專利名稱：未交聯(lián)聚丙烯基樹脂泡沫片的生產(chǎn)方法及該種樹脂泡沫片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)具有細泡沫泡孔與良好外觀的未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的方法，其特征在于生產(chǎn)高發(fā)泡薄片的生產(chǎn)率明顯地提高。
一種其中擠出發(fā)泡是通過在擠出機與模頭之間設置齒輪泵來進行的工藝，迄今已被應用到生產(chǎn)聚苯乙烯的方法中，該工藝已被介紹于，例如，“Plastic Technology 28[2]87(1980)”中。
根據(jù)“Synthetic Resins 40[9]42(1994)”報導，在擠出成型中使用齒輪泵的作用如下。(1) 通過遏制擠出機壓力的提高而產(chǎn)生的作用· 降低能量消耗· 防止樹脂溫度的提高· 提高傳遞效率(生產(chǎn)率)· 減少在擠出機中的停留時間· 減少擠出機的L/D(2) 消除與模頭組合的影響· 從而能更方便地設定擠出機的溫度、壓力與轉(zhuǎn)速· 如果所用的樹脂與生產(chǎn)量不變，不管模頭的形狀如何，無須改變設定的擠出機條件· 避免由于操作者能力不同而造成的產(chǎn)品質(zhì)量之差別· 使無人操作與自動操作成為可能(3) 穩(wěn)定生產(chǎn)· 消除了擠出機中壓力變化的影響· 能使用更濕的原料· 溫度分布變得更一致
· 開始生產(chǎn)所需的時間能明顯地減少。
但是，使用齒輪泵并不是一定能獲得上述作用的，因為適于發(fā)泡的加工條件是隨樹脂的不同而變化的，并且在擠出發(fā)泡的情況下，由發(fā)泡所特有的波紋狀或折皺狀缺陷常常出現(xiàn)在薄片的端部。
尤其是在未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂的情況中，樹脂是結(jié)晶的且其粘度在溫度高于熔點時明顯地下降，通過常規(guī)的擠出發(fā)泡工藝來生產(chǎn)具有均勻的細泡沫泡孔的高發(fā)泡的泡沫片是不可能的。此外，為了提高生產(chǎn)率或生產(chǎn)高發(fā)泡的泡沫片而增加擠出速率的嘗試伴隨而來的問題是，例如，提高樹脂的壓力與溫度。
當因發(fā)泡而發(fā)生橫向膨脹時，出現(xiàn)在片材端部的波紋狀或折皺狀缺陷所引起的損失由模頭寬度來調(diào)整。此現(xiàn)象是發(fā)泡片、特別是發(fā)泡率為2或以上的高膨脹發(fā)泡片所特有的。此外，當樹脂溫度高時，出現(xiàn)由于在薄片端部的波紋狀或折皺狀缺陷而帶來的損失，且發(fā)泡氣體易于發(fā)生泄漏。因此，存在一種減少在生產(chǎn)未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片時所出現(xiàn)的上述缺陷的需求。
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的方法，該方法能生產(chǎn)出具有細泡沫泡孔與良好外觀的泡沫片，它具有卓越的生產(chǎn)率與擠出穩(wěn)定性和在生產(chǎn)高發(fā)泡薄片具有提高生產(chǎn)率的作用，該方法減少出現(xiàn)在片材端部的波紋狀或折皺狀缺陷并提供未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片。
