CZ20032175A3

CZ20032175A3 - Polymerní pěnový prostředek

Info

Publication number: CZ20032175A3
Application number: CZ20032175A
Authority: CZ
Inventors: Quistáperáingmar; Johnáanthonyájacob
Original assignee: Styrophenáinternationaláptyáltd
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2004-05-12
Also published as: IL157212A0; HUP0303275A2; AP2003002839A0; HU226899B1; HUP0303275A3; US20090214853A1; KR20030081444A; PT1368421E; EA200300881A1; EA006962B1; ES2296904T3; BR0207250B1; SK288044B6; DE60223228T2; IL157212A; OA12447A; SK10262003A3; PL206957B1; ZA200306005B; DE60223228D1

Description

POLYMERNÍ PĚNOVÝ PROSTŘEDEK

Oblast techniky

Předložený vynález se vztahuje ke polymerním pěnovým prostředkům. Předmětem vynálezu je také kapalný prostředek pro přípravu polymerních pěnových prostředků a izolačních panelů vyrobených z těchto prostředků.

Dosavadní stav techniky

Polymerní pěny jsou široce používány pro tepelnou a zvukovou izolaci při stavebních pracích. Polymerní pěny, jako jsou polystyrénové pěny, jsou hojně používány jako výplň uzavřená v ocelových foliích pro výrobu izolačních panelů určených pro chladné místnosti a tovární prostory, pro jejich vynikající mechanické vlastnosti, vysokou izolační hodnotu a nízké náklady. Hlavním negativním rysem těchto izolačních panelů je jejich značný sklon k hořlavosti a/nebo roztavení v ohni, což má za následek ztrátu strukturní pevnosti. Fenolové a fůranové pěny na druhou stranu mají výborné ohnivzdorné vlastnosti, ale není možné je použít jako výplň v panelech potažených ocelí kvůli jejich špatným mechanickým vlastnostem. Jsou velice tuhé ajejich povrch se při řezání drobí.

Dalším problémem fenolových a furanových pěn je dosažení uspokojivého přilnutí k ocelovým foliím.

Britská patentová přihláška číslo GB 2013209A popisuje způsob výroby panelů z polykondenzovatelné pryskyřice. Vynález podle této citace se odděluje expanzi nebo pěnování pryskyřice od její polymerace nebo polykondenzace. To znamená, že expanze se vyskytuje před polymerací nebo tvrdnutím pryskyřice. Způsob vyžaduje vnější zahřívání, protože je nutné, aby se expanze uskutečnila před polymerací. Prostředek může zahrnovat polystyrénové kuličky. Avšak tyto kuličky jsou použity v expandované formě, protože polykondenzační reakce probíhá přibližně v 60 °C, tj. teplotě příliš nízké, aby umožnila polystyrénovým kuličkám expanzi. Je zapotřebí zvýšit teploty polystyrénových kuliček do blízkosti bodu měknutí nebo teploty skelného přechodu. Tato citace uvádí komplexní zahřívací systém k překonání problémů vyplývajících z toho, že zde je spojený proces • · · · · · vytvrzování/polymerace. Proto jsou pěnování a vytvrzování/polymerace polykondenzační fáze oddělené a proto jsou použity expandované polystyrénové kuličky.

Belgická patentová přihláška číslo BE 865001 je podobná britské patentované přihlášce citované výše, protože pěnový prostředek je připraven za použiti expandovaných polystyrénových kuliček. Zahřívání v jejich způsobu přípravy je omezeno na teploty nižší než je požadováno pro deformaci polystyrénových částic.

Sovětská parentová přihláška číslo SU 585189 také popisuje prostředky, které zahrnují použití expandovaných polystyrénových kuliček.

Německá patentová přihláška číslo DE 19910257 popisuje ohnivzdorné polymerové pěnové prostředky, které obsahují 5 % až 50 % hmotnostních expandovatelného grafitu. Prostředky jsou připraveny přidáním kapalné směsi do formy a zahříváním vnější párou. Oba příklady používají expandované polystyrénové kuličky a hmotnostní poměr fenolové pryskyřice a polystyrenu je menší než 0,5.

Předložený vynález poskytuje na jedné straně formu pěnového polymerního prostředku, který obsahuje disperzní prostředí pěnového fenolového nebo furanového (fenolového/furanového) polymeru a dispergovanou fázi pěnovaného polystyrénového polymeru, kde je pěnový prostředek připraven pomocí katalýzy kapalného pěnotvorného prostředku, který obsahuje 5 % až 50 % hmotn. pěnotvorných neexpandovaných polystyrénových kuliček a 50 % až 95 % hmotn. fenolové/furanové pryskyřice, v níž zmíněný katalyzovaný pěnotvorný prostředek dosahuje teplot dostatečných k polymerací fenolové/furanové pryskyřice a expanzi polystyrénového polymeru, aniž by bylo zapotřebí použít vnější zahřívání nebo energetické zdroje.

Vhodně je hmotnostní procento polystyrénového polymeru v prostředku od 5 % do 50 % hmotn. a ještě lépe od 10 % do 40 % hmotn..

Pěnový prostředek má vhodně hustotu od 25 kg / m³ do 200 kg / m³.

Pěnový prostředek má vhodně hustotu od 25 kg / m³ do 50 kg / m³.

Pěnový prostředek má vhodně hustotu od 50 kg / m³ do 200 kg / m³.

• · · · · ·

V dalším provedení vynález poskytuje izolační panel potažený ocelí, který má výplň z pěnového prostředku, obsahujícího disperzní prostředí fenolového/furanového polymeru a dispergovanou fázi pěnotvorného polystyrénového polymeru, kde je hmotnostní poměr fenolového/furanového polymeru a polystyrenu minimálně 1.

V dalším alternativním provedení vynález přináší způsob utváření hmoty polymerního pěnového prostředku, který zahrnuje přidávání kapalného pěnotvorného prostředku obsahující 5 % až 50 % hmotn. pěnotvorných polystyrénových kuliček a 5 % až 95 % hmotn. fenolové/furanové pryskyřice a účinné množství katalyzátoru pro dočasné formování hmoty ve formě a odstranění formy, jakmile kapalný prostředek začne expandovat.

