Полиолефиновый материал с низкой плотностью

Полиолефиновый материал с низкой плотностью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

НАСТОЯЩАЯ ЗАЯВКА ЗАЯВЛЯЕТ ПРИОРИТЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ЗАЯВОК США С СЕРИЙНЫМИ НОМЕРАМИ 61/833980, ПОДАННОЙ 12 ИЮНЯ 2013 Г., И 61/907572, ПОДАННОЙ 22 НОЯБРЯ 2013 Г., КОТОРЫЕ ПОЛНОСТЬЮ ВКЛЮЧЕНЫ В ДАННЫЙ ДОКУМЕНТ ПОСРЕДСТВОМ ССЫЛКИ НА НИХ.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Были приложены значительные усилия для получения полиолефиновых материалов низкой плотности для улучшения использования природных ресурсов и снижения углеродного следа в конечных продуктах. Типичный подход при получении полиолефиновых материалов низкой плотности заключается во вспенивании полимера с помощью физических или химических порообразующих средств, с помощью которых создают газовые ячейки по всему объему. Химические порообразующие средства представляют собой соединения, которые подвергают химической реакции с высвобождением газа, который создает ячеистую структуру по всему объему полимера. Физические порообразующие средства обычно представляют собой сжатые газы, которые диспергированы в полимере и расширяются, образуя ячейки. Независимо от этого, типичные процессы вспенивания вызывают малую молекулярную ориентацию, поскольку образование ячеек происходит, когда полимер находится в расплавленном состоянии. Это предотвращает деформационное упрочнение полимера, которое обычно происходит при температурах значительно выше температуры плавления или температуры стеклования полимера, давая продукты с низкой механической прочностью. Более того, типичные процессы вспенивания образуют ячейки больших размеров, такие как более чем 100 мкм. Это снижает прочность расплава, тем самым приводя к трещинам в высокопроизводительных производственных процессах с высокими скоростями деформации (например, прядении волокон, пленкообразовании, формовке и т.д.).

В связи с этим в настоящее время существует потребность в улучшенной методике образования полиолефиновых материалов низкой плотности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения раскрыт полиолефиновый материал, образуемый вытягиванием термопластичной композиции, содержащей непрерывную фазу, включающую полиолефиновый матричный полимер, в котором добавка нановключения диспергирована в непрерывной фазе в форме дискретных доменов. В композиции определена поровая сеть, которая включает множество нанопор со средним размером поперечного сечения приблизительно 800 нанометров или меньше. Композиция имеет плотность приблизительно 0,90 г/см³ или меньше.

Другие признаки и аспекты настоящего изобретения более подробно рассматриваются ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Полное и достаточное описание настоящего изобретения, включая наилучший способ его осуществления, предназначенное для специалиста в данной области техники изложено ниже, в частности, в остальной части описания, в котором предусмотрены ссылки на соответствующие фигуры, на которых:

фиг. 1 представляет собой SEM-микрофотографию невытянутого полученного литьем под давлением образца из примера 1 (полипропилен и алкоксилированный спирт) после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 2 представляет собой SEM-микрофотографию вытянутого полученного литьем под давлением образца из примера 1 (полипропилен и алкоксилированный спирт) после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 3 представляет собой SEM-микрофотографию невытянутого вытянутого полученного литьем под давлением образца из примера 2 (полипропилен и полимолочная кислота) после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 4 представляет собой SEM-микрофотографию вытянутого вытянутого полученного литьем под давлением образца из примера 2 (полипропилен и полимолочная кислота) после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 5 представляет собой кривую напряжение-деформация для вытянутого образца из примера 2;

фиг. 6 представляет собой SEM-микрофотографию невытянутого полученного литьем под давлением образца из примера 3 (полипропилен, полимолочная кислота и полиэпоксид) после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 7 представляет собой SEM-микрофотографию вытянутого полученного литьем под давлением образца из примера 3 (полипропилен, полимолочная кислота и полиэпоксид) после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 8 представляет собой кривую напряжение-деформация для вытянутого образца из примера 3;

фиг. 9 представляет собой SEM-микрофотографию (1000X) волокна из примера 4 (полипропилен, полимолочная кислота и полиэпоксид) после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 10 представляет собой SEM-микрофотографию (5000X) волокна из примера 4 (полипропилен, полимолочная кислота и полиэпоксид) после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 11 представляет собой SEM-микрофотографию (10000X) поверхности волокна из примера 4 (полипропилен, полимолочная кислота и полиэпоксид);

