SE451588B - Forfarande for framstellning av skummat termoplastmaterial - Google Patents

Description

.. _.. .ad-ww- . . . n nu laflltiblw» ' 10 15 20 25 30 35 4-51 588 2 ningar för gascellbildningen under expansionen eller blåsningen av de smälta termoplastmaterialen.

Man har beskrivit en teknik för framställning av termo- ' plastiska bindemedelsskum av varmsmälttyp, nämligen metoder för tillverkning och användning av skummade varmsmältbindemedel som erbjuder avsevärda förbättringar jämfört med konventionellaÜ icke-skummande bindemedel. Enligt den teknik som beskrivits blandas gasen intimt med ett termoplastbindemedel då bindemed- let föreligger i smält tillstånd och därefter pressas bland- ningen till en lösning, som då den utsättes för ett lägre tryck frigör gasen och ger ett skummat bindemedel. Den här angivna tekniken ger mycket användbara skummade bindemedel och bind- ningsteknik. Denna teknik är dock ej helt tillfredsställande för framställning av termoplastiska varmsmältbindemedel med en kontinuerlig, likformig kvalitet. En sådan teknik har också visat sig ha begränsad användbarhet på termoplastiska varm- smältmaterial och ytterligare förbättringar erfordras.

Föreliggande uppfinning bygger till en del på upptäckten att dispersioner av gas i ett smält termoplastmaterial kan stabiliseras genom införlivande av ett ytaktivt medel i det smälta materialet i en tillräckligt stabiliserande mängd. Det har visat sig att genom införlivande av lösligt eller fast ytaktivt material, gas kan dispergeras som bubblor i en smält termoplast och stabilitet uppnås under tillräcklig tid för att dispersionen skall kunna pumpas och därefter utsättas för tryck med enkla medel för solubiliseríng av gasen. En frigöring av lösningen med frigöring av trycket medför en omedelbar skum- ning av termoplastmaterialet. I motsats till tidigare kända förfaranden som kräver injiceríng av gas under tryck av storleks- ordningen flera hundra till flera tusen kPa eliminerar således föreliggande uppfinning kravet på sådana källor av högtrycksgas och utrustning för att hantera denna tryckinjiceringsskumteknik. _ Föreliggande uppfinning avser därför ett förfarande för fram- Stallning av skummat termoplastmaterial , vilket förfarande känne- f tecknas av att en dispersion av gas i e š3-4m 10 15 20 25 30 35 40 3 451 ses frigöras från lösningen och bildar ett skummat material. _ Det har också enligt uppfinningen överraskande visat sig Q _ att dispersíoner av gas kan stabiliseras i varma polymermate- rial vid en temperatur av storleksordningen cirka 149-260°C och högre, under låga eller atmosfäriska tryckbetingelser. De erhållna dispersíonerna stabiliseras under avsevärda tids- perioder vilket möjliggör efterföljande tryckbehandling med enkla mekaniska medel såsom pumpar för upplösning under tryck, D flytande transport, frigöring och skumning på ett lätt och enkelt sätt. Det är tidigare känt att använda ytaktiva medel i vattenhal- tiga blandningar av vätska-gas för framställning av skum. Det är dock ej tidigare känt att dispersíoner av gas i varma termoplast- material kan stabiliseras genom användning av ett ytaktivt medel.

Det har heller ej angivits att en sådan stabilisering eller ak- tivitet kan tjäna många användbara och unika syften som beskri- ves här. Genom användning av principerna enligt föreliggande uppfinning uppnås avsevärda förbättringar av termoplastiska skummade material som skall användas till beläggningar, binde- medel, strukturkroppar och mycket annat. Den förenklade tekniken ouh energibesparingen möjliggör en utbredd användning av före- liggande uppfinning.

Enligt uppfinningen kan obegränsade klasser av termoplast- material, som av ett eller annat skäl ej lämpar sig för skumning, användas. Sådana olika termoplastmaterial kan på ett tillförlitligt sätt skummas, varvid erhålles ett skummat termoplastmaterial med lag densitet och likformig kvalitet. Processtabilíteten och skum- egenskaperna kan under processen regleras på ett kontinuerligt sätt.

Vid utförandet av uppfinningen användes lämpligen en anordning för överföring av fluidumtryckenergi, dvs. en enkel en- eller fler- stegs kugghjuls- eller kolvpump, som tryckframkallande medel. Det har visat sig att den likformiga fördispergeringen och stabilise- ringen av gasen i polymersmältan möjliggör en konstant tryck- solubilisering med hjälp av en sådan anordning. Stabila disper- síoner kan således införas vid pumpinloppet utan gaslåsning av pumpen. I motsats till tidigare kända förfaranden som utnyttjar en tryckgaskälla och komplicerade anordningar, kan sålunda enligt uppfinningen atmosfärísk luft och en enkel pump användas vilket medför avsevärda minskningar av kostnaderna. _ Det har empiriskt visat sig att livslängden eller stabili- teten av ett varmt termoplastskum förlänges genom att däri in- 10 15 20 25 30 35 451 588 4 förlivas ett ytaktivt medel också i en mycket liten mängd. Yt- aktiva medel har använts som antingen är lösliga i smältan eller olösliga, i ett finfördelat fast tillstånd, och stabilisering kan uppnås. Ytterligare en fördel med att använda ett ytaktivt medel i fast fas är bildandet av gasbubblor då trycket frigöres från smältkompositionen som innehåller den lösta gasen. Ytaktiva medel i fast fas har visat sig ge och fungera som kärnbildnings- centra. Sådana kärnbildningscentra leder till fler och mindre bubblor som bildas hastígare av samma mängd löst gas. I frånvaro av kärnbildningscentra kan skumningen vilket ofta sker fördröjas efter det att trycket frigöres. Genom att kontrollera sådana kärnbildningscentra kan man således uppnå en skumfördröjning om så önskas på grund av processens mângsidighet.

