專利名稱：高分子復(fù)合泡沫材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子復(fù)合泡沫材料。本發(fā)明還涉及用來制備高分子復(fù)合泡沫材料的液體組合物和由這些泡沫材料形成的絕緣板。
背景技術(shù)：
聚合物泡沫材料在建筑物中被廣泛用于隔熱和隔音。由于其優(yōu)良的機(jī)械性能、高絕緣值和低成本，聚苯乙烯泡沫材料等聚合物泡沫材料被廣泛用作包在鋼板內(nèi)的芯以形成使房間和工廠涼爽的絕緣板。這些絕緣板的主要缺點是它們在火中非常容易燃燒和/或融化，這導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度喪失。另一方面，酚醛和呋喃泡沫材料有出色的阻燃性，但因為它們機(jī)械性能差而無法被用作鋼包層板的芯。它們非常堅硬并且在切割時會形成易碎的表面。
酚醛和呋喃泡沫材料的另一個問題是要使它滿意地粘合在鋼板上。
英國專利申請GB 2013209A揭示了制造可縮聚樹脂板的方法。該發(fā)明將樹脂的膨脹或發(fā)泡與其聚合或縮聚分開。這意味著膨脹發(fā)生在樹脂的聚合或硬化之前。由于膨脹需要在聚合之前發(fā)生因此該方法需要外部加熱。該組合物可包括聚苯乙烯珠。然而，這些珠是以發(fā)泡形式使用的，因為縮聚反應(yīng)發(fā)生在約60℃下，這一溫度過低而不能使聚苯乙烯珠膨脹。為使聚苯乙烯珠膨脹，需要使溫度接近聚苯乙烯軟化點或玻璃轉(zhuǎn)化溫度。該發(fā)明有復(fù)雜的加熱方法以克服與固化/聚合過程有關(guān)的問題。由于這一原因，可縮聚相的發(fā)泡和固化/聚合被分開，這也是使用發(fā)泡聚苯乙烯珠的原因。
比利時專利申請BE 865001與上述討論的英國專利類似，復(fù)合泡沫材料是用發(fā)泡聚苯乙烯珠制備的。這些方法中的加熱被限制在低于聚苯乙烯顆粒變形所需的溫度下。
USSR專利申請SU 585189也揭示了涉及使用發(fā)泡聚苯乙烯珠的組合物。
德國專利申請DE 19910257揭示了含有5-50wt％可膨脹的石墨的阻燃聚合物泡沫材料組合物。該組合物是通過在模具中加入液體混合物并通過外部蒸汽加熱制備的。這些實例都使用了發(fā)泡聚苯乙烯珠且酚醛樹脂與聚苯乙烯的重量比小于0.5。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種含有發(fā)泡酚醛或呋喃(酚醛/呋喃)聚合物的連續(xù)相和發(fā)泡聚苯乙烯聚合物的分散相的高分子復(fù)合泡沫材料形式，其中所述的復(fù)合泡沫材料是通過催化含有5-50％w/w的可發(fā)泡的聚苯乙烯珠和50-95％的酚醛/呋喃樹脂的液態(tài)的可發(fā)泡組合物制備的，所述被催化的可發(fā)泡的組合物能夠達(dá)到足以使酚醛/呋喃聚合物聚合并使聚苯乙烯聚合物膨脹的溫度，而無需使用外部熱源或能源。
優(yōu)選復(fù)合泡沫材料中聚苯乙烯聚合物的重量百分比為5-50，更優(yōu)選為10-40。
優(yōu)選復(fù)合泡沫材料的密度為25-200kg/m3。
優(yōu)選復(fù)合泡沫材料的密度為25-50kg/m3。
優(yōu)選復(fù)合泡沫材料的密度為50-200kg/m3。
本發(fā)明一個可選形式提供了具有含有酚醛/呋喃聚合物的連續(xù)相和發(fā)泡聚苯乙烯聚合物的分散相的復(fù)合泡沫材料芯的鋼包層絕緣板，其中所述酚醛/呋喃聚合物與聚苯乙烯的重量比至少為1。
本發(fā)明另一個可選形式提供了發(fā)泡高分子復(fù)合泡沫材料模塊的方法，所述方法包括在模塊狀的臨時模具中加入含有5-50％w/w可發(fā)泡聚苯乙烯珠和50-95％酚醛/呋喃樹脂的液態(tài)的可發(fā)泡的組合物以及有效量的催化劑，并在所述液態(tài)組合物開始膨脹后除去模具。