為了解決在通過在擠出機與模頭之間設置齒輪泵來生產(chǎn)未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的方法中所存在的上述問題，發(fā)明人已進行充分的研究。具體地說，發(fā)明人仔細檢查了各變量之間的關系，所說的變量指齒輪泵的進口壓力(Pg)、當所添加的添加劑為100％保留時的理論發(fā)泡率χ(理論發(fā)泡率是以發(fā)泡劑的添加量為基準計的)、以及熔融樹脂中發(fā)泡氣體的溶度系數(shù)H。結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果上述的變量被設定在特定的關系內(nèi)，就有可能將樹脂溫度控制在適于發(fā)泡的范圍內(nèi)，從而生產(chǎn)出具有良好外觀的細泡沫泡孔，并確保高的生產(chǎn)率與擠出穩(wěn)定性。
因此，本發(fā)明提供1.一種生產(chǎn)未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的方法，其特征在于使用具有被設置在擠出機與模頭之間并通過模頭接管連接的齒輪泵的擠出發(fā)泡裝置，其中齒輪泵進口處的壓力(Pg)處于由下式所規(guī)定的范圍內(nèi)和控制擠出機使Pg值為恒定不變。
Pc≤Pg(atm)≤Pc+90 (式1)Pc＝(χ-1)/Hχ當所添加的發(fā)泡劑為100％保留時的理論發(fā)泡率H發(fā)泡氣體在齒輪泵進口處樹脂溫度下的樹脂中的溶度系數(shù)(cm3(STP)/cm3·atm)2.一種根據(jù)以上1的生產(chǎn)未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的方法，其中模頭的特征在于5≤L/t≤12，此處L(mm)代表模唇成型段的長度和t(mm)代表模唇間隙。
3.一種根據(jù)以上1或2的生產(chǎn)未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的方法，其中擠出裝置的特征在于1/4≤A/B≤1和C/A≤10，此處B(mm)代表機筒直徑，C(mm)代表模頭接管的長度，A(mm)代表模頭接管的直徑。
4.通過上述方法1∽3的任一項生產(chǎn)的未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片。
本發(fā)明的另外方面的應用性可從下文中所作的詳細說明中看出。當然應該明白，指出本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案的詳細說明書與具體的例子僅僅是為了說明本發(fā)明的，因為對本技術領域的熟練技術人員來說，在本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)從此詳細的說明書出發(fā)作出種種變化與改進是顯而易見的。
在本發(fā)明整篇說明書與以下的權利要求書中，除非上下文另有要求者外，詞“包括”應被理解為暗示包括所說的整體或步驟，但是并不排除任何其它的整體或步驟。
Pc表示以相應于預定發(fā)泡率的量溶解發(fā)泡氣體所需的最小壓力。如果齒輪泵進口處壓力Pg小于Pc，發(fā)泡劑就不能充分溶解在樹脂中，并因此使氣相從熔融的液相中分離出來。因此，難于制得具有細泡沫泡孔的泡沫片。另一方面，如果Pg大于(Pc+90)，齒輪泵的重要作用之一，即，遏制擠出機中壓力升高的作用就減少。對防止樹脂溫度升高與提高生產(chǎn)率有不良影響。
