CN104769028A - 形成聚合物泡沫的方法及相关泡沫制品 - Google Patents

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杰里·R·安德森
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Abstract

提供了形成聚合物泡沫的方法。所述方法可涉及将泡沫层与一个或更多个皮层共挤出。在某些实施方式中，所述皮层可被移除(例如在剥离操作中)；而在其他实施方式中，所述皮层可形成最终制品的一部分。所述方法特别适合于利用本领域技术人员认为难以发泡的聚合物材料来生产聚合物泡沫。

Description

形成聚合物泡沫的方法及相关泡沫制品
技术领域
本发明总体上涉及聚合物泡沫，更具体地，涉及形成聚合物泡沫的方法及相关泡沫制品。
背景技术
聚合物泡沫包含形成于聚合物基体内的多个单元(或空隙)。通过用空隙替代无孔塑料，在给定体积下聚合物泡沫所使用的原材料比无孔塑料少。因此，由于泡沫密度降低，因而原材料的节约增加。
将某些聚合物材料(例如低熔体强度聚合物材料)加工成泡沫会具挑战性。例如，当加工某些聚合物材料时，因为泡沫单元存在生长和/或变形的趋势，保持单元结构的品质(例如优质)和/或良好的表面外观会具挑战性。大的和/或变形的单元还会损害所获得泡沫的性能(例如强度)。
因此，将期望一种用于生产具有一定品质的单元结构和/或良好的表面外观的聚合物泡沫的技术，特别是当聚合物材料的熔体强度低时。
发明概要
本文描述了形成聚合物泡沫的方法及相关制品。
在一个方面，提供了一种形成聚合物泡沫的方法。所述方法包括挤出第一流以及至少第二流以形成挤出物。所述第一流包含聚合物材料和发泡剂，所述第二流包含聚合物材料。所述挤出物包含聚合物泡沫层和聚合物皮层。所述方法还包括将聚合物泡沫层与聚合物皮层分离；以及收集聚合物泡沫层。
在一个方面，提供一种泡沫。所述泡沫包含未交联的聚合物材料。所述聚合物材料选自：聚酰胺、氟聚合物、PLA(聚乳酸)、脂肪族聚酯(PHA)、聚砜、聚氨酯及其共聚物和共混物。所述泡沫的水蒸气透过率大于150(g·200μm/m2·24h)。
在一个方面，提供一种包含非交联聚醚-嵌段-酰胺泡沫的制品。
在一个方面，提供一种形成非交联聚醚-嵌段-酰胺泡沫的方法。所述方法包括在挤出机中输送包含聚醚-嵌段-酰胺聚合物材料和发泡剂的流。所述方法还包括通过模头将所述流挤出以形成包含聚醚-嵌段-酰胺聚合物泡沫的挤出物。
当结合附图考虑时，从本发明的下文详述中将变得明显的是本发明的其他方面、实施方式和特征。附图是示意性的，而非按照比例绘制。附图中，在各个图片中示出的每个相同或实质上类似的组件，都由单一的数字或符号表示。出于清楚的目的，并未将每个组件都标示出在每幅图片中。也未将本发明的每个实施方式的每个组件示出，为了让本领域技术人员理解本发明某些图示是不必要的。本文中作为参考文献引用的所有专利出版物，整体全部并入作为参考。在所并入的参考文献与本说明书所公开的内容之间有冲突或不一致的情况下，应以本说明书为准。
附图说明
图1示出根据一个实施方式的聚合物泡沫加工系统。
图2A为根据一个实施方式的与图1的系统结合使用的模头的示意图。
图2B为图2A中所示模头的一部分。
图3为部分聚合物泡沫的示意图。
发明详述
提供了形成聚合物泡沫的方法。如下文进一步描述的，所述方法可包括与一个或更多个皮层共挤出泡沫层。在某些实施方式中，所述皮层会被移除(例如在剥离操作中)；而在其他实施方式中，所述皮层可形成最终制品的一部分。所述方法特别适合于由本领域技术人员认为较难发泡的聚合物材料(例如其中包含聚醚-嵌段-酰胺(例如)的低熔体强度聚合物材料)生产聚合物泡沫。所述聚合物泡沫可具有小的单元尺寸及高品质的表面。另外，在提供与泡沫材料相关的材料节约(与固体聚合物材料相比)的同时，所述泡沫可具有引人注目的性质(例如强度、高水蒸气透过率等)。在某些实施方式中，所述泡沫可为形成于吹塑膜或流延膜工艺中的膜；并且在其他实施方式中，所述泡沫可为片状。所述泡沫可用于各种应用场合。
现参照图1，示意性示出聚合物加工系统10。该系统包含挤出机12，挤出机12收容有螺杆14，在机筒16中转动以沿着下游方向18输送位于螺杆和机筒之间的加工空间20中的聚合物材料。可将发泡剂引入聚合物材料流中，例如通过发泡剂口22引入。将聚合物材料和发泡剂的流挤出通过与所述加工空间流体连接并固定于所述机筒的下游端的模头24。如下文进一步所述，在某些实施方式中可配置所述模头以形成环状泡沫挤出物。在其他实施方式中，可配置所述模头以形成片状挤出物。
