CN1522274A - 用于使树脂发泡的组合物及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可以用于在聚合物加工设备中诱导树脂或聚合材料发泡的组合物。本发明的组合物包括一种分解并且放出气体由此引起聚合材料发泡的发泡剂。本发明的组合物允许减少部件重量、周期时间和注射压力。

Description

用于使树脂发泡的组合物及方法
交叉参考
本申请要求于下列在先提交申请的利益：同样名称的于2001年6月29日提交的共同未决的临时申请60/302,264；和于2002年4月19日提交的共同未决的非临时申请系列号10/126,312的部分后续，该申请是于2001年4月27日提交的在先申请系列号09/844,459，现在是美国专利6,384,002的部分后续，这两篇申请的名称都为“A Composition and Methodfor Purging Polymer Processing Equipment.”
发明领域
本发明涉及一种可以用于在聚合物加工设备中诱导树脂或聚合材料发泡的组合物。本发明的组合物包括一种分解并且放出气体由此引起聚合材料发泡的发泡剂。本发明的组合物允许减少部件重量、周期时间和注射压力。
发明背景
在聚合物加工设备如注射成型装置中，加工许多热塑性聚合材料或树脂。在物料成型时的压力相当高，并且引起加工设备的过早磨损。过早磨损可以导致昂贵的支出，其可以增加制造的模制品的成本。
于相对高的压力下成型之后的模制品或基材经常不均匀地收缩，由此具有瑕疵。通常，具有瑕疵的模制品对于最终用户是不可接受的并且必须将其废弃。本发明的组合物可以用于使设备磨损最小化并且制备合格品。
发明概述
本发明提供一种组合物，当聚合材料和组合物的共混物流流经聚合物加工设备时，其用于使树脂或聚合材料发泡。通过本发明的组合物带来的树脂发泡或膨胀使聚合材料能够在这样的压力下流过聚合物加工设备，该压力低于没有这种发泡下所需要的压力。该组合物包括以可注入到聚合材料物流中的状态与聚合材料分开的添加剂混合物。该添加剂包括一种对于诱导聚合材料物流发泡是有效的发泡剂和至少一种填料。该添加剂还包括一种对于降低混合料表面张力并且由此促进聚合物料的物流沿着聚合物加工设备内表面流动是有效的表面活性剂。粘合剂将在混合物中的添加剂粘合在一起。
本发明还提供一种方法，该方法用于当树脂经过加工设备之时使树脂发泡。该方法包括：将包含发泡剂、填料、表面活性剂和粘合剂的组合物与聚合材料或树脂混合，形成混合物，在聚合物加工设备中加工所述的混合物，并且由所述的混合物形成模制品。还描述了一种制备本发明组合物的方法。
本发明为加工者打开了关于设备尺寸、工具设计和树脂选择的窗口。它还将提供重量的减轻，其导致更低的加工成本。本发明也给予加工者减少周期，提高最终产品的质量和减少加工时间的能力。
发明详述
A)发泡组合物
本发明的组合物用于改善聚合材料或树脂的加工性能，并且能够降低部件重量、峰注塑压力，注射量和成型周期。由此，对于利用本发明的组合物连同聚合材料的注射模制品或基材的加工者而言，可以节省巨大的费用。
本发明的组合物中使用发泡或起泡剂。发泡剂可以是吸热的，放热的或其组合。这样选择所使用的具体发泡剂，其在加工温度或低于该温度，或在聚合材料加工的温度范围是活性的。典型的发泡剂在活化时放出或产生诸如氮气或二氧化碳的气体。由于气体放出，在加工装置内的组合物和聚合材料混合物的体积膨胀。为了防止发泡剂过早地活化或分解，于低于发泡剂活化温度下将组合物加工并且优选形成为颗粒。颗粒是本发明组分的分散体或团块，其为固体、非液体微粒的形式，例如但不限于：小球、微粒或薄片，其中优选小球。
在足够降解或活化发泡剂的高温下成型聚合材料和本发明的组合物期间，吸热性的发泡剂将由于它们的降解而吸收热量，这可以减少成型操作期间的固化时间(塑模关闭)。在通过发泡剂由于气体的放出所导致的更高的压力下安置熔体流(聚合物和组合物)。因而，可以降低注射压力以及减少注射填充时间，这都导致时间和能量的节省。微孔结构在熔体内的形成将消除成型缺陷，如在模制品中的气泡。至少由存在于熔体流中的气体体积(ml/gm)和成核剂的颗粒大小决定泡孔结构。消除或减少注射周期的包装和保留部分也可以控制过度包装。此外，可以利用减少量的聚合材料和组合物的注射量来填充由于发泡剂的泡孔膨胀所导致的空穴至容积。本发明的组合物允许通过增加总体积来填充桶体积尺寸过大的那些工具或模具的空穴。
适宜的可商购的发泡剂，可以从Mats Corp.Ltd.of Markham，Ontario商购MS01，Cenblo Mat 100或500(羧酸和碳酸盐基产品)，从Uniroyal ChemicalCompany，Inc.of Middlebury，CT商购Expandex 5PT(5-苯基四唑基产品)，从德克萨斯州EPI Environmental Plastics Inc.of Conroe商购EPIcor，从Uniroyal Chemical Company of Middlebury，CT商购Expandex和从ReedyInternational Corp.of Keyport，NJ商购Safoam。
吸热性发泡剂非限制性的实例为聚碳酸，涂层碳酸氢钠，涂层柠檬酸，涂层柠檬酸单钠和涂层柠檬酸钠。放热性发泡剂包括：偶氮二酰胺，改性的偶氮二酰胺，氧双苯磺酰肼(OBSH)，甲苯磺酰肼(TSH)，5-苯基四唑(5-PT)，二异丙基亚肼基二羧酸酯(DIHC)和二亚硝基五亚甲基四胺(DNPT)。
在本发明的流动改善发泡组合物中，使用粘合剂组分。粘合剂可以有利地使存在的其它组分粘合，并且赋予它们在加工的聚合材料中更多的可分散性。粘合剂组分包括：可以为天然的或合成的蜡。蜡在室温下通常是固体并且其重均分子量低于约10,000。优选粘合剂组分以大于组合物总重量的约10％的量存在于本发明的发泡组合物中，基于100重量份的发泡剂，通常其为约10份至约100份，理想地是为约20份至约80份，并且优选为约25份或约30份至约50份或约60重量份。
适宜于本发明粘合剂组分的蜡的实例包括但不限于：酰胺蜡如亚乙基双硬脂酰胺蜡和羟基硬脂酰胺蜡，马来酸化的乙烯蜡，马来酸化的丙烯蜡，微晶蜡，氧化的蜡，石蜡，石油蜡，聚乙烯蜡，PTFE蜡，乙烯乙酸乙烯酯蜡，蜡酯和聚己酸内酯蜡，或其组合。优选的粘合剂组分是亚乙基双硬脂酰胺蜡和羟基硬脂酰胺蜡的混合物，基于总的粘合剂组分，其比率分别为约60％至约40％。进一步优选的粘合剂组分是优选两者等量的聚己酸内酯蜡和聚烯烃蜡的混合物，或亚乙基双硬脂酰胺蜡、羟基硬脂酰胺蜡、聚己酸内酯蜡和聚烯烃蜡的混合物。
本发明的发泡组合物还包括表面活性剂组分。通常在配方中使用表面活性剂，以除尘、润滑、降低表面张力和/或增稠。表面活性剂的实例包括但不限于：矿物油、蓖麻油和豆油。优选的表面活性剂是矿物油，如商购自Pennreco的Drakeol 34。可以从Chemax Polymer Additives商购MaxsperseW-6000和W-3000固体表面活性剂。表面活性剂既可以是固体的形式，也可以是液体的形式。
在本发明的清洗组合物中使用表面性剂组分，基于100重量份的所述发泡剂，其量通常为约1至约30份或约50份，理想的为约2或约5至约25份，并且优选为约4至约10、或约15，或约20重量份。
出人意料地发现：可以使用与美国申请号10/126,312的部分后续一起的在此引入作为参考的美国专利6,384,002的组合物组分的一些或全部来制备具有减少部件重量的模制品，和减少成型周期时间，并且具有在其中所公开的其它益处。即，当以在该说明书中所指出的量使用时，出人意料地发现美国专利6,384,002的研磨剂组分在本发明中作为填料是有用的。
在本发明的发泡组合物中，也可以使用填料组分。填料组分可以帮助组合物增稠。适宜的填料组分包括但不限于：碳酸钙，二氧化硅，氧化铝，硫酸盐，硫化物，滑石，云母或其组合。适宜用于研磨剂组份的可商购的填料实例包括但不限于：自Omya，Inc.商购的Omyacarb FT(碳酸钙)和自Whittaker Clark and Daniels商购的碳酸钙，自Whittaker，Clark and Daniels商购的滑石(Talc 399)和自Whittaker，Clark and Daniels商购的硫酸钡(2278Blanc Fixe)。
基于100重量份的发泡剂，在本发明的发泡和流动改善组合物中使用填料组分，其量通常为约5或约10份至约75份，理想地为约20份至约70份，并且优选为约30份至约60重量份。
本发明的发泡组合物可以任选地包括至少一种功能配合添加剂，以改善聚合材料或树脂在聚合物加工设备中的流动。
任选的功能配合添加剂或组分的实例包括但不限于：粘土，烷基化的酚类和双酚，亚烷基双、三和多酚，硫代和二硫代双、三和多烷基化酚，酚缩合产品，胺，酯，有机亚磷酸盐和磷酸盐，甘油酯，季铵盐化合物，阴离子化合物，链烷硫酸盐，spheriglas，硫醇锑，钡镉液体和粉末，钡镉锌液体和粉末，钡钙锌粉末和液体，钡有机化合物，钡粉末，钡锌液体和粉末，镉液体，镉锌液体，钙粉末，钙锡锌糊料、液体和粉末，钙锌糊料、液体和粉末，环氧化合物(epoxies)，羟基胺，铅，混合金属皂，酚，亚磷酸盐，单金属皂，锡，锌和锌复合物，催化剂，醇酯，混合酯，共稳定润滑剂，脂肪酸，脂肪酸酰胺，脂肪酸酯，脂肪醇，乙二醇脂，金属性的硬脂酸盐，铝，无定形的硅铝酸盐玻璃，钡，锂，镁，钠，亚锡，无定形和结晶的聚丙烯，硅氧烷，松香酸衍生物，乙酸衍生物，壬二酸(azelatic)衍生物，苯甲酸衍生物，丁烯衍生物，有机填料，尿素，氧化锌，氮化硼，硬脂酸锌，硬脂酸钙，尿素，氧化锌，硬脂酸钡，二元醇，链烷醇胺，氧化剂/过氧化物，硬脂酸铅，氧化镁，硬脂酸，水杨酸和二苯胍(DPG)，或它们的混合物。
任选的功能组分还包括微球体。通常将微球体描述为包含熔融无定形二氧化硅和无机氧化物的固体或中空玻璃粉末。优选的微球体是玻璃基微球体，并且包括但不限于：钠钙玻璃微球体，钛酸钡玻璃微球体和金属涂层微球体如铝涂层钛酸钡玻璃微球体。适宜的微球体为自密歇根州Prizmalite商购的P2015SL(钠钙玻璃微球体)，P2415BT(钛酸钡玻璃微球体)和P2453BTA(铝涂层钛酸钡玻璃微球体)。
再一种任选的功能组分是硅铝酸盐玻璃化合物，其可以作为用于提高聚合物或其它组分在注射模塑方法中使用时分散性的加工助剂。硅铝酸盐玻璃化合物为自加州Irvine商购的Vitrolite，其为一种粉末或与聚合物如聚乙烯的聚合共混料。
又一种任选的功能组分是纳米复合物或有机改性的粘土。优选的粘土为中等或高的阳离子交换容量的阳离子粘土。通常将阳离子交换容量报告为每100克的粘土可以被交换的可交换碱的毫当量数。阳离子交换容量取决于粘土的类型，在约50至约150内变化。可以被有机改性的粘土实例包括：海泡石，绿坡缕石，蒙脱石，膨润土，滑石粉和nentronite，优选蒙脱石。有机改性的粘土在本领域是已知的，并且也描述于美国专利2,531,440。本发明优选的有机改性的粘土是用叔或季胺盐改性的蒙脱石粘土。纳米复合物为自德克萨斯州Gonzales的Southern Clay Products，Inc.商购的CloisiteNA+(天然蒙脱石)，Cloisite 93A & 30B(用叔铵盐改性的天然蒙脱石)和Cloisite10A，15A，20A和25A(用季铵盐改性的天然蒙脱石)。
苯甲酸盐也是本发明任选的功能组分。其实例包括苯甲酸锂和苯甲酸钠。苯甲酸钠可以作为粉末或以挤出的形式商购自华盛顿Seattle的KalamaChemical Inc.。
本发明的发泡组合物可以任选包括至少一种功能配合添加剂组分，其包括但不限于，成核剂，降低发泡剂活化温度的活化剂，增塑剂，脱模助剂，加工助剂和抗静电添加剂。
基于100份的发泡剂，包括上面所列组分中的一种或任何组合的任选组分通常以约0或约1份至约100份，理想以约5份至约50份，并且优选以约8或约10份至约20或约30，或约40重量份的量存在于组合物中。
在加工设备如挤出机或两辊磨中，于高温制备或混合典型的现有技术的组合物。不能将常规的加工设备用于制备本发明的组合物，因为发泡剂将由于相对高的温度而被过早地活化。因而，在低于或等于通常约200°F或180°F，理想地160°F并且优选140°F的温度下加工本发明的组合物。
虽然在下文描述掺混并且优选对本发明组合物进行造粒的优选方法，但应当理解的是，也可以使用在本领域已知的其它方法和各种优选的方法。将包括至少一种适宜量的发泡剂的组合物减去任何液体和低温熔融固体的组分加入至和混合于混合器中，优选该混合器是本领域已知的并且商购自供应商如德国Henschel Company的高强度、碗型混合器。可以将混合器包上夹套并且与温度控制系统连接。混合器具有混合及搅拌成分的旋转叶轮。混合行为摩擦升高了组分的温度。由于组分被混合，将它们分散在所有组合物中。当混合器的温度达到约100°F时，如果有液体组分的话，将其加入并且继续混合。于约140°F，如果有低温熔化固体的话，将其加入至并且分散于组合物中。通常防止混合物超过上面所指出的温度。在一段适宜的混合期间之后，可以进一步立即加工组合物，或者允许放置于或低于环境温度下任意长的时间。此时，通常将组合物描述为粒状或砂状。随后将粒状组合物冷压成型为颗粒如小球，碎片或薄片，优选小球。通过冷却，它是指在压模成型方法中没有利用外部热源如气体或电。由此，在低于上面指出的温度范围加工组合物。这样的压模成型装置是本领域众所周知的模和辊型制粒机，并且可以从制造商如加州CPM of San Francisco的商购Model CL系列加工机。模和辊制粒利用压紧和挤出以产生约0.015至约1英寸长的小球，其取决于所使用的模。以控制的物流的形式连续地向制粒空穴供给来自供给料斗的粒状物料。模与辊接触的旋转引起其同样地转动。在模和辊之间压紧由模旋转携带的物料并且强迫其通过在模中的孔。由于将组合物小球挤出，刀或其它适宜的切割表面将小球剪切成一定的长度。模的大小及由此所制备的小球的直径可以为约0.015英寸至约0.250英寸，其中优选的尺寸为约0.0625，0.125和0.150英寸。形成典型小球的长度为直径约2或3倍。
可以将本发明的组合物加入到几乎任何已知的热塑性和热固性两种的聚合树脂或聚合材料中，或与其熔融掺混。可以与组合物一起使用的热塑性聚合材料的实例包括但不限于：由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯制备的ABS树脂；ABS树脂与其它热塑性塑料如聚氯乙烯的掺混料；二烯烃树脂；由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯和α-甲基苯乙烯制备的树脂；由丁二烯、苯乙烯和甲基丙烯酸制备的树脂；由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯缩醛共聚物制备的树脂；缩醛树脂；丙烯酸树脂和改性的丙烯酸树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物，甲基丙烯酸甲酯和α-甲基苯乙烯的共聚物；纤维素基塑料如乙酸纤维素塑料，乙酸丁酸纤维素塑料，丙酸纤维素塑料，乙基纤维素塑料和硝酸纤维素塑料；乙基纤维素塑料和乙酸丁酸纤维素塑料的混合物；氯化的聚醚；氟塑料如聚四氟乙烯，聚1，1-偏氟乙烯，氟化的乙烯-丙烯塑料和一氯三氟乙烯塑料；苯氧基树脂；聚丁二烯型树脂如丁二烯-苯乙烯共聚物和聚丁二烯；聚碳酸酯；包括聚丙烯和聚乙烯的聚烯烃树脂如低密度聚乙烯；聚乙烯与其它物质的共聚物；氯化的聚乙烯；氯磺化的聚乙烯；乙烯乙酸乙烯酯共聚物；乙烯丙烯酸酯共聚物；聚苯醚；聚丙烯；聚砜；聚苯乙烯；苯乙烯共聚物，如苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物；和乙烯基聚合物及共聚物，如聚氯乙烯，氯乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物，氯乙烯、乙酸乙烯酯和乙烯醇的共聚物，氯乙烯和1，1-二氯乙烯的共聚物，聚二氯乙烯和它们的混合物。
可以使用增强热塑性塑料。通常用玻璃纤维、金属纤维、耐火纤维、如来自木材制品和的有机纤维和其它纤维来进行增强。
本发明的一个重要方面在于：发泡组合物是在自然界普遍的并且可以与大范围的聚合物树脂相容或混配。发泡组合物基本上不含(每100份组合物含有少于5，3，2或1份)，并且优选不含任何热塑性或热固性聚合物树脂或材料，或颜料，染料或类似物。组合物也不含有溶剂，特别是挥发性有机溶剂组分(VOC)。
在成型模制品之前，在适宜的仪器中加工或成型之前或期间，可以向聚合材料中加入本发明的发泡组合物，相对于100重量份的聚合材料，其量为约0.5份至约20份，理想地为约1份至约5或10份，并且优选地为约2份至约3或4重量份。本发明的发泡组合物提供众多的益处。由于本发明的组合物包括：迄今在分开组合物中含有的组分，所以降低了加工成本。也可以降低部件重量，原因在于其中结合了发泡剂。此外，发泡剂的结合允许使用更少量的天然树脂来制造部件。也可以降低周期时间。总之，由本发明的发泡组合物提供了大量的功能性。聚合物加工者可以向连同颜料母料或浓缩物的聚合材料中添加本发明的发泡组合物，以结合本发明的有益的优势。可以在通常为约250°F至约600°F的温度使用本发明的组合物。
B)清洗组合物
本发明的再一个实施方案是清洗组合物及其使用方法，其能够从聚合物加工设备的内表面除去聚合材料或树脂的沉积物。清洗组合物是浓缩的形式，并且通常在将聚合材料或树脂加入至加工设备之前或在此期间，以所需的比率加入到聚合材料或树脂中。清洗组合物通过在正常的生产周期将旧的树脂沉积物和其它碎片从聚合物加工设备的内表面除去而起作用。优选地，这样配制清洗组合物，以使其对应于加工设备的实际操作温度范围的整个温度范围是最活泼的。介绍了大量用于清洗组合物的不同配方。可以有利地将本发明的组合物在低、标准、或高加工温度温度或它们之间的任何温度下操作的设备上使用。
本发明的清洗组合物包含各种包括发泡剂，研磨剂，粘合剂和表面活性剂的组分。优选使用冷压成型方法制备组合物，其中将诸如发泡剂的组分保持在低于其被活化或分解的温度下。
本发明的清洗组合物中使用发泡或起泡剂。发泡剂可以是吸热性，放热性的发泡剂或其组合。这样选择所使用的具体发泡剂，其在或低于加工温度或加工聚合材料的温度范围是活性的。典型的发泡剂被活化时放出或产生气体如氮气或二氧化碳。由于气体放出，组合物-聚合材料的体积在加工装置内膨胀，导致混合物靠着设备的内表面膨胀，其导致有助于除去树脂沉积物的混合物的刮擦作用的增加。为了防止发泡剂过早地活化或分解，将浓缩组合物处理并且优选在低于发泡剂活化温度下形成为颗粒如小球。
在足够降解或活化发泡剂的高温下成型聚合材料和浓缩物期间，吸热性发泡剂将由于它们的降解而吸收热量。在通过发泡剂由于气体的放出所导致的更高的压力下，安置熔体流(聚合物和组合物)。因而，压力强迫混合物靠着设备的内表面，其中组合物的其它组分，特别是研磨剂组分可以有利地产生清洁加工设备的作用。
一般而言，将发泡剂用于本发明的清洗组合物中，每100重量份的组合物，其量为约5或约10至约75或80份，其中优选为约25至约50或约60份。将吸热性发泡剂用于本发明的清洗组合物中，基于100重量份的组合物，其量通常为约5至约50、约60或约70份，理想地为约25份至约50或约55份的量，并且通常以约5至约60份，理想地约5份至约30或约45重量份的量使用放热性发泡剂。
在本发明的清洗组合物中，还使用研磨剂组分。研磨剂组分有利地具有下面的性能：可以通过刮擦、磨擦和/或研磨从聚合物加工设备如挤出机桶表面或注射螺杆等的内表面磨掉沉积的聚合材料。研磨剂组分通常以物理方式通过擦洗而进行工作。适宜的研磨剂组分的实例包括但不限于，碳酸钙，二氧化硅，氧化铝，硫酸盐，硫化物，滑石，云母或其组合。研磨剂组分可以含有细小的，中等的或粗糙的(course)颗粒或其分布物，以提供有效的研磨作用。
适宜在研磨剂组分中使用的可商购的研磨剂实例包括但不限于：自Omya，Inc.商购的OmyacarbFT(碳酸钙)和自Whittaker Clark and Daniels商购的碳酸钙，自Whittaker，Clark and Daniels商购的滑石(Talc 399)，自Burgess Pigment Company商购的粘土(Burgess KE)，和自Whittaker Clark andDaniels商购的硫酸钡(2278 Blanc Fixe)。
基于100重量份所述的组合物，在本发明清洗组合物中，通常以约5或约10份至约75份，理想以约20份至约70份，并且优选以约25份至约50重量份的量使用研磨剂组分。
本发明的研磨剂组分还包括表面活性剂组分。为了除尘和/或增稠，通常在配方中使用表面活性剂。表面活性剂的实例包括但不限于：矿物油、蓖麻油和豆油。优选的表面活性剂是矿物油，如可以自Pennreco商购的Drakeol 34。可以从Chemax Polymer Additives商购Maxsperse W-6000和W-3000固体表面活性剂。表面活性剂既可以是固体的形式，也可以是液体的形式。
在本发明的清洗组合物中，基于100重量份的所述组合物，以通常为约1至约30份，理想地约2或5至约25份，并且优选约4至约8重量份的量使用表面性剂组分。
在本发明的清洗组合物中还使用粘合剂组分，并且也在上面对其进行了描述。粘合剂可以有利地“湿润”其它存在的组分并且使它们更好地分散于与组合物一起加入的聚合材料中，以清洗加工设备。粘合剂组分是蜡，其可以是天然的或合成的蜡。蜡在室温下通常是固体，并且其分子量平均低于约10,000。粘合剂组分以大于约10重量％的量存在于本发明的清洗组合物中，并且每100重量份的组合物，通常其为约10份至约50份，并且优选为约10份至约25份。
本发明的清洗组合物可以任选包括至少一种功能配合添加剂组分，其包括但不限于：如上所述的成核剂，降低发泡剂活化温度的活化剂，增塑剂，填料，脱模助剂，加工助剂，抗静电添加剂和润滑剂。基于100份的所有组合物，包括上面所列组分中的一种或任何组合的任选组分通常以约0或1份至约98份，理想以约25份至约50份，并且优选以约10份至约20重量份的量存在于清洗组合物中。
可以在对于本领域已知的通常任何聚合物加工设备中使用本发明的清洗组合物，该设备在通常约200°F和以上，并且优选为约250°F至约600或约700°F的温度下操作。选择这样的清洗组合物的组分，其在预定的加工温度下是有效的并且和该温度相适合。
在第一个实施方案中，使清洗组合物对于清洗来自在低加工温度如约400°F或更低下操作的聚合物加工设备的沉积物最优化。此第一清洗组合物包括：吸热性发泡剂(也已知为起泡剂)，研磨剂，低熔化温度的粘合剂和表面活性剂。表1所示为此实施方案的配方。
                      表1
               低温清洗组合物配方
              清洗剂 在配方中的量(％)
MSO1Cenblo Mat 500或相当的吸热性发泡剂(例如，涂层的碳酸氢钠和柠檬酸)       50
OmyacarbFT或相当的小颗粒碳酸钙       33
矿物油或相当的表面活性剂       2
Cerit 220粉末或相当的羟基硬脂酰胺蜡       15
总计       100％
在第一实施方案中的优选发泡剂是商购自Mats Corp.Ltd.(Markham，Ontario，L3R加拿大)的商品MSO1 Cenblo Mat 500。MSO1 Cenblo Mat 500是一种羧酸和碳酸盐基产品。但是，该配方可以包括：任何其它的吸热性发泡剂，其导致可以使用的清洗组合物如所需地清洗树脂沉积物。备选地，可以将发泡剂制备为同类成分的混合物，如同类涂层碳酸氢钠和柠檬酸的混合物，或类似物。
第一实施方案中的研磨剂增加清洗组合物的刮擦作用，并且也作为填料。自Omya Inc.(Florence，VT)商购的商品OmyacarbFT是第一实施方案中优选的研磨剂。OmyacarbFT是碳酸钙基产品。但是，配方可以包括：任何其它增加用于除去树脂沉积物的清洗组合物刮擦作用的研磨剂。例如，可以用平均颗粒尺寸不大于约1.5微米的细颗粒碳酸钙代替OmyacarbFT。优选地，对于在OmyacarbFT产品中，平均颗粒尺寸应当为约1.3微米。
第一实施方案中的优选粘合剂是自E.W.Kaufman(Southamper，PA)商购的商品Cerit 220粉末。Cerit 220是一种羟基硬脂酰胺基产品。可以用羟基硬脂酰胺蜡或任何其它适宜的代替品取代Cerit 220。不论使用何种粘合剂，优选其是一种低熔化温度的粘合剂，其将在约220°F释放。熔融的粘合剂帮助清洗组合物结合入树脂的熔体流中。第一实施方案中的表面活性剂是矿物油。但是，可以用任何适宜的具有涂布或润滑聚合物加工设备的内表面的表面活性剂代替它。
在第二实施方案中，清洗组合物在标准加工温度，如在约400°F-500°F的范围内具有更有效的刮擦作用，反之在第一实施方案中，第一种组合物在较低的加工温度显示更有效的刮擦作用。第二种清洗组合物的配方包括与在第一清洗组合物配方中的那些相同的研磨剂和表面活性剂。但是，第二配方与第一配方的不同之处在于：吸热性发泡剂和粘合剂更适宜用于标准加工温度。表2所示为此实施方案的配方。
                       表2
              标准温度清洗组合物配方
              清洗剂   在配方中的量(％)
MSO1Cenblo Mat 500或相当的吸热性发泡剂(例如，涂层的碳酸氢钠和柠檬酸)         50
OmyacarbFT或相当的小颗粒碳酸钙         33
矿物油或相当的表面活性剂         2
Advawax280或相当的亚乙基双硬脂酰胺蜡         15
总计         100％
在第二实施方案中，优选发泡剂是自Mats Corp.Ltd.(Markham，Ontario，L3R加拿大)商购的商品MSO1 Cenblo Mat 100。MSO1 Cenblo Mat100是一种羧酸和碳酸盐基产品。但是，在组合物中可以包括任何其它的吸热性发泡剂，只要其导致清洗配方可以如所需地清洗树脂沉积物即可。例如，可以在用于标准加工温度有效的比率下，将发泡剂制备为同类成分的混合物，如涂层碳酸氢钠和柠檬酸的混合物或类似物。
在标准温度清洗组合物中的优选粘合剂是自Rohm & Haas Co.(Cincinnati，OH)商购的商品Advawax280。Advawax280是一种N，N-亚乙基双(硬脂酰胺)基产品。但是，亚乙基双硬脂酰胺蜡或任何其它适宜的代替品可以被替换。粘合剂应当是一种低熔化温度的粘合剂，其将在约280°F释放，由此帮助清洗组合物结合入树脂流的熔体流中。
在第一和第二清洗组合物配方中的吸热性发泡剂与研磨剂的比率都进行优化，以达到最大的刮擦作用。
在第三实施方案中，清洗组合物在高加工温度，如在约500°F或以上具有更有效的刮擦作用，反之第一种和第二种清洗组合物分别在低温和标准加工温度显示更有效的刮擦作用。第三种清洗组合物使用与在第一种和第二种组合物中所列的那些相同的研磨剂和表面活性剂。但是，第三组合物与前面所述的组合物的不同之处在于：其优选使用更适宜在高加工温度使用的放热性发泡剂和粘合剂。表3所示为此实施方案的配方。
                     表3
              高温清洗组合物配方
             清洗剂   在配方中的量(％)
Expandex5PT或相当的放热性发泡剂(5-苯基四唑基化学品)         40
OmyacarbFT或相当的小颗粒碳酸钙         43
矿物油或相当的表面活性剂         2
Advawax280或相当的亚乙基双硬脂酰胺蜡         15
总计         100％
在第三实施方案中的优选发泡剂是自Uniroyal Chemical Company，Inc.(Middlebury，CT)商购的商品Expandex 5PT。Expandex 5PT是一种5-苯基四唑基产品。但是，组合物可以包括任何其它的放热性发泡剂，其导致可以使用的清洗组合物如所需地清洗树脂沉积物。优选放热性发泡剂的行为将取决于5-苯基四唑的化学性质。备选地，其它高温配方可以使用吸热性发泡剂，如Mat 201或Mat 101(Mats Corp.Ltd.，Markham，Ontario，L3R加拿大)，只要吸热性发泡剂导致在这些高温下具有理想的树脂沉积物的去除水平即可。Mat 201和Mat 101是聚碳酸、无机碳酸盐和硬脂酸盐的化学掺混物。
在其最优选的实施方案中，第三种清洗组合物的配方具有放热性发泡剂与研磨剂的最佳比率，其导致在高温下的最大刮擦作用。研磨剂的平均颗粒尺寸与用于前面所述的配方中所指出的相同。高温清洗组合物的优选粘合剂是商购产品Advawax 280(Rohm & Haas Co.，Cincinnati，OH)。Advawax 280是一种N，N-亚乙基双(硬脂酰胺)基产品。但是，亚乙基双硬脂酰胺蜡或任何其它适宜的代替品可以被替换。粘合剂应当是一种低熔化温度的粘合剂，其将在约280°F释放。
下表4中列出了至少适宜于高温加工范围的清洗组合物的再一个实例。在此配方中使用吸热性发泡剂。
               表4
         高温清洗组合物配方
 Matendo P80(放热性发泡剂)     50
 Omyacarb4(碳酸钙)     19
 Drakeol 34(矿物油)     25
 Advawax280(亚乙基双硬脂酰胺蜡)     6
 总计     100％
本发明还提供一种从加工或聚合物加工设备的内表面清洗树脂沉积物的方法。该方法包括：供给包含起泡剂，研磨剂，表面活性剂和粘合剂的混合物进入在聚合物加工设备中的树脂物流中。将混合物直接从容器中倾倒入聚合物加工设备的料斗中，并且直接加入到移动经过加工设备桶的树脂物流中。由于按照本发明由此清洁了模和其它工具的表面，所以得到的模制品可以具有归因于清洗组合物的不需要的成分。可以将这些模制品中的一些在相同或相容的树脂物流中循环。
对于清洗浓缩物与树脂物流的混合，因为混合物沿着设备桶移动，所以它被加热。然后保持清洗组合物组合在一起的粘合剂熔化进入树脂物流中，由此释放组合物的各个组分进入树脂物流中。由熔融的粘合剂额外帮助清洗组合物进入熔体流的结合。
当发泡剂达到在加工设备内的适宜的高温下，其开始降解。此降解导致气泡在熔体流内的产生。由于气体的量在树脂/清洗组合物混合物之内增加，所以混合物的体积膨胀。随后由混合物靠着设备内表面的膨胀所导致的压力增加引起混合物刮擦作用的增加，其帮助树脂沉积物的去除。
由于粘合剂熔化进入树脂物流之中，清洗组合物的研磨剂组分连同发泡剂一起释放。通过研磨剂加入至树脂混合物中增加了额外的刮擦作用，并且研磨剂另外作为新生成的气泡的成核位点，该气泡是由发泡剂的降解所产生的。小尺寸即小于1.5微米的研磨剂颗粒增加潜在的成核位点的数目，其导致气泡在熔体流内更均匀的分布。气体在树脂物流内的更均匀分布帮助改善清洗浓缩物沿着加工设备的内表面的刮擦作用。一直操作含有清洗组合物的加工设备直到从设备出来的模制组合物显得干净，由此指示设备的内部是干净的。
典型地，放热性发泡剂的降解中的放热化学性产生3至5倍于由与吸热性发泡剂的降解有关的吸热化学性所产生的气体量。因此，由于由放热剂所产生的气体量更多，因此需要更少量的发泡剂就达到足够量的气体产生。
在加工设备如挤出机或两辊磨中，于高温制备或混合典型的现有技术的组合物。不能使用常规的加工设备制备本发明的组合物，因为发泡剂将因为相对高的温度而被过早地活化。因而，在低于或等于通常为200°F或约180°F，理想地低于或等于约160°F并且优选低于或等于约140°F的温度下加工本发明的清洗组合物。优选使用如上所述的冷压成型制备清洗组合物。
本发明的一个重要方面在于：清洗组合物在自然界是普遍的并且可以与宽范围的上面所述聚合物树脂相容或混配。可以将本发明的组合物加入到或熔化掺混于几乎任何已知的如上所述的聚合物，树脂或材料中，热塑性和热固性材料两者都可以。
根据本发明的另一个特征，由清洗浓缩物与树脂的比率可以影响清洗组合物的性能。在清洗操作之前或期间，在聚合物、树脂等的物流中以每100份树脂通常约1至约25、50或100份，理想地约2至约20份，并且优选约3或4至约10或15份的量加入清洗浓缩物。当要求较高水平的刮擦来充分清洗设备时，通常使用更多量的清洗浓缩物。
通过参考下面用于举例说明但不是限制本发明的实施例，将更好地理解前面所述的发明。
实施例
下面的实施例举例说明本发明的发泡组合物与没有本发明的天然树脂比较时的优势和益处。在具有通用目的的螺杆和28盎司的桶容量的120-Ton Van Dom注塑机上成型4”×6”×0.125”(10.16cm×15.24cm×0.318cm)的薄板。在每个实验中，对于每一组数据成型了10块薄板并且报告的数据是它们的平均值。
实施例1
第一个实施例使用Basell SD-242聚丙烯树脂。设置的注塑温度如下：注嘴440°F，前区440°F，中间区440°F和后区440°F。每100重量份的聚丙烯树脂，本发明的组合物的量为2份。组合物含有下面的组分。
        本发明的组合物     配方中的量(份)
吸热性发泡剂(涂层碳酸氢钠和柠檬酸)Cenblo Mat 100 50
填料(碳酸钙)OmyacarbFT           25
粘合剂(亚乙基双硬脂酰胺蜡)Advawax280           21
表面活性剂(矿物油)Drakeol 34     4
总计(份)     100
    结果      对照(天然树脂)   本发明  相对于对照的减少％
部件重量(克)     450.39   420.37     6.70％
模关闭时间(秒)     35.00   20.00     42.80％
峰注射压力(psi)     457.09   301.03     34.14％
注射量(英寸)     2.30   2.10     8.70％
周期时间(秒)     52.00   38.00     26.92％
从上面的表中可以看出，本发明包括发泡剂的组合物导致测量性能的显著改善。使用更少量的树脂并且可以降低部件的重量，与对照组合物相比提供成本的节省。此外，降低模关闭的时间和周期时间，其允许部件的生产量增加，由此对于模塑者提供人力或时间的节省。
实施例2
第二个实施例使用Dow 128聚乙烯。设置的注塑温度如下：注嘴400°F，前区400°F，中间区400°F和后区400°F。每100重量份的聚乙烯树脂，本发明的组合物的量为2份。组合物含有下面的组分。
    本发明的组合物     配方中的量(份)
吸热性发泡剂(涂层碳酸氢钠和柠檬酸)Cenblo Mat 500 50
填料(碳酸钙)OmyacarbFT         25
粘合剂(亚乙基双硬脂酰胺蜡)Advawax280         21
表面活性剂(矿物油)Drakeol 34         4
总计(份)         100
    结果      对照(天然树脂)   本发明  相对于对照的减少％
部件重量(克)     469.06   438.08     6.70％
模关闭时间(秒)     35.00   15.00     57.20％
峰注射压力(psi)     410.39   377.35     8.05％
注射量(英寸)     2.30   2.10     8.70％
周期时间(秒)     51.00   39.00     23.5％
从上面的表中可以看出，本发明包括发泡剂的组合物导致测量性能的显著改善。使用更少量的树脂并且可以降低部件的重量，与对照组合物相比提供成本的节省。此外，降低模关闭的时间和周期时间，其允许部件的生产量增加，由此对于模塑者提供人力或时间的节省。
实施例3
第三个实施例使用GE MC 8002聚碳酸酯。设置的注塑温度如下：注嘴520°F，前区520°F，中间区520°F和后区520°F。每100重量份的聚碳酸酯树脂，本发明的组合物的用量为2份。组合物含有下面的组分。
         本发明的组合物     配方中的量(份)
吸热性发泡剂(涂层碳酸氢钠和柠檬酸)Matendo P80 50
填料(碳酸钙)OmyacarbFT         25
粘合剂(亚乙基双硬脂酰胺蜡)Advawax280         21
表面活性剂(矿物油)Drakeol 34         4
总计(份)         100
    结果      对照(天然树脂)     本发明  相对于对照的减少％
部件重量(克)     573.26     550.29     4.00％
模关闭时间(秒)     35.00     20.00     42.80％
峰注射压力(psi)     1308.75     1060.75     18.95％
注射量(英寸)     2.40     2.28     5.00％
周期时间(秒)     50.90     30.71     39.7％
从上面的表中可以看出，本发明包括发泡剂的组合物导致测量性能的显著改善。使用更少量的树脂并且可以降低部件的重量，与对照组合物相比提供成本的节省。此外，降低模关闭的时间和周期时间，其允许部件的生产量增加，由此对于模塑者提供人力或时间的节省。
虽然按照专利法令列出了最佳方式和优选的实施方案，但本发明的范围并不限于此，而是由后附权利要求的范围所限制。

Claims (20)

1.一种通过加热至预定温度发泡的组合物，其包含：
发泡剂；
粘合剂组分，其量为约10至约100重量份，所述的粘合剂组分是一种重均分子量低于10,000的蜡；
表面活性剂，其量为约1至约50重量份；和
填料组分，其量为约5至约75重量份，其中所述组合物是在低于所述发泡剂的活化温度下加工的，以防止其过早分解，其中所述组合物为固体微粒形式；并且其中所述重量份是基于100重量份的所述发泡剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述至少一种发泡剂是吸热性发泡剂或放热性发泡剂，或其组合。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中所述的微粒形式是小球，碎片或薄片。
4.根据权利要求2所述的组合物，其中所述的蜡是亚乙基双硬脂酰胺蜡、羟基硬脂酰胺蜡或其组合。
5.根据权利要求2所述的组合物，其中所述的蜡是亚乙基双硬脂酰胺蜡、羟基硬脂酰胺蜡、聚己内酰胺蜡、聚烯烃蜡或其组合。
6.根据权利要求2所述的组合物，其中所述粘合剂是以约25份至约50重量份的量存在的，其中所述的表面活性剂是以约4份至约20重量份的量存在的，并且其中所述的填料是以约30份至约60重量份的量存在的。
7.根据权利要求6所述的组合物，其中所述的组合物包括功能配合添加剂，其量为约1份至约100份。
8.根据权利要求7所述的组合物，其中所述的表面活性剂是矿物油、蓖麻油、豆油或其组合。
9.根据权利要求8所述的组合物，其中所述的填料为碳酸钙，二氧化硅，氧化铝，滑石，硫酸盐，硫化物，云母或其组合。
10.一种模制品，其包含聚合材料和根据权利要求9所述的组合物。
11.一种制备用于聚合材料的可发泡组合物的方法，该方法包括如下步骤：
配混所述的可发泡组合物，该组合物含有至少一种发泡剂，约10至约100重量份的粘合剂组分，所述的粘合剂组分是一种重均分子量低于10,000的蜡，约1至约50重量份的表面活性剂，约5至约75重量份的填料组分，及任选的功能添加剂，所述的重量份是基于100重量份的所述发泡剂；
在低于所述发泡剂的活化温度下混合所述的组合物；和
将所述的组合物冷压成型为微粒形式。
12.根据权利要求11所述的制备可发泡组合物的方法，其中所述的冷压成型步骤是在低于所述至少一种发泡剂的活化温度下进行的。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述的至少一种发泡剂是吸热性发泡剂或放热性发泡剂，或其组合。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述的组合物是小球，碎片或薄片的形式。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述的蜡是亚乙基双硬脂酰胺蜡、羟基硬脂酰胺蜡或其组合。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述的蜡是亚乙基双硬脂酰胺蜡、羟基硬脂酰胺蜡、聚己内酰胺蜡、聚烯烃蜡或其组合。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述的粘合剂是以约25份至约50重量份的量存在的，其中所述的表面活性剂是以约4份至约10重量份的量存在的，且其中所述的填料是以约30份至约60重量份的量存在的。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述的组合物包括一种功能配合添加剂，其量为约1份至约100重量份。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述的填料为碳酸钙，二氧化硅，氧化铝，滑石，硫酸盐，硫化物，云母或其组合。
20.一种模制品，其包含根据权利要求19所述的方法制备的组合物，和聚合材料。
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