隔熱聚合物泡沫體和氣凝膠複合製品的製作方法
2023-05-24 05:55:21
專利名稱：隔熱聚合物泡沫體和氣凝膠複合製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及包含擠出熱塑性聚合物泡沫體和氣凝膠材料的隔熱製品，以及製造這種製品的方法。
背景技術：
描述滷代發泡劑適用於製備用於隔熱材料的擠出熱塑性聚合物泡沫體，至少部分地因為滷代分子提供具有低熱導率的泡沫體。然而，由於滷代分子對環境具有的可察覺的危害， 對於這種分子用於如發泡劑的應用存在正在增多的規定。受到特別關注的是滷代分子的臭氧消耗潛勢(ODP)和溫室變暖潛勢(GWP)。發現具有與滷代分子一樣低的熱導率的發泡劑是巨大的挑戰。作為結果，製造具有所需低熱導率的隔熱擠出熱塑性聚合物泡沫體越來越更加困難。在本領域中已知除擠出熱塑性聚合物泡沫體之外的高隔熱組合物。氣凝膠材料是一類高隔熱組合物。氣凝膠材料典型地具有低密度，帶有納米級孔隙和微孔結構(對於氣凝膠的充分討論，參見，例如，通過引用加入本文的US2007/0014979第W013]至W019] 段)。氣凝膠材料的低密度意味著結構的大部分體積是空隙空間。氣凝膠材料的小孔和微孔尺寸意味著在結構體中幾乎不發生對流和傳導。氣凝膠結構體具有適宜的隔熱性，但是與擠出熱塑性聚合物泡沫體相比具有昂貴得多並且耐久性較差(更易碎)的問題(參見， 例如，US2007/0014979，它在第0007段中教導了 「最著名的隔熱體之一的氣凝膠的操作由於這種材料的脆性可能是非常有挑戰性的。」)。適宜的是將氣凝膠材料結合至擠出熱塑性聚合物泡沫體中並且獲得用作用於建造和建築應用的隔熱材料的足夠的耐久性。目前的參考資料描述了將氣凝膠材料與其他結構合理的材料層合以獲得狀層壓材料。(參見，例如，EP1106346A2、US2007/0014979A1、 GB244756A.W02008/129281A2和US2005/(^81988A1)。然而，層壓結構體具有暴露在邊緣上的氣凝膠材料。層壓結構體還需要使氣凝膠材料附著至其他基板，歸因於氣凝膠層的易碎特性這可能導致層壓製品的差的機械完整性。儘管有這些現有工作，仍然需要開發出這樣的擠出熱塑性聚合物泡沫體製品，所述製品受益於氣凝膠材料的隔熱能力但是具有擠出熱塑性聚合物泡沫體製品的耐久性、物理外觀和處理性能。這種製品將容易地代替目前的擠出熱塑性聚合物泡沫體製品。更適宜地，這種擠出熱塑性聚合物泡沫體製品將享有高隔熱特性而不帶有商代發泡劑。發明概述本發明解決了以下問題提供擠出熱塑性聚合物泡沫體製品，所述製品享有氣凝膠材料的隔熱益處但是帶有擠出熱塑性聚合物泡沫體製品的耐久性、物理外觀和處理特性並且不使氣凝膠暴露在制品周界周圍或不需要將氣凝膠材料附著至另一個基板。本發明的製品享有低熱導率特性(換言之，35毫瓦/米*開爾文以下的熱導率)而不帶有滷代發泡劑。在第一方面，本發明是一種被製造的製品，其包含擠出熱塑性聚合物泡沫體，所述擠出熱塑性聚合物泡沫體具有限定了多個孔的熱塑性聚合物基體，所述擠出熱塑性聚合物泡沫體限定了至少一個空腔；以及氣凝膠材料，其位於擠出熱塑性聚合物泡沫體的至少一個空腔內。在第二方面，本發明是一種用於製造第一方面的製品的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供限定至少一個空腔的擠出熱塑性聚合物泡沫體；(b)提供氣凝膠材料；以及 (c)將所述氣凝膠材料嵌入至由所述擠出熱塑性聚合物泡沫體限定的空腔中。本發明的方法可用於製造本發明的泡沫體製品。本發明的泡沫體製品可以在，例如，建造和建築應用中作為隔熱材料。附圖簡述
