CN1233749A - 计量加入到液体含硅材料中的液体添加剂的方法 - Google Patents

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Abstract

一种计量加入到液体含硅材料中的液体添加剂的方法。本方法包括通过第1旋转齿轮容积泵供应液体含硅材料,使连接第1旋转齿轮容积泵到第2旋转齿轮容积泵的驱动机构转动。此旋转驱动机构使第2旋转齿轮容积泵以与通过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的体积流率成比例的体积流率泵送液体添加剂。

Description

计量加入到液体含硅材料中的液体添加剂的方法
本发明是一种计量加入到液体含硅材料中的液体添加剂的方法。本方法的构成包括通过第1旋转齿轮容积泵供应液体含硅材料，使连接第1旋转齿轮容积泵到第2旋转齿轮容积泵的驱动机构转动。此旋转驱动机构使第2旋转齿轮容积泵以与通过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的体积流率成比例的体积流率泵送液体添加剂。
通常的计量加入到硅密封胶中的颜料的方法主要包括3种。第1种方法是利用由变速驱动器控制的容积泵，如齿轮泵或螺杆抽送泵，其中所要求的硅密封胶和颜料的流率通过根据预先确定的对所泵送的具体液体绘制的定标曲线来改变泵的转速进行控制。采用这种方法有问题，因为对计量泵无反馈控制，所以经过一段时间泵速可能改变。此外，如果一台泵停转，无法向另一台泵发送信号，在两种情况下都会发生硅密封胶和添加剂原料流的(彩色)密度不平衡。
另一种方法是利用上述同一概念，不过包含了一个可以生成控制信号的流量控制器，该控制信号可通过反馈回路送回到泵驱动装置。本法改进了前述方法，但其成本很昂贵，要求为专门设计用于像硅密封胶和颜料这样的黏滞性液体的流量控制器投资。这里还存在一个由一种配方改变到另外一种配方时出现的附加的困难，因为流量控制器必须清洁以避免新材料的污染。这里还有一个潜在的问题，就是在硅密封胶或添加剂的黏滞性改变时流量控制器是否还能工作。
另一种计量加入到硅密封胶中的颜料的方法是利用体积排量量筒或定量量筒，使用时可交替地将硅密封胶和颜料注入，然后借助机械或液压方法迫使液体流出而排空。就其本性而言，定量量筒不能平滑而不间断地使材料流动，这一点使这一方法作为一种硅密封胶染色法效率很低。这一方法的其他问题涉及这一设备的总尺寸及这种往复式设备总是很快磨损。
因此，最好是能提供一种没有上述缺点的计量加入到硅密封胶中的颜料的方法。本发明人已确定加入到液体含硅材料中的液体添加剂的计量可利用通过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的流动提供动力来驱动第2旋转齿轮容积泵的办法。通过将液体添加剂连接到第2旋转齿轮容积泵，可以将液体添加剂以以与通过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的体积流率成比例的体积流率泵送。
本发明是一种计量加入到液体含硅材料中的液体添加剂的方法，其构成包括通过第1旋转齿轮容积泵供应液体含硅材料，使连接第1旋转齿轮容积泵到第2旋转齿轮容积泵的驱动机构转动，并且此旋转驱动机构使第2旋转齿轮容积泵以与通过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的体积流率成比例的体积流率泵送液体添加剂。
此处所使用的术语“含硅材料”包括任何其组分中包含每个分子中至少有一个硅原子的材料。含硅材料的例子包含流体、胶质、橡胶、糊剂、嵌缝料、粘合剂及树脂。组分中包含每个分子中至少有一个硅原子的例子包括聚硅氧烷、硅烷、硅氮烷及silcarbanes。含硅材料最好包括聚二有机硅氧烷。含硅材料包括硅密封胶就更好。