Synergistisk stabilisering har uppnåtts genom en kombina- tion av lösliga och fasta ytaktiva medel. Livslängden eller sta- bíliteten av en gasdispersion i ett varmt termoplastmaterial har med andra ord fått en utsträckning som vida överstiger den förväntade livslängden av den algebraiska summan av stabiliteten av varje komponent för sig i den varma smältkompositionen. Det har också fastställts att de ytaktiva medel som är lämpliga att använda enligt uppfinningen kan vara av anjonisk, katjonisk och nonjonísk typ. Enligt uppfinningen uppnås därför en màngsidighet både vad gäller polymera material och kompositioner av ytaktivt medel, vilket möjliggör stabilisering av en bred klass av termo- plastmaterial och kompositioner med varierande fysikaliska och kemiska egenskaper.

Enligt uppfinningen sker lämpligen en processreglering genom kontrolleríng av variablernas ytspänning, viskositet och gaslöslig- het vid det smälta materialets driftstemperaturer. Ytspänningen av det smälta materialet kontrolleras inom området cirka 10 till cirka 40 dyn/cm, lämpligen cirka 15 till cirka 25 dyn/cm. Smältans vis- kositet kontrolleras inom ett område av cirka S00 till cirka 1 000 000 cP, lämpligen cirka 1 000 - 100 000 cP. Gaslösligheten vid frigörelsetrycket kontrolleras inom området cirka 1/Z till cirka 20 cmz gas/g termoplastmaterial. En polymerkomposition som uppfyller kraven för användning kan således fastställas genom mät- ning av dess viskositet, ytspänning och löslighet. Om viskositeten sjunker under 500 cP vid användningstemperaturen kan polymeren med högra molekylvikt ökas så att viskositeten höjs upp till det speci- ficerade området. Om ett spädningsmedel användes kan också mindre spädningsmedel användas för att öka viskositeten. Ytspänningen kan ut... w qumas-sfluw- 'w- 10 15 20 25 30 35 40 5 451 588 kontrolleras inom önskat område genom tillsats av ytaktiva medel till den varma smältan. Lösligheten av den valda gasen måste vara tillräckligt i det polymera materialet för att användbara resultat skall uppnås. En användbar gradering erhålles av densite- ten av det skummade materialet som procent av densiteten av det icke skummade materialet och denna procentangivelse är en funktion av gaslösligheten vid en speciell.temperatur, tryck och sammansätt- ning av bindemedlet. _ Med uttrycket "termoplastmaterial" avses varje naturlig eller syntetisk termoplastisk polymer eller polymerkomposition. Ett termo- plastmaterial är ett normalt fast eller halvfast material vid an- vändningstemperaturen och det smälter eller blir flytande vid upp- hettning till en högre temperatur. Vid kylning stelnar materialet eller återgår till ett fast eller halvfast tillstànd. Uttrycken "termoplastiskt varmsmältbindemedel" eller "varmsmältbindemedel" användes också i denna beskrivning och är uttryck som är väl kända inom tekniken och detta material har samma egenskaper att bli fly- tande vid upphettning och efter kylning stelna till ett fast, halv- fast eller klibbigt tillstånd. Exempel pà termoplastmaterial omfattar polymerer av eteniskt omättade monomerer, sásom polyeten, polypropen, polybutener, polystyrener, poly( -metylstyren), polyvinylklorid, poly- vinylacetat, polymetylmetakrylat, polyetylakrylat, polyakrylonitril och liknande; sampolymerer av eteniskt omättade monomerer såsom sam- polymerer av eten och propen, eten och styren, och polyvinylacetat; styren och maleinsyraanhydrid; styren och metylmetakrylat; Styren och etylakrylat; styren och akrylonitril; metylmetakrylat och etylakrylat och liknande; polymerer och sampolymerer av konju- gerade diener såsom polybutadien, polyísopren, polykloropren, styrenbutadiengummi, etylen-propylen-diengrummi, akrylonitril- -styrenbutadiengummi och liknande; mättade och omättade polyestrar inklusive alkyder och andra polyestrar; nylon och andra poly- amider; polyesteramideroch polyuretaner; klorerade polyetrar, epoxipolymerer, cellulosaestrar såsom cellulosaacetatbutyrat och liknande. Uttrycket "termoplastmaterial" användes här ibland Utbytbart med "varm smälta", "smälta", "varmsmälttermoplast" eller "varmsmältbindemedel". Det bör naturligtvis märkas att samtliga dessa kompositioner kännetecknas av att de är termo- plastiska såsom definierats ovan. På grund av de fördelar som uppnås enligt uppfinningen är modifieringar av varmsältmaterial och Å termoplastkompositioner som är lämpliga att använda här uppenbara. f- 10 15 20 25 35 40 451 sas 6 Ett antal termoplastiska eller varmsmältbindemedelskompo- sitioner användes i de användningsexempel som följer. Dessa och andra material identifieras ibland med varumärken. Vissa av dessa med varumärken angivna material finns definierade i "The Condensed Chemical Dictionary", 8:e upplagan, reviderad av G. G. Hawley, Van Nostrand Reinhold Company, Library of Con- gress Cat. Card No. 75-l338ü8 (1971). Exempelvis är "ELVAX" en sampolymer av etylenvinylacetat (EVA) från DuPont. En konven- tionell polyetenbaserad bindemedelskomposition är "Eastabond A-3", tillverkad av Eastman Chemical Company. Vidare betecknar "AC 635" en annan polyetenbaserad komposition från Allied Chemical. "Terrell 6100" är en polyesterkomposition och "A-FAX- 500" är en polypropylenpolymer från Hercules. Polyamider för- säljes under varumärket “Versalon 1138" av General Mills.

Ytaktiva medel, som angivits ovan, som visat sig ha önsk- värd stablllserlngsaxtlvlcet kan väljas bland anjnnlska, kat- Joniska och nonjoniska medel eller blandningar därav. Såsom an- givits kan de ytaktiva medlen också vara lösliga eller disper- gerbara i smältan eller olösliga, som en finfördelad fast fas.

