ITMI951975A1

ITMI951975A1 - Procedimento e apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, per la produzione di schiume poliuretaniche pre-espanse

Info

Publication number: ITMI951975A1
Application number: IT95MI001975A
Authority: IT
Inventors: Carlo Fiorentini
Original assignee: Afros Spa
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 1997-03-25
Also published as: WO1997011824A1; DE29622866U1; ITMI951975A0; IT1277651B1

Abstract

Un procedimento ed una apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione per la produzione di schiume poliuretaniche pre - espanse a partire da una miscela reattiva di componenti fluidi comprendente un agente di espansione inerte basso bollente (CO2), che viene miscelato e mantenuto in fase liquida in condizioni di pressione elevate (P1) in una camera di miscelazione (10); il flusso in uscita dalla camera di miscelazione (10) viene strozzato, quindi sottoposto ad una contropressione (P2) in una camera di pre - espansione (18) intermedia tra la camera di miscelazione (10) ed un condotto di scarico (19) definenti un percorso di deviazione del flusso e di stabilizzazione della miscela in fase di pre - espansione; una azione di stabilizzazione supplementare è ottenuta prevedendo una camera a fondo cieco (21) in corrispondenza del punto di deviazione del flusso, tra la camera di pre - espansione (10) ed il condotto di scarico (19).

Description

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento e ad una apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione per la produzione di schiume poliuretaniche pre-espanse, più comunemente dette "frotizzate", a partire da una miscela reattiva di componenti fluidi comprendente un poliolo, un isocianato, additivi ed un agente di espansione inerte fortemente basso-bollente, ad esempio CO2, in grado di gassificare alla pressione ed alla temperatura atmosferica, che viene mantenuto allo stato liquido durante la miscelazione sotto condizioni di pressione elevate.

Tipiche apparecchiature di miscelazione ad alta pressione sono illustrate in numerosi brevetti anteriori, ad esempio nei brevetti DS-A- 3.706.515, OS-A 4.175.874, OS-A- 4.332.335 e OS-A- 4.440.500. In generale un'apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione comprende una camera di miscelazione cilindrica in cui vengono iniettati i componenti chimici reattivi alimentati ad alta pressione; i componenti vengono intimamente miscelati tra loro per effetto del violento impatto tra i getti, ottenendo una miscela liquida che fuoriesce da un condotto di scarico dell'apparecchiatura. Forme tipiche di disposizione ad "L" della camera di miscelazione e del condotto di scarico sono mostrate in alcuni dei brevetti precedentemente citati. Queste apparecchiature in generale sono state proposte e si sono dimostrate efficienti nella preparazione di miscele poliuretaniche liquide e non frotizzate, in quanto il loro uso nella preparazione di schiume pre-espanse con la tecnica della frotizzazione risultata del tutto impossibile per l'impossibilità di controllare la miscelazione ed il rilascio nella miscela dell'agente di espansione durante la fase di frotizzazione.

La tecnica della pre-espansione, più comunemente nota con il termine inglese di "frothing", è altresì nota nella produzione di schiume poliuretaniche; secondo questa tecnica, un gas inerte non reattivo, basso bollente (quale agente di espansione, viene opportunamente aggiunto e miscelato allo stato liquido con i componenti poliuretanici reattivi, rilasciando la pressione immediatamente all'uscita della camera di miscelazione per causare una rapida frotizzazione o pre-espansione della miscela poliuretanica sotto forma di una crema molto densa, prima che inizi la reazione chimica tra i componenti e la fase di polimerizzazione.

In passato sono stati fatti vari tentativi per impiegare la miscelazione ad alta pressione nella produzione di schiume poliuretaniche pre-espanse con agenti di espansione basso bollenti; apparecchiature di questo genere sono descritte ad esempio in OS-A 3.184.419, in DS-A-4.115 .299, in DS-A 4.418.041 e in OS-A 5.120.770.

Il problema maggiore in un sistema di miscelazione meccanico secondo il brevetto OS-A 3.184.419, riguarda la pulizia del rotore e della camera di miscelazione, pulizia che deve essere necessariamente fatta mediante l'impiego di solventi, con conseguenti rischi di inquinamento dell'ambiente, non più accettabili nei moderni impianti .

Contrariamente all'esempio precedente, i brevetti OS-A- 4.115.299 e OS-A 4.418.041, al fine di ovviare certi inconvenienti, propongono un metodo di pre-schiumatura con la tecnica del "frothing" secondo cui l'agente di espansione viene iniettato a bassa pressione nel condotto di scarico, dopo la miscelazione dei componenti poliuretanici, ad una pressione inferiore a quella teoricamente esistente nella camera di miscelazione. Pertanto, nel caso in cui si impieghi un agente di espansione o un propellente fortemente basso bollente. quale CO2, che per essere miscelato in fase liquida richiede una pressione elevata ad esempio compresa tra 5 e 20 bar, il problema dell'espansione incontrollata della miscela e l'ottenimento di pezzi stampati formati con schiume di qualità costituisce un problema ancora non risolto.

