回收可發(fā)性塑料材料的工藝以及可由此獲得的可發(fā)性塑料材料或膨脹的塑料材料的制作方法
【專利摘要】公開了一種用以利用系統(tǒng)（1）回收和/或定制可發(fā)性塑料材料的工藝，該系統(tǒng)（1）包括：擠壓機單元（10）、混合器?熱交換器單元（20），所述工藝包括以下步驟：在所述擠壓機單元（10）中熔化；在所述混合器?熱交換器單元（20）中冷卻；以及借助于熔體泵單元（50）控制熔體壓力，繼之以制粒、擠壓或注塑，其中第一發(fā)泡劑（81）不在所述系統(tǒng)（1）中的熔體加工期間被脫氣，使得其實質(zhì)上被包含在顆粒可發(fā)性塑料材料（130）中或被用于形成擠壓成形的發(fā)泡塑料材料（140）或模制發(fā)泡塑料物品（150）中的任一者。本發(fā)明也涉及能夠由所述工藝獲得的顆粒可發(fā)性塑料材料（130）、擠壓成形的發(fā)泡塑料材料（140）和模制發(fā)泡塑料物品（150）。
【專利說明】
回收可發(fā)性塑料材料的工藝以及可由此獲得的可發(fā)性塑料材 料或膨脹的塑料材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及回收和/或定制可發(fā)性(expandable)塑料材料的工藝。本發(fā)明也涉及 可由此獲得的再生和/或定制的可發(fā)性或發(fā)泡(expanded)塑料材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)泡塑料已經(jīng)在很長的時間中眾所周知，并且已被證明在許多領(lǐng)域中是有用的。 可以通過使用發(fā)泡劑浸漬的聚乙烯、聚丙烯、聚酯或者聚苯乙烯顆粒形成泡沫，且隨后將以 此方式產(chǎn)生的泡沫顆粒焊接在一起從而得到成型件(molding)來產(chǎn)生這樣的泡沫。可發(fā)性 聚苯乙烯通常被稱為EPS JPS和其它可發(fā)性塑料的重要使用領(lǐng)域包括在建筑物和建造物、 容器、杯子或包裝中的熱絕緣或者在建筑物和建造物中的增強板或聲屏障。
[0003] 不過，近年來越來越多地考慮到有效的處理或回收可發(fā)性塑料廢物或發(fā)泡塑料廢 物的問題。與回收消費后EPS廢物相關(guān)聯(lián)的主要問題是由于非常低的體積密度造成的高的 具體運輸成本，以及由于不良的凈化有效性和不良的經(jīng)濟(jì)可行性造成的低價值創(chuàng)造。出于 該原因，廢物的主要部分被熱回收。
[0004] 對于EPS生產(chǎn)者以及預(yù)起泡劑和模制機(molder)而言，將有用的是具有用于再加 工不合格材料(例如過小的或過大的浸漬粒料(pe11et))的工藝或者升級由懸浮方法生產(chǎn) 的EPS以便容易地升級EPS存貨以包括增值和/或功能性添加物。
[0005] 目前公知的或被提出的回收廢棄的浸漬熱塑料的方法僅允許部分回收廢棄的可 發(fā)性塑料材料及其組分。例如，US 6,310,109 Bl公開了在懸浮聚合之前在苯乙烯單體中溶 解高達(dá)30%的再生發(fā)泡PS材料;然而，預(yù)期的是溶解的聚苯乙烯及其各種添加物可能干擾后 續(xù)的懸浮聚合。此外，共聚單體，特別是交聯(lián)共聚單體的存在可以干擾再生的EPS在苯乙烯 單體中的溶解。
[0006] 類似地，US 8，173,714 Bl公開了用于通過懸浮聚合制備含有不透熱的粒子且具 有減小的導(dǎo)熱性的EPS顆粒的工藝，其中在其懸浮聚合之前，EPS(含有大量發(fā)泡劑的可發(fā)性 微粒和顆粒)的尺寸過大和尺寸過小的部分的大約13%被溶解在苯乙烯中。預(yù)期在溶解過程 期間，損耗發(fā)泡劑并且溶解的聚苯乙烯及其各種添加物會干擾后續(xù)的懸浮聚合。因此需要 比借助于在執(zhí)行懸浮聚合步驟之前在其單體中溶解少量的廢棄可發(fā)性塑料材料所可能實 現(xiàn)的更加完全且更加有效地回收廢棄的可發(fā)性塑料材料的方法。
[0007] WO 03/053651 Al大體公開且主張了一種用于生產(chǎn)可發(fā)性熱塑性聚合物的顆粒的 擠壓工藝，據(jù)稱，該聚合物可以包含高達(dá)30%的先前加工的再生產(chǎn)品或廢棄產(chǎn)品；然而，沒有 具體公開如何實現(xiàn)該聚合物，尤其是在不損失發(fā)泡劑的情況下，或者實際上沒有提供這樣 的工藝的示例。
[0008] EP1925418A1公開了用于熱塑料的連續(xù)熔體浸漬以由聚合物熔體和再生聚合物熔 體產(chǎn)生起泡或可起泡顆粒的工藝，其中再生聚合物熔體的至少一部分由再生的含推進(jìn)劑的 聚合物顆粒產(chǎn)生。再生的、含推進(jìn)劑的聚合物顆粒在擠壓機中熔化，并且在脫氣設(shè)備中從再 生的聚合物熔體中去除再生的、含推進(jìn)劑的聚合物顆粒中所包含的推進(jìn)劑。至少一種添加 物在脫氣設(shè)備下游以計量形式被添加到再生的聚合物熔體中。聚合物熔體或者可以在包括 反應(yīng)器和脫氣設(shè)備的聚合設(shè)施中直接生成，或者可以通過在熔化設(shè)備中熔化聚合物顆粒來 生成。聚合物熔體載有流體推進(jìn)劑，使得獲得含推進(jìn)劑的聚合物熔體，并且推進(jìn)劑在隨后的 混合設(shè)備中被分散并均化。然后含推進(jìn)劑的聚合物熔體和含添加物的再生聚合物熔體在隨 后的混合設(shè)備中被混合和均化，以形成均質(zhì)的聚合物熔體，其之后經(jīng)受借助于制粒機執(zhí)行 的制粒步驟。雖然有用，但是EP'418A1的熔體方法和設(shè)施僅允許部分回收含推進(jìn)劑的顆粒， 因為也需要常規(guī)的"原始"熔體作為饋入流，并且再生的、含推進(jìn)劑的聚合物顆粒的推進(jìn)劑 在脫氣步驟中損失。
[0009] 總而言之，期望的是具有一種回收可發(fā)性塑料材料的改進(jìn)的工藝。例如，期望的是 能夠加工基本上僅由再生可發(fā)性塑料材料構(gòu)成的整個原料。期望的也將是具有一種用于由 可發(fā)性塑料顆粒原料(諸如能夠從常規(guī)懸浮聚合或熔體浸漬工藝獲得的那種）制備定制的 和/或升級的可發(fā)性塑料材料等級的簡單且直接的熔體工藝。期望的也將是具有由這樣的 工藝可獲得或獲得的顆?？砂l(fā)性塑料材料、擠壓成形的發(fā)泡塑料材料(extruded, formed and expanded plastic material)或模制的發(fā)泡塑料物品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 從這樣的現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種沒有先前提及的缺陷的回收 和/或定制可發(fā)性塑料材料的改進(jìn)工藝，所述缺陷具體地是不能完成且有效地回收可發(fā)性 塑料材料以及發(fā)泡劑的大量損耗。額外的目標(biāo)是提供不必需非回收或者"原始"饋入流的工 藝。本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)包括提供通過本發(fā)明的工藝可獲得或獲得的顆?？砂l(fā)性塑料材 料，擠壓成形的可發(fā)性塑料材料或模制的發(fā)泡塑料物品。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，這些目標(biāo)通過利用包括彼此流體連通的以下單元的系統(tǒng)并以以下順 序回收可發(fā)性塑料材料的工藝來實現(xiàn)： -擠壓機單元 -混合器-熱交換器單元 該系統(tǒng)進(jìn)一步包括也與先前所述的單元流體連通的恪體栗單元， 其中熔體栗單元或者位于混合器-熱交換器單元的上游和擠壓機單元的下游，或者熔 體栗單元位于混合器-熱交換器單元的下游， 所述工藝包括以下步驟： -在擠壓機單元中熔化包括含第一發(fā)泡劑的可發(fā)性塑料材料的饋入流，以形成熔融的 可發(fā)性塑料材料， -在混合器-熱交換器單元中冷卻所述熔融可發(fā)性塑料材料； -借助于熔體栗單元控制熔融的可發(fā)性塑料材料的熔體壓力， 且隨后或者 (i) 借助于制粒單元制粒熔融可發(fā)性塑料材料以形成顆粒的可發(fā)性塑料材料， (ii) 通過模具擠壓熔融可發(fā)性塑料材料至受控的減少的壓力，優(yōu)選地大氣壓力，以產(chǎn) 生擠壓成形的發(fā)泡塑料材料，或者 (ii)借助于注塑單元注塑熔融可發(fā)性塑料材料以形成模制的發(fā)泡塑料物品， 其中，可發(fā)性塑料材料包括重量上至少40%、更優(yōu)選地60%、甚至更優(yōu)選地90%且最優(yōu)選 地基本上所有的饋入流，其中系統(tǒng)不具有脫氣單元，并且其中第一發(fā)泡劑不在系統(tǒng)中在熔 體加工期間被脫氣，使得第一發(fā)泡劑實質(zhì)上被包含在顆粒的可發(fā)性塑料材料中或者被用于 形成擠壓成形的發(fā)泡塑料材料或模制的發(fā)泡塑料物品中的任一者。
