СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
METHOD OF PROFILED ELEMENTS MANUFACTURING

2
Изобретение относится к композитным элементам, включающим профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм, к способу изготовления подобных композитных элементов, а также к их применению для изготовления окон, дверей, холодильников, холодильных прилавков или элементов конструкции фасадов.
Согласно уровню техники для решения проблемы оптимизации теплопроводности композитных профилированных изделий используют разные подходы, причем в большинстве случаев их снабжают полостями или заполненными пенопластом полостями. Однако технология производства подобных изоляционных элементов нередко оказывается весьма трудоемкой, поскольку в случае использования пенопластов возникает дилемма: либо осуществлять вспенивание в полости, что является технологически затруднительным, либо для заполнения пенопластом использовать лишь часть имеющегося общего свободного пространства изоляционного элемента. В связи с ростом требований, предъявляемых к изолирующим свойствам профилированных изделий, отдельные полости последних становятся все меньше, а ребра все тоньше, что обусловливает техническое усложнение и удорожание прессформ и технологии экструзии. Постоянное повышение требований, предъявляемых к изоляционным материалам и переработке композитных элементов, обусловлено постоянно растущими требованиями к качеству теплоизоляции, что в особенности касается сферы домостроения.
Например, в немецком патенте DE 2844006 А1 описан способ экструдирования полимерных профилированных изделий с сердцевиной из вспененного полимера, которая со всех сторон окружена оболочкой из полимера, причем на единой производственной операции в формующий инструмент экструдера вводят материал оболочки и одновременно в образуемое формованной оболочкой полое пространство вводят материал сердцевины, причем газы, поступающие в образуемую оболочкой полость при вспенивании материала сердцевины, удаляют через формующий инструмент экструдера.
В международной заявке WO 99/16996 А1 описан способ изготовления рамных профилированных изделий для окон или дверей, в соответствии с которым сначала из термопластичного полимера изготавливают наружное профилированное изделие, в которое затем вводят способную вспениваться смесь на основе полиуретана, в результате вспенивания которой между наружным профилированным изделием и пенопластом возникает адгезионнопрочное сцепление. Кроме того, в цитируемом документе описан способ, в соответствии с которым в первоначально сформованное наружное профилированное изделие вставляют готовую предварительно выполненную и вспененную пенопластовую сердцевину.
В немецком патенте DE 19961306 А1 также описывается способ изготовления профилированного изделия посредством экструзии. Подобное профилированное изделие включает наружную оболочку и вспененную внутреннюю сердцевину. В соответствии с данным способом сначала экструдируют наружную оболочку профилированного изделия, которую затем заполняют способным вспениваться материалом.
В немецком патенте DE 1959464 также описан способ непрерывного профильного прессования бесконечных профилированных изделий с оболочкой из термопластичного полимера и пенопластовой сердцевиной, причем сначала путем экструзии изготавливают оболочку из термопластичного полимера, которую затем заполняют способным вспениваться материалом.
В европейском патенте ЕР 2072743 А2 описан способ заполнения полой оконной или дверной обвязки пенопластом. При этом из выполненных путем экструзии полимерных профилированных изделий собирают оконные или дверные рамы, которые затем заполняют путем введения способного вспениваться материала.
Кроме того, из уровня техники известны способы изготовления профилированных изделий со вспененной сердцевиной, в соответствии с которыми внутрь выполненных посредством экструзии профилированных изделий помещают готовые вспененные вставные элементы (смотри, например, немецкий патент DE 202009003392 U1 и международную заявку WO 02/090703 А2).
В немецком патенте DE 102009037851 А1 описаны изоляционные элементы для термического разделения в профилированных изделиях для оконных, дверных и фасадных элементов, а также профилированное изделие для оконных, дверных и фасадных элементов и способ его изготовления.
В европейском патенте ЕР 2062717 А1 описан способ изготовления полимерных профилированных изделий со вспененной сердцевиной посредством соэкструзии, в соответствии с которым вспениваемый материал, в частности, в твердом состоянии соэкструдируют в полом пространстве полимерного профилированного изделия и в нем же вспенивают.
Вместе с тем по мере ужесточения предъявляемых к изоляции требований возникает необходимость в использовании других изоляционных материалов, которые отличаются более высоким изолирующим эффектом. Так, например, в случае окон, то есть в отсутствие возможности дальнейшего увеличения толщины профилированных изделий, для повышения качества изоляции необходимо снижать теплопроводность при неизменной толщине.
В связи с этим в качестве изоляционных материалов наряду с пенополиуретанами согласно уровню техники используют также органические аэрогели или ксерогели, которые обладают оптимальным комплексом свойств, позволяющим использовать их в качестве изоляционных материалов. Так, например, в международной заявке WO 2012/059388 А1 описаны аэрогели и ксерогели, а также их применение в качестве изоляционного материала и в вакуумных изоляционных панелях. В цитируемой заявке описан также способ изготовления пористых материалов в виде аэрогелей или ксерогелей, в соответствии с которым по меньшей мере один полифункциональный изоцианат превращают с аминным компонентом, содержащим по меньшей мере один полифункциональный замещенный ароматический амин.
Описанные выше материалы обладают хорошими изоляционными свойствами. Однако по технологическим причинам из них получают листы, что не позволяет использовать известные из уровня техники способы для введения указанных материалов в полости профилированных элементов.
С учетом изложенного выше уровня техники в основу настоящего изобретения была положена задача предложить элементы, в частности, элементы для изготовления окон, которые отличаются хорошими изоляционными свойствами и простотой изготовления.
2
Указанная задача согласно изобретению решается с помощью композитного элемента, включающего профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм.
Предлагаемый в изобретении композитный элемент включает профилированное изделие и изоляционную сердцевину, по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием. При этом под профилированным изделием в соответствии с настоящим изобретением подразумевают твердую структуру с упорядоченными вдоль профилированного изделия выемками, или соответственно полостями. Согласно изобретению в подобных выемках, или соответственно полостях, находится изоляционная сердцевина композитного элемента. В соответствии с этим профилированное изделие окружает изоляционную сердцевину по меньшей мере частично, предпочтительно полностью. В соответствии с этим изоляционная сердцевина упорядочена вдоль профилированного изделия.
2
Согласно изобретению изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала с определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии, превышающим 0,20 Н/мм.
Пригодные материалы изоляционной сердцевины в принципе известны. Надлежащими свойствами, обладают, например, органические аэрогели или органические ксерогели.
В соответствии с этим настоящее изобретение в предпочтительном варианте его осуществления относится к композитному элементу, включающему профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину указанного выше типа, причем органический пористый материал выбран из группы, включающей органические ксерогели или органические аэрогели или комбинации из двух или более указанных гелей.
Предлагаемые в изобретении композитные элементы неожиданно обладают хорошими изоляционными свойствами. При этом благодаря низкой теплопроводности используемых органических пористых материалов хорошие изоляционные свойства, которые удовлетворяют растущим требованиям к теплоизоляции, могут быть достигнуты несмотря на строительно-технически обусловленные низкие значения толщины изоляционного материала.
В частности, предлагаемые в изобретении композитные элементы пригодны для изготовления строительных деталей, которые должны обладать низким коэффициентом теплопередачи, например, окон или дверей.
Кроме того, предлагаемые в изобретении композитные элементы можно изготавливать простым и экономичным способом.
2
Изобретение относится также к непрерывному способу изготовления композитного элемента, включающего профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм, причем профилированное изделие формируют вокруг изоляционной сердцевины.
Используемые согласно изобретению органические пористые материалы обладают определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K, в частности, от 13,5 до 25 мВт/м⋅K, более предпочтительно от 14 до 22 мВт/м⋅K, особенно предпочтительно от 14,5 до 20 мВт/м⋅K.
Согласно изобретению в качестве органических пористых материалов особенно предпочтительно используют органические аэрогели с теплопроводностью в диапазоне от 14 до 22 мВт/м⋅К, особенно предпочтительно в диапазоне от 14,5 до 20 мВт/м⋅K.
2
2
2
2
Кроме того, используемые согласно изобретению органические пористые материалы обладают определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии, составляющим более 0,20 Н/мм, в частности, более 0,25 Н/мм, более предпочтительно более 0,30 Н/мм, особенно предпочтительно более 0,35 Н/мм.
Высокая прочность при сжатии, которая является мерой жесткости указанных материалов, способствует их изготовлению и хранению, облегчая переработку при изготовлении композитных элементов. Кроме того, материалы могут вносить конструктивный вклад.
2
Стандартные жесткие пенопласты, которые обычно используют для изоляции, при теплопроводности в диапазоне от 20 до 25 мВт/м⋅K обладают пределом прочности при сжатии, составляющим, например, всего около 0,15 Н/мм. Предел прочности подобных материалов при сжатии может быть повышен за счет увеличения толщины, однако одновременно возросла бы их теплопроводность, а, следовательно, ухудшились изоляционные свойства.
Согласно изобретению под ксерогелем подразумевают получаемый золь-гель-методом пористый материал, пористость которого составляет по меньшей мере 70% об., а усредненный по объему диаметр пор не превышает 50 мкм, причем жидкую фазу удаляют из геля путем сушки при температуре ниже критической температуры жидкой фазы и давлении ниже критического давления жидкой фазы (то есть в так называемых субкритических условиях).
