CN100540261C - 发泡树脂的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发泡树脂的制造方法，其包含下列步骤：(a)提供一含浸槽与一发泡空闲，所述含浸槽具有一出口和一开关，可控制以使得含浸槽的反应物释放到所述发泡空间中；(b)于所述含浸槽中置入聚烯烃树脂粒和发泡剂，并进行含浸，其中所述发泡剂包含压力为从40公斤/平方厘米到150公斤/平方厘米及温度为从100℃到160℃下的二氧化碳超临界流体；及(c)以从0.1秒/次到1分锺/次将步骤(b)中含浸槽内的反应物经由出口释放到具常压的发泡空间中，以完成发泡。
Description
技术领域
本发明涉及一种发泡树脂的制备方法。
背景技术
发泡树脂大量运用于建筑材料、隔音材料、隔热材料、填充材料和包装材料中，而为塑料产业中一项重要产品。
目前发泡树脂将树脂材料直接押出或与硼砂或硼酸钙的发泡助剂混合后再押出切粒，于包含分散剂、发泡剂及界面活性剂的分散介质(如水)中含浸，并于温度约100℃到160℃及压力约15到40公斤/平方厘米G下含浸，经释压完成发泡：其中树脂材料包含聚丙烯均聚物、乙烯/丙烯共聚物、α-烯烃/丙烯共聚物及其混合物；分散介质中的分散剂包含高岭土、碳酸钙、氧化铝等无机粉末；发泡剂包含二氯二氟甲烷、干冰、氮气、空气、异丁烷、正丁烷、正戊烷和丙烷；界面活性剂主要为十二烷基苯磺酸钠。如于中华民国专利第79403、171419、172735、35316、401345和424103号及申请第6711654号、美国专利第6,313,184号与日本专利第58-136634、58-136633、58-136631、59-155443、59-142231、59-067022、59-176336、60-049040、60-090228、60-110734、61-002741、62-018438、64-038447、02-263843、03-215793、04-122742、06-240041、07-228721、08-067760、08-092408、08-183873、08-259724、10-045938、10-219019、10-316791、11-209502、2000-044717、2000-198872、2000-319437及2000-327826号所揭示。
发泡剂的使用为制造发泡树脂的一重要的关键，以将空气充填入树脂原料。业界通常以有机化合物作为发泡剂，但由于有机化合物具有毒性，于制造时容易造成环境的负担，且多余未反应的有机化合物不容易被处理，又由于部分发泡剂十分易燃，因而发展出以氮气、空气或二氧化碳等气醴作为发泡剂的制造方法，然而由于气体的发泡效果并不好，通常另需于押出切粒造粒时一并加入如硼砂或硼酸钙的发泡助剂。再者，为使发泡树脂的原料能充分发泡，除发泡剂外，另需于树脂原料中添加入分散剂、发泡助剂、界面活性剂、晶核剂和分散介质，其配方复杂，变化的因素难以控制，容易造成发泡破裂、发泡不完全、发泡结块及发泡倍率未达规格等状况。
再者，目前的发泡树脂的制造方法是于一反应槽中同时进行含浸与发泡，因而需预留发泡的空间，于反应槽中仅可容相当小体积的包含树脂、分散介质、发泡剂和其他助剂的反应物以进行反应，同时又由于升压、降压、升温、降温都于同一反应槽进行，需耗费极长时间。整体而言，常用的制造方法效率较低，无法扩大产量。
发明内容
发明概述
本发明的目的在于提供一种发泡树脂的制造方法，其包含下列步骤：
(a)提供一含浸槽与一发泡空间，所述含浸槽具有一出口和一开关，可控制以使得含浸槽的反应物释放到所述发泡空间中；
(b)于所述含浸槽中置入聚烯烃树脂粒和发泡剂，并进行含浸，其中所述发泡剂包含压力为从40公斤/平方厘米到150公斤/平方厘米及温度为从100℃到160℃下的二氧化碳超临界流体；及
(c)以从0.1秒/次到1分锺/次将步骤(b)中含浸槽内的反应物经由出口释放到具常压的发泡空间中，以完成发泡。
发明详细说明
