專(zhuān)利名稱(chēng)：含有納米顆粒的聚合物纖維網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含納米顆粒的聚合物纖維網(wǎng)。本發(fā)明尤其涉及包含納米 顆粒的膨脹聚合物纖維網(wǎng)。
背景技術(shù)：
填充劑(也稱(chēng)作填料)用于塑料工業(yè)(例如，吹模瓶、注模部件、吹 塑薄膜或流延薄膜、以及纖維或非織造材料)中以"填充，，塑料部件。填 充劑的用途可以是多方面的。填充劑可用于以較低成本取代塑料，從而改 善所述部件的總成本結(jié)構(gòu)。填充劑也可為了與性能相關(guān)的原因而使用，諸 如硬化、產(chǎn)生孔隙率、改變表面性能等。填充劑的典型實(shí)例為粘土 (天然
的和合成的)、碳酸鈣(CaC03)、滑石、硅酸鹽、玻璃微球體(實(shí)心的或 中空的)、陶瓷微球體、玻璃纖維、碳基材料(小片、不規(guī)則體和原纖) 等。、、、門(mén)、 、，"" 夕s人、 、z
合物基質(zhì)的最佳粘合。這些均勻分散和最佳粘合性能由于填充劑顆粒的良 好分散和分布混合以及表面改性而實(shí)現(xiàn)，諸如用硬脂酸涂覆碳酸鈣填充劑 的表面。此外，表面改性改變了一些填充劑的表面能，從而允許與聚合物 基質(zhì)的最佳混合。單個(gè)填充劑顆粒的典型尺寸為大約幾微米或幾十微米， 其導(dǎo)致可用來(lái)與聚合物基質(zhì)相互作用的〈lmVg的比表面積。這種小的比 表面積可以說(shuō)是填充劑具有通?？梢?jiàn)的有限有益效果的原因。
利用具有較大表面積每克材料的填充劑材料可與部件的重量比率成正 比地影響性 能。
膨脹聚合物纖維網(wǎng)用途廣泛，尤其是在消費(fèi)品領(lǐng)域。膨脹聚合物纖維 網(wǎng)的一個(gè)重要分支為環(huán)軋聚合物纖維網(wǎng)，其在許多領(lǐng)域獲得應(yīng)用，例如用 作嬰兒護(hù)理產(chǎn)品的可透氣底片。環(huán)軋制根據(jù)本領(lǐng)域通常已知的來(lái)實(shí)現(xiàn)。環(huán)
軋薄膜的硬度可通過(guò)纖維網(wǎng)模量測(cè)量來(lái)量化。較高的纖維網(wǎng)模量一般意味著較硬的薄膜，這樣可借助厚度減少容許環(huán)軋薄膜的輕量化，和/或在多 個(gè)制造步驟中較佳地處理環(huán)軋薄膜。
一般來(lái)講，期望改善膨脹聚合物纖維網(wǎng)特性的能力。
發(fā)明概述
在一個(gè)方面，環(huán)軋聚合物纖維網(wǎng)由約0.1%重量至約70%重量的包含 納米顆粒的化合物、約30%重量至約99.9%重量的一般可熔融加工的聚 合物、以及約0.0%重量至約50%重量的增容劑組成。膨脹聚合物纖維網(wǎng) 已通過(guò)環(huán)軋制基體聚合物纖維而膨脹，并且其具有的2%縱向纖維網(wǎng)模量 大于單獨(dú)的可熔融加工聚合物的膨脹聚合物纖維網(wǎng)的2%縱向纖維網(wǎng)模 量。
在另一方面，膨脹聚合物纖維網(wǎng)由約0.1°/。重量至約70%重量的納米 粘土、約30%重量至約99.9%重量的線性低密度聚乙烯(LLDPE)、以及 約0.0%重量至約50%重量的增容劑組成。膨脹聚合物纖維網(wǎng)已通過(guò)環(huán)軋 制基體聚合物纖維而膨脹，并且其具有的2%縱向纖維網(wǎng)模量大于單獨(dú)的 線性低密度聚乙烯的膨脹聚合物纖維網(wǎng)的2%縱向纖維網(wǎng)模量。
在另一方面，膨脹聚合物纖維網(wǎng)由約1°/。重量至約10°/。重量的有機(jī)處 理的納米粘土材料、約30%重量至約50%重量的線性低密度聚乙烯、以 及約40%重量至約60%重量的碳酸鉀組成。膨脹聚合物纖維網(wǎng)已通過(guò)環(huán) 軋制基體聚合物纖維而膨脹，并且其具有的2%縱向纖維網(wǎng)模量比單獨(dú)的 線性低密度聚乙烯與碳酸鈣的膨脹聚合物纖維網(wǎng)的2%縱向纖維網(wǎng)模量大 至少30%。
