热绝缘的结构元件，以及包括这些结构元件的门和窗户的制作方法

专利名称：热绝缘的结构元件，以及包括这些结构元件的门和窗户的制作方法
热绝缘的结构元件，以及包括这些结构元件的门和窗户
背景技术：
聚(亚芳基醚)树脂与聚酰胺树脂共混以提供具有多种有益性质的组合物，所述性质例如耐热性、耐化学性、抗冲强度、水解稳定性、和尺寸稳定性。玻璃纤维填充的聚(亚芳基醚)_聚酰胺共混物已经用于模塑结合到门和窗户框中的绝缘材料以便于降低它们的热导率。參见，例如，Ensinger等人的美国专利5，727，356，和Tschech等人的美国专利申请公开US 2006/0234034A1。这些绝缘材料提供以下方面的显著改善它们所结合到的门和窗户的能量效率。但是，仍需要门和窗户的热导率的进ー步降低，以及用減少量的聚(亚芳基醚)和聚酰胺达到这种热导率降低的方法。

发明内容
一种实施方式是用于门或窗户的热绝缘结构元件，包括包含金属的框架；和至少部分由所述框架包封的绝缘杆；其中所述绝缘杆包括包含以下组分的热塑性组合物约55至约95wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物，和约5至约45wt%的空心玻璃珠，其中所述空心玻璃珠具有约20至约60微米的体积平均直径；约O. 3至约O. 5克每毫升的真实密度，和约30至约60兆帕的等压抗碎强度(isostatic crush strength);其中热塑性组合物包含少于5wt%的纤维增强材料。另ー种实施方式是包括热绝缘结构元件的窗户。另ー种实施方式是包括热绝缘结构元件的门。另ー种实施方式是降低用于门或窗户的热绝缘结构元件的热导率的方法，包括将包含热塑性组合物的绝缘杆至少部分包封在金属框架中，所述热塑性组合物包含约55至约95wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物，和约5至约45wt%的空心玻璃珠，其中所述空心玻璃珠具有约20至约60微米的体积平均直径；约O. 3至约O. 5克每毫升的真实密度，和约30至约60兆帕的等压抗碎強度；其中热塑性组合物包含少于5wt%的纤维增强材料。这些和其它实施方式在以下详细描述。


现在提及附图，其中在几个图中相同的要素具有相同的标记图I是热绝缘结构元件截面的图。图2是包括热绝缘结构元件的双面上光的(double-glazed)窗户一部分的横截面图。图3是包括热绝缘结构元件的门的一部分的横截面图。图4是S38HS和S38XHS空心玻璃珠的粒度分布图。图5包括由以下制备的模塑部件截面的透射电子显微镜图(a)不含空心玻璃珠的对比例I和(b)实施例5，具有名义上20wt%的S38XHS空心玻璃珠；各图像中的椭圆形状对应于聚(亚芳基醚)分散相的颗粒(玻璃珠在图5(b)中不可见，因为各玻璃珠远比图像的场大)。图6包括在550° C炭化之后粒料截面的扫描电子显微镜图；样品的变化在于空心玻璃珠的类型，其中图像(a)对应于结合S60HS空心玻璃珠的样品，图像(b)对应于结合S38XHS空心玻璃珠的样品，以及图像(c)对应于结合K25空心玻璃珠的样品。图7包括在550° C炭化之后模塑部件截面的扫描电子显微镜图；样品的变化在于空心玻璃珠的类型，其中图像(a)对应于结合S60HS空心玻璃珠的样品，图像(b)对应于结合S38XHS空心玻璃珠的样品，以及图像(c)对应于结合K25空心玻璃珠的样品。
具体实施例方式本发明人已经发现，门、窗户、和其它建筑部件的结构元件的热导率可以通过在结构元件绝缘杆的金属框架中结合包含具有特定直径、密度、和抗碎强度的空心玻璃珠的聚(亚芳基醚)_聚酰胺共混物而显著降低。因此，一种实施方式是用于门或窗户的热 绝缘结构元件，包括包含金属的框架；和至少部分由所述框架包封的绝缘杆；其中绝缘杆包括包含以下组分的热塑性组合物约55至约95wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物，和约5至约45wt%的空心玻璃珠，其中空心玻璃珠的体积平均直径为约20至约60微米；真实密度为约O. 3至约O. 5克每毫升，和等压抗碎強度为约30至约60兆帕；其中热塑性组合物包含少于5wt%的纤维增强材料。图I是包括框架2和多个绝缘杆3的结构元件I的截面图。一种实施方式是包括热绝缘结构元件的窗户。图2是双面上光的窗户4的一部分的横截面图，该部分包括框架2、多个绝缘杆3、和两个玻璃窗格5。一种实施方式是包括热绝缘结构元件的门。图3是门6的一部分的横截面图，该部分包括框架2，多个绝缘杆3，和门板7。结构元件包括含有金属的框架。适宜的金属包括，例如，铝，铝合金，鉄，铁合金(包括钢例如不锈钢)。使用铝和铝合金在目前来说是优选的。框架的截面通常通过型材挤出熔融金属形成。除了框架之外，结构元件包括至少部分由所述框架包封的绝缘杆。绝缘杆包括包含以下组分的热塑性组合物约55至约95wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物，和约5至约45wt%的空心玻璃珠。在约55至约95wt%的范围内，增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物的含量可以为约60至约90wt%，特别为约70至约85wt%，更特别为约75至约85wt%。在约5至约45wt%的范围内，空心玻璃珠的含量可以为约10至约35wt%，特别为约
