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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung eines länglichen, zellförmigen Körpers aus
nicht-vernetztem Polyolefin-Schaum, der eine feinzellige geschlossene
Struktur aufweist, und ein nicht-vernetztes feinzelliges Schaumprodukt.
Nicht-vernetzte Schäume
im Stand der Technik, die mit dem vorliegend beschriebenen Extrusions-Akkumulator-Verfahren
hergestellt werden, hatten typischerweise Zellen im Bereich von
7,9 bis 11,8 Zellen/cm (20 bis 30 Zellen pro inch). Versuche, die
nichtvernetzten Schäume
mit dickem Querschnitt mit einer höheren Zellenanzahl herzustellen,
ergaben nicht-flache/wellige Schäume,
Hohlräume,
Wellen oder dergleichen.
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Das U.S.-Patent Nr. 4,694,027 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen geschlossen-zelligen
Olefin-Polymer-Schaums, der eine Dimensionsstabilität aufweist,
welches die Schritte umfasst, dass man (a) ein Olefin-Polymer-Harz, das
ausgewählt
ist aus der Gruppe, die besteht aus Homopolymeren von Ethylen und
Copolymeren von Ethylen und einem copolymerisierbaren Monomer in
der Wärme plastifiziert;
(b) das in der Wärme
plastifizierte Harz mit (1) einer Fettsäure-Verbindung als die Stabilität steuerndes
Mittel und (2) einem Treibmittel, das Isobutan einschließt, mischt;
und (c) das Treibmittel aktiviert, um die Mischung zu einem im wesentlichen
geschlossen-zelligen Olefin-Polymer-Schaum zu expandieren. Beispiel
2 dieses Patents offenbart einen Schaum, der eine Zellenanzahl von
ungefähr
1,26 Zellen/cm (3,2 Zellen pro inch) aufweist.
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Die Hauptaufgabe der Erfindung ist,
die Probleme des oben genannten Standes der Technik zu lösen, und
ein nicht-vernetztes Schaumprodukt bereitzustellen, das die Eigenschaften
eines vernetzten Schaumprodukts aufweist, jedoch mit einer feineren
Zellenanzahl, die größer ist
als 19,7 Zellen/cm (50 Zellen pro inch) und einer weichen, abriebfesten
Griffigkeit bei gleichzeitigem Vermögen wieder verwertet zu werden,
was einem vernetzten Schaumprodukt fremd ist. Andere Aufgaben und
Vorteile der Erfindung werden nachfolgend angegeben oder sind hieraus
für einen
Fachmann auf dem Gebiet der Technik offensichtlich.
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Die vorliegende Erfindung stellt
bereit ein Verfahren zur Herstellung eines länglichen, zellenartigen Körpers aus
nicht-vernetztem Polyolefin-Schaum, der eine feinzellige geschlossene
Struktur ausweist, wobei die feinzellige Struktur eine Zellenanzahl
größer als
19,7 Zellen/cm (50 Zellen/inch) aufweist, wobei das Verfahren die
Schritte umfasst, dass man ein Polyolefin schmilzt; eine Mischung
aus dem Polyolefin und einer Menge einer Fettsäure-Verbindung als einem die
Permeabilität
steuernden Mittel bildet; eine wirksame Menge eines Treibmittels
in der Mischung löst,
um eine Treibmittel enthaltende Mischung zu bilden; die Treibmittel
enthaltende Mischung in eine Zone niedrigeren Drucks und niedrigerer
Temperatur überführt; und
die Treibmittel enthaltende Mischung in der Zone niedrigeren Drucks
und niedrigerer Temperatur expandieren lässt, um den länglichen
zellenartigen Körper
herzustellen, worin das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet
ist, dass man:
- – ein Copolymer aus einem Olefin-Monomer
und einem ethylenischen Monomer, das verschieden ist von dem Monomer
des Polyolefins, mit dem Polyolefin schmilzt, um eine Polymermischung
vor dem Schritt des Bildens der Mischung zu bilden, wobei die Menge
des Copolymers im Bereich von 5 bis 25 Gew.-% der Mischung liegt;
- – eine
Menge eines Nukleierungsmittels, die ausreichend ist, um eine Zellenanzahl
größer als
19,7 Zellen/cm (50 Zellen/inch) zu erzeugen, dieser Mischung vor
dem Schritt des Lösens
des Treibmittels zusetzt; und
- – nach
dem Schritt des Lösens
die Treibmittel enthaltende Mischung in eine Haltezone extrudiert;
und
- – die
Haltezone unter Bedingungen, einschließlich Temperatur und Druck
hält, bei
denen die Treibmittel enthaltende Mischung nicht schäumt.
