CN113166460B - 用于泡沫颗粒的焊接的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过电磁波焊接泡沫颗粒的方法，其中通过电磁波在模具中焊接表面改性的泡沫颗粒，其中在为此目的所需的条件下，通过使泡沫颗粒与含有聚合物的溶液接触来产生表面改性，所述聚合物能够形成分子内或分子间的共价键。
Description
本发明涉及通过电磁波焊接设有表面改性的泡沫颗粒的方法。
在由泡沫颗粒生产模制颗粒泡沫部件的过程中，泡沫颗粒在热的影响下被焊接在一起。为此目的所必需的热量可以通过电磁波等方式传递给待相互焊接的泡沫颗粒。为了改善向泡沫颗粒的热传递，可能需要额外的热传递物质。
WO 2013/050581 A1公开了一种生产颗粒泡沫部件的方法，其中通过电磁波加热泡沫颗粒和介电传输流体的混合物，以将泡沫颗粒焊接成颗粒泡沫部件。用作电磁波的是无线电波或微波。泡沫颗粒的材料由聚丙烯(PP)制成。
US 3,060,513公开了一种烧结湿热塑性泡沫颗粒的方法。所述颗粒在模具中被介电加热并同时被压缩。施加频率约为2至1000MHz的电磁波。
US 3,242,238描述了一种类似的方法，其中泡沫颗粒被水溶液润湿并经受频率约为5至100MHz的电磁场。
GB 1,403,326描述了一种焊接可膨胀聚苯乙烯泡沫颗粒的方法，其中颗粒被水溶液润湿并经受5至2000MHz的电磁场。
WO 01/64414 A1公开了另一种方法，其中被液体介质润湿的聚烯烃聚合物颗粒被电磁波、特别是微波加热。这里通过控制模具中的压力来调节模具中的温度。
在上述每种方法中，湿泡沫颗粒被电磁波加热，电磁能被流体吸收并传递给颗粒。
US 5,128,073公开了涂有吸收高频能量的材料的热塑性颗粒。这些颗粒可以被电磁波加热，涂层吸收电磁能并将其以热量的形式释放到泡沫颗粒。为了焊接泡沫颗粒，使用40MHz至2450MHz范围内的电磁波。通过与吸收高频的有机材料混合而获得所述涂层。引用的例子有：链烷醇胺，如三乙醇胺、三丙醇胺、单羟基胺、二羟基胺；烷基二醇，如2-羟乙基醚；聚亚烷基二醇，例如聚乙二醇；以及它们的水溶液。根据实施方案，在有或没有溶剂的情况下，通过与泡沫颗粒混合，将相应的涂层材料施加到泡沫颗粒上，此后在成形环境中通过辐射来加热相关的混合物。
几十年来，上述方法已经部分地为人所知。然而至今还不可能在实践中实施它们。为此，有多种原因。在实验室样品上，这些方法运行非常好。然而向工业生产的转化难以实现，至少直到最近还没有成功。对此一个重要原因是，热量不能总是均匀地引入泡沫颗粒，结果是颗粒泡沫部件中焊接不均匀。
最近，通过不断开发用于此目的的模具，已经可以利用电磁辐射改善泡沫颗粒焊接的效率和可靠性。DE 10 2016 123 214 A1描述了合适的设备，并且还公开了对传热介质的需求取决于待焊接颗粒的性质。
因此，颗粒泡沫部件可以由例如基于聚氨酯(eTPU)的泡沫颗粒制成。在电磁辐射的频率为1MHz的情况下，聚氨酯的介电损耗因子D为0.2。另一方面，聚丙烯(PP)在频率为1MHz的电磁辐射下的介电损耗因子仅为0.00035。因此聚氨酯的吸收能力明显大于聚丙烯。因此，可以在没有额外的传热材料、特别是没有水溶液的情况下，将焊接泡沫颗粒所需的热量引入它们，因为泡沫颗粒本身吸收电磁波。
代替基于聚氨酯的泡沫颗粒，还可以使用基于聚醚嵌段酰胺(ePBA)、基于聚乳酸(PLA)、基于聚酰胺(ePA)、基于聚对苯二甲酸丁二醇酯(ePBT)、基于聚酯醚弹性体(eTPEE)或基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(ePET)的可膨胀热塑性塑料的泡沫颗粒。
这些材料中的每一种都具有影响偶极矩的官能团(酰胺基、氨基甲酸酯基或酯基)。这些官能团是分子吸收射频辐射(RF辐射)的原因。因此，具有引起偶极矩的这样的官能团的其它热塑性塑料也适合用RF辐射焊接。
