DE69109860T2

DE69109860T2 - Polypropylen-leichtfolie und verfahren zu deren herstellung.

Info

Publication number: DE69109860T2
Application number: DE69109860T
Authority: DE
Inventors: Norman Gaylord; Leon Katz; John Park
Original assignee: James River Corp of Virginia
Current assignee: Fort James Corp
Priority date: 1990-03-14
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2011-03-14
Also published as: EP0520028B1; JPH07266413A; CA2078123C; WO1991013933A1; CA2078123A1; US5116881A; US5180751A; KR960003278B1; US5180751B1; ES2072606T3; US5149579B1; JPH05506875A; ATE122701T1; KR930700590A; TW212807B; JP2521388B2; JP2638532B2; DE69109860D1; EP0520028A1; US5149579A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Schaumstoffplatten aus Polyethylen und ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung Schaumstoffplatten aus Polypropylen, die steif oder halb-steif sind und sich in geformte Gegenstände thermisch verformen lassen, um im Verpackungsbereich und anderen Dienstleistungen eingesetzt zu werden.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Ein Schaumstoff oder aus Zellen aufgebauter Kunststoff hat eine anscheinende Dichte, die durch das Vorhandensein von verschiedenen Leerräumen oder Zellen, die über deren Masse verteilt ist, vermindert wird (ASTM D883-80C). Die Zellen können miteinander verbunden sein (offenzellig) und/oder sie sind diskret und unabhängig voneinander (geschlossenzeffig).
Der Stand der Technik offenbart verschiedene Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen. Diese Verfahren schlieben ein: Auslaugen eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit, die in dem Kuntstoff dispergiert ist, Sintern kleiner Kunststoffteilchen und Dispergieren zellenförmiger Gegenstände in einem Kunststoff. Das gebräuchlichste Verfahren umfabt jedoch die Dispergierung einer Gasphase durch eine flüssige Polymerphase und die Aufrechterhaltung der erhaltenen expandierten Form ein.
Die Theorie des Expansionsvorgangs und die Eigenschaften verschiedener geschäumter Kunststoffe werden berichtet in "Cellular Plastics", Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Bd. 3, Seiten 1-59 (1985), dessen Inhalt durch Bezugnahme hier aufgenommen wird. Wie dort offenbart, besteht der Expansionsvorgang aus drei Stufen: Bildung kleiner Diskontinuitäten oder Zellen in einer Flüssigkeit oder Kunststoffphase, Wachstum dieser Zellen zu einem gewünschten Volumen und Stabilisierung der erhaltenen zellenförmigen Struktur durch physikalische oder chemische Mittel.
Die Bildung der Diskontinuitäten oder Blasen innerhalb des flüssigen Polymers ergibt sich aus Gasen, die in das flüssige Polymer injiziert werden oder durch niedrig siedende Flüssigkeiten, die in das System als Treibmittel eingearbeitet werden und sich wegen einer erhöhten Temperatur oder vermindertem Druck verflüchtigen oder Gase werden erhalten als Folge eine chemischen Reaktion innerhalb des flüssigen Polymers oder chemische Treibmittel, die bei der thermischen Zersetzung ein Gas bilden.
Die Wachstumsgeschwindigkeit der Blasen oder Zellen hängt von den viskoelastischen Eigenschaften der Polymerphase ab, sowie dem Druck des Treibmittels, dem äußeren Druck auf dem Schaum, der Zellengröße und der Permeationsgeschwindigkeit des Treibmittels durch die Polymerphase.
Die Zellen- oder Blasenstabilisierung steht im Zusammenhang mit der Zellenwandstabilität und der Ableitung des Materials von der Membrane oder der Wand, die die Zellen treunt. Die Steigerung der Viskosität der Flüssigkeit vermindert die Drainierwirkung. Die Viskositätssteigerung kann durch chemische Reaktionen verursacht werden, die das Molekulargewicht anheben über eine Polymerisation oder Quervernetzung oder durch Temperaturverminderung unterhalb des Übergangs zweiter Ordnung oder der Kristallisationstemperatur, wodurch Polymerfluß verhindert wird.
Die Erfindung betrifft steife oder halb-steife Schaumplatten, die im Nahrungsmittelangebotsbereich eingesetzt werden. Der Stand der Technik hat in diesem Einsatzgebiet Polystyrol bei der Herstellung von Schaumstoffplatten eingesetzt. Polystyrolgegenstände werden jedoch durch geringe Betriebstemperaturen beeinträchtigt und haben nur eine geringe oder keine photochemische oder biologische Abbaubarkeit, weiterhin sind sie relativ teuer.
Polypropylen hat nicht diese unerwünschten Eigenschaften. Verschiedene Verfahren wurden im Stand der Technik vorgestellt bei der Herstellung von flexiblen oder steifen Polypropylenschaumstoffen. Die Verfahren smd darauf gerichtet, den vorstehend genannten Dreistufenprozeß zu fördern, insbesondere die Bildung von Zellen in einer flüssigen oder plastischen Phase, Wachstum der Zellen und Stabilisierung der erhaltenen Zellenstruktur.
Treibmittel, die bei der Herstellung von Polypropylenschaumstoffen eingesetzt wurden schließen ein: Azodicarbonamid (Lee et al, J. Appl. Polym. Sci. 32, 4639 (1986); EP-A-190 021, Chlorfluorkohlenwasserstoffe (EP-A-1791, EP-A-71 981, EP-A-181 637, GB-B-1 400 494, GB-A-2 099 434), Kohlenstoffdioxid (EP-A-291 764), Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Propan, Butan, Pentan (GB-B-1 400 494, GB-A-2 099 434) und Wasser (EP-A-122 460).
Kristallisierungsgeschwindigkeitsbeschleuniger und/oder Keimbildungsinittel, die bei der Herstellung von Polypropylenschaumstoffen eingesetzt wurden schlieben ein: Titandioxid (EP-A-122 460, GB-A-2 099 434), Talk (GB-B-1 400 494, GB-A- 2 099 434), Siliciumdioxid (Kieselerde) und Silicate (EP-A-1791, US-A-4 467 052), Zeolith 4A (EP-A-178 282, EP-A-178 283), Natriumbenzoat (Colton, Plast. Eng. 44(8), 53, (1988) und Dibenzylidensorbitol (EP-A-178 282).
Citronensäure/Natriumbicarbonat-Mischungen werden als Treibmittel bei manchen Patenten angegeben und als Keimbildungsmittel in anderen Patenten (EP-A- 178 283, GB-B-1 400 494, GB-A-2 099 434, US-A-4 467 052).
Die Verwendung von Quervernetzungsniitteln wahrend der Herstellung von Polypropylenschaumstoffen wurde im Stand der Technik berichtet und schließt Peroxide ein (Nojiri et al, Furukawa Review 2, 34 (1982) über Chem. Abstracts 97, 21725u (1982); EP-A-181 637, EP-A-190 021) in Gegenwart oder Anwesenheit eines mehrfunktionalen Vinylmonomers, azidofunktionaler Silane (EP-A-181 637), Vinyltrimethoxysilan (Lee et al, J. Appl. Polym. Sci. 32, 4639 (1986) und ionisierender Strahlung in Gegenwart eines polyacrylischen Monomers (Nojiri et al, Furukawa Review 2, 34 (1982), US-A-4 424 293).
Polypropylenschaumstoffe von niedriger Dichte, die "frei von Falten an der Oberfläche" sind, wurden hergestellt durch Einarbeiten von Fettsäureamiden, -aminen oder -estern von hohem Molekulargewicht in das geschmolzene Polyolefln (EP-A-1791).
Der Stand der Technik lehrt, dab Polypropylen nicht ein einzigartiges Material ist, d.h. daß das Verfahren bei der Herstellung von Schaumstoff oder mikrozellulären Strukturen bei anderen Polymeren auf die Herstellung von Polypropylenschaumstoffen übertragbar ist.
Die EP-A-1791 beschreibt ein "Verfahren zur Herstellung von expandierten, thermoplastischen synthetischen Kunststoffen" und offenbart Polyethylen, Ethylen- Vinylacetat-Copolymer und isotaktisches Polypropylen als brauchbare thermoplastische Kunststoffe.
Die EP-A-71 981 beschreibt "geschäumte geformte Gegenstände aus Polypropylenkunststoff" und offenbart die Verwendung von Ethylen-Propylen-Copolymer sowie von Polypropylen.
Die EP-A-122 460 beschreibt einen "Kunststoffschaum, der durch ein wäßriges Medium hergestellt wurde" und offenbart Polymerschaumstoffe aus Polypropylen, Polyethylen und Polystyrol.
Die EP-A-291 764 beschreibt die "Extrusion von Schaumstoffplatten aus Propylenpolymer" und offenbart ein Verfahren zur Extrusion von Mischungen aus Ethylen- Propylen-Blockcopolymeren, die weniger als 20 % Ethylen enthalten, mit Blockcopolymeren, die weniger als 5 % Ethylen enthalten oder statistischen Ethylen-Propylen- Copolymeren oder Polypropylen.
Die GB-B-1 400 494 beschreibt ein "geschäumtes polymeres Plattenmaterial und Verfahren hierfür" und offenbart Polypropylen, Polyethylen mit hoher Dichte und Nylon-12 als bevorzugte brauchbare Polymere, wobei angegeben wird, daß Copolymere aus Ethylen mit Vinylacetat oder Vinylchlorid üblicherweise eingesetzt werden können.
Die GB-A-2 099 434 beschreibt ein "Extrusionsverfahren für Propylenkunststoffschäume" und stellt fest, dab der Kunststoff ein isotaktisches Polypropylen, ein Ethylen-Propylen-Blockcopolymer oder ein statistisches Polymer oder Mischungen aus Polypropylen mit zahlreichen Olefin-Homopolymeren und Copolymeren sein kann.
Die US-A-3 637 458 beschreibt eine "mikrozelluläre Schaumstoffplatte" aus einem linearen, thermoplastischen kristallinen Polymer und beansprucht isotaktisches Polypropylen und eine Schaumstoffplatte aus linearem Polyethylen.
Die US-A-3 819 784 beschreibt ein "Verfahren zur Herstellung eines geformten Polyolefinschaumstoffs" und offenbart als in dem Verfahren geeignete Polyolefine, Polyethylen mit niedriger Dichte, Polyethylen mit hoher Dichte, isotaktisches Polypropylen, Poly-1-buten und Copolymere des Ethylens mit Propylen oder Vinylacetat.
Die US-A-3 830 900 beschreibt ein "Verfahren zur Bildung geschäumter Kunststoffplatten" und offenbart, dab das Verfahren mit Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren durchführbar ist.
Die US-A-4 467 052 beschreibt ein "Tablett zur Verpackung von Nahrungsprodukten" und offenbart ein Spritzgußverfahren zur Herstellung von Schaumstofftabletts aus Mischungen von Polypropylen und Styrolbutadiengummi.
Colton (Plast. Eng. 44(8), 53 (1988) beschreibt die "Herstellung von mikrozellulären Schaumstoffen aus kristallinen Polymeren" und offenbart mikrozelluläre Polypropylen- und Ethylen-Propylen-Copolymerschaumstoffe.
Die EP-A-181 637 beschreibt "leicht quervernetzte, lineare olefinische Schaumstoffe", die aus Schmelzmischungen eines oder mehrerer Polymerer hergestellt wurden, welche aus Polyethylen mit hoher Dichte, linearem Polyethylen mit niederer Dichte, Polypropylen und Polystyrol ausgewählt sind.
Die EP-A-190 021 beschreibt "in der Wärme schäumbare quervernetzte Polypropylenkunststoff-Zusammensetzungen" und offenbart Mischungen aus Polypropylen-α- Olefin-Copolymeren oder 1-Buten-α-Olefin-Copolymeren mit Polypropylen.
Die US-A-4 424 293 beschreibt "quervernetzbare Polypropylenzusammensetzungen" und offenbart Schaumstoffe aus isotaktischem Polypropylen- und Ethylen-Propylen-Copolymer.
Der Stand der Technik verwendet den Begriff "Polypropylen" als einen selbstverständlichen Begriff für ein Polymer, das aus Propylenmonomer hergestellt wurde. In manchen Fällen werden die Begriffe "isotaktisches Polypropylen" und "kristallines Polypropylen" verwendet. Nur in wenigen Patenten wird das Polypropylen mit weiteren Inhaltsstoffen charakterisiert.
Die EP-A-71 981 offenbart Polypropylenschaumstoffe, die aus Kunststoffen mit einer latenten Kristallisationswärme von (9-28 cal/g) 3,77-11,7(x10&sup4;J/kg) hergestellt wurden. Die US-A-3 637 458 offenbart Polypropylenschaumstoffe, die aus Polymeren hergestellt wurden aus "mindestens filmschäumendem Molekulargewicht, im wesentlichen frei von Quervernetzung, und mit einem work-to-break-Wert (WTB) von mindestens (10000 inch-lbs/inch³) 6,90 x 10&sup7;N/m²".Die GB-A-2 099 434 offenbart Polypropylenschaumstoffe, die aus Kunststoffen mit einer Schmelzspannung von mindestens 3 g bei 190ºC und einem Maximum/Minimum-Schmelzspannungsverhältnis von nicht mehr als 2,5/1 hergestellt wurden.
Die Umsetzung der Verfahren des Standes der Technik im allgemeinen auf käuflich erhältliche Polypropylenkunststoffe, beschrieben als Polypropylen, isotaktisches Polypropylen oder kristallines Polypropylen, liefert nicht die Polypropylenschaumstoffplatte der Erfindung.

