Нанокомпозитная упаковочная пленка

Нанокомпозитная упаковочная пленка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственная заявка

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США с регистрационным номером 61/934463, поданной 31 января 2014 г., которая включена в данный документ во всей своей полноте посредством ссылки.

Предпосылки изобретения

Упаковочные пленки зачастую образуют из олефиновых полимеров, таких как полиэтилен. Однако за последние годы, нефтяные ресурсы стали дороже, и производители и потребители, в равной мере, стали больше осознавать необходимость рационального использования упаковочных пленок с меньшим углеродным следом, что означает снижение выбросов углерода в течение всего жизненного цикла производства упаковочных пленок. Хотя были предприняты попытки добавления различных добавок, таких как возобновляемые полимеры, к пленкам для снижения содержания получаемых из нефти олефиновых полимеров, это обычно приводило к соответствующему снижению некоторых механических свойств (например, пластичности или прочности при растяжении и т.д.), что крайне нежелательно для производителей и потребителей упаковочных материалов. В связи с этим, в настоящее время существует потребность в пленке, которая характеризуется меньшим влиянием на окружающую среду, на что указывает сниженный углеродный след или сниженное потребление полимеров на основе нефти, но все еще может проявлять хорошие механические свойства, необходимые для высокоэффективных применений упаковочной пленки.

Краткое описание изобретения

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения раскрывается упаковочная пленка толщиной приблизительно 50 микрометров или меньше. Пленка содержит сердцевинный слой, который расположен вплотную к внешнему слою, при этом сердцевинный слой, внешний слой или как сердцевинный слой, так и внешний слой образованы из полимерной композиции. Полимерная композиция содержит от приблизительно 70 вес. % до приблизительно 99 вес. % этиленового полимера, от приблизительно 0,1 вес. % до приблизительно 20 вес. % наноглины, содержащей органическое средство для обработки поверхности, и от 0,05 вес. % до приблизительно 15 вес. % полиолефинового средства улучшения совместимости, которое содержит олефиновый компонент и полярный компонент.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения раскрывается упаковочная пленка толщиной приблизительно 50 микрометров или меньше. Пленка содержит сердцевинный слой, который расположен между первым внешним слоем и вторым внешним слоем, при этом сердцевинный слой составляет от приблизительно 50 вес. % до приблизительно 99 вес. % пленки и внешние слои составляют от приблизительно 1 вес. % до приблизительно 50 вес. % пленки. Кроме того, сердцевинный слой, первый внешний слой, второй внешний слой или их комбинация образованы из полимерной композиции. Полимерная композиция содержит от приблизительно 70 вес. % до приблизительно 99 вес. % этиленового полимера, от приблизительно 0,1 вес. % до приблизительно 20 вес. % наноглины, содержащей органическое средство для обработки поверхности, и от 0,05 вес. % до приблизительно 15 вес. % полиолефинового средства улучшения совместимости, которое содержит олефиновый компонент и полярный компонент.

Другие признаки и аспекты настоящего изобретения более подробно описываются ниже.

Краткое описание чертежей

Полное и достаточное раскрытие настоящего изобретения, включая наилучший способ его осуществления, предназначенное для рядового специалиста в данной области, изложено ниже, в частности, в остальной части описания, в которой предусмотрены ссылки на соответствующие графические материалы, при этом:

на фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация одного варианта осуществления способа, который можно применять для получения пленки по настоящему изобретению;

на фиг. 2 представлен график рентгенодифракционного анализа для примера 5;

на фиг. 3 представлены трансмиссионные электронные микрофотографии примера 5, при этом на фиг. 3(a) представлено меньшее увеличение (показан масштаб 2 мкм) и на фиг. 3(b) представлено большее увеличение (показан масштаб 200 нм);

на фиг. 4 представлен график, на котором показана зависимость логарифма динамического модуля упругости (G') от логарифма частоты для образцов из примера 5;

на фиг. 5 представлен график, на котором показана зависимость комплексной вязкости η* от логарифма частоты для образцов из примера 5;

на фиг. 6 представлен график, на котором показана зависимость log G' (динамического модуля упругости) и log G'' (модуля потерь) от логарифма частоты для образцов из примера 5;

на фиг. 7 представлен вид в перспективе испытательного устройства, которое может применяться для оценки уровней шума, при этом дверца устройства открыта;

на фиг. 8 представлен вид в перспективе испытательного устройства из фиг. 7, при этом дверца устройства закрыта; и

на фиг. 9 представлен вид сверху устройства из фиг. 7, взятый вдоль стрелки 190.

