HUT63643A - Process for producing heat insulating plastic foam and foaming agent usable in the process - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás hőszigetelő műanyaghab előállítására egy műanyagnak vagy egy műanyag prekurzorának habosítószerrel való kezelésével; a találmány tárgya továbbá az eljárásban alkalmazott habosítószer, kriptont és xenont tartalmazó keverék alkalmazása habosítószerként és a találmány szerinti eljárással előállított habosított hőszigetelő anyag.

Hőszigetelő műanyaghabok előállítása habosítószerek alkalmazásával, amelyek gázzal töltött üregekből felépülő szerkezetet biztosítanak az anyagnak, jól ismert a szakirodalomból. A szigetelésre készült műanyaghabokban a szilárd fázis gyakran poliuretán és a gáz fázis - azaz a habosítószer - klór-fluor-szénhidrogén (CFC anyagok), így például triklór-fluor-metán (CFC 11). Mivel hővezetőképességük kicsi, a CFC anyagok biztosítják, hogy a műanyaghab alkalmas legyen hőszigetelésre. Emellett megfelelően alacsony forráspontnak, ami előny az előállítás során, kémiailag inaktívak a habosított anyag szilárd műanyag részeivel szemben és alkalmazási környezetükben stabilak. Az említett CFC anyagok alkalmazása azonban azzal a hátránnyal jár, hogy károsítják a környezetet. Az utóbbi években napvilágra került, hogy problémát jelenthet az, hogy ibolyántúli sugárzás hatására az egyébként stabil CFC anyagok lebomlanak az atmoszféra felső részében, így halogének szabadulnak fel, amelyek bomlást váltanak ki az ózonrétegben. Növekvő igény van ezért más szigetelőanyagokra, amelyek nem tartalmaznak káros halogéntartalmú habosítószereket, egyrészt hogy teljesítsék a környezeti szempontból tudatos fogyasztók kívánságát, másrészt azért is, hogy megelőzhessék a jövőben—várható jogi korlátozásokkal, tilalmakkal és szigorított tisztasági követelményekkel kapcsolatos nehézségeket.

• ·

Az említett anyagok helyettesítésére olyan hasonló vegyületeket javasoltak, amelyek halogénatom(ok) mellett legalább egy hidrogénatomot is tartalmaznak, így például HCFC anyagokat. Ezek az anyagok abban különböznek a hagyományos CFC anyagoktól, hogy kevésbé stabilak és ezért várhatóan csak kisebb mennyiségük éri el az atmoszféra felső részét. Bomlástermékeik azonban várhatóan más környezeti gondokat okozhatnak, például sósavas esőt és hidrogén- fluoridos esőt. Az is várható továbbá, hogy a HCFC anyagok előállítása lényegesen költségesebb, mint a CFC anyagok előállítása.

Mivel a hőszigetelő műanyaghab térfogatának nagy részét üregei teszik ki, az üregekben levő gázon keresztül lezajló hővezetés jelentősen hozzájárul a szigetelőanyag teljes hővezetéséhez; ez a hozzájárulás szokásosan körülbelül a hővezetőképesség felének felel meg abban az esetben, ha az üregeket CFC 11 tölti ki. Ezért jó hőszigetelőképességű műanyaghab előállításához döntő az, hogy az üregekben levő gáz saját hővezetőképessége kicsi legyen.

Találmányunk célkitűzése egy eljárás biztosítása olyan hőszigetelő műanyaghabok előállítására, amelyekben a szokásosan használt, környezeti szempontból káros CFC anyagokat más habosítószerrel helyettesítjük, és így elkerüljük a környezetre gyakorolt hátrányos hatást, emellett továbbra is kiküszöböljük a tűzveszélyt és a nehéz előállítási eljárások alkalmazását, és a kapott anyag változatlanul jó hőszigetelő tulajdonságokkal rendelkezik.

Ezt a célkitűzést a találmány értelmében úgy érjük el, hogy a hőszigetelő műanyaghab előállítási eljárásában a műanyag vagy a műanyag prekurzor habosítószerrel végzett habosítása során habosítószerként legalább részben kripton és xenon keverékét alkalmazzuk.

A kripton és a xenon elemek és keverékeik jól ismertek [ld. például: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 70th Edition,

B22, B-41, E-2, E-3, E-13-E16 oldal (1989-1990); Othmer, Kirk:

Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, 12. kötet, 249-255. és 264-268. oldal (1982); Neumüller, Otto-Albrecht; Römpps Chemie-Lexikon, 8th Edition, 3. kötet, 2262. oldal és 6. kötet, 4658. és 4659. oldal]. Az elemek az ismertetés szerint nem mérgezőek és kitűnik, hogy hővezetőképességük kicsi. A fenti kézikönyv táblázataiból kitűnik, hogy hővezetőképességük azonos nagyságrendű a triklór-fluor-szénhidrogének hővezetőképességével.

A kripton és a xenon így szóbajöhet a CFC gázok helyettesítésére. Szakember azonban látja, hogy a kripton és a xenon piaci ára egyaránt lehetetlenné teszi nagyüzemi méretekben való alkalmazásukat.

