用于容器的聚合物材料的制作方法

用于容器的聚合物材料的制作方法
【專利說明】用于容器的聚合物材料
[0001] 優先權要求
[0002] 本申請根據35U. S. C. § 119(e)要求2013年7月12日提交的美國臨時申請序列 號61/845, 760以及2013年8月26日提交的美國臨時申請序列號61/869, 830的優先權， 這兩個美國臨時申請都通過引用明確地結合在此。
[0003] 背景
[0004] 本披露涉及能夠被成形以產生容器的聚合物材料，并且具體地，絕緣的聚合物材 料。更具體地說，本披露涉及基于聚合物的配制品，這些配制品可以產生絕緣的非芳香族聚 合物材料。
[0005] 概述
[0006] 根據本披露，聚合物材料包含聚合物樹脂和至少一種泡孔形成劑。在示意性實施 例中，混合并擠出或以另外的方式成形加工聚合物樹脂和泡孔形成劑的共混物以便產生絕 緣的非芳香族聚合物材料。絕緣的非芳香族聚合物材料具有低密度，但抵抗和/或能夠經 受沖擊力。低密度絕緣的非芳香族聚合物材料提供改進的容器。
[0007] 在示意性實施例中，絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料包含泡孔形成劑和至少一 種基于高密度聚乙烯的基礎樹脂。泡孔形成劑可以包括化學成核劑和物理發泡劑。在實施 例中，基礎樹脂可以是HDPE，所述HDPE可以是原始的HDPE、回收料、或其混合物。
[0008] 在示意性實施例中，絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料具有每立方厘米小于約 〇. 9克的密度。在示意性實施例中，絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料具有在每立方厘米 約0. 4克至每立方厘米約0. 9克范圍內的密度。在示意性實施例中，絕緣性泡孔式非芳香 族聚合物材料具有在每立方厘米約〇. 5克至每立方厘米約0. 75克范圍內的密度。
[0009] 在示意性實施例中，對根據本披露的基于聚乙烯的配制品進行加熱并擠出以便產 生管狀擠出物（在擠出方法中），可以將所述管狀擠出物成形加工以便提供絕緣性泡孔式 非芳香族聚合物材料的條帶。在成形加工管狀擠出物之前，將呈惰性氣體形式的物理發泡 劑引入到熔融材料中。在示意性實施例中，通量系統包括多型坯分出（drop)。例如，擠出生 產線作為單個生產線開始，然后分成用于多個型坯分出的2、3、4、5或更多個生產線。在示 意性實施例中，根據本披露所產生的絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料可以經過成形加工 以產生絕緣性杯子或容器。在示意性實施例中，聚乙烯樹脂用于形成絕緣性泡孔式非芳香 族聚合物材料。在考慮對如目前認為的執行本披露的最佳模式進行舉例說明的示意性實施 例后，本披露的另外的特征將對本領域技術人員變得清楚。
[0010] 附圖簡要說明
[0011] 圖1是示出組件（從左上角開始順時針）石托、平臺、懸架支架、以及懸架隔離件 的未組裝的密度測定裝置的透視圖。
[0012] 詳細說明
[0013] 根據本披露，描述了聚合物材料。聚合物材料包含至少一種泡孔形成劑和聚合物 樹脂（即，熱塑性聚烯烴）。在示意性實施例中，混合并擠出或以另外的方式成形加工聚合 物樹脂和泡孔形成劑的共混物以便產生絕緣的非芳香族聚合物材料。絕緣的非芳香族聚合 物材料具有用于形成容器（例如，杯子和瓶子）的應用。
[0014] 在一個示例性實施例中，用于產生絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料（ICNAPM) 的基于聚合物的配制品包含至少一種聚合物樹脂。聚合物材料可以包含一種或多種基礎樹 月旨。作為實例，絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料包含至少一種聚乙烯基礎樹脂和一種或 多種泡孔形成劑。
