CN104024510B - 复合材料,包含其的制品,其制备方法,和丙烯共聚物用于制备复合材料或制品的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含基于丙烯共聚物的熔喷纤维和纤维基体材料的复合材料,一种用于制备这种复合材料的方法,由其制成的制品,以及丙烯共聚物用于制备这种复合材料或制品的用途,和丙烯共聚物用于减小熔喷过程期间热空气体积的用途。

Description

复合材料,包含其的制品,其制备方法,和丙烯共聚物用于制 备复合材料或制品的用途
技术领域
本发明涉及一种包含基于丙烯共聚物的熔喷纤维和纤维基体材料的新型复合材料,一种用于制备这种复合材料的方法,由其制成的制品,以及丙烯共聚物用于制备这种复合材料或制品的用途,和丙烯共聚物用于减小熔喷过程期间热空气体积的用途。
背景技术
为由熔喷纤维构成的非织造结构体的熔喷网通常在一步方法中制作,其中高速空气将熔融的热塑性树脂从挤出机口模尖端吹到输送装置或卷取屏上以形成细纤维的自黏结网。尽管许多种聚合物可以用于熔喷纤维和相应的网,但是聚丙烯是最常用的聚合物之一。丙烯均聚物通常用于熔喷网和纤维复合材料的制造。然而,这类聚合物和由其制成的相应材料通常具有有限的机械强度。例如,各纤维基体材料和用于层合的熔喷网之间的黏附性通常降低,使得可以观察到总体最终产品降低的拉伸强度。一种克服该问题的方法是使熔喷网与纺黏网结合,其中所述纺黏网作为支撑层。这类结合的熔喷网/纺黏网可以直接在线制作(SMS),或可以单独地层合。然而,聚丙烯熔喷网的使用受到限制,这是因为熔喷网和纺黏网的结合不足以用于所有应用,此外,熔喷网差的机械性能通常在转化过程中引起问题。
除了聚合物性能之外,熔喷方法参数在熔喷产品和相应的最终产品的制备中也是重要的。在熔喷网和最终产品的制备中,由热空气产生高成本,所述热空气用于使网的纤维纤细。因此,在熔喷方法方面,具有聚合物树脂是经济的,所述聚合物树脂可以用于在较低的空气体积下获得相同或更好的最终熔喷网性能。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提供一种复合材料/包含所述复合材料的制品,其具有足够的机械性能,特别是基于其的熔喷纤维和/或熔喷网和与这种熔喷纤维/熔喷网层合的纤维基体材料之间的黏附性能。另一目的在于经济地制造所述复合材料/制品,即以相当低的空气体积获得具有改善的黏附性能的复合材料/制品。
本发明的一个发现是提供一种包含基于丙烯共聚物的熔喷纤维和/或熔喷网的复合材料/制品,所述丙烯共聚物具有不超过5.5重量%的共聚单体含量,并具有根据ISO1133所测量的至少200克/10分钟的熔体流动速率MFR2(230℃)。
因此,本发明涉及一种复合材料,其包含
(a)熔喷纤维,其中
(i)所述熔喷纤维包含至少85重量%的共聚单体含量为0.5重量%至7.0重量%、如0.5重量%至5.5重量%的丙烯共聚物,所述共聚单体为乙烯和/或至少一种C4至C20的α-烯烃,
(ii)任选地,所述熔喷纤维和/或所述丙烯共聚物具有根据ISO 1133所测量的至少200克/10分钟的熔体流动速率MFR2(230℃),和
(b)至少一种纤维基体材料。
出人意料地,已经发现这种复合材料/包含所述复合材料的制品具有比包含丙烯均聚物的已知复合材料/制品好得多的机械性能,特别是黏附性能。此外,在熔喷过程期间所需的空气体积可以明显地减小,而不损失熔喷网所需的性能。
根据本发明的另一方面,提供一种包含所述复合材料的制品,所述制品选自过滤介质和/或吸收性产品,例如卫生用品和/或纸巾制品。优选地,所述制品具有a)根据ISO527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述制品上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少10N的纵向(MD)最大拉伸强度,和/或b)根据ISO527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述制品上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少10N的横向(CD)最大拉伸强度。
根据本发明的另一方面,提供了一种用于制备所述复合材料的方法,所述方法包括以下步骤
(a)提供由丙烯共聚物制备的熔喷纤维,
(b)提供至少一种纤维基体材料,
(c)使步骤(b)的至少一种纤维基体材料的流与步骤(a)的熔喷纤维的流接触以形成复合材料。
根据本发明的再一方面,提供了丙烯共聚物用于制备所述复合材料或制品的用途。
根据本发明的另一方面,提供了丙烯共聚物用于减小熔喷过程期间热空气体积的用途,其中所述减小由式(I)限定
(AV-RPP)/(AV-HPP)≤0.9 (I)
其中
(AV-RPP)为所述丙烯共聚物的热空气体积[m3/h],和
(AV-HPP)为丙烯均聚物的热空气体积[m3/h],所述丙烯均聚物具有根据ISO 1133所测量的1100克/10分钟至1300克/10分钟的熔体流动速率MFR2(230℃)和根据ISO 11357-3所测量的155℃至160℃的熔融温度(Tm)。
具体实施方式
当在下文中提到复合材料的优选实施方案或技术细节时,应理解这些优选的实施方案或技术细节也适用于本发明的制品、本发明的方法以及本发明的用途。例如,当陈述本发明的复合材料优选地包含具有至少130℃的熔融温度的丙烯共聚物和/或熔喷纤维时,在本发明的制品、本发明的方法以及本发明的用途中所提供的复合材料也优选地包含具有至少130℃的熔融温度的丙烯共聚物和/或熔喷纤维。
根据本发明的一个优选实施方案,丙烯共聚物和/或熔喷纤维具有至少130℃的熔融温度。
根据本发明的另一优选实施方案,熔喷纤维和/或丙烯共聚物具有根据ISO 1133所测量的在200克/10分钟和3000克/10分钟范围内的熔体流动速率MFR2(230℃)。
根据本发明的又一优选实施方案,丙烯共聚物具有通过13C-波谱确定的不大于0.4摩尔%的<2,1>位置缺陷。
根据本发明的一个优选实施方案,丙烯共聚物利用13C NMR波谱确定的五单元组等规度高于95摩尔%。
根据本发明的另一优选实施方案,丙烯共聚物是已经以5至100的减黏裂化比[最终MFR2(230℃)/初始MFR2(230℃)]减黏裂化的,其中,“初始MFR2(230℃)”为丙烯共聚物在减黏裂化之前的MFR2(230℃),且“最终MFR2(230℃)”为丙烯共聚物在减黏裂化之后的MFR2(230℃)。
根据本发明的又一优选实施方案,丙烯共聚物的共聚单体为乙烯。
根据本发明的一个优选实施方案,纤维基体材料基于选自木浆、人造丝、莱赛尔、棉、羊毛、丝、黄麻、亚麻织物、大麻、亚麻、聚酯、尼龙、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸酯的盐及其混合物的材料。
根据本发明的另一优选实施方案,复合材料包含1重量%至60重量%的熔喷纤维和40重量%至99重量%的至少一种纤维基体材料,更优选地包含10重量%至50重量%的熔喷纤维和50重量%至90重量%的至少一种纤维基体材料,还更优选地包含20重量%至40重量%的熔喷纤维和60重量%至80重量%的至少一种纤维基体材料。
根据本发明的又一优选实施方案,熔喷纤维是熔喷网形式的。
根据本发明的另一优选实施方案,熔喷网具有a)根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述网上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少10N的纵向(MD)最大拉伸强度,和/或b)根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述网上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少5N的横向(CD)最大拉伸强度。
以下更详细地限定根据本发明的复合材料。
