一方面,本发明涉及具有侧脂环基的热塑性聚(乙烯基脂环族)聚合物的泡沫体,换句话讲这里是指氢化的乙烯基芳族聚合物,所述的泡沫体有至少1毫米的厚度和3-800kg/m3的密度。
已发现利用常规的工业化规模的发泡装置如挤出机和铸塑辊可容易地由这种氢化聚合物制成高质量得泡沫体。本发明提供的泡沫体有良好的绝缘性,良好的机械性能和耐热性。
本发明的泡沫体由含有侧脂环基的聚合物制备。在本申请中,这种聚合物是指氢化的乙烯基芳族聚合物并能通过氢化由至少一种乙烯基芳族单体聚合而成的聚合物来制备。
用来制备随后被氢化的聚合物的乙烯基芳族单体包括但不限于在美国专利US4,666,987;4,572,819和4,585,825中所描述的那些。优选的单体有如下的结构:
其中R’是氢或甲基,Ar是有1至3个芳香环的芳环结构,该芳环上有或没有烷基、卤素或卤代烷基取代基,其中任一烷基含有1至6个碳原子,卤代烷指以卤取代的烷基。优选的Ar是苯基或烷基苯基,最优选的是苯基,其中烷基苯基是指烷基取代的苯基。典型的能使用的乙烯基芳族单体包括:苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯特别是对乙烯基甲苯的所有异构体、乙基苯乙烯的所有异构体、丙基苯乙烯、乙烯基联苯、乙烯基萘、乙烯基蒽和它们的混合物。均聚物可以有任何的立体结构包括间同立构,全同立构和无规立构;然而无规立构聚合物是优选的。
另外,共聚单体可以和乙烯基芳族单体聚合制备共聚物,该共聚物包括无规的,伪无规的,嵌段的,例如二嵌段,三嵌段,五嵌段,多嵌段,星型嵌段,递变型嵌段,辐射型嵌段,包括它们对称和不对称的形式;和枝接共聚物。例如,至少一种乙烯基芳族单体和至少一个选自腈、丙烯酸酯、酸、乙烯、丙烯、降冰片烯、1-丁烯、和1-辛烯、马来酸酐、马业酰亚胺,乙酸乙烯酯、氯乙烯的共聚单体的氢化共聚物也是可使用的。典型的共聚物包括苯乙烯-丙烯腈,苯乙烯-α甲基苯乙烯和苯乙烯-乙烯。乙烯基芳族单体和如丁二烯,异戊二烯的共轭二烯的嵌段共聚物也可以使用。该共轭二烯单体可以是任何有2个共轭双键的单体。这样的单体包括例如1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2-甲基-1,3戊二烯、异戊二烯和类似的化合物、及它们的混合物。嵌段共聚物的进一步的例子可以在美国专利US4,845,173;4,096,203;4,200,718;4,210,729;4,205,016;3,652,516;3,734,973;3,390,207;3,231,635和3,303,346中找到。这些聚合物和其它的聚合物包括冲击改性的,含有芳族聚合物的接枝橡胶的掺混物也可以使用。另外,乙烯基芳族单体的聚合反应可以在预溶解的弹性体存在下进行以制备冲击改性的,或含有在美国专利US3,123,655;3,346,520;3,639,522和4,409,369中描述的实例的产品的接枝橡胶。
在一个优选的实施方案中,该聚合物是乙烯基芳族共轭二烯嵌段共聚物,其中共轭二烯聚合物嵌段是选自在氢化过程后保持不定型的材料,或在氢化后能结晶的材料。氢化的聚异戊二烯嵌段是不定型的,而氢化的聚丁二烯嵌段依据其结构可以是不定型的或是结晶的。聚丁二烯能含有1,2构型,其氢化形成给定当量的1-丁烯重复单元;或者含有1,4构型,其氢化形成给定当量的乙烯重复单元。以聚丁二烯嵌段的重量计,含有至少约40wt%的1,2丁二烯成分的聚丁二烯嵌段氢化后提供了有较低玻璃化转化温度的基本上无定型的嵌段。以聚丁二烯嵌段的重量计,含有重量少于约40%的1,2丁二烯成分的聚丁二烯嵌段氢化后提供了结晶嵌段。依据聚合物的最终应用,可以结合结晶型嵌段(改进了耐溶剂性)或不定型的、更柔顺的嵌段。共轭二烯聚合物嵌段也可以是一种共轭二烯共聚物,其中该共聚物的共轭二烯部分至少是共聚物重量的50%。
共轭二烯聚合物嵌段也可以是一种以上的共轭二烯的共聚物,例如丁二烯和异戊二烯的共聚物。其它的聚合物嵌段也可以包括在用于本发明的氢化嵌段共聚物中。
本文的嵌段定义为共聚物的聚合链段,其呈现出与共聚物的结构或成分不同的聚合链段的微相分离。微相分离的发生是因为嵌段共聚合物内的聚合链段的不相容。微相分离和嵌段共聚物在“BlockCopolymers-Designer Soft Materials”(今日物理,2月,1999,32-38页)一文中被广泛的讨论。
嵌段共聚物可以是刚性的或柔性的嵌段共聚物,其中刚性的嵌段共聚物有如下特征:
a)基于氢化共轭二烯聚合物嵌段和氢化乙烯基芳族聚合物嵌段的总重量,氢化共轭二烯聚合物嵌段对氢化乙烯基芳族聚合物嵌段的重量比是40∶60或更少,典型的是从40∶60到5∶95,优选从35∶65到10∶90,更优选从30∶70到15∶85;和
b)总数均分子量是(Mnt)是从24,000到150,000,其中每一个氢化乙烯基芳族聚合物嵌段(A)有从6,000到60,000的Mna,每一个氢化共轭二烯聚合物嵌段(B)有从3,000到30,000的Mnb;
柔性的嵌段共聚物有如下特征:
a)氢化共轭二烯聚合物嵌段对氢化乙烯基芳族聚合物嵌段的重量比大于40∶60,典型的从40∶60到95∶5,优选从45∶55到90∶10,更优选从50∶50到85∶15,最优选从60∶40到80∶20,根据氢化共轭二烯和氢化乙烯基芳族聚合物嵌段的总重量;和
b)总数均分子量是(Mnt’)从30,000到150,000,其中每一个氢化乙烯基芳族聚合物嵌段(A)有从5,000到45,000的Mna’,每一个氢化共轭二烯聚合物嵌段(B)有从12,000到110,000的Mnb’。
在上述类型的嵌段共聚物中,氢化乙烯基芳族聚合物嵌段和氢化共轭二烯聚合物嵌段优选共同包含共聚物总重量的至少80wt%的聚合物,更优选为至少90wt%,再优选为共聚物总重量的95wt%。
可以氢化形成适用于本文的聚合物的嵌段共聚物的另个的例子可以在美国专利US4,845,173;4,096,203;4,200,718;4,201,729;4,205,016;3,652,516;3,734,973;3,390,207;3,231,635;和3,030,346中找到。
氢化乙烯基芳族聚合物可和与冲击改性剂,例如天然或人造的橡胶掺混或接枝。
这种氢化乙烯基芳族聚合物具有一定的分子量,由此可熔化加工成泡沫体。在通常状况下,对氢化乙烯基芳族均聚合物而言合适的重均分子量Mw至少是40,000,更优选至少50,000,最优选至少60,000;但是优选不超过600,000,更优选不超过500,000,最优选不超过300,000。适宜的数均分子量(Mn)是至少30,000,更优选至少40,000,最优选至少50,000;但是优选不超过300,000,更优选不超过200,000,最优选不超过150,000。适宜的Z-平均分子量(Mz)至少50,000,更优选至少60,000,最优选至少80,000;但是优选不超过1,000,000,更优选不超过700,000,最优选不超过500,000。聚合物的有利的多分散性指数(Mw/Mn)是从1.0到10,更优选的是1.3到7。聚合物优选的Mz/Mw比值是1.1到5,更优选的是从1.4到4。重量平均分子量和Z-平均分子量都是根据ASTM-92的尺寸排阻色谱法(SEC)确定的,数均分子量是用凝胶渗透色谱法(GPC)确定的。
