CN113748168B - 层状高空隙率材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包含复合表面层的层状高空隙率材料，该复合表面层包含结构材料，以及衍生自具有2‑15个碳原子的脂肪族多元醇与具有3‑15个碳原子的脂肪族多元羧酸的聚酯，其中所述表面层连接到结构材料的高空隙率层。与没有复合表面层的高空隙率材料相比，该材料具有改进的表面特性和改进的弯曲刚度，同时保持了隔音和隔热性能。该材料可用作例如绝缘材料、过滤材料或用于水培。

Description

层状高空隙率材料

技术领域

本发明涉及一种层状高空隙率材料。本发明特别涉及具有复合表面层的层状高空隙率材料。已经发现，与没有复合表面层的高空隙率材料相比，根据本发明的层状高空隙率材料显示出改进的性能。

背景技术

许多绝缘材料，无论是隔热还是隔音，都是高空隙率(high void-fraction)材料。它们本质上依赖于滞留在固体结构例如纤维、颗粒或层之间的停滞空气。绝缘材料的例子是矿棉或玻璃棉或基于聚合物，如聚氨酯的垫子和板材，无论是弯曲的还是平坦的。最近的发展是使用基于可再生的基于纤维素的材料(如大麻、亚麻、棉花、metises和纸/纸板等)，以及动物源材料(如羊毛或羽绒等)的高空隙率板材。大多数这些高空隙率材料不具有结构强度或弯曲刚度。因此，它们需要与建筑框架结合使用，并且通常与表面覆盖物(例如石膏板或其他板状材料)结合使用，以提供机械强度、耐火性和表面结构，其中包括涂漆、贴墙纸或以其他方式提供有吸引力的视觉外观。

然而，柔性高空隙率绝缘材料和单独的板覆盖物的组合具有许多缺点。必须分别安装至少两种类型的材料的事实使得必须具有至少两个步骤的安装过程，这使其成为劳动密集型的。此外，它需要额外的材料。此外，使用实心(无孔)板材料可能会抵消绝缘材料的任何吸音特性。此外，它可能会对基于纤维素的材料的温度/湿度和其他气候调节特性产生不利影响，并将导致二氧化碳排放量增加。此外，多数石膏板和木质面板由于可能排放放射性氡气以及致癌和有毒的甲醛气体而受到审查。

因此，在本领域中需要一种高空隙率材料，其具有增加的机械强度，并且可以免除使用覆盖板材，从而解决上述问题。这种新材料也可用于其他使用高空隙率材料的场合，例如过滤和水培应用。

发明内容

本发明涉及一种包含复合表面层的层状高空隙率材料，该复合表面层包含结构材料，以及衍生自具有2-15个碳原子的脂肪族多元醇与具有3-15个碳原子的脂肪族多元羧酸的聚酯，其中所述表面层连接到结构材料的高空隙率层。

已经发现，与高空隙率结构材料本身相比，具有复合表面层的材料具有提高的机械强度。此外，其可以在没有表面覆盖物的情况下使用。它还可能需要较少的机械框架支撑。根据本发明的材料的进一步优点将从进一步的说明中变得明显。

注意到WO2012/140238描述了衍生自具有2-15个碳原子的脂肪族多元醇和脂肪族多元羧酸的聚酯聚合物作为涂层或在层压材料的制造中的用途。该参考文献没有公开提供具有聚酯复合表面层的高空隙率材料。

下面将更详细地讨论本发明及其优选实施方案和其相关优点。

附图的简要说明

本发明由以下附图说明，但不限于此或因此：

图1显示了根据本发明的面板及其起始材料的图片，其中可以看出自支撑性能(free-standing properties)的差异。

图2显示了根据本发明的面板的表面强度。

图3显示了一个实施例，其中在两个面板之间引入了梁。

图4显示了框架中一组面板的自支撑结构。

图5显示了一个带有布面覆盖物的面板。

发明详述

层状高空隙率材料包括包含结构材料和聚酯的复合表面层，该表面层连接到结构材料的高空隙率层。

与结构材料层结合的复合表面层的存在是本发明的关键特征。这意味着当观察根据本发明的层状材料的横截面时，部分材料包含聚酯而部分材料不包含聚酯。换言之，含聚酯的复合表面层可与不含聚酯的结构材料层区分开来。两层之间的边界可以通过目视检查或通过分析材料中不同位置的层的聚合物含量来容易地确定。可以通过聚合物含量在短距离上的逐步变化来识别边界，例如，聚合物含量在2cm的距离上，任选地在1cm的距离上，任选地在0.5cm的距离上，任选地在0.2cm的距离上增加至少5倍。

复合表面层可存在于材料的一侧，或存在于材料的不止一侧。例如，当材料具有类似面板的形状，即材料的长度和宽度明显大于厚度的形状时，也可以在材料的两个主面上都存在复合表面层。在这种情况下，结构材料层将夹在两个复合表面层之间，因此也可以被视为核心层。还可以并且可以优选在面板的一侧或多侧上提供复合层。

层状高空隙率材料可以由本领域中用作隔热和/或隔音材料的常规高空隙率结构材料制成。实例是面板和垫子，无论是平面的还是成形的，基于陶瓷棉，如玻璃棉和石棉；基于聚合物的面板，基于纤维素的面板，以及基于动物产品的材料，如羊毛、羽毛和羽绒。当然，本发明所用的高空隙率材料也可以包括各种组分的混合物，例如基于纤维素的材料与石棉或玻璃棉等的组合。起始材料可以是平面的或弯曲的，例如以(半圆柱体)的形式用于绝缘曲面。

