专利名称：未交联聚丙烯基树脂泡沫片的生产方法及该种树脂泡沫片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产具有细泡沫泡孔与良好外观的未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的方法。更具体地说，本发明涉及一种生产未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的方法，其特征在于生产高发泡薄片的生产率明显地提高。
一种其中挤出发泡是通过在挤出机与模头之间设置齿轮泵来进行的工艺，迄今已被应用到生产聚苯乙烯的方法中，该工艺已被介绍于，例如，“Plastic Technology 28[2]87(1980)”中。
根据“Synthetic Resins 40[9]42(1994)”报导，在挤出成型中使用齿轮泵的作用如下。(1) 通过遏制挤出机压力的提高而产生的作用· 降低能量消耗· 防止树脂温度的提高· 提高传递效率(生产率)· 减少在挤出机中的停留时间· 减少挤出机的L/D(2) 消除与模头组合的影响· 从而能更方便地设定挤出机的温度、压力与转速· 如果所用的树脂与生产量不变，不管模头的形状如何，无须改变设定的挤出机条件· 避免由于操作者能力不同而造成的产品质量之差别· 使无人操作与自动操作成为可能(3) 稳定生产· 消除了挤出机中压力变化的影响· 能使用更湿的原料· 温度分布变得更一致
· 开始生产所需的时间能明显地减少。
但是，使用齿轮泵并不是一定能获得上述作用的，因为适于发泡的加工条件是随树脂的不同而变化的，并且在挤出发泡的情况下，由发泡所特有的波纹状或折皱状缺陷常常出现在薄片的端部。
尤其是在未交联的聚丙烯-基树脂的情况中，树脂是结晶的且其粘度在温度高于熔点时明显地下降，通过常规的挤出发泡工艺来生产具有均匀的细泡沫泡孔的高发泡的泡沫片是不可能的。此外，为了提高生产率或生产高发泡的泡沫片而增加挤出速率的尝试伴随而来的问题是，例如，提高树脂的压力与温度。
当因发泡而发生横向膨胀时，出现在片材端部的波纹状或折皱状缺陷所引起的损失由模头宽度来调整。此现象是发泡片、特别是发泡率为2或以上的高膨胀发泡片所特有的。此外，当树脂温度高时，出现由于在薄片端部的波纹状或折皱状缺陷而带来的损失，且发泡气体易于发生泄漏。因此，存在一种减少在生产未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片时所出现的上述缺陷的需求。
本发明的目的是提供一种生产未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的方法，该方法能生产出具有细泡沫泡孔与良好外观的泡沫片，它具有卓越的生产率与挤出稳定性和在生产高发泡薄片具有提高生产率的作用，该方法减少出现在片材端部的波纹状或折皱状缺陷并提供未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片。
为了解决在通过在挤出机与模头之间设置齿轮泵来生产未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的方法中所存在的上述问题，发明人已进行充分的研究。具体地说，发明人仔细检查了各变量之间的关系，所说的变量指齿轮泵的进口压力(Pg)、当所添加的添加剂为100％保留时的理论发泡率χ(理论发泡率是以发泡剂的添加量为基准计的)、以及熔融树脂中发泡气体的溶度系数H。结果，发明人发现，如果上述的变量被设定在特定的关系内，就有可能将树脂温度控制在适于发泡的范围内，从而生产出具有良好外观的细泡沫泡孔，并确保高的生产率与挤出稳定性。
