Пригодные к динамическому вакуумированию устройства, включающие органические аэрогели или ксерогели

Пригодные к динамическому вакуумированию устройства, включающие органические аэрогели или ксерогели

Реферат

Настоящее изобретение относится к работающему на электричестве и пригодному к динамическому вакуумированию устройству, включающему в себя пригодную к вакуумированию по всему объему область и полезную область с терморегулированием, теплоизолируемую от окружающей температуры посредством пригодной к вакуумированию по всему объему области, а также средство для активного поддержания вакуума, так что давление в пригодной к вакуумированию по всему объему области устройства на протяжении времени постоянно находится в предварительно заданном диапазоне, причем пригодная к вакуумированию по всему объему область составляет по меньшей мере 20% об. от общего объема, который в устройстве занят пористым и/или ячеистым термоизолирующим материалом, и пригодная к вакуумированию по всему объему область содержит в себе по меньшей мере один органический аэрогель и/или органический ксерогель.

Кроме того, изобретение касается применения органических аэрогелей или органических ксерогелей внутри пригодной к вакуумированию по всему объему области в работающих на электричестве и пригодных к динамическому вакуумированию устройствах, включающих в себя, кроме пригодной к вакуумированию по всему объему области, полезную область с терморегулированием, теплоизолируемую от окружающей температуры посредством пригодной к вакуумированию по всему объему области, а также средство для активного поддержания вакуума, так что давление в пригодной к вакуумированию по всему объему области устройства с течением времени постоянно находится в предварительно заданном диапазоне, причем пригодная к вакуумированию по всему объему область составляет по меньшей мере 30% об. от общего объема, который в устройстве занят пористым и/или ячеистым термоизолирующим материалом.

Теплоизоляция в целях энергосбережения очень важна. На фоне все возрастающих цен на энергоносители и стремления к снижению выбросов CO₂, а также с учетом того, что требования к теплоизоляции и защите от холода будут возрастать и дальше, термоизоляция приобретает все большее значение. Эти возрастающие требования к оптимизации теплоизоляции охватывают как здания, так и холодильную изоляцию в области переносных устройств, логистики и стационарных устройств.

Теплоизолирующие устройства содержат заданную полезную область, которая отграничена от окружающей среды соответствующей теплоизоляцией, причем температура полезной области либо выше наружной температуры, либо ниже. К таковым относятся, например, холодильники, холодильные шкафы, холодильные склады, холодильные контейнеры, холодильные боксы, грузовики-рефрижераторы или же баки хранения горячей воды.

Теплоизоляцию (в дальнейшем этот термин употребляется как синоним терминов «термическая изоляция» и «термоизоляция») полезного пространства от окружающей среды в уровне техники осуществляют посредством теплоизоляционных материалов (в дальнейшем - синонимично термину «термоизоляционное вещество»).

Для целей термической изоляции известны множество изолирующих материалов, причем ввиду своей особо низкой теплопроводности важнейшую роль играют пеноматериалы с закрытыми ячейками. При этом к материалам с минимальными значениями теплопроводности относятся полиуретановые (ПУР) твердые пеноматериалы с закрытыми ячейками. Вспенивание твердых полиуретановых пеноматериалов осуществляют в основном с помощью физических вспенивающих агентов, например алканов или фторированных углеводородов, которые в свою очередь обладают меньшей теплопроводностью, чем воздух, и остаются в ячейках пеноматериала. При этом преобладающее в пеноматериале давление соответствует наружному давлению.

В последнее время также применяли вакуумированные пеноматериалы из ПУР или мезопористые насыпные порошки с открытыми порами, как-то: аэросил, в форме вакуумно-изоляционных панелей (ВИП). ВИП в форме пластин на других дополнительных этапах применяют в последующей изолирующей единице вместе с обычными изолирующими материалами. Например, в настоящее время ВИП интегрируют с ПУР в холодильниках посредством вклейки и окружения пеной, и они таким образом способствуют снижению энергопотребления. Самый большой недостаток ВИП состоит в дополнительных затратах на изготовление ВИП и на их монтаж в устройство. Поскольку ВИП всегда представляют собой только часть всей изоляции, необходимо добиваться сильного снижения давления для достижения соответственно низкой теплопроводности. Чтобы поддерживать это пониженное давление на стабильном уровне в течение срока службы устройства, к герметичности материала оболочки предъявляют высочайшие требования. Обычно здесь на сегодняшний день применяют либо металлизированную многослойную алюминиевую фольгу, либо композитную алюминиевую фольгу.