起始材料具有高空隙率，例如至少0.5，特别地至少0.6，更特别地至少0.7，更特别地至少0.8的空隙率。作为一般上限，可提及至多0.995，特别地至多0.98的值。空隙率可以根据高空隙率材料本身(即毯子或面板)的密度以及构成该材料的组成(例如玻璃、石头、聚合物或基于纤维素的材料)的密度来计算。因此，空隙率反映了材料(其可以填充有气体，例如空气)中的空隙体积相对于材料总体积的体积。以上给出的值也适用于根据本发明的层状高空隙率材料的结构材料的高空隙率层。因此，可以根据层状高空隙率材料的密度和构成层状高空隙率材料的物质的密度来计算层状高空隙率材料的空隙率。

基于纤维素的材料可以基于任何含纤维素的材料。实例包括木浆和纸，包括纸板。在一个实施方式中，基于纤维素的材料源自所谓的原生纸浆，其直接从木材制浆过程中获得。这种纸浆可以来自任何植物材料，但主要来自木材。木浆来自软木树，如云杉、松树、冷杉、落叶松和铁杉，以及硬木，如桉树、黄杨木(popular)、白杨和桦树。在一个实施方式中，基于纤维素的材料包括源自回收纸的纤维素材料，例如从再生书籍、纸张、报纸和期刊、蛋盒和其他回收纸或纸板产品获得的纤维素纸浆。也可以使用纤维素源的组合。基于纤维素的材料也可以来源于亚麻、大麻或棉花等来源，以及其他可再生的植物基材料。术语基于纤维素的材料旨在表示该物体包含至少50wt.％的纤维素材料，例如，来源于例如新鲜或用过的纸、新鲜或用过的纸板、木材或其他任何形式的植物材料，或它们的组合。特别地，材料或容器包含至少70wt.％，更特别地至少80wt.％的纤维素材料。

起始材料通常是层、片、垫或面板的形式，在本说明书的上下文中，它们都是同义词，指材料长度和宽度明显大于厚度的形状。

通常，起始材料具有至少0.5cm，特别地至少1cm的厚度。作为一般上限，可提及至多40cm的值。起始材料的厚度可以优选为1至30cm，特别地2-15cm。起始材料的宽度和长度对本发明并不重要。两者通常为起始材料厚度的至少3倍，例如至少30cm，特别地至少50cm。宽度一般不超过4米，特别地出于实际目的，最多2米。材料的长度可以是不确定的，其中材料是在连续过程中制造的。出于实际目的，长度可以是至多20m，特别地至多15米，例如，至多8米，通常至多4米，取决于应用。

相同的尺寸适用于根据本发明的层状高空隙率材料。

层状高空隙率材料包括结构材料层和包含结构材料和聚酯的复合表面层。复合表面层通过结构材料与结构材料层相连。例如，当高空隙率材料为石棉垫时，复合表面层由石棉和指定的聚酯组成，复合表面层通过石棉纤维与结构材料层相连。换言之，结构材料在结构材料层与包含结构材料和聚酯的复合表面层之间的边界上是连续的。

复合表面层的聚合物含量通常在50wt.％至99wt.％的范围内，更特别地在70wt.％至95wt.％的范围内，基于复合表面层的重量计算。

复合表面层通常具有在0.01至0.99范围内，特别地在0.4至0.95范围内的空隙率。复合层的空隙率可以由复合层的密度和复合层中聚合物和结构材料的密度计算得出。虽然与起始材料和层状材料的结构材料层相比，空隙率降低了，但它仍然可以相当高。这意味着结构材料的吸音性能至少部分得以保持。这与现有技术的情况不同，现有技术中在隔热材料前面提供板材会显著影响材料的吸音性能。

本发明的层状高空隙率材料的空隙率仍然相对较高，例如至少0.5，特别地至少0.6，更特别地至少0.7。作为一般上限，可提及至多0.98，更特别地至多0.95的值。由于产品中的高空隙率，它在很大程度上保留了其隔热和隔音性能。此外，产品中的高空隙率伴随着较低的面板重量，这具有吸引力，原因有很多，包括面板的处理性能、运输等。

已经发现，提供复合表面层可以提高高空隙率材料的性能，例如弯曲刚度，同时在最终产品中仍保持整体高空隙率，这确保了绝缘性能的保持。更具体地，已经发现可以获得这样的材料，其中与起始产品的空隙率相比，最终产品的空隙率在75-99.5％的范围内，特别地在80-99.5％，更特别地在85-99.5％的范围内。

复合表面层的厚度一般在1mm到40mm的范围内，这取决于层状高空隙率材料的总厚度。厚度低于1mm的复合层通常太薄而无法提供所需的表面结构。超过40mm的厚度通常不会导致性能进一步提高，而只会增加材料的重量。复合表面层的厚度可以优选为2-30mm，特别地4-15mm。

