徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)以及制備聚合物泡沫的方法
【專利摘要】改進(jìn)的徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)10包括：A.外殼13，其包括第一定子16和第二定子17；B.位于第一定子16和第二定子17之間的轉(zhuǎn)子12，由此在所述外殼內(nèi)形成第一室和第二室，并提供第一室和第二室之間的流體連通，所述轉(zhuǎn)子12連接于可旋轉(zhuǎn)軸11；C.在低剪切區(qū)域位于第一室內(nèi)的主入口24；D.在與主入口24相比具有較高剪切的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域位于第一室內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)輔入口30A；和E.位于第二室內(nèi)的出口26。
【專利說明】徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)以及制備聚合物泡沬的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)。一方面，本發(fā)明涉及具有多個(gè)輔入口的轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)，而另一方面，本發(fā)明涉及使用具有多個(gè)輔入口的轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)以制備具有小的平均氣泡直徑和窄的氣泡尺寸分布的液包氣(gas-1n-liquid)分散體的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]液包氣分散體例如聚合物泡沫的氣泡尺寸取決于流體物理性質(zhì)(粘度，界面張力等)和轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)流體動力學(xué)(剪切速率，持續(xù)時(shí)間等)兩者。標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)具有單一入口流和單一出口流。將一些標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)改進(jìn)以具有一個(gè)或多個(gè)輔入口，例如教導(dǎo)于WO 2008/077116的那些。盡管標(biāo)準(zhǔn)和改進(jìn)的轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)都可制備功能性聚合物泡沫，但是一直需要與現(xiàn)有可用的轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)制備的聚合物泡沫相比，可制備具有較小平均氣泡尺寸和較窄氣泡尺寸分布的聚合物泡沫的轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明是徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)，其包括:
[0004]A.外殼,其包括第一定子和第二定子；
[0005]B.位于第一定子和第二定子之間的轉(zhuǎn)子，由此在所述外殼內(nèi)形成第一通道和第二通道，并提供第一通道和第二通道之間的流體連通，所述轉(zhuǎn)子連接于可旋轉(zhuǎn)軸；
[0006]C.在低剪切區(qū)域通往第一通道的主入口 ；
[0007]D.在與主入口相比具有較高剪切的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域通往第一通道的兩個(gè)或更多個(gè)輔入口 ；和
[0008]E.第二通道的出口。
[0009]本發(fā)明的混合機(jī)利用了第一通道內(nèi)的可變剪切場，并且它們提供了在該裝置的第一通道內(nèi)的多個(gè)位置添加流體的工具。這些區(qū)域的定子半徑不同，因此特征在于不同的剪切速率水平。此外，添加具有不同密度或粘度的流體(例如氣體和液體)可形成較穩(wěn)定的混合物，當(dāng)注射進(jìn)具有較高剪切的區(qū)域時(shí)，與當(dāng)注射進(jìn)具有較低剪切的區(qū)域時(shí)相比。在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明是沿徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)的第一通道布置三個(gè)或更多個(gè)輔入口，每個(gè)輔入口位于混合機(jī)中剪切大于主入口剪切的區(qū)域。
[0010]在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明是使用徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)生產(chǎn)聚合物泡沫的方法，所述混合機(jī)包括:
[0011]A.外殼,其包括第一定子和第二定子；
[0012]B.位于第一定子和第二定子之間的轉(zhuǎn)子，由此在所述外殼內(nèi)形成第一通道和第二通道，并提供第一通道和第二通道之間的流體連通，所述轉(zhuǎn)子連接于可旋轉(zhuǎn)軸；
[0013]C.在低剪切區(qū)域通往第一通道的主入口 ；
[0014]D.在與主入口相比具有較高剪切的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域通往第一通道的兩個(gè)或更多個(gè)輔入口 ；和
[0015]E.第二通道的出口；
[0016]所述方法包括以下步驟:
[0017]1.通過主入口將包含液體的第一進(jìn)料引入到第一通道的第一剪切區(qū)域，所述第一進(jìn)料包含單體、預(yù)聚物或聚合物；
[0018]2.通過一個(gè)或多個(gè)輔入口將包含氣體的第二進(jìn)料引入到第一通道的第二剪切區(qū)域，其中第二剪切區(qū)域的剪切大于第一剪切區(qū)域的剪切；
[0019]3.在第一通道內(nèi)形成第一進(jìn)料和第二進(jìn)料的泡沫；
[0020]4.將所述泡沫從第一通道轉(zhuǎn)移至第二通道；和
[0021]5.從所述混合機(jī)的出口排出所述泡沫。
[0022]在一種實(shí)施方式中，在接近混合機(jī)的軸處引入第一進(jìn)料，通過兩個(gè)或更多個(gè)輔入口引入另外的進(jìn)料，使得其在第一通道中以沿第一轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離軸一定距離進(jìn)入混合機(jī)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]僅針對說明某些實(shí)施方式的目的、而不以限制本發(fā)明范圍的目的參照附圖總地描述本發(fā)明。在附圖中，自始至終相同的是，同樣的數(shù)字用于表示同樣的部件。
[0024]圖1A是在混合機(jī)的相對于主入口具有高剪切的區(qū)域用兩個(gè)輔入口改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)的剖面圖。
[0025]圖1B是沿線1B-1B截取的圖1A的剖面圖，轉(zhuǎn)子位于兩個(gè)定子之間的空間內(nèi)。
[0026]圖1C是沿線1B-1B截取的圖1A的剖面圖，轉(zhuǎn)子從兩個(gè)定子之間的空間移開。
[0027]圖2是第一定子的平面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]定義
[0029]除非相反地指出，從上下文暗示或現(xiàn)有技術(shù)慣例，所有的份和百分比均基于重量，而且所有的測試方法是與本申請的提交日期同步的。針對美國專利實(shí)踐的目的，任何涉及的專利、專利申請或公開的內(nèi)容在此全部引入作為參考(或其等價(jià)的US同族也引入作為參考)，特別是關(guān)于本領(lǐng)域中的合成技術(shù)、定義(不與本申請具體提供的任何定義不一致)和常識的披露。
[0030]本申請中的數(shù)字范圍是近似值，因此除非另有所指，否則其可以包括該范圍以外的值。數(shù)值范圍包括以I個(gè)單位增加的從下限值到上限值的所有數(shù)值，條件是在任意較低值與任意較高值之間存在至少2個(gè)單位的間隔。例如，如果記載組分、物理或其它性質(zhì)，如分子量等是100至1，000，意味著明確地列舉了所有的單個(gè)數(shù)值，如100、101、102等，以及所有的子范圍，如100至144、155至170、197至200等。對于包含小于I的數(shù)值或者包含大于I的分?jǐn)?shù)(例如1.1、1.5等)的范圍，適當(dāng)時(shí)將I個(gè)單位看作0.0001、0.001、0.01或0.1。對于包含小于10 (例如I至5)的個(gè)位數(shù)的范圍，通常將I個(gè)單位看作0.1。這些僅僅是具體所意指的內(nèi)容的示例，并且所列舉的最低值與最高值之間的數(shù)值的所有可能組合都被認(rèn)為清楚記載在本申請中。本申請內(nèi)的數(shù)字范圍提供了分子量等。
[0031]“流體連通”等術(shù)語表示流體(例如，液體、氣體等)可以直接且無中斷地從一個(gè)限定的區(qū)域穿過進(jìn)入另一個(gè)限定的區(qū)域。例如，液體可以直接且無中斷地從主入口穿過進(jìn)入環(huán)形室，然后進(jìn)入第一通道，通過連接槽(connecting channel)進(jìn)入第二通道,然后通過出口?；旌蠙C(jī)的每個(gè)區(qū)域與另一個(gè)區(qū)域流體連通。
[0032]在徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)的上下文中，“徑向”等術(shù)語表示，相對于轉(zhuǎn)子軸的法線(即，垂直)方向。
