Способ изготовления изделия из полимерной пены, поглощающей инфракрасное излучение
Способ получения пространственно стабильного изделия из полимерной пены включает скрепление вместе первой и второй полимерных пен со слоистой ориентацией для изготовления изделия, имеющего толщину по меньшей мере 50 миллиметров. При этом по меньшей мере первая полимерная пена содержит поглотитель инфракрасного излучения и приготавливается с использованием вспенивающего средства, содержащего диоксид углерода. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению, заключается в изготовлении толстой теплоизоляционной пены с диоксидом углерода и поглотителем инфракрасного излучения для максимального увеличения ее теплоизоляционных свойств без проявления пространственной нестабильности. 8 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.
СООБЩЕНИЕ О ПЕРЕКРЕСТНОЙ ССЫЛКЕ
Эта патентная заявка претендует на преимущества временной заявки США № 61/231440, зарегистрированной 5 августа 2009 года, которая приведена здесь посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ В СООТВЕТСТВИИ С ИЗОБРЕТЕНИЕМ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения изделий из полимерной пены, содержащей поглотители инфракрасного излучения.
Описание предшествующего уровня техники
Изделия из теплоизоляционной полимерной пены являются общеизвестными в домостроительной и конструкционной технике для повышения энергетической эффективности сооружений. Однако рост числа регулирующих правил по композициям вспенивающих средств сделал гораздо более трудным получение полимерной пены с высокой теплоизоляционной способностью.
Получение полимерной пены с помощью безопасных для окружающей среды вспенивающих средств желательно для сохранения окружающей среды. В течение ряда лет галогенизированные вспенивающие средства были стандартными в промышленности, производящей теплоизоляционную полимерную пену. Галогенизированные вспенивающие средства обладают преимуществами в отношении их способности расширять полимер с образованием пены, а также в отношении их присутствия в качестве теплоизоляции в ячейках пены. Регулирующие правила, ограничивающие применение галогенизированных вспенивающих средств, возрастают во всем мире из-за озабоченности тем, что они пагубно воздействуют на окружающую среду. Естественным образом возникающие соединения, например, такие как диоксид углерода, представляют собой особый интерес ввиду того, что они образуются естественным образом и являются негалогенизированным вспенивающим средством.
Использование диоксида углерода в качестве вспенивающего средства создает проблемы при получении полимерной пены с заданной пространственной стабильностью. Диоксид углерода выводится из ячеек полимерной пены быстрее, чем воздух проникает в эти ячейки. В результате полимерная пена, содержащая диоксид углерода, имеет склонность уменьшаться в объеме, изгибаться, искривляться, спадать или изменяться сложным образом с течением времени по мере того, как диоксид углерода выделяется из пены, тем самым создавая вакуум в ячейках пены, пока воздух не сможет проникнуть в них и заменить диоксид углерода. Это воздействие становится особенно очевидным, когда пена становится толще. Такая пространственная нестабильность вызывает нежелательные деформацию, искривление, спадание или любую комбинацию воздействий. Это нежелательное воздействие может быть особенно неприятным в пене, содержащей диоксид углерода и находящейся в рабочих местах, расположенных на ярком солнечном свете. Скорость выделения диоксида углерода возрастает с повышением температуры. Поэтому по мере того как пена нагревается на солнце, нагретые участки пены претерпевают образование вакуума с большей скоростью, чем более холодные участки, и в результате пена искривляется или изгибается.
Агенты, ослабляющие инфракрасное (ИК) излучение, такие как добавки, поглощающие инфракрасное излучение, являются желательными добавками к изделиям из теплоизоляционной полимерной пены, так как они повышают теплоизоляционные свойства пены. Однако введение агентов, поглощающих инфракрасное излучение, таких как углеродная сажа и графит, в пену, увеличивает склонность пены к поглощению инфракрасного излучения, что повышает температуру пены. Повышение температуры полимерной пены может быть особенно проблематичным для обеспечения пространственной стабильности пены, особенно если пена содержит диоксид углерода в своих ячейках. Более быстрое нагревание пены или до более высокой температуры облегчает выход диоксида углерода из ячеек пены и создает пространственную нестабильность, особенно если нагревание является неодинаковым, как в случае, когда солнце освещает одну поверхность и не освещает противоположную поверхность пены. В результате происходит борьба за установление равновесия между свойствами поглощения инфракрасного излучения пеной и ее свойствами, требующимися для обеспечения пространственной стабильности.
Увеличение толщины полимерной пены может также быть желательным для теплоизоляционной полимерной пены в связи с тем, что увеличенная толщина обеспечивает больший теплоизоляционный барьер. Однако увеличенная толщина может привести к большему температурному градиенту между одной поверхностью пены и другой ее поверхностью, особенно, если солнце освещает одну сторону пены, а холодная земля контактирует с противоположной ее стороной. Когда пена содержит диоксид углерода, он будет стремиться выделиться более быстро через более теплую сторону, чем через более холодную сторону, что вызывает изгиб пены.
