CN112313272A - 用于挤出泡沫的聚苯乙烯组合物 - Google Patents

用于挤出泡沫的聚苯乙烯组合物 Download PDF

Info

Publication number
CN112313272A
CN112313272A CN201980041157.XA CN201980041157A CN112313272A CN 112313272 A CN112313272 A CN 112313272A CN 201980041157 A CN201980041157 A CN 201980041157A CN 112313272 A CN112313272 A CN 112313272A
Authority
CN
China
Prior art keywords
foam
polystyrene
low density
blowing agent
composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980041157.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李凤奎
J·布朗
王颖
W·T·斯蒂芬斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fina Technology Inc
Original Assignee
Fina Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fina Technology Inc filed Critical Fina Technology Inc
Publication of CN112313272A publication Critical patent/CN112313272A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • C08J9/12—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a physical blowing agent
    • C08J9/14—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a physical blowing agent organic
    • C08J9/143—Halogen containing compounds
    • C08J9/144—Halogen containing compounds containing carbon, halogen and hydrogen only
    • C08J9/146—Halogen containing compounds containing carbon, halogen and hydrogen only only fluorine as halogen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F12/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring
    • C08F12/02—Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical
    • C08F12/04—Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing one ring
    • C08F12/06—Hydrocarbons
    • C08F12/08—Styrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0014—Use of organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0014—Use of organic additives
    • C08J9/0023—Use of organic additives containing oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • C08J9/12—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a physical blowing agent
    • C08J9/122—Hydrogen, oxygen, CO2, nitrogen or noble gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/01—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/10—Esters; Ether-esters
    • C08K5/101—Esters; Ether-esters of monocarboxylic acids
    • C08K5/103—Esters; Ether-esters of monocarboxylic acids with polyalcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/10—Esters; Ether-esters
    • C08K5/12—Esters; Ether-esters of cyclic polycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L25/00—Compositions of, homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L25/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08L25/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C08L25/06—Polystyrene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/20—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of indefinite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/022—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2025/00—Use of polymers of vinyl-aromatic compounds or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2025/04—Polymers of styrene
    • B29K2025/06—PS, i.e. polystyrene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/0005—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing compounding ingredients
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/04—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped cellular or porous
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2201/00—Foams characterised by the foaming process
    • C08J2201/02—Foams characterised by the foaming process characterised by mechanical pre- or post-treatments
    • C08J2201/03—Extrusion of the foamable blend
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2203/00—Foams characterized by the expanding agent
    • C08J2203/06—CO2, N2 or noble gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2203/00—Foams characterized by the expanding agent
    • C08J2203/14—Saturated hydrocarbons, e.g. butane; Unspecified hydrocarbons
    • C08J2203/142—Halogenated saturated hydrocarbons, e.g. H3C-CF3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2203/00—Foams characterized by the expanding agent
    • C08J2203/16—Unsaturated hydrocarbons
    • C08J2203/162—Halogenated unsaturated hydrocarbons, e.g. H2C=CF2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2325/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Derivatives of such polymers
    • C08J2325/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08J2325/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C08J2325/06—Polystyrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2447/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds; Derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0016—Plasticisers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

用于制造挤出泡沫的聚苯乙烯(PS)组合物，该PS组合物包含聚苯乙烯、发泡剂和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合。还提供了生产低密度聚苯乙烯(PS)泡沫的方法。

Description

