CN107257822B - 用于使可膨胀性聚合物微球膨胀的装置和系统 - Google Patents

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Abstract

一种装置，包括：(a)与流体材料源流体连通的流体材料管道，其中流体材料包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球；(b)与热源传热连通并且与流体材料管道流体连通的处理区，使得流体材料在处理区内与热直接或间接地接触；以及(c)与处理区流体连通的反压发生器，其能够增加处理区中压力，使得可膨胀性聚合物微球在流体材料从处理区排出时膨胀。

Description

用于使可膨胀性聚合物微球膨胀的装置和系统
相关申请的交叉引用
本申请为2015年12月4日提交的第PCT/EP2015/078630号国际申请的国家阶段申请，其要求2014年12月11日提交的第62/090,777号美国临时申请的优先权，该申请以引用的方法纳入本说明书。
提供了一种用于使可膨胀性聚合物微球膨胀的装置。
冻融循环可对水饱和的硬化胶结性组合物(cementitious compositions)(例如混凝土)极为有害。防止或减少所造成的损害的最常见的技术是将细小的孔或空隙掺入组合物中。所述孔或空隙充当内部膨胀室，从而通过减小由冻融循环引起的液压变化可保护组合物免受冻融循环损害。用于在胶结性组合物中产生这种空隙的常规方法是将空气夹带剂引入组合物中，其能够稳定在混合期间夹带入组合物中的微小空气气泡。
不幸的是，这种在胶结性组合物中产生空气隙的方法受到一些生产和浇注问题的困扰，其中一些问题如下：
空气含量：胶结性组合物中的空气含量的变化，如果空气含量随时间降低，则可导致组合物对冻融损害的抗性差，或者如果空气含量随时间增加，则会降低组合物的抗压强度。实例是泵送胶结性组合物(通过压缩降低空气含量)、工作现场添加超增塑剂(通常提高空气含量或使得空气隙体系不稳定)，以及特定的掺合剂与空气夹带表面活性剂的相互作用(可增加或减少空气含量)。
空气隙稳定性：不能稳定气泡可能由于存在吸附稳定表面活性剂的材料引起，即具有高表面积碳的飞灰或不足以使表面活性剂正常工作的水，即低坍落度混凝土。
空气隙特征：太大而不能对冻融损害提供抗性的气泡的形成可能是骨料质量差或等级差、使用使气泡脱稳定的其他掺合剂等的结果。这种空隙通常是不稳定的，且倾向于漂浮在新混凝土的表面。
过度修整(overfinishing)：通过过度修整除去空气，会从混凝土表面除去空气，通常导致接近过度修整表面的水泥浆动变区(detrained zone)剥落而造成损坏。
在混合时空气的产生和稳定并确保其保持在适当的量和空气隙尺寸直到胶结性组合物变硬，仍是北美胶结性组合物生产商最大的日常挑战。夹带入胶结性组合物中的空气含量和空气隙体系的特征不能通过直接的定量方法来控制，而只能通过加入组合物中的空气夹带剂的量和/或类型间接地控制。例如骨料的组成和颗粒形状、混合物中水泥的类型和数量、胶结性组合物的稠度、所用混合器的类型、混合时间以及温度等因素都会影响空气夹带剂的性能。常见的夹带空气的混凝土中的空隙尺寸分布可显示出非常宽的变化范围，介于10和3,000微米(μm)之间或更大。在这种胶结性组合物中，除了循环冻融损害所必须的小空隙以外，还必须接受一个不可避免的特征——对胶结性组合物的耐久性贡献很小并可降低组合物的强度的较大空隙的存在。
空气夹带剂已显示出对冻融损害提供抗性，以及抗剥落损害性，后者在硬化的胶结性组合物的表面由于若干原因(其中的一些在上文讨论过)而脱落时发生。但是，由于常规的空气夹带剂存在上述问题，因此胶结性组合物工业正在寻在新的更好的掺合剂以提供目前由常规空气夹带剂提供的特性。
最近的进展是使用聚合物微球以在胶结性组合物中产生尺寸可控的空隙。但是，仍在发展的是改善聚合物微球在胶结性组合物中的功能，并降低胶结性组合物中包含聚合物微球的成本。
为了提供适当尺寸的空气隙，聚合物微球可能在引入胶结性组合物之前需要进行膨胀。膨胀后，经膨胀的聚合物微球的体积可最高达未膨胀的微球体积的约75倍。由于运输包含大体积的膨胀微球的掺合剂所伴随的高运输成本，提供包含经膨胀的聚合物微球的胶结性组合物掺合剂可能是昂贵的，特别是当其提供在可包含一定体积水的含水浆料中时。
以前曾尝试寻找解决上述问题——即向最终用户提供经膨胀的聚合物微球时所伴随的高运输成本——的方案。不过，先前的用于使可膨胀性聚合物微球膨胀的装置消耗大量的能量，并且尺寸非常大。现在令人惊讶地发现，使用消耗更少能量且尺寸明显更小的装置也可以使可膨胀性聚合物微球充分地膨胀。