В ЕР 1754745 предлагается решение пространственной стабильности полимерной пены в присутствии инфракрасного излучения посредством нанесения сильноотражающего покрытия на поверхность полимерной пены.
В DE 2710402 предлагается снизить пространственную нестабильность посредством ламинирования полимерной пены высокой плотности на полимерной пене низкой плотности, чтобы стабилизировать пространственную стабильность пены низкой плотности. Однако введение пены высокой плотности в структуру является нежелательным для теплоизоляционных структур, так как пена высокой плотности обычно увеличивает цену.
В ЕР 1213118 В1 описывается совместное ламинирование экструдированных полимерных пен без применения кожиц и их сопрягаемых поверхностей так, чтобы тем самым усилить взаимную диффузию между двумя связанными панелями из пены (пенопластами).
Желательно иметь возможность изготавливать толстую (по меньшей мере толщиной 50 миллиметров) теплоизоляционную пену с диоксидом углерода и вводить в нее поглотитель инфракрасного излучения, чтобы максимизировать ее теплоизоляционные свойства без проявления пространственной нестабильности. Особенно желательно иметь возможность получать такую термоизоляционную пену, которая не имела бы высокоотражательного покрытия на своей поверхности и/или комбинации полимерной пены высокой и низкой плотности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Удивительное открытие в исследовании, приведшее к настоящему изобретению, состояло в том, что проблемы обеспечения пространственной стабильности теплоизоляционных пен, вспениваемых диоксидом углерода, наиболее проявляются при толщине пен от 50 мм или больше. Настоящее изобретение предлагает неожиданное решение проблемы изготовления термоизоляционной пены толщиной по меньшей 50 мм, полученной с диоксидом углерода, которая содержит поглотители инфракрасного излучения и не страдает от заметных искривлений, усадки или прогибов (т.е. обладает пространственной стабильностью). Настоящее изобретение решает проблему посредством связывания между собой полимерных вспененных пластов со слоистой ориентацией, где по меньшей мере один из вспененных пластов содержит поглотитель инфракрасного излучения. Пространственная стабильность полимерных пен, содержащих поглотители инфракрасного излучения, достигается гораздо труднее, чем пространственная стабильность полимерных пен без поглотителей инфракрасного излучения. Присутствие ИК-поглотителей вызывает более легкое поглощение инфракрасного излучения открытой поверхностью пены, что может легко привести к возникновению температурного градиента в полимерной пене. Настоящее изобретение может легко решить эту проблему без опоры на отражающие покрытия и/или на комбинации пены высокой и низкой плотности.
Удивительное решение, предлагаемое настоящим изобретением, заключается в получении теплоизоляционных пен, которые имеют толщину по меньшей мере 50 миллиметров, путем комбинирования многих более тонких термоизоляционных пластов, прикрепляемых химически или механически один к другому со слоистой ориентацией, в которых по меньшей мере одна из пен получена посредством диоксида углерода и содержит поглотители инфракрасного излучения.
В первом аспекте настоящее изобретение является способом для получения изделия из полимерной пены, при этом способ включает в себя: а) получение первой полимерной пены, содержащей поглотитель инфракрасного излучения и приготовленной с использованием вспенивающего средства, включающего в себя диоксид углерода; (b) получение второй полимерной пены и (с) скрепление первой и второй пены между собой со слоистой ориентацией для получения изделия из полимерной пены, имеющего толщину по меньшей мере 50 миллиметров, которая является пространственно стабильной.
Способ по настоящему изобретению пригоден для получения пространственно стабильной полимерной пены, которая содержит поглотитель инфракрасного излучения и которая подходит для применений в качестве теплоизоляции.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Термины
Пены и изделия из пен имеют взаимноперпендикулярные такие размеры, как длина, ширина и толщина. Длина имеет величину, равную размеру, имеющему самую большую величину, и для экструдированной пены она обычно расположена в направлении экструзии пены. Ширина имеет величину, равную толщине или больше толщины, и может быть равна длине.
«Первая поверхность» соответствует поверхности, имеющей самую большую площадь плоской поверхности, чем у любой поверхности пены или изделия из пены. Площадь плоской поверхности является поверхностной площадью проекции поверхности на плоскости, чтобы избежать учета влияния текстуры поверхности (например, ямок, выступов или волнистостей в поверхности) на величину площади поверхности. Обычно длина и ширина определяют первую поверхность изделия из полимерной пены. Толщина часто отделяет первую поверхность от противоположной поверхности, которая также может быть первой поверхностью, изделия из полимерной пены.
