[发明专利]隔能物体的方法

说明书

本申请涉及采用微多孔的、开孔的聚合物泡沫材料来隔能/保温物体的方法，本申请尤其涉及采用由高内相乳液制备的泡沫材料来隔能/保温物体的方法。

有效且高能的隔能/保温材料的开发是具有相当高商业意义的主题。对例如用来降低任何装置、结构或容器的热损失(吸收)速率的隔热材料来说，更是如此。泡沫被广泛用作隔能/保温材料。描述泡沫的这种用途和性能的参考文献包括Oertel.G.的“Polyurethane Handbook”(聚氨酯手册)，Hanser Publishers,Munich,1985和Gibson.L.J.,Ashby,M.F.“Cellu-lar Solids,Structure and Properties”(多孔状固体、结构和性质)，PergamonPress,Oxford,1988。术语“隔能/保温材料”是指降低能量从一个位置向另一个位置传递的任何材料(下文称为保温材料)。该能量可以包括热量、声能和/或机械类型的能量。隔热是相当重要的，它涉及到保温介质的热传导。

“理想的”保温介质是真空。但是，在要隔热的区域形成和维持抽空的空间可能是不实际的，尤其是对较大的体积来说。要求承受作用在真空容器上的大气压所需的结构的完整性是一个问题。

一种常用的保温介质是具有被提供完整性的固体包围的多孔区域的泡沫或多孔材料。泡沫的用作保温材料的功能是将空气包围在其中并减少上述类型的热传导。通常，泡沫的特征不仅在于其密度(近似于泡沫中开孔/固体结构的比率)，还在于其结构中孔或气泡的大小。

任何泡沫的热传导依赖于四个特征：

1．通过孔的对流；

2．通过气体的传导；

3．通过聚合物的传导；和

4．通过气泡壁和经过气泡空隙的热辐射。

通过保温介质的孔的气体的运动而进行的对流随气泡尺寸减小到约4mm而减少，低于此尺寸，对流可以忽略不计。在小于10mm的气泡中，通过孔的对流受到抑制。大多数泡沫的气泡要比毫米级尺寸小得多。

通过气体的传导通常要占多达系统的热传导的2/3。因此，优选充填有低传导率气体的泡沫，虽然气体通常会随时间的推移而与空气交换。通过固体聚合物的传导对低密度泡沫来说是可以忽略不计的。

热辐射可以占泡沫的热传导的1/4至1/3(参见Glicksman.L.R.；Torpey,M.；Marge,A.,J.Cell.Plastics(泡沫塑料杂志)，1992,28,571和DeVos,R:Rosbotham,D.；Deschaght,J.ibid.1994,30,302.)。辐射热传递高度依赖于泡沫的气泡尺寸，因而随气泡尺寸(优选≤100μm)减少。Kodama等(ibid,1995,31,24)报道了一系列聚氨酯泡沫(“PUFs”)在密度为0.052g/cc时平均气泡尺寸从350μm降到200μm时k因子(隔热能力的度量)的改善。Doerge报道说，密度低于约0.037g/cc的泡沫，由于气泡尺寸的增大(通常在这些较低密度的情况下发生)显示出导热能力的增加(Doerge,H.P.ibid,1992,28,115)，部分由于气泡壁透明度和气泡壁裂口(允许低传导率气体填料的快速扩散)的增加。最好的保温硬泡沫是充填有具有低热传导系数的气体(或根本就没有气体)具有最小可能的气泡的低密度泡沫(对闭合气泡PUFs而言，约0.03～0.07g/cc)。因此，希望制造出既具有低密度又具有非常小的气泡(如≤100μm)的泡沫。这种泡沫显然不能用现有文献中所述的发泡泡沫法制造。

器具工业(如电冰箱，水加热器等)中所用的制造保温泡沫的历史方法是使用含氯氟烃(CFCs)作为物理发泡剂，尤其是对基于聚氨酯和多异氰酸酯起始材料的泡沫而言。已报道的关于CFCs和臭氧层孔洞之间的联系已显著减少了其生产而增加了对替代产品和/或制造泡沫的方法的需求。然而，与用CFCs制造的保温材料相比，用替代的发泡剂如二氧化碳或戊烷生产的保温材料功效较低。这是由于难以形成象CFC发泡泡沫所能形成的相同的精细的微结构和密度。参见例如，Moore,S..E.J.Cell.Plastics1994,30,494和U.S.5,034,424(Wenning等人)1991年7月23日。还例如Oertel，第273页；Gibson and Ashby，第7章，p201。