对由氢化一种乙烯基芳族/共轭二烯嵌段共聚物制备的嵌段共聚物,用凝胶渗透色谱法(GPC)测量总的数均分子量(Mnt),通常从24,000,优选从30,000,更优选从40,000,最优选从45,000到150000,典型的到100,000,通常到95,000,优选到90,000,更优选的到85,000,最优选得到80,000。
用于本发明的刚性的氢化嵌段共聚物的总数均分子量(Mnt)典型的从24,000,优选从30,000,更优选从45,000,最优选从50,000到150,000,典型的到135,000,通常到115,000,优选到100,000,更优选到90,000,最优选到85,000。本说明书所指的Mn是与氢化前的聚苯乙烯标准比较由凝胶渗透色谱法(GPC)测定的。刚性氢化嵌段共聚物的分子量和获得的性能依赖于每个氢化聚合嵌段的分子重量。
刚性的氢化乙烯基芳基聚合物嵌段的Mna典型地从6,000,优选从10,000,更优选从15,000,最优选从20,000到60,000,优选到50,000,更优选到45,000,最优选的到40,000。氢化的二烯聚合物嵌段的Mnb典型地从3000,优选从8000,更优选从10000,最优选从12000到30000,优选到28000,更优选到25000,最优选到22000。
用于本发明的柔性氢化嵌段共聚物的总数均分子量典型地从30000,优选从45000,更优选从55000,最优选从60000到150000,典型的到140000,通常到135000,优选到130000,更优选到125000,最优选到120000。
柔性氢化嵌段共聚物典型地含有氢化乙烯基芳族聚合物嵌段,该氢化乙烯基芳族聚合物嵌段的分子量Mna’从5000,优选从9000,更优选从11000,最优选从12000到45000,优选到35000,更优选到25000,最优选到20000。氢化二烯聚合物嵌段典型的Mnb’是从12000,优选从27000,更优选从33000,最优选从36000到110000,优选到100000,更优选到90000,最优选到80000。
用于本发明的氢化嵌段共聚物是由嵌段共聚物的氢化制成,该嵌段共聚物包括但不限于,三嵌段,多嵌段,递变嵌段,诸如SBS,SBSBS,SIS,SISIS和SISBS(其中S是聚苯乙烯,B是聚丁二烯,I是聚异戊二烯)的星型共聚物。嵌段共聚物优选在每一末端含有至少一个由乙烯基芳族聚合物嵌段组成的三嵌段链段。然而,该嵌段共聚物可以含有任何数目的附加嵌段,其中,这些嵌段可以在任何点链接在三嵌段聚合物主链上。因此,线型嵌段包括例如SBS,SBSB,SBSBS,和SBSBSB。共聚物也可以是分支的,其中聚合物链可以沿着共聚物主链在任何的点链接。另外,也可以使用任何前述嵌段共聚物的掺混物以及该嵌段共聚物与它们的氢化均聚物对应物的掺混物。换句话说,氢化的SBS嵌段共聚物可以和氢化的SBSBS嵌段共聚物和/或氢化聚苯乙烯均聚物混合。应该注意在嵌段共聚物的生产过程中,也产生了少量的残余二嵌段共聚物。
前面的讨论明显的表明,这里所用的氢化乙烯基芳族聚合物可以便利地通过氢化相应的聚乙烯芳族聚合物制备。适宜的氢化方法在美国专利US5,352,744和5,654,253中有描述。
另外,氢化过程可以在混合氢化催化剂存在的条件下进行,其特征是该混合氢化催化剂包含有至少两种组分。第一种组分包括可以增加氢化速率的任何金属,并且包括镍、钴、铑、钌、钯、铂、其它的第八族金属或它们的组合。优选使用铑和/或铂。然而,铂是周知的对腈而言的不良催化剂,因此,在腈共聚物的氢化中铂不是优选的。在混合氢化催化剂中所用的第二组分包括一种促进剂,它能抑制第八族金属元素因暴露于极性材料而失活,并且该促进剂在这里是指抗失活组分。这种组分优选的包括铼、钼、钨、钽、铌或它们的混合物。
在混合催化剂中抗失活组分的量是在聚合物组合物中当第八族金属元素暴露于极性杂质时能显著抑制其失活的至少量,这里称为失活抑制量。第八族金属元素的失活由氢化反应速率的显著下降得到证实。这通过在同样的条件下,在极性杂质存在的情况下,比较混合氢化催化剂和只含有第八族金属元素的催化剂得到例证,其中只含有第八族金属元素的催化剂表现的氢化反应速率比用混合氢化催化剂获得的速率小75%。
优选地,抗失活组分的量是第八族金属元素与抗失活组分的比率为从0.5∶1到10∶1,更优选从1∶1到7∶1,最优选从1∶1到5∶1。
混合催化剂由单独的催化剂成分组成,但优选的催化剂还含有载体,催化剂成分沉积在载体上。在一个实施方案中,金属沉积在如二氧化硅,氧化铝或碳的载体上,在一个更具体的实施方案中,所用的二氧化硅载体有窄的孔径分布和大于10每平方米每克(m2/g)的表面积。
载体的孔径分布,孔体积和平均孔径是根据ASTMD-4284-83标准的水银孔隙测量法获得。
孔径分布典型地用水银孔隙测量法测量。然而,这种方法只足以测量大于60埃(A)的孔。因此,必须用另外的方法来测量尺寸小于60埃的孔。另外的方法是依照ASTMD-4641-87标准的氮解吸对孔直径小于600个埃的孔进行测量。因此,窄孔径分布定义的要求是至少98%的孔体积是由孔径大于300埃的孔限定,并且由氮解吸对小于300埃的孔进行测量测得的孔体积小于用水银孔测量法测得的总孔体积的2%。
表面积能依照ASTMD-3663-84来测量。表面积典型地是在10和100m2/g之间,优选在15和90m2/g之间,最优选的在50和85m2/g之间。
对于混合催化剂而言其载体的理想平均孔径取决于要氢化的聚合物和它的分子量(Mn)。优选使用较大平均孔径的载体氢化具有较高分子量的聚合物以获得理想的氢化量。对于高分子量聚合物(例如Mn>200,000),典型的理想表面积是从15m2/g到25m2/g,理想的平均孔径是从3,000到4,000埃。对于低分子量聚合物(例如Mn<100,000),典型的理想表面积从45m2/g到85m2/g并且理想的平均孔径是从300埃到700埃。
二氧化硅载体是优选的,其能通过混合水中的硅酸钾和诸如甲酰胺的胶凝剂,聚合并沥滤来制备,如美国专利US4,112,032中所示例示。二氧化硅接着用水热焙烧如在Iler,R.K.,
二氧化硅的化学,JohnWiley和sons,1979,pp.539-544中所述,通常在600℃到800℃的温度加热二氧化硅同时用被水饱和的气体通入二氧化硅2个小时或更长的时间。水热焙烧导致窄的孔径分布也增加了平均孔径。此外,载体能用在Iler,R.K.,
二氧化硅化学,John Wiley和Sons,1979,pp.510-581中公开的方法制备。
二氧化硅负载的催化剂可以使用在美国专利US5,110,779中描述的方法制备。适当的金属,金属组分,含有金属的化合物或它们的混合物可以通过汽相沉积,水的或无水浸渍沉积在载体上,接着焙烧,升华或任何其他的常规方法,例如在
表面科学和催化作用研究″催化剂的成功设计″V.44,pg.146-158,1989和