控制擠出機一側(cè)以便使齒輪泵進口處壓力Pg處于Pc≤Pg(atm)≤Pc+90，因而Pg為恒定不變。為使Pg為恒定不變，可以有利地使用已知的控制系統(tǒng)，例如，對擠出機螺桿的旋轉(zhuǎn)數(shù)或?qū)⒃瞎┙o到擠出機料斗的計量供料器的旋轉(zhuǎn)數(shù)作出反饋。通過這樣的調(diào)整，由于齒輪泵的出口壓力、模頭的進口壓力等等已被穩(wěn)定化，因此能增加泡沫板在流向上的厚度精度。
在本發(fā)明中，上述的模頭被適當?shù)匾?guī)定為5≤L/t≤12，此處L(mm)代表模唇成型段長度和t(mm)代表模唇間隙。此外，擠出機的優(yōu)選條件為1/4≤A/B≤1和C/A≤10，此處B(mm)代表機筒直徑，C(mm)代表模頭接管的長度，A(mm)代表模頭接管的直徑。
上述條件被用來優(yōu)選最佳的模頭模唇部份的形狀與模頭接管的形狀。因此，滿足上述條件就有可能減少齒輪泵之后區(qū)域的壓力損失，且特別有利于遏制樹脂壓力與樹脂溫度的升高。因此，能確保生產(chǎn)高發(fā)泡薄片的生產(chǎn)率。
在生產(chǎn)高發(fā)泡薄片時，雖然通過下拉來減少厚度是有可能的，但是采用下拉往往會生產(chǎn)出顯示不理想的不良外觀。在正常采用的實踐生產(chǎn)中，成型是通過被設定到產(chǎn)品厚度的窄的模唇間隙來進行的。然而，使模唇間隙變窄不利地增加了齒輪泵之后區(qū)域的壓力損失到這樣的程度，以致在即使Pg被控制在Pc≤Pg(atm)≤Pc+90的低壓力范圍的區(qū)域內(nèi)，熱的發(fā)生與樹脂溫度的升高成為驚人的，而在齒輪泵之前區(qū)域內(nèi)高擠出速率下樹脂溫度升高受到遏制。
為了保持產(chǎn)品的厚度與減少模唇部份的壓力損失，優(yōu)選將條件保持在0≤L/t≤12的范圍內(nèi)，更優(yōu)選將條件保持在5≤L/t≤12的范圍內(nèi)，此處L(mm)代表模唇成型段的長度和t(mm)代表模唇間隙。
如果L/t小于5，模唇間隙縮窄的效果不能充分或完全獲得，產(chǎn)品變厚。另一方面，如果L/t大于12，就不能有效地實現(xiàn)在模唇部份中減少壓力。
調(diào)整齒輪泵前后的模頭接管的直徑與長度有可能進一步減少壓力損失。最好，齒輪泵前后每個模頭接管的直徑A(mm)充分地大于擠出機料筒直徑B(mm)，以符合1/4≤A/B≤1的關系式和使模頭接管的直徑A與長度C處于C/A≤10的范圍內(nèi)。
上述的L/t、A/B與C/A范圍的詳細說明構(gòu)成了涉及減少壓力損失的本發(fā)明。特別在當通過變窄模唇間隙生產(chǎn)薄片時，壓力損失的增加直接影響產(chǎn)品的外觀并常常使外觀質(zhì)量變得更差。通過規(guī)定出如上所述的L/t、A/B與C/A范圍，甚至在增加壓力損失而有可能招致反對的情況下，均有可能制得顯示良好外觀的產(chǎn)品。在壓力損失直接影響產(chǎn)品外觀處的模唇間隙約為0.8mm。
優(yōu)選的還有一種其中模頭接管具有這樣的形狀，以使壓力如上所述那樣地減少和其中靜態(tài)混合器或類似裝置被裝在模頭接管中，以便在毗鄰管壁區(qū)域與模頭接管的的中心區(qū)域之間引起置換與混合，從而提高了溫度分布的均勻性。
用于擠出成型樹脂的模頭唇部被稱為模唇與模頭間隙，它確定了片材片的厚度，并以模唇間隙t表示。模頭成型段長度L與模唇間隙t的例子以及模頭形狀的例子被示于圖示中。
本發(fā)明還涉及由權利要求1-3中所述的方法生產(chǎn)的未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片。該未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的特征在于泡沫泡孔的細度與良好的外觀和還在于在片材端部處波紋狀或折皺狀缺陷的輕微度。


