专利名称：用来清洁模头的方法
用来清洁模头的方法优先权本申请要求2008年12月30日提交的题为“用来清洁模头的方法(Methods For Cleaning Dies)，，的美国专利申请第12/346，088号的优先权。背景和概述本发明涉及用来清洁挤出模头的方法，所述挤出模头是例如用于使无机材料成形的模头。挤出模头用于将材料挤出成形为特定挤出成形材料(“批料”)的物体或制品的工艺。挤出模头可以包括较小的截面积的通道或料道，通道或料道贯穿模头，并使批料通过。 在生产操作结束的时候，通常要对挤出模头进行清洁和检查。如果未将批料从挤出通道和料道除去，批料会在模头中变硬和固定，由此损坏模头以及/或者造成挤出成形体的质量差。另外，挤出模头可能需要在改变批料之前或者在关停挤出机的时候进行清洁，以免对模头造成损坏。美国专利第6，803，087号中揭示了挤出模头的例子，该专利通过参考文献结合于本文。在过去，人们用高压水清洗器(例如，其喷嘴压力约为1000-3000psi)对用来制造用于柴油机和汽车基材的陶瓷蜂窝体的模头进行清洁。尽管水清洗器已经在若干年成功地用来除去陶瓷批料，但是高压水清洗器必须进行长周期的操作以实现模头的充分清洁。 几个周期要花数小时，在模头清洗的周转时间会影响生产的某些生产环境下这是不可接受的。然后开发了一种蜡压法来清洁挤出模头。在此方法中，将蜡制“小圆饼”压入填充批料的模头中，从而将批料从模头的狭缝和孔中清除。然后使得留在模头中的蜡从模头中熔融流出，留下不含批料的模头。尽管该蜡压法能够从模头快速除去批料，但是该方法存在一些缺陷。例如，蜡的价格昂贵，蜡会在模头上留下油腻的残余物，将残余的蜡从模头熔融除去很耗时。另外，蜡需要高成本而耗时的环境处理。另外，在蜡压法中，为了将蜡从模头完全清除，需要使用可燃和/或有毒的溶剂， 如己烷和/或二氯甲烷进行清洁的另一步骤。通过将模头加热至600°C，烧掉模头上的蜡也可除去蜡残余物；但是，这种高温会对模头造成损坏。然而，蜡的完全除去是特别重要的。 例如，为了在模头上重新镀敷化学气相沉积(“CVD”)耐磨涂层，必须对模头进行完全清洁。美国专利第3，084，075号(通过参考文献结合于本文}特别揭示了一种用来清洁生面团挤出模头的方法，该方法包括将固体蜡的材料压制或挤出通过模头以除去生面团残余物，然后使用加热至温度高于蜡熔点的水除去残余的蜡。最终人们还是放弃了蜡压法，又用高压水清洗器取代，目前高压水清洗器用于清洁挤出模头，例如柴油机和汽车薄壁蜂窝体模头。如上文所述，尽管水清洗器已经成功地使用了若干年，但是由于模头技术的改进，从而能够用于更薄的狭缝和孔，而且由于模头变得更厚，以便制造更大直径的蜂窝体，所以水清洗器要实现对模头的充分清洁，必须进行更长周期的操作。几个周期可能要花数小时，在模头清洁的周转时间会影响生产的某些生产环境下这是不可接受的。另外，清洗器的高压可能会导致模芯棒(die pin)的弯曲，或者对模头造成其它的损坏。美国专利第7，040，327号(通过参考文献结合于本文)特别揭示了一种高压水清洗法的变化方法，该方法首先将模头加热至200-500°C，以烧掉陶瓷中的有机粘合剂，然后将模头置于高压清洗周期。尽管此种变化可能加快了清洗周期，但是模头清结的总周期仍然很慢，这是因为模头首先必须加热并保持足够的时间，例如4-M小时，以烧掉有机粘合剂。另外，一些陶瓷糊料在加热至所述温度的时候会在模头上固化(类似水泥)，变得甚至更难或者不可能从模头上除去。本发明人现已发现一种用来清洁模头的节约时间且节约成本的方法，在各种实施方式中，能够在不损坏模头的情况下对模头进行清洁。根据各种实施方式，本发明涉及用来清洁挤出模头的方法，所述挤出模头是例如用于来对无机材料进行成形的模头。尽管本发明可以消除上述一个或多个缺点，但是应当理解，本发明的一些方面可能不一定能消除所述一个或多个缺点。