PL208895B1

PL208895B1 - Pianka na bazie poliolefin, jej zastosowanie, sposób wytwarzania takich pianek oraz zastosowanie wosku polietylenowego

Info

Publication number: PL208895B1
Application number: PL373647A
Authority: PL
Inventors: Denis Job; Jean-Pierre Mayeres
Original assignee: Nmc Sa
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2011-06-30
Also published as: WO2004016687A1; RU2320684C2; DK1527132T3; EP1527132B1; EP1388568A1; ES2276145T3; ATE346114T1; DE60309876T2; PT1527132E; AU2003262568A1; RU2005106845A; EP1527132A1; DE60309876D1; PL373647A1

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy pianki na bazie poliolefin, jej zastosowania, sposobu wytwarzania takich pianek oraz zastosowania wosku polietylenowego stanowiącego utleniony homopolimer lub kopolimer w procesie wytwarzania takich pianek.

W przypadku zastosowań technicznych, takich jak na przykład pianki do izolacji termicznej przewodów rurowych czynników grzewczych, jak na przykład przewodów centralnego ogrzewania, przewodów w systemach klimatyzacyjnych lub przewodów czynników chłodniczych, wiadomo, że do związku na bazie poliolefin należy dodać w trakcie procesu przetwarzania znaczne ilości dodatków funkcjonalnych słabotopliwych lub nietopliwych.

Przez poliolefiny rozumie się polietyleny LLDPE, LDPE, HDPE; kopolimery EVA, EBA, EMA, polimery metalocenowe PE, PE zawierające chlor, homopolimery lub kopolimery polipropylenowe typu statystycznego (losowego), blokowe, heterofazowe lub rozgałęzione. Wyroby te mogą być używane pojedynczo lub w mieszaninie.

Dodatkami powszechnie używanymi mogą być dodatki przeciwogniowe (np. parafiny chlorowane, bromowane związki alifatyczne lub aromatyczne, trójtlenek antymonu, itp.), czynniki pochłaniające, odbijające lub uginające promienie podczerwone w celu poprawienia izolacji termicznej (np. cząsteczki metali lub tlenków metali, miki, dwutlenku tytanu, grafitu, sadzy, kaolinu, itp.) i/lub czynniki zarodkujące w celu uregulowania struktury komórkowej (np. talk, węglan wapniowy, drobna krzemionka strącana).

W przypadku dodatków metalicznych, mineralnych lub przeciwogniowych o wysokiej temperaturze topnienia, te wyroby lub napełniacze nie topią się lub topią się bardzo słabo na etapie uplastyczniania w trakcie wytłaczania a więc pozostają praktycznie nienaruszone po uformowaniu pianki.

Wmieszanie tych dodatków zakłóca niestety często spienianie. Każda cząsteczka dodatku jest potencjalnym obiektem powstawania pęcherzyka gazowego i można zauważyć nadmierne powstawanie ośrodków krystalizacji, co szkodzi jakości pianki, szczególnie przy bardzo niskich gęstościach (od 10 do 25 kg/m³). Ponadto, każda cząsteczka wciśnięta w ścianki komórek stanowi potencjalną wadę struktury szkodliwą dla nienaruszalności ścianki komórki, a więc źródło pęknięcia, dając w efekcie komórki otwarte, które zmniejszają skuteczność izolacyjną pianki (przewodzenie pary wodnej, ciepła).

Znane jest używanie różnych środków do zwiększenia wielkości komórek w celu podniesienia jakości pianki, gdy chcemy wprowadzić napełniacze w celu użytkowym.

Opis patentowy US 4,275,168 ujawnia zastosowanie aminokwasów i alkoholi wielowodorotlenowych w celu ujednolicenia i zwiększenia wielkości komórek pianek poliolefinowych z napełniaczami (substancje przeciwogniowe, sadza, itp.). Wyroby te są jednak drogie.

Zgłoszenie patentowe WO 80/02007 zaleca dodanie rafinowanego wosku kandelila, otrzymanego w formie wyciągu z liści Euforbii. Wosk ten stanowi mieszaninę estrów kwasów tłuszczowych, kwasów tłuszczowych, alkoholi - steroli - żywic, itp.

Przedmiotem wynalazku jest pianka na bazie poliolefin zawierająca, co najmniej jeden wosk polietylenowy stanowiący utleniony homopolimer lub kopolimer.

