JP2017515706A - 多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するためのシステム、方法、及び装置 - Google Patents

多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するためのシステム、方法、及び装置 Download PDF

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Abstract

本開示は、環状マイクロキャピラリー製品を製造するためのダイアセンブリを提供する。このダイアセンブリは、熱可塑性材料を通過させる押出機に動作的に接続可能である。ダイアセンブリは、シェルと、内側マニホールドと、外側マニホールドと、ダイアセンブリとを含む。内側及び外側マニホールドは、熱可塑性材料のマトリックス層がそれらから押出し可能であるように、通過する熱可塑性材料を受容するためのマトリックス流動チャネルを周りに備えてシェル内に位置付け可能である。ダイインサートは、内側マニホールドと外側マニホールドとの間に配設可能であり、マイクロキャピラリー材料を通過させるマイクロキャピラリーチャネルを画定する先端部を端部に備えた分配マニホールドを有し、これによって、マトリックス層の間にマイクロキャピラリーが形成される。【選択図】図2C及び図7B

Description

本開示は、概して、多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するためのシステム、方法、及び装置に関する。
ポリマーが、品目を分離、保持、または収容するためにフィルムへと形成される。このようなフィルム(またはシート)は、例えば、プラスチックバッグ、ラップ、コーティング等として使用されてもよい。
ポリマー材料、例えば、ポリオレフィンは、高温及び高圧で押出機を介してポリマーフィルムへと形成され得る。押出機は、通常、1つ以上のスクリューを有し、例えば、単軸スクリューまたは二軸スクリュー押出機がこれである。ポリマーは、ダイを通して押出機から押し出され、フィルムへと形成される。ダイは、押出品またはフィルムがダイを出るときに押出品またはフィルムの形状を画定するために使用されるプロファイル(または形状)を有することができる。
フィルム形成技術における研究努力にもかかわらず、改善された特性を有する押出品の設計を包含する新しいマイクロキャピラリーを製造することの必要性が依然として存在する。更に、改善された特性を有する押出品を包含するマイクロキャピラリーの製造を容易にする、新しいダイ設計の必要性が依然として存在する。
少なくとも1つの態様では、本開示は、多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するためのダイアセンブリに関する。このダイアセンブリは、熱可塑性材料を通過させる押出機に動作的に接続可能である。ダイアセンブリは、シェルと、内側マニホールドと、外側マニホールドと、ダイインサートとを含む。内側及び外側マニホールドは、熱可塑性材料のマトリックス層がそれらから押出し可能であるように、通過する熱可塑性材料を受容するためのマトリックス流動チャネルを周りに備えてシェル内に位置付け可能である。ダイインサートは、内側マニホールドと外側マニホールドとの間に配設可能であり、マイクロキャピラリー材料を通過させるマイクロキャピラリーチャネルを画定する先端部を端部に備えた分配マニホールドを有し、これによって、マトリックス層の間にマイクロキャピラリーが形成される。
別の態様では、本開示は、多層環状マイクロキャピラリー製品を製造するための押出機アセンブリに関する。押出機アセンブリは、少なくとも1つの押出機と、少なくとも1つのマイクロキャピラリー材料源と、ダイアセンブリとを含む。押出機は、熱可塑性材料を受容するための入口を有するハウジングと、熱可塑性材料をハウジングに通して進めるためにハウジング内に位置付け可能なドライバとを含む。このダイアセンブリは、それを通る熱可塑性材料を受容するために、押出機に動作的に接続可能である。ダイアセンブリは、シェルと、内側マニホールドと、外側マニホールドと、ダイインサートとを含む。内側及び外側マニホールドは、熱可塑性材料のマトリックス層がそれらから押出し可能であるように、通過する熱可塑性材料を受容するためのマトリックス流動チャネルを周りに備えてシェル内に位置付け可能である。ダイインサートは、内側マニホールドと外側マニホールドとの間に配設可能であり、マイクロキャピラリー材料を通過させるマイクロキャピラリーチャネルを画定する先端部を端部に備えた分配マニホールドを有し、これによって、マトリックス層の間にマイクロキャピラリーが形成される。
更に別の態様では、本開示は、多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するための方法に関する。本方法は、熱可塑性材料をダイアセンブリに通過させることを伴う。ダイアセンブリは、シェルと、マトリックス流動チャネルを周りに備えてシェル内に位置付けられた外側マニホールド及び内側マニホールドと、内側マニホールドと外側マニホールドとの間に位置付けられたダイインサートとを含む。ダイインサートは、マイクロキャピラリー材料を通過させるマイクロキャピラリーチャネルを画定する先端部を端部に備えた分配マニホールドを有し、これによって、マトリックス層の間にマイクロキャピラリーが形成される。本方法はまた、キャピラリー材料をマイクロキャピラリーチャネルに通過させ、かつマトリックス層の間に通過させながら、熱可塑性材料の層をマトリックス流動チャネルに通して押出しすることを伴う。多層環状マイクロキャピラリー製品は、本方法によって製造され得る。
最後に、別の態様では、本開示は、多層の環状マイクロキャピラリー製品に関する。この製品は、環状マイクロキャピラリー製品形状に押出し可能な熱可塑性材料のマトリックス層を含む。マトリックス層は、熱可塑性材料のマトリックス層間に平行に配設されたチャネルと、チャネル内に配設可能なマイクロキャピラリー材料とを有する。追加の態様では、本開示は、環状マイクロキャピラリー製品を含む多層構造体、及び環状マイクロキャピラリー製品を含む物品に関する。
本開示を例証する目的で、例示である形態を図面で示しているが、本開示は、示される厳密な配置及び手段に限定されるものではないことが理解される。
マイクロキャピラリーフィルムを製造するためのダイアセンブリを備えた押出機の部分断面斜視図である。 本発明のマイクロキャピラリーフィルムの縦断面図である。 本発明のマイクロキャピラリーフィルムの様々な断面図である。 本発明のマイクロキャピラリーフィルムの様々な断面図である。 本発明のマイクロキャピラリーフィルムの立面図である。 図2Bに示した本発明のマイクロキャピラリーフィルムの縦断面図の区分2Eである。 本発明のマイクロキャピラリーフィルムの分解図である。 それぞれ共押出多層環状マイクロキャピラリー製品及び空気充填多層環状マイクロキャピラリー製品を製造するための環状ダイアセンブリを含む押出機アセンブリの様々な構成の概略透視図である。 それぞれ共押出多層環状マイクロキャピラリー製品及び空気充填多層環状マイクロキャピラリー製品を製造するための環状ダイアセンブリを含む押出機アセンブリの様々な構成の概略透視図である。 中に流体を含むマイクロキャピラリーを有する本発明のマイクロキャピラリーフィルムの概略図である。 本発明の共押出マイクロキャピラリーフィルムの断面図である。 本発明の空気充填マイクロキャピラリーフィルムの断面図である。 ダイアセンブリから押出しされた本発明の環状マイクロキャピラリー管材の概略図である。 本発明の環状マイクロキャピラリー管材の斜視図である。 本発明の環状マイクロキャピラリー管材の斜視図である。 非対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの部分断面図である。 非対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの縦断面図である。 非対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの端面図である。 非対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの詳細断面図である。 対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの部分断面図である。 対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの縦断面図である。 対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの端面図である。 対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの詳細断面図である。 対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの部分断面図である。 対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの縦断面図である。 対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの端面図である。 対称流動配置の本発明の環状ダイアセンブリの詳細断面図である。 環状ダイアセンブリのための本発明のダイインサートの斜視図である。 環状マイクロキャピラリー製品の本発明の製造方法を示すフローチャートである。
以下の説明は、例示の装置、方法、技術、及び/または本主題の技術を具体化する命令シーケンスを含む。しかしながら、説明される実施形態は、これらの具体的詳細なしに実行されてもよいことが理解される。
本開示は、多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するためのダイアセンブリ及び押出機に関する。ダイアセンブリは、マニホールド間に位置付けられた環状ダイインサートを含み、環状ダイインサートは、熱可塑性材料の層を押出しするために、それらの間に材料流動チャネルを画定する。ダイインサートは、マイクロキャピラリー中のマイクロキャピラリー材料の層間の挿入のための外表面上にマイクロキャピラリー流動チャネルを有する先端部を有する。マイクロキャピラリーを中に有する熱可塑性材料の層は、多層の環状マイクロキャピラリーフィルム(例えば、環状マイクロキャピラリー吹込み共押出フィルムまたは空気充填マイクロキャピラリーフィルム)、管もしくは管材(例えば、環状マイクロキャピラリー共押出パイプ)、瓶、鋳込み形状、吹込み成形部品等、などの種々の形態を有する多層の環状マイクロキャピラリー製品に押出しすることができる。マニホールド及びダイインサートは、チャネルを通る熱可塑性材料の流れを画定するために、配置(例えば、非対称及び対称)を備えた端部を有してもよい。
多層マイクロキャピラリーフィルム押出機
図1は、マイクロキャピラリー(103)を備える多層ポリマーフィルム(110)を成形するために用いられる例示の押出機(100)を示す。押出機(100)は、材料用ハウジング(105)と、材料用ホッパー(107)と、スクリュー(109)と、ダイアセンブリ(111)と、電子機器(115)とを含む。押出機(100)は、材料用ハウジング(105)内のスクリュー(109)を明示するために、断面で部分的に示されている。スクリュー型押出機が示されているが、様々な押出機(例えば、単軸スクリュー、二軸スクリュー等)が、押出機(100)及びダイアセンブリ(111)を通して材料の押出しを実行するために用いられてもよい。1つ以上の押出機が、1つ以上のダイアセンブリと共に用いられてもよい。電子機器(115)としては、例えば、コントローラ、プロセッサ、モータ、及び押出機を作動させるために用いられる他の装置が含まれてもよい。
原材料、例えば熱可塑性材料(117)が、材料用ホッパー(107)の中に置かれ、配合のためにハウジング(105)に渡される。原材料(117)は、押出機(100)のハウジング(105)内に回動可能に位置付けられたスクリュー(109)の回転によって加熱また配合される。モータ(121)は、材料を進めるために、スクリュー(109)または他のドライバを駆動させるために提供され得る。熱及び圧力は、概略的に描写されるように、それぞれ熱源H及び圧力源P(例えば、スクリュー(109))から配合された材料に加えられ、矢印で示されるように、この材料をダイアセンブリ(111)に通して押出しする。原材料は、融解され、押出機(100)及びダイアセンブリ(111)を通って搬送される。溶融熱可塑性材料(117)は、ダイアセンブリ(111)を通過し、所望の形状及び断面(本明細書では「プロファイル」と称される)へと形成される。ダイアセンブリ(111)は、本明細書で更に記載されるように、溶融熱可塑性材料(117)を、多層ポリマーフィルム(110)の薄いシートに押出しするように構成されてもよい。
多層マイクロキャピラリーフィルム
図2A〜2Fは、例えば、図1の押出機(100)及びダイアセンブリ(111)によって製造され得る多層フィルム(210)の種々の図を示す。これらの図に示すように、多層フィルム(210)は、マイクロキャピラリーフィルムである。多層フィルム(210)は、熱可塑性材料の多層(250a、b)から構成されているものとして示されている。フィルム(210)は、層(250a、b)間に位置付けられたチャネル(220)も有する。
