CN115648527A - 一种聚合物发泡珠粒连续制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚合物发泡珠粒连续制备装置及方法，包括至少一个气源，至少一个气体增压泵和设有至少一个发泡剂注入口的高压釜，高压釜的内部设有振动床和风扇叶片，高压釜的上部设有交替使用的多个加料单元，多个加料单元至少包括第一加料单元和第二加料单元，高压釜的下部设有交替使用的多个排料发泡单元，多个排料发泡单元至少包括第一排料发泡单元和第二排料发泡单元。第一加料单元和第二加料单元交替使用，以及第一排料发泡单元和第二排料发泡单元交替使用，保证连续进料和出料且高压釜内温度、压力保持恒定。本发明具有工艺过程连续，不需使用分散介质，能耗低，生产效率高，介质损耗小，发泡珠粒品质均匀稳定，适用范围广等优点。

Description

一种聚合物发泡珠粒连续制备装置及方法

技术领域

本发明涉及化学加工装置及方法，尤其涉及一种聚合物发泡珠粒连续制备装置及方法。

背景技术

聚合物发泡珠粒是一种主要的聚合物发泡材料，可以通过模塑工艺制备出结构形状复杂的低密度发泡制品，目前已经实现商业化的包括EPS、EPE、EPP、ETPU等，广泛应用在汽车、缓冲包装、运动鞋、玩具等领域。聚合物发泡珠粒或可发泡珠粒有两种主要制备工艺，一种是高压釜间歇发泡法，另一种是挤出发泡水下切粒法，将连续化挤出发泡装置和水下切粒装置连接，聚合物原料与添加剂被加入料筒中，受热熔融，在螺杆的剪切作用下与发泡剂混合均匀，形成均相体系，输送到口模挤出，被切粒装置切割成聚合物珠粒，同时压力迅速下降，珠粒完成发泡，并在冷却水中定型，随后干燥得到发泡珠粒。该方法具有连续生产，生产效率高等优点，但对设备和材料工艺要求高，发泡珠粒泡孔结构易形成开孔结构，并且对于半结晶聚合物，不会形成双熔融峰，不利于后续模塑成型，目前只有EPS实现了工业化生产。高压釜间歇发泡法由于可方便控制温度压力，生产工艺简单，是目前商业化聚合物发泡珠粒的主要制备工艺。

高压釜间歇发泡工艺过程为：将热塑性聚合物颗粒、分散介质(通常为去离子水)、表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠等)分散剂(碳酸钙、高岭土等)、分散助剂(氯化镁、硝酸镁等)一起加入高压搅拌釜中，向釜中注入一定压力的发泡剂(通常为CO₂或丁烷)，升温至适宜温度，使釜内聚合物颗粒维持软化但不熔融的状态，发泡剂不断渗入聚合物中，饱和后泄压，得到聚合物发泡珠粒。此工艺制得的聚合物发泡珠粒具有较高的膨胀倍率与良好的泡孔结构，高温下的饱和过程也可以促进聚丙烯等半结晶聚合物重结晶，形成熔融双峰，有利于后续模塑成型，但该工艺需要消耗大量热能将水升温至饱和温度，同时需要对发泡珠粒进行清洗和干燥，以除去发泡珠粒表面残留的水分和各种有机助剂，生产过程会产生大量废水，处理成本高、工序冗繁，生产成本较高，对环境不友好，与绿色化学理念相悖。

鉴于采用分散介质水的高压釜间歇发泡工艺的缺点，华东理工大学对该工艺进行了改进，开发了喷动床无水发泡技术(夏成志，喷动床技术制备热塑性聚氨酯发泡珠粒过程研究，华东理工大学硕士学位论文，2020年6月)。喷动床无水发泡工艺是将热塑性聚合物颗粒、分散介质加入喷动床，利用高压二氧化碳持续吹扫，使得聚合物颗粒处于喷动状态，并在超临界二氧化碳气氛种进行饱和，并保持喷动床内二氧化碳压力至饱和完成，快速打开泄压阀门后，得到热塑性聚合物发泡珠粒。尽管该工艺有效克服了传统高压釜发泡存在后处理过程复杂、能量消耗大、不环保等缺点，但喷动床技术是借助气流，吹起中心处聚合物颗粒，随着颗粒上升，气体速度逐渐下降，在重力作用下，颗粒上升到一定高度后下落，然后再被吹起-下落，在喷动床内循环运动，使得各处受热均匀。喷动床要实现良好的喷动，气流速度必须穿透床层，将固体颗粒携带至喷动床上空，这会造成生产过程中二氧化碳需要不断循环，被冷却被加热，且气流量大，能耗非常高，且釜内温度压力不断波动，产品质量不均匀等缺点。

