DE60217950T2

DE60217950T2 - Physikalisch geschäumter feinzelliger Polyethylenschaumstoff

Info

Publication number: DE60217950T2
Application number: DE60217950T
Authority: DE
Inventors: Roelof Franciscus Gerardus De Vos; Hendrikus Pieter Ruinaard
Original assignee: Saudi Basic Industries Corp
Current assignee: Saudi Basic Industries Corp
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: EP1308475A3; EP1308475B1; PT1308475E; ES2278871T3; EP1308475A2; DE60217950D1; ATE353088T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Erhalt von feinzelligem Polyethylenschaumstoff mit einer Struktur, in welcher mehr als 95% der Zellen einen Zelldurchmesser von kleiner als 150 Mikrometer haben, durch physikalisches (Auf)schäumen von Polyethylen in Gegenwart eines Nukleierungsmittels, welches in der Polymerschmelze vor dem eigentlichen Schäumen kristallisiert.
Der physikalische Schäumungsprozess ist ein kontinuierlicher Extrusionsprozess, in dem das treibende Gas, das Zellen in der Polyethylen(PE)-Schmelze bildet, direkt in die PE-Schmelze injiziert und homogen gemischt und in dem geschmolzenen Polyethylen gelöst wird. Um das Gas in der PE-Schmelze gelöst zu halten, ist ein Mindestdruck, der vom verwendeten Gas und der vorherrschenden Schmelztemperatur abhängig ist, im geschmolzenen Polyethylen erforderlich. Dieser Druck muss aufrechterhalten werden bis zu dem Ende der Auslassöffnung des Extruderkopfes beispielsweise, um zu verhindern, dass das Gas vorzeitig aus der Schmelze im Extruderkopf expandiert, was eine raue, grobzellige Schaumoberfläche bewirkt. Beim Austreten aus der Auslassöffnung nimmt der Schmelzdruck auf den atmosphärischen Druck ab, und das gelöste Gas expandiert sofort aus der Schmelze. In diesem Verfahren werden Zellen gebildet, deren Größe abhängt von der Gasmenge, der Anzahl der Nuklei (Startpunkt für die Zellbildung), der Viskosität und Elastizität der Polyethylenschmelze und der für das Zellwachstum zur Verfügung stehenden Zeit ist. Das Zellwachstum hört in dem Moment auf, in dem die Polyethylenschmelze ihre Kristallisationstemperatur erreicht und die Schmelze sich in die feste Phase wandelt. Um die Viskosität in der Schmelze zu erhöhen und die Zellwachstumszeit zu verkürzen, wird die Temperatur in der Polyethylenschmelze im Extruder und/oder speziellen Schmelzkühlern reduziert bis gerade oberhalb der Polyethylen-Kristallisationstemperatur.
Die Größe der Zellen ist auf der einen Seite ein Gleichgewicht zwischen. dem Gasdruck in der Zelle und dem Widerstand, der durch die Viskosität diesem Gasdruck gestellt wird, und auf der anderen Seite abhängig von der Anzahl der Nuklei (= Nukleierungsmittelteilchen) und damit von der Anzahl der Zellen, die sich gebildet haben.
Große Zellen bilden sich leicht bei niedriger Viskosität und hohem Gasdruck. Der Viskositätsgrad der Polyethylenschmelze unterliegt Beschränkungen, die abhängig sind von der Reibungswärme, die sich in der Schmelze entwickelt. Dies liegt daran, weil sich bei einer hohen Viskosität viel Reibungswärme entwickelt, wobei diese Wärme anschließend abgeleitet werden muss, da die Schmelztemperatur bei der Auslassöffnung nahe an die Kristallisationstemperatur gebracht werden muss.
Ein Nukleierungsmittel (feste Partikel, die als ein Startpunkt für die Gaspermeation aus der Schmelze heraus dienen) wird homogen verteilt, da die Anzahl der Zellen, die gebildet werden, von der Anzahl der in der Schmelze vorhandenen Nuklei abhängt. Je höher die Anzahl von Nuklei, desto höher die Anzahl von Zellen, unter denen das Gas verteilt wird, so dass bei einer gleichen Gasmenge diese größere Anzahl von Zellen eine kleinere Zellgröße haben wird.