多相催化应用pgs.75-123,InstituteFrancais du Petrole Publications,1987。在浸渍方法中,含有适当的金属的化合物能是任何包含如前面所描述的用来制备可用于氢化的催化剂的金属的化合物,该氢化催化剂是抗失活的氢化催化剂。这些化合物可以是盐,配位络合物,有机金属化合物或共价配合物。
典型地,以二氧化硅负载的催化剂的总重量计,混合的负载催化剂中总金属含量为0.1到10wt%。基于催化剂总重量,优选的量是2到8wt%,更优选的是0.5到5wt%。
促进剂,如碱金属,碱土金属或含铼系元素的化合物也能用来辅助金属组分分散在二氧化硅载体上或在反应过程中的稳定,虽然他们的使用不是优选的。
由于氢化催化剂的高效反应性,在氢化过程中使用的混合负载的催化剂的量比传统的不饱和聚合物氢化反应中的所需量要小得多。通常,对每克不饱和聚合物负载的催化剂使用量小于1克,优选小于0.1克,更优选小于0.05克。所用负载催化剂的量取决于加工类型,其是否是连续的,半-连续或或分批的;以及加工条件,例如温度,压力和反应时间,其中典型的反应时间的变化可以从5分钟到5个小时。对于连续的操作,典型地含有1重量份的负载催化剂对200,000份或更多的份不饱和聚合物,因为在连续的操作过程中负载催化剂被重复使用多次。典型的分批法可以用一重量份的负载催化剂对5,000份的不饱和聚合物。更高的温度和压力可以使用更小量的负载催化剂。
氢化反应能在缺乏溶剂的条件下进行,但是优选在聚合物能溶解于其中且不阻碍氢化反应的烃溶剂中进行。优选的溶剂是饱和的溶剂,如环己烷,甲基环己烷,乙基环己烷,环辛烷,环庚烷,十二烷,二噁烷,二甘醇二甲醚,四氢呋喃,异戊烷,十氢萘或它们的混合物,环己烷是最优选的。
氢化反应进行的温度可以是氢化能进行且没有聚合物的显著降解的温度。聚合物的降解能通过在氢化之后Mn的减少,多分散性的增加或玻璃转化温度的降低来监测。多分散性在1.0和1.2之间的聚合物的显著降解能定义为在氢化之后多分散性有30%或更多的增加。优选地,在氢化之后聚合物降解是导致多分散性的增加小于20%,最优选的小于10%。多分散性大于1.2的聚合物中,氢化后分子量的显著减少表明降解已经发生。在这情况下的显著降解定义为Mn减少20%或更多。优选地,氢化之后Mn的减少少于10%。然而,如聚-α-甲基苯乙烯或其他的α取代的乙烯基芳族聚合物的更容易降解的聚合物Mn的减少可以放宽到30%。
典型氢化温度是从40℃,优选从100℃,更优选从110℃,最优选从120℃到250℃,优选到200℃,更优选到180℃,和最优选到170℃.
氢化反应的压力不是关键的,虽然氢化率随着压力的增加而增加。典型的压力范围是从大气压到70MPa,优选的从0.7到10.3MPa。
氢化反应容器一般用惰性气体来清洁除去反应区域的氧。惰性气体包括,但不限于,氮气、氦气和氢气,氮气是优选的。
氢化剂可以是任何可以有效氢化不饱和聚合物的产氢化合物。氢化剂包括,但不限于,氢气、肼和硼氢化钠。在一个优选的实施方式中,氢化剂是氢气。
侧芳环的氢化程度取决于被氢化的聚合物,所用催化剂的量,加工条件和反应时间。氢化持续到获得至少30%重量的芳烃被氢化。换句话说,起初的30%重量的芳环完全氢化成脂环族环。对于如聚苯乙烯和苯乙烯-丁二烯共聚物的聚合物,氢化反应优选持续到至少70%,一般至少80%,优选至少95%,更优选至少98%和最优选至少98.5%的芳环被氢化形成相应的脂环族环。
氢化的进程通过测量芳环的特性UV-VIS吸收的消失而容易的监测。举例来说,聚苯乙烯的环己烷溶液在260.5nm处得到一个非常清楚的芳环吸收谱带。用每升0.004980摩尔芳环浓度的溶液,在1cm的吸收池中这个带有一个1.000的吸收。通过过滤除去催化剂之后(使用0.50微米(μm)的TEFLONTM过滤器,MilliporeFHUP047),将氢化乙烯基芳族聚合物置于UV吸收池内测量吸光度。吸光度大小有赖于浓度。因在吸光度测量之前氢化乙烯基芳族聚合物不被稀释,氢化乙烯基芳族聚合物产品一般在较高的浓度下被测量。因为反应溶液比标准溶液浓度高15-30倍,少量的剩余不饱和物能被精确地测量。
如果需要,氢化乙烯基芳族聚合物能和另外的聚合材料混合。除了氢化乙烯基芳族聚合物,至少一种其他的天然或合成聚合物也可以存在于组合物中用于生产本发明的泡沫体。适合的聚合材料包括,但是不限于,其它的氢化乙烯基芳族均聚物或氢化(嵌段)共聚物,包括氢化苯乙烯/丁二烯或苯乙烯/异戊二烯嵌段共聚物、热塑性聚氨脂、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺、聚醚、聚/氯乙烯聚合物、聚/1,1二氯乙烯聚合物、聚酯、包含乳酸残基的聚合物、部份地或非氢化嵌段聚合物、热塑性材料例如苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚苯乙烯(包括抗冲击的聚苯乙烯)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、ABS/PC组合物、聚对苯二甲酸亚乙酯、环氧树脂、亚乙基乙烯醇共聚物、亚乙基丙烯酸共聚物、聚烯烃一氧化碳共聚体、氯化的聚乙烯、聚烯烃、环烯烃共聚物(COC′s)、其他的烯烃共聚物(特别是聚乙烯共聚物)和均聚物(例如,那些使用传统的多相催化剂制造的)。实例包括用美国专利NO4,076,698方法制备的聚合物,其他线型的聚合物或基本上线型聚合物和它们的混合物。
一个实施方式涉及由至少一种氢化乙烯基芳族聚合物和聚烯烃弹性体或塑性体组成的组合物的用途,尤其是用单位点催化剂体系(例如,如基本上线型的乙烯共聚体或均相支化的线型乙烯共聚体的均相支化的乙烯聚合物)制备聚烯烃弹性体或塑性体。
通常适合的聚烯烃包括,例如聚乙烯(乙烯均聚物)、乙烯/α-烯烃共聚体、α-烯烃均聚物,如聚丙烯(丙烯均聚物)、α-烯烃共聚体,如聚丙烯和至少有4个碳原子的α-烯烃的共聚体。
代表性的聚烯烃包括,例如,但是不限于,基本上线型的乙烯聚合物、均相支化的线型乙烯聚合物、非均相支化的线型乙烯聚合物(包括线型低密度聚乙烯(LLDPE),超低或非常低密度聚乙烯(ULDPE或VLDPE),中密度聚乙烯(MDPE)和高密度聚乙烯(HDPE))、高压低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯/丙稀酸(EAA)共聚物、乙烯/甲基丙烯酸(EMAA)共聚物、乙烯/丙烯酸(EAA)离子交联聚合物、乙烯/甲基丙烯酸(EMAA)离子交联聚合物、乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物、乙烯/乙烯醇(EVOH)共聚物、聚丙烯均聚物和共聚物、乙烯/丙烯聚合物、α-烯烃/乙烯基芳族共聚体如乙烯/苯乙烯共聚体、接枝改性的聚合物(例如马来酸酐接枝的聚乙烯如LLDPEg-MAH)、乙烯丙烯酸酯共聚物(例如乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)共聚物,乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)和乙烯/异丁烯酸甲酯(EMMA)共聚物)、聚丁烯(PB)、乙烯一氧化碳共聚体(例如,乙烯/一氧化碳(ECO)共聚物,乙烯/丙稀酸/一氧化碳(EAACO)三元共聚物,乙烯/甲基丙烯酸/一氧化碳(EMAACO)三元共聚物,乙烯/乙酸乙烯酯/一氧化碳(EVACO)三元共聚物和苯乙烯/一氧化碳(SCO))、氯化的聚乙烯和它们的混合物。
