專利名稱：含多官能層狀納米石墨的聚合物泡沫的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
本申請(qǐng)是于2004年12月31日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)11/026,011的部分繼續(xù)。
發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域和工業(yè)實(shí)用性 本發(fā)明涉及包含納米石墨的硬質(zhì)泡沫聚合物板。更具體地，本發(fā)明涉及硬質(zhì)泡沫聚合物板，其中將納米石墨作為加工助劑、R-值增強(qiáng)劑、紫外輻射穩(wěn)定性增強(qiáng)劑、尺寸穩(wěn)定性增強(qiáng)劑、機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)劑以及作為阻燃劑加入以提供益處。也加入納米石墨以控制泡孔形態(tài)、減少泡沫表面靜電、以及在泡沫工藝中起防粘劑作用。

背景技術(shù)：
硬質(zhì)泡沫聚合物板在各種應(yīng)用中的實(shí)用性是眾所周知的。例如，廣泛地將聚合物泡沫板用作建筑物中的保溫結(jié)構(gòu)部件。
在過(guò)去，已經(jīng)將紅外衰減劑(IAA)如炭黑粉末無(wú)定形碳、石墨和二氧化鈦用作聚合物泡沫板中的填料來(lái)使材料的熱導(dǎo)率降到最低，它反過(guò)來(lái)將使給定厚度的保溫性能最大化(增加R-值)。R值定義為用于衡量保溫有效性的工業(yè)單位。保溫體是以片材制造阻擋傳導(dǎo)熱量的材料。以常規(guī)單位，以英國(guó)熱量單位(Btu)傳導(dǎo)能量乘以英寸的厚度每小時(shí)的時(shí)間每平方英尺的面積每在材料兩面之間華氏溫度的溫差測(cè)量它的熱導(dǎo)。保溫體的R值定義為1除以熱導(dǎo)每英寸。R是復(fù)合單位組合hr·ft2·℉/Btu的縮寫。在國(guó)際單位制中，R值1等于每瓦特0.17611平方米開爾文溫度(m2·K/W)。
穿過(guò)保溫材料的熱傳導(dǎo)可通過(guò)固體傳導(dǎo)、氣體傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流發(fā)生。總熱阻(R-值)，R是熱傳導(dǎo)阻力的衡量，并且確定為R＝t/k確定，其中t＝厚度。
硬質(zhì)泡沫塑料板在許多應(yīng)用中廣泛用作保溫材料。提高熱傳導(dǎo)率而不增加泡沫產(chǎn)品的密度和/或厚度是非常合乎需要的。具體地，建筑行業(yè)要求熱阻值R＝10厚度小于1.8＂用于空心墻結(jié)構(gòu)的泡沫板以保持至少1＂的空腔間隙凈空(clean)。
改善紫外穩(wěn)定性也是合乎需要的，特別是用于其中在工作場(chǎng)所常發(fā)生聚合物泡沫板表面長(zhǎng)時(shí)間曝露于日光的應(yīng)用，如外墻隔熱層體系(EIFS)和公路和鐵路地下應(yīng)用。
常規(guī)低密度泡沫具有0.2到6微米范圍內(nèi)的非常薄的泡孔壁厚度。特別是，為了提高保溫R-值，需要小于約1微米的目標(biāo)泡孔壁厚度。
因此，需要至少在一個(gè)維度具有—通常納米尺度板狀石墨的厚度即小于0.1微米或100納米的石墨。本發(fā)明的目的是提供一種制備包含納米石墨的低密度擠出聚合物泡沫的方法，其具有好的加工性質(zhì)和改善的泡沫物理性能，包括導(dǎo)熱性、抗紫外(UV)輻射性、尺寸穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、火焰蔓延速率和排煙密度。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及泡沫保溫產(chǎn)品和制造這樣的產(chǎn)品的方法，如擠出聚苯乙烯泡沫塑料，其包含納米石墨作為加工添加劑以改進(jìn)物理性能如保溫和壓縮強(qiáng)度。