本发明的领域

本发明分别涉及用于粉碎聚合物泡沫材料的技术，用于制备包含该粉 碎泡沫材料的聚合物泡沫材料的技术，和所得粉碎的泡沫材料粉末和产品 聚合物泡沫材料。这些方法可用于含有生产污染物(如聚烯烃、纸、和泡 沫材料表皮)的泡沫材料以及用于含有消费者污染物(如木材、金属、皮 革等)的其它泡沫材料。

本发明的背景

聚合物泡沫材料包括各种各样的材料，一般形成具有固体聚合物相 和气态相的两相体系。连续相是聚合物材料，气态相是被引入的或在合 成泡沫材料过程中形成的空气或气体。某些这样的气体称作“发泡剂”。 某些复合铸塑的聚合物泡沫材料包含中空球。复合铸塑的泡沫材料的气 相包含在分散于聚合物相中的中空球中。这些球可由包括玻璃、金属、 碳和聚合物的各种材料制成。可以使用其它的材料如填料、增强剂和阻 燃剂以获得特定的泡沫材料性能。开孔或闭孔的聚合物泡沫材料通常划 分为软质、半软质、半硬质或硬质。软质泡沫材料是能够在变形之后复 原的泡沫材料，通常用于地毯衬背、寝具、家具和汽车座位。硬质泡沫 材料是在变形之后不会复原的泡沫材料，用于绝热、包装和载荷元件。 常用于泡沫材料的聚合物的例子包括环氧，氟聚合物，胶乳，聚异氰脲 酸酯，聚酰亚胺，聚烯烃，聚苯乙烯，聚氨酯，聚氯乙烯(PVC)，硅氧 烷，和脲甲醛。

典型的泡沫材料制造工艺产生聚合物泡沫材料废料。例如，生产大量 聚氨酯泡沫材料的工业工艺在连续浇铸工艺中产生块状料。所得浇铸的泡 沫块料通常例如被切成1-2.5m宽、1.5m高和长达70m的片。还使用间歇工 艺将泡沫块料制成盒。在任一工艺中，泡沫块料的外部衬有纸和/或塑料脱 离片材，并在其中形成一层泡沫材料表皮。泡沫块料一般需要修剪上部和 侧面，然后将该泡沫块料切割或切片用于商业用途。这些上部和侧面修剪 物包含一种含有生产污染物的泡沫材料废料产品。

＂生产污染物＂意味着包括在制造块状料或盒泡沫材料时共同生产或 使用的材料，且通常存在于从块状料或盒泡沫材料的侧面、上部和底部修 剪下的碎片中。生产污染物的例子是以上讨论的那些泡沫材料表皮。另外， 该术语包括也在以上讨论的脱离片材或隔离物，例如是纸，涂有蜡或聚烯 烃的纸，也可以是由聚合物材料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或其它聚烯 烃制造的膜、片材或网。一般将包含一定量的任何聚合物的脱离片材称为 “聚合物片材”。修剪碎片中的表皮材料(或“泡沫材料表皮”)在坚松度 和密度上完全不同于所需的泡沫材料产品。表皮材料是一种较韧性、更为 橡胶状的产品，并具有高于所需泡沫材料产品的密度。泡沫材料表皮是在 泡沫材料聚合反应工艺过程中形成的非泡沫材料的或高密度泡沫材料的 层。泡沫材料表皮也存在于碎片例如在泡沫材料模塑操作中逃离模具的“蘑 菇”形材料中。泡沫材料表皮也存在于不合规格的模塑部件中。

边角料还来自泡沫材料制造工艺，其中从泡沫块料上切割有用的形状。 这种废料称作制造碎片，与来自修剪泡沫块料的废料相比，它一般包含较 低量的生产污染物。

聚合物泡沫材料废料也存在于许多丢弃的含泡沫材料的产品如家具、 汽车座、绝热泡沫材料和包装泡沫材料中。这种废料称作“后消费者废料”。 后消费者废料通常包含来自与该泡沫材料一起用于制造部件的其它材料或 来自该泡沫材料在其有用寿命过程中所暴露的材料的污染物。这些“消费 者污染物”包括木材、含铁金属、非铁金属、纺织品、皮革、玻璃、污垢、 油、脂肪、粘合剂、矿物和塑料。

“聚氨酯”(PUR)描述了一种通过二异氰酸酯分子和一种或多种活性 氢化合物的逐步加成聚合反应而制成的聚合物。“活性氢化合物”包括多 官能的含羟基(或“多羟基”)化合物，如二醇、聚酯多元醇和聚醚多元醇。

活性氢化合物还包括多官能的含氨基化合物如多元胺和二胺。聚醚多 元醇的一个例子是起始自甘油的氧化乙烯或氧化丙烯聚合物。

“PUR泡沫材料”通过一种或多种活性氢化合物和多官能异氰酸酯组 分之间的反应而形成，产生氨基甲酸乙酯键。本文定义的PUR泡沫材料也 包括使用二异氰酸酯三聚体或异氰脲酸酯单体制成的聚异氰脲酸酯(PIR) 泡沫材料。PUR泡沫材料广泛用于各种产品和场合。这些泡沫材料可形成 密度范围较宽的且可以是软质、半软质、半硬质或硬质的泡沫材料结构。 “软质泡沫材料”一般是能够在变形之后复原其形状的那些。除了能够可 逆变形，软质泡沫材料往往对所施加的负荷具有有限的耐性并往往具有大 部分开口的泡孔。“硬质泡沫材料”是一般在变形之后保持该变形形状而 不会明显复原的那些。硬质泡沫材料往往具有大部分关闭的泡孔。“半硬 质”或“半软质”泡沫材料是能够变形，但可慢慢地、也许不完全地复原 其原始形状的那些。泡沫材料结构通过使用所谓的“发泡剂”而形成。发 泡剂在泡沫材料形成过程中通过低沸点液体的挥发或通过在反应过程中形 成气体而引入。例如，水和异氰酸酯之间的反应在PUR泡沫材料中形成CO2 气泡。该反应产生热并生成聚合物中的脲键。另外，可在聚合反应过程中 使用表面活性剂以使聚合物泡沫材料结构稳定化。催化剂用于引发能形成 氨基甲酸乙酯键的聚合反应并控制用于形成气体的发泡反应。这两种反应 的平衡受催化剂的种类和数量的控制，也取决于反应温度。

非常需要有效的回收技术以重新使用泡沫材料废料，尽量减少这些泡 沫材料的原料资源，降低或消除聚合物泡沫材料废料处理的不利环境影响， 并使聚合物泡沫材料生产在成本上更加有效。

最好通过将泡沫材料碎片减小为最大颗粒尺寸约2mm的颗粒并在制 造新的软质PUR泡沫材料时引入粉碎颗粒来循环软质PUR泡沫材料，参见 例如美国专利No.4,451,583(Chesler)。在Chesler工艺中，将粉碎后的颗粒 加入用于新PUR的反应混合物或反应性液体组分之一如多羟基化合物中， 并随后按照常规方式制备新的软质泡沫材料。低温研磨作为一种优选用于 形成所需泡沫材料碎片颗粒尺寸的研磨技术而公开于该专利中。

美国专利No.5,411,213(Just)给出了一种用于研磨聚合物如PUR的工 艺，其中加入抗聚结或分隔剂并使用例如双辊磨机对材料进行压缩剪切力 处理。在公开于美国专利No.4,304,873(Klein)的另一技术中，软质PUR泡沫 材料的微片通过将粉碎的软质PUR泡沫材料和冷却流体(例如水)经受多 个冲击表面的重复冲击来制备。在公开于美国专利No.5,451,376(Proska等 人)的另一技术中，公开了一种PUR泡沫材料粉碎工艺和装置，其中通过一 个或多个喷嘴向粗粉碎材料和液体PUR反应组分之一的混合物施加压力来 进行细粉碎。

废泡沫材料物体，如汽车缓冲材料可被脂肪或油污染物污染，它们使 得新泡沫材料的形成不稳定。美国专利No.5,882,432(Jody等人)描述了一种 从较大的PUR泡沫材料片中直接去除油或脂肪污染物的工艺。

