[发明专利]用于制备聚氨酯制品的反应注塑系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及反应注塑(“RIM”)系统和方法。更特别地，本发明涉及用于制备聚氨酯制品的加热的RIM系统和方法。

背景技术

适于高性能应用的聚氨酯制品典型地由室温下高粘度或固态的组分，例如高粘度或固态聚氨酯和/或高粘度或固态扩链剂制得。该聚氨酯制品可以具有高耐磨损性能，高的抗切割和撕裂性，高耐热性，高负载能力，高抗疲劳性和/或低滞后性(内部热量累积)。在该高性能制品的制备中，选择原材料和预聚物配制方法以最佳地满足该制品的严格最终用途的要求。相应地，使用高粘度材料或配分的能力是极为重要的。制备该聚氨酯制品的方法，例如使用高性能聚氨酯组分的方法，通常被限制在使用低压计量-混合设备的那些。在该设备中，包括预聚物组分的第一物流和包括扩链剂组分的第二物流流入混合室，该混合室包含动态混合轴和多个依附在其上的混合元件。混合室的壁可以是光滑的或者具有静态混合元件以辅助动态轴上的那些混合元件。该轴典型地由电动机驱动，其产生大约1000至10000rpm以混合这些组分物流。然后将均匀的混合物排入模具，例如敞口模具，并且使其固化。将模具通常放置在烤箱中，优选直至该部件可以脱模。这个时间周期可以为1至120分钟，例如10至90分钟，20至60分钟或30至60分钟。然后可以将脱模的部件返回至烤箱一段时间，例如1至48小时或8至24小时，以完成固化过程。

该方法有几个缺点，其限制了它们在制备聚氨酯制品中的效率。首先，这些设备的开始和结束产生问题。当物流关闭时，混合室必须用溶剂或溶剂和气体，例如空气的组合进行清洁。这种清洁带来需要处理的废料以及溶剂物流。第二，从混合室释放的初始混合物典型地包含气泡并且被丢弃从而导致浪费。

另外的缺点是降低的产率。因为混合室较大，因此使用约1至10分钟的更长凝胶时间(gel time)的配方以防止混合室的结垢并且有助于减轻设备开始和结束所产生的一些问题。这样的开始和结束步骤相对于连续模塑操作而言是不效率的。在连续模塑过程中，当从一个模具转换至下一个时，在模具之间排出的材料被收集在容器中。替代地，可以通过在容器中收集材料和从来自容器的材料填充模具而填充的所有模具。虽然这些操作方案可以限制混合机器上进行的浪费的开始和结束操作的数目，但是当固化的材料涂布容器时又产生另外的浪费。用于限制这种废物的长凝胶时间配方延长了脱模时间，从而导致低很多的产率或者多很多的模具和相关设备，例如烤箱的数量。

适于高性能应用的聚氨酯制品的制备较为困难，如果不是由于采用组分的不可能性而不能采用常规RIM过程达到，该组分在室温下是高粘度或固态，例如高粘度或固态聚氨酯预聚物和/或高粘度或固态扩链剂。因此，需要能有效地和成本效率地并且能够使用室温下高粘度或固态的组分的制备高性能聚氨酯制品的方法和系统。

发明概述

本发明涉及用于形成高性能聚氨酯制品的反应注塑(RIM)系统和方法。

在一个实施方式中，本发明涉及一种与预聚物储存容器和扩链剂储存容器相连的外部加热的反应注塑系统。该系统任选地包括用于结合预聚物和扩链剂的混合室；和在混合室上游和在储存容器下游的用于加热预聚物和扩链剂中至少一种的加热系统。加热系统优选加热混合室和至少一个预聚物储存容器或扩链剂储存容器之间的一条或多条管路。任选加热至少一个的预聚物储存容器或扩链剂储存容器。

优选地，该系统能加热预聚物和扩链剂中至少一种到高于70℃，例如高于100℃的温度。通过加热一种或多种这些材料，该系统优选能使用至少一种室温下粘度高于3000厘泊和任选在室温下为固态的预聚物和扩链剂。该系统优选能使用至少一种熔点为40℃-140℃的预聚物或扩链剂。

在一个实施方式中，该系统进一步包括与预聚物储存容器流体连接的第一管路；与预聚物储存容器流体连接的用于泵送预聚物通过第一管路至混合室的第一泵；与扩链剂储存容器流体连接的第二管路；和与扩链剂储存容器流体连接的用于泵送扩链剂通过第二管路至混合室的第二泵。

在一个方面，该系统进一步包括用于独立地加热预聚物的第一加热系统和用于独立地加热扩链剂的第二加热系统。第一加热系统可包括第一加热流体，其在至少一部分预聚物储存容器周围循环，和第二加热系统可包括第二加热流体，其在至少一部分扩链剂储存容器周围循环。

为了促进在RIM系统中的混合，混合室优选包括用于混合预聚物和扩链剂的L头。其结果是，该系统能以3∶1至10∶1或大于5∶1的重量比结合(和优选完全混合)预聚物和扩链剂。