CN111344132A - 用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的可变装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的装置，其包括用于混合产生可发泡反应混合物的组分的具有至少两个入口(200、300)和至少一个出口(400)的混合头(100)和与混合头的出口连接的导管(410、420、430、440)，可发泡反应混合物可流经所述导管并且所述导管具有从中可将可发泡反应混合物施加到覆盖层上的排料元件(500)。所述导管(410、420、430、440)被设置成采用至少两种配置，它们在流经导管的反应混合物经过的路径长度方面不同。本发明还涉及使用根据本发明的装置将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的方法。

Description

用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的可变装置 和方法

本发明涉及用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的装置，其包括用于混合产生可发泡反应混合物的组分的具有至少两个入口和至少一个出口的混合头和与混合头的出口连接的导管，可发泡反应混合物可流经所述导管并且所述导管具有从中可将可发泡反应混合物施加到覆盖层上的排料元件。本发明还涉及使用根据本发明的装置将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的方法。

由覆盖层和隔热芯制成的复合元件目前用于许多工业领域。此类复合元件的基本构造在此由覆盖层构成，将起隔热作用的材料施加到该覆盖层上。可用的覆盖层在此例如是由镀层钢、不锈钢、铝、铜或所述后两种金属的合金制成的片材。此外，也可制造由覆盖层和隔热芯的组合制成的隔热板。可以使用塑料膜、铝膜、木材、玻璃纤维无纺布或矿物纤维无纺布以及含纤维素的材料，如纸、纸板或混凝纸作为覆盖层材料。通常使用由例如铝和纸制成的多层覆盖层。合适的覆盖层材料的选择在此取决于复合元件或隔热板的预期应用领域和由此产生的材料要求。可用的隔热芯特别是基于聚氨酯（PUR）和/或聚异氰脲酸酯（PIR）的泡沫材料。

在房屋或公寓建造中常使用隔热板。复合元件除用于例如冷藏仓库的隔热外，它们也更常用作建筑物的外立面元件或用作工业用门，例如滑升门（Sektionaltor）的元件。此类复合元件（下文也称为夹层复合元件的特征在于它们的覆盖层提供与所用材料对应的稳定性和表面外观，而施加的泡沫材料提供相应的隔热性质。

为了制造相应的隔热板或复合元件，借助施加装置将发泡反应混合物施加到提供的覆盖层上。为此，例如当使用基于异氰酸酯的泡沫材料时，将相应的多元醇组分和异氰酸酯组分互相混合并施加到覆盖层上，在该覆盖层上它们发泡并固化。

用于制造具有覆盖层和隔热芯的复合元件的装置和方法描述在例如下列专利申请中：WO 2008/104492、WO 2015/150304、WO 2014/124824、CA 2880780、DE 20 2011001109、US 2014/227441、EP 2 614 944、WO 2013/107739、EP 2 411 198、EP 2 393 643、EP 1 857 248、EP 1 593 438和DE 2038253。

GB 2 035 887 A描述了用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的装置，但在这一文献的说明书和附图中没有得知，导管被设置成采用至少两种配置，它们在流经导管的反应混合物经过的路径长度方面不同。

无论上文描述的不同施加技术如何，在现有技术中迄今未知对于需要调节反应熔体的粘度而不改变配方的情况的解决方案。本发明的目的在于至少部分克服现有技术中的缺点。所述目的特别是提供其中反应混合物的停留时间（在混合头中制备反应熔体和将其施加到覆盖层上之间经过的时间）可变的装置和方法。

通过根据权利要求1的用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的装置和根据权利要求6的用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的方法实现所述目的。在从属权利要求中给出了有利的扩展方案。它们可任意组合，除非从上下文中清楚看出相反的意思。

