CN103275407A - 用于聚合物泡沫的作为水载体和孔度控制剂的包含多孔碳的化合物 - Google Patents

Abstract

提供了聚合物泡沫和聚合物泡沫产品，其包含可发泡聚合物材料、至少一种发泡剂、活性炭和水。活性炭同时作为吸水剂和水载体。甚至在二氧化碳、HFC和/或红外稀释剂的存在下，活性炭能控制和增加孔度。此外，活性炭容许期望量的水引入聚合物熔体。通过控制挤出工艺期间活性炭的量和其水含量，在挤出制品中可以获得宽范围的孔度。在示范的实施方案中，活性炭添加到第一挤出机以及水直接注入第二挤出机。可替换地，活性炭与聚合物树脂配混，通过调节或蒸汽浸渍预水合，以及添加到第一或第二挤出机。

Description

用于聚合物泡沫的作为水载体和孔度控制剂的包含多孔碳的化合物

本申请是申请日为2010年6月25日、发明名称为“用于聚合物泡沫的作为水载体和孔度控制剂的包含多孔碳的化合物”的中国专利申请No.201080034165.0的分案申请。

发明技术领域和工业应用

本发明总的涉及挤出泡沫产品，特别是包含诸如活性炭的包含多孔碳的化合物作为吸水剂和载体来控制挤出泡沫产品孔度和改善其物理性能的挤出聚合物泡沫。还提供了该聚合物泡沫的成型方法。

发明背景

泡沫树脂结构可用于诸如隔热、在缓冲垫层中、作为包装，以及作为吸附剂的多种应用中。一般通过与任何期望的添加剂一起熔融聚合物以产生聚合物熔体来制备挤出泡沫。在适当的温度和压力下把发泡剂与聚合物熔体混合来制造可发泡的凝胶混合物。然后该可发泡凝胶混合物被冷却和挤压入减压区域，这导致凝胶的发泡以及期望的挤出泡沫产品的形成。就像将要认识到的，聚合物、发泡剂和添加剂的相对量，以及温度和压力降低的方式将会倾向于影响所得泡沫产品的品质和性能。

用于挤出泡沫产品的传统发泡剂包括含氯氟烃（CFC）和氢氯氟烃（HCFC）。CFC和HCFC发泡剂二者的一个优点是在制备工艺期间它们在聚合物熔体中的高溶解度。当发泡剂与聚合物熔体混合时，较高的发泡剂溶解度促进粘度降低。进而，较低的粘度导致用于混合的较低的能量需要。另一方面，这些传统的发泡剂的主要不利在于，由于增加的环境问题，全世界越来越多的政府已经命令消除CFC和HCFC发泡剂。由于其能引起平流层臭氧耗竭和全球变暖的能力，CFC，和许多其他的卤代烃已经被认为是严重的全球环境威胁。诸如CFC和HCFC等化学物臭氧耗竭和全球变暖的影响分别通过臭氧耗竭潜力(ODP)和全球变暖潜力(GWP)来量度。

由于强制性的逐步淘汰具有高ODP和高GWP的发泡剂，在隔绝泡沫应用中有用诸如氢氟烃（HFC）和CO₂等的更环境友好的发泡剂替换常规发泡剂的运动。虽然与HFC和CO₂相比HCFC提供更优异的热阻隔，但是存在于HCFC中的氯具有臭氧耗竭潜力。另外，随着时间的推移，残留在泡沫中的含氯氟烃气相释放到大气中，从而减少该泡沫的隔绝值和潜在地进一步有助于全球变暖潜力。另外，取决于特定的发泡剂选择，每种“非常规的”发泡剂导致不同的孔度和形态。另外，通过这些一般环境友好的发泡剂制造的泡沫的孔度太小而不能向泡沫产品提供可接受的隔绝值以及一般得到更高密度和更昂贵的产品。例如，HFC-134a在聚苯乙烯溶体中的可溶性比HCFC-142b低得多。HFC-134a得到具有小孔度的泡沫，与HCFC-142b相比这造成加工时的困难。

在利用非HCFC发泡剂和维持环境友好的产品的同时，本领域已经进行了扩大孔度的努力。这样的努力的非限定实例在下文中列出。

Suh等的美国专利第4，229，396号教导了当挥发性流体发泡剂和孔度扩大剂结合用于挤出组合物时得到具有增大孔度的挤出合成树脂泡沫。孔度扩大剂是在发泡温度和大气压力下是液体的有机化合物并且在该发泡温度下一般可溶于该凝胶。另外，Suh教导孔度扩大剂在低于可发泡组合物的发泡温度熔融。孔度扩大剂的实例包括天然和合成蜡。有人主张根据该披露方法制备的泡沫比没有孔度扩大剂的制备的类似泡沫在尺寸上更稳定。

Suh等的美国专利第5，489，407号描述了用于制造具有增大孔度的封闭孔、烯基芳族聚合物泡沫的工艺。该聚合物优选是聚苯乙烯。因为环境的原因，该发泡剂优选为诸如CO₂、氮、氩、水、氦，或空气等的无机发泡剂。用于形成泡沫的组合物包括基本上的非蜡的孔度扩大剂。该组合物可能任选地包含成核剂（例如，诸如滑石、粘土、和/或碳酸钙等的无机物）来控制泡沫孔的大小。

Park的美国专利第5，475，035号和EP0887167披露了在较高温度下把第一发泡剂混合入聚合物熔体和在较低温度下把水作为第二发泡剂的工艺。第一发泡剂基本上不含水，以及包括无机发泡剂、有机发泡剂、和化学发泡剂。水在第一发泡剂的下游引入。Park教导了通过在第一发泡剂的下游混合入水，使加工设备的腐蚀最小化。另外，成核剂（例如，诸如滑石、粘土、和/或碳酸钙等的无机物）可以添加到熔体中来控制泡沫材料的孔度。

Stobby的美国专利公开号2008／0293839教导了采用水和优选的至少一种选自烃类、氢氟烃类、和氟烃类的发泡剂作为发泡剂。该发泡剂可以在足够防止聚合物熔体材料的实质膨胀以及一般把发泡剂分散入聚合物熔体的高压下混合或掺入聚合物熔体中。有人主张采用水使得能够在保持环境友好的同时维持了较低的工艺压力、较低的泡沫密度、和较大的孔度。

采用水作为发泡剂的一个问题是它可能引起加工设备的腐蚀。当使用溴化脂肪族阻燃剂的时候这个问题会恶化。例如，水可能与溴化氢（HBr）或溴化脂肪族阻燃剂的其它分解产物结合而形成具有高含酸量的聚合物熔体。进而，该聚合物熔体内的该酸腐蚀挤出设备中的硬件。由于对挤出机和关联挤出设备的腐蚀，必须经常修理或替换元件，这导致增大生产成本和增大停工期。

尽管上述采用水作为发泡剂来增大孔度并减少腐蚀的努力，当采用非HCFC发泡剂时本领域仍旧需要获得具有增大孔度的挤出聚合物泡沫，其维持了常规挤出聚苯乙烯泡沫的积极物理性能，并且减少或消除了挤出机的腐蚀。

