CN101547964B - 具有红外衰减剂的苯乙烯丙烯腈共聚物泡沫 - Google Patents
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Abstract
含有苯乙烯-丙烯腈并且含有一种或多种红外衰减剂的聚合物泡沫获得令人惊讶地高的在高温下的尺寸完整性。
Description
交叉引用声明
本申请要求于2006年12月6日提交的美国临时申请60/873,797的权益。
技术领域
本发明涉及包含苯乙烯丙烯腈共聚物和一种或多种红外衰减剂如炭黑和石墨的聚合物泡沫。本发明还涉及用于制备这种泡沫的方法。
背景技术
氯化发泡剂,特别是含氯氟烃(CFC)和含氢氯氟烃(hydrochlorofluorocarbon)(HCFC)发泡剂,历史上在绝缘聚合物泡沫技术中起到两种重要的作用:在聚合物泡沫中作为发泡剂和作为绝热组分。然而,对CFC和HCFC发泡剂如何影响环境的考虑导致了对它们的应用的控制。这些控制激发了对备选方法的革新,所述备选方法用于在使用除氯化发泡剂以外的发泡剂的同时增强聚合物泡沫的绝热能力。
将红外衰减剂(IAA)包含到聚合物泡沫中是在不使用氯化发泡剂的情况下增强聚合物泡沫的绝热能力的一种方法。IAA可以通过吸收、反射或吸收并反射红外辐射而增强绝热能力。IAA抑制红外辐射穿透含有该IAA的泡沫。例如,有许多参考文献公开了含有作为IAA的炭黑和石墨的聚苯乙烯泡沫的实例。
美国专利(USP)4785763(’763)教导了炭黑可用于结合到硬质发泡塑料材料中,以增强发泡塑料材料的绝热性。’763提供了聚异氰脲酸酯泡沫的具体实例,并且教导了在该发明的最广泛的方面,塑料材料是聚氨酯、聚异氰脲酸酯、聚脲、聚烯烃、聚苯乙烯、酚醛树脂、环氧树脂和其它聚合物泡沫。
欧洲专利(EP)0372343(’343)教导了将炭黑包含到苯乙烯聚合物和共聚 物的闭孔泡沫中可以降低那些泡沫的导热性。’343提供了含有炭黑的聚苯乙烯泡沫的具体实例。
己公开的专利申请WO 94/13721公开了用于分散到聚合物泡沫中的炭黑的特别有益的形式,并且提供了含有炭黑的聚苯乙烯泡沫的具体实例。
EP 1196486和EP 1031600公开了含有石墨粒子的苯乙烯基聚合物泡沫。EP 1661939公开了可以含有IAA如炭黑和石墨的苯乙烯基聚合物泡沫。
尽管这些参考文献公开了当将炭黑或石墨结合到聚合物泡沫中时降低导热性的优点,但是它们中没有一个提出IAA对泡沫的尺寸完整性的影响,特别是在高温下。在高温下具有高尺寸完整性对于确保当在高温绝热应用中使用时,绝热泡沫的尺寸将不会变化到任何显著的程度是重要的。
发明内容
导致发现本发明的研究已揭示,将IAA如炭黑或石墨添加到聚苯乙烯泡沫中导致泡沫经受在高温下的尺寸完整性的损失。期望发现这样的聚合物泡沫,特别是热塑性聚合物泡沫,其可以受益于红外衰减剂(IAA)对绝热的贡献,而将比聚苯乙烯更好地保持在高温下的尺寸完整性。
本发明提供含有IAA的聚合物泡沫,其具有出人意料地高的在高温下的尺寸完整性。本发明是研究IAA与苯乙烯丙烯腈共聚物(SAN)泡沫结合的结果。试验揭示了SAN与IAA之间令人惊讶的协同效应,这导致在比考虑类似的聚苯乙烯泡沫所预料的更高的温度下泡沫的尺寸完整性。令人惊讶的是,将IAA结合到SAN泡沫中,即使是红外吸收IAA,也导致增加的高温下尺寸完整性。这与通过结合IAA而显示降低的尺寸完整性的PS泡沫相反。IAA与SAN的出人意料的协同效应提供具有特别适宜的高温下尺寸完整性的绝热聚合物泡沫。
在第一方面,本发明是一种包含聚合物组合物的聚合物泡沫,所述的聚合物泡沫具有限定在其内部的泡孔,所述聚合物组合物含有苯乙烯丙烯腈聚合物和红外衰减剂。在适宜的实施方案中,聚合物泡沫具有以下特征中的一项或任何组合:红外衰减剂选自炭黑和石墨,红外衰减剂的量在1 和20重量%之间,丙烯腈的量为1重量%以上和50重量%以下(更适宜地4重量%以上且20重量%以下),泡沫具有30%以下的开孔率(根据ASTM方法D6226-05),泡沫具有33千克/立方米以下的密度,泡沫不含珠粒表皮(bead skin),聚合物组合物中的所有聚合物具有小于1,000,000的重均分子量,泡沫具有32毫瓦/米-开尔文以下的热导率,和泡沫具有100千帕以上的垂直压缩强度(根据测试方法ISO 845-95)。重量%相对于总的聚合物组合物重量。
在第二方面,本发明是一种用于制备第一方面的聚合物泡沫的方法,该方法包括:形成含有聚合物组合物的可发泡组合物,所述聚合物组合物含有苯乙烯丙烯腈共聚物和红外衰减剂,和将所述可发泡组合物发泡成聚合物泡沫。在适宜的实施方案中,该方法包括以下特征中的一项或任何组合:红外衰减剂选自炭黑和石墨,红外衰减剂的量在1和20重量%之间,丙烯腈的量为1重量%以上和50重量%以下(更适宜地4重量%以上且20重量%以下),该方法为挤出法,以及可发泡组合物包含含有二氧化碳的发泡剂。
在第三方面,本发明是使用第一方面的聚合物泡沫的方法,该方法包括将聚合物泡沫放置在温度可以不同的两个区域之间。
具体实施方式
聚合物泡沫
