專利名稱：具有分段成型的擠出聚合物發(fā)泡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備擠出聚合物型泡沫體(polymeric foam)的方法。相關(guān)技術(shù)描述用于制備聚合物型泡沫體的擠出方法包括三個(gè)基本步驟(1)在處于初始?jí)毫蜏囟鹊臄D出機(jī)中，提供可發(fā)泡聚合物組合物；( 將所述可發(fā)泡聚合物組合物排出到更低壓力的區(qū)域中；以及C3)使可發(fā)泡聚合物組合物膨脹成為聚合物型泡沫體。第三步驟可以在對(duì)膨脹的可發(fā)泡聚合物組合物施加約束或沒有約束的情況下發(fā)生。這樣的一般方法對(duì)于很多類型的擠出聚合物型泡沫體都工作良好，但是在泡沫體膨脹方面提供的控制少。結(jié)果， 當(dāng)制備需要大厚度膨脹比的擠出聚合物型泡沫體時(shí)，出現(xiàn)了不均勻的泡沫體性質(zhì)。當(dāng)由典型的擠出方法制備時(shí)，通常沿著擠出聚合物型泡沫體的厚度尺寸出現(xiàn)了重要的在密度和壓縮強(qiáng)度方面的不均勻性。當(dāng)膨脹泡沫體在其厚度尺寸上經(jīng)歷30 1以上的膨脹比時(shí)，這些不均勻性變得明顯。但是，30 1以上的膨脹比對(duì)于制備低密度和/或厚的聚合物型泡沫體比如100毫米以上厚度的泡沫體是需要的。建立一種用于直接制備具有超過30 1的厚度膨脹比并且同時(shí)還在沿著厚度尺寸上具有基本上均勻的密度和壓縮強(qiáng)度的聚合物型泡沫體的方法是需要的，并且將促進(jìn)擠出聚合物型泡沫體的技術(shù)發(fā)展。發(fā)明簡述本發(fā)明通過解決提供一種直接制備具有超過30 1的厚度膨脹比的同時(shí)還具有基本上均勻的沿著泡沫體厚度尺寸的密度和壓縮強(qiáng)度分布的方法所需要的問題，使得擠出聚合物型泡沫體的技術(shù)得到了發(fā)展。在第一方面，本發(fā)明是一種用于制備擠出聚合物型泡沫體的方法，所述方法包括下列步驟(a)在處于初始溫度和初始?jí)毫Φ臄D出機(jī)中，提供可發(fā)泡聚合物組合物，所述可發(fā)泡聚合物組合物包含發(fā)泡劑和聚合物母體，所述聚合物母體包含具有軟化溫度的聚合物組分，所述初始溫度超過所述聚合物組分的軟化溫度，并且所述初始?jí)毫Ω叩阶阋宰柚顾隹砂l(fā)泡聚合物組合物的發(fā)泡；以及(b)將所述可發(fā)泡聚合物組合物在擠出方向上擠出到處于低于所述初始?jí)毫Φ膲毫Φ臍夥罩校⑶以趯⑺隹砂l(fā)泡聚合物組合物冷卻至低于所述可發(fā)泡聚合物組合物的軟化點(diǎn)的溫度之前，使所述可發(fā)泡聚合物組合物膨脹成聚合物型泡沫體；其中在步驟(b)中在冷卻至低于軟化點(diǎn)的溫度之前，所述可發(fā)泡聚合物組合物以至少30 1的厚度膨脹比膨脹，同時(shí)穿過并且接觸相向的成型板，所述相向的成型板沿著擠出方向提供至少兩個(gè)順序的約束部，在每一個(gè)約束部中的所述成型板包含基本上平行的約束壁，所述約束壁限制所述可發(fā)泡聚合物組合物在厚度尺寸上的膨脹，并且其中最靠近擠出機(jī)的約束部具有限定在厚度尺寸上的間隔的基本上平行的壁，所述間隔比限定第二約束部的平行壁的間隔小。本發(fā)明的實(shí)施方案還可以包括下列特性中的任何一個(gè)或多于一個(gè)的任何組合在任何成型板的成型壁之間的最大間隔為至少10厘米；聚合物母體包含至少一種聚合物， 并且在所述聚合物母體中多于80重量％的聚合物選自由聚苯乙烯均聚物和聚苯乙烯共聚物組成的組；在所述聚合物母體中多于80重量％的聚合物選自由聚苯乙烯均聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物組成的組；所述聚合物母體中多于50重量％的聚合物是聚苯乙烯均聚物；發(fā)泡劑包含二氧化碳；發(fā)泡劑包含二氧化碳并且包含異丁烷和水中的至少一種；一個(gè)約束部的至少一個(gè)約束壁是與順序的約束部的約束壁連續(xù)的；一個(gè)約束部的約束壁不同于順序的約束部的約束壁；以及至少一個(gè)約束部的至少一個(gè)約束壁是溫度受控的。本發(fā)明的方法可用于有效率地制備低密度和厚度的擠出聚合物型泡沫體，所述擠出聚合物型泡沫體具有均勻的密度和壓縮強(qiáng)度。發(fā)明詳述所有的范圍都包括端點(diǎn)，除非有另外指出?！昂?或”是指“和或作為備選”。