CN1131429A - 采用无卤发泡剂制造的多孔塑料板 - Google Patents

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Abstract

本发明关于采用非卤素发泡剂由一种热塑性聚苯乙烯制成的挤塑多孔塑料板,该种塑料的维卡软化温度VST(按B50方法测定)最高为100℃,其熔流体积速率MVR(200℃以及5kg载荷条件下)至少为5ml/10min。这种板至少为20mm厚,较好大于50mm,且尤其以80mm-200mm厚为佳。用于制造该种多孔塑料板的较好发泡剂为单一的二氧化碳以及二氧化碳与乙醇和/或乙醚的混合物。

Description

采用无卤发泡剂制造的多孔塑料板
本发明涉及采用无卤发泡剂生产的泡沫板及其生产方法。本发明尤其涉及厚度至少为20mm、包含一种以聚苯乙烯为主的热塑性基材且不含含卤气体的闭孔泡沫板。
为了以挤塑生产以聚苯乙烯为基础的泡沫板,已经提出过多种发泡剂。
例如,EP-A-464581披露一种生产具有高压缩强度且断面(积)至少为50cm2泡沫板的方法,按此法,一种由聚苯乙烯、相当于聚苯乙烯重量5-16%的发泡剂以及,希望的话,惯用添加剂组成的混合物,以组成如下的混合物为发泡剂进行挤塑:
a)3~70%(重量)    沸点介于56~100℃的醇或酮,
b)5~50%(重量)    二氧化碳,以及
c)0~90%(重量)    沸点介于-30~+30℃的C3~C5饱和
                   烃和/或含氢、氯氟化或氟化烃。
按已知方法生产的泡沫板的缺点是,以加热时尺寸稳定性为例,达到最终数值的速度比较慢。
JP-A-60/145835披露一种包含聚苯乙烯泡沫层的层合板的生产方法,该泡沫层是以一种醚,例如乙醚、甲乙醚或甲基乙烯基醚,为发泡剂经挤塑制成的。该实例描述了使用3.7重量份(以聚苯乙烯为基准)乙醚为发泡剂生产6mm厚板的过程。
人们还知道,使用很快从泡沫体扩散出去的发泡剂,譬如CO2,往往不再能保证厚度在20mm以上,特别是等于或大于50mm厚的发泡板有充分的尺寸稳定性和压缩强度。另外,使用发泡能力大的发泡剂往往导致泡沫体中有很高比例的开孔。
故而,用EP-A-464581描述的方法生产厚度大于20mm的高质量泡沫板往往只有在使用氧氟化或氟化烃为发泡剂时才是可能的。然而后者由于环境的原因是不希望使用的。
德国专利申请P4236579.1涉及使用一种含二烷基醚的发泡剂混合物生产聚苯乙烯泡沫板的方法。在其给出的实例中,所用热塑性基材一律是一种熔体流动指数为4.5的苯乙烯均聚物。该聚苯乙烯的维卡软化温度为101℃。
本发明的一个目的在于提供采用无卤发泡剂生产的、以苯乙烯聚合物为基础的挤塑泡沫板。
本发明的另一个目的在于提供一种生产厚度最小为20mm的苯乙烯聚合物泡沫板的方法,该方法生产出的泡沫体具有闭孔结构,只有很小的吸水性,当然还具备良好的尺寸稳定性、压缩强度和高受热尺寸稳定性。本发明进一步的目的在于提供一种方法,从而有可能在生产的泡沫板中迅速建立起最终数值,尤其指受热后尺寸稳定性。相应地,在所用发泡剂中二氧化碳的比例应该是允许很高的。
本发明更进一步的目的是使用含有乙醇和二氧化碳的发泡剂混合物,且尤其是使用二氧化碳作为单一发泡剂,生产厚度大于50mm,较好80~200mm之间泡沫板的生产方法。
我们已经发现,上述目的已体现在用无卤发泡剂生产的包含以苯乙烯聚合物为基础的热塑性基材和闭孔的、厚度最小为20mm,断面至少50cm2的挤塑泡沫板上,上述闭孔中没有含卤素的气体,希望的话在热塑性基材中可含有不溶性添加剂,该热塑性基材的维卡软化温度VST B50(按照DIN53460)至少为100℃,其熔体流动指数MVI200/5(按DIN53735)为至少5ml/min。
采用下面生产此类泡沫板的方法可以达到上述目的,该方法包括将由下列成分组成的混合物进行挤塑:增塑苯乙烯聚合物热塑性基材、无卤发泡剂以及,希望的话,惯用添加剂。
本发明的要点在于,起始原料为一种热塑性基材,其维卡软化温度VST B50最高为100℃,较好最高99℃,尤其好最高95℃,且其熔体流动指数MVI200/5至少为5ml/10min,较好至少为7ml/10min,尤其好至少为10ml/10min。按本发明生产的泡沫板其厚度至少20mm,较好大于50mm,尤其好介于80~200mm之间。其断面至少为50cm2,较好介于100~1200cm2之间。它们是闭孔的,即90%以上,较好95%以上的泡孔是闭合的,这便造就了低吸水性。该泡沫板的密度较好在20~60g/l之间。