[0033]“徑流式”等術(shù)語表示流體行進(jìn)的路徑，所述流體在處于或接近轉(zhuǎn)子軸處進(jìn)入第一通道，從轉(zhuǎn)子軸沿第一通道向上或遠(yuǎn)離通往最遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子軸的區(qū)域和/或從第二通道中最遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子軸的區(qū)域向下并朝向第二通道中處于或接近轉(zhuǎn)子軸的區(qū)域。
[0034]“通道”等術(shù)語表示由定子和轉(zhuǎn)子的相向但不接觸的表面限定的流動路徑或槽。第一通道是通過第一定子的界面表面和轉(zhuǎn)子的相對表面限定的流動路徑。第一通道中的流體從處于或接近轉(zhuǎn)子軸(即，處于或接近轉(zhuǎn)子-定子中心)的低剪切區(qū)域移動至處于或接近轉(zhuǎn)子-定子外圍(即，處于或接近第一路徑和連接槽的接合點(diǎn))或換言之處于或接近第一通道上最遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子軸的點(diǎn)的高剪切區(qū)域。第二通道是通過第二定子的界面表面和轉(zhuǎn)子的相對表面限定的流動路徑。第二通道中的流體從處于或接近轉(zhuǎn)子-定子的外圍(即，處于或接近連接槽和第二通道的接合點(diǎn))或換言之處于或接近第二通道上最遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子軸的點(diǎn)的高剪切區(qū)域移動至通常處于或接近轉(zhuǎn)子-定子中心的混合機(jī)出口。因此且在本發(fā)明的上下文中，流體在低剪切區(qū)域進(jìn)入第一通道，移動通過第一通道中的剪切上升梯度，經(jīng)由連接槽向上穿過第二通道，通過降低的剪切梯度向下穿過第二通道，從低剪切區(qū)域離開第二通道，并通過混合機(jī)出口離開混合機(jī)，從而移動通過轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)。
[0035]“剪切”等術(shù)語表示當(dāng)流體(液體、氣體或兩者)移動通過轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)的第一和第二通道時(shí)施加于其的速度梯度。剪切速率是多個(gè)因素的組合的結(jié)果，所述因素包括但不限于，通道的尺寸、長度和構(gòu)造，定子和轉(zhuǎn)子的表面構(gòu)造，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，流體的粘度和速度，通道內(nèi)流體上的壓力等。
[0036]“剪切區(qū)域”等術(shù)語表示其中流體具有剪切應(yīng)力(即，與流體的橫截面共平面的應(yīng)力的分量)的通道內(nèi)的空間或體積。剪切應(yīng)力來自于平行于橫截面的力向量分量。另一方面，法向應(yīng)力來自于垂直于力向量分量在其上起作用的材料橫截面的力向量分量。針對本公開的目的，不管流體是否移動通過通道，剪切區(qū)域都應(yīng)用于通道內(nèi)的空間或體積。
[0037]“高剪切區(qū)域”、“低剪切區(qū)域”等是相對術(shù)語，用于表示不管流體是否移動通過通道，一個(gè)通道中相對于通道內(nèi)其它空間或體積的空間或體積。高剪切區(qū)域是通道中的空間或體積，移動通過該空間或體積的流體處于較大的剪切應(yīng)力下，與當(dāng)流體移動通過通道內(nèi)的至少一個(gè)其它區(qū)域時(shí)相比。流體移動通過通道且遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子-定子的中心越遠(yuǎn)，流體所經(jīng)歷的剪切應(yīng)力越大。因此，在沿通道的兩個(gè)具有類似尺寸的區(qū)域之中，最遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子-定子中心的區(qū)域?yàn)楦呒羟袇^(qū)域，最接近轉(zhuǎn)子-定子中心的區(qū)域?yàn)榈图羟袇^(qū)域。
[0038]徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)
[0039]參照圖1A，徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)10包括轉(zhuǎn)子軸11，其連結(jié)于轉(zhuǎn)子12和使轉(zhuǎn)子軸11和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)(未顯不)。轉(zhuǎn)子12位于外殼13內(nèi)，外殼13包括通過工具31連結(jié)于第二外殼部分15的第一外殼部分14。第一外殼部分14包括第一定子16，第二外殼部分15包括第二定子17。第一和第二定子彼此相對放置，在它們之間限定了體積18，轉(zhuǎn)子12占據(jù)該體積(圖1C)。轉(zhuǎn)子12將體積18分成第一通道或槽19和第二通道或槽20 (圖IB)，兩個(gè)通道都具有非常小的體積，因?yàn)檗D(zhuǎn)子第一表面21緊挨著第一定子16放置，轉(zhuǎn)子第二表面22緊挨著第二定子17放置。兩個(gè)外殼部分可以彼此分離以提供通往轉(zhuǎn)子和定子的通路。
