具有多模态的孔径分布的聚合物材料的制作方法_2

文档序号:9509704阅读:来源:国知局
682号、第 5, 821,327号、第5, 880, 254号和第6, 326, 458号美国专利中。
[0040] 聚乳酸的数均分子量("M。")通常为约40, 000至约180, 000克每摩尔,在一些 实施方案中为约50, 000至约160, 000克每摩尔,W及在一些实施方案中为约80, 000至约 120, 000克每摩尔。同样地,聚合物的重均分子量("Μ/)也通常为约80, 000至约250, 000 克每摩尔,在一些实施方案中为约100,000至约200,000克每摩尔,W及在一些实施方案 中为约110, 000至约160, 000克每摩尔。重均分子量与数均分子量的比值("Mw/Mn"),即 "多分散指数"也相对低。例如,多分散指数通常为约1.0至约3.0,在一些实施方案中为约 1.1至约2.0,w及在一些实施方案中为约1.2至约1.8。可w通过本领域技术人员已知的 方法来测定重均分子量和数均分子量。
[0041] 如在190°C的溫度和1000秒1的剪切速率下测定的,聚乳酸的表观粘度也可W为 约50至约600帕斯卡秒(Pa"S),在一些实施方案中为约100至约500Pa"S,W及在一 些实施方案中为约200至约400Pa"S。在2160克的负载、190°C下测定时,聚乳酸的烙体 流动速率(W干基计)也可W为约0. 1至约40克每10分钟,在一些实施方案中为约0. 5 至约20克每10分钟,W及在一些实施方案中为约5至约15克每10分钟。
[0042] 一些类型的净聚醋(例如,聚乳酸)可W从周围环境中吸收水,使得它具有基于起 始聚乳酸干重的百万分之约500至600 ("ppm"),或甚至更高的含水量。可本领域已知 的多种方式测定含水量,例如,如W下所描述的,根据ASTMD7191-05。由于在烙融加工过 程中水的存在可W通过水解降解聚醋并降低其分子量,有时期望在共混前将聚醋干燥。在 多数实施方案中,例如,期望的是,在与第一和第二包含物添加剂共混之前,聚醋的含水量 为百万分之约300 ( "ppm")或更小,在一些实施方案中为约2(K)ppm或更少,在一些实施方 案中为约1至约l(K)ppm。例如,聚醋的干燥可W在约50°C至约100°C,W及在一些实施方案 中为约70°C至约80°C的溫度下进行。
[0043] B.第一巧含物添加剂
[0044] 第一包合添加剂的具体性质不是关键的,并且可W包括液体、半固体或固体(如, 无定形的、结晶的或半结晶的)。在某些实施方案中,第一包含物添加剂在性质上是聚合的 并具有相对高的分子量W帮助提高热塑性组合物的烙体强度和稳定性。通常地,第一包含 物添加剂聚合物一般可W与基质聚合物不相容。W运种方式,添加剂可W在基质聚合物的 连续相中作为离散的区域更好地分散。区域可W具有诸如楠圆、球形、圆柱形、盘状、管状等 各种不同的形状。在一个实施方案中,例如,区域具有基本上楠圆的形状。单个区域的物理 尺寸通常小到足W使当施加外部应力时穿过聚合物材料的裂纹传播最小化,但大到足W引 发微观的塑性变形并且获得在颗粒包含物处和周围的剪切和/或应力强化区。
[0045] 虽然聚合物可W是不相容的,但是可W选择具有与基质聚合物的溶解度参数相对 类似的溶解度参数的第一包含物添加剂。运可W改善离散相和连续相的边界的界面相容性 和物理相互作用,并因此降低组合物将断裂的可能性。就运一点而言,基质聚合物的溶解度 参数与添加剂的溶解度参数的比值通常为约0. 5至约1. 5,W及在一些实施方案中为约0. 8 至约1. 2。例如,第一包含物添加剂的溶解度参数可W为约15至约30兆焦耳I/2/米V2,W及 在一些实施方案中为约18至约22兆焦耳1/^米W,而聚乳酸的溶解度参数可W为约20. 5 兆焦耳1/2/米3/2。如本文中所用的术语"溶解度参数"是指"希尔德布兰溶解度参数",其为 内聚能密度的平方根并根据W下公式来计算:
[0046]
阳047] 其中:
[0048] ΔΗV=蒸发热
[0049] R=理想气体常数 [(K)加]T二溫度 阳051] Vm=分子体积