«Поверхностная кожица» полимерной пены является сплошной полимерной пленкой, которая покрывает поверхность полимерной пены, особенно экструдированной полимерной пены. Поверхностная кожица может быть удалена различными способами, например, срезанием.
«Слоистая ориентация» соответствует ориентации, где поверхность одного компонента примыкает к поверхности другого компонента. Например, две пены находятся в слоистой ориентации, когда поверхность одной пены примыкает к поверхности другой. Желательно, чтобы пены в слоистой ориентации имели свои первые поверхности, примыкающие одна к другой.
«Вспениваемый адгезив» является адгезивом, который расширяется в виде пены при нанесении на подложку или между подложками.
Термин «пространственно стабильный» характеризует изделие из полимерной пены и относится к изделию из полимерной пены, которое имеет отклонение по плоскостности менее установленной величины с течением времени. Определение, является ли изделие из полимерной пены «пространственно стабильным», производится в соответствии со стандартом prEN 13164 (06-2009) при двух условиях: (1) 23+/-5 градусов Цельсия и 50+/-5 процентов относительной влажности и (2) при первой поверхности пласта, открытой для воздействия солнца в течение двух дней, при этом максимальная температура окружающей среды в течение каждого дня составляет 45 градусов Цельсия. Изделие является «пространственно стабильным», если оно имеет отклонение от плоскостности (Sмакс.) по длине и ширине 6 миллиметров на метр или меньше при измерении в соответствии с ECN825. Smax. для ширины нормализуется в соответствии с шириной изделия. Smax. для длины нормализуется в соответствии с длиной изделия.
Способы испытаний относятся к способу испытаний для года, указанного в написанном через дефис индексе номера способа испытания или, при отсутствии такого написанного через дефис индекса, самого последнего способа испытания перед датой приоритета этого документа. «ASTM” - это Американское Общество Испытаний и Материалов. “EN” - Европейская Норма (стандарт). DIN - Немецкий Институт Нормирования (стандартизации). “ISO” относится к Международной Организации Стандартизации.
“И/или” означает альтернативу. “Multiple” означает «два или больше».
Способ
Способ по настоящему изобретению требует прежде всего обеспечение первой полимерной пеной и второй полимерной пеной. Первая и вторая полимерные пены могут быть одинаковы или могут быть различны по составу и/или физическим свойствам. В таком же отношении первая и вторая полимерные пены могут обе быть получены одинаковым образом или по-разному. В одном желательном воплощении первая и вторая полимерные пены имеют эквивалентные составы и физические свойства и приготавливаются одинаковым образом.
Первая полимерная пена и возможно вторая полимерная пена приготавливаются с использованием вспенивающего средства, включающего в себя диоксид углерода. Желательно, чтобы первая полимерная пена, более желательно, чтобы обе первая и вторая полимерные пены были экструдированными полимерными пенами. Обычно экструдированная полимерная пена является сплошной бесшовной полимерной матрицей, которая имеет ячейки внутри себя и которая была получена из одной вспениваемой композиции, расширяемой в виде одной экструдированной пенистой структуры. Однако одно воплощение экструдированной пены включает в себя «прядевую пену». Прядевая пена содержит несколько экструдированных прядей пены, ограничиваемых сплошными полимерными кожицами, при этом кожицы примыкающих пен связаны одна с другой. Полимерные кожицы в прядевых пенах вытянуты только в направлении экструзии пряди в противоположность расширенной шариковой пене, которая содержит полимерную кожицевую сеть, вытянутую во всех направлениях. Рассмотренный ниже способ описывает, как приготавливать экструдированную полимерную пену, когда первая и вторая полимерные пены могут независимо быть любым типом пены, включая экструдированную, расширяемую и формуемую.
Приготовление экструдированной полимерной пены посредством обеспечения вспениваемой полимерной композицией при начальном давлении (достаточно высоком, чтобы исключить пенообразование) и температуре внутри экструдера, экструзии вспениваемой композиции через вспенивающую головку в атмосферу с более низким давлением и температурой и обеспечение расширения и охлаждения вспениваемой полимерной композиции в виде экструдированной полимерной пены. Вспениваемая полимерная композиция включает в себя сплошную термопластичную полимерную композицию и вспенивающее средство. Вспенивающее средство включает в себя диоксид углерода для первой полимерной пены и возможно для второй полимерной пены.
