[发明专利]生产挤压填充聚合物组合物的挤压模具和工艺

说明书

交叉参考声明

本申请要求2005年8月1日提交的美国临时申请第60/704,360号的权益。

技术领域

本发明涉及包含流动限制区(Flow Restriction Zone)、流动重新分布区(Flow Redistribution Zone)和到达区(Land Zone)的挤压模具。本发明还涉及使用挤压模具来制备具有高度分散和均匀分布填料的挤压填充聚合物组合物(extruded filled polymer composition)的工艺。

背景技术

将填料分散到聚合物基体中一直以来都具有挑战性，尤其是当填料和聚合物不是特别相容的时候。当填料的数量相对于基体材料增加以及当产品的需求指定了高度均匀的组合物时，这种挑战性增强。由于填料和聚合物不是特别相容，制造包括分散在疏水聚合物中的亲水填料的挤压组合物就面对这样的挑战。当填料和/或基体材料具有热降解(thermally degrade)的倾向时，例如对于纤维素填料的情况，这种挑战就更加困难了。制造热塑性塑料基体中木质填料的挤压组合物普遍比较困难(例如，参见美国专利(USP)5,851,469第1栏第52行至第2栏第25行)。

尽管存在制造上的困难，但是对于以装饰材料(例如板和栏杆)为例的应用全木质板来说，热塑性塑料聚合物基体中木质微粒的挤压组合物材料(木质/塑料组合物)是理想的选择。木质/塑料组合物每单位体积需求较少的木质材料，可以利用低级的木质材料(包括再生和废弃木质材料)，并且比替代性的全木材料具有更长的有效寿命。

市场上可以获得挤压木质/塑料组合物。然而，产品和文献表明还是需要具有高度分散和均匀分布木质填料的木质/塑料组合物以及制造这种组合物的有效方法。

USP 4,708,623(623号专利)指出传统的单轴和双轴挤压机螺杆设计不足以将木质填料分散到聚合物基体中，并且公开了一种非传统的用于在挤压机中散开木质纤维的螺杆带。623号专利公开了利用多孔模具(绞合板(stranding plate))挤压被封装的木质填料小球，然后再将这些小球再次加工成模制颗粒。根据USP 5,516,472中明显的熔接线(weldline)(参见下文)，本领域的技术人员能够想到623号专利中通过绞合板挤压的小球具有非均匀的填料分布。此外，将填充聚合物组合物挤压为小球然后再将组合物小球模制成颗粒的工艺是不理想的，其效率比在单一步骤中混合并挤压组合物的单步工艺的效率低。

USP 5,516,472(472号专利)及其族成员提出了一种利用绞合方法在热塑性塑料基体中分散和分布木质填料的方法，所述绞合方法需要通过绞合模具挤压。然而，472号专利的绞合方法在挤压产品中产生了熔接线，从垂直于产品的挤压方向(端点)的挤压产品的刨削表面看，该熔接线较明显。根据推测，该熔接线是每一股(strand)周围聚合物丰富的表皮，其导致聚合物在所述股表面的非均匀分布。结果，当被刨削时472号专利的产品具有端点外观不均匀的问题。据称472号专利的挤压产品沿着纵向通道还有吸潮的问题(参见USP 6,153,293第3栏第65行至第4栏第6行)。

另一种利于填料混合进入挤压聚合物组合物的方法是使用压缩比为至少3∶1的模具。提高压缩比还可以提高含有填料的挤压产品的弯曲模量。压缩比是模具的最大横截面积与模具出口的横截面积的比值。压缩比为3∶1的模具要求模具的流动通道的横截面积至少是该模具的出口(即近似于挤压产品)的横截面积的三倍。遗憾的是，当设计制造具有大横截面积的产品时，具有至少3∶1压缩比的模具可能会不方便地变得很大。此外，或可选地，通过增加模具的压缩比来增强混合效果需要冷却聚合物组合物以在模具内获得提高的熔融粘度，这可能妨碍最终的挤压产品获得高质量的表面外观。

需要用于制备具有高度分散和均匀分布的填料(尤其是滑石或木质填料)的填充聚合物组合物(尤其是滑石或木质填充组合物)的一种有效方法。更加需要的是允许使用传统挤压机而不需要绞合模具或压缩比至少为3∶1的一种方法。

发明内容

相比于现有技术，本发明的优点在于提出了一种挤压模具以及一种使用该模具的工艺，所述工艺适合于高效地制造在直接来自挤压机的聚合物基体中包含有高度分散和均匀分布的木质填料的填充聚合物组合物。