專利名稱：用加壓溶解的二氧化碳生產(chǎn)泡沫的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用加壓溶解的二氧化碳作為膨脹劑生產(chǎn)泡沫的方法和裝置，其中待膨脹物質(zhì)與優(yōu)選為液態(tài)的二氧化碳加壓混合后膨脹而形成泡沫。所用可膨脹的物質(zhì)尤其是要膨脹后才開始進(jìn)行的加聚反應(yīng)或縮聚反應(yīng)而熟化或固化形成泡沫塑料的液態(tài)塑料原料或原料產(chǎn)品。
在聚氨酯泡沫生產(chǎn)過程中，將液態(tài)或固態(tài)膨脹劑加入至少一種反應(yīng)成分(聚異氰酸酯和含有可與異氰酸酯基反應(yīng)的氫原子的化合物，尤其是多元醇)中。然后混合加入其他成分并且所得混合物以間歇方式加入模具中或以連續(xù)方式送到傳送帶上，在模具中或傳送帶上混合物發(fā)泡和熟化或固化。
為了制成這種泡沫，實(shí)際上已采用大量方法。常用低溫下蒸發(fā)的液體(如低分子量含氯氟的烴，二氯甲烷，戊烷等)。這些材料從液態(tài)反應(yīng)混合物中蒸發(fā)而形成泡孔。也可強(qiáng)制使空氣通過反應(yīng)混合物或?qū)⑵渫ㄈ氤煞种恢?機(jī)械發(fā)泡方法)。
最后，在聚氨酯泡沫情況下，常將水作為膨脹劑加入多元醇成分中。在與異氰酸酯成分混合后水通過與異氰酸酯反應(yīng)釋放出作為膨脹劑的二氧化碳(化學(xué)發(fā)泡方法)。
常用液態(tài)二氧化碳作為膨脹劑，因?yàn)榄h(huán)境可接受和工業(yè)上衛(wèi)生并且液體二氧化碳在多元醇成分中溶解性比較高。在這方面，可參見英國專利803771和美國專利3184419，4337318和5120770。但是，液態(tài)二氧化碳在實(shí)踐上并不接受，其原因顯然是由于反應(yīng)混合物從10-20巴之間的壓力下進(jìn)行必要的膨脹期間難于形成均勻的泡沫。問題的一方面是二氧化碳蒸發(fā)相當(dāng)突然以使反應(yīng)混合物體積增加很大如達(dá)到約10倍，這是難于控制的。另一方面，反應(yīng)混合物傾向于阻止二氧化碳的釋放，其中可達(dá)到有關(guān)溫度下CO2平衡蒸汽壓以下3-6巴，因此會出現(xiàn)二氧化碳突然爆炸性釋放，結(jié)果是在泡沫內(nèi)形成大孔或大泡孔。
根據(jù)Cannon Group的公司文獻(xiàn)所述，用液態(tài)二氧化碳而出現(xiàn)的膨脹問題可通過向反應(yīng)混合物中加氧而形成發(fā)泡中心或泡核(bubblenuclei)，分階段進(jìn)行膨脹和設(shè)計特殊的裝置來積聚泡沫而加以克服。但這些方法的細(xì)節(jié)還未見出版和已知。
附圖簡要說明

圖1示出了本發(fā)明原理。
圖2是表示本發(fā)明方法的示意圖。
圖3示出了本發(fā)明膨脹裝置的一種實(shí)施方案。
圖3a示出了圖3所示裝置的改進(jìn)方案。
圖4和4a示出了生產(chǎn)泡沫塊(block foam)的裝置。
圖5示出了本發(fā)明膨脹裝置的另一實(shí)施方案，而圖6示出了圖5所示裝置的AA截面。
圖7示出了與圖5所示裝置類似的裝置截面。
圖8和9示出了本發(fā)明膨脹裝置再一實(shí)施方案。
圖10示出了用圖8和9所示裝置生產(chǎn)泡沫塊的方案。
圖11示出了與圖8所示裝置類似的裝置。
圖12示出了與圖10所示方案類似的方案。