Термопластичная полимерная композиция может содержать один или больше одного сплошного термопластичного полимера. Термопластичным полимером является один или больше чем один аморфный полимер, полукристаллический полимер или комбинация аморфного и полукристаллического полимеров. Подходящие термопластичные полимеры включают в себя алкениловые ароматические полимеры и олефиновый полимер. Желательно выбирать термопластичный полимер из стироловых гомополимеров и сополимеров, этиленовых гомополимеров и сополимеров и пропиленовых гомополимеров и сополимеров. Особенно желательными алкениловыми ароматическими полимерами являются стироловый гомополимер и сополимер стирола-акрилнитрила. В одном воплощении сплошная полимерная композиция является 85% масс. или больше гомополимером полистирола. В другом воплощении сплошная полимерная композиция является 85% масс. или больше сополимером стирола-акрилонитрила. Проценты массовые берутся относительно всей массы термопластичного полимера в термопластичной полимерной композиции.
Термопластичная полимерная композиция имеет температуру размягчения, и начальная температура вспениваемой полимерной композиции выше температуры размягчения термопластичной полимерной композиции. Температура размягчения равна самой высокой температуре стеклования сплошных полукристаллических полимеров, или если термопластичная полимерная композиция включает в себя как сплошной аморфный, так и сплошной полукристаллический полимер, то самой высокой из самой высокой температуры размягчения и самой высокой температуры стеклования, представленными сплошными полимерами.
Вспениваемая полимерная композиция также включает в себя вспенивающее средство. Обычно общее количество вспенивающего средства, присутствующего во вспениваемой полимерной композиции, составляет три процента массовых или больше, предпочтительно четыре процента массовых или больше и обычно десять процентов массовых или меньше, предпочтительно шесть процентов массовых или меньше относительно всей массы полимерной смолы во вспениваемой полимерной композиции.
Вспенивающее средство для изготовления первой полимерной пены и возможно второй полимерной пены включает в себя диоксид углерода. Желательно, чтобы концентрация диоксида углерода составляла два процента массовых или больше, предпочтительно три процента массовых или больше и в то же самое время обычно 6% масс. или меньше, предпочтительно 5% или меньше и наиболее предпочтительно 4,5% масс. или меньше относительно всей массы полимерной смолы во вспениваемой полимерной композиции. Желательно, чтобы по меньшей мере 40% масс. вспенивающего средства было диоксидом углерода относительно всей массы вспенивающего средства.
Вспенивающее средство может также включать в себя дополнительно одно или больше одного дополнительного вспенивающего средства. Подходящие дополнительные вспенивающие средства включают в себя любое одно или любую комбинацию больше чем одного из следующих: неорганические газы, такие как аргон, азот, и воздух, органические вспенивающие средства, такие как вода, алифатические или циклические углеводороды, имеющие от 1 до девяти атомов углерода, включая метан, этан, пропан, n-бутан, изобутан, n-пентан, изопентан, неопентан, циклобутан и циклопентан; полностью или частично галогенизированные алканы и алкены, имеющие от одного до пяти атомов углерода, предпочтительно не содержащие хлора (например, дифторметан (HFC-32), перфторметан, фтористый этил (HFC-161), 1,1,-дифторметан (HFC-152а), 1,1,1-трифторэтан (HFC-143a), 1,1,2,2-тетрафторэтан (HFC-134), 1,1,1,2 тетрафторэтан (HFC-134a), 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), полностью и частично галогенизированные полимеры и сополимеры, желательно фторированные полимеры и сополимеры, даже более предпочтительно не содержащие хлора фторированные полимеры и сополимеры; алифатические спирты, имеющие от одного до пяти атомов углерода, такие как метанол, этанол, n-пропанол и изопропанол; карбонилсодержащие соединения, такие как ацетон, 2-бутадион и ацетальдегид, эфирсодержащие соединения, такие как диметиловый эфир, диэтиловый эфир, метил-этиловый эфир, карбоксилатные соединения, такие как метилформиат, метилацетат, этилацетат; карбоновая кислота и химические вспенивающие средства, такие как азодикарбонамид, азодиизобутиронитрил, бензинсульфогидразид, 4,4-оксибензинсульфонил семикарбазид, р-толуолсульфонил семикарбазид, барийазодикарбоксилат, N,N'-диметил-N,N'-динитрозотерефталамид, тригидразинтриазин и бикарбонат натрия.
Особенно подходящая комбинация вспенивающих агентов включает в себя и может состоять из диоксида углерода или диоксида углерода с одной или любой комбинацией более одного из следующих: изобутана, воды и спиртов, имеющих 2-3 атома углерода.
Вообще желательно охлаждать вспениваемую полимерную композицию до температуры ниже начальной температуры, но все же выше температуры размягчения полимерной композиции, перед ее экструзией через пенообразующую головку. Обычно экструдируют вспениваемую полимерную композицию через экструзионную головку при температуре окружающей среды (приблизительно 25°С) и при атмосферном давлении (приблизительно 760 мм рт. ст.).
