用于从超高分子量聚乙烯生产多孔制品的方法技术

提供了平均分子量为至少500,000g/mol且焓为至少190J/g的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物。UHMWPE聚合物可包含至少一种共聚单体。使用UHMWPE聚合物来形成膜，其在延展时具有节点和原纤维结构。UHMWPE膜具有与膜中原纤维相关的约150℃的吸热。膜的孔隙率百分比为至少25％，并且在示例性实施方式中，孔隙率百分比为至少60％。另外，UHMWPE膜的厚度低于1mm。可通过润滑UHMWPE聚合物、将经润滑的聚合物在低于UHMWPE聚合物熔点的温度下压制形成带状物、并且在低于UHMWPE聚合物的熔融温度的温度下延展带状物来形成UHMWPE膜。

Method for producing porous products from ultra-high molecular weight polyethylene

Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) polymers with an average molecular weight of at least 500,000 g/mol and an enthalpy of at least 190 J/g were provided. The UHMWPE polymer can contain at least one comonomer. The UHMWPE polymer is used to form the membrane, which has the structure of nodes and fibrils in extension. The UHMWPE film has an endothermic absorption of about 150 degrees relative to the original fibers of the membrane. The porosity percentage of the membrane is at least 25%, and in the example embodiment, the porosity percentage is at least 60%. In addition, the thickness of UHMWPE film is lower than 1mm. UHMWPE films can be formed by lubricating the UHMWPE polymer, pressing the lubricated polymer below the melting point of the UHMWPE polymer to form ribbons, and extending the ribbons below the melting temperature of the UHMWPE polymer.