一个基本要求是为本发明的复合材料的一部分的纤维为熔喷纤维。熔喷纤维本质上与其它纤维、特别是与由纺黏技术制备的纤维不同。在熔喷过程期间,高速气体流在聚合物从熔喷口模的小毛细管中挤出时冲击熔融聚合物流,并使聚合物丝从毛细管处约500μm的直径变细为小于5.0μm的直径,如变细为小于3.0μm的直径。这对应于纤维直径减小500分之一,横截面积减小2500000分之一。所述方法在几厘米的距离上在约200微秒内进行。与通过梳理技术或纺黏技术制作的等效纤维网相比,这意味着在1μm至3μm的熔喷网中表面积大6倍且纤维多36倍。因此,熔喷方法的主要优点在于可以制作非常细的纤维和具有优异的均匀性的非常轻质的熔喷网。结果为具有优异的阻隔性能的软的熔喷网,意味着有效的过滤特性和抗含水液体渗透性。换而言之,所述方法特征“熔喷”使这样制作的纤维有别于通过不同技术制作的纤维。更确切地,“熔喷纤维”非常细,具有用其它纤维方法无法实现的直径。此外,由这类熔喷纤维制成的网更软,并且与厚度相同但是通过其它技术例如纺黏方法制作的网相比具有更轻的重量。
因此,根据本发明的熔喷纤维优选地具有测量不大于5μm、如小于5μm、更优选不大于3μm的(平均)直径。特别应了解,熔喷纤维的(平均)直径在0.1μm至5μm的范围内,更优选在0.5μm至4.9μm的范围内,还更优选在0.5μm至3μm的范围内,如1μm至3μm。
本发明的一个特别要求在于熔喷纤维包含丙烯共聚物。优选地,基于熔喷纤维的总重量,熔喷纤维包含至少85重量%、更优选至少90重量%、如至少95重量%的丙烯共聚物。因此,特别应了解,除了丙烯共聚物之外,熔喷纤维还可以包含典型的添加剂,如抗氧化剂、稳定剂、填料、着色剂、成核剂和脱模剂。主要和次要抗氧化剂包括例如受阻酚、受阻胺和磷酸盐。成核剂包括例如苯甲酸钠,山梨醇衍生物,如双-(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇,和诺尼醇(nonitol)衍生物,如1,2,3-三脱氧-4,6:5,7-双-O[(4-丙基苯基)亚甲基]-诺尼醇。还可以包含其它添加剂,例如分散剂,如单硬脂酸甘油酯。滑爽剂包括例如油酸酰胺和芥酸酰胺。通常还使用催化剂减活剂,例如硬脂酸钙、水滑石和氧化钙,和/或本领域中已知的其它酸中和剂。然而,基于熔喷纤维和/或包含所述熔喷纤维的网的总重量,这类添加剂的量优选地应不超过10重量%,更优选不大于5重量%。因此,在一个特定实施方案中,熔喷纤维和/或包含所述熔喷纤维的网可以含有添加剂,特别是如本段落中所述的那些,但是不含其它聚合物。因此,优选地,丙烯共聚物为熔喷纤维和/或包含所述熔喷纤维的网内仅有的聚合物。
以下更详细地描述丙烯共聚物。
根据本发明的“共聚单体”为与丙烯不同的可聚合单元。因此,基于丙烯共聚物的总重量,根据本发明的丙烯共聚物具有0.5重量%至7.0重量%、如0.5重量%至5.5重量%、优选0.5重量%至5重量%、更优选0.5重量%至4.5重量%、最优选1重量%至4重量%的共聚单体含量。例如,基于丙烯共聚物的总重量,丙烯共聚物具有1重量%至3.5重量%的共聚单体含量。
其余部分为衍生自丙烯的单元。因此,基于丙烯共聚物的总重量,丙烯共聚物中的丙烯含量优选为至少94重量%,更优选至少93.0重量%,如至少94.5重量%,还更优选在93.0重量%至99.5重量%的范围内,如94.5重量%至99.5重量%,仍更优选95重量%至99.5重量%,仍还更优选95.5重量%至99.5重量%,最优选96重量%至99重量%。例如,基于丙烯共聚物的总重量,丙烯共聚物具有96.5重量%至99重量%的丙烯含量。
在本发明的一个优选实施方案中,基于丙烯共聚物的总重量,丙烯共聚物具有96.5重量%至99重量%的丙烯含量和1重量%至3.5重量%的共聚单体含量。
丙烯共聚物的共聚单体为乙烯和/或至少一种C4至C20的α-烯烃,更优选地,丙烯共聚物的共聚单体选自乙烯、C4的α-烯烃、C5的α-烯烃、C6的α-烯烃、C7的α-烯烃、C8的α-烯烃、C9的α-烯烃和C10的α-烯烃,仍更优选地,丙烯共聚物的共聚单体选自乙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯和1-癸烯,其中优选乙烯、1-丁烯和1-己烯。
丙烯共聚物可以含有多于一种类型的共聚单体。因此,本发明的丙烯共聚物可以含有一种、两种或三种不同的共聚单体。然而,优选地,丙烯共聚物仅含有一种类型的共聚单体。优选地,丙烯共聚物除了丙烯之外还仅包含乙烯、1-丁烯或1-己烯。
在本发明的一个优选实施方案中,丙烯共聚物的共聚单体仅为乙烯。
因此,在一个优选实施方案中,丙烯共聚物为仅丙烯和乙烯的丙烯共聚物,其中,基于丙烯共聚物的总重量,乙烯含量在0.5重量%至5.5重量%的范围内,优选在0.5重量%至4.5重量%的范围内,更优选在1重量%至4重量%的范围内。例如,丙烯共聚物仅由丙烯和乙烯构成,其中,基于丙烯共聚物的总重量,乙烯含量在1重量%至3.5重量%的范围内。
此外,应了解,丙烯共聚物和/或熔喷纤维的二甲苯可溶物含量,优选丙烯共聚物的二甲苯可溶物含量相当低。因此,丙烯共聚物和/或熔喷纤维,优选丙烯共聚物优选地具有根据ISO 6427(23℃)所测量的不大于12重量%、更优选不大于10重量%、还更优选不大于9.5重量%、如不大于9重量%的二甲苯冷可溶物部分(XCS)。因此,优选范围为1重量%至12重量%,更优选1.5重量%至10重量%,仍更优选2重量%至9重量%。
丙烯共聚物的另一特性为少量的丙烯在聚合物链内的错插。因此,丙烯共聚物的特征在于通过13C-NMR波谱确定的少量的、即不大于0.4摩尔%、更优选不大于0.2摩尔%、如不大于0.1摩尔%的<2,1>位置缺陷。
另外地或可替代地,应了解,丙烯共聚物和/或熔喷纤维具有通过DSC确定的至少80J/g、更优选至少90J/g、仍更优选在85J/g至110J/g范围内、还更优选在90J/g至105J/g范围内的熔解热(Hm)。
此外,优选地,丙烯共聚物和/或熔喷纤维具有至少35%、更优选在40%至55%范围内的结晶度。
优选地,无规丙烯共聚物为全同立构的。因此,应了解,丙烯共聚物具有如利用13C-NMR波谱确定的相当高的、即高于95摩尔%、更优选高于97摩尔%、仍更优选高于98摩尔%的五单元组浓度。
此外,应了解,丙烯共聚物内的共聚单体为随机分布的。无规度表示与聚合物链中的共聚单体的总量相比孤立共聚单体单元、即附近没有其它共聚单体单元的那些的量。在本发明的一个优选实施方案中,丙烯共聚物的无规度为至少30%,更优选至少50%,甚至更优选至少60%,仍更优选至少65%。
如上所述,丙烯共聚物优选为熔喷纤维内仅有的聚合物组分。因此,根据本发明的术语“丙烯共聚物”不包括包含聚丙烯和分散在其中的弹性体组分的多相体系。事实上,根据本发明的丙烯共聚物优选地不应理解为不可混溶的两种不同聚合物的混合物。术语“不可混溶的”表示其中不同的聚合物由于其不同的性质而形成通过高分辨显微镜、如电子显微镜或扫描力显微镜可见的可区别相的聚合物混合物。然而,这不排除丙烯聚合物为所谓的双峰或多峰聚合物的选择。与不可混溶的聚合物不同,双峰或多峰聚合物包含在其分子量分布和/或其共聚单体含量分布方面不同但是在本发明的含义中可混溶的部分。
因此,本文所使用的表述“多峰的”或“双峰的”指聚合物的形态,即其共聚单体含量分布曲线的形式,所述共聚单体含量分布曲线为共聚单体含量相对于升温淋洗分级(TREF)方法的淋洗温度的图。升温淋洗分级(TREF)技术根据链中最长的可结晶序列使丙烯聚合物分级,所述链中最长的可结晶序列随着淋洗温度几乎线性地增加(P.Ville等人,Polymer 42(2001)1953-1967)。因此,最高温度越高,全同立构序列越长。此外,升温淋洗分级(TREF)技术不是严格地根据立构规整度而是根据链中最长的可结晶序列使聚丙烯分级。因此,丙烯共聚物链的溶解度受空间缺陷的浓度和分布影响。到目前为止,升温淋洗分级(TREF)技术是进一步在其共聚单体分布方面表征丙烯共聚物的合适方法。
如下文会解释的,丙烯共聚物可以通过共混不同的聚合物类型,即具有不同共聚单体含量的聚合物来制备。然而,优选地,丙烯共聚物的聚合物组分以序列步骤方法使用串联配置的反应器并在不同反应条件下运行来制备。因此,在特定反应器中制得的每个部分会具有其自己的共聚单体含量分布。
