CN101346498B - 由乙烯/α-烯烃共聚体制造的纤维 - Google Patents

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Abstract

一种纤维,其可从乙烯/α-烯烃共聚体获得或包含此共聚体,特征在于在300%应变及(1)周期时的弹性回复%(Re)及密度(d,克/立方厘米),其中,弹性回复及密度满足下列关系式:Re>1481-1629(d)。此共聚体的特征也在于其它性质。由其制成的纤维具有相对较高的弹性回复及相对较低的摩擦系数。如果需要的话,纤维可经交联。机织或非机织的织物可由此纤维制成。

Description

由乙烯/α-烯烃共聚体制造的纤维
技术领域
本发明涉及由乙烯/α-烯烃共聚体制成的纤维,及制造此纤维的方法,与从此纤维制成的产品。
背景技术
纤维通常上是依据其直径分类。单丝纤维一般是定义为具有每一纤丝大于约15旦,一般是大于约30旦的个别纤维直径。细旦纤维一般是指具有每一纤丝少于约15旦的直径的纤维。微旦纤维一般是定义为具有少于100微米直径的纤维。纤维也可通过其制造方法分类,诸如,单丝、连续绕卷细微纤丝、短或短切纤维、纺黏,及熔喷纤维。
需要具有优异弹性的纤维以制造各种用于制造无数耐用性制品(诸如,运动服及家具装潢)的织物。弹性是一种性能性质,且是织物与穿戴者的身体或物件框架相合能力之一个量度标准。较优选地,织物在体温及其它高温(诸如,在织物的清洗及干燥期间所经受的温度)下重复使用、拉伸及收缩期间会维持其合身性。
纤维通常的特征在于,如果其具有高百分率的弹性回复(即,低百分率的永久变形),当施加偏压力后,其为弹性的。理想上,弹性材料的特征在于三个重要性质的组合:(i)低百分率的永久变形,(ii)应变时的低应力或载荷,及(iii)低百分率的应力或载荷松弛。换言之,弹性材料特征在于具有下列性质:(i)低的用以拉伸材料所需的应力或载荷,(ii)一旦材料被拉伸时没有或只有低的应力松弛或卸荷,及(iii)拉伸、偏斜或应变中断后完全或高度地回复至原始尺寸。
斯潘德克斯(Spandex)是一种已知的具有接近理想弹性性能的链段聚氨酯弹性材料。但是,斯潘德克斯对于许多应用在成本上受禁止。另外,斯潘德克斯对于臭氧、氯及高温(特别是在水的存在下)展现差的环境耐性。这些性质(特别是缺乏耐氯性)造成斯潘德克斯在衣物应用(诸如,需要在氯漂白剂存在下洗涤的泳衣及白色衣物)造成明确缺点。
已经从热塑性材料(例如,聚丙烯、通常上以高压聚合反应制成的高分枝低密度聚乙烯(LDPE)、线性非均匀分枝的聚乙烯(例如,使用齐格勒催化剂制成的线性低密度聚乙烯)、聚丙烯及线性非均匀分枝聚乙烯的掺合物、线性非均匀分枝聚乙烯及乙烯/乙烯基醇共聚物的掺合物)制成各种纤维及织物。
虽然在本领域中取得进步,但仍持续需要柔软且服从身体移动的基于聚烯烃的弹性纤维。较优选地,这些纤维具有相对较高的弹性回复且可以以相对较高的生产量制成。另外,需要形成不需累赘处理步骤但仍提供不粘的柔软、舒适织物的纤维。
发明内容
通过本发明的各方面而符合前述需求。在一方面,本发明涉及一种纤维,其可通过至少一种乙烯/α-烯烃共聚体获得或包含至少一种该乙烯/α-烯烃共聚体,其中,此乙烯/α-烯烃共聚体特征在于一种或多种下列性质:
(a)具有约1.7至约3.5的Mw/Mn,至少一个熔点(Tm,℃)及密度(d,克/立方厘米),其中,Tm及d的数值对应于下列关系式:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或
(b)具有约1.7至约3.5的Mw/Mn,且特征在于一个熔化热(ΔH,J/g)及以最高DSC峰和最高CRYSTAF峰间的温度差而定义的Δ量(ΔT,℃),其中,ΔT与ΔH的数值具有下列关系式:
对于ΔH大于0且最高达130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
对于ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,CRYSTAF峰是使用至少5%的累积聚合物确定,且如果少于5%的聚合物具有可鉴别的CRYSTAF峰,则CRYSTAF温度是30℃;或
(c)具有以该共聚体的压模成型膜测量的在300%应变及1周期的弹性回复(Re,%),且具有密度(d,克/立方厘米),其中,当此共聚体实质上无交联相时,Re及d的数值满足下列关系式:
Re>1481-1629(d);或
(d)具有在使用TREF分级时在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于此级分具有比在相同温度间洗提的可相比拟的无规乙烯共聚体级分高至少5%的摩尔共聚单体含量,其中,可相比拟的无规乙烯共聚体具有相同共聚单体,且具有此共聚体的10%内的熔体指数、密度及摩尔共聚单体含量(以整个聚合物为基准计);或
(e)具有25℃时的贮能模量,G’(25℃),及100℃时的贮能模量,G’(100℃),其中,G’(25℃)对G’(100℃)的比例是约1∶1至约10∶1;
(f)具有至少一种在使用TREF分级时在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于此级分具有至少0.5且最高达约1的嵌段指数,及大于约1.3的分子量分布,Mw/Mn;或
(g)具有大于0且最高达约1.0的平均嵌段指数,及大于约1.3的分子量分布,Mw/Mn。
在另一方面,本发明涉及可从乙烯及C3-C20α-烯烃的至少一种共聚体获得的或包含此共聚体的纤维,其中,共聚体具有约0.860g/cc至约0.895g/cc的密度,及少于约70%的在70℃时的压缩变形。在某些具体实施方案中,在70℃的压缩变形少于约60%,少于约50%,少于约40%,或少于约30%。
在某些具体实施方案中,共聚体满足下列关系:
Re>1491-1629(d);或
Re>1501-1629(d);或
Re>1511-1629(d)。
在其它具体实施方案中,共聚体具有约0.1克/10分钟至约2000克/10分钟,约1克/10分钟至约1500克/10分钟,约2克/10分钟至约1000克/10分钟,约5克/10分钟至约500克/10分钟的熔体指数,其是依据ASTMD-1238,条件190℃/2.16千克测量。在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有1.7至3.5的Mw/Mn,且是包含至少硬嵌段及至少软嵌段的无规嵌段共聚物。较优选地,乙烯/α-烯烃共聚体具有约0.86g/cc至约0.96g/cc或约0.86g/cc至约0.92g/cc范围的密度。在其它具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体与另外聚合物掺合。
本文中的“乙烯/α-烯烃共聚体”或“乙烯/α-烯烃/二烯共聚体”中的术语“α-烯烃”是指C3及更高的α-烯烃。在某些具体实施方案中,α-烯烃是苯乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、1-癸烯,或其混合物,且二烯是降冰片烯、1,5-己二烯,或其混合物。
纤维是弹性或非弹性的。有时,纤维是经交联的。可通过质子照射、电子束照射,或交联剂而产生交联。在某些具体实施方案中,经交联的聚合物的百分率是至少20%,例如,约20%至约80%,或约35%至约50%,通过形成凝胶的重量百分率测量。有时,纤维是双组份的纤维。双组份纤维具有鞘-芯型结构;海-岛型结构;并列型结构;  基质-原纤维结构;或区段式派型(pie)结构。纤维可为切断纤维,或粘合纤维。在某些具体实施方案中,纤维具有少于约1.2的摩擦系数,其中,共聚体未与任何填料混合。
在某些具体实施方案中,纤维具有约0.1旦至约1000旦范围的直径,且共聚体具有约0.5至约2000的熔体指数及约0.865g/cc至约0.955g/cc的密度。在其它具体实施方案中,纤维具有约0.1旦至约1000旦范围的直径,且共聚体具有约1至约2000的熔体指数及约0.865g/cc至约0.955g/cc的密度。在其它具体实施方案中,纤维具有约0.1旦至约1000旦范围的直径,且共聚体具有约3至约1000的熔体指数及约0.865g/cc至约0.955g/cc的密度。
在另一方面,本发明涉及包含依据本发明各具体实施方案制成的纤维的织物。织物可为纺粘;熔喷;凝纺;溶液纺丝等。织物可为弹性或非弹性的、机织或非机织的。在某些具体实施方案中,织物具有在100%应变时至少为50%的MD回复百分率。
在另一方面,本发明涉及包含依据本发明各具体实施方案制成的纤维的粗纺的网材或纱线。纱线可以是包覆的或未包覆的。被包覆时,其被棉纱线或尼龙纱线包覆。
在另一方面,本发明涉及一种制造纤维的方法。此方法包含(a)使乙烯/α-烯烃共聚体(如本文中所述)熔融;及将此乙烯/α-烯烃共聚体挤塑成纤维。纤维可通过熔纺;纺粘;熔喷等形成。在某些具体实施方案中,从此纤维形成的织物基本上无条痕。较优选地,在低于共聚体的峰值熔融温度拉伸纤维。
本发明的另外方面及本发明各具体实施方案的特性及性质通过下列说明而变明显。
附图说明
图1显示本发明聚合物(以菱形表示)与传统无规共聚物(以圆形表示)及齐格勒-纳塔共聚物(以三角形表示)的熔点/密度关系。
图2显示各种聚合物的熔化焓ΔDSC-CRYSTAF与DSC熔化焓的函数的作图。菱形表示无规乙烯/辛烯共聚物;矩形表示聚合物实施例1-4;三角形表示聚合物实施例5-9;且圆形表示聚合物实施例10-19。符号“X”表示聚合物实施例A*-F*
图3显示密度对由本发明共聚体(以矩形及圆形表示)及传统共聚物(以三角形表示,其是各种Dow聚合物)制成的非取向膜的弹性回复的作用。矩形表示本发明的乙烯/丁烯共聚物;且圆形表示本发明的乙烯/辛烯共聚物。
图4是实施例5(以圆形表示)及比较聚合物E及F(以符号“X”表示)的以TREF分级的乙烯/1-辛烯共聚物级分的辛烯含量对此级分的TREF洗提温度的作图。菱形表示传统无规乙烯/辛烯共聚物。
图5是实施例5的聚合物(曲线1)及比较例F(曲线2)的聚合物的以TREF分级的乙烯/1-辛烯共聚物级分的辛烯含量对此级分的TREF洗提温度的作图。矩形表示实施例F*,且三角形表示实施例5。
图6是比较的乙烯/1-辛烯共聚物(曲线2)及丙烯/乙烯-共聚物(曲线3)及以不同量的链穿梭剂制得的本发明的两个乙烯/1-辛烯嵌段共聚物(曲线1)的贮能模量的对数与温度的函数的作图。
图7显示某些本发明聚合物(以菱形表示)与某些已知聚合物比较时的TMA(1mm)对弯曲模量的作图。三角形表示各种Dow
Figure G200680008414201D00052
聚合物;圆形表示各种无规乙烯/苯乙烯共聚物;且矩形表示各种Dow
Figure G200680008414201D00053
聚合物。
图8是用以测量动态摩擦系数的装置的示意图。
图9显示交联聚合物实施例19A、实施例19B、实施例19K,及实施例19L的动态机械热响应。标示“19A”的曲线表示聚合物实施例19A;标示“19B”的曲线表示聚合物实施例19B;标示“19K”的曲线表示Dow
Figure G200680008414201D00054
EG8100树脂;且标示“19L”的曲线表示40旦Dow
Figure G200680008414201D00055
纤维的商业产品。
图10是端面退绕张力装置的示意图。
图11显示从本发明及比较例制成的纤维在a)21℃贮存1天及b)在40℃贮存12小时后的端面退绕行为。“退绕张力”的单位是克力量(gramforce)。
图12是显示用于本发明某些具体实施方案中的吸气器/移动筛选系统的装置的示意图。
图13是在非机织范例获得的各种网材的照片。A是显示从聚合物实施例19I制成的织物的照片;B是显示从聚合物实施例19O制成的织物的照片;且C是从聚合物实施例19N制成的织物的照片。
图14显示各种纤维在100%应变的滞后测试下的立即变形。
图15显示各种纤维在100%应变的滞后测试下的60%应变的保留载荷。
具体实施方式
一般定义
“纤维”指的是长度对直径的比例大于约10的材料。纤维通常上是依据其直径分类。纤丝纤维一般是定义为每一纤丝具有大于约15旦,一般是大于约30旦的个别纤维直径。细旦纤维一般是指每一纤丝具有少于约15旦的直径的纤维。微旦纤维一般是定义为每一纤丝具有少于100微旦直径的纤维。
“纤丝纤维”或“单丝纤维”指的是无限(即,未经预定)长度的连续材料股线,其相对于“切断纤维”,其是有限长度的不连续材料股线(即,已经切割或其它方式分成预定长度的区段的股线)。
“弹性”指的是纤维在第一次拉伸后及在第四次至100%应变(双倍长度)后会回复其拉伸长度的至少约50%。也可以以纤维的“永久变形”描述弹性。永久变形与弹性相反。纤维被拉伸至特定点,且其后释放至拉伸前的原始位置,然后,再次拉伸。纤维开始拖拉载荷的点被定为永久变形百分率。“弹性材料”在本领域中也称为“弹性体”及“弹料”。弹性材料(有时称为弹性制品)包含共聚物本身,以及(但不限于)纤维、膜、条材、带材、扁带材、片材、涂覆物、模造物等形状的共聚物。较优选的弹性材料是纤维。弹性材料可经固化或未经固化、经辐射或未经辐射,及/或经交联或未经交联。
“非弹性材料”指的是不具有上述弹性的材料(例如,纤维)。
“基本上交联”及相似术语指的是成形或制品形式的共聚物具有少于或等于70重量%的二甲苯可萃取物(即,大于或等于30重量%的凝胶含量),较优选是少于或等于40重量(即,大于或等于60重量%的凝胶含量)。二甲苯可萃取物(及凝胶含量)是依据ASTM D-2765确定。
“单组份纤维”指的是具有单一聚合物区域或范畴且不具有任何其它不同聚合物区域(但是双组份纤维具有)的纤维。
“双组份纤维”指的是具有两个或更多不同聚合物区域或范畴的纤维。双组份纤维也称为共轭或多组份纤维。聚合物一般彼此不同,即使两个或更多的组份可包含相同聚合物。聚合物在基本上不同的区域中横穿双组份纤维的截面而排列,且一般是沿双组份纤维的长度连续延伸。双组份纤维的结构可为,例如,鞘/芯型排列(其中一个聚合物被另一个围绕)、并列型排列、派型排列,或“海-岛型”排列。双组份纤维在美国专利第6,225,243、6,140,442、5,382,400、5,336,552及5,108,820号案中有进一步描述。
“熔喷纤维”是通过使熔化热塑性聚合物组合物经由数个细微(一般是圆形)模具毛细管以熔融线或纤丝挤塑至汇聚(converging)高速气流(例如,空气,其作用是使线或纤丝变细以降低直径)内而形成的纤维。纤丝或线可通过高速气流载送且沉积在收集表面上形成具有一般小于10微米平均直径的任意分散纤维的网材。
“熔纺纤维”是通过使至少一个聚合物熔融,然后使熔融的纤维拉伸至少于模具直径(或其它截面形状)的直径(或其它截面形状)而形成的纤维。
“纺粘纤维”是通过使熔化热塑性聚合物组合物以纤维通过喷丝头的数个细微(一般为圆形)的模具毛细管挤塑而形成的纤维。挤塑纤维的直径快速降低,然后,纤丝沉积在收集表面上形成具有一般为约7至约30微米的平均直径的任意分散纤维的网材。
“非机织”指的是具有无规穿插的(但并非以如编织织物般的可识别方式)个别纤维或线的结构的网材或织物。依据本发明具体实施方案的弹性纤维可用以制造非机织结构,以及弹性非机织织物与非弹性材料混合的复合结构。
“纱线”指的是连续长度的捻合或其它方式缠结的纤丝,其可用于制造机织或编织的织物及其它制品。纱线可被包覆或未经包覆。经包覆的纱线是至少部分包缠在另一纤维或材料(通常上是天然纤维,例如,棉或羊毛)的外包覆物内的纱线。
“聚合物”指的是通过使单体(相同或不同形式)聚合制得的聚合化合物。一般的术语“聚合物”包含术语“均聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”与“共聚体”。
“共聚体”指的是通过聚合至少二种不同单体而制造的聚合物。一般术语“共聚体”包含术语“共聚物”(其一般是用以指从二种不同单体制造的聚合物)与术语“三元共聚物”(其一般是用以指从三种不同单体制造的聚合物)。其也包含通过聚合四种或更多种单体而制造的聚合物。
术语“乙烯/α-烯烃共聚体”一般是指包含乙烯及具有3或更多个碳原子的α-烯烃的聚合物。较优选地,乙烯组成整个聚合物的主要摩尔分率,即,乙烯组成整个聚合物的至少约50摩尔%。更优选地,乙烯组成至少约60摩尔%,至少约70摩尔%,或至少约80摩尔%,且整个聚合物的基本残余包含至少一种其它共聚单体,其较优选是具有3或更多个碳原子的α-烯烃。对于许多乙烯/辛烯共聚物,较优选的组合物包含大于整个聚合物的约80摩尔%的乙烯含量,及整个聚合物的约10至约15(较优选是约15至约20)摩尔%的辛烯含量。在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体不包含以低产量或以微量或以化学方法的副产物制造的那些。虽然乙烯/α-烯烃共聚体可与一或多种聚合物掺合,如此制造的乙烯/α-烯烃共聚体是基本上纯的,且一般包含聚合反应方法的反应产物作为主要组份。
乙烯/α-烯烃共聚体包含呈聚合形式的乙烯及一或多种可共聚合的α-烯烃共聚单体,特征在于数个在化学或物理性质不同的两种或更多种聚合化单体单元的嵌段或链段。即,乙烯/α-烯烃共聚体是嵌段共聚体,较优选是多嵌段的共聚体或共聚物。术语“共聚体”及“共聚物”在此可交换使用。在某些具体实施方案中,多嵌段共聚物可以下列化学式表示:
(AB)n
其中,n是至少为1,较优选是大于1的整数,例如,2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100,或更高。“A”表示硬嵌段或链段,且“B”表示软嵌段或链段。较优选地,A及B是以基本上线性方式连接,其与基本上分枝或基本上星状的方式相反。在其它具体实施方案中,A嵌段及B嵌段是沿聚合物链无规地分布。换言之,嵌段共聚物一般不具有如下的结构。
AAA-AA-BBB-BB
在其它具体实施方案中,嵌段共聚物一般不具有包含不同共聚单体的第三种嵌段。在其它具体实施方案中,A嵌段及B嵌段的每一种具有在嵌段内基本上无规地分布的单体或共聚单体。换言之,A嵌段或B嵌段皆不包含二或更多的不同组成的次链段(或次嵌段),例如,尖部链段,其具有与剩余嵌段基本上不同的组成。
多嵌段聚合物通常上包含各种含量的“硬”及“软”链段。“硬”链段是指其间乙烯是以大于约95重量%且较优选是大于约98重量%(其是以聚合物重量为基准计)的量存在的聚合化单元的嵌段。换言之,硬链段的共聚单体含量(非乙烯的单体的含量)是少于约5重量%,且较优选是少于约2重量%(其是以聚合物重量为基准计)。在某些具体实施方案中,硬链段包含所有或基本上所有乙烯。另一方面,“软”链段是指其间共聚单体含量(非乙烯的单体的含量)是大于约5重量%,较优选是大于约8重量%,大于约10重量%,或大于约15重量%(其是以聚合物重量为基准计)的聚合化单元的嵌段。在某些具体实施方案中,软链段的共聚单体含量可大于约20重量%,大于约25重量%,大于约30重量%,大于约35重量%,大于约40重量%,大于约45重量%,大于约50重量%,或大于约60重量%。
软链段一般可以嵌段共聚体总重量的约1重量%至约99重量%存在于嵌段共聚体,较优选是嵌段共聚体总重量的约5重量%至约95重量%,约10重量%至约90重量%,约15重量%至约85重量%,约20重量%至约80重量%,约25重量%至约75重量%,约30重量%至约70重量%,约35重量%至约65重量%,约40重量%至约60重量%,或约45重量%至约55重量%。相反地,硬链段可以相似范围存在。软链段的重量百分率及硬链段的重量百分率可以从DSC或NMR获得的数据为基础计算。这些方法及计算是公开在同时申请的美国专利申请案序号____(知道时补入),代理人档案编号385063-999558,发明名称“Ethylene/α-Olefin BlockInterpolymers(乙烯/α-烯烃嵌段共聚体)”,2006年3月15日申请,以ColinL.P.Shan、Lonnie Hazlitt等人的名义,且转让给Dow Global TechnologiesInc.,其公开内容在此被全部并入以供参考之用。
术语“结晶”被使用时是指拥有第一级转移或结晶熔融(Tm)(其是通过差式扫描量热术(DSC)或等效技术测定)的聚合物。此术语可与“半结晶”交换使用。“非结晶性”术语是指缺乏通过差式扫描量热术(DSC)或等效技术测定的结晶熔点的聚合物。
