CN101220188B - 用于泡沫模塑制品的原料的制备方法以及泡沫模塑制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于泡沫模塑制品的原料的制备方法，所述原料基于颗粒状可发聚苯乙烯(EPS)。本发明还涉及基于颗粒状可发聚苯乙烯(EPS)的泡沫模塑制品，所述泡沫模塑制品具有微细孔结构和低密度。

Description

用于泡沫模塑制品的原料的制备方法以及泡沫模塑制品
本发明涉及用于形成泡沫模塑制品的原料的制备方法，所述原料基于颗粒状可发聚苯乙烯(EPS)。本发明还涉及基于颗粒状可发聚苯乙烯(EPS)的泡沫模塑制品，所述泡沫模塑制品具有微细孔结构和低密度。
从U.S.Pat.No.4,307,134获知生产基于苯乙烯聚合物的珠粒的方法，其中聚合物珠粒被提供了涂层，所述方法包括下列步骤：在存在悬浮剂的条件下形成基于苯乙烯聚合物的珠粒的水悬浮液，制备包含增塑的涂料组合物的乳液，所述组合物主要由苯乙烯类单体和少量的弹性体组成，于是将乳液添加到悬浮液中，通过聚合在苯乙烯聚合物珠粒上形成涂层。由此形成的珠粒接着用发泡剂浸渍，之后得到泡沫模塑制品。EPS粒通常用作包装和建筑工业的原料。
德国公开专利No.197 10 442公开一种制备可发苯乙烯聚合物的方法，其通过在熔融状态、特别是在挤出机中机械混合聚苯乙烯和嵌段共聚物，和浸渍发泡剂来实现。发泡剂优选在单独的步骤中浸渍进入到在水悬浮液中的粒状聚合物混合物中。
欧洲专利申请No.0 849 309公开一种制备所谓开孔泡沫的方法，其中已引入了脂族烃的聚苯乙烯与成核剂的混合物被进料到挤出机中，然后在混合物挤出之后得到发泡的板片。待挤出的混合物包含10-20％耐冲击聚苯乙烯，特别是聚丁二烯在聚苯乙烯中的分散体。
U.S.No.Pat.2005/0.124.709涉及低密度、开孔热塑性泡沫，其包含基本树脂，如聚苯乙烯，表面活性剂和增塑剂，如聚乙烯。
经验表明当EPS粒料用于包装工业时，如作为围绕精密设备如电视、LCD显示器、等离子显示器、打印机等的泡沫材料时，由EPS粒料制备的包装材料在产品降落许多次之后可能不合乎希望地出现裂缝。出现这种裂缝的包装材料的缓冲性能严重退化，以致于待保护的产品将仍然面临被损坏的风险，这是不希望有的。
上述基于EPS粒料的包装材料的另一个缺点是在制备过程中使用的发泡剂，特别是戊烷，该发泡剂在聚合物基体中显示不良溶解性。由于所使用发泡剂的挥发性，需要在运输过程中冷却原料以防止发泡剂过早损失。在实践中这意味着中间产品在冷却容器中在全世界范围内长距离运输，并且冷却的空间在该半成品的进一步加工的地点必须是可获得的以减少发泡剂的损失。
因此本发明的目的是提供用于泡沫模塑制品的原料的制备方法，其中模塑制品在重复经受机械载荷后出现裂缝的风险最大程度地得到减少。
本发明的另一个目的是提供用于泡沫模塑制品的原料的制备方法，其中颗粒状EPS和其它组分进行最佳混合。
本发明的再一个目的是提供用于泡沫模塑制品的原料的制备方法，其中得到的制品可以长时间在室温下储存而没有发泡剂的任何损失。
前面提及的方法的特征在于该方法包括下列步骤：
i)向挤出机进送颗粒状EPS，发泡剂和含聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SBS)的原料，
ii)将在步骤i)中提供的混合物挤出，和
iii)将步骤ii)得到的材料减小(reducing)成颗粒。
