CN107001680B - 用于使可热膨胀的热塑性微球膨胀成膨胀后的热塑性微球的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于膨胀可热膨胀的热塑性微球的浆液的装置和方法。所述装置和方法在没有与流体传热介质的任何直接接触的情况下膨胀可热膨胀的热塑性微球的浆液。所述装置和方法利用了连接到出口管的分配管。

Description

用于使可热膨胀的热塑性微球膨胀成膨胀后的热塑性微球的 装置和方法
技术领域
本发明涉及用于膨胀可热膨胀的热塑性微球以获得膨胀后的热塑性微球的装置和方法。特别地，所述装置和方法确保膨胀后的热塑性微球没有附聚物，具有均匀的密度分布，并且膨胀后被快速冷却。
背景技术
可热膨胀的热塑性微球包括封装在热塑性聚合物壳内的发泡剂。可热膨胀的热塑性微球公开于例如US 3,615,972。
一经加热，发泡剂蒸发，其导致可热膨胀的热塑性微球内压力增加，同时热塑性聚合物壳软化，其导致可热膨胀的热塑性微球膨胀以形成膨胀后的热塑性微球。膨胀后的热塑性微球的直径通常是可热膨胀的热塑性微球直径的至少2-5倍。
可热膨胀的热塑性微球可存在为干燥的、自由流动的可热膨胀的热塑性微球或可热膨胀的热塑性微球的浆液，即：在浆液中，可热膨胀的热塑性微球存在于载体液体中。
可热膨胀的热塑性微球或膨胀后的热塑性微球用于各种应用中。例如，可热膨胀的热塑性微球用于热印刷纸、多孔陶瓷、注射模塑、热塑性材料的挤出、印刷油墨、纸和板(board)中。例如，膨胀后的热塑性微球用作乳液爆炸物中的感光剂、液体基油漆(paint)、液体基涂料(coating)和各种热固性材料如人造大理石、聚酯油灰和人造木。膨胀的(expanding)可热膨胀的热塑性微球和/或膨胀后的热塑性微球也可以用于粘结组合物中，例如，为了赋予粘结组合物抗冻性。
由于其膨胀后的尺寸，膨胀后的热塑性微球需要显著的体积，因此运输膨胀后的热塑性微球可能是商业上不可行的。因此，将可热膨胀的热塑性微球运输到最终用户，最终用户现场从可热膨胀的热塑性微球的浆液生产膨胀后的热塑性微球。然后膨胀可热膨胀的热塑性微球以形成膨胀后的热塑性微球，其接近于或直接进入最终用于的方法中，例如，任意以上提到的那些。
用于膨胀可热膨胀的热塑性微球以形成膨胀后的热塑性微球的装置和方法在本领域是已知的。
JP 2005-254213公开了一种用于制造热膨胀后的微囊的装置和方法。该装置和方法使用加热/发泡管。JP 2005-254213公开了通过施加超过蒸汽压力的背压将可热膨胀的微囊的水浆液强制进料到具有高温蒸汽的加热/发泡管中。将可热膨胀的微囊排入空气中，然后膨胀。
US 4,513,106公开了一种从可热膨胀的热塑性微球形成膨胀后的热塑性微球的装置和方法。US 4,513,106公开了将蒸汽以足以加热可热膨胀的热塑性微球和至少部分将其膨胀的量引入压力区中的可热膨胀的热塑性微球的浆液中。部分膨胀的热塑性微球然后在压力降下离开压力区，使得微球进一步膨胀并被加速成速度为至少1m/s的流。
WO 03/051793公开了制造爆炸物的方法，其通过向可热膨胀的微球提供蒸汽以引起微球的热膨胀来形成湿的膨胀后的微球。
JP 2005-254213、US 4,513,106和WO 03/051793的装置和方法的缺点是，得到的膨胀后的热塑性微球在装置和最终产品中粘在一起并形成附聚物。另外，添加到膨胀后的热塑性微球的蒸汽或水分，如其中所公开的，经常导致膨胀后的热塑性微球中的水分与它们的最终用途之间的不相容。
膨胀后的热塑性微球是良好的热绝缘体，并且在制造时这形成了它们制造和储存时的问题。膨胀后的热塑性微球经常在储存中持续膨胀。另外，由于膨胀后的热塑性微球具有热塑性聚合物壳，当该壳是热的时，这引起膨胀后的热塑性微球在制造和/或储存期间粘在一起并形成附聚物。团聚的膨胀后的热塑性微球在需要均匀分散的膨胀后的热塑性微球的应用中是不期望的。