在另一方面，膨脹聚合物纖維網(wǎng)由約2%重量至約4%重量的有機(jī)處 理的納米粘土材料、約35%重量至約45%重量的線性低密度聚乙烯、以 及約50%重量至約60%重量的碳酸鉀組成。膨脹聚合物纖維網(wǎng)已通過(guò)環(huán) 軋制基體聚合物纖維而膨脹，并且其具有的2%縱向纖維網(wǎng)模量比單獨(dú)的 線性低密度聚乙烯與碳酸鈣的膨脹聚合物纖維網(wǎng)的2%縱向纖維網(wǎng)模量大 至少30%。
在另一方面，膨脹聚合物纖維網(wǎng)由約2.4%重量的有機(jī)處理的納米粘 土材料、約40%重量的線性低密度聚乙烯、以及約55%重量的碳酸鈣組成。膨脹聚合物纖維網(wǎng)已通過(guò)環(huán)軋制基體聚合物纖維而膨脹，并且其具有 的2%縱向纖維網(wǎng)模量比單獨(dú)的線性低密度聚乙烯與碳酸鈣的膨脹聚合物
纖維網(wǎng)的2%縱向纖維網(wǎng)模量大至少30%。 發(fā)明詳述
除非另外指明，所有重量百分比均基于整個(gè)聚合物纖維網(wǎng)的重量。所 有示例性列表中的纖維網(wǎng)組分被理解為對(duì)于本發(fā)明范圍是非限制性的。
如本文所用，術(shù)語(yǔ)"膨脹聚合物纖維網(wǎng)，，及其派生詞是指由已被環(huán)禮 的前體聚合物纖維網(wǎng)或薄膜(本文等同稱(chēng)作"基體聚合物纖維網(wǎng)"或"基 體聚合物薄膜")形成的聚合物纖維網(wǎng)。
如本文所用，術(shù)語(yǔ)"2%縱向纖維網(wǎng)模量"及其派生詞是指2%應(yīng)變處 每單位寬度的縱向抗拉模量，測(cè)量為2.5%和1.5%處應(yīng)力值之差與2.5% 和1.5%處應(yīng)變值之差的比率。測(cè)試步驟涉及l(fā)Oin./min(25. 4cm/min)的 測(cè)試速度、20in. (50. 8cm)的纖維網(wǎng)寬度、以及20in. (50. 8cm)的纖維網(wǎng)長(zhǎng) 度。將纖維網(wǎng)繞著lcm直徑的不銹鋼棒巻起，釘住頂部和底部，隨后進(jìn)行 測(cè)試。
在一個(gè)實(shí)施方案中，膨脹聚合物纖維網(wǎng)包含約0.1%重量至約70%重 量的包含納米顆粒的化合物。納米顆粒為包括至少 一個(gè)納米范圍尺寸的離 散顆粒。納米顆?？蔀槎喾N形狀，例如球形、纖維狀、多面形、片狀、規(guī) 則形狀、不規(guī)則形狀等。在另一個(gè)實(shí)施方案中，百分比的下限按化合物的 重量計(jì)可為約1%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，下限可為約2°/。。在另一個(gè)實(shí)施 方案中，下限可為約3%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，下限可為約4%。在另一 個(gè)實(shí)施方案中，上限可為約50%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，上限可為約 30%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，上限可為約25%。存在于聚合物纖維網(wǎng)中的化 合物的量可取決于目標(biāo)產(chǎn)品成本和膨脹聚合物纖維網(wǎng)性能而改變。納米顆 粒的非限制性實(shí)例為天然納米粘土 (例如高嶺土、滑石、膨潤(rùn)土、鋰蒙脫 石、蒙脫石、蛭石和云母)、合成納米粘土 (例如得自Southern Clay Products, Inc., Gonzales, TX的Laponite ;以及得自CO-OP Chemical Company, Japan的SOMASIF)、處理的納米粘土 (例如有機(jī)處理的納米粘 土)、納米纖維、金屬納米顆粒(如納米鋁)、金屬氧化物納米顆粒(如納米氧化鋁)、金屬鹽納米顆粒(如納米碳酸4丐)、碳或無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu) (如單壁或多壁碳納米管、碳納米桿、碳納米帶、碳納米環(huán)、碳或金屬或 金屬氧化物納米纖維等)、以及石墨片(如膨脹石墨等)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，包含納米顆粒的化合物包含納米粘土材料，該材
