Полимерные пенокомпозиты, которые удовлетворяют требованиям стандарта factory material 4880 - RU2315787C2

Описание

Настоящее изобретение относится к пенокомпозитам на основе полиуретана и полиизоцианурата, которые в достаточной степени обладают пламегасящими свойствами для того, чтобы успешно проходить испытание на возгорание в углу помещения (RCBT) по Единым строительным нормам и правилам (UBC) 26-3 в его частях, относящихся как к стенам, так и к потолку, и удовлетворять требованиям стандарта Factory Mutual (FM) 4880.

Полимерные пенокомпозиты включают полимерный пеноматериал с противолежащими основными поверхностями и материал облицовки, расположенный, по меньшей мере, на одной основной поверхности. Полимерные пенокомпозиты пригодны в качестве тепло- и звукоизоляции при строительстве зданий. В особенности желательны полимерные пенокомпозиты, которые удовлетворяют требованиям стандарта FM4880, поскольку правительственные органы, такие как Международная конференция должностных лиц, связанных со строительством, (ICBO), указала на них как на подходящие для объектов, подвергающихся воздействию условий окружающей среды. Объекты, подвергающиеся воздействию условий окружающей среды, включают стены и потолки в помещениях, в которых между помещением и пенокомпозитом нет изолирующих слоев, таких как гипсокартон.

Для удовлетворения требований стандарта FM 4880 полимерный пенокомпозит (PFC) должен как характеризоваться величиной параметра распространения пламени, меньшей 0,39, в аппарате для маломасштабного испытания на воспламеняемость по стандарту Factory Mutual, так и успешно проходить испытание UBC 26-3 RCBT. Успешное прохождение испытания RCBT в особенности трудно. В испытании RCBT имеются два уровня оценки - часть, относящаяся к стенам, и часть, относящаяся к потолку, при этом из данных двух наиболее трудно успешно пройти испытание в случае части, относящейся к потолку. Успешно пройти испытание RCBT в его частях, относящихся как к стенам, так и к потолку, более трудно, чем, например, испытание по ASTM E-84 Class I. Испытание RCBT имеет тенденцию приводить к получению более высоких температур, и оно отличается более строгими требованиями к дымообразованию, чем испытание по ASTM E-84 Class I.

В настоящее время PFC, который успешно проходит испытание RCBT в его частях, относящихся как к стенам, так и к потолку, требует наличия пеноматериала, содержащего композицию остаточных пенообразователей, которая главным образом содержит пенообразователи на основе хлорфторуглеродов (CFC), хлорфторуглеводородов (HCFC) либо комбинации как CFC, так и HCFC. Однако нормативно-правовые действия в различных странах по всему миру ограничивают использование пенообразователей на основе CFC и HCFC при получении полимерного пеноматериала.

Желателен PFC, который успешно проходит испытание RCBT в его частях, относящихся как к стенам, так и к потолку, и который включает полимерный пеноматериал, содержащий композицию остаточных пенообразователей, которая содержала бы менее 50 массовых процентов (процентов (масс.)) пенообразователей на основе CFC и HCFC в расчете на полную массу композиции остаточных пенообразователей. Более желательна такая пенообразующая композиция, которая не содержала бы пенообразователей на основе CFC либо HCFC. Еще более желательна такая пенообразующая композиция, которая не содержала бы галогенированных пенообразователей.

В одном аспекте настоящее изобретение представляет собой полимерный пенокомпозит, включающий полимерный пеноматериал, выбираемый из пенополиуретановой смолы (PUR) и пенополиизоциануратной смолы (PIR), который имеет противолежащие переднюю и заднюю поверхности, при этом упомянутый пеноматериал содержит: (а) галогены с концентрацией, по меньшей мере, равной 4 массовым процентам (процентам (масс.)) в расчете на массу пеноматериала, где, по меньшей мере, 10 массовых процентов, концентрации галогенов, составляет высокогалогенированное соединение; (b) фосфор с концентрацией, по меньшей мере, равной 0,25 массового процента в расчете на массу пеноматериала; (с) композицию остаточных пенообразователей, в расчете на массу композиции остаточных пенообразователей содержащую менее 50 процентов пенообразователей (пенообразователя) на основе хлорфторуглеродов и хлорфторуглеводородов; (d) негорючие волокна при средней концентрации, по меньшей мере, равной одному массовому проценту в расчете на объединенную массу пеноматериала и волокна, в пределах 0,125 дюйма (3,2 миллиметра) от передней поверхности пеноматериала; и (е) облицовочный лист, прикрепленный, по меньшей мере, к передней поверхности, при этом упомянутый облицовочный лист включает подвергающийся воздействию условий окружающей среды металлический лист, где указанный полимерный пенокомпозит успешно проходит испытание на возгорание в углу помещения по Единым строительным нормам и правилам 16-3 в его частях, относящихся как к стенам, так и к потолку, и соответствует квалификации для получения одобрения с позиций стандарта Factory Mutual 4880.

Во втором аспекте настоящее изобретение представляет собой способ получения полимерного пенокомпозита по пункту 1 формулы изобретения, включающий стадии: (i) подачи нижнего облицовочного листа и верхнего облицовочного листа таким образом, чтобы верхний облицовочный лист располагался бы сверху и по существу плоскопараллельно по отношению к нижнему облицовочному листу; (ii) размещения компонента, образуемого негорючими волокнами между облицовочными листами; (iii) размещения вспениваемой смеси, выбираемой из вспениваемых смесей на основе PUR и PIR между верхним и нижним облицовочными листами; (iv) сдавливания верхнего и нижнего облицовочных листов при пропускании через калибрующий зазор с обеспечением проникновения вспениваемой смеси в компонент, образуемый волокнами; и (v) вспенивания вспениваемой смеси с получением полимерного пеноматериала; где данный способ отличается тем, что стадии (i) и (ii) могут проходить одновременно; стадии (ii) и (iii) могут проходить в любом порядке по отношению друг к другу; по меньшей мере, один из облицовочных листов включает подвергающийся воздействию условий окружающей среды металлический лист; при этом вспениваемая смесь содержит композицию пенообразователей, в расчете на массу пенообразователей содержащую менее 50 массовых процентов пенообразователей на основе хлорфторуглеродов и хлорфторуглеводородов, а также содержит галоген, фосфор и высокогалогенированное соединение в количествах, достаточных для того, чтобы обеспечить получение пеноматериала, удовлетворяющего требованию пункта 1 формулы изобретения.

