СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕННИЯ ВСПЕНЕННЫХ МИКРОСФЕР Российский патент 2018 года по МПК C04B20/06 B29C44/44 B01J13/00 

Настоящее изобретение относится к способу получения вспененных термопластичных микросфер и к устройству для их получения.

Термически вспенивающиеся микросферы известны из уровня техники и подробно описываются, например, в патенте США № 3615972. Различные сорта вспенивающихся микросфер, имеющих различные температуры вспенивания, продаются компанией AkzoNobel под торговой маркой Expancel™ как в виде сухих свободно текучих микросфер, так и в виде водной суспензии микросфер.

Такие вспенивающиеся микросферы включают порообразующее вещество, инкапсулированное внутри термопластичной оболочки. При нагревании порообразующее вещество испаряется, увеличивая внутреннее давление, в то время как оболочка размягчается, в результате приводя к существенному расширению микросфер, обычно в 2-5 раз относительно своего диаметра.

Термопластичные микросферы можно использовать в различных областях использования в виде невспененных или предварительно вспененных. Примерами продуктов, в которых используются сухие (по существу не содержащие воду) предварительно вспененные микросферы, являются сенсибилизаторы в эмульсионных взрывчатых веществах и легкий наполнитель в красках на основе растворителей, различные термопластичные материалы, такие как облагороженный мрамор, полиэфирная шпатлевка и искусственная древесина. Во многих продуктах, таких как краски и покрытия на водной основе, бумага для термопечати, пористая керамика и эмульсионные взрывчатые вещества, используют увлажненные предварительно вспененные микросферы, обычно в виде водной суспензии.

Транспортировка предварительно вспененных микросфер требует значительного пространства, вследствие чего невспененные микросферы часто транспортируют к конечному пользователю вспененных микросфер и вспенивают на месте. Микросферы затем можно подвергнуть вспениванию поблизости или непосредственно в процессе получения конечного продукта, например, любого из указанных выше.

Для вспенивания термопластичных микросфер были разработаны различные способы и устройства.

Патенты США 5484815 и 7192989 описывают способы и устройства, подходящие для вспенивания сухих микросфер.

Патент США 4513106 описывает способ и устройство, подходящие для вспенивания микросфер в водной суспензии, где пар вводят в суспензию в зоне повышенного давления в количестве достаточном для нагревания микросфер и, по меньшей мере, для их частичного вспенивания, после чего давая возможность частично вспененным микросферам покинуть зону повышенного давления при падении давления, в результате чего микросферы дополнительно вспениваются и ускоряются в потоке со скоростью, по меньшей мере, 1 м/с.

Преимущество вспенивания микросфер в водной суспензии состоит в предотвращении пылеобразования. Однако является желательным дополнительно улучшить существующую технологию вспенивания микросфер в суспензии.

Цель настоящего изобретения состоит в предложении способа и устройства для вспенивания микросфер в суспензии без необходимости введения избыточной воды.

Другая цель изобретения состоит в предложении способа и устройства для вспенивания микросфер в суспензии, которые являются гибкими в отношении того, какую жидкость используют для суспензии.

Дальнейшая цель изобретения состоит в предложении способа и устройства для вспенивания микросфер в суспензии, которые являются гибкими в отношении средства для нагрева микросфер.

Еще одна дальнейшая цель изобретения состоит в предложении способа и устройства для вспенивания микросфер в суспензии с низким риском агломерации микросфер.

Еще одна дальнейшая цель изобретения состоит в предложении способа и устройства для вспенивания микросфер в суспензии, которые также можно использовать для широкого диапазона сортов микросфер, имеющих различные температуры вспенивания.

Согласно изобретению, было обнаружено, что данные и другие цели можно достичь способом и устройством согласно прилагаемой формуле изобретения.

Более конкретно, изобретение относится к способу получения вспененных термопластичных микросфер из невспененных термически вспенивающихся термопластичных микросфер, включающих оболочку из термопластичного полимера, инкапсулирующую порообразующее вещество, причем указанный способ включает:

(a) подачу суспензии таких вспенивающихся термопластичных микросфер в жидкой среде в зону нагрева;

(b) нагрев суспензии в зоне нагрева, без непосредственного контакта со средой теплоносителя, чтобы вспенивающиеся микросферы достигли, по меньшей мере, температуры, при которой они начали бы вспениваться при атмосферном давлении, и поддержание давления в зоне нагрева достаточно высоким, чтобы микросферы в суспензии не вспенились бы полностью; и,

(c) выведение суспензии вспенивающихся микросфер из зоны нагрева в зону с давлением достаточно низким для того, чтобы микросферы вспенились.