在某些实施方式中，所述模头被构造成可与一个或更多个皮层一同共挤出挤出物以制造多层挤出物。例如，两个皮层(例如由固体聚合物材料制成)可分别形成于泡沫层的任一侧，从而使泡沫层布置于两个皮层之间。在涉及共挤出的实施方案中，可使用一个或更多个额外的挤出机(未示出)以加工形成一个或更多个皮层的材料。在某些实施方式中，所述系统中的所有挤出机都连接到相同模头上。在某些实施方式中，第一流挤出通过第一模头，而所述皮层挤出通过位于邻近第一模头的第二模头，从而形成多层挤出物。第一模头可与第一挤出机联用，第二模头可与第二挤出机联用。在包含多个挤出机的实施方式中，额外的挤出机可不包含发泡剂口，特别是如果所述皮层由固体(即不发泡)聚合物材料形成时更是如此。
在包括一个或更多个皮层的实施方式中，所述工艺还可涉及剥离操作。所述剥离操作通常涉及将皮层与泡沫层分离。在某些实施方式中，可单独将所述各泡沫层和皮层例如收集到各自的辊上。所述泡沫层可以层状出售，和/或进一步加工成期望的泡沫制品再出售。所述皮层也可以层状出售，和/或进一步加工成期望的制品再出售。在某些实施方式中，所述皮层随后可被重新研磨并重新用于吹塑膜工艺中以形成上文所述的皮层。
在某些实施方式中，所述剥离操作可与所述挤出工艺串联进行。例如，所述剥离操作可为挤出挤出物之后的下游步骤。尽管如此，应当理解的是所述剥离操作可不与所述挤出工艺串联进行，其可在稍后的时间进行。也就是说，可收集、储存和/或运输包含所述聚合物泡沫层和皮层的挤出物，在稍后的时间将所述泡沫层与所述皮层分离。在这些实施方式中的一些实施方式中，可由不同于挤出物生产单位的其他单位将所述泡沫层与所述皮层分离。
在其中存在所述皮层的某些实施方式中，不将所述泡沫层与所述皮层分离。在这些实施方式中，所收集的挤出物包含泡沫层及例如粘合于泡沫层(设置于两个皮层之间的泡沫层)的皮层。所述挤出物可被加工成包含泡沫层及皮层的最终制品。
一般而言，所述泡沫挤出物可为各种形式，其可依需要被进一步加工。在某些实施方式中，所述泡沫挤出物为片状，可利用传统技术(例如辊)收集该泡沫片材。
在某些实施方式中，所述泡沫挤出物可为泡形式，其可被吹塑并进一步加工成吹塑膜。在这些实施方式中，可将空气注入所述泡中(例如经由通过模头中心的通道)，以提供导致泡膨张的压力。进入泡的空气替代离开泡的空气，从而可维持相对恒定的压力以促进形成均匀厚度。通过一系列辊可将所述泡拖离模头。当泡被拖离时，可利用冷却装置(例如冷却环)从外部和内部冷却泡，以固化吹塑泡沫膜。在该实施方式中，上述系列中第一组辊用于将泡变平从而形成两个平面膜结构。所述膜结构可切成一个或两个膜。
在某些实施方式中，所述泡沫挤出物可流延成流延膜。在这些实施方式中，所述膜可挤出通过狭缝至冷却的高度抛光的转向辊上，其中该膜从一侧骤冷。所述膜可穿过一系列额外的辊，并可在卷绕到最终辊上之后进行收集。
如上所述，本发明所述方法特别适合于由本领域技术人员认为利用传统手段较难发泡的聚合物材料来形成泡沫。这样的聚合物材料包括，例如某些低熔体强度聚合物材料。其中，适用于利用本发明所述方法加工的聚合物材料包括：聚酰胺(例如尼龙、聚醚-嵌段-酰胺(例如))、氟聚合物(例如聚偏氟乙烯(PVDF))、PLA(聚乳酸)、脂肪族聚酯(PHA)、聚砜、聚氨酯及其共聚物和共混物。
有利地是，所述方法可将材料加工形成高品质的泡沫，而无需交联这些材料，否则会增加成本及工艺复杂性。也就是说，所述泡沫可包含非交联材料(即实质上无交联的材料)。
在某些实施方式中，所述材料可优选为聚醚-嵌段-酰胺(例如)，特别是非交联聚醚-嵌段-酰胺(例如)。如本领域技术人员所知的，聚醚-嵌段-酰胺(例如)是一种包含聚酰胺嵌段及聚醚嵌段的共聚物。
应当理解的是，在某些情况下，所述聚合物材料可与其他聚合物材料和/或添加剂混合或以其他方式组合。例如，在某些情况下，所述聚合物材料可包括成核剂(例如滑石)。
如上文所述，某些实施方式使用与聚合物泡沫层共挤出的一个或更多个皮层。在不受任何理论限制的情况下，认为所述皮层可导致多种有益效果，包括：提供支撑结构以防止泡沫层可能膨张；包封泡沫层(例如当设置上皮层和下皮层时)以提高冷却速度；并且，当共挤出时，提高模头中的压力从而在离开模头时能导致更大的压降，进而能改善泡沫单元成核过程。这些效果可限制单元生长和/或聚结，从而有助于形成高品质的泡沫单元结构。
在包含皮层的实施方式中，所述皮层可由不同于形成泡沫层所用的聚合物材料的聚合物材料来形成。在某些实施方式中，所述皮层材料与聚合物泡沫材料是不混溶的。所述皮层材料还应当与其目的相符。例如，所述皮层材料应为在剥离操作(如果需要)中易于与所述聚合物泡沫材料分离的材料。在某些情况下，所述皮层材料可为相对较便宜的聚合物。适当的皮层材料可包括聚烯烃，例如聚乙烯(例如低密度聚乙烯)和聚丙烯。在所述皮层作为最终制品的一部分被保留的实施方式中，可选择所述皮层材料以赋予所述制品期望的特性(例如刚性)。
