本發(fā)明涉及一種發(fā)泡組合物的方法。在一個方面中，本發(fā)明涉及使用氟樹脂作為晶核生成劑發(fā)泡聚烯烴組合物，而在另一方面中，本發(fā)明涉及由該方法制備的發(fā)泡的組合物。在又一方面中，本發(fā)明涉及使用發(fā)泡的組合物作為電通信電纜，特別是高頻同軸電纜中的絕緣層。
背景技術(shù)：
通常，高頻電信電纜的絕緣層通過混合晶核生成劑與高密度聚乙烯(hdpe)和低密度聚乙烯(ldpe)的混合物來產(chǎn)生。可發(fā)泡材料然后在物理發(fā)泡劑的存在下擠出，該物理發(fā)泡劑比如氣體，如氮?dú)狻⒍趸?、氯化碳氟化合物、氟利昂、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣和氡氣，其被注射到擠出機(jī)內(nèi)的聚合物熔體中。用于發(fā)泡的晶核生成劑可包括但不限于偶氮二甲酰胺(adca)和4,4'-氧代雙苯磺酰肼(obsh)，其在擠出機(jī)中熱分解并在聚合物熔體中形成許多細(xì)小的核。然而，分解的adca和obsh的副產(chǎn)物具有高極性，其眾所周知對電纜的電氣性能具有顯著不利影響(耗散因子)。
相較于adca和obsh，氟樹脂粉末，如聚四氟乙烯(ptfe)，為呈現(xiàn)對電氣性能顯著更小影響的晶核生成劑并且不含與adca和obsh相關(guān)的分解問題。ptfe已經(jīng)且當(dāng)前用作用于發(fā)泡在電信電纜中用作絕緣材料的組合物的晶核生成劑，但仍期望改進(jìn)，特別是在晶核生成劑在可發(fā)泡組合物(即，聚合物基質(zhì))內(nèi)的分散方面，以及在發(fā)泡的產(chǎn)物內(nèi)形成小、尺寸均勻的泡孔方面。
usp3,554,932a教導(dǎo)了用作用于氣體注射、發(fā)泡的熱塑性材料的成核劑的細(xì)微粉碎、固體氟樹脂，如ptfe、氟化乙烯-丙烯(fep)或涂布有碳氟化合物的顆粒載體。其還教導(dǎo)了粒度不應(yīng)超過20微米直徑，并且應(yīng)以0.01重量％到2重量％的量使用。
ca2523861a1教導(dǎo)了一種低損耗泡沫組合物和電纜，如同軸電纜。通過將烯烴聚合物，如高密度聚乙烯、中等密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚丙烯或其組合任選地與晶核生成劑一起加熱成熔融狀態(tài)組合物形成泡沫組合物。將熔融混合物與包含大氣氣體如二氧化碳、氮?dú)饣蚩諝獾钠鹋輨┖椭鹋輨┮黄鹪趬毫ο聰D出通過模具。晶核生成劑選自由以下組成的群組：偶氮雙甲酰胺、偶氮二甲酰胺和碳酸鈉，具有或不具有檸檬酸、滑石、碳酸鈣、云母及其組合。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
在一個實(shí)施例中，本發(fā)明為一種使用偶氮二甲酰胺(adca)和氟樹脂的組合且以60:40到20:80的adca:氟樹脂重量比作為成核劑發(fā)泡聚烯烴組合物的方法。
在一個實(shí)施例中，本發(fā)明為一種聚烯烴泡沫，其通過使用adca和氟樹脂的組合且以60:40到20:80的adca:氟樹脂重量比作為成核劑發(fā)泡聚烯烴組合物的方法制備。
在一個實(shí)施例中，本發(fā)明為一種電纜，其包含包含通過使用adca和氟樹脂的組合且以60:40到20:80的adca:氟樹脂重量比作為成核劑發(fā)泡聚烯烴組合物的方法制備的泡沫的絕緣層。
在一個實(shí)施例中，本發(fā)明為一種可發(fā)泡組合物，以組合物的重量計(jì)以重量％為單位，其包含：
(a)45％到95％hdpe；
(b)4％到54％ldpe；以及
(c)0.01％到1％的adca和氟樹脂的組合且以60:40到20:80的adca:氟樹脂重量比。
具體實(shí)施方式
定義
除非相反地陳述、從上下文暗示或本領(lǐng)域慣用的，否則所有份數(shù)和百分比都是按重量計(jì)，并且所有測試方法都是到本公開的提交日為止的現(xiàn)行方法。出于美國專利實(shí)踐的目的，任何所參考的專利、專利申請案或公開案的內(nèi)容都以全文引用的方式并入(或其等效美國版本如此以引用的方式并入)，尤其在本領(lǐng)域中的定義(在不會與本公開具體提供的任何定義不一致的程度上)和常識的公開方面。
