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Dokumentenidentifikation DE69926494T2 20.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001073691
Titel VERSCHÄUMBARE ZUSAMMENSETZUNG VON POLYETHYLEN HOHER DICHTE
Anmelder Pactiv Protective Packaging Inc., Lake Forest, Ill., US
Erfinder WILKES, Gary R., Okemos, US;
KISNER, D., Ronnie, Sarasota, US;
STIMLER, J., Jeffrey, Queensbury, US
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69926494
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.04.1999
EP-Aktenzeichen 999152960
WO-Anmeldetag 06.04.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/07529
WO-Veröffentlichungsnummer 0099051667
WO-Veröffentlichungsdatum 14.10.1999
EP-Offenlegungsdatum 07.02.2001
EP date of grant 03.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.04.2006
IPC-Hauptklasse C08J 9/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse C08J 9/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   C08L 23/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf eine polymere Zusammensetzung zur Schaumstoffherstellung gerichtet. Spezifisch umfasst die polymere Zusammensetzung ein Polyethylen hoher Dichte, ein aromatisches Alkenylpolymer und ggf. ein elastizitätsmodifizierendes Harz.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Schaum geringer Dichte wie Polystyrolschaum wird gewöhnlich durch Kombinieren eines physikalischen Treibmittels mit einer geschmolzenen polymeren Mischung unter Druck und, nach sorgfältigem Vermischen, Extrudieren der Kombination durch eine geeignete Düse in eine Atmosphäre geringeren Drucks hergestellt.

Ab etwa 1950 bis heute haben physikalische Treibmittel Halogenkohlenstoffe, Kohlenwasserstoffe oder Kombinationen daraus eingeschlossen. Beispiele dafür schließen handelsübliche Halogenkohlenstoffzusammensetzungen wie Dichlordifluormethan, Trichlorfluormethan und Mischungen daraus und die C2-6-Kohlenwasserstoffe ein.

In den 1980er Jahren präsentierte die weltweite wissenschaftliche Gemeinschaft ausreichende Nachweise, die Chlorfluorkohlenstoffe (CFCs) mit dem Abbau von Ozon in der Atmosphäre in Verbindung brachten, und verlangten von den Regierungen, CFCs zu regulieren. Als ein Ergebnis solcher Regulierungen sind Kohlenwasserstoffe allgemein die Wahl des physikalischen Treibmittels. Kohlenwasserstoffe, speziell die kurzkettigen Kohlenwasserstoffe, erzeugen Schaumstoffe mit zufriedenstellenden physikalischen Eigenschaften, aber mit der nachteiligen Wirkung der Flammbarkeit. Flammbarkeit des Schaumstoffprodukts wird typischerweise während eines Alterungsprozesses reduziert, der die Freisetzung der Kohlenwasserstoffe erlaubt. Dieser Alterungsprozess, der die Flammbarkeit des Schaumstoffs auf ein sicheres Maß reduziert, hängt von Faktoren wie der Freisetzungsrate (die von Faktoren wie der Schaumstoffstruktur und dem gewählten Treibmittel abhängig ist) und der Menge der Kohlenwasserstoffe oder dergleichen, die anfänglich im erzeugten Schaumstoff verbleiben, ab.

Es gibt zwei Schaumstoffe, die üblicherweise hergestellt werden. Der erste Schaumstoff wird aus Polystyrol hergestellt, und der zweite Schaum wird aus Polyethylenen niedriger Dichte (LDPEs) hergestellt. Der reine Polystyrolschaumstoff ist zu spröde für einige Anwendungen wie Schutzverpackungen, die Schutz vor mehrfachen Stößen erfordern.

LDPE-Schaumstoffe werden allgemein als elastisch und nicht-spröde betrachtet, was wünschenswerte Eigenschaften sind. Die LDPE-Schaumstoffe haben jedoch einen Nachteil, indem ein Stabilitätskontrollmittel (auch als Permeationsmodifikator bezeichnet) zur polymeren Zusammensetzung hinzugegeben werden muss, um einen gewerblich akzeptablen Schaumstoff zu erzeugen (z.B. einen Schaumstoff, der seine Abmessungen im Zeitverlauf nicht signifikant verändert). Das Stabilitätskontrollmittel hat jedoch eine negative Wirkung auf den Schaumstoff, indem es die Verweilzeit des physikalischen Treibmittels im Schaumstoff verlängert.

Die Menge des gesamten verbleibenden Treibmittels im LDPE-Schaumstoff unmittelbar nach seiner Herstellung ist typischerweise im Bereich von ca. 5 bis ca. 10 Gew.-% der polymeren Zusammensetzung. Diese Menge hängt von Faktoren wie der gewünschten Dichte des Schaumstoffs und dem ausgewählten Treibmittel ab. Diese Menge des gesamten verbleibenden Treibmittels erzeugt allgemein einen potentiell brennbaren Zustand, falls sich der Schaumstoff in einem geschlossenen Areal befindet. Typischerweise erfordert der Alterungsprozess für einen LDPE-Schaum, der ein Stabilitätskontrollmittel enthält, ca. 14 bis ca. 30 Tage. Der Alterungsprozess hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, die ohne Beschränkung die Dichte des Schaumstoffs, das ausgewählte Treibmittel und die Lagertemperatur des Schaumstoffs einschließen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Flammbarkeit von Schaumstoff, der mit Treibmitteln wie Kohlenwasserstoffen oder einigen teilweise fluorierten organischen Treibmitteln verbunden ist, in Verwendungseinsätzen nach der Herstellung zu reduzieren.

Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, das Alterungserfordernis zu reduzieren, das z.B. mit Kohlenwasserstoffen oder einigen teilweise fluorierten organischen Treibmitteln verbunden ist.

Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Grad des Zusammenbruchs des erzeugten Schaumstoffs zu reduzieren, der durch die Diffusion eines physikalischen Treibmittels (physikalischer Treibmittel) aus den Schaumstoffzellen verursacht wird, nachdem der Schaumstoff seine Strukturform erreicht.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaumstoff herzustellen, der mit herkömmlicher Schäumungsausrüstung verarbeitet werden kann.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaumstoff mit geringem Gewicht herzustellen.

Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine elastische, nicht-spröde Schaumstoffstruktur herzustellen, die in Anwendungen wie Schutzverpackung von empfindlichen und zerbrechlichen Gütern mit hoher Oberflächenqualität geeignet ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die polymere Zusammensetzung zur Schaumstoffherstellung der vorliegenden Erfindung umfasst ca. 45 bis ca. 90 Gew.-% eines Polyethylens hoher Dichte (HDPE), ca. 3 bis ca. 45 Gew.-% aromatisches Alkenylpolymer und ggf. ein elastizitätsmodifizierendes Harz. Das HDPE-Harz hat ein z-gemitteltes Molekulargewicht, Mz, von mehr als ca. 1.000.000. Der Schaumstoff der vorliegenden Erfindung wird in Abwesenheit einer signifikanten Menge eines Stabilitätskontrollmittels hergestellt und erlaubt somit einen reduzierten Zeitraums des Alterungsprozesses. Dieser reduzierte Alterungsprozess ermöglicht es, die schäumbare Struktur früher und mit einem sicheren Flammbarkeitsmaß in den Markt einzuführen.

