyurethane werden durch aminkatalysierte Umesterung und Spaltung der Polymerketten in Polyole überführt
– Übergang zum kontinuierlichen Betrieb durch gleichzeitiges Einschalten der Zuführungspumpen für Reaktionskomponenten und der Produktpumpe
– der kontinuierliche Betrieb kann prinzipiell unbegrenzte Zeit dauern; die Reaktion Polyurethan → Polyol wird dabei fortgesetzt
– die Temperaturen in den drei Zonen des Reaktors können unterschiedlich sein
– zum Herunterfahren Abschalten der Reaktionskomponenten- und Produkt-Pumpen; dadurch wird die letzte „Portion" der Reaktionsmischung noch für die Dauer von Lösen, Reaktion und Nachreaktion im Reaktor gehalten
– nach beispielsweise 30 min Batchbetrieb Leerfahren des Reaktors durch Einschalten der Produkt-Pumpe, gleichzeitig Abschalten der Heizung
– alle Operationen unter Schutzgasatmosphäre (z. B. Stickstoff)

Die Vermischung der Komponenten, die mechanische Zerkleinerung des Polyurethans und die chemische Umsetzung in einem Ein- oder Mehrwellen-Misch-/Knetreaktor ausgeführt wird, in dem die Rührerwellen im wesentlichen horizontal rotieren, die flüssigen und festen Reaktionspartner durch geeignete Knetelemente oder Schaufeln intensiv vermischen und im wesentlichen in einer der Pfropfenströmung ähnlichen Art und Weise durch eine oder mehrere Bearbeitungszonen in Richtung des Austrags transportieren. Die Reaktorkammer ist unterteilt in eine Eintragzone, eine Zerkleinerungs-, Löse- und Mischzone, eine Haupt- und gegebenenfalls eine Nachreaktionszone und eine Austragszone. Die flüssigen und die festen Komponenten werden getrennt in die beheizte Kammer bzw. die beheizten Kammern des Reaktors geführt. Überraschend wurde festgestellt, dass diese Anordnung den Einzug des Kunststoffs und die Vermischung mit den flüssigen Reaktionspartnern in erheblichem Maße unterstützt und die Zuführung von bis zu 10 cm großen Teilen erlaubt, was insbesondere bei der Umsetzung von Weichschaum bisher ein großes Problem war. Nach einer mittleren Verweilzeit von 1 bis 120 Minuten, insbesondere 20 bis 45 Minuten, gelangt das im wesentlichen flüssige Vorprodukt in einen weiteren Teil der Reaktionskammer, wo die Reaktion gegebenenfalls unter veränderten Temperatur- und Zeit-Bedingungen zu Ende geführt wird. Gegebenenfalls werden in dieser oder einer weiteren Kammer leichtflüchtige Bestandteile durch Destillation gegebenenfalls unter vermindertem Druck entfernt.

Die apparative Ausgestaltung des kontinuierlich arbeitenden Verfahrens ist erfindungsgemäß beispielsweise aus folgenden Elementen aufgebaut:

1. Dosiereinrichtungen für die Reaktionskomponenten (Polyurethan-Abfall, ein oder mehrere Glykole, ein oder mehrere aliphatische Amine, Oligoesterkondensat aus der Polyesterproduktion),
2. einem Reaktor mit Eintragzone, Zerkleinerungs-, Löse- und Mischzone, Haupt- und gegebenenfalls Nachreaktionszone und Austragszone,
3. ggf. einer integrierten Vorrichtung zur Destillation unter vermindertem Druck,
4. einer Austrags- und ggf. Filtrationseinrichtung (zur Abtrennung von Fremdkörpern wie Sand, Metallteilen u. a.) für das Produkt,
5. einem Heizaggregat,
6. einer Steuerungseinheit.

Die Dosiereinrichtungen werden an die Eigenschaften der zu fördernden Komponenten angepaßt. So kann in einer bevorzugten Ausführungsform zur Zerkleinerung und Förderung von Polyurethan-Weichschaum eine Reißschnecke und eine Stopfschnecke am Reaktor montiert sein. Die Zuführung des komprimierten Weichschaumes erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform unterhalb des Füllniveaus des flüssigen Reaktionsgutes in der Reaktorkammer im axialen oder tangentialen Bereich im Bereich der Abwärtsbewegung der Knet- und Rührelemente der Reaktorwelle im Betriebszustand. Weitere Dosiereinheiten dienen zur Förderung der flüssigen Reaktionskomponenten. Die Stoffströme sind durch ein Meß- und Steuerungssystem hinsichtlich des Massenverhältnisses aufeinander und hinsichtlich der Gesamtmasse auf die erforderliche Verweilzeit im Reaktor abgestimmt. Einer oder mehrere Stoffströme können vorgewärmt sein. Dazu kann ggf. die Abwärme des Reaktors verwendet werden.

Im Reaktor befinden sich eine oder zwei gleich- oder gegensinnig im wesentlichen um horizontale Achsen rotierenden Wellen. Diese Arbeitswellen des Reaktors sind mit Knet- und Rührelementen versehen. Die Anordnung der Knet- und Rührelemente auf der Welle bzw. den Wellen sowie deren Stellung folgen in einer bevorzugten Ausführungsform einer technischen Kurve, z. B. einer Sinuskurve, Evolvente oder Abrollkurve. In einer bevorzugten Ausführungsform rotieren die Hohlwellen mit unterschiedlichen Drehzahlen. Die Reaktorinnenwände können mit Einbauten (Schikanen) versehen sein, in die die Knet- und Rührelemente beim Betrieb dergestalt eingreifen, dass im Betrieb bei einer Umdrehung der Welle ein oder mehrere sich verengende Spalten mit Abrißkanten entstehen. Die Welle oder die Wellen besitzen in einer bevorzugten Ausführungsform in Richtung der Strömung des Reaktionsgutes einen in Stufen zunehmenden Durchmesser.

An den Übergängen zwischen den Reaktorzonen befindet sich in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils ein gesteuerter Drehschieber, der das Reaktionsgut im unteren Bereich der Füllung jeweils zur nächsten Reaktorzone fördert.

Das Reaktorgehäuse kann aus einem Teil oder beispielsweise aus zwei Halbschalen bestehen, die eine Demontage zu Reinigungs- und Wartungszwecken ermöglichen.

Die Heizeinrichtung zur Erzeugung der erforderlichen Umsetzungstemperatur im Reaktor kann in den hohl ausgestalteten Wellen und/oder im Gehäuse untergebracht sein und z. B. durch eine indirekte Durchströmung mit auf die gewünschte Temperatur temperiertem Wärmeträger, z.B. Thermalöl erfolgen. Die Einströmung des Wärmeträgers in die Welle oder die Wellen erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen tangential. Der Heizmantel des Reaktors kann in mehrere Bereiche getrennt sein.

Am Ende des Reaktors sind ein Überlauf, eine Filtrationseinrichtung, bevorzugt ein Spaltenfilter mit Rückspülung, und eine Vakuumpumpe angebracht.

Die erforderlichenfalls vorzusehende Destillationszone, entweder in den Reaktor integriert oder als separate Einheit, dient gegebenenfalls zum destillativen Entfernen flüchtiger Nebenprodukte, gegebenenfalls unter Anwendung von Vakuum, wobei der dabei angewandte Druck 0,1 bis 400 mbar, bevorzugt 5 bis 100 mbar, betragen kann.

Bei Einsatz einer Vakuumdestillationsstufe ist zwischen der Knet-, Misch- und Reaktionszone und der Destillationsstufe sowie zwischen der Destillationsstufe und der Austragszone jeweils eine Schleusung beispielsweise über eine Zahnradschleuse, ein diskontinuierlich arbeitendes Stopfsystem, ein kontinuierliches Drucksystem, ein Ventil oder ein Balgsystem oder durch die Ausführung der Knet- und Rührelemente, die eine zeitweise Dichtung dieses Kompartiments erlauben und als Ventil nur eine bestimmte Menge Reaktionsgemisch in das nachfolgende Kompartiment einzutragen erlauben, gegebenenfalls zur Rückhaltung von Fremdkörpern mit nachgeschaltetem Filter, vorzusehen. Der nachgeschaltete Filter ist vorzugsweise als Spaltenfilter mit Rückspülung ausgeführt.