当叠加这些部分的分布曲线以获得最终聚合物的共聚单体含量分布曲线时,这些曲线可以显示出两个或更多个极大值,或者在与单个部分的曲线比较时至少明显地变宽。在两个或更多个串联步骤中所制备的这种聚合物被称为双峰的或多峰的,取决于步骤的数目。
因此,根据本发明的丙烯共聚物可以是双峰的或多峰的,但是不可以是不可混溶聚合物(聚合物部分)的混合物。因此,在本发明的一个实施方案中,丙烯共聚物在共聚单体含量方面是多峰的,如双峰的。在另一优选实施方案中,丙烯共聚物在共聚单体分布方面是单峰的。
此外,应了解,在熔融温度和丙烯共聚物内共聚单体、特别是乙烯的含量之间有依赖性。在这点上,已知随着共聚单体含量增加,特别是随着乙烯含量增加,熔融温度降低。在本发明的一个优选实施方案中,熔融温度和共聚单体含量、即乙烯含量必须遵守特定的关系。
优选地,根据本发明的丙烯共聚物和/或熔喷纤维满足式(1),更优选式(1a),还更优选式(1b),
其中
Tm[℃]为根据ISO 11357-3所测量的熔喷纤维和/或丙烯共聚物、优选丙烯共聚物的熔融温度[以℃给出],
C2[重量%]为利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)确定的熔喷纤维和/或丙烯共聚物内、优选丙烯共聚物内共聚单体、优选乙烯的量[以重量百分比给出]。
此外,应了解,根据本发明的丙烯共聚物和/或熔喷纤维具有根据ISO11357-3所测量的至少130℃、优选至少135℃、更优选至少137℃、如至少140℃的熔融温度Tm。因此,熔融温度范围优选为130℃至157℃,更优选135℃至155℃。
丙烯共聚物和/或熔喷纤维的另一强制要求是其相当高的熔体流动速率,这与通过纺黏技术获得的其它聚合物和/或纤维不同。熔体流动速率主要取决于平均分子量。这是因为事实上长的分子相比短的分子使材料具有更低的流动趋势。分子量增加意味着MFR值降低。熔体流动速率(MFR)是在规定的温度和压力条件下通过限定口模排出的聚合物以克/10分钟计所测量的,并且是聚合物黏度的量度,而对于每种聚合物而言其黏度又主要受其分子量和其支化程度影响。在230℃和2.16kg载荷下(ISO 1133)测量的熔体流动速率标示为MFR2(230℃)。
因此,在本发明中,优选地,丙烯共聚物和/或熔喷纤维具有至少200克/10分钟、更优选至少400克/10分钟,仍更优选在200克/10分钟至3000克/10分钟范围内,还更优选在400克/10分钟至2000克/10分钟范围内的MFR2(230℃)。
在本发明的一个优选实施方案中,丙烯共聚物和/或熔喷纤维具有在600克/10分钟至1800克/10分钟范围内、更优选在800克/10分钟至1600克/10分钟范围内的MFR2(230℃)。例如,丙烯共聚物和/或熔喷纤维具有在1000克/10分钟至1400克/10分钟范围内、如1100克/10分钟至1300克/10分钟的MFR2(230℃)。
具有如此高熔体流动速率的丙烯共聚物优选地是通过减黏裂化获得的。因此,应了解,根据本发明的丙烯共聚物是通过使具有如本发明所述的相同性能但是具有较低熔体流动速率(MFR2)的丙烯聚合物减黏裂化获得的。
因此,优选地,丙烯共聚物在减黏裂化之前具有不大于150克/10分钟、更优选在15克/10分钟至120克/10分钟范围内、还更优选在20克/10分钟至100克/10分钟范围内的MFR2(230℃)。
优选地,最初使用的丙烯共聚物选择为使得减黏裂化比[最终MFR2(230℃)/初始MFR2(230℃)]为5至100,其中,“初始MFR2(230℃)”为丙烯共聚物在减黏裂化之前的MFR2(230℃),且“最终MFR2(230℃)”为丙烯共聚物在减黏裂化之后的MFR2(230℃)。
在本发明的一个优选实施方案中,丙烯共聚物是已经以20至100、更优选20至80、甚至更优选30至80、最优选40至80的减黏裂化比[最终MFR2(230℃)/初始MFR2(230℃)]减黏裂化的,其中,“初始MFR2(230℃)”为丙烯共聚物在减黏裂化之前的MFR2(230℃),且“最终MFR2(230℃)”为丙烯共聚物在减黏裂化之后的MFR2(230℃)。
另外地或可替代地,丙烯共聚物的特征在于相当窄的分子量分布,这是因为聚合物已经优选地减黏裂化了。聚合物的减黏裂化不仅提高熔体流动速率,而且还使分子量分布变窄。因此,应了解,丙烯共聚物和/或熔喷纤维的分子量分布(Mw/Mn)在2至6的范围内,更优选在2.5至5.5的范围内。
此外,丙烯共聚物和/或由所述丙烯共聚物制成的熔喷纤维的特征在于如根据ISO527-3使用如在EN ISO 1873-2中所述的注塑试样(狗骨头形,厚度为4mm)所测量的特定拉伸模量。因此,优选地,丙烯共聚物和/或熔喷纤维具有至少500MPa、更优选至少700MPa、最优选在500MPa至1400MPa范围内的拉伸模量。例如,丙烯共聚物和/或熔喷纤维具有在700MPa至1200MPa范围内、最优选在800MPa至1000MPa范围内的拉伸模量。
此外,丙烯共聚物和/或由所述丙烯共聚物制成的熔喷纤维的特征在于拉伸模量与丙烯共聚物和/或纤维内共聚单体含量的特定关系。因此,优选地,丙烯共聚物和/或熔喷纤维满足式(2),更优选式(2a)。
其中
TM[MPa]为根据ISO 527-3使用如在EN ISO 1873-2中所述的注塑试样(狗骨头形,厚度为4mm)所测量的熔喷纤维和/或丙烯共聚物、优选丙烯共聚物的拉伸模量[以MPa给出],
C2[重量%]为利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)确定的熔喷纤维内和/或丙烯共聚物内、优选所述丙烯共聚物内共聚单体、优选乙烯的量[以重量百分比给出]。
在本发明的一个优选实施方案中,熔喷纤维以熔喷网的形式提供。
因此,熔喷网优选为非织造网。在本发明的含义中,术语“非织造网”指包含已经形成为网并且通过任意手段例如通过化学、机械、热和/或溶剂处理而不是通过纺织或编织结合到一起的单独的熔喷纤维的网。
优选地,根据本发明的熔喷网具有
(a)根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述网上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少10N的纵向(MD)最大拉伸强度,和/或
(b)根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述网上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少5N的横向(CD)最大拉伸强度。
例如,根据本发明的熔喷网具有根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述网上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的在10N和35N之间、优选在15N和30N之间的纵向(MD)最大拉伸强度。
另外地或可替代地,根据本发明的熔喷网具有根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述网上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的在5N和30N之间、优选在5N和20N之间的横向(CD)最大拉伸强度。
为复合材料的一部分的熔喷网的基本重量非常依赖于最终用途,然而,优选地,熔喷网具有至少15g/m2的基本重量。
优选地,本发明的熔喷网具有至少20g/m2、更优选至少25g/m2,甚至更优选至少30g/m2、最优选至少35g/m2的基本重量。因此,本发明的熔喷网具有在20g/m2和150g/m2之间、更优选在25g/m2和125g/m2之间、甚至更优选在30g/m2和100g/m2之间、最优选在35g/m2和75g/m2之间的基本重量。例如,本发明的熔喷网具有在35g/m2和65g/m2之间、更优选在40g/m2和60g/m2之间的基本重量。