硅密封胶一般包括聚二有机硅氧烷、填充料、交联剂及硬化催化剂。也可根据意愿任选添加如下添加剂：颜料、粘合加速剂、流变添加剂、真菌杀灭剂及增塑剂。硅密封胶是将这些不同配料按预先确定的重量或体积比率混合而制作的。对于室温硫化(RTV)硅密封胶，聚二有机硅氧烷硅由烷醇或其他合适的水解基团，如烷氧基硅烷，终端封闭。这些聚二有机硅氧烷的黏滞性通常超过1000mPa·s(在25℃时的测量值)，最好是从1000到100,000mPa·s(在25℃时的测量值)。
可用的填充剂为(ⅰ)强化填充剂，如氧化硅和碳黑；及(ⅱ)非强化或半强化填充剂，如二氧化钛、石英、硅藻土、碳酸钙及氧化铝。
交联剂一般是硅烷或硅烷的部分水解产物。这些硅烷类包含乙酸基硅烷、酮肟硅烷(ketoximosilane)、氨基硅烷及酰氨硅烷。交联硅烷每个分子具有3至4个水解基，而部分水解产物每个分子可具有3个以上水解基。
用于使硅密封胶混合物硬化的催化剂取决于交联剂的类型，并且包含如下的化合物：羧化物、有机锡化合物、四烷基酞酸盐、酞酸盐螯合物及锆的醇化和螯合物。
在制备硅密封胶时或在单独的处理步骤中可添加所希望的添加剂。
此处所使用的术语“添加剂”包括任何可添加到液体含硅材料中而不会有害于其预计的应用的材料。最好是添加剂所包括的材料不是制备液体含硅材料所需要的，但是可以在愿意时添加到液体含硅材料来特意改变液体含硅材料使其适合预计的应用。此类添加剂的例子包括颜料、粘合加速剂、流变添加剂、真菌杀灭剂及增塑剂。优选的添加剂是颜料。
液体含硅材料和添加剂两者都必须是液体。此处用于液体含硅材料和添加剂两者的术语“液体”都是指可以泵送的材料和添加剂。为了保证液体含硅材料和液体添加剂是可泵送的，液体含硅材料和液体添加剂的黏滞性每一个都应当在0.1至3,000,000mPa·s(在25℃时的测量值)范围之内，并且每一个都应当最好是在0.1至300,000mPa·s(在25℃时的测量值)范围之内。再好没有的事应是保证通过混合液体含硅材料和液体添加剂具有相似的的黏滞性。如需要使液体含硅材料或液体添加剂可以泵送，或许可以通过已知的技术方法来调节液体含硅材料或液体添加剂的黏滞性。这一类方法包括将作为添加剂的颜料在液体载体中分散、聚合物掺合，比如可利用低黏滞性的低聚物来减小胶质的黏滞性，或是通过将聚合物和溶剂或低黏滞性的增塑剂混合的办法。
此处所使用的术语“旋转齿轮容积泵”指的是一种在泵壳体内的1个或多个泵设备，这些泵在有液体流过其中时可转动并使连接于其上的第驱动轴转动。如果此第1驱动轴连接到另一旋转齿轮容积泵的第2驱动轴上，则当第1驱动轴转动时，它可以提供能使第2驱动轴转动所必需的动力。优选的泵设备是齿轮泵或旋转叶片式。优选的旋转齿轮容积泵包括两个齿轮，旋转时齿轮互相间及齿轮表面和泵壳体之间的空隙极小。齿轮的形状可为齿轮形、螺旋齿轮形或叶状凸轮形，并且最好是齿轮形。
一个驱动机构连接第1旋转齿轮容积泵和第2旋转齿轮容积泵。这一驱动机构可包含任何通常的从一个设备向另一个设备传递转动功率的方法，如皮带、齿轮、驱动轴或挠性驱动轴，并且此驱动机构可通过一个变速齿轮减速器连接。优选的驱动机构为美国专利U.S.Patent 4,511,378的图3所示的3件式连接器，它可以为第1旋转齿轮容积泵和第2旋转齿轮容积泵的驱动轴提供对准连接。在美国专利U.S.Patent 4,511,378中提供了对用于本方法中的优选设备的描述。可用于本方法的更为优选的旋转齿轮容积泵装置是能量交换泵装置(Rotor-Tech,Inc.,Houston,TX)。
液体含硅材料通过第1旋转齿轮容积泵泵入，最好是在正压下。此处所使用的术语“正压”指的是旋转齿轮容积泵入口的压力大于旋转齿轮容积泵出口的压力。正压可利用通常的供应液体含硅材料的方法，如从配料器或压出器供应或利用齿轮泵或活塞泵。供应液体含硅材料最好是通过第1旋转齿轮容积泵在正压处于0.0007至13.8MPa范围内进行，正压处于0.0007至4MPa范围内就更好。液体含硅材料通过第1旋转齿轮容积泵的体积流率不是关键性的，只要液体含硅材料流过第1旋转齿轮容积泵的速率可使驱动机构转动即可。最好是液体含硅材料的体积流率为24至15,000升/小时(l/hr)，如为37至7000l/hr就更好。液体含硅材料通过第1旋转齿轮容积泵供应时的温度也不是关键性的。最好是液体含硅材料通过第1旋转齿轮容积泵供应时的温度低于液体含硅材料中任意一种组分的沸点或低于200℃，或者能低就再低，并且再好不过是温度能低到10至50℃之间。
