CN104755547A - 适用于膜的耐热性聚烯烃组合物 - Google Patents
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Abstract
本申请提供组合物,其包含:(1)聚合物,其选自:(A)乙烯/α-烯烃多嵌段互聚物;(B)基于丙烯的塑性体或弹性体;和(C)(A)和(B)的混合物;(2)约1至约75wt%的填料,基于组合物的重量;和(3)有效量的增粘剂。
Description
技术领域
本发明涉及为耐热性的且通常适用于膜的改善的聚烯烃组合物。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)是广泛使用的热塑性聚合物。其通常用于需要一致和/或阻燃制剂的应用。这样的应用包括适用于以下的带子,例如,标记物,帘子,和绷带。遗憾的是,基于PVC的制剂通常在燃烧时导致起雾和释放HCl。释放的HCl烟雾以及HCl烟雾的分解可能造成健康威胁。此外,为实现软质聚氯乙烯(f-PVC)的与软质相关的特性,目前的实践是与邻苯二甲酸酯进行配制,而这是会产生潜在的健康危险的。而且,同样遗憾的是,聚氯乙烯生产通常需要氯乙烯起始原料。氯乙烯生产以及废弃PVC的焚烧可产生有害的二噁英。因此,需要的是具有基于PVC的制剂的特性而又不具有PVC及其自身缺点的组合物。
发明内容
有利地,已经发现组合物能够代替基于PVC的制剂且通常适用于例如膜。在一种实施方式中,本发明的组合物包含:(1)聚合物,其选自:(A)乙烯/α-烯烃多嵌段互聚物;(B)基于丙烯的塑性体或弹性体;和(C)(A)和(B)的混合物;(2)约1至约75wt%的填料,基于组合物的重量;和(3)有效量的增粘剂。在另一种实施方式中,乙烯/α-烯烃多嵌段互聚物在任何交联之前的特征在于具有以下特征的一个或多个:
(1)平均嵌段指数大于0且至多约1.0,以及分子量分布Mw/Mn大于约1.3;或
(2)当使用TREF分级时在40℃至130℃洗脱的至少一个分子级分,其特征在于所述级分的嵌段指数为至少0.5且至多约1;或
(3)Mw/Mn为约1.7至约3.5,具有至少一个以摄氏度计的熔点Tm,和以克/立方厘米计的密度d,其中Tm和d的数值符合下面的关系式:
Tm>-6553.3+13735(d)–7051.7(d)2;或
(4)约1.7至约3.5的Mw/Mn,以及以J/g计的熔解热ΔH、和以摄氏度计的Δ量ΔT(定义为最高的DSC峰和最高的CRYSTAF峰之间的温度差),其中ΔT和ΔH的数值具有以下关系:
对于ΔH大于0并最高为130J/g,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
对于ΔH大于130J/g,ΔT≥48℃,
其中所述CRYSTAF峰使用至少5%的累积聚合物确定,以及如果小于5%的聚合物具有可识别的CRYSTAF峰,则CRYSTAF温度为30℃;或
(5)用乙烯/α-烯烃互聚物的压塑膜测量的在300%应变和1个循环时的弹性回复率Re,以百分率计,以及具有密度d,以克/立方厘米计,其中当所述乙烯/α-烯烃互聚物基本不含交联相时,所述Re和d的数值满足以下关系:
Re>1481-1629(d);或
(6)当使用TREF分级时在40℃和130℃之间洗脱的分子级分,其特征在于所述级分的共聚单体摩尔含量大于或等于数量(-0.2013)T+20.07,更优选为大于或等于数量(-0.2013)T+21.07,其中T是以℃测量的TREF级分的峰值洗脱温度的数值;或
(7)25℃的储能模量G’(25℃)、和100℃的储能膜量G’(100℃),其中G’(25℃)与G’(100℃)的比率为约1:1至约9:1。
乙烯/α-烯烃多嵌段互聚物的以上特征(1)至(7)关于在任何显著交联之前(即,交联之前)的乙烯/α-烯烃互聚物给出。根据所需性质,用于本发明的乙烯/α-烯烃互聚物可以是交联的或可以不是交联的。使用在交联前测量的特征(1)至(7)并不意味着暗示互聚物需要或不需要交联-除了关于未显著交联的互聚物测量该特征之外。根据具体聚合物和交联程度,交联可以改变或可以不改变这些性质的每一种。
附图说明
图1显示对照f-PVC和实施例1的制剂A-D带子在施加100%应变后历时5分钟的保留载荷(分率)。
图2显示f-PVC对照和实施例1的制剂A-D在移除应变之后的回复率。
图3显示实施例1的本发明制剂A-D和f-PVC对照的应力-应变曲线。
图4显示f-PVC和实施例1的制剂A-D的25%滞后。
图5显示实施例2的本发明阻燃性制剂1-4的应力-应变曲线。
图6显示实施例2的制剂1-4在施加100%应变后历时5分钟的保留载荷(分率)。
图7显示实施例2的制剂1-4在移除应变之后的回复率。
图8显示实施例2的制剂1-4的25%滞后。
图9比较了实施例2的制剂1和2与实施例3的制剂5-10的熔体强度。
图10显示实施例5的阻燃性制剂的应力-应变曲线。
图11显示实施例5的制剂在移除应变之后的回复率。
图12显示实施例5的制剂在移除应变之后的回复率。
图13显示增粘剂的量变化的实施例5的制剂的tanδ与温度的关系。
具体实施方式
“聚合物”表示通过使相同或不同类型的单体聚合制备的高分子化合物。一般性术语“聚合物”包括术语“均聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”以及“互聚物”。
“互聚物”表示通过至少两种不同类型的单体的聚合制备的聚合物。一般性术语“互聚物”包括术语“共聚物”(其通常用于表示由两种不同单体制备的聚合物)以及术语“三元共聚物”(其通常用于表示由三种不同类型的单体制备的聚合物)。其也包括通过使四种或更多类型的单体聚合制备的聚合物。
术语“组合物”,如本申请所使用,包括构成组合物的物质的混合物、以及由组合物的成分或物质形成的反应产物和分解产物。本发明组合物中特别包括的是接枝或偶联的组合物,其中引发剂或偶联剂与一种或多种聚合物的至少一部分和/或一种或多种填料的至少一部分反应。
本发明的组合物通常包含(1)聚合物,其选自:(A)烯烃嵌段共聚物;(B)基于丙烯的塑性体或弹性体;和(C)(A)和(B)的混合物;(2)约0、优选约1wt%至约75wt%的填料,基于组合物的重量;和(3)有效量的增粘剂。
术语“烯烃嵌段共聚物”或“OBC”表示乙烯/α-烯烃多嵌段共聚物并且包括乙烯和一种或多种聚合形式的可共聚的α-烯烃共聚单体,特征在于化学或物理性质不同的两种或更多种聚合的单体单元的多个嵌段或链段。术语“互聚物”和“共聚物”在本申请可互换使用。当提及共聚物中的“乙烯”或“共聚单体”的量时,应理解这表示其聚合的单元。在一些实施方式中,多嵌段共聚物可以由下式表示:
(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或更高,“A”表示硬嵌段或链段以及“B”表示软嵌段或链段。优选地,A和B以基本线型的方式连接,与基本支化的或基本星型的方式相反。在其它实施方式中,A嵌段和B嵌段沿着聚合物链无规分布。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