Еще одна техническая альтернатива состоит в вакуумировании или же частичном вакуумировании всего объема, предусмотренного для термической изоляции, причем вакуумирование в принципе можно осуществлять динамическим или же статическим образом. Значительное преимущество в сравнении с комбинацией ВИП и их окружения обычными изолирующими веществами состоит в том, что весь объем, образующий изолирующий материал, находится под пониженным давлением, и в силу этого необходимое понижение давления может оказаться сравнительно меньше, чем в обычной ВИП, или же при одинаковом понижении давления можно добиться лучшего изолирующего эффекта. Такие пригодные к вакуумированию устройства как таковые уже известны специалисту.

В патенте США US 1898977 описан холодильник с пригодной к вакуумированию изоляцией. В качестве изоляционного материала предлагается тонкодисперсный наполнитель и созданные им полости по возможности малого размера, в идеальном случае - существенно ниже, чем средняя длина свободного пробега молекул газа. Во избежание рассеивания в углах металлические слои между наружной и внутренней стенкой должны быть соединены мостиками из материалов с меньшей теплопроводностью. В качестве изолирующих материалов названы силоцель, пробка и бумага.

В европейской заявке EP 0587546 A1 описан пригодный к эвакуации холодильник, который оснащен установленным на постоянной основе вакуумным насосом. Вакуумный насос откачивает воздух из изолирующего материала, размещенного в герметично закрываемом воздухонепроницаемом корпусе. Ввиду большой длительности вакуумирования предусматривается, что насос активируют только тогда, когда холодильник установлен у пользователя. Вакуумирование устройств во время производства увеличила бы длительность изготовления одного устройства, так что производственный процесс стал бы экономически невыгоден. Речь идет об особом насосе, характеризующемся очень низким энергопотреблением, в силу чего экономия энергии благодаря улучшению изолирующих свойств сильно превосходит затраты энергии, необходимые на эксплуатацию вакуумного насоса. Обычные вакуумные насосы не годятся из-за слишком высокого собственного потребления энергии.

В качестве изолирующего материала предлагается раздуваемая водой пена из ПУР с закрытыми ячейками. В этом случае ячейки пеноматериала сначала содержат диоксид углерода, который обладает впятеро более высокой скоростью диффузии, чем воздух. Стремятся к достижению пониженного давления менее 0,1 мбар.

Значительный технический недостаток этой идеи состоит в том, что необходимо чрезвычайно длительное вакуумирование. Причина этого лежит в том, что у пеноматериала закрытые ячейки. Кроме того, чтобы обеспечить достаточное снижение теплопроводности, необходимо добиться очень низкого давления. Это связано с большим диаметром ячеек обычных твердых пеноматериалов.

В европейской заявке EP 0587548 A1 описан сходный предмет изобретения, причем упор в этом случае сделан на закрытые ячейки изолирующего материала. О пеноматериалах с открытыми порами отзываются отрицательно, поскольку в этом случае нельзя добиться достаточной механической жесткости при низкой плотности.

В европейской заявке EP 1335171 A1 описан пригодный к вакуумированию холодильник, в котором для сокращения длительности вакуумирования термоизолирующий материал оснащен сетью каналов. Например, вакуумирование из тыльной стенки осуществляют по сети каналов для откачки, напоминающей по расположению паутину. В качестве теплоизолирующих материалов упомянуты полиуретан и полистирол с открытыми ячейками. Кроме того, указано на проблему слишком длительного вакуумирования при существующих материалах.

В международной заявке WO 2005/093349 описан вакуумированный холодильник, который в качестве теплоизолирующего материала заполнен порошком. Указано, что в принципе создание вакуума возможно статическим и динамическим путем. Холодильник не нуждается в вакуумном насосе, поскольку эту функцию также берет на себя компрессор.

Международная заявка WO 2004/010042 содержит описание пригодного к вакуумированию холодильника, который содержит порошковую засыпку. Одна из имеющихся возможностей заполнения - через отверстие в тыльной стенке корпуса. Упомянуты различные варианты последующей герметизации.

