[发明专利]用于制备膨胀微球的方法和装置

说明书

本发明涉及制备膨胀热塑性微球的方法及用于所述方法的装置。

可热膨胀热塑性微球是本领域中已知的，并详细描述于例如美国专利No.3615972中。具有不同膨胀温度的各等级的可膨胀微球作为干自由流动微球和微球的含水浆料以商标Expancel^TM由AkzoNobel市购。

这类可膨胀微球包含包封在热塑性壳中的发泡剂。在加热时，在壳软化时，发泡剂蒸发以提高内部压力，导致微球明显膨胀，通常为其直径的2-5倍。

热塑性微球可作为未膨胀或预膨胀的用于各种应用中。其中使用干(基本无水)预膨胀微球的产物实例作为敏化剂用于乳化炸药中以及作为轻重量填料用于溶剂基油漆和各种热固性材料如人造大理石、聚酯腻子和人造木料中。在许多产品如水基油漆和涂料、热敏打印纸、多孔陶瓷和乳化炸药中，使用通常作为含水浆料的湿预膨胀微球。

运输预膨胀微球要求明显的空间，为此，通常将未膨胀微球运送给膨胀微球的最终使用者并在现场膨胀。然后可将微球膨胀结晶或者直接送入生产最终产品如上述那些中的任一种的方法中。

开发了各种方法和装置用于将热塑性微球膨胀。

US 5484815和US 7192989公开了适于将干微球膨胀的方法和装置。

US 4513106公开了适于通过在压力区中将蒸汽以足以加热微球的量引入浆料中并将它们至少部分地膨胀，其后使部分膨胀的微球在压降下离开压力区，由此使微球进一步膨胀并以至少1m/s的速度加速到料流中而使微球在含水浆料中膨胀的方法和装置。

使微球在含水浆料中膨胀的优点是避免了粉尘。然而，理想的是进一步改进使微球在浆料中膨胀的现有技术。

本发明的目的是提供用于将微球在浆料中膨胀而不需要引入额外的水的方法和装置。

本发明的另一目的是提供用于将微球在浆料中膨胀的方法和装置，其为灵活的而不管哪种液体用于浆料。

本发明的另一目的是提供用于将微球在浆料中膨胀的方法和装置，其为灵活的而不管用于将微球加热的装置。

本发明的又一目的是提供用于以低微球聚集风险将微球在浆料中膨胀的方法和装置。

本发明的又一目的是提供用于将微球在浆料中膨胀的方法和装置，其也可用于具有各种膨胀温度的宽范围的微球等级。

根据本发明，发现可通过根据所附权利要求书的方法和装置实现这些和其它目的。

更具体而言，本发明涉及由包含包封发泡剂的热塑性聚合物壳的未膨胀可热膨胀热塑性微球制备膨胀热塑性微球的方法，所述方法包括：

(a)将这种可膨胀热塑性微球在液体介质中的浆料供入加热区中；

(b)在不与任何流体传热介质直接接触下将浆料在加热区中加热，以使得可膨胀微球至少达到它们会在常压下开始膨胀的温度，并保持加热区中的压力足够高以使得浆料中的微球不完全膨胀；和

(c)将可膨胀微球的浆料从加热区中取出送入具有足够低的压力以使微球膨胀的区中。

本发明进一步涉及用于使包含包封发泡剂的热塑性聚合物壳的未膨胀可热膨胀热塑性微球膨胀的装置，所述装置包括具有入口和出口并且能够经受至少4巴压力的加热区，用于将未膨胀的可膨胀热塑性微球在液体介质中的浆料供入加热区中并且能够在加热区中产生至少4巴压力的装置；和用于将可膨胀微球浆料在不与任何流体传热介质直接接触下加热至温度至少60℃的装置。

未膨胀的可热膨胀热塑性微球在下文中称为可膨胀微球。可膨胀微球的粒度可在宽极限内变化，并可相对于它们用于其中的产物的所需性能选择。在多数情况下，如通过在湿试样上在Malvern Mastersizer Hydro 2000 SM设备上激光散射测定，优选的体积平均直径为1μm至1mm，优选2μm至0.5mm，特别是3μm至100μm。微球的直径在膨胀时增大例如2-5倍。

可膨胀微球浆料的液体介质可以为对微球呈惰性并且可经受加热浆料的温度的任何液体。在许多情况下，优选水基液体，因此形成含水浆料，但取决于膨胀微球的意欲用途，也可优选用于浆料的有机液体，例如植物油、矿物油和甘油中的至少一种，所述有机液体可以不含水。由于在本发明方法中不需要将蒸汽或任何其它形式的水加入浆料中，可制备可直接用于不需要水的应用中的无水膨胀微球。此外，由于不需要将其它流体介质加入浆料中，可制备具有高且可控固体含量的膨胀微球浆料。