專利名稱：可熱成型的聚丙烯泡沫材料片材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及擠制熱塑性泡沫材料。美國臨時(shí)專利申請(qǐng)№60/086944和60/089058在此作為參考完全并入本發(fā)明。
剛性泡沫材料片材具有各種用途，包括用于熱成型場(chǎng)合如杯、碗、需要挺度以跨越長距離的非柔性場(chǎng)合，例如用于汽車頭襯基材或包裝甲板、盤等的原料。但某些用途要求耐熱性比通常在聚乙烯和聚苯乙烯之類聚合物的泡沫材料時(shí)更高。聚氨酯泡沫材料是一種常用于這類場(chǎng)合的泡沫材料，但不如熱塑性聚合物泡沫材料那些容易熱成型。由可發(fā)泡聚丙烯珠粒制成的泡沫材料片材是得到具有較高耐熱性的可熱成型泡沫材料的一種方法，但該泡沫材料可能不具有某些場(chǎng)合所需的耐沖擊性或彎曲和拉伸強(qiáng)度性能。此外，聚丙烯珠粒泡沫材料通常由比聚丙烯均聚物更柔韌的聚丙烯共聚物制成，因此相對(duì)由均聚物聚丙烯制成的泡沫材料具有較低的耐熱性。
美國專利3637458公開了通過擠出工藝，由聚丙烯聚合物制成的微孔泡沫材料片材，但該工藝使用了較大量的發(fā)泡劑，結(jié)果所得產(chǎn)品可能不具有某些場(chǎng)合所需的密度、厚度、或挺度。
本發(fā)明的綜述在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制造聚合物泡沫材料片材的方法，包括(ⅰ)將包含至少一種聚丙烯聚合物和至少一種發(fā)泡劑的可發(fā)泡組合物在足以防止該組合物在離開模頭之前發(fā)泡的壓力、溫度和擠出速率下擠過環(huán)狀擠出模頭，其條件足以形成一種密度至少為16千克/米3且不超過200千克/米3、開孔含量低于70％、圓周長至少為1米、且泡沫材料厚度至少為2毫米至不超過25毫米的泡沫材料管材，其中所述發(fā)泡劑的用量為0.2-4.5摩爾/千克聚合物，(ⅱ)將泡沫材料冷卻至該聚丙烯的熔化溫度之下，然后(ⅲ)將該泡沫材料管材沿著其半徑切割成泡沫材料片材，其中該片材中至少70％重量的聚合物是在190℃下測(cè)定的熔體強(qiáng)度為30-60cN的聚丙烯。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供了一種由聚丙烯聚合物制備較密實(shí)的、閉孔或部分開孔的、可熱成型的泡沫材料片材的方法。本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)在以下描述看來是顯然的。
本發(fā)明的詳細(xì)描述通過本發(fā)明方法制成的泡沫材料片材容易成型為所需形狀、構(gòu)型或輪廓；具有足夠剛性以防流掛并基本上保持其形狀-即使暴露于通常車輛在熱氣候和/或直接日光條件下中所遇到的高溫。該泡沫材料片材還具有良好的緩沖性能并具有良好的吸音和吸熱作用。該泡沫材料的表面還優(yōu)選相對(duì)沒有在所需場(chǎng)合中損害其用途的裂痕、裂縫、折皺和其它表面缺陷。
該泡沫材料的開孔含量低于70％，更優(yōu)選低于50％，更優(yōu)選低于40％，最優(yōu)選低于30％，更優(yōu)選低于20％。開孔含量按照ASTM D2856-A來測(cè)定。閉孔泡沫材料的優(yōu)點(diǎn)是較好的絕熱性能和回彈性，而開孔泡沫材料的優(yōu)點(diǎn)是較好的隔音作用、尺寸穩(wěn)定性、和在熱成型時(shí)的熱傳遞效果。
按照ASTM D3575-93 Suffix W方法B進(jìn)行測(cè)定，熱塑性泡沫材料在熱成型之前的密度至少為25千克/立方米，更優(yōu)選至少32千克/立方米，最優(yōu)選至少35千克/立方米；但優(yōu)選不超過200千克/立方米，更優(yōu)選不超過160千克/立方米，最優(yōu)選不超過100千克/立方米。按照ASTM D3576，該泡沫材料的平均泡孔尺寸至少為0.1毫米，更優(yōu)選至少0.5毫米，更優(yōu)選至少0.75毫米，最優(yōu)選至少1.0毫米；但優(yōu)選不超過6毫米，更優(yōu)選不超過5毫米，最優(yōu)選不超過4毫米。最優(yōu)選的密度和泡孔尺寸范圍可根據(jù)該泡沫材料的組成和所需的物理性能而變化。例如，泡沫材料通?？赏ㄟ^增加密度或泡孔尺寸而制得更剛性。
該泡沫材料必須在機(jī)動(dòng)車輛室頂由于陽光加熱(最高125℃)所常遇到的高溫下耐熱扭曲且尺寸穩(wěn)定。按照SAE 883，就膨脹和收縮兩者而言，該泡沫材料的尺寸穩(wěn)定性為約5％或更低，更優(yōu)選約1％或更低。
該泡沫材料片材的橫截面厚度至少為5毫米，更優(yōu)選至少7毫米，最優(yōu)選至少8毫米；但優(yōu)選不超過25毫米，更優(yōu)選不超過23毫米，最優(yōu)選不超過20毫米。其寬度優(yōu)選至少為1米，更優(yōu)選至少1.1米，最優(yōu)選至少1.2米；但優(yōu)選不超過2.5米，更優(yōu)選不超過2.2米，最優(yōu)選不超過2.0米。
