專(zhuān)利名稱：生產(chǎn)聚合物泡沫體的方法及聚合物泡沫體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)有高發(fā)泡率和優(yōu)良表面狀態(tài)的聚合物泡沫體的方法和一種由該生產(chǎn)方法獲得的聚合物泡沫體。上述聚合物泡沫體例如用作電子儀器等的內(nèi)部絕緣材料、襯墊材料、防塵材料、隔音材料、遮光材料、隔熱材料、食品包裝材料、服裝材料和建筑材料等。
背景技術(shù)：
作為生產(chǎn)熱塑性樹(shù)脂泡沫體的方法，已知有一種使用化學(xué)發(fā)泡劑的化學(xué)發(fā)泡法和一種使用物理發(fā)泡劑的物理發(fā)泡法(氣體發(fā)泡法)?；瘜W(xué)發(fā)泡法是常用的方法，其中起始樹(shù)脂與分子量低并在成型溫度下分解產(chǎn)生出氣體的有機(jī)發(fā)泡劑混合，通過(guò)在發(fā)泡劑的分解溫度或更高的溫度下加熱使混合物進(jìn)行發(fā)泡成型。該方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即不僅產(chǎn)生氣體的分解溫度較靈敏并很容易通過(guò)添加發(fā)泡輔助劑等來(lái)調(diào)節(jié)分解溫度等，而且還可以獲得閉孔的泡沫。
然而，由于化學(xué)發(fā)泡法使用了特殊的發(fā)泡劑，所以留在泡沫中的發(fā)泡劑的分解殘留物引起一些問(wèn)題，例如泡沫體變色(discoloration)、產(chǎn)生氣味和食品衛(wèi)生問(wèn)題。并且，化學(xué)發(fā)泡劑還引起這些問(wèn)題，例如成型機(jī)械被污染(staining)并因而導(dǎo)致成型失敗。尤其是，在電器元件應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)低污染的要求很高，因而由腐蝕氣體和雜質(zhì)導(dǎo)致的這種污染將成為嚴(yán)重的問(wèn)題。
另一方面，物理發(fā)泡的方法是將低沸點(diǎn)有機(jī)化合物例如丙烷、戊烷和二氯二氟甲烷供給入在成型機(jī)械中已熔化的樹(shù)脂中，然后在捏和之后，將經(jīng)捏和的材料釋放到低壓區(qū)中進(jìn)行發(fā)泡成型。由于用在該方法中的低沸點(diǎn)化合物與樹(shù)脂具有親和性，所以它具有極好的可溶性和維持性。因此，該物理發(fā)泡法有可獲得高泡沫率的典型特征。
然而，在物理發(fā)泡法中所使用的大部分發(fā)泡劑都有危險(xiǎn)性例如易燃性和毒性，并且可能導(dǎo)致大氣污染的問(wèn)題。并且，包含有二氯二氟甲烷的氟利昂(Fleon)氣體由于破壞臭氧層而產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題，因而將被全面禁用。
為了解決這些傳統(tǒng)技術(shù)中的問(wèn)題，已經(jīng)提出了許多使用干凈且低成本的惰性氣體例如含碳酸氣體(二氧化碳)和氮作為發(fā)泡劑的方法。然而，由于惰性氣體與樹(shù)脂的親和性低，所以它們的溶解性差。因此，所得到的泡沫體具有較大的孔眼尺寸、不均勻并且其孔密度較小。
因而，在外觀、機(jī)械強(qiáng)度、熱絕緣性和發(fā)泡率方面都將遇到問(wèn)題。
于是現(xiàn)在開(kāi)發(fā)了一種生產(chǎn)泡沫體的技術(shù)是通過(guò)使用一種超臨界流體(ultra-critical fluid)作為發(fā)泡劑并將其用熱塑性樹(shù)脂浸漬而獲得具有極微細(xì)孔眼尺寸和較大的孔眼密度的泡沫體(例如，見(jiàn)JP-T-6-506724(WO92/17533))。然而，即使在使用這種超臨界流體作為發(fā)泡劑的情況下，由于其在熱塑性樹(shù)脂中的溶解性低，所以為了生產(chǎn)高發(fā)泡率的聚合物泡沫體必須保持高壓。
發(fā)明概述這樣，為了保持高壓，必須在模唇(die lips)之間保持高壓。為此，必須減小在模唇之間的間隙。結(jié)果，出現(xiàn)的情況是雖然容易獲得薄壁板狀聚合物泡沫體，但是很難生產(chǎn)厚壁板狀聚合物泡沫。
相反，為生產(chǎn)厚度較厚的聚合物泡沫體，如果加寬模唇之間的間隙，則會(huì)出現(xiàn)不能保持高壓的情況，并因此，發(fā)泡劑在模具內(nèi)蒸發(fā)，在排出之前就開(kāi)始發(fā)泡，該情況稱為“模內(nèi)發(fā)泡”，這樣不能生產(chǎn)具有高發(fā)泡率的聚合物泡沫體。
另外，為了生產(chǎn)具有高發(fā)泡率的聚合物泡沫體，如果減小模唇之間的間隙，則沿著聚合物泡沫體的寬度方向會(huì)產(chǎn)生出無(wú)數(shù)被稱為所謂的“波紋”的“皺紋”，這是已知的。因此，很難生產(chǎn)具有高發(fā)泡率且表面狀況優(yōu)異的聚合物泡沫體。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)聚合物泡沫體的方法和一種聚合物泡沫體，該方法可以很容易生產(chǎn)具有優(yōu)良表面狀況和高發(fā)泡率的聚合物泡沫體。
為了實(shí)現(xiàn)前述目的，本發(fā)明人進(jìn)行了廣泛和深入的調(diào)查研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用具有特殊結(jié)構(gòu)的模具形成聚合物泡沫體時(shí)，可以獲得有高發(fā)泡率和優(yōu)良表面狀況的聚合物泡沫體?；谶@些發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。
