闭合微孔聚合物泡沫材料及其制法制造技术

本发明专利技术涉及在聚合物发泡材料制备中使用多氟烃发泡剂；具体地说，在制备用于食品包装和餐具的聚苯乙烯发泡材料过程中使用１，１－二氟乙烷。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发泡剂组合物及用于制备一种聚合物发泡体，具体地说一种苯乙烯类或乙烯类发泡体的方法。由苯乙烯类聚合物，例如聚苯乙烯制成的热塑性发泡材料已获广泛的应用，尤其在食品包装和餐具等方面的应用。生产合格的食品用聚苯乙烯发泡材料的关键在于当发泡体成形过程中，使用一种在该发泡材料与任何待包或待盛装食物接触之前就从微孔扩散出去并基本上被空气所置换的发泡剂组合物。通常制造聚苯乙烯发泡体的方法是将一种挥发性发泡剂同苯乙烯树脂在受控的温度和压力下混合，该温度和压力是以使树脂塑化而又保持其中的树脂发泡剂组合物处于未发泡状态。此后，将树脂和发泡剂、以及有时加入的一种成核剂的熔融混合物通过一个环状模板挤出到一个温度和压力较低的区域。如果挤出的条件是最佳的，就将获得一个管状、刚性、带闭合微孔的发泡体。通常将该管村套在一个较大直径的心轴上进行拉伸。拉伸不仅赋予发泡管较大直径，同时也使其“定向”并强化或韧化。然后，将该管材劈开而形成至少一个展平的片材。通常将片材卷成大卷贮存并时效处理至少24小时。为了在随后的热成形工序中获得“后膨胀”效应，这种时效处理是必要的。“后膨胀”系指该发泡体在热成形机炉中加热时膨化的过程。这种膨胀是由于空气和发泡剂透过发泡体微孔壁的渗透速率不同所至。在挤出步骤中当发泡体刚从模板被挤出时，含有发泡剂的微孔具有一种膨胀趋势，这种趋势直至微孔内压力等于孔外的大气压时才消失。在时效期间，空气迅速渗入微孔;但发泡剂(由于其分子体积较空气大)以相对较慢的速率向外渗透。其结果是，在时效期间微孔气压升高。这种气压从1大气压升高到约2大气压。当这种发泡体随后被加热并软化时，这种升高后的压力就造成发泡制品的进一步膨胀，即所谓的“后膨胀”。二氯二氟甲烷(CFC-12)历来一直被选用为生产聚苯乙烯泡沫的发泡剂。鉴于这种发泡剂具有明显的不受欢迎的损耗臭氧层能力(CDP)而被列为计划淘汰品，而一氯二氟甲烷(HCFC-22)也未被接受做为食品包装/餐具用途发泡剂的长期替代产品，因此目前急需一种可接受的代用发泡剂。虽然烃类发泡剂的ODP为零，但由于它们被划定为具有光化还原性的挥发性有机化合物(VOC类)，因而烃类发泡剂也不理想，其使用也受到法律的限制。本专利技术的目的之一是提供一种用于热塑性聚合物，例如聚乙烯类或聚苯乙烯类等的发泡剂。这种发泡剂表现出ODP为零并基本上不是光化活性的，在加工过程中能以某种方式基本上从最终发泡制品中完全扩散出去，而且即使在制品里有微量残留，其量也应足以低到在该发泡产品所盛、包装的食品里算不上一个组分。本专利技术的进一步目的是提供一种可操作的方法，将前述发泡剂应用于制备一种聚合物泡沫制品，具体地说用于制造诸如聚乙烯或聚苯乙烯等热塑性组合物泡沫材料。本专利技术包括一种由成泡组合物制成的聚合物泡沫制品，该成泡组合物含有以组合物总重计算至多约20%(重量)的至少一种多氟烃发泡剂，这种发泡剂选自由下列构成的组1，1-二氟乙烷(HFC-152a);1，2-二氟乙烷(HFC-152);1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a);1，1，2，2-四氟乙烷(HFC-134);1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a);以及1，1，2-三氟乙烷(HFC-143);五氟乙烷(HFC-125)，较好是HFC-152a和HFC-134a)，而最好是HFC-152a。自然，氮、二氧化碳、其他惰性气体、烃类以及化学发泡剂可以与上述多氟烃发泡剂联合使用。本专利技术最终聚合物泡沫制品的特点在于其泡沫体微孔中基本不含这种多氟烃发泡剂。该泡沫微孔基本上全部被空气所充满，从而使所获得的发泡体适合于与食品接触的场合应用。如前所述，在制备聚苯乙烯和聚乙烯发泡体时优先选择HFC-134a和HFC-152a。