具有低密度的聚烯烃材料制造技术

提供了一种通过固态拉伸热塑性组合物形成的聚烯烃材料，所述热塑性组合物含有连续相，所述连续相包括聚烯烃基体聚合物和纳米包含物添加剂。纳米包含物添加剂作为离散的纳米级相区域分散在连续相中。当拉伸时，纳米级相区域能够以独特的方式与基体相互作用，以形成纳米孔的网络。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有低密度的聚烯烃材料相关申请本申请要求于2013年6月12日提交的序列号为61/833,980的美国临时申请和于2013年11月22日提交的序列号为61/907,572的美国临时申请的优先权，将其全部内容引入本文作为参考。专利技术背景已付出巨大努力来制备低密度聚烯烃材料，以改进自然资源的使用和成品中碳足迹的降低。制备低密度聚烯烃材料的典型方法是通过使用物理或化学发泡剂使聚合物发泡，所述物理或化学发泡剂在整个体积中产生气孔。化学发泡剂是经历化学反应释放气体的化合物，所述气体在聚合物的整个体积中产生多孔状结构。物理发泡剂通常是分散在聚合物中并且膨胀产生孔的压缩气体。无论如何，由于孔的形成是发生在聚合物处于熔融状态时，因此典型的发泡工艺诱导低分子取向。这阻止聚合物应变硬化，所述应变硬化通常在远远高于聚合物的熔融温度或玻璃化转变温度的温度下发生，生成具有低机械强度的产物。此外，典型的发泡过程产生大的孔尺寸，例如大于100μm。这降低了熔体强度，从而导致在高速生产过程中断裂，并具有高变形率(例如，纤维纺丝、膜形成、模塑等)。因此，目前存在对改进的形成低密度聚烯烃材料的技术的需求。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方案，公开了通过拉伸热塑性组合物形成的聚烯烃材料，所述热塑性组合物含有包括聚烯烃基体聚合物的连续相，其中纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在所述连续相中。在所述组合物中限定包括多个纳米孔的多孔网络，所述纳米孔的平均横截面尺寸为约800纳米或更小。所述组合物的密度为约0.90g/cm3或更低。本专利技术的其它特征和方面在以下更加详细地讨论。附图的简要说明参照附图，在说明书的其余部分中更具体地阐述针对本领域普通技术人员而言本专利技术的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳方式，其中：图1是实施例1的未拉伸的注射模塑样品(聚丙烯和烷氧基化醇)在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片；图2是实施例1的拉伸的注射模塑样品(聚丙烯和烷氧基化醇)在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片；图3是实施例2的未拉伸的拉伸的注射模塑样品(聚丙烯和聚乳酸)在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片；图4是实施例2的拉伸的拉伸的注射模塑样品(聚丙烯和聚乳酸)在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片；图5是实施例2的拉伸的样品的应力-应变曲线；图6是实施例3的未拉伸的注射模塑样品(聚丙烯、聚乳酸和聚环氧化物)在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片；图7是实施例3的拉伸的注射模塑样品(聚丙烯、聚乳酸和聚环氧化物)在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片；图8是实施例3的拉伸的样品的应力-应变曲线；图9是实施例4的纤维(聚丙烯、聚乳酸和聚环氧化物)在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片(1,000X)；图10是实施例4的纤维(聚丙烯、聚乳酸和聚环氧化物)在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片(5,000X)；图11是实施例4的纤维表面(聚丙烯、聚乳酸和聚环氧化物)的SEM显微照片(10,000X)；图12是实施例5的注射模塑棒的(用氯仿抛光和蚀刻的)横截面的SEM显微照片(5,000X)；图13是实施例5的注射模塑棒的(用氯仿抛光和蚀刻的)横截面的SEM显微照片(10,000X)；图14是实施例5的拉伸的注射模塑棒的沿轴向的冷冻断裂的颈缩区域的SEM显微照片(5,000X)；图15是实施例5的拉