用于自动设置泡沫生产的参数的系统和方法与流程
- 国知局
- 2024-11-21 12:28:28
发明领域本发明的某些实施方案涉及聚氨酯泡沫领域。更具体地,本发明的某些实施方案涉及用于软质聚氨酯泡沫生产的系统和方法。
背景技术:
1、pu软质块料泡沫是现有技术中早已为人所知的并且在世界范围内用于例如软垫家具和床垫的生产。在制造方法中,将通常为液体的组分泵入混合头,混合并且连续地定量给料至传送带上。在那里反应混合物开始发泡,即,膨胀。发泡的驱动力是气态反应产物(例如,co2)的形成和物理发泡剂的蒸发。为了避免反应混合物流走到侧边,用侧壁在侧面限制传送带。在块料技术中,泡沫可以由此在至少一个方向上自由起发(r ise)(例如,向上)。起发泡沫的气泡中的压力通常大致等于大气压力。反应混合物在传送带上水平移动的同时垂直地膨胀并且在连续方法中形成长块体(“块料泡沫”),随后根据一定的长度切割该长块体并且转移至反应储存处。在上升期间,反应性组分的逐步交联导致材料固化并且由此最终得到稳固但有弹性的软质聚氨酯泡沫。在材料的固化前不久,泡孔开放仍与小部分泡孔气的失去和即将但尚未固化的泡沫块的轻微回陷(sag back)关联发生。方法相对较快并且经常不到2分钟就能固化。随着泡沫在平的传送带上膨胀,泡沫沿侧壁向上增长。侧壁上的摩擦力阻止粘度越来越高的泡沫混合物在边缘而不是在块体的中心增长。这产生顶部处的圆形圆顶形状。泡沫块的高度因此在中心处(更高)和唇部处(更低)不同。对于例如,100cm的通常块体高度而言,差异可以容易地为5至10cm。
2、在聚氨酯工业的早期,用反应混合物填满大的不连续的箱,并且在发泡之后得到箱式泡沫。今天,由于其的低效率,该技术实际上仅用于测试发泡和实验室中。术语连续或不连续描述反应混合物是如何混合和定量给料的。在不连续生产方法中,将原料混合,停止混合然后定量给料。在连续生产方法中,在不间断的情况下同时(并行)进行操作,即,将原料连续地送至混合头中,在那里用连续旋转搅拌器混合,并且连续地定量给料至,例如,传送带上。本技术讨论软质块料聚氨酯泡沫的连续生产方法。
3、一直不缺少持续改进软质聚氨酯块料泡沫的生产,并且特别是,减少产生的切割和废弃率的尝试。为了该目的,泡沫块的形成的矩形横截面及定出其最优尺寸是重要的,例如,以便能够尽可能高效地从泡沫块切割出矩形床垫芯。由于不能从圆形块体顶层切割矩形床垫芯,因此该圆形块体顶增加废弃率。一个产生矩形块体横截面的重要步骤是不仅使泡沫向上膨胀,还至少部分向下膨胀。该步骤具有这样的优势:发泡混合物现在仅需在侧壁向上起发较短距离。在完全向下膨胀的情况下,在侧壁处甚至没有反应混合物的起发。而是,反应混合物沿侧壁向下流动。然而这里,重力起到了作用。这通过所谓的跌落板(fal lplate)系统在连续块料设备中在技术上实现。其由laader berg公司特别开发并且在所谓的maxfoam机器上第一次实现。这里在升高的位置处将反应混合物施加至箔或涂布纸上。纸以恒定的速度移动,此速度由在机器的末端的传送带提供。一旦反应混合物的膨胀开始,跌落板就确保泡沫可以向下膨胀。反应混合物的上边缘的水平保持恒定或仅轻微上升。跌落板的尺寸是固定的,但它们的高度可以调节。在这种情况下,跌落板各自连接于相邻跌落板的末端。有反应混合物位于其上的纸的速度也可以通过传送带的驱动改变。当所有参数正确设置时,该技术连续地得到具有几乎完美矩形几何形状的泡沫块。因此,此技术现在广泛使用于软质聚氨酯泡沫工业并且被其它聚氨酯机器制造商采用。
4、然而,这里一个一般的问题是现在反应混合物的起发轮廓和生产机器上的位置必须彼此匹配。比喻地说,泡沫的起发轮廓必须向下作镜像以给出跌落板的正确设置。如果,相反,跌落板系统和起发轮廓没有正确地匹配,关于生产的泡沫块将会发生各种的错误。这些错误包括若跌落板系统如果过早应用就不发挥作用,然后在平的传送带上发生膨胀,或由于泡沫已经在跌落板上固化,泡沫块中产生裂缝。方法的更详细技术描述,请参考gunteroer tel的polyurethane handbook(第二版,1994,car l hanser pub.inc.)。
5、因此,起发轮廓和机器设置的同步是技术现状的主要问题。梯度或起发轮廓是反应混合物的性质并且取决于许多因素。除其它事项外,其反映原料的反应性,原料的温度,还有选择的催化剂的类型和量。不同的软质块料泡沫配制物因此具有非常不同的起发轮廓。起发轮廓通过膨胀泡沫混合物高度的依时间记录来表征。
6、起发轮廓的两点是特别重要的:混合物开始膨胀的时刻(乳化(creaming)点的位置)和它停止膨胀的时刻(完全起发(ful l r i se)点的位置)(由于泡孔开放和气体的排出)。乳化和排出是软质聚氨酯泡沫的膨胀阶段中发生的明确的现象。两者以也可以目视监测的清晰的事件为特征:在乳化时原料混合物变得混浊不清和不透明并且开始起发。在排出时泡沫的表面处的气泡爆裂,释放气体并且泡沫表面稍微沉降。当以时间分辨的方式记录反应混合物的高度时,得到起发轮廓。两个现象都可通过斜率的变化在该曲线中监测到:在乳化时微分系数从零转变为正值。在排出时微分系数从正值转变为零或甚至转变为负值。由于两个现象可通过这样的方式在起发轮廓曲线中精确定位,因此它们被称作乳化点或排出点。排出点代表泡沫在膨胀期间的最大高度并且因此也被称作完全起发点。当将配制物转移至用于软质聚氨酯泡沫的连续工业生产机器(“块料技术”)时,也可以看到两个现象,但在与泡沫块移动的垂直的反应混合物的层中发生。由于通常从顶上的视图观察泡沫生产,因此通常使用术语“线”。这是泡沫表面上横贯传送带的宽度的线。在这种情况下乳化线或排出线(blow-off l ine)(也被称作“排出线”(blow l ine))是可见的。因此,表述乳化线或排出线/完全起发线是指在软质泡沫块生产中发生的乳化或排出,术语乳化点或排出点两者是指起发轮廓曲线。
7、两点可以从起发轮廓直接取得。如果要将起发轮廓转移至机器,则时间轴必须转换为机器上的距离(从机器的启动或从反应混合物的施加)。这可以通过精确测量/计算反应混合物通过混合头后直至位于纸上的停留时间来完成。从那开始,发泡混合物以传送带速度移动。泡沫的起发轮廓可随后转换为机器上的空间分辨起发轮廓。乳化点的位置和/或完全起发点的位置也以这种方式转移至机器上的特殊位置。将那些位置与最优位置比较。一旦完成了这些,可以调节跌落板和带速度以得到理想的希望的梯度。如果必要,也可以调节配制物使得改变的起发轮廓更好地适应机器上的情况。实现这一点的一种可行的方式是,例如,改变催化剂浓度。如果必要,还可以改变机器参数和配制物细节两者。
8、对于当使用例如新的配制物时的正确机器设置的预测而言,需要知道配制物的起发轮廓。这有时通过估算起发轮廓的粗略计算完成。常规上使用通用的s-形起发轮廓,然后使用催化剂的限定的活性参数与原料的浓度和温度一起调节s-形起发轮廓。然而,这些起发轮廓仅是大约计算/估算的。这经常导致计算的起发轮廓偏离真实的起发轮廓,该偏离严重限制生产方法的可预测性。
9、另外,有许多特殊的泡沫类型,对它们计算的起发轮廓明显未准确代表在连续操作的pu泡沫机器上看到的起发轮廓。在这种情况下,对于工业块料泡沫机器上的发泡而言得到不合适的机器参数并且得到错误的模式。在工业设备上这样的非优化的发泡方法成本很高(具有例如250kg/min的定量给料量和数分钟的最短运行时间)并且完全降低了对模拟软件的信心。
10、另外,特别是对于发泡行为很大程度上未知的新泡沫配制物的首次生产存在问题。即,为了得到用于新泡沫配制物的必要的、尚且未知的最佳机器设置,目前仅有两种可能的方式。在第一种方式中,可在大的生产设备上测试发泡,这包括由已设立的或假定的设置开始并且生产一个或多个测试块料。分析它们并且修改设置。然后在新的发泡方法中选择改进的条件。这样,然后在迭代方法中找到优化的机器参数。方法耗时并且昂贵。
11、另外,许多技术人员持有这样的观点:实验室起发轮廓和生产起发轮廓间存在显著差异。即,普遍质疑不连续发泡(实验室发泡)和连续发泡方法(工业生产)在什么程度上可以比较。
12、de10237005a1描述了在连续块料泡沫生产中起发高度的测量。这是借助放置于起发泡沫混合物上方的传感器完成的。通过得知起发行为和为生产方法选择的机器设置,然后可以计算泡沫的起发轮廓或预测优化的机器参数。该专利包含在实际工业生产设备中对发泡性质的复杂和成本高昂的测量,清楚地显示对于得到有意义的起发轮廓数据的工业兴趣。然而,这里并没有选择对实验室起发轮廓数据的上游代表性测量的更简单的方式,而是在实际生产中进行原位测量。这可以用作者没有预期从不连续的实验室泡沫得到的任何有意义的起发轮廓数据的事实得以解释。
13、超声波测量传感器用于实验室中起发轮廓的测量已有一些时间。来自formatmess technik("foamat")(format mess technik gmbh,im schlehert 26,76187karlsruhe,德国)传感器和的泡沫软件的组合特别普遍。尽管说明书使用起发轮廓来确定起发时间或在起发轮廓间互相比较(例如为了确定催化剂的活性参数),但未公开或预期使用或导出至程序来模拟连续发泡机器上的起发(例如,参见www.format-messtechnik.de/foamat_d.htm#steigh%c3%b6he%20und%20steigprofi l)。
14、由于聚氨酯反应的动力学和反应顺序对多种应用很重要,因此也已经存在若干计算反应的尝试。这还包括pu软质块料泡沫配制物的起发轮廓。这样的计算/模拟的实例可在例如fraunhofer ins t i tute for indus tr ial mathemat ics的项目(例如,参见https://www.i twm.fraunhofer.de/de/abtei lungen/sms/komplexe-fluide-und-mehrphasens troemung/s imulat ion-polyurethanschaum.html)中找到。然而,这里的重点在合模中的软质聚氨酯泡沫的膨胀上而不在自由起发的软质泡沫上。但是再一次,使用模拟的而非真实测量的起发轮廓证明将来自实验室发泡的结果转移至生产方法中的困难(尽管该案例中是模塑泡沫)。在软质聚氨酯泡沫工业中,普遍认为实验室中测量的动力学数据(例如起发轮廓)对大规模工业块料泡沫生产而言没什么意义。该情况的背景是,当比较在开放的杯/容器中手动混合原料和具有高性能搅拌器的密闭混合室时,混合能量完全不同。进气量和因此的成核效率在这里也显著不同,这本身表现为不同的泡孔结构。
15、总体而言,克服如上面描述的现有技术的缺陷,并且对块料生产期间反应混合物的起发做出正确的模拟和可靠的预测,对块料工业而言将是相当大的优势。
技术实现思路
0、发明概述
1、各种实施方案提供用于泡沫生产的系统和方法以及由所述方法提供的产品,如独立权利要求的主题所描述的。从属权利要求中描述了有利的实施方案。本发明的实施方案可以自由地互相组合,只要它们不互相排斥。
2、在一个方面,本发明涉及用于自动设置泡沫生产机器的机器参数的方法。泡沫生产机器包括配置为混合前体试剂以形成反应性混合物的混合头,配置为从混合头接收反应性混合物的中间运输单元,多个跌落板,以及配置为从最后一个跌落板接收反应性混合物的传送装置,其中第一个跌落板的近端配置为从运输单元接收反应性混合物并且其中各跌落板具有可垂直调节的端部,其中反应性混合物在传送装置上形成泡沫。方法包括由计算机系统执行软件,其中计算机系统包括至少一个处理器,并且其中执行软件包括从数据库输入泡沫生产机器的特征,特征包括下列的一个或多个:
3、中间运输单元的至少一个尺寸,传送装置速度的范围,跌落板的数量和跌落板的可垂直调节端部的垂直位置的范围,
4、从数据库输入前体试剂的反应性混合物的起发轮廓,起发轮廓优选包括当前体试剂反应时混合物的高度随时间的变化,
5、确定乳化点的位置和/或完全起发点的位置,基于起发轮廓由传送装置速度范围确定传送装置速度,基于起发轮廓和所确定的传送装置速度确定乳化线的位置和/或完全起发线的位置,比较乳化线的位置和/或完全起发线的位置与最优值,基于下列确定中的至少一个确定反应性混合物至第一个跌落板的流速和中间运输单元的至少一个尺寸的值:
6、所确定的传送装置速度,所确定的乳化线的位置,所确定的完全起发线的位置和/或泡沫的预定目标高度hf和优选传送装置上泡沫的预先确定的密度,
7、迭代地重复所述确定,提供最终流速,中间运输单元的至少一个尺寸的最终值,最终传送装置速度和乳化线的最终位置和/或完全起发线的最终位置,基于起发轮廓和最终传送装置速度确定各跌落板的端部的垂直位置,从而产生当反应性混合物通过以最终传送装置速度移动的传送装置沿多个跌落板运输时,多个跌落板上反应性混合物的预定的预测轮廓,以及在数据库中存储下列中的至少一个:最终流速,中间运输单元的至少一个尺寸的最终值,最终传送装置速度和各跌落板的端部的垂直位置。
8、这些特点具有以下优势:自动设置泡沫生产机器的机器参数,从而产生多个倾斜跌落板上反应性混合物的预定的预测轮廓,由此减少与泡沫生产机器的操作相关的生产时间和生产废料。
9、根据一个实施方案,方法包括基于下列确定中的至少一个确定反应性混合物至第一个跌落板的流速和中间运输单元的至少一个尺寸的值:确定的传送装置速度,确定的乳化线的位置,确定的完全起发线的位置和/或泡沫的预定目标高度hf和传送装置上泡沫的预先确定的密度。
10、根据一个优选实施方案,方法包括基于所确定的传送装置速度,所确定的乳化线的位置,所确定的完全起发线的位置,泡沫的预定目标高度hf和传送装置上泡沫的预先确定的密度,确定反应性混合物至第一个跌落板的流速和中间运输单元的至少一个尺寸的值。
11、根据一个实施方案,中间运输单元包括具有唇部和容积并且配置为从混合头接收反应性混合物的料槽,其中第一个跌落板的近端配置为从料槽的唇部接收反应性混合物,其中料槽的至少一个尺寸包括料槽高度,料槽宽度和料槽长度中的至少一个,其中料槽的高度是料槽的底部和唇部之间的距离。
12、根据另一个实施方案,中间运输单元包括配置为从混合头接收反应性混合物的倾倒板,其中混合头的位置可调节以使反应性混合物在倾倒板上的铺设位置(laydown pos it ion)堆积,其中第一个跌落板的近端配置为从在铺设位置远端的倾倒板的端部反应性混合物,并且其中倾倒板的至少一个尺寸包括倾倒板上的铺设位置与第一个跌落板的近端之间的距离。
13、这些特点具有以下优势:提供具有可调节尺寸的中间运输单元,以便在确定机器参数的最终设置的方法期间能够快速并且自动调节至反应性混合物的乳化线的位置和/或完全起发线的位置。
14、然而根据再一个实施方案,方法包括调节料槽的位置以使料槽的唇部与传送装置间的垂直位置为泡沫的预定目标高度hf的大约2/3。
15、在另一个实施方案中,方法包括调节倾倒板的位置以使倾倒板和传送装置之间的垂直距离为泡沫的预定目标高度hf的大约2/3。
16、在一个实施方案中,乳化线的位置位于唇部下方料槽的大约1/3高度的距离处。
17、在另一个实施方案中,确定倾倒板的至少一个尺寸的值包括选择倾倒板上铺设位置与第一个跌落板的近端之间的距离以使乳化线的位置位于第一个跌落板的近端前大约15cm。
18、根据另一个实施方案,完全起发线的位置的预定距离在最后一个跌落板的远端后0.2m至1.2m,优选0.3至0.8m,更优选0.4m至0.7m的范围内。
