專利名稱：聚苯乙烯泡沫薄片制造技術
技術領域：
本發(fā)明涉及泡沫體的制造，尤其涉及聚苯乙烯泡沫體的制造。
在聚苯乙烯泡沫體制造中，通常是利用各種諸如含氯氟烴的發(fā)泡劑，含氯氟烴可以單獨使用或連同通常是戊烷或異戊烷的烷烴一起使用。這樣的泡沫體一般采用擠塑方法制造。由于含氯氟烴和一些烷烴能溶解于聚苯乙烯中，使擠塑融體的粘度降低，這就允許融體有充份的冷卻，因此，高載荷-以安培數(shù)表示-將不會加到擠塑機的驅動電機上。
戊烷和含氯氟烴，例如氟利昂11和12，在聚苯乙烯中都是部分溶解的，這就降低了融體的粘度，從而使擠塑機能夠適當?shù)乩鋮s和在較低載荷和溫度下擠塑熔融的塑性材料，從而形成一種很平滑的泡沫體表面和良好的外觀，控制了不透明度所需的小的泡孔尺寸和其它泡沫體的物理性能、如取向、收縮特性和勁度。但是，經過一段時間殘留發(fā)泡劑會有損失，隨著殘留發(fā)泡劑的減少，片材將會發(fā)生收縮、厚度增加并且軟化溫度提高。
當打算將泡沫體用作玻璃或塑料容器的、使用時收縮就位(shrunk in place)的標簽時，這種泡沫材料是擠塑出來的，在一個方向上的拉伸比在另一方向上的要大些。最好是將這種標簽材料跟塑料薄膜進行復合擠塑。殘留發(fā)泡劑的逐漸損失將導致標簽材料在收縮特性方面發(fā)生變化。
美國專利4，424，287號旨在開發(fā)一種用于制造熱成型制品的聚合物發(fā)泡方法，其中發(fā)泡劑包含至少一種大氣氣體和至少一種揮發(fā)性增塑發(fā)泡劑。如在此專利中所陳述的，對常態(tài)液體碳氫化合物和常態(tài)氣體發(fā)泡劑進行混合的早期努力沒有取得成功，而且，即使在這樣一種混合物中使用諸如二氧化碳這樣的高揮發(fā)性發(fā)泡劑來生產聚合物泡沫體，在操作時也必須非常地小心。因此，如在此專利中所舉出的，其時認為需要將諸如二氧化碳的惰性氣體和一種諸如戊烷的揮發(fā)性增塑有機發(fā)泡劑一起使用，并在擠塑之后立即進行制品的熱成型。
美國專利4，436，679號公開了一種制造泡沫體的方法，其中將水和天然氣導入融體中。
美國專利4，470，938號公開了一種利用大氣氣體來成形熱成型制品的方法，其中該方法包括將一種來自具有較高壓力的供氣源的氣體發(fā)泡劑導入在壓力下的熔融樹脂的一道裝料中，所述導入是通過將分立的、均勻容積的氣體裝料導入所述樹脂中，所述分立的容積裝料是通過由所述供氣源提供動力的自由活塞-氣缸組合導入的。雖然此專利提到多種大氣氣體的使用，但沒有關于對產品有甚么有益效果的權利要求，并且這樣一種方法沒有在商業(yè)上使用過。
本發(fā)明的目的在于提供一種制造聚苯乙烯泡沫體的方法，這種方法利用大氣中存在的大氣氣體作為發(fā)泡劑；當聚苯乙烯泡沫體進行擠塑時，發(fā)泡劑基本上完全釋出；融體能夠被冷卻到正常的加工溫度，就不會給擠塑機帶來高負荷或由高的聚合物粘度導致的剪切熱；收縮量可以根據泡沫體的最終使用要求進控制；密度和泡孔大小可以進行控制；而且該方法使用常規(guī)的擠塑設備。
按照本發(fā)明，制造聚苯乙烯泡沫體的方法包括將一種諸如二氧化碳、氮氣或空氣的大氣氣體和最好是一種非揮發(fā)性的摻合劑進行混合，將該氣體或該混合物導入一種含有諸如碳酸氫鈉和檸檬酸的核化劑的熔融熱塑性聚苯乙烯樹脂中，和將該熱塑性塑料擠塑成泡沫體的形式。所制成的泡沫體基本上無殘留發(fā)泡劑，在室溫下尺寸穩(wěn)定，而且當使用非揮發(fā)性摻合劑，可以使用少量的發(fā)泡劑使融體冷卻而不會在擠塑機上產生高負荷。該泡沫體可以跟一層或多層熱塑性塑料薄膜進行復合擠塑，從而使最終產品適用于作成碟子、杯子、食品容器或包裝物，和用作玻璃和塑料容器之類容器的標簽，以及用作使用時收縮就位的標簽。
附圖簡要說明