发明概述根据本文所述的详细描述以及各种示例性实施方式，本发明涉及用来清洁挤出模头的方法，所述挤出模头是例如用来对无机材料进行成形的挤出模头。在各种示例性的方法中，凝胶组合物以足以将批料从模头清除的方式引入模头。在某些实施方式中，然后可以对模头进行随后的处理和/或冲洗。在至少一个示例性的实施方式中，所述凝胶组合物可以是水溶性的、水溶胀性的、或者水分散性的。在另一个示例性的实施方式中，本发明涉及对用来使陶瓷材料成形的挤出模头进行清洁的方法，该方法包括用水溶性、水溶胀性的或水分散性的凝胶组合物将陶瓷批料从模头清除，然后用热水冲洗所述模头，以使残留的凝胶熔化以及/或者冲掉。附图简要说明包括的附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图不是用来对要求保护的本发明构成限制，而是用来进一步图示本发明的至少一个实施方式，与说明书一起用来解释本发明的原理。
图1是陶瓷批料糊料和本发明的用来清洁挤出模头的凝胶的模头压力随温度而变化的曲线图。图2是陶瓷批料糊料和本发明的用来清洁挤出模头的凝胶的粘度随温度而变化的曲线图。发明详述应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例和说明性的，不构成对要求保护的本发明的限制。本领域技术人员通过研究本说明书和实施本文所揭示的本发明就会明显看出本发明的其它实施方式。认为本说明书和实施例仅是示例性的，本发明真正的精神和范围由所附权利要求书来限定。本发明涉及用来清洁挤出模头的方法，所述挤出模头是例如用来对无机材料进行成形的模头，例如所述方法包括以足以将批料从所述模头清除的方式，将凝胶组合物引入模头。如本文所用，术语“清除”及其变体表示例如通过压制或者以其他方式强迫批料通过模头，从而从模头除去基本上全部的批料。在各种实施方式中，所述方法还可以包括对模头进行处理和/或冲洗。在至少一个实施方式中，所述凝胶组合物可以是水溶性的、水溶胀性的、或者水分散性的。在至少一个示例性的实施方式中，本发明涉及对用来使陶瓷材料成形的挤出模头进行清洁的方法， 该方法包括用水溶性、水溶胀性或水分散性凝胶组合物将陶瓷批料从模头清除，用热水冲洗所述模头，使得所述凝胶组合物熔化，以及用热水冲洗模头，对其进行清洁。在至少一个示例性实施方式中，本发明涉及对用来使陶瓷材料成形的挤出模头进行清洁的方法，该方法包括使用水溶性、水溶胀性或水分散性凝胶组合物将所述陶瓷批料从模头清除，然后显著降低凝胶的粘度，使得可以在低压力下将所述凝胶从模头除去。在至少某些实施方式中，本发明所述的方法提供基本清洁的模头。如本文所用，术语“基本清洁”及其变体表示在进行光学检查的时候，模头显示没有批料和水溶性凝胶组合物。光学检查通常包括对模头进行背后照明，由个人或者照相机/计算机系统观察模头料道的与是否存在堵塞相关的尺寸。在各种示例性的实施方式中，基本清洁的模头将不包含， 当模头重新使用的时候会对挤出材料的质量造成负面影响的量的残余批料。在本发明的各种示例性的方法中，使用需要进行清洁的模头对无机批料进行挤出，所述无机批料可以选自，但不限于金属、玻璃和陶瓷批料。在至少一个示例性的实施方式中，模头用来挤出陶瓷批料，例如用来制造陶瓷蜂窝体结构的陶瓷批料。所述批料还可以包含有机材料，例如但不限于挤出助剂，成孔剂和润滑剂。在本发明的各个示例性的方法中，所述凝胶组合物可以包含至少一种胶凝剂。所述胶凝剂可以是本领域技术人员已知的任意胶凝剂。例如，所述胶凝剂可以选自至少一种水溶胀性胶凝剂。在本发明中，“水溶胀性胶凝剂”及其变体表示一种或多种能够在水中溶解、分散和/或溶胀以形成凝胶的化合物。例如，在本发明的各种实施方式中，水溶胀性胶凝剂包括但不限于聚合物凝胶、溶胀表面活性剂和基于淀粉的凝胶。