專利名稱：聚苯乙烯泡沫薄片制造技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及泡沫體的制造，尤其涉及聚苯乙烯泡沫體的制造。
在聚苯乙烯泡沫體制造中，通常是利用各種諸如含氯氟烴的發(fā)泡劑，含氯氟烴可以單獨(dú)使用或連同通常是戊烷或異戊烷的烷烴一起使用。這樣的泡沫體一般采用擠塑方法制造。由于含氯氟烴和一些烷烴能溶解于聚苯乙烯中，使擠塑融體的粘度降低，這就允許融體有充份的冷卻，因此，高載荷-以安培數(shù)表示-將不會(huì)加到擠塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)上。
戊烷和含氯氟烴，例如氟利昂11和12，在聚苯乙烯中都是部分溶解的，這就降低了融體的粘度，從而使擠塑機(jī)能夠適當(dāng)?shù)乩鋮s和在較低載荷和溫度下擠塑熔融的塑性材料，從而形成一種很平滑的泡沫體表面和良好的外觀，控制了不透明度所需的小的泡孔尺寸和其它泡沫體的物理性能、如取向、收縮特性和勁度。但是，經(jīng)過一段時(shí)間殘留發(fā)泡劑會(huì)有損失，隨著殘留發(fā)泡劑的減少，片材將會(huì)發(fā)生收縮、厚度增加并且軟化溫度提高。
當(dāng)打算將泡沫體用作玻璃或塑料容器的、使用時(shí)收縮就位(shrunk in place)的標(biāo)簽時(shí)，這種泡沫材料是擠塑出來的，在一個(gè)方向上的拉伸比在另一方向上的要大些。最好是將這種標(biāo)簽材料跟塑料薄膜進(jìn)行復(fù)合擠塑。殘留發(fā)泡劑的逐漸損失將導(dǎo)致標(biāo)簽材料在收縮特性方面發(fā)生變化。
美國專利4，424，287號(hào)旨在開發(fā)一種用于制造熱成型制品的聚合物發(fā)泡方法，其中發(fā)泡劑包含至少一種大氣氣體和至少一種揮發(fā)性增塑發(fā)泡劑。如在此專利中所陳述的，對常態(tài)液體碳?xì)浠衔锖统B(tài)氣體發(fā)泡劑進(jìn)行混合的早期努力沒有取得成功，而且，即使在這樣一種混合物中使用諸如二氧化碳這樣的高揮發(fā)性發(fā)泡劑來生產(chǎn)聚合物泡沫體，在操作時(shí)也必須非常地小心。因此，如在此專利中所舉出的，其時(shí)認(rèn)為需要將諸如二氧化碳的惰性氣體和一種諸如戊烷的揮發(fā)性增塑有機(jī)發(fā)泡劑一起使用，并在擠塑之后立即進(jìn)行制品的熱成型。
美國專利4，436，679號(hào)公開了一種制造泡沫體的方法，其中將水和天然氣導(dǎo)入融體中。
美國專利4，470，938號(hào)公開了一種利用大氣氣體來成形熱成型制品的方法，其中該方法包括將一種來自具有較高壓力的供氣源的氣體發(fā)泡劑導(dǎo)入在壓力下的熔融樹脂的一道裝料中，所述導(dǎo)入是通過將分立的、均勻容積的氣體裝料導(dǎo)入所述樹脂中，所述分立的容積裝料是通過由所述供氣源提供動(dòng)力的自由活塞-氣缸組合導(dǎo)入的。雖然此專利提到多種大氣氣體的使用，但沒有關(guān)于對產(chǎn)品有甚么有益效果的權(quán)利要求，并且這樣一種方法沒有在商業(yè)上使用過。
本發(fā)明的目的在于提供一種制造聚苯乙烯泡沫體的方法，這種方法利用大氣中存在的大氣氣體作為發(fā)泡劑;當(dāng)聚苯乙烯泡沫體進(jìn)行擠塑時(shí)，發(fā)泡劑基本上完全釋出;融體能夠被冷卻到正常的加工溫度，就不會(huì)給擠塑機(jī)帶來高負(fù)荷或由高的聚合物粘度導(dǎo)致的剪切熱;收縮量可以根據(jù)泡沫體的最終使用要求進(jìn)行控制;密度和泡孔大小可以進(jìn)行控制;而且該方法使用常規(guī)的擠塑設(shè)備。
