用于容器的聚合物材料的制作方法
【專利說(shuō)明】用于容器的聚合物材料
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)35U. S. C. § 119(e)要求2013年7月12日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列 號(hào)61/845, 760以及2013年8月26日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/869, 830的優(yōu)先權(quán)， 這兩個(gè)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)都通過(guò)引用明確地結(jié)合在此。
[0003] 背景
[0004] 本披露涉及能夠被成形以產(chǎn)生容器的聚合物材料，并且具體地，絕緣的聚合物材 料。更具體地說(shuō)，本披露涉及基于聚合物的配制品，這些配制品可以產(chǎn)生絕緣的非芳香族聚 合物材料。
[0005] 概述
[0006] 根據(jù)本披露，聚合物材料包含聚合物樹脂和至少一種泡孔形成劑。在示意性實(shí)施 例中，混合并擠出或以另外的方式成形加工聚合物樹脂和泡孔形成劑的共混物以便產(chǎn)生絕 緣的非芳香族聚合物材料。絕緣的非芳香族聚合物材料具有低密度，但抵抗和/或能夠經(jīng) 受沖擊力。低密度絕緣的非芳香族聚合物材料提供改進(jìn)的容器。
[0007] 在示意性實(shí)施例中，絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料包含泡孔形成劑和至少一 種基于高密度聚乙烯的基礎(chǔ)樹脂。泡孔形成劑可以包括化學(xué)成核劑和物理發(fā)泡劑。在實(shí)施 例中，基礎(chǔ)樹脂可以是HDPE，所述HDPE可以是原始的HDPE、回收料、或其混合物。
[0008] 在示意性實(shí)施例中，絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料具有每立方厘米小于約 〇. 9克的密度。在示意性實(shí)施例中，絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料具有在每立方厘米 約0. 4克至每立方厘米約0. 9克范圍內(nèi)的密度。在示意性實(shí)施例中，絕緣性泡孔式非芳香 族聚合物材料具有在每立方厘米約〇. 5克至每立方厘米約0. 75克范圍內(nèi)的密度。
[0009] 在示意性實(shí)施例中，對(duì)根據(jù)本披露的基于聚乙烯的配制品進(jìn)行加熱并擠出以便產(chǎn) 生管狀擠出物（在擠出方法中），可以將所述管狀擠出物成形加工以便提供絕緣性泡孔式 非芳香族聚合物材料的條帶。在成形加工管狀擠出物之前，將呈惰性氣體形式的物理發(fā)泡 劑引入到熔融材料中。在示意性實(shí)施例中，通量系統(tǒng)包括多型坯分出（drop)。例如，擠出生 產(chǎn)線作為單個(gè)生產(chǎn)線開始，然后分成用于多個(gè)型坯分出的2、3、4、5或更多個(gè)生產(chǎn)線。在示 意性實(shí)施例中，根據(jù)本披露所產(chǎn)生的絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料可以經(jīng)過(guò)成形加工 以產(chǎn)生絕緣性杯子或容器。在示意性實(shí)施例中，聚乙烯樹脂用于形成絕緣性泡孔式非芳香 族聚合物材料。在考慮對(duì)如目前認(rèn)為的執(zhí)行本披露的最佳模式進(jìn)行舉例說(shuō)明的示意性實(shí)施 例后，本披露的另外的特征將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得清楚。
[0010] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0011] 圖1是示出組件（從左上角開始順時(shí)針）石托、平臺(tái)、懸架支架、以及懸架隔離件 的未組裝的密度測(cè)定裝置的透視圖。
[0012] 詳細(xì)說(shuō)明