發(fā)明詳述適合本發(fā)明的樹脂是合成的熱固性樹脂。例如，它們可通過縮合酚醛、取代的酚醛或糠醇和醛(如甲醛、乙醛和糠醛)獲得。然而，此領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該知道，酚醛可被其它具有和酚醛類似的化學(xué)性質(zhì)的結(jié)構(gòu)完全或部分替代，這些物質(zhì)如取代的酚醛、甲酚或天然的酚類化合物，如木素或鞣酸。尤其是鞣酸，它在本發(fā)明中是可大量使用作為低成本增量劑的反應(yīng)物?？反伎杀黄渌羞秽肿咏Y(jié)構(gòu)(即由四個碳原子和一個氧原子形成的環(huán))的反應(yīng)化合物替代。含有0、1或2個雙鍵的環(huán)，優(yōu)選含有兩個雙鍵的環(huán)可使該化合物在高溫下更具反應(yīng)性并更可能形成炭(char)。甲醛可被其它醛替代，但這些通常更加昂貴且反應(yīng)性低，故不是優(yōu)選的。酚醛-甲醛樹脂構(gòu)成了適合本發(fā)明的主要一類酚醛樹脂。它們通常是在堿性催化劑存在下使酚醛與37-50％的甲醛水溶液在50-100℃下反應(yīng)制得的。
在本發(fā)明中最有用的酚醛樹脂被稱為酚-醛樹脂，它通常含有一種酚和一種醛成分。此領(lǐng)域熟知的兩種常規(guī)類型的酚醛樹脂是線型酚醛清漆和可溶酚醛樹脂。
作為一般規(guī)則，液態(tài)的可溶酚醛樹脂是在堿性催化劑存在下使一種或多種酚和過量的一種或多種醛在水相中反應(yīng)制得的。根據(jù)所需樹脂的類型，醛可稍許過量或過量很多。
線型酚醛清漆通常是使過量的苯酚與甲醛反應(yīng)制得的。酚醛清漆樹脂分子是由二羥基苯基甲烷構(gòu)成的，再在其中加入甲醛，這樣形成的醇基立即與另一苯酚分子縮合，這樣就得到了通式為H[C6H3(OH).CH2]nC6H4.0H的線型化合物以及支化聚合物，支化聚合物中的一些苯環(huán)在酸性條件下有三個亞甲基橋連接。也可在堿性條件下制造線型酚醛清漆，這兩種類型的線型酚醛清漆都包括在可溶酚醛樹脂中，出于制造酚醛泡沫材料體的的目的它們是分別制造或在現(xiàn)場制造的。
術(shù)語酚醛不僅可包括酚醛本身(包括純的和工業(yè)級的酚醛)，而且可包括其它的酚類化合物，如間苯二酚、甲酚、二甲酚、氯酚、雙酚-A、α-萘酚、β-萘酚等，以及它們的混合物。
出于本申請的目的，呋喃樹脂被定義為含有至少10％w/w分子結(jié)構(gòu)中包含呋喃環(huán)和0、1或2個雙鍵的化合物的液態(tài)樹脂；它可通過加熱或加入酸催化劑固化，從而形成熱固化的固體。
呋喃樹脂優(yōu)選含有一些糠醇，或糠醇的反應(yīng)產(chǎn)物，如美國專利5,545,825中所描述的那些。
用來和上述酚或糠醇反應(yīng)的醛類通常包括約1-8個碳原子，優(yōu)選約1-3個碳原子。具體的醛的例子包括甲醛、乙醛、丙醛、糠醛、苯甲醛等，以及它們的混合物。在本發(fā)明的范圍中，優(yōu)選使用甲醛。最常用的市售的甲醛包括福爾馬林，它通常是30-52％重量的甲醛的水溶液；低聚甲醛，這是甲醛的固態(tài)線型聚合物；和三噁烷，這是甲醛的固態(tài)環(huán)狀三聚體。當(dāng)使用術(shù)語甲醛時，用來和酚醛或糠醇反應(yīng)的上述和其它來源的甲醛都包括在內(nèi)。
可使用表面活性劑，這些表面活性劑選自對于穩(wěn)定液態(tài)的酚-醛樹脂泡沫材料有效的任何合適的穩(wěn)定劑。所述表面活性劑可以是陰離子的、陽離子的、非離子的和兩性的。主要的限制是，它必須不會影響發(fā)泡過程。已知大量合適的表面活性劑，并且在許多文獻(xiàn)中也提到它們。常用的表面活性劑包括硅表面活性劑如硅氧烷-氧化烯共聚物和有機(jī)表面活性劑如聚醚和多元醇，包括它們的縮聚產(chǎn)物和環(huán)氧烷如環(huán)氧乙和環(huán)氧丙烷，和烷基酚、脂肪酸、烷基硅烷以及硅。具體的例子包括聚氧乙烯十八烷基酚、聚氧乙烯癸基酚硫酸鹽、聚氧乙烯十二烷基酚、聚氧乙烯辛基酚、聚氧乙烯亞油酸酯、聚氧乙烯硬脂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇三硬脂酸酯。
表面活性劑的有量通常并不重要，少量的(占樹脂1％重量或更少)表面活性劑經(jīng)常會明顯減低樹脂的表面張力。
可用于制造本發(fā)明的酚醛或呋喃泡沫材料成分的典型的發(fā)泡劑包括物理和化學(xué)發(fā)泡劑以及機(jī)械發(fā)泡技術(shù)。在優(yōu)選的實施方案中，所述發(fā)泡劑是由樹脂中的水提供的，由于制備或固化過程中產(chǎn)生水存在于樹脂中。盡管這是優(yōu)選的，但酚醛樹脂或呋喃樹脂不一定是可發(fā)泡的。然而，出于成本原因和熱特性，優(yōu)選酚醛樹脂或呋喃樹脂是可發(fā)泡的。