除非另外指示，否則在本公開中的數(shù)值范圍為近似值。數(shù)值范圍包括從下限值到上限值并且包括下限值和上限值、以一個單位遞增的所有值，其限制條件是任何較低值和任何較高值之間存在至少兩個單位的間隔。作為一個實(shí)例，如果如例如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率等的組合特性、物理特性或其它特性為100到1,000，那么這意味著明確地列舉所有單獨(dú)值，如100、101、102等以及子范圍，如100到144、155到170、197到200等。對于含有小于一的值或含有大于一的分?jǐn)?shù)(例如1.1、1.5等)的范圍，一個單位按需要被視為0.0001、0.001、0.01或0.1。對于含有小于十的個位數(shù)(例如1到5)的范圍，一個單位通常被認(rèn)為是0.1。這些僅是具體預(yù)期的實(shí)例，并且所列舉的最低值和最高值之間的數(shù)值的全部可能組合將被視為在本發(fā)明中明確陳述。在本公開內(nèi)提供數(shù)值范圍尤其用于在混合物中的單個成分的粒度和量。
無論是否具體公開，“包含”、“包括”、“具有”以及類似術(shù)語并不旨在排除任何額外組分、步驟或程序的存在。為了避免任何疑問，除非相反陳述，否則通過使用術(shù)語“包含”要求的所有方法可包括一個或多個額外步驟、設(shè)備零件或組成部分和/或材料。相反，術(shù)語“主要由……組成”從任何隨后列舉的范圍中排除除了對可操作性來說不是必不可少的那些之外的任何其它組分、步驟或程序。術(shù)語“由……組成”排除未具體敘述或列出的任何組分、步驟或程序。除非另外說明，否則術(shù)語“或”是指單獨(dú)以及以任何組合形式列舉的成員。
“組合物”和類似術(shù)語意指兩種或更多種材料的混合物。
在本發(fā)明的上下文中，“聚烯烴組合物”和類似術(shù)語意指包含至少一種聚烯烴的組合物。
“互聚物”意指通過至少兩種不同單體的聚合而制備的聚合物。這一通用術(shù)語包括共聚物(通常用于指由兩種或更多種不同單體制備的聚合物)，和由多于兩種不同單體制備的聚合物，例如三元共聚物、四元共聚物等。
在本發(fā)明的上下文中，“成核劑”、“晶核生成劑”和類似術(shù)語意指通常小顆粒的物質(zhì)，其為在聚合物熔體內(nèi)的氣泡形成提供成核部位或位置。這些晶核生成劑用于增強(qiáng)發(fā)泡的聚合物的泡孔結(jié)構(gòu)。
“附聚”和類似術(shù)語意指將兩個或更多個顆粒群集合在一起以構(gòu)成整體。附聚物可具有不同尺寸。附聚物將一直大于制備其的顆粒，但未與特定附聚物締合的一些顆粒可大于附聚物。在本發(fā)明的實(shí)踐中，附聚物通常且優(yōu)選地在尺寸上小于一微米，在尺寸上更優(yōu)選地小于0.5微米并且甚至更優(yōu)選地小于0.3微米。
“顆?！焙皖愃菩g(shù)語意指單一物質(zhì)。顆粒可具有不同尺寸。氟樹脂顆粒，例如，ptfe顆粒，為氟樹脂的單一物質(zhì)。兩個或更多個氟樹脂顆粒集合在一起，即，彼此接觸，形成氟樹脂附聚物。本發(fā)明的氟樹脂顆粒在尺寸上通常且優(yōu)選地小于一微米，在尺寸上更優(yōu)選地小于0.5微米并且甚至更優(yōu)選地小于0.3微米。
“未附聚的顆?！焙皖愃菩g(shù)語意指未與另一類似種類的顆粒締合的顆粒。未附聚的顆粒包括從附聚物解離的顆粒和未與附聚物締合的顆粒兩者。
“母料”和類似術(shù)語意指在載體樹脂中的添加劑的濃縮混合物。在本發(fā)明的上下文中，母料包含在聚烯烴樹脂中的氟樹脂成核劑的濃縮混合物。母料允許成核劑有效添加到聚烯烴中以及成核劑在聚烯烴中的有效分散。母料的制造和使用對于制造和制作塑料和泡沫制品的本領(lǐng)域的技術(shù)人員是眾所周知的。
聚烯烴