圖1 是應用于本方法的擠塑設備的示意圖；圖2 是該擠塑設備的一部分的部分示意圖；圖3 是應用于擠塑機下游端的加工流程的一個裝置的示意圖；圖4 是擠塑設備的一個改型的部分示意圖。
按照本發(fā)明，將一種大氣氣體、諸如二氧化碳、氮氣或空氣，單獨地或者最好跟一種在擠塑溫度下為非揮發(fā)性的、諸如一種在高溫度下具有低揮發(fā)性的高分子量酯類的摻合劑結合導入熔融的熱塑性聚苯乙烯融體中，并對該混合物進行擠塑。
當采用大氣氣體和一種在擠塑溫度下為非揮發(fā)性的摻合劑的混合物時，可以在導入之前將大氣氣體和非揮發(fā)性摻合劑進行混合，也可以分開導入。
參看圖1，大氣氣體通過一壓力調整器、加熱器、兩級氣體增壓器與蓄壓器、質量流量計控制閥、第二加熱器與壓力調整器，供應到串列擠塑機系統(tǒng)的第一級，供到第一或初級擠塑機段的熔融的大量的塑料材料中。當采用液體非揮發(fā)性摻合劑、諸如非揮發(fā)性酯類時，先將它泵入一個蓄壓器內，然后通過一個質量流量計與控制閥注射到在大氣氣體注入部位下游端的塑料材料中?；蛘?，可以將摻合劑與大氣氣體在一靜態(tài)混合器中進行混合，并在一個單一的注入點注入。然后將摻合后的材料通向次級調理或冷卻擠塑機擠塑成管狀料，這管狀料最好是內、外兩側都進行冷卻。
參看圖2，在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，其上通過管形材料的內冷芯模M相對于擠塑機模頭D要這樣來設置，使截頭錐狀幅料W與擠塑機的軸線形成一個角度A，該角度最好大于45°，在45°至90°之間的范圍內。此外，將冷卻空氣供給至管狀的外側緊靠擠塑機模頭模唇處，使之平行于幅料來流動。具體地說，空氣呈一銳氣角B與幅料W成切向供給，隨著，空氣向外擴展以冷卻幅料W的外表面。這股空氣流導致更多的周圍空氣被吸入以補充通過紊流取得最大限度冷卻所需的空氣。對幅料進行冷卻和使之沿一個大于45°的角度來運動，減少了并基本上消除了在制造泡沫材料中使用大氣氣體所發(fā)生的軸向伸展的波紋。
在圖4所示的本發(fā)明的結構形式中，在圖2所示裝置之外，還在靠近冷卻芯模的前端設有一帶錐度的冷卻環(huán)R。冷卻環(huán)R通過管道L進行冷卻，并包括有環(huán)形凹槽R1和R2，這些凹槽通過管路P與排氣閥V連通，通向大氣。當幅料W與帶錐度的冷卻環(huán)R接觸并從其上通過時(冷卻環(huán)保持在一個不受芯模M的溫度影響的溫度下)，幅料W在一個比芯模直徑小一些的直徑部位進行進一步冷卻。當幅料在冷卻時，需要有一個力來牽拉幅料并將其拉伸覆在帶錐度的冷卻環(huán)上，在芯模M和常規(guī)使用的拉輥之間產生張力。當幅料通過冷卻環(huán)與之接觸時，環(huán)形凹槽裝置R1與R2通過排氣口排氣而產生部份真空，使幅料跟冷卻環(huán)R保持良好接觸。使用排氣閥可以提高或降低排氣程度，這樣就能夠提高或降低真空度。
經已發(fā)現(xiàn)，使用小于3%重量比的大氣氣體會產生滿意的效果。
經已發(fā)現(xiàn)，當同時采用一種非揮發(fā)性摻合劑、諸如一種酯類時，該方法能夠通過冷卻使聚苯乙烯融體容易加工而不會對擠塑機產生高負荷，從而使發(fā)泡劑在泡沫體的擠塑過程中基本上完全釋出。最終產品具有受控制的收縮率，而在老化、泡孔大小、不透明度、勁度、平滑度、厚度、密度、低成本方面沒有改變，但最重要的是環(huán)境保護方面是可接受的。
此處所用的非揮發(fā)性摻合劑含有一種在300°-325°F的擠塑溫度下是非揮發(fā)性的高分子量摻合劑。這種非揮發(fā)性摻合劑的分子量最好是在350和450之間的范圍內。能夠產生滿意效果的非揮發(fā)性摻合劑包括有已二酸二異癸酯(DIDA)、已二酸雙十三烷酯和偏苯三酸三辛酯。