ASTM是指美國試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)。ISO是指國際標(biāo)準(zhǔn)化組織。EN是指歐洲標(biāo)準(zhǔn)。 ASTM、ISO和EN試驗(yàn)方法是指從所述方法編號(hào)的帶有連字符號(hào)的后綴中的那一年起的方法，或如果沒有帶有連字符號(hào)的后綴(suffice)，則是指在本文件的優(yōu)先權(quán)日之前出版的最近方法。擠出聚合物型泡沫體具有至少一個(gè)主表面。擠出聚合物型泡沫體的主表面是擠出聚合物型泡沫體的這樣的一個(gè)表面該表面的平面表面積(planar surface area)等于泡沫體的任何表面中的最大(highest)平面表面積。平面表面積是投影到平面上從而忽略該表面中的峰和谷的表面積。聚合物型泡沫體可以具有多于一個(gè)的主表面。具有圓形或橢圓形截面的擠出聚合物型泡沫體僅具有一個(gè)表面，在這種情況就不存在泡沫體的主表面。在涉及擠出聚合物型泡沫體時(shí)，厚度、寬度和長度是指擠出聚合物型泡沫體的三個(gè)相互正交的尺寸。擠出聚合物型泡沫體在擠出方向上通過發(fā)泡模頭(擠出模頭)離開擠出機(jī)。長度是擠出聚合物型泡沫體的平行于該泡沫體的擠出方向延伸的尺寸。厚度和寬度彼此垂直并且相互垂直于長度延伸。厚度等于或小于寬度尺寸。泡沫體的厚度垂直于泡沫體的主表面延伸。本發(fā)明提供一種擠出聚合物型泡沫體，該擠出聚合物型泡沫體沿著泡沫體的厚度尺寸具有基本上均勻的密度和基本上均勻的壓縮強(qiáng)度分布。擠出聚合物型泡沫體的沿著泡沫體的厚度尺寸的密度分布通過垂直于厚度尺寸切割成10-12毫米厚的層(即，在每個(gè)層中保持所述長度和寬度尺寸)而測量。每個(gè)層的密度根據(jù)ISO 845-95的方法測量。所有層的密度值的組合表示泡沫體的沿著厚度尺寸的密度分布。層之間的密度的偏差表示沿著厚度尺寸的偏差。如果任一個(gè)層的密度與最大和最小密度的平均密度之間的差小于最大和最小密度的平均密度的5%，優(yōu)選為最大和最小密度的平均密度的4%以下，還更優(yōu)選3% 以下，則擠出聚合物型泡沫體具有沿其厚度基本上均勻的密度分布。測定厚度尺寸上的壓縮強(qiáng)度以與密度分布類似的方式進(jìn)行，除了使用15毫米厚的層并且根據(jù)EN-826的方法測量每一個(gè)層的在厚度尺寸(15毫米尺寸)上的壓縮強(qiáng)度之
4外。所有層的壓縮強(qiáng)度值的組合表示泡沫體的沿著厚度尺寸的壓縮強(qiáng)度分布。在層之間的壓縮強(qiáng)度的偏差表示沿著厚度尺寸的偏差。如果任一個(gè)層的壓縮強(qiáng)度與具有最高和最低壓縮強(qiáng)度的層的平均壓縮強(qiáng)度之間的差小于最大和最小壓縮強(qiáng)度的平均壓縮強(qiáng)度的10%，優(yōu)選為最大和最小壓縮強(qiáng)度的平均壓縮強(qiáng)度的9%以下，還更優(yōu)選為小于最大和最小壓縮強(qiáng)度的平均壓縮強(qiáng)度的9%，則擠出聚合物型泡沫體沿著其厚度尺寸具有基本上均勻的壓縮強(qiáng)度分布。本發(fā)明的方法是擠出方法，所述擠出方法包括用于制備擠出聚合物型泡沫體的擠出方法的一般步驟(1)在處于初始?jí)毫蜏囟鹊臄D出機(jī)中，提供包含聚合物母體和發(fā)泡劑的可發(fā)泡聚合物組合物；( 將可發(fā)泡聚合物組合物排出到壓力比初始?jí)毫Φ偷膮^(qū)域中；以及C3)使可發(fā)泡聚合物組合物膨脹成聚合物型泡沫體。在本發(fā)明的方法中，可發(fā)泡聚合物組合物在步驟(3)中膨脹成至少30比1的厚度膨脹比。步驟(3)中的膨脹在具有特殊構(gòu)造的成型板的約束之內(nèi)發(fā)生，以令人驚奇地制備這樣的聚合物型泡沫體具有低密度以及在聚合物型泡沫體的整個(gè)厚度上具有基本上均勻的密度和基本上均勻的壓縮強(qiáng)度?？砂l(fā)泡聚合物組合物的聚合物母體包含含有該可發(fā)泡聚合物組合物中的所有聚合物的聚合物組分。聚合物組分可以包含一種類型的聚合物或多于一種類型的聚合物的組合。理想地，烯基芳族聚合物占所述組合物組分總重量的80重量百分比(重量％)以上， 并且可以占90重量％以上，并且甚至占100重量％。優(yōu)選地，烯基芳族聚合物選自由苯乙烯均聚物和共聚物組成的組。特別理想的苯乙烯共聚物包括苯乙烯-丙烯腈共聚物。在一個(gè)特別理想的實(shí)施方案中，苯乙烯均聚物占聚合物母體中的聚合物(即，聚合物組分)總重量的50重量％以上、優(yōu)選75重量％以上、還更優(yōu)選85重量％以上，并且可以占至多并且包括100重量％。