用于挤出泡沫的聚苯乙烯组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年6月21日提交的题为“用于挤出泡沫的聚苯乙烯组合物”的美国临时专利申请号16/942,755的优先权，其通过引用全文纳入本文用于所有目的。
关于联邦资助研究或开发的声明
无。
缩微胶片附录的引用
无。
技术领域
本公开涉及聚苯乙烯(PS)泡沫的生产。更具体地说，本公开提供了PS组合物和方法，用于提高PS挤出泡沫期间发泡剂的溶解度和/或保留性。更具体地说，本公开提供了用于生产具有所需阻隔性能的PS泡沫的PS组合物和方法、以及由此产生的PS泡沫。
背景技术
聚苯乙烯泡沫和制造聚苯乙烯泡沫棒、板材和片材的方法是本领域众所周知的。利用氢氟烃(HFC)发泡剂(例如HFC 134a)形成的聚苯乙烯(PS)泡沫已广泛用于阻隔板的构造。根据泡沫制造商，在泡沫板中需要高HFC发泡剂浓度以具有出色的阻隔性能(例如，通过R值所测量的)。常用的物理发泡剂(例如，氢氯氟烃(HCFC)、氢氟烃(HFC)或其组合)可能导致烟雾的形成，具有高臭氧消耗潜势或全球变暖潜势(GWP)和/或可能的有害空气污染物。例如，由于其高GWP(全球变暖潜势)，一些HFC(包括HFC 134a)将在2021年被禁止。
因此，聚苯乙烯发泡阻隔板制造商已经积极寻求HFC(例如HFC 134a)的替代品。氢氟烯烃(HFO)由于其零GWP而似乎是候选之一。
尽管在泡沫生产方面取得了进步，但是仍然需要一种简单且经济的方法来实现提高挤出泡沫聚苯乙烯组合物中的发泡剂溶解度(包括HFC和HFO两者)，和/或提高聚苯乙烯泡沫中发泡剂的保留性。
发明内容
本文公开了用于制造挤出泡沫的聚苯乙烯(PS)组合物，所述PS组合物包含：聚苯乙烯；发泡剂；和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合。
本文还公开了一种通过PS组合物挤出生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，所述PS组合物包含聚苯乙烯；发泡剂；和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；其中，与不包含添加剂的其它类似低密度泡沫相比，低密度PS泡沫包含的发泡剂浓度更高。
本文还公开了一种通过PS组合物挤出生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，所述PS组合物包含聚苯乙烯；发泡剂；和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；其中，与不包含添加剂的其它类似低密度泡沫相比，低密度PS泡沫呈现出至少一种出色的阻隔性能。
本文还公开了一种通过PS组合物挤出生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，所述PS组合物包含聚苯乙烯；发泡剂；和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；其中，低密度PS泡沫呈现出与不包含添加剂的其它类似低密度泡沫至少相当的至少一种机械性能。
本文还公开了一种通过PS组合物挤出生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，所述PS组合物包含聚苯乙烯；发泡剂；和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；其中，发泡剂包括一种或多种氢氟烯烃，并且，低密度PS泡沫呈现出至少一种阻隔性能，该阻隔性能至少等同于在不存在添加剂并具有一种或多种选自氢氟烃(HFC)的发泡剂的情况下所生产的其它类似低密度泡沫的阻隔性能。
本文还公开了一种生产低密度聚苯乙烯(PS)泡沫的方法，所述方法包括：使得聚苯乙烯(PS)、发泡剂和选自如下化合物的添加剂共混以形成可发泡混合物：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；以及使可发泡混合物挤出通过模头(die)并进入减压区域中来产生泡沫。
本文还公开了一种生产低密度聚苯乙烯(PS)泡沫的方法，所述方法包括：使得聚苯乙烯(PS)、发泡剂和母料共混以形成可发泡混合物，所述母料含有选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；以及使可发泡混合物挤出通过模头并进入减压区域中来产生泡沫。
本文还公开了一种通过包括如下步骤的方法所生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫：使得聚苯乙烯(PS)、发泡剂和选自如下化合物的添加剂共混以形成可发泡混合物：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；以及使可发泡混合物挤出通过模头并进入减压区域中来产生泡沫。
附图简要说明
为了更完整地理解本发明的内容及其优点，下面提供结合附图的以下简要说明和详细说明，其中相同的附图标记表示相同的部分。
图1是实施例1的组合物的湿密度(g/cc)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图；
图2是实施例1的组合物的第二挤出温度(℉)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图；
图3A是实施例1泡沫的压缩模量(psi)的柱形图；
图3B是实施例1泡沫的屈服载荷(lbf)的柱形图；
图4是实施例2的组合物的湿密度(g/cc)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图；
图5是实施例2的组合物的第二挤出温度(℉)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图；
图6是实施例3的组合物的湿密度(g/cc)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图；
图7A是在GC顶部空间中的发泡剂HFC 134a在15天时的峰丰度与实施例3泡沫的发泡剂HFC 134a浓度的关系图；
图7B是在GC顶部空间中的发泡剂HFC 134a在30天时的峰丰度与实施例3泡沫的发泡剂HFC 134a浓度的关系图；
图8提供了实施例3泡沫样品的图像；
图9是实施例4的组合物的湿密度(g/cc)与二氧化碳发泡剂的浓度(重量％)的关系图；
图10A和10B分别提供了实施例4的泡沫CF3和IF4的图像；
图11提供了实施例4泡沫样品的图像；
图12是实施例5的组合物的湿密度(g/cc)与HFC 134a发泡剂的浓度(重量％)的关系图；以及
图13A和13B提供了实施例5泡沫样品的图像。
发明详述
首先应该理解，尽管下文提供了一个或多个实施方式的说明性实施方案，但是所公开的组合物、方法和/或产品可以使用任何数量的现在已知或存在的技术来实施。本公开不应限于下文所示的示例性实施方式、附图和技术)包括本文所示和所述的例性设计和实施方式)，而是可以在所附权利要求书范围及其等同范围内进行修改。
虽然本领域普通技术人员相信以下术语是很好理解的，但是列出了以下定义以便于解释本发明公开的主题。除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所述主题所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
苯乙烯(也称为乙烯基苯)是一种由乙苯工业化生产的芳族化合物。苯乙烯生产的最常见方法包括乙苯脱氢，会产生苯乙烯单体和未反应的乙苯和氢气的粗产物。聚苯乙烯是由苯乙烯单体产生的芳族聚合物。聚苯乙烯是在阻隔、包装和一次性餐具以及泡沫产品(包括泡沫杯)中广泛使用的聚合物。
不同类型的聚苯乙烯材料可以包括通用聚苯乙烯(GPPS)和高抗冲聚苯乙烯(HIPS)。许多条件会影响所得产品的性能，包括加工时间、温度、压力、单体原料的纯度以及添加剂或其它化合物的存在。这些和其它加工条件改变了聚苯乙烯产品的物理和化学性质，影响所需用途的适用性。
发泡聚苯乙烯由于其密度低提供了成本低、重量轻和结构强度高的优点。典型的聚苯乙烯泡沫还具有相对较高的抗冲击性，并具有出色的电气和阻隔特性。发泡聚苯乙烯可用于多种应用，例如阻隔、包装、冷却器、食品包装、装饰件以及用于在运输期间保护和固定货物的衬垫。此外，聚苯乙烯泡沫通常分为三大类：低密度、中密度和高密度。低密度聚苯乙烯泡沫的密度通常为约1至约3lb/ft3，而中密度聚苯乙烯泡沫的密度通常为约4至约19lb/ft3，并且高密度聚苯乙烯泡沫的密度通常为约20至约30lb/ft3。
两种主要类型的聚苯乙烯泡沫是挤出型聚苯乙烯(XPS)泡沫和膨胀性聚苯乙烯(EPS)泡沫。挤出型聚苯乙烯泡沫通常是通过使聚苯乙烯与添加剂和发泡剂混合到对混合物进行加热的挤出机中而形成的。随后将混合物挤出、发泡成所需形状，并冷却。膨胀型聚苯乙烯泡沫通常是使含有发泡剂(例如戊烷)的固体聚苯乙烯珠料与蒸汽或热气体膨胀而形成的。这些预膨胀珠料随后可模塑成所需形状，并再次用蒸汽或热气体膨胀以使珠料融合在一起。
本文所用的术语“发泡剂”是指能够在塑料块中产生多孔结构的多种物质中的任一，所述物质能单独使用或与至少一种其它物质组合使用。因此，该术语包括但不限于在压力释放时会膨胀的气体、浸出时会留下孔的可溶固体、当其变为气体时会形成孔道的液体、和/或热作用下分解或反应形成气体的化学试剂。
在挤出型聚苯乙烯泡沫的生产中，通常使用发泡剂，例如氯甲烷、氯乙烷、氯烃、氟烃(包括HFC)和氯氟烃(CFC)。然而，由于潜在的环境影响(包括臭氧消耗或全球变暖)，发泡剂已受到严格控制。一种挤出发泡工艺开发中的持续趋势是寻找对环境无害的化学品作为发泡剂。一些发泡工艺已经使用氢氟烯烃(HFO)或二氧化碳(CO2)作为发泡剂或共发泡剂。对于所需的阻隔性能，由于其低导热性和最小环境影响，因此HFO是首选。然而，HFO在聚苯乙烯中的溶解度需要进一步提高，以满足阻隔泡沫板构造的严格法规要求。
如本文所用，术语“脂肪酸”是指具有不同链长的长链脂肪族酸(链烷酸)。
术语“热塑性泡沫”是指多孔聚合物，其中，许多气泡或孔道分布在可重复加热、熔融、成形和冷却的聚合物基质中。因此，热塑性泡沫可以容易地进行熔融和再循环。根据该公开内容生产的聚苯乙烯泡沫可以是热塑性泡沫。
尽管以上定义大多数基本是本领域技术人员所理解的，但是由于本文当前公开主题的特定描述，上述的一个或多个定义可以以不同于本领域技术人员通常理解的含义的方式进行限定。
该公开内容描述了聚苯乙烯(PS)组合物，其使PS能够在成品泡沫中保留更高浓度的发泡剂和/或改善泡沫挤出期间聚苯乙烯中物理发泡剂的溶解度，所述物理发泡剂例如但不限于：HFC(氢氟烃)、HFO(氢氟烯烃)和二氧化碳(CO2)。具体地，PS组合物包含聚苯乙烯(例如，结晶聚苯乙烯)，所述聚苯乙烯含有低含量的一种或多种溶解度和/或保留性添加剂(下文称为“SRA”)。SRA可以选自：环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯、矿物油(MO)、单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、IRGANOX
Figure BDA0002844427330000061