[0013] 根據(jù)本披露，描述了聚合物材料。聚合物材料包含至少一種泡孔形成劑和聚合物 樹脂（即，熱塑性聚烯烴）。在示意性實(shí)施例中，混合并擠出或以另外的方式成形加工聚合 物樹脂和泡孔形成劑的共混物以便產(chǎn)生絕緣的非芳香族聚合物材料。絕緣的非芳香族聚合 物材料具有用于形成容器（例如，杯子和瓶子）的應(yīng)用。
[0014] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，用于產(chǎn)生絕緣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種聚合物樹脂。聚合物材料可以包含一種或多種基礎(chǔ)樹 月旨。作為實(shí)例，絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料包含至少一種聚乙烯基礎(chǔ)樹脂和一種或 多種泡孔形成劑。
[0015] 在一個(gè)實(shí)例中，基礎(chǔ)樹脂是高密度聚乙烯（HDPE)。HDPE基礎(chǔ)樹脂可以是HDPE均 聚物或HDPE共聚物。在另一個(gè)實(shí)例中，基礎(chǔ)樹脂是單峰HDPE。在又一個(gè)實(shí)例中，基礎(chǔ)樹 脂是單峰、高熔體強(qiáng)度HDPE。在還又一個(gè)實(shí)例中，基礎(chǔ)樹脂是單峰、高熔體強(qiáng)度HDPE，諸 如已經(jīng)被電子束改性以提供長(zhǎng)鏈支化和約0. 25g/10min的熔體指數(shù)的DOW? D0WLEX? IP 41HDPE(購(gòu)自陶氏化學(xué)公司（The Dow Chemical Company))。單峰、高恪體強(qiáng)度HDPE 的另一個(gè)實(shí)例是已經(jīng)被電子束改性以具有長(zhǎng)鏈支化和約〇.25g/10min的熔體指數(shù)的 EQIJTSTAR? ALATHON?1 H5520HDPE共聚物（購(gòu)自萊昂德爾化學(xué)公司（Lyondell Chemical Company))。適合的單峰 HDPE 的另一個(gè)實(shí)例是 FORMOLENE? HB5502F HDPE己稀共聚物（購(gòu)自臺(tái)灣塑膠工業(yè)股份有限公司（Formosa Plastics Corporation))。 在HDPE己烯共聚物的另一個(gè)適合的實(shí)施例中，HDPE是MaHex'其HHM 5502BN HDPE己烯 共聚物（雪佛龍菲利普化學(xué)公司（Chevron Phillips Chemical Company)，伍德蘭（The Woodlands)，TX)〇
[0016] 長(zhǎng)鏈支化是指存在聚合物側(cè)鏈（支鏈），這些聚合物側(cè)鏈（支鏈）的長(zhǎng)度與連接到 聚合物側(cè)鏈上的骨架長(zhǎng)度可比或大于連接到聚合物側(cè)鏈上的骨架長(zhǎng)度。長(zhǎng)鏈支化在拉伸或 定向伸展的過(guò)程中產(chǎn)生妨礙流動(dòng)的粘彈性鏈纏結(jié)（聚合物纏結(jié)），并且提供應(yīng)變硬化現(xiàn)象。
[0017] 應(yīng)變硬化現(xiàn)象可通過(guò)兩種分析方法來(lái)觀察。第一種分析方法用來(lái)在拉伸流變儀上 觀察應(yīng)變硬化的存在。在拉伸流變儀上拉伸或定向流動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)聚合物纏結(jié)不允許聚 合物在線性粘彈性（LVE)條件下流動(dòng)時(shí)將發(fā)生應(yīng)變硬化。因此，這些聚合物纏結(jié)妨礙流動(dòng) 并且如觀察為彎鉤形成，產(chǎn)生與LVE條件的偏差。隨著應(yīng)變和應(yīng)變速率增加，由于聚合物鏈 纏結(jié)運(yùn)動(dòng)更快和更嚴(yán)重，應(yīng)變硬化現(xiàn)象變得更嚴(yán)重。不具有長(zhǎng)鏈支化的原始聚合物將表現(xiàn) 出LVE流動(dòng)特征。相比之下，長(zhǎng)鏈支化的聚合物將表現(xiàn)出應(yīng)變硬化并且所述應(yīng)變硬化造成 與原始聚合物的LVE流動(dòng)特征的偏差，從而在相同測(cè)試條件下提供彎鉤形成。