Ett anjoniskt ytaktivt medel innehåller en negativt laddad Jonhaltig del och en oljedispergerbar katjonisk del i moleky- len på känt sätt. Ett ytaktivt medel av anjonisk typ kan vara (1) en förtválad fettsyra eller tvål, eller (2) en för- tvalad petroleumolja såsom natriumsalter eller organiska sulfo- nat eller sulfat eller (3) förtvàlade estrar, alkoholer eller glykoler, varvid de sistnämnda utgör väl kända anjoniska syn- tetiska ytaktiva medel. Exempel pa dessa anjoniska ytaktiva medel omfattar alkarylsulfonat eller aminsalter därav såsom sulfonat av dodecylbensen eller dietanolaminsalt av dodecylben-_ sensulfonsyra. De flesta av dessa sulfonat innehåller många kemiska grupper. Det klassnamn som de flesta av dem har är "alkylarylsulfnnac". Detta innebär helt enkelt att ett paraf- finkolväte bundits till en aromatisk eller bensenkärna och den aromatiska delen sulfonerats. Exempel på förtválade fett-- syror (C6-C2¿) är natrium- eller kaliumsalter av myristin-, palmitin-, stearin-, olje- eller linoljesyror eller blandningar därav. Inom denna klass av anjoniska ytaktiva medel finns även alkali- och Jordalkalimetallsalter av neutrala fosforsyraestrar av oxialkylerade högre alkylfenoler eller alifatiska envärda alkoholer. "Aerosol OT" är ett anjoniskt ytaktivt medel av 10 15 20 35 7 451 588 dioktylalkalimetallsulfosuccbnat som tillverkas av Cyanamide.

Nonjoniska ytaktiva.medel som är lämpliga att använda har van- ligen hydrofyla delar eller sidokedjor vanligen av polyoxialky- lentyp. Den oljelösliga eller dispergerbara delen av molekylen härrör antingen från fettsyror, alkoholer, amider eller aminer.

Genom lämpligt val av utgångsmaterial och reglering av längden av polyoxialkylenkedjan kan de ytaktiva delarna av de nonjoniska detergenterna varieras på känt sätt. lämpliga exempel på non- joniska ytaktiva medel omfattar alkylfenoxipolyoxietylenglykol, t.ex. etylenoxidaddukt av antingen oktyl-, nonyl- eller tri- decylfenol och liknande. Dessa angivna.nonJoniska ytaktiva medel framställes vanligen genom reaktion mellan alkylfenolen och etylenoxid. Kommersiella produkter försäljes under varu- märkena "rr-leon x-ioo" från nom and Haas co. eller ”Tex-gina” från Union Carbide and Carbon Corp. som är alkylfenyletrar av polyetylenglykol. Andra specifika exempel på nonjoniska yt- aktiva medel omfattar glycerylmonooleat, oleylmonoisopropanol- amidsorbitoldioleat, alkylolamider framställda genom reaktion mellan alkanolamider såsom monoisopropanolamin, dietyanolamin, eller monobutanolamin och fettsyror såsom oljesyra, pelargon- syra, laurinsyra och liknande. Katjoniska ytaktiva medel är också väl utvecklade och omfattar huvudsakligen betainer och kvaternära ammoniumföreningar. Några specifika exempel på betai- Énerïbmfattar'flmidatdlinbetainer,alifatiska och karbocykliska betainer, och betainer med heteroatomer i de hydrofoba kedjorna såsom dodecyloxipropyldimetylaminoättiksyra. Typiska kvaternära ammoniumföreningar som kan anges är dimetyldikokoammoniumklorid, cetylpyridiniumacetat, metylcetylpiperidiniumpropionat, N,N- dilauryl, N,N~dimetylammoniumdietofosfat och liknande. Det bör märkas att andra anjoniska, katjoniska eller nonjoniska ytaktiva medel kan användas i överensstämmelse med uppfinningens principer.

Vidare kan fasta ytaktiva medel användas. Stabiliseringsaktivitet har uppnåtts med sådana finfördelade fasta ytaktiva medel som titandioxid, kolsvart, kiseldioxid, smält kiseldioxid ("Cab-0- Sil" från Cabot Corporation), Järnoxid, kromoxid, aluminiumoxid, lera och liknande. Dessa fasta ytaktiva medel uppför sig också som kärnbildande medel vid frigöring av trycket och av den solu- biliserade gasen och varmsmältkompositionen vilket ger en omedel- bar skumning. í-f-i. 10 15 20 35 40 451 588 8 Mängden stabiliserande ytaktivt.medel som användes i termo- plastmaterialkompositionen varierar naturligtvis beroende på typen av ytaktivt medel, typen av termoplastmaterial eller poly- merbas som stabiliseras, driftsbetingelser och liknande som kommer att framgå närmare av de specifika utföringsexempel som följer. I allmänhet är emellertid det ytaktiva medlet endast nödvändigt i en mindre effektiv mängd av cirka 0,1 till cirka 5 viktprocent av smältan, vanligen cirka 0,25 till cirka l vikt- procent. Då lösliga ytaktiva medel användes i kombination med reste ytektlva medel för att uppnå överlägsna och till een med synergistiska resultat användes det lösliga ytaktiva medlet van- ligen i en mängd av cirka 0,1 till cirka 5 viktprocent och det- fasta ytaktiva medlet användes vanligen mcen mängd av cirka 0,01 till cirka l viktprocent. Dessa proportioner är dock mycket rela- tiva och beror på den specifika kompositionen ifråga och önskade effekter. Som allmänna riktlinjer har det visat sig att cirka 1% lösligt ytaktivt medel i kombination med 0,l% fast ytaktivt medel medxfördel kan användas för att ge fincelliga skummade material med låg densitet.

