[发明专利]借助于超临界或近临界发泡剂制造聚氨酯泡沫的方法

说明书

本发明涉及一种制造聚氨酯泡沫的方法，其中使用的发泡剂以超临界或近临界状态存在。本发明进一步涉及可由本发明的方法获得的纳米多孔聚氨酯泡沫。

基于理论研究，纳米泡孔或纳米多孔聚合物泡沫是特别好的绝热材料。这些泡沫结构的内部尺寸为气体分子的平均自由程长度范围。可以以此方式降低气体在传热中的份额。聚氨酯是一种经常用于绝热的聚合物组。

当制造聚氨酯泡沫时，多元醇组分(其中还包括发泡剂)与异氰酸酯反应。异氰酸酯与水的反应产生二氧化碳，其也用作发泡剂。

形成泡沫和因此后续的硬化泡沫的孔尺寸的决定性步骤为由发泡剂的成核，因为已经由气泡在泡沫中产生各个泡孔。这里观察到在成核作用之后，通常不产生新的气泡，而是代之以发泡剂扩散进入已经存在的气泡中。

添加稳定剂促进各组分的乳化，影响成核作用，和抑制正生长的气泡的聚结。此外，它们也影响开孔。在开孔泡沫中，正生长的孔隙的膜敞开，并保留孔壁(Steg)。

一种可能的措施为将反应混合物中的超临界发泡剂乳化，然后在减压之后使泡沫硬化。作为其一种变型已知POSME法(超临界微乳液膨胀的原理)。所述方法中的发泡剂采用微乳液的形式。微乳液在特定条件下形成，特别取决于乳化剂的浓度和温度。微乳液的特征为它们稳定并且为非极性相，即在这种情况下，发泡剂可以以微细液滴的形式存在于极性相中。这些液滴的直径可以为1至100纳米。

DE 102 60 815A1公开发泡材料和该发泡材料的制造方法。据信，在无须克服通常在相变时和成核过程中出现的能垒的基础上，制造具有纳米尺度气泡(Schaumblasen)的发泡材料。与此有关的目的为可控地制造气泡的数值密度为10¹²至10¹⁸/cm³，以及气泡的平均直径为10nm至10μm的发泡材料。其是基于将第二种流体以坑(Pool)的形式分散在第一种流体的基质内。第一种流体以基质的形式存在于反应空间中，第二种流体以坑的形式存在。通过改变压力和/或温度，将第二种流体变为密度接近液体的近临界或超临界状态。第二种流体因此完全或几乎完全存在于均匀分布在整个第一种流体内的坑中。减压引起第二种流体回复到具有气体密度的状态，其中坑膨胀产生纳米尺度的气泡。不必克服任何能垒，也不需要使发泡剂分子扩散至正生长的泡。

这里一般性建议可聚合物质作为第一种流体。但是，仅明确提及聚合产生聚丙烯酰胺的丙烯酰胺，和聚合产生三聚氰胺树脂的三聚氰胺。第二种流体应选自烃，例如甲烷或乙烷，还有链烷醇，氯氟烃或CO₂的物质组。也使用两亲性材料，并且其应具有至少一个对第一种流体具有亲合性的嵌段，和至少一个对第二种流体具有亲合性的嵌段。

WO 2007/094780A1公开一种与聚氨酯泡沫有关的树脂组合物，其具有多元醇、由短链化合物起始的乙氧基化/丙氧基化表面活性剂以及作为发泡剂的烃类。通过乙氧基化/丙氧基化表面活性剂提高烃类发泡剂的溶解性和/或相容性，并改善树脂组合物的相稳定性。该树脂组合物适合于与多官能有机异氰酸酯反应，以产生泡孔状聚氨酯泡沫和泡孔状聚异氰脲酯泡沫。

该表面活性剂经由环氧乙烷和环氧丙烷与来自具有环氧烷-活性氢原子和C₁至C₆脂肪族或脂环族烃基的化合物、具有环氧烷-活性氢原子和C₆至C₁₀芳基或烷基芳基烃基的化合物，或其组合的引发剂反应获得。引发剂优选选自C₁至C₆脂肪族或脂环族醇，酚，C₁至C₄烷基酚及其组合。

提及丁醇引发的环氧丙烷/环氧乙烷表面活性剂作为实例。作为替代，表面活性剂也可以包含烷氧基化甘油三酯加合物或脱水山梨糖醇酯的乙氧基化衍生物。发泡剂可以为C₄至C₇脂肪族烃，C₄至C₇脂环族烃或其组合。提及戊烷作为实例。

但是，所述实例并未公开任何多元醇组合物，其中表面活性剂的选择导致存在微乳液形式的发泡剂。