料已通過(guò)將乙烯-乙烯醇(EVOH)添加到材料中而被片狀剝落。作為一個(gè)非 限制性實(shí)例，納米粘土蒙脫石材料可與EVOH(27%摩爾乙烯等級(jí))共混。 然后可將該組合物與LLDPE聚合物共混，并且可將所得組合物吹塑或注塑 成薄膜。已發(fā)現(xiàn)，LLDPE、 EV0H和納米粘土材料的組合擁有基本上高于基 礎(chǔ)LLDPE的抗拉模量和基本上類(lèi)似于LLDPE的抗拉初性。
包含納米顆粒的化合物可包括納米粘土顆粒。這些顆粒由小片組成， 所述小片可具有約lnm的基本厚度和約lOOnm至約500nm的長(zhǎng)度或?qū)挾取?在其天然狀態(tài)，這些小片間隔約lnm至約2nm。在插層狀態(tài)，小片間隔可 為約2nm至約8nm。在膨脹狀態(tài)，小片間隔可超過(guò)約8nm。在片狀剝落狀 態(tài)，納米粘土材料的比表面積可為約800m7g或更高。示例性納米粘土材 料包括蒙脫石納米粘土材料和有機(jī)處理的蒙脫石納米粘土材料(即，已用 陽(yáng)離子物質(zhì)處理的蒙脫石納米粘土材料，所述陽(yáng)離子物質(zhì)賦予疏水性并造 成插層)，以及如本領(lǐng)域所已知的等同納米粘土。此類(lèi)材料得自Southern Clay Products, Inc. ， Gonzales, TX (如Cloisite 系列納米粘土)； Elementis Specialties, Inc., Hightstown, NJ (^t口 Bentone 系歹寸纟內(nèi)米 粘土 ) ； Nanocor, Inc., Arlington Heights, IL (3口 Nanomer 系歹'J納 米粘土)；以及Siid-Chemie， Inc., Louisville, KY (如Nanofil 系列 納米粘土)。
膨脹聚合物纖維網(wǎng)也包含約30%至約99.9%的可熔融加工的聚合 物。可熔融加工的聚合物可由任何此類(lèi)可熔融加工的熱塑性材料或其共混 物組成。示例性可熔融加工的聚合物包括低密度聚乙烯，例如得自Exxon Mobil Company, Irving, Texas的Exxon Mobil LD 129.24 l氐密度聚乙 烯；線性低密度聚乙烯，例如得自Dow Chemical Company, Midland, Michigan的Dowlex 2045A和Dowlex 2035;以及本領(lǐng)域已知的其它熱 塑性聚合物(如高密度聚乙烯-HDPE;聚丙烯-PP;極低密度聚乙烯-VLDPE;乙烯乙酸乙烯酯-EVA;乙烯曱基丙烯酸酯-EMA; EV0H等)。此外，如本領(lǐng)域已知，可熔融加工的熱塑性材料可包括典型的添加劑(例 如，抗氧化劑、防靜電劑、成核劑、導(dǎo)電填充劑、阻燃劑、顏料、增塑 劑、抗沖改性劑等)。存在于聚合物纖維網(wǎng)中的可熔融加工聚合物的重量 百分比將根據(jù)包含納米顆粒的化合物以及存在于聚合物纖維網(wǎng)中的其它纖 維網(wǎng)組分的量而改變。
膨脹聚合物纖維網(wǎng)還可包含按重量計(jì)約0%至約50%范圍內(nèi)的增容 劑。增容劑可增強(qiáng)納米顆粒與聚合物分子之間的相互作用程度。示例性增 容劑包括馬來(lái)酸酑和馬來(lái)酸酐改性的聚烯烴，如本領(lǐng)域已知的這些(如馬 來(lái)酸酐接枝聚烯烴)。
納米粘土(通常為有機(jī)處理的納米粘土)和增容劑可作為母料提供， 所述母料可作為單 一 組分添加到聚合物纖維網(wǎng)上。示例性實(shí)例包括 Poly0ne Corp. , AvonLake， 0H提供的NanoBlend 材泮+和Siid-Chemie， Inc., Louisville, KY ^是供的Nanofi 1 材料。