在一方面,本发明是一种包含聚合物组合物的聚合物泡沫,所述聚合物泡沫具有限定在其内部的泡孔。所述聚合物组合物起到围绕没有聚合物组合物的空间(泡孔)的连续聚合物网络的作用。所述聚合物组合物占有界定泡孔的孔壁。
聚合物组合物含有苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)。SAN可以是嵌段共聚物或无规共聚物。聚合物组合物可以含有除SAN以外的其它聚合物,可以基本上由SAN组成或可以由SAN组成。如果基于聚合物组合物中所有聚合物的总重量(即,总的聚合物组合物重量),SAN以90重量%(wt%)以上,优选95wt%以上存在,则聚合物组合物将“基本上由SAN组成”。聚合物组合物可以包含SAN与另一种聚合物的混合物,所述另一种聚合物 典型为烯基芳族聚合物或共聚物,如聚苯乙烯(PS)均聚物、共聚物或这二者。适宜地,聚合物组合物中大于95重量%的聚合物(基于总的聚合物重量),更适宜地全部的聚合物为热塑性聚合物。
无论聚合物组合物仅含有SAN,或含有SAN与其它聚合物,基于聚合物组合物中所有聚合物的重量,SAN的丙烯腈(AN)成分都以1wt%以上,优选4wt%以上,更优选10wt%以上的浓度存在。适宜地,基于聚合物组合物中所有聚合物的重量,SAN的AN成分以50wt%以下,典型地30wt%以下,甚至20wt%以下或15wt%以下的浓度存在。当AN以小于1wt%的浓度存在时,SAN与炭黑之间对尺寸完整性的协同效应如果可以根本检测的话也最小。当AN以大于50wt%的浓度存在时,由于高聚合物粘度而难以以适宜的生产率将聚合物组合物制成聚合物泡沫。
典型地,SAN和适宜地聚合物泡沫中的任何其它聚合物的重均分子量(Mw)为40,000以上,优选60,000以上,更优选75,000以上。SAN和适宜地聚合物泡沫中的任何其它聚合物的Mw通常为300,000以下,优选250,000以下,更优选150,000以下。此外,适宜的是,聚合物泡沫中90%以上,优选全部的聚合物具有小于1,000,000的Mw。如果SAN的Mw太低,则SAN的物理强度不足以提供泡沫完整性。如果SAN的Mw太高,则SAN的凝胶粘度如此高,以致于难以发泡,特别是以经济上有吸引力的速率。出于相同的原因,任何其它聚合物的Mw适宜地落入规定的Mw范围内。
聚合物泡沫可以是开孔的或闭孔的。开孔泡沫具有至少30%的开孔率。适宜地,聚合物泡沫是闭孔泡沫(小于30%开孔率),优选开孔率为20%以下,更优选10%以下,还更优选5%以下,再更优选1%以下的闭孔泡沫。本发明的泡沫可以具有0%的开孔率。根据美国试验材料学会(ASTM)方法D6226-05测定开孔率。闭孔泡沫比开孔泡沫更适宜,因为它们是更好的绝热体。然而,闭孔泡沫通常经受比开孔泡沫更低的在高温下的尺寸完整性,可能是因为泡孔内的压力累积促进泡沫内的尺寸变化(参见例如USP5557896)。令人惊讶的是,即使是本发明的闭孔泡沫也表现出伴随低导热性的有吸引力的在高温下的尺寸完整性。
聚合物泡沫可以具有基本上任何密度。较低的密度是适宜的,因为在 给定的聚合物泡沫的横截面中,它们对应于较少的聚合物组合物质量,这典型地对应于较低的通过聚合物泡沫的导热性。因此,适宜的是,聚合物泡沫具有64千克/立方米(kg/m3)以下,优选40kg/m3以下,更优选36kg/m3以下,再更优选33kg/m3以下的密度。通常,聚合物泡沫具有10kg/m3以上,更典型16kg/m3以上的密度,以确保泡沫具有机械强度。使用ISO方法845-85测量聚合物泡沫密度。
用于在本聚合物泡沫中使用的红外衰减剂(IAA)包括使穿透泡沫的红外辐射衰减的任何添加剂,典型地通过吸收、反射或同时吸收和反射红外辐射而衰减。合适的IAA的实例包括炭黑(所有种类)、石墨、二氧化钛和金属微粒和薄片。红外吸收IAA(例如炭黑和石墨)在它们吸收红外辐射时提高泡沫的温度,因此促进聚合物泡沫的尺寸不稳定性。因此,红外吸收IAA在高温下的聚合物泡沫中(或一般在红外辐射存在下)可能是有问题的。
令人吃惊的是,本发明的泡沫即使在它们包含红外吸收IAA时,也表现出高温下的尺寸完整性。炭黑和石墨是最适宜在本发明中使用的IAA。石墨可以是任何类型,包括天然的和合成的、已发和可发性石墨。炭黑也可以是任何类型,包括炉法炭黑、热裂炭黑和灯黑。炭黑和石墨可以一起存在于聚合物泡沫中。作为选择,聚合物泡沫含有炭黑或石墨。在本发明中使用的适宜类型的炭黑和石墨包括:
*Timrex是Timcal SA公司的商标
IAA通常以0.1wt%至20wt%,优选0.2wt%以上,更优选0.5wt%以上,再更优选1wt%以上,并且典型地15wt%以下,更典型地10wt%以下的浓度存在,并且可以以5wt%以下的浓度存在。基于泡沫中总的聚合物重量确定IAA的wt%。