Ovan beskrivna termoplastberedningar användes vid förfaran- det enligt uppfinningen genom att den stabiliserade dispersionen av gas utsättes för tryck, varefter den frigöres och ett skum bildas. Då detta skum är avsett som en strukturkroppl kan det införas i en form så att olika typer av strukturkroppar kan framställas. Da den avsedda användningen är som ett bindemedel kan en härför lämpad apparat utnyttjas. Enligt uppfinningen upp- nås en stabiliserande effekt och kontroll av användningen av varmsmältbindemedel. Det är av stor betydelse att, såsom an- givits, man enligt uppfinningen får kontroll över de väsentliga, variablerna ytspänning, viskositet och gaslöslighet. Det ytak- tiva medlet stabiliserar den inre fasen mellan flytande varm- smälta och de dispergerade gasbubblorna så att man uppnår till- räckligt lång stabilitet, möjlighet att pumpa, upplösning, flödesöverföring, frigöring och omedelbar skuming. Enligt den teknik som är tidigare känd är t.ex. ett polyetylen "A-3" binde- medel skumbart och ger en tillfredsställande bindemedelsbind- ning. Beredningstillsatser av fasta och lösliga ytaktiva medel, t.ex. "Triton x-loo“ och smält klselalexld, har emellertid gett förbättrade skum Jämfört med sådana tillverkade utan dessa till- satser. De förbättrade skummen har lägre skumdensiteter, mer 10 15 20 .'35 35 40 9 451 588 enhetliga och finfördelade celler, och ger en utmärkt intränming och bindning till substrat. Genom användning av stabiliserings- tekniken med ytaktivt medel enligt uppfinningen kan man vidare uppnå. en omedelbar skumbarhet som kan kontrolleras på. ett sätt som tidigare ej varit möjligt. Enligt uppfinningen erhålles skummade varmsmältbindemedel med maximala bindningsegenskaper genom kontrollering och Stabilisering av dispersionen av gas i den varma smältan genom att ytaktiva material fördelas likfor- migt genom smältan för efterföljande komprimering av smältan och frigöring för framställning av skum med högre bindningshåll- fasthet med minimala mängder bindemedel. ' Förutom möjligheten att variera polymerberedningax-na kan. olika typer av gaser användas vid denna metod inklusive luft, kväve, syre, koldioxid, metan, etan, butan, propan, helium, argon, neon, fluorokol, såsom diklorodifluoroetan, monoklorotri- fluorometan, eller andra gaser eller blandningar av några av dessa gaser. Sådana gaser kan också. varieras beroende på de typer av termoplastmaterial som användes, betingelserna och materialens tillgänglighet. Såsom beskrivits ovan kan sådana gaser införas under lågt tryck, dvs. vid rumstryck eller atmos- färstryck upp till flera kPa. Olika sätt att smälta bindemedels- beredningarna kan användas. Likaså. kan olika. sätt att dispergera gasen användas inklusive enkla rör anslutna till en gaskälla, i rör med sintrade porösa metallspetsar, perforerade baffelplattor och motordrivna roterande dispergatorer för att nämna några fån' Många sätt att åstadkomma tryck och pumpa det smälta. bindemedlet kan användas. Såsom angivits ovan är en av huvudfördelarna med. uppfinningen att göra det möjligt för en enkel pump att fungera som tryck- och överföringsmedel. Sådana medel kan drivas vid ett tryck av från cirka 0,69 till cirka 13,8 MPa., för ett smält bindemedel lämpligen i området cirka 2,07 till cirka 12,4 MPa.

Varje lämplig anordning kan användas för att frigöra det smälta » materialet under tryck på. substrat eller i formar såsom är känt mom temuken och industrin. i - Vid beredning av smältbindemedlet eller termoplastiska i material visar sig ett speciellt termoplastmaterial såsom an- givits vara lämpligt genom mätning av dess viskositet, ytspän- ning och gaslöslighet. Viskositeten mättes i följande exempel vid användningstemperaturen enligt ASTM D3236 (termosel visko- sitet). Ytspänningen mättes enligt R.lH. Dittre et al, J. Collo-id af-r- lO 15 20 35 ILO 451 588 lo and Interface Sci., 2l,'.:~36"(-377 (1986). Lösligheten av gasen för skuming mätes enligt D. D. Bofiner et ai; J. Polymer sei., Polymer Letters Ed., 13, 259 (1975).

Principerna enligt uppfinningen kommer att framgå närmare av följande detaljerade exempel och bifogade ritning, där fig. l visar en sektion av en termoplastsmältapparat som kan användas för utföring av uppfinningen; fig. 2 är ett 20 gånger förstorat fotografi av en tvärsektion genom ett polyetylenbin- demedelsskum som tillverkats utan ytaktivt medel; fig. 3 är ett 20 gånger förstorat fotografi av en tvärsektion genom ett poly- etylenbindemedelsslnnn som tillverkats enligt uppfinningen; fig. 4 är ett 20 gånger förstorat fotografi av en tvärsektion. genom ett etylenvmylacetatbindemedelsskum som tillverkats utan ytaktivt medel; fig. 5 är ett 20 gånger förstorat fotografi av fefi tvärsektion genom ett etylenvinylacetatbindemedelsskum som tillverkats med stabiliserande ytaktiva medel enligt uppfinning- en; fig. 6A till 6B visar diagram över stabilitetsdata. som visar den stabiliserande effekten av förfarandet enligt uppfinningen; Fig. 1 på ritningen visar en form av enapparat för genom- förande av förfarandet. Anordningen omfattar en fram- och åter- gående pump av kolvtyp och ytterligare detaljer om denna finns angivna i US ps 3 585 361. En struktur 20 som visas för injice- ring och blandning av gas i ett smält termoplastmaterial om- fattar en roterande gasinjektor-blandare 21 placerad i en be- hållare eller tank 22. lm kolvpump 23 är fästad till behållarens 22 överdel och drives med hjälp av en luftdriven eller elektrisk- motor 24. Den undre änden av pumpen 23 är placerad i smält ter.- moplastmaterial 25 som upphettas med hjälp av värmare 26mmonte- rade i ta.nk'ens 22 bottenvägg. Injektorblandaren har en ihålig drivaxel 28 vars ena ände är förbunden med och drives av en motor 27 och ett skålformigt element 29 på dess motsatta ände.