CN112172002A公开了一种聚合物发泡珠粒制备方法和装置，采用三个独立的单元：加料单元、饱和单元和发泡单元，并且这三个独立单元均和高压泵送系统出口管道连接，保证单元操作时，各个单元中都能保持高压，并且通过位于三个单元之间的截止阀开闭，实现加料、饱和、发泡依次进行，降低了生产成本，缩短了发泡时间。但在该方法中，聚合物颗粒子在饱和单元，受到高温高压作用，表面会软化，会发生粘接，并且不同料层位置会存在温度差，产品发泡倍率不均匀。

因此，需要进一步改进聚合物发泡珠粒制备装置及工艺。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本申请提出一种聚合物发泡珠粒连续制备装置及方法，以解决现有技术中能耗大、不环保以及发泡倍率不均匀的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

根据本发明的一个方面提供了一种聚合物发泡珠粒连续制备装置包括至少一个气源，至少一个气体增压泵和设有至少一个发泡剂注入口的高压釜，高压釜的内部设有振动床和风扇叶片，高压釜的上部设有交替使用的多个加料单元，多个加料单元至少包括第一加料单元和第二加料单元，高压釜的下部设有交替使用的多个排料发泡单元，多个排料发泡单元至少包括第一排料发泡单元和第二排料发泡单元，其中，第一加料单元包括依次连接的第一加料口、第一加料阀门、第一加料缓冲罐和第一缓冲罐出口阀门，以及第二加料单元包括依次连接的第二加料口、第二加料阀门、第二加料缓冲罐和第二缓冲罐出口阀门，第一排料发泡单元包括依次连接的第一排料仓、第一排料仓出口阀门、第一出料缓冲仓、第一出料缓冲仓出口阀门和第一出料口管道，以及第二排料发泡单元包括依次连接的第二排料仓、第二排料仓出口阀门、第二出料缓冲仓、第二出料缓冲仓出口阀门和第二出料口管道。

可选地，在上述聚合物发泡珠粒连续制备装置中，聚合物发泡珠粒连续制备装置包括两个气体增压泵，以及高压釜上设有两个注气口。气源、气体增压泵与高压釜上的注气口依次通过管道相连接。管道上可安装有阀门，用来控制气体在管道内的流动。

可选地，在上述聚合物发泡珠粒连续制备装置中，振动床入口位于第一加料单元和第二加料单元下方，以及振动床的出口位于第一排料发泡单元和第二排料发泡单元上方，振动床入口至出口具有0.5-5°之间的坡度。

可选地，在上述聚合物发泡珠粒连续制备装置中，振动床与安装在高压釜外的振动筛驱动电机连接，振动筛驱动电机通过长轴伸入到高压釜内，长轴与高压釜壁之间设有密封结构以防止内部高压介质泄漏。