在典型的工艺中，可用标准加料斗30将聚合物材料引入所述挤出机。所述螺杆在其上游端连接到驱动马达32，该马达转动机筒中的所述螺杆。沿着机筒设置的是温度控制单元34。所述控制单元可为电加热器，可包含用于温度控制流体的通路等。控制单元可用于加热机筒内的聚合物材料流，以促进熔融和/或冷却该流以控制粘度。所述温度控制单元可在沿机筒的不同位置处进行不同地操作，也就是说，在一个或更多个位置加热，而在一个或更多个不同的位置冷却。可提供任意数量的温度控制单元。还可提供温度控制单元用于加热连接有挤出系统的模头。
所述聚合物材料可以丸状提供，并从进料斗引入聚合加工空间。当螺杆旋转时，所述聚合物材料沿下游方向输送。旋转的螺杆产生的热量和剪切力起到软化丸的作用。最终，已软化的丸凝胶化，即，熔接在一起以形成基本不含残存空气的均一流体流。
如上文所述，所述方法可涉及使用发泡剂。在某些实施方式中，如图1所示，可将物理发泡剂通过发泡剂口引入到聚合物材料流中。在其他实施方式中，可使用化学发泡剂。化学发泡剂可与物理发泡剂同时使用，或替代物理发泡剂使用。化学发泡剂可与聚合物材料丸共混或加入到聚合物材料丸，或者以其他方式引入到所述流中。当使用化学发泡剂时可不使用发泡剂口。可使用任意的各种各样的已知化学发泡剂。
在使用物理发泡剂的实施方式中，可从连接到发泡剂口的发泡剂源36引入物理发泡剂。可使用本领域技术人员已知的任意的各种各样的物理发泡剂，例如碳氢化合物、氯氟烃、氮气、二氧化碳等，以及混合物。在某些优选实施方式中，所述发泡剂源提供二氧化碳、氮气或其混合物作为发泡剂。在某些实施方式中，可优选在挤出机中处于超临界状态的发泡剂，特别是超临界的二氧化碳和/或氮气。
在某些实施方式中，二氧化碳与其他发泡剂(例如氮气)组合使用，而在其他实施方式中，单独使用二氧化碳，而不存在其他发泡剂。在其他实施方式中，二氧化碳可与其他发泡剂一起使用，只要其他发泡剂不会实质上改变发泡过程。当使用氮气时，类似地，其可单独使用，可与增加或改变发泡剂性质的另一种发泡剂(例如二氧化碳)组合使用，或者可与不会实质上改变发泡过程的其他试剂组合使用。
在利用物理发泡剂的实施方式中，所述泡沫可基本上不合残余的化学发泡剂或化学发泡剂的副产物。这样的膜可在某些应用场合具有一定的优点。
通常在发泡剂源和发泡剂口之间设置压力及计量装置38。所述计量装置可用于计量发泡剂，从而控制挤出机内的聚合物流中发泡剂的量，从而将发泡剂的量维持在特定水平。在某些优选实施方式中，所述装置计量发泡剂的质量流率。通常，发泡剂的量低于按聚合物流和发泡剂的重量计的约10％；在某些实施方式中，发泡剂可低于按聚合物流和发泡剂的重量计的约5％；在某些实施方式中，发泡剂可低于按聚合物流和发泡剂的重量计的约2.5％；在某些实施方式中，发泡剂可低于按聚合物流和发泡剂的重量计的约1％。
当二氧化碳用作发泡剂时，在某些实施方式中可能会使用相对较少量的发泡剂，例如为低于按聚合物流和发泡剂的重量计的约2.5％或低于约1％。
当氮气用作发泡剂时，在某些实施方式中可能会使用非常少量的发泡剂，例如为低于按聚合物流和发泡剂的重量计的约1.0％、低于约0.5％或低于约0.1％。
一般而言，如下文进一步所述，使用成核添加剂(例如滑石)可降低发泡剂的百分比。
尽管发泡剂口可设置于沿机筒的任意的各种不同位置，根据某些实施方式，其正好位于螺杆的混合区的上游位置，具体位于螺杆上包含连续台阶(unbroken flights)的位置。可适用于某些实施方式的发泡剂口的配置已描述于美国专利6284810，其被整体引用于此作为参考。美国专利6284810还描述了可适用于某些实施方式中的挤出系统和工艺。在某些实施方式中，可使用一个或更多个发泡剂口(其包含一个或更多个小孔)。尽管如此，某些系统可具有单一的发泡剂口和/或单一的小孔。
在某些实施方式中，可在挤出机的聚合物加工空间中形成发泡剂和聚合物的单相溶液。形成单相溶液可能特别有利于形成单元尺寸小的泡沫结构，如下文进一步所述。在挤出通过模头后可使单相溶液成核。例如，当通过模头时所述溶液可经历快速压降，其引发成核。
应当理解的是，在某些实施方式中，可通过模头将不是单相溶液的发泡剂和聚合物的混合物挤出。尽管如此，这些实施方式可能并不是非常适合于形成小单元泡沫和/或纵横比小的泡沫。
图2A和2B示出根据一个实施方式的可与图1的系统组合使用的模头24。所述模头包含一个上游端40(可被安装在所述机筒的末端)以及位于模头下游端44的模头出口42。所述模头包含内部通道46(其流动地连接挤出机内的聚合物加工空间并延伸到所述模头出口)。在图示的实施方式中，内部通道为环形。所述通道形成于模头内体48与模头外体50之间，其中模头内体形成所述通道的内壁52，模头外体形成所述通道的外壁54。内壁与外壁之间的尺寸可参见模口间隙(die gap)60(图2B)。