Vhodnými pryskyřicemi podle předloženého vynálezu jsou syntetické reaktoplastové* pryskyřice. Lze je získat například kondenzací fenolu, substituovaných fenolů nebo furfurylových alkoholů s aldehydy, jako je formaldehyd, acetaldehyd a furfural. Avšak odborník ze stavu techniky uzná, že fenol může být zcela nebo částečně nahrazen jinými látkami s chemickým složením podobným fenolu, jako jsou substituované fenoly, kresol* nebo přírodními fenolovými sloučeninami, jako je lignin nebo tanin. Tanin je obzvláště reaktivní látkou, která může být použita ve velkých množstvích jako levné pryskyřičné nastavovací plnidlo v předloženém vynálezu. Furfurylový alkohol může být nahrazen jinými reaktivními sloučeninami obsahujícími furanovou molekulární strukturu, tj.prstenec tvořený Čtyřmi atomy uhlíku a jedním atomem kyslíku. Prstenec nemusí mít žádnou vazbu nebo může mít jednu nebo dvě dvojné vazby, vhodně dvě, protože ty činí sloučeninu mnohem reaktivnější a vhodnější k vytvořeni polokoksu, v momentě kdy je vystavena vysoké teplotě. Formaldehyd může být nahrazen jinými aldehydy, ale ty jsou obecně mnohem dražší a méně reaktivní, a proto nejsou tolik vhodné. Fenol-formaldehydové pryskyřice tvoří hlavní třídu fenolových pryskyřic vhodných pro použití v předloženém vynálezu. Jsou obvykle připraveny pomoci reakce fenolu s 37% až 50% vodným formaldehydem při teplotě 50 °C až 100 °C za přítomnosti zásaditého katalyzátoru.

Fenolové pryskyřice, které jsou podle předloženého vynálezu nejvhodnější, jsou řazeny k fenol-aldehydovým pryskyřicím a obecně obsahují jednu fenolovou a jednu aldehydovou složku. Dvěma hlavními typy fenolových pryskyřic, které jsou dobře známy ve stavu techniky, jsou novolaky a rezoly.

Zpravidla se kapalné rezolové pryskyřice připravují pomocí reakce jednoho nebo více fenolů s přebytkem jednoho nebo více aldehydů ve vodné fázi a za přítomnosti alkalického katalyzátoru. Přebytek aldehydu může být malý nebo velký v závislosti na typu požadované pryskyřice.

Novolaky se obvykle připravují pomocí reakce přebytečného množství fenolu s formaldehydem. Novolaková pryskyřičná molekula je sestavena z dihydroxyfenylmethanu, který po dalším přidání formaldehydu a okamžité kondenzaci alkoholových skupin takto tvořený s jinou fenolovou molekulou poskytuje lineární sloučeniny, které mají obecný vzorec H[C6H3(OH).CH₂]„ C_ď H4.OH, jakož i rozvětvené polymery, v nichž některá z benzenových jader mají tři methylenová můstková spojení v kyselém prostředí. Novolaky je možné také připravit v alkalických podmínkách a oba typy novolaků můžou být začleněny do rezolu, připravené odděleně nebo in šitu s cílem vyrobení hotovit fenolových pěn.

Termín fenol může zahrnovat nejen fenol samotný (včetně čistého a technického fenolu), ale také další fenolové sloučeniny jako je resorcinol, kresol. xylenol, chlorfenol, bisfenol-A, alfa.-naftol, β-naftol a podobně, a jejich směsi.

Furanové pryskyřice jsou definovány pro účel této patentové přihlášky jako kapalné pryskyřice, které obsahují minimálně 10 % hmotn. prostředků, jejichž molekulární struktura zahrnuje fůranový prstenec s žádnou, jednou nebo dvěma dvojnými vazbami, a které můžou být vulkanizovány tepelně nebo přidáním kyselého katalyzátoru pro vytvoření pevného reaktoplastu.

Furanová pryskyřice vhodně obsahuje některý furfýlový alkohol, nebo reakční produkty furíylového alkoholu, například takový, jaký je popsán v U. S. patentu číslo 5,545,825.

Aldehydy použitelné pro reakci s výše zmíněnými fenoly nebo furfylovým alkoholem obvykle obsahují 1 až 8 atomů uhlíku a vhodně 1 až 3 atomy uhlíku. Specifické příklady aldehydů zahrnují formaldehyd, acetaldehyd, propionaldehyd, furfural, benzaldehyd a podobně a jejich směsi. V kontextu předloženého vynálezu se upřednostňuje použití formaldehydu. Nejběžněji obchodně dostupné formy formaldehydu zahrnuji formalin, což je obvykle 30% až 52% hmotn. vodný roztok formaldehydu ve vodě; paraformaldehyd, což je pevný lineární polymer formaldehydu; a trioxan, což je pevný cyklický tripolymer • · · · · ·

formaldehydu. Výše uvedené i jiné zdroje formaldehydu pro reakci s fenolem nebo furfurylovým alkoholem jsou v tomto dokumentu zamýšleny jako obsahující termín formaldehyd.

Lze použít povrchově aktivní činidla, která jsou vybrána mezi jakýmikoliv vhodnými stabilizačními činidly vhodnými pro stabilizování kapalných fenol-aldehydových* pryskyřičných pěn. Povrchově aktivní činidlo může být aniontové, kationtové neiontové* nebo amfoterní. Hlavní omezení je v tom, že nesmí vadit procesu pěnováni. Je znám velký počet povrchově aktivních činidel, jež jsou popsány v řadě publikací. Běžně používaná povrchově aktivní činidla zahrnují silikonová povrchově aktivní činidla, jako jsou siloxanoxyalkylenové kopolymery a organická povrchově aktivní činidla, jako jsou polyéthery a polyalkoholy, včetně jejich kondenzační produkty a alkylenoxidy, jako jsou ethylenoxidy a propylenoxidy s alkylfenoly, mastnými kyselinami, alkylsilany a silikony Specifické příklady zahrnují polyoxyethylenoktadecylfenol, polyoxyethylendecylfenolsulfat, polyoxyethylendodecylfenol, polyoxyethylenoktylfenol, polyoxyethylen esteru kyseliny linolové, polyoxyethylen esteru kyseliny stearové, polyoxyethylen sorbitan monolaurat, polyoxyethylen sorbitan tristearat.

