CN116018371A - 具有均匀微孔的透气膜 - Google Patents

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Abstract

提供了透气膜和一种用于制备透气膜的方法。透气膜包含填料和包含聚烯烃和乙烯共聚物的聚合物共混物。用于制备透气膜的方法包括挤出聚合物共混物和填料，由挤出的聚合物共混物和填料形成膜，以及拉伸膜以形成透气膜。根据本文公开的实施方案的透气膜可以表现出增加的WVTR值，并且可以减少填料掉落，同时提供改善的微孔均匀度。

Description

具有均匀微孔的透气膜
技术领域
本公开的实施方案整体涉及透气膜和用于制备透气膜的方法，并且更具体地涉及包括特定聚合物共混物的透气膜。
背景技术
透气膜用于广泛多种应用中，包括生鲜农产品包装、婴儿尿布、成人失禁产品、手术服以及其他卫生和医疗应用。透气膜具有微孔隙形态(即，微孔)以提供有助于允许水蒸气通过并消除水滴冷凝的水蒸气透过率(“WVTR”)。透气性或WVTR是许多透气膜的重要特性，因为膜可以充当液体屏障，同时允许水蒸气透过以提供诸如保护或舒适的益处。例如，用于水果的塑料食品包装的透气膜可以帮助防止水滴在水果上冷凝(导致真菌生长)。
透气膜通常通过以下方式制备：将填料(例如，CaCO3)掺入聚烯烃树脂诸如聚乙烯或聚丙烯中，制备流延或吹塑膜，并通过纵向定向辊经由拉幅或经由啮合齿轮对流延或吹塑膜进行拉伸或定向，由此在低于聚烯烃树脂熔点的温度下在纵向或横向中的一者或两者上对膜进行环轧或递增拉伸。微孔的产生部分是由于将填料添加到膜的聚烯烃中。后挤出工艺，诸如纵向定向或使用交指(inter-digitating)，也通过在填料和聚烯烃界面处围绕填料颗粒产生气穴而有助于在膜中产生微孔。
可以通过增加或调整填料的量和拉伸的量来增加微孔的数量，并进而增加WVTR值。然而，增加填料和拉伸的量导致填料掉落(filler dropping)的问题(例如，残余填料残留在透气膜的表面上)。它还导致微孔缺乏均匀度的问题，这可导致WVTR的均匀度差和膜撕裂或有针孔的倾向。
因此，仍然强烈需要透气膜配方和用于制备透气膜的方法，其产生具有更高的微孔和水蒸气透过均匀度、更少的填料掉落以及增加或改善的WVTR的膜。
发明内容
本公开的实施方案通过提供与现有透气膜相比具有改善的WVTR和微孔均匀度以及减少的填料掉落的透气膜而满足了前述需要。根据本文公开的实施方案的透气膜在不需要复杂工艺的情况下实现了优异的结果，诸如更高的WVTR和更少的填料掉落。膜可以通过将材料共混的方法形成，而不需要另外的昂贵加工步骤或层合步骤。
本文公开了一种透气膜。透气膜包含(a)聚合物共混物，所述聚合物共混物包含:(i)聚烯烃，其选自由以下组成的组：聚乙烯、聚丙烯、或它们的组合；(ii)乙烯共聚物，其选自由以下组成的组：乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、或它们的组合；以及(b)填料，其选自由以下组成的组：碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、硫酸镁、硫酸铝、氧化镁、氧化钙、氧化铝、云母、滑石、二氧化硅、粘土、玻璃球、二氧化钛、氢氧化铝、沸石、或它们的组合；其中聚烯烃以基于聚合物共混物和填料的总重量为35重量％至74重量％的量存在；乙烯共聚物以基于聚合物共混物和填料的总重量为1重量％至10重量％的量存在；并且填料以基于聚合物共混物和填料的总重量为25重量％至55重量％的量存在；并且其中填料具有小于5微米的中值粒度(D50)。
本文还公开了一种用于制备透气膜的方法。用于制备透气膜的方法包括挤出填料和包含聚烯烃和乙烯共聚物的聚合物共混物，其中聚烯烃以基于聚合物共混物和填料的总重量为35重量％至74重量％的量存在，并且选自由以下组成的组：聚乙烯、聚丙烯、或它们的组合，其中乙烯共聚物以基于聚合物共混物和填料的总重量为1重量％至10重量％的量存在，并且选自由以下组成的组：乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、或它们的组合，并且其中填料具有小于5微米的中值粒度(D50)，以基于聚合物共混物和填料的总重量为25重量％至55重量％的量存在，并且选自由以下组成的组：碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、硫酸镁、硫酸铝、氧化镁、氧化钙、氧化铝、云母、滑石、二氧化硅、粘土、玻璃球、二氧化钛、氢氧化铝、沸石、或它们的组合；由挤出的聚合物共混物和填料形成膜；以及在纵向、横向或这两个方向上拉伸膜以形成透气膜。