具體地說(shuō)，本發(fā)明有以下組成部分。
(1)一種生產(chǎn)聚合物泡沫的方法，該方法包括以下生產(chǎn)步驟(I)通過(guò)加熱熔化熱塑性樹(shù)脂組合物的熔融步驟，(II)將惰性氣體定量輸送到熔融樹(shù)脂組合物中的供氣步驟，(III)混合并捏和惰性氣體和熔融樹(shù)脂組合物的捏和步驟，(IV)冷卻捏和材料的冷卻步驟，和(V)使冷卻的捏和材料發(fā)泡的發(fā)泡步驟，其中發(fā)泡步驟(V)包括(V-a)生成孔的孔生成步驟和(V-b)使所生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)和使其表面光滑的泡沫體形成步驟。
(2)根據(jù)上述(1)的方法，其中在發(fā)泡步驟(V)中，冷卻的捏和材料用一種模具進(jìn)行發(fā)泡。
(3)根據(jù)上述(2)的方法，其中該模具是一環(huán)形模具。
(4)根據(jù)上述(2)或(3)的方法，其中該模具包括一個(gè)由延伸樹(shù)脂通道形成的孔生成區(qū)和一個(gè)使所生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并且使其表面光滑的泡沫體形成區(qū)。
(5)根據(jù)上述(4)的方法，其中泡沫體形成區(qū)有這樣的結(jié)構(gòu)，即寬度從孔生成區(qū)側(cè)面連續(xù)增加。
(6)根據(jù)以上(1)的方法，其中在泡沫體形成區(qū)中的間隙(GB)與在孔生成區(qū)中的間隙(GA)的比例(GB/GA)為2至40。
(7)根據(jù)上述(1)的方法，其中在泡沫體形成區(qū)中的寬度(WB)和在孔生成區(qū)中的寬度(WA)的比例為1.5至10。
(8)一種由根據(jù)上述(1)的方法獲得的聚合物泡沫體。
(9)一種用于生產(chǎn)聚合物泡沫體的模具，其包括一個(gè)由延伸樹(shù)脂通道形成的孔生成區(qū)和一個(gè)所生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的泡沫體形成區(qū)。
(10)一種生產(chǎn)聚合物泡沫的裝置，其配備有根據(jù)上述(9)所述的模具。
根據(jù)生產(chǎn)本發(fā)明的聚合物泡沫的方法，可容易地生產(chǎn)一種有優(yōu)良表面狀態(tài)和高發(fā)泡率的樹(shù)脂。


圖1是表示在生產(chǎn)本發(fā)明的聚合物泡沫體的方法中所用的模具的一個(gè)實(shí)施方案的簡(jiǎn)圖。圖1(a)是斜視圖；圖1(b)是俯視圖；圖1(c)是側(cè)視圖。
圖2是表示在生產(chǎn)本發(fā)明的聚合物泡沫體的方法中所用的模具的另一實(shí)施方案的簡(jiǎn)圖。
圖3是關(guān)于由實(shí)施例1獲得的聚合物泡沫體表面形狀的照片。
圖4是部分地示出傳統(tǒng)環(huán)形模具的一個(gè)實(shí)施方案的簡(jiǎn)圖。
圖5是示出了關(guān)于由對(duì)比例1獲得的聚合物泡沫體表面形狀的照片。
在這些圖中，標(biāo)記11、12每個(gè)是一模具，標(biāo)記21、22每個(gè)是孔生成區(qū)，標(biāo)記31、32每個(gè)是泡沫體形成區(qū)，標(biāo)記GA1、GA2每個(gè)是孔生成區(qū)(21、22)的間隙，標(biāo)記GB1、GB2每個(gè)是泡沫體形成區(qū)(31、32)的間隙，標(biāo)記WA1是孔生成區(qū)21的寬度，標(biāo)號(hào)WB1是泡沫體形成區(qū)31的寬度，標(biāo)記DA2是孔生成區(qū)22外部圓周的直徑，標(biāo)記DB2是泡沫體形成區(qū)32的外壁圓周的直徑，標(biāo)記T是指厚度方向，標(biāo)記W是指寬度方向，標(biāo)記L是指流動(dòng)方向，和標(biāo)記X是指樹(shù)脂通道。
發(fā)明詳述以下需要結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
在生產(chǎn)本發(fā)明的聚合物泡沫的方法中，使用包含熱塑性樹(shù)脂的熱塑性樹(shù)脂組合物和作為發(fā)泡劑的惰性氣體并利用以下步驟(I)到(V)使用發(fā)泡裝置生產(chǎn)聚合物泡沫。重要的是，步驟(V)[發(fā)泡步驟(V)]包括(V-a)形成孔的孔生成步驟和(V-b)已生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的泡沫形成步驟。
步驟(I)通過(guò)加熱熔化熱塑性樹(shù)脂組合物的熔融步驟。
步驟(II)將惰性氣體定量地供給到熔融樹(shù)脂組合物中的供氣步驟。
步驟(III)混合并捏和惰性氣體和熔融樹(shù)脂組合物的捏和步驟。
步驟(IV)冷卻已捏和的材料的冷卻步驟。
步驟(V)冷卻的捏和材料進(jìn)行發(fā)泡的發(fā)泡步驟。
