專利名稱：制造發(fā)泡微孔聚合物產(chǎn)品的混合物及使用這種混合物的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造至少有90％以上閉孔體積的微孔聚合物產(chǎn)品的一種混合物，以及利用所說的混合物去得到所述產(chǎn)品的制造方法。
對于為數(shù)眾多的應(yīng)用，特別是熱水管道或分區(qū)供暖設(shè)備的管路，人們都設(shè)法保溫使管子導(dǎo)熱系數(shù)盡可能的低。為了達(dá)到這個目的；管子可覆蓋一層微孔物質(zhì)，優(yōu)選是發(fā)泡聚合物的保溫層。
利用聚合物擠出技術(shù)，可以生產(chǎn)出表觀密度很不相同的微孔結(jié)構(gòu)的材料。
為了達(dá)到相對低的膨脹速率，通常使用所謂的“化學(xué)”發(fā)泡劑，它們可以是有機(jī)或無機(jī)化合物，它們具有通過熱分解作用或通過在擠塑機(jī)里能引發(fā)其它化學(xué)反應(yīng)或后來通過在爐內(nèi)加熱產(chǎn)品而產(chǎn)生氣體副產(chǎn)物的能力。
為了得到高膨脹率，最常用的工藝技術(shù)是靠往擠塑機(jī)中的高壓熔融聚合物物料里注入是夠量的氣體，或低沸點(diǎn)液體(所稱的“物理”發(fā)泡劑)。在這種情況下，這個過程往往需要使用主要部分技術(shù)復(fù)雜、設(shè)備成本高的高壓計量泵和壓縮機(jī)。
美國專利3344215揭示了一種往擠塑機(jī)中的聚合物塑料坯料里注射揮發(fā)性液體發(fā)泡劑的工藝方法。
按照US4407768中介紹的，可以往擠塑機(jī)中填加一種組合物。此組合物含有加熱時能失去結(jié)合水，作為填料前身的水合氧化鋁。
US4506037又提出了對這項技術(shù)的進(jìn)一步的改進(jìn)，在此水被用作發(fā)泡劑。為了生產(chǎn)有熱熔粘合工藝效果的樹脂化合物，水介質(zhì)要與其它的成份一起進(jìn)行處理。在復(fù)雜的配混工序后就可將樹脂化合物加到擠塑機(jī)里。
為了保障微孔結(jié)構(gòu)是均勻的，所有使用的成份，特別是成核劑，都必須以盡可能的最均勻的方式進(jìn)行混合。盡管物料從擠塑機(jī)里出來之前必須進(jìn)行冷卻，但在微孔形成的期間內(nèi)，聚合物物料也沒有較大的溫差。這時期內(nèi)，它的溫度應(yīng)盡量接近聚合物的固化溫度。由于各種原因，就往往依靠要求雙螺桿擠塑機(jī)或兩臺擠塑機(jī)串聯(lián)的現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備。
第一個目的，本發(fā)明是一種用于制備至少含90％閉孔體積的發(fā)泡微孔產(chǎn)品的混合物，它包括以粉末或細(xì)顆粒形式的聚合物基料、液體發(fā)泡劑、一種能吸附液體發(fā)泡劑的吸附劑和成核劑。
為了在擠塑機(jī)出口處產(chǎn)生發(fā)泡作用，包括所有必要成份的混合物的制備是對在擠塑機(jī)特定區(qū)域上注入發(fā)泡劑工藝的一種改進(jìn)。然而最后提出的建議仍然是要求產(chǎn)生熱熔粘合工藝步驟效果的完善設(shè)備。
由本申請人經(jīng)研究確證表明，通過正確地選擇成份，以非常簡單方式就可以制備出如上所述的混合物，料想不到的會引起旨在生產(chǎn)高發(fā)泡速率的發(fā)泡微孔產(chǎn)品和大幅度降低了生產(chǎn)成本。
那么，根據(jù)第一個目的的該發(fā)明，就是具有權(quán)利要求1中定義的有重要特性的一種混合物，而依據(jù)這一點(diǎn)的幾項權(quán)利要求定義了其次的特性。
本發(fā)明的第二個目的是使用權(quán)利要求1的混合物的工藝方法，是由權(quán)利要求10所定義的方法，而依據(jù)這一點(diǎn)的各項權(quán)利要求定義了該方法的各項特性。
含有聚合物和各種必要成份的混合物通過擠出成形能生成產(chǎn)品，像管子或其它任何類似形狀的物品，或直接擠塑成部件的形狀。微孔結(jié)構(gòu)緊接著連續(xù)在擠塑機(jī)出口處、在壓模里或其出口處生成。因此，這種微孔結(jié)構(gòu)就能極大地降低產(chǎn)品比重，也使其導(dǎo)熱系數(shù)大大地降低。
