在使用低全球变暖的潜在发泡剂制造挤出聚苯乙烯泡沫体中使用的加工助剂的制作方法
【专利说明】在使用低全球变暖的潜在发泡剂制造挤出聚苯乙烯泡沬体 中使用的加工助剂
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2013年3月15日提交的标题为"ProcessingAidsforUsein ManufacturingExtrudedPolystyreneFoamsUsingLowGlobalWarmingPotential BlowingAgents"的临时申请号61/786, 965的优先权。临时申请号61/786, 965在本文中 通过参考将其全文引入。
技术领域
[0003] 本发明涉及形成聚合物泡沫体的方法和尤其在不存在已知消耗臭氧和增加全球 变暖流行趋势的发泡剂情况下制造挤出聚苯乙烯泡沫体（XPS)的方法。本发明提供稳定 XPS发泡挤出工艺和增加XPS泡沫体制造操作窗的新型加工助剂的用途。
【背景技术】
[0004] 制备挤出的合成泡沫体所使用的通用工序通常包括下述步骤：熔融基础聚合物组 合物，在提供发泡剂和聚合物彻底混合，同时防止该混合物过早发泡的条件下，例如在压力 下引入一种或多种发泡剂和其他添加剂到聚合物熔体内。然后典型地通过单段或多段挤出 模头挤出这一混合物，冷却并降低在混合物上的压力，允许该混合物发泡并产生发泡产品。 正如所理解的，聚合物、发泡剂和添加剂的相对用量，温度和降压的方式倾向于影响所得泡 沫体产品的质量和性能。也正如所理解的，可发泡的混合物维持在相对高压下，直到它穿过 挤出模头并允许在减压区域内发泡。尽管相对于挤出模头处压力降低，但减压区域实际上 可维持在比大气压高的压力下，例如最多约2atm或者甚至更高，在一些应用中减压区可以 维持在低于大气压的压力下，例如降压至约〇. 25atm或者在一些应用中甚至更低。进一步 地，除非另有说明，本文中所有提到提供的压力被描述为绝对压力。
[0005] 常规发泡剂，例如氯氟烃（〃CFCs〃）和一些烷烃在聚苯乙烯内的溶解度倾向于降 低挤出熔体粘度并改进发泡聚苯乙烯熔体的冷却。例如，戊烷和CFCs的结合物，例如Freon 11和12,部分可溶于聚苯乙烯内，并用于生成显示出通常可接受的外观与物理性能，例如 表面抛光、孔度与分布、取向、收缩率和劲度等的聚苯乙烯泡沫体。
[0006] 然而，为了响应这种CFC化合物对降低地球平流层内臭氧层的明显贡献，在诸如 气溶胶推进剂、制冷剂、泡沫体发泡剂和专用溶剂之类的应用中这种化合物的广泛使用和 伴随的大气释放最近因政府法规导致急剧下降或消除。
[0007] 不再使用CFCs导致利用备选的发泡剂，例如含氢的氯氟烃（HCFCs)。然而，尽管与 CFCs相比，HCFC被视为环境友好的发泡剂，但这种化合物仍然含有一些氯和因此据说具有 臭氧消耗潜力。
[0008] 另一组备选的发泡剂，氢氟烃（HFC's)正在常用作更加臭氧友好的选项。特别地， CF3CH2CF2H(HFC-245fa)，1，1，1，2-四氟乙烷（HFC-134a)和 1，1-二氟乙烷（HFC-152a)提供 所需的改进，例如改进的绝缘性，这至少部分是蒸汽的低导热率所致。
[0009] 还考虑过诸如戊烷、己烷、环戊烷和其他这一系列的同系物之类的烃。
[0010] 开发了称为氢氟烯烃（HFOs)的新一代氟烯烃发泡剂，其具有低的0DP(臭氧消耗 潜力）和低的GWP(全球变暖潜力）。HFOs已被鉴定为潜在的低全球变暖的潜在发泡剂以 供生产热绝缘用热塑性泡沫体，例如聚苯乙烯泡沫体。
【发明内容】
[0011] 本发明的一般概念涉及可发泡的聚合物混合物。该可发泡的聚合物混合物包括 聚合物组合物，例如聚苯乙烯组合物和至少一种发泡剂。该发泡剂可包括已知不会消耗臭 氧或增加全球变暖趋势的任何发泡剂。这种发泡剂可例如由二氧化碳，氢氟烯烃和氢氟烃 及其混合物组成。可发泡的聚合物混合物可进一步包括含有机相变材料的至少一种加工助 剂。本发明的可发泡混合物能在范围为800-1200psi(5. 5-8. 3MPa)的压力下加工。
