交联膜表面制造技术

本发明专利技术部分涉及交联聚烯烃的高能制造方法。本文中所述的聚烯烃能够经历进一步加工而不牺牲其物理特性和动态性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请主张2010年4月13日提交的US临时申请61/323,610、61/323,605和 61/323,618的权益，它们每篇以引用方式全文并入本文。本专利技术涉及交联聚烯烃的高能制造方法。所述聚烯烃能够经历进一步加工而不牺牲其物理特性以及交联产品的动态性能。弹性体材料的交联（硫化）涉及疏松支撑的分子链联接成聚合链三维网络，该聚合链三维网络能够支承持续负荷（应力）和/或经受恒定形变（应变）。增强的交联弹性体物理特性可包括：例如，高拉伸强度、低压缩变定、可复性伸长率、高撕裂能量和提升的动态性能。每一特性可受交联程度或广度的影响。众所周知，例如，交联量的提高会增强弹性体的物理和动态性能。参见，例如，Handbook of Engineering Polymeric Materials, Nicholas P. Cheremisinoff, ISBN # 0-8247-9799-X, 1997; 和Cray Valley Resins par excellence, “Telechelic Poly(butadiene) Diacrylate for the Radical Cure of Elastomers,” Steven K. Henning and Jeffrey Klang, Cray Valley USA, LLC, 2010年1月。高温过氧化物基硫化过程已用于交联弹性体或高分子膜。过氧化物硫化产生以氧为中心的自由基，其形成让弹性体或高分子膜交联的基础。这个过程需要高温来引发自由基工艺过程，是非选择性的，所得最终产品主要由含全交联聚合物的材料组成。此外，非常确定的是，全交联材料具有改善的特性诸如物理和动态性能，并可用于生产工业化优质产品。不论兼具良好物理和动态性能的材料的益处，由过氧化物硫化过程形成的以氧为中心的自由基进一步化合形成高活性以氧为中心的自由基中间体，该中间体接着经历副反应形成无用的副产品。但是，减少这些副产品是极其困难的，因为要求高温和长处理时间来实现材料的充分交联。过氧化物基硫化方法的其它缺陷包括：与材料生产关联的成本提高，硫化时间较长，自由基通量低，加热过程期间生成的废料过度排出，以及总体效率低，其导致加大排放和碳足迹法。此外，由于过氧化物硫化过程是非选择性的并导致全交联聚合物，聚合物的进一步加工受损。例如，在屋顶建筑（roofing）工业中，重要的是将屋顶建筑材料的表面板片与基础膜在界面上熔融共混。该界面熔融在表面板片的可交联区域与基础膜间产生无缝粘结，这又导致更易附着于屋顶表面的更耐久材料。相比之下，过氧化物基硫化产生全交联聚合物材料，将需要大量的热和时间来使屋顶建筑材料的表面板片与基础膜有效地熔融共混在一起。因此，目前需要研究出更好的减少与例如轮胎和屋顶建筑产品和工艺过程中使用的交联材料的工业加工相关联的成本、时间和废料的方式。辐射硫化诸如电子束（EB）加工已知是高温过氧化物硫化方法的适宜替代方案。EB加工中，使用高能电子而非热。交联的引发经由以碳为中心的自由基进行，其不同于过氧化物硫化中以氧为中心的自由基，不容易反应形成无用的中间体或副产品。通过改变某些参数诸如电压、电流、功率等，EB加工还允许更灵活地控制交联量。相较于其它方法，采用EB加工的其它优势包括：使与材料交联相关联的成本降低；低温加工，例如，在环境温度进行；低能耗；瞬时的硫化时间；将交联作用精确控制到所处理材料中的预定深度；以及对管路卷材基加工的易适性。具有该特性的有效粒子束加工机械的论述见：例如，US专利6,426,507；6,610,376；7,026,635；和7,348,580。在EB加工中，高能电子可用于使多种产品和材料的分子结构改型。例如，电子可用于改变专门设计的液体涂料、油墨、橡胶和粘合剂。用EB加工处理的液体涂料可包括印刷油墨、清漆、硅酮释出涂料、底漆涂料、压敏粘合剂、阻隔层和层压粘合剂。EB加工也可用于改变和增强如下材料的物理特征：固体材料诸如纸、基底和非织造纺织品基底以及聚合物材料诸如弹性体，所有这些材料都专门设计成能对EB处理作出反应。