[0052] 许多聚合物的希尔德布兰化i1debrand)溶解度参数也可W来自Wyeych的 《SolubilityHanclbookofPlastics(2004)》(《塑料溶解度手册(2004)》),通过引用将其 纳入本文。
[0053] 第一包含物添加剂还可W具有一定的烙体流动速率(或粘度)W确保离散区域和 产生的孔得W充分地保持。例如,如果添加剂的烙体流动速率过高,则其倾向于不可控地流 动并分散穿过连续相。运导致难W保持并且还可能过早地断裂的层状或盘状的区域或共同 连续相结构。相反地,如果添加剂的烙体流动速率过低,则其倾向于聚集在一起并形成非常 大的楠圆形区域,该楠圆形区域在共混过程中是难W分散的。运可能导致添加剂在整个连 续相中的不均匀分布。就运一点而言,本发明人已经发现,第一包含物添加剂的烙体流动速 率与基质聚合物的烙体流动速率的比值通常为约0. 2至约8,在一些实施方案中为约0. 5 至约6,W及在一些实施方案中为约1至约5。在2160克的负载、190°C下测定时,第一包含 物添加剂的烙体流动速率可W为例如约0. 1至约250克每10分钟,在一些实施方案中为约 0. 5至约200克每10分钟,W及在一些实施方案中为约5至约150克每10分钟。
[0054] 除了W上所说明的性质之外,也可选择第一包含物添加剂的机械特性W实现所期 望的多孔网络。例如,当使用外力施加在基质聚合物和第一包含物添加剂的共混物时,由于 添加剂和基质聚合物的弹性模量上的差异所产生的应力集中,在离散的区域处和周围可能 出现应力集中(包括正应力或剪切应力)和剪切和/或塑性屈服区。较大的应力集中促进 了在区域处更强的局部塑性流动,使它们在给予应力时被显著地伸长。运些伸长的区域可 W使组合物例如当其为刚性聚醋树脂时显示出比基质聚合物更加柔初和柔软的行为。为了 增强应力集中,选择具有与基质聚合物相比相对低的杨氏弹性模量的第一包含物添加剂。 例如,基质聚合物的弹性模量与添加剂的弹性模量的比值通常为约1至约250,在一些实施 方案中为约2至约100,W及在一些实施方案中为约2至约50。例如,第一包含物添加剂的 弹性模量可W为约2至约1000兆帕(MPa),在一些实施方案中为约5至约500MPa,W及在 一些实施方案中为约10至约200MPa。相反地,聚乳酸的弹性模量例如通常为约SOOMPa至 约3000M化。 阳化5] 虽然可W采用具有W上所示性质的很多种第一包含物添加剂,但是运样的添加剂 的特别适合的实例可W包括合成的聚合物,例如,聚締控(例如,聚乙締、聚丙締、聚下締 等);苯乙締共聚物(例如,苯乙締-下二締-苯乙締、苯乙締-异戊二締-苯乙締、苯乙 締-乙締-丙締-苯乙締、苯乙締-乙締-下二締-苯乙締等);聚四氣乙締;聚醋(例如,回 收的聚醋、聚对苯二甲酸乙二醇醋等);聚醋酸乙締醋(例如,聚(乙締醋酸乙締醋)、聚氯 乙締醋酸醋等);聚乙締醇(例如,聚乙締醇、聚(乙締-乙締醇)等);聚乙締缩下醒;丙締 酸树脂(例如,聚丙締酸醋、聚丙締酸甲醋、聚甲基丙締酸甲醋等);聚酷胺(例如,尼龙); 聚氯乙締;聚偏二氯乙締;聚苯乙締;聚氨醋等。适合的聚締控可W,例如包括乙締聚合物 (例如,低密度聚乙締("LD阳")、高密度聚乙締("皿阳")、线性低密度聚乙締("LLD阳") 等)、丙締均聚物(例如,间同立构的、无规立构的、全同立构的等)、丙締共聚物等等。
[0056]在一个具体的实施方案中,聚合物为丙締聚合物,例如,均聚丙締或者丙締共聚 物。例如,丙締聚合物可W由基本上全同立构的聚丙締均聚物或者含有等于或低于约 lOwt. %的其它单体,即按重量计至少约90%的丙締的共聚物形成。运样的均聚物的烙点可 W为约160°C至约170°C。 W57] 在又一实施方案中,聚締控可W是乙締或丙締与诸如Cs-Czact-締控或者C3-C12曰-締控的另一种α-締控的共聚物。适合的α-締控的具体实例包括1-下締;3-甲 基-1-下締;3, 3-二甲基-1-下締;1-戊締;具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的 1-戊締;具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-己締;具有一个或多个甲基、乙基或 丙基取代基的1-庚締;具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-辛締;具有一个或多 个甲基、乙基或丙基取代基的1-壬締;乙基、甲基或二甲基取代的1-癸締;1-十二締;和苯 乙締。