多層フィルム(210)は、図2Cに示すように、細長いプロファイルも有してよい。このプロファイルは、その厚さTに対して広い幅Wを有するものとして示されている。幅Wは、約少なくとも3インチ(7.62cm)〜約60インチ(152.40cm)の範囲であってもよく、例えば、約24インチ(60.96cm)の幅であってもよく、または約20〜約40インチ(50.80〜101.60cm)の範囲であってもよく、または約20〜約50インチ(50.80〜127cm)等であってもよい。厚さTは、約10〜約2000μm(例えば、約250〜約2000μm)の範囲であってもよい。チャネル(220)は、約50〜約500μm(例えば、約100〜約500μm)の範囲の寸法φ(例えば、幅または直径)を有してもよく、約50〜約500μm(例えば、約100〜約500μm)の範囲のチャネル(220)間の間隔Sを有してもよい。以下に更に記載されるように、選択された寸法は、比例的に画定されてもよい。例えば、孔寸法φは、選択された厚さTの約30%の直径であってもよい。
図示するように、層(250a、b)は、マトリックス熱可塑性材料から作られ、チャネル(220)は、その中にチャネル流体(212)を有する。チャネル流体は、本明細書で更に記載されるように、例えば、空気、ガス、ポリマー等の種々の材料を含んでもよい。多層フィルム(210)の各層(250a、b)は、本明細書に更に記載されるものなどの種々のポリマーから作られてもよい。各層は、同じ材料から作られても、または異なる材料から作られてもよい。2つの層(250a、b)のみが示されているが、多層フィルム(210)は、材料のいかなる数の層も有してよい。
チャネル(220)は、その中にマイクロキャピラリー(252)を画定するために、層(250a、b)の1つ以上のセットの間に位置付けられることができる。チャネル流体(212)は、チャネル(220)内に提供され得る。所望により、種々の数のチャネル(220)が設けられてもよい。多層はまた、同一または異なるプロファイル(もしくは断面)を有してもよい。多層フィルム(210)の層(250a、b)及び/またはチャネル(220)の形状などの特性は、本明細書により完全に記載されるように、熱可塑性材料を押出しするために用いられるダイアセンブリの配置によって画定され得る。
所与の例において、フィルム(210)は、(a)マトリックス熱可塑性材料を含むマトリックス(218)と、(b)マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体に沿ってマトリックス(218)内に平行に配設された少なくとも1つ以上のチャネル(220)であって、1つ以上のチャネル(220)が、互いに少なくとも約250〜約500μm離間配置され、1つ以上のチャネル(220)のそれぞれが、少なくとも約100〜約500μmの範囲の直径(または幅)を有する、少なくとも1つ以上のチャネル(220)と、(c)1つ以上のチャネル(220)内に配設されたチャネル流体(212)であって、チャネル流体(212)が、マトリックス熱可塑性材料(250a、b)とは異なる、チャネル流体と、を含むことができ、該マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)は、約10μm〜約2000μmの範囲の厚さを有する。
マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)は、10μm〜2000μmの範囲の厚さを有してもよく、例えば、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)は、10〜2000μm、または代替的に100〜1000μm、または代替的に200〜800μm、または代替的に200〜600μm、または代替的に300〜1000μm、または代替的に300〜900μm、または代替的に300〜700μmの範囲の厚さを有してもよい。マイクロキャピラリー直径に対するフィルム厚の比は、2:1〜400:1の範囲である。
マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)は、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)の総体積に基づいて少なくとも10体積パーセントのマトリックス(218)を含んでもよく、例えば、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)は、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)の総体積に基づいて10〜80体積パーセントのマトリックス(218)を含んでもよく、または代替的に、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)の総体積に基づいて20〜80体積パーセントのマトリックス(218)を含んでもよく、または代替的に、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)の総体積に基づいて30〜80体積パーセントのマトリックス(218)を含んでもよい。
マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)は、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)の総体積に基づいて20〜90体積パーセントの空隙率を含んでもよく、例えば、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)は、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)の総体積に基づいて20〜80体積パーセントの空隙率を含んでもよく、または代替的に、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)の総体積に基づいて20〜70体積パーセントの空隙率を含んでもよく、または代替的に、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)の総体積に基づいて30〜60体積パーセントの空隙率を含んでもよい。
マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)は、総空隙率体積に基づいて50〜100体積パーセントのチャネル流体(212)を含んでもよく、例えば、マイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)は、総空隙率体積に基づいて60〜100体積パーセントのチャネル流体(212)を含んでもよく、または代替的に、総空隙率体積に基づいて70〜100体積パーセントのチャネル流体(212)を含んでもよく、または代替的に、総空隙率体積に基づいて80〜100体積パーセントのチャネル流体(212)を含んでもよい。
本発明のマイクロキャピラリーフィルムまたは発泡体(210)は、第1の端部(214)と第2の端部(216)とを有する。少なくとも1つ以上のチャネル(220)は、第1の端部(214)から第2の端部(216)までマトリックス(218)内に平行に配設される。1つ以上のチャネル(220)は、例えば、互いに少なくとも約250μm離間配置されてもよい。1つ以上のチャネル(220)は、少なくとも約250μmの範囲、例えば、250μm〜1990μm、または代替的に250〜990μm、または代替的に250〜890μm、または代替的に250〜790μm、または代替的に250〜690μm、または代替的に250〜590μmの範囲の直径を有する。1つ以上のチャネル(220)は、円形、矩形、楕円形、星形、ひし形、三角形、正方形等、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される断面形状を有してもよい。1つ以上のチャネル(220)は、1つ以上の封止部を、第1の端部(214)に、第2の端部(216)に、第1の点(214)と第2の端部(216)との間に、及び/またはこれらの組み合わせに、更に含んでもよい。
マトリックス(218)は、1つ以上のマトリックス熱可塑性材料(250a、b)を含む。このようなマトリックス熱可塑性材料(250a、b)としては、ポリオレフィン、例えばポリエチレン及びポリプロピレン、ポリアミド、例えばナイロン6、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン及びポリエステルが含まれるが、これらに限定されない。マトリックス(218)は、例えば、ガラスまたは炭素繊維及び/もしくはタルクまたは炭酸カルシウムなどの任意の他の無機充填剤を介して補強されてもよい。例示の充填剤としては、白亜、方解石、及び大理石を含む天然炭酸カルシウム、合成炭酸塩、マグネシウム及びカルシウムの塩、ドロマイト、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、石灰、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、重晶石、硫酸カルシウム、シリカ、ケイ酸マグネシウム、タルク、ウォラストナイト、粘土及びケイ酸アルミニウム、カオリン、雲母、金属もしくはアルカリ土類の酸化物または水酸化物、水酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化亜鉛、ガラスまたは炭素繊維もしくは粉末、木材繊維もしくは粉末、またはこれらの化合物の混合物が含まれるが、これらに限定されない。
マトリックス熱可塑性材料(250a、b)の例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、及び1−ドデセンなどの1つ以上のα−オレフィンのホモポリマー及びコポリマー(エラストマーを含む)で、通常、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリ−3−メチル−1−ブテン、ポリ−3−メチル−1−ペンテン、ポリ−4−メチル−1−ペンテン、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−1−ブテンコポリマー、及びプロピレン−1−ブテンコポリマーによって代表されるもの;α−オレフィンの共役または非共役ジエンとのコポリマー(エラストマーを含む)で、通常、エチレン−ブタジエンコポリマー及びエチレン−エチリデンノルボルネンコポリマーによって代表されるもの;ならびに2つ以上のα−オレフィンの共役または非共役ジエンとのコポリマーなどのポリオレフィン(エラストマーを含む)で、通常、エチレン−プロピレン−ブタジエンコポリマー、エチレン−プロピレン−ジシクロペンタジエンコポリマー、エチレン−プロピレン−1,5−ヘキサジエンコポリマー、及びエチレン−プロピレン−エチリデンノルボルネンコポリマーによって代表されるもの;エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、エチレン−塩化ビニルコポリマー、エチレンアクリル酸もしくはエチレン−(メタ)アクリル酸コポリマー、及びエチレン−(メタ)アクリレートコポリマーなどのエチレン−ビニル化合物コポリマー;ポリススチレン、ABS、アクリロニトリル−スチレンコポリマー、α−メチルスチレン−スチレンコポリマー、スチレンビニルアルコール、スチレンアクリレート(スチレンメチルアクリレート、スチレンブチルアクリレート、スチレンブチルメタクリレートなど)、及びスチレンブタジエンならびに架橋スチレンポリマーなどのスチレン系コポリマー(エラストマーを含む);ならびにスチレン−ブタジエンコポリマー及びそれらの水和物、ならびにスチレン−イソプレン−スチレントリブロックコポリマーなどのスチレンブロックコポリマー(エラストマーを含む);ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル−塩化ビリニデンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルアクリレート、及びポリメチルメタクリレートなどのポリビニル化合物;ナイロン6、ナイロン6、6、及びナイロン12などのポリアミド;ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレートなどの熱可塑性ポリエステル;ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド等;ポリ−ジシクロペンタジエンポリマー及び関連するポリマー(コポリマー、ターポリマー)などのガラス状炭化水素系樹脂;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサティック酸ビニル、及び酪酸ビニル等、などの飽和モノ−オレフィン;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ドデシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、フェニルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、及びブチルメタクリレート等を含むモノカルボン酸のエステルなどのビニルエステル;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、これらの混合物;開環メタセシス重合及び交差メタセシス重合等によって生成される樹脂が含まれるが、これらに限定されない。これらの樹脂は、単独で、または2つ以上の組み合わせのいずれかで使用されてもよい。