上述非揮發(fā)性摻合劑可以單獨使用或者以混合物形式使用，以便進行粘度的控制和調整。
這種熱塑性材料必須包括一種核化劑，諸如碳酸氫鈉和檸檬酸，這些在本專業(yè)技術中是公知的。
用于擠塑具有適用于通過從一個成型套筒進行收縮以貼合到一個容器的外形輪廓上作為一個標簽的特性的聚苯乙烯薄片的方法，包含使用其它的大氣氣體、諸如二氧化碳、氮氣或空氣作為用于產生上述泡沫薄片的獨一的和唯一的發(fā)泡劑。該方法最好包含將在擠塑溫度(例如300°F-325°F)下具有非常低的揮發(fā)性的高分子量非揮發(fā)性摻合劑注入聚合物融體中。這種材料提供減弱聚合物的分子間的結合并降低融體粘度的溶劑化作用。在被壓縮超出擠塑機注射點壓力(通常為超過3000磅/平方英寸)之后，空氣(二氧化碳、氮氣或空氣、或其混合物)最好是在緊挨著有機流體注入口的下游端、通過一個第二注入口注入聚合物內。
如圖1中所示，所用擠塑設備可以是一種采用兩個相互連在一起工作的擠塑機的常規(guī)串接設備系統(tǒng)，其中第一擠塑機用以熔化混合有通過注射進入的核化劑的聚合物并將發(fā)泡劑混合進去，然后將該混合物轉送到第二擠塑機，在該擠塑機中對融體進行冷卻然后輸送到一環(huán)形模頭中，該模頭將熔融的物質轉化成一連續(xù)的片狀泡沫體。
在擠塑設備方面，例如螺桿設計、模頭設計、或者專用混合裝置都不需要改動。那些本專業(yè)技術的人員熟知的、適用于有機流體的、和適用于給工業(yè)用氣體增壓的并帶有合適的計量裝置的各種標準型的泵是唯一的增加或改變的設備變化。
在過去，CFCS(含氯氟烴)或HCFCS(Hydrochlorofluorocarbons)和烷烴(通常是戊烷或異戊烷)都是通常用作工業(yè)用發(fā)泡劑以生產聚苯乙烯泡沫薄片，用這種泡沫薄片再制成各種產品、例如一次性使用杯子，肉盤，蛋箱等。這類碳氟化合物和烷烴都是部分地可溶于聚苯乙烯中、從而降低了融體粘度并使擠塑機內的融體在加工過程中冷卻而不會對擠塑機驅動電機產生高負荷或要求高功率輸出。
采用象大氣類型的惰性氣體(二氧化碳，氮氣，空氣)的發(fā)泡劑，與CFCS、HFCS或烷烴相比，具有兩個顯著差別；(1)發(fā)泡劑的用量大大地降低了。例如，下表示出用以生產具有密度范圍為12-20磅/立方英尺的、厚度為5-12密耳(mil)的標簽類型的泡沫體所需要的發(fā)泡劑的大致相對量；表1發(fā)泡劑 使用率%氟利昂11 5-7氟利昂12 3-5戊烷/異戊烷 3-5氟利昂22 1-3二氧化碳 1-2空氣 0.5-1氮氣 0.5-1可以看出，二氧化碳跟與其密度相當?shù)南惹暗母鞣N發(fā)泡劑相比，產生同樣效力的用量是低得多。而氮氣和空的需用量則更少。
(2)因為各種大氣氣體都是相對地不溶解于聚苯乙烯中的，其最終制成的泡沫材料可在各種不同時間內儲存和使用，而其包括收縮特性在內的各種性能不會發(fā)生任何顯著的變化。
這可以與能溶于聚苯乙烯中的碳氟化合物和烷烴相對比，它們降低了融體的粘度，使擠塑機在將泡沫從模頭中擠出之前、在一個相當寬的容度范圍內將融體冷卻到300°F左右、在較低功率負荷下將材料向前輸送，以便產生出非常平滑而不帶破裂泡孔的泡沫體，并獲得泡沫薄片的其它物理特性、例如收縮特性和勁度。由于CFCS和烷烴的溶解度，大約有一半或大于一半的被注入的這種類型的材料在從模頭中冒出來之后仍舊溶解在聚苯乙烯中。這些材料都是揮發(fā)性的，并將在多個月的時效過程中逐漸從泡沫薄片中蒸發(fā)掉。打算通過收縮貼附在容器或瓶子上的標簽坯件顯然需要以其收縮特性作為薄片特性的一個部分。CFCS和烷烴作為聚苯乙烯的增塑劑，降低了聚合物的Tg值并在施加足夠的熱量時提高收縮率。收縮量和開始進行收縮的溫度需視泡沫薄片中存在的殘留CFC或烷烴的多少而定。