供应第2旋转齿轮容积泵的液体添加剂最好是盛于一个与第2旋转齿轮容积泵连接的容器中。容纳液体添加剂的容器的类型不是关键，任何通常的容器装置都可以使用。液体添加剂由此容器供应给第2旋转齿轮容积泵可采用通常的方法，如泵或其他液体供应系统，最好是在正压下将液体添加剂供应给第2旋转齿轮容积泵。更好是液体添加剂供应给第2旋转齿轮容积泵的正压低于1.4MPa，而再好不过是液体添加剂供应给第2旋转齿轮容积泵时的正压不高于0.17MPa。
在本方法中，从第1旋转齿轮容积泵流出的液体含硅材料，使连接第1旋转齿轮容积泵到第2旋转齿轮容积泵的驱动机构转动。当驱动机构转动时，它使第2旋转齿轮容积泵以与通过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的体积流率成比例的体积流率泵送液体添加剂。
第1旋转齿轮容积泵可以具有与第2旋转齿轮容积泵相同或不同的体积流率，这取决于想要计量的加入液体含硅材料中的液体添加剂的容积。此处所使用的术语“体积流率”指的是旋转齿轮容积泵在指定的时间内可泵送的材料容积。最好是第1旋转齿轮容积泵的体积流率为第2旋转齿轮容积泵的1至200倍，其中1至60倍为更好。
因为第1旋转齿轮容积泵连接于第2旋转齿轮容积泵，所以液体含硅材料和液体添加剂的体积流率将成比例。此处所使用的术语“成比例”指的是与操作此类设备时的正常的起伏变化有别，液体含硅材料的体积流率与液体添加剂的体积流率的比率应保持成比例。对具体构成所要求的液体含硅材料和液体添加剂的这一特别体积比率将确定所使用的每一个旋转齿轮容积泵所需要的体积流率。旋转齿轮容积泵的体积流率可采用通常的方法改变，比如利用变速齿轮减速器，或变速皮带驱动装置，或通过将泵更换为能够提供不同体积流率的泵。改变体积流率最好是采用更换为可提供所需体积流率的旋转齿轮容积泵的方法。
利用通过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的流动来驱动泵就不需要外来功率来驱动第2旋转齿轮容积泵。去掉对外来功率的需要可为这一方法提供一笔重大的成本节约。此外，提供将第1旋转齿轮容积泵与第2旋转齿轮容积泵连接起来，液体含硅材料的体积流率及添加剂的体积流率即使在变化的条件下也可保持成比例。
于是采用本方法计量的加入到液体含硅材料中的液体添加剂就可以利用任何通常的设备，如静态或动态混合器，与液体含硅材料彻底混合。混合材料的回收就可以使用通常的办法，如转移到桶、鼓、散装物容器或箱盒。
虽然本方法的优选实施例描述的是第1旋转齿轮容积泵只驱动一个另外的旋转齿轮容积泵，技术人士定会认识到如需要可以另外添加旋转齿轮容积泵来计量加入到液体含硅材料中的另外的液体添加剂，只要所有这些泵也是串联或并联在一起。技术人士也会认识到本方法也可通过使第2旋转齿轮容积泵驱动第1旋转齿轮容积泵来实现，不过因为通常所需要的液体添加剂的容积总是小于所需要的液体含硅材料的容积，所以这一种方法的效率不会像前述方法那样好。
本方法还可以利用下面的示例来说明，但本示例只是为了说明而已，不是企图用来限制此处的权利要求的范围。
在下面描述的每个示例中，用来连接第1旋转齿轮容积泵(GS3310)到第2旋转齿轮容积泵(GM-1)的能量交换泵装置是购自RotorTech,Inc.,Houston,TX。此装置的计算体积比率为49.6比1(第1旋转齿轮容积泵比第2旋转齿轮容积泵)。还是在每个示例中，相关的密封胶是利用10∶1的气动活塞泵在正压下通过第1旋转齿轮容积泵泵出。第1旋转齿轮容积泵的入口处的压力值和第1旋转齿轮容积泵的流出量(也称背压)是可变的，以便模拟广范围的各种可能的运行条件，不过永远要保持正压以便克服管线损失和得到从活塞泵通过系统的最大流量。相关的添加剂是是利用10∶1的气动活塞泵在0.17MPa的正压下通过第1旋转齿轮容积泵供给。通过此装置供应的密封胶和添加剂的温度都是25℃。
