CN105985528A - 使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品及其制备方法 - Google Patents

使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品及其制备方法 Download PDF

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Abstract

公开了使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品及其制备方法。所述复合膨胀制品通过两种或更多种膨胀粒子融合而形成，包括在预膨胀粒子状态下具有相对高比重的高比重预膨胀粒子的二次膨胀粒子和经涂覆的低比重预膨胀粒子的二次膨胀粒子，所述经涂覆的低比重预膨胀粒子通过在预膨胀粒子状态下具有相对低比重的低比重预膨胀粒子的表面上形成增加比重的涂层获得的，其中不同种类的二次膨胀粒子均匀地分布在所述复合膨胀制品中。

Description

使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品及其制备方法
发明领域
本发明涉及使用膨胀粒子(expanded particle)的制品及其制备方法，和更特别地，涉及均匀的复合膨胀制品及其制备方法，在所述均匀的复合膨胀制品中具有不同密度和特性的不同种类的膨胀粒子混合以相互弥补各膨胀粒子组分的缺点和充分利用其优点，同时保证整个制品的均匀性.
背景技术的说明
使用膨胀粒子如膨胀聚苯乙烯的膨胀制品重量轻，且具有优异的耐水性、热绝缘性、吸声且减震，因此被广泛的用作包装材料、建筑材料等。
这种膨胀制品通过如下方法制备：通过预膨胀可膨胀树脂粒子形成具有膨胀能力的预膨胀粒子，该预膨胀粒子可二次膨胀，所述可膨胀树脂粒子含有发泡剂且例如，以直径为0.2-0.3mm的珠型或以长度为约2.5mm的颗粒型提供，老化并干燥所述预膨胀粒子，将经老化的预膨胀粒子放入模具，然后通过使用高温和高压蒸汽加热形成期望形状的膨胀制品.
由于这种膨胀制品通常包括约98体积％的空气和仅约2体积％的树脂，且具有独特的结构，其中空气被封闭在聚合物树脂的泡沫中，该膨胀制品具有优异的减震、热绝缘性、吸声且重量轻，因此具有广泛的应用。
近来，为了向这种膨胀制品提供特定的功能，提供了多种功能性添加剂加入其中的可膨胀粒子.例如，韩国专利注册号10-0801275和国际专利公开号W098/051735公开了其中包括石墨的可膨胀聚苯乙烯粒子。此外，韩国专利特许公开号10-2010-0085069公开了一种可膨胀苯乙烯聚合物，其包括至少一种选自炭黑、石墨、铝粉、二氧化钛和锌及其组合的不透热粒子，所述可膨胀苯乙烯聚合物被硫化橡胶包覆，和通过膨胀所述苯乙烯聚合物来制造的密度为5-200g/l的膨胀制品.
如在以上专利中描述的，由于加入多种功能性添加剂，膨胀制品在期望的性能上在某种程度上可实现改进。但是，由于加入这些功能性添加剂，这些功能性添加剂加入其中的可膨胀树脂过于昂贵，具有低成型性，或使获得的膨胀制品机械性能或形状劣化。
因此，除了改善的性能外，为了补充不足的性能，需要通过将膨胀粒子与其它膨胀粒子混合来制造复合膨胀制品。
但是，为了满足补充其它性能或降低的性能或改进功能的需要，通过混合具有不同性能的膨胀粒子，即不同种类的膨胀粒子来制备复合膨胀制品的方法不是容易的.特别地，由于不同种类的膨胀粒子在预膨胀粒子状态下具有不同的比重，其中不同种类的膨胀粒子均匀分布的复合膨胀制品的生产是非常困难的。
即，如上所述，膨胀制品，例如膨胀聚苯乙烯，通过以下方法制造：通过初始膨胀可膨胀树脂粒子获得可另外膨胀的预膨胀粒子，且通过在模具中二次膨胀所述预膨胀粒子来形成期望的形状。由于加入功能性添加剂或不同的适当的膨胀率，预膨胀粒子的比重可有很大的不同.
