一种高效节能含气耦合超细膨胀微粒制备的方法和系统

摘要

本发明公开了一种高效节能含气耦合超细膨胀微粒制备的方法和系统，所述的系统包括浸润釜、液化气体储存系统、液化气体输送管路、真空泵、加热装置、粉碎机构、筛分设备、高分子聚合物、液化气体等。所述的方法，首先，将液化气体注入到装有高分子聚合物的浸润釜内，在一定温度和压力下超临界气体渗入到粘弹态的聚合物内部，然后停止加热，继续注入液化气体来冷却固化釜内聚合物使聚合物外表面固化将渗入到聚合物内部的液化气体包裹在里面，获得一种含气耦合超细膨胀微粒。同时，充分利用液化气体汽化的冷量将含气耦合超细膨胀微粒冷却到脆化状态，浸润釜上设有排气管和真空泵抽气装置，以便于汽化出来的气体输送到供气管网系统去。再将浸润釜内含有液化气体的脆化聚合物粒子投入到粉碎装置撞击粉碎，然后筛分制备出一种高效节能含气耦合超细膨胀微粒。本方法将液化气体汽化产生冷量直接利用于聚合物深冷脆化，传热效率高，节能环保。

说明书

技术领域

本发明涉及超细膨胀微粒制备领域，主要是一种高效节能含气耦合超细膨胀微粒制备的方法和系统。

背景技术

含气耦合超细膨胀微粒是一种膨胀微球，广泛应用在无纺布、壁纸、鞋材、皮革、超细粘土等领域的发泡助剂，通常膨胀微球通过化工反应聚合而成，在制造过程中工艺复杂，反应条件较为苛刻有毒有害易燃易爆，生产后会产生大量废水、废气。液化气体在使用前都需要进行汽化，需要消耗大量热量来克服汽化过程中产生的冷量，不利于环保节能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种高效节能含气耦合超细膨胀微粒制备的方法和系统。特别是利用液态气体来浸润高分子聚合物，使聚合物粒子内部分子间包含一定量的液态气体，制备出一种含气耦合膨胀微粒。同时利用液化气体气化的冷能将聚合物冷却到脆化温度使其脆化便于粉碎。脆化的含气耦合膨胀微粒经真空泵抽真空回收表面残留气体后，在粉碎装置内部进行无数次的撞击粉碎制备出一种新型含气耦合超细膨胀微粒的装置。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种高效节能含气耦合超细膨胀微粒制备的系统，包括浸润釜、液化气体储存系统、真空泵、加热装置、粉碎装置和筛分装置，液化气体储存系统与浸润釜的底部相连通，用于将液化气体注入到装有高分子聚合物的浸润釜1内；浸润釜上部与真空泵、加热装置和排气管相连接，其中真空泵和排气管用于将汽化出来的气体输送到供气管网系统，加热装置用于将超临界气体渗入到粘弹态的聚合物内部；浸润釜下部依次与粉碎装置和筛分装置相连接，其中粉碎装置用于将浸润釜内含有液化气体的脆化聚合物粒子进行多次相互撞击粉碎。

所述的筛分装置用于将粉碎过的聚合物微粒进行筛分，将不同范围内的微粒分成粗、中、细多种粒径产品。

本发明公开了一种高效节能含气耦合超细膨胀微粒制备的方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、将液化气体注入到装有高分子聚合物的浸润釜内，在一定温度和压力下超临界气体渗入到粘弹态的聚合物内部，然后停止加热，继续注入液化气体来冷却固化浸润釜内聚合物使聚合物外表面固化将渗入到聚合物内部的液化气体包裹在里面，同时，充分利用液化气体汽化的冷量将聚合物粒子冷却到脆化状态，浸润釜上设有排气管和真空泵，以便于汽化出来的气体输送到供气管网系统去；

步骤二、将浸润釜内含有液化气体的脆化聚合物粒子投入到粉碎装置内，在粉碎装置内进行多次相互撞击粉碎，直至聚合物粒径达到所需要求；

步骤三、将粉碎过的聚合物微粒投入到筛分装置中去进行筛分，将不同范围内的微粒分成粗、中、细多种粒径产品。

步骤一中的浸润釜内的加热温度范围在60℃～200℃，冷却温度控制范围在-1℃～-200℃，压力范围在-0.09-30MPa。

步骤一中的高分子聚合物包括聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚碳酸脂PC、聚氨酯PU、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、聚酰胺尼龙PA、聚丙烯腈PAN、聚芳砜PASF、聚醚砜PES、聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE、聚酰胺酰亚胺PAI、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、苯二甲酸乙二醇酯PET、热塑性弹性体TPE、热塑性聚氨酯弹性体TPU的单体及改性复合体，其中的一种或二种以上混合物。