包含聚合物泡沫材料表皮废料的泡沫材料边角料通常在泡沫块料的外 部形成块状料，难以使用最适合研磨聚合物泡沫材料的常规研磨条件进行 有效研磨。泡沫材料的绝热性能使得难以在较长时间的生产运转中连续研 磨泡沫材料，这是由于研磨温度往往随着研磨的进行而增加，这可能导致 聚合物泡沫材料的热降解。生产污染物导致较高的研磨温度。另外，泡沫 材料片和泡沫材料粉末是难以大量处理的材料，这是由于这些产品在各种 加工设备中容易桥接。另外，泡沫材料粉末往往覆盖加工设备如输送机、 磨机和筛网的表面。

生产泡沫材料得到的边角料还难以研磨而重新用作泡沫材料粉末，这是 由于它们通常被用于块状料生产的生产污染物所污染，如塑料膜或片材(通 常是聚合物如聚苯乙烯或聚烯烃，如聚乙烯和聚丙烯)、塑料网或纸。这些 塑料可因为在研磨工艺过程中所产生的热而覆盖粉碎设备的研磨表面。纸污 染阻碍了泡沫材料的粉碎，尤其是在粉碎得到非常小的泡沫材料颗粒时，这 是由于纸的研磨性能明显不同于聚合物泡沫材料。纸也可涂有聚合物。这些 污染物的大颗粒在随后的泡沫材料生产中造成处理问题并造成所得泡沫材 料的质量问题。这些问题包括：PUR-泡沫材料成分(包括泡沫材料粉末和活 性氢化合物的混合物，如淤浆)的高粘度、所得泡沫材料的泡孔结构差、较 大泡沫材料颗粒的可见性、以及该泡沫材料的质量和感觉不好。

被粘合剂污染的泡沫材料碎片难以使用常用于粉碎和输送所得泡沫材 料片或泡沫材料粉末的技术进行处理。粘合剂通常造成泡沫材料片或泡沫 材料粉末相互粘附和与输送和/或处理设备如磨机的粘附。在用于制备新泡 沫材料的泡沫材料粉末中，所存在的粘合剂可使聚合物泡沫材料在其形成 过程中不稳定。

用于处理聚合物泡沫材料的成本有效的改进技术、方法、和设备都是 需要的，这样可提高聚合物泡沫材料和泡沫材料粉末处理步骤的整体改进， 使用较宽范围的泡沫材料组合物用于新泡沫材料的粉碎和再利用，提高对 处理设备和方法的控制和可靠性，降低操作和材料成本，并提高资源利用。 尤其是，需要一种改进的处理技术和设备，用于(1)粉碎聚合物泡沫材料， 包括生产污染物如聚合物泡沫材料表皮、聚合物片材或纸，(2)防止或降低 聚合物泡沫材料在粉碎过程中过分受热，(3)处理包含各种各样的生产污染 物和消费者污染物的泡沫材料产品和(4)使用由聚合物泡沫材料(包含生产 污染物和消费者污染物)作为新泡沫材料中的成分而制成的泡沫材料粉末。

以上引用的文件都没有公开本文所述的创造性工艺和泡沫材料产品。 本发明的综述

本发明提供了用于聚合物泡沫材料处理的新的方法和设备，尤其用于 粉碎(如研磨，粉碎或研磨)聚合物泡沫材料、优选含有生产污染物和也许 后消费者污染物的那些泡沫材料的方法。这些新的方法和设备减少了聚合 物泡沫材料在处理过程中的过分受热并提高了含有各种污染物的聚合物泡 沫材料产品的处理性能。

将含有生产污染物的聚合物泡沫材料在双辊磨机中粉碎。将所得粉碎 的泡沫材料粉末骤冷，从而冷却已粉碎的泡沫材料粉末和粉碎工艺设备。

在本发明的一个变型中，使用了一种新的收集腔，分别用于收集来自 双辊磨机的聚合物泡沫材料粉末和用于借助气态冷却介质来骤冷已粉碎的 泡沫材料粉末。

本发明的另一变型涉及一种用于筛选聚合物泡沫材料粉末的新型筛选 器。该设备采用一种圆柱状筛选管和拍打器棒从较大的泡沫材料片中分离 泡沫材料颗粒。

由含有生产污染物如PUR泡沫材料表皮、聚合物片材(通常是聚乙烯、 聚丙烯或聚苯乙烯)和纸(也许是涂覆的)的PUR泡沫材料制成的PUR泡沫 材料粉末随后用于制备新PUR泡沫材料。

在本发明的又一变型中，采用了一种用于双辊磨机的新的能量优化方 法，其中最快的辊例如由电动马达驱动，而最慢的辊则通过两个辊之间的 摩擦而由第一辊间接驱动。

在本发明的又一变型中，采用了一种新的加料速率控制方法，用于控 制将聚合物泡沫材料片加入磨机的速率。这种新方法使用例如磨机的能量 消耗来控制输送设备将泡沫材料片加入磨机的速率。

本发明工艺包括从泡沫材料粉末中去除油和脂肪和从聚合物泡沫材料 粉末中去除粘合剂污染物或破坏这些污染物的粘附性能的步骤。

附图的简要描述

图1是一个方框图，示意地说明本发明的一般聚合物泡沫材料粉末工艺。

图2是一个流程图，示意地说明图1所示工艺的碎裂和筛选部分。

图3给出了本发明具有溢出结构的泡沫材料片储存容器的示意图。

图4给出了泡沫材料粉末输送体系的示意图。

图5给出了开口端面扇的示意图，其中将部件打开。

图6示意地表示旋风分离器。

图7是一个流程图，示意地说明图1所示工艺的另一碎裂和筛选部分。

图8是一个流程图，示意地说明图1所示工艺的粉碎和筛选部分。

图9是一个流程图，示意地说明一种通过辊磨机控制输送机速度的技术。

图10A给出了本发明示差速度辊磨机设备。

图10B给出了一种适用于控制图10A的示差速度辊磨机设备的控制器。

图11给出了本发明利用骤冷工艺的收集腔的透视图。

图12是将图11所示收集腔定位的示意图。

图13A给出了本发明筛选设备的透视部件分解图。

图13B给出了图13A所示法兰的透视图。

图14A和14B示意地描绘了通过图13的筛选设备的气流。

图14C给出了图13A的筛选设备上的空气控制器。

图15描绘了用于图13A筛选器筛网的筛网张力调节机构。

图16示意地表示图1所示的粉碎和筛选设备。

图17是一个流程图，示意地说明图1所示工艺的溶剂洗涤特征。

图18是一个流程图，示意地说明图1所示工艺的连续混合程序。

图19是一个流程图，示意地说明图1所示工艺的间歇混合程序。

图20是一个流程图，示意地描绘图1所示工艺的粉碎步骤。

图21是一个流程图，示意地描绘图1所示工艺的另一处理程序。

图22图示了实施例所示的按照本发明产生的泡沫材料粉末尺寸分布。

图23图示了实施例所示的按照本发明产生的泡沫材料粉末尺寸分布。

本发明的描述

在描述本发明及其变型时，某些术语为了清除起见而使用。这意味着， 这些使用包括所引用的变型以及所有的等同变型。

总体工艺

图1给出了本发明工艺的一个优选变型，其中采用一种集成工艺用于粉 碎聚合物泡沫材料，以制备泡沫材料粉末颗粒并随后在新形成的聚合物泡 沫材料中引入泡沫材料粉末。本发明工艺的各种处理步骤可结合起来共同 发挥作用，形成一种如图1所示的集成工艺。图1汇总地示意说明了具有处 理步骤200、300、400和500的集成工艺150。每个处理模块包括一个或多个 处理步骤或程序。处理模块200包括将含有聚合物泡沫材料的制品碎裂以制 备较小的泡沫材料片的过程。该模块包括第一步粉碎，例如更详细描述于 图2和7。图3、4、5和6给出了在本发明工艺中用于将泡沫材料由一个阶段 输送至另一阶段的设备的构造。图1中的处理模块300给出了第二步粉碎， 其中泡沫材料粉末颗粒由泡沫材料片制成，后者得自在处理模块200中进行 的工艺。描绘于图1的模块400包括一个用于制备泡沫材料粉末和一种或多 种可聚合液体的混合物的工艺。视需要，泡沫材料粉末和可聚合液体的混 合物可使用处理模块400的方法进行粉碎，这样提供对泡沫材料颗粒的第三 步粉碎。图1中的模块500包括用于制备固体聚合物泡沫材料的工艺步骤， 其中将各种成分加入泡沫材料粉末和可聚合液体的混合物中，并随后将该 混合物聚合形成已引入本发明泡沫材料粉末的新的泡沫材料。