聚合物母體可以進(jìn)一步包括添加劑比如通常在聚合物泡沫體中的那些添加劑。合適添加劑的實(shí)例包括下列各項(xiàng)中的任一項(xiàng)或多于一項(xiàng)的任何組合紅外衰減劑(例如，炭黑、石墨、金屬片、二氧化鈦)；粘土，比如天然吸附劑粘土(例如，高嶺石和蒙脫石)和合成粘土；親核試劑(例如，滑石和硅酸鎂)；阻燃劑(例如，溴化阻燃劑，比如六溴環(huán)十二烷和溴化聚合物，磷阻燃劑，比如磷酸三苯酯，以及可以包含協(xié)同劑比如例如二枯基和多枯基的阻燃劑包(package)；潤滑劑(例如，硬脂酸鈣、硬脂酸鋇和脂肪酸酯)；以及除酸劑(例如， 氧化鎂和焦磷酸四鈉)?？砂l(fā)泡聚合物組合物的發(fā)泡劑可以是當(dāng)前已知的或仍然待發(fā)現(xiàn)的適合于通過擠出方法制備聚合物型泡沫體的發(fā)泡劑組合物。合適的發(fā)泡劑包括下列各項(xiàng)中任一項(xiàng)或多于一項(xiàng)的任何組合無機(jī)氣體，比如二氧化碳、氬、氮和空氣；有機(jī)發(fā)泡劑，比如水，含有1至9 個(gè)碳的脂族和環(huán)狀烴，包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、新戊烷、環(huán)丁烷和環(huán)戊烷；完全和部分鹵化的具有1至5個(gè)碳的烷烴和烯烴，優(yōu)選是不含氯的(例如，二氟甲烷(HFC-32)、全氟甲烷、乙基氟(HFC-161)、1，1，-二氟乙烷(HFC_152a)、1，1，1-四氟乙烷(HFC-143a)、l，l，2，2-四氟乙烷(HFC-134)、1，1，1，2 四氟乙烷(HFC_134a)、五氟乙燒 (HFC-125)、全氟乙烷、2，2- 二氟丙烷(HFC_272fb)、1，1，1_ 三氟丙烷(HFC_263fb)、1，1,1, 2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)、l，l，l，3，3-五氟丙烷(HFC_245fa)和 1，1，1，3，3_ 五氟丁烷(HFC-365mfc))；具有1至5個(gè)碳的脂族醇，比如甲醇、乙醇、正丙醇和異丙醇；含羰基的化合物，比如丙酮、2- 丁酮和乙醛；含醚的化合物，比如二甲醚、二乙醚、甲基乙基醚；羧酸酯化合物，比如甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯；羧酸和化學(xué)發(fā)泡劑，比如偶氮二甲酰胺、 偶氮二異丁腈、苯磺酰胼、4，4-羥基苯磺酰氨基脲、對(duì)-甲苯磺酰氨基脲、偶氮二羧酸鋇、N， N' - 二甲基-N，N' -二亞硝基對(duì)苯二甲酰胺、三胼基三嗪和碳酸氫鈉。一種特別理想的發(fā)泡劑是任選與異丁烷或水組合或同時(shí)與異丁烷和水組合的二氧化碳。優(yōu)選地，這種發(fā)泡劑包含在40-100重量％范圍內(nèi)的二氧化碳、在0-60重量％范圍內(nèi)的異丁烷和在0-20重量％范圍內(nèi)的水，其中重量％是基于總發(fā)泡劑重量的。可發(fā)泡聚合物組合物的聚合物組分具有軟化溫度。對(duì)于其聚合物都是半結(jié)晶的聚合物組分，“軟化溫度”(Ts)是該組合物組分的熔融溫度。半結(jié)晶聚合物的“熔融溫度”(Tm)是由差示掃描量熱法(DSC)通過以特定加熱速率加熱結(jié)晶聚合物測定的在由結(jié)晶至熔融相變過程的半途的溫度。根據(jù)在ASTM方法E794-06 中的DSC程序測定半結(jié)晶聚合物的Tm。使用10攝氏度CC)/分鐘的加熱速率測定Tm。如果聚合物組分僅包含可混溶聚合物并且在其DSC曲線中僅一個(gè)結(jié)晶至熔融相變是明顯的， 則聚合物組分的Tm是相變過程的半途溫度。如果由于存在不混溶聚合物而在DSC曲線中顯示多個(gè)結(jié)晶至熔融相變，則對(duì)于聚合物組分的Tm是連續(xù)相聚合物的Tm。如果多于1種的聚合物是連續(xù)的并且它們是不混溶的，則該聚合物組分的Tm是連續(xù)相聚合物的最高Tm。對(duì)于其聚合物是非晶的聚合物組分，軟化溫度是該聚合物組分的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。聚合物組分的“玻璃化轉(zhuǎn)變溫度”(Tg)由DSC根據(jù)在ASTM方法E1356-03中的程序測定。