作為熱塑性樹(shù)脂，沒(méi)有特殊限制，可使用任何熱塑性樹(shù)脂。其例子包括各種不同的熱塑性彈性體，如烯烴基樹(shù)脂，例如，低密度聚乙烯、直鏈聚乙烯(線型聚乙烯)、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯或丙稀與其它α-烯烴的共聚物，和聚丙烯；苯乙烯基樹(shù)脂，例如，聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹(shù)脂)；丙烯酸樹(shù)脂，例如，聚甲基丙烯酸甲酯；含鹵族原子聚合物，例如，聚氯乙稀和聚氟乙烯；鹵代烯烴芳香樹(shù)脂；聚酰胺，例如，聚酰胺6、聚酰胺66，和聚酰胺12；聚酯，例如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯；碳酸基樹(shù)脂，例如，雙酚4基聚碳酸酯；聚縮醛；聚苯硫醚；乙烯共聚物，例如，乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物，乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、和乙烯-乙烯基醇共聚物；烯烴基彈性體，例如，乙烯-丙稀共聚物、乙烯-丙稀-二烯烴共聚物、聚丁烯、聚異丁烯、和氯化聚乙??；苯乙烯基彈性體，例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-異戊二烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、及它們的氫化聚合物；熱塑性聚酯基彈性體；熱塑性聚氨酯基彈性體；和熱塑性丙烯酸彈性體。這些熱塑性樹(shù)脂可以單獨(dú)使用或它們的兩個(gè)或多個(gè)組合使用。
如果需要，在熱塑性樹(shù)脂成分中可以包含各種添加劑。這些添加劑沒(méi)有特別地限制，其例子包括硫化劑、色素、染料、表面處理劑、抗氧化劑、紫外線吸收體、抗靜電劑、潤(rùn)滑劑、成核劑、粘土、表面活性劑和增塑劑。要使用的添加劑的量可以在不妨礙孔生成等的范圍內(nèi)充分地選擇。
作為發(fā)泡劑(惰性氣體)，可以使用任何已知的或通常用作發(fā)泡劑的惰性氣體，沒(méi)有特殊的限制。從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)并考慮到獲得具有小的孔尺寸和高的孔密度的泡沫，惰性氣體(包括超臨界流體ultra-critical fluids)例如二氧化碳、氮、和其混合氣體是適合的。
在熔融步驟(I)中，熱塑性樹(shù)脂成分通過(guò)加熱被熔化，由此制得包含熔融熱塑性樹(shù)脂(熔融樹(shù)脂成分)的組合物。作為用這樣的熔融步驟(I)的裝置，可以采用具有前述功能(例如，供給熱塑性樹(shù)脂成分的樹(shù)脂供給功能和熔化熱塑性樹(shù)脂的樹(shù)脂熔化功能)的任何裝置，沒(méi)有特殊限制。
其實(shí)例包括各種擠出機(jī)例如雙螺桿擠出機(jī)、三螺桿擠出機(jī)或多螺桿擠出機(jī)、單一型單螺桿擠出機(jī)、串列式擠出機(jī)、和彼此連接的三個(gè)或多個(gè)單螺桿擠出機(jī)。其中，適宜采用串列式擠出機(jī)和彼此連接的三個(gè)或多個(gè)單螺桿擠出機(jī)。
因此，熔融步驟(I)可以是將熱塑性樹(shù)脂組合物供給到擠出機(jī)中并通過(guò)加熱熔化組合物中的熱塑性樹(shù)脂的熔融步驟。
在熔融步驟(I)中，熔化熱塑性樹(shù)脂的加熱溫度沒(méi)有特殊地限制并可根據(jù)熔融溫度或熱塑性樹(shù)脂的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度等恰當(dāng)?shù)剡x擇。
在供氣步驟(II)中，惰性氣體定量地供給到先前熔融步驟(I)中獲得的熔融樹(shù)脂組合物中。作為利用該氣體供給步驟(II)的裝置，可以采用具有先前功能(供給惰性氣體的氣體供給功能)的任何裝置，沒(méi)有特殊限制。
其實(shí)例包括泵(供氣泵)例如柱塞泵、隔膜泵、和增壓(buster)泵。使用任何泵，均要求控制壓力和流量。
順便指出，在先前熔融步驟(I)使用擠出機(jī)的情況下，供氣步驟(II)是指將惰性氣體定量地供給到擠出機(jī)中熔融樹(shù)脂組合物中的供氣步驟。
在供氣步驟(II)中，供給的惰性氣體的量沒(méi)有特殊地限制并可根據(jù)所使用的熱塑性樹(shù)脂成分的量、所需的發(fā)泡率和發(fā)泡孔尺寸等恰當(dāng)?shù)剡x擇。
在捏和步驟(III)中，在前述供氣步驟(II)中供給的惰性氣體和在前述熔融步驟(I)中獲得的熔融樹(shù)脂成分被捏和并混合以制備捏和材料。作為利用該捏和步驟(III)的裝置，可以采用具有前述功能(混合并捏和惰性氣體和熔融樹(shù)脂成分的捏和功能)的任何裝置，沒(méi)有特殊限制。
與前述熔融步驟(I)一樣，例如，可以恰當(dāng)?shù)夭捎酶鞣N擠出機(jī)例如雙螺桿擠出機(jī)、三螺桿擠出機(jī)或多螺桿擠出機(jī)、單一的單螺桿擠出機(jī)、串列式擠出機(jī)和彼此連接的三個(gè)或多個(gè)單螺桿擠出機(jī)。其中，適宜采用串列式擠出機(jī)和彼此連接的三個(gè)或多個(gè)單螺桿擠出機(jī)因此，捏和步驟(III)可以是通過(guò)擠出機(jī)將惰性氣體和熔融樹(shù)脂成分混合并捏和的捏和步驟。
順便指出，在捏和步驟(III)中，捏和溫度條件沒(méi)有特殊限制。