“多嵌段共聚物”或“链段共聚物”等术语是指含有二或更多种较优选是以线性方式连接的化学上不同的区域或链段(称为“嵌段”)的聚合物,即,具有化学上不同的单元且对于聚合化乙烯官能性是以尾对尾连接(而非侧向或接枝方式)的聚合物。在一较优选具体实施方案中,嵌段是在合并在其内的共聚单体的量或形式、密度、结晶量、由此组合物的聚合物引起的结晶尺寸、立构规整度(全同立构或间同立构)的形式或程度、区域规则性或区域不规则性、分枝量(包含长链分枝或超分枝)、均质性,或任何其它化学或物理性质上不同。多嵌段共聚物特征在于由于制造共聚物的独特方法造成的两个多分散性指数(PDI或Mw/Mn)的独特分布、嵌段长度分布,和/或嵌段数分布。更特别地,当以连续方法制造时,聚合物所需地拥有1.7至2.9的PDI,较优选是1.8至2.5,更优选是1.8至2.2,且最优选是1.8至2.1。当以间歇或半间歇方法制造时,聚合物拥有1.0至2.9的PDI,较优选是1.3至2.5,更优选是1.4至2.0,且最优选是1.4至1.8。
在下列描述,无论“约”或“大约”等字是否与其一起使用,本文中公开的所有数值是大约值。其可以1%、2%、5%,或有时,10至20%变化。当具有下限RL及上限RU的数值范围被公开时,落在此范围内的任何数值被特别公开。特别地,在此范围的下列数值被特别公开:R=RL+k*(RU-RL),其中,k是1%至100%范围的变量,且以1%为增量,即,k是1%、2%、3%、4%、5%...50%、51%、52%...95%、96%、97%、98%、99%,或100%。另外,以如上定义的两个R值界定的任何数值范围也被特别公开。当提到特别参考文献时(例如,专利案或期刊文章)时,需了解此参考文献在此被全部并入以供参考之用,而无论该文字是否与其结合使用。
本发明的具体实施方案提供可从具有独特性质的新型乙烯/α-烯烃共聚体获得或包含此共聚体的纤维,及从此纤维制成的织物及其它产物。纤维可具有良好的耐磨性;低的磨擦系数;高的上部服务温度(upperservice temperature);高的回复/回缩力;低的应力松弛(高温及低温);软拉伸;高的断裂延伸率;惰性;耐化学性;和/或耐紫外线。纤维可以相对较高的纺丝速率及较低的温度熔纺。此外,纤维较不具有粘性,造成较好的退绕性能及较好的保存期限,且从此纤维制成的织物是基本上无条痕(即,纤维集束)。因为纤维可以较高纺丝速率纺丝,因此纤维的制备生产量高。此纤维也具有宽的形成窗及宽的加工处理窗。
乙烯/α-烯烃共聚体
用于本发明具体实施方案中的乙烯/α-烯烃共聚体(也称为“本发明共聚体”或“本发明聚合物”)包含呈聚合化形式的乙烯及一或多种可共聚合的α-烯烃共聚单体,特征在于在化学或物理性质是不同的数个具有二或更多种聚合化单体单元的数个嵌段或链段(嵌段共聚体),较优选是多嵌段共聚物。乙烯/α-烯烃共聚体特征在于一或多种的如下所述的方面。
在一方面,在本发明具体实施方案中使用的乙烯/α-烯烃共聚体具有约1.7至约3.5的Mw/Mn,及至少一个熔点(Tm,℃)及密度(d,克/立方厘米),其中,这些变量的数值是对应于下列关系式:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2,且较优选是
Tm≥-6288.1+13141(d)-6720.3(d)2,且更优选是
Tm≥858.91-1825.3(d)+1112.8(d)2
这些熔点/密度的关系例示在图1。不同于传统的乙烯/α-烯烃的无规共聚物(其熔点是随减少的密度而减少),本发明共聚体(以菱形表示)展现基本上与密度无关的熔点,特别是当密度在约0.87g/cc至约0.95g/cc之间。例如,当密度范围为0.875g/cc至约0.945g/cc时,这些聚合物的熔点是在约110℃至约130℃的范围。在某些具体实施方案中,当密度范围是0.875g/cc至约0.945g/cc时,这些聚合物的熔点是约115℃至约125℃的范围。
在另一方面,乙烯/α-烯烃共聚体包含聚合化形式的乙烯及一或多种的α-烯烃,且特征在于以最高差式扫描量热术(“DSC”)峰的温度减去最高结晶化分析分级(“CRYSTAF”)峰的温度而定义的ΔT(℃),及熔化热,(J/g,ΔH),且ΔT及ΔH满足下列关系式:
对于ΔH最高达130 J/g时,
ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,且较优选是
ΔT≥-0.1299(ΔH)+64.38,且更优选是
ΔT≥-0.1299(ΔH)+65.95,
另外,对于ΔH大于130J/g时ΔT是等于或大于48℃。CRYSTAF峰是使用至少5%的累积聚合物确定(即,峰必须表示至少5%的累积聚合物),且如果少于5%的聚合物具有可鉴别的CRYSTAF峰,则CRYSTAF温度是30℃,且ΔH是熔化热的数值,J/g。更优选地,最高的CRYSTAF峰含有至少10%的累积聚合物。图2显示本发明聚合物及比较例的图式数据。积分峰面积及峰温度是以仪器制造商提供的计算机化绘图程序计算。对于无规乙烯辛烯比较聚合物而显示的斜线是相对应于方程式ΔT=-0.1299(ΔH)+62.81。
在另一方面,当使用温度上升洗提分级(“TREF”)分级时,乙烯/α-烯烃共聚体具有在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于该级分具有比在相同温度间洗提的可相比拟无规乙烯共聚体级分更高,较优选是高至少5%,更优选是高至少10%,的摩尔共聚单体含量,其中,可相比拟的无规乙烯共聚体含有相同共聚单体,且具有在嵌段共聚体10%内的熔体指数、密度,及摩尔共聚单体含量(以整个聚合物为基准计)。较优选地,可相比拟的共聚体的Mw/Mn也是在嵌段共聚体的10%内,和/或可相比拟的共聚体具有嵌段共聚体者的10重量%内的总共聚单体含量。
在另一方面,乙烯/α-烯烃共聚体特征在于对乙烯/α-烯烃共聚体的压模成型膜测量的在300%应变及1周期的弹性回复(Re,%),且具有密度(d,克/立方厘米),其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本上无交联相时,Re及d的数值满足下列关系式:
Re>1481-1629(d);且较优选是
Re≥1491-1629(d);且更优选是
Re≥1501-1629(d);且更优选是
Re≥1511-1629(d)。
图3显示密度对从某些本发明共聚体及传统无规共聚物制得的非取向膜的弹性回复的作用。对于相同密度,本发明共聚体具有基本上较高的弹性回复。
在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有高于10MPa的抗张强度,较优选是≥11MPa的抗张强度,更优选是≥13MPa的抗张强度,和/或在11厘米/分钟的十字头分离速率时至少600%的断裂延伸率,更优选是至少700%,高度较优选是至少800%,且最高度较优选是至少900%。
在其它具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有(1)1至50的贮能模量比例,G’(25℃)/G’(100℃),较优选是1至20,更优选是1至10;和/或(2)少于80%的70℃压缩变形,较优选是少于70%,特别是少于60%,少于50%,或少于40%,至降至0%的压缩变形。
在另外具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有少于80%,少于70%,少于60%,或少于50%的70℃压缩变形。较优选地,共聚体的70℃压缩变形是少于40%,少于30%,少于20%,且可下降至约0%。
在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有少于85J/g的熔化热,和/或等于或少于100磅/英尺2(4800Pa)的丸粒粘着强度,较优选是等于或少于50磅/英尺2(2400Pa),特别是等于或少于5磅/英尺2(240Pa),及低至0磅/英尺2(0Pa)。
在其它具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体包含呈聚合化形式的至少50摩尔%的乙烯,且具有少于80%(较优选是少于70%或少于60%,最优选是少于40%至50%,及降至接近0%)的70℃压缩变形。
在某些具体实施方案中,多嵌段共聚物拥有拟合Schultz-Flory分布(而非泊松分布)的PDI。共聚物进一步特征在于具有多分散嵌段分布及多分散的嵌段尺寸分布,且拥有最可能的嵌段长度分布。较优选的多嵌段共聚物是含有4或更多的嵌段或链段(包含终端嵌段)的那些。更优选地,共聚物包含至少5、10或20的嵌段或链段(包含终端嵌段)。
共聚单体含量可使用任何适合技术测量,且优选基于核磁共振(“NMR”)光谱术的技术。另外,对于具有相对较宽TREF曲线的聚合物或聚合物掺合物,聚合物所需地是先使用TREF分级成数个级分,每一级分具有10℃或更少的洗提温度范围。即,每一洗提级分具有10℃或更少的收集温度窗。使用此技术,该嵌段共聚体具有至少一种具有比可相比拟共聚体的相对应级分更高摩尔共聚单体含量的该级分。
较优选地,对于乙烯及1-辛烯的共聚体,嵌段共聚体具有的在40与130℃间洗提的TREF级分的共聚单体含量是大于或等于(-0.2013)T+20.07量,更优选是大于或等于(-0.2013)T+21.07量,其中,T是被比较的TREF级分的峰洗提温度的数值,以℃测量。
图4是以图说明乙烯及1-辛烯的嵌段共聚体的具体实施方案,其中,数种相比拟的乙烯/1-辛烯共聚体(无规共聚物)的共聚单体含量对TREF洗提温度的作图与代表(-0.2013)T+20.07的线(实线)拟合。方程式(-0.2013)T+21.07的线是以虚线描述。也描述本发明的数种嵌段乙烯/1-辛烯共聚体(多嵌段共聚物)的级分的共聚单体含量。所有嵌段共聚体级分具有比在相等洗提温度的任一线明显更高的1-辛烯含量。此结果是本发明共聚体的特征,且被认为是由于聚合物链内不同嵌段存在的结果,其具有结晶及无定形性质。
图5是图示如下探讨的实施例5及比较例F的聚合物级分的TREF曲线及共聚单体含量。两个聚合物的40至130℃(较优选是60至95℃)洗提的峰被分级成三部分,每一部分是在少于10℃的温度范围洗提。实施例5的实际数据是以三角形表示。本领域技术人员会了解适合的校正曲线可建构用于含有不同共聚单体的共聚体,且供作为适合自相同单体的比较共聚体(较优选是无规共聚物)所获得的TREF值的比较的线,该无规共聚物较优选是使用茂金属或其它均质催化剂组合物所制得。本发明的共聚体特征在于比从校正曲线在相同TREF洗提温度确定的值更大的(较优选是大至少5%,更优选是大至少10%)摩尔共聚单体含量。
除本文中所述的如上各方面及性质外,本发明聚合物特征可在于一或多种额外特性。在一方面,本发明聚合物是一种烯烃共聚体,较优选地是包含呈聚合化形式的乙烯及一或多种可共聚合的共聚单体,特征在于化学或物理性质不同的具有两种或更多聚合化单体单元的多嵌段或链段(嵌段共聚体),最优选是多嵌段共聚物,当使用TREF增量分级时,该嵌段共聚体具有在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于该级分具有比在相同温度间洗提的可相比拟无规乙烯共聚体级分更高,较优选是高至少5%,更优选是高至少10、15、20或25%,的摩尔共聚单体含量,其中,该可相比拟的无规乙烯共聚体包含相同共聚单体,较优选地,其是相同共聚单体,及嵌段共聚体的10%内的熔体指数、密度,及摩尔共聚单体含量(以整个聚合物为基准计)。较优选地,可相比拟共聚体的Mw/Mn也是嵌段共聚体的10%内,和/或可相比拟的共聚体具有嵌段共聚体的10重量%内的总共聚单体含量。
较优选地,上述共聚体是乙烯及至少一种α-烯烃的共聚体,特别是具有约0.855至约0.935克/厘米3的整体聚合物密度的共聚体,且更特别是具有多于约1摩尔%共聚单体的聚合物,嵌段共聚体具有的在40及130℃间洗提的TREF级分的共聚单体含量是大于或等于(-0.1356)T+13.89的量,更优选是大于或等于(-0.1356)T+14.93量,且最优选是大于或等于(-0.2013)T+21.07量,其中,T是被比较的TREF级分的峰ATREF洗提温度数值,以℃测量。
较优选地,对于上述的乙烯及至少一种α-烯烃的共聚体,特别是具有约0.855至约0.935克/厘米3的整体聚合物密度的共聚体,且更特别是具有多于约1摩尔%共聚单体的聚合物,嵌段共聚体具有的在40及130℃间洗提的TREF级分的共聚单体含量是大于或等于(-0.2013)T+20.07量,更优选是大于或等于(-0.2013)T+21.07,其中,T是被比较的TREF级分的峰洗提温度数值,以℃测量。
在另一方面,本发明聚合物是一种烯烃共聚体,较优选地是包含呈聚合化形式的乙烯及一或多种可共聚合的共聚单体,特征在于化学或物理性质不同的具有两种或更多聚合化单体单元的多嵌段或链段(嵌段共聚体),最优选是多嵌段共聚物,当使用TREF增量分级时,该嵌段共聚体具有在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于每一级分具有至少约6摩尔%的共聚单体含量,具有大于约100℃的熔点。对于具有约3摩尔%至约6摩尔%的共聚单体含量的这些级分,每一级分具有约110℃或更高的DSC熔点。更优选地,具有至少1摩尔%共聚单体的该等聚合物级分具有相对应于如下方程式的DSC熔点:
Tm≥(-5.5926)(级分内的共聚单体摩尔%)+135.90。
在另一方面,本发明聚合物是烯烃共聚体,较优选地是包含呈聚合化形式的乙烯及一或多种可共聚合的共聚单体,特征在于化学或物理性质不同的具有两种或更多聚合化单体单元的多嵌段或链段(嵌段共聚体),最优选是多嵌段共聚物,当使用TREF增量分级时,该嵌段共聚体具有在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于每一级分具有大于或等于约76℃的ATREF洗提温度,具有相对应于下列方程式的通过DSC测量的熔化焓(熔化热):
熔化热(J/gm)≤(3.1718)(ATREF洗提温度,℃)-136.58。
本发明嵌段共聚体具有当使用TREF增量分级时在40℃及130℃间洗提的分子级分,特征在于具有在40℃且少于约76℃间的ATREF洗提温度的每一级分具有相对应于下列方程式的通过DSC测量的熔化焓(熔化热):
熔化热(J/gm)≤(1.1312)(ATREF洗提温度,℃)+22.97。
通过红外线检测器测量ATREF峰共聚单体组成
TREF峰的共聚单体组成可使用可得自Polymer Char,Valencia,Spain(http://www.polymerchar.com/)的IR4红外线检测器测量。
检测器的“组成模式”是装设测量感应器(CH2)及组成感应器(CH3),其是2800-3000厘米-1区域的固定式窄谱带红外线过滤器。测量感应器检测聚合物上甲撑基(CH2)的碳(其与溶液内的聚合物浓度直接相关),而组成检测器检测聚合物的甲基(CH3)。组成讯号(CH3)除以测量讯号(CH2)的数学比例是对溶液内测量的聚合物的共聚单体含量具有敏感性,且其回应是以已知乙烯α-烯烃共聚物标准物校正。
检测器当与ATREF仪器使用时提供TREF方法期间洗提聚合物的浓度(CH2)及组成(CH3)讯号响应。聚合物特定校正可通过具有已知共聚单体含量(较优选是以NMR测量)的聚合物的CH3对CH2的面积比例而产生。聚合物的ATREF峰的共聚单体含量可通过应用个别CH3及CH2响应的面积比例的参考校正而估算(即,CH3/CH2面积比例对共聚单体含量)。
峰的面积可在应用适当基线后使用半极大处全宽度(FWHM)计算积分TREF色谱的个别讯号响应而计算。半极大处全宽度的计算是基于ATREF红外线检测器的甲基对甲撑基回应面积比例[CH3/CH2],其中,最高峰是从基线鉴别,然后,FWHM面积被确定。对于使用ATREF峰测量的分布,FWHM面积是定义为T1与T2间曲线下的面积,其中,T1及T2是在ATREF峰的左右,通过使峰高度除以2,然后绘一与基线呈水平的线与ATREF曲线的左右部分相交而确定的点。
在此ATREF红外线方法中应用红外线光谱术测量聚合物的共聚单体含量原则上是相似于下列参考文献中所述的GPC/FTIR系统:Markovich,Ronald P.;Hazlitt,Lonnie G.;Smith,Linley;”“Development ofgel-permeation chromatography-Fourier transform infrared spectroscopyfor characterization of ethylene-based polyolefin copolymers”。PolymericMaterials Science and Engineering(1991),65,98-100;及Deslauriers,P.J.;Rohlfing,D.C.:Shieh,E.T.;“Quantifying short chain branchingmicrostructures in ethylene-1-olefin copolymers using size exclusionchromatography and Fourier transform infrared spectroscopy(SEC-FTIR)”,Polymer(2002),43,59-170,二者在此皆被全部并入以供参考之用。
在其它具体实施方案中,本发明的乙烯/α-烯烃共聚体特征在于大于0且最高达1.0的平均嵌段指数(ABI),及大于约1.3的分子量分布(Mw/Mn)。平均嵌段指数(ABI)是在20℃及110℃(5℃增量)的制备TREF获得的每一聚合物级分嵌段指数(“BI”)的重量平均:
ABI=∑(wiBIi)
其中,BIi是在制备TREF获得的本发明乙烯/α-烯烃共聚体的第i级分的嵌段指数,且wi是第i级分的重量百分比。
对于每一聚合物级分,BI是以下列二方程式(二者皆产生相同BI值)之一定义:
BI = 1 / T X - 1 / T XO 1 / T A - 1 / T AB BI = - LnP X - LnP XO LnP A - LnP AB
其中,Tx是第i级分的制备ATREF洗提温度(较优选是以°K(凯尔文)表示),Px是第i级分的乙烯摩尔分率,其可通过如上所述的NMR或IR测量。PAB是整个乙烯/α-烯烃共聚体(分级前)的乙烯摩尔分率,其也可通过NMR或IR测量。TA及PA是纯“硬链段”(其是指共聚体的结晶链段)的ATREF洗提温度及乙烯摩尔分率。以第一级近似法,如果“硬链段”的实际值不可获得时,TA及PA值设定为高密度聚乙烯均聚物的值。对于本文中实施的计算,TA是372°K,PA是1。
TAB是相同组成且具有PAB乙烯摩尔分率的无规共聚物的ATREF温度。TAB可从下列方程式计算:
LnPAB=α/TAB
其中,α及β是可通过使用数种已知无规乙烯共聚物校正而确定的恒量。需注意α及β可随仪器而改变。另外,需以感兴趣的聚合物组成且以与级分相似分子重量范围产生其本身的校正曲线。具有些微分子量作用。如果校正曲线是从相似分子量范围获得,此作用基本上被忽略。在某些具体实施方案中,无规乙烯共聚物满足下列关系式:
LnP=-237.83/TATREF+0.639
TXO是相同组成且具有PX乙烯摩尔分率的无规共聚物的ATREF温度。TXO可从LnPx=α/TXO+β计算。相反地,PXO是相同组成且具有Tx的ATREF温度的无规共聚物的乙烯摩尔分率,其可从Ln Pxo=α/TX+β计算。
一旦每一种制备TREF级分的嵌段指数(BI)被获得,整个聚合物的重量平均嵌段指数(ABI)可被计算。在某些具体实施方案中,ABI是大于0但少于约0.3,或约0.1至约0.3。在其它具体实施方案中,ABI是大于约0.3且最高达约1.0。较优选地,ABI需在约0.4至约0.7,约0.5至约0.7,或约0.6至约0.9的范围。在某些具体实施方案中,ABI是在约0.3至约0.9,约0.3至约0.8,或约0.3至约0.7,约0.3至约0.6,约0.3至约0.5,或约0.3至约0.4的范围。在其它具体实施方案中,ABI是约0.4至约1.0,约0.5至约1.0,或约0.6至1.0,约0.7至约1.0,约0.8至约1.0,或约0.9至约1.0的范围。