典型的酸催化劑包括磷酸、鏈烷磺酸如甲磺酸、鹽酸和硫酸，或它們的混合物。合適的酸是那些用于固化酚醛樹脂的酸。它們通常是強(qiáng)酸。所述催化劑也可選自芳族磺酸如酚醛磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸和二甲苯磺酸。也可使用路易斯酸如氯化鋁。
在大多數(shù)情況下，酸催化劑的加入量要足使液態(tài)樹脂混合物最初的pH降到4以下，優(yōu)選在1.5和3.0之間。而且，可通過評價所需的反應(yīng)混合物的乳白時間和變硬時間來決定所需催化劑的量。然而，一般來說，發(fā)泡反應(yīng)混合物中所含的催化劑的濃度將占酚醛/呋喃樹脂的5-20w/w％。該催化劑將樹脂轉(zhuǎn)變成聚合物。
所述液態(tài)樹脂組合物必須有合適的反應(yīng)性，這意味著它在放熱化學(xué)反應(yīng)中必須產(chǎn)生足夠的熱以使可發(fā)泡的聚苯乙烯珠發(fā)泡。所述發(fā)泡過程通常不會發(fā)生，除非樹脂的溫度至少達(dá)到80℃，優(yōu)選至少為90℃，最優(yōu)選至少為100℃。
在催化后達(dá)到特定的溫度是指，當(dāng)將1000g可發(fā)泡的樹脂放在直徑為200mm的10升的圓柱狀容器中時在催化后可達(dá)到該溫度。本發(fā)明的這一特征提供了一點好處，即可用相對簡單和廉價的設(shè)備制造板材。外部熱源如蒸汽或微波通常不是必需的。然而，也可用這樣的外部熱源來制造本發(fā)明的組合物。
加入可增加被催化的樹脂產(chǎn)生的熱量的添加劑是有利的，如糠醇或過氧化物，優(yōu)選過氧化氫，這是由于其高反應(yīng)性和低成本。應(yīng)該知道，使用這些添加劑要考慮樹脂是否滿足放熱試驗。
可包含其它的添加劑，如現(xiàn)有技術(shù)的泡沫材料中所描述的那些，以改善任何特定物理特性或降低成本。例如，可加入含有例如氯、溴、硼、磷或氨尤其是磷酸銨的阻燃劑以改善阻燃性。還可有效地使用可膨脹的石墨，如DE 19910257A1中所描述的。當(dāng)暴露在高溫如遇到火時所述石墨會膨脹。同一專利申請還描述了使用膨脹添加劑如蜜胺、PVA共聚物、季戊四醇和磷酸銨的混合物。這些添加劑和其它具有類似作用的添加劑也可包含在本發(fā)明的組合物中?？杉尤氲统杀镜奶盍先缯渲閹r、飛塵和蛭石以降低成本。這種填料也是有利的，因為它們可作為成核劑，降低樹脂泡沫材料成分的平均孔度。尿素、蜜胺和其它能使酚醛和糠醇等與醛類以此領(lǐng)域已知的加成然后縮聚的兩階段進(jìn)行反應(yīng)的含氮化合物可單獨使用或作為與醛類尤其是甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物以代替一些酚醛或呋喃樹脂。可在可發(fā)泡的混合物中加入成核劑，如緩慢溶解的鹽類如無水硼砂。在本說明書中引入美國專利4,122,045中所描述的方法。
適合本發(fā)明的聚苯乙烯聚合物包括常用來制造聚苯乙烯珠的苯乙烯聚合物，所述聚苯乙烯珠將被吹制形成聚苯乙烯泡沫材料珠。除了將苯乙烯作為單個單體，其它可加成聚合的單體也可使用，此類共聚物包括在本說明書的術(shù)語聚苯乙烯中。苯乙烯通常以聚苯乙烯聚合物主要成分存在。此外，可通過添加阻燃劑來改性所述聚苯乙烯聚合物。優(yōu)選的含有阻燃劑的聚苯乙烯珠如Huntsman提供的商品名為Spacel 4940和Spacel 7740的珠子。
本發(fā)明涉及不可發(fā)泡的聚苯乙烯珠的使用。這使得最終的泡沫材料復(fù)合材料中含有相對高含量的聚苯乙烯，這使得液態(tài)組合物的流變和流動特性更加容易控制。如果使用可發(fā)泡的聚苯乙烯珠，當(dāng)使用可傾倒的混合物時復(fù)合泡沫材料中只可加入相對較低含量的聚苯乙烯。
優(yōu)選的聚苯乙烯發(fā)泡劑和技術(shù)包括使用液態(tài)物理發(fā)泡劑，該試劑是揮發(fā)性液體，它通過發(fā)泡劑的蒸發(fā)或通過放熱過程中發(fā)泡劑的分解而產(chǎn)生發(fā)泡氣體。
