CN102482446A - 隔热板复合材料 - Google Patents

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Abstract

通过以下方式制备制品：提供其中限定有空腔的挤出热塑性聚合物泡沫体，并且将真空隔热板完全安置在空腔内。

Description

隔热板复合材料
交叉引用声明
本申请要求2009年7月29日提交的美国临时申请号61/229,410的权益，其全部内容通过引用加入本文。
发明背景
发明领域
本发明涉及包含挤出热塑性聚合物泡沫体内的真空隔热板的制品，以及用于制备这种制品的方法。
背景技术描述
隔热板提供适宜用于具有经调节的温度的封闭空间的隔热性，所述封闭空间包括住宅、办公室、冷藏容器等。挤出聚合物泡沫体制品如聚苯乙烯泡沫体板材是用于在包括建造和建筑应用以及隔热容器的这种封闭空间使用的普通隔热材料。挤出聚合物泡沫体制品在施工现场易于处理和成形并且是对于在建筑工地工人熟悉的材料。即使如此，希望的是具有比目前聚合物泡沫体更低的热导率的聚合物泡沫体状制品。
卤代发泡剂适用于制备用于隔热材料的挤出热塑性聚合物泡沫体，至少部分地因为卤代分子提供具有低热导率的泡沫体。然而，由于卤代分子对环境具有的可察觉的危害，对于这种分子用于如发泡剂的应用存在正在增多的规定。受到特别关注的是卤代分子的臭氧消耗潜势(ODP)和温室变暖潜势(GWP)。发现具有与卤代分子一样低的热导率的发泡剂是巨大的挑战。作为结果，制造具有所需低热导率的隔热挤出热塑性聚合物泡沫体越来越困难。
真空隔热板(VIP)制品是一类具有极低热导率的隔热材料。VIP包含不透气材料(隔离材料)，所述不透气材料封闭含有内部基体材料的被抽空的空间。该不透气材料典型地为金属片或膜。聚合物膜通常包含在内侧和/或外侧表面上的金属涂层以减少穿过该膜的气体渗透。内部基体材料是低密度多孔材料，如开孔泡沫体或多孔颗粒材料。内部基体材料保持不透气材料内所封闭的空间。该空间在真空下，所述真空充当通过VIP的最优化隔热隔离物。
VIP提供有吸引力的隔热性质，但是同样受到脆弱的困扰。包围VIP的不透气材料可以充当从VIP的一侧至另一侧的热短路。可以起强化不透气封闭空间作用的导热材料如金属，同样起到绕过VIP隔离物的有效热短路的作用。含有薄金属涂层的聚合物膜更普遍地作为用于VIP的不透气封闭空间并且提供不太有效的通过VIP的热短路。然而，聚合物膜相对易碎并且当刺穿或破裂时将泄放VIP中的真空并破坏VIP的大部分热隔离性能。尽管有VIP的这些缺点，存在用于在建造和建筑应用中使用VIP的方法。
WO97/11842提供了包含VIP的增强隔热板以及环绕VIP四周的框架以在处理过程中保护VIP。框架可以是聚合材料，甚至是聚合物泡沫体材料。
EP1213406公开了一种隔热壁，所述隔热壁含有其他元件层之间的VIP。
EP1500752A2公开了一种隔热元件，所述隔热元件含有VIP和保护层以及将这些元件固定至建筑表面的固定元件。
DE202007014565公开了一种含有其他元件的层之间的VIP的隔热体系。
在隔热板领域将领先的是提供具有挤出聚合物泡沫体的外观和感觉并且触摸像挤出聚合物泡沫体，但是还享有更类似VIP的隔热性的板。此外，适宜的是具有这种板，其含有VIP，但是伴随地提供VIP的局部保护以及围绕VIP最优的隔热性以防止通过VIP不透气隔离物封闭空间的热短路。
发明概述
本发明提供了对于以下问题的解决方案：提供具有挤出聚合物泡沫体的外观和感觉并且触摸像挤出聚合物泡沫体，但是还享有更类似于VIP的隔热性能的板。此外，本发明还提供获得这种板的解决方案，所述板含有VIP但是伴随地提供VIP的局部保护以及围绕VIP最优的隔热性以防止通过VIP不透气隔离物封闭空间的热短路。此外，本发明的实施方案提供实现这些在前问题的任意一个或全部的解决方案，而不使用或含有卤代发泡剂，尤其是能够提供具有35毫瓦/米*开尔文(mW/m*K)以下的热导率的隔热泡沫体制品而不使用卤代发泡剂。
本发明提供挤出聚合物泡沫体内的VIP。出乎意料地，本发明可以按以下方式在聚合物泡沫体内提供VIP：提供在VIP与板的外表面之间的聚合物泡沫体中局部地更高的机械强度以提供对VIP增强的保护。
在第一方面，本发明是一种制品，其包含：挤出热塑性聚合物泡沫体，所述挤出热塑性聚合物泡沫体具有限定了多个孔的热塑性聚合物基体，所述挤出热塑性聚合物泡沫体限定了至少一个空腔；以及真空隔热板，其完全位于挤出热塑性聚合物泡沫体的至少一个空腔内。
在第二方面，本发明是一种用于制造第一方面的制品的方法，所述方法包括：(a)提供其中限定有空腔的第一挤出聚合物泡沫体；以及(b)将真空隔热板完全安置在空腔内。
本发明的方法可用于制备本发明的制品。本发明的制品可以用于隔热结构体和容器。