下列數(shù)據示出溫度對含有2%的殘留物碳氟化合物的薄片的收縮率的影響。所用樣品厚度為7密耳，密度為20磅/立方英尺表2溫度 擠塑機方向收縮率,%200°F 6.0210°F 14.0220°F 45.0230°F 55.0240°F 60.0250°F 62.0但是，如上所述，碳氟化合物在室溫下為揮發(fā)性的，而且碳氟化合物的量將隨著時間的推移而逐漸減少。其損失的速率顯然與存放條件-是否成卷存放、幅面寬度、等等條件-有關。用一個用于試驗目的的片狀樣品進行加速的實驗室試驗，收縮率的損失示出如下，為使數(shù)據簡化采用210°的溫度表3時效周期 擠塑機方向收縮率,%(周數(shù)) 溫度210°F0 14.01 10.02 9.03 8.04 7.05 6.0在將泡沫標簽通過收收縮貼附在容器或瓶子上的工藝過程中，采用了例如500-1000件/分的高貼附速度。為了取得泡沫片與容器外形輪廓的平滑貼合而不發(fā)生皺摺，這樣做對收縮率和收縮開始的溫度有著非常重要的意義。使用揮發(fā)性發(fā)泡劑在收縮性能方面就存在一個變數(shù)，因此可能實現(xiàn)不了用一致的標簽貼附工藝條件來取得標簽與容器的平滑貼合。還有，在某些情況下，增加收縮所需的熱量會導致印刷標簽表面起泡，從而降低了標簽的美學外觀。
本方法利用大氣氣體(包括空氣、氮氣、二氧化碳或其混合物)并最好考慮將一種諸如高分子量酯類的非揮發(fā)性摻合劑注入融體中，這種摻合劑具有極佳的熱穩(wěn)定性、因而是抗熱分解的，并在實際上可以看作是在聚苯乙烯泡沫體擠塑的施工過程中是非揮發(fā)性的。盡管能滿足這種標準要求的非揮發(fā)性摻合劑的數(shù)目是有限的，但已二酸雙十三烷酯和偏苯三酸三辛酯或其為調整粘度而混合的各種混合物都已成功地應用，已二酸二異癸酯由于在受熱的情況下?lián)]發(fā)的趨勢稍高一些，因此被認為是勉強合格地列入表中的。
有機材料在實驗室中通過經受比擠塑更為苛刻的條件進行評估。每種材料被置于一個寬口的開口杯中并保持在155℃溫度下，在不同的時間間隔內測定其揮發(fā)損失。上述三種液體摻合劑的試驗數(shù)據如下表4在155℃下的揮發(fā)度,%名稱 分子量 2小時后 24小時已二酸二異癸酯 427 0.3 6.0已二酸雙十三烷酯 510 0.2 2.8偏苯三酸三辛酯 550 0.6 1.5不能滿足使用要求的驗收標準的各種材料舉例如下表5在155℃下的揮發(fā)度,%名稱 分子量 2小時后 24小時已二酸二異辛酯 373 1.7 24.1癸二酯二丁酯 316 4.3 60.4壬二酸二異丁酯 303 14.0 97.0二縮三乙二醇辛酸·癸酸酯 430 2.1 27.5在本發(fā)明的實施例中，該方法包括注入一種對分解的揮發(fā)度具有高度選擇性的抗熱能力的非揮發(fā)性摻合劑，在使用一種大氣類型的氣體作為發(fā)泡劑時，這實施例可以帶有一個閥門裝置，從而使兩種材料可以進行預先混合并注入同一孔口，或者，如果該擠塑機配有兩個獨立的孔口，可以將材料注入分立的孔口中。不需要專門的混合裝置，也不需要改變擠塑機的螺桿。正如熟悉本專業(yè)技術的人員所熟知的，需要一個適于傳送液體非揮發(fā)性摻合劑的泵和一個泵送能夠建立3000-4000磅/平方英寸的壓力、使之能夠注入擠塑機中的大氣氣體的泵。因此，需要有一種適用于每種材料的計量裝置來控制使用率。
本發(fā)明的方法特別有利于制造用于制造必須將泡沫片收縮的結構的泡沫材料。標簽以及一次性使用的杯子都是這類應用的公知的范例。這兩類應用的片材已經在本發(fā)明的實施例中生產出來并相應地轉化成最終使用產品。在厚度5-12密耳、密度為18-22磅/立方英尺的標簽坯件中，非揮發(fā)性摻合劑的使用率約為泡沫體重的1.0%是合適的。對于厚度為16-22密耳、密度為12-14磅/立方英尺的杯子坯件，非揮發(fā)性摻合劑的使用率為泡沫體重量的2.0%是成功的。