用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的装置包括：

- 用于混合产生可发泡反应混合物的组分的具有至少两个入口和至少一个出口的混合头和

- 与混合头的出口连接的导管，可发泡反应混合物可流经所述导管并且所述导管具有从中可将可发泡反应混合物施加到覆盖层上的排料元件。

该导管被设置成采用至少两种配置，它们在流经导管的反应混合物经过的路径长度方面不同。

用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的方法包括步骤：

- 提供施加装置，其中所述施加装置是根据本发明的装置；

- 选择可发泡反应混合物；其中所述反应混合物具有其随时间的粘度变化；

- 确定在施加到覆盖层上时反应混合物的所需粘度；

- 配置所述施加装置，以使导管的路径长度与在施加到覆盖层上时反应混合物的所需粘度相关联；

- 在所述施加装置的混合头中提供反应混合物；

- 使反应混合物从混合头经过导管从施加装置的排料元件移动到覆盖层上。

可考虑的反应混合物特别是反应产生聚氨酯和/或聚异氰脲酸酯泡沫的混合物。合适的覆盖层或基底是例如金属膜，特别是铝膜，例如由铝和纸制成的多层覆盖层，和塑料膜。还可使用无纺布。对覆盖层的宽度基本上没有限制。例如覆盖层可具有1000至1300 mm的宽度，但2400 mm的宽度也可行。覆盖层速度为例如≥ 1至≤ 70米/分钟，优选≥ 15米/分钟，更优选≥ 30米/分钟。

该装置的一个组成部分是混合头，其混合至少两个输入料流并且该混合物作为至少一个输出料流从该混合头离开。该混合头可以是静态混合器。聚氨酯技术中已知的高压混合头特别优选。

输出料流离开实际混合头，然后存在于具有排料元件的导管中。最后，输出料流经由这一排料元件离开根据本发明的装置并接触覆盖层。排料元件可以例如是简单排料口、耙式施加器或宽嘴狭缝模头。该导管既可以是硬质，也可以是可弯曲的，并优选由热塑性聚合物，例如尼龙-6、尼龙-6,6、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等构成。

输出料流在导管中从混合头的出口到排料元件经过的路径长度与输出料流在导管中的流速一起产生反应混合物在导管中的停留时间，在此期间可能已发生反应混合物中的反应。此时，可以通过改变路径长度来影响以何种反应进程和因此还以何种粘度将反应混合物施加到覆盖层上。

例如可能有利的是，缩短聚氨酯泡沫的表观乳白时间（Startzeit），其中表观乳白时间是指在从排料元件中排出反应的聚氨酯反应混合物直到开始发泡过程所经过的时间。这根据本发明通过如下方式实现，即反应的聚氨酯熔体在停留时间元件（具有可变长度的导管）中预反应并且其因此以已升高的粘度或以明显缩短的乳白时间施加到覆盖层上。

尤其当应该用泡沫涂覆异型（profiliert）片材而不使材料积聚在凹区（凹槽）中时，这样的操作特别有利。

还可以有利地用泡沫涂覆可扩散覆盖层，例如矿物无纺布且具有降低渗透的效果。

根据本发明的停留时间路径的使用还能够节省催化剂。

使用根据本发明的施加装置进行根据本发明的方法。可通过首先（例如在反应粘度计中）记录在合并反应物以产生反应混合物后随时间的粘度变化来建立导管的路径长度与反应混合物的所需粘度之间的相关性。已知导管中的物质输送速率dm/dt就可以容易地确定所需路径长度。

在根据本发明的方法的一个实施方案中，反应混合物包含≥ 20重量%的具有≤2500 mPas，优选≤ 1500 mPas，特别优选≤ 700 mPas，非常特别优选≥ 50 mPas至≤ 650mPas的在25℃下测得的粘度（根据DIN 53019的旋转粘度测定法）的组分。本发明特别能够有利地使用低粘度多元醇和/或低粘度多异氰酸酯而不调节配方。

在根据本发明的方法的另一个实施方案中，反应混合物包含多元醇、多异氰酸酯、任选添加剂，例如稳定剂和催化剂，任选一种或多种阻燃剂和一种（或多种）发泡剂。

多元醇优选选自聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和/或聚醚酯多元醇。所用一种多元醇或所用多种多元醇的OH值可以是例如> 100 mg KOH/g至< 800 mg KOH/g且所用一种多元醇或所用多种多元醇的平均OH官能度≥ 2。在加入单一多元醇的情况下，OH值是指所述多元醇的OH值。在混合物的情况下，给出平均OH值。可以根据DIN 53240测定这一值。多元醇的平均OH官能度为例如≥ 2至< 6。

可用的聚醚多元醇例如是如可通过借助阳离子开环的四氢呋喃聚合而获得的聚四亚甲基二醇聚醚。同样合适的聚醚多元醇是氧化苯乙烯、环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷和/或表氯醇加成到双官能或多官能起始剂分子上的产物。通常使用主要由环氧丙烷和环氧乙烷构成的聚醚多元醇。