[0018] 用來(lái)觀察長(zhǎng)鏈支化存在的第二種分析方法是評(píng)估如根據(jù)ISO 16790所測(cè)試的熔 體強(qiáng)度數(shù)據(jù)，所述ISO 16790通過(guò)引用整體結(jié)合在此。當(dāng)與缺乏長(zhǎng)鏈支化的類似原始聚 合物相比時(shí)，已知熔體強(qiáng)度的量是與長(zhǎng)鏈支化存在相關(guān)的。通過(guò)舉例，將北歐化工公司 (Borealis)DAPL0Y? WB140HMS聚丙烯（PP)(購(gòu)自北歐化工公司（Borealis AG))與具有類 似分子量、多分散性指數(shù)和其他物理特征的其他聚合物比較。DAPL0Y? WB140HMS PP具有超 過(guò)約36cN的熔體強(qiáng)度，而缺乏長(zhǎng)鏈支化的其他類似PP樹脂具有小于約IOcN的熔體強(qiáng)度。
[0019] 熔體流動(dòng)指數(shù)（MFI)是當(dāng)熔融時(shí)聚合物粘度的間接量度。所述指數(shù)被定義為通過(guò) 在10分鐘內(nèi)所施加的壓力將流過(guò)具有特定直徑和長(zhǎng)度的毛細(xì)管的聚合物熔體的質(zhì)量，如 ASTM D1238中所描述。例如，Marlex? HHM 5502BN HDPE己烯共聚物（雪佛龍菲利普）具 有根據(jù)ASTM D1238的0. 35g/10min的熔體流動(dòng)指數(shù)。熔體指數(shù)值越大指示粘度越低。更 高分子量的聚合物將是更有粘性的并且在相同條件下將更不容易流動(dòng)，所以熔體指數(shù)將是 更小的數(shù)字。
[0020] 在某些示例性實(shí)施例中，配制品可包含作為HDPE的兩種基礎(chǔ)樹脂。配制品的一個(gè) 示意性實(shí)例包含F(xiàn)C)RMOLE_NE?HB5502F HDPE己烯共聚物（購(gòu)自臺(tái)灣塑膠工業(yè)股份有 限公司）的第一基礎(chǔ)樹脂和EQUISTAR? ALATHON? H5520HDPE共聚物（購(gòu)自萊 昂德爾化學(xué)公司）的第二基礎(chǔ)樹脂。在具有多于一種HDPE共聚物的實(shí)施例中，可以取決于 在配制品中所希望的屬性來(lái)使用不同的HDPE共聚物。例如，配制品可以包含電子束改性的 EQUISTAR? ALATHON?H5520 和 FORMOLENE?HB5502F HDPE 兩者。在這 樣一個(gè)實(shí)施例中，EQUISTAR曝AL.ATHON_? 115520提供增加起泡可能性的更高的熔 體強(qiáng)度，并且具有更小的撓曲模量或脆性。formolene^ hb55〇2f HDPE提供分子量 分布的廣泛的單峰多分散性指數(shù)并且使經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)最大化。
[0021] 在另一個(gè)實(shí)例中，配制品包含約50 %的電子束改性的 EQUISTAR? ALATHON? H5520 和約 50% 的 FORMOLENE? HB5502F HDPE。 所述組合提供了一種材料，所述材料具有與未改性的HDPE樹脂相關(guān)聯(lián)的抗跌落能力和電 子束改性的長(zhǎng)鏈支化HDPE的增加的熔體強(qiáng)度。取決于所希望的特征，在兩種HDPE基礎(chǔ)樹脂 之間的HDPE基礎(chǔ)樹脂的百分比可以在以下各項(xiàng)之間變化：例如，按基礎(chǔ)樹脂的重量計(jì)25% /75%、30% /70%、35% /65%、40% /60%、45% /55%、50% /50%等。在實(shí)施例中，配制 品包含三種HDPE基礎(chǔ)樹脂。同樣，取決于所希望的特征，三種HDPE共聚物的百分比可以在 以下各項(xiàng)之間變化：按基礎(chǔ)樹脂的重量計(jì)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種基礎(chǔ)樹脂。在示意性實(shí)施例中，至少一 種基礎(chǔ)樹脂可以是HDPE?；A(chǔ)樹脂的量可以是若干個(gè)不同值中的一個(gè)或?qū)儆谌舾蓚€(gè)不同 范圍中的一個(gè)之內(nèi)。將基礎(chǔ)樹脂的量選擇成以下值中的一個(gè)是在本披露的范圍之內(nèi)：按重 量百分比計(jì)聚合物層的總配制品的約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 %。