CN116457399A - 基于聚酰亚胺或聚丙烯酸酯的含发泡剂的粒子的粘合 - Google Patents

基于聚酰亚胺或聚丙烯酸酯的含发泡剂的粒子的粘合 Download PDF

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Abstract

本发明涉及制备基于玻璃化转变温度为至少100℃的热塑性基础材料的功能化粒子泡沫模塑件的方法，该方法包括将所述基础粒子功能化。

Description

基于聚酰亚胺或聚丙烯酸酯的含发泡剂的粒子的粘合
技术领域
本发明涉及制备基于玻璃化转变温度为至少100℃的热塑性基础材料的功能化粒子泡沫模塑件的方法，该方法包括将基础粒子功能化。
背景技术
由可膨胀颗粒制备泡沫的方法是本领域技术人员已知的。通常，作为这样的颗粒，将含发泡剂的热塑性粒子加热，例如用水蒸气进行，从而使所述发泡剂挥发。借助于所述发泡剂的放出，所述粒子然后膨胀并形成主要是闭孔的泡沫。这些泡沫，经常在升高的温度下，然后通过后续发生的粒子膨胀相互挤压在一起，使得个体粒子获得一定程度的彼此粘合。
当需要功能化泡沫时，本领域技术人员在制备所述泡沫后采用一个另外的步骤来提供功能性。例如，WO 2005/105404 A1公开了一种制备泡沫的方法，其中所使用的颗粒在膨胀和熟化后被提供功能化。这种情况下的一个缺点是，只有单个颗粒的仅部分表面是可达到的，使得无法实现均匀的功能化。
在EP 2 937 379 A1中描述了这种方法的一个变型方案，该变型方案采用一个额外的功能化步骤。其中，将包含特定聚合物的乳液在膨胀之前施加到所述颗粒上。这种变型方案的一个缺点是，被涂覆的是尚未膨胀的颗粒，并且所述功能化，特别是在预膨胀过程中，即在预发泡过程中，可能容易再次失去，尤其是在涂层与所述颗粒具有不同的热膨胀系数的情况下。也几乎不可能实现所述颗粒的尽可能完全的涂覆，因为所述涂层在预膨胀过程中不可能膨胀到所述颗粒的程度。
或者，本领域技术人员使用已经包含这种功能性的粒子，所述功能性例如是在母料工艺过程中施加的。此处的缺点是，未使用的功能性保留在所述粒子内。这种未使用的功能性一方面会产生制备成本，并且另一方面会给环境带来负担，而没有由此产生技术优势。
现有技术的所有方案的共同点是它们都以不利的方式需要额外的方法步骤，这是耗时且昂贵的。
发明内容
发明目的
因此，需要提供一种改进的制备功能化粒子的方法。
特别地，本发明的一个目的是克服或至少最小化现有技术已知方法的缺点。
本发明的一个目的是提供功能化的预发泡粒子，特别是以尽可能成本有效和方法高效的方式。
解决方案
本发明的目的通过根据本发明的用于制备基于玻璃化转变温度为至少100℃的热塑性基础材料的功能化粒子泡沫模塑件的方法来实现，该方法包括以下指定顺序的方法步骤：
a)提供包含至少一种发泡剂和至少一种成核剂的基础粒子；
b)将所述基础粒子进料到适合于移动和加热所述基础粒子的装置中；
c)通过使所述基础粒子与包含至少一种功能化剂的溶液或分散体接触来同时预发泡和功能化所述基础粒子，
其中所述至少一种功能化剂是粘合剂，并且任选将一种或多种另外的功能化剂与所述粘合剂一起用于功能化所述基础粒子，和
用水和/或溶剂与至少一种功能化剂的溶液或乳液处理所述粒子，
使得获得的功能化粒子在它们的表面上至少部分地具有粘合剂层和任选地具有一种或多种功能化；
d)任选地，干燥所述功能化粒子；
e)任选地，中间储存所述功能化粒子；
f)通过在成形容器中进行加热使所述功能化粒子模塑发泡，使得形成功能化粒子泡沫模塑件。
根据本发明的方法的有利实施方案在以下描述和在从属权利要求中列出。
有利地，本发明已经证明是特别地方法高效的，因为可以省略额外的方法步骤。因此，由于节省了工作步骤和时间，所述方法还是成本有效的。另外，不需要额外的设备来实施可能的额外方法步骤。