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Die vorliegende Erfindung stellt
darüber
hinaus bereit ein nicht-vernetztes, feinzelliges Schaumprodukt,
das umfaßt:
- – eine
Polymerstruktur, die im wesentlichen aus feinen Zellen zusammengesetzt
ist und eine Zellenanzahl aufweist, die größer ist als 19,7 Zellen/cm
(50 Zellen/inch), wobei die Polymerstruktur eine Mischung aus einem
Polyolefin und einem Copolymer aus einem Olefin-Monomer und einem ethylenischen Monomer
ist, das verschieden ist von dem Monomer des Polyolefins, wobei
die Menge des Copolymers im Bereich von 5 bis 25 Gew.-% der Mischung
liegt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung
wird eine gemischte nicht-vernetzte Polyolefin-Zusammensetzung verwendet, die in ein
geschäumtes
Produkt, vorzugsweise ein geschäumtes
Brett verarbeitet wird, welche ein Polyolefin, ein Copolymer aus
einem Olefin und einem unterschiedlichen ethylenischen Monomer,
eine wirksame Menge einer Fettsäure-Verbindung
als das die Permeabilität
steuernde Mittel, und eine wirksame Menge eines Nukleierungsmittels
umfasst. Das nicht-vernetzte geschäumte Produkt der Erfindung
bietet die Eigenschaften eines vernetzten Schaumprodukts und hat
eine feinere Zellenzahl, die größer ist
als 19,7 Zellen/cm (50 Zellen pro inch) und eine weiche, abriebfeste
Griffigkeit. Das nicht-vernetzte geschäumte Produkt hat die Fähigkeit,
wieder verwertet zu werden, das einem vernetzten geschäumten Produkt
fremd ist. Um die Weichheit des Schaumprodukts zu verbessern, ist
das Copolymer vorzugsweise ein Copolymer aus einem Olefin und einem
Estermonomer. Um die Festigkeit und/oder Steifigkeit des Schaumprodukts
zu verbessern, kann ein ionomeres Harz in die Mischung eingeschlossen
werden. Das Isobutan-Treibmittel ist auch üblicherweise in einer Menge
von 5 bis 30 Teilen zugegen, am besten von 10 bis 20 Teilen, pro
100 Teile der Polymermischungs-Zusammensetzung und zwar während des
Vorgangs/Verfahrens zur Herstellung des Schaums.
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Vorzugsweise ist das Polyolefin Polyethylen.
Vorzugsweise ist das Copolymer ein Ethylenvinylacetat-Copolymer
oder ein Ethylenmethylacrylat-Copolymer. Vorzugsweise ist die Fettsäure-Verbindung
als das die Permeabilität
steuernde Mittel Glycerinmonostearat. Vorzugsweise ist das Nukleirungsmittel
(a) kristallines Siliciumoxid oder (b) Natriumbicarbonat-Citronensäure oder
(c) Talk.
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In der am meisten bevorzugten gemischten
Polymer-Zusammensetzung ist das Polyolefin Polyethylen niedriger
Dichte, ist das Copolymer ein Ethylenmethylacrylat-Copolymer, ist die
Fettsäure-Verbindung
als das die Permeabilität
steuernde Mittel Glycerinmonostearat und ist das Nukleierungsmittel
kristallines Siliciumoxid.
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Die Erfindung schließt auch
ein Verfahren zur Herstellung eines expandierten nichtvernetzten
Polyolefin-Schaums mit niedriger oder hoher Dichte ein, der die
Eigenschaften eines vernetzten Schaumprodukts bietet, mit einer
feineren Zellenzahl, die größer ist
als 19,7 Zellen/cm (50 Zellen/inch) und einer weichen, abriebfesten
Griffigkeit, bei gleichzeitigem Vermögen, wieder verwertet zu werden,
während
dies vernetzte Schäume
nicht sind. Das Verfahren schließt ein die Bildung einer Mischung
aus einem Polyolefin und einem Copolymer aus einem Olefin und einem
unterschiedlichen ethylenischen Monomer, einer wirksamen Menge einer
Fettsäure-Verbindung als das
die Permeabilität
steuernde Mittel, eine wirksame Menge eines Nukleierungsmittels
und eine wirksame Menge eines Isobutan-Treibmittels, die in dem
Polyolefin und dem Copolymer unter Druck gelöst werden. Die Mischung hat
eine Temperatur, bei der die Viskosität der Mischung ausreichend ist,
um das Treibmittel zu halten, wenn man die Mischung expandieren
lässt.
