CN1221368A - 用加压溶解的二氧化碳生产泡沫材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用以物理方法加压溶解的二氧化碳(40)作起泡剂来连续生产聚氨酯块状泡沫的方法,其中,在多羟基化合物组分(36)和异氰酸酯组分(35)混合以前,将二氧化碳(40)溶入多羟基化合物组分中,而将空气或氮气(39)溶入异氰酸酯组分中,两种组分被送入混合室(3),混合室中经常保持的压力为CO2在多羟基化合物中的溶解压力的70～150%,异氰酸酯组分以至少30巴的压力进入混合室,并且在注入时减压为混合室压力,其中溶入异氰酸酯组分中的空气或氮气的量为1g/kgCO2,在该混合物从混合室流出后,其压力即被降到大气压力。

Description

用加压溶解的二氧化碳生产泡沫材料的方法
本发明涉及用加压溶解的二氧化碳作起泡剂来生产泡沫材料的方法和装置，其中进行发泡的组合物是在一定压力下优选与液态二氧化碳混合，随后减压而形成泡沫材料。制造塑料用的液态原材料特别可用作起泡组合物，这些原材料在发泡后由于加成聚合作用和缩合聚合作用会变硬而形成泡沫塑料。本发明特别涉及聚氨酯泡沫材料。
从GB-A803771、US-A3181199和US-A3184419中已知，在生产聚氨酯泡沫中利用用物理方法溶解的二氧化碳作为起泡剂。但是，这些现有的建议由于所生产出来的泡沫的结构非常不均匀，特别是内含大的收缩孔，因此还没能在工业上应用。其中的原因被认为是，溶解的二氧化碳具有明显的滞留在溶液中的倾向，即使当聚氨酯反应性混合物中的二氧化碳已经过饱和时也是这样。为了在反应性混合物减压时或减压后能释放二氧化碳，必须要提供泡种，有了泡种就可在减压时促进二氧化碳的有控制的释放。
在使用其它起泡剂为低分子量的烃、含氯氟烃、二氯甲烷或水(借助于异氰酸酯与水进行化学反应而放出二氧化碳)也会产生这样的问题。在这些情况下，已有人借助于在聚氨酯反应性混合物的至少一种组分中通过均匀细分散的空气和/或氮气的办法来提供泡种。
当利用用物理方法加压溶解的二氧化碳作为起泡剂时，EP-A645226曾作过类似的建议，即把氮作为泡核气引入多羟基化合物和异氰酸酯组分的混合室中。在引入过程中，氮的量必须比基本上在常压下进行的传统混合过程要加大，以使之相当于混合室常用压力。但是，在这种状态下生产出来的聚氨酯泡沫，其结构仍不能令人满意，很明显，这是由于泡种结构不够细和均匀所致。
DE-A4422568.7也曾建议过在减压装置中造成高的剪切力以产生释放CO2的泡核。虽则按照该建议在二氧化碳为4～6％(重量)含量并从相当高的压力下减压时能制得很好的泡沫质量，但若在反应性混合物中二氧化碳的含量较低时，由于减压而造成的反应性混合物的过饱和则不足以借助高剪切力来提供出均匀良好的泡沫质量。另一个缺点是混合室压力必须保持在比二氧化碳的溶解压力高很少的水平，这对构成容积流量控制程序有所障碍。
本发明的目的是借助于用加压溶解的二氧化碳产生非常均匀的泡种结构，来改进多组分泡沫材料的泡沫质量。
已经发现，如果采取下述做法，混合室压力即可在很宽的范围内变动，以利于实现各组分的质量流量控制，这些做法是：在(主要)组分之一中首先溶入空气或氮气作为成核剂，而在另一(主要)组分中溶入二氧化碳；含有成核剂的组分在高压下注入含有二氧化碳的组分中。