Korzystnie, pianka zawiera od 0,01% do 10% wagowych wosku polietylenowego stanowiącego utleniony homopolimer lub kopolimer w stosunku do masy pianki.

Korzystnie, pianka zawiera ponadto dodatki wybrane z grupy obejmującej dodatki przeciwogniowe, środki pochłaniające, odbijające lub uginające promienie podczerwone i środki zarodkujące, regulujące strukturę komórkową.

Korzystnie, poliolefina jest wybrana z grupy obejmującej polietyleny LLDPE, LDPE, HDPE; kopolimery EVA, EBA, EMA; PE metalocenowe; PE chlorowane, polipropyleny oraz ich mieszanki.

W innym korzystnym wariancie wynalazku, poliolefina ma postać homopolimeru, kopolimeru statystycznego, kopolimeru blokowego, kopolimeru heterofazowego lub kopolimeru rozgałęzionego.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie pianki określonej powyżej jako produktu do izolacji termicznej.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania pianek na bazie poliolefin określonych powyżej charakteryzujący się tym, że poliolefina jest mieszana na gorąco z woskiem polietylenowym stanowiącym utleniony homopolimer lub kopolimer i następnie wytłaczana.

Korzystnie do wytłaczarki dodaje się środek spieniający oraz, że uzyskana w ten sposób mieszanka jest wytłaczana w celu uzyskania pianki.

PL 208 895 B1

Przedmiotem wynalazku jest także, zastosowanie wosku polietylenowego stanowiącego utleniony homopolimer lub kopolimer jako czynnika kontroli wzrostu komórek w trakcie wytwarzania pianek na bazie poliolefin.

Pianka według wynalazku zawiera nowy dodatek oddziaływujący na jej strukturę komórkową.

Zaletą niniejszego wynalazku jest ukazanie korzystnej roli jaką odgrywa grupa dodatków łatwo dostępna i ekonomiczna, nietoksyczna - woski polietylenowe stanowiące utlenione homopolimery lub kopolimery. Woski te wpływają na strukturę komórkową pianki i znacznie ją poprawiają nawet przy dużej zawartości napełniaczy bez względu na gęstość (od 10 do 100 kg/m³). Użycie tych wosków umożliwia produkcję wyrobów piankowych bardzo elastycznych, o bardzo niskiej gęstości spieniania (od 10 do 25 kg/m³) na bazie polimerów olefinowych, niestyrenowych.

Wosk polietylenowy stanowiący utleniony homopolimer lub kopolimer ma następujący wzór: (-CH2-CH2-)x-(-CH2-CHR-)y w którym R stanowi niezależnie grupę -OH, grupę -COOH, grupę = O, grupę -O-CO-CH3, grupę -COOR', gdzie R' jest alkanem zawierającym od 1 do 20 atomów węgla, a x i y oznaczają liczby całkowite od 10 do 10000.

Poliolefina pianki jest wybierana najchętniej z grupy składającej się z polietylenów LLDPE, LDPE, HDPE; kopolimerów EVA, EBA, EMA, polietylenów metalocenowych, PE chlorowanych i polipropylenów lub ich mieszanin, przy czym poliolefina może mieć formę homopolimeru, kopolimeru typu statystycznego, blokowego, heterofazowego lub rozgałęzionego.

Sposób wytwarzania pianki według wynalazku prowadzony jest na drodze wytłaczania za pomocą bezpośredniego wdmuchiwania gazu. Sposób ten obejmuje następujące etapy:

a) dozowanie poliolefin, wosków polietylenowych stanowiących utlenione homopolimery lub kopolimery i dodatków, wstępnie przemieszanych lub dozowanych oddzielnie, przy zasilaniu wytłaczarki (ślimakowej prostej, podwójno-ślimakowej współobrotowej lub przeciwobrotowej);

b) uplastycznianie mieszanki polimery + dodatki przez podgrzewanie cylindra do wysokiej temperatury i mieszanie przy użyciu śruby w celu całkowitego rozpuszczenia masy i jej ujednolicenia.

c) wdmuchiwanie do cylindra gazu spieniającego w miejscu, w którym lepkość mieszanki polimery + dodatki jest najodpowiedniejsza;

d) ujednorodnienie masy polimery + dodatki + gaz;

e) schładzanie masy: zimniejsze ostatnie strefy cylindra, sekcja schładzania statycznego, ujednolicenie;

f) wytłaczanie za pomocą matrycy, o temperaturze kontrolowanej, posiadającej odcinek formy wstępnie określonej zgodnie z ostatecznym zastosowaniem pianki, przy czym w masie spada w znaczący sposób ciśnienie, które powoduje tworzenie się pęcherzyków gazowych, wywołujących tworzenie się pianki na wolnym powietrzu;

g) schładzanie, wyciąganie i prowadzenie pianki:

Wytłoczona pianka jest prowadzona, za pomocą wytłaczarki praktycznie bez napięcia, do sekcji schładzania (powietrze lub woda lub powietrze i woda łącznie) w celu utrwalenia pożądanej struktury.