Далее изобретение относится к устройству для вспенивания невспененных термически вспенивающихся термопластичных микросфер, включающих оболочку из термопластичного полимера, инкапсулирующую порообразующее вещество, причем указанное устройство включает зону нагрева, имеющую патрубок ввода и выпускной патрубок и способную выдержать давление, по меньшей мере, 4 бар (0,4 МПа), средство для подачи суспензии невспененных вспенивающихся термопластичных микросфер в жидкой среде в зону нагрева и способное создавать давление, по меньшей мере, 4 бар (0,4 МПа), в зоне нагрева, и средство для нагрева суспензии вспенивающихся микросфер до температуры, по меньшей мере, 60°C без непосредственного контакта со средой теплоносителя.

Невспененные термически вспенивающиеся термопластичные микросферы в дальнейшем называются вспенивающимися микросферами. Размер частиц вспенивающихся микросфер может варьироваться в широких пределах, и его можно выбрать, учитывая желаемые свойства продукта, в котором они используются. В большинстве случаев, предпочтительный средний по объему диаметр, определенный рассеянием лазерного излучения на анализаторе Malvern Mastersizer Hydro 2000 SM на влажных образцах, составляет от 1 мкм до 1 мм, предпочтительно, от 2 мкм до 0,5 мм и, особенно предпочтительно, от 3 мкм до 100 мкм. Диаметр микросфер увеличивается при вспенивании, например, в 2-5 раз.

Жидкая среда суспензии вспенивающихся микросфер может представлять собой любую жидкость, которая инертна по отношению к микросферам и может выдержать температуру, до которой нагревают суспензию. Во многих случаях предпочтительной является вода или жидкость на водной основе, таким образом формирующая водную суспензию, но в зависимости от предполагаемого использования вспененных микросфер для суспензии также могут быть предпочтительными органические жидкости, такие как, по меньшей мере, одна жидкость, выбранная из растительного масла, минерального масла и глицерина, причем данные органические жидкости могут не содержать воду. Поскольку в способе по изобретению в суспензию не требуется добавлять пар или воду в любой другой форме, можно приготовить суспензию не содержащих воду вспененных микросфер, которые можно использовать непосредственно в областях, в которых вода нежелательна. Кроме того, поскольку к суспензии не надо добавлять никакую другую жидкую среду, можно приготовить суспензию вспененных микросфер, имеющую высокое и контролируемое содержание твердых веществ.

В большинстве коммерческих способов получения вспенивающихся микросфер, их обычно сначала получают в водной суспензии, и такую суспензию можно использовать непосредственно в способе по данному изобретению, необязательно после разбавления или обезвоживания до желательного содержания микросфер. С другой стороны, такую водную суспензию можно высушить, получая микросферы, по существу не содержащие воду, которые можно использовать для приготовления суспензии в органической жидкости.

Содержание вспенивающихся микросфер в суспензии зависит от того, что желательно для продукта, получаемого после вспенивания. Верхний предел ограничивается способностью суспензии к перекачке и возможностью транспортировки суспензии через зону нагрева. В большинстве случаев содержание вспенивающихся микросфер соответственно составляет от 5 до 50 масс.%, предпочтительно, от 10 до 40 масс.% и, наиболее предпочтительно, от 15 до 30 масс.%.

Суспензия вспенивающихся микросфер течет через зону нагрева, которая может быть изготовлена из любого сосуда, трубы или трубки, снабженных патрубком вводом и выпускным патрубком и выдерживающих поддерживаемое в них давление. Средство для нагрева суспензии в данной зоне может, например, представлять собой текучую теплопередающую среду, не находящуюся в непосредственном контакте с суспензией, электронагревательные элементы или микроволновое излучение. Например, зона нагрева может представлять собой теплообменник, включающий, по меньшей мере, одну трубу или трубку, окруженную средой теплоносителя, не находящейся в непосредственном контакте с суспензией вспенивающихся микросфер. Теплообменник может, например, включать несколько предпочтительно параллельных труб или трубок, например, от 2 до 10 или от 3 до 7 труб или трубок, предпочтительно соединенных с общим патрубком ввода или общим выпускным патрубком. Также можно иметь только одну трубу или трубку. Использование одиночной трубы или трубки (т.е. только одной) имеет преимущество, состоящее в снижении риска неравномерного распределения потока, вызываемого частичным засорением в одной или нескольких параллельных трубах. Такая одиночная труба или трубка предпочтительно окружена средой теплоносителя, такой как горячая вода, и ее предпочтительно располагают в сосуде или резервуаре, содержащем теплопередающую среду.