Motorn 2Z-bringar axeln 28 att rotera under det att gas från en luftkälla av atmosfäriskt tryck eller av flera kPa tvingas nedåt genom den ihåliga axeln 28 in i det skålformiga- elementet 29 och flyter ut genom ett flertal radiella utloppsöppningar' 30 utformade i sidoväggen av skålen 29. Då gasen flyter från öpp- ningarna 30 in i varmsmältkompositionen 25 enligt uppfinningen bildas en stabil dispersion av gasbubblor i hela det smälta. termoplastmaterialet 25. Denna dispersion visas endast schema- tiskt genom de angivna bubblorna. Då pumpen går fram och tillbaka f-._ 10 is 20 25 35 140 451 588 ll drages termoplastmaterialet som innehåller gasbubblor in i en pumpinloppsöppning 31, pressas samman och avges genom en utlopps- öppning 32 pà ett sådant sätt som finns beskrivet i US ps 3 585 361.

Förfarandet utföres genom införing av en termoplastmateri- alkomposition som uppfyller beredningskriterierna i tanken 22.

Kraften till värmarna 26 slås pà och termoplastmaterialet smältes vid smält- eller användningstemperaturen. Atmosfärisk luft vid ett tryck från cirka 0 - 45 N tillföres den ihåliga drivaxeln 28.

Sedan tillföres kraft så att den roterande blandaren 21 kan drivas. Luftbubblor av varierande storlek dispergeras härigenom och stabiliseras i det smälta termoplastmaterialet med hjälp av blandaren. Vätskan med dispergerade bubblor dras in i pump- inloppsöppningen 31. I pumpen komprimeras vätskan och gasbubblor till en enda flytande fas och avges vid ett reglerat tryck genom utloppsöppningen 32. I ett bindemedelssystem skulle varmsmält- bindemedlet avges genom en uppvärmd slang och därefter till en frigöringsventil och munstycke på ett sätt som ej visas. Dä Qvarmsmältmaterialet avges från utloppsöppningen.eller frigörings- ventilen skummar den inom en mycket kort tid pà grund av det höga tryck som frigöres ur det smälta materialet som innehåller löst gas. Om smältkompositionen enligt uppfinningen användes som bindemedel kan bindemedlet pàföras som ett band pa t.ex. flikar till korrugerade förpackningslådor. Banden kommer att svälla och då lådflikarna pressas samman flyter skummat binde- medel däremellan lätt och fullständigt. På grund av egenskaperna hos det skummade termoplastmaterialet tränger det in i porerna. i pappret då det sprides varvid skummets gashalt avgår genom porerna tills limlinjen uppnår stelningspunkttemperaturen (ingen flytning). Vid användning av termoplastiska bindemedels- kompositioner enligt uppfinningen blir den erhållna limlinjen starkare, bildas fortare, innehåller mindre lim och blir väsent- ligen fri från bubblor i färdigt tillstånd.

'Ytterligare berett termoplastmaterial eller bindemedels- kompositioner kan sättas till tanken 22 för att ersätta den mängd som pumpas bort. Gastillförseln genom blandaren 21 kan inställas så att förhållandet mellan gasen och termoplastkom- positionen kontrolleras. Om förhållandet mellan gas och termo- plastmaterial skulle överstiga lösligheten av gasen i materia- let vid det tryck som anges av en regulator för användnings- 10 k 15 f-x fx 451 588 12 temperaturen, kan mängden gas minskas. Annars tenderar gasfasen att ansamlas vid pumpen, störa dess drift och också. störa termo- plastflödet. Optimala driftsbetingelser föreligger då förhållan- det mellan tillförd ga.s och bindemedel är lika med gaslöslig- heten vid användningstemperaturen och det föreskrivna stelnings- trycket. Under dessa omständigheter kan termoplastbindemedlet avges så att det skummar på. en yta eller substrat för bindning vid lägsta densitet utan avbrott och med maximal effektivitet.

För att värdera den stabilisermde effektiviteten avfför- farandet enligt uppfinningen bestämdes skumlivslängden för ett antal termoplastiska varmsmältmaterial vid användning av ytak- tiva medel enligt principerna enligt föreliggande uppfinning. .

Härvid hänvisas till följande tabell, varvid ett antal termo- plastmaterial, inklusive etylenvinylacetat, polyeten, poly- ester, polypropen och polyamid användes. 451 588 13 oío râTïfl hå mä o. io ofiwmfi.. .oå »xßoåooo flïwwwmí _ | _ . , nøumo _ ...ämm o ..

Tio ïwïoåfl omå o wow o o . _ .o _ .Som ošfi.. Woåd 2.; oowá ...S o To ofiønmfi oâ »šocoooox . »Qso ofiofl mánmd 91.." ooæá EH o .To an? o oc. oÄïïf RÅ ooæm H o Homo .ääflox o md. oáàö ä.. oooá .. o o . or... oäfleofioš I . ooàâ mm.. oomfi o .. o o oå »wowmwmä ll.. oåoâ mot." oomd bh o 1o ÄMNE oå oëäoo än . »SE mom oâoå åä ooæd Efi o o oå oxofloofiooc .To oåoâ RÅ oomd EH o 1o ofimwm o MHN-Em 1. mMW|U<=V Nåfl wåoå 24 man oowà ta o o o :ooošom må oååd mora oofim ta om ä» o oå fiflconofi oßfi möác. woå ooflm EQ om HE, io ofluåo oå »amwnofinoc -H33 »Huan I. 1% mfiàš ooå oofin ta om 5.» o oå oxoflnofluon QS mäóš moå oofim ...S om ä» ïo oflxoä o ååü.