In Schaumstoffen, die durch das physikalische Schäumverfahren hergestellt werden, nehmen die Natur und die Teilchengröße des Nukleierungsmittels bezüglich der Zellgröße eine entscheidende Rolle ein.
In „Factors effecting foam cell nucleation in direct gassed foam extrusion" von Thomas Pontiff (Foamplas 1997; Seiten 251–261) wird eine Beschreibung eines Verfahrens für physikalisches Schäumen von Polyethylen in der Gegenwart eines Nukleierungsmittels und unter Verwendung einer anorganischen Verbindung wie zum Beispiel Talk oder Natriumbicarbonat als Nukleierungsmittel gegeben. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass ein Mindestzelldurchmesser von nur 340 Mikrometer erhalten wird.
Polyethylen kann auch durch chemisches Schäumen aufgeschäumt bzw. geschäumt werden, wobei das treibende Gas, von dem sich die Zellen entwickeln, gebildet wird durch den Zerfall eines chemischen Treibmittels wie Azodicarbonamid (ADC) und Natriumbicarbonat (SBC). Im Zerfallsprozess gibt ADC hauptsächlich Stickstoff (N₂) ab, und SBC gibt hauptsächlich Kohlendioxid (CO₂) ab. Im Temperaturbereich von 150 bis 200°C (über welchen ADC und SBC zerfallen) haben beide Gase einen sehr hohen Gasdruck und sind daher außerordentlich schwer in einem geschmolzenen Polyethylen bei diesen Temperaturen in der Menge gelöst zu halten, die für einen hohen Grad an Aufschäumen nötig ist. Außerdem hat Polyethylen in dem Temperaturbereich eine relativ niedrige Viskosität, als eine Folge dessen extrem große Zellen gebildet würden.
Im chemischen Schäumverfahren wird, um die Probleme des hohen Gasdrucks einerseits und der niedrigen Viskosität andererseits zu überwinden, das Polyethylen vernetzt, bevor das Treibmittel zerfällt, also bevor das Treibgas frei gesetzt wird. Gebräuchliche Techniken für Polyethylen im chemischen Schäumverfahren sind die Vernetzung mit Hilfe von Peroxiden oder durch Elektronenbestrahlung. Beide Techniken führen zu Quervernetzungen zwischen den Polyethylenketten, so dass die Viskosität sehr stark zunimmt und das vernetzte Polyethylen beinahe aufhört, wie eine Schmelze zu fließen, sondern wie ein Gummi dehnbar ist.
Dies führt zu einer für das Zellwachstum außerordentlich hohen Gegenkraft. Dies, in Kombination mit einer extrem kleinen Teilchengröße des Treibmittels, was ermöglicht, dass sich sehr viele Zellen gleichzeitig entwickeln, führt zu einem sehr feinzelligem Schaumstoff, bei dem ein Zelldurchmesser zwischen 1 und 100 Mikrometer möglich ist.
Das Extrudieren von Polyethylen mit der notwendigen Menge an Treibmittel und anderen Hilfsstoffen, das Vernetzen und das Schäumen des vernetzten Polyethylens sind 3 separate Schritte im chemischen Schäumverfahren, die gewöhnlich nicht in einem einzelnen Arbeitsgang, sondern unabhängig von einander durchgeführt werden. Dies erfordert sehr viel zusätzliche Ausrüstung und zusätzliche Handhabung und Lagerung der Zwischenprodukte. Dies, in Kombination mit den teuren Treibmitteln und Hilfsstoffen, macht das chemische Schäumverfahren zu einem teuren Verfahren im Vergleich mit dem physikalischen Schäumverfahren, bei dem relativ billige Treibgase und relativ einfache Gerätschaft verwendet werden.
