使用加压溶解的二氧化碳生产泡沫的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种使用二氧化碳作为发泡剂，由两组分反应性塑料生产泡沫材料的方法，包括使至少一种反应性组分与二氧化碳加压混合，再与其余组分混合，其至少一种组分含有加压二氧化碳，使混合得到的含二氧化碳的反应性混合物膨胀，及固化，其中膨胀是在产生高剪切率下突然发生。优选反应混合物的流速在膨胀后降低。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用加压溶解的二氧化碳作为发泡剂生产泡沫体的方法和装置，其中需膨胀的物料在压力下与优选的液体二氧化碳混合，然后膨胀形成泡沫。为得到泡沫塑料，优选相应的液体原料作为能膨胀的物料和膨胀后的加聚反应或缩聚反应能硬化的物料。本专利技术特别涉及聚氨基甲酸乙酯泡沫体。生产聚氨基甲酸乙酯泡沫体，至少一种反应组分(聚异氰酸酯和含有异氰酸酯活性氢原子的化合物，特别是多羟基化合物)与一种液态或气态发泡剂混合，然后，与其它组分混合，得到的混合物或者分批送入模具，或者连续送入传送带，从而混合物膨胀和硬化。工业生产泡沫物料有许多方法。一方面，使用低温蒸发的液体，如低分子量氯化烃、亚甲基氯化物、戊烷等等，它们从仍为液体的反应混合物蒸出，并形成小气泡(物理泡沫生产)。而且，空气能搅打入反应混合物中或者搅打入一种组分中(机械泡沫生产)，最后，在生产聚氨基甲酸乙酯泡沫时，可以加水于多羟基化合物组分作为一种发泡剂，它与异氰酸酯组分混合发生反应后释放出二氧化碳作为产生泡沫的气体(化学泡沫生产)。基于环境相容性和职业保健要求，又由于液态二氧化碳在多羟基化合物组分中较高的溶解度，已不止一次建议用液态二氧化碳作为发泡剂(GB-A803771，US-A3184419)。然而，二氧化碳迄今未在工业中应用，显然是由于反应混合物的压力从10～20巴降低到所需要的值时难以获得均匀的泡沫。问题是，一方面在减压后二氧化碳相当快速的蒸发，以致难以控制反应混合物体积的极大增加，例如约10倍；另一方面，反应混合物中二氧化碳释放时，往往存在时间延迟，它可以低于特定温度下CO2的平衡蒸汽压3-6巴，以致发生了二氧化碳突然猛烈释放，导致膨胀物料中存在大的气泡或空隙。按照DE-A2628785，已经建议在二氧化碳溶于多羟基化合物组分前，在其中引入空气，显然为二氧化碳的释放提供了核心。为了实现二氧化碳从反应混合物中的延迟释放，以致仅在反应混合物已降压后才开始由二氧化碳释放而形成泡沫，按照EP-A145250，应用了二氧化碳与水和其它低分子量液体形成加合物的能力。加合物破坏后，得到的水可用作附加的化学发泡剂。除了使用在单独步骤中制备的、也在上述参考文件中描述的加合物，并采用与自发生成水/CO2加合物的时间相比，可以显著延长分解时间的低分子量叔胺，否则，在大规模的操作中，用这种步骤确实不能改善泡沫形成的可控制性，因为在反应混合物中，其它主要条件的存在，加合物的形成和分解都是极端不稳定的。按照EP-A89796，也建议了物理溶解的二氧化碳和其它在低温下蒸发的物理或化学发泡剂、如水或者氯代烃的结合。这些建议中，没有一条能用于工业上实现加压下物理溶解的CO2作为发泡剂以生产聚氨基甲酸乙酯泡沫体。作为本专利技术基础的试验是基于这样的概念，即，含有CO2的聚氨基甲酸乙酯反应混合物在压力下膨胀的条件对该泡沫体的形成具有本质的影响。按照US-A3184419，含有自混合装置引出的CO2的加压反应混合物，通过阀门明显地突然膨胀。按照EP-A145250，当含有二氧化碳的反应混合物流过管道时，由于可能发生压力逐渐下降，所以膨胀应该逐渐发生。这时，仍留在管道内的一些气体的释放不必认为不利，因为这种方法或许有助于气泡核的形成。在作为本专利技术基础的试验范围内，已经表明，这样过早的、即自发的和非诱发的形成气泡核，对泡沫体的细孔结构会有些不利，因为这样自发形成的气泡核不仅会使泡沫体有十分可变的细孔结构，而且会产生大的孔和空穴。基于这些和其它的观察，对使用物理加压溶解的CO2作为发泡剂，由两组分反应塑料制成泡沫物料的制备方法的研制提出下述要求1.为了得到尽可能均匀的细孔，在液体两组分反应混合物中气泡核的形成必须进行控制，使得产生的每个气泡核能够以同样的方式参与反应混合物中CO2的释放。