專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用物理發(fā)泡劑制備熱成型泡沫壓片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用諸如二氧化碳、水和/或氮?dú)獾任锢戆l(fā)泡劑制備泡沫體的方法。
苯乙烯聚合物和烯屬聚合物已經(jīng)被用于食品包裝中，例如用于乳品容器中的不發(fā)泡熱成型壓片。此類(lèi)熱成型壓片現(xiàn)有的典型制備方法是使用一種傳統(tǒng)的壓片壓出生產(chǎn)流水線，其中聚合物從一個(gè)平坦的壓片沖模中被擠壓到一個(gè)三輥拋光組套中，并且或被卷起或直接加入到熱成型過(guò)程中。但是，由于施加于包裝食品加工者的基于包裝重量的費(fèi)用，生態(tài)影響驅(qū)使著食品包裝工業(yè)制造出更輕的包裝材料。
一種減輕熱成型壓片重量的方法是混合一種發(fā)泡劑以制造一種高密度泡沫壓片。此類(lèi)泡沫壓片典型的制造工藝是使用傳統(tǒng)的壓片壓出生產(chǎn)流水線和化學(xué)發(fā)泡劑。但是，化學(xué)發(fā)泡劑價(jià)格昂貴且不能提供一致的或均勻的泡沫，從而導(dǎo)致制成的泡沫壓片中的泡沫厚度和密度發(fā)生變化。
因此，仍然需要制造高密度泡沫包裝材料的方法，特別是可以在傳統(tǒng)的不發(fā)泡應(yīng)用如乳品容器中使用的具有均一的厚度和密度的熱成型泡沫壓片。
本發(fā)明是一種用于制備熱成型泡沫壓片的方法，包括將熔融的單亞乙烯基芳族或烯族聚合物與物理發(fā)泡劑接觸形成聚合物/發(fā)泡劑混合物、使混合物發(fā)泡進(jìn)入一個(gè)低壓區(qū)、壓出發(fā)泡混合物以形成泡沫壓片、拉壓該壓片以形成均勻厚度小于3mm的泡沫壓片。
本發(fā)明還包括根據(jù)上述方法制備的熱成型泡沫壓片，和由此制造的熱成型物品。
本發(fā)明的方法特別適用于制造高密度泡沫包裝材料，特別是可以在傳統(tǒng)的不發(fā)泡應(yīng)用如乳品容器中使用的具有均一厚度和密度的熱成型泡沫壓片。


圖1是本發(fā)明所用壓片壓出生產(chǎn)流水線的一種實(shí)施例的圖示。將樹(shù)脂與任選的成核劑(II)加入到具有一個(gè)混合頭(III)、靜態(tài)混合器(IX)、齒輪泵(VIII)和沖模(X)的壓出機(jī)(I)中，其中物理發(fā)泡劑從一個(gè)儲(chǔ)罐(VI)中通過(guò)壓出機(jī)的注射閥加入，其中該儲(chǔ)罐與一個(gè)帶有減壓裝置(V)的正排代泵(IV)相連。泡沫壓片被拉壓到三輥拋光組套(XI)里并被卷成一卷泡沫壓片。
在本發(fā)明中可用的熱塑性聚合物包括聚烯烴，例如聚乙烯、聚丙烯、線形低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，烯烴共聚物，例如乙烯-辛烯共聚物；含有以重量計(jì)至少70％的作為單體重復(fù)單元被摻入到最終樹(shù)脂中的乙烯基芳香族單體的聚合物、共聚物和共聚體。乙烯基芳香族單體包括，但是不限于美國(guó)專(zhuān)利4,666,987、4,572,819和4,585,825中所描述的那些單體。優(yōu)選的是，這些單體具有分子式 其中，R是氫或甲基，Ar是一個(gè)含有1到3個(gè)帶有或不帶有烷基、鹵或鹵烷基取代的芳香環(huán)的芳環(huán)結(jié)構(gòu)，其中所有烷基基團(tuán)含有1到6個(gè)碳原子，并且鹵烷基指的是一個(gè)鹵素取代烷基基團(tuán)。優(yōu)選的是，Ar是苯基或烷基苯基，其中烷基苯基是指一個(gè)烷基取代苯基基團(tuán)，苯基是最優(yōu)選的?？捎玫牡湫偷囊蚁┗枷阕鍐误w包括苯乙烯，α-甲基苯乙烯，乙烯基甲苯的所有同分異構(gòu)體特別是對(duì)乙烯基甲苯，乙基苯乙烯的所有同分異構(gòu)體，丙基苯乙烯，乙烯基聯(lián)苯，乙烯基萘，乙烯基蒽及其混合物。乙烯基芳香族單體也可與其他可共聚單體結(jié)合。