所述通道的形状和尺寸(模头几何结构)控制挤出物的形状。在某些优选实施方式中，可选择模头的几何结构以提供有利于形成期望的单元结构(例如低的单元纵横比及小的单元尺寸)的条件。例如，在某些实施方式中，所述通道以一个向外的锥形接近模头出口。这可通过所述通道的内壁沿所述模头的中心线56向外逐渐变细来实现。所述内壁可以58度角向外逐渐变细。当所述向外的锥角在4°到20°或10°到15°之间时，在某些实施方式中，观察到了特别好的单元结构。在某些优选的情况下，当所述通道的内壁从中心线向外逐渐变细时，所述通道的外壁并不以与内壁一样大的角度向外逐渐变细。在这些情况下，这导致形成沿着接近模头出口的下游方向会聚的模口间隙。在这些情况的一部分中，所述通道的外壁不会在接近模头出口时相对于模头中心向内或向外逐渐变细；在某些情况下，所述外壁在接近模头出口时相对于模头中心向内逐渐变细；并且，在某些情况下，所述外壁在接近模头出口时相对于模头中心向外逐渐变细，但相较于内壁向外的锥形的变化幅度更小(即更小的向外锥角)。
在包含会聚式模口间隙并用于生产膜的实施方式中，所述间隙可会聚至小于或等于0.050英寸的尺寸；在某些情况下，小于或等于0.035英寸；在某些情况下，小于或等于0.020英寸；在某些情况下，小于或等于0.015英寸；在某些情况下，小于或等于0.010英寸；在某些情况下，小于或等于0.005英寸。在这些情况的一部分中，所述间隙可会聚到至少0.001英寸的尺寸。
上述模头几何结构能影响聚合物及发泡剂流(例如聚合物和发泡剂的单相溶液)的成核。特别地，已观察到所述向外的锥形及会聚式间隙构造在创造成核条件方面非常有效，该条件有助于形成期望的单元结构(例如小的单元尺寸及小的单元纵横比)和机械性能以及高品质的表面。
应当理解的是，包括形成片材的平面模头在内的其他模头设计也可以是适用的。
如上所述，本文所述泡沫可以包括传统上较难发泡的聚合物材料，其包括低熔体强度聚合物材料。适合的材料包括：聚酰胺(例如尼龙、聚醚-嵌段-酰胺(例如))、氟聚合物(例如聚偏氟乙烯(PVDF))、PLA(聚乳酸)、脂肪族聚酯(PHA)、聚砜、聚氨酯及该聚合物材料的共聚物和共混物。在某些实施方式中，可以优选所述材料为聚醚-嵌段-酰胺(例如)，特别是非交联聚醚-嵌段-酰胺(例如)，如上文所述。应当理解的是，所述泡沫可包含包括成核剂(例如滑石)在内的各种添加剂。
如上文所述，在某些实施方式中，聚合物泡沫可具有小的单元尺寸。例如，所述单元的平均最大尺寸可为小于200μm。如本文所使用的，单元的最大尺寸为其长度(l，图3)、厚度(t，图3)及宽度(图3中未示出，相对于长度和厚度为横向)中的最大值。所述最大尺寸可通过利用SEM分析检查代表数量的单元来测定。平均最大尺寸为代表数量的单元的最大尺寸的平均数。在某些实施方式中，所述单元的平均最大尺寸可小于150μm；在某些实施方式中，小于100μm；在某些实施方式中，小于75μm。
图3是根据一个实施方式的包含多个单元62的泡沫(例如吹塑膜)形式的一部分的示意图。如所示出的，所述单元具有一定程度的取向(其可例如由吹塑工艺所导致)。在某些实施方式中，所述膜的平均单元纵横比(即单元长度(l)与单元厚度(t)的比值)可小于10∶1。在某些实施方式中，平均单元纵横比可更小，例如小于5∶1、小于4∶1或小于3∶1。这些低的单元纵横比可有助于在本发明的泡沫(例如吹塑膜泡沫)可获得的优异的机械性能。尽管如此，应当理解的是，并不是所有泡沫的单元纵横比都在上述范围内。
还应当理解的是，在某些实施方式中，所述单元可具有很小的取向度或没有取向度。例如，所述单元可基本上呈球形。这样的单元结构通常由不同于吹塑膜工艺的工艺(例如片材挤出)产生。
在某些实施方式中，所述泡沫可具有基本上封闭的单元结构。这表示大部分单元未与其他单元相连通。
一般而言，可在很宽的密度范围内生产聚合物泡沫。可根据使用所述膜的应用要求来选择膜的密度。所述密度可为例如0.05g/cm3至1.1g/cm3。在某些实施方式中，所述密度可为0.3g/cm3至0.9g/cm3；并且，在某些实施方式中，所述密度可为0.4g/cm3至0.7g/cm3。在某些情况下，与固体聚合物材料相比，密度降低可为5％至90％；并且，在某些情况下，与固体聚合物材料相比，密度降低10％至50％。
一般而言，所述聚合物泡沫可具有各种厚度，例如20μm至1/2英寸。在某些情况下，聚合物泡沫为相对较薄的膜。所述厚度可为聚合物泡沫吹塑膜的典型值，例如，可为20μm至350μm；并且，在某些情况下，为35μm至100μm。在某些情况下，聚合物泡沫为可具有包括高达1/2英寸在内的厚度范围的片材。还应当理解的是，这些范围不是限制性的，并且在某些实施方式中，聚合物泡沫的厚度可在上述范围之外。