在冷卻步驟(IV)中，在前述捏和步驟(III)中獲得的捏和材料被冷卻以制備冷卻的捏和材料。作為利用該冷卻步驟(IV)的裝置，可以采用具有前述功能(捏和材料的冷卻功能)的任何裝置而沒(méi)有特殊限制。其實(shí)例包括各種擠出機(jī)例如配備冷卻機(jī)構(gòu)的雙螺桿擠出機(jī)、配備冷卻機(jī)構(gòu)的三螺桿或多螺桿擠出機(jī)、配備冷卻機(jī)構(gòu)的單型單螺桿擠出機(jī)、配備冷卻機(jī)構(gòu)的串列式擠出機(jī)、和配備冷卻機(jī)構(gòu)的彼此連接的三個(gè)或多個(gè)單螺桿擠出機(jī)。其中，適宜采用配備了冷卻機(jī)構(gòu)的串列式擠出機(jī)和配備了冷卻機(jī)構(gòu)的三個(gè)或多個(gè)單螺桿擠出機(jī)。
因此，冷卻步驟(IV)可以是通過(guò)配備了冷卻機(jī)構(gòu)的擠出機(jī)冷卻該捏和材料的步驟。
在冷卻步驟(IV)中，對(duì)于冷卻該捏和材料的冷卻溫度沒(méi)有特殊限制，可根據(jù)惰性氣體的種類(lèi)、熱塑性樹(shù)脂組合物的種類(lèi)等恰當(dāng)?shù)剡x擇。
因此，使用不僅配備了冷卻機(jī)構(gòu)而且配備了供氣泵的擠出機(jī)(例如，雙螺桿擠出機(jī)、三螺桿或多螺桿擠出機(jī)、單型單螺桿擠出機(jī)、串列式串列擠出機(jī)和彼此連接的三個(gè)或多個(gè)單螺桿擠出機(jī)；尤其是串列式擠出機(jī)和彼此連接的三個(gè)或多個(gè)單螺桿擠出機(jī))可以連續(xù)地實(shí)現(xiàn)從熔融步驟(I)到冷卻步驟(IV)。
順便指出，考慮氣體的種類(lèi)、可操作性等可恰當(dāng)?shù)剡x擇擠出機(jī)的壓力。例如，當(dāng)氣體是二氧化碳時(shí)，擠出機(jī)內(nèi)的壓力大約為5到100Mpa，優(yōu)選從大約6到60Mpa，尤其優(yōu)選從大約7.4到30Mpa。
并且，擠出機(jī)內(nèi)的溫度[從熔融步驟(I)到捏和步驟(III)中的擠出機(jī)內(nèi)的溫度；即，熔融樹(shù)脂組合物的溫度]可根據(jù)使用的氣體的種類(lèi)、熱塑性樹(shù)脂的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度等改變，并可在一寬的范圍內(nèi)選擇。在考慮可操作性等的情況下，擠出機(jī)內(nèi)的溫度優(yōu)選從大約10到300℃。
在發(fā)泡步驟(V)中，冷卻的捏和材料發(fā)泡制備聚合物泡沫(熱塑性聚合物泡沫)。如前所述，這是很重要的，即發(fā)泡步驟(V)包括(V-a)形成孔的孔生成步驟和(V-b)使所生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的泡沫形成步驟。
在該發(fā)泡步驟(V)中，在對(duì)冷卻的捏和材料進(jìn)行發(fā)泡時(shí)可恰當(dāng)?shù)剡x用模具。因此，發(fā)泡步驟(V)可以是從一模具中排出冷卻的捏和材料并使其發(fā)泡的步驟。這樣，在發(fā)泡步驟(V)中進(jìn)行發(fā)泡，由此制成了聚合物泡沫塑料(熱塑性聚合物泡沫塑料)。
順便指出，在冷卻步驟(IV)中，使用了配備冷卻機(jī)構(gòu)的擠出機(jī)(尤其是，在從熔融步驟(I)到冷卻步驟(IV)中，擠出機(jī)不僅配備了冷卻機(jī)構(gòu)也配備了氣體供給泵)，發(fā)泡步驟(V)可以是從安裝在擠出機(jī)末端部位的模具中排出冷卻的捏和材料并使之發(fā)泡的發(fā)泡步驟。這就是說(shuō)，可通過(guò)安裝在擠出機(jī)末端部分的模具實(shí)現(xiàn)發(fā)泡步驟(V)。
對(duì)于前述模具，可以采用不同形狀的模具，比如平模(例如，T-模(T-dies)、衣架模、和魚(yú)尾模)和環(huán)形模(圓柱形模)。其中，優(yōu)選環(huán)形模。前述環(huán)形模的實(shí)例包括非異型孔環(huán)形模、異型孔擠壓模和螺旋型環(huán)形模。對(duì)于這些模，優(yōu)選具有小壓力損失的模。從這些觀點(diǎn)，在環(huán)形模中，非異型孔環(huán)形模是合適的。
由于發(fā)泡步驟(V)包括(V-a)孔生成步驟和(V-b)泡沫形成步驟，模具的構(gòu)建要具有通過(guò)延伸樹(shù)脂通道而形成的孔生成區(qū)和使生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的泡沫體形成區(qū)。這樣，在模具具有孔生成區(qū)和泡沫體形成區(qū)的情況下，該孔生成步驟(V-a)是通過(guò)在模具內(nèi)延伸的樹(shù)脂通道所形成的孔生成區(qū)內(nèi)形成孔的步驟；而泡沫體形成步驟(V-b)是在使所生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的泡沫體形成區(qū)內(nèi)使生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的步驟。
這樣，當(dāng)通過(guò)延伸樹(shù)脂通道所形成的孔生成區(qū)在模具內(nèi)形成時(shí)，可有效地保持或保留(keep or hold)高壓狀態(tài)直到孔生成區(qū)。此外，在經(jīng)過(guò)孔生成區(qū)后，壓力繼續(xù)保持或保留在高壓狀態(tài)直到孔生成區(qū)突然釋放，這樣使孔生成并生長(zhǎng)(即，發(fā)泡)。