按照本發(fā)明，制造聚苯乙烯泡沫體的方法包括將一種諸如二氧化碳、氮?dú)饣蚩諝獾拇髿鈿怏w和最好是一種非揮發(fā)性的摻合劑進(jìn)行混合，將該氣體或該混合物導(dǎo)入一種含有諸如碳酸氫鈉和檸檬酸的核化劑的熔融熱塑性聚苯乙烯樹脂中，和將該熱塑性塑料擠塑成泡沫體的形式。所制成的泡沫體基本上無殘留發(fā)泡劑，在室溫下尺寸穩(wěn)定，而且當(dāng)使用非揮發(fā)性摻合劑時(shí)，可以使用少量的發(fā)泡劑使融體冷卻而不會(huì)在擠塑機(jī)上產(chǎn)生高負(fù)荷。該泡沫體可以跟一層或多層熱塑性塑料薄膜進(jìn)行復(fù)合擠塑，從而使最終產(chǎn)品適用于作成碟子、杯子、食品容器或包裝物，和用作玻璃和塑料容器之類容器的標(biāo)簽，以及用作使用時(shí)收縮就位的標(biāo)簽。
附圖簡要說明

圖1是應(yīng)用于本方法的擠塑設(shè)備的示意圖;
圖2是該擠塑設(shè)備的一部分的部分示意圖;
圖3是應(yīng)用于擠塑機(jī)下游端的加工流程的一個(gè)裝置的示意圖;
圖4是擠塑設(shè)備的一個(gè)改型的部分示意圖。
按照本發(fā)明，將一種大氣氣體、諸如二氧化碳、氮?dú)饣蚩諝?，單?dú)地或者最好跟一種在擠塑溫度下為非揮發(fā)性的、諸如一種在高溫度下具有低揮發(fā)性的高分子量酯類的摻合劑結(jié)合導(dǎo)入熔融的熱塑性聚苯乙烯融體中，并對該混合物進(jìn)行擠塑。
當(dāng)采用大氣氣體和一種在擠塑溫度下為非揮發(fā)性的摻合劑的混合物時(shí)，可以在導(dǎo)入之前將大氣氣體和非揮發(fā)性摻合劑進(jìn)行混合，也可以分開導(dǎo)入。
參看圖1，大氣氣體通過一壓力調(diào)整器、加熱器、兩級(jí)氣體增壓器與蓄壓器、質(zhì)量流量計(jì)控制閥、第二加熱器與壓力調(diào)整器，供應(yīng)到串列擠塑機(jī)系統(tǒng)的第一級(jí)，供到第一或初級(jí)擠塑機(jī)段的熔融的大量的塑料材料中。當(dāng)采用液體非揮發(fā)性摻合劑、諸如非揮發(fā)性酯類時(shí)，先將它泵入一個(gè)蓄壓器內(nèi)，然后通過一個(gè)質(zhì)量流量計(jì)與控制閥注射到在大氣氣體注入部位下游端的塑料材料中?；蛘撸梢詫胶蟿┡c大氣氣體在一靜態(tài)混合器中進(jìn)行混合，并在一個(gè)單一的注入點(diǎn)注入。然后將摻合后的材料通向次級(jí)調(diào)理或冷卻擠塑機(jī)擠塑成管狀料，這管狀料最好是內(nèi)、外兩側(cè)都進(jìn)行冷卻。
參看圖2，在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，其上通過管形材料的內(nèi)冷芯模M相對于擠塑機(jī)模頭D要這樣來設(shè)置，使截頭錐狀幅料W與擠塑機(jī)的軸線形成一個(gè)角度A，該角度最好大于45°，在45°至90°之間的范圍內(nèi)。此外，將冷卻空氣供給至管狀的外側(cè)緊靠擠塑機(jī)模頭模唇處，使之平行于幅料來流動(dòng)。具體地說，空氣呈一銳角B與幅料W成切向供給，隨著，空氣向外擴(kuò)展以冷卻幅料W的外表面。這股空氣流導(dǎo)致更多的周圍空氣被吸入以補(bǔ)充通過紊流取得最大限度冷卻所需的空氣。對幅料進(jìn)行冷卻和使之沿一個(gè)大于45°的角度來運(yùn)動(dòng)，減少了并基本上消除了在制造泡沫材料中使用大氣氣體所發(fā)生的軸向伸展的波紋。
在圖4所示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式中，在圖2所示裝置之外，還在靠近冷卻芯模的前端設(shè)有一帶錐度的冷卻環(huán)R。冷卻環(huán)R通過管道L進(jìn)行冷卻，并包括有環(huán)形凹槽R1和R2，這些凹槽通過管路P與排氣閥V連通，通向大氣。當(dāng)幅料W與帶錐度的冷卻環(huán)R接觸并從其上通過時(shí)(冷卻環(huán)保持在一個(gè)不受芯模M的溫度影響的溫度下)，幅料W在一個(gè)比芯模直徑小一些的直徑部位進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。當(dāng)幅料在冷卻時(shí)，需要有一個(gè)力來牽拉幅料并將其拉伸覆在帶錐度的冷卻環(huán)上，在芯模M和常規(guī)使用的拉輥之間產(chǎn)生張力。當(dāng)幅料通過冷卻環(huán)與之接觸時(shí)，環(huán)形凹槽裝置R1與R2通過排氣口排氣而產(chǎn)生部份真空，使幅料跟冷卻環(huán)R保持良好接觸。使用排氣閥可以提高或降低排氣程度，這樣就能夠提高或降低真空度。