фиг. 12 представляет собой SEM-микрофотографию (5000X) области поперечного сечения (полированной и травленной хлороформом) полученной литьем под давлением полосы из примера 5;

фиг. 13 представляет собой SEM-микрофотографию (10000X) области поперечного сечения (полированной и травленной хлороформом) полученной литьем под давлением полосы из примера 5;

фиг. 14 представляет собой SEM-микрофотографию (5000X) разломанной с заморозкой суженной области вдоль продольного направления вытянутой полученной литьем под давлением полосы из примера 5;

фиг. 15 представляет собой SEM-микрофотографию (5000X) разломанной с заморозкой суженной области вдоль продольного направления вытянутой полученной литьем под давлением полосы из примера 5;

фиг. 16 представляет собой SEM-микрофотографию (10000X) разломанной с заморозкой поперечной области невытянутой литой полосы из примера 6;

фиг. 17 представляет собой SEM-микрофотографию (5000X) разломанной с заморозкой площади поперечного сечения вдоль продольного направления вытянутой литой полосы из примера 6;

фиг. 18 представляет собой SEM-микрофотографию поверхности пленки из примера 10, снятую с увеличением 14243X;

фиг. 19 представляет собой SEM-микрофотографию пленки из примера 10 (разрезанной в плоскости машинного направления), снятую с увеличением 5382X;

фиг. 20 представляет собой SEM-микрофотографию (4270X) волокна из примера 16 после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 21 представляет собой SEM-микрофотографию (9170X) волокна из примера 16 после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 22-23 представляют собой SEM-микрофотографии волокна из примера 17 после замораживания в жидком азоте-разламывания;

фиг. 24 представляет собой SEM-микрофотографию волокна из примера 18 после замораживания в жидком азоте-разламывания; и

фиг. 25 представляет собой SEM-микрофотографии связанного полотна из примера 18.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Далее будет представлено подробное описание со ссылками на различные варианты осуществления настоящего изобретения, один или несколько примеров которых приведены ниже. Каждый пример приведен для пояснения настоящего изобретения и не ограничивает его. В сущности, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что по отношению к настоящему изобретению могут быть выполнены различные модификации и изменения без отклонения от объема или сущности настоящего изобретения. Например, отличительные признаки, показанные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы в другом варианте осуществления для получения еще одного варианта осуществления. Таким образом, имеется в виду, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения, которые подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Говоря в общем, настоящее изобретение направлено на полиолефиновый материал (например, пленку, волокнистый материал, литое изделие и т.д.), который образован путем вытягивания термопластичной композиции (например, вытягивания в твердом состоянии), содержащей непрерывную фазу, включающую полиолефиновый матричный полимер. Композиция также содержит добавку нановключения, по меньшей мере частично несовместимую с полиолефиновым матричным полимером настолько, что она становится диспергированной в непрерывной фазе в виде дискретных фазовых доменов нанометрового размера. Авторы настоящего изобретения обнаружили,что в ходе механического вытягивания, когда композиция подвергается деформирующему и удлиняющему натяжению, эти фазовые домены нанометрового размера способны взаимодействовать уникальным образом с созданием сети пор. А именно, полагают, что удлиняющее натяжение может инициировать интенсивные локализованные зоны сдвига и/или зоны интенсивности напряжения (например, нормальные напряжения) вблизи дискретных фазовых доменов в результате концентраций напряжения, которые возникают в результате несовместимости материалов. Эти зоны интенсивности сдвига и/или напряжения вызывают некоторое начальное нарушение адгезии в полиолефиновой матрице, прилегающей к доменам. После образования начальных пор матрица, расположенная между доменами, может подвергаться пластичной деформации с созданием внутренних областей растяжения, которые локально сужаются и деформационно упрочняются. Этот процесс обеспечивает образование пор по всему объему композиции, которые растут в направлении растяжения, тем самым приводя к образованию поровой сети, тогда как молекулярная ориентация приводит к деформационному упрочнению, которое увеличивает механическую прочность.