在發(fā)泡期間，納米石墨起到成核劑和潤(rùn)滑劑的作用，且其滑動(dòng)作用使得熔融聚合物在擠出機(jī)中的流動(dòng)更加容易，并為泡沫板提供了光滑表面。更進(jìn)一步，由于納米石墨聚合物泡沫板的表層增加的電導(dǎo)率，納米石墨減少了在發(fā)泡過(guò)程中存在的靜電的量。泡沫產(chǎn)品中的納米石墨還在最終產(chǎn)品中起到紫外穩(wěn)定劑和阻氣劑的作用。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于生產(chǎn)包含納米石墨的硬質(zhì)聚合物泡沫，其對(duì)泡沫性質(zhì)顯示出總體復(fù)合效果，包括對(duì)于給定厚度和密度改進(jìn)的保溫值(增加的R-值)和紫外(UV)穩(wěn)定性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于生產(chǎn)包含納米石墨的具有保持的或改進(jìn)的壓縮強(qiáng)度、熱尺寸穩(wěn)定性和難燃性的硬質(zhì)聚合物泡沫。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于在硬質(zhì)聚合物泡沫中提供納米石墨，它還起到控制泡孔形態(tài)、減少靜電和在發(fā)泡過(guò)程期間提供潤(rùn)滑的加工添加劑的作用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于以簡(jiǎn)單和合算方式，如通過(guò)使用納米石墨作為低成本、功能著色劑降低聚合物泡沫產(chǎn)品的成本。
本發(fā)明的前述及其它優(yōu)勢(shì)將由下面的內(nèi)容而變得明確，其中詳細(xì)描述以及在附圖中圖解了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。設(shè)想步驟、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和部件的安排的變化在未偏離本發(fā)明的范圍或不犧牲本發(fā)明的任何優(yōu)勢(shì)的情況下對(duì)于所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是明顯的。



圖1是描述聚苯乙烯泡沫和包含納米石墨的聚苯乙烯泡沫的密度對(duì)壓縮模量的圖解說(shuō)明。
圖2是比較純的聚苯乙烯泡沫和包含納米石墨的聚苯乙烯泡沫的流變學(xué)的圖解說(shuō)明。
圖3是本發(fā)明的泡沫泡孔的掃描電鏡(SEM)圖像。
圖4是泡沫孔壁和支柱(struts)的掃描電鏡(SEM)圖像。
圖5是將聚苯乙烯泡沫板與本發(fā)明的納米石墨/聚苯乙烯板在兩塊板都暴露于紫外輻射時(shí)進(jìn)行比較的圖解說(shuō)明。

具體實(shí)施例方式 上述目的已經(jīng)通過(guò)開發(fā)包含納米石墨來(lái)控制泡孔形態(tài)并用作氣態(tài)擴(kuò)散阻隔劑的聚合物泡沫而實(shí)現(xiàn)。泡沫顯示出起紅外衰減劑和泡孔成核劑作用的改進(jìn)保溫(R-值)。在泡沫中的納米石墨在泡沫加工期間起到內(nèi)潤(rùn)滑劑的作用并容許泡沫加工過(guò)程中的表面靜電釋放。本發(fā)明的包含納米石墨的泡沫還具有增加的尺寸穩(wěn)定性。美學(xué)角度而言，本發(fā)明的泡沫具有光澤的表面且為銀色。
本發(fā)明特別涉及由擠出法用納米石墨、至少一種發(fā)泡劑及其他添加劑制備的剛性的閉孔聚合物泡沫板的生產(chǎn)。