(季戊四醇四(3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯)或其组合。
在一些实施方式中，本公开的PS组合物具有更宽的泡沫挤出加工窗口，表示为在较高发泡剂浓度和/或较宽温度范围下的发泡性。在一些实施方式中，由本文公开的PS组合物挤出/吹塑产生的PS泡沫(例如，低密度PS泡沫)具有更高的发泡剂(例如，HFC或HFO)浓度，因此具有出色阻隔性能。本公开的PS组合物的潜在优势在于，该组合物可以使聚苯乙烯阻隔板制造商用低GWP(全球变暖潜势)发泡剂(例如HFO)代替常用的HFC 134。
已知二氧化碳(CO2)在PS中的溶解度非常低。在一些实施方式中，在泡沫挤出期间，在本发明PS组合物中存在一种或多种SRA使CO2溶解度提高至少10％、20％或30％。在一些实施方式中，SRA可以约100ppm至约2重量％的范围存在于PS组合物中。在某些低密度PS泡沫应用中，这可能会使作为共发泡剂的CO2更加有用和有利。例如，商品泡沫产品(例如蛤壳式容器、盘子、肉托盒等)的生产者主要使用高溶解度烃发泡剂来生产低密度泡沫。本公开的含SRA的PS组合物能够转变为不可燃、廉价且低GWP(全球变暖潜势)的发泡剂(例如CO2)，并且在挤出期间提高发泡剂溶解度和/或提高发泡剂在所生产泡沫中的保留性。
本文公开了用于制造聚苯乙烯泡沫的聚苯乙烯(PS)组合物(在本文中也称为“PS共混物”、“PS制剂”或“可发泡混合物”)。本文所公开的PS组合物包含聚苯乙烯和SRA。如下文详述，PS组合物还包含发泡剂。在一些实施方式中，聚苯乙烯(例如，结晶聚苯乙烯)用少量市售SRA进行配制，以在挤出期间实现所需的高发泡剂溶解度，提高所得PS泡沫中的发泡剂保留性和/或提高泡沫机械性能。在一些实施方式中，SRA可以选自如下化合物：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合。例如，在一些实施方式中，SRA选自如下化合物：三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合。在一些实施方式中，SRA选自如下化合物：矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合。
使用HFO作为发泡剂存在两个主要挑战。首先，HFO是非常昂贵的制冷剂/泡沫发泡剂，其次，与传统的发泡剂(例如HFC 134a)相比，HFO在聚苯乙烯中的溶解度可能相对较低，因此难以在所得泡沫产品中获得所需的阻隔性能。另外，当使用物理发泡剂(例如二氧化碳)时，聚苯乙烯通常不会表现出良好的发泡性能。具体来说，当在传统聚苯乙烯泡沫工艺中用作物理发泡剂时，二氧化碳会产生性能不良(non-descript)的聚合材料团块或其它质量低劣的热塑性泡沫，其往往会坍塌。不受理论的限制，这可能是由于在熔融热塑性挤出物中缺乏聚合物-气体相容性以及二氧化碳溶解度有限所导致，随着热塑性/发泡剂组合离开模头，导致在泡沫结构中产生不可控制的高水平开孔。另外，即使所得泡沫具有可见泡沫结构，由于二氧化碳相对于空气的相对较高渗透性，泡沫常常在制造后的数小时内迅速塌陷(即，由于二氧化碳从孔道中快速逸出而产生的部分真空，孔道可能坍塌)，并不适合大多数实际应用。不希望受理论束缚，假定SRA的存在提高了发泡剂的溶解度，由此改善了在PS中的可混溶性，并且由于因增塑作用，聚合物链迁移率增加，SRA的存在可以降低用于气泡集结和孔道生长的活化能。在一些实施方式中，这可能导致产生大量孔道，由此产生较低的泡沫密度。
在一些实施方式中，PS组合物可以包含约0.01重量％至约10.0重量％、约0.01重量％至约5.0重量％、约0.01重量％至约2.0重量％、约0.01重量％至约1.0重量％、或约0.01重量％至约0.50重量％的SRA，所述重量百分比为基于PS组合物中PS和SRA的总量。在一些实施方式中，PS组合物可以包含约0.01重量％、0.05重量％、0.1重量％、0.25重量％、0.5重量％、0.75重量％、1.0重量％、1.25重量％、1.5重量％、1.75重量％、2.0重量％、2.25重量％、2.5重量％、2.75重量％、3.0重量％、3.25重量％、3.5重量％、3.75重量％、4.0重量％、4.25重量％、4.5重量％、4.75重量％、或5.0重量％的SRA，所述重量百分比为基于PS组合物中PS和SRA的总量。
在一些实施方式中，PS组合物包含低含量的矿物油(MO)和/或环氧化大豆油(ESO)。不希望受限于理论，推测MO和ESO可以将PS熔体增塑至某一程度，通过增加聚合物链段的迁移率来有效改善“自由体积”。ESO的极性物质可能会加快极性发泡剂分子在整个PS熔体中的扩散性。在一些实施方式中，将ESO添加到PS中以产生本公开的PS组合物可以因此允许具有高发泡剂浓度的PS在较低温度下发泡。由于MO和/或ESO的存在可能对泡沫机械性能有不利影响，例如聚苯乙烯的熔体强度，如果影响显著，可能导致不期望的坍塌的孔道，则可以对包含该SRA的PS组合物进行微调，以实现发泡剂溶解度提高和熔体强度的最佳平衡。例如，在一些实施方式中，可以将增强剂(例如但不限于：高刚度聚苯醚(PPO)、聚α甲基苯乙烯或它们的组合)添加到PS组合物中以获得所需的泡沫压缩强度。
尽管参考环氧化大豆油进行了描述，但是在一些实施方式中，本公开的SRA可以包含多种环氧化脂肪酸和酯中的任一种。例如，在一些实施方式中，环氧化脂肪酸可以选自以下脂肪酸：肉豆蔻酸、肉豆蔻烯酸、棕榈酸、棕榈油酸、十七烷酸、十七碳二烯酸(margaroleic acid)、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、鳕烯酸、廿碳二烯酸、山嵛酸、芥酸、二十四酸或其组合。该脂肪酸可以发现于多种植物油中，包括但不限于：亚麻子油、桐油、红花油、大豆油、蓖麻油、棉籽油、花生油、菜籽油、椰子油、棕榈油、橄榄油、玉米油、玉米胚芽油、芝麻油、桃仁油、花生油、大豆卵磷脂和蛋黄卵磷脂。因此，多种环氧化脂肪酸可以用于根据本公开的PS组合物中。在一些实施方式中，SRA包含丙烯酸酯化的环氧化脂肪酸，例如，见述于美国专利号8,648,122，该专利的公开内容全文并入本文，用于与本公开不冲突的目的。
在一些实施方式中，SRA包括矿物油(MO)。如本文所用，MO可以是来自矿物来源的烷烃的任何轻质混合物，例如石油的馏出物，并且包括来自不同来源或工艺的矿物油的混合物。例如，MO可以是粗制油精制的液体副产物。
在一些实施方式中，SRA包括环氧化聚丁二烯。环氧化聚丁二烯包括聚合物骨架上的环氧基团(或“环氧数”(oxirane oxygen)基团)。在一些实施方式中，环氧化聚丁二烯可以包含约0.01％至约5.0％、约0.01％至约2.0％、或约0.01％至约1.0％的百分比环氧数。在一些实施方式中，环氧化聚丁二烯的根据ASTM D1652测定的环氧值范围可以为约0.1meq/g至约5.0meq/g、约0.5meq/g至约3.0meq/g、或约1.0meq/g至约2.0meq/g。在一些实施方式中，环氧化聚丁二烯分子量范围为800至10000。
在一些实施方式中，SRA包括单硬脂酸甘油酯(GMS)。在一些实施方式中，本公开的PS组合物包括三硬脂酸甘油酯(GTS)，其比GMS体积更大，并且在一些实施方式中，可以赋予PS泡沫特别有益的性能。
在一些实施方式中，SRA提高了发泡剂在用于挤出泡沫的PS中的溶解度。在一些实施方式中，SRA使得发泡剂在可发泡混合物中的溶解度比不存在添加剂的可发泡混合物中发泡剂的溶解度提高至少5、7、10或20％。
本公开的PS组合物包含聚苯乙烯。可以使用各种聚苯乙烯均聚物和共聚物，以及通过聚合或辐照技术构造的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)。在一些实施方式中，PS可以包括结晶聚苯乙烯(也称为通用聚苯乙烯)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、PS共聚物或其组合。在一些实施方式中，聚苯乙烯共聚物可以包括含金属单体(metallic monomer)。例如，在一些实施方式中，含金属单体包括二甲基丙烯酸锌(ZDMA)。合适的聚苯乙烯共聚物可包括多种聚合物，例如但不限于：甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸2-羟乙基乙酯共聚物、丙烯腈等。在一些实施方式中，合适的聚苯乙烯可以衍生自石油基资源和/或生物基资源。
在一些实施方式中，根据ASTM D-1238测量的本文所公开PS组合物的聚苯乙烯的熔体流动速率(MFR)为0.2至30克(g)/10分钟(min)、1.0至20克/10分钟、或1.0至10.0克/10分钟。
在一些实施方式中，本公开的PS组合物包含结晶聚苯乙烯。结晶PS可以通过如下进行表征：根据ASTM D-1238测定的熔体流动速率为0.2克/10分钟至30克/10分钟、1.0克/10分钟至20克/10分钟、或1.0克/10分钟至10.0克/10分钟；根据ASTM D-638测定的拉伸强度为6,000psi至8,000psi(41.4至55.2MPa)、6,500psi至8,000psi(44.8至55.2MPa)、或7,000psi至8,000psi(48.3至55.2MPa)；根据ASTM D-638测定的拉伸模量为400,000psi至480,000psi(2.8至3.3GPa)、420,000psi至460,000psi(2.9至3.2GPa)、或430,000psi至450,000psi(3.0至3.1GPa)；根据ASTM D-790测定的挠曲模量为400,000psi至480,000psi(2.8至3.3MPa)、420,000psi至460,000psi(2.9至3.2MPa)、或430,000psi至450,000psi(3.0至3.1MPa)；根据ASTM D-790测定的挠曲强度为10,000psi至15,000psi(68.9至103.4MPa)、12,000psi至14,000psi(82.7至96.5MPa)、或13,000psi至14,000psi(89.6至96.5MPa)；根据ASTM D-648测定的退火热变形为190℉至220℉(87.8℃至104.4℃)、200℉至220℉(93.3℃至104.4℃)、或210℉至220℉(98.9℃至104.4℃)；根据ASTM D-1525测定的维卡软化点为200℉至230℉(93.3℃至110.0℃)、210℉至230℉(98.9℃至110.0℃)、或215℉至225℉(101.7℃至107.2℃)。
在一些实施方式中，本公开的PS组合物包含HIPS。HIPS是指任意弹性体增强的乙烯基芳族聚合物。乙烯基芳族单体可包括但不限于：苯乙烯、α-甲基苯乙烯和环取代的苯乙烯。HIPS还可以包括共聚单体，所述些共聚单体包括但不限于：卤代苯乙烯；烷基化苯乙烯；丙烯腈；(甲基)丙烯酸与有1-8个碳原子的醇的酯；N-乙烯基化合物如乙烯基咔唑、马来酸酐；含两个可聚合双键的化合物，例如二乙烯基苯或二丙烯酸丁二醇酯；或者其组合。共聚单体可以有效赋予聚苯乙烯树脂一种或多种使用者所需性能的量存在。该有效量可以由本领域普通技术人员借助本公开确定的。例如，相对于形成聚苯乙烯的反应混合物的总重量，共聚单体在苯乙烯聚合物组合物中的存在量可以为1重量％至99.9重量％，或者1重量％至90重量％，或者1重量％至50重量％。
