Сверхгибкая изоляция для труб

Сверхгибкая изоляция для труб

Реферат

Настоящее изобретение относится к изоляции для труб, изготовленной из теплоизоляционного пенополиолефина, к теплоизоляционному пенополиолефину, и к способу получения физически вспененного теплоизоляционного пенополиолефина, и к пенопласту, полученному с его помощью.

Для теплоизоляции труб, таких как трубопроводы для горячей воды, трубы для пара высокого и низкого давления и трубы для двухкамерного кондиционирования воздуха, центрального отопления, использования солнечной энергии и обрабатывающей промышленности, в больших масштабах используют полые профили, имеющие стенку из синтетического пенопласта. Такие профили далее будут называться изоляцией для труб.

Наиболее важными типами изоляции для труб, которые можно коммерчески использовать в настоящее время, являются изоляция для труб из ПЭ и изоляция для труб из каучука.

Изоляция для труб из ПЭ состоит из пенопласта, который состоит из термопластов, плотность которого приблизительно равна 35 кг/м³. Данный тип пенопласта обычно получают при использовании физических пенообразователей (например, бутана), и он не сшит. Данный тип пенопласта обладает хорошими свойствами продукта, такими как коэффициент изоляции, поведение при воздействии огня и объем влагопоглощения. Пенопласт превосходно можно подвергать переработке для вторичного использования. Пенопласт получают в одном процессе, то есть получение происходит в одну стадию. Недостаток материала изоляции для труб на основе ПЭ заключается в том, что он менее гибок по сравнению с изоляцией для труб из каучука, в результате чего его трудно накладывать вокруг тонких и скрученных труб. Вследствие этого материал не пригоден для некоторых областей применения, таких как, например, кондиционирование и охлаждение воздуха.

Изоляция для труб из каучука включает пенопласт, который состоит из эластомеров и плотность которого равна приблизительно 60 кг/м³. Данный тип пенопласта часто получают с использованием химических пенообразователей (например, азосоединений), и обычно он сшит. Изоляция для труб из каучука представляет собой очень гибкий материал, который легко накладывать. Данный тип пенопласта обладает хорошими свойствами продукта, такими как коэффициент изоляции и поведение при воздействии огня. Недостаток изоляции для труб из каучука заключается в том, что ее нельзя отправлять на переработку для вторичного использования, и что она относительно тяжела (это значит, что для изоляции будет необходимо много материала). Объем влагопоглощения является хорошим, но в случае повреждения оболочки материал ведет себя подобно губке, и это хорошее свойство теряется. Еще один недостаток изоляции для труб из каучука заключается в том, что данный материал получают с использованием способа, включающего три стадии: смешивание, экструдирование и пенообразование. В комбинации с высокой плотностью это делает себестоимость изоляции для труб из каучука более высокой по сравнению с себестоимостью изоляции для труб из ПЭ.

В US 6054078 описан способ изготовления полностью соединенного многослойного вспененного продукта, включающий сначала экструдирование, с использованием физического пенообразователя, вспененного сердцевидного элемента, охлаждение сердцевидного элемента, нагревание поверхности сердцевидного элемента до температуры, приближающейся к температуре плавления сердцевидного элемента, и нанесение покрытия из расплавленного пластика на нагретую поверхность сердцевидного элемента для окружения сердцевидного элемента по периферии. Сердцевидный элемент может содержать металлоценовый полимер и добавки, такие как антипирен и стабилизатор ячеек.

Существует потребность в сверхгибкой изоляции для труб, которую было бы легко накладывать вокруг скрученных труб, которая обладала бы превосходной теплоизолирующей способностью, и которую бы получали из пенопласта, который с успехом можно подвергать переработке для вторичного использования, и который имел бы низкую плотность, предпочтительно равную 35 кг/м³ или менее.

Было обнаружено, что данную потребность может удовлетворить изоляция для труб, состоящая из одного слоя пенополиолефина, который в качестве полиолефина содержит только металлоценовый полиэтилен.