圖1圖示出(i)在本發(fā)明中使用的模頭形狀的例子與(ii)其以剖面X-X表示的出口側(cè)的形狀。
除了如上所述那樣的使用齒輪泵外，在本發(fā)明中能使用已知的擠出發(fā)泡法而無特別的限制。
擠出發(fā)泡法的例子可包括如下一種方法，包括將基本組分諸如熱分解的發(fā)泡劑、聚丙烯樹脂、和其他物質(zhì)的混合物裝入到料斗，在擠出機中使樹脂熔融和發(fā)泡劑分解和將樹脂與發(fā)泡劑摻合/分散，將混合物冷卻到適于發(fā)泡的溫度，從模頭中擠出混合物使其發(fā)泡，和通過引出機冷卻/成型擠出物諸步驟；以及如下一種方法，包括上述的相同步驟，除了不能分解的發(fā)泡劑(物理發(fā)泡劑)被預先壓-送到擠出機中部以取代使用熱分解的發(fā)泡劑。
在本發(fā)明中，作為構(gòu)成泡沫片原料的聚丙烯-基樹脂并不受特別的限制，并可根據(jù)產(chǎn)品的用途來選擇。聚丙烯可以是丙烯的均聚物或是丙烯與α-烯烴例如乙烯等的共聚物。還可使用含聚丙烯基-樹脂、聚苯乙烯基-樹脂等的共混料。
在本發(fā)明中，對發(fā)泡劑并不加以特別的限制，并且可以使用迄今為止已知的熱塑性樹脂用的發(fā)泡劑。發(fā)泡劑的具體例子可包括熱分解的發(fā)泡劑例如碳酸氫鈉、偶氮二酰胺、等等；惰性氣體例如二氧化碳、氮、等等；具有低沸點的有機化合物例如丁醇等。這些化合物可以以其二種或更多種相混合的形式來使用。添加無機填料諸如滑石、硅石、等等作為形成泡沫泡孔用的成核劑也是適用的。
應該指出，最終有助于發(fā)泡的氣體的溶度系數(shù)最好為與發(fā)泡劑的類型即熱分解型與熱不能分解型完全無關。由于其安全性與相對大的溶度系數(shù)之故，二氧化碳被優(yōu)選使用。脂族烴例如丁烷具有較二氧化碳大的溶度系數(shù)，是這類優(yōu)選的催化劑。然而，使用這樣的烴需要抗爆設備與安全措施。
盡管對泡沫片的密度沒有特別的限制，但是它通常取決于發(fā)泡劑的量并且為0.6∽0.09g/cm3。雖然在本發(fā)明中對所得的泡沫片的厚度并沒有特別的限制，但是通常為1∽30mm。泡沫片的厚度取決于例如模唇間隙t的尺寸、由發(fā)泡劑等量等調(diào)節(jié)的發(fā)泡率泡沫泡孔的扁率、等等諸因素。
對用于本發(fā)明的擠出機沒有特別的限制，并且迄今已知的用于熱塑性樹脂的擠出機均可被使用。然而，對擠出機來說，必不可少的是充分摻混樹脂與發(fā)泡劑以便將它們均化，然后將其溫度冷卻到適于發(fā)泡的溫度。因此，下列類型的擠出機被優(yōu)選用于本發(fā)明。單-螺桿擠出機這是最常用的擠出機。這種擠出機由于發(fā)泡氣體未從原料的進口(漏斗)處泄漏以及價格低廉之故被廣泛地采用。多-螺桿擠出機通常使用的是雙-螺桿擠出機。其例子包括螺桿是以相同方向旋轉(zhuǎn)的擠出機與以不同方向旋轉(zhuǎn)的擠出機。其另外的例子包括螺桿是彼此平行的與螺桿直徑是不變的擠出機和帶有傾斜螺桿而其中螺桿直徑向模唇縮小的擠出機。如果在本發(fā)明中使用雙-螺桿擠出機，最好提供密封段，因為發(fā)泡氣體往往會從雙-螺桿擠出機中泄漏。
除了上述的擠出機外，還可以使用，例如，通過使二臺或多臺上述的擠出機組合而構(gòu)成的串聯(lián)式擠出機。
用于本發(fā)明的模頭的例子包括扁平模頭與圓口模頭。在模頭唇口處的模唇間隙t可以根據(jù)產(chǎn)品想望的厚度來設定。
用于本發(fā)明的齒輪泵被設置在通過模頭接管相連的擠出機與模頭之間。在本發(fā)明中使用的齒輪泵是被設計成能通過齒輪(它們以嚙合關系旋轉(zhuǎn))的齒輸送恒定量樹脂的齒輪泵。該齒輪泵根據(jù)符合目標生產(chǎn)量而選自已知的齒輪泵。由于高速旋轉(zhuǎn)是必不可少的，如果泵每轉(zhuǎn)的輸送量很少而提出對產(chǎn)生熱的考慮，最好選擇能力足以輸送合適的目標生產(chǎn)量的轉(zhuǎn)速。此外，最好通過調(diào)整油等的溫度來冷卻或調(diào)節(jié)齒輪泵體的溫度。