将期望的是，改进膨胀浆液中的可热膨胀的热塑性微球的技术，从而避免所制造的膨胀后的热塑性微球团聚，提供高分散且均匀膨胀的热塑性微球。
将期望的是，提供一种用于膨胀浆液中的可热膨胀的热塑性微球的装置和方法，而不需要引入额外的水即蒸汽。
将期望的是，提供一种用于膨胀浆液中的可热膨胀的热塑性微球的装置和方法，其就在可热膨胀的热塑性微球的浆液中使用的载体液体而言是灵活的。
将期望的是，提供一种用于膨胀浆液中微球的装置和方法，其就加热可热膨胀的热塑性微球的浆液来形成膨胀后的热塑性微球的机构而言是灵活的。
将期望的是，提供一种用于膨胀浆液中的可热膨胀的热塑性微球的装置和方法，其避免在装置中的形成的膨胀后的热塑性微球的团聚。
将期望的是，提供一种用于膨胀浆液中的可热膨胀的热塑性微球的装置和方法，其可以用于具有各种膨胀温度的广泛的微球等级。
将期望的是，提供一种用于膨胀浆液中的可热膨胀的热塑性微球的装置和方法，一旦离开膨胀装置，它们不继续膨胀。
需要至少克服上述缺点的、用于膨胀浆液中的可热膨胀的热塑性微球的装置和方法。
发明内容
根据本发明，已经发现通过提供本文所描述的装置和方法来实现这些和其它目的是可行的。
第一方面，本发明涉及一种用于膨胀可热膨胀的热塑性微球的装置。所述装置包括能够经受至少4巴(bar)的压力的加热区。加热区具有入口管和出口管。所述装置包括用于将可热膨胀的热塑性微球的浆液进料到加热区的泵。所述泵能够在加热区产生至少4巴的压力。所述装置包括用于在没有浆液和任何流体传热介质的任何直接接触下，将加热区中的可热膨胀的热塑性微球的浆液加热到至少60℃的温度的机构。所述装置的出口管在分配管的入口和出口之间连接到该分配管。
在另一方面，本发明涉及用于膨胀可热膨胀的热塑性微球的方法。所述方法包括将可热膨胀的热塑性微球的浆液供入加热区。所述浆液然后在加热区被加热到至少60℃的温度和产生至少4巴的压力。在没有浆液与任何流体传热介质的任何直接接触下进行加热。维持加热区内的压力，使得可热膨胀的热塑性微球不完全膨胀。将浆液从加热区取出通过出口管，然后通过分配管。所述出口管在所述分配管的入口和出口之间连接到分配管。浆液被排出到具有较低压力的区域，从而完全膨胀可热膨胀的热塑性微球。
附图说明
图1示出了根据本公开内容的用于膨胀可热膨胀的热塑性微球的装置。
图2示出了根据本公开内容的出口管和分配管的端截面的展开图。
具体实施方式
为了完整的理解本发明及其优点，请参考以下的详细说明和附图。
应当理解的是，本文中公开的详细说明和附图的各方面和实施方案是用于说明使用本发明的具体方式，而不是将权利要求与详细说明和附图一起考虑时限制发明的范围。还应当理解的是，来自本发明的不同方面和实施方案的特征可以与来自本发明的不同方面和实施方案的特征组合。
根据本发明的装置和方法可以用于各种各样的可热膨胀的热塑性微球。
如本文中所使用的，可热膨胀的热塑性微球是指封装有发泡剂的热塑性聚合物壳。受热膨胀时，可热膨胀的热塑性微球被称为膨胀后的热塑性微球。
第一方面，本发明涉及一种用于膨胀可热膨胀的热塑性微球的装置。图1中示出了该装置。所述装置包括能够经受至少4巴的压力的加热区4。加热区4具有入口管10和出口管8。所述装置包括用于将可热膨胀的热塑性微球的浆液进料到加热区4的泵1。泵1能够在加热区4产生至少4巴的压力。所述装置包括用于在没有浆液与任何流体传热介质的直接接触下，将加热区4中的可热膨胀的热塑性微球的浆液加热到至少60℃的温度的机构。所述装置的出口管8在分配管12的入口13和出口14之间连接到分配管12。