15至约 25wt%。聚酰胺用于制备增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物。聚酰胺，也称为尼龙，特征在于存在多个酰胺(-C(O)NH-)基团，并且描述于Gallucci的美国专利4，970，272。适宜的聚酰胺树脂包括聚酰胺_6，聚酰胺_6，6，聚酰胺-4，聚酰胺-4，6，聚酰胺-12，聚酰胺_6，10,聚酰胺6，9，聚酰胺-6，12，无定形聚酰胺树脂，三胺含量低于O. 5wt%的聚酰胺6/6T和聚酰胺6，6/6T，聚酰胺9T，及其组合。在一些实施方式中，聚酰胺树脂包括聚酰胺-6，6。在一些实施方式中，聚酰胺树脂包括聚酰胺_6和聚酰胺-6，6。在一些实施方式中，聚酰胺树脂或聚酰胺树脂的组合的熔点(Tm)大于或等于171° C。当聚酰胺包括超坚韧的聚酰胺，即，橡胶-增韧的聚酰胺时，组合物可以包含或可以不包含単独的抗冲改性剂。
聚酰胺可以通过多种熟知方法获得，所述方法例如描述于以下的那些Carothers的美国专利 2，071，250，2，071，251，2，130，523，和 2，130,948 ；Hanford 的 2，241,322 和2，312，966 ;和Bolton等人的2，512，606。聚酰胺树脂可商购自多种来源。可以使用特性粘度为至多400毫升每克(mL/g)的聚酰胺，或更特别地，其粘度为90至350mL/g，或甚至更特别地，其粘度为110至240mL/g，在96wt%硫酸中的O. 5wt%溶液中根据ISO 307测得。聚酰胺的相对粘度可以为至多6，或更特别地，相对粘度为I. 89至5. 43，或甚至更特别地，相对粘度为2. 16至3. 93。相对粘度根据DIN 53727在96wt%硫酸中的lwt%溶液中确定。在一些实施方式中，聚酰胺树脂包括胺端基浓度大于或等于35微当量胺端基每克聚酰胺(Ueq/g)的聚酰胺，通过使用HCl滴定所确定。胺端基浓度可以大于或等于40 μ eq/g,或更特别地大于或等于45 μ eq/g。胺端基含量可通过在适当溶剂中溶解(任选加热)聚酰胺来测得。通过适当的指示方法用O. 01当量盐酸(HCl)溶液来滴定聚酰胺溶液。胺端基的含量由加入样品中的HCl溶液的体积、用于空白样品的HCl体积、HCl溶液的摩尔浓度以及聚酰胺样品的重量计算得到。 聚(亚芳基醚)用于制备增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物。聚(亚芳基醚)包括下式的重复结构单元
72 Z1
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rTr ^
....為其中，对于每个结构单元来说，每个Z1独立地为卤素、未取代或取代的C1-C12烃基(条件是该烃基不是叔烃基)、C1-C12烃硫基、C1-C12烃氧基、或卤原子与氧原子之间至少间隔2个碳原子的C2-C12卤代烃氧基；每个Z2独立地为氢、卤素、未取代或取代的C1-C12烃基(条件是该烃基不是叔烃基)、C1-C12烃硫基、C1-C12烃氧基、或卤原子与氧原子之间至少间隔2个碳原子的C2-C12卤代烃氧基。本申请所用的术语“烃基”，无论其是单独使用、或是作为前缀、后缀或其它术语的片断，都指仅包含碳和氢的残基。该残基可以是脂族的或芳族的、直链的、环状的、双环的、支化的、饱和的或不饱和的。该残基还可以包含脂族的、芳族的、直链的、环状的、双环的、支化的、饱和的以及不饱和的烃基团的组合。但是，当烃基残基为“取代的”时，取代的残基中可含有除氢和碳之外的杂原子。因此，当特别指出为“取代的”时，该烃基残基可含有卤素原子、硝基、氰基、羰基、羧酸基团、酷基、氨基、酰胺基团、磺酰基、次硫酰基、磺酰胺基团、氨磺酰基团、羟基、烷氧基等，并且可在烃基残基的主链内含有杂原子。聚(亚芳基醚)可包含带有氨烷基端基的分子，其典型地位于末端羟基的邻位。同样频繁出现的是四甲基ニ苯基醌(TMDQ)端基，其典型地可从存在四甲基ニ苯基醌副产物的反应混合物中获得。聚(亚芳基醚)可以以下形式存在均聚物、共聚物、接枝共聚物、离聚物、或嵌段共聚物、以及包含至少ー种前述聚合物的組合。聚(亚芳基醚)包括聚苯醚，该聚苯醚含有2，6- ニ甲基-1，4-亚苯基醚单元以及任选组合的2，3，6-三甲基-1，4-亚苯基醚单元。在一些实施方式中，聚(亚芳基醚)由聚(2，6-ニ甲基-1，4-亚苯基醚)组成。在本文上下文中，术语“由…组成”不包括聚(亚芳基醚)和官能化试剂的反应产物，例如酸官能化的聚(亚芳基醚)和酐官能化的聚(亚芳基醚)。聚(亚芳基醚)可由相应的单羟基芳族化合物经氧化偶联反应制备，单羟基芳族化合物例如为2，6-ニ甲苯酚和/或2，3，6-三甲基苯酚。催化剂体系通常用于该偶联反应。该体系可含有重金属物质如铜、锰或钴化合物，并且通常与各种其它材料组合使用，这些材料包括如仲胺、叔胺、卤化物或两种或更多种前述材料的组合。在一些实施方式中，聚(亚芳基醚)的特性粘度为约O. 2至约I. O分升每克，通过 ubbelohde粘度计在氯仿中在25° C测得。在一些实施方式中，聚(亚芳基醚)的特性粘度为约O. 3至约O. 6分升每克。当聚(亚芳基醚)是聚(2，6- ニ甲基-1，4-亚苯基醚)吋，约O. 3至约O. 6分升每克的特性粘度范围可以对应于约16，000至约25，000原子质量单位的数均分子量范围。在一些实施方式中，增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物包含重量比为约O. 5:1至约I. 2: I、特别为约O. 8:1至约I. 2: I、更特别为约1:1至约1.2:1的聚(亚芳基醚)和