圖1示例了用於本發明的製品的一個實施方案的擠出聚合物泡沫體組分。發明詳述「空腔」是材料中的空洞。為了本發明的目的，一直延伸穿過材料的孔落在術語「空腔」的範圍之外。如本文所使用的空腔通常類似於材料中的洞或凹坑。空腔可以全部由材料封閉。例如，空腔可以是完全由擠出熱塑性聚合物泡沫體封閉的空隙。材料中的空腔通常是材料中的凹坑的形式。值得注意地，泡沫體孔是限定在聚合物基體中的空腔-但是不是限定在聚合物泡沫體中的空腔。本發明的製品包括「限定在聚合物泡沫體中的空腔」。泡沫體孔不滿足這個定義，因為它們被限定在聚合物基體中並且是定義聚合物泡沫體所必需的特徵。不能通過本身由泡孔所限定的結構限定泡孔。限定在聚合物泡沫體中的空腔可以具有超過10個並且甚至100個泡沫體孔的尺寸。「主表面」是製品的一個表面，所述表面具有等於或大於製品的任意其他表面的平面表面積。平面表面積是指投影至平面上的表面面積，並且不計入歸因於表面上的峰和谷的表面積。儘管如此，主表面可以是平面的或者非平面的。例如，主表面可以含有槽、凸起或任意其他外形。長度、寬度和厚度是製品相互正交的尺寸。長度是等於最大尺寸的製品尺寸。在擠出製品如擠出泡沫體中，長度通常沿泡沫體的擠出方向延伸。寬度在量上等於或大於厚度。在板狀製品中，厚度從製品的主表面延伸至相反主表面的表面。ASTM 是指美國試驗和材料協會(American Society for Testing and Materials)。EN是指歐洲標準(European Norm)。ASTM和EN兩者都是指測試方法。除非另外指出，在本文中提及測試方法是指在本文的優先權日之前最新的測試方法。在本文中測試方法可以測試編號的後綴指定測試方法的年份。多個意指「兩個以上」。「和/或」意指「和，或作為備選」。除非另外指出，所有範圍包括端點。本發明的製品包括限定了至少一個空腔的擠出熱塑性聚合物泡沫體。擠出熱塑性聚合物泡沫體是一類特定類型的泡沫體，它通過以下方法製造將軟化狀態下的熱塑性可發泡聚合物組合物通過模頭從發泡壓力和溫度下的區域擠出至低於發泡壓力的壓力下並且典型地低於發泡溫度的環境。可發泡聚合物組合物膨脹並且冷卻以形成擠出熱塑性聚合物泡沫體。擠出熱塑性聚合物泡沫體具有不同於其他類型的聚合物泡沫體如熱固性泡沫體和發泡珠粒泡沫體的獨特特徵。熱固性泡沫體不能像擠出熱塑性聚合物泡沫體一樣可逆地軟化。一旦發泡並固化，可以將熱固性泡沫體碾碎而不能熔化或加熱軟化。相反，擠出熱塑性聚合物泡沫體具有連續熱塑性聚合物相併且作為結果可以熔化或軟化。發泡珠粒泡沫體包括大量彼此粘結的發泡珠粒。每個發泡珠粒具有限定了珠粒的皮層。一個珠粒的皮層粘結至相鄰珠粒的皮層以形成發泡珠粒泡沫體。歸因於圍繞在每個泡沫體珠粒的泡沫體孔周圍的皮層，在發泡珠粒泡沫體的截面上每個發泡珠粒是明顯的。 珠粒皮層形成遍及發泡珠粒泡沫體的三維皮層網絡，所述三維皮層網絡封閉組成每個發泡珠粒的泡沫體孔的局部組。通常，三維皮層網絡是多孔的，它不適宜地將水吸入通過泡沫體。相反擠出熱塑性聚合物泡沫體沒有封閉泡沫體孔的局部組並且遍及泡沫體延伸的三維皮層網絡。作為結果，擠出熱塑性聚合物泡沫體通常是比發泡珠粒泡沫體更好的隔熱體，因為它不具有充當將泡沫體的表面彼此連接的熱短路的三維網絡皮層。擠出熱塑性聚合物泡沫體也沒有通常伴隨發泡珠粒泡沫體的三維皮層網絡的不合乎需要的多孔性並且，因此， 典型地比發泡珠粒泡沫體更防潮。本發明的擠出熱塑性聚合物泡沫體包含限定多個孔的連續熱塑性聚合物。熱塑性聚合物可以是多於一種可擠出熱塑性聚合物的任意一種或組合。適宜地，熱塑性聚合物是選自以下各項的多於一種聚合物的一種或組合烯基芳族聚合物和烯烴聚合物。合適的烯基芳族聚合物包括苯乙烯或取代的苯乙烯的均聚物和共聚物。特別適宜的烯基芳族聚合物包括苯乙烯均聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物。適宜的烯烴聚合物包括乙烯和丙烯均聚物和共聚物。連續熱塑性聚合物可以具有分散在其中的添加劑和填料。適宜的添加劑和填料包括紅外衰減劑(例如，炭黑、石墨、金屬薄片、二氧化鈦)；粘土如天然吸附劑粘土(例如， 高嶺石和蒙脫石)以及合成粘土 ；成核劑(例如，滑石和矽酸鎂)；阻燃劑(例如，溴化阻燃劑如六溴環十二烷和溴化聚合物、磷阻燃劑如磷酸三苯酯，以及可以包含增效劑如二枯基和聚枯基的阻燃劑成套試劑)；潤滑劑(例如，硬脂酸鈣和硬脂酸鋇)；以及除酸劑(例如， 氧化鎂和焦磷酸四鈉)。