19、在一个实施方案中,将确定和调节步骤重复(即,迭代)一次,两次或数次直至值收敛至恒定,以提供最终流速,中间运输单元的至少一个尺寸的最终值和最终传送装置速度。
20、在一个另外的实施方案中,用于确定起发轮廓的传感器是超声波测量传感器和/或3d激光扫描器并且形成为与计算机系统的执行软件和/或至少一个处理器通信。传感器可形成为与执行软件直接或非直接通信数据。非直接通信可包括处理和/或至少暂时存储测量的数据和/或转换的数据。
21、在一个另外的实施方案中,方法包括通过起发轮廓和/或泡沫表面的至少两个限定的检查区域或检查通道的传感器确定高度和/或高度梯度,分别要么在实验室中确定,要么在生产机器和生产方法原位确定。这些离散的区域可以是乳化线的预期的区域或通道,形成的泡沫的预期的第一最大高度,沿侧壁的边界区域(boarder area)和/或其它独特的区域或通道。
22、这些特点具有以下优势:提供用于设置泡沫生产机器的机器参数的快速方法。即,由于该方法对于大多数(但不是所有)反应性混合物而言是稳健的,因此方案达到收敛仅需要一或两次迭代。
23、在另一个实施方案中,预定的预测轮廓具有基本上平的顶面,其中基本上平的顶面具有大约arctan[(传送装置上的泡沫的高度的预定的分数)/(多个倾斜跌落板的水平长度)]的倾斜角度。在另一个实施方案中,传送装置上的泡沫的高度的预定的分数为传送装置上的泡沫的高度的大约1/3。
24、这些特点具有以下优势:提供在例如密度分布和硬度中具有改进的均匀度的泡沫块,以及提供具有基本上水平地平的顶面的泡沫块,从而减少材料废弃。
25、在另一个实施方案中,生产机器进一步包括机器控制单元,其中机器控制单元包括至少一个机器处理器,可由处理器执行的控制器软件和包含一个或多个致动器以控制泡沫生产机器的设置的致动器单元。方法进一步包括由至少一个机器处理器执行控制器软件,其中执行控制器软件包括接收包含下列至少一个的数据:中间运输单元的至少一个尺寸的最终值,最终传送装置速度,最终流速和所确定的各跌落板的端部的垂直位置,基于接收的数据产生控制信号,并且将控制信号发送至致动器单元以自动控制泡沫生产机器的设置。
26、这些特点具有以下优势:经由致动器自动控制泡沫生产机器的设置,从而减少用户与机器的直接物理交互并且由此减少泡沫生产的人为(操作者)错误并且提高泡沫生产的效率和生产率。
27、附图的若干视图的简要描述
28、参考附图,仅通过实例的方式,更详细地解释本发明的下列实施方案,其中:
29、图1说明根据本公开内容的实施方案的泡沫生产机器;
30、图2说明根据本公开内容的实施方案的用于确定泡沫生产机器的机器参数的方法的流程图;
31、图3说明根据本公开内容的实施方案的多个倾斜跌落板上的反应性混合物的预先确定的预测轮廓,其具有基本上平的、倾斜的顶面;
32、图4说明根据本公开内容的另一个实施方案的泡沫生产机器;
33、图5说明根据本公开内容的实施方案的容器;
34、图6说明根据本公开内容的实施方案的计算机系统;
35、图7说明根据本公开内容的实施方案的配制物1反应性混合物在没有乳化时间的情况下计算的和测量的起发轮廓;和
36、图8说明根据本公开内容的实施方案的用于设置泡沫生产机器的机器参数的方法的流程图。
37、发明详细描述
38、提供对本发明的各种实施方案的描述,目的为了说明而不意在穷尽或限于公开的实施方案。在不脱离描述的实施方案的范围和实质的情况下,许多调整和改变对于本领域的普通技术人员而言是明显的。选择本文使用的术语,以最好地解释实施方案的原则、实际应用或相对于市场存在技术的技术改进,或以使得本领域的其它普通技术人员理解本文公开的实施方案。
39、本公开内容涉及pu软质泡沫领域。本文中,描述了用于改进预测工业pu软质块料泡沫生产的参数的方法。尽管实验室不连续软质聚氨酯泡沫生产和大规模连续软质聚氨酯泡沫块生产之间存在显著差异,但已发现,通过使用实验室不连续泡沫生产中特制的条件,通过将实验室块料数据转移至模拟软件,来准确预测用于连续软质块料泡沫生产的最优机器参数是可行的。
40、已经出人意料地发现,通过仔细地并且代表性地输入和使用实验室中测量的起发轮廓,可以得到起发性质的准确模拟并且可以得出准确匹配的机器参数。可在限定的条件下在实验室实验中测量起发轮廓并且将起发轮廓上传至块料泡沫生产方法的模拟软件,以便得到精确并且可靠的预测。已经发现,通过将精确测量的实验室起发轮廓输入生产方法的模拟方法,可以得出准确的预测,以便选择优化的机器条件。对于大规模生产而言,使实验室发泡尽可能具有代表性是重要的。这包括将原料加热至生产试验中使用的温度,并且发泡到隔热箱/板箱(crate)中。箱壁的热容和导热性应小。合适的材料包括隔热泡沫例如硬质隔热聚氨酯泡沫(pur或pir泡沫)或聚苯乙烯泡沫。此外,大生产设备中使用的相同的工艺衬里也可使用于箱式发泡实验中,以将箱和反应混合物(也被称作反应性混合物)隔开。
41、令人惊讶地,在比生产方法小得多的规模上并且还是非连续地进行的实验室泡沫实验的起发轮廓,提供对于在大规模块料泡沫生产方法的模拟软件中设置机器参数的可靠的预测。
42、用于工业pu软质块料泡沫生产的参数改进的预测的方法,如下面进一步描述的,可包括下列中的一个或多个:(1)产生pu软质泡沫配制物;(2)在实验室中测量时间分辨起发轮廓(也被称作塌落(s lump)轮廓)(例如使用激光或超声波距离测量和数据记录);(3)维护和/或转换数据;(4)将塌落或起发轮廓数据上传至生产方法模拟软件中;以及(5)得出生产方法参数和模拟生产方法。
43、在一个实施方案中,实验室中起发轮廓的测量以这样的方式进行:选择与工业实践中相同的温度,并且泡沫的起发发生于隔热箱中。
44、任选的维护和/或转换数据包括处理所测量的起发轮廓数据和应用校正因子以关联实验室和机器条件。在一个实施方案中,准备起发轮廓数据包括删除泡沫的起发的开始前的数据点,和将起发轮廓归一化至最大起发高度的%(最大起发高度=100%)。为了进一步的处理可提供乳化时间(直至膨胀开始的时间)和完全起发时间(膨胀停止时)。
45、将准备的起发轮廓数据和何时给出乳化和完全起发时间转移至模拟软件可以在不同数据库或表格格式中完成。工业发泡方法的模拟软件使用所测量的起发轮廓数据,以计算聚氨酯泡沫的工业生产期间聚氨酯泡沫的起发。随然后可得出与跌落板相关的参数,以及输出量和传送装置速度(例如,传送带速度)。
46、如上文简要讨论的,本发明属于聚氨酯(pu)泡沫生产的技术领域,更具体地属于这样的软件的技术领域,该软件配置为输入前体试剂的起发轮廓,该前体试剂包括催化剂,当前体试剂以液体的形式混合在一起时形成软质pu泡沫(例如,软质pu泡沫块)。通过在实验室中当液体混合物反应以形成泡沫时对其测量轮廓以产生起发轮廓。软件使用输入的起发轮廓,以计算泡沫块生产机器的机器参数,例如但不限于下列中的一个或多个:传送装置速度(例如,传送带速度),混合料槽尺寸和/或位置和倾斜跌落板的枢轴点位置,其中这样的机器参数涉及优化机器的传送装置系统上的发泡混合物的轮廓。优化机器的传送装置系统上的发泡混合物的轮廓包括当发泡混合物运输经过一连串倾斜跌落板至传送装置(例如传送带)时,提供一连串倾斜跌落板上的发泡混合物的基本上平的(即,基本上水平的)轮廓。一连串倾斜跌落板上的发泡混合物的基本上平的轮廓产生传送装置上的具有大体上平顶面的泡沫块,与通过常规系统和方法生产的泡沫块的圆形或圆顶表面相反。
47、本发明的实施方案提供对于当前现有技术问题的解决方案,该问题为,使用基于计算乳化点(以时间计)和完全起发点(以时间计)的s形起发轮廓,其中这样的计算基于混合试剂,然后在乳化点和完全起发点之间拟合s形曲线。这样的s形拟合起发轮廓不是真实起发轮廓的特别准确的代表,并且当产生泡沫的液体混合物的组分和/或液体混合物具有不标准的或不寻常的密度、排出试剂和/或比率时是特别不准确的。
48、本发明的实施方案导致软质pu泡沫的生产,例如软质pu泡沫块或具有任意多边形形状的,具有更准确预测的尺寸的泡沫,从而当提供要切割成具有精确预先确定尺寸的最终或中间产品的泡沫时,减少材料废弃和加工时间。
49、pu泡沫(聚氨酯泡沫)及其生产为那些本领域的技术人员所熟知,并且本身不需要进一步阐明。在本公开内容的上下文中成型制品是不同形状的成型体。在本发明的实施方案的上下中优选的形状是,例如,几何形状例如球体、长方体、圆柱体等。在本公开内容的上下文中成型的pu泡沫制品因此是由聚氨酯泡沫制成的成型体。在本公开内容的上下文中特别优选的成型热固化软质pu泡沫制品是床垫和/或垫子和一般的泡沫块。其它由本公开内容的实施方案的范围涵盖的软质泡沫制品包括但不限于,用于下列物品的制造或用作下列物品的附件的泡沫:鞋(例如,鞋垫和鞋底),沙发,床上用品,胸罩,衣物(例如,肩垫),空气过滤器(例如,过滤泡沫)和交通工具(例如,层合材料,包括泡沫层,用于制造交通工具顶/顶棚、仪表盘(挡泥板),或用于座位和/或其它机动车部件中的泡沫)。
50、聚氨酯泡沫的生产本身一般是已知的。它通过在加成聚合反应中至少一种多元醇组分和至少一种异氰酸酯组分在至少一种发泡剂(例如,水)存在下的试验和测试反应形成。
51、根据本公开内容的实施方案的聚氨酯泡沫是软质聚氨酯泡沫。泡沫通过使用从不连续实验室生产泡沫形成方法得到的数据(例如,起发轮廓数据)的连续方法(也被称作块料发泡方法)制成。软质泡沫通常用于舒适应用例如沙发、垫子(cushion)或床垫(mattress)。软质泡沫的其它技术应用包括过滤泡沫或火焰粘合泡沫。并且,在纺织和服装工业中的应用是已知的(例如,肩垫、胸罩)。
52、硬质聚氨酯泡沫用于隔热应用例如冰箱或隔热板。无弹性的并且通常具有闭合泡孔的硬质pu泡沫,用于隔热目的并且不是本公开内容的实施方案的重点。软质pu泡沫有弹性并且是可变形的并且通常具有开放泡孔。因此,压缩时空气可以轻易逸出。
53、存在种类繁多的软质pu泡沫。例如,本领域的技术人员尤其知晓酯泡沫(由聚酯多元醇制成),软质热固化pu泡沫和冷固化pu泡沫。粘弹性的软质pu泡沫是相对较新的类型,其被认为属于热固化软质pu泡沫。在本公开内容的上下文中,包括所有软质泡沫类型。热固化软质pu泡沫和冷固化pu泡沫之间的关键性差异在于不同的机械性质。特别是通过回弹弹性(也被称作球反弹性(br)或回弹性)来区分软质热固化pu泡沫和软质冷固化pu泡沫是可行的。确定回弹弹性的方法在例如din en iso 8307:2008-03.中描述。这里,使具有固定质量的钢球从特定的高度下落至测试样品上,并且随后以下落高度的%测量反弹的高度。冷固化软质pu泡沫的讨论的值优选在>50%的区域中。冷固化软质pu泡沫因此也经常被称作hr泡沫(hr:高回弹性)。相比之下,热固化软质pu泡沫具有优选1%至不超过50%的反弹值。在本发明的优选实施方案的上下文中,根据本公开内容的热固化软质pu泡沫因此具有优选1%至不超过50%的反弹值,可根据din en iso 8307:2008-03确定。
54、另一个机械标准是sag或舒适因子。在这种情况下,根据din en iso 2439压缩泡沫样品并且测量在65%和25%压缩下的压缩应力比。冷固化软质pu泡沫这里具有优选>2.5的sag或舒适因子。热固化软质pu泡沫具有优选<2.5的值。在本发明的优选实施方案中,根据本公开内容的热固化软质pu泡沫因此具有优选<2.5的sag或舒适因子,可如上文具体说明测定。
55、对性质的确切的定义还可以从数据表"pur-kal tschaum"[cold-cure pu foam]从the fachverband schaumkuns ts toffe und polyurethane e.v.[special is t associat ion foamed plas t ics and polyurethanes],reference kal20160323,最近更新2016粘3月23日(例如,参见ht tps://www.fsk-vsv.de/wp-content/uploads/2017/03/produktbe schreibung-pur-kal tschaum.pdf)取得。该数据表还可以直接从fachverbandschaumkuns ts toffe und polyurethane e.v.(fsk),邮寄地址:stammheimers tr.35,d-70435stuttgart订购。
56、用pu技术的历史发展来解释热固化软质pu泡沫和冷固化软质pu泡沫两个名称,并且不一定意为发泡方法中发生不同的温度。
57、热固化pu泡沫和冷固化pu泡沫不同的机械性能由用于泡沫的生产的配制物中的差异引起。在冷固化软质pu泡沫的情况下,通常使用具有伯oh基和>4000g/mol的平均摩尔质量的主要是高活性的多元醇。任选地,也使用低分子量交联剂,并且交联剂的功能也可以由更高官能度的异氰酸酯承担。在热固化软质pu泡沫的情况下,通常使用具有仲oh基和<4000g/mol的平均摩尔质量的相对主要是惰性的多元醇。在冷固化软质pu泡沫的情况下,异氰酸酯基团和羟基基团的反应因此早在泡沫的膨胀期(由-nco和h2o生成co2)就发生至较高比例。该快速聚氨酯反应通常导致,作为粘性增加的结果,吹制方法期间泡沫相对高的固有稳定性。因此,需要其它具有相较热固化软质pu泡沫不同的硅氧烷结构的稳泡剂。冷固化软质pu泡沫通常是高弹性泡沫。由于高固有稳定性,在发泡操作的最后泡孔普遍尚未充分开放并且泡孔结构需要额外通过机械挤压来开放。在热固化软质pu泡沫的情况下,相比之下,这通常不是必要的。这里重要的是通过高分子量聚醚硅氧烷结构的显著更高的稳定化。
58、开放泡孔热固化软质pu泡沫优选具有1至6.5scfm范围内的透气度(也被称作“孔隙度”)。这通过施加压力差和根据astm d 3574(2011-00)测量流经的空气体积来测量。方法在下面进一步详细阐明(即,参见用于pu泡沫样品表征的方法中讨论的分部(f))。scfm(标准立方英尺每分钟)在标准条件(23℃,100kpa)下测量。
59、根据应用,热固化软质pu泡沫优选具有8至80kg/m3的泡沫密度。特别是当这样的热固化软质pu泡沫被用作床垫、床垫成分和/或垫子时,所述泡沫根据消费者的地区需求和需要,要求和偏好而区分。用于床垫应用的优选的热固化软质pu泡沫具有优选25-30kg/m3的泡沫密度。
60、特定类别的热固化软质pu泡沫是粘弹性pu泡沫。它们也以“记忆泡沫”而知名并且表现出低回弹弹性(优选<10%)和压缩后缓慢的、逐渐的回复(回复时间优选2-10s)两者。这种材料在现有技术中是众所周知的并且也特别由于它们吸收能量和声音的性质而受到重视。通常的粘弹性软质泡沫相较其它热固化软质pu泡沫通常具有较低孔隙度和高密度(或高泡沫密度(fd))。垫子具有优选30-50kg/m3的泡沫密度并且因此处在粘弹性泡沫的典型密度范围的下端,然而用于床垫的粘弹性pu泡沫优选具有45-130kg/m3范围内的密度。
61、在热固化软质pu泡沫中,硬的和软的片段在反应期间相对于彼此取向然后自发地彼此分离,以在“本体聚合物”内形成型态学上不同的相。这样的材料也被称作“相分离”材料。在粘弹性泡沫的情况下,玻璃化转变温度优选在-20至+15℃。其它热固化软质pu泡沫和冷固化软质pu泡沫的玻璃化转变温度,相比之下,通常低于-35℃。在开放泡孔粘弹性热固化软质pu泡沫的情况下的这样的“结构粘弹性”(其大体上基于聚合物的玻璃化转变温度)应区别于气动效应。在后一种情况下,气孔结构相对闭合(低孔隙度)。作为低透气度的结果,空气在压缩后仅逐渐回流入,这导致回复变慢。
