專利名稱：用于聚合物機械的清潔組合物的制作方法
用于聚合物機械的清潔組合物
背景技術：
當在注模機中處理聚合材料(樹脂)時，熔化和混合借助在圓柱形筒中旋 轉細長的螺桿而發生。在處理的過程中，尤其是在處理工作之間，常常有 必要從一個聚合物等級到運行第二個聚合物等級前清潔或"清理"所述螺 桿。即使在正常處理期間， 一些樹脂不可避免地比大部分材料更慢地穿過 螺桿設備，并受到足夠的熱量而開始分解。碳基的聚合物材料經常會氧化 并炭化，變成螺桿表面上的硬的富碳沉積物。這尤其發生于上游熔化區， 在上游熔化區中固體樹脂球之間俘獲的空氣使氧氣和加熱后的聚合物接 觸。無污染的產品的制備要求對該殘余材料的周期性清除，而手工清除需 要大量人工。
最簡單但常常效果最差的清理方法是簡單地使一種樹脂材料跟隨另一 種樹脂材料通過螺桿直至它變干凈。這對直接的亮到暗的顏色變化或許是 可行的，但在很多情況下，在清除前述材料的所有痕跡前需要幾百次注入 (shots)。 一旦后來的樹脂粘性較差，或在與前面的樹脂相比較低的溫度下處
理時，它將自由地流過螺桿，幾乎不能帶走殘余物。因此可能看起來干凈 但實際上卻含有痕量的顯示為色線、起泡、或其他缺陷的殘余物。
更有效的方法是使用市售清理復合物。這些材料盡管通常比單純的樹 脂更貴，但用于提供更加徹底的清潔。有三大類的市售復合物。 一種稱為 物理清理復合物，其依靠高粘度和/或研磨性填料來從螺桿上擦洗并移除殘 余物。 一些等級使用樹脂(比如澆鑄丙烯酸)，其軟化但不完全熔化。在一些 等級中，使用起泡劑以增大對螺桿和筒的內熔化壓力。物理清理劑由于它
們的高粘度一般難以從螺桿中除去，且保留在螺桿的死區(deadarea)中的復 合物會污染后續的制備。
第二種常用的清理復合物稱為化學清理復合物。很多化學復合物為水 基液體，使用前必須和樹脂混合。它們常含有溶劑或清潔劑以從螺桿上軟 化并松動殘余物。 一些化學清理復合物使用堿性鹽將聚合物殘余物化學分解成低分子量材料。這些復合物通常需要浸泡時間以使化學物質滲透到殘 余物中。確保在重新開始制備后這類化學清理劑不保留在螺桿中是非常重 要的，因為它們可能影響下一種樹脂的完整性。水基復合物還可引起蒸汽 的危險的聚集，并可腐蝕筒和螺桿的鋼。
第三種清理復合物依賴與聚合物殘余物的化學親合性。這類復合物可 具有物理清理復合物的特征，但主要的清潔機理是殘余物與清理復合物的 粘合和混合，而清理復合物與金屬的粘合較低。親合性可通過混合樹脂或 增溶劑的使用而實現，所述樹脂或增溶劑通常是由相連的聚合物鏈段組成 的接枝或嵌段共聚物。
發明內容
本發明涉及改良的化學親合型清理劑，主要用于具有高機械攪拌度的 注塑設備。發現該清理劑能同時提供與普通熱塑性材料的優異的粘合和溶 混性，和在機器內與熱的鋼表面的低的粘合性。這通過在螺桿上使清理劑 分子相互之間以及和殘余聚合物之間進行化學交聯的機理而實現。
本發明的一個目的是提供用于聚合物加工設備的清潔復合物，其具有 至少一種聚合材料和交聯劑。所述聚合材料可包括至少一種熱塑性材料， 可以是聚乙烯、聚苯乙烯、和/或苯乙烯基熱塑性彈性體。所述聚合材料可 包括至少一種有機過氧化物或催化劑，可以是過氧化二枯基、過氧化苯甲 酰、氫過氧化枯烯、叔丁基過氧化氫、過乙酸叔丁酯、過苯甲酸叔丁酯、 和/或二叔丁基偶氮二異丁腈。所述復合物還可包括一種或多種填料，可以 是研磨劑，也可以是碳酸鈣、硅灰石、云母、長石和/或玻璃。所述復合物 還可包括起泡劑和/或潤滑劑。
本發明的另一個目的是提供用于聚合物加工設備的清潔復合物，其包 括聚乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯基熱塑性彈性體、填料和交聯劑。按重量計，
聚乙烯可以是5-25%，聚苯乙烯可以是30-60%，苯乙烯基熱塑性材料可以 是10-20%，礦物填料可以是20-40%，交聯劑可以是0.05-0.25%。此外，按 重量計，聚乙烯可以是10-15%，聚苯乙烯可以是40-50%，苯乙烯基熱塑 性材料可以是10-15%，礦物填料可以是25-30%，交聯劑可以是0.1-0.2%。 本發明進一步的目的是提供清潔聚合物加工設備的方法，其包括下列步驟(a)將具有至少一種熱塑性材料和交聯劑的清潔復合物引入該設備的
