由聚烯烃生产的经表面处理的制造制品制造技术

本公开描述一种用于生产经表面处理的制造制品的方法，该方法包含提供聚烯烃树脂；将聚烯烃树脂转化成制造制品；使制造制品的至少一部分交联；以及用硫酸、发烟硫酸或含氯磺酸溶液表面处理剂改性制造制品的表面，以产生经表面处理的制造制品。本公开进一步描述一种用于生产经表面处理的制造制品的方法，该方法包含提供聚烯烃树脂；将聚烯烃树脂转化成制造制品；使制造制品的至少一部分交联；将硫酸溶液施加到制造制品；以及在空气或惰性环境中加热制造制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】政府利益的表述本专利技术是在陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)与为美国能源部门(United States Department of Energy)运行的橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的运行和管理承包商优特巴特有限责任公司(UT-Batelle,LLC)之间的NFE-10-02991下进行。政府拥有本专利技术的某些权利。
本公开大体上涉及由聚烯烃生产的经表面处理的制造制品及其制备方法，并且进一步涉及由所述经表面处理的制造制品制备的含碳制品及其制备方法。
技术介绍
此前，含碳制品，如碳纤维已经主要由聚丙烯腈(PAN)、沥青或纤维素前驱体生产。用于制备此类含碳制品的方法通过由前驱体形成制造的制品如纤维或膜开始。前驱体可使用用于形成或模塑聚合物的标准技术形成为制造制品。制造制品随后稳定以允许制造制品在后续热加工步骤期间基本上保持形状；此类稳定通常涉及氧化和热的组合，并且一般产生限定制造制品的前驱体的脱氢、成环、氧化和交联。通过在惰性气氛中加热稳定的制造制品，该稳定的制造制品然后转化成含碳制品。虽然用于生产含碳制品的一般步骤与多种前驱体相同，但是那些步骤的细节根据所选择的前驱体的化学组成大幅变化。聚烯烃已经研究作为对于含碳制品的替代前驱体，但是合适的并且经济可行的制备方法已证实难以实现。用于将聚烯烃制造制品转化成稳定聚烯烃制造制品的一种方法涉及在氧化气氛中，最通常在高于聚烯烃的熔点的温度下，通常高于160℃，加热聚烯烃制造制品。标准聚烯烃将在这些温度下熔融，并且失去其制造尺寸(即，纤维将熔融成液体)。交联已作为使制造聚烯烃制品的尺寸在高于聚烯烃的熔点的温度下稳定的方式实行，并且尽管存在于交联聚烯烃的微晶仍然熔融，但是制品保持其形状。由交联聚烯烃制造制品形成碳纤维的先前尝试的一种失败是因为交联制造制品被加热，形成纤维的长丝融合在一起。不受理论约束，当交联聚烯烃制造制品被加热时，一些聚合物链可在纤维的表面变得足够流动，并且从而与来自邻近纤维的聚合物链进行分子缠结，产生发粘表面或长丝融合的外观。由氧化步骤产生的所得长丝融合用于碳化制品。在一些情况下，融合削弱含碳制品的结构特性。美国专利4,070,446公开了用于处理非交联聚乙烯纤维的磺化方法，其中聚乙烯纤维在100℃至180℃的温度下与硫酸反应以形成碳纤维的稳定前驱体。其中描述的方法不涉及在空气中加热聚乙烯纤维。另外，由于需要大的体积硫酸，该方法不是经济的。期望用于由聚烯烃树脂生产的含碳制品的前驱体在加工步骤期间不变形或融合。
技术实现思路
本公开描述一种用于生产经表面处理的制造制品的方法，该方法包含提供聚烯烃树脂；将聚烯烃树脂转化成制造制品；使制造制品的至少一部分交联；以及用硫酸、发烟硫酸或含氯磺酸溶液表面处理剂改性制造制品的表面，以产生经表面处理的制造制品。本公开进一步描述一种用于生产经表面处理的制造制品的方法，该方法包含提供聚烯烃树脂；将聚烯烃树脂转化成制造制品；使制造制品的至少一部分交联；将硫酸溶液施加到制造制品；以及在空气或惰性环境中加热制造制品。具体实施方式除非另外指明，否则数值范围，例如“2到10”，包括界定所述范围的数字(例如，2和10)。除非另外指明，否则比率、百分比、份等以重量计。除非另外指明，否则对于聚烯烃树脂的可交联官能团含量通过mol％可交联官能团表征，其被计算为可交联官能团的摩尔数除以包含于聚烯烃中的单体单元的总摩尔数。除非另外指明，否则“单体”是指可进行聚合从而组成大分子(例如，聚烯烃)的基本结构的结构单元的分子。如上所述，在一方面，本公开描述了用于由聚烯烃树脂生产经表面处理的制造制品的方法。聚烯烃为由一种或多种烯烃单体生产的一类聚合物。本文所述的聚合物可由一种或多种类型的单体形成。聚乙烯为优选的聚烯烃树脂，但是其它聚烯烃树脂可替代。举例来说，由乙烯、丙烯或其它α-烯烃(例如，1-丁烯、1-己烯、1-辛烯)或其组合生产的聚烯烃也为合适的。本文所述的聚烯烃通常以树脂形式提供，细分成用于进一步熔融或溶液加工的方便大小的颗粒或细粒。本文所述的聚烯烃树脂适合于交联。在一种情况下，聚烯烃树脂已经被改性以包括适合于反应以使聚烯烃树脂交联的可交联官能团。在一些实施例中，具有可交联官能团的聚烯烃树脂含有至少0.1mol％可交联官能团。在一些实施例中，具有可交联官能团的聚烯烃树脂每聚合物链含有至少一种可交联官能团。