Соответственно под аэрогелем согласно изобретению подразумевают пористый материал, пористость которого составляет по меньшей мере 70% об., а усредненный по объему диаметр пор не превышает 50 мкм, причем жидкую фазу удаляют из геля путем сушки при температуре выше критической температуры жидкой фазы и давлении выше критического давления жидкой фазы (то есть в так называемых сверхкритических условиях).
Средний диаметр пор, который согласно изобретению в принципе является средним объемно-весовым показателем, определяют методом ртутной интрузии согласно стандарту DIN 66133.
Средний объемно-весовой диаметр пор пористого материала предпочтительно составляет максимум 20 мкм. Средний объемно-весовой диаметр пор пористого материала особенно предпочтительно составляет максимум 10 мкм, еще более предпочтительно максимум 5 мкм, в частности, максимум 3 мкм.
Для обеспечения низкой термической проводимости пористого материала желательно, чтобы при высокой пористости поры обладали как можно меньшими размерами. Однако по технологическим причинам на практике среднему объемно-весовому диаметру пор соответствует нижнее предельное значение. В общем случае средний объемно-весовой диаметр пор составляет по меньшей мере 50 нм, предпочтительно по меньшей мере 100 нм. Во многих случаях средний объемно-весовой диаметр пор составляет по меньшей мере 200 нм, в частности, по меньшей мере 300 нм.
2
В соответствии с этим настоящее изобретение в предпочтительном варианте его осуществления относится к композитному элементу, включающему профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм и выбранного из группы, включающей органические ксерогели или органические аэрогели или комбинации двух или более указанных гелей.
Ниже описаны органические ксерогели и аэрогели, предпочтительно используемые согласно настоящему изобретению.
Предпочтительным является органический аэрогель или ксерогель на основе изоцианатов и при необходимости других компонентов, реакционно-способных по отношению к изоцианатам. Так, например, органические аэрогели или ксерогели могут быть основаны на изоцианатах и соединениях с функциональными гидроксильными и/или NH-группами.
Согласно изобретению предпочтительными являются, например, органические ксерогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида или органические аэрогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида.
В соответствии с этим настоящее изобретение в предпочтительном варианте его осуществления относится к композитному элементу, включающему профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину указанного выше типа, причем органический пористый материал выбран из группы, включающей органические ксерогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида, органические аэрогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида или комбинации двух или более указанных выше гелей.
Особенно предпочтительным является органический аэрогель или ксерогель на основе изоцианатов и реакционноспособных по отношению к изоцианатам компонентов, причем в качестве реакционноспособного по отношению к изоцианатам компонента используют по меньшей мере один полифункциональный ароматический амин. Предпочтительным является органический ксерогель или аэрогель на основе поликарбамида и/или полиизоцианурата.
Определение «на основе полиуретана» означает, что по меньшей мере 50% мол., предпочтительно по меньшей мере 70% мол., в частности, по меньшей мере 90% мол. мономерных единиц в органическом ксерогеле или аэрогеле находятся в виде уретановых группировок. Определение «на основе поликарбамида» означает, что по меньшей мере 50% мол., предпочтительно по меньшей мере 70% мол., в частности, по меньшей мере 90% мол. мономерных единиц в органическом ксерогеле или аэрогеле находятся в виде карбамидных группировок. Определение «на основе полиизоцианурата» означает, что по меньшей мере 50% мол., предпочтительно по меньшей мере 70% мол., в частности, по меньшей мере 90% мол. мономерных единиц в органическом ксерогеле или аэрогеле находятся в виде изоциануратных группировок. Определение «на основе поликарбамида и/или полиизоцианурата» означает, что по меньшей мере 50% мол., предпочтительно по меньшей мере 70% мол., в частности, по меньшей мере 90% мол. мономерных единиц в органическом ксерогеле или аэрогеле находятся в виде карбамидных и/или изоциануратных группировок.
При этом предлагаемые в изобретении композитные элементы могут включать также комбинации разных аэрогелей и ксерогелей. Кроме того, композитный элемент согласно изобретению может включать несколько изоляционных сердцевин. Согласно изобретению помимо органического пористого материала композитный элемент может включать также другой изоляционный материал, например, полиуретан.
В дальнейшем описании используемый согласно изобретению органический аэрогель или ксерогель называют органическим пористым материалом.
Используемый органический пористый материал предпочтительно получают методом, который включает следующие стадии:
(a) превращение по меньшей мере одного полифункционального изоцианата (а1) с по меньшей мере с одним полифункциональным ароматическим амином (а2), осуществляемое в растворителе при необходимости в присутствии воды в качестве компонента (а3) и при необходимости в присутствии по меньшей мере одного катализатора (а4),
(b) удаление растворителя с получением аэрогеля или ксерогеля.
Ниже рассмотрены предпочтительно используемые на стадии (а) компоненты (а1)-(а4) и соответствующие количественные соотношения.
Полифункциональные изоцианаты (а1) ниже называют компонентом (а1). Соответственно полифункциональные ароматические амины (а2) ниже называют компонентом (а2). Специалистам понятно, что указанные мономерные компоненты находятся в органическом пористом материале в превращенной форме.
Согласно изобретению под функциональностью соединения подразумевают число реакционноспособных групп в молекуле. В случае мономерного компонента (а1) функциональностью является число изоцианатных групп в молекуле. В случае мономерного компонента (а2) с аминогруппами функциональностью называют число реакционноспособных аминогрупп в молекуле. При этом полифункциональное соединение обладает функциональностью, равной по меньшей мере двум.
В случае если в качестве компонента (а1), соответственно (а2) используют смеси соединений с разной функциональностью, функциональности компонентов соответствует средневзвешенное значение функциональности отдельных соединений. Молекула полифункционального соединения содержит по меньшей мере две из указанных выше функциональных групп.
Компонент (а1)
В качестве компонента (а1) предпочтительно используют по меньшей мере один полифункциональный изоцианат.
В соответствии с предлагаемым в изобретении способом используемое количество компонента (а1) предпочтительно составляет по меньшей мере 20% масс., в частности, по меньшей мере 30% масс., особенно предпочтительно по меньшей мере 40% масс., еще более предпочтительно по меньшей мере 55% масс., в частности, по меньшей мере 68% масс., соответственно в пересчете на общую массу компонентов (а1), (а2) и при необходимости (а3), суммарное количество которых составляет 100% масс. Кроме того, используемое в соответствии с предлагаемым в изобретении способом количество компонента (а1) предпочтительно составляет максимум 99,8% масс., в частности, максимум 99,3% масс., особенно предпочтительно максимум 97,5% масс., соответственно в пересчете на общую массу компонентов (а1), (а2) и при необходимости (а3), суммарное количество которых составляет 100% масс.
В качестве полифункциональных изоцианатов пригодны ароматические, алифатические, циклоалифатические и/или арилалифатические изоцианаты. Подобные полифункциональные изоцианаты известны или могут быть получены известными методами. В частности, полифункциональные изоцианаты можно использовать также в виде смесей, причем компонент (а1) в этом случае содержит разные полифункциональные изоцианаты. Используемые в качестве мономерных компонентов (а1) полифункциональные изоцианаты содержат две изоцианатные группы (ниже их называют диизоцианатами) или более двух изоцианатных групп в молекуле мономерного компонента.
Особенно пригодными полифункциональными изоцианатами являются 2,2'-дифенилметандиизоцианат, 2,4'-дифенилметандиизоцианат и/или 4,4'-дифенилметандиизоцианат, 1,5-нафтилендиизоцианат, 2,4-толуилендиизоцианат и/или 2,6-толуилендиизоцианат, 3,3'-диметилдифенилдиизоцианат, 1,2-дифенилэтандиизоцианат и/или п-фенилендиизоцианат, триметилендиизоцианат, тетраметилендиизоцианат, пентаметилендиизоцианат, гексаметилендиизоцианат, гептаметилендиизоцианат и/или октаметилендиизоцианат, 2-метилпентаметилен-1,5-диизоцианат, 2-этилбутилен-1,4-диизоцианат, пентаметилен-1,5-диизоцианат, бутилен-1,4-диизоцианат, 1-изоцианато-3,3,5-триметил-5-изоцианатометилциклогексан (изофорондиизоцианат), 1,4-бис(изоцианатометил)-циклогексан и/или 1,3-бис(изоцианатометил)циклогексан, 1,4-циклогександиизоцианат, 1-метил-2,4-циклогександиизоцианат и/или 1-метил-2,6-циклогександиизоцианат, а также 4,4'-дициклогексилметандиизоцианат, 2,4'-дициклогексилметандиизоцианат и/или 2,2'-дициклогексилметандиизоцианат.
Предпочтительными полифункциональными изоцианатами (а1) являются ароматические изоцианаты. Это относится прежде всего к случаю использования воды в качестве компонента (а3).
В качестве компонента (а1) особенно предпочтительно используют следующие полифункциональные изоцианаты:
i) полифункциональные изоцианаты на основе толуилендиизоцианата, в частности, 2,4-толуилендиизоцианат, 2,6-толуилендиизоцианат или смеси 2,4-толуилендиизоцианата с 2,6-толуилендиизоцианатом,
ii) полифункциональные изоцианаты на основе дифенилметандиизоцианата, в частности, 2,2'-дифенилметандиизоцианат, 2,4'-дифенилметандиизоцианат, 4,4'-дифенилметандиизоцианат, олигомерный дифенилметандиизоцианат (олигомерный МДИ, называемый также полифенилполиметиленизоцианатом), смеси двух или трех указанных выше дифенилметандиизоцианатов, сырой дифенилметандиизоцианат (сырой МДИ), который образуется при получении дифенилметандиизоцианата, или смеси по меньшей мере одного олигомера дифенилметандиизоцианата по меньшей мере с одним из указанных выше низкомолекулярных производных дифенилметандиизоцианата,
iii) смеси по меньшей мере одного ароматического изоцианата по пункту i) по меньшей мере с одним ароматическим изоцианатом по пункту ii).