根据本发明，使所述功能化和所述预发泡在一个方法步骤中进行，使得可以省略额外的功能化步骤。本发明还具有以下优点：所述功能化非常均匀地涵盖所有功能粒子，使得存在均匀的功能化。
方法步骤a)
所述基础粒子的基础材料是热塑性的。所述基础材料优选选自聚酰亚胺和聚丙烯酸酯，优选聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚(甲基)丙烯酸甲酯(PM(M)A)和上述物质的混合物。
特别地，所述基础材料还不包含任何聚烯烃，尤其是不含聚丙烯。聚烯烃具有低于50℃的玻璃化转变温度，并且因此不适合作为用于高温应用的结构泡沫的基础材料。
所述基础材料具有至少100℃的玻璃化转变温度。所述基础材料优选具有至少180℃的玻璃化转变温度。所述基础材料的玻璃化转变温度通常涉及纯基础材料，而不涉及包含发泡剂的基础材料。玻璃化转变温度通常是根据DIN EN ISO 11357-2(2014年7月公布)通过DSC在10K/分钟的加热速率下测量的。
所述基础粒子包含至少一种发泡剂。通常，所述至少一种发泡剂存在于所述基础材料中，例如溶解在其中。所述至少一种发泡剂用于例如在某些条件下，例如在升高的温度下，使所述基础粒子膨胀。这种膨胀是指所述基础粒子的体积增加。
所述发泡剂选自挥发性有机化合物、无机发泡剂、可热分解发泡剂和上述物质的混合物，所述挥发性有机化合物在标准压力下的沸点低于所述基础材料的玻璃化转变温度。
在标准压力下的沸点低于所述基础材料的玻璃化转变温度且在标准温度(即25℃，1013毫巴)下是液体的挥发性有机化合物优选选自非卤代烃、酮、醇、卤代烃和上述物质的混合物。
所述酮优选选自丙酮、甲乙酮、环己酮、环壬酮、双丙酮醇和上述物质的混合物。所述酮更优选选自丙酮、甲乙酮和上述物质的混合物。
所述非卤代烃优选包含4至8个碳原子。所述非卤代烃更优选选自丁烷、戊烷、己烷和上述物质的混合物。
所述醇优选选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇和上述物质的混合物。
用于聚甲基丙烯酰亚胺的发泡剂可以是以下化合物或它们的混合物：甲酰胺、甲酸、尿素、衣康酸、柠檬酸、双氰胺、水、单烷基脲、二甲基脲、5,5’-偶氮-双-5-乙基-1，3-二氧六环、2,2’-偶氮-双-N-丁基异丁酰胺、2,2’-偶氮-双-N-二乙基异丁酰胺、2,2’,4,4,4’,4’-六甲基-2,2’-偶氮戊烷、2,2’-偶氮双-2-甲基丙烷、碳酸二甲酯、碳酸二叔丁酯、丙酮氰醇碳酸酯、羟基异丁酸甲酯碳酸酯、N-甲基氨基甲酸乙酯(urethane)、N-乙基氨基甲酸乙酯、N-叔丁基氨基甲酸乙酯、氨基甲酸乙酯、草酸、马来酸、羟基异丁酸、丙二酸、氰基甲酰胺、二甲基马来酸、甲烷四羧酸四乙酯、草氨酸正丁酯、甲烷三羧酸三甲酯、甲烷三羧酸三乙酯以及还有具有3至8个碳原子的一元醇，例如丙-1-醇、丙-2-醇、丁-1-醇、丁-2-醇、叔丁醇和异丁醇。
对于聚(甲基)丙烯酸甲酯，还可以使用在发泡条件下释放挥发性化合物并且通常之后以(甲基)丙烯酸重复单元的形式保留在聚合物中的可共聚发泡剂。这样的公知的可共聚发泡剂的实例是(甲基)丙烯酸异丙酯和(甲基)丙烯酸叔丁酯。
特别合适的发泡剂包含叔丁醇、正庚烷、MTBE、甲乙酮、具有1至4个碳原子的醇、水、甲缩醛、尿素、叔丁基甲基醚、(甲基)丙烯酸异丙酯和/或(甲基)丙烯酸叔丁酯。特别合适的发泡剂是(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、叔丁醇、异丙醇和聚((甲基)丙烯酸叔丁酯)。
所述酯优选选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯和上述物质的混合物。