水溶胀性胶凝剂的非限制性例子包括明胶，琼脂，角叉菜胶，胞外多糖胶，黄原胶，果胶，淀粉(例如土豆淀粉， 玉米淀粉，米淀粉，小麦淀粉等)，甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素，聚丙烯酸，聚丙烯酸的碱金属盐和铵盐(被称作超强吸收剂聚合物)，聚乙烯醇-硼酸盐配合物，以及聚环氧乙烷-聚环氧丙烷共聚物。在本发明的至少一个实施方式中，所述至少一种水溶胀性胶凝剂是购自美国纽约州约翰镇的米利甘和希金斯公司(Milligan&Higgins (Johnstown，NY))的 8ATechnical Gelatin。在各个示例性实施方式中，对所述至少一种胶凝剂可以进行选择，使得其可以形成固态、半固态或凝胶状组合物，用来引入模头中，清除批料。在各种实施方式中，对所述胶凝剂可以进行进一步选择，使得根据清除之后的条件变化(例如加热或冷却)，其转变为粘度较小的流体状形式，凝胶组合物自己或者在很小的作用下从模头流出。例如，在本发明的一个实施方式中，所述至少一种胶凝剂是水溶胀性的，可以是热可逆的(在冷却或加热的时候)，离子可逆的，甚至是可紫外降解的。在本发明的另一个示例性实施方式中，对水溶胀性胶凝剂进行选择，使得通过例如加入氯化钠进行盐析可以改变所述凝胶组合物的离子强度，可以使得所述凝胶组合物的粘度降低几个数量级。根据各种实施方式，所述凝胶组合物还可以包含至少一种溶剂。所述溶剂可以选自任意可用来制备凝胶组合物的溶剂，例如水和有机溶剂。在至少一个示例性实施方式中， 所述溶剂是水。本领域普通技术人员可以根据例如凝胶组合物所需的性质以及所选的具体的胶凝剂，很容易确定合适的溶剂。
在本发明的各种示例性实施方式中，所述至少一种胶凝剂的含量可以为凝胶组合物的1-99重量％，例如20-70重量％，甚至25-50重量％。本领域技术人员可以例如根据所述凝胶组合物所需的性质，很容易确定合适的胶凝剂的量。在各种示例性的实施方式中，所述凝胶组合物可以具有足够的刚性和粘度，以推动批料通过模头，同时不会穿过批料形成沟流，如果所述凝胶组合物穿过批料形成沟流，会在模头中留下残余的批料。在至少一个示例性实施方式中，所述胶凝剂的含量可以使得凝胶组合物的粘度大致与批料的粘度相同或类似。可通过本领域技术人员已知的任何技术测量粘度。作为一个非限制性的实例， 可以用毛细管粘度表征法来测定和比较本文讨论的凝胶组合物和批料的粘度。根据该方法，在大约10-70°C的温度范围，以1°C /分钟的升温速率，以10/s的剪切速率对材料进行表征。本发明在以下条件下获得类似的结果使用下文所述的粘度计设备，剪切速率约为 1. 5/s至800/s,活塞速度为0. 05-27. 1毫米/分钟。该表征方法用来测定，材料在施加的剪切应力，即在将材料泵送/清除通过模头 (例如用来挤出陶瓷批料/糊料的蜂窝体模头)的时候所经受的剪切的条件下流动的能力。 可以使用Rosand RH-7双筒体毛细粘度计(美国马萨诸塞州南波罗市的马尔文仪器有限公司(Malvern Instruments Inc. , Southborough ΜΑ))进行毛细粘度测试，为了获得 10/s 的表观剪切速率(在本文中称作剪切速率)，活塞速度为0. 333毫米/分钟。该粘度计可以具有一个直径15毫米的筒体/柱塞、以及约250毫米的在该筒体内的样品室，使用毛细管模头(零件号 #DA-1. 0-16-180-15 和 #DA-1. 0-0. 25-180-15)，其长度分别为 16 毫米和 0. 25 毫米，直径1毫米，入口角度为180度，外径为15毫米。可以使用10，OOOpsi的压力传感器。 可以使用外部循环水浴控制仪器筒体的温度。可以记录下Bagley校正条件下的模头压力和10/s的剪切速率下的粘度，并绘出随温度而变化的曲线图。可以使用10/s的剪切速率对陶瓷批料的粘度进行计算，以获得表观粘度(在本文中称作粘度)，以便将陶瓷批料糊料与凝胶、蜡和水进行比较。