Die Mischung wird in eine Haltezone extrudiert, die bei einer Temperatur
und einem Druck gehalten wird, welche nicht erlauben, dass die resultierende
Mischung schäumt.
Die Extrusion wird durchgeführt
ohne eine Extruderdüse.
Die Haltezone hat eine Auslaß-Düse, die
eine Öffnung
definiert, die sich in eine Zone niedrigeren Drucks öffnet, bei
der die Mischung schäumt.
Ein zu öffnender
Verschluss verschließt
die Düsenöffnung und
in periodischen Abständen wird
der Verschluss geöffnet
und im wesentlichen gleichzeitig damit wird mechanischer Druck durch
einen beweglichen Kolben auf die Mischung aufgebracht, um die Mischung
von der Haltezone durch die Düsenöffnung in
die Zone niedrigeren Drucks auszustoßen, und zwar bei einer Geschwindigkeit,
die größer ist
als diejenige, bei der ein wesentliches Schäumen in der Düsenöffnung stattfindet,
und die geringer ist als diejenige, bei der erhebliche Unregelmäßigkeiten
im Querschnittsbereich oder in der Form auftreten. Man lässt die
ausgestoßene
Mischung uneingeschränkt
in wenigstens eine Dimension expandieren, um einen länglichen,
zellförmigen Körper herzustellen.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren,
das Gebrauch macht von dem Akkumulator-Verfahren, das in dem U.S.-Patent Nr.
4,323,528 beschrieben ist, können
flache, feinzellige, geschlossene Brett-Strukturen hergestellt werden.
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Die Erfindung schließt darüber hinaus
einen expandierten, nicht-vernetzten Polyolefin-Schaum mit niedriger oder hoher Dichte
ein, der eine feinzellige, geschlossene Struktur aufweist, der hergestellt
wird durch das erfindungsgemäße Verfahren.
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Der erfindungsgemäße Schaum ist ein Brett-Schaum
mit Abmessungen von typischerweise 274,3 cm × 61,0 cm × 5,1 cm (oder 7,6 cm) (108
inches × 24
inches × 2
inches (oder 3 inches)). Der erfindungsgemäße Schaum wird vernetzten Bun-Stock-Schaum ersetzen.
Hersteller solcher vernetzter Schäume schließen ein Sentinel, Voltek und
Monarch Rubber Company. Der erfindungsgemäße Schaum ist ein feinzelliges
(microzelluläres)
weiches Material. Der erfindungsgemäße Schaum wird vorzugsweise
hergestellt mit Polyethylen niedriger Dichte, Ethylenvinylacetat
oder Ethylenmethylacrylat, Isobutan-Treibmittel, einer Fettsäure (Glycerinmonostearat),
um den Zerfall der Schaums zu verhindern, und einem Nukleierungsmittel,
beispielsweise kristallinem Siliciumoxid oder Natriumbicarbonat-Citronensäure oder
Talk. Der erfindungsgemäße nicht-vernetzte Schaum
weist vorteilhaft viele der physikalischen Eigenschaften auf, verglichen
mit einem vernetzten Schaum. Jedoch ist der erfindungsgemäße Schaum
im Gegensatz zu vernetztem Schaum wieder verwertbar.
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Die Erfindung schließt einen
nicht-vernetzten Polyolefin-Schaum ein, der die Eigenschaften eines
vernetzten Produktes bieten, mit feinzelliger (microzellulärer) Struktur
mit einer Zellenanzahl, die größer ist
als 19,7 Zellen/cm (50 Zellen/inch) und einer weichen, abriebfesten
Griffigkeit, während
er gleichzeitig das Vermögen
bereitstellt, wieder verwertet zu werden, was für vernetzte Schäume nicht
zutrifft.
