CN102365319B - 含有氧化铝勃姆石的聚合物泡沫体 - Google Patents

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Abstract

通过膨胀包含氧化铝勃姆石的可发泡聚合物组合物制备聚合物泡沫体。

Description

含有氧化铝勃姆石的聚合物泡沫体
发明背景
交叉引用声明
本申请要求2009年3月27日提交的美国临时申请号61/163,891的权益，其全部内容通过引用并入本文。
发明领域
本发明涉及聚合物泡沫体和用于制备聚合物泡沫体的方法。
相关技术描述
热绝缘聚合物泡沫体在当今世界中是平常的。在大部分的建筑材料供应中心可以获得热绝缘聚合物泡沫体片材。电能成本和消费者对于更舒适的住宅的需求不断地驱使更适宜的热绝缘聚合物泡沫体的开发。一个最主要的驱动因素是降低通过聚合物泡沫体的热导率。
在聚合物泡沫体中掺入红外衰减剂是减小通过泡沫体的热导率的一种方式。聚合物泡沫体中的红外衰减剂抑制红外线能量透过泡沫体并从而有助于在泡沫体的一侧上保留热量。普通红外衰减剂包括炭黑、石墨和二氧化钛(TiO2)。然而，这些红外衰减剂的每一个在制备所需的热绝缘聚合物泡沫体中引起困难。
炭黑、石墨和二氧化钛(TiO2)都具有大约1微米以下的粒度。这个大小的粒子添加剂在聚合物泡沫体的制备过程中充当成核剂。在给定的填充重量下，带有这种小粒度和大表面积的添加剂提供了许多成核位点，它们的每个都可以在泡沫体膨胀的过程中导致孔的形成。因此，炭黑、石墨和TiO2都促使小尺寸孔的形成。在制备绝热泡沫体的过程中小孔尺寸是不适宜的，因为小孔尺寸导致高泡沫体密度，这在经济上变得不利。考虑到这点，具有较大粒度的红外衰减剂是适宜的。在同样的填充重量下，具有较大尺寸的添加剂相比较小尺寸的添加剂提供较少的成核位点。然而，较大粒度的填料可以在聚合物泡沫体中促成开孔结构。具有大于孔之间的孔壁的大小的粒子可以导致孔之间壁的破裂并促成遍及泡沫体的开孔结构，这对于绝热泡沫体也是不适宜的。绝热聚合物泡沫体的孔壁通常是0.8至3微米厚。
炭黑和石墨具有特征性的黑色或灰色。这些添加剂充当使得含有炭黑和石墨的聚合物泡沫体为黑色或灰色的颜料。如果需要具有除黑色或灰色以外的颜色，这是不适宜的，因为难以通过加入其它颜料而对黑色或灰色泡沫体的颜色进行很大改变。一些消费者可能因为其干净的外表而需要白色泡沫体。一些生产商可能需要可以染色为表现他们的产品所特有的颜色，即不是灰色或黑色的颜色的热绝缘泡沫体。炭黑和石墨在这些情况下成为不适宜的添加剂。
二氧化钛(TiO2)颜色上是白色的，并且因此不会遇到炭黑和石墨的黑色和灰色难题的困扰。然而，二氧化钛具有促使成核的小粒子尺寸。此外，二氧化钛是这样有效的白色颜料，使得同样难以着色泡沫体为特定的非白色颜色，因为TiO2冲淡非白色染料的颜色。
需要的是找到这样的用于聚合物泡沫体的热绝缘添加剂，其不像炭黑、石墨和TiO2这样充当成核剂而仍然使得能形成闭孔泡沫体。此外，需要的是找到这样的热绝缘添加剂，其对于聚合物泡沫体的颜色具有最小的影响，并且最小化对于在着色聚合物泡沫体中颜料使用的干扰。
发明概述
本发明解决提供这样的含有热绝缘添加剂的聚合物泡沫体所伴随的一个以上问题，所述热绝缘添加剂不像炭黑、石墨和TiO2那样充当成核剂，而仍然使得能形成闭孔泡沫体，同时对于聚合物泡沫体的颜色具有最小的影响，并且最小化对于在着色聚合物泡沫体中颜料使用的干扰。
本发明得自对氧化铝勃姆石在聚合物泡沫体中作为添加剂的探索。通常将氧化铝勃姆石作为催化剂用于以下应用中：如化学催化剂、汽车洗涂层催化剂、粘合剂和载体催化剂以及作为溶胶-凝胶磨料和抛光化合物使用。出乎意料地并且令人惊讶地，氧化铝勃姆石在聚合物泡沫体中可充当热绝缘添加剂。此外，氧化铝勃姆石不会导致不适宜小的孔大小并具有大于炭黑的粒度，仍允许闭孔泡沫体的形成。氧化铝勃姆石对于聚合物泡沫体的颜色也具有最低限度的影响并且对于聚合物泡沫体的染色具有很小的影响。