Zusammenfassung der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Schaumstoffplattenmaterial bereitzustellen mit einer hohen Schlagfestigkeit, einem geeigneten Modulus für den steifen oder halb-steifen Verpackungseinsatz und umwandelbar zu Tabletts, Platten, Tassen, Schüsseln, Schalen, Behälter und andere im Nahrungsmittelbereich eingesetzte Gegenstände.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine thermoverformbare Schaumstoffplatte bereitzustellen, die eine hohe Bearbeitungstemperatur hat.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaumstoffplatte bereitzustellen mit hohen lsolierungseigenschaften und Kostenvorteilen gegenüber bekannten Schaumstoffplatten.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaumstoffplatte bereitzustellen, die aus Polypropylenkunststoff hergestellt wurde und eine Dichte im Bereich von 2,5 bis 25 lbs/ft³) 40, 1 bis 401 kg/m³ und einen Modulus von mindestens (10000 psi) 6,90 x 10&sup7; N/m² aufweist.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Polypropylenschaumstoflplatte bereitzustellen mit einer gleichformigen Zellenstruktur und glatten Oberflächen.
Es wurde nun gefunden, dab diese Verbesserungen bei einer Schaumstoffplatte erreicht werden können mit einem Polypropylen einer hohen Extrusionsschmelzfestigkeit und einer hohen Schmelzelastizit§t, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens (a) entweder Mz oder das Mz/Mw-Verhältnis hoch ist und (b) entweder die Gleichgewichtsnachgiebigkeit Jeo, die aus Kriechmessungen erhalten wurde, oder die wiederkehrende Scherbelastbarkeit pro Einheitsbelastung Sr/S, erhalten aus Gleichgewichtsscherbelastungsmessungen, hoch ist.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung stellt diese eine steife oder halb-steife Polypropylenschaumstoffplatte bereit mit einer Dichte im Bereich von (2,5 bis 25 lbs/ft³) 40,1 bis 401 kg/m³, Festigkeits- und Fließmoduli von mindestens (10000 psi) 6,90 bis 10&sup7; N/m², eine ZellengröBe von (5-18 mils) 0,127-0,457 mm und eine Dicke im Bereich von etwa (0,02 bis 0,20 inches) 0,508 bis 5,08 mm. Die Polypropylenschaumstoffplatte ist thermoverformbar und hat eine gleichförmige Zellenstruktur und glatte Oberflächen.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung stellt diese ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polypropylenschaumstoffplatte bereit. Das Verfahren kann unter Einsatz eines einzelnen oder eines Tandemextrusionbandes durchgeführt werden. Das Letztere ist bevorzugt und beim Einsatz von primären und sekundären Extrudern in Serie wird eine kontinuierliche Schaumstoffplatte hergestellt. Das Verfahren umfaßt das Vermischen von Polypropylenkunststoff, der eine hohe Schmelzfestigkeit und eine hohe Schmelzelastizität hat, mit einem Keimbildungsmittel in dem primären Extruder, Erweichung der Mischung, Injizierung eines physikalischen Treibmittels m die erweichte Mischung, wobei eine schäumende Mischung gebildet wird, die dann in den sekundären Extruder überführt wird, schließlich wird die schaumende Mischung vermischt und abgekühlt und durch eine Ring- oder flache Düse als kontinuierliche Schaumstoffplatte extrudiert.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem steife oder halb-steife Gegenstände aus der erfindungsgemäßen Polypropylenschaumstoffplatte gebildet werden. Dieses Verfahren umfaßt das Erwärmen der Schaumstoffplatte auf eine Temperatur, die die Verformung unter Vakuum oder Druck ermöglicht, wobei die Schaumstoflplatte in eine Form eingebracht und abgekühlt wird, wobei sich ein steifer oder halb-steifer Gegenstand mit der Gestalt des Formkörpers ausbildet. Es wurde festgestellt, dab die erfindungsgemäßen Polypropylenschaumstoffplatten ein vorteilhaftes Ausmaß an Ziehbarkeit aufweist, was es möglich macht, daß die erhaltene Gesamtfläche mehr als 3 mal, häufig mehr als 6 mal die Oberfläche des Ausgangskörpers übersteigt, aus dem das Produkt gebildet wird.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird eine steife oder halb-steife Mehrschichtenstruktur bereitgestellt. Die Merhschichtenstruktur umfaßt mindestens eine Schicht der erfindungsgemäßen Polypropylenschaumstoffplatte und mindestens eine Schicht mit funktionalen Eigenschaften, beispielsweise Grenzeigenschaften.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung einer Tandem-Schaumstoffextrusionslinie.
Fig. 2 zeigte eine rasterelektronische Aufnahme (REM) eines Querschnitts einer Polypropylenschaumstoffplatte, die aus Polypropylenkststoff A-6 hergestellt wurde.
Fig. 3 ist eine mikroskopische REM-Abbildung des Querschnitts einer Polypropylenschaumstoffplatte, die aus Polypropylenkunststoff A-7 hergestellt wurde.
Fig. 4 ist eine mikroskopische REM-Abbildung des Querschnitts einer Polypropylenschaumstoffplatte, die aus Polypropylenkunststoff A-2 hergestellt wurde.
Fig. 5 ist eine mikroskopische REM-Abbildung des Querschnitts einer Polypropylenschaumstoffplatte, die aus Polypropylenkunststoff A-17 hergestellt wurde.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dab eme thermoverformbare Polypropylenschaumstoffplatte mit einem hohen Schlagfestigkeitsmodulus, einer hohen Emsatztem peratur und Isolierungseigenschaften, durch ein Verfahren hergestellt werden kann, die Scbritte umfaßt: Vermischen eines Polypropylenkunststoffes, der bestimmte molekulare und rheologische Eigenschaften hat, mit einem Keimbildungsmittel, Erweichung der Mischung, Einführen eines physikalischen Treibmittels in die erweichte Mischung, wobei eine schäumende Mischung gebildet wird, Mischen, Abkühlen und Extrudieren der schäumenden Mischung durch eine Extruderdüse zu einem geschäumten Extrudat, das als eine kontinuierliche geschäumte Platte ausgebildet wird.
Akzeptable Schaumstoffplatten, die mittels dieses Verfahrens aus verwendbaren Polypropylenkunststoffen hergestellt wurden, haben eine Dichte zwischen (2,5 und 25,0 lb./ft³) 40, 1 und 401 kg/m , und sind als halb-steife und steife Verpackungen und im Nahrungsmittelanbietungsbereich geeignet und haben eine im wesentlichen gleichförmige Zellenstrukur und glatte Oberflächen. Schaumstoffe, die zur Thermoverformung zu Gegenständen bei den angegebenen Einsatzgebieten nicht akzeptabel und nicht zufriedenstellend sind, haben eine nicht-gleichförmige Zellenstruktur, rauhe Oberflächen und Dichte außerhalb des angegebenen Bereiches.
Der Basiskunststoff spielt die Hauptrolle bei der Bestimmung der Schäumbarkeit und der Eigenschaften der daraus hergestellten Schaumstoffprodukte. Polypropylenkunststoffe, die zu annehmbaren Schaumstoffen führen, insbesondere wenn diese durch das hier offenbarte Verfahren hergestellt wurden, können von Polypropylenkunststoffen, die zu nicht zufriedenstellenden Schaumstoffen führen, unterschieden werden mittels deren molekularen und rheologischen Eigenschaften.
Die Schmelzfestigkeit eines Polymers ist wichtig bei einem Verfahren wie beispielsweise dem Schäumen, bei dem eine im wesentlichen ausdehnende Deformation stattfindet und Zugbeanspruchungen auftreten. Polypropylenkunststoffe mit hohem Molekulargewicht werden allgemein als Kunststoffe mit "hoher Schmelzfestigkeit" (HMS) charaktersiert. Unerwarteterweise wurde jedoch festgestellt, dab diese Charakterisierung unzureichend ist und dab zahlreiche Polypropylenkunststoffe mit hohem Molekulargewicht, die als Kunststoffe mit "hoher Schmelzfestigkeit" bezeichnet und angeboten werden, nicht akzeptable Schaumstoffplatten erzeugen.
Die Molekulargewichtsverteilung in einer Polypropylenprobe kann durch Hochtemperaturgelpermeationschromatographie (GPC) festgestellt werden. Hierbei kann der Waters 150 CV GPC-Chromatograph eingesetzt werden bei 135ºC mit Trichlorbenzol als Trägerlösungsmittel und einem Satz Waters-u-Styragel HT-Saulen (10³, 10&sup4;, 10&sup5; und 10&sup6; Å) 10², 10³, 10&sup4; und 10&sup5; nm. Die Konzentration der Lösung ist 0,2 % (w/v) und die Fließgeschwindigkeit beträgt 1 ml/min.
Aus der GPC erhaält man Informationen über (a) das Zahlenmittel-Molekulargewicht Mn, wobei es sich um den arithmetischen Mittelwert handelt, der durch Teilen der Summe der Molekulargewichte durch die Anzahl der Moleküle erhalten wird und der folglich von der Gesamtzahl der Moleküle abhängt, (b) das Gewichtsmittel-Molekulargewicht (Mw), wobei es sich um den quadratischen Durchschnitt des Molekulargewichts handelt; das stärker von der Anzahl der schwereren Moleküle abhängt als Mn, und (c) das z-Mittel-Molekulargewicht (Mz), wobei es sich um den Durchschnitt der Molekulargewichte zur dritten Potenz handelt.
Kolligative Eigenschaften hängen mit Mn zusammen, Masseneigenschalten, die mit großen Deformationen wie Viskosität und Festigkeit zusammenhängen, werden durch Mw-Werte beeinflußt und die Schmelzelastizität ist in engerer Weise abhäingig von Mz-Werten.
Die Polypropylenkunststoffe, die effektiv die annehmbaren Schaumstoffe mit dem erfindungsgemaßen Verfahren erzielen, haben ein hohes Molekulargewicht mit einem Mz-Wert oberhalb von 1,0 x 10&sup6; und ein Mz/Mw-Verhältnis oberhalb 3,0. Der Polydispersitätsindex Mw/Mn ist von geringerer Bedeutung, da mit diesem zwischen Polypropylenkunststoffen, die akzeptable Schaumstoffe smd und solchen, die nicht zufriedenstellende Schaumstoffe ergeben, nicht unterschieden werden kann. Kunststoffe mit Mz- und Mz/Mw-Werten unterhalb der angegeben Werte, führen zu nicht-annehmbaren schaumstoffplatten.
GPC-Chromatogramme von Kunststoffen, die zu nicht annehmbaren Schaumstoffplatten führen, wie aufgezeichnet mittels eines Viskometer-Detektors, zeigen eine unimodale Molekulargewichtsverteilung und Auftragungen des Verzweigungsfaktors g' gegen den Logarithmus des Molekulargewichts (Mw), wobei
g' = [η]/KMa
zeigen die Abwesenheit einer deutlichen Verzweigung, d.h. die Ketten sind im wesentlichen linear. Demgegenüber zeigen Kunststoffe, aus denen sich annehmbare Schaumstoffplatten erhalten lassen, eine bimodale Molekulargewichtsverteilung, wobei der Hauptbestandteil im wesentlichen linear ist, und wobei der kleinere Anteil mit höherem Molekulargewicht hoch-verzweigt ist.
Schmelzfließgeschwindigkeiten der Kunststoffe, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, liegen im Bereich von 0,2 bis 12 g/10 min, gemessen in einem Schmelzflußmeßgerät bei 230ºC unter einer Last von 2, 16 kg.
Die Bedeutung der Schmelzelastizität bei der Umwandlung von Polypropylenkunststoffen in annehmbare Schaumstoffplatten, wie angezeigt durch die Mz-Werte, wird durch rheologische Untersuchungen der Polymerschmelzen in einem Scherfeld bestätigt.