添加劑和/或填料的總濃度可以至多20重量％ (wt%)，優選至多15重量％並且更優選至多10重量％。添加劑和/或填料的量可以是0.05重量％以上並且甚至0. 1重量％以上，甚至0. 2重量％以上。添加劑和/或填料的重量％是相對於連續熱塑性聚合物的總重量而言。擠出熱塑性聚合物泡沫體的孔可以是開孔或閉孔。擠出熱塑性聚合物泡沫體可以是具有30%以下，20%以下，10%以下，5%以下以及甚至2%以下的平均開孔率的閉孔泡沫體。較低的開孔率抑制了空氣從一個孔運動至另一個孔並且從而降低透過泡沫體的熱導率。備選地，擠出熱塑性聚合物泡沫體可以是具有大於30%，甚至50%以上的平均開孔率的開孔泡沫體。根據ASTM方法D6226-05測量平均開孔率。擠出熱塑性聚合物泡沫體可以具有一致的開孔率或漸變的開孔率。例如，為將空腔冷成形至泡沫體中適宜的是具有漸變的開孔率，帶有從形成空腔的表面上的較大開孔率延伸至與形成空腔的表面相反的表面附近的較低開孔率的梯度。適宜的是在經歷最大壓縮的表面附近具有更高的開孔度以使得氣體壓力能夠散逸至鄰近的孔，否則在壓縮過程中將積累在孔中。同時，鄰近與被壓縮的一側相反的一側具有更高的閉孔度是適宜的，以獲得比用開孔可以獲得的更好的阻隔性(例如，蒸汽阻隔特性)和強度。在開孔率上具有如所述的梯度使得泡沫體能夠在促進壓縮模塑空腔的同時在相反表面提供最優化的阻隔性和強度以保護空腔內含物(例如，VIP)。擠出熱塑性聚合物泡沫體的平均泡孔大小適宜地小於1毫米(mm)，優選500微米以下，更優選250微米以下，再更優選150微米以下並且可以是100微米以下。更小的泡孔大小是適宜的以便最優化隔熱性。典型地，孔具有10微米以上的平均泡孔大小。根據ASTM D-3576-98測定平均泡孔大小。發泡劑的孔可以含有發泡劑。適宜地，孔沒有氯代發泡劑並且更適宜地沒有滷代發泡劑。擠出熱塑性聚合物泡沫體的平均密度適宜地為48千克/立方米(kg/m3)以下，優選40kg/m3以下，更優選35kg/m3以下並且再更優選32kg/m3以下。較低密度的泡沫體典型地具有比較高密度的泡沫體更低的熱導率。典型地，擠出熱塑性聚合物泡沫體具有16kg/ m3以上的平均密度以便在處理過程中擁有結構完整性並且保護氣凝膠材料。根據ASTM D1622-08(硬質多孔塑料表觀密度的標準測試方法)測量平均密度。該泡沫體可以具有漸變的密度，當將空腔冷成形至泡沫體中時這是適宜的。例如， 適宜的是具有漸變密度以將空腔冷成形至泡沫體中，這裡梯度從其中形成空腔的表面附近的較低密度延伸至與其中形成空腔的表面相反的表面附近的較高密度。適宜地具有經歷壓縮的表面附近的較低密度以促進壓縮過程中泡沫體孔壁的局部變形和破裂。低密度泡沫體具有較小的壁質量，且具有較小的壁強度。因此，更容易壓縮低密度泡沫體。適宜的是同時在與壓縮的一側相反的一側附近具有更高密度的泡沫體以獲得泡沫體的表面與空腔之間的最大強度和阻隔性，以便最優化對空腔內含物(例如，空腔中的VIP)的保護。密度上的梯度使得能夠同時最優化一側的壓縮和相反側的強度兩者。適宜地，擠出熱塑性聚合物泡沫體根據具有100千帕(kPa)以上的抗壓強度以及2兆帕(MPa)以上的模量。較高的抗壓強度和模量是適宜的以提供氣凝膠材料的更大保護。適宜地，擠出熱塑性聚合物泡沫體的水蒸汽滲透性小於10納克/米*秒*帕斯卡 (ng/n^s^a)，優選小於5ηβ/πι*8*Ι^並且最優選小於3ηβ/πι*8*Ι^。根據Em2086測量水蒸