С помощью вышеуказанных методик можно образовать уникальную поровую сеть в полиолефиновом материале с тем, чтобы средний процентный объем, занимаемый порами внутри заданной единицы объема материала, мог составлять от приблизительно 15% до приблизительно 80% на см³, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20% до приблизительно 70%, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 30% до приблизительно 60% на кубический сантиметр материала. С таким объемом пор данная композиция может иметь относительно низкую плотность, как например, приблизительно 0,90 граммов на кубический сантиметр (“г/см³”) или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 0,85 г/см³ или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 0,80 г/см³ или меньше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно от 0,10 г/см³ до приблизительно 0,75 г/см³, и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,20 г/см³ до приблизительно 0,70 г/см³. Значительная часть пор в поровой сети также имеет “нанометровый” размер (“нанопоры”), как например, поры со средним размером поперечного сечения приблизительно 800 нанометров или меньше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 700 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 500 нанометров. Выражение “размер поперечного сечения” обычно относится к характеристическому размеру (например, ширине или диаметру) поры, который практически перпендикулярен ее главной оси (например, длине) и также обычно практически перпендикулярен направлению усилия, прилагаемого во время вытягивания. Нанопоры могут также иметь средний осевой размер в диапазоне от приблизительно 100 до приблизительно 5000 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50 до приблизительно 2000 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 1000 нанометров. “Осевой размер” представляет собой размер в направлении главной оси (например, длину), которая обычно расположена в направлении вытягивания. Такие нанопоры могут, например, составлять приблизительно 15 об. % или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 20 об. % или больше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 30 об. % до 100 об. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 40 об. % до приблизительно 90 об. % от общего объема пор в полиолефиновом материале.

Помимо сниженной плотности, нанопористая структура в полученном полиолефиновом материале также может обеспечивать ряд других различных преимуществ. Например, такая структура может способствовать ограничению потока текучих сред сквозь материал и быть в целом непроницаемой для текучих сред (например, жидкой воды), тем самым позволяя материалу изолировать поверхность от проникновения воды. В этом отношении полиолефиновый материал может иметь относительно высокое значение гидростатического давления приблизительно 50 сантиметров (“см”) или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 100 см или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 150 см или больше, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 200 см до приблизительно 1000 см, определенное в соответствии с ATTCC 127-2008. Могут также быть достигнуты другие выгодные свойства. Например, полученный полиолефиновый материал в целом может быть проницаем для водяных паров. Проницаемость материала для водяного пара можно охарактеризовать его относительно высокой скоростью проникновения водяных паров (“WVTR”), которая представляет собой скорость, с которой водяной пар проникает сквозь материал, измеренной в единицах граммы на квадратный метр за 24 часа (г/м²/24 ч). Например, полиолефиновый материал может проявлять WVTR приблизительно 300 г/м² - 24 часа или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 500 г/м² - 24 часа или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 1000 г/м² - 24 часа или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 3000 до приблизительно 15000 г/м² - 24 часа, определенную в соответствии с ASTM E96/96M-12, Procedure B или INDA Test Procedure IST-70.4 (01). Полиолефиновый материал может также выступать в качестве теплового барьера, проявляющего относительно низкую теплопроводность, такую как приблизительно 0,40 Ватт на метр-Кельвин (“Вт/м-К”) или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 0,20 Вт/м-К или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 0,15 Вт/м-К или меньше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,01 до приблизительно 0,12 Вт/м-К, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,02 до приблизительно 0,10 Вт/м-К. Необходимо отметить, что материал может достигать таких низких значений теплопроводности при относительно малых значениях толщины, что может позволить материалу иметь большую степень гибкости и способность принимать нужную форму, а также уменьшить объем, который он занимает в изделии. По этой причине полиолефиновый материал может также проявлять относительно низкий “коэффициент теплопередачи”, который равен теплопроводности материала, деленной на его толщину, и выражается в единицах Ватт на квадратный метр-Кельвин (“Вт/м²К”). Например, материал может проявлять коэффициент теплопередачи приблизительно 1000 Вт/м²К или меньше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 800 Вт/м²К, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 до приблизительно 500 Вт/м²К, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 40 до приблизительно 200 Вт/м²К. Реальная толщина полиолефинового материала может зависеть от его конкретной формы, но обычно находится в диапазоне от приблизительно 5 микрометров до приблизительно 100 миллиметров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 микрометров до приблизительно 50 миллиметров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 200 микрометров до приблизительно 25 миллиметров.

Далее будут более подробно описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения.