[0012] 發(fā)明人已驚奇地發(fā)現(xiàn)所述工藝可以用于完全回收可發(fā)性塑料材料的純粹再生的 原料和/或用于已存在的可發(fā)性塑料顆粒材料的原料的定制或升級兩者。因此，回收和/或 定制工藝顯著地優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的工藝。具體地，本發(fā)明的過程僅非常少量地?fù)p失發(fā)泡劑，并 且因此在許多實施例中，需要很少或不需要額外發(fā)泡劑的給料。此外，不僅發(fā)泡劑在本發(fā)明 中可以被回收，而且可發(fā)性塑料材料中所包含的任意添加物也將被回收。此外，因為很少量 或沒有發(fā)泡劑必須被劑量給送和混合于用作原料的可發(fā)性塑料材料，所以可以有利地使用 整體更低的加工溫度曲線和熔體溫度。例如，可以例如在擠壓機單元中直接劑量給送諸如 阻燃劑的對溫度敏感的添加物，而不需要諸如側(cè)擠壓機或者第二冷卻器的特殊的附加設(shè)備 或者特殊的阻燃劑穩(wěn)定劑包。
[0013] 在定制或升級諸如可由常規(guī)的懸浮聚合或者熔體浸漬工藝獲得的可發(fā)性塑料顆 粒的原料的情況中，可以顯著地減小設(shè)施和生產(chǎn)線的規(guī)模，這是因為原料已經(jīng)包含發(fā)泡劑。 此外，可以在大規(guī)模且有效的生產(chǎn)設(shè)施中常規(guī)地且集中地生產(chǎn)可發(fā)性塑料顆粒的原料，并 且然后可以根據(jù)消費者需求的需要稍后生產(chǎn)定制的或升級的配方或等級，甚至是以相對小 的量。于是這樣的定制和升級設(shè)施可以在地理上便利地分布在區(qū)域位置中以滿足本地市場 和產(chǎn)品的需要。此外，因為回收和/或定制和/或升級工藝不需要懸浮聚合步驟，所以避免了 溶劑的使用。
[0014] 這樣不需要大量的熱處理和高的加工溫度是由于對擠壓機單元使用了可發(fā)性塑 料材料的原料(優(yōu)選地呈顆粒的形式），其中在擠壓機單元中該原料被熔化并被進(jìn)一步加 工。在一些實施例中，非可發(fā)性塑料材料例如可以被用作送至擠壓機的原料的一部分，或者 作為顆?；蛘叱嗜垠w流的形式。然而，送至擠壓機的塑料材料的饋入流將在重量上是可發(fā) 性塑料材料的優(yōu)選地至少40%、更優(yōu)選地60%、甚至更優(yōu)選地90%，且最優(yōu)選地基本上僅是可 發(fā)性塑料材料。在具體優(yōu)選實施例中，僅呈顆粒形式的可發(fā)性塑料材料被用作送至擠壓機 的饋入流。
[0015] 在工藝的某些實施例中，僅發(fā)生制?；驍D壓中的任一者。在其它實施例中，制粒發(fā) 生之后將是后續(xù)的注塑。在又一些實施例中，緩沖系統(tǒng)將被提供在混合器-熱交換器和注塑 單元之間的位置，以便促進(jìn)通常的連續(xù)或半連續(xù)的擠壓工藝和通常的不連續(xù)或批量注塑工 藝之間的轉(zhuǎn)變。
[0016] 通過本發(fā)明的工藝可獲得，優(yōu)選地獲得，顆粒的可發(fā)性塑料材料，在該工藝中存在 制粒單元，其中制粒單元是水下制粒機或拉條制粒機(strand granulator)，并且執(zhí)行過濾 的熔融可發(fā)性塑料材料的制粒以形成顆粒的可發(fā)性塑料材料，且其優(yōu)選地包含一種或多種 添加物，更優(yōu)選地包含至少一種阻燃劑化合物和由熔體穩(wěn)定劑、增效劑、紅外反射劑、紅外 吸收劑、顏料、成核劑和蠟構(gòu)成的集合中的至少一種。
[0017]通過本發(fā)明的工藝可獲得，優(yōu)選地獲得，擠壓成形的發(fā)泡塑料材料的第三進(jìn)一步 目標(biāo)，其中熔融的可發(fā)性塑料材料或過濾的熔融可發(fā)性塑料材料由模具擠壓至受控的減小 的壓力，優(yōu)選地大氣壓力，以產(chǎn)生擠壓成形的發(fā)泡塑料材料，其優(yōu)選地包含一種或多種添加 物，更優(yōu)選地包含至少一種阻燃劑化合物和由紅外反射劑、紅外吸收劑、顏料、成核劑和蠟 構(gòu)成的集合中的至少一種。在許多實施例中，優(yōu)選的將是，工藝的饋入流中的可發(fā)性塑料材 料由懸浮聚合方法獲得，因為該方法在常規(guī)上最廣泛地用于可發(fā)性塑料顆粒的生產(chǎn)。
[0018] 本發(fā)明的這些進(jìn)一步目標(biāo)共享由本發(fā)明的工藝獲得的優(yōu)點，即，在僅非常少的發(fā) 泡劑損失的情況下完全回收可發(fā)性塑料材料的純粹再生原料和/或定制或升級已存在的可 發(fā)性塑料顆粒材料的原料，并且因此允許有利地使用整體更低的加工溫度曲線和熔體溫 度。在某些特定實施例中，工藝中的最高熔體溫度是210、優(yōu)選地200、更優(yōu)選地190、甚至更 優(yōu)選地180，且最優(yōu)選地175°C。由于本發(fā)明中的這種溫和加工，因此在加工期間Mw和Mn僅存 在有限的減少并且可發(fā)性塑料材料的Mw/Mn僅存在有限的增加。在一些實施例中，Mn的減少 小于40%、優(yōu)選地30%，并且Mw的減少小于20%、優(yōu)選地15%，并且Mw/Mn的增加小于35%、優(yōu)選地 25%〇
[0019] 在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的熔融可發(fā)性再生塑料材料、過濾熔融可發(fā)性塑料材料、 顆?？砂l(fā)性塑料材料或者擠壓成形的發(fā)泡塑料材料具有150-250 kDalton(千道爾頓）（絕 對)的Mw的分子量性質(zhì)和在2.1和2.5之間的Mw/Mn(當(dāng)利用THF作為溶劑由GPC測量時）。這樣 的分子量性質(zhì)產(chǎn)生所得產(chǎn)品的良好的加工和/或機械性質(zhì)。
[0020] 在本發(fā)明的工藝和系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，系統(tǒng)中不存在可選的發(fā)泡劑劑量裝置， 并且不需可選地添加可選的額外發(fā)泡劑。這種實施例在簡化本發(fā)明的系統(tǒng)和工藝方面具有 重要優(yōu)勢，因此降低了投資成本和維護(hù)操作并且消除了氣態(tài)原材料的成本、復(fù)雜性和潛在 危險。這些益處可歸因于使用可發(fā)性塑料材料作為本發(fā)明的工藝中的主要饋入流或甚至唯 一饋入流。
[0021] 在本發(fā)明的工藝的一種實施例中，存在一個或多個可選的靜態(tài)混合器單元，并且 借助于該一個或多個可選的靜態(tài)混合器單元執(zhí)行熔融可發(fā)性塑料材料的額外混合，并且存 在熔體過濾單元并且在后續(xù)的制粒、擠壓或注塑之前借助于熔體過濾單元執(zhí)行熔融可發(fā)性 塑料材料的過濾以形成過濾的熔融可發(fā)性材料。在又一些實施例中，可以存在進(jìn)一步的額 外靜態(tài)混合器單元。當(dāng)添加諸如發(fā)泡劑的額外組分時，靜態(tài)混合器單元特別有益，這是因為 靜態(tài)混合器增強了發(fā)泡劑或者其它組分在熔融可發(fā)性材料中的分散。熔體過濾單元特別有 益于與會被粒子污染的再生浸漬顆粒的饋入流一起使用，并且當(dāng)使用水下制粒且潛在地也 使用帶有小的拉條模具孔大小的拉條制粒時使用過濾器將減少堵塞并因此清潔和維護(hù)模 具。
