DE69231162T3

DE69231162T3 - Extrudierter polypropylenschaum mit offenen zellen und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE69231162T3
Application number: DE69231162T
Authority: DE
Inventors: P. Chung PARK
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2012-12-18
Also published as: CA2150018A1; CA2150018C; GR3034216T3; EP0674579A4; ES2146608T3; EP0674579A1; WO1994013460A1; ES2146608T5; DE69231162D1; JPH08504472A; NO952400D0; EP0674579B1; ATE193672T1; DK0674579T3; EP0674579B2; NO952400L; DE69231162T2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine dimensionsstabile offenzellige extrudierte Propylenpolymerschaumplatte mit niedriger Dichte, die mit einem Blähmittel gebläht ist, welches teilweise oder vollständig aus einem oder mehreren organischen Blähmitteln besteht. Die Schäume bieten ausgezeichnete Polstereigenschaften.
Propylenpolymerschäume sind auf dem Fachgebiet bekannt, und sie sind bei zahlreichen Anwendungen brauchbar, wie in dem US-Patent No. 3 481 455, 3 871 897, 3 932 569, 4 522 955 und 4 832 770 ersichtlich ist. Solche Schäume wurden mit einer Vielzahl von organischen und anorganischen Blähmitteln hergestellt.
Die US-A-5 116 881 beschreibt die Herstellung eines dimensionsstabilen extrudierten Propylenpolymerschaums, umfassend ein Propylenpolymermaterial, das mehr als 50 Gew.-% von monomeren Propyleneinheiten hat, mit einen Gehalt an offenen Zellen von mehr als 20% und einer Schaumdichte von weniger als 400 kg/m³ (25,0 lbs/ft³).. Diese Schäume liegen in Plattenform mit einer Dicke von 2 mm (83 mils) vor.
Es wäre wünschenswert, einen offenzelligen Propylenpolymerschaum mit niedriger Dichte (96 Kilogramm pro Kubikmeter oder weniger) zur Verwendung in Polsteranwendungen zur Verfügung zu haben. Während geschlossenzellige Polyolefinschäume, hauptsächlich Ethylenpolymerschäume, typischerweise bei solchen Anwendungen eingesetzt wurden, wäre es wünschenswert, einen offenzelligen Schaum aus Umweltgründen zu verwenden. Offenzellige Schäume verlieren das Blähmittel rascher als geschlossenzellige Schäume. Eine schnelle Freisetzung von Blähmittel ist wichtig, wenn flüchtige Blähmittel verwendet werden, deren Freisetzung zunehmend Gegenstand regierungsamtlicher Vorschriften ist. Eine rasche Freisetzung von Blähmitteln erlaubt es dem Schaumhersteller, die Gesamtmenge oder einen wesentlichen Teil des Blähmittels wiederzugewinnen, bevor der Schaum an den Verbraucher ausgeliefert wird.
Weiterhin wäre es wünschenswert, einen offenzelligen Propylenpolymerschaum mit niedriger Dichte zur Verfügung zu haben, der dimensionsstabil ist. Offenzellige Polyolefinschäume sind typischerweise schwieriger auf niedrige Dichten zu expandieren als entsprechende geschlossenzellige Schäume, da sie Blähmittel schneller verlieren. Es wäre wünschenswert, einen offenzelligen Propylenpolymerschaum zu haben, der eine rasche Freisetzung von Blähmittel bei gleichzeitiger Erzielung einer hohen Expansion liefert.
Die vorliegende Erfindung ist daher ein dimensionsstabiler extrudierter Propylenpolymerschaum, der ein Propylenpolymermaterial, das mehr als 50 Gew.-% monomere Propyleneinheiten hat, umfaßt und einen Gehalt an offenen Zellen von mehr als 20% und eine Schaumdichte von weniger als 400 kg/m³ (25,0 lbs/ft³) hat, der dadurch gekennzeichnet ist, daß

(i) der Schaum in Form einer Platte mit einer Durchschnittszellwanddicke von weniger als 35 Mikrometer (μm) vorliegt,
(ii) der Schaum eine Querschnittsfläche von wenigstens 10 cm² hat, und
(iii) der Schaum eine Dichte von 96 kg/m³ oder weniger hat.

Der offenzellige Propylenpolymerschaum der Erfindung kann nach einem Verfahren hergestellt werden, welches die Stufen umfaßt von:

(a) Erhitzen des Propylenpolymermaterials, das mehr als 50 Gew.-% monomere Propyleneinheiten, bezogen auf das Gewicht des Propylenpolymermaterials, umfaßt zur Bildung eines geschmolzenen Polymermaterials,
(b) Eingeben in das geschmolzene Polymermaterial eines Blähmittels, das mehr als 85 Gew.-% von einem oder mehreren organischen Blähmitteln, bezogen auf das Gesamtge wicht des Blähmittels, umfaßt, zur Bildung eines schäumbaren Gels,
(c) Abkühlen des schäumbaren Gels auf eine optimale Schäumungstemperatur,
(d) Extrudieren des schäumbaren Gels durch eine Düse in eine Haltezone, die auf einer Temperatur und einem Druck gehalten wird, welcher ein Schäumen des Gels nicht erlaubt, wobei die Haltezone eine Auslaßdüse besitzt, die hierin eine Öffnung begrenzt, und einen öffenbaren, die Auslaßdüsenöffnung verschließenden Schieber besitzt,
(e) periodisches Öffnen des Schiebers und im wesentlichen gleichzeitiges Anlegen von mechanischem Druck auf das Gel durch einen beweglichen Stempel, um das Gel aus der Haltezone durch die Düsenöffnung zur Bildung des Schaums auszustoßen.

Geeignete Propylenpolymermaterialien schließen Propylenhomopolymere (Polypropylen) und Copolymere von Propylen und copolymerisierbaren ethylenartig ungesättigten Comonomeren ein. Das Propylenpolymermaterial kann weiter nicht-propylenartige Polymere in kleinen Mengen einschließen. Das Propylenpolymermaterial kann nur aus einem oder mehreren Propylenhomopolymeren, einem oder mehreren Propylencopolymeren, einer Mischung von einem oder mehreren von jedem der Propylenhomopolymere und -copolymere oder Mischungen von beliebigen der zuvorgenannten mit einem nicht-propylenartigen Polymeren bestehen. Unabhängig von der Zusammensetzung umfaßt das Propylenpolymermaterial mehr als 50 und bevorzugt mehr als 70 Gew.-% von monomeren Propyleneinheiten.
Geeignete monoethylenartig ungesättigte Comonomere schließen Olefine, Vinylacetat, Methylacrylat, Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Acrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid ein. Ein Propylencopolymeres umfaßt bevorzugt 20 Gew.-% oder weniger des ethylenartig ungesättigten Comonomeren.