在本发明所用的组合物中乙烯/苯乙烯共聚体也能和氢化乙烯基芳族聚合物混合。乙烯/苯乙烯共聚体是由聚合i)乙烯或一种或多种α-烯烃单体和ii)一种或多种乙烯基或亚乙烯基芳族单体和/或一种或多种空间位阻的脂族或脂环族乙烯基或亚乙烯基单体,和非必须地iii)另外的可聚合的烯键式不饱和单体。
乙烯/苯乙烯共聚体可以是基本上无规的,伪无规的,无规的,交替的,二价的(diadic),三价的,四价的,或它们的组合。“伪无规的”乙烯/聚苯乙烯共聚体在美国专利US5,703,187中有描述。“无规的”共聚体是单体单元并入链中的那些,其中存在多种有序化包括嵌段的组合,脂族α-烯烃单体(A)或位阻的亚乙烯基单体(B)或两者能重复的互相连接。“交替的”乙烯/苯乙烯共聚体是脂族α-烯烃单体(A)和位阻的亚乙烯基单体(B)在聚合物链上以无规立构的或有规立构结构(例如全同立构的或间同立构的)或以通式(AB)n的组合重复交替地产生的那些。这里所用的涉及乙烯/聚乙烯共聚体的术语“基本上无规的”是指共聚体中单体的分布能用Bernoulli统计模型或用Markovian统计模型的第一或第二规则描述,如J.C.Randall的聚合物序列的测量,碳-13NMR方法,AcademicPressNewYork,1977,PP.71-78中说明的。在超过3个单元的乙烯基或亚乙烯基芳族单体的嵌段中,基本上无规共聚体含有不超过乙烯基或亚乙烯基芳族单体总量的15%摩尔。优选的,基本上无规的共聚体的特征是低程度的全同立构规整度或间同立构规整度(不超过50摩尔)。
用以制备基本上无规的乙烯/苯乙烯共聚体的适宜的α-烯烃单体包括,例如,含有从2到20个,优选的从2到12个,更优选的从2到8个碳原子的α-烯烃单体。优选的这些单体包括乙烯、丙烯、丁烯-1、4-甲基-1-戊烯、己烯-1和辛烯-1。最优选的是乙烯或乙烯和C3-C8α-烯烃的组合。
能用来制备基本上无规的聚乙烯/聚苯乙烯共聚体的合适的乙烯基或亚乙烯基芳族单体包括,例如,由下列通式表示的那些:
其中R1选自氢和有1到4个碳原子的烷基,优选的是氢和甲基;每一个R2独立地选自氢和有1到4个碳原子的烷基,优选的是氢和甲基;Ar是苯基或有1-5个取代基的苯基,该取代基选自卤素、C1-4烷基和C1-4卤代烷基;n的值是从0到4,优选从0到2,最优选的是0。尤其合适的单体包括苯乙烯和它的低级烷基或卤素取代的衍生物。单乙烯基或单亚乙烯基芳族单体的实例包括苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯、叔丁基苯乙烯或氯苯乙烯,包括这些化合物的所有异构体。优选的单体包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、低级烷基(C1-C4)或苯环取代的苯乙烯衍生物,例如,邻-,间-,和对-甲基苯乙烯、环上卤代的苯乙烯、对-乙烯基甲苯或它们的混合物。更优选的芳族单乙烯基单体是苯乙烯。
术语“空间位阻的脂族或脂环族乙烯基或亚乙烯基单体”指基本上无规的乙烯/苯乙烯共聚体,它的意思是加聚的对应于下式的乙烯基或亚乙烯基单体,
其中,A1是空间大体积的,最多20个碳原子的脂族或脂环族取代基,R1选自氢和有1到4个碳原子的烷基,优选的是氢和甲基;每一个R2独立地选自氢和有1到4个碳原子的烷基,优选的是氢和甲基;或者,此外A1和R1一起形成环系统。
在关于基本上无规的乙烯/苯乙烯共聚体中所用的术语“空间大体积”指含有该取代基的单体通常不能由标准的Ziegler-Natta聚合催化剂,以与乙烯聚合可比的速率加聚。
对于基本上无规的乙烯/苯乙烯共聚体,优选的空间位阻的脂族或脂环族乙烯基或亚乙烯基化合物是这样的单体,该单体中一个有烯键式不饱和的碳原子是三取代的或四取代的。这种取代基的例子包括包括环脂基如环己基、环己烯基、环辛烯基,或其环上烷基或芳基取代的衍生物、叔丁基或降冰片基(norbornyl)。最优选的空间位阻的脂族或脂环族乙烯基或亚乙烯基化合物是各种的环己烯和取代的环己烯的各种同分异构的乙烯基-环上取代的衍生物,和5-亚乙基-2-降冰片烯。尤其适宜的是1-,3-和4-的乙烯环己烯。
基本上无规的乙烯/苯乙烯共聚体通常含有从5到65,优选从5到55,更优选从10到50摩尔百分比的至少一种乙烯基或亚乙烯基芳族单体,或空间位阻脂族或脂环族乙烯基或亚乙烯基单体,或两者都有;和从35到95,优选的从45到95,更优选的从50到90摩尔百分比的至少一种有从2到20碳原子的脂族α-烯烃。
其他的用于基本上无规的乙烯/苯乙烯共聚体的可选择的聚合烯键式不饱和单体包括变形环烯烃(strained ring olefins),如降冰片烯和C1-C10烷基或C6-C10芳基取代的降冰片烯,典型的基本上无规共聚体是乙烯/苯乙烯/降冰片烯。
这里所用的术语“聚合物”是指通过聚合单体,无论相同或不同类型的单体,制备的聚合化合物。这里所用的上位术语“聚合物”包括了术语“均聚物”,“共聚物”,“三聚物”和“共聚体”。
这里所用的术语“共聚体”是指通过聚合至少两种不同类型的单体制备的聚合物。这里所用的上位术语“共聚体”包括术语“共聚物”(其通常用来指由两种不同单体制备的聚合物)和术语“三聚物”(其通常用来指由三种不同单体制备的聚合物)。
这里所用的术语“均相支化的乙烯聚合物”在常规的意义上是指乙烯共聚体,其中共聚单体无规分布在给定的聚合物分子中,并且其中基本上所有的聚合物分子都具有相同的乙烯与共聚单体的摩尔比。该术语指乙烯用现有技术已知的诸如齐格勒钒,铪和锆催化剂体系的所谓多相或单位点催化剂体系,和诸如形状受限催化剂体系的金属茂催化剂体系制备的乙烯共聚体。
本发明所用的均相支化的乙烯聚合物也被描述为少于15wt%,优选少于10wt%,更优选少于5wt%,最优选为0wt%的聚合物的短链分支程度少于或等于10个甲基/1000个碳。也就是说,该聚合物不含有能测量到的高密度聚合物级分(例如,没有密度等于或大于0.94g/cm3的级分),例如,用如在美国专利US4,798,081所述的温度上升洗脱分级(TREF)技术,和红外或13C核磁共振技术(NMR)分析确定。本发明所用的均相支化的乙烯聚合物可以是基本上的线型的乙烯聚合物或是均相支化的线型乙烯聚合物。这里所用的术语“线型”的意思是乙烯聚合物没有如美国专利US4,076,698(爱德生等)所述的长链支化。
术语“均相支化线型乙烯聚合物”指有窄的短链支化分布且没有如在美国专利US3,645,992(Elston)所述的长链分支的聚合物,和那些在有较高乙烯浓度的间歇式反应器中用所谓单位点催化剂制备的聚合物(如在美国专利US5,026,798(Canich)或美国专利US5,055,438(Canich)所描述的)或那些在较高烯烃浓度的间歇式反应器中用形状受限催化剂制备的聚合物(如在美国专利No.5,064,802(Steven等)所描述的)。