本发明的目的在于提供一种发泡树脂的制造方法，其包含下列步骤：
(a)提供一含浸槽与一发泡空间，所述含浸槽具有一出口和一开关，可控制以使得含浸槽的反应物释放到所述发泡空间中：
(b)于所述含浸槽中置入聚烯烃树脂粒和发泡剂，并进行含浸，其中所述发泡剂包含压力为从40公斤/平方厘米到150公斤/平方厘米及温度为从100℃到1060℃下的二氧化碳超临界流体；及
(c)以从0.1秒/次到1分锺/次将步骤(b)中含浸槽内的反应物经由出口释放到具常压的发泡空间中，以完成发泡。
本发明的含浸与发泡过程分别在一含浸槽与一发泡空间中进行。
根据本发明的含浸槽可为一般进行树脂发泡的反应槽，其可承受含浸时的高温、高压和温度与压力的变化；优选地，所述含浸槽包含一温度控制器与一压力控制器，可检知并调整含浸槽内的温度和压力。另一方面，所述含浸槽优选地
具有一搅拌器以可使反应物均匀反应。
根据本发明的发泡空间为一具有常压的空间。于一具体实施例中，其为一发泡槽。所述发泡空间可承接由含浸槽所释放的反应物，并于所述发泡空间中进行发泡；优选地，所述发泡槽具有一滤网，可去除发泡剂，而留存发泡树脂。优选地，所述发泡槽具有一具有不同网目的篮网，而可应用于依尺寸筛选成品。
根据本发明的方法可通用于各式聚烯烃发泡树脂的制造。所述聚烯烃发泡树脂优选包含聚丙烯发泡树脂、聚乙烯发泡树脂和聚丙烯-聚乙烯共聚发泡树脂。所述聚丙烯可为单聚物或随机式共聚物高分子结构。所述聚丙烯和聚乙烯共聚物可具有数个共聚物高分子结构，且所述共聚物高分子结构内至少具有单数或复数共聚物高分子结构。于本发明的一具体实施例中，聚丙烯-聚乙烯共聚发泡树脂中聚丙烯与聚乙烯的重量比例为从80∶20到99∶1；其中优选为85∶15或95∶5。
根据本发明的发泡树脂材料可视需要添加抗静电材料，以提供抗静电的效果，又可大幅增加附加价值。抗静电材料是利用混合造粒添加于树脂材料内，而可制得表面外层可提供抗静电效果的树脂。一般而言，抗静电材料的体积电阻系数为从109欧姆·厘米到1012欧姆·厘米，其中优选为1010欧姆·厘米到1011欧姆·厘米。其含量优选为1重量百分比到5重量百分比；更优选为2重量百分比到3重量百分比。
根据本发明，发泡后的粒经大小由步骤(a)中树脂粒控制。于本发明的一优选具体实施例中，步骤(a)的树脂粒是将树脂原料押出造粒而得。如树脂是共聚树脂，则将不同树脂原料混合押出造粒。押出造粒的温度优选为从160℃到250℃；更优选为从180℃到230℃。
本发明的一个特征在于使用二氧化碳超临界流体作为发泡剂，并利用物理压力控制原理，顺利完成发泡，而非使用有机发泡剂。优选地，发泡剂与树脂粒的比例为从1∶2到1∶3。
由于二氧化碳超临界流体具有低超临界压力和低超临界温度，而可有效且以低能源成本完成发泡。根据本发明，加热到临界点的二氧化碳因加热时气体膨胀，使反应器内的压力增加，而使树脂材料的温度达到软化点。此外，超临界流体具有极好的超临界流体扩散效应，可于共聚合物材料内均匀含浸气体。当瞬间泄压时，二氧化碳超临界流体快速冷却固化气泡而包于树脂材料内，达到发泡效果。根据本发明的发泡剂具有发泡效果好且均匀的优点，其发泡倍率可达到50倍以上，而没有常用发泡剂的结块、未完全发泡、高危险性、高污染性的缺点，且所使用的超临界流体的扩散效果好。
根据本发明发泡剂的压力为从40公斤/平方厘米到150公斤/平方厘米；优选为从100公斤/平方厘米到150公斤/平方厘米；温度为从100℃到160℃；优选为从120℃到130℃。
另一方面，含浸的时间足够使树脂原料达到软化点，并通过超临界流体的扩散效应均匀含浸气体于共聚合物材料内，其与含浸的温度和压力相关。一般而言，反应时间为从40分锺到120分锺；优选为从60分锺到100分锺。
于本发明之一较佳具体实施例中，步骤(b)中另包含将一含浸液置入含浸槽中，其中该含浸液系为具有可溶解发泡剂特性之液体。根据本发明的含浸液不限于任何特定的物质，只要其具有可溶解发泡剂特性即可。由于含浸液的提供，可使发泡剂的二氧化碳于含浸液中充分溶解，甚至达饱和溶解度，而使发泡剂可充分含浸于树脂粒中，以辅助发泡。优选地，含浸液的密度小于树脂粒，因而当含浸时，树脂粒可沉到含浸液的底部，而使得之后的释放步骤可顺利进行。再一方面，于发泡空间发泡时，所述含浸液又具有降温的功能，而可控制发泡状态。