发明内容

本发明的一个目的是提供形成硬质的、闭孔泡沫产品的方法，其包括：（1）把至少一种烯基芳族聚合物材料和非包封包含多孔碳的化合物加热到足够熔融该至少一种聚合物材料和形成聚合物熔体的第一温度，（2）把一种或多种发泡剂注射入该聚合物熔体以形成可发泡凝胶材料，（3）把所述可发泡凝胶传送到第二挤出机，在此该可发泡凝胶冷却到第二温度，其中所述第二温度比所述第一温度低，（4）把在加热影响下蒸发、分解、或起反应从而形成气体的液体直接注射入第二挤出机和聚合物熔体中，在此所述液体被所述非包封包含多孔碳的化合物吸收，以及（5）通过模具在足够形成硬质的、闭孔泡沫产品的压力下挤出该冷却的可发泡凝胶。该方法可以进一步地包括配混所述活性炭与所述至少一种烯基芳族聚合物材料以形成配混的材料以及然后把所述配混的材料添加到第一挤出机。

该包含多孔碳的化合物可以是活性炭、粉状活性炭、椰子壳、木材、谷皮、谷皮粉末、炭黑、多孔花岗岩，以及其组合。所述液体可以是液态水、烃类、卤代烃类、醇类、二元醇类、多元醇类、酮类、酯类、醚类、酰胺类、酸类、醛类，以及其混合物。在示范的实施方案中，所述液体是水以及在挤出模头之前把水注入到第二挤出机中。另外，水可以用选自表面活性剂、中和剂、防腐剂、和化学发泡剂的至少一个进行处理。该包含多孔碳的化合物可以是平均粒度从大约1到大约100微米的活性炭。另外，基于聚合物材料的总重，活性炭可以具有大约0.2%到大约2.0%浸渍的水含量。链烯基芳族聚合物材料和活性炭可以相继地加到第一挤出机，其中所述活性炭以选自粉末、压紧形式和浆料的形式注入所述第一挤出机。

本发明的另一个目的是提供形成硬质的、闭孔泡沫产品的方法，其包括：（1）把烯基芳族聚合物材料的第一部分加热到足够熔融该聚合物材料的第一部分和形成聚合物熔体的第一温度，（2）把一种或多种发泡剂注射入该聚合物熔体以形成可发泡凝胶，（3）把所述可发泡凝胶传送到第二挤出机，在此可发泡凝胶冷却到第二温度，其中所述第二温度比所述第一温度低，（4）把水合包含多孔碳的化合物加到第二挤出机和所述可发泡凝胶中，以及（5）通过模具在足够形成硬质的、闭孔泡沫产品的压力下挤出所述冷却的可发泡凝胶。该包含多孔碳的化合物可以选自活性炭、粉状活性炭、椰子壳、木材、谷皮、谷皮粉末、炭黑、多孔花岗岩，以及其组合。该包含多孔碳的化合物可以是非包封活性炭。

在至少一个示范的实施方案中，该方法包括形成水合包含多孔碳的化合物，通过配混烯基芳族聚合物材料的第二部分与包含多孔碳的化合物以形成包含多孔碳的化合物／聚合物树脂配混物以及然后把所述包含多孔碳的化合物／聚合物树脂配混物放入调理室，在该调理室包含多孔碳的化合物吸收来自空气的水从而形成水合包含多孔碳的化合物。所述水合包含多孔碳的化合物具有期望的水合量。在这样的实施方案中，该包含多孔碳的化合物在从大约1到大约3天的时期内吸收水。

在另一个示范实施方案中，该方法进一步包括形成水合包含多孔碳的化合物，通过(1)配混烯基芳族聚合物材料的第二部分与包含多孔碳的化合物以形成包含多孔碳的化合物／聚合物树脂配混物，（2）把所述包含多孔碳的化合物／聚合物树脂配混物放入加压容器，和（3）用蒸汽处理所述包含多孔碳的化合物／聚合物树脂配混物以形成水合包含多孔碳的化合物，其中所述水合包含多孔碳的化合物具有期望的水合量。在这个实施方案中，该包含多孔碳的化合物在低于大约10分钟的时期内吸收水。

本发明更进一步的目的是提供预水合包含多孔碳的化合物，用于在挤出工艺中把水装载入挤出机来形成硬质的、聚合物泡沫，其包括：与至少一种烯基芳族聚合物材料配混的包含多孔碳的化合物，其中该包含多孔碳的化合物具有期望的水合量。该包含多孔碳的化合物可以选自活性炭、粉状活性炭、椰子壳、木材、谷皮、谷皮粉末、炭黑、多孔花岗岩，以及其组合。在一个示范的实施方案中，该多孔含碳碳材在压力下通过蒸汽浸渍而水合。在本发明另一个实施方案中，该包含多孔碳的化合物在具有控制温度和控制湿度的调理室被水合。在至少一个示范的实施方案中，该包含多孔碳的化合物是非包封活性炭。

可发泡组合物提供期望孔度而没有影响最终的泡沫制品性能，这是本发明的优点。

包括活性炭和水的可发泡组合物得到了具有期望孔度的泡沫，这也是本发明的优点。

直接把水注入第二挤出机减少或消除第一挤出机中的腐蚀，这是本发明的又一个优点。

在可发泡组合物中包含活性炭而不要求改变现有的制造设备，因此没有增加生产成本，这是本发明的另一个优点。

通过本组合物生产的泡沫对生物没有毒性，这是本发明更进一步的优点。

在诸如二氧化碳和HFC等的发泡剂和诸如炭黑、石墨、高岭土、和碳纤维等的红外线稀释剂的存在下，活性炭作为孔度扩大剂，这也是本发明的优点。

可以独立地控制存在于聚合物熔体中的活性炭和水的量以便把期望量的水添加到聚合物熔体，这是本发明另一个特征。

可发泡聚合物材料是烯基芳族聚合物材料，这是本发明的特征。

通过控制挤出工艺期间活性炭的量和其水含量，在挤出制品中可以获得宽广范围的孔度，这是本发明的又一个特征。

本发明的组合物有低的全球变暖潜力和几乎没有或没有臭氧消耗潜力，这是本发明更进一步的特征。

通过蒸汽浸渍活性炭可以很快地用水浸渍，这是本发明的另一个特征。

活性炭可以在湿度受控环境中在几天期间内被水浸渍，这是本发明的又一个特征。

考虑到随后的详细说明，本发明前述的和其他目的、特征以及优点下面将更完全地呈现。然而，需要明确知道的是，附图是说明性的目的以及并不是用来限定本发明的限制范围。

附图说明

考虑到以下的对本发明的详细披露，特别是当与附图结合时，本发明的优点将是明显的，其中：

图1是根据本发明示范实施方案的挤出设备的示意图，包括用于形成挤出泡沫的第一挤出机和第二挤出机，其中活性炭添加到第一挤出机和水添加到第二挤出机；

图2是描述包含不同含量的活性炭的聚苯乙烯泡沫的孔度对包含不同含量的成核剂（即，纳米石墨）的聚苯乙烯泡沫孔度的图解说明；

图3是包含3%活性炭、0.4%H₂O(NaHCO₃)和4%scCO₂的聚苯乙烯泡沫泡孔形态的扫描电镜（SEM）图像。

具体实施方式

除非另有定义，否则这里使用的全部技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的同样的含义。虽然任何类似或等效于这里描述的方法和材料可被用于本发明实践或试验，但是这里描述了优选的方法和材料。引用于此的所有参考文件，包括出版的或相应美国或国外专利申请、发行的美国或国外专利，或者任何其他的参考文件，通过以它们的整体全文参考各自合并，包括存在于引用参考文件中的全部的数据、表格、附图和正文。在图中，为了阐明，线、层和区域的厚度可能被夸大。应当注意所有图中同样的数字表示同样的元件。术语“组合物”和“发明组合物”于此可以互换地使用。应当认识到如这里所用的，“水合的”可以与“浸渍的”互换使用以及“预水合的”可以与“预浸渍的”互换使用。