所述卤代烃优选选自氯甲烷、氯乙烷、二氯甲烷、二氯乙烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、三氯氟甲烷、三氯三氟乙烷和上述物质的混合物。
所述至少一种发泡剂特别优选选自非卤代烃、酮、醇和上述物质的混合物。所述至少一种发泡剂最优选是酮或脲。
如果所述至少一种发泡剂是无机发泡剂，则它优选选自二氧化碳、氩气和上述物质的混合物。
如果所述至少一种发泡剂是可热分解的发泡剂，则它优选选自偶氮二甲酰胺、对甲苯磺酰氨基脲、5-苯基四唑和上述物质的混合物。所述可热分解的发泡剂具有分解温度，从该分解温度开始，它释放出气体，使得所述基础粒子于是可以膨胀。
所述基础粒子通常包含基于该基础粒子的总质量计(平均)1至20重量％，优选7至15重量％的发泡剂。
所述基础粒子包含成核剂。这种成核剂优选选自滑石、石墨、炭黑、二氧化钛、纳米粒子(纳米管、纳米片等)和上述物质的混合物。所述任选的成核剂有利地改进泡孔形态。
用于聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的成核剂可以是以下化合物或它们的混合物：不溶于反应混合物的无机盐和矿物质，例如SiO2、ZnS、BPO4、NaCl、KCl，或无机聚合物和它们的盐，例如聚磷酸铵。
所述基础粒子包含基于该基础粒子的总质量计(平均)0.01至3重量％，优选0.05至1重量％的成核剂。
所述基础粒子优选是球形的或圆柱形的。球形意味着所述基础粒子没有角或边。球形基础粒子的最短直径与最长直径的比率优选在0.9至1.0范围内，特别优选在0.95至0.99范围内。凭借所述球形形状，优选的球形基础粒子和通过预发泡获得的功能粒子可以容易地通过气动输送系统输送，并且可以吹入到泡沫模具中。
所述基础粒子的直径，优选地，所述优选球形或圆柱形基础粒子的直径，优选在0.1至5mm范围内，更优选在0.5至3mm范围内，尤其优选在0.8至2mm之间。
所述圆柱形基础粒子的尺寸由其直径(这与所述球形基础粒子所适用的情况相同)和其高度限定。在圆柱形基础粒子的情况下，高度与直径的比率优选在0.9至1.1范围内，特别优选所述圆柱形基础粒子具有的直径与它们的高度相等。所述基础粒子不是空心粒子，并且不是核-壳粒子，如微球。
所述基础粒子的平均质量优选为1至15mg，更优选2至12mg，尤其是3至10mg。在这种情况下，所述基础粒子的质量在上述范围内的比例至少为50％，优选75％，尤其是90％。
优选地，基于基础粒子的总数计，90％的所述基础粒子，特别优选99％的所述基础粒子，具有小于5mm的直径。
所述基础粒子及其制备方法是现有技术中已知的或者是可商购获得的。本领域技术人员可以从多种方法中进行选择。例如，基础粒子可如下获得：在挤出机中将基础材料熔融后，如果需要，加入成核剂，并在冷却所述基础材料时，加入所述至少一种发泡剂。然后可以机械成形所述基础粒子，例如使用冲孔板、齿轮泵或类似物(参见WO 2019/025245，第3页，第19-38行)。
方法步骤b)
在根据本发明的方法的方法步骤b)中，将所述基础粒子进料到适合于移动和加热所述基础粒子的装置中。
在本发明的上下文中合适的装置例如是可旋转可加热转鼓、混合容器或者还有与热源组合的移动带，优选贯通式炉(pass-through oven)。所述移动带例如是传送带，其将所述基础粒子送料到热源处。在此，有利的是，所述传送带包括用于使所述基础粒子相对于彼此移动的装置，例如振动装置，由此所述基础粒子在所述带上来回移动。
所述装置优选是可旋转可加热转鼓或混合容器。特别地，所述装置是可旋转可加热转鼓。这样的转鼓对所述基础粒子和功能粒子的机械影响最小，同时伴随着所述基础粒子的非常有效的混合。
所述装置适用于所述基础粒子的移动。这意味着所述基础粒子在一个方向上的定向移动(例如在穿过炉的传送带上)和/或所述基础粒子相对于彼此的移动。优选包括有后者。结果是，所述基础粒子的改进的功能化是可能的。