在另外其它实施方式中,嵌段共聚物通常不具有含一种或多种不同共聚单体的第三种嵌段。在另外其它实施方式中,嵌段A和嵌段B中的每种具有在嵌段中基本无规分布的单体或共聚单体。换句话说,嵌段A和嵌段B均不包括两种或更多种具有不同组成的亚-链段(或亚-嵌段),例如末端链段(tip segment),所述末端链段具有与嵌段其余部分显著不同的组成。针对美国专利实践的目的,以下内容全部通过参考并入本申请:2005年3月17日提交的PCT申请PCT/US2005/008917(Dow 63558D)的内容,其要求2004年3月17日提交的美国临时申请60/553,906以及2006年11月2日公开的WO2006/115839的优先权。
优选地,乙烯占整个嵌段共聚物的主要摩尔分数,即,乙烯占整个聚合物的至少50摩尔%。更优选地,乙烯占至少60摩尔%,至少70摩尔%,或至少80摩尔%,整个聚合物的实质剩余物包含至少一种其它共聚单体,所述其它共聚单体优选为具有3个或更多个碳原子的α-烯烃。在一些实施方式中,烯烃嵌段共聚物可以包含50摩尔%至90摩尔%的乙烯,优选为60摩尔%至85摩尔%,更优选为65摩尔%至80摩尔%。对于很多乙烯/辛烯嵌段共聚物,优选的组合物包含的乙烯含量大于整个聚合物的80摩尔%和辛烯含量为整个聚合物的10至15摩尔%、优选为15至20摩尔%。
烯烃嵌段共聚物包括各种量的“硬”链段和“软”链段。“硬”链段是指这样的聚合单元嵌段,即其中基于聚合物的重量,乙烯的存在量为大于95wt%,或大于98wt%,至多为100wt%。换句话说,基于聚合物的重量,硬链段中的共聚单体含量(不同于乙烯的单体的含量)为少于5wt%,或少于2wt%,且可以低至0。在一些实施方式中,硬链段包括全部或基本全部源自乙烯的单元。“软”链段是指这样的聚合单元嵌段,即其中基于聚合物的重量,共聚单体含量(不同于乙烯的单体的含量)为大于5wt%,或大于8wt%,大于10wt%,或大于15wt%。在一些实施方式中,软链段中的共聚单体含量可以为大于20wt%,大于25wt%,大于30wt%,大于35wt%,大于40wt%,大于45wt%,大于50wt%,或大于60wt%,且可以为至多100wt%。
软链段在OBC中的存在量基于OBC的总重量可以为1wt%至99wt%,或为OBC的总重量的5wt%至95wt%,为10wt%至90wt%,为15wt%至85wt%,为20wt%至80wt%,为25wt%至75wt%,为30wt%至70wt%,为35wt%至65wt%,为40wt%至60wt%,或为45wt%至55wt%。相反,硬链段可以按类似的范围存在。软链段重量百分比和硬链段重量百分比可以基于得自DSC或NMR的数据进行计算。该方法和计算披露于,例如美国专利7,608,668,标题为"Ethylene/α-Olefin Block Interpolymers",以Colin L.P.Shan、Lonnie Hazlitt等人的名义在2006年3月15日提交,并转让给DowGlobal Technologies Inc.,将其披露的全部内容通过引用的方式并入本文。特别地,硬链段和软链段重量百分比和共聚单体含量可以按照US 7,608,668的第57栏至第63栏描述的内容确定。
烯烃嵌段共聚物是指含两种或更多种优选以线型方式接合的在化学上不同的区域或链段(称作“嵌段”)的聚合物,即,含在化学上不同的单元的聚合物,所述在化学上不同的单元对于聚合乙烯官能团而言,以首尾方式接合,而不是以悬垂或接枝的方式接合。在一种实施方式中,所述嵌段在以下方面不同:结合的共聚单体的量或类型、密度、结晶度的量、可归因于具有该组成的聚合物的微晶尺寸、立构规整度(全同立构或间同立构)的类型或程度、区域规整度或区域不规整度、支化量(包括长链支化或超-支化)、均一性或任何其它化学或物理性质。与现有技术的嵌段互聚物,包括通过顺序加入单体、循变催化剂(fluxional catalyst)、或阴离子聚合技术制备的互聚物相比,本发明的OBC的特征在于独特的两种聚合物多分散性指数(PDI或Mw/Mn或MWD)的分布、嵌段长度分布和/或嵌段数目分布,这在一种实施方式中归因于在聚合物的制备中使用穿梭剂与多种催化剂组合的效果。
在一种实施方式中,OBC以连续法制备,并且具有的多分散性指数PDI为1.7至3.5,或为1.8至3,或为1.8至2.5,或为1.8至2.2。当用间歇法或半间歇法制备时,OBC具有的PDI为1.0至3.5,或为1.3至3,或为1.4至2.5,或为1.4至2。
而且,烯烃嵌段共聚物具有符合Schultz-Flory分布而非泊松分布的PDI。本发明的OBC同时具有嵌段尺寸的多分散的嵌段分布以及多分散分布。这导致形成具有改善和可区分的物理性质的聚合物产物。多分散的嵌段分布的理论益处之前已经在以下文献中建模和讨论过:Potemkin,Physical Review E(1998)57(6),pp.6902-6912,和Dobrynin,J.Chem.Phvs.(1997)107(21),pp 9234-9238。
在一种实施方式中,本发明烯烃嵌段共聚物具有嵌段长度的最可能的分布。在一种实施方式中,烯烃嵌段共聚物定义为具有:
(A)具有1.7至3.5的Mw/Mn、至少一个以摄氏度计的熔点Tm,和以克/立方厘米计的密度d,其中Tm和d的数值符合下面的关系式:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2,和/或
(B)具有1.7至3.5的Mw/Mn,且其特征在于ΔT和ΔH的数值满足下面的关系式,其中ΔH是以J/g计的熔解热,ΔT是以摄氏度计的增量,该增量被定义为最高DSC峰与最高结晶分析分级(“CRYSTAF”)峰之间的温度差:
当ΔH大于0且至多130 J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130 J/g时,ΔT≥48℃,
其中所述CRYSTAF峰是利用至少5%的累积聚合物确定的,如果小于5%的聚合物具有可识别的CRYSTAF峰,那么CRYSTAF温度为30℃;和/或
(C)当乙烯/α-烯烃互聚物基本上不含交联相时,Re和d的数值满足下面的关系式,其中Re是在300%的应变和1个周期下针对乙烯/α-烯烃互聚物的压塑膜测得的以%计的弹性回复率,d是以克/立方厘米计的密度:
Re>1481–1629(d);和/或
(D)在利用TREF进行分级时,具有在40℃与130℃之间洗脱的分子级分,其特征在于所述级分的共聚单体摩尔含量大于或等于数量(-0.2013)T+20.07,更优选为大于或等于数量(-0.2013)T+21.07,其中T是以℃测量的TREF级分的峰值洗脱温度的数值;和/或,
(E)在25℃时的储能模量G'(25℃)和在100℃时的储能模量G'(100℃),其中G'(25℃)与G'(100℃)之比为1:1至9:1。
烯烃嵌段共聚物也可以具有:
(F)在利用TREF进行分级时具有在40℃与130℃之间洗脱的分子级分,其特征在于该级分具有至少0.5且至多1的嵌段指数,和大于1.3的分子量分布Mw/Mn;和/或