Besonders brauchbare Propylencopolymere sind solche Copolymere von Propylen und einem oder mehreren nicht-propylenartigen Olefinen. Propylencopolymere schließen statistische Copolymere und Blockcopolymere von Propylen und einem Olefin, ausgewählt aus der aus Ethylen, C₄-C₁₀-1-Olefinen und C₁-C₁₀-Dienen bestehenden Gruppe, ein. Propylencopolymere schließen ebenfalls statistische Terpolymere von Propylen und 1-Olefinen, ausgewählt aus der aus Ethylen und C₄-C₈-1-Olefinen, ein. In Terpolymeren, welche sowohl Ethylen als auch C₄-C₈-1-Olefine aufweisen, beträgt der Ethylengehalt bevorzugt 20 Gew.-% oder weniger. Die C₁-C₁₀-1-Olefine schließen die linearen und verzweigten C₄-C₁₀-1-Olefine ein, wie beispielsweise 1-Buten, Isobutylen, 1-Penten, 3-Methyl-1-buten, 1-Hexen, 3,4-Dimethyl-1-buten, 1-Hepten, 3-Methyl-1-hexen. Beispiele von C₄-C₁₀-Dienen schließen 1,3-Butadien, 1,4-Pentadien, Isopren, 1,5-Hexadien, 2,3-Dimethyl-1,3-hexadien ein.
Geeignete nicht-propylenartige Polymere, welche in das Propylenpolymermaterial einbaubar sind, schließen lineare Polyethylene mit hoher, mittlerer und niedriger Dichte, Polybuten-1, Ethylen-Acrylsäurecopolymeres, Ethylen-Vinylacetatcopolymeres, Ethylen-Propylenkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Ethylen-Ethylacrylatcopolymeres, Ionomeres ein.
Das Propylenpolymermaterial, wie es hier verwendet wird, besitzt weiterhin eine Schmelzfließrate von zwischen 0,05 und 50 und bevorzugt zwischen 0,1 und 10 gemäß ASTM D1238, Bedingung L.
Die bevorzugten Propylenpolymerharze für die vorliegende Erfindung sind solche Polypropylenharze, welche verzweigte oder schwach vernetzte Polymermaterialien sind. Die Verzweigung (oder schwache Vernetzung) kann mittels solcher Methoden erhalten werden, die auf dem Fachgebiet allgemein bekannt sind, wie durch chemische oder durch Strahlung hervorgerufene Verzweigung/schwache Vernetzung. Ein solches Harz, welches als ein verzweigtes/schwach vernetztes Polypropylenharz vor der Verwendung des Polypropylenharzes zur Herstellung eines fertigen Polypropylenharzproduktes hergestellt wurde, und das Verfahren zur Herstellung eines solchen Polypropylenharzes ist im US-Patent No. 4 916 198 beschrieben. Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines verzweigten/schwach vernetzten Polypropylenharzes besteht darin, chemische Verbindungen in den Extruder zusammen mit einem Polypropylenharz einzuführen und die Reaktion der Verzweigung/schwachen Vernetzung in dem Extruder erfolgen zu lassen. Das US-Patent No. 4 714 716 lehrt dieses Verfahren.
Es wurde gefunden, daß geeignete Verzweigungs/Vernetzungsmittel zur Verwendung in Extrusionsreaktionen Azidosilane und vinylfunktionelle Silane, organische Peroxide und multifunktionelle Vinylmonomere einschließen.
Das Blähmittel umfaßt mehr als 85 Gew.-% und mehr bevorzugt mehr als 90 Gew.-% und am meisten bevorzugt nur ein oder mehrere flüchtige organische Mittel, bezogen auf das Gesamtgewicht des Blähmittels. Organische Blähmittel schließen ein: aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 1–9 Kohlenstoffatomen, halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 1–4 Kohlenstoffatomen und aliphatische Alkohole mit 1–3 Kohlenstoffatomen. Aliphatische Kohlenwasserstoffe schließen ein: Methan, Ethan, Propan, n-Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan, Neopentan. Unter halogenierten Kohlenwasserstoffen sind fluorierte Kohlenwasserstoffe bevorzugt. Beispiele von fluorierten Kohlenwasserstoffen schließen ein: Methylfluorid, Perfluormethan, Ethylfluorid, 1,1-Difluorethan (HFC-152a), 1,1,1-Trifluorethan (HFC-143a), 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFC-134a), Pentafluorethan, Perfluorethan, 2,2-Difluorpropan, 1,1,1-Trifluorpropan, Perfluorpropan, Perfluorbutan, Perfluorcyclobutan. Partiell halogenierte Chlorkohlenstoffe und Chlorfluorkohlenstoffe zur Verwendung in dieser Erfindung schließen ein: Methylchlorid, Methylenchlorid, Ethylchlorid, 1,1,1-Trichlorethan, 1,1-Dichlor-1-fluorethan (HCFC-141b), 1-Chlor-1,1-difluorethan (HCFC-142b), 1,1-Dichlor-2,2,2-trifluorethan (HCFC-123) und 1-Chlor-1,2,2,2-tetrafluorethan (HCFC-124). Vollständig halogenierte Chlorfluorkohlenstoffe schließen ein: Trichlormonofluormethan (CFC-11), Dichlordifluormethan (CFC-12), Trichlortrifluorethan (CFC-113), Dichlortetrafluorethan (CFC-114), Chlorheptafluorpropan und Dichlorhexafluorpropan. Vollständig halogenierte Chlorfluorkohlenstoffe sind wegen ihres Potentials zur Ozonvernichtung nicht bevorzugt. Aliphatische Alkohole einschließlich Methanol, Ethanol, n-Propanol und Isopropanol. Ein am meisten bevorzugtes organisches Blähmittel ist eine Mischung von HCFC-142b und Ethylchlorid.
Das Blähmittel kann in kleineren Anteilen (d. h. weniger als 15 Gew.-%) von einem oder mehreren anorganischen Blähmitteln oder chemischen Blähmitteln umfassen. Geeignete anorganische Blähmittel, welche bei der Herstellung der Schäume der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, schließen Kohlendioxid, Stickstoff, Argon, Wasser, Luft, Stickstoff und Helium ein. Chemische Blähmittel schließen ein: Azodicarbonamid, Azodiisobutyronitril, Benzolsulfonhydrazid, 4,4-Oxybenzolsulfonylsemicarbazid, p-Toluolsulfonylsemicarbazid, Bariumazodicarboxylat, N,N'-Dimethyl-N,N'-dinitrosoterephthalamid und Trihydrazinotriazin.
Die Menge von Blähmittel, welche in die Polymerschmelze zur Herstellung eines schaumbildenden Polymergels eingegeben wird, beträgt bevorzugt von 0,05 bis 0,5 und am meisten bevorzugt von 0,08 bis 0,40 Grammmol pro 100 Gramm von Polymerem.
Der vorliegende Schaum ist zu mehr als 20% offenzellig und bevorzugt von 30 bis 70% offenzellig gemäß ASTM D2856-A. Die offenzelligen Schäume liefern einen hohen Grad von Rückfederung, der normalerweise nur bei geschlossenzelligen Schäumen gefunden wird.
Der vorliegende Schaum hat die Dichte von 96 oder weniger Kilogramm pro Kubikmeter und am meisten bevorzugt weniger als 48 Kilogramm pro Kubikmeter. Der Schaum hat eine Durch schnittszellgröße von 3 Millimeter oder weniger und bevorzugt 2 Millimeter oder weniger gemäß ASTM D3576.
Der vorliegende Schaum kann in einer beliebigen Querschnittsgröße oder Konfiguration wie als Schaumplatte oder Planke hergestellt werden, jedoch ist er besonders brauchbar bei der Herstellung von Plankenschaum mit einer größeren Abmessung im Querschnitt von 5 Zentimeter oder mehr und einer Querschnittsfläche von 10 Quadratzentimeter oder mehr.
