Энергетически активируемая полимерная композиция, перекачиваемая при комнатной температуре, и устройство для активирования и распределения такой композиции

Энергетически активируемая полимерная композиция, перекачиваемая при комнатной температуре, и устройство для активирования и распределения такой композиции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к энергетически активируемым полимерным композициям, перекачиваемым при комнатной температуре, и устройствам для активирования и распределения таких композиций для образования твердых ячеистых или твердых неячеистых полимерных материалов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В традиционных системах распределения термоплавких клеев твердые термопластичные гранулы композиции термоплавкого клея транспортируют в сосуд или котел для расплава. Гранулы в большом количестве нагревают в котле до температуры выше температуры плавления композиции термоплавкого клея. Расплавленный в котле термоплавкий материал перекачивают в нагретом состоянии через нагреваемые шланги или трубопроводы в нагреваемые удаленные распределительные устройства, которые обычно расположены на значительном расстоянии от котла.

Существует несколько недостатков использования традиционных систем распределения термоплавких клеев. Например, значительное количество энергии затрачивают на плавление большого количества термоплавкой композиции в котле, а также на транспортировку расплавленного материала через нагреваемые трубопроводы к нагреваемому распределительному оборудованию. Нарушение стабильности клеящего материала, герметика, покрытия или прокладочного материала и/или нагревательной системы может привести к засорению трубопроводов и значительному простою. К тому же, обычно из котла исходят неприятные запахи и испарения. Нагретый котел и нагретые шланги представляют угрозу безопасности на рабочем месте. Более того, сложность системы увеличивает время, необходимое для обслуживания, и затрудняет замену оборудования. Также, необходимость поддерживать термоплавкий клеящий материал при высокой температуре в течение длительного периода времени может приводить к деградации композиции и ее клеящих свойств.

Stumphauzer et al. в патенте US 7285583 (далее здесь «патент "583»), описание которого включено в данный документ во всей его полноте путем ссылки, описана многокомпонентная полимерная композиция, перекачиваемая при комнатной температуре, но которая образует расплавленную термоплавкую композицию при нагревании выше примерно 149°С (300°F) и перемешивании. Расплавленную термоплавкую композицию можно распределять с образованием твердого клеящего материала после охлаждения. В этом патенте описано, что композиция может включать «вспенивающие агенты», такие как азо-бис-дикарбонамид, для образования пены в расплавленной термоплавкой композиции, которая расширяет объем и снижает плотность твердого клеящего материала. Азо-бис-дикарбонамид высвобождает газообразный азот при нагревании. Газообразный азот рассматривают как нереакционноспособный порообразователь.

Stumphauzer et al. в патенте US 7221859 (далее здесь «патент '859»), описание которого также включено в данный документ во всей его полноте путем ссылки, описано устройство, которое можно использовать для нагревания многокомпонентной полимерной композиции, такой как описана в патенте '583, от перекачиваемого при комнатной температуре состояния до температуры, при которой материал становится расплавленной жидкостью. Устройство обеспечивает статическое перемешивание расплавленной жидкости, которое преобразует ее в термоплавкий клей по мере того, как она выходит из устройства в промышленно выпускаемые раздаточные головки для термоплавкого клея. После распределения расплавленного материала из раздаточных головок, материал проявляет клеящие свойства, которые по существу аналогичны традиционному упаковочному термоплавкому клею.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Принимая во внимание вышеизложенное, в настоящем изобретении предложены композиции, устройства, системы и способы, которые предоставляют существенные преимущества по сравнению с известными системами термоплавких и холодных клеев. Композиции по изобретению находятся в нерасплавленном перекачиваемом состоянии при комнатной температуре (если не указано иначе, термин «комнатная температура» здесь определяют как температуру, составляющую 22±3°С (72±5°F)) и других температурах окружающей среды от примерно 0°С до 60°С (от 32 до 140°F), предпочтительно, от 10°С до 49°С (от 50 до 120°F), более предпочтительно, от 16°С до 43°С (от 60 до 110°F), однако могут быть активированы с образованием по существу гомогенных расплавленных материалов, которые могут быть распределены с образованием после охлаждения ячеистых или сплошных неячеистых полимерных материалов в твердой фазе. Композиции по изобретению включают твердые частицы, содержащие один или более полимеров (иногда здесь и далее называемые «первый компонент»), которые эмульгированы, диспергированы и/или суспендированы в жидком носителе (иногда здесь и далее называемом «второй компонент»). Композиции по изобретению дополнительно включают одну или сочетание двух или более технологических добавок, таких как реакционноспособные порообразователи, поверхностно-активные вещества с низкой молекулярной массой, поверхностно-активные вещества с высокой молекулярной массой, одно или сочетание двух или более соединений, присутствующих в латексной краске, и/или крахмал и полученные из целлюлозы продукты. Технологические добавки обеспечивают различные преимущества, включающие, например, пониженную плотность, улучшенные санитарные условия производства, улучшенную стабильность пены, сокращенное время связывания и/или более низкие температуры обработки.