伸的注射模塑棒的沿轴向的冷冻断裂的颈缩区域的SEM显微照片(20,000X)；图16是实施例6的未拉伸的模塑棒的冷冻断裂的横截面的SEM显微照片(10,000X)；图17是实施例6的拉伸的模塑棒的沿轴向的冷冻断裂的横截面的SEM显微照片(5,000X)；图18是在放大率为14,243X下拍摄的实施例10的膜表面的SEM显微照片；图19是在放大率为5,382X下拍摄的实施例10的膜(在机器方向平面切割)的SEM显微照片；图20是实施例16的纤维在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片(4,270X)；图21是实施例16的纤维在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片(9,170X)；图22-23是实施例17的纤维在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片；图24是实施例18的纤维在液氮中冷冻断裂后的SEM显微照片；和图25是实施例18的粘合纤网的SEM显微照片。代表性实施方案的详细描述现在将详细参照本专利技术的各种实施方案，其一个或多个实例在以下阐述。每个实施例以解释本专利技术而不是限制本专利技术的方式提供。事实上，对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可以在本专利技术中做出各种修改和变化。例如，作为一个实施方案的部分说明或描述的特征，可以用于另一个实施方案以产生又一个实施方案。因此，本专利技术旨在覆盖落入所附权利要求及其等价方案的范围内的这样的修改和变化。一般来说，本专利技术涉及聚烯烃材料(例如，膜、纤维材料、模塑制品等)，所述聚烯烃材料通过拉伸热塑性组合物而形成(例如固态拉伸)，所述热塑性组合物含有包括聚烯烃基体聚合物的连续相。所述组合物还含有纳米包含物添加剂，所述纳米包含物添加剂与所述聚烯烃基体聚合物至少部分不相容，从而使其作为离散的纳米级相区域分散在连续相中。在拉伸过程中，当所述组合物经受变形和拉伸应变时，本专利技术人已经发现，这些纳米级相区域能够以独特的方式相互作用以产生多孔网络。也就是说，认为由于由材料不相容性引起的应力集中，拉伸应变可以在离散的相区域附近引起集中的局部剪切区和/或应力密集区(例如正应力)。这些剪切区和/或应力密集区引起在邻近区域的聚烯烃基体中的一些初始剥离。一旦形成初始孔，位于区域之间的基体可以塑性变形以产生局部狭窄(或颈缩)和应变-硬化的内部拉伸的区域。这个过程允许在整个的组合物体积中形成孔，所述孔在拉伸方向上生长，从而当分子取向引起增强机械强度的应变-硬化时，导致形成多孔网络。通过上述技术，可以在聚烯烃材料中形成独特的多孔网络，以使孔在材料的给定单位体积内占据的平均体积百分比可以为约15％至约80％每立方厘米，在一些实施方案中约20％至约70％，和在一些实施方案中约30％至约60％每立方厘米材料。在这样的孔体积的情况下，组合物可以具有相对低的密度，如约0.90克每立方厘米(“g/cm3”)或更低，在一些实施方案中约0.85g/cm3或更低，在一些实施方案中约0.80g/cm3或更低，在一些实施方案中约0.10g/cm3至约0.75g/cm3，和在一些实施方案中约0.20g/cm3至约0.70g/cm3。多孔网络中的大部分的孔还具有“纳米级”尺寸(“纳米孔”)，如平均横截面尺寸为约800纳米或更小，在一些实施方案中为约5至约700纳米，和在一些实施方案中为约10至约500纳米的那些。术语“横截面尺寸”一般是指孔的特征尺寸(例如，宽度或直径)，其基本上正交于其主轴(例如，长度)并且还通常基本上正交于在拉伸过程中施加的应力的方向。纳米孔也可以具有约100至约5000纳米，在一些实施方案中约50至约2000纳米，和在一些实施方案中，约100至约1000纳米的平均轴向尺寸。“轴向尺寸”为在主轴线(例如，长度)方向上的尺寸，所述主轴线通常沿拉伸方向。这样的纳米孔可以例如，占聚烯烃材料中的总孔体积的约15vol.％或更多，在一些实施方案中约20vol.％或更多，在一些实施方案中约30vol.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过拉伸热塑性组合物形成的聚烯烃材料，其中，所述热塑性组合物含有连续相，所述连续相包括聚烯烃基体聚合物和以离散区域的形式分散在所述连续相中的纳米包含物添加剂，其中在所述组合物中限定出包括多个纳米孔的多孔网络，所述纳米孔的平均横截面尺寸为约800纳米或更小，所述组合物的密度为约0.90g/cm3或更小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.12 US 61/833980;2013.11.22 US 61/9075721.