因此，本发明提供1.一种生产未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的方法，其特征在于使用具有被设置在挤出机与模头之间并通过模头接管连接的齿轮泵的挤出发泡装置，其中齿轮泵进口处的压力(Pg)处于由下式所规定的范围内和控制挤出机使Pg值为恒定不变。
Pc≤Pg(atm)≤Pc+90 (式1)Pc＝(χ-1)/Hχ当所添加的发泡剂为100％保留时的理论发泡率H发泡气体在齿轮泵进口处树脂温度下的树脂中的溶度系数(cm3(STP)/cm3·atm)2.一种根据以上1的生产未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的方法，其中模头的特征在于5≤L/t≤12，此处L(mm)代表模唇成型段的长度和t(mm)代表模唇间隙。
3.一种根据以上1或2的生产未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的方法，其中挤出装置的特征在于1/4≤A/B≤1和C/A≤10，此处B(mm)代表机筒直径，C(mm)代表模头接管的长度，A(mm)代表模头接管的直径。
4.通过上述方法1∽3的任一项生产的未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片。
本发明的另外方面的应用性可从下文中所作的详细说明中看出。当然应该明白，指出本发明的优选的实施方案的详细说明书与具体的例子仅仅是为了说明本发明的，因为对本技术领域的熟练技术人员来说，在本发明的精神与范围内从此详细的说明书出发作出种种变化与改进是显而易见的。
在本发明整篇说明书与以下的权利要求书中，除非上下文另有要求者外，词“包括”应被理解为暗示包括所说的整体或步骤，但是并不排除任何其它的整体或步骤。
Pc表示以相应于预定发泡率的量溶解发泡气体所需的最小压力。如果齿轮泵进口处压力Pg小于Pc，发泡剂就不能充分溶解在树脂中，并因此使气相从熔融的液相中分离出来。因此，难于制得具有细泡沫泡孔的泡沫片。另一方面，如果Pg大于(Pc+90)，齿轮泵的重要作用之一，即，遏制挤出机中压力升高的作用就减少。对防止树脂温度升高与提高生产率有不良影响。
控制挤出机一侧以便使齿轮泵进口处压力Pg处于Pc≤Pg(atm)≤Pc+90，因而Pg为恒定不变。为使Pg为恒定不变，可以有利地使用已知的控制系统，例如，对挤出机螺杆的旋转数或对将原料供给到挤出机料斗的计量供料器的旋转数作出反馈。通过这样的调整，由于齿轮泵的出口压力、模头的进口压力等等已被稳定化，因此能增加泡沫板在流向上的厚度精度。
在本发明中，上述的模头被适当地规定为5≤L/t≤12，此处L(mm)代表模唇成型段长度和t(mm)代表模唇间隙。此外，挤出机的优选条件为1/4≤A/B≤1和C/A≤10，此处B(mm)代表机筒直径，C(mm)代表模头接管的长度，A(mm)代表模头接管的直径。
上述条件被用来优选最佳的模头模唇部份的形状与模头接管的形状。因此，满足上述条件就有可能减少齿轮泵之后区域的压力损失，且特别有利于遏制树脂压力与树脂温度的升高。因此，能确保生产高发泡薄片的生产率。
在生产高发泡薄片时，虽然通过下拉来减少厚度是有可能的，但是采用下拉往往会生产出显示不理想的不良外观。在正常采用的实践生产中，成型是通过被设定到产品厚度的窄的模唇间隙来进行的。然而，使模唇间隙变窄不利地增加了齿轮泵之后区域的压力损失到这样的程度，以致在即使Pg被控制在Pc≤Pg(atm)≤Pc+90的低压力范围的区域内，热的发生与树脂温度的升高成为惊人的，而在齿轮泵之前区域内高挤出速率下树脂温度升高受到遏制。
