(57)【要約】  ナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体を製造するための組成物および方法が提供される。ポリマー発泡体中のナノ気泡ドメインは、ポリマー発泡生成物のＲ値を増加させて、断熱性を改良する。ナノ気泡ドメインを有するポリマー発泡体は、二酸化炭素系発泡剤を用いて形成されてもよい。ナノ気泡ドメインを有するポリマー発泡体は、大規模用途に適した量の生産規模の装置で製造することができる。
2018532857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックスポリマー；
ドメインポリマー；および
発泡剤
を含み、
１，０００ｎｍ以下の平均気泡サイズを有するドメインポリマー気泡を含む発泡ナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体に形成される発泡性ポリマー混合物。
【請求項２】
ドメインポリマー気泡が、１００ｎｍ以下の平均気泡サイズを有する、請求項１に記載の発泡性ポリマー混合物。
【請求項３】
発泡剤が二酸化炭素を含む、請求項１に記載の発泡性ポリマー混合物。
【請求項４】
発泡剤が少なくとも１種の共発泡剤をさらに含む、請求項１に記載の発泡性ポリマー混合物。
【請求項５】
少なくとも１種の共発泡剤が、ヒドロフルオロオレフィン、ヒドロフルオロカーボン、アルコール、水、およびこれらの混合物から選択される、請求項４に記載の発泡性ポリマー混合物。
【請求項６】
ドメインポリマーが、発泡性ポリマー混合物の約１質量％〜約８０質量％を占める、請求項１に記載の発泡性ポリマー混合物。
【請求項７】
マトリックスポリマーが、ポリスチレンおよびスチレンアクリロニトリルコポリマーのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の発泡性ポリマー混合物。
【請求項８】
ドメインポリマーが、架橋ポリスチレン、架橋ポリエチレン、架橋ポリアクリラート、架橋ポリメチルメタクリラート、高粘度ポリスチレン、超高分子量ポリエチレン、高粘度ポリメチルメタクリラート、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の発泡性ポリマー混合物。
【請求項９】
押出ポリマー発泡体を製造する方法であって、
マトリックスポリマーを含む組成物をスクリュー押出機に投入して、マトリックスポリマー溶融物を形成するステップと、
ドメインポリマーをマトリックスポリマー溶融物に投入するステップと、
発泡剤をマトリックスポリマー溶融物に注入して、発泡性ポリマー混合物を形成するステップと、
発泡性ポリマー混合物を押し出して、押出ポリマー発泡体を形成するステップと
を含み、
押出ポリマー発泡体は、１，０００ｎｍ以下の平均気泡サイズを有するドメインポリマー気泡を含む発泡ナノ気泡ドメインを含む、方法。
【請求項１０】
ドメインポリマー気泡が、１００ｎｍ以下の平均気泡サイズを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
発泡剤が二酸化炭素を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
発泡剤が少なくとも１種の共発泡剤をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１種の共発泡剤が、ヒドロフルオロオレフィン、ヒドロフルオロカーボン、アルコール、水、およびこれらの混合物から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ドメインポリマーが、発泡性ポリマー混合物の約１質量％〜約８０質量％を占める、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
マトリックスポリマーが、ポリスチレンまたはスチレンアクリロニトリルコポリマーを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
ドメインポリマーが、架橋ポリスチレン、架橋ポリエチレン、架橋ポリアクリラート、架橋ポリメチルメタクリラート、高粘度ポリスチレン、超高分子量ポリエチレン、高粘度ポリメチルメタクリラート、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
発泡性ポリマー混合物を含む押出ポリマー発泡体であって、
前記混合物が、
マトリックスポリマー；
ドメインポリマー；および
二酸化炭素を含む発泡剤
を含み、
前記押出ポリマー発泡体が、１，０００ｎｍ以下の平均気泡サイズを有するドメインポリマー気泡を含む発泡ナノ気泡ドメインを含む、押出ポリマー発泡体。
【請求項１８】
マトリックスポリマーが、ポリスチレンまたはスチレンアクリロニトリルコポリマーを含む、請求項１７に記載の押出ポリマー発泡体。
【請求項１９】
ドメインポリマーが、架橋ポリスチレン、架橋ポリエチレン、架橋ポリアクリラート、架橋ポリメチルメタクリラート、高粘度ポリスチレン、超高分子量ポリエチレン、高粘度ポリメチルメタクリラート、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１７に記載の押出ポリマー発泡体。
【請求項２０】
発泡ナノ気泡ドメインが、押出ポリマー発泡体の約１体積％〜約８０体積％を占める、請求項１７に記載の押出ポリマー発泡体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１５年１０月２１日に出願した、ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ  ＦＯＡＭＳ  ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ  ＮＡＮＯＣＥＬＬＵＬＡＲ  ＤＯＭＡＩＮＳに関する米国特許仮出願第６２／２４４，２５２号の優先権およびあらゆる利益を主張するものであり、その全開示を参照により本明細書に完全に援用する。
本開示は、ポリマー発泡体を製造するための組成物および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な発泡体における全体的な熱伝達は、３つの要素：ガス（または発泡剤蒸気）からの熱伝導、ポリマー固体（発泡体気泡壁およびストラットを含む）からの熱伝導、および発泡体を横切る熱放射に分類できることが知られている［Schutz and Glicksman, J. Cellular Plastics,Mar-Apr.,114-121(1984)］。発泡体気泡サイズをガス分子のおよそ平均自由工程（典型的には、約１００ｎｍ未満）まで低下させると、気泡中のガス分子の衝突回数が有意に減少し、したがってガスからの熱伝導も同様に有意に低下する結果となる。これはクヌーセン効果として知られている。
１，０００ｎｍ以下の気泡サイズを含む発泡体（「ナノ気泡発泡体」）は、一つにはクヌーセン効果のために、優れた断熱性を有することが報告されている。しかし、これらの発泡体は、大規模用途には適していない。公知のナノ気泡発泡体は、多くの場合、エアロゲル等の高価な材料を必要としている。公知のナノ気泡発泡体はまた、規模拡張の問題のために少量のバッチ式製造に限定されており、これがコストをさらに上げる。したがって、公知のナノ気泡発泡体は、少数のニッチ用途のみの使用に限定されている。経済的理由および製造の理由の両方のために、大規模用途に適した量の生産規模の押出機でナノ気泡発泡体を製造することは実行不可能であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の様々な例示的実施形態は、ポリマー発泡体を製造するための組成物および方法を対象とする。本明細書に開示されたポリマー発泡体を製造するための組成物および方法は、第１のポリマー（「マトリックスポリマー」）の連続的マトリックス中に第２のポリマー（「ドメインポリマー(domain polymer)」）の分離した領域、または「ドメイン」を取り込むことを含む。ドメインポリマーは、典型的にはマトリックスポリマーに不溶性である。マトリックスポリマーおよびドメインポリマーを含む発泡性ポリマー混合物が発泡された場合、マトリックスポリマーは典型的なポリマー発泡体を形成し、ドメインポリマーは、ポリマー発泡体中にナノ気泡発泡体の分離したドメイン（「ナノ気泡ドメイン」）を形成して、改良された断熱性を有する発泡体を実現する。
【０００４】