本发明乙烯/α-烯烃共聚体的另一特征是本发明乙烯/α-烯烃共聚体包含至少一种可通过制备TREF获得的聚合物级分,其中,此级分具有大于约0.1且最高达约1.0的嵌段指数,及大于约1.3的分子量分布(Mw/Mn)。在某些具体实施方案中,此聚合物级分具有大于约0.6且最高达约1.0,大于约0.7且最高达约1.0,大于约0.8且最高达约1.0,或大于约0.9且最高达约1.0,的嵌段指数。在其它具体实施方案中,此聚合物级分具有大于约0.1且最高达约1.0,大于约0.2且最高达约1.0,大于约0.3且最高达约1.0,大于约0.4且最高达约1.0,或大于约0.4且最高达约1.0的嵌段指数。在其它具体实施方案中,此聚合物级分具有大于约0.1且最高达约0.5,大于约0.2且最高达约0.5,大于约0.3且最高达约0.5,或大于约0.4且最高达约0.5的嵌段指数。在其它具体实施方案中,此聚合物级分具有大于约0.2且最高达约0.9,大于约0.3且最高达约0.8,大于约0.4且最高达约0.7,或大于约0.5且最高达约0.6的嵌段指数。
对于乙烯及α-烯烃的共聚物,本发明聚合物较优选地拥有(1)至少1.3(更优选是至少1.5,至少1.7,或至少2.0,且最优选是至少2.6),最高达5.0的最大值(更优选是最高达3.5的最大值,特别是最高达2.7的最大值)的PDI;(2)80J/g或更少的熔化热;(3)至少50重量%的乙烯含量;(4)少于-25℃(更优选是少于-30℃)的玻璃转化温度(Tg);和/或(5)一个且仅一个Tm
另外,本发明聚合物可单独或与本文中所公开的任何其它性质结合地,具有在100℃的贮能模量(G’),使log(G’)大于或等于400kPa,较优选是大于或等于1.0MPa。另外,本发明聚合物拥有在0至100℃范围为温度的函数的相对较平直的贮能模量(在图6例示),此是嵌段共聚物的特征,且截至目前为止,对烯烃共聚物(特别是乙烯及一或多种C3-8脂族α-烯烃的共聚物)而言为末知。(此内容中的“相对较平直”术语指的是在50与100℃间(较优选是0与100℃间)logG’(帕斯卡)是以少于一级的量减少)。
本发明共聚体进一步特征在于在至少90℃的温度时的1mm热机械分析透入深度,及3kpsi(20MPa)至13kpsi(90MPa)的弯曲模量。另外,本发明共聚体可具有在至少104℃的温度时的1mm热机械分析透入深度,及至少3kpsi(20MPa)的弯曲模量。其特征可在于具有少于90mm3的耐磨性(或体积损失)。图7显示本发明聚合物与其它已知聚合物相比较的TMA(1mm)对弯曲模量。本发明聚合物具有比其它聚合物显著较佳的弹性-耐热性平衡。
另外,乙烯/α-烯烃共聚体可具有0.01至2000克/10分钟,较优选是0.01至1000克/10分钟,更优选是0.01至500克/10分钟,且特别是0.01至100克/10分钟的熔体指数(I2)。在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有0.01至10克/10分钟,0.5至50克/10分钟,1至30克/10分钟,1至6克/10分钟,或0.3至10克/10分钟的熔体指数(I2)。在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体的熔体指数是1克/10分钟,3克/10分钟,或5克/10分钟。
聚合物可具有1,000克/摩尔至5,000,000克/摩尔,较优选是1000克/摩尔至1,000,000克/摩尔,更优选是10,000克/摩尔至500,000克/摩尔,且特别是10,000克/摩尔至300,000克/摩尔的分子量(Mw)。本发明聚合物的密度可为0.80至0.99克/厘米3,且对于含乙烯的聚合物较优选是0.85克/厘米3至0.97克/厘米3。在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃聚合物的密度范围是0.860至0.925克/厘米3,或0.867至0.910克/厘米3
制造这些聚合物的方法已描述于下列专利申请案:美国临时申请案第60/553,906号案,2004年3月17日申请;美国临时申请案第60/662,937号案,2005年3月17日申请;美国临时申请案第60/662,939号案,2005年3月17日申请;美国临时申请案第60,5662938号案,2005年3月17日申请;PCT申请案第PCT/US2005/008916号案,2005年3月17日申请;PCT申请案第PCT/US2005/008915号案,2005年3月17日申请;及PCT申请案第PCT/US2005/008917号案,2005年3月17日申请,这些全部在此被完全并入以供参考之用。例如,一种此种方法包含使乙烯及任选的一种或多种非乙烯的可加成聚合的单体在加成聚合反应条件下与包含下述的催化剂组合物接触:
从混合下述而形成的混合物或反应产物:
(A)具有高共聚单体合并指数的第一烯烃聚合反应催化剂,
(B)具有催化剂(A)的共聚单体合并指数的少于90%,较优选是少于50%,最优选是少于5%的共聚单体合并指数的第二烯烃聚合反应催化剂,及
(C)链穿梭剂。
代表性的催化剂及穿梭剂如下。
催化剂(A1)是[N-(2,6-二(1-甲基乙基)苯基)酰胺基)(2-异丙基苯基)(α-萘-2-二基(6-吡啶-2-二基)甲烷)]铪二甲基,其是依据WO03/40195、2003US0204017、USSN 10/429,024(2003年5月2日申请)及WO 04/24740的教示制造。
Figure G200680008414201D00211
催化剂(A2)是[N-(2,6-二(1-甲基乙基)苯基)酰胺基](2-甲基苯基)(1,2-苯撑基-(6-吡啶-2-二基)甲基)铪二甲基,其是依据WO 03/40195、2003US0204017、USSN 10/429,024(2003年5月2日申请)及WO 04/24740的教示制造。
Figure G200680008414201D00212
催化剂(A3)是双[N,N’”-(2,4,6-三(甲基苯基)酰胺基)乙二胺]铪二苯甲基。
Figure G200680008414201D00213
催化剂(A4)是双(2-酰氧基-3-(二苯并-1H-吡咯-1-基)-5-(甲基)苯基)-2-苯氧基甲基)环己烷-1,2-二基锆(IV)二苯甲基,其基本上是依据US-A-2004/0010103的教示制备。
Figure G200680008414201D00221
催化剂(B1)是1,2-双-(3,5-二-叔丁基苯撑基)(1-(N-(1-甲基乙基)亚胺基)甲基)(2-酰氧基)锆二苯甲基
催化剂(B2)是1,2-双-(3,5-二-叔丁基苯撑基)(1-(N-(2-甲基环己基)-亚胺基)甲基)(2-酰氧基)锆二苯甲基
Figure G200680008414201D00223
催化剂(C1)是(叔丁基酰胺基)二甲基(3-N-吡咯基-1,2,3,3a,7a-η-茚-1-基)硅烷钛二甲基,其基本上依据USP 6,268,444号案的技术制造。
Figure G200680008414201D00224
催化剂(C2)是(叔丁基酰胺基)二(4-甲基苯基)(2-甲基-1,2,3,3a,7a-η-茚-1-基)硅烷钛二甲基,其是基本上依据US-A-2003/004286的教示制造。
催化剂(C3)是(叔丁基酰胺基)二(4-甲基苯基)(2-甲基-1,2,3,3a,8a-η-s-茚基-1-基)硅烷钛二甲基,其是基本上依据US-A-2003/004286的教示制造。
Figure G200680008414201D00232
催化剂(D1)是双(二甲基二硅氧烷)(茚-1-基)锆二氯化物,可得自Sigma-Aldrich:
Figure G200680008414201D00233
穿梭剂使用的穿梭剂包含二乙基锌、二(异丁基)锌、二(正己基)锌、三乙基铝、三辛基铝、三乙基镓、异-丁基铝双(二甲基(叔丁基)硅氧烷)、异丁基铝双(二(三甲基硅烷基)酰胺)、正辛基铝二(吡啶-2-甲氧化物)、双(正十八烷基)异丁基铝、异丁基铝双(二(正戊基)酰胺)、正辛基铝双(2,6-二-叔丁基苯氧化物、正-辛基铝二(乙基(1-萘基)酰胺)、乙基铝双(叔丁基二甲基硅氧化物)、乙基铝二(双(三甲基硅烷基)酰胺)、乙基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环庚烷酰胺)、正辛基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环戊烷酰胺)、正辛基铝双(二甲基(叔丁基)硅氧化物、乙基锌(2,6-二苯基苯氧化物),及乙基锌(叔丁氧化物)。
较优选地,前述方法是采用连续溶液方法的形式,使用不能相互转化的数种催化剂形成嵌段共聚物,特别是多嵌段共聚物,较优选是两种或更多种单体(特别是乙烯及C3-20烯烃或环烯烃,且最特别是乙烯及C4-20α-烯烃)的线性多嵌段共聚物。即,催化剂在化学上不同。在连续溶液聚合反应条件下,此方法理想上是适于以高单体转化率聚合单体混合物。在这些聚合反应条件下,与链生长相比,从链穿梭剂至催化剂的穿梭变有利,且多嵌段共聚物(特别是线性多嵌段共聚物)以高效率形成。
本发明共聚体可区别于通过依序的单体添加、流动性催化剂、阴离子性或阳离子性活聚合反应技术制造的传统无规共聚物、聚合物的物理掺合物,及嵌段共聚物。特别地,与相等结晶性或模量的相同单体及单体含量的无规共聚物相比,本发明共聚体具有较佳(较高)的耐热性(以熔点测量)、较高TMA透入温度、较高的高温抗张强度,和/或较高的高温扭矩贮能模量(通过动态机械分析确定)。与含有相同单体及单体含量的无规共聚物相比,本发明共聚体具有较低的压缩变形(特别是在高温时)、较低的应力松弛、较高的耐蠕变性、较高的撕裂强度、较高的耐粘着性、由于较高结晶化(固化)温度造成的较快的建立(setup)、较高回复性(特别是在高温时)、较佳的耐磨性、较高的回缩力,及较佳的油及填料接受性。
本发明共聚体也展现独特的结晶化及支化分布的关系。即,本发明共聚体在使用CRYSTAF及DSC测量的最高峰温度(其是熔化热的函数)间具有相对较大的差异,特别是与相等整体密度的含有相同单体及单体含量的无规共聚物或聚合物的物理掺合物(例如,高密度聚合物及较低密度共聚物的掺合物)相比时。认为本发明共聚体的独特特征是由于聚合物主干内嵌段中的共聚单体的独特分布。特别地,本发明共聚体可包含交错的具有不同共聚单体含量的嵌段(包含均聚物嵌段)。本发明共聚体也可包含具有不同密度或共聚单体含量的聚合物嵌段的数量和/或嵌段尺寸的分布,其是Schultz-Flory型分布。此外,本发明共聚体也具有独特的峰熔点及结晶温度分布,其基本上是与聚合物密度、模量及形态无关。在一较优选具体实施方案中,聚合物的微结晶顺序证明区别于无规或嵌段共聚物的特性球晶及薄片,即使在少于1.7或甚至少于1.5,降至少于1.3的PDI值时。
另外,本发明共聚体可使用影响嵌段程度或量的技术制造(即,对于特别部分或整个聚合物的嵌段指数等级)。即,每一聚合物嵌段或链段的共聚单体量及长度可通过控制催化剂及穿梭剂的比例及形式与聚合反应温度及其它聚合反应变量而改变。此现象的惊人益处是发现当嵌段度增加时,形成聚合物的光学性质、撕裂强度,及高温回复性质被改良。特别地,当聚合物的平均嵌段数增加时,浊度减少,而清淅度、撕裂强度及高温回复性质增加。通过选择具有所需链转移能力(高穿梭速率具有低链终止水平)的穿梭剂及催化剂的组合,其它形式的聚合物终止可有效地被抑制。因此,极少(如果有的话)的β-氢化物去除在依据本发明具体实施方案中的乙烯/α-烯烃共聚单体混合物的聚合反应中观察到,且形成的结晶嵌段是高度(或基本上完全)的线性,拥有极少或无长链支化。
具有高结晶链端部的聚合物可依据本发明具体实施方案任选地制造。在弹性体的应用中,降低以无定形嵌段终止的聚合物相对量会降低结晶区域上的分子间稀释作用。此结果可通过选择对氢或其它链终止剂具有适当响应的链穿梭剂及催化剂而获得。特别地,如果产生高结晶性聚合物的催化剂比产生较低结晶性聚合物链段(例如,经由较高共聚单体合并,区域性错误,或无规立构聚合物的形成)的聚合物更易链终止(例如,通过使用氢),高度结晶的聚合物链段会优先位于聚合物的终端部分。不仅形成的端基结晶,而且在终止时,形成高结晶性聚合物的催化剂位点再次可用于重新起始聚合物形成。因此,起始形成的聚合物是另一高结晶性的聚合物链段。因此,形成的多嵌段共聚物的二端优先地是高结晶性。
用于本发明具体实施方案中的乙烯α-烯烃共聚体较优选是乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的共聚体。乙烯与C3-C20α-烯烃的共聚物是特别优选的。共聚体可进一步包含C4-C18二烯烃和/或烯基苯。用于与乙烯进行聚合反应的适当不饱和共聚单体包含,例如,乙烯不饱和单体、共轭或非共轭的二烯、聚烯、烯基苯等。这些共聚单体的例子包含C3-C20α-烯烃,例如,丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯等。1-丁烯及1-辛烯是特别优选的。其它适合的单体包含苯乙烯、以卤基或烷基取代的苯乙烯、乙烯基苯并环丁烷、1,4-己二烯、1,7-辛二烯,及环烷(例如,环戊烯、环己烯,及环辛烯)。
虽然乙烯/α-烯烃共聚体是较优选的聚合物,但其它的乙烯/烯烃聚合物也可被使用。本文中使用的烯烃是指具有至少一个碳-碳双键的基于不饱和烃的化合物家族。依催化剂选择而定,任何烯烃可用于本发明具体实施方案。较优选地,适当的烯烃是含有乙烯基不饱和的C3-C20脂族及芳香族化合物,与环状化合物,例如,环丁烯、环戊烯、二环戊二烯,及降冰片烯,不受限地包含在5及6位置以C1-C20烃基或环烃基取代的降冰片烯。也包含这些烯烃的混合物,与这些烯烃与C4-C40二烯烃化合物的混合物。
烯烃单体的例子不受限地包含丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯,及1-十二碳烯、1-十四碳烯、1-十六碳烯、1-十八碳烯、1-二十碳烯、3-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、4,6-二甲基-1-庚烯、4-乙烯基环己烯、乙烯基环己烷、降冰片二烯、亚乙基降冰片烯、环戊烯、环己烯、二环戊二烯、环辛烯、C4-C40二烯,不受限地包含1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、1,4-己二烯、1,5-己二烯、1,7-辛二烯、1,9-癸二烯,其它C4-C40α-烯烃等。在某些具体实施方案中,α-烯烃是丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯,或其混合物。虽然任何含有乙烯基的烃可能可用于本发明具体实施方案中,但实际上的问题(例如,单体可获得性、成本,及从形成的聚合物中轻易移除未反应单体的能力)在单体的分子量变太高时会变得更加严重。
本文中所述的聚合反应方法是适于制造包含单亚乙烯基芳香族单体(包含苯乙烯、邻-甲基苯乙烯基、对-甲基苯乙烯基、叔丁基苯乙烯等)的烯烃聚合物。特别地,包含乙烯及苯乙烯的共聚体可通过本文中的技术制造。任选地,可制造具有改良性质的共聚物,其包含乙烯、苯乙烯及C3-C20α烯烃,任选地包含C4-C20二烯。
适合的非共轭二烯单体可为具有6至15个碳原子的直链、支化或环状的烃二烯。适合的非共轭二烯的例子不受限地包含直链非环状二烯,例如,1,4-己二烯、1,6-辛二烯、1,7-辛二烯、1,9-癸二烯,支链非环状二烯,例如,5-甲基-1,4-己二烯;3,7-二甲基-1,6-辛二烯;3,7-二甲基-1,7-辛二烯,及二氢杨梅烯及二氢薴烯的混合异构物,单环脂环二烯,例如,1,3-环戊二烯;1,4-环己二烯;1,5-环辛二烯,及1,5-环十二碳二烯,多环脂环稠合及桥接的环二烯,例如,四氢茚、甲基四氢茚、二环戊二烯、二环-(2,2,1)-庚-2,5-二烯;烯基、亚烷基、环烯基及环亚烷基的降冰片烯,例如,5-甲撑基-2-降冰片烯(MNB);5-丙烯基-2-降冰片烯、5-异亚丙基-2-降冰片烯、5-(4-环戊烯基)-2-降冰片烯、5-环亚己基-2-降冰片烯、5-乙烯基-2-降冰片烯,及降冰片二烯。通常上用以制造EPDM的二烯中,特别优选的二烯是1,4-己二烯(HD)、5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)、5-亚乙烯基-2-降冰片烯(VNB)、5-甲撑基-2-降冰片烯(MNB),及二环戊二烯(DCPD)。特别优选的二烯是5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB),及1,4-己二烯(HD)。
一类可依据本发明具体实施方案制造的所需聚合物是乙烯、C3-C20α-烯烃(特别是丙烯)及任选一或多种二烯单体的弹性体共聚体。用于本发明具体实施方案的较优选α-烯烃是以化学式CH2=CHR*指示,其中,R*是1至12个碳原子的线性或支化的烷基。适合的α-烯烃的例子不受限地包含丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯,及1-辛烯。特别较优选的α-烯烃是丙烯。基于丙烯的聚合物在本领域中一般称为EP或EPDM聚合物。用于制造这些聚合物(特别是多嵌段EPDM型聚合物)的适合二烯包含含有4至20个碳原子的共轭或非共轭的直链或支链状、环状,或多环状的二烯。较优选的二烯包含1,4-戊二烯、1,4-己二烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、二环戊二烯、环己二烯,及5-亚丁基-2-降冰片烯。特别较优选的二烯是5-亚乙基-2-降冰片烯。
因为含有二烯的聚合物包含交替式的含有较大或较小量的二烯(包括不含)及α-烯烃(包括不含)的链段或嵌段,可在未损失其后聚合物性质的情况下降低二烯及α-烯烃的总量。即,因为二烯及α-烯烃单体是优先被合并在聚合物的一种形式嵌段内,而非均匀或随机地合并在整个聚合物内,因此,可被更有效率地利用,且其后,聚合物的交联密度可被较优选地控制。这些可交联弹性体及固化产物具有有利性质,包含较高的抗张强度及较优选的弹性回复。
在某些具体实施方案中,以两种催化剂制造的合并不同共聚单体量的本发明共聚体具有95∶5至5∶95的由此形成的嵌段重量比例。弹性体聚合物所需地具有20至90%的乙烯含量,0.1至10%的二烯含量,及10至80%的α-烯烃含量,其是以聚合物总重量为基准计。进一步较优选地,多嵌段弹性体聚合物具有60至90%的乙烯含量,0.1至10%的二烯含量,及10至40%的α-烯烃含量,其是以聚合物总重量为基准计。较优选的聚合物是高分子量聚合物,其具有10,000至约2,500,000,较优选是20,000至500,000,更优选是20,000至350,000的重均分子量(Mw),及少于3.5,更优选是少于3.0的多分散性,及1至250的门尼(Mooney)粘度(ML(1+4)125℃)。更优选地,这些聚合物具有65至75%的乙烯含量,0至6%的二烯含量,及20至35%的α-烯烃含量。
乙烯/α-烯烃共聚体可通过在其聚合物结构内合并至少一种官能团而官能化。例示的官能团可包含例如乙烯不饱和单及二官能性的羧酸、乙烯不饱和单及二官能性羧酸酐、其盐及其酯。这些官能团可接枝至乙烯/α-烯烃共聚体,或可与乙烯及任选的额外共聚单体共聚合形成乙烯、官能性共聚单体及任选的其它共聚单体的共聚体。用于使官能团接枝至聚乙烯上的手段描述在,例如,美国专利第4,762,890、4,927,888及4,950,541号案,这些专利案的公开内容在此被全部并入以供参考之用。一种特别有用的官能团是马来酸酐。
存在于官能性共聚体内的官能团的量可改变。官能团通常上可以至少约1.0重量%,较优选是至少约5重量%,且更优选是至少约7重量%的量存在于共聚物型的官能化共聚体。官能团通常上是以少于约40重量%,较优选是少于约30重量%,且更优选是少于约25重量%的量存在于共聚物形式的官能化共聚体。
提供下列实施例以例示本发明聚合物的合成。与一些现存的聚合物做某些比较。
测试方法
在下列实施例,下列分析技术被使用:
用于样品1-4及A-C的GPC方法
装设设定为160℃的加热针的自动化处理液体的机械臂被用以添加足够的以300ppm Ionol稳定的1,2,4-三氯苯至每一干燥的聚合物样品,产生30毫克/毫升的最后浓度。小的玻璃搅拌棒被置入每一管内,且样品在以250tpm旋转的加热轨道摇动器上加热至160℃持续2小时。然后,浓缩的聚合物溶液使用自动化处理液体的机械臂及设定为160℃的加热针稀释至1毫克/毫升。
Symyx Rapid GPC系统被用以确定每一样品的分子量数据。设定为2.0毫升/分钟流速的Gilson 350泵被用以通过呈串联式置放且加热至160℃的三个Plgel 10微米(μm)混合式B 300mm×7.5mm管柱,泵取作为移动相的以300ppm Ionol稳定以氦吹扫的1,2-二氯苯。Polymer LabsELS 1000检测器与设定为250℃的蒸发器、设定为165℃,及在60-80 psi(400-600kPa)压力设定为1.8 SLM的氮流速的喷雾器一起使用。聚合物样品加热至160℃,且使用处理液体的机械臂及加热针将每一样品注射至250μl回路内。使用二切换式回路及重迭注射的一系列分析聚合物样品被使用。样品数据被收集且使用Symyx EpochTM软件分析。峰以手工积分且对聚苯乙烯标准物校正曲线未经校正地报导分子量信息。
标准CRYSTAF方法
支化分布是通过结晶化分析分级(CRYSTAF)使用可购得PolymerChar,Valencia,Spain的CRYSTAF 200单元确定。样品溶于160℃的1,2,4三氯苯(0.66毫克/毫升)持续1小时,且在95℃稳定45分钟。以0.2℃/分钟的冷却速率使取样温度范围从95至30℃。红外线检测器用于测量聚合物溶液浓度。累积的可溶性浓度是在温度下降聚合物结晶时测量。累积分布的分析衍化反映聚合物的短链分布。
通过包含在CRYSTAF软件(2001.b.版,PolymerChar,Valencia,Spain)的峰分析模块鉴别CRYSTAF峰温度及面积。CRYSTAF峰发现路径(finding routine)确定了作为dW/dT曲线的最大值的峰温度及衍化曲线的鉴别峰的任一侧上的最大正偏移间的面积。为计算CRYSTAF曲线,较优选的处理参数是以70℃的温度极限及高于0.1温度极限且低于0.3温度极限的平滑参数。
DSC标准方法(排除样品1-4及A-C)
差式扫描量热术结果是使用装设RCS冷却附件及自动取样器的TAI Q1000型DSC确定。50毫升/分钟的氮吹扫气体流被使用。样品在压制机内在约175℃压成薄膜并熔融,然后,以空气冷却至室温(25℃)。然后,3-10毫克的材料切成6mm直径的圆盘,准确地称重,置于轻铝锅内(约50毫克),然后,卷曲关闭。以下列温度分布研究样品的热行为。样品快速加热至180℃,且维持等温3分钟以移除任何先前的热历史。然后,样品以10℃/分钟的冷却速率冷却至-40℃,且在-40℃维持3分钟。然后,样品以10℃/分钟加热速率加热至150℃。记录冷却及第二次加热曲线。
以相对于-30℃与熔融终止之间绘出的线性基线的热流速(W/g)最大值测量DSC熔融峰。使用线性基线以-30℃及熔融终止间的熔融曲线下的面积测量熔化热。
GPC方法(排除样品1-4及A-C)
凝胶渗透色谱系统是由Polymer Laboratories PL-210型或PolymerLaboratories PL-220型仪器的任一者所组成。管柱及旋转格室在140℃操作。三个Polymer Laboratories 10-微米混合式-B管柱被使用。溶剂是1,2,4-三氯苯。样品在50毫升的含有200ppm丁基化羟基甲苯(BHT)的溶剂内以0.1克聚合物的浓度制备。样品通过在160℃轻微搅拌2小时而制备。所用的注射体积是100微升,且流速是1.0毫升/分钟。
以21个窄分子量分布的聚苯乙烯标准物(分子量范围是580至8,400,000,且是以6个“鸡尾酒式”混合物排列,且每个分子量间具有至少10个分隔)进行GPC管柱组的校正。标准物是购自PolymerLaboratories(Shropshire,UK)。对于等于或大于1,000,000的分子量,以在50毫升溶剂内以0.025克制备聚苯乙烯标准物,且对于小于1,000,000分子量,以在50毫升溶剂内以0.05克制备。聚苯乙烯标准物是在80℃溶解,并温和搅拌30分钟。窄标准物混合物先操作,且以最高分子量组分递减的顺序以使降解达到最小组分。使用下列方程式(如Williams及Ward,J.Polym,Sci,Polym.Let.,6,621(1968)所述)将聚苯乙烯标准物的峰分子量转化成聚乙烯分子量:
M聚乙烯=0.431(M聚苯乙烯)
使用Viscotek TriSEC软件3.0版进行聚乙烯等效分子量计算。
压缩变形
压缩变形是依据ASTM D 395测量。通过堆放3.2mm、2.0mm及0.25mm厚的25.4mm直径的圆盘至达成12.7mm总厚度而制备样品。在下列条件下以热压机模造的12.7厘米×12.7厘米的压模成型板材上切割圆盘:在190℃以0压力持续3分钟,其后在190℃以86MPa持续2分钟,其后以86MPa的冷流水冷却压制机内部。
密度
依据ASTM D 1928制备用于测量密度的样品。使用ASTM D792,方法B在1小时的样品压制内进行测量。
挠曲/割线模量/贮能模量
样品使用ASTM D 1928压模成型。依据ASTM D-790测量挠曲及2%割线模量。依据ASTM D 5026-01或等效技术测量贮能模量。
光学性质
使用热压机(Carver#4095-4PR1001R型)将0.4mm厚的膜压模成型。丸粒被置于聚四氟乙烯片材之间,在55psi(380kPa)在190℃加热3分钟,其后在1.3MPa进行3分钟,然后,在2.6MPa进行3分钟。然后,膜在压制机内以1.3MPa的流动冷水冷却1分钟。经压模成型的膜被用于光学测量、抗张行为、回复,及应力松弛。
使用ASTM D 1746指定的BYK Gardner Haze-gard测量透明度。
使用ASTM D-2457指定的BYK Gardner Glossmeter Microgloss 45°测量45°光泽。
使用以ASTM D 1003程序A为基础的BYK Gardner Haze-gard测量内部浊度。矿物油被施用于膜表面以移除表面刮痕。
机械性质-抗张,滞后现象,撕裂
使用ASTM D 1708微抗张样品而测量单轴张力的应力-应变行为。以Instron在21℃以500%分-1拉伸样品。以5样品的平均报导抗张强度及断裂延伸率。
使用ASTM D 1708微抗张样品以InstronTM仪器自周期性载荷至100%及300%应变而确定100%及300%的滞后现像。在21℃时以267%分钟¨载荷及卸荷样品3周期。在300%及80℃使用环境室进行周期性实验。在80℃实验,在测试前,样品在测试温度平衡45分钟。在21℃,300%应变的周期性实验,第一次卸荷周期的150%应变的收缩应力被记录。从第一次卸荷周期使用载荷回至基线时的应变计算所有实验的回复百分率。回复百分率定义为:
Figure G200680008414201D00321
其中,εf是周期性载荷的应变,且εs是第一次卸荷周期期间载荷回至基线时的应变。
在50%应变及37℃和12小时条件下,使用装设环境室的InstronTM仪器测量应力松弛。计量几何是76mm×25mm×0.4mm。在环境室内在37℃平衡45分钟后,样品以333%分钟-1拉伸至50%应变。记录应力与12小时时间的函数。12小时后的应力松弛百分率使用下列方程式计算:
Figure G200680008414201D00322
其中,L0是时间为0时50%应变的载荷,且L12是在12小时后50%应变的载荷。
在具有0.88g/cc或更少的密度的样品上使用InstronTM仪器进行抗张切口撕裂实验。几何是由76mm×13mm×0.4mm的计量段组成,且在样品长度一半处具有切入样品内的2mm切口。样品在21℃以508mm分钟-1拉伸至断裂。以应力-延伸曲线最高达最大载荷时的应变下的面积计算撕裂能量。报导至少3样品的平均。
TMA
在30mm直径×3.3mm厚的压模成型圆盘(在180℃及10MPa模造压力进行5分钟,然后以空气骤冷而形成)上进行热机械分析(透入温度)。所用仪器是TMA 7,其是Perkin-Elmer的品牌。在此测试,以1N力量将具有1.5mm半径尖部的探针(P/N N519-0416)施用至样品圆盘表面。温度是以5℃/分钟从25℃上升。测量探针透入距离与温度的函数。在探针已透入样品内1mm时结束实验。
DMA
在压模成型的圆盘(其是在热压制机内以180℃及10MPa压力进行5分钟,然后,在压制机内以90℃/分钟的水冷却而形成)上测量动态机械分析(DMA)。使用装设用于扭力测试的双悬臂梁夹具的ARES控制式应变流变计(TA Instruments)进行测试。
1.5mm的板材被压制并切成32×12mm尺寸的条材。样品二端部夹置于间隔10mm(夹持间隔ΔL)的夹具间,且施加-100℃至200℃的连续温阶(每阶是5℃)。在每一温度,以10rad/s的角度频率测量扭力模量G’,应变振幅维持在0.1%与4%之间,以确保转矩足够且测量维持在线性状态。
维持10克的起始静态力(自动张力模式)以避免在热膨胀发生时样品内松弛。因此,夹持间隔ΔL随温度而增加,特别是高于聚合物样品的熔点或软化点时。在最大温度时或当夹具间的间隙达65mm时停止测试。
熔体指数
依据ASTM D 1238,条件190℃/2.16千克测量熔体指数,或I2。依据ASTM D 1238,条件190℃/10千克测量熔体指数,或I10
ATREF
依据美国专利第4,798,081号案及Wilde,L.;Ryle,T.R.;Knobeloch,D.C.;Peat,I.R.;聚乙烯及乙烯共聚物内的支化分布的确定(Determination of Branching Distributions in Polyethylene and EthyleneCopolymers),J.Polym.Sci.,20,441-455(1982)(其等在此被全部并入以供参考之用)所述的方法进行分析温度上升洗提分级(ATREF)分析。欲被分析的组合物溶于三氯苯,且在含有惰性载体(不锈钢丸粒)的管柱内通过以0.1℃/分钟的冷却速率使温度缓慢降至20℃而结晶。管柱装设红外线检测器。然后,通过使洗提溶剂(三氯苯)的温度以1.5℃/分钟的速率从20℃缓慢增加至120℃使结晶的聚合物样品从管柱洗提出而产生ATREF色谱曲线。
13C NMR分析
通过使约3克的四氯乙烷-d2/邻二氯苯的50/50混合物添加至在10mm NMR管件内的0.4克样品而制备样品。样品通过使管件及其内容物加热至150℃而溶解及均质化。使用JEOL EclipseTM 400MHz光谱计或Varian Unity PlusTM 400MHz光谱计(相对应于100.5 MHz的13C共振频率)收集数据。使用每一数据档案6秒脉冲重复延迟的4000个瞬变而获得数据。为达成用于量化分析的最小信噪比,将数个数据档案加在一起。光谱宽度是25,000Hz,且最小档案尺寸是32K数据点。在130℃以10mm宽谱带探针分析样品。使用Randall三合一方法(Randall,J.C.;JMS-Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29,201-317(1989),在此被全部并入以供参考之用)确定共聚单体结合。
通过TREF的聚合物分级
通过在160℃搅拌4小时使15-20克的聚合物溶于2升1,2,4-三氯苯(TCB)而进行大规模的TREF分级。通过15psig(100kPa)氮气将聚合物溶液置于3英寸×4英尺(7.6厘米×12厘米)钢管柱上,该钢管柱被30-40筛目(600-425μm)球状技术质量的玻璃珠(可购自Potters Industries,HC 30Box 20,Brownwood,TX,76801)及不锈钢,0.028”(0.7mm)直径的切线丸粒(可购自Pellets,Inc.63 Industrial Drive,North Tonawanda,NY,14120)的60∶40(v∶v)混合物填充。管柱浸渍在起始设定为160℃的热控制油套管内。管柱先弹道式冷却至125℃,然后,以0.04℃/分钟缓慢冷却至20℃,且维持1小时。以约65毫升/分钟引入新的TCB,同时温度以0.167℃/分钟增加。
将来自制备TREF管柱的约2000毫升的部分洗提物收集在16个站(热级分收集器)内。使用旋转式蒸发器将聚合物浓缩成每一级分直到剩余约50至100毫升的聚合物溶液。在添加过量甲醇、过滤及冲洗(约300-500毫升的甲醇,包含最终冲洗)前将浓缩的溶液静置隔夜。在3位置真空辅助过滤站使用5.0μm聚四氟乙烯涂覆的滤纸(可得自OsmonicsInc.,Cat#Z50WP04750)而进行过滤步骤。经过滤的级分在60℃真空炉内干燥隔夜,且在进一步测试前在分析天平上称重。
催化剂
术语“隔夜”被使用时是指约16-18小时的时间,术语“室温”是指20-25℃的温度,且术语“混合烷”是指可从ExxonMobil ChemicalCompany购得的商品名为Isopar
Figure G200680008414201D00341
的可C6-9脂族烃的混合物。当此处的化合物名称与其结构代表式不一致时,应以结构代表式为准。在干燥氮氛围内使用干燥箱技术进行所有金属络合物的合成及所有筛选实验的制备。使用的所有溶剂是HPLC等级,且在使用前干燥。
MMAO是指经改性的甲基铝氧烷,可购自Akzo-Noble Corporation的以三异丁基铝改性的甲基铝氧烷。
催化剂(B1)的制备以如下进行。
a)制备(1-甲基乙基)(2-羟基-3,5-二(叔丁基)苯基)甲基亚胺
3,5-二-叔丁基水杨醛(3.00克)添加至10毫升的异丙基胺。溶液快速变成亮黄色。在环境温度搅拌3小时后,挥发性物质在真空下移除,产生亮黄色结晶固体(97%产率)。
b)制备1,2-双-(3,5-二-叔丁基苯撑基)(1-(N-(1-甲基乙基)亚胺基)甲 基)(2-酰氧基)锆二苯甲基
将(1-甲基乙基)(2-羟基-3,5-二(叔丁基)苯基)亚胺(605毫克,2.2毫摩尔)在5毫升甲苯内的溶液缓慢添加至Zr(CH2Ph)4(500毫克,1.1毫摩尔)在50毫升甲苯内的溶液。形成的暗黄色溶液搅拌30分钟。溶液在减压下移除,产生呈微红棕色固体的所需产物。
催化剂(B2)的制备以如下进行。
a)制备(1-(2-甲基环己基)乙基)(2-酰氧基-3,5-二(叔丁基)苯基)亚胺
2-甲基环己基胺(8.44毫升,64.0毫摩尔)溶于甲醇(90毫升),且添加二-叔丁基水杨醛(10.00克,42.67毫摩尔)。反应混合物搅拌3小时,然后,冷却至-25℃持续12小时。形成的黄色固体沉淀物通过过滤收集,且以冷甲醇(2×15毫升)清洗,然后,在减压下干燥,产量是11.17克的黄色固体。1H NMR与作为异构物混合物的所需产物一致。
h)制备双-(1-(2-甲基环己基)乙基)(2-酰氧基-3,5-二(叔丁基)苯基)亚 胺基)锆二苯甲基
将(1-(2-甲基环己基)乙基(2-酰氧基-3,5-二(叔丁基)苯基)亚胺(7.63克,23.2毫摩尔)在200毫升甲苯内的溶液缓慢添加至Zr(CH2Ph)4(5.28克,11.6毫摩尔)在600毫升甲苯内的溶液。形成的暗黄色溶液在25℃搅拌1小时。溶液以680毫升甲苯进一步稀释,产生具有0.00783M浓度的溶液。
助催化剂1四(五氟苯基)硼酸盐的甲基二(C14-18烷基)铵盐(其后称为脂肪族伯胺硼酸盐)的混合物,其基本上如美国专利第5,919,9883号案的实施例2所公开的,通过长链三烷基胺(ArmeenTMM2HT,可得自Akzo-Nobel,Inc.)、HCl及Li[B(C6F5)4]反应而制备。
助催化剂2双(三(五氟苯基)-铝烷)-2-十一烷基咪唑烷的混合C14-18烷基二甲基铝盐,依据美国专利第6,395,671号案的实施例16制备。
穿梭剂所用的穿梭剂包含二乙基锌(DEZ,SA1)、二(异丁基)锌(SA2)、二(正己基)锌(SA3)、三乙基铝(TEA,SA4)、三辛基铝(SA5)、三乙基镓(SA6)、异丁基铝双(二甲基(叔丁基)硅氧烷)(SA7)、异丁基铝双(二(三甲基硅烷基)酰胺)(SA8)、正辛基铝二(吡啶-2-甲氧化物)(SA9)、双(正十八烷基)异丁基铝(SA10)、异丁基铝双(二(正戊基)酰胺)(SA11)、正辛基铝双(2,6-二-叔丁基苯氧化物)(SA12)、正辛基铝二(乙基(1-萘基)酰胺)(SA13)、乙基铝双(叔丁基二甲基硅氧化物)(SA14)、乙基铝二(双(三甲基硅烷基)酰胺)(SA15)、乙基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环庚烷酰胺)(SA16)、正辛基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环庚烷酰胺)(SA17)、正辛基铝双(二甲基(叔丁基)硅氧化物(SA18)、乙基锌(2,6-二苯基苯氧化物)(SA19),及乙基锌(叔丁氧化物)(SA20)。
实施例1-4,比较例A-C
一般的高物料通过量的平行聚合反应条件
使用可得自Symyx technologies,Inc.的高物料通过量的平行聚合反应反应器进行聚合反应,且基本上依据美国专利第6,248,540、6,030,917、6,362,309、6,306,658,及6,316,663号案而操作。在130℃且在200psi(1.4MPa)以根据需要通过乙烯且使用1.2当量的助催化剂1(以所用的总催化剂为基准计)(当MMAO存在时是1.1当量)进行乙烯共聚合反应。在含有48个呈6×8数组的个别反应器单元(其装设预先称重的玻璃管)的平行压力反应器(PPR)内进行一系列的聚合反应。每一反应器单元内的操作体积是6000μL。通过单独搅拌桨提供搅拌以控制每一单元的温度及压力。单体气体及骤灭气体直接以管线送入PPR单元内,且通过自动阀控制。以机械臂通过注射器将液体试剂添加至每一反应器单元,且贮存器溶剂是混合烷。添加顺序是混合烷溶剂(4毫升)、乙烯、1-辛烯共聚单体(1毫升)、助催化剂1或助催化剂1/MMAO混合物、穿梭剂,及催化剂或催化剂混合物。当助催化剂1及MMAO的混合物或二催化剂的混合物被使用时,在添加至反应器前立即在小玻璃瓶内预混合试剂。当试剂在实验中省略时,维持上述其它添加顺序。聚合反应进行约1-2分钟,至达到预定的乙烯消耗为止。以CO骤灭后,反应器被冷却,且玻璃管被拆卸。管件被转移至离心/真空干燥单元,且在60℃干燥12小时。称重含有干燥聚合物的管件,且此重量与容器重量间的差产生聚合物净产量。结果列于表1。在表1及此申请案的其它处,比较化合物是以星号(*)表示。
实施例1-4证明通过本发明合成线性嵌段共聚物,通过形成极窄的MWD证实,当DEZ存在时基本上是单峰共聚物,且缺乏DEZ时是双峰宽分子量分布的产物(个别制备的聚合物的混合物)。由于已知催化剂(A1)合并比催化剂(B1)更多的辛烯,通过分支或密度而区分本发明所形成的共聚物的不同嵌段或链段。
表1
        催化剂(A1) 催化剂(B1) 助催化剂 MMAO     穿梭
实施例  (μmol)    (μmol)   (μmol)  (μmol)  剂(μmol)  产量(g)  Mn      Mw/Mn   己基 1
A*      0.06        -         0.066    0.3      -          0.1363   300502  3.32    -
B*      -           0.1       0.110    0.5      -          0.1581   36957   1.22    2.5
C*      0.06        0.1       0.176    0.8      -          0.2038   45526   5.302   5.5
1       0.06        0.1       0.192    -        DEZ(8.0)   0.1974   28715   1.19    4.8
2       0.06        0.1       0.192    -        DEZ(80.0)  0.1468   2161    1.12    14.4