Задачей настоящего изобретения является получение полимерного пеноматериала и пенокомпозита, который содержит композицию остаточных пенообразователей, которая содержит менее 50 массовых процентов пенообразователей на основе CFC и HCFC, которая предпочтительно содержит, главным образом, негалогенированные пенообразователи, которая более предпочтительно не содержит галогенированных пенообразователей, и который успешно проходит испытание RCBT и удовлетворяет требованиям для получения одобрения с позиций стандарта FM 4880.

PFC настоящего изобретения находят себе применение в качестве звуко- и теплоизоляции.

Настоящее изобретение представляет собой результат открытия того, что PFC, включающий пеноматериал на основе PUR либо PIR, содержащий композицию остаточных пенообразователей, которая в расчете на массу остаточных пенообразователей содержит менее 50 массовых процентов пенообразователей на основе CFC и HFC, может успешно проходить испытание RCBT в его частях, относящихся как к стенам, так и к потолку, и удовлетворять требованиям стандарта MF 4880. PFC настоящего изобретения имеют противолежащие основные поверхности, которые выступают в роли передней и задней поверхностей. Основная поверхность предмета представляет собой поверхность, имеющую наибольшие размеры. Противолежащие основные поверхности предмета могут иметь одинаковые либо различные размеры при том условии, что, по меньшей мере, одна из них имеет максимальные размеры предмета. В случае испытания RCBT для PFC переднюю поверхность обращают к горящему помещению, а заднюю поверхность обращают к стене либо потолку.

Облицовочные листы, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают любые облицовочные листы, известные для конструкций из пенокомпозитов на основе PIR и PUR. Однако облицовочный лист на передней поверхности PFC настоящего изобретения включает подвергающийся воздействию условий окружающей среды металлический лист. «Подвергающийся воздействию условий окружающей среды металлический лист» находится на поверхности облицовочного листа и в случае, если он представляет собой часть PFC, остается видимым на поверхности PFC. Примеры подходящих облицовочных листов включают такие облицовочные листы, как те, что упоминаются в патенте Соединенных Штатов (USP) 4572865 (во фрагменте от столбца 15, строки 60 до столбца 16, строки 9), USP 5789458 (во фрагменте в столбце 12, строки 20-35) и USP 6030559 (во фрагменте в столбце 4, строках 50-65), металлические листы и металлические листы в комбинации с любыми облицовочными листами в упомянутых выше патентах. В особенности желательными являются облицовочные листы, которые улучшают теплостойкость PFC, улучшают пламегасящие свойства PFC либо позволяют добиться и того, и другого сразу. Примеры таких облицовочных листов включают металлические листы либо металлические листы, ламинированные на огнезащитную бумагу, сетчатые холсты или фибролиты. Наиболее желательно, чтобы облицовочный лист был бы металлическим листом, таким как алюминиевая фольга, вследствие присущих ему пламегасящих свойств, армирующей способности, доступности и легкости изготовления. Одним в особенности желательным облицовочным листом является ламинат металлического листа и компонента, образуемого негорючим волокном, таким как невспенивающийся фибролит или сетчатый холст.

PFC настоящего изобретения, кроме того, включают пеноматериал на основе PUR либо PIR. Для получения пеноматериалов на основе PUR и PIR требуется получить вспениваемую смесь на основе PUR либо PIR, а после этого провести вспенивание данной смеси. Вспениваемые смеси на основе PUR и PIR содержат смесь органического полиизоцианата, полиола, катализатора, пенообразователя и предпочтительно поверхностно-активного вещества.

Пеноматериалы на основе PUR и PUR различаются своим изоцианатным индексом. Пеноматериалы на основе PUR обычно характеризуются изоцианатным индексом в диапазоне 100-200, в то время как пеноматериалы на основе PIR характеризуются изоцианатным индексом, превышающим 200. Изоцианатный индекс представляет собой отношение в виде количества молей изоцианатных функциональностей, поделенного на количество молей функциональностей, обладающих реакционной способностью по отношению к изоцианату, выраженное в процентах:

Изоцианатный индекс = 100 × (моли изоцианатных функциональностей)/(моли функциональностей, обладающих реакционной способностью по отношению к изоцианату)

«Функциональности, обладающие реакционной способностью по отношению к изоцианату» вступают в реакцию с изоцианатными функциональностями и включают, например, функциональности -ОН.

Желательно, чтобы PFC настоящего изобретения включали бы пеноматериал на основе PIR, предпочтительно характеризующийся изоцианатным индексом в диапазоне 200-600, более предпочтительно 300-600, еще более предпочтительно 400-500 и даже более предпочтительно 450-500.

Органические изоцианаты, полиолы и катализаторы, которые пригодны для использования при получении пеноматериалов на основе PUR и PIR, включают любые соединения из тех, что известны на современном уровне техники. Например, каждая из работ USP 5789458; USP 5605940; и USP 5362764 описывает органические изоцианаты, полиолы и катализаторы, которые пригодны для получения пеноматериала на основе PUR либо PIR, подходящего для использования в настоящем изобретении.

В общем случае подходящие органические изоцианаты включают органические ди- либо полиизоцианаты, такие как циклоалифатические, аралифатические, ароматические и гетероциклические полиизоцианаты и их комбинации, характеризующиеся наличием в одной молекуле двух или более изоцианатных групп. Подходящими органическими изоцианатами являются все органические изоцианаты, содержащие гетероатомы, такие как изоцианаты, полученные на основе меламина, модифицированные полиизоцианаты, такие как квазифорполимеры с концевыми карбодиимидными либо изоциануратными и изоцианатными группами. В особенности желательно, чтобы органическими изоцианатами являлись бы 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианат и его смеси (TDI), 2,4'-, 2,2'- и 4,4'-дифенилметандиизоцианат (MDI), полиметиленполифениленполиизоцианаты (полимерные MDI) и их смеси.