[0015] 在一個實例中，基礎樹脂是高密度聚乙烯（HDPE)。HDPE基礎樹脂可以是HDPE均 聚物或HDPE共聚物。在另一個實例中，基礎樹脂是單峰HDPE。在又一個實例中，基礎樹 脂是單峰、高熔體強度HDPE。在還又一個實例中，基礎樹脂是單峰、高熔體強度HDPE，諸 如已經被電子束改性以提供長鏈支化和約0. 25g/10min的熔體指數的DOW? D0WLEX? IP 41HDPE(購自陶氏化學公司（The Dow Chemical Company))。單峰、高恪體強度HDPE 的另一個實例是已經被電子束改性以具有長鏈支化和約〇.25g/10min的熔體指數的 EQIJTSTAR? ALATHON?1 H5520HDPE共聚物（購自萊昂德爾化學公司（Lyondell Chemical Company))。適合的單峰 HDPE 的另一個實例是 FORMOLENE? HB5502F HDPE己稀共聚物（購自臺灣塑膠工業股份有限公司（Formosa Plastics Corporation))。 在HDPE己烯共聚物的另一個適合的實施例中，HDPE是MaHex'其HHM 5502BN HDPE己烯 共聚物（雪佛龍菲利普化學公司（Chevron Phillips Chemical Company)，伍德蘭（The Woodlands)，TX)〇
[0016] 長鏈支化是指存在聚合物側鏈（支鏈），這些聚合物側鏈（支鏈）的長度與連接到 聚合物側鏈上的骨架長度可比或大于連接到聚合物側鏈上的骨架長度。長鏈支化在拉伸或 定向伸展的過程中產生妨礙流動的粘彈性鏈纏結（聚合物纏結），并且提供應變硬化現象。
[0017] 應變硬化現象可通過兩種分析方法來觀察。第一種分析方法用來在拉伸流變儀上 觀察應變硬化的存在。在拉伸流變儀上拉伸或定向流動的過程中，當聚合物纏結不允許聚 合物在線性粘彈性（LVE)條件下流動時將發生應變硬化。因此，這些聚合物纏結妨礙流動 并且如觀察為彎鉤形成，產生與LVE條件的偏差。隨著應變和應變速率增加，由于聚合物鏈 纏結運動更快和更嚴重，應變硬化現象變得更嚴重。不具有長鏈支化的原始聚合物將表現 出LVE流動特征。相比之下，長鏈支化的聚合物將表現出應變硬化并且所述應變硬化造成 與原始聚合物的LVE流動特征的偏差，從而在相同測試條件下提供彎鉤形成。
[0018] 用來觀察長鏈支化存在的第二種分析方法是評估如根據ISO 16790所測試的熔 體強度數據，所述ISO 16790通過引用整體結合在此。當與缺乏長鏈支化的類似原始聚 合物相比時，已知熔體強度的量是與長鏈支化存在相關的。通過舉例，將北歐化工公司 (Borealis)DAPL0Y? WB140HMS聚丙烯（PP)(購自北歐化工公司（Borealis AG))與具有類 似分子量、多分散性指數和其他物理特征的其他聚合物比較。DAPL0Y? WB140HMS PP具有超 過約36cN的熔體強度，而缺乏長鏈支化的其他類似PP樹脂具有小于約IOcN的熔體強度。
[0019] 熔體流動指數（MFI)是當熔融時聚合物粘度的間接量度。所述指數被定義為通過 在10分鐘內所施加的壓力將流過具有特定直徑和長度的毛細管的聚合物熔體的質量，如 ASTM D1238中所描述。例如，Marlex? HHM 5502BN HDPE己烯共聚物（雪佛龍菲利普）具 有根據ASTM D1238的0. 35g/10min的熔體流動指數。熔體指數值越大指示粘度越低。更 高分子量的聚合物將是更有粘性的并且在相同條件下將更不容易流動，所以熔體指數將是 更小的數字。
[0020] 在某些示例性實施例中，配制品可包含作為HDPE的兩種基礎樹脂。配制品的一個 示意性實例包含FC)RMOLE_NE?HB5502F HDPE己烯共聚物（購自臺灣塑膠工業股份有 限公司）的第一基礎樹脂和EQUISTAR? ALATHON? H5520HDPE共聚物（購自萊 昂德爾化學公司）的第二基礎樹脂。在具有多于一種HDPE共聚物的實施例中，可以取決于 在配制品中所希望的屬性來使用不同的HDPE共聚物。例如，配制品可以包含電子束改性的 EQUISTAR? ALATHON?H5520 和 FORMOLENE?HB5502F HDPE 兩者。在這 樣一個實施例中，EQUISTAR曝AL.ATHON_? 115520提供增加起泡可能性的更高的熔 體強度，并且具有更小的撓曲模量或脆性。formolene^ hb55〇2f HDPE提供分子量 分布的廣泛的單峰多分散性指數并且使經濟優勢最大化。
[0021] 在另一個實例中，配制品包含約50 %的電子束改性的 EQUISTAR? ALATHON? H5520 和約 50% 的 FORMOLENE? HB5502F HDPE。 所述組合提供了一種材料，所述材料具有與未改性的HDPE樹脂相關聯的抗跌落能力和電 子束改性的長鏈支化HDPE的增加的熔體強度。取決于所希望的特征，在兩種HDPE基礎樹脂 之間的HDPE基礎樹脂的百分比可以在以下各項之間變化：例如，按基礎樹脂的重量計25% /75%、30% /70%、35% /65%、40% /60%、45% /55%、50% /50%等。在實施例中，配制 品包含三種HDPE基礎樹脂。同樣，取決于所希望的特征，三種HDPE共聚物的百分比可以在 以下各項之間變化：按基礎樹脂的重量計33% /33% /33%、30% /30% /40%、25% /25% /50% 等。