以下更详细地描述丙烯共聚物的制备。
如本发明所限定的丙烯共聚物可以通过在浆料反应器、如环式反应器中在聚合催化剂的存在下使丙烯任选地与乙烯和/或至少另一种C4至C20的α-烯烃(共聚单体)一起聚合以制备丙烯共聚物的一部分来制备。然后将该部分转移到后续的气相反应器中,于是在所述气相反应器中,在适当选择的其它乙烯和/或至少一种C4至C20的α-烯烃(共聚单体)的存在下使丙烯反应以在第一步骤的反应产物的存在下制备另一部分。该反应顺序提供构成丙烯共聚物的部分(i)和(ii)的反应器共混物。通过本发明,当然能够在气相反应器中进行第一反应,而在浆料反应器、例如环式反应器中进行第二聚合反应。此外,还能够颠倒制备部分(i)和(ii)的顺序,在上文中已经以首先制备部分(i)然后制备部分(ii)的顺序描述所述顺序。包括至少两个聚合步骤的以上所讨论的方法鉴于其提供容易可控的反应步骤使得能够制备所需的反应器共混物的事实是有利的。例如通过适当地选择单体进料、共聚单体进料、氢进料、温度和压力可以调节聚合步骤,以适当地调节所获得的聚合产物的性能。特别地,在所述多阶段聚合过程中,在共聚单体分布、如乙烯分布方面,以及在分子量和MFR2(230℃)值方面,能够获得丙烯共聚物的多峰性,优选双峰性。
这种方法可以使用用于制备丙烯共聚物的任何合适的催化剂来进行。优选地,如以上所讨论的方法使用齐格勒-纳塔催化剂、特别是高产率齐格勒-纳塔催化剂(与低产率的所谓第二代齐格勒纳塔催化剂不同的所谓第四和第五代的类型)来进行。根据本发明所采用的合适的齐格勒-纳塔催化剂包含催化剂组分、助催化剂组分和至少一种电子供体(内部和/或外部电子供体,优选至少一种外部电子供体)。优选地,催化剂组分为基于Ti-Mg的催化剂组分,通常助催化剂为基于烷基Al的化合物。合适的催化剂具体地在US 5,234,879、WO 92/19653、WO 92/19658和WO 99/33843中公开。
优选的外部供体为已知的基于硅烷的供体,例如二环戊基二甲氧基硅烷或环己基甲基二甲氧基硅烷。
如以上所讨论的方法的一个实施方案为环式-气相方法,例如由Borealis开发的被称为技术,例如在EP 0 887 379A1和WO 92/12182中所描述的。
关于上述优选的浆料-气相方法,可以提供关于方法条件的以下一般信息。
40℃至110℃、优选在60℃和100℃之间、特别是在80℃和90℃之间的温度,与在20巴至80巴范围内,优选30巴至60巴的压力,以及选择添加氢以控制分子量。然后,将优选地在环式反应器中进行的浆料聚合的反应产物转移到后续气相反应器,其中温度优选地在50℃至130℃的范围内、更优选80℃至100℃,压力在5巴至50巴的范围内、优选15巴至35巴,还选择添加氢以控制分子量。
在以上确定的反应器区内的停留时间可以变化。在本发明的一个优选实施方案中,在浆料反应器、例如环式反应器中的停留时间在0.5小时至5小时的范围内,例如0.5小时至2小时,而在气相反应器中的停留时间通常会是1小时至8小时。
可以利用技术人员已知的方法条件来调节和控制采用上述方法所制备的丙烯共聚物的性能,例如通过以下方法参数中的一种或更多种:温度、氢进料、共聚单体进料、丙烯进料、催化剂、外部供体的类型和量、多峰聚合物的两种或更多种组分之间的分配。
在使丙烯共聚物进行减黏裂化步骤的情况下,减黏裂化可以以任何已知的方式、如通过使用过氧化物减黏裂化剂来进行。典型的减黏裂化剂为2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基-过氧基)己烷(DHBP)(例如以商品名Luperox 101和Trigonox 101销售的)、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基-过氧基)己炔-3(DYBP)(例如以商品名Luperox 130和Trigonox 145销售的)、过氧化二异丙苯(DCUP)(例如以商品名Luperox DC和Perkadox BC销售的)、二叔丁基过氧化物(DTBP)(例如以商品名Trigonox B和Luperox Di销售的)、叔丁基-异丙苯基-过氧化物(BCUP)(例如以商品名Trigonox T和Luperox 801销售的)和二(叔丁基过氧基-异丙基)苯(DIPP)(例如以商品名Perkadox 14S和Luperox DC销售的)。根据本发明所采用的过氧化物的适当量基本上是技术人员已知的,并可以基于进行减黏裂化的丙烯共聚物的量、进行减黏裂化的丙烯共聚物的MFR2(230℃)值和待获得产物的所需目标MFR2(230℃)来简单地计算。因此,基于所采用的丙烯共聚物的总量,过氧化物减黏裂化剂的典型量为0.005重量%至0.5重量%,更优选0.01重量%至0.2重量%。
通常,根据本发明的减黏裂化在挤出机中进行,使得在合适的条件下,实现熔体流动速率的提高。在减黏裂化过程中,原料的较高摩尔质量的链在统计学上比较低摩尔质量的分子更频繁地断裂,如上所述造成平均分子量整体降低和熔体流动速率提高。
由此获得的丙烯聚合物以丸粒或颗粒形式用于制备本发明的复合材料。
本发明的另一要求是复合材料还包含至少一种纤维基体材料。
因此,以下更详细地描述为本发明的复合材料的一部分的至少一种纤维基体材料。
应了解,在本发明的含义中,术语“纤维基体材料”指长度通常超过宽度的细长颗粒材料。在这种情况下,纤维基体材料指长度不大于10cm、更优选不大于7cm、还更优选在0.1mm至7cm范围内、仍更优选在0.1mm至50mm范围内、仍还更优选在0.5mm至10mm范围内的材料。另外地或可替代地,这样的纤维基体材料具有不大于80μm、更优选不大于50μm,更优选在1μm至40μm范围内的宽度(直径)。因此,纤维基体材料优选地具有至少10、更优选至少30、仍更优选在30至100范围内、还更优选在40至80范围内、如在50至70范围内的长宽比。纤维基体材料可以是单组分或多组分材料,例如双组分纤维材料。
例如,纤维基体材料可以基于选自木浆、人造丝、莱赛尔、棉、羊毛、丝、黄麻、亚麻织物、大麻、亚麻、聚酯、尼龙、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯及其混合物的材料。
优选地,至少一种纤维基体材料为纤维素纤维。在本发明的含义中,术语“纤维素纤维”指基于纤维素的纤维,其中所述纤维素可以得自任何来源,天然的或人造的。基于纤维素纤维的总重量,纤维素纤维优选地包含至少75重量%、更优选至少80重量%、甚至更优选至少85重量%、最优选至少90重量%的量的纤维素。
优选地,为纤维素纤维的纤维基体材料基于选自木浆、人造丝、莱赛尔、棉、羊毛、黄麻、亚麻织物、大麻、亚麻及其混合物的材料。
在本发明的一个优选实施方案中,为纤维素纤维的至少一种纤维基体材料优选为木浆纤维。这种纤维素纤维可以通过将木材加工并精制为纤维而从各种来源和品质获得。这样的加工和精制步骤可以包括例如研磨、热和/或化学处理步骤的组合。这种纤维素纤维的来源对于本发明不是决定性的,即纤维素纤维可以来源于针叶树以及阔叶树。
合适的木浆纤维可以由机械浆,例如磨木浆、热机械浆(TMP)或化学热机械浆(CTMP)以及化学浆,例如牛皮纸浆或硫酸盐浆或回收浆获得。
在这点上,“机械浆”通常通过依靠使用机械能量将木浆的片磨碎成纤维组分来制备。“磨木浆”通常来源于针叶树,例如云杉、松树、冷杉、落叶松和铁杉,以及一些阔叶树,例如桉树。磨木浆通常通过依靠使用石头将木材研磨为比较短的纤维来制备。“热机械浆”来源于热机械方法,其中木片或锯屑在进入加压的精制机之前通过蒸气软化。“化学热机械浆”通过用化学试剂、如亚硫酸钠和蒸气处理木片以及后续的机械处理来获得。“化学浆”通过用化学试剂处理木片或锯屑以通过移除黏合剂、如木质素树脂和树胶来释放纤维素纤维来获得。硫酸盐型或牛皮纸型是两种化学浆,其中牛皮纸型是化学浆生产中主要的制浆方法。“回收浆”来源于回收的纸和纸板或废纸。除了纤维素纤维之外,回收浆还可以包含用于促进最初造纸的其它材料,例如填料和黏结剂。