聚合物泡沫中还可以存在另外的添加剂。另外的添加剂包括:粘土,比如天然吸收性粘土(例如高岭石和蒙脱石)和合成粘土;成核剂(例如滑石和硅酸镁);阻燃剂(例如,溴化阻燃剂如六溴环十二烷、含磷阻燃剂如磷酸三苯酯,和可以包括协合剂比如或例如二异丙苯(dicumyl)和聚异丙苯(polycumyl)的阻燃剂包(package));润滑剂(例如硬脂酸钙和硬脂酸钡);和除酸剂(例如氧化镁和焦磷酸四钠)。优选的阻燃剂包包括六卤代环十二烷(例如六溴环十二烷)和四溴双酚A二(2,3-二溴丙基)醚的组合。另外的添加 剂可以占泡沫总重量的至多10wt%。
本发明的聚合物泡沫具有低热导率,这使其作为绝热材料特别有用。本发明的泡沫可以表现出32毫瓦/米-卡尔文(mW/m*K)以下,优选31mW/m*K以下,还更优选30mW/m*K以下的热导率值。根据方法EN 8301测量热导率。
绝热泡沫抑制热(即热能)通过其传播。这样,它们可用作两个区域之间的屏障以抑制从区域中的一个向另一个的传热。在某些情况下,较热的区域(具有较多热能的区域)可以接近或超过100℃的温度。适宜的是,在不牺牲聚合物泡沫的机械性能的条件下,能够使用聚合物泡沫将那些区域与其它区域绝热。在高温下趋于受损的聚合物泡沫的一种机械性能是尺寸完整性。本发明的聚合物泡沫在出乎意料地高的温度,甚至达到并且超过100℃的温度下保持尺寸完整性。
尺寸完整性是泡沫尺寸如何大量地改变的度量。聚合物泡沫具有三种互相垂直的尺寸:长度、宽度和厚度。长度和宽度确定泡沫的主表面,即具有最大平面表面积的表面。平面表面积是投射到平面上的面积(即,由泡沫长度和宽度确定的面积,而不考虑该区域内的峰和谷)。泡沫的主表面具有相反的表面,其具有相等的平面表面积(即,也符合作为主表面)或较小的平面表面积。适宜地,主表面和与主表面相反的表面为近似(或大约)平行,或平行。泡沫厚度对应于从主表面到从主表面垂直地延伸的其相反的表面的距离。在主表面上的不同位置厚度可以不同。适宜地,在主表面上任意点的位置,泡沫的厚度相差10%以下,优选5%以下。
在尺寸完整性测试(DIT)的过程中,测量体积变化的度量形式的尺寸完整性。通过以下步骤进行DIT:切割泡沫样品(12.7厘米(cm)(5英寸)厚、10.2em(4英寸)宽和约2.54cm(1英寸)厚),将该泡沫样品在特定温度的烘箱中放置1至3小时,然后将其从烘箱中移出。在放入烘箱之前测量泡沫样品的高度、宽度和厚度,并在将其从烘箱中移出后再次测量,以计算在进入烘箱之前和之后的泡沫样品的体积。通过将烘箱处理之后的体积除以烘箱处理之前的体积并且乘以100%确定体积变化。对每个烘箱温度使用新的泡沫样品。高温下的尺寸完整性是适宜的。因此,泡沫样品中小的体积变化是适宜的,特别是随着烘箱的温度变得更高。
相对于不含IAA的类似泡沫,本发明的聚合物泡沫(包含SAN并且含有IAA)令人惊讶地表现出在80℃以上的温度下更高的尺寸完整性(更小的体积变化),并且可以显示在90℃以上,甚至95℃以上的温度下更高的尺寸完整性。具体地,本发明的聚合物泡沫适宜地表现出在80℃以上,优选85℃以上,更优选90℃以上,还更优选100℃以上的温度下,5%以下体积变化。本发明聚合物泡沫的甚至更适宜的实施方案在表现出在80℃以上,优选85℃以上,更优选90℃以上,还更优选100℃以上的温度下,5%以下体积变化的同时,具有小于30%,优选20%以下,更优选10%以下,还更优选5%以下并且最优选1%以下的开孔率。根据DIT测量体积变化。
与本发明的泡沫相反,将IAA加入聚苯乙烯泡沫实际上趋于导致泡沫失去在高温下的尺寸完整性,或最多保持尺寸完整性不变(参见以下比较例A和B)。
本发明泡沫的适宜实施方案还表现出100千帕(kPa)以上,优选200kPa以上,更优选300kPa以上,还更优选400kPa以上的垂直压缩强度。根据方法ISO 845-95测量垂直压缩强度。在聚合物泡沫可能经受对其主表面、或与主表面相反的表面,或这两者的压力的应用中,垂直压缩强度是适宜的。这种应用包括屋顶(roofing)应用和道路下部结构应用。更高的垂直压缩强度表明聚合物泡沫可以在变形前承受更大的压力。
本发明的泡沫通常具有0.5毫米(mm)以下,优选0.3mm以下,更优选0.25mm以下并且0.05mm以上,优选0.1mm以上,更优选0.2mm以上的平均泡孔尺寸。根据ASTM方法D-3576确定平均泡孔尺寸。本发明的泡沫还可以具有单个峰(monomodal)(即单峰(unimodal))泡孔尺寸分布或多峰泡孔尺寸分布(包括双峰)。如果泡孔的数目相对于泡孔尺寸(近似最接近0.01毫米)的图显示多于一个峰(两个以上点的局部最大值),则泡沫具有多峰泡孔尺寸分布。如果这样的图仅显示一个峰,则为单个峰或单峰泡孔尺寸分布。不管泡沫是多峰与否,测量至少100个泡孔,以建立用于测定的图。
方法
实际上适用于制备热塑性泡沫的任何发泡方法都适用于制备本发明 的泡沫。通常,通过以下步骤制备本发明的泡沫:形成含有聚合物组合物的可发泡组合物,所述的聚合物组合物优选为热塑性聚合物组合物,其包含SAN和IAA(SAN和IAA为如上对聚合物泡沫所述的),并且将可发泡组合物发泡成聚合物泡沫。可发泡组合物典型地包含一起处于预发泡压力下的聚合物组合物和发泡剂。通过将可发泡组合物暴露于低于预发泡压力的压力而使其发泡。合适的具体发泡方法包括可发性珠粒泡沫法、累积发泡法(accumulative foaming process)和挤出法。