在第一方面中，本发明是一种用于制备聚合物泡沫体的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供可发泡聚合物组合物，所述可发泡聚合物组合物包含分散于聚合物基体中的发泡剂，所述聚合物基体具有软化温度；以及(b)当处于所述聚合物基体的软化温度以上时，将所述可发泡聚合物组合物暴露在压力低得足以使所述可发泡聚合物组合物膨胀为聚合物泡沫体的环境中；其中所述可发泡聚合物组合物还包含分散在所述聚合物基体中的氧化铝勃姆石。
第一方面的一些适宜实施方案可以具有以下附加特征的任意一个或者多于一个的任意组合：所述氧化铝勃姆石以基于聚合物基体重量为0.1至30重量％的范围内的浓度存在于聚合物基体中；所述氧化铝勃姆石具有小于3.0重量％的硝酸盐浓度；所述聚合物基体中所有聚合物的50重量％是烯基芳族聚合物；所述聚合物基体中所有聚合物的至少95重量％选自聚苯乙烯均聚物和苯乙烯类共聚物；所述发泡剂包括二氧化碳；所述发泡剂包含异丁烷和水的至少一种以及二氧化碳；以及所述聚合物泡沫体具有5％以下的开孔率。
在第二方面中，本发明是聚合物泡沫体，其包含限定了分散于其中的多个孔的聚合物基体，并且还包含分散于聚合物基体中的氧化铝勃姆石。
第二方面的一些适宜实施方案可以还具有以下特征的任意一个或者多于一个的任意组合：所述聚合物泡沫体是没有限定泡沫体珠粒(bead)的聚合物皮层网络的挤出聚合物泡沫体；所述氧化铝勃姆石以基于聚合物基体中总聚合物重量为0.1至30重量％的范围内的浓度存在于聚合物基体中；所述氧化铝勃姆石以基于聚合物组合物重量为0.5至5重量％的范围内的浓度存在；所述氧化铝勃姆石具有小于3重量％的硝酸盐浓度；所述聚合物基体中超过所有聚合物的50重量％是烯基芳族聚合物；所述烯基芳族聚合物选自聚苯乙烯均聚物和苯乙烯类共聚物；并且所述聚合物泡沫体具有5％以下的开孔率。
本发明的方法可用于制备本发明的聚合物泡沫体。本发明的泡沫体可用作绝热材料。
发明详述
除非另作说明这里的所有范围包括端点。
ASTM是指美国材料试验协会(American Society for Testing andMaterials)。ISO是指国际标准化组织(International Organization forStandardization)。EN是指欧洲标准(European Norm)。DIN是指德国标准化学会(Deutsches Institute für Normung e.V.)。ASTM、ISO、EN和DIN测试方法是指方法号的连字符后缀中的年份起的方法或者，如果没有连字符后缀，是指在本文献的优选权日之前出版的最新方法。
在本发明的方法中提供了一种包含分散在聚合物基体中的发泡剂的可发泡聚合物组合物。
发泡剂可以是现在或者将来适合于在制备聚合物泡沫体中使用的任何发泡剂组合物。例如，发泡剂可以是选自以下各项的任意一种发泡剂或多种发泡剂的任意组合：无机气体如二氧化碳、氩气、氮气和空气；有机发泡剂如水，具有1至9个碳的脂族和环状烃类，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；具有1至5个碳的完全和部分卤化的烷烃类和烯烃类，其优选不含氯(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))；具有1至5个碳的脂族醇类如甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇；含羰基的化合物如丙酮、2-丁酮和乙醛；含醚化合物如二甲醚、二乙醚、甲乙醚；羧酸酯化合物如甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯；羧酸；以及化学发泡剂如偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、苯磺酰肼、4，4-羟苯磺酰基氨基脲、对甲苯磺酰基氨基脲、偶氮二甲酸钡、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。