为了将所述基础粒子进料到所述装置中，本领域技术人员已知多种可能方案。例如，它们可以手动进料(投料、倾倒、铲送)或通过所述装置的机械辅助，例如借助于泵系统。取决于所述装置，所述基础粒子被放置在所述装置的内部(例如，在可旋转可加热转鼓或混合容器的情况下)或放置在所述装置的一个区段上(例如，在传送带上，使得可以将所述基础粒子送料到热源处)。
所述装置具有加热所述基础粒子的可能性。本领域技术人员已知用于此目的的许多方法。例如，可以使用合适的IR辐射源、无线电波、微波、热空气、一个或多个电阻炉或以上的组合。热量可以直接地(例如通过辐射)或间接地(例如通过借助于水蒸气或类似的热源加热的可旋转可加热转鼓或混合容器的壁)传递给所述基础粒子。
方法步骤c)
在根据本发明方法的方法步骤c)中，所述基础粒子被同时预发泡和功能化。
因此，由所述基础粒子获得功能化粒子。所述功能化粒子被预发泡并且在它们的至少一部分表面上包含功能性。优选地，至少20％、更优选40％的所述表面(基于所述功能化粒子的总表面计)被提供有功能化。取决于所述粒子和所述功能化，这可以通过重量分析法或光谱法确定。
根据本发明的功能化粒子与现有技术中已知的预膨胀颗粒的区别尤其在于施加到所述表面的功能化。
所述功能化粒子还仍然包含所述基础粒子所包含的发泡剂的一部分。优选地，所述功能化粒子包含所述基础粒子的发泡剂的5至12％，更优选6至10％，甚至更优选7至9％。
通过使所述基础粒子与包含至少一种功能化剂的溶液或分散体接触，所述基础粒子在所述预发泡的过程中被功能化。所述功能化优选仅在所述预发泡过程中发生，使得可以特别有效地设计根据本发明的方法。所述功能化剂在所述基础粒子的至少一部分表面上产生功能性。
通过浸渍、喷涂或通过其它常用方法使所述基础粒子与包含至少一种功能化剂的溶液或分散体接触。在这方面，本领域技术人员可通过常规实验确定最合适的方法。
包含所述至少一种功能化剂的溶液或分散体优选是水性的。在这种情况下，水性表示所述溶液或分散体的所有溶剂的至少90重量％，更优选至少99重量％是水。可与水混溶的其它溶剂可被混入，例如丙酮、醇(优选包含1至4个碳原子的醇，更优选包含2至3个碳原子的醇)或二醇(优选乙二醇和丙二醇)，以改进例如单独组分的溶解度或改进分散体的稳定性。
所述功能化剂优选选自杀生物剂、杀真菌剂、粘合剂、纤维、染料、颜料、导电粒子和上述物质的混合物。
优选的杀生物剂是抗菌剂，其中银是优选的。优选使用的银具有≤1μm的d50，更优选具有250nm的d50。所述d50可通过动态光散射方法确定，所述方法例如是描述在以下文献中的方法“Measuring the Size of Nanopartiles in Aqueous Media Using Batch-ModeDynamic Light Scattering(“使用批处理模式动态光散射测量水性介质中纳米粒子的大小”)”，NIST特别出版物1200-6(1.2版，2015年5月)。
杀真菌剂是有机、无机或有机金属材料。优选的杀真菌剂是铜化合物，例如氯氧化铜、胶体、纯硫、唑类、吗啉或甲氧基丙烯酸酯(strobilurine)。
合适的粘合剂尤其能够在进一步的后续方法步骤中将单独的功能粒子彼此结合，理想地能够内聚地彼此结合。根据本发明，所述粘合剂优选选自糊精、酪蛋白、丙烯酸树脂、乙酸乙烯酯树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚乙烯醇树脂、异氰酸酯、聚酰胺树脂，或者上述物质的混合物和共聚物。或者，可将热塑性聚合物用于粘合剂。