所需要的是一种以成本有效的方式将经膨胀的聚合物微球送递给最终用户的装置。
该主题的实施方案参照附图进行公开，且仅用于说明的目的。本主题不受限于其在具体构造中的应用或附图中所示组件的布置。除非另有说明，否则相同的附图标记用于表示相同的组件。
图1为描绘了本主题的一个实施方案的示意性流程图。
图2为描绘了本主题的第二实施方案的示意性流程图。
提供了一种装置，包括：(a)与流体材料源流体连通的流体材料管道，其中所述流体材料包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球；(b)与热源传热连通且与流体材料管道流体连通的处理区，使得流体材料在处理区内与热直接或间接地接触；以及(c)与处理区流体连通的反压发生器，其能够增加处理区中压力，使得在流体材料从处理区排出时可膨胀性聚合物微球膨胀。
虽然本文讨论了可膨胀性聚合物微球关于在胶结性组合物中的用途，但是本发明装置并不限于提供经膨胀的聚合物微球应用于胶结性组合物中。相反，本装置可用于提供经膨胀的聚合物微球应用于在其中可包含经膨胀的聚合物微球的任何产品制造中。
在某些实施方案中，处理区内流体材料接触的热可通过使流体材料与加热的流体(例如气体或液体)直接接触来提供。在某些实施方案中，加热的流体可以不包含蒸汽。在某些实施方案中，加热流体可包含加热的液体，例如水。加热的流体可通过与处理区流体连通的管道来供应。
在某些实施方案中，流体材料接触的热可通过加热处理器的壁(例如通过在处理区的壁中嵌入电阻丝)来提供。
在某些实施方案中，流体材料接触的热可通过经由热交换器(例如套管式热交换器)使流体材料与热间接接触来提供。在这些实施方案中，本领域普通技术人员已知的任何热交换器均可用于流体材料与热的间接接触。
在某些实施方案中，流体材料接触的热可通过将处理区暴露于辐射(例如微波辐射)中来提供。在这些实施方案中，辐射可以将热直接赋予可膨胀性聚合物微球，或者可以加热载体流体，例如水，其反过来再加热可膨胀性聚合物微球。
所需热的量取决于所用的具体微球，考虑形成微球的材料和由微球包封的发泡剂。虽然目前市售的许多类型的微球需要大量的热来膨胀微球，但是在工业中目前的趋势是创造需要减少热以膨胀微球的微球，因为在微球的膨胀期间减少的热量将带来成本节约和安全性增强。
在某些实施方案中，所述装置可进一步包括与流体材料管道传热连通的热交换器。在这些实施方案中，热交换器可“预热”流体材料，使得在处理区内需要由热源供应的能量可以降低或最小化。
在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可消耗小于或等于约100kW。在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可消耗小于或等于约90kW。在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可消耗小于或等于约80kW。在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可消耗小于或等于约70kW。在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可消耗小于或等于约60kW。在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可消耗小于或等于约50kW。在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可消耗小于或等于约45kW。在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可消耗小于或等于约35kW。
在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可使约0.1gal/min至约4gal/min(约0.5L/min至约15L/min)的包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料膨胀。在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可使约0.1gal/min至约3gal/min(约0.5L/min至约14L/min)的包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料膨胀。在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可产生约0.2gal/min至约2gal/min(约0.9L/min至约9L/min)的包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料。在某些实施方案中，在稳定状态操作期间，所述装置可产生约0.4gal/min至约1gal/min(约1.8L/min至约5L/min)的包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料。
