CN1681630A - 用于混合一种多元醇成分和一种异氰酸酯成分的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将至少一种多元醇成分和至少一种异氰酸酯成分以及必要时的添加剂在一个带有轴流式搅拌器的搅拌混合器中进行连续混合以形成一种聚氨酯反应混合物的方法。

Description

用于混合一种多元醇成分和一种异氰酸酯成分的方法
本发明涉及一种用于将至少一种多元醇成分和至少一种异氰酸酯成分以及必要时的添加剂在一个搅拌混合器中进行连续混合以形成一种聚氨酯反应混合物的方法。
聚氨酯泡沫材料通过多元醇、异氰酸酯以及必要时的添加剂例如稳定剂、催化剂和着色剂等的化学反应来形成。为了这些液体成分可以相互起反应，它们必须以一种合适的方式相互混合均匀。为实现这种基本工艺操作已知各种基本原理。一种混合聚氨酯原料的可行方法是使用连续工作的搅拌混合器。这些搅拌混合器通常由一个旋转对称的混合室构成，在该混合室中一个搅拌装置(在下文中称为搅拌器)由一个马达驱动旋转。混合室可以任选地包括在内部固定的装置，该内部装置对搅拌过程起辅助作用并且在许多情况下也称为反向棒。混合室常常包括位于出口上游很短一段距离处的一个节流阀，混合室中的压力在制造过程中可以通过该节流阀来控制。对于连续工作的搅拌混合器的情况，要混合的成分通常从外部径向地进行添加。在这里，对混合室加料依靠拧上喷嘴或通过管子来实现。由混合聚氨酯原料而形成的聚氨酯反应混合物经过一个居中布置的出口离开混合室。要混合的成分借助于泵添加到混合器中。
到目前为止，在聚氨酯泡沫材料的制造中所使用的搅拌器，例如被普遍使用的棒式搅拌器，只能完成将各成分混合均匀以产生一种聚氨酯反应混合物的任务。在这里，由泵产生的流动与另一种由搅拌器旋转产生的流动相叠加。这种由搅拌器产生的搅拌流有着将所有成分相互均匀混合的任务。此外这种搅拌流还可以形成对泵产生的流动施加阻力的旋涡流。随着搅拌器速度的增加，搅拌混合器的流动阻力因此上升了，这就出现了较高的压力损失从而出现了一个较高的混合室压力。
泵必须使得反应混合物流经混合器。在这里，混合物在混合器中的平均滞留时间是由各成分的通过量和混合室的容积来决定的。平均滞留时间由流量之和与混合室容积的商来计算。平均滞留时间的值通常在0.1到2.5秒的范围内。混合器对此流动施加了一个液力阻力。因此产生了压力损失，它直接决定了混合室中的压力，就是所谓的混合室压力。混合室压力通常在聚合物流的供应线上测量。
影响聚氨酯泡沫材料质量的重要过程参数是搅拌器转速、混合室压力和聚氨酯反应混合物的通过量。在聚氨酯泡沫材料的制造中，已知的是，混合室压力对完成的泡沫材料(EP-A1-0565 974)的气孔数有决定性的影响。通常，细孔泡沫材料只能在低的混合室压力下产生。粗孔泡沫材料在高的混合室压力下产生。
使用已知的搅拌器时，过程参数搅拌器转速、通过量和混合室压力不能相互独立地调节。如果通过量提高了，混合室压力也会上升。同样地，混合室压力会随着搅拌器转速的增加而上升。对此，有一个事实是，随着通过量的增加，在混合室中的平均滞留时间下降了。为了在一个减少的滞留时间内仍然能够产生一种混合均匀的聚氨酯反应混合物，必需一个相对较高的搅拌器转速。在提高通过量的时候，混合室压力会因此而上升，这不但是由于因增加的输出量而形成了更大的流动阻力，另外也是由于搅拌器转速必须上升。在高输出量时，对于搅拌混合器给定的结构尺寸就因此不可能调节到一个低的混合室压力，然而低的混合室压力是产生细孔泡沫材料所需要的。
