制造经研磨的细分散的材料的方法

                              技术领域

本发明涉及制造经研磨的特别细分散的材料，较佳的是粒度分布窄的细分散 的发泡剂粉末的改进的方法。

                              背景技术

发泡剂应用在工业上，特别是用于PVC、橡胶、聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯、 以及其它热塑性聚合物的发泡。作为最重要的发泡剂之一的偶氮二碳酰胺的化学制 备是普遍已知的，并且描述在例如DE-A1-69116867中。现今，这些发泡剂以它们 的细分散的粉末的形式使用，较少地还用在发泡剂制剂中作为与活化剂和/或其它 发泡剂的混合物，并且作为针对聚合物的母料。根据所需的用途，发泡剂粉末具有 不同的颗粒细度，它们是在发泡剂合成和干燥之后对其干磨得到的。

常规的机械研磨方法，例如球磨、振动管磨、针-圆盘磨或冲击磨适用于干磨。

由于产品具有爆炸性，优选使用呈螺旋气流磨形式的气流磨，但是其缺点是 比研磨能量输入很大，以及与之相关的研磨成本大和所得的产品的粒度分布宽。具 体地说，以这一方式研磨的产品仍然含有所谓的“粗颗粒”，在本申请的文本中， 它是指未研磨的粗颗粒部分，这种情况会产生问题，具体是在以后的用途中会产生 泡沫缺陷。

                              发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的对材料(较佳的是发泡剂)研磨的方 法，它需要的比研磨能量输入低，研磨后得到不含粗颗粒并粒度分布窄的产品。

这一目的通过制造经研磨的材料，较佳的是粒度分布窄的发泡剂粉末来达到， 该方法的特征在于：

a)初始粉末，较佳的是粒度为5-100μm，较好是10-50μm，特别好是15-30μm， 并且残留的水分含量小于1重量％，特别是小于0.1重量％的初始发泡剂粉末；

b)在具有组合在一起的或外部的动力空气分级器的气流磨中，用气体，特别 是惰性气体如氮气和/或空气来进行粉碎。

                             具体实施方式

粒度理解为体积基的粒度分布的中位值d50[μm](分布中50％的颗粒大于该中 位值，分布中50％的颗粒小于该中位值)。

在本申请文本中，使用的术语，粒度和颗粒尺寸，粒度分布和颗粒分布，具 有相同的含义。

较佳地，研磨气体在大气压下的露点小于5℃，特别是小于-20℃。

用于本发明方法中的初始发泡剂选自常规已知的发泡剂，并且在本发明中对 它们没有限制。通常，它们是固体、晶体和/或非晶体、有机或无机、具体是水不 溶性化合物。

可例举选自下组的有机发泡剂：

-偶氮二碳酰胺(ADCA)

-联二脲(HDCA)

-氧代-二磺基-酰肼(OBSH)〔＝p，p’-氧代-双(苯磺酸)酰肼〕

-甲苯-磺基-酰肼(TSH)〔＝对甲苯磺酸酰肼〕

-二硝基五亚甲基四胺(DPT)

-5-苯基-四唑(5PT)

-苯-磺基-酰肼(BSH)〔＝苯磺酰基酰肼〕

-对-甲苯-磺酰基-氨基脲(PTSS)

以及它们的盐，特别是碱金属盐和碱土金属盐。

具体地说，无机发泡剂可以指出的是碳酸氢钠和无水柠檬酸一钠。

优选采用上述类型的有机发泡剂。初始发泡剂特别优选偶氮二碳酰胺。

在本发明的方法中，初始发泡剂可以单独或者与其它发泡剂混合在一起使用。

初始发泡剂还可任选地含有与其制备有关的副产物、盐、酸和/或碱残余物。 但是，较佳的是，初始发泡剂是基本上经过纯化，通过过滤和/或清洗方法除去与 合成有关的副产物成分，然后经过干燥。

