[发明专利]低温弹性绝热材料

说明书

技术领域

本发明涉及基于具有改进的低温热阻和挠性的可膨胀、可交联弹性材料的多层绝热材料，制造这种材料和系统的方法，以及这种材料和系统的使用方法。

背景技术

绝热材料是工业建筑的重要组成部分，特别是在化学工业和石化工业的建筑中，物理和化学反应在非常高的温度下发生，运输和贮存需要极低的温度，例如氨要-40℃，乙烯要-100℃，液化天然气要-165℃，液化空气组分甚至要-200℃及更低。-80℃以下的温度在工业上通常称为“低温条件”。处于这种低温条件的管道、罐体等对绝热性有极高的要求，因为所有的材料都将以一定方式冷冻，空气中的水分凝结为冰是不可避免的问题，在谈到低温时，甚至在0℃较软的材料对装置也存在摩擦。单一材料或单层不可能在低温下提供安全、充分的绝热性，因此采用全绝热系统，在其大部分被覆层覆盖的复合结构中包含多个绝热材料层[一些化学公司申请的一些专利文件对此有基本的描述，如林德公司(Linde)：DE19954150，三菱公司(Mitsubishi)：GB 1438226，埃克森公司(Exxon)：GB 1110579，以及陶氏公司(Dow)：GB 1447532]，参见图1。过去，低温绝热主要采用无机材料，即矿物棉、玻璃纤维和泡沫玻璃，有时采用气溶胶(例如US 20080087870)。纤维材料缺乏阻挡水蒸气透过(WVT)的能力，必须安装在相当复杂的系统中，安装时要绝对小心地将装置完全密封，否则空气中的水分在通过绝热材料的过程中会凝结为冰，导致极为不利的绝热腐蚀，或者导致绝热材料先劣化，然后被永久性冰层的生长破坏。泡沫玻璃或气溶胶绝热体在WVT上也成问题，此外它们非常易碎，已知安装复杂(对于气溶胶，还讨论了一些健康危险)，并且不可避免地会产生碎片。无机系统防火，这常被视为其主要优点；但是，这仅对纯绝热材料而言是正确的，因为密封、接口保护、在连接处施加粘合剂、层压等对这些材料的应用来说至关重要，用来提供这些功能的产品是有机物，因而是可燃的。对于第二类低温绝热材料，即基于缩聚物泡沫材料的有机物来说，这也是正确的，所 述缩聚物主要是聚氨酯(PUR)或聚异氰酸酯(PIR)。这些材料具有可接受的低热导率(不过，必须注意的一个事实是，热导率值常常是在发泡气体还留在孔中、尚未被空气置换的情况下得到的，而空气会导致绝热性能恶化)和可接受的WVT。它们的易碎性低于泡沫玻璃，可形成更多的形状，甚至可在小范围内进行现场调整。作为PUR/PIR的替代品，聚烯烃绝热材料(参见EP 0891390或JP 5208438，其中弹性泡沫软管保护内聚烯烃层)在低温领域很少见，它们具有同样的缺陷。在热塑性材料的改进和使用热塑性材料的绝热系统方面，人们已经开展了一些工作，如前面提到过的DE 19954150、GB 1438226、GB 1110579、GB 1447532，或者EP 1878663、CN 2937735和CN 101357979(提及LNG绝热材料)，它们均基于PUR/PIR。GB 1436109披露了用于低温容器的基于改性聚氨酯的绝热材料；FR 2876438描述了(昂贵的)聚醚酰亚胺泡沫材料的可能应用，GB2362697和US 5400602提到了复杂并且同样昂贵的PTFE基系统，它用于低温流体转移；CA 1179463要求一种改进的刚性绝热片的专利权，它是通过压缩热塑性泡沫材料得到的，用于低温目的；CA 1244336描述了一种基于苯乙烯泡沫材料的改进的多层系统；CN 1334193要求一种基于PUR、泡沫玻璃或膨胀珍珠岩的多层系统；而US 4044184描述了涂覆了多个刚性泡沫层的绝热板。所有这些系统都需要至少一个、多数情况下需要多个蒸气阻挡层(vapourbarrier)，对机械冲击(如人踩在绝热部分上)或振动非常敏感。一些研究针对热塑性弹性体(TPE)或类似的共聚物展开，如CN 101392063的(聚硅氧烷/聚酰胺)和WO 2001030914的(聚酯/聚醚/聚酰胺)或者GB 1482222(泡沫聚乙烯共聚物)。然而，众所周知，在非常低的温度下，TPE的热塑性嵌段会起结晶引发剂的作用，并过度补偿弹性嵌段的性质，更不用说所用的所有基础聚合物都不能阻挡蒸汽迁移，因而会导致WVT性能较差，并对机械冲击敏感。CN 201060692和CN 101221836提到了一种低温(-40℃或更低)下使用的风能电缆的[大块(massive)]弹性绝热层，DE 19954150提到了作为低温绝热系统的一部分的弹性体，不过也是作为大块外层。DE 60114744描述了基于乙烯-丙烯三元聚合物的同样可用于低温的粘合剂。实际上用于低温应用的三元聚合物是用作弹性体基础的乙烯-丙烯-二烯聚合物(EPDM)。一些文献提到，EPDM能够经受一些低温冲击：WO 2003002303要求一种喷嘴的专利权，它用大块EPDM(但它是非常硬的一种)制备，用于对低温颗粒进行表面处理中；US 4426494描述了不饱和乙烯聚合物(EPDM也属于这一类)，还提到用于低温等领域的改进的性质。然而，目前还没有人广泛详细地研究橡胶的总体低温绝热性，特别是膨胀型共聚物橡胶或三元聚合物橡胶，如EPDM泡沫材料。