選択された実施形態では、マトリックス熱可塑性材料(250a、b)は、例えば、エチレン−αオレフィンコポリマー、プロピレン−αオレフィンコポリマー、及びオレフィンブロックコポリマーからなる群から選択される1つ以上のポリオレフィンを含んでもよい。特に、選択された実施形態では、マトリックス熱可塑性材料(250a、b)は、1つ以上の非極性ポリオレフィンを含んでもよい。
特定の実施形態では、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらのコポリマー、及びこれらの配合物、ならびにエチレン−プロピレン−ジエンターポリマーなどのポリオレフィンが用いられてもよい。いくつかの実施形態では、例示のオレフィン系ポリマーとしては、均質ポリマー、高密度ポリエチレン(HDPE)、不均質に分岐した直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、不均質に分岐した直鎖状超低密度ポリエチレン(ULDPE)、均質に分岐した直鎖状エチレン/α−オレフィンコポリマー、均質に分岐した、実質的に直鎖状エチレン/α−オレフィンポリマー、及び低密度ポリエチレン(LDPE)またはエチレン酢酸ビニルポリマー(EVA)などの高圧フリーラジカル重合エチレンポリマーならびにコポリマーが含まれる。
一実施形態では、エチレン−αオレフィンコポリマーは、例えば、エチレン−ブテン、エチレン−ヘキセン、またはエチレン−オクテンコポリマーまたはインターポリマーであってもよい。他の特定の実施形態では、プロピレン−αオレフィンコポリマーは、例えば、プロピレン−エチレンまたはプロピレン−エチレン−ブテンコポリマーもしくはインターポリマーであってもよい。
ある特定の他の実施形態では、マトリックス熱可塑性材料(250a、b)は、例えば、半結晶性ポリマーであってもよく、110℃未満の融点を有してもよい。別の実施形態では、融点は、25〜100℃であってもよい。別の実施形態では、融点は、40〜85℃であってもよい。
1つの特定の実施形態では、マトリックス熱可塑性材料(250a、b)は、プロピレン/α−オレフィンコポリマーと、任意に1つ以上のポリマー、例えば、ランダムコポリマーポリプロピレン(RCP)を含むプロピレン/α−オレフィンインターポリマー組成物を含む。1つの特定の実施形態では、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、実質的にアイソタクチックのプロピレンシーケンスを有すると特徴付けられる。「実質的にアイソタクチックなプロピレンシーケンス」とは、シーケンスが約0.85超、代替的に、約0.90超、別の選択肢では、約0.92超、別の選択肢では約0.93超の13C NMRによって測定されるアイソタクチックトライアド(mm)を有することを意味する。アイソタクチックトライアドは、当該技術分野において周知であり、例えば、米国特許第5,504,172号及び国際公開第WO00/01745号に記載され、これらは、13C NMRスペクトルによって決定されるコポリマー分子鎖中のトライアド単位に関してアイソタクチックシーケンスに言及している。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、ASTM D−1238(230℃/2.16Kgにおける)に従って測定された、0.1〜500g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよい。0.1〜500g/10分の全ての個々の値及び部分範囲は、本明細書に含まれかつ本明細書に開示され、例えば、メルトフローレートは、0.1g/10分、0.2g/10分、または0.5g/10分の下限から、500g/10分、200g/10分、100g/10分、または25g/10分の上限までであり得る。例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.1〜200g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.2〜100g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.2〜50g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.5〜50g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜50g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜40g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜30g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよい。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜30重量パーセント(50ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有する。1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜30重量パーセント(50ジュール/グラム未満の融解熱)の全ての個々の値及び部分範囲が本明細書に含まれかつ本明細書に開示され、例えば、結晶化度は、1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)、2.5重量パーセント(少なくとも4ジュール/グラムの融解熱)、または3重量パーセント(少なくとも5ジュール/グラムの融解熱)の下限から、30重量パーセント(50ジュール/グラム未満の融解熱)、24重量パーセント(40ジュール/グラム未満の融解熱)、15重量パーセント(24.8ジュール/グラム未満の融解熱)、または7重量パーセント(11ジュール/グラム未満の融解熱)の上限までであり得る。例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜24重量パーセント(40ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜15重量パーセント(24.8ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜7重量パーセント(11ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜5重量パーセント(8.3ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有してもよい。結晶化度は、DSC法を通して測定される。プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、プロピレン由来の単位と、1つ以上のα−オレフィンコモノマー由来のポリマー単位とを含む。プロピレン/α−オレフィンコポリマーを製造するために利用される例示のコモノマーは、C2及びC4〜C10α−オレフィンであり、例えば、C2、C4、C6、及びC8α−オレフィンである。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜40重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含む。1〜40重量パーセントの全ての個々の値及び部分範囲が本明細書に含まれかつ本明細書に開示され、例えば、コモノマー含有量は、1重量パーセント、3重量パーセント、4重量パーセント、5重量パーセント、7重量パーセント、または9重量パーセントの下限から、40重量パーセント、35重量パーセント、30重量パーセント、27重量パーセント、20重量パーセント、15重量パーセント、12重量パーセント、または9重量パーセントの上限までであり得る。例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜35重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含み、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜30重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含み、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3〜27重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含み、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3〜20重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含み、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3〜15重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含む。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3.5以下の、代替的に3.0以下の、または他の選択肢では1.8〜3.0の、数平均分子量で割った重量平均分子量(Mw/Mn)として定義される分子量分布(MWD)を有する。
このようなプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第6,960,635号及び同第6,525,157号に詳細に更に記載されている。このようなプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、商品名VERSIFY(商標)で、The Dow Chemical Companyから、または商品名VISTAMAXX(商標)で、ExxonMobil Chemical Companyから商業的に入手可能である。
一実施形態では、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、(A)60〜100重量パーセント未満、好ましくは80〜99重量パーセント、より好ましくは85〜99重量パーセントのプロピレン由来の単位と、(B)0超〜40、好ましくは1〜20、より好ましくは4〜16、更により好ましくは4〜15重量パーセントのエチレン及び/またはC4−10α−オレフィンのうちの少なくとも1つに由来の単位とを含み、平均で少なくとも0.001個、好ましくは平均で少なくとも0.005個、より好ましくは平均で少なくとも0.01個の長鎖分岐/1000個の全炭素を含有することが更に特徴付けられる。プロピレン/α−オレフィンコポリマー中の長鎖分岐の最大数は重要ではないが、通常、これは、3個の超鎖分岐/1000個の全炭素を越えない。プロピレン/α−オレフィンコポリマーに関して本明細書で使用される用語長鎖分岐とは、短鎖分岐よりも少なくとも1個の炭素を上回る鎖長を指し、プロピレン/α−オレフィンコポリマーに関して本明細書で使用される用語短鎖分岐とは、コモノマー中の炭素の数よりも2個少ない鎖長を指す。例えば、プロピレン/1−オクテンインターポリマーは、少なくとも7個の炭素の長さの長鎖分岐を備える主鎖を有するが、これらの主鎖は、6個だけの炭素の長さの短鎖分岐も有する。このようなプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、米国仮特許出願第60/988,999号及び国際特許出願第PCT/US08/082599号に詳細に更に記載され、これらのそれぞれは、参照により本明細書に組み込まれる。
ある特定の他の実施形態では、マトリックス熱可塑性材料11、例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、例えば、半結晶性ポリマーであってもよく、110℃未満の融点を有してもよい。好ましい実施形態では、融点は、25〜100℃であってもよい。更に好ましい実施形態では、融点は、40〜85℃であってもよい。
他の選択された実施形態では、オレフィンブロックコポリマー、例えば、エチレンマルチブロックコポリマーは、このようなオレフィンブロックコポリマー及びこのようなポリマーの以下の特性を測定する試験法を説明する範囲内で参照により本明細書に組み込まれる、国際公開第WO2005/090427号及び米国特許出願公開第US2006/0199930号に記載されるものなどであり、これらは、マトリックス熱可塑性材料(250a、b)として使用されてもよい。このようなオレフィンブロックコポリマーは、
(a)約1.7〜約3.5のMw/Mn、摂氏度での少なくとも1つの融点、Tm、及びグラム/立方センチメートルでの密度、dを有し、Tm及びdの数値は、関係:
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2に一致し、あるいは
(b)約1.7〜約3.5のMw/Mnを有し、J/gでの融解熱ΔH、及び最高DSCピークと最高CRYSTAFピークとの間の温度差として定義される摂氏度でのデルタ量、ΔTによって特徴付けられ、ΔT及びΔHの数値が、次の関係:
0超かつ最大130J/gのΔHについて、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
130J/g超のΔHについて、ΔT≧48℃を有し、
このCRYSTAFピークは、累積ポリマーの少なくとも5パーセントを用いて決定され、ポリマーの5パーセント未満が識別可能なCRYSTAFピークを有する場合、この時のCRYSTAF温度は30℃であり、あるいは、