A magas piaci ár a kripton és a xenon esetében is a tisztaság következménye, amit manapság megkövetelnek a szokásos műszaki felhasználáshoz. így az ár tetemes része a kripton és a xenon egymástól való elválasztásával kapcsolatos nehézségek következménye. Mivel azonban mind a kripton, mind a xenon rendelkezik a kívánt kis hővezetőképességgel, nincs szükség a kripton és a xenon költséges szétválasztására. Másrészt jelentős mennyiségű szekunder gázt is megtűrhetünk a keverékben a hővezetőképesség érzékelhető romlása nélkül. így egy a levegőből nyert nagy kriptonés xenontartalmú frakció közvetlenül is felhasználható; ilyenek például a nagy töménységű Kr-Xe frakciók [Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, 12. kötet, 267. oldal (1982)] .

Egy több gázból álló keverék hővezetőképessége általában kisebb, mint az egyes alkotórészeinek hővezetőképességéből interpolálással számított hővezetőképesség. Ez az oka annak, hogy az alkalmazott xenon-kripton keveréknek nem kell különösebben nagy tisztasági fokúnak lennie, és ez az oka annak is, hogy a keverék előnyösen alkalmazható a szokásos, környezeti szempontból elfogadható habosítószerekkel kombinálva úgy, hogy ezekhez a szokásos, környezeti szempontból elfogadható habosítószerekhez képest lényegesen jobb, kis hővezetőképességet érünk el.

Találmányunk kiterjed a fenti eljárásban alkalmazható habosítószerre is, amelyet az jellemez, hogy xenon és kripton keverékét tartalmazza.

A találmány tárgyát képezik továbbá az olyan, találmány szerinti eljárással előállított hőszigetelő műanyaghabok, amelyekben egy műanyagmátrixban gázzal töltött üregek vannak.

A kripton és a xenon keverékének habosítószerként való alkalmazása számos előnnyel jár. Hővezetőképességük kicsi, olyan nagyságrendű, mint a triklór-fluor-metán (CFC 11) hővezetőképessége. A CFC anyagokkal szemben a kripton és a xenon, amelyeket leírásunkban κχ-gázoknak is nevezünk, olyan természetes anyagok, amelyek kémiailag nem reaktívak. így ezek az anyagok nem okoznak környezetszennyezést és nem gyúlékonyak, továbbá nem károsak az emberekre és a környezetre. Ezek a tulajdonságok nagy előnyökkel járnak a gyártás, a habosított anyag felhasználása és az anyagok felhasználás utáni kidobása során. A CFC anyagoknál az eldobott habosított termékekből kibocsátott habosítószerrel kapcsolatos • · nehézségek így nem merülnek fel. Másrészről az emisszió a KX-gázok esetében a természetes körforgás része, mivel azokat közvetlenül a levegőből nyerjük. A kémiai reaktivitás hiánya továbbá előny a műanyaghab előállítása során, mivel a KX-gázok nem változtatják meg hátrányosan a műanyagot. Végül előnyös a KX-gázok alacsony forráspontja, miáltal még szélsőségesen alacsony hőmérsékleten sem kondenzálnak. Az ilyen kondenzáció csökkentené a habosított anyag hővezetőképességét.

A habosított műanyagban lehetnek kizárólag KX-gázzal vagy KX-gáz és egy másik habosítószer keverékével töltött üregek. A kis termikus konduktivitás miatt gyakran előnyös csak KX-gázt használni, de mivel egy több gázt tartalmazó keverék lambdaértéke általában kisebb, mint az interpolálással kapott termikus konduktivitás, jelentős előnyöket lehet elérni a KX-gázokat más habosítószerekkel keverten alkalmazva. Ilymódon KX-gázt takarítunk meg. Elvileg a KX-gázzal együtt alkalmazott habosítószer bármilyen ismert habosítószer lehet; előnyösen szén-dioxidot, szén-monoxidot, nitrogént, atmoszférikus levegőt, argont, illékony szénhidrogéneket vagy ezek keverékeit alkalmazzuk.

A habosított műanyag részét képező műanyag mátrix bármilyen, műanyaghabként alkalmazható anyag lehet.

A megfelelő műanyag lehet akár hőre keményedő, akár hőre lágyuló. A hőre keményedő műanyag lehet poliuretán, poliizocianurát, telítetlen poliészter - beleértve a a vinil-észtert is - allil-származék, fenolos származékok és más hasonlók, úgymint formaldehid és -egyértékű vagy többértékű fenolok vagy furanolok kondenzálásával előállított műanyagok, amino-származékok, beleértve a karbamid - formaldehid vagy melamin - formaldehid . ...j

- 7 származékokat, amid-származékok, imid-származékok, epoxidszármazékok , valamint vulkanizált elasztomerek, például természetes gumi vagy etilén - propilén - terpolimer gumi. A hőre lágyuló műanyag lehet például vinil-származék, úgymint polisztirol, poli(vinil-klorid) vagy akril-észter-származék, poliolefin, úgymint polietilén vagy polipropilén, beleértve az olyan poliolef ineket is, amelyeket térhálósítunk a habosítás kapcsán vagy utána, amid-származék, imid-származék, poliuretán, észterszármazék, polikarbonát, acetál-származék, polifenilén-oxid, különböző kopolimerek, mint például az ABS (akrilát - butadién sztirol) vagy hőre lágyuló elasztomerek.

