CN1037159A - 生产低密度泡沫聚乙烯的工艺 - Google Patents

Abstract

一种具有超级浮力和耐热特性的发泡和泡沫低 密度聚乙烯片材或管材。该片材或管材通过包括低 密度的聚乙烯和发泡剂，表面活性剂并最好与分离剂 的混合，在不同的温度加热该混合物先是熔融该混合 物，然后气化该发泡剂以使聚乙烯气孔发泡，冷却该 熔融物料部分硬化和收缩该膨胀的气孔，加入第二气 体发泡剂使气孔进一步发泡，切割、挤压并冷却该发 泡的物料，冷却的物料形成片材或管材，最后该片材 或管材至少冷却24小时。作为例子，该浮升、耐热、 拒水和抗湿的片材或管材产物，可用于包括运动、商 业和军事服装和其它有关装备的覆层材料的衬里。

Description

在各种状况下，浮升、抗寒以及防水性的覆层材料是非常需要的。用具有所有这些性能的制服外套配备的军事人员，将发现它们的优越性，例如：在不平的地带、不利的条件下，由于士兵的衣服具有抗寒，保护穿着者抵抗自然环境以及同样地由于它的浮升和防水性能顺利地穿越江河或涉过小溪使士兵的灵活性得到加强。当在一切可能的未预料情况下穿越江河、遭遇洪水或抗寒时，爬山者和步行者将发现这种外衣同样的优点。为了获得它们的最大的用途，这种外衣不仅必须具有这些性能，而且它们也必须是舒适的而不笨重或累赘的。

水上运动同样急切要找到这样的特殊优点的包皮。对许多活动，事实上具有浮升、抗寒和防水性能的覆层将是理想的并获得巨大的用途。

业已知道，用泡沫材料提供的许多覆层用作热绝缘体。由此，美国专利2，976，539揭示了一种具有发泡的、闭孔的多孔状材料的热绝缘覆层，用作衬里以聚氯乙烯为好。该覆层厚和笨重的，并不具备支持在水中的人的重量的足够的浮力。同样，美国专利3，511，743揭示了作为空间和潜水衣服的一种热绝缘体夹层材料，夹层材料的芯层是开孔的或是闭孔的海棉或泡沫体。一种不透性的橡胶或塑料面层是必须的。这种夹层材料给出中等的灵活机动性，但是仍是十分笨重的并不具有作为救生用具的足够的浮力。

业已建议泡沫聚乙烯作为绝缘体或救生衣和外套的填充物。美国专利3，067，147建议一种低密度聚乙烯泡沫用作此目的，它是以1，2-二氯四氟乙烷作为该工艺的发泡剂。聚乙烯和发泡剂在压力下加热，并挤压，在大气中膨胀形成发泡的海绵状物料。在实际应用时，该产品是体积庞大和笨重的。同样，美国专利3，819，543揭示了一种模塑的氯代的交联的泡沫聚乙烯，用作生产浮具和衣服的衬里。各种已知的发泡和交联剂被建议用在该发明中，该模塑产品是厚的和笨重的。

除了这些进展外，仍旧需要一种薄的、轻质的材料用作覆层的衬里和户外装备，它具有超级浮力、抗寒和耐水的综合性能，而不妨害穿着者的灵活性。

本发明的目的是通过提供一种具有超级浮力和耐热特性的发泡的低密度泡沫聚乙烯以克服上述提到的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种生产具有超级浮力和耐热特性的发泡的低密度泡沫聚乙烯的方法。

本发明的又一个目的是提供一种薄的和轻质的用作覆层和运动、商业、军事和其它有关装备的衬里，它既不笨重也不累赘，而是超级浮力和耐热特性二者两结合的。

根据本发明的这些和其它目的，通过包括与发泡剂、表面活性剂以及分离剂混合的低密度聚乙烯，加热所得的混合物形成软化的物料，升高软化物料的温度使发泡剂气化，用以造成聚乙烯发泡和气孔膨胀，降低发泡和膨胀的聚乙烯的温度，得以部份收缩和硬化聚乙烯气孔，在聚乙烯物料内导入气体发泡剂导致附加的发泡和聚乙烯气孔的膨胀，冷却物料至适合的切割温度，挤压该物料切割并加热物料至适合挤出的温度，挤出该物料，物料形成片材或管材，室温下冷却该片材或管材24小时，形成具有超级浮力和耐热特性的低密度聚乙烯片材或管材。