在本发明的一个优选实施方案中,为纤维素纤维的至少一种纤维基体材料来源于化学浆和/或回收浆。
在本发明的另一优选实施方案中,至少一种纤维基体材料包含至少两种纤维基体材料的混合物,其中至少一种纤维基体材料为如上所限定的纤维素纤维。优选地,纤维基体材料包含两种纤维基体材料的混合物,即如上所限定的纤维素纤维和另一种类型的纤维基体材料。更优选地,纤维基体材料包含木浆纤维作为纤维素纤维和另一种类型的纤维基体材料。例如,另一种类型的纤维基体材料基于选自人造丝、莱赛尔、棉、羊毛、丝、黄麻、亚麻织物、大麻、亚麻、聚酯、尼龙、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸酯的盐和聚碳酸酯的材料。优选地,另一种类型的纤维基体材料基于选自聚酯、尼龙、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸酯的盐和聚碳酸酯的材料。
在本发明的一个优选实施方案中,基于纤维基体材料的总重量,另一种类型的纤维基体材料为小于50重量%,优选小于40重量%,更优选小于30重量%。因此,应了解,基于纤维基体材料的总重量,纤维素纤维为至少50重量%,优选至少60重量%,更优选至少70重量%。
优选地,基于纤维基体材料的总重量,纤维基体材料包含在50重量%和99重量%之间的纤维素纤维和在1重量%和50重量%之间的另一种类型的纤维基体材料。更优选地,基于纤维基体材料的总重量,纤维基体材料包含在60重量%和99重量%之间的纤维素纤维和在1重量%和40重量%之间的另一种类型的纤维基体材料。最优选地,基于纤维基体材料的总重量,纤维基体材料包含在70重量%和99重量%之间的纤维素纤维和在1重量%和30重量%之间的另一种类型的纤维基体材料。
例如,基于纤维基体材料的总重量,纤维基体材料包含在90重量%和99重量%之间的木浆纤维和在1重量%和10重量%之间的另一种类型的纤维基体材料。优选地,另一种类型的纤维基体材料基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
或者,基于纤维基体材料的总重量,纤维基体材料包含在65重量%和75重量%之间的木浆纤维和在25重量%和35重量%之间的另一种类型的纤维基体材料。优选地,另一种类型的纤维基体材料基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
在本发明的另一优选实施方案中,基于纤维基体材料的总重量,纤维基体材料包含在75重量%和99重量%之间的木浆纤维和在1重量%和25重量%之间的另一种类型的纤维基体材料。优选地,另一种类型的纤维基体材料基于聚丙烯酸酯和/或聚丙烯酸酯的盐。例如,聚丙烯酸酯的盐为丙烯酸酯钠。
还优选地,基于复合材料的总重量,本发明的复合材料包含至少1重量%、优选至少3重量%、更优选至少5重量%、最优选至少7重量%的量的熔喷纤维和/或基于所述熔喷纤维的熔喷网。因此,应了解,基于复合材料的总重量,复合材料包含小于99重量%、优选小于97重量%、更优选小于95重量%、最优选小于93重量%的量的纤维基体材料。
在本发明的一个优选实施方案中,基于复合材料的总重量,复合材料包含1重量%至30重量%的熔喷纤维和/或基于所述熔喷纤维的熔喷网,和70重量%至99重量%的纤维基体材料。优选地,基于复合材料的总重量,复合材料包含3重量%至30重量%的熔喷纤维和/或基于所述熔喷纤维的熔喷网,和70重量%至97重量%的纤维基体材料。更优选地,基于复合材料的总重量,复合材料包含5重量%至30重量%的熔喷纤维和/或基于所述熔喷纤维的熔喷网,和70重量%至95重量%的纤维基体材料。最优选地,基于复合材料的总重量,复合材料包含7重量%至30重量%的熔喷纤维和/或基于所述熔喷纤维的熔喷网,和70重量%至93重量%的纤维基体材料。例如,基于复合材料的总重量,复合材料包含7重量%至20重量%的熔喷纤维和/或基于所述熔喷纤维的熔喷网,和80重量%至93重量%的纤维基体材料。
如本发明中所限定的复合材料可以通过包括以下步骤的方法来制备
(a)提供由如上所限定的丙烯共聚物制备的熔喷纤维,
(b)提供如上所限定的至少一种纤维基体材料,
(c)使步骤(b)的至少一种纤维基体材料的流与步骤(a)的熔喷纤维的流接触以形成复合材料。
提供熔喷纤维、提供至少一种纤维基体材料和使至少一种纤维基体材料的流与熔喷纤维的流接触的步骤可以通过本领域技术人员熟知的所有技术来进行。例如,本发明的复合材料可以通过如在WO 2011/034523 A1、US4,100,324、US 5,350,624、US 5,508,102和美国专利申请2003/0200991号和2007/0049153号中描述为棵纺(coform)技术的方法来制备。关于棵纺技术的这些文件的主题在此通过引用完整地并入。
本发明的复合材料可以在多种制品中使用。例如,本发明的复合材料可以包含在诸如吸收性产品和/或过滤介质的制品中。
吸收性产品的实例包括选自尿布、失禁用品和女性卫生用品如卫生巾的卫生用品;和/或纸巾制品,例如选自纸巾、湿纸巾、面巾纸、用于婴儿和/或成人的擦拭巾、清洁擦拭巾、抛光擦拭巾、化妆擦拭巾和汽车养护擦拭巾的擦拭巾。
纸巾制品,例如擦拭巾可以以干燥形式或预润湿形式提供。如果纸巾制品为预润湿的制品,则其可以包含例如用于清洁、杀菌、消毒等的液体。优选地,液体包括水或水包油乳液。优选地,基于液体的总重量,液体包含至少80重量%、更优选85至少重量%、甚至更优选至少90重量%、最优选至少95重量%的量的水。
在本发明的一个优选实施方案中,基于纸巾制品的总重量,纸巾制品可以包含10重量%至2000重量%、更优选50重量%至1500重量%、甚至更优选100重量%至1000重量%、最优选200重量%至750重量%的量的液体。
如果制品为过滤介质,则该制品优选为真空清洁袋和/或过滤物。
吸收性产品,即卫生用品和/或纸巾制品,和/或过滤介质可以以多种形状提供。例如,吸收性产品和/或过滤介质可以是圆形、椭圆形、矩形或不规则形状。
除了本发明的复合材料之外,本发明的制品还可以包含本领域已知的纺黏织物。
特别地,应了解,本发明的制品具有根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述制品上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少10N的纵向(MD)最大拉伸强度。
例如,制品具有根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述制品上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的在10N和50N之间、优选在15N和45N之间、最优选在20N和40N之间的纵向(MD)最大拉伸强度。
另外地或可替代地,本发明的制品具有根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述制品上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少10N的横向(CD)最大拉伸强度。
例如,本发明的制品具有根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述制品上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的在10N和40N之间、优选在15N和35N之间、最优选在15N和30N之间的横向(CD)最大拉伸强度。
在这点上,可以推断如上所限定的丙烯共聚物还可以用于改善复合材料/制品中熔喷网和纤维基体材料之间的黏附性,尤其是与已知包含丙烯均聚物的复合材料/制品相比更是如此。因此,应了解,在本发明的另一方面,提供如上所限定的丙烯共聚物用于改善由沿纵向(MD)取向的最大拉伸强度表示的复合材料/制品中熔喷网和纤维基体材料之间的黏附性的用途,其中所述改善由式(II)限定
(MD-RPP)/(MD-HPP)≥1.1 (II)
其中
(MD-RPP)为丙烯共聚物沿纵向(MD)取向的最大拉伸强度[N],和
(MD-HPP)为丙烯均聚物的纵向(MD)最大拉伸强度[N],所述丙烯均聚物具有根据ISO 1133所测量的1100克/10分钟至1300克/10分钟的熔体流动速率MFR2(230℃)和根据ISO 11357-3所测量的155℃至160℃的熔融温度(Tm)。
由于通过使用丙烯共聚物对于复合材料/制品在机械性能、特别是由拉伸强度表示的黏附性能方面获得的良好结果,本发明的另一方面涉及如上所限定的丙烯共聚物用于制备如上所限定的复合材料或如上所限定的制品的用途。
此外,应指出,包含这种丙烯共聚物的复合材料/制品可以通过使用改善的加工参数用熔喷方法来制备。特别地,应了解,在熔喷过程期间所需的空气体积可以明显地减小,而不损失熔喷网和由其获得的制品的所需性能。
因此,在本发明的另一方面中,提供了丙烯共聚物用于减小熔喷过程期间热空气体积的用途,其中所述减小由式(I)限定
(AV-RPP)/(AV-HPP)≤0.9 (I)
其中
(AV-RPP)为所述丙烯共聚物的热空气体积[m3/h],和
(AV-HPP)为丙烯均聚物的热空气体积[m3/h],所述丙烯均聚物具有根据ISO 1133所测量的1100克/10分钟至1300克/10分钟的熔体流动速率MFR2(230℃)和根据ISO 11357-3所测量的155℃至160℃的熔融温度(Tm)。
在本发明的一个优选实施方案中,通过使用丙烯共聚物的空气体积的减小[(AV-RPP)/(AV-HPP)]大于0.8,更优选大于0.7,其中,(AV-RPP)为所述丙烯共聚物的热空气体积[m3/h],(AV-HPP)为丙烯均聚物的热空气体积[m3/h],所述丙烯均聚物具有根据ISO 1133所测量的1100克/10分钟至1300克/10分钟的熔体流动速率MFR2(230℃)和根据ISO 11357-3所测量的155℃至160℃的熔融温度(Tm)。
例如,通过使用丙烯共聚物的空气体积的减小[(AV-RPP)/(AV-HPP)]在0.5和0.9之间,更优选在0.5和0.9之间,最优选在0.6和0.9之间,其中,(AV-RPP)为所述丙烯共聚物的热空气体积[m3/h],(AV-HPP)为丙烯均聚物的热空气体积[m3/h],所述丙烯均聚物具有根据ISO 1133所测量的1100克/10分钟至1300克/10分钟的熔体流动速率MFR2(230℃)和根据ISO 11357-3所测量的155℃至160℃的熔融温度(Tm)。
现在将通过下文所提供的实施例更加详细地描述本发明。
实施例
1.定义/测量方法
除非另外限定,否则以下术语和测定方法的定义适用于本发明的以上一般描述以及以下的实施例。
通过13C NMR波谱进行的聚丙烯中等规度的量化
等规度通过定量的13C核磁共振(NMR)波谱在基本归属之后来确定,如例如在V.Busico和R.Cipullo,Progress in Polymer Science,2001,26,443-533中。调节实验参数以确保用于该特定任务的定量波谱的测量,如例如在S.Berger和S.Braun,200and MoreNMR Experiments:A Practical Course,2004,Wiley-VCH,Weinheim中。数量以本领域已知的方式使用代表性位点信号积分的经简单校正的比例来计算。等规度以五单元组水平、即五单元组分布的mmmm部分确定。
通过NMR波谱法进行的微观结构的量化
定量的核磁共振(NMR)波谱法用于定量聚合物的等规度、区域规整度和共聚单体含量。
使用对于1H和13C分别在400.15MHz和100.62MHz运行的Bruker Advance III400NMR波谱仪在溶液状态记录定量的13C{1H}NMR谱图。使用氮气用于所有气动,在125℃使用经13C优化的10mm延伸温度探头记录所有谱图。
对于丙烯均聚物,在1,2-四氯乙烷-d2(TCE-d2)中溶解约200mg的材料。为了确保均匀的溶液,在加热块中最初的样品制备后,在旋转炉中将NMR管再加热至少1小时。在插入到磁体后,使所述管以10Hz的频率旋转。主要由于立构规整度分布定量所需要的高分辨率而选择该设置(Busico,V.,Cipullo,R.,Prog.Polym.Sci.26(2001)443;Busico,V.;Cipullo,R.,Monaco,G.,Vacatello,M.,Segre,A.L.,Macromoleucles 30(1997)6251)。采用标准单脉冲激发,利用NOE和双层WALTZ16去耦方案(Zhou,Z.,Kuemmerle,R.,Qiu,X.,Redwine,D.,Cong,R.,Taha,A.,Baugh,D.Winniford,B.,J.Mag.Reson.187(2007)225;Busico,V.,Carbonniere,P.,Cipullo,R.,Pellecchia,R.,Severn,J.,Talarico,G.,Macromol.RapidCommun.2007,28,11289)。每个谱图获取总计8192个(8k)瞬态。
对于乙烯-丙烯共聚物,约200mg的材料与乙酰丙酮酸铬(III)(Cr(acac)3)一起溶解在3ml的1,2-四氯乙烷-d2(TCE-d2)中,在溶剂中生成65mM的弛豫剂的溶液(Singh,G.,Kothari,A.,Gupta,V.,Polymer Testing 28 5(2009),475)。为了确保均匀的溶液,在加热块中最初的样品制备后,在旋转炉中将NMR管再加热至少1小时。在插入到磁体后,使所述管以10Hz的频率旋转。主要由于高分辨率而选择该设置,并且精确的乙烯含量定量定量地需要该设置。采用标准单脉冲激发而不使用NOE,使用经优化的顶端角、1s循环延迟和双层WALTZ16去耦方案(Zhou,Z.,Kuemmerle,R.,Qiu,X.,Redwine,D.,Cong,R.,Taha,A.,Baugh,D.Winniford,B.,J.Mag.Reson.187(2007)225;Busico,V.,Carbonniere,P.,Cipullo,R.,Pellecchia,R.,Severn,J.,Talarico,G.,Macromol.Rapid Commun.2007,28,11289)。每个谱图获取总计6144个(6k)瞬态。
对定量的13C{1H}NMR谱图进行处理、积分,并使用专门的计算机程序由积分确定相关的定量性质。
对于乙烯-丙烯共聚物,所有化学位移使用溶剂的化学位移间接地参照在30.00ppm处的亚乙基嵌段(EEE)的中心亚甲基基团。即使当该结构单元不存在时,该方法也允许可比较的参照。
对于丙烯均聚物,所有化学位移内部地参照在21.85ppm处的甲基全同立构五单元组(mmmm)。
观察到相应于位置缺陷的特征信号(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253;Wang,W-J.,Zhu,S.,Macromolecules33(2000),1157;Cheng,H.N.,Macromolecules 17(1984),1950)或共聚单体。
立构规整度分布通过23.6ppm到19.7ppm之间的甲基区域的积分来定量,校正任何与所关注的立体序列不相关的任何位点(Busico,V.,Cipullo,R.,Prog.Polym.Sci.26(2001)443;Busico,V.,Cipullo,R.,Monaco,G.,Vacatello,M.,Segre,A.L.,Macromoleucles 30(1997)6251)。
具体地,位置缺陷和共聚单体对立构规整度分布定量的影响通过从特定的立体序列积分区域减去代表性的位置缺陷和共聚单体积分来校正。
等规度以五单元组水平来确定,并报告为全同等规立构的五单元组(mmmm)序列相对于所有五单元组序列的百分比:
[mmmm]%=100×(mmmm/所有五单元组的总和)
2,1赤式位置缺陷(<2,1>位置缺陷)的存在通过在17.7ppm和17.2ppm处的两个甲基位点的存在来指示,并通过其它特征位点来确认。
未观察到与其它类型的位置缺陷相对应的特征信号(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253)。
使用在17.7ppm和17.2ppm处的两个特征甲基位点的平均积分来定量2,1赤式位置缺陷的量。
P21e=(Ie6+Ie8)/2
基于甲基区域对1,2一级插入的丙烯的量进行定量,其中所述甲基区域具有对于包含在该区域中与一级插入不相关的位点和对于从该区域中排除的一级插入位点进行的校正:
P12=ICH3+P12e
将丙烯的总量定量为一级插入的丙烯和全部其它存在的位置缺陷的总和:
P总量=P12+P21e
相对于全部丙烯对2,1赤式位置缺陷的摩尔百分比进行定量:
[21e]摩尔%=100×(P21e/P总量)
对于共聚物,观察到对应于乙烯并入的特征信号(Cheng,H.N.,Macromolecules17(1984),1950)。
对于还观察到的位置缺陷(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253;Wang,W-J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157;Cheng,H.N.,Macromolecules 17(1984),1950),需要对这类缺陷对共聚单体含量的影响的校正。
使用Wang等人的方法通过在使用确定条件获取的13C{1H}谱图的整个波谱区域上的多个信号的积分对聚合物中乙烯的摩尔分数进行定量(Wang,W-J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157)。由于其准确性、鲁棒性和当需要时解释位置缺陷的存在的能力而选择该方法。稍微调节积分区域以增加对更宽范围的共聚单体含量的适用性。
根据下式由摩尔分数来计算聚合物中的摩尔百分比共聚单体并入:
E[摩尔%]=100×fE
根据下式由摩尔分数来计算聚合物中的重量百分比共聚单体并入:
E[重量%]=100×(fE×28.05)/((fE×28.05)+((1-fE)×42.08))
使用Kakugo等人的方法通过在使用确定条件获取的13C{1H}谱图的整个波谱区域上的多个信号的积分来确定三单元组水平的共聚单体序列分布(Kakugo,M.,Naito,Y.,Mizunuma,K.,Miyatake,T.Macromolecules 15(1982)1150)。由于其鲁棒性而选择该方法。稍微调节积分区域以增加对更宽范围的共聚单体含量的适用性。
由通过Kakugo等人的方法(Kakugo,M.,Naito,Y.,Mizunuma,K.,Miyatake,T.Macromolecules 15(1982)1150)根据下式确定的摩尔分数来计算聚合物中给定的共聚单体三单元组序列的摩尔百分比:
XXX[摩尔%]=100×fXXX
使用已知的必要关系(Randall,J.Macromol.Sci.,Rev.Macromol.Chem.Phys.1989,C29,201)由三单元组分别来计算如由三单元组水平的共聚单体序列分布所确定的聚合物中的摩尔分数共聚单体并入:
fXEX=fEEE+fPEE+fPEP
fXPX=fPPP+fEPP+fEPE
其中,PEE和EPP分布代表可逆序列PEE/EEP和EPP/PPE的总和。
共聚单体分布的无规度定量为孤立的乙烯序列相对于全部并入的乙烯的相对量。使用以下关系由三单元组序列分布来计算无规度:
R(E)[%]=100×(fPEP/fXEX)
无规度
在FTIR测量中,在225℃压塑250mm厚的膜,并在Perkin-Elmer System2000FTIR仪器上对其进行研究。乙烯峰面积(760cm-1至700cm-1)用作总的乙烯含量的量度。结构-P-E-P-(一个乙烯单元在两个丙烯单元之间)的吸收带出现在733cm-1处。该带表征无规乙烯含量。对于更长的乙烯序列(多于两个单元),吸收带出现在720cm-1处。通常,对于无规共聚物观察到对应于更长乙烯序列的肩峰。通过13C-NMR来完成对于基于面积的总的乙烯含量和基于733cm-1处的峰高的无规乙烯(PEP)含量的校准。(Thermochimica Acta,66(1990)53-68)。
无规度=无规乙烯(-P-E-P-)含量/总的乙烯含量×100%。
数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和分子量分布(MWD)通过体积排阻色谱(SEC)使用具有在线黏度计的Waters Alliance GPCV 2000仪器确定。炉温为140℃。三氯苯用作溶剂(ISO 16014)。
MFR2(230℃)根据ISO 1133(230℃,2.16kg载荷)进行测量。
通过FTIR光谱进行的共聚单体含量的量化
定量的红外(IR)光谱用于量化共聚单体的量。通过与依靠定量的核磁共振(NMR)波谱确定的共聚单体含量的相互关系来实现校准。
基于由定量的13C-NMR波谱获得的结果的校准过程以文献中很好地记录的常规方法来进行。
共聚单体的量(N)经由下式以重量百分比(重量%)确定:
N=k1(A/R)+k2
其中,A为共聚单体带的限定最大吸光度,R为限定为参照峰的峰高的最大吸光度,并且k1和k2为通过校准获得的线性常数。
对于聚(乙烯-共-丙烯-共-丁烯)(EPB)体系,通过两个特征吸收带来实现定量:
·通过760cm-1的1-丁烯含量(750cm-1至810cm-1之间的线性基线校正)
·通过720cm-1或730cm-1的乙烯含量(710cm-1至750cm-1之间的线性基线校正)
根据乙烯成分是无规的(730cm-1)还是嵌段状的(720cm-1)来选择用于乙烷含量定量的带。4324cm-1处的吸光度用作参照带。
以摩尔百分比(摩尔%)确定的共聚单体的量(N)由通过使用共聚单体的分子量(Mw)以重量百分比的的单位(重量%)转换来获得。
NA[摩尔%]=(NA[重量%]/MwA)/((NA[重量%]/MwA)+(NB[重量%]/MwB)+((100[重量%]-NA[重量%]-NB[重量%])/MwC))
固态红外光谱使用FTIR光谱仪在压塑薄(100μm至800μm)膜上以4cm-1的分辨率记录,并在透射模式中进行分析。
聚合物的拉伸模量根据ISO 527-1(十字头速度=1mm/分钟;23℃)使用如在ENISO 1873-2中所述的注塑样品(狗骨头形,厚度为4mm)进行测量。
熔融温度Tm
熔融温度(峰值温度)Tm根据ISO 11357-1通过DSC使用在环境温度和210℃之间以10K/分钟的速率在加热-冷却-加热循环中的第二加热中的峰值温度来测量。
熔融焓(Hm)[熔解热]根据ISO 11357-3通过DSC来测量。
结晶度
聚合物的结晶度由根据ISO 3146以10K/分钟的加热速率运行的标准差示扫描量热法(DSC)实验中的熔融焓Hm来计算,对于完全结晶的丙烯均聚物假定熔融焓为209J/g(例如参见以下参考文献:Markus Gahleitner,Pirjo Ewa Ratajski,Christian Paulik,Jens Reussner,Johannes Wolfschwenger&Wolfgang Neiss1,Propylene-Ethylene Random Copolymers:Comonomer Effects on Crystallinity andApplication Properties,J.Appl.Polym.Sci.95(2005)1073-81)。
二甲苯可溶物(XCS,重量%):二甲苯可溶物(XCS)的含量根据ISO 6427在23℃确定。
网的基重
以g/m2计的网的基本重量(基重)根据ISO 536:1995确定。
网的拉伸性能
网的拉伸强度根据ISO 527-3在从所述网上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上使用Zwick 005拉伸测试机以100mm的有效夹持长度来确定。试样沿纵向(MD)和横向(CD)切割。测试温度为+23±2℃,使用100mm/分钟的测试速度直到破裂点,伸长通过基于最初夹具距离的夹具距离来测量。测试10个样品,由其计算出力相对于伸长的平均曲线。根据这些平均曲线,以达到的最大力来确定拉伸强度,并确定在最大力时的伸长率。
