用于容器的聚合物材料的制作方法

用于容器的聚合物材料的制作方法
【专利说明】用于容器的聚合物材料
[0001] 优先权要求
[0002] 本申请根据35U. S. C. § 119(e)要求2013年7月12日提交的美国临时申请序列 号61/845, 760以及2013年8月26日提交的美国临时申请序列号61/869, 830的优先权， 这两个美国临时申请都通过引用明确地结合在此。
[0003] 背景
[0004] 本披露涉及能够被成形以产生容器的聚合物材料，并且具体地，绝缘的聚合物材 料。更具体地说，本披露涉及基于聚合物的配制品，这些配制品可以产生绝缘的非芳香族聚 合物材料。
[0005] 概述
[0006] 根据本披露，聚合物材料包含聚合物树脂和至少一种泡孔形成剂。在示意性实施 例中，混合并挤出或以另外的方式成形加工聚合物树脂和泡孔形成剂的共混物以便产生绝 缘的非芳香族聚合物材料。绝缘的非芳香族聚合物材料具有低密度，但抵抗和/或能够经 受冲击力。低密度绝缘的非芳香族聚合物材料提供改进的容器。
[0007] 在示意性实施例中，绝缘性泡孔式非芳香族聚合物材料包含泡孔形成剂和至少一 种基于高密度聚乙烯的基础树脂。泡孔形成剂可以包括化学成核剂和物理发泡剂。在实施 例中，基础树脂可以是HDPE，所述HDPE可以是原始的HDPE、回收料、或其混合物。
[0008] 在示意性实施例中，绝缘性泡孔式非芳香族聚合物材料具有每立方厘米小于约 〇. 9克的密度。在示意性实施例中，绝缘性泡孔式非芳香族聚合物材料具有在每立方厘米 约0. 4克至每立方厘米约0. 9克范围内的密度。在示意性实施例中，绝缘性泡孔式非芳香 族聚合物材料具有在每立方厘米约〇. 5克至每立方厘米约0. 75克范围内的密度。
[0009] 在示意性实施例中，对根据本披露的基于聚乙烯的配制品进行加热并挤出以便产 生管状挤出物（在挤出方法中），可以将所述管状挤出物成形加工以便提供绝缘性泡孔式 非芳香族聚合物材料的条带。在成形加工管状挤出物之前，将呈惰性气体形式的物理发泡 剂引入到熔融材料中。在示意性实施例中，通量系统包括多型坯分出（drop)。例如，挤出生 产线作为单个生产线开始，然后分成用于多个型坯分出的2、3、4、5或更多个生产线。在示 意性实施例中，根据本披露所产生的绝缘性泡孔式非芳香族聚合物材料可以经过成形加工 以产生绝缘性杯子或容器。在示意性实施例中，聚乙烯树脂用于形成绝缘性泡孔式非芳香 族聚合物材料。在考虑对如目前认为的执行本披露的最佳模式进行举例说明的示意性实施 例后，本披露的另外的特征将对本领域技术人员变得清楚。
[0010] 附图简要说明
[0011] 图1是示出组件（从左上角开始顺时针）石托、平台、悬架支架、以及悬架隔离件 的未组装的密度测定装置的透视图。
[0012] 详细说明
[0013] 根据本披露，描述了聚合物材料。聚合物材料包含至少一种泡孔形成剂和聚合物 树脂（即，热塑性聚烯烃）。在示意性实施例中，混合并挤出或以另外的方式成形加工聚合 物树脂和泡孔形成剂的共混物以便产生绝缘的非芳香族聚合物材料。绝缘的非芳香族聚合 物材料具有用于形成容器（例如，杯子和瓶子）的应用。
[0014] 在一个示例性实施例中，用于产生绝缘性泡孔式非芳香族聚合物材料（ICNAPM) 的基于聚合物的配制品包含至少一种聚合物树脂。聚合物材料可以包含一种或多种基础树 月旨。作为实例，绝缘性泡孔式非芳香族聚合物材料包含至少一种聚乙烯基础树脂和一种或 多种泡孔形成剂。
[0015] 在一个实例中，基础树脂是高密度聚乙烯（HDPE)。HDPE基础树脂可以是HDPE均 聚物或HDPE共聚物。在另一个实例中，基础树脂是单峰HDPE。在又一个实例中，基础树 脂是单峰、高熔体强度HDPE。在还又一个实例中，基础树脂是单峰、高熔体强度HDPE，诸 如已经被电子束改性以提供长链支化和约0. 25g/10min的熔体指数的DOW? D0WLEX? IP 41HDPE(购自陶氏化学公司（The Dow Chemical Company))。单峰、高恪体强度HDPE 的另一个实例是已经被电子束改性以具有长链支化和约〇.25g/10min的熔体指数的 EQIJTSTAR? ALATHON?1 H5520HDPE共聚物（购自莱昂德尔化学公司（Lyondell Chemical Company))。适合的单峰 HDPE 的另一个实例是 FORMOLENE? HB5502F HDPE己稀共聚物（购自台湾塑胶工业股份有限公司（Formosa Plastics Corporation))。 在HDPE己烯共聚物的另一个适合的实施例中，HDPE是MaHex'其HHM 5502BN HDPE己烯 共聚物（雪佛龙菲利普化学公司（Chevron Phillips Chemical Company)，伍德兰（The Woodlands)，TX)〇