示例1
通过第1旋转齿轮容积泵在正压下以流率726kg/hr供给的硅密封胶Dow Corning 899Clear Silicone Glazing Sealant(透明聚硅酮釉化密封胶)(生产商为Dow Corning Corp.Midland MI)是一种吸湿硬化室温硫化(RTV)的硅密封胶，其比重大约为1.045。当此硅密封胶流过泵时，它使第2旋转齿轮容积泵泵送添加剂。此添加剂是Dow Corning200流体(生产商为Dow Corning Corp.MidlandMI)，一种非功能性聚硅酮流体，其黏滞性为100,000mm2/s，比重大约为0.97。在表1列出了所测出的在各种运行情况下在规定时间内泵送的密封胶和添加剂的重量。采用本方法时所计算出的密封胶和颜料的体积比率是成比例的。
                   表1：加入到RTV硅密封胶中的Dow Corning200流体的计量
    试样  背压(MPa) 密封胶重量(kg) 添加剂重量(kg) 密封胶/添加剂体积比率
    1-1    0     3.85     0.068     52.5/1
    1-2    1.38     4.04     0.082     45.7/1
    1-3    3.4     2.70     0.05     50.1/1
示例2
通过第1旋转齿轮容积泵在正压下供给的硅密封胶Dow Corning4590 Clear Silicone Sealant(透明聚硅酮密封胶)(生产商为DowCorning Corp.Midland MI)是一种吸湿硬化室温硫化(RTV)的硅密封胶，其比重大约为1.04。当此硅密封胶流过泵时，它使第2旋转齿轮容积泵泵送添加剂。此添加剂是在Dow Corning200流体(生产商为Dow Corning Corp.Midland MI)中二氧化钛的分散体，一种非功能性聚硅酮流体，其黏滞性为12,500mm2/s。其比重大约为1.3。在表2列出了所测出的在各种运行情况下在规定时间内泵送的密封胶和添加剂的重量。采用本方法时所计算出的密封胶和颜料的体积比率是成比例的。
                        表2：加入到RTV硅密封胶中的颜料分散体的计量
    试样   背压(MPa) 密封胶重量(kg) 添加剂重量(kg) 密封胶/添加剂体积比率
    2-1*     1.72     3.45     0.086     50.1/1
    2-2*     1.72     3.36     0.082     51.2/1
    2-3*     1.72     2.86     0.072     49.6/1
    2-4**   2.8-3.4     2.09     0.054     48.4/1
    2-5**   2.8-3.4     3.92     0.1      49/1
    2-6**   2.8-3.4     2.8     0.072     48.6/1
    2-7***   2.8-3.4     3.18     0.082     48.6/1
    2-8***   2.8-3.4     4.0     0.104     48.1/1
    2-9***   2.8-3.4     4.26     0.109     48.9/1
*密封胶的流率未测定
**密封胶的流率大约为599kg/hr
***密封胶的流率大约为707kg/hr

Claims (20)

1．一种计量加入到液体含硅材料中的液体添加剂的方法，包括：通过第1旋转齿轮容积泵供应液体含硅材料，使连接第1旋转齿轮容积泵到第2旋转齿轮容积泵的驱动机构转动，此旋转驱动机构使第2旋转齿轮容积泵以与通过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的体积流率成比例的体积流率泵送液体添加剂。