特别期望的α-締控共聚单体是1-下締、1-己締和1-辛締。运样的共聚物的乙締 或丙締含量可W为约60摩尔%至约99摩尔%,在一些实施方案中为约80摩尔%至约98. 5 摩尔%,W及在一些实施方案中为约87摩尔%至约97.5摩尔%。α-締控含量同样地可W 为约1摩尔%至约40摩尔%,在一些实施方案中为约1.5摩尔%至约15摩尔%,W及在一 些实施方案中为约2. 5摩尔%至约13摩尔%。
[0058] 在本发明中使用的示例性締控共聚物包括可获自德克萨斯州休斯敦的 ExxonMobil化学品公司巧xxonMobilQiemicalCompany)、名称为EXACT?的基于乙締的共 聚物。其它适合的乙締共聚物可获自密歇根州米德兰(Midland)的Dow化学品公司值0W ChemicalCompany),名称为ENGAGE?、AFFIN口Y?、D0WLEX?化LDP巧和ATTAW?WLD阳)。 其它适合的乙締聚合物描述在Ewen等人的第4, 937, 299号美国专利、Tsutsui等人的第 5,218,071号幸国专禾1|、Lai等人的第5, 272, 236号美国专利和Lai等人的第5, 278, 272号 美国专利中。适合的丙締共聚物也可W商购自德克萨斯州休斯敦的ExxonMobil化学品公 司,名称为VISTAMAXX?鹏自比利时费鲁(化luy)的AtofinaChemicals,名称为FINA? (例 如,8573);购自Ξ井石化工业(MitsuiPetrochemicalIndustries),名称为TAFMER?;W 及购自密歇根州米德兰的Dow化学品公司的VERSIFY?。适合的聚丙締均聚物可W同样地 包括ExxonMobil3155 聚丙締、ExxonMobilAchieve?树脂和TotalM3661PP树脂。适 合的丙締聚合物的其它实例描述在Datta等人的第6, 500, 563号美国专利、Yang等人的第 5, 539, 056号美国专利和Resconi等人的第5, 596, 052号美国专利中。
[0059] 一般可W利用各种已知技术中的任一种来形成締控共聚物。例如,可W采用自由 基或者配位催化剂(例如,Ziegler-Natta)形成締控聚合物。优选地,締控聚合物由诸如 金属茂催化剂的单中屯、配位催化剂来形成。运样的催化剂体系生成乙締共聚物,在该乙締 共聚物中共聚单体无规分布在分子链中并跨不同的分子量组分均匀分布。金属茂催化的聚 締控描述在例如McAloin等人的第5, 571,619号美国专利、Davis等人的第5, 322, 728号 美国专利、Obiieski等人的第5, 472, 775号美国专利、Lai等人的第5, 272, 236号美国专 利和Wheat等人的第6, 090, 325号美国专利中。金属茂催化剂的实例包括双(正下基环戊 二締基)二氯化铁、双(正下基环戊二締基)二氯化错、双(环戊二締基)氯化筑、双(巧 基)二氯化错、双(甲基环戊二締基)二氯化铁、双(甲基环戊二締基)二氯化错、二茂钻、 环戊二締基Ξ氯化铁、二茂铁、二氯二茂给、异丙基(环戊二締基-1-巧基)二氯化错、二氯 二茂钢、二茂儀、二氯二茂妮、二茂钉、二氯二茂铁、氨氯二茂错、二氯二茂错等。用金属茂催 化剂制得的聚合物通常具有窄的分子量范围。例如,金属茂催化的聚合物可W具有4W下 的多分散指数(MyM。)、受控的短链支化分布W及受控的全同立构规整度。
[0060] 无论使用何种材料,选择在热塑性组合物中的第一包含物添加剂的相对百分比 w获得期望的性质,而不显著影响该组合物的基础性质。例如,基于连续相(基质聚合物 (多种基体聚合物))的重量,所使用的第一包含物添加剂的量通常为热塑性组合物的约 Iwt. %至约30wt. %,在一些实施方案中为约2wt. %至约25wt. %,W及在一些实施方案中 为约5wt. %至约20wt. %。第一包含物添加剂在整个热塑性组合物中的浓度同样地可W占 约0.Iwt. %至约30wt. %,在一些实施方案中为约0. 5wt. %至约25wt. %,W及在一些实施 方案中为约Iwt. %至约20wt. %。