Množství použitého povrchově aktivního činidla není obvykle rozhodující, protože malá množství, 1% hmotn. nebo méně pryskyřice, často vede k podstatnému snížení v povrchovém napětí pryskyřice.

Typická nadouvadla, která lze použít při přípravě fenolové nebo furanové pěnové složky podle tohoto vynálezu, zahrnují fyzikální a chemická nadouvadla stejně jako i mechanické nadouvací techniky. Ve vhodném složení je nadouvadlo zajištěno pomocí vody v pryskyřici, která je buď přítomna v pryskyřici tak, jak byla připravena nebo se vytvoří během procesu vulkanizace. 1 když je to vhodné, není podstatné, aby fenolová nebo furanová pryskyřice byly pěnotvorné. Avšak kvůli finančním nákladům a tepelným vlastnostem je vhodné, aby fenolové nebo furanové pryskyřice byly pěnotvorné.

Typické kyselé katalyzátory zahrnují kyselinu orthofosforečnou, kyseliny alkansulfonové jako je kyselina methansulfonová, kyselina chlorovodíková a kyselina sírová nebo jejich směsi.

Vhodnými kyselinami jsou ty, jež se používají ve stavu techniky pro vulkanizování fenolových pryskyřic. Jsou obvykle charakterizovány jako silné kyseliny. Katalyzátory lze

také vybrat mezi aromatickými suifonovými kyselinami, jako je kyselina fenolsulfonová, kyselina benzensulfonová, kyselina toluensulfonová a kyselina xylensulfonová. Je možné také použít Lewisovy kyseliny, jako je chlorid hlinitý.

Ve většině příkladů kyselý katalyzátor se přidává v dostatečném množství pro sníženi počátečního pH kapalné pryskyřičné směsi na méně než 4, vhodně mezi 1,5 až 3,0. Rovněž množství potřebného katalyzátoru může být určeno pomocí vyhodnocení požadované doby ustalování a doby tuhnuti. Obecně řečeno ale koncentrace katalyzátoru obsaženého v pěnovací reakční směsi se bude lišit od 5 % do 20 % hmotn fenolové/furanové pryskyřice. Katalyzátor přeměňuje pryskyřici na polymer.

Kapalný pryskyřičný prostředek musí mít vhodnou reaktivitu, to znamená, že musí vytvářet dostatek tepla v exotermické chemické reakci, aby způsobila expanzi polystyrénových kuliček. Tento expanzní proces se vyskytuje normálně,, dosahuje-li teplota pryskyřice minimálně 80 °C, vhodně v 90 °C a nejlépe alespoň i 00 °C.

Dosažení konkrétní teploty po katalýze znamená, že když 1 000 g pěnotvorné pryskyřice je umístěno do 10 litrového cylindrického kontejneru o průměru 200 mm, tak je teploty dosažena po katalýze. Tato charakteristika předloženého vynálezu poskytuje tu výhodu, že panely můžou být vyrobeny pomocí relativně jednoduchého a levného zařízení. Vnější tepelné zdroje jako je pára nebo mikrovlny nejsou obecně zapotřebí. /Me tyto vnější tepelné zdroje můžou být použity pro přípravu prostředků podle předloženého vynálezu.

Vhodně lze přidat přídavná činidla, která zvyšují teplo vyrobené pomocí katalyzované pryskyřice, tj například fůrfurylový alkohol nebo peroxidy, vhodně peroxid vodíku pro svou vysokou reaktivitu a nízké náklady. Bude kladně oceněno, že použití těchto přídavných činidel je bráno v úvahu, jestliže je pryskyřice vhodná, pokud jde o splnění exotermického testu.

Je možné zahnout další přídavná činidla, popsaná v dosavadním stavu techniky v oblasti pěn, pro zvýšení jakékoliv konkrétní fyzikální vlastnosti nebo snížily náklady. Například zhášedla obsahující např. chlor, brom, bor, fosfor, nebo amoniak, zvláště fosforečnan amonný může být přidán pro zlepšení ohnivzdornosti. Expandovatelný grafit bůže lze také běžně použít, například jak je popsáno v patentové přihlášce DE 199 102 57 Al. Grafit expanduje, je-li fc · · · ···· · ··· ·· vystaven vysokým teplotám nebo obklopen ohněm. Stejná patentová přihláška také popisuje použití intumescentních činidel, například směsi melaminu, kopolymer PVA, pentaerythritol a fosforečnan amonný. Tato a další přídavná činidla s podobným účinkem můžou být zahrnuta do prostředků podle předloženého vynálezu. Pro snížení nákladů můžou byt přidána levná plnidla jako je perlit, poletavý popílek a vermikulit. Tato plnidla můžou být také výhodná v tom, že reagují jako nukleátory, zmenšující průměrnou buněčnou velikost složek pryskyřičné pěny. Močovina, melamin a další složky obsahující dusík schopné reagovat, jako je fenol a fúrfurylový alkohol, s aldehydy ve dvoufázové reakci známé ze stavu techniky protože přidání a po něm kondenzace, můžou být také využity samostatně nebo jako reakční produkty s aldehydy, vhodně s formaldehydem, aby nahradily některou z fenolových nebo fúranových pryskyřic. Do pěnotvorné směsi lze přidat neutralizační činidla, jako například pomalu se rozpouštějící soli, jako je bezvodý borax. Způsoby popsané v U S.patentu číslo 4,122,045 jsou tímto zahrnuty do této specifikace.