有利的是，本文中所述工艺可制造出厚度非常均一的泡沫(包含膜)。特别地，上文所述的模头几何结构有利于形成具有这样均一性的泡沫。在某些实施方式中，泡沫的厚度在泡沫的宽度上的变化可低于+/-10％。
如上所述，聚合物泡沫可具有包括优异的机械性能在内的许多期望特性。
在某些实施方式中，聚合物泡沫具有高的水蒸气透过率。水蒸气透过率是水蒸气通过泡沫样品时的流通量的度量。高的水蒸气透过率可利用标准测试进行表征，例如MOD-LEM/PERM005规程的方法A(23℃/50％RH)。例如，水蒸气透过率可大于150(g·200μm/m2·24h)；在某些情况下，水蒸气透过率可大于600(g·200μm/m2·24h)，例如在600(g·200μm/m2·24h)与1500(g·200μm/m2·24h)之间。
在某些实施方式中，具有高水蒸气透过率的聚合物泡沫可为聚醚-嵌段-酰胺(例如)泡沫(其可为非交联的)。还应当理解的是，这些范围不是限制性的，并且在某些实施方式中，聚合物泡沫的水蒸气透过率可在上述范围之外；并且，在某些实施方式中，聚合物泡沫可不具有高的水蒸气透过率。
所述聚合物泡沫还可具有高品质的表面，例如，可非常平滑和/或光滑。这样的表面在外观上是诱人的和/或可依需要进行装饰。
期望的性质和特性使所述聚合物泡沫能用于各种应用。
本发明的这些及其他实施方式的功能和优点将从下文的实施例得到更完整的理解。如下实施例意在阐明本发明的优点，而非对本发明的完整范围进行举例。
实施例
本实施例阐明了一种3层聚合物膜的生产，该膜包含泡沫层及两个无孔LDPE皮层，该皮层随后与泡沫层分离。
以上文所述方法在挤出机中产生聚醚-嵌段-酰胺流。通过多孔发泡剂口将氮气引入所述流并产生氮气和的混合物。N2的重量百分比为总混合物的约0.1％。将所述流在上述挤出机中混合在一起以形成单相溶液。
同时，将LDPE流(未起泡)引入共挤出模头中(作为外侧层)。当全部3股流位于模头(die head)时，它们到达模头出口，并且压力在唇口(lip exit)降低。压降导致中间层起泡。模唇锥角为4到20度，而间隙小于0.012”。
由于使用空气吹起来并使内部发泡，泡沫变得包封在两个皮层之间。在这些情况之后，在将各层卷绕到各自的辊之前进行空气校准、切割及层分离工艺。被剥离的LDPE层不含任何异种材料的碎屑，之后再将其重新研磨并在后续的吹塑膜工艺中重新挤出。
分离之前，三层膜的所得厚度为120μm。每个LDPE层为15μm。泡沫层具有光滑的表面、90μm的厚度及0.65g/cm3的密度。这表示相比于固体的30％的密度降低。厚度变化为+/-8％。SEM分析测得的单元纵横比约为3：1。
实施例2-PVDF
本实施例阐明了一种3层膜的生产，该膜包含聚偏氟乙烯(PVDF)泡沫层及两个无孔LDPE皮层，该皮层随后与PVDF泡沫层分离。
在挤出机中产生PVDF流。通过多孔发泡剂口将氮气引入所述流并产生氮气和PVDF的混合物。N2的重量百分比为总混合物的约0.1％。将所述流混合在一起以形成单相溶液。
同时，将2股LDPE流(未起泡)引入共挤出模头中(作为外侧层)。在全部3股流位于模头的情况下，它们到达模头出口，并且压力在唇口降低。压降导致中间层起泡。模头唇口的锥角为4到20度，而间隙小于0.012”。
由于使用空气吹起来并使内部发泡，PVDF泡沫变得包封在两个皮层之间。在这些情况之后，在将各层卷绕到各自的辊之前进行空气校准、切割及层分离工艺。被剥离的LDPE层不合任何异种材料的碎屑，之后再将其重新研磨并在后续的吹塑膜工艺中重新挤出。
分离之前，三层膜的所得厚度为120μm。每个LDPE层为12.5μm。PVDF泡沫层具有光滑的表面、95μm的厚度及1.05g/cm3的密度。这表示相比于固体PVDF的28％的密度降低。厚度变化为+/-8％。SEM分析测得的单元纵横比约为3：1。
实施例3-PLA
本实施例阐明了一种3层膜的生产，该膜包含聚交酯或聚乳酸(PLA)泡沫层及两个无孔LDPE皮层，该皮层随后与PLA泡沫层分离。
在挤出机中产生PLA流。通过多孔发泡剂口将氮气引入所述流并产生氮气和PLA的混合物。N2的重量百分比为总混合物的约0.1％。将所述流混合在一起以形成单相溶液。
同时，将2股LDPE流(未起泡)引入共挤出模头中(作为外侧层)。在全部3股流位于模头的情况下，它们到达模头出口，并且压力在唇口降低。压降导致中间层起泡。模头唇口的锥角为4到20度，而间隙小于0.012”。
由于使用空气吹起来并使内部发泡，PLA泡沫变得包封在两个皮层之间。在这些情况之后，在将各层卷绕到各自的辊之前进行空气校准、切割及层分离工艺。被剥离的LDPE层不含任何异种材料的碎屑，之后再将其重新研磨并在后续的吹塑膜工艺中重新挤出。