本发明涉及诸如挤出或膨胀聚苯乙烯泡沫的聚合物泡沫和聚合物泡沫产品，其由包含可发泡聚合物材料、发泡剂、包含多孔碳的化合物（例如活性炭）和水的组合物形成。该包含多孔碳的化合物同时起到作为吸水剂和作为水载体的作用。该包含多孔碳的化合物容许期望量的水被引入聚合物熔体。通过控制挤出工艺期间包含多孔碳的化合物的量和其水含量，在挤出制品中可以获得宽广范围的孔度。在聚合物熔体中包含入包含多孔碳的化合物改善聚合物熔体的加工性能和挤出泡沫产品的物理性能。该包含多孔碳的化合物作为孔度控制剂、孔度扩大剂、加工助剂，以及红外线稀释剂。

可发泡聚合物材料是该配方的骨架并向最终产品提供强度、挠性、韧度和耐久性。可发泡聚合物材料不是特别限定的，以及一般地，能够发泡的任何聚合物可以用作树脂混合物中的可发泡聚合物。可发泡聚合物材料可以是热塑性的或热固性的。然而，在示范的实施方案中，该聚合物材料是热塑性树脂。可以选择特定的聚合材料来提供足够的机械强度和/或对于采用的工艺来形成最终的泡沫聚合物产品。另外，可发泡聚合物材料优选是化学稳定的，也就是说，在聚合物泡沫形成以及随后的使用期间在预期的温度范围内其一般为非反应性的。合适的可发泡聚合物材料的非限定实例包括烯基芳族聚合物、聚氯乙烯（PVC）、氯化聚氯乙烯（CPVC）、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯类、聚异氰脲酯类、聚醚酰亚胺类、聚酰胺类、聚酯类、聚碳酸酯类、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯类、酚醛树脂、聚烯烃类、苯乙烯丙烯腈、丙烯腈丁二烯苯乙烯、苯乙烯／丙烯腈／甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸／苯乙烯／丙烯腈嵌段三元共聚物（ASA）、聚砜、聚氨酯、聚苯硫醚、缩醛树脂类、聚酰胺类、聚芳酰胺类、聚酰亚胺类、聚丙烯酸酯类、乙烯和丙烯的共聚物、苯乙烯和丁二烯的共聚物、乙酸乙烯酯和乙烯的共聚物、橡胶改性聚合物类、热塑性聚合物共混物，以及其组合。

在一个实施方案中，可发泡聚合物材料是烯基芳族聚合物材料。合适的烯基芳族聚合物材料包括烯基芳族均聚物以及烯基芳族化合物和可共聚烯属不饱和共聚单体的共聚物。另外，烯基芳族聚合物材料可以包括少量比例的非烯基芳族聚合物。烯基芳族聚合物材料可以由一种或多种烯基芳族均聚物、一种或多种烯基芳族共聚物、每种烯基芳族均聚物和共聚物的一种或多种的共混物、或者其与非烯基芳族聚合物的共混物形成。不管组合物的组分，烯基芳族聚合物材料可以包括大于50或大于70重量%烯基芳族单体单元。在本发明至少一个实施方案中，烯基芳族聚合物材料全部由烯基芳族单体单元形成。

烯基芳族聚合物的实例包括，但是不限于，衍生自诸如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、乙烯基苯、乙烯基甲苯、氯代苯乙烯、和溴苯乙烯等的烯基芳族化合物的那些烯基芳族聚合物。在至少一个实施方案中，烯基芳族聚合物是聚苯乙烯。

少量的单烯属不饱和化合物可以与烯基芳族化合物共聚，如C₂到C₆烷基酸类和酯类、离聚物衍生物、和C₂到C₆二烯类。可共聚化合物的非限定实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯（ethacrylic）酸、马来酸、衣康酸、丙烯腈、马来酸酐、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、醋酸乙烯酯和丁二烯。

泡沫产品可以基本上（例如，大于95%），以及在大部分实施方案中全部由聚苯乙烯形成。此外，所述聚苯乙烯可以是再循环发泡聚苯乙烯。可发泡聚合物材料可以以大约50%到大约95重量%的量、大约80%到大约90重量%的量、或大约85%到大约95重量%的量存在于组合物中。如这里所使用的，术语“重量%”意思是表示基于组合物100%总重量的百分比。在示范的实施方案中，聚合物材料可以是分子量从大约50，000道尔顿到大约1，000，000道尔顿或从大约120，000道尔顿到大约150，000道尔顿的低粘度树脂。如这里所使用的，术语“分子量”意思是表示重均分子量。

应当认识到可以通过选择聚合物的分子量改变挤出泡沫或泡沫产品的性能。例如，通过采用较低分子量的聚合物使较低密度挤出泡沫产品的制备更为方便。另一方面，通过采用较高分子量的聚合物或较高粘度的树脂使较高密度挤出泡沫产品的制备更为方便。

可发泡组合物还包括至少一种发泡剂。该发泡剂可以选自二氧化碳、1，1，1，2-四氟乙烷（HFC-134a），和诸如而不限于C₁到C₃脂族醇类（例如，甲醇、乙醇、正丙醇、和异丙醇）等的脂族醇类、二氧化碳、超临界二氧化碳，以及其混合物。在至少一个示范的实施方案中，发泡剂是超临界二氧化碳。基于总的聚合物树脂重量，超临界二氧化碳可以以最高达大约6.0份/百份（pph）的浓度存在于该聚合物熔体中，以及在示范的实施方案中，从大约2.5到大约2.5pph。

可以包括于可发泡组合物中的另外的（例如，第二发泡剂）或对于上述发泡剂可替换的发泡剂包括物理和化学发泡剂。合适的物理发泡剂的非排它性列举包括任何烃（HC）发泡剂（例如，丙烷、丁烷、异丁烷、戊烷、异戊烷、己烷、环戊烷，和其其它同系物系列；丙酮；和二甲醚）；HCFC发泡剂（例如，1，1-二氯-1-氟代乙烷（HCFC-141b）、氯-二氟甲烷（HCFC-22）、l，l-二氯-2，2，2-三氟乙烷（HCFC-123）、1-氯-l，2，2，2-四氟乙烷（HCFC-124）、HCFC-225ca和HCFC-225cb和其它；HFC发泡剂（例如，1，1，1，2-四氟乙烷（HFC-134a）、1，1-二氟乙烷（HFC-152a）、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷（HFC-236fa）、1，1，1，3，3-五氟丁烷（HFC-365mfc））；和氮。合适的化学发泡剂的实例包括偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、苯磺酰肼（benzenesulfonhydrazide）、4，4-羟苯磺酰基半卡巴肼、对甲苯磺酰半卡巴肼、偶氮二羧酸钡，和N，N'-二甲基-N，N'-二亚硝基对苯二甲酰胺、和三肼三嗪。应当认识到用于可发泡组合物的任何发泡剂可以单独或其任意组合使用。

