CN113286686A - 制备泡沫材料的新发泡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及由聚合物组合物制备泡沫材料的新方法,其中这种新方法包括在含有发泡剂的聚合物的发泡过程中进行预热和随后通过由微波辅助的热工艺进行发泡的方法步骤。
Description
技术领域
本发明涉及由聚合物组合物制备泡沫材料的新方法,其中这种新方法包括在含有发泡剂的聚合物的发泡过程中进行预热和随后通过由微波辅助的热工艺进行发泡的方法步骤。
背景技术
用于制备(硬质)泡沫的聚合物的发泡方法是公知常识。已知的方法包括连续挤出方法,在该方法中将聚合物在挤出机中熔融并装载发泡剂,在这种情况下它们由于在从喷嘴离开时压力降低而发泡,珠状泡沫方法,在该方法中将含有发泡剂的聚合物粒料通过供应能量(热方式,水蒸气)而在模具中发泡,间歇方法,在该方法中将聚合物在压力下装载例如处于超临界状态下的CO2或N2,并在压力降低的情况下进行发泡,或者还有块状泡沫方法,在该方法中将含有发泡剂的聚合物通过在炉中加热到高于玻璃化转变温度而软化,并且凭借存在的发泡剂进行发泡。
上文提及的其中将含有发泡剂的聚合物片材加热到高于所述聚合物的Tg的块状泡沫方法尤其用于制备基于PMI或PMMA的硬质泡沫(DE2726259、DE1817156、EP3277748)。该应用的一个原因是经由发泡温度/发泡持续时间可很好地调节所获得的泡沫的密度。此外,上文提及的基于PMI或PMMA的硬质泡沫不能通过其它制备方法经济地获得,因为它们的高分子量(对机械性能重要)意味着它们不能通过挤出方法制备。
微波技术在泡沫的制备中的应用仅是非常有限的。EP 0037470例如描述了弹性三聚氰胺泡沫的制备。这包括借助于微波辐照加热液体三聚氰胺-甲醛预缩合物,并因此使其发泡和交联。
EP 3277748给出了粗略的描述:甚至采用与微波相结合的热供应能量的组合,可能使含有发泡剂的PMMA浇铸聚合物发泡。然而关于方法参数或上游的预热步骤,没有给出更确切的细节。
硬质泡沫块优选由通过浇铸聚合方法获得的聚合物片制备,在所述浇铸聚合方法中,在聚合之前将发泡剂添加到单体溶液中。为了使这些含有发泡剂的聚合物片材发泡,必须将它们加热到高于所存在的发泡剂的沸点/分解点,并且同时高于所述聚合物的玻璃化转变温度。纯粹在炉中加热的缺点是,进入到所述聚合物中的能量输入纯粹是通过热能的对流和传导发生的。这个过程可能要花费两到三个小时,因为塑料本身是热的不良导体,并且因此在所述聚合物片材的芯中的发泡温度只能缓慢地达到。此外,发泡聚合物将其自身相对于炉温度隔绝。
发明内容
要解决的技术问题
所解决的技术问题是,开发一种用于发泡(硬质)泡沫的经济可行的方法,该方法同时导致产品具有非常均匀的孔结构。
特别地,为了制备由于它们的基体聚合物的高摩尔质量而不能通过例如挤出方法制备的硬质泡沫块,例如基于PMI和PMMA的泡沫,要开发一种经济可行的发泡方法。
另一个目的是显著缩短制备硬质泡沫片材的方法,并且因此使所述发泡方法更加经济可行。
在此未明确讨论的其它问题可在下文中从现有技术、说明书、权利要求书或实施例中显而易见。
解决方案
所述目的通过以下制备泡沫的新方法实现,所述方法的特征在于,在该方法中将含有发泡剂的聚合物组合物在设备中发泡,并且在所述发泡之前将待发泡的聚合物组合物进行预热。所述设备具有加热装置和至少一个微波源,所述加热装置用于加热到所述设备的内部温度Ts,和借助于所述微波源,所述聚合物组合物被同时辐照。
所述聚合物组合物优选是在发泡后形成硬质泡沫的材料。这更优选是P(M)I(聚(甲基)丙烯酰亚胺)、PMMA、基于甲基丙烯酸酯的共聚物、PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)、PU(聚氨酯)(尤其是高度交联的PU)、聚砜或聚(醚)酰亚胺。
在所述预热步骤中,在所述设备中进行发泡之前将待发泡的聚合物在最小为比所述设备的内部温度Ts低80℃和最大为比所述设备的内部温度Ts高10℃之间的温度Tv下预热。优选地,Tv最小为低于所述设备的内部温度60℃,更优选最小为比其低40℃,尤其是最小为比其低20℃。还优选地,Tv不高于Ts,并且更优选比Ts低至少10℃。
所述预热和实际的发泡可以在相同的设备中进行,例如以任选的温度变化和在所述预热后打开所述微波源的形式。然而,优选在分开的设备中进行这两个步骤。例如,在多个工件的情况下,可以在大型炉中同时进行所述预热。然后从中取出单个工件进行发泡。
已经发现,以如下方式进行所述预热是特别有利的,所述方式使得在预热后,在所述聚合物组合物内最冷和最热点之间的温差此后不大于15℃,优选不大于10℃。同样优选地,然后将经预热的聚合物组合物直接送去在所述设备中发泡。