Das Ziel der Erfindung ist, einen nicht-vernetzten, physikalisch getriebenen Schaumstoff zur Verfügung zu stellen, dessen feinzellige Struktur ähnlich der von vernetztem, chemisch getriebenem Schaumstoff ist. Das Ziel ist, einen physikalisch getriebenen Polyethylenschaumstoff zur Verfügung zu stellen mit einer hoch geordneten, feinzelligen Schaumstoffstruktur, wobei die Zellen einen Zelldurchmesser von kleiner als 340 Mikrometer und vorzugsweise kleiner als 150 Mikrometer haben.
Dieses Ziel wird erreicht, indem als das Nukleierungsmittel eine organische Verbindung verwendet wird, welche bei einer Veränderung zu der festen Phase Kristalle bildet und welche in ihrer Schmelzphase in dem geschmolzenem Polyethylen löslich ist.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Verfahren für den Erhalt von feinzelligem Polyethylenschaumstoff mit einer Struktur, in welcher mehr als 95% der Zellen einen Zelldurchmesser von kleiner als 150 Mikrometer haben, durch physikalisches Schäumen von Polyethylen in Gegenwart eines Nukleierungsmittels, wobei das Nukleierungsmittel eine organische Verbindung ist, welche nach einer Veränderung zu der festen Phase Kristalle bildet und welche in ihrer Schmelzphase in dem geschmolzenen Polyethylen löslich ist, wobei die Kristalisationstemperatur des Nukleierungsmittels höher als die Kristallisationstemperatur von Polyethylen ist und wobei der Schaumstoff ein kontinuierlich extrudierter, physikalisch geschäumter, feinzelliger Polyethylenschaumstoff ist.
Auf diese Art und Weise wird kontinuierlich extrudierter, physikalisch getriebener Polyethylenschaumstoff erhalten mit einer hoch geordneten, feinzelligen oder mikrozellulären Schaumstruktur, in welcher mehr als 95% der Zellen einen Zelldurchmesser von kleiner als 150 Mikrometer haben.
Der erhaltene feinzellige Schaumstoff kann hauptsächlich aus geschlossenen Zellen bestehen (wobei mindestens 90% der Zellen geschlossen sind). Allerdings kann der erhaltene Schaumstoff auch teilweise offenzelliger Schaumstoff sein mit einem Gehalt an offen Zellen von zum Beispiel 10%–60% aller Zellen.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Polyethylenschaumstoff eine Schaumstruktur, in welcher mehr als 80% der Zellen einen Zelldurchmesser von kleiner als 100 Mikrometer haben.
Für ein geeignetes Nukleierungsverhalten muss die Kristallisationstemperatur des Nukleierungsmittels höher sein als die des Polyethylens, so dass, wenn die Polyethylenschmelze abkühlt, das Nukleierungsmittel früher kristallisiert als das Polyethylen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Unterschied zwischen den Kristallisationstemperaturen von Polyethylen und dem Nukleierungsmittel größer als 10°C.
Als eine Folge wird das Nukleierungsmittel kristallisiert haben, bevor sich das Polyethylen bei seiner Kristallisationstemperatur in die feste Phase wandelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Unterschied zwischen den Kristallisationstemperaturen von Polyethylen und dem Nukleierungsmittel größer als 20°C.
Die Kristallisationstemperatur kann durch eine DSC-Messung (ASTM D3417-97) bestimmt werden.
Um das erwünschte Ziel zu erreichen, muss der Unterschied zwischen der Schmelztemperatur und der Kristallisationstemperatur des Nukleierungsmittels so klein wie möglich sein. Es wurde herausgefunden, dass der Temperaturbereich, in dem die Kristallisation eintritt, mit einer geringer werdenden Differenz zwischen der Schmelztemperatur und der Kristallisationstemperatur enger wird. Ein engerer Kristallisationstemperaturbereich führt zu einem schärferen und geordneteren Kristallisationsübergang und zu einem regelmäßigeren und feinzelligeren Schaumstoff. Folglich müssen die Breiten des Schmelzpeaks und der Kristallisationspeaks ebenfalls so schmal wie möglich sein, vorzugsweise weniger als 5°C.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Unterschied zwischen der Schmelztemperatur und der Kristallisationstemperatur des Nukleierungsmittels weniger als 20°C.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Unterschied zwischen der Schmelztemperatur und der Kristallisationstemperatur des Nukleierungsmittels weniger als 10°C.
