Пленка из возобновляемого сложного полиэфира, имеющая низкий модуль упругости и высокое удлинение при растяжении

Пленка из возобновляемого сложного полиэфира, имеющая низкий модуль упругости и высокое удлинение при растяжении

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Пленки находят применение в разных областях, в том числе используются в качестве упаковки (например, для продуктов питания) и в абсорбирующих изделиях личной гигиены (например, в подгузниках, женских гигиенических изделиях и тому подобном). Одной из проблем, связанных со многими обычно применяемыми пленками, является тот факт, что их, как правило, получают из синтетического полимера (например, ЛПЭНП (англ. LLDPE, Linear Low Density Polyethylene - линейный полиэтилен низкой плотности), являющегося невозобновляемым. К сожалению, использование в таких пленках возобновляемых полимеров осложнено проблемами, возникающими при термической обработке таких полимеров. Возобновляемые сложные полиэфиры, например, имеют относительно высокую температуру стеклования и, как правило, демонстрируют достаточно высокие жесткость и модуль упругости при растяжении, имея в то же время низкую пластичность/удлинение при разрыве. Например, полимолочная кислота имеет температуру стеклования приблизительно 59°С и модуль упругости при растяжении приблизительно 2 ГПа или больше. Тем не менее, удлинение при растяжении (при разрыве) для материалов из ПМК (англ. PLA, polylactic acid - полимолочная кислота) составляет лишь приблизительно 5%. Столь высокий модуль упругости и низкое удлинение в значительной степени ограничивают использование таких полимеров в пленках, где требуется разумное соотношение между жесткостью материала и удлинением. Помимо этих проблем полимолочная кислота, например, также является слишком жесткой для того, чтобы использовать ее в областях применения ровной эластичной пленки, и обычно имеет проблемы в плане потребительских свойств, такие как шумное шуршание при пользовании женскими предметами гигиены.

В соответствии с этим в настоящее время существует потребность в пленке, получаемой из возобновляемого сложного полиэфира и при этом обладающей низким модулем упругости и высоким удлинением при растяжении.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, предложена пленка, включающая в свой состав термопластичную композицию. Термопластичная композиция содержит по меньшей мере один жесткий возобновляемый сложный полиэфир, имеющий температуру стеклования приблизительно 0°С или выше, приблизительно от 1 масс. % до 30 масс. % от массы возобновляемого сложного полиэфира по меньшей мере одной полимерной добавки, повышающей ударную прочность, и приблизительно от 0,1 масс. % до 20 масс. % от массы возобновляемого сложного полиэфира по меньшей мере одного модификатора границы раздела фаз. Термопластичная композиция имеет структуру, в которой множество дискретных первичных доменов диспергированы внутри непрерывной фазы (дисперсионной среды), при этом домены содержат полимерную добавку, повышающую ударную прочность, а непрерывная фаза содержит возобновляемый сложный полиэфир. Пленка также обладает модулем упругости при растяжении в направлении обработки и перпендикулярно направлению обработки приблизительно 2500 МПа или меньше, удлинением при растяжении при разрыве в направлении обработки приблизительно 10% или больше, и удлинением при растяжении при разрыве перпендикулярно направлению обработки приблизительно 15% или больше, где модуль упругости при растяжении и удлинение при растяжении при разрыве определяют при температуре 23°С в соответствии со стандартом ASTM D638-10. Кроме того, отношение температуры стеклования термопластичной композиции к температуре стеклования возобновляемого сложного полиэфира составляет приблизительно от 0,7 до 1,3.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, предложена пленка, имеющая толщину приблизительно от 1 до 200 мкм и включающая в себя термопластичную композицию. Термопластичная композиция содержит приблизительно 70 масс. % или более по меньшей мере одной полимолочной кислоты, имеющей температуру стеклования приблизительно 0°С или выше, приблизительно от 0,1 масс. % до 30 масс. % по меньшей мере одной полимерной добавки, повышающей ударную прочность, и приблизительно от 0,1 масс. % до 20 масс. % по меньшей мере одного модификатора границы раздела фаз. Пленка имеет модуль упругости при растяжении в направлении обработки и перпендикулярно направлению обработки приблизительно 2500 МПа или меньше, удлинение при растяжении при разрыве в направлении обработки приблизительно 10% или больше, и удлинение при растяжении при разрыве перпендикулярно направлению обработки приблизительно 15% или больше, где модуль упругости при растяжении и удлинение при растяжении при разрыве определяют при температуре 23°С в соответствии со стандартом ASTM D638-10.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, предложено абсорбирующее изделие, включающее в себя как, правило, непроницаемый для жидкости слой, содержащий пленку, такую как описана выше.