Der vorliegende Schaum ist vorzugsweise im wesentlichen nicht-vernetzt. Der Ausdruck nicht-vernetzt schließt jedoch den geringen Vernetzungsgrad ein, der natürlich ohne Verwendung von Vernetzungsmitteln auftreten kann.
Der vorliegende Schaum hat eine Durchschnittszellwanddicke von weniger als 35, bevorzugt weniger als 25 und am meisten bevorzugt weniger als 15 Mikrometer (μm) gemäß der unten angegebenen Gleichung. Es wird angenommen, daß Blähmittel rascher aus den dünneren Zellwänden als aus dickeren Zellwänden herausdiffundieren, was ein effektiveres Abschrecken und eine effektivere zeitliche Versteifung der Zellwände ergibt. Als Ergebnis werden die Bläschen effektiv stabilisiert. Zusätzlich ergeben die dünneren Zellwände größere Rückfederung bei dem zellförmigen Material. Die Dicke der Zellwand kann annähernd aus der Schaumdichte und der Zellgröße unter Verwendung der folgenden Gleichung (1) berechnet werden: t = 0,46D/B (1)worin t die Dicke der Zellwände in Mikrometer (μm) ist und D die Zellgröße in μm ist und B das Expansionsverhältnis des zellförmigen Körpers ist. Da das Expansionsverhältnis, B, dem Verhältnis der Polymerdichte (ρ_p) zur Schaumdichte (ρ_f) gleichgesetzt werden kann, kann die Dicke der Zellwand durch folgende Gleichung (2) wiedergegeben werden: t = (0,46/ρp)ρfD (2).
Beispielsweise gilt für ein Polypropylenharz, das eine Dichte von 900 kg/m³ besitzt, damit es eine Zellwanddicke von weniger als oder gleich 35 Mikrometer (μm) besitzt: ρfD ≤ 4,28 ρmm (68,5 kg/m3·mm) (3)bevorzugt für weniger oder gleich 25 Mikrometer (μm) ρfD ≤ 3,06 ρcf·mm (48,9 kg/m3·mm) (4)am meisten bevorzugt für weniger als oder gleich 15 Mikrometer (μm) ρfD ≤ 1, 83 ρcf·mm (29, 4 kg/m3·mm) (5)
Es wurde gefunden, daß ein Harz, welches eine relativ hohe Schmelzelastizität besitzt, zu einem Schaum, der einen hohen Grad an offenen Zellen und die Schäumbarkeitskriterien, wie sie durch die Gleichungen (3) bis (5) gegeben sind, erfüllt, leichter expandiert wird. Die Elastizität einer Polymerschmelze relativ zu ihrer Viskosität kann durch tanδ wiedergegeben werden, wobei dies das Verhältnis des Verlustmoduls zu dem Lagermodul ist. Da es erwünscht ist, ein Harz mit relativ größerer Schmelzelastizität als Viskosität zu haben, ist ein Polypropylenharz, welches einen relativ kleinen tanδ besitzt, bevorzugt. Tanδ wird mittels eines mechanischen Spektrometers, wie dem Modell RDS-800, erhältlich von Rheometrics, Inc. in Piscataway, New Jersey, USA, bestimmt. Der Wert tanδ wird bei 190°C und einem Radian pro Sekunde Oszillationsfrequenz bei einer Probe von 2,5 mm Dicke und 25 mm Durchmesser bestimmt. Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich der Bestimmung von tanδ sind in US Serial No. 07/716 034, eingereicht am 17. Juni 1991, jetzt USP 5 527 573 angegeben.
Der vorliegende Propylenpolymerschaum wird im allgemeinen durch Erhitzen eines Propylenpolymermaterials zur Bildung eines plastifizierten oder geschmolzenen Polymermaterials, Eingeben hierin eines Blähmittels zur Bildung eines schäumbaren Gels und Extrudieren des Gels durch eine Düse zur Bildung des Schaumproduktes hergestellt. Das Blähmittel kann in die Kunststoffschmelze mittels beliebiger auf dem Fachgebiet bekannter Einrichtungen eingegeben oder eingemischt werden, wie mit einem Extruder, Mischer, Blender oder dergleichen. Vor dem Mischen mit dem Blähmittel wird das Kunststoffmaterial auf eine Temperatur auf oder oberhalb des Einfrierbereiches oder des Schmelzpunktes des Kunststoffmaterials erhitzt. Das Blähmittel wird mit der Kunststoffschmelze bei einem ausreichend erhöhten Druck gemischt, um eine wesentliche Expansion der Schmelze zu verhindern und das Blähmittel allgemein homogen innerhalb der Schmelze zu dispergieren. Wahlweise wird ein Keimbildner in der Polymerschmelze eingemischt. Die Einspeisrate von Blähmittel und Keimbildner werden eingestellt, um einen Schaum mit relativ niedriger Dichte und kleiner Zellgröße zu erreichen, was einen Schaum mit dünnen Zellwänden ergibt. Nach der Eingabe des Blähmittels wird das schäumbare Gel typischerweise auf eine niedrigere Temperatur zur Optimierung der physikalischen Eigenschaften, einschließlich der offenzelligen Struktur, des Schaumproduktes abgekühlt. Das Gel wird dann durch eine Düse von gewünschter Gestalt in eine Zone von niedrigerem oder reduziertem Druck zur Bildung des Schaumproduktes extrudiert. Die Zone von niedrigerem Druck befindet sich auf einem niedrigeren Druck als demjenigen, bei welchem das schäumbare Gel vor der Extrusion durch die Düse gehalten wird. Der niedrigere Druck kann überatmosphärisch oder unteratmosphärisch (Vakuum) sein, jedoch befindet er sich bevorzugt auf einem atmosphärischen Wert.
Ebenfalls ist es möglich, verschiedene Zusätze wie anorganische Füllstoffe, Pigmente, Antioxidantien, Säurefänger, UV-Absorber, Flammhemmmittel, Verarbeitungshilfsstoffe, Extrusionshilfsstoffe zuzugeben.
Bevorzugte Keimbildner schließen anorganische Substanzen wie Calciumcarbonat, Talk, Ton, Titanoxid, Kieselerde, Bariumsulfat, Diatomeenerde, Mischungen von Zitronensäure und Natriumbicarbonat ein. Die verwendete Menge von Keimbildner kann von 0,01 bis 5 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile eines Polymerharzes reichen. Der bevorzugte Bereich beträgt von 0,1 bis 3 Gew.-Teile.
Andere geeignete Verfahren zur Herstellung des vorliegenden Schaums sind ein Verfahren für Schaum mit koalesziertem Strang, wie es im US-Patent No. 4 824 720 beschrieben ist, und ein akkumulierendes Extrusionsverfahren, beschrieben im US-Patent No. 4 323 528.