Polystyrénový polymer vhodný pro předložený vynález zahrnuje styrenové polymery, které jsou obecně používány pro přípravu polystyrénových kuliček, jež jsou nafukovány pro vytvoření polystyrénových pěnových kuliček. Právě tak jako použití styrenu jako jediného monomeru lze použít další přidávání polymerovatelných monomerů; tyto kopolymery jsou v této specifikaci zahrnuty do termínu polystyren. Styren je vždy přítomen jako hlavní složka polystyrénového polymeru. Mimoto polystyrénové polymery můžou být upravovány přidáním zhášedel. Vhodné polystyrénové kuličky obsahují zhášedla, jako například kuličky opatřené prostředkem Huntsman, který se vyskytuje pod obchodní značkou Spacel 4940 a Spacel 7740

Předložený vynález zahrnuje použití neexpadnovaných polystyrénových kuliček. Ty umožňují, aby relativně vysoké hladiny polystyrenu byly začleněny do konečného pěnového prostředku, protože reologie a proudící vlastnosti kapalných prostředků jsou mnohem více ovladatelné. Pokud byly použity expandované polystyrénové kuličky, můžou být začleněny do pěnového prostředku pouze relativně nízké hladiny polystyrenu, když je použito tekoucí směsi.

Vhodné polystyrénové nadouvadlo a technika zahrnují využití kapalných fyzikálních nadouvadel, činidel, kterými jsou těkavé kapaliny, jež produkují nadouvací plyn prostřednictvím odpařováni nadouvadla nebo rozkladem nadouvadla při exotermické reakci.

Mnoho nadouvadel vhodných pro použití v rámci předloženého vynálezu je dobře známo ze stavu techniky. Ideálně může být nadouvadlem kapalina, která má atmosférický tlakový bod varu od -50 °C do 100 °C a ještě lépe od 0 °C do 50 °C.

Příklady těkavých nadouvadel zahrnují organické sloučeniny jako jsou uhlovodíky, halogenované uhlovodíky, alkoholy, ketony a éthery. Specifické příklady uhlovodíkových nadouvadel zahrnují propan, pentan, isopentan a hexan. Vhodným nadouvadlem je pentan

Nadouvadla se používají v dostatečném množství, aby dodaly výsledné polystyrénové pěně požadovanou hustotu. V případě předloženého vynálezu bylo zjištěno zvláště výhodné použití expandovatelných polystyrénových kuliček, které expandují do hustoty od 13 kg/m³ do 20 kg/m³, když jsou konvenčně nadouvány párou v jediném přechodovém procesu. V teto specifikaci a ve shodě s průmyslovou praxí tato hustota odkazuje k hustotě zhuštěných expandovaných kuliček polystyrenu. Pro umožnění zhuštěného objemu je současná hustota těchto expandovaných kuliček přibližně o 50 % větší, což je od 20 kg/m³ do 30 kg/m³ . V předloženém vynálezu je hustota fenolové pěnové fáze vhodně minimálně dvakrát větší než polystyrénová pěna; a při vyjádřeni tohoto poměru odkazujeme na aktuální hustoty obou dvou fází. Nižší hustota fenolových pěn poskytuje výhodu nižších nákladů, ale nevýhodu horších mechanických vlastností. Pro obecný účel izolačních panelů poskytuje normálně pěna o hustotě od 25 kg/m³ do 50 kg/m³ adekvátní pevnost, ale dokonce i nižší hustoty můžou být vhodné. Pro použiti vyžadující maximální ohnivzdornost a/nebo strukturní pevriost, může být preferována vyšší hustota, například od 50 kg/m³ do 200 kg/m³ nebo vyšší.

Pro předložený vynález jsou důležité relativní hmotnostní proporce polystyrénové polymerní fáze a fenolové/furanové fáze. V této specifikaci jsou relativní proporce vypočítány pomocí odkazu na složení kapalné pěnotvorné sloučeniny. Při provádění těchto výpočtů fenolová/fiirenová fáze zahrnuje všechna přídavná činidla, jako jsou katalyzátory, plniva, vodu, povrchově aktivní činidla a zhášedla a pouze vylučuje polystyrénové kuličky. Bude vhodné, aby se aktuální relativní hmotnostní proporce polystyrénové polymerní fáze a fenolové/furanové polymerní fáze v pěnové sloučenině mohly mírně lišit od relativních hmotnostních proporcí vypočítaných výše. Tyto rozdíly můžou připadnout na konto ztráty těkavých složek. Avšak výše uvedený způsob je používán podle potřeby.

• ·

Charakteristickým rysem předloženého vynálezu, který dále vychází najevo u jiných pevných pěn, jako jsou fenolové, polyurethanové pěny a expandovaný polystyren (EPS), je schopnost předem objemově zvětšené pěnové směsi udržet „v paměti,, svůj tvar, aby se vytvořil konečný, plně expandovaný předmět s přibližně stejným tvarem, jaký má předem objemově zvětšená pěnotvorná směs. „Stejným tvarem“ se rozumí skutečnost, že poměr délka : šířka : výška je stejný pro konečnou, expandovanou pěnu jako pro předem objemově zvětšenou směs. Velmi výhodnou vlastností této “paměti“ předem objemově zvětšeného tvaruje fakt, že pěna může být produkována extrémně jednoduchým, a tudíž velmi levným zařízením.. Například lepenková krabice používaná pro balící techniku může být použita jako dočasná forma pro produkci bloků o komerční velikosti. V takovém případě čtyři vertikální rohy krabice by měly být naříznuty, aby všechny vertikální bočnice mohly být odklopeny směrem ven a staly se tak horizontálními, když zůstávají ležet na podlaze. Čtyři strany krabice by měly být udržovány ve vertikální poloze (tj. měly by tvořit krabici) jen tak dlouho, aby umožnily pěnotvorné směsi, aby se vlila do krabice a mohlo začít zvětšování jejího objemu nebo expanze.