Sebbene la tecnica della pre-espansione con gas inerte sia ben nota e sia stata proposta anche con apparecchiature di miscelazione ad alta pressione, fino ad ora non è stato possibile attuarla con successo, in particolare nella produzione di articoli stampati, per l'impossibilità pratica di ottenere un adeguato controllo nel rilascio del propellente, durante la fase di preespansione .

Sarebbe pertanto desiderabile disporre di un procedimento e di una apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione particolarmente adatti per l'impiego della tecnica della pre-espansione con propellenti fortemente basso bollenti, in particolare CO2, che consentano un controllo nel rilascio del propellente liquido ed un rapido acquietamento della miscela all'uscita della camera di miscelazione, nonché l'uso di apparecchiature autopulenti, di struttura semplice, che siano particolarmente adatte per la produzione di pezzi stampati con cicli di lavoro ripetitivi ed estremamente brevi.

Nella ricerca di una soluzione a questo problema si è cercato di operare con una differente configurazione dell'apparecchiatura che consentisse la miscelazione di agenti di espansione fortemente basso bollenti e che nello stesso tempo fornisse una buona stabilizzazione del flusso della miscela pre-espansa; in particolare si è cercato di sperimentare configurazioni secondo il brevetto EP-A- 0070 486 ed OS-A 5.277.567.

Entrambi i documenti mostrano una configurazione a "Z” del percorso del flusso definita da una camera di miscelazione principale, da una camera intermedia e da un condotto di scarico per scopi ed applicazioni totalmente differenti dalla presente invenzione.

In particolare, il brevetto EP-A- 0070 486 mostra l'uso di un organo di strozzamento all'uscita della camera di miscelazione, in combinazione con una corta camera intermedia disposta tangenzialmente al condotto di scarico per generare un.moto di rotazione nella miscela che causi un suo rapido acquietamento all'immissione nel condotto di scarico.

Diversamente, il brevetto DS-A- 5.277.567, propone una semplice disposizione a Z delle camere e del condotto di scarico, in assenza di qualsiasi organo di strozzamento del flusso della miscela, con lo scopo specifico di fornire un metodo ed una apparecchiatura per il rivestimento con vernice degli oggetti stampati, direttamente all'interno dello stesso stampo di formatura. In particolare questo secondo brevetto ritiene negativo effettuare uno strozzamento all'uscita della camera di miscelazione che pertanto deve essere evitato; una simile testa di miscelazione risulta del tutto inadatta alla tecnica del "frothing".

Malgrado tale orientamento negativo, nella ricerca di un nuovo processo e di una nuova configurazione delle apparecchiature di miscelazione ad alta pressione che utilizzino la tecnica del frothing nella produzione di pezzi stampati con miscele poliuretaniche pre-espanse, si è comunque cercato di sperimentare soluzioni che utilizzassero semplici deviazioni del flusso, con risultati poco apprezzabili dal punto di vista del processo e della qualità della schiuma ottenuta.

Si è constatato infatti che una semplice configurazione ad L o a Z, come proposto nei brevetti anteriori, a causa della forte volatilità della CO2 utilizzata come propellente, non consentiva di creare nella camera di miscelazione condizioni di pressione idonee a mantenere la CO2 in fase liquida. In pratica la CO2 gassificava rapidamente causando una forte proiezione all’esterno di miscela ancora allo stato liquido, con forte perdita dell'agente di espansione; i vantaggi della tecnica della pre-espansione venivano in questo modo vanificati.

I primi risultati furono dunque scoraggianti e portarono alla conclusione che le apparecchiature di miscelazione ad alta pressione tradizionalmente note risultavano del tutto inadatte nella frotizzazione di miscele poliuretaniche.

Le ragioni di ciò andavano ricercate nella mancanza di un qualsiasi controllo nel rilascio della CO2 durante la fase di pre-espansione, che comportava una uscita troppo violenta della miscela attraverso l’apertura strozzata della camera di miscelazione, quale presumibilmente causa della formazione delle bolle nella schiuma e della eccessiva turbolenza della miscela all'uscita del condotto di scarico.