В международной заявке WO 2010/127947 приведено описание полностью вакуумированных элементов дверей. В качестве материала наполнителя упомянуты ПУР с открытыми порами, полистирол или порошок диоксида кремния.

Предложенные в уровне техники устройства, однако, обладают принципиальными недостатками, которые до сих пор препятствовали техническому воплощению. Причина в используемых термоизолирующих материалах. У термоизолирующих веществ, применяемых до настоящего времени, если вообще у них открытые поры, структура пор не подходит для того, чтобы обеспечить достаточно малую длительность вакуумирования. У пеноматериалов с полностью открытыми порами тоже возможна высокая длительность вакуумирования, а именно если размер отверстий (окон ячеек) мал, а пеноматериал сильно отклоняется от идеальной формы опорной пены. Кроме того, известные изолирующие вещества с благоприятными показателями термоизоляции доступны только в виде пластин или порошка (отчасти также в спрессованном виде). Последующее приведение формы формованных изделий в соответствие с геометрическими показателями, необходимыми для прибора, можно реализовать (если вообще возможно) только с большими затратами, и при этом возникают значительные количества отходов. При порошкообразной засыпке в большинстве случаев невозможно целиком заполнить сложные геометрические формы, например внутренние пазы, либо же добиться достаточно четко заданного сжатия.

Кроме того, известные термоизолирующие материалы с открытыми порами обладают тем недостатком, что при изготовлении они образуют корку. Это ухудшает пригодность к вакуумированию, причем в особенности в случае больших пригодных к вакуумированию по всему объему областей, поскольку корка препятствует откачке газа, заполняющего ячейки.

Таким образом, техническое воплощение вышеописанных охлаждающих устройств до настоящего времени терпело неудачу из-за отсутствия надлежащего изоляционного материала.

Улучшенное теплоизолирующее устройство, пригодное к вакуумированию, как, например, пригодный к вакуумированию холодильник, должно обладать кратким временем вакуумирования и в связи с этим малой длительностью работы насоса и короткими циклами работы насоса, а также характеризоваться менее жесткими требованиями к герметичности оболочки, пригодной к вакуумированию по всему объему области.

Изоляционный материал, содержащийся в области, пригодной к вакуумированию по всему объему, должен одновременно обладать следующими свойствами:

- малый расход материала при изготовлении теплоизоляции в устройстве;

- сильное падение теплопроводности при давлении в пределах от 1 до 10 мбар;

возможность задавать сложные трехмерные геометрические формы без этапов последующей обработки;

- низкая способность поглощать водяной пар и низкая способность поглощать газы вообще, что особенно важно для динамического поддержания вакуума.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы найти пригодное к вакуумированию теплоизоляционное устройство, которое не обладает вышеуказанными недостатками либо обладает ими в меньшей мере. В частности, временной промежуток, за который во всем подлежащем вакуумированию объеме устанавливается желаемая разница в давлениях (длительность вакуумирования при заданном падении давления), необходимо уменьшить по сравнению с уровнем техники. Применяемый изолирующий материал должен обладать вышеприведенными свойствами.

Соответственно, были найдены устройство согласно изобретению и применение согласно изобретению.

Предпочтительные формы исполнения приведены в пунктах формулы изобретения и в описании. Сочетания предпочтительных форм исполнения не выходят за рамки настоящего изобретения.

Устройство согласно изобретению включает в себя пригодную к вакуумированию по всему объему область и полезную область с поддержанием температуры, теплоизолируемую от окружающей температуры посредством пригодной к вакуумированию по всему объему области, а также средство для активного поддержания вакуума, так что давление в пригодной к вакуумированию по всему объему области устройства на протяжении времени постоянно находится в предварительно заданном диапазоне, причем пригодная к вакуумированию по всему объему область составляет по меньшей мере 20% об. от общего объема, который в устройстве занят пористым и/или ячеистым термоизолирующим материалом, и пригодная к вакуумированию по всему объему область содержит в себе по меньшей мере один органический аэрогель и/или органический ксерогель.