Opis wynalazku na podstawie przykładów

Inne cechy szczególne i charakterystyczne wynalazku zostaną ukazane w szczególnym opisie kilku sposobów wykonania przedstawionych poniżej tytułem ilustracji.

P r z y k ł a d 1:

W beczce obrotowej przygotowano mieszankę referencyjną (1) złożoną z:

₃

- 96 części polietylenu o niskiej g ę stoś ci posiadają cego gę stość 926 kg/m³ i MFI (wskaźnik szybkości płynięcia) (190°C, 2,16 kg) = 2g/10 min.;

- 6 części przedmieszki przeciwogniowej (parafina chlorowana + trójtlenek antymonu) o stężeniu 50% wagowych na bazie LDPE;

- 3 części przedmieszki tlenku aluminium o stężeniu 40% wagowych na bazie LDPE;

- 1,5 części amidu kwasu stearynowego;

- 1 część przedmieszki talku o stężeniu 25% wagowych na bazie LDPE;

Masa jest wytłaczana w ilości 18 kg/godz. z 3,06 kg izobutanu na godzinę, za pomocą okrągłej matrycy, w celu uzyskania okrągłej uszczelki o ± 23 mm średnicy. Temperatura urządzenia wynosi 108°C. Gęstość mierzona na gorąco wynosi 16,5 kg/m³, komórki są bardzo drobne (± 870 do 1000 komórek/cm²), występują wgłębienia, widoczny jest nieregularny rozkład komórek. Powierzchnia pian4

PL 208 895 B1 ki jest pokryta dużymi pęcherzykami. Dzień później pianka ma gęstość 20 kg/m³ i przejawia oznaki nieodwracalnego skurczu po 4 dniach.

P r z y k ł a d 2:

Mieszanka referencyjna (1) + 0,5 części LICOLUB VP H 29 (CLARIANT, T° topnienia = 120 125°C, lepkość = 3000 mPa-s/140°C, liczba kwasowa = 1 - 19 mg KOH/g):

W takich samych warunkach działania co w przykładzie 1, pianka ma właściwą strukturę, rozkład komórek jest o wiele bardziej regularny, powierzchnia jest wolna od pęcherzyków. Gęstość na gorąco wynosi 16,2 kg/m³, gęstość komórkowa wynosi ± 450 komórek/cm², nie ma widocznego skurczu w czasie.

P r z y k ł a d 3:

Mieszanka referencyjna (1) + 0,5 części wosku LUWAX OA (BASF, T° topnienia = 94 - 104°C, lepkość = mPa-s/140°C, liczba kwasowa = 19 - 25 mg KOH/g):

W takich samych warunkach działania co w przykładzie 1, pianka ma właściwą strukturę, rozkład komórek jest o wiele bardziej regularny, powierzchnia jest wolna od pęcherzyków. Gęstość na gorąco wynosi 16,2 kg/m³, gęstość komórkowa wynosi ± 650 komórek/cm², nie ma widocznego skurczu w czasie.

P r z y k ł a d 4:

Mieszanka referencyjna (1) + 0,5 części wosku AC-680 A (HONEYWELL, T° topnienia = 108°C, lepkość = 250 mPa-s/140°C, liczba kwasowa = 15 - 18 mg KOH/g):

W takich samych warunkach działania co w przykładzie 1, pianka ma właściwą strukturę, rozkład komórek jest o wiele bardziej regularny, powierzchnia jest wolna od pęcherzyków. Gęstość na gorąco wynosi 15,8 kg/m³, gęstość komórkowa wynosi ± 650 komórek/cm², nie ma widocznego skurczu w czasie.

