[发明专利]多孔材料的三步冷却

说明书

本发明涉及多孔材料的生产。虽然它具有普遍的应用性，但是具体地说，本发明涉及塑料泡沫体，特别是聚氨酯泡沫体的生产。

通过化学反应途径来生产聚合物泡沫体的方法是多种多样和众所周知的。这种聚合物材料的例子是制成的一般为2米×2米×1米的软聚氨酯泡沫块。这些大的块状物既可连续地在输送式机器上制造，也可在模子中以非连续方式来制造。

软聚氨酯泡沫体是通过高分子量的多羟基化合物与二异氰酸酯间的反应而形成的。此反应是高度放热的，如以时间/温度曲线表示的话，一般在约5～30分钟内达到峰值，因此在初始熟化后必须迅速地将聚氨酯泡沫体传送到中间“熟化区域”，在该处将它们小心地每一块以空气相隔的方式堆放，直至每块泡沫体冷却为止。为此需要大的场地，并且在能将它们重新堆放或装载以便运送到消费者之前，通常需将块料贮存最少10小时。这种为了保证块料的充分冷却的中间贮存过程，是麻烦而耗费场地的。此外，由于中间贮存区贮有大量在高温下易燃的泡沫块料，因此存在火灾的可能性。这种用于中间贮存的建筑物必须特殊建造，以符合消防要求。

另一个重要因素是某些形成泡沫体的反应在高温下是可逆的，一般来说，紧跟在初始的聚氨酯键形成之后的是脲基甲酸酯反应，在中间贮存的泡沫体块料在几个小时内常常显示出超过140℃的内部温度。如果对中间区的周围大气不加以控制，即湿度可变的话，潮气有可能侵入到块料内而与游离的异氰酸酯端基相反应，并使其终止：

此反应除去了脲基甲酸酯反应所要求的异氰酸酯，这导致泡沫体中交联度的降低和无法加以控制，因此导致变化的和低的刚性或抗压硬度。在发泡剂方面，人们知道，在常见的高环境湿度的地理位置，考虑到硬度损失而有意地在给定的泡沫体配方中增加异氰酸酯的量。尽管这样做会使成本增加，否则的话，硬度的损失将会发生。

在PCT公告WO  86/04017号中业已建议使用一种早期冷却的新方法，具体说，使用一种由形成泡沫物料的放热反应制造聚氨酯或其它泡沫体的块料，在该方法中，一旦反应达到所需的完成阶段，一种具有合适的组成与温度的气体穿过块料体，而将反应热带走。其它较早的建议是Riccardi等人的美国专利第3890414号（1975年公开）和Continental  Gummi  Werke的德国公开说明书2456421号（1976年公开）。根据建议，冷却气体通常是空气，并且这种方法与冷却时的缓慢冷却和最少暴露到空气中的传统方法是相反的。

在聚氨酯工业中，根据长期存在的问题中，应可看出传统方法的缺陷，即由形成聚氨酯键的放热反应所形成的热可引起的自燃问题，此问题特别出现在某些低密度、高放热级的泡沫体中，或者含有赋予泡沫体对于小火源具有耐火性的添加剂的泡沫体中。在二至三小时后以及在它们开始被冷却之后，这样的泡沫体可能会再次开始增高温度。这种第二次放热通常是自发渐进型的，最终导致泡沫体发生自燃。由于这种现象，迄今已烧毁几个工厂。据认为，引起自燃的机理是块料冷却时从大气中吸入空气，然后，在块料中富氧的大气引起聚氨酯聚合物的放热氧化反应，并使温度提高。围绕块料抽吸空气已表明使此问题大为恶化。

一种较新的方法是谨慎地穿过已被初步冷却的聚氨酯块料吸入冷空气。空气的组成至少在湿度方面是可以控制的，但是现已发现，单独的组分控制不足以获得令人满意的结果。穿过块料吸入冷空气，从而从块料中除去热、挥发性气体、升华物以及过量的水。

聚氨酯泡沫体通常含丁基化羟基甲苯（“BHT”，全称是2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚），它在与异氰酸酯例如甲苯二异氰酸酯（“TDI”）反应形成泡沫体的多羟基化合物中被用作抗氧剂。BHT是一种在70℃升华的固体，因此它在穿过初始温度为140℃或更高的泡沫体的冷却空气中被取走。最好将冷却空气再循环以回收热，控制水份含量，以及防止难以控制的残余异氰酸酯或辅助发泡剂例如氯氟烃（“CFCs”）或其它挥发性化合物诸如二氯甲烷或1，1，1-三氯乙烷散逸到大气中。就本说明书的目的来说，术语“辅助发泡剂”或“辅助起泡剂”是被交替使用的。此二术语均指那些被加入到多孔泡沫体的配方中，以使在随后的化学反应中释放出气体的化合物。正是气体的释放导致材料的发泡。

在过去，空气是通过热交换器进行再循环的。热交换器很快被BHT及由残余的TDI与水份所形成的聚脲的固体沉积物所堵塞。其它抗氧剂和添加剂也引起类似的问题。