CN101594978A - 长支链聚丙烯在注拉吹塑中增宽加工范围的应用 - Google Patents

长支链聚丙烯在注拉吹塑中增宽加工范围的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种长支链聚丙烯在至少一种丙烯聚合物的注拉吹塑中增宽加工范围的应用。

Description

长支链聚丙烯在注拉吹塑中增宽加工范围的应用
技术领域
本发明涉及一种特殊的长支链(LCB)聚丙烯在注拉吹塑(ISBM)工艺中扩大丙烯聚合物加工范围的应用。本发明还包括一种特殊的组合物及其制品、以及使用LCB聚丙烯聚合物的注拉吹塑方法,所述组合物包括LCB聚丙烯聚合物和丙烯聚合物。
背景技术
ISBM工艺是本领域周知的,且包括为了在固相中进行双轴取向而通过注塑制备预成型坯,随后拉伸并吹塑预成型坯。两种ISBM工艺是成熟的。在单阶段工艺中,预成型坯在冷却前注塑、拉伸和吹塑。在两阶段工艺中,注塑的预成型坯在再加热、拉伸并吹塑成容器之前冷却。
ISBM工艺用于制造诸如瓶和罐等光学性能非常好的容器。聚对苯二甲酸乙二酯(PET)是ISBM应用中最常用的聚合物,因为PET具有良好的加工特性,并能够制出具有良好的光学和阻挡性能的高质量瓶。
但是,PET是相对昂贵的聚合物,且由于耐热性差而不能在高温使用。由此,技术人员正寻找用于ISBM应用的PET的替代品。
聚丙烯比PET便宜,并证明耐热性比PET好。因此,在一些应用中,特别是在要求耐高温性时,在ISBM工艺中适用于使用聚丙烯代替PET。但是,当用于ISBM工艺中时,聚丙烯具有窄加工范围,即聚丙烯只能在很窄温度范围内拉伸和吹塑。因此,在工业过程中,聚丙烯通常具有4℃的加工范围,往往甚至更窄,而PET可在15℃的温度范围内加工。因为在ISBM期间,温度控制是导致潜在高废料率的主要因素,所以窄加工范围在工业是不利的。
因此,存在许多与聚丙烯作为用于ISBM的PET替代品的应用相关的问题。
因此,本发明人在设法保持ISBM容器所要求的令人满意的光学和机械性能的同时,解决增宽聚丙烯的加工范围的问题。
现有技术中很少有提供解决此问题的方案。但之前的一种方法是使用多峰分子量分布的丙烯聚合物,因为这种聚合物具有更宽的分子量分布,这提供了更宽的加工范围。但仍需要解决上述问题的其它替代方法。
本发明人惊奇地发现,通过将丙烯聚合物与长支链聚丙烯聚合物混合,可增宽ISBM工艺的加工范围。
发明内容
因此,从一个方面来看,本发明提供一种将至少一种长支链聚丙烯在丙烯聚合物注拉吹塑中增宽加工范围的应用。
从本发明的另一个方面来看,本发明提供一种在丙烯聚合物的ISBM中增宽加工范围的方法,所述方法包括将至少一种长支链聚丙烯加入到所述聚丙烯中。
从又一个方面来看,本发明提供一种制品,例如ISBM制品,所述制品由丙烯聚合物和长支链聚丙烯形成,特别是由包括以下组分的组合物形成:
(I)71~99.5wt%的聚丙烯的无规共聚物;和
(II)0.5~14wt%的长支链聚丙烯。
从本发明的又一个方面来看,本发明提供一种形成制品的方法,包括:
(I)将至少一种长支链聚丙烯与丙烯聚合物混合;
(II)挤出所得混合物并将挤出物注入模具中形成预成型坯;
(III)将所述预成型坯冷却;
(IV)将所述预成型坯再加热至100~160℃的温度;以及
(V)将所述预成型坯拉伸并吹塑形成制品。
从本发明的又一个方面来看,本发明提供一种形成制品的方法,包括:
(I)将至少一种长支链聚丙烯与聚丙烯聚合物混合;
(II)挤出所得混合物并将挤出物注入模具中形成预成型坯;
(III)将所述预成型坯拉伸并吹塑形成制品而无需冷却预成型坯。
具体实施方式
长支链聚丙烯
为了增宽ISBM工艺的加工范围,需要长支链聚丙烯。这种聚丙烯材料是本领域已知的,是性能优良且可从诸如保瑞利斯(Borealis)和Basell等供应商购得。
本领域技术人员能够区分长支链(LCB)聚丙烯聚合物与仅具有短支链(或不含支链的丙烯聚合物)的丙烯聚合物。
分支的量用支化丙烯聚合物的重均支化系数g′来测定。重均支化系数g′定义为g′=[IV]br/[IV]lin|Mw,其中g′是重均支化系数,[IV]br是支化聚丙烯的固有粘度,且[IV]lin是重均分子量与支化聚丙烯基本相同的直链聚丙烯的固有粘度。本领域周知的是,随着g′降低,分支增多(参见B.H.Zimm和W.H.Stockmayer,J.Chem.Phys.17,1301(1949))。
根据本发明,将g′<0.90的聚丙烯看作具有长支链。根据本发明,具有LCB的聚丙烯优选具有约0.2~0.4的g′值。
长支链聚丙烯还呈现出应变硬化行为。
长支链聚丙烯可用直链丙烯聚合物、即基础聚丙烯(base polypropylene)开始制备。基础聚丙烯可以是丙烯的均聚物、丙烯与一种或多种烯烃和/或二烯的无规共聚物或嵌段共聚物,该烯烃从乙烯和C4~18α-烯烃中选择。聚丙烯可用丙烯聚合领域中已知的任何催化剂系统制备,优选齐格勒-纳塔或金属茂催化剂系统。
优选基础聚丙烯为均聚物,特别是重均分子量Mw为500,000~1,500,000g/mol的丙烯均聚物,或丙烯与乙烯的无规共聚物。当然,基础聚丙烯还可由均聚物的混合物、共聚物的混合物、或均聚物与共聚物的混合物形成。
基础聚丙烯为共聚物时,聚丙烯中共聚单体的含量可为1~5wt%,优选2~4wt%。在最优选的实施方式中,长支链聚丙烯是无规共聚物,因为这种组分对基础聚丙烯具有更好的亲和力,从而使得组分均匀性更好。用于注拉吹塑的材料均匀对成功的ISBM工艺是至关重要的。
用于形成基体聚合物的优选催化剂系统包括具有固体催化剂组分、助催化剂组分和外部供体的齐格勒-纳塔催化剂。这种齐格勒-纳塔催化剂的链转移敏感性可用强配位的外部供体来降低。将这种催化剂系统用于制备聚丙烯是周知的。
在形成长支链聚丙烯之前,直链基础聚丙烯可为粉末状或粒度在0.001mm~7mm内的粒状。
长支链聚丙烯可通过多种工艺制备,例如用热分解自由基发生剂(freeradical generator)处理基体丙烯聚合物和/或用电离辐射处理,其中,两种处理可选择地伴有或随后用双官能团或多官能团不饱和单体处理,不饱和单体例如为丁二烯、异戊二烯、二甲基丁二烯或二乙烯基苯。只要所得改性丙烯聚合物具有必要的支化性能和应变硬化行为,则其它工艺也可适用于长链支化聚丙烯聚合物的制备。
优选地,长支链聚丙烯通过将直链丙烯聚合物与有效量的至少一种自由基发生剂混合制备。适宜的自由基发生剂包括过氧化物、过酸酯或者和/或过碳酸酯。若需要,它们可在惰性溶剂中提供并能够热分解。通常,将基础聚丙烯聚合物和自由基发生剂的混合物加热至30~100℃、优选60~90℃以促使自由基形成。
基于基础聚丙烯聚合物的重量,优选自由基发生剂的含量为0.05~3wt%。
优选的自由基发生剂为有机过氧化物。优选的过氧化物为酰基过氧化物、烷基过氧化物或氢过氧化物。适宜的有机过氧化物的实例为:诸如过氧化苯甲酰、过氧化-4-氯苯甲酰、过氧化-3-甲氧基苯甲酰和/或过氧化甲基苯甲酰等酰基过氧化物;诸如烯丙基叔丁基过氧化物、2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷、1,1-双(过氧化叔丁基)-3,3,5-三甲基环己烷、正丁基-4,4-双(过氧化叔丁基)戊酸酯、二异丙氨基甲基叔戊基过氧化物、二甲氨基甲基叔戊基过氧化物、二乙氨基甲基叔丁基过氧化物、二甲氨基甲基叔丁基过氧化物、1,1-二(过氧化叔戊基)环己烷、叔戊基过氧化物、叔丁基异丙苯基过氧化物、叔丁基过氧化物和/或1-羟丁基正丁基过氧化物等烷基过氧化物。或者,自由基发生剂包括过酸酯和过碳酸酯,诸如过乙酸丁酯、过乙酸异丙苯酯、过丙酸异丙苯酯、过乙酸环己酯、过己二酸二叔丁酯、过壬二酸二叔丁酯、过戊二酸二叔丁酯、过苯二甲酸二叔丁酯、过癸二酸二叔丁酯、过丙酸-4-硝基异丙苯酯、过苯甲酸-1-苯乙酯、硝基过苯甲酸苯乙酯、叔丁基双环[2.2.1]庚烷过碳酸酯、叔丁基-4-羰基甲氧基过丁酸酯、叔丁基环丁烷过羧酸酯、叔丁基环己基过羧酸酯、叔丁基环戊基过羧酸酯、叔丁基环丙烷过羧酸酯、叔丁基二甲基过肉桂酸酯、叔丁基-2-(2,2-二苯基乙烯基)过苯甲酸酯、叔丁基-4-甲氧基过苯甲酸酯、过苯甲酸叔丁酯、叔丁基羧基环己烷、过萘甲酸叔丁酯、过氧化异丙基碳酸叔丁酯、过甲苯甲酸叔丁酯、叔丁基-1-苯基环丙基过碳酸酯、叔丁基-2-丙基过戊-2-酸酯(tert-butyl-2-propylperpenten-2-oate)、叔丁基-1-甲基环丙基过羧酸酯、叔丁基-4-硝基苯基过乙酸酯、叔丁基硝基苯基过氨基甲酸酯、叔丁基N-琥珀酰亚氨基过羧酸酯、过巴豆酸叔丁酯、过马来酸叔丁酯、过甲基丙烯酸叔丁酯、过辛酸叔丁酯、过氧化叔丁基碳酸异丙酯、过异丁酸叔丁酯、过丙烯酸叔丁酯和/或过丙酸叔丁酯。还可使用上述化合物的任意混合物。
在自由基发生剂热分解之前,基体丙烯聚合物也优选与至少一种多官能团单体接触。优选在20~120℃、优选70~90℃的温度下,多官能团单体被基体丙烯聚合物吸收。在吸收步骤中,单体优选为气态。优选地,基于基体丙烯聚合物的重量,多官能团单体的量为0.01~10wt%,更优选0.05~2wt%。
多官能团单体在基体丙烯聚合物上的平均吸收时间适宜为10~1000秒,优选20~800秒,特别优选60~600秒。多官能团单体的吸收优选在连续的通流混合器中进行。
多官能团单体表示含有两个或更多个聚合位置的单体,例如两个双键。多官能团单体优选为双官能团。可用于制备改性丙烯聚合物工艺中的多官能团单体优选为烯丙基化合物、C4~C10二烯和/或C7~C10二乙烯基化合物。优选用于制备长支链聚丙烯的优选多官能团单体包括:诸如二乙烯基苯胺、二乙烯基苯、对二乙烯基苯、二乙烯基戊烷和/或二乙烯基丙烷等二乙烯基化合物;诸如丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、马来酸烯丙基甲酯和/或烯丙基乙烯基醚等烯丙基化合物;诸如丁二烯、氯丁二烯、环己二烯、环戊二烯、2,3-二甲基丁二烯、庚二烯、己二烯、异戊二烯和/或1,4-戊二烯等二烯;以及这些单体的混合物。
特别优选的,多官能团单体为丁二烯、异戊二烯、二甲基丁二烯或二乙烯基苯。还可使用单体的混合物。
将包含基体聚合物、自由基发生剂和多官能团单体的混合物转移到连续捏合机或挤出机(优选双螺杆挤出机)中,加热,熔融并脱挥发分。此步骤中的熔化温度优选为210℃~250℃。
然后将熔融的长支链聚丙烯冷却并造粒。
在任何适宜的工艺阶段中,可使用常量的标准聚合物添加剂。例如,在基于丙烯聚合物重量的所有情况下,在形成长支链聚合物之前或其形成的任何后续步骤中,可加入0.01~2.5wt%的稳定剂,0.01~1wt%的加工助剂,0.1~1wt%的抗静电剂,0.2~3wt%的颜料和至多3wt%的α-成核剂。在LCB聚丙烯已形成时,它们也可加入。
制备LCB聚丙烯的工艺优选为在连续反应器、混合器、捏合机和挤出机中连续进行。但间歇式制备LCB聚丙烯也是可行的。
长支链聚丙烯的形成是本领域已知的,由此技术人员很容易实现。
与起始材料相比,由于制备具有g′<0.90的聚丙烯的工艺,所以MFR增大。当根据ISO 1133在230℃、2.16kg的负荷下测定时,长支链聚丙烯优选具有0.1~20g/10min的MFR2,优选0.5~10g/10min,例如1~5g/10min。
长支链聚丙烯的挠曲模量可大于800MPa,优选大于820MPa(ISO 178)。
制备长支链聚丙烯时的拉伸强度可为至少20MPa,优选至少25MPa。
长支链聚丙烯的拉伸模量可为至少800MPa,优选至少850MPa。
简支梁冲击强度(切口,23℃)可至少为5kJ/m2,优选至少7kJ/m2
如果本发明的长链支化聚丙烯表现出应变硬化行为,则它是优选的。具有应变硬化行为的长链支化聚丙烯具有牵引力F>15cN的增强强度以及拉伸速度v>150mm/s的增强的可拉伸性。
丙烯聚合物
为了在丙烯聚合物的注拉吹塑中增宽丙烯聚合物的加工范围,将长支链聚丙烯与丙烯聚合物组合。
相对于丙烯聚合物的重量,本发明所用长支链聚丙烯的用量可为0.5~30wt%,优选1~20wt%,更优选2~15wt%,特别是3~10wt%。
丙烯聚合物是指至少70wt%、优选至少80wt%的聚合物包括丙烯单体单元的聚合物。在一个实施方式中,丙烯聚合物可以是均聚物,即基本全部单体单元、例如至少99.9wt%的单体单元衍生于丙烯,但优选为丙烯共聚物。术语共聚物用在此处以涵盖丙烯与至少一种其它共聚单体的组合,优选仅与一种共聚单体组合。
优选地,丙烯共聚物是与至少一种诸如乙烯、丁烯或己烯等C2-10α-烯烃共聚单体的共聚物,特别是与乙烯的共聚物。存在的共聚单体含量可变化,但适宜范围为1wt%~30wt%,优选2~8wt%,例如1~4wt%,特别是2~3.5wt%(相对于丙烯)。
用于本发明的优选丙烯聚合物为杂相(heterophasic)嵌段共聚物或更优选无规丙烯共聚物。
无论哪一种性质,丙烯聚合物可具有890-925kg/m3(ISO 1183)的密度,例如900-920kg/m3。当根据ISO 1133在230℃、2.16kg的负荷下测定时,丙烯聚合物可具有0.05~50/10min的MFR2,优选1~40g/10min,例如2~30g/10min,优选3~35g/10min。在一些实施方式中,MFR2为6~30g/10min,更优选8~30g/10min,例如约20g/10min。
用于本发明的丙烯聚合物可以是单峰的或多峰的。在单峰聚丙烯中,其分子量轮廓线包括单个峰。多峰、优选双峰是指聚丙烯的分子量轮廓线不是由单个峰构成,而是由以不同的平均分子量为中心的两个或更多个峰(它们可能明显或者不明显)的组合构成,平均分子量不同是由于聚合物包括两种或更多种单独制得的组分,例如共混组分或更优选用原位制备的组分。如上所述,相信多峰聚合物的使用有助于增宽丙烯聚合物在ISBM工艺中的加工范围。本发明人已表明,如果将再热剂与多峰聚丙烯聚合物结合使用可实现更进一步的增宽。但是,虽然本发明适于供多峰聚合物使用,但与不存在多峰态以额外帮助增宽加工范围的单峰聚合物一起使用时,其益处最显著。
多峰丙烯聚合物至少含有两种组分。它们可单独制备并共混或者一起制备,优选在多阶段聚合中制备。
因此,用于本发明的多峰丙烯聚合物可具有组合物,包括:
(A)聚丙烯均聚物或包括丙烯和至多10wt%的选自乙烯和/或C4-10α-烯烃中的共聚单体的丙烯无规共聚物;和
(B)丙烯与选自乙烯和/或C4~10α-烯烃中的共聚单体的无规共聚物。
组分A与B必须不同。
如果需要,组合物可进一步包含其它组分,但此处所述多峰聚合物优选仅包括两种聚合物组分A和B。多峰聚合物组合物可包括10~90wt%的聚合物A,优选30~70wt%,更优选40~60wt%且最优选45~55wt%。因而反之,组合物优选包括10~90wt%的聚合物B,优选30~70wt%,更优选40~60wt%且最优选45~55wt%。
聚合物A优选包括至多3.5wt%的共聚单体,更优选至多2.5wt%的共聚单体。当聚合物A是共聚物时,共聚单体优选为乙烯。聚合物(B)中的共聚单体优选为乙烯。
这种多峰聚合物可通过仅仅共混、两阶段或更多阶段聚合、或者在单阶段聚合中使用两种或更多种不同的聚合催化剂来制备。但优选它们在两个阶段聚合中用相同的催化剂制备,例如用金属茂催化剂或优选齐格勒-纳塔催化剂制备,特别是在环管反应器中淤浆聚合,随后在气相反应器中气相聚合。可使用常规的助催化剂、承载体/载体、电子供体等。
环管反应器-气相反应器系统由丹麦Borealis A/S作为BORSTAR反应器系统销售。从而本发明的聚合物优选以两阶段工艺形成,包括在齐格勒纳塔催化剂存在下的第一淤浆环管聚合和随后的气相聚合。
这种工艺中所用条件是周知的。对于淤浆反应器,反应温度通常在60℃~110℃之间(例如85℃~110℃)。反应器压力通常在5~80巴(例如50~65巴)的范围内,且停留时间通常在0.3~5小时(例如0.5~2小时)的范围内。所用稀释剂通常是沸点为-70~+100℃的脂族烃,如果需要,可在超临界条件下进行聚合。
对于气相反应器,所用反应温度通常在60℃~115℃(例如70~110℃)的范围内,反应压力通常在10~25巴的范围内,所用停留时间通常为1~8小时。所用气体通常是诸如氮气等非反应性气体或诸如丙烷以及单体(即丙烯和需要时的乙烯)等低沸点烃。
优选地,本发明聚合物的组分A在连续操作的环管反应器中制备,其中丙烯(和需要时的共聚单体)在上述聚合催化剂和诸如氢气等链转移剂的存在下聚合。稀释剂通常为惰性脂族烃,优选异丁烷或丙烷。
然后组分B可在气相反应器中采用相同的催化剂形成。可使用本领域周知的预聚合。优选齐格勒-纳塔催化剂。齐格勒-纳塔催化剂的性质在许多现有出版物中进行了说明,例如US 5234879中。
或者,本发明的聚合物通过在常规共混装置中共混两种丙烯无规共聚物或通过将一种无规共聚物与聚丙烯均聚物共混来制备。
单峰聚合物可用单步骤工艺制备,例如用于以上淤浆和气相工艺的参数。可用的催化剂与那些用于制备多峰聚合物的相同。
用于本发明的丙烯的杂相和无规共聚物、以及丙烯均聚物可从多个供应商购得,例如Borealis A/S。
组合物
本发明人还发现一种用于ISBM制品很理想的特殊聚丙烯组合物。该组合物包括:
(I)71~99.5wt%的聚丙烯的无规共聚物;和
(II)0.5~14wt%的长支链聚丙烯。
长支链聚丙烯的性质上文已做完全说明,这也适用于本发明的实施方式。上述丙烯聚合物的特征也用于本实施方式的聚丙烯。
但是,本发明组合物非常优选的特征包括长支链聚丙烯的用量可为1~10wt%,优选2~8wt%,特别是3~7wt%,最优选约5wt%。
聚丙烯的无规共聚物优选为单峰的。存在的共聚单体含量可为0.5wt%~10wt%,优选1~5wt%,例如1~4wt%,特别是2~3.5wt%(相对于丙烯)。
它可具有5~40g/10min的MFR2,优选10~30g/10min,例如15~25g/10min。
聚丙烯中所用共聚物优选仅为乙烯。
关于长支链聚丙烯,这也优选以丙烯无规共聚物为基础,特别是与乙烯的共聚物。存在的共聚单体含量可为0.5wt%~10wt%,优选1~5wt%,例如1~4wt%,特别是2~3.5wt%(相对于丙烯)。它可具有0.1~10g/10min的MFR2,优选1~10g/10min,例如2~5g/10min。
另外,聚合物可与少量标准聚合物添加剂混合,例如与聚合物加工助剂、成核剂、抗氧化剂、再热剂、UV稳定剂、澄清剂等混合。
应用与制品制造
使用长支链聚丙烯增宽了使用该聚合物的ISBM工艺的加工范围。因此,增宽加工范围是指包括长支链聚丙烯的丙烯聚合物组合物能够在ISBM工艺中成功拉塑并吹塑的温度范围比其它不含长支链聚丙烯的相同聚合物广。
加工范围通过由2.8mm厚、14g预成型坯在单腔SIG Corpoplast LB01HR设备上拉伸吹塑300mL聚丙烯瓶来测定。这种设备装有两个加热箱,各有5盏IR灯(L1~L5),但在测定加工范围时只使用一个箱。L1和L2为2500瓦的灯,L3、L4和L5为2000瓦。加热箱内这些灯的整定比为L1/L2/L3/L4/L546/57/85/85/54。将所有的预成型坯加热相同的时间段。用两个时间段HT1和HT2加热预成型坯。在HT1和HT2之间为调理时间CT1。在HT2之后且在拉伸之前为调理时间CT2。HT1、HT2、CT1和CT2分别为15秒、4.6秒、13秒和10秒。在预成型坯的加热期间,进行表面冷却以防止表面熔融。冷却在80%的风扇容量下进行。在整个加热和老化期间,预成型坯在心轴上以100rpm的速度旋转。在CT2后,所有的瓶在相同的条件下吹塑。将预成型坯放入瓶模具中并以1000mm/s的速度进行第一拉伸。然后用6巴的压力吹塑瓶1.2秒。
对于各样品,总加热能量在步骤中变化,并记录所得预成型坯温度以找出能够吹塑出无明显缺陷的瓶的预成型温度上限和预成型温度下限。此范围定义为瓶的双轴拉伸加工范围。
本领域技术人员很容易确定明显的缺陷。例如,拉伸的温度太低会导致拉杆刺穿预成型坯。拉伸的温度太高会导致聚合物熔化并使吹塑制品厚度发生变化。
用于测定加工范围的设备在实施例中详细说明,但对技术人员而言是已知的。
加工范围应为至少4℃,例如至少5℃,优选至少6℃,更优选至少7℃。加工范围应增宽至少1℃,优选至少2℃,例如至少3℃,特别是至少5℃。
应理解的是,此处所述加工范围是对2.8mm、14g预成形坯测定的。预成形坯的重量变化影响加工范围的宽度。较薄的预成形坯或较轻的预成形坯容易比较重的预成形坯具有更宽的加工范围。
因此,如果不考虑预成形坯的重量,优选加工范围增宽至少20%,例如至少30%,优选至少40%,特别是至少50%,最特别是至少100%。
将加入有长支链聚丙烯的丙烯聚合物用于注拉吹塑制品的生产。注拉吹塑是包括一些步骤的已知工艺。首先,预成形坯由含有丙烯聚合物和长支链聚丙烯的聚丙烯组合物注塑制得。将聚丙烯组合物加热至使其熔化以形成易流动的聚合物熔体,该聚合物熔体经注射引入模具中。注射模具具有腔体和配合锤(mating ram)以使预成型坯形成所需形状,例如一个具有螺纹的颈部和瓶体部分的形状。然后将预成型坯脱模,冷却并储存,直至它即将形成制品或者该预成型坯能够立即拉伸和吹塑。
当预成形坯达到所需温度时,然后将可选择地再加热的预成形坯用于拉伸吹塑。将预成形坯置于适宜形状的模具中,在推杆使聚丙烯组合物向外延伸填充模具的同时,将诸如空气或氮气等气体通过喷嘴注入预成型坯的内体。这是上述工艺的拉伸和吹塑阶段,该工艺中,对于不含长支链聚丙烯的聚合物组合物,材料的加工范围窄。
在此步骤中,聚丙烯组合物变成双轴取向,这改善了制品的物理性能和光学性能,以及改善了阻挡性能。
所用拉伸温度通常为90℃~160℃,例如130℃。在TD和MD上的拉伸速度均可为20~60m/min。
在双轴拉伸步骤中对聚合物的温度控制是临界的。如果温度过高,拉伸的聚合物将包含熔融的聚合物部分,这使分子取向变差,并表现出样品厚度的变化。如果温度太低,不可能双轴拉伸聚合物而不损坏聚合物。通过增宽任何给定聚合物组合物的加工范围,聚合物实际上能够双轴拉伸的温度范围变宽。
在挤出和ISBM之前将不同的聚合物成分密切混合是重要的,否则在均匀性上会存在风险。因此,特别优选在挤出前,例如用双螺杆挤出机、优选反转挤出机将各组分完全共混。
本发明提供一种用ISBM工艺制备诸如瓶等聚丙烯容器和其它聚丙烯制品的方法。优选的制品为瓶子,例如100ml~10L的瓶子,例如300ml或500ml的瓶子。长支链聚丙烯与丙烯聚合物的组合可形成单层或多层制品中的一层。
用ISBM工艺制备的制品很容易与通过诸如吹塑或注塑等其它模塑工艺制得的制品区别,且技术人员能够确定制品是否是由ISBM工艺制备。例如,ISBM制品没有挤出吹塑制品中存在的焊接线。ISBM制品将在制品底部具有入口点。ISBM制品在吹入杆进入ISBM制品的颈部不同于通过注塑制备的制品。因此,技术人员能够很容易区分ISBM制品和其它模制制品。
这些制品可加入本领域已知的阻挡层。例如,为了一些应用,有必要加入阻挡层,即水和氧气不能渗入结构中的层。这可用常规层压技术实现。适宜的阻挡层是已知的且包括聚酰胺、乙烯-乙烯醇共聚物和金属处理的Al层。用ISBM工艺形成多层制品是本领域已知的。
但优选地,将用于使阻挡层粘接到包含本发明材料的丙烯层的粘结剂加入丙烯层中。适宜的粘结剂包括酐改性的聚合物。
现将进一步参照以下非限制性实施例和附图说明本发明。图1和2表示了应变硬化行为。图1a示出了用于测定应变硬化的实验过程简图。
聚合物的应变硬化行为用Rheotens装置1(Góttfert的产品,Siemensstr.2,74711 Buchen,德国)分析,其中熔融流(melt strand)2通过限定的加速度拉伸来拉长。记录牵引力F随拉伸速度(v)的变化。
测试过程在T=23℃的可控室温的标准空调室中进行。将装置1与挤出机/熔融泵3组合以对熔化线2连续供料。挤出温度为200℃,使用2mm直径和6mm长度的毛细管模口,且熔化线2的拉伸加速度为120mm/sec2
图1b中的示意图以示例性方式示出了测定的牵引力F的增加(即“熔体强度”)随拉伸速度(v)的增加(即“可拉伸性”)的变化。
图2示出了具有应变硬化行为和不具有应变硬化行为的聚合物样品的Rheotens测定的记录曲线。所述流拉断时的最大点(Fmax;vmax)为熔体部分的强度和可拉伸性的特性。
在230℃/2.16kg具有0.3、2.0和3.0g/10min的熔融指数的标准丙烯聚合物4、5、6显示了非常低的熔体强度和低可拉伸性。它们不具有应变硬化。
长支链丙烯聚合物7(图中样品的熔融指数在230℃/2.16kg下为2~3g/10min)或LDPE 8(图中样品的熔融指数在230℃/2.16kg下为0.7g/10min)表示了完全不同的可拉伸性随熔体强度变化的行为。与标准丙烯聚合物4、5、6相比,随着拉伸速度v增大,牵引力F增大至更高水平。该曲线形状是应变硬化的特征。
分析测试
说明书/实施例中引用的数值根据以下测试来测定:
固有粘度:固有粘度根据DIN ISO 1628-1(1999年10月)在135℃下于萘烷中测定。
熔体流动速率(MFR),即MFR2:根据ISO1133在230℃、2.16kg的负荷下测定。
共聚单体含量:以基于由13C NMR校准的FTIR测量的周知方法测定。
密度:根据ISO 1183/D测定。
拉伸模量
拉伸模量根据ISO 3167对样品(根据ISO527-2:1993的多用途实验样品A型(注塑))测定。在1mm/min的速度、23℃的温度下测定该模量。
切口简支梁冲击强度:根据ISO 179/leA在23℃下用EN ISO 1873-2中所述的注塑测试样品(80×10×4mm)测定。
分子量分布和平均分子量:
重均分子量Mw和分子量分布(MWD=Mw/Mn,其中Mn为数均分子量且Mw为重均分子量)通过基于ISO16014-4:2003的方法测定。将装有折射率检测器和在线粘度计的Waters 150CV plus仪器与来自Waters的3×HT6E聚苯乙烯型交联共聚物柱(苯乙烯-二乙烯基苯)和作为溶剂的1,2,4-三氯苯(TCB,经250mg/L的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚稳定)一起使用,在140℃和1mL/min的恒定流速下进行测定。每次分析注入500μL的样品溶液。柱组通过使用在1.05kg/mol~11600kg/mol范围内具有10条窄MWD聚苯乙烯(PS)标准的普适标定(根据ISO 16014-2:2003)来校准。Mark Houwink常数用于聚苯乙烯和聚乙烯(对于PS,K:19×10-3dL/g且a:0.665,对于PE,K:19×10-3dL/g且a:0.725)。所有的样品通过以下步骤制备:将0.5~3.5mg的聚合物溶于4mL(在140℃)稳定的TCB(与流动相相同)中,并在140℃保持2小时及在160℃再保持2小时,取样加入GPC仪器前偶尔摇动。
所用聚合物材料:
实施例中使用了以下材料:
PP1:可购得的丙烯和乙烯的单峰无规共聚物,具有3.3wt%的乙烯含量和20g/10min的MFR2
LCBPP:所用长链支化的聚合物是可购得的含有3.5wt%的乙烯的长链支化无规聚丙烯共聚物,具有MFR 2.5g/10min、挠曲模量850、屈服抗张强度30Mpa、屈服伸长率13%、拉伸模量900Mpa、切口简支梁冲击强度(23℃)8.0kJ/m2、支化系数g′=0.8。
实施例1
加工范围
单独使用聚合物样品PP1,或与加入的5wt%LCBPP一起使用。将该组合物注塑以提供厚度为2.8mm且具有38/10mm颈部尺寸和14g重量的
Figure A20088000315100181
预成型坯。
由14g预成型坯在单腔SIG Corpoplast LB01HR设备上拉伸吹塑聚丙烯瓶(300mL)。这种设备装有两个加热箱,各有5盏IR灯(L1~L5),但仅将一个箱用于测定加工范围。加热箱内这些灯的整定比为L1/L2/L3/L4/L546/57/85/85/54。将所有的预成型坯加热相同的时间段,仅改变总加热量。用两个时间段HT1和HT2加热预成型坯。在HT1和HT2之间为调理时间CT1。在HT2之后和在拉伸之前为调理时间CT2。HT1、HT2、CT1和CT2分别为15秒、4.6秒、13秒和10秒。在预成型坯的加热期间,进行表面冷却以防止表面熔融。冷却在80%的风扇容量下进行。另外,在整个加热和老化期间,预成型坯在心轴上以100rpm的速度旋转。在CT2后,所有的瓶在相同的条件下吹塑。将预成型坯放入瓶模具中并以1000mm/s的速度进行第一拉伸。然后用6巴的压力吹塑瓶1.2秒。
对于各样品,总加热能量在步骤中变化,并记录所得预成型坯温度以找出能够吹塑出无明显缺陷的瓶的预成型温度上限和预成型温度下限。此范围定义为瓶的双轴拉伸加工范围。
本领域技术人员很容易确定明显的缺陷。例如,拉伸的温度太低会导致拉杆刺穿预成型坯。拉伸的温度太高会导致聚合物熔化并使吹塑制品厚度发生变化。
  材料   上限温度(℃)   下线温度(℃)   范围
  PP1   127   124   3
  PP1+LCBPP   127   120   7
令人惊奇的是,可观察到在较低的预成型温度下能够制备包含5wt%的LCBPP的预成型坯的瓶。因此,实现了加工范围的扩大,可在该范围内制造合格的瓶。

Claims (11)

1、一种长支链聚丙烯的应用,用于增宽至少一种丙烯聚合物注拉吹塑中的加工范围。
2、如权利要求1所述的应用,其中,所述长支链聚丙烯为丙烯的无规共聚物。
3、如权利要求1或2所述的应用,其中,所述长支链聚丙烯和所述至少一种丙烯聚合物是丙烯-乙烯共聚物。
4、一种增宽丙烯聚合物ISBM中的加工范围的方法,包括将至少一种长支链聚丙烯加入到所述丙烯聚合物中。
5、一种ISBM制品,由包括至少一种丙烯聚合物和长支链聚丙烯的组合物形成。
6、如权利要求5所述的ISBM制品,其中所述组合物包括:
(I)71~99.5wt%的聚丙烯的无规共聚物;和
(II)0.5~14wt%的长支链聚丙烯。
7、如权利要求5或6所述的ISBM制品,其中所述长支链聚丙烯具有0.2~0.4的g′值。
8、如权利要求5~7中任何一项所述的ISBM制品,其中所述丙烯共聚物和所述长支链聚丙烯均以丙烯-乙烯共聚物为基础。
9、如权利要求5~8中任何一项所述的ISBM制品,其中所述丙烯聚合物是单峰的。
10、一种形成制品的方法,包括:
(I)将至少一种长支链聚丙烯与丙烯聚合物混合;
(II)挤出所得混合物并将挤出物注入模具中形成预成型坯;
(III)将所述预成型坯冷却;
(IV)将所述预成型坯再加热至100~160℃的温度;以及
(V)将所述预成型坯拉伸并吹塑形成制品。
11、一种形成制品的方法,包括:
(I)将至少一种长支链聚丙烯与聚丙烯聚合物混合;
(II)挤出所得混合物并将挤出物注入模具中形成预成型坯;
(III)将所述预成型坯拉伸并吹塑形成制品而无需冷却预成型坯。
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