聚亚芳基泡沫材料的制作方法_4

文档序号:9264438阅读:来源:国知局
聚合物和该(PPSU)聚合物组成。
[0178] 本发明的组合物(C)可进一步包含至少一种其他热塑性聚合物(聚合物T)。
[0179] 为了本发明的目的,其他的热塑性聚合物可值得注意地是任何适合的能够被发泡 的热塑性聚合物。
[0180] 适合在本发明的组合物(C)中使用的聚合物(T)的非限制性实例包括例如聚砜、 聚醚酰亚胺、聚碳酸酯和聚芳酯。
[0181] 基于该组合物(C)的总重量,所述其他聚合物的重量范围有利地是从0至40%、优 选地从0至30 %、更优选地从0至20 %并且甚至更优选从0至10 %。
[0182] 该组合物(C)可进一步包含一种或多种不同于该聚亚芳基(Pl)聚合物和该 (PPSU)聚合物的成分[下文中称为成分(I)]。
[0183] 适合在本发明的组合物(C)中使用的成分(I)的非限制性实例是聚合物组合物, 添加剂如UV吸收剂;稳定剂如光稳定剂和其他;润滑剂;增塑剂;颜料;染料;着色剂;抗静 电剂;成核剂、发泡剂;起泡剂;金属减活剂;以及包含一种或多种以上添加剂的组合。抗氧 化剂可以是化合物如亚磷酸盐、磷酸酯、受阻酚、或它们的混合物。还可以添加表面活性剂 来帮助泡沫成核并且使之在发泡过程的气泡生长阶段稳定。
[0184] 基于聚合物组合物(C)的总重量,所述成分(I)的重量范围有利地是从0至15%、 优选地从0至10 %并且更优选地从0至5 %。
[0185] 如果希望,该组合物(C)含有大于85wt. %的该聚亚芳基(Pl)聚合物和该(PPSU) 聚合物,其条件是该聚亚芳基(Pl)聚合物和该(PPSU)聚合物是该组合物(C)中的仅有的 聚合物组分,和一种或多种任选的成分如值得注意地添加剂;稳定剂;润滑剂;增塑剂;颜 料;染料;着色剂;抗静电剂;成核剂;发泡剂;起泡剂;金属减活剂;抗氧化剂和表面活性 剂可存在于其中,在这些组分不会显著地影响该组合物(C)的相关的机械和韧度特性的情 况下。
[0186] 表述"聚合物组分"将按照其通常含义来理解,即,包括以重复的连接单元为特征 的、典型具有2000或更高的分子量的化合物。
[0187] 如所述的,该组合物(C)具有至少两个玻璃化转变温度(Tg)。
[0188] 玻璃化转变温度(Tg)可根据ASTM D 3418标准通过差示扫描量热法(DSC)来测 量。
[0189] 在本发明的一个实施例中,该组合物(C)具有两个玻璃化转变温度Tgl和Tg2,其 中在Tgl与Tg2之间的绝对值上的差γ是至少10°C、优选至少20°C、更优选至少30°C。
[0190] 该组合物(C)可通过多种涉及密切混合聚合物材料与如以上详述的、配方中所希 望的任何任选成分(I)的方法制备,例如通过熔体混合或干混和熔体混合的组合。典型地, 对如以上详述的该聚亚芳基(Pl)聚合物和该(PPSU)聚合物以及所有其他任选的热塑性聚 合物(聚合物T)和任选的成分(I)进行干混是通过使用高强度混合机、如值得注意地亨舍 尔(Henschel)型混合机和螺带混合机来进行的。
[0191] 这样得到的粉末混合物可以包含适合用于得到有效发泡的呈如以上详述的重量 比的如以上详述的该聚亚芳基(Pl)聚合物、该(PPSU)聚合物以及所有其他任选的热塑性 聚合物(聚合物T)和任选的成分(I),或者可以是在后续的加工步骤中有待用作母料并且 在另外量的如以上详述的该聚亚芳基(Pl)聚合物、该(PPSU)聚合物以及所有其他任选的 热塑性聚合物(聚合物T)和任选的成分(I)中稀释的一种浓缩混合物。
