聚合物-皂组合物及其制备和使用方法_5

文档序号:9239609阅读:来源:国知局
量聚合物,所述单体可与乙烯共聚,例如马来酸、延胡索酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙酸乙烯 酯、丙烯腈、异丁烯腈、丁二烯、一氧化碳等。优选丙烯酸酯、马来酸酐、乙酸乙烯酯、和甲基 丙烯酸。尤其优选酸酐为接枝单体,最优选马来酸酐。
[0159] 适用作接合层的示例性材料类别是以商品名Byneliy如ByneT 3860由DuPont 出售的称为酸酐改性乙烯-乙酸乙烯酯的材料。适用作接合层的另一类材料是以商 品名Bynel&如BynelK 2169也由DuPont出售的酸酐改性乙稀-丙稀酸甲醋。适用 作接合层的马来酸酐接枝聚稀径聚合物还以商品名Orevac?购自Elf Atochem North America(Functional Polymers Division,Philadelphia,PA) 〇
[0160] 另选地,适用作接合层材料的聚合物可掺入到如本文所公开的一个或多个膜层的 组合物中。经由此类掺入,改变了多个层的性能,以改善它们的相容性并且降低分层的风 险。
[0161] 可在本文所公开的多层膜中使用除接合层以外的其它中间层。例如,可在两个亲 水性树脂外层之间使用聚烯烃组合物层,以向挤出的纤维网提供附加的机械强度。可使用 任何数目的中间层。
[0162] 适用于形成中间层的热塑性材料的例子包括聚乙烯树脂如低密度聚乙烯(LDPE)、 线性低密度聚乙烯(LLDPE)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)、聚丙烯、 和聚(氯乙烯)。优选的此类聚合物层具有与上文疏水层中所述那些基本上相同的机械性 能。
[0163] 除了由本文所述组合物形成以外,所述膜还可包含其它添加剂。例如,可将遮光剂 加入到一个或多个膜层中。此类遮光剂可包括铁氧化物、炭黑、铝、氧化铝、二氧化钛、滑石、 以及它们的组合。这些遮光剂可占所述膜的〇. 1重量%至约5重量%,或0. 3重量%至3 重量%。应当理解,可使用其它适宜的遮光剂,并且可以多种浓度使用。遮光剂的例子描述 于美国专利6, 653, 523中。
[0164] 此外,所述膜可包含其它添加剂,如其它聚合物材料(例如聚丙烯、聚乙烯、乙 烯-乙酸乙烯醋、聚甲基戊稀、它们的任何组合等)、填料(例如玻璃、滑石粉、碳酸钙等)、 脱模剂、阻燃剂、导电剂、膜抗静电剂、颜料、抗氧化剂、抗冲改性剂、稳定剂(例如紫外线吸 收剂)、润湿剂、染料、膜抗静电剂、或它们的任何组合。膜抗静电剂包括阳离子试剂、阴离子 试剂、和非离子试剂。阳离子试剂包含具有烷基取代基的铵、铸和锍阳离子,和相关联的阴 离子如氯离子、甲酯硫酸根或硝酸根。预期的阴离子试剂包括烷基磺酸盐。非离子试剂包 括聚乙二醇、有机硬脂酸酯、有机酰胺、单硬脂酸甘油酯(GMS)、烷基二乙醇酰胺、和乙氧基 化胺。
[0165] 制各腊的方法
[0166] 本文所公开的膜可采用常规的制膜方法,在常规共挤出制膜设备上进行加 工。一般来讲,可以用流延膜法或吹胀膜挤塑法将聚合物熔融加工成膜,这两种方法 在描述于 Allan A. Griff 的 Plastics Extrusion Technology 第二版(Van Nostrand Reinhold - 1976)中。
[0167] 流延膜通过线型槽模具挤出。一般来讲,将平面纤维网在大型的运动的抛光金属 辊(冷却辊)上冷却。它快速冷却,并从第一辊剥离,经过一个或多个辅助辊,然后通过一 组橡胶涂层的拉辊或"拖离"辊,并且最终进入卷绕器。
[0168] 在吹胀膜挤塑中,将熔体向上挤出通过薄环形模具开口。该方法称为管状膜挤出。 将空气通过该模具的中心引入以吹胀管体,并且使其伸展。由此形成移动气泡,其通过内在 空气压力、挤压速率和拖离速度的同时控制而保持恒定的尺寸。该膜的管体通过空气冷却, 所述空气吹过一个或多个围绕所述管体的冷却环。该管体随后通过以一对牵引辊将其拉入 展平框中,并且进入卷绕器而塌缩。