Dopo vari tentativi si è invece constatato che effettuando uno strozzamento della camera di miscelazione per mantenere valori ottimali della pressione sufficienti a mantenere la CO2 o più in generale un agente di espansione basso bollente, non reattivo, in fase liquida durante la miscelazione, in combinazione con un controllo del rilascio dell'agente nella stessa miscela in fase di pre-espansione, subito dopo ed in prossimità dell’uscita dalla camera di miscelazione, non solo era possibile miscelare adeguatamente l'agente di espansione e stabilizzare il flusso della miscela, ma si otteneva altresì una miscela pre-espansa di buona qualità, con struttura cellulare omogenea, priva di bolle e in condizioni idonee per lo stampaggio.

Conformemente ad un primo aspetto, l’invenzione è dunque diretta ad un procedimento secondo la rivendicazione 1 per la produzione di una schiuma poliuretanica pre-espansa mediante la tecnica del frothing, che utilizza un'apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, in cui la miscelazione dei componenti poliuretanici e di un agente di espansione inerte, basso bollente, avviene in una camera di miscelazione dell'apparecchiatura sotto condizioni di pressioni elevate per mantenere l'agente di espansione allo stato liquido, ed in cui la stabilizzazione del flusso della miscela che fuoriesce dalla camera di miscelazione viene ottenuta generando nella stessa miscela mentre fluisce all'interno di una camera di pre-espansione, in prossimità dello sbocco della camera di miscelazione, una contropressione di valore inferiore alla pressione di miscelazione, causando successivamente deviazioni del flusso nella miscela mentre sta espandendo, ottenendo in questo modo un graduale rilascio controllato dell'agente di espansione .

Conformemente ad un altro aspetto, l'invenzione è diretta ad una apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione secondo la rivendicazione 11, comprendente in combinazione mezzi per creare una restrizione del flusso all'uscita della camera di miscelazione, con mezzi idonei a creare una contropressione nella miscela all'interno di una camera di pre-espansione disposta tra la camera di miscelazione ed il condotto di scarico diversamente orientati per causare deviazioni di flusso nella miscela in fase di pre-espansione.

L'aspetto innovativo dell'invenzione risiede dunque nel controllare le condizioni di pressione della miscela immediatamente dopo l'uscita della camera di miscelazione, in modo che la stessa miscela inizi a frotizzare permanendo per breve tempo in una fase semi-liquida, senza che si verifichi una sostanziale gassificazione del propellente che viene successivamente rilasciato in modo graduale e controllato nella miscela mentre si espande, lungo un percorso di stabilizzazione. Si ottiene in questo modo una miscela poliuretanica pre-espansa sostanzialmente priva di bolle e di difetti, avente una buona struttura cellulare, particolarmente idonea per la produzione di pezzi stampati, ovvero per la formazione di isolamenti o di parti strutturali con schiume poliuretaniche flessibili o rigide aventi le qualità desiderate, commercialmente richieste per molteplici applica-

ζιοηι .

L'invenzione consente altresì l'applicazione della tecnica della pre-e3pansione ad apparecchiature di miscelazione ad alta pressione con caratteristiche autopulenti, che eliminano totalmente l'impiego di solventi, di parti da rimuovere, da sostituire o da gettare.

Le caratteristiche innovative del procedimento e dell'apparecchiatura secondo l'invenzione, nonché una sua forma di realizzazione preferenziale, verranno maggiormente illustrate qui di seguito, a partire dalle apparecchiature dei brevetti DS-A 4.418.041 e OS-A 4.115.299, quali unici documenti illustrativi dell'applicazione della tecnica del frothing nella produzione di schiume poliuretaniche con apparecchiature di miscelazione ad alta pressione. Nei disegni:

Fig. 1 è uno schema di una prima configurazione di una apparecchiatura secondo l'invenzione;

Fig. 2 è uno schema di una seconda configurazione di una apparecchiatura secondo l'invenzione;

Fig. 3 è una vista in sezione di una forma di realizzazione preferenziale di una apparecchiatura secondo 1<1 >invenzione.

Riferendoci alla figura 1, descriveremo le caratteristiche generali di un'apparecchiatura di miscelazione nonché del procedimento secondo l'invenzione, per la formazione di schiume poliuretaniche pre-espanse mediante l'uso di un agente di espansione inerte, basso bollente, ad esempio CO2 utilizzabile, nella produzione di articoli stampati.