但是基于ePP(可膨胀聚丙烯)或ePS(可膨胀聚苯乙烯)的泡沫颗粒也可以焊接成颗粒泡沫部件。由于这些材料仅在非常有限的程度上吸收电磁辐射，因此在这样的情况下有必要添加介电传热介质，例如水。
通常，泡沫颗粒由所谓的低能量塑料制成，即具有至少一种以下特征的塑料：
-自由表面能低于40mN/m
-水的接触角大于45°，即水润湿性极小或不存在，该材料是疏水的
-它们不能从水相中染色
-它们的表面电阻大于106W。
可以引用的非限制性示例是来自以下的物质类别的塑料：芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、(热塑性)聚氨酯、(全)氟化聚烯烃例如聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚烯烃、碳等及其共聚物或三元共聚物。
术语“颗粒”在下文中用于指由上述聚合物制成的模制体，由于它们的形成，其主要由它们的直径表征，此直径在纳米和厘米范围内。模制体由无孔聚合物或开孔和/或闭孔聚合物制成。
聚合物的多孔性也用术语“膨胀”来描述，例如ePET代表膨胀的聚对苯二甲酸乙二醇酯，eTPU代表膨胀的热塑性聚氨酯。
以下，具有这样性质的模制体被称为“颗粒”。特别地与表面改性有关时也使用术语“材料”。
由低能量塑料、特别是聚烯烃或聚酯制成的颗粒具有许多缺点：
-材料容易带静电，使处理和进一步加工困难
-材料不可水润湿，这限制了它们用作水性介质的过滤材料的用途
-材料表面没有官能团，或者只有例如可以通过(化学)激烈方式活化的官能团。
对于用作复合材料的填充材料，这是不利的：即使使用反应性环氧树脂作为基体材料，填充材料和基体之间的接触仍然是纯物理机械的。如果水气渗透到此区域，可能导致分层。此外，直接从水相进行表面着色是不可能的。对于与通过电磁波焊接泡沫颗粒有关的用途，特别地，所用泡沫颗粒的疏水性质是不利的，因为它们使得用水性传热介质均匀润湿相当困难。这可导致在模具中的生产期间，在一些点上传递过多的热量给泡沫颗粒，而在其他点传递过少的热量。这反过来可导致没有均匀地粘合在一起的劣质的颗粒泡沫部件。
如上所述，泡沫颗粒与吸收高频能量的物质的松散混合的缺点是，这样的物质不能持久地结合到颗粒上。
EP 2 6 70 906描述了一种借助于含有硅醇(硅烷醇)基团的聚乙烯醇水溶液进行表面改性的方法，该方法仅涉及纺织品基材。
本发明基于进一步开发用电磁波焊接可膨胀热塑性泡沫颗粒的方法的问题，以在由均匀焊接的泡沫颗粒生产颗粒泡沫部件时获得可能最均匀的焊接。
通过使用电磁波焊接泡沫颗粒的方法来解决该问题，其中通过电磁波在模具中焊接表面改性的泡沫颗粒，其中在为此目的所需的条件下，通过提供泡沫颗粒与含有聚合物的溶液接触来产生表面改性，所述聚合物能够形成分子内或分子间的共价键。
由于借助形成分子内和/或分子间共价键而产生表面改性的性质，形成了完全或部分包围泡沫颗粒的网状涂层，使得即使没有形成与泡沫颗粒的共价键，表面改性也永久地结合到颗粒上。
在根据本发明的方法中，表面改性可以被制成亲水的。
亲水的表面改性是有利的，因为它们通过传热介质如水或水溶液来改善泡沫颗粒的润湿性，这反过来改善润湿的均匀性并促进泡沫颗粒更均匀的焊接。亲水性可以通过在用于产生表面改性的聚合物中提供合适的亲水基团来调节。亲水性的程度可以通过改变所用亲水基团的类型和/或数量来调整。
材料表面的永久官能化允许水溶性化学物质(例如染料、金属结合配体或生物活性键)的离子和/或共价键合，改善水的润湿性从而降低静电荷电率，改善吸水和保水性能，允许毛细水运动等。稳定锚定在材料表面的官能团也促进了颗粒和化学反应性基质之间的共价键，赋予复合材料增强的抗分层性。
在根据本发明的方法中，表面改性的泡沫颗粒可以在通过电磁波在模具中焊接之前用水溶液润湿。
以此方式，在焊接过程中，水可以用作吸收电磁波的介质，而这与改善了原本疏水性的泡沫颗粒的润湿性的亲水性表面改性相结合是特别有利的，因此是优选的。
在根据本发明的方法使用泡沫颗粒的情况下，表面改性的生产可以包括除去在此方法中使用的溶剂作为额外步骤。