如果聚合物組分僅包含可混溶聚合物并且在其DSC曲線中僅一個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變相變是明顯的，則該聚合物組分的Tg是相變過程的半途溫度。如果由于不可混溶非晶聚合物的存在而在DSC曲線中顯示多個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變相變，則聚合物組分的Tg是連續(xù)相聚合物的Tg。如果多于1個(gè)的無定形聚合物是連續(xù)的并且它們是不混溶的，則聚合物組分的Tg是連續(xù)相聚合物的最高Tg。如果聚合物組分包含半結(jié)晶和非晶聚合物的組合，則聚合物組分的軟化溫度是連續(xù)相聚合物組分的軟化溫度。如果半結(jié)晶和非晶聚合物相是共連續(xù)的，則該組合的軟化溫度是兩相中較高的軟化溫度。在處于高于聚合物組分的軟化溫度的溫度以及在阻止了發(fā)泡的初始?jí)毫Φ臄D出機(jī)中，提供可發(fā)泡聚合物組合物。在廣義上，本發(fā)明與人們?nèi)绾螌⒖砂l(fā)泡聚合物組合物提供到擠出機(jī)中無關(guān)。在擠出機(jī)中提供可發(fā)泡聚合物組合物的方法可以是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的部分。下面描述的可以容納具體成型板的任何擠出方法均適合并入到本發(fā)明中。因此， 有很多可能的方式被用于在初始溫度和初始?jí)毫⒖砂l(fā)泡聚合物組合物提供到擠出機(jī)中。 一種通常程序是將聚合物以粒料形式進(jìn)料到擠出機(jī)中，該擠出機(jī)處于足以將聚合物粒料軟化到對(duì)于在擠出機(jī)中混合聚合物是足夠的溫度。添加劑可以包含在聚合物粒料中，與所述粒料一起添加到擠出機(jī)中或在添加聚合物粒料的下游添加到擠出機(jī)中。通常地，在添加聚合物的下游將發(fā)泡劑通過如下添加到軟化的聚合物中在處于或超過初始?jí)毫Φ膲毫Γ瑢⒁环N或多于一種的發(fā)泡劑注入到在擠出機(jī)中的軟化聚合物中。然后，擠出機(jī)可以將一種或多種發(fā)泡劑混合到軟化的聚合物中。發(fā)泡劑還可以留存在聚合物粒料中，然后將該粒料添加到擠出機(jī)中。典型地，這種發(fā)泡劑是留存在聚合物中的化學(xué)發(fā)泡劑。本發(fā)明方法需要將可發(fā)泡聚合物組合物從擠出機(jī)中排出到壓力比初始?jí)毫Φ偷沫h(huán)境中，然后使可發(fā)泡聚合物組合物膨脹成聚合物型泡沫體?？砂l(fā)泡聚合物組合物保持在高于聚合物組分的軟化溫度的溫度，直到被排出到更低壓力的環(huán)境中，但是在排出之前可以被加熱或冷卻。通常的是，可發(fā)泡聚合物組合物通過發(fā)泡模頭從擠出機(jī)排出到大氣壓中。 發(fā)泡模頭具有出口開口，泡沫體通過該出口開口，從而限定了所得聚合物型泡沫體的大致形狀。發(fā)泡模頭出口開口可以具有任何形狀，包括矩形、正方形、圓形、橢圓形或甚至不對(duì)稱形狀。發(fā)泡模頭可以具有多個(gè)出口開口，因而可發(fā)泡聚合物組合物以多股線材、多塊板材或任何形狀的組合形式離開發(fā)泡模頭?？砂l(fā)泡組合物在其膨脹時(shí)冷卻。冷卻可以在具有或不具有冷卻介質(zhì)(例如，冷卻空氣或接觸冷卻板)或退火介質(zhì)(例如，溫?zé)峥諝饣蚪佑|溫?zé)岚?的肯定(affirmative) 應(yīng)用的情況下發(fā)生。通常地，冷卻在沒有冷卻介質(zhì)的肯定應(yīng)用的情況下發(fā)生。隨著可發(fā)泡聚合物組合物冷卻，其在尺寸上穩(wěn)定成最終的聚合物型泡沫體。本發(fā)明的令人驚奇的結(jié)果是由于使用成型板而控制可發(fā)泡聚合物組合物在所得聚合物型泡沫體的厚度尺寸上的分階段或逐步的膨脹。在可發(fā)泡聚合物組合物膨脹時(shí)，通過在膨脹的可發(fā)泡組合物在厚度尺寸上的相對(duì)側(cè)上的初始成型板將膨脹初始約束在厚度尺寸上。初始成型板可以彼此獨(dú)立，或可以是單一或組合結(jié)構(gòu)(例如，管、隧道或“C”形通道)的部件，膨脹可發(fā)泡聚合物組合物在其在其擠出方向上移動(dòng)時(shí)行進(jìn)通過該結(jié)構(gòu)。初始成型板具有相向的成型壁(初始成型壁)，所述相向的成型壁接觸可發(fā)泡聚合物組合物且基本上彼此平行，并且基本上平行于擠出方向?！