В изобретении также предложены устройства, которые способны активировать композиции по изобретению до температуры сплавления и таким образом создавать по существу расплавленный гомогенный материал, который после распределения способен при охлаждении образовать по существу сплавленную затвердевшую массу, которая проявляет превосходные связующие свойства. В настоящем изобретении также предложены способы получения твердых ячеистых или твердых неячеистых полимерных материалов, которые можно использовать в качестве клеев, герметиков, покрытий или прокладочных материалов, и способы получения и применения композиций и устройств.

В настоящем изобретении нет необходимости в расплавлении большого количества твердого клеящего материала в удаленном котле для термоплавкого клея под воздействием температур или в транспортировке расплавленного термоплавкого материала в нагреваемых шлангах к распределительному оборудованию. В настоящем изобретении таким образом устраняют неприятные запахи и испарения, связанные с удаленными котлами, и большие энергетические затраты и угрозы безопасности, связанные с такими системами. Более того, в настоящем изобретении нет необходимости в поддержании большого количества твердого клеящего материала при высокой температуре в течение значительного времени, и поэтому устраняют термическое разложение клеящей композиции, в то же время уменьшая сложность системы, которая может приводить к избыточному простою. Композиции по настоящему изобретению необходимо только энергетически активировать в точке распределения, что таким образом предоставляет множество преимуществ применений холодного клея, однако обладает преимуществом над системами холодного клея, выражающимся в более высокой скорости, обусловленной высоким содержанием твердых веществ, возможности использовать материалы, которые обычно деградируют при длительном и повторяющемся воздействии высоких температур, более чистом и быстром нанесении при повышенных температурах в точке распределения.

Вышеперечисленные и другие признаки изобретения далее описаны здесь более полно и особенно отмечены в формуле изобретения, причем следующее описание подробно изложено в некоторых иллюстративных воплощениях изобретения, однако они демонстрируют только некоторые из различных путей, которыми можно реализовать сущность настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 представлено изображение в частично разобранном перспективном виде типичной системы активирования и распределения жидких полимерных композиций по изобретению.

На Фиг.2 представлен вид сбоку типичного изолятора по изобретению.

На Фиг.3 представлено боковое сечение изолятора, показанного на Фиг.2, по линии III-III.

На Фиг.4 представлен вид в перспективе собранного реактора по изобретению.

На Фиг.5 представлен вид в перспективе реактора, показанного на Фиг.4, с удаленным внешним трубчатым элементом, чтобы показать сердцевину.

На Фиг.6 представлен вид в перспективе реактора, показанного на Фиг.4.

На Фиг.7 представлено изображение в разобранном перспективном виде реактора с альтернативной системой канавок.

На Фиг.8 представлена блок-схема, показывающая различные расположения компонентов системы по изобретению.