此類(lèi)單體的例子包括，但是不限于丙烯酸單體，例如丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和甲基丙烯酸酯；馬來(lái)酰亞胺、苯基馬來(lái)酰亞胺和馬來(lái)酐。另外，乙烯基芳香族單體的聚合可以在存在預(yù)溶解的高彈體的情況下進(jìn)行，以制備抗沖改性的或含有接枝橡膠的產(chǎn)品，此類(lèi)實(shí)例在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)3,123,655、3,346,520、3,639,522和4,409,369中有所描述。明確地說(shuō)，這種聚合物可以是一種高抗沖聚苯乙烯樹(shù)脂。此外，本發(fā)明所述方法能利用任何上面提及的聚合物的摻合物或組合物。
用于本發(fā)明所述方法的發(fā)泡劑包括任何物理發(fā)泡劑，包括但是不限于二氧化碳(CO2)、氮?dú)?N2)、水(H2O)或它們的組合物。在本說(shuō)明書(shū)中，這些物理發(fā)泡劑應(yīng)被限定為基本上是100％的物理發(fā)泡劑，不含化學(xué)發(fā)泡劑，即使該物理發(fā)泡劑可能含有微量雜質(zhì)或微量的其他化合物。優(yōu)選的發(fā)泡劑是100％的二氧化碳。
物理發(fā)泡劑可以是任何形態(tài)，優(yōu)選為氣態(tài)或液態(tài)。盡管在本發(fā)明實(shí)施中也可以使用二氧化碳?xì)怏w，但是優(yōu)選加入熔融聚合物中的是液態(tài)二氧化碳。雖然可以采用任何形態(tài)，優(yōu)選加入聚合物的氮為氣態(tài)，水通常以液態(tài)加入。典型的是，在發(fā)泡劑是組合物或混合物的情況下，使用分別計(jì)量系統(tǒng)，其中多成分流是在澆注—壓出工藝的注射點(diǎn)前交匯。但是，發(fā)泡劑也能被預(yù)先混合，并用單一計(jì)量系統(tǒng)注入。
添加劑，例如顏料和/或成核劑，也可用于本發(fā)明所述的方法中。通常優(yōu)選添加成核劑，其優(yōu)選加入量以重量計(jì)是聚合物總重量的0.001到10％。更優(yōu)選成核劑的量是在0.02到2％之間。成核劑通常與聚合物一起加入壓出機(jī)中。在一個(gè)實(shí)施例中，成核劑是滑石。
本發(fā)明所述方法也可利用復(fù)合擠壓生產(chǎn)能力來(lái)制造多層泡沫壓片。如果需要，這些多層壓片可含有一層或多層泡沫心層或泡沫表層。在某些應(yīng)用實(shí)例中，期望的是一層或多層泡沫心層或表層與無(wú)泡沫心層或表層的組合。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，一種多層復(fù)合擠壓壓片含有帶有外部表層的泡沫聚苯乙烯心層，其外部表層含有無(wú)泡沫高抗沖聚苯乙烯或聚苯乙烯樹(shù)脂與高抗沖聚苯乙烯樹(shù)脂的無(wú)泡沫摻合物。復(fù)合擠壓的方法在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的。
壓片壓出在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的，并在F.Hensen，Plastic ExtrusionTechnology，Hanser Publishers，New York，1988.Chapter 7，pages 203-251和Modern Plastic Mid-October 1989 Encyclopedia Issue，Volume 66，Number 11，pages 256-257中得以描述。