Die rheologische Charkterisierung der Polypropyleiikunststoffe wurde mittels eines programmierten Rheometrics Mechanical Spectrometer (RMS-800) durchgeführt. Kunststoffpellets wurden unter Druck in Platten verformt, aus denen die Proben ausgestanzt wurden mittels einer runden Form mit einem Durchmesser von 25 mm. Tests wurden bei 210±1ºC unter Verwendung einer 25 mm parallelen Plattengeometrie mit einem 1,4 mm Spalt durchgeführt. Kriechdaten wurden erhalten unter einer konstanten Belastung mit (1000 dyn/sq.cm) 100 N/m² über einen Zeitraum von 0-300 s. Die Kriechnachgiebigkeit J(t) wird erhalten aus
wobei t = Belastbarkeit = Spannung Jeo = Gleichgewichtsnachgiebigkeit η&sub0; = Nullpunktsscherviskosität
Die Gleichgewichtsnachgiebigkeit Jeo ist eine Meßgröße fiir die Schmelzelastizität und sie wird dadurch bestimmt, dab erst die Belastbarkeit gegenüber der Zeit bei einer konstanten Belastung aufgetragen wird. Die Belastbarkeit in Abhängigkeit von der Zeit wird durch die Belastung geteilt, um J(t) zu erhalten. Jeo ist der Schnittpunkt bei der Auftragung J(t) gegen die Zeit.
Polypropylenkunststoffe, die zu annehmbaren Schaumstoffplatten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens führen, haben eine Gleichgewichtsnachgiebigkeit von Jeo-Werten oberhalb (12 x 10&supmin;&sup5; cm²/dyne) 1,2 x 10&supmin;³ m²/N. Kunststoffe mit Jeo -Werten unterhalb dieses Wertes führen zu nicht-annehmbaren Kunststoffplatten mit nicht gleichförmiger Zellenstruktur und unebenen Oberflächen.
Die wiederkehrende Scherbelastbarkeit pro Einheitsbelastung Sr/S ermöglicht auch die Unterscheidung von Polyproplyenkunststoffen, die annehmbare Schaumstoffplatten ermöglichen und solchen, die nicht-annehmbare Schaumstoffplatten erzeugen. Diese Qualitat ist eine fundamentale Meßgröße der Schmelzelastizitat. Unter Verwendung der programmierten Rheometrics Mechanical Spectrometer wurde die Polymerschmelze im Uhrzeigersinn einer drehenden Scherbelastung durch einen Antrieb unterworfen und die erhaltene Scherbelastung S und die erste normale Belastung werden mittels eines Meßwandlers aufgezeichnet. Die Schergeschwindigkeit liegt im Bereich von 0,01-10s&supmin;¹, wobei die Zeit vor einer Messung 2,2 min ist und die Zeit der Messung 0,3 min. Normalbelastungsmessungen werden bei jeder Schergeschwindigkeit festgehalten. Die wiederkehrende Scherbelastbarkeit Sr wird erhalten aus der Differenz der ersten Normalbelastung.
Sr= N&sub1;/2S
Die normalisierte Quantität Sr/S, d.h. wiederkehrende Scherbelastbarkeit pro Einheitsbelastung, ist eine Meßgröße der Schmelzelastizität. Polypropylenkunststoffe, die sich zu annehmbaren Schaumstoffplatten extrudieren lassen, haben Sr/S-Werte bei 1 s&supmin;¹ oberhalb von (5 x 10&supmin;&sup5; cm²/dyne) 5,0 x 10&supmin;&sup4; m²/N, im allgemeinen oberhalb (7 x 10&supmin;&sup5; cm²/dyne) 7,0 x 10&supmin;&sup4; m²/N, wohingegen nicht-annehmbare Schaumstoffplatten aus Kunststoffen mit niederen Werten erhalten werden.
Zusätzlich zu den Polypropylenkunststoffen mit den oben angegebenen molekularen und rheologischen Eigenschaften sind Mischungen aus Polypropylenkunststoffen mit anderen Polymeren bei der Durchführung der Erfindung ebenso brauchbar, vorausgesetzt, dab die Mischungen die notwendigen molekularen und rheologischen Eigenschaften haben. Folglich sind Mischungen aus Polypropylenkunststoffen, die bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Schaumstoffplatten eingesetzt werden können, mit anderen Polymeren wie beispielsweise linearem Polypropylen- oder Polyethylenkunststoffen ebenso geeignet, falls die Mischungen die erforderlichen Eigenschaften haben. Darüberhinaus können Mischungen aus linearen Polypropylenkunststoffen mit verzweigten Polyethylen- oder Polypropylenkunststoffen eingesetzt werden, soweit diese Mischungen die notwendigen molekularen und rheologischen Eigenschaften haben. Die verzweigten Polyolefine können hergestellt werden durch Belichtung der linearen Polyolefine mit Strahlung geringer Energie, beispielsweise gemäß US-A-4 525 257 oder mittels anderer geeigneter Verfahren.
Erfindungsgemäß wird ein Extrusionsverfahren bereitgestellt, bei dem die Polypropylenkunststoffe mit den notwendigen molekularen und rheologischen Eigenschaften in annehmbare Schaumstoffplatten umgewandelt werden. Zwillings- oder Einschneckenextruder konnen eingesetzt werden. Einschneckenextruder oder vorzugsweise primäre und sekundäre Extruder, die im allgemeinen als Tandemextruder bezeichnet werden, sind wirksam beim Unterwerfen der Mischung aus Polypropylenkinststoff und Additiven unter die notwendige Erweichung, das Vermischen und Abkühlschritte, denen sich die Extrusion in die Schaumstoffplatte mit uniformer Zellenstruktur und glatten Oberflächen anschließt.
Eine Tandemextrusionslinie wird schematisch durch die Figur 1 wiedergegeben. Die Kunststoffbasis und das Keimbildungsmittel werden aus separaten Trichtern über einen einzelnen Einlab der nicht-erwärmten Zone 1 des primären Extruders 7 zugeführt. Die Mischung wird durch die erweichende und mischende Schnecke über die erwärmten Zonen 2-6 bewegt. Das Treibmittel wird der erweichten Mischung in Zone 4 zugegeben. Die erhaltene "schäumende Mischung" wird in einen zweiten Extruder 8 über einen erwärmten Übergang 9 zugeführt. Es kommt zu einem Vermischen und Kühlen, währenddessen die Schnecke die Mischung durch die erwärmten Zonen 10-13 bewegt. Die Schmelzpumpe 14 bewegt die "schäumende Mischung" in die erwärmte Düse 15 und durch die Zonen 16-18. Die Düse kann entweder zirkulär (kreisförmig) oder eine Flachdüse sein. Die extrudierte schäumende Mischung bildet ein geschäumtes Extrudat, das plattenähnlich ist, wenn es durch die Flachdüse hindurchtritt oder röhrenförmig, wenn es durch eine Ringdüse hindurchtritt. In beiden Fällen wird das Extrudat durch einen Luftring 19 gekühlt, der an dem Düsenrand angeordnet ist. Falls eine Ringdüse verwendet wird, wird die extrudierte Schaumstoffröhre über eine Kühl/Klassier-Walze 20 gezogen, wo diese weiter gekühlt wird mittels eines Luftringes 21. Die extrudierte Schaumstoffröhre oder das kurze Rohrstück wird gespalten, während es über den Zylinder 20 geleitet wird. Das Extrudat aus der Flachdüse oder der Ringdüse, wobei das letztere nachträglich geschnitten und ausgelegt wird, wird dann abgeflacht in eine Schaumstoffplatte durch Durchleiten über eine Serie von Walzen, d.h. mit einer S-Windung, und dann Aufnehmen auf einen Wickler. Man läßt dann die kontinuierliche Schaumstoffplatte über einen Zeitraum altern, um die Diffusion des Treibmittels und der Luft durch die Zellwände zu ermöglichen, um vor der gegebenenfalls weiteren Verarbeitung den Gleichgewichtszustand zu erreichen.
Der vorstehend beschriebene Extrusionsprozeß ist representativ aber nicht beschränkend hinsichtlich der Ausrüstungen und der Verfahrenseinzelheiten. Alternative Ausrüstungen und Abweichungen der oben angegebenen Verfahrensweise sind für einen Fachmann geläufig.
Eine Polypropylenschaumstoffplatte kann mit einer im wesentlichen nicht-zellulären äußeren Schicht oder Haut versehen werden. Eine solche Haut führt zu einer hervorragenden äußeren Erscheinung dahingehend, daß die Schaumstoffstruktur mit einer Haut eine leuchtende oder glänzende Erscheinung hat und darüberhinaus gegenüber Oberflächenabreibungen und Einschneidungen resistent wird. Die Haut dient auch als Versteifer, um eine leichtere und/oder dünnere Struktur mit einer maximalen Biegesteifheit zu erhalten. Die Haut kann auf einer einzelnen Schichtstruktur gebildet werden, indem die Fließgeschwindigkeit und/oder die Temperatur der Luft geändert wird, mit der die Oberfläche des flachen oder röhrenförmigen Extrudates, sobald es aus der Düse austritt, beaufschlagt wird. Alternativ kann eine Hautschicht gebildet werden durch Einsatz einer Mehrfachdüse oder in Kombination mit der Zuleitung eines Co-Extrudats eines nicht geschäumten Polypropylens oder einer anderen Schicht auf der Außenseite der Polypropylenschaumstoffschicht.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird eine Mehrschichtschaumstoffplatte bereitgestellt. Diese Schaumstoffplatte besteht aus mindestens einer Schicht der erfindungsgemaßen Polypropylenschaumstoffplatte und mindestens einer funktionalen Schicht. Das Vorhandensein der funktionalen Schichten in der mehrschichtigen erfindungsgemäben Schaumstoffplatte kann wirkungsvoll als eine Wasserdampf- oder Gasbarriere wirken. Die Verwendung von funktionalen Schichten im Zusammenhang mit Polypropylenschaumstoffschichten ermöglicht folglich ein Produkt, das im Einsatz als Behälter nicht nur die vorteilhaften Eigenschaften des Polypropylenschaumstoffs übernimmt, sondern zusätzlich als Barriere gegenüber Luft oder Wasserdampf wirkt und folglich brauchbar ist bei Verpackungseinsatzgebieten, bei denen eine verlängerte Lagerbeständigkeit erwünscht ist.
Die funktionalen Schichten, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, schließen ein: Ethylen/Vinylalkohol- und Vinylidenchlorid-Copolymere und Polyamide. Eine typische Mehrschichtschaumstoffplatten-Konfiguration umfaßt erfindungsgemäß einen oder mehrere funktionale Schichten, die zwischen zwei Polypropylenschaumstoffschichten angeordnet sind. Typischerweise macht die Dicke der funktionalen Schicht oder Schichten weniger als etwa 5 % der Gesamtdicke der Mehrschichtenanordnung aus. In Fällen, bei denen das als funktionale Schicht eingesetzte Material nicht verträglich mit oder haftend an den Polypropylenschaumstoffschichten ist, wird es erwünscht erfindungsgemäß" Verknüpfungs"-Schichten zwischen den funktionalen und Polypropylenschaumstoffschichten zu verwenden. Diese Verbindungsschichten können dazu dienen, die funktionalen und Propylenschaumstoffschichten zusammenzuhalten und wirken deshalb als Klebstoffe.
Typische Verknüpfungsschichten basieren auf Olefin-Copolymeren, die polare Funktionalitäten enthalten, das sind Ester-, Carboxyl- und Amidgruppen, im allgemeinen hergestellt durch Copolymerisation eines Olefinmonomers oder Pfropf-Copolymerisation eines Olefinpolymers mit einem oder mehreren Monomeren, die die polare Funktionalität enthalten. Folglich sind Polypropylen-Maleinsäureanhydrid und Polypropylen-Acrylsäure-Pfropfcopolymere und dergleichen wirkungsvoll als Verknüpfungsschichten.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bereitgestellt zur Herstellung einer mehrschichtigen Polypropylenschaumstoffplatte. Das Verfahren umfaßt die Stufen des Vermischens des pelletisierten Polypropylenkunststoffes mit einem Keimbildungsmittel, Einführen eines physikalischen Treibmittels in die im wesentlichen erweichte Mischung, um eine schäumende Mischung zu bilden, Vermischen und Abkühlen der schäumenden Mischung, Zuleiten der schäumenden Mischung und eines separat erweichten funktionalen Kunststoffes in einen kombinierten Speiseblock oder eine Mehrfachdüse eines Extruders und Co-Extrudieren der schäumenden Mischung und des erweichten funktionalen Kunststoffs zu einer kontinuierlichen mehrschichtigen Schaumstoffplatte. Die letztere kann dann über einen Zeitraum vor einer optionalen Weiterverarbeitung gealtert werden.