硬質(zhì)泡沫塑料材料可以是任何適于制造聚合物泡沫的這類材料，其包括聚烯烴、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、聚酰胺、聚酯、聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚脲、苯酚-甲醛、聚異氰脲酯、酚醛樹脂、上述物質(zhì)的共聚物和三元聚合物、熱塑性聚合物混合物、橡膠改性聚合物等。合適的聚烯烴包括聚乙烯和聚丙烯、和乙烯共聚物。
優(yōu)選的熱塑性聚合物包括烯基芳族聚合物材料。合適的烯基芳族聚合物材料包括烯基芳族均聚物及烯基芳族化合物與可共聚的烯屬不飽和共聚單體的共聚物。烯基芳族聚合物材料可進(jìn)一步包括次要比例的非烯基芳族聚合物。烯基芳族聚合物材料可單獨(dú)包括一種或多種烯基芳族均聚物、一種或多種烯基芳族共聚物、一種或多種的每種烯基芳族均聚物和共聚物的混合物、或任何上述物質(zhì)與非烯基芳族聚合物的混合物。
合適的烯基芳族聚合物包括衍生自烯基芳族化合物如苯乙烯、α甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、乙烯基苯、乙烯基甲苯、氯代苯乙烯和溴苯乙烯的那些。優(yōu)選的烯基芳族聚合物是聚苯乙烯。少量的單烯屬不飽和化合物如C2-6烷基酸和酯、離聚物衍生物和C4-6二烯可以與烯基芳族化合物共聚?？晒簿刍衔锏膶?shí)例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸(ethacrylic acid)、馬來(lái)酸、衣康酸、丙烯腈、馬來(lái)酸酐、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯和丁二烯。
優(yōu)選的結(jié)構(gòu)基本上(即大于約95百分比)和最優(yōu)選全部包括聚苯乙烯。本發(fā)明涉及制備泡沫產(chǎn)品的方法，該方法包括形成(1)重均分子量約30,000到約500,000的聚合物的可發(fā)泡混合物的步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚苯乙烯重均分子量約250,000，和(2)納米石墨，(3)至少一種發(fā)泡劑，(4)其它加工助劑，如成核劑、阻燃化學(xué)品，在大氣壓或減壓的地方發(fā)泡該混合物以形成泡沫產(chǎn)品。
用于本發(fā)明的納米石墨為通過(guò)X射線衍射至少一個(gè)維度很可能是粒子的厚度小于約100納米的納米石墨。泡沫包括分散在聚合物基體中的片狀剝落的石墨的納米片(nanosheets)。片狀剝落的石墨是優(yōu)選通過(guò)氧化法已經(jīng)被插層的石墨，其中原子或分子已經(jīng)被插入碳的層狀平面之間的平面間距，并膨脹。插層的石墨優(yōu)選通過(guò)短暫暴露于高溫以膨脹石墨的厚度而膨脹或剝落。然后將膨脹或剝落的石墨與單體混合并原位聚合以形成具有分散在其中的片狀剝落石墨的納米片網(wǎng)絡(luò)的聚合物。
片狀剝落石墨有利地在聚合過(guò)程中保持其納米結(jié)構(gòu)。將膨脹或片狀剝落的石墨壓縮在一起形成柔性薄片。泡沫中的納米石墨包括多個(gè)一般為層狀的納米片。納米片的厚度在約10到幾百納米之間，及大多數(shù)在約10到約100納米范圍內(nèi)。石墨剝落的詳細(xì)說(shuō)明可在GraphiteIntercalation Compounds IStructure and Dynamics，H.Zabel；S.A.Solin(1990)和Carbon and Graphite Handbook，C.L.Mantell(1968)中找到，將其在此引入作為參考。
用于本發(fā)明制造方法的標(biāo)準(zhǔn)擠出工藝和方法一般描述在自已的U.S.專利5,753,161，將其在此全部引入作為參考。發(fā)泡方法包括膨脹和擠出的詳細(xì)說(shuō)明能在Plastics Processing Data Handbook(第2版)，Rosato，