雖然發(fā)泡氣體在熔融樹脂中的溶度H能夠通過壓力下降法來測定，但是還可以通過在文獻例如(AIChE J.，15，106(1969))中所述的方法來測定。
如先前所述，適于在本發(fā)明中使用的發(fā)泡劑是二氧化碳。二氧化碳在熔融樹脂中的溶度系數(shù)H在下面(式3)給出。盡管對溫度的關系是輕微的，但是溶度系數(shù)H隨著溫度變高而變小。
H＝H0exp(-Es/RT)((式3))H0常數(shù)(0.0319cm3(STP)/cm3·atm)Es溶解能(-1.7kcal/mol)R氣體常數(shù)(1.986kcal/mol·K)T溫度(K)(括號內(nèi)的數(shù)字為指二氧化碳的值)實施例為了進一步更詳細地說明本發(fā)明，提供下面的實施例，然而，應該明白，它們同樣僅僅是說明性的，并且在不背離本發(fā)明的精神的前提下是絕無限制性的。實施例1單-螺桿擠出機(料筒直徑B120mm，有效螺桿長度/料筒直徑為32)被用作擠出機.
帶有寬度為1150mm的調(diào)節(jié)排的衣架式模頭被用作模頭。模唇成型段長度L為7mm，模唇間隙t為7mm。使用泵體溫度通過油調(diào)整并具有每轉(zhuǎn)的輸送率為315cm3的齒輪泵。所用的控制裝置是調(diào)整齒輪泵進口壓力Pg，并提供反饋給螺桿轉(zhuǎn)數(shù)以便使保持不變的Pg值的裝置。
在齒輪泵前后的每個模頭接管具有直徑為40mm的直徑A與長度為240mm(A/B＝1/3，C/A＝6)。使用包括3個輥，每個輥具有表面長度為1200mm和直徑為400mm、并且溫度被調(diào)整到60∽100℃的拋光輥組作為引出裝置。
作為聚丙烯-基樹脂，使用具有密度為0.9g/cm3(具有230℃下的熔體流動速率(MFR)為8)的丙烯均聚物。將包括100重量份的聚丙烯均聚物與1.5重量份含有40％重量滑石、作為泡沫泡孔成核劑的母料，的摻混粒料的混合物裝入到料斗中。使用二氧化碳作為發(fā)泡劑。在約100atm的壓力下從設置在擠出機中部的口中壓送入其量相當于3倍-發(fā)泡率的理論發(fā)泡率χ的發(fā)泡劑。
根據(jù)后面所述的擠出條件，在齒輪泵進口處的模頭接管中部的樹脂溫度Tg為約185℃。當根據(jù)前述的式(3)通過使用文獻(AIChEJ.，15，106(1969))中所述的值計算時，獲得H＝0.207(cm3(STP)/cm3·atm)。在此基礎上，由于Pc＝(χ-1)/H＝9.7atm，在齒輪泵進口處的壓力Pg被設定在處于Pc≤Pg(atm)≤Pc+90內(nèi)的15atm的低壓力。先前所說的在括號內(nèi)用來解釋式(3)符號的數(shù)字作為二氧化碳的資料使用。
此外，在齒輪泵進口處模頭接管中央部份中的樹脂溫度Tg(K)為Tg(℃)+273.5＝185+273.15＝458.15。
擠出機的操作條件如下。螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為50rpm(由于Pg控制而變化)。齒輪泵的轉(zhuǎn)數(shù)為18rpm。輸送率為250kg/hr的高輸送率。就溫度而言，二氧化碳在190∽200℃的樹脂中會均勻地溶解。在被冷卻后，共混料被導入到保持在170℃溫度的模頭中。