【技术实现步骤摘要】
用于从超高分子量聚乙烯生产多孔制品的方法
本专利技术一般涉及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物，并且更具体地，涉及用于从高度结晶的超高分子量聚乙烯聚合物形成多孔制品的方法。专利技术背景超高分子量聚乙烯是本领域已知的。由超高分子量聚乙烯制成的制品具有以下性质，如韧性、冲击强度、耐磨性、低摩擦系数、伽马电阻、和对溶剂和腐蚀性化学物质侵蚀的抗性。因为与超高分子量聚乙烯相关的有利性质，已经在多种应用中使用超高分子量聚乙烯，如接合关节假体的承重组件，减震器盘，液压缸，运动设备，包括但不限于，滑雪板、滑雪杆、眼镜架、保护头盔、攀爬设备，以及航天中的专门应用。可通过压塑、柱塞式挤出、凝胶纺丝和烧结来对UHMWPE聚合物进行加工。然而，这些常规工艺具有一种或多种不希望的特征或性质，如需要高溶剂水平、在超过UHMWPE聚合物的熔融温度下进行加工，产生无孔结构，和/或加工是高成本和/或缓慢的。因此，现有技术中存在对制备在低于熔点下加工、具有高强度、具有节点和原纤维的微结构并且是高度多孔的UHMWPE制品的工艺的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备多孔超高分子量聚乙烯(UHMWPE)膜的方法，该方法包括：(1)使具有至少500000g/mol的分子量的超高分子量聚乙烯聚合物润滑形成经润滑的聚合物，(2)使经润滑的聚合物在低于超高分子量聚乙烯聚合物的熔点的温度下压制形成带状物，并且(3)使该带状物在低于超高分子量聚乙烯聚合物的熔化温度的温度下延展成膜。UHMWPE膜具有通过原纤维互相连接的节点结构。另外，UHMWPE膜具有约145℃至约155℃的吸热，其与膜中的原纤维相关。在至少一个实施方式中，经润滑的UHMWPE聚合物经柱塞式挤出。任选地，可以在低于UHMWPE聚合物的熔化温度的温度下对带状物进行压延。压延温度可以是约120℃至约135℃。另外，可在延展之前从带状物中去除润滑剂。UHMWPE聚合物的熔化温度(吸热)是约139℃至约143℃。本专利技术的另一个目标是提供制备多孔超高分子量聚乙烯(UHMWPE)膜的方法，所述方法包括：(1)使经润滑的分子量为至少500000g/mol且熔融焓为至少190J/g的UHMWPE聚合物经压制并在低于UHMWPE聚合物的熔化温度的温度下加热形成带状物，并且(2)在低于UHMWPE聚合物的熔化温度下延展该带状物以形成多孔UHMWPE膜。处理步骤可包括柱塞式挤出经润滑的UHMWPE聚合物。而且，该带状物可任选地在约120℃至约135℃的温度下压延。在示例性实施方式中，UHMWPE聚合物的分子量为约2,000,000g/mol至约4,000,000g/mol。另外，UHMWPE可包含至少一种共聚单体。在本专利技术的另一个实施方式中，提供了由具有至少500,000g/mol的分子量和至少190J/g的熔融焓的UHMWPE聚合物形成的多孔膜。UHMWPE膜具有节点和原纤维结构。另外，UHMWPE膜展示出与UHMWPE聚合物相关的第一吸热和与膜中的原纤维相关的第二吸热。UHMWPE膜是薄的，具有低于约1mm的厚度，并且在一些实施方式中，厚度为约0.08mm至约0.5mm。另外，UHMWPE膜可具有至少60％的孔隙率百分比。本专利技术的优势在于UHMWPE膜具有最高达90％的孔隙率百分比。本专利技术的优势在于延展的UHMWPE聚合物膜是多孔的且具有高强度。本专利技术的特征在于，UHMWPE聚合物的加工在低于UHMWPE聚合物的熔化温度下发生。本专利技术的另一个特征在于延展的UHMWPE膜具有节点和原纤维结构。本专利技术的另一个特征在于，存在与延展的UHMWPE膜中的原纤维相关的吸热。本专利技术的另一个特征在于，UHMWPE聚合物可包含至少一种共聚单体。附图简要说明考虑到以下本专利技术的详细说明，特别是结合附图，可以更详细地了解本专利技术的优点，其中：图1是15000倍放大的实施例2的延展的UHMWPE膜的表面的扫描电子显微照片(SEM)；图2是15000倍放大的实施例2的延展的UHMWPE膜的截面的扫描电子显微照片(SEM)；图3是1500倍放大的实施例2的延展的UHMWPE膜的截面的扫描电子显微照片(SEM)；图4是15000倍放大的实施例3的延展的UHMWPE膜的表面的扫描电子显微照片(SEM)；图5是1500倍放大的实施例3的延展的UHMWPE膜的截面的扫描电子显微照片(SEM)；图6是显示单一熔点的由常规工艺制备的样品现有技术UHMWPE膜的差示扫描量热法(DSC)热分析图；图7是显示与按照本文所述的方法制成的延展的UHMWPE膜相关的两个不同熔点的差示扫描量热法(DSC)热分析图；图8是显示225.3J/g的熔融焓的实施例1的UHMWPE粉末的差示扫描量热法(DSC)热分析图；图9是显示247.1J/g的熔融焓的实施例3的UHMWPE粉末的差示扫描量热法(DSC)热分析图；并且图10是显示217.8J/g的熔融焓的实施例5的UHMWPE粉末的差示扫描量热法(DSC)热分析图。专利技术详述本专利技术涉及具有至少约500,000g/mol的平均分子量(Mw)和高结晶度的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物。在示例性实施方式中，UHMWPE聚合物的平均分子量为约500,000g/mol至约10,000,000g/mol，约1,000,000g/mol至约8,000,000g/mol，约1,000,000g/mol至约6,000,000g/mol，或约2,000,000g/mol至约4,000,000g/mol。可通过差示扫描量热法(DSC)测量UHMWPE聚合物的结晶度。UHMWPE聚合物具有至少约190J/g的第一熔融焓。如本文所述，术语“高结晶度”或“高度结晶”用于描述如DSC所测具有超过190J/g的第一熔融焓的UHMWPE聚合物。另外，UHMWPE聚合物可以是乙烯的均聚物或者乙烯和至少一种共聚单体的共聚物。可用于形成UHMWPE共聚物的合适共聚单体包括，但不限于具有3-20个碳原子的环状烯烃或α-烯烃。合适的共聚单体的非限制性示例包括1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、环己烯、和最多具有20个碳原子的二烯(例如，丁二烯或1,4-己二烯)。UHMWPE共聚物中存在的共聚单体的量为约0.001mol％至约10mol％，约0.01mol％至约5mol％，或约0.1mol％至约1mol％。另外，本专利技术的超高分子量聚乙烯UHMWPE聚合物具有约139℃至约143℃的熔点。注意术语“熔融温度”、“熔化温度”和“熔点”可在本文中互换使用。在至少一个示例性实施方式中，UHMWPE聚合物具有约140℃的熔点。UHMWPE聚合物随后的再熔融发生在约127℃至约137℃的温度。如图1和4所示，当UHMWPE聚合物形成膜时，延展的UHMWPE膜具有节点和原纤维结构。本文所示的节点用于描述至少两个原纤维的连接点。另外，UHMWPE膜具有约145℃至约155℃，或约150℃的吸热，其与膜中的原纤维相关。可以使用差示扫描量热法(DSC)来鉴定UHMWPE聚合物的熔融温度(结晶相)。图7显示了具有约132℃的降低的熔化温度和约152℃的吸热的示例性UHMWPE膜的DSC热分析图。这种大约150℃的峰(或吸热)是延展的UHMWPE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备多孔超高分子量聚乙烯(UHMWPE)膜的方法，所述方法包括：润滑分子量为至少500,000g/mol且熔融焓为至少190J/g的超高分子量聚乙烯聚合物以形成经润滑的聚合物；将所述经润滑的聚合物在低于所述超高分子量聚乙烯聚合物的熔化温度的温度下压制形成带状物；并且在低于所述超高分子量聚乙烯聚合物的熔化温度的温度下延展所述带状物以形成具有由原纤维互相连接的节点结构的多孔膜，以及所述多孔膜具有与所述多孔膜中的所述原纤维相关的且高于超高分子量聚乙烯的熔化温度的145℃至155℃的吸热。

