用于塑料应用的白色矿物材料的新颖表面处理的制作方法_5

文档序号:9354483阅读:来源:国知局
骤(b)的磷酸酯共混物的接触在自20 至200°C、优选自90至200°C、更优选自100至150°C和最优选自110至130°C的温度下进 行。
[0232] 使含表面反应性白色矿物材料的颗粒与步骤(b)的磷酸酯共混物接触的处理时 间为1000秒或以下,优选500秒或以下,更优选250秒或以下和最优选自0. 1至1000秒。 例如,进行接触步骤(c)自0. 1至20秒、优选自0. 5至15秒和最优选自1至10秒的时间。 一般而言,含表面反应性白色矿物材料的颗粒与步骤(b)的磷酸酯共混物接触的长度由所 述接触期间施用的处理温度确定。例如,当施用的处理温度为约200°C时,处理时间会短至 如约0. 1秒。如果施用的处理温度为约90°C时,处理时间可长至如约1000秒。
[0233] 在本发明一个实施方案中,在进行接触步骤(c)之前,使含表面反应性白色矿物 材料的颗粒预热,即被活化。也就是说,在进行接触步骤(c)之前,将含表面反应性白色矿 物材料的颗粒在自90至200°C、优选自100至150°C和最优选自110至130°C温度下处理。
[0234] 进行含表面反应性白色矿物材料的颗粒预热的处理时间为30min或以下,优选 20min或以下和更优选15min或以下。
[0235] 在本发明一个实施方案中,含表面反应性白色矿物材料的颗粒的预热在约等于接 触步骤(c)期间实施温度的温度下进行。
[0236] 本发明中术语〃相等〃温度的意义指的是低于或高于接触步骤(c)期间的实施温 度至多20°C、优选至多15°C、更优选10°C和最优选至多5°C的预热温度。
[0237] 根据本发明一个实施方案,该方法进一步包括使步骤(a)的含表面反应性白色矿 物材料的颗粒在一个或多个步骤中与至少一种有机材料如聚硅氧烷接触的步骤(d)。
[0238] 在本发明方法进一步包括接触步骤(d)的情况下,这种含表面反应性白色矿物材 料的颗粒与至少一种有机材料的接触可在含表面反应性白色矿物材料的颗粒与步骤(b) 的磷酸酯共混物的接触期间和/或之后进行。在本发明一个实施方案中,这种与至少一种 有机材料的接触在含表面反应性白色矿物材料的颗粒与步骤(b)的磷酸酯共混物接触之 后进行。
[0239] 鉴于用于制备表面反应性白色矿物材料的方法的十分优良结果,如上所定义的, 本发明进一步的方面指的是一种可由根据本发明方法制得的表面反应性白色矿物材料。
[0240] 根据本发明的至少一种表面反应性白色矿物材料将优良的机械性质赋于最终应 用产物如纤维和/或长丝和/或薄膜和/或纱线和/或可透气薄膜。特别的是,当至少一 种表面反应性白色矿物材料以本发明聚合物组合物形式提供时,至少一种表面反应性白色 矿物材料将优良的机械性质赋予最终应用产物如纤维和/或长丝和/或薄膜和/或纱线和 /或可透气薄膜。
[0241] 因此,本发明的进一步方面是指一种包含如上所定义的聚合物组合物和/或如上 所定义的包含碳酸钙的材料的纤维和/或长丝和/或薄膜和/或纱线。
[0242] 此外,本发明的另一方面是指一种用于制备纤维和/或长丝和/或薄膜和/或纱 线和/或可透气薄膜的方法,该方法包括至少以下步骤:
[0243] a)提供如上所定义的聚合物组合物,和
[0244] b)使步骤a)的聚合物组合物经受将该聚合物组合物转化成纤维和/或长丝和/ 或薄膜和/或纱线和/或可透气薄膜的条件。
[0245] 用于制备纤维和/或长丝和/或薄膜和/或纱线和/或可透气薄膜的合适方法条 件通常是技术人员所已知的和/或可以基于一般常识通过常规调整而建立。
[0246] 例如,本发明聚合物组合物可有利地在混合和/或挤出和/或配混和/或吹模用 于制备纤维和/或长丝和/或薄膜和/或纱线和/或可透气薄膜的过程中实施,其中至少 一种聚合树脂优选为选自聚烯烃、聚酰胺和/或聚酯的均聚物和/或共聚物的热塑性聚合 物。
[0247] 本发明中〃纤维〃术语的意义是指形成通常由通过如机械方法粘结在一起的纤维 网组成的织物如非织造物的线性结构。由此,应理解〃纤维〃术语指的是有限的结构。