在一个适宜实施方案中，发泡剂选自二氧化碳、具有1至5个碳的烃类和水。发泡剂可以含有二氧化碳、二氧化碳和水、二氧化碳和一种以上的烃类、或者二氧化碳以及水和一种以上的烃类。作为烃类或作为烃类之一使用的特别适宜的烃是异丁烷。以基于总发泡剂重量的重量％计，这个适宜实施方案的特定实例含有40-100重量％的二氧化碳、0-60重量％的异丁烷和0-20重量％的水。
另一个特别适宜的发泡剂是1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)。在含有二氧化碳和任选地水以及任选地一种以上烃类(尤其是异丁烷)的适宜实施方案中可以包含HFC-134a。以基于总发泡剂重量的重量％计，另一个适宜的发泡剂组合物包含浓度为10-90重量％的二氧化碳、浓度为0-50重量％的二氧化碳、浓度为0-60重量％的异丁烷、浓度为0-50重量％的乙醇和浓度为0-20重量％的水。
发泡剂通常以0.05至0.35，优选0.08至0.25，并且最优选0.10至0.20摩尔/聚合物基体中的100克聚合物的浓度存在于可发泡聚合物组合物中。
聚合物基体是包含一种聚合物或多于一种聚合物的组合的连续相。典型地，聚合物基体中大部分(多于50重量％)聚合物是热塑性聚合物。热塑性聚合物可以占聚合物基体中聚合物的70重量％(wt％)、80重量％、90重量％或者甚至100重量％。合适的热塑性聚合物包括烯烃聚合物、烯基芳族均聚物和包含烯烃和烯基芳族组分两者的共聚物。合适的烯烃聚合物的实例包括乙烯和丙烯的均聚物和共聚物。
适宜地，聚合物基体包含一种或多于一种的烯基芳族聚合物。烯基芳族聚合物适宜地为聚合物基体中所有聚合物的50重量％以上，优选70重量％以上，并且可以是聚合物基体中所有聚合物的80重量％以上、90重量％以上、95重量％以上，并且甚至可以是100重量％。烯基芳族聚合物是含有聚合成聚合物结构的烯基芳族单体的聚合物。烯基芳族聚合物可以是均聚物、共聚物或均聚物和共聚物的共混物。烯基芳族共聚物可以是无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物或其任意组合，并且可以是线性的、分支的或其混合物。
苯乙烯类聚合物是特别适宜的烯基芳族聚合物。苯乙烯类聚合物具有聚合在聚合物骨架中的苯乙烯单体并且包括苯乙烯均聚物、共聚物及其共混物。包含多于50重量％苯乙烯类聚合物的聚合物泡沫体是挤出聚苯乙烯泡沫体或者XPS泡沫体。本发明的泡沫体适宜地为XPS泡沫体。
适宜地，在本发明中使用的苯乙烯类均聚物具有100,000至500,000克/摩尔、优选130,000至400,000克/摩尔的范围内的重均分子量(Mw)。分子量分布(Mw/Mn)在1.0至10.0的范围内，并且优选在1.5至5.0的范围内，并且最优选2.0至4.0。
适合于本发明的苯乙烯类共聚物的实例包括苯乙烯与以下各项的一种以上的共聚物：丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、马来酸、衣康酸、丙烯腈、马来酐、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯和丁二烯。
因为易于制备和单体可得性，苯乙烯丙烯腈共聚物(SAN)是用于本发明中特别适宜的烯基芳族聚合物。SAN共聚物可以是嵌段共聚物或无规共聚物，并且可以是线性的或分支的。SAN提供大于聚苯乙烯均聚物的水溶性，从而利于水性发泡剂的使用。SAN还具有比聚苯乙烯均聚物的热变形温度高的热变形温度，这使得泡沫体具有比聚苯乙烯均聚物泡沫体的使用温度更高的使用温度。本方法的适宜实施方案使用包含SAN，甚至由SAN组成的聚合物组合物。烯基芳族聚合物，甚至聚合物基体自身可以包含SAN与另一种聚合物如聚苯乙烯均聚物的聚合物共混物，或由其组成。
