TWI273018B - A process for producing physically foamed polyolefin foams and isolation foams prepared therewith - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1273018 Α7 Β7 五、發明說明（f ) 本發明關於一種用於產生具有耐高溫性的物理發泡 之聚烯烴泡體的方法，尤其是一能耐受高達160°C之溫 度的聚烯烴泡體。本發明更關於使用此方法所製造的隔 離泡體。 聚烯泡體係普遍周知的且係用於許多的用途，例如 參考David B. Todd的塑膠複合、設備及加工，由 Munich的Hanser出版社在1998年所出版，及Friedhelm Hensen的塑膠擠製技術，由Hansei*出版社在1988年所 出版。 習用於產生聚烯烴的方法包括在擠壓機內熔化聚烯 烴和視需要選用的添加劑，在高壓添加物理發泡劑如惰 性氣體或惰性液體至擠壓機中的熔融料，將熔融料擠壓 經過擠壓機的模口，於是在擠壓機外部的較低壓力發生 氣體膨脹或液體蒸發。 美國專利第5817705號揭示一種製造閉孔丙烯聚合 物泡體之方法，其包括將丙烯聚合物樹脂送到擠壓機內 ，將成核劑加到所送入的樹脂，在擠壓機內將混合物塑 化以形成一種聚合物熔體，將選自於有機發泡劑、無機 發泡劑及其混合物的至少一種發泡劑混入聚合物熔體內 以形成一種可發泡的組成物，均勻地混合該可發泡的組 成物及將該組成物冷卻至一能有效膨脹低密度丙烯聚合 物泡體的溫度，及在一足夠高的壓力下經由一模口濟出 或射出可發泡的組成物以形成一種低密度的閉孔丙烯聚 合物樹脂泡體，其之可發泡性指數係超過19且沸騰時 4 本紙f尺度適財國國家彳i^CNS)A4規格（21Q χ挪公爱）------ (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 上0. •線_ 1273018 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1) 間係少於2.1XHT4秒鐘。 美國專利第5817705陳述，爲了藉由習用的方法在 物理發泡劑之助下產生穩定的閉孔丙烯聚合物泡體，必 須使用一種具有高熔體強度的聚丙烯（HMS-PP)。習用的 丙烯聚合物係高度結晶的且具有差的熔體強度。除了熔 體的流變性外，擠壓速率亦是泡體產生時的一重要因素 。使用美國專利第5817705號的方法，則可能產生厚的 橫剖面，具有目前技藝中所不能實現之孔大小和泡沫密 度組合的低密度丙烯聚合物泡體。 發泡劑的例子爲無機發泡劑，如氬氣、二氧化碳、 水及氮氣，以及有機發泡劑，如烷類且尤其是部分氟化 的烴類。 已知的聚烯烴泡體係不能耐高溫，即約105°C或更 高的溫度，因此該泡體係不適用於當作熱水或蒸汽管線 的隔離材料。 具有耐高溫性的泡體係已知的，如藉由使用AZO化 合物及聚胺基甲酸酯泡體所形成的彈性體，但是該材料 具有許多劣於聚烯烴的缺點。例如，該材料比烯烴較不 容易加工及回收利用。 因此，對於具有耐高溫性且能由可回收利用的材料 製備得之泡體係有所需求。 現已發現可以使用一種方法來產生這樣的泡體，其 中首先製造一種均勻混合物，其包括選自於聚丙烯和聚 乙烯的一或多種聚烯烴以及一種物理發泡劑，具有熔化 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · -丨線· 1273018 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（j) 範圍如由差式掃描量熱法所測量者係在120至160°C的範 圍內，隨後視情況地在冷卻和粒化後，進行擠製。 