可发泡热塑性颗粒和制备其的雾化方法技术

本发明专利技术提供了一种生产可发泡聚合物颗粒的改进方法。所公开的这种连续方法可在单个步骤中生产出可发泡聚合物粒料，同时消除了同样用于此的已有技术方法所固有的许多危害。本发明专利技术所得聚合物尺寸均匀，因此可使用本领域熟练技术人员已知的现有设备和技术模塑成各种制品。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用雾化技术制成的聚合物颗粒。更具体地说，本专利技术涉及一种新的用于生产可发泡热塑性颗粒(尤其是可发泡聚苯乙烯)的改进方法。这些颗粒可有利地进行发泡和熔化，这样可由这些颗粒形成各种模塑制品。背景已有技术提供了生产可发泡聚苯乙烯材料的方法，包括常用的间歇法，其中通过本领域熟练技术人员已知的方法，在剧烈搅拌条件下，将各种原料(包括含有苯乙烯单体、表面活性剂、催化剂、和其它添加剂的水悬浮液)进行处理，得到直径约0.5-1.5毫米的球状聚苯乙烯珠。随后，通常用烃发泡剂，如戊烷浸渍这些珠，即，将约100份(重量)聚合物珠、100份水、和1份浓缩表面活性剂(或其混合物，如芳烷基聚醚醇与十二烷基苯磺酸盐的混合物)连同约3-10份戊烷装入高压釜中。将该混合物在压力下加热至约170华氏度3小时，然后冷却至室温，得到可发泡聚苯乙烯珠，随后在漂洗和干燥之后备用。一般来说，在这种间歇体系中，珠的尺寸可通过有利地选择工艺条件(包括时间、搅拌情况、温度、压力和反应物浓度)来控制。但这种生产可发泡聚苯乙烯珠的方法本身具有几个缺点。与常规间歇操作相关的一个缺点是，在聚合和浸渍步骤中，都需要大量的水来悬浮聚苯乙烯珠。这实际上是双重缺点。首先，在浸渍结束时，如果将水排放到环境中，就丧失为达到所需温度输入到水中的能量。其次，在进行排放之前，必须以额外费用来处理水才能满足各种政府实体所实行的严格法规要求。这些能量和处理综合费用占必须传递到聚苯乙烯最终用户的可发泡聚苯乙烯成本的可观部分。另一缺点在于，悬浮液在其中反应的搅拌罐反应器容易受多种因素的破坏而造成反应器搅拌器停止运动，其中包括动力和设备故障。这些故障可能意味着灾难性后果，即，单体液滴的凝聚可能会导致形成单个的、大的、反应性的原料块，由于在这种情况下没有有效的除热装置，这些原料块会进行不可控制的、强烈的放热反应。除了污染设备，这种场合还明显意味着安全危害。美国专利No.4174427、5000891、5240657、5525637和5573790都涉及可发泡聚苯乙烯的生产，在此将其作为参考并入本专利技术。可发泡热塑性材料，如按照前述制备的包含挥发剂的可发泡聚苯乙烯已知可通过加热来发泡，其条件使得挥发剂能够蒸发并在聚合物材料本体内形成大量的泡孔。如果在合适模具的区域内进行加热，那么可使用所述可发泡聚苯乙烯珠生产出各种制品。本专利技术涉及新的可发泡聚苯乙烯珠的制备方法，它避免了与上述已有技术工艺相关的各种缺点。本专利技术还涉及一种生产具有相当尺寸均匀性的可发泡聚苯乙烯颗粒的方法，这样可消除或减少对所得球状体进行多步分级的需求。在本专利技术中，所得球状体可包含各种添加剂，其中包括(但不限于)阻燃剂、成核剂、和已知可赋予聚合物以所需性能的其它化学物质。这些其它的化学物质是本领域普通技术人员所熟知的。本专利技术的综述本专利技术提供了一种生产可发泡聚苯乙烯球状体的连续方法，它不会由于形成大块的放热反应性原料而带来危害，也不会因为执行环境或其它法规标准以处理大量水而增加费用。该方法包括，提供一种包含热塑性聚合物和至少一种发泡剂的熔融混合物，然后在足以使所述熔融混合物雾化形成包含所述熔融混合物的液滴的条件下，将该熔融混合物传送到雾化喷嘴中，然后将液滴冷却形成其中夹有发泡剂的聚合物颗粒。然后收集这些颗粒备用。在一个优选实施方案中，按照本专利技术原理制成的可发泡聚苯乙烯球状体是在足以保证熔融物料中没有气相的温度和压力条件下，通过提供包含均匀分布态的至少一种发泡剂的熔融聚合物物料而得到。还提供了一种与熔融物料液流或储器流体连通的雾化喷嘴，所述储器用作喷嘴的加料来源。通过喷嘴中的孔，将来自聚合物液流或储器的熔融物质转移到小于储器或液流压力的某个压力区。