记录的压力数据的单位可以为帕0 )，记录的粘度数据的单位可以为帕-秒(Pa-s)。在本发明的至少一个示例性实施方式中，所述凝胶组合物与所述批料的粘度之比为0.02-100。例如，在各种实施方式中，所述凝胶组合物与批料的粘度之比可以为 0. 02-1. 0，1-2，1-2，或者 2-20。在本发明的至少一个示例性实施方式中，用来将陶瓷批料从模头清除的凝胶组合物的粘度大于lOOPa-s，例如140Pa-s。在另一个示例性的实施方式中，所述凝胶的粘度大于lOOOPa-s，例如15001^-s。在至少一个另外的示例性的实施方式中，所述凝胶组合物的粘度大于10，OOOPa-s，例如20，000Pa-s, 100, 000和500，000Pa-s。本领域技术人员将明显地看出，作为清除材料的凝胶的有效的粘度上限可以取决于例如挤出模头的设计，例如，用于陶瓷批料的具有大狭缝(例如1毫米)的小直径、较厚的模头(50毫米直径x50毫米厚度)能够耐受的压力大于狭缝为0. 1毫米的大直径模头QOO毫米x25毫米厚度)。根据各种示例性实施方式，所述凝胶组合物还可以包括本领域技术人员已知的可以用来制备凝胶组合物的任意另外的组分。例如，所述凝胶组合物还可以包含至少一种辅助剂，例如至少一种抗微生物剂，例如丁基化羟基甲苯和山梨酸钾，填料，颜料，以及固化剂，包括丙二醇和金属盐。凝胶可以冷却或冷冻(例如冷却至低于0°c的温度，例如-20°c)以防止微生物生长，然后在即将使用之前解冻(例如加热至室温附近，例如15-20°C )。根据各种示例性的实施方式，所述凝胶组合物可以为固态、半固态或凝胶状的形式。例如，可以为与挤出模头的尺寸大致匹配的圆盘、馅饼或煎饼状。还可以为球粒或珠粒的形式。在各种实施方式中，将凝胶组合物形成物压制通过模头的孔。在本发明的各个实施方式中，所述凝胶组合物可以为馅饼的形式，厚度可以大约与模头长度相等。另外，凝胶组合物的用量可以与模头孔或料道的体积相同，或者大于模头孔或料道的体积。可使用任何本领域技术人员已知的以足以将批料从模头清除的方式将凝胶组合物引入模头的方法。例如，可以用挤出机或液压机将凝胶组合物压制或推动通过模头，从而迫使批料排出。在各种实施方式中，一旦将凝胶组合物引入模头中并将批料清除，就可以对模头进行进一步处理，这样除去留在模头中的任何凝胶组合物。可以通过本领域技术人员已知的任意处理方法将所述残余凝胶组合物除去。例如，可以改变条件，使得凝胶组合物从其固态或凝胶状的形式转化为更类似流体状的状态，因此可以自己或者在很少作用下，就可以从模头流出。在本文中，术语“液体”、“液化”、“流体状”及其变体表示凝胶组合物基本自由流动，或者能够在很小的力或作用下流动。根据各种示例性的实施方式，条件变化包括但不限于温度变化以及受到辐射(例如紫外光)的作用。例如，在本发明的一个实施方式中，选择热可逆的胶凝剂，其中所得的凝胶组合物是水溶性的，在室温下形成固体或凝胶，推动其通过模头，从而清除批料。在本发明的另一个示例性实施方式中，条件变化可以是加入氯化钠，如上文所讨论，通过改变凝胶组合物的离子强度，从而使凝胶组合物的粘度降低几个数量级。然后使用温水对模头中的残余凝胶组合物进行加热，凝胶组合物液化，从模头流出。上文所述的毛细粘度计表征法也可以用来测定凝胶发生液化、独立地或者在很小作用力下从模头流出时的粘度。在至少一个示例性实施方式中，在将批料从模头清除之后， 凝胶组合物的粘度可以降至小于lOOOPa-s，例如800Pa-s，以使得凝胶液化并从模头流出。 在另一个示例性实施方式中，凝胶组合物的粘度可以降至小于lOOPa-s，例如80Pa-s，以使得凝胶液化并从模头流出。在至少一个另外的示例性实施方式中，凝胶组合物的粘度可以降至小于lOPa-s，例如5Pa_s，以使得凝胶液化并从模头流出。