在表面改性之后但在焊接之前除去溶剂促有利于在没有溶剂的情况下处理表面改性的泡沫颗粒。无溶剂、即基本上干燥的泡沫颗粒可以比具有溶剂的泡沫颗粒储存更久。后者原则上可以在具有或不具有传热介质的情况下通过电磁波进行焊接。除去生产中使用的溶剂，使得可以用不同于表面改性生产中使用的溶剂的传热介质进行润湿。当溶剂和传热介质彼此不协调时，这特别有利。
在根据本发明的方法中，表面改性可以具有极性基团以改善电磁辐射的吸收，特别是在射频范围内。
通过这种方式改善了颗粒表面的吸收能力，这增强了在颗粒表面的热输入，从而促进了均匀焊接。
合适的极性基团可选自酯、缩醛或氨基甲酸酯基团。
能够形成分子内或分子间共价键的聚合物可以具有选自磺酸、硫醇、铵、羧基或硅醇基团的官能团，所述官能团是聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯甲酰胺、聚丙烯酸(酯)的组分。
所引用的官能团允许它们所属的聚合物以简单的方式形成分子内或分子间共价键，而原则上其它官能团和聚合物也是可能的。
优选地，泡沫颗粒具有表面改性，包括与含羧基或硅醇基的聚乙烯醇水溶液接触，其中含羧基或硅醇基的聚乙烯醇水溶液的pH值在2至5之间，并且其中含羧基或硅醇基的聚乙烯醇水溶液在适用的情况下包含影响溶液表面张力和/或粘度的其他物质。
适当改性的聚乙烯醇特别有利于交联，具有羟基(-OH)形式的亲水基团，并且如果出于生产原因有必要，还具有乙酰基(-OOC-CH3)基团，该乙酰基基团是极性的并且还有利于进一步改性。
含羧基或硅醇基的聚乙烯醇溶液的浓度下限可以是0.001、0.01、0.5或1％(w/v)，上限可以是40％(w/v)、10％(w/v)、2％(w/v)或1％(w/v)。
此处和下文中，各自的浓度规格“％(w/v)”的含义与“g/100ml”相同，即1％(w/v)等于1g/100ml，2％(w/v)等于2g/100ml等等。
1％(w/v)的浓度证明是特别有利的。当涉及提供更大层厚的表面改性时，更高的上限可以是有利的。例如增加位于表面上或表面附近的某些官能团的浓度可以是有利的。当涉及提供更低层厚的表面改性时，更低的浓度可以是有利的。当过大的层厚将阻止颗粒焊接在一起时，后者尤其有利。
带有OH基团的表面改性可以通过水溶性物质与存在的羟基(-OH)基团的共价键，以酯、缩醛、氨基甲酸酯或醚键的方式进一步改性。
以此方式，用于焊接的颗粒可以通过提供进一步的适当改性来定制。例如，以此方式，可以将其他吸收电磁辐射的基团引入颗粒表面附近，和/或可以进一步改变颗粒表面的亲水性，和/或可以促进颗粒的着色等。
在根据本发明的方法中，泡沫颗粒可以由以下组成：聚氨酯(ePU)，基于聚醚嵌段酰胺(ePEBA)、基于聚乳酸(PLA)、基于聚酰胺(ePA)、基于聚对苯二甲酸丁二醇酯(ePBT)、基于聚酯醚弹性体(eTPEE)、基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(ePET)的可膨胀热塑性塑料，或可膨胀聚乙烯(ePE)、可膨胀聚丙烯(ePP)或可膨胀聚苯乙烯(ePS)。
这些材料是用作泡沫颗粒的特别优选的材料。
在根据本发明的方法中使用的电磁波优选是电磁RF波。电磁RF波的频率优选为至少30KHz或至少0.1MHz，特别是至少1MHz或至少2MHz，优选至少10MHz。
电磁RF波优选最大频率为300MHz。
用于产生电磁波的发生器优选产生振幅至少为103V、特别是至少为104V的电磁波。常规发生器产生频率为27.12MHz的RF波。
电磁波也可以是频率范围为300MHz至300GHz的微波。
下面将参照附图和实施方案详细解释本发明。
这里使用的术语“表面改性”涵盖这样的事实，即未经表面改性的材料的表面与表面改性的材料的表面在以下至少一点中不同：
-表面分析的结果(例如通过ESCA(化学分析电子光谱)或SIMS(二次离子质谱))
-水润湿性
-静电学
-化学反应性，例如从水相中用水溶性染料的着色性。