熔體處理部分；(b)將所述清潔復合物與熔體處理部分和殘余熔體接觸；并 (C)從所述熔體處理部分除去清潔復合物和殘余熔體。該方法還可包括下列 步驟中的一個或多個向所述熔體處理部分引入新的熱塑性材料以用所述 設備進行處理；運行所述設備直到從設備輸出的基本上僅為新的熱塑性材 料；和/或攪拌清潔復合物和熔體處理部分上的殘余熔體。此外，所述熔體 處理部分可以是機器的筒、機器的螺桿、和/或機器的噴嘴。
發明詳述
本清理劑中的一個組分是按照美國材料實驗學會(ASTM)標準D-1238) 定義的熔融指數為0.5-5.0的高分子量高密度聚乙烯。該組分充當其他組分 的流體載體和分子骨架。聚乙烯可占總組合物的5重量％-25重量％，優選 的范圍是10重量％-15重量％。
本發明中的第二個組分是熔融指數為2.0-5.0的熱穩定的聚苯乙烯。已 知聚苯乙烯樹脂及其共聚物在長時間暴露于超過400。F(204。C)的溫度時變 成褐色并碳化，由于正常的處理溫度常超過該溫度，熱穩定的聚苯乙烯相 對于可選物(比如通用聚苯乙烯或苯乙烯-丙烯腈共聚物)是優選的。芳族聚 合物聚苯乙烯對于一些聚合物具有脂肪族聚乙烯不具有的親合力。聚苯乙 烯可占總組合物的30重量％-60重量％，優選的范圍是40重量％-50重量％。
本發明中的第三個組分是苯乙烯基熱塑性彈性材料，其充當聚乙烯相 和聚苯乙烯相之間的增溶劑。該組分可以是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，或優選 為苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物，比如Houston, Texas的Kraton Polymers US, LLC以KRATON G為商標出售的共聚物，其具有較高的熱 穩定性。熱塑性彈性體可占總組合物的10重量％-20重量％，優選的范圍是 10重量％-15重量％。
本發明中的第四個組分是無機礦物填料，其充當研磨劑。碳酸轉為優 選的填料，但也可使用硅灰石、云母、長石、或玻璃。填料可占總組合物 的20重量％-40重量％，優選的范圍是25重量％-30重量％。
本發明中的第五個組分是交聯劑或催化劑。優選的交聯劑是有機過氧 化物比如Gibbstown, New Jersey的Geo Specialty Chemicals以DI-CUP R為商標出售的過氧化二枯基。但可用的催化劑的其他實例包括但不局限于 過氧化苯甲酰、氫過氧化枯烯、叔丁基過氧化氫、過乙酸叔丁酯、過苯甲 酸叔丁酯、二叔丁基偶氮二異丁腈、及它們的混合物。有機過氧化物受熱
分解并釋放烷氧基自由基，垸氧基自由基又從聚合物分子(尤其是含有CH2 單元的脂肪鏈)獲得氫，形成聚合物自由基。兩個聚合物自由基的重組在聚 合物鏈之間形成強碳碳鍵。在本發明的優選實施方案中，交聯劑占總組合 物的0.1重量％-0.2重量％。
下表總結了本發明的多種實施方案，以重量百分比計<formula>formula see original document page 7</formula> 當清理劑最終從機器的筒中除去時，清理劑和殘余聚合物之間的化學 交聯可以防止與金屬機器部件的再粘合并確保殘余物的俘獲。
除了與存在于待清除的殘余聚合物中的脂肪族分子形成交聯外，在清 理劑內的聚乙烯分子之間的化學交聯有助于增大粘度并抵消復合物在受熱 的筒中時由于熱降解造成的任何分子量損失。
已發現清潔效果可通過加入化學起泡劑而改善，比如含有碳酸氫鈉和 檸檬酸的混合物，其在受熱時反應形成二氧化碳。在筒內的壓力下，二氧 化碳保持為液體并充當聚合物殘余物的溶劑。隨著壓力釋放，二氧化碳蒸 發并對清潔復合物加壓，改善了與聚合物殘余物和金屬壁的接觸。
已發現較小部分的潤滑劑(比如高分子量硅酮或含氟聚合物濃縮物)可 通過改善在清潔組合物與螺桿和筒的金屬壁之間的潤滑性而促進清潔效 果。這對于促進清潔復合物和結合在其上的殘余物的混合物的除去尤其有 利。潤滑劑對于增大清潔復合物和金屬之間的滑動同樣有利，它增大了無 機研磨劑的摩擦能力。
已發現本發明中的復合物經高度機械攪拌后工作最好。分子之間的化學鍵合需要物理鄰近，而這一般由于聚合物熔體的高粘度而不存在。裝有
雙向單向閥的鑄模機比如由Youngstown， Ohio的Spirex Corporation制造的
鑄模機對本復合物更為有效。
實施例