2．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体含硅材料为聚二有机硅氧烷。
3．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体含硅材料为硅密封胶。
4．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体添加剂不是制备液体含硅材料所需要的，但是可以在愿意时添加到液体含硅材料来特意改变液体含硅材料使其适合预计的应用。
5．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体添加剂为颜料。
6．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体含硅材料和液体添加剂的黏滞性每一个都在0.1至3,000,000mPa·s(在25℃时的测量值)范围之内。
7．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体含硅材料和液体添加剂的黏滞性每一个都在0.1至300,000mPa·s(在25℃时的测量值)范围之内。
8．根据权利要求1中的方法，其特征在于第1旋转齿轮容积泵的体积流率为第2旋转齿轮容积泵的1至200倍。
9．根据权利要求1中的方法，其特征在于第1旋转齿轮容积泵的体积流率为第2旋转齿轮容积泵的1至60倍。
10．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体含硅材料是在正压下通过第1旋转齿轮容积泵泵入。
11．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体含硅材料是在0.0007至4.14MPa范围内的正压下通过第1旋转齿轮容积泵泵入。
12．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体添加剂供应给第2旋转齿轮容积泵时的正压不高于0.17MPa。
13．根据权利要求1中的方法，其特征在于流过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的体积流率为24至15,000l/hr。
14．根据权利要求1中的方法，其特征在于流过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的体积流率为为37至7000l/hr。
15．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体含硅材料通过第1旋转齿轮容积泵供应时的温度低于液体含硅材料中任意一种组分的沸点或低于200℃，或者能低就再低。
16．根据权利要求1中的方法，其特征在于液体含硅材料通过第1旋转齿轮容积泵供应时的温度在20至50℃之间。
17．根据权利要求1中的方法，其特征在于第1旋转齿轮容积泵和第2旋转齿轮容积泵包括两个齿轮，旋转时齿轮互相间及齿轮表面和泵壳体之间的空隙极小。
18．根据权利要求1中的方法，其特征在于驱动机构为3件式连接器。
19．一种计量加入到液体含硅材料中的液体添加剂的方法，包括：通过第1旋转齿轮容积泵供应聚二有机硅氧烷，使连接第1旋转齿轮容积泵到第2旋转齿轮容积泵的驱动机构转动，此旋转驱动机构使第2旋转齿轮容积泵以与通过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的体积流率成比例的体积流率泵送液体添加剂。
20．一种计量加入到液体含硅材料中的液体添加剂的方法，包括：通过第1旋转齿轮容积泵供应硅密封胶，使连接第1旋转齿轮容积泵到第2旋转齿轮容积泵的驱动机构转动，此旋转驱动机构使第2旋转齿轮容积泵以与通过第1旋转齿轮容积泵的液体含硅材料的体积流率成比例的体积流率泵送液体添加剂。
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