Повторяющееся использование ссылочных позиций в настоящем описании и графических материалах предназначено для представления одинаковых или аналогичных признаков или элементов настоящего изобретения.

Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления

Далее будет представлено подробное описание со ссылками на различные варианты осуществления настоящего изобретения, один или более примеров которых приведены ниже. Каждый пример предоставлен для пояснения изобретения, не ограничивая его. В сущности, специалистам в данной области 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, признаки, показанные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы в другом варианте осуществления для получения еще одного варианта осуществления. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения.

В общем, настоящее изобретение относится к многослойной нанокомпозитной пленке для применения в упаковке. Более конкретно, пленка содержит по меньшей мере один сердцевинный слой, расположенный вплотную по меньшей мере к одному внешнему слою. Например, в одном варианте осуществления пленка содержит сердцевинный слой, который расположен между двумя внешними слоями. В соответствии с настоящим изобретением сердцевинный (сердцевинные) слой (слои) и/или внешний (внешние) слой (слои) может (могут) быть образован (образованы) из полимерной композиции, которая содержит этиленовый полимер, наноглину, содержащую органическое средство для обработки поверхности, и средство улучшения совместимости, которое включает олефиновый компонент и полярный компонент. Например, наноглины обычно составляют от приблизительно 0,1 вес. % до приблизительно 20 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 вес. % до приблизительно 15 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 вес. % до приблизительно 10 вес. % полимерной композиции. Подобным образом, этиленовые полимеры могут составлять от приблизительно 70 вес. % до приблизительно 99 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 75 вес. % до приблизительно 98 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 80 вес. % до 95 вес. % полимерной композиции. Средства улучшения совместимости также могут составлять от приблизительно 0,05 вес. % до приблизительно 15 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,1 вес. % до приблизительно 12 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,2 вес. % до приблизительно 10 вес. % полимерной композиции.

Вследствие использования наноглины в полимерной композиции, полученная в результате пленка характеризуется меньшим влиянием на окружающую среду, так как используется уменьшенное количество этиленовых полимеров. Например, пленка имеет меньший углеродный след и возможно может уменьшить энергозатраты и выбросы парниковых газов. В частности, авторы настоящего изобретения обнаружили, что пленка может достичь такого улучшенного влияния на окружающую среду без потери в механических свойствах. В сущности, во многих случаях было обнаружено, что некоторые механические свойства (например, максимальное напряжение, модуль и т.д.) были значительно увеличены, даже когда применение полимера значительно снизилось. Данные преимущества достигают, отчасти, путем избирательной регуляции конкретного типа и концентрации компонентов, применяемых для получения пленки, а также способа, с помощью которого она образуется. Например, не ограничиваясь теорией, полагают, что органическое средство для обработки поверхности может оказывать на наноглину воздействие, подобное пластификации, что может уменьшить степень поверхностного трения между наноглиной и доменами этиленового полимера, если композиция подвергается усилию при удлинении. Также полагают, что средство для обработки поверхности может оказывать смазывающее воздействие, что позволяет макромолекулярным цепочкам этиленового полимера перемещаться со скольжением вдоль поверхности наноглины, не вызывая нарушения адгезии, тем самым поддерживая высокую степень пластичности. Это может быть осуществлено путем избирательной регуляции конкретного типа средства для обработки поверхности, типа этиленового полимера и степени перемешивания во время экструзии из расплава. Более того, наноглина необязательно может быть предварительно смешана с этиленовым полимером и средством улучшения совместимости с образованием полимерной композиции, которая в дальнейшем пропускается через экструзионную головку и формируется в пленку. Благодаря такому многоэтапному способу образования наноглина может стать хорошо диспергируемой и более однородно ориентированной, посредством чего еще больше повышается пластичность. Полагают, что некоторые типы способов образования (например, способы отлива пленки из раствора или экструзии с раздувкой) являются особенно хорошо подходящими для обеспечения образования уникальных структур с высокой степенью пластичности.