由于要得到微孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所要求的成份在室溫常壓下，在進(jìn)入擠塑機(jī)之前進(jìn)行機(jī)械混合，所以，本發(fā)明提供了一些技術(shù)說明。進(jìn)一步講就是，供選擇的多種成份要是這樣的，以使擠塑機(jī)里的混合物呈均勻化狀態(tài)這一點(diǎn)上簡單化，盡管有一種或幾種液體存在，所有成份的混合物易于流動，而且無聚集趨勢，以至在擠塑機(jī)里容易進(jìn)行計量，跟平常使用顆粒時的一個樣。然而該工藝只要求用單螺桿擠塑機(jī)。
擠塑機(jī)里加進(jìn)去含有聚合物或幾種聚合物和該工藝所需的所有成份的混合物。在擠塑機(jī)里、混合物進(jìn)行體積計量、熔融、加壓及其均勻化(指物料和溫度)。擠塑機(jī)裝有產(chǎn)品成形用的擠塑機(jī)頭，從它能產(chǎn)生如上所述的微孔結(jié)構(gòu)，作為一種變化，也允許進(jìn)行有一層無孔結(jié)構(gòu)外層的混合擠壓。按照相關(guān)產(chǎn)品(管子，部件及諸如此類的)使用的常用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)和冷卻。
以下介紹按照本發(fā)明的混合物，其主要特性和次要特性，以及可能的變化，還有按照本發(fā)明的工藝過程。
(a)基礎(chǔ)的聚合物優(yōu)選棸烯烴類的一種聚合物或這類的幾種聚合物的混合物。
(b)基礎(chǔ)的聚合物優(yōu)選全部或大部分是粉末或極細(xì)的顆粒狀的。如果需要，混合物可含高達(dá)20％(例如直徑2.5mm，長3mm)普通大小的聚合物顆粒。
(c)泡孔是由液體或幾種低沸點(diǎn)液體的混合物汽化或發(fā)泡而形成的。這樣的液體稱為發(fā)泡劑。可以達(dá)到這個目的當(dāng)中的那些液體是低沸點(diǎn)的醇類，例如乙醇，或烷烴類液體，例如戊烷或己烷。一般，任何沸點(diǎn)低于聚合物熔點(diǎn)至少約20℃的液體都可以用。優(yōu)選水作發(fā)泡劑。
(d)發(fā)泡劑被吸附在一種最好整個或大部分由鍛制二氧化硅組成的無機(jī)填料的表面上。這樣的填料稱為吸附劑。
(e)加入具有一定顆粒大小適合成核功能的無機(jī)或有機(jī)固體填料可促使氣泡核化?？梢杂脦追N有機(jī)或無機(jī)填料的混合物，或是惰性的，或是具有經(jīng)熱分解能產(chǎn)生氣體副產(chǎn)品能力的。這種填料或是幾種填料的混合物被稱之為成核劑。為了這個目的，也可以和一種或幾種惰性無機(jī)或有機(jī)填料結(jié)合一起而使用別的化學(xué)類型的吸熱或放熱發(fā)泡劑。所列出的這些當(dāng)中包括活化了的偶氮二酰胺的那些商業(yè)上的產(chǎn)品，在通過擠塑機(jī)時允許高反應(yīng)率，這可能會改善微孔結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
(f)聚合物、發(fā)泡劑、吸附劑及成核劑在加到擠塑機(jī)之前，需在一保證能完全均勻的設(shè)備中進(jìn)行混合?；旌显谑覝爻合峦瓿伞？梢允褂萌魏芜m于混合粉末的常用混合機(jī)，例如螺桿型混合機(jī)或更簡單的，如轉(zhuǎn)鼓式的，結(jié)果的產(chǎn)品是混合物。
(g)為了得到最終的產(chǎn)品，混合物在加到擠塑機(jī)之前必須包括所有成份。
(h)混合物的流量相當(dāng)于干粉或干粉和顆?；旌衔锏牧髁俊Ｒ虼丝芍苯影鸦旌衔锛拥綌D塑機(jī)里。
(i)工藝要求優(yōu)選具有螺桿長度與機(jī)筒內(nèi)徑比為20至50之間，優(yōu)選為30的單螺桿擠塑機(jī)。
(j)優(yōu)選提供帶螺旋槽紋機(jī)膛的擠塑機(jī)，槽紋機(jī)膛確保出料量與螺桿旋轉(zhuǎn)速度成比例，實(shí)際上與擠壓頭的壓力無關(guān)。