Az alkalmazott műanyag mátrix különösen előnyösen poliuretán-származék. Ennek alkalmazása különösen célszerű hőszigetelő műanyaghabok előállításánál, mivel a poliuretánok különösen kedvező lehetőségeket nyújtanak a termékek variálására az alkalmazott műanyag kiindulási anyagok mennyiségének és típusának változtatásával.

A kripton illetve a xenon termikus konduktivitása 9,5, illetve 5,5 mW/m°K, ami nagyaágrendileg azonos a CFC 8 mW/rti°K-os értékével. így lehetséges olyan hőszigetelő anyagok alőállítása, amelyek lényegében ugyanolyan jó hőszigetelő tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a CFC-alapú anyagok.

A találmányunk szerinti megoldás alkalmazási területét az alábbi részletes ismertetés megvilágítja. A részletes ismertetés és a kiviteli példák azonban, bár a talál előnyös megvalósítási módjaira vonatkznak, csak'szemléltetésre szolgálnak, mivel szakember számára a részletes ismertetés alapján nyilvánvaló, hogy különböző változtatásokat és módosításokat lehet végrehajtani a • · * • · · · « • · · · · • · · · ·

- 8 találmány szellemétől és körétől való eltérés nélkül.

A habosítást a technika állása szerint, önmagában jól ismert módszerekkel végezhetjük, habosítószerként csak gázt vagy gáz és más szokásos habosítószerek kombinációját alkalmazva. A habosításhoz alkalmazott berendezés bármilyen ismert, habosító eljárásokban alkalmazott berendezés lehet.

A habosított hőszigetelő anyag találmány szerinti előállítása során kripton és xenon keverékét, vagy kripton, xenon és egy vagy több más, ismert habosítószer - például H₂O/CO₂, HCOOH/CO, argon, nitrogén, oxigén, atmoszférikus levegő, illékony szénhidrogének vagy más hasonló ismert habosítószerek - keverékét alkalmazzuk habosítószerként. Leírásunkban a KX és a KX-gáz jelölések kripton és xenon keverékét jelentik. Találmányunk értelmében előnyösen KX-et, vagy ha az alkalmazott műanyag egy poliuretán, KX és H₂O/CO₂ keverékét alkalmazzuk.

Ha a KX gázon kívül a habosítószer folyékony vagy szilárd anyagokat is tartalmaz, ezeket a műnyaghoz szokásos módon adjuk hozzá, azaz általában a habosítószer gázhalmazállapotú komponenseinek hozzáadása előtt. Ha poliuretán habosításához alkalmazott habosítószer egy részeként H₂0/C0₂-ot alkalmazunk, a vizet adjuk először a poliol komponenshez. Hasonlóképpen, hangyasavat is adhatunk a poliol komponenshez, minek hatására az izocianát komponenssel való reakcióban szén-monoxid képződik.

A habosítószer gázhalmazállapotú komponense(i), azaz a KXgáz és az esetleges kiegészítő gázhalmazállapotú habosítószerek a műanyag nyersanyaghoz feloldással vagy diszpergálással adagol·hatók. Kétkomponensű műanyagok esetén a gázhalmazállapotú habosítóanyagokat bármelyik vagy mindkét komponenshez adagolhatjuk.

A gázhalmazállapotú habosítószerek diszpergálását például felverésszerű keveréssel vagy a habosítószer nyomás alatt, porózus anyagon keresztül végzett hozzáadásával, vagy ae két módszer kombinációjával végezhetjük.

Akár oldással, akár diszpergálással végezzük, a habosítószer hozzáadását olyan nyomás alatt kell végrehajtani, ami nagyobb annál a nyomásnál, amelyen a hozzáöntést kell végezni.

A habosítószer(ek) hozzáadását követően a nyersanyagokat megfelelően magas hőmérsékleten kell tartani, hogy megakadályozzuk a habosítószer idő előtti felszabadulását. A habosítószer hozzáadását előnyösen keverőberendezésben végezzük, az önmagában ismert hozzáöntéssel összekapcsolva.

A habosítószer hozzáadását az alkalmazott anyagtól és berendezéstől függő, megfelelő hőmérsékleten végezzük; így például 10°C és 40°C közötti hőmérsékleten.

Az alkalmazandó gázhalmazállapotú habosítószer mennyiségét a végső hőszigetelő hab kívánt tulajdonságai - például a hab térfogatsűrűsége - és az esetleges kiegészítő habosítószerek, például H₂O/CO₂ mennyisége alapján határozzuk meg. A találmány szerinti habosított hőszigetelő műanyag előállítása során alkalmazandó gázhalmazállapotú habosítószer mennyiségét szakember könnyen kiszámíthatja. Ha 50 g/1 sűrűségű habot készítünk, habosítószerként csak KX-gázt használva, a műanyag nyersanyag 1 térfogatrésznyi mennyiségére számítva körülbelül 19 térfogatrész KX-gázt használunk. Ezt a térfogatrészben megadott mennyiséget 1 bar nyomáson számítottuk. Ilyen térfogatarányok alkalmazásánál olyan habosított anyagot kapunk, amelyben a térfogat körülbelül 95 %-át habosítószert tartalmazó üregek teszik ki. A fenti számítási • · · · • · · · · • · · ·

- 10 eredmények azonban elméletiek, mivel a gyakorlatban a mennyiségeket módosítani kell a habosítószerveszteséget és az üregekben fellépő végső nyomást - ami eltérhet az 1 bar nyomástól - figyelembe véve. Ezeket a módosításokat egyszerű vizsgálatok alapján végre lehet hajtani, amelyeket a szóbanforgó gyártás kapcsán végzünk el.