可热膨胀的热塑性微球可以是阿克苏诺贝尔公司以商品名ExpancelTM销售的那些。可热膨胀的热塑性微球及其制造公开于，例如，US 3,615,972、US 3,945,956、US 4,287,308、US 5,536,756、US 6,235,800、US 6,235,394、US 6,509,384、US 6,617,363、US6,984,347、US 2004/0176486、EP 486080、EP 566367、EP 1067151、EP 1230975、EP1288272、EP 1598405、EP 1811007、EP 1964903、WO 2002/096635、WO 2004/072160、WO2007/091960、WO 2007/091961、WO 2007/142593、JP 1987-286534和JP 2005-272633，在此通过引用将其并入本文。
热塑性聚合物壳可以由多种烯键不饱和单体聚合的聚合物或共聚物制备。烯键不饱和单体可以为含腈单体，例如丙烯腈、甲基丙烯腈、2-氯丙烯腈、2-乙氧基丙烯腈、富马酸腈和巴豆腈，丙烯酸酯，例如丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯和甲基丙烯酸乙酯，乙烯基卤代物，例如氯乙烯，亚乙烯基卤化物，例如偏二氯乙烯，乙烯基吡啶，乙烯酯，例如醋酸乙烯酯，可选择地取代的苯乙烯，例如苯乙烯、卤代苯乙烯和α-甲基苯乙烯，二烯烃，例如丁二烯、异戊二烯和氯丁二烯，以及它们的任意混合物。
烯键不饱和单体还可以包括交联多官能单体。交联多官能单体包括以下的任意一种：二乙烯基苯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二甘醇二(甲基)丙烯酸酯、三甘醇二(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸丙二醇酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸甘油酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,10-癸二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二羟甲基四氢双环戊二烯二(甲基)丙烯酸酯、三烯丙基缩甲醛三(甲基)丙烯酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、PEG#200二(甲基)丙烯酸酯、PEG#400二(甲基)丙烯酸酯、PEG#600二(甲基)丙烯酸酯、3-丙烯酰氧基乙二醇单丙烯酸酯、三丙烯酰基缩甲醛或三烯丙基异氰酸酯、三烯丙基异氰尿酸酯，以及它们的任意混合物。交联多官能单体占热塑性聚合物壳的烯键不饱和单体总量的0.1至1wt％，最优选为0.2至0.5wt％。
优选的是，热塑性聚合物壳占可热膨胀的热塑性微球的60至95wt％，最优为75至85wt％。
热塑性聚合物壳的软化温度与其玻璃化温度(Tg)对应。Tg的范围为50至250℃，最优选为70至200℃。
可热膨胀的热塑性微球中的发泡剂可以是沸点(室温和室内压力下)不高于Tg的液体。发泡剂可以是至少一种烃或其任意混合物。所述烃可以选自正戊烷、异戊烷、新戊烷、丁烷、异丁烷、己烷、异己烷、新己烷、庚烷、异庚烷、辛烷和异辛烷。烃还可以是石油醚，氯化或氟化烃，例如氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷、二氯乙烯、三氯乙烷、三氯乙烯和三氯氟甲烷。发泡剂优选为以下中的至少一种：异丁烷、异戊烷、异己烷、环己烷、异辛烷、异癸烷以及它们的任意混合物。发泡剂更优选为异丁烷和异戊烷。
发泡剂存在的量为可热膨胀的热塑性微球的5至40wt％。