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Das geschäumte Produkt wird hergestellt
aus einer Mischung aus einem Polyolefin und einem Copolymer aus
einem Olefin und einem unterschiedlichen (nicht-ionischen) ethylenischen
Monomer.
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Vorzugsweise ist das Polyolefin ein
Ethylen-Homopolymer niedriger Dichte. Vorzugsweise ist das Copolymer
ein Ethylenvinylacetat-Copolymer oder ein Ethylenmethylacrylat-Copolymer.
Die Copolymere sind üblicherweise
weich und haben eine geringe Steifigkeit.
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Beispiele von thermoplastischen Polyolefinen
sind Polyethylene und Polypropylene. Die Polyethylene können sein
HDPE, MDPE, LDPE und LLDPE.
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Beispiele von Ethylen-Copolymeren
sind Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Ethylen-1-Buten-Copolymere, Ethylen-Methylacrylat-Copolymere
und Ethylen-Acrylsäure-Copolymere.
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Die Menge des Polyolefins in der
Polymer-Mischung beträgt
typischerweise 5 bis 95%, vorzugsweise etwa 85%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Polymermischungs-Zusammensetzung (mit Ausnahme des Treibmittels).
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Die Menge des Copolymers aus einem
Olefin und einem unterschiedlichen ethylenischen Monomer in der
Polymer-Mischung beträgt
5 bis 25%, vorzugsweise etwa 12%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Polymerrnischungs-Zusammensetzung (mit Ausnahme des Treibmittels).
In dem Copolymer wird das unterschiedliche ethylenische Monomer
vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 20%, bezogen auf das Gesamtgewicht
des Copolymers, verwendet.
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Um die Weichheit zu verbessern, können Copolymere,
die Ester enthalten, wie beispielsweise Ethylenmethylacrylat (EMA)
oder Ethylenvinylacetat (EVA) der Mischung zugesetzt werden, mit
einem GesamtEstermonomer-Gehalt des Endprodukts (oder der Polymermischungs-Zusammensetzung,
mit Ausnahme des Treibmittels) im Bereich von bis zu 20%, vorzugsweise
etwa 2,4%, damit man das Verfahren am besten steuern kann.
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Die Schmelzindizies für einige
der bevorzugten Bestandteile, die in den erfindungsgemäßen Mischungen
verwendet werden, sind:
| Material | Schmelz-Index (g/10 min) |
| EMA | 2,0 |
| EVA (UE 630) | 1,8 |
| PE | 1,8–2,2 |
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Eine Fettsäure-Verbindung als das die
Permeabilität
steuernde Mittel wird der Polymermischungs-Zusammensetzung zugesetzt,
um die Dimensionsstabilität
in dem Schaumprodukt zu erhöhen.
Bevorzugte Fettsäure-Verbindungen
als die die Permeabilität
steuernden Mittel schließen
Amide und Ester von C12-24-Fettsäuren ein.
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Solche, die Permeabilität steuernde
Mittel werden in den U.S.-Patenten Nrn.: 3,644,230 und 4,214,054 gelehrt.
Bevorzugte einzelne die Permeabilität steuernde Mittel schließen ein
Stearylstearamid, Glycerinmonostearat, Glycerinmonobehenat und Sorbitolmonostearat.
Das am meisten bevorzugte die Permeabilität steuernde Mittel ist Glyerinmonostearat.
Typischerweise werden solche Fettsäure-Verbindungen als die die
Permeabilität
steuernden Mittel eingesetzt in einer Menge im Bereich von 0,1 bis
5 Teilen pro 100 Teile der Polymermischungs-Zusammensetzung (mit
Ausnahme des Treibmittels) oder vorzugsweise etwa 1,5 Gew.-%, bezogen
auf die Polymermischungs-Zusammensetzung
(mit Ausnahme des Treibmittels), um das Zusammenfallen des Schaums
zu verhindern.
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Die Fettsäure-Verbindung als das die
Permeabilität
steuernde Mittel schließt
ein partielle Ester von langkettigen Fettsäuren mit Polyolen, Fettsäureamide
und vollständige
Ester von Fettsäuren.
Einige weitere Beispiele davon sind Glycerindistearat, Glycerylmonobenzoat
und Sorbitanmonooleat.