Особенно предпочтительным полифункциональным изоцианатом является олигомерный дифенилметандиизоцианат. Под олигомерным дифенилметандиизоцианатом (ниже называемым олигомерным МДИ) подразумевают смесь нескольких олигомерных продуктов конденсации дифенилметандиизоцианата (то есть производных дифенилметандиизоцианата). Полифункциональные изоцианаты предпочтительно могут быть синтезированы также из смесей мономерных ароматических диизоцианатов с олигомерным МДИ.
Олигомерный МДИ содержит один или несколько многоядерных продуктов конденсации дифенилметандиизоцианата с функциональностью более двух, в частности, 3, 4 или 5. Олигомерный МДИ является известным продуктом, который часто называют полифенилполиметиленизоцианатом или полимерным МДИ. Олигомерный МДИ обычно синтезирован из смеси основанных на дифенилметандиизоцианате изоцианатов с разной функциональностью. Олигомерный МДИ обычно используют в смеси с мономерным дифенилметандиизоцианатом.
(Средняя) функциональность содержащего олигомерный МДИ изоцианата может колебаться в примерном диапазоне от 2,2 до 5, в частности, от 2,4 до 3,5, в частности, от 2,5 до 3. Подобной смесью основанных на дифенилметандиизоцианате полифункциональных изоцианатов с разной функциональностью является, в частности, сырой МДИ, который образуется при получении дифенилметандиизоцианата, обычно катализируемом соляной кислотой, в качестве промежуточного продукта получения сырого МДИ.
Полифункциональные изоцианаты или смеси нескольких полифункциональных изоцианатов на основе дифенилметандиизоцианата являются известными продуктами, поставляемыми, например, фирмой BASF Polyurethanes GmbH под торговым названием Lupranat.
Функциональность компонента (а1) предпочтительно составляет по меньшей мере два, в частности, по меньшей мере 2,2, особенно предпочтительно по меньшей мере 2,4. Функциональность компонента (а1) предпочтительно находится в интервале от 2,2 до 4, особенно предпочтительно от 2,4 до 3.
Содержание изоцианатных групп в компоненте (а1) предпочтительно составляет от 5 до 10 ммоль/г, в частности, от 6 до 9 ммоль/г, особенно предпочтительно от 7 до 8,5 ммоль/г. Специалистам известно, что содержание изоцианатных групп (в ммоль/г) находится в обратном соотношении с так называемой эквивалентной массой (в г/эквивалент). Содержание изоцианатных групп в ммоль/г вычисляют по их содержанию в массовых процентах, определяемому согласно стандарту ASTM D 5155-96 А.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения компонентом (а1) является по меньшей мере один полифункциональный изоцианат, выбранный из группы, включающей дифенилметан-4,4'-диизоцианат, дифенилметан-2,4'-диизоцианат, дифенилметан-2,2'-диизоцианат и олигомерный дифенилметандиизоцианат. Согласно данному предпочтительному варианту компонентом (а1) особенно предпочтительно является олигомерный дифенилметандиизоцианат с функциональностью по меньшей мере 2,4.
Вязкость используемого компонента (а1) можно варьировать в широких пределах. Компонент (а1) предпочтительно обладает вязкостью в диапазоне от 100 до 3000 мПа⋅с, особенно предпочтительно в диапазоне от 200 до 2500 мПа⋅с.
Компонент (а2)
В качестве компонента (а2) согласно изобретению используют по меньшей мере одно полифункциональное ОН- или NH-функционализованное соединение.
В рамках предпочтительного предлагаемого в изобретении способа компонентом (а2) является по меньшей мере один полифункциональный ароматический амин.
Компонент (а2) частично можно получать in situ. В подобном варианте превращение на стадии (а) осуществляют в присутствии воды (а3). Вода реагирует с изоцианатными группами с образованием аминогрупп и высвобождением диоксида углерода. Таким образом, полифункциональные амины частично получают (in situ) в виде промежуточного продукта. В ходе дальнейшего превращения полифункциональные амины реагируют с изоцианатными группами с образованием соединений мочевины.
В данном предпочтительном варианте превращение осуществляют в присутствии воды (а3) и полифункционального ароматического амина, используемого в качестве компонента (а2), а также при необходимости в присутствии катализатора (а4).
В другом предпочтительном варианте осуществляют превращение компонента (а1) с используемым в качестве компонента (а2) полифункциональным ароматическим амином при необходимости в присутствии катализатора (а4). Вода (а3) при этом отсутствует.
Полифункциональные ароматические амины известны специалистам. Речь при этом идет о полифункциональных аминах, в молекуле которых присутствуют по меньшей мере две реакционноспособные по отношению к изоцианатам аминогруппы. Реакционноспособными по отношению к изоцианатам группами являются первичные и вторичные аминогруппы, причем реакционная способность первичных аминогрупп в общем случае гораздо выше реакционной способности вторичных аминогрупп.
Полифункциональными ароматическими аминами предпочтительно являются двухядерные ароматические соединения с двумя первичными аминогруппами (бифункциональные ароматические амины), соответствующие трехядерные или многоядерные ароматические соединения более чем с двумя первичными аминогруппами или смеси указанных соединений. Предпочтительными полифункциональными ароматическими аминами, используемыми в качестве компонента (а2), являются, в частности, изомеры и производные диаминодифенилметана.
Указанными бифункциональными двухядерными ароматическими аминами особенно предпочтительно являются соединения общей формулы (I):
1
2
1
5
1
5
1
3
5
1
3
5
в которой остатки R и R могут быть одинаковыми или разными и независимо друг от друга выбраны из группы, включающей водород и неразветвленные или разветвленные алкильные группы с 1-6 атомами углерода, причем все заместители Q-Q и Q'-Q' одинаковые или разные и независимо друг от друга выбраны из группы, включающей водород, первичную аминогруппу и неразветвленную или разветвленную алкильную группу с 1-12 атомами углерода, которая может содержать другие функциональные группы при условии, что соединение общей формулы (I) содержит по меньшей мере две первичные аминогруппы, причем по меньшей мере один из заместителей Q, Q и Q означает первичную аминогруппу и по меньшей мере один из заместителей Q', Q' и Q' означает первичную аминогруппу.
В одном варианте осуществления изобретения алкильные группы, присутствующие в соединениях общей формулы (I) в качестве заместителей Q, выбраны из группы, включающей метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, втор-бутил и трет-бутил. Соответствующие соединения в дальнейшем называют замещенными ароматическими аминами (a2-s). Предпочтительным является также вариант, согласно которому все заместители Q означают водород, если они не являются указанными выше аминогруппами (речь при этом идет о так называемых незамещенных полифункциональных ароматических аминах).
1
2
1
2
1
2
Остатки R и R в общей формуле (I) предпочтительно одинаковые или разные и независимо друг от друга выбраны из группы, включающей водород, первичную аминогруппу и неразветвленную или разветвленную алкильную группу с 1-6 атомами углерода. Остатки R и R предпочтительно выбраны из группы, включающей водород и метил. В особенно предпочтительном варианте остатки R и R означают водород.
Кроме того, пригодными полифункциональными ароматическими аминами (а2) являются, в частности, изомеры и производные толуолдиамина. К предпочтительным изомерам и производным толуолдиамина, используемым в качестве компонента (а2), относятся, в частности, толуол-2,4-диамин и/или толуол-2,6-диамин, а также диэтилтолуолдиамины, в частности, 3,5-диэтилтолуол-2,4-диамин и/или 3,5-диэтилтолуол-2,6-диамин.
Компонентом (а2) еще более предпочтительно является по меньшей мере один полифункциональный ароматический амин, выбранный из группы, включающей 4,4'-диаминодифенилметан, 2,4'-диаминодифенилметан, 2,2'-диаминодифенилметан и олигомерный диаминодифенилметан.
Олигомерный диаминодифенилметан содержит один или несколько многоядерных продуктов конденсации анилина и формальдегида с метиленовым мостиком. Олигомерный диаминодифенилметан содержит по меньшей мере один олигомер диаминодифенилметана, в общем случае несколько олигомеров диаминодифенилметана с функциональностью более двух, в частности, 3, 4 или 5. Олигомерный диаминодифенилметан известен или может быть получен известными методами. Олигомерный диаминодифенилметан обычно используют в виде смесей с мономерным диаминодифенилметаном.
(Средняя) функциональность используемого в качестве компонента (а2) полифункционального амина, содержащего олигомерный диаминодифенилметан, может колебаться в примерном интервале от 2,3 до 5, в частности, от 2,3 до 3,5, в частности, от 2,3 до 3. Подобной смесью основанных на диаминодифенилметане полифункциональных аминов с разными значениями функциональности является, в частности, сырой диаминодифенилметан, который, в частности, образуется при конденсации анилина с формальдегидом, обычно катализируемой соляной кислотой, в качестве промежуточного продукта получения сырого МДИ.