分离之前，三层膜的所得厚度为120μm。每个LDPE层为12.5μm。PLA泡沫层具有光滑的表面、95μm的厚度及0.7g/cm3的密度。这表示相比于固体PLA的42％的密度降低。厚度变化为+/-8％。SEM分析测得的单元纵横比约为3∶1。
实施例4-PHA
本实施例阐明了一种3层膜的生产，该膜包含脂肪族聚酯(PHA，其是玉米葡糖与聚羟基丁酸(PHB)共聚物的衍生物)泡沫层及两个无孔LDPE皮层，该皮层随后与PHA泡沫层分离。
在挤出机中产生PHA流。通过多孔发泡剂口将氮气引入所述流并产生氮气和PVDF的混合物。N2的重量百分比为总混合物的约0.1％。将所述流混合在一起以形成单相溶液。
同时，将2股LDPE流(未起泡)引入共挤出模头中(作为外侧层)。在全部3股流位于模头的情况下，它们到达模头出口，并且压力在唇口降低。压降导致中间层起泡。模头唇口的锥角为4到20度，而间隙小于0.012”。
由于使用空气吹起来并使内部发泡，PHA泡沫变得包封在两个皮层之间。在这些情况之后，在将各层卷绕到各自的辊之前进行空气校准、切割及层分离工艺。被剥离的LDPE层不含任何异种材料的碎屑，之后再将其重新研磨并在后续的吹塑膜工艺中重新挤出。
分离之前，三层膜的所得厚度为150μm。每个LDPE层为15μm。PHA泡沫层具有光滑的表面、120μm的厚度及0.82g/cm3的密度。这表示相比于固体PHA的42％的密度降低。厚度变化为+/-8％。SEM分析测得的单元纵横比约为3∶1。
实施例 单层管
本实施例阐明了一种单层发泡管的生产。该管适用于包括线缆应用在内的电子学应用。
在挤出机中产生流。通过多孔发泡剂口将氮气引入所述流并产生氮气和的混合物。N2的重量百分比变化范围为总混合物的约0.05-0.085重量％。将所述流混合在一起以形成单相溶液，通过模头将该溶液以管状泡沫挤出物的形式挤出。所使用的模头的会聚角约为4度，其中间隙约为0.010”。
依N2的重量浓度不同，所述管状挤出物的密度在0.45g/cc到0.85g/cc之间。这与15％到55％的密度降低相关联。该管被“预去皮”并在管中间用计量空气校准，通过激光制导系统测量管的尺寸。内径固定为0.035”，而外径依应用场合所要求的壁厚在0.051到0.138”之间变化。
厚度变化为+/-8％。SEM分析测得的单元纵横比约为2∶1。

Claims (68)

1.一种形成聚合物泡沫的方法，包括：
挤出第一流以及至少第二流以形成挤出物，其中所述第一流包含聚合物材料和发泡剂，所述第二流包含聚合物材料，并且所述挤出物包含聚合物泡沫层和聚合物皮层；
将所述聚合物泡沫层与所述聚合物皮层分离；以及
收集所述聚合物泡沫层。
2.根据权利要求1所述的方法，包括通过模头将所述第一流与至少所述第二流一起共挤出以形成挤出物。
3.根据权利要求2所述的方法，包括将第三流与所述第一流和第二流一起共挤出，所述第三流包含聚合物材料并且所述挤出物包含聚合物泡沫层及两个聚合物皮层。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述聚合物泡沫层设置于所述两个聚合物皮层之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物泡沫层具有多个单元，所述单元的平均最大尺寸小于200μm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物泡沫层具有多个单元，所述单元的平均纵横比小于10∶1。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括将物理发泡剂引入所述第一流从而形成聚合物材料和发泡剂的流。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述物理发泡剂包含氮气。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述物理发泡剂包含二氧化碳。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述物理发泡剂以按聚合物流与发泡剂的重量计低于约2.5％的量存在。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括由包含聚合物材料和发泡剂的所述第一流形成单相溶液。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括通过模头将所述单相溶液挤出以使所述单相溶液成核。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述模头有模头内壁，所述模头内壁在接近所述模头出口时以4度到20度的角度向外逐渐变细。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物皮层是固体的非发泡层。