本发明使用的初始发泡剂可含有其它通常已知的添加剂，例如稳定剂、填料、 吸水剂等。

作为稳定剂的例子，可以指出的是三代硫酸铅、二代亚磷酸盐、硬脂酸铅、 硬脂酸锌、碳酸锌、氧化锌、硬脂酸钡、硬脂酸铝、硬脂酸钙、马来酸二丁基锡、 脲等。

合适的填料是现有技术中已知的那些，例如描述在Lǖckert的“颜料+填料表” (第5版，Laatzen，1994)中。这些物质特别是不溶于水性介质中。

作为无机填料的例子，可以指出的是碳酸钙、滑石、云母、硫酸钡、以及特 别是斥水的细分散的无定形二氧化硅、非常细分散的、任选地斥水的高岭土、或者 细分散的氧化铝。

吸水剂的例子是二氧化硅凝胶、沸石、氧化铝、氧化镁、氧化钙、以及有机 酸酐和无水无机盐，例如硫酸镁、碳酸钠、氢氧化镁、氢氧化钙等。

本发明使用的发泡剂还可含有有机溶剂。合适的有机溶剂宜为天然的、全合 成的或半合成的化合物，以及任选的这些溶剂的混合物。优选的溶剂是熔点小于 90℃的那些溶剂，特别是在室温下为液体的溶剂，选自下组：脂族、脂环族或芳族 烃，具体是：

-油，例如矿物油、石蜡、异链烷烃，全合成油，例如硅油，半合成油，基于 例如半饱和和不饱和脂肪酸的甘油酯，香精油，任选地纯化的天然油和脂肪，天然 或人工制备的、饱和或不饱和的脂肪酸(较佳的是C8-C22脂肪酸)的酯

-烷基化的芳族化合物以及它们的混合物，例如芳烃油溶剂

-烷基化的醇，特别是脂肪醇

-通过加氢醛化得到的线性伯醇，例如dobanols。

本发明使用的初始发泡剂还可含有表面活性化合物。

本发明对要使用的表面活性化合物没有限制，但是表面活性化合物宜理解为 可在水中全部或部分溶解或乳化的乳化剂、润湿剂、分散剂、消泡剂或增溶剂。具 体地说，它们可以是非离子的、阴离子的、阳离子的或两性的、或者单体的、低聚 物的或聚合的。特别优选的化合物是在室温水中的溶解度大于0.01g/l，较好是大于 0.1g/l的润湿剂和分散剂，它们可很容易地溶解在有机介质(例如，极性和非极性 溶剂、烃、油、脂肪、以及特别是聚合物)中，具体是在所述介质中的溶解度大于 20重量％，较好是大于40重量％，以总的溶液计。

优选的非离子或离子改性的表面活性化合物选自，例如烷氧基化物、羟基酰 胺、酯、氧化胺和烷基聚糖苷，具体是选自：

1)烯化氧与可烷基化的化合物的反应产物，例如脂肪醇、脂肪胺、脂肪酸、 苯酚、烷基苯酚、酰胺和树脂酸。它们是，例如烯化氧加合物，即得自环氧乙烷和 /或环氧丙烷与下述物质的反应产物：