I. Термопластичная композиция

A. Полиолефиновая матрица

Полиолефины обычно составляют от приблизительно 60 вес. % до приблизительно 99 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 60 вес. % до приблизительно 98 вес. %, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 80 вес. % до приблизительно 95 вес. % термопластичной композиции. Полиолефин может иметь температуру плавления от приблизительно 100°C до приблизительно 220°C, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 120°C до приблизительно 200°C, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 140°C до приблизительно 180°C. Температуру плавления можно определять с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (“DSC”) в соответствии с ASTM D-3417. Подходящие полиолефины могут, например, включать этиленовые полимеры (например, полиэтилен низкой плотности (“LDPE”), полиэтилен высокой плотности (“HDPE”), линейный полиэтилен низкой плотности (“LLDPE”) и т.д.), гомополимеры пропилена (например, синдиотактический, атактический, изотактический и т.д.), сополимеры пропилена и так далее. В одном конкретном варианте осуществления полимер представляет собой полимер пропилена, такой как гомополипропилен или сополимер пропилена. Полимер пропилена можно, например, образовывать из главным образом изотактического гомополимера полипропилена или сополимера, содержащего равное количество или менее приблизительно 10 вес. % других мономеров, т.е. по меньшей мере приблизительно 90% по весу пропилена. Температура плавления таких гомополимеров может составлять от приблизительно 140°C до приблизительно 170°C.

Конечно, в композиции по настоящему изобретению можно также применять другие полиолефины. В одном варианте осуществления, например, полиолефин может представлять собой сополимер этилена или пропилена с другим α-олефином, таким как C₃-C₂₀α-олефин или C₃-C₁₂ α-олефин. Конкретные примеры подходящих α-олефинов включают 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 метильным, 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 желательными α-олефиновыми сомономерами являются 1-бутен, 1-гексен и 1-октен. Содержание этилена или пропилена в таких сополимерах может составлять от приблизительно 60 мол. % до приблизительно 99 мол. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 80 мол. % до приблизительно 98,5 мол. %, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 87 мол. % до приблизительно 97,5 мол. %. Содержание α-олефинов может аналогично варьировать в диапазоне от приблизительно 1 мол. % до приблизительно 40 мол. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1,5 мол. % до приблизительно 15 мол. %, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2,5 мол. % до приблизительно 13 мол. %.

Типичные олефиновые сополимеры для применения в настоящем изобретении включают сополимеры на основе этилена, доступные под названием EXACT™ от ExxonMobil Chemical Company, Хьюстон, Техас. Другие подходящие сополимеры этилена доступны под названием ENGAGE™, AFFINITY™, DOWLEX™ (LLDPE) и ATTANE™ (ULDPE) от Dow Chemical Company, Мидленд, Мичиган. Другие подходящие полимеры этилена описаны в патентах США №№ 4937299, выданном Ewen et al.; 5218071, выданном Tsutsui et al.; 5272236, выданном Lai et al.; и 5278272, выданном Lai et al. Подходящие сополимеры пропилена также коммерчески доступны под обозначениями VISTAMAXX™ от ExxonMobil Chemical Co., Хьюстон, Техас; FINA™ (например, 8573) от Atofina Chemicals, Фелю, Бельгия; TAFMER™, доступный от Mitsui Petrochemical Industries, и VERSIFY™, доступный от Dow Chemical Co., Мидленд, Мичиган. Подходящие гомополимеры полипропилена могут включать полипропилен Exxon Mobil 3155, смолы Exxon Mobil Achieve™ и смолу Total M3661 PP. Другие примеры подходящих полимеров пропилена описаны в патентах США №№ 6500563, выданном Datta et al.; 5539056, выданном Yang et al.; и 5596052, выданном Resconi et al.

