使用加压下溶解的二氧化碳制造泡沫体的设备制造技术

本发明专利技术针对含有加压下溶解气体的液体的膨胀，提出一种方法和设备。该液体在膨胀中通过有小截面尺寸的产生高速剪切的延伸流体通道。在成泡沫体之前，此液体的速度已减小。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用加压下溶解的二氧化碳作为发泡剂来制造泡沫体的方法和设备，其中成泡沫体的材料加压下与二氧化碳(最好与液体二氧化碳)混合，然后膨胀形成泡沫体。这些成泡材料用作塑料的液体起始产物，依靠在成泡后开始的加成聚合或缩合聚合而使成泡的塑料固化。本专利技术尤其涉及聚氨酯泡沫塑料。对于聚氨酯泡沫塑料的制造而言，至少一种反应性组分(即含有多异氰酸酯-反应性氢原子的化合物，特别是多元醇)与液体或气体发泡剂混合，然后再与其它组分混合。得到的混合物或是间断地送入模塑，或是连续地送至传送带，使混合物成泡和固化。已发现许多方法广泛用于生产泡沫塑料的工业。例如，常常使用液体(如低分子量的氟氯化碳、氯代甲烷、戊烷等)，它们从仍为液体的反应混合物中蒸发出来和形成气泡(物理成泡法)。此外，也有向反应混合物或一种组分中注入空气(机械成泡法)。最后，在聚氨酯泡沫塑料情况下，是向其多元醇组分中加入水作为发泡剂，它与异氰酸酯组分混合后由于与异氰酸酯的及应而放出作为成泡气体的二氧化碳(化学成泡法)。由于二氧化碳对环境和职业健康的无害性和它的液态在多元醇组分中的相当高的溶解度，液态二氧化碳已多次被提出作为发泡剂(如参见英国专利803,771；美国专利3,184,419和5,120,770；以及公开的欧洲专利申请645,226)。但是到目前为止仍未发现二氧化碳是可以接受的，这显然是因为在反应性混合物膨胀至所要求的10-20巴的压力期间难于产生常规的泡沫体。在膨胀后二氧化碳很快蒸发，因而反应混合物体积的急剧增加(如10倍)是难以控制的。另外，反应性混合物对于在二氧化碳释放(在各自温度下，低于CO2平衡蒸汽压3-6巴)中的延迟是敏感的，因而发生突发的爆炸式的二氧化碳释放，这造成在泡沫体中引入巨大的气泡或孔洞。根据德国专利2,628,785，已提出为产生二氧化碳释放的核心，要在二氧化碳溶于多元醇之前先将空气引入多元醇组分中。另根据欧洲专利145,250，二氧化碳与水和其它低分子量液体形成加合物的能力，可用来实现二氧化碳从反应性混合物的延迟释放，因而通过二氧化碳的释放开始形成泡沫就可延迟至反应混合物减小压力之后。在加合物分解后；可得到作为附加化学发泡剂的水。但是，在大规模工业生产中用这种方法并不能明显改进对泡沫形成的控制能力，因为与反应混合物通行的其它条件相比加合物的生成和分解是特别不稳定的，除非在另外步骤制造的加合物与低分子叔胺结合使用，显然与同时生成水/CO2加合物相比，它们会有特别长的分解时间。在欧洲专利89,796中也已提出物理溶解的二氧化碳和其它物理或化学发泡剂(如水或氟氯化碳)的组合。但这些提议都未能导致使用在加压下物理溶解的CO2作为制造聚氨酯泡沫塑料的发泡剂的在工业上可行的技术解决方案。本专利技术的调研工作是始于这样一种想法，即含有加压CO2的聚氨酯反应混合物膨胀的条件会对泡沫的形成有重大影响。根据美国专利3,184,419，从混合装置经阀门排出的含有加压二氧化碳的反应性混合物显然要突然膨胀。根据欧洲专利145,250,膨胀应逐级发生，其中当含有二氧化碳的反应性混合物通过管道流动时可以发生压力的逐次下降。在管道中仍然发生气体的部分释放这一事实并非一定视为缺点，因为发泡的成核作用可以这种方式发生。但对本专利技术有关的调研中已发现，这种过早的，即自发的和非诱导的发泡成核对泡沫的孔结构来说是不太有利的，因为从这种自发的发泡成核所一般得到的泡沫塑料不仅表现出很宽的孔结构变化而且也表现出很宽尺寸的气泡和孔洞。然而延迟的二氧化碳的释放，即仅在反应性混合物放在模塑装置(运输带或模塑容器)上之后，由于形成二氧化碳与含有羟基的化合物的加合物才释放这一构思，也不能控制泡沫的形成，因为在成泡条件下加合物是特别不稳定的。因此，大量未加合的二氧化碳仍然总是存在，它们在相应于成泡核出现之前就自发地释放。