制备复合型材的方法

制备复合型材的方法
【专利说明】制备复合型材的方法
[0001] 本发明涉及一种制备包括金属壳、含有热塑性物质的支柱（strut)和含有硬质聚 氨酯泡沫的芯的复合型材的方法，所述型材例如用于窗框架和门框架。
[0002] 硬质聚氨酯泡沫早已众所周知并广泛记载于文献中。其例如用于制冷设备的隔 热、用于制备复合元件（也称夹层元件）以及还用于建筑和建造。
[0003] 硬质聚氨酯泡沫的一个应用为制备复合型材，所述复合型材特别用于窗框架或门 框架。此处，空心型材由两个金属壳（例如包含铝）和两个塑料支柱（例如包含聚酰胺）制 备，并且将硬质聚氨酯泡沫的液体起始组分引入其中，然后在此固化而形成泡沫。在泡沫固 化之后，向复合元件施加表面涂层。关于表面涂层，通常使用粉末涂料或烘烤搪瓷（baking enamel)。在高温（通常在200°C的范围）下进行该表面涂覆，由于硬质聚氨酯泡沫中的气 体膨胀以及铝和硬质聚氨酯泡沫的不同的热膨胀，其可导致复合元件变形。
[0004] 避免此变形的方法已知于现有技术。
[0005] 例如，EP-A 1925417记载了一种制备复合型材的方法，所述复合型材完全用泡沫 填充且可在高温下进行表面涂覆而不出现复合元件的变形。然而，此处必须添加无机填料 以应对复合元件的变形。此外，现有技术使用的发泡剂有可能导致全球变暖。
[0006] 然而，填料不利于许多应用。在切割或锯切完全填充有泡沫的空腔型材时，其有时 会导致大量粉尘。特别在低于〇°C的温度范围内，其引起脆性以及降低的柔性。
[0007] -种制备这样的复合元件的方法记载于DE-A 10035649中。型材变形的问题通过 在金属壳和聚酰胺支柱之间的空腔仅部分地用聚氨酯泡沫填充而解决。然而，用聚氨酯泡 沫不完全填充型材可导致型材隔热特性的劣化或导致已经完全填充有泡沫的复合元件的 变形，特别是因表面涂覆之故。
[0008] 本发明的目的是避免上述缺点。特别地，应找到这样一种制备开始所提及类型的 复合元件的方法，所述方法可制备在高温下施加表面涂层时不显示变形、且甚至在低于〇°C 的温度下仍具有良好的机械特性、以及可在切割时无粉尘形成的型材。
[0009] 根据本发明，该目的通过一种制备包括至少两个由包含热塑性物质的支柱所连接 的金属壳和包含硬质聚氨酯泡沫的芯的复合型材的方法而实现，所述方法包括向由金属壳 形成的空腔中引入硬质聚氨酯泡沫的起始组分，并且形成聚氨酯泡沫，以及随后通过粉末 涂料或烘烤搪瓷向复合型材的外表面施加表面涂层，其中硬质聚氨酯泡沫通过以下组分的 反应得到：
[0010] A)至少一种多异氰酸酯，
[0011] B)至少一种对异氰酸酯有反应性的多官能化合物，
[0012] C) 一种以上的至少包含甲酸的发泡剂，
[0013] D)任选地一种以上的阻燃剂，
[0014] E)任选地一种以上的催化剂，以及
[0015] F)任选地其他助剂或添加剂，
[0016] 其中所述硬质聚氨酯泡沫的起始组分不包含任何无机填料。
[0017] 就本发明而言,聚氨酯泡沫为符合DIN 7726的泡沫。本发明所使用的硬质聚氨酯 泡沫在10%的形变下具有大于或等于80kPa、优选大于或等于150kPa、特别优选大于或等 于180kPa的压缩应力。此外，符合DIN ISO 4590的硬质聚氨酯泡沫具有大于80%、优选大 于90%的闭孔比例。
[0018] 用于制备复合型材的金属壳通常由钢或铝组成。它们通常通过机械成形制备。金 属壳的尺寸取决于窗框架和门框架的所需尺寸。所插入的聚合物支柱（通常由聚酰胺或 ASA制备）在金属壳之间形成空腔，向该空腔中引入聚氨酯泡沫，随后封闭该空腔。
[0019] 成形之后，将聚氨酯泡沫引入到复合型材中。此处通过将多异氰酸酯A)与组分B) 至F)混合、然后将混合物引入到复合型材中（其中所述组分固化以形成硬质聚氨酯泡沫） 来完成。如上所述，引入通常通过常规计量装置（通常通过混合头）进行。泡沫的量应使 得复合型材完全被填充但压力并未累积到使复合型材破坏或变形的程度。