聚酰胺。在一些实施方式中，增容剂用于促进形成聚酰胺和聚(亚芳基醚)的增容共混物。如本申请使用，术语“增容剂”是指与聚(亚芳基醚)、聚酰胺树脂、或两者相互作用的多官能化合物。这种相互作用可以是化学的(如接枝)和/或物理的(如影响分散相的表面特征)。无论哪种情况，形成的增容的共混物表现出改善的相容性，这一点尤其从增强的冲击強度、模具汇合线强度和/或拉伸伸长率可得到证实。如本申请使用，表述“增容的共混物”指的是已经与增容剂、以及聚(亚芳基醚)和聚酰胺的共混物发生物理和/或化学增容化的组合物，其中所述共混物在不存在这样的试剂下物理增容(例如，来自增容性增强的聚(亚芳基醚)上的ニ丁基氨基甲基取代基)。可使用的增容剂的实例包括液体ニ烯聚合物，环氧化合物，氧化的聚烯烃蜡，醌，有机基硅烷化合物，多官能化合物，官能化的聚(亚芳基醚)，及其组合。增容剂进ー步描述于 Gallucci 的美国专利 5，132，365，以及 Koevoets 等人的 6，593，411 和 7，226，963。在一些实施方式中，增容剂包括多官能化合物。可以用作增容剂的多官能化合物通常包括三种类型。第一种类型的多官能化合物中其分子中同时包含(a)碳-碳双键或碳-碳三键和(b)至少ー个羧酸、酸酐、酰胺、酷、酰亚胺、氨基、环氧、原酸酷，或羟基基团。这样的多官能化合物的实例包括马来酸；马来酸酐；富马酸；丙烯酸缩水甘油酷，衣康酸；乌头酸；马来酰亚胺；马来酰肼；得自ニ胺和马来酸酐、马来酸、富马酸等的反应产物；ニ氯马来酸酐；马来酸酰胺；不饱和ニ羧酸(例如，丙烯酸，丁烯酸，甲基丙烯酸，こ基丙烯酸，戊烯酸，癸烯酸，十一碳烯酸，十二碳烯酸，亚油酸等)；前述不饱和羧酸的酷、酸酰胺或酐；不饱和醇(例如，烷醇，巴豆基醇，甲基こ烯基甲醇，4-戊烯-I-醇，I, 4-己ニ烯-3-醇，3- 丁烯-1，4- ニ醇，2，5- ニ 甲基-3-己烯-2，5- ニ醇，以及具有式 CnH2n_50H、CnH2n_70H 和 CnH2n_90H的醇，其中η是小于或等于30的正整数)；不饱和胺，得自用-NH2基团替代以上不饱和醇的-OH基团；官能化的ニ烯聚合物和共聚物；以及包括前述一种或多种的组合。在一种实施方式中，增容剂包括马来酸酐和/或富马酸。第二种类型的多官能增容剂同时包含(a)由式(OR)表示的基团，其中R为氢或烷基、芳基、酰基或碳酰ニ氧基基团和(b)至少两个相同或不同的基团，可分别选自羧酸、酰卤、酸酐、酰卤酐、酷、原酸酷、酰胺、亚氨基、氨基基团及其各种盐。典型的这类增容剂是脂族多羧酸，酸酷，和酸酰胺，由下式表示(R1O)JT (COORn) n (CONRiiiRiv)s其中R’为直链或支链的饱和脂族烃，包含2 20个碳原子，或更特别地包含2 10个碳原子ダ为氢或烷基、芳基、酰基或碳酰ニ氧基基团，包含f 10个、或更特别是1飞个、或甚至更特别是广4个碳原子；每个Rn独立地为氢或烷基或芳基基团，包含f 20个、或更特别是f 10个碳原子；Rm和Riv各自独立地为氢或烷基或芳基基团，包含f 10个、或更特别 是I飞个、或甚至更特别是I 4个碳原子；m等于1，(n+s)大于或等于2，或更特别地，等于2或3，n和s各自大于或等于0，其中(0R1)位于羰基的α或β位且至少两个羰基基团之间间隔2-6个碳原子。显然，当R1、R11、Rm和Riv相应取代基含有的碳原子数小于6吋，R1、Rn、Rin和Riv不能为芳基。适宜的多羧酸包括如柠檬酸、苹果酸、和2-十六烷基柠檬酸；包括这些酸的各种商品形式，如无水酸和含水酸；以及ー种或多种前述酸的组合。在一种实施方式中，增容剂包括柠檬酸。可用于本申请的具有说明性的酷包括，如こ酰柠檬酸酷、单和/或双硬脂基柠檬酸酯等。可用于本申请的合适的酰胺包括，如N，N’-ニこ基柠檬酰胺；Ν-苯基柠檬酰胺；N-十二烷基柠檬酰胺；Ν，N’ - ニ(十二烷基)柠檬酰胺；和N-十二烷基苹果酸。衍生物包括前述物质的盐，该盐包括胺的盐以及碱金属盐和碱土金属盐。适宜的盐的实例包括苹果酸钙、柠檬酸钙、苹果酸钾和柠檬酸钾。第三种类型的多官能增容剂在分子中同时包含(a)酰卤基团和(b)至少ー个羧酸、酸酐、酷、环氧、原酸酷、或酰胺基团，优选为羧酸或酸酐基团。在该组内的增容剂的实例包括偏苯三甲酸酐酰氯，氯甲酰基琥珀酸酐，氯甲酰基琥珀酸，氯甲酰基戊ニ酸酐，氯甲酰基戊ニ酸，氯こ酰基琥珀酸酐，氯こ酰基琥珀酸，偏苯三甲酰氯，和氯こ酰基戊ニ酸。在ー种实施方式中，增容剂包括偏苯三甲酸酐酰氯。前述增容剂可直接加入到熔融共混物中，或者先与聚(亚芳基醚)、聚酰胺、或聚(亚芳基醚)和聚酰胺二者、以及与用于制备组合物的任何其它树脂质物质进行预反应。