汽滲透性。擠出熱塑性聚合物泡沫體限定至少一個空腔並且可以限定多個空腔。空腔是在擠出熱塑性聚合物泡沫體內的凹坑，其中可以容納另一個物體。一個空腔或多個空腔可以具有在擠出熱塑性聚合物泡沫體內配合的任何大小的尺寸。典型地，空腔是在擠出熱塑性聚合物泡沫體的主表面中的凹坑，但是也可以是在其他表面或表面的組合中的凹坑。備選地， 空腔可以是只在泡沫體的主表面中的凹坑。空腔可以是形成於擠出熱塑性聚合物泡沫體中的凹坑或者通過組合擠出熱塑性聚合物泡沫體元件以限定空腔所限定的空隙(例如，在泡沫體表面上將泡沫體壁以使得在壁內限定空腔的方式膠粘在一起)。限定了一個以上空腔的擠出熱塑性聚合物泡沫體元件可以是單一的擠出熱塑性聚合物泡沫體或者多個擠出熱塑性聚合物泡沫體的組合，其中多個擠出熱塑性聚合物泡沫體在組成上可以是相同的或不同的。例如，可以將擠出聚烯烴泡沫體壁粘貼至擠出聚烯基芳族聚合物泡沫體以建立限定了一個以上空腔的擠出熱塑性聚合物泡沫體。本發明的製品還包含氣凝膠材料。歸因於穿過氣凝膠極其低的熱導率，氣凝膠材料是適宜的。氣凝膠材料位於擠出熱塑性聚合物泡沫體的空腔內。在本發明的製品中可以存在多於一種的氣凝膠材料。多於一種的氣凝膠材料可以位於單個空腔中。擠出熱塑性聚合物泡沫體的多個空腔可以含有氣凝膠材料。在氣凝膠材料的基礎上或者代替氣凝膠材料，任何單個空腔也可以含有一種或多於一種另外的材料，包括一種或多於一種的另外的隔熱材料，條件是至少一個空腔含有氣凝膠材料。一類適宜的另外的材料是反射性材料如金屬箔或反射性塗層，它進一步降低通過最終製品的熱導率。適宜地，氣凝膠材料完全位於空腔內，意味著可以將隔熱材料置於空腔上並與擠出熱塑性聚合物泡沫體的表面接觸，其中該空腔位於含有氣凝膠材料的空腔的周圍。當氣凝膠材料完全位於擠出熱塑性聚合物泡沫體的空腔內時，尤其是當將氣凝膠材料完全封閉在擠出熱塑性聚合物泡沫體內時，擠出熱塑性聚合物泡沫體提供氣凝膠材料的最優保護。 對於任何位於具有氣凝膠材料的空腔內的另外的材料(尤其是任何另外的隔熱材料)同樣適宜的是完全位於空腔內，優選完全由擠出熱塑性聚合物泡沫體封閉。可以將氣凝膠材料封閉在它所位於其中的空腔內，適宜地由擠出熱塑性聚合物泡沫體封閉。例如，適宜地用至少5毫米(mm)，優選至少10mm，更優選至少15mm的擠出熱塑性聚合物泡沫體封閉(與製品外部隔離)氣凝膠材料以便提供對氣凝膠材料的最優化保護。合適的氣凝膠材料包括以下各項的任意一種或多於一種的組合二氧化矽氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋅氣凝膠、碳氣凝膠和/或有機氣凝膠(例如間苯二酚甲醛氣凝膠)。合適的氣凝膠可以是任意形式，包括粒料(如，Nanogel 材料，Nanogel是Cabot Corporation的商標)或纖維毯(例如，Spaceloft 和Cryogel 牌材料，Spaceloft和 Cryogel 是 Aspen Aerogels, Inc.的商標)。用於作為另外的材料使用的合適的金屬箔包括鋁、金、銀和銅箔以及塑料膜上的金屬塗層(換言之，敷以金屬的塑料膜)。該箔典型地具有1至100微米的厚度。敷以金屬的膜可以具有10至1500微米的範圍內的厚度。在一個適宜的實施方案中，氣凝膠材料完全被封閉以提供氣凝膠材料最優保護。 存在數種用於具有含有位於其中的氣凝膠材料的空腔的擠出熱塑性聚合物泡沫體的結構， 其中氣凝膠材料被封閉在空腔內並且它們全落在本發明的最寬範圍內。在本發明的範圍內的是擠出熱塑性聚合物泡沫體限定或具有附於其上的覆蓋空腔的蓋(flap)或鉸合部分。在一個位置鉸合部分或蓋露出空腔並且在另一個位置鉸合部分或蓋覆蓋空腔，以及位於空腔內的任何東西。可以通過粘合劑或其他緊固件的使用將這種鉸合部分或蓋密封在空腔上。在一個適宜的實施方案中，本發明的製品包含封閉擠出熱塑性聚合物泡沫體中的至少一個空腔，優選所有空腔的配套部件。配套部件在組成和/或性質上與擠出熱塑性聚合物泡沫體可以是相同的或不同的。例如，配套部件可以是與限定空腔的擠出熱塑性聚合物泡沫體相同組成的擠出熱塑性聚合物泡沫體。圖1提供了包含配套部件的本發明的擠出聚合物泡沫體的示例。圖1 (a)示例了具有主表面15和空腔20的擠出熱塑性聚合物泡沫體10。圖1(b)示例了以沿圖1(a)中的視線X所取截面看的擠出熱塑性聚合物泡沫體10 和空腔20。