DE69228564T2

DE69228564T2 - Verfahren zur herstellung eines durch anorganische treibmittel expandierten formstabilen polypropylenschaumstoffes

Info

Publication number: DE69228564T2
Application number: DE69228564T
Authority: DE
Inventors: Chung Park
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1992-02-04
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2012-12-18
Also published as: MX9300591A; JPH07503269A; EP0625168A1; CA2128007C; NO942888L; ATE177126T1; EP0625168B1; NO942888D0; NO307972B1; DE69228564D1; CA2128007A1; DK0625168T3; JP3393341B2; WO1993015132A1; EP0625168A4; ES2127807T3; GR3029787T3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines formstabilen extrudierten Polypropylenschaumstoffes mit niedriger Dichte, welcher mit einem Blähmittel geschäumt wurde, das teilweise oder vollständig eine oder mehrere anorganische Blähmittel umfaßt. Der Schaumstoff bietet ausgezeichnete Polstereigenschaften.
Propylenpolymerschaumstoffe sind auf dem Fachgebiet bekannt und sie haben sich bei zahlreichen Anwendungen als brauchbar herausgestellt, wie aus den US-Patenten Nr. 3 481 455, 3 871 897, 3 932 569, 4 522 955 und 4 832 770 ersichtlich ist. Solche Schaumstoffe wurden mit einer breiten Vielzahl von organischen und anorganischen Blähmitteln hergestellt.
Bei den derzeit vorgegebenen Umweltbedenken gegenüber der Verwendung von organischen Blähmitteln wäre es wünschenswert, einen extrudierten Propylenpolymerschaumstoff zu haben, der teilweise oder alleine mit anorganischen Blähmitteln expandiert wurde. Weiterhin wäre es wünschenswert, einen solchen dimensionsstabilen Schaumstoff mit niedriger Dichte (beispielsweise 10 bis 70 Kilogramm pro Kubikmeter) zur Verwendung bei Polsteranwendungen zur Verfügung zu haben. Ebenfalls wäre es wünschenswert, einen solchen Schaumstoff zur Verfügung zu haben, welcher partiell offenzellig ist (beispielsweise wenigstens 5%), da offenzellige Schäume leichter herzustellen und dimensionsstabiler sind als die entsprechenden geschlossenzelligen Schaumstoffe.
Die GB-A-0 989 521, die US-A-3 407 151 und die US-A- 4 506 037 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung eines Polypropylenschaumstoffes durch Eingabe eines anorganischen Blähmittels in das Polypropylen, welches dann erhitzt und extrudiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines dimensionsstabilen extrudierten Polypropylenschaumstoffes mit einer Dichte von 10 bis 150 Kilogramm pro Kubikmeter bereitgestellt, wobei das Verfahren umfaßt:
a) Erhitzen eines Propylenpolymermaterials, welches mehr als 50 Gew.-% Propylenmonomereneinheiten umfaßt, zur Bildung eines geschmolzenen Polymermaterials;
b) Eingeben in das geschmolzene Polymermaterial eines Blähmittels, das wenigstens 15 Gew.-% von einem oder mehreren anorganischen Blähmitteln enthält, zur Bildung eines schäumbaren Gels;
c) Abkühlen des schäumbaren Gels auf eine optimale Schäumungstemperatur; und
d) Extrudieren des schäumbaren Gels durch eine Düse zur Bildung des Schaums in Form einer Platte, welcher eine durchschnittliche Zellwanddicke von weniger als 35 Mikrometer (um) hat.
Geeignete Propylenpolymermaterialien schließen Propylenhomopolymere (Polypropylen) und Copolymere von Propylen und copolymerisierbaren, ethylenartig ungesättigten Comonomeren ein. Das Propylenpolymermaterial kann weiterhin nicht- propylenartige Polymere einschließen. Das Propylenpolymermaterial kann nur aus einem oder mehreren Propylenhomopolymeren oder einem oder mehreren Propylencopolymeren, einer Mischung von einem oder mehreren von jedem der Propylenhomopolymere und -copolymere oder aus Mischungen von einem beliebigen der zuvorgenannten mit einem nicht-propylenartigen Polymeren bestehen. Unabhängig von der Zusammensetzung umfaßt das Propylenpolymermaterial mehr als 50 und bevorzugt mehr als 80 Gew.-% von Propylenmonomereneinheiten.
Geeignete monoethylenartig ungesättigte Comonomere schließen Olefine, Vinylacetat, Methylacrylat, Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Acrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid ein. Das Propylencopolymere umfaßt bevorzugt 20 Gew.-% oder weniger des ethylenartig ungesättigten Comonomeren.
Geeignete nicht-propylenartige Polymere, welche in das Propylenpolymermaterial einbaubar sind, schließen Polyethylene mit hoher Dichte, mittlerer Dichte, niedriger Dichte und lineare Polyethylene mit niedriger Dichte, Polybuten-1, Ethylen-Acrylsäurecopolymeres, Ethylen-Vinylacetatcopolymeres, Ethylen-Propylenkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Ethylen- Ethylacrylatcopolymeres und Ionomere ein.
Besonders brauchbare Propylencopolymere sind solche Copolymere von Propylen und einem oder mehreren nicht- propylenartigen Olefinen. Propylencopolymere schließen statistische Copolymere oder Blockcopolymere von Propylen und einem Olefin, ausgewählt aus der aus Ethylen, C&sub4;-C&sub1;&sub0;-1-Olefinen, und C&sub4;-C&sub1;&sub0;-Dienen bestehenden Gruppe, ein. Propylencopolymere schließen ebenfalls statistische Terpolymere von Propylen und 1-Olefinen, ausgewählt aus der aus Ethylen und C&sub4;-C&sub8;-1- Olefinen bestehenden Gruppe, ein. In Terpolymeren, welche sowohl Ethylen als auch C&sub4;-C&sub8;-1-Olefine aufweisen, beträgt der Ethylengehalt bevorzugt 20 Gew.-% oder weniger. Die C&sub4;-C&sub1;&sub0;-1- Olefine schließen die linearen und verzweigten C&sub4;-C&sub1;&sub0;-1- Olefine ein wie beispielsweise 1-Buten, Isobutylen, 1-Penten, 3-Methyl-1-buten, 1-Hexen, 3,4-Dimethyl-1-buten, 1-Hepten und 3-Methyl-1-hexen. Beispiele von C&sub4;-C&sub1;&sub0;-Dienen schließen 1,3- Butadien, 1,4-Pentadien, Isopren, 1,5-Hexadien, 2,3-Dimethyl- 1,3-hexadien ein.
Wie hier verwendet, hat das Propylenpolymermaterial weiter eine Schmelzfließrate von zwischen 0,05 und 50 und bevorzugt zwischen 0,1 und 10 entsprechend Norm ASTM D1238, Bedingung L.
Die bevorzugten Propylenpolymerharze für die vorliegende Erfindung sind solche Polypropylenharze, welche verzweigte oder schwach-vernetzte Polymermaterialien sind. Die Verzweigung (oder die schwache Vernetzung) kann nach solchen Methoden erhalten werden, die auf dem Fachgebiet allgemein bekannt sind, beispielsweise durch chemische Vernetzung oder Strahlungsverzweigung/schwache Vernetzung. Ein solches Harz, welches ein verzweigtes/schwach-vernetztes Polypropylenharz vor der Verwendung des Polypropylenharzes zur Herstellung eines fertigen Polypropylenharzproduktes hergestellt wurde und das Verfahren zur Herstellung eines solchen Polypropylenharzes ist im US-Patent Nr. 4 916 198 beschrieben. Eine andere Methode zur Herstellung von verzweigtem/schwach-vernetztem Polypropylenharz besteht darin, chemische Verbindungen in den Extruder zusammen mit einem Polypropylenharz einzuführen und die Reaktion der Verzweigung/schwachen Vernetzung in dem Extruder ablaufen zu lassen. Das US-Patent Nr. 4 714 716 zeigt diese Methode.
Es wurde gefunden, daß geeignete Verzweigungs/Vernetzungsmittel zur Verwendung in Extrusionsreaktionen azido- und vinyl-funktionelle Silane, organische Peroxide und multifunktionelle Vinylmonomere einschließen.
Ebenfalls ist es möglich, verschiedene Zusätze wie anorganische Füllstoffe, Pigmente, Antioxidantien, Säurefänger, UV-Absorber, Flammhemmittel, Verarbeitungshilfsstoffe und Extrusionshilfsstoffe zuzusetzen.
Zusätzlich kann ein Keimbildner zugesetzt werden, um die Größe der Schaumzellen zu steuern. Bevorzugte Keimbildner schließen anorganische Substanzen wie Calciumcarbonat, Talk, Ton, Titanoxid, Kieselerde, Bariumsulfat, Diatomeenerde und Mischungen von Zitronensäure und Natriumbicarbonat ein. Die Menge von verwendetem Keimbildner kann von 0,01 bis 5 Gew.- Teile pro 100 Gew.-Teile eines Polymerharzes betragen. Der bevorzugte Bereich ist von 0,1 bis 3 Gew.-Teile.
Geeignete anorganische Blähmittel, welche bei der Herstellung der Schaumstoffe der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, schließen Kohlendioxid, Stickstoff, Argon, Wasser, Luft und Helium ein. Das Blähmittel besteht zu wenigstens 15 Gew.-%, bevorzugt zu wenigstens 50 Gew.-%, mehr bevorzugt zu wenigstens 95 Gew.-% und am meisten bevorzugt vollständig aus einem oder mehreren dieser anorganischen Mittel. Bevorzugte Blähmittel schließen Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser ein. Am meisten bevorzugte Blähmittel sind Kohlendioxid und eine Mischung aus Kohlendioxid und Wasser. Der Rest des Blähmittels kann ein oder mehrere chemische oder flüchtige organische Blähmittel umfassen. Bevorzugte Blähmittel sind jedoch frei von flüchtigen organischen Mitteln und chemischen Blähmitteln. Organische Blähmittel schließen aliphatische Kohlenwassrstoffe mit 1-9 Kohlenstoffatomen und halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 1-4 Kohlenstoffatomen ein. Aliphatische Kohlenwasserstoffe schließen Methan, Ethan, Propan, n-Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan, Neopentan ein. Unter halogenierten Kohlenwasserstoffen sind fluorierte Kohlenwasserstoffe bevorzugt. Beispiele von fluorierten Kohlenwasserstoffen schließen ein: Methylfluorid, Perfluormethan, Ethylfluorid, 1,1-Difluorethan, 1,1,1-Trifluorethan. (HFC-143a), 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFC-134a), Pentafluorethan, Perfluorethan, 2,2-Difluorpropan, 1,1,1-Trifluorpropan, Perfluorpropan, Perfluorbutan, Perfluorcyclobutan. Partiell halogenierte Chlorkohlenstoffe und Chlorfluorkohlenstoffe zur Verwendung in dieser Erfindung schließen ein: Methylchlorid, Methylenchlorid, Ethylchlorid, 1,1,1-Trichlorethan, 1,1- Dichlor-1-fluorethan (HCFC-141b), 1-Chlor-1,1-difluorethan (HCFC-142b), 1,1-Dichlor-2,2,2-trifluorethan (HCFC-123) und 1-Chlor-1,2,2,2-tetrafluorethan (HCFC-124). Vollständig halogenierte Chlorfluorkohlenstoffe schließen ein: Trichlormonofluormethan (CFC-11), Dichlordifluormethan (CFC-12), Trichlortrifluorethan (CFC-113), Dichlortetrafluorethan (CFC- 114), Chlorheptafluorpropan und Dichlorhexafluorpropan. Vollständig halogenierte Chlorfluorkohlenstoffe sind wegen ihres Ozonabbaupotentials nicht bevorzugt. Chemische Blähmittel schließen ein: Azodicarbonamid, Azodiisobutyronitril, Benzolsulfonhydrazid, 4,4-Oxybenzolsulfonyl-semicarbazid, p- Toluolsulfonyl-semicarbazid, Bariumazodicarboxylat, N,N'- Dimethyl-N,N'-dinitrosoterephthalamid und Trihydrazinotriazin.
Die Menge von Blähmittel, welche in die Polymerschmelze zur Herstellung eines schaumbildenden Polymergels eingegeben wird, beträgt von 0,2 bis 5,0, bevorzugt von 0,5 bis 3,0 und am meisten bevorzugt von 1,0 bis 2,50 Mol pro Kilogramm von Polymerem.
Der vorliegende Schaumstoff kann geschlossenzellig oder offenzellig sein. Bevorzugt ist der vorliegende Schaumstoff von 5 bis 100 und am meisten bevorzugt von 20 bis 70% offenzellig entsprechend Norm ASTM D2856-A. Ein gewisser Gehalt an offenen Zellen ist in dem vorliegenden Schaumstoff bevorzugt, weil ein offenzelliger Schaumstoff dimensionsstabiler ist als ein entsprechender geschlossenzelliger Schaumstoff, wenn er mit schnell permeierenden Blähmitteln wie Kohlendioxid und Wasser hergestellt wurde. Die aus dem Propylenpolymeren hergestellten offenhelligen Schaumstoffe liefern einen hohen Wert der elastischen Erholung bzw. Rückfederung, wie er normalerweise nur in geschlossenzelligen Schäumen vorkommt.
Der vorliegende Schaumstoff hat die Dichte von 10 bis 150 und am meisten bevorzugt von 10 bis 70 Kilogramm pro Kubikmeter. Der Schaum hat eine Durchschnittszellgröße von 0,1 bis 5,0 und bevorzugt von 0,2 bis 1,5 Millimeter entsprechend Norm ASTM D3576.
Der vorliegende Schaumstoff hat eine Dicke der Zellwand von weniger als 35, bevorzugt weniger als 25 und am meisten bevorzugt weniger als 15 Mikrometer (um) entsprechend der unten angegebenen Gleichung. Es wird angenommen, daß die Blähmittel rascher aus den dünneren Zellwänden herausdiffundieren als aus dickeren Zellwänden, wodurch ein effektiveres Abkühlen und zeitliche Versteifung der Zellwände erfolgt. Als Ergebnis werden die expandierenden Bläschen effektiver stabilisiert, was einen Schaumstoff mit niedriger Dichte mit größerer Rückfederung bzw. elastische Erholung liefert. Die Dicke der Zellwand kann annähernd aus der Schaumdichte und der Zellgröße unter Verwendung der folgenden Gleichung (1) berechnet werden:
t = 0,46 D/B (1)
worin t die Dicke der Zellwände in Mikrometer (um) ist; D die Zellgröße in Mikrometer (um) ist und B das Expansionsverhältnis des zellartigen Körpers ist. Da das Expansionsverhältnis, B, dem Verhältnis der Polymerdichte (ρp) zur Schaumdichte (ρf) gleichgesetzt werden kann, kann die Dicke der Zellwände durch die Gleichung (2) wiedergegeben werden:
t = (0, 46/ρp)ρfD (2).
Beispielsweise gilt für Polypropylen mit einer Dichte von 900 kg/m³, damit eine Zellwanddicke von weniger oder gleich als 35 Mikrometer (um) gegeben ist:
(ρf)(D) ≤ 68,5 (kg/m³·mm) (3)
Gleichung 3 zeigt, daß beispielsweise ein Schaum mit einer Dichte von 70 kg/m³ eine Zellgröße von nicht größer als 0,98 mm haben muß. Um das mehr bevorzugte Kriterium t ≤ 15 Mikrometer (um) zu erfüllen, muß ein Schaum mit einer Dichte von 70 kg/m³ eine Zellgröße von nicht größer als 0,42 mm besitzen.
Die vorliegenden Schaumstoffe liegen in der Form eines Platten-Schaumes mit einer größeren Abmessung im Querschnitt von wenigstens 5 Zentimeter oder einer Querschnittsfläche von wenigstens 10 Quadratzentimeter vor.
Die vorliegenden Propylenpolymerschaumstoffe werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß ein Propylenpolymermaterial unter Bildung eines plastifizierten oder geschmolzenen Polymermaterials erhitzt wird, hierin ein Blähmittel zur Bil dung eines schäumbaren Gels eingegeben wird und das Gel durch eine Düse zur Bildung des Schaumstoffproduktes extrudiert wird. Das Blähmittel kann in die Kunststoffschmelze mittels auf dem Fachgebiet bekannter beliebiger Vorrichtungen wie mit einem Extruder, Mischer oder Blender eingegeben oder eingemischt werden. Vor dem Mischen mit dem Blähmittel wird das Kunststoffmaterial auf eine Temperatur von oder oberhalb des Einfrierbereiches oder des Schmelzpunktes des Kunststoffmaterials erhitzt. Das Blähmittel wird mit der Kunststoffschmelze bei einem ausreichend erhöhten Druck gemischt, um eine wesentliche Expansion der Schmelze zu vermeiden und das Blähmittel im allgemeinen homogen innerhalb der Schmelze zu dispergieren. Wahlweise wird ein Keimbildner in der Polymerschmelze eingemischt. Die Einspeisrate von Blähmittel und Keimbildner werden so eingestellt, daß ein Schaum mit relativ niedriger Dichte und kleiner Zellgröße erreicht wird, was einen Schaumstoff mit dünnen Zellwänden ergibt. Nach dem Einbau des Blähmittels wird das schäumbare Gel typischerweise auf eine niedrigere Temperatur zur Optimierung der physikalischen Eigenschaften des Schaumstoffproduktes gekühlt. Das Gel wird dann durch eine Düse von gewünschter Form in eine Zone von niedrigerem Druck zur Bildung des Schaumstoffproduktes extrudiert.
Andere geeignete Verfahren zur Herstellung des vorliegenden Schaumstoffes sind das Verfahren mit koalesziertem Schaum, wie es im US-Patent Nr. 4 824 720 beschrieben ist, und das Verfahren mit akkumulierter Extrusion, beschrieben im US-Patent Nr. 4 323 528.
Das US-Patent Nr. 4 824 720 beschreibt das Verfahren mit koalesziertem Schaum (oder Strangschaum). Dieses Patent beschreibt eine Methode zur Lieferung einer geschlossenzelligen Schaumstruktur, umfassend eine Vielzahl von koaleszierten extrudierten Strängen oder Profilen durch Extrusionsschäumen einer geschmolzenen thermoplastischen Zusammensetzung unter Verwendung einer Düse, welche eine Vielzahl von Öffnungen be sitzt. Die Öffnungen sind so angeordnet, daß der Kontakt zwischen benachbarten Strömungen des geschmolzenen Extrudates während des Schäumungsvorganges auftritt und die in Kontakt kommenden Oberflächen aneinander mit ausreichender Haftung kleben, damit eine einheitliche Struktur erhalten wird. Die einzelnen Stränge von koalesziertem Polyolefinschaum sollten in einer einheitlichen Struktur aneinander haften bleiben, um eine Strangentlaminierung unter Spannungen zu vermeiden, welche bei der Herstellung, der Verformung und der Benutzung des Schaumes vorkommen.
Das US-Patent Nr. 4 323 528 beschreibt ein Verfahren mit akkumulierender Extrusion. Bei diesem Verfahren mit akkumulierter Extrusion werden längliche zellförmige Körper mit niedriger Dichte, welche große seitliche Querschnittsflächen aufweisen, hergestellt durch: 1) Verformen, unter Druck, eines Gemisches eines thermoplatischen Polymeren und eines Blähmittels, wobei das Gemisch eine Temperatur besitzt, bei welcher die Viskosität des Gemisches ausreichend ist, um das Blähmittel zurückzuhalten, wenn das Gemisch expandieren gelassen wird; 2) Extrudieren des Gemisches in eine Haltezone, welche auf einer Temperatur und einem Druck gehalten wird, die das Schäumen des Gemisches nicht erlauben, wobei die Haltezone eine Auslaßdüse hat, die eine Düsenöffnung in eine Zone von niedrigerem Druck, bei welchem das Gemisch schäumt, begrenzt, und einen öffenbaren Schieber, welcher die Düsenöffnung verschließt; 3) periodisches Öffnen des Schiebers; 4) im wesentlichen gleichzeitiges Anlegen von mechanischem Druck durch einen beweglichen Ausstoßkolben auf das Gemisch, um das Gemisch aus der Haltezone durch die Düsenöffnung in die Zone von niedrigerem Druck mit einer größeren Geschwindigkeit herauszustoßen, als bei der ein wesentliches Schäumen in der Düsenöffnung auftritt und mit geringerer Geschwindigkeit als derjenigen, bei welcher wesentliche Unregelmäßigkeiten in der Querschnittsfläche oder der Gestalt auftreten; und 5) Ermöglichen des ausgestoßenen Gemisches zur Expansion ohne Begren zung des Aufschäumens in wenigstens einer Dimension zur Herstellung eines länglichen thermoplastischen zellartigen Körpers.
Die vorliegenden Schaumstoffe bieten ausgezeichnete Polstereigenschaften und Rückfederung. Die vorliegenden Schaumstoffe sind für die Polsterverpackung geeignet, da die Schaumstoffe angemessene Stoßabsorptionseigenschaften und elastische Erholung besitzen. Die Schaumprodukte dämpfen den Schlag während mehrfachem Herunterfallen. Die stärker geschlossenzelligen Schaumstoffe funktionieren besser als die stärker offenzelligen Schaumstoffe, jedoch absorbieren die offenzelligen Schaumstoffe dynamische Stöße überraschend gut. Zusätzlich können die offenzelligen Schaumstoffe zur Schallabsorption verwendet werden. Die Schaumstoffe können ebenso gut für Wärmeisolierung verwendet werden.
Die vorliegenden Schaumstoffe haben zufriedenstellende Dimensionsstabilität, obwohl die Schaumstoffe mit rasch permeierenden Blähmitteln expandiert wurden. Bevorzugte Schaumstoffe erholen sich auf ≥ 80% des Anfangsvolumens innerhalb eines Monats bei innerhalb von 30 Sekunden nach der Extrusion gemessenem anfänglichem Volumen.
Im folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung gegeben, diese sollen als nicht beschränkend angesehen werden. Falls nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Angaben in Prozentsätze, Teilen oder Verhältnissen auf Gewicht.

Beispiel 1

Ein offenzelliger Propylencopolymerschaum wurde entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Ein statistisches 2/98 Ethylen/Propylencopolymeres, Himont HMS (HMS = hohe Schmelzfestigkeit) (Polymeres) mit einer Schmelzfließrate (MFR) von 0,47 (ASTM D 1238, Bedingung L) wurde verwendet. Granulatförmiges Copolymeres und ein Antioxidanskonzentrat wurden in einen Extruder mit einer Gesam trate von annähernd 113,4 Kilogramm/Stunde (kg/h)(250pounds/- hour) (lbs/hr) eingespeist. Das Antioxidanskonzentrat enthielt 8,4% jeweils eines gehinderten Antioxidans vom Phenoltyp (Irganox 1010 von Ciba-Geigy Corp.) und eines Antioxidans vom Phosphittyp (Ultranox 626 von General Electric Co.). Die Konzentration von Antioxidans in dem Extrudat betrug etwa 0,2 Teile pro 100 Teile Polymerem (pph).
Der Extruder war ein 90 Millimeter (3-1/2 Zoll) Extruder vom Schneckentyp mit zusätzlicher Zone zum Mischen und Kühlen im Anschluß an die üblichen aufeinanderfolgenden Zonen des Einspeisens, Dosierens und Mischens. Die in den Extruderzonen aufrechterhaltenen Temperaturen waren 130ºC in der Einspeiszone, 200ºC in der Schmelzzone, 230ºC in der Dosierzone und 210ºC in der Mischzone. Das Extrudat wurde auf annähernd 152ºC in der Kühlzone vor dem Schäumen abgekühlt.
Die Blähmittel wurden in dieselbe Injektionsöffnung in den Extruderzylinder zwischen der Dosier- und Mischzone injiziert. Die Blähmittel umfaßten Kohlendioxid (CO&sub2;) und Wasser (H&sub2;O) in Mengen von 1,9 Gramm-Mol pro Kilogramm Polymerem (mpk) bzw. 0,58 mpk.
Eine mit einstellbarem Schieber versehene Düse mit rechteckiger Öffnung wurde nach der Kühlzone angeordnet. Die Düsenbreite wurde auf 25,4 mm (1 Zoll) fixiert. Der Düsenschieber wurde auf etwa 1,85 mm zur Vermeidung eines vorzeitigen Schäumens eingestellt. Der Düsendruck an dem kritischen Düsenspalt betrug 630 pounds per square inch gauge (psig) (4,3 Megapascal (MPa)).
Ein stabiler offenzelliger Schaum mit einer Dicke von annähernd 2,8 Zentimeter (cm) und einer Breite von 9,4 cm wurde hergestellt. Wie in Tabelle I gezeigt, wies der Schaum ausgezeichnete Dimensionsstabilität auf. Die Dicke der Zellwand wurde zu etwa 11 Mikrometer (um) berechnet. Tabelle I
Anmerkungen:
(1) Dichte des Schaumkörpers, gemessen etwa 1 Monat nach der Schaumexpansion und angegeben als Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³).
(2) Zellgröße in Millimeter gemäß ASTM D3576.
(3) Gehalt an offenen Zellen in Prozentsatz gemäß ASTM D2856-A.
(4) Minimumvolumen vom Schaumkörper, erfahren während der Alterung als Prozentsatz des innerhalb von 30 Sekunden nach der Schaumexpansion festgestellten Anfangsvolumens. Das Minimum trat bei 5 min nach der Extrusion für diesen Schaum auf.
(5) Volumen vom Schaumkörper bei der angegebenen Zeit nach der Schaumexpansion als Prozentsatz des Anfangsvolumens.

Beispiel 2

Ein offenzelliger Propylencopolymerschaum in Form von koalesziertem Strang wurde nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Die verwendete Vorrichtung war im wesentlichen dieselbe wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß die Düse durch eine Düse mit Vielfachöffnungen ersetzt wurde. Die Düse mit Vielfachöffnungen hatte eine Gesamtzahl von 450 Löchern von 0,041 Zoll (1,04 mm) Durchmesser, die in einem Muster von gleichseitigen Dreiecken angeordnet waren. Die Löcher waren jeweils um 0,25 Zoll (6,35 mm) voneinander entfernt und bildeten 15 Reihen von 30 Löchern.
Das Extrudat hatte im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie das in Beispiel 1 hergestellte mit der Ausnahme, daß die Einspeisungsrate von Feststoffen (Polymerem und Antioxidanskonzentrat) zu dem Extruder auf 90,7 kg/h (200 lbs/hr) erniedrigt wurde. Die Einspeisungsraten von Antioxidansextrudat, Kohlendioxid und Wasser wurden proportional erniedrigt. Das Extrudat wurde auf 151ºC in der Kühlzone vor dem Schäumen abgekühlt.
Es wurde ein stabiler Schaumkörper aus koaleszierten Strängen mit ausgezeichneter Haftung von Strang-an-Strang erhalten. Bei einem Düsendruck von 4,1 MPa (600 psig) zeigte der Schaum kein Anzeichen eines vorzeitigen Schäumens. Der Schaum hatte einen annähernd rechteckigen Querschnitt von 5,1 cm Dicke und 18,0 cm Breite. Der Schaum hatte eine Dichte von 34,0 kg/m³ (2,12 pcf), eine Zellgröße von 0,48 mm und einen Gehalt an offenen Zellen von 82%. Die Dicke der Zellwände wurde zu etwa 8,3 Mikrometer (um) berechnet.
Wie in Tabelle II gezeigt, wies der Schaum ausgezeichnete Dimensionsstabilität und, wegen seinem hohen Gehalt an offenen Zellen, eine zufriedenstellende hohe Druckfestigkeit auf, um ihn für Polsterverpackung und andere Anwendungen geeignet zu machen. Der Schaum erholte sich ebenfalls gut nach einer hohen Kompression. Tabelle II
Anmerkungen:
(1) Wie in Tabelle I.
(2) Wie in Tabelle I.
(3) Kompressinsfestigkeit bei 25% Verformung in Kilopascal gemäß ASTM D3575: V = senkrechte Richtung, E = Extrusionsrichtung und H = waagerechte Richtung.

Beispiel 3

Es wurde ein offenzelliger Propylenhomopolymerschaum in Form eines koaleszierten Stranges gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Die verwendete Vorrichtung war im wesentlichen dieselbe wie in Beispiel 2.
Die Prozeßbedingungen waren im wesentlichen dieselben mit den Ausnahmen wie folgt: eine 90/10 Mischung eines Polypropylenhomopolymeren, Himont HMS, mit einer Schmelzfließrate von 0,42· und eines 93,5/6,5 Ethylen (Acrylsäurecopolymeren (EAA) mit einem Schmelzindex (ASTM D 1238, Bedingung E) von 5,5 wurde mit einem CO&sub2;/H&sub2;O Blähmittel bei 1,5 mpk/0,57 mpk (6,6 pph/1,30 pph) expandiert, und die Feststoffe (Polymere und Antioxidanskonzentrat) wurden in den Extruder mit einer Rate von 136 kg/h (300 lbs/hr) eingespeist. Das Extrudat wurde auf 162ºC in der Kühlzone vor dem Schäumen abgekühlt.
Es wurde ein stabiler Schaumkörper aus koaleszierten Strängen mit ausgezeichneter Haftung Strang-an-Strang erhalten. Bei einem Düsendruck von 4,8 MPa (700 psig) zeigte der Schaum kein Anzeichen vor vorzeitigem Schäumen. Der Schaum hatte einen annähernd rechteckigen Querschnitt von 6,4 cm Dicke und 19,3 cm Breite. Der Schaum hatte eine Dichte von 39,4 kg/m³ (2,46 pcf), eine Zellgröße von 1,29 mm und einen Gehalt von offenen Zellen von 69ºs. Die Dicke der Zellwände wurde zu etwa 26 Mikrometer (um) berechnet.
Wie in Tabelle III gezeigt, wies der Schaum ausgezeichnete Dimensionsstabilität und, wegen seines hohen Gehaltes an offenen Zellen, eine zufriedenstellende hohe Kompressionsfestigkeit auf, um ihn für Polsterverpackung und andere Anwendungen geeignet zu machen. Der Schaum erholte sich ebenfalls gut nach hoher Kompression. Tabelle III
Anmerkungen:
(1) Wie in Tabelle I mit der Ausnahme, daß das Minimum bei 15 min nach der Extrusion auftrat.
(2) Wie in Tabelle I.
(3) Wie in Tabelle II.

Beispiel 4

Es wurde ein offenzelliger Propylencopolymerschaum gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Die verwendete Vorrichtung war ein 38 mm (1-1/2 Zoll) Extruder vom Schneckentyp von praktisch derselben Konfiguration wie der Extruder in Beispiel 1 mit der weiter unten beschriebenen Ausnahme. Die Vorrichtung hatte eine durch Schieber einstellbare Düse von 6,35 mm (0,25 Zoll) Breite.
Es wurden Schäume mittels im wesentlichen derselben Arbeitsweise wie in Beispiel 1 hergestellt. Statistisches Ethylen/Propylencopolymeres (E-P), Himont HMS 2/98, mit einer Schmelzfließrate von 0,34 (ASTM D1238, Bedingung L) wurde verwendet. Der Gehalt von Antioxidans (Irganox 1010 von Ciba- Geigy Corp.) wurde auf 0,1 pph eingestellt. Der Extruder wurde auf eine Feststoffextrusionsrate von 3,7 kg/h (8,1 lbs/hr) eingeregelt. Die Temperaturen im Extruder waren 160ºC in der Einspeiszone, 200ºC in der Schmelzzone, 200ºC in der Dosierzone und 190ºC in der Mischzone. Ein Blähmittel oder Blähmittel wurden aus Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff ausgewählt, wie in Tabelle IVa wiedergegeben. Eine vorbestimmte Menge eines jeden Blähmittels wurde separat in die Injektionsöffnung injiziert.
Die Temperatur der Kühlzone wurde bei den Tests je nach Erfordernissen variiert, um einen guten Schaum zu liefern. Die Schäumungstemperatur wurde schwach zwischen 152ºC und 158ºC je nach Notwendigkeit variiert. Wenn die Schäumungstemperatur erreicht war, wurde der Düsenspalt erneut eingestellt, um einen Schaum mit dem für Fehlen von vorzeitigem Schäumen größtmöglichen Querschnitt herzustellen. Der Grenzwert des Düsenspaltes für vorzeitiges Schäumen (im folgenden bezeichnet als kritischer Düsenspalt) wurde von etwa 0,36 mm bis 1,1 mm variiert. Der Düsendruck beim kritischen Düsenspalt reichte von 5,7 MPa (830 psig) bis 12,1 MPa (1750 psig).
Schaumproben von annähernd 12 cm (5 Zoll) Länge wurden auf Verarbeitbarkeit, Dimensionsstabilität und Qualität überprüft. Die Ergebnisse sind in den Tabellen IVa und IVb angegeben.
Bei den Tests 4.1 bis 4.4, 4.7 und 4.8 wurden gute Schäume mit niedrigen Dichten, kleinen Zellen und zufriedenstellenden Querschnittsgrößen unter Verwendung von Kohlendioxid, Kohlendioxid/Wasser, Kohlendioxid/Wasser/Stickstoff, Kohlendioxid/Stickstoff und Wasser/Stickstoff erhalten. Diese Schäume hatten 20-60% offene Zellen und wiesen ausgezeichnete Dimensionsstabilität auf. Tabelle IVa Verarbeitbarkeit und Qualität
Anmerkungen: * Kein Beispiel dieser Erfindung
(1), (2) und (3) Gramm-Mol Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff, eingemischt pro 1 Kilogramm Polymerem
(4) Querschnittsfläche vom Schaumkörper in Quadratzentimeter
(5) Dichte vom Schaumkörper, gealtert für etwa einen Monat in Kilogramm pro Kubikmeter
(6) Zellgröße in Millimeter, bestimmt nach ASTM D3576
(7) Dicke der Zellwände in Mikrometer (um)
(8) Gehalt an offenen Zellen in %, bestimmt nach ASTM D2856-A
(9) Qualität vom Schaumkörper;
G = guter Schaum mit gleichförmiger Zellenverteilung
V = Schaumkörper enthält eine Anzahl von Leerstellen
SV = Schaumkörper enthält einige Leerstellen
H = Schaumkörper enthält große Löcher
C = Schaumkörper stark zusammengefallen
SC = Schaumkörper weist schwaches Zusammenfallen auf Tabelle IV Dimensionsstabilität
Anmerkungen:
(1) Minimumvolumen vom Schaumkörper, gefunden während der Alterung als Prozentsatz des Anfangsvolumens, welches innerhalb von 30 Sekunden nach der Schaumexpansion bestimmt wurde. Das Minimum trat bei 15 min nach Extrusion für diesen Schaum auf.
(2) Volumen vom Schaumkörper bei angegebener Zeit nach der Schaumexpansion als ein Prozentsatz des Anfangsvolumens.
* Für diesen Schaum wird die Stabilität durch das Schaumvolumen als ein Prozentsatz des Volumens von einem Monat alten Schaumkärper angegeben.

Beispiel 5

Offenzellige Propylencopolymerschäume wurden durch kontinuierliche Extrusion und durch akkumlierende Extrusion gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Es wurden im wesentlichen dieselbe Vorrichtung und Verarbeitungsarbeitsweise von Beispiel 4 verwendet. Das verwendete Harz war ein statistisches Ethylen/Propylencopolymeres, Himont HMS 2/98, mit einer Schmelzfließrate von 0,53 (ASTM D1238, Bedingung L). Die in dem Extruder aufrechterhaltenen Temperaturen waren 170ºC in der Einspeiszone, 230ºC in der Schmelzzone, 200ºC in der Dosierzone und 185ºC in der Mischzone. Kohlendioxid und Mischungen hiervon mit Wasser wurden als Blähmittel verwendet.
Die Temperatur der Kühlzone wurde bei den Tests so eingestellt, um einen guten Schaum zu liefern. Die Schäumungstemperatur variierte zwischen 149 und 150ºC. Der kritische Düsenspalt und der Düsendruck reichten von etwa 0,65 mm bis 0,71 mm und von 7,4 MPa (1070 psig) bis 8,8 MPa (1270 psig).
Zusätzlich zu Daten und Proben, abgenommen an dem kritischen Düsenspalt, wurden größere Proben derselben Formulie rung nach einem akkumulierenden Extrusionsschema unter Verwendung der einstellbaren Düsenöffnung (im folgenden bezeichnet als pseudoakkumulierende Extrusion) hergestellt.
Ein pseudoakkumulierendes Extrusionsschema wurde ebenfalls benutzt. Nachdem eine Probe mit kontinuierlicher Extrusion abgenommen worden war, wurde die Düsenöffnung geschlossen, um die schäumbare Schmelze in der Extrusionslinie zu akkumulieren, bis der Düsendruck auf etwa 3,5 MPa (500 psi) angestiegen war, und dann wurde die Düse rasch bis auf etwa 1,8-2,0 mm Spalt geöffnet, was den Austritt der Extrudatschmelze aus der Düse und das Schäumen ermöglichte. Die plötzliche Extrusionsrate betrug 8-9 kg/h (17-20 lbs/hr), etwa zweimal so hoch wie die Rate bei kontinuierlicher Extrusion. Das pseudoakkumulierende Schema simuliert eine hohe Rate von kontinuierlicher Extrusion. Das pseudoakkumulierende Schema erzeugte gute Stränge von Schaum mit niedriger Dichte, welcher frei von Wellung war. Ein feinzelliger Schaum mit niedriger Dichte leidet oftmals an Wellung des Schaumkörpers in der Querrichtung, wenn die Extrusionsrate nicht ausreichend hoch ist. Die mittels der pseudoakkumulierenden Extrusion hergestellten Schaumproben wurden zur Bestimmung der Dimensionsstabilität benutzt. Die Verarbeitbarkeit, Qualität und Dimensionsstabilität der in diesem Beispiel hergestellten Schäume ist in Tabelle Va bzw. Vb angegeben.
Die Ergebnisse dieser Tests zeigen, daß relativ dünne Wände Schäume mit besserer Qualität ergeben, welche mit einem höheren Gehalt an Kohlendioxid hergestellt werden. Ein höherer Gehalt an Blähmittel liefert nicht nur eine niedrigere Schaumdichte, sondern macht die Zellgröße kleiner. Die in den Tests 5.4a und 5.4b hergestellten Schäume mit Zellwänden dicker als 35 Mikron (um) haben große Löcher im Zentrum. Die in den Tests 5.2 und 5.2b hergestellten Schäume haben Zellwände von 30-31 Mikron (um) und sind mit einigen Leerstellen knapp annehmbar. Andere Schäume mit Zellwänden dünner als 10 Mikron (um) sind hinsichtlich der Unversehrtheit mit einer gleichförmigen Verteilung von Zellgrößen gut. Zwei getestete Schäume weisen zufriedenstellende Dimensionsstabilität auf. Es wurde gefunden, daß der Schaum mit höherer Dichte, der in Test 5.3b hergestellt wurde, bessere Dimensionsstabilität als der Schaum mit schwach niedriger Dichte, der in Test 5.1b hergestellt wurde, aufwies. Tabelle Va Verarbeitbarkeit und Qualität
Anmerkungen: * Kein Beispiel der Erfindung
(1) Tests a geben eine kontinuierliche Extrusion wieder und b sind pseudoakkumulierende Extrusion.
(2) und (3) G-Mol von Kohlendioxid und Wasser, eingemischt in 1 Kilogramm von Polymerem.
(4) Querschnittsfläche des Schaumkörpers in Quadratzentimeter
(5) Dichte des Schaumkörpers, gealtert für etwa einen Monat in Kilogramm pro Kubikmeter
(6) Zellgröße in Millimeter, bestimmt nach ASTM D3576
(7) Dicke der Zellwände in Mikrometer (um)
(8) Gehalt an offenen Zellen in Prozentsatz, bestimmt nach ASTM D2856-A
(9) Qualität vom Schaumkörper:
G = guter Schaum mit gleichförmiger Zellenverteilung
V = Schaumkörper enthält eine Anzahl von Leerstellen
SV = Schaumkörper enthält einige Leerstellen
H = Schaumkörper enthält große Löcher Tabelle Vb Dimensionsstabilität
Anmerkungen:
(1) Minimumvolumen vom Schaumkörper, gefunden während der Alterung als Prozentsatz des Anfangsvolumens, welches innerhalb von 30 Sekunden nach der Schaumexpansion bestimmt wurde. Das Minimum trat bei 15 min nach Extrusion für diesen Schaum auf.
(2) Volumen vom Schaumkörper bei angegebener Zeit nach der Schaumexpansion als ein Prozentsatz des Anfangsvolumens.

Beispiel 6

Offenzellige Propylencopolymerschäume wurden unter Verwendung eines Keimbildners entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Im wesentlichen dieselbe Vorrichtung und Verarbeitungsarbeitsweise von Beispiel 4 wurden angewandt. Ein Harz mit höherer Schmelzfließrate (MFR) wurde mit relativ kleinen Mengen von Kohlendioxid-Blähmittel und einem Zellkeimbildner geschäumt. Das verwendete Harz war ein statistisches Ethylen/Propylencopolymeres, Himont HMS 2/98, mit einer MFR von 7,0 (ASTM D1238, Bedingung L). Der Zellkeimbildner war Hydrocerol CF-70 (Boehringer Ingelheim KG). Hydrocerol CF-70 ist ein Keimbildner vom Natriumcarbonat/Zitronensäuretyp. Eine kleine Menge (0,1 pph) Antioxidans Irganox 1010 wurde eingegeben.
Das granulatförmige Polypropylenharz wurde mit dem Antioxidanskonzentrat und 0,2 pph von Keimbildnerpellets vermischt und bei gleichförmiger Rate von 4,7 kg/h (10,4 lbs/hr) extrudiert. Die in dem Extruder aufrechterhaltenen Temperaturen waren 190ºC in der Einspeiszone, 220ºC in der Schmelzzone, 210ºC in der Dosierzone und 180ºC in der Mischzone. Kohlendioxid wurde in die Injektionsöffnung für das Blähmittel mit einer vorbestimmten gleichförmigen Rate injiziert. Die Temperatur der Kühlzone wurde bei jedem Test so eingeregelt, um einen guten Schaum zu erhalten. Die Schäumungstemperatur der Formulierungen war 138-139ºC. Der kritische Düsenspalt und der Düsendruck für die Formulierungen in diesem Beispiel reichten von etwa 0,25 mm bis 0,30 mm und von 9,7 MPa (1410 psig) bis 9,9 MPa (1430 psig).
Wie in Tabelle VI gezeigt, wurden gute Schäume mit relativ hohen Dichten und gleichförmig kleinen Zellgrößen unter Verwendung von 0,6-0,9 mpk (2,6-4,0 pph) Kohlendioxid erhalten. Die gute Verarbeitbarkeit der Schäume kann teilweise folgig ihrer relativ dünnen Zellwände von 11-15 Mikrometer (um) sein. Obwohl die Schäume relativ niedrige Gehalte von offenen Zellen hatten, wurde nicht gefunden, daß die Schäume an nicht zufriedenstellender Schrumpfung während des Alterns (nicht tatsächlich gemessen) litten. Es wird angenommen, daß die hohen Kompressionsfestigkeiten der Schäume mit hoher Dichte die Dimensionsstabilität solcher Schäume unterstützt. Tabelle VI Verarbeitbarkeit und Qualität
Anmerkungen: * Kein Beispiel dieser Erfindung
(1) Gramm-Mol von Kohlendioxid, eingemischt pro 1 Kilogramm Polymerem
(2) Querschnittsfläche vom Schaumkörper in Quadratzentimeter
(3) Dichte vom Schaumkörper, gealtert für etwa einen Monat in Kilogramm pro Kubikmeter
(4) Zellgröße in Millimeter, bestimmt nach ASTM D3576
(5) Dicke der Zellwände in Mikrometer (um)
(6) Gehalt an offenen Zellen in Prozentsatz, bestimmt nach ASTM D2856-A
(7) Qualität vom Schaumkörper;
G = guter Schaum mit gleichförmiger Zellenverteilung

Beispiel 7

Es wurden offenzellige Propylencopolymerschäume mit geringem Gehalt an ethylenartigem Polymerem entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Die in diesem Beispiel verwendete Vorrichtung und ihre Betriebsweise waren im wesentlichen dieselben wie in Beispiel 5. Das PP-Copolymerharz von Beispiel 5 wurde mit 10-20% von verschiedenen ethylenartigen Polymerharzen gemischt und mit Kohlendioxid oder dessen Mischung mit Wasser geschäumt.
Die untersuchten ethylenartigen Harze schlossen ein: Primacore 1410 Ethylen/Acrylsäure-(EAA)-copolymeres (9% AA, Schmelzindex = 1,5) von The Dow Chemical Co., Polyethylen niedriger Dichte PE 682 (LDPE) (Schmelzindex = 0,7) von The Dow Chemical Co. und Ionomeres der Marke Surlyn 1706 (Ionomer) von E. I. DuPont de Nemours & Co.. Eine kleine Menge (0,1 pph) Antioxidans Irganox 1010 wurde in die Polymere eingegeben.
Das granulatförmige PP-Copolymerharz und eine vorbestimmte Menge eines ausgewählten ethylenartigen Harzes wurden mit dem Antioxidanskonzentrat trockengemischt. Der Feststoff wurde mit einer gleichförmigen Rate von 3,7 kg/h (8,1 lbs/hr) extrudiert. Die Temperaturen der Extruderzonen waren dieselben wie in Beispiel 5. Die Temperatur der Kühlzone wurde in jedem der Tests von diesem Beispiel so eingeregelt, daß ein guter Schaum geliefert wurde. Die Schäumungstemperatur der Formulierungen betrug 147-149ºC. Es wurden Schäume mittels konventioneller kontinuierlicher Extrusion und pseudoakkumulierender Extrusion hergestellt. Der kritische Düsenspalt und die Düsendrücke reichten von etwa 0,69 mm bis 0,71 mm und von 8,6 MPa (1250 psig) bis 9,1 MPa (1320 psig).
Die Werte für Verarbeitbarkeit, Qualität und Dimensionsstabilität sind in den Tabellen VIIa und VIIb angegeben. Alle Mischungen des PP-Harzes und des ethylenartigen Polymeren ergaben Schäume guter Qualität mit feinen Zellen und niedrigen Dichten. Die Zellwände der Testschäume waren sämtlich dünner als 24 Mikron (um). Es war überraschend, daß Polypropylen so viel wie 20% dieser ethylenartigen Copolymere bei der Expansion zu guten Schäumen mit niedriger Dichte vertragen kann. Mit Ausnahme des im Test 7.4b hergestellten Schaums zeigten die Schäume zufriedenstellende Dimensionsstabilität mit einem Gehalt an offenen Zellen größer als 30%. Der Schaum aus PP/Ionomerenmischung, der in Test 7.4b hergestellt wurde, wies knappe Dimensionsstabilität mit übermäßiger Schrumpfung (mehr als 50%) und langsamer Erholung auf. Erwünschte Schäume erholen sich zu wenigstens 80% ihres ursprünglichen Volumens innerhalb etwa einem Monat. Der Schaum mit niedriger Dichte und niedrigem Gehalt an offenen Zellen lag hinsichtlich der Dimensionsstabilität knapp an der Grenze. Tabelle VIIa Verarbeitbarkeit und Qualität
Anmerkungen: ND = nicht bestimmt
(1) Test a sind kontinuierliche Extrusion und b pseudoakkumulierende Extrusion
(2) Der Typ von ethylenartigem Polymeren, der in das PP-Copolymere eingemischt wurde:
EAA = Ethylen/Acrylsäurecopolymeres (9% AA, Schmelzindex = 1,5), Harz Primacore 1410 von Dow Chemical Co.
LDPE = Polyethylen niedriger Dichte, Dow 682 (Schmelzindex = 0,7) Ionomer = Ionomer der Marke Surlyn 1706, hergestellt von DuPont de Nemours & Co.
(3) Der Prozentsatz des eingemischten ethylenartigen Polymerem in dem Gesamtpolymeren
(4) und (5) G-Mol von Kohlendioxid und Wasser, eingemischt pro 1 Kilogramm Polymerem
(6) Querschnittsfläche von Schaumkörper in Quadratzentimeter
(7) Dichte von Schaumkörper, gealtert für etwa einen Monat in Kilogramm pro Kubikmeter
(8) Zellgröße in Millimeter, bestimmt nach ASTM D3576
(9) Dicke der Zellwände in Mikrometer (um)
(10) Gehalt an offenen Zellen in Prozentsatz, bestimmt nach ASTM D2856-A
(11) Qualität vom Schaumkörper;
G = guter Schaum mit gleichförmiger Zellenverteilung Tabelle VIIb Dimensionsstabilität
Anmerkungen:
(1) Siehe Tabelle Vb.
(2) Siehe Tabelle Vb.

Beispiel 8

Es wurden offenzellige Propylencopolymerschäume entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Die verwendete Vorrichtung war ein 25 mm (1 Zoll) Schneckentypextruder von im wesentlichen demselben Aufbau wie demjenigen von Beispiel 4. Der einstellbare Düsenspalt war 3,68 mm (0,145 Zoll) breit.
Die Betriebsweise war im wesentlichen dieselbe wie in Beispiel 4. Dasselbe E-P-Copolymere von Beispiel 4 wurde mit EAA-Harz oder Ionomerharz und 0,1 pph Irganox 1010 trockengemischt und in den Extruder mit einer Rate von 1,8 kg/h (4 lbs/hr) eingespeist. Ein binäres Blähmittel, bestehend aus 0,8 mpk CO&sub2; und 0,8 mpk H&sub2;O, wurde in den Extruderzylinder injiziert. Die in den Extruderzonen aufrechterhaltenen Temperaturen waren 160ºC in der Einspeiszone, 180ºC in der Schmelzzone, 210ºC in der Dosierzone und 230ºC in der Mischzone. Kohlendioxid und Wasser wurden getrennt in die Injektionsöffnung injiziert, jeweils daß die Rate 0,8 mpk betrug. Die Temperatur der Kühlzone wurde bei jedem Test so eingestellt, daß ein guter Schaum geliefert wurde. Die Schäumungstemperaturen der in diesem Beispiel untersuchten Formulierungen reichten von 165ºC bis 168ºC. Die kritischen Düsenspalte und der kritische Düsendruck lagen in dem Bereich von 0,36-0,51 mm (14- 20 mils) bzw. 4,5-7,9 MPa (650-1150 psig).
Die Verarbeitbarkeit, Qualität und Dimensionsstabilität der Schäume sind in den Tabellen VIIIa und VIIIb angegeben. Sowohl das E-P-Copolymere als auch seine Mischungen lieferten zufriedenstellende Schäume mit niedrigen Schaumdichten und annehmbaren Dimensionsstabilitäten. Während die Schäume mit Zellwänden von 10 Mikron (um) Dicke von ausgezeichneter Qualität waren, waren solche mit 21-22 Mikron (um) dicken Zellwänden knapp zufriedenstellend hinsichtlich der Qualität. Die Tests 8.1, 8.2 und 8.3 zeigen, daß die Zugabe einer kleinen Menge von EAA-Harz die Schaumexpansion des E-P-Copolymeren mit der relativ großen Menge von Wasser-Blähmittel unterstützt. Das EAA-Harz kann die Löslichkeit von Wasser in der Polymerschmelze fördern. Tabelle VIIIa Verarbeitbarkeit und Qualität
Anmerkungen:
(1) Typ von ethylenartigem Polymerem, gemischt mit dem PP-Copolymeren
(2) Prozentsatz des eingemischten ethylenartigen Polymeren in dem Gesamtpolymeren
(3) und (4) G-Mol von Kohlendioxid und Wasser, eingemischt pro 1 Kilogramm Polymerem
(5) Querschnittsfläche vom Schaumkörper in Quadratzentimeter
(6) Dichte vom Schaumkörper, gealtert für etwa ein Monat in Kilogramm pro Kubikmeter
(7) Zellgröße in Millimeter, bestimmt nach ASTM D3576
(8) Dicke von Zellwänden in Mikrometer (um)
(9) Gehalt von offenen Zellen in Prozentsatz, bestimmt nach ASTM D2856- A
(10) Qualität vom Schaumkörper;
G = guter Schaum mit gleichförmiger Zellenverteilung
D = Verteilung von Zellgröße
SD = schwache Verteilung von Zellgröße Tabelle VIIIb Dimensionsstabilität
Anmerkungen:
(1) Siehe Tabelle Vb
(2) Siehe Tabelle Vb

Beispiel 9

Es wurden offenzellige Propylencopolymerschäume mittels eines akkumulierenden Extrusionssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Die Vorrichtung bestand aus dem 38 mm (1-1/2 Zoll) Schaumextruder von Beispiel 4, einem am Ende der Kühlzone des Extruders angebrachten akkumulierenden Extrusionssystem (AES) und einer im Spalt einstellbaren Düse mit einer Öffnung von 6,35 mm (0,25 Zoll) Breite, die hieran befestigt war. Die schäumbare Schmelze wurde in der Akkumulationskammer von 330 Kubikzentimeter Kapazität angesammelt und dann rasch aus der Öffnung mittels Stickstoffdruck ausgestoßen.
Bei diesem Beispiel wurde eine 90/10 Gewichtsmischung eines 2/98 E-P-Copolymeren (0,52 MFR) und EAA-Copolymerem Primacore 1410 mit einem binären Blähmittel, das aus 1,5 mpk Kohlendioxid und 0,5 mpk Wasser bestand, expandiert. Die Feststoffe wurden vorgemischt und mit einer Rate von 3,7 kg/h (8,1 lbs/hr) extrudiert. Die Temperaturen in dem Extruder waren 170ºC in der Einspeiszone, 200ºC in der Schmelzzone, 220ºC in der Dosierzone und 180ºC in der Mischzone. Kohlendioxid und Wasser wurden getrennt in die Injektionsöffnung injiziert, so daß die Rate 1,5 bzw. 0,5 mpk betrug. Die Temperatur der Kühlzone wurde so eingestellt, daß ein guter Schaum geliefert wurde. Die Schäumungstemperatur der Formulierung betrug annähernd 150ºC. Der kritische Düsenspalt und Düsendruck betrugen 0,8 mm bzw. 8,0 MPa (1160 psig).
Wie in Tabelle IXa gezeigt, wurde ein guter Schaum mit feiner Zellgröße bei kontinuierlicher Extrusion erhalten. Der erzeugte Schaumstrang wies einige Wellung in der Querrichtung auf.
Das AES-Schema wurde verwendet, um größeren Schaum als dies mit kontinuierlicher Extrusion möglich wäre, herzustellen. Die Temperaturen im Akkumulator und den Transferlinien wurden so aufrechterhalten, daß die aus dem Extruder austre tende schäumbare Schmelze weder übermäßig abgekühlt noch übermäßig erhitzt werden konnte. Das AES wurde wie folgt betrieben. Zuerst wurde die Kammer mit Stickstoff auf etwa 4,9 MPa (700 psig) unter Druck gesetzt, dies erfolgte zur Ausübung von Rückdruck auf die eintretende Schmelze. Dann wurde der Extruderaustritt in den Akkumulator umgeleitet. Die Akkumulierung erfolgte für annähernd 3,5 Minuten. Der Druck des Gases stieg an und überschritt 8,3 MPa (1200 psig), wenn dieses durch Eintreten der Schmelze komprimiert wurde. Während des Akkumulierungsvorganges wurde der Düsenspalt auf 3,1 mm (120 mils) geöffnet, und der Druck der Stickstoffquelle wurde auf 9,0 MPa (1300 psig) eingestellt. Nach Abschluß der Akkumulierung wurde die akkumulierte Schmelze aus der Düsenöffnung herausschießen gelassen.
Es wurde ein Schaum von ausgezeichneter Qualität und frei von Wellung erhalten. Mehrere solcher Schüsse wurden zur Herstellung von Schäumen für die Eigenschaftsfeststellung durchgeführt. Die sehr kurzen Extrusionsgeschwindigkeiten, geschätzt aus den Gewichten der Extrudate und den Ausschießzeiten, wurden von 90 bis zu 120 kg/h eingestellt. Es wurde beobachtet, daß die Schäume dimensionsstabil waren.
Die nach dem AES-Schema hergestellten Schaumplatten wurden für einen Monat gealtert und auf ihre physikalischen Eigenschaften getestet. Die Daten sind in Tabelle IXb zusammengefaßt. Nachdem die Häute abgenommen worden waren, betrug die Dichte des AES-Schaums 24 kg/m³ (1,5 pcf), sehr viel niedriger als diejenige mit Haut (siehe Tabelle IXa). Der Schaum mit niedriger Dichte mit mehr als 60% offenen Zellen weist Festigkeit, Rückfederung und Schockdämpfungseigenschaft auf, so daß er für die Polsterverpackung von Teilen mit relativ leichtem Gewicht geeignet ist. Tabelle IXa Verarbeitbarkeit und Qualität
Anmerkungen:
(1) Typ von verwendetem Harz
(2) Der Prozentsatz des eingemischten EAA-Copolymeren in dem Gesamtpolymeren
(3) und (4) Gramm-Mol von Kohlendioxid und Wasser, eingemischt pro 1 Kilogramm Polymerem
(5) Querschnittsfläche vom Schaumkörper in Quadratzentimeter
(6) Dichte vom Schaumkörper, gealtert für etwa einen Monat in Kilogramm pro Kubikmeter
(7) Zellgröße in Millimeter, bestimmt nach ASTM D3576
(8) Dicke von Zellwänden in Mikrometer (um)
(9) Gehalt von offenen Zellen in Prozentsatz, bestimmt nach ASTM D2856- A
(10) Qualität vom Schaumkörper;
G = guter Schaum mit gleichförmiger Zellenverteilung Tabelle IXb Eigenschaften
Anmerkungen: *Alle Eigenschaften gelten für die senkrechte Richtung
(1) Dicke der Probe in Prozentsatz der anfänglichen sechs Tage nach ihrer Kompression auf 80% des Anfangswertes bei einer Rate von 1,27 cm/min (0,5 Zoll/min)
(2) Durchschnitt der Spitzenabbremsung während des zweiten bis fünften Falls in g bei der angegebenen statischen Spannung. Die Testproben hatten 38 mm (1,5 Zoll) Dicke und 50 mm · 50 mm (2 Zoll · 2 Zoll) Schlagfläche. Die Fallhöhe der Gewichte betrug 61 cm (24 Zoll).
(3) Dicke der Proben in Prozentsatz der anfänglichen sechs Tage, nachdem sie auf dynamische Polstereigenschaften getestet worden war.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines formstabilen extrudierten Polypropylenschaumstoffes mit einer Dichte von 10 bis 150 Kilogramm pro Kubikmeter, wobei das Verfahren umfaßt:

a) Erhitzen eines Propylenpolymermaterials, welches mehr als 50 Gew.-% Propylenmonomereneinheiten umfaßt, zur Bildung eines geschmolzenen Polymermaterials;

b) Eingeben in das geschmolzene Polymermaterial eines Blähmittels, das wenigstens 15 Gew.-% von einem oder mehreren anorganischen Blähmitteln enthält, zur Bildung eines schäumbaren Gels;

c) Abkühlen des schäumbaren Gels auf eine optimale Schäumungstemperatur; und

d) Extrudieren des schäumbaren Gels durch eine Düse zur Bildung des Schaums in Form einer Platte, welcher eine durchschnittliche Zellwanddicke von weniger als 35 Mikrometer (um) hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Blähmittel Kohlendioxid enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Blähmittel Kohlendioxid und Wasser enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Blähmittel Stickstoff und Wasser enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das in das geschmolzene Polymermaterial eingegebene Blähmittel wenigstens 50 Gew.-% von einem oder mehreren anorganischen Blähmitteln umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das in das geschmolzene Polymermaterial eingegebene Blähmittel wenigstens 95 Gew.-% von einem oder mehreren anorganischen Blähmitteln, bezogen auf das Gesamtgewicht des Blähmittels, ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das in das geschmolzene Polymermaterial eingegebene Blähmittel vollständig aus einem oder mehreren anorganischen Blähmitteln besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Blähmittel in das geschmolzene Polymermaterial mit einer Konzentration von 0,2 bis 5,0 Mol pro Kilogramm des geschmolzenen Polymermaterials eingegeben wird.

9. Schaum in Form einer Platte, erhältlich aus dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Schaum nach Anspruch 9 mit einer Querschnittsfläche von wenigstens 10 cm².

11. Schaum nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Schaum geschlossenzellig ist.

12. Schaum nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Schaum einen Gehalt an offenen Zellen 20 bis 70% besitzt.

13. Schaum nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9-12, bei welchem die durchschnittliche Zellwanddicke weniger als 15 Mikrometer (um) ist.

14. Schaum nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9-13, bei welchem der Schaum eine durchschnittliche Zellgröße von 0,1 bis 5 Millimeter hat.

15. Schaum nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9-14, bei welchem das Propylenpolymermaterial zu wenigstens 80 Gew.-% aus Propylenmonomereneinheiten besteht.

16. Schaum nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9-15, bei welchem der Schaum in koaleszierter Strangform vorliegt.