DE69923842T2

DE69923842T2 - Schaumstoff- und folien-schaumstofflaminate die lineares polyethylen mit geringer dichte benutzen

Info

Publication number: DE69923842T2
Application number: DE69923842T
Authority: DE
Inventors: D. Michael DEVAUDREUIL; M. Jennifer CROWELL; R. Anthony SMITH; R. Gary WILKES
Original assignee: Pactiv Protective Packaging Inc
Current assignee: Pregis Innovative Packaging Inc
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2019-04-13
Also published as: WO1999065976A1; DE69923842D1; AU3555399A; EP1088022A1; CA2335351C; US6114025A; ATE289617T1; CA2335351A1; EP1088022B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Polymerzusammensetzung für die Verwendung zur Herstellung eines Schaums. Die Polymerzusammensetzung besteht insbesondere aus linearem Polyethylen mit niedriger Dichte und einem die Elastizität modifizierenden Harz, beispielsweise Polyethylen mit niedriger Dichte. Der Schaum kann in einem Film/Schaum-Laminat verwendet werden.
In der Vergangenheit wurde bereits eine Vielzahl von Schäumen hergestellt. Ein erster üblicherweise hergestellter Schaum besteht aus Polystyrol und ein zweiter üblicherweise hergestellter Schaum besteht aus Polyethylenen mit niedriger Dichte (LDPEs). Der Polystyrolschaum ist für einige Anwendungszwecke, z. B. als Schutzverpackung, die einen Schutz gegen mehrfache Stöße bieten soll, zu spröde. Die LDPE-Schäume werden allgemein als elastisch und nicht spröde angesehen, die wünschenswerte Eigenschaften aufweisen. Es ist jedoch erwünscht, die Reißfestigkeit, die Zugfestigkeit und die Gesamtzähigkeit der LDPE-Schäume für bestimmte Anwendungen, wie z. B. als Schutzverpackung für schwere, empfindliche und wertvolle Gegenstände, wie z. B. Möbel, zu verbessern.
LLDPE-Harze weisen wünschenswerte Eigenschaften auf, wie z. B. eine gute Reißfestigkeit, eine gute Zugfestigkeit und eine gute Gesamtzähigkeit. Es ist jedoch sehr schwierig, einen LLDPE-Schaum herzustellen, der dimensionsbeständig ist. Tatsächlich entsteht bei der Zugabe selbst nur einer geringen Men ge an LLDPE beispielsweise zu einem LDPE-Schaum ein Schaum, der nicht dimensionsbeständig ist. Selbstverständlich ist es sehr wünschenswert, einen Schaum herzustellen, der dimensionsbeständig ist.
Film/Schaum-Laminate werden bereits seit vielen Jahren hergestellt. Film/Schaum-Laminate bestanden bisher beispielsweise aus einem Polyethylenfilm, der auf einen Schaum aus Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE-Schaum) auflaminiert ist. Der Filmanteil des Film/Schaum-Laminats bestand allgemein aus einem durch einen konventionellen Ziegler-Natta-Katalysator katalysierten LLDPE oder einer Kombination aus einem konventionellen, mit einem Ziegler-Natta-Katalysator katalysierten LLDPE und einem LDPE für Verwendungen, wie z. B. als Schutzverpackung. Diese konventionellen LLDPEs sind im Allgemeinen charakterisiert durch einen Polydispersitätsindex D = M_w/M_n von 4 bis 8 und sie weisen ein z-durchschnittliches Molekulargewicht von weniger als etwa 600000 auf. Die Verwendung dieses konventionellen LLDPE in dem Filmanteil ist wünschenswert, weil dadurch der Film/Schaum-Laminatstruktur Reißfestigkeit, Zugfestigkeit und Gesamtzähigkeit verliehen werden, die durch Verwendung von LDPE allein nicht erreicht werden können. Außerdem sind LLDPEs wünschenswert wegen ihrer wirtschaftlichen Einsparungen gegenüber LDPEs.
Im Gegensatz dazu bestand der Schaumanteil des Film/Schaum-Laminats bisher im Wesentlichen aus LDPE. Der Schaumanteil enthielt bisher keine LLDPEs, außer in Spurenmengen, weil es dadurch nicht möglich war, einen dimensionsbeständigen Schaum herzustellen.
Film/Schaum-Laminate, in denen ein konventionelles LLDPE in dem Filmanteil verwendet wird, weisen bestimmte Nachteile auf. So kann beispielsweise das Film/Schaum-Laminat, das für den Verkauf nicht geeignet ist (d. h. ein Abfallmaterial ist), nicht wirksam wiederverwendet oder in wirtschaftlichen Mengen entweder in den Filmanteil oder in den Schaumanteil im Kreislauf zurückgeführt (recyclisiert) werden. Dieses Abfallmaterial ist in dem Filmanteil nicht erwünscht, weil das Abfallmaterial einen signifikanten Anteil an LDPE aus dem Schaumanteil enthält, der die Festigkeit des Film/Schaum-Laminats signifikant verringert. Das Abfallmaterial kann auch dem Schaumanteil nicht einverleibt werden wegen der vorgenannten Probleme, die mit der Herstellung eines dimensionsbeständigen Schaums im Zusammenhang stehen. Wenn das Abfallmaterial wiederverwendet werden könnte, würde dadurch die kostspielige Beseitigung des Verfahrensabfalls, der bei der Herstellung von Film/Schaum-Laminaten auftritt, signifikant verringert oder eliminiert werden. In WO 86/00628 sind Schäume aus LLDPE und ein Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schaum herzustellen, der wiederverwendet oder recyclisiert werden kann, wenn der Schaum für die Verwendung nicht geeignet ist (d. h. ein Abfallmaterial ist).
Ein anderes Ziel besteht darin, ein Film/Schaum-Laminat herzustellen, das wiederverwendet oder recyclisiert werden kann, wenn der Schaum für die Verwendung nicht geeignet ist (d. h. ein Abfallmaterial darstellt).
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Wiederaufbereitung von Film/Schaum-Laminat-Abfall zu einem nützlichen Schaumprodukt zu ermöglichen.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schaumstruktur herzustellen, die dimensionsbeständig ist.
Schließlich besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Polymerzusammensetzung bereitzustellen, welche die Herstellung eines wie oben definierten Schaums ermöglicht.
Dieses Ziel wird mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie er in den unabhängigen Patentansprüchen 1, 21, 24, 25 und 30 definiert ist, gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 20, 22, 23, 26 bis 29 und 31 definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Zwei-Schichten-Film/Schaum-Laminats gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
2 eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Drei-Schichten-Film/Schaum-Laminats gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
3 eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines anderen (weiteren) Drei-Schichten-Film/Schaum-Laminats gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
4 eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Vier-Schichten-Film/Schaum-Laminats gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert; und
5 eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Fünf-Schichten-Film/Schaum-Laminats gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Obgleich die Erfindung verschiedenen Modifikationen unterworfen und in alternativen Formen vorliegen kann, wird nachstehend im Detail eine spezifische Ausführungsform der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Schaum hergestellt unter Verwendung von etwa 1 bis etwa 90 Gew.-% linearem Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE), wobei der Rest (d. h. etwa 10 bis etwa 99 Gew.-%) im Wesentlichen aus einem die Elastizität modifizierenden Harz, beispielsweise einem Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE), besteht. Der Schaum wird vorzugsweise hergestellt unter Verwendung von etwa 10 bis etwa 60 Gew.-% LLDPE und etwa 40 bis etwa 90 Gew.-% eines die Elastizität modifizierenden Harzes und am meisten bevorzugt von etwa 20 bis etwa 45 Gew.-% LLDPE und etwa 55 bis etwa 80 Gew.-% eines die Elastizität modifizierenden Harzes. Vorzugsweise wird LDPE als die Elastizität modifizierendes Harz verwendet. Das erfindungsgemäß verwendete LLDPE ist charakterisiert durch eine Molekulargewichtsverteilung mit einem Polydispersitätsindex D = M_w/M_n in dem Bereich von etwa 10 bis etwa 20 und ein z-durchschnittliches Molekulargewicht M_z von größer als etwa 700000.
Der hier verwendete Ausdruck "Abfall" oder "Abfallmaterial" steht für Schäume oder Film/Schaum-Laminate, die aus einer Vielzahl von Gründen, die umfassen eine physikalische Beschädigung, eine fehlende Strukturschicht und eine ungleichförmige Farbe, für die Verwendung nicht geeignet sind.
Der Ausdruck "wiederaufbereitetes Material" steht für ein Abfallmaterial, das früher als Schaum oder Film/Schaum-Laminat vorlag und wieder aufbereitet wurde für die Einarbeitung (d. h. in Form von compoundierten Pellets) in das erfindungsgemäße Material.
Der hier verwendete Ausdruck "unbehandeltes Harz" steht für ein Material, das direkt von einem Materiallieferanten stammt, das nach der anfänglichen Bearbeitung durch den Materiallieferanten noch nicht extrudiert worden ist.
Das regenerierte bzw. wiederaufbereitete Material umfasst allgemein etwa 30 bis etwa 80 Gew.-% LLDPE mit einer Molekulargewichtsverteilung entsprechend einem Polydispersitätsindex D = M_w/M_n in dem Bereich von etwa 10 bis etwa 20 und einem z-durchschnittlichen Molekulargewicht M_z von größer als etwa 700000. Der Rest des regenerierten bzw. wiederaufbereiten Materials besteht im Allgemeinen aus etwa 20 bis etwa 70 Gew.-% eines die Elastizität modifizierenden Harzes, wie z. B. LDPE.
Das wiederaufbereitete Material kann in der Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung des Schaums verwendet werden soll, in Mengen von bis zu etwa 50 Gew.-% und sogar von bis zu 75 Gew.-% enthalten sein. Die Polymerzusammensetzung umfasst somit LLDPE, das zu bis zu etwa 40 Gew.-% und sogar bis zu etwa 60 Gew.-% der Polymerzusammensetzung aus wiederaufbereitetem Material besteht. Die Polymerzusammensetzung umfasst im Allgemeinen LLDPE, das zu etwa 10 bis etwa 35 Gew.-% der Polymerzusammensetzung aus dem wiederaufbereiteten Material besteht. Es ist möglich, zusätzliches unbehandeltes LLDPE-Harz der Polymerzusammensetzung zuzusetzen, sodass die Polymerzusammensetzung bis zu etwa 90 Gew.-% LLDPE umfasst.
Die bevorzugte Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schaums verwendet werden soll, umfasst unbehandeltes LLDPE-Harz in einer Menge von etwa 25 bis etwa 56 Gew.-%, unbehandeltes LDPE-Harz in einer Menge von etwa 15 bis etwa 40 Gew.-% und wiederaufbereitetes Material in einer Menge von etwa 20 bis etwa 50 Gew.-%. Das bevorzugte Gewichtsverhältnis von LLDPE-Harz zu LDPE-Harz beträgt etwa 1,2 : 1 bis etwa 1,7 : 1. die am meisten bevorzugte Polymerzusammensetzung umfasst unbehandeltes LLDPE-Harz in einer Menge von etwa 33 bis etwa 46 Gew.-%, unbehandeltes LDPE-Harz in einer Menge von etwa 21 bis etwa 32 Gew.-% und wiederaufbereitetes Material in einer Menge von etwa 30 bis etwa 40 Gew.-%. Das am meisten bevorzugte Gewichtsverhältnis von LLDPE zu LDPE beträgt etwa 1,4 : 1 bis etwa 1,6 : 1.