在某些实施方案中，所述包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料可包含约1％至50体积％的未膨胀的可膨胀性聚合物微球。在某些实施方案中，所述包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料可包含约5％至40体积％的未膨胀的可膨胀性聚合物微球。在某些实施方案中，所述包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料可包含约10％至30体积％的未膨胀的可膨胀性聚合物微球。
不希望受限于理论，所述装置的功能可作如下描述。包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料可包含水(和/或其合适的流体)和未膨胀的可膨胀性聚合物微球，并且如果将经膨胀的聚合物微球用于胶结性组合物中，则还可包含其他用于胶结性组合物的掺合剂。在处理区内，将包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料与热接触，使得未膨胀的可膨胀性聚合物微球升温，使得可膨胀性聚合物微球膨胀。在某些实施方案中，还可在处理区内对可膨胀性聚合物微球进行增压，并且当从处理区排出时，任选地通过反压发生器，可膨胀性聚合物微球可经历等于处理区中的压力与处理区外的环境压力之间的压力差的压降。这种压力的降低可以使可膨胀性聚合物微球进一步膨胀。
在某些实施方案中，处理区的内部温度可为约60℃(140°F)至约160℃(320°F)，在某些实施方案中为约70℃(158°F)至约160℃(320°F)，在某些实施方案中为约80℃(176°F)至约160℃(320°F)，在某些实施方案中为约100℃(212°F)至约160℃(320°F)，在某些实施方案中为约105℃(221°F)至约145℃(293°F)，在某些实施方案中为约135℃(275°F)至约145℃(293°F)。在某些实施方案中，处理区的内部温度可为约60℃(140°F)至约145℃(293°F)，在某些实施方案中为约60℃(140°F)至约135℃(275°F)，在某些实施方案中为约60℃(140°F)至约105℃(221°F)。在某些实施方案中为约70℃(158°F)至约145℃(293°F)，在某些实施方案中为约70℃(158°F)至约135℃(275°F)，在某些实施方案中为约70℃(158°F)至约105℃(221°F)。在某些实施方案中为约80℃(176°F)至约145℃(293°F)，在某些实施方案中为约80℃(176°F)至约135℃(275°F)，在某些实施方案中为约80℃(176°F)至约105℃(221°F)。
在某些实施方案中，处理区的内部压力可为约46.1kPa(6.69psi)至约618.1kPa(89.65psi)，在某些实施方案中为约101.3kPa(14.69psi)至约618.1kPa(89.65psi)，在某些实施方案中为约120kPa(17.4psi)至约420kPa(60.9psi)，在某些实施方案中为约315kPa(45.7psi)至约420kPa(60.9psi)。
在某些实施方案中，所述流体材料管道可包括用于分离未膨胀的可膨胀性聚合物微球的颗粒分散装置，以增加在处理区中与热接触的未膨胀的可膨胀性聚合物微球的表面积的量。在某些实施方案中，所述颗粒分散装置可以是喷嘴。
然后可将包含经膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料添加到工艺用水或其他液体掺合剂中，或与其混合，随后掺入到胶结性组合物或其他制造产品中。或者，可将包含经膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体材料直接掺入到胶结性组合物(在胶结性组合物混合之前或期间)或其他制造产品中，而无需首先将流体材料加入到工艺用水或其他液体掺合剂中。