发泡剂的沸点(室温和室内压力下)优选为-20至200℃，更优选为-20至150℃，甚至更优选为-20至100℃。
可热膨胀的热塑性微球在大气压力下开始膨胀的温度称为T开始。T开始取决于热塑性聚合物壳和发泡剂的类型和组合。本发明中使用的可热膨胀的热塑性微球的T开始优选为40至230℃，更优选为60至180℃。
所述装置包括加热区4，可热膨胀的热塑性微球的浆液流过进入加热区4。加热区4可以是容器、管子(pipe)或管(tube)的形式。加热区4设有入口管10和出口管8。
在没有浆液与任何流体传热介质(即蒸汽或加热气体)的任何直接接触下，加热区4加热其中的可热膨胀的热塑性微球的浆液。
加热区4可以是热交换器。加热区4是热交换器的形式时，则其包括被传热介质围绕的至少一个管子或管，所述传热介质不与可热膨胀的热塑性微球的浆液直接接触。热交换器可包括，例如多个优选平行的管子或管，例如，2-10或3-7个管子或管，其优选地连接到共同的入口和共同的出口。管子或管的内径可以各自为2至25mm，优选为4至15mm，或者甚至更优选为6至12mm。仅具有一个管子或管也是可行的。使用单个管子或管的优点是，降低了由在多个平行的管子或管之一中的部分堵塞引起的不均匀流动分布的风险。这样的单个管子或管优选地被传热介质围绕，位于含有传热介质的容器或罐中。传热介质可以是任何适合的流体介质，例如热水、蒸汽或油。
加热区4可以设有至少一个电加热元件。所述至少一个电加热元件可以位于加热区4的内侧或外侧，或其任意组合。电加热元件可以设置在加热区4的中心，使得可热膨胀的热塑性微球的浆液流过加热区4内的围绕该电加热元件的间隙。优选的是，电加热元件设置在所述至少一个管子或管的内侧和外侧两者。
加热区4可以设有电磁辐射微波源，例如，微波。
加热区4优选地由导热金属如钢或铜制成。借助流体传热介质或借助电加热元件来提供浆液的加热时导热金属是有利的。
如果由电磁辐射源提供加热，加热区4由可透过从电磁辐射源发出的这样的辐射的材料制成，如聚合物材料。
加热区4将可热膨胀的热塑性微球的浆液加热到至少60℃的温度。加热区4处的温度由温度计7测量。然而，使用本发明的加热区4，膨胀需要比蒸汽可实际达到的温度更高的温度的可热膨胀的热塑性微球是可行的，例如，通过使用电加热元件或热油作为热传递介质。加热区4中可热膨胀的热塑性微球的浆液加热到的温度取决于可热膨胀的热塑性微球的类型。该温度为至少60℃，范围优选为60至250℃，更优选为80至230℃，以及甚至更优选为80至200℃。
根据本发明，使用可热膨胀的热塑性微球的浆液。通过使用可热膨胀的热塑性微球的浆液，避免了粉化。通过使用可热膨胀的热塑性微球的浆液，避免了干的膨胀后的热塑性微球堵塞装置。
可热膨胀的热塑性微球的浆液是通过向可热膨胀的热塑性微球提供载体液体得到的。载体液体对于可热膨胀的热塑性微球是惰性的。载体液体可以经受浆液加热到的温度。载体液体可以是水或形成可热膨胀的热塑性微球的水性浆液的水基液体。载体液体可以是有机液体，例如，植物油、矿物油和甘油或它们的任意混合物。由于有机液体不含水以及由于不需要向浆液添加蒸汽或水，制备可热膨胀的热塑性微球的无水浆液是可行的，这在需要得到的膨胀后的热塑性微球要求是无水的应用中是有利的。
此外，由于没有其它流体介质需要被添加到浆液中，制备具有高的且受控的膨胀后的热塑性微球的固含量的膨胀后的微球的浆液是可行的。
可热膨胀的热塑性微球的浆液中可热膨胀的热塑性微球的含量为5至50wt％，优选为5至30wt％，以及更优选为10至20wt％。当含量在这些范围内时，在装置中可热膨胀的热塑性微球的浆液的可泵性和/或浆液的运输是最佳的。