前體聚合物纖維網(wǎng)可包含環(huán)軋制時(shí)在聚合物纖維網(wǎng)中促發(fā)透氣性的材 料。這些材料的非限制性實(shí)例為無(wú)機(jī)顆?；蚓酆衔镱w粒。碳酸鈣為用于在 聚合物纖維網(wǎng)中促發(fā)透氣性的最常見(jiàn)的無(wú)機(jī)顆粒。在一個(gè)實(shí)施方案中，所 述碳酸釣的百分比下限按重量計(jì)可為約5°/。。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述碳 酸鉤的百分比下限按重量計(jì)可為約10°/。。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述碳酸 鈣的百分比下限按重量計(jì)可為約30%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述碳酸鈣 的百分比下限按重量計(jì)可為約40°/。。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述碳酸鈣的百 分比上限按重量計(jì)可為約80%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述碳酸鈣的百分 比上限按重量計(jì)可為約60%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述碳酸鈣的百分比 上限按重量計(jì)可為約40%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述碳酸鈣的百分比上 限按重量計(jì)可為約30%。
前體聚合物纖維網(wǎng)可利用本領(lǐng)域已知的任何方法形成，包括但不限于
注塑或吹塑聚合物纖維網(wǎng)。此外，前體聚合物纖維網(wǎng)可包括單層或多層。
在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物纖維網(wǎng)可通過(guò)本領(lǐng)域所已知的環(huán)軋制纖維 網(wǎng)來(lái)膨脹。例如，并且不限于本發(fā)明，包含約43%的LLDPE、約40%的 CaC03、以及約4%的有機(jī)處理的納米粘土顆粒的聚合物纖維網(wǎng)在環(huán)軋?jiān)O(shè)備 中被環(huán)軋，所述設(shè)備具有0. 060英寸(約1. 5mm)的輥節(jié)距和約0. 075英寸(約1.9mm)的嚙合深度。據(jù)發(fā)現(xiàn)膨脹纖維網(wǎng)的2%縱向纖維網(wǎng)模量大
約;o%。此外，據(jù)發(fā)現(xiàn)具有與上述環(huán)軋聚合物纖維網(wǎng)相^組i的平整聚合
物纖維網(wǎng)(即，未環(huán)軋)的2%縱向纖維網(wǎng)模量?jī)H僅大于不含有機(jī)處理的 納米粘土顆粒的類(lèi)似平整聚合物纖維網(wǎng)的2%縱向纖維網(wǎng)模量約10%。 產(chǎn)品實(shí)施例
本發(fā)明的膨脹聚合物纖維網(wǎng)材料可用于其中環(huán)軋纖維網(wǎng)將有益的任何 應(yīng)用中。預(yù)期用途的需求可與纖維網(wǎng)的具體組成有關(guān)，也可與膨脹材料纖 維網(wǎng)的方法有關(guān)。
在一個(gè)實(shí)施方案中， 一次性吸收產(chǎn)品可包括含有納米粘土顆粒且任選 地含有CaC03的環(huán)軋纖維網(wǎng)。環(huán)軋纖維網(wǎng)材料可用作產(chǎn)品元件以提供可延 展元件，而不必在元件中包括橡膠化合物。所述材料可利用環(huán)軋制薄膜的 設(shè)備和方法環(huán)軋，如本領(lǐng)域所已知的這些。
所述膨脹聚合物纖維網(wǎng)材料可用作其它產(chǎn)品的元件以及上面所列舉的 用途。不旨在限制本發(fā)明，膨脹聚合物纖維網(wǎng)的示例性用途包括薄膜包 裝、袋子、聚合物片、外部產(chǎn)品覆蓋件、包裝材料、以及它們的組合。
的直接取代物摻入到產(chǎn)品中。
在發(fā)明詳述中引用的所有文件都在相關(guān)部分中以引用方式并入本文 中。對(duì)于任何文件的引用不應(yīng)當(dāng)解釋為承認(rèn)其是有關(guān)本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。 當(dāng)本發(fā)明中術(shù)語(yǔ)的任何含義或定義與引入以供參考以引用方式的文件中術(shù) 語(yǔ)的任何含義或定義矛盾時(shí)，應(yīng)當(dāng)服從在本發(fā)明中賦予該術(shù)語(yǔ)的含義或定 義。