在HIPS中，弹性体材料通常嵌入聚苯乙烯基质中。弹性材料的示例包括：共轭二烯单体，包括但不限于1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯或其组合。在一些实施方式中，HIPS包含脂族共轭二烯单体作为弹性体。不受限制地，合适的脂族共轭二烯单体的示例包括C4至C9二烯，例如丁二烯单体。也可以使用两种或更多种二烯单体的共混物或共聚物。类似地，可以使用一种或多种弹性体的混合物或共混物来生产HIPS。在一些实施方式中，弹性体包括二烯单体的均聚物；在一些实施方式中，弹性体包括聚丁二烯。弹性体可以有效产生一种或多种用户所需性质的量存在于HIPS中。该有效量可以由本领域普通技术人员借助本公开确定的。例如，基于HIPS的总重量，弹性体以1重量％至20重量％、2重量％至15重量％、或者5重量％至11重量％的量存在于HIPS产物中。
在一些实施方式中，本公开PS组合物中所用的HIPS根据ASTM D-1238测定的熔体流速为1克/10分钟至40克/10分钟.、1.5克/10分钟至20克/10分钟、或2克/10分钟至15克/10分钟；根据ASTM D-3029测定的落镖冲击(a falling dart impact)为5英寸-磅(in-lb)至200英寸-磅(0.6至22.6N-m)、50英寸-磅至180英寸-磅(5.6至20.3N-m)、或100英寸-磅至150英寸-磅(11.3至16.9N-m)；根据ASTM D-256测定的悬臂梁冲击强度(Izod impact)为0.4英寸-磅/英寸至5英寸-磅/英寸(0.4至267J/m)、1英寸-磅/英寸至4英寸-磅/in(53至213J/m)、或2英寸-磅/英寸至3.5英寸-磅/英寸(107至187J/m)；根据ASTM D-638测定的拉伸强度为2,000psi至10,000psi(13.8至68.9MPa)、2,800psi至8,000psi(19.3至55.1MPa)、或3,000psi至5,000psi(20.7至34.5MPa)；根据ASTM D-638测定的拉伸模量为100,000psi至400,000psi(0.7至2.7GPa)、200,000psi至400,000psi(1.4至2.7GPa)、或250,000psi至380,000psi(1.7至2.6GPa)；根据ASTM D-638测定的伸长率为0.5％至90％、5％至70％、或35％至60％；根据ASTM D-790测定的挠曲强度为3,000psi至15,000psi(20.7至103.4MPa)、4,000psi至10,000psi(27.6至68.9MPa)、或6,000psi至9,000psi(41.4至62.1MPa)；根据ASTM D-790测定的挠曲模量为200,000psi至450,000psi(1.4至3.1GPa)、230,000psi至400,000psi(1.6至2.8GPa)、或250,000psi至350,000psi(1.7至2.4GPa)；根据ASTM D-648测定的退火热变形为180℉至215℉(82℃至102℃)、185℉至210℉(85℃至99℃)、或190℉至205℉(88℃至96℃)；根据ASTM D-1525测定的维卡软化点为195℉至225℉(91℃至107℃)、195℉至220℉(91℃至104℃)、或200℉至215℉(93℃至102℃)；并且/或者根据ASTMD-523测定的60°光泽度为30至100、40至98、或50至95。
在一些实施方式中，本公开的PS组合物的PS还包含一种或多种添加剂以赋予所需的物理性能，例如，提高光泽或颜色等。添加剂的示例包括但不限于：稳定剂、滑石、抗氧化剂、紫外线稳定剂、润滑剂、增塑剂、紫外线屏蔽剂、氧化剂、抗氧化剂、抗静电剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、加工油、脱模剂、着色剂、颜料/染料、以及填料等。上述添加剂可以单独使用或组合使用以形成PS组合物的PS(或可以与组合物的PS分开添加到本发明的PS组合物中)。例如，可以使用稳定剂或稳定化试剂来帮助保护聚合组合物免于由于形成PS期间暴露于过高温度和/或过多紫外线而降解。可以在回收PS后，例如在配混(如造粒)期间，添加添加剂。可以有效赋予所需性质的量来包括这些添加剂。有效的添加剂量和将这些添加剂包括在聚合组合物中以产生用于本公开的PS组合物中使用的PS的方法是本领域技术人员已知的。例如，基于PS组合物或聚合组合物(由此生产本公开的PS组合物的PS)的总重量，添加剂在PS或PS组合物中的存在量可以为0.1重量％至5重量％、0.1重量％至2重量％、或者0.1重量％至1.0重量％。
如上述，在PS组合物中可以包括各种添加剂。在一些实施方式中，本发明的PS组合物除了包含SRA和PS之外(即，除了在聚苯乙烯形成期间使用并且与聚苯乙烯和SRA分开引入的任意添加剂之外)，还包含添加剂。在一些实施方式中，例如，可能希望包括发泡成核剂(例如，作为发泡成核剂的化学发泡剂、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、滑石等)和/或老化改性剂(例如，脂肪酸酯、脂肪酸酰胺、羟基酰胺等)。可以使用的其它添加剂包括颜料、着色剂、填充剂、稳定性控制剂、抗氧化剂、阻燃剂、稳定剂或助稳定剂(例如硫醚、亚磷酸酯、亚膦酸酯、光稳定剂和其它功能稳定剂)、香料、气味遮盖剂、抗静电剂、润滑剂、发泡助剂、着色剂、劣化抑制剂等。这类添加剂是本领域普通技术人员熟知的。在一些实施方式中，本公开的PS组合物包括选自如下的添加剂(除了PS和SRA之外)：抗氧化剂、阻燃剂、IR衰减剂、发泡成核剂或其组合。在一些组合物中，本公开的PS组合物包含抗氧化剂
Figure BDA0002844427330000121
1010(季戊四醇四(3-(3,5-二叔丁基)-4-羟基苯基)丙酸酯))。如上所述，在一些实施方式中，使用一种或多种另外的添加剂，例如但不限于增强剂(例如，PPO、聚α甲基苯乙烯等)来改善泡沫机械性能。在一些实施方式中，添加剂还可以母料形式使用。
本公开的PS组合物还可以包含发泡剂。在一些实施方式中，可以使用任意的化学或物理发泡剂。化学发泡剂通常会在聚合物熔融条件下分解。例如，碳酸氢钠和柠檬酸的混合物通常用于使细孔道成核。化学发泡剂通常在约100℃至约140℃分解，以产生至少一种气体(例如二氧化碳)和水。另外，固体颗粒可以潜在地用作成核位点。一旦有核(nucleated)的气泡到达临界尺寸，由于气体在孔道内扩散，气泡将不断生长，直到泡稳定以达到最终阶段。合适的化学发泡剂是本领域技术人员熟知的。在一些实施方式中，发泡剂可以是物理发泡剂。物理发泡剂可以进一步分类为两个类别，包括气体和挥发性液体。气态物理发泡剂可包括但不限于：二氧化碳、氮气、氩气、空气、氦气、氢气、氙气、六氟化硫、一氧化二氮、氨气、四氟化硅、四氟化氮、四氟化硼、三氯化硼或其组合。因此，在一些实施方式中，发泡剂可以是二氧化碳。挥发性液体物理发泡剂可以包括但不限于：液体，例如水和脂肪族或线形烃。
在一些实施方式中，发泡剂选自：氢氟烃(HFC)、氢氟烯烃(HFO)、或其组合。在一些实施方式中，发泡剂还包括选自烃、二氧化碳、氮气、或其组合中的一种或多种。
根据ASTM C578测量的所公开PS组合物的湿密度可以为小于或等于约0.09g/mL(5.6磅/立方英尺("pcf'))。在一些实施方式中，所公开PS组合物的湿密度可以为约0.03g/mL至约0.09g/mL(约1.9pcf至约5.6pcf)、约0.03g/mL至约0.085g/mL(约1.9pcf至约5.5pcf)、约0.03g/mL至约0.08g/mL(约1.9pcf至约5.0pcf)。
本文还公开了一种通过本公开PS组合物挤出所生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫。在一些实施方式中，相对于不包含SRA的其它类似低密度泡沫，低密度PS泡沫呈现出至少一种出色的阻隔性能。至少一种出色的阻隔性能可以包括根据ASTM C518确定的R值。在一些实施方式中，低密度PS泡沫呈现出与不包含SRA的其它类似低密度泡沫至少相当的至少一种机械性能。在一些实施方式中，至少一种机械性能可以是压缩强度(根据ASTM D3574-C测量)。在一些实施方式中，通过含发泡剂(包括一种或多种氢氟烯烃)的本公开PS组合物挤出所产生的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫呈现出至少一种阻隔性能，该阻隔性能至少等同于在不存在SRA和一种或多种选自氢氟烃(HFC)的发泡剂的情况下所生产的其它类似低密度泡沫的阻隔性能。
不希望受限于理论，SRA可在本发明的所得聚苯乙烯泡沫内充当渗透屏障，从而降低发泡剂穿过泡沫孔道壁的渗透速率。本公开的低密度聚苯乙烯泡沫因此可以呈现出在泡沫形成之后(例如，在15天、30天或60天后)的发泡剂保留性提高。在一些实施方式中，本公开的低密度聚苯乙烯具有发泡剂保留性，例如，根据下文实施例3所述的GC顶空技术测定，该发泡剂保留性比在没有SRA的情况下生产的其它类似聚苯乙烯泡沫塑料的大至少10％、15％或20％。
所公开的低密度聚苯乙烯泡沫可以具有任意所需厚度以适合预期应用。例如，在一些实施方式中，所公开的聚苯乙烯泡沫可以是厚度范围约1/32英寸至约2.0英寸的片材或板材。然而，更薄或更厚的泡沫也包括在本文所公开主题的范围内。低密度聚苯乙烯泡沫可以具有任意所需密度，例如但不限于：根据ASTM C578测量的湿密度为小于或等于约0.09g/mL(5.6磅/立方英尺("pcf'))。在一些实施方式中，低密度聚苯乙烯泡沫的湿密度范围可以为约0.02g/mL至约0.09g/mL、约0.03g/mL至约0.08g/mL、约0.04g/mL至约0.08g/mL、或约0.04g/mL至约0.06g/mL。
在一些实施方式中，所公开的聚苯乙烯泡沫的平均孔道尺寸可以为至少约50微米。在一些实施方式中，所公开泡沫的平均孔道尺寸可以为至多约1000微米。平均孔道尺寸可以根据ASTM D3576-98(程序A)来测量
所公开聚苯乙烯薄膜可以采用任意的各种构造，例如但不限于：片材(sheet)、板材(plank)、厚块(slab)、块料(block)、板料(board)、棒(rod)、珠料(bead)、和模塑形状。
所公开的聚苯乙烯泡沫可以使用本领域已知的任意工艺来构造。在一些实施方式中，可以使用任意的化学或物理发泡剂，如上文所述。对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，发泡剂通过使热塑性树脂膨胀以产生密度明显小于制备泡沫的树脂的多孔热塑性结构而起作用。气泡围绕“成核位点”形成，并通过加热或减压或通过释放气体的化学反应过程而膨胀。成核位点是促进树脂中气泡形成的小颗粒或小颗粒团聚体。在一些实施方式中，可以将一种或多种添加剂掺入树脂中以促进特定发泡剂的成核，从而提供更均匀的孔分布。
用于制备所公开PS泡沫结构的PS组合物中发泡剂的总量取决于条件，例如，发泡剂溶解在聚合物中的温度和压力、所用发泡剂的化学和热物理特性以及所得发泡制品的所需密度和相关性能(例如阻隔值、重量与强度比、压缩强度等)。因此，在一些实施方式中，发泡剂可以与PS组合物混合或以适合在所得PS泡沫中获得所需膨胀程度的量进行共混。例如，在一些实施方式中，基于100重量份的PS组合物或可发泡混合物，可以添加至PS共混物中的发泡剂的量为约0.5重量份至约15重量份；在一些实施方式中为约2重量份至10重量份；并且在一些实施方式中，为约3重量份至9重量份。