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Das Nukleierungsmittel wird verwendet,
um die Zellengröße in dem
Schaum zu regulieren. Das Nukleierungsmittel ist vorzugsweise (a)
kristallines Siliciumoxid, oder (b) Natriumbicarbonat-Citronensäure oder
(c) Talk. Das am meisten bevorzugte Nukleierungsmittel ist kristallines
Siliciumoxid und wird typischerweise verwendet in Mengen von 10
bis 25 Gew.-%, am meisten bevorzugt 13 bis 17 Gew.-%, bezogen auf
das Gewicht der Gesamt-Zusammensetzung (mit Ausnahme des Treibmittels).
Die bevorzugten Natriumbicarbonat-Citronensäure-Nukleierungsmittel sind
im Handel erhältlich
unter der Marke Hydrocerol. Die bevorzugte Natriumbicarbonat-Citronensäure ist
Hydrocerol CF-70 oder Hydrocerol CF-40 (Teilchen bzw. Pulver mit
einer Konzentration von 70 oder 40% von Natriumbicarbonat und Citronensäure in einem
Wachs und einer Polyethylen-Basis in Pellet-Form). Das Nukleierungsmittel
wird typischerweise verwendet in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise
0,2 bis 2 Gew.-%, am meisten bevorzugt etwa 0,5 Gew.-%, bezogen
auf das Gewicht der Gesamt-Zusammensetzung (mit Ausnahme des Treibmittels).
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In dem U.S.-Patent Nr.: 4,572,740
(Spalte 3, Zeile 18) wird offenbart, dass das „Hydrocerol"- Nukleierungsmittel
auch ein Treibmittel ist. Die Schmelztemperatur (d. h. ungefähr 105°C (220°F)) der Erfindung
ist beträchtlich
unter der Temperatur in dem U.S.-Patent Nr. 4,572,740. Deshalb ist
das „Hydrocerol"- Nukleierungsmittel
bloß ein
Nukleierungsmittel in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Andere Nukleierungsmittel wie beispielsweise
Ton, Glimmer, Titanoxid, Zinkoxid, Calciumsilicat und Metallsalze
von Fettsäuren
wie beispielsweise Bariumstearat, Zinkstearat und Aluminiumstearat
können
verwendet werden. Die Nukleierungsmittel sind üblicherweise feinteilig und
können
pelletisiert oder verkapselt sein.
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Die Polymermischungs-Zusammensetzung
kann auch bis zu 10%, vorzugsweise etwa 3 %, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Polymermischungs-Zusammensetzung (mit Ausnahme des Treibmittels)
ein ionomeres Harz enthalten. Das ionomere Harz ist ein mit Kationen
initiiertes vernetztes Polymer aus Ethylen und einer Vinylsäure, vorzugsweise
ein mit Zink – oder
Natriumionen initiiertes vernetztes Polymer aus Ethylen und Methaycrylsäure. Ein
Ionomer ist ein thermoplastisches Polymer, das ionisch vernetzt
wird, um Bindungen zwischen den Säuregruppen innerhalb einer
Kette und Nachbarketten zu bilden.
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Die ionomere verbessern die Festigkeit
und/oder die Steifigkeit der microzelluären Schaumbretter. Im allgemeinen
sind ionomere transparent, abriebfest und lösungsmittelbeständig, haben
ausgezeichnete elektrische Eigenschaften und weisen eine außerordentliche
Durchschlags- und Niedertemperatur-Schlagfestigkeit auf. ionomere
Harze sind wieder verwertbar. (Es wird angemerkt, dass das ionomere
Harz kein vernetzendes Mittel ist, im Hinblick auf den Schaum der
Erfindung.).
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Das bevorzugt verwendete Treibmittel
ist Isobutan. Ein oder mehrere herkömmliche oder nützliche Treibmittel
können
verwendet werden. Solche anderen geeigneten flüchtigen Treibmittel schließen ein
Halogenkohlenstoffe wie beispielsweise Fluorkohlenstoffe und Chlorfluorkohlenstoffe;
Halogenkohlenwasserstoffe wie beispielsweise Fluorkohlenwasserstoffe
und Chlorfluorkohlenwasserstoffe wie beispielsweise Dichlortetrafluorethan,
Dichlordifluorethan, Dichlormonofluormethan und Trichlormonofluormethan;
Alkylhalogenide wie beispielsweise Methylchlorid und Ethylchlorid;
Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Alkane oder Alkene; Kohlendioxid,
Stickstoff, Argon und Wasser. Beispiele von nützlichen Alkanen mit 2 bis
9 Kohlenstoffatomen sind Ethan, Propan, Butan, Pentan, Isopentan,
Hexan, Isohexan und Heptan.