-具有6-25个碳原子的饱和和/或不饱和脂肪醇

-在烷基中具有4-12个碳原子的烷基苯酚，或者具有14-20个碳原子的饱和 和/或不饱和脂肪胺

-具有14-22个碳原子的饱和和/或不饱和脂肪酸

-氢化的和/或未氢化的树脂酸

-酯化和/或芳基化产物，它们由天然的或改性的、任选地氢化的蓖麻油脂肪 (它们任选地通过与二羧酸发生酯化来连接，以得到重复结构单元)制备。

其它合适的化合物选自：

2)山梨聚糖酯，例如SPAN，ICI公司

3)氧化烯与山梨聚糖酯的反应产物，例如Tween，ICI公司

4)基于环氧乙烷和/或环氧丙烷的嵌段共聚物，例如Pluronic，BASF公司

5)在双官能胺上的环氧乙烷和/或环氧丙烷的嵌段共聚物，例如Tetronic， BASF公司

6)基于(聚)硬脂酸和(聚)氧化烯的嵌段共聚物，例如Hypermer B，ICI 公司

7)烷氧基化的乙炔二醇和乙炔二醇，例如Surfynol，AirProducts公司

8)烷氧基化的苯酚，具体是以下通式(I)和(II)的苯酚/苯乙烯-聚乙二醇 醚

式中，

R15表示H或C1-C4烷基

R16表示H或CH3

R17表示H、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、C1-C4烷氧基羰基或苯基

m表示1-14的数字

n表示2-50，较好是2-30，特别好是2-16的数字

R18表示具有下标n，相同或不同的任何单元，表示H、CH3或苯基

a)R18可只包含H

b)R18可含有不超过60％的CH3，剩余的表示H或不超过40％的苯基

c)R18可含有不超过40％的苯基，剩余的表示H或不超过40％的CH3

9)离子改性的通式(I)或(II)的苯酚/苯乙烯-聚乙二醇醚，公开在例如 EP-A1-839 879或EP-A1-764 695中。离子改性理解为是指例如硫酸化、羧化或磷 酸化。

离子改性的化合物较佳的是作为盐，具体是作为碱金属盐或胺盐，较佳的是 作为二乙胺盐存在。

其它优选的表面活性化合物如下：

10)由重复的琥珀酰单元组成的聚合物，具体是聚天冬氨酸。

11)离子或非离子聚合表面活性化合物，选自：均聚物和共聚物、接枝聚合 物和接枝共聚物、以及无规共聚物和线性嵌段共聚物。

合适的聚合表面活性化合物的例子是：聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚甲醛、 聚三亚甲基氧化物、聚乙烯基甲基醚、氮杂环丙烷、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲 基丙烯酸、聚甲基丙烯酰胺、聚N，N-二甲基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚 N-丙烯酰基甘氨酰胺、聚N-甲基丙烯酰基甘氨酰胺、聚乙烯基噁唑烷酮、聚乙烯 基甲基噁唑烷酮。

12)阴离子表面活性化合物，例如硫酸烷基酯、硫酸醚、羧酸醚、磷酸酯、 磺基琥珀酰胺、链烷烃磺酸酯、烯烃磺酸酯、肌氨酸酯、异硫代硫酸酯和牛磺酸酯。

13)选自下组的表面活性化合物：所谓的分散剂，具体是缩合物，可通过萘 酚与烷醇的反应、添加亚烷基氧化物、以及至少部分地将封端羟基转化为磺基或者 马来酸、邻苯二甲酸或琥珀酸的单酯得到，以及烷基芳基磺酸酯，例如烷基苯磺酸 盐或烷基萘磺酸酯、以及聚丙烯酸、聚亚乙基磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚甲基丙烯酸、 聚磷酸的盐。优选通式(III)的烷基苯磺酸盐

式中，

R2、R3和R4表示H；较佳的是表示C6-C18烷基，取代基R2、R3和R4中的一 个不是H；优选R2＝R3＝H和R4＝C1-C24烷基或C6-C18烷基的烷基苯磺酸盐；特别优 选十二烷基；

p表示1或2

M表示H、铵基，例如单乙醇-、二乙醇-或三乙醇铵，或者碱金属(如果m＝ 1)，碱土金属(如果m＝2)。M具体地表示H、Li、Na、K、Mg、Ca和Ba。

14)阴离子表面活性化合物，选自磺基琥珀酸单-和二酯，以及它们的盐。

较佳地，磺基琥珀酸酯对应通式(IV)

式中，

R和R1表示H或C1-C24烃基，较佳的是表示C1-C24烷基或芳烷基，特别好的 是表示C6-C18烷基或芳烷基，再好是表示2-乙基己基，

但是，R和R1不同时指H，

q表示1或2

Me表示铵基或碱金属(如果n＝1)，以及碱土金属(如果n＝2)。Me具体 地表示H、Li、K、Mg、Ca、Ba，特别是Na。

R＝R1的通式(IV)的化合物也是优选的：

15)两性表面活性剂，例如甜菜碱和两性电解质，具体是甘氨酸酯、丙酸酯 和咪唑啉。

用于本发明特别优选的表面活性化合物是基于环氧乙烷和/或环氧丙烷的嵌段 共聚物(例如BASF公司的Pluronic)，任选地离子改性的通式(I)和(II)的苯 酚/苯乙烯-聚乙二醇醚、通式(III)的烷基苯磺酸盐、以及通式(IV)的磺基琥珀 酸二酯及它们的盐，特别优选的是