因此，根据本发明的层状材料包括一个或多个复合表面层和一个后层或核心层。

通常，观察本发明的层状材料的横截面，复合表面层(或多个层)将构成横截面的至多50％。在层状材料的两个表面都设有复合表面层的情况下，复合表面层一起优选构成横截面的2-50％，特别地5-40％。在层状材料的仅一个表面设有复合表面层的情况下，复合表面层优选占横截面的2-30％，特别地5-20％。

最终产品上聚合物的量可以在很宽的范围内变化。在解释这些值时，应考虑到起始材料由于其高空隙率而相对较轻。因此，最终产品上相对较大重量百分比的聚合物仍可能对应于相对较薄的表面层。通常，最终层状材料上聚合物的量在10-95wt.％的范围内，以层状材料的总重量计，更特别地25-80wt.％。

与其来源的材料相比，根据本发明的材料具有改进的机械性能，特别是增加的弯曲刚度和表面硬度。此外，它可能具有更吸引人的表面特性，尤其是增加的光滑度。此外，保持了起始材料的降噪性能，同时提高了机械性能。

本发明利用衍生自具有2-15个碳原子的脂肪族多元醇和具有3-15个碳原子的脂肪族多元羧酸的聚酯。

本发明的起始原料是具有2-15个碳原子的脂肪族多元醇和脂肪族多元羧酸。

本发明中使用的脂肪族多元醇包含至少两个羟基，特别地至少三个羟基。通常，羟基的数目将是10个或更少，更特别地8个或更少，或甚至6个或更少，特别地两个或三个。多元醇具有2-15个碳原子。更特别地，多元醇具有3-10个碳原子。优选多元醇不含N或S杂原子。更具体地，优选多元醇不包含除羟基之外的非碳基团。更特别地，多元醇是仅包含C、H和O原子的脂族聚链烷醇。在本发明的一个优选实施方式中，与它的碳原子数相比，多元醇含有相对大量的羟基。例如，羟基数与碳原子数之比为1:4(即每四个碳原子一个羟基，或一个二醇有8个碳原子)至1:0.5(即每个碳原子有2个羟基)。特别地，羟基数目与碳原子数目之间的比率范围为1:3到1:1，更具体地，1:2到1:1。一组特别优选的多元醇是其中该比例为1:1.5至1:1。其中羟基与碳原子之比为1:1的化合物被认为是特别优选的。

合适的多元醇的实例包括选自甘油、山梨糖醇、木糖醇和甘露醇的三元醇，以及选自1,2-丙二醇、1,3-丙二醇和1,2-乙二醇的二醇。优选使用选自甘油、山梨糖醇、木糖醇和甘露醇的化合物，特别优选使用甘油。

对甘油的优选基于以下几点：首先，甘油的熔点为20℃，因此易于加工，特别地与熔点均远高于90℃的木糖醇、山梨糖醇和甘露醇相比。此外，已经发现甘油提供了高质量的聚合物，因此将易于获得的源材料的使用与良好的加工条件和高质量的产品相结合。也可以使用不同类型的醇的混合物。

然而，优选多元醇由至少50摩尔％的甘油、木糖醇、山梨糖醇或甘露醇组成，特别地优选由至少70摩尔％，更特别地至少90摩尔％，或甚至至少95摩尔％的甘油组成。在一个实施方式中，多元醇基本上由甘油组成。

利用甘油酯与一元醇的酯交换反应制造生物柴油的副产物甘油是本发明的一个具体实施方案。合适的一元醇包括C1-C10一元醇，特别地C1-C5一元醇，更特别地C1-C3一元醇，特别地甲醇。甘油酯是甘油和脂肪酸的单二酯和酯，脂肪酸通常具有10-18个碳原子。制造具有相关甘油的生物柴油的合适方法是本领域已知的。

本发明中使用的脂肪族多元羧酸包含至少两个羧酸基团，特别地至少三个羧酸基团。一般而言，羧酸基团的数目将是10个或更少，更特别地8个或更少，或甚至6个或更少。多元羧酸具有3-15个碳原子。更特别地，多元羧酸具有3-10个碳原子。优选多元羧酸不含N或S杂原子。更具体地，优选多元羧酸不包含除羧酸基团之外的非碳基团。更特别地，多元羧酸是仅包含C、H和O原子的脂肪族多元羧酸。

在一个实施方式中，使用二元羧酸。如果使用，二元羧酸可以是具有两个羧酸基团并且通常最多15个碳原子的任何二元羧酸。合适的二元羧酸的实例包括衣康酸、苹果酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸和癸二酸。衣康酸和琥珀酸可能是优选的。

在一个实施方式中，使用三元羧酸。如果使用，三元羧酸可以是具有三个羧酸基团并且通常至多15个碳原子的任何三元羧酸。实例包括柠檬酸、异柠檬酸、乌头酸(顺式和反式)和3-羧基-顺式,顺式-粘康酸。出于成本和可用性的原因，认为优选使用柠檬酸。

在适用的情况下，多元羧酸可以整体或部分以酸酐的形式提供，例如柠檬酸酐。

已经发现，使用三元羧酸会产生有吸引力性能的聚酯。因此，在一个实施方式中，多元酸包含至少10重量％的三元羧酸，无论是否与二元羧酸、其他三元羧酸及其混合物组合。在一个实施方式中，基于多元酸的总量计算，多元酸包含至少30wt.％的三元羧酸，优选至少50wt.％。在一个实施方式中，三元羧酸的量为至少70wt.％，更特别地至少90wt.％，或甚至至少95wt.％。在一个实施方式中，多元酸基本上由三元羧酸组成，其中该词基本上是指其他酸可以不影响材料性质的量存在。