[0040]主入口 24與圍繞轉(zhuǎn)子軸11的環(huán)形室25流體連通。環(huán)形室25由此與第一通道19流體連通，第一通道19經(jīng)由連接槽23與第二通道20流體連通，第二通道20與出口 26流體連通。因此，液體可以如下穿過混合機(jī)10:經(jīng)由主入口 24進(jìn)入并進(jìn)入和穿過環(huán)形室25，進(jìn)入和穿過第一通道19，通過連接槽23橫跨過第二通道20，并通過出口 26離開。
[0041 ] 第一外殼部分14裝備有第一冷卻夾套27A，第二外殼部分15裝備有第二冷卻夾套27B。第一冷卻夾套27A連接于鄰近第一定子16的第一外殼部分14，冷卻流體(未顯示)通過第一冷卻流體入口 28和第一冷卻流體出口(未顯示)循環(huán)穿過第一冷卻夾套27A。第二冷卻夾套27B連接于鄰近第二定子17的第二外殼部分15，冷卻流體(未顯示)通過第二冷卻流體入口 29和第二冷卻流體出口(未顯示)循環(huán)穿過第二冷卻夾套27B。
[0042]第一外殼部分14包括與第一通道19流體連通的第一輔入口 30A和也與第一通道19流體連通的第二輔入口 30B。對本發(fā)明重要的是，輔入口在剪切大于其中環(huán)形室進(jìn)料到第一通道的區(qū)域中的剪切的區(qū)域進(jìn)料到第一通道。第一和第二通道是具有可變剪切的區(qū)域。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，在最接近軸的兩個(gè)通道的剪切都最低，在最遠(yuǎn)離軸的通道的剪切都最聞。
[0043]在圖1A中，從環(huán)形室25進(jìn)入第一室的液體處于或接近轉(zhuǎn)子軸11進(jìn)入，因此進(jìn)入第一通道中相對于位于遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子軸的區(qū)域具有低剪切的區(qū)域。從第二輔入口 30B進(jìn)入第一通道的流體在第一定子16以上約一半處進(jìn)入，因此在相對于第一通道中較接近于轉(zhuǎn)子軸11的區(qū)域中的剪切具有較高剪切的區(qū)域中進(jìn)入第一通道。從第一輔入口 30A進(jìn)入第一通道的流體在處于或接近第一定子20的末端進(jìn)入最遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子軸11的區(qū)域，因此進(jìn)入相對于第一通道中最接近轉(zhuǎn)子軸11的區(qū)域中的剪切具有最大剪切的區(qū)域。
[0044]盡管在附圖中未顯示，但是徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)10可以裝備有多于兩個(gè)輔入口。這些任選的另外的入口也在與通過環(huán)形室進(jìn)料的相比具有較大剪切的區(qū)域進(jìn)料到第一通道。各輔入口進(jìn)料到第一通道的區(qū)域可以與一個(gè)或多個(gè)其它輔入口進(jìn)料到第一通道的區(qū)域相同或不同，只要各自進(jìn)料到剪切大于環(huán)形室進(jìn)料到的區(qū)域的剪切的區(qū)域。布置一個(gè)或多個(gè)輔入口以將氣體進(jìn)料到其中環(huán)形室將液體進(jìn)料到的第一通道的區(qū)域是不利的，因?yàn)橥ㄟ^混合機(jī)制備的泡沫往往具有更多較大氣泡和較大的氣泡尺寸分布，與當(dāng)將所有輔入口進(jìn)料氣體進(jìn)入剪切大于液體所進(jìn)料到的區(qū)域中的剪切的區(qū)域時(shí)所制備的泡沫的那些參數(shù)相比。
[0045]參照圖2進(jìn)一步描述徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)10。參考圖2，第一定子16可以具有任何形狀；例如，第一定子16可以具有圓形形狀。第一定子16可以進(jìn)一步包括中心槽32。第一定子16可以配有任何數(shù)目的通常為環(huán)形的定子齒部33 ;例如，第一定子16可以配有至少兩個(gè)通常為環(huán)形的定子齒部33。通常為環(huán)形的定子齒部33在圓周方向各自配有多個(gè)梳形齒部34。通常為環(huán)形的定子齒部33可以進(jìn)一步彼此相隔任何距離35。
