專利名稱：制備低堆積密度聚苯乙烯泡沫顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由熱塑性聚合物通過擠出包含發(fā)泡劑的聚合物熔體而制備低堆積密度泡沫珠粒的方法，以及可由所述方法獲得的泡沫珠粒。
制備堆積密度為10～30kg/m3的低堆積密度聚苯乙烯泡沫珠粒的一種方式是發(fā)泡包含戊烷的可發(fā)泡性聚苯乙烯顆粒(EPS)，其中所述顆?？捎蓱腋【酆汐@得。
通過擠出制備泡沫珠粒的設(shè)備和方法也已經(jīng)公開，但是當(dāng)使用通常用作制備聚苯乙烯泡沫珠粒的發(fā)泡劑的戊烷時，這種方法僅能給出較高的堆積密度。
EP-A 0 665 865中描述了由聚苯乙烯制備離散的閉孔泡沫擠出物的這類方法的一個實例。所用發(fā)泡劑包括環(huán)境相容的發(fā)泡劑混合物，其中存在至少20重量％的二氧化碳或乙烷。為了獲得較低的堆積密度，必須采用進(jìn)一步的步驟使用熱空氣或蒸汽使泡沫擠出物膨脹。
EP-A 0 981 574描述了顆粒狀可發(fā)泡性苯乙烯聚合物，其包含均勻分布的石墨顆粒以降低熱導(dǎo)率。制備包含發(fā)泡劑的緊密丸粒的一種方式是在雙螺桿擠出機(jī)中混合聚苯乙烯、石墨和戊烷。然后可以用蒸汽將丸粒發(fā)泡到較低的密度。
本發(fā)明的目的是提供一種由熱塑性聚合物制備泡沫珠粒的方法，該方法通過包含發(fā)泡劑的聚合物熔體的擠出直接制得泡沫珠粒，而無需額外的膨脹步驟。該方法應(yīng)該也適于制備包含IR吸收劑的較低堆積密度的泡沫珠粒。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的目的通過一種由熱塑性聚合物制備泡沫珠粒的方法得以實現(xiàn)，所述方法包含下述步驟a)將發(fā)泡劑加入熱塑性聚合物熔體中；
b)通過口模冷卻并擠出包含發(fā)泡劑的聚合物熔體；c)在口模下游在降低的壓力下切割包含發(fā)泡劑的聚合物熔體，發(fā)泡得到泡沫珠粒，其中在發(fā)泡劑中存在水和加溶劑。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)泡劑包含水，其量基于所用熱塑性聚合物通常為0.1～3重量％，優(yōu)選0.5～1.5重量％。
為了使水在熱塑性聚合物熔體中分布最均勻，本發(fā)明也添加加溶劑。合適的加溶劑是脂族醇、酮、醚、酯或硅酸鹽。優(yōu)選使用乙醇。合適的吸附劑是能與水物理或化學(xué)結(jié)合的固體，例如氫氧化鋁，頁硅酸鹽或沸石?；谒脽崴苄跃酆衔铮尤軇┗蛭絼┑挠昧客ǔ?.1～3重量％，優(yōu)選1～2重量％。
發(fā)泡劑中也可存在具有3～10個，優(yōu)選4～6個碳原子的常用脂族烴、鹵化烴或無鹵烴，例如異丁烷、異戊烷、正戊烷或其混合物，以及惰性氣體，例如二氧化碳或氮氣，其量基于所用熱塑性聚合物通常為0.1～10重量％，優(yōu)選0.3～7重量％。為了減少泡沫生產(chǎn)過程中烴的排放，使用惰性氣體如二氧化碳作為發(fā)泡劑是特別有利的。
所用熱塑性聚合物可以包括苯乙烯聚合物(例如玻璃般透明的或抗沖擊改性的聚苯乙烯)、與不超過20重量％的烯屬不飽和共聚單體(例如α-甲基苯乙烯或丙烯腈)的苯乙烯共聚物，或者聚烯烴(例如聚乙烯或聚丙烯)，或者這些聚合物與另一種或與聚苯醚的混合物。
使用寬分子量分布的熱塑性聚合物可以獲得特別低的堆積密度。特別優(yōu)選使用多分散性Mw/Mn至少為2.5的聚苯乙烯。還可使用雙峰型或多峰型分子量分布的熱塑性聚合物。產(chǎn)生這些雙峰型或多峰型分子量分布的一種方式是混合不同分子量的熱塑性聚合物。特別優(yōu)選將摩爾質(zhì)量Mw為150,000～250,000克/摩爾的低分子量聚苯乙烯與摩爾質(zhì)量為280,000～500,000克/摩爾的高分子量聚苯乙烯或者與摩爾質(zhì)量超過1,000,000克/摩爾的超高分子量聚苯乙烯一起使用。如果將低分子量聚合物，例如摩爾質(zhì)量為2,000～10,000克/摩爾的聚苯乙烯加到熱塑性聚合物中，則可以獲得甚至更低的堆積密度。
為了降低泡沫珠粒的熱導(dǎo)率，可以將紅外(IR)吸收劑，例如石墨、鋁粉或炭黑加入到熱塑性聚合物中。已經(jīng)證明石墨是特別有效的IR吸收劑。IR吸收劑的特別優(yōu)選的用量基于熱塑性聚合物熔體為0.1～2.5重量％。IR吸收劑可以在發(fā)泡劑加入之前或之后加入到熱塑性聚合物熔體中。
有用的添加劑，例如阻燃劑、成核劑、UV穩(wěn)定劑、增塑劑、顏料和抗氧化劑可以加入到熱塑性聚合物熔體中。當(dāng)助劑和IR吸收劑加入到聚合物熔體中時，其可特別優(yōu)選呈在相同熱塑性聚合物中的添加母粒的形式。此外，所得的泡沫顆粒可以用已知的涂覆劑涂覆，例如用金屬硬脂酸鹽、甘油酯或細(xì)粒硅酸鹽涂覆。
