Пенопласт из сополимера стирола и акрилонитрила с агентом, ослабляющим инфракрасное излучение
Изобретение относится к полимерному пенопласту, включающему композицию сополимера стирола и акрилонитрила и агента, ослабляющего инфракрасное излучение. Количество полимеризованного акрилонитрила составляет 10-50 мас.% в расчете на массу сополимера стирола и акрилонитрила. Агент, ослабляющий инфракрасное излучение, выбран из углеродных саж и графитов. Пенопласт является экструдированным полимерным пенопластом, и он свободен от наличия сетки пузырьков на поверхности, свойственной вспененному гранулированному пенопласту. Описан способ получения пенопласта методом экструзии, где давление экструзии в пределах экструдера выше, чем после экструзии из экструдера. Вспенивание происходит после экструзии композиции для вспенивания из экструдера. Полимерный пенопласт может применяться между двух областей, которые могут отличаться температурой. Технический результат - высокая размерная целостность полимерного пенопласта на основе сополимера стирола и акрилонитрила и агента, ослабляющего инфракрасное излучение, при повышенных температурах. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 табл., 11 пр.
Перекрестные ссылки
Эта заявка имеет приоритет на основании предварительной заявки США № 60/873797, поданной 6 декабря 2006 г.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к полимерному пенопласту, содержащему сополимер стирола и акрилонитрила и один или более агентов, ослабляющих инфракрасное излучение, таких как углеродная сажа и графит. Далее изобретение относится к способу получения такого пенопласта.
Описание предшествующего уровня техники
Хлорированные вспенивающие вещества, особенно хлорфторуглерод (CFC) и гидрохлорфторуглерод (HCFC), исторически выполняли две важные роли в технологии изолирующих полимерных пенопластов: как вспенивающие вещества и как теплоизолирующие компоненты в полимерных пенопластах. Тем не менее, озабоченность CFC и HCFC вспенивающими веществами, влияющими на окружающую среду, привела к разработке требований по их использованию. Эти требования послужили обновлением альтернативных мер для усиления теплоизолирующей способности полимерных пенопластов при использовании других вспенивающих веществ, а не хлорированных.
Включение агентов, ослабляющих инфракрасное излучение (IAA), с получением полимерного пенопласта, было одним из подходов для усиления теплоизолирующей способности полимерного пенопласта помимо хлорированных вспенивающих веществ. IAA могут усилить теплоизолирующую способность путем абсорбции, отражения или абсорбции и отражения инфракрасного излучения. IAA препятствуют проникновению инфракрасного излучения через пенопласт, содержащий IAA. Имеются, например, многочисленные ссылки, раскрывающие примеры полистирольных пенопластов, содержащих углеродную сажу и графит в качестве IAA.
Патент США (USP) 4795763 ('763) указывает, что углеродная сажа полезна для введения в жесткие, вспененные, пластичные материалы, чтобы усилить теплоизолирующие свойства вспененного пластичного материала. '763 представляет специфические примеры пенопластов из полиизоцианурата и указывает, что в самых широких аспектах изобретения пластичными материалами являются полиуретан, полиизоцианурат, полимочевина, полиолефин, полистирол, фенолформальдегид, эпоксид и другие полимерные пенопласты.
Европейский патент (EP) 0372343 ('343) указывает, что включение углеродной сажи в пенопласты с закрытыми ячейками на основе полимеров и сополимеров стирола может понизить теплопроводность этих пенопластов. EP '343 представляет конкретные примеры пенопластов из полистирола, содержащих углеродную сажу.
Опубликованная патентная заявка WO 94/13721 раскрывает особенно выгодную форму углеродной сажи для рассеивания в полимерном пенопласте и представляет конкретные примеры пенопластов из полистирола, содержащих углеродную сажу.
EP 1196486 и EP 1031600 раскрывают полимерный пенопласт на основе стирола, содержащий частицы графита. EP 1661939 раскрывает полимерный пенопласт на основе стирола, который может содержать IAA, такие как углеродная сажа и графит.
Несмотря на то, что эти ссылки раскрывают преимущества понижения теплопроводности при введении углеродной сажи или графита с получением полимерного пенопласта, ни одна из них не указывает на влияние IAA на пространственную целостность пенопласта, особенно при повышенных температурах. Для достижения высокой пространственной целостности при повышенных температурах важно, чтобы изолирующий пенопласт не менял размеры в значительной степени при использовании в высокотемпературных изолирующих устройствах.
Краткая сущность изобретения
Исследования, приведшие к настоящему изобретению, обнаружили, что добавление агента, ослабляющего инфракрасное излучение (IAA), такого как сажа или графит, к пенопласту из полистирола приводит к тому, что пенопласт испытывает потерю в размерной целостности при повышенных температурах. Желательно найти полимерный пенопласт, особенно термопластичный полимерный пенопласт, который был бы усовершенствован в результате введения агента, ослабляющего инфракрасное излучение, с точки зрения теплоизоляции, при сохранении размерной целостности при повышенных температурах, по сравнению с полистиролом.
Настоящее изобретение относится к полимерному пенопласту, содержащему агент, ослабляющий инфракрасное излучение, который неожиданно имеет высокую размерную целостность при повышенных температурах. Настоящее изобретение является результатом изучения агента, ослабляющего инфракрасное излучение (IAA) в комбинации с пенопластом из сополимера стирола и акрилонитрила (SAN). Эксперименты показали удивительный синергетический эффект между сополимером стирола и акрилонитрила и агентом, ослабляющим инфракрасное излучение (IAA), который проявился в размерной целостности пенопласта при повышенных температурах, чем ожидалось от аналогичных полистирольных пенопластов. Удивительно, что введение агента, ослабляющего инфракрасное излучение (IAA), в пенопласт сополимера стирола и акрилонитрила, даже абсорбирующего инфракрасное излучение агента (IAA), приводит к повышенной размерной целостности при повышенных температурах. Это - в противоположность полистирольному пенопласту, который показывает уменьшенную размерную целостность после добавления IAA. Неожиданное синергетическое поведение IAA со стирол акрилонитрильным сополимером (SAN) позволяет получить теплоизолирующий полимерный пенопласт, имеющий особенно желаемую размерную целостность при повышенных температурах.
В первом аспекте настоящее изобретение относится к полимерному пенопласту, содержащему полимерную композицию, имеющую определенные ячейки, причем полимерная композиция содержит полимер стирола и акрилонитрила и агент, ослабляющий инфракрасное излучение. В подходящем варианте осуществления полимерный пенопласт имеет одну или любую комбинацию следующих характеристик: агент, ослабляющий инфракрасное излучение, выбирается из углеродных саж или графитов; количество агента, ослабляющего инфракрасное излучение, находится между одним и двадцатью весовыми процентами; количество акрилонитрила составляет один весовой процент или более и пятьдесят весовых процентов или менее (более желательно четыре весовых процента или более и двадцать весовых процентов или менее); пенопласт имеет содержание открытых ячеек 30% или менее (в соответствии с методом ASTM (Американское общество по испытанию материалов) D6226-05); пенопласт имеет удельный вес 33 кг/м3 или менее; пенопласт свободен от неровностей на своей поверхности; весь полимер в полимерной композиции имеет средний молекулярный вес менее чем 1000000; пенопласт имеет теплопроводность 32 милливатта/м·К (метр·Кельвин) или менее; и пенопласт имеет прочность на вертикальное сжатие 100 кПа (килопаскалей) или более (в соответствии с методом измерения ISO 845-95). Проценты по весу являются относительными к общему весу полимерной композиции.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к способу получения полимерного пенопласта, рассмотренного выше, где способ включает получение композиции для вспенивания, содержащую полимерную композицию, содержащую сополимер стирола и акрилонитрила и агент, ослабляющий инфракрасное излучение, и вспенивание вспенивающейся композиции с получением полимерного пенопласта. В подходящих вариантах осуществления способ включает одну или любую комбинацию следующих характеристик: агент, ослабляющий инфракрасное излучение, выбирается из углеродных саж и графитов; количество агента, ослабляющего инфракрасное излучение, находится между одним и двадцатью весовыми процентами; количество акрилонитрила составляет один весовой процент или более и пятьдесят весовых процентов или менее (более желательно четыре весовых процента или более и двадцать весовых процентов или менее); причем способ является способом экструзии; и композиция для вспенивания содержит вспенивающее вещество, содержащее диоксид углерода.