Другие особенности и аспекты настоящего изобретения более подробно рассматриваются ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Полное и достаточное описание настоящего изобретения, включая его наилучшие варианты осуществления, ориентированное на среднего специалиста в данной области, более подробно изложено в оставшейся части описания со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов осуществления способа образования пленки согласно настоящему изобретению;

Фиг. 2 представляет собой микрофотоснимок, выполненный с помощью сканирующего электронного микроскопа (англ. SEM, scanning electron microscope) образца Примера 3 перед приложением внешнего усилия; и

Фиг. 3 представляет собой микрофотоснимок, выполненный с помощью сканирующего электронного микроскопа (англ. SEM) образца Примера 3 после приложения внешнего усилия.

Повторяющееся использование условных обозначений в настоящем описании и графических материалах предназначено для обозначения одинаковых или аналогичных признаков или элементов изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ХАРАКТЕРНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее будет сделана более подробная ссылка на некоторые варианты осуществления изобретения, один или несколько примеров которых представлены ниже. Каждый пример приведен для разъяснения изобретения, без его ограничения. Фактически, специалисту в данной области будет очевидно, что в настоящем изобретении могут быть сделаны различные модификации и изменения без отклонения от объема или сущности изобретения. Например, признаки, показанные или описанные как часть одного из вариантов осуществления, могут быть использованы в другом варианте осуществления с получением еще одного варианта осуществления. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение распространяется на такие модификации и изменения, как подпадающие под объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Вообще говоря, настоящее изобретение направлено на пленку, образованную из термопластичной композиции. Термопластичная композиция содержит жесткий возобновляемый сложный полиэфир и полимерную добавку, повышающую ударную прочность. Авторы настоящего изобретения установили, что специфическую природу компонентов можно тщательно регулировать с получением композиции, имеющей требуемую морфологическую структуру. В частности, добавка, повышающая ударную прочность, может быть диспергирована в виде дискретных физических доменов внутри непрерывной матрицы возобновляемого сложного полиэфира. При первоначальном использовании внешней силы при низком удлинении при растяжении композиция может вести себя как монолитный материал, демонстрирующий высокие модуль жесткости и модуль упругости при растяжении. Однако увеличение деформирующей силы и удлинения при растяжении вызывает нарушение адгезии в матрице возобновляемого сложного полиэфира в зонах, расположенных рядом с дискретными доменами. Это может привести к образованию множества пустот рядом с дискретными доменами, что будет способствовать рассеиванию энергии под нагрузкой и увеличению удлинения при растяжении. Авторы настоящего изобретения установили, что для еще большего увеличения способности пленки рассеивать энергию таким образом может быть использован модификатор границы раздела фаз, уменьшающий степень связывания и трение между добавкой, повышающей ударную прочность, и возобновляемым сложным полиэфиром, и тем самым снижающий жесткость (модуль упругости при растяжении) пленки. Уменьшенные связанность и трение между полимерами также увеличивает степень и однородность нарушения адгезии, что может способствовать по существу равномерному распределению образующихся в результате пустот по всей композиции. Например, пустоты могут располагаться колонками, ориентированными в направлении, обычно перпендикулярном направлению приложения напряжения. Не имея намерения быть ограниченными теорией, можно предположить, что присутствие такой равномерно распределенной системы пустот может привести к значительному рассеянию энергии под нагрузкой и вследствие этого - к значительно большему удлинению.

Далее более подробно будут описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения.