[0192] 还有可能通过将如以上所描述的粉末混合物进一步熔融配混来制造本发明的组 合物。如所述的,熔融配混可以在如以上详述的粉末混合物上进行,或者优选地直接在如 以上详述的该聚亚芳基(Pl)聚合物、该(PPSU)聚合物以及所有其他任选的热塑性聚合物 (聚合物T)和任选的成分(I)上进行。可以使用常规熔融配混装置,如同向和反向旋转的 挤出机、单螺杆挤出机、往复式捏合机、盘组加工机(disc-pack processor)以及多种其他 类型的挤出设备。优选地,挤出机,更优选地双螺杆挤出机可以使用。
[0193] 特别优选的是专门设计的挤出机,即专门设计用于有效地控制温度,使得进一步 的过程如发泡不被过早地引发、并且使得可以将该组合物熔融、共混、挤出并且制粒而没有 该组合物的过早发泡的挤出机。该混配螺杆的设计(例如螺距和宽度、间隙、长度、以及操 作条件)将有利地进行选择这样使得提供足够的热能和机械能,以有利地完全熔融如以上 所详细说明的粉末混合物或成分,并且有利地得到不同成分的均匀分布,但是仍然足够的 温和以便有利地将该组合物的加工温度保持为低于可能过早引发发泡的温度,在任选的化 学发泡成分包括在该组合物中的情形下。假设加工温度保持在远远高于该聚亚芳基(Pl) 聚合物、该(PPSU)聚合物以及所有其他任选的热塑性聚合物(聚合物T)和任选的成分(I) 的软化点,并且当包含一种或多种化学发泡剂时,低于可能存在的任何所述化学发泡组分 的分解温度,有利的是有可能获得本发明的组合物(C)的线料挤出物,该线料挤出物未经 受显著的发泡。例如,可以通过向下对齐模口板的旋转切刀(通常用一种水下装置)切这 种线料挤出物,并且以球粒或球珠的形式收集这种线料挤出物,该旋转切刀保证了切刀与 模口板的完美的对齐。因此,例如,然后可以将能够以球粒或球珠的形式存在的组合物(C) 进一步用于制造泡沫材料。
[0194] 泡沫材料
[0195] 如所述的,本发明的泡沫材料是由如以上描述的组合物(C)通过一种挤出发泡方 法制成的。
[0196] 本申请人已经出人意料地发现如以上提到的组合物(C)的挤出发泡在提供具有 一个玻璃化转变温度(Tg)的泡沫材料中是有效的。
[0197] 本发明的泡沫材料有利地具有至少150 °C、优选至少160 °C、更优选至少175 °C的 玻璃化转变温度(Tg)。
[0198] 本发明的泡沫材料总体上具有175°C至215°C的玻璃化转变温度(Tg),换言之,所 述玻璃化转变温度(Tg)是如以上描述的组合物(C)的两种聚合物组分的Tg的中间值,证 实了呈发泡状态的这两种聚合物之间的混溶性。
[0199] 已经发现具有一个玻璃化转变温度(Tg)的本发明的泡沫材料被赋予具有优异的 机械特性(如在低泡沫密度下的高刚度和强度特性),改进的热性能容量(具体地为对于在 结构性发泡物品的制造中所使用的很高的温度具有更强的耐受性)并且具有改进的耐化 学性,改进的结构完整性、高空隙含量;低表观密度;闭孔结构和基本上均匀的泡孔尺寸。
[0200] 为了本发明的目的,术语"基本上均匀的泡孔尺寸"旨在表示一种泡沫材料,其中 泡孔尺寸频率分布(cell size frequency distribution)的一个标准偏差的量级是所估 算的平均泡孔尺寸值的最多40%,所以作为一个例子,具有100微米的估算平均泡孔尺寸 和在泡孔尺寸分布上的35微米的标准偏差的泡沫将落入以上对"基本上均匀的泡孔尺寸" 的定义的范围之内。
[0201] 已经发现本发明的泡沫材料(赋予具有均匀的泡孔尺寸)具有改进的机械特性, 因为较大的泡孔在泡沫中作为一个弱点,这可能引起失效。