以苯乙烯均聚物为起始原料,原则上有两种可能的途径来降低其维卡软化温度和提高其熔流指数:一种方法是在聚苯乙烯分子链中引进行共聚单体或者在苯乙烯均聚物中混入适当的共聚物;另一种方法是在聚苯乙烯中混入溶解性增塑剂。
尤其好的热塑性基材包括一种组成如下的混合物:a)0.1~100%(重量)    由50~99%(重量)苯乙烯和1~50%(重
                  量)共轭乙烯生成的嵌段共聚物,以及b)0~99.9%(重量)     不同于a)的一种苯乙烯聚合物。
该热塑性基材包含,作为组分a),0.1~100%(重量),较好1~50%(重量),尤其好5~40%(重量)的含有苯乙烯50~99%(重量),较好55~90%(重量)且尤其好含苯乙烯60~85%(重量)的嵌段共聚物;同时该共聚物还含有1~50%(重量),较好10~45%(重量),尤其好含有15~40%(重量)的共轭二烯。所用的这种嵌段共聚物a)尤其好是一种星形支链嵌段共聚物。
所用的共轭二烯一般地具有4~8个碳原子。可以使用的共轭二烯(单独或互相掺混地用以制备支链嵌段共聚物)的例子有:丁二烯、异戊二烯和2,3-二甲基丁二烯。其中以丁二烯或异戊二烯为特别好,这二者中又以丁二烯为佳。
这种星形支链嵌段共聚物的分子量一般在50,000~1,000,000,且较好在100,000~500,000之间。这些数字指的是重均分子量,系对25℃下0.5%(聚合物)浓度(重量)的甲苯溶液所做粘度测定而确定的。
按照本发明特别好地用作组分a)的星形支链嵌段共聚物,具有包含共聚物嵌段的支链,其中苯乙烯和共轭二烯以嵌段形式结合,同时也有单种聚合物链段的生成。这些以嵌段形式增长起来并形成支链的共聚物嵌段彼此通过偶合剂以化学方式互相联结。这种星形支链嵌段共聚物有至少3个,一般3~10个,且较好3或4个此种支链,而这些支链较好包含至少两种类型具有不同平均结构的共聚物嵌段。而且,被聚合到星形支链嵌段共聚物当中去的苯乙烯总量中一般至少50%(重量),较好至少为60%(重量)是做为支链的一个或多个共聚合物嵌段中的链端均聚物链段被结合上去的。
有关星形支链嵌段共聚物a)的细节,本身是已知的,例如可见诸于EP-B-0088960和EP-B-0113099。
然而,本发明的热塑性基材也还可以是一种具有共聚单体呈随机分布的苯乙烯共聚物,或者是苯乙烯均聚物与这种共聚物的一种共混物。适用的共聚物是例如包含有1~3%(重量),较好2~10%(重量)的(甲基)丙烯酸酯较好是与C4~C20的醇生成的酯,的共聚物。
其他较好的热塑性基材是苯乙烯聚合物,较好是均聚苯乙烯,与溶于聚苯乙烯的增塑剂构成的混合物。尤其好的是聚苯乙烯与0.1~10%(重量),较好0.5~6%(重量)的液态脂族和/或环脂族烃、有机酯、醚、酸酰胺或聚醚构成的混合物。合适的增塑剂,例如有技术级白油(C28~C43链烷烃),由C4~C20一元醇、二元醇或甘油与高级脂肪酸(例如已二酸、苯二甲酸、硬脂酸和柠檬酸)构成的酯以及硬脂酸酰胺和二甘醇、二丙二醇以及聚烯化氧的烷基醚。使用这些热塑性基材加之采用含二氧化碳发泡剂混合物和甚至单独用二氧化碳发泡,便能生产出厚度大于50mm,较好大于80mm,甚至大于100mm的泡沫板。
按照本发明,泡沫板生产过程本身是以一种已知的方式通过挤塑实现的。借加热而塑化的热塑性基材在挤塑机内同发泡剂或发泡剂混合物以及,需要的话,还有添加剂充分地混合。然后,该混合物通过一段松驰区,在其中混合物被冷却至大约100~120℃,此间保持连续搅拌,接着被挤过注嘴而生产出板。
可以加入到热塑性基材中的传统添加剂和/或助剂有抗静电剂、稳定剂、染料、填料、阻燃剂和/或成核剂,其用量为惯用的水平。
在本发明的方法中,发泡剂或发泡剂混合物的用量为热塑性基材重量的1~15%,较好3~11%,尤其好4~8%。发泡剂是不含卤素的挥发性物质。
较好的是成分如下的发泡剂混合物:
a)1~100%(重量)    二氧化碳
b)最多95%(重量)    选自由乙醚、甲乙醚和甲基乙烯基
                    醚构成的组的一种醚,
c)最多60%(重量)    沸点在56~100℃之间的醇或酮,
                    以及
d)最多30%(重量)    一种脂族C3~C6烃。
一种尤其好的用于聚苯乙烯热塑性基材和可溶性增塑剂发泡的发泡剂混合物是下列的混合物:
a)20~95%(重量),较好75~25%(重量)的二氧化碳,
c)80~5%(重量), 较好50~25%(重量)的乙醇,