-双十三烷基磺基琥珀酸钠，例如Aerosol TR，Cytec公司

-二辛基磺基琥珀酸钠，例如Aerosol OT，Cytec公司

-二己基磺基琥珀酸钠，例如Aerosol MA，Cytec公司

-二戊基磺基琥珀酸钠，例如Aerosol AY，Cytec公司，

以及这些酯的混合物。

根据本发明，还可使用所述各种化合物的混合物。

在本发明的方法中，将初始发泡剂连续地送入气流磨的研磨室中，任选地流 化，通过气流进行粉碎，并通过外部或组合在一起的动力空气分级器从研磨室中与 研磨气体一起排出。所述气流磨宜具有呈快速旋转分级轮形式的组合在一起的空气 分级器。该气流磨宜为具有研磨室和研磨气体喷嘴以及组合在一起的高速分级轮的 流化床逆流气流磨和/或密相床气流磨。这些研磨设备一般描述在，例如R.Nied的 “密相床气流磨-对已知的螺旋气流磨的新解释”(Aufbereitungstechnik，第8部分 (2002)，第52-58页)中。本申请文本中的“快速旋转”或“高速”是指圆周速 度大于1m/s，较好是大于3m/s。

较佳地，将初始发泡剂连续地送入流化床逆流气流磨的研磨室中，其中，初 始发泡剂被流化并通过研磨气体粉碎，所述初始发泡剂在初始压力作用下经过1-10 个，特别是2-6个研磨气体喷嘴引入研磨室中；并且通过组合在一起的高速分级轮 从研磨室中与研磨气体一起连续地排出。

研磨气体的初始压力宜小于12巴表压，特别是小于4.5巴表压。

较佳地，将粒度(体积分布的中位值)为20-30μm的初始发泡剂粉碎至粒度 为0.5-19μm，较佳的是1-19μm，特别好的是2-19μm，不含粗颗粒。

以下，使用优选的流化床逆流气流磨作为例子更详细地解释本发明的方法：

流化床逆流气流磨通常具有呈直立圆筒(其高度与直径之比例如约为2∶1)形 式的研磨室。基底可以是基本上平坦的，或者逐渐变细为钝角锥。研磨气体通过一 些喷嘴进入研磨室，这些喷嘴排列在研磨室的底端。研磨气体的初始压力为0.3-12 巴表压，但是较佳的是0.5-7巴表压(巴表压＝总压力-大气压(1巴))。在具 有平坦基底的气流磨中，喷嘴沿基底的周边均匀地分布，并沿它们的轴线指向共同 的交点。喷嘴的数目取决于磨的尺寸，本发明对其没有限制。例如，工业上通常使 用2-6个喷嘴。具有圆锥形基底的气流磨宜用于可流化性较差的重物质；在圆锥的 顶点位置使用一个主要用来流化要经研磨的材料的喷嘴。各喷嘴的轴以倾斜的方式 排列，并且宜与基底喷嘴的轴在一个点相交。在这种情况下，喷嘴呈空间形式的排 列。

可将初始发泡剂经重力管、注射器或螺旋输送器输入研磨室中。在使用重力 管的情况下，可以大约中等的高度将进料横向引入研磨室中。在另一个实施方式中， 初始发泡剂通过研磨室盖子输入。

进料颗粒进入研磨气流机的区域，并被喷嘴射出的气流带上并加速。颗粒进 入研磨气流的外表面各个部位。根据颗粒进入研磨气流的部位和颗粒停留时间的不 同，要研磨的材料的这些颗粒具有不同的速度。高速颗粒与刚进入气流、仍然在喷 射方向上具有较低速度的颗粒发生碰撞。各个颗粒以很大的速度差异相互碰撞，并 且通过互相的颗粒碰撞发生粉碎。这个粉碎过程发生在研磨气流中，并且在各气流 机的共同焦点特别强烈。可用于粉碎的能量取决于研磨气体的初始压力和量。根据 具体能量输出的不同，被研磨的材料可以在或大或小的程度上粉碎。