(k)螺桿優(yōu)選設(shè)計成螺桿第一部分(進(jìn)料段)的壓力比能從這部分下流物料測出的壓力高的那樣。
(1)擠塑螺桿優(yōu)選有一隔離段。
(m)擠塑螺桿優(yōu)選在其長度末端有一分散型混合元件。
(n)優(yōu)選按這樣的方式調(diào)整擠塑機(jī)各段的溫度，就是，擠塑機(jī)頭混合物進(jìn)料溫度不得超過聚合物熔點(diǎn)溫度15℃以上。
(o)如果需要，擠塑機(jī)頭要能使集中在中心部件，例如管子周圍的熔融聚合物物料分散開。
(p)微孔結(jié)構(gòu)在模頭里形成或是剛一離開擠塑機(jī)頭模頭成形部份就產(chǎn)生了。
(q)如若需要，擠壓頭也允許共擠出一個無微孔結(jié)構(gòu)的聚合物外層。
實(shí)施例下面介紹了一個符合本發(fā)明特征的混合物的實(shí)例也是使用該混合物的工藝過程。
由60份，表征為MF1(熔融指數(shù))190/2.16＜0.1/10分的HDPE(高壓聚乙烯)和表征為MF1(190/2.16)＞10g/10分的40份HDPE組成混合物。二種聚合物都是呈中粒度直徑＜1mm的粉末形式。聚合物的熔點(diǎn)在128至131℃之間(用DSC差示掃描量熱法，在8K/min測量的)。聚合物混合物里加入表征為BET比表面7200m2/g的2％重量鍛制親水二氧化硅，它是按DIN 66131進(jìn)行測量的，并能起吸附劑作用。由二種化合物組成成核劑。第一個是2％重量的BET比表面為≥10m2/g的滑石。第二個是0.5％重量經(jīng)熱分解能釋放氮的化合物，該化合物的特征是正如編號1里描述的具有93KJ/mole活性能和22.4Ko指前因子的反應(yīng)動力學(xué)。
上述的幾種粉末經(jīng)適于粉末混合設(shè)備的運(yùn)作達(dá)到完全混合。在這項操作過程中，加入發(fā)泡劑，在這個實(shí)例中是2.5％重量的水，連續(xù)進(jìn)行操作，直至獲得外觀干燥并能沒有任何結(jié)塊而有規(guī)律流動的混合物粉末。
混合物被傳送進(jìn)擠塑機(jī)的進(jìn)料系統(tǒng)，聚合物在那里熔融、均勻化和加壓以便進(jìn)入擠塑機(jī)頭。在這種情況下使用的擠塑機(jī)特征是為螺桿每轉(zhuǎn)的單位產(chǎn)量≥1Kg/h和I/D＝30的單螺桿擠塑機(jī)。參照上述有關(guān)擠壓機(jī)的(j)至(m)條。在進(jìn)入擠壓機(jī)頭時的壓力大約是150bar。擠塑機(jī)各段的溫度控制成如下40℃-150℃-140℃-135℃-135℃。擠壓頭保持在145℃，壓模的溫度在135℃。在這些條件下，擠出物料的溫度是140℃。
成形模頭構(gòu)成連到擠塑機(jī)并裝有分料器的擠塑機(jī)頭的一部分，從而使一層熔融聚合物分布在由合成物質(zhì)制造的管子周圍。管子的外徑是8.0mm，模頭的內(nèi)徑是20.8mm。聚合物就在模頭出口處發(fā)生發(fā)泡。這樣產(chǎn)生的產(chǎn)品外徑是≥85mm，它的表觀密度低于40kg/m3。所得產(chǎn)品就含有大約95％的閉孔體積。這樣擠塑產(chǎn)品的硬度可使它比慣用的泡沫絕緣材料抗更高的機(jī)械應(yīng)力。
在另一項實(shí)驗(yàn)中，使用相同的混合物并按上述相同的工藝，而是用一個能在模頭內(nèi)產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)的模頭，這樣就得到外徑65mm，表觀密度低于40kg/m3和大約有95％閉孔體積的產(chǎn)品。
由于它的高發(fā)泡率，它的導(dǎo)熱系數(shù)必然就低，這樣得到的產(chǎn)品就特別適于熱水管或分區(qū)供暖管網(wǎng)的熱保溫。
權(quán)利要求
1.一種用于制備至少有90％以上閉孔體積的發(fā)泡微孔產(chǎn)品的混合物，它含有以粉末或細(xì)顆粒形式的基礎(chǔ)聚合物、液體發(fā)泡劑、能吸附液體發(fā)泡利的吸附劑和成核劑，其特征在于吸附劑是一種親水的鍛制二氧化硅，并且其特征還在于該混合物是所述的所有成份在常溫常壓下進(jìn)行混合操作產(chǎn)生的結(jié)果，和提供允許加進(jìn)擠塑機(jī)狀態(tài)的混合物。