合适的起始剂分子是例如乙二醇、二乙二醇、丁基二乙二醇、甘油、二乙二醇、三羟甲基丙烷、丙二醇、季戊四醇、山梨糖醇、蔗糖、乙二胺、甲苯二胺、三乙醇胺、1,4-丁二醇、1,6-己二醇以及此类多元醇与二羧酸的低分子量含羟基酯。

可用的聚酯多元醇尤其是二醇以及三醇和四醇与二羧酸以及三羧酸和四羧酸或羟基羧酸或内酯的缩聚物。相应的多羧酸酐或低碳醇的相应的多羧酸酯也可代替游离多羧酸用于制备聚酯。

合适的二醇的实例是乙二醇、丁二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚烷撑二醇，如聚乙二醇，以及1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇和异构体、新戊二醇或羟基特戊酸新戊二醇酯。另外也可使用多元醇，如三羟甲基丙烷、甘油、赤藓糖醇、季戊四醇、三羟甲基苯或异氰脲酸三羟乙酯。

可用的多羧酸是例如邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、六氢邻苯二甲酸、环己烷二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、戊二酸、四氯邻苯二甲酸、马来酸、富马酸、衣康酸、丙二酸、辛二酸、琥珀酸、2-甲基琥珀酸、3,3-二乙基戊二酸、2,2-二甲基琥珀酸、十二烷二酸、桥亚甲基四氢邻苯二甲酸、二聚脂肪酸、三聚脂肪酸、柠檬酸或偏苯三酸。也可以使用相应的酐作为酸源。当然，类似于多羧酸，多元醇可为生物来源的和/或通过发酵途径获得。

如果在聚酯多元醇的合成中一起使用平均官能度> 2的多元醇和/或多羧酸，也可以使用一定比例的单官能羧酸，例如脂肪酸，例如油酸，和单官能醇，例如油醇或硬脂醇来调节官能度。在具有端羟基的聚酯多元醇的制备中可一起用作反应参与物的羟基羧酸是例如蓖麻油酸、羟基己酸、羟基丁酸、羟基癸酸、羟基硬脂酸等。合适的内酯尤其是己内酯、丁内酯和同系物。

可用的聚碳酸酯多元醇是含羟基的聚碳酸酯，例如聚碳酸酯二醇。这些可通过碳酸衍生物，如碳酸二苯酯、碳酸二甲酯或光气与多元醇，优选二醇的反应，或由二氧化碳和环氧烷获得。

这种二醇的实例是乙二醇、1,2-和1,3-丙二醇、1,3-和1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、新戊二醇、1,4-双羟甲基环己烷、2-甲基丙-1,3-二醇、2,2,4-三甲基戊-1,3-二醇、二丙二醇、聚丙二醇、二丁二醇、聚丁二醇、双酚A和内酯改性的上述类型的二醇。代替或除了纯聚碳酸酯二醇外，也可使用聚醚聚碳酸酯二醇。

可用的聚醚酯多元醇是含有醚基团、酯基团和OH基团的化合物。有机二羧酸适用于制备聚醚酯多元醇，优选具有≥ 3至≤ 16个碳原子的脂族二羧酸或芳族二羧酸，它们单独或混合使用。实例是辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、丙二酸、邻苯二甲酸、庚二酸和癸二酸，特别是戊二酸、富马酸、琥珀酸、己二酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸和间苯二甲酸。可用的这些酸的衍生物是例如它们的酐以及它们与具有≥ 1至≤ 4个碳原子的低分子量单官能醇的酯和半酯。

合适的多异氰酸酯的实例是1,4-丁二异氰酸酯、1,5-戊二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、2,4-和/或2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、异构双(4,4'-异氰酸根合环己基)甲烷或其具有任意异构体含量的混合物、1,4-环己二异氰酸酯、1,4-苯二异氰酸酯、2,4-和/或2,6-甲苯二异氰酸酯（TDI）、1,5-萘二异氰酸酯、2,2'-和/或2,4'-和/或4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）或更高级同系物（聚合MDI、pMDI）、1,3-和/或1,4-双(2-异氰酸根合丙-2-基)苯（TMXDI）、1,3-双(异氰酸根合甲基)苯（XDI）以及具有C1至C6-烷基的2,6-二异氰酸根合己酸烷基酯（赖氨酸二异氰酸酯）。

