DE60111707T2

DE60111707T2 - Polymerschaum/Ton-Nanoverbundstoffe

Info

Publication number: DE60111707T2
Application number: DE60111707T
Authority: DE
Inventors: Jiri E. Kresta; Jin Huang Wu; Richard M. Crooker
Original assignee: Arkema Inc
Current assignee: Arkema Inc
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2021-08-29
Also published as: ATE298773T1; EP1209189A1; MXPA01009381A; CA2358846A1; CA2358846C; ES2241753T3; DE60111707D1; EP1209189B1; JP2002212330A; US6518324B1; BR0105725A; BR0105725B1; PT1209189E

Description

HINTERGRUND
Diese Erfindung bezieht sich auf Polymerschäume, die Nanoton enthalten, und spezieller auf Verbesserungen in den Eigenschaften polymerer Schäme durch Dispergieren von Nanoton in die Polymerschaumzusammensetzungen.
CFC(Chlorfluorkohlenstoff)-Schaumtreibmittel wie CFC-11 und CFC-12 liefern starre Schäume mit ausgezeichneten Isolierungseigenschaften, ausgezeichneter Dimensionsstabilität und ausgezeichnetem Feuerverhalten. Jedoch ließ man die Verwendung von CFCs auslaufen, weil man sie für schädlich gegenüber der Ozonschicht hält. Die derzeitig verwendeten Treibmittelalternativen für Polymerschäume, HCFCs (Chlorfluorkohlenwasserstoffe), HFCs (Fluorkohlenwasserstoff) und HCs (Kohlenwasserstoffe), können im Allgemeinen keine Schäume mit ähnlichen Eigenschaften erzielen. Beispielsweise sind die Isolierungseigenschaften im Allgemeinen schlechter, weil die alternativen Treibmittel eine höhere thermische Leitfähigkeit als CFCs aufweisen.
Die WO 00/47657 beschreibt strukturgeschäumte Polymere, wobei das Treibmittel auf Azoformamid-Basis ist. Die JP-A-57051728 beschreibt die Verwendung von Zeolithen mit vorher adsorbiertem CFC zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit.
Daher wäre es nützlich, der Industrie ein Mittel zur Verbesserung von Polymerschäumen, insbesondere hinsichtlich der Isolationswerte zur Verfügung zu stellen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Polymerschaumzusammensetzungen wie Polyurethanschaumzusammensetzungen wie in den Ansprüchen 1 bis 3 beschrieben, die bezogen auf das Gesamtpolymergewicht bis zu etwa 10 Gew.-% darin dispergierten Nanoton enthalten, die in Anspruch 4 definierten resultierenden Polymerschäume und das Verfahren zu ihrer Herstellung wie in den Ansprüchen 5 bis 8 definiert werden zur Verfügung gestellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wir haben gefunden, dass die Integration von Nanoton in Polymerschaumzusammensetzungen nützliche Ergebnisse ergibt. Wir merken an, dass die thermischen Isolierungseigenschaften der Schäume verbessert werden können (im Sinne von anfänglichen k-Faktoren und/oder k-Faktoren nach Alterung). Es können auch Schäume mit einer feinen Zellstruktur hergestellt werden, von der man glaubt, dass sie vom Nanoton herrührt, der in dem Schäumverfahren als ein Nukleierungsmittel fungiert. Eine langsame Alterungsrate der Schäume legt nahe, dass der Nanoton als eine Gasbarriere fungieren kann, die das Einfließen von Luft in die Schaumzellen und die Diffusion der Treibmittel aus den Schaumzellen verringert.
Nanotone (Tone in Nanogröße) sind plattenförmige Materialien, wobei das Tonmineral im Allgemeinen aus Smektit-, Vermiculit- und Halloysittonen ausgewählt ist. Der Smektitton wiederum kann aus Montmorillonit, Saponit, Beidellit, Nontronit, Hektorit und Gemischen davon ausgewählt sein. Ein bevorzugtes Tonmineral ist der Montmorillonit-Ton, ein schichtförmiges Aluminosilikat. Die Nanoton-Plättchen besitzen im Allgemeinen eine Dicke von etwa 0,3–100 nm (3–1000 Ängström) und eine Größe in Richtung der Fläche im Bereich von etwa 0,01 μm bis 100 μm.
Das Dimensionsverhältnis (Länge zu Dicke) liegt im Allgemeinen in der Größenordnung von 10 bis 10.000. Diese Tonplättchen werden durch eine Galerie („gallery") getrennt, ein Raum zwischen parallelen Schichten von Tonplättchen, der verschiedene Ionen enthält, die die Plättchen zusammenhalten. Ein derartiges Material ist Cloisite^® 10A (erhältlich von Southern Clay Products), wobei dessen Plättchen eine Dicke von etwa 0,001 μm (10 Ängström) und eine Größe in Flächenrichtung von etwa 0,15 bis 0,20 μm aufweisen.
Die Erfindung ist sowohl bei hitzehärtbaren als auch bei thermoplastischen Polymerschäumen anwendbar. Hitzehärtbare Polymere beinhalten Polyurethan-, Polyisocyanurat- und Phenolharze, während thermoplaste Polystyrol-, Polypropylen-, Polyethylen- und Polyvinylchloridharze beinhalten.
Ein Treibmittel, das aus HFCs, HCFCs, HCs und Gemischen davon ausgewählt ist, kann verwendet werden. HCFC-141b (1,1-Dichlor-1-fluorethan) ist in dem folgenden Beispiel dargestellt. Die Treibmittelmengen können konventionell sein.
Der Nanoton sollte einheitlich in einer oder mehreren Komponenten der Polymerschaumzusammensetzung dispergiert werden. Dies kann durch herkömmliche Techniken wie Malen oder Extrudieren durchgeführt werden. Wie im folgenden Beispiel kann der Nanoton auch unter Verwendung eines Ultraschall-Wasserbades in das Treibmittel dispergiert werden.
Die Menge des Nanotons liegt im Allgemeinen im Bereich von etwa 0,01 Teilen bis etwa 10 Teilen von 100 Gewichtsteilen des Gesamt(Polymer)-Harzes.
Die anderen Komponenten der Schaumformulierungen können diejenigen sein, die herkömmlicherweise verwendet werden, und die Komponenten sowie deren Verhältnismengen sind dem Fachmann auf diesem Gebiet gut bekannt.
Die Anwendung der Erfindung wird detaillierter in dem folgenden, nicht einschränkenden Beispiel erläutert, in dem ein Polyurethanschaum ohne und mit 0,2 Teilen Cloisite^® 10A hergestellt wurde. Die beiden verwendeten Formulierungen (jeweils mit einem Iso-Index von 264) enthielten jeweils 167,9 Teile Papi 27, ein polymeres Methandiphenyldiisocyanat (polyMDI), erhältlich von Dow Chemicals; 100 Teile T-2541, ein Polyesterpolyol mit einer Hydroxylzahl von 240, erhältlich von Kosa; 3 Teile Dabco TMR-4, ein Trimerisierungskatalysator, erhältlich von Air Products; 3 Teile B-8433, ein Polysiloxan-Polyether-Copolymertensid, erhältlich von Goldschmidt Chemical Corporation; 0,5 Teile Wasser; und 40 Teile 141b-Treibmittel; sämtliche Teile sind auf das Gewicht bezogen.
Für den Schaum ohne Nanoton wurden die Materialien der B-Seite (Polyol, Wasser, 141b, Katalysator und Tensid) in einem Behälter vermischt und nachfolgend wurde die A-Seite (polyMDI) zugesetzt. Das Gemisch wurde kräftig gerührt und in einen Behälter gegossen.
Zum Vergleich der relativen thermischen Leitfähigkeit der Schäume wurden k-Faktortests gemäß ASTM-C-518 durchgeführt, sowohl anfänglich als auch nach dreimonatigem Altern bei Raumtemperatur. Der Schaum ohne Nanoton ergab einen anfänglichen k-Faktor von 0,139 und einen k-Faktor nach Alterung von 0,193 (in Btu·in/ft²·h·F), während der Schaum mit Nanoton einen anfänglichen k-Faktor von 0,135 und einen k-Faktor nach Alterung von 0,182 ergab, was zeigt, dass der Nanoton zu besseren anfänglichen Isolierungswerten führt und dass die Verbesserung mit der Alterung zunimmt.

