制備復(fù)合型材的方法
【專利說明】制備復(fù)合型材的方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備包括金屬殼、含有熱塑性物質(zhì)的支柱（strut)和含有硬質(zhì)聚 氨酯泡沫的芯的復(fù)合型材的方法，所述型材例如用于窗框架和門框架。
[0002] 硬質(zhì)聚氨酯泡沫早已眾所周知并廣泛記載于文獻(xiàn)中。其例如用于制冷設(shè)備的隔 熱、用于制備復(fù)合元件（也稱夾層元件）以及還用于建筑和建造。
[0003] 硬質(zhì)聚氨酯泡沫的一個應(yīng)用為制備復(fù)合型材，所述復(fù)合型材特別用于窗框架或門 框架。此處，空心型材由兩個金屬殼（例如包含鋁）和兩個塑料支柱（例如包含聚酰胺）制 備，并且將硬質(zhì)聚氨酯泡沫的液體起始組分引入其中，然后在此固化而形成泡沫。在泡沫固 化之后，向復(fù)合元件施加表面涂層。關(guān)于表面涂層，通常使用粉末涂料或烘烤搪瓷（baking enamel)。在高溫（通常在200°C的范圍）下進(jìn)行該表面涂覆，由于硬質(zhì)聚氨酯泡沫中的氣 體膨脹以及鋁和硬質(zhì)聚氨酯泡沫的不同的熱膨脹，其可導(dǎo)致復(fù)合元件變形。
[0004] 避免此變形的方法已知于現(xiàn)有技術(shù)。
[0005] 例如，EP-A 1925417記載了一種制備復(fù)合型材的方法，所述復(fù)合型材完全用泡沫 填充且可在高溫下進(jìn)行表面涂覆而不出現(xiàn)復(fù)合元件的變形。然而，此處必須添加無機(jī)填料 以應(yīng)對復(fù)合元件的變形。此外，現(xiàn)有技術(shù)使用的發(fā)泡劑有可能導(dǎo)致全球變暖。
[0006] 然而，填料不利于許多應(yīng)用。在切割或鋸切完全填充有泡沫的空腔型材時，其有時 會導(dǎo)致大量粉塵。特別在低于〇°C的溫度范圍內(nèi)，其引起脆性以及降低的柔性。
[0007] -種制備這樣的復(fù)合元件的方法記載于DE-A 10035649中。型材變形的問題通過 在金屬殼和聚酰胺支柱之間的空腔僅部分地用聚氨酯泡沫填充而解決。然而，用聚氨酯泡 沫不完全填充型材可導(dǎo)致型材隔熱特性的劣化或?qū)е乱呀?jīng)完全填充有泡沫的復(fù)合元件的 變形，特別是因表面涂覆之故。
[0008] 本發(fā)明的目的是避免上述缺點。特別地，應(yīng)找到這樣一種制備開始所提及類型的 復(fù)合元件的方法，所述方法可制備在高溫下施加表面涂層時不顯示變形、且甚至在低于〇°C 的溫度下仍具有良好的機(jī)械特性、以及可在切割時無粉塵形成的型材。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，該目的通過一種制備包括至少兩個由包含熱塑性物質(zhì)的支柱所連接 的金屬殼和包含硬質(zhì)聚氨酯泡沫的芯的復(fù)合型材的方法而實現(xiàn)，所述方法包括向由金屬殼 形成的空腔中引入硬質(zhì)聚氨酯泡沫的起始組分，并且形成聚氨酯泡沫，以及隨后通過粉末 涂料或烘烤搪瓷向復(fù)合型材的外表面施加表面涂層，其中硬質(zhì)聚氨酯泡沫通過以下組分的 反應(yīng)得到：
[0010] A)至少一種多異氰酸酯，
[0011] B)至少一種對異氰酸酯有反應(yīng)性的多官能化合物，
[0012] C) 一種以上的至少包含甲酸的發(fā)泡劑，
[0013] D)任選地一種以上的阻燃劑，
[0014] E)任選地一種以上的催化劑，以及
[0015] F)任選地其他助劑或添加劑，
[0016] 其中所述硬質(zhì)聚氨酯泡沫的起始組分不包含任何無機(jī)填料。
[0017] 就本發(fā)明而言,聚氨酯泡沫為符合DIN 7726的泡沫。本發(fā)明所使用的硬質(zhì)聚氨酯 泡沫在10%的形變下具有大于或等于80kPa、優(yōu)選大于或等于150kPa、特別優(yōu)選大于或等 于180kPa的壓縮應(yīng)力。此外，符合DIN ISO 4590的硬質(zhì)聚氨酯泡沫具有大于80%、優(yōu)選大 于90%的閉孔比例。
[0018] 用于制備復(fù)合型材的金屬殼通常由鋼或鋁組成。它們通常通過機(jī)械成形制備。金 屬殼的尺寸取決于窗框架和門框架的所需尺寸。所插入的聚合物支柱（通常由聚酰胺或 ASA制備）在金屬殼之間形成空腔，向該空腔中引入聚氨酯泡沫，隨后封閉該空腔。
[0019] 成形之后，將聚氨酯泡沫引入到復(fù)合型材中。此處通過將多異氰酸酯A)與組分B) 至F)混合、然后將混合物引入到復(fù)合型材中（其中所述組分固化以形成硬質(zhì)聚氨酯泡沫） 來完成。如上所述，引入通常通過常規(guī)計量裝置（通常通過混合頭）進(jìn)行。泡沫的量應(yīng)使 得復(fù)合型材完全被填充但壓力并未累積到使復(fù)合型材破壞或變形的程度。