圖1(c)示例了如圖1(b)中擠出熱塑性聚合物泡沫體10的截面視圖以及配套部件30的橫截面視圖。配套部件30具有尺寸與擠出熱塑性聚合物泡沫體10相同的主表面35。凸起40適合於空腔20以將它們密封。圖1 (d)示例了包括按使得配套部件30密封空腔20配置的配套部件30的擠出泡沫體20的橫截面視圖。空腔20的任意一個或多於一個的任意組合可以含有氣凝膠材料以形成本發明的製品。在本發明的實施方案中，可以將氣凝膠在放入空腔中之前用另一種材料封閉。例如，適宜地包含在金屬或聚合物封閉件內封閉的氣凝膠。本發明的製品適宜地提供比單獨的擠出熱塑性聚合物泡沫體或氣凝膠或金屬膜的任一種更好的耐久性和隔熱性組合。本發明的製品的熱導率適宜地為35毫瓦/米*開爾文(mW/n^K)以下，優選32mW/n^K以下，再更優選^mW/n^K以下。本發明的製品可以具有帶特定外形或形狀的邊緣。例如，製品的相反邊緣可以具有配套的榫和溝形狀或相對搭接而以配套方式協調定位彼此相鄰的多個製品。邊緣的壓型可以通過例如機加工或模塑完成，並且可以在限定空腔和/或將氣凝膠材料引入至製品的空腔內之前或之後完成。該製品可以具有平面表面或帶輪廓的表面。在一個實施方案中，該製品具有限定了在至少一個尺寸，典型地長度尺寸延伸的溝的主表面。在以下應用中溝是適宜的例如， 塗覆材料(例如，灰砂或水泥)將要被塗布在制品上，因為塗覆材料可以滲入至溝中並且獲得對該製品更高的機械附著。通常，通過以下方式製備本發明的製品提供限定了至少一個空腔的擠出熱塑性聚合物泡沫體，提供氣凝膠材料並且將氣凝膠材料嵌入至由擠出熱塑性聚合物泡沫體所限定的空腔內。以任意方式製備擠出熱塑性聚合物泡沫體。通常通過首先在擠出機中成形軟化的聚合物組合物製造擠出熱塑性聚合物泡沫體。聚合物組合物具有帶軟化溫度的連續熱塑性聚合物相。熱塑性聚合物與上面對於擠出熱塑性聚合物泡沫體所描述的熱塑性聚合物相同。通過將聚合物組合物加熱至高於其軟化溫度(對於無定形聚合物為玻璃化轉變溫度， 對於半結晶聚合物是熔化溫度，並且如果是熱塑性聚合物的共混物，由聚合物組合物中連續熱塑性聚合物表現的最高玻璃化轉變溫度或熔化溫度)的溫度製造軟化的聚合物組合物。如果尚不存在發泡劑，將發泡劑在足夠高以防止聚合物組合物的發泡的初始壓力下引入至軟化的聚合物組合物，以便形成可發泡聚合物組合物。通常適宜的是將可發泡聚合物組合物冷卻至發泡溫度，所述發泡溫度仍然高於聚合物組合物的軟化溫度，並且之後將可發泡聚合物組合物擠出至具有低於初始壓力的壓力和低於發泡溫度的溫度下的環境中。使可發泡聚合物組合物發泡為擠出熱塑性聚合物泡沫體。用於製造擠出熱塑性聚合物泡沫體的合適的發泡劑包括以下各項的任意一種或多於一種的組合無機氣體如二氧化碳、氬、氮和空氣；有機發泡劑如水、具有1至9個碳的脂族和環烴類，包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、新戊烷、環丁烷和環戊烷；具有1至5個碳的完全和部分滷代的烷烴和烯烴，其優選無氯(例如，二氟甲烷(HFC-32)、全氟甲烷、乙基氟(HFC-161)、1，1-二氟乙烷(HFC_15^i)、1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)、l，l，2，2-四氟乙烷(HFC-134)、1，1，1，2 四氟乙烷(HFC_134a)、五氟乙燒 (HFC-125)、全氟乙烷、2，2- 二氟丙烷(HFC_272fb)、1，1，1-三氟丙烷(HFC_263fb)、1，1,1, 2,3,3,3-七氟丙烷(HFC-227ea)、1，1，1，3，3_ 五氟丙烷(HFC_245fa)和 1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC-365mfc))；完全和部分滷代的聚合物和共聚物，適宜的氟代聚合物和共聚物，甚至更優選無氯的氟代聚合物和共聚物；具有1至5個碳的脂族醇，如甲醇、乙醇、正丙醇和異丙醇；含羰基化合物如丙酮、2-丁酮和乙醛；含醚化合物如二甲醚、二乙醚、甲乙醚；羧酸酯化合物如甲酸甲酯，乙酸甲酯，乙酸乙酯；羧酸和化學發泡劑如偶氮二甲醯胺、偶氮二異丁腈、 苯磺醯胼、4，4_羥基苯磺醯氨基脲、對甲苯磺醯氨基脲、偶氮二甲酸鋇、N，N' - 二甲基-N， N' -二亞硝基對苯二甲醯胺、三胼基三嗪和碳酸氫鈉。