特定の実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有する押出発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含む押出発泡体を製造するための組成物および方法に関する。特定の実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有するＸＰＳ発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含む押出ポリスチレン（ＸＰＳ）発泡体を製造するための組成物および方法に関する。特定の実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有する発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含むビーズに押し出された発泡体を製造するための組成物および方法に関する。特定の実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有する発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含む発泡されたポリマー発泡体を製造するための組成物および方法に関する。いくつかの例示的な実施形態において、ナノ気泡ドメインは、架橋ポリマーを含む。いくつかの例示的な実施形態において、ナノ気泡ドメインは、選択した溶融性を有するポリマーから形成される。いくつかの例示的な実施形態において、ポリマー発泡体は二酸化炭素系発泡剤を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの例示的な実施形態によれば、発泡性ポリマー混合物が開示される。発泡性ポリマー混合物は、マトリックスポリマー、ドメインポリマー、および発泡剤を含む。発泡性ポリマー混合物は、ドメインポリマーを含む発泡ナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体を形成し、ドメインポリマー中の気泡は１，０００ｎｍ以下の平均気泡サイズを有する。
いくつかの例示的な実施形態によれば、押出ポリマー発泡体を製造する方法が開示されている。該方法は、マトリックスポリマーを含む組成物をスクリュー押出機に投入して、マトリックスポリマー溶融物を形成するステップと、ドメインポリマーをマトリックスポリマー溶融物に投入するステップと、発泡剤をマトリックスポリマー溶融物に注入して、発泡性ポリマー混合物を形成するステップと、発泡性ポリマー混合物を押し出して、押出ポリマー発泡体を形成するステップとを含む。該押出ポリマー発泡体は、ドメインポリマーを含む発泡ナノ気泡ドメインを含み、ドメインポリマー中の気泡は１，０００ｎｍ以下の平均気泡サイズを有する。
【０００６】
いくつかの例示的な実施形態によれば、押出ポリマー発泡体が開示されている。該押出ポリマー発泡体は、マトリックスポリマー、ドメインポリマー、および二酸化炭素を含む発泡剤を含む発泡性ポリマー混合物を含む。押出ポリマー発泡体は、ドメインポリマーを含む発泡ナノ気泡ドメインを含み、ドメインポリマー中の気泡は１，０００ｎｍ以下の平均気泡サイズを有する。
本発明の例示的な利益は、以下の本発明の詳細な開示の考察により、とりわけ添付の図面と併せると明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による実行方法に有用な例示的な押出成型装置の概略図である。
【図２】本発明によるナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体の構造を図示する横断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ポリマー発泡体を製造するための組成物および方法を本明細書に詳細に説明する。ポリマー発泡体は、改良された断熱性を有するポリマー発泡体を実現するためにナノ気泡ドメインを含む。特定の実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有する押出発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含む押出発泡体を製造するための組成物および方法に関する。特定の実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有するＸＰＳ発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含む押出ポリスチレン（ＸＰＳ）発泡体を製造するための組成物および方法に関する。特定の実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有する発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含むビーズに押し出された発泡体を製造するための組成物および方法に関する。特定の実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有する発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含む発泡されたポリマー発泡体を製造するための組成物および方法に関する。いくつかの例示的な実施形態において、ナノ気泡ドメインは架橋ポリマーを含む。いくつかの例示的な実施形態において、ナノ気泡ドメインは、選択した溶融性を有するポリマーから形成される。いくつかの例示的な実施形態において、ポリマー発泡体は二酸化炭素系発泡剤を含む。ポリマー発泡体の上記およびその他の特徴、ならびに多数の任意選択の変形および追加物のいくつかを以下に詳細に説明する。
別の定義がなければ、本明細書で使用されるすべての技術的および科学的な用語は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと類似のまたは等価の任意の方法および材料を、本発明の実行または試験に使用することができるが、好ましい方法および材料は本明細書に記載されている。公開されたまたは対応する米国または外国特許出願、発行された米国または外国特許、または任意の他の引用を含めて、本明細書に引用されたすべての参照は、引用された参照において提示されたすべてのデータ、表、図、および本文を含めて、それぞれはその全体が参照により援用される。図面において、線の太さ、層、および領域は、明確にするために誇張されることがある。図面を通して見出される等しい数値は、等しい要素を表すことに留意されたい。「組成物」および「本発明の組成物」という用語は、本明細書では同義で使用してもよい。
【０００９】
本明細書で使用される場合、数値の範囲には、明確に開示されているかどうかにかかわらず、その範囲内のすべての数値および数値のサブセットが含まれることが意図される。さらに、これらの数値の範囲は、その範囲における任意の数値または数値のサブセットを対象とする特許請求の範囲に対する裏付けを提供するものと解釈するべきである。例えば、１〜１０の開示は、２〜８、３〜７、５〜６、１〜９、３．６〜４．６、３．５〜９．９等の範囲を裏付けるものと解釈するべきである。
本開示の単一の特徴または制約に対するすべての言及には、参照された文脈によって別の指定がされている、またはそれとは反対のことが明らかに含意されていなければ、対応する複数の特徴または制約が含まれるべきであり、逆の場合も同様である。
【００１０】
本明細書で使用される場合、別の指定がなければ、ポリマー発泡体、ポリマー発泡体中のナノ気泡ドメインまたは他の組成物の構成成分（ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓまたはｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の数値は、組成物中の各成分の質量パーセントもしくは質量％で表される。提供された数値には、所与の終点を含むそれ以下が含まれる。別の指定がなければ、「質量％（％  ｂｙ  ｗｅｉｇｈｔ）」および「質量％（ｗｔ％）」という用語は、同義で使用され、発泡剤組成物の質量または質量％を除いたすべての成分の総質量１００％に対する百分率を示す。
本開示に関連して、「独立気泡発泡体」は、少なくともその中の９５％が独立している気泡を有するポリマー発泡体を一般に表す。しかし、本出願は、気泡が「開放気泡」または独立気泡であってもよいことも企図する。（即ち、本明細書に開示された特定の実施形態は、「開放気泡」ポリマー発泡体構造を示してもよい）
【００１１】
本開示に関連して、「マトリックスポリマー」は、ポリマー発泡体のバルクまたは連続相を含むポリマーを表す。「マトリックスポリマー」はまた、マトリックスポリマーおよび他の構成成分を含む組成物を表す。本開示に関連して、「ドメインポリマー」は、ナノ気泡ドメインを含む、マトリックスポリマー中に含まれたポリマーを表す。「ドメインポリマー」はまた、ドメインポリマーおよび他の構成成分を含む組成物を表す。
【００１２】