該泡沫材料容易熱成型為所需形狀、構(gòu)型或輪廓。術(shù)語“可熱成型”是指，該泡沫材料可在熱和機(jī)械壓力下，利用本領(lǐng)域已知的任何常規(guī)方式，根據(jù)需要熱成型或制成不同的形狀或輪廓。如果需要，可以將裝飾層如機(jī)織熱塑性纖維的織物層在熱成型工藝過程中或之后熱焊接到泡沫材料上。
泡沫材料的物理性能和耐熱性可這樣增強(qiáng)在泡沫材料上形成或誘導(dǎo)形成基本上非發(fā)泡的皮，例如通過將塑料膜或片材層壓到泡沫材料上，通過用塑料樹脂將其涂覆；將泡沫材料的一個(gè)或多個(gè)表面加熱至其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔點(diǎn)之上以使皮上的泡孔結(jié)構(gòu)塌陷，或?qū)⑷魏吻笆龇绞浇M合使用。膜、片材或涂層可包含任何已知的熱塑性樹脂或熱固性樹脂。有用的熱塑性樹脂包括以上在構(gòu)成該泡沫材料時(shí)所述的那些，且有用的熱固性樹脂包括聚氨酯和環(huán)氧樹脂。
本文所用的術(shù)語“聚丙烯”是指丙烯單體單元至少為50％重量且在190℃下使用RheotensTM熔體拉伸裝置測(cè)定的熔體強(qiáng)度為25-60cN的聚合物、以及該聚合物的混合物。熔化聚合物的熔體強(qiáng)度可通過在190℃下以0.030毫升/秒的速率用該裝置將聚合物擠過一個(gè)直徑2.1毫米且長度41.9毫米的毛細(xì)管模頭而測(cè)定；然后將線材在恒定加速下拉伸，同時(shí)測(cè)定伸長率。聚丙烯的熔體強(qiáng)度優(yōu)選至少為28cN，更優(yōu)選至少30cN，最優(yōu)選至少33cN；但優(yōu)選不超過60cN，更優(yōu)選不超過55cN，最優(yōu)選不超過50cN。聚丙烯優(yōu)選包含至少70％重量的丙烯單體單元。
采用RheotensTM熔體拉伸裝置進(jìn)行測(cè)定，用于本發(fā)明方法的聚丙烯的熔體伸長率至少為100％，更優(yōu)選至少150％，最優(yōu)選至少200％。在190℃下以0.030毫升/秒的速率，用該裝置將聚合物擠過一個(gè)直徑2.1毫米且長度41.9毫米的毛細(xì)管模頭；然后將線材在恒定加速下拉伸，同時(shí)測(cè)定在特定伸長率下的拉伸力。按照ASTM D 1238條件L，丙烯聚合物材料優(yōu)選具有約0.05-50dg/min，優(yōu)選約0.1-20dg/min的熔體流速。由本發(fā)明方法制成的聚合物固體由至少70％重量，更優(yōu)選至少80％重量，最優(yōu)選至少85％重量的聚丙烯聚合物組成。
優(yōu)選的樹脂是支化的或輕微交聯(lián)的聚丙烯樹脂。支化(或輕微交聯(lián))可通過本領(lǐng)域一般已知的方法，如化學(xué)或輻射支化/光交聯(lián)法而實(shí)現(xiàn)。美國專利4916198描述了在使用聚丙烯樹脂制備最終聚丙烯樹脂產(chǎn)品之前制成支化/輕微交聯(lián)聚丙烯樹脂的這樣一種樹脂、以及一種制備該聚丙烯樹脂的方法，在此將其作為參考并入本發(fā)明。制備支化/輕微交聯(lián)聚丙烯樹脂的另一方法是，將化學(xué)化合物與聚丙烯樹脂一起加入擠出機(jī)中，然后在擠出機(jī)中進(jìn)行支化/輕微交聯(lián)反應(yīng)。美國專利4714716給出了該方法，在此將其作為參考并入本發(fā)明。輻射技術(shù)描述于美國專利5605936，在此也將其作為參考并入本發(fā)明。按照ASTM D2756-84，方法A，用于制備該泡沫材料的聚合物組合物的凝膠含量低于10％，更優(yōu)選低于5％。
可加入該可發(fā)泡聚合物組合物的其它聚合物材料包括丙烯與可共聚烯屬不飽和單體的共聚物。丙烯聚合物材料可僅由一種或多種丙烯均聚物、一種或多種丙烯共聚物、一種或多種丙烯均聚物和共聚物的共混物、或任何前述物質(zhì)與非丙烯類聚合物的共混物構(gòu)成。
合適的單烯屬不飽和共聚單體包括烯烴、乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、衣康酸、馬來酸、馬來酸酐和類似物。
特別有用的丙烯共聚物是丙烯與一種或多種非丙烯類烯烴的共聚物。丙烯共聚物包括丙烯與選自乙烯、C4-C101-烯烴和C4-C10-二烯的烯烴的無規(guī)、嵌段、和接枝共聚物。丙烯共聚物還包括丙烯與選自乙烯和C4-C81-烯烴的1-烯烴的無規(guī)三元聚合物。在同時(shí)具有乙烯和C4-C81-烯烴的三元聚合物中，乙烯含量優(yōu)選為45％重量或更低。C4-C101-烯烴包括直鏈和支鏈C4-C101-烯烴，如1-丁烯、異丁烯、1-戊烯、3-甲基-1-丁烯、1-己烯、3,4-二甲基-1-丁烯、1-庚烯、3-甲基-1-己烯、和類似物。C4-C10-二烯的例子包括1,3-丁二烯、1,4-戊二烯、異戊二烯、1,5-己二烯、2,3-二甲基-1,3-己二烯和類似物。