Po zahájení zvětšování objemu, můžou být čtyři vertikální strany krabice odklopeny ven do horizontální polohy, a tak umožní pěně expandovat do všech tří směrů, zatímco ta stále přibližně udržuje počáteční tvar, tj. poměr délka : šířka : výška. Použití této rozložitelné nebo skládací krabice nebo formy je příkladem použití dočasné formy. Další příklady dočasných forem jsou ploché mísy tvarované pomocí otevíratelných nebo rozpustných sten Poté, co se pěnotvorný prostředek začala zahřívat, je dosaženo teploty nebo tlaku, tehdy se stěny roztaví, zeslábnou nebo popraskají tak, že expandující pěnotvorný prostředek už není dále omezována stěnami dočasné formy. Když pěnotvorný prostředek už není dále omezována stěnami, stěny jsou považovány za odstraněné. Odstranění stěn může být dosaženo roztavením nebo rozlámáním, stejně tak i fyzikálním zásahem nebo pomocí obsluhy. Stěny rozložitelné nebo skládací krabice můžou být případně formovány do tvaru, který definuje forma pomocí tavitelných zadržovacích prostředků. Když se pěnotvorný prostředek zahřívá a expanduje, dosáhne předem stanovené teploty, která způsobí to, že se zadržovací prostředky rozlámou a stěny formy odpadnou pryč, a to poskytne volnost expandující hmotě. Dočasná forma, tj.zařízení, které prostorově omezuje katalyzovaný kapalný pěnotvorný prostředek pouze na začátku expanze, může také být výhodně použita v nepřetržitých liniích, například při výrobě souvislých bloků. V tom případě může být dočasná forma vytvořena například pomocí mechanicky skládatelného papíru, který se odmotává z role do tvaru podobného žlabu, jenž omezuje vhodné množství katalyzovaného kapalného prostředku jen tak dlouho, než začne expanze.

V obměnách výše zmíněného procesu může být dočasná forma obsahující katalyzovaný kapalný pěnotvorný prostředek umístěna do druhé nebo vnější formy. Tato vnější forma může být otevřená na jedné ploše nebo zcela uzavřená. Zjistili jsme, že použitím dočasné formy uvnitř vnější formy, jsou konečné tvary pěnového prostředku mnohem jednotnější a reprodukovatelnější, a tudíž vyžadují méně odřezávání.

Je pozoruhodné, že použití tohoto jednoduchého způsobu, umožňujícímu objemu expanze pěny, aby proběhla bez jakýchkoliv prostorových omezení, lze vyrábět komerčně využitelné bloky, tj. i o velikosti nad 1 m³. To je v protikladu k jiným plastickým pěnám, z nichž se vyrábějí bloky a které vyžadují prostorové omezení minimálně ve dvou rozměrech (fenolové a polyurethanové pěny) a často ve třech rozměrech (expandovaná polystyrénová pěna EPS).

V případě EPS existuje navíc nutnost vnějšího zásobování tlakovou párou, což zvyšuje komplikovanost a náklady na výrobní zařízení.

Zatímco jednoduchý způsob popsaný výše může být použit pro výrobu pěnových bloků podle vynálezu, pěna může být také vyrobena v omezeném prostoru, jestliže je forma dostatečně pevná, aby odolala tlaku expandující pěny. Pěna podle vynálezu může být také vyrobena na souvislých linkách. Jednou z podstatných výhod předloženého vynálezu je to, že není zapotřebí vnějšího zahřívání nebo energetických zdrojů. Je překvapivé, že pěnové prostředky můžou být vyráběny, když je exotermické zahřívání pocházející z polymerní reakce jedné polymerní fáze může být použito na pěnu nejen tato fáze, ale i další polymerní fáze. To je v protikladu k dosavadní doktríně citované diskutované dříve, kde je oddělení těchto rolí považováno za podstatné. Dosavadní stav techniky obecně používá expandované polystyrénové kuličky a spoléhá na použití vnějšího zahřívání. V následujících příkladech bude vynález popsán dále pomocí odkazů na preferovaná složení.

I 1 φφ φφ φφ

Pěnotvorná směs byla připravena za použití následujícího složení, kde perlit byl zahrnut jako nukleátor, aby podpořil pěnování fenolové pryskyřice.:

• φ' φ

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Fenolová pryskyřice, třída IL 1737 ex Huntsman I 000 g

Polystyrénové kuličky, třída Spacel 4940 ex Huntsman 200 g

Furfurylový alkohol 100 g

Teric C12 (povrchově aktivní činidlo) ex Huntsman 40 g

Perlit 10 g

75% kyselina fenolsulfonová, 140 g } Předem promíchané

85% kyselina orthofosforečná 60 g

V korečku o obsahu 10 litrů byly smíchány všechny výše uvedené složky kromě směsi kyselin a zahřívány na 30 °C. Byla přidána katalyzační směs kyselin a celá směs silně míchána po dobu 30 vteřin. Za méně než 1 minutu začala kapalná směs rychle expandovat a teplota směsi dosáhla 100 °C. V krátkém časovém úseku se vytvořilo plastické tělo pěny o objemu 9 litrů. Ve stejném dni byl nařezán vzorek z pěny, zvážen a změřen a byla zjištěna jeho hustota 151 kg/m³, Expandované polystyrénové kuličky měly průměr většinou v rozmezí od 1 mm do 2 mm byly jasně viditelné na všech řezných plochách. Odhadovaná průměrná velikost byla 1,5 mm, což odpovídá objemu 1,8 mm³. Protože průměrný objem q neexpandovaných polystyrénových kuliček byl pouze 0,05 mm³, průměrná expanze byla 36ti násobek původního objemu. Tudíž jestliže specifická hustota neexpandovaných polystyrénových kuliček byla 1 000 kg/m³, průměrná specifická hustota expandovaných kuliček byla vypočítána na 28 kg/mm³. Jestliže hmotnostní procento polystyrenu ve směsi bylo 200 g : 1550 g = 13 %, vyplývá z toho, že hmotnostní složka polystyrenu bude 13 % ze

151 kg/m³ = 20 kg. Hmotnostní procento fenolové/furanové fáze bylo spočítáno na 87 %. Jestliže průměrná specifická hustota expandovaných polystyrénových kuliček byla dříve vypočítána na 28 kg/m³, hmotnost 20 kg na m³ bude představovat objem 20 : 28 m³ = 0,71 m³tj. objemový podíl 71 %.

