專利名稱：組合泡沫材料的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種權利要求1前序部分所述的組合泡沫材料的制造方法。
DE3226818A1已經(jīng)公開了一種這樣的方法。在該已知方法中，采用常軌裝置測定氣體和充氣。對來自機械容器或位于旁通管路中的混合試樣的密度進行測定之后，調(diào)節(jié)由于該測定而在其它位置進行的充氣。氣體的計量同樣在一旁通管路中進行，例如在機械貯罐附近一個平行于來自混合設備的回流管的旁通管路中。由一根插入管道的毛細管和一根文丘里管在旁通管路中輸入氣體。用手工或借助于計算機控制充氣。文丘里原理的應用使得該公知方法很難掌握，因為充氣的程度對液體與氣體間的界面應力的依賴性很大，其中界面應力高時在液體中形成小氣泡，而界面應力低時形成大氣泡。由此可知，接文丘里原理運行的工藝能耗大，因為安裝文丘里裝置的管中料流的速度必須很高，才能有效地由噴水泵進行充氣。已知方法的另一缺點是需要較大量的膨脹劑，其中包括烴流體。
另一種公知的方法例如是泡沫沖擊法，其中向用作骨架物質(zhì)的塑加入膨脹劑、空氣和膠凝劑，用一臺混合機制成均勻的混合物(參見A·M·Wittfoth，塑料工程詞典，CarlHanser出版社，慕尼黑，維出納，第三部分，146頁，1978)。然后將該混合物澆鑄到模中。在緊接著的加熱工序中，該混合物膨脹并凝固，形成泡沫型件。同時，始終添加偶氮或重氮化合物形式的膨脹劑，當膨脹劑在接在混合以后的加熱工序中分解時釋放出N2或CO2，從而導致骨架物質(zhì)發(fā)泡，形成泡沫材料。有幾種膨脹劑不需要加熱工序，因為它們在室溫下即可分解。但這里通常后面接有一個加熱工序，以便對泡沫材料進行時效硬化。
制造塑料泡沫材料的另一種方法例如為一步法，也稱直接法，或者兩步法。其中向待發(fā)泡的塑料摻入膨脹劑或液體溶劑。該膨脹劑在一特定溫度下分解成氣體，從而使塑料發(fā)泡，原因是它們在塑料內(nèi)形成了空腔。通過添加揮發(fā)性溶劑制造泡沫材料時，在聚合期間將其摻入塑料，形成填充溶劑的空間，該空間在溶劑揮發(fā)后變成空腔。
泡沫材料例如由聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚氨基甲酸酯制成，其中由聚氨基甲酸酯制造泡沫材料的工業(yè)意義最大，這種泡沫材料例如可用于有軟墊的坐椅、床墊或包裝。
大多數(shù)公知方法的缺點是，在使用不含F(xiàn)CKW的膨脹劑例如n-戊烷時，與空氣形成很容易點燃的空氣-氣體混合物。該空氣-氣體混合物不僅在泡沫材料的生產(chǎn)階段產(chǎn)生，而且在泡沫材料以后的貯存階段也會產(chǎn)生，貯存期間由泡沫材料釋放出剩余的膨脹劑。加工這些膨脹劑的泡沫材料制造廠因而需要非常高的安全確定。這也適用于此后在室內(nèi)的貯存，需要永久性地控制合適的氣體密度濃度，必須對室內(nèi)不斷地通風調(diào)節(jié)。這不僅在制造廠內(nèi)要求有昂貴完善的工藝，而且也會導致嚴重的大氣幅射污染。
本發(fā)明人未先公開的DE4113578A1描述了一種對粘性液體充氣的裝置，特別是在制造聚氨基甲酸酯時優(yōu)選用二氧化碳給多元醇(polyolen)充氣。如果在制造泡沫材料時單獨用二氧化碳使塑料發(fā)泡，有可能形成尿素，它導致泡沫材料變脆。在單獨用CO2或類似氣體來發(fā)泡時，用該已知裝置不能制造組合泡沫材料。
在發(fā)明的任務是，在權利要求1前序部分所述方法中改進液體骨架物質(zhì)的充氣方式，也就是說，使其簡單易行，降低能耗，在使用烴流體方面也要有所改進。