При этом термин «пригодная к вакуумированию по всему объему область» в принципе подразумевает «по меньшей мере одна пригодная к вакуумированию по всему объему область». Таким образом, устройство согласно изобретению может включать несколько определенных таким образом пригодных к вакуумированию по всему объему областей, причем в этом случае каждая отдельная содержащая аэрогель и/или ксерогель область сама по себе (раздельно) пригодна к вакуумированию по всему объему. Само собой разумеется, что несколько таких областей могут находится под управлением одного единственного устройства для вакуумирования. Для изобретения во всяком случае существенно, чтобы одна из упомянутых областей составляла по меньшей мере 30% об. от общего объема, который в устройстве занят пористым и/или ячеистым термоизолирующим материалом. При необходимости две или более пригодные к вакуумированию по всему объему области, содержащие аэрогель и/или ксерогель, в каждом случае сами по себе могут удовлетворять этому критерию.

Органические аэрогели и органические ксерогели сами по себе известны. В литературе под ксерогелем подразумевают пористый материал, который изготовлен методом золь-гель преобразования, причем жидкую фазу удалили из геля путем сушки при температуре ниже критической и под давлением ниже критического для жидкой фазы («в субкритических условиях»). Напротив, об аэрогелях говорят, когда удаление жидкой фазы из геля провели при сверхкритических условиях.

В способе золь-гель перехода сначала создают золь на основе реакционноспособного органического предшественника геля, а затем желируют золь в гель посредством реакции поперечной сшивки. Чтобы получить из геля пористый материал, например ксерогель, необходимо удалить жидкость. Этот этап в дальнейшем изложении упрощенно называют сушкой.

Из международной заявки WO 2008/138978 известны ксерогели, содержащие от 30 до 90% масс. по меньшей мере одного многофункционального изоцианата и от 10 до 70% масс. по меньшей мере одного многофункционального ароматического амина, средний диаметр пор которых, нормированный на объем, составляет самое большее 5 микрометров.

Пригодная к вакуумированию по всему объему область - это замкнутая в пространстве область в пределах устройства согласно изобретению, которую можно вакуумировать целиком, т.е. при создании вакуума, исходя из одной точки, во всей области устанавливается пониженное давление.

При этом термин «пригодная к вакуумированию по всему объему» означает, что давление в этой области после вакуумирования на длительный срок снижено по сравнению с давлением в окружающей среде, т.е. соответствующая область закрыта от диффузии газов (диффузии компонентов воздуха) из окружающей среды. Специалисту ясно, что разность давлений всегда возможно поддерживать лишь ограниченный период времени. Для соответствия критерию «пригодный к вакуумированию» и «закрытый, замкнутый» необходимо, чтобы после вакуумирования (т.е. после создания пониженного давления) пониженное давление поддерживалось в течение периода по меньшей мере в 1 час, в частности по меньшей мере 4 часа, особо предпочтительно по меньшей мере 24 часа.

Полезная область с терморегулированием - это та область в пределах устройства, в которой необходимо поддерживать температуру, пониженную или повышенную по сравнению с температурой окружающей среды.

Весь объем, который в пределах устройства занят пористым и/или ячеистым термоизолирующим материалом, соответствует объему всех пористых и/или ячеистых термоизолирующих материалов в устройстве и включает в себя поры либо же ячейки. Пористые и/или ячеистые термоизолирующие материалы (изолирующие вещества) - это вещества, имеющие ячейки или поры, которые полностью или частично окружены термоизолирующим веществом, т.е. речь идет о материалах, которые содержат первую твердую фазу и вторую фазу, которая заполнена газом (при необходимости при пониженном давлении или в вакууме). Поры или ячейки снижают теплопроводность теплоизолирующего вещества. Пористые и/или ячеистые материалы могут иметь открытые или закрытые ячейки. Также возможны смешанные формы. Это определение охватывает все материалы, которые имеют поры и/или ячейки и которые вводят в устройство в целях теплоизоляции, помимо содержащихся там согласно изобретению органических аэрогелей и/или ксерогелей, в частности пеноматериалы, как, например, полиуретановые пенопласты или пеноматериалы на основе полистирола.

Целесообразно, чтобы объем охваченной согласно изобретению пригодной к вакуумированию области, содержащей органические аэрогели или ксерогели, составлял по меньшей мере 30% об., в частности по меньшей мере 40% об., особо предпочтительно по меньшей мере 50% об., в частности по меньшей мере 60% об., крайне предпочтительно по меньшей мере 70% об. от общего объема, который в устройстве занят пористым и/или ячеистым изолирующим материалом.