3       0.06        0.1       0.192    -        TEA(8.0)   0.208    22675   1.71    4.6
4       0.06        0.1       0.192    -        TEA(80.0)  0.1879   3338    1.54    9.4
1每1000个碳的C6或更高链的含量
2双峰分子量分布
发现相较在以缺乏穿梭剂而制得的聚合物,依据本发明制造的聚合物具有相对较窄的多分散性(Mw/Mn)及较大的嵌段共聚物含量(三聚物、四聚物,或更大)。
参考图式确定表1的聚合物的进一步特性数据。更特别地,DSC及ATREF结果显示:
实施例1的聚合物的DSC曲线显示115.7℃的熔点(Tm),且具有158.1J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在34.5℃显示最高峰,且具有52.9%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是81.2℃。
实施例2的聚合物的DSC曲线显示具有109.7℃熔点(Tm)的峰,且具有214.0J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在46.2℃显示最高峰,且具有57.0%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是63.5℃。
实施例3的聚合物的DSC曲线显示具有120.7℃熔点(Tm)的峰,且具有160.1J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在66.1℃显示最高峰,且具有71.8%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是54.6℃。
实施例4的聚合物的DSC曲线显示具有104.5℃熔点(Tm)的峰,且具有170.7J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在30℃显示最高峰,且具有18.2%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是74.5℃。
比较例A的DSC曲线显示90.0℃的熔点(Tm),且具有86.7J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在48.5℃显示最高峰,且具有29.4%的峰面积。这些数值皆与低密度的树脂一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是41.8℃。
比较例B的DSC曲线显示129.8℃的熔点(Tm),且具有237.0 J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在82.4℃显示最高峰,且具有83.7%的峰面积。这些数值皆与高密度的树脂一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是47.4℃。
比较例C的DSC曲线显示125.3℃的熔点(Tm),且具有143.0J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在81.8℃显示最高峰,且具有34.7%的峰面积,且在52.4℃具有较低结晶峰。此二峰间的间隔是与高结晶及低结晶聚合物的存在一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是43.5℃。
实施例5-19,比较例D-F,连续溶液聚合反应,催化剂A1/B2+DEZ
在装设内部搅拌器的计算机控制的高压釜反应器进行连续溶液聚合反应。纯化的混合烷溶液(IsoparTM E,可得自ExxonMobil ChemicalCompany)、2.70磅/小时(1.22千克/小时)的乙烯、1-辛烯及氢(如果使用)供应至装设用于温度控制的套管及内部热偶的3.8升反应器。通过质流控制器测量到达反应器的溶剂供料。变速隔膜泵控制到达反应器的溶剂流速及压力。在泵排放时,侧流被用于提供用于催化剂及助催化剂1注射管线及反应器搅拌器的冲洗流。通过Micro-Motion质流计测量这些流动,且通过控制阀或通过手工调整针阀而测量。剩余溶剂与1-辛烯、乙烯,及氢(如果被使用)混合,且供应至反应器。使用质流控制器根据需要将氢输送至反应器。在进入反应器前,通过使用热交换器控制溶剂/单体溶液的温度。此液流进入反应器底部。催化剂组份溶液使用泵及质流计计量,且与催化剂冲洗溶剂混合并引入反应器底部。反应器在500psig(3.45Mpa)以全液体操作,并剧烈搅拌。产品通过反应器顶部的出口管线移除。反应器的所有出口管线是以水蒸气示踪且绝缘的。通过与任何稳定剂或其它添加剂一起添加少量的水至出口管线且使混合物通过静式混合物而停止聚合反应。然后,产物流在脱挥发前通过热交换器而加热。通过使用脱挥发挤塑器及水冷式粒化器挤塑而回收聚合物产物。方法细节及结果列于表2。选择的聚合物性质列于表3。
Figure G200680008414201D00401
Figure G200680008414201D00411
如先前实施例以DSC及ATREF测试形成的聚合物。结果如下:
实施例5的聚合物的DSC曲线显示具有119.6℃熔点(Tm)的峰,且具有60.0J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在47.6℃显示最高峰,且具有59.5%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是72.0℃。
实施例6的聚合物的DSC曲线显示具有115.2℃熔点(Tm)的峰,且具有60.4J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在44.2℃显示最高峰,且具有62.7%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是71.0℃。
实施例7的聚合物的DSC曲线显示具有121.3℃熔点(Tm)的峰,且具有69.1J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在49.2℃显示最高峰,且具有29.4%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是72.1℃。
实施例8的聚合物的DSC曲线显示具有123.5℃熔点(Tm)的峰,且具有67.9J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在80.1℃显示最高峰,且具有12.7%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是43.4℃。
实施例9的聚合物的DSC曲线显示具有124.6℃熔点(Tm)的峰,且具有73.5J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在80.8℃显示最高峰,且具有16.0%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是43.8℃。
实施例10的聚合物的DSC曲线显示具有115.6℃熔点(Tm)的峰,且具有60.7J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在40.9℃显示最高峰,且具有52.4%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是74.7℃。
实施例11的聚合物的DSC曲线显示具有113.6℃熔点(Tm)的峰,且具有70.4J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在39.6℃显示最高峰,且具有25.2%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是74.1℃。
实施例12的聚合物的DSC曲线显示具有113.2℃熔点(Tm)的峰,且具有48.9J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线显示无等于或高于30℃的峰。(用于进一步计算目的,Tcrystaf因此设定为30℃)。DSC Tm与Tcrystaf间的差是83.2℃。
实施例13的聚合物的DSC曲线显示具有114.4℃熔点(Tm)的峰,且具有49.4J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在33.8℃显示最高峰,且具有7.7%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是84.4℃。
实施例14的聚合物的DSC曲线显示具有120.8℃熔点(Tm)的峰,且具有127.9J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在72.9℃显示最高峰,且具有92.2%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是47.9℃。
实施例15的聚合物的DSC曲线显示具有114.3℃熔点(Tm)的峰,且具有36.2J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在32.3℃显示最高峰,且具有9.8%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是82.0℃。
实施例16的聚合物的DSC曲线显示具有116.6℃熔点(Tm)的峰,且具有44.9J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在48.0℃显示最高峰,且具有65.0%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是68.6℃。
实施例17的聚合物的DSC曲线显示具有116.0℃熔点(Tm)的峰,且具有47.0J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在43.1℃显示最高峰,且具有56.8%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是72.9℃。
实施例18的聚合物的DSC曲线显示具有120.5℃熔点(Tm)的峰,且具有141.8J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在70.0℃显示最高峰,且具有94.0%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是50.5℃。
实施例19的聚合物的DSC曲线显示具有124.8℃熔点(Tm)的峰,且具有174.8J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在79.9℃显示最高峰,且具有87.9%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是45.0℃。
比较例D的聚合物的DSC曲线显示具有37.3℃熔点(Tm)的峰,且具有31.6J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线显示无等于或高于30℃的峰。这些数值皆是与低密度的树脂一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是7.3℃。
比较例E的聚合物的DSC曲线显示具有124.0℃熔点(Tm)的峰,且具有179.3J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在79.3℃显示最高峰,且具有94.6%峰面积。这些数值皆是与高密度的树脂一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是44.6℃。
比较例F的聚合物的DSC曲线显示124.8℃的熔点(Tm),且具有90.4J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在77.6℃显示最高峰,且具有19.5%的峰面积。此二峰间的间隔与高结晶及低结晶聚合物的存在一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是47.2℃。
物理性质测试
评估聚合物样品的物理性质,例如耐高温性质(以TMA温度测试证实)、丸粒粘着强度、高温回复性、高温压缩变形及贮能模量比例(G’(25℃)/G’(100℃))。此测试包含数种可购得的聚合物:比较例G*是基本上线性的乙烯/1-辛烯共聚物(
Figure G200680008414201D00441
可得自陶氏化学公司),比较例H*是弹性体的基本线性的乙烯/1-辛烯共聚物(
Figure G200680008414201D00442
EG8100,可得自陶氏化学公司),比较例I是基本线性的乙烯/1-辛烯共聚物(
Figure G200680008414201D00443
PL1840,可得自陶氏化学公司),比较例J是氢化的苯乙烯/丁二烯/苯乙烯的三嵌段共聚物(KRATONTMG1652,可得自KRATON Polymers),比较例K是热塑性硫化物(TPV,含有分散在其内的聚烯烃掺合物的交联弹性体)。结果列于表4。
表4高温机械性质
  实施例  TMA-1mm透入(℃) 丸粒黏着强度1b/ft2(kPa) G’(25℃)/G’(100℃)   300%应变回复(80℃)(%)   压缩变定(70℃)(%)
  D*   51   -   9   失败   -
  E*   130   -   18   -   -
  F*   70   141(6.8)   9   失败   100
  5   104   0(0)   6   81   49
  6   110   -   5   -   52
  7   113   -   4   84   43
  8   111   -   4   失败   41
  9   97   -   4   -   66
  10   108   -   5   81   55
  11   100   -   8   -   68
  12   88   -   8   -   79
  13   95   -   6   84   71
  14   125   -   7   -   -
  15   96   -   5   -   58
  16   113   -   4   -   42
  17   108   0(0)   4   82   47
  18   125   -   10   -   -
  19   133   -   9   -   -
  G*   75   463(22.2)   89   失败   100
  H*   70   213(10.2)   29   失败   100
  I*   111   -   11   -
  J*   107   -   5   失败   100
  K*   152   -   3   -   40
在表4,比较例F(其是由使用催化剂A1及B1的同时聚合反应形成的两种聚合物的物理掺合物)具有约70℃的1mm透入温度,而实施例5-9具有100℃或更高的1mm透入温度。另外,实施例10-19皆具有大于85℃的1mm透入温度,且大部分具有大于90℃或甚至大于100℃的1mmTMA温度。这表明与物理掺合物相比,新型聚合物具有在较高温度时的较佳的尺寸稳定性。比较例J(商用SEBS)具有约107℃的良好1mmTMA温度,但其具有约100%的极差(高温70℃)压缩变形,且在高温(80℃)和300%应变回复下也无法回复(样品断裂)。因此,此例示的聚合物具有即使在某些可购得的高性能热塑性弹性体也不可获得的独特的性质组合。
相似地,表4对于本发明聚合物显示6或更少的低(良好)的贮能模量比例,G’(25℃)/G’(100℃),而物理掺合物(比较例F)具有9的贮能模量比例,相似密度的无规乙烯/辛烯共聚物(比较例G)具有大于一个数值等级的贮能模量比例(89)。所需地,聚合物的贮能模量比例尽可能接近1。这些聚合物相对较不受温度影响,且从这些聚合物制得的制品可在广温度范围有用地使用。此低贮能模量比例及与温度无关的特征在弹性体应用特别有用,例如,在压敏性粘合剂制剂。
表4的数据也证明本发明聚合物拥有改良的丸粒粘着强度。特别地,实施例5具有0Ma的丸粒粘着强度,意味着与显示相当大粘着的比较例F及G相比,其在测试条件下自由流动。粘着强度是重要的,因为具有大粘着强度的聚合物的大量运送可造成产品在贮存或运送时结块或粘结在一起,造成差的处理性质。
本发明聚合物的高温(70℃)压缩变形一般是良好的,指一般是少于约80%,较优选是少于约70%,且特别是少于约60%。相反地,比较例F、G、H及J皆具有100%的70℃压缩变形(最大可能值,表示无回复)。良好的高温压缩变形(低数值)对于例如垫片、窗框、o-型环等的应用是特别需要的。
Figure G200680008414201D00471
表5显示新型聚合物与各种比较聚合物在环境温度时的机械性质
结果。可看出本发明聚合物在依据ISO 4649测试时具有良好耐磨性,一般是显示少于90mm3,较优选是少于约80mm3,且特别是少于约50mm3的体积损失。在此测试,较高数值表示较高体积损失和较低耐磨性。
本发明聚合物的通过抗张切口撕裂强度测量的撕裂强度一般是1000mJ或更高,如表5所示。本发明聚合物的撕裂强度可高达3000mJ,或甚至高达5000mJ。比较聚合物一般具有不高于750mJ的撕裂强度。
表5也显示本发明聚合物具有比某些比较样品更佳的在150%应变时的回缩应力(由更高的回缩应力值证明)。比较例F、G及H在150%应变时具有400kPa或更少的回缩应力值,而本发明聚合物在150%应变时具有500kPa(实施例11)至高达约1100kPa(实施例17)的回缩应力值。具有高于150%回缩应力值的聚合物在弹性应用中是相当有用的,例如,弹性纤维及织物,特别是非机织的织物。其它应用包含尿片、卫生用品及医疗用衣物的束腰带应用,例如,垂悬带及弹性带。
表5也显示,例如,与比较例G相比较,本发明聚合物的应力松弛(在50%应变)也被改良(更少)。较低的应力松弛意味着,在需要在体温下长时间维持弹性性能的应用中(例如尿片及其它衣物),该聚合物较好地维持其力。
光学测试
表6聚合物光学性质
  实施例   内部浊度(%)   透明度(%)   45°光泽度(%)
  F*   84   22   49
  G*   5   73   56
  5   13   72   60
  6   33   69   53
  7   28   57   59
  8   20   65   62
  9   61   38   49
  10   15   73   67
  11   13   69   67
  12   8   75   72
  13   7   74   69
  14   59   15   62
  15   11   74   66
  16   39   70   65
  17   29   73   66
  18   61   22   60
  19   74   11   52
  G*   5   73   56
  H*   12   76   59
  I*   20   75   59
表6中报导的光学性质是以基本缺乏定向的压模成型膜为基础。由于从聚合反应中使用的链穿梭剂量变化而造成的结晶尺寸变化,聚合物的光学性质可在广范围变化。
多嵌段共聚物的萃取