Es ist möglich, dass das jeweilige LLDPE und LDPE der Polymerzusammensetzung mehr als ein LLDPE und/oder LDPE umfassen kann. Beispielsweise können zwei LLDPE-Harze (jeweils 20 Gew.-%) miteinander gemischt werden, sodass sie 40 Gew.-% LLDPE der Polymerzusammensetzung umfassen.
LLDPEs
Die erfindungsgemäßen linearen Polyethylene mit niedriger Dichte (LLDPEs) sind definiert als Copolymere von Ethen und einem oder mehreren C₃-C₁₂-α-Olefinen, die ein spezifisches Gewicht von etwa 910 bis etwa 940 kg/m³ und ein z-durchschnittliches Molekulargewicht M_z von mehr als etwa 700000 aufweisen. Das M_z beträgt vorzugsweise mehr als 800000 und beträgt am meisten bevorzugt mehr als etwa 900000 oder sogar mehr als etwa 950000. Das z-durchschnittliche Molekulargewicht ist charakterisiert durch eine Konzentration an Polymerketten mit einem extrem hohen Molekulargewicht (d. h. solchen in der Nähe des oberen Endes der Molekulargewichtsverteilung).
Das erfindungsgemäße LLDPE weist im Allgemeinen auf einen Schmelzflussindex (MI) von etwa 0,5 bis etwa 1,5 dg/min, gemessen nach ASTM D1238, Bedingung E (nominelle Fließrate bei 190°C und 298,2 kPa), einen Schmelzflussindex bei hoher Belastung (HLMI) von etwa 70 bis etwa 90 dg/min, gemessen nach ASTM D1238, Bedingung F (nominelle Fließrate bei 190°C und 2,9822 MPa) und ein Schmelzfluss-Verhältnis (MFR = HLMI/MI) von etwa 70 bis etwa 120. Das lineare Ethylenpolymer mit niedriger Dichte hat im Allgemeinen einen MI von weniger als etwa 10 dg/min und vorzugsweise von weniger als etwa 3 dg/min.
Zu bevorzugten LLDPEs gehören unvernetzte Copolymere von Ethen mit 1-Buten, 1-Hexen, 1-Octen und Kombinationen davon. Das bevorzugte LLDPE hat ein spezifisches Gewicht von etwa 918 bis etwa 926 kg/m³, einen MI von etwa 0,6 bis etwa 1,0 dg/min, ein Schmelzfluss-Verhältnis (MFR) von etwa 100 bis etwa 120, ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht M_w von etwa 180000 bis etwa 200000, ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht M_n von etwa 12500 bis etwa 16000 und einen Polydispersitätsindex D = M_w/M_n von etwa 10 bis etwa 20, vorzugsweise von etwa 12 bis etwa 20. Der am meisten bevorzugte Polydispersitätsindex beträgt etwa 14 bis etwa 18. Das am meisten bevorzugte LLDPE wird unter Anwendung eines Niederdruck-Gasphasen-Verfahrens hergestellt.
Das erfindungsgemäße LLDPE kann erhalten werden durch Vermischen von zwei oder mehr LLDPEs. Beispielsweise kann ein LLDPE mit einem M_z von 600000 mit einem zweiten LLDPE mit einem M_z von 1200000 gemischt werden.
Harz zur Modifizierung der Elastizität
Beispiele für ein erfindungsgemäßes, die Elastizität modifizierendes Harz (Harz zum Modifizieren der Elastizität) werden ausgewählt aus LDPE, Polyethylen mit niedriger Dichte, Ethylen/Vinylacetat, Ethylen/Ethylacrylat, Ethylen/Methylacrylat, Ethylen-n-Butylacrylat, Ethylen/Acrylsäure, Ethylen/Methacrylsäure, Ethylen/Vinylalkohol, Ionomeren und Kombinationen davon. Die bevorzugten erfindungsgemäßen, die Elastizität modifizierenden Harze sind LDPE und Polyethylen mit niedriger Dichte, wobei LDPE oder eine Mischung von mindestens zwei LDPEs besonders bevorzugt ist.
Der hier verwendete Ausdruck "LDPE" umfasst verzweigte Homopolymere von Ethylen und Copolymere, die mindestens 50 Mol-% Ethyleneinheiten (vorzugsweise mindestens 70 Mol-%) und einen geringeren Anteil (d. h. weniger als 50 Mol-%) Einheiten eines mit der Ethyleneinheit copolymerisierbaren Monomers umfassen. Der hier verwendete Ausdruck LDPE umfasst außerdem physikalische Mischungen von zwei oder mehr verschiedenen Homopolymeren, die als LDPEs klassifiert werden, oder physikalische Gemische aus mindestens 50 Gew.-% eines Ethylenhomopolymers (vorzugsweise mindestens etwa 60 Gew.-%) und einem anderen Copolymer, das überwiegend aus Polyethylen mit niedriger Dichte besteht. Die physikalischen Gemische werden in einer trockenen Form miteinander vereinigt, nachdem die Harze vorher polymerisiert worden sind.
Die bevorzugten LDPEs sind unvernetzt und weisen ein spezifisches Gewicht von etwa 915 bis etwa 925 kg/m³, einen Schmelzflussindex (MFI) von etwa 0,2 bis etwa 3,8 dg/min, gemessen nach ASTM D1238 (nominelle Fließrate bei 190°C und 689,5 kPa) auf. Das Ethylenpolymer mit niedriger Dichte hat im Allgemeinen einen MFI von weniger als etwa 10 dg/min.
Es ist möglich, dass das erfindungsgemäße LDPE erhalten werden kann durch Vermischen von zwei oder mehr LDPE-Harzen. Außerdem kann ein LDPE-Harz mit einem zweiten, die Elastizität modifizierenden Harz, wie z. B. Ethylen/Vinylacetat, gemischt werden. Es können auch zwei oder mehr die Elastizität modifizierenden Harze miteinander gemischt werden, wie z. B. Ethylen/Vinylacetat und Ethylen/Ethylacrylat.
Keimbildendes Agens
Der erfindungsgemäße Schaum kann ein keimbildendes Agens enthalten. Ein keimbildendes Agens oder ein Zellgrößenkontrollmittel kann irgendein konventionelles oder nützliches keimbildendes Agens sein. Die Menge an keimbildendem Agens, die zugegeben werden soll, hängt von der gewünschten Zellengröße, dem gewählten Treibmittel und der Dichte der Polymerzusammensetzung ab. Das keimbildende Agens wird im Allgemeinen in Mengen von etwa 0,02 bis etwa 2,0 Gew.-% der Polymerzusammensetzung zugegeben. Zu einigen geeigneten keimbildenden Agentien gehören anorganische Materialien (in Form von kleinen Teilchen), wie z. B. Ton, Talk, Siliciumdioxid und Diatomeenerde. Zu anderen geeigneten keimbildenden Agentien gehören organische keimbildende Agentien, die bei der Erhitzungstemperatur innerhalb des Extruders sich zersetzen oder reagieren unter Entwicklung eines Gases.
Ein Beispiel für ein organisches keimbildendes Agens ist eine Kombination aus einem Alkalimetallsalz einer Polycarbonsäure und einem Carbonat oder Bicarbonat. Zu einigen Beispielen für ein Alkalimetallsalz einer Polycarbonsäure gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, das Mononatriumsalz von 2,3-Dihydroxy-butandisäure (allgemein als Natriumhydrogentartrat bezeichnet), das Monokaliumsalz von Butandisäure (allgemein als Kaliumhydrogensuccinat bezeichnet), die Trinatrium- und Trikaliumsalze von 2-Hydroxy-1,2,3-propantricarbonsäure (allgemein als Natrium- bzw. Kaliumcitrat bezeichnet) und das Dinatriumsalz der Ethandisäure (allgemein als Natriumoxalat bezeichnet) oder Polycarbonsäuren, wie 2-Hydroxy-1,2,3-propantricarbonsäure. Zu einigen Beispielen für ein Carbonat oder Bicarbonat gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Kaliumbicarbonat, Kaliumcarbonat und Calciumcarbonat.
Eine verwendbare Kombination ist ein Monoalkalimetallsalz einer Polycarbonsäure, wie z. B. Mononatriumcitrat oder Mononatriumtartrat, mit einem Carbonat oder Bicarbonat. Es ist möglich, dass Mischungen von unterschiedlichen keimbildenden Agentien erfindungsgemäß zugegeben werden können. Zu bevorzugten keimbildenden Agentien gehören Talk, kristallines Siliciumdioxid und eine stöchiometrische Mischung von Citronensäure und Natriumbicarbonat (wobei die stöchiometrische Mischung eine Konzentration von 1 bis 100 aufweist, wobei der Träger ein geeignetes Polymer, beispielsweise ein Polyethylenwachs mit niedrigem Molekulargewicht ist). Talk wird vorzugsweise in einem Träger zugegeben, es kann aber auch in Form eines Pulvers zugegeben werden. Das am meisten bevorzugte keimbildende Agens ist Talk in einer Menge von etwa 48 bis etwa 52% in einem LDPE-Träger, das zugegeben wird, um eine Talk-Konzentration in dem Schaum von etwa 0,5 bis etwa 1,0 Gew.-% zu erzielen.
Stabilitätskontrollmittel
Der erfindungsgemäße Schaum enthält Stabilitätskontrollmittel. Zu einigen Beispielen für Stabilitätskontrollmittel gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, der Partialester einer langkettigen Fettsäure und eines Polyols, wie z. B. Glycerinmonostearat; eine Mischung von C₁₂-C₁₈-Fettsäureestern von Glycerin; bestimmte Borat- oder Phosphinatglycolester-Verbindungen, wie z. B.
Tri(1-stearyl-glycero)borat, Tri(monostearylpolyoxyethylenglycol)borat, Di(1-stearylglycero)phosphinat; gesättigte höhere Fettsäureamide; gesättigte höhere aliphatische Amine und vollständige Ester von gesättigten höheren Fettsäuren, wie z. B. Stearamid; ein N-höheres aliphatisches Hydrocarbyl-substituiertes Amid einer aliphatischen C₁-C₈-Carbonsäure, wie z. B. N-Stearylacetamid oder N-Stearylcaprylamid; bestimmte höhere aliphatische Hydrocarbylether-, -ester- oder -anhydrid-Verbindungen, wie z. B. Behensäureanhydrid, Distearylether, Distearylthioether, Stearyllaurat und Stearylthiolaurat; bestimmte Naphthylamin-Verbindungen, wie z. B. N,N'-Di-β-naphthyl-p-phenylendiamin oder N,N'-Di-β-naphthyl-p-diphenylendiamin, und Glycerinmonoester einer C₂₀-C₂₄-Fettsäure. Das bevorzugte Stabilitätskontrollmittel ist eine Mischung von C₁₂-C₁₈-Fettsäureestern von Glycerin.
Treibmittel
Erfindungsgemäß können verschiedene Treibmittel verwendet werden, wie z. B. physikalische Treibmittel wie Kohlenwasserstoffe. Die erfindungsgemäß bevorzugten physikalischen Treibmittel sind organische chemische Verbindungen, die Siedepunkte von weniger als etwa 37°C aufweisen. Zu diesen organischen Verbindungen gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, vollständig hydrierte Kohlenwasserstoffe und teilweise fluorierte Kohlenwasserstoffe, die als entlfammbar angesehen werden. Als "entflammbar" sind hier allgemein solche Materialien definiert, die Entlfammungspunkte von weniger als etwa 37,8°C aufweisen.