[0022] 如在此所披露的聚合物材料包含至少一種基礎樹脂。在示意性實施例中，至少一 種基礎樹脂可以是HDPE。基礎樹脂的量可以是若干個不同值中的一個或屬于若干個不同 范圍中的一個之內。將基礎樹脂的量選擇成以下值中的一個是在本披露的范圍之內：按重 量百分比計聚合物層的總配制品的約25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、 70%、75%、80%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91 %、92%、93%、94%、95%、96%、 97 %、98 %、99 %、99. 5 %、以及99. 9 %。配制品中的基礎樹脂的量屬于許多不同范圍中的 一個之內是在本披露之內的。在第一組范圍中，基礎樹脂的范圍是以下范圍中的一個：按重 量百分比計聚合物層的總配制品的約25 %至99. 9 %、85 %至99. 9 %、90 %至99. 9 %、95 % 至99. 9 %、98 %至99. 9 %、以及99 %至99. 9 %。在第二組范圍中，基礎樹脂的范圍是以下 范圍中的一個：按重量百分比計聚合物層的總配制品的約85%至99%、85%至98%、85% 至95%、以及85%至90%。在第三組范圍中，基礎樹脂的范圍是以下范圍中的一個：按重 量百分比計總配制品的約90%至99%和95%至98%。這些值和范圍中的每一個在實例1 至實例13中實現。在實施例中，基礎樹脂可以是100%原始基礎樹脂。在實例中，基礎樹 脂可以是原始基礎樹脂和回收料基礎樹脂的混合物。例如，基礎樹脂可以是100%、90%、 80%、75%、70%、60%、50%、40%、30%、25%、20%或10%原始基礎樹脂，其中其余部分是 回收料。例如，基礎樹脂可以是50 %原始HDPE和50 %回收料。
[0023] 術語聚合物層是指聚合物單層、多層材料中的聚合物芯層、或多層材料中的非芯 聚合物層。
[0024] 用于產生絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料的配制品可以進一步包含一種或多 種泡孔形成劑。泡孔形成劑包括成核劑和發泡劑。成核劑用于提供并控制熔融配制品內的 成核位點，以便促進在擠出的過程中在熔融配制品中形成泡孔、氣泡、或空隙。發泡劑用于 在成核位點處在熔融材料中使泡孔生長。發泡劑可以單獨地在配制品中使用或與成核劑一 起使用。
[0025] 用于產生絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料的配制品可以包含一種或多種泡孔 形成劑。成核劑的量可以是若干個不同值中的一個或屬于若干個不同范圍中的一個之內。 將成核劑的量選擇成以下值中的一個是在本披露的范圍之內：按重量百分比計聚合物層的 總配制品的約 0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、 以及15%。配制品中的物理成核劑的量屬于許多不同范圍中的一個之內是在本披露的范圍 之內。在第一組范圍中，物理成核劑的范圍是以下范圍中的一個：按重量百分比計聚合物層 的總配制品的約 〇· 1%至 15% (w/w)、0. 25%至 15%、0· 5%至 15%、0· 75%至 15%、1%至 15%、2%至15%、3%至15%、4%至15%、以及5%至15%。在第二組范圍中，成核劑的范 圍是以下范圍中的一個：按重量百分比計聚合物層的總配制品的約0. 1%至1〇%、〇. 25% 至 10%、0· 5%至 10%、0· 75%至 10%、1%至 10%、2%至 10%、3%至 10%、4%至 10%、以 及約5%至10%。在第三組范圍中，成核劑的范圍是以下范圍中的一個：按重量百分比計聚 合物層的總配制品的約0. 1%至5%、0. 25%至5%、0. 5%至5%、0. 75%至5%、1%至5%、 L 5%至 5%、2%至 5%、2· 5%至 5%、3%至 5%、3· 5%至 5%、4%至 5%、以及 4. 5%至 5%。