(G)具有大于0且至多1.0的平均嵌段指数,及大于1.3的分子量分布Mw/Mn。应该理解,烯烃嵌段共聚物可以具有性质(A)-(G)中的一个、一些、全部、或任何组合。嵌段指数可以按照美国专利7,608,668中详细描述的方法确定,该专利针对该目的通过参考并入本申请。确定性质(A)至(G)的分析方法公开于,例如,美国专利7,608,668,第31栏第26行至第35栏第44行,该专利针对该目的通过参考并入本申请。
适用于制备本发明OBC的单体包括乙烯和除了乙烯之外的一种或多种可加成聚合的单体。适宜的共聚单体的实例包括具有3至30个碳原子、优选为3至20个碳原子的直链或支化的α-烯烃,例如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、3-甲基-l-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯、1-十四烯、1-十六烯、1-十八烯和1-二十烯;具有3至30个碳原子、优选为3至20个碳原子的环状烯烃,例如环戊烯,环庚烯,降冰片烯,5-甲基-2-降冰片烯,四-环十二烯,和2-甲基-1,4,5,8-二桥亚甲基-1,2,3,4,4a,5,8,8a-八氢化萘;二烯烃和聚烯烃,例如丁二烯,异戊二烯,4-甲基-1,3-戊二烯,1,3-戊二烯,1,4-戊二烯,1,5-己二烯,1,4-己二烯,1,3-己二烯,1,3-辛二烯,1,4-辛二烯,1,5-辛二烯,1,6-辛二烯,1,7-辛二烯,乙叉降冰片烯,乙烯基降冰片烯,二环戊二烯,7-甲基-1,6-辛二烯,4-乙叉-8-甲基-1,7-壬二烯,和5,9-二甲基-1,4,8-癸三烯;和3-苯基丙烯,4-苯基丙烯,1,2-二氟乙烯,四氟乙烯,和3,3,3-三氟-1-丙烯。
烯烃嵌段共聚物的密度为0.820g/cc至0.925g/cc,或为0.860g/cc至0.88g/cc,或为0.860g/cc至0.879g/cc。OBC的肖氏A值为40至70,优选为45至65,更优选为50至65。在一些实施方式中,烯烃嵌段共聚物的熔体指数(MI)为0.1g/10min至30g/10,或为0.1g/10min至20g/10min,或为0.1g/10min至15g/10min,通过ASTM D 1238(190℃/2.16kg)测量。烯烃嵌段共聚物的存在量为5wt%至45wt%,优选为10wt%至30wt%,更优选为10wt%至25wt%。组合物可以包含多于一种烯烃嵌段共聚物。
烯烃嵌段共聚物可以通过链穿梭法制备,例如描述于美国专利7,858,706,其通过参考并入本申请。特别地,适宜的连穿梭剂和有关信息列于第16栏第39行至第19栏第44行。适宜的催化剂描述于第19栏第45行至第46栏第19行,适宜的助催化剂描述于第46栏第20行至第51栏第28行。在整个文件中都描述了方法,但是特别是在第51栏第29行至第54栏第56行。方法也描述于,例如,以下文献:美国专利7,608,668;US 7,893,166;和US 7,947,793。
烯烃嵌段共聚物可以是乙烯/α-烯烃互聚物和任何适宜的交联剂的反应产物,即,交联的乙烯/α-烯烃互聚物。因此,交联剂可以是化学化合物,但是也没必要必须如此。本申请使用的交联剂也包括电子束辐射,β辐射,γ辐射,电晕辐射,硅烷,过氧化物,烯丙基化合物和UV辐射,其中使用或不使用交联催化剂。美国专利6,803,014和6,667,351公开了可以用于本发明实施方式的电子束辐射方法。在一些实施方式中,交联的聚合物的百分比为至少10%,优选为至少约20%,更优选为至少约25%,至多约75%,优选为至多约50%,通过形成的凝胶的重量百分比测量。通常,随着交联的量增加,组合物的阻燃性增加。
术语“丙烯-乙烯互聚物”、“基于丙烯的聚合物”或“基于丙烯的塑性体或弹性体(PBPE)”通常表示包含丙烯和单体例如乙烯的共聚物。优选地,丙烯占整个聚合物的主要摩尔分数,即,丙烯占整个聚合物的至少约70摩尔%,优选至少约80摩尔%,更优选至少约90摩尔%,整个聚合物的实质剩余物包含优选为乙烯的至少一种其它共聚单体。适宜的丙烯-乙烯互聚物描述于,例如,2006年11月2日公开的WO 2006/115839,其通过参考并入本申请。适宜的丙烯-乙烯互聚物由The Dow Chemical Company作为VERSIFYTM商业出售,由Exxon作为VISTAMAXXTM出售,LICOCENETM聚合物(Clariant),EASTOFLEXTM聚合物(Eastman Chemical Co.),REXTACTM聚合物(Hunstman),和VESTOPLASTTM聚合物(Degussa)。其它适宜的聚合物包括丙烯-α-烯烃嵌段共聚物和互聚物,本领域已知的其它基于丙烯的嵌段共聚物和互聚物。
优选地,基于丙烯的聚合物的熔体流动速率(MFR)为0.01至2000g/10min,更优选为0.1至1000g/10min,更优选为0.5至500g/10min,甚至更优选为1至100g/10min,根据ASTM D 1238在230℃/2.16kg测量。
在另一种实施方式中,基于丙烯的聚合物的熔体流动速率(MFR)为0.01至300克/10分钟,更优选为0.1至200克/10分钟,更优选为0.5至100克/10min,或为1至50克/10min,根据ASTM D 1238在230℃/2.16kg测量。本申请包括并公开了0.01至300克/10min的所有单个数值和子范围。
用于本发明的基于丙烯的聚合物可以具有任何分子量分布(MWD)。具有宽或窄MWD的基于丙烯的聚合物通过本领域技术人员已知的方法形成。具有窄MWD的基于丙烯的聚合物可以有利地通过减粘裂化法或通过使用单中心催化制造反应器等级(未减粘裂化的)或通过两种方法提供。
基于丙烯的聚合物可以是反应器等级的、减粘裂化的、支化的或偶联的,以得到提高的成核和结晶率。本申请使用的术语"偶联的"是指下述基于丙烯的聚合物,其为流变学改性的,使得它们在挤出期间(例如,在挤出机中即将进入环形模头之前)表现出熔融聚合物抗流动性的改变。"减粘裂化的"主要涉及断链,而"偶联的"主要涉及交联或网络化。作为偶联的实例,将偶联剂(例如,叠氮化物化合物)添加到相对高熔体流动速率的聚丙烯聚合物中,使得在挤出之后,所得聚丙烯聚合物组合物得到比初始熔体流动速率显著较低的熔体流动速率。优选地,对于偶联的或支化的聚丙烯,之后的MFR与初始MFR的比率小于或等于0.7:1,更优选为小于或等于0.2:1。
适用于本发明的支化的基于丙烯的聚合物例如可按商业名称ProfaxPF-611和PF-814商购自Basell。或者,适宜的支化的或偶联的基于丙烯的聚合物可以通过本领域技术人员已知的方法制备,例如通过过氧化物或电子束处理,例如由DeNicola等人在美国专利5,414,027(在减少的氧气气氛中使用高能(电离)辐射)公开;由Himont在EP 0190889(在较低温度对全同立构聚丙烯的电子束辐射)中公开;在美国专利5,464,907(Akzo Nobel NV)中公开;由Solvay在EP 0754711(过氧化物处理)中公开;和1998年8月13日提交的美国专利申请09/133,576(叠氮化物偶联剂)。这些专利/申请的每一篇通过参考并入本申请。
