专利名称：制备无缩孔和无针孔的聚氨酯泡沫块的方法
技术领域：
本发明涉及一种在有水作为发泡剂存在下连续制备聚氨酯泡沫，特别是聚氨酯泡沫块的方法，在该方法中混合工序和成核，即产生泡核的工序是相互分开进行的。
例如在EP-A1-565974中描述了一种在有水作为化学发泡剂存在下制备聚氨酯泡沫的方法。在该方法中将反应组分多元醇和异氰酸酯以及水和任选的其它添加剂按计量连续加入混合室中，并用搅拌型混合器混合。接着排出该混合物。在异氰酸酯和水反应时形成用作发泡气的和使聚氨酯泡沫化的二氧化碳。
这里，该搅拌器一方面使组分相互混合，另一方面的附加作用是在组分中，在混合室中少量释放呈最细气泡状的作为泡核形成剂而溶解的气体如空气或氮气，这些最细气泡起泡核的功能。
依在组分中所溶解的泡核形成剂的气含量和在混合室中的压力，在搅拌器部件上通过剪切力和空化作用释放出所溶解的气含量，并由此形成适于在反应过程中以化学反应所产生的CO2-发泡气的种核。但由于在径向上的圆周速度差别很大，该过程很是不可控的和不可预计的，以致形成很不均匀的泡分布。
为控制在所制备的聚氨酯泡沫中的种核的数量，也可在组分中优选多元醇组分和/或异氰酸酯组分中另外溶解较多量的按物理溶解的发泡气，如低沸点的液体或CO2。特别在物理溶解的发泡气量高时，会使混合物在排出时常混入大量粗气泡，其后这就导致泡沫中的缩孔或条纹和纹理。
另一问题在于会在搅拌器轴上分离出气相，因为气泡的密度较小，其会在离心力场的作用下向里移向搅拌器轴。各个较大的气泡会通过聚氨醋-反应混合物的流动从该气相被夹带，同样导致泡沫中缩孔或针孔，即缺陷。
此外，混合室中的离心力还产生另一问题。依搅拌器种类和搅拌器转数会使混合室外区的压力明显高于内区的压力。该压力水平又是泡核释放的重要参数。所需的成核作用，即泡核按需释放会由此效应而变得明显困难。此外，在此方法中该搅拌器不能简单地实现组分混合的最佳化，因为最佳混合会导致非所需的泡核产生。
在组分中附加泡核形成剂，如空气或氮气以有目的控制种核的数量的实验中出现了另一问题。尽管基本上可在给定的混合室压力下通过在反应组分之一中溶入作为泡核形成剂的气体来增加种核的数量。但同时也在所制备的泡沫中形成针孔和缩孔。虽然混合室压力的增加可消除该效应，但又导致在所制备的聚氨酯泡沫中的较粗种核。仅在少量加入溶解的泡核形成剂和低的混合室压力下才可达到无缺陷的细种核。但可获得的混合室压力又与搅拌器的类型、混合物的粘度、生产量和搅拌器的转数有关。
因此，本发明的目的在于排除这种相互的相关性，使反应组分能达到优良的混合并同时产生所需的泡核。为达该目的，将混合和成核工序在空间上相互分开，首先使组分相互混合，接着在聚氨醋-反应混合物中产生泡核。通过调节压力达到所产生泡核的数量。
本发明涉及一种在有水作为发泡剂和任选其它添加剂存在下由至少一种多元醇组分和至少一种异氰酸酯组分来连续制备聚氨酯泡沫的方法，该方法中a)将多元醇组分、异氰酸酯组分、水和任选的其它添加剂按计量送入混合装置的混合室，并在压力为3-200巴，优选5-200巴下将其混合成聚氨酯反应混合物，接着b)将该聚氨酯反应混合物在压力为3-200巴，优选为5-200巴减压装置中进行雾化，这时产生泡核，其中通过节流装置调节在流动方向上，在减压装置下游的压力并由此控制所产生的泡核数量，接着c)使含泡核的聚氨酯反应混合物通过节流装置流出，并置于在其上发泡和硬化的基材上。