适宜地，用于本发明中的SAN具有50,000至300,000克/摩尔，优选100至200,000克/摩尔范围内的重均分子量(Mw)。分子量分布(Mw/Mn)适宜地在1.0至10的范围内，优选在1.2至5.0的范围内，并且最优选在1.5至3.0的范围内。
可发泡聚合物组合物还包含分散于聚合物基体中的氧化铝勃姆石。氧化铝勃姆石是带有硬水铝石的双晶羟基氧化铝矿物。氧化铝勃姆石微晶是小叶或矩形形状的并且其形状的特征在于高纵横比。氧化铝勃姆石具有2至200纳米(nm)的微晶大小。本发明中使用的氧化铝勃姆石可以具有2nm以上，甚至6nm以上的微晶大小(直径)，并且具有200nm以下的结晶大小，并且可以具有100nm以下，甚至60nm以下的大小。氧化铝勃姆石通常作为催化剂用于以下应用中：如化学催化剂、汽车洗涂层催化剂、粘合剂和载体催化剂以及作为溶胶-凝胶磨料和抛光化合物使用、增粘剂和防滑剂(参见，例如，在http://www.catalysts.basf.com/main/process/ adsorbents/alumina_based_adsorbent technologies/hiq_boehmite_alumina.be上对于来自BASF的HiQ
Figure BPA00001443820600071
勃姆石氧化铝的说明)。
可以将氧化铝勃姆石有机改性并且作为将其用硝酸制备或合成的结果它可以含有高浓度硝酸盐。氧化铝勃姆石适宜地具有基于总氧化铝勃姆石重量为3.0重量％以下的硝酸盐含量，以便确保它对于180℃以上的温度具有适宜的化学和热稳定性，这个温度在挤出发泡处理中是可能出现的。当硝酸盐含量超过3.0％时，在高温下可能出现氧化铝勃姆石的分解并且导致使聚合物泡沫体变黄。
令人惊讶地，带来本发明的研究发现氧化铝勃姆石在聚合物泡沫体中充当红外衰减剂而不具有炭黑、石墨和二氧化钛的强烈并且有害的成核效应。此外，令人惊讶地，与炭黑、石墨和二氧化钛不同，氧化铝勃姆石对于聚合物泡沫体的染色具有很小的影响。
基于聚合物基体重量，可发泡聚合物组合物适宜地含有至少0.1重量％的氧化铝勃姆石，以便在所得到的聚合物泡沫体中获得有效的红外线衰减。优选地，氧化铝勃姆石基于聚合物基体重量以0.2重量％以上的浓度，更优选以0.5重量％以上的浓度存在，以便获得最优的红外线衰减。典型地，氧化铝勃姆石基于聚合物基体重量以30重量％以下，优选20重量％以下并且再更优选10重量％以下的浓度存在。
可发泡聚合物组合物可以任选地另外含有通常分散在聚合物基体中的添加剂。通用的添加剂包括以下各项的任意一种或多于一种的组合：红外线衰减剂(例如，炭黑、石墨、金属片、二氧化钛)；粘土如天然吸附粘土(例如，高岭石和蒙脱石)以及合成粘土；成核剂(例如，滑石和硅酸镁)；阻燃剂(例如，溴化阻燃剂如溴化的聚合物、六溴环十二烷；含磷阻燃剂如磷酸三苯酯，以及可以包含增效剂如二枯基和聚枯基的阻燃剂成套试剂)；润滑剂(例如，硬脂酸钙和硬脂酸钡)；以及除酸剂(例如，氧化镁和焦磷酸四钠)。
聚合物基体具有软化温度。在软化温度以上，能够将聚合物基体与添加剂和发泡剂混合。
其聚合物全部为半晶态的聚合物基体的“软化温度”(Ts)是聚合物基体的熔化温度。半晶态聚合物的“熔化温度”(Tm)是以特定加热速率加热结晶聚合物时通过差示扫描量热法(DSC)测定的从结晶至熔化相变中的温度。根据ASTM方法E794-06中的DSC规程对半晶态聚合物测定Tm。使用每分钟10摄氏度(℃)的加热速率测定Tm。如果聚合物组分仅含有可混溶聚合物并且在其DSC曲线上仅显示出一个结晶至熔化相变，那么该聚合物基体的Tm是该相变中的温度。如果由于存在不混溶聚合物，在DSC曲线中显示出多个结晶至熔化相变，那么该聚合物基体的Tm是连续相聚合物的Tm。如果多于一种聚合物是连续的并且它们不相混溶，那么该聚合物基体的Tm是多个连续相聚合物的最高Tm。