[0020] 在硬质聚氨酯泡沫固化之后，向本发明的复合型材施加表面涂层。根据本发明，烘 烤搪瓷和粉末涂料用于表面涂层。这些类型的表面涂层具有高抗刮性。
[0021] 烘烤搪瓷为在升高的温度下--优选100至250°C--固化的表面涂料。
[0022] 烘烤搪瓷通常为基于丙烯酸、环氧、酚醛、三聚氰胺、尿素、硅酮、聚氨酯树脂的表 面涂料，在升高的温度下，优选在100至250°C范围内，其单独固化或彼此结合固化，或与常 规的封端硬化剂（例如封端的多异氰酸酯）结合固化。通过交联反应发生固化，所述交联 反应可由这些化合物分子中存在的双键的活化或由不同官能团的相互反应而引起。只有在 特殊情况下才添加干燥剂（dryer)。在实践中，将工件上的烘烤搪瓷在各种尺寸的烘箱或干 燥箱中在特定的烘烤条件下进行固化。有时使用红外辐射器或基于电磁感应运行的装置用 于产生热量。
[0023] 用于烘烤搪瓷的液体起始物质（为简单起见下文称为烘烤搪瓷）可为溶剂基或水 基的表面涂料组合物，有色的、透明的或澄清的涂料组合物。烘烤搪瓷中优选的粘合剂为醇 酸、聚酯、丙烯酸或环氧树脂与作为交联剂的三聚氰胺树脂、胺或多异氰酸酯的结合。
[0024] 将烘烤搪瓷通过有机溶剂或通过其中添加有少量2-丙醇、丁醇或其他醇的水而 调节至加工稠度。
[0025] 就本发明而言，粉末涂料为粉末状、无溶剂的涂料物质，其在熔化和任选地烘烤后 产生涂层。根据存在的体系的功能，用于加工的温度范围为80°C至250°C。将其主要以粉 末形式施加至金属基板。粉末涂料通常为热固性体系。粉末涂料的成膜相由粘合剂、这些 粘合剂的共反应物（还称为硬化剂）、填料、颜料和添加剂组成。所使用的粘合剂和硬化剂 基本上决定了粉末涂料的一般特性，因此还决定了其优选的应用领域。
[0026] 粉末涂料通常基于环氧树脂、环氧树脂/聚酯混合物、聚酯、聚酯/异氰酸酯混合 物和丙烯酸酯。由其所制备的粉末涂料称为环氧树脂粉末涂料、环氧树脂/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] 根据本发明所得的复合型材可有利地用于窗框架或门框架。
[0028] 关于硬质聚氨酯泡沫的制备和用于此目的的起始化合物，可提供以下详细信息。
[0029] 组分 A)
[0030] 就本发明而言，多异氰酸酯为每分子含有至少两个反应性异氰酸酯基团（即官能 度至少为2)的有机化合物。如果所用的多异氰酸酯或多种多异氰酸酯的混合物不具有均 一的官能度，则所用组分A)的重均官能度至少为2。
[0031] 可行的多异氰酸酯A)为本身已知的脂族、脂环族、芳脂族和优选芳族的多官能异 氰酸酯。该多官能异氰酸酯为本身已知的或可根据本身已知的方法制备。特别地，多官能 异氰酸酯还可作为混合物使用，在该情况下，组分A)包含多种多官能异氰酸酯。可考虑作 为多异氰酸酯的多官能异氰酸酯每分子具有两个（下文称为二异氰酸酯）或多于两个异氰 酸醋基团。
[0032] 具体的实例特别为：在亚烷基基团上具有4至12个碳原子的亚烷基二异氰酸酯， 例如十二烷1，12-二异氰酸酯、2-乙基四亚甲基1，4-二异氰酸酯、2-甲基五亚甲基1，5-二 异氰酸酯、四亚甲基1，4-二异氰酸酯和优选的六亚甲基1，6-二异氰酸酯；脂环族二异氰酸 酯，如环己烷1，3-二异氰酸酯和环己烷1，4-二异氰酸酯及这些异构体的任意混合物、1-异 氰酸酯基-3, 3, 5-三甲基-5-异氰酸甲酯基环己烷（Iroi)、六氢甲苯2, 4-和2, 6-二异氰 酸酯及相应异构体的混合物、二环己基甲烷4, 4' _、2, 2' -和2, 4' -二异氰酸酯及相应异构 体的混合物；以及优选的芳族多异氰酸酯，如甲苯2, 4-和2, 6-二异氰酸酯及相应异构体的 混合物、二苯基甲烷4, 4' _、2, 4' -和2, 2' -二异氰酸酯及相应异构体的混合物、二苯基甲 烷4, 4' -与2, 2' -二异氰酸酯的混合物、多苯基多亚甲基多异氰酸酯、二苯基甲烷4, 4' -、 2,4' -和2,2' -二异氰酸酯与多苯