由低能量塑料制成的颗粒可以如EP 2 670 906所述进行表面改性。有利地，其他化合物可以用于表面改性。
根据本发明，表面改性由低能量塑料制成的颗粒通过以下实现：在为此目的所需的条件下，例如溶剂(混合物)、pH、温度压力、能量输入，使它们与含有能够形成分子间和分子内共价键的聚合物的溶液接触，以及除去溶剂。
能够形成分子间和分子内共价键的聚合物具有额外的官能团，例如磺酸、硫醇、铵、羧基或硅醇基团，所述官能团是例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯甲酰胺、聚丙烯酸(酯)的组分。可以引用的示例是含有羧基基团的聚乙烯醇或含有硅醇基团的聚乙烯醇。这些带有羧基或硅醇基团的聚乙烯醇可从Kuraray Europe GmbH，Hattersheim购得，名为KURARAY POVALTM K(新产品名称KURARAY POVALTM 25-88KL)和KURARAY POVALTM R(新产品名称KURARAY POVALTM 25-98R)。关于这一点，参考该公司的相关最新数据表。
优选用于永久表面改性的是含有羧基或硅醇基的聚乙烯醇水溶液。所用聚合物的浓度尤其取决于颗粒或由它们制成的产品的后续预期用途，并且可以在0.0001％(w/v)和40％(w/v)之间变化；通常，浓度在0.01％(w/v)至10％(w/v)之间，优选0.5至2％(w/v)，特别优选1％。这种溶液的生产是已知的；例如，参见上述数据表。
可以向这些聚合物溶液中加入降低水的表面张力的其它物质，例如低级脂肪醇、表面活性剂、润湿剂。改变溶液粘度的化合物，例如热解二氧化硅或金属盐，同样可以是溶液的一部分。如本领域技术人员熟悉的，它们的选择是考虑到表面改性材料的后续预期目的、它们与溶解的能够形成分子内和分子间共价键的聚合物的相容性、待改性的材料类型和材料性质以及接触和干燥条件而做出的。
所用聚合物溶液的pH取决于所用聚合物的反应性；它在含有羧基或硅醇基的聚乙烯醇的情况下是3±1，以优选在酸中形成酯或硅氧烷键。
所用聚合物溶液的温度可以在3℃至95℃之间，优选在15℃至65℃之间，非常优选在室温下。
使低能量材料与含有能够形成分子间和分子内键的聚合物的溶液接触。术语“接触”在此描述了低能量材料表面的全部或特定部分被置于与溶液中溶解的物质发生物理-化学相互作用的位置，并且包括在分子水平上的术语，例如物理吸附和化学吸附，以及在生产技术水平上的术语，例如引入紧密接触、上漆、包裹、涂刷、润湿、浸渍、喷涂、涂漆、蘸等术语。
可以手动地或借助于已知辅助以生产速度在线地进行接触。
低能量材料与聚合物溶液接触的持续时间在几秒至几天的范围内，并且在每种情况下都是通过考虑所用的聚合物浓度、材料的后续预期用途、其性质例如质地、致密性、密度等以及经济因素来确定的。
在低能材料已经与聚合物溶液接触之后，溶剂、优选水在合适时被除去，这通常通过干燥被聚合物溶液润湿的材料来实现。干燥温度可以在1℃至170℃之间。它们视情况而定，并考虑到后续的预期用途和所用材料的性质。优选地，它们在室温下，特别优选在30至70℃之间，非常特别优选在70至130℃之间。
任何干燥的程度取决于材料的后续预期用途，以使相对于未经表面改性的材料，材料的残留水分含量为0％至40％。
官能团永久存在的证明有利地由能够共价键合的水溶性(加成)染料给出。例如，Warburg的Brauns-Heitmann公司的适用于证明羟基。所开发的用于棉花永久染色的染料即使用热水洗几次后也不能洗掉，这被认为是表面改性稳定性的证明。
假设上述接触和随后的干燥具有这样的效果，即随着溶剂水的持续蒸发，能够形成分子间和分子内共价键的聚合物首先在颗粒表面堆积。在含有羧基的聚乙烯醇的情况下，溶剂的持续蒸发导致其中羧基和羟基主要以分子间方式彼此反应形成酯键的反应。在含有硅醇基的聚乙烯醇的情况下，溶剂的持续蒸发导致硅醇基相互反应(通过缩合反应并且主要是在分子间分离水)。在两种情况下，这都导致一个巨大的分子包裹住颗粒表面并牢固地附着在其上。通过有针对性地调节含有羧基和硅醇基的聚乙烯醇溶液的浓度，可能达到这样一种状态：其中既可以在表面上施加薄的(也可能是单分子的)层，也可以施加厚的层，它们将单个颗粒彼此牢固地结合，或者还封闭颗粒之间的间隙(拱肩)。