发泡剂可以以大约0%到大约15重量%的量存在于该组合物中。在示范的实施方案中，发泡剂以大约0%-大约12重量%，或大约2.5%-大约10重量%的量存在。在示范的实施方案中，选择用于本发明组合物的发泡剂以致于该组合物具有零臭氧耗竭和低的到没有的全球变暖潜力。

另外，该组合物包含至少一种在发泡温度（即至少大约220℃）稳定的包含多孔碳的化合物，其具有高吸水能力（即最高达其自重的100%），并且能选择性吸收诸如而不限于水、二氧化碳氮、醇类（例如乙醇和甲醇）、丙酮、二甲醚（DME）、HFC和HCFC（例如HFC-134a、HFC-152a和HCFC-142b）、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯，和己二酸己二酯类等的低分子量溶剂，而不吸收较高分子量的分子，如聚苯乙烯。在示范的实施方案中，包含多孔碳的化合物可以选择性吸收分子量最高达大约500道尔顿的溶剂，以及在一些实施方案中，最高达大约250道尔顿。

就像下面讨论的，包含多孔碳的化合物可以有分成微小的、中等的，或大的粒度范围的孔径。在示范的实施方案中，包含多孔碳的化合物充当水载体。聚苯乙烯，以及大部分其它热塑性聚合物是疏水性的并且不容易吸收显著含量的水。结果，在挤出机内部可以采用载体把水带入聚合物熔体。一种具体的包含多孔碳的化合物，活性炭，是高多孔的和具有很高的吸水特性。如同不同粒度分布、吸收、表面化学、扩散效应和纯度阐释的那样，粉状活性炭的物理性能有显著差别。由于其具有吸收诸如水等的小分子的能力，选择粉状活性炭用于本发明示范的实施方案中。

活性炭可以来自各种形式，如活性焦炭、椰子壳、木材、或者谷皮（例如谷皮粉末或车前草皮粉末）。另外，活性炭可以具有各种尺寸，包括孔隙直径小于2纳米的微孔活性炭、孔隙直径从2纳米到50纳米的中孔活性炭、和孔隙直径大于50纳米的大孔活性炭。在至少一个示范的实施方案中，采用了粉状活性炭、特别是平均粒度大约1到大约100微米或大约10到大约30微米的粉状活性炭。另外，该活性炭可以具有大于10克／100克，或者大于20克／100克的吸收指数（亚甲基蓝）。

为了便于讨论，此后将对活性炭的使用做出表述，虽然可以使用上面列出的具有热稳定性、高吸水性和选择吸收特征的任何包含多孔碳的化合物。活性炭容许期望量的水被引入聚合物熔体。通过控制挤出工艺期间活性炭的量和其水含量，在挤出制品中可以获得宽广范围的孔度。如下面所详细讨论的，在挤出工艺之前，以水例如（湿度控制室）或蒸汽（例如蒸汽浸渍）形式，水可以浸渍（吸收）入粉状活性炭或其在诸如聚苯乙烯等的聚合物载体中的配混物形式。可替代地，在高压下在挤出工艺期间，水可以吸收入活性炭中。在每种情况下，可以用诸如而不限于双（2-乙基己基）磺基丁二酸钠（可从AOT商业获得)和

A-BO，二辛基磺基琥珀酸钠（可从BASF商业获得)等的表面活性剂、乳化剂或润湿和渗透剂；诸如碳酸氢钠等的中和剂；诸如Accepta2018，环己胺基中和胺和Accepta2013，用碳酸氢钠作为中和剂的氢氧化钠基pH调节剂（二者均可从Accepta商业获得）等的腐蚀抑制剂；以及诸如axodicarbonamide、偶氮二异丁腈或苯磺酰肼等的化学发泡剂处理水。

聚合物泡沫组合物以全部组合物的大约0.1%到大约10重量%以及大约1.0%到大约5.0重量%的含量包括至少一种包含多孔碳的化合物（例如活性炭）。在至少一个示范的实施方案中，基于总的树脂重量，活性炭可以具有大约0.2%到大约2.0%的浸渍水含量，或者大约0.2%到大约0.8%。当诸如二氧化碳或HFC等的发泡剂和红外线稀释剂用于聚合物泡沫组合物的时候，活性炭具有能控制泡沫中的孔度的能力。特别是，采用活性炭容许泡沫具有从大约100微米-大约400微米或从大约250微米-大约300微米的期望的孔度。因此，水浸渍活性炭起到作为孔度扩大剂的作用。根据本发明的实施方案，活性炭是非包封的。

可发泡组合物还可以包含至少一种红外线稀释剂（IAA）来提高或维持泡沫产品的R值。可以使用的这样的红外线稀释剂的实例包括但是不限于炭黑、粒化沥青、研磨玻璃、玻璃纤维束、云母、黑色氧化铁、二氧化钛、诸如薄铝片等的金属薄片，以及其组合。在示范的实施方案中，红外线稀释剂以全部组合物的大约0%-大约10重量%的量存在于泡沫组合物中。在其它的实施方案中，红外线稀释剂可以以全部组合物的大约0.1-大约5.0重量%的量存在，或者大约0.2-大约2.0重量%。

此外，本发明组合物可以包含最高达大约1.0重量%的阻燃剂。例如，在挤出泡沫制造工艺中可加入阻燃化学试剂以给予挤出泡沫产品阻燃特性。阻燃剂优选添加到可发泡凝胶中，下面将就本发明泡沫的形成对此做出讨论。用于本发明组合物的合适阻燃剂化学试剂的非限定实例包括诸如六溴环十二烷（HBCD）和五溴环己烷等的溴化脂族化合物类、溴化苯基醚类、四溴邻苯二甲酸酯类，以及其组合。在至少一个示范的实施方案中，可以采用微囊包封的HBCD来消除在高温加工期间水和溴化阻燃剂的反应。

诸如成核剂、增塑剂、颜料、弹性体、挤出助剂、抗氧化剂、填料、抗静电剂、杀虫剂，和/或UV线吸收剂等的任选的添加剂可以引入本发明组合物中。可以以获得可发泡凝胶或所得挤出泡沫产品期望特性所必需的量包含这些任选的添加剂。该添加剂可以加到聚合物混合物中或它们可以在用于制造该聚合物的聚合过程之前、期间或之后引入该聚合物混合物中。

为了根据本发明的原理形成烯基芳族聚合物泡沫，可发泡聚合物材料（例如聚苯乙烯）可以加热到聚合物的玻璃化转变温度或其上的温度以在第一挤出机中形成塑化的或熔融聚合物材料。活性炭可以共混入聚合物熔体中或在塑化或熔融该可发泡聚合物材料之前与该聚合物材料干混。应当认识到活性炭也可以独立于聚合物材料以压紧形式或者在浆料中作为粉末直接添加到第一挤出机中。如下面详细描述的，在一个或多个示范的实施方案中，在其加入到第二挤出机之前，活性炭与聚合物树脂配混并水合。应当认识到向第一挤出机加入活性炭和向第二（或第一）挤出机加入“预水合”活性炭是彼此互斥的。如上所指出，还应当认识到如这里所用的，“水合的”可以与“浸渍的”互换使用以及“预水合的”可以与“预浸渍的”互换使用。