»Ham må mönmß. ÉÄ måfi oofim EH om M2. o o ä .o oooóo EH o H .o ooflxâo -flåooflx fi o? nämen “må »xflnofluoc woåmi R .o iom oooów En o . o o šm mEo\wv cfiE då damum> Eo\ERo moßov oo »duo nøæudw ucdo .noflofi »duo .manus ...Sumflouoß om» wš .xošo \š....i m5: åooxo? .oaoa åna .A13 nono “tâfiofi -oä oänšao» 135m .A33 p 853 2.53 -âouow -fiåf unoå få? »än -ÉÉ 5333 -ššo -omnoå Luoonnm _ .uämwfllwü 451 588 Vi . od mådóå :må mâfi oomá wfim o H6 ofiwmww. oÄ »xmÉo-.noc _ »QE MJ.. möïod omä mom oomá wow o fio oUSÉ o oomä nå. oå mdïoá ooå 93 oood 98 o o _ o; àmnwè; .Äwo oå måïwå :må »om oooá m8 o o o oflä då 2! ocfiod ooå ooïm :om m6 .Em io onnš. oÄ »xåoåooc åoofl »Qom *iom oöfofi wo; oooà BH. m6 .En .io ofiwwwm oi oawflcoflnoc »män nå: móàó moå oomá wflm m6 .En o oå fioflöwco: oâm odàd omå oooå mä m6 .Em .To oflxofio o . Soon - ...Sås -MST s. o . »gsm _ coacha 56 .ämm ofiàfi GA .SEN íomowødfl mä m6 ...am o o _ -S8 _ so\mv .ha om: .wxmuooš Eflíšø mo om» oo ufiwo nmnaun acuo Hoflos »duo .Hoous nnumflmows .m ...3 mä .xobß Éšm mi: .ånoxflflof .Eos -På ...S3 ...än .fläoxßo -En ïfluäo» .ooñm åwcoo o »xmï ooåä -åowfi -ÉÉ såå nå? »än noäš.. 3223 ...äšo -ouàšm -Hosnom .

.Täšooo .Hamn 10 15 20 25 15 451 588 Det i tabellen använda nonjoniska ytaktiva medlet var "Triton X-lOO", som identifierats ovan. Det katjoniska ytaktiva medel som användes var dimetyldikokoaznmoniumklorid och det an- Joniska ytaktiva medlet var dioktylalkalimetallsulfosuccinat.

Den smälta kiseldioxid som användes som fast ytaktivt medel var "Ca.b-0-Sil“, Supra, med en ytarea av cirka 900 mg/g (standard- kvalitet M5 från Cabot). Den smälta kiseldioxiden äx-'en kolloi- dal kiseldioxid där partiklarna. sintrats samman i kedjelinje- formationer. Beteckningen "BHT" är en förkortning av butylerad nydroxitoiuen. Tabellen visar' således ett 'antal uuföringsexempei där termoplastiska. bindemedelskompositioner användes som bearbe- tats enligt förfarandet för Stabilisering enligt uppfinningen..

I tabellen angivna data erhölls med en varmsmältapparat liknande den som beskrivits i fig. l. Det är viktigt att betona att de resultat som anges i tabellen endast kan reproduceras under samtliga de betingelser varunder de erhölls. Dessa betingelser omfattar det totala förhållandet mellan skum och vätska vid tiden för bildandet av skuxmnet. Dessa data avser även den mängd luft som lösts i den polymera varmsmältan före skumbild- ~' ningen och huruvida den polymera varmsmältan är mättad eller ej med löst luftvid ifrågavarande tryck och temperatur före skum- ning. Det hydrauliska trycket under frigöring av den polymera flytande varma smältan som star under tryck bör iakttas. Samt- liga dessa .undersökningar för bestämning av skummets livslängd var dynamiska.- De data som anges i tabellen erhölls med bindemedelskompo- sitioner både med och utan ytaktiva medel, såsom angivits baserat' 'I på. viktprocent. I vissa av etylenvinylacetat-(EVA) och poly- propylenbindemedlen användes vax och DBT-tillsatser. Drifttempe- raturen för en speciell komposition šemfifbearfbetaláflviaflli-fêmällittazrken, överföring och frigöringsledningar anges i tabellen i OC. Mät- - ningar av viskositeten och ytspänningen utfördes enligt de me- _ toder som beskrivits ovan. Skumstabiliteten, dvs. halva livs- längden (t 1/2), bestämdes såsom visas av diagrammen i fig. 6- pà ritningen. Skummets livslängd bestämdes enligt formeln: ' Procent skum (luft) = VE-V x 100 _ v .. 0 i VE = total volym av skum och vätska vid varje tids- _ intervall från försöksdata Vi = volym av vätska som finns i en graderad . cylinder efter avluftning V0 = ursprunglig skumvolym från data vid den - första försökspunkten 10 15 20 ..O 40 451 ses .Lö Under hänvisning till ovanstående formel och fig. 6A på ritningen erhölls den halva livslängden för skummad polyeten vid l77°C och anges i tabellen. Fig. 6A visar den procentuella mängden skum som en funktion av den tid som förflutit för ett skumprov som frigjorts ur en apparat av den typ som beskrivits ovan under hänvisning till fig. 1. Ett skumprov togs ur en ut- loppsöppning liknande den som visas på ritningen med 32 genom ett rrigöringsnuvua in 1 en till 250 cm3 graaerad cylinder med en begynnelseslcumtjocklek av 15,2 cm (150 cm3). Detta prov ger det i fig. 6 avsatta skumvärdet 100%." Därefter observerades tiden i minuter för den totala volymen av skum och vätska vid varje tidsintervall tills vätskevolymen vi '~ den graderade cylindern avluftats. Av fig. 6A framgår att polyetylenpolymeren utan några tillsatser hade en stabilitet (t 1/2) av 18,2 min.