除上述多异氰酸酯外，也可以一起使用一定比例的具有脲二酮、异氰脲酸酯、氨基甲酸乙酯、碳二亚胺、脲酮亚胺、脲基甲酸酯、缩二脲、酰胺、亚氨基噁二嗪二酮和/或噁二嗪三酮结构的改性二异氰酸酯以及每分子具有多于2个NCO基团的未改性多异氰酸酯，例如4-异氰酸根合甲基-1,8-辛烷二异氰酸酯（壬烷三异氰酸酯）或三苯甲烷4,4',4"-三异氰酸酯。

在该反应混合物中，异氰酸酯中的NCO基团数与异氰酸酯反应性基团数的比率乘以倍数100（被称为指数（指数））可为110至600。优选为115至400。这一指数也可为＞ 180:100至＜ 330:100或＞ 90:100至＜ 140:100。

合适的发泡剂可以是物理发泡剂，如正戊烷、环戊烷、异戊烷、丙烷或丁烷或其共混物或二氧化碳。氟化烯烃，例如Chemours 1100或Solstice LBA或添加剂，如来自3M的FA188也可用。也可使用化学发泡剂，如水或甲酸。物理和化学发泡剂的组合同样可行。

在根据本发明的方法的另一个实施方案中，反应混合物含有胺催化剂，并且对于离开排料元件时的反应混合物的粘度的预定值而言，在具有最长路径长度的导管配置下反应混合物中的胺催化剂的含量为在具有最短路径长度的导管配置下反应混合物中的含量的≤ 90%（优选≤ 85%，更优选≤ 80%）。

胺催化剂优选选自脂族叔胺和季铵盐。

合适的胺催化剂是例如五甲基二亚乙基三胺、N,N-二甲基环己基胺或可以商品名Dabco TMR-3、-4和-5获自Air Products/Evonik的季铵盐，以及例如三乙二胺、三乙基胺、三丁基胺、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、N,N,N',N'-四甲基丁烷二胺、四甲基己烷二胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N-环己基吗啉、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、三异丙醇胺。

在本发明中，优选考虑与无停留时间元件的施加技术相比减少的催化剂五甲基二亚乙基三胺、N,N-二甲基环己基胺或以商品名Dabco TMR-3、-4和-5获自Air Products/Evonik的季铵盐的用量。

此外，在Desmorapid DB（N,N-二甲基苄基胺）的情况下，在最长配置下的含量为在最短配置下的含量的90%，对于DMCHA（N,N-二甲基环己基胺）的情况而言为80%且对于Desmorapid PV（双(2-二甲基氨基乙基)甲基胺）的情况而言为66%。

在根据本发明的方法的另一个实施方案中，在反应混合物的施加过程中改变导管的路径长度。因此可在该方法的连续运行过程中调节停留时间。

参照下列附图更详细地阐释本发明，但不限于此。

图1显示在第一种配置中的根据本发明的第一装置

图2显示在第二种配置中的根据本发明的第一装置

图3显示在第一种配置中的根据本发明的第二装置

图4显示在第二种配置中的根据本发明的第一装置

图5显示在第一种配置中的根据本发明的第三装置的细节

图6显示在第二种配置中的根据本发明的第三装置的细节。

在根据本发明的装置的一个实施方案中，导管被设置成采用可无级变化的路径长度。这可例如通过如下方式实现，即导管具有内件和同轴位于内件上方的外件并且内件和外件沿它们的公共轴相对于彼此移动。这样的变体显示在图1和2中。

图1显示根据本发明的第一装置，其具有包含两个入口200、300和出口400的混合头100。混合头在此被制造为静态混合器并可用于例如混合多元醇料流和异氰酸酯料流以获得反应产生PUR/PIR泡沫的反应混合物。与混合头100的出口400连接的导管具有内件410，其最先接收从出口400流出的反应混合物。外件420同轴插到内件410上。部件410和420沿它们的公共轴移动。

任选的未显示的密封件可防止反应混合物经由可能存在的位于部件410和420之间的间隙排出。外件420的与出口400相反的末端500形成该装置的排料元件。或者，排料元件如耙式施加器或宽嘴狭缝模头可安装在末端500处。

图1中的装置配置为相对短的停留路径。如图2中所示，通过拉开外件420能够实现更长的停留路径。容易看出，可以无级调节停留路径。

图3显示根据本发明的第二装置，其具有包含两个入口200、300和出口400的混合头100。混合头在此被制造为静态混合器并可用于例如混合多元醇料流和异氰酸酯料流以获得反应产生PUR/PIR泡沫的反应混合物。与混合头100的出口400连接的导管具有内件410，其最先接收从出口400流出的反应混合物。外件440的直段同轴插在内件410上。部件410和440沿它们的公共轴移动。外件被弯曲成U形并进一步同轴插在导管的第二内件430上。这种布置类似于长号中的情况。

