专利名称：用于聚合物机械的清洁组合物的制作方法
用于聚合物机械的清洁组合物
背景技术：
当在注模机中处理聚合材料(树脂)时，熔化和混合借助在圆柱形筒中旋 转细长的螺杆而发生。在处理的过程中，尤其是在处理工作之间，常常有 必要从一个聚合物等级到运行第二个聚合物等级前清洁或"清理"所述螺 杆。即使在正常处理期间， 一些树脂不可避免地比大部分材料更慢地穿过 螺杆设备，并受到足够的热量而开始分解。碳基的聚合物材料经常会氧化 并炭化，变成螺杆表面上的硬的富碳沉积物。这尤其发生于上游熔化区， 在上游熔化区中固体树脂球之间俘获的空气使氧气和加热后的聚合物接 触。无污染的产品的制备要求对该残余材料的周期性清除，而手工清除需 要大量人工。
最简单但常常效果最差的清理方法是简单地使一种树脂材料跟随另一 种树脂材料通过螺杆直至它变干净。这对直接的亮到暗的颜色变化或许是 可行的，但在很多情况下，在清除前述材料的所有痕迹前需要几百次注入 (shots)。 一旦后来的树脂粘性较差，或在与前面的树脂相比较低的温度下处
理时，它将自由地流过螺杆，几乎不能带走残余物。因此可能看起来干净 但实际上却含有痕量的显示为色线、起泡、或其他缺陷的残余物。
更有效的方法是使用市售清理复合物。这些材料尽管通常比单纯的树 脂更贵，但用于提供更加彻底的清洁。有三大类的市售复合物。 一种称为 物理清理复合物，其依靠高粘度和/或研磨性填料来从螺杆上擦洗并移除残 余物。 一些等级使用树脂(比如浇铸丙烯酸)，其软化但不完全熔化。在一些 等级中，使用起泡剂以增大对螺杆和筒的内熔化压力。物理清理剂由于它
们的高粘度一般难以从螺杆中除去，且保留在螺杆的死区(deadarea)中的复 合物会污染后续的制备。
第二种常用的清理复合物称为化学清理复合物。很多化学复合物为水 基液体，使用前必须和树脂混合。它们常含有溶剂或清洁剂以从螺杆上软 化并松动残余物。 一些化学清理复合物使用碱性盐将聚合物残余物化学分解成低分子量材料。这些复合物通常需要浸泡时间以使化学物质渗透到残 余物中。确保在重新开始制备后这类化学清理剂不保留在螺杆中是非常重 要的，因为它们可能影响下一种树脂的完整性。水基复合物还可引起蒸汽 的危险的聚集，并可腐蚀筒和螺杆的钢。
第三种清理复合物依赖与聚合物残余物的化学亲合性。这类复合物可 具有物理清理复合物的特征，但主要的清洁机理是残余物与清理复合物的 粘合和混合，而清理复合物与金属的粘合较低。亲合性可通过混合树脂或 增溶剂的使用而实现，所述树脂或增溶剂通常是由相连的聚合物链段组成 的接枝或嵌段共聚物。
发明内容
本发明涉及改良的化学亲合型清理剂，主要用于具有高机械搅拌度的 注塑设备。发现该清理剂能同时提供与普通热塑性材料的优异的粘合和溶 混性，和在机器内与热的钢表面的低的粘合性。这通过在螺杆上使清理剂 分子相互之间以及和残余聚合物之间进行化学交联的机理而实现。
本发明的一个目的是提供用于聚合物加工设备的清洁复合物，其具有 至少一种聚合材料和交联剂。所述聚合材料可包括至少一种热塑性材料， 可以是聚乙烯、聚苯乙烯、和/或苯乙烯基热塑性弹性体。所述聚合材料可 包括至少一种有机过氧化物或催化剂，可以是过氧化二枯基、过氧化苯甲 酰、氢过氧化枯烯、叔丁基过氧化氢、过乙酸叔丁酯、过苯甲酸叔丁酯、 和/或二叔丁基偶氮二异丁腈。所述复合物还可包括一种或多种填料，可以 是研磨剂，也可以是碳酸钙、硅灰石、云母、长石和/或玻璃。所述复合物 还可包括起泡剂和/或润滑剂。
本发明的另一个目的是提供用于聚合物加工设备的清洁复合物，其包 括聚乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯基热塑性弹性体、填料和交联剂。按重量计，
聚乙烯可以是5-25%，聚苯乙烯可以是30-60%，苯乙烯基热塑性材料可以 是10-20%，矿物填料可以是20-40%，交联剂可以是0.05-0.25%。此外，按 重量计，聚乙烯可以是10-15%，聚苯乙烯可以是40-50%，苯乙烯基热塑 性材料可以是10-15%，矿物填料可以是25-30%，交联剂可以是0.1-0.2%。 本发明进一步的目的是提供清洁聚合物加工设备的方法，其包括下列步骤(a)将具有至少一种热塑性材料和交联剂的清洁复合物引入该设备的