發(fā)明詳述本發(fā)明基于這樣一種發(fā)現(xiàn)，即反應(yīng)混合物在膨脹期間經(jīng)受500/sec至5000/sec左右的高剪切速度時可成功地形成大量的微小發(fā)泡中心或泡核。按照本發(fā)明，將含有液態(tài)二氧化碳的反應(yīng)混合物通過細(xì)孔篩或篩網(wǎng)而使其膨脹。優(yōu)選剪切速度為800/sec至2000/sec。
本發(fā)明提出用多成分塑料，尤其是二成分塑料并以二氧化碳作為膨脹劑生產(chǎn)泡沫的方法，其中將至少一種反應(yīng)成分與二氧化碳加壓混合，將含有二氧化碳的組分與另一活性或反應(yīng)性組分或第二反應(yīng)性組分加壓混合，使混合物膨脹并熟化或固化，其中含有二氧化碳的反應(yīng)性組分混合物經(jīng)至少一個細(xì)孔篩或篩網(wǎng)在常壓下膨脹。
本文中“含有液態(tài)二氧化碳的混合物”意指至少4巴壓力下的均勻液體，膨脹到低于至少4巴壓力后從中釋放出二氧化碳。含有液態(tài)二氧化碳的混合物可通過將氣態(tài)或固態(tài)二氧化碳溶于至少一種反應(yīng)性組分中或通過與液態(tài)二氧化碳混合而得到。
適當(dāng)?shù)募?xì)孔篩或篩網(wǎng)用能夠耐受反應(yīng)混合物的鋼或紡織品制成，其篩孔或孔徑或網(wǎng)眼為0.025-0.3mm，優(yōu)選0.05-0.2mm，更優(yōu)選0.05-0.15mm。
在反應(yīng)混合物過篩期間，使反應(yīng)混合物達(dá)到形成發(fā)泡中心或泡核所必須的高剪切效果的速度模式。同時，過篩期間通過將本發(fā)明反應(yīng)混合物流細(xì)分成許多單一的物流而形成密度很均勻的發(fā)泡中心或泡核，其中本發(fā)明每一物流達(dá)到0.005-0.2ml/min并且在每一物流中都出現(xiàn)剪切。
而且，為了有利地形成本發(fā)明的發(fā)泡中心或泡核以及泡沫，已發(fā)現(xiàn)篩網(wǎng)面積的60-80％可有利地由實(shí)際篩網(wǎng)線本身所占據(jù)，即篩孔凈寬度或面積僅為20-40％，因此過篩后各物流間有足夠大的空間供物流因形成氣泡而突然爆炸性橫向膨脹，而同時又不會使向前行的速度突然猛升。
按照本發(fā)明，也可用具有大量孔的孔板作為篩網(wǎng)。其中各孔直徑或孔徑之和要達(dá)到孔板的10-40％，優(yōu)選20-30％的凈寬度。根據(jù)板厚度及孔深度，若因孔深度而可保證通過孔期間的壓降達(dá)到足夠大，則孔徑也可大于上面就紡織品篩網(wǎng)給出的篩孔尺寸。雖然孔板可提供的機(jī)械穩(wěn)定性比紡織品提供的穩(wěn)定性要大，但是孔板也并不那么優(yōu)選，因?yàn)橛每装鍟r板上下的物流間歇體積內(nèi)會使熟化或固化聚氨酯結(jié)餅。
含有液態(tài)二氧化碳的反應(yīng)混合物的速度為200-2000mPa.s，優(yōu)選300-800mPa.s?？紤]到該速度，混合物過篩期間的剪切應(yīng)力優(yōu)選為200-1000Pa。
過篩之前反應(yīng)混合物的要求壓力取決于溶解的液態(tài)二氧化碳的量。因此，在反應(yīng)混合物中二氧化碳含量為2wt％時平衡壓力為7巴，而在反應(yīng)混合物中二氧化碳含量為4wt％時平衡壓力為11巴(反應(yīng)混合物的溫度與常溫相同)。按照本發(fā)明，過篩之前反應(yīng)混合物的壓力達(dá)到平衡壓力的優(yōu)選1.1-1.8倍，更優(yōu)選1.3-1.6倍。在這方面，平衡壓力為反應(yīng)混合物以上存在的二氧化碳?xì)夥张c溶解的二氧化碳達(dá)到平衡時的壓力。