本發明提供一種產生聚烯烴泡體的方法，該泡體具 有耐高溫性且包括聚丙烯及/或聚乙烯及視需要選用的一 或多種其它聚嫌烴及/或一或多種習用的塑膠發泡添加劑 ，該方法包括以下步驟： a) 混合及熔化一種聚烯煃，其之熔化範圍由差示掃 描量熱法在i〇°c/分鐘的加熱速率測量係在95至i7crc的 範圍內，或混合及熔化一種混合物，其包括一或多種該 聚稀烴及視需要選用的其它烯烴及/或添加劑，俾形成一 種由單相所構成的均勻混合物，其之熔融溫度由差示掃 描量熱法在10C/分鐘的加熱速率測量係爲120至160°C b) 將步驟a)中所獲得的均勻混合物送入擠壓機內， 及在該擠壓機的第一部分中加熱該混合物至一能有效熔 化混合物的溫度， c) 在增壓的擠壓機之第二部分中，混合b)中所獲得 的熔融混合物與一種發泡劑，此發泡劑包括一種物質其 在擠壓機的溫度和壓力下係液態的.，而在壓降時會蒸發 y d) 將c)中所形成之溶融混合物冷卻到一溫度能使熔 融混合物由液態轉變成半結晶相，及 e) 將d)中所形成之冷混合物擠壓經過擠壓機的模口 ，俾藉由發泡劑的蒸發而使被擠壓的混合物膨脹形成一 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

言 Γ 良 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） 1273018 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（f ) 種聚烯烴泡體，隨後再將該泡體冷卻至周圍溫度。 使用本發明方法所產生的泡體係具有耐溫性範圍在 120-160°C內，視爲所用的聚烯烴之含量及種類而定。該 泡體特別適用於隔離，例如分離式空調、高和低壓蒸汽 管、區域加熱、太陽能回收及程序工業之領域中。 就應用而言，該泡體之加工性係比傳統材料如石絨 及聚胺基甲酸酯爲佳。該泡體係生態學友善的且可非常 容易地被回收。 可用習知的裝置來進行本發明的方法而不需要改造 該裝置。 藉由差示掃描量熱法（DSC)以l〇°C/分鐘的加熱速率 來測量聚烯烴的熔化範圍。 所用之具有熔化範圍爲95至170°C的聚烯烴通常具 有ΜΠ値如於190°C測量者爲不超過8.5克/10分鐘。 本文中所用的術語”聚烯烴”包括均聚物及共聚物。 聚丙烯係指丙烯均聚物以及丙烯與其它烯烴的共聚物。 聚烯烴爲可經改質的，例如經由側基的交聯。 •作爲具有熔化範圍爲95至170°C的聚烯烴，例如可 使用具有熔伦範圍爲140至17CTC的聚丙烯或具有熔化範 圍爲95至135°C的聚乙烯。具有熔化範圍爲140至170 C的聚丙嫌之例子爲Montell所供應的HMS聚合物。 具有熔化範圍爲95至170°C的聚烯烴可合倂一或多 種其它聚烯烴。其它聚烯烴的非限制性例子包括低密度 聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯及EVA。 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} .¾ -·線· 1273018 A7 B7 五、發明說明（t) 可以使用任何物質當作發泡劑，該物質在高壓下係 液態的，尤其在進行製程所用的擠壓機之壓力下係液態 的，但是在較低的壓力下會蒸發。發泡劑的非限制性例 子包括具有3至8個碳原子的烷類，例如丙烷、丁烷、 異丁烷及己烷。 聚烯烴可與一般的聚烯烴發泡添加劑混合。其之非 限制性例子爲阻燃劑、著色劑、顏料、塡料、成核劑及 安定劑。可用任何之量的添加劑，但是其應不會不利影 響所形成泡體之特性，該量較佳爲混合物之重量的0至 17%，視所欲之泡體特性而定。部分的視需要選用之添 加劑亦可在擠壓機中與聚烯烴混合。 於本發明方法的步驟a)中，在混合聚烯烴與視需要 選用的添加劑以形成均勻混合物的期間，重要的是釋放 出很少的摩擦能量。可在傳統型式的複合機中進行混合 ，較佳爲在共捏和機中混合。於混合期間，在範圍120 至200°C的熔化溫度內將混合物熔化。通常在捏和期間 所放出的熱量係足以將混合物熔化。視情況地，當開始 捏和時可加熱混合物，而稍後在釋出摩擦熱時可冷卻該 混合物。在混合機中的滯留時間應該是短的，較佳爲少 於6秒鐘。混合機中所形成的均勻相可藉由差示掃描量 熱法（DSC)測量熔化範圍時，應在DSC圖中於120至160 °(：的溫度表現一峰。爲了獲得本發明的效果，即產生一 種耐高溫性的聚烯烴泡體，必需要形成一種在DSC圖中 顯示一峰的均勻聚烯烴混合物。