熔体处理部分；(b)将所述清洁复合物与熔体处理部分和残余熔体接触；并 (C)从所述熔体处理部分除去清洁复合物和残余熔体。该方法还可包括下列 步骤中的一个或多个向所述熔体处理部分引入新的热塑性材料以用所述 设备进行处理；运行所述设备直到从设备输出的基本上仅为新的热塑性材 料；和/或搅拌清洁复合物和熔体处理部分上的残余熔体。此外，所述熔体 处理部分可以是机器的筒、机器的螺杆、和/或机器的喷嘴。
发明详述
本清理剂中的一个组分是按照美国材料实验学会(ASTM)标准D-1238) 定义的熔融指数为0.5-5.0的高分子量高密度聚乙烯。该组分充当其他组分 的流体载体和分子骨架。聚乙烯可占总组合物的5重量％-25重量％，优选 的范围是10重量％-15重量％。
本发明中的第二个组分是熔融指数为2.0-5.0的热稳定的聚苯乙烯。已 知聚苯乙烯树脂及其共聚物在长时间暴露于超过400。F(204。C)的温度时变 成褐色并碳化，由于正常的处理温度常超过该温度，热稳定的聚苯乙烯相 对于可选物(比如通用聚苯乙烯或苯乙烯-丙烯腈共聚物)是优选的。芳族聚 合物聚苯乙烯对于一些聚合物具有脂肪族聚乙烯不具有的亲合力。聚苯乙 烯可占总组合物的30重量％-60重量％，优选的范围是40重量％-50重量％。
本发明中的第三个组分是苯乙烯基热塑性弹性材料，其充当聚乙烯相 和聚苯乙烯相之间的增溶剂。该组分可以是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，或优选 为苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物，比如Houston, Texas的Kraton Polymers US, LLC以KRATON G为商标出售的共聚物，其具有较高的热 稳定性。热塑性弹性体可占总组合物的10重量％-20重量％，优选的范围是 10重量％-15重量％。
本发明中的第四个组分是无机矿物填料，其充当研磨剂。碳酸转为优 选的填料，但也可使用硅灰石、云母、长石、或玻璃。填料可占总组合物 的20重量％-40重量％，优选的范围是25重量％-30重量％。
本发明中的第五个组分是交联剂或催化剂。优选的交联剂是有机过氧 化物比如Gibbstown, New Jersey的Geo Specialty Chemicals以DI-CUP R为商标出售的过氧化二枯基。但可用的催化剂的其他实例包括但不局限于 过氧化苯甲酰、氢过氧化枯烯、叔丁基过氧化氢、过乙酸叔丁酯、过苯甲 酸叔丁酯、二叔丁基偶氮二异丁腈、及它们的混合物。有机过氧化物受热
分解并释放烷氧基自由基，垸氧基自由基又从聚合物分子(尤其是含有CH2 单元的脂肪链)获得氢，形成聚合物自由基。两个聚合物自由基的重组在聚 合物链之间形成强碳碳键。在本发明的优选实施方案中，交联剂占总组合 物的0.1重量％-0.2重量％。
下表总结了本发明的多种实施方案，以重量百分比计<formula>formula see original document page 7</formula> 当清理剂最终从机器的筒中除去时，清理剂和残余聚合物之间的化学 交联可以防止与金属机器部件的再粘合并确保残余物的俘获。
除了与存在于待清除的残余聚合物中的脂肪族分子形成交联外，在清 理剂内的聚乙烯分子之间的化学交联有助于增大粘度并抵消复合物在受热 的筒中时由于热降解造成的任何分子量损失。
已发现清洁效果可通过加入化学起泡剂而改善，比如含有碳酸氢钠和 柠檬酸的混合物，其在受热时反应形成二氧化碳。在筒内的压力下，二氧 化碳保持为液体并充当聚合物残余物的溶剂。随着压力释放，二氧化碳蒸 发并对清洁复合物加压，改善了与聚合物残余物和金属壁的接触。
已发现较小部分的润滑剂(比如高分子量硅酮或含氟聚合物浓縮物)可 通过改善在清洁组合物与螺杆和筒的金属壁之间的润滑性而促进清洁效 果。这对于促进清洁复合物和结合在其上的残余物的混合物的除去尤其有 利。润滑剂对于增大清洁复合物和金属之间的滑动同样有利，它增大了无 机研磨剂的摩擦能力。
已发现本发明中的复合物经高度机械搅拌后工作最好。分子之间的化学键合需要物理邻近，而这一般由于聚合物熔体的高粘度而不存在。装有
双向单向阀的铸模机比如由Youngstown， Ohio的Spirex Corporation制造的
铸模机对本复合物更为有效。
实施例