Под вакуумом подразумевают давление, сниженное по сравнению с давлением в окружении. Таким образом, «вакуумирование» - это создание пониженного по сравнению с окружающей средой давления.

В рамках настоящего изобретения под ксерогелем подразумевают пористый материал с пористостью по меньшей мере в 70% об. и усредненным по объему средним диаметром пор максимум в 50 микрометров, который изготовлен методом золь-гель преобразования, причем жидкую фазу удалили из геля путем сушки при температуре ниже критической и под давлением ниже критического для жидкой фазы («в субкритических условиях»).

Соответственно, в рамках настоящего изобретения под аэрогелем подразумевают пористый материал с пористостью по меньшей мере в 70% об. и усредненным по объему средним диаметром пор максимум в 50 микрометров, который изготовлен методом золь-гель преобразования, причем жидкую фазу удалили из геля путем сушки при температуре выше критической и под давлением выше критического для жидкой фазы («в сверхкритических условиях»).

Средний диаметр пор определяют посредством интрузии ртути согласно DIN 66133, и в рамках настоящего изобретения он в принципе представляет собой усредненное по объему значение. Измерение интрузии ртути согласно DIN 66133 - это порозиметрический метод, который реализуют с помощью порозиметра. При этом в образец пористого материала вдавливают ртуть. Для заполнения ртутью малых пор требуется большее давление, чем для заполнения больших пор, и из соответствующих диаграмм соотношения давления и объема можно определить распределение пор по размеру и усредненный по объему средний диаметр пор.

Предпочтительно, чтобы усредненный по объему средний диаметр пор пористого материала составляет самое большее 20 микрометров. Особо предпочтительно, чтобы усредненный по объему средний диаметр пор пористого материала составлял самое большее 10 микрометров, крайне предпочтительно самое большее 5 микрометров, а в частности самое большее 3 микрометра.

С одной стороны, при высокой пористости с точки зрения низкой теплопроводности желателен по возможности малый размер пор. По причинам, обусловленным производством, обозначается практический нижний предел нормированного на объем среднего диаметра пор. В общем случае усредненный по объему средний диаметр пор составляет по меньшей мере 50 нм, предпочтительно по меньшей мере 100 нм. Во многих случаях нормированный на объем средний диаметр пор составляет по меньшей мере 200 нм, в частности по меньшей мере 300 нм.

Устройство согласно изобретению работает от электричества. Предпочтительно, чтобы терморегулирование в полезной области устройства согласно изобретению осуществлялось путем активной подачи энергии. Предпочтительно, чтобы средство для активного поддержания вакуума представляло собой компрессор и/или насос, который, в частности, работает от электрического привода.

В первой предпочтительной форме исполнения настоящего изобретения устройство согласно изобретению представляет собой холодильный агрегат, особо предпочтительно холодильник, холодильный шкаф, холодильный склад, работающий на электричестве холодильный бак или грузовик-рефрижератор. Холодильный агрегат - это устройство, посредством которого заданную полезную область охлаждают посредством подачи энергии, так что полезная область холоднее, чем окружающая среда (имеет более низкую температуру).

Еще в одной предпочтительной форме исполнения настоящего изобретения устройство согласно изобретению представляет собой устройство для нагрева материалов, в частности бак хранения горячей воды.

Устройство, пригодное к динамическому вакуумированию, это пригодное к вакуумированию устройство в соответствии с приведенным выше определением, в котором вакуум активно поддерживают таким образом, что он на протяжении времени постоянно находится в заранее заданном диапазоне давлений. При этом «активно» означает: посредством повторяющегося участия средства для поддержания вакуума. При этом вакуум поддерживают, с одной стороны, благодаря замкнутости области, а, с другой стороны посредством многократного понижения давления. Многократное понижение давления можно осуществлять либо непрерывно, либо с периодическими повторами, причем последнее предпочтительно. Пригодное к полному вакуумированию устройство, в противоположность вышеизложенному, это такое устройство, как определено выше, в котором вакуум возникает при однократной откачке, а поддерживается только благодаря замкнутости области.

Такие устройства как таковые известны специалисту. Используемые согласно изобретению органические аэрогели или органические ксерогели могут найти полезное применение во всех устройствах, которые помимо пригодной к вакуумированию по всему объему области имеют полезную область с терморегулированием, теплоизолируемую от окружающих температур посредством пригодной к вакуумированию по всему объему области, причем пригодная к вакуумированию по всему объему область составляет по меньшей мере 20% об. От общего объема, который в устройстве занят термоизолирующим материалом. Особые ограничения в отношении технической концепции самого теплоизолирующего устройства отсутствуют.