在一个优选的实施方案中，所述至少一种功能化剂是粘合剂。任选地，将所述粘合剂与一种或多种另外的功能化剂(其选自以上限定的那些)一起使用。例如，将粘合剂和杀生物剂一起用作功能化剂。特别有利地，本发明的这个实施方案允许减少或甚至完全防止在成形(方法步骤f))期间形成可能的缺陷(其也被本领域技术人员称为气孔或节点(gusset))。这尤其适用于使用(过饱和)水蒸气进行烧结成形的情况，因为在这种情况下，在存在的基础材料中可能会出现特别偶然的冲突现象。由于所述水蒸气的温度随着压力成比例增加，因此可能会出现为充分烧结所述功能粒子所需的工艺温度导致自膨胀不能发生或仅在不充分的程度上发生的情况，原因是水蒸气压力过高。如果在方法步骤f)中没有实现一定程度的自膨胀，这可能会导致两个方面：
1.功能化粒子的烧结可能不充分，因为相邻功能化粒子的表面没有足够强地挤压在一起。
2.所述功能化泡沫可能具有气孔形式的缺陷，原因是在所述功能化粒子之间的空间不能被填充，因为，如已经描述的，所述功能化粒子的体积不能充分增加(如果有的话)。结果是所述功能化泡沫具有不均匀的结构。这种效应对所述功能化泡沫的表面品质具有特别不利的影响。除了可能的光学损害外，尤其是在下游工艺中，例如在向所述功能化泡沫上任选施加顶层或薄膜的过程中，这又可能导致问题(纤维增强顶层中树脂吸收过多，并且因此导致组件尺寸太高，显示出穿过装饰织物或薄膜的贯穿的气孔)。这些可能的缺点可有利地被避免或至少减少，特别是通过这个实施方案。
在粘合剂作为所述至少一种功能化剂和使用(过饱和)水蒸气的温度来烧结所述功能化粒子的情况下，优选选择所述发泡剂以使得其沸点小于或等于选择的温度，在该选择的温度内，所述粘合剂展现出其粘合性，即例如，如果选择反应性粘合剂，则会发生适当的反应。同时，提及的后一种温度应低于包含所述至少一种发泡剂的基础材料的烧结温度。
当使用热塑性聚合物作为粘合剂时，则软化点或熔点小于或等于加工温度。
合适的纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维和上述纤维的混合物。所述纤维特别改进了所述功能粒子和由其产生的功能化泡沫的机械稳定性。因此，有时可以省略随后施加的层压材料。
合适的染料用于使所述功能化粒子和由其产生的功能化粒子泡沫模塑件着色，并且优选选自有机染料。
合适的颜料用于使所述功能粒子和由其产生的功能化粒子泡沫模塑件着色或赋予其它功能性，例如增加的抗UV性。与上述染料的一个区别在于，颜料通常不能溶解在溶剂(根据本发明优选是水)中，并且因此必须被分散。提高所述抗UV性的一个优选实例是使用金红石形式的纳米颗粒状二氧化钛。
合适的导电粒子选自导电炭黑、石墨、石墨烯和碳纳米管(CNT)。所述导电粒子给所述功能化粒子和由其产生的功能化粒子泡沫模塑件赋予导电性，或者取决于施加的量，至少是抗静电涂层。
本领域技术人员尤其根据所需的功能化剂、施加到所述基础粒子表面上的量和使用的温度来选择所述至少一种功能化剂在所述溶液或分散体中的量。典型的量是基于所述溶液或分散体的总量计的0.1至50重量％，优选1至30重量％，更优选5至10重量％。
任选地，所述溶液或分散体另外包含其它添加剂，例如润湿剂、稳定剂或流变添加剂。这些添加剂和它们的用途是已知的并且它们是可商购获得的。
合适的溶液或分散体有时是可商购获得的，或者可通过标准方法制备。例如，可以将所述功能化剂和其它添加剂，例如润湿剂、稳定剂或流变添加剂，溶解在溶剂中或分散在其中。这种制备方法是本领域技术人员已知的。
方法步骤c)的持续时间优选在1秒至15分钟范围内，优选在5秒至10分钟范围内，更优选在10秒至5分钟范围内。也可以根据使用的温度和所述功能化剂应用所述范围之外的持续时间。
方法步骤c)是在方法步骤b)的装置中进行的。在方法步骤c)中的装置内部的温度通常在所述发泡剂的沸点或分解点(在标准条件下)和所述基础材料的玻璃化转变温度之间。在方法步骤c)中的装置内部的温度优选在比所述发泡剂的沸点或分解点(在标准条件下)高至少10℃至比所述基础材料的玻璃化转变温度低最多至10℃的温度的范围内。