如果混合具有不同比重的不同种类的预膨胀粒子，高比重的预膨胀粒子向下沉降且，如果具有不同比重的不同种类的预膨胀粒子在模具中膨胀，高比重的预膨胀粒子也向下沉降.因此，具有不同比重的预膨胀粒子不是均匀分布的，而是部分偏置到指定区域，因此，获得了分离的块型或层状结构的膨胀制品.没有这种均匀的复合膨胀制品，通过混合不同种类的膨胀粒子来实现期望性能的改进是困难的。
由于这种问题，没有这样的复合膨胀制品，其中不同的膨胀粒子均匀分布，其通过是混合不同种类的预膨胀粒子制造的，所述预膨胀粒子是由具有高比重的可膨胀粒子添加功能性添加剂和其它具有不同比重的预膨胀粒子获得的.代替所述复合膨胀制品，通过各自膨胀不同种类的可膨胀粒子获得的膨胀制品组合成层状结构或块结构。
发明概述
因此，鉴于上述问题完成本发明，本发明的目标是提供一种均匀的复合膨胀制品及其制备方法，其中具有不同密度和特性的不同种类的膨胀粒子混合以相互补充各粒子的缺点和充分利用其优点，和均匀分布以保证整个制品的均匀的性质和功能.
根据本发明的一个方面，上述和其它目标可通过提供不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品来实现，所述复合膨胀制品为两种或更多种膨胀粒子的融合，包括在预膨胀粒子状态下具有相对高比重的高比重预膨胀粒子的二次膨胀粒子，和经涂覆的低比重预膨胀粒子的二次膨胀粒子，所述经涂覆的低比重预膨胀粒子通过在预膨胀粒子状态下具有相对低比重的低比重预膨胀粒子的表面上形成涂层以增加比重获得的，其中不同种类的二次膨胀粒子均匀的分布在所述复合膨胀制品中。
高比重预膨胀粒子可通过预膨胀包含功能性添加剂的可膨胀树脂粒子形成，和/或具有比所述低比重预膨胀粒子低的膨胀率，和所述经涂覆的低比重预膨胀粒子的涂层可包含功能性添加剂.
根据本发明的另一个方面，提供了一种制备使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品的方法，包括通过各自膨胀两种或更多种可膨胀聚合物粒子形成在预膨胀粒子状态下具有不同比重的不同种类的预膨胀粒子，来获得具有相对高比重的预膨胀粒子和具有相对低比重的预膨胀粒子；通过在所述低比重预膨胀粒子的表面上形成涂层，将所述低比重预膨胀粒子的比重调节到等于所述高比重预膨胀粒子的比重以便均匀地与所述高比重预膨胀粒子混合；均匀地混合所述高比重预膨胀粒子和经涂覆的低比重预膨胀粒子以形成均匀的复合物，和在模具中使所述预膨胀粒子的均匀的复合物膨胀成均匀的复合膨胀制品.
附图的简要说明
从以下结合附图的详细说明中将会更清楚地理解本发明的上述和其它目标、特征和其它优点，其中：
图1是显示根据本发明的一个实施方式的复合膨胀制品的横截面结构的示意图；
图2和3是分别显示高比重预膨胀粒子和经涂覆的低比重预膨胀粒子的横截面的示意图；和
图4是显示制备根据本发明的复合膨胀制品的方法的流程图.
发明详述
现在，将参考附图详细描述本发明优选的实施方式.
图1是显示根据本发明的一个实施方式的复合膨胀制品的横截面结构的示意图，和图2和3是分别显示高比重预膨胀粒子和经涂覆的低比重预膨胀粒子的横截面的示意图.
参考图1，根据本发明的复合膨胀制品1包括两种或更多种不同种类的膨胀粒子10’和20’。
膨胀粒子10’和20’是通过在模具中二次膨胀预膨胀粒子10和20获得的，所述预膨胀粒子10和20是通过初始膨胀可膨胀的树脂粒子获得的，如图2和3中示例性显示的，且二次膨胀粒子10’和20’的表面通过融合连接，由此形成一团复合膨胀制品1.可膨胀树脂粒子可以是膨胀聚苯乙烯树脂或其它已知的可膨胀树脂，例如膨胀聚丙烯基或膨胀聚乙烯基树脂.