Среда теплоносителя может представлять собой любую подходящую теплопередающую среду, такую как горячая вода, пар или масло. В качестве альтернативы, тепло может обеспечиваться электронагревательными элементами, например, внутри или снаружи зоны нагрева или в ее стенках, или их любой комбинацией. В качестве дальнейшей альтернативы, нагрев можно обеспечить с помощью электромагнитного излучения, такого как микроволновое излучение.

С помощью данного изобретения можно вспенивать сорта микросфер, требующих более высокие температуры, чем практически достижимые посредством пара, например, используя в качестве среды теплоносителя электронагревательные элементы или горячее масло. Например, можно вспенивать микросферы, требующие температуры, превышающие 200°C. Также можно подвергать вспениванию микросферы, которые могут деформироваться или повреждаться любым другим путем при слишком высоких температурах, используя среду теплоносителя, имеющую сравнительно низкую температуру, например, от 60 до 100°C, такую как горячая вода.

Сосуд или, по меньшей мере, одна труба или трубка, в которых протекает суспензия вспенивающихся микросфер, предпочтительно выполнен из теплопроводящего материала аналогичного стали или меди, в особенности если нагревание суспензии осуществляется посредством среды теплоносителя или электронагревательными элементами. Если нагревание осуществляется электромагнитным излучением, сосуд или, по меньшей мере, одну трубу или трубку предпочтительно изготавливают из материала, проницаемого для таких излучений, например, из различных видов полимерных материалов.

В теплообменнике, включающем, по меньшей мере, одну трубу или трубку, каждая такая, по меньшей мере, одна труба или трубка может, например, иметь внутренний диаметр от 2 до 25 мм или, более предпочтительно, внутренний диаметр составляет от 4 до 15 мм или, наиболее предпочтительно, от 6 до 12 мм. Толщина стенок, по меньшей мере, одной трубы или трубки соответственно составляет от 0,5 до 3 мм, предпочтительно, от 0,7 до 1,5 мм.

Если нагрев осуществляют электронагревательными элементами, то такие элементы могут, например, устанавливаться снаружи и/или внутри, по меньшей мере, одной трубы или трубки, например, одиночной трубы или трубки. Такая труба или трубка может, например, иметь внутренний диаметр от 20 до 80 мм или от 35 до 65 мм. Например, электронагревательный элемент может быть установлен в центре внутри трубы или трубки, чтобы суспензия вспенивающихся микросфер протекала в зазоре вокруг данного нагревательного элемента. Такой электронагревательный элемент сам может являться трубой или трубкой с установленным внутри нее первичным источником электрического нагрева, так что тепло передается через стенку к суспензии, текущей в зазоре. Предпочтительно, электронагревательные элементы устанавливают как внутри, так и снаружи, по меньшей мере, одной трубы или трубки.

Оптимальные размеры и производительность средства для нагрева суспензии определяются скоростью потока суспензии, концентрацией суспензии и температурой поступающей суспензии, и они должны быть достаточными, чтобы суспензия нагревалась до температуры достаточно высокой для вспенивания микросфер при падении давления после прохождения выпускного патрубка зоны нагрева. Данная температура всегда выше температуры парообразования порообразующего вещества конкретной микросферы.

Суспензию вспенивающихся микросфер подают в зону нагрева через ее патрубок ввода, предпочтительно, насосом, обеспечивающим в зоне нагрева достаточно высокое давление, чтобы микросферы в ней не подвергались полному вспениванию. Микросферы могут частично вспениваться в зоне нагрева, например, до объема от 10 до 80% или от 20 до 70% относительно объема, получаемого после окончательного вспенивания вне зоны нагрева, но также их вспенивание внутри зоны нагрева может быть полностью предотвращено. Примеры подходящих насосов включают гидравлические диафрагменные насосы, поршневые насосы, винтовые насосы (например, эксцентриковые винтовые насосы), шестеренные насосы, коловратные насосы, центробежные насосы и т.д. Особенно предпочтительными являются гидравлические диафрагменные насосы. Предпочтительно, насос также создает силу для транспортировки суспензии через зону нагрева к ее выпускному патрубку. Дополнительно может обеспечиваться устройство с трубопроводом для транспортировки суспензии вспенивающихся микросфер к насосу, например, от резервуара, в котором хранится суспензия.