1997 Springer-Verlag中找到，其在此引入作為參考。
在擠出過(guò)程中，擠出的聚苯乙烯聚合物、納米石墨泡沫通過(guò)具有平模頭和片成形機(jī)的雙螺桿擠出機(jī)(低剪切)制備?；蛘?，可以使用具有輻射狀模頭和線條(slinky)成形機(jī)的單螺桿串聯(lián)擠出機(jī)(高剪切)。然后將納米石墨優(yōu)選基于聚合物以及聚苯乙烯、發(fā)泡劑和任選的其它添加劑的重量的大于0wt％到約10wt％，更優(yōu)選約0.5到約3wt％加入擠出機(jī)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，擠出聚苯乙烯聚合物泡沫通過(guò)具有平模頭和片成形機(jī)的雙螺桿擠出機(jī)(低剪切)制得?；蛘撸梢允褂镁哂休椛錉钅ｎ^和線條成形機(jī)的單螺桿串聯(lián)擠出機(jī)(高剪切)。優(yōu)選，將納米石墨復(fù)合物通過(guò)多進(jìn)料器與聚苯乙烯、發(fā)泡劑和/或其它添加劑一起加入擠出機(jī)。
將包含納米石墨、聚合物和任選的其它添加劑的增塑樹脂混合物加熱到熔體混合溫度并徹底混合。熔體混合溫度必須足以塑煉或熔化該聚合物。因此，熔體混合溫度在聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔點(diǎn)，或高于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔點(diǎn)。優(yōu)選，在優(yōu)選實(shí)施方案中，熔體混合溫度為約200到約250℃，最優(yōu)選約220到約240℃，取決于納米石墨的量。
然后將發(fā)泡劑加入以形成可發(fā)泡凝膠。然后將可發(fā)泡凝膠冷卻到模頭熔體溫度。模頭熔體溫度一般比熔體混合溫度冷，在優(yōu)選實(shí)施方案中，為從約100℃到130℃，以及最優(yōu)選約120℃。模頭壓力必須足以防止包含發(fā)泡劑的可發(fā)泡凝膠的預(yù)發(fā)泡。預(yù)發(fā)泡包括在擠入減壓區(qū)域前可發(fā)泡凝膠的不合需要的過(guò)早發(fā)泡。因此，模頭壓力隨發(fā)泡劑在可發(fā)泡凝膠中的類別和量而變化。優(yōu)選，在優(yōu)選實(shí)施方案中，壓力為約50到約80巴，最優(yōu)選約60巴。膨脹率(每模頭間隙的泡沫厚度)在約20到約70的范圍內(nèi)，一般約60。圖2圖解了1600等級(jí)聚苯乙烯(來(lái)自NOVA Chemical，PA)和具有1wt％的納米石墨添加劑的同樣聚苯乙烯在常規(guī)模頭剪切率范圍(約100rad/sec頻率)的粘度(eta*以Pa-sec計(jì))比較。在常規(guī)模頭溫度工作范圍—從115到125℃，具有納米石墨的聚苯乙烯的粘度較高，但在操作溫度窗范圍(window)內(nèi)可控制。
任何適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡劑和發(fā)泡劑組合可用于實(shí)施本發(fā)明?？捎糜趯?shí)施本發(fā)明的發(fā)泡劑包括無(wú)機(jī)試劑、有機(jī)發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑。適當(dāng)?shù)臒o(wú)機(jī)發(fā)泡劑包括二氧化碳、氮、氬、水、空氣、氮和氦。有機(jī)發(fā)泡劑包括具有1-9個(gè)碳原子的脂族烴，具有1-3個(gè)碳原子的脂族醇，和具有1-4個(gè)碳原子的完全和部分鹵化脂族烴。脂族烴包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷和新戊烷。脂族醇包括甲醇、乙醇、正丙醇和異丙醇。