(57)【要約】  無機赤外減衰剤ブレンドは、ポリスチレン低密度フォームなどの高分子フォームの熱絶縁特性を改善するために開発されてきた。無機赤外減衰剤ブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムなどの２種以上の金属酸化物を含んでもよい。一部の好ましい実施形態において、無機赤外減衰剤ブレンドは、これらの金属酸化物のうちの４種以上を含んでもよい。
2020531634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡ポリマーを含む絶縁ポリマーフォームであって、
ａ）ポリマー、
ｂ）発泡剤組成物、ならびに
ｃ）二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む無機赤外減衰剤ブレンド
を含む絶縁ポリマーフォーム。
【請求項２】
赤外減衰剤ブレンドが、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化コバルトからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む、請求項１に記載の絶縁ポリマーフォーム。
【請求項３】
赤外減衰剤ブレンドが、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化チタン、酸化鉄（ＩＩＩ）、および酸化マグネシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む、請求項１に記載の絶縁ポリマーフォーム。
【請求項４】
赤外減衰剤ブレンドが、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される４種以上の金属酸化物を含む、請求項１に記載の絶縁ポリマーフォーム。
【請求項５】
赤外減衰剤ブレンドが、絶縁ポリマーフォームに添加される赤外減衰剤の全量の少なくとも５０質量％を構成する、請求項１に記載の絶縁ポリマーフォーム。
【請求項６】
赤外減衰剤ブレンドが、
ａ）約０質量％〜約１０質量％の１５００ｃｍ-1より大きい赤外線を吸収する金属酸化物、
ｂ）約１０質量％〜約３０質量％の約１５００ｃｍ-1〜約１２００ｃｍ-1の赤外線を吸収する金属酸化物、
ｃ）約２０質量％〜約５０質量％の約１２００ｃｍ-1〜約８００ｃｍ-1の赤外線を吸収する金属酸化物、
ｄ）約１０質量％〜約３０質量％の約８００ｃｍ-1〜約５００ｃｍ-1の赤外線を吸収する金属酸化物、および
ｅ）約０質量％〜約１０質量％の５００ｃｍ-1未満の赤外線を吸収する金属酸化物
を含む請求項１に記載の絶縁ポリマーフォーム。
【請求項７】
赤外減衰剤ブレンドが、約１μｍ〜約１００μｍの平均粒径を有する、請求項１に記載の絶縁ポリマーフォーム。
【請求項８】
赤外減衰剤が、絶縁ポリマーフォームの約０．１質量％〜５質量％を構成する、請求項１に記載の絶縁ポリマーフォーム。
【請求項９】
ポリマーが、アルケニル芳香族ポリマーを含む、請求項１に記載の絶縁ポリマーフォーム。
【請求項１０】
ポリマーが、ポリスチレンを含む、請求項９に記載の絶縁ポリマーフォーム。
【請求項１１】
絶縁ポリマーフォームが、５０μｍより大きい平均気泡サイズを有する、請求項１に記載の絶縁ポリマーフォーム。
【請求項１２】
請求項１に記載の絶縁ポリマーを含む硬質フォーム絶縁ボード。
【請求項１３】
約１／２インチ〜約１０インチの厚さを有する、請求項１２に記載の硬質フォーム絶縁ボード。
【請求項１４】
熱抵抗が増加した絶縁ポリマーフォームを調製する方法であって、
ａ）ポリマーを用意するステップ、
ｂ）二酸化ケイ素、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化マグネシウム、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、三酸化ビスマス、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化カルシウム、三酸化モリブデン、五酸化バナジウム、および酸化イットリウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む無機赤外減衰剤ブレンドをポリマーに添加するステップ、
ｃ）ポリマーを溶融して、ポリマー溶融物を形成するステップ、ならびに
ｄ）ポリマー溶融物を押し出して、絶縁ポリマーフォームを形成するステップ
を含む方法。
【請求項１５】
赤外減衰剤ブレンドが、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
赤外減衰剤ブレンドが、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化コバルトからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
赤外減衰剤ブレンドが、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化チタン、酸化鉄（ＩＩＩ）、および酸化マグネシウムからなる群から選択される４種以上の金属酸化物を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
赤外減衰剤が、絶縁ポリマーフォームの約０．１質量％〜５質量％を構成する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
ポリマーが、アルケニル芳香族ポリマーを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
ポリマーが、スチレンを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ａ）ポリマー、
ｂ）発泡剤組成物、ならびに
ｃ）二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む無機赤外減衰剤ブレンド
を含む発泡性ポリマー材料。
【請求項２２】
赤外減衰剤ブレンドが、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化コバルトからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む、請求項２１に記載の発泡性ポリマー材料。
【請求項２３】
赤外減衰剤ブレンドが、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化チタン、酸化鉄（ＩＩＩ）、および酸化マグネシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む、請求項２１に記載の発泡性ポリマー材料。
【請求項２４】
赤外減衰剤ブレンドが、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される４種以上の金属酸化物を含む、請求項２１に記載の発泡性ポリマー材料。
【請求項２５】
赤外減衰剤ブレンドが、絶縁ポリマーフォームに添加される赤外減衰剤の全量の少なくとも５０質量％を構成する、請求項２１に記載の発泡性ポリマー材料。
【請求項２６】
ポリマーが、ポリスチレンを含む、請求項２１に記載の発泡性ポリマー材料。
【請求項２７】
絶縁ポリマーフォームを請求項２１に記載の発泡性高分子材料から調製する方法であって、
ａ）ポリマーを用意するステップ、
ｂ）無機赤外減衰剤ブレンドをポリマーに添加するステップ、
ｃ）ポリマーを溶融して、ポリマー溶融物を形成するステップ、