Durch die Reaktionsführung im erfindungsgemäßen Reaktor ist ein Verfahren mit folgenden Vorteilen möglich geworden:

–kontinuierliches Verfahren mit einer Verfahrensstufe,
– keine Rückvermischung,
– Verwendung von preisgünstigen Einsatzstoffen,
– Umsetzung bei relativ niedrigen Temperaturen,
– eindeutig handhabbares Temperaturprofil in allen Reaktorzonen einschließlich definierten Reaktionsabbruchs durch definierte Beeinflussung des Temperaturprofils in den einzelnen Reaktorzonen und Ausgleich der Verschiebung des Temperaturprofils, welches durch den axialen Transport des aufgeheizten Reaktionsgutes entsteht,
– im wesentlichen drucklose Arbeitsweise,
– schneller axialer Materialtransport in der Einzugzone vom Füllstutzen in Richtung Reaktionszone mit gleichzeitiger inniger Vermischung,
– unterschiedlicher Volumenstrom in den Zonen möglich,
– auf den Prozeß einstellbare, kurze Verweilzeiten, d. h. hoher Materialdurchsatz,
– Reduzierung der eingesetzten Glykol- und Aminmengen,
– energie- und investitionssparend arbeitender Prozeß,
– geringer Lufteintrag durch die Knet- und Rührelemente in das Reaktionsgut,
– Betrieb ohne zusätzliches Schutzgas,
– unmittelbare Benetzung der eingetragenen Schaummaterialien unter gleichzeitiger Entspannung des vorher komprimierten Materials und Auffüllung des vorhergehenden Gasraumes mit dem flüssigen Reaktionsgut,
– deutlich besserer Wärmeübergang durch die Oberflächenvergrößerung bei Dekompression, dadurch große Kontaktfläche der chemischen Reaktionspartner unmittelbar nach dem Materialeintrag,
– Produkt mit geringem Gehalt an unerwünschten primären aromatischen Aminen,
– Produkt ohne Aufarbeitung verwendbar.