Настоящее изобретение относится к теплоизоляционному пенополиолефину, который получают в результате экструдирования с использованием физического пенообразователя, композиции пенопласта, содержащей металлоценовый полиэтилен, антипирен и стабилизатор ячеек, при этом композиция содержит 77-92% (масс.) металлоценового полиэтилена, 5-10% (масс.) антипирена, необязательно стабилизатор и/или катализатор для антипирена, причем полное количество антипирена, необязательного катализатора и необязательного стабилизатора равно 5-18% (масс.), 3-8% (масс.) стабилизатора ячеек и 0-5% (масс.) других обычных добавок к пенопласту.

Плотность пенопласта предпочтительно меньше 35 кг/м³, более предпочтительно меньше 30 кг/м³.

Степень гибкости пенопласта можно указать при помощи прочности на вдавливание в соответствии с DIN 53577. Она предпочтительно равна 0,020 н/мм² или менее при вдавливании на 10%, 0,035 н/мм² при вдавливании на 20% и 0,100 н/мм² при вдавливании на 50%.

Вследствие высокой гибкости пенопласта изоляцию для труб, изготовленную из пенопласта, соответствующего данному изобретению, легко накладывать вокруг скрученных труб. Поскольку пенопласт получают с использованием физических пенообразователей, и он не сшит химически, его легко можно подвергать переработке для вторичного использования.

Термин "металлоценовый полиэтилен" обозначает полиэтилены, которые получают в результате полимеризации этилена в присутствии металлоценового катализатора. Что касается получения и переработки металлоценового полиэтилена, можно дать ссылку, например, на работу Kurt W. Schwogger, An outlook for metallocene and single site catalyst technology into the 21^st century, Antec 98, Processing Metallocene Polyolefines, Conference Proceedings, October 1999, Rapra Technology, and Proceedings of 2^nd International Congress on Metallocene Polymers, Scotland Conference Proceedings, March 1998.

Полиолефином, подходящим для получения пенополиолефина, соответствующего данному изобретению, например, является полиолефиновый эластомер, плотность которого равна 880-920 кг/м³, индекс течения расплава (MFI) которого находится в диапазоне от 0,5 до 4,5 г/10 мин при 190°С, пик плавления в методе ДСК находится в диапазоне от 98 до 107°С, а предел прочности при растяжении (ASTM D-683M-90, 50 мм/мин) находится в диапазоне от 20 до 60 МПа.

Данное изобретение, кроме того, относится к способу получения физически вспененного теплоизоляционного пенополиолефина в результате экструдирования с использованием физического пенообразователя, композиции, содержащей металлоценовый полиэтилен, антипирен и стабилизатор ячеек, при этом способ включает стадии а) смешивания 77-92% (масс.) металлоценового полиэтилена, 5-10% (масс.) антипирена, необязательно стабилизатора и/или катализатора для антипирена, причем полное количество антипирена, необязательного катализатора и необязательного стабилизатора, равно 5-18% (масс.), и 0-5% (масс.) добавок к пенопласту в экструдере с получением смеси, b) добавления к смеси 3-8% (масс.) стабилизатора ячеек, с) плавления смеси в зонах плавления экструдера с приведением их температур в диапазон от 180 до 240°С при давлении, увеличивающемся от 1 бара вплоть до 400 бар, d) инжектирования физического пенообразователя при температуре инжектирования в диапазоне от 140 до 180°С и давлении инжектирования в диапазоне от 200 до 300 бар, е) охлаждения расплавленной смеси в зонах охлаждения экструдера с приведением их температур в диапазон от 60 до 110°С и f) экструдирования смеси через литьевое отверстие с приведением его температуры в диапазон от 85 до 110°С таким образом, чтобы при давлении 1 атм происходило вспенивание смеси до получения пенопласта.