擠出的泡沫片具有表觀密度為0.31g/cm3(發(fā)泡率＝3.9/0.31＝2.9倍)，平均厚度為5.0mm。泡沫泡孔是細的與外觀是良好的。在片端部，左右波紋的總損失為小至150mm。所用模具的寬度為1150mm和損失率為約13％。實施例2和3與比較例1和2通過使用與實施例1相同的樹脂與擠出機，但變化生產(chǎn)條件例如齒輪泵進口處的壓力Pg、模唇成型段的長度L、模唇間隙t、模頭接管的直徑A和模頭接管的長度來生產(chǎn)泡沫片。生產(chǎn)條件被示于表1中和對泡沫片的評估值被示于表2中。
當發(fā)泡片是由具有僅在有限范圍的低溫下的適于發(fā)泡溫度的聚丙烯基-樹脂生產(chǎn)，和當在不使用齒輪泵的情況下使用屬于上述實施例中使用的擠出機時，150∽200jg/hr的輸送率是上限度，因此當輸送率高于此范圍時就不能形成合適的發(fā)泡片，因為樹脂溫度常常會由于剪切產(chǎn)生的熱而升高?；谏鲜鰧嵤├慕Y(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的使用齒輪泵的效果是明顯的。
表1〔生產(chǎn)條件〕
(*)cm3(STP)/cm3·atm
表2〔評估結(jié)果〕
本發(fā)明使有可能生產(chǎn)出具有細泡沫泡孔與良好外觀的泡沫片，它具有卓越的生產(chǎn)率與擠出穩(wěn)定性和在生產(chǎn)高發(fā)泡薄片時具有提高生產(chǎn)率的作用，該方法減少出現(xiàn)在片材端部的波紋狀或折皺狀缺陷。字母與數(shù)字的說明1模頭2模唇成型段長度t模唇間隙
權利要求
1.一種生產(chǎn)未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的方法，其特征在于使用具有被設置在擠出機與模頭之間并通過模頭接管連接的齒輪泵的擠出發(fā)泡裝置，其中齒輪泵進口處的壓力Pg處于由下式所規(guī)定的范圍內(nèi)，并控制擠出機使Pg值為恒定不變，Pc≤Pg(atm)≤Pc+90 (式1)Pc＝(χ-1)/Hχ當所添加的發(fā)泡劑為100％保留時的理論發(fā)泡率H發(fā)泡氣體在齒輪泵進口處樹脂溫度下的樹脂中的溶度系數(shù)(cm3(STP)/cm3·atm)。
2.一種根據(jù)權利要求1的生產(chǎn)未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的方法，其中模頭的特征在于5≤L/t≤12，此處L(mm)代表模唇成型段的長度和t(mm)代表模唇間隙。
3.一種根據(jù)以上權利要求1或2的生產(chǎn)未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片的方法，其中擠出裝置的特征在于1/4≤A/B≤1和C/A≤10，此處B(mm)代表機筒直徑，C(mm)代表模頭接管的長度，A(mm)代表模頭接管的直徑。
4.由上述權利要求1∽3的任一項所述方法生產(chǎn)的未交聯(lián)的聚丙烯-基樹脂泡沫片。
全文摘要
一種生產(chǎn)未交聯(lián)聚丙烯－基樹脂泡沫片的方法,其中使用設置在擠出機與模頭間并由模頭接管連接的齒輪泵的擠出發(fā)泡裝置,控制擠出機使齒輪泵進口處的壓力Pg恒定處于Pc≤Pg(atm)≤Pc+90,其中Pc=(x－1)/H,x:當添加的發(fā)泡劑為100%保留時的理論發(fā)泡率,H:發(fā)泡氣體在齒輪泵進口等處樹脂中的溶度系數(shù)(cm
文檔編號B29C44/34GK1244454SQ9911183
公開日2000年2月16日 申請日期1999年7月30日 優(yōu)先權日1998年8月3日
發(fā)明者坂本昭宣, 永松龍弘 申請人:住友化學工業(yè)株式會社