Вспениваемая полимерная композиция может также включать в себя добавки. Типичные добавки включают в себя: агенты, ослабляющие инфракрасное излучение (например, поглотители инфракрасного излучения, такие как углеродная сажа и графит, а также отражательные материалы, такие как металлические чешуйки и диоксид титана); глины, такие как глины из естественного абсорбента (например, каолинит и монтмориллонит) и синтетические глины; зародышеобразующие агенты (например, тальк и силикат магния); пламегасители (например, бромированные пламегасители, такие как гексабромциклододекан и бромированные полимеры, фосфорные пламегасители, такие как трифенилфосфат, и пламегасящие пакеты, которые могут включать в себя синергисты, такие как, например, дикумил и поликумил); смазывающие вещества (например, стеарат калия и стеарат бария); и удалители кислот (например, оксид магния и пирофосфат тетранатрия или удалитель кислоты на основе органики). Желательно, чтобы вспениваемая полимерная композиция включала в себя агент, ослабляющий инфракрасное излучение, особенно поглотитель инфракрасного излучения. Агенты, ослабляющие инфракрасное излучение, которые находятся во вспениваемой полимерной композиции, в конечном счете диспергируются в полученной экструдированной полимерной пене. Общая концентрация добавок в пене составляет до десяти процентов массовых от общей массы полимера.
Первая полимерная пена включает в себя поглотители инфракрасного излучения. Желательно, чтобы как первая, так и вторая полимерные пены включали в себя поглотитель инфракрасного излучения. Предпочтительно, чтобы первая и желательно вторая полимерная пена включали в себя по меньшей мере один процент массового поглотителя инфракрасного излучения. Концентрация поглотителя инфракрасного излучения в любой из полимерных пен, включая настоящее изделие, может составлять один процент массовый или больше, предпочтительно два процента массовых или больше и может составлять три процента массовых или больше и даже четыре процента массовых или больше. Вообще количество поглотителя инфракрасного излучения составляет пять процентов массовых или меньше от общей массы термопластичной полимерной композиции.
Первая полимерная пена имеет плотность 55 кг на кубический метр (кг/м3) или меньше, предпочтительно 48 кг/м3 или меньше, еще более предпочтительно 40 кг/м3 или меньше, даже более предпочтительно 35 кг/м3 или меньше и еще более предпочтительно 32 кг/м3 или меньше. Обычно первая и желательно также вторая полимерная пена имеют плотность 16 кг/м3 или больше для обеспечения механической целостности пены во время манипуляций с ней. Аналогичным образом вторая полимерная пена может иметь плотность в любом из этих диапазонов в комбинации с первой полимерной пеной, имеющей плотность в любом из этих диапазонов. Желательно, чтобы первая и вторая полимерные пены имели плотность в пределах пяти кг/м3, предпочтительно в пределах двух кг/м3 одна от другой и могут иметь одинаковую плотность. Плотность измеряется в соответствии со стандартом DIN ISO 845 или EN 1602.
Первая полимерная пена может иметь открытые или закрытые ячейки. Желательно, чтобы первая полимерная пена имела содержание открытых ячеек 30% или меньше, предпочтительно 20% или меньше, более предпочтительно 10% или меньше и может иметь содержание открытых ячеек 5% или меньше или даже не иметь таких ячеек. Более низкое содержание открытых ячеек обычно желательно для достижения оптимальной теплостойкости. Так же как и для первой полимерной пены, вторая полимерная пена может иметь содержание открытых ячеек в любом из этих диапазонов в комбинации с первой полимерной пеной, имеющей содержание открытых ячеек в любом из этих диапазонов. Содержание открытых ячеек измеряется в соответствии со стандартом EN ISO 4590.
Первая полимерная пена желательно имеет средний размер ячеек два миллиметра или меньше, предпочтительно один миллиметр или меньше, еще более предпочтительно 0,5 миллиметра или меньше, еще более предпочтительно 0,25 миллиметра или меньше и даже более предпочтительно 0,15 миллиметра или меньше. Размеры ячеек 0,25 миллиметров или меньше, особенно 0,15 миллиметра или меньше желательны для теплоизоляционной пены, Обычно первая полимерная пена имеет средний размер ячеек 0,05 миллиметра или больше, предпочтительно 0,1 миллиметра или больше. Если размер ячейки становится гораздо меньше 0,1 миллиметра, то теплопроводность пены начинает возрастать. Аналогично первой полимерной пене вторая полимерная пена может иметь средний размер ячеек в любом из этих диапазонов в комбинации с первой полимерной пеной, имеющей средний размер ячеек в любом из этих диапазонов. Измерение среднего размера ячеек проводится в соответствии со стандартом ASTM D3576.
Скрепление первой и второй полимерных пен вместе производится любым постижимым образом, включая механические скрепки и/или клеи. Желательно применять клеи для скрепления полимерных пен вместе. Подходящие клеи могут быть открыты или могут быть закрыты для диффузии паров воды в соответствии с DIN 4108-3. Одним желательным типом клея для скрепления вместе полимерных пен является вспениваемый клей, такой как вспениваемый полиуретановый клей (например, INSTA STIK™ клей, INSTA STIK является торговой маркой компании The Dow Corning Company).