I. Термопластичная композиция

А. Возобновляемый сложный полиэфир

Возобновляемые сложные полиэфиры, как правило, составляют приблизительно от 70 масс. % до 99 масс. %, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 75 масс. % до 98 масс. %, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 80 масс. % до 95 масс. % от термопластичной композиции. В термопластичной композиции обычно может быть использован любой из целого ряда возобновляемых сложных полиэфиров, как, например, алифатические сложные полиэфиры, такие как поликапролактон, полиэфирамиды, полимолочная кислота (PLA) и ее сополимеры, полигликолевая кислота, полиалкиленкарбонаты (например, полиэтиленкарбонат), поли-3-гидроксибутират (РНВ, от англ. poly-3-hydroxybutyrate), поли-3-гидроксивалерат (PHV, от англ. poly-3-hydroxyvalerate), сополимеры поли-3-гидроксибутират-со-4-гидроксибутират, поли-3-гидроксибутират-со-3-гидроксивалерат (PHBV, от англ. poly-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroybutyrate, poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), поли-3-гидроксибутират-со-3-гидроксигексаноат, поли-3-гидроксибутират-co-3-гидроксиоктаноат, поли-3-гидроксибутират-со-3-гидроксидеканоат, поли-3-гидроксибутират-со-3-гидроксиоктадеканоат и алифатические полимеры на основе сукцинатов (например, полибутиленсукцинат, полибутиленсукцинатадипат, полиэтиленсукцинат и т.д.); алифатические-ароматические сложные сополиэфиры (например, полибутиленадипаттерефталат, полиэтиленадипаттерефталат, полиэтиленадипатизофталат, полибутиленадипатизофталат и т.д.); ароматические сложные полиэфиры (например, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат и т.д.); и тому подобное.

Как правило, термопластичная композиция содержит по меньшей мере один возобновляемый сложный полиэфир, являющийся жестким по своей природе и вследствие этого имеющий относительно высокую температуру стеклования. Например, температура стеклования ("T_g") может составлять приблизительно 0°С или выше, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 5°С до 100°С, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 30°С до 80°С, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 50°С до 75°С. Возобновляемый сложный полиэфир может также иметь температуру плавления приблизительно от 140°С до 260°С, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 150°С до 250°С, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 160°С до 220°С. Температура плавления может быть определена методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК, англ. DSC - differential scanning calorimetry) в соответствии со стандартом ASTM D-3417. Температура стеклования может быть определена с помощью динамического механического анализа в соответствии со стандартом ASTM Е1640-09.

Одним из особенно подходящих жестких сложных полиэфиров является полимолочная кислота, которая в большинстве случаев может быть получена из мономерных звеньев любого изомера молочной кислоты, такого как левовращающая молочная кислота ("L-молочная кислота"), правовращающая молочная кислота ("D-молочная кислота"), мезо-молочная кислота или их смеси. Мономерные звенья также могут быть получены из ангидридов любого изомера молочной кислоты, включая L-лактид, D-лактид, мезо-лактид или их смеси. Также могут быть использованы циклические димеры таких молочных кислот и/или лактидов. Для полимеризации молочной кислоты может быть использован любой из известных способов полимеризации, такой как поликонденсация или полимеризация с раскрытием кольца. Также может быть добавлено небольшое количество удлинителя цепи (например, диизоцианатного соединения, эпоксидного соединения или ангидрида кислоты). Полимолочная кислота может быть гомополимером или сополимером, таким как гомо- или сополимер, содержащий мономерные звенья, производные L-молочной кислоты, и мономерные звенья, производные D-молочной кислоты. Хотя это и не требуется, доля содержания мономерных звеньев, производных L-молочной кислоты, и мономерных звеньев, производных D-молочной кислоты, предпочтительно составляет приблизительно 85 мол.% или больше, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно 90 мол.% или больше, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно 95 мол.% или больше. Многочисленные полимолочные кислоты, каждая из которых имеет разное соотношение между мономерными звеньями, производными L-молочной кислоты, и мономерными звеньями, производными D-молочной кислоты, могут быть смешаны в произвольном процентном соотношении. Разумеется, полимолочная кислота также может быть смешана с полимерами другого типа (например, полиолефинами, сложными полиэфирами и т.д.).