通常,本发明组合物中的组分的量和混合物使得组合物具有适当的通过DSC测量的Tg以及适用于所需应用的密度。对于诸如标记物、桌布、帘子、医用或外科消毒帷、绷带、创伤敷料等应用,典型的通过DSC测量的Tg为约-10℃至约50℃,优选为约0℃至约40℃。类似地,密度应该适用于所需应用。对于前述应用,组合物的适当密度通常为约0.5g/cm3至约5g/cm3,优选为约0.75g/cm3至约3g/cm3,更优选为约1g/cm3至约2g/cm3。聚合物、增粘剂、和填料可以按任何便利的方式混合,但是通常在例如Banbury混合机或双螺杆挤出机中混配。或者,可以使用适宜溶解聚合物和增粘剂组分的溶剂将各组分混合。在移除溶剂前与填料的组合也将制备本发明的组合物。
聚合物或聚合物的混合物的量根据聚合物的类型、所需应用、性质、和应用的其它组分变化。通常,增粘剂与整个聚合物的重量比为至少约0.1、优选为至少约0.15、更优选为至少约0.2到至多约4、优选为至多约3、更优选为至多约2。已经发现,通常仿射变形可以用约35wt%至约90wt%、更优选为约40至约85wt%、更优选为约40wt%至约82wt%的聚合物实现,基于聚合物和增粘剂的重量。在一些实施方式中,烯烃嵌段共聚物(A)与基于丙烯的聚合物(B)的重量比为约10:1至约1:1。在一些实施方式中,组合物在应力弛豫之后的归一化的保留载荷百分比(条件B,在环境条件)高于约20。在一些实施方式中,组合物是下述热塑性组合物,其在应力弛豫之后的归一化的保留载荷百分比(条件B,在环境条件)为约20至约50,以及通过峰值熔点测量的耐热性为约40℃至约120℃。在一些实施方式中,填料占组合物的约1至约90wt%,基于组合物的总重量。在一些实施方式中,填料占组合物的40至约75wt%,基于组合物的总重量,填料是阻燃填料,选自氢氧化铝,氢氧化镁,十溴二苯基氧化物,十四溴-二苯氧基苯,乙烷-1,2-二(五溴苯基),亚乙基二-四溴邻苯二甲酰亚胺,及其混合物。
在某些实施方式中,(A)乙烯/α-烯烃多嵌段互聚物;(B)基于丙烯的塑性体或弹性体;或(C)(A)和(B)的混合物进一步包含其它聚合物,例如,无规乙烯共聚物例如或传统聚乙烯例如HDPE、LLDPE、ULDPE、LDPE,和基于丙烯的聚合物例如均聚物PP、无规共聚物PP或基于PP的塑性体/弹性体或其组合。这样的其它聚合物的量根据所需弹性以及与所使用的具体乙烯/α-烯烃互聚物的相容性而不同。
组合物的增粘剂
可用于本发明的增粘剂根据应用变化。但是,通常它们可以是下述增粘剂,其与聚合物相容以实现所需性质例如应力弛豫、一致性、和/或悬垂性,从而代替给定制剂中的PVC。相容性可以通过常规实验确定,但是通常有用的增粘剂可以表现出以下性质中的一种或多种:玻璃化转变温度为约40℃至约95℃,环球法软化点为约100℃至约160℃,或密度为约0.5g/cm3至约1.5g/cm3。因此,与需要增塑剂以降低组合物玻璃化转变温度的PVC制剂相反,适宜的增粘剂通常会升高本发明组合物的玻璃化转变温度。适宜的增粘剂可以选自松香,改性松香,松香酯,芳族改性的脂环族烃树脂,脂族石油烃树脂,部分氢化的脂族树脂,萜烯树脂及其混合物。优选的增粘剂树脂选自脂环族烃树脂,部分氢化的烃树脂,及其混合物。烯烃嵌段共聚物(OBC)相容性增粘剂通常具有氢化的环,Mw<2500g/mol,低极性,和/或低芳香性。浊点试验测量树脂开始从溶剂中沉淀的温度。在不同溶剂中的浊点测量用于指示极性和芳香性,因此可指示与例如OBC的相容性。混合的甲基环己烷-苯胺点试验测量芳香性,其中较低的值表示高的芳族物质含量。DACP(二丙酮醇浊点)试验测量极性。较低的值意味着较大的极性。对于OBC相容性,通常优选DACP值为约40℃至约80℃以及MMAP值为约70℃至约90℃的增粘剂。
增粘剂的量根据其它组分和所需应用变化。通常,当组合物中增粘剂的量增加时,组合物的拉伸强度和/或伸长率降低。另一方面,当增粘剂的量降低时,弹性回复率增加而应力弛豫降低。尽管不希望受理论限制,但是已知与多种性质相关的参数是玻璃化转变温度(Tg)。
科学界已经开发了理论和方程式,其可以用于预测玻璃化转变温度(Tg)和组成之间的关系。例如,以下公知的Fox方程可以用于预测具有不同玻璃化转变温度的聚合物的共混物的玻璃化转变温度,并且可以用于预测可以与聚烯烃(具有已知的玻璃化转变温度)一起使用以实现共混物的所需Tg增粘剂(具有已知的玻璃化转变温度)的量:
使得Tg是共混物的玻璃化转变温度;Tga是组分A的玻璃化转变温度,wa是共混物中总聚合物级分的组分A的重量分数;Tgb是组分B的玻璃化转变温度,wb是共混物中总树脂级分的组分B的重量分数。
或者,也可以使用其它方程例如Gordon-Taylor方程。公知的是,描述聚合物性质的聚合物理论将经历进一步的发展和改良。作者主张的是,对理论的认识并不意图限制本发明的新颖组合物。
组合物的填料
填料的类型和量根据其它成分、量、和所需应用变化。例如,如果需要阻燃性或高温性能,则可以使用以下进一步描述的卤化填料。通常,填料选自多磷酸铵,氢氧化镁,氢氧化钙,三水合铝(也称为三氢氧化铝),碳酸钙,玻璃纤维,大理石粉,水泥粉,粘土,长石,二氧化硅,硅藻土,滑石,或玻璃,蒸气沉积二氧化硅,硅酸盐,氧化铝,氧化镁,氧化锑,氧化锌,硫酸钡,硅酸铝,硅酸钙,氧化钛,玻璃微球体,云母,粘土,硅灰石,和白垩。
适宜的阻燃填料是抑制或抵抗火势蔓延的物质。天然存在的物质例如石棉以及合成材料已经用于该性能,所述合成材料通常为卤烃例如多溴化的二苯基醚(PBDEs),多氯化的联苯(PCBs)和氯桥酸衍生物,最通常为氯桥酸二丁酯和氯桥酸二甲酯。通常,这些种类的阻燃化合物是最常见的:氢氧化铝,氢氧化镁,和各种水合物;有机溴物质和有机氯物质;磷,形式为有机磷酸酯,卤化的磷化合物,和红磷;三氧化锑;和硼化合物,主要为硼酸盐。四(羟基甲基)盐用作纺织品的阻燃剂,其通过使膦气体穿过甲醛和无机酸例如氢氯酸的溶液来制备。其它阻燃剂包括氯化煤油,多溴化的联苯(PBB),五溴二苯基醚(pentaBDE),八溴二苯基醚(octaBDE),十溴二苯基醚(decaBDE),六溴环十二烷(HBCD),磷酸三(邻-甲苯基)酯,磷酸三(2,3-二溴丙基)酯(TRIS),磷酸二(2,3-二溴丙基)酯,三(1-吖丙啶基)-膦氧化物(TEPA),和其它。特别优选的通常与聚乙烯相容的阻燃剂或耐高温填料包括氢氧化铝,氢氧化镁,十溴二苯基氧化物,十四溴-二苯氧基苯,乙烷-1,2-二(五溴苯基),亚乙基二-四溴邻苯二甲酰亚胺,及其混合物,购自AlbemarleCorporation。
填料的量根据应用变化。典型的量为约0、优选为1wt%至约90wt%、优选为约5wt%至约80wt%、更优选为约15wt%至约70wt%、最优选为约40至75wt%的填料,基于组合物的总重量。在共挤出的结构中包含本发明组合物的一些实施方式中,至少一个表面层包含1至75wt%的填料,更优选为10至50wt%,最优选为10至40wt%。在双组份纤维中,在表面的纤维的至少一部分包含1至75wt%的填料,更优选为10至50wt%,最优选为10至40wt%。
添加剂