完全和部分鹵化的脂族烴包括氟烴、氯烴、氯氟烴和環(huán)戊烷。氟烴的實(shí)例包括氟代甲烷、全氟甲烷、氟代乙烷(HFC-161)、氟代乙烷、1，1-二氟乙烷(HFC-152a)、1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)、1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)、1，1，2，2-四氟乙烷(HFC-134)、五氟乙烷(HFC-125)、二氟甲烷(HFC-32)、全氟乙烷、2，2-二氟丙烷(HFC-272fb)、1，1，1-三氟丙烷(HFC-263fb)、全氟丙烷、1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC-365mfc)、1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC245fa)、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)、二氯丙烷、二氟丙烷、全氟丁烷和全氟環(huán)丁烷。用于本發(fā)明的部分鹵化的氯烴和氯氟烴包括氯代甲烷、二氯甲烷、氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷、1，1-二氯-1-氟代乙烷(HCFC-141b)、1-氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)、1，2-二氟乙烷(HFC-142)、氯二氟代甲烷(HCFC-22)、1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷(HCFC-123)和1-氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)等。完全鹵化的氯氟烴包括三氯氟代甲烷(CFC-11)、二氯二氟甲烷(CFC-12)、三氯三氟代乙烷(CFC-113)、1，1，1-三氟乙烷、五氟乙烷、二氯四氟乙烷(CFC-114)、氯七氟丙烷和二氯六氟丙烷?；瘜W(xué)發(fā)泡劑包括偶氮二甲酰胺、偶氮二異丁腈、苯磺酰肼、4，4-羥苯磺酰-氨基脲、對(duì)甲苯磺酰氨基脲、偶氮二羧酸鋇和N，N′-二甲基-N，N’-二亞硝基對(duì)苯二甲酰胺和三肼基(trihydrazino)三嗪。
可將發(fā)泡劑的混合物用于本發(fā)明，如包括1，1，2，2-四氟乙烷(HFC-134a)與基本上大約相同量的1，1-二氟乙烷(HFC-152a)的混合物。約50％的134a發(fā)泡劑和約50％的152b發(fā)泡劑可存在于組合物中。兩種組分均基于聚合物的重量。然而，對(duì)于低密度厚產(chǎn)品，152a的量基于聚合物的重量可增加直至約60％或更多。
在本發(fā)明中，基于聚合物的重量，優(yōu)選使用約6至約14wt％，優(yōu)選約11wt％的環(huán)戊烷。優(yōu)選加入約0到約4％乙醇，約3到約6％，優(yōu)選約3.5％的二氧化碳。所有百分比基于聚合物的重量。
可將任選的添加劑加入擠出的泡沫產(chǎn)品，和包括附加的紅外衰減劑、增塑劑、阻燃化學(xué)品、顏料、彈性體、擠出助劑、抗氧化劑、填料、抗靜電劑、UV吸收劑、檸檬酸、成核劑、表面活性劑、加工助劑等。這些任選的添加劑可以獲得可發(fā)泡凝膠或合成的擠出發(fā)泡產(chǎn)品的期望性能的任何量加入。優(yōu)選，將任選的添加劑加入樹脂混合物，但可以替代方式加入擠出泡沫生產(chǎn)過(guò)程。
由上述方法生產(chǎn)的產(chǎn)品是約1/8到約12英寸厚，一般約1到約4英寸厚的剛性泡沫保溫板。泡沫板的密度一般為約1.2到約5pcf，一般約1.4到約3pcf。得到的板是銀色的，具有光澤表面。