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к способу использования полимерного пенопласта, упомянутого ранее, где способ включает размещение полимерного пенопласта между двух областей, которые могут отличаться температурой.
Подробное описание изобретения
Полимерный пенопласт
В одном аспекте настоящее изобретение относится к полимерному пенопласту, содержащему полимерную композицию, имеющую заданные ячейки. Полимерная композиция служит в качестве непрерывной полимерной сети вокруг полостей (ячеек), которые свободны от полимерной композиции. Полимерная композиция занимает стенки ячеек, создавая ячейки.
Композиция полимера содержит в себе сополимер стирола и акрилонитрила (SAN). SAN может быть либо блок-сополимером, либо статистическим сополимером. Композиция полимера может содержать дополнительные полимеры, отличные от SAN, может состоять в основном из SAN или может состоять из SAN. Композиция полимера будет «состоять в основном из SAN», если SAN присутствует в количестве 90% по весу (вес.%) или более, предпочтительно 95 вес.% или более, основываясь на общем весе всех полимеров в полимерной композиции (то есть общий вес полимерной композиции). Полимерная композиция может содержать смесь SAN и другого полимера, обычно алкенил ароматического полимера или сополимера, такого как гомополимерный полистирол, сополимера или и того и другого вместе. Желательно, более чем 95 вес.% полимеров (основываясь на общем весе полимера), более желательно, чтобы все полимеры в полимерной композиции были термопластичными полимерами.
Или полимерная композиция содержит только SAN, или SAN с другими полимерами, компонент акрилонитрила (SAN) присутствует с концентрацией 1 вес.% или более, предпочтительно 4 вес.% или более, более предпочтительно 10 вес.% или более от веса всех полимеров в полимерной композиции. Желательно, чтобы AN-компонент SAN присутствовал с концентрацией 50 вес.% или менее, обычно тридцать весовых % или менее, даже 20 весовых % или менее или 15 весовых % или менее от веса всех полимеров в полимерной композиции. Когда AN присутствует с концентрацией менее чем 1 вес.%, синергетический эффект на размерной целостности между SAN и сажей минимален, если вообще поддается обнаружению. Когда AN присутствует в концентрации больше чем пятьдесят весовых %, полимерную композицию трудно превратить в полимерный пенопласт при желательных скоростях производства из-за слишком высокой вязкости полимера.
Обычно средневесовая молекулярная масса (Mw) стирол акрилонитрильного сополимера (SAN) и желательно любого дополнительного полимера в полимерном пенопласте составляет 40000 или более, предпочтительно 60000 или более, более предпочтительно 75000 или более. Молекулярная масса стирол акрилонитрильного сополимера (SAN) и желательно любого дополнительного полимера в полимерном пенопласте обычно составляет 300000 или менее, предпочтительно 250000 или менее и более предпочтительно 150000 или менее. Дополнительно, желательно, чтобы для 90% или более и предпочтительно все полимеры в полимерном пенопласте имели Mw менее чем 1000000. Если Mw SAN слишком мала, то SAN имеет недостаточную физическую прочность, чтобы обеспечить целостность пенопласта. Если Mw SAN слишком велика, то вязкость геля SAN слишком высока, и поэтому его трудно вспенить, особенно при экономически привлекательных скоростях. По этим же причинам Mw для любого другого полимера ожидаемо попадает в предусмотренные диапазоны Mw.
Полимерный пенопласт может быть открыто ячеистым и закрыто ячеистым. Открыто ячеистый пенопласт имеет не менее 30% открытых ячеек. Желательно, чтобы полимерный пенопласт был закрыто ячеистым пенопластом (содержание открытых ячеек менее чем 30%), предпочтительно закрыто ячеистым пенопластом, имеющим 20% или менее, более предпочтительно 10% или менее, даже более предпочтительно 5% или менее, еще более предпочтительно содержание открытых ячеек в 1% или менее. Пенопласт настоящего изобретения может иметь содержание открытых ячеек 0%. Содержание открытых ячеек определено методом ASTM D6226-05 (Американского общества испытания материалов). Пенопласты с закрытыми ячейками являются более желательными, чем пенопласты с открытыми ячейками потому, что они лучше как теплоизоляторы. Тем не менее, пенопласты с закрытыми ячейками обычно обладают более низкой размерной целостностью при повышенных температурах, чем пенопласты с открытыми ячейками, вероятно потому, что увеличение давления в ячейках благоприятствует размерным изменениям в пенопласте (см., например, патент США 5557896). Поразительно, но даже пенопласты с открытыми ячейками по настоящему изобретению демонстрируют привлекательную размерную целостность при повышенных температурах, сопутствующую низкой теплопроводности.
Полимерный пенопласт может иметь в основном любую плотность. Более низкие плотности желательны потому, что они соответствуют меньшей массе полимерной композиции в данном поперечном разрезе полимерного пенопласта, который обычно соответствует более низкой теплопроводности через полимерный пенопласт. Поэтому желательно для полимерного пенопласта иметь плотность 64 кг/м3 или менее, предпочтительно 40 кг/м3 или менее, более предпочтительно 36 кг/м3 или менее, еще более предпочтительно 33 кг/м3 или менее. Обычно полимерный пенопласт будет иметь плотность 10 кг/м3 или более, характерно 16 кг/м3 или более, чтобы обеспечить пенопласту механическую прочность. Плотность полимерного пенопласта измеряют, используя метод ISO 845-85.
Агенты, ослабляющие инфракрасное излучение, (IAA) для использования в настоящем полимерном пенопласте включают любые добавки, которые ослабляют проникновение инфракрасного излучения через пенопласт, обычно путем абсорбции и отражения или и абсорбцией и отражением инфракрасного излучения. Примеры подходящих IAA включают углеродную сажу (всех видов), графит, диоксид титана и металлические частицы и пластинки. Инфракрасные абсорбирующие IAA (например, углеродная сажа и графит) повышают температуру пенопласта, когда они абсорбируют инфракрасное излучение, тем самым способствуя нестабильности размеров полимерного пенопласта. По этой причине инфракрасные абсорбирующие IAA могут быть проблематичными в полимерных пенопластах при повышенных температурах (или в присутствии инфракрасного излучения вообще).