典型地,均匀的支化线型乙烯聚合物是乙烯/α-烯烃共聚体,其中α-烯烃是至少一个C3-C20α-烯烃(例如,丙烯、1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯),优选的至少一个C3-C20α-烯烃是1-丁烯、1-己烯或1-辛烯。最优选的乙烯/α-烯烃共聚体是乙烯和C3-C20的α-烯烃的共聚物,特别是乙烯/C4-C8的α-烯烃共聚物如乙烯/1-辛烯共聚物、乙烯/1-丁烯共聚物、乙烯/1-戊烯共聚物或乙烯/1-己烯共聚物。
这里所用的术语“基本上的线型的乙烯聚合物”是指本体乙烯聚合物被,平均从0.01个长链分支/1000个总碳到3个长链分支/1000个总碳(其中,“总碳”包括主链和分支碳)取代。这里所用的术语“主链”指分散的分子,术语“聚合物”或“本体聚合物”在常规意义上指,在反应器中形成的聚合物。聚合物要形成“基本上线型乙烯聚合物”,该聚合物必须有至少足够的具有长链支化的分子以使在本体聚合物中的平均长链支化至少平均值从0.01/1000总碳到3个长链分支/1000总碳。
长链支化(LCB)在这里定义为其链长度至少要比在共聚单体中的碳原子数少一个碳,而短链分支(SCB)此处定义为在它结合到共聚物分子主链后,其链长度和共聚单体的残基中的碳原子数相等。举例说明,基本上线型的乙烯/1-辛烯聚合物虽然主链有至少7个碳原子长度的长链分支,但是它也有只有6个碳原子长度的短链分支。
通过使用13C核磁共振波谱法可以从短链支化中区别长链支化,但在有限的范围内,例如对于乙烯均聚物能用Randall的方法(Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29(2&3),p.285-297(1989))定量。然而在实际操作中,现有的13C核磁共振波谱法不能确定超过6个碳原子的长链支化的长度,正因为这样,这种分析技术不能区分7个碳原子的分支至70个碳原子的分支。长链分支能和聚合物主链的长度同样的长。
虽然常规的13C核磁共振波谱法不能确定超过6个碳原子的长链分支的长度,但有另外的公知技术用以定量或测定在聚乙烯中长链支化的存在,包括如美国美国专利US4,500,648中描述的乙烯/1-辛烯共聚体。
基本上上线型的乙烯聚合物的进一步限定在美国专利US5,272,236,申请号07/776,130,申请日1991年10月15日;美国美国专利US5,278,272,申请号07/939,281,申请日1992年9月2日;和美国专利US5,665,800,申请号08/730,766,申请日1996年10月16日中。
基本上线型的乙烯聚合物是乙烯和至少一个C3-C20的α-烯烃和/或C4-C8的二烯烃的共聚体。乙烯和C3-C20碳原子的α-烯烃的共聚物是优选的。上面讨论的术语“共聚体”在这里指共聚物,或三聚物等,其中,至少一个另外的共聚单体和乙烯或丙烯聚合以制备共聚体。
用于与乙烯聚合的适宜的不饱和共聚单体包括,例如,烯键式不饱和单体、共轭或非共轭的二烯、聚烯等等。这些共聚单体的例子包括C3-C20α-烯烃例如丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、1-戊烯、4-甲基的-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-壬烯、和1-癸烯。优选的共聚单体包括丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯、和1-辛烯,且1-辛烷是尤其优选的。其它适宜的单体包括苯乙烯、卤素或烷基取代的苯乙烯、乙烯基苯并环丁烷、1,4-己二烯、1,7-辛二烯、和环烷烃。(例如,环戊烯,环己烯,环辛烯)。
在一个实施方案中,用于本发明的组合物包括至少一种氢化的乙烯基芳族聚合物和至少一种聚丙烯聚合物。本发明所用的适宜的聚丙烯聚合物包括无规的嵌段丙烯乙烯聚合物,其可以由许多制造商例如,Montell Polyolefins and Exxon Chemical Company和Exxon ChemicalCompany提供。在Exxon,适宜的聚丙烯聚合物是以商品名ESCORENETM和ACHIEVETM提供的。
本发明所用的适宜的聚乳酸(PLA)聚合物在学术界是公知的(例如见D.M.Bigg等,″Effect of Copolymer Ratioon the Crystallinity andProperties of Polylactic Acid Copolymers″,ANTEC‘96,pp.2028-2039;WO90/01521;EP0515203A;和EP0748846A2)。适宜的聚乳酸聚合物是由Cargill Dow以商品名EcoPLATM供应的。
本发明所用的适宜热塑性聚氨脂聚合物是从The Dow ChemicalCompany以商品名PELLATHANETM商购的。
适宜的聚烯烃一氧化碳共聚体能用公知的高压自由基聚合方法制备。然而,它们也能使用传统的Ziegler-Natta催化法制备,甚至用如在这之前的描述和参考的称为均相催化体系制备。
适宜的自由基引发的高压含羰基的乙烯聚合物例如乙烯丙烯酸共聚体能用任何本领域公知的技术包括由Thomson和Waplas在美国专利US3,520,861和由McKirmey等的US4,988,781、4,599,392和5,384,373中所教导的方法制备。
本发明所用的适宜的乙烯醋酸乙烯酯共聚体能从各种供应商商购得到,包括Exxon Chemical Company和DuPont Chemical Company。
适宜的乙烯/烷基丙烯酸酯共聚体能从各种供应商商购得到。适合的乙烯/丙稀酸共聚体从The Dow Chemical Company以商品名PRIMACORTM商购得到。适合的乙烯/甲基丙烯酸共聚体从Du PontChemical Company以商品名NUCRELTM商购得到。
适宜的聚对苯二酸亚乙酯聚合物包括从The Dow ChemicalCompany得到的LIGHTERTM。
氯化的聚乙烯(CPE),特别是氯化的基本上线型的乙烯聚合物,能根据公知的技术通过氯化聚乙烯制备。优选地,氯化的聚乙烯含有等于或大于30%重量的氯。本发明所用的适宜的氯化的聚乙烯由Dupont Dow Elastomers以商品名TYRINTM供应。
适宜的聚碳酸酯能从各类供应商得到供应包括The Dow ChemicalCompany以商品名CALIBRE得到供应。
适宜的聚酰胺,例如尼龙能从各类供应商得到供应,包括由DuPont购得的ZYTELTM,购自Allied的CAPRONTM和购自BASF的ULTAMIDTM。
适宜的聚乙烯能由各种供应商得到供应,包括购自GE Plastics的ULTEMTM。
适宜的聚/氯乙烯聚合物能由各种供应商得到供应,包括购自Alpha Chemical and Plastics的ALPHADURALTM和ALPHA,购自Colorite Plastics的供UNICHEMTM,购自B.F.Goodrich的GEONTM。
适宜的聚/1,2-二氯乙烯聚合物由各种供应商得到供应,包括由The Dow Chemical Company供应的SARANTM。
