[发明专利]制造发泡材料的方法、其中所用的乳液状组合物和可由其获得的发泡材料

说明书

本发明涉及制造发泡材料的方法，其中对具有形成基质的组分、表面活性剂组分和近临界或超临界发泡剂组分的乳液状组合物施以减压。此外，其涉及其中所用的乳液状组合物和可由本发明的方法获得的发泡材料。

目前工业研究和开发的一个目标是生产纳米孔泡沫。纳米孔泡沫的应用领域之一是例如建筑物、管道和冰箱的隔热。为此可以利用克努森效应。如果泡沫的孔尺寸在气体分子的平均自由程范围内，热导率显著降低。为了隔热，优选应可制备大块泡沫。传统泡沫塑料通常含有10³至10⁶个气泡/cm³。希望将气泡密度提高至10⁹cm^-3以上。

使用各种发泡剂制备聚合物泡沫。在此借助发泡剂使要发泡的聚合物、聚合物流体或可聚合混合物发泡。该发泡剂可以是气态的或可以是通过聚合反应热或通过加热蒸发的高挥发性组分。

该体系随后变得过饱和并有形成气泡的趋势。在这种状态下，该体系远离热动力学平衡，要达到热力学平衡，需要气泡成核步骤。为了均相和异相成核，这种方法涉及为形成各个独立的气泡而必须克服的能障。所得泡沫是大孔的。

微乳液的生产是已知的。为此，用表面活性剂，将水和油转化成宏观均匀的、热力学稳定的、纳米结构混合物。通过组成、压力和温度的适当选择，可以实现非常多样的结构。因此，在水包油（O/W）微乳液中，油为被表面活性剂薄膜覆盖的小油滴形式。但是，该油，通常是冷凝的长链烃，也可以被短链烃，如丙烷或被CO₂替代。

制造纳米泡沫的一种可能的方法是POSME法。在此，POSME表示“超临界微乳液膨胀原理”。这种方法的出发点是在常压下的水和表面活性剂的混合物，发泡气体位于其上。选择亲水相中的表面活性剂浓度以形成微乳液微滴。通过提高压力和温度至气体临界点以上（p > p_c；T > T_c），气体转化成超临界状态。如果在此期间气体达到类似于油的密度，则其可以通过与表面活性剂分子相互作用进入水相的微乳液微滴中。以此方式导致形成具有超临界流体的微乳液作为油组分，其具有微滴密度为每立方厘米10¹⁶-10¹⁹个微滴且微滴半径为大约5-50纳米的合适结构。如果这随后在恒温下膨胀至常压，则微乳液微滴溶胀并形成纳米泡沫。这可通过亲水相中存在的单体的同时或预先聚合固定。

通过使用超临界状态的气体，在等温膨胀时不经过两相区。在临界点以上，在等温膨胀时，密度降低，没有发生相变。这种方法对POSME法非常重要，因为沿连续等温线连续发生从液态向气态密度的转变。由此导致微乳液微滴的均匀溶胀，以确保该微乳液的微结构的高保持度。在临界温度以下，在等温膨胀时，必定存在气体成核。在这种情况下经过气体和液体彼此共存的两相区。在临界温度以下的膨胀中，因此存在密度的急剧提高，并因此破坏泡沫结构。

在DE 102 60 815 A1中描述了POSME法。此专利申请公开了发泡材料和发泡材料的制备方法。据说要制备具有纳米级泡沫气泡的发泡材料，而不必克服在相变和成核法中常出现的能障。相关目标是可控制地制备发泡材料，其具有10¹²至10¹⁸/cm³的泡沫气泡数量密度和10nm至10μm的泡沫气泡平均直径。其基础是池（pool）形式的第二流体分散在第一流体的基质中。在反应空间中，第一流体作为基质存在，第二流体在池中存在。通过改变压力和/或温度，使第二流体转变为密度接近液体的近临界或超临界状态。第二流体因此完全或几乎完全以池形式存在，其均匀分布在整个第一流体中。在除去压力时，第二流体恢复到气态密度状态，由此池膨胀形成纳米级泡沫气泡。不必克服能障，且发泡剂分子不必扩散到生长的气泡中。

在这种情况下，可聚合物质通常被提议作为第一流体。但是，仅明确提到聚合成聚丙烯酰胺的丙烯酰胺和聚合成三聚氰胺树脂的三聚氰胺。第二流体应选自烃物质，如甲烷或乙烷，以及链烷醇、氟氯烃或CO₂。此外，使用应具有至少一个倾向于第一流体的嵌段和至少一个倾向于第二流体的嵌段的两亲材料。

通常，几乎不了解成核过程在技术应用中的细节，它们难以控制。改变时会造成产物在泡沫均匀性和性质方面的显著可变性。添加粒子或引入气泡以试图引发成核，但由此无法达到气泡的极高密度。此外，仍有异质粒子留在最终产物中。