第一步粉碎

处理模块200(图1)包括处理程序210(示于图2)和另一处理程序250(描 绘于图7)。这两个处理程序一般区别在于在第一步粉碎中碎裂的聚合物泡 沫材料产品和泡沫材料制品的种类。回到图2，处理程序210中的第一步骤 212包括，将含有未污染泡沫材料的泡沫材料产品和制品或仅被生产污染物 污染的泡沫材料制品进行碎裂。本文所用的术语＂未污染的泡沫材料＂包括 基本上没有生产污染物和其它污染物(如金属、木材、纤维和其它聚合物 复合物)的聚合物泡沫材料产品或制品。如上所述，术语“生产污染物” 包括通常存在于聚合物泡沫材料制造过程中的材料，如纸、塑料涂覆的纸， 和聚合物膜或网以及泡沫材料表皮。泡沫材料表皮是在泡沫材料聚合反应 工艺过程中形成的非泡沫的层或密度很高的泡沫材料层。这些塑料膜用于 给制造上述“泡沫块料”或“长面包”所用的形式加衬。所用的塑料通常 是聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯，但其它的聚合物也是合适的。适用于泡沫材 料碎裂步骤212的方法包括使用本领域普通技术人员熟知的任何技术来降 低尺寸。适合在步骤212(图2)中将泡沫材料碎裂的尺寸降低设备的例子包 括这样的粉碎设备类型，例如采用以不同速度反方向旋转的两个辊的辊粉 碎机、利用例如锤粉碎机的冲击磨机、采用在单个辊上采用粉碎机齿或使 用锯齿和反方向旋转的间隔组件的粉碎机、采用连接到高速旋转的转子上 的钩状环的环磨机、以及将辊与研磨环结合使用的环辊磨机。优选用于步 骤212的尺寸降低设备的例子包括旋转研磨机、锤磨机和剪切粉碎机。

如果聚合物泡沫材料被粘合剂污染，该泡沫材料应该首先进行处理以 去除粘附性能。这样能够有效地将泡沫材料碎片转化成泡沫材料粉末。合 适的处理技术包括溶剂洗涤或将粘合剂污染的泡沫材料进行微波、红外或 UV辐射处理。

使用本领域普通技术人员熟知的任何技术将泡沫材料产品和制品引入 (未示)步骤212的尺寸降低设备中，例如将泡沫材料制品手工加料到碎裂设 备中或使用料斗和/或输送机。可以理解，可以在步骤212之前进行初步尺寸 降低步骤(未示)，将泡沫材料制品减小至适合步骤212的碎裂处理的尺寸。

得自步骤212的小泡沫材料片的尺寸最好低于约10cm。优选，该尺寸 低于约2cm。特定的尺寸范围通过在所需操作参数下操作步骤212的尺寸降 低设备、随后进行筛选步骤214而得到(图2)。由步骤212的碎裂设备出料的 泡沫材料片在步骤214中筛选，得到具有目标尺寸(如不大于约10cm)的 泡沫材料片和过大的片(包括大于目标尺寸的泡沫材料片)。适用于筛选步 骤214的设备包括使用旋转、振动、振荡或往复筛网的熟知的筛选设备。

过大的片在处理程序210的步骤216中回收至碎裂设备(图2)。回收步骤 216包括使用设备如传送带、输送螺杆或气动输送(即在气流中输送)，将 这些泡沫材料片返回至步骤214的碎裂设备。使用常规输送技术例如传送 带、输送螺杆或气动输送，将目标尺寸范围内的泡沫材料片在步骤218中传 送至泡沫材料片储存步骤220。通常，适用于本技术的碎裂设备具有用于筛 选和回收过大片的内置组件(步骤212、214和216)。

用于进行任选的储存步骤220的储存设施可包括例如用于储存大量固 体的储存箱、盒和仓。优选，与常规出料方法相比，提供一种按照本发明 的泡沫材料片出料方法以帮助从步骤220的储存设施中排出泡沫材料片。适 合进行本发明储存方法的设备示于图3。本发明出料方法包括在储存容器 230中储存泡沫材料片，其底部具有一个用于例如振动、振荡或摇动运动的 机械活动的筛网232，并优选具有筛网孔，即筛网开口的尺寸比最大泡沫材 料片的最大直径(即泡沫材料片的最大尺寸)大至少约2％。可在筛网232 和储存容器230之间提供柔性连接234以帮助筛网的电机械活动。本发明方 法另外包括在筛网下方运动的输送表面236。

视需要，运动输送表面之上具有突起238(图3)，它在约等于筛网孔尺 寸的距离内与筛网非常靠近。这些突起可以是安装在输送表面上的支架或 柔性或刚性条或棒。优选，这些突起由输送表面延伸约0.3-7.5cm。输送表 面可以角度0°-30°相对于筛网方向倾斜、在一个平面上、或与之平行，从 而储存容器的所有部分可获得一致的出料速率。我们已经发现，筛网为储 存容器中的材料(即泡沫材料片)提供支撑，这样降低了该材料在输送表 面上的重量并能够使用更简单、更成本有效的和不太大的输送设备。筛网 和输送表面的这种组合防止在输送表面和筛网没有活动时泡沫材料片从储 存设施中的重力辅助流动。

暂时回到输送步骤218，可以使用一个或多个扇，利用气流将泡沫材料 片吹过或输送通过本发明工艺中的导管或输送管。例如，可以将两个扇与 旋风分离器结合使用。适合采用旋风分离器和两个扇以输送泡沫材料片或 泡沫材料粉末的设备示于图4。第一扇270与旋风分离器274的入口272相连， 将悬浮在空气中的泡沫材料片或泡沫材料粉末颗粒加入旋风分离器274中。 第二扇276与旋风分离器出口278相连，通过出口278从旋风分离器中去除空 气或其它输送气体。这些扇通常设计和操作使得在旋风分离器材料出口280 处获得最佳向下压力，这样消除了旋风分离器在处理泡沫材料片或泡沫材 料粉末时所独有的堵塞问题。旋风分离器材料出口280中的向下压力也可通 过用例如可调挡板、过滤器、袋滤器或其它的限制来改变旋风分离器空气 出口278中的压力而调节。两个扇优选使用所谓的“开面”设计。

图5示意地说明一个开面扇282。该扇具有一个基本上圆柱状的外壳 284、前盖286和后盖288。外壳284内是一个圆盘状板290，它安装使得驱动 机构(未示)在使用时旋转该圆盘。在圆盘上安装几个桨状轮叶，如轮叶294 和296。在轮叶和前盖286内部有明显的间隙，得到一种开面设计。入口位 于前盖286的开口298处。出口299位于圆柱腔的外周上。当圆盘290旋转时， 产生离心力，从而将空气或悬浮在空气中的泡沫材料粉末颗粒由入口298 输送至出口299。

气动输送技术通常包括从所输送的材料中分离输送气体的步骤。最适 合于此的位置是在该输送材料从输送工艺中出料时的位置。可以使用旋风 分离器去除过多的空气，但在输送泡沫材料时，泡沫材料片和泡沫材料粉 末可能覆盖旋风分离器的内壁。另外，泡沫材料片和泡沫材料粉末容易堵 塞旋风分离器的出料口。与在旋风分离器中使用泡沫材料有关的这些涂覆和 堵塞问题可通过使用一种伸长的柔性元件283而缓解，参见图6，它由旋风分 离器287的上部285悬挂并向下延伸和连接到位于旋风分离器底部291上的旋 风分离器材料出口289上。旋风分离器内的气流造成柔性元件283弯曲并在旋 风分离器内运动，从旋风分离器壁287的内部和从旋风分离器材料出口289 连续去除泡沫材料。适用于柔性元件283的材料包括绳、塑料和橡胶管或胶 管、塑料链和金属链。最优选的是由工程聚合物如芳族聚酰胺聚合物(如 Kevlar)构成的绳。空气在入口293处进入旋风分离器并通过出口295排出。

在本文所示的设备中，图4-6所示的输送设备和工艺以及它们的各部分 可以各种方式用于输送泡沫材料片和泡沫材料粉末。

另一个第一粉碎步骤

如图7所示，工艺模块200的处理程序250(图1)可用于例如存在于椅子、 车座和类似物中的、被例如木材、纤维、皮革、含铁和非铁金属、塑料和 玻璃污染的聚合物泡沫材料产品和制品。如上所述，这种污染物称作“消 费者污染物”或“后消费者污染物”。这些含泡沫材料的产品和制品在碎 裂步骤252中使用尺寸降低设备进行碎裂，该设备可以类似于在图2所示处 理程序210的泡沫材料碎裂步骤212中所述的设备。可以理解，步骤252中的 尺寸降低设备的具体尺寸取决于污染物的种类。例如，与织物污染物时的 设备相比，金属污染需要具有较高能量输入和较高耐磨性的尺寸降低设备。

