[发明专利]多孔泡沫体添加剂

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年8月24日提交的题为“多孔泡沫体添加剂”的美国临时专利申请号61/376,607的优先权，且本申请还要求2010年10月13日提交的题为“多孔泡沫体添加剂”的美国临时专利申请号61/392,558的优先权，且本申请另外要求2011年7月12日提交的题为“破边界漆、涂料和胶粘剂(BOUNDARY BREAKER PAINT, COATINGS AND ADHESIVES)”的美国专利申请号13/181,476的优先权，其各自的内容通过引用结合到本文中。

发明领域

本发明涉及用于多孔泡沫体的添加剂。更详细地讲，本发明涉及向泡沫体中加入动力混合粒子以促使发泡剂、反应性和非反应性添加剂的分散改善。

发明背景

在二十世纪初期，开始使用各种类型的专门生产的固体泡沫体(solid foam)。这些泡沫体的低密度使得它们非常适合用作绝热体和漂浮装置，且它们的轻质和可压缩性使得泡沫体理想地用作包装材料和填塞料。在近四十年来，泡沫体发展已经从简单的材料进展到了重量轻且耐用的复杂的非常先进的多孔结构材料。这些新型的泡沫材料在包括汽车、农业设备、轮船、浴室淋浴器和澡盆、栅栏、门、窗框和装饰模塑条(列举几种)的多种多样的市场中胜过玻璃纤维、复合材料、薄钢板和塑料。现今多孔泡沫体工业继续争取包括多孔结构的一致性(consistency)、配方组分的分散、强度改善和成本降低的产品改善。

在流体动力学领域，流动流体的边界层始终被视为固定且不动的。在层流区中，边界层产生抵抗流体流动的稳定形式。申请人的题为“具有填料增强作用的结构增强型塑料(STRUCTURALLY ENHANCED PLASTICS WITH FILLER REINFORCEMENTS)”的美国专利申请号12/412,357指出当流体移动时加入动力混合粒子在动力学上移动边界层以便促进流动且降低膜拖拽。美国专利申请号12/412,357在此通过引用结合到本文中。拖拽的降低类似于将移动体的静摩擦力比作动摩擦力且将其应用于流体流动。使用申请人的发明，边界层可以动力学移动，由此降低拖拽且增加流动。如果流体不移动，则惰性结构粒子，即动力混合粒子像纳米和微米粒度范围内的填料一样起作用，由此在发泡过程期间产生成核部位。当微米纳米尺寸的粒子移动时，动力混合粒子的独特的三维形状促使添加剂和填料在整个聚合物基质内动力混合，由此将静止的边界层区域转化成动态混合区。

高度专用化的粒子(highly specialized particle)，即动力混合粒子，可以加入诸如塑料的固体中。在挤出机中，该固体被熔化。熔化的塑料在高剪切环境下在螺杆和料桶的整个表面积上产生边界层。每当流体移动时且在流体移动的任何地方，该边界层动力混合都被激活。在材料为诸如聚氨酯的流体的情形下，这些材料可以使用诸如涡轮混合机或先进的冲击射流混合系统的简单搅拌混合。在两种情形下，粒子的移动由于流体移动而被激活。初始的动力混合随着使用高剪切混合各组分而发生。随着流体移动，动力混合蔓延开来。

发明概述

申请人的发明通过使用惰性微米和纳米尺寸的结构粒子直接改善了以下所有四项：多孔结构的一致性、配方组分的分散、强度改善和成本降低。

本发明的方法对于上述问题提供了独特的解决方案。本发明的动力混合粒子的加入提供了边界层的动力混合，这采用了微米和纳米混合产生了均质分散体，使得减少了可能损害环境的昂贵添加剂而同时仍然保留与所述添加剂相关的益处。本发明的技术使用环境安全、化学稳定的固体粒子来连续混合材料，只要流体是流动的即可。

动力混合粒子的加入引起边界层混合改善，即，本发明涉及结构力学填料对流体流动的影响，其中所述粒子具有纳米至微米范围的尺寸。具体地讲，所述粒子的粒度范围优选为约500nm-1μ，且更优选为1μ-30μ。然而，在所限定范围内的所有子范围也被视为有效。本发明使用边界层静态膜伴随有与由于流体速度差而迫使在边界层中转动或滚动的粒子相关的摩擦力的原理。因此，动力混合通过使用动力混合或结构粒子促进。