ｄ）発泡剤をポリマー溶融物に添加するステップ、および
ｄ）ポリマー溶融物を押し出して、絶縁ポリマーフォームを形成するステップ
を含む方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法によって作製される硬質フォーム絶縁ボード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１７年８月１８日に出願された米国特許仮出願第６２／５４７，２１２号に基づく優先権およびいずれの利益も主張するものであり、当該仮出願の内容は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、無機赤外減衰剤のブレンドを含む発泡高分子絶縁材料に関する。さらに詳細には、金属酸化物赤外減衰剤のブレンドを含む発泡高分子絶縁材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子フォームは、絶縁材料として広く使用されており、硬質発泡高分子ボードは、建物および建設用途において壁、床、天井、および他の構造用部品に絶縁をもたらすために頻用される。絶縁材料の目的は、高い方の温度区域から低い方の温度区域への熱の移動を防止または低減することである。
典型的な発泡高分子ボードにおける総熱移動は、フォーム気泡におけるガス（発泡剤）からの熱伝導、フォームにおけるポリマー固体からの熱伝導、および発泡高分子ボードを横切る熱放射という３つの成分に分けることができる。これら３つの熱移動成分のうち、熱放射は、総熱移動の約２５％を実現する。しかし、熱放射による熱の移動は、赤外減衰用剤の使用によって調節することができる。
赤外減衰剤（「ＩＡＡ」）を使用して、硬質発泡高分子ボードなどの絶縁材料を保護および改善することができる。有効なＩＡＡは、衝突熱の吸収および再放出を増加させ、絶縁ポリマーフォームを通じて熱放射の伝達が低下する。従来、例えばグラファイト、アルミニウム、ステンレス鋼、コバルト、ニッケル、カーボンブラック、および二酸化チタンを含めて、フレーク様無機材料がＩＡＡとして使用されてきた。
残念なことに、個々の無機ＩＡＡは、ＩＲスペクトルにおいて狭い波長範囲のみブロックすることができる。これは、ＩＡＡによってブロックされない波長におけるＩＲ線が、やはり絶縁層を横切って伝達されるということを意味する。したがって、より広いＩＲ波長範囲をブロックし、絶縁ポリマーフォームにおける使用のために十分な熱抵抗レベルを実現するＩＡＡが求められている。
【発明の概要】
【０００３】
本開示に従って、金属酸化物のいくつかのブレンドは、有効な赤外減衰剤（ＩＡＡ）として役立つことができることが判明した。したがって、一態様において、本開示は、発泡ポリマーを含む絶縁ポリマーフォームであって、ａ）ポリマー、ｂ）発泡剤、ならびにｃ）二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含むＩＡＡブレンドを含む絶縁ポリマーフォームを提供する。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化コバルトからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化チタン、酸化鉄（ＩＩＩ）、および酸化マグネシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される４種以上の金属酸化物を含む。
一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、絶縁ポリマーフォームに添加される赤外減衰剤の全量の少なくとも５０％を構成する。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、ａ）約０質量％〜約１０質量％の１５００ｃｍ-1より大きい赤外線を吸収する金属酸化物、ｂ）約１０質量％〜約３０質量％の約１５００ｃｍ-1〜約１２００ｃｍ-1の赤外線を吸収する金属酸化物、ｃ）約２０質量％〜約５０質量％の約１２００ｃｍ-1〜約８００ｃｍ-1の赤外線を吸収する金属酸化物、ｄ）約１０質量％〜約３０質量％の約８００ｃｍ-1〜約５００ｃｍ-1の赤外線を吸収する金属酸化物、およびｅ）約０質量％〜約１０質量％の５００ｃｍ-1未満の赤外線を吸収する金属酸化物を含む。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、絶縁ポリマーフォームの約０．１質量％〜５質量％を構成する。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、エンドウマメデンプンをさらに含む。一部の実施形態において、ポリマーは、ポリスチレンなどのアルケニル芳香族ポリマーである。一部の実施形態において、絶縁ポリマーフォームは、５０μｍより大きい気泡サイズを有する。一部の実施形態において、絶縁ポリマーフォームは、５０〜３００μｍの範囲の気泡サイズを有する。
【０００４】
一部の実施形態において、本開示は、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含むＩＡＡブレンドを含む発泡ポリマーから作製される硬質フォーム絶縁ボードを提供する。一部の実施形態において、ボードは、約１／８インチ〜約１０インチの厚さを有する。
【０００５】
別の態様において、本開示は、熱抵抗が増加した絶縁ポリマーフォームを調製する方法であって、（ａ）ポリマーを用意するステップ、ｂ）二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含むＩＡＡブレンドをポリマーに添加するステップ、ｃ）ポリマーを溶融して、ポリマー溶融物を形成するステップ、ならびにｄ）ポリマー溶融物を押し出して、絶縁ポリマーフォームを形成するステップを含む方法を提供する。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される４種以上の金属酸化物を含む。
一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、絶縁ポリマーフォームに添加される赤外減衰剤の全量の少なくとも５０％を構成する。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、絶縁ポリマーフォームの約０．１質量％〜３質量％を構成する。一部の実施形態において、ポリマーは、ポリスチレンなどのアルケニル芳香族ポリマーである。
【０００６】
別の態様において、本開示は、ａ）ポリマー、ｂ）発泡剤、ならびにｃ）二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含むＩＡＡブレンドを含む発泡性ポリマー材料を提供する。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化コバルトからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化チタン、酸化鉄（ＩＩＩ）、および酸化マグネシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から選択される４種以上の金属酸化物を含む。一部の実施形態において、ＩＡＡブレンドは、発泡性ポリマー材料中の赤外減衰剤の全量の少なくとも５０％を構成する。一部の実施形態において、ポリマーは、ポリスチレンである。
本開示は、以下の図を参照することによってより容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ＩＡＡ粒子による赤外線散乱を示す図である。