(c)エチレン/α−オレフィンインターポリマーの圧縮成形フィルムで測定される300パーセントのひずみ及び1サイクルにおけるパーセントでの弾性回復、Reによって特徴付けられ、グラム/立方センチメートルでの密度dを有し、Re及びdの数値が、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが実質的に、架橋相を含まない場合、次の関係:
Re>1481−1629(d)を満たし、あるいは
(d)TREFを用いて分画される場合、40℃〜130℃で溶離する分子分画を有し、この分画が、同じ温度の間で溶離する匹敵するランダムエチレンインターポリマーのものよりも少なくとも5パーセント高いモルコモノマー含有量を有することを特徴とし、該匹敵するランダムエチレンインターポリマーが、同じコモノマー(複数可)を有し、エチレン/α−オレフィンインターポリマーのものの10パーセント以内のメルトインデックス、密度、及びモルコモノマー含有量(全ポリマーに基づく)を有し、あるいは、
(e)25℃における貯蔵弾性率、G’(25℃)、及び100℃における貯蔵弾性率G’(100℃)を有し、G’(25℃)のG’(100℃)に対する比が、約1:1〜約9:1である、エチレン/α−オレフィンインターポリマーであってもよい。
このようなオレフィンブロックコポリマー、例えば、エチレン/α−オレフィンインターポリマーはまた、
(a)TREFによって分画される場合、40℃〜130℃で溶離する分子分画を有し、この分画が、少なくとも0.5かつ最大約1のブロックインデックス、及び約1.3超の分子量分布、Mw/Mnを有してもよく、あるいは
(b)0超かつ最大約1.0平均ブロックインデックス及び約1.3超の分子量分布、Mw/Mnを有してもよい。
一実施形態では、マトリックス(218)は、発泡剤を更に含んでもよく、これによって、発泡材料の形成を容易にする。一実施形態では、マトリックスは、発泡体、例えば独立気泡発泡体であってもよい。別の実施形態では、マトリックス(218)は、1つ以上の充填剤を更に含んでもよく、これによって、例えば、配向、例えば、2軸配向を介して、またはキャビテーション、例えば単軸もしくは2軸配向を介して、あるいは溶脱、すなわち、充填剤を溶解することを介しての微小多孔性マトリックスの形成を容易にする。このような充填剤としては、白亜、方解石、及び大理石を含む天然炭酸カルシウム、合成炭酸塩、マグネシウム及びカルシウムの塩、ドロマイト、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、石灰、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、重晶石、硫酸カルシウム、シリカ、ケイ酸マグネシウム、タルク、ウォラストナイト、粘土及びケイ酸アルミニウム、カオリン、雲母、金属もしくはアルカリ土類の酸化物または水酸化物、水酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化亜鉛、ガラスまたは炭素繊維もしくは粉末、木材繊維もしくは粉末、またはこれらの化合物の混合物が含まれるが、これらに限定されない。
1つ以上のチャネル流体(212)は、空気または他のガスなどの様々な流体と、チャネル熱可塑性材料とを含んでもよい。チャネル熱可塑性材料としては、ポリオレフィン、例えばポリエチレン及びポリプロピレン、ポリアミド、例えばナイロン6、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン及びポリエステルが含まれるが、これらに限定されない。マトリックス(218)は、例えば、ガラスまたは炭素繊維及び/もしくはタルクまたは炭酸カルシウムなどの任意の他の無機充填剤を介して補強されてもよい。例示の充填剤としては、白亜、方解石、及び大理石を含む天然炭酸カルシウム、合成炭酸塩、マグネシウム及びカルシウムの塩、ドロマイト、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、石灰、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、重晶石、硫酸カルシウム、シリカ、ケイ酸マグネシウム、タルク、ウォラストナイト、粘土及びケイ酸アルミニウム、カオリン、雲母、金属もしくはアルカリ土類の酸化物または水酸化物、水酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化亜鉛、ガラスまたは炭素繊維もしくは粉末、木材繊維もしくは粉末、またはこれらの化合物の混合物が含まれるが、これらに限定されない。
チャネル流体(212)の例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、及び1−ドデセンなどの1つ以上のα−オレフィンのホモポリマー及びコポリマー(エラストマーを含む)で、通常、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリ−3−メチル−1−ブテン、ポリ−3−メチル−1−ペンテン、ポリ−4−メチル−1−ペンテン、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−1−ブテンコポリマー、及びプロピレン−1−ブテンコポリマーによって代表されるもの;α−オレフィンの共役または非共役ジエンとのコポリマー(エラストマーを含む)で、通常、エチレン−ブタジエンコポリマー及びエチレン−エチリデンノルボルネンコポリマーによって代表されるもの;ならびに2つ以上のα−オレフィンの共役または非共役ジエンとのコポリマーなどのポリオレフィン(エラストマーを含む)で、通常、エチレン−プロピレン−ブタジエンコポリマー、エチレン−プロピレン−ジシクロペンタジエンコポリマー、エチレン−プロピレン−1,5−ヘキサジエンコポリマー、及びエチレン−プロピレン−エチリデンノルボルネンコポリマーによって代表されるもの;エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、エチレン−塩化ビニルコポリマー、エチレンアクリル酸もしくはエチレン−(メタ)アクリル酸コポリマー、及びエチレン−(メタ)アクリレートコポリマーなどのエチレン−ビニル化合物コポリマー;ポリススチレン、ABS、アクリロニトリル−スチレンコポリマー、α−メチルスチレン−スチレンコポリマー、スチレンビニルアルコール、スチレンアクリレート(スチレンメチルアクリレート、スチレンブチルアクリレート、スチレンブチルメタクリレートなど)、及びスチレンブタジエンならびに架橋スチレンポリマーなどのスチレン系コポリマー(エラストマーを含む);ならびにスチレン−ブタジエンコポリマー及びそれらの水和物、ならびにスチレン−イソプレン−スチレントリブロックコポリマーなどのスチレンブロックコポリマー(エラストマーを含む);ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル−塩化ビリニデンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルアクリレート、及びポリメチルメタクリレートなどのポリビニル化合物;ナイロン6、ナイロン6、6、及びナイロン12などのポリアミド;ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレートなどの熱可塑性ポリエステル;ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド等;ポリ−ジシクロペンタジエンポリマー及び関連するポリマー(コポリマー、ターポリマー)などのガラス状炭化水素系樹脂;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサティック酸ビニル、及び酪酸ビニル等、などの飽和モノ−オレフィン;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ドデシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、フェニルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、及びブチルメタクリレート等を含むモノカルボン酸のエステルなどのビニルエステル;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、これらの混合物;開環メタセシス重合及び交差メタセシス重合等によって生成される樹脂が含まれるが、これらに限定されない。これらの樹脂は、単独で、または2つ以上の組み合わせのいずれかで使用されてもよい。
選択された実施形態では、チャネル流体(212)は、例えば、エチレン−αオレフィンコポリマー、プロピレン−αオレフィンコポリマー、及びオレフィンブロックコポリマーからなる群から選択される1つ以上のポリオレフィンを含んでもよい。特に、選択された実施形態では、チャネル流体(212)は、1つ以上の非極性ポリオレフィンを含んでもよい。
特定の実施形態では、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらのコポリマー、及びこれらの配合物、ならびにエチレン−プロピレン−ジエンターポリマーなどのポリオレフィンが用いられてもよい。いくつかの実施形態では、例示のオレフィン系ポリマーとしては、均質ポリマー、高密度ポリエチレン(HDPE)、不均質に分岐した直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、不均質に分岐した直鎖状超低密度ポリエチレン(ULDPE)、均質に分岐した直鎖状エチレン/α−オレフィンコポリマー、均質に分岐した、実質的に直鎖状エチレン/α−オレフィンポリマー、及び低密度ポリエチレン(LDPE)またはエチレン酢酸ビニルポリマー(EVA)などの高圧フリーラジカル重合エチレンポリマーならびにコポリマーが含まれる。
一実施形態では、エチレン−αオレフィンコポリマーは、例えば、エチレン−ブテン、エチレン−ヘキセン、またはエチレン−オクテンコポリマーまたはインターポリマーであってもよい。他の特定の実施形態では、プロピレン−αオレフィンコポリマーは、例えば、プロピレン−エチレンまたはプロピレン−エチレン−ブテンコポリマーもしくはインターポリマーであってもよい。
ある特定の他の実施形態では、チャネル流体(212)は、例えば、半結晶性ポリマーであってもよく、110℃未満の融点を有してもよい。別の実施形態では、融点は、25〜100℃であってもよい。別の実施形態では、融点は、40〜85℃であってもよい。
1つの特定の実施形態では、チャネル流体(212)は、プロピレン/α−オレフィンコポリマーと、任意に1つ以上のポリマー、例えば、ランダムコポリマーポリプロピレン(RCP)を含むプロピレン/α−オレフィンインターポリマー組成物である。1つの特定の実施形態では、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、実質的にアイソタクチックのプロピレンシーケンスを有すると特徴付けられる。「実質的にアイソタクチックなプロピレンシーケンス」とは、シーケンスが約0.85超、代替的に、約0.90超、別の選択肢では、約0.92超、別の選択肢では約0.93超の13C NMRによって測定されるアイソタクチックトライアド(mm)を有することを意味する。アイソタクチックトライアドは、当該技術分野において周知であり、例えば、米国特許第5,504,172号及び国際公開第WO00/01745号に記載され、これらは、13C NMRスペクトルによって決定されるコポリマー分子鎖中のトライアド単位に関してアイソタクチックシーケンスに言及している。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、ASTM D−1238(230℃/2.16Kgにおける)に従って測定された、0.1〜500g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよい。0.1〜500g/10分の全ての個々の値及び部分範囲は、本明細書に含まれかつ本明細書に開示され、例えば、メルトフローレートは、0.1g/10分、0.2g/10分、または0.5g/10分の下限から、500g/10分、200g/10分、100g/10分、または25g/10分の上限までであり得る。例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.1〜200g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.2〜100g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.2〜50g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.5〜50g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜50g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜40g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜30g/10分の範囲のメルトフローレートを有してもよい。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜30重量パーセント(50ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有する。