BESCHREIBUNG ILLUSTRATIVER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die polymere Mischung oder polymere Zusammensetzung zur Verwendung in der Herstellung des erfindungsgemäßen Schaumstoffs umfasst Polyethylen hoher Dichte (HDPE) mit ca. 45 bis ca. 90 Gew.-%, aromatisches Alkenylpolymer mit ca. 3 bis ca 45 Gew.-% und ein elastizitätsmodifizierendes Harz mit ca. 0 bis ca. 40 Gew.-% der polymeren Mischung. Die bevorzugte polymere Mischung umfasst HDPE mit ca. 45 bis weniger als 70 Gew.-%, aromatisches Alkenylpolymer mit ca. 15 bis ca. 25 Gew.-% und ein elastizitätsmodifizierendes Harz mit ca. 10 bis ca. 35 Gew.-% der polymeren Mischung.

Die am meisten bevorzugte polymere Mischung umfasst HDPE mit ca. 48 bis ca. 55 Gew.-%, aromatisches Alkenylpolymer mit ca. 18 bis ca. 22 Gew.-% und ein elastizitätsmodifizierendes Harz mit ca. 25 bis ca. 35 Gew.-% der polymeren Mischung. Das HDPE-Harz kann auch im Bereich von mehr als 70 Gew.-% bis ca. 90 Gew.-% sein. Es wird erwogen, dass mehr als ein HDPE und/oder aromatisches Alkenylpolymer die jeweiligen HDPE- und aromatischen Alkenylpolymer-Gew.-%-Anteile der polymeren Mischung umfassen kann. Z.B. können zwei HDPE-Harze (jeweils 25 Gew.-%) vermischt werden, um 50 Gew.-% HDPE der polymeren Mischung zu umfassen.

HDPEs

Das Polyethylen hoher Dichte (HDPEs) der vorliegenden Erfindung hat eine Dichte von ca. 940 bis ca. 970 kg/m3 und ein z-gemitteltes Molekulargewicht, Mz, von mehr als ca. 1.000.000. Mz ist bevorzugt größer als ca. 1.200.000 und ist am meisten bevorzugt größer als ca. 1.400.000. Das z-gemittelte Molekulargewicht (Mz) ist durch eine Konzentration von Polymerketten mit extrem hohem Molekulargewicht gekennzeichnet (d.h diejenigen nahe dem oberen Ende der Molekulargewichtsverteilung).

Das HDPE der vorliegenden Erfindung hat allgemein einen Schmelzflussindex (MI) im Bereich von ca. 0,05 bis ca.

2,8 dg/min gemäß Messung durch ASTM D1238 (Nennflussrate bei 190°C und 198,2 kPa). Allgemein sollte Ethylenpolymer hoher Dichte einen Schmelzflussindex von weniger als ca. 10 dg/min und bevorzugt weniger als ca. 3 dg/min haben.

Das bevorzugte HDPE ist unvernetzt und hat eine Dichte von ca. 943 bis ca. 951 kg/m3, einen Schmelzflussindex im Bereich von ca. 0,18 bis ca. 0,28 dg/min, einen Gewichtsmittelwert des Molekulargewichts, Mw, im Bereich von ca. 223.000 bis ca. 233.000, einen Zahlenmittelwert des Molekulargewichts, Mn, im Bereich von ca. 12.500 bis ca. 16.500 und einen Polydispersitätsindex, D = Mw/Mn, im Bereich von ca. 12 bis ca. 20. Der Polydispersitätsindex, der am meisten bevorzugt ist, ist im Bereich von ca. 14 bis ca. 18.

Das HDPE der vorliegenden Erfindung kann durch Vermischen von zwei oder mehr HDPEs erhalten werden. Z.B. kann ein HDPE mit einem Mz von 1.100.000 mit einem zweiten HDPE mit einem Mz von 1.500.000 vermischt werden. Es wird erwogen, dass das HDPE der vorliegenden Erfindung ein HDPE mit einem Mz von 800.000, vermischt mit einem zweiten HDPE mit einem Mz von 1.600.000, einschließen kann, solange das kombinierte Mz größer als ca. 1.000.000 ist. Das am meisten bevorzugte HDPE hat eine bimodale Verteilung des Molekulargewichts.

Es wird erwogen, dass das HDPE der vorliegenden Erfindung ein Copolymer aus wenigstens 50 Mol-% einer Ethyleneinheit und einen geringeren (d.h. weniger als 50%) Anteil eines mit der Ethyleneinheit copolymerisierbaren Monomers umfassen kann. Es wird erwogen, dass der Begriff HDPE der vorliegenden Erfindung auch physikalische Mischungen aus zwei oder mehr unterschiedlichen Homopolymeren einschließen kann, die als HDPEs klassifiziert werden, oder physikalische Mischungen aus wenigstens 50 Gew.-% eines Ethylenhomopolymers mit einem anderen polyethylenischen Copolymer vorherrschend hoher Dichte. Die physikalischen Mischungen werden in einer trockenen Form kombiniert, nachdem die Mischungskomponenten zuvor polymerisiert wurden.

AROMATISCHES ALKENYLPOLYMER

Der Begriff "aromatisches Alkenylpolymer" wie hier verwendet schließt Polymere von aromatischen Kohlenwasserstoffmolekülen ein, die eine Arylgruppe enthalten, die an eine olefinische Gruppe mit nur Doppelbindungen in der linearen Struktur gebunden ist, wie Styrol, &agr;-Methylstyrol, o-Methylstyrol, m-Methylstyrol, p-Methylstyrol, &agr;-Ethylstyrol, &agr;-Vinylxylol, &agr;-Chlorstyrol, &agr;-Bromstyrol, Vinyltoluol und dergleichen. Aromatische Alkenylpolymere schließen auch Homopolymere von Styrol (üblicherweise als Polystyrol bezeichnet) und auch Copolymere aus Styrol und Butadien (üblicherweise als schlagzähes Polystyrol bezeichnet) ein.

Der Begriff "Polystyrolharz" oder "Polystyrolmaterial" wie hier verwendet schließt Homopolymere von Styrol und Styrolcopolymere ein, die wenigstens 50 Mol-% einer Styroleinheit (bevorzugt wenigstens ca. 70 Mol-%) und einen geringeren (d.h. weniger als 50%) Anteil eines mit Styrol copolymerisierbaren Monomers enthalten. Der Begriff "Polystyrolharz" oder "Polystyrolmaterial" wie hier verwendet schließt auch Mischungen aus wenigstens 50 Gew.-% des Styrolhomopolymers (bevorzugt wenigstens ca. 60 Gew.-%) mit einem anderen vorherrschend styrolischen Copolymer ein. Die physikalischen Mischungen werden in einer trockenen Form kombiniert, nachdem die Mischungen zuvor polymerisiert wurden.

