专利名称：基于聚烯烃的树脂薄膜和聚烯烃型树脂薄膜用组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有高弹性模量的基于聚烯烃的树脂薄膜和用于生产具有高弹性模量的基于聚烯烃的树脂薄膜的组合物。
但是，虽然薄膜可以通过超高分子量聚烯烃的切片获得，但是该薄膜的厚度精度差，并且部分地其强度和弹性模量差，从而使得高强度和高弹性模量的薄膜制备困难。
本发明人为了开发具有高弹性模量并且能高生产率地生产的基于聚烯烃的树脂薄膜进行了广泛的研究，结果，他们发现通过把一种组合物成型成薄膜可以解决上述问题，这种组合物以特定比例把具有特定分子链长的聚烯烃、具有特定重均分子量的聚烯烃蜡和无机填料混合，从而完成了本发明。
即本发明的基于聚烯烃的树脂薄膜特征在于重均分子链长为2850nm或更长的聚烯烃[A]和重均分子量为700-6000的聚烯烃蜡[B]以[A]/[B]＝90/10-50/50(按重量计)混合作为树脂成分，向100重量份的树脂成分中加入10-300重量份的无机填料。
当[A]/[B]超过90/10以增大聚烯烃[A]的比例时，加工性能降低，而在聚烯烃蜡[B]的比例超过50，以降低[A]/[B]到小于50/50时，所得薄膜的弹性模量降低。
聚烯烃[A]的密度ρ1(g/cm3)和聚烯烃蜡[B]的密度ρ2(g/cm3)优选的是用下列关系表示0.92≤ρ1≤0.940.91≤ρ2≤0.93-0.01≤(ρ1-ρ2)≤0.03当聚烯烃[A]的密度ρ1和聚烯烃蜡[B]的密度ρ2之间的关系不满足上述关系时，组合物的均匀性不足，当均匀性差的组合物拉伸形成薄膜时，可能产生开裂等问题。
在基于聚烯烃的树脂薄膜中的无机填料的平均粒径优选的是1微米或更小。
通过使所加入的无机填料的平均粒径减小到1微米或更小，可以获得具有更高弹性模量的基于聚烯烃的树脂薄膜。
优选地，本发明的基于聚烯烃的树脂薄膜在TD方向上拉伸2-10倍。
通过这种拉伸，组合物被成型成在TD方向上具有高弹性模量的基于聚烯烃的树脂薄膜。TD方向指同时垂直于薄板厚度方向和在通过薄膜制备过程如挤出、压延等从基于聚烯烃的树脂薄膜的起始组合物成型时的薄膜或薄板的加工方向(MD方向)的方向。
根据本发明的基于聚烯烃的树脂薄膜用组合物特征在于重均分子链长为2850nm或更长的聚烯烃[A]和重均分子量为700-6000的聚烯烃蜡[B]以[A]/[B]＝90/10-50/50(按重量计)混合作为树脂成分，向100重量份的树脂成分中加入10-300重量份的无机填料。
本发明的优选的实施方案构成本发明中所用的聚烯烃[A]的烯烃的实例包括已知的烯烃，如乙烯、丙烯、丁烯和己烯。
所用的聚烯烃是重均分子链长为2850nm或更长的聚烯烃。当重均分子链长小于2850nm时，聚烯烃中的分子链不足以缠绕，从而使得难以从本发明的组合物获得高强度、高弹性模量的薄膜。
作为聚烯烃[A]，优选地使用重均分子量为5×105或更大的超高分子量聚乙烯和超高分子量聚丙烯。
本发明的聚烯烃蜡[B]特征在于其重均分子量为700-6000。当使用重均分子量小于700的聚烯烃蜡时，组合物中的聚烯烃[A]和聚烯烃蜡[B]容易彼此分离，聚烯烃蜡容易从组合物中流出。另一方面，当使用重均分子量大于6000的聚烯烃蜡时，聚烯烃[A]和聚烯烃蜡[B]的混合物的熔体粘度增大，从而难以获得均匀的组合物，由这种组合物生产的薄膜局部强度和弹性模量差，并且难以获得高强度、高弹性模量的薄膜。
聚烯烃蜡[B]的具体实例包括聚乙烯型树脂如低密度聚乙烯、直链聚乙烯(乙烯-α-烯烃共聚物)和高密度聚乙烯，聚丙烯型树脂如聚丙烯和乙烯-丙烯共聚物，和蜡如聚(4-甲基戊烯-1)、聚(丁烯-1)和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
聚烯烃的分子链长、重均分子链长、分子量和重均分子量可以由GPC(凝胶渗透色谱分析)来测量，在特定分子链长范围内或特定分子量范围内的混合聚烯烃的比例(重量％)可以通过由GPC测量所获得的分子量分布曲线的积分来确定。