这里，该水和任选的添加剂可以以分开的物流送入混合室中或首先将其全部或部分加入到至少一种多元醇组分和/或异氰酸酯组分中并由此经混合，接着再与该至少一种多元醇组分和/或异氰酸酯组分一起送入混合室中。
在聚氨酯-化学中常用的二异氰酸酯和/或多氰酸酯，如甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷系列的异氰酸酯(MDI)适用于异氰酸酯组分。
在聚氨酯-化学中常用的含对异氰酸酯基呈活性的氢原子的多元醇适用于多元醇组分，如聚醚、聚酯或聚胺。
可应用在聚氨酯-化学中常用的助剂和添加剂，如催化剂、乳化剂、稳定剂、反应抑制剂、颜料、染料、阻燃剂、其它发泡剂或填料作为添加剂。
可应用所有合适的混合装置作为混合装置。优选应用搅拌型混合器或静态混合器或其组合。
聚氨酯反应混合物在其上发泡和硬化的基材例如可为有复盖层的传送带或模制件或所有其它合适的泡沫底板。
在混合室中的泡核的不可控产生可通过在如此高的压力下的混合来防止，即在此压力下低压区和局部剪切梯度也不会导致作为泡核形成剂而溶于组分中的气体，如空气或氮和通过异氰酸酯和水之间的化学反应而形成的CO2在混合室中释放。在混合室中该压力为3-200巴，优选5-200巴，特别优选10-100巴。
在接着的聚氨酯反应混合物的雾化中，与通过揽拌器的成核作用相比可产生含极细泡核的特别窄的泡分布。为此雾化在压力为3-200巴，优选5-200巴，特别优选10-100巴下进行。
优选在混合室中混合组分前将泡核形成剂溶于一种或多种组分中，例如溶于多元醇组分和/或异氰酸酯组分中。该泡核形成剂通常是空气或氮气。其后在混合室中的混合在高于溶于该混合物或组分中的气体含量的溶解压下进行，以使在混合室中无泡核形成剂和无由异氰酸酯和水之间的化学反应而形成的CO2的释放。
也可将该泡核形成剂注入混合室中并在那里溶解。优选使注入混合室中的泡核形成剂完全溶解。
但通常在贮存期间溶于多元醇组分和/或异氰酸酯组分中的空气或氮气的量对形成泡核已经足够了。
在流动方向上，在混合室的下游通过合适的减压装置减压，以实现所需的泡核形成。为此一方面存在足够高的剪切速度和剪切边缘以及另一方面减压到低于在反应混合物中所溶解的气体含量的溶解压的水平是重要的。优选瞬间减压。
一个或多个喷嘴或喷嘴场是特别适用于雾化和产生泡核的减压装置。术语喷嘴场意指可依次排列或通过其产生平行流的多个喷嘴孔或孔板型孔。例如孔板、筛板或钻孔板也是适用的。在优选实施方案中，该孔和流过该孔的速度是可调的。例如可通过针栓喷嘴(Zapfendüsen)或通过可相互移动或可相互旋转的孔板来达到。由此可控制或调节所产生的气核的数量。
在流动方向上，在减压装置下游的压力用可调节流装置来调节。由此可调节所产生的气核的数量。与用作泡核形成剂的气体种类和量有关的在减压装置和节流阀之间的压力水平最高为20巴，优选0.1-20巴，特别优选0.1-10巴，更特别优选0.2-5巴。
可应用节流阀或其它合适的可调节流设备作为节流装置。优选采用隔膜阀或挤压阀(Quetschventile)。
将混合和成核工序分开(Entkopplung)也是有利的，以致可应用静态混合器作为混合装置。因为静态混合器仅在足够高的压差下才能实现优良的混合，所以在采用静态混合器时，如混合和成核工序未分开是不可能达到所需的泡核产生。因为静态混合器在混合物中不产生足够的低压区和空化区，也不产生足够的剪切梯度以能实现足够细的成核作用。静态混合器中以逐渐减压和通过静态混合器流动的较低剪切力仅导致较少的气泡数量和非常不均匀的气泡分布。