Nařezaný pěnový povrch nebyl drobivý jako u fenolových pěn z dosavadního stavu techniky, navíc se pěna nebude tavit a hořet jako polystyrénová pěna, když je vystavena plameni.

Příklad 2

Tento příklad ilustruje účinek vyššího obsahu polystyrenu. Pěnotvorná směs byla připravena za použití následujícího složení:

Fenolová pryskyřice, třída IL 1737 ex Huntsman 1 000 g

Polystyrénové kuličky, třída Spacel 4940 ex Huntsman 400 g

Furfúrylový alkohol 100 g

Teric 02 (povrchově aktivní činidlo) ex Huntsman 40 g

Perlit 10 g

75% kyselina fenolsulfonová, 140 g } Předem promíchané

85% kyselina orthofosforečná 60 g

V korečku o obsahu 10 litru byly smíchány všechny výše uvedené složky kromě směsi kyselin a zahřívány na 30 °C. Byla přidána katalyzační směs kyselin a celá směs silně míchána po dobu 30 vteřin. Za méně než I minutu začala kapalná směs rychle expandovat a teplota směsi dosáhla 100 °C. V krátkém časovém úseku bylo vytvořeno plastické tělo pěny o objemu 14 litrů. Ve stejném dni byl nařezán vzorek z pěny, zvážen a změřen a byla zjištěna jeho hustota 98 kg/m³. Množství expandovaných polystyrénových kuliček bylo jasně viditelné na všech řezných stranách a měly průměr většinou v rozmezí od 1 mm do 2 mm, s odhadovaným průměrem 1,5 mm.

Hmotnostní procento polystyrenu ve směsi bylo spočítáno na 81 %. Hmotnostní procento fenolového/fúranového polymeru bylo vypočítáno na 77 %.

Nařezaný pěnový' povrch nebyl drobivý jako fenolové pěny z dosavadního stavu techniky, navíc se pěna nebude tavit a hořet jako polystyrénová pěna, je-li vystavena plamem.

• * · • ·

Příklad 3

Tento příklad ukazuje účinek vyšší hladiny fúrfúrylového alkoholu, který vede k větší expanzi a tedy k nižší hustotě pěny. Tento příklad také ilustruje použití fúranové pryskyřice

Fenolová pryskyřice, třída 1L1737 ex Huntsman I 000 g

Polystyrénové kuličky, třída Spacel 4940 ex Huntsman 400 g

Furfúrylový alkohol 150 g

Teric 02 (povrchově aktivní činidlo) ex Huntsman 40 g

Perlit 5 0 u

75% kyselina fenolsulfonová, 140 g } Předem promíchané

85% kyselina orthofosforečná 60 g

V korečku o obsahu 10 litrů byly smíchány pryskyřice, polystyrénové kuličky, furfurylový alkohol, Teric 02 a Perlit a směs byla zahřívána na 30 °C. Byla přidána katalyzační směs kyselin a celá směs silně míchána po dobu 30 vteřin. Za méně než 1 minutu začala kapalná směs rychle expandovat a teplota směsi dosáhla 103 °C. V krátkém časovém úseku bylo vytvořeno plastické tělo pěny o objemu 20 litrů.

Ve stejném dni byl nařezán vzorek z pěny, zvážena změřen a byla zjištěna jeho hustota 74 kg/m³. O čtyři týdny později byl vzorek znovu zvážen a ukázal ztrátu hmotnosti 10 %, což odpovídá uleželé hustotě 67 kg/m³. Vypadá to, jakoby ztráta hmotnosti vyrovnala hlavně nadbytek vlhkosti a možná pentanové nadouvadlo v polystyrénových kuličkách. Expandované polystyrénové kuličky byly jasně viditelné na všech řezných stranách a měly průměr většinou v rozmezí od 1,0 mm do 2,5 mm s odhadovanou průměrnou velikosti 1,5 mm, což odpovídá objemu 1,8 mm³. Jestliže průměrný objem neexpandovaných polystyrénových kuliček byl pouze 0,05 mm³, průměrná expanze byla 36ti násobek původního objemu. Tedy jestliže specifická hustota neexpandovaných polystyrénových kuliček byla I 000 kg/m³, průměrná specifická hustota expandovaných kuliček byla vypočítána na 28 kg/m³. Jestliže hmotnostní procento polystyrenu ve směsi bylo 400 g : 1800 g = 22 %, vyplývá z toho, že hmotnostní složka polystyrenu bude 22 % ze 74 kg/m³. Jestliže specifická hustota expandovaných polystyrénových kuliček byla dříve vypočítána na 28 kg/m³, hmotnost 16 kg bude představovat objem 16 : 28 = 0,57 m³ tj. objemový podíl 57 %.

Tedy vyjádřeno v termínech obou hmotnostních a objemových poměrů, pěnový prostředek může být popsán jako obsahující polystyrénovou pěnovou fázi představující 22 % hmotn., ale 57 % objemových a fenolovou/furanovou fázi představující 78 % hmotnost., ale pouze 43 % objemových. U fenolové/furanové pěnové složky bylo vypočítáno, že má specifickou hustotu (0,78 x 74) : 0,43 kg/m³ = 134 kg/m³ (před ztrátou těkavých látek při stárnutí). Tudíž v tom případě hustota fenolové/furanové pěnové složky byla zjištěna výpočtem 134 : 28 = 4,8 krát vyšší než hustota polystyrénové pěny.

Nařezaný pěnový povrch nebyl drobivý jako fenolové pěny z dosavadního stavu techniky, navíc se pěna nebude tavit a hořet jako polystyrénová pěna, když je vystavena plameni. To je překvapivé s ohledem na to, že asi tři čtvrtiny objemu pěnového prostředku byly vytvořeny z polystyrénové pěny, která se sama ihned roztaví a hoří, je-li vystavena plameni.