Vorzugsweise ist das Nukleierungsmittel ein Amid, ein Amin und/oder ein Ester einer gesättigten oder ungesättigten aliphatischen (C₁₀-C₃₄)-Carbonsäure.
Beispiele für geeignete Amide beinhalten Fettsäuren(bis)amide wie zum Beispiel Stearamid, Caproamid, Caprylamid, Undecylamid, Lauramid, Myristamid, Palmitamid, Behenamid und Arachidamid, Hydroxysteramide und Alkylendiyl-bis-alkanamide, vorzugsweise (C₂-C₃₂)-Alkylendiyl-bis-(C₂-C₃₂)-alkanamide wie zum Beispiel Ethylenbistearamid, Butylenbistearamid, Hexamethylenbistearamid und/oder Ethylenbibehenamid.
Geeignete Amine sind zum Beispiel (C₂-C₁₈)-Alkylendiamine wie zum Beispiel Ethylenbiscaproamin und Hexamethylenbiscaproamin.
Bevorzugte Ester einer gesättigten oder ungesättigten aliphatischen (C₁₀-C₃₄)-Carbonsäure sind die Ester einer aliphatischen (C₁₆-C₂₄)-Carbonsäure.
Das Nukleierungsmittel wird eingesetzt in einer Menge von zwischen 0,1 und 4,0 Gew.-% bezogen auf Polyethylen. Diese Menge ist vorzugsweise zwischen 0,5 und 1 Gew.-%.
Das Polyethylen kann jedes Polymer sein, das mehr als 50 Gew.-% Ethyleneinheiten enthält, wie zum Beispiel Ethylen-Homopolymere und -Copolymere, wie zum Beispiel Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) (C₄-, C₆- und C₈-Copolymere), Ethylenvinylacetat (EVA), Ethylenmethacrylsäure (EMA) und/oder Polyethylen, das mit einem Metallocen-Katalysator erhalten wird (mPE). Vorzugsweise hat mPE eine Dichte im Bereich zwischen 882 und 915 kg/m³.
Die Auswahl des Polymers hängt zum Teil von der gewünschten Anwendung und von den gewünschten Schaumstoffeigenschaften ab.
Der Polyethylenschaumstoff gemäß der Erfindung hat eine Dichte von zwischen 10 und 100 kg/m³ und stärker bevorzugt zwischen 10 und 50 kg/m³.
Neben dem Polymer und dem Nukleierungsmittel muss die Zusammensetzung, die aufgeschäumt werden soll, mindestens ein Treibmittel und einen Zellstabilisator enthalten. Die Zusammensetzung kann zusätzlich andere Zusätze enthalten, wie zum Beispiel Flammschutzmittel, Pigmente, Schmiermittel, antistatische Mittel, Prozessstabilisatoren, chemische Treibmittel und/oder UV-Stabilisatoren.
Geeignete physikalische Treibmittel schließen zum Beispiel Isobutan, CO₂, Pentan, Butan, Stickstoff und/oder Fluorkohlenwasserstoffe ein.
Vorzugsweise ist das physikalische Treibmittel Isobutan oder CO₂.
Geeignete Zellstabilisatoren schließen zum Beispiel Glycerinmonostearat (GMS), Mischungen von GMS und Glycerinmonopalmitat (GMP) und/oder Amide wie zum Beispiel Stearylstearamid und/oder Stearamid ein.
Vorzugsweise ist der Zellstabilisator GMS.
