生產吸聲柔性成型泡沫的方法

2023-11-05 04:35:37

專利名稱：生產吸聲柔性成型泡沫的方法
生產吸聲柔性成型泡沬的方法本發明涉及一種生產吸聲聚氨酯柔性成型泡沫構件的方法。聚氨酯柔性成型泡沫主要也應用於吸聲領域。通過開孔泡沫的性質，由吸聲作用減小了所謂的空氣載聲。按照現有技術，將這種泡沫(這裡也稱作彈簧)與一種較重的材料(這裡也稱作質量(Masse))相組合，就能減小空氣載聲和結構聲。將儘可能緻密而且薄的質量層與儘可能厚的彈簧層相組合，即可獲得極佳的吸聲效果。在DE 10 2004 054 646中，從兩種聚氨酯製備質量和彈簧，這兩種聚氨酯的基本聚醚配方和異氰酸酯並無區別，區別僅在於其混合比例。在該質量中使用的多元醇比例低於彈簧中的多元醇比例，並且質量中的多元醇還摻有重物質。該方法的缺點是生產過程中需要三個而不是兩個半模。通過兩個半模(A)和(B)適當壓縮所填充的發泡聚氨酯系統形成質量，從而不存在或者幾乎沒有發泡空間，因此聚氨酯就會在反應後形成緻密層。這種方法的缺點是需要增大鎖模力。將半模(B)替換成半模(C)產生一個新的型腔，在半模(A) 的側面通過緻密層形成該型腔的邊界，在對側面通過半模(C)自身形成邊界。將聚氨酯系統適當充入型腔，使其在發泡過程中能夠膨脹進入型腔的剩餘容積之中並且產生泡沫。M. Tavema ( 「高填充性聚氨酯配方-用於前圍板的創新技術」 2009年聚氨酯雜誌六月/七月刊) 報導了一種方法，其中將填料分散在多元醇之中，在混料頭中與異氰酸酯混合，然後將其噴出形成質量。與之前所述的一樣，在隨後的反應注射成型(RIM)工藝過程中形成彈簧。缺點是與填充的多元醇接觸的機器部件磨損嚴重，因此必須採取措施防止磨損。此外還必須大幅度加熱原料來降低粘度，隨之帶來的缺點是增大了對原料進行調溫處理的技術費用，並且原料在配料機的日用儲罐中承受高的熱負荷。該方法的另一缺點是需要兩種聚氨酯系統來製備一個緻密的質量和一個發泡的彈簧。此外還無法根據局部需要更改噴塗面中的填料含量，因為多元醇和填料以固定的混合比分散存在。僅改變多元醇和異氰酸酯之間的混合比是可能的，但會導致噴塗後的質量層中的基質出現局部改變的機械特性。DE-A 101 61 600和DE-A 10 2004 039 438均描述了一種將質量層噴塗到三維成型表面上的方法。這裡首先混合多元醇和異氰酸酯，然後進行噴塗。在噴頭之外將重物質優選是硫酸鋇定量加入到自由噴束之中。該方法的缺點在於要麼需要兩種不同的聚氨酯系統來製備一個緻密的質量層和一個彈簧層，或者必須執行使用三個半模而不是使用兩個半模的生產步驟，與之前結合DE-AlO 2004 054 646所解釋的一樣。此外按照DE-A 101 61 600所述的方案，如果在混合頭之外將用量高的填料定量加入到噴束之中，則無法完全溼潤填料。如果填料含量比例高，就會有很多填料顆粒處在其它填料顆粒的滑流(Flugschatten)之中，從而使得聚氨酯反應混合物的液滴無法將其溼潤或者溼潤程度不夠充分。此外由於湍流幾乎不能促進噴束中的溼潤過程，因此溼潤不完全。相互碰撞的噴束液滴和填料顆粒將會具有遵循動量定律而改變的合成運動軌跡，並且可能會因為與尚未改變運動軌跡的相鄰顆粒碰撞而引起輕微的湍流，但是逐漸擴大的噴束性質會迅速減小發生此類碰撞的概率，因為在呈錐形擴大的噴束中所有相鄰顆粒均在相對遠離而去。結果湍流將會迅速減弱，最終使得顆粒溼潤不夠充分。DE-A 10 2004039 438還提出了將填料定量加入到混料頭之中的想法，但是並沒有進一步解釋以何種方式和方法來實現。本發明的任務在於，提供隔音及消聲襯裡，其製備僅需要兩個半模，並且僅需要一種由多元醇配方和異氰酸酯配方構成的聚氨酯系統，因此可以將模具的投資成本保持在低的程度，節約液體的倉儲空間，並且簡化液態原料的後勤工作。按照本發明所述，完成這一任務的方式為在混料頭中將高密度固體物質(A)、任選地還將第二種物質(B)和/或者第三種物質(C) 一起與異氰酸酯組分(E)和多元醇組分 (D)混合，將該混合物噴塗到半模I上形成質量層。