В качестве антипирена можно использовать любой антипирен, обычно используемый на современном уровне техники, при том условии, что он не будет оказывать негативного воздействия на свойства пенопласта. Примеры антипиренов, подходящих для использования в данном изобретении, включают галогенсодержащие антипирены. Галогенсодержащие антипирены обычно используют в комбинации со стабилизатором, таким как пентаэритрит, и катализатором, таким как, например, триоксид сурьмы. Соотношение концентраций компонентов смеси триоксида сурьмы и галогенсодержащего компонента может быть, например, равно приблизительно 1:3 или 1:2. Возможно также и использование других антипиренов. Полное добавляемое количество антипирена, в том числе необязательных стабилизатора и катализатора, приблизительно равно 5-18% (масс.) в расчете на полное количество полимера и добавок. Если антипирен будут использовать в количестве, меньшем 5% (масс.), свойства, обеспечивающие огнестойкость, у пенопласта могут оказаться недостаточными. Использование количества антипирена, превышающего 10%, может в результате привести к негативному воздействию на свойства пенопласта (гибкость).

Стабилизатор ячеек предотвращает выход пенообразователя из полимерного расплава непосредственно сразу после инжектирования, вследствие чего пенопласт не образуется. В качестве стабилизатора ячеек можно использовать любой стабилизатор ячеек, обычно используемый на современном уровне техники, при том условии, что он не будет оказывать негативного воздействия на свойства пенопласта. Примеры подходящих стабилизаторов ячеек включают стабилизаторы ячеек такого типа, как амид стеариновой кислоты, моностеарат гликоля и жирные кислоты глицина. Возможно также и использование более, чем одного стабилизатора ячеек. Полное добавляемое количество стабилизатора ячеек равно приблизительно 3-8% (масс.) в расчете на полное количество полимера и добавок. Стабилизатор ячеек в подходящем случае добавляют при помощи, например, бокового питателя к смеси полимера, антипирена и необязательных других добавок перед тем, как расплавить смесь.

В дополнение к антипирену и стабилизаторам ячеек к пенопласту можно добавлять обычные добавки для пенополиолефинов. Их неограничивающие примеры включают красители, пигменты, наполнители, зародышеобразователи и стабилизаторы.

В качестве пенообразователя можно использовать любое вещество, которое будет жидким при высоком давлении, в особенности при давлении, преобладающем в экструдере, используемом для реализации способа, но при меньшем давлении данное вещество испаряется. Неограничивающие примеры пенообразователя включают алканы, содержащие от 3 до 8 углеродных атомов, такие, как, например, пропан, бутан, изобутан и гексан. Пенообразователь доводят до температуры в диапазоне от 140 до 180°С и давления в диапазоне от 200 до 300 бар и непрерывно инжектируют в расплавленную смесь в экструдере.

Важно, что в ходе смешения металлоценового полиэтилена, антипирена и необязательных добавок смесь в экструдере будет плавиться хорошо, то есть полимер будет переходить в жидкую фазу с получением в результате такого вязко-эластического поведения, когда полимер и добавки хорошо смешиваются друг с другом, и что на более поздней стадии в полимерную смесь также будет хорошо проходить введение физического пенообразователя. Если для получения пенополиолефина, соответствующего данному изобретению, использовать смеситель, в котором на смесь воздействуют только небольшие сдвиговые усилия, то будет выгодно выбрать такую температуру, при которой вязко-эластическое поведение полимера и добавок будет почти одинаковым. Параметром, выражающим вязкостные свойства, является индекс течения расплава (MFI) (количество пропущенного материала при определенной температуре и давлении). В настоящем способе MFI-значения для полимеров и добавок в подходящем случае находятся в диапазоне от 0,5 до 4,5 г/10 минут при 190°С.

Способ согласно изобретению предпочтительно можно реализовать с использованием одночервячного экструдера, у которого отношение L/D находится в диапазоне от 30 до 60, снабженного перемешивающими устройствами, и статического смесителя, пропускная способность которого, например, находится в диапазоне от 50 до 150 кг/час.

Материал изоляции для труб согласно изобретению в подходящем случае имеет толщину стенки в диапазоне от 3 до 30 мм при внутреннем диаметре 4-130.

Пример.

В одночервячном экструдере такого типа, как описанный выше, создавали свободное пространство 5-100 мм², после чего число оборотов доводили до 15-40 оборотов в минуту.