На Фиг.9 представлен боковое сечение типичного реактора/распределительного устройства по изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

А. Первый компонент

Первый компонент композиций согласно изобретению включает твердые частицы одного или более полимеров, которые можно получить полимеризацией любого сочетания этилена, пропилена, бутилена, высших α-олефинов или их изомеров, стирола и его изомеров, изопрена, бутадиена, высших α-диенов или их изомеров, норборнена, дициклопентадиена, акриловой кислоты и ее производных, метакриловой кислоты и ее производных, олефин-ненасыщенной дикарбоновой кислоты и ее производных, акрилонитрила, винилхлорида, винилиденхлорида, сложного винилового эфира, простых виниловых эфиров, винилсиланов и подобных соединений. Дополнительные полимеры можно создать путем сочетания исходных молекул с реакционно-способным водородом, таких как вода, сорбит, глицерин, сахароза, многофункциональные амины и подобные вещества, либо, при необходимости, с мономерами как таковыми, либо в сочетании с их оксидами, такими как, например, этиленоксид, пропиленоксид, тетрагидрофуран и подобные вещества, различными многофункциональными кислотами или ангидридами, например, терефталевой кислотой, фталевым ангидридом, адипиновой кислотой, янтарным ангидридом и подобными веществами, гликолями, такими как этиленгликоль, пропиленгликоли, бутиленгликоль и подобными веществами и/или с различными многофункциональными аминами, например мочевиной, этилендиамином, гексаметилендиамином и подобными веществами. Эти реагенты в различных сочетаниях приводят к образованию простых полиэфиров, сложных полиэфиров, полиамидов, простых полиэфираминов, что может привести к высококачественным конечным продуктам. Узкоспециализированные полимеры могут включать кремнийорганические соединения, приготовленные для обеспечения адгезии, похожие на соединения, используемые в способах вулканизации при комнатной температуре (ВКТ), где силанолы конденсируют при высоких температурах. Природные полимеры, такие как протеины и их производные, крахмалы и их производные, целлюлозы и их производные, жиры и масла и их производные, например природные и синтетические каучуки, лигнины, терпеновые смолы, сложные эфиры канифоли, производные древесины, камедь и таловую канифоль можно использовать в любых сочетаниях с вышеупомянутыми полимерами ископаемого топлива, что делает возможным их эмульгирование, диспергирование или суспендирование в твердом виде во втором компоненте (жидком носителе) при комнатной температуре до примерно 60°С (140°F), и обеспечивает способность первого компонента к активации при температурах сплавления для создания по существу расплавленного однородного материала, который способен охлаждаться с образованием по существу сплавленной затвердевшей массы. Для применений в клеящих материалах, герметиках, покрытиях и прокладках также важно, чтобы первый компонент был способен связывать одну или более основ при его распределении.

Используемые в первом компоненте полимеры можно получить в виде первичного материала, материала, полученного рециклом или материала, полученного из отходов, в форме гранул, листов, трубок, прутков, пленок, формованных материалов, бутылей и т.п. Однако для того чтобы достичь надлежащей вязкости пластизоля, стабильности, перекачиваемости и общих характеристик подачи, такие материалы следует измельчать до среднего размера частиц (диаметра) примерно менее 3000 мкм, предпочтительно, менее примерно 1500 мкм и, наиболее предпочтительно, ниже примерно 1000 мкм. Таким образом, может быть преимущественным приобретение материала в форме порошка или в другой гранулированной форме. Это изобретение обладает преимуществом, отличающим его от обычных пластизолей, латекса и других дисперсионных и эмульсионных технологий, где получаемые жидкие продукты должны быть первичными материалами и часто содержат менее 65% твердых веществ, которые характеризуются размером частиц менее 100 мкм.

Фактический полимер или сочетание полимеров, используемые в качестве первого компонента в изобретении, выбирают на основе существенной стойкости первого компонента к поглощению второго (жидкого) компонента при температурах хранения и предварительной обработки, способности первого компонента необратимо поглощать в основном большую часть второго (жидкого) компонента, когда композицию подвергают повышенным температурам обработки, при которых материалы сплавляются, и способности первого компонента препятствовать миграции на поверхность второго (жидкого) компонента из сплавленного твердого материала, который образуется при охлаждении композиции от повышенной температуры обработки. Другие факторы, которые влияют на выбор полимеров, включают воздействие на вязкость композиции в ее перекачиваемом состоянии перед активацией, воздействие на вязкость нагретой объединенной массы при активации, влияние на сроки службы оборудования, стоимость и подобные факторы. Было определено, что измельченные полимеры этиленвинилацетата, полипропилена и полиэтилена менее подвержены влияниям температуры сплавления, чем полимеризованные в эмульсии полимеры этиленвинилацетата, что допускает разработку систем подачи, в которых существует вариант использования обратного клапана, теплового разрыва/изолятора или сочетания этих устройств для создания гибких и простых систем.