于一具体实施例中，所述含浸液为水、醇或烷，且优选地发泡剂与含浸液的含量为4.5∶0.5到3.5∶1.5；更优选为4∶1。
根据本发明的方法，步骤(c)是通过将具高温高压的反应物释放到常温常压的发泡空间，以将二氧化碳超临界流体快速冷却固化成气泡，而包于树脂材料内，达到发泡的效果。释放的条件是通过开关控制为从1秒/次到3秒/次；优选为从1秒/次到1.5秒/次。
本发明的再一特征在于将含浸与发泡分别于含浸槽与发泡空间中进行。由于含浸槽中无需预留发泡的空间，因而可容纳的反应物体积与常规技术相比大幅增加。再者，发泡过程中的降压和降温是于发泡空间中进行，当反应物从含浸槽释放到发泡空间后，即可于含浸槽中再度进料，再度进行下一批反应，因而本发明的方法又具有提高生产效率、提高产能、缩短生产时程的优点。
由于不同尺寸的发泡树脂适合于不同的应用，本发明可另外包含步骤(d)依尺寸分级发泡树脂。优选地，其为以震动过滤法分级。
现以下列实例详细说明本发明，但并不意味本发明仅局限于这些实例所揭示的内容。
附图说明
图1为根据实例2所制得发泡树脂的扫瞄式电子显微镜100倍率的观察图。
图2为根据实例3所制得发泡树脂的扫瞄式电子显微镜100倍率的观察图。
图3为根据实例6所制得发泡树脂的微差扫瞄卡计图谱。
具体实施方式
实例1：
使用500克聚丙烯共聚物作为树脂材料，并使用2,500毫升的二氧化碳超临界流体，其中聚丙烯共聚物的平均重量分子量为Mn126200，平均体积分子量为Mw548016、MP274810和Mz1486863，且多散性指数(polydispersityindex，PI)为4.342453，熔点136±5℃，结晶温度91.7℃。
将树脂材料以押出造粒为1厘米×1厘米的颗粒，并与二氧化碳超临界流体于温度120℃和压力100公斤/平方厘米下含浸反应。待充分反应后，以1秒/次速率急速泄压3秒，可制得发泡倍率为20的发泡树脂。
实例2：
使用500克如实例1的聚丙烯共聚物作为树脂材料，并使用2,500毫升的二氧化碳超临界流体。
将树脂材料以押出造粒为1厘米×1.5厘米的颗粒，并与二氧化碳超临界流体于温度120℃及压力115公斤/平方厘米下含浸反应。待充分反应后，以1秒/次速率急速泄压3秒，可制得发泡倍率为30的发泡树脂。其所制得发泡树脂的扫瞄式电子显微镜100倍率的观察图展示于图1。
实例3：
使用500克如实例1的聚丙烯共聚物作为树脂材料，并使用2,500毫升的二氧化碳超临界流体。
将树脂材料以押出造粒为1厘米×2厘米的颗粒，并与二氧化碳超临界流体于温度130℃及压力120公斤/平方厘米下含浸反应。待充分反应后，以1秒/次速率急速泄压3秒，可制得发泡倍率为40的发泡树脂。其所制得发泡树脂的扫瞄式电子显微镜100倍率的观察图展示于图2。
实例4：
使用500克如实例1的聚丙烯共聚物作为树脂材料，并使用2,500毫升的二氧化碳超临界流体。
将树脂材料以押出造粒为1厘米×2.5厘米的颗粒，并与二氧化碳超临界流体于温度130℃及压力150公斤/平方厘米下含浸反应。待充分反应后，以1秒/次速率急速泄压3秒，可制得发泡倍率为45的发泡树脂。
实例5：
使用500克如实例1的聚丙烯共聚物作为树脂材料，并使用2,500毫升的二氧化碳超临界流体。
将树脂材料以押出造粒为1厘米×3厘米的颗粒，并与二氧化碳超临界流体于温度130℃及压力150公斤/平方厘米下含浸反应。待充分反应后，以1秒/次速率急速泄压3秒，可制得发泡倍率为50的发泡树脂。
实例6：
使用4.75克如实例1的聚丙烯及0.25克聚乙烯作为树脂材料，韭与50mL水置入150mL的高压釜中，再添加使用100毫升的二氧化碳超临界流体。