[0169] 共挤压过程需要多于一台的挤出机和共挤压送料区块或多歧管模具体系或两者 的结合,以获得多层膜结构。美国专利4, 152, 387和4, 197, 069公开了共挤压的送料区块 和多歧管模具原理,将所述文献以引用方式并入本文。将多台挤出机连接于所述送料区块, 其可使用可移动分流器以成比例地改变各个流通道的几何形状,其直接关联于通过该流通 道的聚合物的体积。所述流通道经设计而使所述材料在它们的汇合点以相同的速率和压力 进行合流,使界面应力和流的不稳定性最小化。在所述材料汇合于所述送料区块中后,它们 作为复合结构流入单一的歧管模具。送料区块和模具体系的其它例子公开于"Extrusion Dies for Plastics and Rubber"(W.Michaeli,Hanser,New York,第2版,1992)中,据此 将所述文献以引用方式并入本文。在此类过程中,材料的熔体粘度、法向应力差和熔融温度 没有太大的差别可能是重要的。在其它方面,层密闭或者流动不稳定性可在模具中导致层 厚度分布的控制不佳,以及在多层膜中导致非平面界面的缺陷(如白点)。
[0170] 送料区块共挤出的替代形式是多歧管或叶片模具,如美国专利4, 152, 387、 4, 197, 069和4, 533, 308中所公开的,将所述文献以引用方式并入本文。在所述送料区块 体系中熔融流(melt stream)在外部并且在进入模具体之前进行合并,而在多歧管或叶片 模具中各个熔融流在模具中具有其自身的歧管,聚合物在其中独立地在其各自的歧管内伸 展。所述熔融流在模具出口附近合并,各个熔融流均处于完全的模具宽度。可移动的叶片 提供了各个流通道出口的可调节性,其与流经其的材料体积成正比,这使所述熔体以相同 的速率、压力和所需宽度进行合流。
[0171] 由于聚合物的熔融流特征和熔融温度广泛变动,叶片模具的使用具有若干优点。 所述模具给予自身热分离特征,其中可将熔融温度差别很大(例如高达175 °F (80°C))的 聚合物在一起加工。
[0172] 可针对具体聚合物设计和定制叶片模具中的各歧管。从而,每种聚合物流仅受其 歧管设计的影响,并且没有其它聚合物所施加的力。这实现了将熔融粘度差别很大的材料 共挤出成为多层膜。此外,所述叶片模具还提供了定制单个歧管宽度的能力,从而使内部层 可完全被外层环绕而不留下暴露的边缘。可使用送料区块体系和叶片模具,以获得更复杂 的多层结构。
[0173] 本领域技术人员将认识到,用于制备本文所公开膜的挤出机的尺寸取决于所期望 的生产率,并且可使用若干挤出机尺寸。适宜的例子包括具有1英寸(2. 5cm)至1. 5英寸 (3. 7cm)直径以及24或30的长度/直径比率的挤出机。如果更大的生产需求需要,则挤出 机直径可向上变化。例如,可使用具有介于2. 5英寸(6. 4cm)和4英寸(IOcm)之间直径的挤 出机来制备本发明的膜。可使用通用螺杆式挤出机。适宜的送料区块为单一温区固定板区 块。机械加工分配板以提供具体的层厚度。例如,对于三层膜而言,所述板提供按80/10/10 厚度排列的层,适宜的模具为具有"活模唇"模具间隙调节的单一温区平模。模具间隙通常 调节至小于0.020英寸(0.5mm),并且调节每个区段以提供横跨纤维网的均匀厚度。由于生 产要求可能需要,可使用任何尺寸的模具,然而已发现,10-14英寸(25 - 35cm)是适宜的。 冷却辊通常是水冷的。一般使用边缘吸附,并且偶尔可使用气刀。
[0174] 对于某些共挤出膜,可能需要将胶粘的亲水性材料放置到冷却辊上。当布置方式 将胶粘材料放置到冷却辊上时,可在模具与冷却辊之间提供防粘纸,以使胶粘材料与辊的 接触最小化。然而,优选的布置方式为将胶粘材料挤出在远离冷却辊的一侧。该布置方式一 般避免材料胶粘到冷却辊上。放置在冷却辊上方的附加抄针辊也可有助于去除胶粘材料, 并且还可提供冷却辊上额外的停留时间,以有助于冷却所述膜。
[0175] 胶粘材料可能偶尔粘着到下游辊。通过在受影响辊上放置低表面能(例如 Teflonk')套管,将Teflonκ'条带卷绕在受影响辊上,或通过在受影响辊前面的防粘纸,可 使该问题最小化。最后,如果出现胶粘材料可能在卷绕辊上自身粘连,则可在即将卷绕前加 入防粘纸。这是在卷绕辊上储存期间防止膜粘连的标准方法。应使加工助剂、脱模剂或杂 质最小化。在一些情况下,这些添加剂可铺展到表面,并且降低亲水性表面的表面能(增加 接触角)。
[0176] 制备本文所公开多层膜的另选的方法是挤出纤维网,所述纤维网包含适于单独层 之一的材料。本领域已知用于形成平面膜的挤出方法是适宜的。然后可采用下述方法,将 此类纤维网层合形成适于形成流体可透过纤维网的多层膜。认识到,可使用适宜的材料如 热熔性粘合剂来接合纤维网形成多层膜。优选的粘合剂是压敏热熔性粘合剂如直链苯乙 烯-异戊二烯-苯乙烯("SIS")热熔性粘合剂,但是据预测,可使用其它粘接剂如聚酰胺 粉末化粘接剂的聚酯,具有增容剂如聚酯、聚酰胺或低残留单体聚氨酯的热熔性粘接剂,其 它热熔性粘接剂或其它压敏粘接剂,来制备本发明的多层膜。
[0177] 在制备本文所公开的膜的另一种另选的方法中,可分别挤出基底或载体纤维网, 并且可使用挤压涂布方法在其上挤出一个或多个层,以形成膜。有利地,载体纤维网以与挤 出机速度相协调的速度从挤出模具下方通过,以形成厚度小于25微米的非常薄的膜。当熔 融聚合物冷却并且与载体纤维网粘合时,使熔融聚合物和载体纤维网紧密接触。
[0178] 如上所述,接合层可增加层之间的粘合。还一般通过使层通过两辊之间形成的辊 隙,增加接触和粘合。还可通过使接触膜的载体纤维网的表面经历表面处理如电晕处理来 增加粘合,如本领域已知的以及"Modern Plastics Encyclopedia Handbook"第236页 (1994)中所述的。
[0179] 如果如 K. R. Osborn 和 W. A. Jenkins 在 "Plastic Films, Technology and Packaging Applications"(Technomic Publishing Co.,Inc. (1992))中所述经由管状 膜(即吹塑膜技术)或平面模具(即流延膜)生产单层膜层,则所述膜可经历附加的粘合 剂后挤出步骤,或挤出层压到其它包装材料层上以形成多层膜。如果所述膜为两个或更多 个层的共挤出,则所述膜仍可层压至附加的包装材料层,这取决于最终膜的其它物理要求。 D. Dumbleton 的"Laminations vs. Coextrusion"(Converting Magazine (1992 年 9 月)也 论述了层压对共挤出。本文设想的膜也可经历其它后挤出技术,如双轴取向工艺。
[0180] 流体可诱讨的纤维网
[0181] 本文所公开的膜可形成适用作吸收制品顶片的流体可透过的纤维网。如下所述, 流体可透过的纤维网有利地通过宏观膨胀本文所公开的膜来形成。流体可透过的纤维网包 含多个大孔、微孔、或二者。与由本领域已知方法如压花或穿孔(例如使用具有多个刺针的 辊)开孔的纤维网相比,大孔和/或微孔使流体可透过的纤维网具有消费者更偏爱的纤维 状或布料状外观。本领域技术人员将认识到,向膜提供孔的此类方法也可用于向本文所公 开的膜提供孔。虽然流体可透过的纤维网在本文中被描述为用于吸收制品的顶片,但是本 领域普通技术人员将会知道,这些纤维网具有其它用途,如绷带、农用覆盖物、以及其中希 望控制流体流动通过表面的类似用途。