根据该实施方式，在预膨胀粒子状态具有相对高比重的高比重预膨胀粒子10的二次膨胀粒子10’和经涂覆的低比重预膨胀粒子20的二次膨胀粒子20’，在复合膨胀制品1中均匀地混合，所述经涂覆的低比重预膨胀粒子20通过用涂层22涂覆在预膨胀粒子状态下具有相对低比重的低比重预膨胀粒子21的表面以增加比重而获得.
这里，高比重预膨胀粒子10可通过膨胀由设计成具有相对低膨胀率或相对高密度的聚合物形成的可膨胀粒子，通过将功能性添加剂11添加到可膨胀粒子中以增加比重，或通过这两种方法的组合来获得.
加入增加比重的功能性添加剂11为膨胀制品提供特定的功能，且可以使用多种功能性添加剂，如热绝缘材料、填料、增强剂、着色剂、冲击改性剂、阻燃剂等。为提供多种功能，向已知可膨胀树脂中加入多种功能性添加剂.
在功能性添加剂中，如果加入具有高比重且无或过低膨胀性的无机添加剂或加入大量的添加剂，获得的预膨胀粒子的体积通过预膨胀增加，且由于添加剂的存在，因此获得了与其它预膨胀粒子相比的高比重预膨胀粒子。
特别地，如果加入作为功能性添加剂的热绝缘材料以改善膨胀制品如膨胀聚苯乙烯，作为热绝缘体的性能，则加入较大的量，即，1到30wt％的高比重无机热绝缘材料.这样的热绝缘材料可包括一种具有高导热性的不透热粒子或两种或更多种具有高导热性的不透热粒子的复合物和多孔无机材料，所述具有高导热性的不透热粒子选自石墨、银、铜、炭黑、铝粉、二氧化钛和锌，所述多孔无机材料选自硅藻土、膨大蛭石、沸石、膨润土、珍珠岩和气凝胶如二氧化硅气凝胶。
此外，为了使形状稳定性和热绝缘性能最佳，鼓励上述热绝缘材料加入其中的膨胀粒子具有30倍的低膨胀率，因此具有比具有80-90倍膨胀率的常规膨胀聚苯乙烯更高的比重。
在预膨胀粒子状态下具有相对低比重的低比重预膨胀粒子21可通过预膨胀设计成具有相对高膨胀率或由相对低密度的聚合物形成的可膨胀粒子来获得，或为不包括上述功能性添加剂的任一种或包括很少量的功能性添加剂的预膨胀粒子，如此由于加入功能性添加剂而带来的膨胀粒子比重的增加最小化.
当具有相对低比重的低比重预膨胀粒子21与高比重预膨胀粒子10混合时，高比重预膨胀粒子10向下沉降且，如果这些预膨胀粒子21和10一起膨胀来膨胀成型，则获得不同种类的膨胀粒子均匀分布其中的膨胀制品是非常困难的.
因此，在本发明中，在低比重预膨胀粒子21的表面上形成增加比重的涂层22，使得经涂覆的低比重预膨胀粒子20具有与高比重预膨胀粒子10相同的比重。如果这种具有涂层22的经涂覆的低比重预膨胀粒子20与高比重预膨胀粒子10混合，则可获得其中任何一种预膨胀粒子不位置偏移且不同种类的预膨胀粒子均匀混合的复合物，且当所述复合物膨胀时，可获得其中二次膨胀粒子均匀混合的膨胀制品。
在低比重预膨胀粒子21的表面上形成增加比重的涂层22的方法没有特定的限制，只要该方法不过分地影响低比重预膨胀粒子21的性质和成型性。但是，由于预膨胀粒子事先被膨胀至一定程度，所述预膨胀粒子的表面可容易被化学材料或外力如热、压力等腐蚀，且涂层22的形成可通过不会导致这样的问题的方法来进行.