Для поддержания достаточно высокого давления в зоне нагрева суспензию вспенивающихся микросфер выводят из зоны нагрева через ее выпускной патрубок, создавая падение давления, соответствующее разнице давлений между внутренней частью зоны нагрева и пространством вне зоны нагрева. Падение давления может быть создано любым подходящим средством, таким как ограничение площади сечения потока, например, вентилем, соплом или узким проходом любого другого типа. Выпускной патрубок зоны нагрева, предпочтительно, может представлять собой, например, изолированную трубу или трубку, необязательно имеющую ограничение площади сечения потока на своем конце, например, отверстие, имеющее диаметр от 0,9 до 0,05 или от 0,5 до 0,05, предпочтительно, от 0,3 до 0,1 внутреннего диаметра данной трубы или трубки. Однако ограничение площади сечения потока или какие-либо другие специальные меры не являются необходимыми, поскольку падение давления, создаваемое выпускным патрубком, имеющим такую же площадь сечения потока, как и зона нагрева, обычно является достаточным для предотвращения завершения вспенивания микросфер внутри зоны нагрева. Труба или трубка может быть жесткой или гибкой, причем в последнем случае ее можно легко направить к желательной точке выхода для микросфер без перемещения всего устройства.

Точное давление, требующееся в зоне нагрева, зависит от температуры и типа микросфер. Предпочтительно, давление, поддерживаемое в зоне нагрева, составляет, по меньшей мере 4 бар (0,4 МПа), наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 10 бар (1 МПа). Верхний предел определяется практическими соображениями и может, например, составлять вплоть до 40 бар (4 МПа) или вплоть до 50 бар (5 МПа). Таким образом, зона нагрева, предпочтительно, должна быть способна выдерживать такое давление.

Температура вспенивающихся микросфер в зоне нагрева обычно является по существу равной температуре, находящейся там суспензии. Точная температура, до которой нагревают суспензию, зависит от сорта микросфер. Для большинства сортов микросфер температура, предпочтительно, находится в диапазоне от 60 до 160°C, предпочтительно, от 80 до 160°C или от 100 до 150°C, хотя для некоторых сортов микросфер могут потребоваться более высокие температуры, такие как 200°C или даже 250°C или выше. Таким образом, средства для нагревания суспензии, предпочтительно, должны быть способны нагревать суспензию до такой температуры.

В зоне нагрева поток суспензии вспенивающихся микросфер транспортируют от патрубка ввода к выпускному патрубку и нагревают под давлением до температуры достаточно высокой, чтобы микросферы в ней необязательно частично вспенились и, по меньшей мере, вспенились, когда давление падает на выходе из зоны нагрева, и они поступают в зону с достаточно низким давлением. Давление в данной зоне обычно по существу равно атмосферному, но может поддерживаться выше или ниже в зависимости от температуры микросфер. На данной стадии микросферы обычно также охлаждаются окружающим воздухом в данной зоне. Среднее время пребывания микросфер в зоне нагрева, предпочтительно, достаточно длинное, чтобы гарантировать, что температура суспензии достигает достаточно высокого значения и поддерживается при данном значении для последующего вспенивания. Чтобы гарантировать получение высокого и однородного качества, устройство может необязательно дополнительно обеспечиваться демпфером пульсаций, стабилизирующим поток суспензии.

Когда вспенивание протекает или начинается при падении давления на выходе из зоны нагрева, поток микросфер также значительно ускоряется. В то же время микросферы автоматически охлаждаются до такой низкой температуры, что вспенивание прекращается, формируя момент, при котором вспенивание завершено. Для того, чтобы оптимизировать дезинтеграцию микросфер и избежать агломерации, является предпочтительным, если падение давления происходит на настолько коротком расстоянии в направлении потока, насколько это возможно.

Поскольку дезинтеграция и охлаждение микросфер после прохождения падения давления на выходе из зоны нагрева происходит быстро, вспененные микросферы обычно по существу не содержат агломераты. Вспененные микросферы можно немедленно использовать по целевому назначению или упаковать в пластиковые мешки, картриджи или другие подходящие упаковки.

Способ и устройство по изобретению особенно полезны для вспенивания по месту при получении, например, эмульсионных взрывчатых веществ, краски, полиэфирной шпатлевки, рецептур искусственной древесины на основе полиэфира, полиуретана или эпоксида, облагороженного мрамора на основе эпоксида, пористых керамических материалов, гипсокартонного листа, покрытий днища кузова, эластомеров, заполнителей для трещин, герметиков, клеев, фенольных смол, штукатурки, заполнителей для кабелей, формовочной глины, мелкопористого пенополиуретана, покрытий бумаги для термопечати и других видов покрытий. Поток вспененных микросфер, выходящих из устройства, можно затем добавить непосредственно в производственные линии получения таких продуктов. Например, поток вспененных микросфер можно добавить, во встроенном режиме, непосредственно в поток эмульсии в ходе производства эмульсионных взрывчатых веществ или непосредственно в поток эмульсии в ходе заполнения шурфа эмульсионными взрывчатыми веществами из грузового автомобиля. В последнем случае взрывчатые вещества можно активировать на участке горных работ и транспортировать в неактивированном виде к горной выработке.