經(jīng)已發(fā)現(xiàn)，使用小于3%重量比的大氣氣體會(huì)產(chǎn)生滿意的效果。
經(jīng)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)同時(shí)采用一種非揮發(fā)性摻合劑、諸如一種酯類時(shí)，該方法能夠通過冷卻使聚苯乙烯融體容易加工而不會(huì)對擠塑機(jī)產(chǎn)生高負(fù)荷，從而使發(fā)泡劑在泡沫體的擠塑過程中基本上完全釋出。最終產(chǎn)品具有受控制的收縮率，而在老化、泡孔大小、不透明度、勁度、平滑度、厚度、密度、低成本方面沒有改變，但最重要的是環(huán)境保護(hù)方面是可接受的。
此處所用的非揮發(fā)性摻合劑含有一種在300°-325°F的擠塑溫度下是非揮發(fā)性的高分子量摻合劑。這種非揮發(fā)性摻合劑的分子量最好是在350和450之間的范圍內(nèi)。能夠產(chǎn)生滿意效果的非揮發(fā)性摻合劑包括有己二酸二異癸酯(DIDA)、己二酸雙十三烷酯和偏苯三酸三辛酯。
上述非揮發(fā)性摻合劑可以單獨(dú)使用或者以混合物形式使用，以便進(jìn)行粘度的控制和調(diào)整。
這種熱塑性材料必須包括有一種核化劑，諸如碳酸氫鈉和檸檬酸，這些在本專業(yè)技術(shù)中是公知的。
用于擠塑具有適用于通過從一個(gè)成型套筒進(jìn)行收縮以貼合到一個(gè)容器的外形輪廓上作為一個(gè)標(biāo)簽的特性的聚苯乙烯薄片的方法，包含使用其它的大氣氣體、諸如二氧化碳、氮?dú)饣蚩諝庾鳛橛糜诋a(chǎn)生上述泡沫薄片的獨(dú)一的和唯一的發(fā)泡劑。該方法最好包含將在擠塑溫度(例如300°F-325°F)下具有非常低的揮發(fā)性的高分子量非揮發(fā)性摻合劑注入聚合物融體中。這種材料提供減弱聚合物的分子間的結(jié)合并降低融體粘度的溶劑化作用。在被壓縮超出擠塑機(jī)注射點(diǎn)壓力(通常為超過3000磅/平方英寸)之后，空氣(二氧化碳、氮?dú)饣蚩諝?、或其混合?最好是在緊挨著有機(jī)流體注入口的下游端、通過一個(gè)第二注入口注入聚合物內(nèi)。
如圖1中所示，所用擠塑設(shè)備可以是一種采用兩個(gè)相互連在一起工作的擠塑機(jī)的常規(guī)串接設(shè)備系統(tǒng)，其中第一擠塑機(jī)用以熔化混合有通過注射進(jìn)入的核化劑的聚合物并將發(fā)泡劑混合進(jìn)去，然后將該混合物轉(zhuǎn)送到第二擠塑機(jī)，在該擠塑機(jī)中對融體進(jìn)行冷卻然后輸送到一環(huán)形模頭中，該模頭將熔融的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成一連續(xù)的片狀泡沫體。
在擠塑設(shè)備方面，例如螺桿設(shè)計(jì)、模頭設(shè)計(jì)、或者專用混合裝置都不需要改動(dòng)。那些本專業(yè)技術(shù)的人員熟知的、適用于有機(jī)流體的、和適用于給工業(yè)用氣體增壓的并帶有合適的計(jì)量裝置的各種標(biāo)準(zhǔn)型的泵是唯一的增加或改變的設(shè)備變化。
在過去，CFCs(含氯氟烴)或HCFCs(Hydrochlorofluorocarbons)和烷烴(通常是戊烷或異戊烷)都是通常用作工業(yè)用發(fā)泡劑以生產(chǎn)聚苯乙烯泡沫薄片，用這種泡沫薄片再制成各種產(chǎn)品、例如一次性使用杯子，肉盤，蛋箱等。這類碳氟化合物和烷烴都是部分地可溶于聚苯乙烯中、從而降低了融體粘度并使擠塑機(jī)內(nèi)的融體在加工過程中冷卻而不會(huì)對擠塑機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生高負(fù)荷或要求高功率輸出。