本发明进一步包括根据本发明的工艺生产的发泡的和膨胀的低密度聚乙烯片材或管材。

本发明进一步包括一种结合有厚度范围从约0.5毫米至1毫米的衬里的覆层以及其浮力为约300克衬里将保持大约130公斤重量的浮力。

根据本发明在较佳具体实施例中，偶氮二羰酰胺为发泡剂、氧化锌为表面活性剂、碳化锌（ZnC）为分离剂、氟里昂为气体发泡剂以及形成的发泡的和膨胀的低密度聚乙烯片材用作需要浮升、拒水和耐热特性的覆层的衬里。

为了更好理解本发明，将通过以下较佳具体实施例的给予详细说明。

根据本发明，通过传统的工艺制备的一种低密度聚乙烯，例如在一料斗中，和第一发泡剂、表面活性剂以及较佳地和一种分离剂混合以形成一种干燥的混合物。该干的混合物送入一密闭的热烘道，在烘道中通过一系列的不同的温度阶段。在热烘道中可以用通常的热电偶控制箱保持每一工艺阶段特殊的所需温度。

该混合物用通常的盘管式或螺杆输送通过热烘道的第一部份。在热烘道的进入端的一个压缩箱提供压缩空气以帮助该混合物通过热烘道。

在热烘道的第一阶段，例如，该混合物被加热至约170℃以形成熔融和软化的聚乙烯物料。在热烘道的第二阶段，该熔融物料的加热温度，取决于发泡剂气化的温度，以充分气化该发泡剂和进一步熔融该物料，该发泡剂和空气开始穿透熔融的低密度聚乙烯物料的气孔以及使气孔发生胀大。一定的发泡剂气化释放氮气和一氧化碳，一氧化碳反应形成二氧化碳。该二氧化碳然后穿透低密度聚乙烯的气孔，由于气孔的起泡和膨胀，即：发泡。

在热烘道的第三阶段，该发泡的聚乙烯的处理温度，作为例子，约在150℃以部份收缩和硬化该物料的膨胀的气孔。

低密度聚乙烯（LDPE）在本文中是已知的以及其密度范围自约10至40磅/英尺³以及其对水的比重约在0.910至0.925，这里水的比重为1。较高密度的聚乙烯不适宜用于本发明。

合适的一开始和低密度聚乙烯混合的发泡剂，较佳地呈粉状形式，它包括偶氮二羰酰胺（商业上可买到的气化温度约195℃的CelogenAZ    Kempore），N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺（商业上可买到的气化温度约195℃的Unicel    NDX）以及4，4′-二磺酰肼二苯醚（商业上可买到的气化温度约150℃的Celogen    OT）。发泡剂加入的数量基本上约为聚乙烯重量的1%。实际上发泡剂的数量大于1%对于本发明的目的是没有用处的，因为将发生聚乙烯气孔的过度膨胀。同样，实际上发泡剂的数量小于1%作为本发明目的的气孔的充分膨胀将是达不到的。

偶氮二羰酰胺是较佳的初始发泡剂，特别是在制作覆层、睡袋和其它物件防损的衬里或直接使用时。由于最后的产品是不玷色的以及发泡产生最大数量的气体，所以它是无嗅、无毒的。比较上，偶氮二羰酰胺每克固体约产生220毫升气体，而4，4′-二磺酰肼二苯醚仅130毫升/克以及N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺为210毫升/克。

开始和低密度聚乙烯混合的合适的表面活性剂，最好呈粉状形式，包括氧化锌、氧化钙以及碳酸钙。该表面活性剂加入的数量范围约为聚取烯的0.1至0.2%。

该表面活性剂呈现某些重要的功能。首先，它活化发泡过程并防止在发泡期间低密度聚乙烯气孔的太快的膨胀。第二，保持在发泡期间低于热烘道的温度。例如：当用偶氮二羰酰胺作为发泡剂时，表面活性剂帮助在热烘道的第三阶段保持在约150℃的温度。没有这种活性剂，气化的发泡剂将使温度升到约196℃的温度，造成过量的发泡却是本发明所不期望的。