比较实施例-由Batavia, Ohio的Cincinnati Milacron制造的具有42mm 筒的65吨注模机处理熔融指数为5的黑色丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树 脂。在除去树脂源并从筒挤出所有可能的剩余树脂后，使十六盎司的由 Parsippany, New Jersey的Asaclean Sun Plastech制造的以ASACLEAN AdvantageTM等级的商标出售的参照市售清理复合物通过筒并排出。卸下进 料螺杆并检査。沿着螺杆的过渡熔化区中的螺纹的后缘发现大量的ABS。
实施例l-在上述注模机中再次装满黑色ABS树脂并运行一小时。在除 去树脂源并从筒挤出所有可能的剩余树脂后，使十六盎司的本发明描述的 复合物通过筒并排出。卸下进料螺杆并检査。在螺纹中几乎没有发现ABS 树脂。
实施例2-由日本的Toshiba Machine Co.制造的具有40mm筒的180吨 注模机处理熔融指数为25的红色聚丙烯。用十盎司的本发明描述的复合物 清理后，引入白色聚丙烯。注射九次后在白色部分看不到剩余的红色。
实施例3-由Cincinnati Milacron制造的具有55mm筒的160吨注模机处 理熔融指数为5的红色ABS十二小时。用十六盎司的本发明描述的复合物 清理后，弓l入熔融指数为25的棕褐色乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)。注射六次后 在棕褐色部分看不到剩余的红色。
本发明已通过非限制性的示例性实施方案进行了描述。本领域技术人 员在不脱离权利要求中描述的本发明范围及与之等同的范围的情况下可以 想到变化和修改。
权利要求
1. 用于聚合物加工设备的清洁复合物，其包含至少一种聚合材料和交联剂。
2. 权利要求1的复合物，其中所述聚合材料包含至少一种热塑性材料。
3. 权利要求2的复合物，其中各种所述热塑性材料均选自聚乙烯、聚 苯乙烯、和苯乙烯基热塑性弹性体。
4. 权利要求1的复合物，其中所述复合物还包含填料。
5. 权利要求4的复合物，其中所述填料是研磨剂。
6. 权利要求4的化合物，其中所述填料选自碳酸钙、硅灰石、云母、 长石和玻璃。
7. 权利要求1的复合物，其中所述交联剂是有机过氧化物。
8. 权利要求l的复合物，其中所述交联剂选自过氧化二枯基、过氧化 苯甲酰、氢过氧化枯烯、叔丁基过氧化氢、过乙酸叔丁酯、过苯甲酸叔丁 酯、和二叔丁基偶氮二异丁腈。
9. 权利要求l的复合物，其还包含起泡剂。
10. 权利要求1的复合物，其还包含润滑剂。
11. 用于聚合物加工设备的清洁复合物，其包含聚乙烯、聚苯乙烯、苯 乙烯基热塑性弹性体、填料、和交联剂。
12. 权利要求11的清洁复合物，其中所述复合物包含5-25重量％的 聚乙烯；30-60重量％的聚苯乙烯；10-20重量°/。的苯乙烯基热塑性材料； 20-40重量％的矿物填料；和0.05-0.25重量％的交联剂。
13. 权利要求ll的清洁复合物，其中所述复合物包含10-15重量％的 聚乙烯；40-50重量％的聚苯乙烯；10-15重量％的苯乙烯基热塑性材料； 25-30重量％的矿物填料；和0.1-0.2重量％的交联剂。
14. 清洁聚合物加工设备的方法，其包括下列步骤 将包含至少一种热塑性材料和交联剂的清洁复合物引入所述设备的熔体处理部分；将所述清洁复合物与熔体处理部分和残余熔体接触；并 从所述熔体处理部分除去清洁复合物和残余熔体。
15. 权利要求14的方法，其还包括下列步骤向所述熔体处理部分引入新的热塑性材料以用所述设备进行处理；并 运行所述设备直到从设备输出的基本上仅为新的热塑性材料。
16. 权利要求14的方法，其还包括所述搅拌清洁复合物和熔体处理部 分上的残余熔体的步骤。
17. 权利要求14的方法，其中所述熔体处理部分选自机器的筒、机器 的螺杆、和机器的喷嘴。
全文摘要
本发明公开了用于清洁聚合物加工设备的组合物和方法。所述组合物含有至少一种或多种热塑性材料或树脂和交联剂(比如有机过氧化物)。所述组合物还可包括填料、起泡剂和润滑剂。
文档编号B28B7/02GK101421084SQ200780012673
公开日2009年4月29日 申请日期2007年4月5日 优先权日2006年4月10日
发明者J·汤姆森 申请人:社区事业公司