其聚合物为非晶态的聚合物基体的软化温度是聚合物基体的玻璃化转变温度。聚合物组分的“玻璃化转变温度”(Tg)根据ASTM方法E1356-03中的规程通过DSC测定的。如果聚合物基体仅含有可混溶聚合物并且DSC曲线上仅显示一个玻璃化转变相变，那么聚合物基体的Tg是该相变中的温度。如果由于存在不混溶非晶态聚合物在DSC曲线中显示出多个玻璃化转变相变，那么聚合物基体的Tg是连续相聚合物的Tg。如果多于一种非晶态聚合物是连续的并且它们不相混溶，那么该聚合物基体的Tg是连续相聚合物的最高Tg。
如果聚合物基体含有半晶态和非晶态聚合物的组合，该聚合物基体的软化温度为连续相聚合物组分的软化温度。如果半晶态和非晶态聚合物相是共连续的，那么聚合物基体的软化温度是两相的较高软化温度。
本发明还包括当可发泡聚合物组合物处于聚合物基体的软化温度以上的温度时，将可发泡聚合物组合物暴露至压力低得足以使可发泡聚合物组合物膨胀为聚合物泡沫体的环境中。本发明最宽范围包含很多不同发泡工艺，所述工艺可以在进行这步处理的过程上有所不同。在最宽范围内，本发明包括进行以下两者的全部方法：提供可发泡聚合物组合物，以及当聚合物组合物处于聚合物基体的软化温度以上的温度时，将可发泡聚合物组合物暴露在低得足以引起可发泡聚合物组合物膨胀为聚合物泡沫体的压力下。
合适的发泡工艺的实例包括膨胀聚合物珠粒工艺和挤出工艺。
膨胀珠粒泡沫体工艺是分批工艺，所述工艺需要制备包含粒料的可发泡聚合物组合物，所述粒料包含具有分散在粒料中的发泡剂的热塑性聚合物基体。用包括在压力下使热塑性聚合物组合物的粒料吸收发泡剂的任意方法将发泡剂并入聚合物粒料中。在某种意义上，每个粒料(或珠粒)是可发泡聚合物组合物。通常，虽然并非必须，可发泡珠粒经历至少两个膨胀步骤。通过以下方式进行初始膨胀：将粒料加热至高于粒料的聚合物基体的软化温度并在足够低以使得能够膨胀的压力气氛下使发泡剂将珠粒膨胀。通常通过以下方式在模具中用多个珠粒完成第二膨胀：将珠粒暴露至水蒸汽，以进一步使珠粒膨胀并将它们熔合在一起。通常在第二次膨胀之前将粘合剂涂布在珠粒上以促使珠粒粘合在一起。
膨胀珠粒泡沫体包含多个彼此粘在一起的多个膨胀聚合物珠粒。从而，膨胀珠粒泡沫体的典型特征是遍及泡沫体的聚合物皮层连续网络，所述聚合物皮层连续网络限定了每个膨胀珠粒，并且通常将聚合物泡沫体的所有表面相互连接。聚合物皮层网络对应于每个单独的珠粒表面并且包围了遍及泡沫体的相对小并且局域化的孔群。聚合物皮层网络的密度比含有该网络所包围的孔群的泡沫体部分的密度，包括孔壁的密度更高。
因为可制备没有这种可以增加通过聚合物泡沫体的热导率的大范围珠粒皮层内部网络的聚合物泡沫体，挤出工艺是比膨胀珠粒泡沫体工艺更适宜的。挤出工艺包括聚结线泡沫体工艺和单独泡沫体片材和板材工艺(即，挤出没有多个彼此粘合在一起的发泡单元的泡沫体的工艺)。挤出工艺可以是半连续的，如储料器挤出工艺，或者连续的，即意味着该工艺从将各组分添加至挤出机至形成聚合物泡沫体是连续的，而在中间没有延迟。
在挤出工艺中，在初始温度和初始压力下，将可发泡聚合物组合物提供至挤出机中，并通过发泡模头挤出至压力低于初始压力的气氛中以使得可发泡聚合物组合物膨胀。一种制备可发泡聚合物组合物的方法是将聚合物进料至挤出机并将其在挤出机中加热至初始温度。将氧化铝勃姆石和任意附加填料向挤出机中的添加可以发生在加入聚合物同时、在挤出机中聚合物添加的下游或者两者的组合。通常，在初始压力下在加入聚合物的下游将发泡剂注入挤出机，并且使其与聚合物和氧化铝勃姆石以及任意其它添加剂混合以形成可发泡聚合物组合物。所得到的聚合物、添加剂和发泡剂的组合形成可发泡聚合物组合物。