使用多种前述增容剂，特别是多官能化合物，在以下情况下发现甚至更大的改进至少一部分增容剂是与全部或部分聚(亚芳基醚)进行预反应的，其或在熔融状态下或在适宜溶剂中的溶液的状态下。可认为这样的预反可以促使增容剂与聚(亚芳基醚)反应，从而将聚(亚芳基醚)官能化。例如，聚(亚芳基醚)可与马来酸酐预反应形成酸酐官能化的聚(亚芳基醚)，与未官能化的聚(亚芳基醚)相比，该官能化的聚(亚芳基醚)与聚酰胺之间具有改善的相容性。当增容剂用于制备增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物时，用量将取决于选择的具体增容剂和其将要添加到的具体聚合物体系。在一些实施方式中，增容剂含量为约O. I至约lwt%，特别为约O. 2至约O. 8wt%,更特别为约O. 3至约O. 6wt%,基于热塑性组合物的总重量。除了增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物之外，热塑性组合物还包含约5至约35wt%的空心玻璃珠。在约5至约35wt%的范围内，空心玻璃珠的含量可以为约10至约30wt%，特别为约15至约25wt9L本发明人已经确定，仅那些具有相对窄范围直径、密度和抗碎强度性质的空心玻璃珠使得绝缘杆的热导率产生所需降低。空心玻璃珠的体积平均直径为约20至约60微米，特别为约25至约55微米，更特别为约30至约50微米，再更特别为约35至约45微米。体积平均直径可以使用常规粒度分析技术确定，包括显微镜方法。图4是S38HS和S38XHS空心玻璃珠的粒度分布图。由3M提供的空心玻璃珠的名义平均直径根据测试方法3M QCM 193. O測定。空心玻璃珠的真实密度为约O. 3至约O. 5克每毫升，特别为约O. 35至约O. 45克每毫升，更特别为约O. 35至约O. 4克每毫升。术语“真实密度”对应于单个玻璃珠的密度并且与玻璃珠的堆积密度对比，玻璃珠的堆积密度取决于填装。3M提供的空心玻璃珠的名义真实密度根据测试方法3M QCM 14. 24. I測定。空心玻璃珠的等压抗碎强度为约30至约60兆帕，特别为约35至约55兆帕，更 特别为约35至约50兆帕，再更特别为约35至约45兆帕，进ー步更特别为约35至约40兆帕。等压抗碎强度可以根据 ASTM D3102-78 (1982), “Practice for Determination ofIsostatic Collapse Strength of Hollow Glass Microspheres 測定。由 3M 提供的空心玻璃珠的名义等压抗碎强度根据测试方法3M QCM 14. I. 8測定。对于为何在得到本发明的研究之前，空心玻璃珠的等压抗碎強度可以预计热塑性组合物的热导率不是显而易见的，存在至少两个原因。首先，热塑性组合物的制备和加工使空心玻璃珠经受不同于用于确定等压抗碎強度的测试条件中存在的那些的温度、压力、和剪切应力。第二，不清楚什么样的加工条件对空心玻璃珠完整性是最有害的。是在熔融共混过程中用以形成热塑性组合物所遇到的剪切力？是在熔融共混步骤的出口(例如，挤出机的模头面)的高压？是当热塑性组合物离开熔融共混设备并遇到冷却介质例如空气或水时热塑性组合物的迅速收缩？是在注塑步骤过程中的高压？或者还是ー些其它加工条件？对于高技能的热塑性材料从业者而言答案也是不清楚的。除非另有指出，否则本申请描述的所有性质值都在25。C测得。空心玻璃珠可以任选地经表面处理以改善它们与包含聚酰胺的基质的相容性。适宜的表面处理剂包括，例如，氨基硅烷，环氧硅烷等。当存在时，表面处理剂通常用于约0. 5至约20个单层的表面积覆盖。制备空心玻璃珠的方法是已知的并且描述于，例如，美国专利如Bingham的3，700，478，Howell 的 4，391，646，Tanaka 等人的 6，531，222，和 Anderson 的 6，914，024。适宜的空心玻璃珠也可作为例如，Glass Bubbles K46, Glass Bubbles S38XHS,和GlassBubbles S38HS商购，全部购自3M。也可以使用前述空心玻璃珠的表面处理的那些，包括氨基硅烷处理的那些。热塑性组合物包含少于5wt%的纤维增强材料，例如玻璃纤维，基于热塑性组合物的总重量。在一些实施方式中，纤维增强材料含量少于2wt%，特别是少于lwt%。在ー些实施方式中，热塑性组合物不包括纤维增强材料。在一些实施方式中，热塑性组合物还包含约0. 5至约2wt%、特别为约0. 8至约