В одном желательном воплощении каждая из первой и второй полимерных пен имеет первую поверхность и первая поверхность первой полимерной пены прикреплена к первой поверхности второй полимерной пены. Еще в одном желательном воплощении первая и вторая полимерные пены имеют плоские первые поверхности, которые прикреплены одна к другой. Поверхности, прикрепленные одна к другой, могут иметь канавки, которые соответствуют одна другой и/или могут иметь кожицу на этих поверхностях или иметь кожицу, которая полностью или частично удалена с этих поверхностей. В частности, выступы между канавками одной полимерной пены совпадают с канавками другой полимерной пены.
Поверхность первой и/или второй полимерной пены, которая прикреплена к другой полимерной пене, может быть свободна от любой или всех поверхностных кожиц, которые обычно присутствуют на полимерной пене. Поверхностная кожица склонна препятствовать проникновению через поверхность полимерной пены. Удаление поверхностной кожицы, например, срезанием поверхностной кожицы, открывает ячейки пены в поверхности пены, чтобы тем самым удалить барьер для проницаемости через эту поверхность. Удаление поверхностной кожицы также создает более текстурированную поверхность, которая может усилить адгезию ее к другой поверхности из-за облегчения ее механической адгезии с клеем. В одном воплощении первые поверхности первой и второй полимерной пены связываются одна с другой и по меньшей мере 50%, предпочтительно 75% или больше и еще более предпочтительно 95% или больше и даже 100% поверхностной кожицы одной или обеих связанных первых поверхностей освобождаются от поверхностной кожицы. В таком воплощении удаление поверхностной кожицы проводится перед связыванием вместе поверхностей пен.
Способ может также включать в себя связывание дополнительных полимерных пен с первой, второй или с обеими первой и второй полимерными пенами. Дополнительные пены могут быть такими же или отличными от первой, второй или от обеих первой и второй пены. Дополнительные пены имеют характеристики вторых пен, как здесь описано. Желательно, чтобы первая полимерная пена оставалась открытой в изделии из пены. Желательно, чтобы первая и вторая полимерная пена, предпочтительно все полимерные пены в изделии, содержали поглотители инфракрасного излучения. Альтернативно, одна или больше одной полимерных пен в изделии могут быть свободны от поглотителей инфракрасного излучения при условии, если первая полимерная пена содержит поглотители инфракрасного излучения. Все полимерные пены в изделии могут быть одинаковыми.
Первая и вторая полимерные пены могут иметь любую толщину при условии, если изделие из полимерных пен, содержащее первую полимерную пену, прикрепленную ко второй полимерной пене в послойной манере, имеет толщину 50 миллиметров или больше. Изделие из полимерных пен может быть свободно из полимерной пены, отличающейся от первой и второй полимерной пены, и в этом случае сумма толщин первой и второй пленок составляет по меньшей мере 50 миллиметров. Изделие из полимерных пен может содержать полимерную пену или пены помимо первой и второй полимерных пен. Если изделие из полимерных пен включает в себя полимерную пену помимо первой и второй полимерных пен, то дополнительные полимерные пены прикрепляются к первой и/или второй полимерным пенам в слоистой манере для создания изделия из полимерных пен, имеющего толщину 50 миллиметров или больше. Изделие из полимерных пен может иметь толщину 75 миллиметров или больше, 100 миллиметров или больше, 120 миллиметров или больше, 150 миллиметров или больше, даже 200 миллиметров или больше и все еще быть пространственно стабильным. Вообще изделие из полимерных пен имеет толщину 400 миллиметров или меньше, чтобы с изделием можно было легко обращаться. Желательно, чтобы первая полимерная пена оставалась открытой в изделии из полимерных пен.
Способ по настоящему изобретению может быть свободен от полимерной пены, связанной с твердыми неполимерными пенными слоями, такими как деревянные и металлические пленки или платы, или этап способа для связывания полимерной пены с твердым неполимерным пенным слоем. Более того первая и вторая полимерные пены, фактически каждая пена в изделии, могут иметь похожие или идентичные плотности и все же в результате давать изделие, которое является пространственно стабильным.
Способ по настоящему изобретению может быть свободен от полимерной пены, имеющей отражательное покрытие, или этап способа, обеспечивающий нанесение отражательного покрытия на полимерную пену, и тем не менее может производить изделия из полимерных пен, которые являются пространственно стабильными. Это означает, что изделия, производимые посредством способа по настоящему изобретению, могут не иметь отражательных покрытий и все еще быть пространственно стабильными.