一种通过拉伸热塑性组合物形成的聚烯烃材料，其中，所述热塑性组合物含有包含聚烯烃基体聚合物的连续相和以离散区域的形式分散在所述连续相中的纳米包含物添加剂，其中在所述组合物中限定出包括多个纳米孔的多孔网络，所述纳米孔的平均横截面尺寸为800纳米或更小，所述组合物的密度为0.90g/cm3或更小，其中，基于所述连续相的重量，所述纳米包含物添加剂占所述组合物的0.05wt.％至20wt.％。2.根据权利要求1所述的聚烯烃材料，其中，所述纳米孔的平均横截面尺寸为5至700纳米。3.根据权利要求2所述的聚烯烃材料，其中，所述纳米孔的平均横截面尺寸为10至500纳米。4.根据权利要求1所述的聚烯烃材料，其中，所述纳米孔的平均轴向尺寸为100至5000纳米。5.根据权利要求4所述的聚烯烃材料，其中，所述纳米孔的平均轴向尺寸为50至2000纳米。6.根据权利要求5所述的聚烯烃材料，其中，所述纳米孔的平均轴向尺寸为100至1000纳米。7.根据权利要求1至6中任一项所述的聚烯烃材料，其中，根据ASTMD1238在2160克的载荷和在230℃下测定，所述聚烯烃基体聚合物的熔体流动速率为0.5至80克/10分钟。8.根据权利要求7所述的聚烯烃材料，其中，所述聚烯烃基体聚合物的熔体流动速率为1至40克/10分钟。9.根据权利要求8所述的聚烯烃材料，其中，所述聚烯烃基体聚合物的熔体流动速率为5至20克/10分钟。10.根据权利要求1至6中任一项所述的聚烯烃材料，其中，所述聚烯烃基体聚合物为丙烯均聚物、丙烯/α-烯烃共聚物、乙烯/α-烯烃共聚物或其组合。11.根据权利要求1至6中任一项所述的聚烯烃材料，其中，所述聚烯烃基体聚合物为全同立构的聚丙烯均聚物或含有按重量计至少90％丙烯的共聚物。12.根据权利要求1至6中任一项所述的聚烯烃材料，其中，所述连续相占所述热塑性组合物的60wt.％至99wt.％。13.根据权利要求1至6中任一项所述的聚烯烃材料，其中，所述纳米包含物添加剂在室温下是液体或者半固体。14.根据权利要求1至6中任一项所述的聚烯烃材料，其中，所述纳米包含物添加剂是具有非极性组分的聚合物。15.根据权利要求14所述的聚烯烃材料，其中，所述聚合物是微晶聚烯烃蜡。16.根据权利要求14所述的聚烯烃材料，其中，所述聚合物还含有极性组分。17.根据权利要求16所述的聚烯烃材料，其中，所述聚合物是官能化的聚烯烃。18.根据权利要求17所述的聚烯烃材料，其中，所述官能化的聚烯烃是聚环氧化物。19.根据权利要求14所述的聚烯烃材料，其中，根据ASTMD1238在2160克的载荷和在熔融温度以上至少40℃的温度下测定，所述纳米包含物添加剂的熔体流动速率为0.1至100克/10分钟。20.根据权利要求19所述的聚烯烃材料，其中，测定温度为190℃。21.根据权利要求19或20所述的聚烯烃材料，其中，所述纳米包含物添加剂的熔体流动速率为0.5至50克/10分钟。22.根据权利要求21所述的聚烯烃材料，其中，所述纳米包含物添加剂的熔体流动速率为5至15克/10分钟。23.根据权利要求14所述的聚烯烃材料，其中，所述聚烯烃的熔体流动速率与所述纳米包含物添加剂的熔体流动速率的比值为0.2至8。24.根据权利要求23所述的聚烯烃材料，其中，所述聚烯烃的熔体流动速率与所述纳米包含物添加剂的熔体流动速率的比值为0.5至6。25.根据权利要求24所述的聚烯烃材料，其中，所述聚烯烃的熔体流动速率与所述纳米包含物添加剂的熔体流动速率的比值为1至5。26.根据权利要求1至6中任一项所述的聚烯烃材料，其中，所述纳米包含物添加剂是纳米级区域的形式，其中纳米级区域的平均横截面尺寸为1纳米至1000纳米。27.根据权利要求1至6中任一项所述的聚烯烃材料，其中，基于所述连续相的重量，所述纳米包含物添加剂占所述组合物的0.1wt.％至10wt.％。28.根据权利要求1至6中任一项所述的聚烯烃材料，其中，所述组合物还包括以离散区域的形式分散在所述连续相内的微米包含物添加剂。29.根据权利要求28所述的聚烯烃材料，其中，所述微米包含物添加剂是聚合物。30.根据权利要求29所述的聚烯烃材料，其中，所述微米包含物添加剂的聚合物是苯乙烯共聚物...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·A·托波尔卡雷夫，R·J·麦克尼尼，A·J·卡里洛，
申请(专利权)人：金伯利克拉克环球有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US