Das Polystyrolharz, das in der Polymermischung verwendet werden kann, kann jedes derjenigen Homopolymere sein, die durch Polymerisieren von Styrol auf einen Gewichtsmittelwert des Molekulargewichts (Mw) von ca. 100.000 bis ca. 450.000 (üblicherweise als Kristallpolystyrol bezeichnet) erhalten werden, oder kann jedes derjenigen Pfropfcopolymere sein, die durch Polymerisieren einer Mischung aus polymerisiertem Styrol auf einen Kern von Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) auf einen Gewichtsmittelwert des Molekulargewichts von ca. 100.000 bis ca. 350.000 erhalten werden (üblicherweise als schlagzähes Polystyrol bezeichnet).

Die bevorzugten glasklaren Polystyrole sind unvernetzt und haben einen Schmelzflussindex von ca. 0,5 bis ca. 15,0 dg/min gemäß Messung durch ASTM D1238 (Nennflussrate bei 200°C und 689,5 kPa). Das am meisten bevorzugte glasklare Polystyrol ist unvernetztes Polystyrol mit einem Schmelzflussindex von ca. 2,0 bis ca. 8,0 dg/min.

Schlagzähe Polystyrole werden allgemein als mittelschlagzähes Polystyrol (MIPS), hochschlagzähes Polystyrol CHIPS) oder superhochschlagzähes Polystyrol (S-HIPS) klassifiziert. Der Butadiengehalt des schlagzähen Polystyrols ist bevorzugt im Bereich von ca. 3 bis ca. 10 Gew.-% des Copolymers (Butadien und Polystyrol). Der am meisten bevorzugte Butadiengehalt ist im Bereich von ca. 5 bis ca. 8 Gew.-% des Copolymers. Das schlagzähe Polystyrol hat allgemein einen Schmelzflussindex von weniger als ca. 25 dg/min und bevorzugt weniger als ca. 8 dg/min. Die am meisten bevorzugten schlagzähen Polystyrole sind unvernetzte HIPSs mit einem Schmelzflussindex von ca. 2,2 bis ca. 3,2 dg/min gemäß Messung durch ASTM D1238 (Nennflussrate bei 200°C und 689,5 kPa) und einer Izod-Kerbschlagzähigkeit von ca. 9 bis ca. 13 J/m gemäß Messung durch ASTM D256. Die Izod-Kerbschlagzähigkeit ist die Energie, die zum Brechen gekerbter Probekörper unter Standardbedingungen erforderlich ist, und ist Arbeit pro Einheit Kerbe. Deshalb zeigt eine höhere Izod-Kerbschlagzähigkeit ein zäheres Material an.

Das aromatische Alkenylpolymer der vorliegenden Erfindung kann durch Vermischen von 2 oder mehr aromatischen Alkenylpolymeren erhalten werden. Z.B. können Mischungen aus glasklarem Polystyrol und schlagzähen Polystyrolen wie glasklarem Polystyrol und HIPS vermischt werden, um das aromatische Alkenylpolymer der vorliegenden Erfindung zu umfassen.

ELASTIZITÄTSMODIFIZIERENDES HARZ

Der Begriff "elastizitätsmodifizierendes Harz" wie hier verwendet schließt Harz oder Harze mit einem Tastgefühl ein, wie es sich exemplarisch in aus LDPE hergestellten Schaumstoffen geringer Dichte darstellt. Dies schließt ohne Beschränkung LDPE, intermediäres oder mitteldichtes Polyethylen (MDPE), Ethylenethylacrylat (EEA), Ethylenmethylacrylat (EMA), Ethylenacrylsäure (EAA), Ethylenmethacrylsäure (EMAA), Ethylenvinylalkohol (EVOH), Ethylenvinylacetat (EVA), Ionomer und Kombinationen daraus ein. LDPE wird allgemein als ein ethylenisches Polymer mit einer Dichte von ca. 910 bis ca. 925 kg/m3 definiert. MDPE wird allgemein als ein ethylenisches Polymer mit einer Dichte zwischen derjenigen von LDPEs und HDPEs definiert (d.h. von ca. 925 bis ca. 940 kg/m3). Diese elastizitätsmodifizierenden Harze sind optional in der vorliegenden Erfindung.

Der Begriff LDPE wie hier verwendet schließt Homopolymere aus Ethylen und Copolymere ein, die wenigstens 50 Mol-% einer Ethyleneinheit (bevorzugt wenigstens 70 Mol-%) und einen geringeren (d.h. weniger als 50%) Anteil eines mit der Ethyleneinheit copolymerisierbaren Monomers enthalten. Der Begriff LDPE wie hier verwendet schließt auch physikalische Mischungen aus 2 oder mehreren unterschiedlichen Homopolymeren ein, die als LDPEs klassifiziert werden, oder physikalische Mischungen aus wenigstens 50 Gew.-% eines Ethylen-Homopolymers (bevorzugt wenigstens 60 Gew.-%) mit einem anderen polyethylenischen Copolymer vorherrschend niedriger Dichte. Die physikalischen Mischungen werden in trockener Form kombiniert, nachdem die Harze zuvor polymerisiert wurden. LDPE ist das bevorzugte elastizitätsmodifizierende Harz.

Die LDPE-Harze, die in der schäumbaren Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen diejenigen ein, die durch Polymerisieren von Ethen, das üblicherweise als Ethylen bekannt ist, oder durch Polymerisieren von Ethylen mit verschiedenen anderen polymerisierbaren Monomeren erhalten werden.

Die bevorzugten LDPEs sind unvernetzt und haben eine Dichte von ca. 915 bis ca. 925 kg/m3 und einen Schmelzflussindex von ca. 0,2 bis ca. 3,8 dg/min gemäß Messung durch ASTM D1238 (Nennflussrate bei 190°C und 689,5 kPa). Das Ethylenpolymer geringer Dichte hat allgemein einen Schmelzflussindex von weniger als ca. 10 dg/min.

Es wird erwogen, dass elastizitätsmodifizierende Harz durch Mischen von zwei oder mehr elastizitätsmodifizierenden Harzen erhalten werden können. Z.B. können zwei unterschiedliche LDPE-Harze zusammen vermischt werden.

KEIMBILDUNGSMITTEL

Ein Keimbildungsmittel oder Zellgrößenkontrollmittel kann jedes herkömmliche oder nützliche Keimbildungsmittel sein. Die zuzugebende Menge des Zellgrößenmittels hängt von der gewünschten Zellgröße, dem ausgewählten Treibmittel und der Dichte der polyolefinischen Zusammensetzung ab. Das Zellgrößenmittel wird allgemein in Mengen von ca. 0,02 bis ca. 2,0 Gew.-% der polymeren Zusammensetzung hinzugegeben. Einige erwogene Keimbildungsmittel schließen anorganische Materialien (in kleiner Teilchenform) wie Ton, Talkum, Kieselerde und Diatomeenerde ein. Andere erwogene Keimbildungsmittel schließen organische Zellgrößenkontrollmittel ein, die sich bei der Erwärmungstemperatur im Extruder zersetzen oder reagieren, um Gas zu entwickeln.