因此，本发明涉及利用用物理方法加压溶解的二氧化碳作起泡剂来连续地生产聚氨酯块状泡沫的方法，其中，在多羟基化合物组分和异氰酸酯组分被混合以前，应把二氧化碳溶入多羟基化合物组分中，而把空气或氮气溶入异氰酸酯组分中，再将两种组分送入混合室，混合室中经常保持的压力应相当于CO2在多羟基化合物中的溶解压力的70～150％，优选80～130％，异氰酸酯组分以高于混合室常用压力至少10巴的压力进入混合室，并且在注入时减压为混合室压力，其中溶入异氰酸酯组分中的空气或氮气的量为至少1g/kgCO2，优选3～6g，在该混合物从混合室流出后，其压力即被降到大气压力。
异氰酸酯组分在被导入混合室以前的压力优选至少为30巴，特别优选为40～100巴。
在异氰酸酯中溶解的空气量优选为4～6g/kgCO2；如果是氮气，则为3～5g/kgCO2。加空气或氮气可在计量泵的吸入侧实施。但是，在吸入侧加入大量的空气或氮气，会在异氰酸酯泵上引致计量问题。在此情况下，在排出侧亦即计量泵的下游来加是适当的。在这个问题上，重要的是静态混合室与混合斗等径喷嘴(iso-nozzle)之间的距离要足够地长，以使有足以使异氰酸酯中的空气或氮气全部进入溶液的逗留时间。
作为起泡剂的二氧化碳的用量优选为每100重量份多羟基化合物中含1.5～6重量份二氧化碳，这相当于混合室压力为约4～30巴。在混合物中CO2的溶解分压为约3～14巴，而且根据配方、所用原料以及因运输和贮存，溶入其中的空气约0.3巴(CO2含量低时)至2巴(CO2含量高时)的波动是可能的。由于全部二氧化碳都是以溶于多羟基化合物中的状态被导入混合室的，因此在被导入混合室前多羟基化合物的压力至少为5巴(1.5重量份CO2)到至少为20巴(6重量份CO2)。
在这方面是假定使用惯用的配方，即每100重量份的多羟基化合物使用50～65重量份的异氰酸酯。如果配方是用预聚物组分合成的，对应于各组分所需的混合物比，这会造成各组分和混合物的另一种压力比。
在完成各组分的混合后(假定泡种内释放的气体部分也被溶解)，二氧化碳和空气或氮气的溶解分压之和是小于混合室压力的。在往混合室注入异氰酸酯时所产生的泡种，在反应混合物被减压到大气压力以前的短短1-2秒钟逗留时间内，显然是不会再溶解的。
按照本发明的方法，可产生出非常均匀的泡种，其数量为每g反应性混合物有250,000至500,000个，反应混合物中种子气泡的直径在10到30μ之间。
至少在一维上横截面小的出口孔洞，例如缝隙或多孔板，是适于用作使反应性混合物减压的减压装置的，它们对反应混合物的流动能加之以阻力，该阻力足以维持混合室的压力。用多块多孔板排成一串是优选的办法，其中，靠近混合室的多孔板有足够小的流通横截面，足以保持混合室的压力，而至少有一块放置在例如离混合室最远处的多孔板须具有大得多的流通横截面，以使反应混合物在通过该最后一块多孔板时的出口速度能被降低。
下面将参照附图1至3对本发明作更详细的描述。
图1示出在聚氨酯发泡技术中常用的一种搅拌混合斗3，异氰酸酯和多羟基化合物被分别从异氰酸酯供料罐35通过管道31和从多羟基化合物供料罐36通过管道32送入该混合斗。从异氰酸酯供料罐35流出的异氰酸酯通过压力泵33使其压力被提升到例如95巴。在进入静态混合器37以前，异氰酸酯被加充空气，如图中箭头39所示，在静态混合器中，空气与异氰酸酯被密切混合。在混合室3的异氰酸酯管道31的入口装有一个喷嘴，借助于该喷嘴，异氰酸酯在例如Pi为90巴压力下被注入混合室，并被减压到例如14巴的混合室压力Pm。在静态混合器37到混合室注入口之间的逗留时间约为10秒。从多烃基化合物供料罐36流出的多羟基化合物借助于压力泵34把压力提升到例如30巴。在进入静态混合器38之前，将冷却到-20℃的液态二氧化碳按图中箭头40所示注入多羟基化合物管道，随后两者在静态混合器38中进行混合。