Первый компонент может включать сочетания полимеров, которые могут изменяться от гомополимеров до полимеров, полученных из множества исходных продуктов, сополимеризованных, полимеризованных в несколько стадий, или любые сочетания вышеперечисленного в газовой или жидкой фазе. Способы могут включать аддитивную, конденсационную, свободнорадикальную, анионную или катионную, газовую, жидкостную или твердофазную каталитические полимеризации и подобные типы полимеризации. Выбор способа полимеризации и композиций может привести к полимерам со статистической, блочной, разветвленной структурой, структурой с концевыми функциональными группами или с сочетанием таких структур, приводящим к различным распределениям вдоль цепи или цепей.

Особое внимание уделяют полимерам с концевыми функциональными группами, которые можно энергетически активировать в по существу объединенных, расплавленных смесях, таким как, например, полиэфирполиолы с концевыми аминами, полимеры с концевыми блокированными изоционатами, крахмалы с концевыми группами малеинового ангидрида, в которых существует возможность как для этерификации, так и для химии свободных радикалов, полимеры с концевыми группами акрилата, полимеры с множественными концевыми группами силана и подобные вещества. К тому же, полимеры, которые имеют привитые мономеры и функциональные группы на полимерной цепи, могут приводить к дополнительным улучшениям.

Разумный выбор этих параметров в конце концов приводит к различным макроструктурам, которые могут включать стандартную структуру полимерных материалов, способных к измельчению, полимеры с более высокой или более низкой кристалличностью, сферические частицы или частицы с неровными краями, частицы с ядром и оболочкой и подобные структуры.

Сочетание микроструктуры и итоговой макроструктуры может влиять на стабильность, вязкость, реологические свойства и подобные свойства жидких эмульсий, дисперсий и/или суспензий ниже 60°С (140°F). Твердые вещества могут находиться в форме того же типа полимера с одинаковыми или различными распределениями частиц по размерам и характеристиками, или в форме сочетаний различных полимерных типов с одинаковыми или различными распределениями частиц по размерам и характеристиками. Измельченные при криогенных температурах этиленвинилацетаты, которые, как полагают, представляют собой частицы с неровными краями, в сочетании с полимеризованными в эмульсии этиленвинилацетатами, которые представляли собой гладкие круглые частицы, давали дисперсию и/или суспензию жидкой композиции, которая имела намного более низкие вязкости, чем измельченные этиленвинилацетаты при том же содержании твердых веществ в соевом масле. Если сверхмелкие частицы полипропилена и/или полиэтилена эмульгировали в соевом масле, могла возникать необходимость в дополнительной стабилизации жидких композиций. Важность этих выборов сочетаний дополнительно иллюстрируется тем фактом, что полипропилены и полиэтилены, измельченные до частиц с аналогичным размером, вносят намного меньший вклад в вязкость, исходя из твердых частиц, чем сравнимые измельченные при криогенных температурах полимеры этиленвинилацетата, в соевом масле. Не ограничивая себя какой-либо конкретной теорией, полагают, что выбор зависит от полимера и его молекулярной массы и полярности, например, этиленвинилацетат более высокой полярности, с более низкой молекулярной массой и соевое масло более высокой полярности имеют большее поверхностное взаимодействие, чем неполярные полипропилены, независимо от молекулярной массы полипропилена, с соевым маслом. В других случаях, измельченный при криогенных температурах этиленвинилацетат с мелкими частицами неорганических соединений, например карбоната кальция, обладал более низкими вязкостями, чем сравнимые твердые частицы измельченного этиленвинилацетата как такового. Похожие соотношения для крахмалов и их производных, целлюлозных полимеров и их производных, жиров и их производных и протеинов и их производных ожидают в случае полярных жидких носителей, например глицерина, пропиленгликоля, этиленкарбоната и/или пропиленкарбоната и подобных веществ, или неполярных жидкостей, например растительных масел, биодизельного топлива и/или минеральных масел и подобных веществ.