附图简述
图1示例了热塑性聚合物泡沫体和本发明的制品的两个实施方案。
图2示例了在交错的层状方位上包含空腔的挤出热塑性泡沫体制品。
图3示例了在交错的层状方位上包含空腔并且还具有边缘上的半搭接外形的挤出热塑性泡沫体制品。
图4示例了在挤出热塑性聚合物泡沫体中冷成形形成空腔以及本发明的制品的两个实施方案。
发明详述
“空腔”是材料中的空洞。为了本发明的目的，一直延伸穿过材料的孔落在术语“空腔”的范围之外。如本文所使用的空腔通常类似于材料中的洞或凹坑。空腔可以全部由材料封闭。例如，空腔可以是完全由挤出热塑性聚合物泡沫体封闭的空隙。材料中的空腔通常是材料中的凹坑的形式。值得注意地，泡沫体孔是限定在聚合物基体中的空腔-但是不被认为是限定在聚合物泡沫体中的空腔。本发明的制品包括“限定在聚合物泡沫体中的空腔”。泡沫体孔不满足这个定义，因为它们被限定在聚合物基体中并且是定义聚合物泡沫体所必需的特征。不能在本身由泡孔所限定的结构中限定泡孔。限定在聚合物泡沫体中的空腔可以具有超过10个并且甚至100个泡沫体孔的尺寸。
“主表面”是制品的一个表面，所述表面具有等于或大于制品的任意其他表面的平面表面积。平面表面积是指投影至平面上的表面面积，并且不计入归因于表面上的峰和谷的表面积。尽管如此，主表面可以是平面的或者非平面的。例如，主表面可以含有槽、凸起或任意其他外形。
长度、宽度和厚度是制品相互正交的维度。长度是等于最大维度的制品维度。在挤出制品如挤出泡沫体中，长度通常沿泡沫体的挤出方向延伸。宽度在量上等于或大于厚度。在板状制品中，厚度从制品的主表面延伸至相反主表面的表面。
ASTM是指美国试验和材料协会(American Society for Testing andMaterials)。EN是指欧洲标准(European Norm)。ASTM和EN两者都是指测试方法。除非另外指出，在本文中提及测试方法是指在本文的优先权日之前最新的测试方法。在本文中测试方法可以测试编号的后缀指定测试方法的年份。
多个意指“两个以上”。“和/或”意指“和，或作为备选”。除非另外指出，所有范围包括端点。
本发明的制品包括限定了至少一个空腔的挤出热塑性聚合物泡沫体。挤出热塑性聚合物泡沫体是一类特定类型的泡沫体，它通过以下方法制造：将软化状态下的热塑性可发泡聚合物组合物通过模头从发泡压力和温度下的区域挤出至低于发泡压力的压力下并且典型地低于发泡温度的环境。可发泡聚合物组合物膨胀并且冷却以形成挤出热塑性聚合物泡沫体。挤出热塑性聚合物泡沫体具有不同于其他类型的聚合物泡沫体如热固性泡沫体和发泡珠粒泡沫体的独特特征。
热固性泡沫体不能像挤出热塑性聚合物泡沫体一样可逆地软化。一旦发泡并固化，可以将热固性泡沫体碾碎而不能熔化。相反，挤出热塑性聚合物泡沫体具有连续热塑性聚合物相并且作为结果可以熔化或软化。
发泡珠粒泡沫体包括大量彼此粘结的发泡珠粒。每个发泡珠粒具有限定了珠粒的皮层。一个珠粒的皮层粘结至相邻珠粒以形成发泡珠粒泡沫体。归因于围绕在每个泡沫体珠粒的泡沫体孔周围的皮层，在发泡珠粒泡沫体的截面上每个发泡珠粒是明显的。珠粒皮层形成遍及发泡珠粒泡沫体的三维网络，所述三维网络封闭组成每个发泡珠粒的泡沫体孔的局部组。通常，三维皮层网络是多孔的，它可以不适宜地导致将湿气吸入并且通过多孔皮层网络遍布泡沫体。相反挤出热塑性聚合物泡沫体没有封闭泡沫体孔的局部组的三维皮层网络。作为结果，挤出热塑性聚合物泡沫体可以是比发泡珠粒泡沫体更好的隔热体，归因于挤出热塑性聚合物泡沫没有这种可以充当将泡沫体的表面彼此连接的热短路的三维网络。
本发明的挤出热塑性聚合物泡沫体包含限定多个孔的连续热塑性聚合物。热塑性聚合物可以是多于一种可挤出热塑性聚合物的任意一种或组合。适宜地，热塑性聚合物是选自以下各项的多于一种聚合物的一种或组合：烯基芳族聚合物和烯烃聚合物。合适的烯基芳族聚合物包括苯乙烯或取代的苯乙烯的均聚物和共聚物。特别适宜的烯基芳族聚合物包括苯乙烯均聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物。适宜的烯烃聚合物包括乙烯和丙烯均聚物和共聚物。
连续热塑性聚合物可以具有分散在其中的添加剂和填料。适宜的添加剂和填料包括：红外衰减剂(例如，炭黑、石墨、金属薄片、二氧化钛)；粘土如天然吸附剂粘土(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，溴化阻燃剂如六溴环十二烷和溴化聚合物、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)。添加剂和/或填料的总浓度可以至多20重量％(wt％)，优选至多15重量％并且更优选至多10重量％。添加剂和/或填料的量可以是0.05重量％以上并且甚至0.1重量％以上，甚至0.2重量％以上。添加剂和/或填料的重量％是相对于连续热塑性聚合物的总重量而言。