d)0~10%(重量)的一种脂族C3~C6烃。
在苯乙烯共聚物,尤其指星形支链苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物或其与苯乙烯均聚物的共混物作为热塑性基材的情况下,较好的发泡剂是具有下列组成的发泡剂混合物:
a)2~90%(重量)    二氧化碳,
b)1~30%(重量)    乙醚,
c)0~60%(重量)    乙醇,以及,
d)最多10%(重量)   一种脂族C3~C6烃。
本发明具有许多优点,本发明的泡沫板能采用无卤发泡剂混合物来生产,其中二氧化碳能在发泡剂混合物中占有高比例。借助本发明的方法,有可能以简单而且经济的方式获得厚泡沫板,发泡剂能从其中迅速逸出而不致于造成压缩强度的下降。用本发明方法生产的泡沫板仅在很短的陈化时间之后便能达到压缩强度和受热尺寸稳定性方面的最终指标。
有可能使用环境友好的自然界现存或者象乙醚这样能极快降解的发泡剂。乙醚在空气中的半衰期只不过数日,因而不会在大气中积累。
下面实例中规定的份数或百分数均指重量而言。
实例1和2
向一只备有直径120mm螺杆的挤塑机中连续加入并混合91份软化温度为101℃,熔流指数4.5ml/10min的聚苯乙烯和9份丁二烯含量24%的星形支链苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(BASF公司提供的StyroluxKR2688)。该混合物的软化温度VST B50为99℃,其熔流指数MVI200/5为7.4ml/10min。通过装在挤塑机上的一个进口,同时向挤塑机内连续注入组成如表1所给出的发泡剂混合物10.71份。接着,把挤塑机内已配限均一的凝胶经60分钟停留时间后通过一个300mm宽的模口挤出到大气中。该发泡物料被推过一个与挤塑机相连接的模塑通道,结果获得宽度650mm的发泡聚苯乙烯板。模板缝隙以及所获泡沫板的厚度和密度(按DIN53420确定)列于表1。在每一种情况下部获得了均一、闭孔和尺寸稳定的泡沫板。
表1
实例 发泡剂数量 C2H5OH  CH3OCH3     CO2 模口缝隙   板厚   泡沫密度
    %以热塑性基材为基准     %     %     %     mm     mm     g/l
 1     10,71     34,51     17,57     47,92     1,3     80     27,0
 2     10,71     32,17     22,12     45,71     1,4     100     27,8
实例3-6
向一只备有内螺杆直径120mm的挤塑机内连续地加入100份由聚苯乙烯和2.75%白油组成的混合物,混合物的维卡软化点VSTB50为92.3℃,其熔流指数MVI200/5为10.7ml/10min。与加入聚苯乙烯混合物的同时,向该挤塑机内加入滑石粉(平均粒径约10μm),其加入量载于表2。同时,通过装在挤塑机上的加入口连续向挤塑机内注入组成如表2给出的发泡剂混合物。已经在挤塑机内配混均一的熔融聚苯乙烯,在经过大约60分钟停留时间之后,通过一个300mm宽的模口被挤出到大气中。各个实例中的模口缝隙列于表2。
作为比较(实例6),在相同的条件下,将维卡软化温度为101℃,熔流指数为4.5ml/10min的一种聚苯乙烯按照EP-A464581的实例1中所描述的那样,采用其中指出的发泡剂混合物进行挤塑。
将生产的泡沫体送入一个模口下游的模塑通道,生产出宽度为670mm的发泡聚苯乙烯板。获得了均一,闭孔且尺寸稳定的泡沫板。表2给出了按照DIN53420的泡沫板厚度和密度。
实例7-12
向备有内螺杆直径53mm的挤塑机内连续加入100份由聚苯乙烯和3%各种不同增塑剂的混合物(混合物组成、熔流指数MVI和维卡软化温度VST,见表3)。在加入热塑性基材的同时,向该挤塑机内加入0.63份滑石粉(平均粒径大约10μm)。通过装在挤塑机上的加入孔,向挤塑机内同时、连续地注入4.25份二氧化碳。在挤塑机内已经配混均一的熔融聚苯乙烯,经大约10分钟停留时间之后通过50mm宽的一个模口被挤出到大气中。该模口的缝隙为2.5mm。将生成的泡沫体送入模口下游的模塑通道,获得椭圆形断面的发泡聚苯乙烯条材,其宽度为123-147mm,厚度为56-88mm。获得了均一、闭孔且尺寸稳定的发泡体。
各实例的各项物理参数载于表3(按DIN53420的密度、泡沫条的断面面积)。
表2
实例 滑石粉份数     CO2份数 乙醇份数 模口缝隙mm     泡沫厚度mm     密度g·l-1