本明細書における一般的な発明概念は、改良された断熱性を有するポリマー発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体を製造するための組成物および方法に関する。いくつかの実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有するポリマー発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含む押出ポリマー発泡体を製造するための組成物および方法に関する。いくつかの実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有するＸＰＳ発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含むＸＰＳ発泡体を製造するための組成物および方法に関する。いくつかの実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有する発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含むビーズに押し出された発泡体を製造するための組成物および方法に関する。いくつかの実施形態において、本明細書における発明概念は、改良された断熱性を有する発泡体を実現するための、ナノ気泡ドメインを含む発泡されたポリマー発泡体を製造するための組成物および方法に関する。
【００１３】
ナノ気泡ドメインは、マトリックスポリマーに不溶性であり、発泡性ポリマー混合物とブレンドされたとき、明確に分離されたドメインに留まるドメインポリマーを含む。適した発泡剤がまた発泡性ポリマー混合物に添加され、発泡性ポリマー混合物が押出成型ダイを通って押出成型装置から出るとき、発泡性ポリマー混合物は発泡される。生じた発泡生成物は、マトリックスポリマーから形成された大きな気泡の連続的マトリックスおよびドメインポリマーから形成されたナノ気泡発泡体の分離したドメイン（即ち、「ナノ気泡ドメイン」）を含み、ここで、ナノ気泡ドメインは、発泡生成物の連続的マトリックス全体にわたって分散される。いくつかの例示的な実施形態において、ナノ気泡ドメインは、架橋ポリスチレンを含む。いくつかの例示的な実施形態において、ナノ気泡ドメインは、選択した溶融性を有するポリマーから形成される。いくつかの例示的な実施形態において、押出ポリマー発泡体は二酸化炭素系発泡剤を含む。
製造方法
ナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体は、押し出された発泡体または発泡された発泡体であってもよい。これらのポリマー発泡体は、典型的な製造装置を用いて、周知の製造方法を変更することによって製造されてもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態において、本開示のポリマー発泡体は、押出成型法によって製造された押出ポリマー発泡体である。図１は、本発明のいくつかの例示的な実施形態を実行するのに有用な従来の押出成型装置１００を図示する。押出成型装置１００は、渦巻型フライト１０６が設けられたスクリュー１０４を取り囲むバレル１０２を含み、スクリュー押出機に投入された材料を加圧し、それによって加熱するように構成された、一軸または二軸（図示せず）のスクリュー押出機を含んでもよい。図１に図示するように、ポリマー組成物を、ビーズ、顆粒、もしくはペレット等の流動性固体として、または液体もしくは半液体溶融物として、１つまたは複数の供給ホッパー１０８からスクリュー押出機に供給してもよい。供給ホッパー１０８に投入されたポリマー混合物は、マトリックスポリマーを含んでいてもよく、または供給ホッパー１０８に投入されたポリマー混合物は、下記のようにマトリックスポリマーおよびドメインポリマーの両方を含んでいてもよい。
【００１５】
最初のポリマー混合物はスクリュー押出機を通って前進するので、フライト１０６の狭くなる間隔は、連続的により小さくなる空間を画定し、ポリマー混合物はスクリューの回転によってその空間を押し通される。この体積の減少は、ポリマー混合物の圧力を増加させて、（固体出発材料が使用された場合は）ポリマー溶融物が得られ、および／またはポリマー溶融物の圧力を増加させる。
【００１６】
ポリマー混合物はスクリュー押出機１００中を前進するので、ポリマー混合物に１種または複数の添加剤を注入するために構成されているポート１１０は、バレル１０２にわたって設けてもよい。いくつかの実施形態において、１種または複数のドメインポリマーが、ポート１１０を介してポリマー混合物に投入される。ドメインポリマー、処理助剤、核形成剤、難燃剤、酸化防止剤、または安定剤等の他の例示的な添加剤も、ポート１１０を介してポリマー混合物に投入してもよい。同様に、ポリマー混合物中に１種または複数の発泡剤を注入するために、バレル１０２にわたって１個または複数の追加のポート１１２を設けてもよい。いくつかの実施形態において、ドメインポリマーおよび１種または複数の任意選択の処理助剤および発泡剤は、単一のポート（例えば、ポート１１０）を介して投入される。いくつかの実施形態において、１種または複数の任意選択の処理助剤および発泡剤は、単一のポート（例えば、ポート１１０）を介して投入される。いくつかの実施形態において、核形成剤および／または１種または複数の任意選択の処理助剤および発泡剤は、単一のポート（例えば、ポート１１０）を介して投入される。いくつかの実施形態において、ドメインポリマー、発泡剤、および他の任意選択の添加剤は、複数のポート（例えば、ポート１１０および１１２）を介して投入される。これらの添加剤および発泡剤がポリマー混合物中に投入された後、生じた混合物を、添加剤のそれぞれがポリマー混合物全体にわたり概して均一に分布するのに十分ないくつかの追加の混合にかけて、押出成型用組成物を得る。
【００１７】
次いで、この押出成型用組成物は押出成型ダイ１１４を押し通され、ダイから減圧の領域（これは大気圧未満であってもよい）へ出て、それによって、発泡剤が発泡して、ポリマー発泡体材料を生成することを可能にする。この圧力低下は、押し出されたポリマー混合物がダイ中に設けられた連続的に大きくなる開口部を介して、またはポリマー混合物に加えられる圧力が減少する方法をある程度まで制御するために押出成型ダイの下流に設けられたいくつかの適切な装置（図示せず）を介して、前進するにつれて漸次に得られてもよい。ポリマー発泡体を、カレンダー加工、水浸、冷却スプレー等の追加の処理、または生じたポリマー発泡生成物の厚さおよび他の特性を制御するための他の操作にかけてもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態において、本開示のポリマー発泡体は、ビーズ押出成型法によって製造された押出ポリマービーズである。ビーズ押出成型は、前述の押出成型法と類似している。しかし、ビーズ押出成型では、押出成型ダイ１１４は、押出成型用組成物がビーズとして押し出されるように複数の小さい穴を含む。これらのビーズは、典型的には直径約０．０５ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲である。さらに、押出成型用組成物は、押出成型用組成物を含むビーズがいったん押出成型ダイから出ると発泡することはできない。その代わりに、押出成型用組成物を含むビーズは、冷却チャンバーまたは冷却浴中に排出され、ビーズは、押出成型用組成物のガラス転移温度（Ｔg）未満まで急速に冷却される。この急速な冷却は、ビーズ中の押出成型用組成物が発泡するのを防止する。
【００１９】
ビーズ押出成型のいくつかの実施形態において、マトリックスポリマー、ドメインポリマー、発泡剤、および任意選択の添加剤は、上記のように押出機に投入されて押出成型用組成物を形成する。ビーズ押出成型のいくつかの実施形態において、マトリックスポリマー、ドメインポリマー、および任意選択の添加剤は、上記のように押出機に投入されて押出成型用組成物を形成するが、発泡剤は、ビーズが押し出され、冷却された後に、圧力容器を介して押出ビーズに添加される。
【００２０】
いくつかの実施形態において、本開示のポリマー発泡体は、乳化重合法または懸濁重合法によって製造された発泡されたポリマー発泡体である。発泡されたポリマー発泡体のいくつかの実施形態において、マトリックスポリマーは、反応容器中で液相に分散されたモノマーから重合される。ドメインポリマーのモノマーも、反応容器中で液相に添加される。いくつかの実施形態において、マトリックスポリマーおよびドメインポリマーのモノマーは、およそ同時に反応容器中で液相中に分散され、両方の重合反応は、同時に行われる。いくつかの実施形態において、マトリックスポリマーのモノマーは、反応容器中で液相中に分散され、マトリックスポリマーを形成する重合反応は、ドメインポリマーのモノマーが反応容器中で液相中に分散される前に行われる。好ましくは、必ずしもそれに限らないが、マトリックスポリマーおよびドメインポリマーのモノマーは、相互におよび液相と非混和性である。いくつかの実施形態において、マトリックスポリマー中のドメインポリマー領域のサイズおよび濃度は、反応容器に添加されるドメインモノマーに対するマトリックスモノマーの比によって制御される。いくつかの実施形態において、１種または複数の発泡剤は、一方のまたは両方の重合反応の間に、発泡剤を希釈剤として反応容器中の液相に添加することによってポリマー混合物に添加される。いくつかの実施形態において、１種または複数の発泡剤は、一方または両方の重合反応の間に反応容器中の液体相として使用される。いくつかの実施形態において、１種または複数の発泡剤は、重合反応が完了した後で圧力容器中のポリマー混合物に添加される。