在本发明的另一个实施方式中，酸包含至少10wt.％的二元羧酸，基于酸的总量计算，优选至少30wt.％，更优选至少50wt.％。在一个实施方式中，二元羧酸的量为至少70重量％。

在一个实施方式中，酸包含至少10wt.％的三元羧酸和至少2wt.％二元羧酸，更特别地至少10wt.％的三元羧酸和至少5wt.％的二元羧酸的组合，或至少10wt.％的三元羧酸和至少10wt.％的二元羧酸。在该实施方式中，取决于所需材料的性质，两种酸之间的重量比可以在宽范围内变化。在一个实施方式中，二元羧酸占二元羧酸和三元羧酸总量的2至90wt.％，特别地5至90wt.％，更特别地10至90wt.％，取决于所需的材料性质。应注意，上述三元羧酸的优选范围也适用于该实施方式。已经发现，使用三元羧酸，特别地柠檬酸，特别地与三元醇例如甘油的使用组合，导致形成高质量复合材料。

不希望受理论束缚，我们相信使用三元酸，特别地与三元醇组合导致形成高质量复合材料的原因有很多。首先，使用三元酸，特别地与三元醇结合使用，可以形成高度交联的聚合物，从而提高强度。

此外，在使用三元酸，并且优选还使用三元醇的情况下，酸或羟基很可能与基于纤维素的材料上的活性基团发生物理或化学相互作用。这导致基于纤维素的材料和聚合物之间的粘合得到改善，这是制造复合材料的关键需求。相互作用的程度可以通过选择三元酸和三元醇的量以及选择聚合度来控制。

多元醇和多元酸之间的摩尔比将由所使用的醇和酸中的反应基团数量之间的比例决定。一般来说，OH基团的数量与酸基团的数量之比在5：1到1：5之间。更具体地，该比率可以在2:1至1:2之间，更具体地在1.5:1至1:1.5之间，更优选地在1.1:1至1:1.1之间。理论摩尔比为1:1。

聚合物是通过将醇和酸结合形成液相而形成的。取决于化合物的性质，这可以例如通过将组分的混合物加热至酸将溶解在醇，特别是甘油中的温度来完成。取决于化合物的性质，这可以是，例如，在20-200℃，例如，40-200℃，例如60-200℃，或90-200℃。在一个实施方式中，混合物可以在100-200℃，特别地100-150℃，更特别地在100-140℃的温度下加热和混合5分钟至2小时，更特别地10分钟至45分钟的时间段。

任选地，可以使用合适的催化剂来制备聚酯。用于制造聚酯的合适催化剂是本领域已知的。优选的催化剂是不含重金属的那些。有用的催化剂是强酸，例如但不限于盐酸、氢碘酸和氢溴酸、硫酸(H₂SO₄)、硝酸(HNO₃)、氯酸(HClO₃)、硼酸、高氯酸(HClO₄)、三氟乙酸和三氟甲磺酸。也可以使用诸如乙酸锌和乙酸锰之类的催化剂，尽管它们可能不太优选。

任选地，在反应混合物聚合和冷却之后，可以(部分)用挥发性碱如氨或有机胺中和混合物以稳定聚酯溶液。优选的胺是具有低气味的胺，例如但不限于2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-二甲氨基-2-甲基-1-丙醇。

在一个实施方案中，添加化合物以增加聚合物与疏水材料的相互作用，或增加最终产品的防水性。合适的化合物包括例如C5至C22饱和或不饱和脂肪酸或其盐、C5至C22饱和或不饱和脂肪醇以及二聚和三聚脂肪酸或醇。例如，单硬脂酸甘油酯、柠檬酸三乙酯和戊酸已成功用于本发明。

以聚合物的量计算，增加疏水性的化合物通常以0.1-5wt.％的量施用，更特别地以0.3-3wt.％的量施用。

通常通过以下方式制备包含结构材料层的层状材料，该结构材料具有复合表面层，该复合表面层包含结构材料和衍生自具有2-15个碳原子的脂肪族多元醇和具有3-15个碳原子的脂肪族多元羧酸的聚酯：将结构材料的表面与包含聚合物的液体介质接触，直到结构材料部分但未完全被液体介质浸渍，然后进行固化步骤。

在本申请中，单体的聚合程度将表示为转化率，转化率是在某个时间点反应的官能团的分数与可以反应的那些官能团的最大值的比率。转化率可以由反应混合物的酸值与存在的全部单体的理论酸值相比较来确定。转化率也可以通过聚合反应期间发生的失水以重量分析法确定。

通常，当聚合物施涂到高空隙率起始材料上时，其转化率(由酸值确定)范围为0.05至0.6，特别地0.1至0.5，更特别地0.2-0.5。

固化后，按重量测定的转化率通常为至少0.6，特别地至少0.7，更特别地至少0.8，在一些实施方式中至少是0.9。最大转化率为1.0。

由于旨在获得包含结构材料层和包含结构材料和聚酯的复合表面层的物体，重要的是选择制造条件使得液体介质不会渗透整个结构材料。该效果主要由以下参数控制：液体介质的应用方式、液体介质的量、液体介质的粘度、被液体介质浸渍的结构材料的吸收能力，以及聚合物在吸收介质中的聚合速率。