使用上述方法可以实现一个或多个所述目标。包含聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SBS)的原料是，例如，高抗冲击聚苯乙烯(HIPS)。其它包含聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SBS)的原料是低抗冲击聚苯乙烯(LIPS)，中等抗冲击聚苯乙烯(MIPS)和包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-丁二烯(SB)共聚物的共聚物以及它们的结合物(如EPS/HIPS/SBS)在内的共聚物。本发明者已经特别发现，发泡剂如戊烷的滞留率是高的，这是有利的。而且已经发现本发明方法生成闭孔结构的泡沫，因此获得优异的回弹性能。特别地期望使用双螺杆挤出机进行步骤i)，如本发明者所设想的是送入挤出机的原料以此方式最佳混合。尽管在步骤i)中说明仅三种组分送入挤出机，很清楚其不排除存在通常的辅助物质，如阻燃剂、增加绝缘值的试剂、液化剂、脱模剂、抗凝剂等，该辅助物质可以与或不与其它原料混合。挤出方法和原料的特殊选择的结果是，得到具有闭孔结构的产品，使得上述产品可以长时间在室温下储存而没有发泡剂的任何损失。
在进行步骤iii)之后，如果减小的颗粒的进一步加工包括预发泡处理则是优选的，其中一定量的蒸汽穿过步骤iii)获得的EPS珠粒在膨胀容器中的床层，使得存在于EPS珠粒中的发泡剂(优选戊烷)蒸发，随后进行珠粒的发泡。在约4-48小时的储存时间过后，也称为“静置(setting)”，将由此形成的预发泡的珠粒引入到模具中，其中珠粒在蒸汽作用下进一步膨胀。使用的模具有小孔，当珠粒熔融在一起形成所需要的形状时，使得在所述膨胀过程中剩余的发泡剂逃逸出来。原则上由此发泡的模塑产品的尺寸没有限定，可能得到用于建筑和工程工业以及肉类制品托盘、鱼箱或包装单元的模块。特别期望在挤出过程不要添加聚烯烃，因为所述的化合物不利地影响颗粒状材料的加工。
发明者已经进行许多实验测量由此得到的泡沫模塑制品的抗龟裂性，所述制品是闭孔型，并且出乎意料地发现如果基于泡沫模塑制品的重量计算，丁二烯的重量百分比是至少1.5wt.％，特别是至少1.6wt.％，更特别是至少2.0wt.％时，则获得了就抗龟裂性而言的优异性能。丁二烯的百分比通过NMR测量。
以下通过几个实施例解释本发明，在这方面应当指出本发明决不限于这些具体的实例。测量结果概括在附表中。
实施例1
商购材料即BASF 486M高抗冲击聚苯乙烯(HIPS)以10wt.％的数量添加到EPS珠粒中，然后在戊烷存在的条件下进行挤出操作。因此，原料HIPS和EPS珠粒首先混合到熔体中，然后在进行减小之前将戊烷注入挤出机。BASF 486M包含约5.5％丁二烯。由此得到的材料被减小和形成密度为20kg/m3的泡沫模塑制品。泡沫模塑制品中丁二烯的量是0.5％，戊烷的量是5％。使用由1m高度降落的锤子测试抗龟裂性，其中锤子重2kg。由实施例1发现一次落锤之后泡沫模塑制品已经出现几个裂缝。上述落锤测试进行三次之后，泡沫模塑制品中甚至观察到更多裂缝。
实施例2
进行与实施例1相同的操作，只是BASF 486M的量是20％和丁二烯的量是1.1％。此情况下抗龟裂性也是不够的。
实施例3
进行与实施例1相同的操作，只是BASF 486M以30％的量添加和丁二烯的量是1.6％。落锤测试之后泡沫模塑制品随即出现许多裂缝。
实施例4
进行与实施例1相同的操作，只是BASF 486M以40％的量添加和丁二烯的量是2.2％。进行实施例1所述的落锤测试后，泡沫模塑制品中未形成裂缝，甚至所述落锤测试重复进行许多次之后也没有。
实施例5
进行与实施例1相同的操作，只是代替BASF 486M，以10％的量添加Asaflex透明SBS共聚物。Asaflex中丁二烯的量是约27％。泡沫模塑制品中丁二烯的重量百分比是2.7％，和泡沫模塑制品在落锤测试之后未出现任何裂缝，甚至在所述落锤测试重复进行许多次之后也没有。
实施例6
进行与实施例5相同的操作，只是使用20％重量百分比的Asaflex和泡沫模塑制品中的丁二烯的重量百分比是5.4％。抗龟裂性优良，甚至所述落锤测试重复进行许多次之后。
实施例7
商购EPS材料，即Sunpor(商标)在发泡剂存在下挤出和进一步加工成包含0.7wt.％丁二烯的泡沫模塑制品，在第一次落锤实验后泡沫模塑制品中已经观察到裂缝。
实施例8
商购产品Arcel用作对比泡沫材料，其通过使用所谓的种子聚合制备而成，其中聚乙烯粒具有通过聚合形成的聚苯乙烯涂层。丁二烯的量是0wt.％。已知所述材料在工业中具有优良的抗龟裂性，其反映在落锤测试结果中。
实施例9
通过聚合得到的标准型号的EPS珠粒用于制备泡沫模塑制品。泡沫模塑制品中丁二烯的量是0wt.％。落锤测试说明泡沫模塑制品是易碎的和一次落锤后已经出现裂缝。
由表格可以发现对于通过挤出(实施例1-6)得到的泡沫模塑制品，丁二烯的量为至少1.5wt.％，特别是至少1.6wt.％时产生改进的抗龟裂性。实施例7-9是仅仅作为参考的实施例，通过本发明的挤出方法没有获得所关注的材料。
表
实施例 原料 ％ 测试密度(kg/m3) ％模塑制品中丁二烯 ％珠粒中的戊烷 下落测试结果 弹性(相对) 下落测试3x
1 BASF 486M(冲击12) 10 20 0.5 5.00％ 几个裂缝 - -
2 BASF 486M(冲击12) 20 19 1.1 5.00％ 几个裂缝 0/- -
3 BASF 486M(冲击12) 30 21 1.6 5.00％ 许多裂缝 + -
4 BASF 486M(冲击12) 40 20 2.2 5.00％ 变形，无裂缝 ++ -
5 Asaflex透明SBS共聚物 10 20 2.7 5.00％ 变形，无裂缝 + +
6 Asaflex透明SBS共聚物 20 19 5.4 5.00％ 变形，无裂缝 ++ ++
7 Sunpor TM 参考 20 0.7 4.8％ 几个裂缝 0/- -
8 Arcel 参考 21 0 12.00％ 变形，无裂缝 ++ ++
9 标准R型EPS 参考 19 0 5.80％ 几个裂缝 -- ----

Claims (6)

1.一种制备能形成泡沫模塑制品的原料的方法，所述原料基于颗粒状可发泡聚苯乙烯，特征在于该方法包括下列步骤：
i)向挤出机进送颗粒状聚苯乙烯，戊烷发泡剂和一种含有聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)的原料，其中选择含聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)的原料的量以使丁二烯的重量百分比为至少1.5wt％，所述重量百分比基于由步骤iii)之后得到的颗粒组成的泡沫模塑制品的重量，
ii)将步骤i)所提供的混合物挤出，和
iii)将步骤ii)得到的材料减小成颗粒。
2.权利要求1所述的方法，特征在于步骤i)在双螺杆挤出机中进行。
3.权利要求1所述的方法，特征在于选择含聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)的原料的量以使丁二烯的重量百分比为至少2wt％，所述重量百分比基于由步骤iii)之后得到的颗粒组成的泡沫模塑制品的重量。
4.前述权利要求中任一项所述的方法，特征在于该方法还包括以下步骤：
iv)预发泡步骤iii)后得到的颗粒，
v)将步骤iv)后得到的预发泡颗粒静置，和
vi)将步骤v)后得到的材料转化成成泡沫模塑制品。
5.权利要求4所述的方法，特征在于步骤iv)利用蒸汽进行。
6.权利要求4所述的方法，特征在于步骤v)在室温下进行。 
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