适宜的聚酯由各种供应商得到供应,包括购自American Cyananud的FIBERCORETM,购自Ashland Chemical Company的AROPOLTM和购自Interplastic的COREZYNTM。
适宜的无氢化的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物由各种供应商提供,包括Dexeo以商品名VectorTM供应。另外,部分氢化的嵌段聚合物也能使用并且在本领域是公知的。这样的聚合物用本领域公知的氢化催化剂的方法是容易制备的。部分氢化的嵌段共聚物包括高至100%的二烯不饱和度和从0到少于70%的芳香族氢化的嵌段共聚物。
适宜的苯乙烯聚合物包括由各种供应商供应的间同立构的和无规立构的聚苯乙烯和耐冲击的聚苯乙烯树脂,包括购自The DowChemical Company的QUESTRA,STYRON和STYRON-A-TECH。
适宜的ABS树脂是由各种供应商商业供应的,包括由The DowChemical Company供应的MAGNUM。
适宜的ABS/PC组合物是由各种供应商得到供应,包括由TheDow Chemical Company供应的PULSE。
适宜的SAN共聚合物是从各种供应商得到商业供应的,包括由The Dow Chemical Company供应的TYRIL。
适宜的乙烯乙烯醇共聚物是由各种供应商商业供应的,包括-ELVANOLTM,其是由DuPont供应的以及由Eval Company of America供应的EVA聚合物。
适宜的环氧树脂是由各种供应商商业供应的,包括由The DowChemical Company供应的D.E.R树脂和D.E.N.树脂。
适宜的环烯烃聚合物和共聚物是聚合的环烯烃单体,如降冰片烯型聚合物为,如在美国专利US5,115,041;5,142,007;5,143,979中描述的。环烯烃部分是取代的或非取代的。适宜的环烯烃单体包括取代或非取代的降冰片烯,二环戊二烯,二氢二环戊二烯,环戊二烯的三聚体,四环十二碳烯,六环十七碳烯,亚乙基降冰片烯和乙烯基降冰片烯。在环烯烃单体中的取代基包括氢原子,烷基,链烯基,和1到20个碳原子的芳基和饱和和不饱和的3到12个碳原子的能形成一个或多个,优选2个环碳原子的环状基团。在环烯烃单体中的取代基可依是任何不不使聚合催化剂中毒或失活基团。优选的单体实施例包括但不限于二环戊二烯、甲基四环-十二碳烯、2-降冰片烯和其他的降冰片烯单体例如5-甲基-2-降冰片烯、5,6-二甲基-2-降冰片烯、5-乙基-2-降冰片烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、5-丁基-2-降冰片烯、5-己基-2-降冰片烯、5-庚基-2-降冰片烯、5-苯基-2-降冰片烯、5-十二烷基-2-降冰片烯、5-异丁基-2-降冰片烯、5-辛基-2-降冰片烯、5-异丙基-2-降冰片烯、5-p-甲苯基-2-降冰片烯、5-α-萘基-2-降冰片烯、5-环己基-2-降冰片烯、5-异丙基-2-降冰片烯、5-乙烯基-2-降冰片烯、5,5-二甲基-2-降冰片烯、三环戊二烯(或环戊二烯三聚体)、四环戊二烯(或环戊二烯四聚体)、二氢二环戊二烯(或环戊烯-环戊二烯共-二聚体)、甲基-环戊二烯二聚体、乙基-环戊二烯二聚体、四环十二烯9-甲基-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯-4(或甲基-四环十二烯)、9-乙基-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯-4,(或乙基-四环十二烯)、9-己基-四环-[6,2,1,13,6O2,7]十二烯-4、9-癸基-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯--4、9-癸基-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯-4、9,10-二甲基-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯-4、9-甲基-1O-乙基-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯-4、9-环己基-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯-4、9-氯-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯--4、9-溴-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯4、9-氟-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯-4、9-异丁基-四环[6,2,1,13,6O2,7]十二烯-4,和9,10-二氯四环[6,2,1,13,6O2,7]-十二烯-4。
含有两种或多种类型的环烯烃单体单元的聚合物也是适宜的。例如,甲基四环十二烷(MTD)和甲基降冰片烯(MND)的共聚物是由其适宜的。更优选地,聚合物包括三个或更多不同类型单体单元的聚合物,例如,三聚物,包括MTD,MNB,和二环戊二烯(DCPD)。
任何的改善氢化乙烯基芳族聚合物的性能或因为氢化乙烯基族芳基聚合物的存在而改善性能的聚合物材料都可用于本发明的泡沫体。
随意地,增容剂也可用于本发明。典型的增容剂包含和氢化乙烯基芳族聚合物相容的官能团和与其它的合成或天然的聚合物相容的附加官能团。增容剂在本领域是公知的,如果需要,本领域的熟练技术人员是很容易认识到用于所需组合物的增容剂的类型。
本发明所用的组合物典型的含有从0.5,通常从1,优选从3,更优选从5,最优选从10到99.5,通常到99,优选97,更优选到95,最优选的到90重量百分比的氢化乙烯基芳香族聚合物依据组合物的总重量。
本发明的具体实施中,组合物含有超过一种的氢化乙烯基芳族聚合物。
氢化乙烯基芳族聚合物和添加的聚合物材料的组合物可以用本领域公知的适宜的方法制备,但并不限于,在颗粒状态以所需的比例干混合,接着在螺旋挤出机如Banbury混合机等中熔化混合。另外,组合物可以通过混合单个的聚合物组分的溶液来制备。
例如抗氧化剂(例如,受阻碍酚如Irganox1010),亚磷酸盐(例如,Irgafos168),U.V.稳定剂,抗滑添加剂(例如,聚异丁烯),防结块添加剂,润滑剂,着色剂,颜料,填充物,阻燃剂,光和热稳定剂,和拉伸油的添加剂也包括在组合物中用以生产本发明的泡沫体。加工中的添加剂,例如硬脂酸钙,水,和含氟聚合物,也用于如残余催化剂的失活或进一步改进加工性能的目的。
任何的泡沫生产方法可以用于生产氢化乙烯基芳族聚合物泡沫体。典型的方法包括挤出发泡,珠状料发泡,和泡沫胶块或压模发泡。