进行实施例5、7及比较例E的聚合物的萃取研究。在实验中,聚合物样品称重于多孔玻璃萃取套管内,且装配在Kumagawa型萃取器内。用氮气吹扫具有样品的萃取器,且将350毫升的二乙基醚注入500毫升圆底烧瓶。然后,烧瓶装配至萃取器。加热醚并同时搅拌。在醚开始冷凝在套管内时记录时间,且在氮气下进行萃取24小时。此时,停止加热,且使溶液冷却。留在萃取器内的任何醚回到烧瓶。在环境温度时在真空下蒸发烧瓶内的醚,且以氮气吹干形成的固体。使用己烷连续清洗将任何残质转移至经称重的瓶内。然后,用另外的氮气吹扫而蒸发混合的己烷清洗物,且在40℃的真空下使残质干燥隔夜。以氮气吹干萃取器内的任何剩余醚。
然后,将注入350毫升己烷的第二个干净圆底烧瓶与萃取器连接。己烷被加热回流并搅拌,且在己烷第一次被注意到冷凝至套管内后维持回流24小时。然后,停止加热,并使烧瓶冷却。将萃取器内剩余的任何己烷转移回到烧瓶。通过在环境温度时在真空下蒸发而移除己烷,且使用连续的己烷清洗将烧瓶内剩余的任何残质转移至经称重的瓶内。通过氮气吹扫而蒸发烧瓶内的己烷,且在40℃时真空干燥残质隔夜。
将萃取后留在套管内的聚合物样品从套管转移至经称重的瓶内,且在40℃真空干燥隔夜。结果列于表7。
表7
样品 重量(g) 醚可溶物(g) 醚可溶物(%)   C8摩尔百分比1   己烷可溶物(g)   己烷可溶物(%)   C8摩尔百分比1   残余C8摩尔百分比1
  比较例F*   1.097   0.063   5.69   12.2   0.245   22.35   13.6   6.5
  实施例5   1.006   0.041   4.08   -   0.040   3.98   14.2   11.6
  实施例7   1.092   0.017   1.59   13.3   0.012   1.10   11.7   9.9
1.13C NMR确定
另外的聚合物实施例19A-J,连续溶液聚合反应,催化剂 A1/B2+DEZ
实施例19A-I
在计算机控制的充份混合反应器内进行连续溶液聚合反应。纯化的混合烷溶剂(IsoparTM E,可得自ExxonMobil Chemical Company)、乙烯、1-辛烯,及氢(如果被使用)被混合且供应至27加仑的反应器。通过质流控制器测量到达反应器的供料。进入反应器前,通过使用以乙二醇冷却的热交换器控制供料流的温度。使用泵及质流计计量催化剂组份溶液。在约550psig压力以全液体运行反应器。离开反应器时,将水及添加剂注射至聚合物溶液内。水使催化剂水解,并终止聚合反应。然后,在二阶段脱挥发的制备中加热后反应器溶液。在脱挥发处理期间移除溶剂及未反应的单体。将聚合物熔融物泵取至用于水下丸粒切割的模具。
实施例19J
在装设内部搅拌器的计算机控制的高压釜反应器内进行连续溶液聚合反应。纯化的混合烷溶剂(IsoparTM E,可得自ExxonMobil ChemicalCompany)、2.70磅/小时(1.22千克/小时)的乙烯、1-辛烯,及氢(如果被使用)被供应至装设用于控制温度的套管及内部热偶的3.8升反应器。通过质流控制器测量到达反应器的供料。变速隔膜泵控制到达反应器的溶剂流速及压力。在泵的排放处,侧流被取得以提供用于催化剂及助催化剂注射管线及反应器搅拌器的冲洗流。这些流速通过Micro-Motion质流计测量,且通过控制阀或通过人工调整针阀而控制。剩余溶剂与1-辛烯、乙烯,及氢(如果使用)混合,且供给反应器。质流控制器用于在需要时将氢传送至反应器。在进入反应器前通过使用热交换器而控制溶剂/单体溶液的温度。此流体进入反应器底部。使用泵及质流计计量催化剂组份溶液,且与催化剂冲洗溶剂混合并引至反应器底部内。在500psig(3.45MPa)时以全液体操作反应器,并剧烈搅拌。通过反应器顶部的出口管线移除产物。反应器的所有出口管线是以水蒸气示踪并绝缘。通过与任何稳定剂或其它添加剂一起而添加少量的水至出口管线内且使混合物通过静式反应器而停止聚合反应。然后,在脱挥发作用前通过通过热交换器而加热产物流。通过使用脱挥发挤塑器挤塑及水冷式粒化器而回收聚合物产物。
处理细节及结果列于表8。选定的聚合物性质列于表9A-B中提供。
在表9B,本发明的实施例19F及19G在500%延伸后显示约65-70%应变的低的瞬间变形。
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Figure G200680008414201D00531
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纤维及制造制品
可从本发明的嵌段共聚体(其后也称为“共聚物”)制成各种单组份纤维,包含人造纤维、纺粘纤维,或熔喷纤维(使用,例如,如美国专利第4,340,563、4,663,220、4,668,566或4,322,027号案所公开的系统),及凝纺纤维(例如,在美国专利第4,413,110号案所公开的系统)。人造纤维可在无需额外拉伸下直接熔纺成最后纤维直径,或可被熔纺成较高直径,且其后使用传统纤维拉伸技术而热或冷拉伸至所需直径。
也可依据本发明某些具体实施方案中的嵌段共聚物制成双组份纤维。这些双组份纤维在此纤维的至少一部分内具有本发明的嵌段共聚体。例如,在鞘/芯型双组份纤维(即,其中鞘部同圆心地围绕芯部),本发明的嵌段共聚体可在鞘部或芯部内。通常上且较优选地,共聚物是双组份纤维的鞘部组份,但如果其是芯部组份时,则鞘部组份需不能妨碍芯部的交联作用,即,鞘部组份对于紫外线辐射是透明或半透明的,如此,足够的紫外线辐射可通过以基本上使芯部聚合物交联。不同的共聚物也可分别作为相同纤维的鞘部及芯部,优选当其中二组份皆是弹性,且特别地其中鞘部组份具有比芯部组份更低的熔点时。其它形式的双组份纤维也在本发明的范围内,且包含例如并列型共轭纤维的结构(例如,具有个别聚合物区域的纤维,其中,本发明的嵌段共聚体包含至少一部分的纤维表面)。
纤维的形状不受限。例如,通常的纤维具有圆形截面形状,但有时,纤维具有不同形状,例如,三叶形状,或平板状(即,“平带状”)。本文中公开的纤维不受纤维形状所限。
可以以各种方式测量及报导纤维直径。一般,以每一纤丝的旦测量纤维直径。旦是织物术语,其定义为每9000米纤维长度的纤维克数。单丝一般是指具有每一纤维大于15,一般是大于30的旦的挤塑股线。细旦纤维一般是指具有约15或更少的旦的纤维。微旦(aka微纤维)一般是指具有不大于约100微米直径的纤维。对于依据本发明某些具体实施方案的纤维,直径可广泛变化,且对于纤维弹性具有极少的冲击。但是,可调整纤维以适于完成制品的能力,且因此较优选地:对于熔喷是约0.5至约30旦/纤丝;对于纺粘是约1至约30旦/纤丝;且对于连续绕卷的纤丝是约1至约20,000旦/纤丝。然而,较优选地,旦是大于40,更优选是大于或等于55,且最优选是大于或等于65。这些较优选值是由于通常上的耐用衣物使用具有大于约40旦的纤维。
弹性共聚物也可被形成或制成弹性的膜、涂层、片材、条材、带材、平带材等。可通过本领域中所知的任何方法制成此弹性的膜、涂层及片材,包含吹制发泡方法(例如,简单发泡与双轴定向技术,例如,捕集发泡法、双发泡法及拉幅框架法)、铸造挤制法、注压法、热成型方法、挤压涂层法、定型挤制法,及平板挤制法。简单吹制发泡膜方法描述在,例如,化学技术百科全书(The Encyclopedia of Chemical Technology),Kirk-Othmer,第三版,John Wiley & Sons,New York,1981,第16册,416-417页及第18册,第191-192页。该铸造挤制法描述在,例如,Modem Plastics Mid-October 1989 Encyclopedia Issue第66卷,第11期,256至257页。注压法、热成形法、挤压涂层法、定型挤制法,及平板挤制法是描述在,例如,塑料及方法(Plastics Materials andProcesses),Seymour S.Schwartz及Sidney H.Goodman,Van NostrandReinhold Company,New York,1982,527-563页,632-647页,及596-602页。
可通过任何已知方法制成弹性的条材、带材及平带材,包含直接挤制法或通过后挤制剪切、切割或冲压技术。定型挤制法是特别适于制造带材、条材、平带材等的主要挤制方法的例子。
依据本发明具体实施方案中的纤维可与其它纤维(例如,PET、尼龙、棉、KevlarTM等)一起使用以制造弹性织物。作为附加优点,某些纤维的耐热性(及耐潮性)使聚酯PET纤维能在一般的PET染色条件下染色。其它普遍使用的纤维(特别是斯潘德克斯(例如,Lycratm),仅可在较不严苛的PET染色条件下使用以避免性质的退化。
依据本发明具体实施方案中的纤维制成的织物包含机织、非机织及编织的织物。非机织织物可以各种方法制成,例如,如美国专利第3,485,706及4,939,016号案公开的无水纺布(或流体动力性缠结法)织物,梳理及热粘合人造纤维;以单一连续操作的纺粘连续纤维;或通过使纤维熔喷成织物且其后使形成的网材压延或热粘合。这些不同的非机织织物制造技术是对于本领域技术人员所熟知的,且公开内容不限于任何特定方法。从这些纤维所制成的其它结构也被包含于本发明范围内,包含,例如,这些新型纤维与其它纤维(例如,聚(对苯二甲酸乙二酯)或棉)的掺合物。
非机织织物可从由本发明乙烯/α-烯烃共聚体的溶液纺丝或闪蒸纺丝获得的纤维制成。溶液纺丝包含湿纺丝及干纺丝。在这两种方法中,通过过滤器泵取聚合物的粘性溶液,然后,使其通过喷丝头的细孔。之后移除溶剂,留下纤维。
在某些具体实施方案中,以下方法被用于闪纺纤维并从本发明乙烯/α-烯烃共聚体形成片材。该基本系统已在先前公开在美国专利第3,860,369及6,117,801号案,其在此被全部并入以供参考之用。在腔室(有时称为纺丝单元,其具有蒸气移除口及用以移除此方法产生的非机织片材材料的开口)中进行此方法。在高温及高压下连续或批次地制造聚合物溶液(或纺丝液体),且通过导管将其提供至纺丝单元。溶液的压力大于浊点压力(其是聚合物完全溶于纺丝剂内形成均匀单一相混合物时的最低压力)。
单相聚合物溶液通过减压孔进入较低压力(或减少)腔室。在较低压力室中,溶液分成双相液体-液体分散液。此分散液的一相是主要包含纺丝剂的富纺丝剂相,且分散液的另一相是主要包含聚合物的富聚合物相。此双相的液体-液体分散液被迫使经过喷丝头而进入较低压力(较优选为大气压力)的区域内,其中,纺丝剂极快速地蒸发(闪蒸),且聚合物是以纱线(或丛丝)从喷丝头露出。在通道内拉伸纱线,并使其撞击旋转挡板。该旋转挡板的形状可以将该纱线转变成约5至15厘米宽的偏平纤维网,并分开该原纤维以打开该纤维网。旋转挡材进一步提供具有可以产生大幅度前后刈幅的足够振幅的前后振荡运动。将该纤维网放在位于喷丝头下约50厘米处的移动金属丝搁置带(laydown belt)上,并通常横穿该带安排前后振荡运动以形成片材。
当纤维网朝该移动带前进,通过该挡板而转向时,其可进入介于固定的多针离子枪与接地的旋转靶板间的电晕放电区域。通过适当电压源将多针离子枪充电至DC电位。该带电的纤维网是通过扩散器(其是由两部分组成:前区段及后区段)通过高速纺丝剂蒸汽流传输。扩散器控制纤维网的膨胀并使膨胀速率减慢。扩散器的后区段可为固定且与靶板分开,或可与其呈一体。在后区段与靶板呈一体的情况下,其可以一起旋转。在扩散器后区段钻出吸气孔以确保移动纤维网与扩散器后区段间的合适气体流动而避免该移动纤维网粘附在扩散器后区段。移动带是通过轧辊接地,如此使带电的纤维网可被静电吸引至该带上并保持其上。使收集在移动带上且通过静电力维持的重叠纤维网形成具有可通过带速度而控制厚度的片材。在该带与固结轧辊之间将该片材压制成具有足以在该室外处理的强度的结构,然后在该室外的卷绕轧辊上收集。
因此,本发明的某些具体实施方案提供包含本文中描述的本发明乙烯/α-烯烃共聚体的软聚合物闪纺丛丝型材料。较优选地,乙烯/α-烯烃共聚体具有约0.1至约50克/10分钟或约0.4至约10克/10分钟的熔体指数,及约0.85至约0.95g/cc或约0.87与约0.90g/cc间的密度。较优选地,共聚体的分子量分布大于约1,但少于约4。另外,闪纺丛丝型材料具有大于约2m2/g或大于约8m2/g的BET表面积。软闪纺非机织片材材料可从软聚合物闪纺丛丝型材料制成。软闪纺非机织片材材料可以纺粘、区域粘合,或点粘合。本发明的其它具体实施方案提供包含与高密度聚乙烯聚合物掺合的乙烯/α-烯烃共聚体(本文中所述)的软聚合闪纺丛丝型材料,其中,乙烯/α-烯烃共聚体具有约0.4及约10克/10分钟间的熔体指数,约0.87与约0.93g/cc间的密度,及少于约4的分子量分布,且其中,丛丝型材料具有大于约8m2/g的BET表面积。软闪纺非机织片材具有至少85%的不透明度。
通过上述方法或相似方法制成的闪纺非机织片材可用以替代建筑应用中对于空气渗吸屏障物所使用的
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纺粘烯烃片材,作为包装物(例如,航空快递信封),作为医药包装,作为旗帜,及用于防护衣及其它用途。
可使用依据本发明具体实施方案的纤维及织物制成的制品包含具有弹性构件的弹性复合制品(例如,尿片)。例如,弹性构件通常上是被制成尿布腰带构件以防止该尿布掉下,及腿带构件以防止渗漏(如美国专利第4,381,781号案所示,其公开内容在此被并入以供参考之用)。一般,对于舒适性及可靠性的良好组合,该弹性构件可促进更好的合身和/或牢固系统。本发明的纤维及织物也可制造结合弹性及透气性的结构。例如,本发明的纤维、织物和/或膜可被合并在美国临时专利申请案第60/083,784号案(1998年5月1日申请)公开的结构内。也可形成包含本发明纤维的非机织物的层叠物,且可用于各种制品,包含消耗性物品,例如,耐用品及一次性消耗性物品,如衣物、尿片、医院手术服、卫生应用、家饰用织物等。
本发明的纤维、膜及织物也可用于如美国专利第2,957,512号案所述的各种结构。例如,前述专利案中所述结构的层50(即,弹性组份)可被本发明的纤维及织物取代,特别是当将偏平、有褶、起皱、卷曲等的非弹性材料被制成弹性结构时。可通过熔粘或以粘着剂将本发明的纤维和/或织物与非纤维、织物或其它结构连接。可以从本发明纤维和/或织物与非弹性组份,通过在连接前将该非弹性组份(如USP2,957,512中所述)打褶,在连接前预拉伸该弹性组份或在连接后热收缩该弹性组份,而制成聚集的或衬衫的弹性结构。
本发明的纤维可用于无水纺布(或流体动力性缠结)方法而制成新型结构。例如,美国专利第4,801,482号案公开现在可以使用文中所述的新型纤维/薄膜/织物而制成的弹性片材(12)。
在需要高回弹性的织造或针织应用中,也可使用本文中所述的连续弹性长丝。
美国专利第5,037,416号案描述通过使用弹性平带的合身上部片材的形式的优点(见美国专利第5,037,416号案的组件19)。本发明的纤维可提供美国专利第5,037,416号案的组件19的功能,或可以织物形式使用以提供所需弹性。
在美国专利第4,981,747号案(Morman)中,本文中公开的本发明纤维和/或织物可取代弹性片材122,其可形成包括可逆性收缩材料的复合弹性材料。
本发明的纤维也可为熔喷弹性组份,如美国专利第4,879,170号案图式的参考说明6所述。
也可从本文中公开的本发明纤维及织物制成弹性板,且可用于,例如,美国专利第4,940,464号案的组件18、20、14和/或26。本文中所述的本发明纤维及织物也可作为复合式侧板的弹性组份(例如,此专利案的层86)。
也可通过本领域中已熟知的任何方法,包括开孔、开缝、微穿孔,与纤维或泡沫混合等以及其组合,使本发明弹性材料具有可透过性或“透气性”。这些方法的例子包含美国专利第3,156,242号案(Crowe,Jr.)、美国专利第3,881,489号案(Hartwell)、美国专利第3,989,867号案(Sisson),及美国专利第5,085,654号案(Buell)。
依据本发明某些具体实施方案的纤维可包含包覆纤维。包覆纤维包含芯部及覆盖层。一般,芯部包含一或多种弹性纤维,且覆盖层包含一或多种非弹性纤维。在制造包覆纤维时及其呈个别未拉伸状态时,覆盖层比芯部纤维更长,通常上长很多。覆盖层是以传统方式围绕芯部,通常上是以螺旋包缠结构。未经包覆的纤维是无覆盖层的纤维。一般,编织的纤维或纱线(即,包含彼此相互卷绕或捻合的两个或更多的在其个别未拉伸态时具有大约相等长度的纤维股线或纤丝(弹性和/或非弹性)的纤维)并非经包覆的纤维。但是,这些纱线可作为经包覆的纤维的芯部或覆盖层或两者均可。在其它具体实施方案中,经包覆的纤维可包含以弹性覆盖层包缠的弹性芯部。
由该纤维所制成的纤维或织物的热固拉伸的充份或基本可逆性为一种有用性质。例如,如果经包覆的纤维在染色和/或机织前热固,则染色和/或机织方法更有效率,因为纤维在卷绕操作期间较不可能拉伸。其因此可用于染色及织造操作,其中首先将该纤维卷绕在滚动条上。一旦染色和/或机织完成时,则可松弛经包覆的纤维或包含此经包覆的纤维的织物。此技术不仅降低用于特定机织操作所需的纤维量,其也可避免后续收缩。这些可逆性、热固、弹性纤维,及制造该纤维的方法及由这些纤维所制成的制品公开在美国专利申请案系列号第10/507,230号(以美国专利US 20050165193公布)中,其在此被全部并入以供参考之用。这些方法也可在修改或未修改情况下下用于本发明的具体实施方案中,以制造可逆性、热固、弹性纤维、织物,及由其制成的制品。
可依据美国专利第5,226,992、4,981,747(KCC,Morman)及5,354,597号案的教示制造预活化的制品,其在此皆被全部并入以供参考之用。
可依据美国专利第6,113,656、5,846,654及5,840,234号案的教示制造高韧性纤维,其在此皆被全部并入以供参考之用。
可从本发明的共聚体制造低旦纤维(包含微旦纤维)。
本发明纤维较优选地用于形成织物,机织及非机织的织物。已发现由该纤维所形成的织物具有优异弹性,因此使其适于许多服装应用。其也具有好的垂性(drapeability)。
纤维及织物的某些所需性质可以通过拉伸模量及永久变形表示。对于依据本发明某些具体实施方案的纺粘织物,所获得的较优选性质如下:
拉伸模量(g)(ASTM-1682)(100%拉伸,6循环,纵向(MD)):较优选是少于900,更优选是少于800,最优选是从100至400;和/或
拉伸模量(g)(50%拉伸,6循环,MD):较优选是少于700,更优选是少于600,最优选是100至300;和/或
拉伸模量(g)(100%拉伸,6循环,横向(TD)):较优选是少于600,更优选是少于500,最优选是50至300;和/或;
拉伸模量(g)(50%拉伸,6循环,TD):较优选是少于370,更优选是40至200;和/或
永久变形(%)(通过使用ASTM D-1682的改良而获得,其中,通过织物失效循环(而不是继续)该拉伸步骤)(50%拉伸,6循环,MD):较优选是少于30,更优选是约5-约25%的范围,最优选是少于10-20;和/或
永久变形(%)(50%拉伸,6循环,TD):较优选是少于35%,更优选是约5-约25%的范围;和/或
永久变形(%)(100%拉伸,6循环,MD):较优选是少于40%,更优选是约5-约35%的范围,最优选是8-20%;和/或
永久变形(%)(100%拉伸,6循环,TD):较优选是少于40%,更优选是约5-约35%的范围,最优选是约5-25%的范围;和/或
粘合温度(℃)少于110,更优选是约35-约105的范围,最优选是40-80。这些性质是较优选的,且适用于本发明所有织物,且可通过,例如由本发明的纤维所制成的织物证明,该织物具有约70至80克/平方米(g/m2)(较优选地约70g/m2)的基础重量,且其是从具有约25至28μm的直径的纤维形成。
对于熔喷织物,依据本发明的某些具体实施方案,较优选的性质如下:
永久变形(%)(50%拉伸,6循环,MD):较优选是少于25,更优选是约10-约20的范围,最优选是15-18;和/或
永久变形(%)(50%拉伸,6循环,TD):较优选是少于约25,更优选是约10-约20的范围,最优选是15-18;和/或
拉伸模量(g)(50%拉伸,6循环,MD):较优选是不多于约300,更优选是约200-约300的范围;和/或
拉伸模量(g)(50%拉伸,6循环,TD):较优选是少于约300,更优选是约50-约150的范围;约150;和/或