P r z y k ł a d 5:

Mieszanka referencyjna (1) + 0,5 części wosku LUWAX OA 2 (BASF, T° topnienia 103 - 112°C, lepkość = mPa s/140°C, liczba kwasowa = 19 - 25 mg KOH/g):

W takich samych warunkach działania co w przykładzie 1, pianka ma właściwą strukturę, rozkład komórek jest o wiele bardziej regularny, powierzchnia jest wolna od pęcherzyków. Gęstość na gorąco wynosi 16,2 kg/m³, gęstość komórkowa wynosi ± 870 komórek/cm², nie ma widocznego skurczu w czasie.

P r z y k ł a d 6:

Mieszanka referencyjna (1) + 0,5 części LICOWAX 371 FP (CLARIANT, kopolimer utleniony PE - VA (octan winylu), T° topnienia = 102°C, lepkość = 3000 mPa-s/120°C, liczba kwasowa = 22 mg KOH/g):

W takich samych warunkach działania co w 1, pianka uzyskuje bardzo ładny wygląd, rozkład komórek jest bardziej regularny, powierzchnia jest wolna od pęcherzyków. Gęstość na gorąco wynosi 16,3 kg/m³, gęstość komórkowa wynosi ± 650 komórek/cm², nie ma widocznego skurczu w czasie.

P r z y k ł a d 7:

W beczce obrotowej przygotowano mieszankę referencyjną (2) złożoną z:

- 96 części kopolimeru EVA zawierającego 14% octanu winylu i o MFI (190°C, 2,16 kg) = 5 g/10 min.;

- 6 części przedmieszki przeciwogniowej (parafina chlorowana + trójtlenek antymonu) o stężeniu 50% wagowych na bazie EVA;

- 3 części przedmieszki tlenku aluminium o stężeniu 40% wagowych na bazie EVA;

- 1,5 części amidu kwasu stearynowego;

- 1 część przedmieszki talku o stężeniu 25% wagowych na bazie EVA.

Masa jest wytłaczana w ilości 18 kg/godz. z 3,06 kg izobutanu na godzinę, za pomocą okrągłej matrycy, w celu uzyskania okrągłej uszczelki o ± 26 mm średnicy. Temperatura urządzenia wynosi 82°C. Gęstość mierzona na gorąco wynosi 17,5 kg/m³, komórki są dość drobne (± 650 komórek/cm²). Powierzchnia pianki jest dobra.

P r z y k ł a d 8:

Mieszanka referencyjna (2) + 0,5 części LICOLUB VP H 29 (CLARIANT, T° topnienia = 120 - 125°C, lepkość = 3000 mPas/140°C, liczba kwasowa = 15 - 19 mg KOH/g):

W takich samych warunkach działania co w przykładzie 6, gęstość na gorąco wynosi 16,9 kg/m³, gęstość komórkowa wynosi teraz ± 350 komórek/cm², ilustrując w tym wypadku skutek działania czynnika kontrolnego wzrostu komórek, co umożliwia uzyskanie pianki o formach bardzo złożoPL 208 895 B1 nych, bardzo trudnych do wytłoczenia jeśli komórki są zbyt małe, z powodu braku stabilności mechanicznej.

P r z y k ł a d 9:

W beczce obrotowej przygotowano mieszankę referencyjną (3) o złożoną z:

- 60 części PP kopolimeru blokowego o MFI (230°C, 2,16 kg) = 0,3 g/10 min.;

- 40 części PP wysokotopliwego o dużej wytrzymałości (PROFAX 814, BASELL) o MFI (230°C, 2,16 kg) = 2,8 g/10 min.;

- 3 części bromowanej przedmieszki przeciwogniowej [czterobromobisfenol A bis (eter 2,3 dwubromopropylowy] o stężeniu 80% w LDPE;

- 3 części przedmieszki antyutleniaczy o stężeniu 20% w kopolimerze statystycznym PP;

- 3 części przedmieszki tlenku aluminium o stężeniu 40% wagowych na bazie EVA.

- 1 część monostearynianu glicerolu (90% alfa);

- 3 części przedmieszki fluoropolimeru o stężeniu 5% wagowych na bazie LLDPE.

- 1 część przedmieszki trójtlenku antymonu o stężeniu 80%

Pianka jest wytłaczana w ilości 40 kg/godz. z 3,6 kg izobutanu na godzinę, za pomocą okrągłej matrycy z iglicą w celu uzyskania rury o średnicy wewnętrznej ± 18 mm i grubości około 13 mm. Temperatura urządzenia wynosi 155°C. Gęstość mierzona na gorąco wynosi 28 kg/m³, komórki są bardzo drobne (± 1500 komórek/cm²). Powierzchnia pianki jest zła, występują widoczne linie.