L'apparecchiatura secondo l’invenzione sostanzialmente comprende una camera di miscelazione 10 ad esempio di forma cilindrica, avente un asse longitudinale diretto verticalmente in figura 1 ed una lunghezza molto corta, pari o inferiore a 2 * 2,5 diametri, nella quale vengono iniettati, attraverso ugelli 11 e 12, i componenti chimici reattivi, quali ad esempio un poliolo e un isocianato contenuti nei serbatoi A e B, con rispettivi additivi. I componenti A e B ed i vari additivi sono alimentati ad alta pressione nella camera 10 in quantità stechiometricamente dosate, mediante rispettive pompe volumetriche 13 e 14. Con 15 è stata indicata inoltre l'alimentazione di un agente di espansione inerte, basso bollente, in particolare CO2 liquida, che viene iniettata nel condotto di alimentazione di uno dei componenti, ad esempio nel condotto del poliolo, in quantità compresa tra 1 e 10 percento in peso dello stesso poliolo. ;Per far si che la miscelazione nella camera 10 avvenga in una condizione di pressione elevata, sufficiente a mantenere l'agente di espansione in fase liquida, ad esempio ad una pressione compresa tra 5 e 20 bar, o superiore, l'uscita 17 della camera di miscelazione 10 verso una successiva camera intermedia 18, viene parzialmente ristretta interponendo un elemento di strozzamento realizzabile con un qualsiasi mezzo idoneo, come più.avanti spiegato. ;La camera intermedia 18, nella quale avviene una pre-espansione iniziale della miscela in condizioni di pressione controllate, è sostanzialmente costituita da una carniera cilindrica avente un diametro pari o maggiore di quello della camera di miscelazione; l'asse longitudinale della camera 18 è inoltre disposto ortogonalmente all'asse longitudinale della camera 10, aprendosi detta camera intermedia 18 verso un condotto di scarico 19 costituito da un foro cilindrico di diametro maggiore; l'asse longitudinale del condotto 19 è a sua volta disposto ad angolo, ad esempio ortogonale all'asse longitudinale della camera intermedia 18, prolungandosi per un tratto necessario. ;Secondo la presente invenzione, occorre che nella camera intermedia 18, detta anche camera di preespansione, avvenga una parziale pre-espansione della miscela in condizioni di pressione controllate, tali da creare in prossimità e subito dopo l'uscita 17 della camera di miscelazione, una leggera contropressione P2, inferiore alla pressione PI esistente nella camera di miscelazione 10, ad esempio compresa in un intervallo di pressioni tra 0, 2 e 2 bar sufficienti a mantenere inizialmente la miscela in una fase semiliquida e ad impedire una fuoriuscita incontrollata o brusca della stessa miscela dalla camera 10. ;Da prove svolte si è constatato che strozzando adeguatamente l'uscita della camera di miscelazione 10, in modo che la miscelazione avvenga sotto forte pressione per mantenere la CO2 in forma liquida, generando subito dopo l'uscita una contropressione di valore inferiore a quella di miscelazione, in corrispondenza o in vicinanza dell'apertura di sbocco della stessa camera di miscelazione, mediante idonei mezzi di generazione della contropressione previsti a valle dello strozzamento, lungo il percorso di flusso della miscela che sta iniziando la sua espansione, è possibile ottenere un rilascio graduale e controllato dell'agente di espansione all'interno di una camera di pre-espansione diversamente orientata ed interposta tra camera di miscelazione 10 ed un condotto di scarico 19 dell'apparecchiatura; ciò consente non solo di controllare il rilascio della pressione e di stabilizzare la miscela in fase di preespansione ma, variando ed adattando adeguatamente le dimensioni in lunghezza ed i diametri delle camere 10, 18 e del condotto 19 in funzione delle portate richieste, si elimina sostanzialmente le cause di formazione di bolle o di cavità, nonché ai consente uno scarico dolce, privo di turbolenza di una miscela frotizzata, non ottenibile con apparecchiature di miscelazione ad alta pressione convenzionali. ;Secondo l'invenzione, l'apparecchiatura è stata pertanto provvista di un percorso di deviazione del flusso della miscela lungo le camere 10, 18 ed il condotto 19 comprendente, in combinazione, mezzi di strozzamento dell'uscita della camera di miscelazione e mezzi idonei a creare nella camera 18 un valore di contropressione P2 necessario per attenuare la velocità del flusso e per stabilizzare la miscela in pre-espansione. Tali mezzi possono essere comunque realizzati purché idonei, nella loro combinazione, a consentire la miscelazione dell'agente di espansione in forma liquida ed a generare il richiesto gradiente di contropressione all'uscita della camera di miscelazione causando un rilascio graduale dell’agente di espansione ed una sostanziale stabilizzazione della stessa miscela in fase di preespansione . ;Nell'esempio di figura 1 i mezzi di generazione della contropressione P2 nella camera 18 sono stati ottenuti conformando ad esempio la stessa camera 18 di lunghezza adeguata a fornire la necessaria caduta di pressione che, sommandosi alla caduta di pressione causata dalla deviazione del flusso all'ingresso ed allo sbocco della cantera intermedia 18, genera la contropressione richiesta a valle dello strozzamento. ;Da prove ed esperimenti condotti si è constatato che nel caso in cui la camera di pre-espansione 18 sbocchi direttamente nel condotto di scarico 