適用于該可發(fā)泡組合物的非丙烯類聚合物包括包括高、中、低、和線型低密度聚乙烯、聚丁烯-1、乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、乙烯/苯乙烯共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、離聚物和類似物。如果需要，該可發(fā)泡聚合物組合物可包含其它的有用熱塑性塑料，如高密度聚乙烯、氯化聚乙烯、EPDM橡膠(乙烯/丙烯/二胺共聚物)與聚乙烯的TPO混合物。
發(fā)泡劑可包括本領(lǐng)域已知的任何發(fā)泡劑，如具有有機(jī)和/或無機(jī)組成的化學(xué)發(fā)泡劑和物理發(fā)泡劑。該發(fā)泡劑可由有機(jī)試劑的共混物、無機(jī)試劑的共混物、或有機(jī)試劑與無機(jī)試劑的共混物組成。適用的無機(jī)發(fā)泡劑包括二氧化碳、氮?dú)?、氬氣、水、空氣、氮?dú)夂秃狻：线m的有機(jī)發(fā)泡劑包括具有1-9個(gè)碳原子的脂族烴、和具有1-4個(gè)碳原子的鹵化脂族烴。脂族烴包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、新戊烷、和類似物。在鹵化烴中，氟化烴是優(yōu)選的。氟化烴的例子包括氟甲烷、全氟甲烷、氟乙烷、1,1-二氟乙烷、1,1,1-三氟乙烷(R-143a)、1,1,1,2-四氟乙烷(R-134a)、五氟乙烷、全氟乙烷、2,2-二氟丙烷、1,1,1-三氟丙烷、全氟丙烷、全氟丁烷、全氟環(huán)丁烷?？捎糜诒景l(fā)明的部分鹵化的氯代烴和氟氯烴包括氯甲烷、二氯甲烷、氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、1,1-二氯-1-氟乙烷(HCFC-141b)、1-氯-1,1-二氟乙烷(HCFC-142b)、1,1-二氯-2,2,2-三氟乙烷(HCFC-123)、和1-氯-1,2,2,2-四氟乙烷(HCFC-124)。完全鹵化的氟氯烴包括三氯一氟甲烷(CFC-11)、二氯三氟甲烷(CFC-12)、三氯三氟甲烷(CFC-113)、二氯四氟乙烷(CFC-114)、一氯五氟丙烷、和二氯六氟丙烷。完全鹵化的氟氯烴由于其臭氧消耗能力而不優(yōu)選?；瘜W(xué)發(fā)泡劑包括偶氮二甲酰胺、偶氮二異丁腈、苯磺酰肼、4,4-氧苯磺?；?氨基脲、對(duì)甲苯磺?；被?、偶氮二甲酸鋇、N,N’-二甲基-N,N’-二亞硝基對(duì)苯二甲酰胺、和三肼基三嗪。
在制備能夠形成泡沫材料的聚合物凝膠時(shí)，加入聚合物熔體中的發(fā)泡劑的量為約0.2-4.0摩爾/千克聚合物，優(yōu)選約0.3-3.0摩爾/千克聚合物，最優(yōu)選約0.5-2.50摩爾/千克聚合物。此外，可以將成核劑加入發(fā)泡工藝中以控制泡沫材料泡孔的尺寸。優(yōu)選的成核劑包括無機(jī)物質(zhì)如碳酸鈣、滑石、粘土、二氧化鈦、硅石、硫酸鋇、硬脂酸鈣、硬脂酸鋇、硅藻土、檸檬酸與碳酸氫鈉的混合物、和類似物。成核劑的用量可以是約0.01-5重量份/100重量份聚合物樹脂。優(yōu)選范圍為0.1-約3重量份。
還可在泡沫材料和發(fā)泡工藝中加入各種添加劑，如顏料、染料、抗氧化劑、酸捕捉劑、紫外線吸收劑、阻燃劑、加工助劑、擠出助劑、和類似物。
本發(fā)明工藝可這樣進(jìn)行將熱塑性聚合物加熱形成塑化或熔化的聚合物材料，向其中加入物理發(fā)泡劑以形成可發(fā)泡的凝膠，冷卻該可發(fā)泡凝膠，然后將該凝膠擠過模頭以形成管狀泡沫材料，進(jìn)一步冷卻至聚丙烯的結(jié)晶溫度之下，然后沿著其半徑縱切，形成一種寬度等于管圓周長的片材。發(fā)泡劑可通過本領(lǐng)域已知的任何方式，例如利用擠出機(jī)、混合器、攪拌機(jī)或類似設(shè)備，加入或混入塑料熔體中。在與發(fā)泡劑混合之前，將聚合物材料加熱至該材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔點(diǎn)或更高。將發(fā)泡劑在足夠高的壓力下與塑料熔體混合，這樣可基本上防止熔體膨脹且一般能夠?qū)l(fā)泡劑均勻分散在該熔體內(nèi)。視需要，可將成核劑、穩(wěn)定劑、著色劑和其它添加劑混入該聚合物熔體中。發(fā)泡劑和成核劑以及其它添加劑的加料速率可通過調(diào)節(jié)以獲得較低密度的泡沫材料和較小的泡孔尺寸，這樣可得到具有薄泡孔壁的泡沫材料。加入發(fā)泡劑之后，通常將可發(fā)泡凝膠冷卻至較低溫度以優(yōu)化泡沫材料產(chǎn)品的物理性能。然后將該凝膠擠過一個(gè)具有所需形狀的模頭，到達(dá)一個(gè)具有較低壓力的區(qū)域以形成泡沫材料產(chǎn)品。如果使用化學(xué)發(fā)泡劑，將其加入熔化的聚合物材料中，然后擠出或傳送至具有較高溫度的區(qū)域，在此發(fā)泡劑分解形成氣體，通常為二氧化碳。熔化的聚合物材料/氣體混合物膨脹形成泡沫材料。