举例说，在静态混合器38下游被溶入多羟基化合物的二氧化碳的量可以是每100重量份多羟基化合物中含4重量份二氧化碳，相当于溶解分压为13巴。在多羟基化合物供料管32中的压力Pp就为约20至23巴。在混合室3的多羟基化合物管道32的入口处，多烃基化合物借助于压力泄放阀被减压到14巴的混合室压力Pm。除二氧化碳外，多羟基化合物中还可含有水，用作辅助化学起泡剂，其数量约可为每100重量份多羟基化合物中含有4.5重量份水。按照一种常用的配方，每100份多羟基化合物可有60份异氰酸酯被送入混合室3，其中异氰酸酯中可含有0.33g空气/kg异氰酸酯。
使反应混合物减压到环境压力的减压装置系直接安装在混合室3的出口处。图2示出减压装置4的一种特别优选的实施方案。该装置有外壳41，该外壳由一块或多块多孔压力板42所封闭，多孔板上包括有多个直径为例如0.1至0.2mm的孔，其中所有孔的流通横截面例如可达到多孔板面积的1～5％。另有一块多孔板43被安装在多孔压力板42的前面，它用来降低通过多孔压力板的反应性混合物的速度。减速多孔板43上也打有直径为0.1～0.2mm的孔，但所有这些通孔的流通横截面面积可达10-30％。多孔板用固定法兰44来固定，板间并夹有隔离环45，以使各板间相距0.5至2mm。多孔板42和43优选为向流动方向凸出的，如图中虚线42a和43a所示。一当反应性混合物通过多孔板42和43后，溶解的二氧化碳就立即在在混合室所形成的泡种内释放出来。这样就使反应性混合物非常强烈地发泡，见图中所示的泡沫轮廓线5。
图3示出块状泡沫材料的连续生产方法。从减压装置4流出的泡沫5被沉积在下部层合膜2上，该膜是随输送带1一起前进的。在输送带上横向装有一块档板6，用以防止泡沫向输送带走行的相反方向上流走。上部输送带8系通过辊子7被送下。两边的辊子9是用来传送侧面层合膜10的。图中还示出，其它的辅助材料和改性物质可通过辅助供料管道30输送到混合斗中去。
使用对图1的描述中所给出的配方，就可生产出非常均匀的泡沫材料，它的松堆密度为15kg/m3，并具有非常均匀的气泡。该泡沫材料含有18个气泡/cm。

Claims (5)

1．一种利用以物理方法加压溶解的二氧化碳作起泡剂来连续地生产聚氨酯块状泡沫的方法，其中，在多羟基化合物组分和异氰酸酯组分混合以前，将二氧化碳溶入多羟基化合物组分中，而将空气或氮气溶入异氰酸酯组分中，两种组分被送入混合室，混合室中经常保持的压力为CO2在多羟基化合物中的溶解压力的70-150％，异氰酸酯组分以高于混合室常用压力至少10巴的压力进入混合室，并且在注入时减压为混合室压力，其中溶入异氰酸酯组分中的空气或氮气的量为至少1g/kgCO2，在该混合物从混合室流出后，其压力即被降到大气压力。
2．权利要求1的方法，其特征在于，在多羟基化合物组分中所溶解的二氧化碳的量为每100重量份多羟基化合物中含有0.5-6重量份的二氧化碳，而混合室压力为2-30巴。
3．权利要求1或2的方法，其特征在于，在异氰酸酯中所溶解的空气的量为4-6g/kgCO2。
4．权利要求1至3之任一项的方法，其特征在于，混合室内经常保持的压力为多羟基组分中CO2溶解压力的80～130％。
5．权利要求1至4之任一项的方法，其特征在于，在多羟基化合物组分中所溶解的二氧化碳的量为每100重量份多羟化合物中含有2-6重量份的二氧化碳。
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