总手感值(g):较优选是少于约75,更优选是少于约70,最优选是约10-约20的范围。
这些性质是较优选的,且适用于本发明某些具体实施方案中制成的某些织物,且可通过,例如由本发明的具有8至10μm直径的纤维所制成的本发明的熔喷织物(具有约70g/m2的标称基础重量)而证明。
与另外聚合物掺合
乙烯/α-烯烃嵌段共聚体可与至少另一聚合物掺合而制成纤维,例如,聚烯烃(例如,聚丙烯)。该第二聚合物在组成(共聚单体形式、共聚单体含量等)、结构、性质,或二者的混合上不同于/α-烯烃嵌段共聚体。例如,嵌段乙烯/辛烯共聚物不同于无规乙烯/辛烯共聚物,即使其等具有相同的共聚单体量。嵌段乙烯/辛烯共聚物不同于乙烯/丁烷共聚物,而无论其是无规或嵌段的共聚物,或其是否具有相同共聚单体含量。如果它们具有不同分子量,两种聚合物便被认为不同,即使其具有相同的结构及组成。
聚烯烃是从两种或多种烯烃(即,烯)衍生的聚合物。烯烃(即,烯)是含有至少一个碳-碳双键的烃。烯烃可为单烯(即,具有单一碳-碳双键的烯烃)、二烯(即,具有二个碳-碳双键的烯烃)、三烯(即,具有三个碳-碳双键的烯烃)、四烯(即,具有四个碳-碳双键的烯烃),及其它烯。烯烃或烯(例如,单烯、二烯、三烯、四烯,及其它多烯)可具有3或更多个碳原子,4或更多个碳原子,6或更多个碳原子,8或更多个碳原子。在某些具体实施方案中,烯烃具有3至约100个碳原子,4至约100个碳原子,6至约100个碳原子,8至约100个碳原子,3至约50个碳原子,3至约25个碳原子,4至约25个碳原子,6至约25个碳原子,8至约25个碳原子,或3至约10个碳原子。在某些具体实施方案中,烯烃是具有2至约20个碳原子的线性或支化、环状或非环状的单烯。在其它具体实施方案中,烯烃是二烯,例如,丁二烯及1,5-己二烯。在进一步的具体实施方案中,烯的至少一个氢原子被烷基或芳基取代。在特别具体实施方案中,烯是乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、4-甲基-1-戊烯、降冰片烯、1-癸烯、丁二烯、1,5-己二烯、苯乙烯,或其混合物。
以聚合物掺合物总重量计,聚合物掺合物内的聚烯烃的量可为约0.5至约99重量%,约10至约90重量%,约20至约80重量%,约30至约70重量%,约5至约50重量%,约50至约95重量%,约10至约50重量%,或约50至约90重量%。
本领域技术人员所熟知的任何聚烯烃可用于制造本文中公开的聚合物掺合物。聚烯烃可为烯烃均聚物、烯烃共聚物、烯烃三元共聚物、烯烃四元共聚物等,及其混合物。
在某些具体实施方案中,至少两种聚烯烃的一种是烯烃均聚物。烯烃均聚物可衍生自一种烯烃。可使用本领域技术人员已知的任何烯烃均聚物。烯烃均聚物的非限制性例子包含聚乙烯(例如,超低、低、线性低、中、高及超高密度的聚乙烯)、聚丙烯、聚丁烯(例如,聚丁烯-1)、聚戊烯-1、聚己烯-1、聚辛烯-1、聚癸烯-1、聚-3-甲基丁烯-1、聚-4-甲基戊烯-1、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚-1,5-己二烯。
在进一步的具体实施方案中,烯烃均聚物是聚丙烯。本领域技术人员所知的任何聚丙烯可用以制造本文中公开的聚合物掺合物。聚丙烯的非限制性例子包含聚丙烯(LDPP)、高密度聚丙烯(HDPP)、高熔体强度聚丙烯(HMS-PP)、高抗冲击性聚丙烯(HIPP)、全同立构聚丙烯(iPP)、间同立构聚丙烯(sPP)等,及其混合物。
以聚合物掺合物总重量计,聚合物掺合物内的聚丙烯含量可为约0.5至约99重量%,约10至约90重量%,约20至约80重量%,约30至约70重量%,约5至约50重量%,约50至约95重量%,约10至约50重量%,或约50至约90重量%。
交联作用
纤维可通过本领域中所知的任何手段交联,其不受限地包含电子束照射、β照射、γ照射、电晕照射、硅烷、过氧化物、烯丙基化合物,及紫外线辐射(具有或不具有交联催化剂)。美国专利第6,803,014及6,667,351号案公开可用于本发明具体实施方案的电子束照射方法。
可通过使用高能量、电离电子、紫外线、X-射线、γ射线、β粒子等,及其混合物而进行照射。较优选地,使用最高达70兆拉德剂量的电子。照射源可为在约150千伏特至约6兆伏特的范围操作的任何电子束产生器,其具有能提供所需剂量的功率输出。电压可被调整至适当量,其可为,例如,100,000、300,000、1,000,000或2,000,000或3,000,000或6,000,000或更高或更低。用于照射聚合物材料的许多其它装置是本领域中已知的。一般以约3兆拉德至约35兆拉德间的剂量进行照射,较优选是约8至约20兆拉德。进一步地,照射可在室温方便地完成,但是也可使用更高及更低的温度(例如,0℃至约60℃)。较优选地,照射可在制品成型后或制造后进行。另外,在较优选具体实施方案中,以约8至约20兆拉德的电子束辐射照射已经与前辐射(pro-rad)添加剂合并的该丙烯共聚体。
可使用交联催化剂促进交联作用,且可使用提供此功能的任何催化剂。适合的催化剂一般包含有机碱、羧酸,及有机金属化合物(包含有机钛酸盐),及铅、钴、铁、镍、锌及锡的络合物或羧酸盐。二丁基锡二月桂酸盐、二辛基锡马来酸盐、二丁基锡二乙酸盐、二丁基锡二辛酸盐、乙酸亚锡、辛酸亚锡、环烷酸铅、辛酸锌、环烷酸钴等。羧酸锡(特别是二丁基锡二月桂酸盐及二辛基锡马来酸盐)是特别有效的。催化剂(或催化剂混合物)以催化量存在,通常为约0.015与约0.035phr之间。
代表性的前辐射添加剂不受限地包含偶氮化合物、有机过氧化物,及多官能性的乙烯基或烯丙基化合物,例如,氰尿酸三烯丙酯、异氰尿酸三烯丙酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯、戊二醛、乙二醇二甲基丙烯酸酯、马来酸二烯丙酯、马来酸二炔丙酯、二炔丙基单烯丙基氰尿酸酯、二枯基过氧化物、二-叔丁基过氧化物、过苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酰、枯烯过氧化氢、过辛酸叔丁酯、甲基乙基酮过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷、月桂基过氧化物、过氧乙酸叔丁酯、亚硝酸偶氮双异丁酯等,及其混合物。用于本发明某些具体实施方案的较优选的前辐射添加剂是具有多官能性(即,至少两个)部分(例如,C=C、C=N或C=O)的化合物。
可通过本领域中所知的任何方法将至少一种前辐射添加剂引至乙烯共聚体。但是,较优选地,通过包含与乙烯共聚体相同或不同的基本树脂的母料浓缩物而引入前辐射添加剂。较优选地,用于母料的前辐射添加剂的浓度相对较高,例如,约25重量%(以浓缩物总重量为基准计)。
此至少一种前辐射添加剂是以任何有效量引至乙烯聚合物。较优选地,此至少一种前辐射添加剂的引入量是约0.001至约5重量%,更优选是约0.005至约2.5重量%,且最优选是约0.015至约1重量%(其是以乙烯共聚体总重量为基准计)。
除电子束照射外,也可通过紫外线照射产生交联作用。美国专利第6,709,742号案公开了通过紫外线照射的交联方法,其可用于本发明的具体实施方案中。此方法包含在纤维形成之前、期间或之后,在具有或不具有光交联剂下,使光起始剂与聚合物混合,然后,使纤维与光起始剂曝光在足够的紫外线辐射下,以使聚合物交联至所需程度。用于实施本发明的光起始剂是芳香族酮,例如,二苯甲酮,或1,2-二酮的单乙缩醛。单乙缩醛的初级光反应是α-键的均匀裂解而产生酰基及二烷氧基烷基。此种α-裂解被称为诺里希(Norrish)I型反应,其在W.Horspool及D.Armesto,Organic Photochemistry:A Comprehensive Treatment,Ellis Horwood Limited,Chichester,England,1992;J.Kopecky,Organic Photochemistry:A Visual Approach,VCH Publishers,Inc.,NewYork,NY 1992;N.J.Turro等人,Acc.Chem.Res.,1972,5,92;及J.T.Banks等人,J.Am.Chem.Soc.,1993,115,2473中更完整地描述。芳香族1,2二酮(Ar-CO-C(OR)2-Ar′)的单乙缩醛合成是描述在美国专利第4,190,602号案及Ger.Offen.2,337,813中。来自此类的较优选化合物是2,2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯,C6H5-CO-C(OCH3)2-C6H5,其是购自Ciba-Geigy的Irgacure 651。可作为光起始剂的其它芳香族酮的例子是从Ciba-Geigy购得的Irgacure 184,369,819,907及2959。
在本发明的一个具体实施方案中,光起始剂是与光交联剂混合使用。可使用在产生自由基时使两种或更多的聚烯烃主干通过与主干形成共价键而连接在一起的任何光交联剂。较优选地,这些光交联剂是多官能性,即,其包含两个或更多个在活化时会与共聚物主干上的位点形成共价键的位点。代表性的光交联剂不受限地包含多官能性的乙烯基或烯丙基化合物,例如,氰尿酸三烯丙酯、异氰尿酸三烯丙酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、马来酸二烯丙酯、马来酸二炔丙酯、二炔丙基单烯丙基氰尿酸酯等。用于本发明某些具体实施方案中的较优选光交联剂是具有多官能性(即,至少二)部分的化合物。特别较优选的光交联剂是氰尿酸三烯丙酯(TAC)及异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)。
某些化合物作为光起始剂及光交联剂。这些化合物特征在于在曝光于紫外线时产生两种或更多的反应性物种(例如,自由基、碳烯、氮烯等)且其后与两个聚合物链共价键结的能力。可实施这两种功能的任何化合物可用于本发明的某些具体实施方案中,且代表性的化合物包含美国专利第6,211,302及6,284,842号案中所述的磺酰基叠氮化物。
在本发明的另一具体实施方案中,共聚物接受二级交联,即,非光交联及除光交联以外的交联作用。在此具体实施方案中,光起始剂是与非光交联剂(例如,硅烷)混合使用,或共聚物接受二级交联程序(例如,曝光于E电子束辐射)。硅烷交联剂的代表性例子描述在美国专利第5,824,718号案,且通过曝光于电子束辐射而进行的交联作用描述在美国专利第5,525,257及5,324,576号案。在此具体实施方案中任选地使用光交联剂。
可通过本领域中所知的任何方法将至少一种光添加剂(即,光起始剂及任选的光交联剂)引入共聚物中。但是,较优选地,通过包含与共聚物相同或不同的基本树脂的母料浓缩液引入光添加剂。较优选地,对于母料的光添加剂浓度相当高,例如,约25重量%(以浓缩液总重量为基准计)。
此至少一种光添加剂是以任何有效量引入共聚物。较优选地,此至少一种光添加剂的引入量是约0.001至约5(更优选是约0.005至约2.5,且最优选是0.015至约1)重量%(以共聚物总重量为基准计)。
可在纤维或膜制造方法的不同阶段期间添加光起始剂及任选的光交联剂。如果光添加剂可耐挤塑温度,在例如通过母料添加而加料入挤制机之前,聚烯烃树脂可以与添加剂混合。另外,可在槽缝模具前将添加剂引入挤塑机内,但在此情况下,挤塑前重要的是有效率混合各组份。在另一种方法中,在没有光添加剂的情况下,可拉伸烯烃聚合物纤维,且可通过滚压、喷洒、浸渍在具有添加剂的溶液内或通过使用其它用于后处理的工业方法将光起始剂和/或光交联剂涂敷至挤塑纤维。然后,在连续或间歇方法中通过电磁辐射而固化形成的具有光添加剂的纤维。可使用传统的混合设备(包含单及双螺杆的挤塑机)使光添加剂与烯烃聚合物掺合。
选择电磁辐射功率及照射时间以产生有效交联且不会产生聚合物降解和/或尺寸缺陷。较优选方法描述在EP 0 490 854 B1。具有充分热稳定性的光添加剂与烯烃聚合物树脂预混合,挤塑成纤维,并在使用一种能源或数种串联的单元的连续方法中照射。与间歇方法相比,使用连续方法具有数种优点以固化收集在滚动条上的纤维或针织织物的片材。
可通过使用紫外线辐射进行照射。较优选地,使用最高达100J/cm2的强度的紫外线辐射。照射源可为在约50瓦至约25000瓦的范围操作且具有能提供所需剂量的功率输出的任何紫外线产生器。可将瓦数调整至适当量,其可为,例如,1000瓦或4800瓦或6000瓦,或更高或更低。用于紫外线照射聚合物材料的许多其它装置是本领域中已知的。一般是以约3J/cm2至约500J/scm2,间的剂量进行照射,较优选是约5J/cm2至约100J/cm2之间。另外,照射可在室温方便地完成,但是也可使用更高或更低的温度(例如,0℃至约60℃)。光交联方法在较高温度时进行速度较快。较优选地,在制品成型或制造之后进行照射。在一个较优选具体实施方案中,以约10J/cm2至约50J/cm2的紫外线辐射照射已引入光添加剂的共聚物。
其它添加剂
抗氧化剂(例如,Ciba Geigy Corp.制造的Irgafos 168、Irganox 1010、Irganox 3790,及chimassorb 944)可添加至乙烯聚合物,以在成形或制造操作期间对于不当降解具有防护作用,和/或更好地控制接枝或交联的程度(即,抑制过度胶凝)。也可使用中间添加剂(in-processadditive)(例如,硬脂酸钙、水、氟聚合物等),以使例如残留催化剂去活化和/或改良可加工性。Tinuvin 770(得自Ciba-Geigy)可作为光稳定剂。
共聚物可经填充或未经填充。如果经填充,则存在的填料含量不应超过在高温下会不利影响耐热性或弹性的含量。如果存在,通常上,填料含量是0.01及80重量%之间,以共聚物总重量(或如果共聚物及一种或多种其它聚合物的掺合物,则是以掺合物总重量)为基准计。代表性的填料包含高岭土粘土、氢氧化镁、氧化锌、氧化硅,及碳酸钙。在存在填料的较优选具体实施方案中,该填料被可防止或阻碍该填料可能会干扰交联反应的任何倾向的材料涂覆。硬脂酸是该填料涂料的实例。
为降低纤维的摩擦系数,可使用各种纺丝抛光配方(spin finishformulation),例如,分散在织物油的金属皂(见,例如,美国专利第3,039,895号案或美国专利第6,652,599号案)、基底油内的表面活性剂(见,例如,美国专利公开案第2003/0024052号案),及聚烷基硅氧烷(见,例如,美国专利第3,296,063号案或美国专利第4,999,120号案)。美国专利申请案第10/933,721号案(以US20050142360公告)公开也可使用纺丝抛光组合物。
提供下列实施例以例示本发明的具体实施方案,但并非用以将本发明限于所示的特别具体实施方案中。除非另有说明,所有份数及百分率皆是以重量计。所有数值是大约值。当提供数值范围时,需了解所述范围外的具体实施方案可仍落在本发明范围内。每一实施例所述的特别细节不应被视为本发明的必要特性。
实施例
纤维
在装设24个25×1mm喷丝头的纤维纺丝线路(Fourne)且在260℃的纺丝头温度、302℃的熔融温度及70米/分钟的卷绕器速度下,将实施例11、实施例17及比较例G的聚合物样品纺成具有圆形截面的24纤维的多纤丝束。其它的纺丝条件列于表10。形成纤维束的旦是约95至100旦(克/9000米)。
表10
    泵尺寸(厘米3/转)     1.12
    泵速度(rpm)     10
    筛网尺寸,网目(μm)     325(45)
    挤塑器排放压力(MPa)     2
通过六次通过在32KGy/次的电子束剂量下操作且产生192KGy总剂量的电子束交联机器而使纤维交联。每一次通过之间,将纤维冷却至-10℃。
根据BISFA Test Methods for Bare Elastic Yams,第6章,TensileProperties using Option C clamps and Option A test speed而测量形成的未经交联及经交联的纤维的抗张行为。以5次重复的平均值报导韧度及断裂延伸率。也使用BISFA Test Methods for Bare Elastic Yams,第7章:Viscoelastic Properties Procedure A,测试经交联的纤维的回复行为,其中,循环地载荷纤维至300%应变。如测试方法所特定的,在第6循环开始时计算永久变形百分率。
在21℃与40℃的交替温度下从10%应变测量经交联纤维的应力松弛。在此实验中,通过2个挂钩将13圈具有324mm周长的束纤维置于Instron测试机器,形成162mm的隔距。在21℃时以100%拉伸/分钟的速率拉伸样品,然后维持10分钟。其后的热处理是:在40℃水浴内10分钟,在21℃的空气中10分钟,在40℃的水浴内10分钟,及在21℃的空气中10分钟。样品在水浴及空气冷却室间转换的时间是6秒。在整个方法期间,监测载荷。使用下列方程式计算35分钟时的载荷及45分钟时的载荷的载荷变化百分率:
Figure G200680008414201D00691
其中,L(t=35分钟)及L(t=45分钟)是在35分钟及45分钟时(分别对应于最后的40℃水浴及21℃空气曝置的中间期)的载荷。纤维性质也列于表11。
表11纤维性质
Figure G200680008414201D00692
Figure G200680008414201D00701
在从聚合物实施例11及比较例G制成的两种纤维中,交联作用造成韧性增加,并损失一些延伸率。两个实施例均显示约135%的相似永久变形。实施例11显示比比较例G更低的应力松弛,且较不具有温度敏感性。40℃(35分钟)与21℃(35分钟)间的载荷变化百分率列于表9。从实施例11聚合物制成的纤维在载荷下仅显示4%的变化,而比较例G的纤维显示25%的变化。应力松弛的低温敏感性对于维持纤维筒管的长保存期限是重要的。在应力松弛下的高温敏感性会导致在非气候控制(non-climate controlled)的贮存设备中贮存期间的筒管缺失,因为纤维由于温度变动而交替地松弛及收缩。这会导致在纤维随后下游加工处理时的例如差的纤维退绕行为及纤维断裂等问题。
纤维的制造
使用本发明的实施例19A及实施例19B与比较例19K(Dow
Figure G200680008414201D00702
EG8100)并使用2.7×0.9mm圆形喷丝头将40旦的单丝纤维熔纺进入100至300g的筒管内。具有相似于实施例19A及实施例19B的密度及熔体指数,实施例19K是具有0.870g/cc密度(通过ASTM D-792测定)及1 MI(依据ASTM D-1238,条件190℃/2.16千克测定)的乙烯-辛烯共聚物。纺丝温度范围对于实施例19A及实施例19B是280℃至290℃。实施例19K是在290℃及300℃纺丝,其原因仅在于当在较低温度纺丝时的过度纤维断裂。在喷丝头及卷取辊间具有用于使纤维固化的2米长的冷空气骤冷室。在纤维从熔融物固化后,通过纺丝抛光涂敷器将Lurol 8517(Goulston Technologies)的基于硅酮的纺丝抛光剂以2重量%涂敷至纤维表面。其后,以范围为400至600米/分钟的速度将纤维绕卷于筒管内。纺丝温度及绕卷速度是用以修整形成纤维的抗张响应的处理变量。纺丝前,每一实施例的树脂与作为抗氧化剂的3000ppm的Cyanox 1790(Cytec Industries)及3000ppm的Chimasorb 944(CibaSpecialty Chemicals)混合。
实施例1:机械性质
根据BISFA Test Methods for Bare Elastic Yams,第6章:TensileProperties Option A,测量从实施例19A、实施例19B,及实施例19K纺制的纤维的抗张行为。以500mm/分钟且以100mm隔距测试纤维。使用气流式夹具(2712-001型,Instron Corp.)。以5次重复的平均值报导韧性、断裂延伸率,及300%拉伸时的载荷。
也使用BISFA Test Methods for Bare Elastic Yams,第7章:Viscoelastic Properties Procedure A,测量纤维的回复行为,其间,将纤维循环性载荷至300%应变。在此测试方法所特定的载荷曲线的第1及第5循环后计算永久变形%。作为比较,也测量商业上经交联的40旦Dow