“聚烯烴”和類似術(shù)語意指衍生自一種或多種簡單烯烴單體(例如，乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等)的聚合物。烯烴單體可被取代或未被取代，并且如果被取代，取代基可大幅變化。如果聚烯烴含有不飽和，那么優(yōu)選地共聚單體中的至少一種為至少一種非共軛二烯，如1,7-辛二烯、1,9-癸二烯、1,11-十二碳二烯、1,13-十四碳二烯、7-甲基-1,6-辛二烯、9-甲基-1,8-癸二烯等。許多聚烯烴為熱塑性塑料。聚烯烴包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚異戊二烯及其各種互聚物。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，聚烯烴為至少一種，優(yōu)選地高密度聚乙烯(hdpe)和低密度聚乙烯(ldpe)的共混物。可用于本發(fā)明的實(shí)踐中的hdpe樹脂是眾所周知的、可商購的，并且可借助齊格勒-納塔(ziegler-natta)、鉻類限制幾何構(gòu)型或茂金屬催化劑在漿液反應(yīng)器、氣相反應(yīng)器或溶液反應(yīng)器中制備。如本文所用，hdpe為乙烯類均聚物或互聚物，其密度為至少0.94g/cc，或至少0.94g/cc到0.98g/cc，并且熔融指數(shù)為0.1g/10min到25g/10min。
hdpe可包含乙烯和一種或多種c3-c20α-烯烴共聚單體。(一種或多種)共聚單體可為直鏈或支鏈的。合適共聚單體的非限制性實(shí)例包括丙烯、1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯以及1-辛烯。hdpe互聚物包括至少50重量％的衍生自乙烯的單元，即，聚合的乙烯，或至少70重量％，或至少80重量％，或至少85重量％，或至少90重量％，或至少95重量％呈聚合形式的乙烯。
在實(shí)施例中，hdpe為均聚物或乙烯/α-烯烴共聚物，其密度為0.94g/cc到0.98g/cc，并且熔融指數(shù)為0.1g/10min到10g/10min。在實(shí)施例中，hdpe的密度為0.960g/cc到0.980g/cc，并且熔融指數(shù)為0.1g/10min到10g/10min。在實(shí)施例中，hdpe的密度為0.96g/cc到0.97g/cc并且熔融指數(shù)為0.1g/10min到10g/min。在實(shí)施例中，hdpe的密度為0.96g/cc到0.98g/cc并且熔融指數(shù)為1.0g/10min到10.0g/10min。
合適的可商購的hdpe的非限制性實(shí)例包括不限于dow高密度聚乙烯樹脂和continuumtm與univaltm高密度聚乙烯樹脂、elitetm5960g、hdpekt10000ue、hdpeks10100ue和hdpe35057e，每種可購自美國密歇根州米德蘭市的陶氏化學(xué)公司(thedowchemicalcompanymidland,michigan,usa)；surpasstm，可購自加拿大亞伯達(dá)省卡爾加里的諾瓦化學(xué)品公司(novachemicalscorporation,calgary,alberta,canada)；bs2581，可購自北歐化工(borealis)；hostalenacp5831d，可購自利安德/巴塞爾(lyondell/basell)；
可用于本發(fā)明的實(shí)踐中的ldpe樹脂也是眾所周知、可商購的，并且通過包括但不限于溶液相、氣相或漿液相以及高壓管或高壓釜的多種方法中的任一種制備。在共聚單體分布方面，聚乙烯也可為均相或非均相的。勻相聚乙烯通常具有基本上均勻的共聚單體分布。在另一方面，聚乙烯不具有均勻的共聚單體分布。在一個實(shí)施例中，ldpe為線性低密度聚乙烯(lldpe)。在一個實(shí)施例中，ldpe為非常低密度聚乙烯(vldpe)。
聚乙烯可具有寬的分子量分布，特征為大于3.5的多分散性(mw/mn)，或窄分子量分布，特征為在約1.5到約3.5的范圍內(nèi)的多分散性(mw/mn)。mw被定義為重均分子量，并且mn被定義為數(shù)均分子量。它們可為單一類型的聚乙烯或多于一種類型的聚乙烯的共混物或混合物。因此，其可由單個或多個dsc熔點(diǎn)表征。聚乙烯的密度可在0.865克/立方厘米到0.930克/立方厘米(g/cc)的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地密度在0.900g/cc到0.925g/cc的范圍內(nèi)。此外，它們的熔融指數(shù)(mi，i2)可在0.1克/10分鐘到50克/10分鐘(g/10min)的范圍內(nèi)?？