Zu den bevorzugten vollständig hydrierten Kohlenwasserstoff-Treibmitteln gehören die Anfangsglieder der Kohlenwasserstoffe der Alkan-Reihe, die bis zu 5 Kohlenstoffatome enthalten und deren Verwendung nicht durch Regierungsbehörden als besonders toxisch für menschliches oder pflanzliches Leben unter normalen Einwirkungsbedingungen eingeschränkt ist. Zu diesen vollständig hydrierten Treibmitteln gehören Methan, Ethan, Propan, n-Butan, Isobutan, n- Pentan, Isopentan und Mischungen davon. Bevorzugt sind n-Butan, Isobutan und Mischungen davon.
Die am meisten bevorzugten vollständig hydrierten Kohlenwasserstoff-Treibmittel sind die C₂-C₄-Verbindungen und Mischungen davon. Ein Beispiel für eine bevorzugte Mischung ist eine Mischung aus etwa 64 Gew.-% n-Butan und etwa 36 Gew.-% Isobutan, die allgemein in der Industrie als A26-Butan-Mischung bezeichnet wird. Diese Mischung kann in einer Menge von etwa 1 bis etwa 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Extruderströmungsrate, und vorzugsweise in einer Menge von etwa 3 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Extruderströmungsrate, zugegeben werden.
Es ist möglich, dass erfindungsgemäß Hilfs-Treibmittel in Mengen von weniger als etwa 40 Gew.-% der Gesamtmenge des Treibmittels verwendet werden. Die bevorzugten Hilfs-Treibmittel sind teilweise fluorierte Kohlenwasserstoff-Treibmittel, die Moleküle aufweisen, die bis zu drei Kohlenstoffatome ohne irgendwelche anderen Halogenatome enthalten und diese werden als entflammbar angesehen. Dazu gehören beispielsweise 1,1-Difluorethan (HFC-152a) und 1,1,1-Trifluorethan (HFC-143a), wobei das am meisten bevorzugte Hilfs-Treibmittel HFC-152a ist. Es ist auch möglich, dass 1-1-Chlorfluorethan (HFC-142b) und 1,1-Dichlor-2-fluorethan (HFC-141b) als Hilfs-Treibmittel für staatlich nicht-regulierte Isolationsanwendungen zugegeben werden.
Außerdem kann Wasser gegebenenfalls in einer niedrigen Konzentration als Hilfs-Treibmittel zugegeben werden. Die Wasserqualität sollte mindestens ausreichen für den menschlichen Verzehr. Wasser, das einen hohen Gehalt an gelösten Ionen enthält, kann eine übermäßig hohe Keimbildung hervorrufen, sodass entionisiertes Wasser bevorzugt ist. Die bevorzugte Rate für die Wasserzugabe beträgt etwa 0,05 bis etwa 0,5 Teile Wasser auf 100 Teile der Polymermischung (0,05 bis 0,5 phr). Die am meisten bevorzugte Wasser-Zugaberate beträgt etwa 0,2 bis etwa 0,3 phr.
Schließlich ist es auch möglich, dass andere (weitere) Additive der schäumbaren Zusammensetzung zugesetzt werden, wie z. B., ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Antistatika, Feuerschutzmittel (flammhemmende Mittel), Antioxidantien und Weichmacher.
Geschäumtes Produkt
Die aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellten polymeren Schäume haben im Allgemeinen eine Dichte von etwa 10 bis etwa 150 kg/m³. Die polymeren Schäume werden mit einheitlichen physikalischen Eigenschaften hergestellt. Die polymeren Schäume haben ein geringes Gewicht und können als Schutzmittel oder Polstermittel bei der Verpackung empfindlicher Waren, wie z. B. von Computern, Glaswaren, Fernsehgeräten, Möbel und irgendwelchen Artikeln, die gegen Abschürfungen, Oberflächenkratzer oder Beschädigung geschützt werden müssen, verwendet werden. Andere denkbare Anwendungszwecke für den erfindungsgemäßen polymeren Schaum ist beispielsweise die Verwendung zum Isolieren, in Spielzeugen, in Flotationsschaum (z. B. für Rettungswesten) und in Freizeit-Teilen.
Bei der Herstellung von polymeren Schäumen mit einer Dichte von weniger als etwa 150 kg/m³ wird in der Regel ein physikalisches Treibmittel, beispielsweise ein Kohlenwasserstoff, in einer Rate von etwa 7 bis etwa 20 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile der Polymerzusammensetzung zugegeben.
Der erfindungsgemäße polymere Schaum hat vorzugsweise einen dünnen Querschnitt. Der hier verwendete Ausdruck "dünner Querschnitt" ist definiert als eine Dimension in der Dicken-Richtung der Schaumstruktur, die weniger als etwa 13 mm beträgt. Die bevorzugte Dimension in der Dickenrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt etwa 0,5 bis etwa 13 mm. Es ist aber auch möglich, dass die erfindungsgemäßen polymeren Schäume dickere Querschnitte haben.
Der erfindungsgemäße Schaum ist "dimensionsbeständig". Die "Dimensionsbeständigkeit" ist hier definiert als ein solcher Zustand, in dem das Volumen des Schaums von dem Volumen des polymeren Schaums zum Zeitpunkt der Herstellung nicht mehr als etwa 15 Vol.-% abweicht (d. h. entweder nicht mehr als etwa 15 Vol.-% schrumpft oder sich um nicht mehr als etwa 15 Vol.-% ausdehnt). Das Volumen des polymeren Schaums zum Zeitpunkt der Herstellung wird innerhalb von etwa 15 min und vorzugsweise innerhalb von 10 min gemessen, nachdem der Schaum die Form (Düse) verlassen hat. Diese Messung wird angewendet zur Bestimmung der "frischen" Dichte (Frischdichte) des Schaums. Um ein dimensionsbeständiges Produkt zu erhalten, wird der Schaum in der Regel nach einem Alterungsprozess (von etwa 16 bis etwa 30 Tagen) gemessen und mit seinem frischen Volumen verglichen. Es ist jedoch auch anerkannt, dass für den unwahrscheinlichen Fall, dass der Schaum zu einem späteren Zeitpunkt nicht innerhalb von etwa 15 Vol.-% seines frischen Volumens liegt, es sich dann nicht um ein dimensionsbeständiges Produkt handelt. Es ist bevorzugt, dass der Schaum keine Abweichung von mehr als etwa 10 Vol.-% von seinem "frischen" Volumen hat.
Die erfindungsgemäßen Schäume sind elastisch und nicht spröde. Der Ausdruck "spröde" ist hier definiert als das Gegenteil von zäh. Zähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, in Gegenwart einer von außen einwirkenden Kraft, beispielsweise unter Druck, unter Biegung oder unter Spannung, gegen Bruch oder Zerbrechen beständig zu sein. Elastizität und Nicht-Sprödigkeit können durch einen Zugzähigkeits-Wert charakterisiert werden.
Die Zugzähigkeit wird dargestellt durch die Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve während der Beanspruchung und wird gemessen in Energieeinheiten pro spezifischem Volumen (beispielsweise in MJ/m³ in SI-Einheiten). Der jeweilige Zugzähigkeitswert für eine gegebene Materialstruktur wird erhalten durch genaue Integration der Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve.
Bei Schäumen, die nach konventionellen Extrusionsverfahren hergestellt werden, sind die Zugzähigkeitswerte in der Maschineniaufrichtung (MD) im Allgemeinen größer als die Zugzähigkeitswerte in einer Richtung quer zur Maschinenlaufrichtung (CMD). Die Zugzähigkeit des Schaums quer zur Maschinenlaufrichtung, bestimmt nach ASTM D412, beträgt im Allgemeinen mehr als etwa 50 KJ/m³. Die bevorzugte CMD-Zugzähigkeit beträgt mehr als etwa 100 KJ/m³, wobei die am meisten bevorzugte CMD-Zugzähigkeit mehr als etwa 150 KJ/m³ beträgt. Die CMD-Zugzähigkeit kann aber auch mehr als etwa 250 KJ/m³ betragen.
Die MD-Zugzähigkeit des erfindungsgemäßen Schaums, bestimmt nach ASTM D412, beträgt im Allgemeinen mehr als etwa 75 KJ/m³. Die bevorzugte MD-Zugzähigkeit beträgt mehr als etwa 150 KJ/m³, wobei die am meisten bevorzugte MD-Zugzähigkeit mehr als etwa 225 KJ/m³ beträgt. Die MD-Zugzähigkeit kann aber auch mehr als etwa 375 KJ/m³ betragen.
Die CMD-Zugfestigkeit des erfindungsgemäßen Schaums, bestimmt nach ASTM D412, beträgt im Allgemeinen mehr als etwa 150 kPa. Die bevorzugte CMU-Zugfestigkeit beträgt mehr als etwa 250 kPa, wobei die am meisten bevorzugte CMD-Zugfestigkeit mehr als etwa 350 kPa beträgt. Die MD-Zugfestigkeit des Schaums, bestimmt nach ASTM D412, beträgt im Allgemeinen mehr als etwa 250 kPa. Die bevorzugte MD-Zugfestigkeit beträgt mehr als etwa 350 kPa, wobei die am meisten bevorzugte MD-Zugfestigkeit mehr als etwa 450 kPa beträgt.
Die CMD-Reißfestigkeit des erfindungsgemäßen Schaums, bestimmt nach ASTM D624, beträgt im Allgemeinen mehr als etwa 0,65 kN/m. Die bevorzugte CMD-Reißfestigkeit beträgt mehr als etwa 0,95 kN/m, wobei die am meisten bevorzugte CMD-Reißfestigkeit mehr als etwa 1,25 kN/m beträgt. Die CMD-Reißfestigkeit kann aber auch mehr als etwa 2,00 kN/m betragen. Die MD-Reißfestigkeit des Schaums, bestimmt nach ASTM D624, beträgt im Allgemeinen mehr als etwa 0,65 kN/m. Die bevorzugte MD-Reißfestigkeit beträgt mehr als etwa 0,95 kN/m, wobei die am meisten bevorzugte MD-Reißfestigkeit mehr als etwa 1,25 kN/m beträgt. Die MD-Reißfestigkeit kann aber auch mehr als etwa 2,00 kN/m betragen.
Die CMD-Split(Aufspaltungs)-Reißfestigkeit des erfindungsgemäßen Schaums wird bestimmt nach ASTM D1938 unter Anwendung einer Dicken-Normierung (d. h. durch Dividieren der Kraft durch die Dicke des Schaums). Die CMD-Split-Reißfestigkeit beträgt im Allgemeinen mehr als etwa 0,50 kN/m. Die bevorzugte CMD-Split-Reißfestigkeit beträgt mehr als etwa 0,65 kN/m, wobei die am meisten bevorzugte CMD-Split-Reißfestigkeit mehr als etwas 0,95 kN/m beträgt. Die CMD-Split-Reißfestigkeit kann aber auch mehr als etwa 2,00 kN/m betragen. Die MD-Split-Reißfestigkeit des Schaums wird bestimmt nach ASTM D1938 unter Anwendung einer Dickennormierung (d. h. durch Dividieren der Kraft durch die Dicke des Schaums). Die MD-Split-Reißfestigkeit beträgt im Allgemeinen mehr als etwa 0,50 kN/m, die bevorzugte MD-Split-Reißfestigkeit beträgt mehr als etwa 0,65 kN/m, wobei die am meisten bevorzugte MD-Split-Reißfestigkeit mehr als etwa 0,95 kN/m beträgt. Die MD-Split-Reißfestigkeit kann aber auch mehr als etwa 2,00 kN/m betragen.