在一些实施方式中，所公开的聚苯乙烯泡沫可以使用连续挤出工艺构造。在该方法中，PS组合物的聚苯乙烯和SRA共混在一起并添加到挤出机中。在一些实施方式中，SRA可以母料形式添加。可以使用任意常规类型的挤出机，例如单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和/或串列式挤出机。在挤出机中，PS共混物熔融并混合。通过挤出机中的一个或多个注射端口，将发泡剂添加到熔融的聚苯乙烯/SRA共混物中。可以将要使用的任意其它添加剂添加至挤出机中的熔融聚苯乙烯/SRA共混物中，并且/或可以与PS树脂丸粒一起添加，如上文所述。挤出机将整个熔体混合物(熔融的PS/SRA共混物、发泡剂和任何其它添加剂)推送通过挤出机端部的模头并且推入相对于挤出机内温度和压力的降温和减压区域。可以使用多种模头中的任何一种，包括但不限于股线(strand)、环形、扁平、共挤出和微层模头。在一些实施方式中，降温和减压区域可以在环境气氛中。由于聚合物中充满气体，聚合物在离开模头时的突然出现压降导致热力学不稳定。成核剂产生大量气泡并由于汽化气体扩散到生长的孔道中而生长。泡沫持续膨胀，直至孔道生长并稳定。由于温度降低，泡沫表面在聚合物物料冷却时固化，从而将发泡剂捕获在孔道内。由此形成挤出的聚苯乙烯泡沫。
或者，在一些实施方式中，所公开的聚苯乙烯泡沫可以使用间歇工艺构造。在该方法中，将聚苯乙烯共混物(即，PS和SRA)以及任意的所需其它添加剂添加到容器中，例如，压力室。将容器加热至指定温度或足以使聚苯乙烯树脂塑化的温度范围。然后将发泡剂添加到容器中以达到指定压力或压力范围，使发泡剂在一段时间内渗透聚苯乙烯树脂。压力迅速释放，从而使树脂膨胀成泡沫。
当前公开的主题还包括另外的发泡方法，包括但不限于：固态发泡、整体表层发泡(integral skin foaming)、微孔发泡、高压釜发泡和半连续发泡工艺。这类方法是本领域普通技术人员熟知的。在一些实施方式中，SRA可以作为母料添加至其它常规聚苯乙烯制剂中。
如本文所述，当前公开的方法可用于使用物理发泡剂(例如二氧化碳)来构造聚苯乙烯泡沫。取决于所用的材料和工艺，所得泡沫制品可以是珠料、片材、板料、板材、棒、管材、波状构件等。所公开的聚苯乙烯泡沫可以原样使用、切割成其它形状、通过施加热量和/或压力进一步成形或热成形、或者以其它方式机器加工或成形为所需尺寸和形状的制品，这是包装领域的普通技术人员熟知的。
所公开的聚苯乙烯泡沫可用于多种目的中的任意一种。例如，在一些实施方式中，所公开的聚苯乙烯泡沫可以用于在各种容器和包装体系中进行阻隔，以及/或者用作保护性或柔性包装。因此，在一些实施方式中，所公开的聚苯乙烯泡沫可以热成形为容器，例如但不限于：托盒、碗和/或盘，用于柔性和刚性包装，用于各种保护性包装应用，用于松散填充包装，以及/或者可模塑成片材、板材、板料、或波状制品，用于柔性、保护性、刚性和/或阻隔应用。
如上所述，本文公开的PS组合物和由其生产PS泡沫的方法可以使发泡剂在挤出期间在PS中具有更大的溶解度和/或在所得的PS泡沫中具有更高浓度的发泡剂。在所得聚苯乙烯泡沫中掺入更高浓度的发泡剂可提供增强的阻隔性能。
另外，已经发现，当PS与本公开的SRA共混时，其可以在物理发泡剂例如二氧化碳的存在下进行发泡。在一些实施方式中，与常规的易燃或高GWP烃相比，非易燃性和/或低GWP的发泡剂允许改进安全性和/或环境友好性。使用物理发泡剂可以帮助减少泡沫的固化时间，这可以节省时间、精力和资金。
实施例
已经大致描述了实施方式，提供以下实施例作为本公开的特定实施方式，以证明其实践和优点。应理解，实施例以说明方式给出，并不意图以任意方式限制说明书或权利要求书。
实施例1：在ESO的存在下挤出PS
本发明的PS组合物IC1是由在5000ppm(0.5重量％)ESO存在下配混的MFR为4.5克/10分钟的结晶聚苯乙烯PS1 CX5197(商品名PS 533)通过27mm双螺杆挤出机所形成的。使本发明的组合物与0.5重量％的化学发泡剂FP-40(作为发泡成核剂)进行干混，并使用不同量的HFC 134a(也称为R134a)作为发泡剂来评估泡沫挤出。对包含MFR为4.5克/10分钟且没有ESO的标准结晶聚苯乙烯PS1的对比组合物CC1进行类似处理。在单螺杆挤出机上配混制剂。样品1是100％的PS533(可从美国总石油化工和精炼公司(Total Petrochemicals andRefining USA，Inc)获得的熔体流动速率为4.5的总PS等级)。样品2是含有0.5％ESO的PS533配混物(
Figure BDA0002844427330000171
7170，购自阿科玛公司(Arkema))。具体来说，将各样品的共混物在以下条件下放入单螺杆挤出机的料斗中：180℃至200℃的温度。将所得的股料通过水浴进料以冷却，然后用气刀干燥。然后将股料进料至
Figure BDA0002844427330000172
制粒机中。
将来自实施例1的样品1和2在串列式泡沫挤出生产线中发泡。具体而言，将样品放置在主挤出机的料斗中。通过MaxPro液体泵将发泡剂134a进料到主挤出机中。通过NordsonXaloy熔体泵使均质化熔体进料至第二挤出机中。对第二挤出机温度进行调节，以保持1200psi的恒定模头排出压力。当熔体离开20密耳带状模头时，产生了低密度泡沫。
本发明的组合物IC1和对比组合物CC1的湿密度通过ASTM C578测定，ASTM C578通过引用纳入本文。图1是实施例1的IC1和CC1的湿密度(g/cc)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图。如图1所示，实验数据表明，与CC1对照相比，在7至8重量％的HFC 134a浓度下，含有4.5克/10分钟MFR PS1和约0.5重量％ESO的本发明组合物IC1的湿密度平均降低了超过10％以上。
图2是实施例1的IC1和CC1的第二挤出温度(℉)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图。如图2的数据所示，ESO的存在使得在高发泡剂浓度下，第二挤出机能够在较低的温度下运行。因此，IC1可以用于在所需较高发泡剂(例如HFC 134a)浓度下制造低密度泡沫。
分别对使用本发明组合物IC1和对比组合物CC1生产的所得PS泡沫IF1和CF1的机械性能进行评估。模量通过ASTM D3574-C测定。图3A是利用本发明组合物IC1生产的本发明PS泡沫IF1和利用对比组合物CC1生产的对比PS泡沫CF1的压缩模量(psi)的柱形图。图3B是本发明PS泡沫IF1和对比PS泡沫CF1的屈服载荷(lbf)的柱形图。如图3A中数据所示，添加0.5重量％的ESO导致泡沫模量降低约10％；如图3B中数据所示，存在0.5重量％的ESO导致压缩强度略微降低(例如，降低小于4％)。可以对组合物进行1配制并优化，以在发泡剂(例如，HFC 134a)的溶解度概述和所得PS泡沫机械性能的保持之间达到平衡。
实施例2：在MO的存在下挤出PS
如实施例1所述，研究了包含实施例1的MFR为4.5克/10分钟的结晶聚苯乙烯PS1和0.5重量％的矿物油(MO)(作为增塑剂/添加剂)的本发明组合物IC2的泡沫挤出。图4是该实施例的本发明组合物IC2和实施例1的IC1的湿密度(g/cc)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图。图5是IC2和CC1的第二挤出温度(℉)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图。如图4和5的数据可以看出，利用MO作为添加剂，获得了发泡剂(即HFC 134a)溶解度的类似益处。
实施例3：在GMS或GTS的存在下挤出PS
采用MFR为4.5克/10分钟的结晶聚苯乙烯PS1研究三种配方。对比组合物CC2包含纯PS1、包含PS1与0.5重量％GMS的干混物的第三发明组合物IC3、以及包含与0.5重量％GTS干混的PS1的第四发明组合物IC4。泡沫挤出是在包含0.75”主挤出机和1.5”第二挤出机的泡沫生产线上进行的。使用5mm的棒模头，并添加0.5重量％的滑石母料作为成核剂。R134a以提高的浓度用作发泡剂。第二挤出机的排出压力(head pressure)保持为1000至1200psi。使用齿轮泵将产量保持在6.5至7磅/小时。
图6是如上文实施例1中所述进行测定，实施例3的本发明组合物IC3和IC4以及对比组合物CC2的湿密度(g/cc)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图。如图6的数据所示，CC2对照的密度在5.2至8.2重量％发泡剂R134a之间是相当恒定的。含有GMS的本发明组合物IC3显示了在5.4至6.9重量％发泡剂R134a之间略微改善的密度。从模头经常喷出R134a可以看出，CC2对照和包含GMS共混物的IC3在7.5重量％发泡剂R134a处变得过饱和。含有GTS的本发明组合物IC4的密度略高于CC2对照和IC3的GMS共混物；但是，IC4在发泡剂R134a的溶解度上显示出显著改善。具体来说，IC4的GTS共混物能够在高浓度(例如7.5至9重量％)的发泡剂R134a下发泡，同时保持良好孔道结构并且没有加工问题。
利用内部发展的GC顶空技术，分析分别由CC2、IC3和IC4产生的泡沫样品CF2、IF2和IF3的发泡剂134a的保留性。结果在泡沫老化15天和30天后获得。图7A是15天后在GC顶部空间中发泡剂134a的峰丰度与挤出期间组合物中所用发泡剂R134a浓度的关系图；图7B是30天后在GC顶部空间中的发泡剂R134a的峰丰度与挤出期间组合物中所用发泡剂R134a的浓度的关系图。因此，图7A和7B的曲线图显示出在成品泡沫中相对发泡剂R134a含量(由GC峰丰度表示)与泡沫挤出期间实际注入挤出机中的发泡剂R134a浓度的关系。从图7A和7B中可以看出，与在本公开SRA不存在的情况下生产的CF2对照相比，分别由包含GMS和GTS的PS组合物所生产的IF2和IF3泡沫显示出发泡剂保留性的改善。在GTS存在下所产生的泡沫样品IF3似乎很出色，因为实现了较高浓度(例如7至9重量％)的发泡剂R134a下显著改善发泡剂保留性。注意，分别用于生产PS泡沫CF2和IF2的另外两种配方CC2和IC3由于发泡剂在PS中过饱和而不能在8重量％或更高的发泡剂R134a浓度下始终挤出。
使用Leica DM 2500M显微镜以25倍放大倍数收集了分别使用包含0重量％添加剂、0.5重量％GMS和0.5重量％GTS的组合物所生产的泡沫样品CF2、IF2和IF3的图像，如图8所示。图8的顶部行(a)分别显示了在7.06重量％、6.9重量％和7.1重量％发泡剂R134a下的CF2、IF2和IF3泡沫样品的图像(参见下面的新图表)，而图8的底部行(b)分别显示了在8.2重量％、7.97重量％和7.9重量％发泡剂R134a下的CF2、IF2和IF3泡沫样品的图像。通常，与纯PS的CF2相比，分别由含有GMS和GTS的PS组合物所产生的泡沫样品IF2和IF3显示出孔道尺寸增加。特别地，在相等浓度的发泡剂下，由包含GTS的PS组合物是生产的泡沫孔道明显大于由纯PS组合物CC2生产的泡沫孔道。因此，根据本公开添加GMS或GTS添加剂可以潜在地消除或减少泡沫生产商通常用来增加泡沫孔道尺寸以获得最佳阻隔性能的其它添加剂的量；这可以节省大量成本。