[0022] 在本發(fā)明的工藝的另一實施例中，存在可選的發(fā)泡劑計量裝置，并且借助于可選 發(fā)泡劑計量裝置執(zhí)行額外發(fā)泡劑的可選添加。當(dāng)待回收和饋送至擠壓機單元以便熔化的廢 棄可發(fā)性塑料材料是舊的且已經(jīng)老化并損失發(fā)泡劑時，這種實施例是有利的。在各種實施 例中，基于總聚合物熔體的質(zhì)量，添加的額外發(fā)泡劑的量將小于4 wt%、更優(yōu)選地3 wt%且甚 至更優(yōu)選地2 wt%、最優(yōu)選的實施例為I wt%。替代性地，當(dāng)針對需要更高水平的發(fā)泡劑的另 一應(yīng)用回收、定制或升級可發(fā)性塑料材料時，或者當(dāng)期望添加可發(fā)性塑料材料饋料中不存 在的共同發(fā)泡劑(co-expansion agent)時，可以使用這種實施例。
[0023] 在上述工藝實施例的具體實施例中，實現(xiàn)發(fā)泡劑計量裝置以便將可選的發(fā)泡劑注 入擠壓機單元內(nèi)，優(yōu)選地雙螺桿擠壓機內(nèi)。在不使用靜態(tài)混合器的情況下注入擠壓機單元 以便分散和混合需要更少的投資并且允許潛在的更小的占用空間，原因在于缺少靜態(tài)混合 器。雙螺桿擠壓機是優(yōu)選的，因為其相對于單螺桿擠壓機具有額外的分散和剪切混合。
[0024] 不過，使用擠壓機單元代替（多個)靜態(tài)混合器來分散和混合可選發(fā)泡劑就工藝的 加工窗口和所需的螺桿設(shè)計而言將更不靈活。因此，在替代性實施例中，存在(多個)可選靜 態(tài)混合器單元，并且借助于可選的（多個)靜態(tài)混合器單元執(zhí)行熔融可發(fā)性塑料材料的可選 額外混合，并且實現(xiàn)發(fā)泡劑計量裝置以便將可選發(fā)泡劑注入(多個)靜態(tài)混合器單元和/或 在（多個)靜態(tài)混合器單元之前注入可選發(fā)泡劑。在特別優(yōu)選的實施例中，存在至少兩個靜 態(tài)混合器單元，其中在第一靜態(tài)混合器單元中執(zhí)行分散步驟，且這使得混合物經(jīng)受強烈的 混合;并且其中在第二靜態(tài)混合器單元中執(zhí)行保持步驟，且這使得混合物經(jīng)受比在第一靜 態(tài)混合器單元中所經(jīng)受的更不強烈的混合(均質(zhì)化）。這種實施例有利地為發(fā)泡劑在熔融聚 合物中的溶解和混合提供了充足的時間。
[0025] 根據(jù)噴注可選發(fā)泡劑的工藝的具體實施例，其包括一種或多種發(fā)泡劑，優(yōu)選地是 惰性氣體、羥甲基、甲酸甲酯、戊烷、丁烷或其混合物。這些發(fā)泡劑對環(huán)境傷害更小。
[0026] 在工藝的另一實施例中，母料(masterbatch)被添加到擠壓機單元，優(yōu)選地單螺桿 擠壓機。單螺桿擠壓機缺少雙螺桿擠壓機的分散和混合，并且因此母料將由單螺桿擠壓機 便利地用于增強添加物的添加的分散和混合。母料允許加工機在本發(fā)明的工藝期間經(jīng)濟(jì)地 定制或升級可發(fā)性塑料材料。添加物母料可以修改基礎(chǔ)可發(fā)性塑料材料的各種性質(zhì)，諸如 其耐紫外光、阻燃、防靜電、潤滑、防滑、抗腐蝕、防微生物、抗氧化、擠壓或磷光性質(zhì)。本發(fā)明 中的優(yōu)選添加物包括紅外吸收劑或反射劑(例如石墨）、成核劑和阻燃劑。
[0027] 在具有與先前實施例類似的優(yōu)點的另一實施例中，添加物被添加到擠壓機單元， 優(yōu)選地雙螺桿擠壓機。由于其良好的分散和剪切混合性質(zhì)，雙螺桿擠壓機能夠靈活地添加 添加物而不需要使用母料。
[0028] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的各項權(quán)利要求和實施例的主題可以在組合在技 術(shù)上可行的程度上進(jìn)行組合，而不限于本發(fā)明。在這種組合中，任一權(quán)利要求的主題可以與 其它權(quán)利要求中的一項或多項的主題組合。在主題的這種組合中，任一工藝權(quán)利要求的主 題可以與一項或多項其它工藝權(quán)利要求的主題或一項或多項顆?？砂l(fā)性再生塑料材料或 擠壓成形的發(fā)泡塑料材料或模制發(fā)泡塑料物品權(quán)利要求的主題或一項或多項工藝權(quán)利要 求和材料或物品權(quán)利要求的混合的主題組合。通過類比，任一項材料或物品權(quán)利要求的主 題可以與一項或多項其它材料或物品權(quán)利要求的主題或一項或多項工藝權(quán)利要求的主題 或一項或多項材料或物品權(quán)利要求與過程權(quán)利要求的混合的主題組合。例如，任一權(quán)利要 求的主題可以與任意數(shù)量的其它權(quán)利要求的主題組合而在這樣的組合在技術(shù)上可行的程 度上不受限制。
[0029] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的各種實施例的主題的組合是可能的且不限于本 發(fā)明。例如，上文提及的工藝實施例之一的主題可以與其它上文提及的材料實施例中的一 個或多個的主題組合或者反之亦可，只要技術(shù)上可行就不受限制。
【附圖說明】
[0030] 后文將參照本發(fā)明的各種實施例以及附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。示意性的附圖示 出： 圖1示出用于通過制造顆粒可發(fā)性再生塑料材料、擠壓的成形的發(fā)泡塑料材料或模制 發(fā)泡塑料物品回收和/或定制可發(fā)性塑料材料的工藝和系統(tǒng)的五種實施例的示意圖，所述 系統(tǒng)包括擠壓機單元、混合器-熱交換器單元、恪體栗單元、與模具一起的制粒單元和/或注 塑單元。
[0031] 圖2示出用于通過制造顆?？砂l(fā)性再生塑料材料回收和/或定制可發(fā)性塑料材料 的工藝和系統(tǒng)的三種實施例的示意圖，所述系統(tǒng)包括擠壓機單元、混合器-熱交換器單元、 恪體栗單元和制粒單元。
[0032] 圖3示出用于通過制造擠壓的成形的發(fā)泡塑料材料回收和/或定制可發(fā)性塑料材 料的工藝和系統(tǒng)的三種實施例的示意圖，所述系統(tǒng)包括擠壓機單元、混合器-熱交換器單 元、恪體栗單元和模具。
[0033]圖4是密度為（a)21 g/L(Mag=20X)和（b)ll g/l(Mag=12X)的發(fā)泡珠 （expanded pearl)，其由通過本發(fā)明的工藝的實施例生產(chǎn)的顆?？砂l(fā)性塑料材料產(chǎn)生。
[0034] 表1是比較在本發(fā)明的工藝之前和之后的可發(fā)性塑料材料(EPS)的分子量性質(zhì)的 表格。
【具體實施方式】
[0035] 定義 如在本申請的說明書和權(quán)利要求中所用的那樣，應(yīng)該應(yīng)用下述定義： 作為先行詞的〃一〃、〃一個〃和〃該〃可以指代單數(shù)或復(fù)數(shù)中的任一者，除非上下文另有 指示。
[0036] "可發(fā)性塑料材料"是包含大量發(fā)泡劑的塑料材料，該發(fā)泡劑的量是能夠借助于頂 空氣相色譜法檢測的量。在一些實施例中，可發(fā)性塑料材料中的發(fā)泡劑的量是至少I wt%， 優(yōu)選地4至8 wt%。因此，可發(fā)性塑料材料區(qū)別于由模制和擠壓可發(fā)性塑料材料(諸如EPS)的 發(fā)泡或已成泡沫的產(chǎn)品（最多包含僅低水平的殘余發(fā)泡劑）。
[0037]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，由常規(guī)懸浮聚合和熔體浸漬工藝獲得的可發(fā)性塑料顆粒 可通過其外觀和化學(xué)組分被容易地彼此區(qū)分。
[0038] 來自懸浮聚合工藝的顆粒在形狀上非常接近完美球形，而來自熔體浸漬工藝的顆 粒在形狀上是更不完美的球形，這是因為它們是例用水下制粒機或拉條制粒機被制備的。 此外，顆?？梢员舜藚^(qū)分的原因在于，來自水下或拉條制粒工藝(熔體浸漬工藝）的顆粒在 其表面上展示出由于與切割刃或刀接觸產(chǎn)生的切割線，而這樣的切割線不存在于由懸浮聚 合方法制備的顆粒的表面。