与此不同，例如对于螺旋气流磨，进入研磨室的气流是完全不规则的，从而 在那里不会产生静态分级。因此，将一外部驱动的分级器装设在例如研磨区域的上 方(组合在一起的分级器)。这些分级器目前全是呈浆式分级器(也称为偏转轮分 级器)的形式。将配备了间隔很近的细叶片的浆式分级轮装在研磨室中，其轴垂直 或水平，取决于设计样式。轮的转速可以连续调节，圆周速度为5-120m/s，较好是 10-70m/s。通过与研磨室串接的风扇将研磨气体从研磨室中吸出，或者由于过剩的 压力迫使研磨气体从研磨室中排出。分级轮旋转的结果是形成了螺旋气流。被研磨 气体带入分级轮区域中的颗粒经受着不同大小的惯性力和气流力，这取决于粒度。 由于气流的吸入力较大，足够细的颗粒通过分级轮的叶片吸入。仍然太粗的颗粒则 由于离心力较大而被分级轮排斥，仍然留在研磨室中。这一按粒度大小的分离也称 为分级，是一个统计过程，因而不是截然分离的。所谓的分级界限理解为是指这样 一个粒度，分级中该粒度的颗粒有一半进入粗材料(留在研磨室内的颗粒)，而另 一半进入细粒材料(＝经研磨后分级排出的材料)中。此分级界限由分级轮的圆周 速度和分级气体的量决定。

在从旋转分级轮过渡到用于细粒材料的固定出口的空间中，有个压力降。如 果粗的未研磨的颗粒进入该区域中，它们会直接通过分级轮混入经研磨的颗粒材料 中。这可用气体冲洗所述空间来避免。冲洗气体的量小于20％，较好是小于10％， 以研磨气体的量计，并取决于磨的尺寸。冲洗气体所需的初始压力小于0.5巴表压。

根据磨的设计，在水平安装分级轴的情况下，细粒材料通过一根直管或者任 选地通过一螺旋形排放管从研磨室中横向排出，为的是防止经研磨的细粒材料结 块。在使用垂直分级轴的情况下，可通过研磨室盖子从分级轮上方从研磨室中横向 除去细粒材料，或者从分级轮下方除去细粒材料。在这些情况下，一般使用上述的 螺旋形排放管。

将一过滤器，任选地与旋风分离器结合，装在研磨室的后面，作为用于经研 磨材料的分离装置。

在所述本发明的研磨方法中粉碎的程度，具体取决于通过气流输入的能量和 能量密度，能量密度基于研磨室的体积。在本发明的方法中，比研磨能量输入(以 kJ/kg为单位，基于输入的初始发泡剂粉末重量)，按照经研磨材料的所得粒度的 中位值d50(以μm为单位))宜不超过以下的值：

                     2-高达3μm：6000kJ/kg

                     3-高达4μm：2000kJ/kg

                     4-高达7μm：1000kJ/kg

                     7-高达12μm：500kJ/kg

                       ＞12μm：100kJ/kg

在本申请的文本中，“比研磨能量输入”是指加入研磨用的能量，基于通过 气流磨的产品流。这一关系以图1中的偶氮二碳酰胺表示。y轴表示偶氮二碳酰胺 的比研磨能量输入(kJ/kg)，而x轴表示经过研磨的偶氮二碳酰胺的粒度的中位 值d50(μm)。

通过本发明的方法，能得到特别窄粒度分布的研磨材料。研磨气体的初始压 力(以巴表压为单位，取决于经研磨的材料所得的粒度的中位值d50(以μm为单位)) 宜不超过以下值：

               2-高达4μm：4.5巴表压，特别是3.5巴表压

               4-高达6μm：3.0巴表压，特别是2.0巴表压

               6-高达12μm：1.5巴表压，特别是1.0巴表压

                 ＞12μm：0.8巴表压，特别是0.5巴表压

粒度分布(以μm为单位)的上限d99和/或d90取决于在1-高达5μm范围内经 研磨材料所得粒度的中位值d50，宜符合以下式子：

                         d99＝2.9·d50+1.2μm

                         d90＝2.12·d50+0.7μm

这一关系以图2中的偶氮二碳酰胺表示。y轴表示经研磨的材料的粒度的值d90 (下面的线)或d99(下面的线)(μm)，而x轴表示在0-高达5μm范围内经研 磨材料粒度的中位值d50。