可用于本发明组合物的其它成分包括,例如,(1)至少一种金属硼酸盐,选自第IIA族的金属硼酸盐,和任选的约0.5至约10重量%的至少一种加工助剂,所述加工助剂选自聚二甲基硅氧烷,有机基聚硅氧烷,酒石酸,硬脂酸,硬脂酸锌,蜡,和高熔体流动性聚烯烃;(2)至少一种引发剂或至少一种偶联剂,选自有机过氧化物,硅烷,钛酸盐/酯,锆酸盐/酯,多官能乙烯基化合物和有机叠氮化物;和(3)至少一种受阻胺稳定剂。其它添加剂包括偶联剂,例如选自马来酸酐、羟基胺、或环氧改性的聚烯烃的那些,以及润湿剂,例如选自过渡金属硬脂酸盐如硬脂酸锌的那些。
组合物的性质
组合物可广泛用于多种应用,组合物的性质根据配制其以用于的应用而变化。通常,组合物提供这样的所需性质,例如应力弛豫,一致性,悬垂性,和/或阻燃性。特性根据制剂是否设计用于以下应用而变化,所述应用例如为标记物,桌布,帘子,医用或外科消毒帷、绷带、创伤敷料。
在一些实施方式中,组合物具有一种以下性质或优选具有以下性质中的一种或多种:与应力弛豫和死褶裥(dead-fold)特性和仿射变形的一致性;通过一种或多种制造方法(包括流延膜、吹制膜、或压延法)进行制造的加工性;容易且干净地用手撕裂的能力;以及与粘合剂的膜相容性。在纤维或无纺布应用中,组合物通常具有一种以下性质或优选具有以下性质中的多种:用本领域已知方法制备,所得制品将具有至少一种以下性质:与应力弛豫和死褶裥特性的一致性;通过一种或多种制造方法(包括熔纺,溶液纺丝,人造短纤维,纺粘,熔喷,或其组合)进行制造的加工性;容易且干净地用手撕裂的能力;以及与粘合剂的相容性。
测试方法
在以下实施例中,使用下述分析技术:
标准CRYSTAF方法
支化分布是通过结晶分析分级(CRYSTAF)使用可从西班牙巴伦西亚的PolymerChar购得的CRYSTAF 200仪器测定。将样品溶于160℃的1,2,4-三氯苯(0.66mg/mL)1小时,并在95℃稳定45分钟。取样温度以0.2℃/min的冷却速率从95变动至30℃。使用红外检测仪来测量聚合物溶液浓度。当聚合物随温度下降而结晶时测量累积可溶物浓度。累积曲线的分析导数反映聚合物的短链支化分布。
CRYSTAF峰温度和面积由CRYSTAF软件(版本2001.b,西班牙巴伦西亚的PolymerChar)中的峰分析模块确定。CRYSTAF峰发现程序识别出作为dW/dT曲线中的最大值的峰值温度,以及在导数曲线中识别出峰的两侧的最大正拐点之间的面积。为计算CRYSTAF曲线,优选的处理参数是温度极限为70℃和修匀参数为高于温度极限0.1且低于温度极限0.3。
DSC标准方法
差式扫描量热法结果是使用配有RCS冷却附件和自动进样器的TAI型号Q1000DSC确定。使用50毫升/分钟的氮吹扫气体流。将样品在压机中压成薄膜并于约175℃熔融,然后空气冷却至室温(25℃)。然后,将3-10毫克的材料切成6mm直径的圆盘,准确地称重,置于轻铝锅内(约50毫克),然后,压接关闭(crimped shut)。用以下温度分布研究样品的热行为。将样品快速加热至180℃并恒温保持3分钟,以除去任何先前的热历史。然后以10℃/min的冷却速率将样品冷却至-40℃并在-40℃保持达3分钟。其后以10℃/min的加热速率将样品加热至150℃。记录冷却和第二加热曲线。
相对于在-30℃和熔化终止之间绘出的线性基线,将DSC熔化峰值按照热流速率(W/g)中的最大值进行测量。使用线性基线,将熔解热按照-30℃和熔化终止间的熔融曲线下的面积进行测量。
GPC方法
凝胶渗透色谱系统由Polymer Laboratories型号PL-210或PolymerLaboratories型号PL-220仪器构成。柱和传送带隔室在140℃运行。使用3个Polymer Laboratories 10-微米Mixed-B柱。溶剂为1,2,4-三氯苯。将样品以0.1克聚合物在50毫升含200ppm丁基化羟基甲苯(BHT)的溶剂中的浓度制备。通过在160℃轻微搅拌2小时来制备样品。所用注入体积为100微升,流速为1.0毫升/分钟。
用分子量为580至8,400,000的21个窄分子量分布聚苯乙烯标准物进行GPC柱组件的校正,以6种“鸡尾酒”混合物的形式布置,其中各个分子量之间间隔为10倍(decade)。所述标准物购自Polymer Laboratories(Shropshire,UK)。对于分子量等于或大于1,000,000以在50毫升溶剂中0.025克制备聚苯乙烯标准物,对于分子量小于1,000,000以在50毫升溶剂中0.05克制备聚苯乙烯标准物。在80℃温和搅拌30分钟将聚苯乙烯标准物溶解。首先试验窄标准物混合物,并按最高分子量组分递减的顺序,以使降解最小化。利用下面的方程(如Williams和Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)中所述)将聚苯乙烯标准峰分子量转化为聚乙烯分子量:M聚乙烯=0.431(M聚苯乙 烯)。
使用Viscotek TriSEC软件版本3.0进行聚乙烯当量分子量计算。
压缩变定
压缩变定根据ASTM D 395测量。样品通过堆叠厚度为3.2mm、2.0mm、和0.25mm的25.4mm直径圆盘直至达到12.7mm的总厚度制备。从12.7cmx 12.7cm的压塑试验样片切割圆盘,所述压塑的试验样片使用热压机在以下条件下模塑:在0压力在190℃保持3min,然后在86MPa在190℃保持2min,然后用冷的自来水在86MPa冷却压机内部。
密度
用于密度测量的样品根据ASTM D 1928制备。测量在样品压制的1小时内使用ASTM D792,方法B进行。
挠曲模量/割线模量/储能模量
样品使用ASTM D 1928进行压塑。挠曲模量和2%割线模量根据ASTMD-790测量。储能模量根据ASTM D 5026-01或等同技术测量。
机械性能-拉伸、滞后、应力弛豫、死褶裥、和撕裂
使用ASTM D 1708微拉伸试样测量单轴拉伸中的应力-应变性能。用Instron以500%min-1在21℃拉伸样品。根据5个试样的平均值报告拉伸强度和断裂伸长率。
用InstronTM仪器,使用ASTM D 1708微拉伸试样从循环性加载至100%和300%应变而测定100%和300%滞后。在21℃将样品以267%分钟-1加载和卸载3个循环。使用环境室(environmental chamber)进行在300%和80℃的循环性实验。在80℃实验中,在测试前,使样品在测试温度平衡45分钟。在21℃和300%应变的循环性实验中,记录第一卸载循环的150%应变的回缩应力。从第一卸载循环使用载荷返回至基线时的应变计算所有实验的百分率回复。将百分率回复定义为:
其中εf是循环性加载的应变,而εs是第一卸载循环期间载荷返回至基线时的应变。
应力弛豫在50%应变和38℃使用配有环境室的InstronTM仪器测量12小时。标准几何形状为76mm x 25mm x 0.4mm。在环境室中在所需应用的温度(即,环境,37℃,或其它)平衡45min之后,将样品拉伸至目标应变和应用所需的速率(即,条件A:在333%min-1的50%应变,条件B:在500%min-1的100%应变)。应力记录为针对应用的具体试验的持续时间的函数,该持续时间定义为试验结束时(即,5分钟,12小时)。百分比应力弛豫使用下式计算:
其中Lo是在目标应变在0时间的载荷,L结束是在试验结束时的载荷。
用于死褶裥性质的简单试验如下进行:在环境温度在膜中冲压180°褶裥,然后测量褶裥在这之后打开的角度。期望较低或较小的角度,因为这表示较大的死褶裥保留率。
拉伸缺口撕裂实验在密度为0.88g/cc或更小的样品上使用InstronTM仪器进行。几何形状为:标准截面为76mm x 13mm x 0.4mm,在试样长度的一半处在样品中切割了2mm缺口。将样品以508mm min-1在21℃拉伸直到其断裂。撕裂能量计算为在应力-伸长率曲线下的至多到最大载荷应变处的面积。报告至少3个试样的平均值。
TMA
在30mm直径×3.3mm厚的压塑圆盘上进行热机械分析(针入温度),所述压塑圆盘是在180℃和10MPa模塑压力进行5分钟,然后空气骤冷而形成。所用仪器是TMA7,购自Perkin-Elmer的牌子。在该试验中,将1.5mm半径顶端探针(P/N N519-0416)以1N的力施用于样品圆片的表面。以5℃/min从25℃升温。将探针针入距离作为温度的函数进行测量。当探针针入样品中1mm时,结束实验。
DMA
动态力学分析(DMA)在压塑的圆盘上测量,所述圆盘在热压机中在180℃在10MPa压力保持5分钟然后在压机中以90℃/min用水冷却而形成。测试使用装备有用于扭转测试的双悬臂设备的ARES控制的应变流变仪(TA仪器)进行。
将1.5mm试验样片压制并切割成尺寸为32x12mm的试条。将样品夹在间隔10mm的设备之间的两端(夹头间隔ΔL)并使其经历从-100℃至200℃(5℃/步)的连续温度步骤。在每个温度,扭转模量G’在10rad/s的角频率测量,其中应变幅度保持在0.1%至4%之间以确保扭矩足够且保证测量停留在线性区域内。
保持10g的初始静态力(自动拉伸模式)以防止当发生热膨胀时样品松弛。因此,夹头间隔ΔL随着温度增加而增加,特别是高于聚合物样品的熔点或软化点。在最大温度或当固定设备之间的间隔达到65mm时,停止试验。
熔体指数
熔体指数或I2根据ASTM D 1238,条件190℃/2.16kg测量。熔体指数或I10也根据ASTM D 1238,条件190℃/10kg测量。
ATREF
根据美国专利4,798,081和Wilde,L.;Ryle,T.R.;Knobeloch,D.C.;Peat,I.R.;Determination of Branching Distributions in Polyethylene and EthyleneCopolymers,J.Polym.Sci.,20,441-455(1982)中所述的方法进行分析用温升淋洗分级(ATREF)分析,将它们的全部内容通过引用的方式并入本文。将待分析的组合物溶于三氯苯中,并通过以0.1℃/分钟的冷却速率将温度缓慢降至20℃来使其在包含惰性载体(不锈钢丸)的柱中结晶。该柱配有红外检测器。然后通过以1.5℃/min的速率将洗脱溶剂(三氯苯)的温度从20℃缓慢升至120℃来从柱中洗脱结晶聚合物样品,从而产生ATREF色谱曲线。
13C NMR分析
通过向10mm NMR管中的0.4g样品添加3克四氯乙烷-d2/邻二氯苯50/50混合物来制备样品。通过将NMR管及其内容物加热至150℃使样品溶解和均化。对应100.5MHz的13C共振频率,使用JEOL EclipseTM400MHz分光计或Varian Unity PlusTM400MHz分光计收集数据。使用4000瞬变/数据文件,以6秒脉冲重复延迟,获得数据。对于定量分析,为了实现最小的信噪比,将多个数据文件加至一起。谱宽为25000Hz,最小文件大小为32K数据点。在130℃以10mm宽谱带探针分析样品。使用Randall的三元组法(Randall,J.C.;JMS-Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29,201-317(1989))测定共聚单体结合,将其全部内容通过引用的方式并入本文。
通过TREF进行的聚合物分级
大规模TREF分级如下进行:通过在160℃搅拌4小时将15-20g聚合物溶解于2升1,2,4-三氯苯(TCB)。通过15psig(100kPa)氮气迫使聚合物溶液穿过3英寸×4英尺(7.6cm x 12cm)钢柱,该柱填装有30-40目(600-425μm)球形技术品质玻璃珠(购自Potters Industries,HC 30Box 20,Brownwood,TX,76801)和不锈钢的0.028”(0.7mm)直径钢丝丸(购自Pellets,Inc.63Industrial Drive,North Tonawanda,NY,14120)的60:40(v:v)混合物。将柱浸入最初设置在160℃的热控油夹套中。首先将柱急速冷却至125℃,然后以0.04℃/分钟缓慢冷却至20℃并保持1小时。以约65ml/min引入新鲜的TCB,同时温度以0.167℃/分钟增加。
在加热的级分收集器的16个位置中收集约2000ml的一部分来自制备TREF柱的洗脱液。使用旋转蒸发仪在每个级分中浓缩聚合物,直到保留约50至100ml的聚合物溶液。使浓缩的溶液静置过夜,然后添加过量的甲醇,过滤,和冲洗(约300-500ml甲醇,包括最终的冲洗液)。使用5.0μm聚四氟乙烯涂布的滤纸(购自Osmonics Inc.,Cat#Z50WP04750)在3个位置的真空辅助过滤位点进行过滤步骤。将过滤的级分在真空烘箱中在60℃干燥过夜,在分析天平上称重,然后进一步测试。
熔体强度
熔体强度(MS)通过使用装备有进入角为约45度的2.1mm直径20:1模头的毛细管流变仪测量。在将样品在190℃平衡10分钟之后,以1英寸/分钟(2.54cm/分钟)的速度运行活塞。标准试验温度为190℃。将样品单轴以2.4mm/sec2的加速度拉至位于模头下100mm的一组加速夹。所需的拉伸力记录为轧辊的拉紧速度的函数。在试验过程中获得的最大拉伸力定义为熔体强度。在聚合物熔体表现出拖曳共振(draw resonance)的情况下,将在拖曳共振开始之前的拉伸力作为熔体强度。熔体强度以厘牛(“cN”)记录。
组合物在100%施加应变的应力弛豫-回复率性质
该试验教导于WO 1992/020534A1和WO2002/064674A2并且已经在之前用作膜的一致性的量度。在该试验中,将ASTM D1708狗骨头微拉伸样品从压塑的片材或挤出的片材切割。在该试验的步骤1中,将样品在Instron上以500%/min的速率拉伸至100%应变。在步骤2中,使其在位置上以100%应变保持5分钟,在此期间释放应力。在5分钟结束时,在步骤3中,反转十字头以允许膜缩回,从而测量回复率或永久变定。通过在应力弛豫步骤开始时的应力将在时间t的应力归一化,并将其作为5分钟期间的时间的函数作图,以监测保留载荷的分率。
拉伸强度和伸长率
拉伸强度和断裂伸长率根据ASTM D 1708使用装备有1kN容量测压元件和气动夹头的Instron 5564测量。使用500%/分钟的应变速率。
25%滞后测试
滞后测试使用ASTM D1708微拉伸试样进行。对于两个循环以100%/min,将试样拉伸至25%应变,并返回至0%应变。永久变定定义为在第二次循环中的伸展期间正载荷的起始处。该方法已经适用于WO9220534A1中描述的试验方法。
实施例1-适用于带子的组合物
制剂A-D通过将下表中所示的量的各组分混配来制备。Banbury混合机用于混配。在混配之后,将制剂在具有4”宽衣架模头的3/4”单螺杆Haake挤出机上作为带子挤出。
表1-制剂A-D
VERSIFY 2200、VERSIFY 2300和DE2400.01是购自The Dow ChemicalCompany的P/E弹性体和塑性体。购自Exxon Mobil的Escorez 5600系列增粘剂是颜色极浅的芳族改性的脂环族烃树脂。选择Escorez 5637是因为其高软化点以及其已知的与聚乙烯聚合物的相容性。
OBC1是INFUSE 9100烯烃嵌段共聚物,购自The Dow ChemicalCompany,其熔体指数为1.0。
测量以上制剂A-D的保留的载荷与时间的关系,通过以上讨论的应力弛豫回复率方法测量的缩回后的回复率,应力与应变的关系,以及滞后性。将这些与3M Super 88f-PVC带子进行比较。结果分别显示于图1、2、3和4。结果表明,制剂表现出相当的或较好的性能,与用诸如f-PVC的材料制备的带子相比。
特别地,图1显示现有的f-PVC对照(3M Super 88)在环境条件(约21℃,50%相对湿度)历时5分钟的归一化的应力,其中将样品以500%/min拉伸至100%应变,并在接下来的5分钟内监测应力弛豫。全部的四种本发明制剂(A-D)都显示出与对照类似的应力弛豫特性。四种试剂在5分钟保留的载荷的分率为0.4,这几乎与f-PVC对照相同。反转十字头以使膜缩回,图2显示了变定。变定越高,回复率越低,脱粘的趋势就越低。相反,对于9wt%、12wt%和15wt%的乙烯含量样品,纯的聚乙烯共聚物通常具有65%、35%和20%的变定,且通常显示出接近0.6的保留载荷分率。
而且,在应力-应变曲线中,f-PVC膜经历仿射变形,且不显示颈缩(necking)和屈服(and yielding)性质。图3表明,分别基于DP 2200.01和DE2300.01的制剂A和B具有屈服点且经历不均匀的变定。使用f-PVC的一些应用可能能够忍受屈服点,当使用在应力-应变曲线中显示屈服点的制剂时应采集另外的信息。但是,基于OBC和DE 2400.01的制剂未表现出屈服点并经历均匀的仿射变形,通常在一些应用中为关键的性能标准。在f-PVC带子的25%滞后试验中的永久变定量度为4%,而对于含有DE 2400.01和OBC的制剂该量度为5-6%。该差值在测量的典型不确定性内,且在统计学上可能不重要。不同于显示几乎重叠的伸展和缩回曲线(意味着较低的滞后性和因此较低的一致性)的纯聚乙烯共聚物,聚乙烯共聚物和OBC与增粘剂和填料的制剂有利地显示类似于基于f-PVC的带子的显著滞后性。
较高的应力弛豫表明随着时间推移聚合物表现出较大的力的下降。这在需要较大一致性的应用中是期望的。典型的实例包括但不限于标记物,帘子,绷带,保护性覆盖物,小袋,包含静脉注射液体的袋子,地板覆盖物,和瓷砖。
实施例2-适用于阻燃应用的组合物
制剂1-4通过将各组分按下表所示的重量百分比混配来制备。Banbury混合机用于混配。在混配之后,使用水下制粒机将制剂制粒,并压塑成厚度为5-7密尔。将压塑机设置成175℃,2000psi的压力达3分钟,然后在50,000psi达8分钟,和50,000psi15℃以冷却达1-2分钟。该片材具有~6密尔的一致厚度的区域用于物理测试。
表2-制剂1-4
Fusabond MN493是~1wt%马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物,其得自DuPont,密度为0.87g/cm3,熔体指数为1.0g/10min。硬脂酸锌由Alfa Aesar提供。由Dow Corning提供的粒料形式的MB50-002包含50%超高分子量聚二甲基硅氧烷聚合物,其分散在低密度聚乙烯(PE)中。得自EastmanChemicals的Eastotac*H100R用作增粘剂。该树脂是部分氢化的脂族树脂,选择其是因为其与OBCs的相容性。Eastotac*H100R的玻璃化转变温度为44℃,环球法软化温度为100℃,密度为1.04g/cc,Mn为450g/mol,Mw为1050g/mol。OBC2是INFUSE 9100烯烃嵌段共聚物,购自The Dow ChemicalCompany,熔体指数为0.5。
使用与上述类似的方法测量制剂1-4的应力与应变的关系图曲线,保留载荷分率,缩回后的回复率以及滞后性。结果分别显示于图5-8。该结果表明,制剂1和2表现出较好的应力弛豫,类似的回复率和永久变定,同时具有对于大多数公开的应用而言可接受的拉伸强度和伸长率。
实施例3-适用于包含LDPE或改性的烯烃多嵌段互聚物的阻燃应用的组合物
制剂5-10通过将各组分按下表所示的重量百分比混配来制备。Banbury混合机用于混配。在混配之后,使用水下制粒机将制剂制粒。
表3-制剂5-10
流变学改性的OBC样品如下制备:首先将0.5MI OBC OBC 2和高熔体强度无规共聚物聚丙烯DOW DS6D82(含有5.7wt%的乙烯,且MFR为7(2.16kg,230C))按70:30的比率共混,然后使用1500ppm的过氧化物Trigonox 101和1500ppm的助剂SR350将共混物化学改性。发现该流变学改性的OBC在190℃的熔体强度为21cN。
AMPLIFY GR 216是~0.8wt%马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物,购自Dow,其密度为0.87g/cm3,熔体指数为1.0g/10min。
实施例3的所有制剂5-10都具有类似的应力弛豫、拉伸和滞后性质,与之前描述的实施例2的制剂1相比。图9将实施例2的制剂1和2和制剂5-10的熔体强度进行比较。与实施例2的含有OBC 1的制剂1(其熔体强度为4cN)相比,含有LDPE/流变学改性的OBC共混物的制剂5、6和8分别得到5cN、7cN、和9cN的熔体强度值。制剂7和9证实熔体强度值分别为9cN和10cN,与实施例2的含有OBC 2的制剂2(其熔体强度为7cN)相比。根据制剂6相比于实施例2中制剂1熔体强度改善1.7倍以及制剂9相比于实施例2中制剂2熔体强度改善1.5倍,预期制剂6和9可较好地用于需要较高熔体强度的应用。这些结果表明,如果需要,可以通过添加较多的LDPE和/或改性的烯烃多嵌段互聚物,进一步改善熔体强度。
实施例4-阻燃性