美國專利4323528(在此將其作為參考并入本發(fā)明)涉及，利用儲(chǔ)料擠出工藝來制備聚烯烴泡沫材料。該工藝包括1)將熱塑性材料與發(fā)泡劑混合形成一種聚合物凝膠；2)將該凝膠擠出到保壓區(qū)，該區(qū)保持在不會(huì)使該混合物發(fā)泡的溫度和壓力下；該保壓區(qū)具有一個(gè)用于確定開向低壓(凝膠在該低壓下發(fā)泡)區(qū)的孔的模頭和一個(gè)密閉該模頭孔的可開啟門；3)定期打開該門；4)利用可移動(dòng)撞錘，基本上同時(shí)將機(jī)械壓力施用到凝膠上，將其從保壓區(qū)經(jīng)由模頭孔噴射到具有較低壓力的區(qū)；然后5)使射出的凝膠膨脹形成泡沫材料。
泡沫材料強(qiáng)度或挺度可通過擠出較薄的基本上非發(fā)泡板或型材而增強(qiáng)。在有或沒有發(fā)泡劑的情況下，將擠出物或塑料熔體傳送經(jīng)過擠出模頭內(nèi)的不同孔并使其合并形成同時(shí)具有發(fā)泡和非發(fā)泡、或較少發(fā)泡部分的泡沫材料。在泡沫材料的擠出橫截面中，非發(fā)泡樹脂板或部分可以是規(guī)則或不規(guī)則圖案。板或型材可相互交叉或非交叉。非發(fā)泡型材或板在泡沫材料內(nèi)的可能橫截面圖案包括蜂窩狀、環(huán)狀、長方形或?qū)蔷€網(wǎng)格圖案。

圖1給出了具有長方形網(wǎng)格圖案的板/型材和泡沫材料組合體，它具有發(fā)泡部分51和非發(fā)泡部分52。
通過用熱線切割泡沫材料并隨后重組或合并這些切斷的泡沫材料片，還可制備出具有發(fā)泡和非發(fā)泡部分的擠制結(jié)構(gòu)，這樣它們就熱焊接在一起。優(yōu)選的是，在用熱線切斷泡沫材料之后，立即進(jìn)行熱焊接。在合并這些切斷的泡沫材料片之后，將熱施用到泡沫材料上，使鄰近該線的泡沫材料的泡孔結(jié)構(gòu)崩塌，并在泡沫材料內(nèi)形成非發(fā)泡的板或型材。
通過將發(fā)泡和非發(fā)泡型材或?qū)酉嗷訅撼梢环N交替構(gòu)型以形成整體結(jié)構(gòu)，還可制造出具有發(fā)泡和非發(fā)泡部分的結(jié)構(gòu)。這些型材或?qū)涌赏ㄟ^熱焊接或粘附而層壓到一起。
泡沫材料的物理性能和耐熱性可通過加入填料形式的有機(jī)或無機(jī)材料顆?；蚶w維而增強(qiáng)。這些顆?；蚶w維可在制造過程中加入能夠形成泡沫材料的組合物。有用的材料包括炭黑顆粒、粘土顆粒、碳或石墨纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維、和尼龍纖維、玻璃纖維、和丙烯腈纖維。泡沫材料的物理性能和耐熱性還可通過向泡沫材料上層壓包含這些顆粒和/或纖維的非發(fā)泡膜/片材層或涂層而增強(qiáng)。纖維可以是任何長度，短(原纖)或長。它們可作為織物或半固化片無規(guī)分散或機(jī)織或放置在一起。
可以使用本領(lǐng)域已知的粘合劑，將本發(fā)明泡沫材料相互粘附或粘附到其它材料上?？捎玫恼澈蟿┌峁绦哉澈蟿┤缇郯滨渲铜h(huán)氧樹脂、和熱塑性粘合劑如聚乙烯、聚丙烯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、和類似物。可用的粘合劑介紹于美國專利5460870和5670211。粘合劑可通過本領(lǐng)域已知的任何方式，例如通過噴射、涂布、或以膜形式進(jìn)行施用。優(yōu)選的粘合劑為熱塑性的，這樣成本較低且可能回收。粘合劑的存在對(duì)本發(fā)明并不重要。
可以將一層或多層裝飾材料如毛氈或織物施用到該泡沫材料片材的一個(gè)或多個(gè)表面上。該層可以是本領(lǐng)域已知的任何種類。商業(yè)上常用的是毛氈或機(jī)織織物。有用的織物包括機(jī)織聚酯、尼龍、和聚丙烯纖維的織物。毛氈或織物層優(yōu)選由與泡沫材料相同或類似的聚合物材料構(gòu)成。該毛氈或織物層可通過本領(lǐng)域已知的任何方式，如熱焊接、粘合劑膜、或粘合劑液體或涂料而粘附到泡沫材料上。優(yōu)選的裝飾層是無需利用粘合劑而熱焊接到核層上的熱塑性纖維的機(jī)織織物。熱焊接是指，將織物層加熱使得纖維變粘或有粘性且能夠粘附到核層上而無需利用粘合劑。如果在熱成型過程中或當(dāng)核層處于高溫時(shí)施用到核層上，那么織物層也可熱焊接到核層上。