挤出热塑性聚合物泡沫体的孔可以是开孔或闭孔。挤出热塑性聚合物泡沫体可以具有30％以下，20％以下，10％以下，5％以下以及甚至2％以下的平均开孔率。较低的开孔率抑制了空气从一个孔运动至另一个孔并且从而降低透过泡沫体的热导率。备选地，挤出热塑性聚合物泡沫体可以是具有大于30％，甚至50％以上的平均开孔率的开孔泡沫体。根据ASTM方法D6226-05测量平均开孔率。
挤出热塑性聚合物泡沫体可以具有一致的开孔率或渐变的开孔率。例如，为将空腔冷成形至泡沫体中适宜的是具有渐变的开孔率，其中梯度从形成空腔的表面上的较大开孔率延伸至与形成空腔的表面相反的表面附近的较低开孔率。适宜的是在经历最大压缩的表面附近具有更高的开孔度以使得气体压力能够散逸至邻近的孔，否则在压缩过程中将积累在孔中。同时，邻近与被压缩的一侧相反的一侧具有更高的闭孔度是适宜的，以获得比用开孔可以获得的更好的阻隔性(例如，蒸汽阻隔特性)和强度。在开孔率上具有如所述的梯度使得泡沫体能够在促进压缩模塑空腔的同时在相反表面提供最优化的阻隔性和强度以保护空腔内含物(例如，VIP)。
泡孔的平均泡孔大小适宜地小于2毫米，优选1毫米以下，更优选500微米以下，再更优选200微米以下并且可以是100微米以下。更小的泡孔大小是适宜的以便最优化隔热性。典型地，泡孔具有10微米以上的平均泡孔大小。根据ASTM D-3576-98测定平均泡孔大小。
挤出热塑性聚合物泡沫体的泡孔可以含有发泡剂。适宜地，泡孔没有氯代发泡剂并且更适宜地没有卤代发泡剂。
挤出热塑性聚合物泡沫体的平均密度适宜地为48千克/立方米(kg/m3)以下，优选40kg/m3以下，更优选35kg/m3以下并且再更优选32kg/m3以下。较低密度的泡沫体典型地具有比较高密度的泡沫体更低的热导率。典型地，挤出热塑性聚合物泡沫体具有16kg/m3以上的平均密度以便在处理过程中拥有结构完整性并且保护由热塑性聚合物泡沫体所限定的空腔内的VIP。根据ASTM D 1622-08(硬质多孔塑料表观密度的标准测试方法)测量平均密度。
该泡沫体可以具有渐变的密度，当将空腔冷成形至泡沫体中时这是适宜的。例如，适宜的是具有渐变密度以将空腔冷成形至泡沫体中，这里梯度从其中形成空腔的表面附近的较低密度延伸至与其中形成空腔的表面相反的表面附近的较高密度。适宜地具有经历压缩的表面附近的较低密度以促进压缩过程中泡沫体孔壁的局部变形和破裂。低密度泡沫体具有较小的壁质量，且具有较小的壁强度。因此，更容易压缩低密度泡沫体。适宜的是同时在与压缩的一侧相反的一侧附近具有更高密度的泡沫体以获得泡沫体的表面与空腔之间的最大强度和阻隔性，以便最优化对空腔内含物(例如，空腔中的VIP)的保护。密度上的梯度使得能够同时容易地压缩较低密度侧并且获得相反侧的最大强度。
适宜地，挤出热塑性聚合物泡沫体根据EN-826具有100千帕(kPa)以上的抗压强度以及2兆帕(MPa)以上的压缩模量。较高的抗压强度和模量是适宜的以提供VIP的更大保护。
适宜地，挤出热塑性聚合物泡沫体的水蒸汽渗透性小于10纳克/米*秒*帕斯卡(ng/m*s*Pa)，优选小于5ng/m*s*Pa并且最优选小于3ng/m*s*Pa。根据EN12086测量水蒸汽渗透性。
挤出热塑性聚合物泡沫体限定至少一个空腔并且可以限定多个空腔。空腔是在挤出热塑性聚合物泡沫体内的凹坑，其中可以容纳另一个物体。一个空腔或多个空腔可以具有在挤出热塑性聚合物泡沫体内配合的任何大小的尺寸。典型地，空腔是在挤出热塑性聚合物泡沫体的主表面中的凹坑，但是也可以是在其他表面或表面的组合中的凹坑。备选地，空腔可以是只在泡沫体的主表面中的凹坑。空腔可以是形成于挤出热塑性聚合物泡沫体中的凹坑或者通过组合挤出热塑性聚合物泡沫体元件以限定空腔所限定的空隙(例如，在泡沫体表面上将泡沫体壁以使得在壁内限定空腔的方式胶粘在一起)。限定了一个以上空腔的挤出热塑性聚合物泡沫体元件可以是单一的挤出热塑性聚合物泡沫体或者多个挤出热塑性聚合物泡沫体的组合，其中多个挤出热塑性聚合物泡沫体在组成上可以是相同的或不同的。例如，可以将挤出聚烯烃泡沫体壁粘贴至挤出聚烯基芳族聚合物泡沫体以形成限定了一个以上空腔的挤出热塑性聚合物泡沫体。
