用異氰酸酯和多元醇配方製造反應混合物的方法以及混合頭的製作方法

2023-07-20 14:02:16

專利名稱：用異氰酸酯和多元醇配方製造反應混合物的方法以及混合頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無需攪拌器的、用異氰酸酯和多元醇配方製造形成聚氨酯的反應混合物的方法，其中該兩種組分系被送入一個混合區並在其中相互混合，同時，其中至少兩種組分之一具有高於3000毫泊、優選高於5000毫泊的粘度。
新的應用領域要求製備高粘度的多元醇配方。使用高粘度的組分可提供出很多優點。一般說來，聚醚多元醇、特別是聚酯多元醇的粘度會隨著其官能度的增加而增高。為了獲取高度的交聯度，從而取得更好的機械特性，需要使用較大數量和組分的高官能度的多元醇。
異氰酸酯組分作為一種高粘度組分，也被以預聚物的形態得到應用。
在不帶攪拌器的自行淨化式混合室內，要想在組分的粘度增高到某一程度下得到滿意的混合，目下還有很多困難。「Kunststoff-Handbuch」(塑料手冊)卷7第175頁最後一節「聚氨酯」(慕尼黑的Carl Hanser Verlag出版社1993年出版)中提到「雖然以前的可混合粘度極限為1500毫泊，但目前按注射法已能操控超過2000毫泊的粘度」。但在事實上，按照逆流高壓注射法，現仍不能加工粘度高於3000毫泊的反應組分。所得的泡沫材料上帶有條痕，而且其物理參數會很快下降。因此迄今仍須使用帶有攪拌器的混合頭。
大家也知道(「Kunststoff-Handbuch」p.125)，提高製備溫度可把粘度降至2000至3000毫泊。但是，組分溫度的升高會導致系統的反應性加強，以至於使發泡過程失控。
下面的方案涉及多元醇組分用作高粘度組分的，這是用作例子。該方案也適用於以異氰酸酯用作高粘度組分。
本發明的目的是提供出一種不用攪拌器製造導言中所說的那種類型的反應混合物的方法和混合頭，並且這種反應形成高質量的產品。
這一目的用下述方法達到了粘度至少為3000毫泊的多元醇配方在低壓下被送入混合區，以及至少兩股低粘度組分(異氰酸酯，還可是低粘度多元醇)物流在高壓下被注入到高粘度多元醇配方的液流中去。
令人驚喜的是，這一方法使高粘度組分得到了很好的混合。本發明利用下述事實將高粘度組分被分成兩股或更多股支流，雖然其能量發生轉移，但總體的能量卻增加了。
多元醇配方物流的橫截面面積優選比多股異氰酸酯的物流的橫截面面積之總和大10到100倍。
還可優選異氰酸酯的加工壓力為50至300巴，多元醇配方的壓力小於20巴，這樣可得到良好的效果。最好壓力在70巴和250巴之間，而壓力在100巴和200巴之間是特別優選的。
異氰酸酯組分支流的注入優選採用橫向流方式。
在此應注意的是，當與橫向流輸入偏離不太大時仍可取得較好的結果。
注入射流不直接對準混合區的中心軸也是有利的，因為至少近似正切的輸入方向由於可造成額外的湍流會使混合度良好。通常，輸入點都是均勻地分布在混合區的周邊上，而且還可以是只是低粘度的組分從端面輸入。
按照經典逆流注射原理，對組分粘度＜2000毫泊的情況來說，可使用下述能量分布公式(mPoly×pPoly)+(mIso×pIso)＝E若多元醇(粘度4000毫泊)輸出量為4kg/min，異氰酸(粘度50毫泊)輸出量為6kg/min，則總的輸出量為在注射壓力100巴下10kg/min，則有下述能量分布(4×100)+(6×100)多元醇能量400+異氰酸酯能量600＝1000相反，在新方法下，多元醇系在10巴下輸入，異氰酸酯系在180巴下分兩股以橫向流方式相互對向注入(mPoly×pPoly)+[(mIso/2×pIso)+(mIso/2×pIso)]＝E4×10+(6/2×180)+(6/2×180)
多元醇能量40+異氰酸酯能量1080＝1120按照新方法的另一實施方案，全部物流都在同一平面上引入混合區。