如上所述，泡沫中的納米石墨控制泡孔形態(tài)。納米尺度的石墨在發(fā)泡過(guò)程中起到成核劑的作用。圖3為在聚苯乙烯泡沫中包括1％納米石墨的泡沫的SEM圖像。沒(méi)有任何其它的成核劑如滑石的泡沫的平均孔度為約220微米；x/z方向的取向(orientation)＝1.26(x 0.254，y0.205，z 0.201mm)。圖4為泡沫產(chǎn)品的泡孔壁和支柱的SEM圖像。聚苯乙烯泡沫包含1％納米石墨。泡孔壁厚度為約0.86微米，支柱直徑為約3.7微米。
圖5圖解了本發(fā)明的具有納米石墨的聚苯乙烯泡沫板當(dāng)該板曝露于紫外輻射時(shí)的紫外保護(hù)能力。所用的測(cè)試方法為QUV試驗(yàn)，接著進(jìn)行顏色測(cè)量。用于QUV試驗(yàn)的試驗(yàn)方法和材料標(biāo)準(zhǔn)包括ISO4982-1塑料，ASTM G-151，ASTM G-154，ASTM G53，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS 2782，部分5，方法540B和SAE J2020，JIS D0205。上面所引用的所有測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)在此引入作為參考。顏色測(cè)定是以L*a*b尺度進(jìn)行。L尺度從0到100表示黑色到白色的關(guān)系。灰色納米石墨泡沫在超過(guò)100天曝露于連續(xù)UV下幾乎無(wú)變化。a和b尺度從1到-1表示不同的變色從紅色到綠色，以及從黃色到藍(lán)色。在納米石墨泡沫板曝露于紫外超過(guò)90天后已經(jīng)觀察到顏色的輕微變化。
已經(jīng)大概地描述了本發(fā)明，進(jìn)一步的理解可參考下面舉例的一些具體實(shí)施例而獲得，所述實(shí)施例僅以例證的目的提供，除非另有說(shuō)明并非旨在包括一切或作限制。
實(shí)施例1 本發(fā)明通過(guò)下面的實(shí)施例1進(jìn)一步說(shuō)明，不將其看作是限制，其中所有泡沫板為擠出的聚苯乙烯泡沫板。在下面的樣品和對(duì)照樣品中，硬質(zhì)聚苯乙烯泡沫板通過(guò)具有平模頭和成形機(jī)片的雙螺桿LMP擠出機(jī)；和兩個(gè)具有輻射狀模頭和線條成形機(jī)的單螺桿串聯(lián)擠出機(jī)制備。在上述中試和生產(chǎn)線兩者中均可施加真空。
表1顯示了用于制造寬度16英寸和厚度1英寸的泡沫板的雙螺桿擠出機(jī)中樣品的工藝條件。
表1-樣品的工藝條件 所用的納米石墨的厚度通過(guò)X射線衍射確認(rèn)為29.7nm，以及在與約60wt％的聚苯乙烯復(fù)合后為51nm。炭黑由于其差的加工性能和燃燒試驗(yàn)期間的高排煙密度而不是與納米石墨的混合的一部分。
上述實(shí)施例的結(jié)果列于表2中。所有的R-值和壓縮強(qiáng)度在樣品老化180天后測(cè)得。
表2 如上述樣品所示，在泡沫工藝中加入納米石墨，優(yōu)選固體泡沫聚合物重量的約1％到約3％對(duì)于熱阻性質(zhì)有深遠(yuǎn)的影響。R-值的范圍測(cè)定介于約5.7和約6.0之間。
實(shí)施例2 表3比較了間歇發(fā)泡和傳統(tǒng)的低密度泡沫擠出之間的操作條件。
表3-間歇和擠出發(fā)泡之間操作條件的比較 在間歇發(fā)泡前，將聚合的納米石墨/聚苯乙烯復(fù)合物加熱并壓縮為固體形狀。將固體片材根據(jù)壓力容器的尺寸切割為小塊如77×32×1mm。然后將固體片材樣品放入模具中并在高壓容器中在約80到約160℃，一般為約120℃和約500到約4000psi，一般約2000psi下發(fā)泡。固體片材在加壓容器中保留約8到約50小時(shí)，一般為約12小時(shí)，之后將容器中的壓力迅速(約12秒)釋放以發(fā)泡。
