專利名稱：苯乙烯系聚合物與丙烯酸系聚合物共混物的泡沫塑料制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由苯乙烯系聚合物與至少一種丙烯酸系聚合物的共混物制成的發(fā)泡制品。
人們知道，聚苯乙烯可以通過(guò)包括擠出在內(nèi)的許多方法容易地發(fā)泡。這種工業(yè)上生產(chǎn)的未經(jīng)任何特別處理的聚苯乙烯泡沫塑料的密度通常在32公斤/立方米左右。
GB 2146941公開(kāi)了通過(guò)擠出法來(lái)制備聚苯乙烯泡沫塑料的方法。
EP 0411923致力于用擠出法制備密度為32-160公斤/立方米的聚苯乙烯泡沫塑料，其中用液體二氧化碳作發(fā)泡劑。
低密度聚苯乙烯泡沫塑料(即密度小于32公斤/立方米的泡沫塑料)難以制造，通常要求使原始泡沫塑料直接成型進(jìn)入低于大氣壓的環(huán)境中，或者經(jīng)受某種形式的受控的再膨脹，例如US 4552904公開(kāi)了通過(guò)將擠出的泡沫塑料再膨脹來(lái)制備密度小于32公斤/立方米的聚苯乙烯泡沫塑料。這樣的要求增加了泡沫塑料生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性和低密度泡沫塑料的成本，結(jié)果盡管使用這類泡沫塑料被公認(rèn)用于建筑工業(yè)和其它工業(yè)是有益的，但是這類低密度聚苯乙烯泡沫塑料的使用還是不夠廣泛。
本發(fā)明的目的是采用常規(guī)的發(fā)泡方法例如擠出法，而無(wú)需采用再膨脹或其它此類技術(shù)，提供較低密度的聚苯乙烯泡沫塑料。
因此，首先本發(fā)明提供由包含至少50％(重量)苯乙烯系聚合物和至多50％(重量)丙烯酸系聚合物的聚合物共混物制成的具有閉孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡制品，其中丙烯酸系聚合物的平均分子量小于苯乙烯系聚合物的平均分子量的90％。
苯乙烯系聚合物可以是至少苯乙烯、甲基苯乙烯和丙烯腈之一的均聚物或共聚物。最好至少50％的苯乙烯系聚合物單體單元來(lái)自苯乙烯，苯乙烯系聚合物具體可以是苯乙烯的均聚物。
苯乙烯系聚合物的平均分子量以180000-250000為宜，優(yōu)選180000-230000，例如為大約200000。
苯乙烯系聚合物可以是至少(C1-C4烷基)丙烯酸C1-C8烷基酯例如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯和丙烯酸丁酯之一的均聚物或共聚物。丙烯酸系聚合物最好是共聚物，特別是含有甲基丙烯酸酯(例如甲基丙烯酸甲酯)和丙烯酸酯(例如丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯)的共聚物。丙烯酸系聚合物最好含有50-100％、特別是80-95％、、尤其是90-95％(重量)衍生自甲基丙烯酸酯(例如甲基丙烯酸甲酯)單體單元，其余單體單元衍生自至少一種丙烯酸酯。丙烯酸系聚合物的平均分子量小于苯乙烯系聚合物分子量的90％、優(yōu)選80％、特別是75％、尤其是50-60％。丙烯酸系聚合物的平均分子量以50000-180000為宜，優(yōu)選50000-150000，特別是80000-140000。
發(fā)泡制品具有閉孔結(jié)構(gòu)。閉孔的邊通常為100-1000μ，特別是100-900μ，尤其是100-600μ。
發(fā)泡制品的平均密度一般比單獨(dú)用苯乙烯系聚合物制成的類似的發(fā)泡制品的低5-40％，優(yōu)選低10-40％，特別是低20-35％。
發(fā)泡制品的性能，例如熱導(dǎo)率，保持與單獨(dú)用苯乙烯系聚合物制成的類似的發(fā)泡制品的相當(dāng)，盡管總是低一些。剛制造出來(lái)的發(fā)泡制品的熱導(dǎo)率一般為20-24mW.(mK)-1，例如大約21mW.(mK)-1，并且在與環(huán)境平衡后升到25-27mW.(mK)-1(例如大約26mW.(mK)-1)的范圍內(nèi)。類似的發(fā)泡苯乙烯系聚合物的熱導(dǎo)率在制造出來(lái)時(shí)為大約24mW.(mK)-1，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)上升到大約27mW.(mK)-1。
發(fā)泡制品的壓縮強(qiáng)度的確隨著丙烯酸系聚合物含量的增加而降低。然而，當(dāng)丙烯酸系聚合物含量不超過(guò)50％時(shí)，壓縮強(qiáng)度可以保持在150-260kPa。