可选地，在上述聚合物发泡珠粒连续制备装置中，风扇叶片安装在位于高压釜内的下方或侧壁下方的长轴上。

可选地，在上述聚合物发泡珠粒连续制备装置中，第一加料缓冲罐和第二加料缓冲罐的体积均小于高压釜体积的1％。

可选地，在上述聚合物发泡珠粒连续制备装置中，高压釜的外壁安装有加热单元及保温层，并且在高压釜的上部、中部和下部安装有温度传感器和压力传感器，温度传感器与加热单元的控制系统连接，压力传感器与气体增压泵的控制系统连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种聚合物发泡珠粒连续制备方法，使用上述聚合物发泡珠粒连续制备装置，包括：S1.加料步骤：通过交替使用第一加料单元和第二加料单元将聚合物微粒物料加入高压釜内的振动床入口区域；S2.饱和输送步骤：将聚合物微粒物料从振动床的入口输送到振动床的出口，聚合物微粒物料被加热同时发泡剂向聚合物微粒内部扩散至饱和状态以形成含有发泡剂的聚合物微粒物料；S3.排料步骤：通过交替使用第一排料发泡单元和第二排料发泡单元，振动床将含有发泡剂的聚合物微粒输送到第一出料缓冲仓和第二出料缓冲仓中；以及S4.发泡步骤：交替打开第一出料缓冲仓出口阀门和第二出料缓冲仓出口阀门，使含有发泡剂的聚合物微粒快速进入大气环境，通过压力降低实现发泡，得到聚合物发泡珠粒。

可选地，在上述聚合物发泡珠粒连续制备方法中，在步骤S4中，当第一排料仓出口阀门关闭时，打开第一出料缓冲仓出口阀门，当第二排料仓出口阀门关闭时，打开第二出料缓冲仓出口阀门，使得含有发泡剂的聚合物微粒快速进入大气环境，通过压力降低实现发泡，得到聚合物发泡珠粒。

可选地，在上述聚合物发泡珠粒连续制备方法中，在步骤S1之前还包括以下步骤：1)将聚合物树脂及添加剂通过挤出机共混并挤出造粒制备待发泡聚合物微粒；2)聚合物发泡珠粒连续制备装置的所有阀门均关闭，以及将高压釜内的温度加热到设定温度；3)当高压釜内的温度加热到设定温度时，通过气体增压泵将气源中的作为发泡剂的气体注入高压釜内并达到设定的压力，压力大于等于5MPa，使高压釜内温度、压力达到平衡和稳定。

本发明的有益效果为：

本发明的聚合物发泡珠粒连续制备装置及方法具有工艺过程连续，不需要使用分散介质，能耗低，生产效率高，介质损耗小，发泡珠粒品质均匀稳定，适用范围广等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是根据本发明的实施例的聚合物发泡珠粒连续制备装置的示意图；

图2是根据本发明的实施例的聚合物发泡珠粒连续制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明的聚合物发泡珠粒连续制备装置，包括至少一个气源，至少一个气体增压泵和设有至少一个发泡剂注入口的高压釜，高压釜的内部设有振动床和风扇叶片，高压釜的上部设有交替使用的多个加料单元，多个加料单元至少包括第一加料单元和第二加料单元，高压釜的下部设有交替使用的多个排料发泡单元，多个排料发泡单元至少包括第一排料发泡单元和第二排料发泡单元，其中，第一加料单元包括依次连接的第一加料口、第一加料阀门、第一加料缓冲罐和第一缓冲罐出口阀门，以及第二加料单元包括依次连接的第二加料口、第二加料阀门、第二加料缓冲罐和第二缓冲罐出口阀门，第一排料发泡单元包括依次连接的第一排料仓、第一排料仓出口阀门、第一出料缓冲仓、第一出料缓冲仓出口阀门和第一出料口管道，以及第二排料发泡单元包括依次连接的第二排料仓、第二排料仓出口阀门、第二出料缓冲仓、第二出料缓冲仓出口阀门和第二出料口管道。

本发明的聚合物发泡珠粒连续制备装置中的第一加料单元和第二加料单元交替使用，保证能连续进料且高压釜内压力、温度保持恒定；以及第一排料发泡单元和第二排料发泡单元交替使用，保证能连续出料且高压釜内温度、压力保持恒定。

如图1所示，为本发明的聚合物发泡珠粒连续制备装置的一个优选实施例的示意图，装置包括至少一个气源、至少一套气体增压泵和设有至少一个发泡剂注入口6的高压釜3，高压釜3的内部设有振动床2和风扇叶片10，高压釜3的上部设有交替使用的一个第一加料单元A和一个第二加料单元A’，高压釜3的下部设有交替使用的一个第一排料发泡单元B和一个第二排料发泡单元B’。