Das Verfahren und die dazu eingesetzten Materialien zur Bildung der schäumenden Mischung sind die gleichen, wie zuvor bei der Herstellung einer Einzelschichtschaumstoffplatte beschrieben. Die Polypropylenschaumstoffschichten können durch Einsatz eines Tandemextruders gebildet werden, wie bei dem Einzelschichtverfahren. Die funktionalen Schichten, die erfindungsgemäß eingesetzt werden bei der Herstellung einer Mehrschichtpolypropylenschaumstoffplatte, werden vorzugsweise in separaten zusätzlichen Extrudern erweicht. Zusätzlich können die zwischen den funktionalen und Polypropylenschaumstoffschichten eingesetzten Verknüpfungsschichten aus getrennten Extrudern zugegeben werden.
Erfindungsgemäß werden die Polypropylenschaummischung und der funktionale Kunststoff mittels einer Mehrfachdüse vermischt, welche mehrfache Einlässe und einen kombinierten Zuleitungsblock aufweisen, beides im Stand der Technik bekannt. Zusätzlich können die für die Verknüpfungsschichten erforderlichen Materialien gewünschtenfalls der Mehrfachdüse oder dem kombinierten Speiseblock zugeführt werden. Mittels der Düse oder mehrfacher Rückführung können Dreifach- oder Mehrfachschichtstrukturen co-extrudiert werden, wobei entweder eine Ringdüse mit mehrfachen Einlaßstutzen oder eine Flachdüse mit mehrfachen Einsatzstutzen oder einem Mischspeiseblock emgesetzt werden, und durch den Einsatz einer solchen Einrichtung ist es möglich, eine mehrschichtige Schaumstoffstruktur herzustellen, die beispielsweise eine äußere Polypropylenschaumstoffschicht und eine innere Polypropylenschaumstoffschicht mit einer dazwischen angeordneten funktionalen Schicht aufweist. Zusätzlich können zwischen den funktionalen und Polypropylenschaumstoffschichten Verknüpfungsschichten eingebracht werden.
Es kann eine Haut auf der äußeren Polypropylenschaumstoffschicht gebildet werden, die ein Teil der Mehrschichtstruktur ist, und zwar in einer gleichen Weise wie bei der Einzelschichtstruktur.
Die schäumende Mischung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polypropylenschaumstoffplatte besteht aus Polypropylenkunststoff, Treibmittel und Keimbildungsmittel.
Die molekularen und rheologischen Eigenschaften des in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Polypropylens wurden zuvor beschrieben und umfassen, daß mindestens
(a) entweder Mz ≥ 1,0 x 10&sup6; oder Mz/Mw ≥ 3,0 und (b) entweder Jeo ≥ (12 x 10&supmin;&sup5; cm²/dyne) 1,2 x 10&supmin;³ m²/N oder Sr/S ≥ (5 x 10&supmin;&sup5; cm²/dyne) 5,0 x 10&supmin;&sup4; m²/N bei 1 s&supmin;¹ ist.
Zusätzlich brauchbare Polypropylene schließen solche ein, die eine bimodale Molekulargewichtsverteilung haben, wobei der Anteil mit dem höheren Molekulargewicht verzweigtes Polymer enthält.
Obgleich die physikalische Form des Kunststoffs nicht bedeutsam ist, wird ein pelletisierter Kunststoff bevorzugt. Die Schmelzfließgeschwindigkeit des Kunststoffs liegt im Bereich von 0,2 bis 12,0 g/10 min (2,16 kg, 230ºC).
Das Keimbildungsmittel, das Stellen für die Blasenbildung kreiert, beeinflußt die Zellengröße der geschäumten Platte. Die bevorzugten Keimbildungsmittel schließen ein Mischungen aus Citronensäure und Natriumhydrogencarbonat, Talk und Titandioxid. Andere inerte Feststoffe, die im Stand der Technik eingesetzt und hier genannt wurden, können ebenfalls im erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommen. Der genannte Stand der Technik zu Keimbildungsmitteln wird hier durch Bezugnahme inhaltlich aufgenommen. Es wird vorgezogen, daß die Keimbildungsmittel eine Teilchengröße im Bereich von (0,3 bis 5,0 microns) 0,3 bis 5,0 um haben, und daß deren Konzentration geringer als 1 Gew.-% ist. Dies spielt eine Rolle bei der Bildung von (5-18 mil) 0, 127-0,457 mm Zellen, die geeignet sind bei der Thermoverformung in steife oder halb-steife Gegenstände im Nahrungsmittelservicebereich. Höhere Keimbildungsmittelkonzentrationen führen zu einer feineren Zellenstuktur und können zu Mittelaggregationen fuhren. Wenn Talk und andere inerte Feststoffe als Keimbildungsmittel eingesetzt werden, ist die Konzentration etwas höher als im Fall der Citronensäure/Natriumhydrogencarbonat-Mischung.
Das in der schäumenden Mischung eingesetzte Treibmittel ist ein physikalisches Treibmittel, bei dem es sich entweder um Gas handelt oder welches einen Phasenübergang von Flüssigkeit zu Gas wahrend des Schäumungsvorgangs unterliegt. Das Treibmittel wird im wesentlichen eingesetzt, um die Schaumdichte zu steuern. Das unter hohem Druck und Temperatur in dem Polymer aufgelöste Mittel verläßt die Lösung, wobei Blasen gebildet werden, sobald der Druck und die Temperatur nachläßt. Das physikalische Treibmittel wirkt als Weichmacher, das die Viskosität vermindert und die Temperatur absenkt, die erforderlich ist, um die schäumende Mischung im Zustand einer heißen Schmelze oder Erweichung zu halten.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Treibmittel schließen ein Kohlenwasserstoffe wie Butan und lsobutan, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Chlorfluorkohlenstoffverbindungen, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und andere inerte Gase. Die Treibmittelkonzentration ist zwischen 1 und 25 Gew.-%, vorzugsweise 2-15 %. Je höher die Treibmittelkonzentration ist, um so geringer ist die Schaumdichte wegen der kombinierten Wirkungen des hohen Drucks in einer Zelle und der geringeren Widerstandsfähigkeit der Zellenwand gegenüber Deformation wegen der weichmachenden Wirkung des Treibmittels. Eine Erhöhung der Treibmittelkonzentration in der Schmelze vermindert die Schmelzviskosität und die Verarbeitungstemperatur.
Die Kristallisationstemperatur der Schmelze ist die untere Grenze der Verarbeitungstemperatur. Wenn es zur Kristallisation in der Schmelze kommt, verändern sich die Schäumungseigenschaften drastisch, üblicherweise fuhrt das zu einer Oberflächenrauhheit und nicht gleichförmigen Zellengrößen. Eine übliche nicht mit Keimbildnern versehene Polypropylenschmelze beginnt bei etwa 120ºC zu kristallisieren mit einem Peak bei 110ºC, wohingegen Polypropylenkunststoffe, die wirkungsvoll bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schaumstoffplatten eingesetzt werden, bei etwa 140ºC zu kristallisieren beginnen mit einem Peak bei etwa 130ºC. Je geringer die Schmelztemperatur m dem Schäumungsverfahren ist, umso feiner ist die Zellengröße und desto kleiner ist der Gehalt an offenen Zellen. Die untere Grenze für das System Polypropylen/lsopentan/Citronensäure-Natriumhydrogencarbonat liegt bei etwa 138ºC.
Man läßt die erfindungsgemäßen extrudierten Polypropylenschaumstoffplatten über einen gewissen Zeitraum altern, beispielsweise 72 h, bevor die Platte näher charakterisiert und thermoverformt wird.
Die Dichte der erfindungsgemäßen Polypropylenschaumstoffplatte ist (2,5- 25,0 lbs/ft³) 40,1-401 kg/m²(ASTM D1622) und die Dicke ist (0,020-0,200 inches) 0,508-5,08 mm (ASTM D645). Die Zug- und Biegemoduli der Schaumstoffplatte liegen im Bereich von (10000 bis 50000 psi) 6,9 bis 34,5 (x 10&sup7; N/m²).
Die durchschnittliche Zellengröße der Polypropylenschaumstoffplatte wird durch Rasterelektronenmikroskopie bestimmt. Mikroskopische REM-Aufnahmen werden von Querschnitten der Platte gemacht, wobei sowohl in Verarbeitungs- als auch quer zur Verarbeitungsrichtung untersucht wird. Die Zellengröße wird bestimmt durch Zählen der Zellen in einem bestimmten Bereich, wobei die Durchschnittsfläche pro Zelle berechnet und die Zellenfläche in einen durchschnittlichen Zellendurchmesser umgerechnet wird. Die Zellendurchmesser fur die Verarbeitungsrichtung und quer dazu werden dann gemittelt.
Die durchschnittliche Zellengröße der erfindungsgemäßen Polypropylenschaumstoffplatten liegt im Bereich von (5 bis 18 mils) 0,127 bis 0,457 mm und die mikrozelluläre Struktur ist recht gleichförmig. Der Gehalt an offenen Zellen, das ist der Volumenanteil der aufgebrochenen Zellen in der Schaumstoffplatte, wie bestimmt durch ein Air-Pycnometer, ist etwa 40 % oder darunter.
Brauchbare Schaumstoffe, die aus Polypropylenkunstsoffen mit den spezifisch molekularen und rheologischen Eigenschaften, wie zuvor beschrieben, hergestellt wurden, sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Nicht annehmbare Schaumstoffe, die aus Polypropylenkunststoffen hergestellt wurden, die nicht die erforderlichen Eigenschaften aufwiesen, werden in den Fig. 4 und 5 gezeigt.
Erfindungsgemäß kann die erfindungsgemäße Polypropylenschaumstoffplatte eingesetzt werden, um steife oder halb-steife Gegenstände zu bilden. Solche Gegenstände können geformt werden mittels eines Thermoverformungsverfahrens, das die folgenden Schritte aufweist: Erwärmen der erfindungsgemäßen Schaumstoffplatte auf eine Temperatur, bei der diese unter Druck oder Vakuum verformbar ist, Aufbringen der weichgemachten Schaumstoffplatte auf einen Formkörper und Abkühlen der geschäumten Platte unter Bildung eines steifen oder halb-steifen Gegenatands mit der Gestalt des Formkörpers. Das überflüssige Schaumstoffmaterial, falls vorhanden, kann dann von dem geformten Gegenstand abgeschnitten werden. Bevorzugte erfindungsgemäße Produkte besitzen ein vorteilhaftes Ausmaß von Formbarkeit in diesem Einsatzbereich; wobei in erfolgreicher Weise Produkte gebildet werden mit einer Gesamtfläche von etwa 3 mal bis in manchen Fällen etwa 6 mal der anfänglichen Fläche des Ausgangsgegenstandes, aus dem das Produkt gebildet wurde.
Die folgenden beispielhaften Ausgestaltungen werden zur Veranschaulichung der Erfindung angeführt und die Erfindung ist nicht auf die spezifischen Materialien oder in diesen Beispielen eingesetzten Bedingungen begrenzt.
Die in den erläuternden und vergleichenden Beispielen eingesetzten verschiedenen Polypropylenkunststoffe werden in der Tabelle 1 angegeben, zusammen mit ihren molekularen und rheologischen Eigenschaften. Tabelle I Charakterisierung der Polyproplenkunstoffe Kunststoff Herstellerbezeichnung Himont Exxon Struktur monomodal linear bimodal im wesentlichen; etwas verzweigt