19, secondo l’esempio di figura 1, per creare una contropressione P2 all'uscita della camera di miscelazione 10 tale da eliminare sostanzialmente la formazione di bolle o di grosse cavità nella schiuma prodotta, è consigliabile che la camera 18 abbia una lunghezza pari o maggiore a tre volte il suo diametro; lunghezze della camera di pre-espansione inferiori, ad esempio comprese tra 2,5 e 3 diametri, anche se possono dare risultati meno apprezzabili, sono comunque ricomprese nell'invenzione. ;In base a quanto detto, risulta dunque evidente che il concetto che sta alla base del processo di frotizzazione secondo l'invenzione consiste nel creare delle perdite di carico a valle dello strozzamento della camera di miscelazione sufficienti a mantenere la miscela che sta fuoriuscendo dalla camera di miscelazione, e che inizia a frotizzare, in una condizione sostanzialmente liquida tale da evitare una rapida gassificazione dell'agente di espansione all'uscita della stessa camera di miscelazione, impedendo in questo modo la formazione di bolle che diversamente si ritroverebbero nella schiuma prodotta e negli articoli stampati. ;Lo schema di figura 2 mostra una configurazione del percorso di flusso sostanzialmente simile a quella di figura 1, con la differenza che ora la camera di preespansione 18 risulta più corta con la sua uscita 20 che da un lato si apre verso il condotto di scarico 19 e dal lato opposto verso una camera a fondo cieco 21 definente una zona morta di accumulo della miscela che in questo esempio è disposta posteriormente ed assialmente allineata al condotto di scarico 19 ma che, volendo, potrebbe anche essere diversamente posizionata. ;La creazione di una zona morta 21 per il flusso della miscela in corrispondenza della estremità dello sbocco della camera di pre-espansione 18, tra quest<1>ultima e l'entrata del condotto di scarico 19, tende a smorzare ulteriormente il flusso della miscela, stabilizzandola maggiormente, con il risultato di migliorare ulteriormente la qualità della schiuma prodotta per la totale scomparsa di cavità o bolle e conseguente miglior sfruttamento dell'agente di espansione. Da prove svolte, si è infatti constatato che la schiuma prodotta aveva una densità comparativamente minore a quella ottenuta con la configurazione dell'apparecchiatura di figura 1, ed una riduzione dal 15 al 20% del consumo di agente di pre-espanaione; ciò può essere spiegato col fatto che la miscela sostanzialmente priva di turbolenza che riempie la camera morta 21, elimina l'effetto della parete rigida in corrispondenza della deviazione del flusso presente nell'esempio di figura 1, formando una superficie liquida in continuazione a quella della camera di miscelazione o una sorta di cuscinetto liquido al fondo del condotto di scarico che tende ulteriormente a smorzare la miscela, migliorandone la sua stabilizzazione. ;La figura 3 dei disegni allegati mostra una forma di realizzazione pratica di una apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, di tipo autopulente, mediante la quale è possibile realizzare sia lo schema funzionale di figura 1, che quello di figura 2. ;Per ragioni di chiarezza, in figura 3 sono stati usati gli stessi riferimenti numerici di figura l o di figura 2, per indicare parti simili o equivalenti. ;Nell’esempio di figura 3 l'apparecchiatura presenta un corpo 22 formato in più pezzi, comprendente una piccola camera di miscelazione 10 di forma sostanzialmente cilindrica, in cui scorre una spina di pulizia 23 collegata al pistone 24 di un primo cilindro idraulico di comando 25. La camera di miscelazione 10 si apre ortogonalmente in una camera intermedia di preespansione 18, di lunghezza adeguata. avente diametro maggiore di quello della camera di miscelazione 10; una seconda spina di pulizia 26 scorre nella camera 18 essendo collegata al pistone 27 di un secondo cilindro idraulico di comando 28. In figura 3 è stato inoltre indicato un mezzo di regolazione della corsa della spina 26, ad esempio costituito da un arresto regolabile 29 sul quale è possibile agire mediante avvitamento per definire la posizione posteriore o arretrata del pistone 27, per regolare o variare il grado di strozzamento dell'apertura di uscita della camera di miscelazione 10. ;La camera intermedia o di pre-espansione 18 a sua volta sbocca in un largo condotto di scarico 19 disposto ad angolo, ortogonalmente alla stessa camera, in cui scorre una terza spina di pulizia 30 collegata al pistone 31 di un terzo cilindro idraulico di comando 32. ;Tutti i cilindri idraulici sono comandabili nella adatta sequenza per muovere le rispettive spine di pulizia tra una posizione arretrata, mostrata in figura 3, in cui la camera di miscelazione 10 si apre verso la camera di pre-espansione 12, ed in cui la camera di preespansione 12 si apre nel condotto di scarico 18, ed una posizione avanzata o di chiusura dell'apparecchiatura; in questa seconda posizione dapprima agisce la spina di pulizia 10 espellendo la miscela residua nella camera 10 verso la camera di pre-espansione 18; successivamente la spina di pulizia 26 espelle la miscela residua contenuta nella camera di pre-espansione 18 spingendola nel condotto di scarico 19, e per ultima agisce la spina di pulizia 30 per espellere la miscela residua nel condotto di scarico 19, operando con sequenza inversa durante 1 'apertura del1*apparecchiatura.