Способ по настоящему изобретению может производить изделия из полимерных пен, которые одновременно не имеют отражательных покрытий, свободны от твердых слоев и от других, не являющихся полимерными пенами, которые включают в себя полимерную пену, имеющую сходную или даже идентичную плотность, и тем не менее эти изделия будут пространственно стабильными.
Удивительно, что склеивание вместе первой и второй полимерных пен создает изделие из полимерных пен, имеющее пространственную стабильность, которая превышает пространственную стабильность или первой или второй полимерной пены при толщине, эквивалентной изделию из полимерных пен, так как диоксид углерода удаляется и воздух проникает в ячейки пены. Например, изделие из полимерных пен, состоящее из идентичных первой и второй полимерных пен, полученных посредством вспенивающего средства из диоксида углерода и скрепленных вместе для образования изделия толщиной 50 миллиметров из полимерных пен, имеет большую пространственную стабильность, чем одна полимерная пена, имеющая толщину 50 миллиметров, и полученное посредством того же самого вспенивающего средства, как первая и вторая полимерные пены. Этот результат особенно удивительный с точки зрения факта, что более высокая пространственная стабильность достигается даже тогда, когда первая и возможно вторая полимерная пена содержат поглотитель инфракрасного излучения, который, как известно, делает пространственную стабильность более трудной для достижения. Изделия из полимерных пен, изготовленные по способу в соответствии с настоящим изобретением, могут быть «пространственно стабильными», даже если они содержат поглотители инфракрасного излучения, и были получены с использованием вспенивающего средства из диоксида углерода и имеют толщину 50 миллиметров или больше.
Еще более удивительно, что изделия из полимерной пены по настоящему изобретению имеют пространственную стабильность, не требующую отражательного покрытия на какой-либо открытой поверхности. Изделия из пены могут иметь отражательное покрытие или могут не иметь отражательного покрытия на открытых поверхностях и все еще быть пространственно стабильными.
ПРИМЕРЫ
Следующие примеры иллюстрируют воплощения настоящего изобретения.
Сравнительные примеры однослойных пен
Подбирают десять экструдированных полимерных пенопластов следующих четырех толщин, для каждой толщины обеспечивают одну с поглотителем инфракрасного излучения и одну без ИК-поглотителя: 50 мм, 100 мм, 120 мм и 140 мм. Каждый пенопласт имеет размеры по ширине и длине соответственно 600 мм и 1250 мм. Эти пенопласты, содержащие ослабитель инфракрасного излучения, содержат три процента массовых углеродной сажи от массы полимера. Каждый пенопласт имеет среднюю плотность приблизительно 34-35 кг/м3, средний размер ячеек 0,15-0,25 мм, изготовлен с использованием вспенивающего средства, включающего в себя диоксид углерода, и не содержит отражательных покрытий. Подходящие коммерчески доступные пены для использования включают изоляцию для крыш марки ROOFMATE®SL для образцов без ИК-поглотителя и изоляцию для крыш марки ROOFMATE® XENERGYTMSL для образцов с ИК-поглотителем (ROOFMATE и XENERGY являются торговыми марками компании The Dow Chemical Company).
Первая поверхность каждого пенопласта облучается солнцем в течение двух дней при максимальной температуре окружающей среды приблизительно 45°С для каждого из двух дней и измеряется изменение размеров (Smax) способом в соответствии со стандартом EN 825. В таблице 1 содержатся величины Smax для десяти пен, нормализованные по длине пенопласта и данные приводятся в таких единицах как миллиметры на метр пенопласта (мм/м).
| Таблица 1 | ||||||||
| Толщина образца (мм) | 50 | 50 с/УС* | 100 | 100 с/УС* | 120 | 120 с/УС* | 140 | 140 с/УС* |
| Smax ширины (мм/м) | 3,3 | 5 | 3,3 | 23,3 | 3,3 | 23,3 | 3,3 | 33,3 |
| Smax длины (мм/м) | 1,6 | 7,2 | 4,8 | 16,8 | 5,6 | 20 | 7,2 | 21,6 |
| * - Означает «с углеродной сажей» |
Данные в таблице 1 иллюстрируют, что достижение пространственно стабильной экструдированной полимерной пены, содержащей ИК-поглотитель, является гораздо более сложной проблемой, чем достижение пространственно стабильной экструдированной полимерной пены без ИК-поглотителя.
Данные в таблице 1 также иллюстрируют, что экструдированная полимерная пена, содержащая ИК-поглотители не является больше пространственно стабильной при толщинах больше 50 мм, при этом пространственная стабильность ухудшается с увеличением толщины пенопласта. Эти данные также показывают, что даже без ИК-поглотителей полимерная пена не является больше пространственно стабильной при толщинах больше 120 мм.