Beispiel 1

Polypropylenkunststoff mit "hoher Schmelzfestigkeit" (HMS), in der Tabelle 1 als A-6 angegeben, mit einem MFR von 3,4 g/10 min, wurde gemäß der folgenden Verfahrensweise zu Schaumstoffplatten verarbeitet.
Es wurden Kunststoffpellets mit einer Geschwindigkeit von (115 lbs/hr) 52,2 kg/h aus einem Kunststoffspender in einen (2 1/2 inch) 63,5 mm primären Extruder mit einer 32/1 L/D-Schraube gegeben. Zugleich wurde eine stöchiometrische Mischung aus Citronensäure und Natriumhydrogencarbonat mit einer Geschwindigkeit von (0, 18 lbs/hr) 0,082 kg/h aus einem separaten Aufgeber der gleichen Extruderöffnung zugeleitet. Die Aufwärmzonen des primären Extruder wurden bei (350ºF) 177ºC (Zone 1), (370ºF) 188ºC (Zone 2) und (410ºF) 210ºC (Zonen 3-5) gehalten. Die Schneckengeschwindigkeit war (135 rpm) 14,1 rad/s und der Extruderinnendruck war (2600 psi) 1 ,79 x 10&sup7; N/m². In den Zentralbereich des primären Extruders wurde Isopentan mit einer Geschwindigkeit von (4,4 lbs/hr) 2,0 kg/h injiziert. Nach Erweichung und Mischung in dem primären Extruder wurde die zu schäumende Mischung bei einer Schmelztemperatur von (372ºF) 189ºC über die Überleitung, die bei einer Temperatur von (355ºF) 179ºC war, in einen (3 1/2 inch) 88,9 mm sekundären Extruder mit einer 24/1 L/D-Schnecke überführt. Die vier Erwärmungszonen des sekundären Extruders wurden bei (345ºF, 340ºF, 330ºF und 325ºF) 174ºC, 171ºC, 166ºC und 163ºC gehalten. Die Schneckengeschwindigkeit lag bei (19 rpm) 1 ,99 rad/s und der Extruderdruck war (800 psi) 5,52 x 10&sup6; N/m². Die schäumende Mischung wurde bei einer Schmelztemperatur von (283ºF) 139ºC in die Düse gepumpt, die bei (325ºF) 163ºC gehalten wurde. Die Geschwindigkeit der Schmelzpumpe war (50 rpm) 5,24 rad/s und der Düsendruck lag bei (200 psi) 1,38 x 10&sup6; N/m².
Die Mischung wurde durch eine Kreisdüse extrudiert mit einem Düsenranddurchmesser von (3,0 mches) 76,2 mm. Das geschäumte röhrenförmige Extrudat wurde nach Abkühlung bei (70ºF) 21ºC mittels Luft aus einem Luftring, der an dem Düsenrand angeordnet war, über eine Kühl- und Klassiertrommel mit einem Durchmesser von (8 inch) 20,3 mm gezogen, welche bei etwa (73ºF) 23ºC gehalten wurde. Der Abstand zwischen der Düse und der Trommel war (6 inches) 15,2 mm. Die äußere Oberfläche des Extrudats wurde durch (70ºF) 21ºC kalte Luft aus einem Luftring um die Trommel herum abgekühlt. Das röhrenförmige Extrudat wurde auf einen Aufwinder aufgenommen, nachdem es durch eine S-Windung geleitet wurde. Alternativ wurde das röhrenförmige Extrudat, während es über die Trommel geleitet wurde, gespalten und dann auf einen Aufwinder aufgenommen. Die Aufnahmegeschwindigkeit war (8,9 feet/min) 2,71 m/min. Die Durchlaufzeit für den Kunststoff durch die primären und sekundären Extruder war etwa 20 min.
Die wie zuvor beschriebene hergestellte Polypropylenschaumsstoffplatte hatte eine glatte Oberfläche und eine gleichförmige Zellengrößie und Verteilung, wie in der mikroskopischen REM-Aufnahme nach Fig. 2 gezeigt. Die Eigenschaften der Schaumstoffplatte, wie bestimmt nach einer 72-stündigen Alterungsdauer, sind in der Tabelle 2 in Beispiel 5 zusammengefaßt.