[0182] 通过对膜的一个表面施加由水等构成的高压射流,优选同时邻近膜的相对表面施 加真空,形成大孔和微孔。一般来讲,膜支承在具有相对表面的成形结构的一个表面上。所 述成形结构具有多个孔,通过所述孔,使相对的表面彼此流体连通。虽然成形结构可以是固 定的或移动的,但是优选的实施例使用成形结构作为连续工序的一部分,其中所述膜具有 行进方向,并且在行进方向上成形结构承载所述膜同时支承所述膜。流体喷射和真空(有 利的)在整个膜厚度上协作以提供流体压差,致使膜加速匹配成形结构,并且在与成形结 构中的孔重合的区域破裂。
[0183] 所述膜依次通过两个成形结构。第一成形结构具有多个小尺度孔,所述孔在经受 上述流体压差时,致使在膜纤维网中形成微孔。第二成形结构表现出由多个宏观横截面孔 限定的宏观三维横截面。经受第二流体压差时,所述膜基本上符合第二成形结构,同时基本 上保持小尺度孔的完整性。
[0184] 此类开孔方法被称为"液压成形"并更详细地描述于美国专利4, 609, 518; 4, 629, 643 ;4, 637, 819 ;4, 681,793 ;4, 695, 422 ;4, 778, 644 ;4, 839, 216 和 4, 846, 821 中,其 各自公开的内容以引用方式并入本文。
[0185] 开孔纤维网也可由方法如真空成形并且使用机械方法如冲孔来形成。真空成形公 开于美国专利4, 463, 045中,其公开内容以引用方式并入本文。机械方法的例子公开于美 国专利4, 798, 604 ;4, 780, 352和3, 566, 726中,其公开的内容以引用方式并入本文。
[0186] fe塑制品
[0187] 本文所公开的组合物可形成模塑或挤塑制品。模塑制品为注塑、压塑或由气体吹 塑成由母模限定的形状时形成的物体。模塑或挤塑制品可为实心物体如玩具,或中空物体 如瓶、容器、棉塞施用器、将药物插入到躯体孔腔的施用装置、单次使用的医疗设备、外科设 备等。模塑制品和制备它们的方法一般描述于例如美国专利6, 730, 057和美国专利公布 2009/0269527中,将每篇文献以引用方式并入本文。
[0188] 本文所公开的组合物适于制备容器制品如个人护理产品、家居清洁产品、和衣物 洗涤剂产品、以及此类制品的包装。个人护理产品包括化妆品、毛发护理、皮肤护理、和口腔 护理产品,即洗发剂、皂、牙膏。因此,本文还公开了产品包装,如包含本文所述组合物的容 器或瓶。容器可涉及一个或多个容器元件,如主体、顶盖、喷嘴、柄部、或容器整体例如主体 和顶盖。
[0189] 此外,所述模塑制品还可包含其它添加剂,如其它聚合物材料(例如聚丙烯、聚乙 烯、乙烯-乙酸乙烯酯、聚甲基戊烯、它们的任何组合等)、填料(例如玻璃、滑石粉、碳酸钙 等)、脱模剂、阻燃剂、导电剂、膜抗静电剂、颜料、抗氧化剂、抗冲改性剂、稳定剂(例如紫外 线吸收剂)、润湿剂、染料、或它们的任何组合。模塑制品抗静电剂包括阳离子、阴离子试剂, 并且有利地为非离子试剂。阳离子试剂包含具有烷基取代基的铵、I#:和锍阳离子,和相关 联的阴离子如氯离子、甲酯硫酸根或硝酸根。预期的阴离子试剂包括烷基磺酸盐。非离子 试剂包括聚乙二醇、有机硬脂酸酯、有机酰胺、单硬脂酸甘油酯(GMS)、烷基二乙醇酰胺、和 乙氧基化胺。
[0190] 制各樽塑制品的方法
[0191] 本文所公开的组合物的模塑制品可采用多种技术制得,如注塑、吹塑、压塑、或管 道、管材、型材、或缆索的挤出。
[0192] 本文所公开的组合物的注塑是多步工艺,通过所述工艺将所述组合物加热直至其 熔融,然后用力使其进入密闭的模具中,在模具中成形,最后通过冷却固化。所述组合物在 小于180°C,更典型小于160°C的熔融温度下熔融加工,以使不可取的热降解最小化。用于 注塑的三种常见类型的设备是柱塞式注塑成型机、具有注射功能的螺杆压塑机和往复螺杆 式设备(参见"Encyclopedia of Polymer Science and Engineering"第 8 卷,第 102-138 页,John Wiley and Sons,New York,1987( "EPSE-3"))〇