許多適合本發(fā)明使用的發(fā)泡劑是在現(xiàn)有技術(shù)中已知的。理想地，所述發(fā)泡劑應(yīng)該是大氣壓沸點在-50℃和100℃之間，最好在0℃和50℃之間的液體。
揮發(fā)性發(fā)泡劑的例子包括有機(jī)化合物，如烴類、鹵代烴類、醇類、酮類和醚類。烴類發(fā)泡劑的具體的例子包括丙烷、戊烷異戊烷和己烷。戊烷是優(yōu)選的發(fā)泡劑。
發(fā)泡劑的用量要足以使所得的聚苯乙烯泡沫材料有所需的密度。在本發(fā)明的情況下，已發(fā)現(xiàn)使用可發(fā)泡的聚苯乙烯珠特別有效，當(dāng)在單程過程中用蒸汽按常規(guī)發(fā)泡時發(fā)泡至密度約為13-20kg/m3。在本說明書中并根據(jù)工業(yè)實踐，該密度是指所充的發(fā)泡聚苯乙烯珠的密度。為使其充滿體積，這些發(fā)泡珠子的實際密度約高50％，即約為20-30kg/m3。在本發(fā)明中，酚醛泡沫相最好至少是聚苯乙烯泡沫的兩倍，在表述時，此比例是指這兩相的實際密度。較低密度的酚醛泡沫材料提供較低成本的優(yōu)點，但機(jī)械性能較差。對于一般用途的絕緣板，密度在25-50kg/m3的泡沫材料通?？商峁┳銐虻膹?qiáng)度，但即便更低的密度也是可以使用的。對于需要最大耐燃性和/或結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的應(yīng)用，較高的密度是優(yōu)選的，例如50-200kg/m3或更高。
聚苯乙烯聚合相和酚醛/呋喃聚合相的相對重量比例對于本發(fā)明是重要的。在本說明書中，相對比例是根據(jù)液態(tài)的可發(fā)泡的組合物的組成計算的。在進(jìn)行這些計算時，酚醛/呋喃相包括所有的添加劑，如催化劑、填料、水、表面活性劑和阻燃劑，僅將聚苯乙烯珠排除在外。應(yīng)該知道，復(fù)合泡沫材料中聚苯乙烯聚合相和酚醛/呋喃聚合相的實際相對重量比例與按上述方法計算出的相對重量比例可略有差異。這些差異是由于揮發(fā)性成分的損失造成的。然而，為方便起見，上述方法是可以使用的。
本發(fā)明不同于其它剛性泡沫材料如酚醛、聚氨酯和發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)的一個特點是這種預(yù)發(fā)泡(pre-rise)的泡沫材料混物保留其形狀“記憶”的能力，以便制造出和預(yù)發(fā)泡的可發(fā)泡的混合物有大致相同形狀的最終完全發(fā)泡的產(chǎn)品?！跋嗤螤睢笔侵缸罱K發(fā)泡的泡沫材料長∶寬∶高的比例和預(yù)發(fā)泡混合物大致相同。這種對預(yù)發(fā)泡形狀的“記憶”的最大好處在于這種泡沫材料的制造將非常簡單，因此可降低設(shè)備成本。例如，用作包裝的硬紙板盒子可作為臨時模具以制造工業(yè)規(guī)模的模塊。這時，盒子的四個垂直角應(yīng)該被切開，以能使所有的垂直面的外折成水平狀，放在地面上。盒子的四個面應(yīng)該保持垂直的位置(即形成一個盒子)，只是其長度足以使可發(fā)泡的混合物被倒進(jìn)盒子并可開始發(fā)泡或膨脹。
在發(fā)泡開始后，盒子的四個垂直面可向外折成水平狀，以使泡沫材料在所有三個尺寸上膨脹同時保持大致初始的形狀，即長∶寬∶高的比例。使用這種可拆或活動的盒子或模具是使用臨時模具的一個例子。臨時模具的其它例子還有由脆的或可融化的壁形成的盤子。在可發(fā)泡的組合物開始放熱后，就可達(dá)到壁融化、軟化或斷裂的溫度或壓力，這樣正在膨脹的可發(fā)泡的組合物就不會受到臨時模具壁的限制。當(dāng)正在膨脹的可發(fā)泡的組合物不再受到壁限制時，就可認(rèn)為壁已被除去。操作者可通過融化或破裂以及物理干預(yù)的方法將壁除去。也可通過可融化的保持有具(？)將可拆的壁或活動的盒子的壁保持限定模具的形狀。當(dāng)可發(fā)泡的組合物放熱并膨脹時它可達(dá)到預(yù)定的使保持用具破裂并使模具的壁向外倒塌的溫度，這使得正在膨脹的塊狀物不受到限制。在連續(xù)生產(chǎn)線上使用臨時模具，即僅在膨脹開始之前在空間上限制被催化的液態(tài)的可發(fā)泡的組合物的器件，也是有利的，如在制造連續(xù)模塊時。這種情況下，例如可將從卷筒傳送的紙機(jī)械折成槽形以制得臨時模具，這種槽可限制適量的被催化的液態(tài)組合物，但僅足夠長以供膨脹開始。