順便指出，可以認(rèn)為孔的生長(zhǎng)(即，發(fā)泡)主要在三維方向生長(zhǎng)(即，厚度方向、寬度方向和流動(dòng)方向三個(gè)方向)?？紤]到同樣在使用普通模具(例如，在孔生成區(qū)的末端部分是開(kāi)口的)時(shí)也可自由地獲得孔的生長(zhǎng)，孔在寬度方向不能充分地展開(kāi)，這樣形成的擴(kuò)展主體(擴(kuò)展板(sheets))彼此妨礙而產(chǎn)生皺紋，稱為“起皺”。
然而，在本發(fā)明中，提供了進(jìn)行孔生長(zhǎng)并在一定范圍內(nèi)限制孔生長(zhǎng)而使其表面光滑的泡沫體形成(即發(fā)泡)區(qū)。因此，可能形成有光滑表面不起皺的聚合物泡沫。從而，可以生產(chǎn)有高發(fā)泡率并有優(yōu)良表面狀態(tài)的聚合物泡沫體。
具體地說(shuō)，有這樣結(jié)構(gòu)的模具的實(shí)例包括有圖1到2中所示結(jié)構(gòu)的模具。圖1是表示本發(fā)明生產(chǎn)聚合物泡沫工藝中所用模具的一個(gè)實(shí)施方案的簡(jiǎn)圖。
順便指出，圖1(a)是斜視圖；圖1(b)是俯視圖；圖1(c)是側(cè)視圖。在圖1中，標(biāo)記11表示模具；標(biāo)記21表示孔生成區(qū)；和標(biāo)記31表示泡沫體形成區(qū)。并且，標(biāo)記GA1表示孔生成區(qū)21的間隙，標(biāo)記GB1表示泡沫體形成區(qū)31的間隙，標(biāo)記WA1表示孔生成區(qū)21的寬度，附圖標(biāo)號(hào)WB1表示泡沫體形成區(qū)31的寬度，標(biāo)記T表示厚度方向，標(biāo)記W表示寬度方向，標(biāo)記L表示流動(dòng)方向，和標(biāo)記X表示樹(shù)脂通道。
在圖1中，模具11是平模并具有延伸的樹(shù)脂通道X形式的孔生成區(qū)21和所形成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的泡沫體形成區(qū)31。泡沫體形成區(qū)31有這樣的結(jié)構(gòu)即寬度從孔生成區(qū)21側(cè)面不斷增大和在開(kāi)口的末端部分一邊有恒定的寬度(末端部分與孔生成區(qū)21側(cè)面相對(duì))。并且，樹(shù)脂在流動(dòng)方向L的方向流動(dòng)。
另外，圖2是表示根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)聚合物泡沫工藝中所用模具的另一在圖2中，標(biāo)記12表示一模具，標(biāo)記22表示孔生成區(qū)，標(biāo)記32表示泡沫體形成區(qū)。并且，標(biāo)記GA2表示孔生成區(qū)22的間隙，標(biāo)記GB2表示泡沫體形成區(qū)32的間隙，標(biāo)記DA2表示孔生成區(qū)22的直徑(在外圓側(cè)面的直徑)，標(biāo)記DB2表示泡沫體形成區(qū)32的直徑(在外圓側(cè)面的直徑)，標(biāo)記L和X與上所述相同并分別表示流動(dòng)方向和樹(shù)脂通道。
在圖2中，模具12是環(huán)形模并具有延伸的樹(shù)脂通道X形式的孔生成區(qū)22和使所形成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的泡沫體形成區(qū)32。泡沫體形成區(qū)32有這樣的結(jié)構(gòu)即寬度從孔生成區(qū)22側(cè)面增加，而其終端有最大的寬度且其為開(kāi)口的末端部分(末端部分與孔生成區(qū)21相對(duì))。并且，在為環(huán)形模的模具12中，厚度方向T是與從外圓到內(nèi)圓方向平行的方向。另一方面，寬度方向W是與各點(diǎn)的圓周方向平行的方向。此外，樹(shù)脂在流動(dòng)方向L的方向流動(dòng)。
順便指出，由于圖2中所示的模具12是一環(huán)形模，孔生成區(qū)22的寬度WA2可以制成孔生成區(qū)22外圓周側(cè)面的圓周長(zhǎng)度。并且，泡沫體形成區(qū)32的寬度WB2可以制成泡沫體形成區(qū)32的外圓側(cè)面的圓周長(zhǎng)度。換句話說(shuō)，WA2＝π×DA2，和WB2＝π×DB2。
在這樣的模具中(11、12；有時(shí)通常稱為“1”)，孔生成區(qū)(21、22；有時(shí)通常稱為“2”)有這樣的形式即孔生成區(qū)是在厚度方向T和寬度方向W兩個(gè)方向連續(xù)延伸(即，在一種形式中長(zhǎng)度在厚度方向T和寬度方向W兩個(gè)方向上遞減)。由于該原因，其可能有效地保持或保留高壓狀態(tài)直到孔生成區(qū)2。順便指出，模具1可以有這樣的形狀即孔生成區(qū)只在厚度方向T和寬度方向W中的一個(gè)方向延伸(特別是只在厚度方向T)。并且，雖然優(yōu)選的是模具有這樣的結(jié)構(gòu)即孔生成區(qū)是被連續(xù)延伸出的，但是這些模具可以具有這樣的形狀即孔生成區(qū)是被不連續(xù)延伸出的。