[0046]第一定子16包括:經(jīng)環(huán)形室25與主入口 24流體連通的第一定子進(jìn)入口 36，與第二輔入口 30B流體連通的第一定子進(jìn)入口 37，與第一輔入口 30A流體連通的第一定子進(jìn)入口 38(在圖2中，顯示第一定子16具有三個(gè)進(jìn)入口 38，說明圖1A-1C中未顯示的實(shí)施方式，其中轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)10裝備有四個(gè)輔入口，其中三個(gè)處于或接近第一通道上離轉(zhuǎn)子軸的最大距離在第一定子周圍等距隔開)。圖2也說明工具31，其用于將第包括第一定子的一外殼部分接合或連接于包括第二定子的第二外殼部分(未顯示于圖2)。用于接合或連接兩個(gè)部分的工具31包括但不限于，聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)，螺母和螺釘，和螺桿。
[0047]剪切梯度箭頭39指示沿第一通道(或換言之，沿第一定子16的半徑)增加剪切的方向。在最接近于其中轉(zhuǎn)子軸11 (未顯示)所穿過的中心槽32處剪切最低，在處于或接近外周長40處剪切最大。
[0048]第二定子17的構(gòu)造可以與第一定子的構(gòu)造相同或不同。通常，如果不同的話，則構(gòu)造相似。轉(zhuǎn)子的面利于相對的定子的構(gòu)造。盡管由于定子構(gòu)造和/或其它因素的差異，第二通道的剪切梯度箭頭對于第二通道是相同的，第一通道中任何一個(gè)特定區(qū)域的剪切可以與第二通道的相應(yīng)區(qū)域中的剪切定子不同、通常比其大。
[0049]轉(zhuǎn)子12包括連接于轉(zhuǎn)子軸11 (圖1)由此連接于電源的工具(未顯示)，例如，使轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的電動機(jī)(未顯示)。用于將轉(zhuǎn)子連結(jié)于轉(zhuǎn)子軸的工具包括但不限于，聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)，螺母和螺釘，和螺桿。
[0050]形成聚合物泡沫的方法
[0051]在一種實(shí)施方式中，將具有反應(yīng)性氫官能度的第一預(yù)聚物(例如，多元醇)經(jīng)由主入口 24引入到第一通道中，而將具有異氰酸酯官能度的第二預(yù)聚物相經(jīng)輔入口 30B在表面活性劑和任選的催化劑的存在下引入到第一通道，其中兩種預(yù)聚物中的任一種或兩種可以分別通過其它輔入口引入，或者與第一和第二預(yù)聚物相之一或兩者組合。泡沫源自于在相對于將第一預(yù)聚物相引入的剪切區(qū)域具有高剪切的第一通道的區(qū)域中將惰性氣體通過輔入口 30A引入到第一通道。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，在將第一和第二預(yù)聚物相引入到第一通道和/或在多個(gè)入口之中分流的上下文中，第一和第二預(yù)聚物相可以相反。本發(fā)明的一個(gè)重要特征是，將惰性氣體引入第一通道，進(jìn)入相對于向其中引入反應(yīng)性組分的區(qū)域具有高剪切的區(qū)域。在其它實(shí)施方式中，剪切添加的順序可以變化，例如，在低剪切添加多元醇，在中剪切添加氣體，在高剪切添加異氰酸酯。
[0052]反應(yīng)的混合物與氣體合并，從而形成含有夾帶的、具有均勻尺寸的細(xì)微分散的氣泡的泡沫。泡沫首先在第一通道中形成，然后轉(zhuǎn)移至第二通道，其中第二通道的剪切梯度經(jīng)由在轉(zhuǎn)子末梢端的徑向通道類似于第一室。在第一通道中，反應(yīng)的混合物從相對低剪切到相對高剪切在第一路徑上行進(jìn)，在上通過(over and through)徑向通道,然后從相對高剪切的區(qū)域到相對低剪切的區(qū)域向下通過第二室，最后聚氨酯泡沫經(jīng)排出口 23離開第二室和混合機(jī)。物料在混合機(jī)內(nèi)(即，兩個(gè)通道，從入口到出口)的停留時(shí)間可以根據(jù)物料的性質(zhì)、混合機(jī)的操作條件變化，但是通常停留時(shí)間為幾秒鐘到小于I分鐘。
[0053]術(shù)語異氰酸酯預(yù)聚物相是指基本上不含有機(jī)溶劑且其每一個(gè)分子具有至少兩個(gè)異氰酸酯基團(tuán)的液體。這樣的異氰酸酯預(yù)聚物進(jìn)一步表示其中預(yù)聚物中有機(jī)溶劑的含量為10重量％或更少的異氰酸酯預(yù)聚物，基于預(yù)聚物相的總重量。為消除移除有機(jī)溶劑的步驟，有機(jī)溶劑的含量可以為，例如，5重量％或更少，基于預(yù)聚物相的總重量；或在可替換的實(shí)施方式中，有機(jī)溶劑的含量可以為I重量％或更少，基于預(yù)聚物相的總重量；或在另一種可替換的實(shí)施方式中，有機(jī)溶劑的含量可以為I重量％或更少，基于預(yù)聚物相的總重量。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，異氰酸酯預(yù)聚物相不包含任何溶劑。
[0054]用于本發(fā)明的異氰酸酯預(yù)聚物的數(shù)均分子量可以，例如，在從單體物質(zhì)到數(shù)均分子量(Mn)為1,000至200，000、典型為1，000至50，000的預(yù)聚物的范圍內(nèi)，基于無溶劑。