過篩之前需要超過平衡壓力的壓力，這樣一來混合物進(jìn)入篩網(wǎng)時仍是均勻的，即過篩之前還不會形成氣泡，但是，按照本發(fā)明，優(yōu)選是在混合物進(jìn)入篩網(wǎng)之前才立刻或及時將壓力從平衡壓力以上調(diào)為平衡壓力以下?？赏ㄟ^在離篩0.5-3mm處設(shè)置的孔板或縫板進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中孔寬度為3-15mm并且通道自由表面為孔板表面的1-10％?；旌衔镌谶M(jìn)入篩之前的壓力優(yōu)選為平衡壓力的0.5-0.8。
由于上述涉及到形成發(fā)泡中心或泡核的反應(yīng)混合物過篩膨脹的顯著效應(yīng)，所以按照本發(fā)明就不必同時采用空氣或氧氣。
按照本發(fā)明，反應(yīng)混合物過篩之后立即成功地制成密度為50-80kg/m3的液態(tài)聚氨酯泡沫(發(fā)泡體)，其中以反應(yīng)混合物重量計充入2-3wt％(重量百分比)的二氧化碳。為了制成更低密度的泡沫，優(yōu)選另外用水作為膨脹劑，其中水與異氰酸酯反應(yīng)時也產(chǎn)生作為膨脹氣的二氧化碳。用這種方式可成功地得到體積密度低于15kg/m3的柔性泡沫。
雖然按照本發(fā)明一般足以經(jīng)過單一篩而使反應(yīng)混合物膨脹，但也可采用并且按照本發(fā)明優(yōu)選設(shè)置串聯(lián)的多個篩。一方面，工業(yè)生產(chǎn)泡沫的設(shè)備要求相對高的反應(yīng)混合物流量如達(dá)到40-100l/min，這樣一來篩面積就相應(yīng)地增大。這里。在即將被釋放的壓力下，向篩施加范圍為幾噸的相當(dāng)大的負(fù)荷。通過串聯(lián)幾個篩可使各篩上的負(fù)荷相應(yīng)地降低。另一方面，在只用單一篩的情況下，間或可以觀察到泡沫不夠均勻。這是由于形成發(fā)泡中心或泡核的過程中出現(xiàn)一定的松弛時間，而在僅過單一篩的極短的膨脹期間，這段時間并不總是被剪切時間超過。
因此，按照本發(fā)明，采用串聯(lián)的至少兩個篩，更優(yōu)選2-5個篩。這些篩分開的距離優(yōu)選不超過5mm，更優(yōu)選0.5-3mm。
以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1示出了按照本發(fā)明在過篩期間達(dá)到高剪切效果的原理。已示出了經(jīng)垂直于圖面的篩的網(wǎng)線1a-1d的放大截面圖。此外，還示出了離篩中面的距離為A，B和C處的反應(yīng)混合物速度模式2，3和4。
圖2一般性示出了聚氨酯泡沫生產(chǎn)方法。多元醇經(jīng)計量泵2從貯罐1泵入靜態(tài)混合器3。液態(tài)二氧化碳也從貯罐4經(jīng)換熱器5送入該靜態(tài)混合器并在其中與多元醇混合。在靜態(tài)混合器3中的混合優(yōu)選在該靜態(tài)混合器出口測得的60-150巴壓力P下進(jìn)行。采用換熱器5可保證反應(yīng)混合物即使在有可能從泵和混合裝置吸熱后仍保持在31℃的臨界溫度以下。多元醇和液態(tài)二氧化碳的混合物送入混合段6，在其中與異氰酸酯(箭頭7)和其他添加劑如泡沫穩(wěn)定劑(箭頭8)混合。本發(fā)明膨脹裝置10用法蘭與混合段6的出口9連起來。