[0012] 本发明的一般概念进一步涉及制造挤出的聚合物泡沫体的方法。该方法包括将聚 合物组合物引入到螺杆挤出机中，形成聚合物熔体，和将至少一种有机相变加工助剂和至 少一种发泡剂注入到该聚合物熔体内，形成可发泡的聚合物材料。该发泡剂优选包括一种 或多种低臭氧消耗和低全球变暖潜力的化合物，例如二氧化碳，氢氟烃，氢氟烯烃及其混合 物。该方法进一步包括在800至1200psi(5. 5-8. 3MPa)的加工温度下，将可发泡的聚合物 组合物挤出通过模头，生产聚合物泡沫体。
[0013] 本发明进一步的概念涉及挤出的聚合物泡沫体。由含聚合物组合物，至少一种发 泡剂和有机相变加工助剂的可发泡聚合物材料形成该挤出的聚合物泡沫体。该发泡剂可包 括一种或多种二氧化碳，氢氟烯烃，氢氟烃及其混合物。该加工助剂可包括有机相变材料。 本发明的目的是其中所述泡沫体具有4至7/英寸的R值。
[0014] 本发明额外的方面涉及可发泡的聚合物混合物，它包括聚合物组合物，至少一种 发泡剂和至少一种加工助剂。该发泡剂包括二氧化碳，氢氟烯烃，和氢氟烃中至少一种及其 混合物。该加工助剂可包括有机相变材料。可发泡的聚合物混合物能形成具有下述性能的 挤出的聚合物泡沫体：4至7/英寸的R值，0. 005至0. 6mm的平均孔度，6至80psi的压缩 强度，1. 3-4pcf?的密度；和小于30%的开孔含量。
[0015] 考虑到随后的详细说明，本发明一般概念的前述和其他目的，特征和优点将更加 容易地是显而易见的。
【附图说明】
[0016] 根据以下提供且在附图中阐述的本发明的一些例举实施方案的更特定的说明，本 发明的例举实施方案将变得显而易见。
[0017] 图1是实践本发明的方法可用的例举的挤出装置的示意图。
[0018] 图2是描绘例举的相变加工助剂的DSC曲线的图表。
[0019] 图3是来自聚苯乙烯熔体流动指数，C02浓度和相变加工助剂对密度的主要影响的 图像描绘。
[0020] 图4是来自聚苯乙烯熔体流动指数，C02浓度和相变加工助剂对泡沫体的孔度的主 要影响的图像描绘。
[0021 ]图5是来自聚苯乙烯熔体流动指数，C02浓度和相变加工助剂对泡沫体的压缩强度 的主要影响的图像描绘。
【具体实施方式】
[0022] 除非另有定义，否则本文使用的全部技术和科学术语具有与本发明所属领域的普 通技术人员通常理解的同样的含义。虽然任何类似或等效于本文描述的方法和材料可被用 于实践或试验本发明，但是本文描述了优选的方法和材料。本文中引用的所有参考文件，其 中包括出版的或相应美国或国外专利申请、授权的美国或国外专利，或者任何其他的参考 文件通过参考各自将其全文引入，其中包括存在于引用参考文件中的全部的数据、表格、附 图和正文。在图中，为了阐明，线、层和区域的厚度可能被夸大。应当注意所有图中同样的 数字表示同样的元件。术语"组合物"和"发明组合物"在本文中可以互换地使用。
[0023] 本文中所使用的术语"发泡剂"要理解为包括物理（例如，溶解的气体试剂）或化 学发泡剂（例如，通过分解生成的气体）。通常在例如挤出机中，将发泡剂添加到熔融聚合 物中，和在合适的条件下，开始发泡，产生发泡的热塑性材料。发泡剂使树脂发泡并形成泡 孔（例如，开孔或闭孔）。当树脂硬化或固化时，产生具有或者发泡剂捕获在泡孔内或者环 境空气取代泡孔内发泡剂的泡沫体。本文中讨论的发泡剂优选是环境可接受的发泡剂（例 如，它们通常对环境安全），这是本领域普通技术人员会意识到的。
[0024] 除非另有说明，在本文中所使用的发泡剂或其他组合物中的成分或组分的数值以 该组合物内每一成分的重量百分比或wt%表达。所提供的数值包括最多给定的端点且包括 所述端值。
[0025] 本发明涉及聚合物泡沫体和聚合物泡沫体产品，例如挤出或发泡的聚苯乙烯泡沫 体，其由含可发泡的聚合物材料，至少一种发泡剂（例如，氢氟烃（HFCs)，氢氟烯烃（HFOs) 和/或二氧化碳（C02))，和加工助剂的组合物形成。本发明进一步涉及制造这种聚合物泡 沫体或泡沫体产品的方法。在一些例举的实施方案中，加工助剂使得可使用诸如C02，HF0和 HFC之类的发泡剂（它们具有低的全球变暖潜力和低的臭氧消耗潜力），在常规的加工条件 下制造聚合物闭孔泡沫体。
[0026] 图1阐述了可用于实践本发明方法的常规挤出装置100。该挤出装置100可包 括单或双（未示出）螺杆挤出机，所述螺杆挤