Das US-Patent No. 4 824 720 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer geschlossenzelligen Schaumstruktur, umfassend eine Vielzahl von koaleszierten extrudierten Strängen oder Profilen durch Extrusionsschäumen einer geschmolzenen thermoplastischen Zusammensetzung unter Verwendung einer Düse, die eine Vielzahl von Öffnungen enthält. Die Öffnungen sind derart angeordnet, daß der Kontakt zwischen benachbarten Strömungen des geschmolzenen Extrudates während des Schäumungsprozesses auftritt und die kontaktierenden Oberflächen aneinander mit ausreichender Haftung, um eine einheitliche Struktur zu bilden, haften. Die individuellen Stränge des koaleszierten Polyolefinschaums sollten in einer einheitlichen Struktur aneinander haftend verbleiben, um eine Delaminierung des Stranges unter bei der Herstellung, Formgebung und Verwendung des Schaumes vorkommenden Spannungen zu verhindern.
Im US-Patent No. 4 323 528 werden längliche zellförmige Körper niedriger Dichte mit großen seitlichen Querschnittsflächen hergestellt durch: 1) Formen, unter Druck, eines Gemisches aus einem thermoplastischen Polymeren und einem Blähmittel, wobei das Gemisch eine Temperatur besitzt, bei welcher die Viskosität des Gemisches ausreichend ist, um das Blähmittel zurückzuhalten, wenn das Gemisch expandieren gelassen wird; 2) Extrudieren des Gemisches in eine Haltezone, welche auf einer Temperatur und einem Druck, welcher das Schäumen des Gemisches nicht erlaubt, gehalten wird, wobei die Haltezone eine Auslaßdüse, welche eine Düsenöffnung begrenzt, in eine Zone von niedrigerem Druck, bei welchem das Gemisch schäumt, sowie einen öffenbaren Schieber, welcher die Düsenöffnung verschließt, besitzt; 3) periodisches Öffnen des Schiebers; 4) im wesentlichen gleichzeitig Anlegen von mechanischem Druck mittels eines beweglichen Stempels auf das Gemisch zum Herausstoßen des Gemisches aus der Haltezone durch die Düsenöffnung in die Zone von niedrigerem Druck mit einer größeren Rate als derjenigen, bei welcher wesentliches Schäumen in der Düsenöffnung auftritt, und weniger als derjenigen, bei welcher wesentliche Unregelmäßigkeiten in der Querschnittsfläche oder der Gestalt auftreten; und 5) Ermöglichen der Expansion des ausgestoßenen Gemisches ohne Beschränkung in wenigstens einer Dimension zur Herstellung eines länglichen thermoplastischen zellartigen Körpers.
Der vorliegende Schaum bietet ausgezeichnete Polstereigenschaften und Rückfederung. Die vorliegenden Schäume sind für die Polsterverpackung geeignet, da die Schäume angemessene Stoßabsorptionseigenschaften und Rückfederung besitzen. Die Schaumprodukte dämpfen den Stoß während mehrfachem Herabfallen. Die Schäume absorbieren dynamische Stöße überraschend gut, insbesondere wenn sie offenzellig sind. Zusätzlich können die offenzelligen Schäume für Schallabsorption eingesetzt werden. Die Schäume können ebenso gut für Wärmeisolierung verwendet werden.
Der vorliegende Schaum hat zufriedenstellende Dimensionsstabilität, obwohl er mit rasch permeierenden Blähmitteln expandiert ist. Bevorzugte Schäume haben eine Wiedergewinnung von ≥ 80% des Anfangsvolumens innerhalb eines Monats, wobei das Anfangsvolumen innerhalb von 30 Sekunden nach der Extrusion gemessen wurde.
Im folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung gegeben und diese sollen nicht als beschränkend angesehen werden. Falls nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Angaben in Prozentsätzen, Teilen oder Verhältnissen auf Gewicht.
Beispiel 1
Offenzellige Propylenpolymerschäume der vorliegenden Erfindung wurden entsprechend dem folgenden Verfahren hergestellt. Erwünschte Bereiche der Schäumungstemperatur zur Herstellung von offenzelligen Schäumen wurden bestimmt.
Die verwendete Ausrüstung war ein 1 Zoll (in) (2,5 Zentimeter (cm)) Extruder vom Schneckentyp, welcher zusätzliche Zonen des Mischens und Abkühlens am Ende der üblichen aufeinanderfolgenden Zonen für das Einspeisen, Dosieren und Mischen aufwies. Eine Öffnung für Blähmittel ist auf dem Extruderzylinder zwischen den Dosier- und Mischzonen vorhanden. Am Ende der Kühlzone ist eine Düsenöffnung mit einer Öffnung von rechteckiger Gestalt befestigt. Die Höhe der Öffnung, im folgenden bezeichnet als Düsenspalt, ist einstellbar, während seine Breite auf 0,145 Zoll (3,68 Millimeter (mm)) fixiert ist.
Ein granulatförmiges Polypropylenharz mit hoher Schmelzfestigkeit (HMS), das eine Schmelzfließrate von 0,54 (gemäß ASTM D-1238, Bedingung L) und einen tan delta von 0,92 besitzt, wurde mit einer kleinen Menge, 0,1 pph (Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile Polymerem) Antioxidans der Marke Irganox 1010 (von Ciba-Geigy Corp.) gemischt und in den Extruder mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von annähernd 4 pounds per hour (lbs/hr) (1,8 Kilogramm pro Stunde (kg/h)) eingespeist. Die in den Extruderzonen aufrechterhaltenen Temperaturen waren: 175°C in der Einspeiszone, 210°C in der Schmelzzone, 230°C in der Dosierzone und 230°C in der Mischzone. Eine Mischung von 60/40 Mol (oder 70/30 in Gewicht) von HCFC-142b und EtCl wurde in einem Wiegetank hergestellt und unter Druck in die Mischzone mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von 0,76 lbs/hr (0,34 kg/h) injiziert. Die Rate belief sich auf 0,22 pound-moles pro 100 pounds von Polymerem (im folgenden abgekürzt als mph). Der Wert von 0,22 mph entspricht 0,22 kph (Kilogramm-Mol pro 100 Kilogramm). Der Düsenspalt wurde auf 0,012 Zoll (0,30 mm) eingestellt. Die Temperatur des homogenen Gemisches aus Polymerem/Blähmittel, fertig zum Durchlaufen der Schaumexpansion (im folgenden bezeichnet als Schäumungstemperatur) wurde allmählich durch Einstellen der Temperatur der Kühlzone) reduziert. Bei jeder Schäumungstemperatur wurde eine Schaumprobe erhalten. Nach etwa einer Woche wurde jede Probe bestimmten Tests auf physikalische Eigenschaften unterzogen.