In particolare, nella soluzione di figura 3, la terza spina di pulizia 30 del condotto di scarico 19 può essere mossa tra una posizione totalmente avanzata, in cui chiude l'uscita della camera di pre-espansione 18 ed una prima posizione arretrata in cui l'estremità della spina 30 si dispone a filo della superficie laterale della camera intermedia 18, secondo l'esempio di figura 1, ovvero tra la suddetta posizione avanzata ed una seconda posizione maggiormente arretrata rispetto alla precedente, nella quale la stessa spina 30 ed il suo foro di guida definiscono la camera morta 21 secondo l'esempio di figura 2; a titolo di esempio, l'arretramento della spina 30 rispetto alla camera 18 può essere compreso tra 0,5 1 volta il diametro della spina stessa, o inferiore. E' evidente che nel secondo caso la camera di pre-espansione 18 potrà essere anche più corta di tre diametri ed il cilindro di comando 32 dovrà essere provvisto di un idoneo dispositivo di arresto regolabile, ad esempio come quello indicato con 29 per il cilindro 28 di comando della spina di pulizia della camera di pre-espansione.

Nel caso di figura 3 le due camera 10 e 18, nonché il condotto di scarica 19, hanno i loro assi longitudinali incidenti e giacenti in uno stesso piano; tuttavia è possibile prevedere anche una disposizione o una configurazione spaziale dei vari assi, mantenendo la loro incidenza, prevedendo quindi angoli di deviazione del flusso, maggiori o minori di quelli mostrati, in generale anche diversi dai 90°. In tutti i casi, mediante la soluzione di figura 3 è possibile utilizzare una testa di miscelazione ad alta pressione per la produzione di miscele poliuretaniche pre-espanse con la tecnica del frothing, che sia totalmente autopulente, di struttura compatta ed estremamente funzionale.

Sono state svolte prove ed esperimenti con apparecchiature secondo l'invenzione conformate sia secondo l'esempio di figura 1, che quello di figura 2, comparando i risultati con quelli di sistemi convenzionali.

Esempio 1

Secondo questo esempio comparativo è stata impiegata un'apparecchiatura convenzionale, modificata secondo la soluzione di figura 1, eccetto per la camera intermedia 18 che in questo caso aveva una lunghezza inferiore a tre diametri. La camera di miscelazione 10 sboccava inoltre liberamente, senza alcuna strozzatura, nella camera 18.

La camera di miscelazione 10 aveva un diametro di 12 min ed una lunghezza sostanzialmente corrispondente;

la esumerà di pre-espansione 18 aveva un diametro di 16 nm ed una lunghezza di 32 mm;

il condotto di scarico 19 aveva un diametro di 30 mm ed una lunghezza di 90 mm.

E' stata usata una miscela di componenti poliuretanici avente una formulazione tradizionale, impiegando CO2 liquida quale agente di espansione, in una quantità di cinque parti in peso su poliolo della miscela reattiva.

Le pompe 13 e 14 erano state impostate per una portata complessiva dell'apparecchiatura di 400 gr al secondo, misurando una pressione PI prossima a quella atmosferica nella camera di miscelazione 10, del tutto inadatta per la miscelazione in fase liquida dell'agente di espansione; nessun effetto di smorzamento del flusso si otteneva all'uscita della camera 10.

La miscela pre-espansa che usciva dall'apparecchiatura veniva direttamente colata nella cavità aperta di uno stampo.

I risultati sono stati completamente negativi in quanto si constatava la fuoriuscita turbolenta di una miscela parzialmente pre-espansa e parzialmente ancora in forma liquida, che causava una forte dispersione della CO2·

La miscela pre-espansa risultante portava alla formazione di una schiuma di qualità inconsistente, con celle irregolari e grosse cavità.