在初始混合阶段加入分离剂是较佳的，但不是必不可少的。一种低密度聚乙烯作初始混合的分离剂为ZnC。这种分离剂最好以粉状加入，加入的目的以防止LDPE粘住螺管或加热烘道的壁。分离剂加入的数量基本上约为聚乙烯重量的0.3%。

在热烘道的第四阶段，导入聚乙烯物料的气体发泡剂旨在使物料成为气孔膨张成第二相，以及使物料的气孔强化，第二个发泡剂的导入的压力约在35公斤/平方厘米。

较佳的气体发泡剂为氟里昂。已知的商品为二氯氟代甲烷、虽然也可以使用液状的石油气（LPG）或氟里昂和液体石油气的混合物。其它合适的气体发泡剂包括一氯二氟甲烷和二氯二氟甲烷。用LPG的优点是它的价廉，虽然它具有潜在的毒性效应。另外，在用于制作覆层衬里、睡袋等的泡沫聚乙烯，最好使用不具有潜在毒性效应的发泡剂。

在导入气体发泡剂和聚乙烯物料附加膨胀后，该物料进入约100℃的热烘道的第五阶段，在此处物料开始冷却。约于100℃温度处理制备的物料是为了正常和有效地切割。这样完成加热和发泡过程。

在通过热烘道的第一至第五阶段约自30分钟至一小时完成，每一阶段保持大致相同的时间。

发泡的物料继续通过热烘道的没有任何螺管或螺杆的第二部份。

在热烘道的第二部份切割所需尺寸的发泡的物料，例如：通过通用的切割刀。该发泡的物料仍处于软化状态。自然，切割的尺寸取决于所要求的最后的片材或管材的尺寸。

该切割的、发泡的物料接着经受热烘道105℃的温度并挤压通过模口和芯棒道进入自由膨胀区以及在室温和大气压下的冷却区。该物料的温度在切割后必须稍稍的升高因为约在100℃的温度太冷不适宜挤压。挤压后，发泡的聚乙烯物料在大气中自然膨胀而非爆裂，并于室温经短时间的冷却，如：几秒钟。冷的聚乙烯物料，然后通过通常的方法形成片材或管材，相应的厚度或直径，取决于产品的所需的最后用途。

片材或管材然后可以卷在辊上，然后于室温（20℃至30℃，较佳为25℃）冷却至少24小时。该片材或管材经过二个阶段的24小时冷却周期。最初，当截留的发泡剂和空气从气泡中失去，发泡物料的气孔塌陷，接着在24小时的周期里，空气重新渗入该气孔而使它们膨胀成中间状态。

该最后产品是一种低密度聚乙烯的包含无数充有空气的小气孔形成闭孔的网状物。最后产品的重量相当于初始的低密度聚乙烯的重量，例如：25公斤的低密度聚乙烯得到25公斤的成品片材。

于是，本发明提供一种发泡的结构式为

CH₂-CH₂

具有重量范围为12克/平方码至21克/平方码，片材厚度范围从约0.5毫米至1毫米的低密度泡沫片材或管材。该片材特征是具有超级浮力和耐热性能。例如：300克的成品可以浮起大于130公斤的重量。该成品对水的比重约0.4至0.55（当认为水的比重为1时）。另外，该低密度发泡的或泡沫聚乙烯的片材或管材是御寒、拒水和防潮的。

本发明的发泡的泡沫低密度聚乙烯可以形成任何厚度的片材，但较佳的厚度范围从约0.5毫米至5毫米。用作覆层，片材的厚度应不小于0.5毫米、不大于1毫米。

片材的厚度再小于0.5毫米用在本发明中实际上不能提供足够的浮力。反之，片材的厚度大于1毫米并不适用于本发明的外衣中，因为用它们制成的外衣会不舒服。当用按照本发明的低密度聚乙烯作帐蓬、睡袋、毯子以及类似的装备，厚度用约至5毫米，可制成适宜和舒适的装备。