Die Wahl der Schäumbedingungen in dem verwendeten physikalischen Schäumverfahren hängt teilweise von dem verwendeten Polyethylen ab.
Das organische Nukleierungsmittel wird als eine feste, kristalline Verbindung zugegeben und wird durch das Schmelzen im Extruder flüssig, wonach es mit dem geschmolzenen Polymer vermischt wird. Als nächstes wird das flüssige Treibgas eingespritzt und homogen mit der PE-Schmelze vermischt. Die Abkühlung findet im zweiten Abschnitt des mischenden Extruders oder in einem speziellen Kühl-Extruder (Tandemextrusion) und/oder in einem speziellen Schmelzkühler (mit oder ohne Mischzonen) statt, wobei das organische Nukleierungsmittel beim Erreichen der Kristallisationstemperatur kristallisiert.
Wie es offenkundig ist von Seite 316 der Publikation „ethylenediyl-bis-alkanamides: differential scanning calorimetry studies" (JAOCS, Band 73, Nr. 3 (1996)), bestehen diese Amide, die gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Verwendung als ein Nukleierungsmittel geeignet sind, aus langen, geraden Molekülen in kristallinem Zustand. Die Kristalle werden gebildet durch die Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Carbonyl-Sauerstoffatomen und den Wasserstoffatomen, die an den Stickstoffatomen gebunden sind, und durch die Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Alkylketten.
Die Zusammensetzung wird bei einer Temperatur gerade oberhalb der Kristallisationstemperatur des Polyethylens extrudiert. Die Austrittstemperatur aus der Extrusionsöffnung ist üblicherweise maximal 10°C und vorzugsweise maximal 5°C höher als die Kristallisationstemperatur. Die Temperatur, bei der die Viskositätszunahme wegen der Kristallisation von Polyethylen einsetzt, korrespondiert mit der Temperatur des Kristallisationsbeginns von einer DSC-Kurve. Um auf der einen Seite die maximale Viskosität und damit die gewünschte feinzellige Struktur zu erreichen, und auf der anderen Seite die Schmelze daran zu hindern, im Auslass „zu gefrieren" (zu schnell zu kristallisieren), wird die Schmelztemperatur bei etwa 5°C und vorzugsweise 2°C oberhalb der Temperatur des Kristallisationsbeginns gehalten, um einen feinzelligen Schaumstoff zu erhalten mit einer erfindungsgemäßen Zellgröße. Der Zelldurchmesser kann zum Beispiel mit einem Lichtmikroskop mit Bildprojektion oder mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) bestimmt werden.
Der Schaumstoff, der durch das Verfahren der Erfindung erhalten wird, hat den Vorteil, dass er eine viel glattere Oberflächenstruktur aufweist als ein Schaumstoff, der durch ein physikalisches Schäumverfahren unter Verwendung eines anorganischen Nukleierungsmittels erhalten wird. Somit kann dieser Schaumstoff in Bezug auf zum Beispiel Oberflächenglattheit mit dem vernetzten Schaumstoff, der durch ein teureres chemisches Schäumverfahren erhalten wird, konkurrieren.
Der feinzellige Schaumstoff der Erfindung kann zum Beispiel verwendet werden als Schaumstoffplatte für die Bodenisolierung, als Schaumstoffteil für den Schutz von Glasplatten, als aufgeschäumte Wärmedämmungsrohre für Kupfer-Heißwasserrohre, als aufgeschäumte Verpackungsfolie oder als Dekoration.
Die EP-A-0 377 323 offenbart ein Batch-Verfahren für die Herstellung eines ionomeren, geschlossenzelligen, mikrozellulären Schaumstoffs, umfassend die Schritte der Permeation eines Copolymers aus mindestens einem α-Olefin und mindestens einer α,β-monoethylenisch ungesättigten Carbonsäure, in dem unter Verwendung eines inerten Gases in der Gegenwart eines Treibmittels und Ammoniaks Druck erzeugt wird für eine Inkubationszeit, die ausreicht, um eine beträchtliche Diffusion des inerten Gases, des Treibmittels und des Ammoniaks im ganzen Copolymer zu bewirken, wobei der Druckaufbau genügend ist, um einen Druck von 1,4 MPa bis 20 MPa aufrecht zu erhalten und dem anschließenden Erhitzen des durchdrungenen Copolymers in einem elektromagnetischen Strahlungsfeld von 0,1 Megahertz (MHz) bis 200 MHz, um einen geschlossenzelligen, mikrozellulären Schaumstoff herzustellen, wobei der Schaumstoff Zellen mit einem Durchmesser von weniger als 10 μm enthält.