作为本发明中所用的无机填料，已知的无机填料可以使用而没有限制。具体地，其实例包括金属盐如碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、硫酸钙、硫酸镁和硫酸钡，金属氢氧化物如氢氧化铝和氢氧化镁，及金属氧化物如氧化钙、氧化镁、氧化钛、氧化铝和氧化锌，以及滑石、粘土、高岭土、氧化硅、水滑石、硅藻土、云母、沸石、玻璃粉末等。
无机填料优选的是为了改善分散性并提高所得薄膜的机械强度而经过用偶联剂处理的。作为偶联剂，任何已知的偶联剂都可以使用而没有限制，具体地，其实例包括硅烷偶联剂(例如购自Nippon UnicarCo.，Ltd.的各种硅烷偶联剂)、钛偶联剂(例如购自Ajinomoto Co.，Ltd.的各种钛偶联剂)和锆偶联剂。无机填料可以用偶联剂处理，即把无机填料放在搅拌器中，然后搅拌无机填料并用溶解在合适的有机溶剂中的偶联剂喷涂，并干燥已经粘附了偶联剂的填料。
根据本发明的生产基于聚烯烃的树脂薄膜用的组合物除了无机填料以外，还可以按需要含有各种添加剂和填料。这些添加剂包括有机填料如抗氧化剂、紫外线吸收剂、颜料和细树脂粉末。
优选地，根据本发明的基于聚烯烃的树脂薄膜和基于聚烯烃的树脂薄膜用的组合物含有至少10重量％的分子链长为2850nm或更长的基于聚烯烃的树脂。分子链长为2850nm或更长的基于聚烯烃的树脂强度特别优异，因此通过含有至少10％，优选的是20重量％的这种树脂，可以获得强度明显优异的基于聚烯烃的树脂薄膜。
根据本发明的生产基于聚烯烃的树脂薄膜用的组合物可以通过把起始的超高分子量聚烯烃与聚烯烃蜡在具有高剪切力的捏合设备中混合来获得。具体地，可以提到Banbury混合机、捏合机和用于捏合橡胶的两辊混炼机和用于捏合热塑性树脂的螺杆捏合设备。
当使用螺杆捏合设备时，该设备优选的是具有30或更大的L/D的螺杆，提供至少Lf/D为3或更大的全螺纹螺杆和Ln/D为5或更大的捏合段，并满足下列关系(关系式)35≤α≤600.15≤(M/D)≤0.25其中，α为全螺纹螺杆的螺旋角(°)；M是全螺纹螺杆的螺距(mm)；L是螺纹的全长(mm)；D是料筒直径(mm)；Ln是假定当螺杆中包含两个或多个捏合段时捏合段的构件长度(mm)，Ln是各个构件长度的总和；Lf是假定在螺杆中包含两个或多个全螺纹螺杆的全螺纹螺杆构件长度(mm)，Lf是各个构件长度的总和。
与Banbury混合机和捏合机不同，螺杆捏合设备可以优选地用在薄膜生产所必需的连续工艺步骤中，如捏合之后的压延步骤、拉伸步骤等。
参考附图，本发明的一种实施方案将被描述为一个实施例，在这种情况下使用螺杆捏合设备作为捏合设备。(薄膜制造过程)
图1是表示生产基于聚烯烃的树脂薄膜的生产线的示意图。该生产线由捏合步骤1、轧制步骤2、第一切割步骤3、拉伸步骤4和第二切割步骤5组成。
在捏合步骤1中，使用螺杆捏合设备10，该捏合设备提供第一个加料斗11，用于送入重均分子链长为2850nm或更长的聚烯烃PE1和聚烯烃蜡PE2，第二个加料斗12用于送入包括无机填料的填料。螺杆捏合设备10提供双螺杆13，通过双螺杆13，来自加料斗11、12的混合树脂和填料被强制捏合并向前挤出。由捏合获得的基于聚烯烃的树脂薄膜生产用组合物被成型成丸粒。
在轧制步骤2中，使用螺杆挤出设备20。设备20提供加料斗21，用于引入在捏合步骤1中获得的树脂组合物丸粒并具有螺杆22。在设备20中，树脂组合物被向前挤出并通过模具23以棒状或薄板状熔融树脂排出，以获得通过压辊装置24轧制的薄膜。所得薄膜的长度方向是MD方向。
在第一切割步骤3中，在轧制步骤2中获得的薄膜在宽度方向上被切成两片，从而把例如宽度为600mm的薄膜切成宽度为300mm的两个薄膜。
在拉伸步骤4中，300毫米宽的薄膜在TD方向(宽度方向)上被拉伸2-10倍，优选的是4-5倍。从而可以获得在TD方向上拉伸的基于聚烯烃的树脂薄膜。
在一种优选的实施方案中，在拉伸步骤后，可以提供在低于基于聚烯烃的树脂薄膜组合物的熔点Tm的约(Tm-10)-(Tm-5)的温度下热固定的热固定(thermally fixing)步骤。
在第二切割步骤5中，把在拉伸步骤4中获得的基于聚烯烃的树脂薄膜切成具有希望宽度的薄膜。
(螺杆捏合设备的构造)然后，更详细地描述根据本发明的生产基于聚烯烃的树脂薄膜用的组合物生产的优选的螺杆捏合设备10中的螺杆13的构造。图2表示螺杆13的构造详情。