在具体实施方式中更详细地描述了这些和其他实施方案。
附图说明
图1是透气膜样本的SEM图像，其描绘了膜的九个指定区域，即A1-A9，所述区域可以用于表征透气膜的微孔。
具体实施方式
下文更详细地描述了所公开的透气膜的方面。透气膜可以具有广泛多种应用，包括例如生鲜农产品包装、婴儿尿布、成人失禁产品、手术服以及其他卫生和医疗应用。然而，本公开可以以不同形式实施并且不应被解释为限制于本公开中所阐述的实施方案。相反地，提供这些实施方案以使得本公开将透彻且完整，且将向本领域的技术人员充分传达主题的范围。
如本文所用，术语“聚合物”意指通过使相同或不同类型的单体聚合而制备的聚合化合物。因此通用术语聚合物涵盖术语均聚物(用于指仅由一种类型的单体制备的聚合物)和术语共聚物或互聚物。痕量杂质(例如，催化剂残余物)可以掺入到聚合物中和/或聚合物内。聚合物可以是单一聚合物、聚合物共混物或聚合物混合物，包含在聚合期间原位形成的聚合物的混合物。
如本文所用，术语“聚烯烃”是指以聚合形式包含大部分量的烯烃单体(例如，乙烯或丙烯)(基于聚合物的重量)并且任选地可包含一种或多种共聚单体的聚合物。
如本文所用，术语“聚乙烯”是指包含大部分量(>50mol％)的衍生自乙烯单体的单元的聚合物。
如本文所用，术语“共聚物”是指具有两种或更多种单体的任何聚合物。
如本文所用，术语“乙烯共聚物”是指乙烯和至少一种共聚单体的共聚物。乙烯共聚物的示例包括乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、以及乙烯/丙烯酸乙酯共聚物。
如本文所用，术语“微孔”是指透气膜内中断膜表面的小洞。
术语“包含(comprising)”、“包括(including)”、“具有(having)”和其衍生词并不旨在排除任何额外组分、步骤或程序的存在，无论是否具体地公开了所述组分、步骤或程序。为了避免任何疑问，除非相反地说明，否则通过使用术语“包含”所要求保护的所有组合物可以包括任何额外的添加剂、佐剂或化合物，无论是聚合的还是其他方式的。相比之下，术语“基本上由…组成”从任何随后列举的范围中排除任何其他组分、步骤或程序，除对可操作性来说并非必不可少的那些组分、步骤或程序之外。术语“由……组成”排除未具体叙述或列出的任何成分、步骤或程序。
透气膜的聚合物共混物
本文公开的透气膜包含聚合物共混物和填料。聚合物共混物包括聚烯烃和乙烯共聚物。在实施方案中，聚烯烃以基于聚合物共混物和填料的总重量为35重量％至74重量％(“wt.％”)的量存在；乙烯共聚物以基于聚合物共混物和填料的总重量为1重量％至10重量％的量存在；并且填料以基于聚合物共混物和填料的总重量为25重量％至55重量％的量存在。
在实施方案中，聚合物共混物具有0.910g/cm3至0.950g/cm3的密度。本文公开并包括0.910g/cm3至0.950g/cm3的所有个别值和子范围；例如，聚合物共混物可以具有为0.910g/cm3至0.950g/cm3、0.910g/cm3至0.940g/cm3、0.910g/cm3至0.930g/cm3、0.910g/cm3至0.920g/cm3、0.915g/cm3至0.940g/cm3、0.915g/cm3至0.930g/cm3、或0.915g/cm3至0.920g/cm3的密度。
除了本文所述的透气膜的聚烯烃和乙烯共聚物之外，用于形成本文所述的透气膜的聚合物共混物还可包含一种或多种另外的聚合物，诸如基于丙烯的塑性体或弹性体、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、定向聚丙烯(OPP)、聚丙烯酰亚胺、丙烯酸丁酯、过氧化物(诸如过氧化聚合物，例如过氧化烯烃)、硅烷(例如，环氧硅烷)、反应性聚苯乙烯、氯化聚乙烯、烯烃嵌段共聚物、丙烯共聚物、离聚物和接枝改性的聚合物(例如，马来酸酐接枝聚乙烯)。一种或多种另外的聚合物可以基于聚合物共混物和填料的总重量小于或等于25重量％、20重量％、15重量％、12重量％、10重量％、8重量％、5重量％、3重量％、2重量％、1重量％、或0.5重量％的量存在。