[0016] 长链支化是指存在聚合物侧链（支链），这些聚合物侧链（支链）的长度与连接到 聚合物侧链上的骨架长度可比或大于连接到聚合物侧链上的骨架长度。长链支化在拉伸或 定向伸展的过程中产生妨碍流动的粘弹性链缠结（聚合物缠结），并且提供应变硬化现象。
[0017] 应变硬化现象可通过两种分析方法来观察。第一种分析方法用来在拉伸流变仪上 观察应变硬化的存在。在拉伸流变仪上拉伸或定向流动的过程中，当聚合物缠结不允许聚 合物在线性粘弹性（LVE)条件下流动时将发生应变硬化。因此，这些聚合物缠结妨碍流动 并且如观察为弯钩形成，产生与LVE条件的偏差。随着应变和应变速率增加，由于聚合物链 缠结运动更快和更严重，应变硬化现象变得更严重。不具有长链支化的原始聚合物将表现 出LVE流动特征。相比之下，长链支化的聚合物将表现出应变硬化并且所述应变硬化造成 与原始聚合物的LVE流动特征的偏差，从而在相同测试条件下提供弯钩形成。
[0018] 用来观察长链支化存在的第二种分析方法是评估如根据ISO 16790所测试的熔 体强度数据，所述ISO 16790通过引用整体结合在此。当与缺乏长链支化的类似原始聚 合物相比时，已知熔体强度的量是与长链支化存在相关的。通过举例，将北欧化工公司 (Borealis)DAPL0Y? WB140HMS聚丙烯（PP)(购自北欧化工公司（Borealis AG))与具有类 似分子量、多分散性指数和其他物理特征的其他聚合物比较。DAPL0Y? WB140HMS PP具有超 过约36cN的熔体强度，而缺乏长链支化的其他类似PP树脂具有小于约IOcN的熔体强度。
[0019] 熔体流动指数（MFI)是当熔融时聚合物粘度的间接量度。所述指数被定义为通过 在10分钟内所施加的压力将流过具有特定直径和长度的毛细管的聚合物熔体的质量，如 ASTM D1238中所描述。例如，Marlex? HHM 5502BN HDPE己烯共聚物（雪佛龙菲利普）具 有根据ASTM D1238的0. 35g/10min的熔体流动指数。熔体指数值越大指示粘度越低。更 高分子量的聚合物将是更有粘性的并且在相同条件下将更不容易流动，所以熔体指数将是 更小的数字。
[0020] 在某些示例性实施例中，配制品可包含作为HDPE的两种基础树脂。配制品的一个 示意性实例包含FC)RMOLE_NE?HB5502F HDPE己烯共聚物（购自台湾塑胶工业股份有 限公司）的第一基础树脂和EQUISTAR? ALATHON? H5520HDPE共聚物（购自莱 昂德尔化学公司）的第二基础树脂。在具有多于一种HDPE共聚物的实施例中，可以取决于 在配制品中所希望的属性来使用不同的HDPE共聚物。例如，配制品可以包含电子束改性的 EQUISTAR? ALATHON?H5520 和 FORMOLENE?HB5502F HDPE 两者。在这 样一个实施例中，EQUISTAR曝AL.ATHON_? 115520提供增加起泡可能性的更高的熔 体强度，并且具有更小的挠曲模量或脆性。formolene^ hb55〇2f HDPE提供分子量 分布的广泛的单峰多分散性指数并且使经济优势最大化。
[0021] 在另一个实例中，配制品包含约50 %的电子束改性的 EQUISTAR? ALATHON? H5520 和约 50% 的 FORMOLENE? HB5502F HDPE。 所述组合提供了一种材料，所述材料具有与未改性的HDPE树脂相关联的抗跌落能力和电 子束改性的长链支化HDPE的增加的熔体强度。取决于所希望的特征，在两种HDPE基础树脂 之间的HDPE基础树脂的百分比可以在以下各项之间变化：例如，按基础树脂的重量计25% /75%、30% /70%、35% /65%、40% /60%、45% /55%、50% /50%等。在实施例中，配制 品包含三种HDPE基础树脂。同样，取决于所希望的特征，三种HDPE共聚物的百分比可以在 以下各项之间变化：按基础树脂的重量计33% /33% /33%、30% /30% /40%、25% /25% /50% 等。