【図２】２５℃における例示的物体のＩＲ発光強度を示すスペクトルを例示するグラフである。
【図３Ａ−３Ｃ】個々の金属酸化物のＩＲ吸収帯を示すスペクトルを例示するグラフである。
【図４】様々な無機ＩＡＡを含む例示的ＸＰＳフォームの熱伝導度を例示するグラフである。
【図５】金属酸化物ＩＡＡブレンドを含む例示的ＸＰＳフォームの熱伝導度を例示するグラフである。
【図６】金属酸化物ＩＡＡブレンドを含み、ＨＦＣ発泡剤で形成された例示的ＸＰＳフォームの熱伝導度を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の考察は、当業者が本開示を作製および使用することができるように提示される。様々な改変形態は、当業者に容易に明らかであり、本明細書に開示される一般原則は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用することができる。したがって、本開示は、示される実施形態に限定されることを意図したものではなく、本明細書に開示される原理および特徴と一致する最大の範囲に一致するものである。
別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての科学技術用語は、本開示が属する技術分野の当業者が通常理解するのと同じ意味を有する。矛盾する場合には、定義を含めて、本明細書が優先する。
本明細書に記述される用語は、実施形態を説明するためのものにすぎず、限定するものと解釈すべきではない。別段の指定がない限り、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「少なくとも１つの」は同義に使用される。さらに、発明を実施するための形態および添付の特許請求の範囲において使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、それらを取り囲む文脈によって適用が禁じられていない限り、それらの複数形を含む。
また本明細書において、終点による数値範囲の列挙は、その範囲内に包含されるすべての数値を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含む）。
【０００９】
絶縁ポリマーフォーム
熱絶縁により、熱接触している物体間の熱の移動が低減される。絶縁ポリマーフォームは、製造容易性、成形性、軽量、および熱絶縁性能が挙げられるがこれらに限定されない望ましい特性を有するため、一般的な熱絶縁材料である。
絶縁ポリマーフォームはポリマーとガスの混合物であり、ポリマーは、ガスを小さいガス充填気泡に封入する（独立気泡フォーム）、かつ／またはガスが流出する小さいトンネルを包囲する（連続気泡フォーム）ことができる固体マトリックスを形成する。ポリマー混合物中のガスは、圧力変化、温度変化、化学反応などのある種の条件でガスを放出する組成物である発泡剤に由来することができる。ポリマーと発泡剤を組み合わせ、適切な条件下で処理すると、組合せにより、絶縁ポリマーフォームが生じ得る。絶縁ポリマーフォームは、加工助剤、着色剤、ＵＶ吸収剤、酸化防止剤、燃焼抑制剤、赤外減衰剤、および絶縁ポリマーフォームが意図する特定の機能のために必要とされるような他の添加剤など他の成分も含んでもよい。
絶縁ポリマーフォームを使用して、多様な用途における熱絶縁を実現する。多様な用途としては、建物用絶縁材、食品容器、温または冷飲料用カップ、ピクニック用冷却用容器、輸送容器などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００１０】
赤外減衰剤
熱伝導度ｋは、絶縁材料の断面単位当たりの熱流と単位厚さ当たりの温度降下の比と定義される。メートル系単位で、ｋを算出するための式は、
【数１】
2020531634.tif 000003
であり、式中、Ｗ＝パワーのワット数、ｍ＝絶縁材料の質量、°Ｋ＝温度降下（ケルビン度）である。ヤードポンド系単位で、ｋを算出するための式は、
【数２】
2020531634.tif 000004
であり、式中、Ｂｔｕ＝英国熱量単位の熱、ｉｎ＝絶縁材料の断面厚さ（インチ）、ｈｒ＝時間、ｆｔ2＝絶縁材料の表面積（平方フィート）、および°Ｆ＝温度降下（華氏度）である。全熱抵抗Ｒ（すなわち、Ｒ値）は、熱移動に対する抵抗性の尺度であり、
Ｒ＝ｔ／ｋ
として算出され、式中、ｔ＝絶縁材料の厚さである。
【００１１】
典型的な絶縁ポリマーフォームボードにおける総熱移動は、フォーム気泡におけるガス（発泡剤）からの熱伝導、フォームにおけるポリマー固体からの熱伝導、および発泡高分子ボードを横切る熱放射という３つの成分に分けることができる。気泡内のガス対流は、典型的な絶縁高分子フォーム中に存在する気泡サイズが小さいために無視できる。Schutz and Glicksman, J. Cellular Plastics, Mar-Apr., 114-121 (1984)を参照のこと。高分子フォーム材料では、ガス熱伝導が熱移動の約６０％を寄与し、固体伝導が熱移動の約１５％を寄与する。発泡高分子ボードにおける発泡剤およびポリマーマトリックスの材料が選択されるとき、２つの熱伝導成分の熱移動への寄与は、本質的に固定しており、改変するのが困難である。残りの熱移動成分である熱放射は、総熱移動の約２５％を寄与する。
【００１２】
しかし、熱放射による熱の移動は、赤外減衰用剤（「ＩＡＡ」）の使用によって改変することができる。好適な量のＩＡＡを高分子フォーム材料中に含むことによって、高分子フォーム材料の熱伝導度ｋを低減することができ、したがってフォームによってもたらされる絶縁効果を増加することができる。典型的に、これらのＩＡＡ材料は、無機材料（例えば、酸化アルミニウム、粘土粒子）、金属（例えば、アルミニウム、金、銀）、および炭素ベース材料（例えば、カーボンブラック、グラファイト、膨張化グラファイト、炭素またはグラファイトから作製された繊維）などを含めて様々な異なる材料から作製された、サイズが約１ｍｍ未満の小さい微粒子である。
図１は、ＩＡＡが高分子フォーム材料による熱の移動を如何に改変するかを例示する。高分子フォーム材料１０は、ＩＡＡ材料２０の粒子を含む。高分子フォーム材料１０に衝突する熱は、赤外（「ＩＲ」）線３０の形をとる。ＩＲ線３０が物体１０の表面１２に当たると、ＩＲ線のある一部分３２は反射して環境中に戻され、別の一部分３４は物体によって吸収され、熱に変換される。物体によって吸収された熱３４の一部は、ＩＡＡ粒子２０からＩＲ線３６として再び放出され、その一部分は物体１０の表面１２を通じて環境に戻る。吸収された熱３４およびＩＡＡ粒子２０から再び放出された放射線３６の一部は、結局物体１０の反対側からＩＲ線３８として出ていく。したがって、物体１０によって放出されるＩＲ線３８は、ＩＡＡ粒子２０の存在によって低減される。物体１０によって放出されるＩＲ線３８は、その温度の関数である。そのピーク強度の波長は、ウィーンの法則に従うものであり、ピーク値波長と絶対温度の積は一定に保たれる。高分子フォームの所望の温度範囲は典型的にはおよそ室温（すなわち、２５℃）付近であるので、これにより、ＩＲ線のピーク強度が、図２に例示されるＩＲスペクトルでわかるように約１０００ｃｍ-1になる。
【００１３】
硬質発泡高分子ボードなどの絶縁材料に関連する共通の問題は、ボードが建物建設時に直射または反射日光に曝露される場合、ＩＲ線を吸収することである。ＩＲ線を吸収する各ボードの表面は熱くなり得るが、熱は、ボードの絶縁特性のためにボードの厚さを通じて不均等に分配される。この不均等な加熱によって、硬質発泡高分子ボードが、建設プロセス時に反り、歪み、捻れ、またはその他の状態に寸法が変化するようになり得る。そのような寸法変化は、絶縁材料の適合性を損なうおそれがあり、フォーム絶縁の周囲の割れ目を導き、したがって完成した建物内の絶縁の効率が低減する。