Esempio 2

Operando con la stessa apparecchiatura dell'esempio 1, secondo l'invenzione, si è provveduto ad effettuare uno strozzamento dell'uscita della camera di miscelazione 10 avanzando la spina 26 di pulizia della camera di pre-espansione 18, secondo lo schema di figura 1, fino ad ottenere in uscita un flusso omogeneo di una miscela pre-espansa e ben frotizzata, che veniva depositata in modo dolce e regolare nella cavità dello stampo. La miscelazione nella camera 10 avveniva ad una pressione di circa 17 bar, misurando una pressione di circa 1,5 bar nella camera di pre-espansione 18.

La schiuma ottenuta aveva una densità di circa 27 kg/m^, presentava una struttura delle celle omogenea, fine e priva di grosse cavità. La qualità della schiuma è stata giudicata essere di qualità commercialmente accettabile.

Esempio 3

Sempre secondo l'invenzione, si è infine operato con un’apparecchiatura conforme all'esempio precedente, arretrando ulteriormente la spina 30 del condotto di scarico, per formare una camera morta 21 secondo l'esempio di figura 2.

Si è provveduto a ripetere le prove con la stessa formulazione della miscela dei due esempi precedenti.

Si è misurata una pressione P2 di circa 1,3 bar nella camera di pre-espansione 18, ed una pressione sempre di circa 17 bar nella camera di miscelazione.

La miscela pre-espansa fuoriusciva in modo molto dolce e controllato, come nel precedente esempio, ottenendo in questo caso una schiuma di qualità migliorata, con una densità di circa 26 kg/m^, ad una struttura delle celle omogenee, totalmente prive di vuoti e cavità.

A conclusione delle prove svolte si è dunque constatato, in modo non prevedibile, e non possibile con l'impiego delle tradizionali configurazioni delle teste di miscelazione ad alta pressione note, che operando secondo l'invenzione è possibile utilizzare vantaggiosamente la tecnica della pre-espansione nella miscelazione ad alta pressione, per la produzione di schiume poliuretaniche frotizzate di buona qualità, controllando adeguatamente il rilascio e la fase di gassificazione dell'agente di espansione. Operando con una contropressione in una camera di pre-espanaione secondo l'invenzione si sono dunque ottenute schiume poliuretaniche pre-espanse di qualità soddisfacente, adatte per molteplici applicazioni, ad esempio per lo stampaggio di imbottiture per cuscini, per sedili di autoveicoli, ovvero per la formazione di isolamenti termici in frigoriferi, per la formazione di pannelli o per altre applicazioni similari.