在碎裂步骤252之后，材料在分拣步骤254中进行分拣，以便去除在污 染去除步骤256中的显著污染物。这些分拣方法包括本领域普通技术人员熟 知的任何技术。例如，含铁金属可通过磁铁而去除。非铁金属可在这些金 属感应涡电流之后进行磁分离。后消费者污染物如木材、纤维、皮革、塑 料和玻璃可使用常规淘析方法去除，其中例如在向上流动的气体如空气、 气流中通过重力作用分离碎片。

如此得到的泡沫材料片可在步骤258和260(图7)中根据尺寸进行筛选 和回收，这分别类似于描绘于图2的处理程序210的步骤214和216。回到图7， 泡沫材料片的目标尺寸级分在步骤262中输送并在步骤264中储存，其中这 些步骤分别类似于图2的步骤218和220，包括将泡沫材料片由采用图3所述 机械活动筛网的储存设施出料的创造性步骤。

研磨步骤控制器

如图8的处理程序300所述，含有生产污染物的泡沫材料片在步骤310 中输送至研磨或粉碎步骤314，如步骤312所示视需要去除输送气体。合适 的输送设备包括在图4-6中描述的设备。但公知的是，难以可靠地控制泡沫 材料片的加料速率，因为它们的堆积密度低且容易桥接。根据本发明，现 已发现，磨机生产量可使用其中输送速率由粉碎速率控制的输送方法而优 化。在该技术的一个变型中，磨机的功率消耗在粉碎工艺过程中受监控。 随后采用电反馈技术将磨机功率消耗与加料速率电连接。例如，如果在磨 机上输送过量的泡沫材料片，磨机功率消耗通常会增加。来自较高功率消 耗的信号可反馈到输送设备，使得输送设备降低泡沫材料片至磨机的输送 速率。类似地，如果泡沫材料片至磨机的加料速率低，该磨机通常使用较 低的功率。磨机的功率下降信号可随后反馈至输送设备，使得它增加输送 速率。磨机功率消耗与泡沫材料加料速率之间的关系可针对不同的泡沫材 料通过实验确定。这种新的磨机加料控制方法示于图9，其中将辊磨机马达 电流迁移信号送达PID(比例积分衍生物)控制器364，它随后控制输送机速 度366。PID控制器和使用PID控制器的技术是本领域普通技术人员熟知的。

除了使用辊磨机电流迁移或功率消耗来度量泡沫材料至磨机的输送速 率，可以采用其它的类似标记。例如，如果使用水力马达向输送设备提供 动力，可以使用水压或液压流速。

处理含污染物的泡沫材料粉末

得自处理模块200的方法的泡沫材料片使用粉碎步骤314进行粉碎，参 见图8，制得的泡沫材料粉末具有颗粒尺寸约2mm或更小，优选小于约0.25 mm，但往往大于约0.001mm，如0.005mm(包括尺寸范围如0.001-0.010 mm，0.001-0.020mm，0.001-0.045mm，0.001-0.150mm，0.005-0.010mm， 0.005-0.020mm，0.005-0.045mm，0.005-0.150mm，和这些值的任何子范 围)。可以理解，颗粒尺寸为2mm或更小的泡沫材料粉末包含泡沫材料气泡 或泡孔的破碎部分，而没有任何显著体积分数(如低于约7.5％，优选低于 约5％和最优选低于约2.5％体积)的完整泡孔或气泡。优选，大部分(或所 有的)颗粒的尺寸使得在观察一个接一个颗粒的基础上，微观泡沫材料结构 没有从中心会合处突出的延伸部分。该粉碎步骤在本发明工艺中是第二步 粉碎。我们已经发现，被生产污染物如聚合物泡沫材料表皮、纸和塑料膜 或网污染的聚合物泡沫材料可有效地采用一种对排出的泡沫材料粉末进行 快速冷却的骤冷技术在双辊磨机上粉碎。在所述颗粒范围内的粉碎后的泡 沫材料粉末可包含多达75％重量的聚合物泡沫材料表皮，或较少的量，包 括范围20％-60％，20％-50％，20％-65％和任何最高75％的子范围。该工 艺的一个优点在于，可以包含非常大量的这些聚合物泡沫材料表皮和其它 的生产污染物，但是仍然能获得小颗粒尺寸的泡沫材料粉末。

所得材料(泡沫材料粉末)可包含PUR泡沫材料和任何一种或多种生产 污染物或基本上由它们组成。我们已经发现，该工艺在生产含有任何一种生 产污染物的粉碎泡沫材料颗粒方面是非常一致的。泡沫材料粉末理想地由至 少一些、优选5％或10％重量或更多的软质PUR泡沫材料制成，但包含少量 (如果有的话)的任何硬质或半硬质泡沫材料。当然，可以使用硬质和半硬质 泡沫材料获得该工艺的效果，但其它工艺也适合处理硬质泡沫材料。

骤冷研磨步骤

泡沫材料粉末在图8所描绘的出料步骤316中排出磨机。聚合物泡沫材 料在磨机如双辊磨机上的粉碎使得泡沫材料的温度在其经过研磨区时增 加。例如，粉碎泡沫材料可使泡沫材料升温至高达150℃，高于常用热塑性 塑料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和类似物的软化温度。这种温度升高可 导致聚合物泡沫材料的热降解，尤其是在该泡沫材料几次经过该磨机时。 例如，高密度聚乙烯的软化温度是约135℃。热塑性材料在粉碎过程中的软 化或熔化导致磨机效率下降，因为这些往往在粉碎过程中粘附到磨机表面 上或聚结形成硬片或团块。另外，高温影响泡沫材料的粉碎特性。例如， 在这些温度下，PUR泡沫材料和/或泡沫材料粉末会在磨机辊上形成层。尽 管内冷却磨机辊提供某些有益的冷却，但它们一般不能提供所需的冷却水 平。我们已经发现，如果泡沫材料粉末产品离开辊表面时将其“骤冷”， 冷却后的泡沫材料粉末既不会聚结，也不会粘附到辊上。具体地，非常希 望将冷却介质直接放置在两个辊之间的辊隙处以获得该工艺的最大益处。 类似地，对辊自身也存在一种直接和/或间接的传热作用。“骤冷”是指， 泡沫材料粉末和冷却介质之间的温差为5-10℃至最高125℃，优选在25℃和 125℃之间，和最优选在50℃和100℃之间。优选，冷却介质在低于115℃的 温度下加入。另外非常理想的是，该冷却介质以湍流形式例如在辊之间的 辊隙处在泡沫材料粉末产品离开辊表面时加入其上，进一步，所得的泡沫 材料粉末和冷却介质的混合物为湍流。优选，冷却介质的质量流速的值是 泡沫材料粉末产品的质量流速的至少3％。对于由该工艺制成的大多数粉 末，该值还是造用于稀释相气动输送的最大值。更优选，冷却介质的质量 流速的值是泡沫材料粉末产品的质量流速的至少30％。

在本发明中，优选在步骤318中在泡沫材料粉末由磨机排出时，将气态 冷却介质(如补充输送空气)注射或吸入气动输送体系中以使泡沫材料粉 末骤冷。另外，气态冷却介质如空气可在再循环回路的任何地方加入气动 输送体系中。加入空气的一种优选方法是例如在扇之前，在压力低于大气 压的导管的截面上，提供一个使用挡板进行流量控制的空气入口。例如， 我们已经发现，对于约450kg/hr(990lb./hr.)的净泡沫材料粉碎速率，如果 在直径20cm(8英寸)的导管中在环境温度下采用约42.5m3/分钟(1500cu.ft./ 分钟)骤冷空气流速的空气，可得到高度的湍流，这样有效地冷却泡沫材料 粉末。同样，冷却介质流优选为湍流状态。

合适的冷却介质的例子包括：气体如空气、氮、二氧化碳或这些气体 的混合物，另外包含液滴或液体蒸气如水、醇、酮、烷烃或卤化溶剂的那 些气体。加入液滴用于蒸发冷却。优选，用于这些介质的液滴应该具有约 0.06mm或更小的液滴尺寸。另外优选在用于本工艺之前将气态冷却介质冷 却至低于环境的温度。