Figure G200680008414201D00711
纤维的抗张及回复行为。
从实施例19A、实施例19B、比较例19K及比较例19L(其是40旦Dow
Figure G200680008414201D00712
纤维商用产品)纺制的纤维的机械性质显示于表12。选择实施例19A、实施例19B及实施例19K的纺丝条件以使断裂延伸率可与实施例19L的商用产品相比拟。数据显示实施例19A及实施例19B需要在比实施例19K及实施例19L更低的温度及更高的速度纺丝,以获得相似的断裂延伸率。此说明当使用本发明实施例时可能增加生产量。
一般,较高张力对于下游的纤维加工处理是所需的。在纤维被正退绕(在固定拉伸比例下退绕)的应用中,当纤维通过各种导纱器及元件时,线张力会由于磨擦力而降低。如果线张力下降太低,纤维会在机械内断裂。表12显示在300%应变时,实施例19A及实施例19B具有比实施例19K及实施例19L更高的载荷,同时维持相似的断裂延伸率。特别地,实施例19A展现在300%时的显著较高的载荷(实施例19A是10.2g,相对地,实施例19L是7.0g)。
对于弹性纤维,高回复度在拉伸后是较优选的。实施例19A及实施例19B皆显示比比较例19K及19L更低的永久变形(较高的回复),且实施例19B显示显著较低的永久变形(对于实施例19B在5循环后是48%,相对地,对于实施例19L是117%)。
对于某些依据本发明具体实施方案的弹性纤维,具有较高的Mw/Mn(例如,大于约2.5,及高达约5,较优选是高达约4)的本发明的嵌段共聚体对于比从具有少于约2.5的Mw/Mn的本发明嵌段共聚体制成的纤维更低的永久变形是较优选的。从较高Mw/Mn聚合物制成的这些纤维的一次滞后循环后的在300%拉伸时的永久变形不多于60%,较优选是不多于约50%,更优选是不多于约40%,并可低至0%。观察到作为穿梭剂的二乙基锌与Mw/Mn相关,如此,用以聚合多嵌段聚合物的较高二乙基锌含量造成较窄的Mw/Mn及较高的永久变形。
实施例2:与陶瓷及金属针的动摩擦
使用电子固定张力输送器(Electronic Constant Tension Transporter),或ECTT(Lawson Hemphill)测量磨擦性质。此设备的示意图显示于图8。ECTT由通过计算机(未显示)独立控制的供料辊(1)及卷取辊(2)组成。使用供料器附件(3)(KTF100HP型,BTSR)以固定张力供应纤维,且在另一端以100米/分钟绕卷纤维。以二个25cN载荷单元(Perma Tens100p/100cN,Rothschild)测量摩擦针(4)前后的张力。在载荷单元之间,纤维以90°包缠角通过6.4mm直径的摩擦针。两个不同的摩擦针被用以模拟纤维在后纺丝加工处理期间会经受的表面范围。第一种形式是陶瓷针(R.250S P2,Heany Industries),其具有0.32μmRa的表面粗糙性。第二种形式的针是从镀镍抛光钢制成的具有0.14μmRa的相当平滑的针。可使用Euler方程式计算摩擦系数:
T 2 T 1 = e μθ
其中,μ是摩擦系数,T2是针后的张力,T1是针前的张力,且θ是包缠角(π/2)。
动摩擦系数(COF)结果列于表13。数据显示本发明的实施例19A及实施例19B在陶瓷及钢针中具有比实施例19K及实施例19L更低的摩擦。具有低COF是所需的,因为高摩擦一般会导致纤维在机织及编织应用时断裂。对于本发明的某些较优选的纤维,与抛光金属的COF会相对较低,低至约1.15及更少,较优选是1.1或更少,更优选是1或更少,及低至约0.8。表13的数据显示本发明的纤维具有比比较纤维更低的COF,即使所有纤维具有相同量及形式的纺丝抛光剂。
实施例3:交联作用
纺丝后,在氮气下包装纤维,且通过电子束(e-电子束)交联而赋予耐高温性。使用一系列6次通过电子束线路(Ionmed,Spain)(且每一次通过为32KGy的剂量)以192KGy的剂量照射纺制纤维。每一次通过之间,由于电子束处理期间的加热,纤维被冷却至-10℃。
在RSA III拉伸流变计(TA instruments)上进行动态机械光谱(DMS)以测量耐热性。60个40-旦的纤维束被夹置于10mm间隔的夹具的两个端部之间。然后,样品以3℃/级经受由25℃至200℃的连续温阶。在每一温度下,在10rad/s的应变频率及0.1%与5%之间循环的应变振幅测量贮能模量(E’)。施加5g的起始静态力以避免样品松弛。测试在温度达到200℃时结束。
图9显示经交联的实施例19A、实施例19B、实施例19K及实施例19L的动态机械热响应。此图显示实施例19A及实施例19B在75℃与110℃间具有比实施例19L高10倍的模量。E’(25℃)/E’(100℃)的贮能模量比例列于表14。来自本发明聚合物的纤维具有3或更少的贮能模量比例,而比较例具有10及更高的贮能模量比例。所需地,纤维的贮能模量比例应尽可能接近1。这些纤维较不受温度影响,且可提供例如在贮存及电子束期间的改良的耐热性的性能优点。
实施例4:退绕行为
弹性纤维的重要性能性质是纤维需要从筒管上平顺地且无断裂地退绕。退绕张力、其变化,及筒管内的张力梯度可用以推论在纱线及织物单元操作中的筒管退绕性能。使用ECTT以200米/分钟的卷取速度测量端面退绕张力,如图10所示。收集5分钟的数据,且扫描的后3分钟被用以获得退绕张力的平均值及标准偏差。对于具有2个贮存条件的测试,使用300g的筒管。其在纺丝后在21℃贮存约1天,或在40℃的炉内贮存12小时,以模拟加速老化。在卷筒的3个位点处进行退绕张力测量:表面、0.5厘米处(在此约一半的纤维被剥离),及0.5厘米处(在此大部分纤维被剥离)。
结果显示于图11,其中,退绕张力对卷筒尺寸作图。图11a显示,在21℃的贮存显示实施例19A及实施例19L皆具有随卷筒尺寸相对较固定的退绕张力,且与实施例19L约1.0g相比,实施例19A显示在约1.6g的较高张力。在40℃贮存12小时后,两个实施例的退绕张力皆增加,但实施例19L达到更大程度(图11b)。实施例19A的退绕张力在2.0至2.3g随绕筒尺寸相对较固定。对于实施例19L,表面在表面处具有1.4g的退绕张力,且在1.5厘米的卷筒尺寸下显著增至几乎3.0g。因为本发明实施例的较高熔融温度,退绕性能在贮存期间较不具有温度敏感性,且可能具有比比较例更长的保存期限。
Figure G200680008414201D00741
非机织的织物
下表中列示的树脂被用于下列实施例。
Figure G200680008414201D00751
纺丝条件
使用Hills双组份纤维线路制造纤维样品。纤维纺丝线路是由两个1”单螺杆挤塑器、两个Zenith齿轮泵、144-孔洞的喷丝头(其具有使可利用孔洞降低至72的阻绝板(blocking plate))、纤维骤冷柜及卷绕站所组成。喷丝头的毛细孔洞是0.65米的直径,且L/D比例=3.85∶1。熔融温度设为245℃。通过量是0.6克/孔洞/分钟(ghm)。通过使用两种不同方法(空气拉伸及机械拉伸)纺丝纤维,通过使用卷绕器收集纤维卷装物用于测试性质。
粘点(stickpoint)的测试
“粘点”是定义为在纺丝线路内纤维固化至足以不与制品粘着时的点。一般是通过以固定速度(例如,1000、2000、3000米/分钟)吊起(stringup)纤维,然后在骤冷柜底部以玻璃棒压住纤维束前端而测量粘点。玻璃棒缓慢上升直至纤维与玻璃棒粘着。喷丝头至柜内玻璃棒和纤维粘着时的点之间的距离被记录作为粘点。在每一纺丝速度下重复此测量3次,且粘点取平均值。当测量粘点或收集单组份弹性纤维时,仅A-侧(A-side)挤塑机被用于挤塑纤维。
用于条痕研究(Roping Study)的吸气器/移动筛网装置
图12是模拟纺粘线路中会发生条痕的条件的装置的示意图。其是建构用以通过吸气器(3)空气拉伸纤维(1A)的吸气器(3)/移动筛网(4)的装置。通过吸气器(3)之后的纤维(1B)形成纤维网材(2)。此装置使用具有1.625英寸直径开口的吸气器(3)(Transvector Incoporation的AirAmplifier,ITW Vortex 912/952型)。其位于模面(未显示)下60英寸(约150厘米)处,纤维(1B)从此处离开。也可使吸气器(3)位于纺丝线路的预测粘点下方(对于目标旦估算是约35英寸)。对于0.3ghm的通过量使用100psi的入口压力。
在吸气器(3)下约10英寸处,安装手动式移动筛网及撑架系统(4)以连续收集纤维网材(2)。这是用以模拟线材或网材形成机。在吸气器(3)内,限制空间及空气湍流被认为产生纤维-纤维接触的高可能性。假设这赋予了纤维阻绝的机会。互碰且不具有显著粘着的纤维(1B)在吸气器出口处减速时具有分开的机会。相反地,足够强度的粘着结合会在纤维经吸气器(3)拉伸时而扩大。此被认为沿纤维轴产生连续接合,造成称为条痕的结构。
确定瞬间变形及保留载荷的100%滞后测试
制备包含72个纤维的纤维股线,且夹持在3”隔距长度的Instron中。十字头速度设定为10英寸/分钟。十字头上升直至施加100%应变为止,然后,十字头以相同的十字头速度返回至0%应变。返回至0%应变后,十字头以10英寸/分钟伸长至达100%应变(以原始3英寸长度计算)。载荷的开始被作为瞬间变形。
在样品在30%应变时的第一次伸长及第一次收缩期间测量对比载荷(reduced load)。以第一次收缩期间在30%应变时的对比载荷除以第一次伸长期间在30%应变时的对比载荷,然后乘以100而算得保留载荷(retained load)。
粘点测量
粘点表示在拉伸期间在应力诱发/促进结晶化作用下形成的熔融物的冰点。需要较低的粘点(更接近模具)以避免条痕。
表15各种纤维的粘点
    实施例     粘点,厘米
    19I     42
    19N     53
    19O     62
表16.可相比拟纤维网形成的视觉分级
    样品 视觉纤维网形成的分级
    19I     A
    19N     C
    19O     B
在纤维网形成的视觉分级测试中,A最好且具有最少条痕,而C最差且具有最多条痕。图13是实施例19I、实施例19N、实施例19O的三种纤维网的照片。
因此,包含从本发明嵌段共聚物或共聚体制成的纤维的非机织织物会具有比从包含相似无规共聚物的纤维制成的非机织织物(例如,纺粘或熔喷)更少的条痕程度。相似指的是熔体指数及密度是在彼此的10%之内,且每一共聚物包含相同单体。改良的条痕指的是每一纤维聚结物(束)具有最小的纤丝数量。为量化具有良好形成(即,最小条痕)的织物,测量每2厘米长度的纤丝聚结物数量。每一纤丝聚结物的长度是纤维宽度的至少10倍。需注意在2厘米长度内不包含热及压力接合点。在任意方向的2厘米长度上取得纤丝聚结物的线性线数量。纤丝聚结物是由以平行定向熔合在一起的数个纤丝组成。以大于纤维宽度的10倍而熔合纤丝。纤丝聚结物从热或压力接合点分离。对于良好的纤维网形成,纤丝聚结物的数量是低于30/2厘米,较优选是低于20/2厘米,且可低达约5/2厘米,较优选是低达约1/2厘米,特别是低达0/2厘米(即,无条痕)。
瞬间变形及保留载荷
图14显示依据本发明具体实施方案制成的纤维在100%应变的一个滞后循环测试后也可展现低的瞬间变形。瞬间变形可低至20%,较优选是低至约10%,且可低至0%的瞬间变形,特别是对于从本发明嵌段共聚物或共聚体(其具有约0.9g/cm3或更少,较优选是约0.895g/cm3或更少,更优选是0.89g/cm3或更少,且可低至约0.85g/cm3的密度)而制成的纤维。
由图15看出从本发明聚合物制成的纤维具有比
Figure G200680008414201D00781
Figure G200680008414201D00782
纤维更低的瞬间变形,较高密度的纤维如预期般地显示更高的瞬间变形。在60%的应变时,本发明的纤维显示比
Figure G200680008414201D00783
Figure G200680008414201D00784
更高的保留载荷,正如在图15及表17中所证实。这是因为本发明纤维具有较低的拉伸力。
表17.可相比拟纤维的瞬间变形及保留载荷
Figure G200680008414201D00785
如上所证实,本发明的具体实施方案提供从乙烯及α-烯烃的独特多嵌段共聚物制成的纤维。该纤维可具有下列一个或多个优点:良好的耐磨耗性;低摩擦系数;高的上部服务温度;高回复/收缩力;低应力松弛(高及低温);软性拉伸;高的断裂延伸率;惰性;耐化学性;耐紫外线。该纤维可以相对较高的纺丝速率及较低的温度而熔纺。纤维可通过电子束或其它照射方法而交联。此外,该纤维较不具有粘性,形成较佳之的退绕性能及较佳的保存期限,且基本上无条痕(即,纤维成束)。因为纤维可以较高纺丝速率纺丝,纤维生产量高。这些纤维也具有广的形成窗及广的加工处理窗。其它的优点及特性对于本领域技术人员来说是明显的。
虽然本发明已通过有限数量的具体实施方案作出描述,但一个具体实施方案的特别特征不应被归于本发明的其它具体实施方案中。单一具体实施方案并非本发明所有方面的代表。在某些具体实施方案中,组合物及方法可包含本文中未被述及的数种化合物或步骤。在其它具体实施方案中,组合物或方法并不包含,或基本上没有本文中未列举出的任何化合物或步骤。虽然某些具体实施方案中以包含“至少”一种组份或步骤描述,但其它具体实施方案中可包含一种或仅包含该种组份或步骤。存在所述具体实施方案的变化及变形。制造树脂的方法被描述为包含数个动作或步骤。除非其它指示,这些步骤或动作可以任何序列或顺序实施。最后,无论“约”或“大约”等词语是否被用以描述数值,本文中公开的任何数值需被阐释为大约值。所附权利要求书欲涵盖落于本发明范围内的所有这些变形及变化。

Claims (22)

1.一种得自或包含至少一种乙烯/α-烯烃共聚体的纤维,其中该乙烯/α-烯烃共聚体是包含至少50摩尔%乙烯的嵌段共聚物,且其特征在于一种或多种以下性质:
(a)1.7至3.5的Mw/Mn,至少一个以℃表示的熔点,Tm,和以克/立方厘米表示的密度d,其中Tm和d的数值对应于下列关系式:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或
(b)1.7至3.5的Mw/Mn,和以J/g表示的熔化热,ΔH,及以最高DSC峰和最高CRYSTAF峰之间的温度差定义的以℃表示的Δ量,ΔT,其中ΔT和ΔH的数值具有下列关系式:
当ΔH大于0且高达130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,CRYSTAF峰是通过使用至少5%的累积聚合物进行测定的,且如果少于5%的聚合物具有可辨别的CRYSTAF峰,则CRYSTAF温度为30℃;或
(c)在300%应变和1个周期下,以该乙烯/α-烯烃共聚体的压塑膜测量的以%表示的弹性回复,Re,和以克/立方厘米表示的密度d,其中当该乙烯/α-烯烃共聚体基本上无交联相时,Re和d的数值满足下列关系式:
Re>1481-1629(d);或
(d)具有在40℃与130℃间洗提的大于或等于(-0.2013)T+21.07的量的TREF级分的共聚单体含量,其中T是被比较的TREF级分的峰洗提温度的数值,以℃测量。
2.根据权利要求1所述的纤维,其中,该乙烯/α-烯烃共聚体特征在于在300%应变和1个周期下,以该乙烯/α-烯烃共聚体的压塑膜测量的以%表示的弹性回复,Re,和以克/立方厘米表示的密度d,其中当该乙烯/α-烯烃共聚体基本上无交联相时,弹性回复和密度的数值满足下列关系式:
Re>1481-1629(d)。 
3.根据权利要求1所述的纤维,其中该乙烯/α-烯烃共聚体具有至少一个以℃表示的熔点,Tm,和以克/立方厘米表示的密度,d,其中,该变量的数值对应于下列关系式:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2
且其中该共聚体具有1.7至3.5的Mw/Mn
4.根据权利要求1所述的纤维,其中该乙烯/α-烯烃共聚体具有1.7至3.5的Mw/Mn,且该共聚体特征在于以J/g表示的熔化热,ΔH,及以最高DSC峰和最高CRYSTAF峰之间的温度差定义的以℃表示的Δ量,ΔT,该ΔT和ΔH符合下列关系式:
当ΔH大于0且高达130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中CRYSTAF峰是通过使用至少5%的累积聚合物进行测定的,且如果少于5%的聚合物具有可辨别的CRYSTAF峰,则CRYSTAF温度为30℃。
5.一种得自或包含至少一种乙烯/α-烯烃共聚体的纤维,其中该乙烯/α-烯烃共聚体是包含至少50摩尔%乙烯的嵌段共聚物,且其特征在于一种或多种以下性质:(a)具有至少一种在使用TREF分级时,在40℃与130℃之间洗提的分子级分,其特征在于该级分具有至少0.5且高达1的嵌段指数,和大于1.3的分子量分布,Mw/Mn;或(b)大于0且高达1.0的平均嵌段指数,和大于1.3的分子量分布,Mw/Mn。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的纤维,其中该α-烯烃是苯乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、1-癸烯,或其混合物。
7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的纤维,其中该纤维是交联的。
8.根据权利要求1、2、3、4或5所述的纤维,其中该乙烯/α-烯烃 共聚体与另外一种聚合物掺合。
9.根据权利要求1、2、3、4或5所述的纤维,其中该纤维是双组分纤维。
10.根据权利要求7所述的纤维,其中该交联是通过光子辐射、电子束辐射或交联剂而进行的。
11.根据权利要求7所述的纤维,其中通过所形成凝胶的重量%而测得的该交联聚合物的百分比为至少20%。
12.根据权利要求1、2、3、4或5所述的纤维,其中该纤维具有小于1.2的摩擦系数,其中该共聚体不与任何填料混合。
13.一种织物,包含权利要求1、2、3、4或5所述的纤维。
14.根据权利要求13所述的织物,其中,该织物是包含由溶液纺丝制成的纤维的非织造片材。
15.根据权利要求13所述的织物,其中该织物具有弹性。
16.根据权利要求13所述的织物,其中该织物是织造的。
17.根据权利要求13所述的织物,其中该织物具有在100%应变时至少50%的MD回复率。
18.一种包含如权利要求1、2、3、4或5所述的纤维的纱线。
19.根据权利要求18所述的纱线,其中该纱线是被包覆的。
20.根据权利要求19所述的纱线,其中该纱线是由棉纱或尼龙纱包覆的。 
21.一种制造纤维或织物的方法,包括:
熔融乙烯/α-烯烃共聚体;及
将该乙烯/α-烯烃共聚体挤成纤维,其中,该乙烯/α-烯烃共聚体是包含至少50摩尔%乙烯的嵌段共聚物,且其特征在于一种或多种以下性质:
(a)1.7至3.5的Mw/Mn,至少一个以℃表示的熔点,Tm,和以克/立方厘米表示的密度,d,其中Tm和d的数值对应于下列关系式:
Tm≥858.91-1825.3(d)+1112.8(d)2;或
(b)1.7至3.5的Mw/Mn,以J/g表示的熔化热,ΔH,及以最高DSC峰和最高CRYSTAF峰之间的温度差定义的以℃表示的Δ量,ΔT,其中ΔT和ΔH的数值具有下列关系式:
当ΔH大于0且高达130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中CRYSTAF峰是通过使用至少5%的累积聚合物进行测定的,且如果少于5%的聚合物具有可辨别的CRYSTAF峰,则CRYSTAF温度为30℃;或
(c)在300%应变和1个周期下,以该乙烯/α-烯烃共聚体的压塑膜测量的以%表示的弹性回复,Re,和以克/立方厘米表示的密度,d,其中当该乙烯/α-烯烃共聚体基本上无交联相时,Re和d的数值满足下列关系式:
Re>1481-1629(d);或
(d)具有在40℃与130℃间洗提的大于或等于(-0.2013)T+21.07的量的TREF级分的共聚单体含量,其中T是被比较的TREF级分的峰洗提温度的数值,以℃测量。
22.根据权利要求21所述的方法,进一步包含由纤维形成织物,其中该织物基本上无结绳现象。 
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