Согласно одному из частных вариантов осуществления, полимолочная кислота имеет следующую общую структуру:

Одним из конкретных примеров полимеров подходящей полимолочной кислоты, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, является полимер, коммерчески доступный из фирмы Biomer, Inc. of Krailling, Germany), под названием BIOMER™ L9000. Другими подходящими полимерами полимолочной кислоты являются полимеры, коммерчески доступные от фирмы Natureworks LLC of Minnetonka, Minnesota (NATUREWORKS®) или Mitsui Chemical (LACEA™). Другие подходящие полимолочные кислоты могут быть описаны в патентных документах US 4797468; US 5470944; US 5770682; US 5821327; US 5880254; и US 6326458, которые полностью включены в настоящую работу посредством ссылки для всех целей.

Полимолочная кислота, как правило, имеет среднечисленную молекулярную массу ("M_n") в диапазоне приблизительно от 40000 до 160000 г/моль, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 50000 до 140000 г/моль, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 80000 до 120000 г/моль. Аналогичным образом, полимер также, как правило, имеет среднемассовую молекулярную массу ("M_w") в диапазоне приблизительно от 80000 до 200000 г/моль, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 100000 до 180000 г/моль, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 110000 до 160000 г/моль. Отношение среднемассовой молекулярной массы к среднечисленной молекулярной массе ("M_w/M_n"), то есть "коэффициент полидисперсности", также является относительно низким. Например, коэффициент полидисперсности, как правило, лежит в диапазоне приблизительно от 1,0 до 3,0, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 1,1 до 2,0, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 1,2 до 1,8. Среднемассовая и среднечисленная молекулярные массы могут быть определены с помощью методов, известных специалистам в данной области техники.

Полимолочная кислота также может иметь кажущуюся вязкость приблизительно от 50 до 600 Паскаль-секунд (Па⋅с), согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 100 до 500 Па⋅с, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 200 до 400 Па⋅с, определенную при температуре 190°С и скорости сдвига 1000 сек^-1. Скорость течения расплава полимолочной кислоты (на сухой основе) может также лежать в диапазоне приблизительно от 0,1 до 40 граммов за 10 минут, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 0,5 до 20 граммов за 10 минут, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 5 до 15 граммов за 10 минут, как определено при нагрузке 2160 граммов и температуре 190°С.

Некоторые типы беспримесных сложных полиэфиров (например, полимолочной кислоты) могут абсорбировать воду из окружающей среды, так что содержание влаги в них будет составлять приблизительно от 500 до 600 миллионных долей ("м.д.") или больше, на основе сухой массы исходной полимолочной кислоты. Содержание влаги может быть определено различными известными способами, как, например, в соответствии со стандартом ASTM D 7191-05, так, как описано ниже. Поскольку присутствие воды во время формования из расплава может гидролитически разлагать сложный полиэфир и уменьшать его молекулярную массу, иногда необходимо высушивать сложный полиэфир перед образованием смеси. В большинстве вариантов осуществления, например, требуется, чтобы возобновляемый сложный полиэфир имел содержание влаги приблизительно 300 миллионных долей ("м.д.") или меньше, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно 200 м.д. или меньше, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 1 до 100 м.д., перед образованием смеси с добавкой, повышающей ударную прочность. Сушка сложного полиэфира может протекать, например, при температуре приблизительно от 50°С до 100°С, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 70°С до 80°С.

В. Полимерная добавка, повышающая ударную прочность.

Как указано выше, термопластичная композиция настоящего изобретения также содержит полимерную добавку, повышающую ударную прочность. Благодаря своей полимерной природе добавка, повышающая ударную прочность, обладает относительно высокой молекулярной массой, что может способствовать улучшению прочности расплава и стабильности термопластичной композиции. Хотя этого не требуется, полимерная добавка, повышающая ударную прочность, может быть в большинстве случаев несмешиваемой с возобновляемым сложным полиэфиром. Таким образом, добавка, повышающая ударную прочность, может быть лучше диспергирована в виде доменов дискретной фазы внутри непрерывной фазы (дисперсионной среды) возобновляемого сложного полиэфира. Дискретные домены способны поглощать энергию, являющуюся результатом внешних усилий, что повышает общую жесткость и прочность получающегося материала. Домены могут иметь различную форму, как, например, эллиптическую, сферическую, цилиндрическую и т.д. Согласно одному из вариантов осуществления, например, домены имеют по существу эллиптическую форму. Физический размер отдельного домена является, как правило, достаточно маленьким, чтобы минимизировать развитие трещин через полимерный материал при приложении внешнего напряжения, но при этом достаточно большим для того, чтобы инициировать микроскопическую пластическую деформацию и создавать возможность появления области сдвиговых напряжений в местах включения частиц и вокруг них.

Хотя полимеры могут быть несмешиваемыми, тем не менее, добавка, повышающая ударную прочность, может быть выбрана такая, которая имеет параметр растворимости, сравнимый с параметром растворимости возобновляемого сложного полиэфира. Это может улучшить межфазную совместимость и физическое взаимодействие границ дискретной фазы и непрерывной фазы, и тем самым снизить вероятность растрескивания композиции. В этой связи отношение параметра растворимости возобновляемого сложного полиэфира к параметру растворимости добавки, повышающей ударную прочность, составляет, как правило, приблизительно от 0,5 до 1,5, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 0,8 до 1,2. Например, полимерная добавка, повышающая ударную прочность, может иметь параметр растворимости приблизительно от 15 до 30 МДж^1/2/м^3/2, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 18 до 22 МДж^1/2/м^3/2, тогда как полимолочная кислота может иметь параметр растворимости приблизительно 20,5 МДж^1/2/м^3/2. Термин "параметр растворимости" при использовании в данном контексте относится к "параметру растворимости Гильдебранда", представляющему собой корень квадратный из плотности энергии когезии и вычисленному в соответствии со следующим уравнением:

где:

ΔHv = теплота парообразования

R = универсальная газовая постоянная

Т = температура

Vm = молекулярный объем

Параметры растворимости Гильдебранда для многих полимеров также можно найти в справочнике Solubility Handbook of Plastics (Справочник растворимости пластмасс), Wyeych (2004), содержание которого включено в настоящую работу посредством ссылки.

Полимерная добавка, повышающая ударную прочность, также может иметь определенную скорость течения расплава (или вязкость), чтобы гарантировать, что дискретные домены и образующиеся пустоты могут сохраняться соответствующим образом. Например, если скорость течения расплава добавки, повышающей ударную прочность, является слишком высокой, он будет иметь тенденцию к нерегулируемому растеканию и диспергированию в непрерывной фазе (дисперсионной среде). Это приводит к слоистой или пластинчатой доменной структуре, представляющей сложности в плане сохранения, а также, вероятно, преждевременного растрескивания. Если, напротив, скорость течения расплава добавки, повышающей ударную прочность, является слишком низкой, она будет тенденцию к агрегированию и образованию очень крупных эллиптических доменов, представляющих сложности для диспергирования при смешивании. Это может привести к неравномерному распределению добавки, повышающей ударную прочность, в объеме непрерывной фазы. В этой связи авторы настоящего изобретения установили, что отношение скорости течения расплава добавки, повышающей ударную прочность, к скорости течения расплава возобновляемого сложного полиэфира составляет, как правило, приблизительно от 0,2 до 8, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 0,5 до 6, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 1 до 5. Полимерная добавка, повышающая ударную прочность, может, например, иметь скорость течения расплава приблизительно от 0,1 до 250 граммов за 10 минут, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 0,5 до 200 граммов за 10 минут, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 5 до 150 граммов за 10 минут, определенную при нагрузке 2160 граммов и при температуре 190°С.