在讨论骤冷概念之前，考虑粉碎步骤。粉碎步骤314可通过使用如图 10A和10B所示的本发明的双辊磨机来进行。图10A给出了一对辊：较快的 驱动辊311和由快辊311驱动的较慢的辊313。“较快”和“较慢”在本文中 是指辊的相对表面速度。存在一种示差速度，此时辊接触并剪切两者之间 的泡沫材料。在本发明的该变型中，最快的辊311可由电动马达或类似物(未 示)驱动，而第二辊313则通过在直接驱动辊与两辊间辊隙中的材料之间的 摩擦而由第一辊间接驱动。

慢辊313的速度下降是使用闸瓦315通过图10A所示的机械闸获得的， 这样保持两个辊之间的所需速度比率。当然，速度下降可通过产生电或液 压功率而得到。我们已经发现，两个辊之间在表面速度上的示差极大地提 高了粉碎步骤的效率。相应表面速度的比率可以在10∶1和刚刚超过1∶1之 间，优选在10∶1和3∶1之间，更优选在8∶1和3∶1之间，和最优选在5∶1和3∶1 之间。辊的外周速度一般为0.1-10m/s，优选0.1-4.5m/s和最优选0.1-3.0m/s。

图10B示意地给出了用于图10A设备的控制方案的概要，其中慢辊的扭 矩输出通过控制器314监控并用于控制由慢辊313至快辊311的扭矩反馈，这 样保持所需的辊速度示差。

本发明设备的骤冷器特征

在图11和12中使用骤冷器特征的一个例子。骤冷器存在于收集腔402 中。腔402的第一侧壁421具有一个边缘422，它与具有第二辊428的双辊磨 机的第一辊426的圆柱表面424非常靠近。边缘422基本上平行于圆柱表面 424。腔底430将侧壁421与具有边缘(未示)的第二侧壁(未示)连接，该边缘 与第二辊428的圆柱表面432非常靠近。第一端壁434与两个侧壁连接。该端 壁具有一个与圆柱表面424和432非常靠近的边缘。端壁434基本上垂直于圆 柱表面424和432。类似于第一端壁434的第二端壁438与第一端壁相对放置。 优选，侧壁和端壁的边缘紧密地装配到辊上以避免辊和边缘之间任何明显 的间隙。优选，侧壁422和端壁436的边缘配有一个由比辊更软的材料例如 聚合物材料制成的框，这样可紧密地装配辊而不会造成对辊表面的损害。

刮料机棒440和442定位使得它们分别接触(或几乎接触)圆柱表面424 和432。刮料机棒用于去除粘附到辊426和428上的基本上所有的泡沫材料。 我们的工艺在基本上所有的粉碎泡沫材料落入下腔时以最佳方式操作。刮 料机棒可通过槽(如槽443)装入腔的端壁。端壁434中的入口444用于引入 气态冷却介质，而端壁438中的出口446提供当聚合物泡沫材料片在辊426 和428上粉碎时排出的聚合物泡沫材料粉末的出料。可以理解，入口和出口 的定位仅是说明性的。另外，入口和/或出口可位于侧壁中或腔的底部。另 外，可在腔的底部安装一个螺旋钻，例如与入口444和出口446对齐，以帮 助泡沫材料粉末从该腔出料。

如图12所示，双辊磨机的辊如辊426通常安装在磨机的侧支架448和450 中。腔402使用本领域普通技术人员熟知的安装方式安装(未示)到侧支架上。 在另一设计(未示)中，如果侧支架448和450适合提供用于到达入口444和出 口446的空间，该腔可沿着辊的整个长度延伸。刮料机棒如刮料机棒440安装 到侧支架448和450上。另外，刮料机棒可安装到腔402上。优选，刮料机棒 安装在可调位置上，这样有效地与磨机辊表面匹配。通常，辊426和428配有 导向装置，例如导向装置452和454(图12)，以保持泡沫材料远离辊的端部。

如图8所示，泡沫材料粉末在输送步骤320中由骤冷步骤318输送。如图 4-6所示的气动输送步骤和设备可用于将泡沫材料粉末输送至泡沫材料粉 末筛选步骤324。如果采用气动输送，优选在输送气体去除步骤322(图8)中 分离泡沫材料粉末。可以在步骤322中使用常规的旋风分离器，但优选使用 例如描述于图6的旋风分离器。

泡沫材料粉末可使用在图2所示处理程序210的筛选步骤214时所述的 任何常规种类的筛选设备进行筛选。

回到图8，过大的泡沫材料颗粒在步骤326中通过一个再循环回路返回 至粉碎步骤314。通常，步骤326包括气动输送和使用旋风分离器(未示)以 便从气动空气中分离再循环的泡沫材料，其中在如图8所示将过大的泡沫材 料颗粒再循环至粉碎步骤314时使用常规旋风分离器或如图6所示的旋风分 离器。另外，如果过大的级分包含显著量的一般为后消费者污染物和/或难 以在粉碎步骤314中粉碎的污染物的材料，有利地是将过大的颗粒排出经过 一个任选的新型清洗步骤328。再循环回路的清洗通过一个适合从回路中去 除材料的设施或组件例如分流器阀(未示)而实现。

筛选器

在任何情况下，泡沫材料粉末筛选步骤324(图8)优选在本发明筛选设 备或筛选器374中进行。图13A、13B、14A、14B、14C和15给出了一种本 发明的筛选器，其能够降低或消除与输送和处理泡沫材料粉末有关的许多 处理问题，这些问题包括在处理设备上的包覆、筛网的堵塞和桥接，正如 以下更详细的描述，本发明筛选器374具有几个来自其机械设计的明显益 处。尤其是，在非常靠近圆柱筛网装置处使用旋转的拍打器棒能够提高筛 选效率，将筛网靠近筛选器外壳放置并结合使用真空能够在将坚韧的泡沫 材料粉末带离筛网的筛选装置附近的半圆周流动中促进非常高速的流动， 空气经过该筛选装置的轴向流动能够携带较大的泡沫材料片而不会桥接或 粘结，且筛选器筛网的设计能够调节飞行性质。

图13A给出了本发明筛选器374的透视、部件分解图。本发明设备包括 泡沫材料粉末入口部分376，和采用法兰382的筛网外壳378。将用于连接 筛选管393的法兰连接到法兰385上。螺纹棒386(也许3个或多个)通过螺纹 孔356活动连接到筛网拉紧法兰385上。螺纹棒356可具有扳手平面或类似 物，其中用于支撑弹簧375的凸肩387在另一端。筛网拉紧法兰385的细节示 于图13B。弹簧375在凸肩387和环法兰392之间压缩。环法兰392被活动支 撑在泡沫材料粉末入口部分376的法兰377上。环法兰392配有第二法兰，用 以连接与法兰393相对放置的筛选管391。螺纹棒386可在筛选器操作时旋 转。通过旋转棒386，环法兰392沿着法兰377轴向运动并因此向筛选管391 提供轴向张力。弹簧375提供一种无源机械，这样在筛选管391拉伸或松弛 时将筛选管上的张力保持在近似恒定的水平。

轴388基本上沿着外壳378的中心轴放置，使得它由筛网拉紧法兰385 延伸通过外壳378和入口部分376。轴388旋转并在入口部分376中使用例如 轴承358而居中。驱动机械，例如电马达、蒸汽涡轮机等(也许附带有齿轮 箱)使轴388旋转。轴388支撑在一个例如使用蜘蛛轴承与拉紧法兰385连接 的轴承389上。轴承389优选使得轴388可在其中轴向滑动。这使得轴承389 成为筛网拉紧法兰385的整体部件，该装置的组装和拆卸简单，而且容易实 现该轴承的维护或替换。

在拉紧法兰385内的轴承389附近的区域提供了一个泡沫材料粉末出料 出口410。泡沫材料粉末出料收集盖412(图13A)用于接收由粉末出料出口 410排出的粗颗粒(可包含细泡沫材料粉末、粗泡沫材料粉末和泡沫材料片) 并将它们经漏斗送达粗泡沫材料粉末出口416。盖412安装使得具有可调宽 度(以下给出并根据图14B更详细描述)的间隙414位于法兰385和盖之间。