Die CMD-Zugdehnung des erfindungsgemäßen Schaums wird bestimmt nach ASTM D412 und sie beträgt im Allgemeinen mehr als etwa 50%. Die bevorzugte CMD-Zugdehnung beträgt mehr als etwa 80%, wobei die am meisten bevorzugte CMD-Zugdehnung mehr als etwa 110% beträgt. Die MD-Zugdehnung des erfindungsgemäßen Schaums, bestimmt nach ASTM D 412, beträgt im Allgemeinen mehr als etwa 50%. Die bevorzugte MD-Zugdehnung beträgt mehr als etwa 80%, wobei die am meisten bevorzugte MD-Zugdehnung mehr etwa 110% beträgt.
Film/Schaum-Laminat
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der vorstehend beschriebene Schaum einem Film/Schaum-Laminat einverleibt werden. Die Film schichten des Film/Schaum-Laminats umfassen etwa 40 bis etwa 300 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile der Schaumschicht(en). Die Filmschichten) umfasst (umfassen) mindestens eine Laminatschicht, eine optionale Überzugsschicht und eine optionale äußere Hüllenschicht. Wie oben erläutert, wird mindestens eine Schaumschicht des Film/Schaum-Laminats hergestellt aus einer Polymerzusammensetzung, die etwa 1 bis etwa 90 Gew.-% LLDPE und als Rest (d. h. 10 bis etwa 99 Gew.-%) im Wesentlichen ein die Elastizität modifizierendes Harz, wie z. B. LDPE, umfasst.
Die erfindungsgemäße(n) Filmschicht(en) kann (können) bis zu mindestens vier oder mehr zusätzliche Schichten enthalten. Die 1 zeigt beispielsweise ein Zwei-Schichten-Film/Schaum-Laminat, die 2 und 3 zeigen Drei-Schichten-Film/Schaum-Laminate, die 4 zeigt ein Vier-Schichten-Film/Schaum-Laminat und die 5 zeigt ein Fünf-Schichten-Film/Schaum-Laminat. Es ist aber auch möglich, dass andere Film/Schaum-Laminate hergestellt werden, wie z. B. ein Film/Schaum-Laminat mit zwei äußeren Schaumschichten und einer inneren Laminatschicht.
In der 1 ist ein Film/Schaum-Laminat 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem eine Laminatschicht 12 an eine Schaumschicht 14 gebunden ist unter Bildung einer Zwei-Schichtenstruktur. In der 2 ist die Laminatschicht 12 ebenfalls an die Schaumschicht 14 gebunden. Die Überzugsschicht 16 der 2 ist eine äußere Schicht, die nicht direkt an die gegenüberliegende Seiten der Schaumschicht 14 gebunden ist, sondern an Ort und Stelle festgehalten wird, indem sie an jedem Rand an einen Teil der Laminatschicht 12 gebunden ist. Ein Luftzwischenraum 20 liegt zwischen der Schaumschicht 14 und der Überzugsschicht 16 vor. Die Überzugsschicht 16 steht mit der Laminatschicht 12 in Kontakt, weil die Überzugsschicht 16 und die Laminatschicht 12 jeweils eine größere Breite als die Schaumschicht 14 haben. Beispielsweise sind die Überzugsschicht 16 und die Laminatschicht 12 jeweils im Allgemeinen um etwa 2 bis etwa 6 cm breiter als die Schaumschicht 14.
In der 3 ist eine äußere Hüllenschicht 18 eine äußere Oberflächenschicht, die an die Laminatschicht 12 gebunden ist. Die Laminatschicht 12 ist zwischen der äußeren Hüllenschicht 18 und der Schaumschicht 14 angeordnet und an eine Oberfläche der Schaumschicht 14 gebunden unter Bildung einer Drei-Schichten-Struktur.
In der 4 ist eine äußere Hüllenschicht 18 eine äußere Oberflächenschicht, die an eine Laminatschicht 12 gebunden ist. Die Laminatschicht 12 ist zwischen der äußeren Hüllenschicht 18 und der Schaumschicht 14 angeordnet und an eine Oberfläche der Schaumschicht 14 gebunden. Eine Überzugsschicht 16 ist eine weitere äußere Oberflächenschicht, die nicht direkt an die gegenüberliegende Seite der Schaumschicht 14 gebunden ist, sondern an Ort und Stelle festgehalten wird, indem sie an jedem Rand an einen Teil der Laminatschicht 12 gebunden ist. Zwischen der Schaumschicht 14 und der Überzugsschicht 16 ist ein Luftspalt oder Zwischenraum 20 angeordnet. Die Überzugsschicht 16 steht mit der Laminatschicht 12 in Kontakt, weil die Überzugsschicht 16 und die Laminatschicht 12 breiter sind als die Schaumschicht 14. Wie oben erläutert, sind die Überzugsschicht 16 und die Laminatschicht 12 im Allgemeinen um etwa 2 bis etwa 6 cm breiter als die Schaumschicht 14.
In der 5 ist eine äußere Hüllenschicht 18 eine äußere Oberflächenschicht, die an eine Laminatschicht 12 gebunden ist. Die Laminatschicht 12 ist zwischen der äußeren Hüllenschicht 18 und der Schaumschicht 14 angeordnet und an eine Oberfläche der Schaumschicht 14 gebunden. Eine zweite Laminatschicht 12 ist an die andere Oberfläche der Schaumschicht 14 gebunden und zwischen der Schaumschicht 14 und einer Überzugsschicht 16 angeordnet. Die Überzugsschicht 16 ist eine äußere Oberflächenschicht, die an die zweite Laminatschicht 12 gebunden ist. Die Laminatschicht 12, die Überzugsschicht 16 und die äußere Hüllenschicht 18 sind im Allgemeinen um etwa 2 bis etwa 6 cm breiter als die Schaumschicht 14.
Laminatschicht
Die Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Laminatschicht 12 verwendet werden soll, umfasst im Allgemeinen etwa 40 bis etwa 80 Gew.-% LLDPE und etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% LDPE. Es ist auch möglich, dass ein anderes, die Elastizität modifizierendes Harz das LDPE-Harz ersetzen kann. In der Polymerzusammensetzung zur Herstellung der Laminatschicht 12 kann auch wiederaufbereitetes Material in Mengen von bis zu etwa 75 Gew.-% enthalten sein. Wie oben angegeben, umfasst das wiederaufbereitete Material im Allgemeinen etwa 30 bis etwa 80 Gew.-% des gleichen LLDPE wie oben definiert. Die Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung der Laminatschicht 12 verwendet werden soll, umfasst somit LLDPE, das aus dem wiederaufbereiteten Material besteht, in einer Menge von bis zu etwa 60 Gew.-% der Polymerzusammensetzung. Außerdem kann ein unbehandeltes LLDPE-Harz der Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung der Laminatschicht 12 verwendet werden soll, in einer Menge von bis zu etwa 80 Gew.-% der Polymerzusammensetzung zugegeben werden.
Die bevorzugte Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung der Laminatschicht 12 verwendet werden soll, umfasst etwa 10 bis etwa 35 Gew.-% unbehandeltes LLDPE, etwa 7 bis etwa 25 Gew.-% unbehandeltes LDPE und etwa 50 bis etwa 75 Gew.-% wiederaufbereitetes Material. Das bevorzugte Verhältnis von LLDPE zu LDPE beträgt etwa 1,2 : 1 bis etwa 1,8 : 1. Die am meisten bevorzugte Polymerzusammensetzung zur Herstellung der Laminatschicht 12 umfasst etwa 13 bis etwa 23 Gew.-% unbehandeltes LLDPE, etwa 8 bis etwa 16 Gew.-% unbehandeltes LDPE und etwa 65 bis etwa 75 Gew.-% wiederaufbereitetes Material. Das am meisten bevorzugte Verhältnis von LLDPE zu LDPE beträgt etwa 1,4 : 1 bis etwa 1,6 : 1.
Die Laminatschicht 12 hat im Allgemeinen eine mittlere Filmdicke von etwa 20 bis etwa 60 μm und vorzugsweise von etwa 25 bis etwa 50 μm. Die bevorzugte Dickenschwankung gegenüber der mittleren Laminatschichtdicke beträgt etwa ±10%. Beispielsweise beträgt bei einer mittleren Filmdicke von 30 μm die Dicke vorzugsweise etwa 27 bis etwa 33 μm.
Die Laminatschicht 12 weist ein Verhältnis zwischen dem Schmelzindex (MI) des LDPE und dem MI des LLDPE von etwa 1 bis etwa 6, vorzugsweise ein Verhältnis von etwa 2 bis etwa 4 und am meisten bevorzugt ein Verhältnis von 2,5 bis etwa 3,5 auf.
Überzugsschicht
Die Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen optionalen Überzugsschicht 16 verwendet werden soll, umfasst im Allgemeinen etwa 40 bis etwa 80 Gew.-% LLDPE und etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% LDPE. Es ist auch möglich, dass andere, die Elastizität modifizierende Harze das LDPE-Harz ersetzen können. Die Polymerzusammensetzung zur Herstellung der Überzugsschicht 16 umfasst vorzugsweise etwa 50 bis etwa 70 Gew.-% LLDPE und etwa 30 bis etwa 50 Gew.-% LDPE und am meisten bevorzugt umfasst sie etwa 55 bis etwa 65 Gew.-% LLDPE und etwa 35 bis etwa 45 Gew.-% LDPE. Die Überzugsschicht 16 enthält außerdem ein Gleitmittel in einer Menge im Allgemeinen von etwa 0,2 bis etwa 0,8 phr (Teile pro 100 Teilen Polymer). Die Überzugsschicht 16 enthält außerdem ein Antiblockierungsmittel in einer Menge von etwa 0,2 bis etwa 0,8 phr. In der Überzugsschicht 16 können konventionelle Gleitmittel und Antiblockierungsmittel verwendet werden.
Die Überzugsschicht 16 des Film/Schaum-Laminats weist eine mittlere Filmdicke von etwa 15 bis etwa 40 μm auf. Die bevorzugte Dicke der Überzugsschicht 16 beträgt etwa 20 bis etwa 30 μm und die am meisten bevorzugte Dicke beträgt etwa 21 bis etwa 25 μm. Die Dickenschwankung gegenüber der Überzugsschicht mit mittlerer Dicke beträgt vorzugsweise weniger als etwa ±10%. So weist beispielsweise eine Überzugsschicht mit einer mittleren Dicke von 20 μm eine Dickenschwankung von etwa 18 bis etwa 22 μm auf.
Die Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung der Überzugsschicht 16 verwendet werden soll, weist ein Verhältnis zwischen dem Schmelzindex (MI) des LDPE-Harzes und dem MI des LLDPE-Harzes von etwa 1 bis etwa 6, vorzugsweise ein Verhältnis von etwa 2 bis etwa 4 und am meisten bevorzugt ein Verhältnis von etwa 2,5 bis etwa 3,5 auf. Die Zugfestigkeit der Überzugsschicht 16 sowohl in der Maschinenlaufrichtung (MD) als auch in einer Richtung quer zur Maschinenlaufrichtung (CMD) beträgt im Allgemeinen etwa 13,0 bis etwa 35,5 MPa, bestimmt nach ASTM D412. Die bevorzugten MD- und CMD-Zugfestigkeiten der Überzugsschicht 16 betragen etwa 14,0 bis etwa 31,0 MPa.
Die Beständigkeit der Überzugsschicht 16 gegen Durchbohrung (Durchschlag), bestimmt nach dem F-50 Dart Drop-Testverfahren (ASTM D1709), beträgt mindestens etwa 90 g, vorzugsweise mindestens etwa 120 g und am meisten bevorzugt mindestens etwa 150 g. Die MD- und CMD-Zugdehnungen der Überzugsschicht 16, bestimmt nach ASTM D412, betragen im Allgemeinen mindestens etwa 300%. Die MD- und CMD-Zugdehnungen der Überzugsschicht 16 betragen vorzugsweise mehr als etwa 350% und am meisten bevorzugt mehr als etwa 400%.