粒度分布(以μm为单位)的上限d99和/或d90，取决于在5-高达18μm范围内 经研磨材料所得粒度的中位值d50，宜符合以下式子：

                        d99＝4.19·d50-7.47μm

                        d90＝2.83·d50-5.68μm

这一关系以图3中的偶氮二碳酰胺表示。y轴表示经研磨材料的粒度的值d90 (下面的线)或d99(下面的线)(μm)，而x轴表示在5-高达18μm范围内经研 磨材料粒度的中位值d50。

将根据以下一些实施例对本发明作更详细的解释，但是它们对本发明不起限 制作用。

实施例

使用的测量方法

粒度是对粉末用激光衍射测定仪来测量。使用的是得自SYMPATEC公司的激 光衍射测定仪，Helos型、Sensor 207、分散系统Rodos 1042。

粒度理解为基于体积的粒度分布的中位值d50[μm](分布中50％的颗粒小于该 中位值，分布中50％的颗粒大于该中位值)。与此类似，d10值(分布中10％的颗 粒小于该d10)、d90值(分布中90％的颗粒小于该d90)和d99值(分布中99％的 颗粒小于该d99)是被用来描述粒度分布宽度的用于比较的界限。

使用粒度d50(体积分布的中位值)为21.3μm，d10为6.4μm，d90为38.5μm， 并且残留的水分含量小于0.05重量％的偶氮二碳酰胺(Porofor ADC E-C2，得自 Bayer Chemicals AG公司或LANXESS Deutschland GmbH公司)作为用于下述一些 实施例研磨操作的初始发泡剂。

所有的研磨操作都在普通市售的得自Hosokawa-Alpine公司的型号为AFG 400的流化床逆流气流磨上进行，所述流化床逆流气流磨具有平坦的研磨室基底和 型号为NG的组合在一起动力分级轮(具有倾斜的叶片，室温的空气通过量为 1200m3/h)。将进料(初始发泡剂)经一同步锁闭装置和一重力管通过研磨室盖子 输入，这样就连续地送入研磨室中，给予流态化，用3个喷嘴进行粉碎，再经动力 分级轮连同研磨空气一同排去，最后经一管式过滤器分离出来收集之。在研磨过程 中，调节初始材料的进入量，使得研磨室中产品的量保持恒定，形成稳定的粉末流 化床。

作为比较之用，使用相同的初始材料在市售的研磨室直径为650nm、型号为 LSM的螺旋气流磨中进行研磨操作。

使用得自Engelsmann公司的型号为JEL的实验室测试过筛机上的80μm尺寸 的筛网，在实验室中过筛5次(每次50g研磨过的产品)，来测定经研磨的材料是 否仍然含有粗颗粒。不含粗颗粒表明在每次过筛操作后在筛子上未见残余物。

                                                表1：实施例1-6、比较例1-3的实验参数                                        实施例                比较例   1   2   3   4   5   6   1   2   3   研磨室负荷(kg)   13   22   24   30   25   25   经研磨材料的通过量   (kg/h)   273   96   157   272   784   817   喷嘴的直径(mm)   14   20   20   20   20   20   喷嘴部位气体的初始   压力(巴表压)   2.7   0.8   0.8   0.8   0.3   0.3   7.3   4   3.3   喷嘴的数目   3   3   3   3   4   4   空气通过量(m3/h)   1217   1208   1208   1208   940   1163   3000   1900   1600   研磨空气负荷(kg/kg)   0.187   0.066   0.108   0.188   0.695   0.585   分级轮的速度(rpm)   4200   4400   3350   2300   800   790   分级轮的直径(m)   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   分级轮的宽度(m)   0.12   0.12   0.12   0.12   0.12   0.12   不含粗颗粒   是   是   是   是   是   是   否   否   否

                                    表2：实施例1-6、比较例1-3的结果                           实施例              比较例   1   2   3   4   5   6   1   2   3   d50(μm)   3.36   4.04   4.78   6.7   14.9   13.36   3.93   6.63   15.2   d10(μm)   0.88   0.88   1.04   1.48   4.31   5.41   0.88   1.25   3.61   d90(μm)   7.35   8.58   9.52   13.13   29.9   31.2   8.82   18.17   34.95   d99(μm)   11.55   12.53   14.16   19.3   46   47.95   13.1   24.93   58.18   偶氮二碳酰胺的比   研磨能量(kJ/kg)   1203   1007   616   355   36   43   2190   724   480