15.根据权利要求1所述的方法，其中与固体聚合物材料相比，所述聚合物泡沫层的密度降低10％至50％。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物泡沫层包含选自以下的聚合物材料：聚酰胺、氟聚合物、PLA(聚乳酸)、脂肪族聚酯(PHA)、聚砜、聚氨酯及其共聚物和共混物。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物泡沫层包含非交联聚醚-嵌段-酰胺。
18.根据权利要求1所述的方法，还包括吹塑所述挤出物以形成包含聚合物泡沫吹塑膜层及聚合物皮层的吹塑膜。
19.根据权利要求1所述的方法，还包括流延所述挤出物以形成包含聚合物泡沫流延膜层及聚合物皮层的流延膜。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述挤出物包含片材或所述挤出物进一步加工成片材，所述片材包含聚合物泡沫层及聚合物皮层。
21.根据权利要求2所述的方法，其中所述聚合物泡沫层与所述聚合物皮层的分离发生在与所述共挤出步骤相同的加工生产线上。
22.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述聚合物泡沫层与所述聚合物皮层分离之前，储存包含聚合物泡沫层及聚合物皮层的所述挤出物。
23.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一流从第一挤出机挤出，所述第二流从邻近所述第一挤出机的第二挤出机挤出。
24.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一流从第一模头挤出，所述第二流从邻近所述第一模头的第二模头挤出。
25.一种包含非交联聚合物材料的泡沫，所述聚合物材料选自：聚酰胺、氟聚合物、PLA(聚乳酸)、脂肪族聚酯(PHA)、聚砜、聚氨酯及其共聚物和共混物，其中所述泡沫的水蒸气透过率大于150(g·200μm/m2·24h)。
26.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫的密度为0.05g/cm3至0.9g/cm3。
27.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述非交联聚合物材料为尼龙。
28.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述非交联聚合物材料为聚醚-嵌段-酰胺。
29.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述非交联聚合物材料为聚偏氟乙烯(PVDF)。
30.根据权利要求25所述的泡沫，其中与固体聚合物材料相比，所述泡沫的密度降低10％至50％。
31.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫具有多个单元，所述单元的平均最大尺寸小于200μm。
32.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫制品不合附着于所述泡沫表面的任何聚合物层。
33.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫具有附着于所述泡沫表面的一个或更多个聚合物层。
34.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫的厚度为20μm至350μm。
35.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫的厚度为20μm至1/2英寸。
36.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫的厚度在所述泡沫的宽度上的变化低于+/-10％。
37.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫为吹塑膜。
38.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫为流延膜。
39.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫为片材。