可热膨胀的热塑性微球的浆液由泵1经过入口管10被进料到加热区4中。泵1在加热区4中提供足够高的压力(至少4巴)，使得在加热时可热膨胀的热塑性微球在加热区4中没有完全膨胀。可热膨胀的热塑性微球在加热区4中可以部分膨胀，例如，膨胀到在加热区4外完成膨胀之后的体积的10至80％或20至70％的体积，但是也可以控制由泵1提供的压力从而在加热区4完全阻止膨胀。泵1可以是液压隔膜泵、活塞泵、螺旋泵(如偏心螺杆泵)、齿轮泵、罗茨泵和离心泵中的任意一种。特别优选为液压隔膜泵。泵1提供将可热膨胀的热塑性微球的浆液运输通过装置所需要的力。
装置内的压力由压力计3测量。
所述装置还可以设有用于将可热膨胀的热塑性微球的浆液例如从保持有可热膨胀的热塑性微球的浆液的罐(未示出)输送到泵1的导管(未示出)。导管(未示出)将连接到三通阀9，该三通阀将可热膨胀的热塑性微球的浆液引导通过该装置。
由泵1提供的且加热区4需要的压力取决于具体的可热膨胀的热塑性微球。优选地，压力为至少10巴。压力上限由实际考虑决定，并且可以，例如高达40巴或高达50巴。
如以上所说明的，加热时，可热膨胀的热塑性微球在加热区4中没有完全膨胀。随着可热膨胀的热塑性微球被输送到分配管12的出口14，当出口14处的压力因可热膨胀的热塑性微球到达足以促进最后膨胀的低压(如大气压)的区域而下降时，可热膨胀的热塑性微球最终完全膨胀。
如图2所示，分配管12连接到出口管8。分配管12在分配管12的入口13和出口14之间被连接。图2b显示了图2a的横截面图。
在图2显示的装配下，随着膨胀后的热塑性微球进入分配管12，它们在通过出口14离开分配管12之前在分配管12的内壁内弹跳。已经发现，这引起膨胀后的热塑性微球更少的团聚。据认为原因是，膨胀后的热塑性微球碰撞分配管12的内壁以及一种涡流效应，该涡流效应是由于具有入口13而在分配管12中引起的，入口13有助于气流进入分配管12。随着膨胀后的热塑性微球进入分配管12，进入分配管12的气流促进膨胀后的热塑性微球冷却。
出口管8可以具有恒定的内径。
出口管8的内径可以增加，使得出口管8的开口的端部区段的内径是出口管8的内径的至少两倍。出口管8的开口的端部区段的内径可以是出口管8内径的高达六倍。
当出口管8的开口的端部区段的内径是出口管8的内径的至少两倍时，这促进可热膨胀的热塑性微球的更有效的膨胀。当出口管8的开口的端部区段的内径是出口管8的内径的至少两倍时，这产生了所制造的膨胀后的热塑性微球在出口管8中的节流，从而维持加热区4中的压力。观察到，当出口管8的开口的端部区段的内径是出口管8的内径的至少两倍时，这允许可热膨胀的热塑性微球三维上更自由地膨胀从而产生密度更小的均匀膨胀后的热塑性微球，并且这阻止了膨胀后的热塑性微球的团聚，从而提供一种密度分布更均匀(和低密度的)的膨胀后的热塑性微球。
此外，已经观察到，在出口管8的开口的端部区段的内径是出口管8的内径的至少两倍的情况下，这防止了随着可热膨胀的热塑性微球离开出口管8并进入分配管12时到达大气压而膨胀时出口管8的开口的阻塞。
由于膨胀后的热塑性微球是良好的热绝缘体，消除了膨胀后的热塑性微球以及特别是热塑性聚合物壳相互粘结冰形成附聚物的风险。
在图2显示的装配下，当膨胀后的热塑性微球进入分配管12时，它们横向于可通过入口13施加的冷却介质的流动方向。在该实施方案中，分配管12允许膨胀后的热塑性微球的瞬间冷却，并立即阻止膨胀后的热塑性微球的进一步膨胀和团聚。冷却介质从分配管12的入口13在图2所示的流动方向上通过。
冷却介质可以为空气、水、氮气或任何其它气体或液体，条件是它们对膨胀后的热塑性微球是惰性的。冷却介质也可以是颗粒如白垩岩颗粒、碳酸钙颗粒、二氧化硅颗粒、粘土颗粒和TiO2颗粒或它们的任意组合的流。由于膨胀后的热塑性微球横向于由入口13提供的流动方向，通过分配管12的入口13添加这样的颗粒确保存在膨胀后的热塑性微球和所述颗粒的均质混合物。当最终用途中需要改性的膨胀后的热塑性微球时，这是重要的。
