CN101542031A - 含有烯烃嵌段共聚体的针织物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针织物的组成,该针织物通常具有期望的性质的平衡的组合。所述织物组成含有烯烃嵌段共聚体。当生产针织的织物时,所述组成可以改善加工性。
Description
技术领域
本发明涉及改进的聚烯烃纤维以及针织物。
背景技术
许多不同的材料已经用来制备用于例如服装的针织物。人们通常希望这些织物具有包括一种或几种如下所述的期望的性能的组合:尺寸稳定性、热定形性能、制成在一维或二维下可拉伸的能力、耐化学品性、耐热性、抗磨性、韧性等。这些织物能耐手洗或机洗而不会显著降低一种或几种的上述性能通常也很重要。此外,提高产量同时减少缺陷(例如:纤维断裂)通常是所期望的。遗憾的是,现有的材料通常受到一种或几种上述性能不足的困扰。另外,现有的材料可能在某些方面上限制了针织工艺,例如:将生产局限于与针眼系统(eyelet system)截然相反的滑轮进料系统(pulley feeding system)。
发明内容
目前已经发现改进的纤维,这种纤维可以更好地从卷线筒上退卷并且减少诸如编织错误和弹性丝或纤维断裂的缺陷。使用本发明的纤维可以减少针床(needle bed)上的纤维碎片的堆积--这是当聚合物残留物粘附到针面上时,在圆型针织机(circular knit machine)上经常出现的问题。因此,本发明的纤维可以减少由所述残留物引起的相应的织物破坏。
相似的,已经发现针织物组成通常具有期望的性能的平衡的组合。这些组合物允许了改进的加工性。本发明的针织物是一种包括了以下的针织物:
(A)乙烯/α-烯烃共聚体,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有一种或多种下列特征:
(1)大于0并直至约1.0的平均嵌段指数(block index)和大于约1.3的分子量分布,所述分子量分布用Mw/Mn表示;或者
(2)当使用升温洗脱分馏(Temperature Rising Elution Fraction,TREF)进行分馏时,至少一种在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,该馏分具有至少为约0.5且高达约1的嵌段指数;或者
(3)约1.7-3.5的Mw/Mn,至少一个熔点Tm,所述熔点以摄氏度(℃)为计量单位,以及密度d,所述密度以g/cm3为计量单位,其中,Tm和d的数值符合下列关系:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或者
(4)约1.7-3.5的Mw/Mn,并且以熔化热ΔH和Δ数量ΔT为特征,所述熔化热以J/g为计量单位,所述Δ数量以摄氏度为计量单位,所述Δ数量定义为最高的差示扫描量热计(DSC)峰与最高的结晶分析分馏(Crystallization Analysis Fraction,CRYSTAF)峰之间的温度差,其中,ΔT和ΔH的数值具有下列关系:
当ΔH大于0且小于等于130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,所述CRYSTAF峰是使用至少5%的累积的聚合物来确定的,并且如果具有可以识别的CRYSTAF峰的所述聚合物少于5%,则所述CRYSTAF温度为30℃;或者
(5)在300%的应变和1循环下用乙烯/α-烯烃共聚体的加压模塑膜来测定的弹性回复Re,所述弹性回复为百分率形式,并且具有一个密度d,所述密度以g/cm3为计量单位,其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本上不存在交联相时,Re和d的数值满足下列关系:
Re>1481-1629(d);或者
(6)当使用TREF进行分馏时在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,该馏分的共聚单体摩尔含量比在相同的温度区间洗脱的对比的乙烯无规共聚体馏分的共聚单体摩尔含量至少高5%,其中,所述对比的乙烯无规共聚体具有相同的共聚单体,并且具有熔融指数和密度,以及基于整个聚合物地,所述对比的乙烯无规共聚体的共聚单体摩尔含量为所述乙烯/α-烯烃共聚体的共聚单体摩尔含量的10%以内;或者
(7)25℃时的储能模量G’(25℃),以及100℃时的储能模量G’(100℃)表示,其中,G’(25℃)与G’(100℃)的比值处于约1∶1至约9∶1的范围内;以及
(B)至少一种其他材料;
其中,依据美国标准AATCC 135 IVAi进行洗涤之后,该织物具有小于约5%的收缩率。
优选地,在发生任何交联之前,所述乙烯/α-烯烃共聚物就显示出上述一种或几种的聚合物特征。在某些情况下,所述交联的乙烯/α-烯烃共聚物也可以展示上述七种性质中的一种或多种。
所述其他材料通常选自由纤维素、棉、亚麻、苎麻、人造丝、粘胶丝、大麻、羊毛、蚕丝、亚麻线、竹子、天丝(tencel)、粘胶丝、马海毛(mohair)、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、以及上述材料的混合物所组成的组中。优选的织物包括这样的织物,该所物中述织其他材料含有纤维素、羊毛、或它们的混合物并且其中所述织物为针织的或机织的。上述改进可以允许在提高产量同时减少缺陷。而且,织物可以用传统的滑轮机器或针眼机器制造。
附图说明
图1表示本发明的聚合物(用菱形表示)与传统的无规共聚物(用圆形表示)以及齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)共聚物(用三角形表示)相比较的熔点/密度关系。
图2表示作为DSC熔融焓的函数的各种聚合物的ΔDSC-CRYSTAF的图示。菱形表示乙烯/辛烯无规共聚物;正方形表示实例1-4的聚合物;三角形表示实例5-9的聚合物;并且圆形表示实例10-19的聚合物。“X”符号表示实例A*-F*的聚合物。
图3表示未取向膜的密度对弹性回复的影响,所述未取向膜由本发明的共聚体(用正方形和圆形表示)和传统的共聚物(用三角形表示,所述传统的共聚物为各种AFFINITYTM聚合物(获得自Dow Chemical Company))制成。正方形表示本发明的乙烯/丁烯共聚物;以及圆形表示本发明的乙烯/辛烯共聚物。
图4为表示TREF分馏的乙烯/1-辛烯共聚物馏分的辛烯含量与所述馏分的TREF洗脱温度之间的关系的曲线图,该图用于实例5的聚合物(用圆形表示)以及对比聚合物E和F(用符号“X”表示)。菱形代表传统的乙烯/辛烯无规共聚物。
图5为表示TREF分馏的乙烯/1-辛烯共聚物馏分的辛烯含量与所述馏分的TREF洗脱温度之间的关系的曲线图,该图用于实例5的聚合物(曲线1)以及对比F*(曲线2)。正方形表示实例F*,并且三角形表示实例5。
图6为作为温度的函数的储能模量的对数图,该图用于对比的乙烯/1-辛烯共聚物(曲线2)和丙烯/乙烯共聚物(曲线3)以及用不同数量的链梭动剂(chain shuttling agent)制备的本发明的两种乙烯/1-辛烯嵌段共聚物(曲线1)。
图7为表示热机械分析(Thermal Mechanical Analysis,TMA)(1mm)与挠曲模量之间的关系的曲线图,该图用于本发明的一些聚合物(用菱形代表),与一些已知的聚合物相比较。三角形表示各种Dow VERSIFYTM聚合物(获得自Dow Chemical Company);圆形表示各种乙烯/苯乙烯无规共聚物;并且正方形表示各种Dow AFFINITYTM聚合物(获得自Dow ChemicalCompany)。
图8展示了用于确定平均摩擦系数的电流恒定张力输送器(ElectronicConstant Tension Transporter)。
图9展示了用于确定平均摩擦系数的第一绕线结构。
图10展示了用于确定平均摩擦系数的第二绕线结构。
图11展示了包含滑轮进料器的针织机的示意图。
图12展示了包含针眼进料器的针织机的示意图。
图13表示典型的染色和整理过程的流程图。
图14表示了用于美国标准ASTM D 2594的吊架组装体的示意图。
具体实施方式
一般概念
“纤维”表示长径比(length-to-ratio)大于约10的材料。纤维通常根据其直径分类。丝纤维一般定义为具有个体纤维直径大于约15旦每丝,通常大于约30旦每丝。细旦纤维(fine denier fiber)一般指具有低于约15旦每丝的直径的纤维。微旦纤维(microdenier fiber)一般定义为具有低于约100微旦每丝的直径的纤维。
“丝纤维”或“单丝纤维”指长度不确定(即没有预先确定)的材料的连续线材,与“切断纤维(staple fiber)”相反,所述“切断纤维”是长度确定的材料的不连续线材(即一种线材,所述线材已经被切断或以其他方式分成具有预先确定的长度的片段)。
“弹性”指第一次拉伸之后可以回复其延伸的长度的至少约50%并且在第四次拉伸之后可以达到100%的应变(双倍的长度)的纤维。弹性也可以用所述纤维的“永久变定(permanent set)”描述。永久变定为弹性的逆命题(converse)。将纤维延伸至某一个点并随后释放到进行延伸之前的原始位置,并接着再次进行延伸。将所述纤维开始拉载荷的那个点指定为永久变定百分率。“弹性材料”在本领域中也称为“弹性体”和“弹性体的”。弹性材料(有时指弹性制品)包括共聚物本身,以及但不限于处于纤维、膜、条(strip)、带材(tape)、带状物(ribbon)、片、涂层(coating)、模制品(molding)等形式的共聚物。优选的弹性材料为纤维。所述弹性材料可以为固化的也可以为未固化的、辐射的或非辐射的,和/或交联的或未交联的。
“非弹性材料(nonelastic material)”指不是如上所定义的弹性的材料,例如纤维。
“基本交联的”以及类似的术语指成型的或为制品形式的共聚物,具有小于或等于70重量%的二甲苯可抽提物(即大于或等于30重量%的凝胶含量),优选小于或等于40重量%(即大于或等于60重量%的凝胶含量)。根据美国标准ASTM D-2765来测定二甲苯可抽提物(以及凝胶含量)。
“均质纤维(homofil fiber)”指具有单一的聚合物区域或畴区(domain)的纤维,以及不具有任何其他截然不同的聚合物区域(如双组分纤维)的纤维。
“双组分纤维”指具有两种以上截然不同的聚合物区域或畴区的纤维。双组分纤维也称为组合纤维(conjugated fibers)或多组分纤维。所述聚合物通常相互区别,尽管两种以上的组分可以含有相同的聚合物。所述聚合物排列成基本清晰的区带穿过所述双组分纤维的横截面,并且通常沿着所述双组分纤维的长度连续伸展。双组分纤维的构型可以为例如鞘/芯排列(sheath/corearrangement)(在所述鞘/芯结构中,一种聚合物被另一种聚合物所环绕),并排排列(side by side arrangement)、馅饼排列(pie arrangement)或“海岛(islands-in-the sea)”排列。双组分纤维在美国专利No.6,225,243、6,140,442、5,382,400、5,336,552和5,108,820中进行了进一步描述。
“熔喷纤维(meltblown fiber)”为通过挤压熔融的热塑性聚合物的组成通过多个纤细的、通常圆形的、口模毛细管(die capillary)作为熔融的线或丝进入起到削弱线或丝以降低直径的作用集束高速气流(例如:空气)所形成的纤维。所述丝或线通过所述高速气流进行运载并被放置在一个收集面(collecting sufrace)上以形成平均直径一般小于10μm的无规分散的纤维网络。
“熔纺纤维(meltspun fiber)”为通过熔融至少一种聚合物并接着在熔融中拉伸纤维至直径(或其它横截面形状)小于口模的直径(或其它横截面形状)所形成的纤维。
“纺粘纤维(spunbond fiber)”为通过挤压熔融的热塑性聚合物组分作为丝通过多孔喷丝嘴的多个纤细的、通常圆形的、口模毛细管所形成的纤维。快速降低所述挤压的丝的直径,并接着将所述丝放置在收集面上以形成平均直径一般在约7-30μm之间的无规分散的纤维网络。
“非织造(nonwoven)”指具有独立的纤维或线的结构的网络或织物,所述独立的纤维或线无规插入中间(interlaid),但并不是以一种可以确定的如编织织物的方式插入中间。根据本发明的实施方式的弹性纤维可以用于制备与非弹性材料结合的弹性非织造织物的非织造结构以及复合结构。
“纱(yarn)”指捻丝(twisted filament)或以其它方式缠结的丝的连续长度,所述纱可以用于织造的或针织的织物以及其它制品。纱可以为包覆的或未包覆的。包覆的纱为至少部分地包裹于另一种纤维或材料的外包覆层内,所述另一种纤维或材料通常为天然纤维,例如棉或羊毛。
“聚合物”指通过使相同类型或不同类型的单体聚合而制备的聚合的化合物。通用术语“聚合物”包括术语“均聚物”、“共聚物(copolymer)”、“三元共聚物”以及“共聚体(interpolymer)”。
“共聚体”指通过至少两种不同类型的单体的聚合而制备的聚合物。通用术语“共聚体”包括术语“共聚物”(所述“共聚物”通常用于指由两种不同的单体制备的聚合物)以及术语“三元共聚物”(所述“三元共聚物”通常用于指由三种不同类型的单体制备的聚合物)。所述“共聚体”还包括由四种或四种以上的类型的单体聚合而制成的聚合物。
术语“乙烯/α-烯烃共聚体”一般指含有乙烯和具有三个或三个以上的碳原子的α-烯烃的聚合物。优选地,乙烯构成整个聚合物的大部分的摩尔分数,即乙烯构成整个聚合物的至少约50摩尔%。更优选地,乙烯构成至少整个聚合物的约60摩尔%,至少约70摩尔%,或至少约80摩尔%,同时整个聚合物的实际残留部分含有至少一种其它共聚单体,所述其它共聚单体优选为具有三个或三个以上的碳原子的α-烯烃。对于许多乙烯/辛烯共聚物,优选的组成包括含量大于整个聚合物的约80摩尔%的乙烯,以及含量为整个聚合物的约10-15摩尔%的辛烯,优选辛烯含量为整个聚合物的约15摩尔%至约20摩尔%。在某些实施方式中,所述乙烯/α-烯烃共聚体不包括在化学过程中以低的产量或以较少的量产生的或作为副产物而产生的那些乙烯/α-烯烃共聚体。而所述乙烯/α-烯烃共聚体可以与一种或多种聚合物共混,如此制备的乙烯/α-烯烃共聚体为基本纯净的并且通常含有聚合过程的反应产物的主要成份。
所述乙烯/α-烯烃共聚体含有处于聚合形式的乙烯以及一种或多种可共聚合的α-烯烃共聚单体,以在化学性质或物理性质方面存在差异的两种或两种以上的聚合的单体单元的多重嵌段或链段为特征。即,所述乙烯/α-烯烃共聚体为嵌段共聚体,优选为多嵌段共聚体或共聚物。术语“共聚体”和“共聚物”在此可以互换使用。在一些实例中,所述多嵌段共聚物可以用下式表示:
(AB)n
其中n至少为1,优选为大于1的整数,例如2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100或更大的整数,“A”表示硬嵌段或链段并且“B”表示软嵌段或链段。优选地,A和B以与基本支化的或基本星形的方式截然相反的基本线形的方式键合。在其它实施方式中,A嵌段和B嵌段沿所述聚合物链无规分布。换句话说,所述嵌段共聚物通常不具有如下的结构:
AAA-AA-BBB-BB
仍然在其它实施方式中,所述嵌段共聚物通常不具有第三类型的嵌段,所述第三类型的嵌段含有不同的共聚单体。还是在其它实施方式中,每个嵌段A和嵌段B具有基本无规地分布于所述嵌段内的单体或共聚单体。换句话说,嵌段A或嵌段B均不含有不同组成的两个或两个以上的亚链段(sub-segment)(或亚嵌段(sub-block)),例如末端链段(tip segment),与所述嵌段的其余部分相比,所述末端链段具有实质上不同的组成。
所述多嵌段共聚物通常含有不同数量的“硬”链段和“软”链段。“硬”链段指在该嵌段中,基于所述聚合物的重量,乙烯以大于约95重量%的量,并且优选以大于约98重量%的量存在的聚合单元的嵌段。换句话说,基于所述聚合物的重量,在所述硬链段中,共聚单体的含量(除乙烯以外的单体的含量)小于约5重量%,并且优选小于约2重量%。在一些实施方式中,所述硬链段含有所有的或基本上所有的乙烯。另一方面,“软”链段指在所述嵌段中,基于所述聚合物的重量,共聚单体的含量(除乙烯以外的单体的含量)大于约5重量%,优选大于约8重量%、大于约10重量%,或大于约15重量%的聚合单元的嵌段。在一些实施方式中,所述软链段内的共聚单体的含量可以为大于约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%。
存在于嵌段共聚体中的所述软链段可以为所述嵌段共聚体的总重量的约1-99重量%,优选为约5-95重量%、约10-90重量%、约15-85重量%、约20-80重量%、约25-75重量%、约30-70重量%、约35-65重量%、约40-60重量%,或者为所述嵌段聚合体的总重量的约45-55重量%。相反地,所述硬链段可以以相似的范围存在。基于获得自DSC或核磁共振(NMR)的数据,可以对所述软链段的重量百分数和硬链段的重量百分数进行计算。这样的方法和计算公开于同时申请的美国专利申请中,该专利申请的序列号为No.11/376,835,代理人案号为No.385063999558,标题为“Ethylene/α-OlefinsBlock Interpolymers(乙烯/α-烯烃嵌段共聚体)”,以Colin L.P.Shan,LonnieHazlitt等的名义于2006年3月15日提出申请,并受让给Dow GlobalTechnologies Inc.,通过引用而将该专利申请的公开整体结合于此。
术语“结晶的”在使用时,指具有一级转变或用差示扫描量热计(DSC)或等同的技术进行测定时具有晶体熔点(Tm)的聚合物。该术语可以与术语“半结晶的”互换使用。术语“无定形的”指用差示扫描量热(DSC)或等同的技术进行测定时不具有晶体熔点的聚合物。
术语“多嵌段共聚物(multi-block copolymer)”或“链段共聚物(segmentedcopolymer)”指含有两个或两个以上的化学上不同的区域或链段(称为“嵌段”)的聚合物,所述区域或链段优选以线形的方式接合,即,一种聚合物,该聚合物含有化学分化单元,这些单元相对于聚合的乙烯型的官能团以端对端的方式接合,而不是以侧挂或接枝的方式接合。在优选的实施方式中,所述嵌段区别于嵌段中所结合的共聚单体的量和类型、密度、结晶度的量、可以归因于该组成的聚合物的晶粒大小、立构规整度的类型或程度(全同立构或间同立构)、区域规整性(regio-regularity)或区域不规整性(regio-irregularity)、支化量(所述支化量包括长链支化或超支化(hyper-branching))、均一性、或其它任何化学性质或物理性质。由于所述共聚物的独特的制备工艺,所述多嵌段共聚物的特征在于独特的多分散指数(PDI或Mw/Mn)分布、独特的嵌段长度分布,和/或独特的嵌段数量分布。更具体的,当采用连续式的工艺进行生产时,期望所述聚合物具有1.7-2.9的PDI,所述PDI优选为1.8-2.5,更优选为1.8-2.2,并且最优选为1.8-2.1。当采用间歇式的工艺或半间歇式的工艺进行生产时,所述聚合物具有1.0-2.9的PDI,所述PDI优选为1.3-2.5,更优选为1.4-2.0,并且最优选为1.4-1.8。
在下面的描述中,无论是否与词语“大约”或“大概”同时连接使用,在此公开的所有数值均为近似值。所述数值可以有1%、2%、5%的不同,或者有时有10-20%的不同。只要公开的数值范围具有下限(RL)以及上限(RU),则任何落入该范围的数值均被具体公开。特别地,具体公开了该范围内的下列数值:R=RL+k*(RU-RL),其中,k为从1%至100%的范围内的以增量为1%变化,即k为1%、2%、3%、4%、5%、......、50%、51%、52%、......、95%、96%、97%、98%、99%、或100%。而且,任何用两个如上所定义的R限定的数值范围也被具体公开。
乙烯/α-烯烃共聚体
在本发明的实施方式中使用的乙烯/α-烯烃共聚体(也称为“本发明的共聚体”或“本发明的聚合物”)含有处于聚合形式的乙烯以及一种或多种可共聚合的α-烯烃共聚单体,所述乙烯/α-烯烃共聚体以两个或两个以上的在化学性质或物理性质方面存在差异的聚合的单体单元的多重嵌段或链段(嵌段共聚体)为特征,所述乙烯/α-烯烃共聚体优选为多嵌段共聚物。所述乙烯/α-烯烃共聚体以一个或多个如下所描述的方面为特征。
一方面,用于本发明的实施方式中的乙烯/α-烯烃共聚体具有约1.7-3.5的Mw/Mn并且至少一个熔点Tm,所述熔点以摄氏度为计量单位,以及密度d,所述密度以g/cm3为计量单位,其中,所述变量的数值符合下面的关系:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2,并且优选为
Tm≥-6288.1+1314(d)-6720.3(d)2,并且更优选为
Tm≥858.91-1825.3(d)+1112.8(d)2。
这种熔点/密度关系在图1中阐明。与传统的乙烯/α-烯烃无规共聚物的熔点随密度的降低而降低不同的是,本发明的共聚体(用菱形表示)显示出熔点基本上不依赖于密度,特别是当密度为约0.87-0.95g/cm3之间时。例如,当所述聚合物的密度处于0.875-0.945g/cm3的范围内时,熔点处于110-130℃的范围内。在一些实施方式中,当所述聚合物的密度处于0.875-0.945g/cm3的范围内时,熔点处于115-125℃的范围内。
另一方面,所述乙烯/α-烯烃共聚体含有处于聚合形式的乙烯以及一种或多种α-烯烃,并且以ΔT以及熔化热ΔH为特征,所述ΔT以摄氏度为计量单位,所述ΔT定义为最高的差示扫描量热(“DSC”)峰减去最高的结晶分析分馏(“CRYSTAF”)峰,所述熔化热以J/g为计量单位,并且ΔT与ΔH满足下列关系;
ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,并且优选为
ΔT≥-0.1299(ΔH)+64.38,并且更优选为
ΔT≥-0.1299(ΔH)+65.95,
用于ΔH达到130J/g。而且,对于ΔH高于130J/g时,ΔT为等于或大于48℃。使用至少5%的累积聚合物来确定所述CRYSTAF峰(即,所述峰应该代表至少5%的累积聚合物),并且如果具有可识别的CRYSTAF峰的聚合物少于5%,则所述CRYSTAF温度为30℃,并且ΔH为以J/g为计量单位的熔化热的数值。更优选地,所述最高的CRYSTAF峰含有至少10%的累积聚合物。图2表示用于本发明的聚合物以及对比实例的聚合物所绘制的数据。通过由仪器制造者提供的计算机画图程序来计算峰的积分面积以及峰值温度。示出的用于对比的乙烯-辛烯无规聚合物的斜线符合方程:ΔT=-0.1299(ΔH)+62.81。
另一方面,当使用升温洗脱分馏时(“TREF”)进行分馏时,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于所述馏分具有比在相同的温度区间洗脱的对比的乙烯无规共聚体的馏分更高的共聚单体摩尔含量,优选高至少5%,更优选高至少10%,其中所述对比的乙烯无规共聚体含有相同的共聚单体,并且具有熔融指数、密度以及含量为所述嵌段共聚体的共聚单体摩尔含量的10%以内的摩尔共聚单体(基于整个聚合物)。优选地,所述对比的共聚体的Mw/Mn也为所述嵌段共聚体的Mw/Mn的10%以内和/或所述对比的共聚体具有含量为所述嵌段共聚体的总共聚单体含量的10%以内的总共聚单体。
又一方面,所述乙烯/α-烯烃共聚体以300%的应变和1个循环下测定的弹性回复Re为特征,所述弹性回复为百分率的形式,所述弹性回复是在乙烯/α-烯烃共聚体的加压模塑膜上测定的,并且所述乙烯/α-烯烃共聚体具有用g/cm3表示的密度d,其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本上不存在交联相时,Re和密度d的数值满足下列关系:
Re>1480-1629(d);并且优选为
Re≥1491-1629(d);并其更优选为
Re≥1501-1629(d);并且更优选为
Re≥1511-1629(d)。
图3表示用于未取向膜的密度对弹性回复的影响,所述未取向膜由一些本发明的共聚体以及传统的无规共聚物制成。对于相同的密度,本发明的共聚体具有实质上更高的弹性回复。
在一些实施方式中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有10MPa以上的拉伸强度,优选拉伸强度≥11MPa,更优选拉伸强度≥13MPa,和/或在11cm/分钟的横梁分离速率(crosshead separation rate)下,至少600%的断裂伸长率,更优选至少700%,高度优选至少800%,并且最优选至少900%。
在其它实施方式中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有(1)1-50的储能模量比(G’(25℃)/G’(100℃)),所述储能模量比优选为1-20,更优选为1-10;和/或(2)低于80%的70℃的压缩变定,所述压缩变定优选为低于70%,特别优选为低于60%、低于50%、或者低于40%,直至0%的压缩变定。
还是在其它实施方式中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有低于80%、低于70%、低于60%、或低于50%的70℃的压缩变定。优选地,所述共聚体的70℃的压缩变定为低于40%、低于30%、低于20%,以及可以延续直至0%。
在一些实施方式中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有低于85J/g的熔化热和/或等于或低于100磅/英尺2(lbs/ft2)(4800Pa)的颗粒粘连强度(pelletblocking strength),所述颗粒粘连强度优选等于或低于50lbs/ft2(2400Pa),特别优选等于或低于5lbs/ft2(240Pa),并低至0lbs/ft2(0 Pa)。
在其它实施方式中,所述乙烯/α-烯烃共聚体含有至少50摩尔%的处于聚合形式的乙烯并具有低于80%的70℃的压缩变定,所述压缩变定优选低于70%或低于60%,最优选低于40-50%并且直至接近0%。
在一些实施方式中,所述多嵌段共聚物具有符合舒尔策-弗洛里分布(Schultz-Flory distribution)而不符合泊松分布(Poisson dietribution)的PDI。所述共聚物进一步以同时具有多分散嵌段分布和多分散分布的嵌段尺寸并且具有最可能的嵌段长度分布为特征。优选的多嵌段共聚物为那些含有4个或4个以上的嵌段或链段的多嵌段共聚物,所述嵌段或链段包括末端嵌段。更优选地,所述共聚物含有至少5、10或20个包括末端嵌段在内的嵌段或链段。
使用任何适合的技术均可测定共聚单体含量,优选使用基于核磁共振(“NMR”)波谱技术来确定共聚单体含量。而且,对于聚合物或具有相对宽的TREF曲线的聚合物的共混物,希望所述聚合物首先使用TREF分馏成为每个馏分具有10℃的或更小的洗脱温度范围的馏分。即,每个洗脱的馏分具有10℃的或更小的收集温度窗口(collection temperature window)。使用此技术,所述嵌段共聚体具有至少一个这样的馏分,所述馏分具有比对比共聚体的相应的馏分高的共聚单体摩尔含量。
在另一方面,本发明的聚合物为烯烃聚合物,所述聚合物优选含有处于聚合形式的乙烯以及一种或多种可共聚合的共聚单体,所述聚合物以两个或两个以上的聚合的在化学性质或物理性质方面存在差异的聚合的单体单元(嵌段共聚体)的多重嵌段(即,至少两个嵌段)或链段为特征,所述聚合物最优选为多嵌段共聚物,所述嵌段共聚体具有一个峰(而不仅是一种分子馏分),该峰在40-130℃之间进行洗脱(但没有收集和/或分离出单个的馏分),其特征在于,当使用半峰全宽(full width/halfmaximum,FWHM)面积计算进行扩展时,所述峰具有用红外光谱评估的共聚单体含量,所述峰具有比相同的洗脱温度下的并且使用半峰全宽(FWHM)面积计算进行扩展的对比的乙烯无规共聚体峰更高的平均共聚单体摩尔含量,优选高至少5%,更优选高至少10%,其中所述对比的乙烯无规共聚体具有相同的共聚单体并且具有熔融指数、密度以及含量为所述嵌段共聚体的共聚单体摩尔含量的10%以内的摩尔共聚单体(基于整个聚合物)。优选地,所述对比共聚体的Mw/Mn也在所述嵌段共聚体的Mw/Mn的10%以内和/或所述对比的共聚体具有所述嵌段共聚体的总共聚单体含量的10重量%以内的总共聚单体含量。所述半峰全宽(FWHM)面积计算是基于来自于分析升温洗脱(analytical temperaturerising elution fractionation,ATREF)红外检测器的甲基对亚甲基响应面积([CH3/CH2])的比,其中最长的(最高的)峰为依据基线进行识别的,并且接着确定所述FWHM面积。对于使用ATREF峰测定的分布,所述FWHM面积定义为T1和T2之间的曲线下面的面积,其中T1和T2为通过将峰的高度除以2,并接着划一条与基线水平的直线与所述ATREF曲线的左部分和右部分相交而确定的所述ATREF峰的左侧和右侧的点。使用乙烯/α-烯烃无规共聚物制成的用于共聚单体含量的校准曲线,所述校准曲线图示了由NMR确定的共聚单体含量对所述TREF峰的FWHM面积比。对于此红外方法,生成所述校准曲线用于所关注的相同共聚单体类型。通过参考此使用了TREF峰的FWHM甲基:FWHM亚甲基面积比([CH3/CH2])的校准曲线可以确定本发明的聚合物的TREF的共聚单体含量。
使用任何合适的技术可以测定共聚单体含量,优选采用基于核磁共振(NMR)波谱的技术来确定共聚单体含量。使用此方法,所述嵌段共聚体具有比相应的对比共聚体更高的共聚单体摩尔含量。
优选地,对于乙烯和1-辛烯的共聚体,所述嵌段共聚体具有高于或等于(-0.2013)T+20.07的量的在40-130℃之间洗脱的TREF馏分的共聚单体含量,所述共聚单体含量更优选高于或等于(-0.2013)T+21.07的量,其中T为被比较的TREF馏分的峰值洗脱温度的数值,用℃进行测量。
图4图示性的表示了乙烯和1-辛烯嵌段共聚体的一种实施方式,其中用于几种对比的乙烯/1-辛烯共聚体(无规共聚物)的共聚单体含量对TREF洗脱温度的图符合用(-0.2013)T+20.07(实线)表达的直线。用于方程(-0.2013)T+21.07的线用虚线表示。图4还表示了用于本发明的多种乙烯/1-辛烯嵌段共聚体(多嵌段共聚物)的馏分的共聚单体含量。与处于相等的洗脱温度下的任何线相比,所有的嵌段共聚体馏分具有明显更高的1-辛烯含量。此结果是本发明的共聚体的特征并且该结果被认为是由于所述聚合物链内的分化嵌段的存在,所述聚合物链同时具有结晶的特性和无定形的特性。
图5图示性的展示了TREF曲线与下面讨论的实例5和对比实例F的聚合物馏分的共聚单体含量。将两种聚合物的洗脱自40-130℃(优选为洗脱自60-95℃)的峰分馏成为三份,每份在小于10℃的温度范围内洗脱。实例5的实际数据用三角形表示。本领域技术人员可以认识到可以构建一条合适的校准曲线用于含有不同的共聚单体的共聚体以及一条用作对比的线,该用作对比的线符合获得自相同的单体的对比共聚体的TREF值,所述对比共聚体优选为使用茂金属或其它均相的催化剂组成制成。在相同的TREF洗脱温度下,本发明的共聚体以比由所述校准曲线确定的数值更高的共聚单体摩尔含量为特征,优选高至少5%,更优选高至少10%。
除上述方面以及在此描述的性质,本发明的聚合物可以以一种或多种附加的特征为特征。一方面,本发明的聚合物为烯烃共聚体,所述聚合物优选含有处于聚合形式的乙烯和一种或几种可共聚合的共聚单体,所述聚合物以在化学性质或物理性质方面存在差异的两种或两种以上的聚合的单体单元的多重嵌段或链段为特征(嵌段共聚体),所述聚合物最优选为多嵌段共聚物,当使用TREF增量进行分馏时,所述嵌段共聚体具有在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,所述馏分具有比在相同的温度区间洗脱的对比的乙烯无规共聚体馏分更高的共聚单体摩尔含量,优选至少高5%,更优选至少高10%、15%、20%或25%,其中,所述对比的乙烯无规共聚体含有相同的共聚单体(优选为相同的共聚单体),以及熔融指数、密度以及含量为所述嵌段共聚体的共聚单体摩尔含量的10%以内的摩尔共聚单体(基于整个聚合物)。优选地,所述对比的共聚体的Mw/Mn也在所述嵌段共聚体的Mw/Mn的10%以内和/或所述对比的共聚体具有含量为所述嵌段共聚体的总共聚单体含量的10%以内的总共聚单体。
优选地,上述共聚体为乙烯与至少一种α-烯烃的共聚体,特别地,这些共聚体具有0.855-0.935g/cm3的整体聚合物密度,并且更特别地,对于具有大于约1摩尔%共聚单体的聚合物,所述嵌段共聚体具有含量大于或等于(-0.1356)T+13.89的量的在40-130℃之间洗脱的TREF馏分的共聚单体,所述共聚单体含量更优选大于或等于(-0.1356)T+14.93的量,并且最优选为大于或等于(-0.2013)T+21.07的量,其中T为被比较的TREF馏分的峰值ATREF洗脱温度的数值,用℃进行测量。
优选地,对于上述乙烯与至少一种α-烯烃的共聚体,特别是那些具有约0.855-0.935g/cm3的整体聚合物密度的共聚体,并且更特别的是对于具有大于1摩尔%共聚单体的聚合物,所述嵌段共聚体具有含量大于或等于(-0.2013)T+20.07的量的在40-130℃之间洗脱的TREF馏分的共聚单体,所述共聚单体含量更优选大于或等于(-0.2013)T+21.07的量,其中T为被比较的TREF馏分的峰值洗脱温度的数值,用℃进行测量。
在又一方面,本发明的聚合物为烯烃共聚体,所述聚合物优选含有处于聚合形式的乙烯与一种或多种可共聚合的共聚单体,所述聚合物以在化学性质或物理性质方面存在差异的两种或两种以上的聚合的单体单元的多重嵌段或链段(嵌段的共聚体)为特征,所述聚合物最优选为多嵌段共聚物,当使用TREF增量进行分馏时,所述嵌段共聚物具有在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,具有至少约6摩尔%的共聚单体含量的每种馏分具有高于约100℃的熔点。对于那些具有约3-6摩尔%的共聚单体含量的馏分,每种馏分具有约110℃的或更高的DSC熔点。更优选地,所述具有至少1摩尔%的共聚单体的聚合物馏分具有一个DSC熔点,所述DSC熔点符合方程:
Tm≥(-5.5926)(所述馏分内的共聚单体摩尔百分含量)+135.90
在另一方面,本发明的聚合物为烯烃共聚体,所述聚合物优选含有处于聚合形式的乙烯与一种或多种可共聚合的共聚单体,所述聚合物以在化学性质或物理性质方面存在差异的两种或两种以上的聚合的单体单元的多重嵌段或链段(嵌段的共聚体)为特征,所述聚合物最优选为多嵌段共聚物,当使用TREF增量进行分馏时,所述嵌段共聚物具有在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,每种馏分具有高于或等于约76℃的ATREF洗脱温度,每种馏分具有由DSC测定的熔融焓(熔化热),所述熔融焓(熔化热)符合方程:
熔化热(J/g)≤(3.1718)(用摄氏度为计量单位的ATREF洗脱温度)-136.58
当使用TREF增量进行分馏时,本发明的嵌段共聚体具有在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,每种馏分具有处于40℃并低于约76℃之间的ATREF洗脱温度,每种馏分具有由DSC测定的熔融焓(熔化热),所述熔融焓(熔化热)符合方程:
熔化热(J/g)≤(1.1312)(用摄氏度为计量单位的ATREF洗脱温度)+22.97
通过红外检测器测量ATREF峰的共聚单体组成
TREF峰的共聚单体组成可以使用IR4红外检测器来进行测量,所述IR4红外检测器获得自Polymer Char,Valencia,Spain,
(http://www.polymerchar.com/)。
所述检测器的“组成模式(composition mode)”配备有测量传感器(measurement sensor)(CH2)和组成传感器(composition sensor)(CH3),所述测量传感器和组成传感器安装了处于2800-3000cm-1区域内的窄带红外滤色片。所述测量传感器检测聚合物上的亚甲基(CH2)的碳(所述检测与所述聚合物在溶液内的浓度直接相关)而所述组成检测器检测所述聚合物的甲基(CH3)。组成信号(CH3)除以测量信号(CH2)的数学比对处于溶液内的被测聚合物的共聚单体含量敏感,并且用已知的乙烯/α-烯烃共聚物标准物对其响应进行校正。
当与ATREF仪器同时使用时,所述检测器同时提供TREF过程期间洗脱的聚合物的浓度信号响应(CH2)和组成(CH3)信号响应。通过测量具有已知的共聚单体含量(优选由NMR测定)的聚合物的CH3对CH2的面积比,可以制成聚合物专门校准。通过应用对单个的CH3和CH2响应的面积比的参比校准可以评估聚合物的ATREF峰的共聚单体含量(即,CH3/CH2面积比对共聚单体含量)。
使用适当的基线以对来自于TREF色谱的单个的信号响应进行积分之后,使用半峰全宽(FWHM)计算法来计算出所述峰的面积。所述半峰全宽计算法是基于来自于所述ATREF红外检测器的甲基对亚甲基的响应面积之比([CH3]/[CH2]),其中,依据所述基线识别最长的(最高的)峰,并且接着确定FWHM面积。对于使用ATREF峰进行测定的分布,将所述FWHM面积定义为T1和T2之间的曲线下的面积,其中T1和T2为通过将所述峰高除以2,并接着划一条水平于所述基线的直线,所述水平于基线的直线与所述ATREF曲线的左侧部分和右侧部分相交而确定的所述ATREF峰的左侧和右侧的点。
在此ATREF-红外方法中,红外光谱用于测量聚合物的共聚单体含量基本上与在下列参考文献中描述的GPC/FTIR系统相似:Markovich,Ronald P.;Hazlitt,Lonnie G.;Smith,Linley;“Development of gel-pemeationchromatography-Fourier transform infrared spectroscopy for characterization ofethylene-based polyolefin copolymers(凝胶渗透色谱-傅里叶变换红外光谱用于基于乙烯的聚烯烃共聚物的表征的进展)”.Polymeric Material Science andEngineering(聚合物材料科学与工程)(1991),65,98-100;以及Deslaurier,P.J.;Rohlfing,D.C.;Shieh,E.T.;“Qualitifying short chain branchingmicrostructure in ethylene-1-lefin copolymers using size exclusionchromatography and Fourier transform infrared spectroscopy(SEC-FTIR)(使用体积排斥色谱和傅里叶变换红外光谱(SEC-FTIR)定量乙烯-1-烯烃共聚物内的短链支化微结构),Polymer(聚合物)(2002),43,59-170,将上述两篇参考文献整体结合于此作为参考。
在其他实施方式中,本发明的乙烯/α-烯烃共聚体以0-1.0的平均嵌段指数(ABI),以及大于约1.3的分子量分布(Mw/Mn)为特征。所述平均嵌段指数(ABI)为从20℃至110℃以5℃为增量在制备型TREF内获得的每种聚合物馏分的重均嵌段指数(“BI”):
AB I=∑(wiBIi)
其中,BIi为在制备型TREF中获得的本发明的乙烯/α-烯烃共聚体的第i个馏分的嵌段指数,并且wi为第i个馏分的重量百分数。
对于每个聚合物馏分,BI由下列两个方程中的一个来定义(下列两个方程给出相同的BI值):
其中,TX为对第i个馏分的制备型ATREF洗脱温度(优选用开(Kelvin)表示),PX为该第i个馏分的乙烯的摩尔分数,PX可以通过如上所述的NMR或IR测定。PAB为整个乙烯/α-烯烃共聚体的乙烯摩尔分数(分馏之前),PAB也可以由NMR或IR测定。TA和PA为对纯的“硬链段”(所述“硬链断”指所述共聚体的结晶的链段)的ATREF洗脱温度和乙烯的摩尔分数。作为一级近似(first order approximation),如果不能获得所述“硬链段“的实际值,则所述TA和PA值被设定为高密度聚乙烯均聚物的TA和PA值。此处,为了进行计算,TA为372°K,PA为1。
TAB为相同组成的并且具有乙烯摩尔分数PAB的无规共聚物的ATREF温度。TAB可由下列方程计算:
LnPAB=α/TAB+β
其中,α和β为两个常数,可以通过使用许多已知的乙烯无规共聚物的校准而确定。应该注意的是仪器与仪器之间的α和β可以不同。而且,有必要建立目标聚合物组成自己的校准曲线,并且该校准曲线还在如所述馏分相似的分子量范围内。存在轻微的分子量效应。如果所述校准曲线获得自相似的分子量范围,则该效应实质上可以忽略。在一些实施方式中,乙烯无规共聚物满足下列关系:
LnP=-237.83/TATREF+0.639
TXO为相同的组成的并且具有乙烯摩尔分数PX的无规共聚物的ATREF温度。TXO可以由LnPX=α/TXO+β计算。相反,PXO为相同组成的并且具有ATREF温度TX的无规共聚物的乙烯摩尔分数,PXO可以由LnPXO=α/TX+β计算。
只要获得每种制备型TREF馏分的嵌段指数,就可以计算出整个聚合物的重均嵌段指数(ABI)。在一些实施方式中,ABI为大于0但是小于约0.3或从约0.1至约0.3。在其它实施方式中,ABI为大于约0.3并且高达约1.0。优选地,ABI应该在约0.4-0.7、约0.5-0.7,或约0.6-0.9的范围内。在一些实施方式中,ABI为约0.3-0.9、约0.3-0.8,或约0.3-0.7、约0.3-0.6、约0.3-0.5或约0.3-0.4的范围内。在其它实施方式中,ABI为约0.4-1.0、约0.5-1.0、或约0.6-1.0、约0.7-1.0、约0.8-1.0,或约0.9-1.0的范围内。
本发明的乙烯/α-烯烃共聚体的又一个特征为本发明的乙烯/α-烯烃共聚体含有至少一种可以由制备型TREF获得的聚合物馏分,其中该馏分具有大于约0.1并直至约1.0的嵌段指数和大于约1.3的分子量分布(Mw/Mn)。在一些实施方式中,所述聚合物馏分具有的嵌段指数的范围为大于约0.6直至约1.0、大于约0.7直至约1.0、大于约0.8直至约1.0、或大于约0.9直至约1.0。在其它实施方式中,所述聚合物馏分具有的嵌段指数的范围为大于约0.1直至约1.0、大于约0.2直至约1.0、大于约0.3直至约1.0、大于约0.4直至约1.0、或大于约0.4直至约1.0。仍然在其它实施方式中,所述聚合物馏分具有的嵌段指数的范围为大于约0.1直至约0.5、大于约0.2直至约0.5、大于0.3直至约0.5、或大于约0.4直至约0.5。还在其它实施方式中,所述聚合物馏分具有的嵌段指数的范围为大于约0.2直至约0.9、大于约0.3直至约0.8、大于约0.4直至约0.7、或大于约0.5直至约0.6。
对于乙烯和α-烯烃的共聚物,本发明的聚合物优选具有(1)至少为1.3的PDI,所述PDI更优选为至少1.5、至少1.7、或至少2.0,并最优选至少2.6,直至5.0的最大值,更优选直至3.5的最大值,并特别地直至2.7的最大值;(2)80J/g或更低的熔化热;(3)至少50重量%的乙烯含量;(4)低于-25℃的玻璃化转变温度(Tg),所述玻璃化转变温度更优选低于-30℃;和/或(5)一个并且仅一个Tm。
另外,本发明的聚合物可以具有单独的或与在此公开的其它性质组合的储能模量(G’),从而例如在100℃的温度下,log(G’)为大于或等于400kPa,优选大于或等于1.0MPa。而且,在0-100℃的范围内,本发明的聚合物具有相对平坦的储能模量(在图6中阐明)作为温度的函数,所述相对平坦的储能模量是嵌段共聚物的特征,并且迄今对于烯烃共聚物,特别是乙烯与一种或多种C3-8脂肪族α-烯烃的共聚物来说是未知的。(在此上下文中,术语“相对平坦”指在50-100℃之间(优选在0-100℃之间),logG’(用帕斯卡(Pascl)表示)以小于一个数量级降低)。
本发明的共聚体进一步以由热机械分析测定的在至少90℃的温度下的1mm的针入度深度以及3千磅(kpsi)(20MPa)-13千磅(90MPa)的挠曲模量为特征。可供选择的,本发明的共聚体在至少104℃的温度下可以具有1mm的热机械分析针入度深度以及至少3kpsi(20MPa)的挠曲强度。它们可以以具有低于90mm3的耐磨性(或体积损耗)为特征。图7表示与其它已知的聚合物相比较的本发明的聚合物的TMA(1mm)对挠曲模量。本发明的聚合物具有显著优于其它聚合物的抗热挠曲平衡(flexibility-heat resistancebalance)。
另外,所述乙烯/α-烯烃共聚体可以具有0.01-2000g/10分钟的熔融指数(I2),所述熔融指数优选为0.01-1000g/10分钟,更优选为0.01-500g/10分钟,并特别优选为0.01-100g/10分钟。在某些实施方式中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有的熔融指数(I2)为0.01-10g/10分钟、0.5-50g/10分钟、1-30g/10分钟、1-6g/10分钟、或0.3-10g/10分钟。在某些实施方式中,乙烯/α-烯烃共聚体的熔融指数为1g/10分钟、3g/10分钟、或5g/10分钟。
所述聚合物可以具有1,000-5,000,000g/mol的分子量(Mw),所述分子量优选为1,000-1,000,000g/mol,更优选为10,000-500,000g/mol,并特别优选为10,000-300,000g/mol。本发明的聚合物的密度可以为0.80-0.99g/cm3,并且对于含有乙烯的聚合物优选为0.85-0.97g/cm3。在某些实施方式中,乙烯/α-烯烃聚合物的密度范围为0.860-0.925g/cm3、或0.867-0.910g/cm3。
制备所述聚合物的方法公开于下列专利申请中:于2004年3月17日提出的美国临时申请No.60/553,906;于2005年3月17日提出的美国临时申请60/662,937;于2005年3月17提出的美国临时申请60/662,939、于2005年3月17日提出的美国临时申请60/662,938;于2005年3月17日提出的PCT申请PCT/US2005/008916;于2005年3月17日提出的PCT申请PCT/US200/008915;以及于2005年3月17日提出的PCT申请PCT/US2005/008917,上述所有专利申请整体结合于此作为参考。例如,这样一种方法,该方法包括使乙烯和任选的一种或多种除乙烯以外的可加成聚合的单体在加成聚合的条件下与催化剂组合物接触,所述催化剂组合物包括:
由下列组合得到的掺合物或反应产物:
(A)具有高的共聚单体掺入指数(incorporation index)的第一烯烃聚合催化剂;
(B)具有小于催化剂(A)的共聚单体掺入指数的90%的共聚单体掺入指数的第二烯烃聚合催化剂,优选小于催化剂(A)的共聚单体掺入指数的50%,最优选小于5%,以及
(C)链梭动剂。
代表性的催化剂和链梭动剂如下:
催化剂(A1)为[N-(2,6-二(1-甲基乙基)苯基)酰氨基)(2-异丙基苯基)(α-萘基-2-双基(6-吡啶基-2-双基)甲烷)]二甲基铪([N-(2,6-di(1-methylethyl)phenyl)amido)(2-isopropylphenyl)(α-naphthalen-2-diyl(6-pyridin-2-diyl)methane)]hafnium dimethyl),该催化剂(A1)是根据WO 03/40195、2003US 0204017、于2003年5月2日提出的USSN 10/429,024以及WO 04/24740的教导制备的。
催化剂(A2)为[N-(2,6-二(1-甲基乙基)苯基)酰氨基)(2-甲基苯基)(1,2-亚苯基-(6-吡啶基-2-双基)甲烷)]二甲基铪([N-(2,6-di(l-methylethyl)phenyl)amido)(2-methylphenyl)(1,2-phenylene-(6-pyridin-2-diyl)methane)]hafniumdimethyl),该催化剂(A2)是根据WO 03/40195、2003US 0204017、于2003年5月2日提出的USSN 10/429,024以及WO 04/24740的教导制备的。
催化剂(A3)为双[N,N’”-(2,4,6-三(甲基苯基)酰氨基)亚乙基胺]二苯基铪(bis[N,N’”-(2,4,6-tri(methylphenyl)amido)ethylenediamine]hafniumdibenzyl)。
催化剂(A4)为双(2-氧代基-3-(二苯并基-1H-吡咯基-1-基)-5-(甲基)苯基)-2-苯氧基甲基)环己基-1,2-二基二苄基锆(IV)(bis((2-oxoyl-3-(dibenzo-1H-pyrrole-1-yl)-5-(methyl)phenyl)-2-phenoxymethyl)cyclohexane-1,2-diyl zirconium(IV)dibenzyl),所述催化剂(A4)是根据US-A-2004/0010103的教导制备的。
催化剂(B1)为1,2-双-(3,5-二-叔丁基亚苯基)(1-(N-(1-甲基乙基)亚氨基)甲基)(2-氧代基)二苄基锆(1,2-bis-(3,5-di-t-butylphenylene)(1-(N-(1-methylethyl)immino)methyl)(2-oxoyl)zirconium dibenzyl)。
催化剂(B2)为1,2-双-(3,5-二-叔丁基亚苯基)(1-(N-(2-甲基环己基)-亚氨基)甲基)(2-氧代基)二苄基锆(1,2-bis-(3,5-di-t-butylphenylene)(1-(N-(2-methylcyclohexyl)immino)(2-oxoyl)zirconium dibenzyl)。
催化剂(C1)为(叔丁基酰氨基)二甲基(3-N-吡咯基-1,2,3,3a,7a-η-茚基-1-基)硅烷二甲基钛((t-butylamido)dimethyl(3-N-pyrrolyl-1,2,3,3a,7a-η-inden-1-yl)silanetitanium dimethyl),该催化剂(C1)基本上是根据USP6,268,444的技术制备的。
催化剂(C2)为(叔丁基酰氨基)二(4-甲基苯基)(2-甲基-1,2,3,3a,7a-η-茚基-基)硅烷二甲基钛((t-butylamido)di(4-methylphenyl)(2-methyl-1,2,3,3a,7a-η-inden-l-yl)silanetitanium dimethyl),该催化剂(C2)基本上是根据US-A-2003/004286的教导制备的。
催化剂(C3)为(叔丁基酰氨基)二(4-甲基苯基)(2-甲基-1,2,3,3a,8a-η-s-茚-1-基)硅烷二甲基钛((t-butylamido)di(4-methylphenyl)(2-methyl-1,2,3,3a.8a-η-s-indacen-l-yl)silanetitanium dimethyl),该催化剂(C3)基本上是根据US-A-2003/004286的教导制备的。
催化剂(D1)为双(二甲基二硅氧烷)(茚基-1-基)二氯化锆(bis(dimemyldisiloxane)(indene-l-yl)zirconium dichloride),该催化剂(D1)获得自Sigma-Aldrich。
梭动剂(shuttling agent)使用的链梭动剂包括二乙基锌,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)(i-butylaluminum bis(dimethyl(t-butyl)siloxane))、异丁基铝双(二(三甲基甲硅烷基)酰胺)(i-butylaluminum bis(di(trimethylsilyl)amide))、正辛基铝二(吡啶基-2-甲氧基)(n-octylaluminum di(pyridine-2-methoxide))、双(正十八烷基)异丁基铝(bis(n-octadecyl)i-butylaluminum)、异丁基铝双(二(正戊基)酰胺)(i-butylaluminum bis(di(n-pentyl)amide))、正辛基铝双(2,6-二-叔丁基酚盐)(n-octylaluminum bis(2,6-di-t-butylphenoxide)、正辛基铝二(乙基(1-萘基)酰胺)(n-octylaluminum di(ethyl(l-naphthyl)amide))、乙基铝双(叔丁基二甲基硅氧基)(ethylaluminum bis(t-butyldimethylsiloxide))、乙基铝二(双(三甲基甲硅烷基)酰胺)(ethylaluminum di(bis(trimethylsilyl)amide))、乙基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环庚烷酰胺)(ethylaluminum bis(2,3,6,7-dibenzo-l-azacycloheptaneamide))、正辛基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环庚烷酰胺)(n-octylaluminum bis(2,3,6,7-dibenzo-l-azacycloheptaneamide))、正辛基铝双(二甲基(叔丁基)硅氧基)(n-octylaluminum bis(dimethyl(t-butyl)siloxide)、乙基锌(2,6-二苯基酚盐)(ethylzinc(2,6-diphenylphenoxide))、以及乙基锌(叔丁氧基)(ethylzinc(t-butoxide))。
优选地,上述工艺采用连续式的溶液法(solution process)的形式以形成嵌段共聚物,特别是多嵌段共聚物,优选两种或两种以上的单体的线形的多嵌段共聚物,更特别优选的是乙烯与C3-20的烯烃或环烯烃,并且更优选乙烯与C4-20的α-烯烃,使用不能互相转换的多成分催化剂。即,所述催化剂为化学上截然不同的。在连续式溶液聚合的条件下,该工艺理论上适合于单体混合物以高的单体转化率进行聚合。在这样的聚合条件下,与链增长相比较,从链梭动剂向所述催化剂的梭动变得有利,并且高效率地形成多嵌段共聚物,特别是线形的多嵌段共聚物。
本发明的共聚体可以区别于传统的无规共聚物、聚合物的物理共混物、以及通过序列单体加成(sequential monomer addition)、循变催化剂(fluxionalcatalyst)、阴离子或阳离子活性聚合(living polymerization)技术制备的嵌段共聚物。特别的,与处于相等的结晶度或模量下的具有相同的单体以及单体含量的无规共聚物相比较,本发明的共聚体具有更好的(更高的)耐热性(所述耐热性通过熔点测定)、更高的TMA针入度温度、更高的高温拉伸强度、和/或更高的通过动态力学分析确定的高温扭曲储能模量。与含有相同的单体以及单体含量的无规共聚物相比较,本发明的共聚体具有较低的压缩变定(特别是在高温下)、较低的应力松弛、较高的蠕变强度(creep resistance)、较高的撕裂强度(tear strength)、较高的抗粘连性(blocking resistance)、归因于更高的结晶(固化)温度的更快的变定、更高的回复(特别在高温下)、更好的抗磨性、更高的收缩力(retractive force)、以及更好的接受油和填料的能力。
本发明的共聚体还显示出独特的结晶与支化分布关系。即,本发明的共聚体在使用CRYSTAF和DSC测定的最高的峰值温度之间具有相对较大的差值,这种使用CRYSTAF和DSC测定的最高的峰值之间的差值作为熔化热的函数,特别是在整体密度相等的条件下,与含有相同的单体和单体水平的无规共聚物或聚合物的共混物(例如高密度聚合物与低密度共聚物的共混物)相比较时。可以确信的是本发明的共聚体的此独特的特征是由于在所述聚合物的骨架之内的嵌段内的共聚单体的独特的分布。特别的,本发明的共聚体可以含有不同共聚单体含量的交替的嵌段(包括均聚物嵌段)。本发明的共聚体还可以含有在不同的密度或共聚单体含量的聚合物嵌段的数量和/或嵌段尺寸方面的分布,所述分布为舒尔策-弗洛里型(Schultz-Flory type)分布。另外,本发明共聚体还具有独特的峰值熔点以及结晶温度分布,所述分布基本上不依赖于聚合物的密度、模量、以及形态。在优选的实施方式中,所述聚合物的微晶级数验证了典型的球晶和片晶(lamellae),这区别于无规或嵌段共聚物,甚至在PDI值方面,所述PDI值为小于1.7,或甚至小于1.5,直至小于1.3。
而且,本发明的共聚体可以使用影响嵌段(blockiness)的程度或水平的技术进行制备。即,共聚单体的量以及每个聚合物嵌段或链段的长度可以通过控制催化剂和梭动剂的比例和类型以及聚合的温度和其它聚合变量而改变。此现象的令人惊讶的益处是随嵌段的程度的增加,得到的聚合物的光学性质、撕裂强度、以及高温回复性能得到改善。特别地,当所述聚合物内的嵌段的平均数量提高时,浊度(haze)降低而透明度、撕裂强度、以及高温回复性能提高。通过选择具有所希望的链转移能力的梭动剂以及催化剂的组合(较高的梭动速率同时较低水平的链终止),可以有效抑制其它形式的聚合物终止。因此,如果根据本发明的实施方式,在乙烯/α-烯烃共聚单体混合物的聚合中观察到任何β-氢消除(β-hydride elimination),所述β-氢消除即使有也是很少量的,并且得到的结晶的嵌段为高度地线形的、或基本上全部线形的,具有很少的长链支化或根本没有长链支化。
根据本发明的实施方式,可以选择性的制备具有高度结晶的链末端的聚合物。在弹性体应用中,降低用无定形嵌段终止的聚合物的相对量降低了在结晶区域上的分子间稀释效应。通过选择对氢或其它链终止剂具有适当的响应的链梭动剂以及催化剂可以获得该结果。特别地,如果产生高度结晶聚合物的催化剂比用来制备较少的结晶聚合物链段的催化剂(例如通过更高的共聚单体结合、区域位错(regio-error)、或形成无规立构聚合物)对链终止更为敏感(例如通过使用氢),则所述高度结晶聚合物链段将优选位于(populate)所述聚合物的末端部分。不仅得到的端基为结晶的,而且,在终止时,高度结晶聚合物形成的催化剂部位可以再次用于再次引发聚合物的形成。最初形成的聚合物因此成为另一种高度结晶聚合物链段。因此,得到的多嵌段共聚物的两个末端均优选为高度结晶的。
在本发明的实施方式中使用的乙烯/α-烯烃共聚体优选为乙烯与至少一种C3-C20的α-烯烃的共聚体。特别优选的为乙烯与一种C3-C20α-烯烃的共聚物。所述共聚体可以进一步含有C4-C18的二烯和/或烯基苯(alkenylbenzene)。用于与乙烯聚合的有用的合适的不饱和共聚单体包括:例如烯键式的不饱和单体、共轭的或非共轭的二烯、多烯、烯基苯等。上述共聚单体的实例包括:C3-C20的α-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。特别优选1-丁烯和1-辛烯。其它合适的单体包括苯乙烯、卤素取代的苯乙烯或烷基取代的苯乙烯、乙烯基苯并环丁烷(vinylbenzocyclobutane)、1,4-己二烯、1,7-辛二烯以及环烃(例如:环戊烯、环己烯以及环辛烯)。
当乙烯/α-烯烃共聚体为优选的聚合物时,也可以使用其它的乙烯/烯烃聚合物。在此使用的烯烃指具有至少一个碳-碳双键的不饱和烃基化合物族。依赖于催化剂的选择,任何烯烃可以用于本发明的实施方式中。优选地,合适的烯烃为含有乙烯基的不饱和基团的C3-C20的脂肪族化合物和芳香化合物,以及环状化合物,例如环丁烯、环戊烯、二聚环戊二烯,以及降冰片烯,所述降冰片烯包括但不限于在5位和6位被C1-C20的烃基或环烃基(cyclohydrocarbyl group)取代的降冰片烯。还包括上述烯烃的混合物以及上述烯烃与C4-C40的二烯化合物的混合物。
烯烃单体的实例包括但不限于丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯、以及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、二聚环戊二烯、环辛烯、C4-C40的二烯(所述C4-C40的二烯包括但不限于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),和其它的C4-C40的α-烯烃等。在某些实施方式中,所述α-烯烃为丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-壬烯、或它们的组合。尽管任何含有乙烯基的烃均可以潜在地应用于本发明的实施方式中,但是当单体的分子量变得太高时,例如单体的可利用性、成本、以及从得到的聚合物中方便地移除为未反应的单体的能力的实际问题可能变得更加棘手。
在此描述的聚合工艺可以很好地适用于含有单亚乙烯基(monovinylidene)芳香单体的烯烃聚合物的生产,所述单亚乙烯基芳香单体包括苯乙烯、邻甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、和叔丁基苯乙烯等。特别地,通过本文下面的教导可以制得含有乙烯和苯乙烯的共聚体。任选地,可以制备具有改进的性能的含有乙烯、苯乙烯和C3-C20的α-烯烃、任选含有C4-C20的二烯的共聚物。
合适的非共轭的二烯单体可以为具有6-15个碳原子的直链二烯、支化链二烯或环烃二烯。合适的非共轭的二烯的实例包括但不限于:直链的无环二烯(acyclic diene)(例如1,4-己二烯、1,6-辛二烯、1,7-辛二烯、1,9-癸二烯),支化链的无环二烯(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、以及二氢月桂烯与二氢苎烯(dihydroocinene)的混合的异构体)、单环脂环二烯(例如1,3-环戊二烯、1,4-环己二烯、1,5-环辛二烯以及1,5-环十二双烯(1,5-cyclododecadiene)、以及多环脂环稠环二烯和多环脂环桥环二烯(例如四氢茚(tetrahydroindene)、甲基四氢茚、二聚环戊二烯、双环-(2,2,1)-庚-2,5-二烯(bicyclo-(2,2,l)-hepta-2,5-diene)、链烯基、亚烷基、环烯基以及环亚烷基降冰片烯(例如5-亚甲基-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-降冰片烯以及降冰片二烯)。在上述二烯中,通常用于制备EPDMs的特别优选的二烯为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-亚甲基-2-降冰片烯(MNB)、以及二聚环戊二烯(DCPD)。特别优选的二烯为5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)以及1,4-己二烯(HD)。
可以根据本发明的实施方式制备的所期望的一类聚合物为乙烯、C3-C20的α-烯烃(特别是丙烯)、任选地一种或多种二烯单体的弹性体共聚体。优选的用于本发明的此实施方式的α-烯烃为用式CH2=CHR*所指定的,其中R*为线形的或支化的1-12个碳原子的烷基。合适的α-烯烃的实例包括但不限于丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基1-戊烯、以及1-辛烯。特别优选的α-烯烃为丙烯。基于丙烯的聚合物在本领域一般称为EP或EPDM聚合物。用于制备上述聚合物特别是多嵌段EPDM型聚合物的合适的二烯包括含有4-20个碳原子的共轭的或非共轭的二烯、直链或支化链二烯、环二烯或多环二烯。优选的二烯包括1,4-戊二烯、1,4-己二烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、二聚环戊二烯、环己二烯、以及5-亚丁基-2-降冰片烯。特别优选的二烯为5-亚乙基-2-降冰片烯。
由于含有二烯的聚合物包括交替的链段或嵌段,所述交替的链段或嵌段含有或多或少量的二烯(包括不含有)以及α-烯烃(包括不含有),因此,可以降低二烯和α-烯烃的总量而不引起随后的聚合物性能的损耗。即,由于所述二烯和α-烯烃优选被引入所述聚合物的嵌段的一种类型,而不是被均匀的或无规的分布所述聚合物,因此可以更有效的利用所述二烯和α-烯烃并且接着可以更好的控制所述聚合物的交联密度。上述可交联的弹性体以及固化的产品具有有利的性能,包括更高的拉伸强度以及更好的弹性回复。
在一些实施方式中,用结合不同量的共聚单体的两种催化剂所制得的本发明的共聚体具有由此形成的嵌段的重量比从95∶5至5∶95。基于所述聚合物的总重量,希望所述弹性体聚合物具有20-90%的乙烯含量,0.1-10%的二烯含量,以及10-80%的α-烯烃含量。更优选地,基于所述聚合物的总重量,多嵌段弹性体聚合物具有60-90%的乙烯含量,0.1-10%的二烯含量,以及10-40%的α-烯烃含量。优选的聚合物为高分子量的聚合物,所述聚合物具有从10,000到约2,500,000的重均分子量(Mw),优选的重均分子量为20,000-500,000,更优选的重均分子量为20,000-350,000;并具有低于3.5的多分散性,更优选低于3.0;以及1-250的门尼粘度(Mooney viscosity)(ML(1+4)125℃)。更优选的,该聚合物具有65-75%的乙烯含量,0-6%的二烯含量,以及20-35%的α-烯烃含量。
通过在聚合物结构中引入至少一个官能团,所述乙烯/α-烯烃可以进行功能化。官能团的示例性的实例可以包括:例如烯键式的不饱和的单官能的羧酸或双官能的羧酸、烯键式的不饱和的单官能的羧酸酐或双官能的羧酸酐、及其盐和酯。所述官能团可以接枝到乙烯/α-烯烃共聚体上,或者可以与乙烯或任选加成的共聚单体共聚合以形成乙烯、功能共聚单体以及任选地其它共聚单体的共聚体。在例如美国专利No.4,762,890、No.4,927,888以及4,950,541中描述了将官能团接枝到聚乙烯之上的方法,将这些专利的公开整体结合于此作为参考。一种特别有用的官能团为苹果酐(malic anhydride)。
存在于功能共聚体内的官能团的量可以改变。所述官能团通常以至少约1.0重量%的量存在于共聚物型的功能化的共聚体中,所述官能团的量优选为至少约5重量%,并且更优选为至少约7重量%。所述官能团通常可以以低于约40重量%的量存在于共聚物型的功能化的共聚体中,所述官能团的量优选低于约30重量%,并且更优选低于约25重量%。
测试方法
在下面的实例中,采用了以下的分析技术。
用于样品1-4和A-C的凝胶渗透色谱法(GPC)方法
使用配备有设置为160℃的加热针头的自动化的液体处理机来向每种干燥的聚合物样品中加入用300ppm的亚诺抗氧化剂(Ionol)稳定的足量的1,2,4-三氯苯,以得到30mg/mL的最终浓度。在每根管中放置一根小的玻璃搅拌棒,并且将样品在以250rpm旋转的加热的轨道-搅拌器(orbital-shaker)上加热2小时至160℃。随后用自动化的液体处理机且加热的针头被设置为160℃来将浓缩的聚合物溶液稀释到1mg/mL。
使用Symyx Rapid的GPC系统来确定每个样品的分子量数据。设定为2.0mL/min流速的Gilson 350泵用于泵送用氦吹扫过的用300ppm的亚诺抗氧化剂稳定的1,2-二氯苯作为流动相,所述流动相经过三个串联放置的Plgel10μm Mixed B 300mm×7.5mm的柱并加热至160℃。使用Polymer Labs ELS1000检测器,将蒸发器设定为250℃,雾化器设定为165℃,并且将氮气流速设定为在60-80磅(400-600kPa)的N2压力下的1.8标准升/分钟(SLM)。将所述聚合物样品加热至160℃,并使用液体处理机和加热的针头将每种样品注射入250μL回路中。采用了对聚合物样品的系列分析和重复注射,所述对聚合物样品的系列分析使用了两条交换回路(swiched loops)。使用Symyx EpochTM软件收集并分析样品数据。对峰进行手工积分,并且报告了未对聚苯乙烯标准校正曲线进行校准的分子量信息。
标准CRYSTAF方法
使用从Polymer Char(Valencia,Spain)商购得到的CRYSTAF 200装置,通过结晶分析分馏(CRYSTAF)来确定支化分布(branching distribution)。将所述样品在160℃下,在1,2,4-三氯苯中溶解1小时并在95℃下稳定45分钟。取样温度以0.2℃/min的冷却速率从95℃变化至30℃。使用红外检测器来测定聚合物溶液的浓度。当温度降低时,随着聚合物结晶来测定渐增的可溶解浓度。累积轮廓线(cumulative profile)的分析导数反映了所述聚合物的短链支化分布。
通过包含于CRYSTAF软件(版本2001.b,PolymerChar,Valencia,Spain)中的峰分析模块来识别所述CRYSTAF峰的温度和面积。CRYSTAF峰查找软件识别峰的温度和面积,所述峰的温度为dW/dT曲线的最大值,所述峰的面积为导数曲线中被识别的峰的任何一侧的最大的正弯曲(positiveinflections)之间的面积。为了计算所述CRYSTF曲线,优选的工艺参数为具有70℃的温度界限的参数,以及在具有温度界限之上0.1的且在温度界限0.3之下的平滑参数的参数。
DSC标准方法(除样品1-4和A-C之外)
使用配备有RCS冷却配件和自动取样器(autosampler)的TAI型Q1000DSC(TAI model Q1000 DSC)来确定差示扫描量热的结果。使用50ml/min的氮气吹扫气流。将样品压制成膜,并且在压制时在约175℃下熔融,并随后空气冷却至室温(25℃)。然后将3-10mg材料切成直径为6mm的圆片,精确称重,置于轻质铝坩埚中(约50mg),并且接着进行折边密闭。用下面的温度轮廓曲线分析所述样品的热行为。将所述样品快速加热至180℃并且恒温保持3分钟,以除去先前的任何热历史。然后将样品以10℃/min的冷却速率冷却至-40℃,并在-40℃保持3分钟。然后将样品以10℃/min的加热速度加热至150℃。记录冷却和第二次加热曲线。
DSC熔融峰确定为在-30℃至熔融的末端之间画出的相对于线形的基线的热流速率(W/g)内的最大值。熔化热确定为使用线形的基线在-30℃至熔融的末端之间的熔融曲线下的面积。
GPC方法(除样品1-4和A-C之外)
由Polymer Laboratories Model的PL-210仪器或Polymer LaboratoriesModel的PL-220仪器组成凝胶渗透色谱系统。柱和转盘舱(carouselcompartment)在140℃运行。使用三根Polymer Laboratories的10μm Mixed-B柱。溶剂为1,2,4-三氯苯。以在含有200ppm的丁基化的羟基甲苯(BHT)的50mL溶剂中0.1g聚合物的浓度制备样品。通过在160℃轻微搅拌2小时制得样品。使用的注射体积为100微升并且流速为1.0ml/min。
用21个分子量范围为580-8,400,000的窄分子量分布的聚苯乙烯标准样品进行GPC柱装置的校正,所述聚苯乙烯标准样品排列成各个的分子量之间至少10倍间隔的6组“鸡尾酒(cocktail)”混合物。所述标准样品购自Polymer Laboratories(Shropshire,UK)。对于分子量等于或大于1,000,000的聚苯乙烯标准样品,以50ml溶液中0.025g来制备聚苯乙烯标准样品,对于分子量小于1,000,000的聚苯乙烯标准样品,以50mL溶液中0.05g来制备聚苯乙烯标准样品。在80℃下轻微搅拌30分钟来溶解所述聚苯乙烯标准样品。首先运行窄的标准样品,并且以最高的分子量组成向最低的分子量降低的顺序运行。使用下面的方程(如在Williams和Ward,J.Polym.Sci. (高分子科学),Polym.Let.,6,621(1968)中所描述的:M聚乙烯=0.431(M聚苯乙烯))来将所述聚苯乙烯标准样品峰的分子量换算成聚乙烯的分子量。
使用Viscotek TriSEC软件3.0版本进行聚乙烯等效(equivalent)分子量的计算。
压缩变定
根据ASTM D395测定压缩变定。通过堆叠厚度为3.2mm、2.0mm和0.25mm的直径为25.4mm的圆盘直至总厚度达到12.7mm来制备样品。所述圆盘切割自12.7cm×12.7cm的加压模塑的板,所述加压模塑的板用热压机在以下条件下模塑:在190℃、0压力下保持3分钟,接着在190℃、86Mpa下保持2分钟、接着在压力机内以86MPa用冷的流动的水进行冷却。
密度
根据ASTM D 1928制备用于密度测试的样品。使用ASTM D792的方法B的压制法,在1小时内对样品进行测试。
弯曲/割线模量/储能模量
使用ASTM D 1928加压模塑样品。根据ASTM D-790测定挠曲模量和2%割线模量。根据ASTM D 5026-01或等同的技术测定储能模量。
光学性质
厚度为0.4mm的膜是使用热压机(Carver Model#4095-4PR1001R)加压模塑的。将颗粒置于聚四氟乙烯片之间,在55磅(380kPa)下3分钟加热至190℃,随后在1.3Mpa下保持3分钟,以及接着在2.6Mpa下保持3分钟。然后在1.3MPa下,在压力机中用流动的冷水将膜冷却1分钟。所述加压模塑膜用于光学测试、拉伸行为、回复、以及应力松弛。
如在ASTM D 1746中详述的,使用BYK Gardner Haze-gard测定透明度。
如在ASTM D-2457中详述的,使用BYK Gardner Glossmeter Microgloss45°来测定45°光泽度。
以ASTM D 1003的程序A为根据,使用BYK Gardner Haze-gard测定内混浊。在所述薄膜的表面上使用矿物油以除去表面刮痕。
机械性能--拉伸、滞后现象、以及撕裂
使用ASTM D 1708微量抗拉试样来测定单轴拉伸下的应力-应变行为。使用英斯特郎(Instron)在21℃下以500%min-1拉伸样品。由5个样品的平均值记录抗拉强度和断裂伸长率。
采用ASTM D 1708微量抗拉试样,用InstronTM仪器,由循环加载至100%和300%应变来确定100%的滞后现象和300%的滞后现象。样品在21℃下以267%min-1加载和卸载3个循环。使用环境室(environmental chamber)进行在300%和80℃下的循环试验。在所述80℃的试验中,在测试之前允许样品在测试温度之下平衡45分钟。在21℃、300%应变循环试验中,记录第一个卸载循环在150%应变下的回复应力。使用载荷回到基线时的应变,由第一个卸载循环计算所有试验的回复百分率。所述回复百分率定义为:
其中,εf为用于应变循环加载所采用的应变,并且εs为在第一个卸载循环期间载荷回到基线的应变。
使用配备有环境室的InstronTM仪器,测得在50%的应变且温度为37℃下12小时的应力松弛。标准尺寸为76mm×25mm×0.4mm。在环境室中,37℃下平衡45分钟后,将样品以333%min-1拉伸至50%应变。将应力记录为持续12小时的时间的函数。使用公式计算12小时后的应力松弛百分率:
其中,L0是在0时间的50%应变下的载荷,并且L12为12小时后的50%应变下的载荷。
使用InstronTM仪器,在密度为0.88g/cc或密度小于0.88g/cc的样品上进行缺口拉伸撕裂试验(tensile notched tear experiment)。由具有2mm的缺口的76mm×13mm×0.4mm的标准部分组成几何形状,所述缺口在样品的试样长度的一半处切入。在21℃下,以508mm·min-1来拉伸所述样品直至该样品断裂。将直至最大载荷下的应变的应力-伸长曲线下的面积计算为撕裂能。记录至少三个样本的平均值。
TMA
在直径30mm×厚度3.3mm的加压模塑的圆片上进行热机械分析(针入温度,penetrating temperature),所述圆片是在180℃下并且10MPa的模塑压力下持续5分钟形成的并接着进行空冷淬火(air quenched)。使用的仪器是是可获得自Perkin-Elmer的牌号TMA 7。在该测试中,将具有1.5mm半径针尖的探针(P/N N519-0416)用1N的力应用于所述样品圆片的表面。从25℃以5℃/min的速度升高温度。探针的针入距离测定为温度的函数。当探针刺入该样品1mm时,试验结束。
DMA
在加压模塑的圆片上测试动态力学分析(DMA),所述圆片是在热压机内在180℃、10MPa的压力下保持5分钟并且接着在压力机内以90℃/min进行水冷却而形成的。使用ARES控制的配备有用于扭力试验的双悬夹具的应变流变仪(TA仪器)进行测试。
压制1.5mm板并切割成尺寸为32×12mm的条。将所述样品夹持在间隔10mm(手柄间隔ΔL)的夹具之间的两个末端,并施加从-100℃到200℃(5℃每步)的连续的温度步骤。在10rad/s的角频率下测定在每个温度下的扭转模量(G’),应变振幅保持在0.1%至4%之间以确保扭矩充足以及所述测试保持在线性区域。
保持10g的起始静态力(自动拉伸模式)以预防热膨胀发生时的样品内的松弛。因此,所述手柄间隔ΔL随温度提高,特别是在所述聚合物样品的熔融温度或软化温度之上。在最大温度处停止测试或者当夹具之间的间隔达到65mm时停止测试。
熔融指数
根据ASTM D 1238测定熔融指数或I2,条件为190℃/2.16kg。还根据ASTM D 1238来测定熔融指数或I10,条件为190℃/10kg。
ATREF
根据美国专利No.4,798,081以及Wilde,L.;Ryle,T.R.;Knobeloch,D.C.;Peat,I.R.;Determination of Branching Distributions in Polyethylene andEthylene Copolymer(聚乙烯和乙烯共聚物中的支化分布的确定),J.Polym.Sci.,20,441-455(1982)中描述的方法进行分析升温洗脱分馏(ATREF)分析,上述参考文献整体结合于此作为参考。将需要分析的组成溶解于三氯苯中,并通过以0.1℃/min的冷却速率缓慢将温度降低至20℃,使需要分析的组合物在含有惰性载体(不锈钢硬粒)的柱中结晶。所述柱配备有红外检测器。通过将洗脱溶剂(三氯苯)的温度以1.5℃/min的速率缓慢地从20℃升高至120℃地将结晶的聚合物样品从所述柱中洗脱出来而产生ATREF色谱曲线。
13C NMR分析
通过在10mm的NMR管子中,向0.4g样品中加入约3g的50/50的四氯乙烷-d2/邻二氯苯的混合物来制得样品。通过加热试管以及试管的内含物至150℃而溶解并匀化样品。使用相应于100.5MHz的13C共振频率的JEOLEclipseTM 400MHz光谱仪或Varian Unity PlusTM 400MHz光谱仪来收集数据。使用每个数据文件4000个瞬变值来获取数据,所述数据文件具有一个6秒的脉冲重复延迟。为了获得最低的信噪比以便定量分析,将多重数据文件加在一起。光谱宽度为25,000Hz的以32K为最小文件尺寸数据点。在一个10mm宽谱带探头内在130℃下分析所述样品。使用兰德尔三元组法(Randall’s triad method)(Randall,J.C.;JMS-Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29,201-317(1989))来确定共聚单体的引入,该参考文献整体结合与此作为参考。
通过TREF的聚合物分馏
通过在160℃下搅拌4小时,将15-20g的聚合物溶解于2升的1,2,4-三氯苯(TCB)中进行大规模的TREF分馏。通过5psig(100kPa)的氮气将聚合物溶液推进到3英寸×4英尺(7.6cm×12cm)钢柱上,所述钢柱以60∶40(体积∶体积)装填有混合的30-40目(600-425μm)球形的工业品质的玻璃珠(获得自Potter Industries,HC 30Box 20,Brownwood,TX,76801)和直径为0.028”(0.7mm)的不锈钢丝切丸(获得自Pellets,Inc.63 IndustrialDrive,North Tonawanda,NY,14120)。该柱浸入起始设定为160℃的热控制的油夹套中。该柱首先急速(ballistically)冷却至125℃,接着以0.04℃每分钟的速率缓慢冷却至20℃并保持1小时。以0.167℃每分钟的速率提高温度的同时,以约65ml/min的速率加入新鲜的TCB。
将来自于制备型TREF柱的约2000mL的洗脱剂部分收集在一个16站(station)的加热的分馏收集器中。使用旋转蒸发仪将各个馏分的聚合物浓缩直至剩余约50-100ml的聚合物溶液为止。在加入过量的甲醇、过滤并漂洗(包括最后的漂洗,约300-500ml的甲醇)之前,使所述浓缩的溶液维持原状过夜。使用5.0μm的聚四氟乙烯包覆的滤纸(获得自Osmonics Inc.,Cat#Z50WP04750),在3方位(position)真空辅助过滤工作站上进行所述过滤步骤。过滤的馏分在60℃的真空烘箱中干燥过夜并在进行进一步的测试之前在分析天平上称重。
熔融强度
通过使用装备有具有约45度的进入角(entrance angle)的直径为2.1mm的20∶1模具毛细管流变仪测定熔融强度(MS)。将样品在190℃下平衡10分钟之后,活塞以1英寸/分钟(2.54cm/分钟)的速率运动。标准测试温度为190℃。将所述样品单轴拉伸至一组加速辊(nip),所述辊位于所述模具的下方100mm,具有2.4mm/s2的加速度。需要的拉伸力记录为所述辊转动的卷带速度的函数。测试期间获得的最大的拉伸力定义为熔融强度。在熔融的聚合物显示出拉引共振的情况下,将拉引共振开始之前的拉伸力作为熔融强度。所述熔融强度记录为百分之一牛顿(centiNewton,“CN”)。
催化剂
术语“过夜”在使用时指约16-18小时的时间,术语“室温”指20-25℃的温度,以及术语“混合烷烃”指可以商购自ExxonMobil Chemical Compony的商品名为Isopar的C6-9的脂肪族烃的混合物。在此处的化合物的名称与该名称的结构表示法不一致的情况下,以所述结构表示法为准。使用干燥箱技术(dry box techniques)在干燥氮气氛围下进行所有的金属配合物的合成和所有的筛选试验的准备。使用的所有的溶剂为HPLC等级的并且在使用之前进行干燥。
MMAO指修饰的甲基铝氧烷(metnylalumoxane),三异丁基铝修饰的甲基铝氧烷可以从Akzo-Noble Corporation商购得到。
催化剂(B1)的制备按如下进行。
a)(1-甲基乙基)(2-羟基-3,5-二(叔丁基)苯基)甲基亚胺((1-methylethyl)
(2-hydroxy-3.5-di(t-butyl)phenyl)methylimine)的制备
将3,5-二-叔丁基水杨醛(3,5-Di-t-butyl salicylaldehyde)(3.00g)加入至10mL的异丙胺中。溶液很快变成亮黄色。在室温下搅拌3小时之后,在真空下除去挥发份,得到亮黄色的结晶的固体(产率:97%)
b)1,2-双-(3,5-二叔丁基亚苯基)(1-(N-(1-甲基乙基)亚氨基)甲基)(2-氧代
基)二苄基锆(1,2-bis-(3,5-di-t-butylphenylene)(1-(N-(l-methylethyl)immino)
methyl)(2-oxoyl)zirconium dibenzyl)的制备
将5mL甲苯中的(1-甲基乙基)(2-羟基-3,5-二(叔丁基)苯基)甲基亚胺(605mg,2.2mmol)的溶液缓慢加入至Zr(CH2Ph)4(500mg,1.1mmol)的50mL的甲苯溶液中。将由此得到的暗黄色的溶液搅拌30分钟。在减压下除去溶剂,得到需要的产品,为红棕色固体。
催化剂(B2)的制备按如下进行。
a)(1-(2-甲基环己基)乙基)(2-氧代基-3,5-二(叔丁基)苯基)亚胺((1-(2-
methylcyclohexyl)ethyl)(2-oxoyl-3,5-di(t-butyl)phenyl)imine)的制备
将2-甲基环己基胺(2-Methylcyclohexylamine)(8.44mL,64.0mmol)溶解于甲醇(90mL)中,并加入二-叔丁基水杨醛(10.00g,42.67mmol)。将反应混合物搅拌3小时并接着冷却至-25℃保持12小时。通过过滤并用冷的甲醇(2×15mL)洗涤得到黄色的固体沉淀,并且接着在减压下进行干燥。产物为11.17g黄色的固体。1H NMR与作为异构体的混合物的期望的产物一致。
b)双-(1-(2-甲基环己基)乙基)(2-氧代基-3,5-二(叔丁基)苯基)亚氨基)二苄
基锆(bis-(1-(2-methylcyclohexyl)ethyl)(2-oxoyl-3,5-di(t-butyl)phenyl)immino)
zirconium dibenzyl)的制备
将200mL甲苯中的(1-(2-甲基环己基)乙基)(2-氧代基-3,5-二(叔丁基)苯基)亚胺(7.63g,23.2mmol)的溶液缓慢加入Zr(CH2Ph)4(5.28g,11.6mmol)的600mL的甲苯溶液中。得到的暗黄色的溶液在25℃下搅拌1小时。将该溶液进一步用680mL的甲苯进行稀释,得到浓度为0.00783M的溶液。
助催化剂1:四(五氟苯基)硼酸盐(tetrakis(pentafluorophenyl)borate)的甲基二(C14-18烷基)铵盐的混合物(以下为脂肪族胺硼酸盐(armeeniumborate),该混合物是通过长链三烷基胺(ArmeenTM M2HT,获得自Akzo-Nobel,Inc.)、HCl与Li[B(C6F5)4]的反应制备的,基本在美国专利5,919,9883的实例2中公开。
助催化剂2:双(三(五氟苯基)铝烷)-2-十一烷基咪唑(bis(tris(pentafluorophenyl)-alumane)-2-undecylimidazolide)的混合的C14-18烷基二甲基铵盐,根据美国专利6,395,671的实例16制得。
链梭动剂:使用的链梭动剂包括二乙基锌(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)(i-butylaluminumbis(dimethyl(t-butyl)siloxane))(SA7)、异丁基铝双(二(三甲基甲硅烷基)酰胺)(i-butylaluminum bis(di(trimethylsilyl)amide))(SA8)、正辛基铝二(吡啶-2-甲氧基)(n-octylaluminum di(pyridine-2-methoxide))(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-叔丁基酚盐)(n-octylaluminum bis(2,6-di-t-butylphenoxide))(SA12)、正辛基铝二(乙基(1-萘基)酰胺)(SA13)、乙基铝双(叔丁基二甲基硅氧基)(SA14)、乙基铝二(双(三甲基甲硅烷基)酰胺)(SA15)、乙基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环庚烷酰胺)(ethylaluminum bis(2,3,6,7-dibenzo-l-azacycloheptaneamide))(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)硅氧基)(SA18)、乙基锌(2,6-二苯基酚盐)(ethylzinc(2,6-diphenylphenoxide))(SA19)、以及乙基锌(叔丁氧基)(SA20)。
实例1-4,对比实例A-C
一般的高产量平行聚合条件
使用获得自Symyx Technologies Inc.的高产量的平行聚合反应器(parallel polymerization reactor,PPR)进行聚合,并且所述聚合基本按照美国专利No.6,248,540、6,030,917、6,362,309、6,306,658、和6,316,663进行操作。用要求的乙烯、基于使用的催化剂的总量使用1.2当量的助催化剂1(当存在MMAO时为1.1当量)在130℃和200psi(1.4MPa)下进行乙烯的共聚合。在平行压力反应器(PPR)中进行一系列聚合,所述平行压力反应器包括以6×8列阵的48个单独的反应器单元(reqctor cell),所述单独的反应器单元装备有预先称重的玻璃管。每个反应器单元的工作容积为6000μL。每个单元为温度和压力控制的,用单独的搅拌浆提供搅拌。单体气体(monomer gas)和骤冷气垂直地直接进入PPR单元,并且用自动阀进行控制。液体试剂通过注射器由机器加入各个反应器单元中,并且储液器溶剂(reservoir solvent)为混合烷烃。添加顺序为混合烷烃溶剂(4mL)、乙烯、1-辛烷共聚单体(1mL)、助催化剂1或助催化剂1/MMAO混合物、梭动剂、以及催化剂或催化剂混合物。当使用助催化剂1和MMAO的混合物或两种催化剂的混合物时,在加入反应器之前,直接将试剂在一个小的管形瓶中进行预混合。当试验中省略一种试剂时,以其他方式保持上述添加顺序。进行约1-2分钟的聚合,直至达到预先设定的乙烯消耗量。用CO骤冷之后,将反应器冷却并且卸下玻璃管。将所述管转移至离心机/真空干燥单元,并在60℃下干燥12小时。将含有干燥的聚合物的管进行称重并且这个重量与毛重的差就是聚合物的净产量。结果包含在表1中。表1中和本申请的别处,对比化合物用星号(*)标出。
实例1-4表明通过本发明合成了线形的嵌段共聚物,通过在存在DEZ时的非常窄的分子量分布(MWD)的基本上单峰的共聚合的形成和在不存在DEZ时的双峰的宽分子量分布的产物(分别产生的聚合物的混合物)的形成证实。由于已知催化剂(A1)可以比催化剂(B1)引入更多的辛烯的事实,因此基于支化或密度,可以区别本发明得到的共聚物的不同的嵌段或链段。
表1
实例 | 催化剂(A1)(μmol) | 催化剂(B1)(μmol) | 助催化剂(μmol) | MMAO(μmol) | 梭动剂(μmol) | 产量(g) | Mn | Mw/Mn | 己基等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:C6或更高的碳数的链含量每1000个碳原子
2:双峰分子量分布
可以看出根据本发明制备的聚合物比在不存在梭动剂下制备的聚合物具有相对窄的多分散性(Mw/Mn)以及更高的嵌段聚合物含量(三聚体、四聚体、或更高的)。
表1的聚合物的进一步的表征数据通过参考附图来确定。更详细的DSC和ATREF表示了以下:
实例1的聚合物的DSC曲线显示:熔点(Tm)为115.7℃,具有158.1J/g的熔化热。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于34.5℃,具有52.9%的峰面积。DSC的Tm与Tcrystaf之间的差值为81.2℃。
实例2的聚合物的DSC曲线显示了具有109.7℃的熔点(Tm)的具有214.0J/g的熔化热的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于46.2℃,具有57.0%的峰面积。DSC的Tm与Tcrystaf的差值为63.5℃。
实例3的聚合物的DSC曲线显示了具有120.7℃的熔点(Tm)的具有160.1J/g的熔化热的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于66.1℃,具有71.8%的峰面积。DSC的Tm与Tcrystaf的差值为54.6℃。
实例4的聚合物的DSC曲线显示了具有104.5℃的熔点(Tm)的具有170.7J/g的熔化热的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于30℃,具有18.2%的峰面积。DSC的Tm与Tcrystaf的差值为74.5℃。
对比实例A的聚合物的DSC曲线显示:熔点(Tm)为90.0℃,具有86.7J/g的熔化热。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于48.5℃,具有29.4%的峰面积。这些数据均与低密度的树脂一致。DSC的Tm与Tcrystaf的差值为41.8℃。
对比实例B的聚合物的DSC曲线显示:熔点(Tm)为129.8℃,具有237.0J/g的熔化热。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于82.4℃,具有83.7%的峰面积。这些数据均与高密度的树脂一致。DSC的Tm与Tcrystaf的差值为47.4℃。
对比实例C的聚合物的DSC曲线显示:熔点(Tm)为125.3℃,具有143.0J/g的熔化热。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于81.8℃,具有34.7%的峰面积,以及处于52.4℃的较低的结晶峰。上述两个峰的间隔与高结晶的聚合物和低结晶的聚合物的存在一致。DSC的Tm与Tcrystaf的差值为43.5℃。
实例5-19,对比实例D-F,连续式溶液聚合,催化剂A1/B2+DEZ
在配备内部搅拌器的由计算机控制的高压釜反应器中进行连续式溶液聚合。将纯化的混合烷烃溶剂(E,获得自ExxonMobil ChemicalCompony)、在2.70磅/小时(1.22kg/小时)下的乙烯、1-辛烯、以及氢气(在使用时)提供到装备有用于温度控制的夹套以及内部热电偶的3.8L的反应器。进料至所述反应器的溶剂通过质量流量控制器来进行测定。可变速隔膜泵调节溶剂到反应器的流速和压力。在泵的进行排出时,采用支流(sidestream)为催化剂和助催化剂1注射管路和反应器搅拌器提供冲洗流(flushflows)。通过微动(Micro-Motion)质量流量表对这些流进行测量,并通过控制阀或通过手工调节针阀对这些流进行控制。残留的溶剂与1-辛烯、乙烯、和氢气(在使用时)结合,并且进料至反应器。当需要时,质量流量控制器用于输送氢气至反应器。在进入反应器之前,使用热交换器来控制溶剂/单体溶液的温度。该流进入反应器的底部。使用泵和质量流量表来计量催化剂组分溶液,并且将催化剂组分溶液与催化剂冲洗溶剂结合并导入反应器的底部。伴随剧烈的搅拌,反应器在500psig(3.45MPa)下进行满液体(liquid-full)运转。通过反应器顶部的出口管路排出产品。来自于反应器的所有的出口管路均为蒸汽伴热管路(steam traced)并且是隔热的。通过向所述出口管道加入少量水连同任何稳定剂或其他的添加剂,并将该混合物通过静态混合器来停止聚合。然后,在进行脱挥发分之前通过将产品流经过热交换器来进行加热。通过使用排气挤出机(devolatilizing extruder)挤出以及水冷式造粒机来回收聚合物产品。详细过程和结果包含于表2中。在表3中提供了所选择的聚合物的性质。
得到的聚合物如先前的实例通过DSC和ATREF进行测试。结果如下:
实例5的聚合物的DSC曲线显示了具有119.6℃的熔点(Tm)的熔化热为60.0J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于47.6℃,峰面积为59.9%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为72.0℃。
实例6的聚合物的DSC曲线显示了具有115.2℃的熔点(Tm)的熔化热为60.4J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于44.2℃,峰面积为62.7%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为71.0℃。
实例7的聚合物的DSC曲线显示了具有121.3℃的熔点(Tm)的熔化热为69.1J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于49.2℃,峰面积为29.4%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为72.1℃。
实例8的聚合物的DSC曲线显示了具有123.5℃的熔点(Tm)的熔化热为67.9J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于80.1℃,峰面积为12.7%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为43.4℃。
实例9的聚合物的DSC曲线显示了具有124.6℃的熔点(Tm)的熔化热为73.5J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于80.8℃,峰面积为16.0%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为43.8℃。
实例10的聚合物的DSC曲线显示了具有115.6℃的熔点(Tm)的熔化热为60.7J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于40.9℃,峰面积为52.4%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为74.7℃。
实例11的聚合物的DSC曲线显示了具有113.6℃的熔点(Tm)的熔化热为70.4J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于39.6℃,峰面积为25.2%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为74.1℃。
实例12的聚合物的DSC曲线显示了具有113.2℃的熔点(Tm)的熔化热为48.9J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了在等于30℃或高于30℃下均没有峰。(为了进一步的计算,因此将Tcrystaf设定为30℃)。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为83.2℃。
实例13的聚合物的DSC曲线显示了具有114.4℃的熔点(Tm)的熔化热为49.4J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示最高的峰处于33.8℃,峰面积为7.7%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为84.4℃。
实例14的聚合物的DSC曲线显示了具有120.8℃的熔点(Tm)的熔化热为127.9J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于72.9℃,峰面积为92.2%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为47.9℃。
实例15的聚合物的DSC曲线显示了具有114.3℃的熔点(Tm)的熔化热为36.2J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于32.3℃,峰面积为9.8%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为82.0℃。
实例16的聚合物的DSC曲线显示了具有116.6℃的熔点(Tm)的熔化热为44.9J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于48.0℃,峰面积为65.0%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为68.6℃。
实例17的聚合物的DSC曲线显示了具有116.0℃的熔点(Tm)的熔化热为47.0J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于43.1℃,峰面积为56.8%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为72.9℃。
实例18的聚合物的DSC曲线显示了具有120.5℃的熔点(Tm)的熔化热为141.8J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于70.0℃,峰面积为94.0%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为50.5℃。
实例19的聚合物的DSC曲线显示了具有124.8℃的熔点(Tm)的熔化热为174.8J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于79.9℃,峰面积为87.9%。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为45.0℃。
对比实例D的聚合物的DSC曲线显示了具有37.3℃的熔点(Tm)的熔化热为31.6J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了在等于30℃或高于30℃下均没有峰。这些数值均与低密度的树脂一致。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为7.3℃。
对比实例E的聚合物的DSC曲线显示了具有124.0℃的熔点(Tm)的熔化热为179.3J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于79.3℃,峰面积为94.6%。这些数值均与高密度的树脂一致。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为44.6℃。
对比实例F的聚合物的DSC曲线显示了具有124.8℃的熔点(Tm)的熔化热为90.4J/g的峰。相应的CRYSTAF曲线显示了最高的峰处于77.6℃,峰面积为19.5%。两个峰之间的间隔与高结晶的聚合物和低结晶的聚合物均存在时的一致。DSC的Tm与Tcrystaf之间的Δ为47.2℃。
物理性质测试
评价了聚合物样品的物理性质,例如耐高温性质,如通过TMA温度测试证实的颗粒粘连强度(pellet blocking strength)、高温回复、高温压缩变定和储能模量比(G’(25℃)/G’(100℃))。该测试中包括数种可商购得到的聚合物:对比实例G*为基本线形的乙烯/1-辛烯共聚物(,获得自DowChemical Company)、对比实例H*为弹性体的、基本线形的乙烯/1-辛烯共聚物(EG8100,获得自Dow Chemical Company)、对比实例I是基本线形的乙烯/1-辛烯共聚物(PL1840,获得自Dow ChemicalCompany),对比实例J为氢化的苯乙烯/丁二烯/苯乙烯三嵌段共聚物(KRATONTM G1652,获得自KRATON Polymer),对比实例K为热塑性硫化橡胶(TPV,一种含有分散于其中的交联的弹性体的聚烯烃共混物)。结果示出在表4中。
表4高温机械性质
实例 | TMA-1mm刺入度(℃) | 颗粒粘连强度lb/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 |
表4中,对比实例F(使用催化剂A1和催化剂B1的进行同步聚合产生的两种聚合物的物理共混物)具有约70℃的1mm针入度温度,而实例5-9具有100℃或更高的1mm针入度温度。另外,实例10-19都具有高于85℃的1mm针入度温度,并且大多具有高于90℃的或者甚至高于100℃的1mmTMA温度。这表明与物理共混物相比,新型的聚合物在较高温度下具有更好的尺寸稳定性。对比实例J(一种商购的SEBS)具有良好的约107℃的1mmTMA温度,但是具有很差的约100%的压缩变定(70℃高温),而且不能在高温(80℃)的300%应变过程中进行回复。因此,示例的聚合物具有无与伦比的性质的组合,所述性质甚至在一些可商购获得的高性能热塑性弹性体中都无法获得。
相似地,表4显示了本发明的聚合物具有6或小于6的低的(良好的)储能模量比(G’(25℃)/G’(100℃)),而物理共混物(对比实例F)具有9的储能模量比,具有相似密度的乙烯/辛烯无规共聚物(对比实例G)具有高了一个数量级的储能模量比(89)。聚合物具有尽可能接近于1的储能模量比是期望的。这样的聚合物相对不受温度的影响,并且由这样的聚合物制备的制品可以在宽泛的温度范围内有效地应用。低储能模量比的特性以及温度独立性在弹性体应用方面特别有用,例如在压力敏感的胶粘剂制剂方面。
表4中的数据还证明本发明的聚合物具有改善的颗粒粘连强度。特别的,与显示出相当高的粘连性的对比实例F和对比实例G相比,实例5具有0MPa的颗粒粘连强度,表明在测试条件下是自由流动的。由于具有高的粘连强度的聚合物聚合物的散装运输(bulk shipment)可能导致产品结块或者在贮存或装运时粘着在一起,导致很差的处理性能。
本发明的聚合物的高温(70℃)变定普遍良好,表明普遍低于约80%,优选低于约70%并且尤其低于约60%。相反,对比实例F、G、H和J均具有100%的70℃压缩变定(可能的最大值,表明没有回复)。对于诸如垫圈、橱窗轮廓、O形环等的应用,良好的高温压缩变定(低的数值)尤其必要。
表5显示了对于新型的聚合物以及各种对比聚合物在室温下的机械性质。可以看到当根据ISO 4649进行测试时,本发明的聚合物具有很好的耐磨性,普遍显示出低于约90mm3的体积损耗,优选低于约80mm3,并且尤其低于约50mm3。在此测试中,较高的数值表明较高的体积损耗以及必然地较低的耐磨性。
如表5中所示,通过缺口拉伸撕裂强度测定的抗拉强度,本发明的聚合物的抗拉强度普遍为1000mJ或更高。本发明的聚合物的撕裂强度可以高至3000mJ,或者甚至高至5000mJ。对比聚合物普遍具有不高于750mJ的抗拉强度。
表5还显示本发明的聚合物具有比一些对比样品更好的在150%应变下的回复应力(由更高的回复应力值证明)。对比实例F、G和H具有400kPa或更低的在150%应变下的回复应力,而本发明的聚合物具有500kPa(实例11)至约1100kPa(实例17)的在150%应变下的回复应力。具有高于150%的回复应力值的聚合物对于弹性体应用(例如弹性纤维和弹性织物,特别是无纺布)十分有用。其他应用包括有尿布、卫生保健、以及医用服装腰带(medical garment waistband)应用,例如标签(tab)和松紧带。
表5还显示了与例如对比实例G相比,本发明的聚合物的应力松弛(在50%应变下)也得到改善。较低的应力松弛表明了聚合物在应用(例如尿布和其他希望在体温下长时间内保持弹性性质的服装的情况)中更好地保持了它的作用力。
光学测试
表6聚合物光学性质
实例 | 内混浊(%) | 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中记录的光学性质是建立在基本上不存在取向的加压模塑膜上。由于晶粒大小的不同,聚合物的光学性能可以在宽范围内变化,所述晶粒大小的不同是由于聚合中使用的链梭动剂的量的变化引起的。
多嵌段共聚物的抽提
进行了实例5、7和对比实例E的聚合物的抽提研究。在试验中,将聚合物样品在玻璃烧结的抽提套管(glass fritted extraction thimble)内进行称重,并安装至熊本(Kumagawa)型抽提器内。将具有样品的抽提器用氮气吹扫,并向500mL的圆底烧瓶装入350mL的二乙醚。随后将所述烧瓶安装到所述抽提器上。在搅拌的同时加热所述醚。当所述醚开始冷凝进入套管内时,记录时间,并且使所述抽提在氮气下进行24小时。此时,停止加热并使溶液冷却。使任何残留在所述抽提器内的醚返回所述烧瓶。在室温真空蒸发烧瓶中的醚,并且用氮气吹干得到的固体。用己烷进行连续洗涤将任何残留转移到已称重的瓶中。接着再用氮气吹扫蒸发结合的己烷洗涤物,并且在45℃下将残留物在真空下干燥过夜。用氮气吹干抽提物中任何残留的醚。
然后将另一个装入了350mL的己烷的洁净的圆底烧瓶连接到所述抽提器上。在搅拌下将所述己烷加热至回流,并在第一次注意到己烷冷凝进入套管内之后,保持回流24小时。接着停止加热并使所述烧瓶冷却。将任何残留在所述抽提器内的己烷移回所述烧瓶。通过在室温下真空蒸发以除去所述己烷,并且使用连续的己烷洗涤将保留在所述烧瓶内的任何残留物转移至已称重的瓶内。通过氮气吹扫蒸发所述烧瓶内的己烷,并且残留物在40℃下真空干燥过夜。
将抽提后残留在所述套管中的聚合物样品从所述套管转移至已称重的瓶中,并在40℃下真空干燥过夜。结果包含于表7中。
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 | 残留物C8摩尔百分比1 |
对比实例F* | 1.097 | 0.063 | 5.69 | 12.2 | 0.245 | 22.35 | 13.6 | 6.5 |
实例5 | 1.006 | 0.041 | 4.08 | - | 0.040 | 3.98 | 14.2 | 11.6 |
实例7 | 1.092 | 0.017 | 1.59 | 13.3 | 0.012 | 1.10 | 11.7 | 9.9 |
1:通过13C NMR确定
另外的聚合物样品19A-J,连续式溶液聚合,催化剂A1/B2+DEZ
对于实例19A-I
在计算机控制的混合型(well-mixed)反应器中进行连续式溶液聚合。将纯化的混合烷烃溶剂(IsoparTM E,获得自Exxon Mobil,Inc.)、乙烯、1-辛烯、和氢气(在使用时)结合,并进料至27加仑的反应器中。通过质量流量控制器测量向所述反应器的进料。进入反应器之前,利用乙二醇冷却的热交换器来控制进料流的温度。使用泵和质量流量表对催化剂组分溶液进行计量。所述反应器在约550psig的压力下进行满液体(liquid-full)运转。在离开反应器时,将水和添加剂注射入聚合物溶液中。水对所述催化剂进行水解,并且终止所述聚合反应。接着加热反应器后溶液(post reactor solution),为两阶段脱挥发分作准备。在所述脱挥发分过程中除去所述溶剂和未反应的单体。将聚合物熔体泵送到模具,以进行水下造粒切割(underwater pelletcutting)。
对于实例19J
在配备有内部搅拌器的由计算机控制的高压釜反应器中进行连续式溶液聚合。将纯化的混合烷烃溶剂(IsoparTM,获得自ExxonMobil ChemicalCompony)、在2.70lbs/小时(1.22kg/小时)下的乙烯、1-辛烯、以及氢气(在使用时)提供应至装备有用于温度控制的夹套和内部热电偶的3.8L的反应器中。通过质量流量控制器来测量进料至所述反应器的溶剂。可变速隔膜泵控制到所述反应器的所述溶剂的流速和压力。在泵的进行排出时,采用支流为催化剂和助催化剂注入管路以及反应器搅拌器提供冲洗流。通过微动质量流量计对这些流进行测量,并通过控制阀或通过手动调节针阀对这些流进行控制。残留的溶剂与1-辛烯、乙烯、以及氢气(在使用时)结合,并进料至所述反应器。如果需要,质量流量控制器用于输送氢气至所述反应器。在进入所述反应器之前,利用热交换器来控制溶剂/单体溶液的温度。此流进入所述反应器的底部。使用泵和质量流量表来计量催化剂组分溶液,并且将催化剂组分溶液与催化剂冲洗溶剂结合并导入反应器的底部。伴随剧烈的搅拌,所述反应器在500psig(3.45MPa)下满液体运转。通过所述反应器顶部的出口管路取出产品。来自所述反应器的所有出口管路均为蒸汽伴热管路并且是隔热的。通过向所述出口管道加入少量水连同任何稳定剂或其他添加剂,将该混合物通过静态混合器成来停止聚合。接着,在进行脱挥发分之前通过通过将产品流经过热交换器来进行加热。通过使用排气挤出机挤出和水冷式造粒机来回收聚合物产品。
详细过程和结果包含于表8中。在表9A-C中提供了所选择的聚合物的性质。
在表9B中,本发明的实例19F和19G在500%伸长之后显示出低的约65-70%应变的瞬间变定。
实例20和21
以与上面的实例19A-I基本相似的方式,采用下表11中所示的聚合条件制备实例20和21的乙烯/α-烯烃嵌段共聚体。所述聚合物展现出的性质示于表10。表10还示出了添加至所述聚合物的任何添加剂。
表10实例20-21的性质和添加剂
Irganox 1010为四亚甲基(3,5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸)甲酯(Tetrakismethylene(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)methane)。Irganox 1076为十八烷基-3-(3′,5′-二-叔丁基-4′-羟苯基)丙酸酯(Octadecyl-3-(3′,5′-di-t-butyl-4′-hydroxyphenyl)propionate)。Irgafos 168为三(2,4-二-叔丁基苯基)亚磷酸酯(Tris(2,4-di-t-butylphenyl)phosphite)。Chimmasorrb 2020为1,6-己二胺、N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-聚合物(N,N′-bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)-polymer)与2,3,6-三氯-1,3,5-三嗪的反应产物,具有N-丁基-1-丁胺与N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺。
适合于织物和纺织制品的纤维
本发明涉及适合于诸如纺织制品的织物的纤维,其中根据ASTMD629-99,所述纤维包括至少约1%的聚烯烃,并且根据ASTM D2653-01(首先断裂丝的伸长率测试(elongation at first filament break test)),并且其中所述纤维的丝断裂伸长率大于约200%,优选大于约210%,优选大于约220%,优选大于约230%,优选大于约240%,优选大于约250%,优选大于约260%,优选大于约270%,优选大于约280%,并且可以高至600%。本发明的纤维进一步具有以下特征:(1)根据ASTM D2731-01(以整理的纤维形式,在特定伸长率下的力下),200%伸长率下的载荷/100%伸长率下的载荷的比值高于或等于约1.5,优选高于或等于约1.6,优选高于或等于约1.7,优选高于或等于约1.8,优选高于或等于约1.9,优选高于或等于约2.0,优选高于或等于约2.1,优选高于或等于约2.2,优选高于或等于约2.3,优选高于或等于约2.4,并且可以高至4;或(2)低于或等于约0.8的平均摩擦系数,优选低于或等于约0.78,优选低于或等于约0.76,优选低于或等于约0.74,优选低于或等于约0.73,优选低于或等于约0.72,优选低于或等于约0.71,优选低于或等于约0.7,优选低于或等于约0.6,优选低于或等于约0.5;并且可以低至0.3,或者(3)兼具(1)和(2)。
所述聚烯烃可以选自任何合适的聚烯烃或聚烯烃的共混物。这样的聚合物包括例如乙烯无规均聚物和共聚物、乙烯嵌段均聚物和共聚物、聚丙烯均聚物和共聚物、乙烯/乙烯醇共聚物、以及上述聚合物的混合物。特别优选的聚烯烃为乙烯/α-烯烃共聚体,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有下列特征中的一者或多者:
(1)平均嵌段指数大于0并直至约1.0,以及大于约1.3的分子量分布所述分子量分布用Mw/Mn表示;或者
(2)当使用TREF进行分馏时,至少一种分子馏分在40-130℃之间洗脱,其特征在于,所述馏分具有至少为约0.5且高达1的嵌段指数;或者
(3)约1.7-3.5的Mw/Mn,至少一个熔点Tm,所述熔点以摄氏度为计量单位,以及密度d,所述密度以g/cm3为计量单位,其中Tm和d的数值符合下面的关系:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或者
(4)从约1.7到约3.5的Mw/Mn,并且以熔化热ΔH和Δ数量ΔT为特征,所述熔化热以J/g为计量单位,所述Δ数量以摄氏度为计量单位,所述Δ数量定义为最高的DSC峰与最高的CRYSTAF峰之间的温度差,其中ΔT和ΔH的数值之间具有下列关系:
ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,用于ΔH为大于0并直至130J/g的情况:
ΔT≥48℃,用于ΔH大于130J/g的情况,
其中,使用至少5%的累积的聚合物来确定所述CRYSTAF峰,并且如果所述具有可识别的CRYSTAF峰的聚合物低于5%,则所述CRYSTAF峰为30℃;或者
(5)在300%的应变和1个循环下用乙烯/α-烯烃共聚体的加压模塑膜来测定的弹性回复Re,所述弹性回复为百分率的形式,并且具有密度d,所述密度以g/cm3为计量单位,其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本上不存在交联相时,Re和d的数值满足下面的关系:
Re>1481-1629(d);或者
(6)当使用TREF进行分馏时在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,所述馏分具有比在相同的温度区间洗脱的对比的乙烯无规共聚体馏分至少高5%的共聚单体摩尔含量,其中,所述对比的乙烯无规共聚体具有相同的共聚单体并,具有熔融指数、密度、以及所述乙烯/α-烯烃共聚体的共聚单体摩尔含量的10%以内的共聚单体摩尔含量(基于整个聚合物);或者
(7)25℃下的储能模量G’(25℃),以及100℃下的储能模量G’(100℃),其中,G’(25℃)与G’(100℃)的比值在约1∶1至约9∶1的范围内。
依赖于预期的应用,所述纤维可以制成任何希望的尺寸和横截面形状。对于许多应用,由于圆形具有降低的摩擦,因此接近圆形的横截面是期望的。然而,也可以使用其他形状,例如三叶形、或平板形(即:“带状物”(ribbon))。旦(denier)是纺织品术语,定义为每9000m长度的纤维的克数。优选的尺寸包括,从至少约1旦,优选至少约20旦,优选至少约50旦,至最高约180旦,优选最高约150旦,优选最高约100旦,优选最高约80旦。
所述纤维通常是弹性的并且通常是交联的。所述纤维包括乙烯/α-烯烃共聚体与任何合适的交联剂的反应产物,即交联的乙烯/α-烯烃共聚体。在此使用的“交联剂”是指使一种或几种纤维交联,优选交联大部分的纤维的任何方法。因此,所述交联剂可以为化合物,但不是必要地局限于此。在此使用的交联剂还包括有或没有交联催化剂的电子束照射、β-辐照、γ-辐照、电晕照射(corona irradiation)、硅烷、过氧化物、烯丙基化合物和紫外(UV)辐射。美国专利No.6,803,014和6,667,351公开的电子束照射方法可以用于本发明的实施方式中。在一些实施方式中,通过对形成的凝胶的质量百分比进行测定,交联的聚合物的百分率为至少10重量%,优选为至少约20重量%,更优选为至少约25重量%至最高约75重量%,优选最高约50重量%。
依赖于应用,所述纤维可以采用任何合适的形式,包括切断纤维或粘合纤维(binder fiber)。典型的示例可以包括均质纤维、双组分纤维、熔喷纤维、熔纺纤维、或纺粘纤维。在双组分纤维的情况下,所述纤维可以具有鞘-芯结构、海岛结构、并排结构、基质-原纤维结构(matrix-fibril structure)、或嵌段的馅饼(segmented pie)结构。有利的是,可以使用传统的纤维形成方法来制备上述纤维。这样的方法包括那些在例如美国专利No.4,340,563、4,663,220、4,668,566、4,322,027和4,413,110中所描述的方法。
本发明的纤维从多个方面促进了加工。首先,比起传统的纤维,本发明的纤维更好地从卷线筒上退卷(unwind)。普通的纤维当为圆形的横截面时,由于它们的原料聚合物过度的应力松弛,通常不能提供令人满意的退卷性能。该应力松弛与卷线筒的寿命成比例,并导致位于所述卷线筒的最外面的丝丧失对所述表面的抓紧(grip),变成松散的丝股。之后,当将这样的包含传统纤维的卷线筒放置在正向进料器(positive feeder)(即,Memminger-IRO)的辊上,并且开始旋转至工业用速度(即,100-300转/分钟)时,所述松散的纤维被抛到所述卷线筒表面的侧边并最终从所述卷线筒的边缘(edge)掉下来。该故障被称为脱轨(derail),所述脱轨表明传统纤维从包装的侧翼或边缘滑落的倾向,该倾向中断了退卷过程最终导致机器停止。本发明的纤维显示出明显更低程度的脱轨,这提供了更高的生产量。
本发明的纤维的另一个优势是减少了缺陷,例如编织错误或和弹性丝或纤维断裂。即,本发明的纤维的使用可以减少针床上的纤维碎片的堆积--这是当聚合物残留物粘附到针的表面上时,在圆型针织机上经常出现的问题。因此,当例如在圆型针织机上将纤维制成织物时,本发明的纤维可以降低由所述残留物引起的相应的织物破坏。
另外一个优势是本发明的纤维可以用圆型机器进行针织,其中从始至终地驱动丝从卷线筒到针的弹性导轨(guide)是固定的,如陶瓷瓷眼(ceramiceyelet)和金属针眼。相反,传统的弹性烯烃纤维要求这些导轨由例如滑轮(pulley)的转动元件组成以使摩擦最小化,从而能避免当加热机器零件的例如针眼时在圆型针织过程中的机器停止或丝断裂。即,通过使用本发明的纤维降低了对所述机器的引导元件的摩擦。关于圆型针织的更进一步的信息记录在例如被整体结合于此作为参考的Bamberg Meisenbach,“Circularknitting:Technology Process,Structure,Yarns,Quality”(圆型针织:技术过程、结构、捻线、质量),1995。
本发明的纤维可以制成织物、无纺布、纱(yarn)、或梳棉棉网(cardedwebs)。所述纱可以为包覆的或未包覆的。当为包覆的时,所述纱可以用棉纱或尼龙纱包裹。由于上述优势,本发明的纤维对于织物特别有用,例如圆形针织织物和经编织物(warp knitted fabrics)。
添加剂
抗氧剂(例如:由Ciba Geigy Corp.生产的168、1010、3790、以及944)可以及加入到所述乙烯聚合物中以保证在成型或制造操作中不出现降解和/或更好地控制接枝或交联的程度(即,抑制过度的凝胶化)。为了例如用于残留的催化剂失活和/或改善加工性目的,也可以使用加工用添加剂(in-process additives),例如:硬脂酸钙、水、含氟聚合物等。770(来自于Ciba-Geigy)可以用作光稳定剂。
所述共聚物可以为填充的或未填充的。如果所述共聚物是填充的,则存在的填料的量不应该超过可能在高温下的耐热性或弹性产生不利影响的量。如果存在填料,基于所述共聚物的总重量(或如果为一种共聚物与一种或以上的其它聚合物的共混物,则为所述共混物的总重量),填料的量一般为0.01-80重量%。代表性的填料包括高岭土、氢氧化镁、氧化锌、二氧化硅和碳酸钙。在优选的实施方式中,其中存在有填料,所述填料用可以防止或延缓该填料以其它方式介入交联反应的材料涂敷。硬脂酸是这样的填料涂料的说明性实例。
为了降低所述纤维的摩擦系数,可以使用各种纺丝整理制剂(spin finishformulation),例如分散于纺织用油内的金属皂(例如见示例的美国专利No.3,039,895或美国专利No.6,652,599),基础油中的表面活性剂(例如见示例的美国公开2003/0024052)和聚烷基硅氧烷(见例如美国专利No.3,296,063或美国专利No.4,999,120)。美国专利申请No.10/933,721(公开为US20050142360)公开的纺丝整理组成也可以使用。
针织织物
本发明致力于改善含有聚烯烃聚合物的针织纺织制品。出于本发明的目的,“纺织制品”包括织物和制品,即,由织物制成的服装(garment),所述织物包括例如衣服、床单以及其它亚麻制品。通过针织这表示手工地、用编织针或在机器上将纱或线缠绕成一系列连接的环。本发明可以应用于任何类型的针织,包括例如经编或纬编(weft knitting)、横织(flat knitting)、以及环型针织(circular knitting)。然而,当应用于环型针织时(即,在一个圆上进行针织,其中使用圆针(circular needle))本发明特别有利。
本发明的针织织物包括:
(A)乙烯/α-烯烃共聚体,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有下列特征中的一种或几种:
(1)大于0并直至约1.0的平均嵌段指数,和大于约1.3的分子量分布,所述分子量分布用Mw/Mn表示;或者
(2)当使用TREF进行分馏时,至少一种在40℃至130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,该馏分具有至少为约0.5且高达约1的嵌段指数;或者
(3)约1.7-3.5的Mw/Mn,至少一个熔点Tm,所述熔点以摄氏度为计量单位,以及密度d,所述密度以g/cm3为计量单位,其中,Tm和d的数值符合关系:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或者
(4)约1.7-3.5的Mw/Mn,并以熔化热ΔH和Δ数量ΔT为特征,所述熔化热以J/g为计量单位,所述Δ数量以摄氏度为计量单位,所述Δ数量定义为最高的DSC峰与最高的CRYSTAF峰之间的温度差,其中,所述ΔT和ΔH的数值之间具有下列关系:
ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81这用于ΔH大于0并直至130J/g的情况,
ΔT≥48℃这用于ΔH大于130J/g的情况,
其中,所述CRYSTAF峰是使用至少5%的累积的聚合物来确定的,并且如果所述具有可识别的CRYSTAF峰的所述聚合物少于5%,则CRYSTAF温度为30℃;或者
(5)在300%的应变和1循环下用乙烯/α-烯烃共聚体的加压模塑膜来测定的弹性回复Re,所述弹性回复为百分率的形式,并且具有密度d,所述密度以g/cm3为计量单位,其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本不存在交联相时,Re和d的数值满足下列关系:
Re>1481-1629(d);或者
(6)当使用TREF进行分馏时在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,该馏分具有比在相同的温度区间洗脱的对比的乙烯无规共聚体馏分至少高5%的共聚单体摩尔含量,其中,所述对比的乙烯无规共聚体具有相同的共聚单体,并且具有熔融指数、密度、以及所述乙烯/α-烯烃共聚体的共聚单体摩尔含量的10%以内的共聚单体摩尔含量(基于整个聚合物);或者
(7)25℃时的储能模量G’(25℃),以及100℃时的储能模量G’(100℃),其中,G’(25℃)与G’(100℃)的比值处于约1∶1至约9∶1的范围内;以及
(B)至少一种其他材料。
所述编织织物内的乙烯/α-烯烃共聚体的量依据应用和所希望的性质而改变。所述织物一般含有至少约1重量%的乙烯/α-烯烃共聚体,优选为至少约2重量%的乙烯/α-烯烃共聚体、优选为至少约5重量%的乙烯/α-烯烃共聚体、优选至少约7重量%的乙烯/α-烯烃共聚体。所述织物一般含有低于约50重量%的乙烯/α-烯烃共聚体,优选低于约40重量%的乙烯/α-烯烃共聚体、优选低于约30重量%的乙烯/α-烯烃共聚体、优选低于约20重量%的乙烯/α-烯烃共聚体、更优选低于约10重量%的乙烯/α-烯烃共聚体。所述乙烯/α-烯烃共聚体可以为纤维的形式并且可以与其它合适的聚合物进行共混,例如:聚烯烃,如乙烯无规共聚物、高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE)、聚丙烯均聚物、聚丙烯共聚物、聚丙烯塑性体(plastomer)和聚丙烯弹性体、弹性纤维(lastol)、聚酰胺等。
所述织物的乙烯/α-烯烃共聚体可以具有任何密度,但通常为至少约0.85g/cm3,并且优选为至少约0.865g/cm3(ASTM D792),相应地,所述密度通常小于约0.93g/cm3,优选低于约0.92g/cm3(ASTM D792)。所述织物的乙烯/α-烯烃共聚体以约0.1-10g/10分钟的未交联的熔融指数为特征。如果希望进行交联,通过形成的凝胶的重量百分数进行测量,交联的聚合物的百分率通常为至少10重量%,优选为至少约20重量%,更优选为至少约25重量%到至多约90重量%,优选至多约75重量%。
所述针织织物一般含有至少一种其它材料。所述其它材料可以为任何合适的材料,包括纤维素、棉、亚麻、苎麻、人造丝、粘胶丝、大麻、羊毛、蚕丝、亚麻线、竹子、天丝、粘胶丝、马海毛、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、以及上述材料的混合物所组成的组中。所述其它材料通常构成所述织物的大多数。在这种情况下,以所述织物的重量计,优选所述其它材料构成所述织物的至少约50重量%,优选为至少约60重量%,优选为至少约70重量%,至少为约80重量%,有时差不多为90-95重量%。
所述乙烯/α-烯烃共聚体、所述其它材料或它们两者可以为纤维的形式。优选的尺寸包括从至少约1旦,优选为至少约20旦,优选为至少约50旦,到至多约180旦,优选为至多约150旦,优选为至多约100旦,优选为至多约80旦。
特别优选的圆型针织织物含有纤维形式的乙烯/α-烯烃共聚体,所述乙烯/α-烯烃共聚体的量为所述织物的约5-20%(重量)。特别优选的经编织物含有纤维形式的乙烯/α-烯烃共聚体,所述乙烯/α-烯烃共聚体的量为纤维形式的所述织物的约10-30%(重量)。通常这样的经编织物和环型针织织物还含有聚酯。
洗涤之后,根据AATCC 135,所述针织织物在水平方向、垂直方向中之一或同时在上述两个方向上一般具有低于约5%的收缩率,优选为低于4%,优选为低于3%,优选为低于2%,优选为低于1%,优选为低于0.5%,优选为低于0.25%。更具体的,根据AATCC135 IVAi,所述织物(热定形之后)在纵向、横向中之一或同时上述两个方向上具有约-5%至约+5%的尺寸稳定性,优选为具有从约-3%至约+3%的尺寸稳定性,优选为具有从约-2%至约+2%的尺寸稳定性,更优选为具有从-1%至约+1%的尺寸稳定性。
如果需要,能够通过控制乙烯/α-烯烃共聚体以及其它材料的类型和量来制得可以进行二维拉伸的针织织物。类似地,根据ASTM D2594,所述织物可以成为这样:在纵向和横向的增长量为低于约5%,优选为低于约4%,优选为低于约3%,优选为低于约2%,优选为低于约1%,直至低至0.5%。使用相同的检验(ASTM D2594),60秒的纵向增长量可以为低于约15%,优选为低于约12%,优选为低于约10%,优选为低于约8%。相应地,使用相同的检验(ASTM D2594),60秒的横向的增长量可以为低于约20%,优选为低于约18%,优选为低于约16%,优选为低于约13%。关于ASTM D2594的60分钟测试,所述横向的增长量可以为低于约10%,优选为低于约9%,优选为低于约8%,优选为低于约6%,而同时60分钟的所述纵向的增长量可以为低于约8%,优选为低于约7%,优选为低于约6%,优选为低于约5%。上述较低的增长量使得本发明的织物可以自低于约180℃的温度下热定形,优选低于约170℃,优选低于约160℃,优选低于约150℃,而同时还可以控制尺寸。
有利的是,可以制造本发明的针织织物而不存在断裂,并且使用包括针眼进料系统、滑轮系统或上述两种系统的组合的编织机来制造本发明的针织织物。因此,可以无显著断裂、具有高产出量、并且在多种圆型编织机上无脱轨地制造具有改善的尺寸稳定性(纵向和横向)、低的增长量和低的收缩率、在低温度下进行热变形同时控制尺寸的能力的圆型针织拉伸织物。
在此使用的“平均摩擦系数”的确定
在此使用的“平均摩擦系数”是在与室温截然相反的较高的温度下进行确定的。具体地,使用下面的测试方法确定“平均摩擦系数”。所述测试使用弹性拉延设备(elastic drawing equipment)--也就是电流恒定张力输送器(Electronic Constant Tension Transporter),或ECTT(由Lawson Hemphill提供--图8),附上的详细说明--此处控制弹性进料和导出速度以适应任何需要的拉伸比(导出速度/进料速度),并且在张力计在于这两个辊之间。
从正进料器到导出辊的途中有两种穿线(threading)可能:(穿线A--图9)所述弹性从进料器运行至导出辊只受到无摩擦的滑轮导向装置而不受到任何束缚;(穿线B--图10)所述弹性穿过张力计之后、到达所述导出辊之前,在力的作用下以45度的接触角滑动穿过过一个金属的抛光的加热的销。此销恒定地加热至(90+/-5)℃。
使用的方法规定如下:
穿线A
进料速度:50m/min;导出速度:150m/min;拉伸比:3.0X;拉伸的丝的长度:300m(或100m的未拉伸的丝);张力计读数频率(ReadingFrequency):1个读数/5米的丝;张力读数的中次数:60;1次读数平均值=每2次连续的读数的平均值;张力计平均值的总次数:30。
所述测试在含有其商业用的净重量的15%的卷线筒上进行。为了启动所述测试,必须移除卷线筒上的原始(商业用)净重量的85%的丝,因此,例如,如果商业化的卷线筒具有等于400g的丝的净重量,将丝层从所述卷线筒上移除直至剩下60g的净重量,以便可以进行所述测试。这种85%的含量的移除应该发生在不早于自所述试验启动开始10分钟。并且此85%的含量的移除应该在一个单独的步骤中进行。
自其旋转之日起的最大卷线筒寿命为45天,并且在这45天期间所述卷线筒没有任何暴露至高于30℃的温度。
穿线B
本质上与“穿线A”相同,除了在读出丝的张力并在被导出之前将所述丝滑动穿过销。用“穿线A”进行测试之后立即进行“穿线B”测试。“穿线B”测试采用与“穿线A”测试相同的卷线筒,并且所要使用的100m长度的丝为继被“穿线A”使用过的之后的100m的丝,有+/-5m的多于。
因此,30个“穿线A”的张力平均值表明丝在3.0X拉伸下的动态应力;并且因此考察关系(依据“穿线”A的30个平均值的平均值/依据“穿线”B的30个平均值的平均值)用于对给定丝的平均摩擦系数的计算。依据“穿线”A的30个张力平均值中的每一个独立的平均值除以依据“穿线”B的30个张力平均值中的各个独立的平均值,以表明给定纤维的摩擦系数的平均偏差。“穿线”A的30个数值中的每一个数值除以“穿线”B的30个数值中的每一个数值的顺序遵循由所述张力计产生上述数值的顺序;因此,由“穿线”A测定的第一个数值除以由“穿线”B测定的第一个数值;由“穿线”A测定的第二个数值除以由“穿线”B测定的第二个数值,……,由“穿线”A测定的第三十个数值除以由“穿线”B测定的第三十个数值。
结果,通过使用下面的Capstan方程(用于45度接触角),“穿线”A的30个数值和“穿线”B的30个数值将产生30个摩擦系数的数值:ln(“穿线A的张力计读数”/“穿线B的张力计读数”)/0.79,其中,“ln”代表自然对数。
实例
实例22--弹性乙烯/α-烯烃共聚体的纤维对乙烯无规共聚物的平均摩擦系数
实例21的弹性乙烯/α-烯烃共聚体用于制备具有近乎圆形横截面的70旦的单丝纤维。制成所述纤维之前,将下面的添加剂添加到聚合物中:7000ppm的PDMSO(聚二甲基硅氧烷)、3000ppm的CYANOX 1790(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)、以及3000ppm的CHIMASORB 944聚-[[6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-s-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]六亚己基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基](Poly-[[6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)amino]-s-triazine-2,4-diyl][2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino]hexamethylene[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino]])以及0.5重量%的滑石粉。所述纤维的制备为使用轮廓具有圆形的0.8mm直径的口模轮廓,295℃的旋转温度、900m/分钟的卷绕机速度(winderspeed)、1%的纺织整理、6%的冷拉伸以及重量为300g的卷线筒。接着使用176.4kGy的辐射作为交联剂使所述纤维交联。这些纤维在下面的表中被称为“低摩擦纤维弹性烯烃纤维”。
使用通用名为AFFINITYTM KC8852G(获得自Dow Chemical Compony)的无规共聚物来制备具有近乎长方形的横截面的70旦的单丝纤维。AFFINITYTM KC8852G的特征为:具有3g/10分钟的熔融指数、0.875g/cm3的密度以及与实例21相似的添加剂。制成纤维之前,将下列添加剂添加到所述聚合物中:7000ppm的PDMSO(聚二甲基硅氧烷)、3000ppm的CYANOX 1790((1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)、以及3000ppm的CHIMASORB 944聚-[[6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-s-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]六亚己基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]、0.5重量%的滑石粉、以及0.2重量TiO2。使用具有3∶1长方形的口模轮廓、295℃的旋转温度、500m/分钟的卷绕机速度、0.1%的纺织整理、18%的冷拉伸、以及重量为300g的卷线筒来生产所述纤维。接着使用176.4kGy的辐照作为交联剂来使所述纤维交联。这些纤维在下面的表格中被称为“普通烯烃弹性纤维”。
使用上面描述的测试对所述“低摩擦纤维弹性烯烃纤维”和所述“普通烯烃弹性纤维”的“平均摩擦系数”进行测试。数据在下面示出。
实例23--弹性乙烯/α-烯烃共聚体对乙烯无规共聚物对(斯潘德克斯弹性纤维)SpandexTM的纤维的织物
制备三种环型针织织物并且接着用传统的方式进行整理。第一织物(织物A)含有上面实例22中被称为“低摩擦纤维弹性烯烃纤维”的纤维。第二织物(织物B)含有上面实例22中被称为“普通烯烃弹性纤维”的纤维。第三织物含有SpandexTM的纤维。织物组成、编织条件、整理步骤、以及整理的织物的性质总结如下:
本发明的织物A组成:
弹性乙烯/α-烯烃共聚体
70旦、嵌段共聚物乙烯
圆形的断面,单丝
176.4kGy交联剂量
200%下的载荷/100%下的载荷>1.5
由DEFIBER,S.A.,Spain提供的织构的140旦聚酰胺6.6(140denPolyamide 6.6textured)(70旦/68丝的2缆(cable))
织物B组成:
乙烯无规共聚物
由TDCC提供的70旦的无规共聚物乙烯
3∶1断面的长方形的横截面,单丝
176.4kGy交联剂量
200%下的载荷/100%下的载荷<1.5
由DEFIBER,S.A.,Spain提供的织构的140旦聚酰胺6.6(70旦/68丝的2缆)
织物C组成:
斯潘德克斯弹性纤维(Spandex)
40旦的多富龙H250(Creora H250)
复丝(multifilament)
由DEFIBER,S.A.,Spain提供的织构的140旦聚酰胺6.6(70旦/68丝的2缆)
针织条件:
迈耶Relanit机器28G,(Machin 28G,Mayer Relanit),30”直径,20转每分(RPM),由Single Jersy构架的针眼弹性导轨(eyelet elastic guide)
聚酰胺针迹长度(stitch length)=3.0mm/针-进料速度=(聚酰胺速度/每分机器转数)/机器的针的数目
弹性拉伸(通过聚酰胺速度/弹性进料速度关系测定):3.0X
机器转数:4000/织物类型
因此,根据上面的针织条件,所有由弹性烯烃制成织物具有14.3质量%的弹性丝含量和85.7质量%的聚酰胺6.6。用Spandex制备的织物具有8.7质量%的弹性含量。
整理步骤:
连续冲洗(scouring):最高80℃的洗浴(scouring bath)
聚酰胺的预热定形
展幅机机身速度(Stenter frame speed):16m/min
过量进料:15%
设定宽度:156cm
最高展幅机机身设定温度:180℃
加热室内停留时间:60sec
染色:
机器:Softflow Jet机
染料类型:分散剂(Disperse)
颜色:黑色
干燥
展幅机机身速度:16m/min
过量进料:15%
设定宽度:156cm
最高展幅机机身设定温度:180℃
加热室内停留时间:60sec
整理后的织物性质:
织物A
宽度:147cm
密度:237g/m2
在第二个负载循环的伸长率*:125%**
织物B
宽度:152cm
密度:208g/m2
在第二个负载循环的伸长率*:130%**
织物C
宽度:147cm
重量:235g/m2
在第二个负载循环的伸长率*:172%**
*用于详细说明织物伸长率的方法:M&S15A
**得到的伸长率值=[(宽度伸长率)2+(长度伸长率)2]的平方根
断裂的计算
采用上述整理后的织物进行旨在发现弹性断裂的检查。三种整理的织物的每一种100m长度上每5m的长度上具有一个正方形的切口,所述切口无规穿过所述织物的宽度。因此,制成了20个编织正方形/100m织物长度,用于计量三种类型的织物的每一种的弹性断裂。编织物正方形的尺寸为25cm×25cm,结果是0.0625m2/正方形或1.25m2/20个正方形。借助于放大镜以及每一个正方形的逆光从视觉上计算断裂的数目。
表12
上面的表12表明所述“低摩擦弹性烯烃纤维”(织物A中)可以提供无断裂的织物。
实例24--针织织物
实例20的弹性乙烯/α-烯烃共聚体用于制备40旦的具有近似圆形的横截面的单丝纤维。制成纤维之前,将下面的添加剂添加到聚合物中:7000ppm的PDMSO(聚二甲基硅氧烷)、3000ppm的CYANOX 1790(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)、以及3000ppm的CHIMASORB 944聚-[[6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-s-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]六亚己基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]、0.5重量%的滑石粉、以及0.5重量%的TiO2。所述纤维的制备为使用具有圆形的0.8mm直径的口模轮廓,299℃的旋转温度、1000m/分钟的卷绕机速度、2%的纺织整理、6%的冷拉伸以及重量为150g的卷线筒。接着所述纤维使用来自于电子束(e-beam)的166.4kGy的辐照作为交联剂进行交联。这些纤维被称为EXP 1并且应用于下面的测试中称为EXPl-1、1-2、1-3、1-4、1-A和1-B。
除纤维使用来自于电子束(e-beam)的70.4kGy的辐照作为交联剂进行交联之外,EXP 2采用与上面描述的EXP 1相同的方式制备。这些纤维被称为EXP 2并且应用于下面的测试的中称为EXP2-1、2-2、2-3、2-4、2-A和2-B。
将EXP 1和EXP 2针织成含有8-10%的乙烯/α-烯烃共聚体纤维和90-92%的聚酯的织物。如上所述,EXP 1含有比EXP 2更高程度的交联。
在此研究中使用的弹性芯在表13中给出。
表13弹性芯材料
样品 | 旦 | 断面 | 纤维配方 | 线速度(m/min) | 平均MI(g/10分钟) | 平均密度(g/cm3) | 剂量(kGy) |
EXP 1 | 40 | 圆形 | 乙烯/α-烯烃共聚体 | 650 | 1.0 | 0.88 | 166.4 |
EXP 2 | 40 | 圆形 | 乙烯/α-烯烃共聚体 | 1000 | 1.0 | 0.88 | 70.6 |
在此工作中用作硬纱(hard yarn)的两种类型的聚酯列于表14中。
表14硬纱材料
硬纱 | 材料 | 旦 | 丝 |
1 | 聚酯 | 150 | 96 |
2 | 聚酯 | 150 | 288 |
针织机
表15示出了在此研究中使用的两种类型的针织机。类型1为图11阐明的滑轮纱导轨进料器(pulley yarn guide feeder)。类型2包含如图12所示的针眼进料器(eyelet feeder)。
表15针织机类型
类型 | 类型1(滑轮导向) | 类型2(针眼进料器) |
San Da Spingle jersey 4F | SANTEC Single jersey | |
结构 | 如图 | 如图 |
针规格 | 24G 2260T | 28G;2808T |
滚筒(Cylinder) | 30英寸 | 32英寸 |
进料器 | 96F | 96F |
进料器导向装置 | 滑轮 | 针眼 |
得到的未整理的织物(即,原坯(greige))以如图13的工艺流程图所示的典型的方式进行染色和整理。以不连续的喷射的方式进行所述冲洗工艺。由于基料纤维为聚酯,因此使用130℃的染色温度。在165℃下以15纱/分钟(yds/min)的速度、供应20%的过量进料进行热定形。
表16示出了针织试验的结果并且表明没有必要预先选择针织机。在针织期间没有发现脱轨。具有高交联等级的EXP.1可以在拉伸范围为2.7-3.2X之间并且针织速度范围为16-20rpm下进入到滑轮进料器或针眼纱导轨内。所述原坯织物和染色的织物在检验台上进行检查。在此操作平台内即没有发生漏针脚(missed stitches)也没有发生断裂。具有较低的交联等级的EXP.2当在染色后穿过针眼系统时发生断裂。如表16所示,样品EXP.1-1至EXP.1-4以及EXP.2-1至EXP.2-4具有不同的乙烯/α-烯烃共聚体纤维和聚酯纤维组成,这是通过针织期间的拉伸差来进行控制的。样品EXP.1-A和EXP.1-B以及EXP.2-A和EXP.B通过针眼进料器进行运行,这些样品区别于通过滑轮进料器进行运转的样品。表16中的所有样品均为热定形的;最初的8个样品借助于滚筒干燥(tunble dryng)没有过量进料来进行热定形,而接下来的4个样品使用过量进料进行热定形。