在上述方法的一個變化中，含有被催化的液態(tài)的可發(fā)泡的組合物的臨時模具可被放置在第二或外模具中。這一外模具可以是一面敞開或全部閉合。我們發(fā)現(xiàn)通過使用位于外模具內(nèi)的臨時模具，復(fù)合泡沫材料的最終表面更加均勻，復(fù)制性也更好，因此基本不需要修整。
值得注意的是，用這種簡單的方法，可使泡沫材料大部分膨脹而不會受到任何空間限制，由此可制得具有工業(yè)有用的尺寸的模塊，即超過1m3。這與其它塑料模塊泡沫材料不同，它們需要至少在兩個尺寸上(酚醛和聚氨酯泡沫材料)且通常是三個尺寸上(發(fā)泡聚苯乙烯泡沫材料EPS)有空間限制。如果是EPS，另外需要外部供給加壓蒸汽，這增加了制造設(shè)備的復(fù)雜性和費用。
盡管上述簡便的方法可用來制造本發(fā)明的泡沫材料模塊，但也可在限制的空間內(nèi)制造泡沫材料，只要所述模具足夠堅固以承受正在膨脹的泡沫材料產(chǎn)生的壓力。也可在連續(xù)的生產(chǎn)線上制造本發(fā)明的泡沫材料。本發(fā)明一個顯著的優(yōu)點是不需要外部熱源或能源。奇怪的是，在制造這種復(fù)合泡沫材料時由一種聚合相的聚合反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)放熱不僅可用來發(fā)泡這一相而且可發(fā)泡其它的聚合相。這與前面討論的現(xiàn)有技術(shù)不同，現(xiàn)有技術(shù)認(rèn)可有必要將這些作用分開?，F(xiàn)有技術(shù)通常使用發(fā)泡的聚苯乙烯珠并取決于所使用的外部熱量。下面將參考以下實施例的較佳實施例方式進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實施例1用以下配方制備可發(fā)泡的混合物，其中含有作為成核劑的珍珠巖以幫助酚醛樹脂的發(fā)泡酚醛樹脂，IL1737級，Huntsman 1000g聚苯乙烯珠，Spacel 4940級，Huntsman 200g糠醇100gTeric C12(表面活性劑)Huntsman40g珍珠巖 10g 在10升的桶中，將除酸混合物以外的所有上述成分一起混合并加熱到30℃。然后加入酸催化劑混合物并將所有的混合物劇烈攪拌30秒鐘。在不到1分鐘內(nèi)，液體混合物迅速開始膨脹，混合物的溫度達(dá)到100℃。在短時間內(nèi)產(chǎn)生了泡沫塑性體，其體積大約為9升。在同一天從該泡沫材料上切下一塊樣品，稱重并測量，發(fā)現(xiàn)其密度為151kg/m3。在所有切割表面發(fā)泡的聚苯乙烯珠都是清晰可見的，其直徑大多在1-2mm。估算的平均尺寸為1.5mm，相應(yīng)的體積為1.8mm3。而未發(fā)泡的聚苯乙烯珠的平均體積僅為約0.05mm3，平均膨脹了原始體積的36倍。因此，按未發(fā)泡的聚苯乙烯珠的比密度為1000kg/m3，計算出發(fā)泡的聚苯乙烯珠的平均比密度為28kg/m3。由于混合物中聚苯乙烯的重量百分比為200g∶1550g＝13％，由此可知混合物中聚苯乙烯的重量分量為151kg/m3的1396＝20kg。酚醛/呋喃聚合相的重量百分比計算為87％。由于已經(jīng)算得發(fā)泡聚苯乙烯珠的平均比密度為28kg/m3，則每立方米重20kg將代表20∶28m3＝0.71m3的體積，即體積分?jǐn)?shù)為71％。
切開的泡沫材料表面不像現(xiàn)有技術(shù)的酚醛泡沫材料那樣是易碎的，且在遇到火時該泡沫材料不像聚苯乙烯泡沫材料會融化和燃燒。
實施例2本實施例闡述了較高的聚苯乙烯含量的作用?？砂l(fā)泡的混合物是用以下配方制備的酚醛樹脂IL1737級，Huntsman1000g聚苯乙烯珠，Spacel 4940級，Huntsman400g糠醇 100gTeric C12(表面活性劑)Huntsman 40g珍珠巖 10g 在10升的桶中，將除酸混合物以外的所有上述成分一起混合并加熱到30℃。然后加入酸催化混合物劑并將所有的混合物劇烈攪拌30秒鐘。在不到1分鐘內(nèi)，液體混合物迅速開始膨脹，混合物的溫度達(dá)到100℃。在短時間內(nèi)產(chǎn)生了泡沫塑性體，其體積大約為14升。在同一天從該泡沫材料上切下一塊樣品，稱重并測量，發(fā)現(xiàn)其密度為98kg/m3。在所有切割表面可清楚看見許多發(fā)泡的聚苯乙烯珠，其直徑大多在1-2mm內(nèi)，估算的平均尺寸為1.5mm。