[0039] 此外，已知專用的表面活性劑系統(tǒng)被用于穩(wěn)定懸浮聚合方法所產(chǎn)生的可發(fā)性塑料 顆粒。這樣的表面活性劑也可以用其它術(shù)語指代，諸如被稱為懸浮穩(wěn)定劑、懸浮劑、穩(wěn)定劑 或保護(hù)膠體。這些表面活性劑通常與Pickerings穩(wěn)定劑（或者保護(hù)膠體）一起使用，如 US8173714B2的示例中所描述的那樣。替代性地，它們可以與陰離子表面活性劑一起使用或 者單獨使用。重要的是注意到，這樣的表面活性劑系統(tǒng)不用在用以制備可發(fā)性塑料顆粒的 熔體浸漬工藝中。
[0040] 一些代表性表面活性劑系統(tǒng)及其組分是在US 7，825,165 B2中公開的"有機懸浮 劑、穩(wěn)定劑和陰離子表面活性劑"，在WO 2 014 / 0 0 914 5 A1中公開的"穩(wěn)定劑或懸浮劑"、在 DE3331570A11中公開的"保護(hù)膠體"以及在US4036794A1中公開的"懸浮穩(wěn)定劑和保護(hù)膠 體"。
[0041] 因此，通過懸浮聚合方法制備的且因此包含表面活性劑和/或其殘余物的可發(fā)性 塑料顆粒在化學(xué)上區(qū)別于由熔體浸漬方法制備的缺乏這些表面活性劑和/或其殘余物的可 發(fā)性塑料顆粒?？梢酝ㄟ^常規(guī)分析方法檢測這些表面活性劑及其殘余物，諸如在John Wiley & Sons在2005年出版的（ISBN: 978-0-470-85062-6)由Jan C. J. Bart撰寫的 "Additives in Polymers: Industrial Analysis and Applications" 中所公開的那些分 析方法。
[0042] "發(fā)泡齊If是能夠在經(jīng)歷硬化、固化或相變的塑料材料中經(jīng)由起泡(foaming)工藝 產(chǎn)生蜂窩結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。其通常已知為化學(xué)或物理成泡劑(blowing agent)。在本發(fā)明中，發(fā) 泡劑將優(yōu)選地是物理成泡劑。
[0043] "第一發(fā)泡劑實質(zhì)上被包含在顆?？砂l(fā)性塑料材料中或者被用于形成擠壓成形的 發(fā)泡塑料材料或模制發(fā)泡塑料物品"意味著在本發(fā)明的工藝中將極少損失發(fā)泡劑。在一種 實施例中，基于可發(fā)性塑料材料的重量(例如顆粒），且相對于借助于饋入流中的可發(fā)性塑 料材料被引入工藝中的第一發(fā)泡劑的含量測量的發(fā)泡劑的損失將小于I wt%、優(yōu)選地0.8 wt%、更優(yōu)選地0.6 wt%，且最優(yōu)選地小于0.5 wt%。
[0044] 例如，在若干實施例中，饋入流中的可發(fā)性塑料材料將具有大約4 wt%至大約8 wt%、優(yōu)選地大約5 wt%至大約6 wt%的發(fā)泡劑含量，并且當(dāng)饋入流基本上僅由可發(fā)性塑料材 料構(gòu)成且在工藝期間沒有添加額外發(fā)泡劑時，所產(chǎn)生的顆粒可發(fā)性塑料材料將具有低大約 0.05 wt%至大約0.8 wt%的發(fā)泡劑含量。
[0045] 第一發(fā)泡劑的損失的量可以容易地通過比較第一發(fā)泡劑的量與由工藝產(chǎn)生的顆 ?？砂l(fā)性塑料材料中存在的發(fā)泡劑的總量來確定，且例如考慮到任意額外發(fā)泡劑至工藝的 添加以及饋入流中的任意非可發(fā)性塑料材料的量以及添加的添加物的量等等。對于直接擠 壓或注塑產(chǎn)品的實施例而言，可以通過例如借助于采樣端口在模具或注塑單元之前不久取 得熔融可發(fā)性塑料材料的樣品來測量發(fā)泡劑的量。
[0046] 作為示例，可以使用氣相色譜泡孔氣體(cell gas)分析來測量各種產(chǎn)品和中間樣 品中的發(fā)泡劑的組分，以及其在修改的分析方法中的含量。已經(jīng)研發(fā)了特定的多次頂空萃 取毛細(xì)管氣相色譜(MHE-CGC)方法以便定量、精確且迅速地確定固體(諸如塑料）中的揮發(fā) 性組分。具體地，ASTM D4526提供了通過靜態(tài)頂空氣相色譜法確定聚合物中的揮發(fā)物的標(biāo) 準(zhǔn)慣例。替代性地，與FTIR或MS相聯(lián)的熱重分析也可以用于塑料中的揮發(fā)物的定量分析。用 于定量分析揮發(fā)物質(zhì)（諸如發(fā)泡劑）的若干常規(guī)方法在2005年英國West Sussex的John Wiley & Sons 出版（ISBN 0-470-85062-0)的由 J.C.J.Bart 撰寫的 Additives in Polymers: Industrial Analysis and Applications中公開。
[0047] 替代性地，可以借助于通過本發(fā)明的工藝產(chǎn)生的顆?？砂l(fā)性塑料材料、擠壓成形 的發(fā)泡塑料材料或者模制發(fā)泡塑料物品的密度測量來間接地測量發(fā)泡劑的含量。將根據(jù) ISO 845或者ASTM D1622中的任一者來測量這樣的密度。然后這些產(chǎn)品的密度可以與用工 藝(其中僅原始非可發(fā)性塑料材料被用作饋入流并且添加了已知量的發(fā)泡劑)所獲得的產(chǎn) 品的密度相比較。此外，也可以通過測量擠壓機單元中或者系統(tǒng)中的其它位置的熔體粘性 并且將這些值與在相當(dāng)?shù)墓に嚄l件(溫度、壓力和時間等）下（其中已經(jīng)添加已知量的發(fā)泡 劑)的相當(dāng)?shù)脑挤强砂l(fā)性塑料材料的熔體粘性相比較來間接地測量發(fā)泡劑的含量。
[0048] 注意到的是，用于控制聚合物珠 (polymer bead)的成泡劑含量的在線近場紅外 (NIR)方法是已知的。例如，EP 1752236 Bl公開了用于控制在消失模鑄造工藝中產(chǎn)生圖案 的聚合物珠子的發(fā)泡劑含量的這種方法。因此，在一種實施例中，可以使用在線NIR測量來 測量和控制例如在饋入流101和/或熔融可發(fā)性塑料材料110中的發(fā)泡劑的含量，使得可以 添加額外發(fā)泡劑80,以確保在顆粒可發(fā)性塑料材料130中實現(xiàn)規(guī)定水平，或者規(guī)定水平被用 于形成擠壓成形的發(fā)泡塑料材料140或者模制發(fā)泡塑料物品150。在替代性實施例中，可以 借助于在線流變測量間接地測量和控制發(fā)泡劑的含量。
[0049] 在本發(fā)明中，包含在可發(fā)性塑料材料中（例如在本發(fā)明的工藝完成之前、期間或之 后）的第一發(fā)泡劑的含量被限定為由頂空氣相色譜法確定的含量。
[0050] 本申請中的"母料"被限定為用于可發(fā)性塑料材料的固體(顆?；蛘吒苫炝?或者 液體添加物，其用于為可發(fā)性塑料材料(添加物母料)賦予特定性質(zhì)。因此，母料通常是在熱 加工期間被封裝到載體樹脂(其之后被冷卻并制粒）內(nèi)的添加物的濃縮混合物。母料應(yīng)用在 塑料材料的定制和升級中。
[0051] 本申請中的數(shù)值涉及平均值。此外，除非不同地指示，否則數(shù)值應(yīng)該被理解為包括 當(dāng)歸約到相同位數(shù)的有效數(shù)字時是相同的數(shù)值，以及與所陳述的數(shù)值的差異小于本申請中 所描述的用于確定該值的類型的常規(guī)測量技術(shù)的實驗誤差的數(shù)值。
