用于泡沫注塑成型的分子篩的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種包含至少一種熱塑性合成材料和用于吸收氮和/或二氧化碳的分子篩的模塑材料，其中所述合成材料是一種適用于化學或物理發泡工藝的合成材料，而所述分子篩由沸石材料或碳分子篩(carbon molecular sieve,CMS)構成，并且涉及一種注塑模制品及其生產方法和應用。
【專利說明】
用于泡沬注塑成型的分子篩
技術領域
[0001] 本發明涉及一種包含至少一種熱塑性合成材料和用于吸收氮和/或二氧化碳的分 子篩的模塑材料，并且涉及一種由該模塑材料制成的注塑模制品及其生產方法和應用。
[0002] 如今，合成材料在汽車制造中占15%與20%之間的重量百分比，并且呈上升趨勢。 合成材料通常作為外裝部分和內飾部分，其中后者通過將注塑成型構件與不同的表面裝飾 物粘接而獲得相應的視覺、觸覺及功能特性。特別是，合成材料部件作為用于汽車內飾的注 塑模制品而安裝，例如儀表板、門飾板或中控臺。上述部分可以設置有或者涂裝有裝飾部。
[0003] 另外，汽車工業在輕量構造上的競爭使得合成材料的應用平臺日益廣闊，其中，物 理發泡，即使用空氣（氮、C02)代替合成材料，或化學發泡的使用日益增加。在物理發泡時， 按照MuCell*?或相似工藝，將例如氮、二氧化碳或一種化學起泡劑在超臨界狀態下在塑化 加工過程中在壓力下注入合成材料熔體中并均勻地分布。在注入無壓模具之后，氣體從熔 體中分離，形成細孔泡沫結構。保壓壓力的取消、粘度的降低、縮痕和變形的最小化或消除 都是加強上述趨勢的重要方面。
【背景技術】
[0004] 發泡聚合物產品在本專業領域中是公知的，并且具有多種應用可行方案。泡沫被 例如用于緩沖、絕緣、減重、減震以及熱力、化學和電子惰性。使用發泡顆粒或常規聚合物加 工工藝，例如擠出、注塑、反應注塑和機械混合，能夠生產熱塑性聚合物泡沫。泡沫擠出工藝 通常包括以下步驟:將聚合物在擠出機中熔化;添加氣體或一種在擠出溫度和標準壓力下 形成為氣體狀態的化合物(起泡劑)或氣體源，例如一種通過分解而產生氣體的化合物;然 后由成型模具擠出熔化的熱塑性聚合物，以形成泡沫結構。通常還會在熔化的聚合物中添 加成核劑，以改善所得泡沫的孔徑大小和均勻性。
[0005] 例如US 5726214、US 4877815和US 3072583中公開了制造發泡聚合物產品的方 法。JP 08-12796公開了在組合物中使用氮化硼和沸石的組合作為成核劑，以發泡氟聚合物 樹脂。
[0006] 在DE 602 19 054中發現沸石在不添加氣體或化學發泡工具的情況下能夠單獨地 用來發泡可熔化加工的熱塑性聚合物。。
[0007] 現有技術的方法具有下列缺點，即在生成泡沫時或生成泡沫之后，出現不希望的 模制品排氣現象，這尤其減慢了涂覆構件的完成，從而使得更貴并且不便。如果過早施加涂 覆材料，上述排氣現象將導致不利的起泡，所以目前為止不得不長時間等待排氣減弱，直到 能夠將涂覆材料施加到模制品上。
【發明內容】
[0008] 本發明的任務在于，提供一種模塑材料，一種相應的注塑模制品或合成材料模制 品及其方法，其中這樣減少或抑制排氣:使得模制品在其制造完成后盡可能直接設置涂覆 面或涂層，期間并不因為排氣而起泡。
[0009] 根據本發明，上述任務通過根據權利要求1的特征的模塑材料、根據權利要求8的 注塑模制品，及其根據權利要求10的制造方法和根據權利要求13的應用來解決。
[0010] 根據本發明的模塑材料包括至少一種熱塑性合成材料和用于吸收氮和/或二氧化 碳的分子篩，其中所述合成材料是一種適用于化學或物理發泡工藝的合成材料，并且所述 分子篩由沸石材料或碳分子篩(carbon molecular sieve,CMS)構成。
[0011] 根據本發明，模塑材料或由其制成的模制品的排氣在借助分子篩發泡之后明顯減 少或得到抑制。此時，例如沸石在擠出機中受熱釋放出結晶水。汽化的結晶水形成細微的氣 泡，混入的起泡劑能夠積聚在這些氣泡上。這一方面改善了氣泡形成、即發泡模制品的質 量，即均勻分配相同大小的氣泡。另一方面意外的是，沸石也有助于合成材料泡沫在其形成 后的穩定性。這可能是因為環境空氣中的結晶水和部分起泡劑在熔體稍微冷卻后又重新吸 收在沸石上。從而迅速降低泡沫中的氣壓。