采用象大氣類型的惰性氣體(二氧化碳，氮?dú)?，空?的發(fā)泡劑，與CFCs、HFCs或烷烴相比，具有兩個(gè)顯著差別;
(1)發(fā)泡劑的用量大大地降低了。例如，下表示出用以生產(chǎn)具有密度范圍為12-20磅/立方英尺的、厚度為5-12密耳(mil)的標(biāo)簽類型的泡沫體所需要的發(fā)泡劑的大致相對量;
表 1發(fā)泡劑 使用率%氟利昂11 5-7氟利昂12 3-5戊烷/異戊烷 3-5氟利昂22 1-3二氧化碳 1-2空氣 0.5-1氮?dú)? 0.5-1可以看出，二氧化碳跟與其密度相當(dāng)?shù)南惹暗母鞣N發(fā)泡劑相比，產(chǎn)生同樣效力的用量是低得多的。而氮?dú)夂涂諝獾男栌昧縿t更少。
(2)因?yàn)楦鞣N大氣氣體都是相對地不溶解于聚苯乙烯中的，其最終制成的泡沫材料可在各種不同時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存和使用，而其包括收縮特性在內(nèi)的各種性能不會(huì)發(fā)生任何顯著的變化。
這可以與能溶于聚苯乙烯中的碳氟化合物和烷烴相對比，它們降低了融體的粘度，使擠塑機(jī)在將泡沫材料從模頭中擠出之前、在一個(gè)相當(dāng)寬的容度范圍內(nèi)將融體冷卻到300°F左右、在較低功率負(fù)荷下將材料向前輸送，以便產(chǎn)生出非常平滑而不帶破裂泡孔的泡沫體，并獲得泡沫薄片的其它物理特性、例如收縮特性和勁度。由于CFCs和烷烴的熔解度，大約有一半或大于一半的被注入的這種類型的材料在從模頭中冒出來之后仍舊溶解在聚苯乙烯中。這些材料都是揮發(fā)性的，并將在多個(gè)月的時(shí)效過程中逐漸從泡沫薄片中蒸發(fā)掉。打算通過收縮貼附在容器或瓶子上的標(biāo)簽坯件顯然需要以其收縮特性作為薄片特性的一個(gè)部分。CFCs和烷烴作為聚苯乙烯的增塑劑，降低了聚合物的Tg值并在施加足夠的熱量時(shí)提高收縮率。收縮量和開始進(jìn)行收縮的溫度需視泡沫薄片中存在的殘留CFC或烷烴的多少而定。
下列數(shù)據(jù)示出溫度對含有2%的殘留物碳氟化合物的薄片的收縮率的影響。所用樣品厚度為7密耳，密度為20磅/立方英尺表2溫度 擠塑機(jī)方向收縮率，%200°F 6.0210°F 14.0220°F 45.0230°F 55.0240°F 60.0250°F 62.0但是，如上所述，碳氟化合物在室溫下為揮發(fā)性的，而且碳氟化合物的量將隨著時(shí)間的推移而逐漸減少。其損失的速率顯然與存放條件-是否成卷存放、幅面寬度、等等條件-有關(guān)。用一個(gè)用于試驗(yàn)?zāi)康牡钠瑺顦悠愤M(jìn)行加速的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，收縮率的損失示出如下，為使數(shù)據(jù)簡化采用210°F的溫度表 3時(shí)效周期 擠塑機(jī)方向收縮率，%(周數(shù)) 溫度210°F0 14.01 10.02 9.03 8.04 7.05 6.0在將泡沫標(biāo)簽通過收收縮貼附在容器或瓶子上的工藝過程中，采用了例如500-1000件/分的高貼附速度。為了取得泡沫片與容器外形輪廓的平滑貼合而不發(fā)生皺摺，這樣做對收縮率和收縮開始的溫度有著非常重要的意義。使用揮發(fā)性發(fā)泡劑在收縮性能方面就存在一個(gè)變數(shù)，因此可能實(shí)現(xiàn)不了用一致的標(biāo)簽貼附工藝條件來取得標(biāo)簽與容器的平滑貼合。還有，在某些情況下，增加收縮所需的熱量會(huì)導(dǎo)致印刷標(biāo)簽表面起泡，從而降低了標(biāo)簽的美學(xué)外觀。
本方法利用大氣氣體(包括空氣、氮?dú)?、二氧化碳或其混合?并最好考慮將一種諸如高分子量酯類的非揮發(fā)性摻合劑注入融體中，這種摻合劑具有極佳的熱穩(wěn)定性、因而是抗熱分解的，并在實(shí)際上可以看作是在聚苯乙烯泡沫體擠塑的施工過程中是非揮發(fā)性的。盡管能滿足這種標(biāo)準(zhǔn)要求的非揮發(fā)性摻合劑的數(shù)目是有限的，但己二酸雙十三烷酯和偏苯三酸三辛酯或其為調(diào)整粘度而混合的各種混合物都已成功地應(yīng)用，己二酸二異癸酯由于在受熱的情況下?lián)]發(fā)的趨勢稍高一些，因此被認(rèn)為是勉強(qiáng)合格地列入表中的。