[0052] 回收可發(fā)性材料的工藝或系統(tǒng)意味著工藝的產(chǎn)品或系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品包括至少一 部分再生可發(fā)性材料。再生可發(fā)性材料包含第一發(fā)泡劑，且其通常是不合格材料(例如，過 小的或過大的浸漬粒料）。在任意情況中，再生可發(fā)性材料已經(jīng)包含第一發(fā)泡劑，并且其通 常將呈顆?；蛘吡Ａ系男问健５谝话l(fā)泡劑沒有特殊限制，并且其大體上將是常規(guī)物理成泡 齊丨J，諸如 CFC(例如 CFC-II)、HCFC(例如 HCFC-22、HCFC-142b、HCFC-134a 或者 HFC-365mfc)、 HCC、HFC、碳?xì)浠衔?例如異丁烯、丁烷、正戊烷、異戊烷或環(huán)戊烷）、甲酸甲酯、羥甲基、水、 氮、CO2或它們的組合。饋入流中的可發(fā)性塑料材料將通常包含I wt%至10 wt%、優(yōu)選地2 wt%至9 wt%、更優(yōu)選地5 wt%至8 wt%的物理成泡劑。因此，再生可發(fā)性材料是通向工藝和系 統(tǒng)的饋入流的一部分。
[0053]在各種實施例中，工藝的中間物、產(chǎn)品或者由系統(tǒng)生產(chǎn)的中間物、產(chǎn)品（即，根據(jù)工 藝的具體步驟和系統(tǒng)的具體單元，熔融可發(fā)性材料、過濾熔融可發(fā)性材料、顆?？砂l(fā)性材料 或者擠壓成形的發(fā)泡塑料材料)將包括至少25 wt%、優(yōu)選地50 wt%、更優(yōu)選地75 wt%、甚至 更優(yōu)選地90 wt%、最優(yōu)選地基本上全部的產(chǎn)品，作為再生可發(fā)性材料?；旧?全部"意味著 產(chǎn)品的樹脂組分的全部wt%均來自于再生材料，因此忽略了添加物和/或發(fā)泡劑等的貢獻(xiàn)。 [0054]用于定制可發(fā)性塑料材料的工藝或者系統(tǒng)意味著工藝的產(chǎn)品或者由系統(tǒng)生產(chǎn)的 產(chǎn)品包括至少一部分預(yù)先存在的可發(fā)性材料(諸如由用于EPS的常規(guī)懸浮方法所生產(chǎn)的）。 因此，一種實施例涉及升級預(yù)先存在的存料可發(fā)性材料以包括增值和/或功能性添加物。因 此，預(yù)先存在的可發(fā)性材料是通向工藝和系統(tǒng)的原料。在任意情況下，預(yù)先存在的可發(fā)性材 料已經(jīng)包含發(fā)泡劑，并且其將大體上呈顆粒或者粒料的形式。在各種實施例中，工藝的中間 物或產(chǎn)品或者由系統(tǒng)生產(chǎn)的中間物或產(chǎn)品（即，根據(jù)工藝的具體步驟和系統(tǒng)的具體單元，熔 融可發(fā)性材料、過濾熔融可發(fā)性材料、顆粒可發(fā)性材料或者擠壓成形的發(fā)泡塑料材料)將包 括至少50 wt%、優(yōu)選地60 wt%、更優(yōu)選地75 wt%、甚至更優(yōu)選地90 wt%、最優(yōu)選地基本上全 部的產(chǎn)品作為預(yù)先存在的可發(fā)性材料。基本上全部意味著產(chǎn)品的樹脂組分的全部wt%均來 自于預(yù)先存在的可發(fā)性材料，因此忽略了添加物和/或發(fā)泡劑等的貢獻(xiàn)。
[0055]如之前討論的，在僅非常少的發(fā)泡劑損失的情況下全部回收可發(fā)性塑料材料的純 粹再生原料和/或定制或升級預(yù)先存在的可發(fā)性塑料顆粒材料的本發(fā)明的工藝的特征因此 允許有利地使用整體更低的加工溫度曲線和熔體溫度。這是因為第一發(fā)泡劑81的存在起作 用以降低擠壓機單元10中的熔融塑料材料的粘性，并且其中能夠?qū)崿F(xiàn)更溫和的溫度曲線和 更低的最大熔體溫度。在某些實施例中，可以借助于在線流變計方便地測量擠壓機單元10 中的相對恪體粘性，該流變計借助于端口（諸如標(biāo)準(zhǔn)M18端口）直接連接到擠壓機單元10。 [0056]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，回收和定制可發(fā)性塑料材料這二者的組合是可能的，其 中使用再生可發(fā)性材料和可發(fā)性材料的預(yù)先存在的原料二者的饋入流。上文討論的各種實 施例中的所述工藝和系統(tǒng)的特性在于，大部分或甚至基本上所有的原料均包含第一發(fā)泡劑 81。因此，這些實施例中的許多實施例將需要添加極少或甚至不添加額外發(fā)泡劑80。
[0057]然而，在一些實施例中，例如在針對需要發(fā)泡劑的更大裝載的應(yīng)用升級或定制原 料時，或者因為在本發(fā)明的工藝開始之前由于更長期的存儲和/或更高的溫度導(dǎo)致一些發(fā) 泡劑已經(jīng)從可發(fā)性塑料材料100中損失時，將添加額外發(fā)泡劑80,例如以增大發(fā)泡劑在熔融 可發(fā)性塑料材料110中的裝載。在這些實施例中的一些實施例中，將在線監(jiān)測熔體粘性并且 將以足以維持恒定的期望熔體粘性的量來添加額外發(fā)泡劑80。額外發(fā)泡劑80沒有具體限 制，并且其將優(yōu)選地是物理起泡劑。在各種實施例中，其將與第一發(fā)泡劑81相同或不同。在 若干實施例中，其將由于環(huán)境考量而優(yōu)選地不是CFC、HCFC、HCC或者HFC。
[0058]圖1示出通過制造熔融可發(fā)性材料110來回收和/或定制可發(fā)性塑料材料的工藝和 系統(tǒng)1的三種實施例的示意圖，該熔融可發(fā)性材料110隨后被制粒、擠壓或注塑。系統(tǒng)1的這 些具體實施例僅具有擠壓機單元10、混合器-熱交換器單元20和熔體栗單元50以及制粒單 元40、模具90或者注塑單元95中的任一者。因此這些實施例均沒有借助于可選的發(fā)泡劑計 量裝置70可選地添加可選發(fā)泡劑80。此外，圖1(b)中的實施例包括將添加物210添加到雙螺 桿擠壓機12，并且圖I (c)中的實施例包括單螺桿擠壓機14。
[0059] 在圖I(d)中的實施例中，熔融可發(fā)性塑料材料110借助于緩沖系統(tǒng)96被饋送到注 塑單元95。在圖1(e)中的實施例中，熔融可發(fā)性塑料材料110首先被制粒以產(chǎn)生130顆粒發(fā) 泡塑料材料，其之后被饋送到離線注塑單元95。
[0060] 本發(fā)明的工藝和系統(tǒng)不受具體限制，除非另有說明。用于制備可發(fā)性聚合物的工 藝和系統(tǒng)以及其應(yīng)用是眾所周知的并且在例如2004年1月1日由英國Rapra Press of Shawbury 出版且由D· Eaves編輯的Handbook of Polymer Foams(ISBN 1-85957-388-6) 中以及在2004年4月德國Hanser Gardner Publ · of Munich出版的由D · Klempner，V. Sendijarevic和R.M.Aseeva編輯的Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology 第二版（ISBN 1-56990-336)中描述。制備可發(fā)性聚合物顆粒的工藝的進(jìn)一步公開見于US 4,243,717、US 5,000,891和US 4,606,873。
[0061] 除非另外具體地說明，否則本發(fā)明的工藝可以包括常規(guī)的且本領(lǐng)域公知的步驟并 使用常規(guī)的且本領(lǐng)域公知的聚合物和原材料。工藝步驟可以包括干燥、研磨、混合、饋送、運 送、均質(zhì)化和定制。用作生產(chǎn)熔融可發(fā)性材料110的原材料的聚合物包括聚苯乙烯、諸如聚 乙烯或聚丙烯的聚烯烴、聚氨酯、乙烯-乙烯醇、聚乙烯醇、聚己內(nèi)酯、聚乳酸、淀粉、聚對苯 二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯彈性體，聚對苯二甲酸環(huán) 己烷、聚萘二甲酸乙二酯、諸如聚碳酸酯或聚苯醚的工程熱塑料，或其混合物和/或共聚物。
