[发明专利]聚合物复合物泡沫

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求在2010年8月3日提交的美国临时专利申请系列号61/370,235作为其优先权。

技术领域

本发明涉及聚合物泡沫、形成泡沫的方法以及使用该泡沫的产品。更具体地，本发明涉及由使用某些颗粒作为成核剂而获得的具有改善的物理和机械性能的聚合物复合物泡沫。

背景技术

由于存在分散于整个聚合物体中的许多泡孔，泡沫塑料显示出降低的表观密度。显示出大于约320kg/m³密度的硬质泡沫通常被称为结构泡沫，并且是本技术领域中众所周知的。结构泡沫通常用于制造模制品（其中需要低密度的聚合物材料）的各个方面。

多孔的聚合物和塑料是由通常涉及泡孔引发、泡孔增大和泡孔稳定的步骤的各种方法来制备的。具有整体外皮、泡孔核和高强度与重量比的结构泡沫是由几种方法（包括注塑成型和挤压成型）制备的。基于最终产品的要求，选择所使用的具体方法。

由于特性、价格和易加工的有利组合，苯乙烯聚合物，尤其是聚苯乙烯被广泛用于制备用于各种最终应用（如包装、导管和管道、建筑和隔离）的泡沫薄板、膜和厚板。例如，膨胀的苯乙烯聚合物如聚苯乙烯被广泛应用于冷冻机、冷却器、卡车车身、有轨电车、农场建筑、屋顶板和住宅建筑的隔离。苯乙烯聚合物泡沫还被用作用于冷藏卡车车身、移动房屋以及野营旅游车的结构夹心板的芯材。挤出的聚苯乙烯泡沫（XPS）被广泛应用于隔离建筑和建筑物结构。挤出的聚苯乙烯泡沫还被用于各种食物包装的应用中。

通过包含在聚合物组合物中的成核剂来控制泡孔形成的引发和规定大小泡孔的长大。添加到聚合物组合物中的泡孔控制剂的特性通过改变塑化相的物理性能和通过在塑化相中产生间断来影响泡沫结构的机械稳定性能。这些间断允许用于泡孔形成的发泡剂从泡孔扩散到周围材料。通常，所获得的泡孔提供了轻重量的模制品，但是这以损失耐冲击为代价。例如，成核剂经常在冷却的聚合物内部促进形成结晶结构，这降低了耐冲击性能。可以添加矿物填料以提供大量的成核点，然而这些填料有充当应力集中器的倾向，由此使所获得的模制品的促进形成开裂和降低耐冲击强度。通常，通过增加模制品的壁厚可以至少部分地补偿该结构泡沫的降低的强度。然而，增加厚壁对每单位模制品需要更大量的原材料，由此会增加产品的成本。

阻燃剂（FR）添加剂经常被添加到用于建筑业和汽车应用的挤出聚合物泡沫产品中。阻燃添加剂的存在允许泡沫通过作为各种管辖所需要的标准燃烧试验。在许多这些泡沫产品中，使用具有低分子量的各种溴化化合物，通常小于约1000g/mol作为阻燃添加剂。许多这些化合物如六溴环十二烷在控制和公共压力下可能导致限制它们的使用，因此有强烈的动机以寻找替代这些溴化的化合物。

用于挤出的聚合物泡沫的可供选择的阻燃添加剂，应该在以合理的低含量引入到泡沫中时能够允许泡沫通过标准燃烧测试。由于挤出的泡沫是在高温下加工，所以阻燃剂添加剂在用于挤出加工的温度条件下热稳定是很重要的。对于某些泡沫如聚苯乙烯和苯乙烯共聚物泡沫，这些温度通常是180℃或更高。如果在挤出加工期间阻燃添加剂分解，则会遇到几个问题。这些问题包括阻燃剂的损失以及由此阻燃性能的损失，以及经常会腐蚀的且由此对人有潜在的危险、并且有害于设备操作的分解产物（如HBr）的生成。所以，阻燃添加剂应该不会引起聚合物中所希望的物理性能的显著损失。还优选阻燃添加剂具有低毒性且不高的生物可获得性。

在热塑性聚合物组合物中引入阻燃添加剂还可以负面地影响所获得的泡沫产品的强度。例如，在含卤化添加剂的泡沫苯乙烯聚合物中，加载溴的程度必须相对低以避免不利的影响该泡沫的结构质量和外皮质量。例如，当在苯乙烯聚合物泡沫中使用六溴环十二烷（HBCD）作为阻燃剂时，需要高含量的HBCD以满足阻燃要求，尤其是严格的欧洲阻燃测试。以这些含量在苯乙烯聚合物泡沫中引入HBCD，可能在挤出加工中由于过热导致差的外皮质量以及苯乙烯聚合物和重新研磨的原料的高降解度。过热和降解造成苯乙烯聚合物泡沫和重新研磨的苯乙烯聚合物的分子量降低，由此导致下降的物理和机械性能。

因此，在本领域中存在如下阻燃苯乙烯聚合物泡沫的需求：该阻燃苯乙烯聚合物泡沫使用卤化阻燃剂，尤其是六溴环十二烷（HBCD）作为阻燃剂；满足阻燃要求；以及可进行挤出加工，但不显示出差的结构质量和/或外皮质量。发明内容

与先前已知的泡沫、组合物、方法以及泡沫产品有关的困难和缺点都在涉及聚合物复合物泡沫的本发明的组合物和方法中得到解决。