По меньшей мере один полифункциональный ароматический амин особенно предпочтительно содержит диаминодифенилметан или производное диаминодифенилметана. По меньшей мере один полифункциональный ароматический амин особенно предпочтительно содержит олигомерный диаминодифенилметан. В особенно предпочтительном варианте компонент (а2) содержит в качестве соединения (а2) олигомерный диаминодифенилметан и в целом обладает функциональностью по меньшей мере 2,1. В частности, компонент (а2) содержит олигомерный диаминодифенилметан и обладает функциональностью по меньшей мере 2,4.
2
Согласно изобретению реакционную способность первичных аминогрупп можно регулировать благодаря использованию в качестве компонента (а2) замещенных полифункциональных ароматических аминов. Указанные ниже замещенные полифункциональные ароматические амины (a2-s) можно использовать в смеси с указанными выше (незамещенными) диаминодифенилметанами (все заместители Q в формуле (I) означают водород, если они не являются NH-группами) или по отдельности.
2
4
2
4
В подобном варианте заместители Q, Q, Q' и Q' в приведенной выше формуле (I), включая значения этих заместителей, предпочтительно выбирают таким образом, чтобы соединение общей формулы (I) в α-положении по меньшей мере к одной присоединенной к ароматическому ядру первичной аминогруппе содержало по меньшей мере одну неразветвленную или разветвленную алкильную группу с 1-12 атомами углерода, которая может содержать другие функциональные группы.
2
4
2
4
2
4
2
4
В подобном варианте заместители Q, Q, Q' и Q' предпочтительно выбирают таким образом, чтобы замещенный ароматический амин (a2-s) содержал по меньшей мере две первичные аминогруппы, в α-положении к которым соответственно находятся одна или две неразветвленные или разветвленные алкильные группы с 1-12 атомами углерода, которые могут содержать другие функциональные группы. В случае если один или несколько заместителей Q, Q, Q' и Q' выбирают таким образом, чтобы им соответствовали неразветвленные или разветвленные алкильные группы с 1-12 атомами углерода, содержащие другие функциональные группы, предпочтительными функциональными группами являются аминогруппы, гидроксильные группы и/или атомы галогена.
Амины (a2-s) предпочтительно выбирают из группы, включающей 3,3',5,5'-тетраалкил-4,4'-диаминодифенилметан, 3,3',5,5'-тетраалкил-2,2'-диаминодифенилметан и 3,3',5,5'-тетраалкил-2,4'-диаминодифенилметан, причем находящиеся в 3,3',5 и 5'-положениях алкильные группы могут быть одинаковыми или разными, независимо друг от друга являясь неразветвленными или разветвленными алкильными группами с 1-12 атомами углерода, которые могут содержать другие функциональные группы. Подобными алкильными группами предпочтительно являются метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, втор-бутил или трет-бутил (соответственно незамещенные).
2
В одном варианте осуществления изобретения один, несколько или все атомы водорода одной или нескольких алкильных групп, присутствующих в качестве заместителей Q, могут быть заменены атомами галогена, в частности, атомами хлора. В качестве альтернативы один, несколько или все атомы водорода одной или нескольких алкильных групп, присутствующих в качестве заместителей Q, могут быть заменены NH- или ОН-группами. Однако предпочтительным является вариант, в соответствии с которым алкильные группы в общей формуле (I) состоят из углерода и водорода.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения компонентом (a2-s) является 3,3',5,5'-тетраалкил-4,4'-диаминодифенилметан, причем алкильные группы могут быть одинаковыми или разными, независимо друг от друга являясь неразветвленными или разветвленными алкильными группами с 1-12 атомами углерода, которые при необходимости могут содержать функциональные группы. Подобные алкильные группы предпочтительно выбирают из группы, включающей незамещенные алкильные группы, в частности, метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, втор-бутил и трет-бутил, особенно предпочтительно метил и этил. Еще более предпочтительными являются 3,3',5,5'-тетраэтил-4,4'-диаминодифенилметан и/или 3,3',5,5'-тетраметил-4,4'-диаминодифенилметан.
Указанные выше полифункциональные амины, используемые в качестве компонента (а2), известны специалистам или могут быть получены известными методами. Одним из известных методов является катализируемое кислотой превращение анилина, соответственно производных анилина, с формальдегидом.
Как указано выше, полифункциональный ароматический амин можно частично заменять используемой в качестве компонента (а3) водой, причем в этом случае предварительно рассчитанное количество дополнительного полифункционального ароматического изоцианата, используемого в качестве компонента (а1), in situ превращают в соответствующий полифункциональный ароматический амин.
Совокупность компонентов (а1)-(а3) ниже называют полуфабрикатом (А) органического геля.
Катализатор (а4)
В предпочтительном варианте предлагаемый в изобретении способ предпочтительно осуществляют в присутствии по меньшей мере одного катализатора, используемого в качестве компонента (а4).
В качестве катализаторов в принципе можно использовать любые известные специалистам катализаторы, ускоряющие тримеризацию изоцианатов (так называемые катализаторы тримеризации), превращение изоцианатов с аминогруппами (так называемые гель-катализаторы) и/или, в случае использования воды, превращение изоцианатов с водой (так называемые катализаторы порообразования).
Соответствующие катализаторы известны и обладают разной эффективностью в отношении ускорения трех указанных выше реакций. Таким образом, в зависимости от эффективности катализаторы могут относиться к одному или нескольким указанным выше типам. Кроме того, специалистам известно, что речь может идти также об ускорении других реакций, нежели указанные выше превращения.
Соответствующие катализаторы, в частности, можно характеризовать в зависимости от соотношения их гельобразующей и порообразующей активностей (смотри, например, Polyurethane, 3-е издание, G. Oertel, издательство Hanser, Мюнхен, 1993, сс. 104-110).
Без использования компонента (а3), то есть без воды, предпочтительные катализаторы характеризуются высокой активностью в реакции тримеризации. Тем самым они оказывают особенно благоприятное воздействие на однородность сетчатой структуры, а, следовательно, на механические свойства.
В случае использования воды в качестве компонента (а3) предпочтительные катализаторы (а4) характеризуются сбалансированным соотношением гельобразующей и порообразующей активностей, а именно они не слишком сильно ускоряют превращение компонента (а1) с водой, негативно влияют на сетчатую структуру и одновременно обусловливают сокращение времени гелеобразования, то есть предпочтительно сокращается продолжительность извлечения изделий из формы. В то же время предпочтительные катализаторы характеризуются значительной активностью в реакции тримеризации. Тем самым они оказывают благоприятное воздействие на однородность сетчатой структуры, а, следовательно, на механические свойства.
Катализаторы могут встраиваться в мономерные структурные элементы (встраиваемые катализаторы) или они не обладают подобной способностью (невстраиваемые катализаторы).
В целесообразном варианте компонент (а4) используют в максимально ограниченном эффективном количестве. Предпочтительно используют от 0,01 до 5 масс. ч., в частности, от 0,1 до 3 масс. ч., особенно предпочтительно от 0,2 до 2,5 масс. ч. компонента (а4), соответственно в пересчете на 100 масс. ч. совокупности компонентов (а1), (а2) и (а3).
Используемые в качестве компонента (а4) предпочтительные катализаторы выбирают из группы, включающей первичные амины, вторичные амины, третичные амины, производные триазина, металлоорганические соединения, хелатные комплексы металлов, четвертичные соли аммония, гидроксиды аммония, а также гидроксиды, алкоксиды или карбоксилаты щелочных или щелочно-земельных металлов.
Пригодными катализаторами, в частности, являются сильные основания, например, гидроксиды четвертичного аммония, такие как тетраалкилгидроксиды аммония с 1-4 атомами углерода в алкильном остатке, гидроксид бензилтриметиламмония, гидроксиды щелочных металлов, например, гидроксид калия или гидроксид натрия, а также алкоксиды щелочных металлов, например, метилат натрия, метилат калия, метилат натрия и изопропилат калия.
Кроме того, пригодными катализаторами, в частности, являются соли щелочных металлов с карбоновыми кислотами, например, формиат калия, ацетат натрия, ацетат калия, 2-этилгексаноат калия, адипат калия и бензоат натрия, а также соли щелочных металлов с длинноцепными жирными кислотами с 8-20 атомами углерода, в частности, с 10-20 атомами углерода, и при необходимости с боковыми гидроксильными группами.
Пригодными катализаторами являются также, в частности, карбоксилаты четвертичного N-гидроксиалкиламмония, например, формиат триметилгидроксипропиламмония.
Пригодными фосфорорганическими соединениями, в частности, оксидами фосфоленов, являются, например, 1-метилфосфоленоксид, 3-метил-1-фенилфосфоленоксид, 1-фенилфосфоленоксид, 3-метил-1-бензилфосфоленоксид.
Использование металлоорганических соединений, в частности, в качестве гель-катализаторов известно специалистам, причем они также пригодны для использования в качестве катализаторов (а4). Предпочтительному использованию в качестве компонента (а4) подлежат оловоорганические соединения, например, 2-этилгексаноат олова и дилаурат дибутилолова. Кроме того, предпочтительными катализаторами являются ацетилацетонаты металлов, прежде всего ацетилацетонат цинка.