Для образования олефиновых сополимеров обычно можно применять любую из множества известных методик. Например, олефиновые полимеры можно образовывать с использованием свободнорадикального или комплексного катализатора (например, Циглера-Натта). Предпочтительно олефиновый полимер образуют из комплексного катализатора с единым центром полимеризации, такого как металлоценовый катализатор. Такая каталитическая система обеспечивает сополимеры этилена, в которых сомономер случайно распределен в молекулярной цепи и равномерно распределен по фракциям с различной молекулярной массой. Полиолефины, полученные посредством катализа металлоценами, описаны, например, в патентах США №№ 5571619, выданном McAlpin et al.; 5322728, выданном Davis et al.; 5472775, выданном Obijeski et al.; 5272236, выданном Lai et al.; и 6090325, выданном Wheat et al. Примеры металлоценовых катализаторов включают бис(н-бутилциклопентадиенил)титан дихлорид, бис(н-бутилциклопентадиенил)цирконий дихлорид, бис(циклопентадиенил)скандий хлорид, бис(инденил)цирконий дихлорид, бис(метилциклопентадиенил)титан дихлорид, бис(метилциклопентадиенил)цирконий дихлорид, кобальтоцен, циклопентадиенилтитан трихлорид, ферроцен, гафноцен дихлорид, изопропил(циклопентадиенил-1-флуоренил)цирконий дихлорид, молибдоцен дихлорид, никелоцен, ниобоцен дихлорид, рутеноцен, титаноцен дихлорид, цирконоценхлоридгидрид, цирконоцен дихлорид и так далее. Полимеры, полученные с помощью металлоценовых катализаторов, как правило, имеют узкий диапазон молекулярной массы. Например, полимеры полученные посредством катализа металлоценами, могут иметь числа полидисперсности (M_w/M_n) ниже 4, регулируемое распределение короткоцепочечной разветвленности и регулируемую изотактичность.

B. Добавка нановключения

Используемое в данном документе выражение “добавка нановключения”, в целом относится к материалу, который способен диспергироваться в полимерной матрице в форме дискретных доменов нанометрового размера. Например, перед вытягиванием домены могут иметь средний размер поперечного сечения от приблизительно 1 до приблизительно 1000 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 800 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 500 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 до приблизительно 200 нанометров. Домены могут иметь ряд различных форм, таких как эллиптическая, сферическая, цилиндрическая, пластинчатая, трубчатая и т.д. В одном варианте осуществления, например, домены имеют главным образом эллиптическую форму. Добавку нановключения, как правило, используют в количестве от приблизительно 0,05 вес. % до приблизительно 20 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,1 вес. % до приблизительно 10 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 вес. % до приблизительно 5 вес. % термопластичной композиции, исходя из веса непрерывной фазы полиолефиновой матрицы. Концентрация добавки нановключения во всей термопластичной композиции может аналогично составлять от приблизительно 0,01 вес. % до приблизительно 15 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,05 вес. % до приблизительно 10 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,3 вес. % до приблизительно 6 вес. % термопластичной композиции.

Добавка нановключения частично несовместима с полиолефином в том смысле, что она может быть практически однородно распределена в полиолефиновой матрице, но в форме дискретных доменов. Такая частичная несовместимость может быть достигнута рядом способов. В определенных вариантах осуществления, например, добавка нановключения может содержать неполярный компонент (например, олефин), который совместим с полиолефиновой матрицей и позволяет ей становиться однородно распределенным в ней. Тем не менее, добавка может также содержать полярный компонент, несовместимый с полиолефиновой матрицей, тем самым позволяющий ей срастаться или сегрегироваться в дискретные домены. Такой компонент может содержать полярные молекулярные сегменты или блоки, ионные группы, заряженные или незаряженные полярные домены и/или полярные молекулярные группы с низкой или высокой молекулярной массой. В качестве альтернативы, добавка может быть полностью неполярной по природе, но обладать определенными физическими свойствами, которые все же позволяют образовываться дискретным доменам. Например, в определенных вариантах осуществления добавка нановключения может быть совместимой или смешиваться с полиолефином выше определенной температуры, но подвергаться фазовому разделению при температурах ниже критической температуры раствора. Таким образом, добавка нановключения может образовывать устойчивую смесь с полиолефином в фазе расплава, но при снижении температуры непрерывная фаза кристаллизуется и отделяется, так, что добавка нановключения может подвергаться фазовому разделению, срастаться и образовывать отдельные наноразмерные домены.