物質(B)和(C)減少或者阻止聚氨酯反應混合物發泡。因此可以省去一個半模，否則就要以形成相應小的型腔並且使模架形成高鎖模力的方式來阻止發泡聚氨酯。在第二個步驟中混合不含物質(A)、(B)和(C)的異氰酸酯組分(E)與多元醇組分(D)來製備彈簧層，其中所用異氰酸酯與多元醇的比例大於製備質量層時的比例。聚氨酯發泡填充質量層與半模2之間的型腔。本發明涉及一種生產聚氨酯柔性成型泡沫的方法，所述柔性成型泡沫包括含有固體顆粒的緻密(massive)聚氨酯層和第二層發泡聚氨酯，所述方法的特徵在於，a)在混合室中(例如在室的混合噴嘴中)將含有固體顆粒的氣流加入到聚氨酯反應混合物的液態噴束之中，b)將步驟a)中含有固體顆粒的噴束噴入到兩個半模構成的敞開模具的第一個半模之中， c)利用第二個半模使得敞開模具閉合，d)在聚氨酯反應混合物反應完全之後，將不含固體顆粒的聚氨酯反應混合物的第二股液態噴束注入到閉合的模具之中，從而注入到反應後的層上，e)在第二種聚氨酯反應混合物完成反應之後，打開模具並且從模具中移去成型件。優選適合用密度大於2000kg/m3、優選大於3000kg/m3、特別優選大於4000kg/m3的物質作為填料(A)。除了金屬粉末之外，適用的材料還主要是赤鐵礦，鈦鐵礦，錫石，輝鑰礦，白鶴礦，黑鶴礦，砂子，廢棄的絡礦砂(鑄造廠的垃圾)，撤攬石，絡礦砂，絡鐵礦，娃Ife錯和閃鋅礦，尤其是磁鐵礦，氟石，重晶石和硫酸鋇。填料(A)優選含有直徑為4μπι 5_的粒子。按照一種優選實施方式，填料(A) 不含直徑小於40 μ m的細微粒子，並且僅含有直徑最多2mm的粒子。特別優選是直徑為 100 μ m 1000 μ m的粒子。最後提及的填料可以是例如市面上可以買到的固體物質的篩下物。物質(B)是用來形成質量層的乾燥劑。從新鮮混合的液態異氰酸酯組分(E)和多元醇組分(D)中脫除水分，並且阻止發泡反應，因為從反應混合物的兩種液態組分中脫除了水分。相對來看，在質量層中與定量異氰酸酯進行反應的多元醇用量大於彈簧層中的異氰酸酯的該用量。假定已通過乾燥劑部分或者完全去除了質量層中的水。脫水使得多元醇配方的羥基數下降。當異氰酸酯指數不變時，需要將少的異氰酸酯用於多元醇配方，即可實現與彈簧層中一樣的百分比轉化率。異氰酸酯指數是異氰酸酯用量與用來和多元醇配方進行定量反應所需的化學計量異氰酸酯用量之間的比例乘以係數100。
按照一種優選實施方式，將彈簧層(F)和質量層(M)的異氰酸酯指數。或Im調整為70 130。質量層(M)的異氰酸酯指數Im優選等於彈簧層(F)的異氰酸酯指數If Im = If質量層(M)的異氰酸酯指數Im也可以具有比彈簧層(M)的異氰酸酯指數If更加接近於100的值|ioo-iF| > Iioo-Im可以根據實施例部分中的表I可以看出，將不同比例的液態異氰酸酯組分(E)與多元醇組分(D)混合，即可製成彈簧層或質量層，其中這兩個層的異氰酸酯指數均為100。適合作為物質(B)的乾燥劑例如有矽膠、煅燒後的礬土、氯化鈣、氧化鈣、氯化鎂、硫酸鎂、氧化鎂、硫酸鈉、碳酸鈣、硫酸銅、氧化鋇、幹粘土、矽酸鋁、尤其是基於沸石的分子篩，例如U0P 粉末，也稱作Baylith (製造商UOP M. S. S. r. I.)、氧化鋁、超級吸收劑，例如氫氧化鉀中和的聚丙烯酸、膨潤土、蒙脫石以及上述物質的混合物。特別優選使用基於沸石的分子篩。乾燥劑(B)基於聚氨酯反應混合物的重量百分比用量為0.5 0%，優選為 2 40%，特別優選為10 30%。 物質(C)可以是消泡劑，例如可以按照優選至多1%的重量百分比含量將其用來溼潤物質(B)和/或物質(A)。但也可以例如通過注射模塊將物質(C)定量加入到異氰酸酯組分(E)或者多元醇組分(D)的混料頭進料管之中。但是這種方法存在危險當從單步模式(Schussbetrieb)轉換到循環運行模式時,部分物質(C)會經由混料頭回流管進入日常儲罐之中，從而不再能利用原料製成發泡彈簧層。