Один из параметров, который является индикатором хорошей пластичности, представляет собой максимальное удлинение пленки в продольном направлении («MD») и/или поперечном направлении («CD»). Например, пленка обычно характеризуется максимальным удлинением в продольном направлении приблизительно 400% или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 500% или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 550% или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 600% до приблизительно 2000%. Подобным образом, пленка может характеризоваться максимальным удлинением в поперечном направлении приблизительно 750% или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 800% или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 800%) или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 850% до приблизительно 2500%. Несмотря на обладание такой хорошей пластичностью, пленка по настоящему изобретению, тем не менее, способна сохранять хорошую механическую прочность. Например, пленка по настоящему изобретению может характеризоваться пределом прочности при растяжении в продольном направлении и/или поперечном направлении от приблизительно 20 до приблизительно 150 мегапаскаль (МПа), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 25 до приблизительно 100 МПа и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 30 до приблизительно 80 МПа. Модуль упругости Юнга пленки, который равен отношению напряжения растяжения к деформации растяжения и определяется из угла наклона кривой зависимости деформаций от напряжения, также может быть на надлежащем уровне. Например, пленка обычно характеризуется модулем Юнга в продольном направлении и/или поперечном направлении от приблизительно 50 до приблизительно 500 МПа, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 400 МПа и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 150 до приблизительно 350 МПа.

Неожиданно, хорошую пластичность и другие механические свойства можно достигать, даже если пленка характеризуется очень низким значением толщины. В связи с этим, нормализованные механические свойства, которые определяются посредством деления конкретной механической величины (например, модуля Юнга, прочности при растяжении или максимального удлинения) на среднюю толщину пленки (мкм), также могут быть улучшены. Например, пленка может характеризоваться нормализованным максимальным удлинением в продольном направлении приблизительно 15%/мкм или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 20%/мкм или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 25%/мкм до приблизительно 60%/мкм. Подобным образом, пленка может характеризоваться нормализованным максимальным удлинением в поперечном направлении приблизительно 40%/мкм или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 50%/мкм или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 55%/мкм до приблизительно 80%/мкм. Пленка может характеризоваться нормализованным пределом прочности при растяжении в продольном направлении и/или поперечном направлении от приблизительно 0,5 до приблизительно 20 МПа/мкм, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 12 МПа/мкм и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 8 МПа/мкм. Нормализованный модуль Юнга в продольном направлении и/или поперечном направлении может также составлять от приблизительно 5 до приблизительно 50 МПа/мкм, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 40 МПа/мкм и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 15 до приблизительно 35 МПа/мкм. Как правило, фактическая толщина пленки составляет приблизительно 50 микрометров или меньше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 40 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 35 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 30 микрометров.

Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что пленка может вырабатывать относительно низкую степень шума при физической деформации. Под воздействием физической деформации в течение двух (2) минут, например, уровень шума пленки может составлять приблизительно 45 децибел (дБ) или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 42 дБ или меньше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 дБ до приблизительно 40 дБ, как определено при частоте 2000 Гц или 4000 Гц. «Нормализованный уровень шума» пленки, который определяется посредством деления уровня шума пленки, который вырабатывается под воздействием на пленку физической деформации в течение двух (2) минут, на уровень шума, вырабатываемого при условиях окружающей среды, может подобным образом составлять приблизительно 2,5 или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 2,4 или меньше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1,5 до приблизительно 2,3, как определено при частоте 2000 Гц или 4000 Гц. Кроме уменьшенного уровня шума пленка по настоящему изобретению также может обладать превосходными барьерными свойствами для проникновения кислорода. Не ограничиваясь теорией, полагают, что пластинчатая структура наноглины может создавать извилистый путь в пленке, который может замедлять скорость пропускания и уменьшать количество проникающего кислорода. Например, скорость пропускания кислорода может составлять приблизительно 350 см³/100 дюймов²*24-часа или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 330 см³/100 дюймов²*24-часа или меньше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 300 см³/100 дюймов²*24-часа, как определено в соответствии с ASTM D3985-05 при температуре 23°С и относительной влажности 0%.