[0062]在本發(fā)明的工藝和系統(tǒng)中使用的添加物包括用于減少摩擦的添加物(爽滑劑）、抗 氧化劑、光穩(wěn)定劑、防堵塞劑、防靜電劑、防霧/潤濕劑、分散技術(shù)、工藝穩(wěn)定劑、紅外吸收劑、 紅外反射劑以及納米顆粒紫外吸收劑。因此，熔融可發(fā)性塑料材料110、過濾熔融可發(fā)性塑 料材料120、顆?？砂l(fā)性塑料材料130和擠壓成形的發(fā)泡塑料材料140也可以包含有效量的 常規(guī)添加物，諸如染料、填料、穩(wěn)定劑、阻燃劑、增效劑、成核劑、潤滑劑、抗靜電劑、顏料、炭 黑、石墨、鋁、無機粒子、不透熱粒子和蠟。能夠通過側(cè)流來添加這樣的添加物，因此使得能 夠?qū)崿F(xiàn)對液體和固體添加物以及母料的加工。通過使用靜態(tài)混合器可以有利地實現(xiàn)必要的 均質(zhì)化以便產(chǎn)品內(nèi)的添加物均勻地分布。
[0063]因此在本發(fā)明的工藝的實施例中，在工藝的過程中能夠獲得、優(yōu)選地已獲得的熔 融可發(fā)性塑料材料110或者過濾熔融可發(fā)性塑料材料120優(yōu)選地包含一種或多種添加物，更 優(yōu)選地包含至少一種阻燃化合物和由熔體穩(wěn)定劑、增效劑、紅外反射劑、紅外吸收劑、顏料、 成核劑和蠟構(gòu)成的集合中的至少一種。這些定制的可發(fā)性熔融塑料材料隨后被制粒、擠壓 或者被間接或直接注塑。
[0064]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，由本發(fā)明的工藝能夠獲得、優(yōu)選地已獲得的顆粒可發(fā)性 塑料材料130優(yōu)選地包含一種或多種添加物，更優(yōu)選地包含至少一種阻燃化合物和由熔體 穩(wěn)定劑、增效劑、紅外反射劑、紅外吸收劑、顏料、成核劑和蠟構(gòu)成的集合中的至少一種，其 中饋入流101中的可發(fā)性塑料材料100由懸浮聚合方法獲得，其能夠容易地區(qū)別于本領(lǐng)域公 知的顆?？砂l(fā)性塑料材料。這是因為在這種實施例中的這些顆?？砂l(fā)性塑料材料將具有水 下制粒(諸如更不完美的球形形狀以及在其表面上存在切割線）以及懸浮聚合工藝的化學(xué) 特征(諸如表面活性劑系統(tǒng)或其殘余物的能夠檢測到的組分)兩者的結(jié)合的特性。因此，視 覺觀察表面上的切割線以及通過化學(xué)分析方法檢測表面活性劑系統(tǒng)或其殘余物的組分可 以被用于識別這種實施例的獨特的顆?？砂l(fā)性塑料材料130。
[0065] 本發(fā)明的系統(tǒng)可以包括擠壓領(lǐng)域中常用且公知的單元、子單元和輔助件，包括栗、 料斗、給料機、熱交換器、靜態(tài)混合器、攪拌機、誘導(dǎo)器(inducer)、控制系統(tǒng)、電源、冷卻劑和 加熱流體供應(yīng)和分布器、栗、閥、管道、管線、貯存器、鼓輪、箱(tank)和用于測量諸如流動、 溫度、壓力和水平的參數(shù)的傳感器?？梢员憷亟柚谂鋫溆羞m當(dāng)傳感器的計算機接口來 控制本發(fā)明的工藝和系統(tǒng)。擠壓系統(tǒng)及其部件和操作過程是公知的，例如已知于2005年 William Andrews of Norwich, NY出版的由H.F. Giles Jr、E.M. Mount III、J.R. Wagner, Jr撰寫的Extrusion: The Definitive Processing Guide and HandbookCISBN 0-8155-1473-5)〇
[0066] 擠壓機單元10不受具體限制，并且其可以是熔體捏合機、單螺桿擠壓機14(如圖I (c)中所示)或者雙螺桿擠壓機12(如圖1(b)中所示）。如圖1(b)中所示，工藝可以包括將添 加物210添加到擠壓機單元10(優(yōu)選地雙螺桿擠壓機12)的步驟。
[0067]混合器-熱交換器單元20不受具體限制，并且其可以是管殼式熱交換器、直接接觸 式熱交換器、螺旋板式熱交換器，優(yōu)選地其可以是帶有混合元件和塞流的管式熱交換器，諸 如Sulzer SMR靜態(tài)混合器-冷卻器。
[0068]熔體栗單元50不受具體限制，并且例如其可以是單軸或雙軸驅(qū)動齒輪栗。其作用 以確保必要的壓力累積以便允許可選的熔體過濾并且以非常低的能量輸入來造粒。本領(lǐng)域 技術(shù)人員將理解，熔體栗單元50的位置總體上將由所使用的擠壓機的類型（即，單螺桿或雙 螺桿）以及系統(tǒng)的大小來限定。因此，圖Ib的優(yōu)選實施例將包括帶有添加物端口 210、混合器 熱交換器20、熔體栗單元50和制粒單元40或模具90的雙螺桿擠壓機12。圖Ic的優(yōu)選實施例 將包括在單螺桿擠壓機14之后的第二熔體栗單元50?；趩温輻U擠壓機14的其它系統(tǒng)的類 似優(yōu)選實施例(例如圖2c和圖3c)將具有在單螺桿擠壓機50之后的第二熔體栗單元50。在本 發(fā)明的工藝和系統(tǒng)中，擠壓機單元10中的通常溫度將起自至少大約ll〇°C、優(yōu)選地120°C、更 優(yōu)選地140°C、最優(yōu)選地150°C的最小熔體溫度?；旌掀?熱交換器中的熔體溫度將通常是從 大約150°C至大約200°C、優(yōu)選地從大約155°C至大約190°C、更多優(yōu)選地從大約160°C至大約 180°C。在許多實施例中，混合器-熱交換器20中的熔體溫度將與擠壓機單元10中的熔體溫 度大約相同或者優(yōu)選地小于擠壓機單元10中的熔體溫度。擠壓機單元10中的最大熔體溫度 和混合器-熱交換器單元20中的熔體的最大溫度之間的差異將是從(TC至15°C。應(yīng)該注意 到，可以便利地例如借助于常用的齊平安裝的熔體熱電偶來測量熔體溫度，該熱電偶通常 安置在擠壓機筒中，不過偶爾安裝在模具轉(zhuǎn)接器中。
[0069] 此外，在制備熔融可發(fā)性材料時，圖1的實施例可以可選地具有額外單元和裝置和 步驟(未示出）。這樣的可選系統(tǒng)特征和工藝步驟可以包括:一個或多個可選靜態(tài)混合器單 元60以便可選地額外混合熔融可發(fā)性塑料材料110;可選發(fā)泡劑計量裝置70，實現(xiàn)其以便將 可選發(fā)泡劑80注入擠壓機單元10內(nèi)和/或注入可選靜態(tài)混合器單元60內(nèi)或在可選靜態(tài)混合 器單元60之前注入;可選熔體過濾單元(30)以便可選地過濾熔融可發(fā)性塑料材料110以形 成過濾熔融可發(fā)性材料120。
[0070] 應(yīng)該注意到，圖1的實施例繼續(xù)向下游到達(dá)制粒單元40(諸如水下制粒機以制造可 發(fā)性顆?；蛘呃瓧l制粒機以制造泡沫條粒(foamed strand))，或者到達(dá)模具90以制造泡沫 管、板或其它形式，或者它們可以繼續(xù)間接地或者直接地到達(dá)注塑系統(tǒng)95以間接地(離線） 或甚至以一體式且連續(xù)或半連續(xù)工藝直接地制造泡沫物品。
[0071] 圖2圖示用以制備顆?？砂l(fā)性塑料材料130的工藝和系統(tǒng)的三種示例性實施例。因 此，這些實施例均具有制粒單元40以便從過濾熔融可發(fā)性塑料材料120產(chǎn)生顆?？砂l(fā)性塑 料材料130。此外，它們圖示可以存在可選的熔體過濾單元30以便執(zhí)行對熔融可發(fā)性塑料材 料110的可選過濾，以形成過濾熔融可發(fā)性材料120。在示例實施例(a)至(c)中，存在借助于 可選的發(fā)泡劑計量裝置70的可選額外發(fā)泡劑80的添加。在實施例(a)中，額外發(fā)泡劑80被添 加到擠壓機單元10,并且在實施例(b)中，其被添加到雙螺桿擠壓機12。
[0072]在圖2的實施例（c)中，實現(xiàn)發(fā)泡劑計量裝置70以便在靜態(tài)混合器單元60(具體地 第一靜態(tài)混合器單元61)內(nèi)以及之前注入可選額外發(fā)泡劑80，其中在第一靜態(tài)混合器單元 61中執(zhí)行分散步驟并且這使得混合物經(jīng)受強烈混合;并且其中在第二靜態(tài)混合器單元62 中，執(zhí)行保持步驟，并且這使得混合物經(jīng)受比在第一靜態(tài)混合器單元61中所經(jīng)受的更弱的 混合(均質(zhì)化）。圖2(b)圖示(多個)可選靜態(tài)混合器單元60可以替代性地被用于簡單地提供 熔融可發(fā)性塑料材料110的額外混合，并且可以更早地添加可選額外發(fā)泡劑80(如在這種實 施例中）或者甚至根本不添加(未示出）。