計算出混合物中聚苯乙烯的重量百分比為23％，體積百分比為81％。酚醛/呋喃聚合物的重量百分比計算為77％。
切開的泡沫材料表面不像現(xiàn)有技術(shù)的酚醛泡沫材料那樣是易碎的，且在遇到火時該泡沫材料不像聚苯乙烯泡沫材料會融化和燃燒。
實施例3本實施例顯示了較高含量的糠基醇的作用，這產(chǎn)生了膨脹程度更大從而密度更低的泡沫材料。本實施例還闡述了呋喃樹脂的使用。
酚醛樹脂，IL-1737級，Huntsman1000g聚苯乙烯珠，Spacel 4940級，Huntsman 400g糠醇 150gTeric C12(表面活性劑)Huntsman 40g珍珠巖 10g 在10升的桶中，將樹脂、聚苯乙烯珠、糠醇、Teric C12和珍珠巖混合并將混合物加熱到30℃。然后加入酸催化劑混合物并將所有的混合物劇烈攪拌30秒鐘。在不到1分鐘內(nèi)，液體混合物迅速開始膨脹，混合物的溫度達(dá)到103℃。在短時間內(nèi)產(chǎn)生了泡沫塑性體，其體積大約為20升。
在同一天從該泡沫材料上切下一塊樣品，稱重并測量，發(fā)現(xiàn)其密度為74kg/m3。四周后再次稱重此樣品，顯示重量損失了10％，這相當(dāng)于67kg/m3的成熟(mature)密度。很可能重量損失主要是由過量的水分造成的，也可能是聚苯乙烯珠內(nèi)的戊烷發(fā)泡劑造成的。在所有切割表面發(fā)泡聚苯乙烯珠都是清晰可見的，其直徑大多在1.0-2.5mm，估算出的平均尺寸為1.5mm，相應(yīng)的體積為1.8m3。而未發(fā)泡的聚苯乙烯珠的平均體積僅為約0.05mm3，平均膨脹了原始體積的36倍。因此，按未發(fā)泡的聚苯乙烯珠的比密度為1000kg/m3計算出，發(fā)泡的聚苯乙烯珠的平均比密度為28kg/m3。由于混合物中聚苯乙烯的重量百分比為400g∶1800g＝22％，由此可知混合物中聚苯乙烯的重量分量為74kg/m3的22％。由于已經(jīng)算得發(fā)泡聚苯乙烯珠的平均比密度為28kg/m3，則重16kg將代表16∶28＝0.57m3的體積，即體積分?jǐn)?shù)為57％。
因此，同時以重量比和體積比表示，復(fù)合泡沫材料可被描述為含有相當(dāng)于22％重量但57％體積的聚苯乙烯泡沫材料相和相當(dāng)于78％重量但只有43％體積的酚醛/呋喃泡沫材料相。算得酚醛/呋喃泡沫材料成分的比密度為0.78*74/0.43kg/m3＝134kg/m3(老化損失揮發(fā)性物質(zhì)之前)。因此，在這種情況下，我們發(fā)現(xiàn)酚醛/呋喃泡沫材料成分的密度比聚苯乙烯泡沫材料密度高134/28＝4.8倍。
切開的泡沫材料表面不像現(xiàn)有技術(shù)的酚醛泡沫材料那樣是易碎的，且在遇到火時該泡沫材料不像聚苯乙烯泡沫材料會融化和燃燒。但奇怪的是，約有四分之三體積的復(fù)合泡沫材料是由聚苯乙烯泡沫材料構(gòu)成的，而聚苯乙烯泡沫材料本身在遇到火時立即會融化然后燃燒。
實施例4本實施例顯示可在不存在表面活性劑下發(fā)泡酚醛樹脂。
酚醛樹脂Cascophen PA 2027，Borden 1000gSpacel 4940，Huntsman 600g 在10升的桶中，將樹脂和聚苯乙烯珠混合并加熱到30℃。然后加入酸催化劑混合物并將所有的混合物劇烈攪拌30秒鐘。在不到1分鐘內(nèi)，液體混合物迅速開始膨脹，混合物的溫度達(dá)到102℃。在短時間內(nèi)產(chǎn)生了泡沫塑性體，其體積大約為22升。從該泡沫材料上切下一塊樣品，稱重并測量，發(fā)現(xiàn)其密度為61kg/m3。四周后再次稱重此樣品，顯示重量損失了10％，這相當(dāng)于55kg/m3的成熟密度。很可能重量損失主要是由過量的水分造成的，也可能是聚苯乙烯珠內(nèi)的戊烷發(fā)泡劑造成的。