在適宜的實施方案中，發泡劑沒有氯代發泡劑並且更優選沒有商代發泡劑。商代發泡劑，尤其是氯代發泡劑具有在環境上有不合乎需要的影響的汙名。因此，因為是更加環境可接受的，沒有氯代或滷代發泡劑的發泡劑是適宜的。為形成具有低於大氣壓的孔壓的孔的聚合物泡沫體，二氧化碳作為發泡劑或者多種發泡劑之一的使用是適宜的。二氧化碳從聚合物泡沫體逸出比空氣滲入聚合物泡沫體孔中更迅速。作為結果，用二氧化碳發泡的泡沫體孔在二氧化碳逸出之後並且直至空氣可以滲入之前具有低於大氣壓力的壓力。擠出熱塑性聚合物泡沫體限定了至少一個空腔。以任何可以想像的方式限定擠出熱塑性聚合物泡沫體中的空腔。限定空腔的合適方式包括布線(routing)、將多個擠出泡沫體組件以限定一個以上空腔的方式裝配在一起，以及通過壓縮冷成形和/或熱成形以形成一個或多於一個凹坑。如關於本發明製品對於擠出熱塑性聚合物泡沫體描述過的，在本發明的範圍內的是將多個擠出熱塑性聚合物泡沫體元件組合在一起以限定一個或多於一個空腔。擠出熱塑性聚合物泡沫體元件可以具有相同的組成和性質或不同的組成和/或性質。引入空腔的另一個方法是在擠出熱塑性聚合物泡沫體中形成切口以建立泡沫體蓋，並且之後移除蓋之下的一部分的擠出熱塑性聚合物泡沫體。之後蓋可以充當密封空腔及其內含物的覆蓋物。擠出熱塑性聚合物泡沫體可以在任意表面中限定空腔，但是典型地在擠出熱塑性聚合物泡沫體的主表面中限定一個以上空腔。一個空腔或多個空腔可以具有擠出熱塑性聚合物泡沫體的尺寸之內的任意尺寸或形狀。典型地，一個空腔(或多個空腔)具有超過10 個，甚至超過100個孔大小的尺寸。為了更清楚，在本文術語的使用中泡沫體的孔不是由泡沫體所限定的「空腔」而是由聚合物基體所限定以將聚合物基體變換為泡沫體。由泡沫體所限定的空腔是由多孔的聚合物基體所限定的，所述多孔的聚合物基體必要地包含泡沫體孔。用於在聚合物泡沫體中限定一個或多個空腔的一個特別適宜的方法是通過使用冷成形方法。美國專利申請US2009/006M10A1(通過引用以其全部內容加入本文)提供了冷成形方法的一般描述。通常，將空腔通過以下冷成形引入至聚合物泡沫體中通過將模具凸出部壓入聚合物泡沫體製品中從而通過凸出部壓縮聚合物泡沫體製品的一部分以建立空腔。在低於聚合物泡沫體的軟化溫度的溫度下進行壓制和壓縮，典型地在或接近環境溫度(大約25°C)，因此稱為「冷」成形。冷成形提供本發明的特別適宜的製品，因為壓縮聚合物泡沫體製品以形成空腔使空腔和泡沫體的與在其中壓制空腔的泡沫體表面相反的外表面之間的部分密度加大。密度加大的部分有益地具有比周圍未壓縮的泡沫體更高的耐久性並且從而對位於最終製品的空腔內的氣凝膠材料提供針對從泡沫體外側施加的力的改善的保護。泡沫體的密度加大部分具有比泡沫體平均密度更高的密度。對於冷成形空腔，理想的是使用具有以下特徵的任意一個，任意兩個、三個的組合或者具有全部四個的擠出熱塑性聚合物泡沫體(a)孔壓(泡沫體的孔內的壓力)低於一個大氣壓，優選0. 75個大氣壓以下；(b)鄰近由模具壓印以形成空腔的表面(換言之，「壓印表面」)的開孔率比與壓印表面相反的表面附近的開孔率高，優選具有漸變的開孔率； (c)壓印表面附近的密度低於與壓印表面相反的表面附近的密度，優選具有漸變密度；以及(d)各向異性壓縮平衡壓縮尺寸上的壓縮平衡高於垂直於壓縮的尺寸的壓縮平衡。第一個特徵(孔壓)有助於在不壓裂泡沫體壓縮部分周圍的泡沫體的情況下壓縮。(b)和(C) 的益處在討論擠出聚合泡沫體性質中在上面已經給出。(d)的益處是它促進在冷成形壓縮過程中孔壁的塑性-彈性變形。