然而，交联甚至在没有除去溶剂的情况下就开始了。因此不必要除去溶剂。特别是当溶剂可以同时用作传热介质时，不除去溶剂或者不完全除去溶剂可能是有利的。
在使用含有羧基和硅醇基的聚乙烯醇的情况下，稳定锚定在表面上的羟基(-OH)可用于通过酯或缩醛或氨基甲酸乙酯或醚化合物与水溶性物质共价键合。可以用无机酸或有机酸进行酯化。例如-OH基团可以用二羧酸、三羧酸或多羧酸酯化，使得水溶液中的材料表面带负的阴离子电荷。通过与两性离子(如氨基酸)的酯化反应，表面带阳离子正电荷，其可用于进一步反应。可以将含醛基的化合物，例如甘油醛，加入到-OH基团中，在酸催化下形成缩醛键，在这种情况下增加了在材料表面的-OH数量。可以将含双键的化合物，例如乙烯基磺酸，加入到-OH基团中，在过氧化氢催化下形成水解稳定的醚键。在这种情况下，在pH>2时，表面由于SO3基团而带有负的阴离子电荷。
这些附加的表面改性扩大了由低能量塑料制成的这样的表面改性颗粒在技术应用领域的使用范围，包括在医药、环境技术和生物技术中的应用。
根据该方法表面改性的由低能量塑料制成的颗粒可用于通过使用电磁辐射(即通过微波)在靠近表面发展的热量来生产模制体，作为复合材料的填料，作为水分结合绝缘材料，作为过滤材料，作为排水材料，作为生物活性物质固定的基底，作为细胞培养基底，作为无电流可金属化基底等。
关于根据本发明的方法，表面改性导致改善的与水的润湿性。发明人还假设，无论如何，存在的官能团提高了表面处电磁辐射的吸收能力。这共同导致改善的焊接。
在每种情况下，局部地在颗粒表面吸收电磁辐射的能力的改善是由于表面改性的结构。那里存在的官能团(例如酯基、酰胺基、氨基甲酸酯基)影响偶极矩。这样的官能团有利于吸收电磁辐射，特别是射频辐射。
原则上也可以使用基于聚氨酯(ePU)、聚醚嵌段酰胺(ePBA)、聚乳酸(PLA)、聚酰胺(ePA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(ePBT)、聚酯醚弹性体(eTPEE)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(ePET)的泡沫颗粒，这些材料很好地吸收电磁波。擅长吸收电磁辐射、特别是RF波的这些材料中的每一种都具有影响偶极矩的官能团(此处为：酰胺基、氨基甲酸酯基或酯基)。这些官能团负责吸收电磁辐射的分子。因此，具有这种引起偶极矩的官能团的其他热塑性塑料也可以使用RF波通过电磁辐射适当地加热。不管泡沫颗粒的性质如何，这同样适用于具有这种基团的涂层。
与水的润湿性的改善来源于极性官能团的存在。在聚乙烯醇的情况下它们是醇基(-OH)，并且在适用时乙酸酯基(羧酸酯基)由于生产原因仍然存在于聚乙烯醇中。在使用适当改性的聚乙烯醇的情况下，还有硅醇基或羧基。
根据本发明的方法优于现有技术的方法，因为它们促进了热量的改善的、尤其是更均匀的输入。这在下面借助实施方案详细讨论。
实施例1：
将来自Kuraray Europe GmbH，Hattersheim的KURARAY POVALTM R(新产品名称KURARAY POVALTM 25-98R)用作含硅醇基的聚乙烯醇。
对于表面改性，使用0.5％(w/v)的KURARAY POVALTM R水溶液。
在室温下，将5g聚合物加入1000ml去离子水中，然后在持续搅拌下加热至约90℃，直至聚合物完全溶解。用稀盐酸将pH值设置为3。
颗粒：Armashape。这包括来自比利时Thimister-Clermont的Armacell BeneluxS.A.公司的直径<0.5μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒或空心珠。
接触：将约200ml ArmaShape倒入塑料筛网中。将筛网放在合适的玻璃上，并将KURARAY POVALTM R溶液倒在珠子上直到它们漂浮。然后用合适的塑料盖将它们压回到溶液中。接触时间约为5min。