該泡沫材料容易熱成型為所需形狀、構(gòu)型或輪廓。術(shù)語“可熱成型”是指，該泡沫材料可在熱和機(jī)械壓力下，利用本領(lǐng)域已知的任何常規(guī)方式熱成型或制成不同的形狀或輪廓。通常，該泡沫材料在熱和壓力下壓制形成類似于機(jī)動(dòng)車輛室頂(該泡沫材料位于其下方)的形狀和輪廓的異型片材。如果需要，可以將裝飾層如機(jī)織熱塑性纖維的織物層在熱成型工藝中熱焊接到泡沫材料上。通過本發(fā)明方法制成的泡沫材料片材優(yōu)選可在130-170℃的溫度下和34-650kPa的壓力下模塑。
泡沫材料的物理性能和耐熱性可這樣增強(qiáng)在泡沫材料上形成或誘導(dǎo)形成基本上非發(fā)泡的皮，例如通過將塑料膜或片材層壓到泡沫材料上，通過用塑料樹脂將其涂覆；將泡沫材料的一個(gè)或多個(gè)表面加熱至其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔點(diǎn)之上以使皮上的泡孔結(jié)構(gòu)塌陷，或?qū)⑷魏吻笆龇绞浇M合使用。膜、片材或涂層可包含任何已知的熱塑性樹脂或熱固性樹脂。有用的熱塑性樹脂包括以上在構(gòu)成該泡沫材料時(shí)所述的那些，且有用的熱固性樹脂包括聚氨酯和環(huán)氧樹脂。
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)看作以任何方式限定其范圍。
說明性實(shí)施方案實(shí)施例1生產(chǎn)出擠制聚丙烯泡沫材料片材。用于生產(chǎn)該泡沫材料的裝置包括串聯(lián)的擠出機(jī)、混合器、冷卻器、和環(huán)狀擠出模頭。將聚合物以顆粒形式加料到擠出機(jī)中，在此將其與添加劑混合形成聚合物熔體。所用的聚丙烯(PP)聚合物是PF-814(來自Montell)。PF-814是一種高熔體強(qiáng)度的PP樹脂，通過測(cè)試方法ASTM D-1238測(cè)定的熔體流速為3dg/min。聚丙烯聚合物的加料速率為1000磅/小時(shí)(454千克/小時(shí))。將聚丙烯樹脂共混物與0.25磅/100磅聚合物(pph)的滑石進(jìn)行混合。另外，每100磅聚合物中加入0.1磅Irganox 1010穩(wěn)定劑(來自Ciba-Geigy Corporation)和0.1磅Ultranox 626(來自GESpecialty Chemcials,Inc.)。擠出機(jī)條件為170℃(在擠出機(jī)的加料端)至220℃(在擠出機(jī)的傳送端)。將聚合物和添加劑傳送到混合器中，在此在壓力下向其中加入5份異丁烷發(fā)泡劑/100份聚合物，形成一種可發(fā)泡的凝膠。將該可發(fā)泡凝膠冷卻至165℃，然后在壓力下傳送至模頭，在此它在20英寸直徑心軸附近，由5英寸直徑的環(huán)狀孔膨脹至具有較低壓力的區(qū)，形成一種管狀泡沫材料片材產(chǎn)品。該管狀片材隨后劈開成平整片材。
該泡沫材料的厚度為5mm(毫米)且寬度為1600毫米，開孔含量為1.6％，密度為2.7磅/立方英尺(pcf)(43.2千克/立方米(kgm))，且平均泡孔尺寸為1.7毫米。該泡沫材料較剛性，在支撐其自身重量時(shí)不流掛，且可熱成型。該泡沫材料按照美國專利5527573所述的可發(fā)泡性系數(shù)為5.3。
實(shí)施例2在實(shí)施例1所公開的裝置上，生產(chǎn)出另一擠制聚丙烯泡沫材料片材，其中采用與實(shí)施例1相同的發(fā)泡劑含量和加載量和基本上相同的加工條件，但模頭間隙開口較大且接取速度較慢。
該泡沫材料的厚度為9毫米且寬度為1600毫米，開孔含量低于2％，密度為2.4pcf(38kgm)，且平均泡孔尺寸為1.7毫米。該泡沫材料較剛性，且在支撐其自身重量時(shí)不流掛。該泡沫材料的可發(fā)泡性系數(shù)為4.7。
實(shí)施例3在實(shí)施例1所公開的裝置上，生產(chǎn)出另一擠制丙烯共聚物泡沫材料片材，其中采用與實(shí)施例1相同的發(fā)泡劑含量和加載量和基本上相同的加工條件。
該泡沫材料的厚度為7毫米且寬度為1600毫米，開孔含量為19％，密度為2.9pcf(46.1kgm)，且平均泡孔尺寸為1.75毫米。該泡沫材料較剛性，在支撐其自身重量時(shí)不流掛，且可熱成型。該泡沫材料按照美國專利5527573所述的可發(fā)泡性系數(shù)為5.8。
實(shí)施例4在實(shí)施例1所公開的裝置上，生產(chǎn)出另一擠制聚丙烯泡沫材料片材，其中采用相同的發(fā)泡劑和添加劑并添加硬脂酸鈣粉末用于附加泡孔成核。將聚丙烯聚合物以990磅/小時(shí)(449千克/小時(shí))的速率與0.42pph滑石、0.3pph Ultranox 815P穩(wěn)定劑(來自GE SpecialtyChemcials)、0.3pph硬脂酸鈣一起加料到擠出機(jī)中。將該塑化凝膠混合物與3.9pph異丁烷在壓力下混合，冷卻至161℃，然后傳送至環(huán)狀模頭，在此將其膨脹至具有較低壓力的區(qū)，在16”直徑冷卻心軸上拉伸形成一種管狀泡沫材料片材產(chǎn)品。該管狀片材隨后劈開成平整片材。