表16针织试验的结果
编号 | 交联等级kGy | 机器类型 | 转每分 | 拉伸 | 脱轨 | 漏针脚 | 原坯上的断裂 | 整理后的断裂 |
EXP.1-1 | 176.4 | 滑轮 | 16 | 2.7 | 无 | 无 | 无 | 无 |
EXP.1-2 | 176.4 | 滑轮 | 20 | 2.7 | 无 | 无 | 无 | 无 |
EXP.1-3 | 176.4 | 滑轮 | 16 | 3.2 | 无 | 无 | 无 | 无 |
EXP.1-4 | 176.4 | 滑轮 | 20 | 3.2 | 无 | 无 | 无 | 无 |
EXP.2-1 | 70.6 | 滑轮 | 16 | 2.7 | 无 | 无 | 无 | 无 |
EXP.2-2 | 70.6 | 滑轮 | 20 | 2.7 | 无 | 无 | 无 | 无 |
EXP.2-3 | 70.6 | 滑轮 | 16 | 3.2 | 无 | 无 | 无 | 无 |
EXP.2-4 | 70.6 | 滑轮 | 20 | 3.2 | 无 | 无 | 无 | 无 |
EXP.1-A | 176.4 | 针眼 | 18 | 2.8 | 无 | 无 | 无 | 无 |
EXP.1-B | 176.4 | 针眼 | 18 | 3.2 | 无 | 无 | 无 | 无 |
EXP.2-A | 70.6 | 针眼 | 18 | 2.8 | 无 | 无 | 无 | 有 |
EXP.2-B | 70.6 | 针眼 | 18 | 3.2 | 无 | 无 | 无 | 有 |
将聚酯纤维溶解以确定所述织物的组成。将残留的弹性纤维的重量与原始纤维重量进行比较。使所述织物满足根据AATCC 20A-2000的条件。
表17织物组成(AATCC 20A-2000)
样本标号 | 聚酯(%) | 乙烯/α-烯烃共聚体 |
EXP.1-1 | 90.1% | 9.9% |
EXP.1-2 | 90.2% | 9.8% |
EXP.1-3 | 90.9% | 9.1% |
EXP.1-4 | 91.2% | 8.8% |
EXP.2-1 | 91.2% | 8.8% |
EXP.2-2 | 90.8% | 9.2% |
EXP.2-3 | 91.9% | 8.1% |
EXP.2-4 | 91.7% | 8.3% |
EXP.1-A | 90.0% | 10.0% |
EXP.1-B | 90.9% | 9.1% |
EXP.2-A | 90.1% | 9.9% |
EXP.2-B | 91.2% | 8.8% |
改善的尺寸稳定性和热定形能力
根据AATCC 135IVAi,在120洗涤并且滚筒干燥3次来测定热定形之后的尺寸稳定性。结果在18中示出。
表18尺寸稳定性的结果
样品标号 | 纵向 | 横向 |
EXP.1-A | -0.5% | -0.5% |
EXP.1-B | -0.5% | -0.5% |
更低的增长量
表19示出了根据ASTM D 2594的拉伸和回复性质。针织织物的拉伸性质具有低的能量(ASTM D 2594)。ASTM D 2594是具有用于低拉伸能量的针织织物的标准测试方法。该测试方法详细说明了用于测定编织制品(打算用于游泳衣、工装便裤(anchored slack)以及其它合体的服装应用)的织物增长和织物伸长的条件,以及用于测定编织制品(打算用于运动装以及其它宽松的衣物(也通常以称为舒适的弹性衣物)应用)的织物增长的条件。
1、将样品平放在平坦的表面上,并在成环的样品的一个面的中心截面上放置两个相距125mm的基点,沿着所述样品的长度建立一个标距长度(gage length),记录为长度(A)。
2、将织物拉伸至某个应变(15%的应变用于长度方向上的测量,以及30%的应变用于宽度方向上的测量)并保持2小时。在松弛的结束时,释放所述织物进行回复。测量进行60秒(B)和1小时(C)回复后两个水平基点之间的距离。
织物增长量60秒,%=100×(B-A)/A
织物增长量1小时,%=100×(C-A)/A
3、将一件新的样品放置于吊架组装体(hanger assembly)内并将一个张力计连接到较低的吊架上,抓住并用手给所述成环的样品在0-5lb之间进行4个循环的加载或卸载。
4、接着,拉伸所述环至一个特定的张力并保持5-10秒,然后测量所述两个水平基点之间的新的距离,记录为长度(D)。
织物伸长,%=100×(D-A)/A。图14中示出了所述吊架组装体的示意图。
客户规格通常要求60秒之后在长度的增长量小于15%并且1小时后长度内的增长量小于8%,60秒内宽度内的增长量小于20%并且1小时内的增长量小于10%。所有含有乙烯/α-烯烃共聚体纤维的针织物具有低于大多数工业规格的增长量。
表19根据ASTM D 2594测试的拉伸和回复的结果
Claims (26)
1、一种针织物,该针织物含有:
(A)乙烯/α-烯烃共聚体,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有下列特征中的一者或两者:
(1)大于0并直至约1.0的平均嵌段指数,以及大于约1.3的分子量分布,所述分子量分布用Mw/Mn表示;或
(2)当使用升温洗脱分馏来进行分馏时,至少一种在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,所述馏分具有至少为0.5且直至约1的嵌段指数;以及
(B)至少一种其它材料;
其中,根据AATCC 135IV Ai进行洗涤之后,该针织物具有小于约5%的收缩率。
2、一种针织物,该针织物含有:
(A)含有由至少一种乙烯/α-烯烃共聚体与至少一种交联剂的反应而得到的产物的纤维,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有下列特征中的一者或二者:
(1)大于0并直至约1.0的平均嵌段指数,以及大于约1.3的分子量分布,所述分子量分布用Mw/Mn表示;或
(2)当使用升温洗脱分馏来进行分馏时,至少一种在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,所述馏分具有至少为0.5且直至约1的嵌段指数;以及
(B)至少一种其它纤维,该其它纤维含有至少一种其它材料;
其中,根据AATCC 135IV Ai进行洗涤之后,该针织物具有小于约5%的收缩率。
3、根据权利要求1所述的针织物,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体进一步以具有下列特征中的一者或多者为特征:
(1)约1.7-3.5的Mw/Mn,至少一个熔点,以及密度,所述熔点以摄氏度为计量单位,并用Tm表示,所述密度以g/cm3为计量单位,并用d表示,其中,Tm和d的数值符合下列关系:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或者
(2)约1.7-3.5的Mw/Mn,并以熔化热以及Δ数量为特征,所述熔化热以J/g为计量单位,并用ΔH表示,所述Δ数量以摄氏度为计量单位,并用ΔT表示,所述Δ数量被定义为最高的DSC峰与最高的CRYSTAF峰之间的温度差,其中,ΔT和ΔH的数值具有下列关系:
当ΔH大于0且小于等于130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,所述CRYSTAF峰是使用至少5%的累积的聚合物来确定的,并且如果具有可识别的CRYSTAF峰的所述聚合物少于5%,则CRYSTAF温度为30℃;或者
(3)在300%的应变和1个循环下用乙烯/α-烯烃共聚体的加压模塑膜来测定的弹性回复,该弹性回复为百分率的形式,并用Re表示,并且具有密度,该密度以g/cm3为计量单位,并用d表示,其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本不存在交联相时,Re和d的数值满足下列关系:
Re>1481-1629(d);或者
(4)当使用升温洗脱分馏来进行分馏时在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,该馏分的共聚单体摩尔含量比在相同的温度区间洗脱的对比的乙烯无规共聚体馏分的共聚单体摩尔含量至少高5%,其中,所述对比的乙烯无规共聚体具有相同的共聚单体,并且具有熔融指数和密度,以及基于整个聚合物地,所述对比的乙烯无规共聚体的共聚单体摩尔含量为所述乙烯/α-烯烃共聚体的共聚单体摩尔含量的10%以内;或者
(5)25℃时的储能模量和100℃时的储能模量,所述25℃时的储能模量用G’(25℃)表示,所述100℃时的储能模量用G’(100℃),其中,G’(25℃)与G’(100℃)的比值处于约1∶1至约9∶1的范围内。
4、根据权利要求2所述的针织物,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体进一步以具有下列特征中的一者或多者为特征:
(1)约1.7-3.5的Mw/Mn,至少一个熔点,以及密度,所述熔点以摄氏度为计量单位,并用Tm表示,所述密度用g/cm3为计量单位,并用d表示,其中,Tm和d的数值符合下列关系:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或者
(2)约1.7-3.5的Mw/Mn,并且以熔化热以及Δ数量为特征,所述熔化热以J/g为计量单位,并用ΔH表示,所述Δ数量以摄氏度为计量单位,并用ΔT表示,所述Δ数量被定义为最高的DSC峰与最高的CRYSTAF峰之间的温度差,其中,ΔT和ΔH的数值具有下列关系:
当ΔH大于0且小于等于130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,所述CRYSTAF峰是使用至少5%的累积的聚合物来确定的,并且如果具有可识别的CRYSTAF峰的所述聚合物少于5%,则CRYSTAF温度为30℃;或者
(3)在300%的应变和1个循环下用乙烯/α-烯烃共聚体的加压模塑膜来测定的弹性回复,该弹性回复为百分率的形式,并用Re表示,并且具有密度,该密度以g/cm3为计量单位,并用d表示,其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本不存在交联相时,Re和d的数值满足下列关系:
Re>1481-1629(d);或者
(4)当使用升温洗脱分馏来进行分馏时在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,该馏分的共聚单体摩尔含量比在相同的温度区间洗脱的对比的乙烯无规共聚体馏分的共聚单体摩尔含量至少高5%,其中,所述对比的乙烯无规共聚体具有相同的共聚单体,并且具有熔融指数和密度,以及基于整个聚合物地,所述对比的乙烯无规共聚体的共聚单体摩尔含量为所述乙烯/α-烯烃共聚体的共聚单体摩尔含量的10%以内;或者
(5)25℃时的储能模量和100℃时的储能模量,所述25℃时的储能模量用G’(25℃)表示,所述100℃时的储能模量用G’(100℃)表示,其中,G’(25℃)与G’(100℃)的比值处于约1∶1至约9∶1的范围内。
5、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,所述其它材料选自由纤维素、棉、亚麻、苎麻、人造丝、粘胶丝、大麻、羊毛、蚕丝、亚麻线、竹子、天丝、粘胶丝、马海毛、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、以及上述材料的混合物所组成的组中。
6、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,纤维素构成所述针织物的约60-97重量%。
7、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,聚酯构成所述针织物的至少约80重量%。
8、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体与另一种聚合物共混。
9、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体构成所述针织物的约2-30重量%。
10、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,依据AATCC135IVAi进行洗涤之后,该针织物具有小于约2%的收缩率。
11、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体以约0.865-0.92g/cm3的密度以及约0.1-10g/10分钟的未交联熔融指数为特征,所述密度依据ASTM D 792测定。
12、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,根据ASTMD 2594,该针织物在纵向和横向上的增长量为约0.5-5%。
13、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,该针织物能够在180C或低于180C的温度下热定形,同时控制尺寸。
14、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,该针织物能够二维拉伸。
15、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,该针织物是通过使用针眼进料系统而制成的。
16、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,该针织物是通过使用滑轮进料系统而制成的。
17、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,该针织物为环型针织物。
18、根据权利要求1-4中的任意一项所述的针织物,其中,该针织物为经编织物。
19、一种服装,所述服装含有权利要求1-4中的任意一项所述的针织物。
20、一种适用于纺织制品的纤维,其中,该纤维含有由至少约1%的根据ASTM D629-99的聚烯烃与至少一种交联剂反应而得到的产物,并且其中,根据ASTM D2653-01,该纤维的丝断裂伸长率为大于约200%,所述断裂伸长率为测试时最先发生丝断裂时的伸长率,并且其中,该纤维进一步具有以下特征:(1)根据ASTM D2731-01,在以整理的纤维的形式在特定的伸长率下的力的作用下,200%伸长率下的载荷/100%伸长率下的载荷的比值大于约1.5或等于约1.5;或者(2)小于或等于约0.8的平均摩擦系数;或者(3)上述(1)和(2)均有。
21、根据权利要求20所述的纤维,其中,所述聚烯烃为乙烯/α-烯烃共聚体,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体具有下列特征中的一者或二者:
(1)大于0并直至约1.0的平均嵌段指数,以及大于约1.3的分子量分布,所述分子量分布用Mw/Mn表示;或
(2)当使用升温洗脱分馏来进行分馏时,至少一种在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,所述馏分具有至少为0.5且直至约1的嵌段指数。
22、根据权利要求21所述的纤维,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体进一步以具有下列特征中的一者或多者为特征:
(1)约1.7-3.5的Mw/Mn,至少一个熔点,以及密度,所述熔点以摄氏度为计量单位,并用Tm表示,所述密度以g/cm3为计量单位,并用d表示,其中,Tm和d的数值符合下面的关系:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或者
(2)约1.7-3.5的Mw/Mn,并且以熔化热以及Δ数量为特征,所述熔化热以J/g为计量单位,并用ΔH表示,所述Δ数量以摄氏度计量单位,并用ΔT表示,所述Δ数量被定义为最高的DSC峰与最高的CRYSTAF峰之间的温度差,其中,ΔT和ΔH的数值具有下列关系:
当ΔH大于0且小于等于130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,所述CRYSTAF峰是使用至少5%的累积的聚合物来确定的,并且如果具有可识别的CRYSTAF峰的所述聚合物少于5%,则CRYSTAF温度为30℃;或者
(3)在300%的应变和1个循环下用乙烯/α-烯烃共聚体的加压模塑膜来测定的弹性回复,该弹性回复为百分率的形式,并用Re表示,并且具有密度,所述密度以g/cm3为计量单位,并用d表示,其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本不存在交联相时,Re和d的数值满足下列关系:
Re>1481-1629(d);或者
(4)当使用升温洗脱分馏来进行分馏时在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,该馏分的共聚单体摩尔含量比在相同的温度区间洗脱的对比的乙烯无规共聚体馏分的共聚单体摩尔含量至少高5%,其中,所述对比的乙烯无规共聚体具有相同的共聚单体,并且具有熔融指数和密,以及基于整个聚合物地,所述对比的乙烯无规共聚体的共聚单体摩尔含量为所述乙烯/α-烯烃共聚体的共聚单体摩尔含量的10%以内;或者
(5)25℃时的储能模量和100℃时的储能模量,所述25℃时的储能模量用G’(25℃)表示,所述100℃时的储能模量用G’(100℃)表示,其中,G’(25℃)与G’(100℃)的比值处于约1∶1至约9∶1的范围内。
23、一种经编制品,该制品含有一种或几种如权利要求20-22中的任意一项所述的纤维。
24、一种环型针织制品,该制品含有一种或几种如权利要求20-22中任意一项所述的纤维。
25、一种针织物,该针织物含有:
(A)交联的纤维,该交联的纤维含有乙烯/α-烯烃共聚体,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体在交联之前具有下列特征中的一者或二者:
(1)大于0并直至约1.0的平均嵌段指数,以及大于约1.3的分子量分布,所述分子量分布用Mw/Mn表示;或者
(2)当使用升温洗脱分馏来进行分馏时,至少一种在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,所述馏分具有至少为0.5且直至约1的嵌段指数;以及
(B)至少一种其它纤维,该其它纤维含有至少一种其它材料;
其中,根据AATCC 135IV Ai进行洗涤之后,该针织物具有小于约5%的收缩率。
26、根据权利要求25所述的针织物,其中,所述乙烯/α-烯烃共聚体在交联之前进一步以具有下列特征中的一个或几个为特征:
(1)约1.7-3.5的Mw/Mn,至少一个熔点,以及密度,所述熔点以摄氏度为计量单位,并以Tm表示,所述密度以g/cm3为计量单位,并用d表示,其中,Tm和d的数值符合下面的关系:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或者
(2)约1.7-3.5的Mw/Mn,并以熔化热ΔH和Δ数量为特征,所述熔化热以J/g为计量单位,并用ΔH表示,所述Δ数量以摄氏度计量单位,并用ΔT表示,所述Δ数量定义为最高的DSC峰与最高的CRYSTAF峰之间的温度差,其中,ΔT和ΔH的数值具有下面的关系:
当ΔH大于0且小于等于130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,所述CRYSTAF峰是使用至少5%的累积的聚合物来确定的,并且如果具有可识别的CRYSTAF峰的所述聚合物少于5%,则CRYSTAF温度为30℃;或者
(3)在300%的应变和1个循环下用乙烯/α-烯烃共聚体的加压模塑膜来测定的弹性回复,该弹性回复为百分率的形式,并用Re表示,并且具有密度,该密度以g/cm3为计量单位,并用d表示,其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本不存在交联相时,Re和d的数值满足下面的关系:
Re>1481-1629(d);或者
(4)当使用升温洗脱分馏来进行分馏时在40-130℃之间洗脱的分子馏分,其特征在于,该馏分的共聚单体摩尔含量比在相同的温度区间洗脱的对比的乙烯无规共聚体馏分的共聚单体摩尔含量至少高5%,其中,所述对比的乙烯无规共聚体具有相同的共聚单体,并且具有熔融指数和密度,以及基于整个聚合物地,所述对比的乙烯无规共聚体的共聚单体摩尔含量为所述乙烯/α-烯烃共聚体的共聚单体摩尔含量的10%以内;或者
(5)25℃时的储能模量和100℃时的储能模量,所述25℃时的储能模量用G’(25℃)表示,所述100℃时的储能模量用G’(100℃)表示,其中,G’(25℃)与G’(100℃)的比值处于约1∶1至约9∶1的范围内。
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