62、各种热固化软质pu泡沫的分类不仅根据泡沫密度,对于特定应用还经常根据它们的抗压强度,还称为承载能力。例如,根据din en iso 3386-1:2015-10,抗压强度cld(压缩载荷挠度),40%,热固化软质pu泡沫的该强度优选在2.0-8.0kpa的范围内;粘弹性聚氨酯泡沫优选具有0.1-5.0kpa的值,特别是0.5-3.0kpa。
63、热固化软质pu泡沫及其生产本身是已知的。在本发明的优选实施方案中,根据dinen iso 3386-1:2015-10,热固化软质pu泡沫具有2.0-8.0kpa的抗压强度cld,40%,和/或根据din en iso 8307:2008-03测量的1-50%的回弹弹性,和/或8至80kg/m3的泡沫密度,和/或1至6scfm,特别是1.5至4.5scfm,更优选1.75至4.25scfm的孔隙度。例如在ep 2 481770 a2或ep 2 182 020 a1中描述了可行的生产方法。为了本公开内容的目的,在本发明的优选实施方案中,粘弹性软质pu泡沫具有-20℃至+15℃的玻璃化转变温度和/或根据dinen iso 3386-1:2015-10的,0.1-5.0kpa,特别是0.5-2.5kpa的抗压强度cld,40%,和/或根据din en iso 8307:2008-03测量的<10%的回弹弹性,和/或30至130kg/m3的泡沫密度和/或1至6scfm,特别是1.5至4.5scfm,更优选1.75至4.25scfm的孔隙度(挤压泡沫后)。例如在wo 2013/131710 a2中描述了可行的生产方法。可借助动态力学分析(dma)(din 53513:1990-03)或借助差示量热法(dsc)(iso 11357-2:2013)来测量玻璃化转变温度。严格地说,这是在温度范围内延伸的玻璃化转变范围。因此报告的值是平均值。
64、根据本发明的优选实施方案,成型热固化软质pu泡沫制品(例如,用作床垫的泡沫或通过本公开内容的泡沫方法生产的床垫),具有至少1cm至不超过50cm的高度和至少20cm至不超过300cm的宽度,和至少20cm至不超过300cm的长度。优选的尺寸是,例如,5cm至40cm范围内的高度,70cm至200cm范围内的宽度,150cm至220cm范围内的长度。根据本发明的另一个优选实施方案,成型pu泡沫制品(例如,垫子),具有至少1cm至不超过40cm的高度和至少15cm至不超过200cm的宽度和至少15cm至不超过200cm的长度,优选尺寸的实例为高度在2cm至30cm的范围内,宽度在15cm至50cm的范围内,长度在15cm至50cm的范围内。
65、在本发明的进一步优选实施方案中,成型软质pu泡沫制品还可以是冷固化pu泡沫床垫,粘弹性软质pu泡沫床垫,热固化软质pu泡沫床垫,pu凝胶泡沫床垫,乳胶床垫或框架弹簧床垫,各自含有由根据本发明的实施方案的热固化软质pu泡沫或冷固化软质泡沫制成的至少一部分。这些类型的床垫为那些本领域的技术人员所知晓并且还以这些名称在全世界销售。仅由热固化软质pu泡沫制成的床垫通常在市场上被简单地称作泡沫床垫。为了本发明的目的而使用的术语床垫还包括相应的床垫套和衬底。
66、各种软质pu泡沫的提供是它们是由连续块料方法制成的。不连续方法例如箱式发泡或发泡到模具中(模塑pu泡沫)不是本公开内容的实施方案的重点。在软质pu泡沫的连续生产方法中,泡沫的膨胀可能沿着泡沫或反应混合物的移动的矩形方向。因此膨胀泡沫中的气压大致等于起发泡沫膨胀时抵抗的气压。这与发泡时模具内达到相对外部显著超压的模塑发泡形成对比。膨胀泡沫的移动通常在传送装置(例如,传送带)驱动的水平方向上。在一些罕见的情况下,另外在垂直方向上的移动是可能的。
67、相应的热固化软质pu泡沫的生产在原则上不需要进一步解释,但用于本发明的实施方案的解释的目的的,pu泡沫的生产的一些优选细节在下面给出。在不旨在将本发明限制于这些说明性实施方案的情况下,本发明的主题将通过下面实例的方式来描述。其中范围、通式或化合物类别在下面具体说明,这些旨在不仅包括明确提及的化合物的相应范围或组,还包含化合物的所有子范围和子组,其可通过除去个别的值(范围)或化合物来得到。当本技术的说明书的上下文引用文件时,其全部内容,特别是关于形成引用该文件的上下文的主题的,旨在形成本发明公开内容的一部分。除非另外说明,百分比是按重量的百分数。当下面报告平均值时,讨论的值是重量平均值,除非另外说明。当下面报告已通过测量确定的参数时,已在23℃的温度下和100kpa的压力下进行测量,除非另外说明。
68、为了本发明的目的,聚氨酯是所有衍生自异氰酸酯(特别是多异氰酸酯)和合适的异氰酸酯反应性分子的反应产物,包括聚异氰尿酸酯,聚脲和含脲基甲酸酯、缩二脲、异氰酸酯二聚体、脲酮亚胺或碳二亚胺的异氰酸酯或多异氰酸酯反应产物。很明显,试图生产不同软质聚氨酯泡沫类型,例如热固化软质pu泡沫的本领域的技术人员,将为各自对应的目的恰当地选择必要的物质,例如异氰酸酯,多元醇,稳定剂,表面活性剂等,以便得到各情况下所需的聚氨酯类型,特别是聚氨酯泡沫类型。可用的起始材料,催化剂和助剂和添加剂的进一步的细节可以在例如,kuns ts toffhandbuch[plas t ics handbook],第7卷,polyurethane[polyurethanes],car l-hanser-ver lag munich,第一版1966年,第二版1983年和第三版1993年中找到。下面的化合物,组分和添加剂仅通过实例的方式提及并且可以替换为和/或辅以本领域的技术人员知晓的其它物质。
69、使用的异氰酸酯组分优选一种或多种具有两个或更多个异氰酸酯官能团的有机多异氰酸酯。使用的多元醇组分优选一种或多种具有两个或更多个异氰酸酯反应性基团的多元醇。
70、为了本发明的目的,适合作为异氰酸酯组分的异氰酸酯是所有含有至少两个异氰酸酯基团的异氰酸酯。通常,可以使用所有脂肪族的,脂环族的,芳基脂肪族的和优选芳香族的多官能的本身已知的异氰酸酯。相对于含异氰酸酯组分的总和,异氰酸酯优选在60至350mol%的范围内使用,更优选在60至140mol%的范围内使用。
71、具体的实例是亚烷基基团中具有4至12个碳原子的亚烷基二异氰酸酯,例如,十二烷1,12-二异氰酸酯,2-乙基四亚甲基1,4-二异氰酸酯,2-甲基五亚甲基1,5-二异氰酸酯,四亚甲基1,4-二异氰酸酯和优选六亚甲基1,6-二异氰酸酯(hmdi),脂环族的二异氰酸酯例如环己烷1,3-和1,4-二异氰酸酯以及这些异构体的任意混合物,1-异氰酸酯基-3,3,5-三甲基-5-异氰酸酯基甲基环己烷(异佛尔酮二异氰酸酯或简称ipdi),六氢甲代亚苯基2,4-和2,6-二异氰酸酯以及相应的异构体混合物,和优选芳香族的二异氰酸酯和多异氰酸酯,例如甲代亚苯基2,4-和2,6-二异氰酸酯(tdi)以及相应的异构体混合物,二苯基甲烷2,4’-和2,2’-二异氰酸酯(mdi)和多苯基多亚甲基多异氰酸酯(粗mdi)的混合物以及粗mdi和甲代亚苯基二异氰酸酯(tdi)的混合物。有机二异氰酸酯和多异氰酸酯可以单独地使用或以其混合物的形式使用。
72、使用通过并入氨基甲酸酯,异氰酸酯二聚体、异氰尿酸酯、脲基甲酸酯和其它基团来改性的异氰酸酯(被称作改性异氰酸酯)也是可行的。
73、特别合适的有机多异氰酸酯(其因此特别优先使用)是下列的各种异构体:甲代亚苯基二异氰酸酯(甲代亚苯基2,4-和2,6-二异氰酸酯(tdi),以纯净形式或以各种组分的异构体混合物的形式),二苯基甲烷4,4’二异氰酸酯(mdi),“粗mdi”或“聚合mdi”(含有mdi的4,4’异构体以及2,4’和2,2’异构体和具有多于两个环的产物)和被称作“纯mdi”的,主要由2,4’和4,4’异构体混合物组成的二环产物,以及衍生自其的预聚物。特别合适的异氰酸酯的实例在例如ep 1712578,ep 1161474,wo 00/58383,us2007/0072951,ep 1678232和wo2005/085310中详细说明,它们通过引用全部并入本文。
74、为了本发明的目的,适合作为多元醇组分的多元醇是所有具有两个或更多个异氰酸酯反应性基团(优选oh基团)的有机物以及其配制物。优选的多元醇是所有通常用于生产聚氨酯体系(特别是聚氨酯泡沫)的聚醚多元醇和/或含羟基的脂肪族聚碳酸酯,特别是聚醚聚碳酸酯多元醇和/或填充多元醇(聚合物多元醇)(例如san,phd和pipa多元醇),含有直至40%固体含量或更多的以分散形式存在的固体有机填料,和/或含有催化活性官能团(特别是氨基基团)的自催化多元醇,和/或天然来源的多元醇,被称作“天然油基多元醇”(nop)。用于热固化软质pu泡沫的多元醇优选具有1.8至8的官能度和500至4000g/mol范围内的数均分子量。通常使用具有25至400mg koh/g范围内的oh数的多元醇。通常用凝胶渗透色谱法(gpc)测定数均分子量,特别使用聚丙二醇作为参考物并且使用四氢呋喃(thf)作为洗脱液。特别根据din s tandard din 53240:1971-12可以测定oh数。根据产生的泡沫的所需性质,可以使用适当的多元醇,如例如us2007/0072951a1,wo 2007/111828,us2007/0238800,us 6359022或wo 96/12759中描述的。另外的多元醇为本领域的那些技术人员知晓并且可以在,例如,ep-a-0380993或us-a-3346557中找到。
75、在本发明的优选实施方案中,特别是对于软质块料泡沫生产而言,使用具有优选高于50%,更优选高于90%的量的仲羟基基团的聚醚醇,特别是在链端具有氧亚丙基嵌段或无规氧亚丙基和氧亚乙基嵌段的那些,或仅基于氧亚丙基嵌段的那些。这样的聚醚醇优选具有2至8,更优选具有2至4的官能度,500至4000g/mol,优选800至4000g/mol,更优选2500至4000g/mol范围内的数均分子量,以及通常20至100mg koh/g,优选40至60mg koh/g范围内的oh数。
76、在本发明的进一步优选实施方案中,还额外使用包含优选高于50%,更优选高于80%的数量的伯羟基基团的二和/或三官能聚醚醇,特别是在链端具有氧亚乙基嵌段的那些。如果用于冷固化软质pu泡沫的多元醇(“hr多元醇”)的摩尔质量同时>4000g/mol,则其构成该类别的一部分。根据该实施方案的所需的性质(其优选与本发明的实施方案一致),特别是对于上面提及的热固化软质pu泡沫的生产而言,优选不仅使用这里描述的聚醚醇,还使用另外的具有伯羟基基团并且主要基于氧亚乙基的聚醚醇,特别是具有>70%,优选>90%比例的氧亚乙基嵌段的(“超软多元醇”)。所有在该优选实施方案的上下文中描述的聚醚醇优选具有2至8,更优选具有2至5的官能度,500至8000g/mol,优选500至7000g/mol范围内的数均分子量,以及通常5至100mg koh/g,优选20至60mg koh/g范围内的oh数。在本发明的热固化软质pu泡沫的情况下,在优选的实施方案中,不是单独使用而是和具有仲oh基的多元醇组合使用具有伯oh官能团的多元醇。
77、在本发明的进一步优选实施方案中,使用自催化多元醇。
78、在本发明的进一步优选实施方案中,特别是对于粘弹性软质pu泡沫的生产而言,优选使用各种(优选两种或三种)多官能的聚醚醇的混合物。这里使用的多元醇组合通常由下列组成:具有高官能度,优选具有100至400mg koh/g的oh数的低分子量“交联剂”多元醇,和/或常规的高分子量软质块料泡沫多元醇或hr多元醇和/或“超软”聚醚多元醇,其优选具有20至40mg koh/g的oh数,以及高比例氧亚乙基和具有泡孔开放性质。如果hr多元醇也在粘弹性泡沫配制物中使用,则以质量计其在多元醇混合物中的比例<50%。
79、聚酯多元醇是在pu发展初期使用的第一种多元醇,并且是通过二元酸与过量二元醇的缩聚生产的。使用二官能单体来获得线性聚合物。添加少量官能度大于二的多官能起始剂如三羟甲基丙烷和丙三醇,可用于产生平均官能度高于二的聚合物。使用最多的酸是己二酸和邻苯二甲酸。基于己二酸的聚酯多元醇用于需要柔性的应用中,如软质聚氨酯泡沫中。基于邻苯二甲酸(或邻苯二甲酸酐)的多元醇,具有刚性链并且用于硬质泡沫中和高性能涂层中。对于软质pu泡沫而言,经常使用通常基于己二酸,二甘醇和三羟甲基丙烷或丙三醇脂肪族的聚酯多元醇,以引入较高的官能度。平均分子量通常为2000-3000g/mol并且oh数为57-63mg koh/g。
80、在聚酯多元醇的生产方法中,首先加热二元醇,三元醇等至60-90℃的温度。然后添加二羧酸,并且开始除去反应的水。为了得到目标分子量,借助flory方程计算过量二元醇。通常,反应在至多200℃的温度下完成。使用氮气,二氧化碳或真空来除去水并且达到需要的99.9%的转化率,并且产生的聚酯应具有少于二的酸值。该转化是必要的,以最小化残留的羧酸端基的存在,该端基可降低活性。聚酯由从单体到高分子量物质的所有可能的低聚物组成。通常,用于软质聚氨酯中的脂肪族的聚酯多元醇基于聚己二酸酯二醇,例如乙二醇,二甘醇,丙二醇,1,4-丁二醇,1,6-己二醇等。二元醇链的增长导致更大的pu柔性和水解稳定性以及极性和玻璃化转变温度的降低。轻度支化的聚(二甘醇己二酸酯),主要用于制造软质泡沫,以及由多于一种脂肪族的二醇制成的各种己二酸酯。这些用于制造固体和微孔弹性体,软质涂层和粘合剂。基于来自回收方法的回收材料的相对低成本的聚酯多元醇也是可用的。混合己二酸、戊二酸和丁二酸聚酯是使用纯化的尼龙废酸制成的。与基于pu的聚醚多元醇相比,基于pu的聚酯更能抵抗油,油脂,溶剂和氧化。它们具有与拉伸和撕裂强度,挠曲疲劳,磨损,粘附和尺寸稳定性相关的更好的性质。另一方面,基于pu的酯对水解和微生物攻击更加敏感。基于聚酯多元醇的软质聚氨酯泡沫的生产方法遵循与基于聚醚多元醇的聚氨酯软质泡沫相同的原则。因此机器也是等同的。根据本发明的实施方案,生产方法的模拟可以用与对于基于聚醚多元醇的软质pu泡沫相同的方式,从实验室起发轮廓得出。基于聚酯多元醇的pu软质泡沫经常仅被称作“聚酯泡沫”。还可以在软质pu泡沫配制物中组合聚醚和聚酯多元醇。这样的泡沫经常被称作“混合泡沫”。所有这些泡沫都在本发明的范围内,只要它们是用连续生产方法生产的。
81、在本发明的进一步优选实施方案中,使用再生多元醇。再生多元醇是从pu泡沫废料中得到的多元醇。这可能是来自热固化软质pu泡沫生产的生产废料或来自消费者使用后的热固化软质pu泡沫废料(例如旧床垫)。在两种情况下,pu泡沫通过化学方法液化。在这里,各种方法是有用的,例如,糖酵解,水解或酸解。可以随后将得到的液体回收多元醇重新使用于热固化软质pu泡沫的生产。然而,这样的热固化软质pu泡沫经常以明显不利的机械性质为特点,例如抗辊压。关于再生多元醇在热固化软质pu泡沫中的使用的进一步信息的一个来源是下面的bmbf研究报告:ht tps://www.cleaner-product ion.de/fi leadmin/assets/bi lder/bmbf-projekte/01ri 05070-075_-_abschlussber icht.pdf.