在可发性泡沫珠粒法中,通过将发泡剂结合到聚合物组合物的粒料中(例如,在压力下使聚合物组合物的粒料吸收发泡剂)制备可发泡组合物。聚合物组合物包含SAN和IAA。随后,使粒料在模具中发泡以获得泡沫组合物,所述泡沫组合物包含多个彼此粘附而形成“珠粒泡沫”的发泡泡沫珠粒(粒料)。粒料可以在在模具内发泡而形成珠粒泡沫之前经历一定程度的发泡。珠粒泡沫具有贯穿整个泡沫延伸、对应于每个独立珠粒的表面的聚合物表皮的特征连续网络。
累积发泡法包括:1)将热塑性材料与发泡剂组合物混合以形成可发泡聚合物组合物;2)将可发泡聚合物组合物挤出到保持在不允许可发泡聚合物组合物发泡的温度和压力下的保持区(holding zone)内;保持区具有界定通往较低压力区域的孔口的模具和关闭模具孔口的能打开的门,在所述较低压力下可发泡聚合物组合物发泡;3)在通过可活动的活塞在可发泡聚合物组合物上基本上同时施加机械压力的同时,周期性地开启所述门,以将可发泡聚合物组合物从保持区通过模具孔口喷射到较低压力的区域,以及4)允许喷射的可发泡聚合物组合物发泡以形成泡沫。USP 4,323,528在制备聚烯烃泡沫的上下文中公开了这种方法,将该专利通过引用结合在此。
挤出法是最适宜的。与半连续或间歇式,如累积发泡的情况相反,挤出法是连续的。连续法是制备聚合物泡沫的更有效的方法。挤出法还制备不具有贯穿泡沫的连续表皮网络的泡沫,如存在于来自可发性珠粒泡沫法的泡沫中的。由可发性泡沫珠粒法制备的泡沫具有界定泡沫中泡孔的组的聚合物表皮(珠粒表皮)的网络。这种表皮是来自被发泡形成泡沫的每个泡沫珠粒的剩余表皮。珠粒表皮一起接合以形成包含多个发泡泡沫珠粒的泡沫结构。珠粒泡沫趋于比挤出泡沫更易碎,因为它们可以沿珠粒表皮网络 破裂。挤出泡沫不具有发泡珠粒泡沫的珠粒表皮的特征的网络。
在挤出法中,通过以下步骤制备可发泡组合物:在对于软化聚合物组合物足够高的温度的挤出机中混合包含SAN和IAA(优选炭黑、石墨或这两者)的聚合物组合物,然后在足以排除聚合物组合物明显发泡(expansion)的添加压力下混入发泡剂。可以接受的是,将IAA直接进料到挤出机中或在添加到挤出机之前将IAA与聚合物预混合(即,使其复合或产生母料)。适宜的是,然后将可发泡组合物冷却到发泡温度,然后将可发泡组合物通过模具排出到压力低于添加压力的环境中。随着可发泡组合物进入较低压力的环境中,其发泡成聚合物泡沫。
发泡剂典型地以0.001摩尔/100克聚合物至0.5摩尔/100克聚合物的总浓度存在。用于在挤出发泡法中使用的合适的发泡剂包括以下各项中的一种或多种:无机气体如二氧化碳、氩、氮和空气;有机发泡剂如水、含1至9个碳原子的脂族烃和环烃,包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、环丁烷和环戊烷;含1至5个碳原子的完全和部分卤化的脂族烃,优选为不含氯的(例如,二氟甲烷(HFC-32)、全氟甲烷、乙基氟(HFC-161)、1,1-二氟乙烷(HFC-152a)、1,1,1-三氟乙烷(HFC-143a)、1,1,2,2-四氟乙烷(HFC-134)、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、五氟乙烷(HFC-125)、全氟乙烷、2,2-二氟丙烷(HFC-272fb)、1,1,1-三氟丙烷(HFC-263fb)、1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(HFC-227ea)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa),和1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365mfc));含1至5个碳原子的脂族醇,比如甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇;含羰基化合物如丙酮、2-丁酮和乙醛;含醚化合物如二甲醚、二乙醚、甲基乙基醚;羧酸酯化合物如甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯;羧酸和化学发泡剂,比如偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、苯磺酰肼、4,4-羟苯磺酰氨基脲、对甲苯磺酰氨基脲、偶氮二羧酸钡、N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺、三肼基三嗪和碳酸氢钠。
发泡剂适宜不含CFC和HCFC发泡剂,优选不含任何氯化发泡剂。发泡剂可以不含氟化发泡剂,并且可以不含任何卤代发泡剂。本方法特别适用于使用二氧化碳单独或与另一种发泡剂结合作为发泡剂。