為了評估非揮發(fā)性摻合劑的好處，不面的數(shù)據是從試驗確定的，電動機負荷以安培值測量，融體溫度在進入模頭處測量，已二酸雙十三烷酯用作非揮發(fā)性摻合劑表6發(fā)泡劑 摻合劑用量 冷卻安培值 融體溫度°F氮氣 0 119 318氮氣 1.5 93 318二氧化碳 0 105 329二氧化碳 1.5 95 322可以看出，加入摻合劑的作用在于降低保持同樣的、或較低的融體溫度所需的安培值。
使用非揮發(fā)性摻合劑的另一優(yōu)點是它降低聚合物的Tg值，并從而促成如前面所提到的一些工業(yè)應用中需要的、泡沫體在加熱時在較低的溫度下開始收縮。摻合劑使用濃度方面的相對效果如下表中數(shù)據所示
表7擠塑機方向的收縮百分比＊，所用有機流體是已二酸二異癸酯。
摻合劑,% 在200°F 在210°F 在220°F0 3.4 5.0 23.00.5 3.9 7.8 32.01.0 4.9 15.0 41.01.5 6.6 16.5 48.52.0 11.5 18.1 53.0＊例如，融體溫度、坯件冷卻條件、聚苯乙烯的分子量和產量都能夠影響收縮和收縮的程度，因為這些必須與所要求的其它性能相協(xié)調。
非揮發(fā)性摻合劑的另一優(yōu)點是泡沫片的收縮特性是穩(wěn)定的，不像使用CFCS和烷烴作為發(fā)泡劑所發(fā)生的隨著時效揮發(fā)掉并離開泡沫片那樣隨著時效迅速變壞。在泡沫片剛擠塑出來和經過3個月時效后進行收縮試驗得出的典型數(shù)據如下表8在220°F下的收縮率,%發(fā)泡劑 摻合劑 剛擠塑出來 3個月以后氟利昂11 無 12-14 4-6大氣氣體 1.0% 12-14 10-12加入選擇來結合大氣氣體的使用的那種類型的排揮發(fā)性摻合劑的另一優(yōu)點是該摻合劑不會在模唇上、冷卻空氣裝置上或定型芯模上蒸發(fā)與凝結，這種現(xiàn)象，由于在聚合物融體內存在有揮發(fā)性組分而可能發(fā)生。
如果使用CFCS和烷烴，來自聚苯乙烯樹脂中的二聚物和低聚物都是可溶解在CFCS和烷烴內的，而且將在從擠塑模頭中擠出時跟這些發(fā)泡劑一起揮發(fā)掉的。二聚物和低聚物隨后將會凝結在模頭芯模區(qū)域的冷的金屬表面上并集聚到一個點上，從那里成液體滴到幅料上。這些低分子量組分將在泡沫片表面上形成瑕疵并降低該泡沫片的強度。這樣的卷料在隨后的高速印刷、下料與/或分切時，這些部位可能會在加工過程中發(fā)生隨機撕裂，通常導致泡沫幅料斷裂。
按照本發(fā)明使用大氣氣體來制造泡沫材料的另一個優(yōu)點是，成品泡沫片跟使用增塑發(fā)泡劑如CFCS和烷烴制造的泡沫片相比，比較不容易產生暴筋(gauge band)。跟使用CFCS和烷烴所制造的泡沫片不同，后者的這種暴筋表示在從擠出的管料切出來的片料在寬度上的厚度值有變化，這種厚度的變化是由管料厚度的差異形成的。由于大氣氣體是不溶解的，并不會像在使用CFCS和烷烴所制造的泡沫體那樣存在于泡沫體之中，這樣成型的泡沫片對拉伸和壓縮具有更大的抗力，從而使泡沫可以在卷成料卷時施加大一些的張力和壓力。圖3示出一種在卷繞器設計方面的改進，在卷繞器的驅動滾筒表面與成型料卷之間施加更大的壓力。這種改進允許導入60-80磅/平方英寸直接的連續(xù)壓力，而在常規(guī)的泡沫片卷繞中，利用一動力缸C通過杠桿連桿裝置傳遞的壓力為20-50磅/平方英寸，而且壓力隨著料卷直徑的增加而降低。經已發(fā)現(xiàn)，只要在幅料的橫向上能保持標準的厚度均勻度，這個改進就實際上消除了暴筋。暴筋多年來在泡沫材料工業(yè)中一直是個問題，它在成卷存放中的幅料內產生變形，導致在隨后的印刷、下料、分切或產品性能方面產生問題。因此，在工業(yè)中曾作了很大的努力來制造旋轉模頭與/或空氣環(huán)或更復雜的裝置來改善橫向厚度均勻性。使用不溶解在成型的聚苯乙烯泡沫片中的大氣氣體產生一種永久性變形較少的基料，從而允許在卷成料卷過程中施加加大的壓力，導致由于實際上消除了暴筋而使料卷質量得到大幅度改善。