液体介质的粘度由例如聚酯在介质中的转化程度、温度和任选的溶剂如水的存在来确定。聚合物的聚合速率由例如催化剂的存在、温度和除水效率(水是反应中的副产物)决定。鉴于这些参数，选择合适的接触条件是在技术人员的范围内的。

例如：结构材料可以在室温下与聚酯的水溶液接触。还可以在升高的温度下使结构材料与液态形式的聚酯接触。

可以通过本领域已知的方法，例如浸涂、喷涂、流动、滚压、刷涂或倾泻，将包含聚合物的液体介质施加到高空隙率起始材料上。

已发现将结构材料浸涂到包含聚合物的液体介质中是有利的，因为这导致具有可再现厚度的表面层。通过将层状材料放置在聚合物浴中一段受控的时间，该过程很容易应用。

当需要在面板的两侧提供表面层时，可以在面板的任一侧施加聚合物层，然后进行单一固化步骤。然而，可以优选地将第一层施加到面板的一侧，进行固化步骤，然后在面板的另一侧施加第二层，接着进行第二固化步骤。

在将聚酯施加到结构材料上之后，对所得浸渍材料进行固化步骤以增加聚酯的聚合度。固化步骤的关键是聚酯处于反应温度，例如，80-250℃，特别地100-200℃之间的产品温度下。固化可以在本领域已知的加热设备中进行，例如在具有80℃至高达450℃的烘箱温度的烘箱中进行。可以使用不同类型的烘箱，包括但不限于带式烘箱、隧道烘箱、对流烘箱、微波炉、红外线烘箱、感应烘箱、热风烘箱、常规烘烤烘箱及其组合。固化可以在一个步骤中完成，也可以在多个步骤中完成，这取决于所需的应用。固化时间从5秒到2小时不等，具体取决于应用以及所使用的烘箱类型和温度。根据所需的应用和所需的性能，选择合适的固化条件在本领域技术人员的范围内。可能优选在惰性气体气氛中进行固化步骤，例如在氮气下，特别地在不存在氧气的情况下。惰性气氛的使用允许使用更高的固化温度，同时限制不希望的氧化反应的发生。

如果需要，可以在进行固化步骤之前对浸渍材料进行干燥步骤。干燥步骤通常在室温，例如15℃或20℃至100℃的温度下进行，以从复合材料中除去水。它可以进行例如0.25小时到3天，这取决于复合材料中的水量、层的厚度和温度。

在一个实施方案中，在根据本发明的层状材料的制造中结合另一表面层的应用。在这种情况下，在提供聚合物之后但在固化步骤之前将表面材料施加到面板上，并且将组合结构提供给固化步骤。这种方法允许制造有吸引人的特性的面板，例如有吸引人的表面结构和改进的表面强度。表面材料可以是，例如织造或非织造织物的层。在这种情况下，表面层优选是多孔的，以便它可以吸收聚合物。表面材料还包括改变产品表面的其他材料，例如粉末、薄片或其他材料。

根据本发明的层状材料可以以本领域已知的方式用作隔热和隔音材料。鉴于根据本发明的材料的改进的表面特性，通常可以省去诸如石膏或其他板材的覆盖层。这种新材料还可以应用于使用高空隙率材料的其他情况，例如过滤和水培应用。

下面将讨论加工根据本发明的材料的一些优选方式。

已经发现，本发明的材料比其起源的起始材料具有更好的机械性能和更好的自支撑性能。这使得以新颖的方式处理它们成为可能。在一个实施方式中，根据本发明的材料，其正面，优选正面和背面，特别地正面、背面和侧面已经设有复合层；任选地在设置框架和/或加强结构例如结合在其中的梁之后，根据本发明的材料被提供为自支撑结构。

已经发现，根据本发明制备的面板，特别是基于纤维素的面板可以容易地提供开口以容纳例如电源、电缆等的插座。可以在施加聚合物之后提供开口，在这种情况下，增加的机械强度使面板易于加工；或者在应用聚合物之前提供开口，在这种情况下，稍后提供聚合物将确保开口的光滑和坚固的表面。还可以在施加聚合物之前或之后为面板提供允许将面板彼此连接的结构、允许将面板连接到其他结构例如墙壁、框架等的结构。

面板，特别是面板表面的改进机械强度，使得可以直接在面板上提供诸如螺钉之类的紧固装置。

如果需要，最终层状材料的表面可以设置覆盖层，例如以石膏、油漆或壁纸的形式。

本公开还包括以下条目：

1.一种层状高空隙率材料，包括复合表面层，该复合表面层包含结构材料和衍生自具有2-15个碳原子的脂肪族多元醇和具有3-15个碳原子的脂肪族多元羧酸的聚酯，其中所述表面层连接到结构材料的高空隙率层。

2.根据条目1所述的层状高空隙率材料，其具有至少0.5，特别地至少0.6，更特别地至少0.7，并且通常至多0.98，特别地至多0.95的空隙率。

3.根据前述条目中任一项所述的层状高空隙率材料，其中所述结构材料选自陶瓷棉，包括玻璃棉和石棉，基于聚合物的材料，动物源材料，例如羊毛和羽绒，和基于纤维素的材料，以及它们的组合，优选基于纤维素的材料。