并且，在孔生成區(qū)2后面，提供了泡沫體形成區(qū)(31、32；有時(shí)通常稱為“3”)。具體說(shuō)，泡沫體形成區(qū)3設(shè)置在孔生成區(qū)2后并有這樣的形狀即孔生成區(qū)是在厚度方向T和寬度方向W兩個(gè)方向(即，在一個(gè)形狀中，長(zhǎng)度在厚度方向T和寬度方向W兩個(gè)方向遞增)連續(xù)地展開(kāi)。由于該原因，在冷卻的捏和材料(發(fā)泡劑-含樹(shù)脂成分)經(jīng)過(guò)孔生成區(qū)2后，在泡沫體形成區(qū)3內(nèi)，壓力保持或保留在高壓狀態(tài)直到孔生成區(qū)2在厚度方向T、寬度方向W和流動(dòng)方向L的三維方向(尤其，在厚度方向T和寬度方向W的二維方向)突然釋放，這樣孔可以在三維方向(尤其，在其二維方向)生長(zhǎng)(發(fā)泡)。因此，由于高壓突然釋放，所以可以制備出具有高發(fā)泡率的聚合物泡沫。
此外，由于泡沫體形成區(qū)3處在其孔的生長(zhǎng)受到一定程度限制的狀態(tài)下，所以即使在已經(jīng)沿著寬度方向W生長(zhǎng)的孔沒(méi)有充分生長(zhǎng)并且不能完全展開(kāi)時(shí)，孔在泡沫體形成區(qū)3內(nèi)生長(zhǎng)同時(shí)也使其表面光滑。因此，可以形成有光滑表面沒(méi)有起皺的聚合物泡沫。
順便指出，泡沫體形成區(qū)3可以有這樣的形狀即其只在厚度方向T和寬度方向W(尤其只在厚度方向T)的其中一個(gè)方向展開(kāi)。并且，盡管特別優(yōu)選的是孔生成區(qū)3有這樣的形式即其連續(xù)展開(kāi)，但孔生成區(qū)3也有這樣的形式即其不連續(xù)地展開(kāi)。重要的是，泡沫體形成區(qū)3的內(nèi)表面為平面或平滑彎曲表面。
可以根據(jù)孔生成區(qū)的機(jī)械尺寸、聚合物泡沫的發(fā)泡率、聚合物泡沫產(chǎn)品的設(shè)計(jì)尺寸等等來(lái)恰當(dāng)?shù)剡x擇機(jī)械尺寸。
例如，在泡沫體形成區(qū)3中的間隙(GB1，GB2；有時(shí)通常稱為“GB”)和在孔生成區(qū)2中的間隙(GA1，GA2；有時(shí)通常稱為“GA”)之間的比值(GB/GA)優(yōu)選從2到40，進(jìn)一步優(yōu)選從5到20。當(dāng)(GB/GA)的比小于2時(shí)，在厚度方向的限制(在厚度方向限制孔生長(zhǎng))變得很強(qiáng)以致當(dāng)泡沫從泡沫體形成區(qū)3長(zhǎng)出時(shí)，可能產(chǎn)生皺紋。
另一方面，當(dāng)(GB/GA)的比超過(guò)40時(shí)，在厚度方向不能充分限制以致皺紋可能在泡沫體形成區(qū)3產(chǎn)生。
順便指出，作為孔生成區(qū)的間隙，可以采用最小間隙。并且，作為泡沫體形成區(qū)的間隙，可以采用最大間隙或在泡沫體形成區(qū)的開(kāi)口端部的間隙(在該側(cè)的端部與孔生成區(qū)側(cè)面相對(duì))。
并且，泡沫體形成區(qū)3的寬度(WB1，WB2(＝π×DB2))；有時(shí)通常稱為“WB”)與孔生成區(qū)2的寬度(WA1，WA2(＝π×DA2)；有時(shí)通常稱為“WA”)的比(WB/WA)優(yōu)選從1.5到10，進(jìn)一步優(yōu)選從2到5。當(dāng)(WB/WA)的比值少于1.5時(shí)，在寬度方向的限制(孔生長(zhǎng)期間在寬度方向的限制)變得很強(qiáng)以致當(dāng)泡沫從泡沫體形成區(qū)3出來(lái)時(shí)，可能產(chǎn)生皺紋。
另一方面，當(dāng)(WB/WA)的比值超過(guò)10時(shí)，在寬度方向不能充分限制以致可能在氣泡形成區(qū)3內(nèi)產(chǎn)生皺紋。并且，在寬度方向引起尺寸波動(dòng)，并尺寸精度低故而很難獲得穩(wěn)定尺寸的聚合物泡沫。
順便指出，作為孔生成區(qū)的寬度，當(dāng)模具是平模時(shí)，可以采用孔生成區(qū)的最小寬度，并當(dāng)模具是環(huán)形模時(shí)，可以采用外部圓周側(cè)面的圓周的長(zhǎng)度。并且，作為泡沫體形成區(qū)的寬度，當(dāng)模具是平模時(shí)，可以采用泡沫體形成區(qū)的最大寬度或泡沫體形成區(qū)開(kāi)口的末端部分(在側(cè)面的末端部分與孔生成區(qū)側(cè)面相對(duì))的寬度。并且，當(dāng)模具是環(huán)形模時(shí)，可以采用在泡沫體形成區(qū)的外圓側(cè)面的圓周最大長(zhǎng)度或在泡沫體形成區(qū)開(kāi)口末端部分(在側(cè)面的末端部分與孔生成區(qū)側(cè)面相對(duì))外圓側(cè)面的圓周長(zhǎng)度。
順便指出，在本發(fā)明中，泡沫體形成區(qū)可以有這樣的結(jié)構(gòu)即如圖1所示的在開(kāi)口末端部分側(cè)面(在側(cè)面的末端部分的側(cè)面與孔生成區(qū)側(cè)面相對(duì))的寬度是常量。并且，泡沫體形成區(qū)可以有這樣的結(jié)構(gòu)即如圖2所示寬度從孔生成區(qū)側(cè)面到開(kāi)口的末端部分連續(xù)地展開(kāi)。
另外，一種在孔生成區(qū)和泡沫體形成區(qū)之間沒(méi)有設(shè)置任何東西的優(yōu)選結(jié)構(gòu)是孔生成區(qū)直接連接到泡沫體形成區(qū)，并從有最小寬度的泡沫體形成區(qū)連續(xù)展開(kāi)的寬度形成泡沫體形成區(qū)。然而，孔經(jīng)長(zhǎng)大的孔生長(zhǎng)區(qū)形成在孔生成區(qū)和泡沫體形成區(qū)之間。