Die EP-A-377 323 offenbart kein Nukleierungsmittel und offenbart nicht, dass das Nukleierungsmittel eine organische Verbindung ist, welche bei einer Veränderung zu der festen Phase Kristalle bildet und welche in ihrer Schmelzphase in dem geschmolzenen Polyethylen löslich ist und wobei die Kristallisationstemperatur des Nukleierungsmittels höher ist als die Kristallisationstemperatur von Polyethylen. Die EP-A-377 323 offenbart nicht die Herstellung von kontinuierlich extrudiertem, physikalisch aufgeschäumtem, feinzelligem Polyethylenschaumstoff. Die EP-A-377 323 offenbart die Herstellung einer ionomeren, mikrozellulären Schaumstofftafel und zielt auf ein Batch-Verfahren ab.
Die US-A-5 369 135 offenbart eine mikrozelluläre aufgeschäumte Polymerzusammensetzung, bestehend aus einem Polymermatrixmaterial, das gewählt ist aus einer Gruppe von Polymeren (das Polymer kann zum Beispiel Polyethylen sein) und einer Mehrheit von sich innerhalb eines polymeren Matrixmaterials befindenden geschlossenen Zellen, die aus einem Gas bestehen, umschlossen von einer Hülle, welche aus einer zweiten Phase festen polymeren Materials besteht, welches eine Übergangstemperatur unter der Übergangstemperatur des polymeren Matrixmaterials hat, wobei das polymere Material der zweiten Phase ein Nukleierungsmittel für die Mehrheit der geschlossenen Zellen ist. Die US-A- 5 369 135 gilt für ein Blend von zwei Polymeren, weil die Zusammensetzung das Matrixmaterial und eine zweite Phase polymeren Materials enthält. Die zweite Phase polymeren Materials ist nicht löslich in dem geschmolzenen Polymer. Die zweite Phase festes, polymeres Material hat eine Übergangstemperatur unterhalb der Übergangstemperatur. Die US-A-5 369 135 offenbart kein kontinuierliches Verfahren. Die US-A-5 369 135 offenbart kein Nukleierungsmittel, das eine organische Verbindung ist, welche bei einer Veränderung zu der festen Phase Kristalle bildet und welche in ihrer Schmelzphase in dem geschmolzenen Polyethylen löslich ist und wobei die Kristallisationstemperatur des Nukleierungsmittels höher ist als die Kristallisationstemperatur von Polyethylen. Die US-A-5 369 135 offenbart nicht kontinuierlich extrudierten, physikalisch aufgeschäumten, feinzelligen Polyethylenschaumstoff mit einer Struktur, in welcher mehr als 95% der Zellen einen Zelldurchmesser von kleiner als 150 Mikrometer haben.
