具有原纤化表面的膜及其制造方法技术

本发明专利技术通过向熔融加工的高取向、多孔聚合物膜的至少一个表面施以流体能，来提供纤维和原纤化制品，所述膜含有可熔融加工的半结晶聚合物组分和成孔组分的不混溶混合物。所述纤维和原纤化制品可用作带子的背衬、过滤器、用于隔热和隔音，以及用作聚合物的增强纤维或浇铸的建筑材料例如混凝土的增强纤维。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术涉及具有纤维表面的熔融加工的高强度膜，及其制造方法。本专利技术的膜能够通过向含有半结晶聚合物和成孔组分的熔融加工的取向膜施以一般是超声波或高压喷水流形式的流体能而制成。本专利技术的纤维膜可用作带子背衬、印刷或制图用的纸样的基质、过滤器、纤维垫和用于隔热、隔音。专利技术的背景自从开始开发商业用聚合物，聚合物纤维就基本是已知的。从聚合物膜制备聚合物纤维也是众所周知的。尤其是由膜制造纤维(原纤化)的容易性与构成膜的聚合物原纤的分子取向度有关。挤出热塑性聚合物，然后取向薄膜，就可以制成多孔和微孔膜。美国专利№5811493(Kent)描述了一种挤出、然后取向的组合物，它含有聚酯作为连续相、热塑性聚烯烃作为分散相和聚酯-聚醚二嵌段配伍剂。美国专利4921652(Tsuji等人)描述了将无机细粉与聚烯烃的混合物熔融成型，然后拉伸。美国专利4377616(Ashcroft等人)描述了双轴取向的聚合物膜，它含有有孔的热塑性基质材料，其中通过在基质内加入与基质材料不相容的球状成孔固态颗粒而形成孔。半结晶聚合物膜和纤维的取向可以以多种方式实现，包括熔融纺丝、熔体转变(共)挤出、固态共挤出、凝胶拉伸、固态辊压、模口拉伸、固态拉伸和辊错位取向。这些方法中的每种都可成功地用来制备取向的高模量聚合物纤维和膜。多数固态加工方法生产速度低，每分钟约为几厘米。凝胶拉伸的方法能够快一些，但是需要附加的处理溶剂的步骤。有报道将辊压和拉伸固态聚合物片材(尤其是聚烯烃片材)组合起来的方法，其中聚合物坯料在双辊压延机中双轴变形，随后沿长度方向拉伸(即纵向)。其他网加工设备的方法也已经用来实现分子取向，它包括起始的钳夹或压延步骤，然后沿纵向或沿垂直于膜长度的方向双向拉伸。专利技术的概述本专利技术涉及一种新型的取向膜，它具有至少一个纤维表面，该膜含有可熔融加工的半结晶聚合物组分与成孔组分的不混溶混合物。该膜的纤维表面有利于提供一个更大的表面积，使膜尤其适用于例如可接受油墨的基质、擦布、纸样膜和带子用的背衬。该表面积通常大于约0.25m2/g，一般约0.5-30m2/g。本专利技术还涉及具有纤维表面的取向膜的制备，其制备步骤是提供含有结晶聚合物组分与成孔组分的不混溶混合物的取向聚合物膜，沿至少一个主轴拉伸膜(单轴取向)，在膜上形成多孔形态，任选沿第二主轴拉伸膜(双轴取向)，然后向它施加足量的流体能使有孔膜原纤化。所述膜可以单轴取向，制成具有聚合物微纤维的纤维表面，所述微纤维的有效平均直径小于20微米，通常为0.01-10微米，截面基本为矩形，横向的宽厚比(宽厚比)为1.5∶1-20∶1。此外，由于它们的高取向形态，由单轴取向膜制成的本专利技术微纤维，具有很高的模量，使它们尤其适用于热固性树脂和混凝土的增强纤维。另外，所述膜也可以双轴取向，制成截面内相对于宽度和长度很小的形状不规则的纤维片的纤维表面。该纤维片使膜的表面积很大，尤其适用于粘合或固定的粘合表面。本专利技术的方法的有利处是生产率高，适用于工业化生产，并使用容易获得的聚合物。此外，与单组分聚合物膜的原纤化相比，仅需施加较少的能量就可使不混溶的混合物膜表面原纤化。本专利技术的纤维和纤维制品具有极小的纤维直径、高强度和高模量，可用作带背衬、包扎材料、具有独特的单向光学性能和大表面积的膜、用作热固性材料的低密度增强物、在基质例如混凝土中的耐冲击改性剂或抗裂缝扩展剂、用作印刷或制图用的纸样的基质和原纤形式(例如牙线或非织造物)。附图的简要说明附图说明图1是实施例1的双轴取向原纤化膜的扫描电子显微照片(SEM)的数字图像；图2是实施例8的双轴取向原纤化膜的扫描电子显微照片(SEM)的数字图像；图3是实施例9的单轴取向的原纤化膜的扫描电子显微照片(SEM)的数字图像；图4是实施例10的单轴取向的原纤化膜的扫描电子显微照片(SEM)的数字图像；图5是实施例6的双轴取向的两层原纤化膜的扫描电子显微照片(SEM)的数字图像；图6是本专利技术方法的实施方式的示意图。