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Die erfindungsgemäße Schaumstruktur wird gebildet
durch das Extrusions-Akkumulator-Verfahren, das
in dem U.S.-Patent Nr.: 4,323,528 offenbart ist. Das Verfahren zur
Herstellung eines großformatigen,
länglichen,
thermoplastischen, zellförmigen
Körpers
mit niedriger oder hoher Dichte schließt ein die Bildung einer Mischung
aus einer thermoplastischen Polymer-Copolymer-Mischungs-Zusammensetzung und
dem Isobutan-Treibmittel, das darin gelöst ist, unter Druck und bei
einer Temperatur, bei der die Viskosität der Mischung ausreichend
ist, das Isobutan-Treibmittel
zu halten, wenn man die Mischung expandieren lässt. Die Mischung wird in eine
Haltezone extrudiert unter Bedingungen; die verhindern, dass die
Mischung schäumt.
Die Haltezone hat eine Auslaß-Düsenöffnung,
die sich in eine Zone niedrigeren Drucks und niedrigerer Temperatur öffnet, bei
denen die Mischung schäumt.
Die Auslaß-Düsenöffnung muss
so gestaltet sein, dass sie die Expansion des feinzelligen Schaums
in die geeigneten festgelegten Weiten-Dimensionen ermöglicht.
Ein zu öffnender
Verschluss verschließt
die Düsenöffnung.
In periodischen Abständen
wird der Verschluss geöffnet
und im wesentlichen gleichzeitig wird mechanischer Druck durch einen
beweglichen Kolben auf die Mischung aufgebracht, vorzugsweise während man
die Seiten der Haltezone mit dem Kolben abschabt, um die Mischung
von der Haltezone durch die Düsenöffnung auszustoßen, und
zwar bei einer Geschwindigkeit, die über derjenigen liegt, bei der
ein wesentliches Schäumen
in der Düsenöffnung stattfindet,
und weniger als diejenige, bei der erhebliche Unregelmäßigkeiten
im Querschnittsbereich oder der Form des zellulären Körpers stattfinden, vorzugsweise
4.082 kg/h (9.000 lb/h) bis 4.990 kg/h (11.000 lb/h), am meisten
bevorzugt bei einer Schaum-Ausstoß-Geschwindigkeit von 4.763
kg/h (10.500 lb/h). Die ausgestoßene Mischung lässt man
uneingeschränkt in
wenigstens eine Richtung expandieren, um den länglichen, thermosplastischen,
zellulären
Körper
herzustellen. Die Vorrichtung zur Herstellung länglicher, thermosplastischer,
zellulärer
Körper
schließt
ein: einen Extruder zum Einspeisen einer Mischung der thermoplastischen
Polymermischung und des plastifizierenden Isobutan-Treibmittels
bei einer Temperatur, die geeignet ist zur Herstellung eines zellulären Körpers, wenn
die Mischung einem niedrigeren Druck unterworfen wird, und eine
expansionsfähige
Haltekammer, die die Mischung von dem Extruder aufnimmt und die
Mischung in einem geschmolzenen Zustand bei einem Druck oberhalb von
deren Schäumdruck
hält. Es
gibt eine Kolbenvorrichtung zum Ausstoßen der Mischung aus der Haltekammer,
eine Düse,
die eine Öffnung
aufweist, vorzugsweise in Übereinstimmung
mit der Kolbenvorrichtung, durch die die Mischung von der Haltekammer
bei Betrieb der Kolbenvorrichtung ausgestoßen wird, und eine Verschlusseinrichtung,
die die äußere Oberfläche der
Düse zum
Schließen
berührt
und die Düsenöffnung versiegelt,
während
die Haltekammer gefüllt
wird.
