滑石在发泡行为中的成核效率以及聚合物基泡沫体的泡孔结构的制作方法

文档序号:8227200阅读:503来源:国知局
滑石在发泡行为中的成核效率以及聚合物基泡沫体的泡孔结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有改善的泡孔结构且使用滑石作为成核剂的聚合物基泡沫体。本发 明进一步涉及提供这样的泡沫体的方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 涉及聚合物材料的一个主要挑战在于,开发在例如食品包装或汽车工业等应用中 使用的具有改善性能的日益轻便的组件。一个可能的策略是将通过将基底材料发泡而减 少重量与引入增强性和/或功能性填料充当泡孔成核剂或促进剂结合。泡孔成核剂(cell nucleating agent)通常在聚合发泡工艺中使用以提高泡孔成核性。在成核剂的存在下,在 聚合物发泡工艺中,异相成核成为泡孔成核的主导模式。
[0003] 聚丙烯泡沫体是本领域已知的,但其与常规聚丙烯相比具有降低的刚性和机械强 度。油价上涨已经造成了塑料树脂和最终塑料产品的生产成本增加。由于塑料树脂的成本 通常占任何给定的塑料产品的总成本的50到60%,在保持塑料产品的机械性质和其它性 质的同时,减少塑料中的树脂量具有可观的经济效益的。
[0004] W02010/065053A1描述了在聚羟基链烷酸酯泡沫体的生产中使用泡孔成核组合 物。使用了范围广泛的成核剂,包括高长径比的滑石(FlexTalC?610D)。聚羟基链烷酸酯 是可生物降解的聚合物,且主要的兴趣是用于食品包装的可生物降解膜的生产。当与未发 泡的产品相比时,没有公开所获得泡沫体的性能。
[0005] KR10-0837106B1公开了一种制备非交联的聚丙烯发泡片材的方法,所述方法包括 以下步骤:将93?98重量份的聚丙烯均聚物与最多3重量份的滑石的混合物挤出,随后 注入1?4重量份的丁烷气体作为发泡剂来发泡。没有公开关于成品的物理性能(例如密 度,机械强度或刚性)。
[0006] KR10-2007-0028736A公开了从复合树脂制备的用于汽车内部材料的硬质泡沫体, 所述复合树脂是通过将5到10重量份的平均粒径为10?13 y m的滑石和0. 1?0. 4重量 份的抗氧化剂与100重量份的包括90到95重量份的聚丙烯树脂的树脂混合物熔融混合来 制备。