任选的未显示的密封件可防止反应混合物经由可能存在的位于部件410、430和440之间的间隙排出。第二内件430的末端500形成该装置的排料元件。或者，排料元件如耙式施加器或宽嘴狭缝模头可安装在末端500处。

图4显示来自图3的装置，其中已通过移动外件440而增大停留路径。

在根据本发明的装置的另一个实施方案中，该导管被设置成采用多种（例如2、3、4、5、6或7种）分立的配置，它们具有各自不同的路径长度。这可例如通过如下方式实现，即该装置至少部分经过多路阀。这样的变体显示在图5和6中。

图5显示六路阀或或六路旋塞作为根据本发明的装置的细节。该阀具有通过通道互相流体连接的三对开口：开口610/620、开口630/640和开口650/660。

在图5中所示的长停留路径的配置中，间接或直接来自混合头的材料料流700进入入口610，从入口620离开，经由外部导管流动直到入口650并从入口660离开阀，以在该方法中经由排料元件施加到覆盖层上。材料料流710可以例如是用于冲洗该阀的溶剂并经由入口630进入阀和经由入口640再次离开阀。

为了缩短停留路径，图5中所示的阀可旋转60°，其中材料料流700先前流过的外部导管的位置保持不变。这种新的配置显示在图6中。

在图6中，包含反应混合物的材料料流700采取经由入口610进入和经由入口660离开阀的短路径。材料料流710（例如再次以用于冲洗的溶剂形式）经由入口630进入阀，经由入口620离开该阀，流过外部导管，再次经由入口650进入阀并最后经由入口640离开该阀。

当然，也可以串联多个多路旋塞，由此避免回到无停留时间元件的情形。

当然，如联系图1至4描述的实施方案也可与多路旋塞组合。

Claims (10)

1.用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的装置，其包括：

- 用于混合产生可发泡反应混合物的组分的具有至少两个入口(200、300)和至少一个出口(400)的混合头(100)和

- 与混合头(100)的出口(400)连接的导管(410、420、430、440)，可发泡反应混合物可流经所述导管并且所述导管具有从中可将可发泡反应混合物施加到覆盖层上的排料元件(500)，

其特征在于

所述导管(410、420、430、440)被设置成采用至少两种配置，它们在流经导管的反应混合物经过的路径长度方面不同。

2.如权利要求1中所述的装置，其中所述导管(410、420、430、440)被设置成采用可无级变化的路径长度。

3.如权利要求2中所述的装置，其中所述导管具有内件(410、430)和同轴位于内件上方的外件(420、440)，并且内件和外件沿它们的公共轴相对于彼此移动。

4.如权利要求1中所述的装置，其中所述导管(410、420、430、440)被设置成采用多种分立的配置，它们具有各自不同的路径长度。

5.如权利要求4中所述的装置，其中所述导管(410、420、430、440)至少部分经过多路阀。

6.用于将可发泡反应混合物施加到移动式覆盖层上的方法，其包括步骤：

- 提供施加装置，其中所述施加装置是根据权利要求1至5任一项的装置；

- 选择可发泡反应混合物；其中所述反应混合物具有其随时间的粘度变化；

- 确定在施加到覆盖层上时反应混合物的所需粘度；

- 配置所述施加装置，以使导管的路径长度与在施加到覆盖层上时反应混合物的所需粘度相关联；

- 在所述施加装置的混合头中提供反应混合物；

- 使反应混合物从混合头经过导管从施加装置的排料元件移动到覆盖层上。

7.如权利要求6中所述的方法，其中所述反应混合物包含≥ 20重量%的具有≤ 2500mPas的通过根据DIN 53019的旋转粘度测定法在25℃下测得的粘度的组分。

8.如权利要求6或7中所述的方法，其中所述反应混合物包含多元醇、多异氰酸酯和发泡剂。

9.如权利要求8中所述的方法，其中所述反应混合物含有胺催化剂，并且对于离开排料元件(500)时的反应混合物的粘度的预定值而言，在具有最长路径长度的导管(410、420、430、440)配置下反应混合物中的胺催化剂的含量为在具有最短路径长度的导管(410、420、430、440)配置下反应混合物中的含量的≤ 90%。

10.如权利要求6至9任一项中所述的方法，其中在反应混合物的施加过程中改变所述导管的路径长度。

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