4.根据前述条目中任一项所述的层状高空隙率材料，其中所述起始材料具有至少0.5，特别地至少0.6，更特别地至少0.7，更特别地至少0.8，和/或至多0.995，特别地至多0.98的空隙率。

5.根据前述条目中任一项所述的层状高空隙率材料，其中所述复合表面层的聚合物含量在50wt.％至98wt.％的范围内，更特别地在70wt.％至95wt.％的范围内，按复合材料表面层的重量计算。

6.根据前述条目中任一项所述的层状高空隙率材料，其中所述复合表面层的空隙率在0.01至0.99的范围内，特别地在0.4至0.95的范围内。

7.根据前述条目中任一项所述的层状高空隙率材料，其中观察本发明的层状材料的横截面，复合表面层构成至多50％的横截面，其中在层状材料的两个表面都设有复合表面层的情况下，所有复合表面层一起优选地构成横截面的2-50％，特别地5-40％；并且在其中仅材料的一个表面设有复合表面层的情况下，复合表面层优选构成横截面的2-30％，特别地5-20％。

8.根据前述条目中任一项所述的层状高空隙率材料，其中所述脂肪族多元醇选自甘油、山梨糖醇、木糖醇和甘露醇的三元醇，以及选自1,2-丙二醇、1,3-丙二醇和1,2-乙二醇的二醇，特别地选自甘油、山梨糖醇、木糖醇和甘露醇，更特别地选自甘油。

9.根据前述条目中任一项所述的层状高空隙率材料，其中所述脂肪族多元羧酸选自二元羧酸和三元羧酸；所述二元羧酸选自衣康酸、苹果酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸和癸二酸；所述三元酸选自柠檬酸、异柠檬酸、乌头酸(顺式和反式)，和3-羧基-顺式,顺式-粘康酸，特别地选自衣康酸、琥珀酸和柠檬酸，更特别地选自柠檬酸。

10.用于制造根据前述条目中任一项所述的层状高空隙率材料的方法，其包括使结构材料的表面与包含聚合物的液体介质接触直到所述结构材料被部分但未完全浸渍液体介质，和包括固化步骤。

11.根据条目10所述的方法，其中使结构材料的表面与液体介质接触的步骤通过浸渍、喷涂、流动、滚动、刷涂或倾泻，特别地通过浸渍进行。

12.根据条目9或10所述的方法，其中固化步骤在80-250℃，特别地100-200℃的产品温度下，优选在惰性气氛中进行。

13.根据条目10-12中任一项所述的方法，其中在提供聚合物之后但是在固化步骤之前，通过将另外的材料施加到材料上，并将组合结构提供给固化步骤，从而使根据本发明的层状材料的制造结合另外的表面层的施加。

14.根据条目1-9中任一项所述的材料作为绝缘材料、过滤材料或在水培中的用途。

15.根据条目1-9中任一项所述的用于加工材料的方法，其中进行以下步骤中的一个或多个：

-根据条目1-9中任一项所述的材料，其中材料的正面，优选正面和背面，特别地正面、背面和侧面设置有复合层；任选地在设置框架和/或其中结合诸如梁的加强结构之后，所述材料以自支撑结构提供；

-根据条目1-9中任一项所述的材料，特别地，材料是基于纤维素的材料；其在施加聚合物之前或之后具有开口；

-根据条目1-9中任一项所述的材料，特别地，材料是基于纤维素的材料；所述材料具有允许将面板彼此连接的结构，以及具有允许将面板连接到其他结构的结构；

-根据条目1-9中任一项所述的材料，特别地，材料是基于纤维素的材料；所述材料设有紧固装置。

本发明将通过以下实施例阐明，但不限于此或因此。

实施例

实施例1：基于纤维素的面板-正面和背面

如下制备预聚物混合物：将1.0kg的具有>99％纯度的甘油和2.0kg的柠檬酸(纯度>99％)放入经搅拌和加热的反应器中。添加9g硼酸(0.5m/m，>99％纯度)作为催化剂。将混合物在大约15分钟内加热至135℃，并在该温度下保持15分钟。然后，加入自来水至聚合物浓度为20重量％，并将混合物冷却至室温。聚合物的转化率为0.4。

根据需要经常重复该配方以获得所需量的聚合物溶液。

将可商购自EverUse的具有0.92的空隙率和90克/升的密度的基于纤维素的(回收的纸板/纸)绝缘板(8x50x120 cm)在室温下浸渍20分钟，使其中一侧表面浸入如上所述的聚合物溶液层(约1cm深)中。这样做是为了让面板吸收部分聚合物。20分钟后，将面板从聚合物层上取下并翻转，使湿面朝上。当面板停止滴水时(约5分钟)，面板在通风烘箱中在170℃(烘箱温度)下进行固化步骤90分钟。使面板冷却并吸收水分一天。通过将具有未涂覆侧面的面板浸入如上所述的聚合物溶液层中30分钟来施加第二层涂层。然后将面板从聚合物层取下并翻转，使湿层朝上。当面板停止滴水时(大约5分钟)，面板在170℃的烘箱中进行固化步骤90分钟。面板的两侧现在都涂有涂层，让其冷却并吸收水分。当两个侧面都被涂覆并固化后，在室温下静置24小时后，将面板进行第二固化步骤(170℃，60分钟)，再过24小时后重复该处理。。