作为这种形成涂层22的方法，将包括溶液型或乳液型热塑性树脂基粘合剂、热固性树脂基粘合剂、无机粘合剂、蛋白质基粘合剂中的一种或包括这些粘合剂的两种或更多种的组合物的液态的液态涂层材料喷到低比重预膨胀粒子21的表面上，其在预膨胀后老化，或低比重预膨胀粒子21可与液态涂层材料混合，以使其被所述液态涂层材料涂覆，然后干燥，同时分离成单独的粒子20.
这里，作为热塑性树脂基粘合剂中使用的热塑性树脂，可以使用软化点和熔点低于低比重预膨胀粒子21的软化点和熔点的树脂，以防止降低成型性，例如由于在通过蒸汽加热的膨胀过程中降低膨胀性能而降低焊接性.
在最常用的由膨胀聚苯乙烯形成的预膨胀粒子的情况下，热塑性树脂溶液可用作液态涂层材料，其中醋酸乙烯酯基树脂溶解在溶剂中，以使醋酸乙烯酯基树脂具有3-80wt％的浓度，所述溶剂例如是选自水、醇、酯、酮、羧酸、芳香族化合物和卤化烃的一种或两种或更多种的混合物。
当将低比重预膨胀粒子重量的0.1-30wt％的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)加入至包括上述粘合剂的液态涂层材料中时，可改进随后膨胀方法过程中的成型性。
由于粘合剂组分具有比预膨胀粒子更高的比重，预膨胀粒子的密度通过预膨胀被显著降低，低比重预膨胀粒子21的比重可简单地通过用粘合剂组分涂布低比重预膨胀粒子21的表面来增加，且可考虑与低比重预膨胀粒子21一起使用的高比重预膨胀粒子10的比重来调节涂层22的厚度。
然而，除了粘合剂组分外，还可以加入多种其它的添加剂。在这些添加剂之中，具有高比重的添加剂种类可增加涂层22的比重，因此用于增加经涂覆的低比重预膨胀粒子20的比重，和在这种情况下，用于降低涂层22的厚度.
作为添加剂，可以使用具有多种功能的多种功能性添加剂23以改进复合膨胀制品的功能。例如，填料、发泡剂、成核剂、润滑剂、抗氧化剂、热稳定剂、UV稳定剂、生物稳定剂、增强剂、增塑剂、着色剂、冲击改性剂、阻燃剂、非可燃剂、抗静电剂、交联剂、荧光增白剂、提供导热性的试剂、提供导电性的试剂、渗透调节剂、提供磁性的试剂、表面活性剂、稳定剂、赋形剂、药物、溶剂、硬化剂、吸湿剂、香料、抗菌剂等，可以单独使用或其两种或更多种组合使用。
特别地，在功能性添加剂中，如果使用阻燃剂或非可燃剂，由于涂层22，可在复合膨胀制品的膨胀粒子中形成防火屏障，因此，所述复合膨胀制品可具有优异的阻燃性，这是常规膨胀制品缺乏的.而且，如果使用无机阻燃剂或非可燃试剂，由于涂层，可以期望低比重预膨胀粒子的比重增加.
作为无机阻燃剂，具有在膨胀粒子表面形成的炭化层由此防止暴露于火时与氧气接触的阻燃剂类型，如膨胀石墨，和由于氧化具有较少的重量减少和因此阻碍炭化层瓦解同时执行冷却功能的阻燃剂类型，如氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌或硅酸盐无机阻燃剂，是适合的.
如果具有包括无机阻燃剂的涂层22的经涂覆的低比重预膨胀粒子20与高比重预膨胀粒子10混合且一起膨胀，优选具有包括无机阻燃剂的涂层22的经涂覆的低比重预膨胀粒子20的数量为全部预膨胀粒子总数量的50％或更多，如此具有包括元机阻燃剂的涂层22的经涂覆的低比重预膨胀粒子20的膨胀粒子20’可包围高比重预膨胀粒子10的膨胀粒子10’，且可在高比重预膨胀粒子10的膨胀粒子10’的周围形成防火屏障.