Частицы с меньшей кристалличностью могут привести к жидким композициям ниже 60°С (140°F), которые являются более устойчивыми к разделению дисперсиями и/или эмульсиями, которые можно расплавлять более быстро, улучшая способность способа к получению по существу однородной, объединенной расплавленной массы и итогового охлажденного продукта, и приводя к более твердому конечному продукту при охлаждении ниже 60°С (140°F). Например, можно выбрать линейный полиэтилен низкой плотности, полученный из этилена и высших α-олефинов, таких, как бутен, гексен, октен или подобные вещества, в качестве неполярного полимера, который имеет более низкую вязкость расплава и улучшенное относительное удлинение в конечном продукте, или этиленвинилацетаты с более высоким содержанием винилацетата, до 50%, предпочтительно, до 40% и, более предпочтительно, до 30%, которые, как было обнаружено, приводят к лучшей адгезии в более широком диапазоне основ, или сополимеры этилена и акриловой кислоты и/или метакриловой кислоты и тройные сополимеры, приводящие к материалам с более высокой полярностью, которые показывают повышенное связывание с глянцевыми акриловыми покрытиями.

Уретаны, полиамиды, кремнийорганические соединения, сложные полиэфиры можно выбирать в зависимости от их характеристик при низких и высоких температурах, адгезионных характеристик по отношению к полярным поверхностям с высокой поверхностной энергией, таким как целлюлозные материалы и минералы, адгезионных характеристик по отношению к неполярным поверхностям с низкой поверхностной энергией, таким как полиэтилен и TEFLON®. Например, полиамиды и кремнийорганические соединения более предпочтительны при более высоких температурах. Сложные полиэфиры подходят в высокомодульных случаях и полиуретаны подходят в низкомодульных случаях. В гомологических рядах полимеров, повторяющиеся звенья могут дополнительно определять рабочую характеристику, например относительное удлинение в уретанах, повторяющееся звено бифункционального полиалкиленоксида с высокой молекулярной массой имеет большее относительное удлинение, чем сравнимое повторяющееся звено полиалкиленоксида с низкой молекулярной массой.

Конечный выбор полимера(ов) для первого компонента зависит от многих обсужденных выше критериев, и к тому же от стойкости к окислению и излучению, такому как свет и микроволновое излучение, от затрат, степени прозрачности для излучения, времени высыхания до отлипания, которое является временем, после которого энергетически активированный полимер больше не прилипает, санитарных условий производства, времени схватывания, которое представляет собой время, в течение которого нанесенное покрытие поддается обработке, времени связывания, описанного ниже, времени схватывания по краям, которое представляет собой время, в течение которого нанесенное покрытие можно перемещать без ущерба для характеристик конечного продукта, жесткости, твердости, плотности, которая зависит как от полимера, так и от порообразователя, объема, эластичности, прилегаемости, упругости, ползучести, относительного удлинения, модуля упругости, химической стойкости, термостойкости, устойчивости к атмосферным воздействиям и сжимаемости, и т.п.

В. Второй компонент

Второй компонент должен представлять собой материал, находящийся в жидком состоянии при комнатной температуре. Второй компонент обеспечивает возможность перекачивания композиции при комнатных температурах вплоть до 43°С (110°F), предпочтительно, вплоть до 46°С (115°F) и, наиболее предпочтительно, до примерно 60°С (140°F), и вносит вклад в качество и уникальные свойства сплавленной матрицы при охлаждении. Второй компонент может быть выбран путем оптимизации ряда факторов, включающих стоимость, реакционную способность при условиях хранения и температурах распределения, совместимость с первым компонентом при различных температурах, летучесть, соображения безопасности, разрешения контролирующих органов и т.п. Подходящие материалы для использования в качестве второго компонента включают низколетучие растворители, таловые масла, жидкие пластификаторы, алифатические углеводороды, углеводородные сложные эфиры, растительные масла и их производные, глицерин и его производные, гликоли и их производные, полиолы и алкоксилаты. Такие жидкости должны быть существенно стабильными с первым компонентом, технологическими добавками и возможными жидкими и твердыми компонентами при температуре ниже примерно 29°С (85°F), предпочтительно, менее примерно 38°С (100°F) и, наиболее предпочтительно, менее примерно 60°С (140°F).