在所有切割表面發(fā)泡聚苯乙烯珠都是清晰可見的，其直徑大多在1.0-2.5mm，估算出的平均尺寸為1.5mm，相應(yīng)的體積為1.8mm3。而未發(fā)泡的聚苯乙烯珠的平均體積僅為約0.05mm3，平均膨脹了原始體積的36倍。因此，按未發(fā)泡的聚苯乙烯珠的比密度為1000kg/m3，計算出發(fā)泡的聚苯乙烯珠的平均比密度為28kg/m3。由于混合物中聚苯乙烯的重量百分比為600g∶1740g＝34％，由此可知混合物中聚苯乙烯的重量分量為61kg/m3的34％＝21kg/m3。由于已經(jīng)算得發(fā)泡聚苯乙烯珠的平均比密度為28kg/m3，則重21kg將代表21∶28＝0.75m3的體積，即體積分?jǐn)?shù)為75％。
因此，同時以重量比和體積比表示，復(fù)合泡沫材料可被描述為含有相當(dāng)于34％重量但75％體積的聚苯乙烯泡沫材料相和相當(dāng)于66％重量但只有25％體積的酚醛/呋喃泡沫材料相。算得酚醛/呋喃泡沫材料成分的比密度為0.66*61/0.25kg/m3＝161kg/m3(老化損失揮發(fā)性物質(zhì)之前)。因此，在這種情況下，我們發(fā)現(xiàn)酚醛/呋喃泡沫材料成分的密度比聚苯乙烯泡沫材料密度高161/28＝5.8倍。
切開的泡沫材料表面不像現(xiàn)有技術(shù)的酚醛泡沫材料那樣是易碎的，且在遇到火時該泡沫材料不像聚苯乙烯泡沫材料會融化和燃燒。但奇怪的是，約有四分之三體積的復(fù)合泡沫材料是由聚苯乙烯泡沫材料構(gòu)成的，而聚苯乙烯泡沫材料本身在遇到火時立即會融化然后燃燒。
實施例5本實施例顯示本發(fā)明的方法可用來制造很低密度即小于30kg/m3的復(fù)合泡沫材料。
酚醛樹脂，IL1737級，Huntsman3,000g呋喃樹脂，NBB101級，F(xiàn)oseco 1,200g聚苯乙烯珠，Spacel 7740級，Huntsman 3,900g磷酸銨600g 50％過氧化氫 60g在襯有塑料袋的25升桶中，將酚醛樹脂、呋喃樹脂和聚苯乙烯珠一起混合并加熱到30℃。然后加入酸催化劑預(yù)混物并將所有的混合物劇烈攪拌45秒鐘。然后將裝有混合物的塑料袋從桶中取出，使泡沫材料在沒有很多限制的情況下膨脹。膨脹在不到5分鐘內(nèi)基本上完成。2小時后切下一塊樣品，發(fā)現(xiàn)其密度為25kg/m3。值得注意的是，即便在這樣低的密度下，被切割的泡沫材料表面也不像現(xiàn)有技術(shù)的酚醛泡沫材料那樣是易碎的，且在遇到火時該泡沫材料不像聚苯乙烯泡沫材料會融化和燃燒。本實施例加入市售的呋喃樹脂、阻燃劑和過氧化物，后者是增加本發(fā)明過程產(chǎn)生的放熱的添加劑的例子。
實施例6本實施例闡述了本發(fā)明的泡沫材料“記憶”其預(yù)發(fā)泡形狀的能力。
酚醛樹脂，IL1737級，Huntsman30,000g呋喃樹脂，NBB101級，F(xiàn)oseco 6,000g聚苯乙烯珠，Spacel 4940級，Huntsman 15,000g磷酸銨 2,700g 在100升的圓筒中加入酚醛樹脂、呋喃樹脂、磷酸銨和聚苯乙烯珠，混合并加熱到27℃。然后加入酸催化劑預(yù)混物并將所有的混合物劇烈攪拌40秒鐘，然后倒進(jìn)尺寸為600×600×300mm(長×寬×高)的硬紙板盒子中。用塑料片襯盒子，剪開所有四個垂直角，以能使側(cè)面的外折成水平位置，即放在地上。使盒子的四個側(cè)面保持垂直位置(以形成盒子)直到開始膨脹，這發(fā)生在不到不到1分鐘內(nèi)。然后使盒子側(cè)面處于未支承狀態(tài)，盒子迅速被正在膨脹的泡沫材料推到水平位置。值得注意的是，未支承的泡沫材料在所有方向上都保持膨脹，大致保持其預(yù)發(fā)泡的形狀，直到形成完全發(fā)泡的尺寸為1.2×1.2×0.6m的模塊，該模塊有幾乎垂直的側(cè)面。切下一塊泡沫材料樣品并發(fā)現(xiàn)其密度為42kg/m3。
由于此領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可很容易地在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)做出修改，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于上述舉例描述的具體實施方式
。
權(quán)利要求