P r z y k ł a d 10:

Mieszanka referencyjna (3) + 0,5 części LICOLUB VP H 29 (CLARIANT, T° topnienia = 120 - 125°C, lepkość = 3000 mPa-s/140°C, liczba kwasowa = 15 - 19 mg KOH/g):

W takich samych warunkach działania jak w przykładzie 8, gęstość na gorąco wynosi 26,9 kg/m³, gęstość komórkowa wynosi teraz ± 450 komórek/cm². Wygląd ogólny jest dobry, nie ma już linii na powierzchni.

P r z y k ł a d 11:

W beczce obrotowej przygotowano mieszankę referencyjną (4) złożoną z:

- 45 części polietylenu chlorowanego (TYRIN, Du Pont-Dow)

- 36 części polietylenu o małej gęstości o gęstości 920 kg/m³ i MFI (190°C, 2,16 kg) = 0,7 g/10 min.;

- 10 części polietylenu metalocenowego homonomeru heksenu (Exceed ML 2518FC, Exxon Mobil, gęstość 918 kg/m³, MFI (190°C, 2,16 kg) = 2,5 g/10 min.;

- 12 części bromowanej przedmieszki przeciwogniowe [czterobromobisfenol A bis (eter 2,3 dwubromopropylowy)] o stężeniu 80% w LDPE;

- 7 części przedmieszki trójtlenku antymonu o stężeniu 80% w LDPE;

- 5 części przedmieszki koloru czarnego na bazie LDPE;

- 3 części amidu kwasu stearynowego;

- 2 części utrwalacza odkwaszającego.

Pianka jest wytłaczana w ilości 55 kg/godz. z 5,58 kg izobutanu na godzinę, za pomocą okrągłej matrycy z iglicą w celu uzyskania rury o średnicy wewnętrznej ± 12 mm i grubości około 9 mm. Temperatura urządzenia wynosi ± 105°C. Gęstość wynosi 35 kg/m³, pianka ma komórki zbyt drobne (>1500 komórek/m² a rura nie jest okrągła ale owalna. Po pewnym czasie na powierzchni pianki ukazują się linie.

P r z y k ł a d 12:

Mieszanka referencyjna (4) + 0,5 części LICOLUB VP H 29 (CLARIANT, T° topnienia = 120 - 125°C, lepkość = 3000 mPa s/140°C, liczba kwasowa = 15 - 19 mg KOH/g): W takich samych warunkach działania co w przykładzie 10, gęstość na gorąco wynosi 28,7 kg/m³, gęstość komórkowa spada do 870 komórek/cm², rura jest teraz okrągła a na powierzchni nie ma żadnej wady.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Pianka na bazie poliolefin zawierająca co najmniej jeden wosk polietylenowy stanowiący utleniony homopolimer lub kopolimer.
2. Pianka według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera od 0,01% do 10% wagowych wosku polietylenowego stanowiącego utleniony homopolimer lub kopolimer w stosunku do masy pianki.

PL 208 895 B1
3. Pianka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera ponadto dodatki wybrane z grupy obejmującej dodatki przeciwogniowe, środki pochłaniające, odbijające lub uginające promienie podczerwone i środki zarodkujące, regulujące strukturę komórkową.
4. Pianka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że poliolefina jest wybrana z grupy obejmującej polietyleny LLDPE, LDPE, HDPE; kopolimery EVA, EBA, EMA; PE metalocenowe; PE chlorowane, polipropyleny oraz ich mieszanki.
5. Pianka według zastrz. 4, znamienna tym, że poliolefina ma postać homopolimeru, kopolimeru statystycznego, kopolimeru blokowego, kopolimeru heterofazowego lub kopolimeru rozgałęzionego.
6. Zastosowanie pianki określonej w zastrz. od 1 do 5 jako produktu do izolacji termicznej.
7. Sposób wytwarzania pianek na bazie poliolefin określonych w zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że poliolefina jest mieszana na gorąco z woskiem polietylenowym stanowiącym utleniony homopolimer lub kopolimer i następnie wytłaczana.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że do wytłaczarki dodaje się środek spieniający oraz, że uzyskana w ten sposób mieszanka jest wytłaczana w celu uzyskania pianki.
9. Zastosowanie wosku polietylenowego stanowiącego utleniony homopolimer lub kopolimer jako czynnika kontroli wzrostu komórek w trakcie wytwarzania pianek na bazie poliolefin.