也可以只把多元醇配方的粘度較高的組分在低壓下輸送，而另外在高壓下把低粘度組分和異氰酸酯注入高粘度組分的物流中。
在此可以考慮下述實施例要處理4kg/min的多元醇，其中2/3為高粘度，1/3為低粘度。高粘度構分在10巴壓力下被垂直輸入混合區。低粘度構分和6kg/min的異氰酸酯在150巴下從三股各相距120°的支流橫向輸入。相關的能量計算如下，其中「poly H」為高粘度多元醇，而「poly N」為低粘度多元醇[(1/3mPolyH×pPoly)+(2/3mPolyN×pPoly)+[(mIso/2×pIso)+(mIso/2×pIso)]＝E(1.33×10)+(2.66×150)+(6/2×150)(6/2×150)多元醇能量413+異氧酸酯能量900＝1313當多元醇配方分解為高粘度組分和低粘度組分時，高粘度構分也可垂直地被引入混合室，同時把低粘度構分以一股物流輸入，而把全部的異氰酸酯以另一股物流從相對方向輸入[(1/3mPolyH×pPoly)+(2/3mPolyN×pPoly)+[(mIso×pIso)＝E(1.33×10)+(2.66×150)+(6×150)多元醇能量413+異氰酸酯能量900＝1313當然，異氰酸酯和/或低粘度多元醇也都可以以多股支流被注入。
一個不帶攪拌器的，包括有混合室和多個組分注入孔的混合頭，是最適合作為本新方法的實施。
本發明的新穎之處在於一個入口孔用於高粘度多元醇配方；至少兩個入口孔用於低粘度組分(異氰酸酯和還可以是低粘度多元醇)；其中高粘度多元醇配方的入口孔的橫截面面積比低粘度組分入口孔的橫截面面積的總和要大10到100倍。
這樣的混合頭是自行淨化式的，並且在原則上(視其控制可能性而定)是可以連續作業的，例如對下遊的皮帶輸送裝置來說，或者對充注壓模工具或其它要充注的空穴來說，也可以是分批繼續作業的。
本發明可允許用粘度超過3000毫泊的多元醇組分來製造反應混合物，特別是可用粘度在10,000和50,000毫泊之間的多元醇組分。
多元醇組分的粘度極限受制於所需的輸送裝置。當粘度高達100,000毫泊時，齒輪泵、螺杆泵或者螺旋輸送機都將是適用的輸送工具。
下面將參照附圖對本發明進行詳細論述，附圖有

圖1a和1b示出本發明的一個混合頭，它的出口是寬縫式噴嘴式。
圖2示出本發明的一個混合頭，它的出口是匙形或舌形噴嘴式。
圖3a和3b示出本發明的一個混合頭，它是分批作業用的。
圖4a、4b和4c示出本發明的混合頭的另一實施方案，它是分批作業用的。
圖1a所示本發明的混合頭1包括有高粘度多元醇送料管11和異氰酸酯的入口孔12。入口孔12上具有可頂著加有預應力的彈簧移動的密封錐15，當異氰酸酯在所需壓力下供料(箭頭14)時，該密封錐即開啟。混合區13並未經過幾何上精確界定，而是簡單的直通管道，異氰酸酯注入噴嘴12注入其中。混合區13中並沒有任何種類的產生湍流的構件。異氰酸酯注入噴嘴優選不對準混合區13的軸線方向，但圍繞與軸線垂直的平面布置，使得在異氰酸酯注入時，高粘度多元醇液流在混合區13內經受一個旋轉運動，以有助於混合。混合頭1的出口2是寬縫式噴嘴。圖1b示出與圖1a圖面垂直的混合頭出口2的斷面圖。
圖2示出與圖1a相同的混合頭1，但它的出口2是舌形噴嘴式的。
圖3a的混合頭1適用於泡沫模製件間隙性的分批生產操作。混合頭上有密封活塞20，它可在軸向(箭頭21)用液力推動。為充注模型，將密封活塞20向回(如箭頭21所示)運動，以使高粘度多元醇的入口11和異氰酸酯的注射噴嘴12打開，以使其進入混合區13。混合物從混合區13進入出口管2，通過出口管後，混合物即被引導進入模型。當模型被注滿後，密封活塞20就被回到所示位置，通向混合區13的入口11和12就被關閉。與此同時，入口11和12就通過密封活塞20上的溝槽28和29與再循環管道24和25接通，高粘度多元醇和異氰酸酯就分別通過再循環管道24、25被送回它們各自的貯存罐中。