Als Ausgangsmaterialien sind geeignet: Polyurethane als Weichschäume, Hartschäume, halbharte Schaumstoffe, Elastomere, zellige Elastomere, Polyisocyanurate
Als Glykole sind geeignet: Diethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Ethylenoxid-Propylenoxid-Copolymere, OH-funktionalisierte Polybutadiene, natürliche Öle, NH-funktionalisierte Polyether
Als Amine sind geeignet: primäre und sekundäre aliphatische Amine mit C₂- bis C₆-Alkylresten, z.B. Dinbutylamin, technisch rohe Amine oder Destillationsrückstände aus der Synthese von aliphatischen Aminen
Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen und Beispielen näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Überblick,
2 eine schematische Darstellung eines Reaktors mit einer Hohlwelle,
3 eine schematische Darstellung eines Reaktors mit zwei Hohlwellen,
4 eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines Reaktors mit zwei Hohlwellen,
5a eine schematische Detaildarstellung eines Versorgungsanschlusses für die Einspeisung des Heizmediums in die Hohlwelle,
5b eine schematische Schnittdarstellung der vorangegangenen Detaildarstellung,
6a eine schematische Querschnittsdarstellung eines Reaktors mit einer Hohlwelle,
6b eine schematische Schnittdarstellung eines Reaktors mit zwei gleich großen Hohlwellen,
6c eine schematische Darstellung eines Reaktors mit zwei Hohlwellen, die einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen,
6d eine schematischen Schnittdarstellung eines Reaktors mit drei gleich großen Hohlwellen,
7a eine schematische Darstellung einer Dosiereinheit,
7b eine schematische Darstellung einer weiteren Dosiereinheit,
8a bis 8d schematische Darstellungen von Details einer Dosiereinrichtung und
9 eine schematische Darstellung einer beheizbaren Dosiereinrichtung.
1 zeigt einen Reaktor 1, der aus einem liegenden Reaktorgehäuse 11 besteht, eine oder zwei Hohlwellen 13 angeordnet sind. An den Stirnseiten 121 des Reaktors 1 befinden sich Lagerstellen, die eine oder zwei Hohlwellen 13 axial fixieren und die radialen Kräfte im Betriebszustand aufnehmen. Das Reaktorgehäuse 11 weist bei Einwellenreaktoren einen zylinderförmigen Querschnitt und bei Zweiwellenreaktoren einen achtförmigen Querschnitt auf. Das Reaktorgehäuse ist in Längsrichtung unterteilt in drei Bereiche. An dem Heizmantel für die Misch- und Lösezone 111 befindet sich der Einfüllstutzen 114, der die Verbindung zum Reaktionsraum 15 realisiert. Auf der dem Reaktionsraum abgewandten Seite des Einfüllstutzens 114 befindet sich der Endpunkt der Dosierschnecke 21. An der Innenseite des Einfüllstutzens 114 ist ein Verdichtungsring 24 in einem definierten Abstand zum Endpunkt der Dosierschnecke 21 angebracht. Der Verdichtungsring 24 ist in der Weise aufgebaut, dass eine lokale Querschnittsreduzierung im Einfüllstutzen 114 durch Ringe mit unterschiedlichen Geometrien an der Innenseite des Einfüllstutzens 114 erzeugt wird. Der Verdichtungsring kann gebildet werden durch einen Steilkegel zur Durchmesserreduzierung 241 mit einem rechtwinklig zum Innendurchmesser des Einfüllstutzens 114 geführten geraden Rücksprung 242. Der Rücksprung kann auch über einen Rücksprungkegel 243 erfolgen. Zwischen dem Steilkegel zur Durchmesserreduzierung 241 und dem geraden Rücksprung 242 oder dem Rücksprungkegel 243 kann ein Zylinderteilstück 244 angeordnet sein. Die Querschnittsreduzierung kann auch durch Rotationskörper sphärisch gekrümmter Linien oder Segmenten 245 gebildet werden. Im Bereich des Heizmantels für die Misch- und Lösezone 111 ist ein Extruderanschluss 115 angeordnet, der die Verbindung zwischen dem Reaktionsraum 15 und einem Dosierextruder 25 realisiert. Der Einfüllstutzen 114 und der Extruderanschluss 115 sind am Reaktorgehäuse 11 in der Weise angeordnet, dass sie durch den Heizmantel der Misch- und Lösezone 111 in den Bereich der Putz- und Einzugswelle 136 in der Weise hindurchgeführt sind, dass die jeweils längere Mantellinie tangential zu der Reaktormantellinie auf der Innenseite den Reaktionsraum 15 erreicht. Die jeweils kürzeren Mantellinien des Einfüllstutzens 114 und die des Extruderanschlusses 115 erreichen den Reaktionsraum 15 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Reaktionsgutes.
Der Heizmantel für die Reaktionszone 112 weist an der Innenseite zum Reaktionsraum 15, im Arbeitsbereich der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135, Manteleinbauten 123 auf. Zwischen den Manteleinbauten 123 und den Knet- und Rührelementen (Knet- und Rührwelle) 135 besteht in der Weise eine Zuordnung, dass der Außendurchmesser des Flugkreises der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 zusammen mit den an der Innenseite des Mantels zum Reaktionsraum 15 tangential angeordneten Manteleinbauten 123 einen sich in Arbeitsrichtung stetig verengenden Spalt bilden, der unvermittelt durch eine scharfkantige Strömungsabrisskante 124 beendet wird. Unterhalb der Strömungsabrisskante 124 sind Gaseinlasskapillaren 125 angeordnet, die für den Einlass von Schutzgas oder Aktivgas genutzt werden. Im Bereich der Putz- und Einzugswelle 136, der sich im Bereich der Reaktionszone 112 befindet, sind stationär Knet- und Rührelemente 126 in der Weise angeordnet, dass sie die durch die Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 140 erzeugten Rotationslinien an den freien Stellen durchdringen.
Der Austragsstutzen 117 ist durch den Heizmantel(Nachreaktions- und Austragszone) 120 an der Unterseite bis zum Reaktionsraum 15 hindurchgeführt und befindet sich unmittelbar an der Stirnseite des Heizmantels(Nachreaktions- und Austragszone) 120.
Die Knet- und Rührwelle 131 wird aus einem Wellenmantel(Knet- und Rührwelle) 132 und einer auf der gleichen Mittellinie angeordneten Lagerwelle(Knet- und Rührwelle) 133 gebildet. Der Durchmesser der Lagerwelle(Knet- und Rührwelle) 133 steigt von dem Anfang des Heizmantels(Misch- und Lösezone) 118 über den Bereich des Heizmantels(Reaktionszone) 119 bis zum Ende des Heizmantels(Nachreaktions- und Austragszone) 120 stetig an oder ist an den Übergangsstellen von der einen Zone zur anderen auf einen größeren Durchmesser erweitert. Auf dem durchgängigen Wellenmantel(Knet- und Rührwelle) 132 sind stationär Trägerscheiben(Knet- und Rührwelle) 134 angebracht. Die Trägerscheiben(Knet- und Rührwelle) 134 weisen zueinander einen definierten radialen Versatz auf. Am Umfang der einzelnen Trägerscheiben(Knet- und Rührwelle) 134 sind mehrere Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 in der Weise angeordnet, dass sie bei der Rotation der Knet- und Rührwelle 131 sowohl auf der einzelnen Trägerscheibe(Knet- und Rührwelle) 134 als auch in Zuordnung zu allen Trägerscheiben(Knet- und Rührwelle) 134 einen gemeinsamen Flugkreisdurchmesser bilden.
Die Anordnung der Trägerscheiben(Knet- und Rührwelle) 134 mit den Knet- und Rührelementen(Knet- und Rührwelle) 135 erfolgt gegenüber der Mittellinie der Knet- und Rührwelle 131 in der Weise, dass sich in Abhängigkeit von der Anzahl der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 am Umfang der Hohlwelle 13 mehrgängige Schraubenlinien bilden. Abweichend von den Schraubenlinien sind die einzelnen Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 in der Weise angeordnet, dass sie vom Beginn des Bereiches Heizmantel(Misch- und Lösezone) 118 bis zur geometrischen Mitte des Heizmantels(Reaktionszone) 119 der zugeordneten Schrau benlinie vorauseilen. Von der geometrischen Mitte des Heizmantels(Reaktionszone) 119 bis zum Ende des Heizmantels(Nachreaktions- und Austragszone) 120 sind die Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 gegenüber der zugeordneten Schraubenlinie nacheilend angeordnet. Die definierte Zuordnung des Vor- und Nacheilens der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 wird durch einen unterschiedlichen linearen Versatz erreicht, der sich aus einzelnen Geraden zusammensetzen, die mit der Schraubenlinie beginnen, sie in der geometrischen Mitte der Reaktionszone wieder kreuzen und dann am Endpunkt mit der Schraubenlinie einen gemeinsamen Punkt bilden. Der Versatz kann auch durch technische oder mathematische Kurven, z. B. Sinoiden mit den gleichen Punkten des Beginns, des Kreuzens der Schraubenlinie und des Endes der Schraubenlinie wie vorher beschrieben realisiert werden. Radial sind die Schraubenlinien so gestaltet, dass die Endpunkte immer mit einem Anfangspunkt einer Schraubenlinie des mehrgängigen Systems von der Mittellinie der Knet- und Rührwelle aus betrachtet zusammen fallen und somit sich stetig fortsetzende Schraubenlinien bilden.