Ha diszpergálást alkalmazunk, arra törekszünk, hogy a lehető legkisebb buborékokat kapjuk, mivel általában a végső habban a lehető legkisebb üregek jelenléte kívánatos. Jó termikus konduktivitás eléréséhez a végső hab üregeinek átlagos átmérője kisebb kell legyen 1,5 mm-nél, előnyösen 0,5 mm-nél. Ennek a kívánalomnak a figyelembevételével a megengedhető buborékméretet olyan paraméterek alapján számíthatjuk ki, mint a diszpergálási nyomás és az alkalmazott öntési nyomás.

Az öntést például a habképzésre általánosan ismert módon hajthatjuk végre. Amint a reakciókeverék elhagyja a keverőberendezést és ezáltal nyomásesés lép fel, a feloldott vagy diszpergált habosítószer habzást vált ki, mivel a feloldott habosítószer felszabadul és a diszpergált buborékok elkezdenek kiterjedni. Az egyszerűen összekevert műanyag alapanyagok reakciója során képződött hő továbbá gyorsítja a buborékok kiszabadulását és növekedését és ezáltal segíti a habképződést. Ha a gázhalmazállapotú habosítószerrel együtt kiegészítő, kémiai reakcióba lépő habosítószert is alkalmazunk, a kémiai reakcióban keletkező gáz fejlődése a fizikai úton fellépő habzással egyidejűleg vagy annál kissé később zajlik le. A kémiai reakcióba lépő habosítószer példájaként a poliuretán poliol komponenséhez kevert vizet említhetjük. A reakció során a hozzáadott víz reakcióba lép • · ·

- 11 az izocianát komponenssel, és a keletkező szén-dioxid hozzájárul a habképzéshez.

Elvben a habosított műanyagok előállítására alkalmas bármelyik típusú műanyag alapanyag alkalmazható a találmány szerinti hőszigetelő habosított műanyag termék műanyag alkotórészeként.

A műanyag termékek előállítása során általában van egy olyan fázis, amelyben az anyag elég képlékeny ahhoz, hogy formálható vagy öntéssel alakítható legyen öntés, fröccsöntés, kompressziós öntés vagy más hasonló módszer alkalmazásával. A hagyományos műanyagokat általában két fő csoportra osztják, hőre lágyuló és hőre keményedő műanyagokra.

A hőre lágyuló anyagok jellemzője, hogy hevítéssel képlékeny állapotúvá alakíthatók. Az öntés után az anyag az anyag kémiai szerkezete lényegében változatlan, minek következtében ezek az anyagok megolvaszthatok.

A hőre keményedő műanyagok jellemzője, hogy az öntés kémiai reakcióval jár, ami általában a molekuláris láncok olyan módon való térhálósodását foglalja magába, hogy a termék nem lágyul hőre. A hőre keményedő műanyagok előállításához alkalmazott nyersanyagok egy vagy több, a körülményektől függően folyékony vagy szilárd komponens alakjában használhatók. Az előállítási reakciót termikus vagy kémiai úton lehet beindítani. Az ilyen előállítási reakciók példáit ismertetjük az alábbiakban.

Poliuretán

A poliuretánt úgy lehet előállítani, hogy egy poliolt egy izocianáttal reagáltatunk, ennek során uretánkötések képződnek a · · · >«« · « · ♦ • · · · · · ·

- 12 poliol komponens és az izocianát komponens között. A kiindulási nyersanyagok folyékony formában szállítják és tárolhatóságuk jó, még az esetleg alkalmazott segédanyagok hozzáadása után is. A két komponenst általában szobahőmérsékleten vagy kissé növelt hőmérsékleten keverjük össze. A reakciótermék lánchossza és a térhálósítás foka a poliol komponens és az izocianát komponens funkciós csoportjainak számától és az alkalmazott katalizátortól, valamint a hőmérséklettől és más, a reakció során fellépő körülményektől függ. Az előállított poliuretán mechanikai tulajdonságait tág határok között szabályozhatjuk és szakemberek számára jól ismert, hogyan biztosítjuk a kívánt habosítási körülményeket és a habosított végtermék kívánt tulajdonságait a kiindulási anyagok és a reakciókörülmények megválasztásával. A poliuretán előnye az, hogy viszonylag olcsó.

A poliuretán egy fajtája a poliizocianurát, amelynek kémiai szerkezetét heterociklusos csoportok jellemzik. A poliizocianurát habosítható és különösen jó a tűzállósága.