I.5wt%的低密度聚こ烯。在一些实施方式中，热塑性组合物还包含约0. 02至约0. 1被％、特别为约O. 03至约O. 08wt%的偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物。偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物的氟含量可以为约55至约75wt%，特别为约60至约70wt%，基于共聚物的总重量。在一些实施方式中，偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物包含50至70wt%的源自偏ニ氟こ烯的余留物，和30至50wt%的源自六氟丙烯的余留物。这种氟化的共聚物可以通过本领域已知的方法制备。它们也可作为例如DYNAMAR FX 9613商购自Dyneon，DYNAMAR FX 9613由88-92wt%的聚(偏ニ氟こ烯-共聚-六氟丙烯)、4-9wt%的滑石、l_4wt%的合成无定形硅石、和〈5%的碳酸钙组成，其中聚(偏ニ氟こ烯-共聚-六氟丙烯)的氟含量为65. 9±0. 3%和门尼粘度为33±5。在一些实施方式中，偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物以母料形式提供，该母料包含约2至约10wt%的偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物和约90至约98wt%的低密度聚こ烯，基于母料的总重量。在一些实施方式中，热塑性组合物包含约O. 5至约2wt%、特别为约O. 8至约 I.5wt%的低密度聚こ烯，和约O. 02至约O. lwt%、特別为约O. 03至约O. 08wt%的偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物，基于热塑性组合物的总重量。热塑性组合物可以任选地进ー步包括约2至约30wt%的橡胶改性的聚苯こ烯、聚苯こ烯-聚(こ烯-丁烯)_聚苯こ烯三嵌段共聚物、或其组合。在约2至约30wt%的范围内，该含量可以为约4至约25wt%’特别为约8至约20wt%，更特别为约8至约15wt%。橡胶改性的聚苯こ烯和聚苯こ烯-聚(こ烯-丁烯)-聚苯こ烯三嵌段共聚物是已知的，正如它们的制备方法。这些材料也可商购。适宜的橡胶改性的聚苯こ烯包括高抗冲聚苯こ烯，作为HIPS可购自Supreme Petrochem Ltd。适宜的聚苯こ烯-聚(こ烯-丁烯)_聚苯こ烯三嵌段共聚物包括KRATON G1651，得自KRATON Polymers，其聚苯こ烯含量为约31至33wt%。在一些实施方式中，热塑性组合物包含小于或等于lwt%的不同于本申请描述的必需或任选的那些的聚合物或完全不包括该聚合物。例如，热塑性组合物可以包含小于或等于lwt%的或完全不包含以下的ー种或多种均聚苯こ烯，链烯基芳族单体和共轭ニ烯的未氢化嵌段共混物(例如，聚苯こ烯-聚丁ニ烯-聚苯こ烯三嵌段共聚物)，和热固性树脂(例如，环氧树脂和热固性聚酯树脂)。热塑性组合物可以任选地进ー步包括ー种或多种添加剤，例如，稳定剂，脱模剂，加工助剂，聚酰胺流动促进剂(例如，具有或不具有环氧官能团的低分子量聚烯烃，低分子量こ烯-丙烯橡胶，低分子量热塑性聚酯，和液体聚烯烃橡胶)，聚(亚芳基醚)流动促进剂(例如，低分子量均聚苯こ烯，和低分子量橡胶改性的聚苯こ烯)，阻燃剂，防滴剂，成核剂，UV封闭剂，染料，颜料，抗氧化剂，防静电剂，发泡剂，矿物油，金属钝化剂，防粘连剂，纳米粘土，导电剂，及其组合。在一些实施方式中，热塑性组合物不包括起泡剂和/或它们的残留物。在一些实施方式中，热塑性组合物包含少于O. lwt%的阻燃剂或完全不包含阻燃齐U。阻燃剂包括，例如，溴化的聚合物(例如溴化的聚苯こ烯)，ニ烷基亚膦酸金属盐(例如三(ニこ基亚膦酸)铝)，金属氢氧化物(例如氢氧化镁)，和芳族磷酸酯(例如间苯ニ酚ニ(ニ苯基磷酸酷)和双酚A ニ(ニ苯基磷酸酷))。导电试剂包括，例如，导电炭黑，碳纳米管，碳纤维或前述两种或更多种的组合。导电炭黑可商购并且以多种商业名称出售，包括但不限于 S. C. F. (Super Conductive Furnace),E. C. F. (Electric Conductive Furnace),KETJENBLACK EC(购自 Akzo Co.，Ltd.)，PRINTEX XE2B(购自 Degussa)，ENSACO 350G(购自Timcal),或こ炔黑。在一些实施方式中，导电炭黑的平均粒度小于或等于200纳米(nm),或更特别地，小于或等于IOOnm,或甚至更特别地,小于或等于50nm。导电炭黑的表面积也可以大于200平方米姆克(m2/g),或更特别地,大于400m2/g,或甚至更特别地,大于900m2/g,通过BET分析确定。导电炭黑的孔体积可以大于或等于40立方厘米每ー百克(cmVlOOg)，或更特别地，大于或等于lOOcmVlOOg,或甚至更特别地,大于或等于150cm3/100g,以邻苯ニ甲酸ニ丁酯的吸附量来測量。热塑性组合物通过熔融共混聚酰胺、聚(亚芳基醚)、空心玻璃珠、和任何任选的组分制备。为最小化空心玻璃珠的压碎，它们优选地在混配过程中尽可能晚地添加，同时仍确保它们在组合物中的均匀分布。在一些实施方式中，将除空心玻璃珠之外的热塑性组合物在第一混配步骤中混配和造粒，所得(未填充)组合物然后与空心玻璃珠在第二混配步骤中混配。在其它实施方式中，将整个热塑性组合物混配和造粒，粒料用于之后的型材挤出エ艺以形成绝缘杆。仍在其它实施方式中，将热塑性组合物混配并使其经受紧接的型材挤出，而没有紧接着造粒。详细的混配条件描述于以下工作实施例中。