实施例2的制剂1、3、和4以及实施例3的制剂5、7、9、和10的阻燃性使用锥形量热仪测量。锥形量热仪是常用类型的火灾测试设备,其提供材料在恒定外部热通量下的可燃性的定量数据。可燃性通过放热速率(HRR)测量。随着HRR增加,火焰蔓延且闪燃增加。点燃时间,灭火时间,总放热,CO/CO2产生量,和烟雾释放是可从单次锥形量热仪试验收集的一些关键数据。在35kW/m2的热通量的火灾检测技术(Fire Testing Technology)(FTT)锥形量热仪用于试验样片的测试可燃性,其中将该试验样片压塑至0.125”的厚度,其尺寸为10cm×10cm。在该研究中,没有进行二次测量或三次测量。针对比较目的,获得每个样品的单次燃烧数据。一旦材料点燃,其达到峰值放热(t峰值)所需的时间是在燃烧速率方面比较样品的良好标准。在该情况中,具有最少量增粘剂制剂4的样品显示出达到峰值放热速率的最长时间。在灭火之前,样品也燃烧的时间最长。在制剂3中添加有机硅母批料对可燃性特征具有极小的应用。将制剂1与制剂5、7、和9比较表明,在后面制剂中存在LDPE似乎可稍微峰值放热速率,这是通过使炭层结构稳定来实现的。证据是与这些样品与对照1制剂相比的灭火时间。下表列出了点燃时间,至峰值放热的时间,灭火时间,和峰值放热速率。有利地,这些结果与本领域技术人员已知的无卤素的基于聚烯烃的阻燃制剂是相当的。
表4
实施例5-含量变化的增粘剂
制剂如下制备:将各组分按照下表所述的重量百分比进行混配。小的250g Haake槽用于混配。
表5-制剂11-15
密度(g/cc) | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
Eastotac H100R | 1.04 | 11.00 | 8.00 | 6.00 | 22.00 | 15.05 |
OBC1 | 0.877 | 19.32 | 21.84 | 23.52 | 10.08 | 16.45 |
OBC2 | 0.877 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
LDPE 662i | 0.919 | 3.68 | 4.16 | 4.48 | 1.92 | 2.5 |
氢氧化镁FR20S10 | 2.36 | 60.00 | 60.00 | 60.00 | 60 | 60 |
硬脂酸锌 | 1.09 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.4 | 0.4 |
Fusabond MN 493 | 0.87 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5 | 5 |
Irganox 1010 | 1.15 | 0.60 | 0.60 | 0.60 | 0.6 | 0.6 |
增粘剂:总聚合物 | wt/wt | 0.5 | 0.3 | 0.2 | 1.8 | 0.8 |
制剂的密度 | 1.46 | 1.45 | 1.44 | 1.50 | 1.47 |
测量了以上制剂11-15的载荷与应变的关系以及归一化的应力与时间的关系和缩回后的回复率。结果显示于图10-12。结果表明,聚合物与增粘剂的约50至约70%的比率带来的出乎意料和预料不到的性质。
对于制剂11至15,LDPE与OBC 2的比率与填料含量一样几乎保持恒定,但是增粘剂的量变化以确定增粘剂的量对物理性质的影响。(OBC+LDPE)/(OBC+LDPE+增粘剂)的重量分数报告为图13的图例中聚合物的百分比。图13显示制剂11-14的tanδ与温度的关系,并与对照制剂1进行对比。具有最小%聚合物的样品(制剂14)倾向于将玻璃化转变温度移至最接近室温或更像f-PVC的性质。
实施例6
使用原材料(表6),制备组合物(表7)。显示相应的机械性能(表8)。值得注意的是,选择表面处理的填料(Filmlink 400,购自Imerys PerformanceMinerals),碳酸钙。可以看到,本发明的制剂能够达到高的应力弛豫性能,其等于或高于对比样品L*(f-PVC膜,得自可商购的基于f-PVC的绷带,其以Band-Aid商业名称由Johnson&Johnson Corporation出售)。尽管不受理论限制,但是认为选择表面处理的填料使得能够松解,这是在拉伸之后由于形成微孔而产生的透气结构。认为这样的结构对于创伤护理应用是有利的,能够解决湿气问题,从而有益于改善皮肤健康。
表6-组分
a表示对于聚丙烯在230℃和2.16kg测量的熔体流动速率(ASTM D 1238-00)
b表示对于聚乙烯在190℃和2.16kg测量的熔体指数(ASTM D 1238-00)
‘n/a’表示不可用
表7.制剂
T1 | T2 | P/E-1 | OBC3 | OBC4 | CaCO3* | |
制剂 | (wt%) | (wt%) | (wt%) | (wt%) | (wt%) | (wt%) |
27 | 25 | 75 | ||||
28 | 25 | 75 |
29 | 25 | 75 | ||||
30 | 25 | 75 | ||||
31 | 25 | 75 | ||||
32 | 25 | 75 | ||||
33 | 12.5 | 37.5 | 50 | |||
34 | 12.5 | 37.5 | 50 | |||
35 | 12.5 | 37.5 | 50 | |||
36 | 12.5 | 37.5 | 50 | |||
37 | 12.5 | 37.5 | 50 | |||
38 | 12.5 | 37.5 | 50 |
‘*’表示碳酸钙Filmlink 400,购自Imerys Corporation(Roswell,GA,USA)
表8.机械性质
Claims (11)
1.适用于制造制品的组合物,其包含:
(1)聚合物,其选自:
(A)乙烯/α-烯烃多嵌段互聚物;
(B)基于丙烯的塑性体或弹性体;和
(C)(A)和(B)的混合物;
(2)1至75wt%的填料,基于所述组合物的重量;和
(3)有效量的至少一种增粘剂。
2.权利要求1的组合物,其中所述组合物通过DSC测量的Tg为0℃至40℃。
3.权利要求1或权利要求2的组合物,其中所述聚合物是乙烯/α-烯烃多嵌段互聚物,其特征在于Mw/Mn为1.7至3.5,具有至少一个以摄氏度计的熔点Tm,和以克/立方厘米计的密度d,其中Tm和d的数值符合下面的关系式:
Tm>-6553.3+13735(d)–7051.7(d)2。
4.前述权利要求中一项或多项的组合物,其中所述乙烯/α-烯烃多嵌段互聚物是包含至少50摩尔%乙烯的乙烯-辛烯互聚物。
5.前述权利要求中一项或多项的组合物,其中所述聚合物是基于丙烯的塑性体或弹性体,其为包含至少80摩尔%丙烯的丙烯-乙烯互聚物。
6.前述权利要求中一项或多项的组合物,其中增粘剂与聚合物的重量比为0.1至4。
7.前述权利要求中一项或多项的组合物,其中所述填料占所述组合物的40至75wt%,基于所述组合物的总重量。
8.前述权利要求中一项或多项的组合物,其中所述增粘剂的环球法软化点为100至160℃。
10.前述权利要求中一项或多项的组合物,其中所述增粘剂的玻璃化转变温度为40至95℃。
11.前述权利要求中一项或多项的组合物,其中所述增粘剂的密度为0.5至1.5g/cm3。
12.前述权利要求中一项或多项的组合物,其进一步包含低密度聚乙烯。
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