【００２１】
マトリックスポリマー
マトリックスポリマーは、配合物の土台であり、最終生成物に強度、柔軟性、靱性および耐久性を付与する。マトリックスポリマーは、特に限定されるものではなく、通常、発泡されることが可能な任意のポリマーを、樹脂混合物中のマトリックスポリマーとして使用することができる。マトリックスポリマーは、熱可塑性または熱硬化性であってもよい。個々のマトリックスポリマーは十分な機械的強度を提供し、および／または最終発泡ポリマー生成物を形成するのに使用される工程と適合性があるように選択してもよい。さらに、マトリックスポリマーは、好ましくは化学的に安定、即ち、形成およびポリマー発泡体への次の使用の間に予想される温度範囲で一般に非反応性である。
【００２２】
本明細書で使用される場合、「ポリマー」という用語は、「ホモポリマー」、「コポリマー」、「ターポリマー」という用語、およびホモポリマー、コポリマー、および／またはターポリマーの組合せの総称である。適した発泡性マトリックスポリマーの非限定的な例には、アルケニル芳香族ポリマー、ポリ塩化ビニル（「ＰＶＣ」）、塩素化ポリ塩化ビニル（「ＣＰＶＣ」）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカルボナート、ポリイソシアヌラート、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリカルボナート、ポリメチルメタクリラート、ポリフェニレンオキシド、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリオレフィン、スチレンアクリロニトリル（「ＳＡＮ」）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（「ＡＢＳ」）、アクリル酸／スチレン／アクリロニトリルブロックターポリマー（「ＡＳＡ」）、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、アセタール樹脂、ポリアミド、ポリアラミド、ポリイミド、ポリアクリル酸エステル、エチレンとプロピレンのコポリマー、スチレンとブタジエンのコポリマー、酢酸ビニルとエチレンのコポリマー、ゴム変性ポリマー、熱可塑性ポリマーブレンド、およびこれらの組合せが含まれる。
【００２３】
いくつかの実施形態において、マトリックスポリマーはアルケニル芳香族ポリマー材料である。適したアルケニル芳香族ポリマー材料には、アルケニル芳香族ホモポリマーおよびアルケニル芳香族化合物と共重合性エチレン性不飽和コモノマーのコポリマーが含まれる。さらに、アルケニル芳香族ポリマー材料は、ごく一部の非アルケニル芳香族ポリマーを含んでいてもよい。アルケニル芳香族ポリマー材料を、１種または複数のアルケニル芳香族ホモポリマー、１種または複数のアルケニル芳香族コポリマー、アルケニル芳香族ホモポリマーおよびコポリマーのそれぞれ１種または複数のブレンド、またはこれらと非アルケニル芳香族ポリマーのブレンドから形成してもよい。
アルケニル芳香族ポリマーの例には、限定するものではないが、スチレン、スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）コポリマー、α−メチルスチレン、エチルスチレン、ビニルベンゼン、ビニルトルエン、クロロスチレン、およびブロモスチレン等のアルケニル芳香族化合物から誘導されるアルケニル芳香族ポリマーが含まれる。いくつかの実施形態において、アルケニル芳香族ポリマーはポリスチレンである。
【００２４】
いくつかの実施形態において、少量の、Ｃ２〜Ｃ６アルキル酸およびエステル、イオノマー誘導体等のモノエチレン性不飽和モノマー、およびＣ２〜Ｃ６ジエンを、アルケニル芳香族モノマーと共重合して、アルケニル芳香族ポリマーを形成してもよい。共重合性モノマーの非限定的な例には、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、アクリロニトリル、無水マレイン酸、メチルアクリラート、エチルアクリラート、イソブチルアクリラート、ｎ−ブチルアクリラート、メタクリル酸メチル、酢酸ビニル、およびブタジエンが含まれる。
いくつかの実施形態において、マトリックスポリマーは、実質的に（例えば、９５パーセントを超えて）ポリスチレンから形成され、特定の例示的な実施形態において、完全にポリスチレンから形成されていてもよい。マトリックスポリマーは、ポリマー発泡体中に、約１０質量％〜約９５質量％の量で、約５０質量％〜約９５質量％の量で、または約７５質量％〜約９０質量％の量で存在してもよい。いくつかの実施形態において、マトリックスポリマーは、約８０質量％〜約９０質量％の量で存在してもよい。
ナノ気泡ドメイン
本明細書に開示された発泡性ポリマー混合物は、発泡すると、ポリマー発泡生成物マトリックス中に分散された、分離したナノ気泡ドメインを形成する少なくとも１種のドメインポリマーを含む。ナノ気泡ドメインは、ポリマー発泡生成物のＲ値を増加させる。
【００２５】
図２は、本発明の押出ポリマー発泡体の横断面図であり、本発明の一般的な原理を図示する。押出成型装置のバレル１０２中で、マトリックスポリマー２０２およびドメインポリマー２０４を含む発泡性ポリマー混合物は、前述のように溶融される。ドメインポリマー２０４は、マトリックスポリマー２０２に不溶性である。ドメインポリマー２０４がマトリックスポリマー２０２とブレンドされたとき、ドメインポリマー２０４は、発泡性ポリマー混合物において、マトリックスポリマー２０２中に分散され、分布された多数の明確に分離したドメインに留まる。適した発泡剤（図示せず）も、前述のように発泡性ポリマー混合物に添加される。発泡性ポリマー混合物が、押出成型ダイを通して押出成型装置から出るとき、発泡性ポリマー混合物は発泡される。生じた発泡生成物２１０は、マトリックスポリマー２０２から形成された多数の気泡２１２およびドメインポリマー２０４から形成されたナノ気泡ドメイン２１４を含む。
ドメインポリマーは、種々の形態を取り得て、ナノ気泡ドメインは、様々なメカニズムによって形成され得る。以下の例示的な、ナノ気泡ドメインを含む発泡体およびそれらを製造する方法は、本発明の発泡生成物を限定することなく例示することを意図するものである。
【００２６】
架橋ドメインポリマー
いくつかの実施形態において、発泡性ポリマー混合物は、少なくとも１種の架橋ドメインポリマー混合物を含む。いくつかの実施形態において、架橋ドメインポリマーは、ポリマー発泡体の押出成型の前に押出機中の溶融マトリックスポリマーに添加する。いくつかの実施形態において、架橋ドメインポリマーは、マトリックスポリマーと共に押出成型装置に添加してもよい。いくつかの実施形態において、架橋ドメインポリマーは、マトリックスポリマーの一部またはすべてと共にマスターバッチ中に含めてもよく、マスターバッチは押出成型装置に添加される。いくつかの実施形態において、架橋ドメインポリマーは、押出成型装置のポートを介してマトリックスポリマーに添加してもよい。
【００２７】
架橋ドメインポリマーは、粒状であってもよい。架橋ドメインポリマーは、典型的にはマトリックスポリマー溶融物に不溶性である。押出成型した後、マトリックスポリマーは発泡して、典型的な気泡サイズの発泡体を形成し、架橋ドメインポリマーも発泡するが、架橋ポリマー構造の物理的な制約によってナノ気泡の気泡サイズの気泡を形成する。この方法は、ナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体を生じさせる。
【００２８】
架橋ドメインポリマーは、マトリックスポリマー溶融物に不溶性の任意の適した架橋性ポリマーを含んでもよい。架橋ドメインポリマーは、発泡体を生じさせるために使用される発泡剤を溶解することが可能であるべきである。架橋ドメインポリマーはまた、サイズが約５０ｎｍ（０．０５μｍ）〜約１，０００ｎｍ（１μｍ）の個々のナノ気泡体等の、適切なサイズのナノ気泡を有するナノ気泡発泡体構造を生じさせるために十分に架橋されているべきである。架橋ドメインポリマーの粒子は、押出成型装置または押出成型ダイを塞ぐことがないように十分に小さく、一方、発泡後、有効なサイズのナノ気泡ドメインを形成するのに十分に大きくあるべきである。