A poliuretán vagy poliizocianurát előállításához használható kiindulási anyagokat a szakemberek jól ismerik. Ilyeneket sorol fel például a 4 120 923 számú USA-beli szabadalmi leírás és az abban hivatkozott egyéb források; ezek a felsorolások azonban nem korlátozó jellegűek, a megadottakon kívül más anyagok is használhatók.

Poliészterek

A poliésztereket úgy állíthatjuk elő, hogy telítetlen poliészter gyantákat velük kopolimerizálható vegyületekkel reagálta13 • · · · · «·« · · · · tünk. Például telítetlen oligo-észtereket térhálósíthatunk sztirolban mint kopolimerizálható anyagban oldva. Ez végrehajthatjuk szabad gyökös reakcióval is, például úgy, hogy a sztirolba az észterláncban nyitott kettős kötéseket tartalmazó szerves peroxidokat adagolunk. Szokásosan az ilyen folyékony, hidegen előállítható poliésztereket üvegszállal megerősített szerkezetek előállítására használják. Ez az anyag azonban habosítható is. A tulajdonságok változtathatóságának tartománya azonban jóval szőkébb, mint a poliuretán esetében. A poliészterek szintén olcsók.

Azoknak a telítetlen poliésztereknek a példaszerű felsorolása, amelyek a kopolimerizálható poliészter vegyületekkel együtt alkalmazhatók habosított műanyagok előállítására, szerepel a 4 120 923 számú USA-beli szabadalmi leírásban és az abban hivatkozott egyéb forrásokban; ezek a felsorolások azonban nem korlátozó jellegűek, a megadottakon kívül más anyagok is használhatók.

Fenolgyanták

A fenolgyantákat fenol és formaldehid kondenzálásával állíthatjuk elő. Alapanyagként egy nem teljesen kondenzált intermediert alkalmazunk, amelynek tulajdonságai egyebek között attól függenek, hogy alkalmaztunk-e fenol vagy formaldehid felesleget. Folyékony és szilárd fenolgyanta alapanyagok egyaránt előállíthatok. A folyékony alapanyagok térhálósítását sav hozzáadásával vagy hevítéssel végezzük, míg a szilárd alapanyagokat, amelyek a végső reakció előtt termoplasztikusak általában fröccsöntjük meleg fröccsöntéssel. Különösen az a fenolgyanta típus alkalmas habosításra, amelynek alapanyaga folyékony. Habosított műanyago« Μ «·Μ ··«« « · 9 » ··» · · · · • · · · · · ·

- 14 kát fenolgyantából is lehet készíteni a fenol és a formaldehid közvetlen reagáltatásával a habosítás alatt. A lehetőségek köre lényegesen szűkebb, mint a poliuretánok esetében. Áruk azonban alacsony és tűzállóságuk különösen jó, ezért jól alkalmazhatók.

A rezorcin, a melamin és a karbamid szintén kondenzálhatok formaldehiddel olyan közbenső termékek előállítására, amelyek a fenolgyanták alapanyagaihoz hasonlóan használhatók fel. Ezeknek az anyagoknak az ára azonban magasabb, mint a fenolgyantáké.

A habosított műanyagok előállítására egy vagy több habosítószert lehet használni. A habosítóanyagok úgy hatnak, hogy a műanyag nyersanyag feldolgozása során egy megfelelő időpontban olyan fizikai és/vagy kémiai hatások lépnek fel a műanyag masszában, amelyek következtében gázfelszabadulás zajlik le a masszában számos, egyenletesen eloszló ponton. Ez a gázfelszabadulás, ami az anyagnak sejtszerkezetet biztosít, alapulhat tisztán fizikai hatásokon vagy kémiai reakción.

A tisztán fizikai habosításhoz folyékony vagy gázhalmazállapotú habosítószereket alkalmaznak, amelyeket a műanyag masszába, vagy előzetesen az egyik vagy több kiindulási anyagba vezetnek be. A gázképződést és ezáltal a habosodást kiváltó fizikai hatás általában hőmérsékletemelkedés (szokásosan reakcióhő hatására) és/vagy nyomásesés, de lehet az oldékonyság változása is kémiai reakciók következtében vagy a gázképződést szemcsés részecskék beadagolása is megindíthatja, amelyek oltóanyagként hatnak. A KX-gázok azok közé a habosítószerek közé tartoznak, amelyek hatása tisztán fizikai.

A habosítószerek jelenléte befolyásolhatja a szilárd műanyag

- · « « ♦ *· « · · · • · · · ·

4*4 · ·« 4

- 15 tulajdonságait, mivel lágyítóként hathatnak. Ez a hatás általában kedvezőtlen és nemkívánatos. Mivel a KX-gázok kémiailag inaktívak, nem váltanak ki ilyen kedvezőtlen hatásokat. A képződött habosított anyag mechanikai tulajdonságai és méretei továbbá változhatnak az idő múlásával, ahogy a habosítószer elpárolog, hacsak ezt nem akadályozzák meg a felület lezárásával.

Poliuretán habok esetében szokásosan a CFC 11-gyel kiváltott fizikai habosítást kombinálják víz hozzáadásával kiváltott kémiai habosítással; a vizet a poliol komponenshez adagolják és az szén-dioxidot fejleszt, amikor reakcióba lép az izocianát komponenssel. Előnyösen alkalmazható egy ennek, megfelelő olyan kombináció, amelyben KX-gázt alkalmaznak CFC 11 helyett. A csak víz/szén-dioxidos habosítás lehetséges, de számos hátránnyal rendelkezhet.