Особо предпочтительные устройства это пригодные к динамическому вакуумированию холодильные устройства, в частности холодильники.

Подходящий холодильный или морозильный шкаф, пригодный к динамическому вакуумированию и работающий от электричества, имеет одну или несколько замкнутых теплоизолированных областей, представляющих собой заполнение корпуса, стенки и/или двери холодильного или морозильного шкафа, причем объем или объемы соединены с устройством, создающим вакуум, посредством вакуумирующего трубопровода, а устройство, создающее вакуум, представляет собой постоянно смонтированный блок в холодильном или морозильном шкафу. Такой холодильный или морозильный шкаф известен, например, из заявки США US-A 1898977 и из французской заявки FR-A-2628179, а также из европейской заявки ЕР-А 0587546.

Точное описание технической концепции, посредством которой устанавливают статический или динамический вакуум, не имеет значения для настоящего изобретения. Напротив, применяемые согласно изобретению пористые материалы можно выгодным образом использовать как термоизолирующий материал, если вакуумировать большие непрерывные объемы, содержащие термоизолирующий материал. Например, шкаф, как это описано в европейской заявке ЕР-А 0587546, можно при изготовлении оснастить вакуумным насосом, который соединен с герметично замкнутыми объемами в стенках и в двери шкафа, причем объемы заполнены теплоизолирующим материалом согласно изобретению. Когда пользователь включает шкаф, насос активируется и затем постепенно формирует очень низкое давление на протяжении длительного периода применения, что означает, что при этом на протяжении периода от одной недели до нескольких месяцев поэтапно возрастает эффективность изоляции. В качестве альтернативы используемый в устройстве компрессор можно применить для того, чтобы поддерживать пониженное давление в пригодной к вакуумированию области, как описано, например, в международной заявке WO 2005/093349.

Ниже описаны предпочтительные в рамках настоящего изобретения органические ксерогели и аэрогели.

Предпочтительно, чтобы органический аэрогель или ксерогель был построен на основе изоцианатов и при необходимости других компонентов, реакционноспособных по отношению к изоцианатам.

Особо предпочтительно, чтобы органический аэрогель или ксерогель был построен на базе изоцианатов и реакционноспособных по отношению к изоцианатам компонентов, причем в качестве реакционноспособного по отношению к изоцианатам компонента применяют многофункциональный ароматический амин. Предпочтительно, чтобы органический ксерогель или аэрогель был построен на основе полимочевины и/или полиизоцианурата.

«Построен на основе полимочевины» означает, что по меньшей мере 50% мол., предпочтительно по меньшей мере 70% мол., в частности по меньшей мере 90% мол. связей мономерных единиц в органическом ксерогеле или аэрогеле представлены в виде мочевинных связей. «Построен на основе полиизоцианурата» означает, что по меньшей мере 50% мол., предпочтительно по меньшей мере 70% мол., в частности по меньшей мере 90% мол. связей мономерных единиц в органическом ксерогеле или аэрогеле представлены в виде изоциануратных связей. «Построен на основе полимочевины и/или полиизоцианурата» означает, что по меньшей мере 50% мол., предпочтительно по меньшей мере 70% мол., в частности по меньшей мере 90% мол. связей мономерных единиц в органическом ксерогеле или аэрогеле представлены в виде мочевинных и/или изоциануратных связей.

Применительно к используемому согласно изобретению органическому аэрогелю или ксерогелю ниже дана ссылка на органический пористый материал.

Предпочтительно получать применяемый органический пористый материал в рамках способа, который включает следующие этапы:

(a) Реакция по меньшей мере одного многофункционального изоцианата (а1) и по меньшей мере одного многофункционального ароматического амина (а2) в растворителе при необходимости в присутствии воды как компонента (а3) и при необходимости в присутствии по меньшей мере одного катализатора (а4);

(b) Удаление растворителя с получением аэрогеля или ксерогеля.

Ниже подробно описаны предпочтительно применяемые в рамках этапа (а) компоненты (а1)-(а4) и количественные соотношения.