按照本發(fā)明，該任務可由權利要求1所述的步驟完成。
在本發(fā)明的方法中，沒有按照文丘里原理充氣，也即不通過機械過程，而是通過一個聲化學過程。聲化學也稱超聲化學，即研究超聲波的化學性能的化學分支。這里表明了，只能在液體相進行的聲化學反應的主要效果來源于空化，可觀察到的產(chǎn)物相當于高溫化學的產(chǎn)物，因為高溫在虛空的空穴中造成分子離解(聲解)，并形成游離基團(Rǒmpp)化學百科全書，GeorgThieme出版社，斯圖加特，第5冊，4802和4803頁)。在本發(fā)明所用的聲化學方法中，液體骨架物質(zhì)中包含的真空小氣泡吸收氣體。然后，借助于液體中的超聲波，分散于液體骨架物質(zhì)中的氣體進入溶液，而且已處于低于溶解度壓力的低壓下。該聲化學過程耗能低，使本發(fā)明的方法比上述DE3226818A1公開的方法更容易掌握。另外，加入環(huán)丁烷、環(huán)己烷、環(huán)戊烷或其混合物時可用比所述現(xiàn)有技術DE3226818A1更少的烴流體處理。
DE-OS1917962雖已公開了使用一臺聲壓泵使要混入液體的介質(zhì)如空氣強制性通過很細的噴咀、小孔或網(wǎng)孔，爾后通過壓力波的作用使由此在液體中產(chǎn)生的空氣或氣體流線分解成或粉碎成單個的極細氣泡，但其采用聲波處理而不是超聲波。而且，借助于DE-OS1917962所述的原理，可以在此后將粗混在液體中的空氣或氣泡分解成細小的空氣或氣泡。然而，只能重新使液體中飄浮的大空氣泡或氣與液體一起借助于加壓通過噴咀、孔或篩孔泵送并因此分解為子氣泡。由于已知的聲壓泵僅在聲波范圍內(nèi)操作，因此只能對氣體和液體產(chǎn)生一種純粹的機械作用，而不是像本發(fā)明這樣的聲化學作用。后者，使一種不可燃惰性氣體與烴流體一起注入液體骨架物質(zhì)，并將由該氣體所起泡的液體骨架物質(zhì)注入一個小室，將其作為成品混合物，然后對其施加超聲波作用，以產(chǎn)生聲化學過程。與此相反，按照DE-OS1917962，則總是首對液體、空氣或氣體單獨作用，并要求隨后通過細孔篩、噴咀或孔來機械粉碎空氣或氣泡。
本發(fā)明通過與不可燃惰性氣體一起加入烴流體引起一個聲化學過程，能夠制出密度分布最佳的組合泡沫材料。在本發(fā)明的方法中，雖然向組合泡沫材料添加可燃性烴，但其添加量很低(優(yōu)選低于惰性氣體和液體骨架物質(zhì)的1vol%)，因而不會形成可燃性氣體析出。可以避免泡沫材料的脆化，并保護環(huán)境。
本發(fā)明優(yōu)選的實施方式構成了從屬權利要求的對象。
下面借助于對


本發(fā)明的方法。
圖1是實施本發(fā)明方法之一種設備的部分剖面圖。
所示設備有一個共振室10，它由四個梅花形兩兩相對的空腔12構成，空腔各有一個凹拱形碗狀背面12，開口對著共振室10的中點。每個空腔12中裝有一個超聲波振蕩器14，其安裝方式使其能被一種待處理液體骨架物質(zhì)自由環(huán)流。該液體骨架物質(zhì)在目前的情況下例如是多元醇。超聲波振蕩器14由鉛鈦酸鋇膜板構成，如同常規(guī)水霧化器中所用的那樣。該超聲波振蕩器14通過電板18和20與一個由工藝計算機控制的頻率發(fā)生器相聯(lián)。應用頻率發(fā)生器是因為超聲波振蕩器14的幾何形狀確定了其振蕩頻率，否則只有通過交換超聲波蕩器14才能改變頻率。共振室10有確定的尺寸，該尺寸由超聲波振蕩器14可能的振蕩頻率的頻帶寬度和所需的組合泡沫材料的產(chǎn)量確定。