【００２９】
架橋ドメインポリマーのために適したポリマーには、架橋アルケニル芳香族ポリマー、架橋ポリオレフィン、および架橋ポリアクリラートが含まれる。架橋ドメインポリマーとして適した例示的なポリマーには、架橋ポリスチレン（ＰＳ）、架橋ポリエチレン（ＰＥ）、および架橋ポリメチルメタクリラート（ＰＭＭＡ）が含まれる。
架橋ドメインポリマーは粒状であってもよい。架橋ドメインポリマーの粒子は、１０μｍ〜約２００μｍを含めて、約２５μｍ〜約１７５μｍを含めて、約５０μｍ〜約１５０μｍを含めて、および７５μｍ〜約１２５μｍを含めて、約５μｍ〜約２００μｍの範囲であるべきである。
【００３０】
架橋ドメインポリマーは、本発明の目的のための架橋の有効な濃度を有するべきである。架橋が少なすぎると、マトリックスポリマー溶融物に溶解する架橋ドメインポリマーが、または架橋ドメインの発泡の間に大きすぎるポリマー発泡体の気泡が生じることがある。過剰な架橋は、架橋ドメインポリマー粒子中の発泡剤の溶解度を容認できないレベルまで低下させる、または架橋ドメインポリマー粒子を、ナノ気泡発泡体の形成を可能にするには硬質すぎるものにすることがある。架橋の有効な密度の範囲は、本発明のポリマーに使用される特定のドメインポリマーにより決まる。架橋ドメインポリマーにおける適した架橋密度は、約１％〜約５０％、約１％〜約５％、約５％〜約２５％を含めて、および約１０％〜約２０％を含めて、約０．５％〜約８０％の範囲であってもよい。
架橋ドメインポリマーは、所望の断熱性を有するナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体を形成するのに適した濃度でマトリックスポリマーに添加されるべきである。架橋ドメインポリマーの適した濃度は、発泡剤を除く発泡性ポリマー混合物の総質量の約１質量％〜約８０質量％の範囲であってもよい。架橋ドメインポリマーの濃度は、発泡性ポリマー混合物の総質量の約３質量％〜約２５質量％、約４質量％〜約２０質量％、約５質量％〜約１５質量％を含めて、および約７質量％〜約１０質量％を含めて、約２質量％〜約５０質量％の範囲であってもよい。
【００３１】
選択された溶融性を有するドメインポリマー
いくつかの実施形態において、ナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体は、発泡性ポリマー混合物中において特定の規定された溶融性を有するドメインポリマーを含むことによって形成されてもよい。これらのドメインポリマーは、典型的には周囲のマトリックスポリマー溶融物に不溶性であるポリマーを含み、したがって、ドメインポリマーは、ポリマー溶融物のマトリックス中にドメインを形成する。簡単にするため、特定の規定された溶融性を有するドメインポリマーを「高粘度ドメインポリマー」と呼ぶが、この名称は、ドメインポリマーの粘度がドメインポリマーの唯一のまたは主要な溶融性または特色であるドメインポリマーに本発明を限定することを意味するものではなく、そう解釈するべきではない。
【００３２】
いくつかの実施形態において、高粘度ドメインポリマーは、ポリマー発泡体の押出成型の前に押出機中のマトリックスポリマー溶融物に添加する。いくつかの実施形態において、高粘度ドメインポリマーは、マトリックスポリマーと共に押出成型装置に添加してもよい。いくつかの実施形態において、高粘度ドメインポリマーは、一部またはすべてのマトリックスポリマーと共にマスターバッチに含めてもよく、マスターバッチは押出成型装置に添加される。いくつかの実施形態において、高粘度ドメインポリマーを、押出成型装置のポートを介してマトリックスポリマーに添加してもよい。
高粘度ドメインポリマーは、典型的にはマトリックスポリマー溶融物に不溶性である。押出機中で、高粘度ドメインポリマーは、好ましくは溶融し、軟化し、またはさもなければマトリックスポリマー溶融物の温度において柔軟になるべきである。高粘度ドメインポリマーは、マトリックスポリマー溶融物中で、好ましくは微細に分割された液滴または粒子として実質的に均一にブレンドされるべきである。高粘度ドメインポリマーは、発泡体を生じさせるために使用される発泡剤を溶解することが可能であるべきである。微細に分割された高粘度ドメインポリマーの液滴または粒子は、押出成型装置または押出成型ダイを塞ぐことがないように十分小さく、一方、発泡後、有効なサイズのナノ気泡ドメインを形成するのに十分大きくあるべきである。例えば、マトリックスポリマー溶融物中の高粘度ドメインポリマーの微細に分割された液滴または粒子は、１０μｍ〜約１７５μｍを含めて、約２５μｍ〜約１５０μｍを含めて、約３０μｍ〜約１２５μｍを含めて、および約５０μｍ〜約１００μｍを含めて、約５μｍ〜約２００μｍの範囲であってもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態において、高粘度ドメインポリマーは、ナノ気泡ドメインが形成される可能性を増大させる溶融性を有するべきである。いくつかの実施形態において、高粘度ドメインポリマーは、ナノ気泡ドメインを形成する可能性がより高い。なぜなら、高粘度ドメインポリマーは周囲のマトリックスポリマーより高粘度だからである。発泡する間に、高粘度ドメインポリマーは、マトリックスポリマーより気泡の成長を制限して、高粘度ドメインポリマーを含むドメイン中でより小さい気泡を生じる。
【００３４】
いくつかの実施形態において、高粘度ドメインポリマーは、周囲のマトリックスポリマーより高いガラス転移温度（Ｔg）を有し得る。発泡する間に、より高いＴgを有する高粘度ドメインポリマーは、マトリックスポリマー溶融物より前に先に（即ち、より高温において）固化し、これにより、高粘度ドメインポリマードメイン中の発泡体気泡をマトリックスポリマーの気泡より小さいサイズで凝結(freeze)することになる。
いくつかの実施形態において、高粘度ドメインポリマーは、周囲のマトリックスポリマーより高粘度および高Ｔgの両方を有する。発泡する間に、高粘度ドメインポリマーは、マトリックスポリマー中で形成される気泡より、気泡の成長を制限し、高粘度ドメインポリマードメイン中の気泡は、マトリックスポリマー中で形成される気泡より前に固化する。
【００３５】
いくつかの実施形態において、マトリックスポリマーおよび高粘度ドメインポリマーは、異なる化学的性質（即ち、マトリックスポリマーを構成するモノマー単位は、ドメインポリマーを構成するモノマー単位と同じではない）および異なる粘度を有する。化学的性質および粘度のこの差異により、高粘度ドメインポリマーはマトリックスポリマー溶融物に不溶性となり、したがって、前述のようにドメインポリマーがマトリックスポリマー中でドメインを形成する。
【００３６】
マトリックスポリマーおよび高粘度ドメインポリマーが異なる化学的性質および異なる粘度を有する、例示的な実施形態において、マトリックスポリマーはポリスチレン（ＰＳ）であり、高粘度ドメインポリマーはスチレン−無水マレイン酸コポリマー（ＳＭＡ）である。ＰＳは、より低いＴg（例えば、約１００℃）およびより高い粘度（例えば、２００℃において約５ｇ／１０分を超えるＭＦＩ）を有し、一方、ＳＭＡは、より高いＴg（例えば、約１５０℃）およびより低い粘度（例えば、２００℃において約１ｇ／１０分未満のＭＦＩ）を有する。ＰＳおよびＳＭＡのブレンドは、周囲のＰＳマトリックス中にＳＭＡが個別のドメインを形成する混合物を形成する。発泡剤をＰＳ／ＳＭＡポリマー混合物に添加し、ポリマー混合物が発泡された場合、ＳＭＡを含むドメインはナノ気泡ドメインを形成し、ＰＳは周囲のマトリックスポリマー発泡体を形成する。同様に、他の実施形態において、異なる化学的性質および異なる粘度を有する、マトリックスおよび高粘度ドメインポリマーは、粘度および処理条件が、より低粘度のマトリックスポリマーのマトリックス中により高粘度のドメインポリマーが個別のドメインを形成するようなものであれば、ＰＶＣ、ＣＰＶＣ、ＳＡＮ、ＰＭＭＡ、ＡＢＳ、ＡＳＡ、ポリアミド、ポリエステル、ポリカルボナート、ポリウレタン、フェノール樹脂等のポリマーから選択してもよい。
他の例示的な実施形態において、マトリックスポリマーおよび高粘度ドメインポリマーは同じ化学的性質を有する（即ち、同じモノマー単位がポリマーを構成する）が、ドメインポリマーは、マトリックスポリマーより高粘度を有する。粘度のこの差異は、高粘度ドメインポリマーが、マトリックスポリマーから分離した個別のドメインに留まることを可能にする。
【００３７】
