CN1071355C - 苯乙烯系聚合物与丙烯酸系聚合物共混物的泡沫塑料制品 - Google Patents

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Abstract

由包含至少50%(重量)苯乙烯系聚合物和至多50%(重量)丙烯酸系聚合物的聚合物共混物制成的具有闭孔结构的发泡制品，其中丙烯酸聚合物的平均分子量小于苯乙烯聚合物的平均分子量的90%，其密度大大低于单独用苯乙烯系聚合物制成的类似的发泡制品的密度。

Description

苯乙烯系聚合物与丙烯酸系聚合物 共混物的泡沫塑料制品
本发明涉及由苯乙烯系聚合物与至少一种丙烯酸系聚合物的共混物制成的发泡制品。
人们知道，聚苯乙烯可以通过包括挤出在内的许多方法容易地发泡。这种工业上生产的未经任何特别处理的聚苯乙烯泡沫塑料的密度通常在32千克/立方米左右。
GB 2146941公开了通过挤出法来制备聚苯乙烯泡沫塑料的方法。
EP 0411923致力于用挤出法制备密度为32-160千克/立方米的聚苯乙烯泡沫塑料，其中用液体二氧化碳作发泡剂。
低密度聚苯乙烯泡沫塑料(即密度小于32千克/立方米的泡沫塑料)难以制造，通常要求使原始泡沫塑料直接成型进入低于大气压的环境中，或者经受某种形式的受控的再膨胀，例如US 4552904公开了通过将挤出的泡沫塑料再膨胀来制备密度小于32千克/立方米的聚苯乙烯泡沫塑料。这样的要求增加了泡沫塑料生产过程的复杂性和低密度泡沫塑料的成本，结果尽管使用这类泡沫塑料被公认用于建筑工业和其它工业是有益的，但是这类低密度聚苯乙烯泡沫塑料的使用还是不够广泛。
本发明的目的是采用常规的发泡方法例如挤出法，而无需采用再膨胀或其它此类技术，提供较低密度的聚苯乙烯泡沫塑料。
因此，首先本发明提供由包含至少50％(重量)苯乙烯系聚合物和至多50％(重量)丙烯酸系聚合物的聚合物共混物制成的具有闭孔结构的发泡制品，其中丙烯酸系聚合物的平均分子量小于苯乙烯系聚合物的平均分子量的90％。
苯乙烯系聚合物可以是至少苯乙烯、甲基苯乙烯和丙烯腈之一的均聚物或共聚物。最好至少50％的苯乙烯系聚合物单体单元来自苯乙烯，苯乙烯系聚合物具体可以是苯乙烯的均聚物。
苯乙烯系聚合物的平均分子量以180000-250000为宜，优选180000-230000，例如为大约200000。
丙烯酸系聚合物可以是至少(C0-C4烷基)丙烯酸C1-C8烷基酯例如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯和丙烯酸丁酯之一的均聚物或共聚物。丙烯酸系聚合物最好是共聚物，特别是含有甲基丙烯酸酯(例如甲基丙烯酸甲酯)和丙烯酸酯(例如丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯)的共聚物。丙烯酸系聚合物最好含有50-100％、特别是80-95％、尤其是90-95％(重量)衍生自甲基丙烯酸酯(例如甲基丙烯酸甲酯)单体单元，其余单体单元衍生自至少一种丙烯酸酯。丙烯酸系聚合物的平均分子量小于苯乙烯系聚合物分子量的90％、优选80％、特别是75％、尤其是50-60％。丙烯酸系聚合物的平均分子量以50000-180000为宜，优选50000-150000，特别是80000-140000。
发泡制品具有闭孔结构。闭孔的边通常为100-1000μ，特别是100-900μ，尤其是100-600μ。
发泡制品的平均密度一般比单独用苯乙烯系聚合物制成的类似的发泡制品的低5-40％，优选低10-40％，特别是低20-35％。
发泡制品的性能，例如热导率，保持与单独用苯乙烯系聚合物制成的类似的发泡制品的相当，尽管总是低一些。刚制造出来的发泡制品的热导率一般为20-24mW.(mK)-1，例如大约21mW.(mK)-1，并且在与环境平衡后升到25-27mW.(mK)-1(例如大约26mW.(mK)-1)的范围内。类似的发泡苯乙烯系聚合物的热导率在制造出来时为大约24mW.(mK)-1，随着时间的增长上升到大约27mW.(mK)-1。
发泡制品的压缩强度的确随着丙烯酸系聚合物含量的增加而降低。然而，当丙烯酸系聚合物含量不超过50％时，压缩强度可以保持在150-260kPa。
在使用中，可以将发泡制品层压到任何适宜的载体材料例如石膏板、木材或其它塑料结构上，以形成隔热建筑材料等。
发泡制品可以在常规挤出设备中成型。在如此成型时，密度沿泡沫塑料制品的横截面，从泡沫塑料制品的表面基本上到发泡制品的中心是变化的，这个方向与挤出的轴线垂直。密度的变化遵循典型的“浴缸”曲线，即发泡制品的中心不如表面密实。尽管挤出发泡材料一般都是浴缸曲线，但观察到的平均密度至今只能通过将常规苯乙烯系聚合物挤塑进入真空或者通过再膨胀(例如在空气或蒸气流中加热)来获得，在后一种情况中，由于仅仅该泡沫体的表面区域趋向于再膨胀，该浴缸曲线反转。
适宜的发泡剂是本领域常用的发泡剂。优选物理发泡剂，因此包括碳氢化合物例如丙烷、丁烷、戊烷、异戊烷、环戊烷和庚烷。卤代烃例如二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、三氯一氟甲烷、二氟一氯乙烷和四氟乙烷；醇类化合物例如甲醇；和惰性气体例如氮气和二氧化碳。所用的发泡剂的质量将至少部分地取决于聚合物共混物的组成和期望的发泡制品的密度。一般的水平范围是每100千克聚合物2-20千克发泡剂。碳氢化合物发泡剂(例如丁烷)的用量以每100千克聚合物2-8千克为宜，优选4-6千克，而卤代烃(例如R22)的用量为每100千克聚合物5-20千克，优选10-15千克。使用超过上述水平的附加的发泡剂通常并不会导致密度的任何进一步降低。