Die Putz- und Einzugswelle 136 hat den gleichen prinzipiellen Aufbau wie die Knet- und Rührwelle 131. Sie besteht aus dem Wellenmantel (Putz- und Einzugswelle) 137 mit der auf der gleichen Mittellinie angeordneten Lagerwelle(Putz- und Einzugswelle) 138. Auf dem Wellenmantel(Putz- und Einzugswelle) 137 sind Trägerscheiben(Putz- und Einzugswelle) 139 in der Weise stationär angeordnet, dass sie mit den auf ihnen befestigten Knet- und Rührelementen (Putz- und Einzugswelle) 140 im montierten Zustand des Reaktors 1 die freien Räume der korrespondierenden Trägerscheiben(Knet- und Rührwelle) 134 mit den darauf befestigten Knet- und Rührelemen ten(Knet- und Rührwelle) 135 mit einem in der Mittellage beider Wellen gleichmäßigen Spalt zueinander ausfüllen.
Im Bereich des Heizmantels(Misch- und Lösezone) 118 bilden die Kanten der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 und die Kanten der Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 140 durch spitz gestaltete Keilwinkel in der Drehrichtung eine Schneidlinie. Im Bereich des Heizmantels(Reaktionszone) 119 und des Heizmantels(Nachreaktions- und Austragszone) 120 wird durch stumpf gestaltete Keilwinkel der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 135 und der Knet- und Rührelemente(Putz- und Einzugswelle) 140 in der Drehrichtung eine Druckfläche zueinander und zu den Manteleinbauten im Reaktorraum 15, beziehungsweise bei Einwellenreaktoren zu den stationären Knet- und Rührelementen 126 erzeugt.
Die Förder- und Dosiereinrichtung 2 besteht für komprimierbare Reaktionskomponenten aus dem Vorratssilo 22 mit dem Rührwerk 221 und der Dosierschnecke 21, die über dem Einfüllstutzen 114 mit dem Verdichtungsring 24 angeordnet ist. Im unteren Bereich des Vorratssilos 22 ist die Dosierschnecke 21 so angeordnet, dass der Abstand des Schneckenendpunktes mit dem kleinsten Querschnitt des Verdichtungsringes 24 im Einfüllstutzen 114 ein definiertes Volumen bildet. Im Vorratssilo 22 befindet sich ein Rührwerk 221. Über dem Vorratssilo 22 ist eine Aufbereitungsvorrichtung 23 zur Konditionierung der entsprechenden Komponente des Reaktionsgutes angeordnet.
Der Dosierextruder 25 für komprimierbare und feste Reaktionskomponenten ist über den Extruderanschluss 115 mit dem Reaktionsraum 15 verbunden. Die Extruderschnecke 252 weist in Arbeitsrichtung ein sich stetig verringerndes Freies Vo lumen auf, was durch eine stetige Zunahme der Extruderschneckenseele und durch eine stetige Reduzierung der Extruderschneckensteigung erreicht wird. An dem Dosierextrudermantel ist eine Vorwärmvorrichtung 251 in unmittelbarer Nähe des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 angeordnet.
Die Dosierung von Flüssigkeiten erfolgt über die Flüssigdosierung 26, die aus je Flüssigkeitskomponente einer Dosierpumpe 262, die mit dem Reaktionsraum 15 im Bereich des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 verbunden ist, und einem Vorratsbehälter 261, der mit dem Eingang der Dosierpumpe 262 verbunden ist.
Die Zonentemperaturerfassung 3 erfolgt durch einen an der Übergangsstelle des Heizmantels(Misch- und Lösezone) 118 zum Heizmantel(Reaktionszone) 119 angeordneten Messwertgeber(Misch- und Lösezone) 32, durch einen Messwertgeber(Reaktionszone) 33 in der geometrischen Mitte des Reaktionsraumes 15 und an der Übergangsstelle vom Heizmantel(Reaktionszone) 119 zum Heizmantel(Nachreaktions- und Austragszone) 120. Die Messwertgeber 32, 33 und 34 sind mit dem Anzeigeteil 31 verbunden.
Der Antrieb der Knet- und Rührwelle 131 und der Putz- und Einzugswelle 136 erfolgt über einen Hydraulikmotor 4.
Die Temperierung des Heizmantels(Misch- und Lösezone) 118, des Heizmantels(Reaktionszone) 119, des Heizmantels(Nachreaktions- und Austragszone) 120 sowie des Wellenmantels(Knet- und Rührwelle) 132 und des Wellenmantels(Putz- und Einzugswelle) 137 erfolgt durch ein Temperieraggregat 5. Die Verbindungen vom Temperieraggregat 5 zu den einzelnen Heizmänteln der Zonen und den Wellenheizmän teln sind in der Weise angeordnet, dass die Flussrichtung des Heizmediums immer in der Gegenrichtung zur Arbeitsrichtung des Reaktionsgutes im Reaktionsraum 15 erfolgt.
Die Austragseinheit 6 ist hinter dem Austragsstutzen 117 angeordnet und wird aus einer Überlaufvorrichtung 61, einer Filtereinheit 62 und einer nachgeschalteten Saugpumpe 64 gebildet. Über der Filtereinheit 62 ist vom Filtereingang 621 zum Filterausgang 622 ein Differenzdruckmesswerk 63 geschaltet, welches den Zustand der Filterkerze 623 signalisiert.
Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Das komprimierbare Reaktionsgut, zum Beispiel Weichschaum, wird entweder vorkonditioniert direkt in den Vorratssilo 22 mit dem Rührwerk 221 gegeben, oder die Konditionierung erfolgt durch die oberhalb des Vorratssilos 22 angebrachte Aufbereitungsvorrichtung 23. Der Materialverbund des Reaktionsgutes wird durch die Kompression in der Aufbereitungsvorrichtung und durch Relativbewegungen der aktiven Vorrichtungselemente zueinander soweit mechanisch überlastet, dass das Material strukturell in konditionierter Form in den Siloinnenraum eintritt und sich unter einer Schutzgasatmosphäre entspannt. Das Reaktionsgut wird dann im unteren Bereich des Vorratssilos 22 von einer drehzahlgeregelten Dosierschnecke 21 erfasst und zu dem Einfüllstutzen 114 transportiert. Der im Einfüllstutzen 114 angeordnete Verdichtungsring 24 bewirkt, dass sich zwischen dem Ende der Dosierschnecke 21 und der Querschnittsverengung D₀ zu D_i im Verdichtungsring über den Abstand H ein Materialpfropfen bildet, der den Vorratssilo vom Reaktionsraum 15 des Reaktors 1 abdichtet. Durch die Querschnittsverengung im Verdichtungsring 24 wird zusätzlich bewirkt, dass der Leibungsdruck an der Innenfläche des Einfüllstutzens 114 deutlich reduziert wird.
Das komprimierbare Reaktionsgut wird durch die auf der Putz- und Einzugswelle 136 befindlichen Knet und Rührelemente(Putz- und Einzugswelle) 140 im Bereich des Heizmantels(Misch- und Lösezone) 118 tangential in den Reaktionsraum 15 eingezogen. Die Knet- und Rührelemente(Putz- und Einzugswelle) 140 und die Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 weisen im Bereich des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 an den Kanten spitzwinklige Keilwinkel auf, die im Mitteldurchgang der Knet- und Rührelemente Schneidlinien bilden. Das Reaktionsmaterial wird in diesem Bereich geschnitten und zusammen mit Komponenten aus der Flüssigdosierung 26, die in diesen Bereich eingeleiteten werden, gemischt und unter Zuführung von Wärme gelöst. Die Flüssigdosierung 26 erfolgt über drehzahlgeregelte Pumpen 262, die Flüssigkeiten aus Vorratsbehältern 261 ansaugen und dem Reaktionsraum 15 zuführen. Das Material kann auch durch einen Dosierextruder 25 in den Reaktionsraum 15 über den Extruderanschluss 115 im Bereich des Heizmantels(Misch- und Lösezone) 118 eingebracht werden und unter gleichen Bedingungen gemischt und gelöst werden. Der Eintrag des komprimierbaren Reaktionsmaterials erfolgt in beiden Dosiervarianten unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Reaktionsraum 15. Durch die rechtsgängige Anordnung der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 und die linksgängige Anordnung der Knet- und Rührelemente(Putz- und Einzugswelle) 140 in mehrgängigen schraubenlinienförmigen