Schäume mit guter Qualität wurden in einem breiten Bereich von Schäumungstemperaturen hergestellt. Tabelle 1 setzt die Schaumdichte und den Gehalt von offenen Zellen mit der Schäumungstemperatur in Beziehung. Bei einer Schäumungstemperatur höher als 164°C fiel der Schaum vollständig oder partiell zusammen. Bei 164°C wurde ein Temperaturbereich, bei welchem ein stabiler offenzelliger Schaum hergestellt werden konnte, erreicht. Bei einem Schäumungstemperaturbereich von 164°C bis 155°C wurden Schäume mit 60–70% offenen Zellen hergestellt. Wenn die Temperatur weiter abfiel, nahmen sowohl der Gehalt an offenen Zellen als auch die Schaumdichte ab, bis die Temperatur 150°C erreicht. Unterhalb 150°C waren die Schäume im wesentlichen geschlossenzellig, und die Schaumdichte blieb konstant. Bei einer Schäumungstemperatur von 143°C wurden Anzeichen des Einfrierens der Schmelze in der Kühlzone in Form von Klumpen in dem Schaumkörper und Veränderungen in der Gestalt des Schaumstranges beobachtet. Wie in Tabelle 1 ersichtlich ist, betrug das Temperaturfenster (ΔT_f) für den geschlossenzellligen Schaum annähernd 144°C–150°C (ΔT_f = 7°C) für dieses Polymer/Blähmittelsystem. Dasjenige für den partiell offenzelligen Schaum betrug 151°C–163°C (ΔT_f = 13°C). Die Grenztemperatur für einen geschlossenzelligen Schaum ist definiert als T_f,max, die betriebsfähige Schäumungstemperatur für den partiell offenzelligen Schaum lag in dem Bereich zwischen (T_f,max + 1) und (T_f,max + 13). Der Bereich wird entsprechend den Polymer/Blähmittelsystemen variieren. Für dieses System betrug die optimale Schäumungstemperatur für einen geschlossenzelligen Schaum annähernd 147°C (Mittelpunkt des Bereiches für geschlossenzellige Schäume). Dieses Beispiel zeigte, daß ein im wesentlichen offenzelliger Schaum aus einem Polypropylen/organischem Blähmittelsystem durch geeignete Steuerung der Schaumdichte, der Zellgröße und der Schäumungstemperatur extrudiert werden kann.
TABELLE 1
Beispiel 2
Offenzellige Propylenpolymerschäume der vorliegenden Erfindung wurden entsprechend dem folgenden Verfahren hergestellt. Erwünschte Blähmittelgehalte zur Herstellung von offenzelligen Schäumen wurden bestimmt.
Die Vorrichtung, das Polymere und das Blähmittel von Beispiel 1 wurden verwendet.
Der Einfluß des Blähmittelgehaltes auf die Schäumbarkeit des Polypropylenharzes wurde bestimmt. Die Schäumungstemperatur sollte konstant auf 148°C gehalten werden, jedoch wurde sie auf 151°C für den Blähmittelgehalt von 0,13 mph (0,13 kph) angehoben, um das Einfrieren der Polymerschmelze zu verhindern. Das Verfahren und die Eigenschaftswerte sind in Tabelle 2 angegeben. Bei einer Schäumungstemperatur von 148°C, bei welcher ein Blähmittelgehalt von 0,22 mph (0,22 kph) eine geschlossene Zelle lieferte, wie in Beispiel 1 ersichtlich ist, lieferten 0,19 mph (0,19 kph) Blähmittel ebenfalls einen im wesentlichen geschlossenzelligen Schaum. Der Gehalt an offenen Zellen nahm zu, wenn der Gehalt des Blähmittels abnahm – 36% bei 0,16 mph (0,16 kph) und 69% bei 0,13 mph (0,13 kph). Bei 0,13 mph Blähmittelgehalt wurde eine kleine Menge von Talkpulver zugesetzt, um die Zellgröße zu reduzieren, und die Schäumungstemperatur wurde erhöht.
TABELLE 2
Beispiel 3
Offenzellige Schäume der vorliegenden Erfindung wurden entsprechend dem folgenden Verfahren hergestellt. Die Schäume wurden mit einem Propylencopolymeren hergestellt.
Die Apparatur wie in Beispiel 1 wurde verwendet. Ein statistisches Copolymeres von Ethylen/Propylen 2/98 (in Gewicht) mit einer Schmelzfließrate von 0,39 (ASTM D-1238, Bedingung L) und einem tan delta von 1,09 wurde nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 mit dem Blähmittel von Beispiel 1 geschäumt. Wie in den Beispielen 1 und 2 wurden 0,1 pph Anti oxidans (Irganox 1010) verwendet. Die in den Extruderzonen aufrechterhaltenen Temperaturen waren: 160°C in der Einspeiszone, 180°C in der Schmelzzone, 200°C in der Dosierzone und 230°C in der Mischzone. Es wurden Schäume über sowohl einem Schäumungstemperaturbereich als auch über einem Bereich von Blähmittelgehalt hergestellt. Wenn die Schäumungstemperatur herabgesetzt wurde, wurde der Düsenspalt schwach vergrößert von 0,012 Zoll (0,30 mm) auf 0,017 Zoll (0,43 mm), um den gewünschten Schaumquerschnitt ohne Vorschäumen zu erreichen.
Es wurden offenzellige Schäume mit niedriger Dichte unter Verwendung des Copolymerharzes bei einem relativ breiten Schäumungstemperaturbereich hergestellt. Wie in Tabelle 3 ersichtlich ist, war die Herstellung eines geschlossenzelligen Schaumes mit dem Copolymerharz schwierig, wie durch den schmalen Bereich von Schäumungstemperatur (139°C–141°C) für einen niedrigen Gehalt von offenen Zellen angezeigt wird. Im Gegensatz dazu werden offenzellige Schäume mit niedriger Dichte aus diesem Harz für den Temperaturbereich von 142°C–147°C leicht erreicht. Die Schäumungstemperatur 144°C–145°C ergab offenzellige Schäume mit optimalen 40–50% Gehalt an offenen Zellen und den niedrigsten Schaumdichten.
TABELLE 3
Beispiel 4
Offenzellige Schäume der vorliegenden Erfindung wurden entsprechend dem folgenden Verfahren hergestellt. Die Schäume wurden unter Verwendung eines akkumulierenden Extrusionssystems (AES) hergestellt.
Die Apparatur ist wie in den Beispielen 1 bis 3 mit der Ausnahme, daß die Düse durch das RES ersetzt wird. Das AES bestand aus einem gemantelten Druckbehälter mit einer Kapazität von 300 Kubikzentimeter, einem Stickstoffdrucksystem und einer im Spalt einstellbaren 0,25 Zoll (0,64 cm) breiten Düsenöffnung. Der Druckbehälter, die Transferleitungen und die Düse wurden auf oder schwach oberhalb der Temperatur der schäumbaren Schmelze gehalten, so daß das Material weder übermäßige Wärme annimmt noch einfriert. Nachdem der gewünschte Schäumungszustand hergestellt war, wurde die Schmelze in dem Behälter unter Stickstoffrückdruck von etwa 700 pounds per square Inch gauge (psig) (4830 Kilopascal Überdruck (kPag)) angesammelt. Nachdem eine vorgeschriebene Menge Schmelze angesammelt war, wurde Stickstoffgas (eingestellt auf 1300 psig (8960 kPag) Überdruck) in den Oberteil des Behälters eingeführt, und die schäumbare Schmelze wurde aus der Düsenöffnung zum Expandieren abgegeben.