這樣，作為生產(chǎn)聚合物泡沫的裝置，可以采用配置了由延伸的樹(shù)脂通道形成的孔生成區(qū)和使所形成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的泡沫體形成區(qū)的聚合物泡沫制造裝置。當(dāng)然，通過(guò)使用前述模具，聚合物泡沫制造裝置可以進(jìn)行的步驟包括孔生成步驟(V-a)和氣泡形成步驟(V-b)的發(fā)泡步驟(V)。可進(jìn)行前述熔融步驟(I)、氣體供給步驟(II)、捏和步驟(III)和冷卻步驟(IV)加上發(fā)泡步驟(V)的聚合物泡沫制造裝置是合適的。
由于本發(fā)明的聚合物泡沫是通過(guò)前述生產(chǎn)方法獲得的，所以它不僅具有高發(fā)泡率和微細(xì)的孔尺寸以及大的孔密度，而且它還具有光滑的表面和優(yōu)良的表面外觀。并且，通過(guò)恰當(dāng)?shù)剡x擇樹(shù)脂，可能獲得具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、熱絕緣、柔韌性等等的聚合物泡沫。因此，本發(fā)明的聚合物泡沫塑料可用作例如電子儀器等的內(nèi)部絕緣材料、襯墊材料、防塵材料、隔音材料、遮光材料、隔熱材料、食品包裝材料、服裝材料和建筑材料等等。
順便指出，可以對(duì)該聚合物泡沫塑料進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚怼?br> 實(shí)施例以下將引用實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但是本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于這些實(shí)施例。順便指出，發(fā)泡率根據(jù)以下等式計(jì)算。
(發(fā)泡率)＝{[發(fā)泡前密度(發(fā)泡前顆粒的密度)(g/cm3)]÷[發(fā)泡后密度(泡沫體密度)(g/cm3)]}實(shí)施例1將密度為0.9g/cm3且熔體流動(dòng)速度(在230℃)為0.4g/10min的50重量份的聚丙烯，JIS-A硬度為69的50重量份的乙烯-丙稀共聚物基的彈性體，和平均粒度為1μm的10重量份的氫氧化鎂用雙螺桿捏和擠出機(jī)捏和并被擠出堆積。
所得的粒料用配備了圖2中所示的環(huán)形模(圓柱形模)的串列式擠出機(jī)(φ65-φ75)進(jìn)行擠壓成型(發(fā)泡成型)，獲得圖3中所示的聚合物泡沫?？赡繙y(cè)該聚合物泡沫的外觀(尤其，表面狀況)。結(jié)果，沒(méi)有觀察到起皺，外觀良好。并且，聚合物泡沫有23倍發(fā)泡率，是高的發(fā)泡率。
圖3是示出了在實(shí)施例1中獲得的聚合物泡沫表面形狀的照片的視圖。
二氧化碳作為發(fā)泡劑使用并在壓力下供給入第一階段擠出機(jī)。操作條件是擠出機(jī)內(nèi)的溫度是從200到240℃；擠出機(jī)的壓力是15到20Mpa；在模具內(nèi)的樹(shù)脂的溫度是174℃；模具壓力是10Mpa；加工量為50kg/hr。
并且，關(guān)于所使用的環(huán)形模的形狀，在孔生成區(qū)內(nèi)的間隙(GA)是0.3mm；在泡沫體形成區(qū)內(nèi)的間隙(GB)是4.0mm；在孔生成區(qū)內(nèi)的寬度(WA＝π×DA2)是62mm；在泡沫體形成區(qū)內(nèi)的寬度(WB＝π×DB2)是188mm。
實(shí)施例2將密度為0.9g/cm3且熔體流動(dòng)速度(在230℃)為0.5g/10min的50重量份的聚丙烯，JIS-A硬度為69的50重量份的乙烯-丙稀共聚物基的彈性體，和平均粒度為1μm的50重量份的氫氧化鎂用雙螺桿捏和擠出機(jī)捏和并被擠出堆積。
所得的粒料用配備了圖2中所示的環(huán)形模(圓柱形模)的串列式擠出機(jī)(φ65-φ75)進(jìn)行擠出成型(發(fā)泡成型)，獲得聚合物泡沫?？赡繙y(cè)到該聚合物泡沫的外觀(尤其是表面狀態(tài))。結(jié)果，沒(méi)有觀察到起皺，外觀良好。并且，聚合物泡沫有17倍發(fā)泡率，是高發(fā)泡率。
二氧化碳作為發(fā)泡劑使用并在壓力下供給入第一階段擠出機(jī)。操作條件是擠出機(jī)內(nèi)的溫度是從200到240℃；擠出機(jī)的壓力是15到20Mpa；在模具內(nèi)的樹(shù)脂的溫度是174℃；模具壓力是10Mpa；加工量為50kg/hr。
并且，關(guān)于所使用的環(huán)形模的形狀，在孔生成區(qū)內(nèi)的間隙(GA)是0.3mm；在泡沫體形成區(qū)內(nèi)的間隙(GB)是2.5mm；在孔生成區(qū)內(nèi)的寬度(WA＝π×DA2)是62mm；在泡沫體形成區(qū)內(nèi)的寬度(WB＝π×DB2)是188mm。
比較例1用實(shí)施例1中同樣的方式形成的聚合物泡沫，除了用配備了圖4中所示的環(huán)形模的串列式擠出機(jī)代替配備了圖2中所示的環(huán)形模的串列式擠出機(jī)。結(jié)果，獲得圖5中所示的其上有一定數(shù)量皺紋產(chǎn)生的聚合物泡沫。
因此，聚合物泡沫的表面外觀差。并且，樹(shù)脂發(fā)泡有11倍的發(fā)泡率。圖5式示出了在對(duì)比例1中獲得的聚合物泡沫表面形狀照片的視圖。