Příklad 4

Tento příklad ukazuje, že je možné pěnovat fenolovou pryskyřici bez přítomnosti povrchově aktivního činidla.

Fenolová pryskyřice Cascophen PA 2027 ex Borden 1 000 g

Spacel 4940 ex Huntsman 600 g

75% kyselina fenolsulfonová, 80 g } Předem promíchané

85% kyselina orthofosforečná 60 g

V korečku o obsahu 10 litrů byly smíchány pryskyřice a polystyrénové kuličky a směs byla zahřívána na 30 °C. Byla přidána katalyzační směs kyselin a celá směs silně míchána po dobu vteřin. Za méně než 1 minutu začala kapalná směs rychle expandovat a teplota směsi dosáhla 102 °C. V krátkém Časovém úseku bylo vytvořeno plastické tělo pěny o objemu 22 litrů. Ve stejném dni byl nařezán vzorek z pěny, zvážen a změřen a byla zjištěna jeho hustota ·· ···· kg/m³. O čtyři týdny později byl vzorek znovu zvážen a ukázal ztrátu hmotnosti .10 %, což odpovídá uleželé hustotě 55 kg/m³. Vypadá to, jakoby ztráta hmotnosti vyrovnala hlavně nadbytek vlhkosti a možná pentanové nadouvadlo v polystyrénových kuličkách.

Expandované polystyrénové kuličky byly jasně viditelné na všech řezných stranách a měly průměr většinou v rozmezí od 1,0 mm do 2,5 mm s odhadovanou průměrnou velikostí 1,5 mm, což odpovídá objemu 1,8 mm³. Jestliže průměrný objem neexpandovaných polystyrénových kuliček byl pouze 0,05 mm³, průměrná expanze byla 36ti násobek původního objemu. Tedy jelikož specifická hustota neexpandovaných polystyrénových kuliček byla 1 000 kg/m³, specifická hustota expandovaných kuliček byla spočítána na 28 kg/mm³. Jestliže hmotnostní procento polystyrenu ve směsi bylo 600 g 1740 g = 34 %, vyplývá z toho, že hmotnostní složka polystyrenu bude 34 % z 61 kg/m³ = 21 kg/m³Jestliže specifická hustota expandovaných polystyrénových kuliček byla dříve vypočítána na 28 kg/m³, hmotnost 21 kg bude představovat objem 21 : 28 = 0,75 m³ tj. objemový podíl 75 %.

Tedy vyjádřeno v termínech obou hmotnostních a objemových poměrů, pěnový prostředek může být popsán jako obsahující polystyrénovou pěnovou fázi představující 34 % hmotn., ale 75 % objemových a fenolovou pěnovou fázi představující 66 % hmotn., ale pouze 25 % objemových. U fenolové pěnové složky bylo vypočítáno, že má specifickou hustotu (0,66 x 61) ; 0,25 kg/m³ =361 kg/m³ (před ztrátou těkavých látek při stárnutí). Tudíž vtom případě hustota fenolové pěnové složky byla zjištěna podle výpočtu 161 : 28 = 5,8 krát vyšší než hustota polystyrénové pěny.

ř* i

v Nařezaný pěnový povrch nebyl drobivý jako fenolové pěny z dosavadního stavu techniky, navíc se pěna nebude tavit a hořet jako polystyrénová pěna, je-li vystavena plameni. To je překvapivé s ohledem na to, že asi tři čtvrtiny objemu pěnového prostředku byly vytvořeny z polystyrénové pěny, která se sama ihned taví a hoří, když je vystavena plameni.

Příklad 5

Tento příklad ukazuje, že způsob předloženého vynálezu může být použit k výrobě pěnového prostředku o velmi malé hustotě, tj. o hustotě menší než 30 kg/ m³ .

Fenolová pryskyřice, třída IL1737 ex Huntsman 3 000 g

Furanová pryskyřice, třída NBB 101 ex Foseco 1 200 g

Polystyrénové kuličky, třída Spacel 7740 ex Huntsman 3 900 g

Fosforečnan amonný 600 g

50% kyselina sírová, 270 g } Předem promíchané

85% kyselina orthofosforečná 270 g

50% peroxid vodíku 60 g

V korečku o obsahu 25 litrů vyplněném plastikovým pytlem byly smíchány fenolová pryskyřice, furanová pryskyřice, polystyrénové kuličky a směs byla zahřívána na 30 °C. Byla přidána předem promíchaná katalyzační směs kyselin a celá směs silně míchána po dobu 45 vteřin. Plastikový pytel obsahující směs byl pak vyndán z korečku, aby se uskutečnila expanze pěny bez většího omezení. Expanze byla v podstatě dokončena za méně než pět minut. Po dvou hodinách byl nařezán vzorek a byla zjištěna jeho hustota 25 kg/m³. Pozoruhodně i při této nízké hustotě nebyl nařezaný pěnový povrch drobivý jako fenolové pěny z dosavadního stavu techniky, navíc se pěna nebude tavit a hořet jako polystyrénová pěna, je-li vystavena plameni. Tento příklad zahrnuje obchodně dostupnou furanovou pryskyřici, zhášedlo a peroxid; posledně zmíněný je příkladem přídavného činidla, které zvyšuje exotermní teplo vyprodukované pomocí způsobu podle tohoto vynálezu.

Příklad 6

Tento příklad ilustruje schopnost pěnového prostředku podle vynálezu udržet si „v paměti“ svůj předem nabytý tvar

Fenolová pryskyřice, třída IL1737 ex Huntsman 30 000 g

Furanová pryskyřice, třída NBB101 ex Foseco 6 000 g

Polystyrénové kuličky, třída Spacel 4940 ex Huntsman 15 000 g

Fosforečnan amonný 2 700 g

50% kyselina sírová, 2 700 g } Předem promíchané

85% kyselina orthofosforečná

700 g ·· ···· · ·· ·· ···· • · · · · · · ·· · • · ······ • · · ······ · _ _ · · ΦΦ····· ···· · ··· ·· ·· ··

V korečku ο obsahu 100 litrů byly smíchány fenolová pryskyřice, furanová pryskyřice, fosforečnan amonný, polystyrénové kuličky a směs byla zahřívána na 27 °C Byla přidána předem promíchaná katalyzační směs kyselin a celá směs silně míchána po dobu 40 vteřin, poté nalita do lepenkové krabice o velikosti 600 mm x 600 mm x 300 mm (délka x šířka x výška). Krabice byla vyplněna plastikovým povlakem a všechny čtyři vertikální hrany byly rozříznuty, aby umožnily stranám odklopit se do horizontální pozice, tj. zůstat na podlaze.