Ниже многофункциональные изоцианаты (а1) в совокупности называют компонентом (а1). Соответственно, многофункциональные ароматические амины (а2) ниже в совокупности называют компонентом (а2). Специалисту очевидно, что указанные мономерные компоненты присутствуют в органическом пористом материале в преобразованной форме.

Под функциональностью соединения в рамках настоящего изобретения подразумевают число реакционноспособных групп на молекулу. В случае мономерного компонента (а1) функциональность - это число изоцианатных групп на молекулу. В случае аминогрупп мономерных компонентов (а2) функциональность означает число реакционноспособных аминогрупп на молекулу. При этом многофункциональное соединение характеризуется функциональностью по меньшей мере 2.

Если в качестве компонента (а1) либо же (а2) применяют смеси соединений с различной функциональностью, то функциональность компонентов получают в каждом случае как количественно взвешенное усреднение функциональности отдельных соединений. Многофункциональное соединение содержит по меньшей мере две из вышеупомянутых функциональных групп на молекулу.

Компонент (а1)

В качестве компонента (а1) целесообразно применять по меньшей мере один многофункциональный изоцианат.

В рамках способа согласно изобретению применяемое количество компонента (а1) предпочтительно составляет по меньшей мере 20% мас., в частности по меньшей мере 30% мас., особо предпочтительно по меньшей мере 40% мас., крайне предпочтительно по меньшей мере 55% мас., в особенности по меньшей мере 68% мас., в каждом случае относительно общей массы компонентов (а1), (а2) и при необходимости (а3), суммарно равной 100% мас. В рамках способа согласно изобретению применяемое количество компонента (а1) предпочтительно составляет, кроме того, самое большее 99,8% мас., в частности самое большее 99,3% мас., особо предпочтительно самое большее 97,5% мас. в каждом случае относительно общей массы компонентов (а1), (а2) и при необходимости (а3), суммарно равной 100% мас.

В качестве многофункциональных изоцианатов можно использовать ароматические, алифатические, циклоалифатические и/или аралифатические изоцианаты. Такие многофункциональные изоцианаты сами по себе известны, либо же их можно изготовить методами, известными как таковые. Многофункциональные изоцианаты можно, в частности, применять в виде смесей так, чтобы в этом случае компонент (а1) содержал различные многофункциональные изоцианаты. Многофункциональные изоцианаты, которые можно использовать в качестве структурных единиц (а1), имеют на одну молекулу мономерного компонента две (в дальнейшем называются диизоцианатами) или более двух изоцианатных групп.

В частности, можно применять 2,2'-, 2,4'- и/или 4,4'-дифенилметандиизоцианат (MDI), 1,5-нафтилендиизоцианат (NDI), 2,4-и/или 2,6-толуилендиизоцианат (TDI), 3,3'-диметилдифенилдиизоцианат, 1,2-дифенилэтандиизоцианат и/или пара-фенилендиизоцианат (PPDI), три-, тетра-, пента-, гекса-, гепта- и/или октаметилендиизоцианат, 2-метилпентаметилен-1,5-диизоцианат, 2-этил бутилен-1,4-диизоцианат, пентаметилен-1,5-диизоцианат, бутилен-1,4-диизоцианат, 1 -изоцианато-3,3,5-триметил-5-изо-цианатометил-циклогексан (изофорондиизоцианат, IPDI), 1,4- и/или 1,3-бис(изоцианатометил)циклогексан (HXDI), 1,4-циклогександиизоцианат, 1-метил-2,4- и/или - 2,6-циклогександиизоцианат и 4,4'-, 2,4'- и/или 2,2'-дициклогексилметандиизоцианат.

В качестве многофункциональных изоцианатов (а1) предпочтительны ароматические изоцианаты. Это справедливо, в частности, тогда, когда в качестве компонента (а3) применяют воду.

Особо предпочтительны в качестве многофункциональных изоцианатов компонента (а1) следующие формы исполнения:

i) Многофункциональные изоцианаты на основе толуилендиизоцианата (TDI), в частности 2,4-TDI или 2,6-TDI, или смеси 2,4- и 2,6-TDI;

ii) Многофункциональные изоцианаты на основе дифенилметан-диизоцианата (MDI), в частности 2,2'-MDI, или 2,4'-MDI, или 4,4'-MDI, или олигомерный MDI, который также называют полифенилполиметиленизоцианатом, или смеси из двух или трех вышеназванных дифенилметандиизоцианатов, или MDI-сырец, который получают при синтезе MDI, или смеси из по меньшей мере одного олигомера MDI и по меньшей мере одного из ранее названных низкомолекулярных MDI;

iii) Смеси по меньшей мере из одного ароматического изоцианата в соответствии с формой исполнения i) и по меньшей мере одного ароматического изоцианата в соответствии с формой исполнения ii).