在又一个示例性实施方式中，凝胶组合物的粘度可以降至小于lPa-s，例如0. 8Pa-s,以使得凝胶液化并从模头流出。最后，可以通过本领域技术人员已知的任意方法，例如通过在上文所述进一步处理的过程中或之后，用溶剂冲洗模头，从而除去任意剩余的凝胶组合物。在至少一个实施方式中，通过用水冲洗模头除去剩余的凝胶组合物。例如，可以在热水清洗循环中将凝胶组合物从模头冲洗除去，例如使用来自水槽龙头的低压水，水温约为50-60°C，或者使用水温约为50-55°C的高压清洗器。清洗时间可以例如根据模头设计、凝胶组成、水压力以及清洗方式等因素变化。在某些实施方式中，热水清洗可以进行仅仅几分钟，在至少一个实施方式中，可以进行小于2分钟。在各种实施方式中，通过用溶剂冲洗除去剩余的凝胶组合物，本领域技术人员可以根据例如将要除去的凝胶组合物的量和类型很容易选择合适的溶剂。除非另外说明，说明书和权利要求中使用的所有数值都理解为在所有情况下用术语“约”修饰，而不管是否确有“约”。也应理解，本发明说明书和权利要求书所用的精确数值构成本发明的附加实施方式。已尽力保证实施例所揭示的数值的准确度。然而，任何测定的数值必然会含有由各种测定技术中存在的标准偏差所造成的某些误差。本文所用的“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，不应被局限为“仅一个(一种)”，除非有相反的明确说明。因此，例如“所述胶凝剂”或“一种胶凝剂”用来表示至少一种胶凝剂。本领域技术人员通过研究说明书和实施本文所述的本发明将会明显看出本发明的其它实施方式。认为本说明书和实施例仅是示例性的，本发明真正的范围和精神由所附权利要求书来限定。
实施例以下实施例不是用来对本发明要求保护的范围构成限制。实施例1-5用上文所述的毛细管粘度计对五种凝胶组合物(实施例1- 进行表征，以测定和比较模头压力和凝胶粘度随温度而变化。凝胶组合物的组成列于下表1 实施例5由“Gel 79672，”组成，Gel 79672是包含高果糖玉米糖浆、糖和明胶的〃 gummi bear"糖块。其为购自美国纽约州康宁的危格曼食品公司(Wegman' s Foods, Corning, NY)的产品编号 79672(c)的产品。两种用来使用模头制造陶瓷蜂窝体的陶瓷糊料也通过毛细管粘度进行表征，以测定和比较糊料粘度随温度而变化。第一陶瓷糊料记作“AT批料”，是一种氧化铝钛酸盐陶瓷批料糊料(a)，根据美国专利第7，001，861号所述制备，该专利通过参考文献结合入本文中。第二陶瓷糊料记作“堇青石批料”，是一种堇青石陶瓷批料糊料(b)，根据美国专利第 6，344，078号所述制备，该专利通过参考文献结合入本文中。另外，比较清洁材料，蜡(BW558微晶蜡，美国威斯康辛州奥斯考辛的混合蜡有限公司(Blended Waxes, Inc. , Oshkosh, WI))和水也进行了表征。所用的陶瓷糊料和比较材料的组成也列于表1。表 权利要求
1.一种用来从挤出模头清除批料的方法，该方法包括以足以将所述批料从所述模头清除的方式，将至少一种凝胶组合物弓I入所述模头。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种凝胶组合物是水溶胀性的。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种凝胶组合物包含至少一种胶凝剂。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一种胶凝剂选自水溶胀性胶凝剂。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一种水溶胀性胶凝剂选自明胶，琼脂，果胶，淀粉，角叉菜胶，胞外多糖胶，黄原胶，甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素，聚丙烯酸， 聚丙烯酸的碱金属盐和铵盐，聚乙烯醇-硼酸盐配合物，以及聚环氧乙烷-聚环氧丙烷共聚物。