この加熱および不均等な熱移動性を効率的に防止するために、無機ＩＡＡを絶縁高分子フォームに添加することができる。理論に拘泥することを望むものではないが、ＩＡＡ粒子は、第一に衝突ＩＲ線を吸収すると考えられるが、ＩＲ線を反射または屈折することもできる。ＩＡＡ粒子によって吸収されたＩＲ線の一部分は、熱に変換することができ、その熱は、フォームの固体ポリマーマトリックスまたはフォーム気泡中のガス状の発泡剤を通じた伝導により消散する。ＩＡＡ粒子によって吸収されたＩＲ線の残りの部分は、ＩＡＡ粒子を取り囲む区域にＩＲ線として再び放出されると考えられる。再び放出されたＩＲ線は、ＩＡＡ粒子の周りの全方向に均一に広がる。これは、再び放出されたＩＲ線のかなりの部分（おそらく、およそ半分）が、概して元の熱源のほうに向けられ、高分子フォーム材料の大部分から離れるほうに向けられるということを意味する。この効果は、絶縁ポリマーフォーム材料による総熱吸収を低減し、絶縁ポリマーフォーム材料を通じた熱移動の総速度を下げ、巨視的な熱伝導度の低下をもたらす。
【００１４】
理想的には、ＩＡＡが、図２に示すＩＲスペクトルなどの赤外発光スペクトルのすべての波長における赤外線を吸収する。残念なことに、個々の無機ＩＡＡは、典型的にはＩＲスペクトルにおいて狭い波長範囲のみブロックする。これは、ＩＡＡによってブロックされていない波長におけるＩＲ線が、やはり吸収され、絶縁層を横切って伝達されつつあるということを意味する。硬質発泡高分子ボードの不均等な加熱による問題（反り、歪み、捻れ、寸法変化）は、個々の無機ＩＡＡによって十分に軽減することはできない。
これらの問題は、いくつかの金属酸化物ブレンドを高分子フォーム絶縁においてＩＡＡとして使用することによって回避できるということを発見した。そのような金属酸化物ブレンドは、ＩＲスペクトルにおける広範囲の波長をブロックする。金属酸化物ＩＡＡブレンドは、絶縁ポリマーフォームの熱伝導度の実質的低減ももたらす。ただし、金属酸化物ＩＡＡの適切なブレンドおよび十分な量が選択されることを条件とする。
【００１５】
金属酸化物赤外減衰剤
本開示に従って、無機化合物のブレンド、さらに詳細には粉末化無機金属酸化物のブレンドは、これらのブレンドが広範囲のＩＲスペクトルをブロックし、それらが含まれる絶縁ポリマーフォームの熱伝導度の実質的低減を促進するので著しいＩＲ減衰効果を達成することが明らかになった。一部の実施形態において、金属酸化物ＩＡＡブレンドは、２種以上の金属酸化物を含む。一部の実施形態において、金属酸化物ＩＡＡブレンドは、３種以上の金属酸化物を含む。一部の実施形態において、金属酸化物ＩＡＡブレンドは、４種以上の金属酸化物を含む。
一部の実施形態において、金属酸化物ＩＡＡブレンドは、絶縁ポリマーフォーム中の全ＩＡＡ含有量の少なくとも５０％を構成する。絶縁フォームの製剤において使用することができる他のＩＡＡとしては、グラファイト、アルミニウム、ステンレス鋼、金、銀、コバルト、ニッケル、カーボンブラック、および酸化アルミニウムが挙げられるが、これらに限定されない。一部の実施形態において、金属酸化物ＩＡＡブレンドは、絶縁ポリマーフォーム中の全ＩＡＡ含有量の約５０％〜１００％を構成し、これには例えば、絶縁ポリマーフォーム中の全ＩＡＡ含有量の約６０％〜１００％、約６０％〜９５％、約６０％〜９０％、約６０％〜８５％、約６０％〜８０％、約６０％〜７５％、約６０％〜７０％、約６５％〜１００％、約６５％〜９５％、約６５％〜９０％、約６５％〜８５％、約６５％〜８０％、約６５％〜７５％、約７０％〜１００％、約７０％〜９５％、約７０％〜９０％、約７０％〜８５％、約７０％〜８０％、約７０％〜７５％、約７５％〜１００％、約７５％〜９５％、約７５％〜９０％、約７５％〜８５％、約７５％〜８０％、約８０％〜１００％、約８０％〜９５％、約８０％〜９０％、約８０％〜８５％、約８５％〜１００％、約８５％〜９５％、約８５％〜９０％が含まれる。
【００１６】
予想外なことに、いくつかの金属酸化物ＩＡＡブレンドは、典型的な個々の無機ＩＡＡを用いて可能なＩＲ線範囲より広いＩＲ線範囲を吸収するように選択することができるということを発見した。図３Ａ〜３Ｃは、個々の金属酸化物によって吸収されたＩＲ線領域を示すスペクトルを図示する。所与の金属酸化物の所与の吸収範囲内で、その金属酸化物は、あらゆる波長数においては均等にＩＲ光を吸収しないことに留意されたい。代わりに、所与の範囲内で、吸収強度は、吸収が高いピークおよび吸収がより低いトラフを有する。しかし、様々な金属酸化物の吸収スペクトルを比較することによって、ある金属酸化物の吸光度ピークが別の金属酸化物のトラフに重なる金属酸化物のブレンドを選択することができる。
【００１７】
さらに、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から２種以上の金属酸化物をブレンドすることによって、ＩＲ線のブロッキングを改善できるということをさらに発見した。例示的金属酸化物ＩＡＡブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化コバルトからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む。別の例示的金属酸化物ＩＡＡブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化チタン、酸化鉄（ＩＩＩ）、および酸化マグネシウムからなる群から選択される２種以上の金属酸化物を含む。さらに別の例示的金属酸化物ブレンドは、二酸化ケイ素、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化マグネシウム、酸化ビスマス（ＩＩＩ）、酸化コバルト、酸化ジルコニウム（ＩＶ）、酸化モリブデン（ＩＩＩ）、酸化チタン、および酸化カルシウムからなる群から４種以上の金属酸化物を含む。しかし、絶縁フォームの放出温度、金属酸化物の相対吸収強度、ならびに金属酸化物の利用可能性およびコストのような要因を考慮して、金属酸化物ＩＡＡブレンド中の金属酸化物の的確な組合せを調整することができる。
【００１８】
図２に示すように、加熱された物体のＩＲ発光スペクトルは一定ではなく、むしろベル形分布を示し、ピーク発光を約１０００ｃｍ-1に有する。金属酸化物ＩＡＡブレンド中の各金属酸化物の正確な量を選択するために、放出が大きいＩＲ波長周辺で吸収する選択された金属酸化物のより多い量および放出が小さいＩＲ波長周辺で吸収する選択された金属酸化物のより少ない量を使用する必要があり得る。ＩＡＡブレンド中の個々の金属酸化物は、２つ以上の波長範囲に入るＩＲ発光を吸収することができることに留意されたい。表１は、約２５℃における物体について異なる波長領域において吸収する金属酸化物の例示的質量百分率分布を示す。
【００１９】
【表１】
2020531634.tif 000005
【００２０】