A poliuretán habok előállítása során alkalmazhatunk egy előhabosítási technikát, amelynek során szokásosan CFC 11-et egy alacsony forráspontú habosítószerrel - például CFC 12-vel, nitrogénnel vagy szén-dioxiddal - együtt nyomás alatt feloldanak a kiindulási anyagokban. Az alacsony forráspontú habosítószer azonnal egy előhabot képez amikor a kiindulási anyagok keveréke elhagyja a keverőfejet, ezáltal a reakcióhő fokozatosan felszabadítja a habosítószer magasabb forráspontú részét, és így az anyag megtölti a fröccsöntőformát vagy kitölti a kívánt térfogatot. A KX-gázok alkalmazhatók ebben az előhabosítási technikában is, például más, környezetvédelmi szempontból elfogadható habosítószerekkel együtt.

• 99 • 4 « • · · · *· «

- 16 A hőszigetelő célra készített habosított műanyagok előállítása szokásos berendezésben végezhető. A szóbanforgó műanyag típusa természetesen meghatározza az alkalmazott berendezést.

A poliuretán habot vagy blokk-habként állítják elő, vagy azoknak az üregeknek a kiöntésével, amelyeket szigetelni akarnak vele. A blokk-habképzésben, amit előnyösen folytonos eljárásként is meg lehet valósítani, a kiindulási anyagok keverékét egy lándzsa (azaz egy lándzsa alakú, fúvókával ellátott rúdalakú eszköz) segítségével adagolják be, amit egy rögzített minta szerint mozgatnak. így nagy habosított tömböket állítanak elő, amelyeket lapokra vágnak, például épületek hőszigetelésére. Az üregkitöltéses közvetlen habképzést egyebek között hűtőszekrények és központifűtés-csövek készítésénél alkalmazzák. A kiindulási anyagok összekeverését kiöntés előtt keverőberendezésben, jól ismert módon hajtják végre. Gázhalmazállapotú habosítószer hozzákeverését előhabosításra jellemzően úgy végzik, hogy a kiindulási anyagot keverik, miközben a habosítószert az edény alján vezetik be néhány bar túlnyomáson.

A habosítható termoplasztikus műanyagok közül fontos például a polisztirol, a poli(vinil-klorid) és a poliolefinek. Jelenleg a hőszigetelésre használt termoplasztikus habok közül a legfontosabb a polisztirol hab. Polisztirol hab előállítására több módszer ismeretes. A két legismertebb módszer a következő: 1.) előexpandáltatott granulátumok expandálása egy présüregbe, és 2.) habosítás extruzióval. Az 1.) módszernél alkalmazott ~elő-expandált granulátumot olyan polisztirolszemcsék felhasználásával készítik, amelyek a habzást hő hatására lehetővé tevő - azaz elő• ·· ···» ·*»» • · A · ··· · · · · « · · · · • 99 · 99 · expanziós - habosítószert tartalmaznak. Ilyen ismert habosítószer a pentán. Az előexpandáltatott granulátumot azután présbe lehet tölteni, amelybe gőzt is vezetnek, és ez a gőz további expanziót és a granulátum öntőhegesztését váltja ki. A 2.) módszer szerinti habosítás során a polisztirol alapanyagnak vagy egy az extrúziós hőmérséklet alatt bomló kémiai habosítószert, vagy egy a megolvasztott polisztirolban az extruderben nyomás alatt feloldott fizikai habosítószert kell tartalmaznia. Amint az olvadék elhagyja az extrudert, a nyomásesés habzást okoz. Mindkét, a polisztirolra és más hasonló termoplasztikus műanyagokra leírt habosítási módszer esetében lehetséges a találmány szerint részben vagy teljesen KX-gázt alkalmazni habosítószerként.

Egy habosított műanyag hőszigetelő tulajdonságainak értékelésére a teljes termikus konduktivitást (lambda) mérjük. Egy habosított műanyag konduktivitása három tényezőből tevődik össze:

1. hővezetés az üregek réseiben levő gázon keresztül,

2. szokásos hővezetés a szilárd műanyagon keresztül, és

3. hősugárzás.

Elméletileg mindig van egy olyan összetevő is, ami az üregekben való hőszállításból adódik, de mivel ez a hőszállítás sokkal kisebb, mint az egyéb összetevők, a hőszállítást a gyakorlati számításokban ki lehet hagyni, ha az üregek a szokásos méretűek. Egy szokásos poliuretán habnál, amelyben az üregeket CFC 11 tölti ki, a másik három hővezetési összetevő arányát 2:l:l-re szokták becsülni.

Különböző anyagok lambda-értékeit a következő táblázatban adjuk meg.