本发明的制品还包含位于挤出热塑性聚合物泡沫体的空腔内的真空隔热板(VIP)。VIP在本领域中是众所周知的并且，一般地，包含隔离材料，所述隔离材料封闭真空下并且一般充有芯材料的容积。隔离材料得益于尽可能不透气和蒸汽，以使得隔离物内的真空持续尽可能长时间。隔离材料可以是刚性的(例如，金属片材)或柔性的(例如，聚合物膜和金属化的聚合物膜)。柔性隔离材料通常更廉价并使用于VIP的较不昂贵的制造工艺成为可能。然而，柔性隔离材料通常更容易被破坏，从而泄放VIP中的真空并丧失VIP的大部分隔热益处。然而在本发明中，将柔性隔离材料通过挤出热塑性聚合物泡沫体保护。芯材料用来保持柔性隔离材料内的空间以限定真空下的体积。不带有芯材料，在真空下柔性隔离材料自身容易塌缩。芯材料可以是任何组成和形式。普通的芯材料包括开孔的多孔物质如开孔聚合物泡沫体。本发明不限于任何特定的VIP，然而它特别地提供保护易碎的VIP如包含薄的或柔性隔离材料的那些的益处。
适宜地，VIP完全位于空腔内，意味着可以将隔热材料置于空腔上并与挤出热塑性聚合物泡沫体的表面接触，其中该空腔位于含有VIP的空腔的周围。当VIP完全位于挤出热塑性聚合物泡沫体的空腔内时，尤其是当将VIP封闭在挤出热塑性聚合物泡沫体内时，挤出热塑性聚合物泡沫体提供VIP的最优保护。适宜地将VIP封闭在它所位于其中的空腔内。例如，适宜地用至少5mm，优选至少10mm，更优选至少15mm的挤出热塑性聚合物泡沫体封闭(与制品外部隔离)VIP以便提供对VIP的最优化保护。
存在数种用于具有含有位于其中的VIP的空腔的挤出热塑性聚合物泡沫体的结构，其中VIP被封闭在空腔内并且它们全落在本发明的最宽范围内。
在本发明的范围内的是挤出热塑性聚合物泡沫体限定或具有附于其上的覆盖空腔的盖或铰合部分。在一个位置铰合部分或盖露出空腔并且在另一个位置铰合部分或盖覆盖空腔，以及空腔内的VIP。可以使用粘合剂或其他紧固件将这种铰合部分或盖密封在空腔上。
在一个适宜的实施方案中，本发明的制品包括封闭挤出热塑性聚合物泡沫体中的至少一个空腔，优选所有空腔的配套部件。配套部件在组成和/或性质上与挤出热塑性聚合物泡沫体可以是相同的或不同的。例如，配套部件可以是与限定空腔的挤出热塑性聚合物泡沫体相同组成的挤出热塑性聚合物泡沫体。为有助于理解这些实施方案，图1-3提供了本发明的示例性制品的描述。
图1(a)示例了限定正方形空腔12以形成空腔泡沫体10的挤出热塑性聚合物泡沫体5。图1(a)提供当直接向下观察其中限定空腔12的聚合物泡沫体5的主表面时的空腔泡沫体10的视图。
图1(b)示例了制品20的截面视图，所述制品为本发明的包含两个相配的空腔泡沫体10的制品，一个空腔泡沫体相对另一个反转以使得每个空腔泡沫体10的空腔12与另一个空腔泡沫体10的空腔12对准，完全地封闭具有挤出热塑性聚合物泡沫体内每个空腔12的两倍体积的空腔。截面视图垂直于图1(a)的视图并且一般沿图1(a)的视线A观察。VIP 40位于由两个空腔12形成的空腔之内并且完全将其占据。
图1(c)示例了制品30的类似的横截面视图，所述制品是本发明的包含一个空腔泡沫体10和位于空腔12之上并将其封闭的挤出聚合物泡沫体片材或板材50的制品。VIP 45位于空腔12内并且被完全封闭在挤出热塑性聚合物泡沫体内。
对于在单个制品中可以存在的封闭的VIP的层数没有限制。例如，在一个实施方案中，本发明的制品包括第一组多个真空隔热板，所述第一组多个真空隔热板彼此相邻并位于所述制品的第一平面中；以及第二组多个真空隔热板，所述第二组多个真空隔热板被安置为与所述第一组的两块以上真空隔热板搭接，并且位于所述制品中除第一平面内的位置以外的位置。图2示例了这种结构。图2示例了包含三个挤出热塑性泡沫体：110、120和130的制品100。泡沫体130限定了三个空腔(135)并且泡沫体120限定了两个空腔(125)。泡沫体120位于紧靠泡沫体130的位置以封闭空腔135。泡沫体110位于紧靠泡沫体120的位置以封闭空腔125。适宜地，将泡沫体130和110固定至泡沫体120，优选通过粘合剂进行。空腔125与空腔135交错以使得最少化从制品100的表面200至表面300穿过泡沫体的直接通道。一个或多于一个的任意组合，优选所有的空腔125和135适宜地含有并且更适宜地填充有VIP制品以便形成本发明的制品。在单个制品中具有交错的VIP层的益处是通过在否则将是从制品的一个表面延伸至相反表面的挤出热塑性聚合物泡沫体柱的位置中间放置VIP隔离物获得穿过制品更低的热导率。VIP将具有比挤出热塑性聚合物泡沫体柱更低的热导率，所以这种构造应降低通过否则将仅为泡沫体柱的位置的热导率。
图3示例了另一个挤出热塑性泡沫体制品，其当制品中一个空腔或多于一个空腔的任意组合含有VIP时成为本发明的制品。制品500是特别适宜的，因为它具有至少两个相反边缘上的配合唇结构体(半塔接接合部件)520和540，以促使配对的邻近制品对准在一起以获得通过本发明的制品的绝热覆盖，并且不具有直接通过制品的任何挤出聚合物泡沫体部分的热短路。制品500具有两个空腔泡沫体120，其彼此偏移以使得它们的空腔125部分地搭接。空腔125由挤出聚合物泡沫体片材或板材110封闭。制品500的部分520和540充当可以在邻接的板材中彼此配对的半搭接部。适宜地，每个空腔125含有并且更适宜地完全填充有VIP。备选地一个或多于一个空腔125的组合可以含有和/或填充有VIP。