測(cè)定間歇發(fā)泡樣品的納米石墨/聚苯乙烯泡沫以確定透射過(guò)泡沫的紅外輻射的量。因?yàn)榧t外光是熱輻射的主要形式。
選擇了一塊包含聚苯乙烯和3％石墨的間歇發(fā)泡樣品和另外兩塊包含聚苯乙烯或聚苯乙烯和5％納米粘土的比較樣品。在泡沫樣品的一面放置紅外激光器光源。在樣品的另一面，放置檢測(cè)器以記錄透射光強(qiáng)度，或者放置溫度復(fù)照機(jī)(camera)以監(jiān)控表面溫度變化。結(jié)果概括于表4中。
表4-紅外光透射 通過(guò)聚苯乙烯(PS)、聚苯乙烯和5％納米粘土(PS/5％粘土)，和聚苯乙烯和3％納米石墨(PS/3％石墨)的樣品 *具有5％反應(yīng)活性陽(yáng)離子表面活性劑、2-甲基丙烯酰氧基乙基十六基二甲基溴化銨(MHAB)處理的Na+蒙脫上與95％苯乙烯單體的原位聚合復(fù)合物。
如表4所示，10％的光透射穿過(guò)純的PS泡沫樣品，然而僅4％穿過(guò)PS/5％粘土泡沫樣品以及僅有2％穿過(guò)PS/3％石墨樣品。粘土和石墨對(duì)紅外光均具有衰減作用，然而，如上表所示，PS/3％石墨具有顯著更佳的透射衰減。
在與光源相對(duì)的樣品的一面，PS/石墨樣品的溫度略微升高，在曝露60秒后增加約2-3℉(表5)。純的PS(對(duì)照樣品)和具有MHABS納米粘土的PS泡沫樣品表面溫度沒(méi)有明顯變化。PS/石墨泡沫衰減熱輻射并提高了熱固體傳導(dǎo)。進(jìn)一步地，通過(guò)改善石墨的分散和濃度，預(yù)計(jì)這些趨勢(shì)將更顯著。
表5-PS、PS/5％粘土和PS/3％石墨的泡沫樣品在與光源相對(duì)的表面上的溫度變化
具體實(shí)施方案的上述說(shuō)明如此充分地揭示發(fā)明的總特性以至于

他人通過(guò)運(yùn)用本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員范圍內(nèi)的知識(shí)(包括此處引用的參考文獻(xiàn)的內(nèi)容)在不偏離本發(fā)明的一般概念的情況下容易修改和/或改進(jìn)這樣的具體實(shí)施方案適于不同的應(yīng)用，不需要過(guò)度的試驗(yàn)。因此，這樣的改進(jìn)和修改基于此處所列出的教導(dǎo)和指引確定為在公開的實(shí)施方案的同等物的意思和范圍內(nèi)。當(dāng)理解的是，此處的措辭或技術(shù)名詞用于說(shuō)明的目的而非限制的目的，因此本說(shuō)明書的技術(shù)名詞或?qū)儆诋?dāng)由熟練技術(shù)人員按照此處給出的教導(dǎo)和指引結(jié)合本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員的知識(shí)進(jìn)行解釋。
本申請(qǐng)如上所述已經(jīng)一般地和參照具體的實(shí)施方案進(jìn)行了描述。盡管本發(fā)明已經(jīng)以被認(rèn)為是優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行了闡明，能在一般內(nèi)容內(nèi)選定本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所知的多種替代方式。本發(fā)明沒(méi)有以別的方式進(jìn)行限制，除了如下闡明的權(quán)利要求的陳述外。
權(quán)利要求
1.聚合物泡沫材料，其包含
a)聚合物；
b)至少一種發(fā)泡劑；和
c)納米石墨。
2.權(quán)利要求1的聚合物泡沫材料，其中納米石墨以基于聚合物大于0wt％到約10wt％的量存在。
3.權(quán)利要求1的聚合物泡沫材料，其中發(fā)泡劑包括1，1，2，2-四氟乙烷(HFC-134)、1，1-二氟乙烷(HFC-152a)和1，2-二氟乙烷(HFC-142)的混合物。