Конкретное состояние или форма добавки нановключения не критичны, если только могут образовываться желаемые домены. Например, в некоторых вариантах осуществления добавка нановключения может быть в форме жидкости или полутвердого вещества при комнатной температуре (например, 25°C). Такую жидкость можно легко диспергировать в матрице для образования метастабильной дисперсии, и затем заблокировать для сохранения размера доменов путем снижения температуры смеси. Кинематическая вязкость такого жидкого или полутвердого материала обычно составляет от приблизительно 0,7 до приблизительно 200 сантистокс (“сСт”), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 100 сСт, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1,5 до приблизительно 80 сСт, что определено при 40°C. Подходящие жидкие или полутвердые материалы могут включать, например, силиконы, сополимеры силиконов-полимерных простых эфиров, алифатические сложные полиэфиры, ароматические сложные полиэфиры, алкиленгликоли (например, этиленгликоль, 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, амиды жирных кислот (например, олеамид, эрукамид, стеарамид, этилен-бис(стеарамид) и т.д.), минеральные и растительные масла и так далее. Одним особенно пригодным жидким или полутвердым веществом является полиэфир-полиол, такой как коммерчески доступный под торговым названием Pluriol® WI от BASF Corp.

В других вариантах осуществления добавка нановключения находится в форме твердого вещества, которое может быть аморфным, кристаллическим или полукристаллическим. Например, добавка нановключения может быть полимерной по природе и обладать относительно высокой молекулярной массой для способствования улучшению прочности расплава и устойчивости термопластичной композиции. Как указано выше, добавка нановключения частично несовместима с полиолефиновой матрицей. Одним примером такой добавки является микрокристаллический полиолефиновый воск, обычно полученный из этилена и/или C₃-C₁₀-алк-1-енов, например, из пропилена, 1-бутена, 1-пентена, 1-гексена, 1-гептена, 1-октена, 1-нонена и 1-децена. Микрокристаллические воски обычно имеют относительно низкую температуру плавления, такую как от приблизительно 30°C до приблизительно 150°C, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50°C до приблизительно 140°C и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 80°C до приблизительно 130°C. При таких низких температурах плавления воск может образовывать смешиваемую смесь с полиолефином в фазе расплава, но при снижении температуры и кристаллизации или затвердевании полимера воск будет выделяться и срастаться с образованием отдельных наноразмерных доменов.

Другим примером полимерной добавки нановключения является функционализированный полиолефин, содержащий полярный и неполярный компонент. Полярный компонент можно, например, обеспечить за счет одной или нескольких функциональных групп, а неполярный компонент можно обеспечивать за счет олефина. Олефиновый компонент добавки нановключения обычно может быть образован из любого линейного или разветвленного б-олефинового мономера, олигомера или полимера (в том числе сополимеров), полученного из олефинового мономера, такого как описанные выше. Функциональная группа добавки нановключения может представлять собой любую группу, молекулярный сегмент и/или блок, обеспечивающий полярный компонент молекуле и несовместимый с полиолефиновым матричным полимером. Примеры молекулярного сегмента и/или блоков, несовместимых с полиолефином, могут включать акрилатные, стироловые, сложные полиэфирные, полиамидные и т.д. Функциональная группа может иметь ионную природу и включать заряженные ионы металлов. Особенно пригодными функциональными группами являются малеиновый ангидрид, малеиновая кислота, фумаровая кислота, малеимид, гидразид малеиновой кислоты, продукт реакции малеинового ангидрида и диамина, метилнадиновый ангидрид, дихлормалеиновый ангидрид, амид малеиновой кислоты и т.д. Полиолефины, модифицированные малеиновым ангидридом, являются особенно пригодными для применения в настоящем изобретении. Такие модифицированные полиолефины, как правило, образуют путем прививки малеинового ангидрида на полимерный материал основной цепи. Такие малеинированные полиолефины доступны от E. I. du Pont de Nemours and Company под названием Fusabond®, такие как P Series (химически модифицированный полипропилен), E Series (химически модифицированный полиэтилен), C Series (химически модифицированный этиленвинилацетат), A Series (химически модифицированные этиленакрилатные сополимеры или тройные полимеры) или N Series (химически модифицированный этилен-пропилен, этилен-пропилен-диен-мономер ("EPDM") или этилен-октен). В качестве альтернативы, малеинированные полиолефины также доступны от Chemtura Corp. под названием Polybond®, Eastman Chemical Company под названием Eastman G series и Arkema под названием Orevac®.