通过任何本领域技术人员已知的常规方法，例如用挤出机、混合器或搅拌器，可以把一种或多种发泡剂结合或掺混入熔融聚合物材料。由于发泡剂添加到聚合物熔体，发泡剂变成可溶解的，也就是说溶解在聚合物熔体中并形成可发泡凝胶。另外，在足以防止熔融聚合物材料相当大的膨胀和大略把活性炭和发泡剂在熔融聚合物材料中均匀或基本上均匀分散的升高压力下，可以混合发泡剂与熔融聚合物材料。

然后可以把可发泡凝胶转移到第二挤出机和冷却到模具熔融温度。模具熔融温度一般低于熔融混合温度以最优化泡沫产品的物理性质。另外，模具压力可以是足够的以防止，或至少最小化，可发泡凝胶的预发泡。预发泡是在凝胶挤出进入减压区之前可发泡凝胶的不希望的过早发泡。应当认识到模具压力根据存在于可发泡凝胶中发泡剂的特性和含量而变化。

如果活性炭不是“预水合的”（“预浸渍的”），水可以直接注入到第二挤出机，在此在高压下它被活性炭的孔所吸收。在示范的实施方案中，全部的或几乎所有水被活性炭吸收。应当认识到也可以使用或替代使用在热影响下蒸发、分解、或起反应而形成气体的其它液体，诸如而不限于烃类、卤代烃类、醇类、二元醇类、多元醇类、酮类、酯类、醚类、酰胺类、酸类、和/或醛类。这里将要描述水作为被活性炭所吸收的示范液体。水注射入第二挤出机的位置不是特别限定的，只要在挤出模头以前注射水就行。因为经过第一挤出机活性炭已经至少基本均匀分布于可发泡凝胶内部，所以水也至少基本分布于可发泡凝胶内部。可发泡凝胶内部的水可充当液体发泡剂。因此，活性炭充当了把液体发泡剂带进可发泡凝胶的载体。应当注意到将水注入第一挤出机代替注入第二挤出机或者除注入第二挤出机之外将水注入第一挤出机都在本发明的范围之内。然而，在示范的实施方式中，由于第二挤出机低得多温度的结果的降低的化学反应性，至少部分地把水注入到第二挤出机。

替代地，如果活性炭是“预水合的”，如下面详细讨论的，将配混的水合活性炭／聚合物树脂添加到第二挤出机，在此其基本均匀分布于可发泡凝胶内部。

然后通过具有期望形状的模具把可发泡凝胶挤出到较低的或降低压力的区域以形成期望的泡沫结构或泡沫产品。较低压力区域处于低于通过模头挤出之前可发泡凝胶所保持的压力的压力。较低的压力可以是高于大气层的或低于大气层的（即真空），但是在大部分实施方案中，其处于大气水平。这样生产的泡沫是硬质的、闭孔的、聚合物泡沫。

可以独立地控制存在于聚合物熔体中的活性炭和水的量以便把期望量的水添加到可发泡凝胶中的聚合物中。另外，在模具熔融温度下添加水，该温度比第一挤出机内部温度低。因此，第二挤出机中可发泡凝胶的温度比第一挤出机中可发泡凝胶的温度低得多。这较低温度最小化了第二挤出机中氢溴酸（HBr）的形成。结果，显著地减低了来自HBr的腐蚀行为潜力。另外，因为水是在第一挤出机后添加，所以对第一挤出机的元件具有较少腐蚀。

挤出泡沫具有不同应用需要的性能，一切取决于泡沫泡孔形态，即孔度、孔柱有效直径、孔壁厚度、孔各向异性比率、以及闭／开孔比率。在这些孔结构特征之中，孔度是工艺控制中最重要的参数之一。控制聚合物熔体中活性炭和水的量提供了有效的方法来控制泡沫的孔度以及对于聚合物泡沫获得了宽范围的期望孔度。另外，可以同时改善泡沫产品的加工和物理性能。

转向图1，结合这里描述的实施方式举例说明了使用时流动连通的第一和第二挤出机。如上所述，在一个示范的实施方案中，活性炭和水分别单独地添加到第一和第二挤出机。参考数字10大略地表示用于本发明的第一螺杆挤出机。用于本发明的螺杆挤出机可以等同地是单螺杆或双螺杆挤出机。为便于讨论，这里是指螺杆挤出机。挤出机10由机筒12和至少一个基本上沿着该机筒12的长度延伸的螺杆14形成。可以采用马达驱动螺杆14。螺杆14包含以箭头18方向旋转的螺旋状螺齿16。螺杆14的螺齿16协同机筒12的圆柱形内表面限定了树脂和活性炭通过该机筒12前进的通道。可发泡聚合物材料（聚合物树脂）可以从一或多个进料斗20以诸如珠粒、颗粒或丸粒等的可流动固体形式送入该螺杆挤出机10。

如图1所示，进料斗和料道设置在挤出机上指定位置用于向机筒12添加聚合物树脂和活性炭以及注入发泡剂。例如，料道23设置在进料斗20的下游以把发泡剂注入机筒12。然而，应当注意，机筒12上可以存在别的料道和/或进料斗用于加入其它的物料或添加剂，诸如而不限于阻燃剂、成核剂（例如滑石）、杀虫剂、增塑剂、颜料、弹性体、挤出助剂、抗氧化剂、填料、和/或抗静电剂。色料可以从色料进料斗（未显示）送入挤出机10以赋予最终产品期望的颜色或外观。另外，可以有独立于聚合物树脂的用于向机筒12添加活性炭的分开的料道或进料斗。树脂和活性炭可以同时或几乎同时通过进料斗20添加到机筒12中。例如，活性炭可与聚合物树脂配混和作为配混物料添加到进料斗20。如这里所用的，术语“基本上同时”的意思表示聚合物树脂和活性炭同时或几乎同时送入机筒12中。

随着可发泡聚合物材料以箭头18的方向流过挤出机10下游，螺杆14的螺齿16之间的齿距减小。这里所用的术语“下游”指树脂和活性炭（及其它化合物、发泡剂、或添加剂）通过第一和第二挤出机12、32的机筒的方向。这种减少的容积，与产生自机筒12和螺杆14的机械作用和摩擦一起，导致可发泡聚合物材料熔融和形成熔融聚合物材料。

由于发泡剂添加到聚合物熔体，发泡剂变成可溶解的，也就是说溶解在聚合物熔体中。在本发明一个示范的实施方案中，所有发泡剂通过注射口23添加到聚合物熔体和不是与聚合物树脂预混合的。在可替换实施方案中，一部分发泡剂是与聚合物树脂预混合的。然后剩余部分的发泡剂可通过与机筒12直接连通的注射口23添加。通过经过注射口23添加一部分发泡剂，在整个挤出工艺中可以根据需要精确地控制和调整添加到聚合物树脂，以及最终进入最终产品的发泡剂的量。