[0020] 在硬質(zhì)聚氨酯泡沫固化之后，向本發(fā)明的復(fù)合型材施加表面涂層。根據(jù)本發(fā)明，烘 烤搪瓷和粉末涂料用于表面涂層。這些類型的表面涂層具有高抗刮性。
[0021] 烘烤搪瓷為在升高的溫度下--優(yōu)選100至250°C--固化的表面涂料。
[0022] 烘烤搪瓷通常為基于丙烯酸、環(huán)氧、酚醛、三聚氰胺、尿素、硅酮、聚氨酯樹脂的表 面涂料，在升高的溫度下，優(yōu)選在100至250°C范圍內(nèi)，其單獨固化或彼此結(jié)合固化，或與常 規(guī)的封端硬化劑（例如封端的多異氰酸酯）結(jié)合固化。通過交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生固化，所述交聯(lián) 反應(yīng)可由這些化合物分子中存在的雙鍵的活化或由不同官能團(tuán)的相互反應(yīng)而引起。只有在 特殊情況下才添加干燥劑（dryer)。在實踐中，將工件上的烘烤搪瓷在各種尺寸的烘箱或干 燥箱中在特定的烘烤條件下進(jìn)行固化。有時使用紅外輻射器或基于電磁感應(yīng)運行的裝置用 于產(chǎn)生熱量。
[0023] 用于烘烤搪瓷的液體起始物質(zhì)（為簡單起見下文稱為烘烤搪瓷）可為溶劑基或水 基的表面涂料組合物，有色的、透明的或澄清的涂料組合物。烘烤搪瓷中優(yōu)選的粘合劑為醇 酸、聚酯、丙烯酸或環(huán)氧樹脂與作為交聯(lián)劑的三聚氰胺樹脂、胺或多異氰酸酯的結(jié)合。
[0024] 將烘烤搪瓷通過有機(jī)溶劑或通過其中添加有少量2-丙醇、丁醇或其他醇的水而 調(diào)節(jié)至加工稠度。
[0025] 就本發(fā)明而言，粉末涂料為粉末狀、無溶劑的涂料物質(zhì)，其在熔化和任選地烘烤后 產(chǎn)生涂層。根據(jù)存在的體系的功能，用于加工的溫度范圍為80°C至250°C。將其主要以粉 末形式施加至金屬基板。粉末涂料通常為熱固性體系。粉末涂料的成膜相由粘合劑、這些 粘合劑的共反應(yīng)物（還稱為硬化劑）、填料、顏料和添加劑組成。所使用的粘合劑和硬化劑 基本上決定了粉末涂料的一般特性，因此還決定了其優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0026] 粉末涂料通?；诃h(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂/聚酯混合物、聚酯、聚酯/異氰酸酯混合 物和丙烯酸酯。由其所制備的粉末涂料稱為環(huán)氧樹脂粉末涂料、環(huán)氧樹脂/聚酯粉末涂料、 聚酯粉末涂料、聚氨酯粉末涂料或丙烯酸酯粉末涂料。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明所得的復(fù)合型材可有利地用于窗框架或門框架。
[0028] 關(guān)于硬質(zhì)聚氨酯泡沫的制備和用于此目的的起始化合物，可提供以下詳細(xì)信息。
[0029] 組分 A)
[0030] 就本發(fā)明而言，多異氰酸酯為每分子含有至少兩個反應(yīng)性異氰酸酯基團(tuán)（即官能 度至少為2)的有機(jī)化合物。如果所用的多異氰酸酯或多種多異氰酸酯的混合物不具有均 一的官能度，則所用組分A)的重均官能度至少為2。
[0031] 可行的多異氰酸酯A)為本身已知的脂族、脂環(huán)族、芳脂族和優(yōu)選芳族的多官能異 氰酸酯。該多官能異氰酸酯為本身已知的或可根據(jù)本身已知的方法制備。特別地，多官能 異氰酸酯還可作為混合物使用，在該情況下，組分A)包含多種多官能異氰酸酯?？煽紤]作 為多異氰酸酯的多官能異氰酸酯每分子具有兩個（下文稱為二異氰酸酯）或多于兩個異氰 酸醋基團(tuán)。
[0032] 具體的實例特別為：在亞烷基基團(tuán)上具有4至12個碳原子的亞烷基二異氰酸酯， 例如十二烷1，12-二異氰酸酯、2-乙基四亞甲基1，4-二異氰酸酯、2-甲基五亞甲基1，5-二 異氰酸酯、四亞甲基1，4-二異氰酸酯和優(yōu)選的六亞甲基1，6-二異氰酸酯；脂環(huán)族二異氰酸 酯，如環(huán)己烷1，3-二異氰酸酯和環(huán)己烷1，4-二異氰酸酯及這些異構(gòu)體的任意混合物、1-異 氰酸酯基-3, 3, 5-三甲基-5-異氰酸甲酯基環(huán)己烷（Iroi)、六氫甲苯2, 4-和2, 6-二異氰 酸酯及相應(yīng)異構(gòu)體的混合物、二環(huán)己基甲烷4, 4' _、2, 2' -和2, 4' -二異氰酸酯及相應(yīng)異構(gòu) 體的混合物；以及優(yōu)選的芳族多異氰酸酯，如甲苯2, 4-和2, 6-二異氰酸酯及相應(yīng)異構(gòu)體的 混合物、二苯基甲烷4, 4' _、2, 4' -和2, 2' -二異氰酸酯及相應(yīng)異構(gòu)體的混合物、二苯基甲 烷4, 4' -與2, 2' -二異氰酸酯的混合物、多苯基多亞甲基多異氰酸酯、二苯基甲烷4, 4' -、 2,4' -和2,2' -二異氰酸酯與多苯