[0248] 本发明中〃纱线〃术语的意义是指形成通常由通过如机械方法粘结在一起的纱线 网组成的织物如非织造物的线性结构。由此,应理解〃纱线〃术语指的是有限的结构。纱 线可作为单纱线、双纱线或多纱线构成。如果存在双纱线或多纱线,单一纱线的组合物可基 本上相同。也就是说,单一纱线的组合物基本上包含相同的组分,即相同量的至少一种聚合 树脂和至少一种表面反应性白色矿物材料。替代地,单一纱线的组合物可不同。也就是说, 单一纱线的组合物可包含相同的组分,即不同量的至少一种聚合树脂和至少一种表面反应 性白色矿物材料,或单一纱线的组合物可包含不同的组分,即至少一种聚合树脂和/或至 少一种表面反应性白色矿物材料可不同而为相同量,或单一纱线的组合物可包含不同的组 分,即至少一种聚合树脂和/或至少一种表面反应性白色矿物材料可不同且为不同量。
[0249] 本发明中〃长丝〃术语的意义指的是在其结构长度上与纤维不同的结构。由此, 应理解〃长丝〃术语指的是无端纤维。进一步应理解长丝可作为单长丝、双长丝或多长丝 构成。如果存在双长丝或多长丝,单一长丝的组合物可基本上相同。也就是说,单一长丝的 组合物基本上包含相同的组分,即相同量的至少一种聚合树脂和至少一种表面反应性白色 矿物材料。替代地,单一长丝的组合物可不同。也就是说,单一长丝的组合物可包含相同的 组分,即不同量的至少一种聚合树脂和至少一种表面反应性白色矿物材料,或单一长丝的 组合物可包含不同的组分,即至少一种聚合树脂和/或至少一种表面反应性白色矿物材料 可不同而为相同量,或单一长丝的组合物可包含不同的组分,即至少一种聚合树脂和/或 至少一种表面反应性白色矿物材料可不同且为不同量。
[0250] 长丝和/或纤维和/或纱线的截面可具有种类相当多的形状。长丝和/或纤维和 /或纱线的截面形状优选为圆形、椭圆或n-边形,其中n为多3,如n为3。例如,长丝和/ 或纤维和/或纱线的截面形状为圆形或三叶形如圆形。额外地或替代地,长丝和/或纤维 和/或纱线截面形状为中空。
[0251] 应理解的是,长丝和/或纤维和/或纱线可通过本领域已知的用于制备这种长丝 和/或纤维和/或线的所有技术来制备。例如,本发明的长丝和/或纤维和/或纱线可通 过已知熔喷方法、纺粘方法或短纤制造来制备。
[0252] 此外,填充PP用于母料通过熔融挤出方法来形成纤维和长丝以及通过技术人员 已知的方法形成连续长丝非织造织物。
[0253] 根据已知技术如用于纱或短纤的连续长丝纺丝和非织造方法如纺粘制造和熔喷 制造,纤维与长丝由挤出熔融聚合物通过小孔而形成。一般而言,如此形成的纤维或长丝被 抽取或延伸而诱导分子定位以及进行结晶性,造成直径降低以及物理性质的改进。
[0254] 纺熔为描述直接从热塑性聚合物制备非织造网(织物)的一般术语。它包括两种 方法(纺丝成网和熔喷)以及两者的组合。
[0255] 在此方法中,聚合物颗粒被熔化和熔融聚合物挤出通过喷丝头组件而制备多个连 续聚合长丝。
[0256] 然后长丝经骤冷和抽取,以及收集而形成非织造网。一些残留温度可造成长丝互 相粘附,但此不能被视为主要粘结方法。有多种可通过粘结步骤使经收集的连续长丝网形 成有用的产物的方法,该粘结步骤包括但不限于压延、水力缠结、针刺和/或通过化学品或 粘结剂的粘结。
[0257] 纺丝成网方法(还称为纺粘)具有给予非织物更大强度的优点。第二组分的共挤 出被用于多种纺丝成网方法,通常以提供额外性质或粘结能力。
[0258] 在形成熔喷网方面,低粘度聚合物在离开喷丝头时被挤出成高速气流。这使熔体 散射、使其固化和打散成为纤维网。
[0259] 本领域技术人员知道合并方法或来自不同方法的织物来制备具有某些希望特征 的配混织物。此实例为合并纺粘与熔喷以制备层压织物(最公知的SMS),其意在代表二个 外层的纺粘织物与内层的熔喷织物。额外地,任一或两种这些方法可以以任何安排方式与 短纤梳理方法或来自非织造短纤梳理方法的粘结织物合并。在这种层压织物中,通常使该 层通过上述粘结步骤中的一个来至少部分巩固。