マトリックスポリマーおよび高粘度ドメインポリマーが、同じ化学的性質を有するが、異なる粘度を有する例示的な実施形態において、マトリックスポリマーは、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）であり、高粘度ドメインポリマーは、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）である。溶融ＬＤＰＥは、典型的には約１０のメルトフローインデックス（ＭＦＩ）等の中等度の粘度を有し、一方、溶融ＵＨＭＷＰＥは、典型的なＭＦＩ試験条件下では測定することはできない極めて高粘度を通常有する。ＬＤＰＥおよびＵＨＭＷＰＥのブレンドは、ＵＨＭＷＰＥが、ＬＤＰＥの周囲のマトリックス中に個別のドメインを形成する混合物を形成する。ＬＤＰＥ／ＵＨＭＷＰＥポリマー混合物に発泡剤を添加し、ポリマー混合物が発泡された場合、ＵＨＭＷＰＥを含むドメインはナノ気泡ドメインを形成し、ＬＤＰＥは周囲のマトリックスポリマー発泡体を形成する。同様に、別の例示的な実施形態において、マトリックスポリマーは中等度の粘度を有する低分子量ポリスチレン（ＬＭＷＰＳ）であり、高粘度ドメインポリマーは超高分子量ポリスチレン（ＵＨＭＷＰＳ）である。さらに他の例示的な実施形態において、同じ化学的性質であるが、異なる粘度を有するマトリックスおよび高粘度ドメインポリマーは、粘度および処理条件が、より低粘度のポリマーのマトリックス中により高粘度のポリマーが個別のドメインを形成するという条件で、ＰＶＣ、ＣＰＶＣ、ＳＡＮ、ＰＭＭＡ、ＡＢＳ、ＡＳＡ、ポリアミド、ポリエステル、ポリカルボナート、ポリウレタン、フェノール樹脂等のポリマーから選択してもよい。
【００３８】
高粘度ドメインポリマーは、所望の断熱性を有する、ナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体を形成するのに適した濃度でマトリックスポリマー溶融物に添加されるべきである。高粘度ドメインポリマーの適した濃度は、発泡性ポリマー混合物の総質量の約１質量％〜約８０質量％の範囲であってもよい。高粘度ドメインポリマーの濃度は、発泡性ポリマー混合物の総質量の約３質量％〜約２５質量％、約４質量％〜約２０質量％、約５質量％〜約１５質量％を含めて、および約７質量％〜約１０質量％を含めて、約２質量％〜約５０質量％の範囲であってもよい。
【００３９】
発泡剤
本発明の例示的な実施形態は、発泡剤組成物を使用する。本発明によれば、任意の発泡剤を使用してもよい。本発明の一態様によれば、発泡剤または共発泡剤は、低い地球温暖化の可能性、低い熱伝導率、難燃性、マトリックスポリマーおよびドメインポリマーへの高溶解度、高発泡力、低コストおよび発泡剤組成物の全体的な安全性の考察に基づいて選択される。
【００４０】
ハロゲン化発泡剤を含めて、ハロゲン化炭化水素に関する環境問題のために、非ハロゲン化の発泡剤または共発泡剤が好ましいことがある。ハロゲン化発泡剤はまた高価であるので、より安価な発泡剤が好ましいことがある。いくつかの実施形態において、発泡剤または共発泡剤は二酸化炭素を含む。いくつかの実施形態において、二酸化炭素が唯一の発泡剤を占めていてもよい。いくつかの実施形態において、発泡剤組成物は二酸化炭素に加えて、最終生成物の所望のポリマー発泡特性を実現するための１種または複数の様々な共発泡剤を含む。いくつかの実施形態において、発泡剤組成物は、二酸化炭素および水を含む。いくつかの実施形態において、発泡剤組成物は、二酸化炭素およびペンタン等の炭化水素を含む。いくつかの実施形態において、発泡剤組成物は、二酸化炭素およびメタノールを含む。いくつかの実施形態において、発泡剤組成物は、二酸化炭素およびエタノールを含む。しかし、他の実施形態において、二酸化炭素を含まない発泡剤組成物を使用してもよい。
【００４１】
いくつかの実施形態において、発泡剤組成物の発泡剤または共発泡剤は、炭化水素ガスおよび液体を含んでもよい。いくつかの実施形態において、発泡剤組成物の発泡剤または共発泡剤は、ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ヒドロクロロフルオロカーボン、ヒドロフルオロエーテル、ヒドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、ヒドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）、ヒドロブロモフルオロオレフィン、ヒドロフルオロケトン、ヒドロクロロオレフィン、およびフルオロヨードカーボン等の１種または複数のハロゲン化発泡剤を含んでもよい。いくつかの例示的な実施形態において、発泡剤組成物の発泡剤または共発泡剤は、ギ酸メチル等のアルキルエステル、水、エタノール等のアルコール、アセトン、およびこれらの混合物等の液体を含んでもよい。
【００４２】
炭化水素発泡剤または共発泡剤は、例えば、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、およびヘプタンを含んでもよい。好ましい発泡剤または共発泡剤には、限定するものではないが、ブタン、ペンタン、ヘプタン、およびこれらの組合せが含まれる。ブタン発泡剤には、例えば、ｎ−ブタンおよびイソブタンが含まれる。ペンタン発泡剤には、例えば、ｎ−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、およびシクロペンタンが含まれる。ヘプタン発泡剤には、例えば、ｎ−ヘプタン、イソヘプタン、３−メチルヘキサン、２，２−ジメチルペンタン、２，３−ジメチルペンタン、２，４−ジメチルペンタン、３，３−ジメチルペンタン、３−エチルペンタン、および２，２，３−トリメチルブタンが含まれる。
【００４３】
ヒドロフルオロオレフィン発泡剤または共発泡剤は、例えば、３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２４３ｚｆ）；２，３，３−トリフルオロプロペン；（ｃｉｓおよび／またはｔｒａｎｓ）−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）、特にｔｒａｎｓ異性体；１，１，３，３−テトラフルオロプロペン；２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）；（ｃｉｓおよび／またはｔｒａｎｓ）−１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５ｙｅ）；１，１，３，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５ｚｃ）；１，１，２，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５ｙｃ）；ヘキサフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２１６）；２−フルオロプロペン、１−フルオロプロペン；１，１−ジフルオロプロペン；３，３−ジフルオロプロペン；４，４，４−トリフルオロ−１−ブテン；２，４，４，４−テトラフルオロブテン−１；３，４，４，４−テトラフルオロ−１−ブテン；オクタフルオロ−２−ペンテン（ＨＦＯ−１４３８）；１，１，３，３，３−ペンタフルオロ−２−メチル−１−プロペン；オクタフルオロ−１−ブテン；２，３，３，４，４，４−ヘキサフルオロ−１−ブテン；１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン（ＨＦＯ−１３３６ｍ／ｚ）；１，２−ジフルオロエテン（ＨＦＯ−１１３２）；１，１，１，２，４，４，４−ヘプタフルオロ−２−ブテン；３−フルオロプロペン、２，３−ジフルオロプロペン；１，１，３−トリフルオロプロペン；１，３，３−トリフルオロプロペン；１，１，２−トリフルオロプロペン；１−フルオロブテン；２−フルオロブテン；２−フルオロ−２−ブテン；１，１−ジフルオロ−１−ブテン；３，３−ジフルオロ−１−ブテン；３，４，４−トリフルオロ−１−ブテン；２，３，３−トリフルオロ−１−ブテン；１，１，３，３−テトラフルオロ−１−ブテン；１，４，４，４−テトラフルオロ−１−ブテン；３，３，４，４−テトラフルオロ−１−ブテン；４，４−ジフルオロ−１−ブテン；１，１，１−トリフルオロ−２−ブテン；２，４，４，４−テトラフルオロ−１−ブテン；１，１，１，２−テトラフルオロ−２−ブテン；１，１，４，４，４−ペンタフルオロ−ｌ−ブテン；２，３，３，４，４−ペンタフルオロ−１−ブテン；１，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−１−ブテン；１，１，２，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−１−ブテン；および１，３，３，３−テトラフルオロ−２−（トリフルオロメチル）−プロペンを含んでもよい。いくつかの例示的な実施形態において、発泡剤または共発泡剤は、ＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む。
【００４４】
