发泡剂水平低的聚合物泡沫塑料加工制造技术

这项发明专利技术描述用来借助注塑、吹塑、连续挤塑或类似的方法以非常低的发泡剂水平形成微孔聚合物材料的系统和技术。这项发明专利技术方面涉及发现了出乎意料地能够形成微孔材料的非常低的发泡剂水平的范围。这项发明专利技术还提供表面特性特别好的制品。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及聚合物泡沫塑料加工，更具体地说涉及用极低水平的发泡剂形成微孔的和其它的聚合物泡沫塑料。本专利技术的现有技术聚合物泡沫塑料包括众多在聚合物母体中的空隙，也被称为泡孔。通过用空隙替代密实的塑料，聚合物泡沫塑料就给定的体积而言使用比密实的塑料少的原材料。因此，通过使用聚合物泡沫塑料代替密实的塑料，在许多应用中材料费用能够减少。微孔泡沫塑料具有比传统的聚合物泡沫塑料更小的泡孔尺寸和更高的泡孔密度。一些专利权和专利公开描述了微孔材料和微孔工艺的方方面面。美国专利第4,473,665号(Martini-Vvedensky等人；1984年9月25日)描述用来制作具有直径小于大约100微米的泡孔的发泡聚合物的过程。在Martini-Vvedensky等人的技术中，材料的母体处于发泡剂饱和状态，该材料被置于高压之下，而且压力快速下降，以使发泡剂成核并且为泡孔的形成创造条件。然后，材料被迅速冻结以维持预期的微孔分布。美国专利第5,158,986号(Cha等人；1992年10月27日)描述使用超临界流体作为发泡剂形成微孔聚合物材料。在Cha等人的分批加工过程中，塑料制品在压力下浸没在超临界流体中持续一段时间，然后迅速地返回环境条件从而产生溶解度变化和成核。在连续加工过程中，聚合物片材被挤塑成形，它能够在高压下在超临界流体的容器中通过滚筒运行，然后迅速地暴露在环境条件之中。在另一种连续的加工过程中，用超临界流体饱和的熔融聚合物物料流被建立起来。聚合物物料流被迅速加热，而且由此产生的热力学不稳定性(溶解度变化)产生成核部位，与此同时系统被维持在阻止泡孔充分生长的压力下。然后，材料被注入模腔，在那里压力被降低，因此允许泡孔生长。美国专利第5,866,053号(park等人，1999年2月2日)描述用来形成微孔泡沫塑料的连续加工过程。在发泡剂和聚合物的单相溶液上的压力被迅速降低，以使材料成核。成核率足够高，以致在最终产品中形成微孔结构。国际专利公开第WO98/08667号(Burnham等人)提供用来生产微孔材料和微孔制品的方法和系统。在Burnham等人的方法中，发泡聚合材料的母体和发泡剂的流体单相溶液通过把物料流分成分开的部分并且使每个分开的部分单独核化被连续地核化。分开的物料流可以再次结合。再次结合的物料流可以被塑造成需要的形状，例如，用成型模具。Burnham等人还描述了用来制作薄制品、厚制品、挤塑到电线上的微孔材料等的各种各样的模具、成核装置和其它的安排。在一些方法中，压降速率是重要的特征，而控制这个和其它参数的技术被描述。在加工期间，发泡过程在某些情况下把多种成核剂(其中有一些是无机的固体粒子)并入聚合物熔体。这些制剂可能属于诸如滑石和碳酸钙之类的各种各样的组合物而且通常是为了促进泡核作用被并入聚合物熔体的。成核剂在聚合物混合物之内的分散在形成均匀的泡孔结构方面时常是关键性的。发泡剂通常被引入聚合物材料以两种途径之一使聚合物发泡。依照一项技术，化学发泡剂与聚合物混合。化学发泡剂在聚合物材料中经受化学反应(通常在聚合物熔融的情况之下)，从而引起气体的形成。化学发泡剂通常是在特定的温度下分解并且释放诸如氮气、二氧化碳或一氧化碳之类的气体的低分子量的有机化合物。依照另一种技术，物理发泡剂(即，在环境条件下是气体的流体)被注射到熔融的聚合物物料流之中，形成混合物。该混合物经受压降，引起发泡剂膨胀并且在聚合物中形成泡沫(泡孔)。于1998年3月5日公开的Burnham等人的国际专利公开第WO98/08667号使用以各种不同的水平存在的超临界发泡剂；于1998年7月23日公开的Pierick等人的国际专利第WO98/31521号描述微孔材料的注塑，而于1999年7月1日公开的Anderson等人的国际专利公开第WO99/62554号描述微孔的挤塑/吹塑过程和制品，每份参考文献都描述以各种不同的水平使用超临界发泡剂。