Поразительно, пенопласты по настоящему изобретению демонстрируют размерную целостность при повышенных температурах, даже когда они включают инфракрасные адсорбирующие IAA. Углеродная сажа и графит являются наиболее желательными IAA для использования в настоящем изобретении. Графит может быть любого вида, включая натуральный и искусственный, вспененный и вспениваемый графит. Углеродная сажа также может быть любого типа, включая печную сажу, термическую и пламенную. Углеродная сажа и графит могут присутствовать в полимерном пенопласте вместе. Альтернативно полимерный пенопласт содержит либо углеродную сажу, либо графит. Подходящие виды углеродной сажи и графита для использования в настоящем изобретении включают:
| Вид | Поставщик | Название продукта | Размер частиц |
| Печная сажа | Degussa | Panther 17 | 26 нанометров (нм) |
| Печная сажа | Degussa | Arosperse 7 | 62 нм |
| Печная сажа | Degussa | Arosperse 60 | 91 нм |
| Пламенная сажа | Degussa | Lamp Black 101 | 95 нм |
| Термическая сажа | Asahi Carbon | Fine Thermal | 80 нм |
| Термическая сажа | Degussa | Arosperse 15 | 290 нм |
| Термическая сажа | Columbian Chemical | Sevacarb MT-LS | 300 нм |
| Натуральный графит | Timcal, Imerys | Timrex®* GA 98/10 | 10 микрометров (мкм) |
| Натуральный графит | Clariant | SL90025506 | 6,4 мкм |
| Натуральный графит | Graphite Sales Inc. | FP-428 | 10,5 мкм |
| Искусственный графит | Graphite Sales Inc. | FP-165 | 12 мкм |
| Сверхтонкий графит | Graphite Kropfmuehl Ag | UF1 98 C | 3 мкм |
| Сверхтонкий графит | Graphite Kropfmuehl Ag | UF2 98 | 4,5 мкм |
| * Timrex торговая марка Timcal SA Corporation. |
IAA обычно присутствует при концентрации от 0,1 вес.% до 20 вес.%, предпочтительно 0,2 вес.% или более, более предпочтительно 0,5 вес.% или более, еще более предпочтительно 1 вес.% или более и обычно 15 вес.% или менее, более обычно 10 вес.% или менее и может присутствовать при концентрации 5 вес.% или менее. Определяют весовой % IAA от общего веса полимера в пенопласте.
В полимерном пенопласте также могут присутствовать и дополнительные добавки. Дополнительные добавки включают глину, такую как природный абсорбент глина (например, каолинит и монтмориллонит) и искусственные глины; зародышеобразователи (например, тальк и силикат магния); антипирены (например, бромированные антипирены, такие как гексабромциклододекан, фосфористые антипирены, такие как трифенилфосфат, и упаковки антипирена, которые могут включать синергисты, такие как, например, дикумил и поликумил); смазочные материалы (например, стеарат кальция и стеарат бария) и поглотители кислот (например, оксид магния и тетрапирофосфат натрия). Предпочтительная упаковка антипирена включает комбинацию гексагалогенциклододекана (например, гексабромциклододекана) и тетрабромбисфенол А бис (2,3-дибромпропиловый эфир). Дополнительные добавки могут составлять до 10 вес.% общего веса пенопласта.
Полимерный пенопласт по настоящему изобретению имеет невысокую теплопроводность, которая делает его особенно полезным в качестве теплоизолирующего материала. Пенопласт по настоящему изобретению может демонстрировать значения теплопроводности в 32 милливатта/метр·Кельвин (мВт/м·К) или менее, предпочтительно 31 мВт/м·К или менее, даже более предпочтительно 30 мВт/м·К или менее. Теплопроводность измеряют в соответствии с методом EN 8301.
Теплоизолирующие пенопласты замедляют прохождение тепла (т.е. тепловой энергии) через них. По этой причине они являются полезными в качестве барьеров между двумя областями, чтобы замедлить передачу тепла от одной области к другой. В некоторых примерах более теплая область (область, имеющая больше тепловой энергии) может приближаться или превышать температуры в 100°C. Желательно использовать полимерный пенопласт для теплоизоляции тех областей среди других областей без приношения в жертву механических свойств пенопласта. Одним механическим свойством полимерных пенопластов, которые имеют склонность испытывать воздействие повышенной температуры, является размерная целостность. Полимерные пенопласты по настоящему изобретению удерживают размерную целостность при неожиданно высоких температурах, даже до и превышающих 100°C.
Размерная целостность является мерой того, как активно изменяется пенопласт в размерах. Полимерный пенопласт имеет три взаимно перпендикулярных размера: длину, ширину и толщину. Длина и ширина определяют первоначальную поверхность пенопласта, которая является поверхностью, имеющей наибольшую планарную площадь поверхности. Планарной площадью поверхности является площадь, намеченная на плане (например, площадь, определенная длиной и шириной пенопласта, без учета выступов и впадин в границах этой области). Первоначальная поверхность пенопласта имеет и противоположную поверхность, которая имеет или равную планарную площадь поверхности (например, также квалифицируется как первоначальная поверхность), или меньшую планарную площадь поверхности. Желательно, чтобы первоначальная поверхность и поверхность противоположная первоначальной поверхности были приблизительно (или примерно) параллельны или параллельны. Толщина пенопласта соответствует расстоянию от первоначальной поверхности до ее противоположной поверхности перпендикулярно первоначальной поверхности. Толщина может отличаться в разных точках первоначальной поверхности. Желательно, чтобы толщина пенопласта отличалась на 10% или менее, предпочтительно 5% или менее в любой точке первоначальной поверхности.
Измеряют размерную целостность как меру изменения объема в ходе проверки размерной целостности (DIT). Проверку размерной целостности проводят (DIT) путем разрезания образца пенопласта (длиной 12,7 см (5 дюймов), шириной 10,2 см (4 дюйма) и толщиной примерно 2,54 см (1 дюйм)), размещая образец пенопласта в печи при конкретной температуре от одного до трех часов и вынимая его затем из печи. Измеряют высоту, ширину и толщину образца пенопласта перед размещением в печи и опять после извлечения его из печи с целью рассчитать объем образца пенопласта перед и после помещения в печь. Определяют изменение объема путем деления объема после обработки в печи на объем перед обработкой в печи и умножают на 100%. Обрабатывают новый образец пенопласта при каждой другой температуре печи. Размерная целостность при повышенных температурах желательна. Поэтому небольшое изменение объема в образце пенопласта желательно, особенно когда температура печи становится выше.
Полимерные пенопласты по настоящему изобретению (включающие стирол и акрилонитрил и содержащие агент, ослабляющий инфракрасное излучение) удивительно демонстрируют более высокую размерную целостность (более низкое изменение объема) при температурах 80°C или выше, даже 95°C или выше, относительно к таким же пенопластам без агента, ослабляющего инфракрасное излучение. Особенно полимерные пенопласты по настоящему изобретению хорошо демонстрируют 5% изменение объема или менее при температуре 80°C или выше, предпочтительно при 85°C или выше, более предпочтительно при 90°C или выше, еще более предпочтительно при 100°C или выше. Даже более желательные варианты осуществления полимерных пенопластов по настоящему изобретению имеют содержание открытых ячеек менее чем 30%, предпочтительно 20% или менее, более предпочтительно 10% или менее, еще более предпочтительно 5% или менее и наиболее предпочтительно 1% или менее, в то же время демонстрируя 5% изменения в объеме или менее при температуре 80°C или выше, предпочтительно при 85°C или выше, более предпочтительно при 90°C или выше, еще более предпочтительно при 100°C или выше. Измеряют изменение в объеме в соответствии с проверкой размерной целостности (DIT).
В противоположность пенопластам по настоящему изобретению добавка IAA к полистирольным пенопластам действительно имеет тенденцию быть причиной потери размерной целостности пенопласта, или лучше всего он останется неизменным в размерной целостности при повышенных температурах (см. сравнительные примеры А и B ниже).