金属酸化物ＩＡＡブレンドは、微細粉末に粉砕された金属酸化物を含んでもよい。これにより、絶縁フォームのポリマー組成物への金属酸化物ＩＡＡブレンドの均一混合が改善される。一部の実施形態において、粉末化金属酸化物ＩＡＡブレンドの平均粒径は、約１μｍ〜約１００μｍとすることができ、これには例えば、約１μｍ〜約５０μｍ、約１μｍ〜約２５μｍ、約２μｍ〜約５０μｍ、約２μｍ〜約２５μｍ、約３μｍ〜約５０μｍ、約３μｍ〜約２５μｍ、約４μｍ〜約５０μｍ、約４μｍ〜約２５μｍ、約５μｍ〜約５０μｍ、約５μｍ〜約２５μｍが含まれる。一部の実施形態において、粉末化金属酸化物ＩＡＡブレンドの平均サイズは、約５０ｎｍ〜約１μｍとすることができ、これには例えば、約５０ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１μｍ、約６０ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約６０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約１μｍ、約７５ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約７５ｎｍ〜約５００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約７５ｎｍ〜約２００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約７５ｎｍ〜約１００ｎｍ、約９０ｎｍ〜約１μｍ、約９０ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約９０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約９０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約９０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約９０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約９０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約１μｍ、約１００ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約１２５ｎｍ〜約１μｍ、約１２５ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約１２５ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１２５ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約１２５ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１２５ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約１μｍ、約１５０ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約１μｍ、約２００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約１μｍ、約２５０ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約５００ｎｍが含まれる。
【００２１】
金属酸化物ＩＡＡブレンドは、絶縁フォームのポリマー組成物に、ポリマーの約０．１質量％〜約５質量％の濃度で組み込んでもよく、これには例えば、約０．１質量％〜約３質量％、約０．１質量％〜約２質量％、約０．１質量％〜約１．５質量％、約０．１質量％〜約１質量％、約０．１質量％〜約０．９質量％、約０．１質量％〜約０．８質量％、約０．１％〜約０．７％、約０．１質量％〜約０．６質量％、約０．１質量％〜約０．５質量％、約０．１質量％〜約０．４質量％、約０．２質量％〜約５質量％、約０．２質量％〜約３質量％、約０．２質量％〜約２質量％、約０．２質量％〜約１．５質量％、約０．２質量％〜約１質量％、約０．２質量％〜約０．９質量％、約０．２質量％〜約０．８質量％、約０．２％〜約０．７％、約０．２質量％〜約０．６質量％、約０．２質量％〜約０．５質量％、約０．２質量％〜約０．４質量％、約０．３質量％〜約５質量％、約０．３質量％〜約３質量％、約０．３質量％〜約２質量％、約０．３質量％〜約１．５質量％、約０．３質量％〜約１質量％、約０．３質量％〜約０．９質量％、約０．３質量％〜約０．８質量％、約０．３％〜約０．７％、約０．３質量％〜約０．６質量％、約０．３質量％〜約０．５質量％、約０．３質量％〜約０．４質量％、約０．４質量％〜約５質量％、約０．４質量％〜約３質量％、約０．４質量％〜約２質量％、約０．４質量％〜約１．５質量％、約０．４質量％〜約１質量％、約０．４質量％〜約０．９質量％、約０．４質量％〜約０．８質量％、約０．４％〜約０．７％、約０．４質量％〜約０．６質量％、約０．４質量％〜約０．５質量％、約０．５質量％〜約５質量％、約０．５質量％〜約３質量％、約０．５質量％〜約２質量％、約０．５質量％〜約１．５質量％、約０．５質量％〜約１質量％、約０．５質量％〜約０．９質量％、約０．５質量％〜約０．８質量％、約０．５％〜約０．７％、約０．５質量％〜約０．６質量％、約０．６質量％〜約５質量％、約０．６質量％〜約３質量％、約０．６質量％〜約２質量％、約０．６質量％〜約１．５質量％、約０．６質量％〜約１質量％、約０．６質量％〜約０．９質量％、約０．６質量％〜約０．８質量％、約０．６質量％〜約０．７質量％、約０．７質量％〜約５質量％、約０．７質量％〜約３質量％、約０．７質量％〜約２質量％、約０．７質量％〜約１．５質量％、約０．７質量％〜約１質量％、約０．７質量％〜約０．９質量％、約０．７質量％〜約０．８質量％、約０．８質量％〜約５質量％、約０．８質量％〜約３質量％、約０．８質量％〜約１質量％、約０．９質量％〜約５質量％、約０．９質量％〜約３質量％、約０．９質量％〜約１質量％、約１質量％〜約５質量％、約１質量％〜約３質量％が含まれる。
【００２２】
いくつかの実施形態において、絶縁ポリマーフォームは、１０００ｃｍ-1周辺のＩＲ線を吸収する多糖などの好適な有機化合物をさらに含んでもよい。好適な多糖としては、セルロースおよびデンプンが挙げられる。好適な多糖の具体例は、エンドウマメデンプンであり、以下の構造を有する約３５％のアミロースおよび約６５％のアミロペクチンを含有する。
【化１】
2020531634.tif 000006
【００２３】
フォームを形成するポリマー
本開示の金属酸化物ＩＡＡブレンドを使用する絶縁ポリマーフォームは、絶縁ポリマーフォームを作製するのに適しているいずれのポリマーからでも作製することができる。例えば、それらは、ポリオレフィン、ポリビニルクロリド、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニリデンクロリド、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、ポリ尿素、フェノール−ホルムアルデヒド、ポリイソシアヌレート、フェノール樹脂、上述のもののコポリマーおよびターポリマー、熱可塑性ポリマーブレンド、ゴムで改質されたポリマーなどから作製することができる。好適なポリオレフィンとしては、ポリエチレンおよびポリプロピレン、ならびにエチレンコポリマーが挙げられる。
【００２４】
本開示の絶縁ポリマーフォームを作製するのに特に適した熱可塑性ポリマークラスは、アルケニル芳香族ポリマーである。アルケニル芳香族ポリマーの例としては、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挙げられる。アルケニル芳香族ポリマー材料は、わずかな割合の非アルケニル芳香族ポリマーをさらに含んでもよい。アルケニル芳香族ポリマー材料は、１種もしくは複数のアルケニル芳香族ホモポリマー、１種もしく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の１種もしくは複数のブレンド、または上述のもののいずれかと非アルケニル芳香族ポリマーとのブレンドからのみなるものとすることができる。