Efter tillsats av ett fast ytaktivt medel; nämligen smält kisel- dioxid i en mängd av cirka O, 1%, förbättrades den halva livs- längden till cirka 28,1 min. vid separat tillsats av nonjoniskt vtaktivt medel i en mängd av cirka 1% förbättrades den halva livslängden av den skummade polyetenen till cirka 36,3 min. Vid" en kombinering av de lösliga och fasta. ytaktiva medlen i samma mängder till polyetensmältan förbättrades den halva livslängden till 97,5 min. Data från tabellen och fig. 6A avseende det ter- moplastiska polyetenmaterialet visar därför klart att både ett lösligt eller fast ytaktivt material som tillsatts separat - enligt principerna enligt uppfinningen på. ett fördelaktigt sätt scabiiiserar gasa1s§ens1onenen_1 ettgcermopiastiskc smaitmaterl- al. Såsom visas av resultatet av en kombination av lösligt och - fast ytaktivt medel överstiger vidare den stabilisering som àstadkommes 'med kombinationen den förväntade algebraiska summan . av aktiviteten av de enskilda komponenterna. Sådana synergistis- ka. resultat är anmärkningsvärda.

Karaktären av det skum som framställts med eller utan yt- aktiva medel enligt principerna enligt uppfinningen framgår av fig. 2-5. I fig. 2 och 3 avbildas en polyetenbaserad binde- medelskomposition, nämligen "A-3", som skummats utan respektive med tillsatser. ,""31;1;' 1. skum som framställts med ytaktivt medel som stabilisator har en mer likformig och finare fördelning av cellstorlekar än materialet utan ytaktivt medel. Enligt uppfin- ningen uppnås en avsevärd förbättring vad gäller cellstorleken och fördelningslikformigheten, vilket medför en förbättrad .f\ 10 15 20 ,o_5 35 40 w 451 588 bindning och inträngning av bindemedelsskummet i porösa substrat. såsom angivits even kan vidare elnrnbildningen vid frigör-ingen kontrolleras enligt uppfinningen, under det att någon sådan kon- troll e; finns tillgänglig vid användning av enbart "A-3" poly- eten. I fig. 2 och 3 har ett skum 40 slutna luftceller lll åt- skilda genom hela skummet och bildade genom inslutning av luft- bubblor somhärrör från en lösning av gas i det flytande smälta bindemedlet. Dessa celler ïl-l bildas efter det att lösningen av flytande bindemedel och luft avgivits frånen bindemedelsapparat av den typ som visas i fig. l.

En etylenvinylaoetatbindemedelskomposition visas i fig. 4 och 5, utan respektive med skwnstabiliserillg. Fig. 5 visar klart att en mer likformig och finare fördelning .av skumceller uppnås vid stabilisering enligt principerna enligt föreliggande uppfin- ning.

Halva livslängdsstabiliteter som i tabellen angivits för polypropen och etylenvinylacetat (7056 EVA, 3076 vax) bestämdes genom fig. 6B och C. Kurvoma föI-'EVA/vaoc och polypropen repre- senterar extremt .motsatta prototyper. Skillnaden mellan dessa tva exempel kan kora förklaras med nialp ev de "tva grundläggande skumnedbrytliirigsmekanismerna (l) diffusion av bubbelgasen från små bubblor till stora bubblor och (2) dränering av ivätskefasen nedåt (på grund av tyngdlcraften) emêllan bubblor-na. Det är ock- så nödvändigt att hålla i minnet de fysikaliska egenskaperna. ytspärming, viskositet, diffusionskoefficient och gaslöslighet i vätskan. Polypropen äreettllštflgrag-gångeifbättre 'spärrmaterial än polyeten på grund av dess molekyluppbyggriad, den motstår därför diffusion flera gånger bättre än polyeten eller EVA/vax- system. Fördröjnixigen i difmsionsriedbrytning visar sig därför i fig. 6B i början för polypropenmaterialet varunder vätskan rinner ned från mellanrummet mellan bubblorna och bringar dessa - närmare varandra. Då de kommer ett visst avstånd från varandra ökar diffusionen, då avståndet mellan bubbloma minskar, och därför faller polypropenkurvan ned mot noll med tiden. I motsats härtill har EVA/vax en mycket låg diffusionsbeständighet på grund av utspädningen med 30% vax, varför kurvan börjar och sjunker utan någon påvisbar fördröjning innan gränsen för den experimen- tella halva livslängden. Det bör dock märkas att-'förbättrizigar vad gäller stabiliteten framgår av de sista delarna på dessa kurvor. "'19 /'\\ 5 lO 15 20 25 30 35 40 451 ses 18 Av fig. 6A-C erhålles en generaliserad kurva som visas av den fasta linjen i 6D som representerar vad man för närvarande bäst känner till om den totala situationen. Samtliga data som angivits i tabellen och fig. 6A-C 'air dynamiska såsom angivits ovan. Vad gäller den generaliserade fig. 6D visar den fasta svarta linjen skummets livslängd mätt på ett prov under tryck från den punkt då trycket frigöres (l00% skum, tid 0) till en total nedbrytning (Oí skum", oändlig tid).. Vid den praktiska. utföringen av förfarandet kommer ett sådant skum att nedbrytas, som visas av den avbrutna kurvorna, i närheten av ett inlopp i en anordning som åstadkommer tryck 'eller gasdispergeringsazxord- ning, vare sig separat eller kombinerad. Då. en kombinerad dis- pergerings-lnlgghjulspmnpmordning undergår en eller flera på varandra följande dispergerings-, tryck-, dispergeriIIgSÉï-fšfíïfiäifyck- etc. cykler kommer skumbubbelsystemet också att genomgå. cykler såsom visas på diagrammet genom kurvorna (fig. 6D). Beroende på utformningen av anordningen kommer cykeln antingen att bli som _i_. den streckade kurvan (enkelverkande fram och återgåendefišfiumpå; 'mellanliggande som i den prickade kurvan (dubbelverkandeffram och återgående pump); eller grund som i"den prickade och streckade kurvan (lcugghjulspump med många. tänder med begränsat djup 'eller roterande excenterpump) (rig. 6D). Området mellan _ kurvorna och den- horisontella linjen vid 10056 skum utgör ett inverterat mått paeffekten av systemet-anordningen. m ideal anordning -kbnnheršc-aztrtnlöpaaparallellt med 100 $ linjen, varvid hela (100 å) bubbelarmopningen överföras till en 'flytande fas under°tryck i en cykel. Ett totalt misslyckande kan exempli- fierasgenom två extremfall: 1) en mycket djup cykel utan någon :änagifigxšuïacorrörlng ooh 2) andlig anor-farms, oaoange antal cykler (ingen framslappning).