HFC-134a因其扩散速率较慢故在聚苯乙烯隔热泡沫制品中使用较好。这种制品具有较优良的长期隔热性能。使用HFC-134a制备苯乙烯隔热泡沫制品或板材时，因其在聚苯乙烯树脂中溶液压力较高(高于目前使用的发泡剂，即CFC-12、CFC-142b、CFC-11的溶液压力)大多需要对通用的设备进行改造。基于HFC-152a如下的四个特点，在制备聚苯乙烯和聚乙烯包装泡沫材料时优先选择HFC-152a1.对环境影响小ODP为零、HGWP(卤化碳全球变暖效应)或称“温室效应”极低，并被列入几乎不具活性的有机化合物名单中，因此它可免受有关臭氧层的为达到国家环境大气质量标准(NAAQ's)制定的政府实施计划(SIP's)的限制;2.分子量低为获得与现有发泡材料相近的密度所需HFC-152a的用量较少;3.每磅成本低;4.从发泡制品扩散出去快此乃餐具及食品包装用途的必要条件。HFC-152a对于聚乙烯隔热泡沫材料也是较好的多氟烃发泡剂。虽说HFC-152a和HFC-134a都在数日内从聚乙烯泡沫体渗透出去并因而对长期的隔热价值并无贡献，但是由于HFC-152a在制备过程中效率较高加之每磅成本较低，因而它在用于聚乙烯泡沫方面较受青睐。本专利技术同时提供一种使用该发泡剂组合物的方法，它包括将苯乙烯树脂和这种多氟烃发泡剂组合物的混合物发泡以生产一种苯乙烯发泡材料。在本专利技术方法的一个较好实例中提到的方法包括，将一种苯乙烯树脂在一台挤出机中加热以获得一种熔融树脂;向该熔融树脂中加入一种包括至少一种上述多氟烃，较好是HFC-152a或HFC-134a的发泡剂，结果在足以防止待挤出物料发泡的压力下获得一种塑化挤出物料;将待挤出物料通过一个模板挤出到一个温度、压力足以允许挤出物料发泡的区域从而生成苯乙烯的发泡体。包装用泡沫生产时不应添加水，在无水状态下较好。已发现在生产聚乙烯和聚苯乙烯泡沫体时添加水会在生成的发泡制品中产生不合格的大空洞(蒸汽袋)。据说这是由于水在这些聚合物中溶解性很差所致。但如果同时也加入适当增溶或分散剂(乙醇、乙二醇、表面活性剂等)，则可以添加少量水(1-4%，重量)。按本专利技术方法制备发泡体时，常常希望在苯乙烯树脂中添加一种成核剂。这些成核剂的作用主要是增加发泡体中微孔的数目同时缩小微孔大小，而其用量在每百份树脂(重量)约0.1份至约4份范围内。例如，滑石粉、碳酸氢钠/柠檬酸、气态二氧化碳和硅酸钙等均适合做为减小微孔尺寸的成核剂。在实施本专利技术的方法时，滑石粉是一种较好的成核剂组分。按照苯乙烯泡沫的最终用途不同也可以加入各种添加剂，例如阻燃添加剂、色母粒、稳定剂、抗氧剂、润滑剂等。本专利技术包括一种采用本专利技术发泡剂组合物生产厚度从约0.04到约4.0英寸的苯乙烯发泡材料的方法。包装用沫泡材料介于0.04至0.200英寸之间，而隔热泡沫材料可以厚达4.0英寸以上。在本专利技术较好的方法中，一种苯乙烯泡沫体是由一种“苯乙烯树脂”制成的，该词系指一种由一种或多种可聚合链烯基芳族化合物组成的固态聚合物或者是此类聚合物的一种相容混合物。此链烯基芳族化合物的通式为 其中R1代表一个苯或取代苯系列芳香烃基，而R2是氢或者甲基。此类链烯基芳族化合物的例子有苯乙烯、α-甲基苯乙烯、邻-甲基苯乙烯、间-甲基苯乙烯、对-甲基苯乙烯。本专利技术也可使用由一种或多种此类链烯基芳族化合物同一定量的其他类可聚合化合物，例如甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、马来酐、丙烯酸等生成的固态共聚物。较好的苯乙烯树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
由一种含最高约占组合物总重量２０％的至少一种选自下列多氟烃发泡剂的成泡组合物制备的闭合微孔聚合物泡沫材料：这些多氟烃是１，１－二氟乙烷；１，２－二氟乙烷；１，１，１－三氟乙烷；１，１，２－三氟乙烷；１，１，１，２－四氟乙烷；１，１，２，２－四氟乙烷及五氟乙烷。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RO约克，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]