因此優選採用定量加入到混料頭之中的方式。如果定量加入到進料管或者混料頭之中，則相對於多元醇組分(D)和異氰酸酯組分(E)總量的重量百分比用量優選為O. I 25 %，特優選為I 20%，非常特別優選為5 15%。可作為物質(C)使用的要麼是將界面活性發泡劑從界面中排擠出來且自身不會產生泡沫的物質，或者是將氣體、填料顆粒和聚氨酯反應混合物之間的表面張力減小的物質。這裡包括天然脂肪和油、芳族和脂肪族礦物油、聚丁二烯、脂肪醇、長鏈皂類，例如山嵛酸鈉(二十二烷酸的鈉鹽)、聚乙二醇/丙二醇醚，例如Pluronic 產品、以及混合醚或者端基團封閉的(大多數為醚化的)烷基聚乙二醇醚，尤其是基於矽酮的消泡劑，例如聚二甲基矽氧烷，以及其它有機改性或官能化聚矽氧烷。可以將現有技術條件下熟知的多元醇組分和異氰酸酯組分作為用來製備彈簧層 (F)和質量層(M)的聚氨酯柔性成型泡沫的組分(D)和(E)。事實證明，在多元醇組分中可以將一部分多元醇替換成可再生的原料，例如蓖麻油或者其它已知的植物油，其化學反應產物或衍生物。這種替換不會使得成品聚氨酯柔性成型泡沫體的特性變差，而且此類泡沫體具有有利於顯著提高耐用性的優點。此外，多元醇組分除了可以含有已知的多元醇(例如聚酯多元醇，聚醚多元醇，聚碳酸酯二醇，聚醚酯多元醇)以及擴鏈劑和/或者交聯劑之外，也可以含有其它本身已知的助劑和添加劑，例如催化劑、活化劑、穩定劑。異氰酸酯組分可以是一種有機異氰酸酯、改性異氰酸酯或者預聚物。並非將含有固體物質的氣流加入到已經分散的反應混合物噴束之中，而是在混合室中加入到尚且呈液態且沒有分散的噴束之中。這裡尚存在基本上分層流動的反應混合物。
本發明所述「聚氨酯反應混合物的液態噴束」指的是聚氨酯材料的這種液體噴束， 尤其是用來混合液態反應組分的混合室區域內的液態噴束，該噴束以尚未細微分散在氣流之中的反應混合物液滴的形式存在，尤其是處在粘的液相。按照現有技術所述的方法，主要使用氣流或者相應的噴嘴將聚氨酯反應混合物霧化，然後將含有固體物質的氣流吹入到這種霧化的聚氨酯噴束之中，而本發明所述方法的特徵在於在混合噴嘴中使用含有固體物質的氣流將從混合室出口流出的聚氨酯反應混合物液態噴束霧化。在這種情況下，每一個噴束中與噴束的主噴射方向正交的相鄰噴射顆粒之間的距離隨著與噴嘴之間距離的增大而增大。固體物質顆粒與聚氨酯液滴或者與已經溼潤的填料顆粒之間發生碰撞從而使其溼潤的概率必然會急劇減小。如果按照本發明所述的方法在混合室中混合填料和聚氨酯，這些關係就會發生變化。本發明所述方法的特徵在於，通過輸送氣流將固體物質送入混合室之中，並且在這裡與聚氨酯反應混合物的液態噴束相遇。優選地，氣流經由兩個點或者更多的點進入混合室之中，並且特別優選相對而置，從而使得氣流與固體物質在混合室中相互遇到。也可以切向送入氣流。採用本發明所述的方法，顆粒不會相互偏離或者相互遠離，因為受到混合室壁面的阻礙。因此按照本發明所述的方法，可在混合室內部使用聚氨酯反應混合物以無損方式強制溼潤固體物質，形成一部分均勻的氣體/固體物質/聚氨酯材料混合物。優選在混合室中通過附加空氣旋流再提高所得氣體/固體物質/聚氨酯材料混合物的混合質量。通過切向空氣噴嘴產生空氣旋流，並且被空氣噴嘴包圍的圓表面與混合室中的主流動方向軸線形成直角。
優選通過葉輪計量裝置中含有固體物質的計量槽送入氣流，形成含有固體物質的氣流。壓縮空氣流將溢出葉輪槽的固體物質帶走，將其作為固體物質/空氣或氣體混合物輸送給混合室/混料頭。為了避免脈動，計量裝置內部流道的直徑應當經過適當設計，從而能夠避免正遮蓋。這種實施方式還在關閉葉輪計量裝置或者葉輪計量裝置的轉速變化時保證有流量不變的空氣可用來噴塗聚氨酯反應混合物，因此可以選擇不使用或者使用可變的固體物質量進行噴塗。採用沒有壓力差的方式提供固體物質，防止在進入氣流之中時壓實固體物質流化床。