[0260] 用于制备聚丙烯聚合树脂的纺粘织物的方法在本领域是公知的,且商业可得。两 种典型的方法称为鲁奇法(Lurgi process)以及莱芬豪舍法(Reiffenhluser process)。
[0261] 鲁奇法基于将熔融聚合物挤出穿过纺丝头孔,随后用空气使新形成的经挤出的长 丝骤冷且通过文氏管(Venturi tube)抽吸来抽取。在形成之后,在传送带上分配长丝形成 非织造网。
[0262] 莱芬豪舍法不同于鲁奇法,在于:密封长丝的骤冷区域,且加速骤冷气流,因此诱 导长丝较有效夹带于气流中。
[0263] 在以上所述统中,非织物一般使用熔体流动指数约25至40g/10min的聚丙烯树脂 来制备。
[0264] 鲁奇法生产线被用于制备聚丙烯非织物。挤出机温度介于230°与250°C之间。4 个纺丝箱配备有熔体栗以及含有600个各自具有0. 8毫米直径的孔的纺丝头。使挤出的长 丝形成非织造网。将传送带速度调节至20米/分钟且使用水力缠结来粘结非织造网。水 力缠结(还称为水刺)为使用高压喷水使纤维缠结成疏松网、从而产生通过所述纤维之间 的摩擦力保持在一起的织物的方法。宽度为l〇〇cm的最终粘合的非织网具有385g/m2的织 物重量。
[0265] 包含根据本发明0&〇)3的所述非织物的样品与包含现有技术CaCO 3的非织物的样 品在后文的表7和8中比较。不同量的经填充的母料与另外的聚丙烯(PP HF420FB,均聚丙 烯,MFR 为 19g/10min(230°C,2. 16kg,IS0 1133),来自 Borealis)混合,和由这些混合物制 备非织物。
[0266] 本发明中〃薄膜〃或〃可透气薄膜〃术语的意义指的是在尺寸结构上与长丝和/ 或纤维不同的结构。由此,应理解〃薄膜〃或〃可透气薄膜〃术语指的是薄片。
[0267] 应理解的是,薄膜和/或可透气薄膜可通过本领域已知的用于制备这种薄膜的所 有技术来制备。例如,本发明薄膜可通过用于制备拉伸/定向薄膜和优选挤出涂层薄膜、吹 制薄膜、技术吹制薄膜、单胶带、铸制薄膜等的已知技术来制备。
[0268] 由此,根据本发明的纤维和/或长丝和/或薄膜和/或纱线和/或可透气薄膜的 特征在于它们包含所述的聚合物组合物和/或表面反应性白色矿物材料以及在于它们具 有改进的材料性质如改进的机械性质。
[0269] 作为另一个优点,根据本发明的纤维和/或长丝和/或薄膜和/或纱线和/或可 透气薄膜在薄膜挤出期间造成较低的压力降低。除此之外,根据本发明的纤维和/或长丝 和/或薄膜和/或纱线和/或可透气薄膜进一步显示优良的机械性质如拉伸模量、屈服与 断裂拉伸试验、断裂延伸以及抗撕裂。
[0270] 鉴于关于用如上所定义的磷酸酯共混物处理的含表面反应性白色矿物材料的颗 粒的亲水性所获得的十分优良的结果,本发明进一步方面涉及磷酸酯共混物用于降低含表 面反应性白色矿物材料的颗粒表面的亲水性的用途。特别的是,如上所定义的磷酸酯共混 物可用于降低含表面反应性白色矿物材料的颗粒表面的亲水性,使得含表面反应性白色矿 物材料的颗粒适合用于纤维和/或长丝和/或薄膜和/或纱线和/或可透气薄膜。
[0271] 本发明另一方面涉及包含如上所定义的聚合物组合物和/或如上所定义的表面 反应性白色矿物材料和/或如上所定义的纤维和/或长丝和/或薄膜和/或纱线和/或可 透气薄膜的制品。该制品优选选自卫生产品、医疗保健产品、滤器产品、土工织物产品、农业 和园艺产品、衣物、鞋具和行李产物、家用和工业产品、包装产品、建筑产品等。
[0272] 优选地,卫生产品选自:吸收性卫生产品如婴儿尿布或尿布、女性卫生用品、成人 失禁产品、脱毛条、绷带和伤口敷料、可弃式毛巾及浴巾、可弃式拖鞋和鞋类、上层床单(top sheets)或保健卫生用透气织物(coverstocks)、消费者面罩、腿箍、捕集/分散层、芯包裹 物、背垫、拉伸耳(stretch ears)、着陆区(landing zones)、防尘层和紧固系统;以及擦 拭布如湿巾、护肤湿巾、婴儿湿巾、卸妆棉、清洁湿巾、手部和身体湿巾、湿纸巾、个人卫生湿 巾、女性卫生湿巾、抗菌湿巾药用湿巾。