将树脂材料以押出造粒为1厘米×3厘米的颗粒，并与二氧化碳超临界流体于温度130℃及压力150公斤/平方厘米下含浸反应。待充分反应后，以1秒/次速率急速泄压3秒，所得的发泡树脂以微差扫瞄卡计(DSC)测试其热性质，扫瞄速率为10℃/min，其结果展示于图3，且以TA分析软体分析的热性质参数示于表1：
表1
此发泡树脂于第二次升温扫瞄时并没有观察到双重熔融现象，且两次升温扫瞄所得的熔融峰位置相近。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非限制本发明。所属领域技术人员对上述实施例所做的修改及变化仍不违背本发明的精神。本发明的权利范围应如前述的权利要求书所列。
Claims (22)
1.一种发泡树脂的制造方法，其包含下列步骤：
a提供一含浸槽与一发泡空间，所述含浸槽具有一出口和一开关，可使含浸槽的反应物释放到所述发泡空间中；
b于所述含浸槽中置入聚烯烃树脂粒和发泡剂，并进行含浸，其中所述发泡剂包含压力为从40公斤/平方厘米到150公斤/平方厘米及温度为从100℃到160℃下的二氧化碳超临界流体；及
c以从0.1秒/次到1分锺/次将步骤b中含浸槽内的反应物经由出口释放到具常压的发泡空间中，以完成发泡。
2.根据权利要求1所述的方法，其中含浸槽包含一温度控制器和一压力控制器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述发泡空间为一发泡槽。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述发泡槽具有一滤网，可去除含浸液和发泡剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其中聚烯烃发泡树脂包含聚丙烯发泡树脂、聚乙烯发泡树脂和聚丙烯-聚乙烯共聚发泡树脂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中聚丙烯-聚乙烯共聚发泡树脂中聚丙烯与聚乙烯的重量比例为从80∶20到99∶1。
7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a的树脂粒是将树脂原料押出造粒而得。
8.根据权利要求7所述的方法，其中押出造粒的温度为从160℃到250℃。
9.根据权利要求8所述的方法，其中押出造粒的温度为从180℃到230℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其中发泡剂的压力为从100公斤/平方厘米到150公斤/平方厘米。
11.根据权利要求1所述的方法，其中发泡剂的温度为从120℃到130℃。
12.根据权利要求1所述的方法，其中发泡剂与树脂粒的比例为从1∶2到1∶3。
13.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b中在所述含浸槽内另置入一含浸液，其中该含浸液系为具有可溶解发泡剂特性之液体。
14.根据权利要求13所述的方法，其中含浸液的密度小于树脂粒的密度。
15.根据权利要求13所述的方法，其中含浸液选自由水、醇和烷所组成的群组。
16.根据权利要求13所述的方法，其中发泡剂与含浸液的含量比为4.5∶0.5到3.5∶1.5。
17.根据权利要求16所述的方法，其中发泡剂与含浸液的含量比为4∶1。
18.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b的含浸时间为从40分锺到120分锺。
19.根据权利要求18所述的方法，其中步骤b的含浸时间为从60分锺到100分锺。
20.根据权利要求1所述的方法，其中以从1秒/次到1.5秒/次将步骤c中含浸槽内的反应物经由出口释放到具有常压的发泡空间中。
21.根据权利要求1所述的方法，其另外包含步骤d依尺寸分级发泡树脂。
22.根据权利要求21所述的方法，其以震动过滤法分级。
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