Желательные варианты осуществления получения пенопласта по настоящему изобретению демонстрируют далее прочность на вертикальное сжатие 100 килопаскалей (кПа) или более, предпочтительно 200 кПа или более, предпочтительно 300 кПа или более, еще более предпочтительно 400 кПа или более. Измеряют вертикальную прочность на сжатие в соответствии с методом ISO 845-95. Прочность на вертикальное сжатие желательна при использовании там, где полимерный пенопласт может иметь давление на его первоначальную поверхность, или на поверхность напротив первоначальной поверхности, или на обе поверхности. Такое использование включает устройство мягкой кровли и применение в дорожных подструктурах. Более высокая прочность на вертикальное сжатие показывает, что полимерный пенопласт может выдерживать большее давление перед деформацией.
Пенопласты по настоящему изобретению вообще имеют средний размер ячейки 0,5 мм или менее, предпочтительно 0,3 мм или менее, более предпочтительно 0,25 мм или менее и 0,05 мм или более, предпочтительно 0,1 мм или более, более предпочтительно 0,2 мм или более. Определяют средний размер ячейки в соответствии с методом ASTM (Американское общество по испытанию материалов) D-3576. Далее пенопласты по настоящему изобретению могут иметь мономодальное (однородное) распределение размеров ячеек или мультимодальное распределение размеров ячеек (включая бимодальное). Пенопласт имеет мультимодальное распределение размеров ячеек, если площадка ряда ячеек по сравнению с размером ячейки (округлено до ближайших 0,01 мм) выявляет более чем одну выступающую часть (локальный максимум двух или более точек). Если распределение размеров ячеек мономодальное или однородное, то такая схема обнаруживает только одну выступающую часть. Измеряют не менее 100 ячеек, чтобы создать схему определения, является ли пенопласт мультимодальным или нет.
Способ
Фактически любой способ вспенивания, подходящий для получения термопластичного пенопласта, является подходящим для получения пенопластов по настоящему изобретению. В общем, получают пенопласты по настоящему изобретению путем получения композиции для вспенивания, содержащей полимерную композицию, предпочтительно термопластичную полимерную композицию, включающую стирол и акрилонитрил (SAN) и IAA (SAN и IAA взяты, как описано ранее, для полимерного пенопласта), и вспенивают композицию для вспенивания с получением полимерного пенопласта. Композиция для вспенивания обычно включает полимерную композицию и вспенивающее вещество вместе, при давлении до вспенивания. Вспенивают композицию для вспенивания, подвергая ее воздействию давлением ниже, чем давление до вспенивания. Специальные вспенивающие процессы, которые являются подходящими, включают увеличивающиеся пузырьки вспенивающих процессов, накапливающих вспенивающие процессы, и способы экструзии.
В процессе увеличения пузырька пенопласта готовят композицию для вспенивания введением вспенивающего вещества в гранулы полимерной композиции (например, пропитывая гранулы полимерной композиции вспенивающим веществом под давлением). Полимерная композиция включает SAN и IAA. Впоследствии увеличивают гранулы в форме, чтобы получить вспененную композицию, включающую большое число увеличенных пенопластовых пузырьков (гранул), которые прилипают друг к другу, создавая вспененные гранулы. Вспененные гранулы имеют характерную непрерывную цепь поверхностного слоя полимера, соответствующего поверхности каждого индивидуального пузырька, распространяясь по всему пенопласту.
Суммарные процессы вспенивания включают в себя: 1) смешивание термопластичного материала и композиции вспенивающего вещества, чтобы сформировать полимерную композицию для вспенивания; 2) экструдирование композиции вспененного полимера в зону выдержки, поддерживаемую при температуре и давлении, которые не позволяют полимерной композиции для вспенивания вспениваться; зона выдержки имеет головку, определяющую отверстие, открывающееся в зону более низкого давления, при котором полимерная композиция для вспенивания вспенивается, и открывающиеся клапаны, закрывающие выходную часть оформляющего канала головки экструдера; 3) открывают периодически клапан и в то же время, по существу одновременно, применяют механическое давление, посредством подвижного поршня, на полимерную композицию для пенообразования, которую удаляют из зоны выдержки через выходную часть оформляющего канала головки экструдера; и 4) позволяют удаленной, экструдированной композиции полимера для вспенивания вспениваться, чтобы получить пенопласт. Патент США (USP) 4323528, включенный в ссылку, раскрывает такой процесс в контексте получения полиолефиновых пенопластов.
Способы экструзии являются наиболее желательными. Способы экструзии являются непрерывными, в отличие от полунепрерывных или периодических процессов, как в случае с накапливающимся вспениванием. Непрерывный процесс - наиболее эффективное средство производства полимерного пенопласта. Способ экструзии также производит пенопласт, который свободен от непрерывной поверхностной сетки по всему пенопласту, как это присутствует в пенопластах, полученных способом вспенивания гранулированного полимера. Пенопласты, сделанные из вспененного пенопласта, содержащего пузырьки, имеют сеть полимерной поверхности (поверхность пузырьков), которую определяют группы ячеек внутри пенопласта. Такие поверхности являются остаточными поверхностями от каждого пузырька пенопласта, которые расширяются, чтобы создать пенопласт. Поверхности пузырьков сливаются вместе, чтобы создать структуру пенопласта, включающую множество расширенных пузырьков пенопласта. Пузырек пенопласта имеет тенденцию быть более ломким, чем экструдированный пенопласт, потому что они могут разламываться вдоль сети пузырьков на поверхности. Экструдированный пенопласт свободен от присутствия сетки поверхности пузырьков, характеристики расширенных пузырьков пенопласта.
В способе экструзии готовят композицию для вспенивания путем смешивания полимерной композиции, включающей SAN и IAA (предпочтительно углеродную сажу, графит или и то, и другое), в экструдере при температуре, достаточно высокой, чтобы размягчить полимерную композицию, и затем смешивают ее с вспенивающим веществом при дополнительном давлении, достаточном, чтобы предотвратить ощутимое вспенивание полимерной композиции. Для загрузки приемлемо подавать IAA непосредственно в экструдер или предварительно смешивать IAA с полимером заранее, до внесения в экструдер (например, смешать их или создать маточную смесь). Потом желательно охладить композицию для вспенивания до температуры вспенивания и затем подать композицию для вспенивания через головку в емкость с более низким давлением, чем дополнительное давление. Так как композиция для вспенивания входит в оборудование с более низким давлением, она вспенивается с получением полимерного пенопласта.
Вспенивающие вещества обычно присутствуют в комбинированной концентрации от 0,001 моль на 100 г полимера до 0,5 моль на 100 г полимера. Подходящие вспенивающие вещества для использования в экструдировании вспенивающего процесса включают одно или более из следующего: неорганические газы, такие как диоксид углерода, аргон, азот и воздух; органические вспенивающие вещества, такие как вода, алифатические и циклические углеводороды, имеющие от одного до девяти атомов углерода, включая метан, этан, пропан, н-бутан, изобутан, н-пентан, изопентан, неопентан, циклобутан и циклопентан; полностью или частично галогенированные алифатические углеводороды, имеющие от одного до пяти атомов углерода, предпочтительно без хлора (например, дифторметан (HFC-32), перфторметан, фтористый этил, (HFC-161), 1,1,-дифторэтан (HFC-152а), 1,1,1-трифторэтан (HFC-143а), 1,1,2,2-тетрафторэтан (HFC-134), 1,1,1,2-тетрафторэтан (HFC-134а), пентафторэтан (HFC-125), перфторэтан, 2,2-дифторпропан (HFC-272fb), 1,1,1-трифторпропан (HFC-263fb), 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропан (HFC-227еа), 1,1,1,3,3-пентафторпропан (HFC-245fa) и 1,1,1,3,3-пентафторбутан (HFC-365mfc)); алифатические спирты, имеющие от одного до пяти атомов углерода, таких как метанол, этанол, н-пропанол и изопропанол; карбонилсодержащие соединения, такие как ацетон, 2-бутанон и уксусный альдегид; эфирсодержащие соединения, такие как диметиловый эфир, диэтиловый эфир, метилэтиловый эфир; карбоксилатные соединения, такие как метиловый эфир муравьиной кислоты, метилацетат, этилацетат; карбоновая кислота, и химические вспенивающие вещества, такие как азодикарбонамид, азодиизобутиронитрил, сульфогидразин бензола, 4,4-оксибензолсульфонил полукарбазид, п-толуолсульфонил полукарбазид, азодикарбоксилат бария, N,N'-диметил-N,N'-динитрозоамид терефталевой кислоты, тригидразинотриазин и бикарбонат натрия.