该领域中通常接受的是为了产生足以形成微孔泡沫塑料的成核部位，必须使用充分的发泡剂的组合以产生用于成核的推动力和足够高的压降速率以便防止泡孔的生长在成核过程中占主导地位。随着发泡剂水平降低，用于成核的推动力减少。然而，虽然较高的发泡剂水平能够导致比较小的泡孔(在微孔泡沫塑料领域中通常令人向往的结果)，但是依照传统的想法，较高的发泡剂水平也可能引起泡孔相互连接(按定义这将增加泡孔尺寸并且可能牺牲材料的结构和其它性能)以及并非最佳的表面特性(在比较高的气体水平下牺牲的表面特性起因于发泡剂往材料外面扩散的自然趋势)。换言之，人们通常接受的是当微孔聚合物材料中发泡剂水平被改变时在小泡孔尺寸和最佳的材料特性之间存在某种折衷。消除这种折衷是本专利技术的目标。其它的实施方案涉及相当低的发泡剂水平。优选的是使用物理发泡剂，即，发泡剂不是经由化学反应形成的。在优选的实施方案中，其中发泡剂和聚合物材料的单相溶液被形成，并且借助快速的压降使之受制于溶解度变化的条件而被形成核。发泡剂可以通过穿越挤塑机机筒的许多孔口被引入直接与进入聚合物材料混合。有各种不同尺寸的泡孔(包括各种不同的小泡孔)的微孔材料能够形成。各种不同的重量减少(空隙体积)的产品能够形成。制品能够通过连续的挤塑微孔聚合物材料、注塑该材料和吹塑等方法来生产。制品还可以在形成之后被热加工成形。本专利技术还包括具有特别平滑的表面的制品和用来生产这些制品的技术。本专利技术的其它优点、新颖的特色和目标通过连同附图一起考虑下面本专利技术的详细描述将变得显而易见，这些附图是示意的而且不倾向于按比例绘制。在这些附图中，每个同一的或几乎同一的组成部分在各种不同的附图中都是用单一的数字代表的。为了清楚的目的，在不必图解说明熟悉这项技术的人就能理解本专利技术的场合，并非每个组成部分都被标注在每张附图中，而且并非本专利技术的每个实施方案的每个组成部分都被展示。图5是图3和4的制品的横截面部分和该制品表面与横截面相遇的部分在200X放大倍率下的SEM图像的影印件。本专利技术的详细描述于1998年3月5日公开的Burnham等人的国际专利公开第WO98/08667号；于1998年7月23日公开的Pierick等人的第WO98/31521号和于1999年7月1日公开的Anderson等人的第WO99/62554号；以及Pierick等人于1999年6月18日申请的题为“Injection Molding of Polymeric Material(聚合物材料的注塑)”的美国专利申请第09/335,946号都在此通过引证被并入。本专利技术包括借助与极低水平的物理发泡剂一起使用挤塑、注塑等方法能够形成微孔聚合物泡沫塑料这一令人惊讶的发现，从而避免了可能伴随着通常与生产具有非常小的泡孔的材料相关联的比较高的发泡剂水平产生的某些缺点。本专利技术的各种不同的实施方案和方面从下面的定义将得到更好的理解。如同在本文中使用的那样，“成核”定义某种过程，通过该过程有某些在环境条件下呈气态的物种的分子溶解在其中的聚合物材料的单相溶液经历定义泡孔生长起始位置的“成核部位”的该物种的分子群的形成。换言之，“成核”意味着从均匀一致的单相溶液到其中形成至少几个发泡剂分子的聚集部位的混合物的变化。成核定义那种溶解在聚合物熔体中的气体从溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成微孔制品的方法，该方法包括： 在聚合物加工装置中朝下游方向输送聚合物材料； 把在环境条件下是气体的发泡剂引入聚合物材料并且形成发泡剂和聚合物材料的混合物，发泡剂按重量计以不足大约０．０８％的数量存在于混合物中；以及 用该聚合物材料制成微孔制品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰里R安德森，凯尔文T奥克蒙托，肯特G布利泽德，
申请(专利权)人：特瑞赛尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]