可发泡组合物中的聚合物组合物和IAA如以上对聚合物泡沫所描述 的。类似地,可发泡组合物可以还含有一种或多种如对本发明的泡沫所述的另外的添加剂。将本发明的聚合物泡沫的聚合物组合物、IAA和另外的添加剂的浓度范围和类型应用于本方法,以实现本发明的泡沫(例如,相对于泡沫中总的聚合物重量的浓度对应于用于本方法的可发泡组合物中总的聚合物重量,并且相对于总的泡沫重量的浓度对应于用于本方法的总的可发泡组合物重量)。
本聚合物泡沫在高温下的尺寸完整性允许使用蒸汽进行二次发泡,以在不破坏泡沫的情况下降低泡沫的密度。为了使泡沫蒸汽发泡(steamexpand),将其暴露于蒸汽一定时间。蒸汽发泡有益于获得比通过直接挤出易于实现的更低的密度(即,23kg/m3以下、20kg/m3以下,甚至19kg/m3以下)。即使在这些低密度下,本发明的泡沫也可以实现33mW/m*K以下的热导率值。
用途
本发明的聚合物泡沫特别满意地适用于作为绝热材料。在该方面,将本发明的聚合物泡沫放置在温度可以不同的两个区域之间。本发明的聚合物泡沫在两个区域之间起到绝热屏障的作用。本发明的聚合物泡沫特别满意地适合于在绝热材料经历85℃以上,甚至90℃以上,甚至95℃以上或100℃以上的温度(例如使用或工作温度)的情况下作为绝热材料。本发明聚合物泡沫在这些温度下的尺寸完整性允许泡沫在这种高使用或工作温度下保持机械坚固。
实施例
比较例(Comp Ex)A
0
-A
2
:含炉法炭黑的PS泡沫
通过干混以下各项制备聚合物混合物:100重量份聚苯乙烯(192,000Mw且多分散性为约2.3);炭黑浓缩料(聚苯乙烯中30wt%的炉法炭黑;例如,获自Columbian Chemicals Company的 430;Raven是Columbian Chemicals Company的商标);0.7重量份六溴环十二烷;0.1重量份滑石,和0.1重量份硬脂酸钙。
表1表明在比较例A0-A2的每一个中有多少炭黑。加入足够的炭黑浓 缩料以获得适当的炭黑浓度。
计量进入单螺杆挤出机的聚合物混合物,在200-220℃的温度下将其混合并熔融。向混合并熔融的聚合物中加入12.3-12.8重量份的发泡剂组合物以形成可发泡凝胶,所述发泡剂组合物由70-73wt%HCFC-142b、20wt%乙基氯和7-10wt%二氧化碳(wt%,基于发泡剂组合物重量)组成。在高于大气压的充足压力下加入发泡剂组合物,从而排除可发泡凝胶的发泡。将可发泡凝胶冷却到115-125℃,并且通过缝型模头挤出到大气压中,以形成矩形的泡沫板。
对于比较例A2,将含有7wt%炭黑的样品蒸汽发泡,以获得34.6kg/m3的密度。
让每种泡沫陈化20天,并且在74℃(165华氏度(°F))、77℃(170°F)、79℃(175°F)、82℃(180°F)和85℃(185°F)的温度下进行尺寸完整性测试。表1报告比较例A0-A2的每一个的体积变化。
表1
比较例(Comp Ex)B
0
-B
2
:含热裂炭黑的PS泡沫
通过干混以下各项制备聚合物混合物:100重量份聚苯乙烯(192,000Mw且多分散性为约2.3);热裂炭黑浓缩料(聚苯乙烯中50wt%的热裂炭黑;例如,获自Degussa的Arosperse 15);0.9重量份六溴环十二烷;0.1重量份滑石;0.08重量份硬脂酸钙;和0.3重量份线型低密度聚乙烯。
表2表明在比较例B0-B2的每一个中有多少热裂炭黑。加入足够的热裂炭黑浓缩料以获得适当的热裂炭黑浓度。
计量进入单螺杆挤出机的聚合物混合物,在200-220℃的温度下将其 混合并熔融。向混合并熔融的聚合物中加入12.3-12.8重量份的发泡剂组合物以形成可发泡凝胶,所述发泡剂组合物由71-73wt%HCFC-142b、20wt%乙基氯和5-9wt%二氧化碳(wt%,基于发泡剂组合物重量)组成。在高于大气压的充足压力下加入发泡剂组合物,从而排除可发泡凝胶的发泡。将可发泡凝胶冷却到116-120℃,并且通过缝型模头挤出到大气压中,以形成矩形的泡沫板。
对于比较例B2,将含有7wt%热裂炭黑的样品蒸汽发泡,以获得27.7kg/m3的密度。
让每种泡沫陈化21天,并且在71℃(160°F)、77℃(170°F)和82℃(180°F)的温度下进行尺寸完整性测试。比较例B0-B2中每一个的体积变化在表2中。
表2
比较例A和B说明了以下各项:(1)IAA的添加降低PS泡沫在高于约80℃的温度下的尺寸完整性;和(2)所有PS泡沫显示出在高于80℃的温度下大于5%的体积变化。
比较例(Comp Ex)C-不含IAA的SAN泡沫
通过干混以下各项制备聚合物混合物:70重量份的SAN A(15wt%AN,Mw=158,000)和30重量份SAN B(15wt%AN,Mw=114,000)、0.1份焦磷酸四钠(TSPP)和0.24份硬脂酸钡以及1.1重量份的六溴环十二烷。
将聚合物混合物进料到挤出机中。在200-220℃的温度下将聚合物混合物熔融混合。加入按每100份SAN计6.0重量份的发泡剂组合物以形成 可发泡凝胶,所述发泡剂组合物由55wt%二氧化碳、25wt%水和20wt%异丁烷组成。wt%基于发泡剂组合物的总重量。在高于大气压的充足压力下加入发泡剂组合物,从而排除可发泡凝胶的发泡。将可发泡凝胶冷却到133℃,并且通过缝型模头挤出到大气压中,以形成矩形板(比较例C)。比较例C是不含IAA的SAN泡沫。允许比较例C陈化30天,然后在86℃、92℃、95℃、98℃和101℃的温度下对其施加尺寸完整性测试。