一旦聚合物树脂、活性炭、和发泡剂已经引入机筒12，所得可发泡凝胶经受额外的混合来在整个可发泡凝胶中基本均匀地分布活性炭和发泡剂。然后可发泡凝胶按照箭头18的方向流过第一挤出机10直到它到达导管22。

可发泡凝胶通过导管22和进入第二螺杆挤出机30，在此可发泡凝胶冷却到模具熔融温度。水可以在沿着第二挤出机30的机筒32的任何位置添加，只要水在挤出模头34之前（和第一挤出机10之后）注入就行。在一个示范的实施方案中，水在注射口33注入。密封组件36防止可发泡凝胶的回流。由于其对于水的高亲合力和挤出机内部的高压，活性炭快速和有效地吸收水。另外，活性炭的细小孔度使得预料到对小分子（例如水）的有效吸收而不是大分子（例如聚苯乙烯）成为可能。

然后可发泡凝胶在螺杆的作用下传送通过挤出机30和通过挤出模头34，该模头设计为把泡沫变成期望形状和形成容许发泡剂膨胀和变成泡沫层或板形式的泡沫微孔结构的压降。挤出模头内部该减压区域可以等于或低于大气压力（即真空）。聚合物泡沫可以经受诸如砑光、水浸、冷却喷淋等的额外的加工，或别的操作来控制所得泡沫产品的厚度和其它性能。

在可替换实施方案中，在加入活性炭后，水在第一挤出机10中例如通过注射口23添加到聚合物熔体中。由于活性炭对于水的高亲合力和机筒12内部的高压，水很快地被活性炭的孔吸收。当其在机筒12中传送到下游时，所得可发泡凝胶经受额外的混合来在整个聚合物凝胶中基本上均匀地分布水合活性炭和发泡剂。然后可发泡凝胶通过导管22和进入第二挤出机30，在此在模具熔融温度下进一步加工该可发泡凝胶。如果期望，额外的水可以在机筒32上的任何位置注入到第二挤出机，只要使它在可发泡凝胶到达挤出模头34以前添加就行。和如上讨论的实施方案那样，然后可发泡凝胶传送通过挤出模头34来生产该聚合物泡沫。

在分别的实施方案中，活性炭在其加入到挤出机之前是“预水合的”。例如，活性炭可以放入调理室或别的密封或室中，在此可以精确地控制该室或密封内部的温度和湿度。为了“预水合”活性炭，活性炭可以与聚合物树脂配混来形成多孔活性炭／聚合物树脂配混物。然后可以把该多孔配混物放入调理室（可调湿度室），在此活性炭在大约1到大约3天的时期内吸收来自空气的水。通过把活性炭放入控制的湿度环境中，可以控制吸收入活性炭的水量和活性炭可以水合、或“预水合”到特定的、期望的量。如这里所用的，词组“预水合活性炭”的含意包括在加入到挤出机前已经用水（或在热影响下蒸发、分解、或起反应以形成气体的别的液体）浸渍的活性炭。在示范的实施方案中，活性炭包含大约0.5-大约10重量%的水，或大约1.0-大约3.0重量%的水。

可替代地，活性炭可经过蒸汽浸渍“预水合”。在该示范的实施方案中，活性炭可以首先与聚合物树脂配混来形成多孔活性炭／聚合物树脂配混物。然后该多孔配混物可以放入加压容器中和用蒸汽处理几分钟。用于蒸汽浸渍的时间周期取决于容器的压力，但是一般小于10分钟。在至少一个示范的实施方案中，该时间周期从大约1到大约3分钟。在升高的压力下，需要较少的时间来水合多孔配混物内部的活性炭。容器的压力可从0到大约200磅/平方英寸变动，以及在一些示范的实施方案中，从大约2.0到大约10磅/平方英寸。用蒸汽浸渍，活性炭很快地吸收水来获得期望的水合，特别是当与在湿度受控环境中水合活性炭相比时。

一旦活性炭的“预水合”完成，该水合多孔化合物可以添加到第二挤出机30。在这样的示范的实施方案中，一部分聚合物树脂可以用来形成活性炭／聚合物树脂多孔配混物和将第二部分聚合物树脂可以如上详细描述的添加到第一挤出机10（没有配混）。例如，该“第二”部分聚合物树脂可以通过进料斗20添加到第一挤出机10。在产生于机筒12和螺杆14的机械作用和摩擦使得可发泡聚合物材料熔融和形成熔融聚合物材料的同时，聚合物树脂通过机筒12流到下游。

至少一种发泡剂可以例如经过注射口23添加到熔融聚合物材料来形成可发泡凝胶。可发泡凝胶流过第一挤出机10的机筒12的其余部分到达导管22。在可发泡凝胶到达导管22的时候，发泡剂基本上均匀分布于聚合物熔体内部。然后可发泡凝胶可通过导管22和进入第二螺杆挤出机30，在此可发泡凝胶从第一挤出机中的熔融混合温度冷却到第二挤出机中的模具熔融温度。在示范的实施方案中，该水合多孔化合物在熔融密封进料器36添加。可替代地，该水合多孔化合物可以在位于第二挤出机30上的进料斗添加，如图1中图解的进料斗38。然后可以通过挤出机30的机筒32传送包含水合多孔化合物的可发泡凝胶。可发泡凝胶通过挤出模头34离开机筒32以形成如上所讨论的聚合物泡沫。

在可替换的示范实施方案中，该水合多孔化合物可以通过进料斗20送入第一挤出机10。在该示范的实施方案中，该水合多孔化合物可以在有或者没有额外的聚合物树脂的情况下通过进料斗20添加到第一挤出机10。类似于这里描述的其它示范的实施方案中，该水合多孔化合物（包含额外的聚合物树脂）在熔融混合温度下流过第一挤出机10的机筒12以形成熔融聚合物材料。

发泡剂或多种发泡剂可以在注射口23注入到聚合物熔体中形成可发泡凝胶。可发泡凝胶可以在挤出机10的机筒12内部共混以把水浸渍的活性炭和发泡剂基本上均匀地分布于整个聚合物凝胶。可发泡凝胶可通过导管22投料和进入第二挤出机30，在此该可发泡凝胶在该模具熔融温度下经受进一步加工。应当认识到如果活性炭是预水合的，或者通过控制湿度环境或者蒸汽浸渍，则不必直接将水注入第一或第二挤出机。然而，如果期望，在挤出模头34之前，水可以在机筒32上任何位置注入到第二挤出机30，或者在第一挤出机10中任一点。就象上面所讨论到的实施方案，然后可发泡凝胶传送通过挤出模头34来生产聚合物泡沫。