40.根据权利要求25所述的泡沫，其中所述泡沫的水蒸气透过率为600(g·200μm/m2·24h)至1500(g·200μm/m2·24h)。
41.一种包含非交联聚醚-嵌段-酰胺泡沫的制品。
42.根据权利要求41所述的制品，其中与固体聚醚-嵌段-酰胺相比，所述聚醚-嵌段-酰胺泡沫的密度降低10％至50％。
43.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺泡沫具有多个单元，所述单元的平均最大尺寸小于200μm。
44.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺泡沫不含附着于所述聚醚-嵌段-酰胺泡沫表面的任何聚合物层。
45.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺泡沫具有附着于所述聚醚-嵌段-酰胺泡沫表面的一个或更多个聚合物层。
46.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺泡沫的厚度为20μm至350μm。
47.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺泡沫的厚度为20μm至1/2英寸。
48.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺泡沫的厚度在所述聚醚-嵌段-酰胺泡沫的宽度上的变化低于+/-10％。
49.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺为吹塑膜。
50.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺为流延膜。
51.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺为片材。
52.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺的水蒸气透过率为150(g·200μm/m2·24h)。
53.根据权利要求41所述的制品，其中所述聚醚-嵌段-酰胺的水蒸气透过率为600(g-200μm/m2·24h)至1500(g·200μm/m2·24h)。
54.一种形成非交联聚醚-嵌段-酰胺聚合物泡沫的方法，包括：
在挤出机中输送包含聚醚-嵌段-酰胺聚合物材料和发泡剂的流；和
通过模头将所述流挤出以形成包含聚醚-嵌段-酰胺聚合物泡沫的挤出物。
55.根据权利要求54所述的方法，包括通过所述模头将第二流与所述流一起共挤出以形成所述挤出物，其中所述挤出物包含聚合物皮层以及含有聚醚-嵌段-酰胺的聚合物泡沫层。
56.根据权利要求55所述的方法，包括将第三流与所述第一流和所述第二流一起共挤出，所述第三流包含聚合物材料并且所述挤出物包含含有聚醚-嵌段-酰胺的聚合物泡沫层及两个聚合物皮层。
57.根据权利要求54所述的方法，其中所述含有聚醚-嵌段-酰胺的聚合物泡沫层设置于所述两个聚合物皮层之间。
58.根据权利要求54所述的方法，还包括将所述含有聚醚-嵌段-酰胺的聚合物泡沫层与所述聚合物皮层分离。
59.根据权利要求58所述的方法，还包括收集所述含有聚醚-嵌段-酰胺的聚合物泡沫层。
60.根据权利要求54所述的方法，还包括将物理发泡剂引入所述挤出机中的所述流中。
61.根据权利要求60所述的方法，其中所述物理发泡剂包含氮气。
62.根据权利要求60所述的方法，其中所述物理发泡剂包含二氧化碳。
63.根据权利要求54所述的方法，其中与固体聚醚-嵌段-酰胺相比，所述非交联聚醚-嵌段-酰胺聚合物泡沫的密度降低10％至50％。
64.根据权利要求54所述的方法，其中所述非交联聚醚-嵌段-酰胺聚合物泡沫具有多个单元，所述单元的平均最大尺寸小于200μm。
65.根据权利要求54所述的方法，其中所述非交联聚醚-嵌段-酰胺聚合物泡沫具有多个单元，所述单元的平均纵横比小于10∶1。
66.根据权利要求54所述的方法，还包括吹塑所述挤出物以形成包含所述聚合物泡沫层及所述聚合物皮层的吹塑膜，所述聚合物泡沫层包含聚醚-嵌段-酰胺。
67.根据权利要求54所述的方法，还包括流延所述挤出物以形成包含所述聚合物泡沫层及所述聚合物皮层的流延膜，所述聚合物泡沫层包含聚醚-嵌段-酰胺。
68.根据权利要求54所述的方法，其中所述挤出物包含片材或所述挤出物进一步加工成片材，所述片材包含所述聚合物泡沫层及所述聚合物皮层，所述聚合物泡沫层包含聚醚-嵌段-酰胺。
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