专利技术的详细说明用作不混溶混合物中第一聚合物组分的半结晶聚合物包括任何可熔融加工的结晶、半结晶或可结晶聚合物，包括嵌段、接枝和无规共聚物。半结晶聚合物由无定形区和晶区组成。晶区较有序，链段实际上排列在晶格内。部分晶区可能比其他的更有序。如果晶区被加热到聚合物熔点以上，那么分子的有序性会变小，或更无规。如果很快冷却，该低序特色在原处被“冻结”，形成的聚合物称作无序的。如果冷却很慢，这些分子能重新排列，形成晶区，形成的聚合物称作是半结晶的。有些聚合物总是无定形态的，不会显示出结晶的趋势。有些聚合物能够通过热处理、拉伸或取向和通过溶剂诱导变成半结晶的，这些方法可控制实际的结晶度。用于本专利技术的半结晶聚合物包括但不局限于高密度和低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚(1，1-二氟乙烯)、聚(甲基戊烯)、聚(乙烯-三氟氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚乙烯醇、聚(环氧乙烷)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、尼龙6、尼龙66、聚丁烯和向热型液晶聚合物。合适的向热型液晶聚合物的例子包括熔融时表现出液晶性能而且由芳族二醇、芳族羧酸、羟基羧酸和其他类似单体合成的芳族聚酯。一般的例子包括第一类；由对羟基苯甲酸(PHB)、对苯二甲酸和双苯酚组成和第二类由PHB和2，6-羟基萘甲酸组成；以及第三类由PHB、对苯二甲酸和乙二醇组成。优选的聚合物是容易以低成本得到的，而且能够在原纤制品中提供非常好的性能例如高拉伸强度和高模量的聚烯烃，例如聚丙烯和聚乙烯。半结晶聚合物组分还可以含有少量第二聚合物，使本专利技术的原纤化膜具有所要求的性能，所述混合物中的第二聚合物可以是半结晶的或无定形的，而且通常低于30％(重量)，以半结晶聚合物组分的重量为基准。例如，当用作半结晶聚合物组分时，可以向聚丙烯内加入少量线性低密度聚乙烯以改善原纤化膜的柔软度和悬垂性。也可以加入少量其他聚合物，例如提高如本行业内已知的柔软度、抗裂性、Elmendorff撕裂强度、伸长率、拉伸强度和耐冲击强度。成孔组分的选择要使之在半结晶聚合物组分内不混溶。它可以是有机或无机固体，平均粒度约为0.1-10.0微米，而且可以是任意形状，包括无定形形状、纺锤形状、片状、菱形、立方体和球形。用作成孔组分的有用的无机固体包括实心或空心玻璃、陶瓷或金属颗粒、微球或珠；沸石颗粒；无机化合物包括但不局限于金属氧化物，例如二氧化钛、氧化铝和二氧化硅；金属、碱或碱土碳酸盐或硫酸盐；高岭土、滑石粉、碳黑等。无机成孔组分的选择，要使之在分散于半结晶聚合物组分内时，由于其化学性质或物理形状而几乎没有表面相互作用。通常，无机成孔组分不应当与半结晶聚合物组分化学反应，包括路易斯酸/碱的相互作用，而且具有最小的范德华力相互作用。成孔组分优选含有热塑性聚合物，包括半结晶聚合物和无定形聚合物，以形成与半结晶聚合物组分不混溶的混合物。一种不混溶的混合物显示出多个无定形相，例如存在多个无定形态玻璃化转变温度。本文中使用的“不混溶”指聚合物的共混物具有有限的溶解度和非零的界面张力，即共混物的混合自由能大于0ΔGm ΔHm＞0聚合物的混溶性由热力学和动力学两者决定，通常用溶解度参数之差或Flory-Huggins相互作用参数之差预测非极性聚合物的混溶性。对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种取向膜，它含有熔融加工的不混溶混合物，该混合物含有半结晶聚合物组分和成孔组分，所述膜具有至少一个原纤化表面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MD斯旺，S戴穆达兰，MA佩雷斯，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]