1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜30重量パーセント(50ジュール/グラム未満の融解熱)の全ての個々の値及び部分範囲が本明細書に含まれかつ本明細書に開示され、例えば、結晶化度は、1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)、2.5重量パーセント(少なくとも4ジュール/グラムの融解熱)、または3重量パーセント(少なくとも5ジュール/グラムの融解熱)の下限から、30重量パーセント(50ジュール/グラム未満の融解熱)、24重量パーセント(40ジュール/グラム未満の融解熱)、15重量パーセント(24.8ジュール/グラム未満の融解熱)、または7重量パーセント(11ジュール/グラム未満の融解熱)の上限までであり得る。例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜24重量パーセント(40ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜15重量パーセント(24.8ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜7重量パーセント(11ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有してもよく、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)〜5重量パーセント(8.3ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有してもよい。結晶化度は、DSC法を通して測定される。プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、プロピレン由来の単位と、1つ以上のα−オレフィンコモノマー由来のポリマー単位とを含む。プロピレン/α−オレフィンコポリマーを製造するために利用される例示のコモノマーは、C2及びC4〜C10α−オレフィンであり、例えば、C2、C4、C6、及びC8α−オレフィンである。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜40重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含む。1〜40重量パーセントの全ての個々の値及び部分範囲が本明細書に含まれかつ本明細書に開示され、例えば、コモノマー含有量は、1重量パーセント、3重量パーセント、4重量パーセント、5重量パーセント、7重量パーセント、または9重量パーセントの下限から、40重量パーセント、35重量パーセント、30重量パーセント、27重量パーセント、20重量パーセント、15重量パーセント、12重量パーセント、または9重量パーセントの上限までであり得る。例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜35重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含み、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1〜30重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含み、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3〜27重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含み、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3〜20重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含み、または代替的に、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3〜15重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含む。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3.5以下の、代替的に3.0以下の、または他の選択肢では1.8〜3.0の、数平均分子量で割った重量平均分子量(Mw/Mn)として定義される分子量分布(MWD)を有する。
このようなプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第6,960,635号及び同第6,525,157号に詳細に更に記載されている。このようなプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、商品名VERSIFY(商標)で、The Dow Chemical Companyから、または商品名VISTAMAXX(商標)で、ExxonMobil Chemical Companyから商業的に入手可能である。
一実施形態では、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、(A)60〜100重量パーセント未満、好ましくは80〜99重量パーセント、より好ましくは85〜99重量パーセントのプロピレン由来の単位と、(B)0超〜40、好ましくは1〜20、より好ましくは4〜16、更により好ましくは4〜15重量パーセントのエチレン及び/またはC4−10α−オレフィンのうちの少なくとも1つに由来の単位とを含み、平均で少なくとも0.001個、好ましくは平均で少なくとも0.005個、より好ましくは平均で少なくとも0.01個の長鎖分岐/1000個の全炭素を含有することが更に特徴付けられる。プロピレン/α−オレフィンコポリマー中の長鎖分岐の最大数は重要ではないが、通常、これは、3個の長鎖分岐/1000個の全炭素を越えない。プロピレン/α−オレフィンコポリマーに関して本明細書で使用される用語長鎖分岐とは、短鎖分岐よりも少なくとも1個の炭素を上回る鎖長を指し、プロピレン/α−オレフィンコポリマーに関して本明細書で使用される用語短鎖分岐とは、コモノマー中の炭素の数よりも2個少ない鎖長を指す。例えば、プロピレン/1−オクテンインターポリマーは、少なくとも7個の炭素の長さの長鎖分岐を備える主鎖を有するが、これらの主鎖は、6個だけの炭素の長さの短鎖分岐も有する。このようなプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、米国仮特許出願第60/988,999号及び国際特許出願第PCT/US08/082599号に詳細に更に記載され、これらのそれぞれは、参照により本明細書に組み込まれる。
ある特定の他の実施形態では、チャネル流体12、例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、例えば、半結晶性ポリマーであってもよく、110℃未満の融点を有してもよい。好ましい実施形態では、融点は、25〜100℃であってもよい。更に好ましい実施形態では、融点は、40〜85℃であってもよい。
他の選択された実施形態では、オレフィンブロックコポリマー、例えば、エチレンマルチブロックコポリマーは、このようなオレフィンブロックコポリマー及びこのようなポリマーの以下の特性を測定する試験法を説明する範囲内で参照により本明細書に組み込まれる、国際公開第WO2005/090427号及び米国特許出願公開第US2006/0199930号に記載されるものなどであり、これらは、チャネル流体(212)として使用されてもよい。このようなオレフィンブロックコポリマーは、
(a)約1.7〜約3.5のMw/Mn、摂氏度での少なくとも1つの融点、Tm、及びグラム/立方センチメートルでの密度、dを有し、Tm及びdの数値は、関係:
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2に一致し、あるいは
(b)約1.7〜約3.5のMw/Mnを有し、J/gでの融解熱ΔH、及び最高DSCピークと最高CRYSTAFピークとの間の温度差として定義される摂氏度でのデルタ量、ΔTによって特徴付けられ、ΔT及びΔHの数値が、次の関係:
0超かつ最大130J/gのΔHについて、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
130J/g超のΔHについて、ΔT≧48℃を有し、
このCRYSTAFピークは、累積ポリマーの少なくとも5パーセントを用いて決定され、ポリマーの5パーセント未満が識別可能なCRYSTAFピークを有する場合、この時のCRYSTAF温度は30℃であり、あるいは、
(c)エチレン/α−オレフィンインターポリマーの圧縮成形フィルムで測定される300パーセントのひずみ及び1サイクルにおけるパーセントでの弾性回復、Reによって特徴付けられ、グラム/立方センチメートルでの密度dを有し、Re及びdの数値が、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが実質的に、架橋相を含まない場合、次の関係:
Re>1481−1629(d)を満たし、あるいは
(d)TREFを用いて分画される場合、40℃〜130℃で溶離する分子分画を有し、この分画が、同じ温度の間で溶離する匹敵するランダムエチレンインターポリマーのものよりも少なくとも5パーセント高いモルコモノマー含有量を有することを特徴とし、該匹敵するランダムエチレンインターポリマーが、同じコモノマー(複数可)を有し、エチレン/α−オレフィンインターポリマーのものの10パーセント以内のメルトインデックス、密度、及びモルコモノマー含有量(全ポリマーに基づく)を有し、あるいは、
(e)25℃における貯蔵弾性率、G’(25℃)、及び100℃における貯蔵弾性率G’(100℃)を有し、G’(25℃)のG’(100℃)に対する比が、約1:1〜約9:1である、エチレン/α−オレフィンインターポリマーであってもよい。
このようなオレフィンブロックコポリマー、例えば、エチレン/α−オレフィンインターポリマーはまた、
(a)TREFによって分画される場合、40℃〜130℃で溶離する分子分画を有し、この分画が、少なくとも0.5かつ最大約1のブロックインデックス、及び約1.3超の分子量分布、Mw/Mnを有してもよく、あるいは
(b)0超かつ最大約1.0平均ブロックインデックス及び約1.3超の分子量分布、Mw/Mnを有してもよい。
一実施形態では、チャネル流体(212)は、発泡剤を更に含んでもよく、これによって、発泡材料の形成を容易にする。一実施形態では、チャネル流体(212)は、発泡体、例えば独立気泡発泡体に形成されてもよい。別の実施形態では、チャネル流体(212)は、1つ以上の充填剤を更に含んでもよい。このような充填剤としては、白亜、方解石、及び大理石を含む天然炭酸カルシウム、合成炭酸塩、マグネシウム及びカルシウムの塩、ドロマイト、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、石灰、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、重晶石、硫酸カルシウム、シリカ、ケイ酸マグネシウム、タルク、ウォラストナイト、粘土及びケイ酸アルミニウム、カオリン、雲母、金属もしくはアルカリ土類の酸化物または水酸化物、水酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化亜鉛、ガラスまたは炭素繊維もしくは粉末、木材繊維もしくは粉末、またはこれらの化合物の混合物が含まれるが、これらに限定されない。
本開示によるフィルムまたは発泡体は、パッケージ類(例えば、トレイ、巻きテープ、バケット、ビーカー、箱類のための補強された熱成形部品)、熱成形艇体、建築用パネル、着座装置、自動車の車体部品、胴体部、車両内装材等で使用されてもよい。
1つ以上の本発明のフィルムまたは発泡体は、多層構造で、例えば、積層多層構造または共押出多層構造で、1つ以上の層を形成してもよい。このフィルムまたは発泡体は、マイクロキャピラリー(図2Bに示すチャネル)の1つ以上の平行な列を備えてもよい。チャネル20(マイクロキャピラリー)は、図2A〜Fに示すように、マトリックス(218)内のどこに配設されてもよい。
本発明のフィルム1を、以下のプロセスに従って調製した。
マトリックス材料は、ASTM−D792に従う約0.933g/cmの密度、及び190℃にて、ISO 1133に従う約0.7g/10分のメルトインデックス(I2)を有する、THE DOW CHEMICAL COMPANY(商標)から商品名DOWLEX(商標)2344で入手可能な、直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)で構成され、その2.16kgが、24インチ(60.96cm)の幅及び530個のノズルを有する本発明のダイを介して、マイクロキャピラリーフィルムへと形成され、これにより、約1mmの目標直径を有するマイクロキャピラリーを有し、約2mmの目標厚さを有するマイクロキャピラリーフィルムを成形し、このフィルムは、約20インチ(50.80cm)の範囲の幅を有し、その中に平行に走る530個のキャピラリーを有する。マイクロキャピラリー内に配設されたチャネル流体は、約25℃の周囲空気であった。
本発明のフィルム2を、以下のプロセスに従って調製した。