Claims

R IV E N D I C A Z IO N I 1. Procedimento per la frotizzazione di una schiuma poliuretanica a partire da almeno due componenti reattivi, quali un poliolo ed un isocianato che vengono iniettati in una camera di miscelazione ad alta pressione, miscelati tra loro e con un agente di espansione basso bollente ad una pressione di miscelazione sufficiente per mantenere l'agente di espansione allo stato liquido, il flusso della miscela venendo strozzato e deviato all'uscita della camera di miscelazione, caratterizzato dal fatto di generare nella miscela in fase di preespansione, una contropressione di valore inferiore alla detta pressione di miscelazione, dopo lo strozzamento ed in prossimità dell'uscita della camera di miscelazione.
2. Procedimento per la produzione di una schiuma poliuretanica frotizzata secondo la rivendicazione 1, comprendente le fasi di: - formare una miscela reattiva di componenti chimici in una camera di miscelazione; miscelare i componenti chimici reattivi con un agente di espansione basso bollente gassificahile, sotto sufficienti condizioni di pressione per mantenere l'agente di espansione in uno stato liquido strozzando il flusso in uscita da detta camera di miscelazione; di frotizzare e fare espandere la miscela rilasciando la pressione all'uscita della camera di miscelazione, caratterizzato dal fatto di stabilizzare il flusso della miscela che fuoriesce dalla camera di miscelazione e di generare una contropressione di valore inferiore alla pressione di miscelazione, permettendo un graduale rilascio dell'agente di espansione, facendo fluire la miscela in fase di pre-espansione lungo un percorso di stabilizzazione del flusso a partire dall’uscita strozzata della camera di miscelazione, che comprende una prima ed una seconda deviazione del flusso della miscela in fase di pre-espansione.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto agente di pre-espansione comprende biossido di carbonio, in quantità compresa tra 1 e 10 percento in peso di uno dei componenti.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 2, ulteriormente caratterizzato dal fatto di fornire una zona morta di accumulo della miscela lungo detto percorso di stabilizzazione.
5. Procedimento secondo le rivendicazioni 2 e 4, caratterizzato dal fatto di formare la zona di accumulo della miscela in corrispondenza della seconda deviazione del flusso lungo il percorso di stabilizzazione.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 5 ulteriormente caratterizzato dal fatto di formare un accumulo di miscela in una zona morta lungo detto percorso di stabilizzazione del flusso, disposto posteriormente al condotto di scarico della miscela.
7. Procedimento secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la pressione nella camera di miscelazione è compresa tra 5 e 20 bar.
8. Procedimento secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la contropressione nella miscela in pre-espansione, all'uscita della camera di miscelazione, è pari o superiore ad 0,2 bar.
9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che la contropressione nella miscela in pre-espansione, all'uscita dalla camera di miscelazione, è compresa tra 0,2 e 2 bar.
10. Apparecchiatura di miscelazione ad alta pressione, in particolare per la preparazione di una schiuma poliuretanica frotizzata miscelando componenti poliuretanici reattivi, con un agente di espansione basso bollente, l'apparecchiatura comprendendo una camera di miscelazione avente un asse longitudinale nella quale vengono miscelati i componenti la miscela poliuretanica con l'agente di espansione ad un primo valore di pressione sufficiente a mantenere l'agente di espansione in forma liquida; in cui la camera di miscelazione comunica con un condotto di scarico della miscela avente un asse longitudinale diversamente orientato rispetto all'asse della camera di miscelazione, ed in cui sono previsti primi mezzi di strozzamento del flusso della miscela all’uscita della camera di miscelazione, caratterizzata dal fatto che la camera di miscelazione comunica con il condotto di scarico attraverso una camera intermedia di pre-espansione della miscela, e dal fatto che in combinazione ed a valle di detti mezzi di strozzamento sono previsti mezzi per generare nella miscela in detta camera di pre-espansione una contropressione di stabilizzazione del flusso, avente un valore inferiore alla pressione esistente nella camera di miscelazione.
11. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 10, in cui detta camera di pre-espansione è sotto forma di una camera cilindrica avente un diametro costante, caratterizzata dal fatto che detti mezzi per la generazione della contropressione comprendono una lunghezza della camera di pre-espansione pari o superiore ad almeno 2,5 ÷ 3 volte il diametro della stessa camera di pre-espansione .
12. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 11, ulteriormente caratterizzata dal fatto che detti mezzi di generazione della contropressione comprendono un collegamento ad angolo per la deviazione del flusso della miscela in fase di pre-espansione, tra detta camera intermedia ed il condotto di scarico della miscela in fase di pre-espansione.
13. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 11 caratterizzata dal fatto di comprendere una camera a fondo cieco di accumulo della miscela in pre-espansione, in corrispondenza della deviazione del flusso tra la camera intermedia ed il condotto di scarico della miscela in fase di pre-espansione.
14. Apparecchiatura secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detta camera di miscelazione, detta camera intermedia di pre-espansione e detto condotto di scarico della miscela comprendono, ciascuno un organo scorrevole di pulizia collegato ad un attuatore idraulico, per essere mossi tra una posizione arretrata di apertura dell'apparecchiatura, ed una posizione avanzata di chiusura, nella quale espellono la miscela residua nella camera di miscelazione, nella camera di pre-espansione, rispettivamente nel condotto di scarico suddetti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di strozzamento dell'uscita della camera di miscelazione comprendono detto organo di pulizia della camera di pre-espansione.
15. Apparecchiatura secondo le rivendicazioni 13 e 14 in cui l'organo di pulizia del condotto di scarico è mobile in un foro di guida che si prolunga posteriormente al condotto di scarico stesso caratterizzata dal fatto che detta camera cieca di formazione della zona morta di accumulo della miscela in pre-espansione è prevista all'estremità del foro di guida dell'organo di pulizia del condotto di scarico, mediante arretramento dello stesso organo di pulizia rispetto alla camera intermedia di pre-espansione.
16. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 14 caratterizzata dal fatto che gli attuatori idraulici di comando degli organi di pulizia della camera intermedia e del condotto di scarico comprendono mezzi di arresto regolabili per variare nella posizione arretrata di ciascun organo, regolando lo strozzamento dell'apertura della camera di miscelazione, rispettivamente la profondità di detta camera cieca di formazione della detta zona morta di accumulo della miscela in pre-espansione.
17. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 16 caratterizzata dal fatto che detto mezzo di arresto dell'organo di pulizia del condotto di scarico della miscela è regolabile per avvitamento per variare con continuità la profondità della camera cieca di accumulo della miscela, ad un valore pari o inferiore a 0,5 ÷ 1 volta il diametro della camera cieca stessa.