下述实施例进一步说明了本发明。
在这些实施例中，将所示的聚合物共混物熔融并在加热的常规挤出机中与由60％(重量)R22和40％(重量)R142b组成的发泡剂混合，然后通过尺寸为3mm×300mm的模口挤出到大气中。
平均密度之差是相对于在同一设备中生产的发泡苯乙烯均聚物而言的，其分子量为大约200000并被用于在下述实施例中制备的聚合物共混物中。
在聚合物共混物中使用的丙烯酸系聚合物均为市售材料。
实施例1
在该实施例中，所用的丙烯酸系聚合物是平均分子量为129000的甲基丙烯酸甲酯与5％丙烯酸乙酯(EA)的共聚物。
实施例    共混物中丙烯酸系    密度差
           聚合物的百分数      (％)
1a           20                -17
1b           50                -21
因此，显而易见，增加丙烯酸系聚合物在共混物中的比例会降低发泡制品的密度。
实施例2
在该实施例中，使用多种分子量不同的丙烯酸系聚合物，但它们均为甲基丙烯酸甲酯与3％丙烯酸乙酯(EA)的共聚物。聚合物共混物含有80％w/w苯乙烯均聚物和20％w/w丙烯酸系聚合物。
实施例    密度差    分子量
           (％)
2a         -12      85000
2b         -9       129000
2c(比较)   +11      181000
因此，显而易见，降低丙烯酸系聚合物的分子量也导致发泡制品密度的降低。实施例3
在该实施例中，使用多种分子量基本相同的丙烯酸系聚合物。该丙烯酸系聚合物还是甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯的共聚物，但两种共聚单体的比例不同。聚合物共混物还是含有80％w/w苯乙烯均聚物和20％w/w丙烯酸系聚合物。
实施例    丙烯酸乙酯    密度差    分子量
            (％)         (％)
3a          3.0           -8      129000
3b          5.0           -25     129000
3c          7.5           -28     121000
因此，可以看出，增加丙烯酸酯单体在丙烯酸系聚合物中的比例导致发泡制品密度的降低。
实施例4
在该实施例中，使用多种丙烯酸系聚合物，它们是甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸甲酯(MA)或丙烯酸丁酯(BA)的共聚物。聚合物共混物还是含有80％w/w苯乙烯均聚物和20％w/w丙烯酸系聚合物。
实施例    丙烯酸酯  密度差  分子量   发泡剂
            (％)     (％)            每100kg
4a         MA 4.5    -29    136000    11.1
4b         BA 1      -22    137000    10.3
因此，可以看出，在丙烯酸系聚合物中使用低水平的丙烯酸高级烷基酯作为共聚单体，可以明显降低发泡制品的密度，这样的降低也可以通过使用较低水平的发泡剂获得。实施例5
在该实施例中，以各种添加水平使用由甲基丙烯酸甲酯和5％MA组成的分子量为120000的共聚物组成的丙烯酸系聚合物和不同量的先前使用的发泡剂。口模尺寸为3mm×400mm。
实施例    共混物中丙烯酸系   发泡剂    密度差
           聚合物的百分数    每100kg    (％)
5a              10             7.9     -4.9
5b              10             8.5     -7.2
5e              20             8.5     -8.6
5d              20             9.3     -12.9
5e              20             9.9     -16.9
5f              20             10.3    -18.9
5g              20             10.6    -21.2
5h              20             11.6    -23.2
5i              20             12.7    -22.9
仍然可以看出，增加丙烯酸系聚合物在共混物中的百分数(实施例5b和5c)可以进一步降低泡沫塑料的密度。随着所用的发泡剂量的增加，密度的降低也增加到一个极限值，超过这一极限则密度几乎不再进一步降低。
实施例5i的泡孔尺寸大约为150μ，与苯乙烯均聚物的参比泡沫塑料的相同。
实施例5i产生的泡沫塑料的热导率在制造后初始值为大约21mW.(mK)-1，在70℃下保温9周后升至大约26mW.(mK)-1。比较用的苯乙烯系聚合物泡沫塑料的初始热导率为大约24mW.(mK)-1，在70℃下保温9周后升至大约27mW.(mK)-1。