Использование третичных аминов в качестве гель-катализаторов и катализаторов тримеризации известно специалистам. Использование третичных аминов в качестве катализаторов (а4) является особенно предпочтительным. Предпочтительными третичными аминами являются, в частности, N,N-диметилбензиламин, N,N'-диметилпиперазин, N,N-диметилциклогексиламин, N,N',Nʺ-трис(диалкиламиноалкил)-s-гексагидротриазины, например, N,N',Nʺ-трис(диметиламинопропил)-s-гексагидротриазин, трис(диметиламинометил)фенол, бис(2-диметиламиноэтиловый) эфир, N,N,N,N,N-пентаметилдиэтилентриамин, метилимидазол, диметилимидазол, аминопропилимидазол, диметилбензиламин, 1,6-диазабицикло[5.4.0]ундецен-7, триэтиламин, триэтилендиамин (1,4-диазабицикло-[2.2.2]октан согласно номенклатуре IUPAC), диметиламиноэтаноламин, диметиламинопропиламин, N,N-диметиламиноэтоксиэтанол, N,N,N-три-метиламиноэтилэтаноламин, триэтаноламин, диэтаноламин, триизопропаноламин, диизопропаноламин, метилдиэтаноламин, бутилдиэтаноламин и гидроксиэтиланилин.
Катализаторы, особенно предпочтительно используемые в качестве компонента (а4), выбирают из группы, включающей N,N-диметилциклогексиламин, бис(2-диметиламиноэтиловый) эфир, N,N,N,N,N-пентаметилдиэтилентриамин, метилимидазол, диметилимидазол, аминопропилимидазол, диметилбензиламин, 1,6-диазабицикло[5,4,0]ундецен-7, трис-диметиламинопропилгексагидротриазин, триэтиламин, трис(диметиламинометил)фенол, триэтилендиамин(диазабицикло[2,2,2]октан), диметиламиноэтаноламин, диметиламинопропиламин, N,N-диметиламиноэтоксиэтанол, N,N,N-триметиламиноэтилэтаноламин, триэтаноламин, диэтаноламин, триизопропаноламин, диизопропаноламин, метилдиэтаноламин, бутилдиэтаноламин, гидроксиэтиланилин, ацетилацетонаты металлов, этилгексаноаты аммония и этилгексаноаты ионов металлов.
Использование предпочтительных согласно изобретению катализаторов (а4) позволяет получать пористые материалы, которые обладают улучшенными механическими свойствами, прежде всего повышенным пределом прочности при сжатии. Кроме того, благодаря использованию катализаторов (а4) сокращается время гелеобразования, то есть ускоряется реакция гелеобразования, при одновременном отсутствии негативного влияния на другие свойства.
Растворители
Используемые согласно изобретению органические аэрогели или ксерогели получают в присутствии растворителя.
В соответствии с настоящим изобретением термин «растворитель» используют для обозначения жидкого разбавителя, то есть как растворителя в узком смысле этого понятия, так и диспергатора. Смесь, в частности, может являться истинным раствором, коллоидным раствором или дисперсией, например, эмульсией или суспензией. Смесь предпочтительно является истинным раствором. В условиях реализации стадии (а) растворитель является жидким соединением, предпочтительно органическим растворителем.
В качестве растворителя в принципе можно использовать органическое соединение или смесь нескольких соединений, причем при температуре и давлении, при которых выполняют приготовление смеси, растворитель является жидким. Состав растворителя выбирают таким образом, чтобы растворитель обладал способностью растворять или диспергировать, предпочтительно растворять полуфабрикат органического геля. В соответствии с описанным выше предпочтительным методом получения органических аэрогелей или органических ксерогелей предпочтительны такие растворители, которые являются растворителями для органических полуфабрикатов геля (А), то есть растворители, которые в реакционных условиях полностью растворяют органические полуфабрикаты геля (А).
Первоначальным продуктом реализуемого в присутствии растворителя превращения является гель, то есть вязкоупругая химическая сетчатая структура, набухшая при воздействии растворителя. Использование растворителя, который является хорошим агентом набухания образующейся сетчатой структуры, как правило приводит к формированию сетчатой структуры с тонкими порами и небольшим средним диаметром пор, в то время как использование растворителя, который является плохим агентом набухания для результирующего геля, как правило обусловливает формирование грубопористой сетчатой структуры с большим средним диаметром пор.
Таким образом, целевое распределение пор по размерам и целевая пористость определяются выбором растворителя. Кроме того, растворитель в общем случае выбирают таким образом, чтобы во время или после осуществления стадии (а) реализуемого согласно изобретению метода удавалось в максимально возможной степени исключить осаждение или коагуляцию вследствие образования осажденного продукта реакции.
При выборе пригодного растворителя количество осажденного продукта реакции обычно составляет менее 1% масс. в пересчете на общую массу смеси. Количество образующегося в конкретном растворителе осажденного продукта можно определять гравиметрически, для чего реакционную смесь до точки гелеобразования фильтруют через пригодный фильтр.
Пригодными растворителями являются известные из уровня техники растворители для полимеров на изоцианатной основе. При этом предпочтительными являются такие растворители, которые служат растворителем для компонентов (а1), (а2) и при необходимости (а3), то есть в реакционных условиях они с максимальной полнотой растворяют составляющие компонентов (а1), (а2) и при необходимости (а3). Растворитель предпочтительно инертен по отношению к компоненту (а1), то есть не способен реагировать с ним.
В качестве растворителя можно использовать, например, кетоны, альдегиды, алкилалканоаты, амиды, в частности, формамид или N-метилпирролидон, сульфоксиды, в частности, диметилсульфоксид, алифатические или циклоалифатические галогенированные углеводороды, галогенированные ароматические соединения или фторсодержащие простые эфиры. Пригодными являются также смеси двух или более указанных выше соединений.
Кроме того, в качестве растворителя можно использовать ацетали, в частности, диэтоксиметан, диметоксиметан или 1,3-диоксолан.
Кроме того, в качестве растворителя пригодны простые алкиловые эфиры и циклические простые эфиры. Предпочтительными простыми алкиловыми эфирами являются, в частности, эфиры с 2-6 атомами углерода, прежде всего метилэтиловый эфир, диэтиловый эфир, метилпропиловый эфир, метилизопропиловый эфир, пропилэтиловый эфир, этилизопропиловый эфир, дипропиловый эфир, пропилизопропиловый эфир, диизопропиловый эфир, метилбутиловый эфир, метилизобутиловый эфир, метил-трет-бутиловый эфир, этил-н-бутиловый эфир, этилизобутиловый эфир и этил-трет-бутиловый эфир. Предпочтительными циклическими простыми эфирами являются, в частности, тетрагидрофуран, диоксан и тетрагидропиран.
Предпочтительными растворителями являются также алкилалканоаты, в частности, метилформиат, метилацетат, этилформиат, бутилацетат и этилацетат. Предпочтительные галогенированные растворители описаны в международной заявке WO 00/24799 (текст со строки 12 на странице 4 по строку 4 на странице 5).
2
1
1
2
1
2
1
2
1
2
Предпочтительными растворителями являются альдегиды и/или кетоны. Пригодные в качестве растворителя альдегиды или кетоны, в частности, обладают общей формулой R-(CO)-R, в которой R и R означают водород или алкильные группы с одной, двумя, тремя или четырьмя атомами углерода. Пригодными альдегидами или кетонами являются, в частности, ацетальдегид, пропионовый альдегид, н-масляный альдегид, изомасляный альдегид, 2-этилмасляный альдегид, валериановый альдегид, изопентальдегид, 2-метилпентальдегид, 2-этилгексальдегид, акролеин, метакролеин, кротоновый альдегид, фурфураль, димер акролеина, димер метакролеина, 1,2,3,6-тетрагидробензальдегид, 6-метил-3-циклогексенальдегид, цианацетальдегид, сложный этиловый эфир глиоксалевой кислоты, бензальдегид, ацетон, диэтилкетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, метил-н-бутилкетон, этилизопропилкетон, 2-ацетилфуран, 2-метокси-4-метилпентан-2-он, циклогексанон и ацетофенон. Указанные выше альдегиды и кетоны можно использовать также в виде смесей. В качестве растворителей особенно предпочтительны кетоны и альдегиды с алкильными группами, число атомов углерода в которых не превышает трех. Еще более предпочтительными являются кетоны общей формулы R(CO)R, в которой R и R соответственно независимо друг от друга означают алкильную группу с 1-3 атомами углерода. В одном предпочтительном варианте кетон является ацетоном. В другом предпочтительном варианте по меньшей мере один из двух заместителей R и/или R означает алкильную группу по меньшей мере с двумя атомами углерода, то есть речь идет, в частности, о метилэтилкетоне. Использование указанных выше особенно предпочтительных кетонов в комбинации с предлагаемым в изобретении способом позволяет получать пористые материалы с особенно малым средним диаметром пор. Можно предполагать, что структура образующегося геля является особенно мелкопористой вследствие более высокого сродства указанных выше особенно предпочтительных кетонов, хотя не исключаются и другие возможные причины.
Во многих случаях особенно пригодными оказываются растворители в виде смеси двух или более полностью смешивающихся друг с другом соединений, выбранных из группы, включающей указанные выше растворители.
Перед превращением на стадии (а) реализуемого согласно изобретению метода предпочтительно выполняют подготовку компонентов (а1), (а2), при необходимости (а3) и при необходимости (а4), а также растворителя.
Приготовление компонента (а1), с одной стороны, а также компонента (а2), при необходимости компонента (а3) и при необходимости компонента (а4), с другой стороны, соответственно выполняют предпочтительно независимо друг от друга в пригодном частичном количестве растворителя. Раздельное приготовление способствует оптимальному контролю, соответственно управлению реакцией гелеобразования до и во время смешивания.