Далее будут более подробно описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения.

I. Полимерная композиция

А. Этиленовый полимер

В настоящем изобретении в целом может быть использован любой из множества этиленовых полимеров. В одном варианте осуществления, например, этиленовый полимер может представлять собой сополимер этилена и α-олефина, такого как С₃-С₂₀-α-олефин или С₃-С₁₂-α-олефин. Подходящие α-олефины могут быть линейными или разветвленными (например, одно или более С₁-С₃-алкильных ответвлений или арильная группа). Конкретные примеры включают 1-бутен; 3-метил-1-бутен; 3,3-диметил-1-бутен; 1-пентен; 1-пентен с одним или более метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-гексен с одним или более метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-гептен с одним или более метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-октен с одним или более метальными, этильными или пропильными заместителями; 1-нонен с одним или более метальными, этильными или пропильными заместителями; этил-, метил- или диметилзамещенный 1-децен; 1-додецен и стирол. Особенно желательными сомономерами α-олефина являются 1-бутен, 1-гексен и 1-октен. Содержание этилена 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. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 87 мол. % до приблизительно 97,5 мол. %. Подобным образом, содержание α-олефина может находиться в диапазоне от приблизительно 1 мол. % до приблизительно 40 мол. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1,5 мол. % до приблизительно 15 мол. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2,5 мол. % до приблизительно 13 мол. %. Плотность полиэтилена может варьировать в зависимости от типа используемого полимера, но обычно находится в диапазоне от приблизительно 0,85 до приблизительно 0,96 грамм на кубический сантиметр (г/см³). Полиэтиленовые «пластомеры», например, могут иметь плотность в диапазоне от приблизительно 0,85 до приблизительно 0,91 г/см³. Подобным образом, «линейный полиэтилен низкой плотности» (LLDPE) может иметь плотность в диапазоне от приблизительно 0,91 до приблизительно 0,940 г/см³; «полиэтилен низкой плотности» (LDPE) может иметь плотность в диапазоне от приблизительно 0,910 до приблизительно 0,940 г/см³; и «полиэтилен высокой плотности» (HDPE) может иметь плотность в диапазоне от приблизительно 0,940 до приблизительно 0,960 г/см, как определено в соответствии с ASTM D792.

В определенных вариантах осуществления может быть использован этиленовый полимер, который имеет относительно низкую плотность в диапазоне приблизительно 0,94 г/см³ или меньше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,85 до приблизительно 0,94 г/см³ и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,90 до приблизительно 0,935 г/см³. В композиции можно использовать один или более полимеров, которые имеют такие плотностные характеристики. Линейный полиэтилен низкой плотности («LLDPE») и/или полиэтилен низкой плотности («LDPE») являются особенно подходящими. Этиленовый полимер низкой плотности может иметь относительно низкую температуру плавления и модуль упругости, что может обеспечить в результате относительно мягкую и эластичную на ощупь пленку. Например, этиленовый полимер низкой плотности может иметь температуру плавления от приблизительно 50°С до приблизительно 145°С, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 75°С до приблизительно 140°С и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100°С до приблизительно 135°С и модуль упругости от приблизительно 50 до приблизительно 700 МПа, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 75 до приблизительно 600 МПа и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 500 МПа, как определено в соответствии с ASTM D638-10. Этиленовый полимер низкой плотности также может иметь индекс текучести расплава от приблизительно 0,1 до приблизительно 100 грамм за 10 минут, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 50 грамм за 10 минут и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 40 грамм за 10 минут, как определено при нагрузке 2160 грамм и при 190°С, как определено в соответствии с ASTM D1238-13 (или ISO 1133).