[0022] 如在此所披露的聚合物材料包含至少一种基础树脂。在示意性实施例中，至少一 种基础树脂可以是HDPE。基础树脂的量可以是若干个不同值中的一个或属于若干个不同 范围中的一个之内。将基础树脂的量选择成以下值中的一个是在本披露的范围之内：按重 量百分比计聚合物层的总配制品的约25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、 70%、75%、80%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91 %、92%、93%、94%、95%、96%、 97 %、98 %、99 %、99. 5 %、以及99. 9 %。配制品中的基础树脂的量属于许多不同范围中的 一个之内是在本披露之内的。在第一组范围中，基础树脂的范围是以下范围中的一个：按重 量百分比计聚合物层的总配制品的约25 %至99. 9 %、85 %至99. 9 %、90 %至99. 9 %、95 % 至99. 9 %、98 %至99. 9 %、以及99 %至99. 9 %。在第二组范围中，基础树脂的范围是以下 范围中的一个：按重量百分比计聚合物层的总配制品的约85%至99%、85%至98%、85% 至95%、以及85%至90%。在第三组范围中，基础树脂的范围是以下范围中的一个：按重 量百分比计总配制品的约90%至99%和95%至98%。这些值和范围中的每一个在实例1 至实例13中实现。在实施例中，基础树脂可以是100%原始基础树脂。在实例中，基础树 脂可以是原始基础树脂和回收料基础树脂的混合物。例如，基础树脂可以是100%、90%、 80%、75%、70%、60%、50%、40%、30%、25%、20%或10%原始基础树脂，其中其余部分是 回收料。例如，基础树脂可以是50 %原始HDPE和50 %回收料。
[0023] 术语聚合物层是指聚合物单层、多层材料中的聚合物芯层、或多层材料中的非芯 聚合物层。
[0024] 用于产生绝缘性泡孔式非芳香族聚合物材料的配制品可以进一步包含一种或多 种泡孔形成剂。泡孔形成剂包括成核剂和发泡剂。成核剂用于提供并控制熔融配制品内的 成核位点，以便促进在挤出的过程中在熔融配制品中形成泡孔、气泡、或空隙。发泡剂用于 在成核位点处在熔融材料中使泡孔生长。发泡剂可以单独地在配制品中使用或与成核剂一 起使用。
[0025] 用于产生绝缘性泡孔式非芳香族聚合物材料的配制品可以包含一种或多种泡孔 形成剂。成核剂的量可以是若干个不同值中的一个或属于若干个不同范围中的一个之内。 将成核剂的量选择成以下值中的一个是在本披露的范围之内：按重量百分比计聚合物层的 总配制品的约 0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、 以及15%。配制品中的物理成核剂的量属于许多不同范围中的一个之内是在本披露的范围 之内。在第一组范围中，物理成核剂的范围是以下范围中的一个：按重量百分比计聚合物层 的总配制品的约 〇· 1%至 15% (w/w)、0. 25%至 15%、0· 5%至 15%、0· 75%至 15%、1%至 15%、2%至15%、3%至15%、4%至15%、以及5%至15%。在第二组范围中，成核剂的范 围是以下范围中的一个：按重量百分比计聚合物层的总配制品的约0. 1%至1〇%、〇. 25% 至 10%、0· 5%至 10%、0· 75%至 10%、1%至 10%、2%至 10%、3%至 10%、4%至 10%、以 及约5%至10%。在第三组范围中，成核剂的范围是以下范围中的一个：按重量百分比计聚 合物层的总配制品的约0. 1%至5%、0. 25%至5%、0. 5%至5%、0. 75%至5%、1%至5%、 L 5%至 5%、2%至 5%、2· 5%至 5%、3%至 5%、3· 5%至 5%、4%至 5%、以及 4. 5%至 5%。
[0026] 成核剂意指在熔融材料中提供用于泡孔形成的位点的化学或物理试剂。成核剂可 以包括化学成核剂和物理成核剂。成核剂可以与被引入到挤出机的料斗中的配制品共混。 可替代地，可以将成核剂加入挤出机中的熔融树脂混合物中。