【００２５】
好適なアルケニル芳香族ポリマーとしては、スチレン、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などのアルケニル芳香族化合物に由来するものが挙げられる。特に適しているアルケニル芳香族ポリマーはポリスチレンである。Ｃ2-6アルキル酸およびエステル、アイオノマー誘導体、およびＣ4-6ジエンなどのモノエチレン性不飽和化合物のわずかな量をアルケニル芳香族化合物と共重合させることができる。共重合性化合物の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、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、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、酢酸ビニル、およびブタジエンが挙げられる。特に適したアルケニル芳香族ポリマーは、実質的に（すなわち、約９５％より多い）ポリスチレンを含むものであり、ポリスチレンホモポリマーが特に好ましい。
本発明のフォームを作製するのに使用されるポリマーは、約３０，０００〜約５００，０００の質量平均分子量を有することができる。約１００，０００〜４００，０００、さらには約１２０，０００〜３００，０００ほどの質量平均分子量はより興味深い。
【００２６】
金属酸化物ＩＡＡブレンドとポリマーの組合せ
金属酸化物ＩＡＡブレンドを、本発明の絶縁ポリマーフォームを形成するポリマーといずれか通常の方式で組み合わせることができる。約０．１質量％〜約５質量％の量の金属酸化物ＩＡＡブレンドをポリマーに含めることができる。
一手法として、その場重合が使用され、ポリマーを形成するモノマーが、最初に本開示の金属酸化物ＩＡＡブレンドと組み合わされた後に重合される。この手法は、エチレン性不飽和モノマーの付加重合により、フォームを形成するポリマー、特にスチレン、メチルメタクリレート、もしくはこれらの混合物および／または他のエチレン性不飽和モノマーのポリマーおよびコポリマーが作製されるとき特に有効である。一部の例示的実施形態において、ホモジナイザーなどの通常の混合装置を使用して、スチレンモノマーと過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）または２，２’−アゾ−ビス−イソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）などの開始剤（触媒）を一緒に完全にブレンドする。次いで、モノマー−開始剤混合物に、金属酸化物ＩＡＡブレンドをポリマーの質量に基づいて約０．１質量％〜約５質量％の量で添加する。混合した後、混合物をオーブン中、約６０〜１００℃の温度で約１５〜３０時間加熱し、その場重合を行う。
【００２７】
以上で論じたように金属酸化物ＩＡＡブレンドをモノマーと混合する際に、金属酸化物ＩＡＡブレンドが均一分布していることが重要である。例えば、ＩＡＡブレンドを構成する金属酸化物を個別にモノマーに添加することができ、それぞれ添加後に徹底的に混合する。あるいは、重合が開始する前に金属酸化物ＩＡＡブレンドをモノマーに添加するとき激しく混合することによって、均一分布を達成することができる。あるいは、金属酸化物ＩＡＡブレンドをポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エチレンメタクリレートコポリマー（ＥＭＡ）などの高分子担体とプレブレンドして、ＩＡＡマスターバッチを形成することができる。そのようなＩＡＡマスターバッチにおいて、金属酸化物ＩＡＡブレンドの添加量は、７０質量％と高いことがあり、これには例えば、５質量％〜６０質量％、１０％〜５０％、２０質量％〜４０質量％が含まれる。次いで、重合が開始する前に、ＩＡＡマスターバッチをモノマーに添加し、徹底的に混合することができる。
【００２８】
本開示の金属酸化物ＩＡＡブレンドを本発明の絶縁ポリマーフォームを形成するポリマーと組み合わせる別の手法は、溶融コンパウンディングプロセスにおける物理的ブレンディングである。この手法は、これらのポリマーが比較的低い融点または軟化点を有するとき特に有用である。例えば、絶縁フォームにおいて使用される軟化または溶融ポリマーに、ＩＡＡブレンドを構成する個々の金属酸化物を個別に添加することができ、それぞれ添加後に徹底的に混合する。あるいは、金属酸化物ＩＡＡブレンドを、絶縁フォームにおいて使用される軟化または溶融ポリマーに直接ブレンドすることができ、次に徹底的に混合する。あるいは、金属酸化物ＩＡＡブレンドをポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エチレンメタクリレートコポリマー（ＥＭＡ）などの高分子担体とプレブレンドして、ＩＡＡマスターバッチを形成することができる。そのようなＩＡＡマスターバッチにおいて、金属酸化物ＩＡＡブレンドの添加量は、７０質量％と高いことがあり、これには例えば、５質量％〜６０質量％、１０％〜５０％、２０質量％〜４０質量％が含まれる。次いで、ＩＡＡマスターバッチを、絶縁フォームにおいて使用される軟化または溶融ポリマーとブレンドし、マスターバッチおよびポリマーを徹底的に混合する。混合は、当技術分野において公知のいずれの標準方法でも実施することができる。一部の実施形態において、単軸または二軸押出機を使用して、成分を混合する。
いずれの手法でも、可塑剤、難燃化学品、顔料、エラストマー、押出助剤、酸化防止剤、充填剤、帯電防止剤、ＵＶ吸収剤、クエン酸、造核剤、界面活性剤、加工助剤など追加の通常の添加剤を、絶縁フォームにおいて使用されるポリマーに通常の量で添加することができる。
【００２９】
絶縁ポリマーフォームの形成
その場重合または溶融コンパウンディング後に、バッチ式発泡プロセスまたは標準押出プロセスを使用して、金属酸化物ＩＡＡブレンドを含むポリマーを発泡させる。例えば、高温および高圧下で発泡剤を含む溶融ポリスチレンを周囲または真空状態に連続的に押し出し、塊が軽量の独立気泡フォームに膨張できることによって、押出ポリスチレンフォームを作製することができる。本開示の製造プロセスの実施形態において使用することができる標準押出プロセスおよび方法については、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，７５３，１６１号に記載されており、当該特許は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
あるいは、金属酸化物ＩＡＡブレンド（粉末化された個々の成分として、粉末化ブレンド、またはＩＡＡマスターバッチ）を、絶縁フォームにおいて使用されるポリマーとは別に押出機に添加することができる。金属酸化物ＩＡＡブレンドをポリマーと押出機に同じフィーダーポートにおいて添加することができ、または金属酸化物ＩＡＡブレンドを押出機に別個のフィーダーポートにおいて添加することができる。
【００３０】
押出プロセスにおいて、金属酸化物ＩＡＡブレンドを含む押出絶縁ポリマーフォームを、フラットダイおよびプレートシェーパー（plate shaper）またはラジアルダイおよびスリンキイシェーパー（slinky shaper）を備えた単軸、二軸、またはタンデム押出機により調製することができる。ポリマー（金属酸化物ＩＡＡブレンドを含むまたは含まない）、金属酸化物ＩＡＡブレンド（事前にポリマーに組み込まれていない場合）、発泡剤、および任意に他の添加剤を押出機に添加して、高分子樹脂混合物を形成する。