盎旧掀叫小笔侵冈诔尚捅谏系娜魏蝺蓚€(gè)點(diǎn)處，兩個(gè)成型壁之間的距離是相等的或較小的距離在較大距離的5%之內(nèi)。初始成型壁在厚度尺寸上彼此分隔初始距離，該初始距離在發(fā)泡模頭出口開口的高度的10至40倍范圍內(nèi)。優(yōu)選地，初始成型壁沿?cái)D出方向保持基本上彼此平行一定距離，更優(yōu)選平行50毫米至 300毫米的距離。膨脹可發(fā)泡聚合物組合物在擠出方向上前進(jìn)通過初始成型板，然后通過第二組成型板(第二成型板)，該第二成型板具有相向的成型壁(第二成型壁)，所述第二成型壁約束可發(fā)泡聚合物組合物在所得聚合物型泡沫體的厚度尺寸上的膨脹。第二成型壁比初始成型壁的間隔更大，并且理想地，盡管不是必需地，基本上彼此平行并且在擠出方向上(and the extrusion direction)平行。第二成型壁優(yōu)選在擠出方向上具有在100至1500毫米的范圍內(nèi)的長度。第二成型壁之間的間隔在任何兩點(diǎn)處可以相差2. 5倍以下、優(yōu)選2倍以下，還更優(yōu)選1. 5倍以下。如果第二成型壁不是基本上平行的，則在聚合物型泡沫體從它們之間離開的情況下的它們之間的間隔應(yīng)當(dāng)大于聚合物泡沫體進(jìn)入它們之間的間隔的情況下的間隔。在聚合物泡沫體進(jìn)入它們之間的空間的情況下的第二成型壁之間的間隔理想地為初始成型壁之間的最大間隔的1. 01至2倍。與初始成型板的情況一樣，第二成型板可以彼此獨(dú)立，或是單一或組合結(jié)構(gòu)的一部分，膨脹可發(fā)泡聚合物組合物在其在擠出方向上移動(dòng)時(shí)行進(jìn)通過該結(jié)構(gòu)。第二成型板中的一個(gè)或兩個(gè)可以是與初始成型板中的一個(gè)或兩個(gè)連續(xù)的結(jié)構(gòu)，以使得兩個(gè)順序約束部的約束壁是連續(xù)的。例如，單一平坦的材料片可以沿著擠出尺寸延伸， 并且用作初始成型板中的一個(gè)和第二成型板中的一個(gè)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，單一材料可以以平坦的材料片形式在擠出尺寸上延伸一定距離，然后具有彎曲，之后是另一個(gè)延伸另一距離的平坦部，其中所述兩個(gè)平坦部起著初始和第二成型板的作用。順序約束部的成型板還可以是彼此獨(dú)立和不同的。構(gòu)造沿著膨脹可發(fā)泡聚合物組合物的擠出方向的成型板和成型板壁這兩個(gè)的任何組合或方法在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，因?yàn)闃?gòu)造所述板的方法的重要性次于成型板的僅僅存在和順序。成型板壁之間的每一個(gè)間隔都起著約束可發(fā)泡聚合物組合物在聚合物型泡沫體的厚度尺寸上的膨脹的約束部的作用。為了有效地約束膨脹，成型壁對(duì)于接觸膨脹可發(fā)泡組合物的整個(gè)寬度足夠?qū)?。本發(fā)明的方法包括形成至少兩個(gè)約束部的成型板，然而所述方法可以具有形成多于兩個(gè)約束部的成型板。約束部數(shù)量的增加提供了對(duì)可發(fā)泡聚合物組合物膨脹的更好控制，并且隨著理想泡沫體厚度增加，特別是當(dāng)所需泡沫體厚度超過140毫米時(shí)，是理想的。 例如，所述方法可以包括存在于所述初始和第二成型板之間的具有基本上平行的成型壁的成型板。存在于初始成型板和第二成型板之間的成型板具有分隔一定距離的基本上平行的成型壁，該距離在初始成型板之間的最大距離的5%之內(nèi)。另外的成型板可以存在于第二成型板之后并且可以是基本上平行或不平行的。初始成型板可以直接與成型模頭相鄰，并且甚至接觸成型模頭，或可以與成型模頭間隔分開。初始成型板在離成型模頭的一定距離之內(nèi)，該距離等于初始成型板的長度的 25%。如果與成型模頭間隔分開，則理想地，在初始成型壁之間的間隔大于成型模頭出口開口的高度。理想地，如果初始成型板不直接與成型模頭相鄰并且接觸成型模頭，則非平行板的短的(長度為10至100毫米)部分存在于成型模頭和初始成型板之間。非平行板的這些短的部分是連接器部分，并且由于他們的長度短而不被認(rèn)為是成型板。這些連接器部分理想地將膨脹可發(fā)泡組合物從模頭出口開口引導(dǎo)至初始約束壁之間的空間內(nèi)。任何一組的成型板均可以與在前的以及隨后組的成型板直接相鄰、接觸或間隔分開。如果一組的成型板與在前或隨后組的成型板間隔分開，則存在非平行板的連接器部分， 以將可發(fā)泡聚合物組合物引導(dǎo)在兩組成型板之間。