В общем случае подходящие полиолы включают полиэфирполиолы на основе сложных эфиров; полиэфирполиолы на основе простых эфиров и их смеси. Желательно, чтобы полиол включал бы полиэфирполиол на основе сложного эфира, даже еще более желательно ароматический полиэфирполиол на основе сложного эфира. Предпочтительно полиол включает полиол, содержащий галоген, фосфор либо и то, и другое для того, чтобы улучшить пламегасящие свойства пеноматериала на основе PIR и PUR. Примеры галогенированных полиолов включают тетрабромфталатдиол. Примеры фосфорсодержащих полиолов включают фосфатполиол, фосфитполиолы, фосфонатполиолы, фосфинатполиолы, фосфорамидаты, полифосфорполиолы, фосфинилполиэфирполиолы на основе простых эфиров и полигидроксилсодержащие фосфиноксиды. Одна желательная смесь полиолов содержит 89 массовых процентов полиэфирполиола на основе сложных эфиров и 11 массовых процентов галогенированного диола, такого как тетрабромфталатдиол, где массовый процент рассчитывается на массу смеси полиолов.

Для использования в настоящем изобретении подходящим является любой катализатор, который будет вызывать прохождение реакции между изоцианатом и полиолом. Подходящие катализаторы включают соли щелочных металлов и третичные амины. Примеры подходящих солей щелочных металлов включают натриевые соли, предпочтительно калиевые соли и аммониевые соли, органических карбоновых кислот, в подходящем случае имеющих от 1 до 8 атомов углерода, предпочтительно 1 либо 2 атома углерода, например соли муравьиной кислоты, уксусной кислоты, пропионовой кислоты либо октановой кислоты, и трис(диалкиламиноэтил)-, трис(диметиламинопропил)-, трис(диметиламинобутил)- и соответствующие трис(диэтиламиноалкил)-s-гексагидротриазины. Некоторые из наиболее популярных катализаторов включают формиат (триметиламинобутил)аммония, октаноат (триметил-2-гидроксипропил)аммония, ацетат калия, формиат калия и трис(диметиламинопропил)-s-гексагидротриазин. Примеры подходящих третичных аминов включают 1,3,5-трис(N,N-диметиламинопропил)-s-гексагидротриазин, о- и п-(диметиламинометил)фенолы и 2, 4,6-трис(диметиламинометил)фенол.

В общем случае вспениваемая смесь содержит от 0,1 до 20, а предпочтительно от 0,3 до 10 массовых процентов катализатора в расчете на массу вспениваемой смеси.

Композиции пенообразователей могут содержать индивидуальный пенообразователь или комбинацию пенообразователей. Пенообразователи, подходящие для использования при получении PFC настоящего изобретения, включают любые соединения из тех, что известны на современном уровне техники, при том условии, что в расчете на полную массу пенообразователей композиция пенообразователей менее чем на 50 массовых процентов состоит из пенообразователей на основе CFC и HCFC.

Обычные пенообразователи включают галогенированные, частично галогенированные и негалогенированные углеводороды, простые эфиры и сложные эфиры; диоксид углерода; азот; воду; и легколетучие органические вещества и/или соединения, которые разлагаются с высвобождением газов (например, азосоединения). В случае присутствия воды предпочтительно ее наличие с концентрацией, равной одному массовому проценту или менее, более предпочтительно 0,5 массового процента или менее, в расчете на массу вспениваемой смеси. Углеводородные пенообразователи включают алифатические либо циклоалифатические углеводороды, имеющие от четырех до семи атомов углерода (С₄-С₇ углеводороды). Примеры С₄-С₇ углеводородов включают бутан, изобутан, н-пентан, изопентан, циклопентан, гексан, циклогексан и гептан. При давлении, равном одной атмосфере, желательно, чтобы пенообразователи имели бы температуру кипения в диапазоне от минус 50°С до 100°С, предпочтительно от минус 50°С до 50°С, а наиболее предпочтительно от минус 50°С до 38°С.

Галогенированные углеводороды включают CFC, HCFC, фторуглероды, фторуглеводороды (HFC), хлоруглероды и хлоруглеводороды. Примеры HCFC включают 1, 1-дихлор-1-фторэтан (HCFC 141b), 1,1-дихлор-2,2,2-трифторэтан (HCFC-123), монохлордифторметан (HCFC-22), 1-хлор-1,1-дифторэтан (HCFC-142b). Примеры HFC включают 1,1-дифторэтан (HFC-152a), 1,1,1, 2-тетрафторэтан (HFC-134a), 1,1,1,4,4-пентафторбутан (HFC-356), 1,1,1,4,4-пентафторбутан (HFC-365), 1,1,1,3,3-пентафторбутан (HFC-365mfc), 1,1,2,2,3,3-гексафторпропан (HFC-236ca), 1,1,1,2,3, 3-гексафторпропан (HFC-236ea), пентафторэтан (HFC-125), 1,1,2,2,3-пентафторпропан (HFC-245eb) и 1,1,1,3,3-пентафторпропан (HFC-245fa). Примеры хлоруглеводородов включают 2-хлорпропан.

Предпочтительно композиция пенообразователей в расчете на массу композиции пенообразователей содержит менее 50 массовых процентов пенообразователей на основе CFC и HCFC. Композиция пенообразователей в расчете на массу композиции пенообразователей может содержать менее 50 массовых процентов любого галогенированного пенообразователя. Подходящие композиции пенообразователей в расчете на полную массу композиции пенообразователей могут содержать более 50 массовых процентов, более 90 массовых процентов, даже 100 массовых процентов пенообразователя, выбираемого из негалогенированных пенообразователей, 2-хлорпропана и их комбинаций. Желательно, чтобы композиция пенообразователей не содержала бы пенообразователи на основе CFC и HCFC. Более желательно, чтобы композиция пенообразователей не содержала бы никаких галогенированных пенообразователей.

Вспениваемые смеси в общем случае содержат композицию пенообразователей в количестве, достаточном для получения пеноматериала на основе PUR либо PIR, отличающегося плотностью в диапазоне от 0,5 до 10 фунтов на один кубический фут (фунт/куб. фут) (от 8 до 160 килограммов на один кубический метр (кг/м³)), предпочтительно от 1 до 5 фунт/куб. фут (от 16 до 80 кг/м³), а наиболее предпочтительно от 1,5 до 2,5 фунт/куб. фут (от 24 до 40 кг/м³). Композиция пенообразователей в общем случае составляет от 1 до 30, а предпочтительно от 5 до 20 массовых процентов вспениваемой смеси.