Способ и устройство для вспенивания по изобретению можно использовать для всех известных видов вспенивающихся термопластичных микросфер, например, микросфер, имеющихся на рынке под торговой маркой Expancel™. Применимые вспенивающиеся микросферы и их получение также описывается, например, в патентах США 3615972, 3945956, 4287308, 5536756, 6235800, 6235394 и 6509384, 6617363 и 6984347, в публикациях заявок на патенты США 2004/0176486 и 2005/0079352, в Европейских патентах 486080, 566367, 1067151, 1230975, 1288272, 1598405, 1811007 и 1964903, в публикациях международных заявках WO 2002/096635, WO 2004/072160, WO 2007/091960, WO 2007/091961 и WO 2007/142593, и выложенных заявках на патенты Японии No. 1987-286534 и 2005-272633.

Подходящие термопластичные микросферы предпочтительно имеют термопластичную оболочку, изготовленную из полимеров или сополимеров, получаемых полимеризацией различных мономеров с этиленовой ненасыщенностью, которые могут представлять собой мономеры, содержащие нитрильную группу, такие как акрилонитрил, метакрилонитрил, альфа-хлоракрилонитрил, альфа-этоксиакрилонитрил, фумаронитрил, кротонитрил, акриловые эфиры, такие как метилакрилат или этилакрилат, метакриловые эфиры, такие как метилметакрилат, изоборнилметакрилат или этилметакрилат, галогениды винила, такие как винилхлорид, галогениды винилидена, такие как винилиденхлорид, винилпиридин, виниловые эфиры, такие как винилацетат, стиролы, такие как стирол, галогенированные стиролы или альфа-метилстирол, или диены, такие как бутадиен, изопрен и хлоропрен. Также можно использовать любые смеси вышеуказанных мономеров.

Иногда может быть желательными, чтобы мономеры для полимерной оболочки также включали сшивающиеся многофункциональные мономеры, такие как один или более мономер, выбранный из дивинилбензола, ди(мет)акрилата этиленгликоля, ди(мет)акрилата диэтиленгликоля, ди(мет)акрилата триэтиленгликоля, ди(мет)акрилата пропиленгликоля, ди(мет)акрилата 1,4-бутандиола, ди(мет)акрилата 1,6-гександиола, ди(мет)акрилата глицерина, ди(мет)акрилата 1,3-бутандиола, ди(мет)акрилата неопентилгликоля, ди(мет)акрилата 1,10-декандиола, три(мет)акрилата пентаэритрита, тетра(мет)акрилата пентаэритрита, гекса(мет)акрилата пентаэритрита, ди(мет)акрилата диметилолтрициклодекана, три(мет)акрилата триаллилформаля, аллилметакрилата, три(мет)акрилата триметилолпропана, триакрилата триметилолпропана, ди(мет)акрилата трибутандиола, ди(мет)акрилата ПЭГ #200, ди(мет)акрилата ПЭГ #400, ди(мет)акрилата ПЭГ #600, моноакрилата 3-акрилоилоксигликоля, триакрилформаля или триаллилизоцианата, триаллилизоцианурата и т.д. Если такие сшивающие мономеры присутствуют, то они предпочтительно составляют от 0,1 до 1% масс., наиболее предпочтительно, от 0,2 до 0,5 масс. % от общего количества мономеров для полимерной оболочки. Предпочтительно полимерная оболочка составляет от 60 до 95 масс.%, наиболее предпочтительно от 75 до 85 масс.% от общей массы микросферы.

Температура размягчения полимерной оболочки, обычно соответствующая его температуре стеклования (Т_стекл.), предпочтительно находится в диапазоне от 50 до 250°C или от 100 до 230°C.

Порообразующее вещество в микросфере обычно является жидкостью с температурой кипения, не превышающей температуру размягчения термопластичной полимерной оболочки. Порообразующее вещество, иногда также называемое вспенивающим агентом или пропеллентом, может представлять собой, по меньшей мере один углеводород, такой как н-пентан, изопентан, неопентан, бутан, изобутан, гексан, изогексан, неогексан, гептан, изогептан, октан и изооктан или их смесь. Также могут быть использованы и другие типы углеводородов, такие как петролейный эфир, и хлорированные или фторированные углеводороды, такие как метилхлорид, метиленхлорид, дихлорэтан, дихлорэтилен, трихлорэтан, трихлорэтилен, трихлорфторметан и т.д. Особенно предпочтительные порообразующие вещества включают, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из изобутана, изопентана, изогексана, циклогексана, изооктана, изододекана и их смесей, предпочтительно изооктан. Порообразующее вещество подходяще составляет от 5 до 40 мас.% от массы микросферы.