В определенных вариантах осуществления полимерная добавка нановключения также может быть реакционноспособной. Одним примером такой реакционноспособной добавки нановключения является полиэпоксид, содержащий в среднем по меньшей мере два оксирановых кольца на молекулу. Не вдаваясь в теорию, считается, что такие полиэпоксидные молекулы могут вступать в реакцию (например, удлинения цепи, разветвления боковой цепи, прививки, образования сополимеров и т.д.) с определенными компонентами композиции с улучшением прочности расплава без значительного снижения температуры стеклования. Реакционноспособная добавка может также обеспечивать совместимость между полиолефином и другими более полярными добавками, такими как добавки микровключения, и может улучшать однородность дисперсии и снижать размер добавок микровключения. Например, как будет описано подробнее ниже, в определенных вариантах осуществления настоящего изобретения могут применять сложный полиэфир в качестве добавки микровключения. В таких вариантах осуществления реакционноспособная добавка нановключения может обеспечивать нуклеофильную реакцию раскрытия цикла через карбоксильную концевую группу сложного полиэфира (этерификация) или через гидроксильную группу (образование простого эфира). Аналогично могут протекать реакции со стороны оксазолина с образованием сложноэфирно-амидных фрагментов. Посредством таких реакций молекулярная масса добавки микровключения из сложного полиэфира может быть увеличена для противодействия деградации, часто наблюдаемой во время переработки расплава. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что слишком большая степень протекания реакции может приводить к сшиванию между основными цепями полимера. Если допустить протекание такого сшивания в значительной степени, полученная полимерная смесь может стать хрупкой и сложной для переработки в материал с желаемыми свойствами прочности и удлинения.

В связи с этим авторы настоящего изобретения обнаружили, что особенно эффективными могут быть полиэпоксиды, имеющие относительно низкую эпоксидную функциональность, что можно количественно выразить через их “эквивалентную массу эпоксида”. Эквивалентная масса эпоксида отражает количество смолы, которая содержит одну молекулу эпоксидной группы, и ее можно вычислить делением среднечисловой молекулярной массы модификатора на количество эпоксидных групп в молекуле. Среднечисловая молекулярная масса полиэпоксида по настоящему изобретению составляет, как правило, от приблизительно 7500 до приблизительно 250000 грамм на моль, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 15000 до приблизительно 150000 грамм на моль и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20000 до 100000 грамм на моль, с коэффициентом полидисперсности, как правило, в диапазоне от 2,5 до 7. Полиэпоксид может содержать менее 50, в некоторых вариантах осуществления от 5 до 45 и в некоторых вариантах осуществления от 15 до 40 эпоксидных групп. В свою очередь, эквивалентная масса эпоксида может составлять менее чем приблизительно 15000 грамм на моль, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 200 до приблизительно 10000 грамм на моль и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 500 до приблизительно 7000 грамм на моль.

Полиэпоксид может быть линейным или разветвленным, гомополимером или сополимером (например, случайным, привитым, блоксополимером и т.д.), содержащим концевые эпоксидные группы, скелетные оксирановые блоки и/или боковые эпоксидные группы. Мономеры, используемые для образования таких полиэпоксидов, можно варьировать. В одном конкретном варианте осуществления, например, полиэпоксид содержит по меньшей мере один эпокси-функциональный (мет)акриловый мономерный компонент. Используемое в данном документе выражение “(мет)акриловый” включает акриловый и метакриловый мономеры, а также их соли или сложные эфиры, такие как акрилатные и метакрилатные мономеры. Например, пригодные эпокси-функциональные (мет)акриловые мономеры могут включать без ограничения мономеры, содержащие 1,2-эпоксидные группы, такие как глицидилакрилат и глицидилметакрилат. Другие подходящие эпокси-функциональные мономеры включают простой аллилглицидиловый эфир, глицидилэтакрилат и глицидилитаконат.

Полиэпоксид, как правило, имеет относительно высокую молекулярную массу, как указано выше, так, что это может приводить не только к удлинению цепи, но также способствует достижению желаемой морфологии смеси. Таким образом, полученный показатель текучести расплава полимера, как правило, варьирует в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 200 грамм за 10 минут, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 40 до приблизительно 150 грамм за 10 минут и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 60 до приблизительно 120 грамм за 10 минут, определенные при нагрузке 2160 грамм и при температуре 190°C.

Полиэпоксид также обычно включает по меньшей мере один линейный или разветвленный αолефиновый мономер, такой как имеющий от 2 до 20 атомов углерода и предпочтительно от 2 до 8 атомов углерода. Конкретные примеры включают этилен, пропилен, 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 метильным, 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 желаемыми α-олефиновыми сомономерами являются этилен и пропилен. Другой подходящий мономер может включать (