第一加料单元A和第二加料单元A’设置在高压釜3的上部的一侧，第一加料单元A和第二加料单元A’的出口与高压釜3管道连接。第一加料单元A包括依次连接的第一加料口1、第一加料阀门15、第一加料缓冲罐12和第一缓冲罐出口阀门16。具体地，加料仓出口通过第一加料口1与第一加料缓冲罐12入口管道连接且第一加料口1与第一加料缓冲罐12中间设有第一加料阀门15，第一加料缓冲罐12与高压釜3之间管道连接且中间设有第一缓冲罐出口阀门16。第一加料阀门15和第一缓冲罐出口阀门16可以手动或自动控制开闭以及开度，使得下料速度可调控。

第二加料单元A’与第一加料单元A的结构相同，包括依次连接的第二加料口1’、第二加料阀门15’、第二加料缓冲罐12’和第二缓冲罐出口阀门16’。第一加料缓冲罐12和第二加料缓冲罐12’的体积小于高压釜3的1％，以在第一缓冲罐出口阀门16打开加料时，不会造成高压釜内的压力显著波动。

第一排料发泡单元B和第二排料发泡单元B’位于高压釜3的下部的一侧。第一排料发泡单元B包括依次连接的第一排料仓13、第一排料仓出口阀门17、第一出料缓冲仓14、第一出料缓冲仓出口阀门18和第一出料口管道8。第一排料仓13入口位于振动床2下方，接收从振动床2出口的含有发泡剂的聚合颗粒料，第一排料仓13出口与第一出料缓冲仓14入口管道连接且中间设有第一排料仓出口阀门17，第一出料缓冲仓14出口设有第一出料缓冲仓出口阀门1。第一排料仓出口阀门17和第一出料缓冲仓出口阀门18可以通过手动或自动控制开闭和开度，以调节出料速度。

第二排料发泡单元B’与第一排料发泡单元B的结构相同，包括第二排料仓13’、第二排料仓出口阀门17’、第二出料缓冲仓14’、第二出料缓冲仓出口阀门18’和第二出料口管道8/8’。

气源优选为两个以上，气源为CO₂储罐或钢瓶、N₂储罐或钢瓶、烷烃类储槽或含氟化合物储槽中的至少一个。

气体增压泵优选为两个以上，高压釜3上设有两个以上的注气口6，分别与两个或两个以上气体增压泵出口端管道连接，气体增压泵入口与气源出口连接且中间设有截止阀，气体增压泵出口端管道与注气口6连接且中间设有单向截止阀。更优选地，包括两个气体增压泵，以及高压釜3上设有两个注气口6，两个气体增压泵分别通过管道与高压釜上的两个发泡剂注入口(即注气口6)相连接。高压釜3内的压力与气体增压泵实现反馈控制，保证釜内压力稳定。气体增压泵把气源中的气体增压到设定压力，该设定压力大于等于5MPa，优选大于等于10MPa，更优选大于等于15MPa。

振动床2高压釜3内，振动床2入口位于第一加料单元A和第二加料单元A’下方，具体位于第一加料缓冲罐12和第二加料缓冲罐12’下方，以便接收来自加料缓冲罐的物料，以及振动床2的出口位于第一排料发泡单元和第二排料发泡单元上方，具体位于第一排料仓13和第二排料仓13’入口上方。

振动床2与设置在高压釜3外的振动筛驱动电机9连接，振动筛驱动电机9通过长轴伸入到高压釜3内，长轴与高压釜3的釜壁之间设有密封结构7以防止内部高压介质泄漏。靠电机的运动，振动床2的振动频率可以通过电机调节，驱动振动床上的振动筛上下振动，振动床2入口至出口具有0.5-5°之间的坡度，且坡度可以调节，振动床2从入口到出口具有一定的坡度，使得颗粒物料在重力和振动的作用下，从入口向出口运动。振动筛支撑座11用于支撑振动筛，振动筛上的自动拨盘19用于将物料分配输送到第一排料仓13和第二排料仓13’中。