[0273] 优选地,医疗保健产品选自:医药包装、帽子如可弃式手术帽、防护服、手术衣、手 术口罩及面罩、手术擦洗服、手术罩、手术单、包裹、包装、海绵、敷料、湿巾、床上用品、污染 控制服、检查服、实验室服、隔离服、经皮给药、寿衣、床上垫料、程序包、热包、造口袋内衬、 固定胶带、保温箱床垫、灭菌包裹(CSR套)、伤口护理、冷/热包、药物输送系统如贴片。
[0274] 优选地,过滤器产品选自:汽油滤清器、机油滤清器、空气滤清器、水过滤器、咖啡 过滤器、茶叶袋、医药工业过滤器、矿物处理过滤器、液体盒和袋式过滤器、真空袋、过敏原 膜和具有非织层的层压物。
[0275] 优选地,土工织物产品选自:土壤稳定剂和路面垫层、基础稳定剂、侵蚀控制、运河 建设、排水系统、土工膜保护、防冻保护、农地膜、池塘和沟渠水屏障、排水管的渗沙屏障和 垃圾填埋场衬垫。
[0276] 优选地,农业和园艺产品选自:育秧布、植物保护、种子毛毯、杂草控制织物、温室 遮阳、根控制袋、可降解花盆、毛细管席和景观织物。
[0277] 优选地,衣物、鞋类和行李产品选自:夹层如大衣、衣领、贴面、腰带、翻领等,可弃 式内衣,鞋部件如鞋带扣眼补强物、运动鞋和凉鞋补强物和内底衬等,包组件,粘接剂,成分 和(洗)护理标签。
[0278] 优选地,包装产品选自:夹层如干燥剂包装、吸附剂包装、礼品盒、档案盒、非织物 袋、书套、邮寄信封、快递信封、快递袋等。
[0279] 优选地,家用和工业产品选自:磨具,床上产品如口袋弹簧用口袋布、分离层、弹簧 盖、顶盖、被子背衬、被套、枕套等,百叶窗/窗帘、地毯/地毯背衬如小块地毯、块式地毯、浴 室垫等,覆盖和分离材料,洗衣粉袋,衣物柔顺剂片、地板、家具/装饰如内衬、反向布垫、防 尘罩、弹簧盖、拉条子等,拖把,桌布,茶及咖啡袋,真空吸尘袋,墙壁覆盖物,湿巾如家庭护 理湿巾、地板护理湿巾、清洁湿巾、宠物护理湿巾等,汽车建筑,电缆包装,土木工程,过滤包 装,防护衣物,主要及次要地毯背衬,配混材料,海洋帆层压物,桌布层压物,短切毡,用于绣 花机的靠背/稳定物,需要孔隙率的包装,隔热物如玻璃纤维棉絮、枕头、靠垫,填充物如内 饰填充物、棉被或床罩中的软填料,消费者和医疗口罩,邮寄信封,防水布,隆起和运输(木 材、钢材)包装,可弃式衣服如脚覆盖物和工作服和耐候性房屋包裹。
[0280] 优选地,建筑产品选自:房子包层材料、沥青罩面、公路和铁路路基、高尔夫球场和 网球场、墙纸背衬、隔音墙纸、屋面材料和瓷砖垫层、土壤稳定物和道路垫层、基础稳定物、 侵蚀控制、运河建设、排水系统、土工膜保护、防冻保护、农业地膜、池塘和运河水障和排水 管用沙子渗透屏障。
[0281] 以下实施例额外地说明本发明但不意在将本发明限制到示范性的实施方案。以下 实施例显示至少一种表面反应性白色矿物材料的减少的总挥发物、减少的吸水量敏感性以 及降低的亲水性,以及根据本发明聚合物组合物制备的纤维和/或长丝和/或薄膜和/或 纱线表面反应性白色矿物材料的优良的机械性质: 实施例
[0282] 测量方法
[0283] 以下测量方法用于评估实施例以及权利要求数中给出的参数。
[0284] 总挥发物的测量
[0285] 为了本发明的目的,与矿物填料相关且在25至350°C温度范围释出的"总挥发物" 根据在温度范围内矿物填料样品的质量损失%来表征,如在热重量(TGA)曲线所读取的。
[0286] TGA分析方法提供关于质量损失以及挥发开始温度的极高精确性信息,且 为一般常识;例如它描述于"Principles of Instrumental analysis",第 5 版, Skoog,Holler, Nieman,1998 (第1版,1992),31章798至800页中,以及许多其它常见的参 考书中。在本发明中,热重量分析(TGA)使用Mettler Toledo TGA 851基于500+/-50mg 样品和在20°C /min速率下自25至350°C的扫描温度在70ml/min的气流下进行。