[0073]圖2中的實施例也圖示，熔體栗單元50可以或者位于混合器-熱交換器單元20的上 游且在擠壓機單元10的下游（如圖2(a)中所示），或者熔體栗單元50可以位于混合器-熱交 換器單元20的下游且在制粒單元40(或者替代性地模具90或者注塑單元95)的上游(如圖2 (b)和(C)中所示）。
[0074] 圖3圖示用以制備擠壓成形的發(fā)泡塑料材料140的工藝和系統(tǒng)的三種示例實施例。 因此，這些實施例均具有模具90以便由過濾熔融可發(fā)性塑料材料120或熔融可發(fā)性塑料材 料110中的任一者產(chǎn)生擠壓成形的發(fā)泡塑料材料140。模具90不受具體限制，并且其可以是 用于板材產(chǎn)品的衣架型板材模具、用于薄膜產(chǎn)品的T型模具或環(huán)形模具、用于管道和管材的 環(huán)形模具、開放式或封閉式型材擠壓模具或者共擠模具。模具及其設(shè)計例如在由Taylor & Francis在2006年出版的Encyclopedia of Chemical Processing(D01:10.1081/E-ECHP-120039324)中Μ·Μ· Kostic和L.G. Reifschneider所撰寫的 "Design of Extrusion Dies" 中公開。
[0075] 如圖2的實施例中那樣，圖3(a)和(b)的實施例圖示由發(fā)泡劑計量裝置70分別向雙 螺桿擠壓機12或者第一靜態(tài)混合器61添加額外發(fā)泡劑80。圖3(b)和(c)的實施例圖示本發(fā) 明的工藝和系統(tǒng)可以具有一個以上的熔體栗單元50,并且圖3(c)中的實施例圖示母料200 可以被添加到擠壓機單元10,優(yōu)選地單螺桿擠壓機14。
[0076] 示例 陳述以下實施例，以向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員提供如何評估本文中所要求保護(hù)的工藝、 熔融可發(fā)性塑料材料110、顆?？砂l(fā)性塑料材料130、擠壓成形的發(fā)泡塑料材料140和模制發(fā) 泡塑料物品150以及用途的詳細(xì)描述，并且它們不旨在限制本發(fā)明人視為其發(fā)明的范圍。
[0077] 在所有示例中，頂空氣相色譜方法被用于定量各種饋入流中的發(fā)泡劑的含量以及 產(chǎn)生的顆粒可發(fā)性塑料材料的含量。在一些示例中，借助于GPC測量來表征所產(chǎn)生的顆?？?發(fā)性塑料材料的分子量性質(zhì)。利用Malvern GPCmax(英國Malvern Instruments Ltd.)通過 凝膠滲透色譜法（GPC)在四氫呋喃（THF)中測量加工之后的PS的絕對分子量，其中所述 Malvern GPCmax帶有兩個I-MBHMW 3078極性柱和I-Guard 0748極性有機保護(hù)柱以及三重 探測器(triple detector，折射率、光散射和粘度計）。溶解的樣品（4mg/ml)在噴注前被過 濾（ChromafilXtra PTFE注射器過濾器，具有0.45 μπι的孔大小）。帶有穩(wěn)定劑的HPLC級 99.9%的THF購自Sigma Aldrich;其如接收的那樣被使用。首先用窄分布聚苯乙烯(PS)標(biāo)準(zhǔn) 校準(zhǔn)Viscotek TDAmax，并且通過廣分布PS對照來驗證;PS的#"和#?的測量誤差小于5%。
[0078] 示例 1 系統(tǒng)1包括裝備有重量劑量給送設(shè)備和戊烷噴注端口的雙螺桿擠壓機12、第一和第二 靜態(tài)混合器單元61和62、作為混合器-熱交換器單元20的SMR型熱交換器、兩個熔體栗50、換 向閥、用作恪體過濾單元30的保安過濾器(police filter)以及在該示例中使用水下制粒 機系統(tǒng)作為制粒單元40。饋入流101基本上由包含近似5.4 wt%戊烷和成核劑的EPS(作為可 發(fā)性塑料材料100)構(gòu)成。顆?？砂l(fā)性塑料材料130中觀察到近似0.4 wt%的戊烷損失，當(dāng)不 添加額外發(fā)泡劑時，該顆?？砂l(fā)性塑料材料130中的戊烷含量為大約5 wt%。在試驗部分，確 認(rèn)了當(dāng)戊烷添加被注入雙螺桿擠壓機12內(nèi)時，戊烷含量將增加。
[0079] 示例2 另一系統(tǒng)1也包括裝備有重量劑量給送設(shè)備和戊烷噴注端口的雙螺桿擠壓機12、第一 和第二靜態(tài)混合器單元61和62、作為混合器-熱交換器單元20的SMR型熱交換器、兩個熔體 栗50、換向閥、用作熔體過濾單元30的保安過濾器以及在該示例中使用水下制粒機系統(tǒng)作 為制粒單元40。饋入流101基本上由包含近似6 wt%戊烷和成核劑的EPS(作為可發(fā)性塑料材 料100)構(gòu)成。這種再生材料進(jìn)一步通過添加3.5 wt%的紅外吸收劑來定制。整體恪體溫度被 控制在170 °C和172°C之間。在這種加工的情況下觀察到近似0.8-0.6 wt%的戊烷損失，并且 因此顆?？砂l(fā)性塑料材料130具有大約5.2至大約5.4 wt%的戊烷含量。由光學(xué)顯微術(shù)確認(rèn) 紅外吸收劑的均質(zhì)分散，并且產(chǎn)生可具有大約1.4毫米的平均珠大小的微粒料。
[0080]示例3 系統(tǒng)1包括裝備有重量劑量給送設(shè)備的雙螺桿擠壓機12、作為混合器-熱交換器單元20 的SMR型冷卻器、一個熔體栗50、換向閥、熔體過濾單元30以及在該示例中使用水下制粒機 系統(tǒng)作為制粒單元4 0。饋入流101基本上由包含近似5 w t %戊燒、成核劑和防靜電涂料 (coating)的EPS(作為可發(fā)性塑料材料100)構(gòu)成。這種再生材料進(jìn)一步通過添加3 wt%的紅 外吸收劑來定制。擠壓機處的熔體溫度被優(yōu)化為在165和171°C之間，在換向閥處為在152和 154°C之間，并且因此能夠?qū)崿F(xiàn)152至154°C的最終熔體溫度。通過光學(xué)顯微術(shù)確認(rèn)紅外吸收 劑的均質(zhì)分散。
[0081 ]示例4 另一系統(tǒng)1包括裝備有重量劑量給送設(shè)備的雙螺桿擠壓機12、作為混合器-熱交換器單 元20的SMR型冷卻器、一個熔體栗50、換向閥、熔體過濾單元30以及在該示例中使用水下制 粒機系統(tǒng)作為制粒單元40。饋入流101基本上由包含近似5-8 wt%的發(fā)泡劑和2-4 wt%的阻 燃劑的EPS(作為可發(fā)性塑料材料100)構(gòu)成。這種再生材料進(jìn)一步通過添加0.2 wt%的成核 劑和4 wt%的紅外吸收劑來定制。工藝在試驗中持續(xù)穩(wěn)定近似12個小時，并且整體熔體溫度 被控制在大約150°C和大約155°C之間。顆?？砂l(fā)性塑料材料130中觀察到近似0.2-0.5 wt% 的發(fā)泡劑損失。通過光學(xué)顯微術(shù)確認(rèn)紅外吸收劑的均質(zhì)分散，并且產(chǎn)生具有在大約1.35和 大約1.6毫米之間的平均珠大小的微粒料。
[0082]之后利用常規(guī)商業(yè)預(yù)起泡設(shè)備使這些微粒料發(fā)泡至21g/l和llg/l的密度（圖4)。 因此該示例展示了，可以利用本發(fā)明的工藝成功地將再生EPS作為饋入流110再加工，以產(chǎn) 生顆粒可發(fā)性塑料材料130,該顆?？砂l(fā)性塑料材料130可以利用常規(guī)商業(yè)設(shè)備和加工條件 被成功地發(fā)泡和模制，以得到實質(zhì)上等同于由"原始" EPS獲得的那些發(fā)泡和模制的產(chǎn)品。
[0083] 表格1提供了比較在本發(fā)明的工藝之前和之后的一些可發(fā)性塑料材料(EPS)的分 子量性質(zhì)的概覽表。能夠看出的是，在加工以回收EPS的情況下可發(fā)性塑料材料的降解最 小，并且分子量減少的程度和聚合物的多分散指數(shù)增大的程度依賴于所使用的加工條件。 能夠控制諸如溫度和剪切(shear)的加工條件以限制材料降解(特別是在存在阻燃劑的情 況下），同時允許諸如成核劑或紅外吸收劑/反射劑的添加物的優(yōu)異分散?？梢杂欣夭僮?公開的系統(tǒng)1以避免再生可發(fā)性塑料材料原料中存在的阻燃劑和/或作為添加物被劑量給 送的阻燃劑的降解。