高压釜3的外壁安装有加热单元及保温层，并且在上部、中部和下部分别安装温度传感器和压力传感器，温度传感器与加热单元的控制系统连接，压力传感器与气体增压泵的控制系统连接。通过加热单元控制系统反馈控制高压釜内温度保持均匀稳定；通过气体增压泵控制系统使得高压釜内压力维持稳定。加热单元可以为电加热、红外加热、电磁加热或加热介质加热。

风扇叶片10为至少一组，优选为两组以上，风扇叶片10设置在高压釜3下方或侧壁下方，优选地，风扇叶片10安装在位于振动筛驱动电机9的长轴上。

本发明的聚合物发泡珠粒连续制备方法，使用上述聚合物发泡珠粒连续制备装置，制备方法包括：

准备步骤，包括：1)将聚合物树脂及添加剂通过挤出机共混并挤出造粒制备直径小于等于1mm的待发泡聚合物微粒。聚合物树脂为聚丙烯、热塑性聚氨酯、聚烯烃弹性体POE、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、热塑性聚酯弹性体TPEE、尼龙弹性体、聚乳酸、聚酯共聚物PBS或PBAT中的一种或多种；添加剂为抗氧化剂、抗紫外光老化剂、扩链剂、成核剂、增塑剂、填料、颜料等加工或功能助剂中的一种或多种。对于吸水性树脂或添加剂在挤出加工前应进行干燥处理，造粒后也进行严格的烘干处理。2)将装置所有的进料阀和进气阀均关闭，打开设置在高压釜3上的加热单元和风扇，将高压釜3内的温度加热到设定温度，其中，该设定温度根据物料的不同而有差异，对于半结晶聚合物低于其熔点，高于起始熔融温度；对于无定型聚合物，该温度接近于玻璃化转变温度；3)当高压釜内的温度加热到设定温度时，通过气体增压泵将气源中的作为发泡剂的气体注入高压釜3内并达到设定的压力，该压力大于等于5MPa，优选大于等于10MPa，更优选大于等于15MPa，使釜内温度、压力达到平衡和稳定。

S1.加料步骤：通过交替使用第一加料单元和第二加料单元将聚合物微粒物料加入高压釜内的的振动床入口区域。

在该步骤中，开始加料时，打开第一加料阀门15，待加料仓中的物料依靠重力进入第一加料缓冲罐12达一定量时，关闭第一加料阀门15，打开第一缓冲罐出口阀门16和第二加料阀门15’，使得第一加料缓冲罐12中的物料加入到高压釜3内以及加料仓中的物料加入第二加料缓冲罐12’，当第一加料缓冲罐12中的物料完全加入高压釜3时，关闭第一缓冲罐出口阀门16和第二加料阀门15’，打开第二缓冲罐出口阀门16’和第一加料阀门15，使得第二加料缓冲罐12’中的物料加入高压釜3内以及加料仓中的物料进入第一加料缓冲罐12，当第二加料缓冲罐12’中的物料完全加入高压釜3时，关闭第二缓冲罐出口阀门16’和第一加料阀门15，如此交替循环，实现连续加料，同时保证高压釜3与大气相隔绝，维持高压釜3内的压力稳定。

S2.饱和输送步骤：将聚合物微粒物料从振动床的入口输送到振动床的出口，聚合物微粒物料被加热同时发泡剂向聚合物微粒内部扩散至饱和状态以形成含有发泡剂的聚合物微粒物料。

在该步骤中，开启振动床驱动电机，调整振动床2的角度和振动频率，振动床2将物料从振动床2的入口以一定的速度输送到下游振动床出口，该过程的时间可以准确调节，物料在振动床2上的运动方向如图1中箭头所示，高压釜3内的超临界流体循环流动，流动方向如图1高压釜内的最左侧和最右侧箭头所示。通过振动床2，物料实现更均匀的受热，并且从振动床2入口到振动床2出口具有相同的停留时间，即，所有物料从第一或第二加料缓冲罐出口进入振动床到离开振动床进入第一或第二出料缓冲仓的时间都是相同的。物料从振动床入口到出口的时间优选大于等于30分钟，在这期间物料被加热同时发泡剂向微粒内部扩散至饱和状态形成含有发泡剂的聚合物微粒物料。振动床2出口的物料通过振动筛上的自动拨盘将物料分配输送到排料仓中。