Die US-A-4 214 054 legt offen, dass ein thermoplastisches, synthetisches Harz wie ein Polyethylen- oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymerharz, das 0,1 bis 10 Gew.-% eines bestimmten Additivs enthält, gewählt aus bestimmten Klassen von Verbindungen, das heißt gesättigte höhere Fettsäureamide, gesättigte höheraliphatische Amine und vollständige Ester von gesättigten höheren Fettsäuren, als sehr geeignet gefunden wird für die Herstellung von expandierten Gegenständen und einfach zu expandierten Gegenständen geformt werden kann mit einer geringen Schrumpfung nach dem Expandieren, frei von Rillen auf der Oberfläche oder Rissen auf den Zellwänden und mit herausragenden Eigenschaften wie gute geschlossen-zelluläre Eigenschaft, höhere Druckfestigkeit und niedrige Dichte. Das spezielle Additiv, gewählt von gesättigten höheren Fettsäureamiden, gesättigten höheraliphatischen Aminen und vollständigen Estern von ge sättigten höheren Fettsäuren ist eine Komponente, die eine geringe Schrumpfung verleiht. Die Harzzusammensetzung enthält zusätzlich zu der Komponente, die die geringe Schrumpfung verleiht, weitere Nukleierer, um ein geeignetes Nukleierungsverhalten zu erhalten. Insbesondere ist es bevorzugt, eine kleine Menge (nicht mehr als 1% Gewichtsanteil) an Nukleierern wie Talk oder Fettsäure-Metallsalz zu verwenden.
Die Erfindung wird nun durch die folgenden uneingeschränkten Beispiele erläutert.
Beispiele
Beispiel I
Eine Zusammensetzung, bestehend aus 95,2 Gew.-% LDPE (DSM Typ Stamylan LD 2102TX00^TM mit einem Schmelzindex von 1,9 dg/min und einer Dichte von 921 kg/m³), 2 Gew.-% Glycerinmonostearat (GMS), 2 Gew.-% Stearamid (SA) und 0,8 Gew.-% Ethylenbistearamid (EBS) wurde extrudiert in einem Schwabentan-Einschnecken-Extruder, gefolgt von drei statischen Sulzer-Mischern und einem Extrusionskopf mit einer Auslassöffnung von 4 × 1 mm.
Der Extruder-Durchsatz war 1,5 kg/Stunde, die eingespritzte Menge von Isobutan war 3,5 ml/min, die Temperatureinstellungen der Extruderzonen waren 150°C, 240°C, 250°C, 250°C und 250°C, die Temperatureinstellungen der drei Sulzer-Mischer waren 150°C, 100°C, 100°C und die Temperatureinstellung des Extruderkopfes war 102°C.
Ein feinzelliger aufgeschäumter Streifen wurde erhalten mit einer Schaumstoffdichte von 35 kg/m³, einer Breite von 17,5 mm und einer Dicke von 6,5 mm.
Die SEM-Aufnahme (Anhang I) zeigt den erhaltenen Schaumstoff mit einem durchschnittlichen Zelldurchmesser von 100 Mikrometer und einer regelmäßigen Struktur der Zelldurchmesser zwischen 75 und 125 Mikrometer.
Beispiel II
Eine Zusammensetzung, bestehend aus 96 Gew.-% mPE (DEXPlastomers Exact 8203^TM mit einem Schmelzindex von 3,0 dg/min und einer Dichte von 882 kg/m³), 2 Gew.-% Glycerinmonostearat (GMS), 2 Gew.-% Stearamid (SA) wurde extrudiert in einem Schwabentan-Einschnecken-Extruder, gefolgt von drei statischen Sulzer-Mischern und einem Extrusionskopf mit einer Auslassöffnung von 4 × 1 mm.
Der Extruder-Durchsatz war 2,0 kg/Stunde, die eingespritzte Menge von Isobutan war 7,0 ml/min, die Temperatureinstellungen der Extruderzonen waren 150°C, 250°C, 250°C, 250°C und 250°C, die Temperatureinstellungen der drei Sulzer-Mischer waren 135°C, 65°C, 60°C und die Temperatureinstellung des Extruderkopfes war 65°C.
Ein feinzelliger aufgeschäumter Streifen wurde erhalten mit einer Schaumstoffdichte von 35 kg/m³, einer Breite von 19,0 mm und einer Dicke von 7,0 mm. Der durchschnittliche Zelldurchmesser war 90 Mikrometer.