用更高的固化温度和更短的固化时间(190℃，45分钟)和更短的浸涂时间(6-10分钟)制备类似的面板。

所得产品是基于纤维素的面板，其两侧面均具有复合表面层，平均厚度为0.8cm，密度为0.55kg/升，空隙率为0.62。面板(复合材料和非复合材料部件)的总密度约为180克/升。面板的总空隙率为0.86，这是起始材料空隙率的93％。

在面板制造过程中没有观察到泡沫形成。在此处应用的条件下加热聚合物通常会导致泡沫形成。显然，在面板制造中，所有的水都被有效地去除而不会产生泡沫。

此外，面板是无味的，具有坚硬的表面。面板可以很容易地进行加工，例如，通过锯切和打磨。复合层也是可蒸汽渗透的，这意味着纤维素材料的良好气候调节特性得以保持。

浸渍板的一个重要特性是自支撑性，而其起始材料并非如此。图1显示了根据本发明的面板(顶部)及其起始材料(底部)的图片。从图中可以看出，根据本发明的产品具有高的抗弯曲刚度，而起始材料没有。

发现面板是用于涂覆的良好表面，并且表面层足够坚硬以允许应用紧固装置，例如螺钉。图2显示了根据本发明的面板表面的强度。面板上安装了螺钉，可以通过螺钉将面板提起。当以相同方式在起始材料中设置螺钉，当施加力时，螺钉立即从材料上被撕扯下来。

该面板具有良好的防潮性和防水性。在沸水中1小时后，复合材料表面层仍然完好无损。

噪音吸收特性

起始日晒板的特征在于良好的噪音吸收特性。希望在施加复合层时保持这些特性。因此，建立了一个模型实验来测试如上制备的经浸渍的Everuse面板的噪音吸收效果。

一个盒子由6个小面板(25*25厘米)组成。盒子的前面板是要测试的材料。一个发声器被放置在盒子里，面向前面板。声源具有432Hz的恒定音调。一个分贝计被放置在盒子外面，距离发声器30cm。dB计连续测量一分钟，并产生平均值，如下表所示。

不使用前面板的“Blanc”测量产生了91dB的值。无涂覆的面板的结果为82dB。其他面板都产生相同范围内的值，表明提供复合层不会对面板的吸音特性产生不利影响。

面板类型	dB
		无前面板	91
无涂覆的面板	82
		1面涂层(涂层面朝向声源)	83
1面涂层(未涂层面朝向声源)	82
		双涂层面板	83
四面涂层	81

机械强度

为了确定复合层的机械强度，将复合层的一部分与面板分离。锯切出长90mm、宽19mm、厚8mm的复合层片。出于比较目的，具有相同尺寸的片由未浸渍的板制备。测试在配备3点弯曲测试的Testrometic(M350-20CT)中进行，跨度为80mm。压缩速度为1mm/min。复合层样品的断裂强度平均为70牛顿。未经处理的板件不能承受80mm的跨度，并在自重的作用下倒塌。

耐火性

为了测试复合层的耐火性，将火焰的火炬保持在面板复合层的表面上5分钟。结果是表面变黑，但表面层没有着火。

实施例2：基于纤维素的面板-侧面浸渍的好处

面板可以在6个面进行浸渍，以提高面板的整体强度，并最大限度地减少对面板的额外机械支撑框架的需求。因此，不仅面板的顶部和底部被浸渍，面板的边缘也被浸渍，目的是测试对面板强度的影响。

使用实施例1中描述的起始材料和聚合物溶液如下制造面板。将面板的前部置于聚合物溶液中20分钟以吸收聚合物。面板在通风烘箱中在170℃下加热1.5小时。接下来，通过将面板的四侧面和后部一个接一个地放置在聚合物溶液中20分钟来涂覆面板。之后，将面板再次加热至170℃，持续1小时。所有复合层的厚度约为8mm。面板所有侧面的复合层的存在导致面板在各个方向上都非常坚固。已经制作了不同尺寸的面板。

为了研究浸渍面板尺寸对面板抗压强度的影响，如上所述制备面板，不同的是仅浸渍面板的侧面，而不浸渍顶部和底部。使用配备有压缩板的万能试验机(UTM)(Testrometic,M350-20CT)测试压缩性能。具有四个浸渍侧面的面板显示平均压缩强度为642N。未浸渍的面板显示压缩强度几乎为0。这表明浸渍面板的侧面显著提高了面板的压缩强度。

实施例3：面板的其他用途

根据本发明的面板可设有内部加强或连接装置，例如梁或框架，以提供即用型自支撑结构。图3显示一个实例，其中两个面板之间引入了梁。图4显示框架中一组面板的自支撑结构。

实施例4：其他材料

用本发明的方法处理几种其它高空隙率垫材料。起始材料是两种不同密度的石棉材料、玻璃棉、麻垫和柔性开孔聚氨酯泡沫体。起始材料的性质在下表中示出。

在这些实施例中，如实施例1中所述使用聚合物组合物，不同的是向聚合物组合物中加入4.5克单硬脂酸甘油酯以改善聚合物对具有轻微疏水特性的材料的粘附。

根据实施例1中描述的程序在一侧浸渍垫，然后是单个固化步骤。样品浸渍20分钟，然后在170℃下固化3小时。

在聚氨酯垫进行浸渍和固化后，获得了良好的均匀的6毫米厚的复合层。复合层坚硬、坚固，表面结构与未浸渍垫相似，非常容易例如通过锯切和打磨进行加工。它也非常适合设置螺钉。