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述凝胶组合物还包含至少一种溶剂。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述足以将所述批料从所述模头清除的方式包括将所述至少一种凝胶组合物挤压通过所述模头。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述批料是无机批料。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种凝胶组合物的粘度大于 IOOPa-S0
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种凝胶组合物的粘度大于 IOOOPa-S0
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种凝胶组合物的粘度为 1000-200，OOOPa-s。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述批料从所述模头清除之后，对所述模头进行进一步处理。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述进一步处理包括在所述清除步骤之后以使得所述至少一种凝胶组合物液化并从模头流出的方式改变条件。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述进一步处理使所述至少一种凝胶组合物的粘度降至小于lOOPa-s。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述条件的变化包括对所述至少一种凝胶组合物进行加热。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述进一步处理过程中或之后，用至少一种溶剂对所述模头进行冲洗。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少一种溶剂是水。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在对模头进行冲洗之后，所述模头基本清洁。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种凝胶组合物为固体、半固体或凝胶状的形式。
20.一种用来从挤出模头清除陶瓷批料的方法，所述方法包括以足以将所述陶瓷批料从所述模头清除的方式将至少一种水溶性凝胶组合物引入所述模头，对所述模头进行加热，并且同时或随后用水冲洗所述模头，其中所述至少一种凝胶组合物与所述陶瓷批料的粘度之比为0. 02-100。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，在所述用水冲洗所述模头之后，所述模头基本清洁。
全文摘要
一种用来从挤出模头清除批料的方法，该方法包括以足以将所述批料从所述模头清除的方式，将至少一种凝胶组合物引入所述模头。在将所述批料从所述模头清除之后，可以对所述模头进行进一步处理，使得所述凝胶组合物液化并从模头流出。
文档编号B28B7/38GK102300687SQ200980156031
公开日2011年12月28日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月30日
发明者D·C·布克班德, L-M·吴, Y·F·占 申请人:康宁股份有限公司