82、在本发明的上下文中额外使用再生多元醇对应于本发明对于所要求保护的主题的各项的优选实施方案。
83、异氰酸酯和多元醇的优选比率,作为配制物的指数表示,即作为异氰酸酯基团与异氰酸酯反应性基团(例如oh基,nh基)的化学计量比乘以100,在50至140,优选70至130,更优选85至125的范围内。100的指数代表1:1的反应性基团摩尔比。
84、根据本发明的实施方案的软质pu泡沫还可以使用催化剂来生产。表述“催化剂”,为了本发明的目的,包括所有从现有技术得知的化合物,其能够催化异氰酸酯反应和/或用作多异氰酸酯反应产物(特别是聚氨酯泡沫)的生产中的催化剂,助催化剂或活化剂。
85、合适的催化剂是已知的;它们特别地是催化异氰酸酯的凝胶反应(异氰酸酯-多元醇),发泡反应(异氰酸酯-水)和/或二聚或三聚的物质。这样的催化剂优选是含氮化合物,特别是胺和铵盐,和/或金属化合物。
86、为了本发明的目的,适用于催化剂的含氮化合物的实例是胺,三乙胺,三乙醇胺,二乙醇胺,n,n-二甲基环己胺,n,n-二环己基甲胺,n,n-二甲氨基乙胺,n,n,n’,n’-四甲基乙烷-1,2-二胺,n,n,n’,n’-四甲基丙烷-1,3-二胺,n,n,n’,n’-四甲基丁烷-1,4-二胺,n,n,n’,n’-四甲基己烷-1,6-二胺,n-[2-(二甲氨基)乙基]-n,n’,n’-三甲基乙烷-1,2-二胺,2-[(2-(二甲氨基)乙基)甲氨基]乙醇,n’,n’-二甲基丙烷-1,3-二胺,n’,n’-二乙基丙烷-1,3-二胺,1-(2-氨乙基)吡咯烷,1-(3-氨丙基)吡咯烷,1-[3-(二甲氨基)丙基-(2-羟丙基)氨基]丙烷-2-醇,2-[[3-(二甲氨基)丙基]甲氨基]乙醇,3-(2-二甲氨基)乙氧基)丙胺,n-[3-(二甲氨基)丙基]-n',n'-二甲基丙烷-1,3-二胺,n'-[3-(二甲氨基)丙基]-n,n,n’-三甲基丙烷-1,3-二胺,1-[双[3-(二甲氨基)丙基]氨基]-2-丙醇,n,n-双[3-(二甲氨基)丙基]-n’,n’-二甲基丙烷-1,3-二胺,1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷,1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷-2-甲醇,1,2-二甲基咪唑,n-(2-羟丙基)咪唑,2-甲基-1-(2-甲基丙基)咪唑,n-(3-氨丙基)咪唑,n-甲基咪唑,1-(3-氨丙基)-2-甲基-1h-咪唑,n-乙基吗啉,n-甲基吗啉,2,2,4-三甲基-2-硅杂吗啉,n-乙基-2,2-二乙基-2-硅杂吗啉,n-(2-氨乙基)吗啉,n-(2-羟乙基)吗啉,2,2’-二吗啉代二乙基醚,n,n’-二甲基哌嗪,n-(2-羟乙基)哌嗪,n-(2-氨乙基)哌嗪,n,n-二甲基苄基胺,n,n-(二甲氨基)乙醇,n,n-(二乙氨基)乙醇,1-(2-羟乙基)吡咯烷,3-二甲氨基-1-丙醇,1-(3-羟丙基)吡咯烷,2-[2-(二甲氨基)乙氧基]乙醇,2-[2-(二乙氨基)乙氧基]乙醇,双(2-二甲氨基乙基)醚,2-[[2-(2-(二甲氨基)乙氧基)乙基]甲氨基]乙醇,n-[2-[2-(二甲氨基)乙氧基]乙基]-n-甲基丙烷-1,3-二胺,1,3,5-三[3-(二甲氨基)丙基]六氢-1,3,5-三嗪,1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯,1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯,1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯,n-甲基-1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯,1,4,6-三氮杂双环[3.3.0]辛-4-烯,1,1,3,3-四甲基胍,2-叔丁基-1,1,3,3-四甲基胍,胍,1,1’-[(3-{双[3-(二甲氨基)丙基]氨基}丙基)亚氨基]二丙-2-二醇,(3-丙氨基)双[3-(二甲氨基)丙基]氨,3-(二甲氨基)丙基脲,1,3-双[3-(二甲氨基)丙基]脲,3-二甲氨基-n,n-二甲基丙酰胺,6-(二甲氨基)己-1-醇和2,4,6-三[(二甲氨基)甲基]苯酚。
87、这种催化剂和/或混合物由商购供应,例如,以下列名称:zf-10,dmea,api,rx 20和rx 21,rp 202,rp 204,ne 300,ne 310,ne400,ne 500,ne 600,ne 650,ne 660,ne 740,ne 750,ne 1060,ne 1080,ne 1082和ne 2039,ef 860,ef 890,ef 700,ef 705,ef 708,ef 600,ef 602,54,ef和ze 1。
88、作为催化剂的合适的金属化合物可选自,例如金属有机或有机金属化合物,金属有机或有机金属盐,有机金属盐,无机金属盐和选自带电荷或不带电荷的含金属配位化合物,特别是金属螯合物。在本发明的实施方案的上下文中,表述“金属有机或有机金属化合物”特别包括使用具有直接碳-金属键的金属化合物的,这里也被称作金属有机物(metalorganyl s)(例如,有机锡化物)或有机金属化合物(例如,有机锡化合物)。在本发明的实施方案的上下文中,表述“有机金属或金属有机盐”特别包括具有盐特征的金属有机或有机金属化合物,即阴离子或阳离子本质上是金属有机的(例如有机锡化合物,有机锡氯化物或有机锡羧酸盐)。在本发明的实施方案的上下文中,表述“有机金属盐”特别包括使用没有任何直接碳-金属键的并且同时是金属盐的金属化合物,其中阴离子或阳离子是有机化合物(例如羧酸锡(ⅱ))。在本发明的实施方案的上下文中,表述“无机金属盐”特别包括使用金属化合物或金属盐,其中阴离子或阳离子都不是有机化合物,例如金属氯化物(例如氯化锡(ⅱ)),纯金属氧化物(例如氧化锡)或混合金属氧化物,即含有多种金属,和/或金属硅酸盐或硅铝酸盐。在本发明的实施方案的上下文中,表述“配位化合物”特别包括使用由一个或多个中心粒子和一个或多个配体形成的金属化合物,中心粒子是带电荷的或不带电荷的金属(例如金属-或锡-胺络合物)。在本发明的实施方案的上下文中,表述“金属螯合物”特别包括使用具有配体的金属配位化合物,其中配体与金属中心有至少两个配位或键合位置(例如金属-或锡-聚胺或金属-或锡-聚醚络合物)。合适的金属化合物,特别是如上定义的,作为本发明的实施方案中的催化剂,可选自,例如,包括锂,钠,钾,镁,钙,钪,钇,钛,锆,钒,铌,铬,钼,钨,锰,钴,镍,铜,锌,汞,铝,镓,铟,锗,锡,铅,和/或铋,特别是钠,钾,镁,钙,钛,锆,钼,钨,锌,铝,锡和/或铋,更优选锡,铋,锌和/或钾的所有金属化合物。
89、合适的含金属的配位化合物包括,例如,任意乙酰丙酮金属化物例如乙酰丙酮镍(ⅱ),乙酰丙酮锌(ⅱ),乙酰丙酮铜(ⅱ),二氧乙酰丙酮钼,任意乙酰丙酮铁,任意乙酰丙酮钴,任意乙酰丙酮锆,任意乙酰丙酮钛,任意乙酰丙酮铋和任意乙酰丙酮锡。特别合适的金属有机盐和有机金属盐,特别是如上定义的,作为本发明的上下文中的催化剂为,例如,有机锡,锡,锌,铋和钾盐,特别是相应的金属羧酸盐,醇盐,硫醇盐和巯基乙酸盐,例如二乙酸二丁基锡,二月桂酸二甲基锡,二月桂酸二丁基锡(dbtdl),二月桂酸二辛基锡(dotdl),二新癸酸二甲基锡,二新癸酸二丁基锡,二新癸酸二辛基锡,二油酸二丁基锡,双-n-月桂基硫醇二丁基锡,双-n-月桂基硫醇二甲基锡,三-2-乙基己基巯基乙酸单甲基锡,双-2-乙基己基巯基乙酸二甲基锡,双-2-乙基己基巯基乙酸二丁基锡,双异辛基巯基乙酸二辛基锡,乙酸锡(ⅱ),2-乙基己酸锡(ⅱ)(辛酸锡(ⅱ)),异壬酸锡(ⅱ)(3,5,5-三甲基己酸锡(ⅱ)),新癸酸锡(ⅱ),蓖麻油酸锡(ⅱ),乙酸锌(ⅱ),2-乙基己酸锌(ⅱ)(辛酸锌(ⅱ)),异壬酸锌(ⅱ)(3,5,5-三甲基己酸锌(ⅱ)),新癸酸锌(ⅱ),蓖麻油酸锌(ⅱ),乙酸铋,2-乙基己酸铋,辛酸铋,异壬酸铋,新癸酸铋,甲酸钾,乙酸钾,2-乙基己酸钾(辛酸钾),异壬酸钾,新癸酸钾和/或蓖麻油酸钾。通常优选选择合适的金属催化剂使得它们没有任何固有的讨厌气味,在毒物学上基本上无异议,并且赋予由此产生的聚氨酯体系(特别是聚氨酯泡沫)尽可能低水平的催化剂引起的排放物。
90、除了胺和金属化合物,还可以使用铵盐作为催化剂。合适的实例是甲酸铵和/或乙酸铵。
91、合适的催化剂在例如下列中提及:de 102007046860,ep 1985642,ep 1985644,ep1977825,us2008/0234402,ep 0656382 b1和us2007/0282026a1,以及在其中引用的专利文件。
92、催化剂的合适的使用量以催化剂的类型为指导,并且优选在0.01至10.0pphp的范围内,更优选在0.02至5.00pphp的范围内(=基于100重量份的多元醇的重量份)。
93、使用的任选的添加剂可以是根据现有技术已知的和在聚氨酯,特别是软质pu泡沫的生产中使用的所有物质,例如用于形成co2的发泡剂,优选水,和如果必要,另外的物理发泡剂,交联剂和扩链剂,抗氧化降解的稳定剂(被称作抗氧化剂),阻燃剂,表面活性剂,杀生物药剂,泡孔改善添加剂(cel l-refining addi t ive),泡孔开放剂,固体填料,抗静电添加剂,成核剂,增稠剂,染料,颜料,色浆,芳香剂,乳化剂,缓冲物质和/或催化活性物质,特别是如上面定义的。
94、水通常用作软质pu泡沫的生产中的发泡剂。优选使用这样量的水,使得水的浓度为0.10至10.0pphp(pphp=基于100重量份的多元醇的重量份)。
95、还可以使用合适的物理发泡剂。这些是,例如,液化的co2和挥发性液体,例如具有3,4或5个碳原子的烃,优选环戊烷,异戊烷和正戊烷,含氧化合物例如甲酸甲酯,丙酮和二甲氧基甲烷,或氯化烃,优选二氯甲烷和1,2-二氯乙烷。
96、除水和物理发泡剂外,还可以使用与异氰酸酯反应以释放气体的其它化学发泡剂,例如甲酸。
97、任选的交联剂和任选的扩链剂是对异氰酸酯具有反应性的低分子量的,多官能的化合物。合适的化合物是,例如,羟基或胺封端的物质例如丙三醇,新戊二醇,2-甲基-1,3-丙二醇,三乙醇胺(teoa),二乙醇胺(deoa)和三甲醇丙烷。基于100份多元醇,使用浓度通常在0.1至5份的范围内,但根据配制物也可以偏离该范围。
98、合适的任选的抗氧化降解的稳定剂,所谓的抗氧化剂,优选包括所有通常使用的自由基清除剂,过氧化物清除剂,uv吸收剂,光稳定剂,对金属离子污染物的络合剂(金属钝化剂)。优选使用下列物质类别的化合物,或含有下列官能团的物质类别,在各自的母体分子上具有的取代基优选为,特别是具有对异氰酸酯具有反应性的基团的取代基:2-(2’-羟苯基)苯并三唑,2-羟基二苯甲酮,苯甲酸和苯甲酸酯(盐),酚(特别是在芳香族实体上包含叔丁基和/或甲基取代基),苯并呋喃酮,二芳基胺,三嗪,2,2,6,6-四甲基哌啶,羟胺,烷基和芳基亚磷酸酯,硫化物,羧酸锌,二酮。
99、在本发明的实施方案的上下文中,合适的任选的阻燃剂是根据现有技术被认为是适用于该目的的所有物质。优选的阻燃剂是,例如,液体有机磷化合物例如无卤素有机磷酸酯(盐),例如磷酸三乙酯(tep),卤代磷酸酯(盐),例如磷酸三(1-氯-2-丙基酯)(tcpp)和磷酸三-(2-氯乙基酯)(tcep),和有机膦酸酯(盐),例如甲基膦酸二甲酯(dmmp),丙基膦酸二甲酯(dmpp),或固体例如聚磷酸铵(app)和红磷。合适的阻燃剂另外包括卤代化合物,例如卤代多元醇,还有固体例如可膨胀石墨和三聚氰胺。
100、对于起发泡沫混合物的稳定化和对于聚氨酯泡沫的泡沫性质的影响而言,有机改性硅氧烷通常用于热固化软质pu泡沫的生产中。适用于该目的的(有机改性)硅氧烷在例如下列文件中描述:ep 0839852,ep 1544235,de 102004001408,ep 0839852,wo 2005/118668,us 20070072951,de 2533074,ep 1537159,ep 533202,us 3933695,ep 0780414,de 4239054,de 4229402,ep 867465。这些化合物可以按照现有技术中描述的方式制备。合适的实例在例如us 4147847,ep 0493836和us 4855379中描述。通过具有多于50个si单元和侧接聚醚的大硅氧烷结构来表征用于热固化软质pu泡沫的稳泡剂。这些稳泡剂也被称作聚二烷基硅氧烷-聚氧亚乙基共聚物。这些化合物的结构优选以使得,例如,氧亚乙基和氧亚丙基长链共聚物键合到聚二甲硅氧烷基团。聚二烷基硅氧烷和聚醚结构部分之间的连接可以是通过sic连接或si-o-c键。在结构方面,聚醚或不同的聚醚可在末端或侧端位置与聚二烷基硅氧烷键合。硅氧烷的烷基基团可以是脂肪族的,脂环族的或芳香族的。甲基基团非常特别有优势。有机改性聚二烷基硅氧烷可以是直链的或者含有支链。合适的稳定剂,特别是稳泡剂,尤其在us2834748,us2917480和us3629308中描述。稳泡剂的功能是确保发泡反应混合物的稳定性。对泡沫稳定化的贡献在这里与硅氧烷链长度相关。在没有稳泡剂的情况下,观察到塌陷,并且因此得不到均匀的泡沫。在一些具有较高稳定性和由此低塌陷倾向的软质pu泡沫类型的情况下,也可以使用低分子量聚醚硅氧烷。它们因此具有比50短得多的硅氧烷链长。例如,在基于聚酯多元醇的软质泡沫或冷固化软质pu泡沫的情况下,使用未改性的或改性的短链硅氧烷。当使用长链并且因此更强效的硅氧烷稳定剂时,相比之下,在这样的泡沫类型中观察到泡沫生产后的过稳定化和因此收缩。原则上,稳泡剂可按本发明的实施方案的上下文中的需要来选择。
101、上面的化合物可以,例如,和合适的溶剂和/或另外的添加剂一起使用。作为任选的溶剂,可以采用从现有技术已知的所有合适的物质。根据应用,可以使用非质子非极性,非质子极性和质子溶剂。合适的非质子非极性溶剂可以,例如,选自下列物质类别,或含有下列官能团的物质类别:芳香族烃,脂肪族烃(烷烃(链烷烃)和烯烃),羧酸酯(例如十四酸异丙酯,丙二醇二油酸酯,椰油酸癸酯或其它脂肪酸酯)和聚酯,(聚)醚和/或具有低极性的卤代烃。合适的非质子极性溶剂可以,例如,选自下列物质类别,或含有下列官能团的物质类别:酮,内酯,内酰胺,腈,甲酰胺,亚砜和/或砜。合适的质子溶剂可以,例如,选自下列物质类别,或含有下列官能团的物质类别:醇,多元醇,(聚)亚烷基二醇,胺,羧酸,特别是脂肪酸和/或伯和仲酰胺。优选在发泡操作中容易采用并且不对泡沫性质造成不利影响的溶剂。例如,异氰酸酯反应性化合物是合适的,因为它们通过反应并入聚合物基体中并且在泡沫中不产生任何排放物。实例是oh-官能化合物例如(聚)亚烷基二醇,优选单乙二醇(meg或eg),二甘醇(deg),三乙二醇(teg),1,2-丙二醇(pg),二丙二醇(dpg),亚丙基二醇(1,3-丙二醇,pdo),1,4-丁二醇(丁二醇,bdo),丁基二甘醇(bdg),新戊二醇,2-甲基-1,3-丙二醇(ortegol cxt)及其高级同系物,例如具有200g/mol至3000g/mol的平均摩尔质量的聚乙二醇(peg)。特别优选的oh-官能化合物进一步包括具有200g/mol至4500g/mol的平均摩尔质量的聚醚,特别是400g/mol至2000g/mol,在这些中优选水-,烯丙基-,丁基-或壬基-起始的聚醚,特别是基于氧亚丙基(po)和/或氧亚乙基(eo)嵌段的那些。
102、在软质pu泡沫的生产中生产和/或使用这样的组合物并且使该组合物反应是有优势的:该组合物包含至少一种多元醇组分,任选的至少一种异氰酸酯组分和任选的一种或多种发泡剂。