Вспенивающее вещество, желательно, должно быть свободным от CFC и HCFC вспенивающих веществ, предпочтительно свободным от любых хлорированных вспенивающих веществ. Вспенивающее вещество может быть свободным от фторированных вспенивающих веществ и может быть свободно от любых галогенированных вспенивающих веществ. Настоящий способ особенно предназначен для использования с диоксидом углерода в качестве вспенивающего вещества, или одного или в комбинации с другим вспенивающим веществом.
Полимерная композиция и IAA в композиции для вспенивания являются теми же, как описано для полимерного пенопласта выше. Аналогично композиция для вспенивания может далее содержать одну или более дополнительных добавок, как описано для пенопласта по настоящему изобретению. Диапазоны концентраций и типы полимерных композиций, IAA и дополнительные добавки для полимерного пенопласта применимы для настоящего изобретения, чтобы получить пенопласт по настоящему изобретению (например, концентрации, относящиеся к общему весу полимера в пенопласте, соответствуют общему весу полимера в композиции для вспенивания, взятой для процесса, и концентрации, относящиеся к общему весу пенопласта, соответствуют общему весу композиции для вспенивания, взятой для процесса).
Размерная целостность настоящего полимерного пенопласта при повышенных температурах позволяет использование пара, чтобы проводить вторичное вспенивание и чтобы уменьшить плотность пенопласта без его разрушения. Для вспенивания паром пенопласт подвергают обработке паром в течение определенного периода времени. Расширение паром благоприятно для того, чтобы достичь меньшей плотности, что легко достижимо путем непосредственной экструзии (т.е. 23 кг/м3 или менее, 20 кг/м3 или менее, даже 19 кг/м3 или менее). Даже при этих низких плотностях пенопласты по настоящему изобретению могут достичь значений теплопроводности в 33 мВт/м·К (метр·Кельвин) или ниже.
ПРИМЕНЕНИЕ
Полимерный пенопласт по настоящему изобретению особенно хорошо подходит для использования в качестве изоляционного материала. В этом отношении, помещают полимерный пенопласт по настоящему изобретению между двумя областями, которые могут отличаться температурами. Полимерный пенопласт по настоящему изобретению служит в качестве теплоизолирующего барьера между двумя областями. Полимерный пенопласт по настоящему изобретению особенно хорошо подходит в качестве теплоизолирующего материала, где этот материал подвергается воздействию температур (например, использование или обслуживание температур) от 85°C или выше, даже 90°C или выше, даже 95°C или выше или 100°C или выше. Размерная целостность настоящего полимерного пенопласта при этих температурах позволяет пенопласту оставаться механически прочным при таком использовании или обслуживании температур.
ПРИМЕРЫ
Сравнительный пример (сравн. пример) А 0 -А 2 : полистирольный (PS) пенопласт с печной сажей
Готовят полимерную смесь при сухом перемешивании, включающую: 100 весовых частей полистирола (192000 Mw с полидисперсностью примерно 2,3); концентрат углеродной сажи (30 вес.% печной сажи в полистироле; например, Raven® 430 компании Columbian Chemicals Company; Raven - товарный знак компании Columbian Chemicals Company); 0,7 весовой части гексабромциклододекана; 0,1 весовой части талька и 0,1 весовой части стеарата кальция.
Таблица 1 показывает количество углеродной сажи в каждом из сравнительных образцов А0-А2. Добавляют в достаточном количестве концентрат углеродной сажи, чтобы достичь соответствующей концентрации углеродной сажи.
Отмеряют полимерную смесь в отдельный червячный экструдер, смешивают и расплавляют ее при температуре 200-220°C. Добавляют к смешанному и расплавленному полимеру 12,3-12,8 весовой части композиции вспенивающего вещества, включающей 70-73 вес.% HCFC-142b, 20 вес.% хлористого этила и 7-10 вес.% диоксида углерода (весовой % берется в расчете от веса композиции вспенивающего вещества), чтобы получить гель для вспенивания. Добавляют композицию вспенивающего вещества под достаточным давлением выше атмосферного давления так, чтобы предотвратить вспенивание геля для вспенивания. Охлаждают гель для вспенивания до 115-125°C и экструдируют его через щелевую головку в форму с атмосферным давлением для получения прямоугольной пенопластовой плиты.
Для сравнительного примера А2 пар вспенивает образец, содержащий 7 вес.% углеродной сажи, чтобы получить плотность 34,6 кг/м3.
Дают каждому образцу пенопласта выдержку в течение 20 дней и подвергают их проверке на размерную целостность при температурах 74°C (165° по Фаренгейту (F)), 77°C (170°F), 79°C (175°F), 82°C (180°F) и 85°C (185°F). Таблица 1 представляет объемные изменения каждого из сравнительных примеров А0-А2.
| Таблица 1 | ||||||||
| Ср. пр. | Концентрация углеродной сажи (вес.% в расчете на общий вес полимера) | Содержание открытых ячеек (%) | Плотность пенопласта (кГ/м3) | % изменения объема при температуре: | ||||
| 74°C | 77°C | 79°C | 82°C | 85°C | ||||
| А0 | 0 | 0 | 29,6 | 2 | 4 | 6 | 12 | 22 |
| А1 | 7 | 0 | 37,6 | 2 | 5 | 6 | 18 | 37 |
| А2 | 7 | 0 | 34,6 | 2 | 4 | 6 | 18 | 32 |
Сравнительный пример (сравн. пример) В 0 -В 2 : полистирольный (PS) пенопласт с термической сажей
Готовят полимерную смесь при сухом перемешивании, включающую: 100 весовых частей полистирола (Mw 192000 с полидисперсностью примерно 2,3); концентрат термической сажи (50 вес.% термической сажи в полистироле; например, Arosperse 15 компании Degussa); 0,9 весовой части гексабромциклододекана; 0,1 весовую часть талька, 0,08 весовой части стеарата кальция и 0,3 весовой части линейного полиэтилена низкой плотности.
Таблица 2 представляет количество термической сажи в каждом из сравнительных примеров В0-В2. Добавляют в достаточном количестве концентрата термической сажи, чтобы достичь соответствующей концентрации термической сажи.
Отмеряют полимерную смесь в отдельный червячный экструдер, смешивают и расплавляют ее при температуре 200-220°C. Добавляют к смешанному и расплавленному полимеру 12,3-12,8 весовой части композиции вспенивающего вещества, включающей 71-73 вес.% HCFC-142b, 20 вес.% хлористого этила и 5-9 вес.% диоксида углерода (весовой % рассчитывают от веса композиции вспенивающего вещества), чтобы получить гель для вспенивания. Добавляют композицию вспенивающего вещества под достаточным давлением выше атмосферного давления так, чтобы предотвратить вспенивание геля для вспенивания. Охлаждают гель для вспенивания до 116-120°C и экструдируют через щелевую головку в форму с атмосферным давлением для получения прямоугольной пенопластовой плиты.