配制品中的基礎(chǔ)樹脂的量屬于許多不同范圍中的 一個(gè)之內(nèi)是在本披露之內(nèi)的。在第一組范圍中，基礎(chǔ)樹脂的范圍是以下范圍中的一個(gè)：按重 量百分比計(jì)聚合物層的總配制品的約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 %。在第二組范圍中，基礎(chǔ)樹脂的范圍是以下 范圍中的一個(gè)：按重量百分比計(jì)聚合物層的總配制品的約85%至99%、85%至98%、85% 至95%、以及85%至90%。在第三組范圍中，基礎(chǔ)樹脂的范圍是以下范圍中的一個(gè)：按重 量百分比計(jì)總配制品的約90%至99%和95%至98%。這些值和范圍中的每一個(gè)在實(shí)例1 至實(shí)例13中實(shí)現(xiàn)。在實(shí)施例中，基礎(chǔ)樹脂可以是100%原始基礎(chǔ)樹脂。在實(shí)例中，基礎(chǔ)樹 脂可以是原始基礎(chǔ)樹脂和回收料基礎(chǔ)樹脂的混合物。例如，基礎(chǔ)樹脂可以是100%、90%、 80%、75%、70%、60%、50%、40%、30%、25%、20%或10%原始基礎(chǔ)樹脂，其中其余部分是 回收料。例如，基礎(chǔ)樹脂可以是50 %原始HDPE和50 %回收料。
[0023] 術(shù)語(yǔ)聚合物層是指聚合物單層、多層材料中的聚合物芯層、或多層材料中的非芯 聚合物層。
[0024] 用于產(chǎn)生絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料的配制品可以進(jìn)一步包含一種或多 種泡孔形成劑。泡孔形成劑包括成核劑和發(fā)泡劑。成核劑用于提供并控制熔融配制品內(nèi)的 成核位點(diǎn)，以便促進(jìn)在擠出的過(guò)程中在熔融配制品中形成泡孔、氣泡、或空隙。發(fā)泡劑用于 在成核位點(diǎn)處在熔融材料中使泡孔生長(zhǎng)。發(fā)泡劑可以單獨(dú)地在配制品中使用或與成核劑一 起使用。
[0025] 用于產(chǎn)生絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料的配制品可以包含一種或多種泡孔 形成劑。成核劑的量可以是若干個(gè)不同值中的一個(gè)或?qū)儆谌舾蓚€(gè)不同范圍中的一個(gè)之內(nèi)。 將成核劑的量選擇成以下值中的一個(gè)是在本披露的范圍之內(nèi)：按重量百分比計(jì)聚合物層的 總配制品的約 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劑的量屬于許多不同范圍中的一個(gè)之內(nèi)是在本披露的范圍 之內(nèi)。在第一組范圍中，物理成核劑的范圍是以下范圍中的一個(gè)：按重量百分比計(jì)聚合物層 的總配制品的約 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%。在第二組范圍中，成核劑的范 圍是以下范圍中的一個(gè)：按重量百分比計(jì)聚合物層的總配制品的約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 及約5%至10%。在第三組范圍中，成核劑的范圍是以下范圍中的一個(gè)：按重量百分比計(jì)聚 合物層的總配制品的約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] 成核劑意指在熔融材料中提供用于泡孔形成的位點(diǎn)的化學(xué)或物理試劑。成核劑可 以包括化學(xué)成核劑和物理成核劑。成核劑可以與被引入到擠出機(jī)的料斗中的配制品共混。 可替代地，可以將成核劑加入擠出機(jī)中的熔融樹脂混合物中。
[0027] 適合的物理成核劑具有所希望的粒度、縱橫比、以及頂部切削（top-cut)特性。實(shí) 例包括但不限于滑石、CaC03、云母、以及上述物質(zhì)中的至少兩種的混合物。一個(gè)代表性實(shí)例 是赫利塔塑料有限公司（Heritage Plastics)基于HT6000線性低密度聚乙烯（LLDPE)的 滑石濃縮物。