但是如果在静态混合器后接有合适的减压装置，则在静态混合器中，特别是静态混合器的出口处可维持根本无气体释放的高的压力水平。由此静态混合器可达混合的最佳化，同时对泡核的产生无不利影响。
本发明还涉及一种用于连续制备聚氨酯泡沫的设备。其包括具有混合室、反应组分的输入管和聚氨酯-反应混合物出口孔的混合装置，其特征在于，该出口处接有减压装置和在流动方向上，在减压装置下游设置有可调节流装置。
优选采用搅拌型混合器或静态混合部件或其组合作为混合装置。
一个或多个喷嘴或喷嘴场以及孔板、筛板或钻孔板适用于减压装置。
可应用节流阀或其它合适的可调节流设备作为节流装置。优选采用隔膜阀或挤压阀。
权利要求
1.一种在有水作为发泡剂和任选其它添加剂存在下由至少一种多元醇组分和至少一种异氰酸酯组分来连续制备聚氨酯泡沫的方法，该方法中a)将多元醇组分、异氰酸酯组分、水和任选的其它添加剂按计量送入混合装置的混合室，并在压力为3-200巴下将其混合成聚氨酯反应混合物，接着b)将该聚氨酯反应混合物在压力为3-200巴的减压装置中进行雾化，这时产生泡核，其中通过节流装置调节在流动方向上，在减压装置下游的压力并由此控制所产生的泡核数量，接着c)使含泡核的聚氨酯反应混合物通过节流装置流出，并置于在其上发泡和硬化的基材上。
2.权利要求1的方法，其中，将该多元醇组分、异氰酸酯组分、水和任选的添加剂在压力为5-200巴下混合，并接着在压力为5-200巴的步骤b)中使聚氨酯混合物雾化。
3.权利要求1的方法，其中，采用搅拌型混合器或静态混合部件或其组合作为混合装置。
4.权利要求1-3之一的方法，其中，应用一个或多个喷嘴或孔板作为减压装置。
5.权利要求4的方法，其中，应用其孔截面是可调的喷嘴或孔板。
6.权利要求1-5之一的方法，其中，采用隔膜阀或挤压阀作为节流装置。
7.权利要求1-6之一的方法，其特征在于，减压装置和节流装置之间的压力最高为20巴。
8.权利要求1的方法，其中，在混合室中混合之前将泡核形成剂溶于多元醇组分和/或异氰酸酯组分中。
9.权利要求1的方法，其中，将泡核形成剂注入混合室中，并在那里溶解。
10.一种用于连续制备聚氨酯泡沫的设备。其包括具有混合室、反应组分的输入管和聚氨酯-反应混合物出口孔的混合装置，其特征在于，该出口处接有减压装置和在流动方向上在减压装置下游设置有可调节流装置。
全文摘要
本发明涉及一种在有水作为发泡剂和任选其它添加剂存在下由至少一种多元醇组分和至少一种异氰酸酯组分来连续制备聚氨酯泡沫的方法，该方法中a)将多元醇组分、异氰酸酯组分、水和任选的其它添加剂按计量送入混合装置的混合室，并在压力为3－200巴，优选5－200巴下将其混合成聚氨酯反应混合物，接着b)将该聚氨酯反应混合物在压力为3－200巴，优选为5－200巴减压装置中进行雾化，这时产生泡核，其中通过节流装置调节在流动方向上，在减压装置下游的压力并由此控制所产生的泡核数量，接着c)使含泡核的聚氨酯反应混合物通过节流装置流出，并置于在其上发泡和硬化的基材上。
文档编号B29C67/24GK1681633SQ03821644
公开日2005年10月12日 申请日期2003年8月26日 优先权日2002年9月11日
发明者R·拉菲尔, J·维尔特, W·保利克, M·尚伯格 申请人:亨内克股份有限公司