下表示出利用各種不同的大氣氣體、帶摻合劑和不帶摻合劑或改變摻合劑用量制成的泡沫材料的范例，以及其厚度與密度。
增加二氧化碳使用量對厚度和密度和線速度變化的影響。
表10厚度 密度 線速度發(fā)泡劑% 摻合劑% (密耳) (磅/立方英尺) (英尺/分)1 CO20.7 1.9 15.2 17.5 632 0.8 1.9 15.0 16.1 703 1.0 1.9 14.4 15.0 804 1.1 1.9 14.5 13.5 895 1.0 1.9 23.0 13.3 576 1.0 1.9 32.0 12.3 447 1.1 1.9 32.0 11.2 488 1.1 1.9 44.0 10.0 409 1.3 1.9 60.0 11.0 33例1-4增加二氧化碳用量，同時保持相對恒定的厚度(15密耳)，導致密度從17.5降低到13.5磅/立方英尺。必須增加線速度以保持恒定的厚度。
例5-9在一給定狀態(tài)下降低線速度將導致厚度的增加和密度的降低。數(shù)據表明二氧化碳的增加也會在較大(32密耳)的厚度下導致密度的降低和線速度的增加。
下表概括了具有厚度為7密耳、密度為20磅/立方英尺的泡沫片的收縮率的測定結果；在200°F、210°F和220°F的溫度下，沿擠塑機方向和橫向于擠塑機方向來測定。
表12設菲爾德平滑度-泡沫體/芯模側發(fā)泡劑 未發(fā)泡層 平滑度 分級N2+ 2.17 1-最好N2- 2.42 2CO2+ 3.34 3空氣 - 3.92 4氟利昂22 + 3.92 4空氣 + 4.25 5N2(94%) + 4.34 6氟利昂22 - 4.50 7N2(94%) - 4.84 8CO2- 5.42 9He + 63.80 10-最差+有 -無可以看出，使用大氣氣體會產生各種不同的平滑度。
雖然本發(fā)明被描述為優(yōu)選應用于制造聚苯乙烯泡沫片材料，但該方法也可應用于利用大氣氣體而不用非揮發(fā)性摻合劑來制造泡沫聚丙烯和聚乙烯泡沫片材料。
這樣，可以看出，已經提供了一種制造聚苯乙烯泡沫的方法，該方法利用大氣氣體作為發(fā)泡劑，這些氣體都是在大氣中固有的；這種發(fā)泡劑在聚苯乙烯泡沫體擠出時基本上完全釋出；融體可以冷卻至正常的加工溫度水平，而不會由于高的聚合物粘度在擠塑機上產生高負荷或剪切熱；收縮量可以根據泡沫體最后使用的要求進行控制；密度和泡孔大小可以控制；這種方法使用常規(guī)的擠塑設備。
權利要求
1.一種制造泡沫薄片的方法，包含制備一種熔融熱塑性塑料樹脂，將大氣氣體作為發(fā)泡劑導入該熔融熱塑性塑料樹脂內以獲得一種熔融熱塑性塑料樹脂與大氣氣體的混合物，將該熔融熱塑性塑料樹脂與氣體的混合物通過一個擠塑機的一個環(huán)形模頭(D)擠出，其特征在于，所述大氣氣體通過質量流量計控制閥以一個在泡沫體中產生泡孔但在泡沫薄片材料中又基本上不留殘留發(fā)泡劑、而使所產生的泡沫薄片在室溫下尺寸基本上穩(wěn)定所需的速率通過質量流量計控制閥導入，所述擠出實現(xiàn)成使之形成一個具有一個與擠塑機軸線成一個角度(A)的角度的截頭錐狀幅料(W)，將冷卻空氣施加到該截頭錐狀幅料(W)的外側上，將該截頭錐狀幅料(W)牽拉覆在一個內冷卻芯模(M)上使之亦從內側冷卻并成形成一個具有低到足以拉伸的溫度的管子的形狀，并且，所述管子被拉伸到使泡沫薄片獲得一種在泡沫薄片貯存時基本上不起變化、但在高溫下呈現(xiàn)的收縮性能，沿機器方向的收縮大于沿機械橫向的收縮。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于包括將一種在擠塑溫度下基本上是非揮發(fā)性的摻合劑導入熔融的熱塑性料樹脂中的步驟。