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Die Bedingungen in dem Extruder-Teil
der Extrusions-Akkumulator-Vorrichtung für den erfindungsgemäßen Schaum
sind typischerweise:
| Temperaturen: | Einspeisung/Dosierung: 14°C bis 219°C (300°F bis 425°F), vorzugsweise 160°C bis 205°C (320°F bis 400°F); |
| Kühlung: | 49°C
bis 110°C
(120°F bis
230°F),
vorzugsweise 66°C
bis 82 °C
(150°F bis 180°F); |
| Drücke: | 4,14 bis 13,79 μPa (600 bis 2.000 psi), vorzugsweise
4,48 bis 6,89 μPa
(650 bis 1.000 psi). |
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Die Bedingungen in dem Akkumulator
für den
erfindungsgemäßen Schaum
sind typischerweise:
| Temperaturen: | 88°C
bis 107°C
(190°F bis
225 °F),
vorzugsweise 99°C
bis 105 °C
(210°F bis 221°F); |
| Drücke: | 1,38 bis 6,89 μPa (200 bis 1.000 psi), vorzugsweise
2,76 bis 4,14 μPa
(400 bis 600 psi). |
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Die extrudierten Schaumbretter mit
einer Zellengröße, die
typischerweise in dem Bereich liegt, wie er in der vorliegenden
Erfindung angegeben wird, die durch Extrusion unter Verwendung eines
Extruders mit einer Extrusions-Düse
hergestellt werden, haben im Fall von unvernetztem PE oder PE/EVA
Oberflächenwellen, Furchen,
Wölbungen
und dergleichen. Im Gegensatz dazu haben die nicht-vernetzten PE/EVA-
oder PEBMA-Schaumbretter der vorliegenden Erfindung, die durch das
Extrusions-Akkumulator-System
hergestellt werden, keine Oberflächenwellen,
Furchen oder Wölbungen.
Die Schaumbretter der vorliegenden Erfindung haben glatte, flache Oberflächen. Das
erfindungsgemäße Verfahren
ergibt microzelluläre
oder feinzellige Schaumstrukturen und Bretter mit einer Zellenanzahl,
die üblicherweise
im Bereich von 19,7 bis 47,2 Zellen/cm (50 bis 120 cpi) liegt, und
die Idealerweise größer ist
als 27,6 Zellen/cm (70 cpi). Die erfindungsgemäßen Schaumbretter bestehen
im wesentlichen aus geschlossenen Zellen.
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Das Verfahren und die Polymermischungs-Zusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung sind insbesondere nützlich bei der Herstellung
von Polyolefin-Schaumbrettern,
speziell von Polyethylen-Schaumbrettern. Beispielsweise kann ein
Polyethylen-Schaum niedriger Dichte mit einer Dichte im Bereich
von 19,2 bis 41,7 kg/m3 (1,2 bis 2,6 pcf)
hergestellt werden. Der Schaum hat eine feinzellige geschlossene
Struktur, der mehr als 19,7 Zellen/cm (50 Zellen pro Inch) enthält. Der
Schaum wird zu Schaumbrettern verarbeitet mit fertigen nominellen
Abmessungen von 5,7 cm × 61,0
cm × 274
cm (2¼ inches × 24 inches × 108 inches).
Unter Verwendung des Akkumulator-Verfahrens,
wie es in dem U.S.-Patent Nr. 4,323,528 beschrieben ist, werden derartige
flache geschäumte
Brett-Strukturen hergestellt. Ein weiteres Beispiel ist dasjenige
von Polyethylen-Schaumbrettern niederer Dichte, die dieselben Spezifikationen
wie die vorangehenden Schaumbretter aufweisen, mit der Ausnahme,
dass die fertigen nominellen Abmessungen 8,3 cm × 61 cm × 274 cm (3¼ inches × 24 inches × 108 inches)
sind. Schaumbretter können
in variierenden Breiten und Längen
hergestellt werden. Polyethylen-Schaumbretter hoher Dichte, die
eine Dichte von 64,1 kg/m3 (4 pcf) oder
höher aufweisen,
können durch
das erfindungsgemäße Verfahren
und aus den erfindungsgemäßen Polymermischungs-Zusammensetzungen
hergestellt werden.
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Um die Freisetzung des Isobutan-Treibmittels
von dem ausgestoßenen
thermoplastischen Schaum zu beschleunigen, kann der ausgestoßene thermoplastische
Schaum einer Hitze unterworfen werden, die unterhalb irgendeines
Wertes liegt, der eine nachteilige Wirkung auf den thermoplastischen
Schaum hat, oder kann perforiert werden, um so eine Reihe von engen
Kanälen
in dem und/oder durch den thermoplastischen Schaum zu erzeugen.