Для сравнительного примера В2 пар вспенивает образец, содержащий 7 вес.% термической сажи, чтобы получить плотность 27,7 кг/м3.
Дают каждому образцу пенопласта выдержку в течение 21 дня и подвергают их проверке на размерную целостность при температурах 71°C (160°F), 77°C (170°F) и 82°C (180°F). Объемные изменения каждого из образцов сравнительных примеров В0-В2 представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| Сравнит. пример | Концентрация термической сажи (вес.% в расчете на общий вес полимера) | Содержание открытых ячеек (%) | Плотность пенопласта (кГ/м3) | % изменения объема при температуре: | ||
| 71°C | 77°C | 82°C | ||||
| В0 | 0 | 0 | 31,2 | 2 | 4 | 12 |
| В1 | 7 | 1 | 37,3 | 2 | 5 | 18 |
| В2 | 7 | 0 | 27,7 | 2 | 4 | 18 |
Сравнительные примеры А и В иллюстрируют следующее: (1) добавка IAA понижает размерную целостность полистирольного пенопласта при температурах выше примерно 80°C; и (2) все полистирольные пенопласты демонстрируют более чем 5% изменение объема при температурах выше 80°C.
Сравнительный пример (сравн. пример) С - SAN пенопласт без агента, ослабляющего инфракрасное излучение (IAA)
Готовят полимерную смесь при сухом перемешивании, включающую: 70 весовых частей SAN А (15 вес.% AN, Mw - 158000) и 30 весовых частей SAN В (15 вес.% AN, Mw - 114000), 0,1 части тетрапирофосфата натрия (TSPP), 0,24 части стеарата бария и 1,1 весовой части гексабромциклододекана.
Подают полимерную смесь в экструдер. Расплавляют полимерную смесь при температуре 200-220°C. Добавляют 6,0 весовых частей на сто частей SAN композиции вспенивающего вещества, включающей 55 вес.% диоксида углерода, 25 вес.% воды и 20 вес.% изобутана, чтобы получить гель для вспенивания. Весовые % рассчитывают от общего веса композиции вспенивающего вещества. Добавляют композицию вспенивающего вещества под достаточным давлением выше атмосферного давления так, чтобы предотвратить вспенивание геля для вспенивания. Охлаждают гель для пенообразования до 133°C, экструдируют его через щелевую головку в пространство с атмосферным давлением, чтобы получить прямоугольную панель (сравнительный пример С). Сравнительный пример С является SAN пенопластом, который содержит IAA. Выдерживают образец сравнительного примера С в течение 30 дней и затем подвергают его проверке на размерную целостность при температурах 86°C, 92°C, 95°C, 98°C и 101°C.
Таблица 3 показывает физические свойства образца сравнительного примера С и результаты его проверки на размерную целостность.
Пример 1 - SAN пенопласт с графитом
Готовят образец для примера 1 тем же способом, что и образец сравнительного примера С, с включением в полимерную смесь 4 весовых частей концентрата графита (смесь 50 вес.% графита и 50 вес.% полистирола, доступных под наименованием Cesa-conductive SL90025505 фирмы Clariant). Образец примера 1 содержит 2 вес.% графита от веса полимерной смеси. Подвергают образец примера 1 проверке на размерную целостность тем же способом, что и образец сравнительного примера С.
Таблица 3 представляет физические свойства образца примера 1 и результаты проверки этого образца на размерную целостность.
Пример 2 - SAN пенопласт с углеродной сажей
Готовят образец примера 2 тем же способом, что и образец сравнительного примера С, с включением в полимерную смесь 8 весовых частей концентрата углеродной сажи (50 вес.% термической сажи (например, Arosperse-15 фирмы Degussa) и 50 вес.% полиэтилена (индекс расплава - 1,8, например PE620i компании The Dow Chemical Company)). Образец примера 2 содержит 4 вес.% углеродной сажи от веса полимерной смеси. Подвергают образец примера 2 проверке на размерную целостность тем же способом, что и образец сравнительного примера С.
Таблица 3 представляет физические свойства образца примера 2 и результаты проверки образца примера 2 на размерную целостность.
Пример 3 - вспененный под действием пара SAN пенопласт с графитом
Готовят пенопласт, равноценный образцу примера 1, и затем обрабатывают его паром до последующего понижения плотности до 23,4 кг/м3.
Таблица 3 представляет физические свойства образца примера 3.
| Таблица 3 | ||||
| Сравнительный пример С | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | |
| IAA | Нет | 2 вес.% графита | 4 вес.% термической сажи | 2 вес.% графита |
| Толщина (мм) | 30 | 21 | 22 | 17 |
| Плотность без наружного слоя | 28,1 | 32,7 | 29,8 | 23,4 |
| Размер ячейки (мм) | 0,34 | 0,11 | 0,28 | 0,11 |
| Содержание открытых ячеек (%) | Менее чем 20 | Менее чем 20 | Менее чем 20 | Менее чем 20 |
| Прочность на вертикальное сжатие (кПа) | 311 | 400 | 261 | 143 |
| Постоянная теплопроводность (мВт/м·К (метр·Кельвин) | 32,6 | 30 | 32 | 32,6 |
| % изменения объема в DIT при 86°C | 1,7 | 0,2 | 0,7 | Не измерялся |
| % изменения объема в DIT при 92°C | 2,1 | 1,1 | 0,6 | Не измерялся |
| % изменения объема в DIT при 95°C | 2,3 | 0,8 | 1,2 | Не измерялся |
| % изменения объема в DIT при 98°C | 7,3 | 0,5 | 1,2 | Не измерялся |
| % изменения объема в DIT при 101°C | Не измерялся | 8,7 | 2,7 | Не измерялся |
Сравнительный образец С, образец 1 и образец 2 демонстрируют, что включение графита или углеродной сажи усиливает размерную целостность SAN пенопласта при повышенных температурах. Образец 1 и образец 2 демонстрируют изменение в объеме в меньшей степени, при каждой из температур при контроле размерной целостности (DIT), чем сравнительный образец С. Первоначальной разницей между образцами примеров и образцом сравнительного примера является присутствие IAA.
Образец примера 1 и образец примера 2 далее иллюстрируют, что SAN пенопласты с IAA наглядно демонстрируют большую размерную целостность при повышенных температурах, чем полистирольный пенопласт либо с, либо без IAA (сравнить данные из таблиц 1, 2 и 3).
Образец примера 3 иллюстрирует пример по настоящему изобретению, который был успешно вспенен паром, чтобы получить меньшую плотность пенопласта по настоящему изобретению.
Эти образцы примеров и образцы сравнительных примеров представляют варианты получения пенопласта со вспенивающими веществами, не содержащими галогенов.
Сравнительный пример D - SAN пенопласт, использующий HFC-134a без IAA
Готовят полимерную смесь при сухом перемешивании, включающую: 50 весовых частей SAN А (15 вес.% AN, c Mw 144000) и 50 весовых частей SAN В (15 вес.% AN, c Mw 118000), 0,95 весовых частей гексабромциклододекана и 0,55 весовой части композиции присадок на сто весовых частей (pph) полимера, включающих 0,15 части стеарата бария на сто весовых частей полимера, 0,3 части полиэтилена на сто весовых частей полимера и 0,10 части талька на сто весовых частей полимера.
Подают полимерную смесь в экструдер. Расплавляют полимерную смесь при температуре 200-220°C. Добавляют 9,5 весовой части вспенивающего вещества на сто весовых частей смеси полимерной композиции, включающего 16 вес.% диоксида углерода, 10 вес.% воды и 74 вес.% 1,1,1,2-тетрафторэтана (HFC-134a), чтобы получить гель для вспенивания. Вес.% рассчитывают от общего веса композиции вспенивающего вещества. Добавляют композицию вспенивающего вещества под достаточным давлением выше атмосферного давления так, чтобы предотвратить вспенивание геля для вспенивания. Охлаждают гель для вспенивания до 129°C и экструдируют его через щелевую головку в пространство с атмосферным давлением, давая ему возможность расшириться в прямоугольную панель (сравнительный пример D).