Die MD- und CMD-Reißfestigkeiten der Überzugsschicht 16 betragen im Allgemeinen mehr als etwa 56 kN/m, bestimmt gemäß ASTM D624. Die MD- und CMD-Reißfestigkeiten der Überzugsschicht 16 betragen vorzugsweise mehr als etwa 68 kN/m und am meisten bevorzugt mehr als etwa 79 kN/m.
Äußere Hüllenschicht
Die Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung der optionalen äußeren Hüllenschicht (auch als Filmphase bezeichnet) 18 verwendet werden soll, umfasst im Allgemeinen etwa 50 bis 100 Gew.-% lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE) und etwa 0 bis etwa 50 Gew.-% Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE). Es ist auch möglich, dass andere, die Elastizität modifizierende Harze das LDPE-Harz ersetzen können. Die bevorzugte Polymerzusammensetzung zur Herstellung der äußeren Hüllenschicht 18 umfasst etwa 65 bis etwa 90 Gew.-% LLDPE und etwa 10 bis etwa 35 Gew.-% LDPE. Die am meisten bevorzugte Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung der äußeren Hüllenschicht 18 verwendet werden soll, umfasst etwa 75 bis etwa 85 Gew.-% LLDPE und etwa 15 bis etwa 25 Gew.-% LDPE.
Die äußere Hüllenschicht 18 des erfindungsgemäßen Film/Schaum-Laminats kann in einer Vielzahl von mittleren Filmdicken hergestellt werden, um die angestrebten spezifischen physikalischen Eigenschaften zu erfüllen. So kann beispielsweise ein Film/Schaum-Laminat, das für weniger dem Abrieb ausgesetzte oder weniger einer Durchbohrung ausgesetzte Anwendungen verwendet werden soll, eine äußere Hüllenschicht 18 mit einer geringeren mittleren Dicke aufweist als eine solche, die für Anwendungen mit einem höheren Abrieb verwendet wird. Die äußere Hüllenschicht 18 hat im Allgemeinen eine mittlere Filmdicke von etwa 15 bis etwa 200 μm. Die bevorzugte Dicke der äußeren Hüllenschicht 18 beträgt etwa 20 bis etwa 160 μm. Die Dickenschwankung gegenüber der mittleren Filmdicke der äußeren Hüllenschicht 18 beträgt vorzugsweise weniger als etwa ±10%. Wenn beispielsweise die bevorzugte mittlere Filmdicke der äußeren Hüllenschicht 18 100 μm beträgt, dann liegt die Dicke der äußeren Hüllenschicht 18 vorzugsweise bei etwa 90 bis etwa 110 μm. Die am meisten bevorzugte Dickenschwankung gegenüber der mittleren Filmdicke der äußeren Hüllenschicht 18 beträgt weniger als etwa ±5%.
Die Polymerzusammensetzung zur Herstellung der äußeren Hüllenschicht 18 weist ein Verhältnis zwischen dem Schmelzindex (MI) des LDPE-Harzes und dem MI des LLDPE-Harzes von etwa 1 bis etwa 6, vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 4 und am meisten bevorzugt von etwa 2,5 bis etwa 3,5 auf.
Die MD- und CMD-Zugfestigkeiten der äußeren Hüllenschicht 18, bestimmt nach ASTM D412, betragen im Allgemeinen etwa 13,0 bis etwa 35,5 MPa. Die bevorzugten MD- und CMD-Zugfestigkeiten der äußeren Hüllenschicht 18 betragen etwa 14,0 bis etwa 31,0 MPa.
Die Beständigkeit der äußeren Hüllenschicht 18 gegen Durchbohrung (Durchschlag), bestimmt nach dem F-50 Dart Drop-Testverfahren (ASTM D1709), beträgt mindestens etwa 315 g, vorzugsweise mindestens etwa 400 g und am meisten bevorzugt mindestens etwa 500 g. Die MD- und CMD-Zugdehnungen der äußeren Hüllenschicht 18, bestimmt nach ASTM D412, betragen mehr etwa 300%. Die MD- und CMD-Zugdehnungen der äußeren Hüllenschicht 18 betragen vorzugsweise mehr als etwa 350% und am meisten bevorzugt mehr als etwa 400%.
Die MD- und CMD-Reißfestigkeiten der äußeren Hüllenschicht 18 betragen mehr als etwa 56 kN/m, bestimmt nach ASTM D624. Die MD- und CMD-Zugfestigkeiten der äußeren Hüllenschicht 18 betragen vorzugsweise mehr als etwa 68 kN/m und am meisten bevorzugt mehr als etwa 79 kN/m.
Die erfindungsgemäßen Film/Schaum-Laminate können zusätzliche Ingredientien enthalten, beispielsweise Färbemittel, Antistatikmittel, feuerhemmende Mittel, Antioxidantien und Weichmacher.
Die Film/Schaum-Laminate können für die gleichen Anwendungszwecke eingesetzt werden, wie sie oben in Bezug auf den erfindungsgemäßen Polymerschaum angegeben worden sind. Die Film/Schaum-Laminate werden im Allgemeinen in Verbindung mit höher belasteten Waren, wie z. B. Möbel, verwendet.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Film/Schaum-Laminats sind folgende:
ein Film/Schaum-Laminat, das eine Schaumschicht und zwei Filmschichten umfasst: eine äußere Hüllenschicht und die Laminatschicht, wobei die äußere Hüllenschicht hergestellt ist aus einer Polymerzusammensetzung, die etwa 50 bis 100 Gew.-% lineares Polyethylen mit niedriger Dichte und 0 bis etwa 50 Gew.-% Polyethylen mit niedriger Dichte umfasst, wobei die äußere Hüllenschicht an die Laminatschicht gebunden ist;
ein Film/Schaum-Laminat, das eine Schaumschicht und zwei Filmschichten umfasst: eine Überzugsschicht und die Laminatschicht, wobei die Überzugsschicht hergestellt ist aus einer Polymerzusammensetzung, die etwa 40 bis etwa 80 Gew.-% lineares Polyethylen mit niedriger Dichte und etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% Polyethylen mit niedriger Dichte umfasst, wobei die äußere Hüllenschicht an die Laminatschicht gebunden ist;
ein Film/Schaum-Laminat, das eine Schaumschicht und drei Filmschichten umfasst: eine Überzugsschicht, eine äußere Hüllenschicht und die Laminatschicht, wobei die Überzugsschicht und die Laminatschicht hergestellt sind aus Polymerzusammensetzungen, die etwa 40 bis etwa 80 Gew.-% lineares Polyethylen mit niedriger Dichte und etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% Polyethylen mit niedriger Dichte umfassen, und die äußere Hüllenschicht hergestellt ist aus einer Polymerzusammensetzung, die etwa 50 bis 100 Gew.-% lineares Polyethylen mit niedriger Dichte und 0 bis etwa 50 Gew.-% Polyethylen mit niedriger Dichte umfasst,
wobei die äußere Hüllenschicht an die Laminatschicht gebunden ist, die Schaumschicht zwischen der Laminatschicht und der Überzugsschicht angeordnet ist, wobei die Überzugsschicht an einen Teil der Laminatschicht gebunden ist;
ein Film/Schaum-Laminat, das eine Schaumschicht und vier Filmschichten umfasst: eine Überzugsschicht, eine äußere Hüllenschicht, eine erste und eine zweite Laminatschicht, wobei die Überzugsschicht und die erste und die zweite Laminatschicht hergestellt sind aus Polymerzusammensetzungen, die etwa 40 bis etwa 80 Gew.-% lineares Polyethylen mit niedriger Dichte und etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% Polyethylen mit niedriger Dichte umfassen, und die äußere Hüllenschicht hergestellt ist aus einer Polymerzusammensetzung, die etwa 50 bis 100 Gew.-% lineares Polyethylen mit niedriger Dichte und 0 bis etwa 50 Gew.-% Polyethylen mit niedriger Dichte umfasst,
wobei die äußere Hüllenschicht an die erste Laminatschicht gebunden ist, die erste Laminatschicht an die Schaumschicht gebunden ist, die Schaumschicht an die zweite Laminatschicht gebunden ist und die zweite Laminatschicht an die Überzugsschicht gebunden ist.
Erfindungsgemäße Verfahren
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beginnt das Verfahren zur Herstellung des Schaums mit dem Einführen von Pellets aus einem LLDPE und einem die Elastizität modifizierenden Harz, wie z. B. LDPE, in einen Extrusionstrichter. Die Polymerzusammensetzung umfasst etwa 1 bis etwa 90 Gew.-% LLDPE und etwa 10 bis etwa 99 Gew.-% LDPE. Die Polymerzusammensetzung kann ausschließlich unbehandelte Harze von LLDPE und LDPE umfassen. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren auch die Zugabe von wiederaufbereitetem Material umfassen. Die Polymerzusammensetzung kann bis zu etwa 40 Gew.-% und sogar bis zu 60 Gew.-% wiederaufbereitetes Material umfassen.
Die Polymerzusammensetzung wird zusammen mit etwa 0,5 bis etwa 2,0 Gew.-% Pellets aus Talk, die in Polyethylen als keimbildendes Agens eingemischt sind, unter der Einwirkung der Schwerkraft in einen Extruder eingeführt. Die Polymerzusammensetzung kann 0 bis etwa 1,0 Gew.-% Färbemittel enthalten, das unter der Einwirkung der Schwerkraft in einen Extruder eingeführt werden kann. Die Polymer-Talk-Färbemittel-Zusammensetzung wird durch eine Beschickungszone des Extruders transportiert und auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um eine Polymer-Talk-Färbemittel-Schmelze zu bilden.
In den Injektionsöffnungsbereich des Extruders wird ein physikalisches Treibmittel in einem geeigneten Verhältnis zugegeben, um die gewünschte Dichte zu erzielen. Außerdem wird in den Injektionsöffnungsbereich des Extruders ein Stabilitätskontrollmittel, wie z. B. C₁₂-C₁₈-Fettsäureester von Glycerin, zugegeben. Die Polymer-Talk-Färbemittel-Schmelze, das ausgewählte Treibmittel und das Stabilitätskontrollmittel werden innerhalb des Extruders in der Mischzonge gründlich durchmischt und anschließend in einer Kühlzone abgekühlt. Die abgekühlte Polymer-Treibmittel-Schmelze wird durch eine Düse (eine Düse, die geeignet ist für die Bildung der gewünschten Produktform) in eine Umgebung mit einem niedrigeren Druck extrudiert, dann durch Druckluft geformt, sodass der resultierende Durchmesser der Kugel im Verhältnis zum Durchmesser der ringförmigen Düsenöffung in dem Bereich von etwa 1,8 bis etwa 4,5 liegt. Das extrudierte Rohr wird über einen Kühldorn ausgezogen zum erzwungenen Abkühlen der inneren Oberfläche. Das extrudierte Rohr wird dann beispielsweise unter Verwendung einer konventionellen Schlitzvorrichtung geschlitzt zur Herstellung einer Schaumfolie. Die Schaumfolie kann gegebenenfalls einen Heizofen passieren, in dem erhitzte Druckluft direkt auf seine Oberfläche aufgeblasen wird, um das restliche Treibmittel zu verringern.