雖然已經(jīng)舉例說(shuō)明和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方案，但是對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可以做 出多個(gè)其他改變和變型。因此，權(quán)利要求書(shū)意欲包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的所 有這樣的改變和變型。
權(quán)利要求
1. 一種膨脹聚合物纖維網(wǎng)，其特征在于包括a)0. 1％重量至70％重量的包含納米顆粒的化合物，b)30％重量至99. 9％重量的一般可熔融加工的聚合物，和c)0. 0％重量至50％重量的增容劑，其中所述膨脹聚合物纖維網(wǎng)已通過(guò)環(huán)軋制基體聚合物纖維網(wǎng)而膨脹，并且其具有的2％縱向纖維網(wǎng)模量大于單獨(dú)的可熔融加工聚合物的膨脹聚合物纖維網(wǎng)的2％縱向纖維網(wǎng)模量。
2. 如權(quán)利要求1所述的膨脹聚合物纖維網(wǎng)，其中所述化合物a)包括納 米粘土材料。
3. 如權(quán)利要求2所述的膨脹聚合物纖維網(wǎng)，其中所述納米粘土材料包 括有機(jī)處理的蒙脫石納米粘土材料。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的膨脹聚合物纖維網(wǎng)，其中所述可 熔融加工的聚合物包括線性低密度聚乙烯。
5. 如權(quán)利要求4所述的膨脹聚合物纖維網(wǎng)，其中所述線性低密度聚乙 烯包括低密度聚乙埽。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的膨脹聚合物纖維網(wǎng)，其中所述基 體聚合物纖維網(wǎng)為流延薄膜。
7. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的膨脹聚合物纖維網(wǎng)，其中所述基 體聚合物纖維網(wǎng)為吹塑薄膜。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的膨脹聚合物纖維網(wǎng)，所述膨脹聚 合物纖維網(wǎng)還包含約10%重量至約60%重量的碳酸鈣。
9. 一種包括膨脹聚合物纖維網(wǎng)的產(chǎn)品，所述膨脹聚合物纖維網(wǎng)的特征 在于包含a) 0.1%重量至70°/。重量的包含納米顆粒的化合物，b) 30%重量至99. 9%重量的一般可熔融加工的聚合物，和c) 0. 0%重量至50%重量的增容劑，其中所述材料纖維網(wǎng)包括環(huán)軋基體纖維網(wǎng)，并且所述材料纖維網(wǎng)具 有的縱向模量大于所述基體纖維網(wǎng)的縱向模量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種膨脹聚合物纖維網(wǎng)，所述膨脹聚合物纖維網(wǎng)包含約0.1％重量至約70％重量的包含納米顆粒的化合物。所述膨脹聚合物纖維網(wǎng)包含約30％重量至約99.9％重量的一般可熔融加工的聚合物。所述纖維網(wǎng)也包含約0.0％重量至約50％重量的增容劑。所述膨脹聚合物纖維網(wǎng)具有的2％縱向纖維網(wǎng)模量大于單獨(dú)的可熔融加工聚合物的膨脹聚合物纖維網(wǎng)的2％縱向纖維網(wǎng)模量。
文檔編號(hào)C08K3/00GK101432349SQ200780015115
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者D·I·科里亞斯, N·S·布羅伊勒斯, S·L·威爾金, T·A·揚(yáng) 申請(qǐng)人:寶潔公司