在使用中，可以將發(fā)泡制品層壓到任何適宜的載體材料例如石膏板、木材或其它塑料結(jié)構(gòu)上，以形成隔熱建筑材料等。
發(fā)泡制品可以在常規(guī)擠出設(shè)備中成型。在如此成型時(shí)，密度沿泡沫塑料制品的橫截面，從泡沫塑料制品的表面基本上到發(fā)泡制品的中心是變化的，這個(gè)方向與擠出的軸線垂直。密度的變化遵循典型的“浴缸”曲線，即發(fā)泡制品的中心不如表面密實(shí)。盡管擠出發(fā)泡材料一般都是浴缸曲線，但觀察到的平均密度至今只能通過(guò)將常規(guī)苯乙烯系聚合物擠塑進(jìn)入真空或者通過(guò)再膨脹(例如在空氣或蒸氣流中加熱)來(lái)獲得，在后一種情況中，由于僅僅該泡沫體的表面區(qū)域趨向于再膨脹，該浴缸曲線反轉(zhuǎn)。
適宜的發(fā)泡劑是本領(lǐng)域常用的發(fā)泡劑。優(yōu)選物理發(fā)泡劑，因此包括碳?xì)浠衔锢绫椤⒍⊥?、戊烷、異戊烷、環(huán)戊烷和庚烷。鹵代烴例如二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、三氯一氟甲烷、二氟一氯乙烷和四氟乙烷；醇類化合物例如甲醇；和惰性氣體例如氮?dú)夂投趸?。所用的發(fā)泡劑的質(zhì)量將至少部分地取決于聚合物共混物的組成和期望的發(fā)泡制品的密度。一般的水平范圍是每100公斤聚合物2-20公斤發(fā)泡劑。碳?xì)浠衔锇l(fā)泡劑(例如丁烷)的用量以每100公斤聚合物2-8公斤為宜，優(yōu)選4-6公斤，而鹵代烴(例如R22)的用量為每100公斤聚合物5-20公斤，優(yōu)選10-15公斤。使用超過(guò)上述水平的附加的發(fā)泡劑通常并不會(huì)導(dǎo)致密度的任何進(jìn)一步降低。
下述實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明了本發(fā)明。
在這些實(shí)施例中，將所示的聚合物共混物熔融并在加熱的常規(guī)擠出機(jī)中與由60％(重量)R22和40％(重量)R142b組成的發(fā)泡劑混合，然后通過(guò)尺寸為3mm×300mm的?？跀D出到大氣中。
平均密度之差是相對(duì)于在同一設(shè)備中生產(chǎn)的發(fā)泡苯乙烯均聚物而言的，其分子量為大約200000并被用于在下述實(shí)施例中制備的聚合物共混物中。
在聚合物共混物中使用的丙烯酸系聚合物均為市售材料。實(shí)施例1在該實(shí)施例中，所用的丙烯酸系聚合物是平均分子量為129000的甲基丙烯酸甲酯與5％丙烯酸乙酯(EA)的共聚物。
實(shí)施例共混物中丙烯酸系密度差聚合物的百分?jǐn)?shù) (％)1a 20 -171b 50 -21因此，顯而易見(jiàn)，增加丙烯酸系聚合物在共混物中的比例會(huì)降低發(fā)泡制品的密度。實(shí)施例2在該實(shí)施例中，使用多種分子量不同的丙烯酸系聚合物，但它們均為甲基丙烯酸甲酯與3％丙烯酸乙酯(EA)的共聚物。聚合物共混物含有80％w/w苯乙烯均聚物和20％w/w丙烯酸系聚合物。
實(shí)施例 密度差分子量(％)2a -12 850002b -9 1290002c(比較)+11 181000因此，顯而易見(jiàn)，降低丙烯酸系聚合物的分子量也導(dǎo)致發(fā)泡制品密度的降低。實(shí)施例3在該實(shí)施例中，使用多種分子量基本相同的丙烯酸系聚合物。該丙烯酸系聚合物還是甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸乙酯的共聚物，但兩種共聚單體的比例不同。聚合物共混物還是含有80％w/w苯乙烯均聚物和20％w/w丙烯酸系聚合物。實(shí)施例丙烯酸乙酯密度差分子量(％)(％)3a 3.0 -8 1290003b 5.0 -25 1290003c 7.5 -28 121000因此，可以看出，增加丙烯酸酯單體在丙烯酸系聚合物中的比例導(dǎo)致發(fā)泡制品密度的降低。實(shí)施例4在該實(shí)施例中，使用多種丙烯酸系聚合物，它們是甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸甲酯(MA)或丙烯酸丁酯(BA)的共聚物。聚合物共混物還是含有80％w/w苯乙烯均聚物和20％w/w丙烯酸系聚合物。