包含PS和0.25至0.5％GTS的PS组合物显著改善了发泡剂R134a的溶解度和保留性。总体上，由根据本公开的包含GTS添加剂的组合物所生产的PS泡沫显示出发泡剂R134a的溶解度和发泡剂保留性的改善，在其较高浓度下保留更多的发泡剂，同时保持相对低密度和良好孔道结构。具体来说，与CC2对照(其最大溶解度达到6.5至7.5重量％发泡剂R134a)相比，本发明GTS共混物组合物能够在高浓度(例如7.5至9重量％)的发泡剂R134a下发泡，同时保持良好孔道结构并且没有加工问题。此外，包含PS和GTS的PS组合物导致PS泡沫在15天和30天后显示出R134a保留性上的显著改善。发泡剂R134a在PS泡沫中的溶解度和保留性提高应当改善了阻隔性能(例如R值)，用于例如生产阻隔泡沫板料等的目的。
实施例4：在GTS添加剂和CO2发泡剂的存在下挤出PS
已知CO2在聚苯乙烯中的溶解度非常低。进行实验以研究使用二氧化碳(CO2)作为发泡剂。两个样品采用CO2作为发泡剂进行发泡。本发明组合物IC5含有实施例3中使用的结晶聚苯乙烯PS1和0.5重量％的GTS，而对比组合物CC3含有纯聚苯乙烯PS1，不含添加剂。对于IC5，GTS配混物与晶体聚苯乙烯PS1干混。使用5mm的棒模头，并添加0.5％滑石作为成核剂。使用浓度渐增的二氧化碳作为发泡剂。第二挤出机的排出压力保持为1100至1200psi。使用齿轮泵将产量保持在约6.5磅/小时。
图9是如上述实施例1中所述进行测定，该实施例的本发明组合物IC5以及对比组合物CC3的湿密度(g/cc)与二氧化碳发泡剂的浓度(重量％)的关系图。已发现在IC5的PS组合物中存在5,000ppm GTS可以使泡沫挤出期间的CO2溶解度提高超过约20％，这可以使CO2在某些低密度PS泡沫应用中更加有用和有利。
将本发明组合物IC5的PS1/GTS共混物用浓度为1-5重量％的CO2发泡。基于泡沫密度和膨胀，CO2发泡剂在本发明组合物IC5的PS1/GTS共混物中的最大溶解度约为3.5％。但是，在4重量％CO2下收集的样品中未观察到加工问题或不一致的孔道结构。与纯PS1对照CC3(其最大溶解度为3重量％CO2发泡剂，并且在4重量％CO2下显示出发泡性不良)相比，这是一个重大的改进。
分别由本发明的PS组合物IC5和对比PS组合物CC3生产本发明的泡沫IF4和对比泡沫CF3。图10A和10B提供了从对比泡沫CF4和本发明泡沫IF4获取的泡沫棒图像。对于本发明泡沫和对比泡沫，收集来自不同的高CO2水平的泡沫棒样品。如下图所示，CF3产生大缝隙(slit)，表明未保留CO2，而由本发明的PS/GTS共混物/组合物IC5所生产的本发明泡沫IF4在3.5和4重量％的CO2下显示出良好的发泡性。在5重量％CO2下收集的IF4显示出与在3.5重量％的CO2下收集的的过饱和CF3对照样品相当的多个缝隙区域。
使用Leica DM 2500M显微镜以25倍放大倍数收集了分别使用包含0重量％添加剂和0.5重量％GTS的组合物以及不同量二氧化碳发泡剂所生产的泡沫样品CF3和IF4的图像，并且如图11所示。图11的第一行(a)至第六行(f)分别显示了在1、2.5、3、3.5、4、5重量％二氧化碳发泡剂下的CF3和IF4泡沫样品的图像。总体而言，各浓度CO2下的孔道结构都与上述密度趋势和泡沫膨胀得出的结论相关联。
从实施例4的实验可以得出结论，在PS泡沫中添加GTS不仅改善了作为发泡剂的HFC 134a的溶解度，而且还改善了作为发泡剂的CO2的溶解度。
实施例5：在GMS和GTS添加剂的存在下的PS泡沫挤出
对三种PS组合物(PS1加0.5％GMS、PS1加0.5％GTS和PS1加0.5％IRGANOX 1010)的评估导致发泡剂R134a的溶解度和/或发泡剂R134a的保留性显著提高。具体来说，与PS1对照(其最大溶解度达到6.5至7.5重量％发泡剂R134a)相比，含有PS1/GTS共混物的组合物能够在高浓度(例如7.5至9重量％)的发泡剂R134a下发泡，同时保持良好孔道结构并且没有加工问题。尽管包含GMS的组合物并未提高发泡剂R134a在PS1中的最大溶解度，但样品确实显示出15天和30天后发泡剂R134a保留性上的改善。
对包含与0.25重量％GMS和0.25重量％GTS干混的结晶聚苯乙烯PS1(在上文实施例3中描述)的本发明PS组合物IC6和包含与0.25重量％GMS、0.25重量％GTS和0.25重量％
Figure BDA0002844427330000211
1010(购自巴斯夫公司(BASF))干混的PS1的IC7进行了研究，以评估根据本公开利用多种SRA添加剂的效果。添加剂与PS1干混。使用5mm的棒模头，并添加0.5％滑石作为成核剂。使用浓度渐增的R134a作为发泡剂。第二挤出机的排出压力保持为1100至1200psi。使用齿轮泵将产量保持在6.5至7磅/小时。
图12是如上文实施例1中所述进行测定，本发明组合物IC6和IC7的湿密度(g/cc)与发泡剂HFC 134a的浓度(重量％)的关系图；提供对比组合物CC2的结果进行比较。如图12的数据所示，类似于包含0.5重量％IC4的GTS的PS1共混物的结果，包含与0.25重量％的GMS和0.25重量％的GTS共混的PS1的本发明组合物IC6能够生产相对低密度泡沫，发泡剂R134a高达9.7重量％。另外，包含与0.25重量％的GMS、0.25重量％的GTS和0.25重量％的
Figure BDA0002844427330000221
1010共混的PS1的本发明组合物IC7产生了相对低密度的泡沫，发泡剂R134a高达9.1重量％。与最大溶解度为6.5至7重量％的发泡剂R134a的对照(即，实施例3中发泡的CC2)相比，本发明组合物IC6和IC7在发泡剂R134a的溶解度方面提供了显著改善。这些结果还表明，较低负载(例如，2500ppm或更低)的本公开SRA添加剂(例如，GTS)可能足以改善发泡剂(例如，R134a)在PS泡沫中的溶解度。
使用Leica DM 2500M显微镜以25倍放大倍数收集了分别使用本发明组合物IC6和IC7以及不同量134a发泡剂所生产的泡沫样品IF5和IF6的图像，并且如图13A和13B所示。图13A的(a)行显示了在6重量％R134a下IF5、IF6和CF2的图像；图13A的(b)行分别显示了分别在6.9重量％、7.1重量％和6.9重量％R134a下IF5、IF6和CF2的图像；图13A的(c)行分别显示了分别在7.5重量％和7.6重量％R134a下IF5和IF6的图像；图13A的(d)行显示了在8重量％R134a下IF5和CF2的图像。图13B的(e)行显示了在8.8重量％和9.1重量％R134a下IF5和IF6的图像；图13B的(f)行分别显示了分别在9.7重量％和9.2重量％R134a下IF5和CF2的图像；图13B的(g)行分别显示了分别在10重量％和10.3重量％R134a下IF5和IF6的图像；图13B的(h)行显示了在10.75重量％R134a下IF6的图像。
由包含与GTS和GMS共混的PS1的本发明组合物IC6生产的本发明PS泡沫样品IF5显示出良好的发泡性，发泡剂R134a高达8.8重量％。尽管在9.7重量％发泡剂R134a下收集的样品具有相对较低的泡沫密度，但孔道结构图显示出泡孔尺寸不一致的区域，这表明泡沫变得过饱和。由包含与GTS、GMS和
Figure BDA0002844427330000231
1010共混的PS1的本发明组合物IC7生产的本发明PS泡沫样品IF6显示出发泡剂R134a为6重量％至9.1重量％的良好孔道结构。然而，在10.3重量％发泡剂R134a下收集的样品显示出较差的泡孔结构，表明最大溶解度为9.1重量％至10.3重量％发泡剂R134a。
虽然示出并描述了各种实施方式，但是，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和内容的情况下可以对其进行各种变动。本文中所述的实施方式只是举例，并不是用来构成限制。本文所公开主题的许多变化和修改是可能的，并且在本公开范围之内。清楚地指出数值范围或限值时，应理解，这些明确范围或限值包括落在该明确表示的范围或限值内的同样量级的重复范围或限值(如，约1-10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等)。例如，每当公开具有下限RL和上限RU的数值范围时，具体公开了落入该范围内的任意数字。特别是，具体公开了该范围内的以下数字：R＝RL+k*(RU-RL)，其中k是以1％增量从1％到100％的变量，即，k是1％、2％、3％、4％、5％、……50％、51％、52％、……95％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，还具体公开了由上述限定的两个R数字定义的任意数值范围。相对于权利要求的任意要素使用术语“任选地”旨在表示需要或者不需要主体要素(subjectelement)。所有替代方案均在权利要求书的范围之内。应该理解使用更宽的术语(例如包含、包括、具有等)来为更窄的术语(例如由……组成、基本上由……组成、基本包含等)来提供支持。
因此，保护的范围不受上文所列描述的限制，而只由所附权利要求书限定，权利要求书的范围包括权利要求书主题的所有等价内容。每个权利要求作为本公开的实施方式纳入说明书中。因此，权利要求是对本公开实施方式的进一步描述和补充。参考文献的讨论并未承认其是本公开的现有技术，尤其是公开日期可能在本申请优先权日期之后的任意参考文献。本文中列举的所有专利、专利申请和出版物的公开内容都通过参考纳入本文，其对本文陈述的内容提供示例性、程序上或其它细节上的补充。
额外说明
上文所公开的具体实施方式只是说明性的，本领域技术人员在阅读本文中的教导之后可以理解，可以许多不同但等效的方式来修改和实施本公开。此外，除了在所附权利要求书中描述的之外，并未意图限制本文所示的构造或设计的细节。因此，显然可以对上面公开的具体说明性实施方式作出改变或修改，所有这种变更均被认为是在本公开的范围和精神内。通过组合、集成和/或省略实施方式的特征而产生的替代性实施方式也在本公开的范围内。尽管以“具有”、“包含”、“含有”或“包括”各种组件或步骤的更宽的术语来描述组合物和方法，但是该组合物和方法也可以“基本上由组分/部件和步骤组成”或“由组分/部件和步骤组成”。相对于权利要求的任何要素使用术语“任选地”意味着该需要该要素、或者不需要该要素，这两种选择都在权利要求的范围之内。
以上公开的数字和范围可以有所不同。每当公开具有下限和上限的数值范围时，具体公开了落入该范围内的任何数字和任意包括的范围。特别地，本文公开的数值的各个范围(形式“约a至约b”，或等同地“约a至b”，或等同地“约a-b”)应理解为列举了包含在数值更广泛范围内的各个数字和范围。而且，除非专利权人另有明确且清晰地限定，权利要求中的术语具有其普遍的、通常的含义。此外，本文定义的权利要求中使用的不定冠词“一个”或“一种”表示其所介绍的一种或多于一种的要素。如果本说明书和一个或多个专利或其它文件中的词语或术语的使用存在冲突，则应采用与本说明书一致的定义。
本文所公开的实施方式包括：
A：用于制造挤出泡沫的聚苯乙烯(PS)组合物，所述PS组合物包含：聚苯乙烯；发泡剂；和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合。