3.按權利要求2所述的方法，其特征在于所述摻合劑含有一種高分子量材料。
4.按權利要求3所述的方法，其特征在于所述摻合劑屬于酯類。
5.按權利要求4所述的方法，其特征在于所述的酯選自己二酸二異癸酯、已二酸雙十三烷酯與偏苯三酸三辛酯。
6.按權利要求3至5中任一項所述的方法，其特征在于所述摻合劑的分子量至少為350。
7.按權利要求2至6中任一項所述的方法，其特征在于所述摻合劑的含量為泡沫薄片材料重量的3%或更低一些。
8.按權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于包括一種塑料薄膜跟所述泡沫體復合擠出的步驟。
9.按權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于大氣氣體的加入量按重量比小于3%。
10.按權利要求1所述的方法，其特征在于使所述冷卻空氣與該幅料(W)的運動方向成銳角并與之成切向地流動，以帶入附加的周圍空氣到該幅料(W)的外表面上并將其冷卻。
11.按權利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于截頭錐狀幅料(W)的所述角度在45°至90°之間的范圍內。
12.按權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于該截頭錐狀幅料(W)還被牽拉過一個設置在芯模(M)前面的冷卻環(huán)(R)。
13.按權利要求12所述的方法，其特征在于該冷卻環(huán)(R)具有一個在該幅料的直徑小于芯模(M)的直徑時對該幅料進行冷卻的帶錐度的部份。
14.按權利要求12或13所述的方法，其特征在于包括在所述冷卻環(huán)(R)上產生一個壓差使幅料(W)保持跟所述冷卻環(huán)接觸的步驟。
15.按權利要求14所述的方法，其特征在于所述產生一個壓差的步驟是在冷卻環(huán)的表面上產生真空。
16.按權利要求15所述的方法，其特征在于幅料(W)通過通路(P)的運動產生真空，該通路(P)從芯模(M)的表面伸展到大氣。
17.按權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于包括將幅料(W)在其可變形時卷繞在一個卷繞滾筒上以形成一個材料卷的步驟，卷收步驟進行成使之在該幅料進行卷繞時提供一個連續(xù)的擠壓力。
18.按權利要求1至17中任一項所述的方法，其特征在于所述樹脂是聚苯乙烯。
19.按權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于所述樹脂是聚乙烯或聚丙烯。
20.一種用于實現(xiàn)權利要求1所述的制造泡沫薄片的方法的、用于將一種熱塑性塑料樹脂形成成一種泡沫薄片的設備，包含有導入熱塑性塑料樹脂的裝置，熔融所述熱塑性塑料樹脂的裝置，將大氣氣體作為發(fā)泡劑導入該熔融裝置內的裝置，將該熱塑性塑料樹脂與該氣體混合并將該混合物通過一個環(huán)形模頭(D)擠出成泡沫薄片形式的裝置，其特征在于，所述導入大氣氣體的裝置包括一個以一個在泡沫體中產生泡孔但在泡沫薄片材料中又基本上不留殘留發(fā)泡劑、而使所產生的泡沫薄片在室溫下尺寸基本上穩(wěn)定所需的速率對該氣體進行配量的質量流量計控制閥，該環(huán)形模頭(D)設計成使其產生一個作為擠出的泡沫薄片的、與擠塑機的軸線成一個銳角(A)的截頭錐狀幅料(W)，該角度(A)選擇成使泡沫薄片基本上沒有皺摺，裝置(B)設置來緊靠著擠塑機模唇(相對于截頭錐狀幅料的長度而言)并沿軸向將冷卻空氣施加到該截頭錐狀幅料(W)的外側，使冷卻空氣沿著截頭錐狀幅料(W)的基本上全長流動，芯模(M)設置來在該幅料(W)通過其上時從內側冷卻該幅料，并且設置有將該幅料(W)成管狀牽拉過該芯模(M)的裝置。