2.当诱发气泡核时，产生的气泡核的数目应已与硬化膨胀塑料物料中的细孔数目一致。3.气泡核在控制下诱导产生必须发生在那一刻，此时，液体反应混合物从溶解的CO2由不饱和状态变到过饱和状态，即，此时混合物从高于溶解的CO2的饱和压力膨胀到低于溶解的CO2饱和压力。4.紧随核形成后，应该在反应混合物中产生溶解的CO2的最大可能过饱和度，即由高于溶解CO2的平衡压力膨胀到环境压力应该尽可能即时发生。已经发现，当含有加压溶解CO2的反应混合物，随在反应混合物中产生高速剪切而膨胀时，上述要求可以满足。因而，本专利技术提供了一种使用CO2作为发泡剂，从两组分反应塑料生产泡沫物料的方法，包括至少一种反应组分与CO2加压混合，在大于CO2在混合物中的饱和压力状态下混合这些反应组分，膨胀含有CO2的反应混合物和硬化，方法的特征在于随着高剪切率的产生瞬时完成膨胀。膨胀期间产生的剪切率应至少104/秒，尤其至少105/秒。特别优选大于106/秒的剪切率。适合膨胀和产生高剪切率的设备为至少一个反应混合物通道，其大小至少一个尺度小于1mm，优选0.05～0.5mm，更优选0.1～0.3mm，最优选0.08～0.15mm。可以设计至少一个通道，其形式为细目筛、孔板、有槽筛或伸长的狭缝。在流动方向上的通道的扩展应是最小的。优选在流动方向上的扩展应不大于1mm，最优选不大于0.5mm。孔板厚度0.1-0.5mm特别合适。在纵向扩展狭缝的情况下，由于制造的要求，通常需要在流动方向上它们的尺度为0.5-1mm。通道上游和下游反应混合物的压差通常为5～20巴，优选7～15巴，最优选为8～12巴。剪切率为横截于流动方向的物流速率的斜率。假设在狭缝中物流是线性流动分布，由孔道的自由截面积(无遮盖的截面积)Q和流过孔道的体积V，能近似计算狭缝的剪切率。宽度为D的狭缝，其剪切率因而为S＝2V/Q∶1/2D(近似于等边三角形的流动分布)。对于孔数目为n，孔半径为R，截面积为q的孔板剪切率为S＝3V/nq∶R(近似于圆锥形的流动分布)。两组份反应性塑料物料优选由聚异氰酸酯-加聚得到的聚氨基甲酸乙酯塑料物料。虽然，当反应混合物通过至少一个小截面积的孔道时，产生的高剪切率通常足以得到足够大量的气泡核，但是，在反应混合物混合前，用常规方法，将空气或氮气导入其中至少一种反应组分时，产生附加的气泡核会是有益的，尤其在例如混合物通过至少一个小截面的孔道，由于CO2在反应混合物中含量低，产生溶解的CO2不充分过饱和的情况。当反应混合物通过至少一个小截面积的孔道时，为了达到反应混合物尽可能高的过饱和，在它进入孔道前，反应混合物的压力应该只是略微高于溶解CO2的饱和蒸汽压。因此如按照本专利技术的优选变化，为了得到含CO2的反应混合物，CO2仅溶于多羟基化合物组分中，反应混合物从混合多羟基化合物与异氰酸酯组分的混合装置流出后，其压力用降压阀降至稍高于混合物的饱和蒸汽压，例如可以为含CO2多羟基化合物饱和蒸汽压的60％-80％(混合设备上游)。例如W.Siefken在Justus Liebigs Annalen der Chemie，562，pp 75-136中描述的脂肪族的、环脂肪族的、芳基脂肪族的、芳族的或杂环的聚异氰酸酯用作组分A。优选使用芳族聚异氰酸酯，特别优选通常易获得的商品聚异氰酸酯，如2，4-和2，6-甲代亚苯基二异氰酸酯和这些异构体的任何混合物(“TDI”)，由苯胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用ＣＯ↓［２］作发泡剂，由两组分反应性塑料生产泡沫物料的方法，包括使至少一种反应组分与压力下的ＣＯ↓［２］混合，混合两种组分，其中至少一种组分含有压力下的ＣＯ↓［２］，膨胀混合得到的、含ＣＯ↓［２］的反应混合物，和硬化，方法的特征在于依靠产生高速剪切，突然发生膨胀。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：F奥尔索森，R雷费尔，W埃伯林，R艾本，
申请(专利权)人：拜尔公司，亨内克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]