[0028] 用于產(chǎn)生絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料的配制品可以包含一種或多種泡孔 形成劑。物理成核劑的量可以是若干個(gè)不同值中的一個(gè)或?qū)儆谌舾蓚€(gè)不同范圍中的一個(gè)之 內(nèi)。將物理成核劑諸如滑石的量選擇成以下值中的一個(gè)是在本披露的范圍之內(nèi)：按重量百 分比計(jì)聚合物層的總配制品的約〇%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、以及7%。配制品中的物 理成核劑的量屬于許多不同范圍中的一個(gè)之內(nèi)是在本披露的范圍之內(nèi)。在第一組范圍中， 物理成核劑的范圍是以下范圍中的一個(gè)：聚合物層的總配制品的約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%。在第二組范圍中，物理成核劑的范圍是以下范圍中的一個(gè)：聚合物層的總 配制品的約 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%。在第三組范圍中，物理成核劑的范圍是以下范圍中的一個(gè)：聚合物層的總配制品的 約0. 1 %至6%、0. 5%至5%、1 %至4%、以及2%至3%。在實(shí)施例中，配制品缺乏滑石。
[0029] 適合的化學(xué)成核劑在達(dá)到化學(xué)反應(yīng)溫度時(shí)分解，以便在熔融配制品中產(chǎn)生泡孔。 這些小泡孔充當(dāng)用于從物理或其他類型的發(fā)泡劑進(jìn)行更大泡孔生長(zhǎng)的成核位點(diǎn)。在一 個(gè)實(shí)例中，化學(xué)成核劑是檸檬酸或基于檸檬酸的材料。一個(gè)代表性實(shí)例是HYDROCEROL? CF-40E (購(gòu)自科萊恩公司（Clariant Corporation))，所述 HYDROCEROL? CF-40E 含有檸檬 酸和晶體成核劑。
[0030] 發(fā)泡劑是指起作用以使成核位點(diǎn)膨脹的物理或化學(xué)材料（或材料的組合）。發(fā) 泡劑可以包括僅化學(xué)發(fā)泡劑、僅物理發(fā)泡劑、其組合、或若干類型的化學(xué)發(fā)泡劑和物理發(fā)泡 劑。發(fā)泡劑通過(guò)在成核位點(diǎn)處在熔融配制品中形成泡孔起作用以減小密度?？梢詫l(fā)泡劑 加入擠出機(jī)中的熔融樹脂混合物中。
[0031] 化學(xué)發(fā)泡劑是降解或反應(yīng)以產(chǎn)生氣體的材料?；瘜W(xué)發(fā)泡劑可以是吸熱的或放熱 的。化學(xué)發(fā)泡劑典型地在特定溫度下降解以便分解并且釋放氣體。化學(xué)發(fā)泡劑的一個(gè)實(shí)例 是檸檬酸或基于檸檬酸的材料。一個(gè)代表性實(shí)例是HYDROCEROL? CF-40E (購(gòu)自科萊恩公 司），所述HYDROCEROL? CF-40E含有檸檬酸和晶體成核劑。在這里，檸檬酸在適當(dāng)?shù)臏囟?下在熔融配制品中分解并且形成氣體，所述氣體朝成核位點(diǎn)迀移并且在熔融配制品中使泡 孔生長(zhǎng)。如果存在足夠的化學(xué)發(fā)泡劑，化學(xué)發(fā)泡劑可以充當(dāng)成核劑和發(fā)泡劑兩者。然而，化 學(xué)發(fā)泡劑未必總充當(dāng)成核劑。
[0032] 在另一個(gè)實(shí)例中，化學(xué)發(fā)泡劑可以是選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成：偶氮二甲酰 胺；偶氮二異丁腈；苯磺酰肼；4, 4-氧苯磺酰氨基脲；對(duì)甲苯磺酰氨基脲；偶氮二羧酸鋇； Ν，Ν' -二甲基-N，Ν' -二亞硝基對(duì)苯二甲酰胺；三肼基三嗪；甲烷；乙烷；丙烷；正丁烷；異 丁烷；正戊烷；異戊烷；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； 全氟丁燒；全氟環(huán)丁燒；甲基氯；二氯甲燒；乙基氯；1，1，1_二氯乙燒；1，1 _二氯_1_氟乙 燒；1_氯_1，1-二氟乙燒；1，1-二氯-2, 2, 2-二氟乙燒；1-氯-1，2, 2, 2-四氟乙燒；二氯 單氟甲烷；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