可以将封闭本发明的制品的空腔的泡沫体组件松散地放置在一起，用例如，胶带或粘合剂(如GREAT-
Figure BDA0000131893960000101
牌聚氨酯粘合剂，GREAT-STUFF是陶氏化学公司的商标)粘在一起或者机械地固定在一起。也可以将空腔内的VIP粘合至其中限定了空腔的挤出热塑性聚合物泡沫体、封闭空腔的挤出热塑性聚合物泡沫体或者两者。将制品的组件彼此粘合是在处理和使用过程中保持制品的完整性所需要的。
本发明的制品适宜地提供比挤出热塑性聚合物泡沫体或VIP的任一种更好的耐久性和隔热性组合。本发明的制品的热导率适宜地为35毫瓦/米*开尔文(mW/m*K)以下，优选30W/m*K以下，再更优选25mW/m*K以下，再更优选20mW/m*K以下，甚至15mW/m*K以下并且最优选10mW/m*K以下。根据ASTM C578测定热导率。
在VIP的基础上或者代替VIP，本发明的制品的任何单一的空腔可以含有一种或多于一种另外的材料，所述另外的材料包括一种或多于一种另外的隔热材料，条件是至少一个空腔含有VIP。一类适宜的另外的材料是反射性材料如金属箔或反射性涂层，它进一步降低通过最终制品的热导率。
本发明的制品可以具有带特定外形或形状的边缘。例如，制品的相反边缘可以具有配套的榫和沟形状或相对搭接而以配套方式协调定位彼此相邻的多个制品。边缘的压型可以通过机加工或模塑完成，并且可以在限定空腔和/或将VIP引入至制品的空腔内之前或之后完成。
该制品可以具有平面表面或带轮廓的表面。在一个实施方案中，该制品具有限定了在至少一个尺寸，典型地长度尺寸延伸的沟的主表面。在以下应用中沟是适宜的：例如，涂覆材料(例如，灰砂或水泥)将要被涂布在制品上，因为涂覆材料可以渗入至沟中并且获得对该制品更高的机械附着。
通常，通过以下方式制备本发明的制品：提供限定了至少一个空腔的挤出热塑性聚合物泡沫体，提供VIP并且将VIP嵌入至由挤出热塑性聚合物泡沫体所限定的空腔内。
以任意方式制备挤出热塑性聚合物泡沫体。通常通过首先在挤出机中成形软化的聚合物组合物制造挤出热塑性聚合物泡沫体。聚合物组合物具有带软化温度的连续热塑性聚合物相。热塑性聚合物与上面对于挤出热塑性聚合物泡沫体所描述的热塑性聚合物相同。通过将聚合物组合物加热至高于其软化温度(对于无定形聚合物为玻璃化转变温度，对于半结晶聚合物是熔化温度，并且如果是热塑性聚合物的共混物，由聚合物组合物中连续热塑性聚合物表现的最高玻璃化转变温度或熔化温度)的温度制造软化的聚合物组合物。如果尚不存在发泡剂，将发泡剂在足够高以防止聚合物组合物的发泡的初始压力下引入至软化的聚合物组合物，以便形成可发泡聚合物组合物。通常适宜的是将可发泡聚合物组合物冷却至发泡温度，所述发泡温度仍然高于聚合物组合物的软化温度，并且之后将可发泡聚合物组合物挤出至具有低于初始压力的压力和低于发泡温度的温度下的环境中。使可发泡聚合物组合物发泡为挤出热塑性聚合物泡沫体。
用于制造挤出热塑性聚合物泡沫体的合适的发泡剂包括以下各项的任意一种或多于一种的组合：无机气体如二氧化碳、氩、氮和空气；有机发泡剂如水、具有1至9个碳的脂族和环烃类，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代的烷烃和烯烃，其优选无氯(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))；完全和部分卤代的聚合物和共聚物，适宜的氟代聚合物和共聚物，甚至更优选无氯的氟代聚合物和共聚物；具有1至5个碳的脂族醇，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、甲乙醚；羧酸酯化合物如甲酸甲酯，乙酸甲酯，乙酸乙酯；羧酸和化学发泡剂如偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、苯磺酰肼、4，4-羟基苯磺酰氨基脲、对甲苯磺酰氨基脲、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。在适宜的实施方案中，发泡剂没有氯代发泡剂并且更优选没有卤代发泡剂。卤代发泡剂，尤其是氯代发泡剂具有在环境上有不合乎需要的影响的污名。因此，因为是更加环境可接受的，没有氯代或卤代发泡剂的发泡剂是适宜的。
为形成具有至少暂时地低于大气压的孔压的孔的聚合物泡沫体，使用二氧化碳作为发泡剂或者多种发泡剂之一是适宜的。二氧化碳从聚合物泡沫体逸出比空气渗入聚合物泡沫体孔中更迅速。作为结果，用二氧化碳发泡的聚合物泡沫体孔在二氧化碳逸出之后并且直至空气渗入以代替以前由二氧化碳提供的压力之前具有低于大气压力的压力。