捎糜谥苽溥@些聚乙烯的典型催化劑體系為鎂/鈦類催化劑體系，其可通過在usp4,302,565中描述的催化劑體系(非均相聚乙烯)舉例說明；釩類催化劑體系，如在usp4,508,842(非均相聚乙烯)和5,332,793；5,342,907；以及5,410,003(勻相聚乙烯)中描述的那些；鉻類催化劑體系，如在usp4,101,445中描述的那種；茂金屬催化劑體系，如在usp4,937,299和5,317,036(勻相聚乙烯)中描述的那種；或其它過渡金屬催化劑體系。這些催化劑體系中的許多通常稱為齊格勒-納塔催化劑體系或菲利浦(phillips)催化劑體系。在二氧化硅-氧化鋁載體上使用鉻或鉬氧化物的催化劑體系可包括在此。用于制備聚乙烯的典型方法也在前述專利中有所描述。典型原位聚乙烯共混物和方法以及用于提供其的催化劑體系描述于usp5,371,145和5,405,901中。各種聚乙烯可包括通過高壓方法制備的乙烯的低密度均聚物(hp-ldpe)和密度大于0.940g/cc的高密度聚乙烯(hdpe)。常規(guī)的高壓方法描述于《聚合物化學(xué)導(dǎo)論(introductiontopolymerchemistry)》，stille，威利父子公司(wileyandsons)，紐約(newyork)，1962，第149到151頁中。高壓方法通常為在管狀反應(yīng)器或攪拌高壓釜中進(jìn)行的自由基引發(fā)的聚合。在攪拌高壓釜中，壓力在約10,000psi到30,000psi(約69mpa到約207mpa)的范圍內(nèi)，且溫度在約175℃到約250℃的范圍內(nèi)，并且在管狀反應(yīng)器中，壓力在約25,000psi到45,000psi(約170mpa到約310mpa)的范圍內(nèi)，且溫度在約200℃到約350℃的范圍內(nèi)。
可商購的ldpe樹脂包括不限于可購自陶氏化學(xué)公司的dow低密度聚乙烯樹脂，如dfdb-1258nt，以及一般來說，用于重荷袋或農(nóng)業(yè)膜中的任何分布熔融流動指數(shù)(mfi)樹脂，如可購自北歐化工、巴塞爾、沙特等的那些樹脂。
本發(fā)明的hdpe/ldpe混合物或共混物可通過本領(lǐng)域中已知的任何合適的方法制備，如例如按期望比例以粒化形式干共混，接著在如螺桿擠出機(jī)或banburytm混合器中熔融共混。干共混的球?？赏ㄟ^例如擠出或注射成型直接熔融處理最終固態(tài)制品。還可通過直接聚合制備共混物。直接聚合可在單個反應(yīng)器或串聯(lián)或并聯(lián)的兩個或更多個反應(yīng)器中使用例如一種或多種催化劑，并且改變操作條件、單體混合物和催化劑選擇中的至少一個。
以組合物的重量計(jì)，在聚烯烴組合物中的hdpe的量通常為至少45重量％(wt％)，更通常至少55wt％并且甚至更通常至少60wt％。以組合物的重量計(jì)，在聚烯烴組合物中的hdpe的量通常不超過95wt％，更通常不超過85wt％并且甚至更通常不超過80wt％。
以組合物的重量計(jì)，在聚烯烴組合物中的ldpe的量通常為至少4重量％(wt％)，更通常至少14wt％并且甚至更通常至少19wt％。以組合物的重量計(jì)，在聚烯烴組合物中的ldpe的量通常不超過54wt％，更通常不超過44wt％并且甚至更通常不超過39wt％。
共混物的hdpe組分可包含兩種或更多種等級的hdpe，并且共混物的ldpe組分可包含兩種或更多種等級的ldpe。hdpe/ldpe共混物的i2通常為0.1g/10min到4g/10min，更通常為0.15g/10min到4g/10min。
成核劑
氟樹脂組分
氟樹脂顆粒，特別是尺寸小于一微米的那些，傾向于附聚。一些可商購的氟樹脂粉末包含高含量的尺寸為例如直徑為至少5微米(μm)的附聚物。通常，附聚物的尺寸在4微米到50微米，更通常5微米到20微米并且甚至更通常5微米到15微米的范圍內(nèi)。通常，在這些粉末中尺寸為至少5μm的氟樹脂附聚物的量為至少80％，更通常至少82％，并且甚至更通常至少85％。這些粉末在許多聚烯烴例如hdpe和/或ldpe中，分散得不好。