[0027] 适合的物理成核剂具有所希望的粒度、纵横比、以及顶部切削（top-cut)特性。实 例包括但不限于滑石、CaC03、云母、以及上述物质中的至少两种的混合物。一个代表性实例 是赫利塔塑料有限公司（Heritage Plastics)基于HT6000线性低密度聚乙烯（LLDPE)的 滑石浓缩物。
[0028] 用于产生绝缘性泡孔式非芳香族聚合物材料的配制品可以包含一种或多种泡孔 形成剂。物理成核剂的量可以是若干个不同值中的一个或属于若干个不同范围中的一个之 内。将物理成核剂诸如滑石的量选择成以下值中的一个是在本披露的范围之内：按重量百 分比计聚合物层的总配制品的约〇%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、以及7%。配制品中的物 理成核剂的量属于许多不同范围中的一个之内是在本披露的范围之内。在第一组范围中， 物理成核剂的范围是以下范围中的一个：聚合物层的总配制品的约0%至7% (w/w)、0. 1% 至 7%、0.25%至7%、0.5%至7%、0.75%至7%、1.0%至7%、1.25%至7%、1.5%至7%、 1.75%至7%、2.0%至7%、2.25%至7%、2.5%至7%、3%至7%、4%至7%、5%至7%、 以及6%至7%。在第二组范围中，物理成核剂的范围是以下范围中的一个：聚合物层的总 配制品的约 0%至 6%、0%至 5%、0%至 4%、0%至 3. 0%、0%至 2. 5%、0%至 2. 25%、0% 至 2. 0%、0%至 L 75%、0%至 L 5%、0%至 L 25%、0%至 L 0%、0%至 0· 75%、以及0%至 0. 5%。在第三组范围中，物理成核剂的范围是以下范围中的一个：聚合物层的总配制品的 约0. 1 %至6%、0. 5%至5%、1 %至4%、以及2%至3%。在实施例中，配制品缺乏滑石。
[0029] 适合的化学成核剂在达到化学反应温度时分解，以便在熔融配制品中产生泡孔。 这些小泡孔充当用于从物理或其他类型的发泡剂进行更大泡孔生长的成核位点。在一 个实例中，化学成核剂是柠檬酸或基于柠檬酸的材料。一个代表性实例是HYDROCEROL? CF-40E (购自科莱恩公司（Clariant Corporation))，所述 HYDROCEROL? CF-40E 含有柠檬 酸和晶体成核剂。
[0030] 发泡剂是指起作用以使成核位点膨胀的物理或化学材料（或材料的组合）。发 泡剂可以包括仅化学发泡剂、仅物理发泡剂、其组合、或若干类型的化学发泡剂和物理发泡 剂。发泡剂通过在成核位点处在熔融配制品中形成泡孔起作用以减小密度。可以将发泡剂 加入挤出机中的熔融树脂混合物中。
[0031] 化学发泡剂是降解或反应以产生气体的材料。化学发泡剂可以是吸热的或放热 的。化学发泡剂典型地在特定温度下降解以便分解并且释放气体。化学发泡剂的一个实例 是柠檬酸或基于柠檬酸的材料。一个代表性实例是HYDROCEROL? CF-40E (购自科莱恩公 司），所述HYDROCEROL? CF-40E含有柠檬酸和晶体成核剂。在这里，柠檬酸在适当的温度 下在熔融配制品中分解并且形成气体，所述气体朝成核位点迀移并且在熔融配制品中使泡 孔生长。如果存在足够的化学发泡剂，化学发泡剂可以充当成核剂和发泡剂两者。然而，化 学发泡剂未必总充当成核剂。
[0032] 在另一个实例中，化学发泡剂可以是选自下组，该组由以下各项组成：偶氮二甲酰 胺；偶氮二异丁腈；苯磺酰肼；4, 4-氧苯磺酰氨基脲；对甲苯磺酰氨基脲；偶氮二羧酸钡； Ν，Ν' -二甲基-N，Ν' -二亚硝基对苯二甲酰胺；三肼基三嗪；甲烷；乙烷；丙烷；正丁烷；异 丁烷；正戊烷；异戊烷；新戊烷；甲基氟；全氟甲烷；乙基氟；1，1-二氟乙烷；1，1，1-三氟乙 烷；1，1，1，2-四氟乙烷；五氟乙烷；全氟乙烷；2, 2-二氟丙烷；1，1，1-三氟丙烷；全氟丙烷； 全氟丁烧；全氟环丁烧；甲基氯；二氯甲烧；乙基氯；1，1，1_二氯乙烧；1，1 _二氯_1_氟乙 烧；1_氯_1，1-二氟乙烧；1，1-二氯-2, 2, 2-二氟乙烧；1-氯-1，2, 2, 2-四氟乙烧；二氯 单氟甲烷；二氯二氟甲烷；三氯三氟乙烷；二氯四氟乙烷；一氯七氟丙烷；二氯六氟丙烷； 甲醇；乙醇；正