步骤一中的液化气体包括液化石油气LPG、液化天然气LNG、液态氮N

所述浸润釜配有加热装置，加热温度在60℃～250℃，加热方式有蒸汽加热，电加热，导热油加热的加热方式，能将釜内聚合物颗粒加热到粘弹态。

所述浸润釜配有真空泵，其真空压力为-0.01～-0.09MPa，真空泵1-2采用水环式真空泵、水喷射真空泵。

本发明的有益效果为：本方法将液化气体汽化产生冷量直接利用于聚合物深冷脆化，传热效率高，节能环保。本发明有效找到了一种含气耦合超细膨胀微粒的制备装置，利用液态气体的渗透性来加工粘弹态改性聚合物，使聚合物内部包含有一定量的液态气体；同时又利用了液态气体在汽化前需放出的大量冷能将高分子聚合物进行低温脆化，节省了汽化所需的热能。脆化后的聚合物颗粒经过粉碎内部机构反复碰撞碾压后制备出一定粒径范围的微米级含气耦合超细膨胀微粒。这种粒子具备有一定的发泡性能，在加热升温后，内部气体受热汽化膨胀使达到热塑性粘弹态的聚合物颗体积变大，其膨胀体积倍率可达到1～100倍(体积比)的膨胀微粒，当冷却时，膨胀微球外壳再次变硬，形成一种发泡膨胀球体。这是一种新型无毒无害无残留的清洁绿色含气耦合超细膨胀微粒。可以广泛应用在橡胶、塑料、皮革、超细粘土等的发泡工艺中，由于生产过程中不含有毒有害物质，可以广泛应用在与人体接触特别是婴童用具有关的发泡产品中。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是实例1电镜照片，左图为PE脆化粉碎后含气耦合超细膨胀的微粒，右图为受热发泡后的膨胀微粒。

附图3是实例2电镜照片，左图为PE脆化粉碎后含气耦合超细膨胀的微粒，右图为受热发泡后的膨胀微粒。

附图4是实例3电镜照片，左图为PS脆化粉碎后含气耦合超细膨胀的微粒，右图为受热发泡后的膨胀微粒。

附图5是实例4电镜照片，左图为PP脆化粉碎后含气耦合超细膨胀的微粒，右图为受热发泡后的膨胀微粒。

附图标记说明：浸润釜1，液化气体储存系统1-1，真空泵1-2，加热装置1-3，粉碎装置2，筛分装置3。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做详细的介绍：

如图1所示，一种高效节能含气耦合超细膨胀微粒制备的系统，包括浸润釜1、液化气体储存系统1-1、真空泵1-2、加热装置1-3、粉碎装置2和筛分装置3，液化气体储存系统1-1与浸润釜1的底部相连通，用于将液化气体注入到装有高分子聚合物的浸润釜1内；浸润釜1上部与真空泵1-2、加热装置1-3和排气管相连接，其中真空泵1-2和排气管用于将汽化出来的气体输送到供气管网系统，加热装置1-3用于将超临界气体渗入到粘弹态的聚合物内部；浸润釜1下部依次与粉碎装置2和筛分装置3相连接，其中粉碎装置2用于将浸润釜1内含有液化气体的脆化聚合物粒子进行多次相互撞击粉碎。所述的筛分装置3用于将粉碎过的聚合物微粒进行筛分，将不同范围内的微粒分成粗、中、细多种粒径产品。

本发明公开了一种高效节能含气耦合超细膨胀微粒制备的方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：

1、将高分子聚合物投入到浸润釜1，通过加热装置1-3将浸润釜1加热到设定温度，使釜内聚合物受热软化成粘弹态颗粒。将液化气体储存系统1-1的液化气体经高压泵注入到浸润釜1内，温度在60℃～200℃之间、压力在0～50MPa下，超临界液化气体逐渐渗入到聚合物内部，浸润时间1～4小时，使液化气体饱和溶入到聚合物内部，形成一种含饱和液化气体的含气耦合膨胀聚合物颗粒，浸润完成。

2、浸润完成后加热装置1-3停止给浸润釜1加热。液化气体储存系统1-1继续注入低温液化气体，将聚合物受冷从外向内固化，把液化气体包裹在聚合物内部。浸润釜1内温度逐渐下降，直到冷却到聚合物脆化温度后，停止向浸润釜1供气，有效利用液化气体汽化的冷量将聚合物粒子冷却到脆化状态。

3、浸润釜1上设有排气管，排气管阀门打开，浸润釜1内汽化出来的气体输送到供气管网系统去。气体排空后，排气管阀门关闭，浸润釜1上的真空泵1-2开启，将浸润釜内抽成-0.01～-0.95MPa，将釜内聚合物表面残留的液化气体真空气化排净，抽出的气体排放到供气管网系统去。