實(shí)施例丙烯酸酯密度差分子量發(fā)泡劑(％) (％)每100kg4a MA4.5 -29 13600011.14b BA1 -22 13700010.3因此，可以看出，在丙烯酸系聚合物中使用低水平的丙烯酸高級(jí)烷基酯作為共聚單體，可以明顯降低發(fā)泡制品的密度，這樣的降低也可以通過(guò)使用較低水平的發(fā)泡劑獲得。實(shí)施例5在該實(shí)施例中，以各種添加水平使用由甲基丙烯酸甲酯和5％MA組成的分子量為120000的共聚物組成的丙烯酸系聚合物和不同量的先前使用的發(fā)泡劑?？谀３叽鐬?mm×400mm。
實(shí)施例共混物中丙烯酸系 發(fā)泡劑密度差聚合物的百分?jǐn)?shù)每100kg(％)5a10 7.9 -4.95b10 8.5 -7.25c20 8.5 -8.65d20 9.3 -12.95e20 9.9 -16.95f20 10.3 -18.95g20 10.6 -21.25h20 11.6 -23.25i20 12.7 -22.9仍然可以看出，增加丙烯酸系聚合物在共混物中的百分?jǐn)?shù)(實(shí)施例5b和5c)可以進(jìn)一步降低泡沫塑料的密度。隨著所用的發(fā)泡劑量的增加，密度的降低也增加到一個(gè)極限值，超過(guò)這一極限則密度幾乎不再進(jìn)一步降低。
實(shí)施例5i的泡孔尺寸大約為150μ，與苯乙烯均聚物的參比泡沫塑料的相同。
實(shí)施例5i產(chǎn)生的泡沫塑料的熱導(dǎo)率在制造后初始值為大約21mW.(mK)-1，在70℃下保溫9周后升至大約26mW.(mK)-1。比較用的苯乙烯系聚合物泡沫塑料的初始熱導(dǎo)率為大約24mW.(mK)-1，在70℃下保溫9周后升至大約27mW.(mK)-1。
權(quán)利要求
1.由包含至少50％(重量)苯乙烯系聚合物和至多50％(重量)丙烯酸系聚合物的聚合物共混物制成的具有閉孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡制品，其中丙烯酸系聚合物的平均分子量小于苯乙烯系聚合物的平均分子量的90％。
2.權(quán)利要求1所述的發(fā)泡制品，其中至少50％的苯乙烯系聚合物單體單元由苯乙烯衍生而來(lái)。
3.權(quán)利要求1或2所述的發(fā)泡制品，其中苯乙烯系聚合物是苯乙烯的均聚物。
4.權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的發(fā)泡制品，其中苯乙烯系聚合物的平均分子量為180000至250000。
5.權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的發(fā)泡制品，其中丙烯酸系聚合物含有50-100％(重量)衍生自甲基丙烯酸酯的單體單元，其余的單體單元由至少一種丙烯酸酯衍生而來(lái)。
6.權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的發(fā)泡制品，其中閉孔的邊在100-1000μm的范圍內(nèi)。
7.權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的發(fā)泡制品，其密度比單獨(dú)用苯乙烯系聚合物制成的類似的發(fā)泡制品的密度低5-40％。
8.權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的發(fā)泡制品，其中密度沿發(fā)泡制品的橫截面，從發(fā)泡制品的表面基本上到發(fā)泡制品的中心變化，使得發(fā)泡制品中心的密度比表面的低。
9.一種層壓物，它包括載于選自石膏板、木材或其它塑料結(jié)構(gòu)的載體材料上的權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所定義的發(fā)泡制品。
10.權(quán)利要求9所述的層壓物作為隔熱建筑材料的用途。
全文摘要
由包含至少50％(重量)苯乙烯系聚合物和至多50％(重量)丙烯酸系聚合物的聚合物共混物制成的具有閉孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡制品，其中丙烯酸聚合物的平均分子量小于苯乙烯聚合物的平均分子量的90％，其密度大大低于單獨(dú)用苯乙烯系聚合物制成的類似的發(fā)泡制品的密度。
文檔編號(hào)C08L25/06GK1151171SQ9519375
公開(kāi)日1997年6月4日 申請(qǐng)日期1995年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月24日
發(fā)明者P·J·史密斯, B·J·克羅斯 申請(qǐng)人:帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司