干燥：允许聚合物溶液流出筛网。然后将珠子分散在玻璃板上，并在循环空气烘箱中于70℃干燥。
结果：与KURARAY POVALTM R溶液接触的珠子用(一种由WarburgBrauns-Heitmann公司制造的使棉花染色的染料)显示出清晰的着色，其不能被洗掉——未经处理的对照组不结合染料。与KURARAY POVALTM R溶液接触的珠子是水可润湿的。
实施例2：
如实施例1，仅使用POVALTM K(新产品名称KURARAY POVALTM 25-88KL)。
实施例3：
如实施例1所述将PET珠子表面改性，用水润湿，并用于以湿润状态填充玻璃注射器。用柱塞杆压缩它们，直到看不到更多的水从注射器中流出。柱塞杆对珠子的压力由合适的夹具保持。该结构经受600瓦功率微波的电磁能40分钟。冷却之后，可以取出对应于注射器内部的烘烤在一起的PET珠子的稳定模制体。
实施例4：
将Kaneka公司的ePP珠子或泡沫颗粒如实施例1所述表面改性，用水润湿并倒入玻璃注射器中。用柱塞杆压缩它们，直到看不到更多的水从注射器中流出。柱塞杆对珠子的压力由合适的夹具保持。该结构经受600瓦功率微波的电磁能40分钟。冷却之后，可以取出对应于注射器内部的烘烤在一起的或焊接的ePP珠子的稳定模制体。
实施例5：
将Kaneka公司的EPP或BASF公司和Knauf公司的EPS的泡沫颗粒在不同条件下通过电磁波在测试模具中焊接在一起，并且特别地
-用蒸馏水润湿(作为对比例)
-在水的存在下用PVA(水中1％(w/v))涂覆(根据本发明)
-在水的存在下使用聚乙二醇(作为对比例)。
使用1％(w/v)水溶液形式的KURARAY POVALTM R(新产品名称KURARAY POVALTM25-98R)，即含有硅醇基的聚乙烯醇，作为PVA。
每个实验重复5次。在总是为大约22秒的时间内施加的用于频率生成的电源电压约为6.5kW。作为测试模具，模制空间使得形成尺寸为100mm×100mm×25mm的正方形泡沫板。测试模具或其支撑夹具配有光学温度传感器，其记录已焊接或待焊接的泡沫颗粒工件的表面温度。同时，模具的壁含有记录泡沫压力的传感器，即模具中的压力。电路中还有一个测量仪器，其测量辐射形式的电容器的电功率输出。这对应于焊接过程中泡沫颗粒吸收的功率。
每种情况下吸收的最大功率反映了所测试材料的吸收能力。测得的最大功率越高，被测材料的吸收能力就越大。能量对应于时间-功率曲线下的积分，并反映吸收的辐射能量。
结果显示在图1至图3的柱状图中。在每种情况下显示的是3种不同类型的处理的最大功率以及吸收的能量。图1总结了BASF的EPS泡沫颗粒的结果，图2总结了Knauf的EPS泡沫颗粒的结果，图3总结了Kaneka的EPP泡沫颗粒的结果。
由此得出，蒸馏水(在每种情况下都是无色的)和聚乙二醇(在每种情况下都是灰色的)是几乎同样差的传热介质，因为在每种情况下，用蒸馏水或聚乙二醇处理的泡沫颗粒的最大吸收功率和转化的能量明显低于用PVA处理的颗粒(在每种情况下都是黑色的)。
附加信息
在上述的实施例5中，省略了在生产PVA涂层生产期间溶液的去除。另外使提供有表面改性溶液的颗粒与相同量的水混合(使用14g水和14g表面改性溶液)。
为了避免聚合物溶液(如PVA溶液)的任何可能的聚合，并因此可能粘附或粘贴到模具表面，可以在生产表面改性后将泡沫颗粒去除溶剂，即干燥，然后在模具中用水润湿。
如果没有提供以干燥为目的的溶剂去除，则可通过离心去除多余的表面改性溶液，例如在管式转鼓筛中，使得只有焊接所需的(最小)量的表面改性溶液保留在颗粒表面上。
以上讨论用于解释本发明，并且不应被解释为限制性的。
表面改性也可以通过以下方式实现：
-由低能塑料制成的颗粒的表面改性方法，其特征在于，在为此目的所需的条件下，使颗粒与含有能够形成分子间和分子内共价键的聚合物的溶液接触，然后去除溶剂
-相同的方法，其特征在于使用pH为3±1的含有羧基或硅醇基的聚乙烯醇水溶液。