Температура кипения порообразующего вещества при атмосферном давлении может находиться внутри широкого диапазона, предпочтительно, от -20 до 200°C, более предпочтительно, от -20 до 150°C и, наиболее предпочтительно, от -20 до 100°C.

Температура, при которой вспенивающиеся микросферы начинают вспениваться, зависит от комбинации порообразующего вещества и полимерной оболочки, и в продаже имеются микросферы, имеющие различные температуры вспенивания. Температура, при которой начинается вспенивание вспенивающихся микросфер при атмосферном давлении, называется Т_нач.. Вспенивающиеся микросферы, используемые в настоящем изобретении, предпочтительно имеют Т_нач. от 40 до 230°С, наиболее предпочтительно от 60 до 180°С.

Прилагаемая фигура иллюстрирует один вариант осуществления изобретения.

Фигура показывает устройство, включающее в себя гидравлический диафрагменный насос 1, соединенный с теплообменником 4 (формирующим зону нагрева) и демпфером пульсаций 2. Теплообменник 4 снабжен патрубком ввода 10 и выпускным патрубком 8 в форме трубы с ограничением площади сечения потока в конце в форме сопла. Теплообменник дополнительно включает одну или множество трубок (не показано), окруженных средой теплоносителя (не показана), такой как горячая воды, пар или масло. Устройство дополнительно включает манометр 3, предохранительный клапан 5, регулирующий клапан 6, термометр 7 и трехходовой вентиль 9.

Устройство работает, прокачивая суспензию вспенивающихся микросфер, например, из резервуара для хранения суспензии (не показан) с помощью гидравлического диафрагменного насоса 1 через теплообменник 4, в котором она нагревается средой теплоносителя до температуры, при которой микросферы начинают вспениваться или, по меньшей мере, начали бы вспениваться при атмосферном давлении. Гидравлический диафрагменный насос создает давление достаточное для транспортировки суспензии через теплообменник 4 и препятствующее полному вспениванию в нем микросфер. Горячая суспензия вытекает на открытый воздух через выпускной патрубок 8, необязательно снабженный ограничением площади сечения потока, создавая падение давления до атмосферного, что в результате приводит к быстрому вспениванию и охлаждению микросфер на наружном воздухе. Демпфер пульсаций 2 подавляет флуктуации потока суспензии из гидравлического диафрагменного насоса 1. Давление и температуру в теплообменнике можно контролировать манометром 3 и термометром 7, соответственно. Оборудование можно чистить, заменяя суспензию вспенивающихся микросфер, например, промывочной водой с помощью 3-ходового вентиля 9 перед насосом 1. Скорость потока и давление среды теплоносителя, используемой в теплообменнике 4, регулируют регулирующим клапаном 6.

Пример 1:

Вспениваемые микросферы Expancel™ 051-40 от AkzoNobel вспенивали, используя устройство согласно прилагаемой фигуре. Водную суспензию, содержащую 15 масс. % микросфер, при температуре 20°C прокачивали со скоростью 3 литра/мин. через теплообменник, включающий в себя семь трубок, каждая из которых имела внутренний диаметр 10 мм, внешний диаметр 12 мм и длину 1,95 метра, окруженных горячим паром в качестве среды теплоносителя. Насос создавал давление 30 бар (3 МПа), которое поддерживали внутри теплообменника, и пар передавал тепловую энергию достаточную для нагрева суспензии до 130°C. Микросферы выходили из теплообменника через выпускной патрубок, снабженный соплом, имеющим отверстие 1,5 мм, на открытый воздух с температурой 20°C и вспенивались, причем плотность достигала 22 г/дм³. Вспененный продукт из микросфер имел содержание твердого вещества 15 масс. %, и микроскопическое исследование показало, что в продукте полностью отсутствовали агломераты.