圖4是部分地示出了傳統(tǒng)環(huán)形模一個(gè)實(shí)施方案的簡(jiǎn)圖。如圖4中所示的傳統(tǒng)環(huán)形模沒(méi)有泡沫體形成區(qū)。尤其是，圖4中所示的傳統(tǒng)模具4有這樣的結(jié)構(gòu)即孔生成區(qū)41的背面是打開(kāi)的(孔生成區(qū)41的終端是開(kāi)口的末端部分)。在如圖4所示的傳統(tǒng)環(huán)形模中，孔生成區(qū)41的間隙是0.3mm；孔生成區(qū)的寬度(在外圓側(cè)面的圓周長(zhǎng)度)是188mm(外圓的直徑60mm)。
比較例2用比較例1中同樣的方式形成的聚合物泡沫，除了使用了有圖4中所示的在孔生成區(qū)41中的0.5mm間隙的環(huán)形模。結(jié)果，在孔生成區(qū)41后沒(méi)有出現(xiàn)發(fā)泡，并且聚合物泡沫的表面狀態(tài)差。此外，聚合物泡沫的發(fā)泡率小至1.5倍。
在各實(shí)施例1到2和對(duì)比例1到2中使用的模具形狀和在各實(shí)施例1到2和對(duì)比例1到2中獲得的聚合物泡沫體在表1中示出。
表1

從表1關(guān)于這些實(shí)施例生產(chǎn)聚合物泡沫塑料的方法中可知，由于所用的模具是通過(guò)延伸樹(shù)脂通道形成的孔生成區(qū)和使所形成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的泡沫體形成區(qū)的模具，可獲得這樣一種聚合物泡沫塑料，該材料安全和對(duì)環(huán)境危害較小，而且具有高發(fā)泡率和無(wú)皺紋的光滑表面。
上面已經(jīng)參照特定實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是顯然本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下在其中作出各種變化和修改。
本申請(qǐng)基于于2003年7月24日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No.2003-279087，其全部?jī)?nèi)容在此引用。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)聚合物泡沫體的方法，其包括以下生產(chǎn)步驟(I)通過(guò)加熱熔化熱塑性樹(shù)脂組合物的熔融步驟，(II)將惰性氣體定量加入到熔融樹(shù)脂組合物中的供氣步驟，(III)混合并捏和惰性氣體和熔融樹(shù)脂組合物的捏和步驟，(IV)冷卻捏和材料的冷卻步驟，和(V)冷卻的捏和材料進(jìn)行發(fā)泡的發(fā)泡步驟，其特征在于發(fā)泡步驟(V)包括(V-a)生成孔的孔生成步驟和(V-b)生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)和使其表面光滑的泡沫體形成步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在發(fā)泡步驟(V)中，冷卻的捏和材料用一種模具進(jìn)行發(fā)泡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中該模具是一環(huán)形模具。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中該模具包括一個(gè)通過(guò)延伸樹(shù)脂通道形成的孔生成區(qū)和一個(gè)使所生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)和使其表面光滑的泡沫體形成區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中泡沫體形成區(qū)有這樣的結(jié)構(gòu)，即其寬度從孔生成區(qū)側(cè)面連續(xù)增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在泡沫體形成區(qū)中的間隙(GB)與在孔生成區(qū)中的間隙(GA)的比值(GB/GA)為2至40。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在泡沫體形成區(qū)中的寬度(WB)和在孔生成區(qū)中的寬度(WA)的比值為1.5至10。
8.一種用權(quán)利要求1的方法獲得的一種聚合物泡沫體。
9.一種用于生產(chǎn)聚合物泡沫體的模具，其包括一個(gè)由延伸樹(shù)脂通道形成的孔生成區(qū)和一個(gè)所生成的孔進(jìn)行生長(zhǎng)并使其表面光滑的泡沫體形成區(qū)。
10.一種生產(chǎn)聚合物泡沫體的裝置，其配備有根據(jù)權(quán)利要求9所述的模具。
全文摘要
一種生產(chǎn)聚合物泡沫體的方法，其包括(I)通過(guò)加熱熔化熱塑性樹(shù)脂組合物的熔融步驟，(II)將惰性氣體定量加入到熔融樹(shù)脂組合物中的供氣步驟，(III)混合并捏和惰性氣體和熔融樹(shù)脂組合物的捏和步驟，(IV)冷卻捏和材料的冷卻步驟，和(V)發(fā)泡冷卻的捏和材料的發(fā)泡步驟。
文檔編號(hào)B29C44/46GK1605450SQ200410095959
公開(kāi)日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者樽野友浩, 山本孝幸 申請(qǐng)人:日東電工株式會(huì)社