Ein Beispiel für ein organisches Zellgrößenkontrollmittel ist eine Kombination aus einem Alkalimetallsalz einer Polycarbonsäure mit einem Carbonat oder Bicarbonat. Einige Beispiele für ein Alkalimetallsalz einer Polycarbonsäure schließen ohne Beschränkung das Mononatriumsalz von 2,3-Dihydroxybutandisäure (üblicherweise als Natriumhydrogentartrat bezeichnet), das Monokaliumsalz von Butandisäure (üblicherweise als Kaliumhydrogensuccinat bezeichnet), die Trinatrium- und Trikaliumsalze von 2-Hydroxy-1,2,3-propantricarbonsäure (üblicherweise als Natrium- bzw. Kaliumcitrat bezeichnet) und das Dinatriumsalz von Ethandisäure (üblicherweise als Natriumoxalat bezeichnet) oder Polycarbonsäure wie 2-Hydroxy-1,2,3-propantricarbonsäure ein. Einige Beispiele für ein Carbonat oder ein Bicarbonat schließen ohne Beschränkung Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Kaliumbicarbonat, Kaliumcarbonat und Calciumcarbonat ein.

Eine erwogene Kombination ist ein Monoalkalimetallsalz einer Polycarbonsäure wie Mononatriumcitrat oder Mononatriumtartrat mit einem Carbonat oder Bicarbonat. Es wird erwogen, dass Mischungen unterschiedlicher Keimbildungsmittel in der vorliegenden Erfindung hinzugegeben werden können. Bevorzugte Keimbildungsmittel schließen Talkum, kristalline Kieselerde und eine stöchiometrische Mischung aus Zitronensäure und Natriumbicarbonat ein (wobei die stöchiometrische Mischung eine Konzentration von 1 bis 100% hat, wenn der Träger ein geeignetes Polymer wie Polyethylenwachs mit niedrigem Molekulargewicht ist). Talkum wird bevorzugt in einem Träger hinzugegeben, aber kann auch in Pulverform hinzugegeben werden. Das am meisten bevorzugte Keimbildungsmittel ist kristalline Kieselerde mit ca. 18 bis ca. 22 Gew.-% Beladung in einem LDPE-Träger, der hinzugegeben wird, um eine Kieselerdekonzentration im Schaumstoff von ca. 0,05 bis ca. 0,1 Gew.-% zu erzeugen.

TREIBMITTEL

Es wird erwogen, dass verschiedene Treibmittel in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, die physikalische Treibmittel wie Kohlenwasserstoffe einschließen. Die bevorzugten physikalischen Treibmittel für diese Erfindung sind organische chemische Verbindungen, die Siedepunkte von weniger als ca. 37°C haben. Diese organischen Verbindungen schließen ohne Beschränkung vollständig hydrierte Kohlenwasserstoffe und teilweise fluorierte Kohlenwasserstoffe ein, die als brennbar betrachtet werden. Brennbar wie hier definiert schließt allgemein diejenigen Materialien ein, die Flammpunkte von weniger als ca. 37,8°C haben.

Die bevorzugten vollständig hydrierten Kohlenwasserstofftreibmittel schließen die anfänglichen Mitglieder der Alkanreihe von Kohlenwasserstoffen ein, die bis zu 5 Kohlenstoffatome enthalten und nicht durch Regierungsbehörden als spezifisch toxisch für menschliches oder pflanzliches Leben bei normalem Kontakt eingestuft sind. Diese vollständig hydrierten Treibmittel schließen Methan, Ethan, Propan, n-Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan und Mischungen daraus ein.

Das am meisten bevorzugte vollständig hydrierte Kohlenwasserstofftreibmittel sind die C2-4 Verbindungen und die Mischungen daraus. Ein Beispiel für eine bevorzugte Mischung ist eine Mischung aus ca. 67 Gew.-% n-Butan und ca. 33 Gew.-% Isobutan, die in der Industrie üblicherweise als A21-Butan-Mischung bezeichnet wird. Diese Mischung kann mit einer Rate von ca. 1 bis ca. 20 Gew.-% der gesamten Extruderfließgeschwindigkeit und bevorzugt mit einer Rate von ca. 3 bis ca. 15 Gew.-% der gesamten Extruderfließgeschwindigkeit hinzugegeben werden.

Es wird erwogen, dass Hilfstreibmittel in der vorliegenden Erfindung in Mengen von weniger als ca. 40 Gew.-% des gesamten Treibmittels verwendet werden können. Die bevorzugten Hilfstreibmittel sind teilweise fluorierte Kohlenwasserstofftreibmittel, die Moleküle aufweisen, die bis zu 3 Kohlenstoffatome ohne irgendwelche anderen Halogenatome enthalten, und diejenigen, die als brennbar betrachtet werden. Z.B. schließt dies 1,1-Difluorethan (HFC-152a) und 1,1,1-Trifluorethan (HFC-143a) ein, wobei das am meisten bevorzugte Hilfstreibmittel HFC-152a ist. Es wird ebenfalls erwogen, dass 1,1-Chlorfluorethan (HFC-142b) und 1,1-Dichlor-2-fluorethan (HFC-141b) als Hilfstreibmittel für nichtregulierte Isolierungsanwendungen hinzugegeben werden können.

Zusätzlich kann ggf. Wasser in geringer Konzentration als Hilfstreibmittel hinzugegeben werden. Zusätzlich zur Funktion als Hilfstreibmittel wirkt Wasser auch als Feuerunterdrücker im Düsengebiet des Extruders. Die Wasserqualität sollte zumindest angemessen für den menschlichen Verzehr sein. Wasser, das einen hohen Grad gelöster Ionen enthält, kann eine übermäßige Keimbildung verursachen, so dass entionisiertes Wasser deshalb bevorzugt ist. Die bevorzugte Rate der Wasserzugabe beträgt ca. 0,05 bis ca. 0,5 Teile Wasser auf 100 Teile der polymeren Mischung (0,05 bis 0,5 phr). Die am meisten bevorzugte Rate der Zugabe von Wasser beträgt ca. 0,2 bis ca. 0,3 phr.

Schließlich wird erwogen, dass andere Additive zur schäumbaren Zusammensetzung zugegeben werden können, die ohne Beschränkung Antistatikmittel, Färbemittel, Flammschutzmittel, Antioxidantien und Weichmacher einschließen.

DAS GESCHÄUMTE PRODUKT

Die mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellten thermoplastischen polyolefinischen zellulären Materialien haben allgemein eine Dichte von ca. 10 bis ca. 150 kg/m3. Diese polyolefinischen zellulären Materialien haben Eigenschaften, die ähnlich denjenigen sind, die in LDPE-Schaumstoffen des Standes der Technik gefunden werden. Die erfindungsgemäßen polyolefinischen zellulären Materialien werden mit durchgehend gleichförmigen physikalischen Eigenschaften hergestellt. Die polyethylenischen zellulären Materialien haben ein geringes Gewicht und können als Schutz- oder Polsterverpackung für empfindliche Güter wie Computer, Glaswaren, Fernseher, Möbel und beliebige Gegenstände verwendet werden, die vor Rillen, Oberflächenkratzern oder Beschädigung geschützt werden müssen. Andere erwogene Anwendungen für die erfindungsgemäßen polyethylenischen zellulären Materialien schließen Verwendungen in der Isolation, Spielzeuge, Flotationsschaumstoffe (z.B. Rettungswesten) und Spielzeugteile ein.