マトリックス材料は、ASTM D1238に従う約2.0g/10分(230℃/2.16Kg)のメルトフローレートを有する、BRASKEM AMERICA INC.(商標)から商品名Braskem PP H110−02N(商標)で入手可能な、ポリプロピレンホモポリマーから構成され、24インチ(60.96cm)の幅及び530個のノズルを有する本発明のダイを介して、マイクロキャピラリーフィルムへと形成され、これにより、約1mmの目標直径を有するマイクロキャピラリーを有し、約2mmの目標厚さを有するマイクロキャピラリーフィルムを成形し、このフィルムは、約20インチ(50.80cm)の範囲の幅を有し、その中に平行に走る530個のキャピラリーを有する。マイクロキャピラリー内に配設されたチャネル流体は、約25℃の周囲空気であった。
本発明は、その趣旨及び本質的な特性から逸脱することなく他の形態で具体化されてもよく、したがって、前述の明細書よりはむしろ、本開示の範囲を指示しているために、添付の請求項を参照するべきである。
多層の環状マイクロキャピラリーフィルム押出機アセンブリ
図3A及び3Bは、マイクロキャピラリー(303)を有する、多層の環状マイクロキャピラリー製品(310a、b)を成形するために用いられる例示の押出機アセンブリ(300a、b)を示す。押出機アセンブリ(300a、b)は、押出機アセンブリ(300a、b)が、複数の押出機(100a、b、c)と、それに動作可能に連結した組み合わせた環状マイクロキャピラリー共押出ダイアセンブリ(311a、b)を含むこと以外は、以前に述べた図1の押出機(100)と同様であり得る。環状ダイアセンブリ(311a、b)は、図4A〜4Cに示したフィルム(310)、図5、6A及び6Bに示した管材(310a)及び/また図3Bに示した成形形状(310b)などの多層の環状マイクロキャピラリー製品を押出しするように構成されたダイインサート(353)を有する。
図3Aは、3つの押出機(100a、b、c)が、組み合わせた環状マイクロキャピラリー共押出ダイアセンブリ(311a)に動作可能に連結した状態の押出機アセンブリ(300a)の第1の配置にある。一例では、3つの押出機のうちの2つは、熱可塑性材料(例えば、ポリマー)(117)をダイアセンブリ(311a)に供給し、環状マイクロキャピラリー製品(310a)の層を形成するために用いられるマトリックス押出機(100a、b)であってもよい。押出機の3番目は、熱可塑性材料(例えば、ポリマー融体)(117)などのマイクロキャピラリー材料をマイクロキャピラリー(303)の中に提供し、その中にマイクロキャピラリー相(またはコア層)を形成するためのマイクロキャピラリー(またはコア層)押出機(100c)であってもよい。
ダイインサート(353)は、ダイアセンブリ(311a)内に設けられ、押出機(100a、b、c)からの熱可塑性材料(117)を結合して、環状マイクロキャピラリー製品(310a)にする。図3Aに示すように、多層の環状マイクロキャピラリー製品は、ダイインサート(353)を通してまたダイアセンブリ(311a)から上向きに押出しされた吹込み管材(310a)であってもよい。流体源(319a)からの環状流体(312a)は、図3Aに示す押出し中に、環状マクロキャピラリー製品(310a)を通過し、多層の環状マイクロキャピラリー管材(310a)を形作ってもよく、または図3Bに示した瓶(310b)などの環状マイクロキャピラリー成形物(または成形品)の形態の多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するように構成された成形機(354)が設けられてもよい。
図3Bは、押出機アセンブリ(300b)の第2の配置を示す。押出機アセンブリ(300b)は、マイクロキャピラリー押出機(100c)が、マイクロキャピラリー流体源(319b)で置き換えられていること以外は、押出アセンブリ(300a)と同様である。押出機(100a、b)は、熱可塑性材料を押出しして(図3Aの例のように)、マイクロキャピラリー流体源(319b)は、マイクロキャピラリー材料を、ダイアセンブリ(311b)のダイインサート(353)を通って、マイクロキャピラリー流体(312b)の形態で放出することができる。2つのマトリックス押出機(100a、b)は、マイクロキャピラリー流体源(319b)がマイクロキャピラリー流体(312b)をそれらの間のマイクロキャピラリー(303)に中に放出することによって、熱可塑性層を放出し、多層の環状マイクロキャピラリー製品(310b)を成形する。この型では、環状ダイアセンブリ(311b)は、図3Aのようなフィルム、もしくは吹込み製品を成形してもよく、または瓶(310b)などの環状マイクロキャピラリー成形物(もしくは成形品)の形態の多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するように構成された成形機(354)を備えてもよい。
図3A及び3Bは、それぞれの押出機(100a、b、c)が、別個の材料ハウジング(105)、材料ホッパー(107)、スクリュー(109)、電子機器(115)、モーター(121)を有しているものとして示しているが、押出機(100)の一部または全てが組み合されてもよい。例えば、押出機(100a、b、c)は、それぞれ、それらの独自のホッパー(117)を有し、電子機器(115)及びダイアセンブリ(311a、b)などの特定の部品を共有してもよい。場合によっては、流体源(319a、b)が、空気などの同じ流体(312a、b)を提供する同じ流体源であってもよい。
ダイアセンブリ(311a、b)は、図3Aに示す垂直直立位置、図3Bに示す垂直下向き位置、または図1に示す水平位置などの所望の配向で、押出機(100a、b、c)に動作可能に連結してもよい。1つ以上の押出機が、層を形成するマトリックス材料を提供するために使用されてもよく、押出機(100c)及び/またはマイクロキャピラリー流体源(319b)などの1つ以上の材料源が、コア層を提供するために使用されてもよい。
多層の環状マイクロキャピラリー製品
図4A〜4Cは、例えば、図3A及び/または3Bの押出機(300a、b)及びダイアセンブリ(311a、b)によって製造されるフィルム(310、310’)の形態であり得る、多層の環状マイクロキャピラリー製品の種々の図を示す。図4A及び4Bに示すように、多層の環状マイクロキャピラリーフィルム(310)は、多層の環状マイクロキャピラリーフィルム(310)が、環状ダイアセンブリ(311a、b)からマイクロキャピラリー(303、303’)を中に有するマトリックス層(450a、b)に形成されること以外は、多層フィルム(210)と同様であり得る。マトリックス層(450a、b)は、全体として、環状マイクロキャピラリーフィルム(310)のマトリックス(418)を形成する。層(450a、b)は、その中にマイクロキャピラリー(303)を画定する、平行な、直線状チャネル(320)を有する。
図4B及び4Cに示すように、多層の環状マイクロキャピラリー製品(310、310’)は、その中の種々のマイクロキャピラリー材料(117)またはマイクロキャピラリー流体(312b)で押出しされることができる。マイクロキャピラリーは、種々の断面形状を備えてチャネル(320、320’)内で形成され得る。図4Bの実施例では、チャネル(320)は、マイクロキャピラリー材料(117)を中に有するマイクロキャピラリー(303)を画定する弓状の断面を有する。マイクロキャピラリー材料(117)は、マトリックス(418)を形成するマトリックス層(450a、b)の間のチャネル(320)内にある。マイクロキャピラリー材料(117)は、マトリックス層(450a、b)の間にコア層を形成する。
図4Cの実施例では、チャネル(320)は、マイクロキャピラリー材料(312b)を中に有するマイクロキャピラリー(303’)を画定する楕円形の断面などの、別の形状を有する。マイクロキャピラリー材料(312b)は、マトリックス(418)を形成するマトリックス層(450a、b)の間のチャネル(320’)内の流体(例えば、空気)として示されている。
本明細書に記載される環状マイクロキャピラリー製品を成形するために用いられる材料は、所定の用途のために選択されてもよい。例えば、この材料は、熱可塑性または熱硬化性材料などのプラスチックであってもよい。マトリックス(418)を形成する熱可塑性材料(117)及びマイクロキャピラリー材料(117)は、前述したように、フィルム(210)を成形するために用いられる材料で作られてもよい。例えば、環状マイクロキャピラリー製品は、ポリオレフィン、ポリエチレン、及びポリプロピレンなどの種々の材料で作られてもよい。図4A及び4Bの実施例では、マトリックス(418)は、低密度ポリエチレン(LDPE 501I)であってもよく、マイクロキャピラリー材料(117)は、ポリプロピレン(例えば、PP D224)であってもよい。図4Cの実施例では、マトリックス(418)は、マイクロキャピラリー材料(312b)として空気を備える低密度ポリエチレン(LDPE 501I)で成り立っている。
本明細書に提供される環状マイクロキャピラリー製品は、農業用フィルム、包装用バッグ、伸縮性フィルム、積層フィルム、及びバリアフィルムなどの種々の用途で使用するために定義される。環状マイクロキャピラリー製品はまた、例えば、軽量化、補強化、強靭化及び/または他の用途のために製造されてもよい。環状マイクロキャピラリー製品は、複数の方向における(例えば、横断及び機械方向における)引張り強度、曲げ強度、及び/または強靭性などの所望の機械的特性を提供するために画定された構造及び/または材料を備えてもよい。環状ダイアセンブリ(311a、b)は、環状マイクロキャピラリー製品の種々の寸法(例えば、幅及びサイズ)を生成するように用いられてもよい。この寸法は、所定の量のトリミング及び/またはスクラップ材料の有無で画定されてもよい。
ダイアセンブリ(311a)によって生成される多層の環状マイクロキャピラリー製品(310a)は、環状ダイアセンブリ(311a)から種々の形状に押出しされることができる。図5、6A、及び6Bに示すように、多層の環状マイクロキャピラリー製品(310a、310a’)は、ダイアセンブリ(311a)から押出しされた管材(またはパイプ)である。別の例では、多層環状マイクロキャピラリー製品は、図3Bに示すような瓶(310b)の形状であっても、または他の製品もしくは形状であってもよい。
図5に戻って参照すると、流体源(319a)は、押出し中に、管状を支持するために、環状流体(例えば、空気)(312a)を環状マイクロキャピラリー製品(310a)に通過させてもよい。ダイアセンブリ(311a)は、環状マイクロキャピラリー製品(310a、310a’)を、図6A及び6Bに示すような管状へと形成してもよい。
図6A及び6Bに示すように、多層の環状マイクロキャピラリー製品(310a、310a’)の熱可塑性材料形成部分は、様々であってよい。図4A、4B、及び6Aに示した例では、マトリックス(418)を形成する層(450a、b)は、黒色のチャネル(320)及び白色のマトリックス(418)によって概略的に示すように、マイクロキャピラリー(303)内にマイクロキャピラリー材料(117)からの異なる材料を有してもよい。図6Bに示した別の例では、マトリックス(418)を形成する層(450a、b)とマイクロキャピラリー(303)内の材料とは、低密度ポリエチレン(LDPE 501I)などの同一の材料で作られてもよく、これにより、マトリックス(418)及びチャネル(320)は両方共に黒色で示されている。
ダイアセンブリ
図7A〜9Dは、ダイアセンブリ(311)として使用可能なダイアセンブリ(711、811、911)の例示の配置を示す。これらの図面は、可能なダイアセンブリ配置の例を示すが、種々の例の組み合わせ及び/または変化が、図4A〜6Bの例に示されるものなどの、所望の多層の環状マイクロキャピラリー製品を提供するために用いられてもよい。
図7A〜7Dは、ダイアセンブリ(711)の、それぞれ、部分断面図、縦断面図、端面図、及び詳細断面図を示す。図8A〜8Dは、ダイアセンブリ(811)の、それぞれ、部分断面図、縦断面図、端面図、及び詳細断面図を示す。図9A〜9Dは、ダイアセンブリ(911)の、それぞれ、部分断面図、縦断面図、端面図、及び詳細断面図を示す。本明細書に記載されるものなどの、多層の環状マイクロキャピラリー製品を成形するために、ダイアセンブリ(711、811)は、例えば、図3Aの押出機アセンブリ(300a)と共に使用されてもよく、ダイアセンブリ(911)は、例えば、図3Bの押出機アセンブリ(300b)と共に使用されてもよい。
図7A〜7Dに示すように、ダイアセンブリ(711)は、シェル(758)と、内側マニホールド(760)と、外側マニホールド(762)と、コア(764)と、ダイインサート(768)とを含む。シェル(758)は、外側マニホールド(762)を受容するように形作られた管状部材である。外側マニホールド(762)、ダイインサート(768)、及び内側マニホールド(760)は、それぞれ積層され、シェル(758)内に同心円状に受容されるフランジ状部材である。内側マニホールド(760)及び外側マニホールド(762)が示されているが、より内側及びより外側のマニホールドまたはマトリックスの層を形成するための流動チャネルを提供することができる他の装置のうちの1つが提供されてもよい。
ダイインサート(768)は、外側マニホールド(762)と内側マニホールド(760)との間に位置付けられる。内側マニホールド(760)は、ダイインサート(768)及び外側マニホールド(762)を通ってシェル(758)まで延在するコア(764)をその端部に有する。ダイアセンブリ(711)は、ダイアセンブリ(711)の一部を接続するために、ボルト(図示せず)によるなど、コネクタを備えてもよい。