有機(jī)材料在實(shí)驗(yàn)室中通過經(jīng)受比擠塑更為苛刻的條件進(jìn)行評(píng)估。每種材料被置于一個(gè)寬口的開口杯中并保持在155℃溫度下，在不同的時(shí)間間隔內(nèi)測定其揮發(fā)損失。上述三種液體摻合劑的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表 4在155℃下的揮發(fā)度，%名稱 分子量 2小時(shí)后 24小時(shí)己二酸二異癸酯 427 0.3 6.0己二酸雙十三烷酯 510 0.2 2.8偏苯三酸三辛酯 550 0.6 1.5不能滿足使用要求的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的各種材料舉例如下表 5在155℃下的揮發(fā)度，%名稱 分子量 2小時(shí)后 24小時(shí)己二酸二異辛酯 373 1.7 24.1癸二酯二丁酯 316 4.3 60.4壬二酸二異丁酯 303 14.0 97.0二縮三乙二醇辛酸·癸酸酯 430 2.1 27.5在本發(fā)明的實(shí)施例中，該方法包括注入一種對分解和揮發(fā)度具有高度選擇性的抗熱能力的非揮發(fā)性摻合劑，在使用一種大氣類型的氣體作為發(fā)泡劑時(shí)，這實(shí)施例可以帶有一個(gè)閥門裝置，從而使兩種材料可以進(jìn)行預(yù)先混合并注入同一孔口，或者，如果該擠塑機(jī)配有兩個(gè)獨(dú)立的孔口，可以將材料注入分立的孔口中。不需要專門的混合裝置，也不需要改變擠塑機(jī)的螺桿。正如熟悉本專業(yè)技術(shù)的人員所熟知的，需要一個(gè)適于傳送液體非揮發(fā)性摻合劑的泵和一個(gè)泵送能夠建立3000-4000磅/平方英寸的壓力、使之能夠注入擠塑機(jī)中的大氣氣體的泵。因此，需要有一種適用于每種材料的計(jì)量裝置來控制使用率。
本發(fā)明的方法特別有利于制造用于制造必須將泡沫片收縮的結(jié)構(gòu)的泡沫材料。標(biāo)簽以及一次性使用的杯子都是這類應(yīng)用的公知的范例。這兩類應(yīng)用的片材已經(jīng)在本發(fā)明的實(shí)施例中生產(chǎn)出來并相應(yīng)地轉(zhuǎn)化成最終使用產(chǎn)品。在厚度為5-12密耳、密度為18-22磅/立方英尺的標(biāo)簽坯件中，非揮發(fā)性摻合劑的使用率約為泡沫體重量的1.0%是合適的。對于厚度為16-22密耳、密度為12-14磅/立方英尺的杯子坯件，非揮發(fā)性摻合劑的使用率為泡沫體重量的2.0%是成功的。
為了評(píng)估非揮發(fā)性摻合劑的好處，下面的數(shù)據(jù)是從試驗(yàn)確定的，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷以安培值測量，融體溫度在進(jìn)入模頭處測量，己二酸雙十三烷酯用作非揮發(fā)性摻合劑表 6發(fā)泡劑 摻合劑用量 冷卻安培值 融體溫度°F氮?dú)? 0 119 318氮?dú)? 1.5 93 318二氧化碳 0 105 329二氧化碳 1.5 95 322可以看出，加入摻合劑的作用在于降低保持同樣的、或較低的融體溫度所需的安培值。
使用非揮發(fā)性摻合劑的另一優(yōu)點(diǎn)是它降低聚合物的Tg值，并從而促成如前面所提到的在一些工業(yè)應(yīng)用中需要的、泡沫體在加熱時(shí)在較低的溫度下開始收縮。摻合劑使用濃度方面的相對效果如下表中數(shù)據(jù)所示
表 7擠塑機(jī)方向的收縮百分比＊，所用有機(jī)流體是己二酸二異癸酯。
摻合劑，% 在200°F 在210°F 在220°F0 3.4 5.0 23.00.5 3.9 7.8 32.01.0 4.9 15.0 41.01.5 6.6 16.5 48.52.0 11.5 18.1 53.0＊例如，融體溫度、坯件冷卻條件、聚苯乙烯的分子量和產(chǎn)量都能夠影響收縮和收縮的程度，因?yàn)檫@些必須與所要求的其它性能相協(xié)調(diào)。