При необходимости этиленовые полимеры низкой плотности могут составлять по существу большинство полимеров, используемых в композиции. Например, этиленовые полимеры низкой плотности могут составлять приблизительно 80 вес. % или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 85 вес. % или больше и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 90 вес. % до 100 вес. % полимеров, используемых в композиции. Конечно же, в других вариантах осуществления также могут использоваться этиленовые полимеры высокой плотности. Например, этиленовые полимеры низкой плотности могут составлять от приблизительно 5 вес. % до приблизительно 90 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 80 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 вес. % до 70 вес. % от полимерной композиции, и этиленовые полимеры высокой плотности могут составлять от приблизительно 5 вес. % до приблизительно 90 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 80 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 вес. % до 70 вес. % полимерной композиции. Этиленовые полимеры высокой плотности обычно имеют плотность более приблизительно 0,94 г/см³, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,945 до приблизительно 0,98 г/см³ и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,95 до приблизительно 0,97 г/см³. Опять-таки в композиции можно использовать один или более полимеров, которые имеют такие характеристики. Полиэтилен высокой плотности («HDPE») является особенно подходящим. Этиленовые полимеры высокой плотности могут иметь относительно низкую температуру плавления и высокий модуль упругости. Например, этиленовые полимеры высокой плотности могут иметь температуру плавления от приблизительно 70°С до приблизительно 160°С, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 85°С до приблизительно 150°С и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 110°С до приблизительно 145°С и модуль упругости от приблизительно 700 до приблизительно 5000 МПа, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 750 до приблизительно 3000 МПа и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1000 до приблизительно 2000 МПа, как определено в соответствии с ASTM D638-10. Этиленовые полимеры высокой плотности также могут иметь индекс текучести расплава от приблизительно 0,1 до приблизительно 100 грамм за 10 минут, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 50 грамм за 10 минут и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 40 грамм за 10 минут, как определено при нагрузке 2160 грамм и при 190°С в соответствии с ASTM D1238-13 (или ISO 1133).

Для образования этиленовых полимеров, как правило, можно применять различные известные методики. Например, этиленовые полимеры можно получить с применением свободнорадикального или комплексного катализатора (например, Циглера-Натта). Обычно этиленовый полимер получают с помощью полицентровых катализаторов Циглера-Натта, при этом полученный в результате этиленовый полимер характеризуется широким распределением молекулярной массы с коэффициентом полидисперсности (среднемассовая молекулярная масса, деленная на среднечисловую молекулярную массу) вплоть до 20 или выше. Этиленовый полимер, полученный с помощью комплексного катализатора с единым центром полимеризации, такого как металлоценовый катализатор, характеризуется узким распределением молекулярной массы. Такая каталитическая система обеспечивает этиленовые полимеры, в которых сомономер случайно распределяется в молекулярной цепи и равномерно распределяется по фракциям с различной молекулярной массой. Полиолефины, полученные посредством катализа металлоценами, описаны, например, в патентах США №5571619, выданном McAlpin и соавт.; №5322728, выданном Davis и соавт.; №5472775, выданном Obijeski и соавт.; №5272236, выданном Lai и соавт.; и №6090325, выданном Wheat и соавт. Примеры металлоценовых катализаторов включают бис(н-бутилциклопентадиенил)титана дихлорид, бис(н-бутилциклопентадиенил)циркония дихлорид, бис(циклопентадиенил)скандия хлорид, бис(инденил)циркония дихлорид, бис(метилциклопентадиенил)титана дихлорид, бис(метилциклопентадиенил)циркония дихлорид, кобальтоцен, циклопентадиенилтитана трихлорид, ферроцен, гафноцена дихлорид, изопропил(циклопентадиенил-1-флуоренил)циркония дихлорид, молибдоцена дихлорид, никелоцен, ниобоцена дихлорид, рутеноцен, гитаноцена дихлорид, цирконоценхлоридгидрид, цирконоцена дихлорид и так далее. Полимеры, полученные с помощью металлоценовых катализаторов, как правило, характеризуются узким диапазоном молекулярной массы. Например, полимеры, полученные посредством катализа металлоценами, могут характеризоваться числами полидисперсности (M_w/M_n) ниже 4, регулируемым распределением короткоцепочечной разветвленности и регулируемой изотактичностью. Этиленовые полимеры могут также характеризоваться мономодальным или многомодальным (например, бимодальным) распределением молекулярной массы, как например, измерено с помощью гель-проникающей хроматографии.