Помимо приведенных выше свойств для достижения требуемого увеличения жесткости также могут быть выбраны механические характеристики полимерной добавки, повышающей ударную прочность. Например, если смесь возобновляемого сложного полиэфира и добавки, повышающей ударную прочность, применяют с использованием внешней силы, около или вокруг дискретных доменов могут быть инициированы зоны сдвига и/или пластического течения в результате концентрации напряжений, проистекающей из разницы в модулях упругости добавки, повышающей ударную прочность, и возобновляемого сложного полиэфира. Большие концентрации напряжений способствуют более интенсивной локализованной пластической деформации в доменах, что позволяет им становиться в значительной степени вытянутыми при передаче напряжений. Такие вытянутые домены позволяют композиции проявлять более гибкие и мягкие свойства, чем в другом случае будет проявлять жесткая полиэфирная смола. Для увеличения концентрации напряжений выбирают добавку, повышающую ударную прочность, имеющую относительно низкий модуль упругости Юнга по сравнению с возобновляемым сложным полиэфиром. Например, отношение модуля упругости возобновляемого сложного полиэфира к модулю упругости добавки, повышающей ударную прочность, составляет, как правило, приблизительно от 1 до 250, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 2 до 100, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 2 до 50. Модуль упругости добавки, повышающей ударную прочность, может, например, составлять приблизительно от 2 до 500 МПа (МРа), согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 5 до 300 МРа, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 10 до 200 МРа. И наоборот, модуль упругости полимолочной кислоты составляет, как правило, приблизительно от 800 МРа до 2000 МРа.

Чтобы создать требуемое увеличение жесткости, полимерная добавка, повышающая ударную прочность, может также иметь удлинение при разрыве (то есть, относительное удлинение в процентах полимера на его пределе текучести) большее, чем возобновляемый сложный полиэфир. Например, полимерная добавка, повышающая ударную прочность, согласно настоящему изобретению может иметь удлинение при разрыве приблизительно 50% или больше, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно 100% или больше, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 100% до 2000%, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 250% до 1500%.

Хотя может быть использован целый ряд полимерных добавок, имеющих свойства, идентичные описанным выше, наиболее подходящие примеры таких полимеров могут включать в себя, например, полиолефины (например, полиэтилен, полипропилен, полибутилен и т.д.); стирольные сополимеры (например, стирол-бутадиен-стирол, стирол-изопрен-стирол, стирол-этилен-пропилен-стирол, стирол-этилен-бутадиен-стирол и т.д.); политетрафторэтилены; сложные полиэфиры (например, рециклизованный сложный полиэфир, полиэтилентерефталат и т.д.); поливинилацетаты (например, поли(этиленвинилацетат), поливинилхлоридацетат и т.д.); поливиниловые спирты (например, поливиниловый спирт, поли(этиленвиниловый спирт) и т.д.; поливинилбутирали; акриловые смолы (например, полиакрилат, полиметилакрилат, полиметилметакрилат и т.д.); полиамиды (например, нейлон); поливинилхлориды; поливинилиденхлориды; полистиролы; полиуретаны; и т.д. Подходящие полиолефины могут, например, включать в себя полиэтилены (например, полиэтилен низкой плотности (ПЭНП, англ. LDPE - low density polyethylene), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП, англ. HDPE - high density polyethylene), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП, англ. LLDPE - linear low density polyethylene) и т.д.), пропиленовые гомополимеры (например, синдиотактический, атактический, изотактический и т.д.), пропиленовые сополимеры и тому подобное.

Согласно одному из частных вариантов осуществления, полимер является полимером пропилена, таким как гомополипропилен, или сополимером пропилена. Полипропилен может, например, быть образован из по существу изотактического гомополимера или сополимера полипропилена, содержащего приблизительно 10 масс. % или менее другого мономера, то есть по меньшей мере приблизительно 90 масс. % пропилена. Такие гомополимеры могут иметь точку плавления приблизительно от 160°С до 170°С.

Согласно еще одному варианту осуществления, полиолефин может быть сополимером этилена или пропилена с другим α-олефином, таким как С₃-С₂₀ α-олефин или С₃-С₁₂ α-олефин. Конкретные примеры подходящих α-олефинов включают в себя 1-бутен; 3-метил-1-бутен; 3,3-диметил-1-бутен; 1-пентен; 1-пентен с одним или несколькими метильными, этильными или пропильными заместителями; 1-гексен с одним или несколькими метильными, этильными или пропильными заместителями; 1-гептен с одним или несколькими метильными, этильными или пропильными заместителями; 1-октен с одним или несколькими метильными, этильными или пропильными заместителями; 1-нонен с одним или несколькими метильными, этильными или пропильными заместителями; этил, метил- или диметилзамещенный 1-децен; 1-додецен; и стирол. Особенно предпочтительными α-олефиновыми сомономерами являются 1-бутен, 1-гексен и 1-октен. Содержание этилена или пропилена в таких сополимерах может составлять приблизительно от 60 мол.% до 99 мол.%, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 80 мол.% до 98,5 мол.%, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 87 мол.% до 97,5 мол.%. Содержание α-олефина может аналогичным образом лежать в диапазоне приблизительно от 1 мол.% до 40 мол.%, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 1,5 мол.% до 15 мол.%, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 2,5 мол.% до 13 мол.%.