步骤二、将浸润釜1内含气耦合膨胀聚合物颗粒投入到粉碎装置2内，通过粉碎装置2内的机构使聚合物颗粒重复相互撞击碾压粉碎，将聚合物粒径粉碎到1～100um，形成一种含气耦合超细膨胀微粒。粉碎装置可优选气体动力粉碎机，机械动力粉碎机，超声波粉碎机等。步骤三、将粉碎过的含气耦合超细膨胀微粒投入到筛分装置3中去进行筛分，按产品分布要求得到粗、中、细等多种粒径产品。

本发明的液态气体包括液化石油气LPG、液化天然气LNG、液态氮N2、液态氧O2、液态二氧化碳CO2、液态氨NH3、液态空气混合气等，根据不同材质的高分子聚合物以及不同的使用条件，工艺冷却温度可在-1℃～-200℃之间进行选择。优选液化天然气LNG、液态氮N2、液态二氧化碳CO2，以及N2+CO2混合气体。

本发明的高分子聚合物包括聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚碳酸脂PC、聚氨酯PU、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、聚酰胺尼龙PA、聚丙烯腈PAN、聚芳砜PASF、聚醚砜PES、聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE、聚酰胺酰亚胺PAI、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、苯二甲酸乙二醇酯PET、热塑性弹性体TPE、热塑性聚氨酯弹性体TPU等的单体及改性复合体。

本发明在制备过程中，可根据产品使用要求选用同一种聚合物或多种聚合物混合作为原物，用其中一种液化气体或二种及以上混合液体气体来进行浸润渗透深冷，以获得符合要求的含有液化气体的脆化混合粒子。在粉碎工艺中，可根据含气耦合超细膨胀微粒的特性采用机械式粉碎机、球磨式粉碎机、气流式扁平粉碎机、气流式流化床粉碎机、超声波粉碎机等设备来进行粉碎加工，以获得产品粒径在一定范围内特定粒径大小的含气耦合超细膨胀微粒。本发明专利中制备出来的含气耦合超细膨胀微粒，在后续加工使用中，可以单独使用加工成型，也可以作为一种发泡助剂用于基材的发泡。在使用过程中，含气耦合超细膨胀微粒受热后，内部气体受热汽化膨胀使达到热塑性粘弹态的聚合物颗体积变大，其膨胀体积倍率可达到1～100倍(体积比)的膨胀微粒，当冷却时，膨胀微球外壳再次变硬，形成一种发泡膨胀球体。

实施例1

如图1所示，将增加了成核剂等助剂的改性低密度聚乙烯PE料投入到浸润釜内，采用蒸汽将釜内加热到85～95℃，使釜内聚乙烯PE受热软化成粘弹态颗粒。关闭浸润釜上的排气管阀门、真空管阀门、下料阀门；采用液化CO2作为浸润剂，开启液化CO2气体输送泵，将CO2输入到浸润釜内，使釜内压力升高到30～36MPa，恒温恒压4小时，获得含气耦合膨胀颗粒。然后停止加热，开启液化CO2气体输送泵，开启排气管阀门使釜内压力缓慢下降，随着液态CO2送入釜内，液态CO2在釜内汽化带走物料温度，使物料温度继续下降到低密度聚乙烯脆化温度-70～-80℃以下，将含气耦合膨胀颗粒脆化。关闭液化CO2气体输送泵。开启水环式真空泵，将釜内真空抽到-0.45MPa，抽空5-10分钟，将釜内CO2抽空，然后关闭真空泵。开启物料放料阀，将脆化含气耦合膨胀PE颗粒投入到流化床气流粉碎机作为粉碎装置的料仓中，流化床粉碎机进气粉碎压力设定在0.4～0.8MPa，经流化床气流粉碎机粉碎后，收到微细粉体，再经筛分得到中位Dn50粒径为80um，40um，20um三种规格含气耦合超细膨胀微粒产品。分别取中位Dn50粒径为40um的微粒进行加热发泡得到发泡倍率(体积比＝发泡后体积/发泡前体积)约20倍(体积比)的发泡颗粒。

实施例2

参照实施例1，依据操作流程不变，采用液化N2作为浸润剂，其他条件不变，收到产品结果如表中2项所示。

实施例3

参照实施例1，依据操作流程不变，原料改为PS+CACO3混合改性颗粒，采用液化CO2作为浸润剂，釜内温度设定在30～35℃，釜内压力升高到25～30MPa，脆化温度-50～-70℃以下，其他条件不变，收到产品结果如表中3项所示。

实施例4

参照实施例1，依据操作流程不变，原料改为PP+CACO3混合改性颗粒，采用液化CO2作为浸润剂，釜内温度设定在115～125℃，釜内压力升高到30～36MPa，脆化温度-30～-40℃以下，其他条件不变，收到产品结果如表中4项所示。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。