[发明专利]用于制备发泡聚合物的系统和方法

说明书

用于制备发泡聚合物的系统，其包括：第一混合器(140)，其用于混合至少两种相互反应的反应组分，以获得反应得到聚合物的反应混合物，其中所述反应组分的至少一种还包含超临界流体；和与第一混合器(140)连接的发泡模具(200)，其用于接收反应混合物并具有可用于接收所述反应混合物的第一体积(210)，其中第一体积(210)是可变的。发泡模具(200)包括可移动的密封件(300)，其在至少一侧上界定第一体积(210)。所述系统包括可移动的限制器(310)，其布置在密封件(300)的与第一体积(210)相对的一侧上，没有连接到密封件(300)，其位置可通过定位单元(320)而改变，其中定位单元(320)被设置成执行控制单元(400)的指令，并且其可定位，以根据控制单元(400)的指令而阻挡或允许密封件(300)的移动，所述移动对应于第一体积(210)的增大；控制单元(400)被设置成根据位于第一体积(210)中的反应混合物的至少一个参数而将指令传达到定位单元(320)。

本发明涉及制备发泡聚合物的系统，其包括第一混合器，该第一混合器用于混合至少两种相互反应的反应组分以获得反应得到聚合物的反应混合物，其中所述反应组分的至少一种还包含超临界流体；以及与第一混合器连接的发泡模具，其用于接收反应混合物并具有可用于接收该反应混合物的第一体积，其中第一体积是可变的。本发明还涉及使用此类系统制备发泡聚合物的方法。

基于理论考虑，纳米孔状或纳米多孔聚合物泡沫材料是特别好的隔热材料。这是因为泡沫结构的内部尺寸在气体分子的平均自由程长度的范围内。以这种方式可以减少气体对热传递的参与。聚氨酯是经常用于隔热的聚合物类别。

在聚氨酯泡沫的制备中，使多元醇组分（其也含有发泡剂）与异氰酸酯反应。通过异氰酸酯与水的反应，形成二氧化碳，其也可用作发泡剂。

对于泡沫形成，因此对于后来的固化泡沫的泡孔尺寸的决定性步骤是发泡剂的成核，因为泡沫中的每个泡孔是由气泡形成的。这里可观察到，在成核之后通常不产生新的气泡，而是发泡剂扩散到现有的气泡中。

稳定剂的添加促进各种组分的乳化，影响成核并防止生长的气泡的聚结。它们也影响泡孔开口。在开孔泡沫中，生长的孔的膜被打开并且孔的连接物（Stege）得以保留。

一种可能的方法是将反应混合物中的超临界发泡剂乳化，然后在降低压力后使泡沫固化。POSME方法（超临界微乳液膨胀的原理）已知为其变体。发泡剂以微乳液的形式存在于其中。微乳液在特定条件下形成，这尤其取决于乳化剂的浓度和温度。微乳液的特征在于其是稳定的并且非极性相（即在这种情况下的发泡剂）可以以非常小的液滴存在于极性相中。这类液滴的直径可以为1至100纳米。

DE 102 60 815 A1公开了发泡材料和制备发泡材料的方法。据说产生包含纳米尺寸的泡沫气泡的发泡材料，而不必克服在相转变和成核过程中通常出现的能垒。相关的目标是以可控的方式产生发泡材料，其泡沫气泡的数值密度为10¹²至10¹⁸/cm³，并且泡沫气泡的平均直径为10nm和10μm。基础是第二流体以池的形式分散在第一流体的基质中。在反应空间中，存在作为基质的第一流体和池形式的第二流体。通过压力和/或温度的变化，将第二流体转化为近临界或超临界状态，其具有接近于液体的密度。因此，第二流体完全或几乎完全呈池的形式，其在整个第一流体中均匀分布。通过减压，第二流体恢复到气体密度状态，而池膨胀成纳米尺寸的泡沫气泡。不必克服能垒，发泡剂分子也不必扩散到膨胀的气泡中。

这里，可聚合的物质通常被推荐作为第一流体。但是，仅强调地提及聚合得到聚丙烯酰胺的丙烯酰胺和聚合得到三聚氰胺树脂的三聚氰胺。第二流体应选自烃如甲烷或乙烷以及烷醇、氯氟烃或CO₂的材料类别。此外使用两亲性材料，其应具有至少一个对第一流体具有亲和力的嵌段和至少一个对第二流体具有亲和力的嵌段。