本發(fā)明方法的特征是其能夠直接制得低堆積密度的，特別是堆積密度低于30kg/m3的，尤其為15～25kg/m3的泡沫珠粒，該泡沫珠粒可直接熔融制得模制件，而無需預(yù)發(fā)泡。但是，例如可以將本發(fā)明的泡沫珠粒通過加熱使用蒸汽進(jìn)行預(yù)發(fā)泡，以得到甚至更低的堆積密度。
靜態(tài)或動態(tài)混合器，例如擠出機(jī)適于實施本發(fā)明方法。例如可以在水下造粒機(jī)或水冷模面造粒機(jī)中借助旋轉(zhuǎn)刀切割排出的包含發(fā)泡劑的聚合物熔體，得到丸粒。該丸?？赏ㄟ^受控的減壓而發(fā)泡，得到泡沫珠粒。
實施例所有百分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)均為基于聚合物熔體的重量百分?jǐn)?shù)。
PS 1聚苯乙烯，其熔融指數(shù)MVR(200℃/5kg)為10cm3/10min(ISO1133，H法)，摩爾質(zhì)量Mw為190,000克/摩爾PS 2聚苯乙烯，其熔融指數(shù)MVR(200℃/5kg)為1.2cm3/10min(ISO1133，H法)，摩爾質(zhì)量Mw為360,000克/摩爾(購自BASF AG的PS 168 N)PS ULM聚苯乙烯，其摩爾質(zhì)量Mw為4,600克/摩爾PS UHM聚苯乙烯，其摩爾質(zhì)量Mw為1,900,000克/摩爾(購自GeneralElectric的Blendex)實施例1～9
在加熱的雙螺桿擠出機(jī)(ZSK 53)中，將聚苯乙烯PS 1和0.25重量％的滑石一起熔融，并且在約200℃的熔融溫度下供入表1中給出的發(fā)泡劑組合物。將包含發(fā)泡劑的熔體冷卻并擠出通過具有1.0毫米直徑的孔的口模板。排出的熔體在口模下游直接切割，當(dāng)在大氣壓力下發(fā)泡時，得到泡沫珠粒。
表1實施例1～9的發(fā)泡劑組合物和泡沫性質(zhì)
對比實驗當(dāng)不添加水和加溶劑時，實施例1～9給出了較高的堆積密度。
實施例10～12使用表2中列出的聚苯乙烯混合物重復(fù)實施例9。
表2
實施例13～15重復(fù)實施例2，但代替滑石并按表3中給出的重量比將石墨加入聚苯乙烯中。
表權(quán)利要求
1.一種由熱塑性聚合物制備泡沫珠粒的方法，包括以下步驟a)將發(fā)泡劑加入熱塑性聚合物熔體中；b)通過口模冷卻并擠出包含發(fā)泡劑的聚合物熔體；c)在口模下游在降低的壓力下切割包含發(fā)泡劑的聚合物熔體，發(fā)泡得到泡沫珠粒，該方法包括使用其中存在有水和加溶劑或吸附劑的發(fā)泡劑。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所用加溶劑包括脂族醇、酮、醚或酯。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所用吸附劑包括氫氧化鋁、頁硅酸鹽或沸石。
4.權(quán)利要求1～3中任一項所述的方法，其中所述發(fā)泡劑還包括CO2、N2、脂族烴、鹵化烴或無鹵烴。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其中所用發(fā)泡劑包括0.1～3重量％的水、0.1～3重量％的醇或酮和1～10重量％的脂族烴、鹵化烴、無鹵烴或CO2的混合物。
6.權(quán)利要求1～5中任一項所述的方法，其中所用熱塑性聚合物包括聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯或其混合物。
7.權(quán)利要求1～6中任一項所述的方法，其中所述熱塑性聚合物具有雙峰型或多峰型分子量分布。
8.權(quán)利要求1～7中任一項所述的方法，其中所用熱塑性聚合物包括多分散性Mw/Mn至少為2.5的聚苯乙烯。
9.權(quán)利要求1～8中任一項所述的方法，其中在發(fā)泡劑加入之前或之后將IR吸收劑加入熱塑性聚合物熔體中。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其中所用IR吸收劑包含基于熱塑性聚合物熔體為0.1～2.5重量％的石墨、炭黑或鋁粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由熱塑性聚合物制備低堆積密度泡沫顆粒的方法，該方法包含以下步驟a)將發(fā)泡劑加入熱塑性聚合物熔體中；b)借助噴嘴冷卻并擠出含有發(fā)泡劑的聚合物熔體；c)在噴嘴的下游在降低的壓力下切割含有發(fā)泡劑的聚合物熔體，從而發(fā)泡得到泡沫顆粒，其中所述發(fā)泡劑含有水和溶解介質(zhì)；此外，本發(fā)明還涉及可根據(jù)所述方法獲得的泡沫顆粒。
文檔編號C08J9/16GK1678670SQ03821004
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月4日
發(fā)明者F-J·蒂特甄, G·埃爾曼, K·哈恩, S·呂克 申請人:巴斯福股份公司