Beispiel 2

Es wurde ein HMS-Polypropylenkunststoff, in der Tabelle 1 als A-7 angegeben, zu einer Schaumstoflplatten in gleicher Weise wie bei Beispiel 1 beschrieben, verarbeitet.
Die Kunststoffpellets wurden einem primären Extruder mit einer Geschwindigkeit von (117 lbs/hr) 53,1 kg/h zugeführt, wahrend getrennt davon eine Citronensäure/Natriumhydrogencarbonat-Mischung mit einer Geschwindigkeit von (0,61 lbs/hr) 0,28 kg/h zugeführt wurde. Die Zonen 1-5 der Extruder wurden bei (340ºF, 370ºF, 410ºF, 420ºF und 420ºF) 171ºC, 188ºC, 210ºC, 216ºC und 216ºC gehalten. Die Schneckengeschwindigkeit war (140 rpm) 14,7 rad/s und der Extruderdruck war (1730 psi) 1,19 x 10&sup7; N/m². Isopentan wurde mit einer Geschwindigkeit von (2,70 lbs/hr) 1,22 kg/h injiziert. Die zu schäumende Mischung wurde bei einer Schmelztemperatur von (288ºF) 142ºC über die Überleitung, die bei einer Temperatur von (350ºF) 177ºC war, dem sekundären Extruder zugeführt. Die vier Zonen des Extruders wurden bei jeweils (320ºF, 328ºF, 325ºF und 325ºF) 160ºC, 164ºC, 163ºC und 163ºC gehalten. Die Schneckengeschwindigkeit war (13 rpm) 1,36 rad/s und der Extruderdruck war (830 psi) 5,72 x 10&sup6; N/m². Die geschmolzene schäumende Mischung wurde bei (288ºF) 142ºC in die Düse gepumpt, die bei (325ºF) 163ºC gehalten wurde. Der Düsendruck war (190 psi) 1,31 x 10&sup6; N/m² und die Schmelzpumpengeschwindigkeit war (50 rpm) 5,23 rad/s. Die Mischung wurde durch eine Kreisdüse extrudiert und über eine Kühlund Klassiertrommel gezogen, die bei etwa (78ºF) 26ºC gehalten wurde. Das röhrenförmige Extrudat wurde mit einer Fließbandgeschwindigkeit von (9,3 ft/min) 2,8 m/min aufgenommen. Die Schaumstoffplatte hatte eine glatte Oberfläche und eine gleichförmige Zellengröße und Mikrostruktur, wie in der REM-Aufnahme nach Fig. 3 zu entnehmen ist. Die Eigenschaften der Schaumstoffplatte sind in Tabelle 2 bei Beispiel 5 zusammengefaßt.

Beispiel 3 (Vergleich)

Es wurde ein HMS-Polypropylenkunststoff, in der Tabelle 1 als A-17 angegeben, unter den gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 verarbeitet. Das erhaltene geschäumte Extrudat konnte nicht über die Kühl- und Klassiertrommel gezogen werden. Die Platte war ein sehr schwacher Schaumstoff und zeigte eine verklumpte Oberfläche und eine nicht-gleichförmige Mikrostruktur, wie der REM-Abbildung nach Fig. 5 zu entnehmen ist.

Beispiel 4 (Vergleich)

Es wurde ein konventioneller Polypropylenkunststoff, in der Tabelle 1 als A-20 angegeben, unter den gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 verrrbeitet. Das erhaltene Extrudat konnte nicht über die Kühl- und Klassiertrommel gezogen werden. Die Platte war aus sehr schwachem Schaumstoff und nicht-annehmbar für die Thermoverrbeitung oder andere Einsatzgebiete wegen seiner schwachen äußeren Erscheinung, der rauhen Oberfläche und der nicht-gleichförmigen Mikrostruktur.

Beispiel 5

Die Eigenschaften der in den Beispielen 1-4 verwendeten Kunststoffe werden in der Tabelle 2 angegeben. Die nach den Beispielen 1 und 2 aus den Kunststoffen A-6 und A-7 erhaltenen Eigenschaften der Polypropylenschaumstoffplatten sind in der Tabelle 2 zusammengefaßt. Die nach den Vergleichsbeispielen 3 und 4 aus den Kunststoffen A-17 und A-20 hergestellten Polypropylenschaumstoffplatten waren sehr schwach und nicht annehmbar hinsichtlich ihrer Erscheinung und Eigenschaften konnten nicht festgestellt werden. Tabelle II Eigenschaften des Polypropylenkunstoffes und der Schaumstoffplatte erfindungsgemaß Vergleich Beispiel Kunststoffnr. Kunststoffeigenschaften dyne Schaumstoffeigenschaften Oberfläche Mikrostruktur Dicke (mils) mm Dichte Biegemodulus (psi) Zellengröße Gehalt an offenen Zellen, % annehmbar glatt gleichförmig nicht-annehmbar rauh nicht-gleichförmig
Die Daten zeigen klar, daß annehmbare Schaumstoffplatten in den Beispielen 1 und 2 erhalten wurden, bei denen die Polypropylenkunststoffe die erforderlichen molekularen und rheologischen Eigenschaften, die zuvor offenbart wurden, aufwiesen, wohingegen schwache nicht-annehmbare Schaumstoffplatten in den Beispielen 3 und 4 erhalten wurden, wobei die Kunststoffe keine oder nur eines der Eigenschaften aufwiesen. Obgleich der Kunststoff A-17, der in Beispiel 3 verwendet wurde, ein Polypropylen mit hohem Molekulargewicht ist, das als Kunststoff mit "hoher Schmelzfestigkeit" vertrieben wird und einen Mz-Wert sehr nahe an der unteren Grenze zur Herstellung annehmbarer Schaumstoffe hatte, sind die anderen Eigenschaften, insbesondere die rheologischen Eigenschaften, weit unterhalb des erforderlichen Levels und die erhaltene Schaumstoffplatte war sehr schwach und nicht-annehmbar, wie die Fig. 5 zeigt.

Beispiel 6

Es wurde ein, in Tabelle 1 als A-6 identifizierter HMS-Polypropylenkunststoff in gleicher Weise wie bei Beispiel 1 verarbeitet. Die Kunststoffpellets wurden in einen Extruder mit einer Geschwindigkeit von (118 lbs/hr) 53,5 kg/h eingebracht, wobei die Mischung aus Citronensäure/Natriumhydrogencarbonat-Keimbildungsmittel mit einer Geschwindigkeit von (0,22 lbs/hr) 0, 10 kg/h zugegeben wurde. Das Treibmittel Isopentan wurde mit einer Geschwindigkeit von (2,3 lgbs/hr) 1,04 kg/h injiziert. Der Düsendruck war (190 psi) 1,31 x 10&sup6; N/m² und die Temperatur, bei der die Schmelze in die Düse gepumpt wurde, war (284ºF) 140ºC. Das Extrudat wurde über eine Kühlund Klassierwalze gezogen und auf einen Aufwinder mit einer Geschwindigkeit von (8,2 ft/min) 2,50 m/min aufgenommen.
Die Polypropylenschaumstoffplatte hatte eine glatte Oberfläche und eine gleichförmige Zellengröße und Mikrostruktur. Die Dicke der Schaumstoffplatte war (113 mils) 2,87 mm, die Dichte war (12,3 lbs/ft³) 197 kg/m³ und der Biegemodulus war (24485 psi) 1,69 x 10&sup8; N/m². Die durchscbnittliche Zellengröße war (10,4 mils) 0,264 mm und der Gehalt an offenen Zellen war 25,3 %.

Beispiel 7 (Vergleich)

Es wurde der als A-2 in Tabelle 1 angegebene konventionelle Polypropylenkunststoff in der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 beschrieben verarbeitet. Die Kunststoffpellets wurden mit einer Geschwindigkeit von (102 lbs/hr) 46,3 kg/h zugegeben, wohingegen das Citronensäure/Natriumhydrogencarbonat-Keimbildungsmittel und das Isopentantreibmittel mit einer Geschwindigkeit von (0,83 und 2,70 lbs/hr) jeweils 0,38 und 1,22 kg/h zugegeben wurde. Das Extrudat hatte ein sehr schwaches Erscheinungsbild mit einer rauhen Oberfläche und einer nicht-gleichförmigen Zellenstruktur, wie gezeigt in der REM-Abbildung Fig. 4.

Beispiel 8

Es wurde der als A-10 in Tabelle 1 angegebene HMS-Polypropylenkunststoff mit einem MFR von 7,0 g/10 min in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 angegeben, verarbeitet. Die Kunststoffpellets, die Citronensäure/Natriumhydrogencarbonat-Mischung und das Isopentan, wurden mit einer Geschwindigkeit von (117, 0,30 und 2,9 lbs/hr) 53,1, 0,14 und 1,3 kg/h zugeführt wurde. Die Zonen 1-5 in dem primären Extruder wurden bei (350ºF, 380ºF, 410ºF und 410ºF) 177ºC, 193ºC, 210ºC und 210ºC gehalten, die Schneckengeschwindigkeit war (153 rpm) und der Extruderdruck war (1750 psi) 1,21 x 10&sup7; N/m². Die zu schäumende Mischung wurde bei einer Schmelztemperatur von (360ºF) 182ºC über die Überleitung, die bei einer Temperatur von (350ºF) 177ºC gehalten wurde, dem sekundären Extruder zugeführt. Die Zonen 1-4 waren bei diesem (320ºF) 160ºC. Die Schneckengeschwindigkeit war (20 rpm) 2,09 rad/s und der Extruderdruck war (800 psi) 5,52 x 10&sup6; N/m². Die Mischung wurde bei einer Schmelztemperatur von (285ºF) 141ºC in die Düse gepumpt, die bei einer Temperatur von (320ºF) 160ºC gehalten wurde. Die Schmelzpumpengeschwindigkeit war (50 rpm) 5,24 rad/s und der Düsendruck war (220 psi) 1,52 x 10&sup6; N/m². Das Extrudat aus einer zirkulären Düse wurde durch (70ºF) 21ºC Luft abgekuhlt sobald es die Düse verließ und über die Kühl- und Klassiertrommel gezogen. Diese wurde bei (80ºF) 27ºC gehalten. Die Aufnahmegeschwindigkeit war (10,0 ft/mm) 3,05 m/mm.
Die Polypropylenschaumstoffplatte hatte eine glatte Oberfläche und eine homogene Zellenstruktur. Die Plattendicke war (101 mils) 2,57 mm, die Dichte war (8,55 lbs/ft³) 137 kg/m³ und der Biegemodulus war (13700 psi) 9,45 x 10&sup7; N/m². Die durchschnittliche Zellengröße war (12,4 mils) 0,315 mm und der Gehalt an offenen Zellen war etwa 40 %.