還可通過壓力平衡防止部分輸送空氣流經由計量裝置(計量槽和間隙誤差)回到儲料罐之中。如果正好是有磨蝕作用的固體物質，則不可避免要設計比較大的間隙尺寸。無論是密相輸送還是稀相輸送，進入混合噴嘴之中的氣體與固體物質的最大可能體積比優選在20 : I 200 : I之間，特別優選在50 I 100 I之間。例如可以通過改變固體物質輸送速率的方式予以實現。此外還優選使用氮氣尤其是空氣作為氣體。這些氣體的成本特別低廉，因此有助於相應降低本發明所述方法的成本。以下將依據實施例對本發明進行詳細解釋。實施例:僅僅製備質量層(M)進行試驗和測量。在混料頭(混合室)中，首先動態混合多元醇組分和異氰酸酯組分，然後然後將固體物質/氣體流送入反應混合物之中，在空氣旋流中使得聚氨酯反應混合物、固體物質和氣體構成的混合物再次混合，然後通過噴嘴將其噴出。按照所述的方式進行試驗1，但是與其它試驗的不同之處在於沒有將固體物質/ 氣體構成的氣流送入混合室之中。表I :所使用的聚氨酯反應混合物和填料
權利要求
1.生產聚氨酯柔性成型泡沫的方法，所述柔性成型泡沫包括含有固體物質顆粒的緻密聚氨酯層和第二發泡聚氨酯層，其特徵在於， a)在混合室中將一股含有固體物質顆粒的氣流或者多股含有固體物質顆粒的氣流送入到聚氨酯反應混合物的液態噴束之中， b)將步驟a)中含有固體顆粒的噴束噴入到兩個半模構成的敞開模具的第一個半模之中， c)利用第二個半模使得敞開模具閉合， d)在聚氨酯反應混合物反應完全之後，將同一個聚氨酯反應混合物的第二股不含固體物質顆粒的液態噴束注入到閉合模具之中， e)在第二種聚氨酯反應混合物反應完全之後，打開模具並且從模具中移去成型件。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，步驟a)和步驟d)所使用的聚氨酯反應混合物具有相同組成，並且含有以下組分 i)有機異氰酸酯組分，以及 ii)多元醇組分。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述固體物質顆粒是 A)具有>2000kg/m3的高密度的、作為填料的第一種固體物質， B)作為乾燥劑的第二種固體物質，以及任選地 C)作為消泡劑的第三種固體物質。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述固體物質顆粒是 A)具有>2000kg/m3的高密度的、作為填料的第一種固體物質，其任選地用消泡劑溼潤，以及 B)作為乾燥劑的第二種固體物質，其任選地用消泡劑溼潤。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，除了聚氨酯反應混合物之外，還將消泡劑引入混合室之中。
6.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，含有固體物質顆粒的氣流以氣體與固體物質之間的體積比為20 I 200 I含有顆粒。
7.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，填料(A)的固體物質顆粒直徑為4 5mm,優選為40 u m 2mm,特別優選為100 u m 1000 u m。
8.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於，相對於聚氨酯反應混合物定量加入乾燥劑⑶的重量百分比為0. 5 50%，優選為2 40%，特別優選為10 30%。
全文摘要
本發明涉及一種生產吸聲聚氨酯柔性成型泡沫構件的方法。
文檔編號B29C44/08GK102712115SQ201080038013
公開日2012年10月3日 申請日期2010年8月13日 優先權日2009年8月26日
發明者F·漢尼希, H·尼德雷爾茨, H-G·維爾茨, R·肖爾茨, S·施萊爾馬歇爾, T·格羅斯 申請人:拜爾材料科學股份公司