[0055]用于本發(fā)明的異氰酸酯預(yù)聚物可以通過任何常規(guī)已知的方法制備，例如，溶液法，熱熔法，或預(yù)聚物混合法。此外，異氰酸酯預(yù)聚物可以，例如，經(jīng)由使多異氰酸酯化合物與含活性氫的化合物反應(yīng)的方法制備，并且實(shí)例包括但不限于，(i)在不使用有機(jī)溶劑的情況下使多異氰酸酯化合物與多元醇化合物反應(yīng)的方法，和(ii)在有機(jī)溶劑中使多異氰酸酯化合物與多元醇化合物反應(yīng)然后移除溶劑的方法。
[0056]多異氰酸酯化合物的實(shí)例包括2，4-甲苯二異氰酸酯，2，6-甲苯二異氰酸酯，間苯二異氰酸酯，對苯二異氰酸酯，4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯，2，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯，2，2’-二苯基甲烷二異氰酸酯，3，3’-二甲基-4，4’-聯(lián)苯二異氰酸酯，3，3’- 二甲氧基_4，4’ -聯(lián)苯二異氰酸酯,3，3’ - 二氯-4，4’-聯(lián)苯二異氰酸酯，1,5-萘二異氰酸酯，1，5-四氫化萘二異氰酸酯，四亞甲基二異氰酸酯，1，6-六亞甲基二異氰酸酯，十二亞甲基二異氰酸酯，三甲基六亞甲基二異氰酸酯，1，3-亞環(huán)己基二異氰酸酯，1，4-亞環(huán)己基二異氰酸酯，二甲苯二異氰酸酯，四甲基二甲苯二異氰酸酯，氫化二甲苯二異氰酸酯，賴氨酸二異氰酸酯，異佛爾酮二異氰酸酯，4，4’ - 二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，3，3’ - 二甲基-4，4’ - 二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，其異構(gòu)體、和/或這些物質(zhì)中兩種或更多種的組合。
[0057]用于本發(fā)明的含活性氫的預(yù)聚物包括但不限于，具有相對高分子量的化合物(“高分子量化合物”)和具有相對低分子量的化合物(“低分子量化合物”)。
[0058]高分子量化合物的Mn可以為，例如，300至50，000 ;或在可替換的實(shí)施方式中，為500至5，000。低分子量化合物的數(shù)均分子量可以為，例如，小于300。這些含活性氫的化合物可以單獨(dú)使用，或者它們中的兩種或更多種可以組合使用。
[0059]在這些含活性氫的化合物之中，高分子量化合物的實(shí)例包括但不限于脂族和芳族聚酯多元醇，包括基于己內(nèi)酯的聚酯多元醇，基于種子油的聚酯多元醇，任何聚酯/聚醚混合多元醇，基于PTMEG的聚醚多元醇；基于環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷及其混合物的聚醚多元醇；聚碳酸酯多元醇；聚縮醛多元醇，聚丙烯酸酯多元醇；聚酯酰胺多元醇；聚硫醚多元醇；聚烯烴多元醇，例如飽和或不飽和的聚丁二烯多元醇，聚硫醚多元醇，聚烯烴多元醇例如聚丁二烯多元醇等。含活性氫的化合物也可以包括伯胺和仲胺，或用伯胺或仲胺封端的預(yù)聚物。
[0060]作為聚酯多元醇，可以使用例如通過二醇和酸的縮聚反應(yīng)獲得的聚酯多元醇。
[0061]可用于獲得聚酯多元醇的二醇的實(shí)例包括但不限于，乙二醇，丙二醇，1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，1,5-戊二醇，3-甲基-1,5-戊二醇，1,6-己二醇，新戊二醇，二甘醇，三甘醇，四甘醇，聚乙二醇，一縮二丙二醇，二縮三丙二醇，雙羥基乙氧基苯，1，4-環(huán)己烷二醇，1，4-環(huán)己烷-二甲醇，雙酚A，I, 3-環(huán)己烷二甲醇和1，4-環(huán)己烷二甲醇的混合物(UN0X0L?- 二醇)，氫化雙酚A，對苯二酚，及其環(huán)氧烷烴加合物。這些低分子量物質(zhì)也可以直接用于混合機(jī)，正如它們的類似物胺一樣。
[0062]可以用于獲得聚酯多元醇的酸的實(shí)例包括但不限于，琥珀酸，己二酸，壬二酸，癸二酸，十二烷二甲酸，馬來酸酐，富馬酸，1，3-環(huán)戊烷二甲酸，1，4-環(huán)己烷二甲酸，對苯二甲酸，間苯二甲酸，鄰苯二甲酸，1，4-萘二甲酸，2，5-萘二甲酸，2，6-萘二甲酸，萘二甲酸，聯(lián)苯二甲酸，1，2-二(苯氧基)乙烷-對，對二甲酸，以及這些二甲酸的形成酐或酯的衍生物；和對-羥基苯甲酸，對-(2-羥基乙氧基)苯甲酸，以及這些羥基甲酸的形成酯的衍生物。
[0063]同樣，可以使用通過環(huán)狀酯化合物例如C-己內(nèi)酯的開環(huán)聚合反應(yīng)獲得的聚酯、及其共聚酯。
[0064]聚醚多元醇的實(shí)例包括但不限于，通過一種或多種具有至少兩個(gè)活性氫原子的化合物與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷、苯乙烯氧化物、表氯醇、四氫呋喃、和環(huán)己烯中的一種或多種物質(zhì)的加聚反應(yīng)獲得的化合物，所述具有至少兩個(gè)活性氫原子的化合物例如為，乙二醇，二甘醇，三甘醇，丙二醇，三亞甲基二醇，I, 3- 丁二醇，I, 4- 丁二醇，I, 6-己二醇，新戊二醇，甘油，三羥甲基乙烷，三羥甲基丙烷，山梨醇，蔗糖，烏頭糖類(aconitesaccharide)，偏苯三甲酸，連苯三甲酸，磷酸，乙二胺，二亞乙基三胺，三異丙醇胺，焦掊酸，二羥基苯甲酸，羥基鄰苯二甲酸，和1，2，3-丙烷三硫醇。