表3公开了比较例C的物理性质和比较例C的尺寸完整性测试的结果。
实施例(Ex)1-含石墨的SAN泡沫
除了在聚合物混合物中包括4重量份的石墨浓缩料(50wt%石墨和50wt%聚苯乙烯的混合物,可从Clariant以Cesa-conductive SL90025506的名称得到)以外,以与比较例C相同的方式制备实施例1。基于聚合物混合物重量,实施例1含有2wt%的石墨。以与比较例C相同的方式对实施例1施加尺寸完整性测试。
表3公开了实施例1的物理性质和实施例1的尺寸完整性测试结果。
实施例2-含炭黑的SAN泡沫
除了在聚合物混合物中包括8重量份的炭黑浓缩料(50wt%热裂炭黑(例如来自Degussa的Arosperse-15)和50wt%聚苯乙烯(熔体指数1.8,例如可从陶氏化学公司得到的PE-620i))以外,以与比较例C相同的方式制备实施例2。基于聚合物混合物重量,实施例2含有4wt%的热裂炭黑。以与比较例C相同的方式对实施例2施加尺寸完整性测试。
表3公开了实施例2的物理性质和实施例2的尺寸完整性测试结果。
实施例3-蒸汽发泡的含石墨的SAN泡沫
制备等同于实施例1的泡沫,然后蒸汽加工(steam)该泡沫,以将泡沫密度进一步降低至23.4kg/m3。表3公开了实施例3的物理性质。
表3
比较例C | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
IAA | 无 | 2wt%石墨 | 4wt%热裂炭黑 | 2wt%石墨 |
厚度(mm) | 30 | 21 | 22 | 17 |
不含表皮的密度 (kg/m3) | 28.1 | 32.7 | 29.8 | 23.4 |
泡孔尺寸(mm) | 0.34 | 0.11 | 0.28 | 0.11 |
开孔率(%) | 小于20 | 小于20 | 小于20 | 小于20 |
垂直压缩强度 (kPa) | 311 | 400 | 261 | 143 |
长期热导率 (mW/m*K) | 32.6 | 30 | 32 | 32.6 |
在86℃下DIT中 的体积变化% | 1.7 | 0.2 | 0.7 | 未测量 |
在92℃下DIT中 的体积变化% | 2.1 | 1.1 | 0.6 | 未测量 |
在95℃下DIT中 的体积变化% | 2.3 | 0.8 | 1.2 | 未测量 |
在98℃下DIT中 的体积变化% | 7.3 | 0.5 | 1.2 | 未测量 |
在101℃下DIT 中的体积变化% | 未测量 | 8.7 | 2.7 | 未测量 |
比较例C、实施例1和实施例2示出包含石墨或炭黑增强了SAN泡沫在高温下的尺寸完整性。实施例1和实施例2显示出在尺寸完整性测试中的各个测试温度下比比较例C更小的体积变化。实施例和比较例之间的主要区别在于IAA的存在。
实施例1和实施例2还示出,含IAA的SAN泡沫表现出比含或不含IAA的PS泡沫显著更大的在高温下的尺寸完整性(对比来自表1、2和3的数据)。
实施例3示出本发明的一个实施例,其被成功地蒸汽发泡从而形成本发明的更低密度泡沫。
这些实施例和比较例提供了使用不含卤素的发泡剂的例证。
比较例D-使用HFC-134a而不含IAA的SAN泡沫
通过干混以下各项制备聚合物混合物:50重量份的SAN A(15wt%AN,Mw=144,000)和50重量份SAN B(15wt%AN,Mw=118,000)、0.95重量份的六溴环十二烷和0.55百分之一重量份(pph)的添加剂包,所述添加剂包包含0.15pph硬脂酸钡、0.3pph聚乙烯和0.10pph滑石,其中pph基于100重量份的聚合物。
将聚合物混合物进料到挤出机中。在200-220℃的温度下将聚合物混合物熔融混合。加入按每100重量份聚合物混合物计9.5重量份的发泡剂组合物以形成可发泡凝胶,所述发泡剂组合物由16wt%二氧化碳、10wt%水和74wt%1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)组成。wt%基于发泡剂组合物的总重量。在高于大气压的充足压力下加入发泡剂组合物,从而排除可发泡凝胶的发泡。将可发泡凝胶冷却到129℃,并且通过缝型模头挤出到大气压中,以允许其发泡成矩形板(比较例D)。比较例D是不含IAA的SAN泡沫。允许比较例D陈化21天,然后在74℃、79℃、85℃、91℃和96℃的温度下对其进行DIT。
表4公开了比较例D的物理性质和来自DIT的结果。
实施例4-使用HFC-134a且含IAA(热裂炭黑)的SAN泡沫
除了在熔融混合聚合物混合物的同时向挤出机中加入8wt%的热裂炭黑浓缩料(例如,聚苯乙烯中50%获自Degussa的Arosperse-15)以外,重复比较例D,从而获得实施例4。
对实施例4进行与比较例D相同的DIT。表4公开了实施例4的物理性质和DIT结果。
