[发明专利]聚苯乙烯熔体挤出方法

说明书

本申请要求2010年12月17日提交的美国临时专利申请No.61/424,289的权益。

本发明涉及苯乙烯聚合物的熔体挤出方法。

泡沫板从苯乙烯聚合物以熔体挤出方法大量制造。当所述板将用于建筑应用时，在它们中掺入阻燃剂通常是必要的。这些泡沫的最普遍使用的阻燃剂是六溴环十二烷，但是该材料在各种管辖权中面临管制压力，部分因为它被认为是生物积累的。因此，希望能取代它。

用于替代六溴环十二烷的一种候选物是溴化苯乙烯-丁二烯共聚物。可用作聚苯乙烯泡沫的阻燃剂的溴化苯乙烯-丁二烯共聚物的制备方法在例如WO 2008/021417和WO 2008/021418中描述。溴化苯乙烯-丁二烯阻燃剂以合理的成本提供了良好性能。它们已知不是生物积累的。

然而，溴化苯乙烯-丁二烯聚合物的存在经常对所述挤出方法有不良影响。当泡沫挤出时存在溴化苯乙烯-丁二烯聚合物的情况下，泡孔尺寸趋于变小，这提示所述溴化聚合物或它里面的一些杂质充当了泡孔成核剂，产生了大量的以别的方式形成的泡孔。较小的孔对于聚合物团在排出挤出机模头时膨胀的效率较低。因此，泡沫没有完全膨胀并且泡沫密度趋于稍高于期望密度。

较高的泡沫密度因为需要更多树脂材料来产生给定体积的泡沫，所以增加了生产成本。

增加发泡剂水平，有可能降低泡沫密度，但是这增加了成本并且可能导致形成大的不均匀泡孔和开孔结构。均匀的泡孔结构和高比例的闭孔对于大多数用作绝热的泡沫板而言是重要的。泡孔结构不良或大量的开孔会导致机械强度和绝热性质的损失。

因此，希望提供一种手段，通过它可以在溴化苯乙烯-丁二烯阻燃剂存在下以熔体挤出方法将苯乙烯聚合物形成为泡沫，其中泡孔尺寸和泡沫密度与利用六溴环十二烷阻燃剂制造的泡沫相当。

本发明就是这样的方法。本发明是一种方法，所述方法包括形成包含熔融苯乙烯聚合物、阻燃量的溴化苯乙烯-丁二烯聚合物和发泡剂混合物的加压熔体，并迫使所述熔体通过开口进入压力较低的的区域，在此发泡剂膨胀并且聚合物冷却和固化形成泡沫，其中所述发泡剂混合物包含二氧化碳、乙醇和水。

尽管存在溴化苯乙烯-丁二烯共聚物，该发泡剂混合物产生的泡沫板具有期望的密度和大而均匀的泡孔结构以及高比例的闭孔。

本发明的方法可以在常规的泡沫挤出设备中进行。因此，单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和累进式挤出设备都能够使用。从树脂/发泡剂混合物制造挤塑泡沫的适合的方法描述在美国专利No.2,409,910、2,515,250、2,669,751、2,848,428、2,928,130、3,121,130、3,121,911、3,770,688、3,815,674、3,960,792、3,966,381、4,085,073、4,146,563、4,229,396、4,302,910、4,421,866、4,438,224、4,454,086和4,486,550中。所有那些方法通常可应用于制造本发明的泡沫。

在所述方法中，苯乙烯聚合物与溴化苯乙烯-丁二烯聚合物的掺合物被加热到等于或超过苯乙烯聚合物的玻璃化转变温度的温度，以形成熔体。合适的温度是至少180℃，更通常至少220℃，但优选不高于280℃，更优选不高于260℃。在压力下引入发泡剂混合物并混合到熔体中。还将如下所述的任选的添加剂掺合到熔体中。保持混合步骤期间的压力足够高，使得直到熔融混合物排出设备进入到减压区域中才发生泡沫膨胀。

在所有组分掺合之后，通常将熔融混合物在排出所述设备(通常通过挤出模头)进入减压区域中之前调节到挤出温度。该温度通常在105到135℃的范围。如前所述，适当地保持该步骤期间的压力，使得发泡剂不膨胀。

大多数商业的挤出设备具有一系列分开的加热区，它们可以在不同温度下独立操作。通常，混合组分的上游区在较高温度下操作，而下游冷却区被设置到较低的温度，以将熔体冷却到挤出温度。模头冷凝器可以用来控制模头本身的温度。

在熔融混合物的温度被调节到挤出温度之后，所述混合物通过开口(通常是挤出模头)到达减压区域(通常为大气压)。压力下降引起发泡剂迅速膨胀。发泡剂的膨胀迅速冷却了熔融聚合物，使得它随着膨胀而硬化，形成稳定泡沫。

所述泡沫可以挤塑成任何种类的形状，但是最通常将挤出形成片材(公称厚度13mm或更薄)、厚板(公称厚度超过13mm)或棒状产品。厚板产品适宜使用长方形或“狗骨”模头制造。本发明在制造厚板产品、尤其是厚度20mm或更厚的厚板产品时具有特别的益处，因为在这些产品中泡孔尺寸小时泡沫膨胀不充分的问题最突出。