[0065]聚碳酸酯多元醇的實(shí)例包括但不限于，通過二醇類例如1，4-丁二醇、1，6-己二醇、和二甘醇與碳酸二苯酯和光氣的反應(yīng)獲得的化合物。
[0066]在含活性氫的化合物之中，低分子量化合物是每一個(gè)分子具有至少兩個(gè)活性氫并且數(shù)均分子量小于300的化合物，其實(shí)例包括但不限于，用作聚酯多元醇的原料物質(zhì)的二醇組分；多羥基化合物，例如甘油，三羥甲基乙烷，三羥甲基丙烷，山梨醇，和季戊四醇；和胺化合物，例如乙二胺，I, 6-六亞甲基二胺，哌嗪，2，5- 二甲基哌嗪，異佛爾酮二胺，4，4’-二環(huán)己基甲烷二胺，3，3’-二甲基-4，4’-二環(huán)己基甲烷二胺，1，4-環(huán)己烷二胺，1，2-丙烷二胺，肼，二亞乙基三胺，和三亞乙基四胺。
[0067]本申請使用的術(shù)語"表面活性劑"是指降低液體和氣體之間的表面張力的任何化合物。非離子表面活性劑用于本發(fā)明的實(shí)踐，并且包括但不限于，包含環(huán)氧乙烷的嵌段共聚物和有機(jī)硅表面活性劑，例如乙氧基化的醇，乙氧基化的脂肪酸，山梨聚糖衍生物，羊毛脂衍生物，乙氧基化的壬基酚或烷氧基化的聚硅氧烷。這樣的表面活性劑可以包含反應(yīng)性氫官能度，由此它們可以結(jié)合進(jìn)增長的聚合物中。
[0068]聚氨酯預(yù)聚物通常用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的增鏈劑增鏈。
[0069]用于本發(fā)明實(shí)踐的催化劑包括基于金屬的催化劑，例如，錫衍生物和叔胺。用于本發(fā)明實(shí)踐的惰性氣體包括但不限于，稀有氣體，氮?dú)?，二氧化碳，以及在混合條件下不與混合物的其它組分反應(yīng)的任何其它氣體。氣體的量和氣體添加的速率將根據(jù)應(yīng)用變化。最大氣體含量由保持液體作為連續(xù)相的能力決定。最小氣體含量由最終應(yīng)用的要求決定。在沒有氣體的情況下添加液體，即，在進(jìn)入第一通道之前液體中沒有氣體。通常，如果氣體和液體流簡單結(jié)合(例如，在相交的管的T形結(jié)混合)，則按實(shí)施例1所示形成不均勻的泡沫。
[0070]實(shí)施例
[0071]實(shí)施例1:流動穩(wěn)定化
[0072]通過使異氰酸酯預(yù)聚物與聚醚多元醇反應(yīng)性混合在Oakes混合機(jī)中產(chǎn)生聚氨酯泡沫。氮?dú)庥米靼l(fā)泡氣體，將Jeffamine添加到制劑中。將標(biāo)準(zhǔn)4”0akes混合機(jī)改進(jìn)為允許反應(yīng)物流的分段(staging)。異氰酸酯、多元醇、Jeffamine、和氣體的質(zhì)量流量分別為180g/min、410g/min、9g/min、0.26g/min。將多元醇和Jeffamine混合,使其沿軸進(jìn)入轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)。將異氰酸酯和氣體流在T形結(jié)管交叉處組合并在下一個(gè)入口進(jìn)料到Oakes混合機(jī)中。在該構(gòu)造的操作過程中，在混合機(jī)的氣體流量計(jì)上游觀察到瞬時(shí)氣體流。振蕩的周期和振幅都變化。一些振蕩持續(xù)至多60秒。氣體流的變化程度為至多80%。為使氣體流穩(wěn)定，使氣體入口位置移動進(jìn)入分段入口(在轉(zhuǎn)子齒部的5排和6排之間)。這種變化幾乎消除了氣體流振蕩。在該變化之后，觀察到氣體流非常穩(wěn)定，僅具有〈5%的流動變化。
[0073]實(shí)施例2:試劑分段
[0074]通過使異氰酸酯預(yù)聚物與聚醚多元醇反應(yīng)性混合在改進(jìn)的Oakes混合機(jī)中產(chǎn)生聚氨酯泡沫。氮?dú)庥米靼l(fā)泡氣體，將Jeffamine添加到制劑中。將標(biāo)準(zhǔn)4”O(jiān)akes混合機(jī)改進(jìn)為允許第一通道上三個(gè)另外位置和第二通道上兩個(gè)另外位置中反應(yīng)物流的分段。改進(jìn)的混合機(jī)的圖(圖1A)包括在本專利申請中。異氰酸酯、多元醇、Jeffamine、和氣體的質(zhì)量流量分別為180g/min、410g/min、9g/min、0.25g/min。最初,使反應(yīng)物通過標(biāo)準(zhǔn)Oakes混合機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入口，所不同的是氣體分段以改善流動穩(wěn)定性。使用該構(gòu)造，觀察到氣泡尺寸為76微米，標(biāo)準(zhǔn)方差為41微米。