雖然附聚的氟樹脂顆粒，即，如上所述的附聚物可用于本發(fā)明的實(shí)踐中，但是在一個實(shí)施例中使用未附聚的顆粒。在一個實(shí)施例中，用于本發(fā)明的成核劑的氟樹脂組分為尺寸小于一微米，或尺寸小于0.5微米，或尺寸小于0.3微米的未附聚的顆粒，其可與初始尺寸為亞微米是尺寸從大于一微米縮短到小于一微米的附聚物共混。在一個實(shí)施例中，用于本發(fā)明的實(shí)踐中的成核劑的氟樹脂組分包含小于10wt％、或9wt％、或8wt％、或7wt％、或6wt％、或5wt％、或4wt％、或3wt％、或2wt％、或1wt％的尺寸大于一微米的附聚物，但此類附聚物的量越小，并且由此亞微米顆粒和亞微米附聚物的量越大，氟樹脂在聚烯烴中分散得越好，并且在發(fā)泡的產(chǎn)物中泡孔大小分布得越平均。
附聚的顆?？赏ㄟ^任何常規(guī)的方法，例如研磨、混合或攪拌(通常以相對高速度)等彼此分離。在一個實(shí)施例中，在成核劑與聚烯烴混合之前，包含一微米或更大，通常3微米或4微米或5微米或更大的附聚物的氟樹脂經(jīng)受任何程序、處理等，該程序、處理等將大部分，優(yōu)選地60％、70％、80％、90％或更多的此類附聚物縮短成尺寸小于一微米的未附聚顆粒，或尺寸小于一微米的附聚物。
在一個實(shí)施例中，用于本發(fā)明的實(shí)踐且包含一微米或更大，通常3微米或4微米或5微米或更大的附聚物的成核劑的氟樹脂組分在具有或不具有成核劑的adca組分的情況下首先與聚烯烴混合，以形成母料，并且然后母料經(jīng)受任何程序處理，該程序、處理等將大部分，優(yōu)選地60％、70％、80％、90％或更多的此類附聚物縮短成尺寸小于一微米的未附聚顆粒，或尺寸小于一微米的附聚物。通常，母料包含1重量％到50重量％，更通常5重量％到50重量％并且甚至更通常15重量％到30重量％(wt％)氟樹脂，以及50wt％到99wt％，更通常60wt％到95wt％并且甚至更通常70wt％到85wt％聚烯烴。在母料經(jīng)受氟樹脂尺寸減小程序、處理等之后，在發(fā)泡方法開始之前，在將未附聚的顆粒和附聚物均勻地分散在聚烯烴內(nèi)的條件下且持續(xù)足夠的時間段，母料與成核劑的adca組分(如果其還未包含所述組分)和待發(fā)泡的聚烯烴混合。
在一個實(shí)施例中，包含一微米或更大，通常3微米或4微米或5微米或更大的附聚物的氟樹脂，在具有或不具有成核劑的adca組分的情況下，以發(fā)泡方法的實(shí)踐所需的量首先與聚烯烴混合，并且然后聚烯烴經(jīng)受任何程序、處理等持續(xù)足夠的時間量，該足夠的時間量將(1)縮短大部分，優(yōu)選地60％、70％、80％、90％或更多的此類附聚物成尺寸小于一微米的未附聚的顆?；虺叽缧∮谝晃⒚椎母骄畚铮⑶?2)在發(fā)泡方法開始之前將這些未附聚的顆粒和縮短的附聚物基本上均勻地分散在聚烯烴內(nèi)。可在添加氟樹脂之前、同時或之后，以及在氟樹脂的附聚物經(jīng)受尺寸減小之前或之后，將成核劑的adca組分添加到聚烯烴中。
成核劑，優(yōu)選地包含尺寸小于一微米的顆粒和附聚物的ptfe可通過任何常規(guī)的方法添加到包含或主要由hdpe和ldpe組成的聚烯烴組合物中。成核劑可純的，與一種或多種其它添加劑(例如抗氧化劑、泡孔穩(wěn)定劑等)組合，或作為母料的一部分添加。成核劑與聚烯烴組合物混合以實(shí)現(xiàn)成核劑在聚烯烴組合物中的實(shí)質(zhì)上勻相分散，并且為此目的，通常優(yōu)選的是分批混合，例如通過使用busstm捏合機(jī)，以在擠出機(jī)中混合。如果成核劑首先與聚烯烴組合物在擠出機(jī)中混合，那么其通常在用于發(fā)泡的氣體的注射之前，添加到聚烯烴組合物中。
可通過本領(lǐng)域中已知的任何方法測定粒度。在一個實(shí)施例中，氟樹脂粉末的粒度和比例(％，按數(shù)量計(jì))的測定可如下測定。通過在約35khz至40khz的超聲波處理和乙醇下持續(xù)約2分鐘的分散處理獲得的包含氟樹脂粉末的分散體，其中氟樹脂粉末以得到分散體70％至95％的激光穿透(出射光與入射光的比例)的量包含在內(nèi)，在相對折射下經(jīng)受microtrack粒度分析儀(基于氟樹脂粉末的衍射比(約0.99)與乙醇的衍射比的比率或根據(jù)最接近于所述比率(例如1.02)的上述粒度分析儀的量度進(jìn)行測定)，并且進(jìn)行流動型泡孔測量模式以基于激光的光學(xué)衍射測定各個顆粒的粒度(d1、d2、d3...)和具有每種粒度的顆粒的數(shù)量(n1、n2、n3...)。