混合及熔化順序係非關 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂i ---線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1273018 A7 B7 五、發明說明（t) 鍵的。具有熔化範圍在95至170內的聚烯烴以及視需要 選用的其它聚烯烴可首先混合，然後與添加劑混合。另 可選擇地，可首先混合所有的成分，然後熔化。可在冷 卻下於混合機上所設的造粒頭中粒化所生成的均勻混合 物。 本發明方法之步驟a)中所形成的均勻混合物隨後在 一傳統型泡沬擠壓機中熔化，該擠壓機設有數個獨立控 制的溫度區。適合的擠壓機之例子爲單螺桿擠壓機。於 45至300巴的壓力下，將發泡劑注入擠壓機中的熔融混 合物內。在發泡劑之注射點的下游處，將擠壓機中的熔 融混合物冷卻至一溫度能使熔融混合物由液態轉變成半 結晶相。藉由體積密度的測量及密度的強烈減少來判定 液相至半結晶相的轉變。液相之密度係超過500kg/cm3。 半結晶相的密度應爲10至250kg/cm3。隨後將冷卻後的 混合物擠壓經過擠壓機的模□，於是發泡劑蒸發而形成 一種泡體。此泡體隨後被冷卻至周圍溫度。 可將泡體擠壓成任何傳統的形式，如中空管件及板 。擠壓機的模口通常具有10至500cm2的橫剖面。膨脹 率通常係爲22至50的因數。 泡體的耐溫性係取決於所用之具有熔化範圍在95至 170t內的聚烯烴。用40至95重量％的具有熔化範圍在 140至170°C內的聚丙烯、0至55重量％的其它聚烯烴、 至多12重量％的阻燃劑及視需要選用的其它添加劑所製 得的隔離泡體係具有耐溫性在130至160°C的範圍內。用 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

1273018 A7 B7 五、發明說明) 〇至40重量％的具有熔化範圍在140至170°c內的聚丙稀 、55至95重量％的其它聚烯烴、至多12重量％的阻燃 劑及視需要選用的其它添加劑所製得的隔離泡體係具有 耐溫性在至130°C的範圍內 亦可藉由差示掃描量熱法來測重所獲得的泡體之耐 溫性。 具有高聚丙烯含量的泡體之耐溫性係較佳，但是撓 性稍差於具有較低聚丙烯含量的泡體。依照DIN 53577 作測量，在20%壓印時’上述含有至95重量％的具 有熔化範圍在丨40至170°c內的聚丙嫌之、泡體通常具有* 0.10N/mm2的撓性，而依照DIN 53577作測量’在20%壓 印時，上述含有〇至40重量％的具有熔化範圍在140至 17CTC內的聚丙烯之泡體通常具有〇.〇6N/mm2的撓性。 實例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 首先由30至65重量％的Elenac 2426 F低密度聚乙 烯當作具有熔化範圍在95至170°C內的聚烴烯、30至65 重量％的Lupolen 4261 AG高密度聚乙烯、5至10重量％ 的Saytex阻燃劑、0至3.0重量％的Alu 7417隔離添加劑 及0至2.0重量％的PB 1850H著色劑製造一種均勻混合 物，以產生具有內直徑爲18毫米且壁厚爲9毫米的管狀 隔離輪廓。於BUSS型MDK 90捏和機中將這些原料複 合成爲顆粒。捏和機之進料區的溫度係保持在l〇〇°C。 在捏和機的第一劑量點添加聚乙烯。以每小時300至 500公斤的量產生均勻混合物。 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱)~ 1273018 A7 B7 五、發明說明（1 ) 將所生成的顆粒導入一具有數個分開可調整的溫度 區之單螺桿擠壓機(Themaflex設計）內。將熔化區的溫度 調整在200至300°C的範圍內。以顆粒重量爲基準，添加 0至3.0重量％當作成核劑的Schulman TPE 50滑石，及 以顆粒重量爲基準，添加0至5重量％當作發泡添加劑 的Loxamide S。在熔融混合物中，注入約0.15升/分鐘的 C3-CV烷發泡劑。將混合物冷卻，而使其由液態轉變成半 結晶相。擠壓機內的料壓力係70至90巴，而料溫係約 115至130°C。