Beispiel 9 - (Vergleich)

Es wurde der als A-1 in Tabelle 1 angegebene konventionelle Polypropylenkunststoff in der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 beschrieben verarbeitet. Das geschäumte Extrudat hatte eine unebene Oberfläche und eine nicht-gleichförmige Zellenstruktur.

Beispiel 10

Es wurde der als A-3 in Tabelle 1 angegebene HMS-Polypropylenkunststoff mit einem MFR von 9,0 g/10 min zu Schaumstoffplatten unter Einsatz eines Tandem-Extrusionsfließbandes und den zu Beispiel 1 beschriebenen Bedindungen verarbeitet, wobei Chlordifluormethan (HCFC22) das Treibmittel und Talk das Keimbildungsmittel waren. Die schäumende Mischung enthielt (110 lbs) 49,9 kg Kunststoff, (7,10 lbs) 3,22 kg HCFC22 und (2,90 lbs) 1,32 kg Talk. Die aus Kunststoff A-3 erhaltene Schaumstoffplatte hatte eine glatte Oberfläche und eine homogene Zellenstruktur. Die Platte hatte eine Dicke von (96 mils) 2,44 mm, eine Dichte von (6,3 lbs/ft³) 101 kg/m³ und einen Biegemodulus von (12700 psi) 8,76 x 10&sup7; N/m².

Beispiel 11 - Vergleich

Es wurde der als A-17 in Tabelle 1 angegebene HMS-Polypropylenkunststoff mit einem MFR von 0,3 g/10 min, der die erforderlichen rheologischen Eigenschaften nicht aufwies, in der gleichen Weise wie in Beispiel 10 verarbeitet. Der Kunststoff wurde mit einer Geschwindigkeit von (85,9 lbs/hr) 39,0 kg/h zugeführt, wahrend HCFC22 und Talk mit einer Geschwindigkeit von jeweils (6,70) 3,04 und (3,40 lbs/hr) 1,54 kg/h zugeführt wurde. Das Extrudat hatte ein sehr schwaches Oberflächenaussehen und eine nicht-gleichförmige Zellenstruktur. Diese Ergebnisse sind ähnlich denjenigen, die mit dem gleichen Kunststoff unter Verwendung von Isopentan als Treibmittel und Citronensäure/Natriumhydrogencarbonat als Keimbildungsmittel, wie in Beispiel 3 beschrieben, erhalten wurden.

Beispiel 12 - Thermoverformen

Eine Schaumstoffplatte mit einem schwachen Erscheinungsbild mit rauher Oberfläche und nicht-gleichförmiger Zellenstruktur konnte nicht in geformte Gegenstände mit einer glatten annehmbaren Oberfläche thermoverformt werden. Annehmbare Schaumstoffplatten mit einer guten Qualitat mit glatter Oberfläche und gleichförmiger Zellenstruktur konnten mittels Thermoverformung in geformte Gegenstände mit guter Qualität überführt werden.
Die Polypropylenkunststoffplatte mit guter Qualität, die aus dem Kunststoff A-6 in Beispiel 1 hergestellt wurde und die eine Dicke von (115 mils) 2,92 mm, eine Dichte von (11,2 lbs/ft³) 179 kg/m³, eine durchschnittliche Zellengröße von (15,6 mils) 0,396 mm und einen Gehalt an offenen Zellen von 15,8 % hatte, wurde in einer Comet Modell 24 x 24-Anlage mit passendem Zubehör zu einer (8 oz) 237 ml runden Schüssel thermoverformt. Die Schaumstoffplatte wurde zwischen den oberen und unteren Bereichen der Form bei einer Temperatur von (290ºF) 143ºC angeordnet. Die Aufwärmzeit war 120 s mit einer Verweilzeit von 15 s. Der verminderte Druck auf der Platte in der Form war (20 inches) 508 mm Hg. Die thermoverformte Schüssel hatte eine glatte Oberfläche und eine gute Erscheinung. Testproben, die vom Boden der Schüssel genommen wurden, hatten einen Zugmodulus von (14300 psi) 9,86 x 10&sup7; N/m², eine Zugfestigkeit von (441 psi)3,04x10&sup6; N/m² eine Zugnachgiebigkeit von 4,1 % und eine Brechenergie von (19,3 inch-lbs) 2,18 J.

Beispiel 12a

Um die ausgezeichnete Ziehbarkeit der erfindungsgemäßen Polypropylenschaumstoffplatte im Vergleich zu Polystyrolschaumstoffplatten zu zeigen, wurde eine Serie geformter Gegenstände als Kegel und Tassen geformt, und zwar unter Verwendung eines Vakuums von (4 lbs/sq in) 2,76 x 10&sup4; N/m², um erwärmte Platten in diese Formen zu ziehen; die Polypropylenschaumstoffplatten hatten eine Dicke von (0,074") 1,88 mm und eine Dichte von (11,2 lb/ft³) 179 kg/m², hergestellt aus dem in Beispiel 1 beschriebenen Kunststoff A-6 unter Verwendung von Isopentan in einer Menge von 2,3 Gew.-% als Treibmittel. Bei (450ºF) 232ºC, war die Aufwärmzeit der Polypropylenschaumstoffplatte 8 s. Bei (400ºF) 204ºC, war sie 27 s; und bei (350ºF) 177ºC, war sie 32 s. Im Gegensatz hierzu war es mit Polystyrolschaumstoffplatten mit einer Dicke von (0,040") 1,02 mm und einer Dichte von (8,0 lb/ft³) 128,14 kg/m³ nicht moglich, Kegel bei (350ºF) 177ºC zu bilden, da die Platte nur eine beginnende Kuppel ausbildete. Bei (400ºF) 204ºC, konnte Polystyrol in Tassen verformt werden bei einer Aufwärmzeit von etwa 5 s. Vergleicht man die Oberflächen der geformten Gegenstände gegenüber ihren jeweiligen Urformen, konnte festgestellt werden, daß aus Polystyrol nur ein Gegenstand mit etwa dem 3-fachen der Fläche des Formlings gebildet werden kann, wohingegen die beschriebene Polypropylenplatte in einen Gegenstand verformt werden konnte, deren Oberfläche etwa das 6-fache der Formlingsplatte ausmachte.

Beispiel 13

Die EP-A-71 981 offenbart die Herstellung geformter geschäumter Gegenstände aus Polypropylenkunststoffen mit einer latenten Kristallisationswärme von (9-28 cal/g) 3,77-11,7 (x 10&sup4; J/kg).
Einige der in Tabelle 1 angegebenen Polypropylenkunststoffe, wurden einer differentiellen Scanning-Kalorimetrie unterworfen, wobei die latente Kristallisationswärme bestimmt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefaßt. Tabelle 3 - Latente Kristallisationswärme von Kunststoffen Polypropylenkunststoff Latent Schaumstoffplattenqualität nicht-annehmbar
Es ist offensichtlich, dab mittels der latenten Kristallisationswärme nicht zwischen Polypropylenkunststoffen unterschieden werden kann, soweit aus diesen annehmbare erfindungsgemäße Schaumstoffplatten oder nicht-annehmbare, nicht-gleichförmige Schaumstoffplatten erhalten werden.

Beispiel 14

Die US-A-3 637 458 offenbart die Herstellung von Schaumstoffplatten aus einem linearen thermoplastischen Polymer mit einem filmbildenden Molekulargewicht und im wesentlichen frei von Quervernetzung und einem Bearbeitungsbruchwert (work-to-break) von mindestens (10000 inch-lbs/in³) 6,90 x 10&sup7; N/m²,und welches nach dem Verfahren des zitierten Patentes zu einer Schaumstoffplatte führt mit einer Maximaldichte von 0,03 g/cc /1,87 lbs/ft³) und einer Zellengröße von mindestens (500 microns) (19,5 mils) 500 um.
Die erfindungsgemäße Polypropylenschaumstoffplatte hatte eine Minimaldichte von (2,5 lbs/ft³) 40,1 kg/m³ und eine maximale Zellengröße von (18 mils) 0,457 mm, was beides außerhalb der Ansprüche des oben zitierten US-Patentes liegt.
Verschiedene in Tabelle 1 angegebene Polypropylenkunststoffe wurden bei einer Schmelztemperatur von 205-250ºC auf einem Zwei-Schnecken-Brabender-Extruder extrudiert, der bei (25-30 rpm) 2,62-31,4 rad/s betrieben wurde, und zwar unter Verwendung einer Banddüse und einer Kühlwalze, wobei Proben erhalten wurden mit einer Dicke von (3-5 mils) 0,076-0, 127 mm. Die Testproben, 5-9 pro Probe, wurden über 1-3 Tage bei (72ºF) 22ºC bei 50 % RH konditioniert, bevor ein Instrontest durchgeführt wurde mit einer Querkopfgeschwindigkeit von (0,5 inch/min) 12,7 mm/min unter Verwendung einer Typ IV-Stückes (ASTM D638).
Wie in Tabelle 4 gezeigt, erhält man mit Polypropylenkunststoffen annehmbare Kunststoffplatten, wenn diese nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, einen Arbeitsbruch-Wert (work-to-break) von weniger als (10000 in-lbs/in³) 6,9 x 10&sup7; N/m² haben, wohingegen Kunststoffe mit einem Arbeitsbruch-Wert (work-to-break) von mindestens (10000 in-lbs/in³) 6,9 x 10&sup7; N/m², wie in dem zitierten Patent beansprucht, zu einer nicht-gleichförmigen, nicht-annehmbaren Schaumstoffplatte führen. Tabelle 4 - Arbeitsbruch-Werte für Polypropylenkunststoffe Polypropylenkunststoff Arbeitsbruch Schaumstoffplattenqualität nicht-annehinbar annehmbar