将泡沫材料粉末加料机械390如螺杆或螺旋钻安装到轴388上。加料机 械390延伸到外壳378中。该设备的中心是一个一般为圆柱状的筛网组件或 管391。筛网组件391由尺寸合适的筛网材料制成并一般连接到法兰或环392 和393上，以便向筛选组件391提供总体圆柱状的形式并提供连接点以安装 和伸展该筛网。筛选组件的法兰393连接到拉紧法兰385上。

合适的筛选材料包括有机织物如聚酯和尼龙以及金属如不锈钢丝网。 典型的筛选管的长度与直径的比率为0.1-3，优选0.2-2。

轴388上安装有位于筛选管391内的拍打器组件。拍打器组件包括一个 或多个连接到轴388上并旋转的拍打器棒395、396和397。拍打器棒一般定 位基本上与筛选管391的内部和与轴388的轴平行。当然，拍打器棒可相对 于轴388螺旋，与轴388的角度为0-60度。拍打器棒优选可调地连接到支架 上，这样在棒和筛选管391的内部之间提供可调间隙。拍打器棒可由各种材 料如金属、橡胶和塑料或金属和橡胶之类材料的组合构成。

图14A、14B和14C描绘了本发明筛选设备的操作的各个方面。在图14A 中，将真空或吸力施加到泡沫材料粉末出料出口383的出口上。这种吸力又 将气流引向筛网391和筛网外壳378之间的环形空间。筛网391和筛网外壳378 非常接近，例如在许多情况下间隔为2英寸或更小，而且这种接近提供了一 种穿过环形空间的高速气流，这样带走任何已经过筛网391的泡沫材料颗粒 或泡沫材料粉末。在所述环形空间中的半环状通道附近的平均气体速率为 2500-6500英尺/分钟(fpm)，优选4000-5500fpm和最优选约4500-5000fpm。 该气流一般被认为与穿过筛选组件391中心的气流稍微隔离。

图14C给出了一个任选的变型，它增强了该设备保持无堵塞的能力。 我们已经发现，通过“活动”或振动筛网材料，例如振动或弯曲筛选管391 的筛网材料，该筛网一般保持不会有通常与筛选泡沫材料粉末有关的堵塞 问题。振动运动可通过将管391经受在频率优选约0.01-1000Hz的筛网振动 中得到的脉冲空气流而得到。这种脉冲空气流可由各种设备产生。图14C 给出了一种产生这种脉冲的创造性方式。自由旋转的板353位于槽384上。 随着空气通过该板，它旋转并在接近槽时立刻将气流限制到槽384中。随着 它继续旋转，它打开并使气体流动。高速旋转造成气体速率的摆动和筛网 391的随后摇动。当然，可以考虑，该旋转板可放置在筛选器出口(如，泡 沫材料粉末出料出口383或粗泡沫材料粉末出口416)或在导向(如，泡沫材 料粉末入口部分376)或远离筛选器的气体导管处。旋转板353也可例如用电 马达以频率约0.01-1000Hz驱动。

图14B描绘了穿过或沿着筛网组件391的轴通过的其它主要气流。在这 种情况下，将真空或吸力施加到出料漏斗412的出口416上。这导致流过筛网 组件391的内部并流过位于末端漏斗412的边缘的槽414。气流的这种“行动” (staging)使得较大的泡沫材料片更慢地由筛网组件391的内部前进至出料 端，同时被拍打器棒拍打。同样随着泡沫材料片离开筛网组件391，进入槽 414的所加气流、以及在出口416处的较低横截面积将较大的泡沫材料片强制 携带出该装置374。气流的这种行动基本上消除了在本发明筛选器374中桥接 的可能性。

显然，图14B所示的槽414的尺寸可通过相对于法兰385移动该出料漏 斗412而调节。合适的槽调节例如能够防止泡沫材料粉末“旁通”到出料漏 斗412中。这样，可获得材料在筛网组件内的最佳停留时间。同样，槽384 可制成可调节的，以便在筛网391周围进行合适的空气流动。

本发明另一有用的方面在图15中给出。由于使用本发明的设备，所以 筛选组件391的筛网材料伸展并可能开始摆动或颤动。这可能造成筛网材料 的早期损失。太多的筛网松弛可能影响拍打器棒，一般是灾难性的后果。 我们的筛选器筛网391的操作张力可容易地通过使用图15所示的螺纹调节 棒386而调节。该工艺无需为此调节而停止。

为了优化本发明筛选设备374的操作，我们已经发现，优选筛选细和粗 泡沫材料粉末和泡沫材料片的混合物，使得该混合物具有这样的颗粒尺寸， 即低于约一半的加料材料包含足够小以通过该筛网的颗粒且大部分的加料 材料包含具有不能通过该筛网的颗粒尺寸的泡沫材料颗粒。定性地说，拍 打器棒利用较大的颗粒“擦拭”筛网并将较小的颗粒推过筛网开口。

将目标尺寸范围内的泡沫材料颗粒由步骤324(图8)的筛选设备排出并 可输送至一个任选的储存步骤330。同样，泡沫材料粉末优选通过图4-6所 示的气动输送和分离设备而输送。

在本发明的另一变型中，气态冷却介质在泡沫材料粉末由磨机排出时 注射或吸入其中，如图16所示。含有生产污染物的聚合物泡沫材料片在双 辊磨机401上粉碎。粉碎后的泡沫材料粉末通常包括在预定目标尺寸范围内 的细颗粒和尺寸超过目标尺寸范围的粗颗粒。将这种含生产污染物的粉碎 泡沫材料颗粒排出到收集腔402中，例如更详细描述于图11。将气态冷却介 质404加入收集腔402内的粉碎泡沫材料粉末中。腔402通过导管406与筛选 器408相连。冷却介质404流过导管406，通过在腔402和筛选器408之间产生 压差使得腔中的压力高于筛选器408入口处的压力，将粉碎后的泡沫材料粉 末由腔402输送至筛选器408。这种压差可例如通过在导管406中采用扇(未 示)而形成，这样气态冷却介质就由腔402流到筛选器408。合适的扇包括通 常所谓的离心扇，它通常用于移动大量的空气或气体或用于输送悬浮在气 流中的材料。另外，例如描述于图5的开面扇当然可用于产生腔402和筛选 器408之间的有效压差。

筛选器408(图16)通过单独排出在预定目标颗粒尺寸范围内的细颗粒 410和粗颗粒412而用于筛分或筛选粉碎的泡沫材料粉末。生产污染物如聚 合物泡沫材料表皮、聚合物膜和纸污染物可存在于具有所需颗粒尺寸的细 颗粒中和/或粗颗粒中。粗颗粒经由导管414再循环至磨机401，进行进一步 粉碎。粗颗粒经由导管414输送，该导管414中采用例如离心扇或开面扇(未 示)。视需要，分流器阀416位于筛选器408和磨机401之间用于转移(418)粗 颗粒，例如当该粗泡沫材料粉末含有不易在磨机401中粉碎的材料时。优选， 筛选器408包括上述的本发明筛选器374。

视需要，可使用例如离心扇或开面扇将一定量的附加冷却介质加入导 管406和414以及筛选器408中。另外，可以在导管406和/或导管414中使用 旋风分离器(未示)以提高对泡沫材料的冷却作用。这些旋风分离器可这样 使用：将已被泡沫材料粉末加热的气态冷却介质通过旋风分离器的顶部排 出，并在旋风分离器之后，例如在旋风分离器底部的材料出口处，在较低 温度下加入附加的气态冷却介质。该气态冷却介质交换在将泡沫材料粉末 输送通过相应的旋风分离器的同时而实现。合适的冷却介质的例子包括以 上讨论的那些。

溶剂萃取

示于图17的处理程序520描绘了本发明工艺的一部分，其中泡沫材料粉 末用溶剂处理以去除油和脂肪污染物。泡沫材料粉末优选为来自筛选步骤 324(图8)或来自储存步骤330的目标尺寸泡沫材料粉末。回到图17，将泡沫 材料粉末输送至溶剂洗涤步骤524，其中泡沫材料粉末用一种或多种溶剂 (具体地是不会降解PUR的溶剂)进行处理。这些溶剂包括例如液体二氧化 碳，全氯乙烯(CCl2CCl2)，三氯乙烷，某些醇，酮如丙酮，烷烃，和卤化 烃如二氯甲烷(CH2Cl2)。处理包括搅动悬浮在溶剂中的泡沫材料颗粒。在 洗涤步骤524之后，溶剂例如在步骤526中通过旋转干燥或喷雾干燥而去除。 如果需要，洗涤和干燥步骤可重复进行，直至去除基本上所有的油和脂肪 污染物，然后将干燥的泡沫材料粉末在储存步骤528中收集。另外，可以连 续使用多个洗涤和干燥步骤，其中溶剂和泡沫材料粉末相互逆向移动，从 而使得最清洁的溶剂接触最清洁的泡沫材料粉末。溶剂在洗涤步骤内回收， 例如将溶剂由油和脂肪污染物中蒸馏并将溶剂返回至该工艺并处理分离的 污染物。