已经开发出在较低（诸如110千伏或更低）和较高（诸如110千伏或更高）的电压下效率均提高的EB加工设备，它们可用于生产商业可行产品，包括例如各种食品包装材料例如乙烯基密封薄膜、液体涂料、油墨和粘合剂。参见，例如，US专利6,426,507；6,610,376；7,026,635；和7,348,580。尽管采用EB设备具有上述优势并且已知提高交联可增强材料的物理和动态性能，但问题尚存，即如何制造具有充分的物理和动态性能且还易于基于工业需要来进一步加工的商业可行产品。意外地，本专利技术人发现，与利用常规过氧化物基方法和先前EB加工程序所得到的材料相比，利用EB加工使材料部分硫化所得到的材料的物理和动态性能类似，但灵活性改善。在一个实施方案中，本文中所述方法允许进一步加工部分交联的材料而无需苛刻和/或劳动密集型条件，所得商业可行产品具有所有与产生全交联材料的EB和/或过氧化物硫化方法相关联的有益特性。在一个实施方案中，本专利技术涉及利用粒子束加工来生成部分硫化的多层材料的方法。在一个实施方案中，粒子仅穿透多层材料的一部分。穿透深度，例如，穿透总厚度的约50%，将取决于最终应用。交联量也将取决于最终应用。例如，约35%的平均交联密度可产生约250℉耐热性的材料，而约50%的交联密度可产生耐热性较高的材料。粒子束加工可在膜例如单面交联膜的整个表面上进行，借此粒子在该整个表面上穿透到总厚度的约50%的深度，但其它表面（一或多个）保持未处理。也理解，交联度取决于穿透深度。在一个实施方案中，可改变穿透深度以达到一定的交联密度。做为选择，粒子束加工可仅在膜的预定部分进行，诸如沿边缘、中心部分、或以致使周长边缘保持未处理（即非交联）的方式进行。例如，特定最终应用可要求正处理材料的一个部分应接受EB粒子处理直至穿透深度“X”而另一个部分接受EB粒子处理直至穿透深度“Y”，“X”和“Y”中每一个代表相同或不同的粒子穿透深度。因此，经处理材料的不同部分或区段可具有不同的交联度和因此具有不同的特性。在另一实施方案中，经EB处理的材料可沿梯度接受辐射剂量，以便当横越材料的宽度和/或长度时，穿透深度增大和因此交联度增大。在一个实施方案中，本专利技术还部分涉及通过本文中所述方法制成的材料。在另一实施方案中，当与平均交联密度大于约40%的聚合物材料相比时，所得材料展现基本上相似、相同或更好的特性。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施方案的粒子束加工设备的示意图；图2是电子束的电压分布型的示意图；图3是根据本专利技术的一实施方案的粒子束加工设备的前视图；图4是随125～300千伏工作电压下所测12.5微米钛箔的厚度而变的深度剂量分布型的图表；图5是一全宽交联膜的示意性表示，其中所述膜交联至约50%穿透的部分深度（partial depth）；图6是仿若经由“粗缝”（s本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.13 US 61/323618;2010.04.13 US 61/323610;201.一种使用粒子束设备有选择地使聚合物材料交联的方法，包括：
用粒子束有选择地处理所述聚合物材料的一部分一段充分的时间以产生交联部分，其中
所述处理导致所述聚合物材料的平均交联密度为约20%～约100%，且
其中所述聚合物材料具有与化学组成相同而交联密度更高的聚合物材料基本上相同的特性。
2.权利要求1的方法，其中粒子束组件包含至少一个细丝(filament)。
3.权利要求2的方法，其中向细丝施加大于或等于约150千伏的工作电压以生成多个粒子。
4.权利要求3的方法，其中所述多个粒子穿过厚度约12.5微米的薄箔。
5.权利要求1～4中任一项的方法，其中以约3兆拉德～约12兆拉德的剂量处理所述聚合物材料。
6.权利要求1～5中任一项的方法，其中所述多个粒子以总厚度的约50%的深度穿透所述聚合物材料的所述部分。
7.权利要求1～6中任一项的方法，其中所述部分包含所述聚合物材料的单表面。
8.权利要求1～7中任一项的方法，其中所述部分包含所述聚合物材料的两个单表面。
9.权利要求1～8中任一项的方法，其中所述聚合物材料的所述部分包含单表面的中心部分。
10.权利要求1～9中...

【专利技术属性】
技术研发人员：CH科林斯，IJ朗瓦拉，
申请(专利权)人：能源科学公司，
类型：
国别省市：