Пеноматериалы на основе PIR и PUR в настоящем изобретении включают композицию остаточных пенообразователей. «Композиция остаточных пенообразователей» обозначает композицию пенообразователей, которая остается в пеноматериале на основе PIR либо PUR в течение одного месяца, предпочтительно в течение одного дня, более предпочтительно в течение одного часа от момента его получения. Композиция остаточных пенообразователей в расчете на полную массу композиции пенообразователей содержит менее 50 массовых процентов, предпочтительно менее 25 массовых процентов, более предпочтительно менее 10 массовых процентов, еще более предпочтительно менее 1 массового процента пенообразователей на основе CFC и HCFC. Желательно, чтобы композиция остаточных пенообразователей не содержала бы пенообразователей на основе CFC и HCFC. Композиция остаточных пенообразователей в расчете на полную массу композиции пенообразователей также может содержать менее 50 массовых процентов и даже может не содержать галогенированных пенообразователей. Подходящие композиции остаточных пенообразователей в расчете на полную массу композиции остаточных пенообразователей могут содержать более 50 массовых процентов, более 90 массовых процентов либо могут содержать 100 массовых процентов пенообразователя, выбираемого из негалогенированных пенообразователей, 2-хлорпропана и их комбинаций. Определение содержания композиции остаточных пенообразователей проводят в соответствии с аналитической методикой, такой как газовая хроматография.

Поверхностно-активные вещества могут облегчить пенообразование в композициях на основе PIR и PUR и могут улучшить теплоизоляционные свойства пеноматериала на основе PIR и PUR. Подходящие поверхностно-активные вещества включают те соединения, что были описаны в работе USP 5705823 (во фрагменте от столбца 11, строки 44 до столбца 17, строки 30). Конкретные примеры подходящих поверхностно-активных веществ включают сополимеры кремнийорганического соединения/этиленоксида/пропиленоксида и блок-сополимеры полидиметилсилоксан-полиалкилен, такие как те вещества, что могут быть приобретены в компании Union Carbide Corporation под торговыми наименованиями "Y-10222", "Y-10764", "L-54200" и "L-5340", в компании Dow Corning Corporation под торговыми наименованиями "DC-193" и "DC-5315" и в компании Goldschmidt Chemical Corporation под торговыми наименованиями "B-8408" и "B-8407". Примерами поверхностно-активных веществ, подходящих для увеличения показателя изоляционной способности для пеноматериала, являются поверхностно-активные вещества, такие как Y-10764. Желательно, чтобы поверхностно-активное вещество составляло бы от 0,05 до 10, а предпочтительно от 0,1 до 6 массовых процентов вспениваемой смеси.

Полимерные пеноматериалы настоящего изобретения в расчете на массу пеноматериала содержат галогены с концентрацией, по меньшей мере, равной 4 массовым процентам, предпочтительно, по меньшей мере, равной 5 массовым процентам. В общем случае концентрация галогенов составляет менее 10 массовых процентов в расчете на массу пеноматериала. По меньшей мере, десять процентов от концентрации галогенов приходятся на галогены высокогалогенированного соединения, предпочтительно высокогалогенированного алкана. «Высокогалогенированное соединение» в расчете на полную массу высокогалогенированного соединения содержит, по меньшей мере, 20 массовых процентов галогена. Подходящие высокогалогенированные соединения включают 2-хлорпропан, н-пропилбромид; 1-бром, 3-хлорпропан; и н-бутилбромид. 2-хлорпропан является в особенности желательным, поскольку он может выступать в роли пенообразователя.

Желательно, чтобы галоген выбирали бы из группы, состоящей из брома и хлора. Один в особенности желательный способ введения галогенов в пеноматериалы на основе PIR и PUR заключается в использовании для получения пеноматериала на основе PUR либо PIR галогенированного полиола. Пеноматериалы, полученные с использованием галогенированного полиола, содержат «остаточный галогенированный полиол». «Остаточный галогенированный полиол» в пеноматериале на основе PUR либо PIR включает как вступивший в реакцию, так, в случае его наличия, и не вступивший в реакцию галогенированный полиол.

Полимерный пеноматериал настоящего изобретения также содержит фосфор с концентрацией, по меньшей мере, равной 0,25 массового процента и в общем случае меньшей 1 массового процента в расчете на массу пеноматериала.

Фосфор и галоген могут присутствовать в пеноматериале в виде части пламегасящей добавки. Примеры подходящих пламегасящих добавок включают тетракис(2-хлорэтил)этиленфосфонат, трис(1,3-дихлорпропил)фосфат, трис(бета-хлорэтил)фосфат, трикрезилфосфат, трис(2,3-дибромпропил)фосфат, трис(2-хлорпропил)фосфат, трис(2,3-дибромпропил)фосфат, триэтилфосфат и бромированные производные алканов, такие как н-пропилбромид.

Полимерные пеноматериалы в PFC настоящего изобретения, кроме того, содержат негорючие волокна. Негорючие волокна включают любой волокнистый материал, который не горит, не плавится или не разлагается в матрице пеноматериала на основе PUR либо PIR при воздействии на него температур, доходящих вплоть до 500°С, предпочтительно вплоть до 750°С, более предпочтительно вплоть до 800°С в атмосфере воздуха. Примеры подходящих негорючих волокон включают неорганические волокна, такие как различные типы стекловолокна, металлических волокон и керамических волокон. Негорючие волокна могут иметь любую длину, хотя свойства пеноматериала (в том числе механическую прочность) в общем случае улучшает повышенная длина волокон.

В огне негорючие волокна служат для удерживания сгоревших и обуглившихся частей PFC на месте, тем самым, защищая несгоревший пеноматериал от воздействия пламени там, где несгоревший пеноматериал может выступать в качестве топлива для огня. Для эффективного исполнения такой роли негорючие волокна должны располагаться в пеноматериале на основе PIR либо PUR поблизости от его передней поверхности. Передняя поверхность пеноматериала представляет собой основную поверхность пеноматериала, которая примыкает к облицовке передней поверхности PFC, включающего пеноматериал. Пеноматериал также имеет и заднюю поверхность, противолежащую его передней поверхности.