聚合物共混物的聚烯烃
透气膜的聚合物共混物包含聚烯烃。聚烯烃选自由以下组成的组：聚乙烯、聚丙烯、或它们的组合。在实施方案中，聚烯烃以基于聚合物共混物和填料的总重量为34重量％至75重量％的量存在。本文公开并包括34重量％至75重量％的烯烃的所有个别值和子范围；例如，聚烯烃可以以基于聚合物共混物和填料的总重量为40重量％至70重量％、40重量％至60重量％、40重量％至55重量％、或45重量％至55重量％的量存在。
在实施方案中，聚烯烃是或包括聚乙烯。在此类实施方案中，聚乙烯可以具有小于或等于0.945g/cm3的密度。本文包括并公开小于或等于0.945g/cm3的所有个别值和子范围；例如，聚乙烯的密度可以从下限0.870g/cm3至上限0.945g/cm3、0.935g/cm3、0.925g/cm3、0.920g/cm3或0.915g/cm3。在聚乙烯为聚合物共混物的一部分的实施方案中，聚乙烯的熔体指数(I2)可以是0.3g/10min至10.0g/10min、0.3g/10min至7.0g/10min、0.3g/10min至5.0g/10min、0.3g/10min至4.0g/10min、或1.0g/10min至4.0g/10min。
可以用作透气膜的聚合物共混物的一部分的聚乙烯的可商购获得的示例包括可以名称ELITETM从陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)商购获得的那些，包括例如ELITETM5220G。
聚合物共混物的乙烯共聚物
透气膜的聚合物共混物包含选自由以下组成的组的乙烯共聚物：乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、或它们的组合。在实施方案中，乙烯共聚物以基于聚合物共混物和填料的总重量为1重量％至10重量％的量存在。本文公开并包括1重量％至10重量％的所有个别值和子范围；例如，乙烯共聚物可以以基于聚合物共混物和填料的总重量为1重量％至10重量％、2重量％至8重量％、3重量％至7重量％、或4重量％至6重量％的量存在。不受理论的束缚，将特定类型和量的乙烯共聚物添加到用于形成透气膜的聚合物共混物和填料中可以增强聚烯烃和填料的相容性，这可以减少填料脱落(filler dropout)、增加WVTR，并改善微孔数量和均匀度。
乙烯共聚物可以具有基于乙烯共聚物的总重量为1重量％至40重量％的共聚单体含量。例如，乙烯共聚物可以具有为1重量％至40重量％、5重量％至35重量％、10重量％至30重量％、或15重量％至25重量％的丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸甲酯(MA)、乙酸乙烯酯、丙烯酸乙烯酯、丙烯酸、或它们的组合的共聚单体含量。在实施方案中，乙烯共聚物可以具有为0.1g/10min至20g/10min、1g/10min至20g/10min、5g/10min至15g/10min、或6g/10min至12g/10min的熔体指数(I2)。
在一些实施方案中，乙烯共聚物是或包括乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。在此类实施方案中，乙烯/丙烯酸甲酯共聚物可以具有基于乙烯/丙烯酸甲酯共聚物的总重量为10重量％至30重量％的丙烯酸甲酯含量，并且可以具有为0.1g/10min至20g/10min、1g/10min至20g/10min、5g/10min至15g/10min、或6g/10min至12g/10min的熔体指数(I2)。
可用于一些实施方案的可商购获得的乙烯共聚物的示例包括可从密歇根州米德兰(Midland,MI)的陶氏化学公司获得的ELVAXTM470和ELVALOYTMAC 1820。
透气膜的填料