在可替换实施方案中，例如上面所详述的，可以把活性炭放入湿度室或用蒸汽浸渍来预水合活性炭，但是没有与聚合物树脂的任何配混。该预水合活性炭可以添加到或者第一挤出机或者第二挤出机。例如，预水合活性炭可以通过进料斗20与聚合物树脂一起送入第一挤出机10。预水合活性炭流过第一挤出机10的机筒12和与聚合物树脂混合形成熔融聚合物材料。一或多种发泡剂可以在注射口23注入到聚合物熔体中形成可发泡凝胶。可发泡凝胶在挤出机10的机筒12内部进一步共混以把预水合活性炭和发泡剂基本上均匀地分布于整个聚合物凝胶。可发泡凝胶可通过导管22投料和进入第二挤出机30，在此可发泡凝胶在模具熔融温度下经受进一步加工。因为活性炭是预水合的，所以不必向第一或第二挤出机添加额外的水。然而，在挤出模头34之前，水可以在机筒32上任何位置直接注入到第二挤出机30，或者在第一挤出机10中任一点，这也在本发明范围内。就象上面所讨论到的实施方案，然后可发泡凝胶传送通过挤出模头34来生产聚合物泡沫。

如果预水合活性炭添加到第二挤出机30，其可以通过熔融密封进料器36或通过进料斗38添加。特别地，聚合物树脂可以添加到第一挤出机10和发泡剂可以在注射口23注入到第一挤出机10。一旦聚合物树脂和发泡剂引入第一挤出机10和共混形成可发泡凝胶，其中发泡剂基本上均匀分布于整个可发泡凝胶，则可发泡凝胶离开第一挤出机10和流过导管22和进入第二挤出机。该预水合活性炭可以在熔融密封进料器36添加第二挤出机。在模具熔融温度下预水合活性炭在可发泡凝胶内部充分地混合。可发泡凝胶传送通过第二挤出机30和如前面所述的通过挤出模头形成泡沫。

根据本发明一个方面，通过挤出法制备，泡沫组合物得到硬质的、闭孔的、聚合物泡沫板。挤出泡沫具有带有由微孔膜和支柱限定的微孔的微孔结构。支柱形成在微孔膜的相交处，其中微孔膜在支柱之间覆盖互连的微孔窗。在本发明中，发明组合物得到平均密度为大约1.5磅／立方英尺到大约5.0磅／立方英尺，或大约1.8磅／立方英尺到大约3.0磅／立方英尺的基本上封闭微孔泡沫。应当认识到词组“基本上封闭微孔”意思表示泡沫包含全部的封闭微孔或微孔结构中几乎所有微孔是闭合的。在大部分示范的实施方案中，不超过大约5.0%的孔是开孔或反过来说非闭合微孔。闭孔结构有助于增大成型的、泡沫隔绝产品的R值。然而，应当认识到，生产开孔结构也在本发明范围内，虽然这样的开孔结构不是示范的实施方案。

另外，本发明的泡沫组合物得到有期望孔度的挤出泡沫。在至少一个实施方案中，本发明泡沫和泡沫产品的平均孔度为大约0.100毫米（100微米）到大约0.400毫米（400微米）和，在一些实施方案中，从大约0.250毫米（2500微米）到大约0.300毫米（300微米）。挤出的本发明泡沫可成型为隔绝制品，如硬质保温板、保温泡沫、包装产品、作为建筑保温或地下保温（例如高速公路、航空站跑道、铁路、和地下公共设施保温）、以及诸如工业壁橱型冷藏间和冰箱等的商业应用。

挤出的发明泡沫的另外一方面是它们具有高级别的尺寸稳定性。例如，在任何方向上的尺寸变化为大约5%或更小。另外，通过本发明组合物形成的泡沫是所希望地单众数（monomodal）和微孔具有相对均一的平均孔度。如这里所用的，平均孔度是在X、Y和Z方向测定的孔度的平均值。特别是“X”方向是挤出方向、“Y”方向是横向方向、以及“Z”方向是厚度。在本发明中，孔扩大中最大的冲击处于X和Y方向，从取向和R值透视来看这是所希望的。另外，在仍旧获得可接受的热性能的同时，进一步地加工改性将容许增大Z取向来改善机械性能。挤出的发明泡沫可用来制造诸如硬质保温板、保温泡沫和包装产品的保温制品。

采用本发明组合物形成泡沫产品具有许多的优点。例如，用于本发明配方的发泡剂不具有高的全球变暖潜力和具有低的或零臭氧消耗潜力。另外，活性炭和水可以以传统方式添加到熔融聚合物。所以，不必变更现有设备或改变生产线来容纳活性炭或水。另外，活性炭是环境友好的和不造成任何负面环境问题。进一步地，活性炭提高了泡沫产品的平均孔度而没有不利地影响产品的物理或热性能。活性炭起孔度控制剂、孔度扩大剂、加工助剂，以及红外线稀释剂的作用。

已经大致地描述本发明，参考下面举例说明的某些具体实施例可以获得进一步的了解，除非另作说明，这些实施例仅仅用来举例说明的目的以及并不是意指总括的或限定性的。

实施例

实施例1

使用来自Leistitz的LMP双挤出机通过挤出工艺制备了由75wt%聚苯乙烯（来自NOVA Chemical，PA的NOVA1600）和25wt%粉状活性炭（来自得克萨斯Norit Americas公司的DARCO KB-G）组成的微多孔配混物（PS／PAC25）。

通过汞侵入分析测量了形成的微多孔配混物PS／PAC25的孔隙度、孔径和密度。结果列于表1。

表1微多孔PS/PAC25配混物的孔隙度分析

项目	侵入数据总括
		孔隙度	18.61%
孔隙直径中值（体积）	0.396微米
		孔隙直径中值（面积）	0.005微米

平均孔隙直径（4V/A）	0.02微米
		总孔面积	0.194毫升/克
0.55psia的堆积密度	0.957克/毫升
		表观密度	1.176克/毫升

微多孔配混物通过（1）温度和湿度调节和（2）蒸汽浸渍进一步地处理。在温度和湿度调节测试时，把微多孔配混物放入调理室24到72小时，其中温度控制在20℃和30℃之间以及相对湿度维持在50和98%之间。PS/PAC25配混物颗粒具有大约2-3毫米的大小。表2概括了在不同温度和湿度条件下的微多孔配混物的水含量。

表2

（a）对比样品，膨胀石墨NG67940%配混物。

（b）具有25%的粉状活性炭（CA3或KB-G，二者都是通过采用磷酸工艺对木材的化学活化制备，来自得克萨斯Norit Americas公司）的聚苯乙烯。

在蒸汽浸渍试验中，微多孔配混物在不加压容器中大约10分钟和在加压容器中大约5分钟进行处理。表3显示了在加压容器中加压蒸粉状活性炭-聚苯乙烯配混物5分钟后，配混材料中的水含量显著增大。这些实验表明在与聚合物配混后粉状活性炭仍保持有效的吸水性。

表3

PAC*	蒸汽浸渍后PS/PAC25-SI水wt%
		KB-G	22.7
CA3	20.8

*来自得克萨斯Norit Americas公司的通过采用磷酸工艺对木材的化学活化制备的Darco活性炭。

实施例2

在下面试样和对比试样中，通过双螺杆LMP挤出机制备硬质的聚苯乙烯泡沫板。表4显示了双螺杆挤出机中试样的加工操作条件，用于制造宽度16英寸和一英寸厚度的泡沫板。

表4

试样的加工条件

HFC-134a的wt%	4
		CO2的wt%	2
注入压力，Kpa(psi)	13000-17000(1950-2400)
		模具熔融温度（℃）	110-130
模具压力，Kpa(psi)	6900-8280(1000-1200)
		线速度，米/分(英尺/分)	5-10(16-35)
产出，千克/小时	150-200
		模口间隙，毫米	0.8-1.5
真空KPa(英寸Hg)	0-3.4(0-16)