Желательно, чтобы пеноматериалы в PFC настоящего изобретения включали бы негорючие волокна в пределах, предпочтительно по существу с однородным распределением, 0,125 дюйма (3,2 мм) от передней поверхности пеноматериала. Желательно, чтобы пеноматериал включал бы негорючие волокна с распределением, предпочтительно по существу с однородным распределением, в пеноматериале в диапазоне, по меньшей мере, от 0,5 дюйма (12,7 мм) от передней поверхности и с их прохождением в пределах 0,125 дюйма (3,18 мм), предпочтительно в пределах 0,0625 дюйма (1,59 мм) от передней поверхности полимерного пеноматериала. Если пеноматериал будет иметь толщину, меньшую, чем 0,5 дюйма (12,7 мм), то тогда желательно, чтобы волокна проходили бы в материале, начинаясь от задней поверхности пеноматериала. Предпочтительно, чтобы негорючие волокна проходили бы через весь материал вплоть до передней поверхности пеноматериала. Желательно чтобы негорючие волокна были бы распределены в пределах пеноматериала до расстояния, по меньшей мере, равного 0,75 дюйма (19,8 мм), а предпочтительно, по меньшей мере, равного 1 дюйму (25,4 мм) от передней поверхности, либо по всей толщине пеноматериала, в зависимости от того, какая из данных величин окажется меньше. Желательно, чтобы негорючие волокна проходили бы по всему материалу от задней поверхности полимерного пеноматериала до его передней поверхности. По существу однородное распределение обозначает распределение, которое выглядит однородным для невооруженного глаза при рассматривании поперечного сечения пеноматериала. В желательном варианте по существу однородное распределение по всему полимерному пеноматериалу имеют негорючие волокна, происхождение которых объясняется присутствием вспениваемого фибролита. Однако негорючие волокна необязательно должны быть распределены по всему пеноматериалу, и они могут находиться исключительно в пределах 0,125 дюйма (3,2 мм) от передней поверхности пеноматериала.

Полимерный пеноматериал характеризуется средней концентрацией негорючих волокон в пределах 0,125 дюйма (3,2 мм), более предпочтительно в пределах 0,0625 дюйма (1,6 мм) от передней поверхности полимерного пеноматериала, по меньшей мере, равной одному массовому проценту, предпочтительно, по меньшей мере, равной двум массовым процентам, более предпочтительно, по меньшей мере, равной трем массовым процентам и в общем случае равной 50 массовым процентам или менее. Верхний предел концентрации волокон в верхних 0,125 дюйма (3,2 мм) либо 0,0625 дюйма (1,6 мм) обычно ограничен тем, насколько много может присутствовать волокон все еще при обеспечении достаточного сцепления между пеноматериалом и компонентом, образуемым металлической облицовкой передней поверхности PFC. Увеличение концентрации волокон на передней поверхности пеноматериала может привести к уменьшению прочности сцепления с металлическим облицовочным листом, подвергающимся воздействию условий окружающей среды. В верхних 0,125 дюйма (3,2 мм) концентрация волокна может превышать даже 50 массовых процентов до тех пор, пока сцепление между пеноматериалом и металлической облицовкой будет достаточным для того, чтобы предотвратить отпадение облицовочного листа от пеноматериала во время проведения испытания RCBT. Концентрация волокна может составлять 6 массовых процентов или менее или же даже 5 массовых процентов или менее, и PFC может получить одобрение с позиций стандарта FM4880.

Измерение концентрации волокна, выраженной в массовых процентах, проводят в расчете на массу пеноматериала и волокна в определенной части пеноматериала. Среднюю концентрацию определяют, делая срезы определенной толщины с пеноматериала, который включает переднюю поверхность, взвешивая пеноматериал данной толщины, затем выделяя и взвешивая стекловолокно из пеноматериала данной толщины при проведении, например, выжигания пеноматериала с волокон и последующего их взвешивания. Массу пеноматериала данной толщины и массу стекловолокна используют для определения массового процента стекловолокна в пеноматериале данной толщины.

Негорючие волокна в полимерном пеноматериале своим источником имеют часть компонента, образуемого негорючими волокнами. Компоненты, образуемые негорючими волокнами, включают вспениваемый фибролит, не вспениваемые образуемый волокном сетчатый холст и фибролит и их комбинации.

Во время изготовления пеноматериала происходит вспенивание вспениваемых фибролитов, что, тем самым, обеспечивает распределение волокон в пеноматериале. Вспениваемые фибролиты в общем случае включают связующее, которое соединяет компоненты материала воедино во время переработки. Подходящие вспениваемые фибролиты включают фибролиты с высоким содержанием связующего и с низким содержанием связующего. Фибролиты с высоким содержанием связующего характеризуются уровнем содержания связующего, равным, по меньшей мере, шести массовым процентам в приведении к массе связующего и волокна (то есть в расчете на полную массу материала), и для того чтобы сделать материал вспениваемым, требуется механическое разрушение волокон либо связующего в материале. Такое механическое разрушение обычно включает возникновение у фибролита гофрирования (например, появление извитости либо морщинистости). Желательны фибролиты с низким содержанием связующего (фибролиты, содержащие менее шести процентов связующего в расчете на полную массу материала), поскольку они могут быть вспенены без неизбежного гофрирования. Гофрирование может стать причиной появления неоднородного распределения волокон и возникновения неоднородностей текстуры поверхности пеноматериала.

Один желательный способ введения негорючих волокон в PFC вблизи передней поверхности PFC заключается в использовании облицовки передней поверхности, включающей металлический лист, ламинированный на компонент, образуемый волокном. Примеры подходящих компонентов, образуемых негорючими волокнами, ламинированных на металлические облицовочные листы, включают: (1) стекловолокнистый мат из комплексных нитей, характеризуемый параметром 2-7 грамм/фут²(21-75 г/м²), содержащий 6,5-10 массовых процентов связующего в расчете на полную массу материала; (2) мат из рубленных комплексных нитей (например, включающий волокна длиной 0,75 дюйма (10 мм)), характеризуемый параметром 9,5-11 г/фут² (102-118 г/м²), содержащий 17-27 массовых процентов связующего в расчете на полную массу материала; и (3) сетчатый холст из стекловолокна, характеризующийся наличием рисунка в виде квадратных отверстий размером 0, 125-1,0 дюйма (3,2-25 мм) и плотностью полотна 1-7 г/фут² (21-75 г/м²) и содержащий 4,5-6,0 массовых процентов связующего в расчете на полную массу сетчатого холста. Фибролиты и сетчатые холсты, скрепленные с облицовкой передней поверхности, обычно характеризуются толщиной в диапазоне 10-40 милов (0,25-1 мм).

В общем случае получение PFC настоящего изобретения проводят в результате (i) подачи нижнего облицовочного листа и верхнего облицовочного листа таким образом, чтобы верхний облицовочный лист располагался бы сверху и по существу плоскопараллельно по отношению к нижнему облицовочному листу; (ii) размещения компонента, образуемого негорючими волокнами между облицовочными листами; (iii) размещения вспениваемой смеси между верхним и нижним облицовочными листами; (iv) сдавливания верхнего и нижнего облицовочных листов при пропускании через калибрующий зазор с обеспечением проникновения вспениваемой смеси в композицию негорючих волокон; и (v) вспенивания вспениваемой смеси с получением полимерного пеноматериала. Стадии (i) и (ii) могут проходить одновременно. Стадии (ii) и (iii) могут проходить в любом порядке по отношению друг к другу.

Способ, кроме того, характеризуется нижеследующим: по меньшей мере, один из облицовочных листов включает подвергающийся воздействию условий окружающей среды металлический лист, а вспениваемая смесь содержит пенообразователь, содержащий менее 50 массовых процентов CFC и HCFC в расчете на массу композиции пенообразователей, и содержит галоген, фосфор и высокогалогенированные соединения в количествах, достаточных для того, чтобы обеспечить получение пеноматериала, включающего, по меньшей мере, 4 массовых процента галогена и, по меньшей мере, 0,25 массового процента фосфора в расчете на массу пеноматериала. По меньшей мере, 10 массовых процентов из концентрации галогена (по меньшей мере, 0,4 массового процента в расчете на массу пеноматериала) приходятся на высокогалогенированное соединение.

В общем случае вспенивание вспениваемой смеси проводят при температуре в диапазоне от нуля градусов Цельсия (°С) до 150°С. Вспениваемая смесь содержит галоген, фосфор и высокогалогенированное соединение в количестве, достаточном для того, чтобы обеспечить получение пеноматериала, характеризующегося концентрацией галогена, по меньшей мере, равной 4 массовым процентам в расчете на массу пеноматериала, где, по меньшей мере, 10 процентов галогенов (0,4 массового процента в расчете на массу пеноматериала) приходятся на высокогалогенированные соединения, концентрацией фосфора, по меньшей мере, равной 0,25 массового процента в расчете на массу пеноматериала, и наличием композиции остаточных пенообразователей, в расчете на полную массу композиции пенообразователей содержащей менее 50 массовых процентов пенообразователей на основе CFC и HCFC. По меньшей мере, один из облицовочных листов включает подвергающийся воздействию условий окружающей среды металлический лист, ориентированный таким образом, что у PFC облицовка передней поверхности включает подвергающийся воздействию условий окружающей среды металлический лист. Облицовка передней поверхности у PFC может быть стороной, включающей либо верхний облицовочный лист, либо нижний облицовочный лист, при том условии, что облицовка передней поверхности будет включать подвергающийся воздействию условий окружающей среды металлический лист и поблизости от облицовки передней поверхности негорючие волокна в количестве, достаточном для удовлетворения требований, выдвигаемых в настоящем документе к PFC. В общем случае, хотя это и не необходимо, облицовка передней поверхности у получающегося в результате PFC представляет собой поверхность, включающую верхний облицовочный лист.

Находящаяся в процессе одновременного рассмотрения заявка на получение патента Соединенных Штатов (номер 60/411819), озаглавленная "Use of a Low Binder Fiber Mat with a Support Mat for Fabricating a Fiber Reinforced Polymeric Foam Composites", описывает в особенности желательный общий способ получения PFC с использованием композитных полотен для включения волокон.

Композитное полотно включает фибролит с низким содержанием связующего, размещаемый на несущем мате до подачи либо фибролита с низким содержанием связующего, либо несущего мата в технологический процесс изготовления пеноматериала, армированного волокном. Композитные полотна делают возможным использование вспениваемых фибролитов с низким содержанием связующего, которые в других случаях демонстрировали бы недостаточную целостность структуры для их внедрения в производственные процессы. Использование фибролитов с низким содержанием связующего вместо гофрированных вспениваемых материалов желательно для обеспечения получения более однородного распределения волокна в полимерном пеноматериале, а также более однородной поверхности пеноматериала.

В композитном полотне основная поверхность фибролита с низким содержанием связующего находится в контакте с основной поверхностью несущего мата. Маты в общем случае имеют противолежащие основные поверхности. Композитное полотно может включать один либо более чем один несущий мат. Единственный несущий мат может покрывать, по меньшей мере, часть основной поверхности, предпочтительно всю основную поверхность фибролита с низким содержанием связующего. В альтернативном варианте два или более несущих матов могут покрывать, по меньшей мере, часть основной поверхности фибролита с низким содержанием связующего. Несущий мат (маты) композитного полотна служат для обеспечения возможности манипулирования и транспортирования фибролита с низким содержанием связующего без растяжения фибролита с низким содержанием связующего в степени, достаточной для того, чтобы стало заметным появление шейки либо морщин. Несущий мат также препятствует нахождению фибролита с низким содержанием связующего в рулонах композитного волокна в контакте с самим собой, что, таким образом, сводит к минимуму разрывание фибролита с низким содержанием связующего при разматывании рулона. Несущий мат также может предотвратить попадание волокон фибролита с низким содержанием связующего в контакт с валками во время процесса изготовления армированных волокном PFC.