在一些实施例中，具有可交联官能团的聚烯烃树脂含有最多0.5mol％可交联官能团，优选地，最多1.0mol％可交联官能团，更优选地最多5.0mol％可交联官能团。在一些实施例中，根据选择以形成聚烯烃树脂的单体，聚烯烃树脂可包括高达50mol％的可交联官能团。在一些实施例中，具有可交联官能团的聚烯烃树脂具有至少0.87g/cm3的堆积密度。在一些实施例中，具有可交联官能团的聚烯烃树脂具有不超过0.955g/cm3的堆积密度。可交联官能团根据已知的机理结合在聚烯烃树脂中，例如乙烯可与含期望可交联官能团或为期望可交联官能团的前驱体的相关化学部分的乙烯基官能共聚单体共聚，以提供具有可交联官能团的期望聚烯烃树脂。共聚物适用作具有可交联官能团的聚烯烃树脂，其中一种或多种α-烯烃已经与含适合于充当可交联官能团的基团的另一种单体共聚，例如二烯、一氧化碳、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、醋酸乙烯酯、顺丁烯二酸酐或乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)在适合于与α-烯烃共聚的单体之中。另外，具有可交联官能团的聚烯烃树脂还可由已通过将官能团部分接枝到基础聚烯烃上改性的聚(α-烯烃)生产，其中基于其随后实现给定聚烯烃的交联的能力选择官能团。举例来说，这种类型的接枝可通过使用游离基引发剂(如过氧化物)和乙烯基单体(如VTMS、二烯、醋酸乙烯酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯(如甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酰氧基丙基)、三甲氧基硅烷、烯丙基胺、对氨基苯乙烯、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯)或经由叠氮基官能化的分子(如4-[2-(三甲氧基硅烷基)乙基)]苯磺酰基叠氮化合物)进行。具有可交联官能团的聚烯烃树脂可由聚烯烃树脂生产或可商业购买。市售具有可交联官能团的聚烯烃树脂的实例包括由陶氏化学公司出售的SI-LINK、由陶氏化学公司出售的PRIMACOR、由可乐丽(Kuraray)出售的EVAL和由阿科玛(Arkema)出售的LOTADER AX8840。在一种情况下，聚烯烃树脂通过辐射交联。在一种情况下，辐射通过电子束加工或电子辐射(e-束)执行。当使用辐射时，在聚烯烃树脂中可交联官能团不是必需的(虽然可包括)。如上文所描述，处理聚烯烃树脂以形成制造制品。制造制品为已由具有可交联官能团的聚烯烃树脂制造的制品。制造制品使用已知聚烯烃制造技术(例如，熔融或溶液纺织以形成纤维、膜挤出或膜铸造或吹塑膜方法以形成膜、模挤出或注塑成型或压缩模塑法以形成更复杂形状，或溶液流延)形成。根据目标含碳制品的期望几何结构及其期望物理特性选择制造技术。举例来说，在期望含碳制品为碳纤维的情况下，纤维纺丝为合适的制造技术。作为另一实例，在期望的含碳制品为碳膜的情况下，压缩模塑为合适的制造技术。如上所述，聚烯烃树脂的可交联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产经表面处理的制造制品的方法，所述方法包含：(a)提供聚烯烃树脂；(b)将所述聚烯烃树脂转化成制造制品；(c)使所述制造制品的至少一部分交联；以及(d)用硫酸、发烟硫酸或含氯磺酸溶液表面处理剂改性所述制造制品的所述表面以产生所述经表面处理的制造制品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.21 US 61/9821151.一种用于生产经表面处理的制造制品的方法，所述方法包含：(a)提供聚烯烃树脂；(b)将所述聚烯烃树脂转化成制造制品；(c)使所述制造制品的至少一部分交联；以及(d)用硫酸、发烟硫酸或含氯磺酸溶液表面处理剂改性所述制造制品的所述表面以产生所述经表面处理的制造制品。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过选择也使所述制造制品交联的表面处理剂同时执行步骤(c)和(d)。3.根据权利要求1到2中任一项所述的方法，其中所述表面处理剂为含SO3部分。4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中所述表面处理剂为硫酸、发烟硫酸、三氧化硫或氯磺酸。5.根据权利要求1和3到4中任一项所述的方法，其中在步骤(c)之前执行步骤(d)。6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中步骤(d)进一步包含在溶剂中洗涤所述制造制品。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述溶剂为甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·E·巴尔顿，E·J·胡可坎恩，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US