根据本发明由低能量塑料制成的颗粒的特征可以在于，它们已经通过前述方法进行了表面改性。根据本发明的这样的颗粒可以用作通过酯键、氨基甲酸酯键、缩醛键或醚键共价结合(主要)水溶性物质的基质。
如上两段所述，由低能塑料制成并经表面改性的颗粒可被用作借助于例如微波在表面附近产生的热量产生模制体的基材，作为结合水分的绝缘材料，作为复合材料的填料，作为过滤材料、排水材料，作为固定生物活性物质的基质，作为细胞培养基质，作为无电流的可金属化基质等。
Claims (13)
1.一种使用电磁波焊接泡沫颗粒的方法，其中通过电磁波在模具中焊接表面改性的泡沫颗粒，其中通过使泡沫颗粒与含有聚合物的溶液接触来产生表面改性，所述聚合物能够形成分子内或分子间共价键，并且其中能够形成分子内或分子间共价键的聚合物具有官能团，
其中泡沫颗粒具有表面改性，包括与含羧基或硅醇基的聚乙烯醇水溶液接触，其中含羧基或硅醇基的聚乙烯醇水溶液的pH值在2至5之间，并且其中含羧基或硅醇基的聚乙烯醇水溶液在适用的情况下包含影响溶液表面张力和/或粘度的其他物质。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面改性是亲水的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述表面改性的泡沫颗粒在通过电磁波在模具中焊接之前用水溶液润湿。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述表面改性的生产包括去除在此方法中使用的溶剂作为附加步骤。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述表面改性具有极性基团以改善对电磁辐射的吸收。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述表面改性具有极性基团以改善对30KHz至300GHz的射频范围内的电磁辐射的吸收。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，极性基团选自酯、缩醛或氨基甲酸酯基团。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，含羧基或硅醇基团的聚乙烯醇溶液的浓度是0.001g/100ml至40g/100ml。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，含羧基或硅醇基团的聚乙烯醇溶液的浓度是0.01g/100ml至10g/100ml。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，含羧基或硅醇基团的聚乙烯醇溶液的浓度是0.5至2g/100ml。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，含羧基或硅醇基团的聚乙烯醇溶液的浓度是1g/100ml。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过水溶性物质与其中存在的羟基(-OH)的共价键合而得到的表面改性进一步通过酯键、缩醛键、氨基甲酸酯键或醚键改性。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述泡沫颗粒可以由以下组成：聚氨酯(ePU)，或基于聚醚嵌段酰胺(ePEBA)、基于聚乳酸(PLA)、基于聚酰胺(ePA)、基于聚对苯二甲酸丁二醇酯(ePBT)、基于聚酯醚弹性体(eTPEE)、基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(ePET)的可膨胀热塑性塑料，或可膨胀聚乙烯(ePE)、可膨胀聚丙烯(ePP)或可膨胀聚苯乙烯(ePS)。
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