[0075]研究第二個(gè)構(gòu)造，其中將反應(yīng)物流分段(以變化的停留時(shí)間分別進(jìn)入混合機(jī))。流動速率和實(shí)驗(yàn)條件保持恒定，多元醇在主入口位置進(jìn)入轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)。Oakes混合機(jī)的第一通道上的三個(gè)分段入口包含異氰酸酯、JefTamine和氮?dú)?。催化劑在第二通道入口進(jìn)入裝置。該構(gòu)造使產(chǎn)品泡沫的氣泡尺寸減小至51微米，其標(biāo)準(zhǔn)方差為22微米。
[0076]盡管通過優(yōu)選實(shí)施方式的前述描述以一定的細(xì)節(jié)描述了本發(fā)明，但是該細(xì)節(jié)主要針對說明的目的。在不背離所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行很多變型和修改。
【權(quán)利要求】
1.徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)，其包括: A.外殼，其包括第一定子和第二定子； B.位于第一定子和第二定子之間的轉(zhuǎn)子，由此在所述外殼內(nèi)形成第一通道和第二通道，并提供第一通道和第二通道之間的流體連通，所述轉(zhuǎn)子連接于可旋轉(zhuǎn)軸； C.在低剪切區(qū)域通往第一通道的主入口； D.在與主入口相比具有較高剪切的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域通往第一通道的兩個(gè)或更多個(gè)輔入口 ；和 E.第二通道的出口。
2.權(quán)利要求1的徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)，包括在與主入口相比具有較高剪切的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域通往第一通道的三個(gè)或更多個(gè)輔入口。
3.權(quán)利要求1徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)，其中兩個(gè)或更多個(gè)輔入口進(jìn)料到第一通道的相同區(qū)域。
4.權(quán)利要求1徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)，其中兩個(gè)或更多個(gè)輔入口進(jìn)料到第一通道的不同區(qū)域。
5.權(quán)利要求1徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)，其中沒有輔入口進(jìn)料到第一通道的區(qū)域與主入口進(jìn)料到第一通道的區(qū)域相同。
6.使用徑流式轉(zhuǎn)子-定子混合機(jī)生產(chǎn)聚合物泡沫的方法，所述混合機(jī)包括: A.外殼，其包括第一定子和第二定子； B.位于第一定子和第二定子之間的轉(zhuǎn)子，由此在所述外殼內(nèi)形成第一通道和第二通道，并提供第一通道和第二通道之間的流體連通，所述轉(zhuǎn)子連接于可旋轉(zhuǎn)軸； C.在低剪切區(qū)域通往第一通道的主入口； D.在與主入口相比具有較高剪切的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域通往第一通道的兩個(gè)或更多個(gè)輔入口 ；和 E.第二通道的出口； 所述方法包括以下步驟: 1.通過主入口將包含液體的第一進(jìn)料引入到第一通道的第一剪切區(qū)域，所述第一進(jìn)料包含單體、預(yù)聚物或聚合物； 2.通過一個(gè)或多個(gè)輔入口將包含流體的第二進(jìn)料引入到第一通道的第二剪切區(qū)域，其中第二剪切區(qū)域的剪切大于第一剪切區(qū)域的剪切； 3.在第一通道內(nèi)形成第一進(jìn)料和第二進(jìn)料的泡沫； 4.將所述泡沫從第一通道轉(zhuǎn)移至第二通道；和 5.從所述混合機(jī)的出口排出所述泡沫。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述引入到第一通道的第二剪切區(qū)域的流體是氣體。
8.權(quán)利要求6的方法，其中第一進(jìn)料包含多元醇。
9.權(quán)利要求8的方法，其中第二進(jìn)料包含具有異氰酸酯官能度的單體、預(yù)聚物或聚合物。
10.權(quán)利要求9的方法，其中第二進(jìn)料還包含表面活性劑和任選的催化劑。
11.權(quán)利要求10的方法，其中將惰性氣體引入到第一通道的第二剪切區(qū)域。
【文檔編號】B01F3/04GK104411393SQ201380021490
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月2日
【發(fā)明者】P·A·吉利斯, T·J·帕森斯, 謝佳, V·法羅齊克 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司, 羅姆哈斯電子材料Cmp控股公司