就象通常的聚氨酯生產工藝那樣，在兩批之間的間隙時間內，都保持著再循環物流。混合頭上還有一個液力驅動的淨化活塞26，在一批的終了，每當密封活塞20運動到密封位置時，淨化活塞26就把殘存在出口管2中的混合物排出出口管2。圖3b示出圖3a的A-A截面。在該示例圖中，設有三個異氰酸酯的注射噴嘴。混合頭的結構變動是可能的，本領域的技術人員根據Becker/Braun的文章(載「Kunststoff-Handbuch」，卷7，聚氨酯，p.177-182，1993)可很容易地推演出來。對本發明來說，主要的是輸送高粘度多元醇的管道截面，比之異氰酸酯入口孔要大很多，並具有相應的大截面的再循環管道，這樣，高粘度多元醇的輸運就可在基本上不加壓的狀態下進行。
圖4a示出本發明用於間歇式分批作業的混合頭的另一個實施方案，其中高粘度多元醇的偏轉角度被保持得很小。與圖3a中相同的部件用相同的符號表示。圖4b示出圖4a的B-B截面。圖4c重顯圖4a的圖形，但其中密封活塞20已移動到密封位置。在引導進入混合區13時，通過送料管11送來的高粘度多元醇液只偏轉了20～35°的彎。異氰酸酯的引入(四個入口孔12a和12b被兩兩相對分布)是採取與多元醇液流相橫向的方式。在此，異氰酸酯送料管14a和14b被成對偏置成能使多元醇物流在引入平面上作相對方向的旋轉。在一批終了時，異氰酸酯的再循環系通過密封活塞20上的溝槽29進行。高粘度多元醇的再循環是藉助於貫穿密封活塞20的孔28進行的，該孔在密封活塞內構成了通向再循環管道24的連結通道。
權利要求
1.一種無需攪拌器的、用異氰酸酯和多元醇配方製造反應混合物的方法，其中該兩種組分被送入混合區並在其中相互混合，而且組分中有一種具有高粘度，其特徵在於，粘度至少為3000毫泊的高粘度組分是在低壓下被送入混合區，並且至少有兩股低粘度組分在高壓下被注入高粘度的多元醇配方的物流中。
2.權利要求1的方法，其特徵在於，高粘度組分物流的橫截面面積要比高壓物流橫截面面積之總和大10到100倍。
3.權利要求1或2的方法，其特徵在於，低粘度組分物流是在50～250巴的壓力下被注入到壓力低於20巴的高粘度組分物流中。
4.權利要求1、2或3的方法，其特徵在於，支流是以橫向流的方式被注入的。
5.權利要求1、2或3的方法，其特徵在於，所有物流都是在混合區的同一平面上被引入。
6.權利要求1至4中之一項的方法，其特徵在於，多元醇配方中只有高粘度組分是在低壓下送入的，而低粘度組分和異氰酸酯是在高壓下分開注入到高粘度組分的液流中。
7.一種不帶攪拌器的、用低粘度組分和高粘度組分製造反應混合物的混合頭，它包括一個混合室，混合室上有多組分的入口孔，其特徵在於，一個入口孔為高粘度組分的物流使用，而至少兩個入口孔為低粘度組分的物流使用，其中高粘度組分使用的入口孔的橫截面面積要比低粘度組分使用的入口孔的橫截面面積之總和大10到100倍。
8.權利要求7的混合頭，其特徵在於，低粘度組分用的入口孔是均勻分布在混合室周邊上的，而且布置成至少是近似垂直於混合室的軸線的。
9.權利要求7的混合頭，其特徵在於，所有入口孔都是在同一個平面上流向混合室。
全文摘要
本發明涉及一種無需攪拌器的、用異氰酸酯和高粘度多元醇配方製備反應混合物的混合頭和方法,其中該兩種組分被送入混合區並在其中相互混合,粘度至少為3000毫泊的高粘度組分是在低壓下被送入混合區,並且至少有兩股低粘度組分(異氰酸酯和還可以是低粘度的多元醇)在高壓下被注入高粘度多元醇配方中。
文檔編號B29B7/76GK1247496SQ98802573
公開日2000年3月15日 申請日期1998年2月4日 優先權日1997年2月17日
發明者K·舒爾特, K·克裡普爾, W·弗裡德裡希斯, U·屈策爾, H·U·維貝爾 申請人:拜爾公司