有機ＩＡＡ、ポリマー、および任意に他の添加剤を含む高分子樹脂混合物を溶融混合温度に加熱し、徹底的に混合する。溶融混合温度は、ポリマーを軟化または溶融するのに十分でなければならない。したがって、溶融混合温度は、ポリマーのガラス転移温度または融点以上である。一部の実施形態において、溶融混合温度は、約１７０℃〜約２２０℃を含めて、約１６０℃〜約２５０℃である。
次いで、発泡剤を組み込んで、発泡性ゲルを形成する。次いで、発泡性ゲルをダイ溶融温度に冷却する。ダイ溶融温度は、典型的に溶融混合温度より低温であり、好ましくは約１００℃〜約１４０℃、最も好ましくは約１１０℃〜約１３０℃である。ダイ圧力は、発泡剤を含む発泡性ゲルのプレ発泡を防止するのに十分でなければならない。プレ発泡は、発泡性ゲルを減圧領域に押出する前の発泡性ゲルの望ましくない時期尚早の発泡である。したがって、ダイ圧力は、発泡性ゲル中の発泡剤のアイデンティティーおよび量に応じて異なる。好ましくは、圧力は、約５０バール〜約８０バール、より好ましくは約６０バールである。膨張比（すなわち、ダイギャップ幅当たりのフォーム厚さ）は、約２０〜約７０、典型的には約６０の範囲である。
【００３１】
本開示の実施において、いずれか適当な発泡剤を使用することができる。本開示の実施において有用である発泡剤としては、無機剤、有機発泡剤、化学発泡剤、およびそれらの組合せが挙げられる。
【００３２】
本発明の例示的態様は、様々な発泡剤の１種または複数を利用して、最終生成物における所望の高分子フォーム特性を達成することができる。本発明の一態様によれば、発泡剤組成物は、ＣＯ2；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炭素などのハロゲン化発泡剤；ギ酸メチルなどのアルキルエステル；エタノール；水；ならびにそれらの混合物の１種または複数を含む。他の例示的実施形態において、発泡剤は、ＣＯ2、エタノール、ＨＦＯ、ＨＣＦＯ、ＨＦＣ、およびそれらの混合物の１種または複数を含む。
【００３３】
ヒドロフルオロオレフィン発泡剤としては、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）、特にトランス異性体；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−１３３６ｍｚｚ）または（ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ−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−Ｉ−ブテン；３，３−ジフルオロ−Ｉ−ブテン；３，４，４−トリフルオロ−Ｉ−ブテン；２，３，３−トリフルオロ−１−ブテン；Ｉ，１，３，３−テトラフルオロ−Ｉ−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；Ｉ，Ｉ，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−１−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）−プロペンを挙げることができる。
一部の例示的実施形態において、発泡剤は、ＣＯ2および地球温暖化係数（ＧＷＰ）２５以下の少なくとも１種のＨＦＯを含む。一部の例示的実施形態において、発泡剤ブレンドは、ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む。
発泡剤としては、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（ｔｎ）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）などの１種または複数のヒドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）も挙げることができる。
【００３４】
用語「ＨＣＦＯ−１２３３」は、本明細書ではすべてのトリフルオロモノクロロプロペンを指すために使用される。トリフルオロモノクロロプロペンのうちに、ｃｉｓ−およびｔｒａｎｓ−３−クロロ−１，１，１−トリフルオロ−プロペン（ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄまたは１２３３ｚｄ）の両方が含まれる。用語「ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ」または「１２３３ｚｄ」は、本明細書では１，１，１−トリフルオロ−３−クロロプロペンを、シス形であるのかそれともトランス形であるのかに関係なく総称して指すために使用される。用語「ｃｉｓ  ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ」および「ｔｒａｎｓ  ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ」は、本明細書ではそれぞれ１，１，１−トリフルオロ−３−クロロプロペンのシス形およびトランス形またはトランス異性体を記述するために使用される。したがって、用語「ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ」は、その範囲内で、ｃｉｓ  ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ（１２３３ｚｄ（Ｚ）と呼ぶこともある）、ｔｒａｎｓ  ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ（１２３３（Ｅ）と呼ぶこともある）、ならびにこれらのすべての組合せおよび混合物を含む。
【００３５】
一部の例示的実施形態において、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。利用される具体的なヒドロフルオロカーボンは、特に限定されない。好適なＨＦＣ発泡剤の非包括的例のリストには、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）、およびそれらの組合せが含まれる。
【００３６】
絶縁ポリマーフォーム
絶縁ポリマーフォームは、約１．０〜約５ｐｃｆ、より典型的には約１．４〜約３ｐｃｆの密度、および約０．１〜約０．３ＢＴＵ・インチ／（時・フィート2・°Ｆ）、０．１４〜約０．２５ＢＴＵ・インチ／（時・フィート2・°Ｆ）、または約０．２〜ＢＴＵ・インチ／（時・フィート2・°Ｆ）の熱伝導度を示す硬質独立気泡フォームである。本開示の金属酸化物ＩＡＡブレンドを含む絶縁ポリマーフォームは、好ましくはＩＡＡを含まない絶縁ポリマーフォームと比較して約０．５〜２％低い伝導度をもたらす。絶縁ポリマーフォームは、５０〜５００μｍの範囲の気泡サイズを有することができる。一部の実施形態において、絶縁ポリマーフォームは、５０〜４００μｍ、または１００〜３００μｍ、または１００〜２５０μｍの範囲の平均気泡サイズを有する。約１５０μｍより大きい平均気泡サイズを有する絶縁ポリマーフォームが特に適している。絶縁ポリマーフォームを絶縁ポリマーフォームボードなどの様々な形状に形成することができる。絶縁ポリマーフォームボードは、厚さ約１／８〜１２インチとすることができるが、より典型的に厚さ約１／２〜４インチである。
【００３７】