成型板、成型壁和連接器部分可以由任何材料制成，但是優(yōu)選由與膨脹可發(fā)泡聚合物組合物產(chǎn)生最小摩擦力的材料和紋理(texture)制成。約束壁可以包含氟聚合物樹脂、鋼、鋁，并且可以包含紋理，比如開槽、微噴丸處理(micropeening)、蝕刻和波紋狀。需要時(shí)，還可以利用約束壁施加約束以限制可發(fā)泡聚合物組合物在除厚度尺寸之外的其它尺寸上的膨脹以及需要時(shí)，限制到任何程度。在一個(gè)或多于一個(gè)約束部中的一個(gè)或多于一個(gè)的約束壁可以是可熱控制的。可熱控制的約束壁可以被加熱、冷卻，或可以具有被加熱或冷卻到所需溫度的選項(xiàng)。成型板和約束壁被理想地設(shè)計(jì)成允許可發(fā)泡聚合物組合物膨脹成具有30比 1(30 1)以上、優(yōu)選35 1以上，還更優(yōu)選40 1以上的厚度膨脹比的聚合物型泡沫體。 泡沫體的厚度膨脹比是由聚合物型泡沫體的厚度除以發(fā)泡模頭出口開口在泡沫體厚度尺寸上的尺寸(即，可發(fā)泡聚合物組合物在其離開發(fā)泡模頭時(shí)的厚度)。這樣大的厚度膨脹比涉及密度顯著降低和低密度的聚合物型泡沫體。沒有使用本發(fā)明的方法制備的具有30 1以上的厚度膨脹比的泡沫體傾向于遭受沿它們厚度的不均勻的密度分布以及沿它們厚度的不均勻的壓縮強(qiáng)度分布。在不受理論約束的情況下，具有30 1以上的厚度膨脹比的泡沫體傾向于遭受在厚度尺寸上的不均勻的密度分布和壓縮強(qiáng)度分布，原因在于沿泡沫體的厚度尺寸出現(xiàn)的壓降梯度。壓降梯度引起了形成泡沫體泡孔的氣泡的不均勻膨脹。結(jié)果，最靠近表面的泡沫體部分比最靠近泡沫體的中心或核的泡沫體部分膨脹得更多。令人驚奇地，本發(fā)明的方法能夠制備沿厚度尺寸具有基本上均勻的密度和壓縮強(qiáng)度分布并且同時(shí)具有30 1以上的厚度膨脹比的擠出聚合物型泡沫體。同樣地，本發(fā)明可以制備沿厚度尺寸具有基本上均勻的密度和壓縮強(qiáng)度分布的10厘米以上厚度的擠出聚合物型泡沫體。由本發(fā)明方法制備的擠出聚合物型泡沫體的厚度至少如成型壁的最大間隔那么大，從而使人想起當(dāng)可發(fā)泡聚合物組合物變?yōu)閿D出聚合物型泡沫體時(shí)，成型壁接觸可發(fā)泡聚合物組合物并且約束在厚度尺寸上的膨脹。在一個(gè)理想的實(shí)施方案中，成型壁之間的最大間隔為10厘米以上，以制備具有10厘米以上的厚度的聚合物型泡沫體。還更令人驚奇的是，本發(fā)明的方法能夠制備擠出聚合物型泡沫體，所述擠出聚合物型泡沫體具有30 1以上的厚度膨脹比、10厘米以上厚度，或同時(shí)具有30 1以上的厚度膨脹比和10厘米以上的厚度，而且同時(shí)還具有高質(zhì)量表面外觀。如果任何泡沫體主表面的以泡沫體的主表面為中心并且延伸至泡沫體寬度的80%的任何200平方厘米部分的98%以上、優(yōu)選99%以上、最優(yōu)選100%沒有缺陷，則該泡沫體具有“高質(zhì)量表面外觀”。 “缺陷”是聚合物中的中斷，其提供對(duì)多于一個(gè)的通過聚合物泡沫體的主表面的泡孔的入口 (access)。缺陷是明顯直接源于發(fā)泡模頭，并且區(qū)別于在發(fā)泡模頭之后引入到泡沫體內(nèi)的有意銑出的凹槽或切口。本發(fā)明的方法可以制備在泡沫體的實(shí)際上任何厚度的厚度尺寸上具有基本上均勻的密度和壓縮強(qiáng)度分布的擠出聚合物型泡沫體，前提是該擠出聚合物型泡沫體具有 30 1以上的厚度膨脹比。然而，特別有挑戰(zhàn)性的是本發(fā)明的方法還能夠?qū)崿F(xiàn)制備10厘米以上厚度的擠出聚合物型泡沫體，所述擠出聚合物型泡沫體還具有30 1以上的厚度膨脹比。還更有挑戰(zhàn)性的是制備在橫截面積變大時(shí)在泡沫體的厚度尺寸上基本上具有均勻的密度和壓縮強(qiáng)度分布的擠出聚合物型泡沫體。本發(fā)明的方法是能夠制備在泡沫體的厚度尺寸上具有基本上均勻的密度和壓縮強(qiáng)度分布的擠出聚合物型泡沫體，所述擠出聚合物型泡沫體還具有300平方厘米以上的橫截面積。由本發(fā)明制備的優(yōu)選的擠出聚合物型泡沫體具有0. 1毫米以上、更優(yōu)選0. 25毫米以上、還更優(yōu)選0. 5毫米以上的由ASTM方法D-3576測定的平均泡孔大小并且優(yōu)選具有1. 5 毫米以下的泡孔大小。