在混合阶段，可以加入合适数量的普通的添加剂，以引入最后成品的附加特性，诸如：锡类的防炎或阻燃剂。这些普通的添加剂仅略微增加最后成品的重量，而并不明显影响最后成品的浮力或耐热特性。例示的添加剂包括约0.1至0.2%（重量）的聚乙烯交联剂，诸如：偶氮二甲酰胺（ABFA）或过氧化二异丙苯，它们可以粉状加入，以提高最后产品的抗撕裂性能，同样可以加入0.1%的紫外吸收剂以防止褪色。然后，发泡的和泡沫聚乙烯形成片材，或与片材成形步骤同时做成后，该聚乙烯可以夹在诸如：尼龙、乙烯基塑料、纱布、薄纤维或任何材料包覆的相对两片材料中间的夹层材料。由于聚乙烯在此点，仍呈稍微软化状态，该夹层材料稍微对聚乙烯粘结。更重要的是夹层在此点适于覆盖于聚乙烯上的材料的缝制，同样适于最后成品的切割或运输。另外，这种面层材料延长片材的寿命。

根据本发明生产的低密度泡沫聚乙烯的储藏不需要特殊的条件，从产品的拒水和抗潮性能的观点，甚至在最后的24小时冷却周期期间。

另外，本方法没有聚乙烯的废料。例如：10克的低密度聚乙烯起始原料按本发明生产得到10克的发泡的泡沫低密度聚乙烯。

按本发明生产的聚乙烯管件的直径随最终的用途而改变。该挤出的管材可以是实心的或空心的，并发现可提供船舶周围浮体材料的特殊用途。

以下的实施例说明本发明的原理。然而，它并不是限定本发明的范围。

实施例

25公斤的低密度聚乙烯在料斗中与250克偶氮二羰酰胺、40克氧化锌以及75克ZnC混合。该混合物进入包含螺线螺杆的热烘道，用螺线螺杆将馈入幕旌衔锿ü娴馈４右谎顾跸溲谷肟掌园镏透没旌衔铩８没旌衔镌诤娴赖牡谝唤锥渭尤戎?70℃熔融。熔融的物料进入烘道的第二阶段，保持200℃的温度，此处该偶氮二羰酰胺气化并渗入聚乙烯气孔及使其发泡。为了冷却物料，该物料进入温度在150℃第三阶段，在此处该气孔稍微硬化并收缩。然后于35公斤/平方厘米压力下导入氟里昂以进一步膨胀和发泡该物料。然后该物料的温度略低于100℃以适合切割该物料。该物料用切刀切割，切割的物料跟着下一批通过烘道。物料的温度升至105℃以适合该物料的挤压。该物料被挤压入室温下的环境压力中。膨胀发生，但并不爆裂。挤压出的物料冷却几秒钟，然后通过压辊形成1毫米的厚度。该连续的片材通过4压辊成形并在25℃贮藏24小时。该最后的成品是4压辊的膨胀的和发泡的聚乙烯，具有1毫米的厚度，以300米压辊，重量为21克/平方码，热传导系数为6.70瓦/平方米·C以及热传导为52.5%（ASTMD1518）和水吸收为9.1×10^-4磅/英尺（BS3595-1969）。300克成品片材保持大于130公斤体重的浮力。

本发明的发泡的和泡沫低密度聚乙烯找到众多的用途如作为覆层的衬里、睡袋、毯在、垫子和体育用品和娱乐装备诸如：帐蓬、袋子、背袋、筏和座椅以及其它的诸如此类。由于本发明的低密度聚乙烯产品结合了超级浮力和耐热的双重性质，省去了在水上遇险时的附加的救生圈。一种结合本发明的衬里的单独的覆层材料用作常用飘浮和急救的抵抗自然环境的耐热外套和飘浮装置。更进一步，本发明提供一种轻质和薄的覆层材料用作上述目的，它是舒服的并不是累赘的，于是改善了使用者的享受以及安全性。

本发明提供一种衬里和覆层材料，它们甚至在老化或有划痕时，仍保持它的浮力和浮飘性能。同样，提供的具有浮升性能的毯子或睡袋也可以作为附加的浮飘装置。作为例子，滑水者所用的笨重的安全背心，可以用薄和轻的安全背心代替，于是，在娱乐运动中，提高了安全性和灵活性。