Образец сравнительного примера D является SAN пенопластом, который не содержит IAA. Выдерживают образец сравнительного примера D в течение 21 дня, а затем подвергают его проверке на размерную целостность (DIT) при температурах 74°C, 79°C, 85°C, 91°C и 96°C.
Таблица 4 показывает физические свойства и результаты проверки размерной целостности образца сравнительного примера D.
Пример 4 - SAN пенопласт с использованием HFC-134a с IAA (термическая сажа)
Повторяют сравнительный пример D с добавкой в образец 8 вес.% концентрата термической сажи (например, 50% Arosperse-15 компании Degussa в полистироле) в экструдер, пока расплавляют шихту из полимерной смеси, с целью получить образец примера 4.
Подвергают образец примера 4 тому же контролю размерной целостности, как и образец сравнительного примера D. Таблица 4 представляет физические свойства и результаты контроля размерной целостности для образца примера 4.
| Таблица 4 | ||
| Сравнительный пример D | Пример 4 | |
| IAA | Нет | 4 вес.% термической сажи |
| Толщина (мм) | 25 | 25 |
| Плотность (кг/м3) | 32,0 | 34,1 |
| Размер ячейки (мм) | 0,28 | 0,26 |
| Содержание открытых ячеек (%) | 3,3 | 2,5 |
| Прочность на вертикальное сжатие (кПа) | 282 | 270 |
| % изменения объема в DIT при 74°C | 0,6 | 0,2 |
| % изменения объема в DIT при 79°C | 1,3 | 0,1 |
| % изменения объема в DIT при 85°C | 2,7 | 0,8 |
| % изменения объема в DIT при 91°C | 5,9 | 1,0 |
| % изменения объема в DIT при 96°C | 14,8 | 6,9 |
Сравнение данных в таблице 4 для образца сравнительного примера D и образца примера 4 представляет другую иллюстрацию синергетического эффекта IAA с SAN в достижении более высокой размерной целостности при повышенных температурах. Эта иллюстрация включает присутствие фторированного вспенивающего вещества в пенопласте.
Пример 5 - пенопласт из смеси SAN/PS с графитом
Готовят полимерную смесь при сухом перемешивании, включающую: 80 весовых частей SAN А (15 вес.% AN) и 20 весовых частей полистирола (PS), 0,1 весовой части тетрапирофосфата натрия (TSPP), 0,24 весовой части стеарата бария и 1,1 весовой части гексабромциклододекана. Общая концентрация AN составляет примерно 12 вес.% общего веса полимера. Добавляют к полимерной смеси 0,6 весовой части концентрата графита (смесь 50 вес.% графита и 50 вес.% полистирола, доступного под названием CesaTM-conductive SL90025506 компании Clariant), чтобы достичь концентрации графита 0,3 вес.% от веса полимера.
Подают полимерную смесь в экструдер. Расплавляют полимерную смесь при температуре 200-220°C. Добавляют 6,6 весовой части композиции вспенивающего вещества на сто весовых частей полимерной смеси композиции, включающего 52 вес.% диоксида углерода, 18 вес.% воды и 30 вес.% изобутана, чтобы получить гель для вспенивания. Весовые % на основе общего веса композиции вспенивающего вещества. Добавляют композицию вспенивающего вещества под достаточным давлением выше атмосферного давления так, чтобы предотвратить вспенивание геля для вспенивания. Охлаждают гель для вспенивания до 133°C и экструдируют его через щелевую головку в пространство с атмосферным давлением, давая ему возможность расшириться в прямоугольную панель (образец примера 5). Образец примера 5 является SAN/PS пенопластом, который содержит 0,3 вес.% графита. Выдерживают образец примера 5 в течение 30 дней, а затем подвергают контролю его размерную целостность при температурах 82°C, 91°C, 94°C, 97°C и 100°C.
Таблица 5 показывает физические свойства образца примера 5 и результаты проверки его размерной целостности.
Пример 6 - пенопласт из смеси SAN/PS с графитом
Повторяют пример 5, но с 4 вес.% концентрата графита, чтобы получить пенопласт с 2 вес.% графита от веса полимера. Таблица 5 показывает физические свойства образца примера 6 и результаты проверки его размерной целостности.
| Таблица 5 | ||
| Пример 5 | Пример 6 | |
| IAA | 0,3 вес.% графита | 2 вес.% графита |
| Толщина (мм) | 20 | 17 |
| Плотность без наружного слоя, кг/м3 | 27,0 | 29,9 |
| Размер ячейки (мм) | 0,15 | 0,11 |
| Содержание открытых ячеек (%) | 0,9 | 19 |
| Прочность на вертикальное сжатие (кПа) | 354 | 382 |
| Постоянная теплопроводность (мВт/м·К (метр·Кельвин) | 32,0 | 31,3 |
| % изменения объема в DIT при 82°C | 0,4 | -0,1 |
| % изменения объема в DIT при 91°C | -0,1 | 0,7 |
| % изменения объема в DIT при 94°C | 01,2 | 0,1 |
| % изменения объема в DIT при 97°C | 2,5 | 0,7 |
| % изменения объема в DIT при 100°C | 2,2 | 1,6 |
Примеры 5 и 6 иллюстрируют пенопласты по настоящему изобретению, включающие смесь SAN и полистирола с содержанием AN примерно 12 вес.% в расчете на вес полимера и содержащие графит. Причем оба, и образец примера 5, и образец примера 6, демонстрируют меньше чем 5% изменение объема при контроле размерной целостности (DIT) при температурах выше 80°C, даже при 100°C.
Сравнительный пример Е - 4,1 вес.% AN без агента, ослабляющего инфракрасное излучение
Готовят полимерную смесь при сухом перемешивании, включающую: 15 весовых частей SAN (27 вес.% AN, Mw 83000) и 85 весовых частей полистирола (Mw 145000 и полидисперсность 3,4), 0,24 части стеарата бария на сто весовых частей полимера, 0,4 весовой части линейного полиэтилена с низкой плотностью на сто весовых частей полимера.
Подают полимерную смесь в экструдер. Расплавляют полимерную смесь при температуре 200°C. Добавляют 5,9 весовой части композиции вспенивающего вещества на сто весовых частей полимерной смеси, содержащего 59 вес.% диоксида углерода, 26 вес.% изобутана и 15 вес.% воды, чтобы получить гель для вспенивания. Весовые % определяют от общего веса композиции вспенивающего вещества. Добавляют композицию вспенивающего вещества под достаточным давлением выше атмосферного давления так, чтобы предотвратить вспенивание геля для вспенивания. Охлаждают гель для вспенивания до 125°C и экструдируют его через щелевую головку в пространство с атмосферным давлением, давая ему возможность расшириться в прямоугольную панель (образец сравнительного примера Е). Образец сравнительного примера Е - SAN пенопласт, который содержит 4,1 вес.% AN относительно веса полимера и не содержит IAA. Дают образцу сравнительного примера Е выдержку в 21 день, а затем подвергают контролю его размерную целостность при температурах 83°C, 86°C, 89°C, 92°C и 95°C.