在這種情況下，通過microtrack粒度分析儀自動測量各個顆粒的粒度(d)，其中就對應(yīng)的球體的直徑來說測量具有各種形狀的顆粒。因此，粒度d1的比例(％，按數(shù)量計(jì))通過這些顆粒的數(shù)目(n1)與全部顆粒的數(shù)目(σn)的百分比來表示。粒度為0.1μm至0.5μm的顆粒的比例通過粒度為0.1μm至0.5μm的顆粒的數(shù)目與存在的所述的總數(shù)(σn)的百分比來表示。類似地，粒度不小于5μm的顆粒的比例通過粒度不小于5μm的顆粒的數(shù)目與存在的顆粒的總數(shù)(σn)的百分比來表示。在另一方面，可根據(jù)下式，使用存在的顆粒的總數(shù)(σn)以及相應(yīng)顆粒的粒度的立方和存在的顆粒的總數(shù)的總乘積(σnd3)計(jì)算本發(fā)明的成核劑的平均粒度
平均粒度(μm)＝(σnd3/σn)1/3
粒度的計(jì)算進(jìn)一步在usp6,121,335中示出。以與上文對于粒度測定所述相同的方式確定聚結(jié)物尺寸的計(jì)算。
雖然氟樹脂顆粒和附聚物的形狀不受特別限制，但優(yōu)選的是顆粒和附聚物在形狀上主要為球體狀，以產(chǎn)生包含細(xì)小泡孔且在均勻發(fā)泡方面優(yōu)異的泡沫。
氟樹脂/adca混合物成核劑
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，成核劑為氟樹脂(優(yōu)選地ptfe)和偶氮二甲酰胺(adca)的混合物。adca與氟樹脂的重量比通常為60/40到20/80，更通常55/45到20/80并且甚至更通常50/50到25/75。在此實(shí)施例中氟樹脂的粒度分布和形態(tài)(例如，附聚的或未附聚的)可變化，但優(yōu)選地氟樹脂的粒度分布和形態(tài)兩者如上所述。以聚烯烴組合物的重量計(jì)，添加到聚烯烴組合物中的此實(shí)施例的成核劑(即，氟樹脂和adca)的量通常為0.01wt％到1wt％，更通常0.05wt％到0.6wt％并且甚至更通常0.1wt％到0.3wt％。
成核劑可通過任何常規(guī)方法添加到聚烯烴組合物中。成核劑可純的，與一種或多種其它添加劑(例如抗氧化劑、泡孔穩(wěn)定劑等)組合，或作為母料的一部分添加。成核劑通常作為氟樹脂和adca的混合物添加，但氟樹脂和adca可單獨(dú)地添加并且混合物原位形成于聚烯烴組合物內(nèi)。成核劑與聚烯烴組合物混合以實(shí)現(xiàn)成核劑在聚烯烴組合物中的實(shí)質(zhì)上勻相分散，并且為此目的，通常優(yōu)選的是分批混合，例如通過使用busstm捏合機(jī)，以在擠出機(jī)中混合。如果成核劑首先與聚烯烴組合物在擠出機(jī)中混合，那么其通常在用于發(fā)泡的氣體的注射之前，添加到聚烯烴組合物中。
相較于單獨(dú)使用氟樹脂特別是ptfe作為成核劑產(chǎn)生的產(chǎn)物，氟樹脂/adca成核劑的使用產(chǎn)生較高性能產(chǎn)物。就膨脹比、泡孔尺寸和泡孔尺寸均一性以及表面光滑度來說，產(chǎn)物呈現(xiàn)提高的特性。在這種混合晶核生成劑中，氟樹脂為“被動”晶核生成劑并且偶氮二甲酰胺為“主動”晶核生成劑。相較于使用的方法和通過單獨(dú)使用純ptfe或純adca作為晶核生成劑產(chǎn)生的產(chǎn)物，這兩種晶核生成劑之間的協(xié)同效應(yīng)產(chǎn)生較高的核密度和具有較小的泡孔尺寸的發(fā)泡的產(chǎn)物。
添加劑
用于本發(fā)明的聚烯烴組合物視需要或期望可含有一種或多種添加劑。代表性添加劑包括不限于加工助劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑(抗氧化劑)、發(fā)泡助劑、晶核生成劑、表面活性劑、助流劑、粘度控制劑、著色劑、銅抑制劑等。這些添加劑可在處理之前或期間添加到(一種或多種)聚合物中。在聚烯烴組合物中任何特定添加劑的量通常為0.01wt％到1wt％，更通常0.01wt％到0.5wt％并且甚至更通常0.01wt％到0.3wt％，并且在聚烯烴組合物中添加劑的總量(如果存在)通常為0.01wt％到5wt％，更通常0.01wt％到2wt％并且甚至更通常0.01wt％到1wt％。
發(fā)泡劑