如上所述，通过用包括功能性添加剂如阻燃剂的液态涂层材料涂布低比重预膨胀粒子21的表面形成涂层22，具有涂层22的经涂覆的低比重预膨胀粒子20具有与高比重预膨胀粒子10相同的比重，具有涂层22的经涂覆的低比重预膨胀粒子20和高比重预膨胀粒子10可均匀地混合，因此，可制备均匀的复合膨胀制品1.当然，由于制备的复合膨胀制品1的不同种类的膨胀粒子显示不同的功能，不同种类膨胀粒子的优点相互补偿其缺点，因此，复合膨胀制品1可显示优异的功能性.而且，由于不同种类的膨胀粒子均匀地分布在整个复合膨胀制品1中，复合膨胀制品1可整体均匀地显示功能性.
随后，将参考图4描述使用上述不同种类的膨胀粒子制备均匀的复合膨胀制品的方法。
首先，通过膨胀两种或更多种可膨胀聚合物粒子以形成在预膨胀粒子状态下具有不同比重的不同种类的预膨胀粒子来获得相对高比重的预膨胀粒子10和相对低比重的预膨胀粒子21(预膨胀步骤)。
通过用液态涂层材料涂布低比重预膨胀粒子21的表面来形成涂层22，因此形成经涂覆的低比重预膨胀粒子20。通过这样的方法，可将低比重预膨胀粒子的比重调节至等于高比重预膨胀粒子的比重，如此低比重预膨胀粒子和高比重预膨胀粒子可均匀地混合(比重调节步骤)。
随后，经涂覆的低比重预膨胀粒子20和高比重预膨胀粒子10均匀地混合以形成均匀的复合物，其中预膨胀粒子10和20整体上均匀混合(预膨胀粒子混合步骤).
最后，将预膨胀粒子10和20的均匀的复合物供应到模具中，膨胀以制备具有期望的性能的、使用不同种类的膨胀粒子的均匀的复合膨胀制品(复合膨胀成型步骤).
实施例
随后，将通过实施例更详细地描述本发明.
实施例1-2
通过以30倍的膨胀率预膨胀包括石墨的高热绝缘的可膨胀聚苯乙烯粒子来制成高比重预膨胀粒子(密度为33kg/m3)，所述可膨胀聚苯乙烯粒子是可商购获得的(例如，由BASF制备的“Neopor”)。
通过以90倍的膨胀率预膨胀可膨胀聚苯乙烯粒子来制成低比重预膨胀粒子(密度为11.2kg/m3)，所述可膨胀聚苯乙烯粒子是可商购获得.
具有60％固含量的液态涂层材料通过将氢氧化铝加入到醋酸乙烯酯溶液中制成，且将所述液态涂层材料施加到低比重预膨胀粒子的表面上.这里，使用低比重预膨胀粒子重量的300％的液态涂层材料.随后，将经涂覆的低比重预膨胀粒子各自分离且干燥，经涂覆的低比重预膨胀粒子的密度测量结果为32.2kg/m3.
将所述高比重预膨胀粒子和经涂覆的低比重预膨胀粒子以1∶1的比例(实施例1)和1∶9的比例(实施例2)混合，且通过蒸汽加热膨胀，由此制备广泛类型的复合膨胀粒子.
结果，在根据实施例制备的复合膨胀制品中，高比重预膨胀粒子和经涂覆的低比重预膨胀粒子均匀地分布.
根据实施例2制备的复合膨胀粒子具有29.6kg/m3的密度，热绝缘性能的测试结果是，具有0.037W/m·K导热系数，其与通常的膨胀聚苯乙烯的导热系数近似。而且，阻燃性和准非可燃性的测试结果是，根据实施例2制备的复合膨胀制品分别具有3.7MJ/m2和5.4MJ/m2的值，已证实，根据实施例2制备的复合膨胀制品具有优异的阻燃性和准非可燃性.
从以上描述明显看出，本发明提供了一种使用两种或更多种设计成在预膨胀粒子状态下具有不同比重的可膨胀聚合物粒子以提供多种功能的复合膨胀制品，其中不同种类的粒子均匀的分布在整个制品中.
在制备的复合膨胀制品中，由于不同种类的膨胀粒子显示不同的功能，不同种类的膨胀粒子的优点相互补偿其缺点，因此，复合膨胀制品可显示优异的功能性.而且，由于不同种类的膨胀粒子均匀地分布在整个复合膨胀制品中，复合膨胀制品可整体地均匀地显示功能性.