Таблица 6 показывает физические свойства образца сравнительного примера Е и результаты проверки его размерной целостности.
| Таблица 6 | ||||||
| Сравнительный пример Е | Пример 7 | Пример 8 | Пример 9 | Пример 10 | Пример 11 | |
| IAA | Нет | 2 вес.% углеродной сажи | 4 вес.% углеродной сажи | 3 вес.% углеродной сажи и 0,5 вес.% графита UF-1 | 1 вес.% углеродной сажи и 1,5 вес.% графита UF-1 | 2 вес.% Timrex 98/1-графит |
| Толщина (мм) | 25 | 27 | 24 | 27 | 24 | 23 |
| Плотность без наружного слоя, кг/м3 | 29,9 | 32,4 | 34,1 | 34,9 | 36,7 | 37,9 |
| Размер ячейки (мм) | 0,27 | 0,32 | 0,19 | 0,18 | 0,34 | 0,11 |
| Содержание открытых ячеек (%) | 0,3 | 1,4 | 0 | 9,5 | 0,1 | 19,2 |
| Прочность на вертикальное сжатие (кПа) | 407 | 538 | 531 | 554 | 482 | 493 |
| Постоянная теплопроводность (мВт/м·К (метр·Кельвин) | 33,1 | 30,7 | 29,2 | 31,1 | 31,2 | 29,6 |
| % изменения объема в DIT при 83°C | 0,6 | 0,3 | 0,4 | 0,2 | 0,3 | 0,2 |
| % изменения объема в DIT при 86°C | НИ* | 0,6 | 1,1 | 0,7 | НИ* | НИ* |
| % изменения объема в DIT при 89°C | 2,5 | 2,9 | 2,7 | 2,1 | -0,1 | 0,4 |
| % изменения объема в DIT при 92°C | 6,4 | 4,2 | 4,1 | 5,8 | 0,3 | 1,7 |
| % изменения объема в DIT при 95°C | 15 | 7,8 | 11 | 7,3 | -0,4 | 2,7 |
| *НИ означает - не измерено |
Примеры 7-11: 4 % AN пенопласт с агентами, ослабляющими инфракрасное излучение
Готовят образцы примеров 7-11 аналогично сравнительному примеру Е, включая следующие изменения.
Образец примера 7: используют 5,1 весовых частей вспенивающего вещества, состоящего из 59 вес.% диоксида углерода, 29 вес.% изобутана и 12 вес.% воды, на сто весовых частей полимера; используют 0,15 весовых частей стеарата бария на сто весовых частей полимера и без концентрата медного купороса; и в качестве агента, ослабляющего инфракрасное излучение, включают 2 весовые части углеродной сажи на сто весовых частей полимера (THERMAXTM N991, THERMAX - торговый знак корпорации Cancarb Limited Corporation Canada).
Образец примера 8: тот же, что и для примера 7, включая 4 весовых части углеродной сажи на сто весовых частей полимера в качестве агента, ослабляющего инфракрасное излучение.
Образец примера 9: тот же, что и для примера 7, включая 3 весовые части углеродной сажи на сто весовых частей полимера и 0,5 весовых частей графита на сто весовых частей полимера (UF 198C компании Graphit Kropfmuehl Ag) в качестве агента, ослабляющего инфракрасное излучение.
Образец примера 10: тот же, что и для примера 9, включая 1 весовую часть углеродной сажи на сто весовых частей полимера и 1,5 весовых частей графита на сто весовых частей полимера в качестве агента, ослабляющего инфракрасное излучение.
Образец примера 11: тот же, что и для примера 7, включая 1,5 весовых частей графита на сто весовых частей полимера (TIMREXTM GA 98/10, TIMREX - торговый знак корпорации Timcal SA Corporation) в качестве агента, ослабляющего инфракрасное излучение.
Свойства пенопласта, включая результаты контроля размерной целостности (DIT), представлены в таблице 6 вместе со сравнительным примером Е.
Примеры 7-11 иллюстрируют удивительное увеличение размерной целостности после включения агента, ослабляющего инфракрасное излучение, в полимерные пенопласты, содержащие только 4,1 вес.% акрилонитрила (AN).
1. Полимерный пенопласт, включающий полимерную композицию, характеризующуюся ячейками, где полимерная композиция содержит сополимер стирола и акрилонитрила и агент, ослабляющий инфракрасное излучение, где количество полимеризованного акрилонитрила составляет 10-50 мас.% в расчете на массу сополимера стирола и акрилонитрила, где полимерный пенопласт является экструдированным полимерным пенопластом, который свободен от наличия сетки пузырьков на поверхности, свойственной вспененному гранулированному пенопласту.
2. Пенопласт по п.1, в котором агент, ослабляющий инфракрасное излучение, выбран из группы, состоящей из углеродных саж и графитов.
3. Пенопласт по п.1, в котором агентом, ослабляющим инфракрасное излучение, является углеродная сажа.
4. Пенопласт по п.1, в котором пенопласт имеет содержание открытых ячеек менее чем 30% в соответствии с ASTM метод D6226-05.
5. Пенопласт по п.1, в котором количество акрилонитрила в полимерной композиции составляет 50 мас.% или менее в расчете на массу композиции полимера.
6. Пенопласт по п.1, в котором количество акрилонитрила в композиции полимера составляет от 10 до 20 мас.% в расчете на массу композиции полимера.
7. Пенопласт по п.1, в котором полимерная композиция содержит смесь сополимера стирола, и акрилонитрила, и полистирола.
8. Пенопласт по п.1, в котором пенопласт имеет плотность 33 кг/м3 или менее.
9. Полимерный пенопласт по п.1, в котором все полимеры в полимерной композиции имеют средний молекулярный вес менее чем 1000000.
10. Полимерный пенопласт по п.1, в котором полимерный пенопласт имеет теплопроводность 32 милливатта на метр-Кельвин или менее.
11. Полимерный пенопласт по п.1, в котором полимерный пенопласт имеет прочность на вертикальное сжатие 100 килопаскалей (кПа) или более в соответствии с методом измерения ISO 845-95.
12. Полимерный пенопласт по п.1, в котором акрилонитрил присутствует в количестве 10 мас.% или более и 20 мас.% или менее и агент, ослабляющий инфракрасное излучение, выбран из углеродной сажи и графита и присутствует при концентрации 1 мас.% или более и 10 мас.% или менее, где мас.% приведены в расчете на общую массу полимера.
13. Способ получения полимерного пенопласта по п.1, включающий получение композиции для вспенивания, содержащей полимерную композицию, содержащую сополимер стирола и акрилонитрила и агент, ослабляющий инфракрасное излучение, и композицию для вспенивания вспенивают с получением полимерного пенопласта, в котором количество полимеризованного акрилонитрила составляет 10-50 мас.% в расчете на массу сополимера стирола и акрилонитрила и в котором способом является процесс экструзии, где полимерная композиция испытывает давление экструзии в пределах экструдера и давление ниже, чем давление экструзии, после экструзии из экструдера, и где вспенивание композиции для вспенивания происходит после экструзии композиции для вспенивания из экструдера.
14. Способ по п.13, в котором агент, ослабляющий инфракрасное излучение, выбирают из графитов и углеродных саж.
15. Способ по п.13, в котором агентом, ослабляющим инфракрасное излучение, является углеродная сажа.
16. Способ по п.13, в котором количество акрилонитрила составляет 50 мас.% или менее, где массовые проценты рассчитаны от общей массы полимера.
17. Способ по п.13, в котором композиция для вспенивания содержит вспенивающее вещество, содержащее диоксид углерода.
18. Способ по п.13, в котором композиция для вспенивания содержит вспенивающее вещество, содержащее воду.
19. Способ применения полимерного пенопласта по п.1, включающий размещение полимерного пенопласта между двух областей, которые могут отличаться температурой.