反压发生器能够限制和/或控制流过处理区的流体材料的流量，以确保处理区内的温度足以使得可膨胀性聚合物微球膨胀到所期望的程度。在某些实施方案中，反压发生器也可提供处理区内的增压，使得可膨胀性聚合物微球如若在从处理区排出时经历压降则可进一步膨胀。反压发生器可包括例如，流量控制阀或流量限制装置，例如孔式喷嘴。或者或另外，在某些实施方案中，反压发生器可包括：(i)足以阻止流过处理区的管道长度，使得处理区内的温度和/或压力保持或增加；和/或(ii)内部尺寸小于流体材料管道的内部尺寸的管道，使得处理区内的温度和/或压力保持或增加；和/或(iii)具有不规则内壁图案的管道，例如膛线管道(rifled conduit)，使得处理区内的温度和/或压力保持或增加。
在某些实施方案中，所述装置具有允许将该装置放入制造设施中的占地面积(footprint)，而基本上不会对制造产品的生产造成不利影响，所述制造设施在制造产品中使用经膨胀的可膨胀性聚合物微球。本文所用的术语“占地面积”意指装置的水平面积，例如在将装置放入制造设施时所占用的占地空间。例如，可将所述装置内放入现有的胶结性组合物制备设施中，而基本上不会对胶结性组合物的生产造成影响，并且也无需增加制造设施的空间。类似的布置在生产其他产品的制造设施中是可能的。在某些实施方案中，所述装置的占地面积可小于或等于约60ft2。
在某些实施方案中，在将经膨胀的可膨胀性聚合物微球掺入到水和/或胶结性组合物之前，可能期望使得经膨胀的可膨胀性聚合物微球在离开处理区之后达到壳稳定状态。将经膨胀的可膨胀性聚合物微球直接注入水和/或胶结性组合物中导致微球变形是可能的，这在将微球用于某些制造产品中时可能是不期望的。“壳稳定状态”意指经膨胀的可膨胀性聚合物微球在通过膨胀工艺被膨胀后不再变形的状态。
不希望受限于理论，认为微球变形可能是由于用于膨胀可膨胀性聚合物微球的发泡剂至少部分再液化引起的。发泡剂的至少部分再液化可导致经膨胀的可膨胀性聚合物微球内的负压。为了避免微球在这些状态下发生变形，必须使经膨胀的微球内的压力与微球外部的环境压力平衡。这可通过下述方法完成：使得气体(例如空气)渗入微球内以平衡微球内压力来补偿由于发泡剂的至少部分再液化而引起的压力降低。
使经膨胀的可膨胀性聚合物微球实现壳稳定状态可以通过利用与处理区出口端流体连通的室(chamber)来完成，其中所述室提供的冷却和停留时间足以允许经膨胀的微球实现壳稳定状态，以防止经膨胀的微球变形。在某些实施方案中，可将任何合适的流体(例如空气)进料至室的入口，以使经膨胀的可膨胀性聚合物微球冷却到壳稳定状态。在某些实施方案中，室的出口端可与收集经膨胀的可膨胀性聚合物微球的容器流体连通，并且所述容器可任选地包含一定体积的其中可分散微球的水。在某些实施方案中，所述室可包含一定长度的管道，例如导管或软管。
在某些实施方案中，所述装置可供应有由其中可放入所述装置的制造设施所提供的水源和/或电源。除了利用由制造设施所提供的水源和/或电源以外，所述装置可不再会以其他方式对制造设施的操作和/或效率产生显著影响，因为所述装置可被放置于设施内的不显眼位置，使得无需为适应所述装置而对设施内的工作流程进行实质性改变。
经膨胀的聚合物微球在最终凝固之前提供胶结性组合物中的空隙，并且这种空隙用于提高胶结性材料的冻融耐久性。经膨胀的聚合物微球将空隙引入胶结性组合物中，以在胶结性组合物中产生完全形成的空隙结构，其抵抗由饱和水循环冷冻产生的混凝土降解，并且在胶结性组合物的混合期间不依赖于气泡稳定化。使用经膨胀的聚合物微球产生的冻融耐久性增强是基于缓解在胶结性组合物中当水冰冻时产生的应力的物理机理。在常规实践中，通过使用化学掺合剂以稳定在混合过程中夹带入胶结性组合物中的空气隙以在硬化材料中产生适当尺寸和间隔的空隙。在常规的胶结性组合物中，这些化学掺合剂作为一类被称为空气夹带剂。利用经膨胀的聚合物微球在胶结性组合物中形成空隙结构，不需要在混合过程中产生和/或稳定化所夹带的空气。
使用经膨胀的聚合物微球基本上消除了在现有技术中遇到的一些实际问题。还使得可以使用一些材料，即低级的高碳的飞灰，其应是被填埋的，因为在空气夹带的胶结性组合物中被认为是无进一步处理则无用的。这使得节约了水泥，因此节约了成本。由于通过这种方法“产生”的空隙比通过常规的空气夹带剂获得的那些小得多，达到期望的耐久性所需的经膨胀的聚合物微球的体积也远低于常规的夹带空气的胶结性组合物中的体积。因此，在抵抗冻融损害的相同的保护水平下，使用本发明的混合物和方法可以获得更高的抗压强度。因此，可以节省用于实现强度的最昂贵的组分，即水泥。