实施例2的结果概括于表5和6。通过Nikon Optiphot-2光学显微镜和Clemex Vision图像分析软件测定了孔度。根据ASTM C-303测量了泡沫密度。

表5

试样号	PAC wt%	纳米石墨wt%	平均孔度毫米
				P-G1	0	0	0.16
P-G2	0	1.12	0.14
				P-G3	0	1.25	0.13
P-G4	0	1.68	0.11
				P-G5	0	2.24	0.09
P-A1	0	0	0.16
				P-A2	0.5	0	0.20
P-A3	1	0	0.21
				P-A4	1.5	0	0.27
P-A5	2	0	0.27

表6

试样号	注入水wt%	平均孔度毫米	密度千克/立方米（pcf）
				P-H1	0	0.312	31.2（1.95）
P-H2	0.2	0.302	28.2（1.76）
				P-H3	0.4	0.326	26.9（1.68）

通过在加工期间添加0.2wt%的真实的PAC(或0.8wt%的PS/PAC25配混物），加上注入最高达0.4wt%的水，举例说明了表6中列出的数据，板的宽度从大约20英寸膨胀到大约23英寸以及挤出聚苯乙烯泡沫的密度也从大约31千克／立方米减少到大约27千克／立方米。

如图2所示，发泡过程中纳米石墨的加入对孔度成核作用有深刻的影响。另一方面，配混有大约2.2-2.3wt%的水含量的微多孔活化／聚苯乙烯配混物的加入充当了有效的孔度扩大剂。

实施例3

用于该实施例的聚苯乙烯树脂是熔体指数大约5.2和分子量250，000的聚苯乙烯（来自NOVA Chemical公司，PA的NOVA1600）。在把微多孔配混物/聚苯乙烯混合物投料入同向旋转双挤出机（具有D27毫米和L/D40的Leistritz ZSE-27）之前，混合来自实施例1的微多孔配混物PS/PAC25与所述聚苯乙烯。

通过型号ISCO1000D注射泵把发泡剂二氧化碳（来自Praxair）在L/D16位置（熔融和混合区）注入到挤出机。在整个挤出工艺期间，温度和压力是维持在超临界点之上，那就是说，在模头末端发泡之前二氧化碳保持在超临界阶段。

水在接近于模头的L/D26位置（传送区）通过分开的ISCO1000D注射泵注入。在发泡前的挤出工艺期间，根据水P-T相图表，水保持液相。

配方和相应孔度在表7中列出。为了比较粉状活性炭和水的效果试验参数保持相同：即螺杆速度50转/分钟、模头温度115到120℃、模压1,200到1,400磅/平方英寸、熔融温度130到135℃。

表7

从表7列出的数据可以概括出作为水载体的粉状活性炭（具有3-5wt%活性炭和0.4-0.6wt%水）是有效的孔度扩大剂。另外，确定了活性炭还有助于增大所得泡沫的孔度。特别是孔度增加超过100%。另外，利用scCO₂作为发泡剂，在泡沫板中获得了从大约240-大约280微米的期望的平均孔度。

实施例4

除了使用两种添加剂外，根据上面列出的如实施例3记载的工艺制备泡沫试样。即，水用基于100%水重量的10%的碳酸氢钠混合物预处理和微囊包封的六溴环十二烷（ME-HBCD）用作阻燃剂。试验数据概括于表8。

表8

表8列出的数据表明，在挤出工艺期间使用粉状活性炭，在微囊密封的溴化阻燃剂和水之间没有可探测到的反应。

另外，借助于使用扫描电子显微镜（SEM）观察了来自实施例3和4的样品的微孔形态。测量了两个孔之间的平均孔壁厚度、三个或更多孔在那相会的孔支柱的有效直径、以及孔度。结果概括于表9。在表9中，x是挤出方向、y是板宽度方向、以及z是板厚度方向。

表9

具有3%AC、0.4%H₂O（NaHCO₃）和4%scCO₂的挤出聚苯乙烯泡沫的典型微孔结构具有2.1微米的孔壁、9.2微米的支柱、以及277微米的平均孔度。该微孔结构描述于图3。

实施例5

利用实施例1的预水浸渍粉末活性炭（KB-G等级）和聚苯乙烯配混物（PS/PAC25-SI）按照实施例4中所述的工艺制备试样。表10显示了配方和孔度。

表10

可以推断出用水预浸渍的粉末活性炭化合物也是有效的孔度扩大剂和使用超临界二氧化碳作为唯一发泡剂获得所希望的孔度。另外，确定了通过或调节或蒸汽用水浸渍的微多孔活性炭和聚合物配混物可以有效地送入挤出机，从固体传送区进入第一挤出机或者在第二挤出机的入口进入熔融密封区。

上面已经一般性地和根据具体实施方案描述了本申请的发明。虽然已经在被认为是优选实施方案中阐述了本发明，但是可以在上位披露中选择对本领域技术人员已知的宽泛的替代。除后面列举的权利要求书的详述外，本发明不另做限定。

Claims (9)

1.由组合物制成的硬质闭孔挤出聚合物泡沫板产品，所述组合物包括：

85-95重量%聚苯乙烯；

2.5-10重量%含二氧化碳的发泡剂；

1-5重量%平均粒度10-30微米的粉状活性炭；

0.2-0.6重量%水；

其中所得的硬质闭孔聚合物泡沫板产品具有：

至少95%的闭孔，

1.5-5磅/立方英尺的平均密度，和

0.1-0.4毫米的平均孔度。

2.权利要求1的硬质闭孔挤出聚合物泡沫板产品，其中的水已经过选自表面活性剂、乳化剂、润湿和渗透剂、中和剂、腐蚀抑制剂、化学发泡剂及它们的结合的处理剂进行了处理。

3.权利要求1的硬质闭孔挤出聚合物泡沫板产品，其中的水已经过用中和剂进行了处理。

4.权利要求3的硬质闭孔挤出聚合物泡沫板产品，其中所述中和剂包括碳酸氢钠。

5.权利要求1的硬质闭孔挤出聚合物泡沫板产品，其中所述发泡剂进一步包括氢氟烃。

6.权利要求1的硬质闭孔挤出聚合物泡沫板产品，其中所述平均密度为1.5-1.8磅/立方英尺。

7.权利要求1的硬质闭孔挤出聚合物泡沫板产品，其中制得的硬质闭孔挤出聚合物泡沫板产品在任何方向上的尺寸变化不大于5%。

8.权利要求1的硬质闭孔挤出聚合物泡沫板产品，其中所述粉状活性炭是非包封的。

9.由组合物制成的硬质闭孔挤出聚合物泡沫产品，所述组合物主要由以下组分组成：

85-95重量%聚苯乙烯；

2.5-10重量%含二氧化碳的发泡剂；

1-5重量%非包封的粉状活性炭；

0.2-0.6重量%水；

任选不大于2重量%的红外线稀释剂；

任选不大于1重量%的成核剂；和

任选不大于1重量%的阻燃剂。

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