Drei Ethylen/Propylencopolymere mit 2/98 Gewichtsverhältnis und unterschiedlichen Schmelzfließraten wurden untersucht. Ein Copolymeres ist wie in Beispiel 3. Die Werte tan delta der Harze betrugen 1,11 für das Harz mit 0,26 MFR, 0,87 für das Harz mit 0,57 MFR und 1,09 für das Harz mit 0,39 MFR. Wie in den Beispielen 1 bis 3 wurde eine Mischung von HCFC-142b/EtCl von 60/40 in Mol als Blähmittel verwendet. Die Daten sind in Tabelle 4 zusammengefaßt. Alle drei Harze lieferten Schäume guter Qualität mit großen Querschnitten von 16–18 Quadratzentimeter (cm²), kleiner Zellgröße und niedrigen Dichten. Die Betriebstemperaturbedingungen waren so, daß die Gehalte an offenen Zellen von Harz zu Harz stark variierten. Das Harz mit 0,39 MFR lieferte fast vollständig offenzelligen Schaum bei 140°C, während das Harz mit 0,26 MFR einen Schaum mit nur 14% offenen Zellen bei 147°C lieferte. Ein Schaum mit einem dazwischen liegenden Gehalt an offenen Zellen (27%) wurde aus dem Harz mit 0,57 MFR bei 145°C hergestellt. Verständlicherweise können die Gehalte an offenen Zellen dieser Schäume durch Auswahl eines unterschiedlichen Satzes von Betriebsbedingungen (Temperatur, Zellgröße und Dichte) verändert werden.
TABELLE 4
Beispiel 5
Offenzellige Schäume der vorliegenden Erfindung wurden entsprechend dem folgenden Verfahren hergestellt. Die Schäume wurden mit einem Polypropylenhomopolymeren mit hoher Schmelzfestigkeit (HMS) und mehreren unterschiedlichen Blähmitteln hergestellt.
Diese Apparatur und die Betriebsarbeitsweise waren im wesentlichen dieselben wie in Beispiel 1. Ein HMS Polypropylenhomopolymeres mit einer Schmelzfließrate (MFR, die MFR wurde gemäß ASTM D1238 bei Bedingung L bestimmt, falls nichts anderes im folgenden angegeben ist) und einem tanδ von 1,09 wurde mit mehreren unterschiedlichen Blähmitteln expandiert. Für gemischte Blähmittel wurden die sie bildenden Blähmittel vor der Injektion in den Extruder vorgemischt. Wie in Tabelle 5 gezeigt ist, wurde eine kleine Menge von Talkpulver bei einigen Tests zur Reduzierung der Zellgröße eingegeben. In den Tests, bei denen HFC-134a als Blähmittel verwendet wird, wurde eine kleine Menge von Glycerinmonostearat (GMS) zur Vergrößerung der Zellgröße eingegeben. GMS, in Konzentratform, und Talk wurden mit den Polypropylengranulen vorgemischt und in den Extruder mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von 4 pounds per hour (1,81 kg/h) eingespeist. Die in den Extruderzonen aufrechterhaltene Temperaturen waren: 150°C in der Einspeiszone, 200°C in der Schmelzzone, 220°C in der Dosierzone und 230°C in der Mischzone.
Die Temperatur der Kühlzone wurde gehalten, um das Gel (Schmelzmischung von Polymerem und Blähmittel) auf etwa 150°C–151°C gleichförmig herabzukühlen. Die Düsenöffnung wurde für jedes Gel eingestellt, um Schaumstränge zu erhalten, welche von Vorschäumen frei waren. Die Schaumdimensionsstabilität wurde mit zwei Proben von etwa 5 Zoll (12,7 cm) Länge gemessen. Wie in Tabelle 5 angegeben ist, lieferten alle der einzelnen oder gemischten Blähmittel Schäume mit guter Qualität und niedriger Dichte, welche 24% oder mehr offene Zellen bei der Schäumungstemperatur besaßen. Alle Schäume erfüllten das Schäumbarkeitskriterium, ρ_fD ≤ 4,28 ρcf·mm (68,5 kg/m³·mm). Mit den relativ hohen Gehalten an offenen Zellen zeigten alle Schäume ausgezeichnete Dimensionsstabilität.
Beispiel 6
Offenzellige Schäume der vorliegenden Erfindung wurden entsprechend dem folgenden Verfahren hergestellt. Es wurden offenzellige Schaumplatten mit niedriger Dichte und großem Querschnitt unter Verwendung einer Düse mit Vielfachöffnungen und einer Formplattenanordnung hergestellt.
Die Apparatur war im wesentlichen dieselbe wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme für einen unterschiedlichen Extruder und eine unterschiedliche Düse. Der Extruder war ein 1 ½ Zoll (3,8 cm) Einzelschneckentyp. Die Düse war eine Vielfachöffnungsdüse mit Öffnungen von 0,030 Zoll (0,76 mm) Durchmesser, angeordnet in Reihen und Kolonnen in einem Dreiecksmuster mit gleichen Abständen mit Abständen von 0,144 Zoll (3,7 mm) zwischen den Löchern. 72 Löcher (8 Reihen und 9 Kolonnen) waren offen. Eine Formplattenanordnung war an der Düsenfläche befestigt. Die Formplattenanordnung bestand aus zwei horizontalen Formplatten und zwei Führungsschuhen, welche zum Führen der Kanten des Schaums ausgelegt waren. Die Formplatten waren aus Kohlenstoffgraphit hergestellt, und der freie Raum zwischen den zwei Platten war durch senkrechte Bewegung der Platten einstellbar. Die Seitenschuhe, welche in einem Winkel von 45 Grad nach außen gerichtet und mit Teflonfolie (Handelsmarke von E.I. DuPont de Nemours & Com) ausgekleidet waren, konnten ein- und ausbewegt werden.
Ein HMS statistisches 2/98 Ethylen/Propylencopolymeres mit einer Schmelzfließrate von 0,5 und tanδ von 0,96 wurde verwendet. Das granulatförmige Harz wurde mit 0,1 pph Talkpulver für die Steuerung der Zellgröße und 0,2 pph Antioxidantien gemischt. Die Antioxidantien bestanden aus 50% gehindertem Phenoltyp, Marke IRGANOX 1010 (Ciba-Geigy Corp.) und 50% Phosphittyp (Marke ULTRANOX 626) (Borg-Warner Chemical, Inc.). Die Antioxidantien wurden in eine Konzentratform in dem Ausgangsharz überführt. Das Feststoffgemisch wurde in den Extruder mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von annähernd 10 lbs/hr (4,5 kg/h) eingespeist. Die in den Extruder zonen aufrechterhaltenen Temperaturen waren: 185°C in der Einspeiszone, 200°C in der Schmelzzone, 230°C in der Dosierzone und 200°C in der Mischzone. Ein Gemisch aus 60/40 Mol HFC-152a und Ethylchlorid wurde unter Druck in die Mischzone mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von 1,37 lbs/hr (0,62 kg/h) eingespeist, dies entspricht annähernd 0,21 mph. Das homogenisierte Gemisch aus Polymerem und Blähmittel wurde auf etwa 157°C an der Düse abgekühlt, um stabile Schaumstränge zu erzeugen.
Nachdem eine nichtgeschäumte Probe genommen worden war, wurden die Formplatten an beide Seiten der Schaumoberflächen angelegt, und die Seitenschuhe wurden nach innen bewegt, um den Schaumkörper an den Kanten zu führen. Um den durch die Platten bewirkten Widerstand zu überwinden, muß der Schaumkörper vorsichtig abgezogen werden. Wie in Tabelle 6 ersichtlich ist, hatte das Formen einen signifikanten Effekt auf die Schaumqualität, die Dichte und die Querschnittsgröße. Der nicht geformte Schaumkörper war eine Ansammlung von lose koaleszierten zylindrischen Strängen mit Kanälen zwischen den Strängen, relativ hoher Schaumdichte, kleinem Querschnitt und rauhen Oberflächen, welche die Kontur der Zylinder widerspiegelten. Das Formen vergrößerte die Stränge, deformierte die hexagonalen wabenförmigen Formen und verdichtete ohne Leerräume, so daß ein Schaum mit ausgezeichneter Qualität mit niedriger Dichte, größerer Querschnittsgröße und glatter Haut angeliefert wurde. Mit seinem hohen Gehalt an offenen Zellen war der Schaum bei der Kompression fest und erholte sich leicht nach der Kompression.