由本發(fā)明制備的擠出聚合物型泡沫體可以具有單峰的泡孔大小分布或多峰的 (例如，雙峰)的泡孔大小分布。本發(fā)明的擠出聚合物型泡沫體理想地具有單峰的泡孔大小分布以最優(yōu)化絕熱性質(zhì)。如果泡孔大小(四舍五入至最接近的0.02毫米)相對(duì)于泡孔數(shù)量的曲線顯示單峰，則擠出聚合物型泡沫體具有單峰的泡孔大小分布?！胺濉笔窃诰哂兄辽偃齻€(gè)點(diǎn)的曲線上的這樣一個(gè)點(diǎn)在存在具有更高y_軸值的點(diǎn)之前，沿著曲線的χ-軸前進(jìn)， 在它之前和之后均具有更低y-軸值的點(diǎn)。峰可以包含多于一個(gè)具有相等y_軸值的點(diǎn)(平臺(tái))，前提是在該平臺(tái)的任一側(cè)上的點(diǎn)(沿著曲線的χ-軸前進(jìn))均具有比平臺(tái)所包含的點(diǎn)更低的y-軸值。曲線應(yīng)當(dāng)包含隨意選自擠出聚合物型泡沫體的整個(gè)橫截面的至少100泡孔的特性。采用最大和最小泡孔直徑的平均值作為給定泡孔的泡孔大小。使用本發(fā)明的方法制備的擠出聚合物型泡沫體可以具有近似球形的泡孔或甚至
9球形的泡孔。近似球形的泡孔具有小于1. 5的最大縱橫比(即，最大直徑除以最小直徑)。 球形泡孔具有在0. 9至1. 0的范圍內(nèi)的最大縱橫比。通過檢測聚合物型泡沫體的至少100 個(gè)泡孔的橫截面視圖，測定擠出聚合物型泡沫體具有近似球形泡孔或球形泡孔。其泡孔是球形或近似球形的具有單峰泡孔大小的聚合物型泡沫體經(jīng)歷了更多趨向于均勻或近似均勻的壓縮強(qiáng)度值，而與測量壓縮強(qiáng)度的泡沫體尺寸無關(guān)。由本發(fā)明制備的泡沫體理想地具有60千克/立方米(kg/m3)以下、優(yōu)選45kg/m3 以下并且還更優(yōu)選36kg/m3以下的密度。典型地，由本發(fā)明制備的泡沫體具有10kg/m3以上的密度，以實(shí)現(xiàn)足夠用于處理的機(jī)械完整性。
實(shí)施例下列實(shí)施例用來進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施方案。實(shí)施例1通過在215°C和184巴，在擠出機(jī)中，提供將包含聚苯乙烯均聚物(145，000克/摩爾的重均分子量)、3. 6重量份二氧化碳和1. 0重量份異丁烷的均勻共混物的可發(fā)泡聚合物組合物，制備聚苯乙烯均聚物的擠出聚苯乙烯泡沫體。重量份是相對(duì)于100重量份聚苯乙烯均聚物的。將可發(fā)泡聚合物組合物冷卻至117°C，并且在89巴的壓力通過發(fā)泡模頭擠出。 該模頭具有2. 44毫米高和245毫米寬的出口開口尺寸?？砂l(fā)泡聚合物組合物前進(jìn)通過發(fā)泡模頭并且當(dāng)其開始膨脹時(shí)進(jìn)入到第一約束部中。相向的成型板壁限定第一約束部，所述相向的成型板壁間隔分開47毫米并且在擠出方向上延伸180毫米，與擠出方向平行，并且與膨脹的可發(fā)泡聚合物組合物的間隔相等。膨脹可發(fā)泡聚合物組合物在其離開第一約束部時(shí)立即進(jìn)入第二約束部。第二約束部具有間隔分開67. 2毫米、在擠出方向上延伸850毫米并且平行于擠出方向的相向的成型板壁。該成型板壁中的一個(gè)與第一約束部的成型板壁在同一平面上，同時(shí)相向的成型板壁(通常在膨脹的可發(fā)泡聚合物組合物上方)與第一約束部的成型板中的任一個(gè)平行但不共平面?？砂l(fā)泡聚合物組合物作為最終的擠出聚合物型泡沫體離開第二約束部。最終的擠出聚合物型泡沫體具有120毫米的厚度和725毫米的寬度。擠出聚合物型泡沫體的厚度膨脹比是49. 2。最終的擠出聚合物型泡沫體具有34. 3千克/立方米(kg/ m3)的平均密度。擠出聚合物型泡沫體具有如之前限定的高質(zhì)量表面外觀。比較例A以與實(shí)施例1類似的方式制備比較例A(Comp Ex A)，除了以下各項(xiàng)之外(1)擠出通過具有2. 66毫米(在泡沫體的厚度尺寸上的尺寸)的出口開口高度的成型模頭；以及 (2)僅在成型模頭之后使用第一約束部(即，可發(fā)泡聚合物組合物僅暴露于第一約束部并且不使用第二約束部)。最終的擠出聚合物型泡沫體具有120毫米的厚度和745毫米的寬度。擠出聚合物型泡沫體的厚度膨脹比為45. 1。最終的擠出聚合物型泡沫體具有34. 3kg/m3的平均密度。 擠出聚合物型泡沫體具有如之前限定的高質(zhì)量表面外觀。通過將泡沫體切割成10層并且每一層均為10毫米厚，以測定實(shí)施例1和比較例 A兩者的沿厚度尺寸的密度分布。表1包括了每一個(gè)泡沫體的每一個(gè)層的密度值，其中層1 對(duì)應(yīng)于頂部，并且依次編號(hào)，直到層10，其對(duì)應(yīng)于泡沫體的底部。