储料挤出工艺包括：1)将热塑性材料和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至保持在不使可发泡聚合物组合物发泡的温度和压力下的保持区；保持区具有界定了开口至可发泡聚合物组合物发泡的低压区的模孔的模头和关闭所述模头模孔的可开合闸门；3)周期性地将闸门打开，基本上同时地通过可移动柱塞的方式在可发泡聚合物组合物上施加机械压力以使其从保持区通过模头模孔喷射至低压区，以及4)使喷出的可发泡聚合物组合物膨胀以形成泡沫体。通过引用结合在此的USP 4,323,528在制备聚烯烃泡沫体的内容中公开了这种工艺。
在连续挤出工艺中，可发泡聚合物组合物连续地通过挤出机，并通常通过发泡模头没有延迟或中断地将其喷出至具有低于初始压力并且足够低以使得可发泡聚合物组合物全部发泡的压力的气氛中。
在聚结线泡沫体工艺中，将可发泡聚合物组合物通过具有多个开口的发泡模头喷出，以同时挤出多个可发泡聚合物组合物线材。当多个线材膨胀时，它们彼此接触并变得彼此粘贴在一起以形成聚结线材泡沫体。从在泡沫体中都具有皮层网络看聚结线材泡沫体类似于膨胀珠粒。然而，聚结线材泡沫体与膨胀珠粒泡沫体的不同在于皮层网络不包围局部的孔珠粒而是沿泡沫体的整个长度方向延伸并在末端保持开放。
在制备单独的泡沫体片材和板材的挤出工艺中，通过具有单个开口的发泡模头挤出可发泡聚合物组合物。通过挤出工艺制备的单独泡沫体片材或板材在泡沫体中没有密度高于孔壁密度的皮层网络。
由本发明的方法得到的聚合物泡沫体是本发明的聚合物泡沫体。该聚合物泡沫体包含界定了多个孔的并且含有分散在其中的氧化铝勃姆石的聚合物基体。聚合物泡沫体的聚合物基体与对于可发泡聚合物组合物所描述的相同。氧化铝勃姆石也与对于可发泡聚合物组合物所描述的相同，包括优选浓度。
本发明的泡沫体适宜地具有200千克/立方米(kg/m3)以下，优选100kg/m3以下，再更优选64kg/m3以下的密度。为了降低制造和运输成本并且为了易于处理，更低密度的泡沫体是适宜的。典型地，本发明的聚合物泡沫体具有8kg/m3以上的密度，并且适宜地具有16kg/m3以上，优选24kg/m3以上的密度，以便确保处理过程中的机械完整性。根据ISO 845-95的方法测定泡沫体密度。
本发明的泡沫体适宜地具有0.05毫米(mm)以上，优选0.1mm以上，再更优选0.2mm以上的平均孔大小，并且通常具有5.0mm以下，典型地1.0mm以下的孔大小。根据ASTM方法D-3576测定平均孔大小。
本发明的泡沫体的开孔率适宜地为30％以下，优选10％以下，再更优选5％以下，还更优选2％以下。开孔率可以是1％以下或者甚至是0％。根据ASTM D6226-05的方法测定开孔率。
本发明的聚合物泡沫体适宜地为具有40豪瓦特/米*开尔文(Mw/m*K)以下，优选35mW/m*K以下，再更优选33mW/m*K以下的热导率的热绝缘材料。根据EN 8301的方法测定热导率。
实施例
制备
对照泡沫体
通过以下方法制备不带有任何红外衰减剂的对照样品：首先将100重量份的由80重量％的低Mw聚苯乙烯(Mw＝145,000g/mol，Mw/Mn＝3.3)和20重量％的高Mw聚苯乙烯(Mw＝200,000g/mol，Mw/Mn＝2.7)组成的聚苯乙烯树脂与0.1重量份的硬脂酸钡、0.2重量份的铜酞菁蓝颜料(聚苯乙烯中20重量％浓度)和0.2重量份的聚乙烯干混合并将共混物进料至50毫米(mm)挤出机，所述挤出机将共混物加热至200℃并且将其充分混合。当在挤出机中时，在可以防止发泡(用于混合13-25兆帕)的压力下加入由4重量份二氧化碳和1.5重量份异丁烷组成的发泡剂以形成可发泡聚合物组合物。在混合可发泡聚合物组合物之后，将其温度降低至大约127℃并且将其通过缝模挤出至大气压力(101千帕)和环境温度(23℃)并且使其形成矩形聚合物泡沫体。模头压力在4-12兆帕的范围内。
比较例A-C
除了以下各项以外，用与对照相同的方法制备比较例(Comp Exs)：
比较例A：略去蓝色颜料并在干共混物中包含具有大约250纳米的平均粒度的炭黑(例如，THERMAX