Beispiel III
Eine Zusammensetzung, bestehend aus 95 Gew.-% mPE (DEXPlastomers Exact 0203^TM mit einem Schmelzindex von 3,0 dg/min und einer Dichte von 902 kg/m³), 2 Gew.-% Glycerinmonostearat (GMS), 2 Gew.-% Stearamid (SA) und 1 Gew.-% Ethylenbistearamid (EBS) wurde extrudiert in einem Schwabentan-Einschnecken-Extruder, gefolgt von drei statischen Sulzer-Mischern und einem Extrusionskopf mit einer Auslassöffnung von 4 × 1 mm.
Der Extruder-Durchsatz war 1,5 kg/Stunde, die eingespritzte Menge von Isobutan war 7,0 ml/min, die Temperatureinstellungen des Extruders waren 150°C, 250°C, 250°C, 250°C und 250°C, die Temperatureinstellungen der drei Sulzer-Mischer waren 137°C, 84°C, 78°C, und die Temperatureinstellung des Extruderkopfes war 85°C.
Ein feinzelliger aufgeschäumter Streifen wurde erhalten mit einer Schaumstoffdichte von 28 kg/m³, einer Breite von 15,0 mm und einer Dicke von 5,0 mm. Der durchschnittliche Zelldurchmesser betrug 80 Mikrometer.
Vergleichendes Beispiel A
Beispiel I wurde wiederholt, wobei als Zusammensetzung eine Mischung aus 95,2 Gew.-% LDPE (DSM Typ Stamylan LD 2102TX00^TM mit einem Schmelzindex von 1,9 dg/min und einer Dichte von 921 kg/m³), 2 Gew.-% Glycerinmonostearat (GMS), 2 Gew.-% Stearamid (SA) und 0,8% Talk verwendet wurde.
Ein grobzelliger aufgeschäumter Streifen wurde erhalten mit einer Schaumstoffdichte von 39 kg/m³, einer Breite von 21,1 mm und einer Dicke von 9,5 mm.
Die SEM-Aufnahme (Anhang II) zeigt den erhaltenen Schaumstoff mit einem durchschnittlichen Zelldurchmesser von 2,2 mm.

Claims

Verfahren für den Erhalt von feinzelligem Polyethylenschaumstoff mit einer Struktur, in welcher mehr als 95% der Zellen einen Zelldurchmesser von kleiner als 150 Mikrometer haben, durch physikalisches (Auf)Schäumen von Polyethylen in Gegenwart eines Nukleierungsmittels, wobei das Nukleierungsmittel eine organische Verbindung ist, welche nach einer Veränderung zu der festen Phase Kristalle bildet und welche in ihrer Schmelzphase in dem geschmolzenen Polyethylen löslich ist, wobei die Kristallisationstemperatur des Nukleierungsmittels höher als die Kristallisationstemperatur von Polyethylen ist und wobei der Schaumstoff ein kontinuierlich extrudierter, physikalisch geschäumter, feinzelliger Polyethylenschaumstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen den Kristallisationstemperaturen von Polyethylen und dem Nukleierungsmittel höher als 10°C ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyethylenschaumstoff eine Dichte zwischen 10 und 100 kg/m³ besitzt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyethylenschaumstoff eine Schaumstoffstruktur besitzt, in welcher mehr als 80% der Zellen einen Zelldurchmesser von kleiner als 100 Mikrometer aufweisen.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen den Kristallisationstemperaturen von Polyethylen und dem Nukleierungsmittel größer als 20°C ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen der Schmelztemperatur und der Kristallisationstemperatur des Nukleierungsmittels weniger als 20°C ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen der Schmelztemperatur und der Kristallisationstemperatur des Nukleierungsmittels weniger als 10°C ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Nukleierungsmittel ein Amid, ein Amin und/oder ein Ester einer gesättigten oder ungesättigten aliphatischen (C₁₀-C₃₄-)Carbonsäure ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Nukleierungsmittel Stearamid, Behenamid, Ethylenbistearamid, Ethylenbibehenamid, Butylenbistearamid, Hexamethylenbistearamidethylenbiscaproamin und/oder Hexamethylenbiscaproamin ist.