TABELLE 6
Beispiel 7
Dieses Beispiel erläutert, daß Formen zu einem offenzelligen Polypropylenschaum führt, welcher die gewünschten Eigenschaften einer wohl ausgeglichenen Festigkeitsverteilung, der Rückfederung bzw. Erholung und der dynamischen Polsterung besitzt.
Die Vorrichtung war ein 1-3/4 Zoll (4,4 cm) Extruder vom Schneckentyp, welcher im wesentlichen dieselbe Konfiguration wie derjenige von Beispiel 6 besaß. Die Vorrichtung verwendete die Vielfachöffnungsdüse von Beispiel 6. 154 Löcher (11 Reihen und 13 Kolonnen) waren an der Düse offen. Die Formplattenanordnung war wie in Beispiel 6.
Das Polypropylenharz von Beispiel 6 wurde mit einem Gemisch von 60/40 Mol HCFC-152b/EtCl expandiert und dann geformt. Die Antioxidanszugabe war wie in Beispiel 6. Talkpulver wurde mit 0,5 pph verwendet. Die Feststoffe wurden in den Extruder mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von annähernd 25 lbs/hr (11,4 kg/h) eingespeist. Die in den Extruderzonen aufrechterhaltenen Temperaturen waren: 175°C in der Einspeiszone, 200°C in der Schmelzzone, 230°C in der Dosierzone und 200°C in der Mischzone. Das vorgemischte Blähmittel wurde unter Druck in die Mischzone mit einer Rate von 4,1 lbs/hr (1,9 kg/h) injiziert, dies entspricht 16,4 Teilen pro 100 Teile von Polymerem oder annähernd 0,19 mph.
Das Gel aus geschmolzenem Polymerem und Blähmittel wurde auf annähernd 152°C herabgekühlt, um stabile Schaumstränge zu erzeugen. Die Schaumstränge hatten feine Zellgröße und annähernd 3,7 mm Durchmesser, und klebten lose aneinander. Die Dichte der Schaumstränge betrug 32 kg/m³, und die Zellgröße betrug 0,43 mm. Der Schaumquerschnitt war klein, und die Schaumoberfläche war rauh. Nachdem eine nichtgeformte Probe genommen worden war, wurden die Formplatten aneinander genähert, um einen Zug auf den Schaum auszuüben, dann wurden die Platten geöffnet, um einen größeren Querschnitt zu liefern. Die Seitenschuhe wurden nach innen zum Führen des Schaumes an den Kanten geschoben. Der Schaumkörper wurde sanft abgezogen, um den durch die Formplatten ausgeübten Zug zu überwinden. Durch das Formen wurde ein Schaum mit ausgezeichneter Qualität und einer größeren Querschnittsgröße mit gut koaleszierten Strängen erhalten. Die Stränge wurden deformiert, um perfekte Wabengestalten zu bilden, und die Schaumoberflächen wurden glatt bei abflachenden Oberflächensträngen. Andere Vorteile des Formens können aus Tabelle 5 entnommen werden, wo die Eigenschaften des geformten Schaumkörpers verglichen werden. Die Vorteile schließen eine 28%ige Reduzierung der Schaumdichte, fast eine Verdreifachung der Schaumquerschnittsgröße und ausgeglichenere Richtungsfestigkeit ein.
Üblicherweise hat eine extrudierte Schaumplatte die Festigkeit gerichtet zu der Extrusionsrichtung, jedoch die angelegten Beladungen werden oftmals in der senkrechten Richtung bei tatsächlichen Polsteranwendungen angelegt. Tabelle 7a zeigt deutlich, daß das Formen die Festigkeit nach den Transversalrichtungen (vertikale und horizontale Richtungen) umverteilen kann.
Der offenzellige Polypropylenschaum wurde auf Polsterverpackungsanwendungen getestet. Alle Schaumproben hatten eine Dicke von 1,5 Zoll (3,8 cm), wobei dies die Beanspruchungsrichtung ist) und 2,5 Zoll × 3,0 Zoll (6,4 cm × 7,6 cm) belastungstragende Fläche. Es wurde die Spitzenabbremsung, welche von einem auf die Schaumproben aus einer Höhe von 24 Zoll (61 cm) herabgefallenem Gewicht erhalten wurde, gemessen. Das Verhalten des offenzelligen Polypropylens beim Dämpfen von Stößen während sowohl der ersten als auch von mehrfachen Fallvorgängen zeigte, daß seine Polstereigenschaften für die meisten Anwendungen adäquat waren.
TABELLE 7B
Beispiel 8
Offenzellige Schäume der vorliegenden Erfindung wurden entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung herge stellt. Die Schäume wurden mit einem HMS Propylencopolymeren hergestellt und der Formung unterworfen.
Der Formtest von Beispiel 7 wurde mit einem HMS 2/98: Ethylen/Propylencopolymeren mit einer Schmelzfließrate von 0,8 und einem tan-Wert von 1,60 durchgeführt. Ein Keimbildner vom Mischtyp aus Natriumbicarbonat/Zitronensäure (Handelsmarke Hydrocerol CF-20, hergestellt von Boehringer Ingelheim KG, Deutschland) wurde als Zellgrößenregler verwendet. Mit Ausnahme für die Kühlzone und die Düse wurden die Extruderzonen auf dieselben Temperaturen wie in Beispiel 7 eingestellt. Bei den Tests dieses Beispiels wurden gemischte Kohlenwasserstoffblähmittel verwendet: eine 60/40 Mol-Mischung aus Isobutan und n-Pentan im Test 8.1 und eine 70/30 Mol-Mischung von Isobutan und n-Butan im Test 8.2. Die Polymerextrusionsrate wurde auf 25 lbs/hr (11,3 kg/h) gehalten, und die Blähmittelrate wurde so eingestellt, daß sein Gehalt 0,25 mph bei beiden Tests war. Eine Gesamtzahl von 156 Löchern (12 Reihen × 13 Reihen) und 143 Löchern (11 Reihen × 13 Reihen) wurden im Test 8.1 bzw. 8.2 geöffnet. Es wurden gute Schäume hergestellt, wenn das Gel auf annähernd 137°C und 140°C im Test 8.1 bzw. 8.2 heruntergekühlt wurde. Die Formplattenanordnung wurde an die aus der Düse austretenden Schaumstränge angelegt. Schäume mit ausgezeichneter Qualität wurden bei beiden Tests erzielt.
Beispiel 9
Offenzellige Schäume der vorliegenden Erfindung wurden entsprechend dem folgenden Verfahren hergestellt. Die Schäume wurden unter Verwendung einer Apparatur im großen Maßstab mit einer Vielfachöffnungsdüse hergestellt.