Жидкие натуральные продукты, такие как растительные масла и их производные и побочные продукты, жиры, углеводы и их производные, или другие натуральные материалы, получаемые из возобновляемых источников, являются предпочтительными в качестве второго компонента. Наиболее предпочтительным выбором для второго компонента является соевое масло и его производные (например, эпоксидированное соевое масло), биодизельное топливо, глицерин и т.п.

Композиции согласно изобретению, перед энергетической активацией, можно характеризовать как жидкие эмульсии, дисперсии и/или суспензии, в которых первый компонент и какие-либо другие возможные дополнительные твердые вещества или жидкости эмульгированы, диспергированы или суспендированы в виде отдельных или композиционных частиц во втором компоненте. Альтернативно, возможные жидкие или твердые компоненты могут быть растворимы во втором компоненте. Например, повышающие клейкость твердые вещества и соевое масло могут быть соединены в различных соотношениях для получения более высокой доли жидкого носителя и более низкой вязкости жидких полимерных композиций. Эти возможные компоненты также могут включать термореактивные полимеры, натуральные побочные продукты, такие как производные лигнина, неперерабатываемые животные и растительные белки, инициаторы, отверждающие агенты, ускорители отверждения, катализаторы, сшивающие агенты, усилители клейкости, пластификаторы, красители, ингибиторы горения, связующие агенты, пигменты, модификаторы ударопрочности, регулирующие текучесть добавки, вспенивающие агенты, наполнители, стеклянные обработанные и необработанные микросферы, неорганические и органические полимерные микрочастицы, другие частицы, включающие электропроводящие частицы, теплопроводные частицы, синтетические, растительные и животные волокна, антистатики, антиоксиданты, и поглотители УФ излучения, биоциды, модификаторы реологических свойств, пленкообразующие вещества, повышающие клейкость дисперсии смол, повышающие клейкость растворимые вещества и их производные.

Таким образом, композиции согласно изобретению могут существовать в четырех различных состояниях, в зависимости от условий:

1) жидкая эмульсия, дисперсия или суспензия, при хранении при температурах от примерно 0°С (32°F) до примерно 60°С (140°F);

2) по существу гомогенная, объединенная, расплавленная смесь, при первоначальном нагревании выше примерно 60°С (140°F) (и более предпочтительно, выше примерно 100°С (212°F) и перемешивании;

3) по существу гомогенная, объединенная расплавленная смесь, которую можно наносить непосредственно, или вспененной посредством порообразователя, при распределении выше примерно 60°С (140°F) (и более предпочтительно, выше примерно 100°С (212°F), и

4) термопластичный ячеистый или сплошной неячеистый твердый полимерный материал, который может обеспечивать связывание одной или более основ, когда распределенная по существу гомогенная, объединенная расплавленная смесь охлаждается до температуры ниже примерно 60°С (140°F).

Полимеры этилвинилацетата преимущественно используют в качестве первого компонента, без необходимости использования активирующего агента, такого как себациновая кислота, для поглощения второго компонента во время обработки. Объединенная гомогенная смесь, включающая такие полимеры, проявляет отличное сцепление с широким разнообразием основ при охлаждении до температуры ниже примерно 60°С (140°F). Возможность обходиться без себациновой кислоты и других дикислот является преимущественной, потому что такие материалы могут приводить к губительному износу металлических деталей, особенно при температурах выше 60°C(140°F).