Примеры олефиновых сополимеров, используемых в настоящем изобретении, включают в себя сополимеры на основе этилена, доступные под названием EXACT™ из компании ExxonMobil Chemical Company, Хьюстон, Техас. Другие подходящие этиленовые сополимеры доступны под названием ENGAGE™, AFFINITY™, DOWLEX™ (ЛПЭНП (англ. LLDPE)) и ATTANE™ (ПЭСНП (англ. ULDPE, Ultra Low Density Polyethylenе - полиэтилен сверхнизкой плотности)) из компании Dow Chemical Company, Мидленд, Мичиган. Другие подходящие полиэтилены описаны в патентных документах US 4937299, Ewen et al.; US 5218071, Tsutsui et al.; US 5272236, Lai, et al.; и US 5278272, Lai, et al., которые полностью включены в настоящую работу посредством ссылки для всех целей. Подходящие пропиленовые сополимеры также коммерчески доступны под названиями VISTAMAXX™ из ExxonMobil Chemical Co., Хьюстон, Техас; FINA™ (например, 8573) из Atofina Chemicals, Фелюи, Бельгия; TAFMER™, доступный из компании Mitsui Petrochemical Industries; и VERSIFY™, доступный из компании Dow Chemical Co., Мидленд, Мичиган. Другие примеры подходящих полипропиленов описаны в патентном документе US 6500563, Datta, et al.; US 5539056, Yang, et al.; и US 5596052, Resconi, et al., которые полностью включены в настоящую работу посредством ссылки для всех целей.

Любой из целого ряда известных способов может быть в большинстве случаев использован для получения олефиновых сополимеров. Например, полиолефины могут быть получены с помощью свободнорадикального или комплексного катализатора (например, катализатор Циглера-Натта). Предпочтительно, полиолефин получают с помощью комплексного катализатора с единым центром полимеризации, такого как металлоценовый катализатор. Такая каталитическая система позволяет получать этиленовые сополимеры, в которых сомономер беспорядочно распределен внутри молекулярной цепи и равномерно распределен по всем разным молекулярно-массовым фракциям. Металлоцен-катализированные полиолефины описаны, например, в патентных документах US 5571619, McAlpin et al.; US 5322728, Davis et al.; US 5472775, Obijeski et al.; US 5272236, Lai et al.; US 6090325, Wheat, et al., которые полностью включены в настоящую работу посредством ссылки для всех целей. Примеры металлоценовых катализаторов включают в себя дихлорид бис(н-бутилциклопентадиенил)титана, дихлорид бис(н-бутилциклопентадиенил)циркония, хлорид бис(циклопентадиенил)скандия, дихлорид бис(инденил)циркония, дихлорид бис(метилциклопентадиенил)титана, дихлорид бис(метилциклопентадиенил) циркония, кобальтоцен, трихлорид циклопентадиенилтитана, ферроцен, дихлорид гафноцена, дихлорид изопропил(циклопентадиенил-1-флуоренил)циркония, дихлорид молибдоцена, никелоцен, дихлорид ниобоцена, рутеноцен, дихлорид титаноцена, гидрид хлорида цирконоцена, дихлорид цирконоцена и тому подобное. Полимеры, полученные с использованием металлоценовых катализаторов, как правило, имеют узкое молекулярно-массовое распределение. Например, металлоцен-катализированные полимеры могут иметь индексы полидисперсности (M_w/M_n) ниже 4, регулированную короткоцепную разветвленность и регулированную изотактичность.