В случае использования воды в качестве компонента (а3) приготовление компонента (а3) особенно предпочтительно выполняют отдельно от приготовления компонента (а1). Это позволяет избежать сопровождаемого образованием сетчатой структуры превращения воды с компонентом (а1) без участия компонента (а2). В противном случае смешивание воды с компонентом (а1) обусловливало бы менее благоприятные свойства конечных материалов (однородности пористой структуры и теплопроводности).
Смесь(-и), приготавливаемая(-ые) до реализации стадии (а), может(-гут) содержать также обычные известные специалистам вспомогательные компоненты в качестве дополнительных ингредиентов. Речь при этом идет, например, о поверхностно-активных веществах, средствах для образования центров кристаллизации, стабилизаторах окисления, средствах, облегчающих извлечение изделий из формы, красителях, пигментах, стабилизаторах (например, против гидролиза, света, нагрева или изменения окраски), неорганических и/или органических наполнителях, упрочняющих материалах и биоцидах.
Более подробная информация, касающаяся указанных выше вспомогательных компонентов и добавок, приводится в специальной литературе, например, в справочнике Plastics Additives Handbook, 5-е издание, Н. Zweifel, издательство Hanser Publishers, Мюнхен, 2001, сс. 1 и 41-43.
Для реализации превращения на стадии (а) сначала необходимо сформировать гомогенную смесь компонентов, приготовленных до превращения на стадии (а).
Приготовление компонентов, подлежащих превращению на стадии (а), можно выполнять обычными методами. Для этой цели предпочтительно используют мешалку или иное смесительное устройство, обеспечивающее качественное и быстрое перемешивание. Промежуток времени, необходимый для формирования гомогенной смеси, должен быть меньше промежутка времени, в течение которого реакция гелеобразования сопровождается по меньшей мере частичным образованием геля, что позволяет избежать недостаточно полного перемешивания. Прочие условия перемешивания как правило не являются критичными: так, например, перемешивания можно осуществлять при температурах от 0 до 100°С и абсолютном давлении от 0,1 до 10 бар, в частности, например, при комнатной температуре и атмосферном давлении. По завершении приготовления гомогенной смеси смесительное устройство предпочтительно отключают.
Под реакцией гелеобразования подразумевают реакцию полиприсоединения, прежде всего реакцию полиприсоединения изоцианатных групп и амино- или гидроксильных групп.
Под гелем в соответствии с настоящим изобретением подразумевают сшитую систему на основе полимера, которая находится в контакте с жидкостью, то есть так называемый сольвогель или лиогель (соответственно аквагель или гидрогель, если жидкостью является вода). При этом полимерная фаза образует непрерывную пространственную сетчатую структуру.
На стадии (а) гель обычно образуется в результате выдерживания, например, простого отстаивания смеси в резервуаре, реакционном сосуде или реакторе, в котором она находится (ниже называемом желирующим устройством). Во время гелеобразования (желирования) смесь предпочтительно не перемешивают, поскольку перемешивание может помешать формированию геля. Смесь во время гелеобразования предпочтительно следует накрывать крышкой, соответственно герметично закрывать желирующее устройство.
Гелеобразование известно специалистам и описано, например, в международной заявке WO 2009/027310 (текст со строки 19 на странице 21 по строку 13 на странице 23).
На технологической стадии (b) удаляют растворитель (выполняют сушку). Сушку в принципе можно осуществлять в сверхкритических условиях предпочтительно после замещения растворителя диоксидом углерода или другим пригодным для сверхкритической сушки растворителем. Подобная сушка известна специалистам. Сверхкритические условия характеризуются температурой и давлением, при которых подлежащая удалению текучая фаза находится в сверхкритическом состоянии. Благодаря этому можно уменьшить усадку геля при удалении растворителя. Полученный методом сверхкритической сушки материал называют аэрогелем.
Однако с учетом технологической простоты предпочтительной является сушка, предусматривающая переведение содержащейся в полученном геле жидкости в газообразное состояние при температуре и давлении ниже критической температуры и критического давления присутствующей в геле жидкости. Полученный методом субкритической сушки материал называют ксерогелем.
Сушку полученного геля предпочтительно выполняют путем переведения растворителя в газообразное состояние при температуре и давлении ниже критической температуры и критического давления растворителя. В соответствии с этим сушку предпочтительно осуществляют путем удаления присутствовавшего при превращении растворителя без предшествующего замещения этого растворителя другим растворителем. Соответствующие методы также известны специалистам и описаны в международной заявке WO 2009/027310 (текст со строки 22 на странице 26 по строку 36 на странице 28).
Описанным выше методом получают органические пористые материалы, которые отличаются хорошими свойствами при использовании в качестве изоляционного материала.
3
3
3
3
Органический пористый материал, используемый в предлагаемых в изобретении композитных элементах в качестве изоляционной сердцевины, предпочтительно обладает плотностью в диапазоне от 70 до 300 кг/м, в частности, от 75 до 250 кг/м, более предпочтительно от 85 до 220 кг/м, особенно предпочтительно от 90 до 200 кг/м.
3
Таким образом, настоящее изобретение в предпочтительном варианте его осуществления относится к композитному элементу, включающему профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину из органического пористого материала, который обладает плотностью в диапазоне от 70 до 300 кг/м.
Кроме того, предпочтительные органические пористые материалы обладают термостабильностью, которая допускает возможность непрерывного формирования профилированного изделия вокруг изоляционной сердцевины, то есть указанные материалы стабильны, например, при экструдировании профилированного изделия. В соответствии с этим предпочтительные органические пористые материалы обладают термостабильностью, превышающей 160°С.
Таким образом, настоящее изобретение в предпочтительном варианте его осуществления относится к композитному элементу, включающему профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину из органического пористого материала, который обладает термостабильностью, превышающей 160°С.
Органические аэрогели и ксерогели, предпочтительно используемые в соответствии с изобретением, обладают комплексом свойств, который, во-первых, позволяет обеспечить хорошую теплоизоляцию композитных элементов, а, во-вторых, благодаря стабильности способствует простоте изготовления композитных элементов.
Таким образом, настоящее изобретение, в частности, позволяет получать изоляционную сердцевину надлежащего размера и формы, а затем формировать вокруг этой изоляционной сердцевины профилированное изделие. Это позволяет отказаться от использования трудоемкой технологии, требующей изготовления полого профиля, который затем заполняют изоляционным материалом.
Изоляционная сердцевина в общем случае может обладать любой необходимой формой, которая с точки зрения специалистов пригодна для целевого применения. Изоляционная сердцевина может обладать круглым и/или многогранным поперечным сечением. Кроме того, сердцевина может обладать равномерным или неравномерным конструктивным исполнением и может быть снабжена, например, выемками, пазами, гранями и т.д., которые могут располагаться относительно технологического направления параллельно или перпендикулярно.
Изоляционная сердцевина в общем случае обладает габаритными размерами в диапазоне от 5 до 250 мм, предпочтительно от 10 до 150 мм, особенно предпочтительно от 15 до 100 мм, в частности, от 20 до 80 мм, причем в случае неравномерных сердцевин под габаритными размерами подразумевают наибольшие удаления соответствующих крайних точек друг от друга.
Изготовленный согласно изобретению композитный элемент в предпочтительном варианте исполнения содержит точно одну изоляционную сердцевину из органического пористого материала. Согласно изобретению композитный элемент может иметь также две, три или четыре сердцевины из органического пористого материала. В случае если изготовленный согласно изобретению композитный элемент включает две, три или четыре сердцевины, последние могут обладать одинаковой или разной формой. Кроме того, согласно изобретению возможен вариант исполнения композитного элемента, предусматривающий наличие по меньшей мере одной изоляционной сердцевины из органического пористого материала и по меньшей мере одной другой изоляционной сердцевины из другого материала, например, пенополиуретана.
Предлагаемый в изобретении композитный элемент включает профилированное изделие, которое в принципе может состоять из любого пригодного материала, в частности, из перерабатываемых в термопластичном состоянии материалов или из алюминия.
При этом профилированное изделие окружает изоляционную сердцевину частично или полностью, предпочтительно полностью. Кроме того, в предпочтительном варианте исполнения профилированное изделие имеет соединенные с ним ребра.
Толщина профилированного изделия, соответственно толщина профилированного изделия вместе с ребрами, которыми при необходимости оно снабжено, в общем случае составляет от 1 до 20 мм, предпочтительно от 2 до 15 мм, особенно предпочтительно от 3 до 10 мм, причем профилированное изделие и ребра могут обладать разной или одинаковой толщиной. В предпочтительном варианте исполнения оболочка или ребра в разных местах профилированного изделия обладают разной толщиной, причем значения толщины в продольном направлении являются одинаковыми, а в поперечном направлении они могут отличаться друг от друга. Это зависит, например, от придаваемой профилированному изделию, формы, которая, в свою очередь, определяется последующим применением.