 3     0,15     5,1     3,7     1,4     80     35,2
 4     0,32     4,9     3,7     1,6     80     38,7
 5     0,32     5,3     3,7     1,8     100     38,0
 6     0,15     3,0     6,3     1,4     50     33,8
在每种情况下,给出的份数均以聚苯乙烯热塑性基材和白油的数量为100份做基准。实例6是一个未按照本发明的对照例。
表3
实例     增塑剂     VST℃     MVRml/10min     密度g·l-1     断面cm2  最大厚度mm
 7       -     101     4,5     58,7     48     56
 8 甘油三硬脂酸酯     92     13,9     48,0     65     65
 9 甘油单硬脂酸酯     92     13,4     56,8     81     72
 10 柠檬酸三硬脂酸酯     93     14,2     54,2     73     73
 11 二甘醇单乙醚     81     21,7     47,8     79     74
 12 聚氧化乙烯(MW=900)     97     13,4     59,8     102     88
            实例7是一个未按照本发明的对照例。

Claims (15)

1.一种挤塑泡沫板,其最小厚度为20mm且断面积至少为50mm2,它是采用无卤发泡剂生产的,而且该泡沫板包含一种以苯乙烯聚合物为主的热塑性基材、不藏含卤素气体的闭孔以及,若希望的话,不溶于该热塑性基材的添加剂,其中热塑性基材的维卡软化温度VST B50(按DIN53460)为最高100℃,其熔体流动指数MVI200/5(按DIN53735)为至少5ml/10min。
2.一种如权利要求1要求的泡沫板,其厚度大于50mm,较好在80-200mm范围。
3.一种如权利要求1要求的泡沫板,其中90%以上,较好95%以上的泡孔是闭孔。
4.一种如权利要求1要求的泡沫板,其中热塑性基材是一种苯乙烯共聚物或一种苯乙烯均聚物与苯乙烯共聚物的混合物。
5.一种如权利要求4要求的泡沫板,其中苯乙烯共聚合物是苯乙烯与1-50%(重量)共轭二烯生成的嵌段共聚物。
6.一种如权利要求5要求的泡沫板,其中该嵌段共聚物是一种呈星形的支链共聚物。
7.一种如权利要求5要求的泡沫板,其中共轭二烯是丁二烯。
8.一种如权利要求5要求的泡沫板,其中热塑性基材包含50-99%(重量)的苯乙烯均聚物和50%-1%(重量)的嵌段共聚物。
9.一种如权利要求1要求的泡沫板,其中热塑性基材是一种由苯乙烯聚合物与0.1-10%(重量)的一种能溶于该苯乙烯聚合物的增塑剂构成的混合物。
10.一种如权利要求9要求的泡沫板,其中该增塑剂是一种液态石腊烃、有机酯、醚、酸酰胺或聚醚。
11.一种生产如权利要求1要求的泡沫板的方法,它包括将一种由增塑热塑性基材与1-15%(重量)的无卤发泡剂以及,希望的话,还有惯用添加剂构成的混合物进行挤塑。
12.一种如权利要求11要求的方法,其中所用的发泡剂是一种由下列组分构成的混合物。
a)1-100%(重量)    二氧化碳,
b)至多95%(重量)   选自由乙醚、甲乙醚和甲基乙烯基
                   醚构成的组的一种醚,
c)至多60%(重量)   沸点在56-100℃范围的醇或酮,
                   以及
d)至多30%(重量)   一种脂族C3-C6烃。
13.一种如权利要求11要求的方法,其中所用的发泡剂是一种由下列组分构成的混合物:
a)20-95%(重量)    二氧化碳,
c)80-5% (重量)    乙醇,以及,
d)0-10% (重量)    一种脂族C3-C6烃。
14.一种如权利要求11要求的方法,其中所用的发泡剂是单纯的二氧化碳。
15.一种如权利要求11要求的方法,其中所用的发泡剂是由下列组分构成的一种混合物:
a)2-90%(重量)    二氧化碳,
b)1-30%(重量)    乙醚,
c)0-60%(重量)    乙醇,以及
d)至多10%(重量)  一种脂族C3-C6烃。
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