挤出发泡可以这样进行,熔化加工聚合物和发泡剂来形成可发泡的混合物,通过一个挤出模具将所述可发泡的混合物挤入一个减压的区域,并允许可发泡的混合物膨胀并冷却形成密度从8到320kg/m3的聚合物泡沫体。常规的泡沫体挤出设备完全适合生产这种泡沫体。因此,单螺旋挤出机,双螺旋挤出机和蓄积的挤出设备(accumulatingextrusion apparatus)都能利用。合适的从树脂/发泡剂的混合物制备挤出泡沫体的方法在美国专利US2,409,910;2,515,250;2,669,751;2,848,428;2,928,130;3,121,130;3,121,911;3,770,688;3,815,674;3,960,792;3,966,381;4,085,073;4,146,563;4,229,396;4,302,910;4,421,866;4,438,224;4,454,086和4,486,550中描述。根据本发明,所有这些工艺对制备挤出发泡体都是有用的。
在挤出方法中,氢化乙烯基芳基聚合物被加热到或高于其玻璃转化温度,熔点或有序无序转变温度。适宜的温度至少是230℃,更优选至少240℃,最优选至少250℃,但是优选不超过320℃,更优选不超过310℃,最优选不超过300℃。产生的塑化的或熔化的聚合物与如下面描述的发泡剂和辅助发泡助剂相混合并通过挤出模具挤出形成泡沫产品。
优选地,在模具中发泡混合物的温度是在110℃到220℃的范围,更优选的是在120℃到200℃的范围,最优选的是从130℃到190℃。发泡混合物然后通过模具进入减压的区域和温度区,在那里泡沫体膨胀并冷却形成蜂窝状结构。
泡沫体能挤压成任何的形状,但是最通常的被挤压成片状(通常13mm或更小的厚度)或板条状(通常超过13mm的厚度)产品或大量的聚结的线材或异形材。聚结的挤出的线料泡沫体产品具有基本上对应于泡沫体组合物被挤出的模具模口的所有设置的横截面几何形状的泡沫体结构。片状产品用圆形模具便利地制备,生产管状的泡沫体切开形成平片。板条状产品用矩形的或“狗-骨”模具便利地制备。可发泡的混合物优选地挤出在任何后续加工之前有至少截面厚度为1mm,优选至少3mm,最优选至少5mm,直到200mm或更厚的泡沫体。挤出的泡沫体的截面面积在又被制作之前优选至少6平方厘米,更优选至少15平方厘米,最优选至少30平方厘米。
本发明的泡沫体也可以制成泡沫体的珠状物,其适宜通过使含有发泡剂的预膨胀珠状物的膨胀来模制成制品。珠状物可在膨胀时模制形成各种形状的制品。制备膨胀珠的和模制膨胀的珠状泡沫体的方法在PlasticFoams,PartII,Frisch和Saanders,pp.544-585,MarcelDekker,Inc.(1973)以及PlasticMaterials,Brydson,5thEd.,pp.426-429,Butterworths(1989)中描述。
可膨胀的和已膨胀的珠子能通过间歇或挤出工艺制备,如在美国专利Nos.4,379,859和4,464,484中公开的。在压力容器中升高的温度和压力下,颗粒于有水的悬浮液或无水的状态下用发泡剂浸渍。然后,将颗粒迅速地转移进入减压区域以膨胀形成泡沫珠,或冷却并作为未膨胀的珠状物取出。未膨胀的珠子用适合的方法加热膨胀,例如,用蒸汽和/或热空气或过热的蒸汽。挤出方法基本上与传统的泡沫挤出方法如上面所述的相同。模具有多个孔。为了制备未发泡的珠子,出模孔的可发泡的线料马上在冷水浴中骤冷以防止发泡,然后制粒。或者线料通过在模具面上的切割转变成发泡珠然后允许发泡。
发泡珠可以用本领域公知的方法模制,例如,将发泡珠装满模具,压缩模具以压缩珠状物,用蒸汽加热珠状物来实现珠状物的聚结和熔接而形成制品。选择性地,在进入塑模之前,可以在高压和高温下用空气或其他的发泡剂注入该珠状物。此外,在装料前可以加热珠状物。然后泡沫珠可以用本领域公知的适宜的模制方法模制成块状或有形状的制品。(这些方法在美国专利US3,504,068和3,953,558中所教)。上述制备方法和模制方法的典型示教见C.P.Park,supra,p.191,pp.197-198,andpp.227-229。
在一个实施方案中,珠状料泡沫体(bead stock foam)能通过下述步骤制备:a)在压力下,把含有氢化乙烯基聚合物和发泡剂的组合物的熔化,b)挤出a)的组合物形成可膨胀的聚合物颗粒;和c)把颗粒暴露于温度在100℃到160℃的蒸汽和热空气气氛中,将颗粒发泡成泡沫体。
制备可膨胀的热塑性珠的其他的方法包括加热聚合物形成聚合物熔体;在高温下把发泡剂加入熔体形成可发泡的凝胶体;冷却凝胶体到发泡不发生的温度,挤出凝胶体形成一种或更多的基本上连续的可膨胀的热塑性线料;制粒可膨胀的热塑性线料形成可膨胀的热塑性珠。另外,如果从在从模具中挤出之前,把凝胶体冷却到等与或高于聚合物玻璃转化温度或熔点的温度可以制备已膨胀的热塑性泡沫体珠。
只有在氢化的乙烯基芳族聚合物是氢化的乙烯基芳族和氢化的共轭二烯聚合物的共聚物时,优选地,本发明的泡沫体是珠状料泡沫体。
泡沫体也可用吹制薄膜或是流延薄膜挤出方法制备用于瓶子标签和其它容器的标签的发泡膜。薄膜也可用共挤出法制备获得在核芯带有一层或二层表面层的泡沫体,其可以含有或不含有氢化乙烯基芳族聚合物。
胶块料泡沫体(bun stock foaming),也指压缩模制发泡,也可用于生产本发明的泡沫体。这样的方法在本领域是公知的,如JP45-29381中描述的。这种方法包括捏和发泡剂,发泡活性助剂,交联剂和共聚物;把捏和的材料转移至如模具中并在压力下密封,加热该材料以部分的分解发泡剂和交联剂生产含有40%到85%的未分解发泡剂的初级泡沫体。进一步的发泡可以在减压升温的条件下进行;接着,在环境压力下进一步加热至足以完全分解剩余发泡剂和交联剂的温度以生产低密度的发泡聚合物材料。
在本方法的第一步,一部分的发泡剂分解和气化同时具有或没有活性助剂的交联剂发生分解,并且生产出含有40%到85%未分解发泡剂的中间泡沫体产物。接着,将这种中间泡沫体加热到一定的温度使未分解的发泡剂在环境的压力下发生分解以产生低密度的泡沫材料。当在分解温度加热的时候,在氧气存在下,表面的轻微的热降解很可能会发生;因此,加热进行时间要尽可能的短,或在没有氧气存在下进行(例如,在氮气氛下的油浴或空气调节罐中)。
基于初级泡沫体产品较低的热传导性,中间的初级泡沫体进行缓慢膨胀,甚至当该材料直接放置至浴中或罐中保持在发泡剂的分解温度的范围内;因此,其会形成充分多孔的材料而不会破坏多孔的膜并且能形成低密度的发泡材料。
任何类型的发泡剂能用于生产本发明泡沫体。适宜的物理发泡剂包括,但不限于碳氟化合物、氢碳氟化合物、和氢氯-碳氟化合物、二氧化碳、氮气、低级链烷醇和酮、烷基氯、烷基醚、水、和/或碳氢化合物,特别是有最高至6个碳原子的烷烃。在碳氟化合物和氢碳氟化合物中尤为值得关注的是甲基氟、二氟甲烷(HFC-32)、全氟甲烷、乙基氟(HFC-161)、1,1-二氟乙烷(HFC-152a)、1,1,1-三氟乙烷(HFC-143a)、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、1,1,2,2-四氟甲烷(HFC-134)、五氟乙烷(HFC-125)、全氟乙烷,2,2-二氟丙烷(HFC-272fo)、1,1,1-三氟丙烷(HFC-263fb)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)、七氟丙烷(HFC-227ca和HFC-227ea)、1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365mfc)、全氟-丙烷、全氟丁烷或全氟环丁烷。在氢氯碳氟化合物中尤为感兴趣的是氯二氟甲烷(HCFC-22)、1-氯-1,1-二氟-乙烷(HCFC-142b)、1,1-氯-1-氟化乙烷(HCFC141b)和1-氯化-1,3,3,3-四氟乙烷(HCFC124)。烃发泡剂包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、环丁烷和环戊烷。醇包括甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇并且酮类包括丙酮。适宜的烷基氯包括甲基氯,乙基氯和异丙基氯。适宜的烷基醚包括二甲醚,二乙基醚和甲基乙基醚。两种或更多这些物理发泡剂的混合物也可以使用。
适宜的化学发泡剂包括偶氮二羰酰胺、偶氮二异丁腈、苯磺基-酰肼、4,4-氧苯磺酰基氨基脲、p-甲苯磺酰基氨基脲,偶氮二羧酸钡、N,N′-二甲基-N,N′-二亚硝基对苯二酰胺,三肼三嗪和碳酸氢钠。
任何发泡剂的混合物都能使用。一个优选的发泡剂混合物是初级的氢碳氟化合物或氢氯碳氟化合物的发泡剂例如,HFC-134a、HFC-134、HFC-152a、HFC-245fa、HFC-365mfc、HCFC-142h、HCFC-22或HCFC-141b,和任选的是二氧化碳,和含有一种或更多的C1-4醇或酮、C2-5烃(包括线型的和环状烃)烷基酯、卤代烷、或水的第二的发泡剂的混合物。
另外的优选发泡剂混合物是无卤代的发泡剂混合物,其包括含有1到4个碳原子的低级醇,烷基醚,烷基酯,烷基酮,烃类,水(最高50%)和二氧化碳。
发泡剂或发泡剂的混合物使用量是提供从3到800kg/m3密度的泡沫体。要获得这种密度,典型地所用的发泡剂至少为0.01mph(克-摩尔的发泡剂每百克树脂),优选至少0.04,更优选至少0.06mph,最优选至少0.08mph;但是典型不超过0.60mph,优选不超过0.4,更优选不超过0.3,甚至更优选不超过0.20mph,最优选不超过0.16mph。化学发泡剂可以天然状态或以浓缩的状态使用。典型的化学发泡剂的用量是从0.1%,优选从0.2%,更优选从0.5%到40%,优选到20%,更优选的到15%的树脂的重量。
发泡剂或它们的混合物,可以用传统的方法加入或溶入熔化的聚合物材料中。最典型地,物理发泡剂是在压力状况下加入容器,在其中和熔化的聚合物混合。然而,这样的混合可通过各种各样的方法包括在所谓的静态混合机或如在美国专利3,751,377和3,817,669中描述的界面增生器中进行。化学发泡剂能和聚合物在处理之前混合或和聚合物一起加入。根据工艺,将聚合物/发泡剂的混合物加热到发泡剂的沸点温度(在物理发泡剂的例子当中)或分解温度(在化学发泡机的例子当中)之上以引起膨胀。然而,在足够的压力下产生的发泡混合物不会膨胀直到其进入低压区域,例如迫使其通过挤出模具。典型地,发泡混合物在挤压机,其它的混合装置或一个分离的热交换器中冷却,使有理想的密度和理想的气孔尺寸的泡沫体的形成的发泡温度到达最优的发泡温度。
在发泡过程中可以使用各种各样的辅助材料。普通的辅助材料包括气孔控制剂(成核剂),气孔扩大剂,稳定控制剂(渗透性改性剂),抗静电剂,交联剂,加工助剂(如润滑剂(slip agent)),稳定剂,阻燃剂,紫外线吸收剂,除酸剂,分散辅剂,助挤剂,抗氧化剂,着色剂,和无机填料。气孔控制剂和稳定性控制剂是优选的。
优选的气孔控制剂包括精细分散的无机物质例如碳酸钙、硅酸钙、靛蓝、滑石、粘土、二氧化钛、二氧化硅、硬脂酸钙或硅藻土,以及少量的在挤出条件下反应形成气体的化学物质,例如柠檬酸或柠檬酸钠和碳酸氢钠的混合物。所用的成核剂的量的范围是从0.01到5重量份每百份树脂的重量。优选的范围是按重量计从0.1到3份。
当这种泡沫体用作热绝缘体,削弱红外线透过泡沫体结构的添加剂可以加入以增加绝缘性能,甚至当发泡剂包括绝缘的气体例如氢碳氟化合物或氢氯碳氟化合物时。IR削弱剂的实例包括碳黑材料、石墨、二氧化钛和铝颗粒。当IR削弱剂使用时,可以减少绝缘发泡剂(也就是,氢碳氟化合物或氢氯碳氟化合物)的用量。
如果需要,泡沫体可以经受各种后续的加工步骤。一种这样的加工包括固化泡沫体(也就是用空气代替气孔中的发泡剂)。旨在减少固化时间的加工步骤包括穿孔,如在美国专利NO.5,424,016中描述的,在稍升高的温度加热泡沫体几天至几周的时间,或它们的结合。另外,泡沫体可被压碎为了打开气孔。交联步骤也可以进行。
根据ASTMD-1622测量,泡沫体优选在任何的热成型之前有至少3kg/m3,优选至少10kg/m3,更优选至少20kg/m3;但是不超过800kg/m3,优选的不超过600kg/m3,更优选不超过300kg/m3的密度。泡沫体的密度依赖于泡沫体的生产方法。挤出泡沫体和胶块料泡沫体典型地有8到320kg/m3的密度。珠状料泡沫体典型地有从3到100kg/m3的密度,注入模制泡沫体典型地有从100到800kg/m3的密度。
根据ASTMD3576测量,泡沫体典型地有至少0.01mm,优选至少0.05mm,更优选至少0.1mm;有利的是不超过5mm,优选不超过4mm,更优选不超过3mm的平均气孔尺寸,。最优选的密度和气孔尺寸范围会随泡沫体组合物和所要求的物理性能的变化而变化。例如,通过增加密度和气泡尺寸是泡沫塑料更为刚性。
泡沫体的封闭气孔的含量能根据最终的应用而变化。对于热绝缘和许多的包装应用,泡沫体主要是密闭气孔的泡沫体,有至少70%,优选至少85%的密闭气孔。对于隔热应用,封闭的气孔含量最优选有至少95%。当用于包装和/或热绝缘应用,泡沫体通常有薄的完整表皮较为有利。对于其它的应用,例如隔音或当需要软的泡沫体时,封闭的气泡含量可以低于70%,优选的低于50%并可以低至实际为零较为有利。开放(和封闭)的气孔含量根据ASTMD2856-A测量。
刚性的泡沫体优选的有至少30kPa(千帕斯卡)的压缩强度,更优选的有至少50kPa,最优选至少100kPa;压缩模量至少1Mpa(1×106Pa),更优选至少2Mpa,最优选的至少3Mpa,根据ASTMD1621-A测量。对于柔性的泡沫体,在50%的变形的时候有低至1kPa的压缩强度。
本发明的泡沫体,根据在下述实施例1中描述的测试来测量,良好地呈现出至少105℃,优选至少110℃,更优选至少115℃的热变形温度。
除非交联,依据不同的应用,泡沫体制品易于热成型或在其它的在热和机械压力下成型以得到希望的形状或外形。如果需要,如纺织的热塑纤维的纤维层这样的装饰层可在热成型的过程中或之后热熔或用其它方式粘附到泡沫体上。泡沫体可以层压到其它的泡沫体结构,薄膜或其它的基材上。
本发明的泡沫体适合用于各种不同的用途。根据本发明封闭气孔的泡沫体面板可用作建筑隔热体或保温屋顶、在压缩机和冷冻机中使用、传输设备,热水器和储藏罐。它们还可用于其它的绝缘应用中。根据本发明的开放或密闭气孔的的泡沫体可以用于各种各样的包装和衬垫应用中,例如电子的和消费品的包装。根据本发明软的泡沫体用作隔音材料。刚性的泡沫体可用作复合结构元件,和轻质板。