Die Apparatur hatte im wesentlichen dieselbe Konfiguration wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme eines 3 ½ Zoll (8,9 cm) Extruders vom Schneckentyp und eine unterschiedliche Düse. Die Düse war eine Vielfachöffnungsdüse mit 2016 Öffnungen von 0,041 Zoll (1,04 mm) Durchmesser, angeordnet in 18 Reihen und 112 Kolonnen in einem Dreiecksmuster mit gleichen Abständen mit 0,25 Zoll (0,64 cm) Abstand zwischen den Öffnungen. Die Betriebsweise war im wesentlichen dieselbe wie in Beispiel 1.
Ein HMS statistisches 2/98 Ethylen/Propylencopolymeres mit einer Schmelzfließrate von 0,34 (ASTM D-1238, Bedingung L) wurde mit 0,05 pph Talkpulver und 0,2 pph Antioxidantien gemischt. Die Antioxidantien bestanden aus 50 Gew.-% vom gehinderten Phenoltyp, Marke Irganox 1010 (Ciba-Geigy Corp.) und 50 Gew.-% vom Phosphittyp, Marke Ultranox 626 (Borg-Warner Chemical, Inc.). Die Antioxidantien wurden in Masteransätze des Ausgangsharzes vorkompoundiert. Das feste Gemisch wurde in den Extruder mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von annähernd 400 lbs/hr (182 kg/h) eingespeist. Die in den Extruderzonen aufrechterhaltenen Temperaturen waren: 130°C in der Einspeiszone, 200°C in der Schmelzzone, 230°C in der Dosierzone und 210°C in der Mischzone. HCFC-142b wurde unter Druck in die Mischzone mit einer Rate von 79 lbs/hr (36 kg/h) injiziert, dies entspricht 19,8 Teilen pro 100 Teilen von Polymerem oder annähernd 0,20 mph (0,20 kph). Wenn das homogene Gemisch aus Polymerem und Blähmittel auf annähernd 154°C herabgekühlt war, wurde ein guter Schaum mit feiner Zellgröße erzielt. Die Schaumstränge koaleszierten gut miteinander, was zu einer Schaumplatte fühte, bei der die meisten der Zwischenräume oder Kanäle aufgefüllt waren. Die Querschnittsgröße des Schaumes betrug annähernd 2,4 Zoll × 23,8 Zoll (6,1 cm × 60 cm).
Der Schaum zeigte ausgezeichnete Dimensionsstabilität während der Alterung, wobei fast keine Veränderung (weniger als 1%) auftrat. Die Eigenschaften des Schaumes wurden zwei Wochen nach der Extrusion bestimmt. Der Schaum hatte eine Dichte von 1,48 pcf (23,7 kg/m³), eine Zellgröße von 0,58 mm, und 61% offene Zellen. Der Schaum hatte eine senkrechte Druckfestigkeit von annähernd 7 psi (48 kPa) bei 25% Verformung, und, nach 80%iger Druckverformung erholte er sich gut auf 95% seiner ursprünglichen Dicke innerhalb 1 Stunde und 96% seiner ursprünglichen Dicke innerhalb 1 Tag. Der Schaum hatte eine Wärmeleitfähigkeit von 0,295 B.t.u./(hr)(ft²) (F°/Zoll) (0,042 W/m·K°). Mit seiner Rückfederung und niedrigen Wärmeleitfähigkeit ist der Polypropylenschaum nicht nur für die Polsterverpackung, sondern auch für Isolationsanwendungen geeignet.
Beispiel 10
Offenzellige Schäume der vorliegenden Erfindung wurden gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt. Der Schaum wurde in Plattenform mit einem HMS Polypropylenhomopolymeren hergestellt.
Die Schäumungsapparatur, das Harzausgangsmaterial und das Blähmittel waren im wesentlichen dieselben wie in Beispiel 9 mit der Ausnahme der Verwendung einer im Spalt einstellbaren Schlitzdüse von 25,4 mm (1 Zoll) Breite zur Herstellung eines Plattenschaumes.
Das Polymerausgangsmaterial wurde mit der Antioxidansmischung von Beispiel 9 vermischt. Talk wurde nicht eingegeben. Das Ausgangsmaterial wurde in den Extruder mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von annähernd 250 lbs/hr (114 kg/h) eingespeist. Die Extruderzonen wurden auf dieselben Temperaturen wie in Beispiel 5 eingestellt. HCFC-142b wurde unter Druck in die Mischzone mit einer Rate von 50 lbs/hr (23 kg/h) injiziert, dies entspricht 20 Teilen pro 100 Teilen von Polymerem in Gewicht oder annähernd 0,20 mph (0,20 kph). Wenn das Gel aus geschmolzenem Polymerem/Blähmittel gleichförmig auf eine optimale Schäumungstemperatur von 153°C heruntergekühlt worden war, wurde der Düsenspalt zur Herstellung eines Schaumes, der frei von Vorschäumen war, eingestellt. Bei einem Düsenspalt von 0,135 Zoll (0,343 cm), was die Grenzöffnung der Düse für das Vorschäumen war, wurde ein Schaum mit guter Qualität von 1,9 Zoll × 4,2 Zoll (4,8 cm × 10,7 cm) Querschnitt erzielt.
Wie die koaleszierte Strangplatte von Beispiel 9 zeigte der Schaum ausgezeichnete Dimensionsstabilität während der Alterung bei fast keiner Schrumpfung (weniger als 1%). Die Eigenschaften des Schaumes wurden zwei Wochen nach der Extrusion gemessen. Der Schaum hatte 1,18 pcf (18,9 kg/m³) Dichte, 1,49 mm Zellgröße und 84% offene Zellen. Der Schaum hatte eine senkrechte Druckfestigkeit von 5,8 psi (40 kPa) bei 25% Verformung und, nach 80% Kompression erholte er sich auf 91% seiner ursprünglichen Dicke innerhalb von 1 Tag.
Während Ausführungformen des Schaumes und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Einzelheiten gezeigt wurden, sei darauf hingewiesen, daß in Abhängigkeit von dem Herstellungsverfahren und den Anforderungen des Herstellers die vorliegende Erfindung durch verschiedene Abänderungen modifiziert werden kann, wobei sie jedoch immer innerhalb des Umfanges der anliegenden Ansprüche bleibt.

Claims

Dimensionsstabiler extrudierter Propylenpolymerschaum, der ein Propylenpolymermaterial, das mehr als 50 Gew.-% monomere Propyleneinheiten hat, umfaßt und einen Gehalt an offenen Zellen von mehr als 20% und eine Schaumdichte von weniger als 400 kg/m³ (25,0 lbs/ft³) hat, dadurch gekennzeichnet, daß (i) der Schaum in Form einer Platte mit einer Durchschnittszellwanddicke von weniger als 35 Mikrometer (μm) vorliegt, (ii) der Schaum eine Querschnittsfläche von wenigstens 10 cm² hat, und (iii) der Schaum eine Dichte von 96 kg/m³ oder weniger hat.
Schaumplatte nach Anspruch 1, bei welcher der Schaum von 30 bis 70% offenzellig ist.
Schaumplatte nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Propylenpolymermaterial mehr als 70 Gew.-% monomere Propyleneinheiten hat.
Schaumplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Schaum eine Durchschnittszellwanddicke von weniger als 15 Mikrometer (μm) hat.
Schaumplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Schaum in Form koaleszierter Stränge vorliegt.