Вне зависимости от использованных материалов, относительное процентное содержание полимерной добавки, повышающей ударную прочность, в термопластичной композиции выбирают таким образом, чтобы требуемые свойства достигались без значительного воздействия на возобновляемость получаемой в результате композиции. Например, добавку, повышающую ударную прочность, как правило, используют в количестве приблизительно от 1 масс. % до 30 масс. %, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 2 масс. % до 25 масс. %, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 5 масс. % до 20 масс. % от термопластичной композиции, на основе массы возобновляемых сложных полиэфиров, использованных в композиции. Концентрация добавки, повышающей ударную прочность, во всей термопластичной композиции может аналогичным образом составлять приблизительно от 0,1 масс. % до 30 масс. %, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 0,5 масс. % до 25 масс. %, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 1 масс. % до 20 масс. %.

С. Модификатор границы раздела фаз

Модификатор границы раздела фаз также используют в термопластичной композиции для изменения взаимодействия между добавкой, повышающей ударную прочность, и матрицей возобновляемого сложного полиэфира. Модификатор обычно имеет жидкую или полутвердую форму при комнатной температуре (например, 25°С), так что он обладает относительно низкой вязкостью, что позволяет ему более легко вводиться в термопластичную композицию и свободно перемещаться к полимерным поверхностям. В этой связи кинематическая вязкость модификатора границы раздела фаз составляет, как правило, приблизительно от 0,7 до 200 сантистокс ("сСт"), согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 1 до 100 сСт, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 1,5 до 80 сСт, при температуре 40°С. Кроме того, модификатор границы раздела фаз является также, как правило, гидрофобным, так что он имеет сродство к полимерной добавке, повышающей ударную прочность, приводя к изменению межфазного натяжения между возобновляемым сложным полиэфиром и добавкой, повышающей ударную прочность. Можно предположить, что при уменьшении физических сил на границе между сложным полиэфиром и добавкой, повышающей ударную прочность, низковязкая гидрофобная природа модификатора может помочь облегчить нарушение адгезии с полиэфирной матрицей при приложении внешней силы. При использовании в данном контексте, термин "гидрофобный", как правило, относится к материалу, имеющему угол смачивания водой в воздухе приблизительно 40° или больше, и в некоторых случаях, приблизительно 60° или больше. Напротив, термин "гидрофильный", как правило, относится к материалу, имеющему угол смачивания водой в воздухе меньше приблизительно 40°. Одним из испытаний, подходящих для измерения угла смачивания, является стандарт ASTM D5725-99 (2008).

Подходящие гидрофобные низковязкие модификаторы границы раздела фаз могут включать в себя, например, кремнийорганические соединения, сополимеры кремнийорганических соединений и простых полиэфиров, алифатические сложные полиэфиры, ароматические сложные полиэфиры, алкиленгликоли (например, этилененгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль, пропиленгликоль, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, полибутиленгликоль и т.д.), алкандиолы (например, 1,3-пропандиол, 2,2-диметил-1,3-пропандиол, 1,3-бутандиол, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, 2,2,4-триметил-1,6-гександиол, 1,3-циклогександиметанол, 1,4-циклогександиметанол, 2,2,4,4-тетраметил-1,3-циклобутандиол и т.д.), аминоксиды (например, октилдиметиламиноксид), сложные эфиры жирных кислот и т.д. Одним из наиболее приемлемых модификаторов границы раздела фаз является простой полиэфирполиол, такой как коммерчески доступный под торговым наименованием PLURIOL® WI из компании BASF Corp. Другим подходящим модификатором является частично возобновляемый эфир, такой как коммерчески доступный под торговым наименованием HALLGREEN® IM из компании Hallstar.

Хотя фактическое количество может варьироваться, модификатор границы раздела фаз, как правило, используют в количестве приблизительно от 0,1 масс. % до 20 масс. %, согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 0,5 масс. % до 15 масс. %, и согласно некоторым вариантам осуществления, приблизительно от 1 масс. % до 10 масс. % термопластичной композиции, от массы возобновляемых сложных полиэфиров, использованных в композиции. Концентрация модификатора границы раздела фаз во всей термопластичной композиции может аналогичным образом составлять приблизительно от 0,05 масс. % до 20 масс. %, согла