Hâlva livslängdswärdena. i tabellen för kompositioner som innehåller 0,15% kolsvart, 0,156 titandioxid, 1% "Aerosol OT" eller 1% dimetylbaslikåkoanzmoniumklprid bestämdes *på ett sätt iumanao det 1 rig. 6A-c. var ooh on av dessa naiva livslängde- kurvorlf' uppvisar en mycket signifikant stabilisering av de termoplastiska polymerkompositionerna ifråga. Det bör nämnas att det i tabellen angivna polyester-exemplet uppvisade ökad stabi- litet genom användning av ytaktiva medel enligt uppfinningen.

Efter cirka 80 minuters prövning bildades dock ett skinn över provens övre del i den graderade cylindern och försöket a.vsluta.- des. .fw 10 19 4 5 1 5 8 8 Andra termoplastpolymerer har använts för att tillverka strukturskxnnlmoppar med hjälp av förfarandet enligt uppfinningen.

Exempelvis smältes polystyren och skummades vid 27l°C med hjälp av ett harts med smältindex 15 och en viskositet av. 86 000 cP vid 30500. Polybutylentereftalat med en viskositet av 143 000 cP vid 26o°c sfgältes ooh skummades vid 26o°c. skummgsförfaranaet utfördes på. ett liknande sätt som diskuterats ovan med 0,l% "cab-o-sii" oon 1% "Triton x-ioo", förutom att sxummon gjordes i skålformar för framställning av stmkturformar vid kylning med en densitet (g/om3) av 0,_49 respektive 0,57.

Av ovanstående beskrivning och utföringsexempel framgår att det finns andra modifieringar som kan utföras i enlighet med uppfinningens princip. Sådana modifieringar kan utföras av fackmazmen utan att uppfinningstarncan frångås.

Claims (3)

1. 299 451 588 20 Patentlaav 1. Förfarande för framställning av skummat termoplast- material, k ä n n e t e c k n a t av att en dispersion av gas i ett smält termoplastmaterial stabiliseras genom att ett yt- aktivt medel införlivas i det smälta materialet i en tillräck- ligt stabiliserande mängd, den stabiliserade dispersionen ut- sättes för tryck så att -fen varm lösning bildas, dch den varma lösningen frigöras under. lägre tryck varigenom gasen frigöres från lösningen och bildar 'ett skummat material.

2. Förferende enligt ld-ev 1, kände t e e kn et ev att dispersicnen stabiliseras vid väsentligen atmcsfärstryck.

3. Förfarande enligt krav 2, k än n e t e c kn a t av' att gasen är luft. - ' 4. Pål-farande enligt lcralv2, känna t e c knat av att trycksteget utföres vid trvck av storleksordningen cirka. 0,69 - 13,8 me.. _ ' n' *_ _ _. 5. 'Förfarailde enligtflhav 1, k ä. n il e t e c k n a t av att trycksteget utföres med hjaïlpçav en_pump.g _ _ Z, ß ' 6._ Förfarailde *enligt n de t e c k n a t .av ' att luft dispergeras izdet temoplastmaterialet och 'sta- biliseras under väsentligen atmosfärstryck varefter tryck åstadkommas med hjälp av en fflilidumtryoköverföringsanordning. 7. Förfarande enligt lcrav 6, känna t e cknat av att anordningen är en pump. 8. Förfarande enligt kravl, känne t e cknat av'_ att det ytaktiva medlet firms i en mängd av cirka 0,1 till 'cirka 5 vilctprocent. 9. Förfarande enligt ld-av l, kännet e ckn at av ett det ytextlve medlet av ett ytalttlvt medel l feet fee; ' 10. Förfarande enligt krav 9, k än n e t e c k n a t avö .ett det ytelttlve medlet 1 feet feeutgöreeev ett flnfzsrdelet _, inert material. I - - ll. Förfarande enligt krav 1, känna t e c kn at av att det ytaktiva medlet är en blandning av ett lösligt ytaktivt medel och ett finfördelait fast ytaktivt medel. 12. Förfarande enligt krav ll, k ä. n n e t e c k n a t av att det lösliga och det fasta ytaktiva medlet finns närvarande i ett förhållande som ger en synergistiskt stabiliserande effekt till dispersionen. 21 451 588 13. Förfarande enligt krav ll, k ä n n e tue c k n a t av att det lösliga ytaktiva medlet finnes i en mängd av cirka 0,1 till cirka 5 viktprocent och det fasta ytaktiva medlet finns 1 en mängd av cirka 0,01 till cirka l viktprocent. 14. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att det ytaktiva medlet utgöres av ett_anjoniskt, katjoniskt eller nonjoniskt ytaktivt medel eller blandningar därav. 15. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att det termoplastiska materialet omfattar en polymer som ut- göres av en eteniskt omättad polymer, en polymer av konjugerade dienmonomerer, polyester, polyamid, polyesteramid eller poly- uretan, eller sampolymerer av dessa monomerer. 16. Förfarande enligt krav 1, k'ä n n e t e c k n¿a t av att stabiliseringen utföres genom kontrollering av ytspänningen- av det smälta materialet inom området cirka 10-40Adyn/hm, varvid viskositeten kontrolleras inom området cirka 500 - l 000 000 cP och varvid gaslösligheten vid detta frigöringstryck ligger i området cirka 1/2-20 cm3 gas/g termop1astmateria1¿g_