[发明专利]使用加压溶解的二氧化碳生产泡沫的方法和装置

说明书

本发明涉及一种使用加压溶解的二氧化碳作为发泡剂生产泡沫体的方法和装置，其中需膨胀的物料在压力下与优选的液体二氧化碳混合，然后膨胀形成泡沫。为得到泡沫塑料，优选相应的液体原料作为能膨胀的物料和膨胀后的加聚反应或缩聚反应能硬化的物料。本发明特别涉及聚氨基甲酸乙酯泡沫体。

生产聚氨基甲酸乙酯泡沫体，至少一种反应组分(聚异氰酸酯和含有异氰酸酯活性氢原子的化合物，特别是多羟基化合物)与一种液态或气态发泡剂混合，然后，与其它组分混合，得到的混合物或者分批送入模具，或者连续送入传送带，从而混合物膨胀和硬化。

工业生产泡沫物料有许多方法。一方面，使用低温蒸发的液体，如低分子量氯化烃、亚甲基氯化物、戊烷等等，它们从仍为液体的反应混合物蒸出，并形成小气泡(物理泡沫生产)。而且，空气能搅打入反应混合物中或者搅打入一种组分中(机械泡沫生产)，最后，在生产聚氨基甲酸乙酯泡沫时，可以加水于多羟基化合物组分作为一种发泡剂，它与异氰酸酯组分混合发生反应后释放出二氧化碳作为产生泡沫的气体(化学泡沫生产)。

基于环境相容性和职业保健要求，又由于液态二氧化碳在多羟基化合物组分中较高的溶解度，已不止一次建议用液态二氧化碳作为发泡剂(GB-A803771，US-A3184419)。然而，二氧化碳迄今未在工业中应用，显然是由于反应混合物的压力从10～20巴降低到所需要的值时难以获得均匀的泡沫。问题是，一方面在减压后二氧化碳相当快速的蒸发，以致难以控制反应混合物体积的极大增加，例如约10倍；另一方面，反应混合物中二氧化碳释放时，往往存在时间延迟，它可以低于特定温度下CO₂的平衡蒸汽压3-6巴，以致发生了二氧化碳突然猛烈释放，导致膨胀物料中存在大的气泡或空隙。

按照DE-A2628785，已经建议在二氧化碳溶于多羟基化合物组分前，在其中引入空气，显然为二氧化碳的释放提供了核心。

为了实现二氧化碳从反应混合物中的延迟释放，以致仅在反应混合物已降压后才开始由二氧化碳释放而形成泡沫，按照EP-A145250，应用了二氧化碳与水和其它低分子量液体形成加合物的能力。加合物破坏后，得到的水可用作附加的化学发泡剂。除了使用在单独步骤中制备的、也在上述参考文件中描述的加合物，并采用与自发生成水/CO₂加合物的时间相比，可以显著延长分解时间的低分子量叔胺，否则，在大规模的操作中，用这种步骤确实不能改善泡沫形成的可控制性，因为在反应混合物中，其它主要条件的存在，加合物的形成和分解都是极端不稳定的。

按照EP-A89796，也建议了物理溶解的二氧化碳和其它在低温下蒸发的物理或化学发泡剂、如水或者氯代烃的结合。

这些建议中，没有一条能用于工业上实现加压下物理溶解的CO₂作为发泡剂以生产聚氨基甲酸乙酯泡沫体。

作为本发明基础的试验是基于这样的概念，即，含有CO₂的聚氨基甲酸乙酯反应混合物在压力下膨胀的条件对该泡沫体的形成具有本质的影响。

按照US-A3184419，含有自混合装置引出的CO₂的加压反应混合物，通过阀门明显地突然膨胀。按照EP-A145250，当含有二氧化碳的反应混合物流过管道时，由于可能发生压力逐渐下降，所以膨胀应该逐渐发生。这时，仍留在管道内的一些气体的释放不必认为不利，因为这种方法或许有助于气泡核的形成。在作为本发明基础的试验范围内，已经表明，这样过早的、即自发的和非诱发的形成气泡核，对泡沫体的细孔结构会有些不利，因为这样自发形成的气泡核不仅会使泡沫体有十分可变的细孔结构，而且会产生大的孔和空穴。

基于这些和其它的观察，对使用物理加压溶解的CO₂作为发泡剂，由两组分反应塑料制成泡沫物料的制备方法的研制提出下述要求：

1．为了得到尽可能均匀的细孔，在液体两组分反应混合物中气泡核的形成必须进行控制，使得产生的每个气泡核能够以同样的方式参与反应混合物中CO₂的释放。

2．当诱发气泡核时，产生的气泡核的数目应已与硬化膨胀塑料物料中的细孔数目一致。

3．气泡核在控制下诱导产生必须发生在那一刻，此时，液体反应混合物从溶解的CO₂由不饱和状态变到过饱和状态，即，此时混合物从高于溶解的CO₂的饱和压力膨胀到低于溶解的CO₂饱和压力。