分配管12可以包括至少一个混合元件或分离元件15或者混合元件和分离元件的组合。如图2b所示，所述至少一个混合/分离元件15在出口管8与分配管12连接处的下游位置位于混合/分离装置12内。所述至少一个混合/分离元件15可以选自静态混合器、旋转混合器、转刀或筛或分流单元。
通过提供冷却介质和混合/分离元件15的组合，立即冷却膨胀后的热塑性微球和同时提供材料的高能混合是可行的。混合/分离设备12提供了冷却介质与膨胀后的热塑性微球的有效混合。冷却介质流携带膨胀后的热塑性微球通过分配管12。由此，向分配管12提供了足够的机械能以使各膨胀后的热塑性微球彼此分离。
为了进一步确保可热膨胀的热塑性微球在加热区4内的均匀输出和加热，可以存在脉动缓冲器2。脉动缓冲器2稳定可热膨胀的热塑性微球的浆液在装置中的流动。
加热区4的出口管8优选地是隔热的(insulated)以促进可热膨胀的热塑性微球的最大膨胀。
加热区4的出口管8可以是刚性管或柔性管。当是柔性管形式时，这有助于将膨胀后的热塑性微球引向它们的最终使用用途，而不移动整个装置。
本文公开的装置和方法特别适用于水基用途如乳液爆炸物、油漆、水基涂料、用于热印刷纸及其它的涂料、多孔陶瓷、石膏板、雕塑粘土、填缝剂和粘结组合物的可热膨胀的热塑性微球的现场膨胀。本文公开的装置和方法特别适用于非水基用途如聚酯油灰、基于聚酯、聚氨酯或环氧树脂的人造木制剂、基于聚酯的人造大理石、底层涂料、弹性体、密封剂、粘合剂、酚醛树脂、灰泥、电缆填充剂和微孔聚氨酯泡沫(microcellularpolyurethanefoam)的可热膨胀的热塑性微球的现场膨胀。离开所述装置的膨胀后的热塑性微球可被直接添加到这样的产品的生产线中。例如，膨胀后的热塑性微球流可以在乳液爆炸物的生产期间在线直接被添加到乳液流中，或者在使用来自卡车的乳液爆炸物填充炮眼期间直接添加到乳液流中。在后一种情况下，爆炸物可在矿区被敏化，并且可以未敏化地运输到矿区。
装置内的控制阀6可以用于引导装置内的流并且维持装置内的压力。
在装置中在加热区4之前可以使用安全阀5，以便切断可热膨胀的热塑性微球的浆液向加热区4的流动和/或维持加热区4内的压力。
可以通过以下方法来清洗装置：用例如水代替可热膨胀的热塑性微球的浆液以及通过操纵安全阀5、控制阀6和三通阀9的位置来运行该装置。
本发明的教导确保可热膨胀的热塑性微球直接在装置中的膨胀，使得可热膨胀的热塑性微球具有均匀的密度分布并且是良好分散的(即非团聚的)。
以下非限制性的实施例证明了本发明的效果。
实施例1使用分配管膨胀
作为对比试验，可热膨胀的热塑性微球的浆液(Expancel 461WU40)在装置上通过使用等径的出口管但没有分配管的方法膨胀。可热膨胀的热塑性微球通过使用这样的装置来膨胀，该装置具有位于罐内的单个15m长的铜管(加热区)，所述罐中装有保持在100℃的温度的热水。铜管具有7.8mm的等内径。使用隔膜泵以80升/小时的速度将20wt％的微球的水性浆液泵送通过铜管。隔膜泵产生6巴的压力。膨胀后的热塑性微球通过出口管离开铜管。
作为根据本发明的试验，可热膨胀的热塑性微球(Expancel 461WU40)在装置上通过以上描述的但是使用连接到出口管的分配管的方法膨胀。
关于根据本发明的试验，发现，通过视觉观察膨胀后的材料来改善团聚度。还发现，与对比试验(90℃)相比，在储存袋中膨胀10min后，膨胀后的热塑性微球的温度低很多(65℃)。这表示，与相同体积的膨胀后的热塑性微球装入相同尺寸的储存袋中的对比试验相比，将不会发生进一步膨胀，并且降低了装袋过程中团聚的风险。
实施例2使用分配管膨胀
可以在5等级尺度归类团聚度(分散性)，其中1是高度团聚，而5是完全没有团聚。