Čtyři strany krabice byly fixovány ve vertikální poloze (aby tvořily krabici) předtím, než začalo zvětšování objemu, které proběhlo za méně než jednu minutu. Strany krabice zůstaly pak ponechány bez fixace a byly rychle stlačeny ven do horizontální polohy pomocí expandující pěny. Bylo pozoruhodné, že nezadržovaná pěna expandovala do všech směrů, přibližně udržovala svůj předem nabytý tvar a nakonec vypadala jako plně expandovaný blok o velikosti 1,2 m x 1,2 in x 0,6 m s téměř vertikální stranami. Byl nařezán vzorek a zjištěna jeho hustota 42 kg/m³.

Protože odborník ze stavu techniky může snadno provést modifikace v duchu a záběru předloženého vynálezu, je samozřejmé, že vynález není omezen na jednotlivě popsaná složení příkladů, jak zde byly uvedeny.

FV200 3-21^5-

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

9 9 99 9999

9 9 9 9 9

1. Polymerní pěnový prostředek vyznačující se tím, že obsahuje disperzní prostředí fenolového nebo furanového polymeru a dispergovanou fázi pánovaného polystyrénového polymeru, kde je pěnový prostředek připraven pomocí katalýzy kapalného pěnotvorného prostředku, který obsahuje 5 % až 50 % hmotn. pěnotvorných neexpandovaných polystyrénových kuliček a 50 % až 95 % hmotn. fenolové/furanové pryskyřice, v níž zmíněný katalyzovaný pěnotvorný prostředek dosahuje teplot dostatečných k polymeraci fenolového/furanového polymeru a expanzi polystyrénového polymeru, aniž by bylo zapotřebí použít vnější zahřívání nebo energetické zdroje.
2. Polymerní pěnový prostředek jak je definován v nároku 1 vyznačující se tím, že hmotnostní procento polystyrénového polymeru v pěnovém prostředkuje od 5 % do 50 %.
3. Polymerní pěnový prostředek jak je definován v nároku 2 vyznačující se tím, že hmotnostní procento polystyrénového polymeru v pěnovém prostředku je od 10 % do 40 %.
4. Polymerní pěnový prostředek podle jakéhokoliv z nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že pěnový prostředek má hustotu od 25 kg/m³ do 200 kg/m³.
5. Polymerní pěnový prostředek podle nárok 4 vyznačující se tím, že pěnový prostředek má hustotu od 25 kg/m³ do 50 kg/m³.
6. Polymerní pěnový prostředek podle nároku 4 vyznačující se tím, že pěnový prostředek má hustotu od 50 kg/m³ do 200 kg/m³.
7. Polymerní pěnový prostředek podle jakéhokoliv z nároků 1 až 6 vyznačující se tím, že fenolový/furanový polymer v disperzním prostředí je pěnován.
8. Prostředek ve formě izolačního panelu potaženého ocelí vyznačující se tím, že obsahuje výplň z disperzního prostředí fenolového/furanového polymeru a dispergovanou fázi pánovaného polystyrénového polymeru, v níž je hmotnostní poměr fenolového/furanového polymeru a polystyrenu minimálně 1.

• ·· ·· ···· • · · · · · • · · · · · • •••99 · • · · · · · · ·· ·· ·· ··
9. Prostředek ve formě izolačního panelu potaženého ocelí podle nároku 8 vyznačující se tím. že fenolový/furanový polymer je pěnován.
10. Způsob výroby hmoty polymerního pěnového prostředku vyznačující se tím, že zahrnuje přidávání kapalného pěnotvorného prostředku obsahujícího 5 % až 50 % hmotn pěnotvorných polystyrénových kuliček a 50 % až 95 % hmotn. fenolové/furanové pryskyřice a účinné množství katalyzátoru do dočasné formy ve tvaru hmoty a odstranění dočasné formy poté, co začne kapalný prostředek expandovat a kde zmíněný katalyzovaný pěnotvorný prostředek dosáhne teplot dostatečných k polymeraci fenolové/furanové pryskyřice a expanzi polystyrénového polymeru bez použití vnějšího zahřívání nebo energetických zdrojů.
11. Způsob podle nároku 10 vyznačující se tím, že dočasná forma je umístěna do vnější formy, kde tato vnější forma definuje tvar pěnové sloučeniny po expanzi.
12. Způsob podle nároku 10 nebo 11 vyznačující se tím, že fenolová/furanová pryskyřice je pěnována.
13. Polymerní pěnový prostředek podle jakéhokoliv z nároků 1 až 7 vyznačující se tím, že katalyzovaný pěnotvorný prostředek dosáhne teploty minimálně 80 °C
14. Polymerní pěnový prostředek podle nároku 13 vyznačující se tím, že katalyzovaný pěnotvorný prostředek dosáhne teploty minimálně 90 °C
15. Polymerní pěnový prostředek podle nároku 14 vyznačující se tím, že katalyzovaný pěnotvorný prostředek dosáhne teploty minimálně 100 °C.
16. Polymerní pěnový prostředek podle jakéhokoliv z nároků 1 až 7 a 13 až 15 vyznačující se tím, že obsahuje přídavná činidla vybraná ze skupiny, kterou tvoří zhášedla, expandovatelný grafit, intumescentní činidla a plniva.
17. Polymerní pěnový prostředek podle nároku 16 vyznačující se tím, že zhášedlo, je-li vystaveno ohni, uvolňuje plynný čpavek.