2.实施例的制备
2.1聚合物样品
发明实施例(IE):
使用商品化的第4代齐格勒-纳塔催化剂聚合的具有20克/10分钟的MFR2和由FTIR确定的3.3重量%的乙烯含量的无规丙烯共聚物用作用于减黏裂化的原料。减黏裂化在共旋双螺杆挤出机中在200℃至230℃使用适当量的(叔丁基过氧基)-2,5-二甲基己烷(由荷兰的Akzo Nobel销售的Trigonox 101)来进行,以获得1200克/10分钟的MFR2。得到的聚合物的特征在于150℃的熔融点,如在注塑试样上确定的1150MPa的拉伸模量。
比较例(CE):
使用以减黏裂化方法制备的具有1200克/10分钟的MFR2的商品化丙烯均聚物BorflowTM HL512FB(Borealis)。该聚合物的特征在于158℃的熔融点和如在注塑试样上确定的1515MPa的拉伸模量。
2.2熔喷网和测试
在250mm宽的Reicofil熔喷中试生产线上使用具有直径0.4mm的孔且每英寸35个孔的口模使材料转变为熔喷网。熔体温度设定在285℃,空气温度设定在280℃。生产线的生产量为66kg/h/m,从口模到收集器的距离分别固定在150mm、300mm和500mm。对于每一设定,热空气体积已经最大化,且制作的网具有50g/m2的基本重量。
表1概述了在发明实施例IE和比较例CE方面对于各个从口模到收集器的距离关于空气体积和机械性能的数据。
表1:
由所获得的结果可以推断,由发明实施例IE所制备的熔喷网的机械性能可以比得上由比较例CE所制备的机械性能。
2.3复合材料制备和测试
发明实施例IE以及比较例CE已经通过使用33g/m2放置在不同的纸基体上。厕纸以及40g/m2的工业清洁纸用作纸基体。熔体温度设定在285℃,空气温度设定在285℃。生产线的生产量为66kg/h/m,从口模到收集器的距离固定在150mm,同时保持50g/m3的熔喷重量。
表2概述了在放置在不同纸基体上的发明实施例IE和比较例CE方面关于空气体积和机械性能的数据。
表2:
*:用50mm的初始长度测量的
如由对于包含纸基体和比较例CE的复合材料所测量的拉伸强度可以推断的,该聚合物几乎显示不出任何与纤维基体材料的黏附性。与此相反,包含发明实施例IE和作为纤维基体材料的纸基体的复合材料显示出增加的拉伸强度。因此,由发明实施例IE制备的复合材料与由丙烯均聚物制备的复合材料(如对于比较例CE所显示的)相比显示改善的黏附性。此外,可以推断,使用发明实施例IE来制备这种复合材料需要明显比使用比较例CE低的热空气体积。

Claims (17)

1.一种包含基于丙烯共聚物的熔喷纤维和纤维基体材料的复合材料,其中
(a)所述熔喷纤维包含至少85重量%的丙烯共聚物,所述丙烯共聚物具有0.5重量%至7.0重量%的共聚单体含量,所述共聚单体为乙烯和/或至少一种C4至C20的α-烯烃,和
(b)基于所述复合材料的总重量,所述复合材料包含1重量%至30重量%的所述熔喷纤维和70重量%至99重量%的所述纤维基体材料。
2.根据权利要求1所述的复合材料,其中,所述丙烯共聚物和/或所述熔喷纤维具有至少130℃的熔融温度。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中,所述熔喷纤维和/或所述丙烯共聚物具有根据ISO 1133在230℃所测量的在200克/10分钟和3000克/10分钟范围内的熔体流动速率MFR2
4.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中,所述丙烯共聚物具有通过13C-波谱确定的不大于0.4摩尔%的<2,1>位置缺陷。
5.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中,所述丙烯共聚物的利用13C NMR波谱确定的五单元组等规度高于95摩尔%。
6.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中,所述丙烯共聚物是已经以5至100的减黏裂化比,最终的在230℃测量的MFR2/初始的在230℃测量的MFR2减黏裂化的,其中
“初始的在230℃测量的MFR2”为所述丙烯共聚物在减黏裂化之前的在230℃测量的MFR2,且
“最终的在230℃测量的MFR2”为所述丙烯共聚物在减黏裂化之后的在230℃测量的MFR2
7.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中,所述丙烯共聚物的共聚单体为乙烯。
8.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中,所述纤维基体材料基于选自木浆、人造丝、棉、羊毛、丝、黄麻、亚麻织物、大麻、亚麻、聚酯、尼龙、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸酯的盐、聚碳酸酯及其混合物的材料。
9.根据权利要求8所述的复合材料,其中,所述人造丝是莱赛尔。
10.根据权利要求1或2所述的复合材料,其中,所述熔喷纤维是熔喷网形式的。
11.根据权利要求10所述的复合材料,其中,所述熔喷网具有
(a)根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述熔喷网上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少10N的纵向最大拉伸强度,和/或
(b)根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述熔喷网上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少5N的横向最大拉伸强度。
12.一种包含根据前述权利要求1至11中任一项所述的复合材料的制品,所述制品选自过滤介质和/或吸收性产品。
13.根据权利要求12所述的制品,其中,所述过滤介质和/或吸收性产品是卫生用品和/或纸巾制品。
14.根据权利要求12或13所述的制品,其中,所述制品具有
(a)根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述制品上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少10N的纵向最大拉伸强度,和/或
(b)根据ISO 527-3在+23±2℃的温度和100mm/分钟的测试速度下在从所述制品上切下的宽度为50mm且长度为140mm的矩形试样上所测量的至少10N的横向最大拉伸强度。
15.一种用于制备根据权利要求1至11中任一项所述的复合材料的方法,其包括以下步骤
(a)提供由如权利要求1至7中任一项所限定的丙烯聚合物制备的熔喷纤维,
(b)提供如权利要求1或8所限定的至少一种纤维基体材料,
(c)使步骤(b)的至少一种纤维基体材料的流与步骤(a)的熔喷纤维的流接触以形成复合材料。
16.如权利要求1至7中任一项所限定的丙烯共聚物用于制备如权利要求1至11中任一项所限定的复合材料或如权利要求12至14中任一项所限定的制品的用途。
17.如权利要求1至7中任一项所限定的丙烯共聚物在制备如权利要求1至11中任一项所限定的复合材料或如权利要求12至14中任一项所限定的制品中用于减小熔喷过程期间热空气体积的用途,其中,所述减小由式(I)限定
(AV-RPP)/(AV-HPP)≤0.9 (I)
其中
AV-RPP为以m3/h计的所述丙烯共聚物的热空气体积,和
AV-HPP为以m3/h计的丙烯均聚物的热空气体积,所述丙烯均聚物具有根据ISO 1133在230℃所测量的1100克/10分钟至1300克/10分钟的熔体流动速率MFR2和根据ISO 11357-3所测量的155℃至160℃的熔融温度Tm
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