Reihen, wobei die Anordnung der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 und der Knet- und Rührelemente(Putz- und Einzugswelle) 140 der jeweiligen Schraubenlinie im Bereich des Heizmantels(Misch- und Lösezone) 118 vorauseilt und dadurch einen steileren Winkel zur Arbeitsrichtung im Reaktionsraum 15 bildet, ist zwischen den Knet- und Rührelementen(Knet- und Rührwelle) 135 auf der Knet- und Rührwelle 131 und den Knet- und Rührelementen(Putz- und Einzugswelle) 140 eine eindeutige Zuordnung in der Mittellage der Wellen gegeben, die durch die unterschiedlichen Drehzahlen der Knet- und Rührwelle 131 und der Putz- und Einzugswelle 136 realisiert wird. Diese Anordnung hat einen zügigen Abtransport des Reaktionsgutes von dem Einfüllstutzen 114 und dem Extruderanschluss 115 zur Folge. Im Bereich des Heizmantels(Reaktionszone) 119 wird die Anordnung der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 und der Knet- und Rührelemente(Putz- und Einzugswelle) 140 durch das Nacheilen zur jeweiligen Schraubenlinie flacher, was einen längeren Aufenthalt des Reaktionsmaterials im Reaktionsraum 15 im Bereich des Heizmantels(Reaktionszone) 112 bewirkt. Die Kanten der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 und die Knet- und Rührelemente(Putz- und Einzugswelle) 140 weisen einen stumpfwinkligen Keilwinkel auf und bilden zueinander im Bereich des Mitteldurchganges und zu den Manteleinbauten(Reaktorraum) 123 Druckflächen, die das Reaktionsmaterial über die Bruchspannung hinaus flächig überlasten und dadurch den Materialverband auflösen. Die keilförmigen Manteleinbauten 123 mit der Strömungsabrisskante 124 bewirken die Ausbildung von Mikrowirbeln hoher Geschwindigkeit hinter der Strömungsabrisskante 124, was auch zu der Bildung von Gasblasen mit sehr niedrigen Innendruck führt, die in der Folge implodieren. Der Raum zwischen Strömungsabrisskante 124 und dem Reaktormantel (innen) 122 ist ideal für die Einleitung eines Aktivgases oder Schutzgases durch geometrisch bestimmte Gaseinlasskapillaren 125. Im Bereich des Heizmantels(Nachreaktions- und Austragszone) 120 ist die Anordnung der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 und der Knet- und Rührelemente(Putz- und Einzugswelle) 140 wieder zur jeweiligen Schraubenlinie hin voreilend und bildet dadurch einen steilen Winkel zum Austragsstutzen 117 hin. Die Knet und Rührwelle 131 und die Putz- und Einzugswelle 136 rotieren in Abhängigkeit der Anzahl der Reihen der Knet- Rührelemente auf den Wellen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zueinander. Die unterschiedlichen Drehzahlen bewirken eine Relativbewegung der Knet- und Rührelemente(Knet- und Rührwelle) 135 und der Knet- und Rührelemente(Putz- und Einzugswelle) 140 zueinander, was sich als Putzeffekt auswirkt. Die Temperaturmessung am Übergang des Heizmantels(Misch- und Lösezone) 118 zum Heizmantel(Reaktionszone) 119, in der Mitte des Reaktionsraumes 15 und am Übergang des Heizmantels(Reaktionszone) 119 zum Heizmantel(Nachreaktions- und Austragszone) 120 erfolgt über Thermoelemente, deren Thermospannungen zur Anzeige gebracht werden und für weitere Steuerungsvorgänge als Eingangssignal zur Verfügung stehen.
Hinter dem Austragsstutzen 117 ist die Austragseinheit 6 angeordnet. Diese wird aus einer Überlaufvorrichtung 61, einer oder mehreren nachgeschalteten Filtereinheiten 62 und einer nachgeschalteten Saugpumpe 64 gebildet. Über der Filtereinheit 62 ist zwischen dem Filtereingang 621 und Filterausgang 622 ein Differenzdruckmesswerk geschaltet, welches den Zustand der Filterkerze(n) 623 anzeigt und zur An zeige bringt beziehungsweise regelungstechnisch den Produktstrom auf eine parallele Filtereinheit umschaltet.
Beispiel 1
In einem erfindungsgemäßen Reaktor mit 14 l Reaktor-Volumen werden 3,816 kg Dipropylenglykol und 0,198 kg Di-n-butylamin vorgelegt und nach kurzer Inertgasspülung auf 165 °C erwärmt. Dann werden die Knetrührer eingeschaltet, auf 200 °C erwärmt und innerhalb von 10 Minuten 5,841 kg PUR-Weichschaumflocken (Abfälle aus Autositzkissen) über eine Stopfschnecke und einen Verdichtungsring in komprimierter Form zugeführt. Nach 15 Minuten wird auf 215 bis 220 °C erwärmt, und Dipropylenglykol, Di-n-butylamin und PUR-Weichschaumflocken werden kontinuierlich zugeführt mit Fördergeschwindigkeiten von 17,2, 0,9 bzw. 26,3 kg pro Stunde. Nach 10 Minuten wird mit der Entnahme eines Produktstroms von ca. 45 kg pro Stunde begonnen, aus dem im Abstand von 15 Minuten Proben entnommen werden. Man erhält ein weitgehend konstantes Produkt mit einer Viskosität η²⁵ von 5.000 mPas und einer OH-Zahl von 320 mg KOH/g.
Das Produkt eignet sich zur Herstellung von PUR-Hartschaumstoffen (s. Beispiel 11).
Beispiel 2
In dem Reaktor nach Beispiel 1 werden 3,816 kg Dipropylenglykol und 0,198 kg Di-n-butylamin vorgelegt und nach kurzer Inertgasspülung auf 165 °C erwärmt. Dann werden die Knetrührer eingeschaltet, die Temperatur wird bei 165 °C belassen, und innerhalb von 10 Minuten werden 5,841 kg PUR-Weichschaumflocken über eine Stopfschnecke und einen Verdichtungsring in komprimierter Form zugeführt. Die Temperatur wird beibehalten, und nach 15 Minuten werden Dipropy lenglykol, Di-n-butylamin und PUR-Weichschaumflocken kontinuierlich zugeführt mit Fördergeschwindigkeiten von 17,2, 0,9 bzw. 26,3 kg pro Stunde. Nach 10 Minuten wird mit der Entnahme eines Produktstroms von ca. 45 kg pro Stunde begonnen, aus dem im Abstand von 15 Minuten Proben entnommen werden. Die Analysen ergeben eine weitgehende Konstanz der Viskosität η²⁵ und OH-Zahl.
Es wird ein flüssiges, feststofffreies Produkt erhalten, das eine OH-Zahl von 330 mg KOH/g und eine Viskosität η²⁵ von 5.000 mPas besitzt und das sich zur Herstellung von PUR-Hartschaumstoffen und Vergußmassen eignet (s. Beispiele 12 und 13).
Beispiel 3
In dem Reaktor nach Beispiel 1 werden 1,9 kg Dipropylenglykol und 0,1 kg Di-n-butylamin vorgelegt und nach kurzer Inertgasspülung auf 165 °C erwärmt. Nach Einschalten der Knetrührer werden über eine Stopfschnecke und einen Verdichtungsring 2,9 kg PUR-Weichschaumflocken innerhalb von 5 Minuten in komprimierter Form zugeführt. Die Temperatur wird beibehalten, und nach 10 Minuten werden Dipropylenglykol, Di-n-butylamin und PUR-Weichschaumflocken kontinuierlich zugeführt mit Fördergeschwindigkeiten von 19, 1,0 bzw. 29 kg pro Stunde. Nach 10 Minuten wird mit der Entnahme eines Produktstroms von ca. 50 kg pro Stunde begonnen, aus dem im Abstand von 15 Minuten Proben entnommen werden. Die Analysen ergeben eine weitgehende Konstanz der Viskosität und der OH-Zahl.
Das Produkt mit einer Viskosität η²⁵ von 5.000 mPas und einer OH-Zahl von 340 mg KOH/g eignet sich zur Herstellung von PUR-Hartschaumstoffen und Beschichtungen (s. Beispiel 14).
Beispiel 4
In dem Reaktor nach Beispiel 1 werden 2,8 kg Tetraethylenglykol und 145 g Di-n-butylamin vorgelegt. In das Gemisch werden bei 165 °C in 25 min 5 kg PUR-Weichschaumflocken über eine Stopfschnecke und einen Verdichtungsring in komprimierter Form eingetragen. Nach 15 Minuten werden Tetraethylenglykol, Di-n-butylamin und PUR-Weichschaumflocken kontinuierlich zugeführt mit Fördergeschwindigkeiten von 16, 8, 0, 9 bzw. 30 kg pro Stunde. Nach 10 Minuten wird mit der Entnahme eines Produktstroms von ca. 45 kg pro Stunde begonnen, aus dem im Abstand von 15 Minuten Proben entnommen werden.
Es wird ein konstantes flüssiges, feststofffreies Produkt erhalten, das eine OH-Zahl von 286 mg KOH/g und eine Viskosität η²⁵ von 4.700 mPas besitzt. Dieses Produkt wird zur Herstellung von Folien mit einer Shore-A-Härte von 82 durch Reaktion mit einem Polyisocyanat verarbeitet (s. Beispiel 15).
Beispiel 5