« ·· ···· ««»··4 • · · · «·· · · · · ν · * ·* »·· 9 ···

SZIGETELŐANYAGOK (tájékoztató értékek)	mW/m°K
ásványgyapj ú	33
poliuretán hab (50 g/1, CFC 11-gyel készített)	17-20
poliuretán hab (50 g/1, H2O/CO2~dal készített)	24-30

HABOSίTÓSZEREK (folyékony habos!tószerek esetében a gőzérték érvényes)

légköri levegő	26,2	a)
szén-dioxid	16,9	a)
hélium	155,9	a)
neon	49,5	a)
argon	17,7	a)
kripton	9,5	a)
xenon	5,5	a)
CCI3F, CFC 11	8,0	b)
CHC12CF3, HCFC 123	9,6	b)
CH3CC12F, HCFC 141 b	9,4	b)
szén-monoxid	körülbelül 25

a) jelentése: egy tizedesre kerekítve Kestin, J. és Wakeham, W.A. : Transport Properties of Fluids című könyvéből, Hemisphere Publishing Corp. , New York, 1988.

b) jelentése: átszámolva a Dishart, K.T., Creazzo, J.A. és Ascough, M. R.: Polyurethanes World Congress 1987 közleményének 59. oldalán található értékekből; Aachen, 1987. -szeptember 29.

október 2.

Két gáz keverékének lambda értéke nem számítható ki az egy gázra vonatkozó értékekből lineáris interpolációval. A keverék lambda-értékét így többnyire annak a gáznak az értékéből határozzák meg, amelynek a legkisebb a hővezetőképessége. Ez alkalmazható a gyakorlatban, ha környezeti vagy gazdaságossági okokból kívánatos, hogy kevés kis lambda-értékű habosítószert alkalmazzanak. Jól ismert, hogy a CFC 11-et tartalmazó poliuretán habnak még mindig elfogadhatóan alacsony a lambda-értéke, még jelentős szén-dioxid tartalom esetén is. A szén-dioxid kombinálható KX-gázokkal is.

Az eddig elmondottakból érthető, hogy az alkalmazott KX-gáznak nem kell különösen tisztának lennie. Ezért KX-gázt elfogadható áron lehet készíteni légköri levegőből, bár az csak

10,8 · 105 térfogat% kriptiont és 0,8 · 10'5 térfogat% xenont tartalmaz. Mivel a találmány szerint előállított hőszigetelőanyag alkalmazható például központi fűtések csöveinek szigetelésére, feltételezhető, hogy nagy igény fog fellépni a KX-gázok iránt, ami ösztönző lesz olcsóbb eljárások kifejlesztésére a légköri levegőből való kinyerésre.

Mivel a xenon a legalacsonyabb hővezetőképességű KX-gáz, belátható, hogy xenont a kripton és a xenon a légköri levegőben! 27:2 arányánál nagyobb mennyiségben tartalmazó KX-gázkeverékek előnyösen alkalmazhatók. így más források is, különösen a légköri levegőnél több xenont tartalmazók, jelentősek lehetnek.

A zárt üregek frakciója a habban meghatározó a habosítószer hőszigetelő hatékonysága szempontjából. Poliuretán haboknál (nem tekintve a tömör habokat) általában 85 % zárt üreget kapnak. A többi üregek kapcsolatban állnak a hab felületével és ha a felület nincs lezárva, ezek az üregek összeköttetést biztosítanak a nagy lambda-értékű légköri levegővel.

A lezárás ezért lényeges tényező a zárt üregek hőszigetelőképességének fenntartása szempontjából, mivel az üregek falán keresztül való ki- és bediffundálást soha nem lehet teljesen elkerülni. Ez a probléma különösen jól ismert a szén-dioxid tartalmú poliuretán habok esetében; a szén-dioxid szigetelési kapacitása rosszabb, mint a CFC 11-é, de jobb, mint a légköri levegőé, így a lezáratlan habban a szén-dioxid meglehetősen gyorsan kicserélődik légköri levegőre, mimellett a hab lambda-értéke emelkedik. A habosítószer kidiffundálásának sebessége a műanyag mátrixból általában megnövekszik, ha egy kémiailag kondicionált abszorpció zajlik le. így ezekben az esetekben is előny, hogy a KX-gázok kémiailag közömbösek.

A lezárással kapcsolatos problémák azonban nem merülnek fel mindegyik habosítás! eljárásban. Amikor a habosítás egy üreg kitöltése során megy végbe, például hűtőszekrény vagy központi fűtéscső köpenyének előállításánál, a műanyag lezárása gyakran önmagától is végbemegy a kitöltött üreg falához térhálósodva vagy keményedve, vagy maga az üreg képez lezárást.

A találmány szerinti eljárást az alábbi nem korlátozó példákon szemléltetjük, amelyek laboratóriumi méretű vizsgálatokat mutatnak be. Ha a találmány szerinti eljárást felnagyítjuk ipari méretre, nem alkalmazható a kiindulási anyagok statikus hosszútávú kezelése gázzal, és ehelyett keverésen és buborékok bevezetésén alapuló eljárást kell alkalmazni, amelyet megfelelő nyomá• ·

- 21 • · · són kell végezni.

1. példa

Ez a példa poliuretán hab előállítását szemlélteti laboratóriumi méretben, KX-gázzal habosítva. Az alkalmazott KX-gáz a kriptont és a xenont körülbelül 27:2 térfogatarányban tartalmazza.