Der erfindungsgemäße Schaum wird vorzugsweise unter Verwendung eines Tandem-Extrusionssystems geformt, obgleich er auch unter Verwendung eines verlängerten Einzelschnecken-Extrusionssystems (d. h. eines solchen mit einem Verhältnis L : D von mehr als 40 : 1) geformt werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Film/Schaum-Laminat hergestellt. Die Schaumschicht kann auf eine Weise hergestellt werden, wie sie oben in dem Verfahren zur Herstellung des Schaums beschrieben worden ist. Die gegebenenfalls vorhandene äußere Hüllenschicht und die gegebenenfalls vorhandene Überzugsschicht können als geblasene Filme hergestellt werden. Es ist auch möglich, dass die äußere Hüllenschicht und die Überzugsschicht als gegossene Filme hergestellt werden.
Das Verfahren zur Herstellung der äußeren Hüllenschicht beginnt mit der Einführung der Pellets aus LLDPE und LDPE in einen Extrusionstrichter. Die zur Herstellung der äußeren Hüllenschicht zu verwendende Polymerzusammensetzung umfasst etwa 50 bis 100 Gew.-% LLDPE und 0 bis etwa 50 Gew.-% LDPE. Die Pellets aus LLDPE und LDPE werden unter dem Einfluss der Schwerkraft in den Extruder eingeführt. Die Polymerzusammensetzung wird durch die Beschickungszone des Extruders hindurchgeführt und auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um eine Polymer-Schmelze zu bilden. Die Polymer-Schmelze wird innerhalb des Extruders in einer Mischzone weiter durchmischt und dann durch eine Ringdüse extrudiert. Das Extrudat wird durch Druckluft expandiert, sodass das Verhältnis zwischen dem resultierenden Kugel-Durchmesser und dem Durchmesser der ringförmigen Düsenöffnung etwa 2,0 bis etwa 3,6 beträgt. Der resultierende äußere Hüllenschicht-Film wird auf eine Walze aufgewickelt und für die nachfolgende (spätere) Verwendung gelagert.
Das Verfahren zur Herstellung der Überzugsschicht beginnt mit dem Einführen von Pellets aus LLDPE und LDPE in einen Extrusionstrichter. Die Polymerzusammensetzung, die zur Herstellung der Überzugsschicht verwendet werden soll, umfasst etwa 40 bis etwa 80 Gew.-% LLDPE und etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% LDPE. Ein Gleitmittel und ein Antiblockierungsmittel werden beide in Mengen von etwa 0,2 bis etwa 0,8 phr in den Extrusionstrichter eingeführt. Die Polymerzusammensetzung wird unter dem Einfluss der Schwerkraft in einen Extruder eingeführt. Die Polymerzusammensetzung wird durch die Beschickungszone des Extruders befördert und auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht zur Bildung einer Polymer-Schmelze. Die Polymer-Schmelze wird innerhalb des Extruders in einer Mischzone weiter durchmischt und dann durch eine ringförmige Düse extrudiert. Das Extrudat wird mittels Druckluft expandiert, sodass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der resultierenden Kugel und dem Durchmesser der ringförmigen Düsenöffnung etwa 2,0 bis etwa 3,6 beträgt. Der resultierende Überzugsschicht-Film wird auf eine Walze aufgewickelt und für die nachfolgende (spätere) Verwendung gelagert.
Das Verfahren zur Herstellung der Laminatschicht beginnt mit dem Einführen von Pellets aus LLDPE, LDPE und gegebenenfalls Film/Schaum-Laminat-Abfall in einen Extrusionstrichter. Die Polymerzusammensetzung, die zur Her stellung der Laminatschicht verwendet werden soll, umfasst etwa 40 bis etwa 80 Gew.-% LLDPE und etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% LDPE. Der Polymerzusammensetzung der Laminatschicht kann wiederaufbereitetes Material in Mengen von bis zu 40 Gew.-% und sogar von bis zu etwa 60 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polymerzusammensetzung, zugegeben werden. Die Polymerzusammensetzung wird unter dem Einfluss der Schwerkraft in den Extruder eingeführt. Die Polymerzusammensetzung wird durch die Beschickungszone eines Extruders hindurchgeführt und auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht für die Bildung einer Polymer-Schmelze. Die Polymer-Schmelze wird innerhalb des Extruders in einer Mischzone weiter durchmischt und dann durch eine Extrusionsdüse extrudiert. Bei einer Ausführungsform wird die Laminatschicht unmittelbar nach der Bildung der Schaumschicht an die Schaumschicht gebunden. Die geschäumte Schicht kann dann direkt in eine Laminiereinheit eingeführt werden.
Die Rollen aus dem optionalen äußeren Hüllenschichtfilm und dem äußeren Überzugsschichtfilm werden so angeordnet, dass die Filme kontinuierlich in dem erforderlichen Umfang in eine Nip-Walzenspaltanordnung (Nip-Rolls) eingeführt werden können, in der das gewünschte Film/Schaum-Laminat entsteht, wie es beispielsweise in den 1 bis 5 dargestellt ist.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst das Film/Schaum-Laminat eine Schaumschicht und eine Laminatschicht. Die Schaumschicht wird zusammen mit der Laminatschicht kontinuierlich direkt durch einen Walzenspalt hindurchgeführt. Die Breite der Laminatschicht wird so eingestellt, dass sie etwa gleich der oder geringfügig kleiner ist die Breite der Schaumschicht. Das Film/Schaum-Laminat wird anschließend abgekühlt und dann gegebenenfalls in der Maschinenlaufrichtung umgefaltet (umgeschlagen), sodass die beiden Hälften der Schaum-Oberflächenseite benachbart zueinander angeordnet sind. Dann wird das Film/Schaum-Laminat aufgewickelt zur Bildung einer Rolle.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform umfasst ein Drei-Schichten-Film/Schaum-Laminat eine Schaumschicht, eine Laminatschicht und eine Überzugsschicht. Die Schaumschicht und die Überzugsschicht werden kontinuierlich durch einen Walzenspalt gleichzeitig mit der Laminatschicht direkt so hindurchgeführt, dass die Laminatschicht sich auf einer Seite der Schaumschicht und die Überzugsschicht auf der gegenüberliegenden Seite befindet. Die Breite der Laminatschicht ist um etwa 2 bis etwa 6 cm größer als die Breite der Schaumschicht. Die Drei-Schichten-Ausführungsform wird anschließend abgekühlt und gegebenenfalls in der Maschinenlaufrichtung umgeschlagen, sodass die beiden Hälften der Seite mit der Überzugsschicht benachbart zueinander angeordnet sind. Die Drei-Schichten-Ausführungsform wird dann aufgewickelt zur Bildung einer Rolle.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform umfasst ein anderes Drei-Schichten-Film/Schaum-Laminat eine Schaumschicht, eine Laminatschicht und eine äußere Hüllenschicht. Die Schaumschicht und die Überzugsschicht werden kontinuierlich zusammen mit der äußeren Hüllenschicht direkt durch einen Walzenspalt hindurchgeführt, sodass die äußere Hüllenschicht auf einer Seite der Laminatschicht und die Schaumschicht auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind. Die Breite der Laminatschicht ist etwa gleich der Breite der Schaumschicht oder geringfügig weniger breit. Die Drei-Schichten-Ausführungsform wird anschließend gekühlt und gegebenenfalls in der Maschinenlaufrichtung umgefaltet, sodass die beiden Hälften der Schaum-Oberflächenseite benachbart zueinander angeordnet sind. Die Drei-Schichten-Ausführungsform wird dann aufgewickelt zur Bildung einer Rolle.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform umfasst das Film/Schaum-Laminat eine Schaumschicht, eine Laminatschicht, eine äußere Hüllenschicht und eine Überzugsschicht. Die äußere Hüllenschicht, die Schaumschicht und die Überzugsschicht werden gleichzeitig mit der Laminatschicht kontinuierlich direkt durch einen Walzenspalt hindurchgeführt, sodass die Laminatschicht sich auf einer Seite der Schaumschicht und die Überzugsschicht auf der ge genüberliegenden Seite befinden. Die Laminatschicht ist um etwa 2 cm bis etwa 6 cm breiter als die Schaumschicht. Die Vier-Schichten-Ausführungsform wird anschließend abgekühlt und gegebenenfalls in der Maschinenlaufrichtung umgefaltet, sodass die beiden Hälften der Seite mit der Überzugsschicht benachbart zueinander angeordnet sind. Die Vier-Schichten-Ausführungsform wird aufgewickelt zur Bildung einer Rolle.
Die in 5 dargestellte Ausführungsform wird in ähnlicher Weise hergestellt wie oben in Bezug auf die 4 beschrieben, wobei jedoch eine zweite Laminatschicht hinzugegeben wird.
Beispiele
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 1
Pellets aus Equistar Petrothene^® NA957-000 Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE) (spezifisches Gewicht 0,924 g/cm³ und Schmelzindex (MI) 2,6 dg/min), Westlake LDPE EF 636 (spezifisches Gewicht 0,919 g/cm³ und MI 2,4 dg/min) und Nova Chemicals Novapol-Polyethylen LF-0219-A (spezifisches Gewicht 0,919 g/cm³ und MI 2,3 dg/min) wurden in einem nicht bestimmbaren Mengenanteil verwendet. Pellets aus einem wiederaufbereiteten Film/Schaum-Laminat, die im Allgemeinen etwa 30 bis etwa 80 Gew.-% Union Carbide DFDA-2207 lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE) (spezifisches Gewicht 0,922 g/cm³; MI 0,7 dg/min; M_z 950000 und D = 16) enthielten, wobei der Rest aus Equistar Petrothene^® NA957-000, Westlake LDPE EF 636 und Nova Chemicals Novapol-Polyethylen LF-0219-A bestand, wurden in einem zweiten nicht bestimmbaren Mengenanteil verwendet. Das Gewichtsverhältnis zwischen der Trockenmischung aus Equistar Petrothene^® NA957-000, Westlake LDPE EF 636 und Nova Chemicals Novapol-Polyethylen LF-0219-A (einem LDPE) und dem wiederaufbereiteten Laminat betrug 90 : 10. Diese Pellets wurden mit 1,54 Teilen eines mit Plastics Color Chip A130612 zu 50% beladenem Talk-Konzentrat in LDPE auf 100 Teile Polymer und mit 0,82 Teilen Hudson Color Konzentrat HC30067LD 50 : 1 braunen Konzentrat auf 100 Teile Polymer gemischt und in einem 48 : 1 L : D NRM 152,4 mm (6 inch) Einzelschnecken-Extruder, der mit etwa 41 bis etwa 45 UpM betrieben wurde, erhitzt zur Bildung einer Polymermischung. Eine unter Druck stehende A26-Butan-Mischung (22,1 MPa) von handelsüblicher Qualität wurde mit einer Rate von 44,5 kg/h injiziert. Geschmolzener (102°C) und unter Druck stehender (22,1 MPa) American Ingredients Company Pationic^® 1052-Fettsäureglycerinester wurde in einer Rate von 0,7 kg/h (0,25 Gew.-% der Polymermischung) injiziert.