Figure BPA00001443820600121
-991，THERMAX是Cancarb Co.的商标)。将炭黑以60重量％聚苯乙烯的混合浓度加入至干共混物中。比较例A(i)含有2.5重量％的炭黑并且比较例A(ii)含有5重量％的炭黑。
比较例B：略去蓝色颜料并在干共混物中包含具有大约3.0微米的平均粒度的石墨(例如，来自Kopfmuel GmbH的UF-1)。将石墨以70重量％聚苯乙烯的混合浓度加入至干共混物中。比较例B(i)含有2.5重量％的石墨并且比较例B(ii)含有5重量％的石墨。
比较例C：在干共混物中包含具有大约220纳米的平均粒度的有机包覆的二氧化钛(例如，Ti-PURE
Figure BPA00001443820600122
R-104，Ti-PURE是E.I.Du Pont DeNemours and Company的商标)。将包覆的二氧化钛以50重量％聚苯乙烯的混合浓度加入至干共混物中。比较例C(i)含有2.5重量％的二氧化钛并且比较例C(ii)含有5重量％的二氧化钛。
实施例1和2
除了以下各项以外，用与对照泡沫体相同的方法制备实施例(Exs)：
实施例1：在干共混物中包含具有大约15微米的平均粒度的氧化铝勃姆石(例如，PURAL-NF，PURAL是Sasol Germany GmbH的商标)。将氧化铝勃姆石以80重量％聚苯乙烯的混合浓度加入至干共混物中。实施例1(i)含有2.5重量％的氧化铝勃姆石并且实施例1(ii)含有5重量％的氧化铝勃姆石。
实施例2：在干共混物中包含具有大约40微米的平均粒度的氧化铝勃姆石(例如，DISPAL
Figure BPA00001443820600124
25F4，DISPAL是Sasol North America，Inc.的商标)。将氧化铝勃姆石以80重量％聚苯乙烯的混合浓度加入至干共混物中。实施例2(i)含有2.5重量％的氧化铝勃姆石并且实施例2(ii)含有5重量％的氧化铝勃姆石。
性质
表1列出了对照、比较例和实施例的典型性质。根据ISO 845-95的方法测定密度。根据ASTM D6226-05的方法测定开孔率。根据ASTMD-3576的方法测定平均孔大小。根据EN8301的方法测定热导率。
使用L*a*b*(CIELAB)色空间表征泡沫体的颜色。CIE L*a*b*(CIELAB)是由国际照明委员会(International Commission on Illumination，Commission Internationale d′Eclairage)定义的色空间。使用Minolta ChromaMeter CR210色彩计用CIE L*a*b*色空间坐标来表征泡沫体样品。L*坐标表示颜色的明度(L*为0是黑色并且100的L*是漫射白)。a*坐标对应于红色/品红色与绿色之间的范围(更负的a*值对应于更绿，而更正的a*值对应于更红/品红)。b*坐标对应于黄色与蓝色之间的颜色范围(更负的b*值对应于更蓝，而更正的b*值对应于更黄)。
表1
Figure BPA00001443820600131
比较对照样品、比较例和实施例的特征，以下观测结果是显而易见的：
■如通过每个实施例中热导率上的降低显而易见的，氧化铝勃姆石充当红外衰减剂。
■氧化铝勃姆石的实施例都显示出对比于对照在孔大小上的增加，刚好与由于成核作用所预期的效果相反。相反，炭黑、石墨和二氧化钛都倾向于引起聚合物泡沫体的孔大小降低(除C(ii)以外，它保持与对照大致相等)。
■对照泡沫体和含有氧化铝勃姆石的泡沫体(实施例1和2)具有几乎相同的颜色。相反，用炭黑(A泡沫体)和石墨(B泡沫体)制备的泡沫体在颜色上显著地不同-更暗、更红并且蓝色少的多。用包覆的二氧化钛制备的泡沫体比对照泡沫体更白、绿色更少并且蓝色更少。氧化铝勃姆石不会显著地影响泡沫体的颜色而其它红外衰减剂会显著地影响。
这些聚合物泡沫体说明了氧化铝勃姆石在聚合物泡沫体中作为红外线衰减剂的令人惊讶的性能。