已知的搅拌装置具有一个轴向输送功能，例如斜叶片搅拌器和螺旋叶片搅拌器。然而，这些搅拌器通常工作于与外壁距离较大的大型容器中。对于为了产生一种均匀的聚氨酯反应混合物而对聚氨酯各成分进行的连续混合，至今只有并不具有轴向输送功能的搅拌装置被使用。用于混合聚氨酯各成分的搅拌混合器的最重要特征是在混合室内壁和旋转的搅拌装置之间保持短的距离。通常保持一个不大于5毫米的间隙。此外，在聚氨酯泡沫材料的制造中，搅拌混合器中的短的滞留时间通常在0.1至2.5秒之间是一个特征。
因此，本发明的任务是提供一种用于混合至少一种多元醇成分和至少一种异氰酸酯成分的方法，在该方法中，搅拌器转速和混合室压力可以独立于输出功率而调节为任何想得到的值，因而可以产生细孔聚氨酯泡沫材料。
本发明涉及一种用于将至少一种多元醇成分和至少一种异氰酸酯成分以及必要时的添加剂在一个搅拌混合器中进行连续混合以形成一种聚氨酯反应混合物的方法，该搅拌混合器包括一个圆柱形混合室和一个在其中以可调节的转速进行旋转的搅拌器，该搅拌器包括一根搅拌器轴和在其上布置于一个平面或多个平面内的叶片，搅拌混合器还包括用于多元醇成分、异氰酸酯成分和必要时的添加剂的下料口以及一个用于聚氨酯反应混合物的出口，在该搅拌混合器中，多元醇成分、异氰酸酯成分和必要时的添加剂定量地通过下料口输送进混合室，在混合室中混合形成一种聚氨酯反应混合物，然后该聚氨酯反应混合物通过出口从混合室中流出，而它的压力在一个可调节的节流阀中释放，其特征在于，搅拌器轴上的每一个平面内都布置有三到六个叶片并且叶片相对于搅拌器轴的旋转轴线旋转过一个10度到80度的角α，混合室中的压力通过搅拌器的转速和节流阀的节流效应相互匹配的设置来调节。
适合作为异氰酸酯成分的是在聚氨酯化学中惯用的二异氰酸酯和/或聚异氰酸酯，例如甲代苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷系的异氰酸酯(MDI)。
适合作为多元醇成分的是在聚氨酯化学中惯用的含有与异氰酸酯基起反应的氢原子的多元醇，例如聚醚、聚酯或聚胺。
作为添加剂，可以使用在聚氨酯化学中惯用的辅助物和添加剂，例如发泡剂、催化剂、乳化剂、稳定剂、反应抑制剂、色素、染料、耐火剂或填充剂。
适合作为节流阀或节流装置的是例如夹紧阀或隔膜阀。
在本发明所述的方法中，通过所使用的轴向输送的搅拌器与节流阀的结合，混合室中的压力可以独立于输出功率和搅拌器转速按所希望的调节。在这里，所使用的搅拌器的几何形状有这样的效果，搅拌器转速的增加在不使用节流阀的情况下会导致混合室压力的下降或使得混合室压力保持不变。为了实现这点，搅拌器被设计为一个斜叶片搅拌器。它包括一根受驱动的轴，该轴上配备有布置为一层或多层的叶片。在这里，一层包括三至六个叶片。这些叶片以这样的方式来固定，它们相对于旋转轴线旋转过一个角α。如果叶片由一个带有传输用的叶片轮廓的平板来替代，那么α对应于轮廓的弦与旋转轴线之间的夹角。角α表示叶片的倾斜度。以大于0度和小于90度的角度，该搅拌器就具有一个轴向输送的特性。
根据本发明，角α从10度到80度间调节，最好是20度到70度，特别好的是30度到60度。在这里，输送方向取决于旋转方向。这必须要选择从而搅拌器可以在混合物输出方向上进行轴向输送。如果供给混合器的体积流是从一个贮液器中自由流出的，那么随着输出功率的增加该系统将发生搅拌器转速的增加。然而，因为流经混合器的体积流只是由泵来产生的，该系统不会随着输出量的增加而发生搅拌器转速的增加。因此，在这种情况下，一个轴向输送的搅拌器将导致混合室中的压力下降。依靠这种轴向泵送效应，混合室压力在搅拌器转速增加时可以减小或维持不变。