表4
比较例D | 实施例4 | |
IAA | 无 | 4wt%热裂炭黑 |
厚度(mm) | 25 | 25 |
密度(kg/m3) | 32.0 | 34.1 |
泡孔尺寸(mm) | 0.28 | 0.26 |
开孔率(%) | 3.3 | 2.5 |
垂直压缩强度(kPa) | 282 | 270 |
在74℃下DIT中的体积变化% | 0.6 | 0.2 |
在79℃下DIT中的体积变化% | 1.3 | 0.1 |
在85℃下DIT中的体积变化% | 2.7 | 0.8 |
在91℃下DIT中的体积变化% | 5.9 | 1.0 |
在96℃下DIT中的体积变化% | 14.8 | 6.9 |
对表4中比较例D和实施例4的数据的对比提供了IAA与SAN在获得更高的在高温下的尺寸完整性方面的协同效应的另一例证。此例证包括在泡沫中氟化发泡剂的存在。
实施例5-含石墨的SAN/PS混合物泡沫
通过于混以下各项制备聚合物混合物:80重量份的SAN A(15wt%AN)和20重量份聚苯乙烯、0.1份焦磷酸四钠(TSPP)和0.24份硬脂酸钡以及1.1重量份的六溴环十二烷。总的AN浓度为聚合物总重量的约12wt%。向聚合物混合物中加入0.6重量份的石墨浓缩料(50wt%石墨和50wt%聚苯乙烯的混合物,可从Clariant以CesaTM-conductive SL90025506的名称得到),以获得基于聚合物重量0.3wt%的石墨浓度。
将聚合物混合物进料到挤出机中。在200-220℃的温度下将聚合物混合物熔融混合。加入按每100份聚合物计6.6重量份的发泡剂组合物以形成可发泡凝胶,所述发泡剂组合物由52wt%二氧化碳、18wt%水和30wt%异丁烷组成。wt%基于发泡剂组合物的总重量。在高于大气压的充足压力下加入发泡剂组合物,从而排除可发泡凝胶的发泡。将可发泡凝胶冷却到 133℃,并且通过缝型模头挤出到大气压中,以形成矩形板(实施例5)。实施例5是含0.3wt%石墨的SAN/PS泡沫。允许实施例5陈化30天,然后在82℃、91℃、94℃、97℃和100℃的温度下对其进行尺寸完整性测试。
表5公开了实施例5的物理性质和实施例5的尺寸完整性测试结果。
实施例6-含石墨的SAN/PS混合物泡沫
重复实施例5,但是使用4wt%的石墨浓缩料以获得含基于聚合物重量的2wt%石墨的泡沫。表5公开了实施例6的物理性质和实施例6的尺寸完整性测试结果。
表5
实施例5 | 实施例6 | |
IAA | 0.3wt%石墨 | 2wt%石墨 |
厚度(mm) | 20 | 17 |
不含表皮的密度(kg/m3) | 27.0 | 29.9 |
泡孔尺寸(mm) | 0.15 | 0.11 |
开孔率(%) | 0.9 | 19 |
垂直压缩强度(kPa) | 354 | 382 |
长期热导率(mW/m*K) | 32.0 | 31.3 |
在82℃下DIT中的体积变化% | 0.4 | -0.1 |
在91℃下DIT中的体积变化% | -0.1 | 0.7 |
在94℃下DIT中的体积变化% | 01.2 | 0.1 |
在97℃下DIT中的体积变化% | 2.5 | 0.7 |
在100℃下DIT中的体积变化% | 2.2 | 1.6 |
实施例5和6示出了本发明的泡沫,其包含SAN和聚苯乙烯的混合物并且含有石墨,其中基于聚合物重量,AN含量为约12wt%。值得注意的是,实施例5和6均在80℃以上,甚至100℃温度下的DIT中显示出小于5%的体积变化。
比较例E-不含红外衰减剂的4.1wt%AN
通过干混以下各项制备聚合物混合物:15重量份的SAN(27wt%AN,Mw为83,000)和85重量份聚苯乙烯(Mw 145,000且多分散性3.4)、0.24pph硬脂酸钡、0.4pph铜蓝浓缩料(copper blue concentrate)、0.4pph线型低密度聚乙烯,其中pph基于100重量份的聚合物。
将聚合物混合物进料到挤出机中。在200℃的温度下将聚合物混合物熔融混合。加入按每100重量份聚合物混合物计5.9重量份的发泡剂组合物以形成可发泡凝胶,所述发泡剂组合物由59wt%二氧化碳、26wt%异丁烷和15wt%水组成。wt%基于发泡剂组合物的总重量。在高于大气压的充足压力下加入发泡剂组合物,从而排除可发泡凝胶的发泡。将可发泡凝胶冷却到125℃,并且通过缝型模头挤出到大气压中,以允许其发泡成矩形板(比较例E)。比较例E是相对于聚合物重量,含4.1wt%AN并且不含IAA的SAN泡沫。允许比较例E陈化21天,然后在83℃、86℃、89℃、92℃和95℃的温度下对其进行DIT。
表6公开了比较例E的物理性质和来自DIT的结果。
表6
比较 例E | 实施 例7 | 实施 例8 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例 11 | |
IAA | 无 | 2wt% 炭黑 | 4wt% 炭黑 | 3wt%炭 黑和0.5 wt%UF-1 石墨 | 1wt%炭 黑和1.5 wt%UF-1 石墨 | 2wt% Timrex 98/1-石 墨 |