Bei der Herstellung von polyolefinischen Schaumstoffen mit einer Dichte von weniger als ca. 150 kg/cm3 wird ein physikalisches Treibmittel wie ein Kohlenwasserstoff typischerweise mit einer Rate von ca. 7 bis ca. 20 Gew.-Teilen auf 100 Teile der polymeren Mischung hinzugegeben. Die Menge des in der vorliegenden Erfindung gesamten verbleibenden Treibmittels, das im polyolefinischen Schaumstoff unmittelbar nach der Bildung zurückbleibt (d.h. am Ende der Herstellungslinie), beträgt weniger als ca. 3 Gew.-%. Das verbleibende Treibmittel wird durch Gaschromatographie bestimmt. Es ist bevorzugt, dass die Menge des gesamten verbleibenden Treibmittels, das im Schaumstoff zurückbleibt, weniger als ca. 1,5 Gew.-%, bevorzugt weniger als ca. 1 Gew.-% ist. Der polyolefinische Schaumstoff ist im wesentlichen eine Mischung aus HDPE, einem aromatischen Alkenylpolymer und ggf. einem elastizitätsmodifizierenden Harz.

Der polyolefinische Schaumstoff der vorliegenden Erfindung hat bevorzugt einen dünnen Querschnitt. Der Begriff "dünner Querschnitt" wie hier verwendet wird als eine Abmessung in der Dickenrichtung der geschäumten Struktur definiert, die weniger als ca. 13 mm ist. Die bevorzugte Abmessung in der Dickenrichtung der vorliegenden Erfindung beträgt ca. 0,5 bis ca. 13 mm. Es wird jedoch erwogen, dass die polyolefinischen Schaumstoffe der vorliegenden Erfindung dickere Querschnitte haben können.

Der erfindungsgemäße Schaumstoff ist "formstabil". Formstabilität wie hier definiert liegt dann vor, wenn das Volumen des Schaumstoffs um nicht mehr als ca. 15 Volumen-% in jede Richtung (d.h. weder um mehr als ca. 15 Volumen-% schrumpft noch um mehr als ca. 15 Volumen-% expandiert) vom Volumen des polyolefinischen Schaumstoffs zum Zeitpunkt der Herstellung abweicht. Das Volumen des polyolefinischen Schaumstoffs zum Zeitpunkt der Herstellung wird innerhalb von ca. 15 min und bevorzugt innerhalb von ca. 10 min, nachdem der Schaumstoff die Düse verlässt, gemessen. Diese Messung wird in der Bestimmung der "frischen" Dichte des Schaumstoffs verwendet. Um ein formstabiles Produkt zu besitzen, wird der Schaumstoff typischerweise nach dem Alterungsprozess für LDPEs (ca. 14 bis ca. 30 Tage) gemessen und mit seinem frischen Volumen verglichen. Es wird jedoch anerkannt, dass im unwahrscheinlichen Fall, dass der Schaumstoff bei einer späteren Dauer nicht innerhalb von ca. 15 Volumen-% seines frischen Volumens ist, dann kein formstabiles Produkt ist. Es ist bevorzugt, dass der Schaumstoff um nicht mehr als 10 Volumen-% von seinem "frischen" Volumen abweicht.

Die erfindungsgemäßen Schaumstoffe sind elastisch und nicht spröde. Der Begriff "Sprödigkeit" wird fachlich als der reziproke Wert der Zähigkeit definiert. Zähigkeit ist die Zähigkeit eines Materials, dem Bruch oder der Fraktur in Gegenwart einer äußeren Kraft wie Kompression, Biegen oder Zug zu widerstehen. Elastizität und Nicht-Sprödigkeit können durch einen Zugzähigkeitswert gekennzeichnet werden.

Zugzähigkeit wird durch die Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve dargestellt und wird in Einheiten von Energie pro spezifischem Volumen (z.B. MJ/m3, in SI-Einheiten) gemessen. Der tatsächliche Zugzähigkeitswert für eine gegebene Materialstruktur wird durch strenge Integration der Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve erhalten.

In Schaumstoffen, die aus herkömmlichen Extrusionsverfahren hergestellt werden, sind die Zugzähigkeitswerte in der Maschinenrichtung allgemein wenigstens 1,5 mal größer als die Zugzähigkeitswerte quer zur Maschinenrichtung. Die Zugzähigkeit quer zur Maschinenrichtung (CMD) des Schaumstoffs ist größer als ca. 33 KJ/m3. Die bevorzugte CMD-Zugzägigkeit ist größer als ca. 40 KJ/m3 während die am meisten bevorzugte CMD-Zugzähigkeit größer als ca. 50 KJ/m3 ist.

EIN VERFAHREN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beginnt das Verfahren durch Beladen eines Extrudertrichters mit Pellets aus einem HDPE, einem aromatischen Alkenylpolymer und ggf. einem elastizitätsmodifizierenden Harz (Harzen) in ihrer festen Form. Das HDPE umfasst ca. 45 bis ca. 90 Gew.-% der polymeren Mischung. Das aromatische Alkenylpolymer umfasst ca. 3 bis ca. 45 Gew.-% der polymeren Mischung. Die polymere Mischung wird neben ca. 0,1 bis ca. 2,0 Gew.-% Beladung an Pellets mit 20% Kieselerde, vermischt im Polyethylen (als Keimbildungsmittel), einem Extruder durch Gefälle zugeführt. Die Polymer-Kieselerde-Mischung wird durch die Zufuhrzone des Extruders transportiert und auf eine Temperatur erhitzt, die ausreichend zur Bildung einer Polymer-Kieselerde-Mischung ist.

Ein physikalisches Treibmittel wird im Gebiet der Injektionsöffnung des Extruders in einem angemessenen Verhältnis für die Zieldichte hinzugegeben. Die Polymer-Kieselerde-Mischung und das ausgewählte Treibmittel werden sorgfältig innerhalb des Extruders in der Mischzone vermischt und anschließend in einer Kühlzone abgekühlt. Die abgekühlte Polymer-Treibmittel-Mischung wird durch eine Düse (eine für die gewünschte Produktform angemessene Düse) zu einer Region mit geringerem Druck extrudiert, dann zur gewünschten Form geformt und danach durch Konvektion mit Umgebungsluft abgekühlt.

Die Menge des gesamten verbleibenden Treibmittels, das im Schaumstoffprodukt unmittelbar nach seiner Herstellung verbleibt, ist typischerweise weniger als ca. 3,0 Gew.-% des Schaumstoffprodukts gemäß Bestimmung durch Gaschromatographie.

Der erfindungsgemäße Schaumstoff wird in Abwesenheit einer signifikanten Menge eines Stabilitätskontrollmittels oder eines Permeationsmodifikators hergestellt. Einige Beispiele für Stabilitätskontrollmittel schließen ohne Beschränkung die Partialester aus einer langkettigen Fettsäure und einem Polyol wie Glycerinmonostearat; bestimmte Borat- oder Phosphinatglycolesterverbindungen wie Tri(1-stearylglycero)borat, Tri(monostearylpolyoxyethylenglycol)borat, Di(1-stearylglycero)phosphinat; gesättigte höhere Fettsäureamide; gesättigte höhere aliphatische Amine und vollständige Ester gesättigter höherer Fettsäuren wie Stearamid; mit höherem aliphatischem Hydrocarbyl N-substituiertes Amid aus einer aliphatischen C1-8-Carbonsäure wie N-Stearylacetamid oder N-Stearylcaprylamid; bestimmte höhere aliphatische Hydrocarbylether-, -ester- oder – anhydridverbindungen wie Behensäureanhydrid, Distearylether, Distearylthioether, Stearyllaurat und Stearylthiolaurat; bestimmte Naphthylaminverbindungen wie N,N'-Di-betanaphthylparaphenylendiamin oder N,N'-Di-betanaphthylparadiphenylendiamin und Glycerinmonoester einer C20-24-Fettsäure ein. Der Schaumstoff der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt in vollständiger Abwesenheit eines Stabilitätskontrollmittels hergestellt.