【发明内容】

[0007] 本发明被限定在所附的权利要求中。
[0008] 在一个方面,本发明涉及聚合物基泡沫组合物,其包括:聚合物;和基于所述组合 物的总重,最多20重量%的滑石颗粒。根据本发明的某些实施方式的聚合物基泡沫组合物 的特征在于所述滑石颗粒是微晶滑石。
[0009] 在根据本发明的一个实施方式中,用于聚合物基泡沫组合物的聚合物是聚丙烯聚 合物,例如聚丙烯均聚物。根据本发明的一个实施方式,所述聚合物可以是聚合物基泡沫组 合物的主要组分(即,超过组合物的50重量% )。
[0010] 根据本发明的某些实施方式,所述聚合物基泡沫组合物可以通过挤出-混合和发 泡的两步工艺,或单步注射-成型发泡工艺(例如Mucell?发泡工艺)中的任一种来生产。 这些工艺将在本发明的实施例部分更详细地解释。
[0011] 本发明的第二个方面是聚合物基泡沫组合物在食品包装产品的生产中和/或用 于汽车的塑料部件的生产中,以及通常在包装产品,隔热和/或隔音泡沫体,管材,日用消 费品和电器中的用途。
[0012] 本发明的第三个方面提供了包含根据本发明的某些实施方式的聚合物基泡沫组 合物的组合物和产品。这些产品可以是例如食品包装产品,或用于汽车工业的结构部件。
[0013] 本发明的第四个方面提供了形成聚合物基泡沫组合物的方法,所述方法包括挤 出-混合和发泡的两步工艺,或单步挤出成型和发泡工艺(例如Mucell?工艺)的任一种。
[0014] 本发明的某些实施方式的成核聚合物泡沫体显示了良好的成核效果,其容许材料 的密度降低,而对整体机械性质没有负面影响,因此允许材料的性能接近未发泡材料的性 能。
【附图说明】
[0015] 本发明的示例性实施方式将通过参考以下附图来进一步阐明。
[0016] 图la显不了具有微晶结构的滑石的扫描电子显微镜(SEM)图;
[0017] 图lb显不了具有粗晶结构的滑石的扫描电子显微镜(SEM)图;
[0018] 图2显示了如在挤出-混合和发泡的两步工艺中使用的C02-溶解发泡工艺的方 案;
[0019] 图3显示了使用单步注射-成型发泡工艺生产的泡沫体样品的图;
[0020] 图4示意性地显示了泡孔的取向和其泡孔尺寸cpVD和cpWD;
[0021] 图5显示了单悬臂钳,如用于样品的DMTA表征;
[0022] 图6?21显示了在各种比例尺下的根据实施例1?7,以及比较例1和8?12的 泡沫的SEM照片;
[0023] 图22显示了根据单步注射-成型发泡工艺生产的泡沫体的泡孔结构的流动方向 (FD)和横向方向(TD)测量的图解;
[0024] 图23?40显示了在各种比例尺下的根据实施例8?19和比较例13?16的泡 沫体的SEM照片;
[0025] 图41?58c显示了在各种比例尺下根据实施例20?31和比较例17?20的泡 沫体的SEM照片。
【具体实施方式】
[0026] 根据所附的权利要求的本发明提供了聚合物泡沫体,其中通过引入高的气体体积 分数而导致的聚合物刚性和机械强度显著降低,通过引入同时充当成核剂和增强填料的微 晶滑石而被至少部分补偿。
[0027] 通常,通过如在下面实验部分描述的沉降曲线(Sedigraph)方法测得的单个滑石 片层(platelet)(几千基本片层)的单个片层尺寸,也即中值粒径,根据沉积形成的条件, 可以从约1 ym到超过100 ym以上变化。单个片层尺寸决定了滑石的层数(lamellarity)。 高度层状滑石将具有大的单个片层,而微晶滑石将具有小的片层。尽管可以将所有的滑石 定义为层状,但其片层尺寸从一个沉积到另一个不同。小结晶提供了紧凑、密集的矿石,称 为微晶滑石。大的结晶为纸状层,称作粗晶滑石。已知的微晶滑石沉积物位于蒙大拿(黄 石国家公园),以及在澳大利亚(Three Springs)。与由大的片层构成的粗晶结构相比,在 微晶结构中,滑石基本颗粒由小的片层组成。图la和图lb分别显示了具有微晶结构和粗 晶结构的滑石的扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0028] 根据本发明的某些实施方式,微晶滑石在聚合物泡沫体的生产中适合用作 成核剂和/或填料。所述聚合物泡沫体可选自用物理起泡剂发泡的热塑性聚合物 (thermoplastics)、热塑性弹性体,以及聚苯乙稀或聚丙稀泡沫体。聚丙稀泡沫体适合用在 食品包装和汽车工业中。聚苯乙烯泡沫体适用作例如包装产品或用作绝缘材料。
[0029] 此外,根据本发明的某些实施方式提供了改善的性能,不论它们使用挤出-混合 和发泡的两步工艺,还是单步注射-成型发泡工艺来生产。实际上已经发现当使用单步注 射-成型发泡工艺时,在成型的流动方向(FD)和与成型方向相对的横向方向(TD)都获得 了有利的物理性能。
[0030] 根据本发明的一个实施方式,所述聚合物可以是聚合物基泡沫组合物的主要组 分,即,以大于组合物的50重量%的量存在。在实施方式中,所述聚合物可以(组合物重量 的)55%以上,60%以上,70%以上,80%以上,90%以上,95%,或99%以上的量存在。
[0031] 根据本发明的某些实施方式的聚合物基泡沫组合物可以是装载有不同浓度的微 晶滑石的聚丙烯泡沫体,例如聚丙烯均聚物泡沫体。例如,基于复合(未发泡的)材料的总 重,微晶滑石可以最多20重量%或最多10重量%的量存在,或以最多5重量%的量存在, 或以0. 1重量%?5重量%的量存在。
[0032] 包括在本发明的某些实施方式的聚合物泡沫体中的微晶滑石可具有通过沉降曲 线得出的〇? 5 ym?10 ym的d5(l。例如微晶滑石的d5(l可从l.Oym?7.5ym,例如l.Oym? 5 ym,或3. 0 ym?4. 5 ym〇所述沉
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