尤其有利的是在所述发泡之前,将所述聚合物组合物预热到高于所述聚合物组合物的玻璃化转变温度Tg的预热温度Tv。理想地,当实际发泡开始时,所述聚合物组合物是弹性的。
对于许多材料,甚至那些具有相对高结晶组分的材料,例如PP,以简化的方式,也已发现在110至190℃之间的预热温度Tv是有利的。通常,预热时间为至少60分钟,优选至少100分钟。
优选使用频率在0.85至6.0GHz之间的微波辐照。已经发现使用厚度在10至30mm之间,优选在20至25mm之间的聚合物片材作为聚合物组合物是有利的。
所述实际的发泡可以在所述设备中,例如在2至30分钟内,优选在5至20分钟内进行。
在本发明的一个优选实施方案中,所述聚合物组合物是PMI。对于这个实施方案,所述预热温度Tv优选在120至190℃之间,和所述设备的内部温度Ts在180至240℃之间。
在本发明的另一个优选实施方案中,所述聚合物组合物是PMMA或基于甲基丙烯酸酯的共聚物。对于这个实施方案,所述预热温度Tv优选在110至140℃之间,和所述设备的内部温度Ts在120至190℃之间。
根据本发明的方法的一个主要优点在于,它可以以环境友好的方式和在非常短的循环时间内并且同时以节约材料的方式进行。特别地,通过本发明的方法,在整个泡沫部件中获得了令人惊奇地均匀的孔尺寸和孔尺寸分布。
可进一步加工的硬质泡沫是PVC泡沫。这种硬质泡沫从纤维复合材料技术和用于货车构造的夹层制造和风力涡轮机的制造中以及从造船业中是广泛已知的。成品泡沫片材可以类似于所述PMI泡沫片材进行加工。
这同样适用于硬质PP泡沫。PP泡沫尤其已知作为在运输容器中的隔绝材料,和作为夹层材料。PP泡沫可包含填料并且是可商购获得的,大部分密度范围为20至200kg/m3。
而与软质PU泡沫相比,硬质PU泡沫的特点是更加封闭的孔结构和更高的交联度。硬质PU泡沫也可包含相对大量的无机填料材料。
所述硬质泡沫材料的密度可以相对自由地选择。例如,可以使用密度范围为25至220kg/m3的泡沫。
原则上,由硬质泡沫制成的本发明的工件的用途是非常广泛的。
Claims (10)
1.制备泡沫的方法,其特征在于将含有发泡剂的聚合物组合物在具有加热装置和至少一个微波源的设备中发泡,所述加热装置用于加热到所述设备的内部温度Ts,和借助于所述微波源,所述聚合物组合物被同时辐照,和该方法的特征在于在所述发泡之前将待发泡的聚合物组合物预热。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于在所述发泡之前将待发泡的聚合物在所述设备中在最小为比所述设备的内部温度Ts低80℃和最大为比所述设备的内部温度Ts高10℃之间的温度下预热。
3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于在所述预热后,在所述聚合物组合物内最冷点和最热点之间的温差不大于15℃。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法,其特征在于将经预热的聚合物组合物在所述设备中直接供应到所述发泡过程。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法,其特征在于所述聚合物组合物是在所述发泡后形成硬质泡沫的材料,优选P(M)I、PMMA、基于甲基丙烯酸酯的共聚物、PVC、PP、PU、聚砜或聚(醚)酰亚胺。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法,其特征在于在所述发泡之前,将所述聚合物组合物预热到高于所述聚合物组合物的玻璃化转变温度Tg的预热温度Tv。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法,其特征在于所述预热温度Tv在110至190℃之间,和预热时间为至少60分钟,优选至少100分钟。
8.根据权利要求1至7中任一项的方法,其特征在于所述微波辐照具有在0.85至6.0GHz之间的频率。
9.根据权利要求1至8中任一项的方法,其特征在于所述聚合物组合物包含PMI,所述预热温度Tv在120至190℃之间,和所述设备的内部温度Ts在180至240℃之间。
10.根据权利要求1至9中任一项的方法,其特征在于所述聚合物组合物包含PMMA或基于甲基丙烯酸酯的共聚物,所述预热温度Tv在110至140℃之间,和所述设备的内部温度Ts在120至190℃之间。
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