挤出热塑性聚合物泡沫体限定了至少一个空腔。以任何可以想象的方式限定挤出热塑性聚合物泡沫体中的空腔。限定空腔的合适方式包括布线(routing)、将多个挤出泡沫体组件以限定一个以上空腔的方式装配在一起，以及通过压缩冷成形和/或热成形以形成一个或多于一个凹坑。如关于本发明制品对于挤出热塑性聚合物泡沫体描述过的，在本发明的范围内的是将多个挤出热塑性聚合物泡沫体元件组合在一起以限定一个或多于一个空腔。挤出热塑性聚合物泡沫体元件可以具有相同的组成和性质或不同的组成和/或性质。引入空腔的另一个方法是在挤出热塑性聚合物泡沫体中形成切口以形成泡沫体盖，并且之后移除盖之下的一部分的挤出热塑性聚合物泡沫体。之后盖可以充当密封空腔及其内含物的覆盖物。
挤出热塑性聚合物泡沫体可以在任意表面中限定空腔，但是典型地在挤出热塑性聚合物泡沫体的主表面中限定一个以上空腔。一个空腔或多个空腔可以具有挤出热塑性聚合物泡沫体的尺寸之内的任意尺寸或形状。典型地，一个空腔(或多个空腔)具有超过10个，甚至超过100个孔大小的尺寸。为了更清楚，在本文术语的使用中泡沫体的孔不是泡沫体中的“空腔”而是使聚合物基体成为泡沫体的聚合物基体的特征。由泡沫体所限定的空腔是由多孔的聚合物基体所限定的，所述多孔的聚合物基体必要地包含泡沫体孔。
用于在聚合物泡沫体中限定一个或多个空腔的一个特别适宜的方法是通过使用冷成形方法。美国专利申请US2009/0062410A1(以其全部内容加入本文)提供了冷成形方法的一般描述。为通过冷成形引入空腔，在低于聚合物泡沫体制品的软化温度的温度下，典型地在或接近环境温度(大约25℃)下将模具凸出部压入聚合物泡沫体制品中，因此称为“冷”成形。
冷成形提供本发明的特别适宜的制品，因为压缩聚合物泡沫体制品以形成空腔使空腔和泡沫体的与在其中压制空腔的泡沫体表面相反的外表面之间的部分密度加大。密度加大的部分有益地具有比周围未压缩的泡沫体更高的耐久性并且从而对位于最终制品的空腔内的VIP提供针对从泡沫体外侧施加的力的改善的保护。密度加大部分还充当比密度未加大的挤出热塑性聚合物泡沫体更好的蒸汽阻隔层，从而保护泡沫体的空腔内的VIP不受含有VIP的热塑性泡沫体制品周围气氛中水蒸汽的影响。水蒸汽倾向于通过渗透穿过VIP的隔离材料并进入VIP制品中使VIP隔热值下降。
理想地，对于冷成形空腔使用具有以下特征的任意一个，任意两个、三个的组合或者全部四个的挤出热塑性聚合物泡沫体：(a)孔压(泡沫体的孔内的压力)低于一个大气压，优选0.75个大气压以下；(b)邻近由模具压印以形成空腔的表面(换言之，“压印表面”)的开孔率比与压印表面相反的表面附近的开孔率高，优选具有渐变的开孔率；(c)压印表面附近的密度低于与压印表面相反的表面附近的密度，优选具有渐变密度；以及(d)各向异性压缩平衡：压缩维度上的压缩平衡高于垂直于压缩的维度的压缩平衡。第一个特征(孔压)有助于在不压裂泡沫体压缩部分周围的泡沫体的情况下压缩。(b)和(c)的益处在讨论挤出聚合物泡沫体性质中在上面已经给出。(d)的益处是它促进在冷成形压缩过程中孔壁的塑性-弹性变形。
提供VIP并且将其放入由挤出热塑性聚合物泡沫体所限定的空腔中。可以接受的是将多于一个VIP放入单一的空腔中，以及将VIP放入挤出热塑性聚合物泡沫体的多于一个空腔中。一个或多个VIP可以是挤出热塑性聚合物泡沫体的任意给定空腔中的单独的元件。备选地，另外的元件，包括气凝胶和金属箔，可以与VIP一起位于空腔中。
本发明的制品尤其可以作为隔热材料使用。使用本制品的一种方法是提供该制品并且之后将该制品作为隔离物放置在两个不同区域之间。例如，将本发明的制品设置在建筑结构体的墙上以将结构体的内侧与结构体的外侧隔热。作为另一个实例，将本发明的制品作为容器周围的壁设置以将容器内侧与容器的外侧隔热。
实施例
以下实施例用于进一步说明本发明的特定实施方案。
用于制备空腔泡沫体的方法
提供挤出聚苯乙烯(XPS)泡沫体板材(110mm厚，600mm宽，2200mm长)，所述挤出聚苯乙烯泡沫体板材具有高垂直压缩平衡的各向异性压缩平衡，约19％的从芯至表面的密度梯度(芯具有比表面低19％的密度)以及开孔率梯度以使得芯具有比表面更高的开孔率。泡沫体在不使用卤代发泡剂的情况下制备并且，因此，不含卤代发泡剂。一种这样的泡沫体是使用二氧化碳和异丁烷作为发泡剂组合物并且至少老化了八个月的IMPAXXTM 300牌能量吸收泡沫体(IMPAXX是陶氏化学公司的商标)。该泡沫体具有37kg/m3的平均密度(方法ASTM D 1622)，根据EN-826的384kPa的垂直压缩强度以及根据ASTM C578的34.2mW/m*K的热导率。