Die Polymermischung, die A26 Butan-Mischung und der Glycerinester wurden miteinander gemischt und bis auf eine Schmelztemperatur von etwa 116°C bei 3,8 MPa abgekühlt. Der Staudruck des Extruders wurde mittels eines Normag 2200-Zahnradpumpen-Kontrollsystems eingestellt. Eine Schmelzpumpe erhöhte den Druck des Extrudars auf etwa 12,8 MPa zur Einführung von 285 kg/h in eine Düse. Die Schaumfolie wurde innerhalb eines Zeitraums von etwa 50 min durch einen Heizofen von 58°C hindurchgeführt.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 2
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 1 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das Verhältnis zwischen der trockenen Mischung und dem wiederaufbereiteten Material von 90 : 10 in 80 : 20 geändert wurde.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 3
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 1 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das Verhältnis zwischen der trockenen Mischung und dem wiederaufbereiteten Material von 90 : 10 in 70 : 30 geändert wurde.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 4
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 1 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das Verhältnis zwischen der trockenen Mischung und dem wiederaufbereiteten Material von 90 : 10 in 60 : 40 geändert wurde.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 5
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 1 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das Verhältnis zwischen der trockenen Mischung und dem wiederaufbereiteten Material von 90 : 10 in 50 : 50 geändert wurde.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 6
Pellets aus Union Carbide DFDA-2207 linearem Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE) (spezifisches Gewicht 0,922 g/cm³, MI 0,7 dg/min; M_z 950000 und D = 16), Pellets aus Westlake LDPE 606 (spezifisches Gewicht 0,918 g/cm³ und ein MI 2,0 dg/min) und Pellets aus einer compoundierten Mischung aus 9 Gew.-Teilen Westlake LDPE 606 auf 1 Gew.-Teil American Ingredients Company Pationic^® 1052-Fettsäureglycerinester wurden in einem Gewichtsverhältnis von 10 : 80 : 10 hergestellt. Diese Pellets wurden mit 0,28 Teilen Techmer 1901-T Talk-Konzentrat in LDPE pro 100 Teilen Polymer gemischt und dann in einem 48 : 1 L : D Wilmington 76 mm (3 inch) Einzelschneckenextruder, der bei etwa 30 bis 31 UpM betrieben wurde, erhitzt zur Bildung einer Polymerschmelze. Eine unter Druck stehende A25 Butan-Mischung (22,1 MPa) von handelsüblicher Qualität wurde in einer Rate von 5,9 kg/h injiziert.
Die Polymerschmelze und die A25-Butan-Mischung wurden auf eine Schmelztemperatur von etwa 118°C bei 3,8 MPa abgekühlt. Der Staudruck des Extruders wurde mittels eines Normag 2200 Zahnradpumpen-Kontrollsystems eingestellt. Mit einer Normag 183-Schmelzpumpe wurde der Druck des Extrudats auf etwa 12,4 MPa erhöht zur Einführung in einer Rate von 37 kg/h in eine Düse.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 7
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 6 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das Verhältnis LLDPE/LDPE/Glycerinester-Verbindung von 10 : 80 : 10 in 20 : 70 : 10 geändert wurde.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 8
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 6 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das Verhältnis LLDPE/LDPE/Glycerinester-Verbindung von 10 : 80 : 10 in 30 : 60 : 10 geändert wurde.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 9
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 6 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das Verhältnis LLDPE/LDPE/Glycerinester-Verbindung von 10 : 80 : 10 in 40 : 50 : 10 geändert wurde.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 10
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 6 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das Verhältnis LLDPE/LDPE/Glycerinester-Verbindung von 10 : 80 : 10 in 50 : 40 : 10 geändert wurde.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 11
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 6 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das Verhältnis LLDPE/LDPE/Glycerinester-Verbindung von 10 : 80 : 10 zu 60 : 30 : 10 geändert wurde.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 12
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 6 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das Verhältnis LLDPE/LDPE/Glycerinester-Verbindung von 10 : 80 : 10 in 70 : 20 : 10 geändert wurde.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 13
Pellets aus Union Carbide DFDA-2207 linearem Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE), Pellets aus Westlake LDPE 606 und Pellets aus einer compoundierten Mischung von 9 Gew.-Teilen Westlake LDPE 606 auf 1 Gew.-Teil American Ingredients Company Pationic^® 1052 Fettsäureglycerinester wurden in einem Gewichtsverhältnis von 80 : 10 : 10 hergestellt. Diese Pellets wurden mit 0,28 Teilen Techmer 1901-T Talk-Konzentrat in LDPE auf 100 Teile Polymer gemischt und in einem 32 : 1 L : D Berlyn 35 mm (2,5 inch) Einzelschneckenextruder, der bei etwa 35 UpM betrieben wurde, erhitzt zur Bildung einer Polymermischung. Eine unter Druck stehende A25-Butan-Mischung (22,1 MPa) von handelsüblicher Qualität wurde mit einer Rate von 5,9 kg/h injiziert. Die Polymermischung und die A25-Butan-Mischung wurden miteinander gemischt und weiter erhitzt bis auf eine Schmelztemperatur von etwa 171°C und unter einen Druck von 13,8 MPa gesetzt an dem Extruderaustrag. Die Extrusionsgeschwindigkeit wurde so eingestellt, dass ein Kontrollextrusionsstaudruck durch das Kontrollsystem erzeugt wurde.
Die erhitzte Mischung wurde dann durch ein erhitztes Rohr in einen zweiten größeren 89 mm (3,5 inch) Einzelschnecken-Kühlextruder überführt. Das Beispiel 13 wurde somit in einem Tandem-Extrusionssystem durchgeführt. Danach wurde das Extrudat bis auf eine Schmelztemperatur von etwa 108°C bei 7,0 MPa abgekühlt. Der Staudruck des Extruders wurde mittels eines Normag 220 Zahnradpumpen-Kontrollsystems eingestellt. Mittels einer Normag 183-Schmelzpumpe wurde der Druck des Extruders auf etwa 7,43 MPa erhöht zur Einführung in eine Düse in einer Rate von 37 kg/h.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 14
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 13 wurden wiederholt, wobei diesmal jedoch die Pellets aus LDPE weggelassen wurden, sodass das Verhältnis LLDPE/Glycerinester-Verbindung 90 : 10 betrug.
Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 15
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 13 wurden wiederholt, wobei diesmal das LDPE-Harz ersetzt wurde durch Equistar NA966-000 (spezifisches Gewicht 0,922 g/cm³ und MI 0,75 dg/min) und das Mischungsverhältnis LLDPE/LDPE/Glycerinester-Verbindung von 80 : 10 : 10 in 45 : 45 : 10 geändert wurde.
Vergleichsherstellunpsbeispiel 16
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 1 wurden wiederholt, wobei diesmal das wiederaufbereitete Film/Schaum-Laminat weggelassen wurde.
Vergleichsherstellungsbeispiel 17
Ein LDPE-Harz und eine LDPE/Glycerinester-Verbindung wurden zur Herstellung eines Schaums in dem gleichen Extrusionsystem wie oben in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsbeispiel 13 beschrieben verwendet. Pellets aus Westlake LDPE 606-Harz und Pellets aus der Glycerinester-Verbindung wurden mit 0,28 Teilen Techmer 1901-T Talk-Konzentrat in LDPE auf 100 Teile Polymer gemischt und in einem 32 : 1 L : D Berlyn 35 mm (2,5 inch) Einzelschnecken-Extruder, der bei etwa 35 UpM betrieben wurde, erhitzt zur Bildung einer Polymerschmelze. Eine unter Druck stehende A25-Butan-Mischung (22,1 MPa) von handelsüblicher Qualität wurde mit einer Rate von 5,9 kg/h injiziert. Die Polymerschmelze und die A25-Butan-Mischung wurden miteinander gemischt und bis auf eine Schmelztemperatur von etwa 171°C weiter erhitzt und unter einen Druck von 13,8 MPa an dem Extruderaustrag gesetzt. Die Extrusionsgeschwindigkeit wurde durch ein Kontrollsystem so eingestellt, dass ein kontrollierter Staudruck erhalten wurde.
Dann wurde die erhitzte Mischung durch ein erhitztes Rohr in einen zweiten, größeren 89 mm (3,5 inch) Einzelschnecken-Kühlextruder überführt. Danach wurde das Extrudat bis auf eine Schmelztemperatur von etwa 99°C bei 7,0 MPa abgekühlt. Der Staudruck des Extruders wurde mittels eines Normag 2200-Zahnradpumpen-Kontrollsystems eingestellt. Mittels einer Normag 183-Schmelzpumpe wurde der Druck des Extrudats bis auf etwa 7,43 MPa erhöht zur Einführung in eine Düse in einer Rate von 37 kg/h.
Vergleichsherstellungsbeispiel 18
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 1 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Zusammensetzung des wiederaufbereiteten Materials so geändert wurde, dass sie etwa 30 bis etwa 80 Gew.-% Union Carbide ST-1129 LLDPE (spezifisches Gewicht 0,922 g/cm³; MI 0,5 dg/min; M_z 550000 und D = 6) umfasste und das Verhältnis zwischen dem LDPE und dem wiederaufbereiteten Material von 90 : 10 in 99 : 1 geändert wurde. Es wurden keine Proben erhalten, weil kein Schaum gebildet wurde.
Vergleichsherstellungsbeispiel 19
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 6 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das LLDPE-Harz in Union Carbide ST-1129 LLDPE geänderet wurde. Es wurden keine Proben erhalten, obgleich ein Schaum gebildet wurde, weil der Schaum nicht dimensionsbeständig war (d. h. er schrumpfte um etwa 50 Vol.-%).
Vergleichsherstellungsbeispiel 20
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 6 wurden wiederholt, wobei diesmal das LLDPE-Harz ersetzt wurde durch Equistar GB-502024 lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (spezifisches Gewicht 0,922 g/cm³, MI 2,0 dg/min). Es wird angenommen, dass M_z weniger als 600000 betrug. Es wurden keine Proben erhalten, weil kein Schaum gebildet wurde.
Vergleichsherstellungsbeispiel 21
Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 14 wurden wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, dass das LLDPE-Harz ersetzt wurde durch Equistar GB-501010 lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (spezifisches Gewicht 0,922 g/cm³, MI 0,75 dg/min). Es wird angenommen, dass das M_z weniger als 600000 betrug. Es wurden keine Proben erhalten, da kein Schaum gebildet wurde.
Testergebnisse
Das halbgeschmolzene Extrudat jedes der Beispiele (mit Ausnahme der Vergleichsbeispiele 17–18 und 20–21, bei denen keine Proben erhalten wurden) wurde über einen Dorn gezogen. Die Eigenschaften der Proben der resultierenden Schaumfolien sind in der Tabelle 1 angegeben.
Die Eigenschaften der Schaumfolie aus den erfindungsgemäßen Schäumen 1 bis 5 und dem Vergleichsschaum 16 wurden innerhalb von etwa 10 min nach dem Austreten der Schaumfolie aus einem Erhitzungsofen gemessen. Für die erfindungsgemäßen Schäume 1 bis 5 und den Vergleichsschaum 16 wurden 6 cross-web-Proben bewertet, wobei eine durchschnittliche Frischdichte und eine durchschnittliche frische Schaumdicke erhalten wurden. So hatte beispielsweise, wie in der Tabelle 1 angegeben, der erfindungsgemäße Schaum eine Frischdichte von 24,5 kg/m³ und eine durchschnittliche Schaumdicke von 2,2 mm. Jeder Schaum wurden etwa 3 h nach Herstellung des Schaums visuell inspiziert.
Die erfindungsgemäßen Schäume 6 bis 15 und der Vergleichsschaum 17 wurden innerhalb von etwa 10 Minuten nachdem das halbgeschmolzene Extrudat aus der Düse ausgetreten war, gemessen. Für die erfindungsgemäßen Schäume 6 bis 15 und den Vergleichsschaum 17 wurden 2 Proben bewertet zur Erzielung einer durchschnittlichen Frisch-Dichte und einer durchschnittlichen frischen Schaumdicke. Jeder Schaum wurde etwa 3 h nach Herstellung des Schaums visuell inspiziert.