103、根据本发明的实施方案的软质pu泡沫可以用本领域的技术人员熟知的任意连续方法来生产,例如通过低压或高压发泡机器。术语高压或低压指分配到混合头中的原料的压力。对于高压机器而言,使用>40bar的压力,对于低压机器而言,使用<30bar的压力。为了达到这样的压力范围,利用向混合头中的不同的泵和注入装置。通常,将各种液体原料料流泵入混合头。在混合头中,搅拌器使各种原料均一化,导致反应开始。还可以添加气体至混合头中,例如以支持成核。反应混合物然后离开混合头并且要么直接分配到移动加工衬里上(被称作液体铺设技术),要么送入料槽中,已乳化反应混合物然后从料槽流至加工衬里上(料槽或maxfoam技术)。然后反应混合物在垂直方向上膨胀(如果主要移动是水平的)。这里,泡沫膨胀要么朝顶方向,要么朝底方向,要么同时朝两个方向。对于仅朝顶方向的泡沫膨胀而言,使用平的水平传送装置。对于朝底方向的泡沫膨胀而言,使用跌落板系统。跌落板位置类似泡沫的起发轮廓并且需要精确调节以避免泡沫缺陷。这是对于本发明而言待解决的主要任务。一旦泡沫达到完全起发,通常观察到排出并且泡沫从闭合泡孔材料转变至开放泡孔材料。这也是到达泡沫的完全起发的时刻。泡孔开放由多面体结构中膜的不稳定化和爆裂驱动。泡孔开放由材料中的相分离过程驱动。泡沫块稍微沉降(沉降)直至由于达到凝胶点导致的快速粘度增加,使泡沫稳定并且将其转变为不再能够流动的固体材料。泡沫块进一步运输至通道中以完成化学反应。通道在数米后结束并且用锯将连续生产的软质泡沫切割成块体。那些泡沫块的长度通常为2至80米。将块体转移至储物架,在这里热泡沫块冷却并且经受最后的固化反应。由于温度通常高达140℃并且材料具有良好的隔热性质,这需要1-2天。然后泡沫块转移至存储区中或直接用于进一步的生产步骤。
104、可以使用本领域的技术人员知晓的任何方法进行软质pu泡沫的生产。例如,可以要么在水平方向上要么在垂直方向上执行发泡操作。
105、根据本发明的实施方案的组合物可相似地用于液体co2技术。在低压和高压机器中的使用是可行的。待加工的原料可以直接计量加入到混合室中或甚至在混合室前与随后进入混合室中的组分之一混合。在原料罐中混合也是可行的。
106、用于热固化软质pu泡沫(软质块料泡沫)的生产的示例的配制物和通过常规方法生产的软质pu泡沫块和根据本公开内容的实施方案生产的那些的性质的对比,将在下面结合表1-3和图7进一步讨论。
107、图1说明根据本公开内容的实施方案的泡沫生产机器100。生产机器100包括混合头102,多个倾斜跌落板104a,104b,104c,104d,104e和传送装置106,配置为生产泡沫137。混合头102配置为混合原料(例如,前体试剂)以形成反应性混合物136。在一个实施方案中,泡沫137成型为泡沫块137,并且在另一个实施方案中,泡沫块是矩形形状的泡沫块。
108、在一个实施方案中,前体试剂由混合头102通过一个或多个运输管道(例如软管)108接收。管道108可以连接至在预先确定的条件下(例如预先确定的压力和/或温度)存储试剂的一个或多个存储容器(未显示)。预先确定的条件可取决于待混合在一起的试剂的类型和/或比例,并且通常为本领域的技术人员所知晓。
109、在一个实施方案中,倾倒板110从混合头102接收混合试剂(即,反应性混合物)。在一个实施方案中,混合头102在其通过喷嘴103将反应性混合物136分配到倾倒板110上时是固定的,并且反应性混合物分散开以在倾倒板110上形成具有基本上相同高度的层。在另一个实施方案中,混合头102配置为当反应性混合物分配到倾倒板110上时,混合头在横向112上移动,由此使混合物能够在倾倒板110上形成具有基本上相同高度的层。
110、在一个实施方案中,位于倾倒板110上的运输介质114从混合头102接收混合试剂。在一个实施方案中,运输介质114是纸片,然而本发明的范围涵盖其它可形成为薄层或片以用于接收混合试剂的已知介质(例如,浸渍纸,塑料,箔)。通过传送装置106的运动将运输介质114拉动经过倾倒板110,倾斜跌落板104和传送装置106。例如,生产机器100可通过这样初始化:将运输介质114(例如,纸片)从运输介质进料装置116送入,经过倾倒板110和倾斜跌落板104以连接至传送装置106。在一个实施方案中,传送装置106可以是配置用于与运输介质114连接的传送带,其连接要么通过摩擦力要么是机械地(例如,通过传送带的表面突起(未显示),例如钩)。传送带106可具有可调节的速度,用于以可调节的速度拉动运输介质114和位于运输介质114顶上的反应性混合物。在一个实施方案中,基本上水平地放置传送带106,如说明的。如说明的,运输介质114放置在反应性混合物136的底面135和倾斜跌落板104和传送装置106之间。
111、在一个实施方案中,第一个倾斜跌落板104a配置为:当托着反应性混合物的运输介质114通过传送装置106的动作(即,运动)被拉动经过倾斜跌落板104时,第一个倾斜跌落板104a从倾倒板110接收反应性混合物。为了易于说明,显示了五个倾斜跌落板104,然而本公开内容的范围涵盖任意数量的倾斜跌落板。
112、在一个实施方案中,每个倾斜跌落板104具有两个端部(即,近端118和远端120)。各倾斜跌落板104的各端部都是可垂直调节的。在一个实施方案中,为了将各个端部固定于各自的垂直位置,各倾斜跌落板104的各端部配置为可拆卸地连接至倾斜跌落板框架(未显示)。
113、在另一个实施方案中,为了使各端部位于各自的垂直位置,各端部118,120可旋转地连接至可垂直调节的枢轴122。当选择两个相邻的枢轴122的垂直位置时,也确定连接至两个相邻的枢轴122的倾斜跌落板104的两个端部118和120的垂直位置,并且由此确定倾斜跌落板的斜率。例如,第一个枢轴122a的垂直位置可设置以使连接至第一个枢轴122a的第一个倾斜跌落板104a的近端118a与倾倒板110平齐(即,处于与其相同的垂直高度)。随后,通过设置第二个枢轴122b的垂直位置,给定第一个倾斜跌落板104a的长度,可确定第一个倾斜跌落板104a的斜率。第一个跌落板的斜率为垂直距离/水平距离(r ise/run),这是第一根和第二个枢轴的垂直位置之差除以板的长度的平方减去第一个和第二个枢轴的垂直距离之差的平方的平方根。
114、尽管说明第一个枢轴122a的垂直位置与倾倒板110的垂直位置一致,但是本发明的范围还包括第一个枢轴122a的垂直位置低于倾倒板110的垂直位置,从而在第一个倾斜跌落板104a的近端118a和倾倒板110之间形成垂直间隔(或落差)。
115、在一个实施方案中,具有n个倾斜跌落板的机器100具有n个枢轴,其中如说明的,n=5。本公开内容的范围涵盖任意数量n的倾斜跌落板104和枢轴122。在如说明的实施方案中,相邻跌落板的端部共用枢轴(即,连接至相同的枢轴)。例如,第一个倾斜跌落板104a的远端122a和第二个倾斜跌落板104b的近端118b可旋转地连接至可垂直调节的第二个枢轴122b,以使第一个倾斜跌落板104a的远端122a和第二个倾斜跌落板的近端118b之间不存在垂直间隔。
116、然而,本公开内容的范围涵盖具有n个倾斜跌落板和2(n-1)+1个枢轴的实施方案。在该实施方案中(未说明),各倾斜跌落板的远端和近端可旋转地连接至两个各自可垂直调节的枢轴,以使可以通过调节连接至两个相邻倾斜跌落板的远端和近端的对应枢轴以具有不同的垂直位置,从而产生两块相邻倾斜跌落板的远端和近端之间的垂直间隔。
117、如说明的,在一个实施方案中传送装置106配置为:当托着反应性混合物的运输介质114通过传送装置106的动作(即,运行)被拉动经过最后一个倾斜跌落板104e至传送装置106上时,传送装置106从最后一个倾斜跌落板104e接收反应性混合物。
118、图2说明根据本公开内容的实施方案的用于确定泡沫生产机器的机器参数的方法200。方法涵盖泡沫生产机器100的机器参数和泡沫生产机器400的机器参数。泡沫生产机器400在下面结合图4进一步讨论。
119、在步骤202中,将两种或更多种前体试剂混合在一起以形成反应性混合物(也被称作基于实验室的反应性混合物)。在一个实施方案中,在容器中(图5)将该两种或更多种前体试剂混合在一起以形成反应性混合物。容器在泡沫生产机器100的外部,并且不是其组件。在另一个实施方案中,在另一个容器中(例如纸杯或烧杯)将两种或更多种前体试剂混合在一起,并且随后将混合试剂倒入容器中(图5)。在一个实施方案中,前体试剂包含至少一种液态聚合物和至少一种催化剂。在另一个实施方案中,该至少一种液态聚合物包括至少一种液态聚氨酯。在其它实施方案中,前体试剂包括上面与软质pu泡沫结合描述的试剂组合的实施方案。
120、在步骤204中,随时间测量容器中基于实验室的反应性混合物的顶面的高度,并且将顶面的高度随时间的变化定义为起发轮廓。起发轮廓可包括高度数据和时间数据的对,其中任意给定的数据组包含反应性混合物的测量高度和测量高度时的时间。在一个实施方案中,关于前体试剂混合在一起的时间测量时间。在另一个实施方案中,关于乳化最初发生的时间测量时间。在另一个实施方案中,关于达到完全起发和泡孔开放发生的时间测量时间。
121、在一个实施方案中,起发轮廓是前体试剂反应以形成泡沫时,如实验室中测量的混合物的高度。在试剂混合在一起后的不同时间点,在实验室中测量混合物的高度。在反应性混合物从液体混合物转变至浊液混合物和至泡沫时,或换句话说,在混合物转变通过乳化点和完全起发/排出点时,进行测量。乳化时间是从原料的混合的初始阶段直至反应混合物体积膨胀(由于气体的形成,其将液体反应混合物转变为泡沫)开始花费的时间。换言之,乳化时间是如从前体试剂的最初混合开始至体积膨胀开始测量的时长。当闭合泡孔多面体结构转变为开放泡孔结构并且泡沫稍微沉降时达到排出点。泡沫的膨胀突然在排出点处停止。因此,在排出的时刻(并且也被称作完全起发点)达到完全起发。通过泡沫的顶面处的较大的泡孔的爆裂,完全起发点经常是可视的。
122、乳化点,乳化时间和排出点(=完全起发点),排出时间(=完全起发时间)为那些本领域的技术人员所熟知并且将不进一步详细讨论。
123、在一个实施方案中,容器是固定的。即,并且与使用泡沫生产机器(其中反应性混合物通过传送装置的动作或其它运输手段运输通过机器)加工反应性混合物形成对比,将反应性混合物提供给不是泡沫生产机器的组件的固定的容器,并且反应性混合物反应以在固定的容器中产生泡沫。在另一个实施方案中,反应性混合物相对于容器的移动仅包括随混合物转变为泡沫顶面的高度增加或向上膨胀时混合物的顶面的移动。
124、在一个实施方案中,在不同时间点使用激光束测量容器中基于实验室的反应性混合物的顶面的高度。然而,本公开内容的范围包括测量当顶面的高度增加时容器中液体和/或泡沫混合物的表面的其它常规已知的方法。
125、在一个实施方案中,步骤202和204包括用于测量软质泡沫配制物的起发轮廓的不连续的箱式发泡程序(也被称作不连续容器发泡程序,在例如,容器(图5)中进行)。原料储存于气氛柜(cl imate cabinet)中,该柜具有预期在实际块料泡沫生产中使用的温度。在实际块料泡沫生产中用于各种原料的温度不同的情况下,在实验室中使用平均温度用于原料的预调理。然后将原料称重装入纸杯中。只有tdi(即,甲代亚苯基二异氰酸酯)放在一边,并且之后在最后混合前不久添加。计算原料的量以在发泡后完全填充箱。除了将容器中前体试剂的温度与泡沫生产机器中相同前体试剂的温度匹配和/或将容器的环境温度与泡沫生产机器的环境温度匹配之外,还可以调节或选择实验室中的其它环境条件,以环境参数例如环境压力和环境湿度为代表,来匹配各自的泡沫生产机器(用于其的机器参数待确定)的相应的环境条件。匹配环境条件包括基本上匹配一个或多个环境参数,其包括:一个或多个前体试剂(即,原料)的温度,环境温度,环境压力和/或环境湿度。
126、在填充有原料(tdi在停止搅拌器时最后添加)的纸杯中完成混合。混合后,将反应混合物倾倒入箱中。箱是由1cm厚的隔热硬质聚氨酯泡沫制成的四方形的箱。用胶带在外侧将硬质泡沫板粘在一起,以形成箱。
127、在箱内,用于软质块料泡沫的大规模连续生产中的工艺衬里(图5),用于分隔箱与液体反应混合物。即,工艺衬里铺垫箱的内部,并且在商用泡沫生产机器中,工艺衬里接收活性溶液,滑过跌落板并且可以延伸过跌落板的侧壁。本发明的范围涵盖由减少箱壁和跌落板侧壁之间摩擦的任意材料组成的工艺衬里。工艺衬里可以是,例如,纸,浸渍纸,pe涂布纸等。浸渍纸在工业中是熟知的,是具有液体保留性质的片。它通常由木质浆和天然棉絮制成。使用材料例如塑料或乳胶来浸透纸而不是涂布它,以增加其撕裂强度,湿强度和耐油性。基于树脂的类型,浸渍纸市场可划分为酚,三聚氰酰胺和尿素。
128、根据实施方案,箱(即,容器)的工艺衬里和方法200的泡沫生产机器的工艺衬里(被称为运输介质114)是相同的,用于得到从实验室容器中的不连续泡沫方法测量的起发轮廓与泡沫生产机器中的连续泡沫方法的真实起发轮廓之间的高精确度。用于测量反应性混合物的性质的常规的实验室箱不使用工业的软质泡沫工艺衬里。例如,在一个实施方案中,泡沫生产机器的运输介质114的至少表面的化学组成与用于产生存储于数据库的起发轮廓的工艺衬里的至少表面的化学组成匹配,其中表面是与各自反应性混合物接触的那些表面。本发明的范围还涵盖整合到实验室容器的侧和/或底板中的工艺衬里和由起工艺衬里作用的材料或材料的组合物组成的侧和/或底板。例如,至少侧和/或底板的表面可由工艺衬里材料组成,例如塑料或乳胶(例如,pe),和/或纸,浸渍纸。浸渍纸在工业中是熟知的,是具有优异吸水性和液体保留性质的薄片。它通常由木质浆和天然棉絮制成。使用材料例如塑料或乳胶来浸透纸而不是涂布它,以增加其撕裂强度和湿强度。
129、该工艺衬里折叠和通过订书钉固定以刚好放入箱中。工艺衬里由用塑料膜覆盖的稳固并且抗撕裂的棕色纸的层组成。塑料膜防止液体组分渗透进入纸并且可以由各种热塑性聚合物例如聚烯烃(pe,pp)或聚酯制成。纸本身为反应混合物和形成的泡沫块的运输提供强度。工艺衬里可用于商业软质泡沫块料生产。
130、在一个实施方案中,箱具有30cm×30cm×30cm的尺寸并且在顶部打开。在箱上方是安装以连续记录箱中反应性混合物的高度的高度测量装置。在程序中,一旦混合的原料倾倒入箱中就开始记录高度。可测量并且显示起发曲线。
131、在步骤206中,对不同组合和/或不同比例的反应性试剂和/或在一种或多种不同的外部环境下(例如不同的环境温度和/或压力)重复步骤202和204,以产生两个或更多个起发轮廓。各起发轮廓对应于在特定周围环境条件组下反应性试剂与彼此反应的特定的组合。在一个实施方案中,在与操作泡沫生产机器中的环境条件匹配的环境条件下进行步骤202和204。例如,环境压力,环境温度,环境湿度和/或反应性试剂温度,是可以匹配的环境参数中一些。
132、在步骤208中,将一个或多个起发轮廓存储于数据库中。
133、在步骤210中,由计算机系统600(图6)访问数据库以读取(也被称作输入)特定前体试剂的特定反应性混合物的起发轮廓。在一个实施方案中,计算机系统是包含至少一个配置为执行软件以读取起发轮廓的处理器的常规的计算机系统。根据实施方案,计算机系统的用户可定义反应性混合物的组分和/或组分的比例,以及影响反应性混合物的反应速率的其它参数,例如反应发生的温度和/或压力,并且在响应下,处理器从数据库读取(或输入)对应于由用户定义的参数的轮廓。在一个实施方案中,处理器,在执行软件时,向用户询问输入参数。在一个实施方案中,起发轮廓数据包括乳化时间和完全起发时间的值并且软件将它们和其它起发轮廓数据一起输入。在另一个实施方案中,软件向用户请求提供相应的起发轮廓的乳化时间和完全起发时间。在另一个实施方案中,软件通过自动分析起发轮廓的形状来确定乳化时间和完全起发时间,该分析可在起发轮廓的斜率在两个位置处变化时完成。在乳化点处微分系数从零转变为正值。在完全起发点处微分系数从正值转变为零或甚至负值。
134、供选择地,在最初执行软件时,计算机系统可对用户验证身份,并且在身份验证时,基于存储于数据库中的用户档案,处理器从数据库读取(或输入)起发轮廓。用户档案可包括用户先前使用或购买的试剂或反应性混合物。在一个实施方案中,用户指出要输入与用户相关的并且存储于数据库中的起发轮廓中的哪个起发轮廓。