В другом воплощении изобретения сочетания высокого содержания нереакционноспособных гомополимеров с низкой поверхностной энергией, которые обычно не считаются клеящими материалами сами по себе, таких как гомополимеры полипропилена или полиэтилена, используют в сочетании с полимерами этилвинилацетата для создания перекачиваемых при комнатной температуре композиций, которые не требуют активаторов, таких как себациновая кислота. Количество полипропилена предпочтительно составляет до примерно 40 масс.% от общей массы композиции, и более предпочтительно, менее примерно 30 масс.%, и наиболее предпочтительно, менее примерно 20 масс.% от общей массы композиции. Количество полиэтилена предпочтительно составляет до примерно 20 масс.% от общей массы композиции, и более предпочтительно, менее примерно 15 масс.% и, наиболее предпочтительно, менее примерно 10 масс.% от общей массы композиции. В соответствии с изобретением, возможно получать перекачиваемые при комнатной температуре композиции, которые имеют вязкость менее примерно 25000 сП, предпочтительно, менее примерно 20000 сП и, наиболее предпочтительно, менее 15000 сП.

С. Технологические добавки

1. Реакционноспособные порообразователи

Известно, что летучие, конденсируемые и неконденсируемые, нереакционноспособные материалы, например азот, фторуглероды, углеводороды, диоксид углерода и т.п. можно использовать в качестве технологических добавок, которые действуют в качестве порообразователя с образованием газовых пор в жидких и твердых полимерах, используемых для связывания основ, без сложностей, связанных с изменением композиционной структуры получаемой матрицы. В случае быстрых, высокоэффективных систем, практически невозможно использовать реакционноспособные порообразователи в качестве вспенивающих агентов в нагреваемых котлах и шлангах для традиционных систем термоплавкого типа, из-за длительного нагревания и воздействия, которое оказывают реакционноспособные химические вещества на полимерную систему, и возможности возникновения нежелательных остатков пены и отходов в системе. В случае низкотемпературных, медленных систем, только материалы, которые являются чрезвычайно летучими или газами при комнатной температуре, можно использовать в таких системах, как системы холодного клея, из-за отсутствия тепловой энергии, необходимой для испарения технологической добавки, достаточного для создания газовых пор в жидких и твердых полимерах, используемых для связывания основ.

В одном воплощении настоящего изобретения композиции согласно изобретению включают технологическую добавку, которая представляет собой материал, отличный от первого и второго компонента, и которая способна облегчить протекание химических реакций с первым компонентом, вторым компонентом и/или возможным компонентом, и может одновременно служить в качестве порообразователя. Например, вместо использования химического порообразователя, такого как азо-бис-дикарбонамид, для получения нереакционноспособного газообразного азота, небольшое количество реакционноспособных порообразователей, таких как вода, можно включать в композиции по изобретению, которые включают, например, сополимеры этиленвинилацетата, малеинированный полипропилен, полипропилен и полиэтилен, эмульгированные, диспергированные и суспендированные в соевом масле. Когда такие композиции нагревают и перемешивают при температурах выше 100°С (212°F), вода кипит и образует водяной пар, который выполняет многочисленные функции порообразователя, реагента и отверждающего агента (т.е. вода может способствовать раскрытию ангидридного кольца, этерификации или конденсации продуктов реакции). Использование реакционноспособного порообразователя улучшает свойства получаемого конечного вспененного твердого материала.

Подача реакционноспособного порообразователя может принимать различные формы. В одном воплощении его непосредственно добавляют в виде чистого порообразователя в жидкую полимерную композицию в неограниченном особым образом порядке для получения требуемой плотности и свойств сплавленного полимерного продукта. В другом воплощении изобретения порообразователь можно вводить в качестве агента, связанного другим материалом. Например, крахмал обычно содержит примерно 10% остаточной воды и гидратированный сульфат кальция имеет обратимую воду гидратации, которая может быть использована в процессе вспенивания. В другом воплощении изобретения реакционноспособный порообразователь может представлять собой побочный продукт одной или более химических реакций. Например, метоксисилан может конденсироваться с высвобождением метанола и воды, или пропиленкарбонат может разлагаться с высвобождением реакционноспособных пропиленгликоля и диоксида углерода, В другом воплощении изобретения реакционноспособный порообразователь может служить в качестве жидкого носителя, например вода или краски на основе растворителя и латексы.