B：一种通过PS组合物挤出生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，所述PS组合物包含聚苯乙烯；发泡剂；和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；其中，与不包含添加剂的其它类似低密度泡沫相比，低密度PS泡沫包含的发泡剂浓度更高。
C：一种通过PS组合物挤出生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，所述PS组合物包含聚苯乙烯；发泡剂；和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；其中，与不包含添加剂的其它类似低密度泡沫相比，低密度PS泡沫呈现出至少一种出色的阻隔性能。
D：一种通过PS组合物挤出生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，所述PS组合物包含聚苯乙烯；发泡剂；和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；其中，低密度PS泡沫呈现出与不包含添加剂的其它类似低密度泡沫至少相当的至少一种机械性能。
E：一种通过PS组合物挤出生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，所述PS组合物包含聚苯乙烯；发泡剂；和选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；其中，发泡剂包括一种或多种氢氟烯烃，并且，低密度PS泡沫呈现出至少一种阻隔性能，该阻隔性能至少等同于在不存在添加剂并具有一种或多种选自氢氟烃(HFC)的发泡剂的情况下所生产的其它类似低密度泡沫的阻隔性能。
F：一种生产低密度聚苯乙烯(PS)泡沫的方法，所述方法包括：使得聚苯乙烯(PS)、发泡剂和选自如下化合物的添加剂以及任选的其它添加剂共混以形成可发泡混合物：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；以及通过模头使可发泡混合物挤出并进入减压区域中来产生泡沫。
G：一种通过包括如下步骤的方法所生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫：使得聚苯乙烯(PS)、发泡剂和选自如下化合物的添加剂共混以形成可发泡混合物：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；以及通过模头使可发泡混合物挤出并进入减压区域中来产生泡沫。
H：一种生产低密度聚苯乙烯(PS)泡沫的方法，所述方法包括：使得聚苯乙烯(PS)、发泡剂和母料共混以形成可发泡混合物，所述母料含有选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；以及通过模头使可发泡混合物挤出并进入减压区域中来产生泡沫。
实施方式A、B、C、D、E、F、G和H中各自可以具有一个或多个以下附加要素：要素1：包含约0.01重量百分比至约10.0重量百分比(重量％)、约0.01重量％至约5.0重量％、约0.01重量％至约2.0重量％、约0.01重量％至约0.5重量％的添加剂，所述重量百分比为基于PS组合物中聚苯乙烯和添加剂的总量。要素2：其中，PS选自：结晶聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、PS共聚物或其组合。要素3：其中，PS共聚物含有含金属单体、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯或丙烯腈。要素4：其中，含金属单体包括二甲基丙烯酸锌(ZDMA)。要素5：其中，根据ASTM D-1238测量的聚苯乙烯的熔体流动速率(MFR)范围为0.2至30克(g)/10分钟(min)、1至20克/10分钟、或1至10克/10分钟。要素6：还包含选自如下的添加剂：抗氧化剂、阻燃剂、IR衰减剂、发泡成核剂或其组合。要素7：其中，发泡剂选自：氢氟烃(HFC)、氢氟烯烃(HFO)、或其组合。要素8：其中，发泡剂还包括选自烃、二氧化碳、氮气、或其组合中的一种或多种。要素9：其中，至少一种出色的阻隔性能包括根据ASTM C518确定的R值。要素10：其中，至少一种机械性能是压缩强度。要素11：其中，可发泡组合物包含约0.01重量百分比至约10.0重量百分比(重量％)、约0.01重量％至约5.0重量％、约0.01重量％至约2.0重量％、或约0.01重量％至约0.5重量％的添加剂。要素12：其中，可发泡混合物中发泡剂的溶解度比不存在添加剂的其它类似可发泡混合物中发泡剂的溶解度大至少5％、7％、10％或20％。要素13：其中，可发泡混合物还包含选自如下的添加剂：抗氧化剂、阻燃剂、IR衰减剂、发泡成核剂或其组合。要素14：其中，与不存在添加剂的其它类似低密度泡沫相比，低密度PS泡沫包含的发泡剂浓度更高。要素15：其中，与不存在添加剂的其它类似低密度泡沫相比，低密度PS泡沫呈现出至少一种出色的阻隔性能。要素16：其中，低密度PS泡沫呈现出与不存在添加剂的其它类似低密度泡沫至少相当的至少一种机械性能。要素17：其中，发泡剂包括一种或多种氢氟烯烃，并且，低密度PS泡沫呈现出至少一种阻隔性能，该阻隔性能至少等同于在不存在添加剂并存在一种或多种选自氢氟烃(HFC)的发泡剂的情况下所生产的其它类似低密度泡沫的阻隔性能。要素18：其中，PS泡沫呈现出至少15、30或60天后发泡剂保留性提高。要素19：其中，添加剂选自如下化合物：三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合。要素20：其中，添加剂选自如下化合物：矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合。
虽然已显示并描述了本发明的优选实施方式，但是，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和内容的情况下可以对其进行各种修改。本文中所述的实施方式只是举例，并不是用来构成限制。本文所公开的实施方式的许多变化和变动在本发明范围之内。
一旦完全理解了上述公开，许多其它修改、等同方案和替代方案对于本领域技术人员将变得显而易见。意图将以下权利要求解释为在适用的情况下涵盖所有此类修改、等同方案和替代方案。因此，保护的范围不受上文所列描述的限制，而只由所附权利要求书限定，权利要求书的范围包括权利要求书主题的所有等价内容。各权利要求作为本公开的实施方式纳入说明书中。因此，权利要求是进一步的描述，并且是对本发明详细描述的补充。所有专利、专利申请、和出版物的公开内容由此通过引用纳入本文。

Claims (20)

1.用于制造挤出泡沫的聚苯乙烯(PS)组合物，所述PS组合物包含：
聚苯乙烯；
发泡剂；以及
选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合。
2.如权利要求1所述的PS组合物，所述PS组合物含有约0.01至10.0重量百分比(重量％)的添加剂，所述重量百分比基于PS组合物中聚苯乙烯和添加剂的总量。
3.如权利要求1所述的PS组合物，其中，PS选自：结晶聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、PS共聚物或其组合。
4.如权利要求3所述的PS组合物，其中，PS共聚物含有含金属单体、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯或丙烯腈。
5.如权利要求1所述的PS组合物，其中，根据ASTM D-1238测量的聚苯乙烯熔体流动速率(MFR)为0.2至30克(g)/10分钟(min)。
6.通过将如权利要求1所述的PS组合物挤出所产生的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，其中，与不包含添加剂的其它类似低密度泡沫相比，低密度PS泡沫包含的发泡剂浓度更高。
7.如权利要求6所述的低密度PS泡沫，其中，发泡剂选自：氢氟烃(HFC)、氢氟烯烃(HFO)、二氧化碳(CO2)、或其组合。
8.通过将如权利要求1所述的PS组合物挤出所产生的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，其中，相对于不包含添加剂的其它类似低密度泡沫相比，低密度PS泡沫呈现出至少一种出色的阻隔性能。
9.通过将如权利要求1所述的PS组合物挤出所产生的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，其中，低密度PS泡沫呈现出与不包含添加剂的其它类似低密度泡沫至少相当的至少一种机械性能。
10.通过将如权利要求1所述的PS组合物挤出所产生的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，其中，发泡剂包括一种或多种氢氟烯烃，并且，低密度PS泡沫呈现出至少一种阻隔性能，该阻隔性能至少等同于在不存在添加剂并具有一种或多种选自氢氟烃(HFC)的发泡剂的情况下所生产的其它类似低密度泡沫的阻隔性能。
11.一种生产低密度聚苯乙烯(PS)泡沫的方法，所述方法包括：
使得聚苯乙烯(PS)、发泡剂和选自如下化合物的添加剂以及任选的其它添加剂共混以形成可发泡混合物：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；以及
通过模头使可发泡混合物挤出并进入减压区域中来产生泡沫。
12.如权利要求11所述的方法，其中，可发泡混合物包含约0.01至10.0重量百分比(重量％)的添加剂。
13.如权利要求11所述的方法，其中，可发泡混合物中发泡剂的溶解度比不存在添加剂的其它类似可发泡混合物中发泡剂的溶解度大至少5％。
14.如权利要求11所述的方法：
(i)其中，PS选自：结晶聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、PS共聚物或其组合；
(ii)其中，PS共聚物含有含金属单体、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯或丙烯腈；或者
(iii)兼具(i)和(ii)。
15.如权利要求11所述的方法，其中，根据ASTM D-1238测量的聚苯乙烯熔体流动速率(MFR)为0.2至30克(g)/10分钟(min)。
16.通过权利要求11所述方法所生产的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫。
17.如权利要求16所述的低密度聚苯乙烯(PS)泡沫，其中，与在没有添加剂的情况下生产的其它类似低密度泡沫相比，低密度PS泡沫包含较高的发泡剂浓度或具有至少一种出色的阻隔或机械性能。
18.如权利要求16所述的低密度PS泡沫，其中，发泡剂包括一种或多种氢氟烯烃，并且，低密度PS泡沫呈现出至少一种阻隔性能，该阻隔性能至少等同于在不存在添加剂并存在一种或多种选自氢氟烃(HFC)的发泡剂的情况下所生产的其它类似低密度泡沫的阻隔性能。
19.如权利要求16所述的低密度PS泡沫，其中，PS泡沫呈现出至少15天后发泡剂保留性提高。