Смесь полимера и добавок (антипирен, стабилизаторы ячеек) добавляли при упомянутых выше соотношениях концентраций компонентов смеси. Температуру в зонах плавления экструдера доводили до 200-240°С, в зонах охлаждения ее доводили до 60-95°С. Пенообразователь (пропеллент) инжектировали при давлении инжектирования 200-250 бар и температуре массы в диапазоне от 80 до 105°С в количестве 20-25 л/час (в виде жидкости). Давление в экструдере уменьшали до приблизительно 10-30 бар на литьевом отверстии экструдера, после чего происходило вспенивание смеси с получением пенопласта с плотностью в диапазоне от 20 до 25 кг/м³ в виде изоляции для труб с внутренним диаметром 18-28 мм и толщиной стенки 20-30 мм.

Материал изоляции для труб согласно данному изобретению имел следующие свойства.

1. Теплоизоляционный пенополиолефин, который получают в результате экструдирования с использованием физического пенообразователя, композиции пенопласта, содержащей металлоценовый полиэтилен, антипирен и стабилизатор ячеек, отличающийся тем, что упомянутая композиция содержит 77-92 мас.% металлоценового полиэтилена, 5-10 мас.% антипирена, необязательно стабилизатор и/или катализатор для антипирена, причем полное количество антипирена, необязательного катализатора и необязательного стабилизатора равно 5-18 мас.%, 3-8 мас.% стабилизатора ячеек и 0-5 мас.% других обычных добавок к пенопласту.

2. Теплоизоляционный пенополиолефин по п.1, плотность которого не превышает 35 кг/м³.

3. Теплоизоляционный пенополиолефин по п.1, плотность которого не превышает 30 кг/м³.

4. Теплоизоляционный пенополиолефин по одному из пп.1-3, прочность на вдавливание у которого при измерении в соответствии с DIN 53577:

≤ 0,020 н/мм² при вдавливании на 10%,

≤ 0,035 н/мм² при вдавливании на 20% и

≤ 0,100 н/мм² при вдавливании на 50%.

5. Изоляция для труб, изготовленная из теплоизоляционного пенополиолефина по одному из пп.1-4.

6. Способ получения физически вспененного теплоизоляционного пенополиолефина в результате экструдирования с использованием физического пенообразователя, композиции, содержащей металлоценовый полиэтилен, антипирен и стабилизатор ячеек, отличающийся тем, что способ включает стадии а) смешивания 77-92 мас.% металлоценового полиэтилена, 5-10 мас.% антипирена, необязательно стабилизатора и/или катализатора для антипирена, причем полное количество антипирена, необязательного катализатора и необязательного стабилизатора равно 5-18 мас.%, и 0-5 мас.% добавок к пенопласту в экструдере с получением смеси, b) добавления к упомянутой смеси 3-8 мас.% стабилизатора ячеек, с) плавления смеси в зонах плавления экструдера с приведением их температур в диапазон 180-240°С при давлении, увеличивающемся от 1 бара до 400 бар, d) инжектирования физического пенообразователя при температуре инжектирования в диапазоне 140-180°С и давлении инжектирования в диапазоне 200-300 бар, е) охлаждения расплавленной смеси в зонах охлаждения экструдера с приведением их температур в диапазон 60-110°С и f) экструдирования смеси через литьевое отверстие с приведением его температуры в диапазон 85-110°С таким образом, чтобы при давлении 1 атм. происходило вспенивание смеси до получения пенопласта.

7. Способ по п.6, в котором плотность полученного пенопласта не превышает 35 кг/м³.

8. Способ по п.6, в котором плотность полученного пенопласта не превышает 30 кг/м³.

9. Способ по п.6, в котором плотность на вдавливание у полученного пенопласта при измерении в соответствии с DIN 53577:

≤ 0,020 н/мм² при вдавливании на 10%,

≤ 0,035 н/мм² при вдавливании на 20% и

≤ 0,100 н/мм² при вдавливании на 50%.

10. Способ по любому одному из пп.6-9, в котором осуществляют вспенивание смеси с получением пенопласта в виде изоляции для труб.