比較實施例-由Batavia, Ohio的Cincinnati Milacron制造的具有42mm 筒的65噸注模機處理熔融指數為5的黑色丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹 脂。在除去樹脂源并從筒擠出所有可能的剩余樹脂后，使十六盎司的由 Parsippany, New Jersey的Asaclean Sun Plastech制造的以ASACLEAN AdvantageTM等級的商標出售的參照市售清理復合物通過筒并排出。卸下進 料螺桿并檢査。沿著螺桿的過渡熔化區中的螺紋的后緣發現大量的ABS。
實施例l-在上述注模機中再次裝滿黑色ABS樹脂并運行一小時。在除 去樹脂源并從筒擠出所有可能的剩余樹脂后，使十六盎司的本發明描述的 復合物通過筒并排出。卸下進料螺桿并檢査。在螺紋中幾乎沒有發現ABS 樹脂。
實施例2-由日本的Toshiba Machine Co.制造的具有40mm筒的180噸 注模機處理熔融指數為25的紅色聚丙烯。用十盎司的本發明描述的復合物 清理后，引入白色聚丙烯。注射九次后在白色部分看不到剩余的紅色。
實施例3-由Cincinnati Milacron制造的具有55mm筒的160噸注模機處 理熔融指數為5的紅色ABS十二小時。用十六盎司的本發明描述的復合物 清理后，弓l入熔融指數為25的棕褐色乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)。注射六次后 在棕褐色部分看不到剩余的紅色。
本發明已通過非限制性的示例性實施方案進行了描述。本領域技術人 員在不脫離權利要求中描述的本發明范圍及與之等同的范圍的情況下可以 想到變化和修改。
權利要求
1. 用于聚合物加工設備的清潔復合物，其包含至少一種聚合材料和交聯劑。
2. 權利要求1的復合物，其中所述聚合材料包含至少一種熱塑性材料。
3. 權利要求2的復合物，其中各種所述熱塑性材料均選自聚乙烯、聚 苯乙烯、和苯乙烯基熱塑性彈性體。
4. 權利要求1的復合物，其中所述復合物還包含填料。
5. 權利要求4的復合物，其中所述填料是研磨劑。
6. 權利要求4的化合物，其中所述填料選自碳酸鈣、硅灰石、云母、 長石和玻璃。
7. 權利要求1的復合物，其中所述交聯劑是有機過氧化物。
8. 權利要求l的復合物，其中所述交聯劑選自過氧化二枯基、過氧化 苯甲酰、氫過氧化枯烯、叔丁基過氧化氫、過乙酸叔丁酯、過苯甲酸叔丁 酯、和二叔丁基偶氮二異丁腈。
9. 權利要求l的復合物，其還包含起泡劑。
10. 權利要求1的復合物，其還包含潤滑劑。
11. 用于聚合物加工設備的清潔復合物，其包含聚乙烯、聚苯乙烯、苯 乙烯基熱塑性彈性體、填料、和交聯劑。
12. 權利要求11的清潔復合物，其中所述復合物包含5-25重量％的 聚乙烯；30-60重量％的聚苯乙烯；10-20重量°/。的苯乙烯基熱塑性材料； 20-40重量％的礦物填料；和0.05-0.25重量％的交聯劑。
13. 權利要求ll的清潔復合物，其中所述復合物包含10-15重量％的 聚乙烯；40-50重量％的聚苯乙烯；10-15重量％的苯乙烯基熱塑性材料； 25-30重量％的礦物填料；和0.1-0.2重量％的交聯劑。
14. 清潔聚合物加工設備的方法，其包括下列步驟 將包含至少一種熱塑性材料和交聯劑的清潔復合物引入所述設備的熔體處理部分；將所述清潔復合物與熔體處理部分和殘余熔體接觸；并 從所述熔體處理部分除去清潔復合物和殘余熔體。
15. 權利要求14的方法，其還包括下列步驟向所述熔體處理部分引入新的熱塑性材料以用所述設備進行處理；并 運行所述設備直到從設備輸出的基本上僅為新的熱塑性材料。
16. 權利要求14的方法，其還包括所述攪拌清潔復合物和熔體處理部 分上的殘余熔體的步驟。
17. 權利要求14的方法，其中所述熔體處理部分選自機器的筒、機器 的螺桿、和機器的噴嘴。
全文摘要
本發明公開了用于清潔聚合物加工設備的組合物和方法。所述組合物含有至少一種或多種熱塑性材料或樹脂和交聯劑(比如有機過氧化物)。所述組合物還可包括填料、起泡劑和潤滑劑。
文檔編號B28B7/02GK101421084SQ200780012673
公開日2009年4月29日 申請日期2007年4月5日 優先權日2006年4月10日
發明者J·湯姆森 申請人:社區事業公司