發(fā)泡劑為適合擠出溫度、發(fā)泡條件、泡沫形成方法等的一種或多種發(fā)泡劑。當(dāng)呈最終形式的隔熱泡沫層將與擠出成型同時成型時，使用例如惰性氣體如氮?dú)?、碳?xì)怏w(例如co、co2等)、氦氣、氬氣等，烴如甲烷、丙烷、丁烷、戊烷等，鹵化烴如二氯二氟甲烷、二氯一氟甲烷、一氯二氟甲烷、三氯一氟甲烷、一氯五氟甲烷、三氯三氟甲烷等。待使用的發(fā)泡劑的量可變化。通常，該量為每100重量份的待發(fā)泡的聚烯烴組合物，0.001重量份至0.1重量份，更通常0.005重量份至0.05重量份。發(fā)泡劑可提前與待發(fā)泡的有機(jī)聚合物混合或可從形成于擠出機(jī)的機(jī)筒上的發(fā)泡劑供應(yīng)開口供應(yīng)到擠出機(jī)中。
發(fā)泡方法
使用已知的方法和已知的設(shè)備發(fā)泡本發(fā)明的聚烯烴組合物。通常，通過使用擠出機(jī)在發(fā)泡擠出條件下操作，擠出含有成核劑的聚烯烴組合物產(chǎn)生泡沫，例如，在組合物處于高壓力區(qū)時注射發(fā)泡劑，并且然后將組合物擠出到低壓力區(qū)。發(fā)泡方法進(jìn)一步由c.p.park在《聚烯烴泡沫(polyolefinfoam)》，第9章，《聚合物泡沫和技術(shù)手冊(handbookofpolymerfoamsandtechnology)》，d.klempner和k.c.frisch編，漢瑟出版社(hanserpublishers)(1991)中描述。
使用已知的方法和已知的設(shè)備發(fā)泡本發(fā)明的聚烯烴組合物。通常，通過使用擠出機(jī)在發(fā)泡擠出條件下操作，擠出含有成核劑的聚烯烴組合物產(chǎn)生泡沫，例如，在組合物處于高壓力區(qū)時注射發(fā)泡劑，并且然后將組合物擠出到低壓力區(qū)。發(fā)泡方法進(jìn)一步由c.p.park在《聚烯烴泡沫(polyolefinfoam)》，第9章，《聚合物泡沫和技術(shù)手冊(handbookofpolymerfoamsandtechnology)》，d.klempner和k.c.frisch編，漢瑟出版社(hanserpublishers)(1991)中描述。
在一個實(shí)施例中，典型擠出發(fā)泡方法使用大氣氣體(例如co2)以產(chǎn)生發(fā)泡的電纜絕緣材料，如ca2523861c，《低損耗泡沫組合物和具有低損耗泡沫層的電纜(lowlossfoamcompositionandcablehavinglowlossfoamlayer)》中所述。通過亨利定律(henry’slaw)調(diào)節(jié)發(fā)泡氣體到聚合物熔體中的溶解，如例如在h.zhang(下文)等人的工作中所報告。溶解度為飽和度壓力和亨利定律常數(shù)的函數(shù)，亨利定律常數(shù)自身為溫度的函數(shù)。/zhang_hongtao_201011_masc_thesis.pdf.另外參見編輯shau-tarnglee的《泡沫擠出：原理和實(shí)踐(foamextrusion:principlesandpractice)》。
考慮以上內(nèi)容關(guān)于在發(fā)泡擠出期間恰當(dāng)?shù)膲毫刂频闹匾?，合適的方法將為商業(yè)上稱為mucell方法的一種方法，其中經(jīng)由對于有效成核專門的硬件設(shè)計(jì)建立恰當(dāng)?shù)膲毫?，如在us6,84,810b1中報告。在此公開案中公開的方法僅依賴于在不存在“輔助晶核生成劑”下發(fā)泡氣體的自成核的高壓下降(dp/dt)(第4欄，第25至30行)。
本發(fā)明的實(shí)施例
在一個實(shí)施例中，聚烯烴組合物包含至少兩種聚烯烴。
在一個實(shí)施例中，聚烯烴組合物包含兩種聚烯烴。
在一個實(shí)施例中，聚烯烴組合物的聚烯烴為hdpe和ldpe。
在一個實(shí)施例中，聚烯烴組合物包括至少一種成核劑。
在一個實(shí)施例中，聚烯烴組合物包括抗氧化劑和泡孔穩(wěn)定劑中的至少一種。
在一個實(shí)施例中，聚烯烴組合物包含hdpe、ldpe、ptfe和adca的成核劑。
具體實(shí)施例
提供以下實(shí)驗(yàn)以說明本發(fā)明的各種實(shí)施例。它們并非旨在將本發(fā)明限制為另外所描述和所要求的。所有數(shù)值都是近似值。
