CN1084118A - 组合泡沫材料的制造方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种由液体骨架物质如塑料或有机物料 制造组合泡沫材料的方法，由至少一种气体使骨架物 质发泡，并加入能量使气体释放出。其中，将液体骨 架物质注入一个空腔，引发一种声化学过程，由此使 一种不可燃惰性气体及少量烃流体溶解或分散在液 体骨架物质中。只有不可燃气体在加入能量时用来 使骨架物质起泡。烃流体用来实现组合泡沫材料常 见的细密外层。该方法可在组合泡沫材料中实现最 佳的密度及孔分布。

Description

本发明涉及一种权利要求1前序部分所述的组合泡沫材料的制造方法。

DE3226818A1已经公开了一种这样的方法。在该已知方法中，采用常轨装置测定气体和充气。对来自机械容器或位于旁通管路中的混合试样的密度进行测定之后，调节由于该测定而在其它位置进行的充气。气体的计量同样在一旁通管路中进行，例如在机械贮罐附近一个平行于来自混合设备的回流管的旁通管路中。由一根插入管道的毛细管和一根文丘里管在旁通管路中输入气体。用手工或借助于计算机控制充气。文丘里原理的应用使得该公知方法很难掌握，因为充气的程度对液体与气体间的界面应力的依赖性很大，其中界面应力高时在液体中形成小气泡，而界面应力低时形成大气泡。由此可知，接文丘里原理运行的工艺能耗大，因为安装文丘里装置的管中料流的速度必须很高，才能有效地由喷水泵进行充气。已知方法的另一缺点是需要较大量的膨胀剂，其中包括烃流体。

另一种公知的方法例如是泡沫冲击法，其中向用作骨架物质的塑加入膨胀剂、空气和胶凝剂，用一台混合机制成均匀的混合物（参见A·M·Wittfoth，塑料工程词典，Carl    Hanser出版社，慕尼黑，维出纳，第三部分，146页，1978）。然后将该混合物浇铸到模中。在紧接着的加热工序中，该混合物膨胀并凝固，形成泡沫型件。同时，始终添加偶氮或重氮化合物形式的膨胀剂，当膨胀剂在接在混合以后的加热工序中分解时释放出N₂或CO₂，从而导致骨架物质发泡，形成泡沫材料。有几种膨胀剂不需要加热工序，因为它们在室温下即可分解。但这里通常后面接有一个加热工序，以便对泡沫材料进行时效硬化。

制造塑料泡沫材料的另一种方法例如为一步法，也称直接法，或者两步法。其中向待发泡的塑料掺入膨胀剂或液体溶剂。该膨胀剂在一特定温度下分解成气体，从而使塑料发泡，原因是它们在塑料内形成了空腔。通过添加挥发性溶剂制造泡沫材料时，在聚合期间将其掺入塑料，形成填充溶剂的空间，该空间在溶剂挥发后变成空腔。

泡沫材料例如由聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚氨基甲酸酯制成，其中由聚氨基甲酸酯制造泡沫材料的工业意义最大，这种泡沫材料例如可用于有软垫的坐椅、床垫或包装。

大多数公知方法的缺点是，在使用不含FCKW的膨胀剂例如n-戊烷时，与空气形成很容易点燃的空气-气体混合物。该空气-气体混合物不仅在泡沫材料的生产阶段产生，而且在泡沫材料以后的贮存阶段也会产生，贮存期间由泡沫材料释放出剩余的膨胀剂。加工这些膨胀剂的泡沫材料制造厂因而需要非常高的安全确定。这也适用于此后在室内的贮存，需要永久性地控制合适的气体密度浓度，必须对室内不断地通风调节。这不仅在制造厂内要求有昂贵完善的工艺，而且也会导致严重的大气幅射污染。

本发明人未先公开的DE4113578A1描述了一种对粘性液体充气的装置，特别是在制造聚氨基甲酸酯时优选用二氧化碳给多元醇（polyolen）充气。如果在制造泡沫材料时单独用二氧化碳使塑料发泡，有可能形成尿素，它导致泡沫材料变脆。在单独用CO₂或类似气体来发泡时，用该已知装置不能制造组合泡沫材料。

在发明的任务是，在权利要求1前序部分所述方法中改进液体骨架物质的充气方式，也就是说，使其简单易行，降低能耗，在使用烃流体方面也要有所改进。

按照本发明，该任务可由权利要求1所述的步骤完成。

在本发明的方法中，没有按照文丘里原理充气，也即不通过机械过程，而是通过一个声化学过程。声化学也称超声化学，即研究超声波的化学性能的化学分支。这里表明了，只能在液体相进行的声化学反应的主要效果来源于空化，可观察到的产物相当于高温化学的产物，因为高温在虚空的空穴中造成分子离解（声解），并形成游离基团（Rǒmpp）化学百科全书，Georg    Thieme出版社，斯图加特，第5册，4802和4803页）。在本发明所用的声化学方法中，液体骨架物质中包含的真空小气泡吸收气体。然后，借助于液体中的超声波，分散于液体骨架物质中的气体进入溶液，而且已处于低于溶解度压力的低压下。该声化学过程耗能低，使本发明的方法比上述DE3226818A1公开的方法更容易掌握。另外，加入环丁烷、环己烷、环戊烷或其混合物时可用比所述现有技术DE3226818A1更少的烃流体处理。