在本发明的一个优选变型中，如果泡沫材料粉末随后用于新泡沫材料， 则最终的洗涤通过使用一种用作泡沫材料发泡剂的溶剂来进行。二氯甲烷、 戊烷、丙酮和液体二氧化碳是可溶解油和脂肪的合适液体的例子，且在某 些泡沫材料体系例如PUR中作为发泡剂。二氯甲烷是优选的。在本发明的 例子中，最终的洗涤步骤通过使用一种作为发泡剂的溶剂来进行。类似于 步骤526(图16)的溶剂去除过程随后用于提供不完全的溶剂去除，得到含有 所需量的吸收溶剂的泡沫材料颗粒。随后的储存步骤如步骤528用于收集含 有吸收溶剂的泡沫材料粉末。在储存过程中，泡沫材料颗粒上的溶剂吸收 达到平衡，得到一批在泡沫材料颗粒上具有基本上均匀的溶剂吸收的泡沫 材料粉末，即使在被排出用于储存的同时，不是所有的、在储存设施中排 出的泡沫材料粉末具有相同含量的溶剂也是如此。这种创造性工艺可例如 用于消除泡沫材料粉末因去除溶剂进行的热处理，因为，如果该溶剂是一 种发泡剂或与新泡沫材料相容，则无需从泡沫材料粉末中去除所有的溶剂。

用泡沫材料粉末制备混合物

处理模块400(图1)包括图18所示的处理程序530和描绘于图19的另一 处理程序540。处理程序530给出了一种用于制备泡沫材料粉末和可聚合液 体的混合物的连续工艺；处理程序540提供了一种用于制备这些混合物的间 歇工艺。

回到图18，泡沫材料粉末在泡沫材料粉末加料步骤532中以预定的受控 速率连续加料到共混步骤536，例如使用一个具有传送带的连续称重加料 器，该传送带的下方具有负载单元以检测传送带上的材料通过该负荷单元 时的重量变化。这些连续称重加料器是本领域普通技术人员熟知的。可聚 合的液体以预定的受控速率在处理程序530的液体加料步骤534中连续加 料。使用例如能够以受控速率传送液体的泵(例如计量泵)以受控速率添 加液体。这些泵是本领域普通技术人员熟知的。将泡沫材料粉末和液体组 分以预定的速率加入共混步骤536，这样得到所需的泡沫材料粉末与液体的 比率。泡沫材料粉末和可聚合液体在共混步骤536中使用例如本领域普通技 术人员熟知的在线混合器连续混合。液体共混物在一个任选的储存步骤538 中收集。如果使用处理程序530作为较大规模的连续工艺的一部分，则该液 体共混物可由共混步骤536连续加入储存步骤538并从储存步骤538中连续 取出至随后工艺，例如至步骤612(图21)。

共混步骤通常会引入空气，造成在该混合物中形成泡沫或气泡。如果 该混合物随后聚合，气泡在其中是不理想的，因此最好将该共混物脱气。 该液体共混物可在储存步骤过程中，通过将该混合物优选在低强度搅拌下 储存至气泡已从共混物中逃逸而脱气。另外，连续脱气可通过在步骤536 和538之间的真空环境中连续离心处理(未示)该共混物而实现(图18)。

一般，最好在共混步骤536中使用在线混合器，这样避免在共混物中引 入空气。高剪切混合器优选用于共混步骤536。

如图19所示的处理程序540提供了另一使用间歇制备技术制备泡沫材 料粉末和可聚合液体的混合物的工艺。参见图19，将预定量的泡沫材料粉 末在间歇加料步骤542中加入一个用于进行间歇共混步骤546的设备中。合 适的共混设备的例子包括配有一个或多个叶轮或桨混合器的混合容器或 罐。泡沫材料粉末加料步骤542可例如通过称重预定量的泡沫材料粉末，或 通过以类似于步骤532(图18)的受控速率连续加入泡沫材料粉末直至已将 所需量的泡沫材料粉末加入该共混设备而进行。将预定量的可聚合液体在 间歇加料步骤544中加入该共混设备。预定量的液体可例如通过向共混步骤 546中加入预定重量或体积量的液体而加入。另外，预定量的液体可通过以 类似于步骤534(图18)的受控速率连续加入液体直至已将所需量的可聚合 液体加入该共混步骤546而进行，如图19所示。通过完成共混步骤546，可 在共混设备中进行储存步骤548。另外，储存步骤548可在一个单独的储存 设施如储存罐或圆筒中进行。夹带的气泡可使用在处理程序530(图18)时描 述的任何技术从液体共混物中去除。

在另一方法(未示)中，将泡沫材料粉末在真空下加入连续共混步骤 536(图18)或间歇共混步骤546(图19)，这样减少了在共混步骤过程中引入空 气。在另一种优选的方法中，在已从中连续清除基本上所有空气的CO2气 氛下将泡沫材料粉末加入连续共混步骤536。由于CO2比空气更易溶于多羟 基化合物，所以在共混物中形成明显较少的气泡。这是有利的，因为尽管 溶解气体的存在促进良好的泡沫材料结构，但气泡的存在却损害该泡沫材 料结构。二氧化碳是一种熟知的、环境友善的PUR泡沫材料发泡剂。

回到图1，主要工艺图给出了一个用于混合粉末和可聚合液体的混合步 骤400。图20又给出了该混合步骤的一个变型。具体地说，图20描绘了一个 任选的第三步粉碎，可以从连续共混或储存步骤536和538(图18)或从间歇 共混或储存步骤546和548(图19)至如图20所示的粉碎步骤582。优选，该粉 碎步骤采用一个用于粉碎具有液体或膏体稠度的材料的磨机来进行。这种 磨机包括粉碎或胶体磨机，其中将材料经受由一个或多个机械活动表面所 产生的流体剪切力。例子包括采用两个或多个以不同速度反向旋转的辊的 辊磨机和其中液体共混物在会聚圆盘之间粉碎的胶体磨机。采用该步骤可 去除较早描述的一般干燥的辊研磨物。在任何情况下，该步骤的最理想用 途是生产100微米、优选40微米或更小和最优选10微米或更小的泡沫材料粉 末颗粒。该粉碎后的泡沫材料粉末在所述颗粒范围内可包含多达75％(重量) 的聚合物泡沫材料表皮，或更少的量，包括范围20％-60％，20％-50％，20 ％-65％，以及最高至75％的任何子范围。该工艺的一个优点在于可包括极 大量的这些聚合物泡沫材料表皮，但仍可获得小颗粒尺寸的泡沫材料粉末。

通常，磨机的出料在输送步骤584中输送至储存步骤586。另外，将磨 机的出料加料到一个筛网(未示)，它允许具有预定颗粒尺寸的部分通过， 从而输送(未示)至储存步骤(未示)，而将过大的部分返回(未示)至粉碎步骤。 一般最好使用已在图17和18中描述的那些脱气技术将磨机出料进行脱气。

处理模块500(图1和图21)提供了用于聚合可能来自储存步骤(如步骤 538(图18)、548(图19)或586(图20))或连续混合步骤的含泡沫材料粉末的混 合物的方法，制备出含泡沫材料粉末的新泡沫材料。使用本领域普通技术 人员熟知的包括间歇加料和连续加料的技术和设备，将泡沫材料粉末和液 体的共混物以受控方式在加料步骤612中加料到混合步骤616。其它的聚合 反应和泡沫材料形成成分类似地在受控加料步骤614中加料到混合步骤 616。可以理解，步骤614可包括几个步骤以加入各种成分。例如，如果需 要PUR，步骤612可包括加入泡沫材料粉末和活性氢化合物(如多羟基或多 元醇)的共混物的步骤。步骤614可包括受控加入包含水、一种或多种表面 活性剂、催化剂和发泡剂的多元醇共混物，而将多官能异氰酸酯如甲苯二 异氰酸酯单独地以受控方式加入混合步骤616。另外，各种材料可以刚好在 将所有成分混合形成泡沫材料的混合头之前的某个点分别单独加入。