使用本发明装置产生的可膨胀性微球和经膨胀的微球可用于多种应用，例如造纸、印刷油墨、油灰、密封剂、玩具粘土、底层涂料(underbody coating)、粘合剂、粘合剂脱粘、人造革、真皮、油漆、非织造材料、纸和纸板、诸如纸、纸板、塑料、金属和纺织品等各种材料的涂层，爆炸物、电缆绝缘材料、热塑性塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯)或热塑性弹性体(如苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、热塑性聚氨酯和热塑性聚烯烃)、苯乙烯-丁二烯橡胶、天然橡胶、硫化橡胶、硅橡胶、热固性聚合物(如环氧树脂、聚氨酯和聚酯)。
经膨胀的微球也可用于下述应用中，例如油灰、密封剂、玩具粘土、真皮、油漆、爆炸物、电缆绝缘材料和热固性聚合物(如环氧树脂、聚氨酯和聚酯)。在一些情况下，可使用经膨胀的微球和可膨胀性微球的混合物，例如在底层涂料，硅橡胶和轻质泡沫中。
可膨胀性聚合物微球可由以下聚合物的至少一种组成：聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚邻氯苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯、及它们的共聚物(例如偏二氯乙烯-丙烯腈的共聚物、聚丙烯腈-共聚甲基丙烯腈、聚偏二氯乙烯-聚丙烯腈的共聚物，或氯乙烯-偏二氯乙烯的共聚物)等。由于微球是由聚合物组成的，所以其壁可为柔性的，使得其响应压力而移动。因此，制备微球的材料可以是柔性的，并且在某些实施方案中耐胶结性组合物的碱性环境。不受限制，合适的可膨胀性聚合物微球以商品名
Figure GDA0001319279050000091
市售可得于Akzo Nobel Pulp and Performance Chemicals,Inc.(Duluth,GA),Akzo Nobel公司。
在某些实施方案中，未膨胀的可膨胀性聚合物微球的平均直径可为约100μm或更低，在某些实施方案中为约50μm或更低，在某些实施方案中为约24μm或更低，在某些实施方案中为约16μm或更低，在某些实施方案中为约15μm或更低，在某些实施方案中为约10μm或更低，在其他实施方案中为约9μm或更低。在某些实施方案中，未膨胀的聚合物微球的平均直径可为约10μm至约16μm，在某些实施方案中为约6μm至约9μm，在某些实施方案中为约3μm至约6μm，在某些实施方案中为约9μm至约15μm，在其他实施方案中为约10μm至约24μm。聚合物微球可具有中空的芯和可压缩的壁。聚合物微球的内部包括空穴或可包含气体(气体填充)或液体(液体填充)的空腔。
在某些实施方案中，经膨胀的可膨胀性聚合物微球的平均直径可为约200至约900μm，在某些实施方案中为约40至约216μm，在某些实施方案中为约36至约135μm，在某些实施方案中为约24至约81μm，在某些实施方案中为约12至约54μm。
上文表示的直径是体积平均直径。未膨胀的和/或经膨胀的可膨胀性聚合物微球的直径可通过本领域已知的任何方法来测定。例如，可膨胀性聚合物微球的体积平均直径可通过光散射技术例如通过使用购自Malvern Instruments Ltd(Worcestershire,UK)的光散射装置测定。
已发现可膨胀性聚合物微球的直径越小，则在胶结性组合物中达到期望的冻融损害抗性所需的微球的数量越少。从性能的角度而言这是有益的，因为通过添加微球抗压强度降低得更少，从经济的角度而言也是如此，因为需要的球体的数量更少。类似地，聚合物微球的壁厚可被优化以最小化材料成本，但要确保壁厚足以抵抗在胶结性组合物混合、浇注、固结和修整过程中的损坏和/或破裂。
在某些实施方案中，所述装置还包括控制设备以手动和/或自动地控制装置功能。控制设备可包括例如一组操作所述装置的机械控制器。控制设备可以替代性地或额外地包括处理器。例如，控制设备可为包含处理器和显示器的计算机，其允许操作者通过显示器和处理器对所述设备进行电子控制。在某些实施方式中，控制设备可包括可编程逻辑控制器、人机界面显示器设备、和可通过可编程逻辑控制器操作的多种机械控制器，使得人们能够通过人机界面显示器设备和可编程逻辑控制器来手动和/或自动地控制所述装置。
所述控制设备还可与一个主控制设备(该主控制设备控制制造设施内的一个或多个其他装置或功能)连通，使得主控制设备能够控制所述装置的控制设备。以此方式，所述装置能够被主控制装置自动控制以在制造设施中在制造产品的生产期间提供经膨胀的可膨胀性聚合物微球。
在某些实施方案中，所述装置还可包括与流体材料管道接合的手动和/或自动现场仪表(site gauge)。在将所述经膨胀的可膨胀性聚合物微球用于制造受政府管制的产品中的情况下，可能需要核实在所述装置的操作期间流体材料的含量。例如，如果将要在胶结性组合物中使用经膨胀的微球，则可能需要在掺入胶结性组合物之前核实流体材料中可膨胀性微球的量，以满足某些政府法规所规定的为提供某一防冻融损害水平而需要的经膨胀的微球的量。