非揮發(fā)性摻合劑的另一優(yōu)點(diǎn)是泡沫片的收縮特性是穩(wěn)定的，不像使用CFCs和烷烴作為發(fā)泡劑所發(fā)生的隨著時(shí)效揮發(fā)掉并離開泡沫片那樣隨著時(shí)效迅速變壞。在泡沫片剛擠塑出來和經(jīng)過3個(gè)月時(shí)效后進(jìn)行收縮試驗(yàn)得出的典型數(shù)據(jù)如下表 8在220°F下的收縮率，%發(fā)泡劑 摻合劑 剛擠塑出來 3個(gè)月以后氟利昂11 無 12-14 4-6大氣氣體 1.0% 12-14 10-12加入選擇來結(jié)合大氣氣體的使用的那種類型的排揮發(fā)性摻合劑的另一優(yōu)點(diǎn)是該摻合劑不會(huì)在模唇上、冷卻空氣裝置上或定型芯模上蒸發(fā)與凝結(jié)，這種現(xiàn)象，由于在聚合物融體內(nèi)存在有揮發(fā)性組分而可能發(fā)生。如果使用CFCs和烷烴，來自聚苯乙烯樹脂中的二聚物和低聚物都是可溶解在CFCs和烷烴內(nèi)的，而且將在從擠塑模頭中擠出時(shí)跟這些發(fā)泡劑一起揮發(fā)掉。二聚物和低聚物隨后將會(huì)凝結(jié)在模頭芯模區(qū)域的冷的金屬表面上并集聚到一個(gè)點(diǎn)上，從那里成液體滴到幅料上。這些低分子量組分將在泡沫片表面上形成瑕疵并降低該泡沫片的強(qiáng)度。這樣的卷料在隨后的高速印刷、下料與/或分切時(shí)，這些部位可能會(huì)在加工過程中發(fā)生隨機(jī)撕裂，通常導(dǎo)致泡沫幅料斷裂。
按照本發(fā)明使用大氣氣體來制造泡沫材料的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，成品泡沫片跟使用增塑發(fā)泡劑如CFCs和烷烴制造的泡沫片相比，比較不容易產(chǎn)生暴筋(gauge band)。跟使用CFCs和烷烴所制造的泡沫片不同，后者的這種暴筋表示在從擠出的管料切出來的片料在寬度上的厚度值有變化，這種厚度的變化是由管料厚度的差異形成的。由于大氣氣體是不溶解的，并不會(huì)像在使用CFCs和烷烴所制造的泡沫體那樣存在于泡沫體之中，這樣成型的泡沫片對拉伸和壓縮具有更大的抗力，從而使泡沫片可以在卷成料卷時(shí)施加大一些的張力和壓力。圖3示出一種在卷繞器設(shè)計(jì)方面的改進(jìn)，在卷繞器的卷繞圓筒表面與成型料卷之間施加更大的壓力。這種改進(jìn)允許導(dǎo)入60-80磅/平方英寸的直接的連續(xù)壓力，而在常規(guī)的泡沫片卷繞中，利用一動(dòng)力缸C通過杠桿連接桿裝置傳遞的壓力為20-50磅/平方英寸，而且壓力隨著料卷直徑的增加而降低。經(jīng)已發(fā)現(xiàn)，只要在幅料的橫向上能保持標(biāo)準(zhǔn)的厚度均勻度，這個(gè)改進(jìn)就實(shí)際上消除了暴筋。暴筋多年來在泡沫材料工業(yè)中一直是個(gè)問題，它在成卷存放中的幅料內(nèi)產(chǎn)生變形，導(dǎo)致在隨后的印刷、下料、分切或產(chǎn)品性能方面產(chǎn)生問題。因此，在工業(yè)中曾作了很大的努力來制造旋轉(zhuǎn)模頭與/或空氣環(huán)或更復(fù)雜的裝置來改善橫向厚度均勻性。使用不溶解在成型的聚苯乙烯泡沫片中的大氣氣體產(chǎn)生一種永久性變形較少的基料，從而允許在卷成料卷過程中施加加大的壓力，導(dǎo)致由于實(shí)際上消除了暴筋而使料卷質(zhì)量得到大幅度改善。
下表示出利用各種不同的大氣氣體、帶摻合劑和不帶摻合劑或改變摻合劑用量制成的泡沫材料的范例，以及其厚度與密度。
增加二氧化碳使用量對厚度和密度和線速度變化的影響。