S3.排料步骤：通过交替使用第一排料发泡单元和第二排料发泡单元，振动床将含有发泡剂的聚合物微粒输送到第一出料缓冲仓和第二出料缓冲仓中。

在该步骤中，第一排料仓出口阀门17和第二排料仓出口阀门17’处于关闭状态，振动床2出口的物料通过振动筛上的自动拨盘19将物料分配输送到第一排料仓13和第二排料仓13’中。关闭第一出料缓冲仓出口阀门18，排料时，打开第一排料仓出口阀门17，待第一排料仓13中的物料靠重力输送到第一出料缓冲仓14中达到一定量时，关闭第一排料仓出口阀门17，同时打开第二排料仓出口阀门17’使得第二排料仓13’中的物料进入第二出料缓冲仓14’，如此交替循环，将含有发泡剂的聚合物微粒输送到第一出料缓冲仓和第二出料缓冲仓中。

S4.发泡步骤：交替打开第一出料缓冲仓出口阀门和第二出料缓冲仓出口阀门，使含有发泡剂的聚合物微粒快速进入大气环境，通过压力降低实现发泡，得到聚合物发泡珠粒。

在该步骤中，当第一排料仓出口阀门17关闭时，打开第一出料缓冲仓出口阀门18，当第二排料仓出口阀门17’关闭时，打开第二出料缓冲仓出口阀门18’，使得含有发泡剂的聚合物微粒快速进入大气环境，通过压力降低实现发泡，得到聚合物发泡珠粒，聚合物发泡珠粒从第一出料口管道18和第二出料口管道18’排出。

本发明的聚合物发泡珠粒连续制备装置及方法具有工艺过程连续，不需要使用分散介质，能耗低，生产效率高，介质损耗小，发泡珠粒品质均匀稳定，适用范围广等优点，本发明可适用于PE、PP、TPU、TPEE、尼龙弹性体、PPO、PET/PBT、尼龙等聚合物。

实施例1

原料：TPU 1180A邵氏硬度80A，密度1.16g/cm3，德国BASF公司；抗氧剂1010，化学纯，市售；润滑剂GMS，化学纯，阿法埃莎(Alfa Aesar)公司(中国)生产。滑石粉，1000目，北京利国伟业超细粉体有限公司。

发泡剂CO₂,纯度99.9％，N₂，纯度99.9％，北京顺安奇特特种气体有限公司。

将上述原料预干燥处理后，按TPU/GMS/滑石粉/抗氧剂重量比100/2/1/0.1分别称重预混后加入双螺杆挤出机中，挤出加工温度200-220℃，物料从挤出机口模出口后经高速牵引、水冷、切粒制备出直径小于1mm的待发泡聚合物微粒。

将上述聚合物微粒加入本发明连续发泡装置中，该发泡装置有两套气体增压系统，首先将CO₂注入高压釜，使釜内压力达到8MPa，然后关闭CO₂注入阀，N₂经增压泵增高到15MPa，注入高压釜内，使釜内压力保持在15MPa。高压釜温度150℃。从TPU微粒从振动床入口到出口经历时间为40分钟，然后交替使用排料发泡单元排除TPU发泡珠粒。每间隔10分钟进行取样，1个小时内取6批次样品，采用排水法测试发泡珠粒的表观密度。将6批次样品表观密度平均得平均表观密度

并利用下式计算平均表观密度标准差和CV值(标准差与均值之比，CV越小说明均匀性越好)，测试结果如表1所示。

实施例2

原料：聚丙烯PP E02ES中石化镇海炼化有限公司

发泡剂CO₂,纯度99.9％，北京顺安奇特特种气体有限公司。

将聚丙烯加入双螺杆挤出机中，挤出加工温度200-220℃，物料从挤出机口模出口后经高速牵引、水冷、切粒制备出直径小于1mm的待发泡聚合物微粒。

将上述聚合物微粒加入本发明连续发泡装置中，注入CO_2，使釜内压力保持在15MPa。高压釜温度120℃。从聚丙烯微粒从振动床入口到出口经历时间为30分钟，然后交替使用排料发泡单元排除聚丙烯发泡珠粒。每间隔10分钟进行取样，1个小时内取6批次样品，采用排水法测试发泡珠粒的表观密度，计算平均表观密度和标准差，测试结果如表1所示。