該泡沫材料的厚度為7毫米且寬度為1290毫米，開孔含量為20.4％，密度為3.3pcf(52.9kgm)，且平均泡孔尺寸為3.6毫米。該泡沫材料較剛性，在支撐其自身重量時(shí)不流掛，且可熱成型。該泡沫材料按照SAE J949所述方法測(cè)定的斷裂彎曲強(qiáng)度值為175psi(1.21MPa)，且可發(fā)泡性系數(shù)為13.6。
實(shí)施例5在實(shí)施例1所公開的裝置上，生產(chǎn)出另一擠制聚丙烯泡沫材料片材，其中采用相同的發(fā)泡劑和添加劑并添加硬脂酸鈣粉末用于附加泡孔成核。將聚丙烯聚合物以1380磅/小時(shí)(626千克/小時(shí))的速率與0.30pph滑石、0.21pph Ultranox 815P穩(wěn)定劑(來自GE SpecialtyChemcials)、0.3pph硬脂酸鈣一起加料到擠出機(jī)中。將該塑化凝膠混合物與3.9pph異丁烷在壓力下混合，冷卻至161.5℃，然后傳送至環(huán)狀模頭，在此將其膨脹至具有較低壓力的區(qū)，在20英寸直徑冷卻心軸上拉伸形成一種管狀泡沫材料片材產(chǎn)品。該管狀片材隨后劈開成平整片材。
該泡沫材料的厚度為10.9毫米且寬度為1600毫米，開孔含量為2.2％，密度為3.4pcf(54.5kgm)，且平均泡孔尺寸為5.2毫米。該泡沫材料較剛性，在支撐其自身重量時(shí)不流掛，且可熱成型。該泡沫材料按照SAE J949所述方法測(cè)定的斷裂彎曲強(qiáng)度值為141psi(1MPa)，且可發(fā)泡性系數(shù)為20.3。
實(shí)施例6由75％聚丙烯PF-814(來自Montell)和25％AFFINITYTMPL-1880聚乙烯(來自Dow Chemical Company)的共混物生產(chǎn)出擠制泡沫材料片材。PL-1880是一種聚乙烯樹脂，其熔體指數(shù)為1.0dg/min，密度為0.9020克/毫升，且I10/I2為9.0。在實(shí)施例1所公開的裝置上生產(chǎn)該泡沫材料片材。將聚合物共混物以1000磅/小時(shí)(454千克/小時(shí))的速率與0.4pph滑石和0.3pph Ultranox 815P穩(wěn)定劑(來自GESpecialty Chemcials)一起加料到擠出機(jī)中。將該塑化凝膠混合物與6.0pph異丁烷在壓力下混合，冷卻至157℃，然后傳送至環(huán)狀模頭，在此將其膨脹至具有較低壓力的區(qū)，在20英寸直徑冷卻心軸上拉伸形成一種管狀泡沫材料片材產(chǎn)品。該管狀片材隨后劈開成平整片材。
該泡沫材料的厚度為7毫米且寬度為1600毫米，開孔含量為14.4％，密度為3.6pcf(57.7kgm)，且平均泡孔尺寸為3.4毫米。該泡沫材料較剛性，在支撐其自身重量時(shí)不流掛，且可熱成型。該泡沫材料按照SAE J949所述方法測(cè)定的斷裂彎曲強(qiáng)度值為72psi(0.5MPa)，且可發(fā)泡性系數(shù)為14.0。
實(shí)施例7由75％聚丙烯PF-814(來自Montell)和25％AFFINITYTMPL-1880聚乙烯(來自Dow Chemical Company)的共混物生產(chǎn)出擠制泡沫材料片材。PL-1880是一種聚乙烯樹脂，其熔體指數(shù)為1.0dg/min，密度為0.9020克/毫升，且I10/I2為9.0。在實(shí)施例1所公開的裝置上生產(chǎn)該泡沫材料片材。將聚合物共混物以1000磅/小時(shí)(454千克/小時(shí))的速率與0.4pph滑石和0.3pph Ultranox 815P穩(wěn)定劑(來自GESpecialty Chemcials)一起加料到擠出機(jī)中。將該塑化凝膠混合物與6.0pph異丁烷在壓力下混合，冷卻至157℃，然后傳送至環(huán)狀模頭，在此將其膨脹至具有較低壓力的區(qū)，在20英寸直徑冷卻心軸上拉伸形成一種管狀泡沫材料片材產(chǎn)品。該管狀片材隨后劈開成平整片材。
該泡沫材料的厚度為9.8毫米且寬度為1600毫米，開孔含量為5.8％，密度為2.7pcf(43.3kgm)，且平均泡孔尺寸為4.5毫米。該泡沫材料較剛性，在支撐其自身重量時(shí)不流掛，且可熱成型。該泡沫材料按照SAE J949所述方法測(cè)定的斷裂彎曲強(qiáng)度值為70psi(0.5MPa)，且可發(fā)泡性系數(shù)為13.0。