135、在步骤212中,通过由计算机系统执行的软件,基于输入的起发轮廓计算各倾斜跌落板的端部的垂直位置(例如,枢轴的垂直位置)和传送装置速度(例如,传送带速度),其产生当反应性混合物沿多个倾斜跌落板运输时,多个倾斜跌落板上反应性混合物预定的预测轮廓。如上面结合图1讨论的,当反应性混合物放置于其上的运输介质通过传送装置拉动运输介质经过倾倒板和倾斜跌落板的动作而沿多个倾斜跌落板运输时,反应性混合物可沿多个倾斜跌落板运输。
136、在一个实施方案中,软件包括这样的算法,该算法在用于泡沫生产机器的常规传送带速度的范围内,以乳化线和完全起发线处于预定位置的方式,选择传送装置速度(例如,传送带的速度,其与反应性混合物沿倾倒板和倾斜跌落板两者运输的速度相等),以及确定各倾斜跌落板的垂直位置(例如,对应于各跌落板的端部的垂直位置的枢轴的垂直位置),以使任一特定的倾斜跌落板上的反应性混合物在反应性混合物处于特定的倾斜跌落板上的时间间隔内的高度上的变化至少部分地被由于特定的倾斜跌落板的斜率而引起的垂直高度的下降所抵消。
137、举例来说,如果传送带速度为vx,其中x是在水平方向上,则在倾斜跌落板上,混合物在y方向上的速度为倾斜跌落板的斜率乘以vx。在一个实施方案中,算法选择倾斜跌落板的端部的垂直位置(即,选择倾斜跌落板的斜率),以使混合物处于倾斜跌落板上的时间间隔乘以混合物在倾斜跌落板上的速度vy等于该时间间隔期间反应性混合物的高度上的变化,如起发轮廓给出的。混合物处于任意特定的倾斜跌落板上的时间为跌落板的长度除以跌落板上混合物的速度(即,根号(vx2+vy2))。通过使反应性混合物处于各倾斜跌落板上的时间间隔期间反应性混合物高度上的变化等于各倾斜跌落板的端点之间的垂直高度的变化,可得到经过所有倾斜跌落板的反应性混合物的预定的预测轮廓。在上面讨论的特定的实施方案中,预定的预测轮廓具有基本上平的、水平的轮廓(即,基本上平的、水平的顶面)。
138、然而,在优选的实施方案中,基于输入的起发轮廓,由计算机系统执行的软件计算各倾斜跌落板的端部的垂直位置(例如,枢轴的垂直位置)和传送装置的速度(例如,传送带速度),其导致多个倾斜跌落板上反应性混合物的预定的预测轮廓具有基本上平的、倾斜的顶面。
139、图3说明根据本公开内容的实施方案的多个倾斜跌落板104上反应性混合物的预定的预测轮廓302,其具有基本上平的、倾斜的顶面304。如说明的,多个倾斜跌落板104上反应性混合物的基本上平的顶面304具有大约arctan[(传送装置上泡沫137的高度hf的预定分数x)/(多个倾斜跌落板的水平长度d)]=arctan[(x·hf)/d]的倾斜角α。在优选的实施方案中,x大约为1/3,并且因此x·hf等于传送装置106上泡沫137高度的大约1/3。本发明人已令人惊讶地发现,将输入的起发轮廓用于计算倾斜跌落板的端部的垂直位置的位置和传送装置速度,以给出具有正的倾斜角度(即,不为零)的预测起发轮廓,并且更具体地,基于在运输经过多个倾斜跌落板时起发大约30%的反应性混合物136的正的倾斜角度,导致传送装置上的泡沫137具有基本上平(即,非圆顶的)的顶面306。角度α定义为水平平面(其包括水平线308)和倾斜顶面304之间形成的角度。垂直平面,其包括垂直线310,定义为穿过倾斜跌落板1104e的端部120e的垂直平面。
140、在一个实施方案中,用户选择传送装置速度和/或若干倾斜跌落板104和/或倾斜跌落板104的长度和/或乳化线132的位置(通过对下列的调节:倾倒板110长度尺寸和/或与下图3结合描述(例如,料槽容积)的料槽123的尺寸,和/或料槽的侧面料槽唇部130相对于料槽的底面126的位置),其导致反应性混合物在运输通过多个倾斜跌落板时起发大约30%。给定如上面描述的选择的传送装置速度,基于输入的起发轮廓,由计算机系统执行的软件计算各倾斜跌落板的端部的垂直位置(例如,枢轴的垂直位置),其导致多个倾斜跌落板上反应性混合物的预定的预测轮廓具有基本上平的、倾斜角度α的顶面。
141、图4说明根据本公开内容的另一个实施方案的泡沫生产机器400。具有与泡沫生产机器100的附图标记相同的泡沫生产机器400的附图标记指代相似的组件。如说明的,泡沫生产机器400不包括机器100的倾倒板110,而是包括料槽123。在这个实施方案中,料槽具有包括输入端口127的底面126,输入端口127配置为经由混合头至料槽的管道124(mtt管道124)从混合头接收反应性混合物。料槽还包括侧面128和侧面唇部130,反应性混合物136溢出该唇部,流至第一个倾斜跌落板104a的近端118a上。即,第一个倾斜跌落板配置为从料槽接收反应性混合物。
142、如说明的,并且基于料槽123的尺寸(例如,料槽的容积),混合物经输入端口127至料槽123中的流速和混合物从混合头102经由mtt管道124运输至料槽123需要的时间(共同被称作混合头/料槽参数),乳化线132将被置于料槽123内的某处。在一个实施方案中,选择混合头/料槽参数以给出位于料槽123的底面126和料槽123中反应性混合物的顶面(其与料槽123的唇部130一致)之间距离的2/3处的乳化线132。此外,在另一个实施方案中,选择传送装置速度和倾斜跌落板的数量和/或各倾斜跌落板的长度,并且在一些实施方案中,选择混合头/料槽参数,以提供位于传送装置上方某处的排出线(完全起发线的位置)134,如说明的。已通过试验证实,如果排出线(完全起发线的位置)134在经过最后一个跌落板后的0.2至1.2m,则已得到最优结果。这是排出线(完全起发线的位置)134的优选位置。通过传送装置速度,料槽尺寸和原料输出的变化,乳化线的位置和完全起发线的位置设置为匹配预定位置。然后,为了得到位于传送装置106上具有这样的预测轮廓的泡沫137:具有基本上平的表面,或优选基本上平的、倾斜的表面,可以是重要的是,不仅基于输入的起发轮廓来选择各倾斜跌落板的端部的垂直位置(或在一些实施方案中枢轴的垂直位置)和传送装置速度,而且选择倾斜跌落板的数量和/或各跌落板的长度,传送装置速度和/或混合头/料槽参数中的一个或多个,以给出位于传送装置106上方最后一个跌落板后水平方向上0.2m至1.2m的排出线134和位于料槽123的底面126和料槽123中反应性混合物的顶面(即,唇部130的垂直位置)之间距离的2/3处的乳化线132。
143、回顾图2,步骤212可额外包括,基于输入的起发轮廓和进一步基于下列中的一个或多个:相对于第一个倾斜跌落板104a的近端118a的垂直位置的料槽123的唇部130的垂直位置,和由料槽123的底面126与料槽123的唇部130之间的长度定义的料槽123的尺寸,由计算机执行的软件计算各倾斜跌落板的垂直位置和传送带速度,这产生当反应性混合物沿多个倾斜跌落板104运输时,多个倾斜跌落板104上反应性混合物基本上水平的或倾斜的预测轮廓。
144、在任选的步骤214中,提示用户调节倾斜跌落板104的端部118,120的垂直位置中的一个或多个或枢轴122的垂直位置(其对应于倾斜跌落板104的各端部118,12的垂直位置)和/或由软件最初确定或选择的传送装置速度以调节倾斜跌落板104和/或传送装置106上的反应性混合物的预测轮廓。例如,如果由软件最初确定的机器设置没有导致生产机器100,400产生传送装置106上方具有基本上平的顶面的泡沫137,或如果用户希望调节混合物的预测轮廓以得到倾斜跌落板上方不具有基本上平的顶面的轮廓,以便得到传送装置106上方泡沫137的基本上平的顶面,用户可输入或改变下列中的一个或多个:倾斜跌落板104的端部118,120的垂直位置或枢轴122的垂直位置(其对应于倾斜跌落板104的各端部118,120的垂直位置)和/或由软件最初选择/确定的传送装置速度。一旦接收用户输入,软件基于输入的起发轮廓和用户输入,计算倾斜跌落板104上方的反应性混合物的新的预测轮廓。
145、在另一个本公开内容的实施方案中,计算机系统600(图6)额外包括网络和云服务器,其中云服务器包括至少一个处理器和云数据库。在一个实施方案中,执行软件的处理器是云服务器的组件。用户可与云服务器有账户关联。
146、在任选的步骤216中,计算机系统的用户登录云服务器,并且在响应下,云服务器至少基于存储于云数据库中的用户档案授权用户对云服务器的访问,云服务器随后执行软件。
147、在任选的步骤218中,例如,基于存储于云数据库中的用户档案,云服务器的处理器从云数据库自动读取(或输入)前体试剂的反应性混合物的起发轮廓。在一个实施方案中,用户档案包括反应性混合物的至少一种前体试剂的购买信息。
148、在任选的步骤220中,在递送一种或多种前体试剂至用户时,通过扫描与至少一种前体试剂相关联的机器可读的编码,得到一种或多种前体试剂的用户购买信息。在一个实施方案中,并且回顾任选的步骤218,基于在任选的步骤220中扫描的机器可读的编码,云服务器的处理器从云数据库自动读取(或输入)前体试剂的反应性混合物的起发轮廓。
149、根据本公开内容的另外的实施方案,泡沫生产机器100,400进一步包括机器控制单元138(见图4)。机器控制单元138包括至少一个机器处理器140,控制器软件142,配置为存储控制器软件142的存储器144和包括用于控制泡沫生产机器100,400的设置的一个或多个致动器(未显示)的致动器单元146。例如,一个或多个致动器可控制(例如,调节或最初设置)各倾斜跌落板的端部的垂直位置中的一个或多个,从混合头102至倾倒板110或至料槽123的混合物的流速,传送装置106的速度,混合头102的喷嘴103的纵向(即,平行于传送装置106和泡沫137的运动的方向)定位,或换言之,铺设位置139(图1)的纵向定位和/或喷嘴103(图1)的垂直定位141,倾倒板相对于传送装置的位置的垂直位置155,通过调节和/或设置料槽的宽度147,长度149和高度145中的一个或多个的料槽123(图4)的容积,以及料槽123的垂直位置153,例如,料槽的唇部相对于传送装置106的位置的垂直位置。致动器是通常已知的并且可包括气动的或电控的元件,该元件调节生产机器100,400的组件的位置和速度。
150、回顾图2,方法200可任选地包括步骤222。在任选的步骤222中,处理器输出所计算的各倾斜跌落板的端部的垂直位置和传送装置速度,至少一个机器处理器140执行控制器软件142,至少一个机器处理器140接收所输出的所计算的各倾斜跌落板的端部的垂直位置和传送带速度,并且驱动单元146设置泡沫生产机器100,400的参数以生产泡沫块。设置参数包括最初设置机器100,400的参数和调节机器100,400的参数以具有不同的值两者。
151、图5说明根据本公开内容的实施方案的容器500。容器500具有四个侧壁502和底面504。如上文先前描述的,用工艺衬里506覆盖侧壁502和底面504。尽管说明的容器形为箱,但本发明的范围包括任意多边形形状的容器,优选不具有顶面或盖子。上文先前描述了容器500的特征。例如,容器500可以是隔热箱或其它多边形形状的容器。在一个实施方案中,侧壁502和/或底面504由硬质泡沫隔热板制成,并且可能具有例如,1cm的厚度。在另一个实施方案中,工艺衬里506整合到侧壁502和/或底面504中。
152、图6说明根据本公开内容的实施方案的计算机系统600。计算机系统600包括至少一个处理器602和数据库604。在另一个实施方案中,计算机系统600额外包括网络606,云服务器608。云服务器608还可包括云数据库610。在一个实施方案中,云服务器任选地包括至少一个处理器602。
153、计算机系统,例如计算机系统600,通常包括各种计算机系统可读介质。这样的介质可以是可由计算机系统访问的任何可用的介质,并且它包括易失性和非易失性介质两者,可移动和不可移动介质两者。
154、为了本公开内容的实施方案的描述的目的,反应性混合物136(图1,3和4),当其沿跌落板和传送装置运输时,从更偏液体的状态通过化学反应连续地转化至更偏固体的状态,并且因此反应性混合物指代前体试剂最初混合后直至排出点(也被称作排出线)产生的混合物。这些点之间的混合物已至少部分地发展为泡沫,尽管为了本公开内容的目的,措辞泡沫指代排出线后处于传送装置上的泡沫137。泡沫137也被称作块料泡沫。
155、通过常规方法和根据本公开内容的实施方案的创新方法制成的软质pu泡沫块的性质
156、表1-用于热固化软质pu泡沫(软质块料泡沫)的生产的示例性配制物1
157、
158、1)多元醇1:cp 3322从dow chemical购得,其是基于丙三醇的聚醚多元醇,具有48mg koh/g的oh数并且主要是仲oh基,平均摩尔质量=3500g/mol。
159、2)t9,从evonik operat ions购得:2-乙基己酸锡(ⅱ)盐。
160、3)33lv:二氮杂二环辛烷以33%溶于二丙二醇,从evonik operat ions购得。用于聚氨酯泡沫的生产的标准胺催化剂。
161、4)稳泡剂bf 2370从evonik operat ions购得。
162、5)甲代亚苯基二异氰酸酯t 80(80%2,4异构体,20%2,6异构体)来自coves tro,3mpa·s,48% nco,官能度2。
163、pu泡沫样品的表征方法
164、生产的软质pu泡沫可根据下面的物理性质a)至g)来评定:
165、a)完全起发时间:反应组分的混合的结束与聚氨酯泡沫的排出之间的时间段。完全起发时间还可以从体积膨胀的第一时刻(乳化时间的结束)开始测量。本技术的说明书的实施方案的范围涵盖从反应组分的最初混合开始测量的完全起发时间和从乳化时间开始测量的完全起发时间。
166、b)最大起发高度:自由起发泡沫的最大高度。泡沫高度以厘米(cm)报告。
167、c)起发阶段结束时泡沫的沉降(set t ing)(=回落):从直接排出后和泡沫排出3分钟后的泡沫高度的差得到沉降。借助固定到厘米刻度的针,在泡沫顶的中间的最大处测量泡沫高度。这里的负值描述排出后泡沫的沉降;正值相应地描述泡沫的进一步起发。
168、d)每厘米泡孔数(泡孔数):这在切割表面上视觉上地确定(按din en 15702测量)。
169、e)泡沫密度(fd):如astm d 3574-11中在测试a下描述的通过测量芯密度来测定。泡沫密度以kg/m3报告。对于全尺寸(ful l scale)工业块体而言,由于泡沫块中密度通常显示出梯度,因此通常在3个位置(顶部-中间-底部)测量泡沫密度。因此,遍及块体的密度分布是重要的质量标准。对于实验室箱式发泡而言,仅将测试块体的中心用于测量泡沫密度。
170、f)通过流动法确定的孔隙度:在根据astm d 3574(2011-00)的气流法中,测定在施加压力差下在特定的时间段内流过限定的泡沫样品的气体的体积。为了这个目的,从各成品泡沫横贯于泡沫的起发的方向切割出具有5cm×5cm×2.5cm尺寸的12个测试样品,并且相继地插入为该方法构造的分析仪器中。该仪器的构造在astm d 3574(2011-00)中描述。分析仪器在仪器的内部和周围环境间产生125pa的空气压力差,通过经测试样品抽入刚好足够的空气,以使差保持恒定。流过测试样品的空气因此是泡沫的孔隙度的度量。测量0-6.5scfm(标准立方英尺每分钟)的值,区间中较低的值是更加封闭的泡沫的特征,并且较高的值是更加开放的泡沫的特征。
171、g)根据din en iso 3386-1:2015-10,通过从泡沫样品切割出10cm立方体并通过进行压缩实验确定泡沫坚硬度。采用40%压缩时的压力值cld 40(以kpa为单位)。对于全尺寸工业块体而言,由于泡沫块中硬度通常显示出梯度,因此通常在3个位置(顶部-中间-底部)测量泡沫硬度。因此,遍及块体的硬度分布是重要的质量标准。对于实验室箱式发泡而言,仅将测试块体的中心用于测量泡沫硬度。
172、h)乳化时间:反应组分的混合的结束与反应混合物的体积膨胀的开始之间的时间段。
173、为了完整,din en iso 16000-9:2008-04的测量原理在下文中阐明。
174、在各箱式发泡操作中使用400g的多元醇;相应地重新计算其它配制物成分。例如,1.00份的组分表示每100g的多元醇1.00g的该物质。