所述现场仪表可以手动观察，例如通过操作者观察现场仪表以核实流体材料中可膨胀性聚合物微球的存在。或者或另外，所述现场仪表可以自动化操作，例如为了监测而使一部分流体材料重新定向于玻璃瓶的自动球阀。在某些实施方案中，所述现场仪表也可包括出口使得移出一部分的流体材料用于分析。
在某些实施方案中，流体材料管道的内径可为约0.2至约6英寸(约0.5至约15cm)。在某些实施方案中，流体材料管道的内径可为约0.2至约4英寸(约0.5至约10cm)。在某些实施方案中，流体材料管道的内径可为约0.2至约3英寸(约0.5至约7.6cm)。在某些实施方案中，流体材料管道的内径可为约0.2至约2英寸(约0.5至约5cm)。在某些实施方案中，流体材料管道的内径可为约0.2至约1.5英寸(约0.5至约3.8cm)。
在某些实施方案中，处理区可包括处理管道。在某些实施方案中，处理管道的内径可为约0.1至约3英寸(约0.25至约7.6cm)。在某些实施方案中，处理管道的内径可为约0.1至约2英寸(约0.25至约5cm)。在某些实施方案中，处理管道的内径可为约0.1至约0.75英寸(约0.25至约1.9cm)。在某些实施方案中，流体材料管道和/或处理管道的内径可取决于所需的流体材料流速。在某些实施方案中，处理管道的内径可约为流体材料管道的内径的一半。
在某些实施方案中，处理区可包括薄膜热交换器，例如购自Bēpex InternationalLLC,Minneapolis,Minnesota的
Figure GDA0001319279050000111
热交换器。在某些实施方案中，薄膜热交换器可包括具有中心转子且带可调节桨叶的卧式圆柱形容器，中心转子旋转以至少部分地防止聚合物微球在膨胀期间聚集。可以通过任何合适的手段将薄膜热交换器的外壁加热，例如围绕外部设置的加热覆盖层(blanket)，或者置于薄膜热交换器外部、内部或外壁内的加热元件。在某些实施方案中，薄膜热交换器的外壁温度可以小于约100℃(212°F)，任选地约97℃(207°F)。可将流体材料单独加入到薄膜热交换器中，或者除了流体材料以外，可将其他液体(例如水)加入到薄膜热交换器中。薄膜热交换器的内径可最高达约0.5m(20英寸)，在某些实施方案中最高达约0.35m(14英寸)。薄膜热交换器的长度可为最高达约3m(10英尺)，在某些实施方案中最高达约2.5m(8英尺)。
在某些实施方案中，所述装置还包括：(d)手动和/或自动地控制装置的功能的控制设备；以及(e)与流体材料管道接合的手动和/或自动的现场仪表；其中(i)处理区包括处理管道；以及(ii)反压发生器与处理管道的出口端接合。
在某些实施方案中，提供了用于提供经膨胀的聚合物微球的系统，所述系统包括上文所述的装置和至少一个接收经膨胀的可膨胀性聚合物微球的批料罐。在某些实施方案中，所述系统可包括多个批料罐以接收经膨胀的聚合物微球。所述批料罐可用于在将经膨胀的聚合物微球用于制造产品之前暂时储存它们。在某些实施方案中，批料罐可包括至少一个混合设备以使存在于批料罐中的经膨胀的可膨胀性聚合物微球维持均匀的悬浮。提供多个批料罐可提高系统的效率，因为所述装置可在一段时期内持续地运行，以使全部的多个批料罐均填充有经膨胀的聚合物微球以稍后用于制造产品中。以此方式，不必在每次需要经膨胀的聚合物微球时启动和停止装置，避免了多次启动装置操作，其为了多次启动装置可能需要额外的能量。
在某些实施方案中，流体材料源并不是装置的一部分。例如，流体材料源可为至少一个邻近或远离所述装置的流体材料容器，其可被改变以与流体材料管道流体连通。一个具体的非限制性实例为，通过与流体材料管道接合的可移动管道与所述装置连接的流体材料容器。
在某些实施方案中，提供了用于提供经膨胀的聚合物微球的系统，所述系统包括上文所述的装置以及至少一个与流体材料管道流体连通的流体材料容器。
还提供了用于提供经膨胀的聚合物微球的系统，其包括：(i)用于使包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球的流体膨胀的装置，所述装置包含：(a)与流体材料源流体连通的流体材料管道；(b)与热源传热连通并且与流体材料管道流体连通的处理区，使得流体材料在处理区内与热直接或间接地接触；以及(c)与处理区流体连通的反压发生器，其能够增加处理区中的压力，使得可膨胀性聚合物微球在流体材料从处理区排出时膨胀；(ii)至少一个与流体材料管道流体连通的流体材料容器；以及(iii)至少一个接收经膨胀的可膨胀性聚合物微球的批料罐。在某些实施方案中，所述系统还进一步包括与流体材料管道接合的现场仪表。在某些实施方案中，所述系统可以包括多个接收经膨胀的聚合物微球的批料罐。在某些实施方案中，至少一个批料罐可包括至少一个混合设备。