實(shí)例1至5和比較實(shí)例1至2
材料
ldpe-1為低密度聚乙烯(ldpe)，其mi為2.35g/10min(astmd-1238，(190℃/2.16kg))并且密度為0.92g/cc(astmd-792)。
ptfe為zonyltmmp1400，一種白色自由流動的ptfe，其平均粒度為10μm并且可購自杜邦(dupont)。
ldpe-2為dfdb-1258nt，一種低密度聚乙烯(ldpe)，其mi為6g/10min(astmd-1238，(190℃/2.16kg))并且密度為0.922g/cc(astmd-792)，可購自陶氏化學(xué)公司。
hdpe為dgda-6944nt，一種高密度聚乙烯(hdpe)，其mi為8g/10min(astmd-1238，(190℃/2.16kg))并且密度為0.965g/cc(astmd-792)，可購自陶氏化學(xué)公司。
mb-1為于ldpe-1中的10wt％adca。
mb-2為于ldpe-1中的10wt％ptfe，其mi為2.35g/10min(astmd-1238，(190℃/2.16kg))并且密度為0.920g/cc(astmd-792)。
成核劑母料的制備
晶核生成劑母料的制備在單螺桿擠出機(jī)上在140℃的溫度下進(jìn)行。在擠出之前，mb-1和mb-2干燥共混。將mb-1與mb-2的比率從60/40調(diào)節(jié)到20/80。
發(fā)泡方法
在具有注氣系統(tǒng)的單螺桿擠出機(jī)上進(jìn)行物理發(fā)泡實(shí)驗(yàn)。螺桿直徑為50毫米(mm)，長度與直徑比率(l/d)為40。氣體注入點(diǎn)位于螺桿的中部處，其中co2作為起泡劑。溫度分布為140/175/180(氣體注射)/170/145(靜態(tài)混合器)/143(模具)。hdpe、ldpe-2和晶核生成劑mb-1與mb-2首先干燥共混，然后進(jìn)料在擠出機(jī)的上游上。獲得呈條形狀的發(fā)泡的產(chǎn)物。在一個實(shí)施例中，將mb-1和mb-2混配成混合晶核生成劑mb，然后在被進(jìn)料到發(fā)泡擠出機(jī)之前，干燥共混所述mb。在一個實(shí)施例中，將hdpe、ldpe-2和晶核生成劑mb-1與mb-2混配成“一體化”調(diào)配物，然后在注射氣體的擠出機(jī)中發(fā)泡。
擠出的泡沫條的表征
膨脹比
基于樣品在發(fā)泡之前和之后的密度計(jì)算膨脹比。根據(jù)astmd792測量發(fā)泡的制品和固體薄片的密度。
膨脹比＝(1-ρ泡沫/ρ固體)*100％
平均泡孔尺寸
利用液氮使發(fā)泡的樣品斷裂，并且然后使用剃刀刀片切出切片。在掃描電子顯微法(sem)分析之前，使用emitechtmk575x涂布機(jī)用鉑涂布切片。在feinovananosem630sem上通過everhart-thornley檢測器(etd)和通過lens檢測器(tld)，以5kv的加速電壓，約6.5mm的工作距離和5的光斑尺寸采集sem圖像。通過sem照片的分析獲得平均泡孔尺寸。
可通過以下等式計(jì)算發(fā)泡的制品的泡孔密度：
nf表示在發(fā)泡的制品中每立方厘米體積泡孔數(shù)量，nc為在sem照片的視圖區(qū)域中的泡孔數(shù)量，ac為sem照片的面積，并且mc為放大率。
可通過以下等式計(jì)算d，平均泡孔尺寸：
其中，vt表示發(fā)泡的制品的膨脹比。
df測量：在高頻分離后介質(zhì)諧振器上以2.47ghz的頻率對50密耳壓縮模制的薄片進(jìn)行耗散因子測量。在測量之前，薄片在室溫下在干燥室中調(diào)節(jié)24小時。
結(jié)果報告于表1中。
表1
混合晶核生成劑的發(fā)泡性能
表1的結(jié)果示出添加adca引起比單獨(dú)ptfe(mp1400)更好的發(fā)泡。在混合系統(tǒng)中，當(dāng)adca/ptfe比率在60/40到20/80變化時，其中優(yōu)選的比率范圍為55/45到20/80，并且甚至更優(yōu)選的范圍為50/50到25/75，發(fā)現(xiàn)在ptfe和adca之間對發(fā)泡性能的顯而易見的協(xié)同效應(yīng)。當(dāng)在混合晶核生成劑中adca的比率高于60％時，未觀測到協(xié)同效應(yīng)。