[0287] 技术人员将能够通过如下所述的TGA曲线分析来确定"挥发开始温度":获得TGA 曲线的一阶导数,和确认其上介于150与350°C之间的拐点。在相对于水平线切线斜率值大 于45°的拐点中,确认最低相关温度大于200°C的那个点。与一阶导数曲线的该最低温度 拐点相关的温度值为"挥发开始温度"。
[0288] 在TGA曲线上释出的"总挥发物"使用Stare SW 9. 01软件确定。使用此软件时, 曲线首先相对于原样品重量归一化以获得相对于原样品的质量损失%值。之后,选择25至 350°C的温度范围以及步骤水平(德语为:"Stufe horizontal")选项以得到在选择温度 范围的%质量损失。
[0289] 颗粒材料的颗粒尺寸分布(直径〈X的质量%颗粒)和重量中值直径(d5。)
[0290] 如本文中所用的和如通常在本领域中定义的,〃d5。〃值基于使用Micromeritics Instrument Corporation的Sedigraph? 5100的测量来确定且定义为50%(中值点)的 颗粒体积或质量由直径等于规定值的颗粒占据的尺寸。
[0291] 该方法和仪器是技术人员已知的且通常用于确定填料和颜料的晶粒尺寸。测量在 0. 1重量% Na4P207水溶液中进行。使用高速搅拌器及超音波使样品分散。
[0292] 材料的BET比表面积
[0293] 在本文全文中,矿物填料的比表面积(m2/g)使用BET方法(使用氮作为吸附气体) 来确定,该方法是技术人员公知的(ISO 9277:1995)。然后,矿物填料的总表面积(m2)得自 于比表面积与处理前的矿物填料质量(g)的乘积。
[0294] 吸水量
[0295] 在本发明中"吸水量敏感性"术语的意义指的是吸收在矿物填料表面上的水分 量,且以在+23°C (±2°C)的温度下分别暴露于相对湿度10和85%的大气达2. 5小时后的 mg水分/g干燥经处理的矿物填料产物来确定。经处理矿物填料产物首先在相对湿度10% 的大气下保持2. 5小时,然后将大气改变成85%的相对湿度,其中样品另外保持2. 5小时。 然后使用在10 %与85 %相对湿度之间的重量增加以mg水分/g经处理的矿物填料产物来 计算吸水量。设备的空白值被确定为〇. 15至0. 2mg/g如0. 19mg/g。如下简述的实施例中 的结果为净值,即测量值减去空白值。
[0296] 亲水性
[0297] 矿物填料产物的〃亲水性〃在+23 °C下通过确定用于沉降大部分所述矿物填料产 物所需要的以体积/体积基水/乙醇-混合物的最小的水与乙醇的比来评估,其中所述矿 物填料产物经由通过家用滤茶网而沉积于所述水乙醇混合物表面上。体积/体积基与单独 液体两者在一起共混之前的体积相关和不包括共混物的体积收缩。在+23°C下评估指的是 +23°C ±2°C 的温度。
[0298] 8:2体积比的水/乙醇-混合物的典型的表面张力为41mN/m和6:4体积比的水 /乙醇-混合物的典型的表面张力为26mN/m,在+23°C (±2°C)下测量,如〃Handbook of Chemistry and Physics", 84th版,David R. Lide, 2003 (第一版 1913)中所述的。
[0299] 电位滴定
[0300] 样品由电位滴定分析。在加热下将样品溶于异丙醇、乙醇以及丙酮的混合物,和以 0. lmol/L氢氧化钾乙醇溶液进行滴定。
[0301] 一般而言,衍生物显示两种主要信号。第一种为酸性区(pH5和6之间)以及 第两种在pH10和11.5之间。磷酸单酯与磷酸二酯的摩尔比基于〃Introduction to Surfactant Analysis byD.C. Cullum, Springer, 1994〃一书中所述化学计量所确定。
[0302] 由实际样品重量减去所计算的磷酸单酯与磷酸二酯的量来预估磷酸三酯含量。对 所有样品而言,磷酸三酯的量低于10摩尔%。
[0303] 落锤试验
[0304] 落锤试验根据ASTM D 1709/
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