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Die erfindungsgemäßen thermoplastischen Schäume sind
wieder verwertbar insofern, als sich die grundlegende chemische
Natur von Thermoplasten als ein Ergebnis des Extrusions-Verfahrens üblicherweise nicht
wesentlich ändert.
Thermoplastische Materialien können
im allgemeinen in eine nutzbare Form wieder aufbereitet und wieder
verwertet werden. Duroplaste gehen eine Vernetzungsreaktion ein,
wenn die Temperatur über
einen bestimmten Punkt angehoben wird. Die Vernetzung bildet ein
dreidimensionales Netzwerk aus, das unversehrt bleibt, wenn die
Temperatur verringert wird. Dies ruft eine irreversible Änderung
in dem Material hervor, und deshalb kann es nicht wie thermoplastische
Materialien wieder verwertet werden.
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Zusammenfassend ist das Produkt ein
Polyolefin-Schaum mit einer Dichte im Bereich von 19,2 bis 144,2
kg/m3 (1,2 bis 9,0 pcf). Die Polyolfin-Schaumbretter
können
eine niedrige Dichte aufweisen, z. B. eine Dichte von 19,2 bis 41,7
kg/m3 (1,2 bis 2,6 pcf), oder eine hohe
Dichte aufweisen, z. B. eine Dichte von 64,1 bis 144,2 kg/m3 (4,0 bis 9,0 pcf). Das Polyolefin ist üblicherweise
Polyethylen niedriger Dichte. Der Schaum wird in eine Brett-Form
verarbeitet, z. B. mit nominellen Abmessungen von 61 cm × 274 cm × 5,1 bis
8,9 cm (24 inches × 108
inches × 2
bis 31/2 inches). Der Schaum hat eine feinzellige Struktur, die
19,7 bis 47,2 Zellen/cm (50 bis 120 Zellen pro inch (cpi)) enthält. Unter
Verwendung des Akkumulator-Verfahrens, das in dem U.S.-Patent Nr.
4,323,528 beschrieben ist, ist man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
in der Lage, eine flache, geschäumte
Brett-Struktur herzustellen. Der Schaum ist nicht-vernetztes thermoplastisches
Material und ist wieder verwertbar, im Gegensatz zu vernetztem Schaum. Ähnlich wie
vernetzter. Schaum ist der erfindungsgemäße Schaum glatt bei Berührung oder
besteht Tests für
Oberflächen-Abriebfestigkeit,
wie dies vorgeschrieben ist für
Verpackung von Oberflächen
der Klasse A. Der erfindungsgemäße Schaum
ist physisch vergleichbar mit einem vernetzten Schaumprodukt mit
einer Wiederverwertbarkeit als einem zusätzlichen Bonus. Der erfindungsgemäße Schaum
kann weiß oder
gefärbt
sein und kann auch Zusatzstoffe enthalten, wie beispielsweise UV-Stabilisatoren,
Antistatik-Mittel, Pigmente und Antioxidantien. Um die Weichheit
zu verbessern, können
Ethylen-Copolymere, die Ester enthalten, wie beispielsweise Ethylenvinylacetat
(EVA) oder Ethylenmethylacrylat (EMA) dem LDPE zugesetzt werden.
Der Gesamt-Estermonomer-Gehalt des Endprodukts (mit Ausnahme des
Treibmittels) liegt im Bereich von 0,1 bis 10 (oder 20) Prozent.
Um die Steifigkeit des Ester-modifizierten Schaums zu verbessern,
kann ein Ionomer-Harz im Bereich von bis zu 5% (z. B. 0,01 bis 5 (oder
10) Prozent) zugesetzt werden. Der erfindungsgemäße Schaum wird vorzugsweise
mit einem kristallinen Siliciumoxid als Nukleierungsmittel oder
einem Natriumbicarbonat-Nukleierungsmittel oder einem Talk-Nukleierungsmittel
und Isobutan als das einzige Treibmittel hergestellt. Glycerinmonostearat
(am meisten bevorzugt) oder eine ähnliche Fettsäure-Verbindung
kann verwendet werden als das die Permeabilität steuernde Mittel.
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Ein Vergleich der vernetzten Schaum-Materialien
des Standes der Technik mit den erfindungsgemäßen nicht-vernetzten Schaum-Materialien
ist wie folgt:
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