Профилированное изделие композитного элемента, подлежащего изготовлению согласно настоящему изобретению, предпочтительно содержит по меньшей мере один термопластичный материал. Пригодные термопластичные материалы известны специалистам и выбраны, например, из группы, включающей полиолефины, в частности, сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС), полиметилметакрилат, полиэтилен, полипропилен, полистирол или поливинилхлорид, поликонденсаты, в частности, полиамиды (например, полиамид 6 или полиамид 6,6), полилактат, поликарбонаты, сложные полиэфиры, в частности, полиэтилентерефталат, простой полиэфирэфиркетон, продукты полиприсоединения, в частности, термопластичный полиуретан, древесно-пластиковые композиты и смеси указанных материалов. В особенно предпочтительном варианте оболочка изготавливаемого согласно изобретению профилированного изделия содержит поливинилхлорид. Поливинилхлорид и его получение путем полимеризации винилхлорида известны специалистам.
Таким образом, настоящее изобретение в предпочтительном варианте его осуществления относится к композитному элементу, включающему профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину указанного выше типа, причем профилированное изделие состоит из поливинилхлорида или алюминия.
Изобретение в особенно предпочтительном варианте его осуществления относится к композитному элементу, включающему профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину указанного выше типа, причем профилированное изделие состоит из поливинилхлорида.
В предпочтительном варианте исполнения профилированное изделие содержит термопластичный материал с точкой плавления ниже 220°С.
Согласно изобретению предлагаемый в изобретении композитный элемент можно изготавливать в разных режимах, например, в непрерывном или периодическом режиме, причем предпочтительным является непрерывный режим изготовления.
Согласно изобретению изготовление предлагаемых в изобретении композитных элементов в принципе можно осуществлять разными методами при условии, что это позволяет помещать изоляционную сердцевину в профилированное изделие с точной припасовкой.
При этом профилированное изделие предпочтительно формируют вокруг изоляционной сердцевины. Это позволяет упростить технологию изготовления предлагаемого в изобретении композитного элемента, облегчая формование полых тел в профилированном изделии, поскольку изоляционная сердцевина определяет форму полого тела.
2
В соответствии с этим настоящее изобретение относится также к непрерывному способу изготовления композитного элемента, включающего профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм, причем профилированное изделие формируют вокруг изоляционной сердцевины.
Таким образом, согласно изобретению предоставляется возможность изготовления обладающей необходимой формой изоляционной сердцевины, ее хранения и последующей переработки.
При этом формирование профилированного изделия можно выполнять разными методами, например, посредством экструдера, особенно предпочтительно посредством экструдера с кольцевым формующим инструментом.
В соответствии с этим настоящее изобретение в предпочтительном варианте его осуществления относится к способу изготовления композитного элемента, включающего профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину указанного выше типа, причем профилированное изделие непрерывно формируют вокруг изоляционной сердцевины посредством экструдера с кольцевым формующим инструментом.
Изобретение в другом варианте его осуществления относится к способу изготовления композитного элемента, включающего профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину указанного выше типа, причем вокруг изоляционной сердцевины формируют профилированное изделие из нескольких частей.
При этом согласно изобретению вокруг изоляционной сердцевины, например, можно формировать профилированное изделие из нескольких предварительно сформованных частей, однако возможен также другой вариант, согласно которому предварительно формуют часть профилированного изделия, вкладывают в нее изоляционную сердцевину, а затем замыкают профилированное изделие, например, посредством экструдера.
В случае если профилированное изделие формируют вокруг изоляционной сердцевины из нескольких предварительно сформованных частей, отдельные части профилированного изделия можно соединять друг с другом разными методами, например, склеиванием, свариванием или посредством хомутов.
Таким образом, профилированное изделие предпочтительно можно формировать из пригодного для термопластичной переработки материала, например, поливинилхлорида.
В соответствии с этим настоящее изобретение в предпочтительном варианте его осуществления относится к способу изготовления композитного элемента, включающего профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину указанного выше типа, причем профилированное изделие состоит из поливинилхлорида.
Изготовление композитного элемента согласно изобретению предпочтительно можно осуществлять посредством экструдера с кольцевым формующим инструментом. Соответствующий способ предусматривает введение изоляционной сердцевины в экструдер с присоединенным к нему экструзионным мундштуком, предназначенным для изготовления кольцевых профилей, и изоляционную сердцевину заключают в оболочку в виде профилированного изделия по меньшей мере из одного термопластичного материала, получая готовый композитный элемент.
При этом изоляционную сердцевину вводят в экструдер, оснащенный мундштуком, форма которого аналогична форме профилированного изделия. В экструдере предназначенный для формирования оболочки термопластичный материал в расплавленном состоянии наносят на сердцевину. Варианты конструктивного исполнения подобного используемого согласно изобретению экструдера известны специалистам и приведены, например, в международной заявке WO 2009/098068.
Предлагаемый в изобретении способ предпочтительно осуществляют при температуре плавления термопластичного материала, из которого состоит профилированное изделие, например, в температурном интервале от 100 до 220°С, особенно предпочтительно от 130 до 190°С.
Температура затвердевания термопластичного материала после выхода из экструдера предпочтительно составляет, например, от 25 до 180°С, предпочтительно от 50 до 150°С.
Экструдирование термопластичных материалов известно специалистам и описано, например, в „Einführung in die Kunststoffverarbeitung”, 5-е издание, сентябрь 2006, сс. 87-180 (Walter Michaeli, издательство Hanser Fachbuch).
В случае если согласно изобретению в профилированное изделие вводят армирующий материал, последний можно подавать в экструдер в виде готового формованного материала, например, в виде ленты. В другом варианте осуществления изобретения армирующий материал экструдируют в экструдере одновременно с оболочкой в виде профилированного изделия. При этом армирующий материал подают в экструдер предпочтительно в расплавленном состоянии.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения армирующий материал обладает размерами, которые определяются размерами профилированного изделия и которые придают армированному профилированному изделию максимально высокую стабильность. При этом армирование выполняют таким образом, чтобы теплопередача внутри профилированного изделия, например, внутри оконных или дверных рам, была незначительной или по крайней мере не возрастала.
Согласно изобретению профилированное изделие вокруг изоляционной сердцевины можно формировать также в периодическом режиме, например, из нескольких предварительно сформованных частей, причем отдельные части профилированного изделия можно соединять друг с другом разными методами, например, склеиванием, свариванием или посредством хомутов.
Согласно изобретению можно использовать также альтернативную технологию, в соответствии с которой сначала осуществляют полное изготовление профилированного изделия, а затем в предварительно сформованные полости вводят изоляционную сердцевину. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения формирование профилированного изделия вокруг изоляционной сердцевины не предусматривается.
В соответствии с данным технологическим вариантом изоляционную сердцевину можно вводить в профилированное изделие обычными методами, например, путем засасывания или вталкивания, предпочтительно путем вталкивания.
2
Таким образом, настоящее изобретение относится также к альтернативному варианту способа изготовления композитного элемента, включающего профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм, причем изоляционную сердцевину вталкивают в профилированное изделие.
Предлагаемые в изобретении композитные элементы обладают низкой теплопроводностью при остающейся на неизменном уровне толщине изоляции, в связи с чем они пригодны для использования в качестве строительных деталей, например, окон или дверей.
2
При указанном применении удается соблюдать предельные значения коэффициента теплопередачи (в Вт/м⋅K) для отдельных элементов обшивки зданий (стен, окон), что способствует хорошей теплоизоляции.
2
Таким образом, настоящее изобретение относится также к применению органического пористого материала с определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм в качестве изоляционного материала в профилированных изделиях.
В соответствии с этим настоящее изобретение в предпочтительном варианте его осуществления относится к применению органического пористого материала в качестве изоляционного материала в профилированных изделиях указанного выше типа, причем профилированные изделия используют для изготовления окон, дверей, холодильников, холодильных прилавков или элементов конструкции фасадов.
Настоящее изобретение в другом варианте его осуществления относится также к применению предлагаемого в изобретении композитного элемента или композитного элемента, который может быть изготовлен предлагаемым в изобретении способом, для изготовления окон, дверей, холодильников, холодильных прилавков или элементов конструкции фасадов.
Предлагаемые в изобретении композитные элементы пригодны для изготовления различных строительных деталей, например, окон.
2
Таким образом, настоящее изобретение в другом варианте его осуществления относится, в частности, также к окну, содержащему композитный элемент, включающий профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм.
Ниже в качестве примера приведены варианты осуществления изобретения, не ограничивающие его объема. В частности, изобретение включает также те варианты осуществления, которые вытекают из последующего описания, и их комбинации.
2
1. Композитный элемент, включающий профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм.
2. Композитный элемент согласно варианту осуществления изобретения 1, причем органический пористый материал выбран из группы, включающей органические ксерогели или органические аэрогели или комбинации двух или более указанных гелей.
3. Композитный элемент согласно варианту осуществления изобретения 1 или 2, причем органический пористый материал выбран из группы, включающей органические ксерогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида, органические аэрогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида или комбинации двух или более указанных гелей.
3
4. Композитный элемент согласно одному из вариантов осуществления изобретения 1-3, причем органический пористый материал обладает плотностью в диапазоне от 70 до 300 кг/м.
5. Композитный элемент согласно одному из вариантов осуществления изобретения 1-4, причем органический пористый материал обладает термостабильностью, превышающей 160°С.
6. Композитный элемент согласно одному из вариантов осуществления изобретения 1-5, причем профилированное изделие состоит из поливинилхлорида или алюминия.
2
7. Непрерывный способ изготовления композитного элемента, включающего профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм, причем профилированное изделие формируют вокруг изоляционной сердцевины.