Пример 2:

Вспениваемые микросферы Expancel™ 031 от AkzoNobel вспенивали, используя устройство, включающее в себя одиночную медную трубку длинной 5,8 м, расположенную в емкости, заполненной горячей водой, температуру которой поддерживали при 100°C. Медная трубка имела внутренний диаметр 6,3 мм и внешний диаметр 7,8 мм, но не имела какого-либо сужения по площади сечения потока. Водную суспензию, содержащую 20 масс. % микросфер, при температуре 20°C прокачивали с помощью диафрагменного насоса со скоростью 80 литров/час через медную трубку, окруженную горячей водой в качестве среды теплоносителя. Диафрагменный насос создавал давление 6 бар (0,6 МПа). Микросферы выходили из теплообменника на основе медной трубки, и после окончательного вспенивания их плотность составляла 24 г/дм³. Вспененный продукт из микросфер имел содержание твердого вещества 20 масс. %, и микроскопическое исследование показало, что продукт по существу не содержал агломераты.

Группа изобретений относится к способу получения вспененных термопластичных микросфер и устройству для их получения. Способ получения вспененных термопластичных микросфер из невспененных термически вспенивающихся термопластичных микросфер, включающих оболочку из термопластичного полимера, инкапсулирующую вспенивающий агент, включает подачу суспензии вспенивающихся термопластичных микросфер в жидкой среде в зону нагрева, нагрев суспензии в зоне нагрева, без непосредственного контакта со средой теплоносителя, до достижения вспенивающимися микросферами температуры от 50 до 250°С, и поддержание давления в зоне нагрева от 4 до 50 бар (0,4 до 5 МПа), чтобы микросферы в суспензии не вспенились бы полностью, отведение суспензии вспенивающихся микросфер из зоны нагрева в зону с давлением, достаточно низким для того, чтобы микросферы вспенились. Группа изобретений развита в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат – вспенивание микросфер в суспензии без необходимости введения избыточной воды. 2 н. и 32 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

1. Способ получения вспененных термопластичных микросфер из невспененных термически вспенивающихся термопластичных микросфер, включающих оболочку из термопластичного полимера, инкапсулирующую вспенивающий агент, причем указанный способ включает:

(a) подачу суспензии таких вспенивающихся термопластичных микросфер в жидкой среде в зону нагрева;

(b) нагрев суспензии в зоне нагрева, без непосредственного контакта со средой теплоносителя, до достижения вспенивающимися микросферами, по меньшей мере, температуры от 50 до 250°С, и поддержание давления в зоне нагрева от 4 до 50 бар (0,4 до 5 МПа), чтобы микросферы в суспензии не вспенились бы полностью; и,

(c) отведение суспензии вспенивающихся микросфер из зоны нагрева в зону с давлением, достаточно низким для того, чтобы микросферы вспенились.

2. Способ по п.1, в котором давление в зоне нагрева поддерживают от 5 до 50 бар (от 0,5 до 5 МПа).

3. Способ по любому из пп.1-2, в котором суспензию вспенивающихся микросфер нагревают в зоне нагрева до температуры от 60 до 160°C.

4. Способ по любому из пп.1-2, в котором суспензия вспенивающихся микросфер протекает через зону нагрева, представляющую собой теплообменник, включающий по меньшей мере одну трубу или трубку, окруженную средой теплоносителя, не находящейся в непосредственном контакте с суспензией вспенивающихся микросфер.

5. Способ по п.3, в котором суспензия вспенивающихся микросфер протекает через зону нагрева, представляющую собой теплообменник, включающий по меньшей мере одну трубу или трубку, окруженную средой теплоносителя, не находящейся в непосредственном контакте с суспензией вспенивающихся микросфер.

6. Способ по п.4, в котором по меньшей мере одна труба или трубка, каждая, имеет внутренний диаметр от 2 до 25 мм.

7. Способ по п.5, в котором по меньшей мере одна труба или трубка, каждая, имеет внутренний диаметр от 2 до 25 мм.

8. Способ по любому из пп.1-2, в котором тепло обеспечивают электронагревательными элементами.

9. Способ по п.3, в котором тепло обеспечивают электронагревательными элементами.

10. Способ по любому из пп.1-2, 5-7 и 9, в котором суспензию вспенивающихся микросфер выводят из зоны нагрева через ее выпускной патрубок, создавая падение давления, соответствующее разнице давлений между пространством внутри зоны нагрева и пространством вне зоны нагрева.

11. Способ по п.3, в котором суспензию вспенивающихся микросфер выводят из зоны нагрева через ее выпускной патрубок, создавая падение давления, соответствующее разнице давлений между пространством внутри зоны нагрева и пространством вне зоны нагрева.

12. Способ по п.4, в котором суспензию вспенивающихся микросфер выводят из зоны нагрева через ее выпускной патрубок, создавая падение давления, соответствующее разнице давлений между пространством внутри зоны нагрева и пространством вне зоны нагрева.