[0202] 该挤出发泡方法总体上是一种连续方法。总体上,在挤出发泡方法中,通过熔融热 塑性塑料或包含热塑性塑料的混合物(例如组合物(C)和处于球粒或球珠形式的成核剂)、 给出熔体来形成泡沫,由此将所述熔体在压力下与至少一种起泡剂混合。在挤出机的出口, 在减压过程中,起泡剂蒸发并且通过吸收蒸发热而迅速冷却熔体从而形成泡沫。
[0203] 可以使用任何合适的能够加工本发明的组合物(C)的挤出设备用于该挤出发泡。 例如,可以使用单或多螺杆挤出机,其中串联挤出机是优选的。
[0204] 在一个具体的优选实施例中,首先在一个主挤出机中将包含组合物(C)和任何成 核试剂的混合物熔融共混到一起。然后在该主挤出机的最后区段将起泡剂进料到该主挤出 机中,并且在高压和高温下混合到熔融共混物中。然后将该熔体在压力下进料到一个次级 挤出机中,该次级挤出机用来冷却该有待发泡的材料,并且将其通过模口输送到一个校准 器中以形成该泡沫材料。该校准器帮助控制发泡混合物的冷却速率。因此,该校准器在帮 助控制泡沫材料的厚度、宽度、和密度方面是有益的。该模口在特定的温度范围和压力范围 操作以提供必需的熔体强度并且抑制模口中的过早发泡。在一个实施例中,使用单螺杆挤 出机用于该主挤出机和次级挤出机两者。在一个替代实施例中,使用双螺杆挤出机用于该 主挤出机和次级挤出机两者。在又另一个替代实施例中,对于该主挤出机和次级挤出机中 的一个使用单螺杆挤出机,并且对另一个使用双螺杆挤出机。在一个优选的实施例中,一个 双螺杆挤出机用于该主挤出机并且一个单螺杆挤出机用于该次级挤出机。
[0205] 在本发明的挤出发泡方法中,取决于所希望的泡沫密度,可有利地以不同的量使 用起泡剂或起泡剂的共混物。在本发明的一个优选的实施例中,所使用的起泡剂的量在每 种情况下基于该组合物(C)的总重量是从2至15重量百分比、优选从3至14重量百分比、 特别优选从5至12重量百分比。
[0206] 总体上,更大量的起泡剂可用于其中有待形成更低密度的泡沫的实施例中。
[0207] 总体上,将该起泡剂选择为充分可溶的以使这些空隙生长成气泡,这些气泡形成 具有所选择密度的泡沫材料。作为结果,如果所有的参数包括起泡剂与该聚亚芳基(Pl)聚 合物、该(PPSU)聚合物和所有其他任选的热塑性聚合物(聚合物T)的溶解度(在压力、温 度和剪切速率下)是平衡的并且气泡的壁足够稳定使得它们不破裂或合并直到树脂/起泡 剂的粘度/熔体强度足够强以随其冷却形成稳定的泡沫,则结果是好的,均匀的、具有所选 择密度的小孔泡沫。
[0208] 总体上,有待生产的泡沫的类型还可以取决于其他因素如成核剂颗粒的存在、载 荷和/或加工条件、以及用来形成泡沫材料的设备类型而变化。
[0209] 在本发明的挤出发泡方法中,成核剂或成核剂共混物可以被有利地使用,并且除 起泡剂或起泡剂共混物外是优选使用的。总体上,成核剂通过提供用于气泡形成的位点来 帮助控制泡沫结构,并且位点数目越多,每单位体积所形成的气泡数目越多,在不存在一种 成核剂下,预期的是随机不均匀并且大尺寸的,然而对于高的成核剂浓度预期非常均匀的 细小的泡孔结构,但是以更高的密度为代价。需要成核剂的最佳浓度来实现所希望的密度 和细小的泡孔尺寸连同泡孔均匀性的平衡。
[0210] 可以用于本发明的适合的成核剂包括但不限于,金属氧化物如二氧化钛(TiO2)、 黏土、滑石、硅酸盐、二氧化硅、铝酸盐、重晶石、钛酸盐、硼酸盐、氮化物(值得注意地是氮 化硼)、以及甚至一些精细分散的非反应性金属、碳基材料(如金刚石、炭黑、碳纳米管以及 石墨烯)、或包括前述试剂的至少一种的组合,优选地二氧化钛和滑石在形成本发明的泡沫 材料中被用作适合的成核剂。
[0211] 在替代实
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