環状マトリクスチャネル(774a、b)は、それぞれ、シェル(758)と外側マニホールド(762)との間に、及びダイインサート(768)と内側マニホールド(760)との間に画定される。熱可塑性材料(117)は、多層の環状マイクロキャピラリー製品(710)の層(450a、b)を形成するために、矢印によって示されたマトリックスチャネル(774a、b)を通過していることが示されている。多層の環状マクロキャピラリー製品(710)は、(310a、b)などの本明細書に記載される多層の環状マイクロキャピラリー製品のいずれかであってもよい。
マイクロキャピラリーチャネル(776)も、ダイインサート(768)と外側マニホールド(762)との間に画定される。マイクロキャピラリーチャネル(776)は、マイクロキャピラリー材料(117、312b)をダイアセンブリ(711)に通過させ、かつ層(450a、b)の間に通過させ、マイクロキャピラリー(303)をその中に形成するために、マイクロキャピラリー源に連結することができる。流体チャネル(778)は、内側マニホールド(760)及び円錐(764)を通って延在する。流体源(319a)からの環状流体(312a)は、流体チャネル(778)を通って製品(710a)に流れ込む。
ダイインサート(768)は、ダイアセンブリ(711)を通って流れるポリマー融体の一様分布を提供するために、内側マニホールド(760)と外側マニホールド(762)との間に同心円状に位置付けられてもよい。ダイインサート(762)は、マイクロキャピラリー材料(117/312b)のそれを通る流れを容易にするために、その外表面に沿って分配チャネル(781)を備えてもよい。
マトリックスチャネル(774a、b)及びマイクロキャピラリーチャネル(776)は、収束部(779)で収束し押出機出口(780)を通過し、これにより、マトリックスチャネル(774a、b)を通って流れる熱可塑性材料が、それらの間にマイクロキャピラリーチャネル(776)からのマイクロキャピラリー材料(117/312b)を備えた層(450a、b)を形成する。外側マニホールド(762)及びダイインサート(768)は、それぞれ、外側突出部(777a)及びインサート突出部(777b)で終端する。図7Dに示すように、外側突出部(777a)は、突出部(777b)よりも、押出出口(780)に向かって距離Aで更に遠くに延在し及び/または押出出口(780)から距離Aで更に遠くに離間配置する。
図8A〜9Dのダイアセンブリ(811、911)は、ダイインサート(768、968)の突出部(777a、b、977a、b)の外側マニホールド(762)に対する位置が変化し得ること以外は、図7A〜7Dのダイセンブリ(711)と同様であり得る。突出部の位置は、それを通して非対称または対称などの流れパターンを画定するように調製されてもよい。図7A〜7Dに示すように、ダイアセンブリ(711)は、ダイインサート(768)の突出部(777b)が、外側マニホールド(762)の突出部(777a)から距離Aで位置付けられた状態で、非対称流配置にある。図8A〜8Dに示すように、ダイアセンブリ(811)は、ダイインサート(768)の突出部(777a、b)及び外側マニホールド(762)が同一平面である状態で、対称配置にある。
図9A〜9D及び10は、チャネル(320)、マイクロキャピラリー(303)の作成、及び/またはマイクロキャピラリー材料(117/312b)のそれらの中への挿入を容易にするために、特徴部を備えた環状ダイインサート(968)を示す。(例えば、図4A〜4Bを参照)。ダイインサート(968)は、基部(982)と、管状マニホールド(984)と、先端部(986)とを含む。基部(982)は、環状マイクロキャピラリーマニホールド(984)の支持端から延在するフランジを形成するリング状部材である。基部(982)は、外側マニホールド(760)と内側マニホールド(762)との間に位置付けられる。ダイアセンブリ(911)を通る対称流配置を画定するために、外側マニホールド(762)は、延長突出部(977a)を有し、ダイインサート(968)は、互いに同一平面上に位置付けられた延長突出部(977b)を有する。
先端部(986)は、管状マニホールド(984)の流動末端における環状部材である。先端部(986)の内側表面は傾斜し、円錐(764)の端部を受容するように形作られる。先端部(986)は、環状マイクロキャピラリーマニホールド(984)よりも大きな外径を有し、それらの間に傾斜した肩部(990)を備える。先端部(986)の外側表面は、マイクロキャピラリー材料(117/312b)を通過させるための、複数の直線状の平行なマイクロキャピラリー流動チャネル(992)をその中に有する。外側マニホールド(762)は、突出部(977a)に沿って鋭角(983a)で終端し、先端部(968)は、突出部(977b)に沿って鋭角(983b)で終端する。
環状マイクロキャピラリーマニホールド(984)は、基部(982)と先端部(986)との間に延在する環状部材である。環状マイクロキャピラリーマニホールド(984)は、内側マニホールド(760)及び外側マニホールド(762)の管状部分間に支持可能である。環状マイクロキャピラリーマニホールド(984)は、内側マニホールド(760)を受容するために、それを通る通路(988)を有する。
分配チャネル(781)は、様々な配置を有してもよい。図9A〜9Dに示すように、環状マイクロキャピラリーマニホールド(984)の外側表面は、材料を通過させるための分配チャネル(781)を有する。分配チャネル(781)は、図9Bに概略的に示すように、マイクロキャピラリーチャネル(776)を介して、マイクロキャピラリー材料(117/312b)と流体連通することができる。分配チャネル(781)は、ダイインサート(768)の周りに位置付けられ、マイクロキャピラリー材料をダイインサート(768)の外周の周囲に方向付けることができる。ダイインサート(768)及び/または分配チャネル(781)は、所望の量のマイクロキャピラリー材料(117/312b)がダイアセンブリを通って流れることを容易にするように構成されてもよい。分配チャネル(781)は、マイクロキャピラリー材料が、ダイインサート(768)と外側マニホールド(762)との間を通過するための材料の流路を画定する。
ダイインサート(768)と外側マニホールド(762)との間に小ギャップが形成されてもよく、小ギャップは、マイクロキャピラリー材料(117/312b)が分配チャネル(781)から漏れ出し、マイクロキャピラリー材料(117/312b)をダイアセンブリ(311)に通して一様に分布させることを可能にする。分配チャネル(781)は、ダイインサート(768)及び/または外側マニホールド(760)の中に所望の深さで延在する空洞またはチャネルの形態であってもよい。例えば、図7A〜9Dに示すように、分配チャネル(781)は、ダイインサート(768)の外側表面と外側マニホールド(760)との間に画定された空間であってもよい。図10に示すように、分配チャネルは、管状マニホールド(984)の外側表面に沿ってある距離で延在する螺旋状溝(1081)である。分配チャネル(781、1081)の一部または全ては、直線状、曲線状、螺旋状、クロスヘッド状、及び/またはこれらの組み合わせであってもよい。
実施例1−感情マイクロキャピラリー共押出フィルム
図4Aに示すように、マイクロキャピラリー材料(117、319b)をマトリックス(418)のマトリックス材料と区別するために行った。低密度ポリエチレン(LDPE 501I)をマトリックス(418)として使用し、一方3つの異なる材料をマイクロキャピラリー材料(117)として使用し、3つの異なる材料は、LDPE 501I(メルトインデックス:190℃において2g/10分)、LDPE 751A(メルトインデックス:190℃において7g/10分)、及びポリプロピレン(PP D224、メルトインデックス:230℃において2g/10分)を含んだ。LDPE 501I/LDPE 501I及びLDPE 501I/LDPE 751A環状マイクロキャピラリー共押出フィルムについては、加工温度を380°Fに設定した。LDPE 501I/PP D224環状マイクロキャピラリー共押出フィルムを生成するために、ポリプロピレンの高粘度のために、加工温度を410°Fまで上昇させた。
図3Aの押出機配置を参照して、3つの押出機(100a、b、c)のスクリュー速度を50rpmに設定し、これは、各押出機(100a、b、c)について、約1.2lb/時の押出し速度を提供する。得られたフィルムにおけるマイクロキャピラリー(303)のサイズは、押出機(100a、b、c)のうちの1つのスクリュー速度を制御することによって調整されてもよい。環状マイクロキャピラリー共押出フィルムを製造するための実験プロトコルは、以下の通りである。初めに、押出機(100a、b、c)を、「浸漬」時間を伴い、加工温度まで加熱した。熱可塑性材料(ポリマーペレット)(117)が押出機スクリュー(109)を通過すると、熱可塑性材料(ポリマー)(117)は融解し、ポリマー融体を形成し、これを押出機スクリュー(109)に沿ってダイアセンブリ(311a)まで搬送した。マトリックス層(450a、b)を、2つの押出機(100a、b)で提供されたポリマー融体で充填し、一方マイクロキャピラリー(303)を、1つの押出機(100c)で提供された熱可塑性ポリマー(117)で充填して、マトリックス層(450a、b)の間にコア層を画定した。
図5に示すように、ポリマー融体の層(450a、b)が、マイクロキャピラリー材料(117)と一体化した後に、コア層をそれらの間に形成する。これらの層がダイアセンブリ(311a)を出ると、流体源(319a)からの環状流体(312a)は、環状ダイアセンブリ(311a)の中心に射出され、多層の環状マイクロキャピラリー管材(310a)を膨張させる。押出しされた管状マイクロキャピラリー製品は、例えば、冷却、巻き取り、伸張等を伴う仕上げ工程を通過することができる。
図4A及び4Bは、LDPE 501I/PP D224で成り立ち、コア層押出機について25rpmのスクリュー速度で調製された環状マイクロキャピラリー製品の、それぞれ走査画像及び光学顕微鏡画像を示す。この条件下で、環状マイクロキャピラリー製品(310)の断面におけるマイクロキャピラリー(303’)の面積は、図4Bの光学顕微鏡画像によって立証されるように、約30%であった。フィルム厚は、ブローアップ比(BUR)の増加と共に減少し、より高い押出し速度に起因するコア層押出機のスクリュー速度の増加と共に増加した。マイクロキャピラリー幅(λ)は、BUR及びコア層押出機(100c)のスクリュー速度のような漸増傾向を保持した。同様な現象は、LDPE 501I/LDPE 501I及びLDPE 501I/LDPE 751Aの環状マイクロキャピラリー製品について観察することができる。
実施例2−空隙環状マイクロキャピラリーフィルム
図3Bに示すように、2つの押出機(100a、b)をダイアセンブリ(311b)と共に用いて、多層の環状マイクロキャピラリー製品(310b)を生成した。押出機(100a、b)は、ギアポンプ及び環状マイクロキャピラリーダイアセンブリ(311b)を装備した、2つの1.5インチのキリオン単軸スクリュー押出機を含む。空隙環状マイクロキャピラリー製品(310b)を製造するために、マイクロキャピラリー押出機(100c)をマイクロキャピラリー材料源(または空気入口もしくはエアーライン)(319b)で置き換えた。ダイアセンブリ(311b)の設計は、各マイクロキャピラリー(303)に、同一の空気圧及び空気流量を得させるように構成される。図9A〜9Dに示すように、押出成形中に、マイクロキャピラリーが圧潰することを回避するために、延長突出部(977a、b)をダイアセンブリ(911)の出口に隣接して定置させた。マイクロキャピラリー流体(312b)(例えば、工場空気)を、流量計を備えたマイクロキャピラリー材料源(319b)によって供給した。材料流動チャネル(774a、b)及び/またはマイクロキャピラリー流動チャネル(992)の遮断を防止するために、マイクロキャピラリー材料(312b)は、押出機アセンブリ(300b)を加熱する前に、ワイドオープン方式で供給した。
マイクロキャピラリーフィルムを製造するための実験プロトコルは、以下のように示される。初めに、押出機(100a、b)及びダイアセンブリ(311b)を、「浸漬」時間を伴い、動作温度まで加熱した。熱可塑性材料((例えば、ポリマーペレット)が押出機スクリュー(109)を通過すると、熱可塑性材料は融解し、融解物(例えば、ポリマー融体)を形成した。押出機スクリュー(109)は、融解物をギアポンプに送り、ギアポンプは、融解物のダイアセンブリ(311b)に向かう実質的に一定の流れを維持した。次いで、各押出機(100a、b)の2つのポリマー融解流がダイアセンブリ(311b)を通って、マイクロキャピラリーチャネル(992a、b)の上方を通過し、マイクロキャピラリー材料源(319b)からのマイクロキャピラリー流体(例えば、空気流)(312b)と遭遇した。図4Cに示すように、マイクロキャピラリー材料源(319b)は、マイクロキャピラリーチャネル(320’)のサイズ及び形状を維持した。
図4Cに示すように、空隙環状マイクロキャピラリー製品(310b)は、その中に流体(312b)として空気を有する、楕円形のマイクロキャピラリー(303’)を有する。多層の環状マイクロキャピラリー製品(310b)におけるマイクロキャピラリー(303’)の空隙率は、マイクロキャピラリー材料源(319b)からの流体の流量を0〜70%の範囲で調節することによって、調整することができた。
実施例3−マイクロキャピラリー共押出パイプ