[0012] 本發明框架中的另一種分子篩材料，例如在可購買得到的氮氣生成器中使用的分 子篩材料，是所謂的分子篩碳，一種顆粒狀的碳材料。有多種方法來制造這種顆粒狀的碳材 料。其中一種方法是，將酚或呋喃系列的樹脂原料吸附在多孔的碳吸附劑的表面上，然后聚 合和/或縮合。接著進行碳化，使得在吸附劑中形成多細孔的結構(JP-0S 49-37036)。另一 種方法是，在通過熱分解而產生碳的碳氫化合物中添加焦炭，然后對其進行熱處理，以沉淀 焦炭的細孔中的碳(JP-0S 52-18675)。另一種方法則是，將一種在室溫下呈粘性的有機材 料與細微的炭顆粒混合，接著使其呈顆粒狀并且碳化(JP-0S 57-175715)。
[0013]然而，分離氮和氧的分子篩的細孔的孔徑大小必須控制在〇.35nm至0.5nm的范圍 之內。實驗證明，沸石似-六(3￥1^031￥八4、11,孔徑大小0.411111)、沸石23]\1-5(硅質巖，孔徑大小 0 · 5nm)或沸石A4( Zeopor? K80，斜發沸石，孔徑大小0 · 4nm)是特別有效的分子篩。
[0014]優選的，模塑材料中含有至少90 %至99.999 %重量百分比的合成材料，以及 0.001%至10%重量百分比的分子篩。上述質量分配一方面保證了氣體吸收的最大化，另一 方面分子篩的量充分小，而不會損害由模塑材料制成的模制品的機械性能。此外，特別是沸 石分子篩在上述質量中具有填充物的性能。
[0015] 優選的，作為沸石材料的分子篩的孔開口直徑在根據DIN66134和/或DIN 66135規 定的0.3nm至0.5nm范圍內，并且沸石材料的顆粒的尺寸在0. Ιμπι至20μηι范圍內。例如實驗中 使用沸石NA-A(SYL0SIVA4?,孔徑大小0.4nm)、沸石ZSM-5(硅質巖，孔徑大小0.5nm)或沸 石A4( Zeopor? K80，斜發沸石，孔徑大小0.4nm)作為分子篩。
[0016] 優選的，沸石材料的孔開口直徑在0.37nm至0.43nm范圍內。
[0017 ]試驗中能夠表明，沸石材料的顆粒的尺寸優選的在I SO 13 320規定的4μηι至6μηι范圍 內，以展現良好的排氣吸收性。
[0018] 優選的，模塑材料包含0.05%至5.00%重量比的沸石材料。進一步優選的是，模塑 材料包含〇. 05 %至1.00 %重量比的沸石材料。
[0019] 優選的是，熱塑性合成材料選自由丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙 烯-丙烯腈(SAN)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(ΡΕ)、聚丙烯(ΡΡ)、聚酰胺(ΡΑ)或其 混合物構成的族。這里，所述熱塑性合成材料可以是纖維強化的或非強化的。
[0020] 由前述模塑材料制成的注塑模制品具有用于吸收氮和/或二氧化碳的分子篩，其 優選地將氮和/或二氧化碳積聚在其表面。然而，通過在注塑模制品的容積內均勻分布分子 篩，使其能夠在離開注塑模具后也同樣能均勻吸收泡沫氣體。
[0021] 與不含分子篩的注塑模制品相比，根據本發明的注塑模制品減少了氮和/或二氧 化碳排放。
[0022] 優選的，注塑模制品還具有涂層，特別是裝飾層。只有這樣分子篩對于模制品的積 極作用才對外部觀察者可見，因為將皮革裝飾物或薄膜直接施加到從注塑模具中取出的模 制品上后，皮革裝飾物或薄膜下方的氣泡不可見。
[0023] 根據本發明的制造注塑模制品的方法包括以下步驟：
[0024] a)將至少一種熱塑性合成材料與分子篩混合，優選地與孔開口直徑在DIN66134 和/或DIN66135規定的0 · 3nm至0 · 5nm范圍內的沸石材料混合；
[0025] b)熔化模塑材料，并且在壓力下供應氮(N2)和/或二氧化碳(C02);
[0026] c)將均勻的熔體擠出或注入注塑模具中；
[0027] d)冷卻；
[0028] e)施加裝飾層，其中使用分子篩以減少氮(N2)和/或二氧化碳(C02)排放，或者將注 塑模制品（1)與另一構件粘接。
[0029] 優選的，步驟d)與步驟e)之間的時間間隔少于5小時。在將皮革裝飾物或薄膜施加 到約5小時前從注塑模具中取出的模制品上之后，皮革裝飾物或薄膜下方的氣泡不可見，由 此外部觀察者能夠察覺到分子篩對于模制品的積極作用。借助模制品中的分子篩及其相應 方法，加快了涂覆構件的制造，并因此更加便利和節省成本。
[0030] 優選的，模塑材料的擠出或注塑在80°至300°C的溫度范圍內完成。分子篩在該溫 度下不影響發泡過程，但能夠在冷卻時發揮作用。
[0031] 根據本發明的注塑模制品用于生產構件，該構件是有涂層的車輛、飛機或輪船的 配件，或者是車輛、飛機或輪船的配件的部分，優選的是有涂層或涂覆的內飾構件。