A következő összetételű poliol keveréket állítjuk elő:

CARADOL™ 555-1100 g

DIME™ 6lg

TEGOSTAB™ B84041 g vízmentes glicerin3 g

A CARADOL™ egy a Shell cégtől beszerezhető poliol készítmény. A DIME™ 6 szintén a Shell cégtől szerezhető be, és egy katalizátor N,N-dimetil-ciklohexil-amin formájában. A TEGOSTAB egy habzásgátló, ami a Th. Goldsmith AG-tól (Essen) szerezhető be.

A fenti keverék 200 g-ját kaloriméter bombába helyezzük és 10 bar KX-gáz nyomást alkalmazunk 96 óra hosszat 20°C-on. 350 g izocianát komponenst (CARADATE™ 30, beszerezhető a Shell cégtől) hasonlóan kezelünk. Miután a két, KX-gázzal kezelt komponenst gyorsan összekevertük, a keverék 500 g-ját egy 4 literes, doboz formájú alumínium présbe öntjük, amit azonnal lezárunk egy fedéllel. Habosítás és hűtés után az anyagot kivesszük a présből. Meg mérjük az anyag lambda-értékét és nyomószilárdságát az elhajlás irányába és az anyagot tovább vizsgáljuk a zárt üregek sűrűségének és arányának megállapítására.

2. példa

Poliuretán hab előállítása laboratóriumi kísérletben, habosítószerként az 1. példa szerinti KX-gáz és H2O/CO2 kombinációját alkalmazva.

A következő összetételű poliol keveréket állítjuk elő:

CARADOL™ 555-1 100 g

DIME™ 6 lg TEGOSTAB™ B8404 1 g víz 1 g

A fenti keverék 200 g-ját kaloriméter bombába helyezzük a KX-gáz abszorbeálására az 1. példában leírt módon. 350 g izocianát komponenst (CARADATE™ 30) hasonlóan kezelünk. Miután a két, KX-gázzal kezelt komponenst gyorsan összekevertük, a keverék 500 g-ját egy 4 literes, doboz formájú alumínium présbe öntjük, amit azonnal lezárunk egy fedéllel. Habosítás és hűtés után az anyagot kivesszük a présből és az 1. példában leírt módon vizsgáljuk.

• · ·

3. példa

Ez a példa poliuretán szabad habosítását szemlélteti az 1. példában leírt KX-gáz alkalmazásával habosítószerként, laboratóriumi vizsgálatban.

A kísérletet az 1. példában leírt módon hajtjuk végre, azzal az eltéréssel, hogy a kiindulási anyagok keverékének 100 g-ját egy 1 literes nyitott műanyagcsészébe helyezzük, szabad habosításra. A vizsgálatban meghatározzuk a krém képződési időt, a felemelkedési időt és a nem-tapadási időt.

. példa

Ez a példa poliuretán hab előállítását szemlélteti laboratóriumi kísérletben, szabad habosítással, habosítószerként az 1. példa szerinti KX-gáz és H₂0/CO₂ kombinációját alkalmazva.

Az eljárás azonos a 3. példa szerintivel, azzal az eltéréssel, hogy a 2. példa szerinti kiindulási anyagokat alkalmazzuk.

A találmány legelőnyösebb megvalósítási módja

A találmány jelenleg ismert legelőnyösebb megvalósítási módja hőszigetelő műanyaghab gyártása habosított poliuretán formájában.

Nyilvánvaló, hogy a találmánynak számos változata valósítt ható meg. Ezek a variációk nem jelentenek eltávolodást a találmány szellemétől és oltalmi körétől, és minden olyan módosítás és megvalósítási mód, ami szakember számára kézenfekvő, beleértendő a következő igénypontok oltalmi körébe.

• ·

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

Claims (8)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás hőszigetelő műanyaghab előállítására műanyag vagy műanyag prekurzor habosítószerrel végzett habosításával, azzal jellemezve, hogy habosítószerként kripton és xenon keverékét alkalmazzuk, kívánt esetben egy vagy több más CFC-mentes habosítószerrel együtt.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy habosítószerként kripton és xenon keverékét alkalmazzuk egy szokásos habosítószerrel együtt.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a műanyag vagy a műanyag prekurzor a következők egyike, vagy ezek előállítására alkalmazható: poliuretán, poliizocianurát, telítetlen poliészter, allil polimer, fenolgyanta, amin polimer, amid polimer, imid polimer, epoxid polimer, elasztomer, vinil polimer, poliolefin, észter polimer, polikarbonát, acetál polimer, poli(fenilén-oxi), ABS polimer.
4. 4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a műanyag prekurzor egy poliuretán prekurzora.
5. 5. Habosítószer az 1. igénypont szerinti eljáráshoz, azzal jellemezve, hogy xenon és kripton keverékét tartalmazza.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti habosítószer, azzal jellemezve, hogy xenon és kripton tisztítatlan keverékét tartalmazza.
7. 7. Kriptont és xenont tartalmazó keverék alkalmazása habositószerként.
8. 8. Hőszigetelő műanyaghab, azzal jellemezve, hogy gázzal töltött üregeket tartalmaz egy az 1. igénypont szerinti eljárással készített műanyag mátrixban.