提供氣凝膠材料並且將氣凝膠材料嵌入至由擠出熱塑性聚合物泡沫體所限定的空腔中。可以接受的是將多於一種的氣凝膠材料嵌入至單個空腔中，包括多於一種類型的氣凝膠材料(例如，金屬箔和氣凝膠或兩種不同類型的氣凝膠材料的組合)。如果擠出聚合泡沫體限定了多於一個空腔，同樣可以接受的是將氣凝膠材料嵌入至多於一個空腔中。本發明的製品尤其可以作為隔熱材料使用。使用本製品的一種方法是提供該製品並且之後將該製品作為隔離物放置在兩個不同區域之間。例如，將本發明的製品設置在建築結構體的牆上以將結構體的內側與結構體的外側隔熱。作為另一個實例，將本發明的製品作為容器周圍的壁設置以將容器內側與容器的外側隔熱。
實施例以下實施例用於進一步說明本發明的特定實施方案。提供擠出熱塑性聚合物泡沫體板材(IlOmm厚，600mm寬，2200mm長)，所述擠出熱塑性聚合物泡沫體板材具有低於大氣壓力的孔壓，帶有高垂直壓縮平衡的各向異性壓縮平衡，約19%的從芯至表面的密度梯度(芯具有比表面低19%的密度)以及開孔率梯度以使得芯具有比表面更高的開孔率。一種這樣的泡沫體是新發泡的IMPAXX 300牌能量吸收泡沫體(IMPAXX是陶氏化學公司的商標)。該泡沫體具有35kg/m3的平均密度，並且根據ASTM D 1621，在23°C下具有10%壓縮下345kPa的抗壓強度，25 %壓縮下375kPa的抗壓強度以及50%壓縮下434kl^的抗壓強度。經由板的厚度尺寸的中心縱向切割板材(平行於主表面)以建立兩塊具有大約55mm的厚度的泡沫體板材。切下的表面露出泡沫體的芯，它具有比未切割的相反表面更低的密度和更高的開孔率，並且作為泡沫體的壓印表面。移除與切割表面(壓印表面)相反的未切割表面的皮層至7mm的深度。使用Baumer研磨鋼絲鋸切割所得到的剝皮的泡沫體以製造具有305mm的長度和寬度以及53mm的厚度的聚合物泡沫體製品以製造冷成形泡沫體坯料。對於每個樣品製造兩個冷成形泡沫體坯料。提供具有300mm乘200mm乘60mm厚的尺寸並且限定了 16個59. 12mm乘59. 12mm, 從基座伸出30mm的正方形凸起的空腔成型成形模具，凸起相等地分隔並且彼此隔開 12. 7mm間距。可以將這樣的空腔成型成形模具製造為包含ABS的快速原型模具，如使用 Maxum Fused Deposition Modeling 工藝設計並建立的。將空腔成型成形模具安裝至Carver壓塑機上的移動壓板上。將冷成形泡沫體坯料放置在帶有面對空腔成型成形模具的壓印表面的壓塑機的固定壓板上。用環境溫度(大約25°C)下的冷成形泡沫體坯料和空腔成型成形模具，將空腔成型成形模具用66. 7千牛頓 (kN) (15，000磅)的保持力以90%的泵速壓縮至冷成形泡沫體坯料中，之後解除壓縮並移出冷成形泡沫體坯料。冷成形泡沫體坯料具有16個等間隔空腔，對應於空腔成型成形模具上的16個凸起，所述空腔具有大約^mm的深度。所得到的冷成形泡沫體坯料充當空腔泡沫體並且具有類似於圖1中的擠出泡沫體10的外觀。在第二冷成形泡沫體坯料上使用蓋成形用成型模具代替空腔成型成形模具重複該過程。蓋成形用成型模具具有16個具有59. 08mm乘59. 08mm乘10. 02mm深的尺寸，彼此分隔12. 74mm的正方形空腔，以便配合空腔成型成形模具凸起。將蓋成形用成型模具使用 Carver壓塑機在66. 7kN(15，000磅)的保持力下壓向第二冷成形泡沫體坯料的壓印表面以在冷成形泡沫體坯料中形成16個凸起，所述凸起在具有凸起輪廓的壓縮表面上伸出大約 9mm。所得到的冷成形泡沫體坯料用作蓋泡沫體並且具有與圖1的擠出泡沫體30相似的外觀。蓋泡沫體與空腔泡沫體配合以使得蓋泡沫體的凸起適合於並且密封空腔泡沫體的空腔以形成16個封閉的空腔，如圖1中用擠出泡沫體10和30示例的。比較例A。測量配有蓋泡沫體但是不包含氣凝膠的空腔泡沫體的熱導率。配合擠出聚合泡沫體板以使得凸起伸入空腔中並且帶有凸起的板密封空腔。實施例1。