175、通过被称作手动混合的方式进行发泡。使用如表1中具体说明的配制物1。将所有原料预调理至与实际生产相关的温度。在这个实例中使用21℃。纸杯装有多元醇,各自的胺催化剂混合物,锡催化剂2-乙基己酸锡(ⅱ),水,稳泡剂,并且用圆盘式搅拌器在1000rpm下搅拌内容物60秒。第一次搅拌后将异氰酸酯(tdi)添加至反应混合物并且在2500rpm下搅拌7s,然后立刻将其转移至用工艺衬里加衬的箱中(30cm×30cm底面积和30cm高度)。箱由1cm厚的硬质泡沫隔热板制成。工艺衬里与在随后的工业试验中使用的是相同的(mondi的olmo纸)。
176、倾倒入后,泡沫在发泡箱中起发。在理想情况下,泡沫在达到最大起发高度时排出,然后稍微回落。当泡沫起发时用超声波高度测量装置记录泡沫的高度。为了评定产生的泡沫的性质,确定下列特征参数:乳化时间,完全起发时间,起发高度,起发阶段的结束后泡沫的回落(=沉降)。
177、不连续发泡的结果
178、包括乳化时间的完全起发时间:100s
179、乳化时间:14s
180、不括乳化时间的完全起发时间:86s
181、最大泡沫高度:30.51cm
182、沉降:0.12cm
183、每厘米泡孔数:11
184、泡沫密度:25.5kg/m3
185、透气度:3.1scfm
186、硬度,cld 40:4.1kpa
187、记录的包括乳化时间的完全起发时间为100s(不含乳化时间为86s)并且以1s至不超过300秒的间隔输出时间分辨的泡沫高度数据。然后通过除以最大高度将绝对高度重新计算为相对高度。将使用相对高度的起发轮廓输出至模拟软件。测量的完全起发时间和乳化时间以分离数据的形式包含在输出的文档中。
188、数据处理和优化的机器设置的开发
189、然后计划对由laaderberg aps,langrabben 14,6013lesund,挪威制造的fb-205部分跌落板发泡机器的工业试验。该机器在没有任何平顶加工设备的情况下使用。机器使用料槽和5个跌落板。在这些试验中,在随后的运行中生产3个块体。块体由相同的配制物(即,如上面显示的,配制物1)生产。在运行之间调节多种加工条件。
190、机器具有下列整体尺寸和恒定设置:
191、料槽容积:80l(对于所有试验而言)
192、料槽的高度:30cm
193、传送装置上方至料槽的高度:66cm(块体高度的2/3,对于所有试验而言)
194、跌落板1长度:175cm
195、跌落板2长度:60cm
196、跌落板3长度:120cm
197、跌落板4长度:120cm
198、跌落板5长度:85cm
199、整个跌落板系统总共具有5.60m的长度。使用标准的工艺衬里(由mondi coatings gmbh,marxergasse 4a,1030vienna,奥地利提供的olmo纸)以覆盖传送装置和侧面。所有原料的温度为21℃。所有额外的参数例如向混合头中的气体注入(用于成核)或泵设置在试验中保持恒定。直接位于生产道端部的目标块体高度为1.00m。传送装置的宽度为2.10m,以在冷却和固化后能够切割2.00m长的床垫。
200、整个跌落板系统总共具有5.60m的长度。使用标准的工艺衬里(由mondi coatings gmbh,marxergasse 4a,1030vienna,奥地利提供的olmo纸)以覆盖传送装置和侧面。所有原料的温度为21℃。所有额外的参数例如向混合头中的气体注入(用于成核)或泵设置在试验中保持恒定。直接位于生产道端部的目标块体高度为1.00m。传送装置的宽度为2.10m,以在冷却和固化后能够切割2.00m长的床垫。
201、对于试验而言,基于下列各项确定(即,优化)机器参数:a)所计算的起发轮廓,b)在不连续箱式发泡试验中产生的实验的起发轮廓和c)由软质泡沫生产者多年来经验地建立的参数。情况a)和c)代表常规程序,而b)代表根据本公开内容的实施方案的创造性的程序。
202、对于正确机器参数的模拟而言,将起发轮廓载入软件,该软件将起发轮廓的时间分辨的膨胀曲线转换为在跌落板系统和随后的传送装置系统的顶部的距离分辨的膨胀曲线。膨胀至底部2/3且至顶部1/3被认为是理想的。此外,通过选择各种传送装置速度来将完全起发线的位置置于最后一个跌落板的端部后大致0.5m。如要求的,乳化线的位置在料槽中。使用80l的料槽容积,乳化线位于料槽高度的大致2/3,其被认为是最优的。选择输出系数,以在膨胀后提供大致1.00m的泡沫高度。调节输出系数后,再次检查乳化线和排出/完全起发线的位置。再次重新调节一点传送装置速度是必要的。然后需要再次调节输出,随后检查乳化线的位置和排出/完全起发线的位置。为了最小化与预定值的偏离,使得偏离被认为是可以接受的(对于完全起发线的位置而言+/-5cm,对于乳化线而言+/-2cm,对于块体高度而言+/-0.5cm),两个迭代周期是必要的。对于情况a)而言,通过假定泡沫膨胀总是遵循s-曲线来完成起发轮廓的计算:由于反应混合物冷,慢启动-当反应混合物升温时,快速膨胀-当某种原料的浓度降低并且粘度的增加降低反应性时,在结束时减速。s-曲线与准确置于中间的斜率拐点对称。为了确定起发时间,开发指示各种单独的原料对起发时间的影响的参数组。在发泡试验中,通过关注的原料的变化和通过在双对数图中绘制起发时间对浓度的曲线来确定这些参数。斜率定义参数并且用于指数函数中,以计算原料对起发时间的贡献。通过总计各种原料的影响可以计算起发时间。计算下列时间:
203、包括乳化时间的完全起发时间:110s
204、乳化时间:11s
205、不含乳化时间的完全起发时间:99s
206、将包括乳化时间的完全起发时间用作完全起发时间。将对称的s-曲线置于泡沫膨胀的起始点(乳化时间后)和完全起发(或排出)点之间。为了使数据处理更容易,将s-曲线切割为10个部分。这样的s-曲线起发轮廓的计算是常规已知的。然而,可以观察到这样的计算的起发轮廓与实际测量的起发轮廓之间的差异。
207、例如,图7说明对于配制物1而言的计算的起发轮廓702和测量的起发轮廓704(即,起发曲线)。为了更好比较曲线,扣除乳化时间,意味着反应混合物的膨胀从0开始。然而,应注意到乳化时间也是稍微不同的。
208、尽管,两条曲线看上去相似,但完全起发的时间相差大于10s并且在各个时间时的高度在一定程度上变化,需要跌落板高度的不同设置(即,在各个时间点,根据测量的起发轮廓设置的跌落板的高度显著偏离根据计算的起发轮廓设置的跌落板的高度)。下列列表a)和b)给出来自两个起发轮廓的机器参数(即,常规计算的和根据本公开内容的实施方案测量的),其将乳化线置于料槽中(料槽高度的2/3),将完全起发/排出线的位置置于跌落板系统的端部后0.5m,使得泡沫的顶面看上去像平滑的线并且提供高度1.00m的块体。列表c)给出由泡沫生产者使用来生产根据配制物1的泡沫的常规的经验的机器参数。
209、a)计算的起发轮廓的机器参数:
210、输出系数:1.30
211、多元醇输出:130kg/min
212、传送装置速度:4.05m/min
213、传送装置上方料槽高度:传送装置基线上方66cm
214、跌落板1的端部高度:传送装置基线上方37cm
215、跌落板2的端部高度:传送装置基线上方27cm
216、跌落板3的端部高度:传送装置基线上方8cm
217、跌落板4的端部高度:传送装置基线上方2cm
218、跌落板5的端部高度:传送装置高度
219、b)测量的起发轮廓的机器参数
220、输出系数:1.45
221、多元醇输出:145kg/min
222、传送装置速度:4.55m/min
223、传送装置上方料槽高度:传送装置基线上方66cm
224、跌落板1的端部高度:传送装置基线上方49cm
225、跌落板2的端部高度:传送装置基线上方40cm
226、跌落板3的端部高度:传送装置基线上方21cm
227、跌落板4的端部高度:传送装置基线上方7cm
228、跌落板5的端部高度:传送装置高度
229、c)由泡沫生产者使用来生产根据配制物1的泡沫的经验的机器参数:
230、输出系数:1.55
231、多元醇输出:155kg/min
232、传送装置速度:4.75m/min
233、传送装置上方料槽高度:传送装置基线上方66cm
234、跌落板1的端部高度:传送装置基线上方46cm
235、跌落板2的端部高度:传送装置基线上方39cm
236、跌落板3的端部高度:传送装置基线上方24cm
237、跌落板4的端部高度:传送装置基线上方7cm
238、跌落板5的端部高度:传送装置高度
239、工业试验的结果
240、通过在随后的运行中使用fb 20泡沫机器来完成工业试验,运行使用a)的条件生产长度为15m的泡沫块,随后使用情况b)的机器参数生产长度为15m的泡沫块,并且最后使用机器的标准的经验的设置来生产长度为30m的泡沫块(用于对比)。
241、在运行期间进行下列观察:
242、
243、将泡沫块转移至固化架并且在那里储存3天。然后从块体的中间切割横截面。将这些横截面(各15cm厚)转移至实验室用于进一步的评定。得到下列性质:
244、
245、
246、经检查,大多数块体总体而言是没有缺陷的。只有情况a)的块体在侧面的底部区域表现出与传送装置上过早的排出相联系的裂口发端。这直接指向泡沫膨胀曲线与选择的机器设置的不匹配。情况b)的块体的形状是完美的,其在块体的中心和侧面在垂直方向上具有相同的高度。对于情况a)而言,观察到块体在侧面相比于中心高出1.5cm。对于情况c)而言,情况相反,中心处块体更高(高出1cm)。当然,理想的块体是矩形的,其在中心处和侧面处具有相同高度,以最小化将泡沫块切割成床垫和其它消费品期间废料的形成。
247、此外,通过使用基于测量的起发轮廓产生的机器参数,可以得到在块体横截面上显著更加均匀的密度分布。密度偏离甚至稍微优于通过使用泡沫生产者的经验的参数得到的值。块体中的低密度分布令人感兴趣,因为密度的规格经常是软质pu泡沫的供应协议的一部分。接受的最大的偏离经常在10%的范围内。显然,在测量的起发轮廓的帮助下得到的参数允许反应混合物以更顺畅的方式膨胀,导致更加均匀的密度分布。计算的起发导致最高的密度分布。
248、关于硬度,可以观察到相似的趋势,但差异更小。泡孔数是类似的。
249、总体而言,使用示例性反应性混合物(即配制物1)的工业试验的结果证明从不连续箱式泡沫试验得到的起发轮廓数据的有利的使用,通过模拟软件来预测连续软质发泡机器在优化生产方法中的参数和设置。通过输入来自定制的箱式发泡实验的测量的起发轮廓数据,在连续软质泡沫生产中得到更加恒定的和一致的泡沫质量。
250、图8说明根据本公开内容的实施方案的用于设置泡沫生产机器的机器参数的方法800。方法包括设置泡沫生产机器100(图1)和泡沫生产机器400(图4)的机器参数。泡沫生产机器100,400包括配置为混合前体试剂以形成反应性混合物136的混合头102,配置为从混合头接收反应性混合物的中间运输单元110,123,多个跌落板104和配置为从最后一个跌落板104e接收反应性混合物的传送装置106。本技术的实施方案的范围涵盖中间运输单元为倾倒板110(图1)或料槽123(图4)。各跌落板具有可垂直调节的端部118,120。第一个跌落板104a的近端118a配置为从中间运输单元接收反应性混合物。反应性混合物在传送装置上形成泡沫。在一个实施方案中,方法包括任选的步骤802-808,其与上面结合图2描述的步骤202-208是相同的。任选的步骤802-808此处将不进一步详细讨论。
251、在步骤810中,由计算机系统600(图6)访问数据库以读取(也被称作输入)泡沫生产机器的特征。在一个实施方案中,计算机系统是包括至少一个配置为执行软件以设置泡沫生产机器的机器参数的处理器602的常规计算机系统。根据实施方案,计算机系统的用户在执行软件或在初始化软件时,输入由用户利用的泡沫生产机器的识别信息,例如机器名,型号编号,机器制造商名和/或识别泡沫生产机器的其它信息。在响应下,处理器基于识别信息,要么从数据库604,要么通过经由网络606访问含有对应机器的信息的互联网网站来读取(或输入)对应机器的特征。在另一个实施方案中,处理器在执行软件时,向用户询问泡沫生产机器的识别信息,并且随后基于识别信息,要么从数据库604,要么通过经由网络606访问恰当的互联网网站来输入机器的特征。
252、供选择地,在软件的最初执行时,计算机系统可对用户验证身份,并且在验证身份时,处理器基于存储于数据库中的用户档案从数据库读取(即,输入)泡沫生产机器的特征。用户档案可包括一个或多个泡沫生产机器和对应于各泡沫生产机器的一个或多个特征。例如,对应于用户的档案的泡沫生产机器(即,与用户的档案关联存储的)可包括先前由用户确定机器设置的机器或先前输入各自特征的机器。在一个实施方案中,用户指示从对应于用户的档案并且存储于数据库中的两个或更多个泡沫生产机器中的哪个机器输入特征。
253、在一个实施方案中,特征包括中间运输单元的至少一个尺寸,传送装置速度的范围,跌落板的数量和/或跌落板的可垂直调节的端部的垂直位置的范围。如下面将进一步更加详细讨论的,执行的软件配置为基于调节下列中的一个或多个的迭代过程确定跌落板的可调节的端部的垂直位置:中间运输单元的至少一个尺寸,传送装置速度和反应性混合物至第一个跌落板的流速(输出),给定传送装置上泡沫的预定的目标高度,输入的起发轮廓,第一个跌落板的近端前反应性混合物的乳化线的位置和最后一个跌落板的远端后大致0.5m的反应性混合物的排出/完全起发线的位置。
254、在步骤812中,由计算机系统600(图6)访问数据库以读取(也被称作输入)前体试剂的反应性混合物的起发轮廓。起发轮廓包括当前体试剂反应时混合物的高度随时间的变化。根据实施方案,计算机系统的用户可定义反应性混合物的组分和/或组分的比例,以及其它影响反应性混合物的反应速率的参数,例如反应发生的温度和/或压力,并且在响应下,处理器从数据库读取(或输入)对应于由用户定义的参数的轮廓。在一个实施方案中,处理器,在执行软件时,向用户询问输入参数。在另一个实施方案中,软件直接从起发轮廓文档输入乳化时间和完全起发时间。在另一个实施方案中,软件向用户请求输入测量的乳化时间和完全起发时间。在另一个实施方案中,软件独自分析起发轮廓曲线并且确定乳化时间以及完全起发时间。
255、在一个实施方案中,从数据库输入的起发轮廓是实验室的起发轮廓,如上面结合图2的步骤202-208描述的。
256、供选择地,在软件的最初执行时,计算机系统可对用户验证身份,并且在验证身份时,处理器基于存储于数据库中的用户档案从数据库读取(即,输入)起发轮廓。用户档案可包括由用户先前使用或购买的试剂或反应性混合物。在一个实施方案中,用户指示输入与用户档案相关的并且存储于数据库中的起发轮廓中的哪个起发轮廓。
257、在步骤814中,通过由计算机系统执行的软件从传送装置速度的范围选择传送装置速度。在一个实施方案中,选择大约处于识别的泡沫生产机器的传送装置速度的范围的中间的传送装置速度。通过选择大约为最大和最小传送装置速度的平均值的传送装置速度,确定机器参数,包括确定跌落板的端部的垂直位置,可有利地需要更少迭代的迭代过程。在另一个实施方案中,从传送装置速度的范围选择最大的传送装置速度。通过从传送装置速度的范围选择最大的传送装置速度,泡沫生产机器有利地能够以最大生产速率生产泡沫块。然而在再一个实施方案中,软件确定传送装置速度以将完全起发线134置于预定的位置。完全起发线也被称作排出线134。例如,软件按排出位置长度除以从输入的起发轮廓得到的完全起发时间来计算传送装置速度。在一个实施方案中,从测量的数据使用完全起发时间和乳化时间(即,也被称作不含乳化时间的完全起发时间)。在一个实施方案中,完全起发/排出位置长度定义为最后一个跌落板104e的远端120e后的距离151,(其在一些实施方案中是预定的距离0.5m)加跌落板的总长度(其等于各跌落板的长度乘以跌落板的数量)。
258、在步骤816中,由计算机系统执行的软件基于计算的传送装置速度,使用从输入的起发轮廓得到的乳化时间确定乳化线132。
259、在步骤818中,至少基于所确定的传送装置速度,所确定的完全起发线的位置和/或所确定的反应性混合物的乳化线132的位置(如步骤816和814中确定的),由计算机系统执行的软件确定中间运输单元110,123的至少一个尺寸的值。