基于以上调研与其它观测，我们提出如下要求，来开发一种使用在加压下物理溶解的作为发泡剂的二氧化碳从双组分反应性塑料制造泡沫塑料的方法1.含有溶解形式的二氧化碳(即从此混合物为二氧化碳的亚饱和状态的压力直到此混合物为二氧化碳的过饱和状态的压力)的反应性混合物膨胀必须在足够短的时间内发生，以致二氧化碳的释放在组分混合之前还未出现。2.在液体双组分的应混合物中成泡核的形成必须以这样一种方式而受到控制，即产生的每个成泡核可以相同的方式参与二氧化碳从反应性混合物中的释放，以便尽可能生成常规的孔洞。3.早在诱导气泡成核期间，就要产生相应于固化泡沫塑料孔数的足够数目的成泡核心。4.成核作用必须明确显示出反应性混合物被二氧化碳的最大可能的过饱和，即在膨胀后立即降至大约环境压力。附图简要说明附图说明图1示出本专利技术的第一实施方案的纵剖面，它带有锥形膨胀的旋转对称的流体通道和为减小液体流速的挡板。图2示出图1设备的A-A截面。图3示出带有锥形窄流体通道的本专利技术另一实施方案。图4示出图1的一种实施方案，其中挡板离流体通道出口端的距离是可变的。图5示出本专利技术另一实施例方案，其中减小液体流速的装置是一筛网。图6示出本专利技术的一种实施方案，其中流体通道的排料端的形状为许多出口。图7示出图6设备的B-B截面。图8示出使用图3的泡沫发生设备制造聚氨酯泡沫塑料的工艺配置的部分视图。本专利技术提出在至少一个方向上具有小截面尺寸的延伸的流体通道中在短时间内进行膨胀使压力从高于溶解二氧化碳的饱和压力降至基本上为大气压力，和通过在反应性混合物中产生高速剪切而出现发泡成核作用。具体地，本专利技术是涉及从含有加压下溶解气体的液体制造泡沫体的方法，是通过液体的膨胀使压力降至低于气体的饱和压力和释放气体。此方该包括将此液体通过一延伸的流体通道，其中由于流动阻力增加和伴随产生高速剪切，使压力下降，和然后在液体成泡沫体之前，其流速减至1/10-1/500。更具体地，本专利技术涉及从至少两种反应组分使用二氧化碳作发泡剂制造泡沫塑料的方法，包括加压下使至少一种反应性组分与二氧化碳混合；使其中至少一种组分含有加压下二氧化碳的反应性组分混合；使含有二氧化碳的液体反应性混合物膨胀；和使所得到的产物固化。在流体通道内产生的剪切速度较好为大于104/秒，更好为大于105/秒和最好为大于106/秒。反应性混合物在流体通道中的停留时间较好为低于10毫秒和更好为低于1毫秒。本专利技术也提供一种膨胀液体以生成泡沫体的设备，该液体加压使气体溶解其中。在一壳体中至少提供一条在流动方向上延伸的流体通道，它在至少一个方向上具有小截面尺寸。在此壳体内，在流体通道的一端有一分配室，用于通过流体通道的至少一个进口分配加压液体。分配室从加压液体的进料管送入加压液体，流体通道出口的下游是减小通过流体通道的液体的流速的装置。更具体地，本专利技术的设备包括i)带有中心孔的壳体；ii)在所述中心孔内的中心体，所述中心体距所述中心孔壁留有空间，在中心体和孔壁之间形成的空间构成在至少一维方向上具有小截面尺寸的延伸流体通道，所述流体通道有进口和出口；iii)在所述壳体内有一分配室，用于通过所述进口分配加压液体；iv)进料管线，分配室从此管线送入加压液体；V)减小所述出口下游液体速度的装置。流体通道的形状较好为延伸的间隙与流动方向成直角，更好为旋转对称的环形间隙。环形间隙最好是由本文档来自技高网...

【技术保护点】
从含有加压下溶解气体的液体制造泡沫体的方法，该方法是使此液体膨胀至低于溶解气体的饱和压力和释放气体，该方法包括：使所述液体通过一延伸的流体通道，其中由于产生高速剪切使流体阻力的增加，而降低压力；将液体流速减至１／１０－１／５００和使液体完全形成泡沫体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：HM舒尔茨巴哈，F阿尔特豪森，H施泰伦，R拉费尔，R艾宾，W艾贝林，
申请(专利权)人：拜尔公司，亨内克机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]