発泡剤または共発泡剤には、ＨＣＦＯ−１２３３；１−クロロ−１，２，２，２−テトラフルオロエタン（ＨＣＦＣ−１２４）；１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン（ＨＣＦＣ−１４１ｂ）；１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）；１，１，２，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４）；１−クロロ−１，１−ジフルオロエタン（ＨＣＦＣ−１４２ｂ）；１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ−３６５ｍｆｃ）；１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２２７ｅａ）；トリクロロフルオロメタン（ＣＦＣ−１１）；ジクロロジフルオロメタン（ＣＦＣ−１２）；およびジクロロフルオロメタン（ＨＣＦＣ−２２）等の、１種または複数のヒドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）、ヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、またはヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）も含まれ得る。
【００４５】
「ＨＣＦＯ−１２３３」という用語は、すべてのトリフルオロモノクロロプロペンを表すために本明細書で使用される。トリフルオロモノクロロプロペンの中には、ｃｉｓ−およびｔｒａｎｓ−の両方の１，１，１−トリフルオロ−３−クロロプロペン（ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄまたは１２３３ｚｄ）が含まれる。「ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ」または「１２３３ｚｄ」という用語は、それがｃｉｓ型またはｔｒａｎｓ型であるかどうかには関係なく、１，１，１−トリフルオロ−３−クロロ−プロペンを表すために一般的に本明細書に使用される。「ｃｉｓ  ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ」および「ｔｒａｎｓ  ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ」という用語は、それぞれｃｉｓ型およびｔｒａｎｓ型の１，１，１−トリフルオロ−３−クロロプロペンを表すために本明細書に使用される。したがって、「ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ」という用語は、その範囲内にｃｉｓ  ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ（１２３３ｚｄ（Ｚ）とも称される）、ｔｒａｎｓ  ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ（１２３３（Ｅ）とも称される）、ならびにこれらのすべての組合せおよび混合物を含む。
【００４６】
いくつかの実施形態において、発泡剤または共発泡剤は、１種または複数のヒドロフルオロカーボンを含んでもよい。使用される特定のヒドロフルオロカーボンは、特に限定されない。適したＨＦＣ発泡剤または共発泡剤の例の非網羅的リストには、１，１−ジフルオロエタン（ＨＦＣ−１５２ａ）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）、１，１，２，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４）、１，１，１−トリフルオロエタン（ＨＦＣ−１４３ａ）、ジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２）、１，３，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ−１２５）、フルオロエタン（ＨＦＣ−１６１）、１，１，２，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ−２３６ｃａ）、１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ−２３６ｅａ）、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ−２３６ｆａ）、１，１，１，２，２，３−ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｃａ）、１，１，２，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｅａ）、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｅｂ）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｆａ）、１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロブタン（ＨＦＣ−３５６ｍｆｆ）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ−３６５ｍｆｃ）、およびこれらの組合せが含まれる。
【００４７】
いくつかの実施形態において、発泡剤または共発泡剤は、ヒドロフルオロオレフィン、ヒドロフルオロカーボン、およびこれらの混合物から選択される。いくつかの実施形態において、発泡剤組成物は、二酸化炭素および共発泡剤ＨＦＣ−１３４ａを含む。いくつかの実施形態において、発泡剤組成物は、二酸化炭素およびＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む。本明細書で特定される共発泡剤は、単独でまたは組み合わせて使用してもよい。
いくつかの実施形態において、総発泡剤組成物は、（発泡剤組成物を除くすべての成分の総質量に対して）約１質量％〜約１５質量％、およびいくつかの実施形態において約３質量％〜約１０質量％、または約３質量％〜約９質量％の量で存在する。
【００４８】
発泡剤組成物は、液体または気体の形態で投入されてもよく（例えば、物理的発泡剤）、または発泡体の製造中にｉｎ  ｓｉｔｕで生成されてもよい（例えば、化学的発泡剤）。例えば、発泡剤は、発泡熱可塑性物質の製造中に、別の構成成分の分解によって形成されてもよい。例えば、炭酸塩組成物、ポリ炭酸（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）、重炭酸ナトリウム、またはアゾジカルボンアミド、ならびに加熱すると分解および／または減成して、Ｎ2、ＣＯ2、およびＨ2Ｏを形成するその他のものを、発泡性樹脂に添加し、押出成型工程の間で加熱すると二酸化炭素が生成することになる。
発泡体組成物は、難燃剤を（発泡剤組成物を除いたすべての成分の総質量に対して）最大５質量％以上の量でさらに含有してもよい。例えば、難燃性薬品は、ポリマー発泡体を製造する工程において添加して、ポリマー発泡生成物に難燃性を付与してもよい。本発明の組成物に使用するのに適した難燃性薬品の非限定的な例には、ヘキサブロモシクロドデカン（ＨＢＣＤ）およびペンタブロモシクロヘキサン等の臭素化脂肪族化合物、臭素化フェニルエーテル、テトラブロモフタル酸のエステル、臭素化ポリマーの難燃剤、リン系難燃剤、鉱物系難燃剤、およびこれらの組合せが含まれる。
【００４９】
核形成剤、可塑剤、顔料、エラストマー、押出成型助剤、酸化防止剤、充填剤、帯電防止剤、殺生物剤、シロアリ殺虫剤（ｔｅｒｍｉｔｅ−ｏｃｉｄｅｓ）、着色剤、オイル、ワックス、難燃性相乗剤、および／またはＵＶ吸収剤等の、任意選択の添加剤を本発明の組成物に組み入れてもよい。これらの任意選択の添加剤は、発泡性ゲルまたは得られるポリマー発泡生成物の所望の特性を得るのに必要な量で含まれ得る。添加剤は、ポリマーを製造するのに使用される重合工程の前に、その間に、またはその後に、ポリマー混合物に添加してもよく、またはポリマー混合物に組み入れてもよい。
ポリマー処理助剤、発泡剤、および任意選択の追加の添加剤がポリマー材料に投入された後、生じた混合物を、添加剤のそれぞれがポリマー混合物全体にわたり概して均一に分布するのに十分ないくつかの追加の混合にかけて、押出成型用組成物を得る。
【００５０】
いくつかの例示的な実施形態において、発泡体組成物は、押出工程によって調製された硬質な、実質的に独立気泡のポリマー発泡体板をもたらす。ポリマー発泡体は、気泡膜およびストラットによって画定された気泡を有する気泡構造を有する。ストラットが気泡膜の交点において形成され、気泡膜の被覆はストラットの間の気泡のウインドウを相互接続する。