经由板的厚度维度的中心纵向切割板材(平行于主表面)以形成两块具有大约55mm的厚度的泡沫体板材。切下的表面露出泡沫体的芯，它具有比未切割的相反表面更低的密度和更高的开孔率，并且作为泡沫体的成形表面。移除与切割表面(成形表面)相反的未切割表面的皮层至7mm的深度。切割600mm的长度以制造具有600mm的长度和宽度以及55mm的厚度的冷成形泡沫体板材。
提供具有500mm乘500mm乘40mm厚的尺寸的空腔成型成形模具。将空腔成型成形模具安装至Walter Pressen压塑机(1000kN)上的移动压板上。将冷成形泡沫体坯料放置在带有面对空腔成型成形模具的成形表面的压塑机的固定压板上。用冷成形泡沫体坯料和环境温度(大约25℃)下的空腔成型成形模具，将空腔成型成形模具以大约10mm/分钟的速率压至冷成形泡沫体坯料的600mm x 600mm表面的中心，直至成形模具压入冷成形泡沫体坯料中20mm。将空腔成型成形模具从泡沫体抽出以展现“空腔泡沫体”：具有600mm x 600mm x 55mm的尺寸的挤出热塑性聚合物泡沫体，并且在所述泡沫体的一个主表面中限定了具有500mm x 500mmx 20mm的尺寸的空腔。在空腔和与其中限定了压缩的表面相反的表面之间的泡沫体部分具有比泡沫体的平均密度更高的密度，归因于在该空间中泡沫体的压缩。对比于泡沫体中剩下的密度未加大部分的大约37kg/m3的密度，在空腔和与其中限定了压缩的表面相反的表面之间的被压缩的部分具有大约370kg/m3的密度。泡沫体的该密度加大部分充当对水蒸汽渗透增强的隔离物以及保护可能位于空腔中的VIP的增强层。
图4总体地示例了该过程。图4(a)示例了在空腔形成之前挤出热塑性聚合物泡沫体2000和空腔成型成形模具1000的截面视图。图4(b)示例了压至泡沫体2000中的空腔成型模具1000。图4(c)示例了从泡沫体2000抽出的空腔成型模具1000，留下空腔3000以制造空腔泡沫体4000。空腔泡沫体4000的部分4500具有比空腔泡沫体4000的部分4750更高的密度，并且因此具有比空腔泡沫体4000平均密度更高的密度。图4(d)例示了空腔泡沫体4000的顶视图(向下朝空腔3000看)。值得注意地，图4(a)-(c)的加工步骤是沿视线X观察的截面特征。
比较例A.提供空腔泡沫体并用具有600mm的长度和宽度以及25mm的厚度的第二片泡沫体(“盖泡沫体”)封闭空腔，它从与用于制备比较例(Comp Ex)A的空腔泡沫体类似的挤出聚苯乙烯泡沫体板材切下。图4(e)总体地示例了带有搭接在空腔泡沫体4000之上以完全封闭空腔3000的盖泡沫体5000的比较例A的横截面视图。
比较例B.除了在制品的空腔中包含具有500mm的宽度和长度和20mm的厚度的挤出聚苯乙烯泡沫体板材以完全填充空腔以外，制备另一个类似于比较例A的制品。将填充空腔的挤出聚苯乙烯泡沫体板材从与盖和空腔泡沫体相同的泡沫体材料切下。除了VIP 6000为挤出聚苯乙烯泡沫体板材以外，比较例B与图4(f)中的制品7000相似。
实施例1.除了将具有500mm的宽度和长度和20mm的厚度的VIP(例如，Va-Q-Vip，可得自Va-Q-Tec GmbH)封闭在空腔内之外，制备与比较例A类似的泡沫体制品。该VIP具有4.5mW/m*K的热导率。图3(f)总体地示例了作为带有空腔泡沫体4000、盖泡沫体5000和空腔3000(未显示，因为由VIP 6000占据)中的VIP 6000的制品7000的实施例(Ex)1。
实施例2.使用具有4.2mW/m*K的热导率的VIP重复实施例1
比较例C.提供两个空腔泡沫体并且以它们的空腔彼此面对将它们配合在一起以使得形成正方形制品(比较例C)，所述正方形制品具有600mm的宽度和长度和110mm的厚度，带有具有500mm的宽度和长度和40mm的厚度在制品中心内的完全封闭的空腔。在图5(g)中总体地示例了比较例C，它示例了将一个反转并放置在另一个顶上以使得完全封闭空腔3500的两个配对的空腔泡沫体4000。
比较例D.除了在制品的空腔中包含具有500mm的宽度和长度和40mm的厚度的挤出聚苯乙烯泡沫体板以使得完全填充空腔以外，制备类似于比较例C的另一个制品。填充空腔的挤出聚苯乙烯泡沫体板材从与盖和空腔泡沫体相同的泡沫体材料切下。
实施例3.除了将具有500mm的宽度和长度和40mm的厚度的VIP(例如，Va-Q-Vip，可得自Va-Q-Tec GmbH)。该VIP具有4.1mW/m*K的热导率)封闭在空腔内之外，制备类似于比较例C的泡沫体制品。实施例3作为图4(h)的制品8000总体地示例(以截面视图)。制品8000含有填充由配对空腔泡沫体4000封闭的空腔3500(未显示)的VIP 6500。
实施例2.使用具有3.5mW/m*K的热导率的VIP重复实施例3。