20.一种生产低密度聚苯乙烯(PS)泡沫的方法，所述方法包括：使得聚苯乙烯(PS)、发泡剂和母料共混以形成可发泡混合物，所述母料含有选自如下化合物的添加剂：单硬脂酸甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(GTS)、矿物油(MO)、环氧化大豆油(ESO)、环氧化聚丁二烯或其组合；以及
使可发泡混合物挤出通过模头并进入减压区域中来产生泡沫。
CN201980041157.XA 2018-06-21 2019-06-18 用于挤出泡沫的聚苯乙烯组合物 Pending CN112313272A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/014,883 US11414529B2 (en) 2018-06-21 2018-06-21 Polystyrene compositions for foam extrusion
US16/014,883 2018-06-21
PCT/US2019/037824 WO2019246170A1 (en) 2018-06-21 2019-06-18 Polystyrene compositions for foam extrusion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112313272A true CN112313272A (zh) 2021-02-02

Family

ID=67297260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980041157.XA Pending CN112313272A (zh) 2018-06-21 2019-06-18 用于挤出泡沫的聚苯乙烯组合物

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11414529B2 (zh)
EP (1) EP3810681A1 (zh)
CN (1) CN112313272A (zh)
CA (1) CA3098984C (zh)
MX (1) MX2020011953A (zh)
WO (1) WO2019246170A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111548576A (zh) * 2020-06-24 2020-08-18 浙江王斌装饰材料有限公司 一种耐热阻燃微孔发泡聚苯乙烯材料
US20220034082A1 (en) * 2020-07-30 2022-02-03 Gustavo Velazquez Insulation board comprising enhanced strength

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101558107A (zh) * 2006-06-22 2009-10-14 欧文斯科宁知识产权资产有限公司 用于聚苯乙烯泡沫的孔度放大剂
US20120208913A1 (en) * 2011-02-10 2012-08-16 Fina Technology, Inc. Use of Polar Additives for Enhancing Blowing Agent Solubility in Polystyrene
WO2014066089A1 (en) * 2012-10-24 2014-05-01 Dow Global Technologies Llc Glycerol ester and brominated polymer in styrenic polymer

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5286429A (en) 1988-06-27 1994-02-15 Mobil Oil Corporation High melt index polystyrene foam and method
DE69325109T2 (de) 1993-01-26 1999-09-23 Dow Chemical Co Grossporiger schaumstoff und sein herstellungsverfahren
US5670552A (en) 1995-12-18 1997-09-23 W. R. Grace & Co.-Conn. Foam and process for producing foam using a carbon dioxide blowing agent
US5776389A (en) 1996-06-20 1998-07-07 The Dow Chemical Company Process for making an alkenyl aromatic polymer foam having enlarged cell size
US6245266B1 (en) 1999-03-15 2001-06-12 Sealed Air Corp. (Us) Method for making oriented polyethylene foam and foam produced thereby
DE102004044380A1 (de) * 2004-09-10 2006-03-30 Basf Ag Halogenfreie, flammgeschützte Polymerschaumstoffe
CN101715468A (zh) * 2007-03-29 2010-05-26 阿科玛股份有限公司 氢氯氟烯烃类的发泡剂组合物
US8648122B2 (en) 2011-12-01 2014-02-11 Sealed Air Corporation (Us) Method of foaming polyolefin using acrylated epoxidized fatty acid and foam produced therefrom
ES2716648T3 (es) * 2013-03-15 2019-06-13 Owens Corning Intellectual Capital Llc Auxiliares de procesamiento para su uso en la fabricación de espumas de poliestireno extruidas utilizando agentes de soplado con bajo potencial en calentamiento global
US20150166752A1 (en) * 2013-12-16 2015-06-18 Clariant International, Ltd. Polymeric Foam

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101558107A (zh) * 2006-06-22 2009-10-14 欧文斯科宁知识产权资产有限公司 用于聚苯乙烯泡沫的孔度放大剂
US20120208913A1 (en) * 2011-02-10 2012-08-16 Fina Technology, Inc. Use of Polar Additives for Enhancing Blowing Agent Solubility in Polystyrene
WO2014066089A1 (en) * 2012-10-24 2014-05-01 Dow Global Technologies Llc Glycerol ester and brominated polymer in styrenic polymer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
山西省化工研究所编, 上海科学技术出版社 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3810681A1 (en) 2021-04-28
WO2019246170A1 (en) 2019-12-26
CA3098984C (en) 2024-06-04
MX2020011953A (es) 2021-01-15
CA3098984A1 (en) 2019-12-26
US11414529B2 (en) 2022-08-16
US20190390026A1 (en) 2019-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5348984A (en) Expandable composition and process for extruded thermoplastic foams
US5667728A (en) Blowing agent, expandable composition, and process for extruded thermoplastic foams
US20110144221A1 (en) Extruded Polystyrene Foam Containing Propylene Carbonate, Ethylene Carbonate or Butylene Carbonate as a Process Aids
AU2012345753B2 (en) Method of foaming polyolefin using acrylated epoxidized fatty acid and foam produced therefrom
EP3169723B1 (en) Non-voc processing aids for use in manufacturing foams using low global warming potential blowing agents
EP1945699A2 (en) Method of manufacturing polystyrene foam with polymer processing additives
US11639429B2 (en) Pre-dried polystyrene/alumina compound for foam extrusion
US6872757B2 (en) Expandable composition, blowing agent, and process for extruded thermoplastic foams
KR100881874B1 (ko) 발포제로서 134ａ 및 알코올에 의한 압출 비닐 방향족발포체
CA3098984C (en) Polystyrene compositions for foam extrusion
CA2399239C (en) Extruded foam product with reduced surface defects
JPH10175249A (ja) 熱可塑性樹脂発泡体およびその製造方法
JP5670816B2 (ja) ポリオレフィン系樹脂発泡粒子の製造方法
JPH10175248A (ja) 熱可塑性樹脂発泡体およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination