NL8202617A - Geextrudeerde schuimplastic samenstellingen. - Google Patents

Description

' I . -t - 1 -

Geëxtrudeerde schuimplastic samenstellingen.

De uitvinding heeft betrekking op geëxtrudeerde schuimplastic samenstellingen.

Eén aspect van de uitvinding heeft betrekking op geëxtrudeerde schuimplastic samenstellingen met een 5 verbeterde flexibiliteit en een lagere dichtheid, een kleinere celgrootte, en een grotere bestendigheid tegen warmte-overdracht. Een verder aspect van de uitvinding heeft betrekking op geëxtrudeerde schuimpolyetheensamen-stellingen van lage dichtheid, geschikt voor gebruik 10 als isolerend materiaal.

Er bestaat momenteel een grote behoefte aan lichtgewicht, flexibele, doelmatige en economische geïsoleerde materialen. In dit opzicht zijn schuimplastic samenstellingen erkend als belangrijke materialen voor 15 de vervaardiging van warmte-isolerende produkten. Verder is gebleken, dat schuimplastic samenstellingen tevens . een grote bruikbaarheid hebben, wanneer zij worden gebruikt als kussenmaterialen bij verpakkingstoepassingen, zoals akoestische isolatoren, en dergelijke.

20 Niettegenstaande dat heeft men in vakkringen problemen ervaren bij het produceren van schuimplastic samenstellingen met een lage dichtheid, een goede flexibiliteit en een kleine, maar nagenoeg uniforme celgrootte.

Zo is bijvoorbeeld de schuimplastic pijpisolatie, die 25 tot nog toe commercieel beschikbaar is geweest, gebleken moeilijk om mee te werken te zijn wegens zijn slechte flexibiliteit. Er bestaat derhalve een behoefte naar een schuimplastic samenstelling van lage dichtheid met een kleine en nagenoeg uniforme celgrootte, welke goede 30 flexibiliteit en bestendigheid tegen warmte-overdracht vertoont.

Volgens de uitvinding worden geëxtrudeerde schuimplastic samenstellingen verschaft, die een onverwachte en significant verbeterde flexibiliteit en besten-35 digheid tegen warmte-overdracht ten toon spreiden in vergelijking met samenstellingen, die commercieel verkrijgbaar zijn of in de stand der techniek beschreven. De 8202617 4- * - 2 - samenstellingen volgens de uitvinding vertonen algemeen een lagere dichtheid en een kleinere gemiddelde celgrootte dan de gebruikelijke samenstellingen, terwijl tegelijk een kleinere hoeveelheid blaasmiddel vereist is, dan vroeger 5 werd aangenomen nodig te zijn voor het vervaardigen van dergelijke produkten.

Volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding wordt een verbeterde geëxtrudeerde schuimplastic samenstelling verschaft, die ongeveer 2 tot ongeveer 7 gew. % 10 rubber, ongeveer 0,3 tot ongeveer 10 gew. % nucleator, ongeveer 0,1 tot 1,5 gew. % smeermiddel, ongeveer 10 tot ongeveer 19 gew. % blaasmiddel, en de rest ten minste ëén thermoplastische hars, gekozen uit de groep omvattende zowel kristallijne of amorfe polymere materialen. 15 Volgens een andere voorkeursuitvoering van de uitvinding wordt een verbeterde geëxtrudeerde schuimplastic samenstelling verschaft, die ongeveer 2 tot ongeveer 7 gew. % bevat van een rubber met een Mooney-viscositeit, lopende van ongeveer 20 tot ongeveer 55, 20 zoals bijv. een styreen-butadieenblokcopolymeer, ongeveer 0,3 tot ongeveer 10 gew. % nucleator, ongeveer 0,1 tot ongeveer 1,5 gew. % smeermiddel, ongeveer 10 tot ongeveer 19 gew. % blaasmiddel, en de rest ten minste één thermoplastische hars zoals polyetheen van lage dichtheid.

25 Volgens een bijzonder preferente uitvoering van de uitvinding wordt een geëxtrudeerde schuimplastic pijpisolatie van lage dichtheid verschaft, welke ongeveer 2 tot ongeveer 7 gew. % bevat van een styreen-butadieen-blokcopolymeer, ongeveer 0,3 tot ongeveer 10 gew. % 30 nucleator, ongeveer 0,1 tot ongeveer 1,5 gew. % smeermiddel, ongeveer 10 tot ongeveer 19 gew. % blaasmiddel, en de rest ten minste ëén thermoplastische hars zoals polyetheen van lage dichtheid.

De samenstellingen volgens de uitvinding bevatten bij 35 voorkeur ongeveer 2 tot ongeveer 7 gew. % rubber, ongeveer 0,3 tot ongeveer 10 gew. % nucleator, ongeveer 0,1 tot ongeveer 1,5 gew. % smeermiddel, ongeveer 10 tot ongeveer 19 gew. % blaasmiddel, en de rest ten minste één thermoplastische hars, gekozen uit de groep omvattende 40 zowel kristallijne of amorfe polymeren.

8202617 ε ___ c - 3 -

Bevredigende thermoplastische harsen voor gebruik in de samenstellingen volgens de uitvinding omvatten bijvoorbeeld polystyreen, polyvinylchloride, acrylonitril-butadieen-styreen, polyetheen, polypropeen, 5 tereftalaten, en dergelijke. De thermoplastische harsen worden bij voorkeur geleverd in commercieel verkrijgbare tabletvorm, waarin zij gemakkelijk kunnen worden gemengd met andere componenten alvorens te worden ingevoerd in het extrusie-apparaat. De meest preferente thermo-10 plastische hars voor gebruik in samenstellingen volgens de uitvinding is polyetheen van lage dichtheid. De vakman op dit gebied zal begrijpen, dat verschillende andere copolymeren en terpolymeren van de bovengenoemde kristallijne en amorfe polymereneveneens kunnen worden 15 gebruikt voor het maken van de samenstellingen volgens de uitvinding.

De samenstellingen volgens de uitvinding bevatten verder van ongeveer 2 tot ongeveer 7 gew. % rubber, bij voorkeur met een Mooney-viscositeit, lopende in het 20 gebied van ongeveer 20 tot ongeveer 55. Verder moet de viscositeit van de rubber bij voorkeur weinig variatie vertonen over het temperatuurverschil, dat ontmoet wordt, wanneer het geëxtrudeerde produkt uit de extrusievorm uittreedt. Bevredigende rubberachtige materialen voor 25 toepassing in de samenstellingen volgens de uitvinding omvatten bijv. polybutadieen, palyisopreen, polyiso-buteen, styreen-butadieenblokcopolymeer, andere copolymeren met een hoog butadieengehalte, en dergelijke.

Een meest preferent rubberachtig materiaal voor toepas-30 sing bij de onderhavige uitvinding is een styreen- butadieenblokcopolymeer, dat commercieel verkrijgbaar is van verschillende van de rubberfabrieken, die welbekend zijn aan hen, die in de kunststofindustrie werken.

Het rubber wordt bij voorkeur geleverd in tablet- of 35 deeltjesvorm, waarbij dergelijke tabletten of deeltjes vergelijkbaar in grootte zijn met die van de kunststof-hars, die daarmee wordt gebruikt. Samenstellingen, die minder dan ongeveer 2 gew. % rubbermateriaal bevatten, vertonen algemeen niet de flexibiliteitsgraad, die gewenst 40 wordt geacht voor vele toepassingen, terwijl samen- 8202617 - 4 - ν' ste11ingen, die meer dan ongeveer 7 gew. % rubber bevatten, tekort kunnen schieten bij het bereiken van een adequate homogeniteit, waarbij nog wat discrete rubber-deeltjes achterblijven in de eindsamenstelling.

5 Tezamen vormen de thermoplastische en rubber- componenten van de samenstellingen volgens de uitvinding datgene, wat in de industrie vaak de basishars genoemd wordt. Het zal de vakman evenwel duidelijk zijn, dat deze basishars verder andere keuze-ingrediënten kan 10 omvatten of componenten, zoals wandverbeteringsmiddelen, kleurmiddelen, ultraviolet-licht-stabilisatoren, en dergelijke, en het is de bedoeling, dat toepassing van dergelijke keuze-ingrediënten in de beschreven samenstellingen binnen het kader van de onderhavige uitvinding 15 vallen.

Volgens ëén voorkeursuitvoering van de uitvinding wordt een ionomere hars gemengd met de thermoplastische hars en rubber in een hoeveelheid, oplopende tot ongeveer 3 gew. dln. per 100 van de thermoplastische 20 harscomponent. De ionomere hars funktioneert als een wandverbeteringsmiddel in de onderhavige samenstellingen, en draagt bij tot een betere uittrekking in de smelt gedurende extrusie en betere rek-en afsluiteigenschappen in de celwanden van het resulterende produkt. Het zal 25 de vakman duidelijk zijn, dat door het incorporeren van een kleine hoeveelheid ionomere hars het mogelijk is om· de dichtheid van de schuimplastic samenstelling, die daarmee gemaakt wordt, verder te reduceren. Volgens een andere voorkeursuitvoering van de uitvinding kan verder 30 een kleine hoeveelheid koolroet worden geïncludeerd in de samenstellingen van de uitvinding teneinde te funktioneren zowel als kleurmiddel alsook als absorptie-middel voor ultraviolet licht. Het gebruik van ongeveer 1 % koolroet, gedispergeerd in polyetheen, is bijzonder 35 bevredigend gebleken voor de samenstellingen van de uitvinding.

De voorkeurssamenstellingen bevatten verder van ongeveer 0,3 tot ongeveer 10, en met hoogste voorkeur van ongeveer 3 tot ongeveer 5 gew. % nucleator. Bevre-40 digende nucleatoren voor toepassing bij de uitvinding 8202617 - 5 - omvatten talk, metaalpoeders, pigmenten, of andere overeenkomstige poederachtige materialen, waarvan de deeltjes kunnen dienen als kernen, waarop de kleine druppeltjes blaasmiddel kunnen condenseren, wanneer dit wordt ge-5 injecteerd in de extrudeur.

De deeltjesgrootte van het nucleatormateriaal moet uitzonderlijk klein zijn, en moet bij voorkeur in staat zijn om te gaan door een 325 mesh zeef. Een meest preferente nucleator voor gebruik in de samenstellingen 10 van de uitvinding is magnesiumsilikaat. De nucleator wordt bij voorkeur toegemengd aan de thermoplastische hars en het rubber voorafgaand aan het invoeren van deze componenten in de extrudeur. Er dient tevens te worden opgemerkt , dat andere poederachtige componenten, die bijv.

15 smeermiddelen, facultatieve vlamvertragers, en dergelijke omvatten, eveneens aanwezig kunnen zijn in de onderhavige samenstellingen, en in enige mate eveneens kunnen funktio-neren als nucleatoren gedurende het extrusieproces.

De voorkeursamenstellingen van de uitvinding 20 bevatten verder van ongeveer 0,1 tot 1,5 gew. % smeermiddelen. Bevredigende smeermiddelen omvatten zonder enige beperking elk van de poederachtige smeermiddelen, die gewoonlijk worden toegepast voor overeenkomstige toepassingen in de kunststofindustrie. Volgens één voor-25 keursuitvoering van de uitvinding omvat het smeermiddel een mengsel van ongeveer 4 gew. din. calciumstearaat per deel Acrawax C (een poederachtige synthetische was, vervaardigd door Glyco Chemicals, Inc. van Greenwich, Connecticut), welke wordt aangenomen een 2,2-bis-stearamide 30 te zijn. In sommige gevallen kan de smeerbaarheid, bereikt door toepassing van synthetische wassen alleen, zo groot zijn, dat de cel tot cel samensmelting in het eindprodukt in nadelige zin wordt beïnvloed. Door gebruik te maken van een mengsel van een ander poederachtig 35 smeermiddel zoals calciumstearaat in combinatie met de synthetische was in de gestelde samenstelling, wordt evenwel deze tendens met succes onder controle gehouden.

De samenstellingen van de uitvinding omvatten verder van ongeveer 10 tot ongeveer 19, en bij voorkeur 40 van ongeveer 12 tot ongeveer 15 gew. % blaasmiddel.

8202617 - 6 -

Bevredigende blaasmiddelen, te gebruiken bij de uitvinding, omvatten methylchloride, koolstofdioxyde, ammoniak, lucht, normaal pentaan, isopentaan, fluorkoolwaterstoffen, en mengsels daarvan. Een preferent blaasmiddel voor toe-5 passing bij de uitvinding is een mengsel, dat ongeveer 80 gew. % Freon 114 en ongeveer 20 gew. % Freon 11 bevat (Freon 114 en Freon 11 zijn geregistreerde handelsmerken voor fluorkoolstofprodukten, vervaardigd door DuPont de Nemours, E.I., Co., Wilmington, Delaware). De blaas-10 middelen expanderen snel, wanneer de schuimplastic samenstelling uit de extrudeur treedt, waardoor de individuele celkarakteristiek van het eindprodukt wordt voortgebracht. In het algemeen zal het verhogen van de vluchtigheid van het blaasmiddel de snelheid verhogen, 15 waarmee de expansie plaatsvindt en de grootte van de gevormde cellen. Wanneer de vluchtigheid van het blaasmiddel evenwel te groot is en de treksterkte van het materiaal, dat de celwanden bij de uittreetemperatuur bevatten, overschrijdt, zal een belangrijk aantal cellen 20 overexpanderen, waardoor het produkt in nadelige zin wordt beïnvloed. Schuimplastic samenstellingen, gemaakt met zeer vluchtige blaasmiddelen, zijn onderhevig aan het verdere nadeel van celkrimping, of gedeeltelijk ineenvallen, wanneer de geschuimde produkten beginnen af te 25 koelen stroomafwaarts van de extrusievorm. Onder in aanmerking name van deze faktoren'zijn nu gewenste resultaten verkregen door gebruik te maken van een grote hoeveelheid van een minder vluchtig blaasmiddel samen met een kleine hoeveelheid van een blaasmiddel met een 30 hogere vluchtigheid. Bij het uittreden uit de extrusievorm zal de meer vluchtige component snel expanderen, waardoor de celgrootte wordt verhoogd zonder de celwand te breken. Vervolgens zal, wanneer de schuimplastic samenstelling begint te koelen, de zwaardere blaasmiddel-35 component aanzienlijk helpen bij het voorkomen van ongewenst krimpen of ineenvallen van cellen.

De nieuwe samenstellingen volgens de uitvinding kunnen worden gemaakt aan een gebruikelijk schuimplastic extrusie-apparaat volgens methoden, bekend in 40 vakkringen. In het gebruikelijke proces, dat wordt 8202617 - 7 - gebruikt in de kunststofindustrie voor het extruderen van schuimplastic samenstellingen, worden de thermoplastische en rubberachtige materialen samen met de nucleator, het smeermiddel, en andere facultatieve componenten, omvattende 5 zonder beperking ionomere hars, vlamvertrager, kleurmiddel, ultraviolet-lichtstabilisator, en dergelijke, gemengd, geplaatst in een toevoerinrichting, en vervolgens geleverd aan de toevoerzone van een tandemschroef-type extrudeur. Naarmate de samenstelling zich verplaatst over de extrudeur-10 schroef, worden de componenten ervan verder gemengd en vermengd, en worden de kunststof- en rubbercomponenten onderworpen aan afschuif- en samendrukkrachten, die er toe leiden de samenstelling te verhitten, waardoor deze wordt gevormd tot een nagenoeg continue, vloeibare massa.

15 Naarmate de samenstelling voorgaat in de trommel van de eerste extrudeur, wordt het blaasmiddel geïnjecteerd in de trommel (barrel) onder hoge druk, zoals bijv. 350 kg/cm . Eenmaal binnen de trommel wordt het blaasmiddel gemengd met de thermoplastische samenstelling en geconden-20 seerd rond de nucleatordeeltjes, die daarin aanwezig zijn. Deze condensatie wordt versterkt door het feit, dat de nucleatordeeltjes, die zeer fijn zijn, niet worden afge-schoven door de werking van de extrusieschroef en koeler blijven dan het omringende metaal. Volgens het gebruike-25 lijke proces wordt de samenstelling, die uittreedt uit de eerste extrudeur, toegevoerd door een andere toevoer-poort in de tweede extrudeur. De trommel van de tweede extrudeur is kenmerkend met een mantel bekleed en voorzien van een circulerend koelmedium voor het reduceren van 30 de temperatuur van de samenstelling die daar doorheen gaat. Bij het bereiken van het einde van de tweede extrudeur wordt de samenstelling door een ring in een extrusievorm gedwongen, waarna zij snel expandeert.

De expansie van het extrudaat vindt plaats, aangezien de 35 uitwendige druk is gereduceerd tot atmosferisch niveau bij het uittreden van de vorm, waardoor het blaasmiddel in staat wordt gesteld om te expanderen rond elk nucleator-deeltje, waardoor de afzonderlijke cellen worden gevormd.

De hier beschreven nieuwe samenstellingen 40 hebben een lagere dichtheid, een kleinere gemiddelde 8202617 - 8 - deeltjesgrootte, een betere flexibiliteit en· een grotere bestendigheid tegen warmte-overdracht dan de gebruikelijke geëxtrudeerde schuimplastic samenstellingen, die de vakman bekend zijn. Terwijl bijv. de dichtheden van gebruikelijke 5 geëxtrudeerde schuimplastic samenstellingen kunnen variëren 3 van ongeveer 48 tot ongeveer 113 kg/m , terwijl dichtheden 3 zo laag als 32 kg/m of lager algemeen worden verkregen met de alhier beschreven samenstellingen.

Verder worden deze lagere dichtheden verkregen, 10 terwijl van ongeveer 10. tot ongeveer 19 gew. % blaasmiddel wordt gebruikt, en bij voorkeur van ongeveer 12 tot ongeveer 15 gew. % blaasmiddel, in tegenstelling met gebruikelijke samenstellingen, die van ongeveer 20 tot ongeveer 25 gew. % of hoger aan blaasmiddel vereisen. Als gevolg van de 15 hoge kosten per pond blaasmiddel in verhouding met de andere componenten van de samenstelling, levert de aanzienlijke reductie in hoeveelheid blaasmiddel een uitgesproken economisch voordeel, en samen met de aanmerkelijk verbeterde eigenschappen van de onderhavige samenstelling, 20 toont dit de duidelijke superieuriteit. aan boven de tot dusverre bekende samenstellingen.

Hoewel de uitvinding is beschreven in samenhang met zijn voorkeursuitvoeringen, zal het duidelijk zijn, dat verschillende modificaties mogelijk zijn, die de 25 vakman duidelijk zullen zijn na het lezen van de beschrijving, en al dergelijke modificaties vallen binnen het kader van de conclusies.

- conclusies - 8202617

Claims (21)

1. Geëxtrudeerde schuimplastic samenstelling, met het kenmerk, dat deze van ongeveer 2 tot ongeveer 7 gew. % rubber, van ongeveer 0,3 tot ongeveer 10 gew. % nucleator, van ongeveer 0,1 tot ongeveer 1,5 gew. % 5 smeermiddel, van ongeveer 10 tot ongeveer 19 gew. % blaas-middel bevat, en de rest ten minste ëên thermoplastische hars, gekozen uit de groep bestaande uit zowel kristallijne of amorfe polymere materialen.

2. Samenstelling volgens conclusie 1, m e t het 10 kenmerk, dat de genoemde rubber een Mooney- viscositeit heeft, gelegen in het gebied van ongeveer 20 tot ongeveer 55.

3. Samenstelling volgens conclusie 1 of 2, m e t het kenmerk, dat het rubber een styreen-butadieen- 15 copolymeer is.

4. Samenstelling volgens ëên der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de thermoplastische hars is gekozen uit de groep, bestaande uit polystyreen, polyvinylchloride, acrylonitril-butadieen-styreen, poly- 20 etheen, polypropeen, en tereftalaten.

5. Samenstelling volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat de thermoplastische hars een poly-etheen van lage dichtheid is.

6. Samenstelling volgens ëên der voorgaande con-25 clusies, met het kenmerk, dat de nucleator poederdeeltjes omvat, die in staat zijn te gaan door een zeef met maaswijdte 325.

7. Samenstelling volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat de genoemde nucleator ten minste een 30 klein gedeelte magnesiumsilikaat bevat.

8. Samenstelling volgens ëên der voorgaande 8202617 -- - 10 - y w conclusies, met het kenmerk, dat het blaas-middel is gekozen uit de groep, bestaande uit methyl-chloride, kooldioxyde, ammoniak, lucht, n-pentaan, isopentaan, fluoorkoolstoffen, en mengsels daarvan.

9. Samenstelling volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het blaasmiddel aanwezig is in een hoeveelheid lopende van ongeveer 12 tot ongeveer 15 gew. %.

10. Samenstelling volgens conclusie 1 of 6,met het 10 k e n m e r k, dat de nucleator aanwezig is in een hoeveelheid, lopende van ongeveer 3 tot ongeveer 5 gew. %.

11. Geëxtrudeerde schuimplastic samenstelling volgens éên der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze van ongeveer 2 tot ongeveer 7 gew. % styreen-buta- 15 dieenblokcopolymeer bevat, van ongeveer 0,3 tot ongeveer 10 gew. % nucleator, van ongeveer 0,1 tot ongeveer 1,5 gew. % smeermidddel, van ongeveer 10 tot ongeveer 19 gew. % blaasmiddel, en de rest polyetheen van lage dichtheid bevat.

12. Samenstelling volgens conclusie 11, m e t het 20 kenmerk, dat het styreen-butadieen-blokcopolymeer aanwezig is in een hoeveelheid, lopende van ongeveer 3 tot ongeveer 5 gew. %.

13. Samenstelling volgens conclusie 11 of 12, m e t het kenmerk, dat de nucleator aanwezig is in een 25 hoeveelheid, lopende van ongeveer 3 tot ongeveer 5 gew. %.

14. Samenstelling volgens conclusie 11, 12, of 13, met het kenmerk, dat het blaasmiddel aanwezig is in een hoeveelheid, lopende van ongeveer 12 tot ongeveer 15 gew. %.

15. Pijpisolatie van geëxtrudeerd schuimplastic volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze ongeveer 2 tot ongeveer 7 gew. % styreen- 8202617 - 11 - butadieenblokcopolymeer,van ongeveer 0,3 tot ongeveer 10 gew. % nucleator, van ongeveer 0,1 tot ongeveer 1,5 gew. % smeermiddel, van ongeveer 10 tot ongeveer 19 gew. % blaasmiddel, en de rest polyetheen van lage dichtheid 5 bevat.

16. Pijpisolatie volgens conclusie Γ5, met het kenmerk, dat het styreen-butadieenblokcopolymeer aanwezig is in een hoeveelheid, lopende van ongeveer 3 tot ongeveer 5 gew. %.

17. Samenstelling volgens conclusie 15 of 16, met het kenmerk, dat de nucleator aanwezig is in een hoeveelheid, lopende van ongeveer 3 tot ongeveer 5 gew. %.

18. Pijpisolatie volgens ëën der conclusies 15 - 17, 15 met het k en merk, dat het blaasmiddel aanwezig is in een hoeveelheid, lopende van ongeveer 12 tot ongeveer 15 gew. %.

19. Pijpisolatie volgens ëën der conclusies 15 - 18, met het kenmerk, dat de dichtheid van de 20 geëxtrudeerde schuimplastic pijpisolatie loopt van 3 ongeveer 24 tot ongeveer 48 kg/m .

20. Samenstelling volgens ëën der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze een ionomere hars bevat in een hoeveelheid tot ongeveer 3 gew. 25 dln. per 100 van de thermoplastische hars.

21. Samenstelling volgens conclusie 11 of 15, met het kenmerk, dat deze verder een ionomere hars bevat in een hoeveelheid van tot ongeveer 3 gew. dln. per 100 van het genoemde polyetheen van lage dichtheid. 8202617