热塑性组合物的ー个重要性质是其低热导率。在一些实施方式中，热塑性组 合物的热导率小于或等于0. 24瓦特每米-开尔文，根据ASTM E 1530-06在50° C使用直径为40毫米且厚度为3. 4毫米的圆盘测得。热导率可以小于0. 22瓦特每米-开尔文，或小于0. 2瓦特每米-开尔文，或小于0. 19瓦特每米-开尔文。在一些实施方式中，热塑性组合物的热导率为约0. 16至约0. 24瓦特每米-开尔文。在该范围内，热导率可以为约0. 17至约0. 22瓦特每米-开尔文，特别为约0. 18至约0. 2瓦特每米-开尔文，更特别为约0. 185至约0. 19瓦特每米-开尔文。热塑性组合物的另ー个重要性质是其相对低的密度。在一些实施方式中，其中热塑性组合物在25° C的密度小于或等于I克每毫升。在一些实施方式中，密度小于0.95克每毫升，或小于0. 9克每毫升，或小于0. 85克每毫升。在一些实施方式中，热塑性组合物的密度为约0.8至约I克每毫升。在该范围内，密度可以为约0.82至约0.9克每毫升，特别为约0. 83至约0. 85克每毫升。型材挤出可以用于由热塑性组合物形成绝缘杆。绝缘杆可以是空心的，其壁厚为约0. 2至约4毫米。在该范围内，壁厚可以为约0. 3至约2毫米，特别为约0. 4至约I毫米，更特别为约0.4至约0.8毫米。热绝缘结构元件可以通过使绝缘杆滑进框架中组装。在热绝缘结构元件的非常具体的实施方式中，绝缘杆的壁厚为约0. 2至约4毫米；增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物是熔融共混包含以下的组分的产物约32至约45wt%的聚(亚芳基醚)，其中聚(亚芳基醚)包括特性粘度为约0. 3至约0. 6分升每克的聚(2，6-ニ甲基-1，4-亚苯基醚)，在25° C在氯仿中测得；约32至约45wt%的聚酰胺，其中聚酰胺包括聚酰胺_6，6 ;约0. 15至约2wt%的聚(2，6- ニ甲基-1，4-亚苯基醚)和聚酰胺_6，6的增容剂；和约15至约25wt%的空心玻璃珠；热塑性组合物的热导率小于或等于0. 2瓦特每米-开尔文，根据ASTM E 1530-06在50° C使用直径为40毫米且厚度为3. 4毫米的圆盘测得。在一些实施方式中，热塑性组合物的热导率为约0. 16至0. 2瓦特每米-开尔文。在一些实施方式中，熔融共混的组分还包含约3至约13wt%的橡胶改性的聚苯こ烯。在一些实施方式中，熔融共混的组分还包含约0. 5至约2wt%的低密度聚こ烯和约0. 02至约0. lwt%的偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物。
一种实施方式是包含约55至约95wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物、和约5至约45wt%的空心玻璃珠的热塑性组合物，其中空心玻璃珠的体积平均直径为约20至约60微米；真实密度为约O. 3至约O. 5克每毫升，和等压抗碎強度为约30至约60兆帕；其中热塑性组合物包含少于5wt%的纤维增强材料。在非常特定的实施方式中，增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物是熔融共混包含以下的组分的产物约32至约45wt%的聚(亚芳基醚)，其包括特性粘度为约O. 3至约O. 6分升每克的聚(2，6- ニ甲基-1，4-亚苯基醚)，在25° C在氯仿中测得；约32至约45wt%的聚酰胺，包括聚酰胺_6，6 ;约O. 15至约2wt%的聚(2，6- ニ甲基-1，4-亚苯基醚)和聚酰胺-6，6的增容剂；和约15至约25wt%的空心玻璃珠，热塑性组合物的热导率小于或等于O. 2瓦特每米-开尔文，根据ASTM E 1530在50° C使用直径为40毫米且厚度为3. 4毫米的圆盘测得。其它实施方式包括由热塑性组合物制造的注塑和挤出的制品。一种实施方式是降低用于门或窗户的热绝缘结构元件的热导率的方法，包括将包含热塑性组合物的绝缘杆至少部分包封在金属框架中，所述热塑性组合物包含约55至约95wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物，和约5至约45wt%的空心玻璃珠，其中 空心玻璃珠的真实密度为约O. 3至约O. 5克每毫升，和等压抗碎強度为约30至约60兆帕；其中热塑性组合物包含少于5wt%的纤维增强材料。在结构元件上下文中以上描述的所有变化也可以应用于降低热导率的方法。本发明包括至少以下实施方式。实施方式I :用于门或窗户的热绝缘结构元件，包括包含金属的框架；和至少部分由所述框架包封的绝缘杆；其中绝缘杆包括包含以下组分的热塑性组合物约55至约95wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物，和约5至约45wt%的空心玻璃珠，其中所述空心玻璃珠的体积平均直径为约20至约60微米，真实密度为约O. 3至约O. 5克每毫升，和等压抗碎強度为约30至约60兆帕；其中热塑性组合物包含少于5wt%的纤维增强材料。实施方式2 :实施方式I的热绝缘结构元件，其中所述热塑性组合物的热导率小于或等于O. 24瓦特每米-开尔文，根据ASTM E 1530在50° C使用直径为40毫米且厚度为