13. Способ по п.8, в котором суспензию вспенивающихся микросфер выводят из зоны нагрева через ее выпускной патрубок, создавая падение давления, соответствующее разнице давлений между пространством внутри зоны нагрева и пространством вне зоны нагрева.

14. Способ по п.10, в котором выпускной патрубок имеет сужение по площади сечения потока для обеспечения падения давления.

15. Способ по п.11, в котором выпускной патрубок имеет сужение по площади сечения потока для обеспечения падения давления.

16. Способ по п.12, в котором выпускной патрубок имеет сужение по площади сечения потока для обеспечения падения давления.

17. Способ по п.13, в котором выпускной патрубок имеет сужение по площади сечения потока для обеспечения падения давления.

18. Способ по любому из пп.1-2, 5-7, 9 и 11-17, в котором суспензию вспенивающихся микросфер отводят из зоны нагрева в зону атмосферного давления.

19. Способ по п.3, в котором суспензию вспенивающихся микросфер отводят из зоны нагрева в зону атмосферного давления.

20. Способ по п.4, в котором суспензию вспенивающихся микросфер отводят из зоны нагрева в зону атмосферного давления.

21. Способ по п.8, в котором суспензию вспенивающихся микросфер отводят из зоны нагрева в зону атмосферного давления.

22. Способ по п.10, в котором суспензию вспенивающихся микросфер отводят из зоны нагрева в зону атмосферного давления.

23. Способ по любому из пп.1-2, 5-7, 9, 11-17 и 19-22, в котором суспензию вспенивающихся микросфер подают в зону нагрева посредством насоса, обеспечивающего достаточно высокое давление в зоне нагрева, чтобы микросферы в ней не вспенились полностью.

24. Способ по п.3, в котором суспензию вспенивающихся микросфер подают в зону нагрева посредством насоса, обеспечивающего достаточно высокое давление в зоне нагрева, чтобы микросферы в ней не вспенились полностью.

25. Способ по п.4, в котором суспензию вспенивающихся микросфер подают в зону нагрева посредством насоса, обеспечивающего достаточно высокое давление в зоне нагрева, чтобы микросферы в ней не вспенились полностью.

26. Способ по п.8, в котором суспензию вспенивающихся микросфер подают в зону нагрева посредством насоса, обеспечивающего достаточно высокое давление в зоне нагрева, чтобы микросферы в ней не вспенились полностью.

27. Способ по п.10, в котором суспензию вспенивающихся микросфер подают в зону нагрева посредством насоса, обеспечивающего достаточно высокое давление в зоне нагрева, чтобы микросферы в ней не вспенились полностью.

28. Способ по п.18, в котором суспензию вспенивающихся микросфер подают в зону нагрева посредством насоса,

обеспечивающего достаточно высокое давление в зоне нагрева, чтобы микросферы в ней не вспенились полностью.

29. Устройство для вспенивания невспененных термически вспенивающихся термопластичных микросфер, включающих оболочку из термопластичного полимера, инкапсулирующую порообразующее вещество, причем указанное устройство включает зону нагрева, имеющую патрубок ввода и выпускной патрубок и способную выдержать давление, по меньшей мере, 4 бар (0,4 МПа), средство для подачи суспензии невспененных вспенивающихся термопластичных микросфер в жидкой среде в зону нагрева и способное создавать давление по меньшей мере 4 бар (0,4 МПа), в зоне нагрева, и средство для нагрева суспензии вспенивающихся микросфер до температуры по меньшей мере 60°C без непосредственного контакта со средой теплоносителя.

30. Устройство по п.29, в котором выпускной патрубок имеет сужение по площади сечения потока для обеспечения падения давления, соответствующего разнице давлений между пространством внутри зоны нагрева и пространством вне зоны нагрева.

31. Устройство по любому из пп.29-30, в котором зона нагрева представляет собой теплообменник, включающий по меньшей мере одну трубу или трубку, окруженную средой теплоносителя, не находящейся в непосредственном контакте с суспензией вспенивающихся микросфер.

32. Устройство по любому из пп.29-30, в котором зона нагрева включает одиночную трубу или трубку, окруженную средой теплоносителя, не находящейся в непосредственном контакте с суспензией вспенивающихся микросфер.

33. Устройство по п.31, в котором зона нагрева включает одиночную трубу или трубку, окруженную средой теплоносителя, не находящейся в непосредственном контакте с суспензией вспенивающихся микросфер.

34. Устройство по любому из пп.29-30, в котором зона нагрева включает по меньшей мере одну трубу или трубку и электронагревательные элементы, установленные внутри указанной, по меньшей мере, одной трубы или трубки и/или снаружи от нее.