例如，在将丙酮用作发泡剂、将滑石用作成核剂和将聚醚酰亚胺用作基础材料的情况下，在方法步骤c)中的装置内部的温度在56℃至230℃范围内，优选在65℃至200℃范围内。在方法步骤c)中的温度可通过上述方法调节。
通过在所述装置内部设定的温度，所述基础粒子被预发泡。由于所设定的温度，存在于所述基础粒子中的一部分发泡剂被转化为气相并从所述基础粒子中排除，由此它们发生体积膨胀。根据本发明，这被称为预发泡。这种预发泡不同于最终发泡(在方法步骤f)中)，因为所述粒子随后仍包含发泡剂，并且借助于随后的膨胀，发生或可能发生进一步的体积增加和烧结。
本发明的一个优点是在所述预发泡过程中，所述基础粒子的生长表面也与包含所述至少一种功能化剂的溶液或分散体进一步接触，使得在功能化层中的任何缺陷，例如裂纹或剥落，被立即再次修复。
在一个优选的实施方案中，将在方法步骤b)中的基础粒子送料到可加热可旋转的转鼓中，并且在方法步骤c)中用包含所述至少一种功能化剂的溶液或分散体进行喷涂，同时将所述转鼓加热和旋转，由此在所述预发泡和功能化过程中使所述基础粒子相对于彼此移动。这种优选的实施方案允许特别有效地实施根据本发明的方法和特别均匀地功能化所述基础粒子。
根据本发明，可以将所述功能化粒子直接送料到方法步骤f)“模塑发泡过程”中。
方法步骤d)
根据本发明的方法优选地包括在方法步骤c)之后的另一个方法步骤d)：
d)任选地，干燥所述功能化粒子。
在方法步骤d)中干燥所述功能化粒子，直到包含所述至少一种功能化剂的溶液或分散体的溶剂已基本除去。这意味着，优选地，在方法步骤c)之后粘附到所述功能化粒子上的溶剂的至少90重量％，优选至少99重量％，在方法步骤d)中被除去。
通常，所述干燥在升高的温度下进行，例如在25至90℃，优选40至60℃范围内，以保证有效去除所述溶剂而不会因潜在过高的温度而损害所述功能化粒子。
所述干燥的持续时间根据所需的溶剂去除程度和温度来选择。典型的干燥时间在1分钟到10天范围内。
多种方法可供本领域技术人员选择实施。例如，在释放或除去包含所述至少一种功能化剂的溶液或分散体之后，所述功能化粒子保留在适合于移动和加热所述基础粒子的装置中，并且可以相应地调节温度。或者，为此目的，可以将所述功能化粒子转移到烘箱或类似装置中。
干燥的优点是所述功能化粒子保持自由流动，因此防止了结块(附聚)。
优选地，在方法步骤c)之后粘附到所述功能化粒子上的溶剂的量已经如此之低以至于方法步骤d)不是必需的，因为由于在方法步骤c)中的主导条件，大部分所述溶剂已经被除去。
方法步骤e)
根据本发明的方法优选包括另一个方法步骤e)：
e)任选地，临时储存所述功能化粒子。
方法步骤e)是在方法步骤c)之后进行的，或者如果包括根据本发明方法的方法步骤d)，则在后者之后进行。
借助于方法步骤e)，有利地进行在所述功能化粒子与周围环境之间的压力平衡。在所述预发泡过程中，所述发泡剂受热并膨胀。在所述预发泡完成后，它再次再凝结。这种凝结发泡剂会在所述泡沫泡孔中产生负压，这对泡沫模塑件有不利影响。这借助于方法步骤e)得以防止，因为周围的空气扩散到所述功能粒子中。
通常，使用0至30℃，优选15至25℃范围内的温度。过高的温度可能会导致不希望的发泡剂排放。
持续时间没有进一步限制，并且所述功能化粒子可以根据需要的时间长度进行临时储存。取决于所使用的基础材料和所排放的发泡剂的量，临时储存的持续时间由本领域技术人员确定，例如30分钟至72小时，优选2小时至48小时，更优选4小时至24小时。
方法步骤f)
根据本发明的方法包括另一个方法步骤f)：
f)通过在成形容器中进行加热来模塑所述功能化粒子，从而形成功能化粒子泡沫模塑件。