BEISPIELE Herstellung von Erfindungsbeispiel 1

Pellets aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) Fina 2804 (spezifische Dichte 0,946 g/cm3; Schmelzindex [MI] 0,23 dg/min; Mz 1.500.000; D = 16,0), Pellets aus glasklarem Polystyrol BASF 158L KG2 (Dichte 1,05 g/cm3; MI 2,5 dg/min) und Pellets aus Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) Millenium Petrothene® NA951-000 (Dichte 0,919 g/cm3; Schmelzindex 2,3 dg/min) wurden in einem Gewichtsverhältnis von 50:20:30 vorbereitet. Diese Pellets wurden mit 0,35 Teilen auf 100 Teile Polymer von kristallinem Kieselerdekonzentrat in LDPE-Basis Schulman F20V vermischt und in einem Einschneckenextruder NRM mit 48:1 L:D 4,5 Zoll (114,3 mm) bei einer Schneckengeschwindigkeit von ca. 71 U/min zur Bildung einer Mischung erhitzt. Eine A21-Butanmischung gewerblicher Qualität unter Druck (13,1 MPa) wurde mit einer Rate von 39,5 kg/h injiziert.

Stadtwasser unter Druck (13,1 MPa) wurde mit einer Rate von ca. 0,45 kg/h injiziert. Die Mischung, A21-Butan und das Wasser wurden sorgfältig im Extruder in der Mischzone vermischt. Anschließend wurde das Extrudat auf eine Schmelztemperatur von ca. 137°C bei 8,27 MPa abgekühlt. Der Kopfdruck des Extruders wurde durch Einstellen der Extruderschneckengeschwindigkeit unter Verwendung eines Getriebepumpenkontrollsystems Normag 2200 reguliert. Eine Schmelzpumpe erhöhte den Druck des Extrudats auf ca. 13,4 MPa zur Abgabe mit 236 kg/h in die Düse.

Herstellung von Erfindungsbeispiel 2

Pellets aus HDPE Fina 2804 (Dichte 0,946 g/cm3; MI 0,23 dg/min; Mz 1.500.000; D = 16,0), Pellets aus glasklarem Polystyrol BASF 158L KG2 (Dichte 1,05 g/cm3; MI 2,5 dg/min) und Pellets aus Westlake LDPE 606 (Dichte 0,918 g/cm3; MI 2,0 dg/min) wurden in einem Gewichtsverhältnis von 50:20:30 vorbereitet. Diese Pellets wurden mit 0,22 Teilen auf 100 Teile Polymer von kristallinem Kieselerdekonzentrat in LDPE-Basis Schulman F20V vermischt und in einem Einschneckenextruder Berlyn mit 32:1 L:D 2,5 Zoll (35,3 mm) bei einer Schneckengeschwindigkeit von ca. 30 U/min zur Bildung einer Mischung erhitzt. Eine A21-Butanmischung gewerblicher Qualität unter Druck (22,1 MPa) wurde mit einer Rate von 5,9 kg/h injiziert.

Entionisiertes Wasser unter Druck (22,1 MPa) wurde mit einer Rate von ca. 0,1 bis 0,15 kg/h injiziert. Die Mischung, A21-Butanmischung und das Wasser wurden vermischt und weiter auf eine Schmelztemperatur von ca. 227°C erhitzt und am Extruderausgang auf einen Druck von 13,8 MPa gebracht. Die erhitzte Mischung wurde dann durch ein beheiztes Rohr in einen zweiten, größeren Einschneckenkühlextruder mit 3,5 Zoll (89 mm) überführt. Somit wurde Beispiel 2 auf einem Tandemextrusionssystem durchgeführt. Anschließend wurde das Extrudat auf eine Schmelztemperatur von ca. 137°C bei 7,0 MPa abgekühlt. Der Kopfdruck des Extruders wurde durch ein Getriebepumpenkontrollsystem Normag 2200 reguliert. Eine Schmelzpumpe erhöhte den Druck des Extrudats auf ca. 7,43 MPa zur Abgabe mit 37 kg/h in die Düse.

Herstellung von Erfindungsbeispiel 3

Dieses Beispiel verwendete die gleichen HDPE- und LDPE-Pellets wie oben in Beispiel 1 beschrieben. Die Pellets aus glasklarem Polystyrol BASF 158L KG2 wurden durch hochschlagzähes Polystyrol Fina 825E (Dichte 1,04 g/cm3; MI 3,0 dg/min) ersetzt. Die Extrusion wurde auf einem kleineren Modell des erweiterten Einschneckenschäumungsextruders wie demjenigen in Beispiel 1 erreicht. Diese Pellets wurden in einem Gewichtsverhältnis von 50:20:30 vermischt und dann mit 0,16 Gew.-% kristallinem Kieselerdekonzentrat Schulman F20V zur Bildung einer Mischung vermischt. Die Mischung wurde in einem Einschneckenextruder Wilmington mit 48:1 L:D 3 Zoll (76 mm) bei einer Schneckengeschwindigkeit von 30 bis 31 U/min erhitzt. Die A21-Butanmischung und das Wasser wurden in den gleichen Mengen wie in Beispiel 2 aufgenommen.

Die Mischung, A21-Butanmischung und das Wasser (Extrudat) wurden auf eine Schmelztemperatur von ca. 137°C bei 7,0 MPa abgekühlt. Der Kopfdruck des Extruders wurde durch ein Getriebepumpensystem Normag 2200 reguliert. Eine Schmelzpumpe erhöhte den Druck der Schmelze auf 7,43 MPa zur Abgabe mit 37 kg/h in die Düse.

Herstellung von Erfindungsbeispiel 4

Die Bedingungen von Beispiel 3 wurden wiederholt, außer dass das HDPE/HIPS/LDPE-Harzmischverhältnis von Beispiel 3 von 50:20:30 auf 50:10:40 verändert wurde.

Herstellung von Erfindungsbeispiel 5

Die Bedingungen von Beispiel 3 wurden wiederholt, außer dass das HDPE/HIPS/LDPE-Harzmischverhältnis von 50:20:30 auf 70:20:10 verändert wurde.

Herstellung von Erfindungsbeispiel 6

Die Bedingungen von Beispiel 3 wurden wiederholt, außer dass das HDPE/HIPS/LDPE-Harzmischverhältnis von 50:20:30 auf 80:10:10 verändert wurde.