图1描绘了本文所述的装置和系统的实施方案。装置10包括与管道14流体连通的热液体源12，所述管道14反过来又与管道接头24流体连通。流体材料管道16——任选地包括与其接合的现场仪表22——与管道接头24流体连通。管道接头24与处理区18的入口端邻近或接合。反压发生器20与处理区18的出口端接合。所述装置可为系统30的一部分，系统30包括至少一个与处理区18流体连通的批料罐26以及至少一个与流体材料管道16流体连通的流体材料容器28。控制设备32可与构成装置10的任意数目的构件电连通，并且还可以控制系统30的多方面。
图2描绘了本文所述的装置和系统的实施方案。装置10包括与管道14流体连通的热液体源12，所述管道14反过来又与管道接头24流体连通。流体材料管道16——任选地包括与其接合的现场仪表22——与管道接头24流体连通。管道接头24与处理区18的入口端邻近或接合。流体材料管道在该流体材料管道的邻近管道接头24的端部任选地包括颗粒分散装置34。反压发生器20与处理区18的出口端接合。所述装置可为系统30的一部分，系统30包括至少一个与处理区18流体连通的批料罐26以及至少一个与流体材料管道16流体连通的流体材料容器28。系统30可包括用于使经膨胀的可膨胀性聚合物微球实现壳稳定状态的室36。控制设备32可与构成装置10的任意数目的构件电连通，并且还可以控制系统30的多方面。
在图1和2中，热源包括在处理区内直接接触流体材料的热液体，以提供膨胀可膨胀性聚合物微球所需的热。如本文所述，其他布置是可能的，这可导致在处理区内热源与流体材料之间直接或间接的接触。例如，热液体源12、管道14和管道接头24可被除去，并且处理区18可暴露于辐射中，例如微波辐射，以间接地加热包含可膨胀性聚合物微球的流体材料。在另一个实施例中，热液体源12、管道14和管道接头24可被除去，并且处理区18可在处理区18的壁内包含电阻丝以加热处理区18的壁，并且间接地加热包含可膨胀性聚合物微球的流体材料。
应理解，本文所述的实施方案仅仅是示例性的，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行变化和修改。所有的这些变化和修改旨在包括在上文所述的本发明的范围内。此外，所公开的所有实施方案不一定是替代性质的，本发明的各实施方案可以组合以提供期望的结果。

Claims (17)

1.装置，包括：
a.与流体材料源流体连通的流体材料管道，其中流体材料包含未膨胀的可膨胀性聚合物微球；
b.与热源传热连通并且与流体材料管道流体连通的处理区，使得流体材料在处理区内与热直接或间接地接触；以及
c.与处理区流体连通的反压发生器，其能够增加处理区中的压力，使得可膨胀性聚合物微球在流体材料从处理区排出时膨胀；
其中热源包括微波辐射或电阻加热器，其中在电阻加热器的情况下，在处理区的壁中嵌入电阻丝；
其中处理区内流体材料接触的热通过使流体材料与加热的流体直接接触来提供，其中加热的流体包括加热的液体，且不包括蒸汽，并且其中加热的液体是加热的水。
2.权利要求1的装置，其中在稳定状态操作下，所述装置消耗小于或等于100kW。
3.权利要求2的装置，其中在稳定状态操作下，所述装置消耗小于或等于70kW。
4.权利要求1或2的装置，其中装置具有允许将该装置放入制造设施中的占地面积，而基本上不会对制造产品的生产造成不利影响，所述制造设施在制造产品中使用经膨胀的可膨胀性聚合物微球。
5.权利要求4的装置，其中装置的占地面积小于或等于5.5742m2。
6.权利要求1或2的装置，还包括与流体材料管道接合的手动和/或自动现场仪表。
7.权利要求1或2的装置，其中所述流体材料管道的内径为0.508cm至15.24cm。
8.权利要求1或2的装置，其中所述处理区包括处理管道。
9.权利要求8的装置，其中反压发生器与处理管道的出口端接合。
10.权利要求1或2的装置，其中处理区内的温度为60℃至160℃。
11.权利要求1或2的装置，其中处理区内的压力为46.1kPa至618.1kPa。
12.权利要求1或2的装置，还包括：
d.手动和/或自动地控制装置的功能的控制设备；以及
e.与流体材料管道接合的手动和/或自动现场仪表；其中：
i.处理区包括处理管道；以及
ii.反压发生器与处理管道的出口端接合。
13.用于提供经膨胀的聚合物微球的系统，包括权利要求1至12中任一项的装置以及至少一个批料罐以接收经膨胀的聚合物微球，任选地其中至少一个批料罐包括至少一个混合设备。
14.权利要求13的系统，包括多个批料罐以接收经膨胀的聚合物微球。
15.权利要求13的系统，所述系统还包括与处理区出口端流体连通的室。