传统的打猎、钩鱼、野营和军事服装和装备可以用本发明戏剧性地改进，作为例子，单层的外衣在郊外可以穿在身上，具有隔热性，以及在从突然落入的江河涉水到所需的小河意外浮飘情况下可立刻使用。本发明用于军队制服、茄克衫和雨披扩展了在战斗状态士兵的能力。本发明的聚乙烯产品也可以用于热的绝缘，例如：军事无线电装备以及诸如此类。

本发明已经在说明书和较佳的具体实施例中作了详细阐述，但并不是限制本发明，在本领域的普通技术人员在本发明的精神和范围内将对本发明可以作出许多改进，而本发明的权利要求在权利要求书中体现。

Claims (18)

1、一种生产具有超级浮力、抗寒和拒水的低密度聚乙烯片材或管材的方法，其特征在于：

1).混合低密度的聚乙烯、发泡剂和表面活性剂；

2).在一密闭的容器中处理所得的混合物，约30分钟至约1小时，所述的处理，包括加热所得的混合物，于第一个温度充分熔融和软化该低密度聚乙烯，加热熔融和软化的混合物于第二个温度，充分气化所述的发泡剂，于是该气化的发泡剂渗入低密度聚乙烯气孔中，使低密度聚乙烯气孔膨胀和发泡，以及于第三个温度冷却该发泡和膨胀的聚乙烯使气孔得以有效地部份收缩和硬化；

3).切割部份冷却的聚乙烯成所需的尺寸；

4).挤压该切割的聚乙烯；

5).于环境温度短时间冷却该挤压的聚乙烯；

6).该聚乙烯形成片材或管材；以及

7).冷却所形成的片材或管材于约20℃至30℃的室温至少24小时以初始收缩该聚乙烯气孔并接着让气孔回复到发泡状态。

2、如权利要求1所述的方法，其特征包括所述的聚乙烯冷却后在所述的密闭容器中引入气体发泡剂于第三个温度进一步发泡并在切割前使聚乙烯气孔得以强化。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：发泡剂选自包括偶氮二羰酰胺、N、N′-二亚硝基五亚甲基四胺和4、4′-二磺酰肼二苯醚的组。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的表面活性剂选自包括氧化锌、氧化钙和碳酸钙的组。

5、如权利要求2所述的方法、其特征在于：所述的气体发泡剂选自包括二氯氟甲烷、液体石油气、二氯二氟甲烷和一氯二氯甲烷的组。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的气体发泡剂于约35公斤/平方厘米的压力下导入。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述的混合阶段为防止熔融的聚乙烯和所述的密封容器表面粘结而加入分离剂。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述分离剂为碳化锌（ZnC）以及加入的分离剂的量约为聚乙烯重量的0.3%。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的发泡剂为偶氮二羰酰胺而表面活性剂为氧化锌。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于：压出的聚乙烯形成的片材在冷却后厚度具有从约0.5毫米至1毫米的范围。

11、如权利要求1所述的方法，其特征在于：压出的聚乙烯形成的片材在冷却后厚度约至5毫米。

12、如权利要求10所述的方法，其特征在于：进一步包括在最后冷却至适合操作和成形片材的工序前，叠合所述的成型片材于相对的物料层之间成夹层材料。

13、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的冷却24小时的室温为25℃。

14、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的发泡剂的用量约为聚乙烯重量的0.1%。

15、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的表面活性剂的用量约为聚乙烯重量的0.1至0.2%。

16、一种根据权利要求1生产的浮升、抗寒和拒水的低密度聚乙烯片材或管材。

17、一种根据权利要求1生产的结合低密度发泡的和泡沫聚乙烯片材衬里的覆层材料。

18、一种具有厚度约0.5毫米至1毫米的低密度发泡的和泡沫聚乙烯片材，其浮力为300克的该片材料具有大于约130公斤浮力，以及当其厚度约为0.5毫米时，其重量范围约12克/平方码，而当其厚度约为1毫米时，其重量范围约21克/平方码。