2.按照權(quán)利要求1的混合物，其特征在于所述聚合物是聚烯烴類的一種聚合物，或是幾種該類的聚合物的一種混合物。
3.按照前述之一權(quán)利要求的混合物，其特征在于所述吸附劑是有高的BET比表面，優(yōu)選約200m2/g的親水的鍛制二氧化硅。
4.按照權(quán)利要求3的混合物，其特征在于所述親水的鍛制二氧化硅以1％-5％(重量)的量，優(yōu)選2％(重量)加到混合物里。
5.按照權(quán)利要求1的混合物，其特征在于所述發(fā)泡劑是一種低沸點(diǎn)的液體或是幾種低沸點(diǎn)液體的一種混合物。
6.按照權(quán)利要求1的混合物，其特征在于所述發(fā)泡劑是以1％-5％(重量)，優(yōu)選2.5％(重量)的量在混合物中的水。
7.按照前面之一權(quán)利要求的混合物，其特征在于所述成核劑是一種無機(jī)或有機(jī)的化合物或是所述無機(jī)和有機(jī)化合物的一種混合物。
8.按照權(quán)利要求7的混合物，其特征在于所述成核劑在混合物中以1％-5％重量的量，優(yōu)選2％重量的滑石組成。
9.按照前述之一的權(quán)利要求的混合物，其特征在于所述混合物進(jìn)入擠塑機(jī)之前完全形成了。
10.一種制備發(fā)泡微孔聚合物產(chǎn)品的方法，其特征在于它包括以下步驟生產(chǎn)按照權(quán)利要求1-9之一的混合物；把該混合物加到擠塑機(jī)里；和擠出所述的混合物。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其中所述擠塑機(jī)是單螺桿型的，螺桿長與機(jī)筒的內(nèi)徑之比在20-50之間，優(yōu)選30。
12.按照權(quán)利要求10至11的方法，其中所述擠塑機(jī)包括一個螺旋槽紋機(jī)膛，它確保出料量與螺桿轉(zhuǎn)旋速度成比例，與擠塑機(jī)頭的壓力無關(guān)。
13.按照權(quán)利要求10至12中之一的方法，其中所述擠塑機(jī)包括一個裝有隔離段的螺桿。
14.按照權(quán)利要求10-13之一的方法，其中所述擠塑機(jī)包括一個能保證在進(jìn)料段的混合物壓力高于從所述區(qū)域出來的混合物壓力的螺桿。
15.按照權(quán)利要求10至14之一的方法，其中所述擠塑機(jī)包括一個在螺桿長度末端帶有分配型混合元件的螺桿。
16.按照權(quán)利要求10至15之一的方法，其中所述擠塑機(jī)包括溫度調(diào)整裝置，它能保證進(jìn)到擠塑機(jī)頭的混合物溫度不超過聚合物熔點(diǎn)15℃以上。
17.按照權(quán)利要求10至16之一的方法，其中所述擠塑機(jī)包括能使中心部件周圍的混合物分散開的擠塑機(jī)頭。
18.按照權(quán)利要求10至17之一的方法，其中所述擠塑機(jī)包括裝有一個能在模頭內(nèi)使混合物產(chǎn)生發(fā)泡的模頭的擠出機(jī)頭。
19.按照權(quán)利要求10至18之一的方法，其中所述擠塑機(jī)包括裝有一個能在模頭出口使混合物產(chǎn)生發(fā)泡的模頭的擠出機(jī)頭。
20.按照權(quán)利要求10至19之一的方法，其中所述擠塑機(jī)包括擠出機(jī)頭，該擠出機(jī)頭具有允許同時擠出一層不發(fā)泡產(chǎn)品疊加在發(fā)泡層之上的能力。
全文摘要
物料進(jìn)入擠壓機(jī)前,先制備含有聚合物、包含發(fā)泡劑的吸附劑和成核劑的混合物。結(jié)果就產(chǎn)生了至少含90%以上體積閉孔的發(fā)泡微孔聚合物產(chǎn)品。
文檔編號B29C47/06GK1251847SQ9912174
公開日2000年5月3日 申請日期1999年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月14日
發(fā)明者P·德薩詹斯, E·阿福爾特 申請人:內(nèi)斯特羅姆控股有限公司