Beispiel 15

Die GB-A-2 099434 offenbart ein Extrusionsverfahren zur Herstellung eines geschäumten Extrudats aus einem Polypropylenkunststoff mit einer Schmelzspannung von mindestens 3 g bei 190ºC und einem Verhältnis Maximum/Minimum-Schmelzspannung von nicht mehr als 2,5. Die Schmelzspannung wurden durch Extrudieren des geschmolzenen Polymers, erwärmt auf 190ºC, durch eine 2 mm Öffnung und anschließendes Durchleiten des Extrudates durch eine Spannungsmeßvorrichtung und Aufwinden mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/s gemessen.
Zwei Polypropylenkunststoffe (A-1 und A-17), aus denen nicht-annehmbare Schaumstoffplatten erhalten wurden, und zwei Polypropylenkunststoffe (A-6 und A-7), aus denen annehmbare Schaumstoffe erhalten wurden, wurden dem Schmelzspannungsmeßverfahren bei 190ºC, wie in der oben beschriebenen britischen Patentanmeldung beschrieben, unterworfen. Bei der Temperatur- und Durchsatzgeschwindigkeit, die in der zitierten Anmeldung angegeben wurde, froren alle Polypropylenextrudate ein, bevor sie die Aufnahmevorrichtung erreichten.
Es konnten Schmelzspannungswerte für alle vier Kunststoffe bei höheren Temperaturen erhalten werden. Die Schmelzspannungsergebnisse nach Tabelle 5 wurden bei einer Schmelztemperatur von 220ºC und einer Aufnahmegeschwindigkeit von 3 cm/s erhalten. Tabelle 5 - Schmelzspannung und Molekulargewichtsparameter der Polypropylenkunststoffe Polypropylenkunststoff Schaumstoffplatten-Qualität nicht-annehmbar Schmelzspannung
Obgleich man nicht von gleichen Schmelzspannungswerten ausgehen kann bei 220ºC und bei 190ºC, sollte die relative Stellung die gleiche sein. Die Daten zeigen, daß die Schmelzspannungswerte und das Verhältnis Maximum/Minimum nicht die Polypropylenkunststoffe, die zu annehmbaren Schaumstoffen führen, nicht unterscheidbar macht von jenen, die nicht-annehmbare Schaumstoffe mit sich bringen.
Die Molekulargewichtsparameter verschiedener Kunststoffe sind in Tabelle 5 angegeben. Es ist offensichtlich, daß die Schmelzspannungswerte mit dem Molekulargewicht ansteigen, wie als Mn und Mw gemessen. Es wurde schon zuvor gezeigt, daß sowohl die molekularen als auch die rheologischen Eigenschaften bei den angegebenen Minimalwerten erforderlich sind, um Polypropylenkunststoffe zu definieren, aus denen annehmbare Schaumstoffe erhalten werden. Obgleich die Dichte der geschaümten Produkte in der zitierten britischen Patentanmeldung nicht diskutiert wird, offenbaren die fünf Beispiele Dichten im Bereich von 0,023 bis 0,036 g/cm³ (1,44 bis 2,25 lbs/ft³). Die vorliegende Erfindung offenbart Dichten von (2,5-25,0 lbs/ft³) 40,1-401 kg/m³.
Die Tatsache, daß bei 190ºC bei den Polypropylenkunststoffen keine Schmelzspannungswerte erhalten werden konnte, wohingegen solche Werte bei der britischen Patentanmeldung berichtet werden, liegt die Vermutung nahe, dab die berichteten Kunststoffe nicht aus Polypropylen waren, sondern "polypropylenartige Kunststoffe".
Das in den Beispielen der zitierten Patentanmeldung verwendete Polypropylen ist nicht hinsichtlich seines Ursprungs, seiner Zusammensetzung, etc. identifiziert worden. Die offenbarten Polypropylenkunststoffe die in dem Verfahren der zitierten Anmeldung brauchbar sind, sind Kunststoffe, die im wesentlichen aus Polypropylen bestehen einschließlich isotaktischem Polypropylen, Ethylen/Proplyen-Blockcopolymer, statistischem Ethylen/Propylen-Copolymer und Mischungen aus zwei und mehreren der zuvor erwähnten polypropylenartigen Kunststoffe. Zusätzlich können mit diesen polypropylenartigen Kunststoffen mischbare Polymere, wie beispielsweise Polyethylene mit hoher und niedriger Dichte, Polybuten-1, Ethylencopolymere mit Vinylacetat, Propylen und Ethylacrylat, Styrolbutadienkunststoffe, Ionomer und dergleichen vermischt werden mit den vorstehend erwähnten polypropylenartigen Kunststoffen, soweit Polypropylen der Hauptbestandteil in der erhaltenen Mischung ist.
Das in der zitierten GB-A-2 099 434 eingesetzt Polypropylen kann ein oder mehrere der Copolymere oder Mischungen, wie sie dort und hier offenbart sind, enthalten.

Claims

1. Schaumstoffplatte aus Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens

(a) entweder Mz oberhalb 1,0 x 10&sup6; oder das Mz/Mw Verhältnis oberhalb 3,0 ist, und

(b) entweder die Gleichgewichtsnachgiebigkeit Jeo oberhalb 1,2 x 10&supmin;³ m²/N oder die wiederkehrende Scherbelastbarkeit pro Einheitsbelastung Sr/S oberhalb 5,0 x 10&supmin;&sup4; m²/N bei 1 s&supmin;¹ ist.

2. Schaumstoffplatte aus Polypropylen mit einer bimodalen Molekulargewichtsverteilung, wobei der Anteil mit höherem Molekulargewicht verzweigtes Polymer enthält.

3. Schaumstoffplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte eine Dichte von 40,1-401 kg/m³ hat und einen Biegemodulus von 6,90-34,5 (x 10&sup7; N/m²).

4. Schaumstoffplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte eine gleichförmige Zellenstruktur hat mit Zellen im Bereich von 0,127 bis 0,457 mm und einem Gehalt an offenen Zellen von 40% oder darunter.

5. Schaumstoffplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte eine Dicke von 0,508-5,08 mm hat.

6. Schaumstoffplatte nach Anspruch 1, wobei die Platte eine im wesentlichen nicht-zellenförmige äußere Schicht oder Haut auf einer oder beiden Seiten aufweist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Schaumstoffplatte aus Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens

(a) entweder Mz oberhalb von 1,0 x 10&sup6; oder das Mz/Mw-VerhältniS oberhalb 3,0 ist, und

(b) entweder die Gleichgewichtsnachgiebigkeit Jeo oberhalb 1,2 x 10&supmin;³ m²/N

oder die wiederkehrende Scherbelastbarkeit pro Einheitsbelastung Sr/S oberhalb 5,0 x 10&supmin;&sup4; m²/N bei 1 s&supmin;¹ ist, umfassend die Schritte

Vermischen von pelletisiertem Polypropylen mit einem Keimbildungsmittel,

Erweichen der Mischung,

Einführen eines physikalischen Treibmittels in die im wesentlichen aufgeweichte Mischung, wobei eine schäumende Mischung gebildet wird,

Mischen und Abkühlen der schäumenden Mischung,

Extrudieren der schäumenden Mischung zu einem geschäumten Extrudat und

Formen des geschäumten Extrudats in eine kontinuierliche Schaumstoffplatte.

8. Schaumstofffplatte, erhalten nach dem Verfahren des Anspruchs 7, wobei die Platte eine Dichte von 40,1-401 kg/m³ und einen Biegemodulus von 6,90-34,5 (x 10&sup7; N/m²) hat.

9. Schaumstoffplatte, erhalten nach das Verfahren des Anspruchs 7, wobei die Platte eine gleichförmige Zellstruktur hat mit Zellen im Bereich von 0,127 bis 0,457 mm und einem Gehalt an offenen Zellen von 40% oder darunter.

10. Schaumstoffplatte, erhalten nach dem Verfahren des Anspruchs 7, wobei die Platte eine Dicke von 0,508-5,08 mm hat.

11. Schaumstoffplatte, erhalten nach dem Verfahren des Anspruchs 7, wobei die Platte eine im wesentlichen nicht-zellenförmige äußere Schicht oder Haut auf einer oder beiden Seiten hat.

12. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das physikalische Treibmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kohlenwasserstoffen, chlorierten Kohlenwasserstoffen, Chlorfluorkohlenstoffverbindungen, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und anderen inerten Gasen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Konzentration des physikalischen Treibmittels niedriger als 25 Gew.-% ist.

14. Verfahren n ach Anspruch 7, wobei das Keimbildungsmittel ausgewaählt ist aus der Gruppe bestehend aus Citronensäure/Natriumbicarbonat-Mischung, Talk und Titandioxid.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Keimbildungsmittel eine Teilchengröße von 0,3-5,0 um hat und seine Konzentration geringer als 1 Gew.-% ist.

16. Verfahren zur Bildung eines steifen oder halb-steifen Gegenstands unter Verwendung der Schaumstoffplatte nach Anspruch 1, umfassend die Schritte

Erwärmen der Schaumstoffplatte auf eine Temperatur, bei der sie unter Druck oder Vakuum verformbar ist,

Formgebung der erweichten Schaumstoffplatte gegen eine Formfläche eines Formkörpers,

Abkühlen der Schaumstoffplatte unter Bildung eines steifen oder halb-steifen Gegenstands mit der Gestalt des Formkörpers, und

Abschneiden des gegebenenfalls vorhandenen überschießenden Materials von dem geformten steifen oder halb-steifen Gegenstand.

17. Produkt, das nach dem Verfahren des Anspruchs 16 geformt wurde, wobei der Formkörper eine Konfiguration, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tablett-, Platten-, Tassen-, Schtisselund Tellerformen, aufweist.

18. Mehrschichtige Schaumstoffplatte, die zur Formung steifer oder halb-steifer Gegenstände im Verpackungseinsatz brauchbar sind und welche mindestens eine Schicht aus der Polypropylenschaumstoffplatte nach Anspruch 1 und mindestens eine funktionale polymere Schicht aufweist.

19. Schaumstoffplatte nach Anspruch 18, die darüber hinaus zwischen dem funktionalen und Schaumstoffschichten Verbindungsschichten aufweist.

20. Schaumstoffplatte nach Anspruch 18, wobei die Platte eine im wesentlichen nicht-zellenförmige äußere Schicht oder Haut einschließt.

21. Schaumstoffplatte nach Anspruch 18, wobei die mindestens eine funktionale Schicht aus Ethylen/Vinylalkohol- und Vinylidenchlorid-Copolymeren und Polyamiden ausgewählt ist.