实施例3-硝化的氧化铝勃姆石
用与实施例1和2相似的方法制备实施例3，区别在于以下方面：
(1)使用具有3.4至4.0重量％的硝酸盐浓度的DISPERALP2(来自Sasol North America，Inc.)作为氧化铝勃姆石。
(2)使用0.75英寸(20毫米)挤出机；
(3)使用3.5pph二氧化碳；以及
(4)略去蓝色颜料。
在4、7和10重量份的氧化铝勃姆石浓度下都导致孔大小的不适宜的降低以及聚合物泡沫体的不适宜的发黄。孔大小的降低和发黄很可能是氧化铝勃姆石在泡沫体制备过程中热降解的结果。该实施例说明氧化铝勃姆石中的硝酸盐浓度适宜地在3.0％以下的原因。

Claims (15)

1.一种用于制备聚合物泡沫体的方法，所述方法包括以下步骤：
a.提供可发泡聚合物组合物，所述可发泡聚合物组合物包含分散于聚合物基体中的发泡剂，所述聚合物基体具有软化温度；以及
b.当处于所述聚合物基体的软化温度以上的温度时，将所述可发泡聚合物组合物暴露在压力低得足以使所述可发泡聚合物组合物膨胀为聚合物泡沫体的环境中；
其中所述可发泡聚合物组合物还包含分散在所述聚合物基体中的氧化铝勃姆石，并且其中所述聚合物基体中超过50重量％的聚合物为选自烯烃聚合物和烯基芳族聚合物中的热塑性聚合物。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法是挤出方法，其中在高于所述聚合物基体的软化温度的初始温度下，并且在防止所述可发泡聚合物组合物发泡的初始压力下，在挤出机中提供所述可发泡聚合物组合物，并且其中步骤(b)通过以下方式进行：将所述可发泡聚合物组合物喷出到压力低于所述初始压力并且低得足以使所述可发泡聚合物组合物膨胀为挤出聚合物泡沫体的环境中。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化铝勃姆石以基于聚合物基体重量为0.1至30重量％的范围内的浓度存在于所述聚合物基体中。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化铝勃姆石具有小于3.0重量％的硝酸盐浓度。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述聚合物基体中超过所有聚合物的50重量％为烯基芳族聚合物。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述发泡剂包含二氧化碳。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述发泡剂包含异丁烷和水中的至少一种以及二氧化碳。
8.一种聚合物泡沫体，所述聚合物泡沫体包含限定散布于其中的多个孔的聚合物基体，并且还包含分散在所述聚合物基体中的氧化铝勃姆石，其中所述聚合物基体中超过50重量％的聚合物为选自烯烃聚合物和烯基芳族聚合物中的热塑性聚合物。
9.权利要求8所述的聚合物泡沫体，其中所述聚合物泡沫体是没有限定泡沫体珠粒的聚合物皮层网络的挤出聚合物泡沫体。
10.权利要求8所述的聚合物泡沫体，其中所述氧化铝勃姆石以基于所述聚合物基体中的总聚合物重量为0.1至30重量％的范围内的浓度存在。
11.权利要求8所述的聚合物泡沫体，其中所述氧化铝勃姆石以基于聚合物组合物重量为0.5至5重量％的范围内的浓度存在。
12.权利要求8所述的聚合物泡沫体，其中所述氧化铝勃姆石具有小于3重量％的硝酸盐浓度。
13.权利要求8所述的聚合物泡沫体，其中所述聚合物基体中超过所有聚合物的50重量％为烯基芳族聚合物。
14.权利要求8所述的聚合物泡沫体，其中所述烯基芳族聚合物选自聚苯乙烯均聚物和苯乙烯类共聚物。
15.权利要求8所述的聚合物泡沫体，其中所述聚合物泡沫体具有5％以下的开孔率。
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