ナノ気泡発泡体は、典型的には標準的なポリマー発泡体より高密度を有する。しかし、ナノ気泡ドメインによってポリマー発泡体に全体として付与された改良された断熱値により、発泡体のマトリックスポリマー構成成分の密度を低下させ、依然として典型的な平均発泡体密度およびＲ値に維持することが可能である。
【００５１】
いくつかの実施形態において、該発泡体は、１０ｐｃｆ未満、または５ｐｃｆ未満、または３ｐｃｆ未満の平均密度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー発泡体は、約１ｐｃｆ〜約４．５ｐｃｆの密度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー発泡体は、約１．２ｐｃｆ〜約４ｐｃｆの密度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー発泡体は、約１．３ｐｃｆ〜約３．５ｐｃｆの密度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー発泡体は、約１．４ｐｃｆ〜約３ｐｃｆの密度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー発泡体は、約１．５ｐｃｆ〜約２．５ｐｃｆの密度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー発泡体は、約１．７５ｐｃｆ〜約２．２５ｐｃｆの密度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー発泡体は約２ｐｃｆの密度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー発泡体は、約１．５ｐｃｆ、または１．５ｐｃｆ未満の密度を有する。
【００５２】
「実質的に独立した気泡」という語句は、発泡体が、すべて独立している気泡を含むか、または気泡構造におけるほぼすべての気泡が独立していることを示すことを意図するものと理解されたい。いくつかの実施形態において、３０％以下の気泡が開放気泡であり、特に１０％以下、もしくは５％超が開放気泡であり、またはそうでないものは「非独立」気泡である。いくつかの実施形態において、約１．１０％〜約２．８５％の気泡は開放気泡である。独立気泡の構造は、形成された、発泡断熱生成物のＲ値を増加させるのを援助する。しかし、開放気泡構造物を生成することは、本発明の範囲内に属するものと理解されたい。
【００５３】
さらに、本発明の発泡体組成物は、少なくとも４、または約４〜約７のインチ当たりの断熱値（Ｒ値）を有するポリマー発泡体を生じさせる。本発明の発泡体および発泡生成物のマトリックスポリマー気泡の平均気泡サイズは、約０．０５ｍｍ（５０μｍ）〜約０．４ｍｍ（４００μｍ）、いくつかの実施形態において約０．１ｍｍ（１００μｍ）〜約０．３ｍｍ（３００μｍ）、およびいくつかの実施形態において約０．１１ｍｍ（１１０μｍ）〜約０．２５ｍｍ（２５０μｍ）であってもよい。本発明の発泡体および発泡生成物のナノ気泡ドメイン中のドメインポリマー気泡の平均気泡サイズは、約５０ｎｍ（０．０５μｍ）〜約１，０００ナノメートル（１μｍ）、いくつかの実施形態において約６０ｎｍ（０．０６μｍ）〜約８００ｎｍ（０．８μｍ）、いくつかの実施形態において約７０ｎｍ（０．０７μｍ）〜約６００ｎｍ（０．６μｍ）、いくつかの実施形態において約７５ｎｍ（０．０７５μｍ）〜約５００ｎｍ（０．５μｍ）、いくつかの実施形態において約８０ｎｍ（０．０８μｍ）〜約２５０ｎｍ（０．２５μｍ）、およびいくつかの実施形態において約９０ｎｍ（０．０９μｍ）〜約１００ｎｍ（０．１μｍ）であってもよい。本発明の発泡体は、硬質断熱板、断熱性発泡体、包装用製品、および建築断熱材または地下の断熱材（例えば、幹線道路、空港滑走路、鉄道、および地下ユーテリティ断熱材）等の断熱材製品に形成されてもよい。
本発明の発泡性ポリマー混合物は、高圧縮強さを有するポリマー発泡体を生じさせてもよく、高圧縮強さは、軸方向に押す力に耐える発泡体材料の能力を特徴づける。いくつかの実施形態において、本発明の発泡体組成物は、ポリマー発泡体に対する所望の範囲内の圧縮強さを有し、圧縮強さは、約６ｐｓｉから１２０ｐｓｉの間である。いくつかの実施形態において、本発明の発泡性ポリマー混合物は、３０日のエージングの後で、約１０ｐｓｉから約１１０ｐｓｉの間の圧縮強さを有する発泡体をもたらす。
【００５４】
本発明の発泡性ポリマー混合物はさらに、高水準の寸法安定性を有するポリマー発泡体を生じさせてもよい。例えば、寸法の変化がいずれの方向にも５％以下である。本明細書で使用される場合、平均気泡サイズは、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向で測定された気泡サイズの平均である。特定すると、「Ｘ」方向は押出成型の方向であり、「Ｙ」方向は機械に直交する方向であり、および「Ｚ」方向は厚さである。本発明では、気泡拡大における最も大きな影響はＸおよびＹ方向であり、このことは配向およびＲ値の観点からは望ましい。さらに、他の工程の改変は、Ｚ方向の配向を増加させて、許容される熱特性をなお達成しながら、機械的特性を改良することを可能にする。本発明のポリマー発泡体は、硬質断熱板、断熱性発泡体、および包装用製品等の断熱材製品を製造するために使用することができる。
【００５５】
以前に本明細書に詳細に開示されたように、ナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体は改良された断熱性を有する。いくつかの実施形態において、ナノ気泡ドメインは、ポリマー発泡体の総体積の約１％〜約８０％を占める。いくつかの実施形態において、ナノ気泡ドメインは、ポリマー発泡体の総体積の約３％〜約２５％、約４％〜約２０％、約５％〜約１５％を含めて、および約７％〜約１０％を含めて、約２％〜約５０％を占める。いくつかの実施形態において、発泡剤として二酸化炭素を使用することによって、ナノ気泡ドメインを含むポリマー発泡体は、熱発泡剤を用いたポリマー発泡体の断熱性に迫るまたは超える断熱性を低コストで有する。
【００５６】
本発明の説明および添付した特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに別な指示をしなければ、複数の形態も含むことを意図するものである。「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」または「を含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語が、本明細書または特許請求の範囲で使用される限り、これは、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が特許請求の範囲において「移行句」として使用される場合に解釈されるのと同様にして、包括的であることが意図される。さらに、「ｏｒ」という用語が使用される（例えば、ＡまたはＢ）限り、これは「ＡまたはＢまたは両方」を意味するものである。本出願者らが、「ＡまたはＢのみで両方ではない」を示そうとする場合、「ＡまたはＢのみで両方ではない」という用語が使用される。したがって、本明細書における「ｏｒ」という用語の使用は、包括的な使用であり、排他的な使用ではない。同様に、「ｉｎ」または「ｉｎｔｏ」という用語が、本明細書または特許請求の範囲で使用される限り、これは「ｏｎ」または「ｏｎｔｏ」をさらに意味するものである。さらに、「結合する（ｃｏｎｎｅｃｔ）」という用語が本明細書または特許請求の範囲で使用される限り、これは、「直接結合される」だけでなく、別の要素（単数）または要素（複数）を介した結合等の「間接的に結合される」も意味することを意図するものである。
【００５７】
本明細書で別の指示がなければ、すべての下位の実施形態および任意選択の実施形態は、本明細書に記載のすべての実施形態に対するそれぞれの下位の実施形態および任意選択の実施形態である。本出願は、その実施形態の説明によって例示され、該実施形態はかなり詳細に説明されているが、添付された特許請求の範囲をそのような詳細まで制限するまたは多少なりとも限定することは、本出願者らの意図するところではない。さらなる利点および修正は、当業者には容易に見えてこよう。したがって、そのより広い側面における適用は、示され、説明された特定の詳細、代表的な工程、および実例に限定されるものではない。したがって、本出願者の本明細書における全般的な開示の精神または範囲から逸脱することなく、このような詳細から逸脱してもよい。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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