重複比較例(Comp Ex) A，除了在將空腔泡沫體與蓋泡沫體配合在一起之前在空腔泡沫體的每個空腔中嵌入氣凝膠材料(SpaceloftTM-9251，Spaceloft是Aspen Aerogels的商標)至9毫米的厚度。最終製品中的氣凝膠封閉在擠出熱塑性聚合物泡沫體板材組合物內。實施例2。重複實施例1但是在嵌入氣凝膠後但將空腔泡沫體與蓋泡沫體配合在一起之前在每個空腔中另外包含50微米厚鋁箔層。實施例3。重複實施例1，除了在每個空腔中將氣凝膠材料嵌入至18毫米的厚度之外。實施例4。重複實施例3但是在嵌入氣凝膠後但將兩個擠出聚合物板材配合在一起之前在每個空腔中另外包含50微米厚鋁箔層。根據ASTM C-578測量每個樣品的熱導率並且根據EN-826測量每個樣品的壓縮模量。表1包括了樣品的結果。表權利要求
1.一種被製造的製品，所述製品包含a.擠出熱塑性聚合物泡沫體，所述擠出熱塑性聚合物泡沫體具有熱塑性聚合物基體， 所述熱塑性聚合物基體限定多個泡孔，所述擠出熱塑性聚合物泡沫體限定至少一個空腔； 以及b.氣凝膠材料，所述氣凝膠材料位於所述擠出熱塑性聚合物泡沫體的至少一個空腔內。
2.權利要求1所述的製品，其中所述擠出熱塑性聚合物泡沫體不含滷代發泡劑，並且具有35毫瓦/米*開爾文以下的熱導率。
3.權利要求1所述的製品，其中所述擠出熱塑性聚合物泡沫體限定多個獨立空腔，並且氣凝膠材料位於多於一個的獨立空腔內。
4.權利要求1所述的製品，其中所述氣凝膠材料完全被封閉在擠出熱塑性聚合物泡沫體內。
5.權利要求1所述的製品，其中所述擠出熱塑性聚合物泡沫體的至少一個空腔包含氣凝膠和另外的隔熱材料兩者。
6.權利要求1所述的製品，其中所述擠出熱塑性聚合物泡沫體具有相反的第一和第二表面，其中至少一個空腔被限定在第一表面中，並且其中在所述空腔與所述第二表面之間的部分擠出熱塑性聚合物泡沫體的密度高於所述擠出熱塑性聚合物泡沫體的平均密度。
7.權利要求1所述的製品，其中所述氣凝膠被封閉在金屬或聚合物封閉件中，並且所述封閉件與氣凝膠的組合位於空腔中。
8.一種用於製造權利要求1所述的製品的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供限定至少一個空腔的擠出熱塑性聚合物泡沫體；(b)提供氣凝膠材料；以及(c)將所述氣凝膠材料嵌入至由所述擠出熱塑性聚合物泡沫體限定的空腔中。
9.權利要求7所述的方法，其中步驟(a)包括在沒有滷代發泡劑的情況下擠出所述聚合物泡沫體。
10.權利要求7所述的方法，其中所述聚合物泡沫體限定多個獨立空腔，並且步驟(b) 包括提供多種氣凝膠材料，並且步驟(c)包括將氣凝膠材料嵌入至所述聚合物泡沫體的多個獨立空腔中。
11.權利要求7所述的方法，其中步驟(a)包括在所述擠出熱塑性聚合物泡沫體中冷成形出至少一個空腔。
12.權利要求7所述的方法，所述方法還包括以下步驟(d)使用擠出熱塑性聚合物泡沫體將所述氣凝膠材料封閉在所述空腔內。
13.權利要求7所述的方法，所述方法包括將氣凝膠材料和另外的隔熱材料兩者加入到所述擠出熱塑性聚合物泡沫體的至少一個空腔內。
14.一種使用權利要求1所述的製品的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供權利要求1的製品；以及(b)將權利要求1所述的製品作為隔離物放置在兩個不同的區域之間。
全文摘要
通過提供限定了空腔的聚合物泡沫體並且將氣凝膠材料放入所述空腔中，從而製造一種具有擠出熱塑性聚合物泡沫體的製品，所述擠出熱塑性聚合物泡沫體限定了至少一個空腔，所述空腔含有氣凝膠材料。
文檔編號C08J9/36GK102471520SQ201080033356
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月15日 優先權日2009年7月29日
發明者佛瑞漢姆·邦奇, 範-召·沃, 豪格·默克爾, 邁倫·毛雷爾 申請人:陶氏環球技術有限責任公司