压力变化，再加上喷嘴的机械构型和雾化气体的共同作用，使包含均匀分布其整个本体中的发泡剂的熔融聚合物发生雾化。雾化时伴随雾化气体膨胀的Joule/Thompson冷却、以及视需要采用的外冷却使得该熔融聚合物形成包含均匀分布其中的发泡剂的球状体。收集之后，这些球状体适于采用本领域普通技术人员已知的各种技术模塑成各种制品。附图的简要描述附图说明图1是可用于生产本专利技术可发泡聚合物颗粒的雾化喷嘴的剖面图。优选实施方案的详细描述本专利技术是一种由包含至少一种发泡剂的聚合物熔融混合物生产可发泡聚苯乙烯颗粒的方法。采用雾化方法由熔料形成球状体，然后将这些球状体用于本领域普通技术人员熟知的模塑工艺。优选的是，这些聚合物球状体颗粒包括聚苯乙烯。本专利技术生产可发泡聚合物的一个要求是，必须将熔融聚合物液流提供到雾化喷嘴上。该熔融聚合物包含本领域技术人员通常称作“发泡剂”的物质。发泡剂一般是聚合物领域普通技术人员所熟知的。用于本专利技术的发泡剂包括发泡聚合物领域熟知可用于此的任何发泡剂，包括(但不限于)气体，包括烃、氮气、二氧化碳、卤代烃、氟代烃、氯烃、氟氯烃。在本文中，适用作发泡剂的固体物质，如在经受热能时放出气体的偶氮二甲酰胺和其它熟知化合物也意味着是包含在聚合物熔料中的合适发泡剂。但是，就本专利技术而言，发泡剂优选包括正戊烷、丁烷、或异丁烷，发泡剂更优选包括正戊烷。熔料中发泡剂的量优选约0.5-7.0％重量，而且如果选择正戊烷作为发泡剂，那么其量为1.0-10％重量，最优选5.0％重量。将熔融聚合物液流保持在没有气态戊烷的温度和压力条件下，并且使发泡剂均匀分布在聚合物液流熔料内。可以采用本领域普通技术人员熟知的各种搅拌方法中的任何一种来促进发泡剂在熔料中均匀分散。将含有发泡剂的聚合物液流加料其上的雾化喷嘴可以是各种构型，只要聚合物液流能够充分雾化，这样可通过冷却雾化聚合物而形成尺寸约0.3-1.5微米的颗粒。按照本专利技术，最优选用于雾化聚合物熔料的喷嘴采用了将气流碰撞在熔融聚合物液流或膜上以雾化液流的机理。这种气体雾化喷嘴公开于美国专利No.4619845和5228620，在此将其作为参考并入本专利技术。参考图1，给出了可用于制备本专利技术可发泡聚合物颗粒的雾化喷嘴的剖面图。在该图中，75表示聚合物颗粒产品。83表示其中包含管状导管71的延伸结构，熔融聚合物液流26通过导管71传送到雾化区69。42是确定雾化气体和熔融聚合物液流所通过的孔的结构。在熔融聚合物液流通过该孔时，利用高速雾化气体17与熔融聚合物液流的相互作用使其雾化。在高压下，将雾化气体17以次音速加料到雾化喷嘴中，在此雾化气体作用在所述熔融聚合物液流上使其雾化。形成雾化颗粒的区域30是低压(优选大气压)区。随着雾化气体的压力下降，雾化气体和聚合物颗粒同时进行绝热冷却。由于熔融聚合物液流26包含发泡剂，颗粒的这种冷却作用会保证将发泡剂包裹在产品颗粒75本身内。雾化机理详细描述于题为“金属加工过程的流体流动现象”的书(J.Szekely，由Academic Press出版，New York City，New York(1979)，340页以后)中，在此将其作为参考并入本专利技术。其它适用于本专利技术方法的雾化设备可包括，例如旋转式雾化盘或板、有或没有辅助能量供给(如，机械振荡)的单物料或多物料喷嘴、以及带有内部或外部混合的混合喷嘴。“材料世界”杂志(第5卷，№7，1997年7月，383页以后)中的一篇文章提出和描述了另一种可用于本专利技术的喷嘴，在此将其作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产可发泡热塑性颗粒的方法，它包括：ａ）提供包含热塑性聚合物和发泡剂的熔融混合物；ｂ）提供雾化气体；ｃ）在足以使所述熔融混合物雾化形成包含所述熔融混合物的液滴的条件下，将所述熔融混合物和所述雾化气体传送到雾化喷嘴中；ｄ） 将液滴冷却形成固体聚合物颗粒；和ｅ）收集所述颗粒。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TO克拉格，
申请(专利权)人：胡茨曼公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]