使用以下方法来检测团聚度。将膨胀后的热塑性微球产品分散在粘度为0.95–1.50Pas(使用Brookfield sp.3测量，10rpm)的Mowilith LDM1871S粘合剂中，从而提供5wt％分散体。使用行星式混合器(57.5mm)将得到的分散体在100rpm下均质化5分钟。将膨胀后的热塑性微球的均质分散体施加到塑料薄片至180μm的膜厚度。膜干燥10分钟。在膜的10x10cm区域上分析附聚物的数量。
作为对比试验，Expancel 461WU40的各种浆液在装置上通过与实施例1相似的方法在油加热的加热区中、在100.5℃的温度下、以120kg浆液每小时的流速下膨胀。评价了具有不同可热膨胀的热塑性微球干含量的四组浆液浓度。膨胀后的热塑性微球生产进入50L的塑料袋。使用等径的出口管，并且没有分配管连接到出口管。
在膜的10x10cm区域上分析产生的附聚物，结果见表1。
表1
干含量％ 干密度(g/L) 分散性
20 30.8 1
15 27.3 1
10 24.6 1
7.5 23.2 1
作为根据本发明的试验，Expancel 461WU40的各种浆液在装置上通过与对比试验相似的方法在油加热的加热区中、在100.5℃的温度下、以120kg浆液每小时的流速下膨胀。评价了具有不同可热膨胀的热塑性微球干含量的四组浆液浓度。膨胀后的热塑性微球生产进入50L的塑料袋。分配管的出口经受高压空气(5.3巴)冷却介质。
在膜的10x10cm区域上分析产生的附聚物，结果见表2。
表2
干含量％ 干密度(g/L) 分散性
20 48.5 3
15 43.1 3.5
10 38.0 4
7.5 37.0 5
可以看出，甚至是在密度更高时，显著地改善了分散性。从根据本发明的实施例明显看出，具有的干含量越低-改善分散性，膨胀越好(密度更低)。通过使用空气在从出口管的出口立即冷却膨胀的微球，阻止了膨胀。与没有施加冷却介质时相比，得到了更高的密度。
当组合分配管和装置和空气冷却介质时，产生了具有更低团聚度的膨胀后的热塑性微球。
实施例3-具有增大的直径、具有分配管的出口管
在浆液的可热膨胀的热塑性微球的干含量为10％的情况下，与试验2类似地进行试验。
作为对比试验，使用具有分配管的、等内经为7.8mm的出口管，并且通过入口施加5.3巴的高压空气冷却介质。
在另一试验中，使用内径从7.8mm到16.0mm变宽的出口管代替所述出口管。分配管和通过入口施加5.3巴的高压空气冷却介质。
在膜的10x10cm区域上分析产生的附聚物，结果见表3。
表3
干含量％ 干密度(g/L) 分散度
10 38.0 4
10 30.1 5
表3顶行显示了使用空气冷却前恒定管径的结果，而底行显示了使用空气冷却前增加管径的结果。
结果清楚的证明，具有更宽的出口管的情况下，产生了具有低很多的密度以及具有更低团聚度的热塑性微球。

Claims (17)

1.一种用于膨胀可热膨胀的热塑性微球的装置，所述装置包括：
-能够经受至少4巴的压力的加热区(4)，所述加热区(4)具有入口管(10)和出口管(8)；
-用于将可热膨胀的热塑性微球的浆液进料到加热区(4)且能够在加热区(4)产生至少4巴的压力的泵(1)；
-用于在没有浆液与任何流体传热介质的直接接触下，将加热区(4)中的可热膨胀的热塑性微球的浆液加热到至少60℃的温度的机构；以及其中