[0193] 柱塞式注塑机由滚筒、撒布机和柱塞构成。柱塞将熔融物推入模具中。具有第二 级注射功能的螺杆压塑机由压塑机、定向阀、无撒布机的滚筒和柱塞组成。在通过螺杆塑炼 后,柱塞将熔融物推入模具中。往复螺杆式注塑机由圆筒和螺杆构成。螺杆旋转以使物料 熔融并且混合,然后向前移动将熔融物推入模具中。
[0194] 适宜注塑机的例子为Engel Tiebarless ES 60 TL设备,所述设备具有模具、喷嘴 和圆筒,所述圆筒被分为区域,其中每个区域配备热电偶和控温单元。注塑机的区域可被描 述为前区、中区和后区,从而粒料被引入到处于受控温度下的前区中。注塑机的喷嘴、模具 和圆筒组件的温度可根据组合物的熔融加工温度和所用的模具而变化,但通常将在以下范 围内:喷嘴,120_170°C ;前区,100_160°C ;中区 100_160°C ;后区 60-150°C ;和模具,5-50°C。 其它典型的加工条件包括2100kPa至13, 790kPa的注射压力,2800kPa至11,030kPa的保持 压力,2秒至15秒的保持时间,和2cm/sec至20cm/sec的注射速度。其它适宜注塑机的例 子包括 Van Dorn 150-RS-8F 型、Battenfeld 1600 型、和 Engel ES80 型。
[0195] 压塑涉及将一定量的本文所公开的组合物装入到开式模具的下半部分中。在压力 下,使模具的上半部和下半部合在一起,从而熔融组合物与模具的形状一致。然后冷却模 具,以硬化塑料。
[0196] 使用吹塑来生产瓶子和其它中空物件(参见EPSE-3)。在该工艺中,将称为型坯的 一管熔融组合物挤出到密闭的中空模具中。然后通气使型坯膨胀,将组合物推挤紧靠在模 具壁上。随后冷却使塑料硬化。然后打开模具,并且取出制品。
[0197] 吹塑具有许多优于注塑的优点。所用的压力远低于注塑。可通常在塑料与 模具表面之间25-lOOpsi的压力下,实施吹塑。相比之下,注塑压力可达到10, 000至 20, OOOpsi (参见EPSE-3)。在组合物具有的分子量过高以致不易流动通过模具的情况下, 选择吹塑技术。高分子量的聚合物与低分子量的类似物相比,通常具有较好的性能,例如高 分子量材料具有更好地环境应力开裂抗性。(参见EPSE-3)。使用吹塑有可能制造非常薄 的产品壁。这意味着所用的组合物更少,并且固化时间更短,导致通过节省材料而成本降低 以及更高的生产能力。吹塑的另一个重要特征是,由于它仅使用一个母模,因此型坯喷嘴处 挤出条件的微小变化可改变壁厚(参见EPSE-3)。这对于无法提前预计必需壁厚的结构而 言是有利的。可对具有若干厚度的制品进行评价,然后可使用符合规格的最薄从而最轻且 最便宜的制品。
[0198] 采用挤出来形成挤出制品,如管道、管材、棒杆、缆索或型材。将组合物注入到加热 室中,并且通过连续回转螺杆穿过所述室。单螺杆或双螺杆挤出机常用于塑料挤出。将组 合物塑炼,并且通过管模具输送。牵引器牵拉着管子通过配有校准模具、真空罐校准单元和 冷却单元的校准和冷却区域。将刚性管按长度切割,而将柔性管卷绕。可在一步工艺中,实 施型材挤出。挤出工序进一步描述于Hensen,F.的"Plastic Extrusion Technology"第 43-100 页中。
[0199] 使用多种模塑或挤塑技术,将棉塞施用装置模塑或挤塑成所期望的形状或构型, 以提供包括外部管状构件和内部管状构件或柱塞的施用装置。外部管状构件和柱塞可通过 不同的模塑或挤塑技术制造。外部构件可由本文所公开的组合物模塑或挤塑而成,而柱塞 可由另一种材料制成。
[0200] 一般来
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