В качестве многофункционального изоцианата особо предпочтителен олигомерный дифенилметандиизоцианат. Олигомерный дифенилметандиизоцианат (в дальнейшем называемый олигомерным MDI) представляет собой олигомерный продукт конденсации и, стало быть, производное дифенилметандиизоцианата (MDI), или смесь нескольких олигомерных продуктов конденсации. Многофункциональный изоцианаты могут быть предпочтительно построены как смеси мономерных ароматических диизоцианатов и олигомерного MDI.

Олигомерный MDI содержит один или несколько многоядерных продуктов конденсации MDI с функциональностью более 2, в частности 3, или 4, или 5. Олигомерный MDI известен и его часто называют полифенилполиметиленизоцианатом или же также полимерным MDI. Олигомерный MDI обычно состоит из смеси изоцианатов на основе MDI с различной функциональностью. Обычно олигомерный MDI применяют в смеси с мономерным MDI.

Функциональность (средняя) изоцианата, который содержит олигомерный MDI, может варьировать в пределах приблизительно от 2,2 до 5, в частности от 2,4 до 3,5, в частности от 2,5 до 3. Такой смесью многофункциональных изоцианатов на основе MDI с различными показателями функциональности является в частности MDI-сырец, который получают при синтезе MDI, обычно с катализом соляной кислотой, как промежуточный продукт синтеза MDI-сырца.

Многофункциональные изоцианаты или смеси нескольких многофункциональных изоцианатов на основе MDI известны и распространяются, например, фирмой BASF Polyurethanes GmbH под торговым наименованием Lupranat®.

Целесообразно, чтобы функциональность компонента (а1) равнялась по меньшей мере двум, в частности по меньшей мере 2,2, а особо предпочтительно по меньшей мере 2,4. Предпочтительно, чтобы функциональность компонента (а1) составляла от 2,2 до 4 и особо предпочтительно от 2,4 до 3.

Целесообразно, чтобы содержание изоцианатных групп в компоненте (а1) составляло от 5 до 10 ммоль/г, в частности от 6 до 9 ммоль/г, особо предпочтительно от 7 до 8,5 ммоль/г. Специалисту известно, что содержание изоцианатных групп в ммоль/г и так называемая эквивалентная масса г/эквивалент представляют собой обратные друг другу величины. Содержание изоцианатных групп в ммоль/г получают из содержания в % масс. согласно ASTM D-5155-96 А.

В предпочтительной форме исполнения компонент (а1) состоит по меньшей мере из одного многофункционального изоцианата, выбранного из группы, которую образуют дифенилметан-4,4'-диизоцианат, дифенилметан-2,4'-диизоцианат, дифенилметан-2,2'-диизоцианат и олигомерный дифенилметандиизоцианат. В рамках этой предпочтительной формы исполнения компонент (а1) содержит особо предпочтительно олигомерный дифенилметандиизоцианат и обладает функциональностью, равной по меньшей мере 2,4.

Вязкость применяемого компонента (а1) может варьировать в широком диапазоне. Целесообразно, чтобы компонент (а1) имел вязкость от 100 до 3000 мПа-с, особо предпочтительно от 200 до 2500 мПа⋅с.

Компонент (а2)

В рамках предпочтительного согласно изобретению способа компонент (а2) представляет собой по меньшей мере один многофункциональный ароматический амин.

Компонент (а2) отчасти можно создать in situ. В такой форме исполнения реакцию проводят в рамках этапа (а) в присутствии воды (а3). Вода реагирует с изоцианатными группами с образованием аминогрупп и высвобождением CO₂. Таким образом, отчасти создаются многофункциональные амины как промежуточный продукт (in situ). В процессе дальнейшей реакции с изоцианатными группами происходит их преобразование в мочевинные связи.

В этой предпочтительной форме исполнения реакцию осуществляют в присутствии воды (а3) и многофункционального ароматического амин