1.一種高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述泡沫材料含有酚醛或呋喃聚合物的連續(xù)相和發(fā)泡的聚苯乙烯聚合物的分散相，其中所述復(fù)合泡沫材料是通過催化含有5-50％w/w的可發(fā)泡的聚苯乙烯珠和50-95％的酚醛/呋喃樹脂的液態(tài)的可發(fā)泡的組合物制備的，所述被催化的可發(fā)泡組合物能夠達(dá)到足以使酚醛/呋喃聚合物聚合并使聚苯乙烯聚合物膨脹的溫度，而無需使用外部熱源或能源。
2.如權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述復(fù)合泡沫材料中聚苯乙烯聚合物的重量百分比在5-50之間。
3.如權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述復(fù)合泡沫材料中聚苯乙烯聚合物的重量百分比在10-40之間。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述復(fù)合泡沫材料的密度為25-200kg/m3。
5.如權(quán)利要求4所述的高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述復(fù)合泡沫材料的密度為25-50kg/m3。
6.如權(quán)利要求4所述的高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述復(fù)合泡沫材料的密度為50-200kg/m3。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述連續(xù)相中酚醛/呋喃聚合物是發(fā)泡的。
8.一種鋼包層絕緣板，它具有含有酚醛/呋喃聚合物的連續(xù)相和發(fā)泡的聚苯乙烯聚合物的分散相的高分子復(fù)合泡沫材料芯，其特征在于，所述酚醛/呋喃聚合物與聚苯乙烯的重量比至少為1。
9.如權(quán)利要求8所述的鋼包層絕緣板，其特征在于，所述酚醛/呋喃聚合物是發(fā)泡的。
10.發(fā)泡高分子復(fù)合泡沫材料模塊的方法，其特征在于，所述方法包括在模塊形的臨時模具中加入含有5-50％w/w的可發(fā)泡聚苯乙烯珠和50-95％的酚醛/呋喃樹脂的液態(tài)的可發(fā)泡的組合物和有效量的催化劑，并在液態(tài)組合物開始膨脹后除去臨時模具。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述臨時模具放在外模具上，此外模具確定了復(fù)合泡沫材料在膨脹后的形狀。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述酚醛/呋喃樹脂是發(fā)泡的。
13.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述被催化的可發(fā)泡的組合物至少達(dá)到80℃。
14.如權(quán)利要求13所述的高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述被催化的可發(fā)泡的組合物至少達(dá)到90℃。
15.如權(quán)利要求14所述的高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述被催化的可發(fā)泡的組合物至少達(dá)到100℃。
16.如權(quán)利要求1-7和13-15中任一項所述的高分子復(fù)合泡沫材料，它還包括選自阻燃劑、可膨脹的石墨、發(fā)泡劑和填料的添加劑。
17.如權(quán)利要求16所述的高分子復(fù)合泡沫材料，其特征在于，所述阻燃劑在遇到火時放出氨氣。
全文摘要
揭示了一種高分子復(fù)合泡沫材料，其連續(xù)相是發(fā)泡的酚醛/呋喃聚合物，分散相是發(fā)泡的聚苯乙烯聚合物。該復(fù)合材料具有較佳的25－50kg/m
文檔編號C08J5/00GK1491254SQ02804777
公開日2004年4月21日 申請日期2002年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月14日
發(fā)明者I·P·奎斯特, I P 奎斯特, A·J·約翰, 約翰 申請人:斯泰羅芬國際控股有限公司