[0061] C.第二巧合添加剂
[0062] 基于连续相(基质聚合物(多种基体聚合物))的重量,所使用的第二添加剂的量 通常为热塑性组合物的约0. 05wt. %至约20wt. %,在一些实施方案中为约0.Iwt. %至约 lOwt. %,W及在一些实施方案中为约0. 5wt. %至约5wt. %。第二包含物添加剂在整个热 塑性组合物中的浓度可W同样地为热塑性组合物的约O.Olwt. %至约15wt. %,在一些实 施方案中为约0. 〇5wt. %至约lOwt. %,W及在一些实施方案中为约0.Iwt. %至约8wt. %。
[0063] 只要可W形成期望的区域,第二包含物添加剂的具体状态或形式不是关键的。例 如,在一些实施方案中,第二包含物添加剂在室溫(例如,25°C)下可W是液体或者半固体 的形式。运样的液体可W容易地分散在基质中W形成亚稳定的分散体,W及然后通过降低 共混物的溫度来泽火,从而保持区域尺寸。在又一些实施方案中,第二包含物添加剂是固体 的形式,所述固体可W无定形的、结晶的或半结晶的。例如,第二包含物添加剂在性质上可 W是聚合的并具有相对高的分子量W帮助提高热塑性组合物的烙体强度和稳定性。
[0064] 为了增强其分散成纳米级区域的能力,第二包含物添加剂可W含有与基质聚合物 和/或第一包含物添加剂的部分相容的极性组分。当基质聚合物或第一包含物添加剂具 有极性部分例如聚醋时,运可能是特别有用的。运样的第二包含物添加剂的一个实例是官 能化的聚締控。例如,可W由一个或多个官能团提供极性组分,而可W由締控提供非极性组 分。第二包含物添加剂的締控组分一般可W由任意的线性的或支化的α-締控单体、衍生 自締控单体的低聚物或聚合物(包括共聚物)形成,例如W上所描述的形成。 阳0化]第二包含物添加剂的官能团可W是向分子提供极性组分并且与基质聚合物不相 容的任意基团、分子段和/或嵌段。与聚締控不相容的分子段和/或嵌段的实例可W包括丙 締酸醋、苯乙締、聚醋、聚酷胺等。官能团可W具有离子性质并包括带电金属离子。特别适合 的官能团是马来酸酢、马来酸、富马酸、马来酷亚胺、马来酸酷阱、马来酸酢与二元胺的反应 产物、甲基降冰片締二酸酢(methylnadicanhy化ide)、二氯马来酸酢、马来酸酷胺等。马来 酸酢改性的聚締控特别适合用于本发明。运样的改性的聚締控通常是通过将马来酸酢接枝 到聚合物骨架材料形成的。运样的马来酸化的聚締控可获自E.I.化化ntde化moursand Company,名称为Fusabonci驳,例如,P系列(化学改性的聚丙締)、E系列(化学改性的聚 乙締)、C系列(化学改性的乙締醋酸乙締醋)、A系列(化学改性的乙締丙締酸醋共聚物或 Ξ元共聚物)或者N系列(化学改性的乙締-丙締、乙締-丙締二締单体("EPDM")或者 乙締-辛締)。供选择地,马来酸化的聚締控也可获自化enrturaCo巧,名称为P〇]yb〇nd饭,W及可获自Eastman化学品公司(EastmanQiemicalCompany),名称为EastmanG系列。
[0066] 在某些实施方案中,第二包含物添加剂也可W是反应性的。运样的反应性第二包 含物添加剂的一个实例是平均每个分子含有至少两个环氧乙烧环的聚环氧化物。不希望受 理论限制,据信运样的聚环氧化物分子在一定条件下可w引发基质聚合物(例如,聚醋)的 反应,从而改进其烙体强度,而不显著降低玻璃化转变溫度。所述反应可W包括扩链、侧链 支化、接枝、共聚物形成等。例如,可W经由多种不同反应途径来发生扩链。例如改性剂可 经由聚醋的末端簇基基团(醋化)或者经由径基基团(酸化)实现亲核开环反应。同样可 W发生嗯挫嘟副反应,从而形成醋酷胺部分。经过运样的反应,可W增加基质聚合物的分子 量,W抵消在烙融加工过程中通常观察到的降解。虽然期望引发如上所述的与基质聚合物 的反应,但是本发明人已发现,过多的反应会导致聚合物主链之间的交联。
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