Ламинированные пенопласты
Изготавливают изделия из пенопласта с использованием пенопластов толщиной 100 мм и 120 мм из предшествующих образцов и пенопластов толщиной 80 мм таких же композиции и изготовления, как и пенопласты из предшествующих образцов. Скрепляют вместе первые поверхности примыкающих пенопластов с использованием клея марки INSTA-STIK® для нанесения клеевого покрытия массой 200 граммов на квадратный метр (INSTA-STIK является торговой маркой клея компании The Dow Chemical Company). В таблице 2 приведены комбинации пенопластов для ламинированных пенопластов и величины Smax для тех ламинированных пенопластов, которые прошли испытания на воздействие солнца в течение трех дней на первую поверхность ламинированного пенопласта при максимальной температуре окружающей среды приблизительно 45°С в каждый из трех дней. Следует особо отметить, что это испытание на пространственную стабильность является даже более трудным, чем даже раннее испытание на пространственную стабильность, так как в нем требуется третий день воздействия солнца. Величины Smax для испытания на пространственную стабильность при 23°С и 50% относительной влажности не включены, так как они меньше приведенных величин, поэтому, если изделие пространственно стабильно при более жестких условиях во время воздействия солнца, то оно будет пространственно стабильным при 23°С и 50% относительной влажности.
| Таблица 2 | |||
| Образец | Описание | Smax длины (мм/м) | Smax ширины (мм/м) |
| Сравнительный пример А | Ламинат толщиной 160 мм из двух пенопластов толщиной 80 мм, которые не содержат ИК-поглотитель | 4 | 4,1 |
| Пример 1 | Ламинат толщиной 160 мм из двух пенопластов толщиной 80 мм, при этом оба содержат три процента массовых углеродной сажи | 4 | 1,6 |
| Пример 2 | Ламинат толщиной 240 мм из трех пенопластов толщиной 80 мм, при этом все три содержат три процента массовых углеродной сажи | 4 | 1,6 |
| Пример 3 | Ламинат толщиной 240 мм из двух пенопластов толщиной 120 мм, при этом оба содержат три процента массовых углеродной сажи | 4,8 | 0,8 |
| Пример 4 | Ламинат толщиной 300 мм из трех пенопластов толщиной 100 мм, при этом все три содержат три процента массовых углеродной сажи | 4,8 | 4,1 |
В каждом из примеров (примеры 1-5) образец имеет толщину, которая превосходит толщину любого из отдельных пенопластов в таблице 1. Ожидалось, что образцы в примерах будут даже менее пространственно стабильны, чем приведенные в таблице 1, особенно в связи с тем, что в испытание даже включили лишний день выдержки на солнце. Удивительно, что образцы во всех примерах были квалифицированы как пространственно стабильными. Действительно их пространственная стабильность приблизительно такая же, как и у пенопласта без ИК-поглотителя.
Эти примеры иллюстрируют удивительный результат достижения пространственной стабильности полимерными пенопластами, содержащими ИК-поглотители при толщинах, превышающих 50 мм, даже превышающих 120 мм, даже еще превышающих 200 мм и даже при 300 мм, полученных посредством совместного ламинирования более тонких пенопластов.
1. Способ изготовления изделия из полимерной пены, включающий в себя:
a) обеспечение первой полимерной пены, содержащей поглотитель инфракрасного излучения и получаемой с использованием вспенивающего средства, включающего в себя диоксид углерода;
b) обеспечение второй полимерной пены и
c) скрепление вместе первой и второй пен в слоистой ориентации для изготовления изделия из полимерной пены, имеющего толщину по меньшей мере 50 миллиметров, которое пространственно стабильно,
причем по меньшей мере 50% первых поверхностей первой и второй пен, которые склеены одна с другой, свободны от поверхностной кожицы.
2. Способ по п.1, в котором первая полимерная пена остается открытой в изделии из пены.
3. Способ по п.1, в котором каждая из первой и второй пен имеет первую поверхность и первая поверхность первой пены скреплена с первой поверхностью второй пены.
4. Способ по п.1, в котором обе первая и вторая пены включают в себя поглотитель инфракрасного излучения.
5. Способ по п.1, в котором количество поглотителя инфракрасного излучения в первой пене составляет, по меньшей мере, один процент массовый относительно всей массы первой пены.
6. Способ по п.1, в котором этап (а) включает в себя приготовление первой полимерной пены с использованием способа экструзии.
7. Способ по п.1, в котором на этапе (b) проводится скрепление вместе первой и второй пен с использованием клея.
8. Способ по п.1, в котором клей является вспениваемым клеем, который образует клейкую пену между первой и второй пенами.
9. Способ по п.1, в котором каждая из первой и второй полимерных пен имеет канавки, при этом в этапе (с) выступы между канавками одной полимерной пены совпадают с канавками другой полимерной пены.