所述出口管(8)在分配管(12)的入口(13)和出口(14)之间连接至该分配管(12)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述出口管(8)具有等内径。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述出口管(8)的内径增加，使得所述出口管(8)的开口的端部区段的内径增加至所述出口管(8)的内径的至少两倍。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述分配管(12)内包括至少一个混合/分离元件(15)或其组合，所述至少一个混合/分离元件(15)或其组合位于出口管(8)与分配管(12)的连接处的下游。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述至少一个混合/分离元件(15)选自旋转混合器、静态混合器、转刀、分流单元或筛。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中用于加热浆液的机构是至少一个电加热元件、热交换器或电磁辐射源。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，还包括位于泵(1)和加热区(4)之间的脉动缓冲器(2)。
8.一种用于膨胀可热膨胀的热塑性微球的方法，所述方法包括以下步骤：
-将可热膨胀的热塑性微球的浆液供入加热区(4)，
-将加热区(4)中的可热膨胀的热塑性微球的浆液加热到至少60℃的温度和产生至少4巴的压力，其中在没有浆液与任何流体传热介质的任何直接接触下进行加热，
-维持加热区(4)内的压力，使得可热膨胀的热塑性微球不会完全膨胀；和
将浆液从加热区(4)取出通过出口管(8)，然后通过分配管(12)进入具有较低压力的区域，从而完全膨胀可热膨胀的热塑性微球，其中所述出口管(8)在分配管(12)的入口(13)和出口(14)之间连接至分配管(12)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中使用具有等内径的出口管(8)。
10.根据权利要求8所述的方法，其中使用内径增加的出口管(8)，使得所述出口管(8)的开口的端部区段的内径增加至所述出口管(8)的内径的至少两倍。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中所述分配管(12)内包括至少一个混合/分离元件(15)或其组合，所述至少一个混合/分离元件(15)或其组合位于所述出口管(8)与所述分配管(12)的连接处的下游。
12.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，进一步包括通过入口(13)添加冷却介质，其中所述冷却介质是气体、液体或微粒或它们的任意组合中的任意一种，所述冷却介质选自空气、水、氮气、白垩岩颗粒、碳酸钙颗粒、二氧化硅颗粒、粘土颗粒和TiO2颗粒。
13.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中加热区(4)中的压力维持在4至50巴。
14.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中可膨胀微球的浆液在加热区中被加热到从至少60℃至250℃的温度。
15.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中可热膨胀的热塑性微球的浆液中的可热膨胀的热塑性微球的含量为5wt％至50wt％。
16.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中可热膨胀的热塑性微球的浆液中的载体液体是水基液体或油基液体。
17.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中加热可热膨胀的热塑性微球的浆液是通过电加热元件、热交换器或电磁辐射源中的至少一者进行的。
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