通過移除每一個(gè)泡沫體的主表面上的外皮，然后將泡沫體切割成各自為15毫米厚的7個(gè)層，以測定實(shí)施例1和比較例A兩者的沿厚度尺寸的壓縮強(qiáng)度分布。表1包括了每一個(gè)泡沫體的每一個(gè)層的壓縮強(qiáng)度值，其中層1對(duì)應(yīng)頂部，并且連續(xù)編號(hào)至接近泡沫體底部的層。表 權(quán)利要求
1.一種用于制備擠出聚合物型泡沫體的方法，所述方法包括下列步驟a.在處于初始溫度和初始?jí)毫Φ臄D出機(jī)中，提供可發(fā)泡聚合物組合物，所述可發(fā)泡聚合物組合物包含發(fā)泡劑和聚合物母體，所述聚合物母體包含具有軟化溫度的聚合物組分， 所述初始溫度超過所述聚合物組分的軟化溫度，并且所述初始?jí)毫Ω叩阶阋宰柚顾隹砂l(fā)泡聚合物組合物的發(fā)泡；以及b.將所述可發(fā)泡聚合物組合物在擠出方向上擠出到處于低于所述初始?jí)毫Φ膲毫Φ臍夥罩?，并且在將所述可發(fā)泡聚合物組合物冷卻至低于所述可發(fā)泡聚合物組合物的軟化點(diǎn)的溫度之前，使它膨脹成聚合物型泡沫體；其中在步驟(b)中在冷卻至低于軟化點(diǎn)的溫度之前，所述可發(fā)泡聚合物組合物以至少 30 1的厚度膨脹比膨脹，同時(shí)穿過并且接觸相向的成型板，所述相向的成型板沿著擠出方向提供至少兩個(gè)順序的約束部，在每一個(gè)約束部中的所述成型板包含基本上平行的約束壁，所述約束壁限制所述可發(fā)泡聚合物組合物在厚度尺寸上的膨脹，并且其中最靠近所述擠出機(jī)的約束部具有限定在厚度尺寸上的間隔的基本上平行的壁，所述間隔比限定第二約束部的平行壁的間隔小。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在任何成型板的成型壁之間的最大間隔為至少10厘米。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物母體包含至少一種聚合物，并且在所述聚合物母體中多于80重量％的聚合物選自由聚苯乙烯均聚物和聚苯乙烯共聚物組成的組。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物母體中多于80重量％的聚合物選自由聚苯乙烯均聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物組成的組。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物母體中多于50重量％的聚合物是聚苯乙烯均聚物。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述發(fā)泡劑包含二氧化碳。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述發(fā)泡劑包含二氧化碳并且包含異丁烷和水中的至少一種。
8.權(quán)利要求1的方法，其中一個(gè)約束部的至少一個(gè)約束壁是與順序的約束部的約束壁連續(xù)的。
9.權(quán)利要求1的方法，其中一個(gè)約束部的約束壁不同于順序的約束部的約束壁。
10.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)約束部的至少一個(gè)約束壁是溫度受控的。
全文摘要
通過使可發(fā)泡聚合物組合物從發(fā)泡模頭擠出，以及隨著可發(fā)泡聚合物組合物移動(dòng)通過并且被至少兩個(gè)約束部約束其厚度時(shí)，可發(fā)泡聚合物組合物膨脹成聚合物泡沫體，以制備擠出的聚合物泡沫體，所述第一約束部具有相向的基本上平行的成型板，而第二約束部具有比第一約束部間隔更大的成型板。
文檔編號(hào)B29C44/26GK102341226SQ201080010272
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者范-召·沃, 貝特朗·武爾茨 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司