实施例3

原料：尼龙弹性体TPAE 4510，旭阳化工有限公司。抗氧剂1098，化学纯，市售；滑石粉，1000目，北京利国伟业超细粉体有限公司。经双螺杆挤出造粒制备直径小于1mm的微粒。

将上述原料预干燥处理后，按TPAE/滑石粉/抗氧剂重量比100/1/0.1分别称重预混后加入双螺杆挤出机中，挤出加工温度220-240℃，物料从挤出机口模出口后经高速牵引、水冷、切粒制备出直径小于1mm的待发泡聚合物微粒。

将上述聚合物微粒加入本发明连续发泡装置中，该发泡装置有两套气体增压系统，首先将CO₂注入高压釜，使釜内压力达到8MPa，然后关闭CO₂注入阀，N₂经增压泵增高到15MPa，注入高压釜内，使釜内压力保持在15MPa。高压釜温度160℃。从TPAE微粒从振动床入口到出口经历时间为40分钟，然后交替使用排料发泡单元排除TPAE发泡珠粒。每间隔10分钟进行取样，1个小时内取6次样，每次取五个样品为一组，采用排水法测试发泡珠粒的表观密度，每间隔10分钟进行取样，1个小时内取6批次样品，采用排水法测试发泡珠粒的表观密度，计算平均表观密度和标准差，测试结果如表1所示。

实施例4

原料PLA 8032Natureworks公司；扩链剂KL4370山西化工研究所，抗氧剂1010，分析纯，市售；滑石粉，滑石粉，1000目，北京利国伟业超细粉体有限公司。经双螺杆挤出造粒制备直径小于1mm的微粒。

将上述原料预干燥处理后，按PLA/扩链剂/滑石粉/抗氧剂重量比100/1.0/1/0.1分别称重预混后加入双螺杆挤出机中，挤出加工温度180-200℃，物料从挤出机口模出口后经高速牵引、水冷、切粒制备出直径小于1um的待发泡聚合物微粒。

将上述聚合物微粒加入本发明连续发泡装置中，注入CO_2，使釜内压力保持在10MPa。高压釜温度120℃。PLA微粒从振动床入口到出口经历时间为30分钟，然后交替使用排料发泡单元排除PLA发泡珠粒。每间隔10分钟进行取样，1个小时内取6次样，每次五个样品为一组，采用排水法测试发泡珠粒的表观密度，每间隔10分钟进行取样，1个小时内取6批次样品，采用排水法测试发泡珠粒的表观密度，计算平均表观密度和标准差，测试结果如表1所示。

表1实施例所制备聚合物发泡珠粒表观密度

通过实施例，说明通过本发明聚合物珠粒连续发泡装置可以实现聚合物珠粒的连续制备，并且所得发泡珠粒的表观密度CV值均小于5％，说明采用本发明装置和工艺生产的产品质量均匀稳定。

以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种聚合物发泡珠粒连续制备装置，其特征在于，包括至少一个气源，至少一个气体增压泵和设有至少一个发泡剂注入口的高压釜，所述高压釜的内部设有振动床和风扇叶片，所述高压釜的上部设有交替使用的多个加料单元，所述多个加料单元至少包括第一加料单元和第二加料单元，所述高压釜的下部设有交替使用的多个排料发泡单元，所述多个排料发泡单元至少包括第一排料发泡单元和第二排料发泡单元，其中，

所述第一加料单元包括依次连接的第一加料口、第一加料阀门、第一加料缓冲罐和第一缓冲罐出口阀门，以及所述第二加料单元包括依次连接的第二加料口、第二加料阀门、第二加料缓冲罐和第二缓冲罐出口阀门，