21.按權利要求20所述的設備，其特征在于包括一個貼近內冷卻芯模(M)設置的冷卻環(huán)(R)，和一個將該幅料(W)在其到達芯模(M)前送到該冷卻環(huán)(R)上與冷卻環(huán)接觸的裝置。
22.按權利要求21所述的設備，其特征在于用于在該冷卻環(huán)(R)上產生一個壓差的裝置使擠出的材料保持跟該冷卻環(huán)接觸。
23.按權利要求22所述的設備，其特征在于設置有一個從芯模(M)的表面通向大氣的通路(P)使擠出的材料通過通路的運動產生真空。
24.按權利要求20至23中任一項所述的設備，其特征在于包含有用于將所述泡沫薄片材料送到滾筒上并送到驅動滾筒與卷收滾筒之間的裝置，和在該驅動滾筒上提供一個壓擠力將其壓向卷收滾筒使該幅料在整個寬度上承受足夠的力以將暴筋(gauge band)降低到最小程度的裝置(C)。
25.按權利要求20至24中任一項所述的設備，其特征在于包括有用于將一種擠塑溫度下基本上是非揮發(fā)性的摻合劑導入熔融的熱塑性塑料樹脂內的裝置。
26.一種泡沫薄片，包含有一種是一個熔融熱塑性塑料樹脂與大氣氣體的混合物的擠出物的熱塑性塑料樹脂，其特征在于，所述擠出物以一個與擠塑機軸線成一個角度(A)并從外側進行冷卻的截頭錐狀幅料(W)的形式得出，該擠出物還在通過芯模(M)時從內側進行冷卻，該截頭錐狀幅料(W)在通過芯模(M)時成形成管狀并在其上被拉伸，而且，該泡沫薄片具有以下性質在熱塑性塑料材料內基本上沒有殘留發(fā)泡劑，在室溫下尺寸穩(wěn)定，其泡孔大小、不透明度、勁度、平滑度、厚度與密度方面的穩(wěn)定性經長時期貯存不發(fā)生變化，并且皺摺降低到最低程度和沒有暴筋，具有在高溫下按控制速率收縮的能力，在高溫下沿機器方向的收縮大于沿機器橫向的收縮，經長時期貯存后其收縮性能基本上不變。
27.按權利要求26所述的泡沫薄片，其特征在于所述熱塑性塑料材料是聚苯乙烯。
28.按權利要求26所述的泡沫薄片，其特征在于所述熱塑性塑料材料是聚乙烯。
29.按權利要求26所述的泡沫江片，其特征在于所述熱塑性塑料材料是聚丙烯。
30.按權利要求26至29中任一項所述的泡沫薄片，其特征在于還包括一種共同擠出的未經發(fā)泡的塑料薄膜。
31.按權利要求26至30中任一項所述的泡沫薄片，其特征在于成形成一個標簽。
32.按權利要求26至30中任一項所述的泡沫薄片，其特征在于成形成一個杯。
全文摘要
一種制造泡沫產品用泡沫聚苯乙烯的方法包含用大氣氣體作發(fā)泡劑或將一或多種這類氣體跟在擠塑溫度是非揮發(fā)性的摻合劑混合，將混合物導入含核化劑的熔融聚苯乙烯樹脂內并擠塑成泡沫體。成品泡沫基本沒有殘留發(fā)泡劑，室溫下尺寸穩(wěn)定，并在使用非揮發(fā)性摻合劑時可用小量發(fā)泡劑使融體冷卻而不給擠塑機帶來高負荷。泡沫體可跟一或多層熱塑性薄膜共擠使成品適用于碟、杯、食品容器或包裝與玻璃塑料容器標簽以及在容器上收縮就位的標簽。
文檔編號B29C44/00GK1106733SQ9411968
公開日1995年8月16日 申請日期1994年12月7日 優(yōu)先權日1990年6月14日
發(fā)明者詹姆斯·A·卡拉比迪恩, 莫里斯·W·布萊克韋爾德 申請人:歐文斯-伊利諾塑料制品有限公司