表 10厚度 密度 線速度發(fā)泡劑% 摻合劑% (密耳) (磅/立方英尺) (英尺/分)1 CO20.7 1.9 15.2 17.5 632 0.8 1.9 15.0 16.1 703 1.0 1.9 14.4 15.0 804 1.1 1.9 14.5 13.5 895 1.0 1.9 23.0 13.3 576 1.0 1.9 32.0 12.3 447 1.1 1.9 32.0 11.2 488 1.1 1.9 44.0 10.0 409 1.3 1.9 60.0 11.0 33例1-4增加二氧化碳用量，同時(shí)保持相對恒定的厚度(15密耳)，導(dǎo)致密度從17.5降低到13.5磅/立方英尺。必須增加線速度以保持恒定的厚度。
例5-9在一給定狀態(tài)下降低線速度將導(dǎo)致厚度的增加和密度的降低。數(shù)據(jù)表明二氧化碳的增加也會(huì)在較大(32密耳)的厚度下導(dǎo)致密度的降低和線速度的增加。
下表根括了具有厚度為7密耳、密度為20磅/立方英尺的泡沫片的收縮率的測定結(jié)果;在200°F、210°F和220°F的溫度下，沿?cái)D塑機(jī)方向和橫向于擠塑機(jī)方向來測定。
表 12設(shè)菲爾德平滑度-泡沫體/芯模側(cè)發(fā)泡劑 未發(fā)泡層 平滑度 分級(jí)N2+ 2.17 1-最好N2- 2.42 2CO2+ 3.34 3空氣 - 3.92 4氟利昂22 + 3.92 4空氣 + 4.25 5N2(94%) + 4.34 6氟利昂22 - 4.50 7N2(94%) - 4.84 8CO2- 5.42 9He + 63.80 10-最差+有 -無可以看出，使用大氣氣體會(huì)產(chǎn)生各種不同的平滑度。
雖然本發(fā)明被描述為優(yōu)選應(yīng)用于制造聚苯乙烯泡沫片材料，但該方法也可應(yīng)用于利用大氣氣體而不用非揮發(fā)性摻合劑來制造泡沫聚丙烯和聚乙烯泡沫片材料。
這樣，可以看出，已經(jīng)提供了一種制造聚苯乙烯泡沫的方法，該方法利用大氣氣體作為發(fā)泡劑，這些氣體都是在大氣中固有的;這種發(fā)泡劑在聚苯乙烯泡沫體擠出時(shí)基本上完全釋出;融體可以冷卻至正常的加工溫度水平，而不會(huì)由于高的聚合物粘度在擠塑機(jī)上產(chǎn)生高負(fù)荷或剪切熱;收縮量可以根據(jù)泡沫體最后使用的要求進(jìn)行控制;密度和泡孔大小可以控制;這種方法使用常規(guī)的擠塑設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種制造泡沫片材料的方法，其特征在于包含如下步驟將大氣氣體作為發(fā)泡劑導(dǎo)入熔融的熱塑性塑料樹脂中，和將熱塑性塑料樹脂進(jìn)行擠塑成泡沫片材的形式，使成品泡沫體基本上沒有殘留發(fā)泡劑而且在室溫下尺寸基本上是穩(wěn)定的。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括將一種在擠塑溫度下基本上是非揮發(fā)性的摻合劑導(dǎo)入熔融的熱塑性塑料樹脂中的步驟。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述摻合劑含有一種高分子量材料。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述非揮發(fā)性材料屬于酯類。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的酯選自己二酸二異癸酯、己二酸雙十三烷酯與偏苯三酸三辛酯。
6.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述非揮發(fā)性高分子量材料的分子量至少為350。
7.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述非揮發(fā)性材料的含量為重量比3%或更低一些。
8.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括將一種塑料薄膜跟所述泡沫體復(fù)合擠出的步驟。
9.按權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于大氣氣體的加入量按重量比小于3%。