PFC настоящего изобретения не ограничиваются конкретной толщиной полимерного пеноматериала. Однако, если пеноматериал в PFC по толщине будет превышать два дюйма (5,08 сантиметра (см)), то желательно будет включить, по меньшей мере, два вспениваемых фибролита, по меньшей мере, один из которых в желательном варианте будет представлять собой часть композитного полотна. Дополнительные вспениваемые фибролиты в пеноматериал с большей толщиной вносят большее количество волокна для вспенивания. Например, композитное полотно подают в промежуток между первым вспениваемым фибролитом и верхним облицовочным листом перед стадией (iv) с ориентированием таким образом, чтобы несущий мат композитного полотна располагался бы в промежутке между вспениваемым фибролитом с низким содержанием связующего композитного полотна и первым вспениваемым фибролитом. Приемлемым будет включение в настоящий способ любого количества композитных полотен. В общем случае композитные полотна выгодно ориентировать таким образом, чтобы несущий мат одного композитного полотна находился бы по соседству со вспениваемым фибролитом соседнего композитного полотна. Подачу всех композитных полотен производят до стадии (iv). На стадии (iv) желательно обеспечить проникновение вспениваемой смеси в фибролит с низким содержанием связующего каждого композитного полотна. Вспениваемый фибролит дополнительного композитного полотна (полотен) может подвергаться вспениванию с получением приращения толщины пеноматериала.

Можно себе представить множество вариаций того, как получить PFC настоящего изобретения. Например, стадии (i) и (ii) в общем способе, описанном выше, могут протекать одновременно при подаче композитного полотна, несущий мат которого представляет собой нижний облицовочный слой, или же при подаче верхнего либо нижнего листа в виде металлической фольги, к которому прикреплен фибролит с негорючими волокнами.

Приемлемым, например, также является получение композиций полимерного пеноматериала настоящего изобретения в периодическом способе. Периодические способы включают получение за один раз одной панели композитов в противоположность получению непрерывной линии композиции полимерного пеноматериала, которую, в конечном счете, режут на панели. Непрерывный способ более эффективен и более оправдан с точки зрения затрат, а поэтому и более желателен.

Следующие далее примеры используются для дополнительного иллюстрирования настоящего изобретения и того, как получить PFC в объеме настоящего изобретения.

Пример 1

Верхний и нижний облицовочные листы в виде алюминиевой фольги с толщиной 0,9 милов (0,023 мм) подают в зазор между двумя калибрующими валками. Перед зазором на нижний облицовочный лист через гофрировочную машину подают первый фибролит. Первый фибролит представляет собой стекломат, в расчете на полную массу мата, включающий 6,3 массового процента связующего. Первый фибролит имеет массу, равную 4 граммам на один квадратный фут (г/фут²) либо 75,3 грамма на один квадратный метр (г/м²). Перед зазором в промежуток между первым фибролитом и верхним облицовочным листом подают композитное полотно (JW40x54WX, от компании Hollinee Glass Fibers), включающее вспениваемый стекловолокнистый мат, размещенный на сетчатом холсте из стекловолокна. Масса вспениваемого стекловолокнистого мата составляет 4 г/фут² (75,3 г/м²). Сетчатый холст из стекловолокна представляет собой сетку, включающую ткань из стекловолокна с разрядкой, при которой в ортогональных направлениях на один дюйм приходится по 3 волокна. Масса сетчатого холста из стекловолокна составляет 2 г/фут² (21,5 г/м² ). Композитное полотно подают таким образом, чтобы вспениваемое стекловолокно находилось бы в промежутке между верхним облицовочным листом и первым фибролитом, и так, чтобы вспениваемый фибролит композитного полотна находился бы в контакте с верхним облицовочным листом в положении зазора между калибрующими валками.

Непосредственно перед зазором между калибрующими валками на первом фибролите размещают вспениваемую смесь. Вспениваемую смесь получают в результате смешивания друг с другом: 353 частей полиметиленполифенилизоцианата (Mondur MR 200, от компании Bayer Corporation); 100 частей ароматического полиэфирполиола на основе сложного эфира (Terate 3512A, от компании Kosa Corporation); 31 части пламегасящей смеси, содержащей 40 массовых процентов тетрабромфталатдиола (PHT-4, диол от компании Great Lakes Chemical) и 60 массовых процентов трис(2-хлорпропил)фосфата, при этом массовые проценты рассчитываются на полную массу пламегасящей смеси; 16 частей 1-бромпропана (от компании Great Lakes Corporation); 30 частей негалогенированного углеводородного пенообразователя (Exxsol 2000, от компании Mobil); 6,0 частей поверхностно-активного вещества (Pelsil 9736, от компании Peltron Corporation); и 6,0 частей катализатора (Pelcat 9887B, от компании Peltron Corporation). Все части являются массовыми частями, полученными в расчете на массу вспениваемой смеси.

Верхний и нижний облицовочные листы спрессовывают друг с другом в зазоре между калибрующими валками, продавливая вспениваемую смесь через композитное полотно и первый фибролит с получением спрессованной композиции. Спрессованную композицию подают через печь для отверждения с температурой в диапазоне от 200 до 250 градусов по Фаренгейту (93-121°С). Спрессованной композиции в результате вспенивания дают возможность увеличиться в объеме до толщины 2 дюйма (5 см) и плотности в диапазоне от 1,7 до 2,5 фунтов на один кубический фут (от 27,2 до 40,0 килограммов на один кубический метр). Вспениваемая смесь в печи для отверждения в результате вспенивания увеличивается в объеме, и получается армированный волокном PFC. Вспениваемое стекловолокно характеризуется по существу однородным распределением по всему пеноматериалу от верхней поверхности до нижней поверхности.

Получающийся в результате PFC разрезают на панели шириной 48 дюймов (122 см) и длиной 96 дюймов (244 см). Для проведения испытания в соответствии с UBC 26-3 RCBT в его частях, относящихся как к стенам, так и к потолку, используют шесть панелей. Панели успешно прошли испытание RCBT в его частях, относящихся к стенам и к потолку, результатами при этом были отсутствие пламени за дверью, отсутствие обугливания в крайних точках и отсутствие избыточного задымления. Пример 1 удовлетворяет требованиям для получения одобрения с позиций стандарта FM 4880.