16.用于提供经膨胀的聚合物微球的系统，包括权利要求1至12中任一项的装置以及至少一个与流体材料管道流体连通的流体材料容器。
17.权利要求16的系统，所述系统还包括与处理区出口端流体连通的室。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2019248573A1 (en) 2018-04-05 2020-10-15 Nouryon Chemicals International B.V. Device for preparation of expanded microspheres
DE102019125962A1 (de) * 2019-09-26 2021-04-01 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Trockener, syntaktischer Schaum als elektrisch isolierendes Material
CN113248339A (zh) * 2020-02-11 2021-08-13 安徽理工大学 一种乳化炸药用含能微球的发泡装置及使用方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013156589A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-24 Construction Research & Technology Gmbh Method for manufacturing a cementitious composition

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE452471B (sv) * 1982-11-26 1987-11-30 Casco Nobel Ab Forfarande for expandering av termoplastiska mikrosferer
JP2005254213A (ja) * 2004-03-15 2005-09-22 Sekisui Chem Co Ltd 熱膨張済みマイクロカプセルの製造方法、および熱膨張済みマイクロカプセルの製造装置
US20090093558A1 (en) * 2007-10-04 2009-04-09 Nova Chemicals Inc. Mobile expanded polymer processing systems and methods
DE102010062669A1 (de) * 2010-12-08 2012-06-14 Tesa Se Verfahren zur Herstellung geschäumter Polymermassen, geschäumte Polymermassen und Klebeband damit
CN104245620A (zh) * 2012-04-19 2014-12-24 建筑研究和技术有限公司 用于使可膨胀聚合物微球膨胀的设备和系统
US9333685B2 (en) * 2012-04-19 2016-05-10 AkzoNobel Chemicals International B.V. Apparatus and system for expanding expandable polymeric microspheres
BR112015029127B1 (pt) * 2013-06-12 2021-10-13 Akzo Nobel Chemicals International B.V. Método para a preparação de microesferas termoplásticas expandidas, e dispositivo para a expansão de microesferas termoplásticas termicamente expansíveis não expandidas

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013156589A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-24 Construction Research & Technology Gmbh Method for manufacturing a cementitious composition

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