實(shí)施例8由75％聚丙烯PF-814(來自Montell)和25％AFFINITYTMPL-1880聚乙烯(來自Dow Chemical Company)的共混物生產(chǎn)出擠制泡沫材料片材。PL-1880是一種聚乙烯樹脂，其熔體指數(shù)為1.0dg/min，密度為0.9020克/毫升，且I10/I2為9.0。在實(shí)施例1所公開的裝置上生產(chǎn)該泡沫材料片材。將聚合物共混物以1200磅/小時(shí)(545千克/小時(shí))的速率與0.4pph滑石和0.3pph Ultranox 815P穩(wěn)定劑(來自GESpecialty CheMcials)一起加料到擠出機(jī)中。將該塑化凝膠混合物與6.0pph異丁烷在壓力下混合，冷卻至156℃，然后傳送至環(huán)狀模頭，在此將其膨脹至具有較低壓力的區(qū)，在20英寸直徑冷卻心軸上拉伸形成一種管狀泡沫材料片材產(chǎn)品。該管狀片材隨后劈開成平整片材。
該泡沫材料的厚度為14.6毫米且寬度為1600毫米，開孔含量為3.3％，密度為2.6pcf(41.7kgm)，且平均泡孔尺寸為3.2毫米。該泡沫材料較剛性，在支撐其自身重量時(shí)不流掛，且可熱成型。該泡沫材料按照SAE J949所述方法測(cè)定的斷裂彎曲強(qiáng)度值為58psi(0.4MPa)。該泡沫材料的可發(fā)泡性系數(shù)為9.5。
實(shí)施例9將實(shí)施例8的泡沫材料片材層壓上1.6密耳(0.04毫米)厚的多層膜。該膜由兩層組成a)乙烯-丙烯酸共聚物/線型低密度聚乙烯共混物(60/40)；b)均聚物聚丙烯。粘合劑層a)占膜厚度的70％。將該膜層壓到泡沫材料的一面。層壓之后，將膜/泡沫材料結(jié)構(gòu)切成3英寸×12英寸截面并按照SAE Test J949測(cè)試彎曲強(qiáng)度。所得結(jié)構(gòu)需要大于25牛頓才能彎曲1英寸(25.4毫米)。該泡沫材料的可發(fā)泡性系數(shù)為9.5。將該泡沫材料切割并模塑成車輛頭襯的所需型材，然后將一層裝飾織物粘附到其上。將該頭襯安裝在鄰近車輛室頂下方的車輛中，然后利用合適的粘合劑粘附其上。
實(shí)施例10將實(shí)施例5的泡沫材料片材層壓上如實(shí)施例9所述的1.6密耳(0.04毫米)厚的多層膜。將該膜層壓到泡沫材料的一面。層壓之后，將膜/泡沫材料結(jié)構(gòu)切成3英寸×12英寸截面并按照SAE Test J949測(cè)試彎曲強(qiáng)度。該泡沫材料的可發(fā)泡性系數(shù)為20.3。所得結(jié)構(gòu)需要大于45牛頓才能彎曲1英寸(25.4毫米)。實(shí)施例5的泡沫材料需要20牛頓來彎曲1英寸(25.4毫米)。
實(shí)施例11
將實(shí)施例7的泡沫材料片材層壓上如實(shí)施例9所述的1.6密耳(0.04毫米)厚的多層膜。將該膜層壓到泡沫材料的一面。層壓之后，將膜/泡沫材料結(jié)構(gòu)切成3英寸×12英寸截面并按照SAE Test J949測(cè)試彎曲強(qiáng)度。該泡沫材料的可發(fā)泡性系數(shù)為13.0。所得結(jié)構(gòu)需要大于14牛頓才能彎曲1英寸(25.4毫米)。
此外發(fā)現(xiàn)，為了由以上實(shí)施例所述的聚合物和發(fā)泡劑組合物制備出可接受的泡沫材料，熔化聚合物和發(fā)泡劑在進(jìn)入模頭之前的壓力優(yōu)選至少為3.0MPa，更優(yōu)選3.3MPa，最優(yōu)選3.4MPa，這樣可保持發(fā)泡劑溶解在熔化聚合物中。該壓力通過安裝在環(huán)狀模頭之前的標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來測(cè)定。每個(gè)實(shí)施例的測(cè)定壓力列于表1。
表權(quán)利要求
1．一種制造聚合物泡沫材料片材的方法，包括(ⅰ)將包含至少一種聚丙烯聚合物和至少一種發(fā)泡劑的可發(fā)泡組合物在足以防止該組合物在離開模頭之前發(fā)泡的壓力、溫度和擠出速率下擠過環(huán)狀擠出模頭，其條件足以形成一種密度至少為16千克/米3且不超過200千克/米3、開孔含量低于70％、圓周長至少為1米、且泡沫材料厚度至少為2毫米且不超過25毫米的泡沫材料管材，其中所述發(fā)泡劑的用量為0.2-4.5摩爾/千克聚合物，(ⅱ)將泡沫材料冷卻至該聚丙烯的熔化溫度之下，然后(ⅲ)將該泡沫材料管材沿著其半徑切割成泡沫材料片材，其中該片材中至少70％重量的聚合物是在190℃下測(cè)定的熔體強(qiáng)度為25-60cN的聚丙烯。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該片材中至少80％重量的聚合物是在190℃下測(cè)定的熔體強(qiáng)度為25-60cN的聚丙烯。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述泡沫材料的密度至少為32千克/米3。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述片材的寬度至少為1.1米且厚度至少為5毫米。