通过刚才描述的搅拌器与一个节流装置的结合，现在可以调定任何想要的混合室压力。为了充分地将聚氨酯原料相互混合均匀，根据调定的搅拌混合器输出总功率，一个搅拌器最小转速是必需的。如果节流阀完全打开，因此节流装置不对流动提供任何阻力，那么就调到一个确定的混合室压力。如果这个混合室压力比产生泡沫材料所要得到的混合室压力大，那么可以通过提高搅拌器转速来将其减小到想要的值。但是，如果混合室压力比想要的混合室压力小，那么混合室压力可以通过调节节流阀来提高到想要的值，由此节流装置对聚氨酯反应混合物的流动施加了一个液力阻力。
根据本发明，混合室压力的微调既可以通过在节流阀保持不变时对搅拌器速度进行设置来实现，又可以通过在搅拌器速度保持不变时对节流阀进行设置来实现。然而，微调通常也可以通过同时对节流阀和搅拌器速度进行设置来实现。
本发明将借助于下面的附图1作更详细的说明。
图1图示了一个用于对一种聚氨酯反应混合物进行本发明所述的混合的搅拌混合器10。该搅拌混合器10由一个圆柱形混合室1和一个在其中以一个可调节的转速进行旋转的搅拌器2组成，该搅拌器由一个马达(图中未示)驱动。在这里，搅拌器2包括一根搅拌器轴7和在其上布置的叶片8，该叶片8分别在六个上下的平面内布置在搅拌器轴7上。在搅拌器轴7上每个平面内有四个叶片8。根据图1所表现的，每一平面都有一个叶片位于搅拌器轴7的后侧并且因此不能被看到。在这里，叶片8相对于搅拌器轴7的旋转轴线旋转过一个40度的角α。在混合室1的圆周区域，在叶片8的平面与平面之间的空间中另外安置着扰流元件5。此外，搅拌混合器含有用于成分A(异氰酸酯)、B(多元醇)和C(添加剂)的下料口(3a、3b、3c)以及一个用于聚氨酯反应混合物的出口4和一个连接在下游的节流阀6。
成分A、B和C定量地通过下料口(3a、3b、3 c)供应给搅拌混合器10的混合室1，在那里由搅拌器2进行混合，然后通过出口4作为聚氨酯反应混合物离开混合室1。然后聚氨酯反应混合物流过可调节的节流阀6。
由于叶片8的倾斜调节，混合室1中的压力可以很容易地通过提高转速来降低。转速的降低对应地引起混合室1中压力的上升。然而，混合室1中的压力也可以通过节流阀6更强劲的节流来获得。用这样的方法，混合室压力和混合质量可以通过搅拌器2转速和节流阀6开度的匹配调节相互独立地进行改变。

Claims (3)

1.用于将至少一种多元醇成分和至少一种异氰酸酯成分以及必要时的添加剂在一个搅拌混合器(10)中进行连续混合以形成一种聚氨酯反应混合物的方法，该搅拌混合器包括一个圆柱形混合室(1)和一个在其中以可调节的转速进行旋转的搅拌器(2)，该搅拌器包括一根搅拌器轴(7)和在其上布置于一个平面或多个平面内的叶片(8)，搅拌混合器还包括用于多元醇成分、异氰酸酯成分和必要时的添加剂的下料口(3a、3b、3c)以及一个用于聚氨酯反应混合物的出口(4)，在该搅拌混合器中，多元醇成分、异氰酸酯成分和必要时的添加剂定量地通过下料口(3a、3b、3c)供应给混合室(1)，在混合室(1)中混合形成一种聚氨酯反应混合物，然后该聚氨酯反应混合物通过出口(4)从混合室(1)中流出，而它的压力在一个可调节的节流阀(6)中减小，其特征在于，搅拌器轴(7)上的每个平面内都布置有三到六个叶片(8)并且叶片(8)相对于搅拌器轴(7)的旋转轴线旋转过一个10度到80度的角α，混合室(1)中的压力通过搅拌器(2)的转速和节流阀(6)的节流效应相互匹配的设置来调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，混合室(1)中的压力在恒定的节流阀位置下通过搅拌器(2)的转速来调节。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，混合室中压力的微调在恒定的搅拌器转速下通过节流阀的调节来实现。
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