圖3示出了本發(fā)明膨脹裝置10的一種實(shí)施方案。該膨脹裝置包括任選可設(shè)有放大段的管段18，其中篩21a，21b和21c在端部用螺絲接頭19固緊。這些篩用由軟金屬如鋁或銅制成的間隔板22a-22d相互壓緊。含有液態(tài)二氧化碳的反應(yīng)混合物在箭頭23的方向上與篩相遇并沿箭頭24的方向以液態(tài)泡沫形式離開。
圖3a示出了圖3所示本發(fā)明膨脹裝置的另一實(shí)施方案，其中具有幾個孔61的擋板60設(shè)在篩前面不遠(yuǎn)處。這些孔界定了等于孔板4％的自由截面積。
圖4示出了采用本發(fā)明泡沫生產(chǎn)裝置制造泡沫塊或塊體泡沫的本發(fā)明方案。反應(yīng)混合物從混合段6通過形成泡沫的裝置10后以液態(tài)泡沫30的形式離開并累積在下面的導(dǎo)帶或襯帶(lining sheet)31上，該導(dǎo)帶隨傳送帶(未示出)移動。上面的導(dǎo)帶32用導(dǎo)輥33引導(dǎo)，該導(dǎo)輥壓向累積在下面的導(dǎo)帶31上并因此被傳送的泡沫，這樣一來就形成間隔段34，該段可將泡沫分配在帶寬度上并阻止空氣進(jìn)入導(dǎo)帶31和32之間的空間。在導(dǎo)輥33下通過之后，泡沫才開始因此刻開始進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)(35)而繼續(xù)膨脹。
圖4a示出了圖3所示的泡沫塊生產(chǎn)方法的另一實(shí)施方案，但其中有輔助導(dǎo)帶50從上往下對著導(dǎo)帶31的方向上導(dǎo)送。輔助導(dǎo)帶50用導(dǎo)輥51沿導(dǎo)帶31導(dǎo)送并且向后引導(dǎo)，然后再卷在導(dǎo)輥52上。液態(tài)泡沫30導(dǎo)入由基本上垂直的上面的導(dǎo)帶32和輔助導(dǎo)帶50形成的槽54中。
圖5示出了本發(fā)明膨脹網(wǎng)10的又一實(shí)施方案的截面圖。在該實(shí)施方案中，膨脹裝置以兩個同心管件或管網(wǎng)(tubular screens)21a和21b的形式制成。含有液態(tài)二氧化碳的反應(yīng)混合物沿箭頭23導(dǎo)送。泡沫經(jīng)管網(wǎng)的整個圓周面出來。管網(wǎng)21a和21b的直徑范圍僅為幾個厘米。而其長度可調(diào)為待生產(chǎn)的泡沫塊的寬度，這樣一來泡沫就直接分布在傳送帶的寬度上(圖4)。篩網(wǎng)采用這種對稱的回轉(zhuǎn)方案可獲得大得多的過篩面積，而同時又不會造成嚴(yán)重的穩(wěn)定性問題。
圖6示出了圖5所示裝置中AA截面。
圖7示出了圖5所示裝置的截面，但其中提供了蓋25以保證泡沫的出口方向僅僅在箭頭24所示的區(qū)段內(nèi)，同時又可保持對稱回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)21a和21b的機(jī)械穩(wěn)定性。蓋部件25由長度與管網(wǎng)長度相同的管段構(gòu)成，從該管段已去除了例如90°的近軸段。在采用串聯(lián)的兩個網(wǎng)的情況下，該蓋部件可在其間結(jié)合起來，也可裝在外面。
圖8和9示出了由兩端封閉的鋼管26構(gòu)成的本發(fā)明裝置10，其中也從該鋼管中去除了近軸段以接收曲線形的篩網(wǎng)面21a和21b。曲線形的鋼篩網(wǎng)例如可焊接在(27)上。含有液態(tài)二氧化碳的反應(yīng)混合物沿箭頭23通過連接管18。泡沫沿箭頭24離開。該裝置的寬度可對應(yīng)于待生產(chǎn)的泡沫塊的寬度。