3.4毫米的圆盘测得。实施方式3 :实施方式I或2的热绝缘结构元件，其中所述热塑性组合物的热导率为约O. 16至约O. 24瓦特每米-开尔文，根据ASTM E 1530在50° C使用直径为40毫米且厚度为3. 4毫米的圆盘测得。实施方式4 :实施方式1-3中任ー项的热绝缘结构元件，其中热塑性组合物在25。C的密度小于或等于I克每毫升。实施方式5 :实施方式1-4中任ー项的热绝缘结构元件，其中热塑性组合物在25° C的密度为约O. 8至约I克每毫升。实施方式6 :实施方式1-5中任ー项的热绝缘结构元件，其中所述聚(亚芳基醚)的特性粘度为约O. 3至约O. 6分升每克，在25° C在氯仿中测得。实施方式7 :实施方式1-6中任ー项的热绝缘结构元件，其中所述增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物包含重量比为约O. 5:1至约1.2:1的所述聚(亚芳基醚)和所述聚酰胺。实施方式8 :实施方式1-7中任ー项的热绝缘结构元件，其中热塑性组合物还包含约O. 5至约2wt%of低密度聚こ烯。实施方式9 :实施方式1-8中任ー项的热绝缘结构元件，其中热塑性组合物还包含约O. 02至约O. lwt%of偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物。实施方式10 :实施方式1-9中任ー项的热绝缘结构元件，其中热塑性组合物还包含约O. 5至约2wt%的低密度聚こ烯，和约O. 02至约O. lwt%的偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物。实施方式11 :实施方式1-10中任ー项的热绝缘结构元件，其中热塑性组合物还包含约2至约30wt%的橡胶改性的聚苯こ烯，聚苯こ烯-聚(こ烯-丁烯)-聚苯こ烯三嵌段共聚物，或其组合。实施方式12 :实施方式1-11中任ー项的热绝缘结构元件，其中空心玻璃珠包括含有氣基娃烧的表面涂层。
实施方式13 :实施方式1-12中任ー项的热绝缘结构元件，其中绝缘杆包括厚度为约O. 2至约4毫米的壁。实施方式14 :实施方式I的热绝缘结构元件，其中绝缘杆包括厚度为约O. 2至约4毫米的壁；其中所述增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物是熔融共混包含以下的组分的产物约32至约45wt%的聚(亚芳基醚);其中聚(亚芳基醚)包括特性粘度为约O. 3至约0.6分升每克的聚(2，6_ ニ甲基-1，4_亚苯基醚)，在25° C在氯仿中测得，约32至约45wt%的聚酰胺；其中所述聚酰胺包括聚酰胺_6，6，约O. 15至约2wt%的聚(2，6- ニ甲基-1，4-亚苯基醚)和聚酰胺-6，6的增容剂，和约15至约25wt%的空心玻璃珠；其中热塑性组合物的热导率小于或等于O. 2瓦特每米-开尔文，根据ASTM E 1530在50° C使用直径为40毫米且厚度为3. 4毫米的圆盘测得。实施方式15 :实施方式14的热绝缘结构元件，其中热塑性组合物的热导率为约O. 16至O. 2瓦特每米-开尔文。实施方式16 :实施方式14或15的热绝缘结构元件，其中所述熔融共混的组分还包含约3至约13wt%的橡胶改性的聚苯こ烯。实施方式17 :实施方式14-16中任ー项的热绝缘结构元件，其中所述熔融共混的组分还包含约O. 5至约2wt%的低密度聚こ烯和约O. 02至约O. lwt%的偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物。实施方式18 :包括实施方式I的热绝缘结构元件的窗户。实施方式19 :包括实施方式I的热绝缘结构元件的门。实施方式20 :降低用于门或窗户的热绝缘结构元件的热导率的方法，包括将包含热塑性组合物的绝缘杆至少部分包封在金属框架中，所述热塑性组合物包含约55至约95wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物、和约5至约45wt%的空心玻璃珠，其中空心玻璃珠的体积平均直径为约20至约60微米，真实密度为约O. 3至约O. 5克每毫升，和等压抗碎強度为约30至约60兆帕；其中热塑性组合物包含少于5wt%的纤维增强材料。本发明通过以下非限制性实施例进ー步说明。实施例实施例1-6，对比例1-7这些实施例说明空心玻璃珠的性质对最终组合物的影响，这些性质包括密度、抗碎强度、和粒度。组合物使用表I中描述的组分制备。表I
权利要求
1.用于门或窗户的热绝缘结构元件，包括 包含金属的框架；和 至少部分由所述框架包封的绝缘杆；其中所述绝缘杆包括包含以下组分的热塑性组合物 约55至约95wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物，和 约5至约45wt%的空心玻璃珠，其中所述空心玻璃珠具有 约20至约60微米的体积平均直径， 约O. 3至约O. 5克每毫升的真实密度，和 约30至约60兆帕的等压抗碎強度； 其中所述热塑性组合物包含少于5wt%的纤维增强材料。