本發(fā)明所述方法中使用的壓片壓出方法包括進(jìn)料和在壓片壓出機(jī)中熔融聚合物，其中熔融物移向一個(gè)任選的進(jìn)料擋板并通過(guò)一個(gè)沖模在沖模口形成均勻厚度的單層或多層壓出型材(壓片)。在本發(fā)明的方法中所用的沖模中的發(fā)泡溫度取決于被發(fā)泡的聚合物，而且典型的為高于150℃，優(yōu)選在170到300℃之間。聚合物/發(fā)泡劑混合物被擠壓發(fā)泡到一個(gè)低壓區(qū)域，優(yōu)選為大氣壓下空氣中。壓出的發(fā)泡壓片被移至機(jī)械裝置中拉壓該泡沫壓出型材，以獲得均勻厚度的壓片。一臺(tái)這樣的機(jī)械裝置包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)的控制溫度三輥拋光組套。在該實(shí)施例中，壓片的厚度由擠出速度、輥組套間隙、流水線速度和拉伸比決定。輥組套間隙是當(dāng)使用下組套結(jié)構(gòu)時(shí)，三輥拋光組套頂部和中部的輥之間的間隙。拉伸比是沖模出口熔化物的速度與三輥拋光組套的速度之比。壓片厚度用安裝在一個(gè)垂直于壓片方向移動(dòng)的機(jī)架上的儀器來(lái)測(cè)量，該機(jī)架負(fù)載該測(cè)量?jī)x器。這樣的測(cè)量?jī)x器在本領(lǐng)域是公知的。壓片脫離測(cè)量位置，移過(guò)一系列導(dǎo)向輥到任選的切割位置并到卷纏機(jī)上或直接進(jìn)入熱成型步驟。
本發(fā)明所述方法的進(jìn)一步特征在于物理發(fā)泡劑在先于壓片壓出機(jī)沖模的位置前加入聚合物熔融物中。優(yōu)選做法為發(fā)泡劑通過(guò)一個(gè)安裝在壓片壓出生產(chǎn)流水線中的擠壓螺桿的減壓區(qū)域(排氣口)處的單向閥來(lái)注入。任選地，可在沖模之前裝備靜態(tài)混合器以混合聚合物和發(fā)泡劑和成核劑，假如使用了成核劑。起泡正好發(fā)生在沖模出口前的低壓區(qū)域，并且繼續(xù)到聚合物熔融混合物離開(kāi)沖模。典型地，壓片擠壓方法可用來(lái)擠壓不發(fā)泡物料或化學(xué)起泡高密度泡沫壓片。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，靠使用上述的物理發(fā)泡劑和壓片壓出生產(chǎn)流水線，可以獲得具有改良厚度和密度均一的高密度泡沫壓片。
制得的泡沫壓片密度典型的是在每立方尺(PCF)為25到65鎊(400-1050克/升(g/L))，優(yōu)選在45到55 PCF(725-890g/L)之間，使用的物理發(fā)泡劑占聚合物重量的重量百分比為0.04到1％，優(yōu)選的重量百分比為0.04到0.5％。值得注意的是，當(dāng)本發(fā)明所述方法中使用水的數(shù)量以聚合物重量計(jì)算，其重量百分比小于0.2％時(shí)，水起到冷卻劑的作用而不造成聚合物膨脹。冷卻的效果有利于控制泡沫結(jié)構(gòu)的膨脹率。水量的重量百分比大于0.2％時(shí)，可觀察到聚合物熔融混合物膨脹提高。泡沫壓片的孔眼大小在各個(gè)方向上均小于1毫米，優(yōu)選小于0.5毫米。泡沫壓片厚度優(yōu)選在0.1毫米到3毫米之間。
制得的泡沫壓片改善了厚度和密度均勻性。均勻的厚度可以通過(guò)比較最終壓片的任何部位的厚度和最終壓片的平均厚度來(lái)確定。比較兩個(gè)厚度，相差不超過(guò)6％。均勻的密度可以通過(guò)比較最終壓片的任何部位的密度和平均壓片密度來(lái)確定。比較兩個(gè)密度，相差不超過(guò)4％。也就是說(shuō)，任何在最終壓片上測(cè)定的厚度不會(huì)與平均片材厚度相差超過(guò)6％，任何在最終壓片上測(cè)定的密度不會(huì)與平均片材密度相差超過(guò)4％。
以下實(shí)施例是為了闡明本發(fā)明。實(shí)施例不是為了限制本發(fā)明的范圍，并且實(shí)施例不應(yīng)解釋為限制了本發(fā)明的范圍。除非另行指出，數(shù)據(jù)為重量百分比。
實(shí)施例實(shí)施例1通用的分子量為320,000的聚苯乙烯樹(shù)脂被添加到在排氣口處帶有高壓活塞泵的壓片壓出生產(chǎn)流水線中，其中將100％的二氧化碳(CO2)作為發(fā)泡劑定量加入壓出桶中。壓出機(jī)末端還裝備有靜態(tài)混合器以提高聚合物/發(fā)泡劑混合物的混合。同時(shí)，將聚苯乙烯樹(shù)脂和一種抗沖改性聚苯乙烯樹(shù)脂的50/50摻合物在沒(méi)有發(fā)泡劑的情況下加入到另一條壓片壓出生產(chǎn)流水線中，以制造復(fù)合擠壓固體表層。聚苯乙烯樹(shù)脂被發(fā)泡，并與未發(fā)泡聚苯乙烯/耐沖擊性聚苯乙烯(HIPS)摻合物共擠出以形成具有一層發(fā)泡心樹(shù)脂和兩層粘附在心樹(shù)脂層的兩面的固體表層的壓片。壓片被三輥拋光組套拉壓。下面給出工藝條件和壓片性能