Wie in der Tabelle 1 angegeben, wurde der Schaum in jedem Beispiel nach bestimmten Zeitintervallen (vgl. "Testalterung") bewertet. Beispielsweise wurde der erfindungsgemäße Schaum 1 nach 6 Tagen bewertet und er hatte eine durchschnittliche Dichte nach der Alterung von 29,3 kg/m³ und eine durchschnittliche Schaumdicke nach der Alterung von 1,8 mm. Die durchschnittlichen MD- und CMD-Reißfestigkeiten betrugen 2,10 bzw. 3,29 kN/m. Auch die durchschnittlichen MD- und CMD-Split-Reißfestigkeiten, -Zugfestigkeiten, -Zugdehnungen und -Zugzähigkeiten wurden getestet und sind in der Tabelle 1 angegeben.
Obgleich in der Tabelle 1 nicht angegeben, wurde die Dimensionsbeständigkeit jedes der Schäume aus den frischen und gealterten Dichten errechnet. So hatte beispielsweise der erfindungsgemäße Schaum 1 eine Dimensionsbeständigkeit von 16,4% ([29,3–24,5]/29,3). Die erfindungsgemäßen Schäume 9 und 10 waren die dimensionsstabilsten Schäume mit Dimensionsbeständigkeiten von 1,6% bzw. 1,4%, während die erfindungsgemäßen Schäume 5 und 6 die am wenigsten dimensionsbeständigen Schäume mit Dimensionsbeständigkeiten von etwa 24,4% bzw. 24,2% waren. Die übrigen erfindungsgemäßen Vergleichsschäume hatten Dimensionsbeständigkeiten von etwa 3 bis etwa 18,5%.
Die erfindungsgemäßen Schäume, die mit dem wiederaufbereiteten Film/Schaum-Laminat hergestellt worden waren (erfindungsgemäße Schäume 1 bis 5), wiesen MD- und CMD-Zugzähigkeitswerte auf, die geringfügig niedriger waren als diejenigen der Vergleichsschäume 16 und 17. Überraschenderweise wiesen die erfindungsgemäßen Schäume, die mit einem unbehandelten LLDPE-Harz hergestellt worden waren (erfindungsgemäße Schäume 6 bis 15), viel höhere MD- und CMD-Zugzähigkeitswerte auf als die Vergleichsschäume 16 und 17. Insbesondere waren die MD- und CMD-Zugzähigkeitswerte der erfindungsgemäßen Schäume 6 bis 15 im Allgemeinen um etwa 150 bis etwa 400% höher als die Werte der Vergleichsschäume 16 und 17.
Die erfindungsgemäßen Schäume 1 bis 15 wiesen im Allgemeinen höhere CMD-Zugfestigkeitswerte auf als die Vergleichsschäume 16 und 17. Die MD-Zugfestigkeitswerte der erfindungsgemäßen Schäume 1 bis 15 waren im Allgemeinen niedriger als die Werte der Vergleichsschäume 16 und 17.
Die MD- und CMD-Zugdehnungen der erfindungsgemäßen Schäume 1 bis 5 waren ähnlich den Werten der Vergleichsbeispiele 16 und 17, wobei die CMD-Zugdehnungswerte geringfügig niedriger waren als in dem Vergleichsbeispiel 17. Überraschenderweise waren die MD- und CMD-Zugdehnungswerte der erfindungsgemäßen Schäume 6 bis 15 viel höher als diejenigen der Vergleichsschäume 16 und 17. Insbesondere waren die MD- und CMD-Zugdehnungswerte im Allgemeinen um etwa 150 bis etwa 200% höher als die Werte der Vergleichsschäume 16 und 17.
Die erfindungsgemäßen Schäume 1 bis 5 wiesen MD- und CMD-Reißfestigkeitswerte und -Split-Reißfestigkeitswerte auf, die ähnlich denjenigen der Vergleichsschäume 16 und 17 waren. Insbesondere wiesen die erfindungsgemäßen Schäume 1 bis 5 im Allgemeinen höhere Werte auf als der Vergleichsschaum 17 in Bezug auf die MD- und CMD-Reißfestigkeiten und -Split-Reißfestigkeiten, wobei sie im Allgemeinen niedrigere Werte hatten als der Vergleichsschaum 16. Überraschenderweise waren die MD- und CMD- Reißfestigkeits- und -Split-Reißfestigkeitswerte höher als diejenigen der Vergleichsschäume 16 und 17. Die erfindungsgemäßen Schäume 6 bis 15 hatten im Allgemeinen Werte, die um etwa 150 bis etwa 200% höher waren als die Werte der Vergleichsschäume 16 und 17.

Claims

Polymere Zusammensetzung zur Herstellung eines Schaums, die umfasst: ein lineares Polyethylen mit niedriger Dichte in einer Menge von 1 bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der polymeren Zusammensetzung, wobei das lineare Polyethylen mit niedriger Dichte ein z-durchschnittliches Molekulargewicht M_z von mehr als 700000 hat, und ein die Elastizität modifizierendes Harz in einer Menge von 10 bis 99 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der polymeren Zusammensetzung, wobei der Polydispersitätsindex D des linearen Polyethylens mit niedriger Dichte 10 bis 20 beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der die Menge des linearen Polyethylens mit niedriger Dichte 10 bis 60 Gew.-% beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, in der die Menge des linearen Polyethylens mit niedriger Dichte 20 bis 45 Gew.-% beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der die Menge des die Elastizität modifizierenden Harzes 40 bis 90 Gew.-% beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, in der die Menge des die Elastizität modifizierenden Harzes 55 bis 80 Gew.-% beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der das lineare Polyethylen mit niedriger Dichte ein z-durchschnittliches Molekulargewicht von mehr als 800000 hat.
Zusammensetzung nach Anspruch 6, in der das lineare Polyethylen mit niedriger Dichte ein z-durchschnittliches Molekulargewicht von mehr als 900000 hat.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, in der das lineare Polyethylen mit niedriger Dichte ein z-durchschnittliches Molekulargewicht von 950000 hat.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in welcher der Polydispersitätsindex D des linearen Polyethylens mit niedriger Dichte 14 bis 18 beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der das die Elastizität modifizierende Harz ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Polyethylenen mit niedriger Dichte, Polyethylenen mit mittlerer Dichte, Ethylenvinylacetat, Ethylenethylacrylat, Ethylenmethylacrylat, Ethylen-n-butyl, Ethylenacrylsäure, Ethylenmethacrylsäure, Ethylenvinylalkohol, einem Ionomer und Kombinationen davon.
Zusammensetzung nach Anspruch 10, in der das die Elastizität modifizierende Harz ein Polyethylen mit niedriger Dichte oder ein Polyethylen mit mittlerer Dichte ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 11, in der das die Elastizität modifizierende Harz ein Polyethylen mit niedriger Dichte ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 10, in der das die Elastizität modifizierende Harz eine Mischung von mindestens zwei Polyethylenen mit niedriger Dichte ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der mindestens ein Teil des linearen Polyethylens mit niedriger Dichte in Form eines wiederaufbereiteten Materials vorliegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 14, in der das wiederaufbereitete Material außerdem ein die Elastizität modifizierendes Harz umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 15, in der das die Elastizität modifizierende Harz mindestens ein Polyethylen mit niedriger Dichte umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, die bis zu 50 Gew.-% wiederaufbereitetes Material umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 17, die bis zu 75 Gew.-% wiederaufbereitetes Material umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 17, in der das wiederaufbereitete Material einen Schaum, ein Film/Schaum-Laminat oder Mischungen davon umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, die ein wiederaufbereitetes Material umfasst, das ein lineares Polyethylen mit niedriger Dichte umfasst, wobei die polymere Zusammensetzung bis zu 40 Gew.-% lineares Polyethylen mit niedriger Dichte aus dem wiederaufbereiteten Material umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines polymeren Schaums, das die folgenden Stufen umfasst: a) Aufschmelzen eines linearen Polyethylens mit niedriger Dichte und eines die Elastizität modifizierenden Harzes zur Bildung einer polymeren Zusammensetzung, die 1 bis 90 Gew.-% lineares Polyethylen mit niedriger Dichte und 10 bis 99 Gew.-% des die Elastizität modifizierenden Harzes umfasst, wobei das lineare Polyethylen mit niedriger Dichte ein z-durchschnittliches Molekulargewicht M_z von mehr als 700000 hat, b) Zugabe eines Stabilitätskontrollmittels zu der polymeren Zusammensetzung, c) Auflösen einer wirksamen Menge eines Treibmittels; d) Überführen der Mischung der Stufe (c) in eine Expansionszone und e) Expandierenlassen der Mischung der Stufe (d) in der Expansionszone zur Bildung des polymeren Schaums.
Verfahren nach Anspruch 21, das außerdem eine Stufe der Zugabe eines keimbildenden Agens zu der polymeren Zusammensetzung vor Durchführung der Stufe (c) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, worin der Polydispersitätsindex D des linearen Polyethylens mit niedriger Dichte 10 bis 20 beträgt.
Polymerer Schaum, der nach dem Verfahren nach Anspruch 21 hergestellt ist.
Polymerer Schaum, der nach einem Verfahren hergestellt ist, das umfasst: a) das Aufschmelzen eines linearen Polyethylens mit niedriger Dichte und eines die Elastizität modifizierenden Harzes zur Bildung einer polymeren Zusammensetzung, die 1 bis 90 Gew.-% des linearen Polyethylens mit niedriger Dichte und 10 bis 99 Gew.-% des die Elastizität modifizierenden Harzes umfasst, wobei das lineare Polyethylen mit niedriger Dichte ein z-durchschnittliches Molekulargewicht M_z von mehr als 700000 hat; b) die Zugabe eines Stabilitätskontrollmittels zu der polymeren Zusammensetzung; c) das Auflösen einer wirksamen Menge eines Treibmittels; d) das Überführen der Mischung der Stufe (c) in eine Expansionszone und e) das Expandierenlassen der Mischung der Stufe (d) in der Expansionszone zur Bildung des polymeren Schaums; wobei der polymere Schaum eine Zugfestigkeit quer zur Maschinenlaufrichtung von mehr als 50 KJ/m³ aufweist.
Polymerer Schaum nach Anspruch 25, dessen Zugfestigkeit quer zur Maschinenlaufrichtung mehr als 100 KJ/m³ beträgt.
Polymerer Schaum nach Anspruch 26, dessen Zugfestigkeit quer zur Maschinenlaufrichtung mehr als 150 KJ/m³ beträgt.
Polymerer Schaum nach Anspruch 25, dessen Dichte 10 bis 150 kg/m³ beträgt.
Polymerer Schaum nach Anspruch 25, in dem der Polydispersitätsindex D des linearen Polyethylens mit niedriger Dichte 10 bis 20 beträgt.
Film/Schaum-Laminat, das umfasst: mindestens eine Schaumschicht und mindestens eine Filmschicht; wobei eine der Schaumschichten) hergestellt ist aus einer polymeren Zusammensetzung, die 1 bis 90 Gew.-% eines linearen Polyethylens mit niedriger Dichte und 10 bis 99 Gew.-% eines die Elastizität modifizierenden Harzes umfasst, wobei das lineare Polyethylen mit niedriger Dichte ein z-durchschnittliches Molekulargewicht M_z von mehr als 700000 hat, und eine der Filmschichten) eine Laminatschicht umfasst, die an die Schaumschicht gebunden ist.
Film/Schaum-Laminat nach Anspruch 30, in dem der Polydispersitätsindex D des linearen Polyethylens mit niedriger Dichte 10 bis 20 beträgt.