[0026] 成核劑意指在熔融材料中提供用于泡孔形成的位點的化學或物理試劑。成核劑可 以包括化學成核劑和物理成核劑。成核劑可以與被引入到擠出機的料斗中的配制品共混。 可替代地，可以將成核劑加入擠出機中的熔融樹脂混合物中。
[0027] 適合的物理成核劑具有所希望的粒度、縱橫比、以及頂部切削（top-cut)特性。實 例包括但不限于滑石、CaC03、云母、以及上述物質中的至少兩種的混合物。一個代表性實例 是赫利塔塑料有限公司（Heritage Plastics)基于HT6000線性低密度聚乙烯（LLDPE)的 滑石濃縮物。
[0028] 用于產生絕緣性泡孔式非芳香族聚合物材料的配制品可以包含一種或多種泡孔 形成劑。物理成核劑的量可以是若干個不同值中的一個或屬于若干個不同范圍中的一個之 內。將物理成核劑諸如滑石的量選擇成以下值中的一個是在本披露的范圍之內：按重量百 分比計聚合物層的總配制品的約〇%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、以及7%。配制品中的物 理成核劑的量屬于許多不同范圍中的一個之內是在本披露的范圍之內。在第一組范圍中， 物理成核劑的范圍是以下范圍中的一個：聚合物層的總配制品的約0%至7% (w/w)、0. 1% 至 7%、0.25%至7%、0.5%至7%、0.75%至7%、1.0%至7%、1.25%至7%、1.5%至7%、 1.75%至7%、2.0%至7%、2.25%至7%、2.5%至7%、3%至7%、4%至7%、5%至7%、 以及6%至7%。在第二組范圍中，物理成核劑的范圍是以下范圍中的一個：聚合物層的總 配制品的約 0%至 6%、0%至 5%、0%至 4%、0%至 3. 0%、0%至 2. 5%、0%至 2. 25%、0% 至 2. 0%、0%至 L 75%、0%至 L 5%、0%至 L 25%、0%至 L 0%、0%至 0· 75%、以及0%至 0. 5%。在第三組范圍中，物理成核劑的范圍是以下范圍中的一個：聚合物層的總配制品的 約0. 1 %至6%、0. 5%至5%、1 %至4%、以及2%至3%。在實施例中，配制品缺乏滑石。
[0029] 適合的化學成核劑在達到化學反應溫度時分解，以便在熔融配制品中產生泡孔。 這些小泡孔充當用于從物理或其他類型的發泡劑進行更大泡孔生長的成核位點。在一 個實例中，化學成核劑是檸檬酸或基于檸檬酸的材料。一個代表性實例是HYDROCEROL? CF-40E (購自科萊恩公司（Clariant Corporation))，所述 HYDROCEROL? CF-40E 含有檸檬 酸和晶體成核劑。
[0030] 發泡劑是指起作用以使成核位點膨脹的物理或化學材料（或材料的組合）。發 泡劑可以包括僅化學發泡劑、僅物理發泡劑、其組合、或若干類型的化學發泡劑和物理發泡 劑。發泡劑通過在成核位點處在熔融配制品中形成泡孔起作用以減小密度。可以將發泡劑 加入擠出機中的熔融樹脂混合物中。
[0031] 化學發泡劑是降解或反應以產生氣體的材料。化學發泡劑可以是吸熱的或放熱 的。化學發泡劑典型地在特定溫度下降解以便分解并且釋放氣體。化學發泡劑的一個實例 是檸檬酸或基于檸檬酸的材料。一個代表性實例是HYDROCEROL? CF-40E (購自科萊恩公 司），所述HYDROCEROL? CF-40E含有檸檬酸和晶體成核劑。在這里，檸檬酸在適當的溫度 下在熔融配制品中分解并且形成氣體，所述氣體朝成核位點迀移并且在熔融配制品中使泡 孔生長。如果存在足夠的化學發泡劑，化學發泡劑可以充當成核劑和發泡劑兩者。然而，化 學發泡劑未必總充當成核劑。
[0032] 在另一個實例中，化學發泡劑可以是選自下組，該組由以下各項組成：偶氮二甲酰 胺；偶氮二異丁腈；苯磺酰肼；4, 4-氧苯磺酰氨基脲；對甲苯磺酰氨基脲；偶氮二羧酸鋇； Ν，Ν' -二甲基-N，Ν' -二亞硝基對苯二甲酰胺；三肼基三嗪；甲烷；乙烷；丙烷；正丁烷；異 丁烷；正戊烷；異戊烷；新戊烷；甲基氟；全氟甲烷；乙基氟；1，1-二氟乙烷；1，1，1-三氟乙 烷；1，1，1，2-四氟乙烷；五氟乙烷；全氟乙烷；2, 2-二氟丙烷；1，1，1-三氟丙烷；全氟丙烷； 全氟丁燒；全氟環丁燒；甲基氯；二氯甲燒；乙基氯；1，1，1_二氯乙燒；1，1 _二氯_1_氟乙 燒；1_氯_1，1-二氟乙燒；1，1-二氯-2, 2, 2-二氟乙燒；1-氯-1，2, 2, 2-四氟乙燒；二氯 單氟甲烷；二氯二氟甲烷；三氯三氟乙烷；二氯四氟乙烷；一氯七氟丙烷；二氯六氟丙烷； 甲醇；乙醇；正