方法步骤f)是在方法步骤c)之后并入根据本发明的方法中的，或者如果包括方法步骤d)，则在其之后，或者如果包括方法步骤e)，则在后者之后。
预膨胀颗粒的成形是本领域技术人员已知的。
为了成形，加热至少两个功能化粒子。通常，加热多个功能化粒子。功能化粒子的量取决于希望的形状。用于此目的的温度主要基于所述基础材料、其中存在的发泡剂和使用的方法。通常，将其设置在以下范围内：高于所述功能化粒子的玻璃化转变温度，优选最高至高于所述基础材料的玻璃化转变温度10℃的温度，优选高于所述功能化粒子的玻璃化转变温度，直到所述基础材料的玻璃化转变温度。显著高于该指定温度的温度可能会导致所述功能化粒子发生不想要的熔融，从而可能丧失形状。
所述成形的持续时间主要基于所述基础材料、其中存在的发泡剂和使用的方法。本领域技术人员可以通过常规实验确定合适的持续时间或从现有技术中获得所述持续时间。典型地，所述持续时间是10秒至120分钟。
所述成形容器可以是例如压机或另一种合适的容器，并且尤其由所述功能化泡沫的希望的形状决定。
在成形后，任选将顶层或薄膜施加到形成的功能化粒子泡沫上。这样的顶层和薄膜以及它们的施加方法是本领域技术人员已知的。
功能化粒子
另一方面，本发明涉及功能化粒子，优选可借助于根据本发明的方法制备的或借助于根据本发明的方法制备的那些，其包含至少一种发泡剂、至少一种成核剂和至少一种热塑性基础材料，该基础材料具有至少100℃的玻璃化转变温度，并且在其至少一部分表面上具有至少一种功能性。
功能化粒子泡沫模塑件
在另一方面，本发明涉及由所述功能化粒子制备的功能化粒子泡沫模塑件。所述功能化粒子泡沫模塑件优选通过根据本发明的方法制备，该方法另外至少包括方法步骤f)。
所述功能化粒子泡沫模塑件包含至少两个，通常多个泡孔，该泡孔在方法步骤c)中由功能化粒子产生。通常，每个功能化粒子形成所述功能化粒子泡沫模塑件的一个泡孔。根据本发明，膨胀的功能化粒子泡沫模塑件的平均泡孔直径通常在30至500μm范围内，优选在50至300μm范围内。优选地，90％的所述泡孔，特别优选99％的所述泡孔具有小于150μm的泡孔直径。平均长度/宽度比率优选低于2.0，更优选低于1.6，特别优选0.9至1.1。
由此获得的功能化粒子泡沫模塑件一般是闭孔的。它们优选具有在20至250kg/m3范围内，特别优选在40至150kg/m3范围内的密度。
根据本发明的功能化粒子泡沫模塑件适用于生产用于航空航天工业、用于造船、用于风力发电、运动和休闲设备、用于车辆构造的物品，尤其是电动出行(electricalmobility)中的物品。
所述功能化粒子和由其产生的功能化粒子泡沫模塑件例如适用于生产汽车部件，例如遮阳板、立柱包层、车顶衬里、行李箱和备胎盖或包裹架。此外，一般的实例还有：用于生产家具的半成品(例如面板)和家具本身、玩具、户外用品、机器包层和类似物。
根据本发明的方法和功能化粒子以及由其产生的功能化粒子泡沫模塑件特别适用于高温应用。
具体实施方式
实施例
实施例1：
基础聚合物：聚醚酰亚胺(型号：ULTEMTM1000，制造商：SABIC)
成核剂：滑石(型号Luzenac，制造商：IMERYS)
发泡剂：丙酮
功能化：杀生物剂(例如银)
预发泡炉：带IR辐射场的旋转炉(型号：IRD90/100，制造商：Kreyenborg GmbH)
反应速度：30分钟-1
预加热：90℃，15分钟
预发泡：155℃，5分钟
添加剂计量反应性溶液：0.1l/分钟，2分钟
堆积密度，基础粒子：740kg/m3
堆积密度，功能化粒子：90kg/m3
在挤出机中熔融聚醚酰亚胺(型号：ULTEMTM1000，制造商：SABIC)后，添加成核剂滑石(型号Luzenac，制造商：IMERYS)，并且当冷却所述基础材料时，添加发泡剂丙酮。然后可以通过使用冲孔板以机械方式使所述基础粒子成形。