Herstellung von Erfindungsbeispiel 7

Die Bedingungen von Beispiel 2 wurden wiederholt, außer dass das HDPE-Harz Fina 2804 gegen HDPE-Harz Fina 2344 (Dichte 0,946 g/cm3; MI 0,34 dg/min; Mz = 1.200.000; D = 16,0) ausgetauscht wurde.

Herstellung von Erfindungsbeispiel 8

Die Bedingungen waren ähnlich Beispiel 3, außer dass das HDPE-Harz Fina 2285 (Dichte 0,953 g/cm3; MI 0,9 dg/min; Mz = 1.630.000; D = 20,4) das Harz Fina 2804 ersetzte. Ein Schaumstoff war schwierig herzustellen, weil er sehr leicht beim Strecken brach. Beschränkte Proben des Schaumstoffs wurden schließlich erhalten.

Herstellung von Erfindungsbeispiel 9

Die Bedingungen von Beispiel 2 wurden wiederholt, außer dass die LDPE-Komponente Westlake 606 entfernt und mit einer gleichen Menge HDPE Fina 2804 ersetzt wurde, um ein HDPE:HIPS-Gewichtsverhältnis von 90:10 zu erhalten. Das Harz BASF 158L wurde gegen Fina 825E ausgetauscht. Das kristalline Kieselerdekonzentrat Schulman F20V wurde ebenfalls entfernt.

Herstellung von Vergleichsbeispiel 10

Die Bedingungen von Beispiel 3 wurden wiederholt, außer dass HDPE-Harz Millenium LB5602-00 (Dichte 0,951 g/cm3; MI 0,09 dg/min; Mz ca. 800,000; D ca. 6,6) das HDPE-Harz Fina 2804 ersetzte.

Herstellung von Vergleichsbeispiel 11

Die Bedingungen von Beispiel 3 wurden wiederholt, außer dass ein HDPE-Harz Millenium LS9020-46 (Dichte 0,951 g/cm3; MI 2,3 dg/min; Mz ca. 450.000; D ca. 8) das HDPE-Harz Fina 2804 ersetzte.

Herstellung von Vergleichsbeispiel 12

Die Bedingungen von Beispiel 11 wurden wiederholt, außer dass ein Drittel des LDPE-Harzes Westlake 606 durch Dupont Surlyn 9721 (ein Ionomer von Ethylen auf Zinkbasis) ersetzt wurde. Das HDPE/HIPS/LDPE/Ionomer-Gewichtsverhältnis betrug 50:20:20:10.

Herstellung von Vergleichsbeispiel 13

Die Bedingungen von Beispiel 2 wurden auf dem Tandemextrusionssystem wiederholt, außer dass das HDPE-Harz Fina 2804 durch Millenium LS9020-46 HDPE ersetzt wurde (s. Beispiel 11 für Harzdaten) und das BASF 158L durch Fina 945E (ein Super-HIPS mit einer Dichte von 1,04 g/cm3 und einem MI von 3,5 dg/min) ersetzt wurde.

Herstellung von Vergleichsbeispiel 14

Die Bedingungen von Beispiel 2 wurden wiederholt, außer dass das Harz Fina 2804 gegen ein Harz Mobil HYA-301 (Dichte 0,953 g/cm3; MI 0,34 dg/min; Mz ca. 800,000; D ca. 7,8) ersetzt wurde. Das Harz BASF 158L wurde gegen Fina 825E ersetzt.

Herstellung von Vergleichsbeispiel 15

Dieses Beispiel verwendete nur ein LDPE-Harz zur Herstellung eines Schaumstoffs auf dem gleichen Extrusionssystem wie in Beispiel 1. Pellets aus LDPE-Harz Westlake 606 aus Beispiel 1 wurden mit 0,35 Teilen auf 100 Teile Polymer von Talkkonzentrat in LDPE-Basis Techmer T-1901 vermischt und in einem Einschneckenextruder NRM mit 48:1 L:D 4,5 Zoll (114,3 mm) bei einer Schneckengeschwindigkeit von ca. 71 U/min erhitzt. Eine A21-Butanmischung gewerblicher Qualität unter Druck (13,1 MPa) wurde mit einer Rate von 39,5 kg/h injiziert. Pationic® 1052 von American Ingredients Company, ein Fettsäureesterprodukt von Glycerin, wurde unter Druck (13,1 MPa) bei ca. 110°C mit einer Rate von 1,0 kg/h injiziert. Die Mischung wurde anschließend auf eine Schmelztemperatur von ca. 137°C bei 8,27 MPa abgekühlt. Der Kopfdruck des Extruders wurde durch ein Getriebepumpenkontrollsystem Normag 2200 reguliert. Die Schmelzpumpe erhöhte den Druck der Schmelze auf 13,4 MPa zur Abgabe mit 236 kg/h in die Düse.

Herstellung von Vergleichsbeispiel 16

Die Bedingungen waren ähnlich Beispiel 9, außer dass dann die Pellets aus hochschlagzähem Polystyrol Fina 825E aus der Pelletzufuhr entfernt wurden, sodass nur HDPE-Pellets aus Fina 2804 in den Extruder eingeführt wurden. Die Bahn brach, sobald die Veränderung die Düse erreichte. Das abgekühlte Extrudat an der Düse hatte ein sehr schaumiges Erscheinungsbild, aber nach zahlreichen erfolglosen Versuchen konnte das Material nicht über die Matrize zur Erzeugung einer Schaumstoffbahn gezogen werden. Dieses Beispiel erzeugte keine Daten und wurde deshalb nicht in Tabelle 1 eingeschlossen.

Testergebnisse

Das halbgeschmolzene Extrudat jedes der Beispiele wurde dann über eine Matrize gezogen. Proben der resultierenden Schaumstoffbahnen hatten verschiedene Eigenschaften, die in Tabelle 1 gezeigt sind.

Der erfindungsgemäße Schaumstoff 1 hatte eine durchschnittliche frische Dichte von ca. 21,5 kg/m3, eine durchschnittliche Schaumstoffdicke von ca. 2,6 mm, eine durchschnittliche lineare Zelldichte von ca. 5,5 Zellen/cm. Die Eigenschaften der Schaumstoffbahn wurden innerhalb von ca. 10 min für jedes Beispiel gemessen, nachdem das halbgeschmolzene Extrudat die Düse verlassen hatte. Für den erfindungsgemäßen Schaumstoff 1 und den Vergleichsschaumstoff 15 wurden 33 Proben (33 Sätze von 11 Querbahnproben) ausgewertet, um die durchschnittlichen frischen Werte zu erhalten. In den verbleibenden Beispielen (Beispiele 2–14) wurden 4 Proben (2 Sätze von 2 Querbahnproben) ausgewertet, um die durchschnittlichen frischen Werte zu erhalten. Jeder Schaumstoff wurde visuell während der nächsten 3 Stunden untersucht.

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wurde der Schaumstoff in jedem Beispiel nach unterschiedlichen Zeitintervallen ausgewertet (s. Testalter). Z.B. wurde der erfindungsgemäße Schaumstoff nach 14 Tagen ausgewertet und hatte eine durchschnittliche gealterte Dichte von ca. 21,9 kg/m3, eine durchschnittliche Schaumstoffdicke von ca. 2,6 mm und eine durchschnittliche Zugzähigkeit quer zur Maschinenrichtung (CMD) von 32 kPa. Der erfindungsgemäße Schaumstoff 1 zeigte eine ausgezeichnete Formstabilität von 1% ([21,5–21,9]/21,5).

