[发明专利]含多面体寡聚倍半硅氧烷接枝聚合物的聚合泡沫

说明书

本发明是在美国政府支持下在由能源部(Department of Energy)授予的合同DE-EE0003916号下进行。美国政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及含有多面体寡聚倍半硅氧烷接枝聚合物的聚合泡沫和所述泡沫的制备方法。

背景技术

聚合泡沫是一种常用的隔热材料。历史上，典型的隔热聚合泡沫的平均泡孔大小是100-200微米。然而，将聚合泡沫的平均泡孔大小减少到纳米级产生了一种具有更大的隔热特性的材料。举例来说，将平均泡孔大小从一微米减少到300纳米(nm)使得泡孔气体通过泡沫实现的对导热性的贡献几乎降低了一半；而将平均泡孔大小从一微米减少到小于100nm则使所述值减少到所述一微米值的1/3。因此，具有纳米大小的泡孔(也就是说，具有小于一微米的平均泡孔大小)的聚合泡沫作为隔热材料是合乎需要的。

在可有效地充当隔热材料的足够高的孔隙率下制备出具有纳米大小的泡孔的聚合泡沫是具有挑战性的。高度多孔性泡沫对于减少导热性组分通过泡沫的聚合物基质是合乎需要的。高度多孔性泡沫在泡沫结构中具有较多空隙体积和较少聚合物体积。合意地，聚合泡沫的孔隙率是70％或更高以使通过聚合物的导热性降到最低。用于制备具有用以充当隔热材料的足够高的孔隙率的具有纳米大小的泡孔(也就是说，纳米泡沫)的聚合泡沫的一种方法在发泡过程期间使用纳米大小的成核添加剂。举例来说，WO2011/066060公开了通过并入例如多面体寡聚倍半硅氧烷(POSS)的纳米大小的成核添加剂制备纳米泡沫。难以将纳米大小的成核添加剂有效地分散到聚合物组合物中以使得它们可以有效地充当成核剂。WO2011/066060公开了一种提供并且向聚合物中引入含纳米大小的成核添加剂的溶胶、湿凝胶、浆料或溶液的方法。这种方法需要一种不同于纳米大小的成核添加剂的载体介质。

US6933345公开了将POSS接枝到聚合物以产生适用于聚合物与非反应性POSS强化剂和其它纳米观微粒的混合、掺合和合金化的相容助剂以及用于控制聚合物形态。POSS接枝聚合物提供一种使POSS与其它材料相容的方式。然而，US6933345仅提供了一种用于形成与POSS接枝聚合物的聚合物掺合物的方式。与POSS接枝的聚合物比纳米大小的粒子大并且，虽然US6933345教示它们是适用的相容助剂，但是仍然不清楚它们是否具有作为用于形成聚合泡沫中的纳米大小的泡孔的成核剂的任何价值。

希望找到一种在不使用截然不同的载体介质的情况下，但又以允许纳米大小的成核添加剂充分成核以形成具有纳米大小的泡孔的聚合泡沫、尤其是具有用于充当隔热材料的足够高的孔隙率的这类聚合泡沫的方式，向聚合物中引入纳米大小的成核添加剂的方式。

发明内容

本发明满足以下需要：在不使用截然不同的载体介质的情况下，但又以允许纳米大小的成核添加剂充分成核以形成具有纳米大小的泡孔的聚合泡沫、尤其是具有用于充当隔热材料的足够高的孔隙率的这类聚合泡沫的方式，向聚合物中引入纳米大小的成核添加剂。出人意料地，将无机成核剂多面体寡聚倍半硅氧烷(POSS)接枝到可与可发泡聚合物组合物的聚合物混溶的聚合物上不仅有助于POSS在可发泡聚合物组合物内的分散，而且产生了充当可发泡聚合物组合物内的纳米大小的成核剂的POSS粒子，诱导可发泡聚合物组合物膨胀成纳米泡沫。

在第一方面中，本发明是一种聚合泡沫物品，其包含将多个泡孔限定在其中的聚合物基质，其中所述聚合物基质包含聚合物组分，所述聚合物组分包含第一聚合物，所述第一聚合物是多面体寡聚倍半硅氧烷接枝聚合物，其重量平均分子量是2千克/摩尔或更高并且200千克/摩尔或更低。合意地，聚合泡沫物品的平均泡孔大小是0.5微米或更小。

在第二方面中，本发明是一种用于制备第一方面的聚合泡沫物品的方法，所述方法包含在初始压力下掺合聚合物组分与发泡剂以形成可发泡聚合物组合物并且然后在低于初始压力的压力下使可发泡聚合物组合物膨胀成第一方面的聚合泡沫物品，所述聚合物组分包含第一聚合物，所述第一聚合物是多面体寡聚倍半硅氧烷接枝聚合物，其重量平均分子量是2千克/摩尔或更高并且200千克/摩尔或更低。

本发明方法适用于制备本发明泡沫。本发明泡沫适用作隔热材料、过滤介质和/或低k介电材料。

附图说明

图1是孔隙率对比平均泡孔大小的图并且包括指示成核位置密度值的线，以便说明孔隙率、泡孔大小与成核位置密度之间的关系。

具体实施方式