權(quán)利要求
1.一種制造熱塑性泡沫壓片的方法，包括在壓片壓出生產(chǎn)流水線中將熔融的單亞乙烯基芳族或烯族聚合物與物理發(fā)泡劑接觸形成聚合物/發(fā)泡劑混合物；使混合物發(fā)泡并進(jìn)入一個(gè)低壓區(qū)以形成泡沫壓出型材；并拉壓泡沫壓出型材以形成均勻厚度小于3mm的泡沫壓片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用一種熔融的單亞乙烯基芳族聚合物。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的熔融的單亞乙烯基芳族聚合物包括乙烯基芳族聚合物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用一種熔融烯族聚合物。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述的熔融烯族聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、線形低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，乙烯—辛烯共聚物，或含有以重量計(jì)至少占70％的作為單體重復(fù)單元的被摻入最終樹(shù)脂中的乙烯基芳香族單體的烯屬共聚物或共聚體。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的熔融烯屬聚合物包括聚丙烯。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的熔融烯屬聚合物包括聚乙烯。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述物理發(fā)泡劑是二氧化碳、氮?dú)?、水或上述化合物的組合物。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述泡沫密度為400到1050g/L。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述泡沫密度為725到890g/L。
11.由權(quán)利要求1所述方法制造的一種泡沫壓片。
12.由權(quán)利要求1所述方法制造的一種復(fù)合多層泡沫壓片。
13.如權(quán)利要求12所述的復(fù)合多層泡沫壓片，其中包括一個(gè)泡沫層和至少一個(gè)無(wú)泡沫聚合物表層。
14.如權(quán)利要求書(shū)13所述的復(fù)合多層泡沫壓片，其中泡沫層包括發(fā)泡聚苯乙烯和無(wú)泡沫聚合物表層，其中無(wú)泡沫聚合物表層包括聚苯乙烯樹(shù)脂與高抗沖聚苯乙烯樹(shù)脂的摻合物。
15.由權(quán)利要求書(shū)11所述的泡沫壓片制造的一種熱成型物品。
全文摘要
本發(fā)明是一種制造熱塑性泡沫壓片的方法，其中包括將熔融的單亞乙烯基芳族或烯族聚合物與物理發(fā)泡劑接觸形成聚合物/發(fā)泡劑混合物，并使混合物發(fā)泡進(jìn)入壓片壓出生產(chǎn)流水線中的一個(gè)低壓區(qū)，在此低壓區(qū)所述壓出型材被拉壓成均勻厚度小于3mm的熱塑性泡沫壓片。
文檔編號(hào)B29K25/00GK1396940SQ01804411
公開(kāi)日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2001年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月4日
發(fā)明者G·C·韋爾什, R·J·薩曼格, M·M·巴洛特 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司