DE-OS1917962虽已公开了使用一台声压泵使要混入液体的介质如空气强制性通过很细的喷咀、小孔或网孔，尔后通过压力波的作用使由此在液体中产生的空气或气体流线分解成或粉碎成单个的极细气泡，但其采用声波处理而不是超声波。而且，借助于DE-OS1917962所述的原理，可以在此后将粗混在液体中的空气或气泡分解成细小的空气或气泡。然而，只能重新使液体中飘浮的大空气泡或气与液体一起借助于加压通过喷咀、孔或筛孔泵送并因此分解为子气泡。由于已知的声压泵仅在声波范围内操作，因此只能对气体和液体产生一种纯粹的机械作用，而不是像本发明这样的声化学作用。后者，使一种不可燃惰性气体与烃流体一起注入液体骨架物质，并将由该气体所起泡的液体骨架物质注入一个小室，将其作为成品混合物，然后对其施加超声波作用，以产生声化学过程。与此相反，按照DE-OS1917962，则总是首对液体、空气或气体单独作用，并要求随后通过细孔筛、喷咀或孔来机械粉碎空气或气泡。

本发明通过与不可燃惰性气体一起加入烃流体引起一个声化学过程，能够制出密度分布最佳的组合泡沫材料。在本发明的方法中，虽然向组合泡沫材料添加可燃性烃，但其添加量很低（优选低于惰性气体和液体骨架物质的1vol%），因而不会形成可燃性气体析出。可以避免泡沫材料的脆化，并保护环境。

本发明优选的实施方式构成了从属权利要求的对象。

下面借助于对附图说明本发明的方法。

图1是实施本发明方法之一种设备的部分剖面图。

所示设备有一个共振室10，它由四个梅花形两两相对的空腔12构成，空腔各有一个凹拱形碗状背面12，开口对着共振室10的中点。每个空腔12中装有一个超声波振荡器14，其安装方式使其能被一种待处理液体骨架物质自由环流。该液体骨架物质在目前的情况下例如是多元醇。超声波振荡器14由铅钛酸钡膜板构成，如同常规水雾化器中所用的那样。该超声波振荡器14通过电板18和20与一个由工艺计算机控制的频率发生器相联。应用频率发生器是因为超声波振荡器14的几何形状确定了其振荡频率，否则只有通过交换超声波荡器14才能改变频率。共振室10有确定的尺寸，该尺寸由超声波振荡器14可能的振荡频率的频带宽度和所需的组合泡沫材料的产量确定。

经前室22将一种由液体骨架物质、不可燃惰性气体和一种烃流体的精细混合物装入共振室10，优选装入一种由多种烃组成的共沸混合物。经加料管24将液体骨架物质装入前室22。经另一加料管26将烃共沸混合物、不可燃惰性气体（该例中为二氧化碳）供入。另外，也可以设想，为烃共沸混合物及不可燃惰性气体各自装配一根加料管。

在前室22中，加入的物料由一快速旋转的空化元件28转化成一种极均匀的液体骨架物质、烃共沸混合物和不可燃惰性气体混合物。该混合作用进而经超声波振荡器14进一步改进，因而不可燃惰性气体的最小气泡在液体骨架物质中也象烃共沸混合物最小成分那样均匀地分布，由此使得烃和不可燃惰性气体溶解在液体骨架物质中。

该混合物经出口32浇注到泡沫材料模型中。在输入能量例如优选加热的情况下，在液体骨架物质中溶解的不可燃惰性气体重新释出。这与打开矿泉水瓶时碳酸分散的情况相类似。释放出的不可燃惰性气体由此使该液体骨架物质发泡，从而形成泡沫材料。通过另外加入烃，形成了组合泡沫材料常见的细密皮肤状表面。这类组合泡沫材料具有一个光滑而细密的表面，就像在汽车方向盘或汽车仪表盘看到的那样。

在紧接着的时效硬化过程中，不再释放可燃性气体，因而不需要在特殊控制和通风的室内存放。

试验表明，烃流体可由环丁、烷己烷或环戊烷或这些物质的混合物组成。除了二氧化碳以外，为了使液体骨架物质发泡，也可以使用氮气、氩气和氦气或它们的共沸混合物作为不可燃惰性气体。骨架物质本身除塑料外也可由有机物质组成。此外，也可通过所述的方法，将例如密封窗户用的硬泡沫转变成带有硬的上层的组合泡沫材料。

反应温度等的数值等于通常泡沫材料制造时所用的数值。

Claims (3)

1、由一种液体骨架物质如塑料或有机物料制造组合泡沫材料的方法，通过至少一种不可燃惰性气体使骨架物质发泡，并加入能量释放出气体，其中使不可燃惰性气体与少量烃流体一起加入到液体骨架物质中，仅仅不可燃惰性气体在加入能量时用来使骨架物质起泡，而烃流体促使形成一层组合泡沫材料的细密外层，其特征在于，将液体骨架物质注入一空腔，引发一个声化学过程，以使气体溶于液体骨架物质中，烃流体的加入量小于惰性气体和液体骨架物质的1vol%，且由环丁烷、环己烷、环戊烷或它们的混合物组成。

2、权利要求1所述的方法，其特征是，烃流体是一种由多种烃组成的共沸混合物。

3、权利要求1或2所述的方法，其特征是，不可燃惰性气体是二氧化碳、氮气、氩气、氦气或它们的一种共沸混合物。