[发明专利]用于聚合物泡沫的作为水载体和孔度控制剂的包含多孔碳的化合物

说明书

发明技术领域和工业应用

本发明总的涉及挤出泡沫产品，特别是包含诸如活性炭的包含多孔碳的化合物作为吸水剂和载体来控制挤出泡沫产品孔度和改善其物理性能的挤出聚合物泡沫。还提供了该聚合物泡沫的成型方法。

发明背景

泡沫树脂结构可用于诸如隔热、在缓冲垫层中、作为包装，以及作为吸附剂的多种应用中。一般通过与任何期望的添加剂一起熔融聚合物以产生聚合物熔体来制备挤出泡沫。在适当的温度和压力下把发泡剂与聚合物熔体混合来制造可发泡的凝胶混合物。然后该可发泡凝胶混合物被冷却和挤压入减压区域，这导致凝胶的发泡以及期望的挤出泡沫产品的形成。就像将要认识到的，聚合物、发泡剂和添加剂的相对量，以及温度和压力降低的方式将会倾向于影响所得泡沫产品的品质和性能。

用于挤出泡沫产品的传统发泡剂包括含氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)。CFC和HCFC发泡剂二者的一个优点是在制备工艺期间它们在聚合物熔体中的高溶解度。当发泡剂与聚合物熔体混合时，较高的发泡剂溶解度促进粘度降低。进而，较低的粘度导致用于混合的较低的能量需要。另一方面，这些传统的发泡剂的主要不利在于，由于增加的环境问题，全世界越来越多的政府已经命令消除CFC和HCFC发泡剂。由于其能引起平流层臭氧耗竭和全球变暖的能力，CFC，和许多其他的卤代烃已经被认为是严重的全球环境威胁。诸如CFC和HCFC等化学物臭氧耗竭和全球变暖的影响分别通过臭氧耗竭潜力(ODP)和全球变暖潜力(GWP)来量度。

由于强制性的逐步淘汰具有高ODP和高GWP的发泡剂，在隔绝泡沫应用中有用诸如氢氟烃(HFC)和CO₂等的更环境友好的发泡剂替换常规发泡剂的运动。虽然与HFC和CO₂相比HCFC提供更优异的热阻隔，但是存在于HCFC中的氯具有臭氧耗竭潜力。另外，随着时间的推移，残留在泡沫中的含氯氟烃气相释放到大气中，从而减少该泡沫的隔绝值和潜在地进一步有助于全球变暖潜力。另外，取决于特定的发泡剂选择，每种“非常规的”发泡剂导致不同的孔度和形态。另外，通过这些一般环境友好的发泡剂制造的泡沫的孔度太小而不能向泡沫产品提供可接受的隔绝值以及一般得到更高密度和更昂贵的产品。例如，HFC-134a在聚苯乙烯溶体中的可溶性比HCFC-142b低得多。HFC-134a得到具有小孔度的泡沫，与HCFC-142b相比这造成加工时的困难。

在利用非HCFC发泡剂和维持环境友好的产品的同时，本领域已经进行了扩大孔度的努力。这样的努力的非限定实例在下文中列出。

Suh等的美国专利第4,229,396号教导了当挥发性流体发泡剂和孔度扩大剂结合用于挤出组合物时得到具有增大孔度的挤出合成树脂泡沫。孔度扩大剂是在发泡温度和大气压力下是液体的有机化合物并且在该发泡温度下一般可溶于该凝胶。另外，Suh教导孔度扩大剂在低于可发泡组合物的发泡温度熔融。孔度扩大剂的实例包括天然和合成蜡。有人主张根据该披露方法制备的泡沫比没有孔度扩大剂的制备的类似泡沫在尺寸上更稳定。

Suh等的美国专利第5,489,407号描述了用于制造具有增大孔度的封闭孔、烯基芳族聚合物泡沫的工艺。该聚合物优选是聚苯乙烯。因为环境的原因，该发泡剂优选为诸如CO₂、氮、氩、水、氦，或空气等的无机发泡剂。用于形成泡沫的组合物包括基本上的非蜡的孔度扩大剂。该组合物可能任选地包含成核剂(例如，诸如滑石、粘土、和/或碳酸钙等的无机物)来控制泡沫孔的大小。

Park的美国专利第5,475,035号和EP0887167披露了在较高温度下把第一发泡剂混合入聚合物熔体和在较低温度下把水作为第二发泡剂的工艺。第一发泡剂基本上不含水，以及包括无机发泡剂、有机发泡剂、和化学发泡剂。水在第一发泡剂的下游引入。Park教导了通过在第一发泡剂的下游混合入水，使加工设备的腐蚀最小化。另外，成核剂(例如，诸如滑石、粘土、和/或碳酸钙等的无机物)可以添加到熔体中来控制泡沫材料的孔度。

Stobby的美国专利公开号2008/0293839教导了采用水和优选的至少一种选自烃类、氢氟烃类、和氟烃类的发泡剂作为发泡剂。该发泡剂可以在足够防止聚合物熔体材料的实质膨胀以及一般把发泡剂分散入聚合物熔体的高压下混合或掺入聚合物熔体中。有人主张采用水使得能够在保持环境友好的同时维持了较低的工艺压力、较低的泡沫密度、和较大的孔度。