經(jīng)前室22將一種由液體骨架物質(zhì)、不可燃惰性氣體和一種烴流體的精細混合物裝入共振室10，優(yōu)選裝入一種由多種烴組成的共沸混合物。經(jīng)加料管24將液體骨架物質(zhì)裝入前室22。經(jīng)另一加料管26將烴共沸混合物、不可燃惰性氣體(該例中為二氧化碳)供入。另外，也可以設想，為烴共沸混合物及不可燃惰性氣體各自裝配一根加料管。
在前室22中，加入的物料由一快速旋轉(zhuǎn)的空化元件28轉(zhuǎn)化成一種極均勻的液體骨架物質(zhì)、烴共沸混合物和不可燃惰性氣體混合物。該混合作用進而經(jīng)超聲波振蕩器14進一步改進，因而不可燃惰性氣體的最小氣泡在液體骨架物質(zhì)中也象烴共沸混合物最小成分那樣均勻地分布，由此使得烴和不可燃惰性氣體溶解在液體骨架物質(zhì)中。
該混合物經(jīng)出口32澆注到泡沫材料模型中。在輸入能量例如優(yōu)選加熱的情況下，在液體骨架物質(zhì)中溶解的不可燃惰性氣體重新釋出。這與打開礦泉水瓶時碳酸分散的情況相類似。釋放出的不可燃惰性氣體由此使該液體骨架物質(zhì)發(fā)泡，從而形成泡沫材料。通過另外加入烴，形成了組合泡沫材料常見的細密皮膚狀表面。這類組合泡沫材料具有一個光滑而細密的表面，就像在汽車方向盤或汽車儀表盤看到的那樣。
在緊接著的時效硬化過程中，不再釋放可燃性氣體，因而不需要在特殊控制和通風的室內(nèi)存放。
試驗表明，烴流體可由環(huán)丁、烷己烷或環(huán)戊烷或這些物質(zhì)的混合物組成。除了二氧化碳以外，為了使液體骨架物質(zhì)發(fā)泡，也可以使用氮氣、氬氣和氦氣或它們的共沸混合物作為不可燃惰性氣體。骨架物質(zhì)本身除塑料外也可由有機物質(zhì)組成。此外，也可通過所述的方法，將例如密封窗戶用的硬泡沫轉(zhuǎn)變成帶有硬的上層的組合泡沫材料。
反應溫度等的數(shù)值等于通常泡沫材料制造時所用的數(shù)值。
權利要求
1.由一種液體骨架物質(zhì)如塑料或有機物料制造組合泡沫材料的方法，通過至少一種不可燃惰性氣體使骨架物質(zhì)發(fā)泡，并加入能量釋放出氣體，其中使不可燃惰性氣體與少量烴流體一起加入到液體骨架物質(zhì)中，僅僅不可燃惰性氣體在加入能量時用來使骨架物質(zhì)起泡，而烴流體促使形成一層組合泡沫材料的細密外層，其特征在于，將液體骨架物質(zhì)注入一空腔，引發(fā)一個聲化學過程，以使氣體溶于液體骨架物質(zhì)中，烴流體的加入量小于惰性氣體和液體骨架物質(zhì)的1vol%，且由環(huán)丁烷、環(huán)己烷、環(huán)戊烷或它們的混合物組成。
2.權利要求1所述的方法，其特征是，烴流體是一種由多種烴組成的共沸混合物。
3.權利要求1或2所述的方法，其特征是，不可燃惰性氣體是二氧化碳、氮氣、氬氣、氦氣或它們的一種共沸混合物。
全文摘要
描述了一種由液體骨架物質(zhì)如塑料或有機物料制造組合泡沫材料的方法，由至少一種氣體使骨架物質(zhì)發(fā)泡，并加入能量使氣體釋放出。其中，將液體骨架物質(zhì)注入一個空腔，引發(fā)一種聲化學過程，由此使一種不可燃惰性氣體及少量烴流體溶解或分散在液體骨架物質(zhì)中。只有不可燃氣體在加入能量時用來使骨架物質(zhì)起泡。烴流體用來實現(xiàn)組合泡沫材料常見的細密外層。該方法可在組合泡沫材料中實現(xiàn)最佳的密度及孔分布。
文檔編號B01F11/02GK1084118SQ9310954
公開日1994年3月23日 申請日期1993年6月26日 優(yōu)先權日1992年6月26日
發(fā)明者岡特·波斯奇 申請人:Ppv管理股份公司