4.權(quán)利要求1的聚合物泡沫材料，進(jìn)一步包含一種或多種選自孔度擴(kuò)大劑、紅外衰減劑、增塑劑、阻燃化學(xué)品、顏料、彈性體、擠出助劑、抗氧化劑、填料、抗靜電劑和紫外吸收劑的添加劑。
5.權(quán)利要求1的聚合物泡沫材料，其中所述納米石墨進(jìn)一步包括多個(gè)納米片。
6.權(quán)利要求5的聚合物泡沫材料，其中所述的多個(gè)納米片具有約10到幾百納米，及大部分在約10到約100納米范圍的厚度。
7.權(quán)利要求6的聚合物泡沫材料，其中所述多個(gè)納米片包括多個(gè)石墨單碳層。
9.權(quán)利要求1的聚合物泡沫材料，其中所述材料的R-值為約3到約8。
10.權(quán)利要求1的聚合物泡沫材料，其中聚合物選自聚烯烴、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、聚酰胺、聚酯、聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚脲、苯酚-甲醛、聚異氰脲酯、酚醛塑料、上述物質(zhì)的共聚物和三元聚合物、熱塑性聚合物混合物和橡膠改性聚合物。
11.用于制造擠出聚合物泡沫的方法，包括如下步驟
a)混合包含聚合物和納米石墨復(fù)合物的樹脂混合物；
b)加熱所述的樹脂混合物至熔體混合溫度；
c)將一種或多種發(fā)泡劑在足以防止凝膠預(yù)發(fā)泡的壓力下加入樹脂混合物；
d)冷卻凝膠到模頭熔體溫度；和
e)擠出凝膠穿過(guò)模頭到較低模頭壓力的區(qū)域以形成泡沫。
12.權(quán)利要求11的方法，其中納米石墨復(fù)合物以基于聚合物大于0wt％到約100wt％的量加入。
13.權(quán)利要求12的方法，其中發(fā)泡劑包括1，1，2，2-四氟乙烷(HFC-134)、1，1-二氟乙烷(HFC-152a)和1，2-二氟乙烷(HFC-142)的混合物。
14.權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括將一種或多種選自如下的添加劑混入混合物的步驟孔度擴(kuò)大劑、紅外衰減劑、增塑劑、阻燃化學(xué)品、顏料、彈性體、擠出助劑、抗氧化劑、填料、抗靜電劑和紫外吸收劑。
15.權(quán)利要求11的方法，其中聚合物是聚苯乙烯。
16.一種用于制造批次聚合物泡沫的方法，包括如下步驟
a)將包含納米石墨的擠出或模塑聚合物固體加入壓力容器；
b)將至少一種發(fā)泡劑加入該壓力容器；
c)加壓所述壓力容器至足以促使適量發(fā)泡劑進(jìn)入聚合物的空隙容積的水平；
d)當(dāng)發(fā)泡劑已經(jīng)完全飽和聚合物時(shí)降低壓力并從壓力容器取出包含納米石墨聚合物的所述卷。
17.硬質(zhì)泡沫塑料保溫板，其包含
a)聚合物；
b)至少一種發(fā)泡劑；和
c)納米石墨。
18.權(quán)利要求17的保溫板，其中所述板的R-值為約3到約8。
19.權(quán)利要求17的保溫板，其中所述保溫板具有約1/8英寸到約10英寸之間的厚度。
20.權(quán)利要求19的保溫板，其中納米石墨以基于聚合物大于0wt％到約10wt％的量存在。
全文摘要
本發(fā)明涉及泡沫保溫產(chǎn)品，特別是擠出的聚苯乙烯泡沫，其包含納米石墨作為用于改進(jìn)泡沫產(chǎn)品物理性能的加工助劑。
文檔編號(hào)C08J9/00GK101479330SQ200680055234
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日
發(fā)明者R·R·洛, M·E·波拉斯基, J·P·林德, K·W·柯林, B·帕特爾, M·K·喬德哈里, Y·德拉維茲 申請(qǐng)人:歐文斯科寧知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)有限公司