所述第一排料发泡单元包括依次连接的第一排料仓、第一排料仓出口阀门、第一出料缓冲仓、第一出料缓冲仓出口阀门和第一出料口管道，以及所述第二排料发泡单元包括依次连接的第二排料仓、第二排料仓出口阀门、第二出料缓冲仓、第二出料缓冲仓出口阀门和第二出料口管道。

2.根据权利要求1所述的聚合物发泡珠粒连续制备装置，其特征在于，所述聚合物发泡珠粒连续制备装置包括两个气体增压泵，以及所述高压釜上设有两个注气口。

3.根据权利要求1所述的聚合物发泡珠粒连续制备装置，其特征在于，所述振动床入口位于所述第一加料单元和所述第二加料单元下方，以及所述振动床的出口位于所述第一排料发泡单元和所述第二排料发泡单元上方，所述振动床入口至出口具有0.5-5°之间的坡度。

4.根据权利要求1所述的聚合物发泡珠粒连续制备装置，其特征在于，所述振动床与安装在所述高压釜外的振动筛驱动电机连接，所述振动筛驱动电机通过长轴伸入到所述高压釜内，所述长轴与高压釜壁之间设有密封结构以防止内部高压介质泄漏。

5.根据权利要求4所述的聚合物发泡珠粒连续制备装置，其特征在于，所述风扇叶片安装在位于所述高压釜内的下方或侧壁下方的所述长轴上。

6.根据权利要求1所述的聚合物发泡珠粒连续制备装置，其特征在于，所述第一加料缓冲罐和所述第二加料缓冲罐的体积均小于所述高压釜体积的1％。

7.根据权利要求1所述的聚合物发泡珠粒连续制备装置，其特征在于，所述高压釜的外壁安装有加热单元及保温层，并且在所述高压釜的上部、中部和下部安装有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器与所述加热单元的控制系统连接，所述压力传感器与所述气体增压泵的控制系统连接。

8.一种聚合物发泡珠粒连续制备方法，使用权利要求1-7中任一项所述的聚合物发泡珠粒连续制备装置，其特征在于，包括：

S1.加料步骤：通过交替使用所述第一加料单元和所述第二加料单元将聚合物微粒物料加入高压釜内的振动床入口区域；

S2.饱和输送步骤：将所述聚合物微粒物料从所述振动床的入口输送到所述振动床的出口，所述聚合物微粒物料被加热同时发泡剂向所述聚合物微粒内部扩散至饱和状态以形成含有发泡剂的聚合物微粒物料；

S3.排料步骤：通过交替使用所述第一排料发泡单元和所述第二排料发泡单元，所述振动床将含有发泡剂的聚合物微粒输送到所述第一出料缓冲仓和所述第二出料缓冲仓中；以及

S4.发泡步骤：交替打开所述第一出料缓冲仓出口阀门和所述第二出料缓冲仓出口阀门，使含有发泡剂的聚合物微粒快速进入大气环境，通过压力降低实现发泡，得到聚合物发泡珠粒。

9.根据权利要求8所述的聚合物发泡珠粒连续制备方法，其特征在于，在步骤S4中，当所述第一排料仓出口阀门关闭时，打开所述第一出料缓冲仓出口阀门，当所述第二排料仓出口阀门关闭时，打开所述第二出料缓冲仓出口阀门，使得含有发泡剂的聚合物微粒快速进入大气环境，通过压力降低实现发泡，得到聚合物发泡珠粒。

10.根据权利要求8所述的聚合物发泡珠粒连续制备方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括以下步骤：

1)将聚合物树脂及添加剂通过挤出机共混并挤出造粒制备待发泡聚合物微粒；

2)所述聚合物发泡珠粒连续制备装置的所有阀门均关闭，以及将所述高压釜内的温度加热到设定温度；

3)当所述高压釜内的温度加热到设定温度时，通过所述气体增压泵将所述气源中的作为发泡剂的气体注入高压釜内并达到设定的压力，所述压力大于等于5MPa，使所述高压釜内温度、压力达到平衡和稳定。

Images