在約20至30巴的擠壓機之模口磨力 的混合物發生膨脹而形成具有22至27kg/m3的^度。; 形成的泡體之DSC圖顯示在約128°C的單一溶彳七_。 —---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 有---------線«- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1273018 A8B8C8D8 六、申請專利華圍 丨 ί ; · -— . Γ 、種產生聚烯烴泡體之方法，該泡體具有耐高溫 丨生且包括聚丙烯及/或聚乙烯及視需要選用的一或多種其 它聚烯烴及/或一或多種習用的塑膠發泡添加劑，該方法 包括以下步驟： a)混合及熔化一種聚烯烴，其之熔化範圍由差示掃 描量熱法在10°C/分鐘的加熱速率測量係在95至170°C 的範圍內，或混合及熔化一種混合物，其包括一或多種 該聚烯烴及視需要選用的其它烯烴及/或添加劑，俾形成 一種由單相所構成的均勻混合物，其之熔融溫度由差示 掃描量熱法在10°C/分鐘的加熱速率測量係爲120至160 t，該混合及熔化是在共捏和機中進行，在混合及熔化 期間的溫度是從120到200°C， i b)將步驟a)中所獲得的均勻混合物送入擠壓機內， 及在該擠壓機的第一部分中加熱該混合物至一能有效熔 化混合物的溫度， c) 在增壓的擠壓機之第二部分中，混合b)中所獲得 的熔融混合物與一種發泡劑’此發泡劑包括一種物質其 在擠壓機的溫度和壓力下係液態的’而在壓降時會蒸 發， d) 將c)中所形成之熔融混合物冷卻到一溫度能使熔 融混合物由液態轉變成半結晶相’及 e) 將：d)中所形成之冷混合物擠壓經過擠壓機的模 口，俾藉由發泡劑的蒸發而使被擠壓的混合物膨脹形成 一種聚烯烴泡體’隨後再將該泡體冷卻至周圍溫度。 1 _ X 297公釐’一 ~ (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 裝 訂： ^9889? ABCD 1273018 六、申請專利範圍 2如申請專利範圍第1項之方法’其中使用具有熔 化範圍在140至l70°c內的聚丙稀當作具有溶化範圍在 95至170°C內的聚烯烴。 3·如申請專利範圍第1項之方法，其中使用具有熔 化範圍在140至170°Ci^^聚丙嫌當作具有溶化範圍在 95至170 °C內的聚燦烴’及使用聚乙嫌當作其匕聚嫌 烴。 4·如申請專利範圍第1項之方法’其中使用具有熔 化範圍在95至135°C內的聚乙嫌當作具有溶化車sSl在95 至170°C內的聚烯烴’及使用聚乙嫌當作其它聚嫌烴。 5. 如申請專利範圍第1項之方法’其中使用具有3 至8個碳原子的烷類當作發泡劑。 6. —種隔離泡體，其包括： a) 聚丙烯及/或聚乙烯， b) 阻燃劑，及 c) 視需要選用的一或多種其它聚烯烴及/或一或多種 其它塑膠發泡添加劑， 該隔離泡體係藉由使用如申請專利範圍第1至5項 中任一項之方法所製造者。 7·如申請專利範圍第6項之隔離泡體，其包括40至 95重量％的具有熔化範圍在14〇至n〇°C內的聚丙烯、0 至55重量％的其它聚烯烴及至多17重量％的阻然劑和視 需要選用的其它添加劑。 8·如申請專利範圍第7項之隔離泡體，其包括〇至 __2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐） ......................#裝·...........「丨1T............it 搴 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) A8 B8 C8 D8 1273018 申請專利範圍 40重量％的具有熔化範圍在140至170°C內的聚丙烯、55 至95重量％的其它聚烯烴、至多17重量％的阻然劑和視 需要選用的其它添加劑。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) !參裝------------Ί-ΙΤ................^9 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁)