CN1918226A - 增塑聚烯烃组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括聚烯烃和非官能化烃增塑剂的耐辐射的增塑聚烯烃组合物。

Description

增塑聚烯烃组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求2004年2月12日提交的USSN60/544,108的权益。
发明领域
本发明涉及包括聚烯烃和非官能化增塑剂的耐辐射的增塑聚烯烃以及由此生产的制品。
发明背景
聚烯烃可用于许多日常用品。然而,许多聚烯烃,尤其丙烯均聚物和一些丙烯共聚物的一个缺陷是它们相对高的玻璃化转变温度。该特性使这些聚烯烃易脆(尤其在低温下)。许多聚烯烃的应用得益于在宽温度范围内具有有用的性能;因而,需要提供能够保持所需特性例如高温或低温性能等,同时保持或改进在低温下的冲击强度和韧性的聚烯烃。尤其,有利的是提供具有改进韧性和/或高使用温度而不牺牲它的其它所需性能的丙烯聚合物。
将增塑剂或其它物质加入到聚烯烃中是改进诸如冲击强度和韧性之类的性能的一种方法。与这种目的有关的一些专利公开物是US4,960,820;US4,132,698;US3,201,364;WO02/31044;WO01/18109A1;和EP 0 300 689 A2。这些公开物涉及与官能化增塑剂共混的聚烯烃和弹性体。官能化增塑剂是诸如含有芳族基团的矿物油和高(高于-20℃)倾点化合物之类的材料。这些化合物的使用通常不能保持聚烯烃的透明性,并且冲击强度常常没有得到改进。
WO98/44041公开了用于结构,尤其地面覆盖材料的塑料基片材状材料,其在共混物中含有包括无氯聚烯烃或聚烯烃和增塑剂的混合物的塑料基质,特征在于该增塑剂是低聚α-烯烃类物质。
其它背景参考文献包括EP0 448 259A,EP 1 028 145A,US专利Nos.4,073,782和3,415,925。
所需要的是在接近0℃和低于0℃下具有较低挠曲模量、较低玻璃化转变温度和较高冲击强度,同时实质上不影响聚烯烃的峰熔融温度、聚烯烃结晶速率或它的透明度,并且增塑剂最小限度地迁移到加工制品的表面的聚烯烃。根据本发明的增塑聚烯烃可以满足这些需求。更具体地说,需要的是能够用于诸如食品容器、医疗器材、耐久性家用物品和玩具之类的应用的增塑聚丙烯。
同样,具有改进柔软度、更好的挠曲性(尤其低挠曲模量)、降低的玻璃化转变温度和/或改进的冲击强度(尤其改进的加德纳冲击强度)的增塑聚烯烃是理想的,其中聚烯烃的熔融温度、聚烯烃结晶速率或它的光学性能(尤其透明度和颜色)不受影响,并且增塑剂最小限度地迁移到由此制备的制品的表面。
特别理想的是,通过使用简单的非反应性化合物例如链烷烃来增塑聚烯烃。然而,据教导脂族或链烷烃化合物将损害聚烯烃的性能,因此不被推荐。(例如参见CHEMICAL ADDITIVES FOR PLASTICSINDUSTRY 107-116(Radian Corp.,Noyes Data Corporation,NJ1987);WO01/18109A1)。
在许多应用中已经用作增量剂、柔软剂等的矿物油由数千种不同化合物组成,它们中的许多在润滑体系中是不希望有的。在中等温度到高温下,即使添加了氧化抑制剂,这些化合物能够挥发和氧化。
以其粘度指数和其含有的饱和物和硫的量为特征的某些矿物油已经被美国石油学会(API)分类为I、II或III组烃基本原料。I组基本原料是溶剂精炼的矿物油。它们含有大多数不饱和物和硫,并且具有最低的粘度指数。它们限定了润滑剂性能的最低等级(bottomtier)。I组基本原料生产成本最低,并且它们目前占所有基本原料的大约75%。它们包括大部分的“常规”基本原料。II和III组是高粘度指数和极高粘度指数基本原料。它们是加氢处理的矿物油。III组油比I组油含有更少的不饱和物和硫,并且比II组油具有更高的粘度指数。其它基本原料,称为IV和V组,也用于基本原料工业中。Rudnick和Shubkin(Synthetic Lubricants and High-PerformanceFunctional Fluids,第2版,Rudnick,Shubkin,eds.,Marcel Dekker,Inc.New York,1999)描述了通常如下所示的5个基本原料组:
I组-使用芳族化合物的溶剂萃取、溶剂脱蜡、加氢精制以降低硫含量来精制的矿物油,生产的矿物油的硫含量高于0.03wt%,饱和物含量60-80%,和粘度指数大约90;
II组-采用常规芳族化合物的溶剂萃取、溶剂脱蜡和更严格的加氢精制的温和加氢裂化的矿物油,将硫含量降低至低于或等于0.03wt%以及从一些烯属和芳族化合物中除去了双键,饱和物水平高于95-98%,和VI是大约80-120;
III组-严格加氢处理的矿物油,一些油的饱和物水平基本上100%,硫含量低于或等于0.03wt%(优选0.001-0.01%),和VI超过120;
IV组-聚(α-烯烃)烃类,由具有6个或更多个碳原子的线性烯烃的催化低聚所制备。然而在工业上,IV组基本原料被称为“聚α-烯烃”,通常被认为是通过C4和更高级α-烯烃的低聚所生产的一类合成基本原料流体;和
V组-酯类,聚醚,聚亚烷基二醇,并且包括没有在I、II、III和IV组中包含的所有其它基本原料。
其它有意义的参考文献包括:US5,869,555,US4,210,570,US4,110,185,GB1,329,915,US3,201,364,US4,774,277,JP01282280,FR2094870,JP69029554, Rubber Technology Handbook,WernerHoffman,Hanser Publishers,New York,1989,第294-305页,Additives for Plastics,J.Stepek,H.Daoust,Springer Verlag,New York,1983,第6-69页。
US4,536,537公开了在100/38℃下的粘度为4.0-6.5cSt的LLDPE(UC7047)、聚丙烯(5520)和Synfluid2CS、4CS或6CS的共混物,然而Synfluid4CS和8CS据报道“不起作用”(col3,ln12)。
在另一个方面,还希望拥有能够耐受灭菌量的辐射的柔性聚烯烃(通常聚丙烯)。典型聚丙烯当在高温下用蒸汽灭菌时往往软化和变形,或者当用高能辐射,尤其β和γ辐射处理时变黄和/或变脆。
β辐射(例如来源于电子束)或γ辐射(例如来源于钴-60源)常常用于灭菌医疗器材。这是特别方便的灭菌方式,因为物品可以大批包装,或者在单独密封的清洁包装物内包装,并且在包装之后进行辐射。这种处理获得了无菌仪器和设备,无需特殊处理或在灭菌后重新包装。因此,确保了无菌和提高的病人安全性。然而,因为聚丙烯在接触灭菌水平的辐射时往往降解,所以这种处理对于引入了聚丙烯组分的医疗器材或在聚丙烯容器内包装的医疗器材来说一般是不适宜的。
要不是这个限制,聚丙烯可用于制备大量的有用物品,包括注射器针筒、培养皿、组织培养瓶、静脉内导管和管以及袋或瓶,外科探测器,缝合材料和其它物品。
人们认识到聚丙烯的潜在有用性已经有些时间了。本领域的其它人员已经试图通过许多方式克服所述性能限制。例如在US专利No.4,110,185中,Williams、Dunn和Stannett描述了非结晶调配剂(mobilizing agent)在聚丙烯配制料中用于增加聚合物的自由体积和防止辐射脆变的用途(还参见US4,274,932和US4,467,065)。在US专利No.4,845,137中,Williams和Titus描述了对灭菌辐射稳定的一种聚丙烯组合物,包括窄分子量分布(Mw/Mn)的聚丙烯,液体调配添加剂,位阻胺化合物和澄清剂。虽然这些添加剂通常似乎增强了耐辐射性,但调配添加剂往往是油状或脂状的。这能够造成加工困难和产品瑕疵。
试图用于稳定聚丙烯而对抗高能辐射的效应的其它发明采用间同立构聚丙烯。EP-A2-0 431 475描述了制备耐辐射聚丙烯树脂组合物的方法,所述组合物适于制备模制品,其中通过基本上采用间同立构聚丙烯,物理性能“在用辐射灭菌的期间几乎不降低”。该组合物还可以包括含磷的抗氧化剂,含胺的抗氧化剂和成核剂。
JP04-214709很明显地描述了具有至少50%间同规整度的乙烯/丙烯共聚物,该共聚物具有改进的耐辐射性。此类共聚物通过特定的手性金属茂类催化法来生产,并且优选与含磷或胺的抗氧化剂配混,以便获得最佳的耐辐射性。
US专利No.5,340,848描述了耐辐射的聚丙烯树脂组合物,该组合物包括具有基本上间同立构结构的聚丙烯与任选的抗氧化剂和/或成核剂。
WO92/14784描述了30-40wt%的乙烯型共聚物与70-30wt%的丙烯型共聚物的共混物,用于热封应用。
这些参考文献指出,已经长期在寻求可提供耐辐射的聚丙烯的简单、成本有效的体系。理想地,这种聚丙烯组合物提供透明的并且在高温下尺寸稳定的产品。此类产品任选可以用除了辐射以外的方式来灭菌,而不出现软化或变形或明显降低光学性能和/或强度性能。如果用于成型的聚合物共混物没有用油或脂沾污模塑设备的倾向,那么会使聚丙烯制品的制造者进一步受益。如果这种聚合物配混料不从模塑件、薄膜或包装物的表面渗出油或脂,那么会使最终成型的产品以及此类制品的制造者受益。此类制品对于医疗和食品包装工业来说具有特别的吸引力。
发明概述
本发明涉及包括聚丙烯和非官能化增塑剂的灭菌制品和灭菌此类制品的方法。
本发明涉及包括增塑聚烯烃组合物的灭菌制品,所述组合物包括一种或多种聚烯烃和一种或多种非官能化增塑剂(“NFP”)。
本发明涉及包括增塑聚烯烃组合物的灭菌制品,所述组合物包括一种或多种聚烯烃和一种或多种非官能化增塑剂,其中该非官能化增塑剂包括在100℃下具有≥5cSt的运动粘度和≥120的粘度指数的C20-C1500链烷烃,其中该制品已经接触足以灭菌所述制品的量的辐射。
定义
对于本发明和所附权利要求书来说,当提到一种聚合物或低聚物包括烯烃时,存在于该聚合物或低聚物中的烯烃分别是烯烃的聚合或低聚形式。同样,术语聚合物的使用意欲包括均聚物和共聚物。另外,术语共聚物包括具有2种或更多种单体的任何聚合物。因此,这里使用的术语“聚丙烯”是指由至少50%丙烯单元,优选70%丙烯单元,更优选至少80%丙烯单元,甚至更优选至少90%丙烯单元,甚至更优选至少95%丙烯单元或100%丙烯单元组成的聚合物。
对于本发明来说,低聚物被定义为具有低于21,000g/mol,优选低于20,000g/mol,优选低于19,000g/mol,优选低于18,000g/mol,优选低于16,000g/mol,优选低于15,000g/mol,优选低于13,000g/mol,优选低于10,000g/mol,优选低于5000g/mol,优选低于3000g/mol的数均分子量(Mn)。
对于本发明和所附权利要求书来说,I、II和III组基本原料被定义为具有下列性能的矿物油:
  饱和物(wt%)   硫(wt%)   粘度指数
  I组   <90和/或   >0.03%和   ≥80和<120
  II组   ≥90和   ≤0.03%和   ≥80和<120
  III组   ≥90和   ≤0.03%和   ≥120
发明详述
本发明涉及包括一种或多种聚烯烃和一种或多种非官能化增塑剂(“NFP”)的增塑聚烯烃组合物。
通常,聚烯烃在一个实施方案中以40-99.9wt%的量(以聚烯烃和NFP的重量为基准计),在另一个实施方案中以50-99wt%的量,在又一个实施方案中以60-98wt%的量,在又一个实施方案中以70-97wt%的量,在又一个实施方案中以80-97wt%的量,和在又一个实施方案中以90-98wt%的量存在于本发明的组合物中,其中合乎需要的范围包括这里所述的任何上限wt%与任何下限wt%的任意组合。
在另一个实施方案中,以聚丙烯和NFP的重量为基准计,增塑聚烯烃包括以40-99.99wt%,或者50-99wt%,或者60-99wt%,或者70-98wt%,或者80-97wt%,或者90-96wt%的量存在的聚丙烯,而NFP以60-0.01wt%,或者50-1wt%,或者40-1wt%,或者30-2wt%,或者20-3wt%,或者10-4wt%的量存在。
在另一个实施方案中,以聚丁烯和NFP的重量为基准计,增塑聚烯烃包括以50-99.99wt%,或者60-99wt%,或者70-98wt%,或者80-97wt%,或者90-96wt%的量存在的聚丁烯,而NFP以50-0.01wt%,或者40-1wt%,或者30-2wt%,或者20-3wt%,或者10-4wt%的量存在。
在另一个实施方案中,聚烯烃包括聚丙烯和/或聚丁烯,并且NFP以0.01-50wt%,更优选0.05-45wt%,更优选0.5-40wt%,更优选1-35wt%,更优选2-30wt%,更优选3-25wt%,更优选4-20wt%,更优选5-15wt%的量存在,以聚丙烯和NFP的重量为基准计。在另一个实施方案中,NFP以1-15wt%,优选1-10wt%的量存在,以聚丙烯和/或聚丁烯和NFP的重量为基准计。
在另一个实施方案中,NFP以超过3wt%的量存在,以聚烯烃和NFP的重量为基准计。
对于本发明和所附权利要求书来说,在既定组合物中的NFP的量通过下述 萃取法来测定。还进行了描述的 CRYSTAF法用于对比目的。
对于本发明和所附权利要求书来说,当提到熔点并且具有熔融温度范围时,该熔点被定义为由如下所述的差示扫描量热法(DSC)描记线所得出的峰熔融温度。
非官能化增塑剂
本发明的聚烯烃组合物包括非官能化增塑剂(“NFP”)。本发明的NFP是含有碳和氢的化合物,不包括明显量的选自羟基、芳基和取代的芳基、卤素、烷氧基、羧酸根、酯、不饱和碳、丙烯酸酯、氧、氮和羧基中的官能团。所谓“明显量”是指这些基团和含有这些基团的化合物不被有意加入到NFP中,如果存在的话,在一个实施方案中以NFP重量的低于5wt%,更优选低于4wt%,更优选低于3wt%,更优选低于2wt%,更优选低于1wt%,更优选低于0.7wt%,更优选低于0.5wt%,更优选低于0.3wt%,更优选低于0.1wt%,更优选低于0.05wt%,更优选低于0.01wt%,更优选低于0.001wt%的量存在,以NFP的重量为基准计。
在一个优选的实施方案中,NFP包括聚α-烯烃(PAO),其含有具有5-14个碳原子,更优选6-14个碳原子,更优选8-12个碳原子,更优选10个碳原子的线性烯烃的低聚物,具有≥5,优选≥10的运动粘度(通过ASTM D 445测定);并且具有优选≥120,更优选≥130,还更优选≥140的粘度指数(“VI”)(通过ASTM D2270测定);和/或具有≤-5℃,更优选≤-10℃,更优选≤-20℃的倾点(通过ASTM D 97测定)。
在另一个实施方案中,可用于本发明的聚α-烯烃低聚物包括C20-C1500链烷烃,优选C40-C1000链烷烃,优选C50-C750链烷烃,优选C50-C500链烷烃。PAO低聚物是在一个实施方案中C5-C14α-烯烃,在另一个实施方案中C6-C12α-烯烃,在又一个实施方案中C8-C12α-烯烃的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体等。适合的烯烃包括1-戊烯,1-己烯,1-庚烯,1-辛烯,1-壬烯,1-癸烯,1-十一碳烯和1-十二碳烯。在一个实施方案中,烯烃是1-癸烯,NFP是1-癸烯的二聚体、三聚体、四聚体和五聚体(和更高级聚合体)的混合物。优选的PAO例如更具体地在US5,171,908和US5,783,531以及SYNTHETIC LUBRICANTS ANDHIGH-PERFORMANCE FUNCTIONAL FLUIDS,第1-52页(Leslie R.Rudnick&Ronald L.Shubkin,ed.Marcel Dekker,Inc.1999)中进行了描述。
可用于本发明的PAO通常具有在一个实施方案中100-21,000,在另一个实施方案中200-10,000,在又一个实施方案中200-7,000,在又一个实施方案中200-2,000,和在还一个实施方案中200-500的数均分子量(Mn)。优选的PAO在100℃下具有5-150cSt的粘度;和在另一个实施方案中,在100℃下具有5-3000cSt的粘度(ASTM445)。可用于本发明的PAO通常具有在一个实施方案中低于0℃,在另一个实施方案中低于-10℃,在又一个实施方案中低于-20℃,和在还一个实施方案中低于-40℃的倾点。理想的PAO可以作为SHF和SuperSyn PAO市购(ExxonMobil Chemical Company,Houston TX),它们中的一些总结于以下表2中:
表2、SHF和SuperSyn系列聚α-烯烃
  PAO   比重(15.6/15.6℃)   100℃下的运动粘度,cSt   VI   倾点,℃
  SHF-20   0.798   1.68   -   -63
  SHF-21   0.800   1.70   -   -57
  SHF-23   0.802   1.80   -   -54
  SHF-41   0.818   4.00   123   -57
  SHF-61/63   0.826   5.80   133   -57
  SHF-82/83   0.833   7.90   135   -54
  SHF-101   0.835   10.0   136   -54
  SHF-403   0.850   40.0   152   -39
  SHF-1003   0.855   107   179   -33
  SuperSyn2150   0.850   150   214   -42
  SuperSyn2300   0.852   300   235   -30
  SuperSyn21000   0.856   1,000   305   -18
  SuperSyn23000   0.857   3,000   388   -9
其它有用的PAO包括以SynfluidTM的商品名由ChevronPhillipsChemical Co.(Pasedena Texas)出售,以DurasynTM的商品名由BPAmoco Chemical(London,England)出售,以NexbaseTM的商品名由Fortum Oil and Gas(Finland)出售,以SyntonTM的商品名由CromptonCorporation(Middlebury CN,USA)出售,以EMERYTM的商品名由CognisCorporation(Ohio,USA)出售的那些。
在其它实施方案中,PAO在100℃下具有≥10cSt,优选≥30cSt,优选≥50cSt,优选≥80cSt,优选≥110cSt,优选≥150cSt,优选≥200cSt,优选≥500cSt,优选≥750cSt,优选≥1000cSt,优选≥1500cSt,优选≥2000cSt,优选≥2500cSt的运动粘度。在另一个实施方案中,PAO在100℃下具有10-3000cSt,优选10-1000cSt,优选10-40cSt的运动粘度。
在其它实施方案中,PAO具有≥120,优选≥130,优选≥140,优选≥150,优选≥170,优选≥190,优选≥200,优选≥250,优选≥300的粘度指数。
在一个特别优选的实施方案中,当聚丙烯是RB501F,Hifax CA12A或ADFLEX Q100F时(这些聚合物在WO98/44041中描述过),PAO在100℃下具有≥10cSt的运动粘度。
本发明还涉及包括一种或多种聚烯烃和一种或多种非官能化增塑剂的增塑聚烯烃组合物,其中该非官能化增塑剂包括高纯度烃流体组合物,其含有在分子中具有6-1500个碳原子,优选8-1000个碳原子,优选10-500个碳原子,优选12到大约200个碳原子,优选14-150个碳原子,优选16-100个碳原子的链烷烃的混合物。烃流体组合物具有大约0.5∶1到大约9∶1,优选大约1∶1到大约4∶1的异链烷烃∶正链烷烃比。以混合物中的异链烷烃的总重量为基准计,该混合物的异链烷烃含有高于百分之五十(50%)的单甲基物质,例如2-甲基,3-甲基,4-甲基,≥5-甲基等,最小限度形成了取代基碳数大于1的分支,即,乙基,丙基,丁基等。优选地,以混合物中的异链烷烃的总重量为基准计,该混合物的异链烷烃含有高于70%的单甲基物质。这些烃流体优选在25℃下具有1-100,000cSt,优选10-2000cSt的运动粘度(KV),以及任选的通常低于-20℃,更优选低于-30℃,更优选大约-20℃到大约-70℃的低倾点。这些烃流体优选在40℃下具有1-30,000cSt,优选10-2000cSt的运动粘度,以及任选的通常低于-20℃,更优选低于-30℃,更优选大约-20℃到大约-70℃的低倾点。
本发明还涉及包括一种或多种聚烯烃和一种或多种非官能化增塑剂的增塑聚烯烃组合物,其中该非官能化增塑剂包括线性或支化链烷烃组合物,其具有:
1. 500-21,000g/mol的数均分子量;
2.低于10wt%,优选低于8wt%,优选低于5wt%,优选低于3wt%,优选低于2wt%,优选低于1wt%,优选低于0.5wt%,优选低于0.1wt%,优选低于0.1wt%,优选低于0.001wt%的具有≥4个碳的侧链;
3.以≥15wt%,优选≥20wt%,优选≥25wt%,优选≥30wt%,优选≥35wt%,优选≥40wt%,优选≥45wt%,优选≥50wt%的量存在的至少1或2个碳的分支;
4.低于2.5wt%,优选低于2wt%,优选低于1wt%,优选低于0.5wt%,优选低于0.1wt%,优选低于0.1wt%,优选0.001wt%的环烷烃。在另外的实施方案中,这些NFP在100℃下具有≥2cSt的运动粘度和/或≥120,优选≥130,优选≥140,优选≥150,优选≥170,优选≥190,优选≥200,优选≥250,优选≥300的VI。
在另一个实施方案中,NFP包括高纯度烃流体组合物,该组合物包括碳数为大约C8-C20的链烷烃的混合物,具有大约0.5∶1到大约9∶1的异链烷烃∶正链烷烃的摩尔比,该混合物的异链烷烃含有高于50%的单甲基物质,以该混合物的异链烷烃的总重量为基准计,且其中该组合物具有大约-20到大约-70的倾点和在25℃下大约1cSt到大约10cSt的运动粘度。
在另一个实施方案中,链烷烃的混合物具有大约C10到大约C16的碳数。在另一个实施方案中,该混合物含有高于70%的单甲基物质。在另一个实施方案中,该混合物在大约320到大约650的温度范围内沸腾。在另一个实施方案中,该混合物在大约350到大约550的范围内沸腾。在另一个实施方案中,该混合物包括碳数为大约C10到大约C16的链烷烃的混合物。在另一个实施方案中,该混合物具有大约C10-C16的碳数,该混合物含有高于70%的单甲基物质和在大约350到大约550的范围内沸腾。在另一个实施方案中,该混合物具有大约1∶1到大约4∶1的异链烷烃∶正链烷烃的摩尔比。在另一个实施方案中,该混合物由费-托方法获得。这种NFP可以通过US5,906,727公开的方法来制备。
任何NFP还可以用本文所述的参数中的许多或任意组合来描述。在一个实施方案中,本发明的任何NFP具有在一个实施方案中低于0℃,在另一个实施方案中低于-5℃,在另一个实施方案中低于-10℃,在又一个实施方案中低于-20℃,在又一个实施方案中低于-40℃,在又一个实施方案中低于-50℃,和在又一个实施方案中低于-60℃,以及在还一个实施方案中高于-120℃,在又一个实施方案中高于-200℃的倾点(ASTM D97),其中合乎需要的范围可以包括本文所述的任何倾点上限与任何倾点下限。在一个实施方案中,NFP是在40℃下0.5-200cSt的运动粘度范围内具有低于-30℃,和在另一个实施方案中-30℃到-90℃的倾点的链烷烃或其它化合物。大多数矿物油(通常包括芳族结构部分和其它官能团)在相同粘度范围内具有10℃到-20℃的倾点。
在另一个实施方案中,本文所述的任何NFP可以具有≥120,更优选≥125,更优选≥130的粘度指数(VI)。在另一个实施方案中,NFP具有90-400,优选120-350的VI。
本文所述的任何NFP可以具有在一个实施方案中低于3.0,在另一个实施方案中低于2.8,在另一个实施方案中低于2.5,和在又一个实施方案中低于2.3,以及在再一个实施方案中低于2.1的介电常数(20℃)。聚乙烯和聚丙烯各自具有至少2.3的介电常数(1kHz,23℃)(CRC HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS(David R.Lide,ed.82ded.CRC Press 2001))。
在某些实施方案中,NFP可以在100℃下具有0.1-3000cSt,在另一个实施方案中在100℃下0.5-1000cSt,在又一个实施方案中在100℃下1-250cSt,和在再一个实施方案中在100℃下1-200cSt,以及在还一个实施方案中在100℃下10-500cSt的运动粘度,其中合乎需要的范围包括这里所述的任何粘度上限与任何粘度下限。
在某些实施方案中,本文所述的任何NFP可以具有在一个实施方案中低于0.920,在另一个实施方案中低于0.910,在另一个实施方案中0.650-0.900,在另一个实施方案中0.700-0.860,在另一个实施方案中0.750-0.855,在另一个实施方案中0.790-0.850,以及在又一个实施方案中0.800-0.840的比重(ASTM D 4052,15.6/15.6℃),其中合乎需要的范围可以包括这里所述的任何比重上限与任何比重下限。
在其它实施方案中,本文所述的任何NFP可以具有在一个实施方案中100-500℃,在另一个实施方案中200-450℃,以及在又一个实施方案中250-400℃的沸点。此外,NFP优选具有在一个实施方案中低于20,000g/mol,在另一个实施方案中低于10,000g/mol,在又一个实施方案中低于5,000g/mol,在另一个实施方案中低于4,000g/mol,在又一个实施方案中低于2,000g/mol,在再一个实施方案中低于500g/mol,以及在还一个实施方案中高于100g/mol的重均分子量,其中合乎需要的分子量范围能够是这里所述的任何分子量上限与任何分子量下限的任意组合。
在另一个实施方案中,NFP包括III组烃基本原料。优选地,NFP包括具有≥90%,优选≥92%,优选≥94%,优选≥96%,优选≥98%,优选≥99%的饱和物含量,和低于0.03%,优选0.001-0.01%的硫含量以及超过120,优选≥130的VI的矿物油。
本发明的优选NFP特征在于,当与聚烯烃共混以形成增塑组合物时,该NFP可与聚烯烃混溶,这可以通过与非增塑聚烯烃动态力学热分析(DMTA)描记线相比,其DMTA描记线的峰数没有改变而看出。缺乏混溶性用与非增塑聚烯烃相比DMTA描记线的峰数增加来指示。如下所述,所述描记线是tgδ与温度的关系曲线。
本发明的优选组合物特征在于,在一个实施方案中,对于存在于组合物中的每4wt%的NFP,该组合物的玻璃化转变温度(Tg)降低至少2℃;在另一个实施方案中,对于存在于组合物中的每4wt%的NFP,Tg降低至少3℃;和在又一个实施方案中,对于存在于组合物中的每4wt%的NFP,Tg降低至少4-10℃,同时聚烯烃的峰熔融温度和结晶温度保持恒定(±1-2℃)。对于本发明和所附权利要求书来说,当提到玻璃化转变温度时,如下所述,它是DMTA描记线中的峰温度。
本发明的优选组合物特征在于,在一个实施方案中,对于存在于组合物中的每1wt%的NFP,该组合物的玻璃化转变温度(Tg)降低至少2℃;优选至少3℃;优选至少4℃;优选至少5℃;优选至少6℃;优选至少7℃;优选至少8℃;优选至少9℃;优选至少10℃;优选至少11℃;优选同时纯聚烯烃的峰熔融温度和/或结晶温度保持在增塑聚烯烃的±1-5℃范围内,优选±1-4℃范围内,优选±1-3℃范围内,优选±1-2℃范围内。
本发明的优选组合物特征在于,增塑组合物的玻璃化转变温度(Tg)比纯聚烯烃的Tg低至少2℃,优选低至少4℃,优选低至少6℃,优选低至少8℃,优选低至少10℃,优选低至少15℃,优选低至少20℃,优选低至少25℃,优选低至少30℃,优选低至少35℃,优选低至少40℃,优选低至少45℃。
本发明的优选组合物特征在于,当在干燥烘箱内在70℃下储存311小时时,如使用0.25mm厚片材通过ASTM D1203所测定,该增塑组合物的重量减少低于3%,优选低于2%,优选低于1%。
聚烯烃
本文所述的NFP与至少一种聚烯烃共混,以制备本发明的增塑组合物。优选的聚烯烃包括丙烯聚合物和丁烯聚合物。
在本发明的一个方面,聚烯烃选自聚丙烯均聚物,聚丙烯共聚物,和它们的共混物。该均聚物可以是无规立构聚丙烯,全同立构聚丙烯,间同立构聚丙烯和它们的共混物。该共聚物可以是无规共聚物,统计共聚物,嵌段共聚物和它们的共混物。尤其,本文所述的聚合物共混物包括抗冲共聚物,弹性体和塑性体,它们的任何一种可以是与聚丙烯和/或聚丁烯的物理共混物或就地共混物。制备聚丙烯或聚丁烯的方法不是关键的,因为它能够通过淤浆、溶液、气相或其它适合的方法,以及通过使用适于聚烯烃的聚合的催化剂体系,例如齐格勒-纳塔类催化剂,金属茂类催化剂,其它适合的催化剂体系或它们的组合来制备。在一个优选实施方案中,丙烯聚合物和/或丁烯聚合物通过US6,342,566,US6,384,142,WO03/040201,WO97/19991和US5741563所述的催化剂、活化剂和方法来制备。同样,抗冲共聚物可以通过US6342566,US6384142所述的方法来制备。此类催化剂在本领域中是众所周知的,并且例如描述在ZIEGLER CATALYSTS(Gerhard Fink,Rolf Mulhaupt and Hans H.Brintzinger,eds.,Springer-Verlag1995);Resconi等人,Selectivity in Propene Polymerization withMetallocene Catalysts,100CHEM.REV.1253-1345(2000);和I,IIMETALLOCENE-BASED POLYOLEFINS(Wiley&Sons2000)中。
可用于本发明的优选丙烯均聚物和共聚物通常具有:
1、30,000-2,000,000g/mol,优选50,000-1,000,000,更优选90,000-500,000的Mw,通过如以下在测试方法中所述的GPC测定;和/或
2、1-40,优选1.6-20,更优选1.8-10,更优选1.8-3的Mw/Mn,通过如以下在测试方法中所述的GPC测定;和/或
3、30-200℃,优选30-185℃,优选50-175℃,更优选60-170℃的Tm(二熔(second melt)),通过如以下在测试方法中所述的DSC方法测定;和/或
4、5-80%,优选10-70%,更优选20-60%的结晶度,通过如以下在测试方法中所述的DSC方法测定;和/或
5、-40℃到20℃,优选-20℃到10℃,更优选-10℃到5℃的玻璃化转变温度(Tg),通过如以下在测试方法中所述的DMTA方法测定;和/或
6、≤180J/g,优选20-150J/g,更优选40-120J/g的熔化热(Hf),通过如以下在测试方法中所述的DSC方法测定;和/或
7、15-200℃,优选20-115℃,更优选25-110℃,优选60-145℃的峰结晶温度(Tc),通过如以下在测试方法中所述的方法测定;和/或
8、45-140℃,优选60-135℃,更优选75-125℃的热挠曲温度,通过如以下在测试方法中所述的方法测定;和/或
9、≥25,优选≥40,优选≥60,优选≥80,优选≥100,优选25-125的洛氏硬度(R标准);和/或
10、至少30%,优选至少40%,或者至少50%的结晶度百分率,通过如以下在测试方法中所述的DSC方法测定;和/或
11、至少50%,或者至少60%,或者至少70%,甚至或者50-95%,或≤70%,优选≤60%,优选≤50%的无定形百分率含量,通过从100减去结晶度百分率来测定;和/或
12、0.2-2.0,优选0.5-1.5,优选0.7-1.1的支化指数(g’),通过下述方法测定。
聚烯烃可以是丙烯均聚物。在一个实施方案中,丙烯均聚物具有至多40,优选1.5-10,在另一个实施方案中1.8-7,在又一个实施方案中1.9-5,和在又一个实施方案中2.0-4的分子量分布(Mw/Mn)。在另一个实施方案中,丙烯均聚物的在23℃下用0.125英寸圆盘测试的加德纳冲击强度在一个实施方案中可以是20in-lb到1000in-lb,在另一个实施方案中是30in-lb到500in-lb,以及在又一个实施方案中是40in-lb到400in-lb。在又一个实施方案中,1%正割挠曲模量可以是100MPa到2300MPa,在另一个实施方案中是200MPa到2100MPa,以及在又一个实施方案中是300MPa到2000MPa,其中合乎需要的聚烯烃可以具有任何挠曲模量上限与任何挠曲模量下限的任意组合。优选的丙烯聚合物的熔体流动速率(MFR-ASTM D1238,230℃,2.16kg)在一个实施方案中是0.1dg/min-2500dg/min,而在另一个实施方案中是0.3-500dg/min。
可用于本发明的聚丙烯均聚物或丙烯共聚物可以具有一定水平的全同立构规整度。因此,在一个实施方案中,包括全同立构聚丙烯的聚烯烃是本专利发明中的有用的聚合物,并且类似地,在另一个实施方案中,高度全同立构聚丙烯是有用的。本文所使用的“全同立构”被定义为根据如以下在测试方法中所述的13C-NMR分析的具有至少10%全同立构五单元组(pentad)。本文所使用的“高度全同立构”被定义为根据13C-NMR分析具有至少60%全同立构五单元组。在一个理想的实施方案中,具有至少85%全同立构规整度的聚丙烯均聚物是所述聚烯烃,而在另一个实施方案中,具有至少90%全同立构规整度的聚丙烯均聚物是所述聚烯烃。
在另一个理想的实施方案中,具有至少85%间同立构规整度的聚丙烯均聚物是所述聚烯烃,而在又一个实施方案中,具有至少90%间同立构规整度的聚丙烯均聚物是所述聚烯烃。本文所使用的“间同立构”被定义为根据如以下在测试方法中所述的13C-NMR分析具有至少10%间同立构五单元组。本文所使用的“高度间同立构”被定义为根据13C-NMR分析具有至少60%间同立构五单元组。
在另一个实施方案中,丙烯均聚物可以是全同立构、高度全同立构、间同立构、高度间同立构或无规立构的。无规立构聚丙烯被定义为低于10%全同立构或间同立构五单元组。优选的无规立构聚丙烯通常具有20,000到1,000,000的Mw
可用于本发明的优选丙烯均聚物包括以ACHIEVETM和ESCORENETM的商品名由ExxonMobil Chemical Company(Houston Texas)出售的那些。
在本发明的另一个实施方案中,聚烯烃是丙烯衍生的单元以及选自乙烯和C4-C20α-烯烃衍生的单元,在另一个实施方案中通常选自乙烯和C4-C10α-烯烃衍生的单元中的单元的无规或嵌段丙烯共聚物。乙烯或C4-C20α-烯烃衍生的单元在一个实施方案中以共聚物的0.1-50wt%存在,在另一个实施方案中以0.5-30wt%存在,在又一个实施方案中以1-15wt%存在,以及在再一个实施方案中以0.1-5wt%存在,其中合乎需要的共聚物包括这里所述的任何wt%上限与任何wt%下限的任意组合的乙烯和C4-C20α-烯烃衍生的单元。丙烯共聚物具有在一个实施方案中高于8,000g/mol,在另一个实施方案中高于10,000g/mol,在又一个实施方案中高于12,000g/mol,在再一个实施方案中高于200,000g/mol,以及在另一个实施方案中低于1,000,000g/mol,和在又一个实施方案中低于800,000的重均分子量,其中合乎需要的共聚物可以包括这里所述的任何分子量上限与任何分子量下限。
尤其理想的丙烯共聚物具有1.5-10,在另一个实施方案中1.6-7,在又一个实施方案中1.7-5,和在又一个实施方案中1.8-4的分子量分布(Mw/Mn)。丙烯共聚物的在23℃下用0.125英寸圆盘测试的加德纳冲击强度在一个实施方案中可以是20in-lb到1000in-lb,在另一个实施方案中是30in-lb到500in-lb,以及在又一个实施方案中是40in-lb到400in-lb。在又一个实施方案中,丙烯共聚物的1%正割挠曲模量是100MPa到2300MPa,在另一个实施方案中是200MPa到2100MPa,以及在又一个实施方案中是300MPa到2000MPa,其中合乎需要的聚烯烃可以具有任何挠曲模量上限与任何挠曲模量下限的任意组合。丙烯共聚物的熔体流动速率(MFR)在一个实施方案中是0.1dg/min-2500dg/min,而在另一个实施方案中是0.3-500dg/min。
在另一个实施方案中,聚烯烃可以是丙烯共聚物,它包括丙烯以及一种或多种选自乙烯和C4-C20-线性、支化或环状单体中的其它单体,并且在某些实施方案中是C4-C12线性或支化α-烯烃,优选丁烯,戊烯,己烯,庚烯,辛烯,壬烯,癸烯,十二碳烯,4-甲基-戊烯-1,3-甲基-戊烯-1,3,5,5-三甲基-己烯-1等。所述单体能够以至多50wt%,优选0-40wt%,更优选0.5-30wt%,更优选2-30wt%,更优选5-20wt%的量存在。
在一个优选实施方案中,可用于本发明的丁烯均聚物和共聚物通常具有:
1、30,000-2,000,000g/mol,优选50,000-1,000,000,更优选90,000-500,000的Mw,通过如以下在测试方法中所述的GPC测定;和/或
2、1-40,优选1.6-20,更优选1.8-10,更优选1.8-3的Mw/Mn,通过如以下在测试方法中所述的GPC测定;和/或
3、30-150℃,优选30-145℃,优选50-135℃的Tm(二熔),通过如以下在测试方法中所述的DSC方法测定;和/或
4、5-80%,优选10-70%,更优选20-60%的结晶度,通过如以下在测试方法中所述的DSC方法测定;和/或
5、-50℃到0℃的玻璃化转变温度(Tg),通过如以下在测试方法中所述的DMTA方法测定;和/或
6、≤180J/g,优选20-150J/g,更优选40-120J/g的熔化热,通过如以下在测试方法中所述的DSC方法测定;和/或
7、10-130℃,优选20-115℃,更优选25-110℃,优选60-145℃的峰结晶温度(Tc),通过如以下在测试方法中所述的方法测定;和/或
8、至少50%,或者至少60%,或者至少70%,甚至或者50-95%,或≤70%,优选≤60%,优选≤50%的无定形百分率含量,通过从100减去结晶度百分率来测定;和/或
9、0.2-2.0,优选0.5-1.5,优选0.7-1.1的支化指数(g’),通过下述方法测定。
可用作本发明的丙烯共聚物的共聚单体的优选的线性α-烯烃包括C3-C8α-烯烃,更优选1-丁烯,1-己烯和1-辛烯,甚至更优选1-丁烯。可用作本发明的丁烯共聚物的共聚单体的优选的线性α-烯烃包括C3-C8α-烯烃,更优选丙烯,1-己烯和1-辛烯,甚至更优选丙烯。优选的支化α-烯烃包括4-甲基-1-戊烯,3-甲基-1-戊烯,3,5,5-三甲基-1-己烯,和5-乙基-1-壬烯。优选的含芳族基团的单体含有至多30个碳原子。适合的含芳族基团的单体包括至少一芳族结构,优选1-3个芳族结构,更优选苯基,茚基,芴基,或萘基结构部分。含芳族基团的单体进一步包括至少一可聚合双键,使得在聚合之后,芳族结构侧挂于聚合物骨架。含芳族基团的单体可以进一步被一个或多个烃基取代,包括但不限于C1-C10烷基。另外,两个相邻取代基可以连接成环结构。优选的含芳族基团的单体含有附于可聚合烯属结构部分的至少一芳族结构。尤其优选的芳族单体包括苯乙烯,α-甲基苯乙烯,对烷基苯乙烯,乙烯基甲苯类,乙烯基萘,烯丙基苯和茚,尤其苯乙烯,对甲基苯乙烯,4-苯基-1-丁烯和烯丙基苯。
含有非芳族环基的单体也是优选的。这些单体可以含有至多30个碳原子。适合的含非芳族环基的单体优选具有在环状结构上侧挂或者属于环状结构的一部分的至少一个可聚合烯属基团。环状结构还可以进一步被一个或多个烃基,比如但不限于C1-C10烷基取代。优选的含非芳族环基的单体包括乙烯基环己烷,乙烯基环己烯,乙烯基降冰片烯,乙叉基降冰片烯,环戊二烯,环戊烯,环己烯,环丁烯,乙烯基金刚烷等。
可用于本发明的优选的二烯烃单体包括具有至少两个不饱和键的任何烃结构,优选C4-C30,其中不饱和键的至少两个容易通过立体有择或非立体有择催化剂引入到聚合物中。进一步优选的是,二烯烃单体选自α,ω-二烯单体(即二乙烯基单体)。更优选地,二烯烃单体是线性二乙烯基单体,最优选含有4-30个碳原子的那些。优选的二烯的实例包括丁二烯,戊二烯,己二烯,庚二烯,辛二烯,壬二烯,癸二烯,十一碳二烯,十二碳二烯,十三碳二烯,十四碳二烯,十五碳二烯,十六碳二烯,十七碳二烯,十八碳二烯,十九碳二烯,二十碳二烯,二十一碳二烯,二十二碳二烯,二十三碳二烯,二十四碳二烯,二十五碳二烯,二十六碳二烯,二十七碳二烯,二十八碳二烯,二十九碳二烯,三十碳二烯,尤其优选的二烯包括1,6-庚二烯,1,7-辛二烯,1,8-壬二烯,1,9-癸二烯,1,10-十一碳二烯,1,11-十二碳二烯,1,12-十三碳二烯,1,13-十四碳二烯,以及低分子量聚丁二烯(Mw低于1000g/mol)。优选的环状二烯包括在各个环位置有或无取代的环戊二烯,乙烯基降冰片烯,降冰片二烯,乙叉基降冰片烯,二乙烯基苯,二环戊二烯或含有更高级环的二烯烃。
在一个优选实施方案中,一种或多种二烯以至多10wt%,优选0.00001-1.0wt%,优选0.002-5wt%,甚至更优选0.003-0.2wt%的量存在于本文所生产的聚合物中,以组合物的总重量为基准计。在一些实施方案中,将≤500ppm,优选≤400ppm,优选≤300ppm的二烯加入到聚合中。在其它实施方案中,将至少50ppm,或≥100ppm,或≥150ppm的二烯加入到聚合中。
在另一个实施方案中,丁烯共聚物的在23℃下用0.125英寸圆盘测试的加德纳冲击强度是20in-lb到1000in-lb,在另一个实施方案中是30in-lb到500in-lb,以及在又一个实施方案中是40in-lb到400in-lb。此外,丁烯共聚物可以具有在一个实施方案中100MPa到2300MPa,在另一个实施方案中200MPa到2100MPa,和在又一个实施方案中300MPa到2000MPa的1%正割挠曲模量,其中合乎需要的聚烯烃可以具有任何挠曲模量上限与任何挠曲模量下限的任意组合。合乎需要的共聚物的熔体流动速率(MFR)在一个实施方案中是0.1dg/min到2500dg/min,而在另一个实施方案中是0.1-500dg/min。
在另一个实施方案中,丙烯共聚物是无规共聚物,还称为“RCP”,包括丙烯和至多20mol%的乙烯或C4-C20烯烃,优选至多20mol%乙烯。在特别优选的实施方案中,在这里使用的丙烯聚合物是丙烯和乙烯的无规共聚物,其中乙烯以至多15wt%(基于共聚物的重量),优选1-10wt%,更优选1.5-5wt%,更优选2-4wt%的量存在。
在另一个特别优选的实施方案中,这里使用的丙烯聚合物是丙烯和乙烯的无规共聚物,其中乙烯以至多15wt%(基于共聚物的重量),优选1-10wt%,更优选1.5-5wt%,更优选2-4wt%的量存在,以及该聚合物具有0.1-2500dg/min,优选0.2-500dg/min,优选0.3-200dg/min,优选1-100dg/min,优选5-50dg/min的熔体流动速率(MFR)。
在另一个实施方案中,聚烯烃可以是抗冲共聚物(ICP)或嵌段共聚物。丙烯抗冲共聚物通常用于需要强度和抗冲击性的各种应用,例如模塑和挤出的汽车部件,家用电器,行李包和家具。单独的丙烯均聚物常常不适用于此类应用,因为它们太脆,并且具有低的抗冲击性(尤其在低温下),而丙烯抗冲共聚物被特别设计用于此类应用。
典型的丙烯抗冲共聚物含有至少两个相或组分,例如均聚物组分和共聚物组分。抗冲共聚物还可以包括三个相,例如PP/EP/PE结合物,其具有PP连续相以及分散相颗粒外部为EP和分散相颗粒内部为PE的分散相。这些组分通常在序列聚合方法中生产,其中将在第一个反应器中生产的均聚物转移到第二个反应器中,在那里生产共聚物并且该共聚物被引入到均聚物组分的基质内。共聚物组分具有橡胶特性并且提供了所需的抗冲击性,而均聚物组分提供了全部劲度。
ICP的另一个重要特征是它们含有的无定形聚丙烯的量。本发明的ICP特征在于具有低无定形聚丙烯,优选低于3wt%,更优选低于2wt%,甚至更优选低于1wt%,和最优选无可测定的无定形聚丙烯。无定形聚丙烯百分率通过以下在测试方法中所述的方法来测定。
优选的抗冲共聚物可以是反应器共混物(就地共混物)或反应器后(外部)共混物。在一个实施方案中,以抗冲共聚物的总重量为基准计,适合的抗冲共聚物包含40-95wt%的组分A和5-60wt%的组分B;其中组分A包括丙烯均聚物或共聚物,该共聚物含有≤10wt%乙烯,丁烯,己烯或辛烯共聚单体;和其中组分B包括丙烯共聚物,其中该共聚物含有5-70wt%乙烯,丁烯,己烯和/或辛烯共聚单体,以及大约95wt%到大约30wt%丙烯。在抗冲共聚物的一个实施方案中,组分B基本上由丙烯和大约30wt%到大约65wt%乙烯组成。在另一个实施方案中,组分B包括乙烯-丙烯共聚物,乙烯-丙烯-二烯三元共聚物,乙烯-丙烯酸酯共聚物,乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,苯乙烯-丁二烯共聚物,乙烯-丙烯酸酯共聚物,聚丁二烯,聚异戊二烯,天然橡胶,异丁烯,烃树脂(该烃树脂特征在于低于5000的分子量,大约50-100℃的Tg和低于大约140℃的环球法软化点(通过ASTM E-28测定)),松香酯,和它们的混合物。在另一个实施方案中,组分B具有低于3.5的分子量分布。在又一个实施方案中,组分B具有至少20,000的重均分子量。有用的抗冲共聚物例如公开在US6,342,566和US6,384,142中。
组分B最优选是基本上由丙烯和乙烯组成的共聚物,虽然取决于所需的特定产品性能,其它丙烯共聚物、乙烯共聚物或三元共聚物可以是适合的)。例如,可以使用丙烯/丁烯、己烯或辛烯共聚物,和乙烯/丁烯、己烯或辛烯共聚物,并且可以使用丙烯/乙烯/己烯-1三元共聚物。但在一个优选的实施方案中,组分B是包括至少40wt%丙烯,更优选大约80wt%到大约30wt%丙烯,甚至更优选大约70wt%到大约35wt%丙烯的共聚物。组分B的共聚单体含量优选是大约20wt%到大约70wt%共聚单体,更优选大约30wt%到大约65wt%共聚单体,甚至更优选大约35wt%到大约60wt%共聚单体。最优选的是,组分B基本上由丙烯和大约20%到大约70%乙烯,更优选大约30%到大约65%乙烯,和最优选大约35%到大约60%乙烯组成。
对于其它组分B共聚物,共聚单体含量需要根据所需特定性能来调节。例如,对于乙烯/己烯共聚物,组分B应该含有至少17wt%己烯和至少83wt%乙烯。
组分B,优选具有窄分子量分布Mw/Mn(“MWD”),即低于5.0,优选低于4.0,更优选低于3.5,甚至更优选低于3.0,最优选≤2.5。这些分子量分布应该在没有减粘裂化或过氧化物或其它反应器后处理分子量定制的情况下获得。组分B优选具有至少100,000,优选至少150,000,和最优选至少200,000的重均分子量(通过GPC测定的Mw)。
组分B优选具有高于1.00dl/g,更优选高于1.50dl/g,和最优选高于2.00dl/g的特性粘度。术语“特性粘度”或“IV”通常在这里用来表示聚合物如组分B在既定溶剂中的溶液在既定温度下的粘度(当该聚合物组合物处于无限稀释时)。根据ASTM标准测试方法D1601-78,IV测量包括标准毛细管粘度测量装置,其中测定在溶剂中的系列浓度的聚合物在既定温度下的粘度。对于组分B,十氢萘是适合的溶剂,并且典型温度是135℃。根据不同浓度的溶液的粘度的值,可以通过外推法测定在无限稀释下的“值”。
组分B优选具有高于60%,更优选高于65%,甚至更优选高于70%,甚至更优选高于75%,还更优选高于80%,和最优选高于85%的组成分布宽度指数(CDBI)。CDBI定义了总体上按共聚物的乙烯(或其它共聚单体)含量计的在聚合物链中的组成变化。CDBI在US专利5,382,630中定义为具有共聚单体含量在中值总摩尔共聚单体含量的50%内的共聚物分子的重量百分率,该专利由此引入本文供参考。共聚物的CDBI可容易地采用用于分离共聚物样品的各个级分的公知技术来测定。一种这样的技术是升温淋洗分级(TREF),如在Wild等人, J.Poly.Sci.,Poly.Phys.Ed.,第20卷,第441页(1982)和US专利No.5,008,204中所述的,这些文献引入本文供参考。
ICP的组分B优选具有低结晶度,优选低于10wt%的结晶部分,更优选低于5wt%的结晶部分。在组分B具有结晶部分的情况下,按总共聚单体重量百分率计,它的组成优选与组分B的剩余部分相同或至少类似(在±15wt%的范围内)。
这些ICP的优选熔体流动速率(“MFR”)取决于所需终用途,但通常在大约0.2dg/min到大约200dg/min,更优选大约5dg/min到大约100dg/min的范围内。值得注意的是,可以获得高MFR,即,高于50dg/min。ICP优选具有至少145℃,优选至少150℃,更优选至少152℃,和最优选至少155℃的熔点(Tm)。
ICP包括大约40wt%到大约95wt%组分A和大约5wt%到大约60wt%组分B,优选大约50wt%到大约95wt%组分A和大约5wt%到大约50wt%组分B,甚至更优选大约60wt%到大约90wt%组分A和大约10wt%到大约40wt%组分B。在最优选的实施方案中,ICP主要由组分A和B组成。总ICP的全部共聚单体(优选乙烯)含量优选是大约2wt%到大约30wt%,优选大约5wt%到大约25wt%,甚至更优选大约5wt%到大约20wt%,还更优选大约5wt%到大约15wt%共聚单体。
在另一个实施方案中,优选的抗冲共聚物组合物通过选择组分A和组分B,使得它们的折射指数(通过ASTM D542-00测定)的差值在±20%范围内,优选在±15%范围内,优选在±10%范围内,甚至更优选在±5%范围内来制备。该选择产生了具有突出的透明度的抗冲共聚物。在另一个实施方案中,优选的抗冲共聚物组合物通过选择组分A和NFP的共混物以及组分B和NFP的共混物,使得这些共混物的折射指数(通过ASTM D542-00测定)的差值在±20%范围内,优选±15%范围内,优选±10%范围内,甚至更优选±5%范围内来制备。
在又一个实施方案中,丙烯抗冲共聚物的在-29℃下用0.125英寸圆盘测试的加德纳冲击强度是20in-lb到1000in-lb,在另一个实施方案中是30in-lb到500in-lb,以及在又一个实施方案中是40in-lb到400in-lb。此外,丙烯抗冲共聚物的1%正割挠曲模量在一个实施方案中可以是100MPa到2300MPa,在另一个实施方案中是200MPa到2100MPa,和在又一个实施方案中是300MPa到2000MPa,其中合乎需要的聚烯烃可以具有任何挠曲模量上限与任何挠曲模量下限的任意组合。合乎需要的均聚物的熔体流动速率(MFR)(ASTM D1238,230℃,2.16kg)在一个实施方案中是0.1dg/min到2500dg/min,而在另一个实施方案中是0.3-500dg/min。
另一适合的聚烯烃包括聚丙烯均聚物或丙烯共聚物与塑性体的共混物。可用于本发明的塑性体可以被描述为具有0.85-0.915g/cm3的密度(ASTM D 4703方法B和ASTM D 1505-这些方法的第一种是在15℃/min的冷却速率下压塑,和第二种是用于密度测定的梯度密度柱)和0.10-30dg/min(ASTM D1238;190℃,2.1kg)的熔体指数(MI)的聚烯烃共聚物。在一个实施方案中,有用的塑性体是乙烯衍生的单元和至少一种C3-C10α-烯烃衍生的单元的共聚物,该共聚物具有低于0.915g/cm3的密度。存在于塑性体中的共聚单体(C3-C10α-烯烃衍生的单元)的量在一个实施方案中是2-35wt%,在另一个实施方案中是5-30wt%,在又一个实施方案中是15-25wt%,以及在再一个实施方案中是20-30wt%。
可用于本发明的塑性体具有在一个实施方案中0.10-20dg/min,在另一个实施方案中0.2-10dg/min,和在又一个实施方案中0.3-8dg/min的熔体指数。有用的塑性体的平均分子量在一个实施方案中是10,000-800,000,而在另一个实施方案中是20,000-70,000。有用的塑性体的1%正割挠曲模量在一个实施方案中是10MPa到150MPa,而在另一个实施方案中是20MPa到100MPa。此外,可用于本发明的组合物的塑性体具有在一个实施方案中30-80℃(第一熔融峰)和50-125℃(第二熔融峰),以及在另一个实施方案中40-70℃(第一熔融峰)和50-100℃(第二熔融峰)的熔融温度(Tm)。
可用于本发明的塑性体是乙烯衍生的单元和高级α-烯烃衍生的单元,比如丙烯,1-丁烯,1-己烯和1-辛烯的金属茂催化的共聚物,并且它在一个实施方案中含有足够的一种或多种这些共聚单体单元,以便获得0.860-0.900g/cm3的密度。合乎需要的塑性体的分子量分布(Mw/Mn)在一个实施方案中是1.5-5,而在另一个实施方案中是2.0-4。可商购塑性体的实例是EXACT4150,乙烯和1-己烯的共聚物,1-己烯衍生的单元占塑性体的18-22wt%,并具有0.895g/cm3的密度和3.5dg/min的MI(ExxonMobil Chemical Company,Houston,TX);和EXACT8201,乙烯和1-辛烯的共聚物,1-辛烯衍生的单元占塑性体的26-30wt%,并具有0.882g/cm3的密度和1.0dg/min的MI(ExxonMobil Chemical Company,Houston,TX)。
在另一个实施方案中,可用于本发明的聚合物包括具有低于50J/g的熔化热(通过差示扫描量热法(DSC)测定),低于20dg/min的熔体指数(MI)和/或≤20dg/min的MFR的丙烯的均聚物和无规共聚物,并且含有有规立构丙烯结晶度,优选全同立构的有规立构丙烯结晶度。在另一个实施方案中,聚合物是丙烯和选自乙烯、C4-C12α-烯烃和它们的组合中的至少一种共聚单体的无规共聚物。优选地,丙烯的无规共聚物包括2-25wt%聚合的乙烯单元,以该聚合物的总重量为基准计;具有窄组成分布;具有25-120℃,或35-80℃的熔点(Tm);具有上限为50J/g或25J/g和下限为1J/g或3J/g的熔化热;具有1.8-4.5的分子量分布Mw/Mn;以及具有低于20dg/min,或低于15dg/min的熔体指数(MI)。共聚物的分子间组成分布通过在溶剂中的热分级来测定。典型的溶剂是饱和烃例如己烷或庚烷。以下说明热分级工序。通常,大约75wt%,优选85wt%的共聚物作为一个或两个相邻的可溶性级分分离,共聚物的剩余部分在紧接的先前或后续的级分中分离。这些级分的每一个具有与共聚物的平均wt%共聚单体差不高于20%(相对),优选不高于10%(相对)的组成(wt%共聚单体例如乙烯或其它α-烯烃)。如果共聚物满足上述分级测试,则该共聚物具有窄组成分布。
尤其优选的可用于本发明的聚合物是由于有规立构丙烯序列而具有适中结晶度的弹性聚合物。该聚合物可以是:(A)丙烯均聚物,其中立构规整性以某些方式例如通过区域倒转(regio-inversion)而被破坏;(B)无规丙烯共聚物,其中丙烯立构规整性至少部分通过共聚单体而被破坏;或(C)(A)和(B)的组合。
在一个实施方案中,聚合物进一步包括非共轭二烯单体,以有助于共混物组合物的硫化和其它化学改性。存在于聚合物中的二烯的量优选低于10wt%,和更优选低于5wt%。二烯可以是任何非共轭二烯(它通常用于乙烯-丙烯橡胶的硫化),包括但不限于乙叉基降冰片烯,乙烯基降冰片烯和二环戊二烯。
在一个实施方案中,聚合物是丙烯和至少一种选自乙烯、C4-C12α-烯烃和它们的组合中的共聚单体的无规共聚物。在该实施方案的一个特定方面,共聚物包括下限1wt%、2wt%、5wt%、6wt%、8wt%或10wt%到上限20wt%、25wt%或28wt%的量的乙烯衍生的单元。该实施方案还包括以下限72wt%、75wt%或80wt%到上限99wt%、98wt%、95wt%、94wt%、92wt%或90wt%的量存在于共聚物中的丙烯衍生的单元。这些重量百分率以丙烯和乙烯衍生的单元的总重量为基准计;即,以等于100%的丙烯衍生的单元的重量百分率和乙烯衍生的单元的重量百分率的总和为基准计。聚合物的乙烯组成可以如下测定。在大约150℃或更高的温度下压制薄的均匀薄膜,然后固定在Perkin Elmer PE1760红外分光光度计上。记录样品从600cm-1到4000cm-1的完全光谱,并根据以下等式可计算乙烯的单体重量百分率:乙烯wt%=82.585-111.987X+30.045X2,其中X是在1155cm-1的峰高度与在722cm-1或732cm-1的峰高度(不论哪一个更高)的比率。聚合物中的其它单体的浓度还可以使用该方法测定。
分立的(discrete)分子量范围的共聚单体含量可以用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对用GPC收集的样品测定。一种这样的方法描述在Wheeler和Willis,Applied Spectroscopy,1993,第47卷,第1128-1130页中。不同但类似的方法同样可用于该目的,并且是本领域那些技术人员所已知的。
聚合物的共聚单体含量和序列分布可通过13C核磁共振(13CNMR)来测定,并且此类方法是本领域那些技术人员所公知的。
在一个实施方案中,聚合物是具有窄组成分布的无规丙烯共聚物。在另一个实施方案中,聚合物是具有窄组成分布和25-110℃的熔点的无规丙烯共聚物。所述共聚物被描述为无规的,因为对于包括丙烯、共聚单体和任选的二烯的聚合物,共聚单体残基的数目和分布与单体的无规统计聚合一致。在立构嵌段结构中,彼此相邻的任何一种类型的嵌段单体残基的数目大于由具有类似组成的无规共聚物中的统计学分布所预期的数目。具有立构嵌段结构的历史乙烯-丙烯共聚物具有与这些嵌段结构一致的乙烯残基的分布,而非单体残基在聚合物中的无规统计学分布。共聚物的分子内组成分布(即,无规度)可以通过13CNMR测定,其根据相邻的丙烯残基定位共聚单体残基。共聚物的分子内组成分布通过在溶剂中的热分级来测定。典型的溶剂是饱和烃例如己烷或庚烷。通常,大约75wt%,优选85wt%的共聚物作为一个或两个相邻的可溶性级分分离,该共聚物的剩余部分在紧接的先前或后续的级分中分离。这些级分的每一个具有与共聚物的平均wt%共聚单体差不高于20%(相对),优选不高于10%(相对)的组成(wt%共聚单体例如乙烯或其它α-烯烃)。如果共聚物满足上述分级测试,则该共聚物具有窄组成分布。为了生产具有所需无规度和窄组成的共聚物,如果(1)使用单中心金属茂催化剂,该催化剂仅允许第一和第二单体序列的单一统计学添加模式和(2)该共聚物在连续流动搅拌釜聚合反应器中充分混合,该反应器对于共聚物的基本上所有的聚合物链仅提供单一聚合环境,那么是有利的。
聚合物的结晶度可以按熔化热来表示。本发明的实施方案包括具有下限1.0J/g或3.0J/g到上限50J/g或10J/g的熔化热(通过DSC测定)的聚合物。
聚合物的结晶度还可以按结晶度来表示。聚丙烯的最高数量级的热能估计为207J/g。也就是说,100%结晶度等于207J/g。优选地,聚合物具有上限为65%、40%、30%、25%或20%和下限为1%、3%、5%、7%或8%的聚丙烯结晶度。
结晶度水平也反映在熔点上。这里所使用的术语“熔点”是最高峰,最高是指最大量的聚合物被反映,与上述在由DSC测定的主和副熔融峰中出现在最高温度下的峰相反。在本发明的一个实施方案中,聚合物具有单一熔点。通常,丙烯共聚物的样品会显示出与主峰相邻的副熔融峰,它们一起被视为单一熔点。这些峰的最高点被认为是熔点。这里的优选聚合物优选具有上限110℃、105℃、90℃、80℃或70℃到下限0℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃或45℃的由DSC测定的熔点。
可用于本发明的此类聚合物通常具有上限为5,000,000g/mol、1,000,000g/mol或500,000g/mol和下限为10,000g/mol、20,000g/mol或80,000g/mol的重均分子量(Mw),以及下限为1.5、1.8或2.0到上限为40、20、10、5或4.5的分子量分布Mw/Mn(MWD),有时称为“多分散性指数”(PDI)。在一个实施方案中,聚合物具有≤100,≤75,≤60或≤30的门尼粘度,ML(1+4)@125℃。这里使用的门尼粘度可以根据ASTM D1646作为ML(1+4)@125℃测定,除非另有规定。
在一些实施方案中,可用于本发明的聚合物可以具有下限为4或6到上限为8、10或12的立构规整度指数(m/r)。立构规整度指数,这里表示为“m/r”,通过13C核磁共振(NMR)测定。立构规整度指数m/r如在H.N.Cheng,Macromolecules,17,1950(1984)中所规定的那样计算。符号“m”或“r”描述了成对的邻接丙烯基团的立体化学性,“m”是指内消旋,而“r”是指外消旋。0到小于1.0的m/r比率通常描述了间同立构聚合物,1.0的m/r比率描述了无规立构材料,而大于1.0的m/r比率描述了全同立构材料。全同立构材料理论上可以具有接近无限大的比率,许多副产物无规立构聚合物具有获得大于50的比率的足够的全同立构含量。
在一个实施方案中,聚合物具有全同立构的有规立构丙烯结晶度。这里所使用的术语“有规立构”是指聚丙烯中或共混物,例如不包括任何其它单体例如乙烯的抗冲共聚物的聚丙烯连续相中的丙烯残基的绝大多数,即80%以上具有相同的1,2-插入,并且侧挂甲基的立体化学取向是相同的,即要么内消旋,要么外消旋。
说明本发明的实施方案的丙烯单元的立构规整度的辅助程序是使用三单元组立构规整度。聚合物的三单元组立构规整度是三个相邻丙烯单元的序列(由头-尾键合组成的链)的相对立构规整度,表示为m和r序列的二元组合。对于本发明的共聚物,它通常表示为规定的立构规整度的单元数与共聚物中的所有丙烯三单元组的比率。
丙烯共聚物的三单元组立构规整度(mm分数)可以由丙烯共聚物的13C NMR谱和下式来测定:
Figure A20058000469100351
其中PPP(mm),PPP(mr)和PPP(rr)表示由头-尾键合组成的以下三丙烯单元链中的第二单元的甲基获得的峰面积:
Figure A20058000469100352
丙烯共聚物的13C NMR谱如在US专利No.5,504,172中所述测定。与甲基碳区域(百万分之19-23(ppm))有关的谱可被分为第一区域(21.2-21.9ppm),第二区域(20.3-21.0ppm)和第三区域(19.5-20.3ppm)。在该谱中的各个峰参考杂志“Polymer”,第30卷(1989),第1350页中的文章来确定。在第一区域中,用PPP(mm)表示的三丙烯单元链中的第二单元的甲基发生共振。在第二区域中,用PPP(mr)表示的三丙烯单元链中的第二单元的甲基发生共振,而其相邻单元为丙烯单元和乙烯单元的丙烯单元的甲基(PPE-甲基)发生共振(在20.7ppm的附近)。在第三区域中,用PPP(rr)表示的三丙烯单元链中的第二单元的甲基发生共振,以及其相邻单元为乙烯单元的丙烯单元的甲基(EPE-甲基)发生共振(在19.8ppm的附近)。
三单元组立构规整度的计算在US专利No.5,504,172给出的技术中进行了概要说明。从第二区域和第三区域的总峰面积的峰面积减去丙烯插入(2,1和1,3)的误差的峰面积,可以获得基于由头-尾键合组成的3丙烯单元链(PPP(mr)和PPP(rr))的峰面积。因此,可以计算PPP(mm)、PPP(mr)和PPP(rr)的峰面积,从而可以测定由头-尾键合组成的丙烯单元链的三单元组立构规整度。
本发明的实施方案的优选聚合物具有≥75%,≥80%,≥82%,≥85%或≥90%的三丙烯单元的三单元组立构规整度(通过13C NMR测定)。
在本发明的实施方案中,聚合物优选具有≤20dg/min,≤7dg/min,≤5dg/min,或≤2dg/min的熔体指数(MI)。聚合物的MI的测定根据ASTM D1238(190℃,2.16kg)进行。在所述方法的这个变型中,收集在测试过程中挤出的一部分样品并称重。这通常被称为实验工序的变型1。样品分析在190℃下在样品预热1分钟后进行,以便在实验期间提供稳定温度。
在一个实施方案中,在本发明中使用的聚合物在WO00/69963,WO00/01766,WO99/07788,WO02/083753中被详细描述为“第二聚合物组分(SPC)”,并在WO00/01745中被更详细地描述为“丙烯烯烃共聚物”,为了US专利实施的目的,所有这些专利在本文全面引入供参考。
制备聚烯烃/NFP共混物
当用于与本发明的NFP共混时,适用于本发明的聚烯烃能够为任何物理形式。在一个实施方案中,反应器颗粒(定义为在任何加工工序之前从聚合反应器中分离出来的聚合物的颗粒)用来与本发明的NFP共混。反应器颗粒具有在一个实施方案中50μm-10mm,在另一个实施方案中10μm-5mm的平均直径。在另一个实施方案中,聚烯烃以粒料的形式存在,例如具有由反应器颗粒的熔体挤出所形成的1mm-10mm的平均直径。
在本发明的一个实施方案中,适于所述组合物的聚烯烃不包括聚丙烯与其它聚烯烃的物理共混物,尤其不包括聚丙烯与低分子量(500-10,000g/mol)聚乙烯或聚乙烯共聚物的物理共混物,即,低分子量聚乙烯或聚乙烯共聚物不被有意地以任何量加入到本发明的聚烯烃(例如聚丙烯均聚物或共聚物)组合物中,比如象在WO01/18109A1中的情况那样。
聚烯烃和NFP可以任何适当的方式共混,并通常共混以获得均匀的单相混合物。例如,它们可以在转鼓、静态混合器、间歇混合器、挤出机或它们的组合中共混。混合步骤可以作为用于制造制品的加工方法的一部分进行,例如在挤出机内或在注塑机械加工或纤维生产线上进行。
在本发明组合物的一个实施方案中,常规增塑剂,例如通常用于聚(氯乙烯)的增塑剂基本上不存在。尤其,基本上不存在如下的增塑剂:例如邻苯二甲酸酯、己二酸酯、偏苯三酸酯、聚酯和其它官能化增塑剂,例如在US3,318,835;US4,409,345;WO02/31044A1;和PLASTICS ADDITIVES499-504(Geoffrey Pritchard,ed.,Chapman&Hall 1998)中公开的那些。所谓“基本上不存在”是指这些化合物不被有意地加入到组合物中,并且如果存在的话,以低于0.5wt%的量存在。
在另一个实施方案中,油如环烷油和其它含芳族化合物的油以低于本发明的组合物的0.5wt%存在。还有,在又一个实施方案中,用于本发明的非官能化增塑剂基本上不含芳族结构部分和碳-碳不饱和键。芳族结构部分包括其分子具有苯、萘、菲、蒽等的环结构特征的化合物。所谓“基本上不含”是指不有意地将这些芳族化合物或结构部分加入到组合物中,并且如果存在的话,以低于组合物的0.5wt%存在。
在本发明组合物的另一个实施方案中,基本上不含常规增塑剂、弹性体或“相容剂”比如低分子量聚乙烯。尤其,基本上不含具有500-10,000的重均分子量的乙烯均聚物和共聚物。这种聚乙烯相容剂例如公开在WO01/18109A1中。所谓“基本上不含”是指不有意地将这些化合物加入到组合物中,如果存在的话,以低于5wt%,更优选低于4wt%,更优选低于3wt%,更优选低于2wt%,更优选低于1wt%,更优选低于0.5wt%的量存在,以聚烯烃、乙烯聚合物或共聚物和NFP的重量为基准计。
本发明的聚烯烃组合物还可以含有其它添加剂。这些添加剂包括助剂、油、增塑剂、粘连剂、抗粘连剂、色母料、加工助剂、中和剂、润滑剂、蜡、抗氧化剂、成核剂、酸清除剂、稳定剂、表面活性剂、抗腐蚀剂、空化剂、发泡剂、其它UV吸收剂比如断链抗氧化剂等、猝灭剂、抗静电剂、滑爽剂、颜料、染料、填料以及固化剂比如过氧化物。这些添加剂可以本领域公知的通常有效的量,例如以0.001-10wt%存在。优选地,工业上常用的染料和其它着色剂在一个实施方案中可以0.01-10wt%的量,而在另一个实施方案中以0.1-6wt%的量存在。适合的成核剂例如由H.N.Beck公开在Heterogeneous NucleatingAgents for Polypropylene Crystallization,11 J.APPLIED POLY.SCI.673-685(1967)和Heterogeneous Nucleation Studies onPolypropylene,21J.POLY.SCI.:POLY.LETTERS347-351(1983)中。适合的成核剂的实例是苯甲酸钠,2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠,2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸铝,二苄叉基山梨醇,二(对甲苯叉基)山梨醇,二(对乙基苄叉基)山梨醇,双(3,4-二甲基苄叉基)山梨醇,和N’,N’-二环己基-2,6-萘二羧酰胺,以及歧化松香酯的盐。以上名单用来举例说明包含在该配制料中的成核剂的适合选择。
尤其,抗氧化剂和稳定剂比如有机亚磷酸酯,位阻胺和酚类抗氧化剂可以在一个实施方案中以0.001-2wt%的量,在另一个实施方案中以0.01-0.8wt%的量,和在又一个实施方案中以0.02-0.5wt%的量存在于本发明的聚烯烃组合物中。适合的有机亚磷酸酯的非限制性实例是三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(IRGAFOS168)和二(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(ULTRANOX626)。位阻胺的非限制性实例包括聚[2-N,N’-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-己烷二胺-4-(1-氨基-1,1,3,3-四甲基丁烷)对称-三嗪](CHIMASORB944);双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(TINUVIN 770)。酚类抗氧化剂的非限制性实例包括四(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸季戊四醇酯(IRGANOX1010);和1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基-异氰脲酸酯(IRGANOX3114)。优选的抗氧化剂包括酚类抗氧化剂,例如Irganox1010,Irganox1076,二者购自Ciba-Geigy。
优选的油包括链烷烃或环烷烃油,例如可从法国巴黎的ExxonMobil Chemical France,S.A.购得的Primol352或Primol876。更优选的油包括脂族环烷油,白油等。
填料在一个实施方案中可以组合物的0.1-50wt%存在,在另一个实施方案中以0.1-25wt%存在,以及在又一个实施方案中以0.2-10wt%存在。合乎需要的填料包括但不限于二氧化钛,碳化硅,硅石(以及沉淀或非沉淀的硅的其它氧化物),氧化锑,碳酸铅,锌白,锌钡白,锆石,金刚砂,尖晶石,磷灰石,重晶石粉,硫酸钡,菱镁矿,炭黑,白云石,碳酸钙,水合或非水合的离子Mg、Ca、或Zn与Al、Cr或Fe和CO3和/或HPO4的滑石和水滑石化合物;石英粉,盐酸碳酸镁,玻璃纤维,粘土,氧化铝,和其它金属氧化物和碳酸盐,金属氢氧化物,铬,磷和溴化阻燃剂,三氧化二锑,硅石,聚硅氧烷,和它们的共混物。这些填料尤其可以包括本领域已知的任何其它填料和多孔填料及载体,并且在一个实施方案中可以具有在添加到聚烯烃中之前预接触或预吸附到填料中的本发明的NFP。
优选的填料、空化剂和/或成核剂包括二氧化钛,碳酸钙,硫酸钡,硅石,二氧化硅,炭黑,砂,玻璃珠,矿质集料,滑石,粘土等。
更具体地说,在本发明的一个实施方案中,NFP或NFP的某些部分可以与填料,最好多孔填料共混。NFP和填料例如可以通过转鼓或其它湿法共混装置来共混。在该实施方案中,NFP和填料共混达适于形成NFP和填料的均匀组合物的时间,理想地,在一个实施方案中是1分钟到5小时。该NFP/填料共混物然后可以与在本发明中使用的聚烯烃共混,以便进行聚烯烃的增塑。在另一个实施方案中,在将多孔填料与聚烯烃接触之前,可以将该填料与NFP或它的某些部分接触。在另一个实施方案中,多孔填料、聚烯烃和NFP同时接触(或在同一共混装置中)。在任何情况下,NFP可以以组合物的0.1-60wt%的量存在,和在另一个实施方案中以0.2-40wt%的量存在,以及在又一个实施方案中以0.3-20wt%的量存在。
脂肪酸盐还可以存在于本发明的聚烯烃组合物中。此类盐可以在一个实施方案中以组合物的0.001-1wt%的量存在,而在另一个实施方案中以0.01-0.8wt%的量存在。脂肪酸金属盐的实例包括月桂酸,硬脂酸,丁二酸,硬脂基乳酸,乳酸,邻苯二甲酸,苯甲酸,羟基硬脂酸,蓖麻油酸,环烷酸,油酸,棕榈酸,和芥酸,适合的金属包括Li,Na,Mg,Ca,Sr,Ba,Zn,Cd,Al,Sn,Pb等。优选的脂肪酸盐选自硬脂酸镁,硬脂酸钙,硬脂酸钠,硬脂酸锌,油酸钙,油酸锌和油酸镁。
在某些实施方案中,通过本发明生产的增塑聚烯烃可以与一种或多种其它聚合物,包括但不限于热塑性聚合物和/或弹性体共混。
所谓“热塑性聚合物”是指可以通过热熔化,且然后冷却时性能没有明显变化的聚合物。热塑性聚合物通常包括但不限于聚烯烃,聚酰胺,聚酯,聚碳酸酯,聚砜,聚缩醛,聚内酯,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂,聚苯醚,聚苯硫醚,苯乙烯-丙烯腈树脂,苯乙烯-马来酸酐,聚酰亚胺,芳族聚酮类,或以上的两种或更多种的混合物。优选的聚烯烃包括但不限于含有一种或多种线性、支化或环状C2-C40烯烃的聚合物,优选含有与一种或多种C3-C40烯烃,优选C3-C20α-烯烃,更优选C3-C10α-烯烃共聚的丙烯的聚合物。更优选的聚烯烃包括但不限于含有乙烯的聚合物,包括但不限于乙烯与C3-C40烯烃,优选C3-C20α-烯烃,更优选丙烯和/或丁烯的共聚物。
所谓弹性体是指所有天然和合成橡胶,包括在ASTM D1566中定义的那些。优选的弹性体的实例包括但不限于乙烯丙烯橡胶,乙烯丙烯二烯单体橡胶,苯乙烯嵌段共聚物橡胶(包括SI、SIS、SB、SBS、SIBS等,其中S=苯乙烯,I=异丁烯,和B=丁二烯),丁基橡胶,卤化丁基橡胶,异丁烯和对烷基苯乙烯的共聚物,异丁烯和对烷基苯乙烯的卤化共聚物,天然橡胶,聚异戊二烯,丁二烯与丙烯腈的共聚物,聚氯丁二烯,丙烯酸烷基酯橡胶,氯化异戊二烯橡胶,丙烯腈氯化异戊二烯橡胶,聚丁二烯橡胶(顺式和反式)。
在另一个实施方案中,含有NFP的共混物可以进一步与聚丁烯、乙烯-乙酸乙烯酯、低密度聚乙烯(密度0.915到低于0.935g/cm3)、线性低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯(密度0.86到低于0.90g/cm3)、极低密度聚乙烯(密度0.90到低于0.915g/cm3)、中密度聚乙烯(密度0.935到低于0.945g/cm3)、高密度聚乙烯(密度0.945到0.98g/cm3)、乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸甲酯、丙烯酸的共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯或任何其它可通过高压自由基方法聚合的聚合物、聚氯乙烯、聚1-丁烯、全同立构聚丁烯、ABS树脂、乙烯-丙烯橡胶(EPR)、硫化EPR、EPDM、嵌段共聚物、苯乙烯嵌段共聚物、聚酰胺、聚碳酸酯、PET树脂、交联聚乙烯、乙烯和乙烯醇的共聚物(EVOH)、芳族单体的聚合物例如聚苯乙烯、聚1-酯、聚缩醛、聚偏二氟乙烯、聚乙二醇和/或聚异丁烯中的一种或多种结合。优选的聚合物包括以EXCEEEDTM和EXACTTM的商品名从Exxon Chemical Company(Baytown,Texas)购得的那些。
在另一个实施方案中,增粘剂可以与本发明的增塑聚烯烃共混。有用的增粘剂的实例包括但不限于脂族烃树脂,芳族改性的脂族烃树脂,氢化聚环戊二烯树脂,聚环戊二烯树脂,松香,松香酯,木松香,木松香酯,妥尔油松香,妥尔油松香酯,聚萜烯类,芳族改性的聚萜烯类,萜烯酚醛树脂,芳族改性的氢化聚环戊二烯树脂,氢化脂族树脂,氢化脂族芳族树脂,氢化萜烯类和改性萜烯类,以及氢化松香酯。在一些实施方案中,增粘剂是氢化的。在其它实施方案中,增粘剂是非极性的。(非极性是指增粘剂基本上不含具有极性基团的单体。优选极性基团不存在,然而如果它们存在的话,它们优选以不超过5wt%,优选不超过2wt%,甚至更优选不超过0.5wt%的量存在)。在一些实施方案中,增粘剂具有80-140℃,优选100-130℃的软化点(环球法,通过ASTM E-28测定)。如果存在的话,增粘剂通常以大约1wt%到大约50wt%,更优选10-40wt%,甚至更优选20-40wt%的量存在,以共混物的重量为基准计。然而优选的是增粘剂不存在,或如果存在的话,以低于10wt%,优选低于5wt%,更优选低于1wt%的量存在。
更尤其,本发明的聚烯烃组合物的组分可以通过任何适合的方式共混,以形成增塑聚烯烃,后者然后适合于进一步加工成有用的制品。在本发明的一个方面,将聚烯烃和NFP在诸如挤出机或间歇混合器之类的装置中共混或熔体共混。聚烯烃还可以使用转鼓、双锥形掺混器、螺带式掺混器或其它适合的掺混器与NFP共混。在又一个实施方案中,聚烯烃和NFP用例如转鼓和随后在挤出机内的熔体共混的组合来共混。聚丙烯的挤出技术例如更详细地描述在PLASTICS EXTRUSIONTECHNOLOGY26-37(Friedhelm Hensen,ed.Hanser Publishers1988)和POLYPROPYLENE HANDBOOK304-308(Edward P.Moore,Jr.ed.,Hanser Publishers1996)中。
更尤其的是,本发明的聚烯烃组合物的组分可以通过使用可明显溶解两种组分的溶剂在溶液中通过任何适合的方式共混,以形成增塑聚烯烃。该共混可以在其中NFP和聚烯烃保留在溶液中的任何温度或压力下进行。优选的条件包括在高温下,例如在聚烯烃熔点以上20℃或更高,优选以上40℃或更高的温度下共混。例如,iPP通常与NFP在≥200℃,优选≥220℃的温度下进行溶液共混。这种溶液共混尤其可用于其中聚烯烃通过溶液方法制备和NFP直接加入到精加工机组(finishing train)中,而非在另一个共混步骤中一起加入到干燥聚合物中的方法。这种溶液共混还尤其可用于其中聚烯烃在本体或高压方法中制备的工艺,其中聚合物和NFP均可溶于单体中。与溶液方法一样,NFP直接加入到精加工机组中,而非在另一个共混步骤中一起加入到干燥聚合物中。
当用于与本发明的NFP共混时,适合用于本发明的聚烯烃可为任何物理形式。在一个实施方案中,反应器颗粒(定义为从聚合反应器中分离出来的聚合物的颗粒)用来与本发明的NFP共混。反应器颗粒具有在一个实施方案中为10μm-5mm,在另一个实施方案中为50μm-10mm的平均直径。可供选择地,聚烯烃以粒料的形式存在,例如具有由反应器颗粒的熔体挤出所形成的1mm-6mm的平均直径。
将NFP与聚烯烃共混的一种方法是将各组分在转鼓中接触,聚烯烃以反应器颗粒形式存在。这对于聚丙烯均聚物和无规共聚物是特别有效的。如果需要,这之后可在挤出机内熔体共混。将各组分共混的另一种方法是将聚烯烃粒料与NFP在挤出机或布拉本德混合机中直接熔体共混。
因此,在注塑各种制品的情况下,粒料的简单固态共混物与原料聚合物颗粒,颗粒与粒料,或两种组分的粒料的造粒熔体共混物同样适合,因为成型工艺包括原材料的再熔融和混合。然而在医疗器材的压塑工艺中,熔融组分发生了很小的混合,因此造粒熔体共混物比成分粒料和/或颗粒的简单固态共混物优选。本领域的那些技术人员能够确定用于共混聚合物的适当工序,以平衡对组成成分的均匀混合的需要与对工艺经济性的需要。
应用
本发明的所得增塑聚烯烃可以通过任何适合的方式,比如通过压延,浇铸,涂布,配混,挤出,发泡,层压,吹塑,压塑,注塑,热成型,压铸,浇铸成型,滚塑,流延(比如用于薄膜),纺粘或熔粘(比如用于纤维),或其它加工形式,例如在PLASTICS PROCESSING(Radian Corporation,Noyes Data Corp.1986)中所述的那些。更具体地说,对于生产共混物的物理方法,应该进行充分的混合以确保在转换为成品之前形成均匀的共混物。
本发明的组合物(和如上所述它们的共混物)可以用于任何已知的热塑性材料或弹性体应用。实例包括模塑件、薄膜、胶带、片材、管子、软管、片材、电线和电缆包皮、粘合剂、鞋底、保险杠、垫圈、波纹管、薄膜、纤维、弹性纤维、非织造织物、纺粘织物、密封剂、外科长袍和医疗器材的应用。
这些器材可以通过用于成型聚烯烃的任何有用的成型方式来制备或成型。这至少涵盖了模塑,包括压塑,注塑,吹塑和压铸;薄膜吹塑或流延;挤出和热成型;以及层压,拉挤成型,推出成型(protrusion),拉伸缩小(draw reduction),滚塑,纺粘,熔体纺丝,熔体喷射;或它们的组合。至少热成型或成膜法的使用可以获得由耐辐射材料的单轴或双轴取向产生的益处。
粘合剂
本发明的聚合物或它们的共混物可以单独或与增粘剂一起用作耐辐射粘合剂。优选的增粘剂是以上所述的那些。增粘剂通常以大约1wt%到大约50wt%的量存在,更优选以10-40wt%的量存在,甚至更优选以20-40wt%的量存在,以共混物的重量为基准计。还可以添加如上所述的其它添加剂。
本发明的耐辐射粘合剂可用于任何粘合剂应用,包括但不限于一次性用品,包装物,层压件,压敏粘合剂,标签,木材粘结,纸粘结,非织造织物、马路标志、反射涂层等。在一个优选实施方案中,本发明的粘合剂可用于一次性尿布和尿布底盘结构,一次性用品转化中的弹性连接,包装,标签,装订,木材加工和其它组装应用。尤其优选的应用包括:弹性婴儿尿布腿,尿布前带,尿布直立腿袖口,尿布底盘结构,尿布芯稳定结构,尿布液体转移层,尿布外罩层压结构,尿布松紧袖口层压结构,女性卫生巾芯稳定结构,女性卫生巾粘合带,工业过滤粘结,工业过滤材料层压结构,过滤罩层压结构,外科手术袍层压结构,外科手术单层压结构,和易腐产品包装物。
薄膜
上述组合物和它们的共混物可以成型为单层或多层薄膜。这些薄膜可以通过本领域已知的任何常规技术来形成,包括挤出、共挤出、挤出贴合、层压、吹塑和流延。薄膜可以通过平膜或管膜方法,随后在薄膜的平面上按单轴方向或两个相互垂直的方向取向来获得。薄膜的一个或多个层可以在横向和/或纵向上以相同或不同的程度取向。该取向可以在将各个层集合在一起之前或之后进行。例如,聚乙烯层可挤出贴合或层压到取向聚丙烯层上,或聚乙烯和聚丙烯可一起共挤出为薄膜,然后取向。同样,取向聚丙烯可以层压到取向聚乙烯上,或者取向聚乙烯可以贴合到聚丙烯上,然后任选可对该结合物进行进一步取向。通常,所述薄膜以至多15的比率,优选5-7的比率在纵向(MD)上取向,以及以至多15,优选7-9的比率在横向(TD)上取向。然而,在另一个实施方案中,薄膜在MD和TD方向上以相同的程度取向。
在另一个实施方案中,包括本发明的增塑聚烯烃组合物(和/或它们的共混物)的层可以与一个或多个其它层结合。该其它层可以是通常在多层薄膜结构中包括的任何层。例如,该其它层可以是:
1.聚烯烃
优选的聚烯烃包括C2-C40烯烃,优选C2-C20烯烃的均聚物或共聚物,优选α-烯烃和另一烯烃或α-烯烃的共聚物(对于本发明来说,乙烯被定义为α-烯烃),优选均聚乙烯,均聚丙烯,丙烯与乙烯和/或丁烯的共聚物,乙烯与丙烯、丁烯或己烯中的一种或多种和任选的二烯的共聚物。优选的实例包括热塑性聚合物,例如超低密度聚乙烯,极低密度聚乙烯,线性低密度聚乙烯,低密度聚乙烯,中密度聚乙烯,高密度聚乙烯,聚丙烯,全同立构聚丙烯,高度全同立构聚丙烯,间同立构聚丙烯,丙烯和乙烯和/或丁烯和/或己烯的无规共聚物,弹性体例如乙烯丙烯橡胶、乙烯丙烯二烯单体橡胶、氯丁橡胶,以及热塑性聚合物和弹性体的共混物,例如热塑性弹性体和橡胶增韧的塑料。
2.极性聚合物
优选的极性聚合物包括酯、酰胺、乙酸酯、酸酐的均聚物和共聚物,C2-C20烯烃例如乙烯和/或丙烯和/或丁烯与一种或多种极性单体例如乙酸酯、酸酐、酯、醇和/或丙烯酸类的共聚物。优选的实例包括聚酯、聚酰胺、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,和聚氯乙烯。
3.阳离子聚合物
优选的阳离子聚合物包括偕(germinally)二取代的烯烃,α-杂原子烯烃和/或苯乙烯类单体的聚合物或共聚物。优选的偕二取代的烯烃包括异丁烯,异戊烯,异庚烯,异己烯,异辛烯,异癸烯和异十一碳烯。优选的α-杂原子烯烃包括乙烯基醚和乙烯基咔唑,优选的苯乙烯类单体包括苯乙烯,烷基苯乙烯,对烷基苯乙烯,α-甲基苯乙烯,氯苯乙烯,和溴-对甲基苯乙烯。优选的阳离子聚合物的实例包括丁基橡胶,异丁烯与对甲基苯乙烯的共聚物,聚苯乙烯,和聚α-甲基苯乙烯。
4.混杂物
其它优选的层可以是纸,木材,纸板,金属,金属箔(例如铝箔和锡箔),镀金属的表面,玻璃(包括通过将氧化硅蒸发到薄膜表面上所施涂的氧化硅(SiO.x)涂层),织物,纺粘纤维,和非织造织物(尤其聚丙烯纺粘纤维或非织造织物),以及用油墨、染料、颜料等涂布的基材。
取决于预期应用,薄膜的厚度可以改变,然而厚度为1-250μm的薄膜通常是适宜的。打算用于包装的薄膜通常具有10-60μm厚。密封层的厚度通常是0.2-50μm。在薄膜或密封层的内表面和外表面上可以具有密封层,或者密封层可以仅仅存在于内表面或外表面上。
添加剂例如粘连剂、抗粘连剂、抗氧化剂、颜料、填料、加工助剂、UV稳定剂、中和剂、润滑剂、表面活性剂和/或成核剂也可以存在于薄膜中的一层或一个以上的层中。优选的添加剂包括二氧化硅,二氧化钛,聚二甲基硅氧烷,滑石,染料,蜡,硬脂酸钙,炭黑,低分子量树脂和玻璃珠。
在另一个实施方案中,一个或多个层可以用电晕处理、电子束辐射、γ射线辐射或微波辐射来改性。在一个优选的实施方案中,表层的一个或两个用电晕处理来改性。
本文所述的薄膜还可以包括基于聚合物和树脂重量的5-60wt%的烃树脂。所述树脂可以与密封层的聚合物结合,或者可以与芯层中的聚合物结合。所述树脂优选具有100℃以上,甚至更优选130-180℃的软化点。优选的烃树脂包括上述那些。含有烃树脂的薄膜可以在单轴或双轴方向上以相同或不同程度取向。
模塑产品
上述增塑聚烯烃组合物还可以用于通过任何模塑方法制备本发明的耐辐射的模塑产品,这些方法包括但不限于注塑、气助注塑、挤出吹塑、注射吹塑、注拉吹成型、压塑、滚塑、泡沫成型、热成型、片材挤出和型材挤出。模塑方法对于本领域的普通技术人员来说是公知的。
本文所述的组合物可通过本领域已知的任何适当方式成型为理想的终用途制品。热成型、真空成型、吹塑、滚塑、搪塑、压铸、湿铺料或接触成型、铸塑、冷成型对模成型、注塑、喷雾技术、型材共挤出或它们的组合是常用的方法。
热成型是将至少一种柔韧的塑料片材成型为所需形状的方法。这里描述了热成型程序的一个实施方案,然而这不应被认为是限制本发明组合物所能使用的热成型方法。首先,将本发明组合物的挤出薄膜(和任何其它层或材料)置于穿梭架上,以在加热过程中支撑它。穿梭架转位到烘箱内,该烘箱在成型之前预热薄膜。一旦薄膜被加热,穿梭架重新转位到成型模具。然后通过抽真空将该薄膜吸引到成型模具上,以使其处于适当位置并关闭成型模具。该成型模具可以是“阳模”或“阴模”类模具。使模具保持关闭,以冷却薄膜,然后打开该模具。然后从模具中取出成型的层压结构。
热成型通过在片材达到热成型温度,通常140-185℃或更高时应用真空、正气压、模塞助压真空成型或它们的组合和变型来完成。使用预拉伸鼓泡(bubble)步骤(尤其对于大型部件),以改进材料分布。在一个实施方案中,绞接架将加热的层压结构向成型阳模提升,通过从成型阳模中的孔口施加真空来助推。一旦该层压结构在成型阳模内坚固成型,然后冷却该热成型的层压结构(通常用鼓风机)。模塞助压成型通常用于小的深拉部件。模塞材料、设计和计时对于该工艺的优化是关键的。由绝缘泡沫制备的模塞避免了塑料的过早骤冷。模塞形状通常类似于模腔,但更小并没有部件细节。圆的模塞底部通常促进了平均材料分布和均匀的侧壁厚度。对于半结晶聚合物例如聚丙烯,快的模塞速度通常在部件中提供了最佳的材料分布。
然后在模具内冷却成型的层压结构。足以保持30-65℃的模具温度的冷却是理想的。在一个实施方案中,在顶出之前,部件温度低于90到100℃。为了获得良好的热成型特性,最低熔体流动速率的聚合物是理想的。然后从成型的层压结构上修剪掉过量的层压结构材料。
吹塑是另一种适合的成型方式,它包括注射吹塑,多层吹塑,挤出吹塑和拉吹成型,并且尤其适合于基本上封闭或中空的物品,例如气罐和其它流体容器。例如在CONCISE ENCYCLOPEDIA OF POLYMERSCIENCE AND ENGINEERING90-92(Jacqueline I.Kroschwitz,ed.,John Wiley&Sons1990)中更详细地描述了吹塑。
在成型方法的另一个实施方案中,可以使用型材共挤出。型材共挤出工艺参数如以上对于吹塑方法所述,只是模头温度(双区顶部和底部)是150-235℃,供料头为90-250℃,而水冷罐温度为10-40℃。
如下所述,描述了注塑方法的一个实施方案。将成型的层压结构放入到注塑模具内。关闭模具并将基材注入到模具内。基材在一个实施方案中具有200-300℃,在另一个实施方案中具有215-250℃的熔融温度,并且以2-10秒的注射速度注入到模具内。在注射后,将所述材料在预定时间和压力下保压或保持,以使该部件具有适当的尺寸和美观。典型时间是5-25秒,压力是1,380kPa-10,400kPa。模具在10-70℃冷却,以冷却该基材。温度将取决于所需的光泽和外观。取决于部件的厚度,典型的冷却时间为10-30秒。最后,打开模具,顶出成型复合制品。
同样,模制品可以通过将熔融聚合物注射到模具内来制备,该模具将熔融聚合物成型和固化为所需几何结构和厚度的模制品。片材可以通过由模头将基本上平整的型材挤出到骤冷辊上,或者可供选择地通过压延来制备。片材一般被认为具有10-100密尔(254-2540μm)的厚度,虽然片材可以比这厚很多。管子或管道可以通过型材挤出来获得,用于医疗、饮用水、土地排水应用等。型材挤出方法包括通过模头挤出熔融聚合物。然后用冷却水或冷却空气将该挤出的管子或管道固化为连续挤出制品。管子的外径通常为0.31-2.54cm,壁厚为254μm到0.5cm。管道的外径通常为2.54-254cm,壁厚为0.5-15cm。由本发明的一个变型的实施方案的产物制备的片材可以用来形成容器。这种容器可以通过热成型、固相压力成型、冲压和其它成型技术来形成。还可以将片材成型,用于覆盖地面或墙壁或其它表面。
在热成型方法的一个实施方案中,烘箱温度是160-195℃,烘箱中的时间为10-20秒,模头温度(通常阳模)为10-71℃。冷却(室温)成型的层压结构的最终厚度在一个实施方案中为10-6000μm,在另一个实施方案中为200-6000μm,在又一个实施方案中为250-3000μm,在还一个实施方案中为500-1550μm,合乎需要的范围是任何厚度上限与任何厚度下限的任意组合。
在注塑方法的一个实施方案中,其中基材被注塑到包括成型的层压结构的模具内,基材的熔融温度在一个实施方案中是230-255℃,在另一个实施方案中是235-250℃,填充时间在一个实施方案中为2-10秒,在另一个实施方案中为2-8秒,模具温度在一个实施方案中为25-65℃,在另一个实施方案中为27-60℃。在一个理想的实施方案中,基材处于足以熔融任何粘结层材料或背衬层的温度下,以粘结各层。
在本发明的又一个实施方案中,本发明的组合物可以使用吹塑操作固定于基材上。吹塑尤其可用于制备密封制品例如燃料罐和其它流体容器,运动场设备,室外家具和小的封闭结构的这类应用。在该方法的一个实施方案中,本发明的组合物通过多层模头挤出,随后将未冷却的层压结构放入到模具的型坯内。然后关闭具有阳型或阴型内部的模具,将空气吹入到模具内,形成部件。
本领域的那些技术人员理解,取决于所需的结果,以上列举的步骤可以改变。例如,本发明的组合物的挤出片材可以直接热成型或吹塑而不用冷却,因此省去了冷却步骤。其它参数也可以改变,以便获得具有所需特征的最终复合制品。
非织造织物和纤维
上述增塑聚烯烃组合物还可以通过任何非织造织物和纤维制造方法用于制备耐辐射的非织造织物和纤维,这些方法包括但不限于熔体喷射、纺粘、薄膜开孔(aperturing),和短纤维梳理,优选使用长丝方法或使用纺粘方法。纺粘通常包括通过喷丝板挤出纤维。这些纤维然后使用高速空气拉伸,再铺设在连续带上。然后通常使用压延辊来加热该幅材并使纤维彼此粘结,但可以使用其它技术,例如声波粘结和粘合剂粘结。
耐辐射应用
性能提高的本文所述的增塑聚烯烃组合物可用于需要耐辐射性的各种各样的应用,包括诸如炊具、储器、玩具、医疗器材、可灭菌的医疗器材、灭菌容器、非织造纤维和织物(包括由此制备的制品,例如铺巾、长袍、过滤器、卫生产品、尿布和薄膜)、取向薄膜、包装薄膜、农用薄膜、片材、板条箱、容器、包装物、电线和电缆外套、管道、土工膜、运动设备、管子、管道、型材、仪器样品夹和样品陈列窗、室外家具(例如庭园家具)和运动场设备。本发明的耐辐射增塑聚烯烃可以通过注塑、挤出、热成型、发泡、吹塑、压铸、纺粘、熔体喷射、纤维纺丝、取向薄膜拉伸、压塑、压铸;薄膜吹塑、薄膜流延、层压、拉挤成型,推出成型,拉伸缩小,滚塑,纺粘,熔体纺丝,或它们的组合和其它普通加工方法制造成这些制品。至少热成型或成膜法的使用具有允许由耐辐射材料的单轴或双轴取向产生的误差的可能性的益处。
在一个优选实施方案中,本发明的增塑聚烯烃组合物可用于医疗和食品包装与相关应用,以及用于制备可灭菌的制品本身。在一个优选实施方案中,由本发明的组合物制备的耐辐射和/或可灭菌制品包括:制品,例如储器,医疗器材,可灭菌的医疗器材,灭菌容器,非织造纤维和织物(包括由此制备的制品,例如铺巾,长袍,过滤器,卫生产品,尿布和薄膜),取向薄膜,包装薄膜,片材,容器,包装物,电线和电缆外套,管道,管子,医用管子,仪器样品夹和样品陈列窗,实验室器具,例如用于培养物生长的滚瓶和培养瓶。
在一个特别优选的实施方案中,由本发明的组合物制备的耐辐射和/或可灭菌的制品包括:制品,例如液体贮藏容器,如用于血液或溶液的储存和静脉内(IV)输注的袋,小包,和瓶子;包装材料,包括用于任何医疗器材或药物的那些,包括单位剂量容器,或其它的型罩或泡罩包装,以及用于包封或贮存在照射下保存的食品的容器。
在一个特别优选的实施方案中,由本发明的组合物制备的耐辐射和/或可灭菌的制品包括:用于任何医疗器材的医用管子和阀门,包括输注用具,导管,和呼吸性治疗设备,以及用于被照射的医疗器材或食品的包装材料,包括托盘以及储存液体,尤其水、牛奶或果汁的容器,包括单份食品容器和大容量储存容器以及输送工具如管子,管道等等。
本发明的耐辐射材料的有用应用包括食品包装材料,包括:薄膜和自支撑多层结构,所述结构包括:1)金属箔,2)纤维素材料,3)不透明塑料薄膜,或它们的结合物。这当然包括简单的包装薄膜,用于泡罩或型罩包装的薄膜,以及可用于生产称为“液体箱(liquid-box)”的容器以及其它有用的袋子、瓶或混合型容器的材料。有用的食品包装材料可以通过挤出、吹塑、层压或它们的组合来形成。
由本发明的耐辐射材料制备的优选医疗器材包括适于以下用途的那些:1)静脉内(IV)用途,2)药剂的运输、储存、分配或它们的结合,3)外科用途,4)医学检验,5)培养物生长、制备、检验或它们的结合,6)其它实验室操作或7)以上的结合。此类医疗器材包括诸如以下的产品:1)静脉内导管,探测器,扩张设备例如动脉“球囊”,或它们的结合物,2)静脉内流体容器或分配器,静脉内管子,静脉内阀门,静脉内注射口,单位剂量包装,注射器或注射针筒,或它们的结合物,3)镊子,外科仪器的把手或支架,外科探测器,刮匙,夹紧或打捆装置,牵引器,活组织取样器,长袍,铺巾,面罩,过滤器,过滤膜,帽子,长靴或它们的结合物,4)窥器,探测器,牵引器,镊子,刮器,取样器或它们的结合物,5)培养皿,培养瓶,试管,涂片(smear slide),涂片(smear)或样品容器,或它们的结合物。可以使用本发明的耐辐射材料制备的有用的医疗器材的其它具体例子包括一次性和可再使用的皮下注射器,尤其针筒和柱塞部件。这当然包括用于药物包装和输送的预装填皮的下注射器以及注射器的辅助部件,包括针头接口和针套。这还包括非肠道给药用具包的部件,包括阀、套管毂、接头和套管罩。还包括导管的部件,尤其套管毂、接头和套管罩。还可以生产有用的实验室器具,包括试管、培养管和离心管以及真空血液收集管和辅助部件,包括针接头/夹持器,还有罩以及药瓶、帽和密封件。测量装置例如点滴器,滴眼器,移液管,带刻度的进料管,量筒和滴定管以及婴儿或残疾人奶瓶和奶瓶持器也可以有效地通过用本发明来制备。
在一个优选实施方案中,以上制品由聚丙烯和一种或多种NFP的共混物来制备。优选的聚合物(包括优选的丙烯聚合物)包括庚烷不溶物含量为大约88-99%,优选大约90-97%的那些。
在另一个特别优选的实施方案中,这里使用的丙烯聚合物是丙烯和乙烯的无规共聚物,其中乙烯以至多15wt%(基于共聚物的重量),优选1-10wt%,更优选1.5-5wt%,更优选2-4wt%的量存在,且该聚合物具有0.1-2500dg/min,优选0.2-500dg/min,优选0.3-200dg/min,优选1-100dg/min,优选5-50dg/min的熔体流动速率(MFR)。
在一个优选实施方案中,本发明的灭菌制品包括重均分子量为10,000-400,000和分子量分布(Mw/Mn)为1-9,优选重均分子量为40,000-300,000和分子量分布为1-6,优选重均分子量为50,000-200,000和分子量分布为1-4的聚丙烯。
由本发明的共混物制备的制品与单独的聚丙烯的其它方面相同的配制料相比,在接触灭菌剂量的高能辐射时表现出改进的耐变色和脆变性能。
在一些实施方案中,本发明的组合物进一步与用于增强耐辐射性的添加剂共混。优选的添加剂的实例包括位阻胺光稳定剂(HALS),例如2,2,4,4-四甲基哌啶衍生物,例如分别以Chimassorb944LD,Tinuvin770和Tinuvin622LD的商品名由Ciba-Geigy Corporation出售的N,N-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺,双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯,以及丁二酸二甲酯与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-乙醇的反应产物。HALS优选以配制料的0.01-0.5wt%,优选0.02-0.25wt%,和最优选0.03-0.15wt%的量使用。
在一些实施方案中,本发明的组合物进一步与用于进一步提高耐辐射性的添加剂共混。优选的添加剂的实例包括次级抗氧化剂,例如硫代二丙酸酯和亚磷酸酯类的那些。硫代二丙酸酯的优选例子是可从Deer Polymer Corporation购买的硫代二丙酸二硬脂基酯(DSTDP)和硫代二丙酸二月桂酯(DLTDP)。亚磷酸酯的优选例子是三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯,分别可作为Irgafos168从Ciba-Geigy Corporation购得和作为Ultranox626从General Electric Specialty Chemicals购得。这类添加剂可以任选以配制料的至多1wt%,优选0.01-0.50wt%的量包含在主题共混物中。优选地,如果使用,它们以配制料的0.02-0.25wt%,最优选以配制料的0.03-0.15wt%的量添加。
在某些实施方案中,本发明的组合物进一步与用于提高耐辐射性的添加剂共混。优选的添加剂的例子包括为了给本发明的共混物提供透明性而引入的从称为有机成核剂的一大类化合物中选择的添加剂。在该类中,有各种各样的化学组分,包括但不限于苯甲酸和其它有机酸的盐,部分酯化磷酸的盐,和二苄叉基山梨醇。由于其强大的透明化效果,最优选的是二苄叉基山梨醇。最优选的是双-4-甲基苄叉基山梨醇和双-3,4-二甲基苄叉基山梨醇,它们分别以Millad3940和Millad3988的商品名从Millken Chemical Company购买。当在主题材料的配制料中包括时,这些透明化成核剂以组合物的0.05-1.0wt%,优选0.1-0.5wt%,和最优选0.15-0.35wt%的量使用。
在所有以上情况下,所述添加剂可以作为共混物的主聚合物组分的一部分或本身作为加入到共混物中的附加组分引入到本发明的共混物中。
在一个优选实施方案中,聚烯烃是聚丙烯,NFP是PAO,将该共混物成型为制品,此后进行辐射。优选的已经接触灭菌量的辐射的包括本发明的共混物的制品包括薄膜、片材、纤维、织造和非织造织物、管子、管道、汽车组件、家具、运动设备、食品储存容器、透明和半透明制品、玩具、管子和管道以及医疗器材。
作为聚合材料本身或作为制品,例如注射器或包装薄膜的本发明的增塑聚烯烃组合物可以通过让该聚合物接触灭菌量的高能辐射来灭菌。高能辐射可由如下各种来源的任何一种提供:包括β辐射(例如来自电子束),或γ辐射(例如来自钴-60源),高能电子和X射线。一般,灭菌辐射剂量为大约0.5-5.0兆拉德(MRad),典型剂量是1.0-3.5兆拉德。应该理解的是,可以使用更高的剂量,例如高达10兆拉德,但通常不必要。
在一个优选实施方案中,灭菌制品显示出增高的耐辐射性,这通过在用高达10MRad的γ或β辐射处理后加德纳冲击强度比接触相同辐射剂量的由单独聚丙烯制备的相同制品高至少20%,优选高至少50%,更优选高至少100%,更优选高至少200%,更优选高至少300%来证明。
在一个优选实施方案中,所生产的灭菌制品表现出增高的耐辐射性,这通过以所存在的每一百分率的非官能化增塑剂为基准,在用高达10MRad的γ或β辐射处理后加德纳冲击强度比接触相同辐射剂量的由单独聚丙烯制备的相同制品高至少20%,优选所存在的每一百分率的非官能化增塑剂高至少50%,更优选所存在的每一百分率的非官能化增塑剂高至少100%,更优选所存在的每一百分率的非官能化增塑剂高至少200%,更优选所存在的每一百分率的非官能化增塑剂高至少300%来证明。
测试方法
流体性能
运动粘度(KV)通过ASTM D445测定。粘度指数(VI)通过ASTMD2270测定。倾点通过ASTM D97测定。数均分子量(Mn)可通过气相色谱法(GC)测定,如在“Modern Practice of Gas Chromatography”,R.L.Grob和E.F.Barry,Wiley-Interscience,第3版(1995年7月)中所述;或通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定,如在“Modern SizeExclusion Liquid Chromatographs”,W.W.Yan,J.J.Kirkland,和D.D.Bly,J.Wiley&Sons(1979)中所述;或通过ASTM D2502测定;或通过凝固点降低来测定,如在“Lange’s Handbook ofChemistry”,第15版,McGrawHill中所述。平均碳数(Cn)通过Cn=Mn/14由Mn计算。
熔体流动速率
熔体流动速率(MFR)根据ASTM D1238在230℃下,在2.16kg的负载下测定,除非另有规定。MFR的单位是“g/10min”或等同单位“dg/min”。
机械性能
室温下的拉伸性能(23±2℃)根据ASTM D638测定,包括杨氏模量(还称为弹性模量),屈服应力(还称为屈服拉伸强度),屈服应变(还称为屈服伸长率),断裂应力(还称为断裂拉伸强度)和断裂应变(还称为断裂伸长率)。注塑拉伸试条是ASTM D638I型或IV型几何形状,在2英寸/分钟的速度下测试。
室温下的挠曲性能(包括1%正割模量)根据ASTM D790A采用2英寸支撑间距测定。
缺口艾佐德冲击强度根据ASTM D256在室温下测定。使用TMI艾佐德冲击试验机。通过将注塑ASTM D790“模塑材料(热塑性和热固性)”试条切割成两半或从注塑ASTM D638I型拉伸试条中切割出中间部分来制备试样。
室温下的加德纳冲击强度根据ASTM D5420对注塑圆盘(3.5英寸直径×0.125英寸厚度)进行测定。
热挠曲温度(HDT)根据ASTM D648在66psi负载下对注塑挠曲试条进行测定。
颜色
采用Hunter Color Quest XE色度计CQX2391(Hunter AssociatesLaboratories,Inc.)对压塑圆盘测定颜色。该测试按照由仪器制造商开发的程序,参考ASTM E1164来进行。测量使用D/65发光体(光源),10度观察器和处于封闭位置的端口来进行。具有可比的相对结果的其它色标和测量仪器可以取代这种类型的色度计。关于这里使用的亨特“B”标度,0.0被认为是纯白色。负值表示较蓝的颜色;正值表示较黄的颜色。与纯白色的偏离随亨特“B”标度的绝对值而增加。一般,白色聚合物比黄色聚合物更理想。
排放测试
流体在树脂中的持久性采用TGA保留测试来评价。采用Perkin-Elmer TGA7来测定样品在氮气氛围中的重量减轻。通过压塑制备厚度10密尔和重量5毫克的试样,然后放入样品持器内(位于测试腔室内,在测试的整个过程中用氮气吹扫)。然后以200℃/min的速度将测试腔室内的温度从室温陡升到200℃,然后在200℃下保持120分钟。记录随时间的重量改变。通过TGA保留率%=(总重量%损失)/(液体的初始重量分数)来测定120分钟后在树脂中保留的流体的百分率。
动态力学热分析
使用动态力学热分析(DMTA)测定玻璃化转变温度(Tg)。该测试提供了关于在包括玻璃化转变区和熔融前的粘弹区的温度范围内样品随温度变化的小应变力学响应(松弛特性)的信息。
通常,使用三点弯曲构型(TA Instruments DMA2980)来测试样品。将实心长方形压塑试条放置在两个固定支撑物上;一个可移动的夹子以1Hz的频率和20μm的幅度对样品中点施加周期性变形。首先将样品冷却到-130℃,然后以3℃/min的加热速率加热到60℃。在某些情况下,使用其它变形构型,即双悬臂弯曲和拉伸伸长来测试压塑试条(Rheometrics RSAII)。在这些构型下的周期性变形以1Hz的频率和0.05%的应变幅度来施加。将样品冷却到-130℃,然后以2℃/min的速率加热到60℃。加热速率的轻微差别不会显著影响玻璃化转变温度测量。
这些DMTA实验的输出是储能模量(E’)和损耗模量(E’’)。储能模量测定弹性响应或材料储存能量的能力,而损耗模量测定粘性响应或材料消散能量的能力。Tanδ是E”/E’的比率,其提供了材料的阻尼能力的衡量标准。宽玻璃化转变(β-松弛)的开始被确定为Tanδ峰的外推切线。另外,还测定了峰温度和峰下面积,以更充分地表征从玻璃状到粘弹性区域的转变。
差示扫描量热法
使用差示扫描量热法(DCS)测定结晶温度(Tc)和熔融温度(Tm)。该分析采用TA Instruments MDSC2920或Perkin Elmer DSC7进行。通常,将6-10mg的模塑聚合物或增塑聚合物在铝锅内密封,并在室温下装载到该仪器中。熔融数据(一次加热)通过以10℃/min的加热速率将样品加热到其熔融温度以上至少30℃来获取。这提供了关于在模塑条件下的熔融特性的信息,它可受热历史以及任何模具内取向或应力的影响。然后将样品在该温度下保持10分钟,以破坏其热历史。结晶数据通过以10℃/min的冷却速率将样品从熔体冷却到结晶温度以下至少50℃来获取。然后将样品在25℃下保持10分钟,最后以10℃/min的速率加热,以获取另外的熔融数据(二次加热)。这提供了在控制热历史后并且不具有潜在模内取向和应力效应的熔融特性的信息。分析转变开始时和峰温度的吸热熔融转变(一次和二次加热)和放热结晶转变。除非另有规定,在表中报告的熔融温度是来自二次加热的峰熔融温度。对于显示了多个峰的聚合物,报告较高的熔融峰温度。
曲线下面积用来测定熔化热(ΔHf),它可用来计算结晶度。使用207J/g的值作为100%的结晶聚丙烯的平衡熔化热(由B.Wunderlich,“Thermal Analysis”,Academic Press,第418页,1990获得)。结晶度百分率使用式[曲线下面积(J/g)/207(J/g)]×100来计算。
聚合物的尺寸排阻色谱法
分子量分布使用尺寸排阻色谱法(SEC)来表征。分子量(重均分子量Mw和数均分子量Mn)使用高温尺寸排阻色谱仪来测定(出自WatersCorporation或Polymer Laboratories),该色谱仪安装了差示折射指数检测器(DRI)、在线光散射检测器和粘度计。以下没有说明的实验细节(包括怎样校准检测器)在T.Sun,P.Brant,R.R.Chance和W.W.Graessley,Macromolecules,Vol.34,No.19,6812-6820(2001)中有述。
使用三根Polymer Laboratories PLgel10mm Mixed-B柱子。标称流量是0.5cm3/min,而标称注射体积是300μL。各转移管路、柱子和差示折射计(DRI检测器)被装在保持于135℃的烘箱内。
用于SEC实验的溶剂通过将6g的丁基化羟基甲苯作为抗氧化剂溶解于4L的Aldrich试剂级1,2,4-三氯苯(TCB)中来制备。该TCB混合物然后用0.7μm玻璃预滤器过滤,随后用0.1μm特氟隆过滤器过滤。然后将TCB在进入SEC之前用在线脱气器脱气。
聚合物溶液通过将干燥聚合物投入到玻璃容器内,添加所需量的TCB,然后在连续搅拌下将该混合物在160℃下加热大约2小时来制备。所有量按重量测定。用于表示聚合物浓度的TCB密度(质量/单位体积)在室温下是1.463g/ml,在135℃下是1.324g/ml。注射浓度是1.0-2.0mg/ml,其中下限浓度用于较高分子量样品。
在测试各样品之前,吹扫DRI检测器和注射器。然后将装置中的流量增加到0.5ml/min,并且在注入第一样品之前让DRI稳定8-9小时。LS激光器在测试样品之前打开1-1.5小时。
在色谱仪的每一位置处的浓度c使用以下方程式由即基线减去的DRI信号IDRI来计算:
c=KDRIIDRI/(dn/dc)
其中KDRI是通过校准DRI确定的常数,以及(dn/dc)与以下对于LS分析所述的相同。在SEC方法的该说明中的参数单位应使得浓度以g/cm3表示,分子量以g/mol表示,和特性粘度以dL/g表示。
所使用的光散射检测器是Wyatt Technology High Temperaturemini-DAWN。在色谱仪的各个位置处的聚合物分子量通过使用静态光散射的Zimm模型分析LS输出来测定(M.B.Huglin,LIGHT SCATTERINGFROM POLYMER SOLUTION,Academic Press,1971)
K o c ΔR ( θ ) = 1 MP ( θ ) + 2 A c c
其中ΔR(θ)是测定的在散射角θ下的超瑞利散射强度,c是由DRI分析测定的聚合物浓度,A2是第二位力系数,P(θ)是单分散无规线圈(在以上参考文献中所述的)的形态因子,以及K0是系统的光学常数:
K o = 4 π 2 n 2 ( dn / dc ) 2 λ 4 N A
其中NA是阿伏伽德罗数值,以及(dn/dc)是系统的折射指数增量。在135℃和λ=690nm的情况下,TCB的折射指数n=1.500。另外,丙烯聚合物的A2=0.0006,和丁烯聚合物的A2=0.0015;丙烯聚合物的(dn/dc)=0.104,和丁烯聚合物的(dn/dc)=0.098。
使用Viscotek Corporation高温粘度计,其具有以带有两个压力传感器的惠斯通电桥构型配置的四个毛细管。一个传感器测量横跨检测器的总压降,位于桥两侧的另一个传感器用于测定压差。流经粘度计的溶液的比粘度ηs由它们的输出来计算。在色谱仪的各个位置处的特性粘度[η]由以下方程式计算:
ηs=c[η]+0.3(c[η])2
其中c由DRI输出来测定。
支化指数(g’)使用SEC-DRI-LS-VIS方法的输出如下所示进行计算。样品的平均特性粘度[η]avg通过下式计算:
[ η ] avg = Σc i [ η ] i Σc i
其中总和是在积分极限之间的所有色谱层i上进行的。支化指数g’被定义为:
g ′ = [ η ] avg kM v α
其中丙烯聚合物的k=0.0002288和α=0.705,而丁烯聚合物的k=0.00018和α=0.7。Mv是基于由LS分析测定的分子量的粘度平均分子量。
13C-NMR光谱法
聚合物微结构通过13C-NMR光谱法测定,包括全同立构和间同立构二单元组([m]和[r]),三单元组([mm]和[rr])和五单元组([mmmm]和[rrrr])的浓度。将样品溶解在d2-1,1,2,2-四氯乙烷中。使用75或100MHz的NMR光谱仪在125℃下记录光谱。聚合物共振峰参考mmmm=21.8ppm。在聚合物用NMR的表征中涉及的计算按照F.A.Bovey在“Polymer Conformation and Configuration”(Academic Press,New York 1969)中的著作和J.Randa11在“Polymer SequenceDetermination,13C-NMR Method”(Academic Press,New York,1977)中的著作进行。长度为2的亚甲基序列的百分率,%(CH2)2,如下计算:在14-18ppm之间的甲基碳的积分(它们在浓度上等于长度为2的序列中的亚甲基数)除以在45-49ppm之间的长度为1的亚甲基序列的积分和在14-18ppm之间的甲基碳的积分的总和,再乘以100。这是在2或2以上的序列中含有的亚甲基的量的最小计算值,因为大于2的亚甲基序列已经被排除。以H.N.Cheng和J.A.Ewen,Makromol.Chem.1989,190,1931为基础来确定。
加工方法
共混
本发明的组分可通过任何适当的方式共混。例如,它们可以在足以获得增塑剂在聚合物中的充分分散的静态混合机、间歇混合机、挤出机或它们的组合中共混。混合步骤可以包括首先例如使用转筒共混机干混。它还可以包括“母料”方法,其中最终增塑剂浓度通过将纯聚合物与适量的先前以较高的增塑剂浓度制备的增塑聚合物混合来获得。分散可以作为用于制造制品的加工方法的一部分进行,例如在注塑机或吹塑薄膜生产线上的挤出机内进行。
采用两种通用方法来形成增塑共混物的实例。第一种方法,称为挤出机方法,包括将聚合物颗粒或粒料与适量的增塑剂和添加剂包装(例如包括抗氧化剂)在转筒共混机内“干混”,以便以所需增塑剂和添加剂浓度均匀混合各组分。这之后是使用挤出机(单螺杆或双螺杆)在高于聚合物熔点的适宜挤出温度下将共混物配混和造粒。
第二种方法,称为布拉本德(Brabender)方法,包括在加热的C.W.Brabender Instruments Plasticorder中将聚合物粒料与增塑剂混合,以获得具有所需增塑剂浓度的均匀熔体。布拉本德混合机安装了Prep-Mixer头(大约200cm3体积)和辊式叶片。操作温度在聚合物的熔点以上,通常在180-200℃的范围内。聚合物首先在布拉本德混合机中在60RPM下熔融。然后,在混合的同时,缓慢添加流体,以防止在熔融聚合物中汇集。然后在氮气吹扫下,将共混物在60RPM下混合5分钟。打开布拉本德混合机,从混合头和叶片中尽可能快地排出熔体,并使之固化。对于后来进行注塑的那些共混物,采用铡断机将由布拉本德混合机获得的物料碎片切割成更小的碎片,然后采用Wiley Mill研磨成甚至更小的碎片。
注塑
按照ASTM D4101采用Van Dorn(70吨)或Nissei(20吨)注塑设备模制ASTM系列拉伸试条、挠曲试条和冲击圆盘。当采用Nissei设备时,与ASTM D4101有以下偏差:ASTM D638IV型拉伸试条和ASTMD790挠曲试条采用40℃的模塑温度和30秒的注塑时间来模制。
压塑
以下是典型压塑程序的说明。将所要模制的材料置于加热压机中的两片聚酯(Mylar)之间,其中压板在190-200℃之间保持至少5分钟。调节所用样品的压力和重量,使得薄膜样品的厚度接近4密尔。
辐射和老化
模制试样用出自STERIS Isomedix Services(Morton Grove,IL)的60Co(钴-60同位素)源在大约1MRad/hr速率下进行γ辐射处理。通过将样品在60℃的烘箱内放置2-3天来进行加速老化。
测定共混物中的NFP含量的方法
方法1:萃取
测定共混物中的NFP的量的一种方法是索格斯利特(Soxhlet)萃取,其中至少大部分的NFP用回流正庚烷萃取。还需要分析基础聚合物,因为它可能含有可溶于回流正庚烷的低分子量和/或无定形材料。增塑剂在共混物中的水平如下所述通过基础聚合物的可萃取物水平来校准其可萃取物水平(重量百分率)来测定。
索格斯利特萃取装置由具有增宽的溢流管(用于防止虹吸和提供恒流萃取)的400ml索格斯利特萃取器;装配在主索格斯利特腔室内的金属网笼;置于网笼内的索格斯利特萃取套管(Whatman,单一厚度,纤维素);具有冷却水和排水管的冷凝器;和具有适当尺寸的搅拌棒和加热外罩的单颈1000ml圆底烧瓶组成。
所述工序如下所示。在95℃烘箱内将索格斯利特套管干燥~60分钟。在烘箱中取出后直接称重该干燥套管;将该重量记录为A:前期套管重量(g)。将15-20g的样品(粒料或研磨粒料形式)称出到套管内;记录为B:聚合物重量(g)。将含有聚合物的套管放入到索格斯利特装置中。将大约300ml的HPLC级正庚烷倒入带有搅拌棒的圆底烧瓶内,并用加热外罩固定该烧瓶。将圆底烧瓶、索格斯利特装置和冷凝器串联。通过冷凝器的中心,将更多的正庚烷向下倒入索格斯利特主腔室内,直到溶剂平面刚好低于溢流管的顶部。开启冷却水到冷凝器中。开启加热外罩,并调节设置值,以在圆底烧瓶内产生翻滚沸腾和保持良好的回流。回流16小时。关掉加热,但冷却系统开启。将该系统冷却到室温。拆开该装置。取出套管,并用少量的新鲜正庚烷冲洗。在实验室通风柜内风干,随后在95℃下烘箱干燥90分钟。在从烘箱内取出后直接称重含有聚合物的套管;记录为C:后期聚合物/套管重量(g)。
通过计算样品的重量减轻测定萃取物的量,W=(A+B-C)(g)。然后通过E=100(W/B)计算可萃取物水平E(重量百分率)。共混物中的增塑剂含量P(重量百分率)通过P=E(共混物)-E(基础聚合物)来计算。
方法2:结晶分析分级(CRYSTAF)
测定共混物中的NFP的量的另一种方法是采用结晶分析分级(CRYSTAF)技术来分级。该技术包括在高温下将样品溶解在溶剂中,然后缓慢冷却该溶液,以便根据溶解度分级样品。对于半结晶样品(包括共混物),溶解度主要取决于结晶能力:与结晶度较低的样品部分相比,结晶度较高的样品部分在更高的温度下从溶液中沉淀出来。使用红外(IR)检测器测定随温度而变的样品在溶液中的相对量,以获得累积溶解度分布。可溶性分数(SF)被定义为在最低温度下的IR信号除以当在高温下所有样品溶解时的IR信号,并且对应于未结晶的样品的重量分数。
在增塑聚烯烃的情况下,增塑剂大多数是无定形的,因此对SF有贡献。因此,对于具有较高增塑剂含量的共混物,SF将是更大的。利用该关系来确定已知组成(聚合物和增塑剂类型)、但浓度未知的共混物的增塑剂含量。通过使用相同的聚合物和增塑剂材料制备已知浓度的系列物理共混物,并然后在未知浓度的共混物所用的相同测试条件下分析这些共混物,来形成描述了随增塑剂含量而变的SF的校准曲线。该系列校准物必须包括高于和低于未知样品浓度的增塑剂浓度,但不高于50wt%增塑剂,以便可靠地使校准曲线适用于未知样品。通常,发现校准点的线性拟合提供了随增塑剂含量而变的SF的良好说明(R2>0.9);可以使用具有2个或更少拟合参数的其它泛函形式(functional form),如果它们改进了拟合优度(增加R2)的话。
采用具有五个60mL体积的搅拌不锈钢容器的市购CRYSTAF200仪器(Polymer Char S.A.,Valencia,Spain)来进行该测试。在160℃下,将大约30mg的样品在用2g/4L的丁基化羟基甲苯稳定的30mL1,2-二氯苯中溶解达60分钟。然后将该溶液在100℃下稳定45分钟。结晶在0.2℃/min的结晶速率下从100℃进行到30℃。在结晶周期中,采用具有保持在150℃的加热流通池的双波长红外检测器按规定间隔测定溶液中的聚合物浓度;测量波长是3.5μm和参考波长是3.6μm。
实施例
参考以下实施例和表格可以更好地理解本发明,但它们不用来限制本发明。表1和2描述了在这些实施例中采用的聚丙烯树脂和流体。
表1、实施例中的聚合物的列表
  聚合物   说明   商业来源
  mPP   全同立构聚丙烯均聚物,使用Exxpol金属茂催化剂合成;MFR~16dg/min   AchieveTM 1654,ExxonMobil Chemical
  znPP   实验全同立构聚丙烯均聚物,采用齐格勒-纳塔催化剂合成;MFR~20dg/min;Mw/Mn>3.5;由1000ppmTinuvin770(Ciba Geigy),300ppm硬脂酸钙组成的添加剂包装   --
  mRCP   实验丙烯-乙烯无规共聚物,使用在没有乙烯共聚单体存在下制备全同立构聚丙烯的Exxpol金属茂催化剂合成;MFR~24dg/min;峰熔融温度~131℃;Mw/Mn<2.3;乙烯含量~3wt%;由800ppm硬脂酸钙、800ppm Ultranox626A(General Electric)、500ppm Tinuvin 622(Ciba Geigy)和2500ppmMillad3940(Milliken)组成的添加剂包装   --
  znRCP   透明化丙烯-乙烯无规共聚物,使用在没有乙烯共聚单体存在下制备全同立构聚丙烯的齐格勒-纳塔催化剂合成;MFR~12dg/min   PD9374MEDExxonMobil Chemical
表2a、实施例中的流体和聚合物改性剂的列表
  改性剂   说明   商业来源
  PAO-6   聚(α-烯烃)流体   SHF-61或SpectraSynTM 6,ExxonMobil Chemical
  PAO-10   聚(α-烯烃)流体   SHF-101或SpectraSynTM10,ExxonMobil Chemical
  PAO-40   聚(α-烯烃)流体   SHF-403或SpectraSynTM40,ExxonMobil Chemical
  Isopar   异链烷烃流体   IsoParTMV,ExxonMobil Chemical
  PB   聚正丁烯流体   C9900,Infineum
  矿物油   白色矿物油流体   Drakeol34,Penreco
  PIB-A   聚异丁烯流体   TPC-137,Texas Petrochemicals
  PIB-B   聚异丁烯流体   TPC-1350,Texas Petrochemicals
  塑性体   乙烯-丁烯共聚物;熔体指数~35dg/min(ASTM D1238,190℃,2.16kg负载);密度~0.882g/cm3   Exact4023,ExxonMobil Chemical
表2b、实施例中的流体的性能
  流体   KV@100℃   VI   倾点   Mn(Cn)
  PAO-6   6cSt   138   -57℃   540g/mole(38)
  PAO-10   10cSt   137   -54℃   720g/mole(51)
  PAO-40   40cSt   147   -39℃   1,700g/mole(121)
  Isopar   -63℃   240g/mole(17)
  PB   12cSt   60   -36℃   540g/mole(39)
  矿物油   9cSt   -9℃   490g/mole(35)
  PIB-A   6cSt   132   -51℃   350g/mole(25)
  PIB-B   4000cSt   3,500g/mole(250)
表3和4中的实施例
通过在单螺杆配混挤出机内熔体混合(挤出机方法)来制备无规共聚物聚丙烯(RCP)和10%流体的共混物。采用70吨注塑机制备标准ASTM试样。对一些模塑试样进行7.5MRad的γ辐射,然后在测试之前在60℃的烘箱内老化3周。其它试样仅仅在测试之前进行老化程序。
如预期的那样,接触辐射引起了聚丙烯变脆;这在加德纳冲击数据中最引人注目地被看到。添加流体使冲击强度在定量辐射和老化后基本上被保持,或甚至得到改进。如果采用金属茂催化剂合成RCP(mRCP),定量辐射后的颜色也通过流体改性而得到改进,而纯树脂在照射后遭受了明显的泛黄。如果RCP采用齐格勒-纳塔催化剂合成(znRCP),颜色不会因为辐射而明显改变,但树脂比mRCP更脆(如拉伸强度和屈服伸长率下降所证明的),并且该效应通过添加流体而抵消。因此,与未改性树脂相比,两类RCP用流体改性在辐射处理后提供了改进的颜色和韧性平衡。
表3、7.5MRad剂量的辐射和在60℃下的三周烘箱老化对mRCP性能的影响
  纯树脂(未处理)                  辐射加老化
  无流体   10%Isopar   10%PAO-10
  机械性能
  屈服拉伸强度(kpsi)   4.0   4.7   3.5   3.6
  屈服伸长率(%)   12   13   20   20
  杨氏模量(MPa)   1698   1408   460   568
  挠曲模量,1%正切(kpsi)   144   145   78   91
  加德纳冲击强度,23℃(in-lbs)   230   9   190   197
  缺口艾佐德冲击强度,23℃(ft-lbs/in)   1.0   1.0   1.9   1.5
  颜色亨特“B” 1.8 13.3 6.9 6.9
表4、7.5MRad剂量的辐射和在60℃下的三周烘箱老化对znRCP性能的影响
  纯树脂(未处理)                    辐射加老化
  无流体   10%Isopar   10%PAO-10
  机械性能
  屈服拉伸强度(kpsi)   4.4   2.8   4.2   4.1
  屈服伸长率(%)   12   2   18   17
  挠曲模量,1%正切(kpsi)   164   165   107   114
  加德纳冲击强度,23℃(in-lbs)   197   2   134   171
  缺口艾佐德冲击强度,23℃(ft-lbs/in)   1.1   0.9   1.2   1.2
  颜色亨特“B”   1.1   3.3   5.4   5.1
表5中的实施例
通过在单螺杆配混挤出机内熔体混合(挤出机方法)来制备齐格勒-纳塔均聚物聚丙烯和5%流体的共混物。采用70吨注塑机制备标准ASTM试样。对一些模塑试样进行7.5MRad的γ辐射,然后在测试之前在60℃的烘箱内老化2周。其它试样仅仅在测试之前进行老化程序。
如由较低的挠曲模量所证明的,通过添加流体改性聚丙烯树脂获得了更软的材料,但热挠曲温度(HDT)仅仅轻微降低(<1℃/wt%流体)。辐射没有明显影响这些性能,因为它们取决于这些晶体的总结晶度和熔点。然而,辐射引起了冲击性能的显著降低,而流体改性提供了将辐射处理后的冲击强度保持在比纯树脂高得多的水平下。颜色没有受到在该树脂中添加这些流体的影响。
表5、增加辐射剂量和在60℃下的三周烘箱老化对znPP性能的影响
  机械性能   辐射处理水平(MRad)                         ZnPP+添加的流体
  纯聚合物   5wt%矿物油   5wt%PAO-6   5wt%PAO-10   5wt%PAO-40
  断裂拉伸伸长率(%)   036   19199   293324   362721   352824   323127
  挠曲模量,1%正切(psi)   036   222231235   157162163   156156160   158161165   171176178
  HDT(℃)   036   106107108   102102104   103104105   102103105   102102104
  加德纳冲击强度,23℃(in-lbs)   036   3861   1215118   473010   1136118   84256
  颜色,亨特“B”   036   3.03.63.9   2.83.43.7   3.03.63.9   2.83.53.7   2.83.53.6
表6和7中的实施例
聚丙烯树脂与10wt%不同改性剂的共混物通过使用布拉本德方法的熔体混合来制备。ASTM拉伸和挠曲试样用20吨注塑机注塑;缺口艾佐德试样通过将挠曲试条分半切割来形成。色盘通过在220℃下在25吨压力下压塑来制备。对一些模塑试样给予6MRad的γ辐射剂量,并且在没有烘箱老化的情况下测试。其它试样在没有辐射处理和没有烘箱老化的情况下测试。
再次发现,添加流体软化和增韧了聚丙烯。此外,还再次发现,不论是未改性还是通过添加流体来改性,辐射处理不影响树脂的劲度,然而,与照射过的纯树脂相比,流体的存在提供了在辐射处理后改进的冲击强度。还有,与照射过的纯树脂相比,流体的存在显著改进了照射处理后的颜色特性。相反,使用相同量的塑性体改性剂在照射后没有获得一致的韧性改进(例如,它在mPP中的成功要差得多),并且没有防止泛黄。TGA保留数据显示PB和PIB不是优选的流体,因为它们具有高的排放率,而PAO比矿物油优选,因为虽然粘度基本上相等(在100℃下通过KV测定),PAO的排放率低于矿物油的排放率,并且它提供了更好的防止由于照射引起泛黄的性能。
表6、6MRad的γ辐射对mPP性能的影响
  性能   剂量(MRad)   纯聚合物   10wt%矿物油   10wt%PAO-10   10wt%PB   10wt%PIB-A   10wt%塑性体
 杨氏模量(kpsi)   0   126   72   67   73   72   106
  6   133   73   73   74   73   107
 缺口艾佐德冲击强度,23℃(ft-lb/in)   0   9.4   31.7   30.8   31.0   29.6   19.2
  6   6.0   27.4   26.9   22.9   26.9   10.9
  颜色,亨特“B”   0   4.8   4.5   3.2   6.6   6.1   4.4
  6   18.7   8.9   6.6   7.5   5.9   21.4
  TGA保留率(%)   0   0   8   4   32   62   0
表7、6MRad的γ辐射对znRCP性能的影响
  性能 剂量(MRad)   纯聚合物   10wt%矿物油   10wt%PAO-10   10wt%AN   10wt%塑性体
 杨氏模量(kpsi)   0   90   54   48   55   78
  6   94   55   54   54   74
  缺口艾佐德冲击强度,23℃(ft-lb/in)   0   1.1   1.8   3.6   2.4   4.0
  6   0.9   1.2   1.5   1.4   1.7
  颜色,亨特“B”   0   4.8   3.8   4.4   7.7   3.1
  6   9.7   6.2   6.0   8.6   9.9
表8中的实施例
测定聚丙烯由于添加液体聚异丁烯所导致的耐辐射性的改进。通过使用布拉本德方法熔体混合来制备mPP与5和10wt%的两种不同PIB液体的共混物。将纯mPP和四种共混物的样品压塑成薄膜试样,并且在三种剂量水平(2.5,5和10MRad)下进行γ辐射处理。通过在190℃下使用Rheometrics Scientific ARES流变仪的小幅度振荡剪切流变性评价辐射对PP树脂的影响。对于每一种样品,在190℃的温度下,在100-0.1弧度/秒(rad/s)的范围内,测定随频率而变的动态剪切粘度。辐射处理后的粘度降低指示分子量的降低,这对树脂的机械性能具有不利的影响。
表8描述了辐射处理对纯mPP和改性mPP的动态粘度的影响,按在所检验的最高和最低频率下的“相对粘度”计。相对粘度被定义为在规定频率下的在辐射处理后的动态粘度除以在相同频率下在辐射处理前的动态粘度。在0.1rad/s下的动态粘度对应于低剪切粘度,它非常接近已知高度取决于分子量的所谓的零剪切粘度η0。在100rad/s下的动态粘度对应于与聚合物加工更加相关的高剪切粘度,它取决于材料的分子量和剪切稀化特性。
辐射处理导致了在所有频率下所有样品的粘度的显著下降。然而,添加PIB明显改进了PP树脂的耐辐射性,这可通过共混物的相对粘度高于纯PP来证明。在所有情况下,PIB的添加减小了在辐射处理时所遭受的粘度损失,这对应于减小了PP分子量的降低。
表8、γ辐射对纯mPP和mPP+PIB共混物的流变性的影响
  样品   辐射剂量(MRad)                       相对粘度
  0.1rad/s(Pa-s)   100rad/s(Pa-s)
  纯mPP   2.5510   0.0470.0160.013   0.0370.0090.008
  mPP+5wt%PIB-A   2.5510   0.1580.0430.016   0.2660.0600.020
  mPP+10wt%PIB-A   2.5510   0.1560.0420.018   0.2370.0660.022
  mPP+5wt%PIB-B   2.5510   0.1050.0250.016   0.1500.0180.015
  mPP+10wt%PIB-B   2.5510   0.0890.0200.015   0.1490.0140.013
虽然参考特定实施方案举例说明了本发明,但本领域的普通技术人员清楚,本发明本身提供了这里没有说明的许多不同变型。为此,那么应该仅仅参考所附权利要求书来确定本发明的范围。此外,本发明的某些特征用一组数值上限和一组数值下限来描述。应该理解的是,由这些界限值的任意组合所形成的范围在本发明的范围内,除非另有规定。
所有优先权文件在这里以其中这种引入被允许的所有权限全面引入供参考。此外,本文引用的所有文件,包括测试工序在这里以其中这种引入被允许的所有权限全面引入供参考。

Claims (47)

1、灭菌制品,其包括含有一种或多种聚烯烃和一种或多种非官能化增塑剂的增塑聚烯烃组合物,其中所述非官能化增塑剂包括具有在100℃下≥5cSt的运动粘度和≥120的粘度指数的C6-C1500链烷烃,其中该制品已经接触足以灭菌所述制品的量的辐射。
2、如权利要求1所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂具有在100℃下≥10cSt的运动粘度。
3、如权利要求1或2所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂包括C5-C14烯烃的低聚物。
4、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂具有≤-5℃的倾点。
5、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂包括C8-C12烯烃的低聚物。
6、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂包括两种或多种不同烯烃的低聚物。
7、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂包括C8、C10和C12烯烃的低聚物。
8、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂具有500-10,000的Mn
9、如权利要求1所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂包括具有40-200的碳数的癸烯的低聚物。
10、如权利要求1所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂包括饱和物水平≥90%和硫含量≤0.03%的矿物油。
11、如权利要求1所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂包括饱和物水平≥98%和硫含量≤0.01%的矿物油。
12、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂具有≥130的粘度指数。
13、如权利要求1所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂包括具有500-20,000的数均分子量,具有低于10%的碳数≥4的侧链以及具有以≥15wt%的量存在的至少1或2个碳的分支的线性或支化链烷烃组合物,并且其中NFP包括低于2wt%环烷烃。
14、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂以0.01-60wt%的量存在,以所述聚烯烃和所述非官能化增塑剂的重量为基准计。
15、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂以3-50wt%的量存在,以所述聚烯烃和所述非官能化增塑剂的重量为基准计。
16、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂以5-20wt%的量存在,以所述聚烯烃和所述非官能化增塑剂的重量为基准计。
17、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述聚烯烃包括聚丙烯。
18、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述聚烯烃包括含有丙烯和至少一种其它α-烯烃的无规共聚物。
19、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述聚烯烃包括含有丙烯和至少一种选自乙烯、丁烯、己烯和辛烯中的其它α-烯烃的无规共聚物。
20、如权利要求1-17的任一项所述的灭菌制品,其中所述聚烯烃包括均聚丙烯。
21、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述聚烯烃包括重均分子量为10,000-400,000和分子量分布为1-9的聚丙烯。
22、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述聚烯烃包括重均分子量为40,000-300,000和分子量分布为1-6的聚丙烯。
23、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述聚烯烃包括重均分子量为50,000-200,000和分子量分布为1-4的聚丙烯。
24、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品进一步包括0.01wt%到大约0.5wt%的位阻胺稳定剂。
25、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品进一步包括至多1wt%的硫代丙酸酯抗氧化剂和/或至多0.5wt%的亚磷酸酯抗氧化剂和/或至多0.5wt%的透明化成核剂。
26、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂具有在100℃下≥50cSt的运动粘度。
27、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂具有500-21,000的Mn
28、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂具有小于3.0的在20℃下的介电常数。
29、如前述权利要求的任一项所述的灭菌制品,其中所述非官能化增塑剂具有低于0.920的比重。
30、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品是薄膜。
31、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品是包装材料。
32、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品是属于自支撑多层结构的包装材料。
33、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品是属于包括塑料薄膜的自支撑多层结构的包装材料。
34、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品是属于包括金属箔的自支撑多层结构的包装材料。
35、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品是属于包括纤维素材料的自支撑多层结构的包装材料。
36、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品选自单位剂量包装物,型罩包装,泡罩包装,包裹材料,和用于由照射保存的食品的容器。
37、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品通过选自挤出、发泡、吹塑和层压中的方法来形成,并且其中增高的制品耐辐射性通过在用高达10MRad的γ或β辐射处理后加德纳冲击强度比接触相同辐射剂量的由单独聚丙烯制备的相同制品高至少20%来证明。
38、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品通过选自挤出、发泡、吹塑和层压中的方法来形成,其中增高的制品耐辐射性通过以每一百分率的非官能化增塑剂为基准,在用高达10MRad的γ或β辐射处理后加德纳冲击强度比接触相同辐射剂量的由单独聚丙烯制备的相同制品高至少20%来证明。
39、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品是医疗器材。
40、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品是通过选自挤出、发泡、层压、吹塑、压铸、注塑、拉挤成型,推出成型,拉伸缩小、滚塑、纺粘、熔体纺丝和熔体喷射中的方法所形成的医疗器材。
41、如权利要求1-29的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品是注射器或注射器的组件。
42、如权利要求1-40的任一项所述的灭菌制品,其中所述制品接触了0.5-10MRad的量的辐射。
43、用于生产灭菌制品的方法,包括让权利要求1-41的任一项的制品接触高达10MRad的量的辐射。
44、用于生产灭菌制品的方法,包括:1)将40-99wt%的聚烯烃与1-60wt%的非官能化增塑剂共混;2)由所述共混物生产制品;和3)让所述制品接触辐射。
45、如权利要求44所述的方法,其中所述制品接触0.05-10MRad的量的辐射。
46、如权利要求44所述的方法,其中所述制品接触2.5-10MRad的量的辐射。
47、如权利要求44、45或46所述的方法,其中所述聚烯烃是聚丙烯。
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