螺杆13通过在称为螺杆轴的轴上固定称为构件的部件来构成。
在图2中，由符号P表示的构件是全螺纹螺杆。全螺纹螺杆是在整个螺杆长度上提供螺纹槽的螺杆部分。由符号DP表示的构件是比全螺纹螺杆P的螺纹槽更深的全螺纹螺杆。通过使用具有这种更深螺纹槽的全螺纹螺杆，可以延长树脂的保留时间。全螺纹螺杆具有图3所示的形状，并且通常把捏合后的物料向前输送(即捏合设备的下游)。在图3中，D是料筒的直径(内径)(mm)，Ds是螺杆的直径(mm)，M是螺纹槽的深度(mm)，α是螺杆的螺纹角(°)，H是料筒内表面和螺纹槽底部之间的距离，δf是在螺杆螺纹与料筒内表面之间的距离(mm)。
在上述参数中，α与输送树脂的速度有关，随着α减小，输送树脂的速度降低，结果，树脂的保留时间延长，改善树脂的混合程度。但是，在使α太小时，生产效率降低。M也是与树脂的输送速度和混合程度相关的因素。
由符号ND表示的构件是捏合段。在捏合段中，通常如图4所示，许多具有相同截面形状的捏合盘，虽然每个盘的几何中心位于一条共用的直线上，但是绕该直线在预定方向上以预定的不同角度叠在一起。每个捏合盘的厚度可以相同或不同。
在插入螺杆的料筒中，在构成捏合段的捏合盘与料筒之间的距离是变化的，在该距离最小的位置上的捏合物料承受最高的剪切力。
由LND表示的构件是在与捏合段ND中的捏合盘的扭转方向相反的方向上叠合和扭转的捏合盘的捏合段。通过联合使用两种捏合段ND和LND，可以使捏合物料的保留时间比用一种捏合段的保留时间更长，从而获得更强的剪切力。
由符号SND表示的构件也是一种捏合段，特征在于在比较其两个相邻的捏合盘时，捏合设备的下游捏合盘比其上游捏合盘薄。通过使用捏合段SND，可以调节捏合物料流向捏合设备的下游侧的速度，并且赋予捏合物料更强的压缩和拉伸作用。
图4表示在双螺杆挤出机中插入的捏合段，其中，未示出螺杆轴。
设定适合于制备根据本发明的生产基于聚烯烃的树脂薄膜用的组合物的螺杆捏合设备，使得整个螺杆的L/D为30或更大，捏合段的Ln/D为5或更大，全螺纹螺杆的Lf/D为3或更大。
对于全螺纹螺杆，设计参数使得35≤α≤60，并且0.15≤(M/D)≤0.25。随着L/D增大，保留时间延长。通过选择如上所述的参数，可能获得可以成型成高弹性模量薄膜的基于聚烯烃的树脂组合物。
权利要求
1.一种基于聚烯烃的树脂薄膜，其中，重均分子链长为2850nm或更长的聚烯烃[A]和重均分子量为700-6000的聚烯烃蜡[B]以[A]/[B]＝90/10-50/50(按重量计)的比例混合作为树脂成分，并且向100重量份的树脂成分中加入10-300重量份的无机填料。
2.根据权利要求1的基于聚烯烃的树脂薄膜，其中，所述聚烯烃[A]的密度ρ1(g/cm3)和所述聚烯烃蜡[B]的密度ρ2(g/cm3)优选的是用下列关系表示0.92≤ρ1≤0.940.91≤ρ2≤0.93-0.01≤(ρ1-ρ2)≤0.03
3.根据权利要求1或2的基于聚烯烃的树脂薄膜，其中，所述无机填料的平均粒径为1微米或更小。
4.根据权利要求1-3的任一项的基于聚烯烃的树脂薄膜，它已经在TD方向上拉伸2-10倍。
5.一种用于基于聚烯烃的树脂薄膜的组合物，其中，重均分子链长为2850nm或更长的聚烯烃[A]和重均分子量为700-6000的聚烯烃蜡[B]以[A]/[B]＝90/10-50/50(按重量计)的比例混合作为树脂成分，并且向100重量份的树脂成分中加入10-300重量份的无机填料。
全文摘要
提供了一种具有高弹性模量的基于聚烯烃的树脂薄膜和一种生产高弹性模量的基于聚烯烃的树脂薄膜用的组合物。该基于聚烯烃的树脂薄膜特征在于重均分子链长为2850nm或更长的聚烯烃[A]和重均分子量为700－6000的聚烯烃蜡[B]以[A]/[B]=90/10－50/50(按重量计)的比例混合作为树脂成分,并且向100重量份的树脂成分中加入10－300重量份的无机填料。
文档编号C08L23/02GK1379056SQ0210497
公开日2002年11月13日 申请日期2002年3月29日 优先权日2001年3月30日
发明者高田敦弘, 黑田龙磨, 花田晓, 山田武 申请人:住友化学工业株式会社