圖10示出了按照本發(fā)明將圖8和9所示的篩網(wǎng)裝置用于生產(chǎn)泡沫塊的方案。形成泡沫的裝置10位于引導(dǎo)導(dǎo)帶31和32的卷筒40和41之間。這里，導(dǎo)帶31和32的優(yōu)選導(dǎo)送方式是使其滑過排出泡沫的裝置10，從而阻止空氣進(jìn)入導(dǎo)帶31和32之間。為了表述清楚，圖中所示導(dǎo)帶31和32與排出泡沫的裝置之間有一段距離。
圖11示出了與圖8所示裝置類似的裝置，但其中管26兩側(cè)是打開的并且反應(yīng)混合物通過兩側(cè)連接的管18。該實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)可從圖12中看出。
圖12示出了與圖10所示方案類似的方案，但其中上面的導(dǎo)帶32被導(dǎo)送經(jīng)過轉(zhuǎn)離篩網(wǎng)的管道26的側(cè)面，從而使供料管18環(huán)繞導(dǎo)帶32。卷筒40和41的設(shè)置方式使其相互接觸并因而在導(dǎo)帶31和32之間形成向后是封閉的空間。
雖然以上已示意性地說明了本發(fā)明，但可以看到這些細(xì)節(jié)僅僅是為此目的，事實(shí)上本技術(shù)領(lǐng)域里的普通技術(shù)人員可在本發(fā)明權(quán)利要求書所定義的發(fā)明構(gòu)思和保護(hù)范圍內(nèi)修正和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.采用至少兩種反應(yīng)性成分并以二氧化碳作為膨脹劑生產(chǎn)泡沫的方法，其中包括將至少一種反應(yīng)性成分與二氧化碳加壓混合而制成含有液態(tài)二氧化碳的混合物，將所得混合物與另一反應(yīng)性成分混合而形成可發(fā)泡的反應(yīng)性混合物，使該反應(yīng)性混合物膨脹并使所得泡沫產(chǎn)品熟化，其改進(jìn)方法中可發(fā)泡的反應(yīng)性混合物在500/sec以上的剪切速度下通過細(xì)分成大量的單一物流而進(jìn)行膨脹。
2.權(quán)利要求1的方法，其中將所述反應(yīng)性混合物通過至少一個細(xì)孔篩而進(jìn)行所述膨脹。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述篩孔孔徑為0.025-0.3mm。
4.將含有液態(tài)二氧化碳的可發(fā)泡的兩成分反應(yīng)性混合物從反應(yīng)性成分進(jìn)行混合的混合裝置送入模具或傳送帶的裝置，其改進(jìn)裝置中在模具或傳送帶與混合裝置之間設(shè)置至少一個細(xì)孔篩。
全文摘要
本發(fā)明提出用兩成分反應(yīng)性混合物并以二氧化碳作為膨脹劑生產(chǎn)泡沫的方法和裝置，其中將至少一種反應(yīng)性成分與二氧化碳加壓混合，該混合物然后與其他反應(yīng)性成分混合而形成可發(fā)泡的反應(yīng)性混合物，再將該混合物膨脹和熟化或固化而獲得最終產(chǎn)品?？砂l(fā)泡的反應(yīng)性混合物經(jīng)至少一個細(xì)孔篩或篩網(wǎng)(21a，21b，21c)膨脹至常壓。
文檔編號B29C39/02GK1153494SQ95193795
公開日1997年7月2日 申請日期1995年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月28日
發(fā)明者R·艾本, W·埃貝林, H·-M·蘇爾茨巴赫, R·拉芬爾 申請人:拜爾公司, 亨內(nèi)克機(jī)械制造有限公司