为了保持产品的厚度与减少模唇部份的压力损失，优选将条件保持在0≤L/t≤12的范围内，更优选将条件保持在5≤L/t≤12的范围内，此处L(mm)代表模唇成型段的长度和t(mm)代表模唇间隙。
如果L/t小于5，模唇间隙缩窄的效果不能充分或完全获得，产品变厚。另一方面，如果L/t大于12，就不能有效地实现在模唇部份中减少压力。
调整齿轮泵前后的模头接管的直径与长度有可能进一步减少压力损失。最好，齿轮泵前后每个模头接管的直径A(mm)充分地大于挤出机料筒直径B(mm)，以符合1/4≤A/B≤1的关系式和使模头接管的直径A与长度C处于C/A≤10的范围内。
上述的L/t、A/B与C/A范围的详细说明构成了涉及减少压力损失的本发明。特别在当通过变窄模唇间隙生产薄片时，压力损失的增加直接影响产品的外观并常常使外观质量变得更差。通过规定出如上所述的L/t、A/B与C/A范围，甚至在增加压力损失而有可能招致反对的情况下，均有可能制得显示良好外观的产品。在压力损失直接影响产品外观处的模唇间隙约为0.8mm。
优选的还有一种其中模头接管具有这样的形状，以使压力如上所述那样地减少和其中静态混合器或类似装置被装在模头接管中，以便在毗邻管壁区域与模头接管的的中心区域之间引起置换与混合，从而提高了温度分布的均匀性。
用于挤出成型树脂的模头唇部被称为模唇与模头间隙，它确定了片材片的厚度，并以模唇间隙t表示。模头成型段长度L与模唇间隙t的例子以及模头形状的例子被示于图示中。
本发明还涉及由权利要求1-3中所述的方法生产的未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片。该未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的特征在于泡沫泡孔的细度与良好的外观和还在于在片材端部处波纹状或折皱状缺陷的轻微度。
图1图示出(i)在本发明中使用的模头形状的例子与(ii)其以剖面X-X表示的出口侧的形状。
除了如上所述那样的使用齿轮泵外，在本发明中能使用已知的挤出发泡法而无特别的限制。
挤出发泡法的例子可包括如下一种方法，包括将基本组分诸如热分解的发泡剂、聚丙烯树脂、和其他物质的混合物装入到料斗，在挤出机中使树脂熔融和发泡剂分解和将树脂与发泡剂掺合/分散，将混合物冷却到适于发泡的温度，从模头中挤出混合物使其发泡，和通过引出机冷却/成型挤出物诸步骤；以及如下一种方法，包括上述的相同步骤，除了不能分解的发泡剂(物理发泡剂)被预先压-送到挤出机中部以取代使用热分解的发泡剂。
在本发明中，作为构成泡沫片原料的聚丙烯-基树脂并不受特别的限制，并可根据产品的用途来选择。聚丙烯可以是丙烯的均聚物或是丙烯与α-烯烃例如乙烯等的共聚物。还可使用含聚丙烯基-树脂、聚苯乙烯基-树脂等的共混料。
在本发明中，对发泡剂并不加以特别的限制，并且可以使用迄今为止已知的热塑性树脂用的发泡剂。发泡剂的具体例子可包括热分解的发泡剂例如碳酸氢钠、偶氮二酰胺、等等；惰性气体例如二氧化碳、氮、等等；具有低沸点的有机化合物例如丁醇等。这些化合物可以以其二种或更多种相混合的形式来使用。添加无机填料诸如滑石、硅石、等等作为形成泡沫泡孔用的成核剂也是适用的。
应该指出，最终有助于发泡的气体的溶度系数最好为与发泡剂的类型即热分解型与热不能分解型完全无关。由于其安全性与相对大的溶度系数之故，二氧化碳被优选使用。脂族烃例如丁烷具有较二氧化碳大的溶度系数，是这类优选的催化剂。然而，使用这样的烃需要抗爆设备与安全措施。
尽管对泡沫片的密度没有特别的限制，但是它通常取决于发泡剂的量并且为0.6∽0.09g/cm3。虽然在本发明中对所得的泡沫片的厚度并没有特别的限制，但是通常为1∽30mm。泡沫片的厚度取决于例如模唇间隙t的尺寸、由发泡剂等量等调节的发泡率泡沫泡孔的扁率、等等诸因素。