Claims (10)

1．由包含至少50％(重量)苯乙烯系聚合物和至多50％(重量)丙烯酸系聚合物的聚合物共混物制成的具有闭孔结构的发泡制品，该丙烯酸系聚合物为由至少一种(C0-4烷基)丙烯酸C1-8烷基酯组成的均聚物物或共聚物，其中丙烯酸系聚合物的平均分子量小于苯乙烯系聚合物的平均分子量的90％。
2．权利要求1所述的发泡制品，其中至少50％的苯乙烯系聚合物单体单元由苯乙烯衍生而来。
3．权利要求1或2所述的发泡制品，其中苯乙烯系聚合物是苯乙烯的均聚物。
4．权利要求1或2所述的发泡制品，其中苯乙烯系聚合物的平均分子量为180000至250000。
5．权利要求1或2所述的发泡制品，其中丙烯酸系聚合物含有50-100％(重量)衍生自甲基丙烯酸酯的单体单元，其余的单体单元由至少一种丙烯酸酯衍生而来。
6．权利要求1或2所述的发泡制品，其中闭孔的边在100-1000μm的范围内。
7．权利要求1或2所述的发泡制品，其密度比单独用苯乙烯系聚合物制成的类似的发泡制品的密度低5-40％。
8．权利要求1或2所述的发泡制品，其中密度沿发泡制品的横截面，从发泡制品的表面基本上到发泡制品的中心变化，使得发泡制品中心的密度比表面的低。
9．一种层压物，它包括载于选自石膏板、木材或其它塑料结构的载体材料上的权利要求1-8中任意一项所定义的发泡制品。
10．权利要求9所述的层压物作为隔热建筑材料的用途。
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