例如，包括石墨因而具有优异的热绝缘性能和具有低膨胀率因而具有相对高比重的高比重预膨胀粒子和经涂覆的低比重预膨胀粒子，可均匀地混合且制备复合膨胀制品，其中所述高比重预膨胀粒子和低比重预膨胀粒子均匀地分布，且制备的复合膨胀制品可具有优异的热绝缘性能和阻燃性，所述经涂覆的低比重预膨胀粒子被调节为具有与高比重预膨胀粒子相同的比重，通过用包括阻燃剂的功能液态涂布材料涂布不包括添加剂且具有高膨胀率因此具有相对低比重的低比重预膨胀粒子的表面而形成涂层来获得.
尽管为了示例性的目的，已经公开了本发明的优选的实施方式，但在不背离如所附的权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员将意识到多种变型、附加和替代是可能的。

Claims (11)

1.不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品，其是两种或更多种膨胀粒子的融合，包括：
在预膨胀粒子状态下具有相对高比重的高比重预膨胀粒子的二次膨胀粒子；和
经涂覆的低比重预膨胀粒子的二次膨胀粒子，所述经涂覆的低比重预膨胀粒子是通过在预膨胀粒子状态下具有相对低比重的低比重预膨胀粒子的表面上形成增加比重的涂层获得的，
其中不同种类的二次膨胀粒子均匀地分布在所述复合膨胀制品中。
2.根据权利要求1所述的使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品，其中通过预膨胀包含一种或多种功能性添加剂的可膨胀树脂粒子来形成所述高比重预膨胀粒子。
3.根据权利要求2所述的使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品，其中所述功能性添加剂是热绝缘材料，包括一种具有高导热性的不透热粒子或两种或更多种具有高导热性的不透热粒子的复合物和多孔无机材料，所述具有高导热性的不透热粒子选自石墨、银、铜、炭黑、铝粉、二氧化钛和锌，所述多孔无机材料选自硅藻土、膨大蛭石、沸石、膨润土、珍珠岩和气凝胶。
4.根据权利要求1-3任一项所述的使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品，其中所述经涂覆的低比重预膨胀粒子的涂层包含一种或多种功能性添加剂。
5.根据权利要求4所述的使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品，其中所述涂层中包含的功能性添加剂是阻燃剂或非可燃剂。
6.根据权利要求1-3任一项所述的使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品，其中所述高比重预膨胀粒子具有比所述低比重预膨胀粒子更低的膨胀率。
7.根据权利要求6所述的使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品，其中所述经涂覆的低比重预膨胀粒子的涂层包含一种或多种功能性添加剂。
8.根据权利要求7所述的使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品，其中所述涂层中包含的功能性添加剂是阻燃剂或非可燃剂。
9.根据权利要求2或权利要求3所述的使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品，其中所述经涂覆的低比重预膨胀粒子的涂层包含一种或多种功能性添加剂，所述功能性添加剂具有不同于所述高比重预膨胀粒子中包含的功能性添加剂的功能性。
10.根据权利要求9所述的使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品，其中所述高比重预膨胀粒子具有比所述低比重预膨胀粒子更低的膨胀率。
11.制备使用不同种类的膨胀粒子的复合膨胀制品的方法，包括：
通过分别膨胀两种或更多种可膨胀聚合物粒子形成在预膨胀粒子状态下具有不同比重的不同种类的预膨胀粒子，来获得具有相对高比重的预膨胀粒子和具有相对低比重的预膨胀粒子；
通过在所述低比重预膨胀粒子的表面上形成涂层，将所述低比重预膨胀粒子的比重调节至等于所述高比重预膨胀粒子的比重，以便与所述高比重预膨胀粒子均匀地混合；
均匀地混合所述高比重预膨胀粒子和经涂覆的低比重预膨胀粒子以形成均匀的复合物；和
将所述预膨胀粒子的均匀的复合物在模具中膨胀成均匀的复合膨胀制品。
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