260、关于倾倒板实施方案(图1),倾倒板110配置为从混合头102接收反应性混合物。混合头102的位置在纵向方向143上可调节以使反应性混合物在倾倒板上的铺设位置139堆积。在一个实施方案中,相对于第一个跌落板104a的近端118a测量(即,定义)铺设位置。倾倒板110的尺寸包括铺设位置139。倾倒板的另一个尺寸是从倾倒板110测量的混合头102的喷嘴103的垂直高度141。
261、在一个实施方案中,相对于第一个跌落板104a的近端118a测量乳化线132(图1)的位置(例如,参见测量133)。由此,并且通过示例性实例的方式,给定固定的流速和固定的铺设位置,当传送装置速度增加时,则乳化线位置值减少(即,远离铺设位置并且移动朝向,或甚至超过第一个跌落板的近端)并且块体的高度h减少。相反,给定固定的流速和固定的铺设位置,当传送装置速度减少时,则乳化线位置值增加(即,远离第一个跌落板的近端并且朝向铺设位置移动)并且块体的高度h增加。
262、由此,在步骤818的一个实施方案中,软件配置为接收,如输入,所确定的传送装置速度和所确定的第一个跌落板的近端118a前的反应性混合物的乳化线132(如步骤816中确定的),并且确定导致乳化线与步骤816中确定的乳化线大约相等的铺设位置。在一个实施方案中,乳化线位于第一个跌落板104a的近端118a前大约15cm。
263、关于料槽实施方案(图4),料槽123包含唇部130和用于容纳反应性混合物的容积。在一个实施方案中,通过mtt 124和输入端口127从混合头102接收反应性混合物。第一个跌落板104a的近端118a配置为从料槽123的唇部130接收反应性混合物。料槽的尺寸包括料槽高度145,料槽宽度147和料槽长度149。如果料槽不具有恒定的宽度或长度,则可使用平均值来定义宽度和长度。根据实施方案,料槽的高度是料槽123的底部126与料槽123的唇部130之间的距离。料槽容积定义为料槽宽度乘以料槽高度乘以料槽长度。
264、在一个实施方案中,相对于料槽123的底部126测量乳化线132(图4)的位置。由此,并且通过示例性实例的方式,流速,料槽容积,和一些情况下,传送装置速度,确定乳化线的位置。在第一个实施例中,并且如图4所说明的,如果乳化线132位于料槽内部,则流速和料槽容积确定料槽中乳化线的位置,如从料槽123的底部126测量的。然而流速,料槽容积和传送装置速度确定乳化线的位置。在优选的实施方案中,乳化线位于料槽123内,并且因此其从料槽的底部测量的位置仅取决于料槽的容积和反应性混合物从混合头至料槽中的流速。
265、考虑到乳化线位于料槽内,则对于给定的选择的传送装置速度,当流速增加时,传送装置106上泡沫的块体的高度h增加并且乳化线值132(如从料槽的底部测量的)增加。另一方面,当流速减少时,传送装置106上泡沫的块体的高度h降低并且乳化线值132(如从料槽的底部测量的)降低。
266、因此,在步骤818的另一个实施方案中,软件配置为接收,如输入,所确定的传送装置速度和料槽中反应性混合物的乳化线132(即,如相对于料槽的底部测量的乳化线位置值132),如步骤816中确定的,并且确定导致乳化线的位置与步骤816中确定的乳化线的位置大约相等的料槽容积。
267、在一个实施方案中,软件配置为通过调节料槽的高度,宽度和长度中的至少一个来确定料槽容积以使反应性混合物的乳化线与步骤816中确定的乳化线的位置相等,乳化线在一个实施方案中,位于料槽的内部。在另一个实施方案中,反应性混合物的乳化线位于唇部下方料槽的大约1/3高度的距离处,其中料槽的高度定义为从料槽的唇部至料槽的底部的距离。
268、反应性混合物的流速(输出)与经过一个或多个运输管道108的前体试剂的流速成正比。管道108可以连接至在预先确定的条件下存储试剂的一个或多个存储容器(未显示)。前体试剂经过运输管道的流速,和由此反应性试剂经过中间运输单元的倾倒板110实施方案的混合头102的喷嘴103的流速和反应性试剂经过中间运输单元的料槽实施方案的mtt124的流速,可用泵或泵系统(未显示)控制。
269、在步骤820中,软件配置为基于确定的传送装置速度确定流速(输出),以至于制造具有大约预先确定的高度hf的高度的和(预先确定的)密度的泡沫块。例如,给定确定的传送装置速度和给定的块体宽度,提高流速导致块体高度的增加,而给定确定的传送装置速度和给定的块体宽度,降低流速导致块体高度的减少。由此,在一个实施方案中,软件配置为接收预定的块体宽度,预定的块体高度hf,预定的块体密度和如步骤814中确定的传送装置速度,并且确定产生具有这些特征的块体的流速。
270、由此,在步骤822中,由计算机系统执行的软件迭代地重复步骤814-820,从而调节(即,微调)下列参数:传送装置速度,乳化线(即,乳化线的位置),完全起发线的位置,中间运输单元的至少一个尺寸(例如,料槽尺寸或倾倒板的铺设位置)和流速,以提供最终流速,中间运输单元的至少一个尺寸的最终值,最终乳化线位置,完全起发线的最终位置和最终传送装置速度,以使块体具有预定的块体高度和密度,并且乳化线和排出线与它们的预定的(也被称作预选择的)值(如用户设置的或如至软件的数据输入文档中定义的)相等或大约相等。
271、例如,在步骤814-820的第一次迭代中,结合中间运输单元(图1)的倾倒板实施方案,软件至少基于新的传送装置速度(即,如步骤814中调节的新的传送装置速度)和预先确定的目标高度hf和传送装置106上泡沫137的密度(如由用户最初定义的和/或选择的),确定反应性混合物至第一个跌落板104a的新流速,乳化线的新位置和倾倒板110的至少一个尺寸的新值(例如,铺设位置和/或垂直喷嘴高度)。
272、例如,在步骤814-820的第一次迭代中,结合中间运输单元(图4)的料槽实施方案,软件至少基于新的传送装置速度(即,如步骤814中调节的新的传送装置速度)和预定的目标高度hf和传送装置106上泡沫137的密度(如由用户最初定义的和/或选择的),确定反应性混合物至第一个跌落板104a的新流速,乳化线的新位置和料槽123的至少一个尺寸的新值(例如,基于调节如上面描述的三个料槽尺寸中的至少一个的料槽容积的新值)。
273、在一个实施方案中,并且根据步骤822,软件确定步骤814-820中确定的参数中的一个或多个的收敛程度。如果软件确定所确定的参数中的一个或多个的可接受的收敛,则方法在步骤826处继续,在一个实施方案中,软件,在启动或初始化时,接收如输入一个或多个预定的收敛百分比。预定的收敛百分比值的示例性实施方案在0.2%-.02%。在一个实施方案中,预定的收敛百分比为0.1%。例如,如果任意特定参数的相继的值之间的变化小于0.1%,或在一个实施方案中,在各确定的参数之间的变化小于0.1%,则方案已收敛,并且方法在步骤826处继续。在另一个实施方案中,软件配置为以预定的次数重复步骤814-820,例如,1-3次。在一个实施方案中,软件重复步骤814-820两次。
274、在步骤822中,如果由于,例如,中间运输单元不具有可进行进一步调节的参数,或换言之,由于对泡沫生产机器的任意组件的特征的调节的限制,软件在迭代中的某个点不能重复步骤814-820,则方法在步骤824处继续。在步骤824中,并且在一个实施方案中,方法提醒用户采取额外的用户发起的步骤。额外的用户步骤包括用不同的运输单元替换中间运输单元110,123,该不同的运输单元具有,例如,不同范围的可调节料槽尺寸或倾倒板尺寸和/或不同范围的混合头102的运动,或包括输入不同的起发轮廓,或包括由试剂的不同混合物(其目前未以起发轮廓的形式存储于数据库中)形成不同的反应性混合物。由此,根据用户在步骤824中做出的决定(其可以以至执行中的软件中的输入的形式接收),如果用户决定混合不同的试剂以产生目前未存储于数据库中的起发轮廓的话,则方法在步骤802处继续,或者,如果用户决定替换泡沫生产机器的一个或多个组件(例如,用不同的运输单元替换中间运输单元,该不同的运输单元具有,例如,不同范围的料槽大小或不同范围的铺设位置,或用具有不同范围的传送装置速度的不同的传送装置替换传送装置)的话,则方法在步骤810处继续,或者,如果用户决定输入不同的起发轮廓,则方法在步骤812处继续。
275、在步骤826中,由计算机系统执行的软件基于起发轮廓和最终传送装置速度,确定各跌落板的端部的垂直位置,产生当反应性混合物通过以最终传送装置速度移动的传送装置沿多个跌落板运输时,多个跌落板上反应性混合物的预定的预测轮廓。步骤212(图2)更加详细地公开基于起发轮廓和最终传送装置速度,确定各跌落板的端部的垂直位置,产生多个跌落板上反应性混合物的预定的预测轮廓。步骤212合并入本公开内容的图8实施方案中。
276、在一个实施方案中,预定的预测轮廓具有基本上平的顶面304(图3),基本上平的顶面具有大约arctan[(传送装置上的泡沫的高度的预定的分数)/(多个倾斜跌落板的水平长度)]的倾斜角度。如图3说明的,传送装置上的泡沫的高度的预定的分数定义为xhf并且多个倾斜跌落板的水平长度由附图标记308定义。在一个实施方案中,传送装置上泡沫的高度的预定部分xhf是传送装置106上泡沫的高度hf的大约1/3。
277、在步骤828中,使用这样的公式来计算由化学反应所致生产期间泡沫的最高温度,该公式使用各种反应的放热能,使用的原料的热容,物理发泡剂的蒸发热以及原料的起始温度的数据。所得的温度代表所有原料将在一步内同时完全反应的情况下的最高温度。将该最高温度的值与在泡沫生产中被认为是安全的最高泡沫温度的值对比。在该值超出限度的情况下发出警报。潜在地,打印输出(pr int-out),从模拟软件输出或进一步处理也自动被阻止。软件因此配置为将计算的最高温度与预定的最高泡沫温度对比,并且如果计算的温度低于或等于预定的最高温度,则方法在步骤830处继续。如果计算的温度高于预定的最高温度,则方法在步骤802处继续。
278、在步骤830中,由计算机系统执行的软件将下列中的至少一个存储于数据库604和/或610(图6)中:最终流速,中间运输单元的至少一个尺寸的最终值,最终传送装置速度和各跌落板的端部的垂直位置。
279、根据另一个实施方案,其中中间运输单元包括料槽123(图4),由计算机系统执行的软件配置为调节料槽123的位置以使料槽123的唇部130与传送装置106之间的垂直距离153为泡沫的预定的目标高度hf的大约2/3。在一个实施方案中,在步骤824和826(图8)之间,软件调节料槽的位置。然而,本公开内容的范围包括在步骤812(图8)处或步骤812前调节料槽的位置的软件。然而在另一个实施方案中,其中中间运输单元包括倾倒板110(图1),由计算机系统执行的软件配置为调节倾倒板的垂直位置,以使倾倒板与传送装置之间的垂直距离155为泡沫的预先确定的目标高度hf的大约2/3。在一个实施方案中,在步骤824和826(图8)之间,软件调节倾倒板的位置。然而,本公开内容的范围包括在步骤812(图8)处或步骤812前调节倾倒板的位置的软件。
280、根据另外的实施方案,由计算机系统执行的软件配置为迭代地重复,即一次或两次,确定和调节(即,步骤814-820)以提供最终流速,中间运输单元的至少一个尺寸的最终值和最终传送装置速度。
281、在另一个实施方案中,由计算机程序执行的软件配置为提示用户调节所确定的各倾斜跌落板的端部的垂直位置和/或传送装置速度中的一个或多个,以调节传送装置上反应性混合物的预测轮廓。例如,在一个实施方案中,如软件基于使用流速、中间运输单元的至少一个尺寸和传送装置速度的最终值,并且进一步基于使用所确定的跌落板的端部的垂直位置和输入的起发轮廓计算的用于产生预定的高度hf的泡沫的预测轮廓,通过通信地连接至计算机系统600(图6)的显示器或监视器向软件的用户显示。用户可希望调节预测轮廓,例如调节轮廓的顶面304(图3)的形状,或调节顶面的倾斜角,或也许调节顶面以使不同部分具有不同倾斜角。如果用户希望调节预测轮廓,则用户,响应于提示,输入各倾斜跌落板的端部的一个或多个垂直位置(例如,知道所确定的最终垂直位置后,用户可对一个或多个确定的最终垂直位置进行调节并且作为新垂直位置输入调节)和/或输入新传送装置速度(例如,知道所确定的最终传送装置速度后,用户可对最终传送装置速度进行调节并且作为新传送装置速度输入调节)。响应于用户输入一个或多个机器参数的新值,由计算机处理器执行的软件配置为用新值替换先前确定的任意最终值,并且然后基于要么先前确定的,要么新替换的起发轮廓和机器参数,计算新的预测轮廓。然后软件可通过显示器或监视器向用户显示传送装置上反应性混合物的新的预测轮廓。
282、在另一个实施方案中,泡沫生产机器100,400进一步包括机器控制单元138(图1和4)。机器控制单元包括至少一个机器处理器140,可由处理器执行的控制器软件142和包括一个或多个致动器以控制泡沫生产机器的设置的致动器单元146。在一个实施方案中,机器控制单元包括配置为存储控制器软件142的存储器144。方法进一步包括,由至少一个机器处理器执行控制器软件,其中执行控制器软件包括:(1)接收包括下列中的至少一个的数据:中间运输单元的至少一个尺寸的最终值,最终传送装置速度,最终流速和所确定的各跌落板的端部的垂直位置;(2)基于接收的数据产生控制信号;和(3)发送控制信号至致动器单元以自动控制泡沫生产机器的设置(例如,自动调节或设置机器参数为接收的数据中的最终值,包括设置或调节各跌落板的端部的垂直位置为接收的数据中的确定的垂直位置)。
283、根据本发明的实施方案,本文关于流程图说明和/或方法的块状图,设备(系统)和计算机程序产品描述本公开内容的方面。将理解可以由计算机可读的程序指令执行流程图说明和/或块状图的各个块,和流程图说明和/或块状图中的块的组合。
284、本公开内容的实施方案可以是系统,方法,产品和/或计算机程序产品。计算机程序产品可包括在其上具有计算机可读的程序指令的计算机可读的存储介质(或多个介质),用于使处理器进行本发明的方面。
285、计算机可读的存储介质可以是可保留和存储指令以供指令执行装置使用的有形的装置。计算机可读的存储介质可以是,例如,但不限于,电子存储装置,磁存储装置,光存储装置,电磁存储装置,半导体存储装置或前面的任意合适的组合。计算机可读的存储介质的更多具体的实例的非穷尽的列表包括下列:便携的计算机磁盘,硬盘,随机访问存储器(ram),只读存储器(rom),可擦除可编程只读存储器(eprom或闪速存储器),静态随机访问存储器(sram),便携的只读存储光盘(cd-rom),多用途数字光盘(dvd),记忆棒,软盘,机械编码装置例如打孔卡或其上具有记录的指令的在凹槽中的突起结构,以及前面的任意合适的组合。如本文使用的,计算机可读的存储介质本身不应被解释为是短暂的信号,例如无线电波或其它自由传播的电磁波,通过波导或其它传输介质传播的电磁波(例如,通过光纤电缆的光脉冲)或通过电线传输的电子信号。
286、尽管本发明的说明书和实施例描述方法,软件和/或具有倾斜跌落板的生产机器,其可以如本文描述的来控制和调节,但方法,软件和/或生产机器可以关于不含这样的跌落板的,形成垂直增长的泡沫的平泡沫生产机器和/或方法进行调整,其中可尽可行地相应地应用如本文描述的实施方案,细节,实施例和任何方面。作为类似方法的实施例,可以应用下列。
287、用于确定泡沫生产机器的机器参数的方法,泡沫生产机器包括配置为混合前体试剂以形成反应性混合物的混合头,第一部分和/或传送装置,其中第一部分和/或传送装置配置为接收反应性混合物,传送装置具有可调节的传送装置速度。包括由计算机系统执行软件的方法,计算机系统包括至少一个处理器,其中执行软件包括访问数据库以读取前体试剂的反应性混合物的起发轮廓,起发轮廓包括前体试剂反应以形成泡沫时混合物的高度随时间的变化;以及基于起发轮廓计算传送装置的速度,从而产生当反应性混合物一起运输时传送装置上反应混合物的预定的预测轮廓。
288、在一个优选的实施方案中,基于起发轮廓进一步计算机器参数,从而产生当反应性混合物一起运输时传送装置上反应混合物的预定的预测轮廓。
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