【具體實施方式】
[0032] 接下來，結合幾個實例進一步說明本發明，而不以此限制本發明。
[0033] 圖1和圖2示出傳統的，即不含額外的分子篩的注塑模制品的圖片，注塑模制品具 有裝飾層，該裝飾層在將模制品從注塑模具中取出(Abmusterung)之后3.5小時（圖1)和至 少44小時（圖2)被施加。明顯可以看出圖1中的大量地起泡。
[0034]意外地發現，模塑材料或由其制成的模制品的排氣在借助分子篩的發泡過程之后 明顯減少或得到抑制。在傳統的注塑模制品的情況中，即不含額外的分子篩時，要根據使用 的合成材料在將模制品從注塑模具中取出(Abmusterung)至少約44小時后才能夠大范圍無 泡地施加裝飾層(參見圖2)。于是，目前為止不得不花很長的時間來等待排氣減弱，直到能 夠在模制品上施加涂覆。圖3示例性地示出了沸石A的空心結構，沸石A是一種合成的無色的 結晶態的硅鋁酸鹽，其水合鈉形式具有以下分子式:Na 12((A102)12(Si02)12)27H 20。集合名詞 沸石A隱含了上述化合物的多種變體(Varianten)。它們都具有相同的硅鋁酸鹽晶格，但包 含了例如鉀離子或鈣離子等其他離子來取代鈉離子。根據本發明的合適的分子篩可以是孔 徑在0 · 3nm至0 · 5nm范圍內的沸石A〇
【主權項】
1. 一種模塑材料，包含至少一種熱塑性合成材料和用于吸收氮和/或二氧化碳的分子 篩，其中所述合成材料是適用于化學或物理發泡工藝的合成材料，并且所述分子篩由沸石 材料或碳分子篩(carbon molecular sieve,CMS)構成。2. 根據權利要求1所述的模塑材料，其中所述模塑材料含有至少90%至99.999 %重量 百分比的合成材料，以及0.001%至10%重量百分比的分子篩。3. 根據權利要求1或2所述的模塑材料，其中，所述沸石材料的顆粒的尺寸在Ο.?μπι至20 μπι范圍內，并且所述沸石材料的孔開口直徑在DIN66134和/或DIN 66135規定的0.3nm至 0.5nm范圍內。4. 根據權利要求3所述的模塑材料，其中，所述沸石材料的顆粒的尺寸在IS013320規定 的4μηι至6μηι范圍內。5. 根據權利要求3所述的模塑材料，其中，所述沸石材料的孔開口直徑在0.37nm至 0 · 43nm范圍內。6. 根據權利要求1至5之一所述的模塑材料，包含0.05%至5.00%重量百分比的所述沸 石材料。7. 根據權利要求1至6之一所述的模塑材料，其中熱塑性合成材料選自由丙烯腈一丁二 烯一苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丙烯腈（SAN)、聚苯乙烯（PS)、聚碳酸酯（PC)、聚乙烯 (PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)或其混合物構成的族。8. -種由權利要求1至7中的任一項所述的模塑材料制成的注塑模制品，其中，用于吸 收氮和/或二氧化碳的所述分子篩至少部分地積聚在所述注塑模制品的表面。9. 根據權利要求8所述的注塑模制品，其中，所述注塑模制品（1)額外具有涂層，特別是 裝飾層。10. -種用于制造根據權利要求8或9所述的注塑模制品的方法，包括以下步驟： a) 將至少一種熱塑性合成材料與分子篩混合，優選地與孔開口直徑在DIN66134和/或 DIN66135規定的0 · 3nm至0 · 5nm范圍內的沸石材料混合； b) 熔化所述模塑材料，并且在壓力下供應氮(N2)和/或二氧化碳(CO2); c) 將均勻的熔體擠出或注入注塑模具中； d) 冷卻； e) 施加裝飾層或者將所述注塑模制品與另一構件粘接。11. 根據權利要求10所述的方法，其中步驟d)與步驟e)之間的時間間隔少于5小時。12. 根據權利要求10所述的方法，其中所述模塑材料的擠出或注塑在80°至300 °C的溫 度范圍內完成。13. -種用于生產構件的根據權利要求8或9所述的注塑模制品或根據權利要求1至7所 述的模塑材料的應用，其中，所述構件是有涂層的車輛、飛機或輪船的配件，或者是車輛、飛 機或輪船的配件的部分，優選的是有涂層或涂覆的內飾構件。
【文檔編號】C08K7/26GK105885329SQ201610084536
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月14日
【發明人】沃爾夫岡·費舍爾
【申請人】利薩·德雷克塞邁爾有限責任公司