8. Способ согласно варианту осуществления изобретения 7, причем профилированное изделие непрерывно формируют вокруг изоляционной сердцевины посредством экструдера с кольцевым формующим инструментом.
9. Способ согласно варианту осуществления изобретения 7, причем профилированное изделие вокруг изоляционной сердцевины формируют из нескольких частей.
10. Способ согласно одному из вариантов осуществления изобретения 7-9, причем профилированное изделие состоит из поливинилхлорида.
2
11. Применение органического пористого материала с определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм в профилированных изделиях в качестве изоляционного материала.
12. Применение согласно варианту осуществления изобретения 11, причем профилированные изделия используют для изготовления окон, дверей, холодильников, холодильных прилавков или элементов конструкции фасадов.
13. Применение композитного элемента согласно одному из вариантов осуществления изобретения 1-6 или композитного элемента, который может быть изготовлен способом согласно одному из вариантов осуществления изобретения 7-10, для изготовления окон, дверей, холодильников, холодильных прилавков или элементов конструкции фасадов.
2
14. Композитный элемент, включающий профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм и выбранного из группы, включающей органические ксерогели или органические аэрогели или комбинации двух или более указанных гелей.
2
15. Композитный элемент, включающий профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм и выбранного из группы, включающей органические ксерогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида, органические аэрогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида или комбинации двух или более указанных гелей.
2
3
16. Композитный элемент, включающий профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм и выбранного из группы, включающей органические ксерогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида, органические аэрогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида или комбинации двух или более указанных гелей, причем органический пористый материал обладает плотностью в диапазоне от 70 до 300 кг/м.
2
17. Композитный элемент, включающий профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм и выбранного из группы, включающей органические ксерогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида, органические аэрогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида или комбинации двух или более указанных гелей, причем органический пористый материал обладает термостабильностью, превышающей 160°С.
18. Композитный элемент согласно варианту осуществления изобретения 17, причем профилированное изделие состоит из поливинилхлорида или алюминия.
2
19. Композитный элемент, включающий профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм и выбранного из группы, включающей органические ксерогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида, органические аэрогели на основе полиуретана, полиизоцианурата или поликарбамида или комбинации двух или более указанных гелей, причем профилированное изделие состоит из поливинилхлорида или алюминия.
2
20. Непрерывный способ изготовления композитного элемента, включающего профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм, причем профилированное изделие непрерывно формируют вокруг изоляционной сердцевины посредством экструдера с кольцевым формующим инструментом.
2
21. Способ изготовления композитного элемента, включающего профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм, причем изоляционную сердцевину вталкивают в профилированное изделие.
2
22. Окно, содержащее композитный элемент, включающий профилированное изделие и по меньшей мере частично окруженную профилированным изделием изоляционную сердцевину, причем изоляционная сердцевина состоит из органического пористого материала, обладающего определяемой согласно стандарту DIN 12667 теплопроводностью в диапазоне от 13 до 30 мВт/м⋅K и определяемым согласно стандарту DIN 53421 пределом прочности при сжатии более 0,20 Н/мм.
23. Применение композитного элемента согласно одному из вариантов осуществления изобретения 14-19 или композитного элемента, который может быть изготовлен способом согласно одному из вариантов осуществления изобретения 20-22, для изготовления окон, дверей, холодильников, холодильных прилавков или элементов конструкции фасадов.
Приведенные ниже примеры служат для более подробного пояснения изобретения, и никоим образом не ограничивают объем притязаний относительно объектов настоящего изобретения.
Примеры
Пример получения аэрогеля
1. Исходные вещества
Для получения гелей используют следующие соединения.
Компонент а1: олигомерный дифенилметандиизоцианат (Lupranat М200), ниже обозначаемый соединением М200, с содержанием изоцианатных групп 30,9 г на 100 г (определение согласно стандарту ASTM D-5155-96 А), функциональностью в диапазоне от трех и вязкостью 2100 мПа⋅с (определение при 25°С согласно стандарту DIN 53018).
Компонент а2: 3,3',5,5'-тетраэтил-4,4'-диаминодифенилметан (соединение MDEA).
Катализаторы: бутилдиэтаноламин, метилдиэтаноламин.
2. Пример получения 1
80 г соединения М200 в химическом стакане при 20°С и перемешивании растворяют в 220 г 2-бутанона. Во втором химическом стакане 8 г соединения MDEA, 8 г бутилдиэтаноламина и 1 г воды растворяют в 220 г 2-бутанона. Оба раствора смешивают на стадии (а). Получают прозрачную низковязкую смесь. Смесь оставляют отверждаться при комнатной температуре в течение 24 часов. Затем гель выгружают из химического стакана и сушат в автоклаве путем экстракции растворителя сверхкритическим диоксидом углерода.
Гель в виде монолита выгружают из химического стакана и переводят в автоклав объемом 25 литров. Автоклав заполняют ацетоном (чистота более 99%) таким образом, чтобы монолит был полностью покрыт ацетоном, и автоклав герметично закрывают. Благодаря этому удается предотвратить усадку монолита вследствие испарения органического растворителя, происходящего прежде чем монолит войдет в контакт со сверхкритическим диоксидом углерода. Монолит в течение 24 часов сушат в токе диоксида углерода. Давление (в системе сушки) составляет от 115 до 120 бар, температура составляет 40°С. В конце сушки давление в системе в течение около 45 минут при температуре 40°С контролированно снижают до атмосферного. Автоклав открывают и выгружают высушенный монолит.
Полученный пористый материал обладает плотностью 150 г/л.
Теплопроводность (λ) определяют согласно стандарту DIN EN 12667 с помощью пластинчатого прибора Lambda Control А50 фирмы Hesto. Теплопроводность материала при 10°С составляет 20,0 мВт/м⋅K.
2
Прочность при растяжении, определяемая согласно стандарту DIN 53292, составляет 0,87 Н/мм.
2
Модуль упругости, определяемый согласно стандарту DIN 53292, составляет 15,3 Н/мм.
3. Пример получения 2
80 г соединения М200 в химическом стакане при 20°С и перемешивании растворяют в 220 г 2-бутанона. Во втором химическом стакане 8 г соединения MDEA, 8 г бутилдиэтаноламина и 1 г воды растворяют в 220 г 2-бутанона. Оба раствора смешивают на стадии (а). Получают прозрачную низковязкую смесь. Смесь оставляют отверждаться при комнатной температуре в течение 24 часов. Затем гель выгружают из химического стакана и сушат в автоклаве путем экстракции растворителя сверхкритическим диоксидом углерода.
Гель в виде монолита выгружают из химического стакана и переводят в автоклав объемом 25 литров. Автоклав заполняют ацетоном (чистота более 99%) таким образом, чтобы монолит был полностью покрыт ацетоном, и автоклав герметично закрывают. Благодаря этому удается предотвратить усадку монолита вследствие испарения органического растворителя, происходящего прежде чем монолит войдет в контакт со сверхкритическим диоксидом углерода. Монолит в течение 24 часов сушат в токе диоксида углерода. Давление (в системе сушки) составляет от 115 до 120 бар, температура составляет 40°С. В конце сушки давление в системе в течение около 45 минут при температуре 40°С контролированно снижают до атмосферного. Автоклав открывают и выгружают высушенный монолит.
Полученный пористый материал обладает плотностью 153 г/л.
Теплопроводность (λ) определяют согласно стандарту DIN EN 12667 с помощью пластинчатого прибора Lambda Control А50 фирмы Hesto. Теплопроводность материала при 10°С составляет 21,0 мВт/м⋅K.
2
Предел прочности при сжатии, определяемый согласно стандарту DIN 53421 при деформации 5,3%, составляет 0,64 Н/мм.
2
Модуль упругости составляет 31 Н/мм.
4. Пример получения 3
80 г соединения М200 в химическом стакане при 20°С и перемешивании растворяют в 250 г этилацетата. Во втором химическом стакане 8 г соединения MDEA и 8 г метилдиэтаноламина растворяют в 250 г этилацетата. Оба раствора смешивают на стадии (а). Получают прозрачную низковязкую смесь. Смесь оставляют отверждаться при комнатной температуре в течение 24 часов. Затем гель выгружают из химического стакана и сушат в автоклаве путем экстракции растворителя сверхкритическим диоксидом углерода.
Гель в виде монолита выгружают из химического стакана и переводят в автоклав объемом 25 литров. Автоклав заполняют ацетоном (чистота более 99%) таким образом, чтобы монолит был полностью покрыт ацетоном, и автоклав герметично закрывают. Благодаря этому удается предотвратить усадку монолита вследствие испарения органического растворителя, происходящего прежде чем монолит войдет в контакт со сверхкритическим диоксидом углерода. Монолит в течение 24 часов сушат в токе диоксида углерода. Давление (в системе сушки) составляет от 115 до 120 бар, температура составляет 40°С. В конце сушки давление в системе в течение около 45 минут при температуре 40°С контролированно снижают до атмосферного. Автоклав открывают и выгружают высушенный монолит.
Полученный пористый материал обладает плотностью 110 г/л.
Теплопроводность (λ) определяют согласно стандарту DIN EN 12667 с помощью пластинчатого прибора Lambda Control А50 фирмы Hesto. Теплопроводность материала при 10°С составляет 20,0 мВт/м⋅К.
2
Предел прочности при сжатии, определяемый согласно стандарту DIN 53421 при деформации 10%, составляет 0,52 Н/мм.