[0084] 雖然已經(jīng)出于說明的目的陳述了各種實施例，但是前文的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本 文范圍的限制。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不偏離本文的精神與范圍的情況下想到各種 改型、修改和替代方案。
[0085] 附圖標(biāo)記 1系統(tǒng) 10擠壓機單元 12雙螺桿擠壓機 14單螺桿擠壓機 20混合器-熱交換器單元 25脫氣單元 30可選熔體過濾單元 40制粒單元 50恪體栗單元 60可選靜態(tài)混合器單元 61第一靜態(tài)混合器單元 62第二靜態(tài)混合器單元 70發(fā)泡劑計量裝置 80額外發(fā)泡劑 81第一發(fā)泡劑 90模具 95注塑單元 96緩沖系統(tǒng) 100可發(fā)性塑料材料 101饋入流 Iio熔融可發(fā)性塑料材料 120過濾熔融可發(fā)性塑料材料 130顆粒可發(fā)性塑料材料 140擠壓成形的發(fā)泡塑料材料 150模制發(fā)泡塑料物品 200母料 210添加物
【主權(quán)項】
1. 一種利用包括彼此流體連通的以下單元的系統(tǒng)（1)并且以以下順序回收和/或定制 可發(fā)性塑料材料的工藝，所述系統(tǒng)（1)包括： -擠壓機單元(10) -混合器-熱交換器單元(20) 所述系統(tǒng)（1)還包括也與先前的所述單元（10、20 )流體連通的恪體栗單元(50 )， 其中，所述熔體栗單元（50)或者位于所述混合器-熱交換器單元（20)的上游且在所述 擠壓機單元（10)的下游，或者所述熔體栗單元(50)位于所述混合器-熱交換器單元(20)的 下游， 所述工藝包括以下步驟： -在所述擠壓機單元（10 )中熔化包括含有第一發(fā)泡劑(81)的可發(fā)性塑料材料（100 )的 饋入流(101)，以形成熔融可發(fā)性塑料材料(110)， -在所述混合器-熱交換器單元(20)中冷卻所述熔融可發(fā)性塑料材料(110); -借助于所述熔體栗單元(50)控制所述熔融可發(fā)性塑料材料(110)的熔體壓力， 并且隨后或者： (i) 借助于制粒單元(40)將所述熔融可發(fā)性塑料材料（110)制粒以形成顆?？砂l(fā)性塑 料材料(130)， (ii) 由模具(90)將所述熔融可發(fā)性塑料材料（110)擠壓至受控的減少的壓力，優(yōu)選地 大氣壓力，以產(chǎn)生擠壓成形的發(fā)泡塑料材料(140)，或者 (ii)借助于注塑單元(95)注塑所述熔融可發(fā)性塑料材料（110)以形成模制發(fā)泡塑料物 品（150)， 其特征在于，所述可發(fā)性塑料材料（100)包括根據(jù)重量至少40%、更優(yōu)選地60%、甚至更 優(yōu)選地90%，且最優(yōu)選地基本上全部的所述饋入流（101 )，其中所述系統(tǒng)（1)不具有脫氣單元 (25)，并且在所述系統(tǒng)（1)中的熔體加工期間，所述第一發(fā)泡劑(81)不被脫氣，使得所述第 一發(fā)泡劑(81)實質(zhì)上被包含在所述顆?？砂l(fā)性塑料材料(130)中或者被用于形成所述擠壓 成形的發(fā)泡塑料材料(140)或所述模制發(fā)泡塑料物品（150)中的任一者。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中，發(fā)泡劑計量裝置(70)不存在于所述系統(tǒng)（1)并且 不添加額外發(fā)泡劑(80)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工藝，其中，所述系統(tǒng)（1)還包括一個或多個靜態(tài)混合器單 元(60)，并且借助于所述一個或多個靜態(tài)混合器單元(60)執(zhí)行所述熔融可發(fā)性塑料材料 (110)的額外混合， 并且其中，存在熔體過濾單元(30)并且在制粒、擠壓或注塑之前借助于所述熔體過濾 單元(30)執(zhí)行所述熔融可發(fā)性塑料材料(110)的過濾以形成過濾熔融可發(fā)性材料(120)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1中任一項權(quán)利要求所述的工藝，其中，存在發(fā)泡劑計量裝置(70)，并 且借助于所述發(fā)泡劑計量裝置(70)執(zhí)行額外發(fā)泡劑(80)的添加。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其中，實現(xiàn)所述發(fā)泡劑計量裝置(70)以便將所述額外發(fā) 泡劑(80)注入所述擠壓機單元(10)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其中，存在一個或多個靜態(tài)混合器單元(60)，并且借助 于所述一個或多個靜態(tài)混合器單元(60)執(zhí)行所述熔融可發(fā)性塑料材料（110)的額外混合， 并且其中，實現(xiàn)所述發(fā)泡劑計量裝置(70)以便在所述一個或多個靜態(tài)混合器單元(60)內(nèi) 和/或之前注入所述額外發(fā)泡劑(80)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其中，存在至少兩個靜態(tài)混合器單元(60)，其中在第一 靜態(tài)混合器單元(61)中執(zhí)行分散步驟并且這使得混合物經(jīng)受強烈混合;并且其中，在第二 靜態(tài)混合器單元(62)中執(zhí)行保持步驟，且這使得所述混合物經(jīng)受比在所述第一靜態(tài)混合器 單元(61)中所經(jīng)受的混合更弱的混合。8. 根據(jù)權(quán)利要求4至7中的任意一項所述的工藝，其中，噴注所述額外發(fā)泡劑(80)并且 所述額外發(fā)泡劑(80)包括惰性氣體、羥甲基、甲酸甲酯、戊烷、丁烷或其混合物。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任意一項所述的工藝，其中，母料(200)被添加到所述擠壓機 單元(10)，優(yōu)選地單螺桿擠壓機(14)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任意一項所述的工藝，其中，添加物（210)被添加到所述擠 壓機單元(10)。11. 根據(jù)權(quán)利要求1或10中的任意一項所述的工藝，其中，所述制粒單元(40)是水下制 粒機或拉條制粒機。12. -種由根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項權(quán)利要求所述的工藝能夠獲得、優(yōu)選地已獲 得的顆?？砂l(fā)性塑料材料（130)，其優(yōu)選地包含一種或多種添加物，更優(yōu)選地包含至少一種 阻燃化合物和由熔體穩(wěn)定劑、增效劑、紅外反射劑、紅外吸收劑、顏料、成核劑和蠟構(gòu)成的集 合中的至少一者，其中，所述饋入流（101)中的所述可發(fā)性塑料材料（100)由懸浮聚合方法 獲得。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的顆?？砂l(fā)性塑料材料（130)，其具有150-250 KDalton的Mw 的絕對分子量性質(zhì)，并且具有在2.1至2.5之間的Mw/Mn。
【文檔編號】B29C44/34GK106061702SQ201480077049
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年11月6日
【發(fā)明人】S.F.芬尼西, P.尼辛格, J.韋伯, J.利普納
【申請人】蘇舍化學(xué)技術(shù)有限公司