Claims

Polymerschaumzusammensetzung zur Herstellung eines isolierenden Polymerschaums, wobei die Zusammensetzung bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers 10 Gew.-% Nanoton darin dispergiert enthält und das Treibmittel ausgewählt ist aus Fluorchlorkohlenwasserstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen und Kohlenwasserstoffen.
Polymerschaumzusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Polymerschaumzusammensetzung eine wärmehärtbare Polymerschaumzusammensetzung ist.
Polymerschaumzusammensetzung nach Anspruch 2, worin die Polymerschaumzusammensetzung Polyurethan ist.
Isolierender Polymerschaum, hergestellt aus der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Verfahren zur Herstellung einer isolierenden Polymerschaumzusammensetzung, umfassend das Vermischen einer Polymerzusammensetzung (Polymer oder Polymervorläufer) mit einem Treibmittel und Verfestigen oder Aushärten der Polymerzusammensetzung beim Aufschäumen durch das Treibmittel, wobei die Polymerzusammensetzung bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymeren bis zu 10 Gew.-% Nanoton enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel aus Fluorchlorkohlenwasserstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen und Kohlenwasserstoffen ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Polymerzusammensetzung eine wärmehärtbare Polymerzusammensetzung ist.
Verfahren nach Anspruch 6, worin die wärmehärtbare Polymerzusammensetzung eine Polyurethanzusammensetzung ist.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Treibmittel ein Fluorchlorkohlenwasserstoff ist.