透气膜包含选自由以下组成的组的填料：碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、硫酸镁、硫酸铝、氧化镁、氧化钙、氧化铝、云母、滑石、二氧化硅、粘土、玻璃球、二氧化钛、氢氧化铝、沸石、或它们的组合。在实施方案中，填料以基于聚合物共混物和填料的总重量为25重量％至55重量％的量存在。本文公开并包括25重量％至55重量％的所有个别值和子范围；例如，填料可以以基于聚合物共混物和填料的总重量为25重量％至55重量％、30重量％至55重量％、40重量％至55重量％、或50重量％至55重量％的量存在。
在实施方案中，填料具有小于5微米(也称为微米(μm))的中值粒度(D50)。本文公开并包括小于5微米的所有个别值和子范围。例如，填料可以具有小于4微米、小于3微米、小于2微米、或小于1微米的中值粒度(D50)，或可以在0.1微米至4微米、0.1微米至3微米、0.1微米至2微米、或0.1微米至1微米的范围内。
用于形成本文所述的透气膜的聚合物共混物可掺入其他添加剂，诸如抗氧化剂(例如，受阻酚，诸如
Figure BDA0004109665430000061
1010或
Figure BDA0004109665430000062
1076，由巴斯夫(BASF)供应)、亚磷酸盐(例如，
Figure BDA0004109665430000063
168，也由巴斯夫供应)、加工助剂、紫外光稳定剂、热稳定剂、颜料、着色剂、抗静电添加剂、阻燃剂、滑爽剂、抗粘连添加剂、生物杀灭剂、抗微生物剂和澄清剂/成核剂(例如，HYPERFORMTMHPN-20E、MILLADTM3988、MILLADTMNX 8000，可从美利肯化学公司(Milliken Chemical)获得)。其他添加剂可以以本领域通常使用的水平包括在膜中以实现它们的期望目的。在一些示例中，一种或多种添加剂的含量范围是基于聚合物共混物和填料的总重量为0至10重量％、基于聚合物共混物和填料的总重量为0至5重量％、基于聚合物共混物和填料的总重量为0.001重量％至5重量％、基于聚合物共混物和填料的总重量为0.001重量％至3重量％、基于聚合物共混物和填料的总重量为0.05重量％至3重量％、或基于聚合物共混物和填料的总重量为0.05重量％至2重量％。
透气膜的总体厚度不受特别限制，但在一些实施方案中，可小于20密耳。本文包括并公开了小于20密耳的所有个别值和子范围。例如，在一些实施方案中，透气膜的总体厚度可小于15密耳、10密耳、8密耳、6密耳、4密耳、2密耳、或1.5密耳。在另外的实施方案中，透气膜的总体厚度可以是0.1密耳至6密耳、0.1密耳至4密耳、0.1密耳至2密耳。在更进一步的实施方案中，透气膜的总体厚度可以是0.1密耳至1.5密耳。
透气膜的基重不受特别限制，但在一些实施方案中，可以是8gsm至100gsm。透气膜的基重可以取决于多种因素，包括膜的期望特性、膜的最终用途应用、可用于制造膜的设备、应用所允许的成本以及其他因素。本文包括并公开了8gsm至100gsm的所有个别值和子范围。例如，在一些实施方案中，透气膜具有8gsm至100gsm、8gsm至80gsm、8gsm至50gsm、8gsm至40gsm、8gsm至20gsm、20gsm至100gsm、20gsm至80gsm、或20gsm至50gsm的基重。
根据本发明生产的膜的WVTR是可调的，即，它可以通过改变填料的量和选择以及拉伸量而在一定范围内变化，以便满足预期应用的需要。一般来说，较高的WVTR是以较高的填料水平、较高的乙烯共聚物水平和较高的拉伸水平获得的。与由不是由本文所述的特定聚合物共混物配方形成的聚合物共混物形成的膜相比，当以相同拉伸比(例如，以3、5、7拉伸比)拉伸时和当包含相同类型和量的填料时，本发明的膜表现出令人惊讶且显著更高的WVTR值。下面的实施例证明了根据本文公开的实施方案的聚合物共混物和填料的这种较高WVTR值的现象。
在实施方案中，当根据下述测试方法测量时，本发明的透气膜可以表现出至少100g/m2*天且至多10,000g/m2*天的WVTR。在实施方案中，当根据下文所述的测试方法测量时，本发明的透气膜在3:1的拉伸比下可以表现出大于100g/m2*天、或可替代地大于200g/m2*天、或可替代地大于300g/m2*天的WVTR。
在实施方案中，当根据下文所述的测试方法测量时，本发明的透气膜在5:1的拉伸比下可以表现出大于400g/m2*天、或可替代地大于600g/m2*天、或可替代地大于800g/m2*天、或可替代地大于1,000g/m2*天、或可替代地大于1,200g/m2*天的WVTR。
在实施方案中，当根据下文所述的测试方法测量时，本发明的透气膜在7:1的拉伸比下可以表现出大于1,100g/m2*天、或可替代地大于1,300g/m2*天、或可替代地大于1,500g/m2*天、或可替代地大于1,700g/m2*天、或可替代地大于1,900g/m2*天的WVTR。
在实施方案中，本发明的透气膜可以具有平均直径为0.5微米至5微米、或可替代地1微米至3微米的微孔，其中微孔的平均直径可以根据下文所述的测试方法测量。
在实施方案中，本发明的透气膜可以具有0.5％至10％、或可替代地1％至8％的微孔占有百分比(％)。在实施方案中，本发明的透气膜可以具有在拉伸比为3时为0.75％至3％、或可替代地在拉伸比为3时为1％至2％的微孔占有百分比。在实施方案中，本发明的透气膜可以具有在拉伸比为5时为1.5％至8％、或可替代地在拉伸比为5时为3％至7％的微孔占有百分比。在实施方案中，本发明的透气膜可以具有在拉伸比为7时为4％至10％、或可替代地在拉伸比为7时为6％至9％的微孔占有百分比。微孔占有百分比可以根据下文所述的测试方法测量。
在实施方案中，透气膜在拉伸比为3时的微孔均匀度(由微孔面积相对于平均微孔面积的相对标准偏差(RSD)表示)可以小于0.020、或可替代地小于0.010的微孔面积RSD。在其他实施方案中，透气膜在拉伸比为5时的微孔均匀度(由微孔面积相对于平均微孔面积的相对标准偏差(RSD)表示)可以小于0.012、或可替代地小于0.010的微孔面积RSD。在甚至其他实施方案中，透气膜在拉伸比为7时的微孔均匀度(由微孔面积相对于平均微孔面积的相对标准偏差(RSD)表示)可以小于0.0050、或可替代地小于0.0020的微孔面积RSD。微孔均匀度或微孔面积相对于平均微孔面积的相对标准偏差可以根据下文所述的测试方法计算。
本文所述的透气膜可通过多种工艺制备。示例性工艺可包括将膜制成吹塑或流延膜，并且膜可通过吹塑、流延或挤出涂布工艺来制造。透气膜可以通过纵向拉伸、横向拉伸、环轧拉伸、冷拉、或它们的组合进行拉伸。在实施方案中，本发明的透气膜可以在纵向和/或横向上定向。在实施方案中，透气膜可以以1:1至10:1的拉伸比、或者在替代性方案中以2:1至8:1的拉伸比在纵向上定向。在实施方案中，透气膜可以以1:1至10:1的拉伸比、或者在替代性方案中以2:1至8:1的拉伸比在横向上定向。在实施方案中，本发明的透气膜以至少1.4:1的拉伸比在纵向上拉伸。
公开了一种用于制备根据本文公开的实施方案的透气膜的方法。所述方法包括挤出填料和包含聚烯烃和乙烯共聚物的聚合物共混物，其中聚烯烃以基于聚合物共混物和填料的总重量为35重量％至74重量％的量存在，并且选自由以下组成的组：聚乙烯、聚丙烯、或它们的组合，其中乙烯共聚物以基于聚合物共混物和填料的总重量为1重量％至10重量％的量存在，并且选自由以下组成的组：乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、或它们的组合，并且其中填料具有小于5微米的中值粒度(D50)，以基于聚合物共混物和填料的总重量为25重量％至55重量％的量存在，并且选自由以下组成的组：碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、硫酸镁、硫酸铝、氧化镁、氧化钙、氧化铝、云母、滑石、二氧化硅、粘土、玻璃球、二氧化钛、氢氧化铝、沸石、或它们的组合；由挤出的聚合物共混物和填料形成膜；以及在纵向、横向或这两个方向上拉伸膜以形成透气膜。
还预期了根据本文公开的实施方案的透气膜可包含共挤出的或作为层合体的附加层。这些层可经过选择以提供另外的功能性，例如提供额外强度、对另一基材(诸如非织造物)的粘附性、和/或美观特性(诸如感觉或外观)的层。
本发明的一些实施方案涉及包含一个或多个本发明的透气膜的层合体。例如，本发明的透气膜可以用于膜/非织造物层合体中。用于此类层合体的典型的非织造物可以是纺丝纤网、气流纤网、梳理纤网、或它们的复合材料。用于具有本发明的透气膜的层合体的典型非织造复合材料包括三束纺粘材料(three beams of spunbond)(例如，S/S/S)、纺粘/熔喷/纺粘复合材料(例如，S/M/S)等。用于将膜接合至非织造物的常用方法包括，例如，粘结的热熔融粘合剂层合、超声粘结以及通过压延机或压料辊实现的热粘结。
本发明还涉及包括至少一个本文公开的本发明透气膜的制品。包括本发明透气膜的制品可以作为液体不可透过但透气的层用于一次性卫生和医用产品中。包括此类透气膜的制品的示例包括尿布、训练裤、女性卫生产品、成人失禁产品、医用盖布、医用罩衣、手术衣等。在诸如尿布、训练裤、女性卫生产品和成人失禁产品的制品中，透气膜也常常被称为底片。在医用产品中，透气膜通常被称为“阻隔层”，因为透气膜可以防止健康护理工作人员对患者的污染，并且反之亦然。可以基于本文的教导，使用本领域技术人员已知的技术将透气膜并入此类制品中。
测试方法
密度
密度根据ASTM D792测量，并以克/cm3(g/cm3)表示。
熔体指数(I2)
熔体指数(I2)根据ASTM D-1238在190℃下于2.16kg下测量。值以g/10min报告，其与每10分钟洗脱的克数相对应。
水蒸气透过率(WVTR)
水蒸气透过率(WVTR)基于ASTM E96-16和GB/T12704.2(2009)的标准杯法测量。向测试皿中装入10ml蒸馏水。将试样附着到测试皿上，并用垫圈和环帽密封该皿。将皿组件的重量记录为质量(Wa)。将皿组件放入具有恒定温度(40℃)和湿度(60％)的控制室中。四(4)小时后，将皿组件从控制室中取出并称重，其中将质量记录为(Wb)。通过以下等式计算WVTR：
Figure BDA0004109665430000101
WVTR：水蒸气透过率，[g/m2*天]
Wa：测试皿组件在测试前的质量，[g]
Wb：测试皿组件在测试后的质量，[g]
S：测试面积＝0.0032m2，[m2]
T：测试时间＝4小时，[h]
微孔均匀度分析
使用单刃刀片从示例性膜的中间切下3mm×3mm样本。然后将样本固定在样本夹持器上并用碳涂布。采用Hitachi S-3400N SEM进行成像，以HV模式进行BSE成像。SEM的参数设置如下：加速电压为5kV，工作距离为6mm，对比度设置为最大值，扫描区域为0.26mm×0.18mm，并且光圈(aperture)1具有碳涂层处理。MATLAB(MathWorks R2017b，64位版本)用于图像处理和SEM的图像分析。在MATLAB中使用图像处理工具箱(版本9.3)和统计与机器学习工具箱(版本10.1)。以下图像分析代码用于计算微孔的数量、微孔占有率、微孔的平均直径和微孔均匀度：
im2＝im2bw(im1,0.4)；
figure,imshow(im2)；
im3＝～im2；
im4＝imfill(im3,'holes')；
im5＝bwareaopen(im4,30)；
stats＝regionprops(im5,'Area','EquivDiameter')；
膜样本上的九个部分或区域被指定为A1至A9。图1示出样本透气膜的SEM图像，其描绘了九个部分/区域，即A1至A9。使用上述图像分析代码和软件，计算微孔的直径和每个截面的面积以表征微孔在整个膜上的分散。计算整个A1至A9区域的微孔数量和微孔的平均直径(以微米计)。膜的微孔均匀度是基于A1至A9的微孔面积相对于A1至A9的平均微孔面积的相对标准偏差(RSD)，其通过以下等式计算：
Figure BDA0004109665430000111
xi是A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8或A9的微孔的面积。
Figure BDA0004109665430000112
是A1至A9的微孔的平均面积。
通过用扫描区域中的微孔的总面积除以扫描区域的总面积(0.26mm×0.18mm)，然后将结果乘以100以计算作为百分比的微孔占有率来计算微孔占有率。对每个膜样本进行三个独立测试，其中随机选择膜样本的扫描区域，并报告微孔的平均数量、微孔占有率、微孔直径和RSD。
实施例
以下实施例说明本公开的特征，但并不意图限制本公开的范围。
使用的材料
以下材料包括在以下讨论的示例性透气膜中。
ELITETM5220G，一种线性低密度聚乙烯树脂，其密度为0.915g/cm3并且熔体指数(I2)为3.5g/10min，可从陶氏化学公司(密歇根州米德兰)商购获得。
ELVALOYTMAC 1820，一种乙烯和丙烯酸甲酯的乙烯共聚物，其具有20重量％丙烯酸酯共聚单体含量，密度为0.942g/cm3并且熔体指数(I2)为8g/10min，可从陶氏化学公司(密歇根州米德兰)商购获得。
Figure BDA0004109665430000121
520，一种碳酸钙填料，其中值粒度(D50)为2微米，可从英格瓷(Imerys)(法国巴黎(Paris，France))商购获得。
Figure BDA0004109665430000122
B900，一种抗氧化剂，可从巴斯夫(德国路德维希港(Ludwigshafen,Germany))商购获得。
本发明实施例1，根据本文公开的实施方案的透气膜，使用以下聚合物共混物和填料配方形成：45重量％ELITETM5220G、5重量％ELVALOYTMAC 1820和50重量％
Figure BDA0004109665430000123
520，其中重量百分比是基于聚合物共混物和填料的总重量。用于形成本发明实施例1的聚合物共混物的总体密度为0.918g/cm3。
除了用ELITETM5220G代替ELVALOYTMAC 1820之外，使用与本发明实施例几乎相同的配方形成比较例1。也就是说，使用以下聚合物和填料配方形成比较例：50重量％ELITETM5220G和50重量％
Figure BDA0004109665430000124
520，其中重量百分比是基于聚合物和填料的总重量。
为了形成本发明实施例1和比较例1，通过双螺杆配混线挤出聚合物共混物和填料的材料。使用具有一个30毫米挤出机和三个25毫米挤出机的Dr.Collin 5层流延线挤出组合物以生产样本。所有挤出机运行相同的组成，使得在概念上在每种情况下生产的膜等同于单层膜。用于生产所有膜实施例和样本的工艺条件在表1-3中给出。挤出后，膜经历再加热、拉伸、退火、冷却并卷绕到辊上。设置拉伸比，并且样本膜以3:1、5:1和7:1的拉伸比在纵向上定向。样本膜表示为比较例1A(拉伸比3:1)、比较例1B(拉伸比5:1)、比较例1C(拉伸比7:1)、本发明实施例1A(拉伸比3:1)、本发明实施例1B(拉伸比5:1)和本发明实施例1C(拉伸比7:1)。所有膜的最终基重为18gsm。
表1：Dr.Collin 5层流延线参数
Figure BDA0004109665430000131
表2：Dr.Collin流延线加工参数
Figure BDA0004109665430000132
表3：纵向定向加工参数
Figure BDA0004109665430000133
根据上述测试方法测试每个实施例在不同拉伸比下的WVTR值。下表4提供了结果。如结果所示，与比较例1的透气膜相比，本发明实施例1的透气膜具有令人惊讶且显著更高的WVTR值。
表4：实施例的WVTR值
Figure BDA0004109665430000134
Figure BDA0004109665430000141
*添加2000ppm的
Figure BDA0004109665430000142
B900作为抗氧化剂。
还目视检查示例性膜的填料掉落。由膜的检查显而易见的是，与比较例1A、1B和1C相比，本发明实施例1A、1B和1C具有令人惊讶且显著更少的填料掉落。
根据上述测试方法在具有MATLAB的扫描电子显微镜下分析示例性膜的样本，以用于测量微孔的数量、微孔占有率、微孔的平均直径、以及如通过相对标准偏差(RSD)表示的微孔均匀度。表5提供了结果。如表5中的结果所示，当与相同拉伸比下的比较膜相比时，本发明实施例具有低得令人惊讶的RSD和因此更好的微孔均匀度，即使当本发明膜具有高微孔数量和更高的微孔占有量时也是如此。
表5-通过SEM和MATLAB获得的微孔分析结果
Figure BDA0004109665430000143
除非明确地排除或以其他方式限制，否则本文引用的每个文献(如果有的话)，包括任何交叉引用的或相关的专利或申请以及本申请要求优先权或权益的任何专利申请或专利特此以引用的方式整体并入本文。任何文件的引用均不承认其为本文中所公开或所要求保护的任何发明的现有技术，或其单独或与任一个或多个其他参考文件组合教示、表明或公开任何此类发明。另外，在此文件中的术语的任何意义或定义与以引用方式并入的文件中的相同术语的任何意义或定义冲突的情况下，应以在此文件中赋予所述术语的意义或定义为准。
虽然已经说明和描述了本发明的具体实施方案，但本领域的技术人员将显而易见的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出多种其他改变和修改。因此，旨在于在所附权利要求书中涵盖在本发明的范围内的所有此类改变和修改。

Claims (9)

1.一种透气膜，所述透气膜包含：
(a)聚合物共混物，所述聚合物共混物包含：
(i)聚烯烃，其选自由以下组成的组：聚乙烯、聚丙烯、或它们的组合；
(ii)乙烯共聚物，其选自由以下组成的组：乙烯/丙烯酸乙酯共聚
物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙
烯/丙烯酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯共聚物、乙烯/丙
烯酸共聚物、或它们的组合；以及
(b)填料，其选自由以下组成的组：碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、硫酸镁、硫酸铝、氧化镁、氧化钙、氧化铝、云母、滑石、二氧化硅、粘土、玻璃球、二氧化钛、氢氧化铝、沸石、或它们的组合；
其中所述聚烯烃以基于所述聚合物共混物和填料的总重量为35重量％至74重量％的量存在；所述乙烯共聚物以基于所述聚合物共混物和填料的总重量为1重量％至10重量％的量存在；并且所述填料以基于所述聚合物共混物和填料的总重量为25重量％至55重量％的量存在；并且
其中所述填料具有小于5微米的中值粒度(D50)。
2.根据权利要求1所述的透气膜，其中所述乙烯共聚物具有基于所述乙烯共聚物的总重量为1重量％至40重量％的共聚单体含量。
3.根据任一前述权利要求所述的透气膜，其中以至少1.4:1的拉伸比在纵向上拉伸所述膜。
4.根据任一前述权利要求所述的透气膜，其中所述聚合物共混物具有为0.910g/cm3至0.950g/cm3的密度。
5.根据任一前述权利要求所述的透气膜，其中所述乙烯共聚物是具有10重量％至30重量％的丙烯酸酯含量和0.1g/10min至20g/10min的熔体指数(I2)的乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。
6.根据任一前述权利要求所述的透气膜，其中所述膜具有为8gsm至100gsm的基重。
7.根据任一前述权利要求所述的透气膜，其中所述膜在拉伸比为3时具有为至少300g/m2*天的WVTR。
8.根据任一前述权利要求所述的透气膜，其中所述膜具有以下特征中的至少一个：a)为0.5％至10％的微孔占有百分比；b)为0.5微米至5微米的微孔平均直径；以及c)在拉伸比为3时，小于0.020的微孔面积相对标准偏差的微孔均匀度。
9.一种用于制备透气膜的方法，所述方法包括：
挤出填料和包含聚烯烃和乙烯共聚物的聚合物共混物，其中所述聚烯烃以基于所述聚合物共混物和填料的总重量为35重量％至74重量％的量存在，并且选自由以下组成的组：聚乙烯、聚丙烯、或它们的组合，其中所述乙烯共聚物以基于所述聚合物共混物和填料的总重量为1重量％至10重量％的量存在，并且选自由以下组成的组：乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、或它们的组合，并且其中所述填料具有小于5微米的中值粒度(D50)，以基于所述聚合物共混物和填料的总重量为25重量％至55重量％的量存在，并且选自由以下组成的组：碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、硫酸镁、硫酸铝、氧化镁、氧化钙、氧化铝、云母、滑石、二氧化硅、粘土、玻璃球、二氧化钛、氢氧化铝、沸石、或它们的组合；
由所挤出的聚合物共混物和填料形成膜；以及
在纵向、横向或这两个方向上拉伸所述膜以形成透气膜。
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