In dem Reaktor nach Beispiel 1 werden 3,0 kg Tetraethylenglykol und 135 g Di-n-butylamin vorgelegt. In das Gemisch werden bei 165 °C in 25 min 5,5 kg PUR-Weichschaumflocken über eine Stopfschnecke und einen Verdichtungsring in komprimierter Form eingetragen. Danach wird weiter gerührt, nach 15 Minuten werden Tetraethylenglykol, Di-n-butylamin und PUR-Weichschaumflocken kontinuierlich zugeführt mit Fördergeschwindigkeiten von 15, 0,7 bzw. 27 kg pro Stunde. Nach 10 Minuten wird mit der Entnahme eines Produktstroms von ca. 40 kg pro Stunde begonnen, aus dem im Abstand von 15 Minuten Proben entnommen werden.
Es wird ein konstantes flüssiges, feststofffreies Produkt erhalten, das eine OH-Zahl von 291 mg KOH/g und eine Visko sität η²⁵ von 6.100 mPas besitzt. Es wird zu einem PUR-Hartschaum verarbeitet (s. Beispiel 16).
Beispiel 6
In dem Reaktor nach Beispiel 1 werden 1,25 kg Oligoesterkondensat aus der Polyesterproduktion vorgelegt und auf 100 °C erwärmt. Nach weiterem Erwärmen auf 175 °C werden unter Rühren 4,6 kg PUR-Weichschaumflocken über eine Stopfschnecke und einen Verdichtungsring in komprimierter Form eingetragen. Danach werden bei 180 bis 185 °C geschmolzenes Oligoesterkondensat (100 °C) und PUR-Weichschaumflocken kontinuierlich zugeführt mit Fördergeschwindigkeiten von 8,1 bzw. 30 kg pro Stunde. Im mittleren Teil der Reaktionszone werden 2,1 kg/h Ethylhexylglycidether zugeführt. Nach 10 Minuten wird mit der Entnahme eines Produktstroms von ca. 35 kg pro Stunde begonnen, aus dem im Abstand von 15 Minuten Proben entnommen werden.
Es wird ein konstantes flüssiges, feststofffreies Produkt erhalten, das eine OH-Zahl von 386 mg KOH/g und eine Viskosität η²⁰ von 24.700 mPas besitzt. Dieses Produkt wird durch Umsetzen von 93 g mit 1,3 g Dimethylcyclohexylamin, 5,7 g Wasser und 166 g eines polymeren Isocyanats zu einem Hartschaumstoff verarbeitet. Die Rohdichte des Schaumstoffs beträgt 33,5 g/cm³.
Beispiel 7
In einen Reaktor nach Beispiel 1 wird über eine Dosierpumpe kontinuierlich ein Strom eines Gemisches von 3 Vol.-Teilen 1 Vol. Teil Diethylenglykol und Tetraethylenglykol (Polyethylenglykol 200) mit einer Dosierrate von 0,3725 kg/min und durch Vorwärmung mit einem Wärmetauscher auf 96 °C erwärmt eingeleitet, der durch die Heizvorrichtungen des Reaktors in der Mischzone schnell auf 165 °C erwärmt wird. In die Mischzone des Reaktors wird mittels einer weiteren Dosierpumpe ein Strom von 0,011 kg/min Di-n-butylamin eingeleitet. In dieses Gemisch wird kontinuierlich mittels Stopfschnecke von der Seite unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor ein Strom von 0,62 kg/min geshreddertes zelliges Polyurethan-Elastomer (Dichte 320 g/l, Basis Polyesteralkohol und polymeres 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat) eingeleitet. Die Reaktionszone wird bei einer Temperatur von 205 °C betrieben, die Verweilzeit in dieser Zone wird auf 22 min eingestellt. Das Produkt wird über die Austragsschnecke in einen Spaltenfilter geleitet und mittels Saugpumpe bei 142 bis 146 °C von Fremdstoffen befreit. Der Produktstrom besteht aus einem hellbraunen, homogenen Produkt, das über eine Faßabfüllanlage direkt abgefüllt wird. Das Produkt hat eine Viskosität von 12.100 mPas (25 °C), eine OH-Zahl von 319 mg KOH/g, eine Aminzahl von 13 mg KOH/g und einen Wassergehalt von 0,065 Gew.-%. Es ist zur Herstellung halbharter Schaumstoffe gut geeignet.
Beispiel 8
In einen Reaktor nach Beispiel 1 wird über eine Dosierpumpe kontinuierlich ein Strom Dipropylenglykol mit einer Dosierrate von 0,525 kg/min und durch Vorwärmung mit einem Wärmetauscher auf 96 °C erwärmt eingeleitet, der durch die Heizvorrichtungen des Reaktors in der Mischzone schnell auf 165 °C erwärmt wird. In die Mischzone des Reaktors wird mittels einer weiteren Dosierpumpe ein Strom von 0,035 kg/min Di-n-butylamin eingeleitet. In dieses Gemisch wird kontinuierlich mittels Stopfschnecke von der Seite unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor ein Strom von 0,60 kg/min vermahlener Hartschaumstoff mit einer Teilchengröße zwischen 0,1 und 5 mm eingeleitet. Die Reaktionszone wird bei einer Temperatur von 225 °C betrieben, die Verweilzeit in dieser Zone wird auf 30 min eingestellt. Das Produkt wird über die Austragsschnecke in einen Spaltenfilter geleitet und mittels Saugpumpe bei 140 bis 150 °C von Fremdstoffen befreit. Der Produktstrom besteht aus einem hellbraunen, homogenen Produkt, das über eine Faßabfüllanlage direkt abgefüllt wird. Das Produkt hat eine Viskosität von 7.800 mPas (25 °C), eine OH-Zahl von 379 mg KOH/g, eine Aminzahl von 16 mg KOH/g und einen Wassergehalt von 0,08 Gew.-%. Es ist zur Herstellung harter PUR-Schaumstoffe gut geeignet.
Beispiel 9
In einen Reaktor nach Beispiel 1 wird über eine Dosierpumpe kontinuierlich ein Strom Polyethylenglykol 200 mit einer Dosierrate von 0,335 kg/min und durch Vorwärmung mit einem Wärmetauscher auf 120 °C erwärmt eingeleitet, der durch die Heizvorrichtungen des Reaktors in der Mischzone schnell auf 185 °C erwärmt wird. In die Mischzone des Reaktors wird mittels einer weiteren Dosierpumpe ein Strom von 0,015 kg/min Di-n-butylamin eingeleitet. In dieses Gemisch wird kontinuierlich mittels Stopfschnecke von der Seite unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor ein Strom von 0,67 kg/min geshreddertes Polyurethan-Elastomer auf Basis eines Polyetheralkohols mit einer Teilchengröße zwischen 1 und 8 mm eingeleitet. Die Reaktionszone wird bei einer Temperatur von 220 °C betrieben, die Verweilzeit in dieser Zone wird auf 20 min eingestellt. Das Produkt wird über die Austragsschnecke in einen Spaltenfilter geleitet und mittels Saugpumpe bei 130 bis 140 °C von Fremdstoffen befreit. Der Produktstrom besteht aus einem bernsteinfarbenen, homogenen Produkt, das über eine Faßabfüllanlage direkt abgefüllt wird. Das Produkt hat eine Viskosität von 8.200 mPas (25 °C), eine OH-Zahl von 195 mg KOH/g, eine Aminzahl von 12 mg KOH/g und einen Wassergehalt von 0,18 Gew.-%. Es ist zur Herstellung halbharter PUR-Schaumstoffe gut geeignet.
Beispiel 10
In einen Reaktor nach Beispiel 1 wird über eine Dosierpumpe kontinuierlich ein Strom eines Gemisches aus gleichen Gewichtsanteilen Diethylenglykol und Dipropylenglykol mit einer Dosierrate von 12,5 kg/h und über eine zweite Dosierpumpe kontinuierlich ein Strom von Polypropylenglykol 2700 mit einer Dosierrate von 1,9 kg/h eingeleitet und dabei durch Vorwärmung mit einem Wärmetauscher auf 120 °C erwärmt. In der Mischzone wird das Glykolgemisch durch die Heizvorrichtungen des Reaktors schnell auf 185 °C erwärmt. In die Mischzone des Reaktors wird mittels einer weiteren Dosierpumpe ein Strom von 0,25 kg/h Di-n-butylamin eingeleitet. In dieses Gemisch wird kontinuierlich mittels einer seitlich angebrachten Stopfschnecke unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor ein Strom von 35 kg/h geshredderten Schuhsohlen-Abfällen mit einer Teilchengröße zwischen 1 und 8 mm eingeleitet. Die Reaktionszone wird bei einer Temperatur von 205 °C betrieben, die Verweilzeit in dieser Zone wird auf 20 min eingestellt. Das Produkt wird über die Austragsschnecke in einen Spaltenfilter geleitet und mittels Saugpumpe bei 130 bis 140 °C von Fremdstoffen befreit. Der Produktstrom besteht aus einem schwarzen, homogenen Produkt, das über eine Faßabfüllanlage direkt abgefüllt wird. Das Produkt hat eine Viskosität von 96.500 mPas (25 °C), eine OH-Zahl von 180 mg KOH/g, eine Aminzahl von 7 mg KOH/g und einen Wassergehalt von 0,098 Gew.-%. Es ist zur Herstellung halbharter PUR-Schaumstoffe sowie Folien und Beschichtungen gut geeignet.
Beispiel 11
92,4 g des Polyols nach Beispiel 1 werden mit 4,8 g Wasser, 1,8 g Tris-1,3,5-(dimethylaminopropyl)-hexahydro-1,3,5-triazin und 1,0 g N,N-Dimethylcyclohexylamin versetzt und eine Minute bei 2500 U/min gerührt. Danach werden zu diesem Gemisch 112,7 g rohes Diphenylmethandiisocyanat (Lupranat M 20 A ^® der BASF AG) zugegeben und 10 Sekunden bei 2500 bis 3500 U/min gerührt. Nach 15 Sekunden beginnt das Gemisch kremig zu werden (Startzeit), die Steigzeit des Schaumes beträgt 48 Sekunden, die Klebfreizeit 54 Sekunden.
Der sehr feinzellige Hartschaumstoff hat folgende Eigenschaften:

Rohdichte 41,6 g/dm³

Offenzelligkeit 9%

Druckfestigkeit 0,022 MPa
Beispiel 12
Der Ansatz von Beispiel 11 wird mit folgenden Einsatzstoffen und -mengen wiederholt:

Polyol nach Beispiel 2 97,6 g

Wasser 0,4 g

Tris-1,3,5-(dimethylaminopropyl)-hexahydro-1,3,5-triazin 2,0 g

Lupranat M 20 A 60,0 g
Der daraus hergestellte Strukturschaumstoff hat folgende Reaktionszeiten und Eigenschaften:

Rührzeit 10s

Startzeit 17s

Steigzeit 36s

Klebfreizeit 40s

Rohdichte 166,2 g/dm³

Offenzelligkeit 12%

Druckfestigkeit 0,234 Mpa
Beispiel 13
Eine Vergußmasse wird aus folgenden Komponenten hergestellt:

Polyol nach Beispiel 2 77,1 g

Schwerspat 18,9 g

Talkum 3,2 g

Aerosil 0,5 g

Tris-1,3,5-(dimethylaminopropyl)-hexahydro-1,3,5-triazin 0,3 g

Lupranat M 20 A 38,2 g
Man erhält ein hartelastisches Produkt mit einer Shore-A-Härte von 91 bei einer Verarbeitungszeit von 30 Sekunden und einer Aushärtungszeit von 3,5 Minuten, durch das Betonfugen vergossen werden und nur unter Zerstörung der Massen wieder getrennt werden können.
Beispiel 14
Der Ansatz von Beispiel 11 wird wiederholt, jedoch werden anstelle des Polyols aus Beispiel 1 dasjenige aus Beispiel 3 und anstelle von 1,8 g Tris-1,3,5-(dimethylaminopropyl)-hexahydro-1,3,5-triazin und 1,0 g N,N-Dimethylcyclohexylamin insgesamt 2,5 g Tris-1,3,5-(dimethylaminopropyl)-hexahydro-1,3,5-triazin verwendet. Die Reaktionszeiten und Eigenschaften sind:

Rührzeit 10s

Startzeit 16s

Steigzeit 43s

Klebfreizeit 46s

Rohdichte 41,1 g/dm³

Offenzelligkeit 8

Druckfestigkeit 0,124 MPa
Beispiel 15
Wie in Beispiel 11 beschrieben, wird aus folgenden Mengen eine A-Komponente hergestellt:

Polyol nach Beispiel 4 489 g

Wasser 17,8 g

Tris-1,3,5-(dimethylaminopropyl)-hexahydro-1,3,5-triazin 5,2 g
Zu der A-Komponente werden 482 g Lupranat M 20 A gegeben, das Gemisch 10 Sekunden intensiv mit 6500 U/min gerührt und danach in eine geschlossene Form gegossen. Man erhält einen Hartschaumstoff mit folgenden Eigenschaften:

Rohdichte 29,3 g/dm³

Druckfestigkeit 0,440 MPa

Dimensionsstabilität bei 100 °C/24 h + 0,5 bei 140 °C/24 h + 1,0
Beispiel 16
Wie in Beispiel 11 beschrieben, wird aus folgenden Mengen eine A-Komponente hergestellt:

Polyol nach Beispiel 5 513 g

Wasser 17 g

Tris-1,3,5-(dimethylaminopropyl)-hexahydro-1,3,5-triazin 4,2 g
Zu der A-Komponente werden 452 g Lupranat M 20 A gegeben, das Gemisch 10 Sekunden intensiv mit 6500 U/min gerührt und danach in eine Form gegossen. Man erhält einen Hartschaumstoff mit folgenden Eigenschaften:

Rohdichte 29,7 g/dm³

Druckfestigkeit 0,43 MPa

Dimensionsstabilität bei 100 °C/24 h – 0,5 % bei 140 °C/24 h + 1,5

1: Reaktor
11: Reaktorgehäuse
111: Misch- und Lösezone
112: Reaktionszone
113: Nachreaktions- und Austragszone
114: Einfüllstutzen
115: Extruderanschluss
116: Flüssigkeitseinlass
117: Ausragstutzen
118: Heizmantel(Misch- und Lösezone)
119: Heizmantel(Reaktionszone)
120: Heizmantel(Nachreaktions- und Austragszone)
121: Reaktorstirnwand
122: Reaktormantel (innen)
123: Manteleinbauten
124: Strömungsabrisskante
125: Gaseinlasskapillare
126: Knetelement (stationär)
13: Hohlwelle
131: Knet- und Rührwelle
132: Wellenmantel(Knet- und Rührwelle)
133: Lagerwelle (Knet- und Rührwelle)
134: Trägerscheibe(Knet- und Rührwelle)
135: Knet- und Rührelement(Knet- und Rührwelle)
136: Putz- und Einzugswelle
137: Wellenmantel(Putz- und Einzugswelle)
138: Lagerwelle(Putz- und Einzugswelle)
139: Trägerscheibe(Putz- und Einzugswelle)
140: Knet- und Rührelement(Putz- und Einzugswelle)
14: Versorgungsanschluss (Heizmedium)
15: Reaktionsraum
2: Förder- und Dosiereinrichtung
21: Dosierschnecke
22: Vorratssilo
221: Rührwerk
23: Aufbereitungsvorrichtung
24: Verdichtungsring
241: Steilkegel
242: Rücksprung
243: Rücksprungkegel
244: Teilstück (Innenzylinder)
245: Rotationskörper
25: Dosierextruder
251: Vorwärmvorrichtung
252: Extruderschnecke
26: Flüssigdosierung
261: Vorratsbehälter
262: Dosierpumpe
3: Zonentemperaturerfassung
31: Anzeigeteil
32: Messwertgeber Misch- und Lösezone
33: Messwertgeber Reaktionszone
34: Messwertgeber Nachreaktions- und Austragszone
4: Hydraulikmotor
5: Temperieraggregat
6: Austragseinheit
61: Überlaufvorrichtung
62: Filtereinheit
621: Filtereingang
622: Filterausgang
623: Filterkerze
63: Differenzdruckmesswerk
64: Saugpumpe

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen einstufigen Herstellung von Polyolen aus Polyurethanabfällen, hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen und gegebenenfalls primären oder sekundären aliphatischen Aminen oder aus der Polyesterherstellung stammenden Oligoestergemischen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus Polyurethan-Schaumstoffen, einem oder mehreren Glykolen oder einem Oligoestergemisch und einem oder mehreren primären und/oder sekundären aliphatischen Aminen in einem Misch-/Knetreaktor mit einer oder mehreren horizontal rotierenden Wellen, an denen spezielle Mischelemente angeordnet sind, in einer oder mehreren Reaktions- und/oder Bearbeitungszonen zur Reaktion gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein oder mehrere Glykole, ein oder mehrere aliphatische Amine und Polyurethan-Weichschaum-Abfälle kontinuierlich in die erste Zone eines Misch-/Knetreaktors gefördert werden, unter Scherung homogenisiert und temperiert werden, b) die Mischung in eine zweite Zone des Reaktors gefördert und dort bei weiterer Scherung, Durchmischung und Temperierung umgesetzt wird, c) die Mischung in einer anschließenden dritten Zone gegebenenfalls durch Anlegen von Vakuum von flüchtigen Bestandteilen befreit wird und d) das flüssige Produkt gegebenenfalls durch Filtration von festen Fremdbestandteilen befreit und abfüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein oder mehrere Glykole, ein Oligoestergemisch, ein oder mehrere aliphatische Amine und Polyurethan-Weichschaum-Abfälle kontinuierlich in die erste Zone eines Misch-/Knetreaktors gefördert werden, unter Scherung homogenisiert und temperiert werden, b) die Mischung in eine zweite Zone des Reaktors gefördert und dort bei weiterer Scherung, Durchmischung und Temperierung umgesetzt wird, c) die Mischung in einer anschließenden dritten Zone gegebenenfalls durch Anlegen von Vakuum von flüchtigen Bestandteilen befreit wird und d) das flüssige Produkt gegebenenfalls durch Filtration von festen Fremdbestandteilen befreit und abfüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen niedermolekulare Polyalkylendiole sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die niedermolekularen Polyalkylendiole Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Pentaethylenglykol oder Gemische davon im Molmassebereich 180 bis 800 sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die niedermolekulare Polyalkylendiole Oligopropylenglykole im Molmassebereich 134 bis 800 sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aliphatische Amin Dinbutylamin ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die primären und/oder sekundären aliphatischen Amine technisch rohe Amine oder Destillationsrückstände aus der Synthese von aliphatischen Aminen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oligoestergemisch ein Abfallprodukt aus der Polyester-Produktion mit einer Zusammensetzung 40 – 80% Terephthalsäure, 5 – 30% gebundenes Ethylenglykol, 1 – 20% freies Ethylenglykol, 1 – 20% gebundenes Diethylenglykol, 1 – 15% freies Diethylenglykol, 0 – 10% längerkettige Ethylenglykole, 0,5 – 5% metallorganische Verbindungen

ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethane Schaumstoffe, Elastomere oder zellige Elastomere sind.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethane Polyurethan-Polyisocyanurat-Schaumstoffe sind.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethane Polyurethan-Polyharnstoff-Schaumstoffe sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Diol und Amin im Gewichtsverhältnis 1:1 bis 100:1 und dieses Gemisch zum Polyurethan im Gewichtsverhältnis 1:1 bis 1:12 eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Oligoestergemisch und Polyurethan im Gewichtsverhältnis 1:1 bis 1:10 eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch in der ersten Zone des Misch-/Knetreaktors bei einer Verweilzeit von einer bis 120 min auf 120 bis 200 °C temperiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch in der zweiten Zone des Misch-/Knetreaktors bei einer Verweilzeit von einer bis 120 min und einer Temperatur von 120 bis 200 °C umgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch gegebenenfalls in der dritten Zone des Misch-/Knetreaktors bei einer Verweilzeit von einer bis 120 min und einer Temperatur von 120 bis 200 °C nachreagiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch gegebenenfalls in der dritten Zone des Misch-/Knetreaktors unter einem Vakuum von 0,1 bis 400 mbar einer Destillation zur Entfernung flüchtiger Verunreinigungen unterworfen wird.
Polyol, gekennzeichnet durch die Herstellung nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 18.
Vorrichtung zur Herstellung von Recyclat-Polyolen aus Polyestern, bestehend aus einem beheizbaren Reaktor (1), der eine Förder- und Dosiereinrichtung (2) und eine Austragsseinheit (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1), der horizontal angeordnet ist, eine oder mehrere Hohlwellen (13) im wesentlichen horizontal parallel, rotierbar gelagert, angeordnet sind, wobei die Hohlwellen (13) auf ihrer Oberfläche Knet- und Rührelemente (135, 140) so angeordnet aufweisen, dass deren Flächen mit einem Reaktormantel (innen) (122) und/oder mit den Flächen der Knet- und Rührelemente (135, 140 benachbarter Hohlwellen (13) bei der Rotation sich stetig verengende und wieder öffnende Spalte bilden, und dass der Reaktor (1) an der Dosierseite beginnend bis zur Austragsseite fortsetzend eine Misch- und Lösezone (111), eine Reaktionszone (112) und eine Nachreaktions- und Austragsszone (113) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgut in einer Stopfschnecke oder einer Extruderschnecke verdichtet und entgast wird und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels an dem Reaktor (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Teile der Stopfschnecke und die Extruderschnecke außerhalb des Reaktors (1) und dessen beheizbaren Mantels (118) enden und bei Umgebungstemperatur betreibbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlage der Stopfschnecke und der Extruder mit einer Heizung versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung durch die Abwärme des Reaktors (1), dessen Mäntel (118, 119, 120) und dessen Hohlwellen (13) mit den Mantelflächen erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Förder- und Dosiereinrichtung (2) tangential zum Reaktor (1) und in Drehrichtung zu den Knet- und Rührelementen (135, 140) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Leibungsdruck im Rohrstutzen durch einen Verdichtungsring (24), der gebildet wird durch eine in Richtung des Materialvorschubes angeordnete Querschnittsverengung und einer anschließenden Vergrößerung des Durchmessers auf den ursprünglichen Querschnitt.
Vorrichtung nach Anspruch 21 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsring (24) durch einen Steilkegel (241) gebildet wird und der Rücksprung auf den ursprünglichen Querschnitt durch eine Gerade rechtwinklig zur Rohrwand erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 21 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsring (24) durch einen Steilkegel (241) gebildet wird und der Rücksprung auf den ursprünglichen Querschnitt unter einem flachen Kegelwinkel zur Rohrwand erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, 26 und 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsring (24) durch einen Steilkegel (241) gebildet wird und zum Rücksprung (242) oder (243) zur Innenwand ein zylindrisches Teilstück (244) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsring (24) durch die Verengung und den Rücksprung (242) gebildet wird, der aus Rotationsflächen sphärisch gekrümmter Linien oder Segmente besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelvarianten zur Verengung und zum Rücksprung (242) des Verdichtungsringes (24) untereinander ausgetauscht und kombiniert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) und der Mantel aus zylinderförmigen Einzelteilen gebildet sind und die Innenfläche des Reaktors (1) mit stationären Knetelementen (126) in der Weise bestückt ist, dass diese mit den Knet- und Rührelementen (135, 140) auf der Wellenmantelfläche (132) der Hohlwelle (13) kommunizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) und der Mantel aus zylinderförmigen Sektionen in der Weise verbunden sind, dass sie einen achtförmigen Querschnitt ergeben, deren jeweilige Kreismittelpunkte mit den Mittellinien der Hohlwellen (13) und deren Wellenmantelflächen (132) zusammen fallen.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) und der Mantel aus zylinderförmigen Sektionen mit gleichen Durchmessern bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) und der Mantel aus zylinderförmigen Sektionen mit unterschiedlichen Durchmessern bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 20 und 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Anordnung des Reaktors (1) der Mantel in die Sektionen Misch- und Lösezone (111), Reaktionszone (112) und Nachreaktionszone (113) aufgeteilt sind und separat temperiert werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 20 und 35, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Anordnung des Reaktors (1) die Hohlwellen (13) mit den Wellenmantelflächen (132) in der Misch- und Lösezone (111), der Reaktionszone (112) und der Nachreaktionszone (113) unterschiedliche freie Querschnitte aufweisen, die unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des Temperiermediums bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 20 und 37, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Anordnung des Reaktors (1) die Anordnung der Knet- und Rührelemente (135, 140) auf den Wellenmantelflächen (132) auf einer idealen Schraubenlinie erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, 37 und 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Knet- und Rührelemente (135, 140) auf den Wellenmantelflächen (132) mehrgängig durch ideale Schraubenlinien erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 20 und 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der schraubenlinienartigen Anordnungen der Knet- und Rührelemente (135, 140) auf den Wellenmantelflächen der einzelnen Hohlwellen (13) gegenläufig und unterschiedlich ist, aber ständig bei der Rotation der Hohlwellen (13) in einem gemeinsamen Bereich miteinander kommunizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 20 und 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Anordnung der Knet- und Rührelemente (135, 140) vom Beginn der Misch- und Lösezone (111) bis zur Mitte der Reaktionszone (112) den idealen Schraubenlinien nacheilen, die idealen Schraubenlinien sich in der Mitte der Reaktionszone (112) kreuzen und von dort bis zum Ende der Nachreaktionszone (113) den idealen Schraubenlinien vorauseilen.
Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Anordnung der Knet- und Rührelemente (135, 140) durch Einzelabschnitte linearer Funktionen beschrieben werden, die den jeweiligen idealen Schraubenlinien überlagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Anordnung der Knet- und Rührelemente (135, 140) durch modifizierte Winkelfunktionen beschrieben ist, die den jeweiligen idealen Schraubenlinien überlagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermedium tangential in den Raum der Hohlwelle (13) zur Wellenmantelfläche (132) eingelassen wird und die Strömungsrichtung des Temperiermediums entgegen der Arbeitsrichtung des Reaktionsgutes im Reaktor (1) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Knet- und Rührelemente (135, 140) an den Kanten in Rotationsrichtung negativ hinterschnitten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die negativ hinterschnittenen Kanten einen spitzen Winkel bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 45 und 46, dadurch gekennzeichnet, dass die negativ hinterschnittenen Kanten einen spitzen Winkel bilden, die durch einen Radius abgerundet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 45 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Knet- und Rührelemente (135, 140) zur korrespondierenden Wellenmantelfläche (132) beim Rotationsdurchgang einen sich stetig verengenden Spalt bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 45 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Knet- und Rührelemente (135, 140) zu den Rührelementen (135, 140) auf der jeweils korrespondierenden Wellenmantelfläche (132) beim Rotationsdurchgang einen sich stetig verengenden Spalt bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenfläche des Mantels des Reaktors (1) keilförmige Verengungen mit einer scharfkantigen Abrisskante (124) montiert sind, die im Zusammenwirken mit den negativ hinterschnittenen Kanten der Knet- und Rührelemente (135, 140) beim Durchgang einen sich ständig verengenden Spalt bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Abrisskanten (124) Kapillaren (135) enden, durch die ein Schutzgas oder Aktivgas in den Reaktor (1) eingeleitet werden kann.