也可将泡沫材料粉末加入图21所示的处理步骤614的一种或多种液体 中，这样在处理步骤612和614中制备出具有类似粘度的液体共混物，从而 提高混合效率。各成分可在混合步骤616中间歇或连续混合。在成分混合物 需要高温才能聚合(如聚酰亚胺泡沫材料)时，间歇混合一般是合适的。 如果成分混合物能够在环境温度下引发聚合反应(如PUR泡沫材料)，则 优选连续混合。可聚合的混合物在出料步骤618(图21)中由混合步骤616出 料至一个聚合反应和新泡沫材料形成步骤620。步骤620可在模具中进行或 可以是连续的，这取决于聚合物泡沫材料的种类和泡沫材料的预期功能。

如图18、19和20所述，泡沫材料粉末和可聚合液体的共混(尤其在空气 的存在下进行时)可需要一个脱气步骤以去除泡沫材料和气泡。我们已经发 现，与没有在CO2环境下制备的共混物相比，泡沫材料粉末与可聚合液体在 从中基本上去除空气的CO2气氛下的共混作用得到需要较少脱气的共混物。

我们还已发现，向一般在泡沫材料粉末颗粒或片之外的聚合物泡沫材 料片和聚合物泡沫材料粉末中加入低浓度的活性氢化合物(如0.01％-5.0％ 重量的多元醇)可提高材料处理性能。具体地，通过这种添加，我们已经发 现，泡沫材料片和泡沫材料粉末不易在处理设备的表面上形成涂层(也称 作镀层)。在大多数情况下确实消除了镀层。另外，因静电而产生的处理 问题被最小化。活性氢化合物可以当输送泡沫材料片或泡沫材料粉末在处 理设备中时在其上形成雾。优选将活性氢化合物加入用于气动输送或冷却 这些泡沫材料产品的空气中。

含有生产污染物的各种聚合物泡沫材料可使用本发明的创造性方法和 设备进行处理。例如如果处理PUR泡沫材料，适合与泡沫材料粉末共混的 可聚合液体包括多官能异氰酸酯或活性氢化合物如多羟基化合物，羟基封端 的聚酯，和羟基封端的聚醚。另一方面，如果处理聚酰亚胺泡沫材料，适合 与泡沫材料粉末共混的可聚合液体包括乙酸酐。泡沫材料粉末和乙酸酐共混 物可随后通过将该共混物与固体聚酰胺、4-苯甲酰基吡啶和玻璃微球混合并 加热而用于制备新泡沫材料。本发明技术也可用于制备聚异氰脲酸酯泡沫材 料，其中适合与泡沫材料粉末共混的可聚合液体包括异氰脲酸酯和活性氢化 合物，这是由于这些化合物可用于制备聚异氰脲酸酯泡沫材料。

在新PUR泡沫材料中的PUR泡沫材料粉末的含量通常为约3-60％重 量。本发明的方法、技术和设备适用于粉碎和处理包含从0.1％，优选从约 0.5％，至约75％的泡沫材料表皮和/或聚合物片材和/或纸的PUR泡沫材料， 尤其是在处理PUR泡沫块料边角料时。因此，所得的新形成的PUR泡沫材 料可包括从0.003％，优选从约0.015％至约65％的处理或生产污染物，一般 优选的量是20％-65％，20％-50％，20％至最高65％的任何子范围。该工 艺的优点在于，可以包括非常大量的这些聚合物泡沫材料表皮。新PUR泡 沫材料可以由具有宽范围的密度和硬度的泡沫材料粉末制成。例如，包含 含生产污染物的泡沫材料粉末的块状软质泡沫材料通常具有约13-70kg/m3 的密度。该泡沫材料的硬度(例如在ASTM D3574方法中通过25％IFD试验 来测定)通常是约25-200N/323cm2。具有较高密度和硬度的泡沫材料也是 可能的；但其商业价值较低。

实施例

实施例1

块状软质聚氨酯泡沫材料生产碎片通过从泡沫材料块上修剪表皮而得 到。该碎片含有密集的表皮材料和聚乙烯膜，其余为具有不同密度的聚氨 酯泡沫材料。将该碎片材料首先减小成尺寸约1cm的片。泡沫材料片随后 在图11所示的速度为27和80rpm的、直径56cm、长度152cm、反向旋转的 辊上粉碎。所得材料在一起刮擦并在其离开辊时骤冷，然后在室温下暴露 于湍流空气流。该材料与空气流一起出料并输送至筛选器。该材料在筛选 器中筛选，得到具有表1所示颗粒尺寸分布的细泡沫材料粉末。也得自筛选 器的粗级分返回至反向旋转的辊。随后将收集自筛选器的细泡沫材料粉末 用于制造粉末含量最高为15％重量的、密度为18kg/m3-35kg/m3的新的块 状软质聚氨酯泡沫材料。

                   表1     美国标准筛号     通过筛网的％重量     实施例1     实施例2     18     100％     100％     120     100％     89％     200     84％     55％     325     49％     24％

实施例2

块状软质聚氨酯泡沫材料生产碎片通过从由聚醚多元醇制成的泡沫材 料块上修剪表皮而得到。该碎片材料含有2.3％重量的厚度约25微米的高密 度聚乙烯膜、和30％重量的密集表皮材料，其余为具有不同密度的聚氨酯 泡沫材料。首先利用旋转式研磨机将该碎片材料减小成尺寸约3cm的片。 泡沫材料片随后在图11所示的速度为30和120rpm的、直径30cm，长度 45cm、反向旋转的辊上粉碎。所得材料在一起刮擦并在其离开辊时骤冷， 然后在室温下暴露于湍流空气流。该材料与空气流一起出料并输送至图13A 所示的本发明筛选器。该材料在筛选器中筛选，得到具有表1所示的颗粒尺 寸分布的细泡沫材料粉末。也得自筛选器的粗级分返回至反向旋转的辊。

实施例3

淤浆样品通过将15份的实施例1所述细聚氨酯粉末与100份的来自道化 学公司的VORANOL3137聚醚多元醇进行混合而制成。该多元醇是一种 在温度25℃下粘度为约460厘泊的液体多羟基化合物。

图22和23给出了通过在多羟基化合物中高剪切混合聚氨酯粉末而获得 的有益的尺寸降低作用。提取小样品以测定高剪切混合之前的颗粒尺寸， 然后将剩余批料使用Silverson L4R实验室高剪切混合器进行2.5分钟的高 剪切混合。该混合器在高剪切转子/定子工作头中利用离心作用而产生流体 剪切。颗粒尺寸分析使用激光衍射技术，利用来自Malvern Instruments， Southborough，MA的Mastersizer 2000来进行。

结果在图22和23中给出，其中给出了在x轴上的颗粒尺寸(微米)。图22 给出了体积分数的累计分布，而图22给出了作为颗粒尺寸(微米)函数的体 积百分数。

这些图显示出明显的泡沫材料颗粒尺寸位移，尤其是在尺寸范围的高 端。高端颗粒的含量较小：例如在研磨步骤之前，5％的颗粒大于600微米； 在研磨之后，没有大于600微米的颗粒。

实施例4

将尺寸约1cm的聚氨酯泡沫材料片装入箱子中。该箱在覆盖有筛网的 底部上具有1ft2的开口面积。该筛网具有4英寸×4英寸的开口和1英寸×1 英寸的开口。当该箱静止时，泡沫材料大块没有落到筛网的开口之外。该 箱随后在平行于筛网的方向上以频率约3Hz和振幅约4英寸进行正弦方式 颤动。在该箱颤动时，泡沫材料大块以速率约4ft3/分钟落到筛网的开口之 外。当停止颤动时，泡沫材料大块的流动也停止。

实施例5

制备出16.7％重量的实施例1所述细粉末在VORANOL 3137中的淤 浆。该淤浆包含10％体积的空气，表现为在放置48小时之后的体积变化。 该淤浆通过Cornell D-16 Versator在10gpm和-27英寸Hg(约0.01巴的绝对 压力)的真空下进行单程抽吸。所得淤浆不含任何可测的夹带空气。

实施例6

将实施例1所述的细粉末在已从中清除空气的二氧化碳气氛下混入多 元醇。所得淤浆具有低于12.6％体积的夹带气泡(假设是二氧化碳)。在空 气下混合(没有CO2)的相同淤浆具有16％体积的夹带气泡(假设是空气)。