【技术特征摘要】
2013.01.30 US 61/758,6171.一种制备多孔超高分子量聚乙烯(UHMWPE)膜的方法，所述方法包括：润滑分子量为至少500,000g/mol且熔融焓为至少190J/g的超高分子量聚乙烯聚合物以形成经润滑的聚合物；将所述经润滑的聚合物在低于所述超高分子量聚乙烯聚合物的熔化温度的温度下压制形成带状物；并且在低于所述超高分子量聚乙烯聚合物的熔化温度的温度下延展所述带状物以形成具有由原纤维互相连接的节点结构的多孔膜，以及所述多孔膜具有与所述多孔膜中的所述原纤维相关的且高于超高分子量聚乙烯的熔化温度的145℃至155℃的吸热。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压制步骤包括压延或柱塞式挤出所述经润滑的聚合物。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯聚合物的分子量为500,000g/mol至10,000,000g/mol。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯聚合物的分子量为2,000,000g/mol至4,000,000g/mol。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在延展前从所述带状物去除所述润滑剂。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯聚合物的熔化温度为139℃至143℃。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的熔化温度为140℃。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜的孔隙率为至少60％。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜的孔隙率百分比为至少75％。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜的孔隙率百分比为至少85％。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物包含0.001mol％至10mol％的共聚单体。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述共聚单体是具有3至20个碳原子的环状烯烃或α-烯烃。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UHMWPE的第一熔化温度是137℃至143℃。14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UHMWPE的第二熔化温度是127℃至137℃。15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜的厚度低于1mm。16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜的厚度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·A·斯布里格里亚，
申请(专利权)人：WL戈尔及同仁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US