図6A及び6Bに示すように、マイクロキャピラリー共押出管材(310a、310a’)の形態の多層環状マイクロキャピラリー製品の2つの例が示されている。マトリックス(418)を、低密度ポリエチレン(501I)で充填し、マイクロキャピラリー(303)を低密度ポリエチレン(501I)またはポリプロピレン(D224)で充填した。環状マイクロキャピラリーダイアセンブリ(311a)は、ポリマー融体を最終パイプ製品(310a、a’)よりもわずかに大きいサイズの円筒に形作った。ポリマー融体がダイアセンブリ(311a)を出たとき、環状マイクロキャピラリー製品(310a、a’)はまだ溶融状態であり、多層の環状マイクロキャピラリー製品(311a)がパイプの管形状を維持することを可能にする高粘度に加工した。
多層の環状マイクロキャピラリー管材(310a)の最終寸法を、ダイアセンブリ(311a)の下流の選別及び冷却操作によって決定した。多層の環状マイクロキャピラリーパイプ(310a、a’)の厚さは、約30ミルであった。より厚い試料は、押出し速度を増加させることによって、またはダイアセンブリ(311a)の寸法を画定することによって達成することができた。マイクロキャピラリー(303)は、軽量化用途にも使用可能な空隙多層の環状マイクロキャピラリー管材(310b)を得るために、マイクロキャピラリー流体(312b)(例えば、空気)で充填することも可能であった。
図11は、多層、環状マイクロキャピラリー製品を製造するための方法(1100)を示すフローチャートである。本方法は、熱可塑性材料をダイアセンブリに通過させること(1191)を伴う。ダイアセンブリは、シェルと、マトリックス流動チャネルを周りに備えてシェル内に位置付けられた内側及び外側マニホールドと、内側マニホールドと外側マニホールドとの間に位置付けられたダイインサートと、を含む。ダイインサートは、マイクロキャピラリー材料を通過させるマイクロキャピラリーチャネルを画定する先端部を端部に備えた分配マニホールドを有し、これによって、マトリックス層間にマイクロキャピラリーが形成される。マニホールド。本方法は、キャピラリー材料をマイクロキャピラリーチャネルに通過させ、かつマトリックス層の中に通過させると同時に、熱可塑性材料の層をマトリックス流動チャネルに通して押出しすること(1193)と、熱可塑性材料をマイクロキャピラリーチャネルに通して分配すること(1195)と、環状流体をダイアセンブリに通過させること(1197)とを、更に伴う。
本方法はまた、多層フィルムを多層、環状マイクロキャピラリー形状に形成(1199)すること、及び/または熱可塑性材料の温度、流量、圧力、材料特性、及びこれらの組み合わせのうちの1つを操作することによって、多層フィルムのプロファイルを選択的に調整することを伴ってもよい。多層フィルムは、熱可塑性材料の流動特性(温度、流量、圧力等)を操作することによって成形されてもよい。多層フィルムは、1つ以上の熱可塑生成材料を複数のフィルムチャネルに通して押出しすることによって成形されてもよい。
本方法は、任意の順番で行われてもよく、必要に応じて繰り返されてもよい。フィルムは、記載された方法によって製造され得る。

Claims (39)

  1. 多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するためのダイアセンブリであって、前記ダイアセンブリが、熱可塑性材料を通過させる押出機に動作的に接続可能であり、前記ダイアセンブリが、
    シェルと、
    少なくとも1つの内側マニホールド及び少なくとも1つの外側マニホールドであって、前記熱可塑性材料のマトリックス層がそれらから押出し可能であるように、それらを通る前記熱可塑性材料を受容するためのマトリックス流動チャネルを周りに備えてシェル内に位置付け可能な、少なくとも1つの内側マニホールド及び少なくとも1つの外側マニホールドと、
    前記少なくとも1つの内側マニホールドと前記少なくとも1つの外側マニホールドとの間に配設可能なダイインサートであって、マイクロキャピラリー材料を通過させるマイクロキャピラリーチャネルを画定する先端部を端部に備えた分配マニホールドを有し、これによって、前記マトリックス層の間にマイクロキャピラリーが形成される、ダイインサートと、を備える、ダイアセンブリ。
  2. 前記少なくとも1つの内側マニホールドに動作的に接続可能な円錐を更に備える、請求項1に記載のダイアセンブリ。
  3. 前記少なくとも1つの外側マニホールド及び前記ダイインサートが一体式である、請求項1に記載のダイアセンブリ。
  4. 前記少なくとも1つの外側マニホールド及び前記ダイインサートがそれぞれ、延長突出部で終端する、請求項1に記載のダイアセンブリ。
  5. 前記少なくとも1つの外側マニホールド及び前記ダイインサートがそれぞれ、それらの押出し端において、互いに対称配置で位置付け可能な突出部を有する、請求項1に記載のダイアセンブリ。
  6. 前記少なくとも1つの外側マニホールド及び前記ダイインサートがそれぞれ、それらの押出し端において、互いに非対称配置で位置付け可能な突出部を有する、請求項1に記載のダイアセンブリ。
  7. 前記分配マニホールドが、その周りに流動分配チャネルを有する、請求項1に記載のダイアセンブリ。
  8. 前記分配流路が、溝及びギャップのうちの1つを含む、請求項7に記載のダイアセンブリ。
  9. 前記少なくとも1つの内側マニホールドが、それを通る環状流体通路を有する、請求項1に記載のダイアセンブリ。
  10. 多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するための押出機アセンブリであって、前記押出機アセンブリが、
    少なくとも1つの押出機であって、
    熱可塑性材料を受容するための入口を有するハウジングと、
    前記熱可塑性材料を前記ハウジングに通して進めるための、前記ハウジング内に位置付け可能なドライバと、を備える、少なくとも1つの押出機と、
    少なくとも1つのマイクロキャピラリー材料源と、
    それを通る前記熱可塑性材料を受容するための、前記ハウジングの出口に動作的に接続可能なダイアセンブリと、を備え、前記ダイアセンブリが、
    シェルと、
    少なくとも1つの内側マニホールド及び少なくとも1つの外側マニホールドであって、前記熱可塑性材料のマトリックス層がそれらから押出し可能であるように、それらを通る前記熱可塑性材料を受容するためのマトリックス流動チャネルを周りに備えてシェル内に位置付け可能な、少なくとも1つの内側マニホールド及び少なくとも1つの外側マニホールドと、
    前記少なくとも1つの内側マニホールドと前記少なくとも1つの外側マニホールドとの間に配設可能なダイインサートであって、マイクロキャピラリー材料を通過させるマイクロキャピラリーチャネルを画定する先端部を端部に備えた分配マニホールドを有し、これによって、前記マトリックス層の間にマイクロキャピラリーが形成される、ダイインサートと、を備える、押出機アセンブリ。
  11. 前記少なくとも1つのマイクロキャピラリー材料源が、押出機及び流体源のうちの1つを含む、請求項10に記載の押出機アセンブリ。
  12. 前記製品を膨張させるために、前記少なくとも1つの内側マニホールドを通って延在する流路に動作的に接続可能な環状流体源を更に備える、請求項10に記載の押出機アセンブリ。
  13. 前記ハウジングに通して前記熱可塑性材料を収集し、分配するためのホッパーを更に備える、請求項10に記載の押出機アセンブリ。
  14. 前記ドライバが、前記ハウジング内に回転式で位置付け可能な少なくとも1つのスクリューである、請求項10に記載の押出機アセンブリ。
  15. 前記少なくとも1つの押出機が、前記マトリックス層のためのものであり、前記少なくとも1つのマイクロキャピラリー材料源が、追加の押出機を含む、請求項10に記載の押出機アセンブリ。
  16. 前記少なくとも1つの押出機が、前記マトリックス層のそれぞれを形成するための別個の押出機を含み、前記少なくとも1つのマイクロキャピラリー材料源が、流体源を含む、請求項10に記載の押出機アセンブリ。
  17. 複数の押出機を備え、前記複数のそれぞれが、それを通過する同一及び異なる熱可塑性材料のうちの1つを有する、請求項10に記載の押出機アセンブリ。
  18. 前記ダイアセンブリが、直立垂直型、逆垂直型、及び水平型のうちの1つである、請求項10に記載の押出機アセンブリ。
  19. 成形機を更に備える、請求項10に記載の押出機アセンブリ。
  20. 多層の環状マイクロキャピラリー製品を製造するための方法であって、
    熱可塑性材料をダイアセンブリに通過させることであって、前記ダイアセンブリが、シェルと、マトリックス流動チャネルを周りに備えて前記シェル内に位置付けられた少なくとも1つの外側マニホールド及び少なくとも1つの内側マニホールドと、前記内側マニホールドと前記外側マニホールドとの間に位置付けられたダイインサートとを備え、前記ダイインサートが、先端部を端部に備えた分配マニホールド及びマイクロキャピラリーチャネルを備える、通過させることと、
    マイクロキャピラリー材料を前記マイクロキャピラリーチャネルに通過させ、かつ前記マトリックス層の間に通過させることによって、前記マトリックス層中にマイクロキャピラリーを形成しながら、前記熱可塑性材料のマトリックス層を前記マトリックス流動チャネルに通して押出しすることと、を含む、方法。
  21. 前記押出しすることが、マイクロキャピラリーを中に有する前記熱可塑性材料のマトリックス層を、環状マイクロキャピラリーフィルム、管材、パイプ、及び成形形状のうちの1つに押出しすることを含む、請求項20に記載の方法。
  22. 前記製品を膨張させるために、環状流体を前記ダイアセンブリに通過させることを更に含む、請求項20に記載の方法。
  23. 前記マイクロキャピラリーを中に有する前記マトリックス層を、吹込み形状に形成することを更に含む、請求項20に記載の方法。
  24. 前記熱可塑性材料を、前記マイクロキャピラリーチャネルに通して選択的に分配することを更に含む、請求項20に記載の方法。
  25. 前記熱可塑性材料の温度、流量、圧力、材料特性、及びこれらの組み合わせのうちの1つを操作することによって、前記多層フィルムのプロファイルを選択的に調整することを更に含む、請求項20に記載の方法。
  26. 請求項20に記載の方法によって製造される多層の環状マイクロキャピラリー製品。
  27. 多層の環状マイクロキャピラリー製品であって、
    環状マイクロキャピラリー製品形状に押出し可能な熱可塑性材料のマトリックス層を含み、
    前記マトリックス層が、前記熱可塑性材料のマトリックス層間に平行に配設された複数のマイクロキャピラリーチャネルと、前記複数のマイクロキャピラリーチャネル内に配設可能なマイクロキャピラリー材料とを有する、多層の環状マイクロキャピラリー製品。
  28. 前記製品形状が、フィルム、管状、パイプ、及び成形形状のうちの1つを含む、請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品。
  29. 前記マイクロキャピラリー材料が、熱可塑性材料、液体、またはガスのうちの1つを含む、請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品。
  30. 前記製品形状が、前記製品を膨張させるために、それを通過する環状流体によって支持される、請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品。
  31. 前記マイクロキャピラリー材料が、液体、ガス、及びプラスチック材料、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品。
  32. 前記製品形状が、少なくとも2ミリメートルの直径を有する管材を含む、請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品。
  33. 製品が、1μm〜25000μmの範囲の厚さを有する、請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品。
  34. 前記複数のチャネルが、互いから少なくとも1μm離間している、請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品。
  35. 前記マイクロキャピラリーチャネルの短軸長が、0.5μm〜20000μmの範囲を有する、請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品。
  36. 前記熱可塑性材料のマトリックス層のうちの少なくとも1つが、前記熱可塑性材料のマトリックス層のうちの少なくとも1つの他の層と異なる、請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品。
  37. 前記熱可塑性材料が、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンビニルアルコール(PVOH)、ポリ塩化ビニル、ポリ乳酸(PLA)、及びポリエチレンテレフタレートからなる群から選択される、請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品。
  38. 請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品を含む多層構造体。
  39. 請求項27に記載の環状マイクロキャピラリー製品を含む物品。
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