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
技術領域：
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，聚苯乙烯可以通過包括擠出在內的許多方法容易地發(fā)泡。這種工業(yè)上生產的未經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公開了通過擠出法來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入低于大氣壓的環(huán)境中，或者經受某種形式的受控的再膨脹，例如US 4552904公開了通過將擠出的泡沫塑料再膨脹來制備密度小于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過程的復雜性和低密度泡沫塑料的成本，結果盡管使用這類泡沫塑料被公認用于建筑工業(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，而無需采用再膨脹或其它此類技術，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構的發(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)泡制品具有閉孔結構。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，例如熱導率，保持與單獨用苯乙烯系聚合物制成的類似的發(fā)泡制品的相當，盡管總是低一些。剛制造出來的發(fā)泡制品的熱導率一般為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。類似的發(fā)泡苯乙烯系聚合物的熱導率在制造出來時為大約24mW.(mK)-1，隨著時間的增長上升到大約27mW.(mK)-1。
發(fā)泡制品的壓縮強度的確隨著丙烯酸系聚合物含量的增加而降低。然而，當丙烯酸系聚合物含量不超過50％時，壓縮強度可以保持在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、木材或其它塑料結構上，以形成隔熱建筑材料等。
發(fā)泡制品可以在常規(guī)擠出設備中成型。在如此成型時，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。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將常規(guī)苯乙烯系聚合物擠塑進入真空或者通過再膨脹(例如在空氣或蒸氣流中加熱)來獲得，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。
適宜的發(fā)泡劑是本領域常用的發(fā)泡劑。優(yōu)選物理發(fā)泡劑，因此包括碳氫化合物例如丙烷、丁烷、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；和惰性氣體例如氮氣和二氧化碳。所用的發(fā)泡劑的質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。碳氫化合物發(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。使用超過上述水平的附加的發(fā)泡劑通常并不會導致密度的任何進一步降低。
下述實施例進一步說明了本發(fā)明。
在這些實施例中，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，然后通過尺寸為3mm×300mm的?？跀D出到大氣中。
平均密度之差是相對于在同一設備中生產的發(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。實施例1在該實施例中，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。
實施例共混物中丙烯酸系密度差聚合物的百分數 (％)1a 20 -171b 50 -21因此，顯而易見，增加丙烯酸系聚合物在共混物中的比例會降低發(fā)泡制品的密度。實施例2在該實施例中，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。
實施例 密度差分子量(％)2a -12 850002b -9 1290002c(比較)+11 181000因此，顯而易見，降低丙烯酸系聚合物的分子量也導致發(fā)泡制品密度的降低。實施例3在該實施例中，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致發(fā)泡制品密度的降低。實施例4在該實施例中，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使用較低水平的發(fā)泡劑獲得。實施例5在該實施例中，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。口模尺寸為3mm×400mm。
實施例共混物中丙烯酸系 發(fā)泡劑密度差聚合物的百分數每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數(實施例5b和5c)可以進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極限值，超過這一極限則密度幾乎不再進一步降低。
實施例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。
實施例5i產生的泡沫塑料的熱導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率為大約24mW.(mK)-1，在70℃下保溫9周后升至大約27mW.(mK)-1。
權利要求
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構的發(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。
3.權利要求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.權利要求1-3中任意一項所述的發(fā)泡制品，其中苯乙烯系聚合物的平均分子量為180000至250000。
5.權利要求1-4中任意一項所述的發(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。
6.權利要求1-5中任意一項所述的發(fā)泡制品，其中閉孔的邊在100-1000μm的范圍內。
7.權利要求1-6中任意一項所述的發(fā)泡制品，其密度比單獨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.權利要求1-7中任意一項所述的發(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、木材或其它塑料結構的載體材料上的權利要求1-8中任意一項所定義的發(fā)泡制品。
10.權利要求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構的發(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C08L25/06GK1151171SQ9519375
公開日1997年6月4日 申請日期1995年6月6日 優(yōu)先權日1994年6月24日
發(fā)明者P·J·史密斯, B·J·克羅斯 申請人:帝國化學工業(yè)公司