Получаемые вспененные твердые материалы согласно изобретению проявляют эксплуатационные качества, которые аналогичны или выше, чем эксплуатационные качества эквивалентных невспененных композиций, но при этом обеспечивают снижение плотности в точке распределения расплавленного материала на величину от 0,05 г/см³ до 1 г/см³. Подходящие для использования в изобретении реакционноспособные порообразователи включают, например, спирты, диолы, триолы, воду, амины, кислоты, ангидриды, акриловую кислоту, акрилонитрил, стирол, метилметакрилат, этиленкарбонат, пропиленкарбонат, гидратированные минералы, алкоксисиланы (моно-, ди-, три- и тетраалкокси), гидролизованные силаны (мономеры, димеры или тримеры гидролизованных силанов), олигомеры предварительно гидролизованных органосиланов, блокированные изоционаты, гидратированные неорганические соединения. Количество реакционноспособных порообразователей, используемое в композиции, изменяется в зависимости от конкретной композиции и используемого материала.

В настоящее время вода является наиболее предпочтительным реакционноспособным порообразователем для использования в изобретении, с точки зрения ее стоимости, негорючести, нетоксичности и эксплуатационных характеристик. Когда воду используют в качестве реакционноспособного порообразователя в жидкой полимерной композиции, включающей сополимеры этиленвинилацетата и малеинированный полипропилен, количество воды, необходимое для образования вспененного твердого материала, обычно составляет от примерно 0,05 масс.% до примерно 10 масс.%, предпочтительно, от 0,1% до примерно 5%, наиболее предпочтительно, от 0,2% до примерно 2%. Отношение объема, занимаемого после вспенивания, к объему, занимаемому до вспенивания, составляет до примерно 20:1, предпочтительно, до примерно 10:1 и, наиболее предпочтительно, до 5:1 в объемных долях.

2. Улучшение санитарных условий производства

Если не указано иначе, улучшение «санитарных условий производства» относится к снижению «образования нитей», которое представляет собой явление, характеризующееся «нитями» нагретого полимерного материала, тянущимися от наконечника распределительного устройства до основы или формы, в которую или на которую распределяют расплавленный полимерный материал. Устранение или уменьшение степени образования нитей и обеспечение посредством этого по существу чистого среза на распределительном устройстве может снизить количество отходов материала и простой, связанный с уборкой таких нитей.

В одном воплощении настоящего изобретения жидкие полимерные композиции согласно изобретению включают технологическую добавку, содержащую одну или более молекул с низкой молекулярной массой, относящихся к типу поверхностно-активных веществ, которые способны улучшить санитарные условия производства. Широкий ряд низкомолекулярных ионных и неионных поверхностно-активных веществ можно использовать в качестве технологических добавок в пределах области защиты настоящего изобретения. Предусматривается, что такие поверхностно-активные вещества могут быть получены из кремнийорганических соединений, продуктов гидролиза целлюлоз и их производных, продуктов гидролиза крахмалов и их производных, включая их гидрированные производные, полиалкиленоксидов, полиолефина, углеводородов, сложных полиэфиров, полиангидридов, полимеризованных олефиновых материалов и различных сочетаний их производных. Дополнительно, ионные материалы могут включать анионы, которые включают сульфонаты, фосфаты и т.п., и катионы, которые могут включать соли четвертичного аммония, ионы металлов, включая моно- и многофункциональные анионы, натрий, калий, кальций, цинк и т.п. Например, эти материалы можно соединять с образованием линейных структур с низкой молекулярной массой, таких как АВ, АВА, ВАВ, где А является гидрофобным моно- или бифункциональным материалом, В является гидрофильным моно- или бифункциональным материалом. Предусматривается, что указанный выше бифункциональный пример приведен для простоты иллюстрации и может быть распространен на другие более сложные многоразветвленные возможности. Неограничивающие примеры включают нонафенолэтоксилат или углеводородные сульфонаты, гребенчатые полимеры, такие как негидролизуемые сополимеры кремнийорганических соединений и полиалкиленок