[發明專利]低溫彈性絕熱材料

有效

• 申請號: 201110008579.2
• 申請日: 2011-01-07
• 公開（公告）號: CN102135222A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: J·韋丁格;S·韋斯
• 申請（專利權）人: 阿瑪賽爾企業有限公司
• 主分類號: F16L59/02
• 分類號: F16L59/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 顧敏;周承澤

技術領域

本發明涉及基于具有改進的低溫熱阻和撓性的可膨脹、可交聯彈性材料的多層絕熱材料，制造這種材料和系統的方法，以及這種材料和系統的使用方法。

背景技術

絕熱材料是工業建筑的重要組成部分，特別是在化學工業和石化工業的建筑中，物理和化學反應在非常高的溫度下發生，運輸和貯存需要極低的溫度，例如氨要-40℃，乙烯要-100℃，液化天然氣要-165℃，液化空氣組分甚至要-200℃及更低。-80℃以下的溫度在工業上通常稱為“低溫條件”。處于這種低溫條件的管道、罐體等對絕熱性有極高的要求，因為所有的材料都將以一定方式冷凍，空氣中的水分凝結為冰是不可避免的問題，在談到低溫時，甚至在0℃較軟的材料對裝置也存在摩擦。單一材料或單層不可能在低溫下提供安全、充分的絕熱性，因此采用全絕熱系統，在其大部分被覆層覆蓋的復合結構中包含多個絕熱材料層[一些化學公司申請的一些專利文件對此有基本的描述，如林德公司(Linde)：DE19954150，三菱公司(Mitsubishi)：GB?1438226，?？松?Exxon)：GB?1110579，以及陶氏公司(Dow)：GB?1447532]，參見圖1。過去，低溫絕熱主要采用無機材料，即礦物棉、玻璃纖維和泡沫玻璃，有時采用氣溶膠(例如US?20080087870)。纖維材料缺乏阻擋水蒸氣透過(WVT)的能力，必須安裝在相當復雜的系統中，安裝時要絕對小心地將裝置完全密封，否則空氣中的水分在通過絕熱材料的過程中會凝結為冰，導致極為不利的絕熱腐蝕，或者導致絕熱材料先劣化，然后被永久性冰層的生長破壞。泡沫玻璃或氣溶膠絕熱體在WVT上也成問題，此外它們非常易碎，已知安裝復雜(對于氣溶膠，還討論了一些健康危險)，并且不可避免地會產生碎片。無機系統防火，這常被視為其主要優點；但是，這僅對純絕熱材料而言是正確的，因為密封、接口保護、在連接處施加粘合劑、層壓等對這些材料的應用來說至關重要，用來提供這些功能的產品是有機物，因而是可燃的。對于第二類低溫絕熱材料，即基于縮聚物泡沫材料的有機物來說，這也是正確的，所?述縮聚物主要是聚氨酯(PUR)或聚異氰酸酯(PIR)。這些材料具有可接受的低熱導率(不過，必須注意的一個事實是，熱導率值常常是在發泡氣體還留在孔中、尚未被空氣置換的情況下得到的，而空氣會導致絕熱性能惡化)和可接受的WVT。它們的易碎性低于泡沫玻璃，可形成更多的形狀，甚至可在小范圍內進行現場調整。作為PUR/PIR的替代品，聚烯烴絕熱材料(參見EP?0891390或JP?5208438，其中彈性泡沫軟管保護內聚烯烴層)在低溫領域很少見，它們具有同樣的缺陷。在熱塑性材料的改進和使用熱塑性材料的絕熱系統方面，人們已經開展了一些工作，如前面提到過的DE?19954150、GB?1438226、GB?1110579、GB?1447532，或者EP?1878663、CN?2937735和CN?101357979(提及LNG絕熱材料)，它們均基于PUR/PIR。GB?1436109披露了用于低溫容器的基于改性聚氨酯的絕熱材料；FR?2876438描述了(昂貴的)聚醚酰亞胺泡沫材料的可能應用，GB2362697和US?5400602提到了復雜并且同樣昂貴的PTFE基系統，它用于低溫流體轉移；CA?1179463要求一種改進的剛性絕熱片的專利權，它是通過壓縮熱塑性泡沫材料得到的，用于低溫目的；CA?1244336描述了一種基于苯乙烯泡沫材料的改進的多層系統；CN?1334193要求一種基于PUR、泡沫玻璃或膨脹珍珠巖的多層系統；而US?4044184描述了涂覆了多個剛性泡沫層的絕熱板。所有這些系統都需要至少一個、多數情況下需要多個蒸氣阻擋層(vapourbarrier)，對機械沖擊(如人踩在絕熱部分上)或振動非常敏感。一些研究針對熱塑性彈性體(TPE)或類似的共聚物展開，如CN?101392063的(聚硅氧烷/聚酰胺)和WO?2001030914的(聚酯/聚醚/聚酰胺)或者GB?1482222(泡沫聚乙烯共聚物)。然而，眾所周知，在非常低的溫度下，TPE的熱塑性嵌段會起結晶引發劑的作用，并過度補償彈性嵌段的性質，更不用說所用的所有基礎聚合物都不能阻擋蒸汽遷移，因而會導致WVT性能較差，并對機械沖擊敏感。CN?201060692和CN?101221836提到了一種低溫(-40℃或更低)下使用的風能電纜的[大塊(massive)]彈性絕熱層，DE?19954150提到了作為低溫絕熱系統的一部分的彈性體，不過也是作為大塊外層。DE?60114744描述了基于乙烯-丙烯三元聚合物的同樣可用于低溫的粘合劑。實際上用于低溫應用的三元聚合物是用作彈性體基礎的乙烯-丙烯-二烯聚合物(EPDM)。一些文獻提到，EPDM能夠經受一些低溫沖擊：WO?2003002303要求一種噴嘴的專利權，它用大塊EPDM(但它是非常硬的一種)制備，用于對低溫顆粒進行表面處理中；US?4426494描述了不飽和乙烯聚合物(EPDM也屬于這一類)，還提到用于低溫等領域的改進的性質。然而，目前還沒有人廣泛詳細地研究橡膠的總體低溫絕熱性，特別是膨脹型共聚物橡膠或三元聚合物橡膠，如EPDM泡沫材料。