对用于本发明的挤出机没有特别的限制，并且迄今已知的用于热塑性树脂的挤出机均可被使用。然而，对挤出机来说，必不可少的是充分掺混树脂与发泡剂以便将它们均化，然后将其温度冷却到适于发泡的温度。因此，下列类型的挤出机被优选用于本发明。单-螺杆挤出机这是最常用的挤出机。这种挤出机由于发泡气体未从原料的进口(漏斗)处泄漏以及价格低廉之故被广泛地采用。多-螺杆挤出机通常使用的是双-螺杆挤出机。其例子包括螺杆是以相同方向旋转的挤出机与以不同方向旋转的挤出机。其另外的例子包括螺杆是彼此平行的与螺杆直径是不变的挤出机和带有倾斜螺杆而其中螺杆直径向模唇缩小的挤出机。如果在本发明中使用双-螺杆挤出机，最好提供密封段，因为发泡气体往往会从双-螺杆挤出机中泄漏。
除了上述的挤出机外，还可以使用，例如，通过使二台或多台上述的挤出机组合而构成的串联式挤出机。
用于本发明的模头的例子包括扁平模头与圆口模头。在模头唇口处的模唇间隙t可以根据产品想望的厚度来设定。
用于本发明的齿轮泵被设置在通过模头接管相连的挤出机与模头之间。在本发明中使用的齿轮泵是被设计成能通过齿轮(它们以啮合关系旋转)的齿输送恒定量树脂的齿轮泵。该齿轮泵根据符合目标生产量而选自已知的齿轮泵。由于高速旋转是必不可少的，如果泵每转的输送量很少而提出对产生热的考虑，最好选择能力足以输送合适的目标生产量的转速。此外，最好通过调整油等的温度来冷却或调节齿轮泵体的温度。
虽然发泡气体在熔融树脂中的溶度H能够通过压力下降法来测定，但是还可以通过在文献例如(AIChE J.，15，106(1969))中所述的方法来测定。
如先前所述，适于在本发明中使用的发泡剂是二氧化碳。二氧化碳在熔融树脂中的溶度系数H在下面(式3)给出。尽管对温度的关系是轻微的，但是溶度系数H随着温度变高而变小。
H＝H0exp(-Es/RT)((式3))H0常数(0.0319cm3(STP)/cm3·atm)Es溶解能(-1.7kcal/mol)R气体常数(1.986kcal/mol·K)T温度(K)(括号内的数字为指二氧化碳的值)实施例为了进一步更详细地说明本发明，提供下面的实施例，然而，应该明白，它们同样仅仅是说明性的，并且在不背离本发明的精神的前提下是绝无限制性的。实施例1单-螺杆挤出机(料筒直径B120mm，有效螺杆长度/料筒直径为32)被用作挤出机.
带有宽度为1150mm的调节排的衣架式模头被用作模头。模唇成型段长度L为7mm，模唇间隙t为7mm。使用泵体温度通过油调整并具有每转的输送率为315cm3的齿轮泵。所用的控制装置是调整齿轮泵进口压力Pg，并提供反馈给螺杆转数以便使保持不变的Pg值的装置。
在齿轮泵前后的每个模头接管具有直径为40mm的直径A与长度为240mm(A/B＝1/3，C/A＝6)。使用包括3个辊，每个辊具有表面长度为1200mm和直径为400mm、并且温度被调整到60∽100℃的抛光辊组作为引出装置。
作为聚丙烯-基树脂，使用具有密度为0.9g/cm3(具有230℃下的熔体流动速率(MFR)为8)的丙烯均聚物。将包括100重量份的聚丙烯均聚物与1.5重量份含有40％重量滑石、作为泡沫泡孔成核剂的母料，的掺混粒料的混合物装入到料斗中。使用二氧化碳作为发泡剂。在约100atm的压力下从设置在挤出机中部的口中压送入其量相当于3倍-发泡率的理论发泡率χ的发泡剂。
根据后面所述的挤出条件，在齿轮泵进口处的模头接管中部的树脂温度Tg为约185℃。当根据前述的式(3)通过使用文献(AIChEJ.，15，106(1969))中所述的值计算时，获得H＝0.207(cm3(STP)/cm3·atm)。在此基础上，由于Pc＝(χ-1)/H＝9.7atm，在齿轮泵进口处的压力Pg被设定在处于Pc≤Pg(atm)≤Pc+90内的15atm的低压力。先前所说的在括号内用来解释式(3)符号的数字作为二氧化碳的资料使用。