Пример 2

Пример 2 реализуют по способу, подобному примеру 1, за исключением использования первого фибролита, характеризующегося параметром 7,0 г/фут²(131,8 г/м²), и использования фибролита с низким содержанием связующего, характеризующегося параметром 7,0 г/фут²(131,8 г/м²), в композитном полотне. Подачу вспениваемой смеси проводят в количестве, достаточном для получения пеноматериала с толщиной четыре дюйма (десять см) и с плотностью в том же диапазоне, что и в примере 1, и вспениваемой смеси в результате вспенивания дают возможность увеличиться в объеме до получения пеноматериала с толщиной четыре дюйма (десять см).

В примере 2 также имеется вспениваемое волокно, по существу однородно распределенное по всему пеноматериалу от верхней поверхности пеноматериала до его нижней поверхности. Вариант примера 2 также успешно прошел испытание UBC-26-3 RCBT в его частях, относящихся как к потолку, так и к стенам, и удовлетворил требования для получения одобрения с позиций стандарта FM 4880.

Примеры 1 и 2 иллюстрируют PFC настоящего изобретения при толщинах 2 и 4 дюйма (5 и 10 см), которые включают композицию не содержащих галогенов остаточных пенообразователей.

Пример 3

Верхний и нижний облицовочные листы подают в зазор между двумя калибрующими валками. Верхний облицовочный лист включает невспенивающийся нетканый стекловолокнистый мат с толщиной 15 милов и плотностью полотна 71,5 г/м²(например, MANNIGLAS® 1200; MANNIGLAS представляет собой торговую марку компании Lydall, Inc.), прикрепленный к листу алюминиевой фольги с толщиной 0,7 мила (0,0178 м). Нижний облицовочный лист представляет собой алюминиевую фольгу с толщиной 0,9 мила (0,023 мм). Верхний лист располагают таким образом, чтобы стекловолокнистый мат находился бы в промежутке между листами алюминиевой фольги.

Перед зазором на нижний облицовочный лист через гофрировочную машину подают первый фибролит. Первый фибролит представляет собой стекловолокнистый мат, в расчете на полную массу мата, включающий 6,3 массовых процента связующего. Первый фибролит имеет массу, равную 7 граммам на один квадратный фут (г/фут²), либо 131 грамму на один квадратный метр (г/м²).

Непосредственно перед зазором между калибрующими валками на первом фибролите размещают вспениваемую смесь (те же самые вспениваемые смеси, что и в примере 1).

Верхний и нижний облицовочные листы спрессовывают друг с другом в зазоре между калибрующими валками, продавливая вспениваемую смесь через первый фибролит и невспенивающийся нетканый стекловолокнистый мат с толщиной 15 милов. Спрессованную композицию подают через печь для отверждения с температурой в диапазоне от 200 до 250 градусов по Фаренгейту (93-121°С). Спрессованной композиции в результате вспенивания дают возможность увеличиться в объеме до толщины 2 дюйма (5 см) и плотности в диапазоне от 1,7 до 2,5 фунтов на один кубический фут (от 27,2 до 40,0 килограммов на один кубический метр). Вспениваемая смесь в печи для отверждения в результате вспенивания увеличивается в объеме, и получается PFC. Первый фибролит в результате вспенивания увеличивается в объеме вместе со вспениваемой смесью, и он занимает пространство в пределах 0,5 дюйма (1, 27 см) от верхнего облицовочного листа. Фибролит, прикрепленный к облицовочному листу, в значительной мере в объеме не увеличивается.

Получающийся в результате PFC разрезают на панели шириной 48 дюймов (122 см) и длиной 96 дюймов (244 см). Для проведения испытания в соответствии с UBC 26-3 RCBT в его частях, относящихся как к стенам, так и потолку, используют шесть панелей. Панели успешно прошли испытание RCBT в его частях, относящихся к стенам и к потолку, результатами при этом были отсутствие пламени за дверью, отсутствие обугливания в крайних точках и отсутствие избыточного задымления. Пример 3 удовлетворяет требования для получения одобрения с позиций стандарта FM 4880.

Пример 3 иллюстрирует PFC, который обеспечивает получение одобрения с позиций стандарта FM4880 в первую очередь благодаря пламегасящим свойствам невспенивающегося стекловолокнистого мата, который располагается в пределах 0,125 дюйма (3,2 мм) от верхнего облицовочного листа, и относительно маловспененной стеклянной пленки, распределенной по всему остальному пеноматериалу. Подобный PFC, не включающий какого-либо вспененного стекломатериала, предположительно также обладает эксплуатационными свойствами, достаточными для получения одобрения с позиций стандарта FM4880.

Реферат

Изобретение относится к полимерным пенокомпозитам, успешно проходящим испытание на возгорание в углу помещения по Единым строительным нормам и правилам 26-3 в его частях, относящихся как к стенам, так и к потолку, и соответствует квалификации для получения одобрения с позиций стандарта Factory Mutual 4880. Полимерный пенокомпозит включает полимерный пеноматериал, выбираемый из пенополиуретана и пенополиизоцианурата, который имеет противолежащие переднюю и заднюю поверхности, при этом упомянутый пеноматериал содержит: (а) галогены с концентрацией, по меньшей мере, равной 4 массовым процентам в расчете на массу пеноматериала, где, по меньшей мере, 10 массовых процентов, включаемых в концентрацию галогенов, составляет высокогалогенированное соединение; (b) фосфор с концентрацией, по меньшей мере, равной 0,25 массового процента в расчете на массу пеноматериала; (с) композицию остаточных пенообразователей, в расчете на массу композиции остаточных пенообразователей содержащую менее 50 процентов пенообразователя(ей) на основе хлорфторуглеродов и хлорфторуглеводородов; (d) негорючие волокна при средней концентрации, по меньшей мере, равной массовому одному проценту в расчете на объединенную массу пеноматериала и волокна, в пределах 0,125 дюйма (3,2 миллиметра) от передней поверхности пеноматериала; (е) облицовочный лист, прикрепленный, по меньшей мере, к передней поверхности, при этом упомянутый облицовочный лист включает подвергающийся воздействию условий окружающей среды металлический лист. Панели из полимерного композита успешно прошли испытание RCBT в его частях, относящихся к стенам и к потолку, результатами при этом были отсутствие пламени за дверью, отсутствие обугливания в крайних точках и отсутствие избыточного задымления. Описан также способ получения такого полимерного пенокомпозита. 2 н. и 17 з.п. ф-лы.

Формула