2.权利要求I的热绝缘结构元件，其中所述热塑性组合物的热导率小于或等于O.24瓦特每米-开尔文，根据ASTM E 1530在50° C使用直径为40毫米且厚度为3. 4毫米的圆盘测得。
3.权利要求I的热绝缘结构元件，其中所述热塑性组合物的热导率为约O.16至约O. 24瓦特每米-开尔文，根据ASTM E 1530在50° C使用直径为40毫米且厚度为3. 4毫米的圆盘测得。
4.权利要求I的热绝缘结构元件，其中所述热塑性组合物在25。C的密度小于或等于I克姆晕升。
5.权利要求I的热绝缘结构元件，其中所述热塑性组合物在25。C的密度为约O.8至约I克姆晕升。
6.权利要求1-5任ー项的热绝缘结构元件，其中所述聚(亚芳基醚)的特性粘度为约O. 3至约O. 6分升每克，在25° C在氯仿中测得。
7.权利要求1-5任ー项的热绝缘结构元件，其中所述增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物包含重量比为约O. 5:1至约I. 2:1的所述聚(亚芳基醚)和所述聚酰胺。
8.权利要求1-5任ー项的热绝缘结构元件，其中所述热塑性组合物还包含约O.5至约2wt%的低密度聚こ烯。
9.权利要求1-5任ー项的热绝缘结构元件，其中所述热塑性组合物还包含约O.02至约O.Iwt%的偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物。
10.权利要求1-5任ー项的热绝缘结构元件，其中所述热塑性组合物还包含约O.5至约2wt%的低密度聚こ烯，和约O. 02至约O. lwt%的偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物。
11.权利要求1-5任ー项的热绝缘结构元件,其中所述热塑性组合物还包含约2至约30wt%的橡胶改性的聚苯こ烯、聚苯こ烯-聚(こ烯-丁烯)-聚苯こ烯三嵌段共聚物、或其组合。
12.权利要求1-5任ー项的热绝缘结构兀件,其中所述空心玻璃珠包括含有氨基娃烧的表面涂层。
13.权利要求1-5任ー项的热绝缘结构元件,其中所述绝缘杆还包括厚度为约O.2至约4毫米的壁。
14.权利要求I的热绝缘结构元件， 其中所述绝缘杆还包括厚度为约O. 2至约4毫米的壁；其中所述增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物是熔融共混包含以下的组分的产物 约32至约45wt%的所述聚(亚芳基醚)；其中所述聚(亚芳基醚)包括特性粘度为约O.3至约O. 6分升每克的聚(2，6-ニ甲基-1，4-亚苯基醚)，在25° C在氯仿中测得， 约32至约45wt%的所述聚酰胺；其中所述聚酰胺包括聚酰胺_6，6， 约O. 15至约2wt%的用于聚(2，6- ニ甲基-1，4-亚苯基醚)和聚酰胺_6，6的增容剂，和 约15至约25wt%的所述空心玻璃珠；以及 其中所述热塑性组合物的热导率小于或等于O. 2瓦特每米-开尔文，根据ASTM E 1530在50° C使用直径为40毫米且厚度为3. 4毫米的圆盘测得。
15.权利要求14的热绝缘结构元件，其中所述热塑性组合物的热导率为约O.16至O. 2瓦特每米-开尔文。
16.权利要求14的热绝缘结构元件，其中所述熔融共混的组分还包含约3至约13wt%的橡胶改性的聚苯こ烯。
17.权利要求14-16任ー项的热绝缘结构元件，其中所述熔融共混的组分还包含约O.5至约2wt%的低密度聚こ烯和约O. 02至约O. lwt%的偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的共聚物。
18.包括权利要求1-5和14-16任一项的热绝缘结构兀件的窗户。
19.包括权利要求1-5和14-16任一项的热绝缘结构元件的门。
20.降低用于门或窗户的热绝缘结构元件的热导率的方法，包括 将包含热塑性组合物的绝缘杆至少部分包封在金属框架中，所述热塑性组合物包含 约55至约95wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物，和 约5至约45wt%的空心玻璃珠，其中所述空心玻璃珠具有 约20至约60微米的体积平均直径， 约O. 3至约O. 5克每毫升的真实密度，和 约30至约60兆帕的等压抗碎強度； 其中所述热塑性组合物包含少于5wt%的纤维增强材料。
全文摘要
用于门或窗户的热绝缘结构元件包括金属框架和塑料绝缘杆。塑料绝缘杆由热塑性组合物形成，该热塑性组合物包括约5至约9wt%的增容的聚酰胺-聚(亚芳基醚)组合物、和约5至约45wt%的空心玻璃珠。用于热塑性组合物的空心玻璃珠的体积平均直径为约20至约60微米，真实密度为约0.3至约0.5克每毫升，和等压抗碎强度为约30至约60兆帕。热塑性组合物包括少于5wt%的纤维增强材料。与利用玻璃纤维-增强的塑料绝缘杆的结构元件相比，该热绝缘结构元件提供改善的热绝缘性能。
文档编号C08K7/28GK102869713SQ201180020990
公开日2013年1月9日 申请日期2011年4月14日 优先权日2010年4月28日
发明者R.K.贾哈, R.卡玛拉卡兰, S.H.马汉思, J.马西森, S.纳拉延 申请人:沙伯基础创新塑料知识产权有限公司