此外，在齿轮泵进口处模头接管中央部份中的树脂温度Tg(K)为Tg(℃)+273.5＝185+273.15＝458.15。
挤出机的操作条件如下。螺杆转数为50rpm(由于Pg控制而变化)。齿轮泵的转数为18rpm。输送率为250kg/hr的高输送率。就温度而言，二氧化碳在190∽200℃的树脂中会均匀地溶解。在被冷却后，共混料被导入到保持在170℃温度的模头中。
挤出的泡沫片具有表观密度为0.31g/cm3(发泡率＝3.9/0.31＝2.9倍)，平均厚度为5.0mm。泡沫泡孔是细的与外观是良好的。在片端部，左右波纹的总损失为小至150mm。所用模具的宽度为1150mm和损失率为约13％。实施例2和3与比较例1和2通过使用与实施例1相同的树脂与挤出机，但变化生产条件例如齿轮泵进口处的压力Pg、模唇成型段的长度L、模唇间隙t、模头接管的直径A和模头接管的长度来生产泡沫片。生产条件被示于表1中和对泡沫片的评估值被示于表2中。
当发泡片是由具有仅在有限范围的低温下的适于发泡温度的聚丙烯基-树脂生产，和当在不使用齿轮泵的情况下使用属于上述实施例中使用的挤出机时，150∽200jg/hr的输送率是上限度，因此当输送率高于此范围时就不能形成合适的发泡片，因为树脂温度常常会由于剪切产生的热而升高。基于上述实施例的结果，根据本发明的使用齿轮泵的效果是明显的。
表1〔生产条件〕
(*)cm3(STP)/cm3·atm
表2〔评估结果〕
本发明使有可能生产出具有细泡沫泡孔与良好外观的泡沫片，它具有卓越的生产率与挤出稳定性和在生产高发泡薄片时具有提高生产率的作用，该方法减少出现在片材端部的波纹状或折皱状缺陷。字母与数字的说明1模头2模唇成型段长度t模唇间隙
权利要求
1.一种生产未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的方法，其特征在于使用具有被设置在挤出机与模头之间并通过模头接管连接的齿轮泵的挤出发泡装置，其中齿轮泵进口处的压力Pg处于由下式所规定的范围内，并控制挤出机使Pg值为恒定不变，Pc≤Pg(atm)≤Pc+90 (式1)Pc＝(χ-1)/Hχ当所添加的发泡剂为100％保留时的理论发泡率H发泡气体在齿轮泵进口处树脂温度下的树脂中的溶度系数(cm3(STP)/cm3·atm)。
2.一种根据权利要求1的生产未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的方法，其中模头的特征在于5≤L/t≤12，此处L(mm)代表模唇成型段的长度和t(mm)代表模唇间隙。
3.一种根据以上权利要求1或2的生产未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片的方法，其中挤出装置的特征在于1/4≤A/B≤1和C/A≤10，此处B(mm)代表机筒直径，C(mm)代表模头接管的长度，A(mm)代表模头接管的直径。
4.由上述权利要求1∽3的任一项所述方法生产的未交联的聚丙烯-基树脂泡沫片。
全文摘要
一种生产未交联聚丙烯－基树脂泡沫片的方法,其中使用设置在挤出机与模头间并由模头接管连接的齿轮泵的挤出发泡装置,控制挤出机使齿轮泵进口处的压力Pg恒定处于Pc≤Pg(atm)≤Pc+90,其中Pc=(x－1)/H,x:当添加的发泡剂为100%保留时的理论发泡率,H:发泡气体在齿轮泵进口等处树脂中的溶度系数(cm
文档编号B29C44/34GK1244454SQ9911183
公开日2000年2月16日 申请日期1999年7月30日 优先权日1998年8月3日
发明者坂本昭宣, 永松龙弘 申请人:住友化学工业株式会社