浸渍的石棉样品和玻璃棉样品也具有良好的均匀的、无味、相对薄且坚硬的复合层。麻垫有一个更厚(6mm)的复合层，它是连续的，但均匀性不如其他材料上的层，这与浸渍的麻垫的相当不均匀的结构有关。

实施例5：加入覆盖层

在本发明的一个实施例中，在浸渍之前或期间将多孔表面层施加在面板的顶部。这允许制造具有有吸引力的表面结构的产品，因此可能不需要进一步的精加工。在该实施例中，重复实施例1，不同的是在浸渍之后但在固化之前将亚麻织布施加到前表面上。将干布施加到湿面板上，并从板上吸收聚合物。最终产品的前表面具有出色的视觉和触觉特性。此外，布的存在可能导致面板强度的额外增加。图5显示了根据该实施例获得的面板。

Claims (24)

1.层状高空隙率材料，包括一个或多个复合表面层；该复合表面层包含结构材料，以及衍生自具有2-15个碳原子的脂肪族多元醇与具有3-15个碳原子的脂肪族多元羧酸的聚酯；其中所述复合表面层连接至结构材料的高空隙率层，层状高空隙率材料的空隙率为至少0.5，其由层状高空隙率材料本身的密度和构建层状高空隙率材料的物质的密度计算；其中所述一个或多个复合表面层构成层状高空隙率材料的至多50％的横截面；和

其中层状高空隙率材料的空隙率反映了该材料中空隙的体积。

2.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，其具有0.6至0.98的空隙率。

3.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，其中，所述结构材料选自陶瓷棉，包括玻璃棉和石棉；基于聚合物的材料；动物源材料，包括羊毛和羽绒；基于纤维素的材料；以及它们的组合。

4.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，其中，起始材料具有0.5至0.995的空隙率。

5.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，其中以复合表面层的重量计，所述复合表面层的聚合物含量在50wt.％至98wt.％的范围内。

6.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，其中所述复合表面层的空隙率在0.01至0.99的范围内。

7.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，其中所述脂肪族多元醇为甘油。

8.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，其中所述脂肪族多元羧酸选自二元羧酸和三元羧酸，所述二元羧酸选自衣康酸、苹果酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸和癸二酸；所述三元羧酸选自柠檬酸、异柠檬酸、顺式-乌头酸、反式-乌头酸，和3-羧基-顺式,顺式-粘康酸。

9.根据权利要求8所述的层状高空隙率材料，其中所述脂肪族多元羧酸选自衣康酸、琥珀酸和柠檬酸。

10.根据权利要求9所述的层状高空隙率材料，其中所述脂肪族多元羧酸为柠檬酸。

11.根据权利要求2所述的层状高空隙率材料，其中所述层状高空隙率材料具有0.7至0.95的空隙率。

12.根据权利要求5所述的层状高空隙率材料，其中以复合表面层的重量计，所述复合表面层的聚合物含量在70wt.％至95wt.％的范围内。

13.根据权利要求6所述的层状高空隙率材料，其中所述复合表面层的空隙率在0.4至0.95的范围内。

14.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，其中在层状高空隙率材料的两个表面都设有复合表面层的情况下，所有复合表面层一起构成横截面的2-50％。

15.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，其中在层状高空隙率材料的两个表面都设有复合表面层的情况下，所有复合表面层一起构成横截面的5-40％。

16.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，在其中仅层状高空隙率材料的一个表面设有复合表面层的情况下，所述复合表面层构成横截面的2-30％。

17.根据权利要求1所述的层状高空隙率材料，在其中仅层状高空隙率材料的一个表面设有复合表面层的情况下，所述复合表面层构成横截面的5-20％。

18.用于制造根据前述权利要求1-17中任一项所述的层状高空隙率材料的方法，其包括使结构材料的表面与包含聚合物的液体介质接触的步骤，以及固化步骤；所述接触的步骤一直进行，直到所述液体介质部分但未完全浸渍所述结构材料。

19.根据权利要求18所述的方法，其中使结构材料的表面与液体介质接触的步骤通过浸涂、喷涂、流动、滚动、刷涂或倾泻进行。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述固化步骤在80-250℃的产品温度下进行。

21.根据权利要求18所述的方法，其中通过在提供聚合物之后但是在固化步骤之前，将另外的材料施加到层状材料上，并将组合结构提供给固化步骤，从而在根据本发明的层状材料的制造中结合另外的表面层的施加。

22.根据权利要求1-17中任一项所述的材料作为绝缘材料或过滤材料或在水培中的用途。

23.根据权利要求1-17中任一项所述的材料的加工方法，其中进行以下一个或多个步骤：

-任选地在设置框架和/或在其中结合加强结构之后，以自支撑结构提供根据权利要求1-17中任一项所述的材料，其中所述材料的至少正面设置有复合层；

-在施加聚合物之前或之后，在根据权利要求1-17中任一项所述的材料上设置开口；

-在根据权利要求1-17中任一项所述的材料上设置允许将面板彼此连接的结构以及设置允许将面板连接到其他结构的结构；

-在根据权利要求1-17中任一项所述的材料上设置紧固装置。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述加强结构为梁。