可以将封闭每个制品的空腔的比较例和实施例的两个泡沫体组件松散地放置在一起，用例如，胶带或粘合剂(如GREAT-
Figure BDA0000131893960000161
牌聚氨酯粘合剂，GREAT-STUFF是陶氏化学公司的商标)粘在一起或者用紧固件机械地固定在一起，全部都有类似的热导率结果。
根据方法ASTM C578测量在10℃下每个制品的热导率。用于比较目的，表1提供了热导率结果。
表1
 制品   描述   厚度(mm)   热导率(mW/m*K)
 比较例A   空的20mm空腔   80   41
 比较例B   填充有XPS的20mm空腔   80   33
 实施例1   带有4.5mW/m*K VIP的20mm空腔   80   14
 实施例2   带有4.1mW/m*K VIP的20mm空腔   80   12
 比较例C   空的40mm空腔   110   46
 比较例D   XPS填充的40mm空腔   110   33
 实施例3   带有4.1mW/m*K VIP的40mm空腔   110   9
 实施例4   带有3.5mW/m*K VIP的40mm空腔   110   8
归因于空腔中出现的自由空气对流，具有空的空腔空间的比较例(比较例A和C)具有最高的热导率。空腔中具有XPS泡沫体的比较例(比较例B和D)具有接近任何处理之前块状XPS泡沫体(35mW/m*K)的热导率。
相反，包含封闭在空腔内的VIP的实施例具有比VIP周围的块状XPS泡沫体显著更低的热导率。每个实施例的制品包括由XPS泡沫体封闭并保护的VIP。此外，每个实施例的制品由含有VIP的空腔与XPS泡沫体的外侧表面之间XPS泡沫体的密度加大部分带来的附加保护，所述密度加大部分通过在XPS泡沫体中冷成形空腔而引起。泡沫体的这个更高密度部分固有地具有比泡沫体的密度未加大部分更高的抗压强度。
实施例1-4例示了本发明的制品以及它们在具有挤出热塑性聚合物泡沫体的外观(如挤出XPS泡沫体)的同时可以提供的显著低热导率。
作为本发明的制品的特征，可以将每个实施例的制品的边缘切下以使得制品配合用户间隔，或者将其铣磨而实现配合或所需的外形(例如，舌槽或搭接形状)而不损害制品的VIP或热导率。

Claims (12)

1.一种制品，所述制品包括：
a.挤出热塑性聚合物泡沫体，所述挤出热塑性聚合物泡沫体具有热塑性聚合物基体，所述热塑性聚合物基体限定多个泡孔，所述挤出热塑性聚合物泡沫体限定至少一个空腔；以及
b.真空隔热板，所述真空隔热板完全位于所述挤出热塑性聚合物泡沫体的至少一个空腔内。
2.权利要求1所述的制品，其特征还在于，位于容纳所述真空隔热板的空腔与所述挤出热塑性聚合物泡沫体的表面之间的部分泡沫体的密度高于所述挤出热塑性聚合物泡沫体的平均密度。
3.权利要求1所述的制品，其中所述制品包括多个完全被封闭在挤出聚合物泡沫体内的真空隔热板。
4.权利要求3所述的制品，其中所述制品包括：第一组多个真空隔热板，所述第一组多个真空隔热板彼此相邻并且位于所述制品的第一平面内；以及第二组多个真空隔热板，所述第二组多个真空隔热板被安置成与所述第一组中的两个以上真空隔热板搭接，并且位于所述制品中除第一平面内的位置以外的位置。
5.权利要求1所述的制品，其中所述挤出热塑性聚合物泡沫体不含卤代发泡剂，并且具有25毫瓦/米*开尔文以下的热导率。
6.一种用于制备权利要求1所述的制品的方法，所述方法包括：(a)提供其中限定有空腔的第一挤出聚合物泡沫体；以及(b)将真空隔热板完全安置在所述空腔内。
7.权利要求6所述的方法，其中步骤(a)包括在没有卤代发泡剂的情况下挤出所述聚合物泡沫体。
8.权利要求6所述的方法，其中步骤(a)包括通过冷成形出空腔而将所述空腔限定在所述挤出聚合物泡沫体中。
9.权利要求6所述的方法，所述方法还包括：(c)将第二挤出聚合物泡沫体安置在所述真空隔热板上，以用所述第一和第二挤出聚合物泡沫体之间的挤出聚合物泡沫体封闭所述真空隔热板。
10.权利要求9所述的方法，其中步骤(c)的所述第二挤出聚合物泡沫体中限定有空腔，该空腔与限定在所述第一挤出聚合物泡沫体内的空腔配对，以在这两个挤出聚合物泡沫体内形成所述真空隔热板位于其中的封闭空腔。
11.权利要求6所述的方法，其中步骤(a)中的所述挤出聚合物泡沫体中限定有多个空腔，步骤(b)包括将真空隔热板引入到多于一个的空腔中，并且步骤(c)包括将每个真空隔热板封闭在挤出聚合物泡沫体中。
12.权利要求11所述的方法，其中步骤(c)的所述第二挤出聚合物泡沫体中限定有多个空腔，该空腔与限定在所述第一挤出聚合物泡沫体内的空腔配对，以在这两个挤出聚合物泡沫体内形成多个真空隔热板位于其中的多个封闭空腔。
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