Alle erfindungsgemäßen Schaumstoffe 1–9 außer erfindungsgemäßem Schaumstoff 5 zeigten eine ausgezeichnete CMD-Zugzähigkeit. Überraschenderweise waren die meisten der erfindungsgemäßen Schaumstoffe mit ihrer ausgezeichneten CMD-Zugzähigkeit auch formstabil, obwohl die erfindungsgemäßen Schaumstoffe 1–9 in Abwesenheit einer signifikanten Menge eines Stabilitätskontrollmittels hergestellt waren.

Alle Vergleichsschaumstoffe mit einem HDPE-Harz (Vergleichsschaumstoffe 10–14) hatten keine wünschenswerte CMD-Zugzähigkeit. Vergleichsschaumstoff 15 (nur LDPE-Harz) hatte eine wünschenswerte CMD-Zugzähigkeit und war auch formstabil.


Anspruch[de]
  1. Eine polymere Zusammensetzung zur Schaumstoffherstellung, wobei die Zusammensetzung umfaßt:

    Polyethylen hoher Dichte in einer Menge von 45 bis 90 Gew.% der polymeren Zusammensetzung, wobei das Polyethylen hoher Dichte ein z-gemitteltes Molekulargewicht Mz von mehr als 1.000.000 hat;

    aromatisches Alkenylpolymer in einer Menge von 3 bis 45 Gew.% der polymeren Zusammensetzung; und

    optional ein elastizitätsmodifizierendes Harz in einer Menge von 0 bis 40 Gew.% der polymeren Zusammensetzung;

    worin der Schaumstoff in Abwesenheit einer signifikanten Menge eines Stabilitätskontrollmittels hergestellt wird.
  2. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin das Polyethylen hoher Dichte 45 bis weniger als 70 Gew.% ausmacht.
  3. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin das Polyethylen hoher Dichte mehr als 70 bis 90 Gew.% ausmacht.
  4. Zusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1, 2 oder 3, worin das aromatische Alkenylpolymer 15 bis 25 Gew.% ausmacht.
  5. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die polymere Zusammensetzung das elastizitätsmodifizierende Harz umfaßt und das elastizitätsmodifizierende Harz 10 bis 35 Gew.% ausmacht.
  6. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin das Polyethylen hoher Dichte von 45 bis weniger als 70 Gew.% ausmacht, das aromatische Alkenylpolymer 15 bis 25 Gew.% ausmacht und die polymere Zusammensetzung das elastizitätsmodifizierende Harz umfaßt und das elastizitätsmodifizierende Harz 10 bis 35 Gew.% ausmacht.
  7. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin das Polyethylen hoher Dichte ein z-gemitteltes Molekulargewicht von mehr als 1.200.000 hat.
  8. Zusammensetzung gemäß Anspruch 7, worin das Polyethylen hoher Dichte ein z-gemitteltes Molekulargewicht von mehr als 1.400.000 hat.
  9. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin der Polydispersitätsindex D des Polyethylens hoher Dichte im Bereich von 12 bis 20 ist.
  10. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin der Schaumstoff in Abwesenheit des Stabilitätskontrollmittels hergestellt wird.
  11. Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen polyolefinischen Schaumstoffs, wobei das Verfahren die folgendenSchritte umfaßt:

    Schmelzen eines Polyethylens hoher Dichte, eines aromatischen Alkenylpolymers und optional eines elastizitätsmodifizierenden Harzes, um eine polymere Zusammensetzung zu bilden, wobei das Polyethylen hoher Dichte in einer Menge von 45 bis 90 Gew.% der polymeren Zusammensetzung vorliegt, das Polyethylen hoher Dichte ein z-gemitteltes Molekulargewicht Mz von mehr als 1.000.000 hat, das aromatische Alkenylpolymer in einer Menge von 3 bis 45 Gew.% der polymeren Zusammensetzung vorliegt und das elastizitätsmodifizierende Harz in einer Menge von 0 bis 40 Gew.% der polymeren Zusammensetzung vorliegt;

    Lösen einer wirksamen Menge eines Treibmittels in der polymeren Zusammensetzung, um eine treibmittelhaltige polymere Mischung zu bilden;

    Überführen der treibmittelhaltigen polymeren Mischung in eine Expansionszone; und

    Expandierenlassen der treibmittelhaltigen polymeren Mischung in der Expansionszone, um den thermoplastischen polyolefinischen Schaumstoff herzustellen, wobei der thermoplastische polyolefinische Schaumstoff in Abwesenheit einer signifikanten Menge eines Stabilitätskontrollmittels hergestellt wird.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, worin der thermoplastische polyolefinische Schaumstoff in Abwesenheit des Stabilitätskontrollmittels hergestellt wird.
  13. Thermoplastischer polyolefinischer Schaumstoff, der durch das Verfahren gemäß Anspruch 11 gebildet wird.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 11, worin das Polyethylen hoher Dichte 45 bis weniger als 70 Gew.% ausmacht.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 11, worin das Polyethylen hoher Dichte mehr als 70 bis 90 Gew.% ausmacht.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 11, worin das Polyethylen hoher Dichte ein z-gemitteltes Molekulargewicht von mehr als 1.200.000 hat.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, worin das Polyethylen hoher Dichte ein z-gemitteltes Molekulargewicht von mehr als 1.400.000 hat.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 11, worin der Polydispersitätsindex D des Polyethylens hoher Dichte im Bereich von 12 bis 20 ist.
  19. Thermoplastischer polyolefinischer Schaumstoff, umfassend: eine polymere Struktur mit einer Zugzähigkeit quer zur Maschinenrichtung von mehr als 33 kJ/m3, wobei die polymere Struktur in der Abwesenheit einer signifikanten Menge eines Stabilitätskontrollmittels gebildet wird, die polymere Struktur im wesentlichen eine Mischung aus einem Polyethylen hoher Dichte, einem aromatischen Alkenylpolymer und optional einem elastizitätsmodifizierenden Harz ist, das Polyethylen hoher Dichte in einer Menge von 45 bis 90 Gew.% der polymeren Struktur vorliegt, das Polyethylen hoher Dichte ein z-gemitteltes Molekulargewicht Mz von mehr als 1.000.000 hat, das aromatische Alkenylpolymer in einer Menge von 3 bis 45 Gew.% der polymeren Struktur vorliegt und das elastizitätsmodifizierende Harz in einer Menge von 0 bis 40 Gew.% der polymeren Struktur vorliegt.
  20. Material gemäß Anspruch 19, worin die Zugzähigkeit quer zur Maschinenrichtung größer als 40 kJ/m3 ist.
  21. Material gemäß Anspruch 19, worin die Dichte der polymeren Struktur 10 bis 150 kg/m3 ist.
  22. Material gemäß Anspruch 19, worin der Querschnitt der polymeren Struktur weniger als 13 mm ist.
  23. Material gemäß Anspruch 19, worin das Polyethylen hoher Dichte ein z-gemitteltes Molekulargewicht von mehr als 1.200.000 hat.
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