厚度(mm) | 25 | 27 | 24 | 27 | 24 | 23 |
不含表皮的密度 (kg/m3) | 29.9 | 32.4 | 34.1 | 34.9 | 36.7 | 37.9 |
泡孔尺寸(mm) | 0.27 | 0.32 | .19 | 0.18 | .34 | .11 |
开孔率(%) | 0.3 | 1.4 | 0. | 9.5 | 0.1 | 19.2 |
垂直压缩强度 (kPa) | 407 | 538 | 531 | 554 | 482 | 493 |
长期热导率 (mW/m*K) | 33.1 | 30.7 | 29.2 | 31.1 | 31.2 | 29.6 |
在83℃下DIT中 的体积变化% | 0.6 | 0.3 | 0.4 | 0.2 | 0.3 | 0.2 |
在86℃下DIT中 的体积变化% | NM* | 0.6 | 1.1 | 0.7 | NM* | NM* |
在89℃下DIT中 的体积变化% | 2.5 | 2.9 | 2.7 | 2.1 | -0.1 | 0.4 |
在92℃下DIT中 的体积变化% | 6.4 | 4.2 | 4.1 | 5.8 | 0.3 | 1.7 |
在95℃下DIT中 的体积变化% | 15 | 7.8 | 11 | 7.3 | -0.4 | 2.7 |
NM*表示未测量
实施例7-11:含红外衰减剂的4wt%AN泡沫
以类似于比较例E的方式制备实施例7-11,其中有以下变化:
实施例7:使用5.1pph发泡剂,所述发泡剂由59wt%二氧化碳、29wt%异丁烷和12wt%水组成;使用0.15pph硬脂酸钡并且不使用铜蓝浓缩料;并且作为红外衰减剂,包含2pph炭黑(THERMAXTM N991,THERMAX是加拿大Cancarb有限公司的商标)。
实施例8:除了包含4pph的炭黑作为红外衰减剂以外,与实施例7相同。
实施例9:除了包含3pph的炭黑和0.5pph的石墨(来自GraphitKropfmuehl Ag的UF 198C)作为红外衰减剂以外,与实施例7相同。
实施例10:除了包含1pph的炭黑和1.5pph的石墨作为红外衰减剂以外,与实施例9相同。
实施例11:除了包含2pph的石墨(TIMREXTM GA 98/10,TIMREX是Timcal SA公司的商标)作为红外衰减剂以外,与实施例7相同。
包括尺寸完整性测试结果的泡沫性质与比较例E的那些一起在表6中。
实施例7-11示出通过在仅含有4.1wt%丙烯腈(AN)的聚合物泡沫中包含红外衰减剂带来的在尺寸稳定性方面令人惊讶的增加。
Claims (14)
1.一种包含聚合物组合物的聚合物泡沫,所述聚合物泡沫具有限定在其内部的泡孔,所述聚合物组合物含有苯乙烯丙烯腈聚合物和红外衰减剂,其中基于聚合物组合物重量,所述聚合物组合物中聚合的丙烯腈的量为4至30重量%之间,其中所述聚合物泡沫是挤出聚合物泡沫,所述挤出聚合物泡沫不具有发泡珠粒泡沫的珠粒表皮特征的网络,并且
其中所述红外衰减剂选自炭黑和石墨且以1重量%以上且10重量%以下的浓度存在,其中重量%基于总的聚合物重量。
2.权利要求1所述的泡沫,其中所述红外衰减剂是炭黑。
3.权利要求1所述的泡沫,其中根据ASTM方法D6226-05,所述泡沫具有小于30%的开孔率。
4.权利要求1所述的泡沫,其中基于聚合物组合物重量,所述聚合物组合物中丙烯腈的量为4至20重量%。
5.权利要求1所述的泡沫,其中所述聚合物组合物还含有聚苯乙烯。
6.权利要求1所述的泡沫,其中所述泡沫具有33千克/立方米以下的密度。
7.权利要求1所述的聚合物泡沫,其中所述聚合物组合物中的所有聚合物具有小于1,000,000的重均分子量。
8.权利要求1所述的聚合物泡沫,其中所述聚合物泡沫具有32毫瓦/米-开尔文以下的热导率。
9.权利要求1所述的聚合物泡沫,其中根据测试方法ISO 845-95,所述聚合物泡沫具有100千帕以上的垂直压缩强度。
10.一种用于制备权利要求1所述的聚合物泡沫的方法,所述方法包括以下步骤:形成含有聚合物组合物的可发泡组合物,所述聚合物组合物含有苯乙烯丙烯腈共聚物和红外衰减剂,和将所述可发泡组合物发泡成聚合物泡沫,其中基于聚合物组合物重量,在所述聚合物组合物中的聚合的丙烯腈的量为4至30重量%之间,并且其中所述方法是挤出法,其中所述聚合物组合物在挤出机内部经受挤出压力,而一旦从所述挤出机中挤出后就经受低于所述挤出压力的压力,并且其中一旦所述可发泡组合物从所述挤出机挤出就发生所述可发泡组合物的发泡。
11.权利要求10所述的方法,其中所述红外衰减剂是炭黑。
12.权利要求10所述的方法,其中所述可发泡组合物包含含有二氧化碳的发泡剂。
13.权利要求10所述的方法,其中所述可发泡组合物包含含有水的发泡剂。
14.一种使用权利要求1所述的聚合物泡沫的方法,所述方法包括将所述聚合物泡沫放置在温度不同的两个区域之间。
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