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述片材的寬度至少為1.1米且厚度至少為7毫米。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述片材的寬度至少為1.1米且厚度至少為8毫米。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述片材的寬度至少為1.2米且厚度至少為5毫米。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述片材的寬度至少為1.2米且厚度至少為7毫米。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述片材的寬度至少為1.2米且厚度至少為8毫米。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述發(fā)泡劑為異丁烷。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述發(fā)泡劑是有機(jī)發(fā)泡劑與無機(jī)發(fā)泡劑的混合物。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述有機(jī)發(fā)泡劑選自正丁烷、異丁烷、丙烷和乙醇。
13．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述有機(jī)發(fā)泡劑選自正丁烷、異丁烷、丙烷和乙醇。
14．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述無機(jī)發(fā)泡劑選自二氧化碳、氬氣、水和氮?dú)狻?br> 15．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述發(fā)泡劑是一種無機(jī)發(fā)泡劑，選自二氧化碳、氬氣、水和氮?dú)狻?br> 16．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述聚丙烯的熔體流速低于10dg/min。
17．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將所述可發(fā)泡組合物在足以形成具有發(fā)泡和非發(fā)泡部分的片材的條件下與不可發(fā)泡的熔化聚合物共擠出。
18．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述泡沫材料的平均泡孔尺寸為0.1-6.0毫米。
19．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述泡沫材料的平均泡孔尺寸為0.5-6.0毫米。
20．根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述泡沫材料的平均泡孔尺寸至少為0.75毫米。
21．根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述泡沫材料的平均泡孔尺寸至少為1.0毫米。
22．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該片材中至少75％的聚合物是在190℃下測(cè)定的熔體強(qiáng)度為25-60cN的聚丙烯。
23．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該片材中至少95％的聚合物是在190℃下測(cè)定的熔體強(qiáng)度為25-60cN的聚丙烯。
24．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中可發(fā)泡組合物在擠出之前的壓力至少為3MPa。
25．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述泡沫材料的開孔含量低于50％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造聚合物泡沫材料片材的方法,包括:(i)將包含至少一種聚丙烯聚合物和至少一種發(fā)泡劑的可發(fā)泡組合物在足以防止該組合物在離開模頭之前發(fā)泡的壓力、溫度和擠出速率下擠過環(huán)狀擠出模頭,其條件足以形成一種密度至少為16千克/米
文檔編號(hào)C08J9/14GK1303406SQ99806607
公開日2001年7月11日 申請(qǐng)日期1999年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月27日
發(fā)明者M·H·圖西姆, M·C·科乃爾, K·W·蘇, C·P·克里斯坦森, C·P·帕克 申請(qǐng)人:陶氏化學(xué)公司