10.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括將泡沫材料擠塑成管狀并將擠出的材料送到一根芯模上的步驟，擠出點(diǎn)的位置、擠出的材料的直徑和芯模的直徑設(shè)置成使泡沫材料從擠出開口的出口出來時(shí)按一個(gè)成45°角或更大一些的角度的截錐的形式流動(dòng)，該方法還包括在材料擠出時(shí)在所述截錐部分的外部施加冷卻的步驟。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于冷卻的步驟包含在所述材料從擠出點(diǎn)按所述截錐形的方式朝著芯模流動(dòng)時(shí)將冷卻氣態(tài)流體導(dǎo)向所述材料的外表面。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述冷卻氣態(tài)流體被導(dǎo)引沿所述材料的運(yùn)動(dòng)方向流動(dòng)。
13.按權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述角度在45°至90°之間的范圍內(nèi)。
14.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于包括將冷卻環(huán)放置在靠近芯模并與之間隔開的步驟，和將所述管狀材料傳送去跟所述冷卻環(huán)接觸的步驟。
15.按權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于包括在所述冷卻環(huán)上產(chǎn)生一個(gè)壓差使擠出材料保持跟所述冷卻環(huán)接觸的步驟。
16.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述產(chǎn)生一個(gè)壓差的步驟包含在冷卻環(huán)的表面上產(chǎn)生真空。
17.按權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述產(chǎn)生真空的步驟包含提供一個(gè)從芯模的表面到大氣的通路，使擠出的材料在通路上的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生真空。
18.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于包括將材料幅傳送到一個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒上并穿過所述卷繞滾筒和驅(qū)動(dòng)滾筒之間，隨后傳送到一個(gè)卷繞滾筒上并卷繞在其上的步驟，包括提供一個(gè)擠壓力使所述卷繞滾筒靠向所述驅(qū)動(dòng)滾筒，使所述料幅的整個(gè)寬度承受足夠的力以將暴筋降到最低程度的步驟。
19.按權(quán)利要求1至18中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述樹脂是聚苯乙烯。
全文摘要
一種制造泡沫產(chǎn)品用泡沫聚苯乙烯的方法包含用大氣氣體作發(fā)泡劑或?qū)⒁换蚨喾N這類氣體跟在擠塑溫度是非揮發(fā)性的摻合劑混合，將混合物導(dǎo)入含核化劑的熔融聚苯乙烯樹脂內(nèi)并擠塑成泡沫體。成品泡沫基本沒有殘留發(fā)泡劑，室溫下尺寸穩(wěn)定，并在使用非揮發(fā)性摻合劑時(shí)可用小量發(fā)泡劑使融體冷卻而不給擠塑機(jī)帶來高負(fù)荷。泡沫體可跟一或多層熱塑性薄膜共擠使成品適用于碟、杯、食品容器或包裝與玻璃塑料容器標(biāo)簽以及在容器上收縮就位的標(biāo)簽。
文檔編號(hào)B29C44/00GK1057228SQ9010694
公開日1991年12月25日 申請日期1990年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月14日
發(fā)明者詹姆斯·A·卡拉比迪恩, 莫里斯·W·布萊克韋爾德 申請人:歐文斯-伊利諾塑料制品有限公司