いくつかの実施形態において、絶縁ポリマーフォームは、３〜８°Ｆ・フィート2・時／ＢＴＵの範囲のＲ値を有することができる。他の実施形態において、絶縁ポリマーフォームは、４〜６°Ｆ・フィート2・時／ＢＴＵの範囲のＲ値を有することができる。いくつかの実施形態において、絶縁ポリマーフォームは、５０質量％未満の通常の無機ＩＡＡからなることができ、通常の無機ＩＡＡは、グラファイト、アルミニウム、ステンレス鋼、コバルト、ニッケル、カーボンブラック、二酸化チタン、およびそれらの組合せからなる群から選択される。さらに、いくつかの実施形態において、３〜８°Ｆ・フィート2・時／ＢＴＵの範囲のＲ値を有し、金属酸化物ＩＡＡブレンドからなる絶縁ポリマーフォームは、通常の無機ＩＡＡを実質的に含まないことがある。
【実施例】
【００３８】
本開示の実施形態をさらに徹底的に説明するために、以下の実施例を提示する。以下の実施例は、例示の目的で提示されるものにすぎず、決して本開示の範囲を限定するためのものでない。
（実施例１）
異なる赤外吸収波長を有する金属酸化物ＩＡＡを含むポリスチレンフォーム
３種の金属酸化物ＩＡＡブレンドを含むポリスチレンフォーム試料を調製した。各金属酸化物ＩＡＡブレンドの組成を表２に示す。
【表２】
2020531634.tif 000007
【００３９】
３つのレベル（０．２、０．４、および０．８質量％）の各金属酸化物ＩＡＡブレンドを、二軸押出機中でポリスチレンに溶融ブレンドした。対照として、ＩＡＡを含まないポリスチレンも調製した。二酸化炭素／エタノールを発泡剤として、タルクを造核剤として、押出機中で溶融ポリスチレン混合物に組み込む。試料フォームの組成およびいくつかの特性を表３に含める。
【表３】
2020531634.tif 000008
【００４０】
次いで、フォーム試料が熟成するときの熱伝導度を６０日まで記録した。試料中の金属酸化物ブレンドの各濃度における６０日目の熱伝導度を図４に示す。図からわかるように、すべての金属酸化物ブレンドが熱伝導度を低減することができるわけではない。ブレンドＭＯ＃１およびＭＯ＃２は酸化チタンおよび酸化ジルコニウムを含み、それらの赤外吸収帯は、図３に示したように４００〜９００ｃｍ-1の範囲で重なる。これらの２種の金属酸化物ブレンドでは、フォーム熱伝導度は低減をほとんどまたは全く示さない。比較すると、ブレンドＭＯ＃３はより多くの金属酸化物を含み、これらの酸化物はより広い赤外波長範囲（４００〜４０００ｃｍ-1）をカバーする。その結果、フォーム熱伝導度は、金属酸化物ブレンドＭＯ＃３の濃度が増加すると共に一貫して低下する。
【００４１】
（実施例２）
異なる赤外吸収強度を有する金属酸化物ＩＡＡを含むポリスチレンフォーム
実施例１について記載された方法を使用して、２種の金属酸化物ＩＡＡブレンドを含むポリスチレンフォーム試料を調製した。ブレンドＭＯ＃６は、金属酸化物ＩＡＡを有機ＩＡＡとブレンドする効果を評価するために多糖であるエンドウマメデンプンも含むものであった。各ＩＡＡブレンドの組成を表４に示す。
【００４２】
【表４】
2020531634.tif 000009
実施例１に記載された同様の製剤化および加工条件に従うことによって、２種のブレンドＭＯ＃６およびＭＯ＃８をＸＰＳフォームに４つのレベル（０．２、０．４、０．８、および１．６質量％）で添加した。試料フォームの組成およびいくつかの特性を表５に含める。
【００４３】
【表５】
2020531634.tif 000010
熱伝導度試験の結果を図５に示す。図からわかるように、熱伝導度は、ＭＯ＃６およびＭＯ＃８の両方の金属酸化物ＩＡＡブレンドの濃度が増加すると共に低下する。ブレンドＭＯ＃６は、ブレンドＭＯ＃８と比べて、熱伝導度の低下が少なく、それらの赤外吸収能力と一致している。金属酸化物ＩＡＡが同じ赤外吸収波長領域をカバーするとき、より高い吸収強度を有する金属酸化物ＩＡＡは、より多いＩＲ線を吸収し、したがってその金属酸化物ＩＡＡを含むＸＰＳフォームに対してより低い熱伝導度をもたらす。
【００４４】
（実施例３）
金属酸化物ＩＡＡをＨＦＣと共に含むポリスチレンフォーム
実施例１について記載された方法を使用して、２種の金属酸化物ＩＡＡブレンドを含むポリスチレンフォーム試料を調製した。しかし、この実施例では、発泡剤は、ＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１５２ａの５０／５０質量／質量ブレンドであった。実施例１からの金属酸化物ＩＡＡブレンドＭＯ＃３および他の２種の金属酸化物ＩＡＡブレンドを、フォーム試料において使用した。各金属酸化物ブレンドの組成を表６に示す。
【００４５】
【表６】
2020531634.tif 000011
【００４６】
実施例１に記載された同様の製剤化および加工条件に従うことによって、３種のブレンドＭＯ＃３、ＭＯ＃１１、およびＭＯ＃１７をＸＰＳフォーム試料に２つのレベル（０．４および０．８質量％）で添加した。試料フォームの組成およびいくつかの特性を表７に含める。
【表７】
2020531634.tif 000012
【００４７】
熱伝導度試験の結果を図６に示す。さらに、ＨＦＣを発泡剤として使用するとき、熱伝導度は、各金属酸化物ＩＡＡブレンドの濃度が増加すると共に低下することがわかった。
約０．４質量％の濃度の金属酸化物ＩＡＡブレンドは、金属酸化物ＩＡＡブレンドの成分に応じて熱伝導度を０．００１〜０．００３ＢＴＵ・インチ／時・フィート2・°Ｆ低減することを示した。５／インチのＲ値または０．２ＢＴＵ・インチ／時・フィート2・°Ｆのｋ値を有するＸＰＳフォームにおいて使用されるとき、この低減は、全熱伝導度の約０．５〜１．５％である。このような程度の熱伝導度低減は、伝統的に１．５ｐｃｆの密度フォームについてフォーム密度を約０．２ｐｃｆ増加させることによって、または普通の使用法の約８質量％より約１〜２質量％多く発泡剤を使用することによって得られるが、原料コストを約１０％増加させる。ＥＰＳフォームの製造において起こるように、絶縁発泡剤（ＨＦＣまたはＨＦＯ）を適用することなく４．２／インチ（０．２３８１ＢＴＵ・インチ／時・フィート2・°Ｆ）のＲ値を有するＰＳフォームでは、金属酸化物ＩＡＡブレンドの使用による熱伝導度改善がはるかに著しい。これらの適用では、金属酸化物ＩＡＡブレンドが、仕様書および建築基準において必要とされる絶縁ボードのＲ値をＲ  ４．２／インチからＲ  ５．０／インチに改善するのに必要な０．２３８１ＢＴＵ・インチ／時・フィート2・°Ｆから０．２ＢＴＵ・インチ／時・フィート2・°Ｆへの低減の約３〜８％を実現するのを助けることができる。
【００４８】
本明細書に引用されているすべての特許、特許出願、および刊行物、および電子的に入手可能な資料の完全な開示内容が参照により組み込まれる。上述の詳細な説明および実施例は、理解を明瞭にするために示したにすぎない。それらから、不必要な限定が理解されることはない。特に、本明細書に提示される操作のいずれの理論も任意であり、したがって、本発明者らは本明細書に記載される理論に拘束されない。
【図１】
2020531634.tif 000013
【図２】
2020531634.tif 000014
【図３Ａ】
2020531634.tif 000015
【図３Ｂ】
2020531634.tif 000016
【図３Ｃ】
2020531634.tif 000017
【図４】
2020531634.tif 000018
【図５】
2020531634.tif 000019
【図６】
2020531634.tif 000020
【国際調査報告】
2020531634.tif 000021
2020531634.tif 000022
2020531634.tif 000023