将所述基础粒子送料到可加热可旋转炉(具有IR辐射场的旋转炉(型号：IRD90/100，制造商：Kreyenborg GmbH))中，并在方法步骤c)中用包含所述功能化剂银(杀生物剂)的分散体喷涂，同时将转鼓加热和旋转，从而在预发泡和功能化过程中，所述基础粒子相对于彼此移动。这个优选的实施方案特别均匀地功能化所述基础粒子。
实施例2
基础聚合物：聚甲基丙烯酰亚胺(型号 Triple F，制造商：Evonik)
玻璃化转变温度：217℃(根据DIN EN ISO 11357-2(公布日：2014年7月)通过DSC测量)，
成核剂：SiO2
发泡剂：尿素
功能化：粘合剂(型号Dynacoll，制造商：Evonik)
预发泡炉：带IR辐射场的连续炉(制造商：Fill GmbH)
传送速度：0.5m/分钟
预加热：-
预发泡：210℃连续
添加剂计量反应性溶液：0.1l/分钟，连续
堆积密度，基础粒子：600kg/m3
堆积密度，功能化粒子：140kg/m3
在挤出机中熔融聚甲基丙烯酰亚胺(型号 Triple F，制造商：Evonik)后，添加成核剂SiO2，并且在冷却所述基础材料时添加发泡剂尿素。然后可以通过使用冲孔板以机械方式成形所述基础粒子。
将所述基础粒子送料到可加热可旋转炉(具有IR辐射场的连续炉(制造商：FillGmbH))中，并在方法步骤c)中用包含所述功能化剂粘合剂(型号Dynacoll，制造商：Evonik)的分散体喷涂，同时将转鼓加热和旋转，从而在所述预发泡和功能化过程中，所述基础粒子相对于彼此移动。这个优选的实施方案特别均匀地功能化所述基础粒子。

Claims (5)

1.制备基于热塑性基础材料的功能化粒子泡沫模塑件的方法，所述热塑性基础材料具有根据DIN EN ISO 11357-2(2014年7月公布)通过DSC测量的至少100℃的玻璃化转变温度，所述方法包括以下指定顺序的方法步骤：
a)提供包含至少一种发泡剂和至少一种成核剂的基础粒子；
b)将所述基础粒子送料到适合于移动和加热所述基础粒子的装置中；
c)通过使所述基础粒子与包含至少一种功能化剂的溶液或分散体接触来同时预发泡和功能化所述基础粒子，
其中所述至少一种功能化剂是粘合剂，并且任选地将一种或多种另外的功能化剂与所述粘合剂一起用于功能化所述基础粒子，和
用水和/或溶剂与至少一种功能化剂的溶液或乳液处理所述粒子，
使得获得的功能化粒子在它们的表面上至少部分地具有粘合剂层和任选地具有一种或多种功能化；
d)任选地，干燥所述功能化粒子；
e)任选地，临时储存所述功能化粒子；
f)通过在成形容器中进行加热使所述功能化粒子模塑发泡，使得形成功能化粒子泡沫模塑件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基础材料选自聚酰亚胺和聚丙烯酸酯，优选聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚(甲基)丙烯酸甲酯(PM(M)A)和上述物质的混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述发泡剂选自挥发性有机化合物、无机发泡剂、可热分解发泡剂和上述物质的混合物，所述挥发性有机化合物在标准压力下的沸点低于所述基础材料的玻璃化转变温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述功能化剂选自杀生物剂、杀真菌剂、粘合剂、纤维、染料、颜料、导电基础粒子和上述物质的混合物。
5.借助于根据权利要求1至4中任一项所述的方法制备的功能化粒子泡沫模塑件用于制备用于航空航天工业、用于造船、用于风力发电、运动和休闲设备、用于车辆构造的物品，尤其是电动出行中的物品的用途。
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