В. Наноглина

Выражение «наноглина» обычно относится к наночастицам глинистого материала (природного минерала, органически модифицированного минерала или синтетического наноматериала). Глинистый материал, как правило, имеет хлопьевидную морфологию, так что обладает относительно плоской или пластинчатой формой. Например, пластинки глины могут иметь среднюю толщину от приблизительно 0,2 до приблизительно 100 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 50 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 20 нанометров. «Соотношение размеров» глинистого материала (т.е. средняя длина пластинок, деленная на среднюю толщину) также является относительно большим, а именно, от приблизительно 20 до приблизительно 1000, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50 до приблизительно 80, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 400. Средняя длина (например, диаметр) может, в частности, находиться в диапазоне от приблизительно 20 нанометров до приблизительно 10 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 нанометров до приблизительно 5 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 200 нанометров до приблизительно 4 микрометров.

Глинистый материал может быть получен из филлосиликата, такого как минерал смектитовая глина (например, бентонит, каолинит или монтмориллонит, а также их соли, такие как монтмориллонит натрия, монтмориллонит магния, монтмориллонит кальция и т.д.); нонтронита; бейделлита; волконскоита; гекторита; сапонита; сауконита; собокита; стевенсита; свинфордита; вермикулита и т.п. Другие применимые наноглины включают слюдистые минералы (например, иллит) и смешанные минералы иллита/смектита, такие как ректорит, таросовит, ледикит, и примеси иллитов к глинистым минералам, названным выше. Особенно подходящими являются монтмориллонит (структура слоистой смектитовой глины 2:1), бентонит (алюминиевый филлосиликат, полученный, главным образом, из монтмориллонита), каолинит (алюмосиликат 1:1, имеющий пластинчатую структуру и эмпирическую формулу Al₂Si₂O₅(OH)₄), галлуазит (алюмосиликат 1:1, имеющий трубчатую структуру и эмпирическую формулу Al₂Si₂O₅(OH)₄) и т.д.

Как указано выше, наноглина также содержит органическое средство для обработки поверхности, которое повышает гидрофобность глинистого материала и, таким образом, улучшает его совместимость с этиленовым полимером. В одном варианте осуществления органическое средство для обработки поверхности может быть получено из четвертичного ония (например, соли или иона), который посредством ионного обмена может быть интеркалирован в межслойные пространства между смежными, расположенными слоями пластинками глины. Четвертичный ониевый ион может иметь следующую структуру:

,

где

X представляет собой N, Р, S или О; и

R₁, R₂, R₃ и R₄ независимо представляют собой водород или органические фрагменты, такие как линейные или разветвленные алкильные, арильные или аралкильные фрагменты, имеющие от 1 до приблизительно 24 атомов углерода.

Особенно подходящими ионами четвертичного аммония являются те, которые имеют нижеприведенную структуру:

,

где

R₁ представляет собой длинноцепочечный алкильный фрагмент в диапазоне от С₆ до С₂₄ с прямой или разветвленной цепью, включая смеси длинноцепочечных фрагментов, таких как С₆, С₈, С₁₀, С₁₂, С₁₄, С₁₆, С₁₈, С₂₀, С₂₂ и С₂₄, взятых отдельно или в любой комбинации; и

R₂, R₃ и R₄ представляют собой фрагменты, которые могут быть одинаковыми или разными, при этом выбраны из группы, включающей Н, алкил, гидроксиалкил, бензил, замещенный бензил, например, с прямой или разветвленной цепью, алкилзамещенный и галогензамещенный; этоксилированный или пропоксилированный алкил; этоксилированный или пропоксилированный бензил (например, со степенью этоксилирования 1-10 молей или степенью пропоксилирования 1-10 молей).

Дополнительные применимые многозарядные разделяющие/связующие средства включают, например, тетра-, три- и диониевые радикалы, такие как тетрааммониевые, триаммониевые и диаммониевые (первичные, вторичные, третичные и четвертичные), -фосфониевые, -оксониевые или -сульфониевые производные алифатических, ароматических или арилалифатических аминов, фосфинов, сложных эфиров, спиртов и сульфидов. Такими иллюстративными материалами являются диониевые соединения формулы:

где Х⁺ и Y⁺ являются одинаковыми или разными и представляют собой радикалы аммония, сульфония, фосфония или оксония, такие как -NH(CH₃)₂⁺, -NH₂(CH₃)⁺, -N(CH₃)₃⁺, -N(CH₃)₂(CH₂CH₃)⁺, N(CH₃)(CH₂CH₃)₂⁺, -S(CH₃)₂⁺, -S(CH₃)₂⁺, -P(CH₃)₃⁺, -NH₃⁺ и т.п.;

R представляет собой органический участок, радикал основной цепи, с прямой или разветвленной цепью, такой как те, которые имеют от 2 до 24 атомов углерода, и в некоторых вариантах осуществления от 3 до 10 атомов углерода, при этом в основной цепи молекула органического участка ковалентно связана на ее концах с заряженными катионами N⁺, Р⁺, S⁺ и/или O⁺;

R¹ может представлять собой водород или линейный или разветвленный алкильный радикал с 1-22 атомами углерода, линейный или разветвленный, и в некоторых вариантах осуществления, с 6-22 атомами углерода.

Применимыми иллюстративными R-группами являются алкилы (например, метил, этил, бутил, октил и т.п.); арил (например, бензил, фенилалкил и т.п.); алкилены (например, метилен, этилен, октилен, ионилен, трет-бутилен, неопентилен, изопропилен, втор-бутилен, додецилен и т.п.); алкенилены (например, 1-пропенилен, 1-бутенилен, 1-пентенилен, 1-гексенилен, 1-гептенилен, 1-октенилен и т.п.); циклоалкенилены (например, циклогексенилен, циклопентенилен и т.п.); гидроксиалкил (например, гидроксиметил, гидроксиэтил, гидроксил-н-пропил, гидроксиизопропил, гидроксил-н-бутил, гидроксил-изобутил, гидроксил-трет-бутил и т.п.), алканоилалкилены (например, бутаноилоктадецилен, пентаноилнонадецилен, октаноилпентадецилен, этаноилундецилен, пропаноилгексадецилен и т.п.); алкиламиноалкилены (например, метиламинооктадецилен, этиламинопентадецилен, бутиламинононадецилен и т.п.); диалкиламиноалкилен (например, диметиламинооктадецилен, метилэтиламинононадецилен и т.п.); ариламиноалкилены (например, фениламинооктадецилен, п-метилфениламинононадецилен и т.п.); диариламиноалкилены (например, дифениламинопентадецилен, п-нитрофенил-п'-метилфениламинооктадецилен и т.п.); алкилариламиноалкилены (например, 2-фенил-4-метиламинопентадецилен и т.п.); алкилсульфинилены, алкилсульфонилены, алкилтио, арилтио, арилсульфинилены и арилсульфонилены (например, бутилтиооктадецилен, неопентилтиопентадецилен, метилсульфинилнонадецилен, бензилсульфинилпентадецилен, фенилсульфинилоктадецилен, пропилтиооктадецилен, октилтиопентадецилен, нонилсульфонилнонадецилен, октилсульфонилгексадецилен, метилтиононадецилен, изопропилтиооктадецилен, фенилсульфонилпентадецилен, метилсульфонилнонадецилен, нонилтиопентадецилен, фенилтиооктадецилен, этилтиононадецилен, бензилтиоундецилен, фенэтилтиопентадецилен, втор-бутилтиооктадецилен, нафтилтиоундецилен и т.п.); алкоксикарбонилалкилены (например, метоксикарбонилен, этоксикарбонилен, бутоксикарбонилен и т.п.); циклоалкилены (например, циклогексилен, циклопентилен, циклооктилен, циклогептилен и т.п.); алкоксиалкилены (например, метоксиметилен, этоксиметилен, бутоксиметилен, пропоксиэтилен, пентоксибутилен и т.п.); арилоксиалкилены и арилоксиарилены (например, феноксифенилен, феноксиметилен и т.п.); арилориалкилены (например, феноксидецилен, феноксиоктилен и т.п.); арилалкилены (например, бензилен, фентилен, 8-фенилоктилен, 10-фенилдецилен и т.п.); алкиларилены (например, 3-децилфенилен, 4-октилфенилен, 4-нонилфенилен и т.п.) и полипропиленгликолевые и полиэтиленгликолевые заместители (например, этилен, пропилен, бутилен, фенилен, бензилен, толилен, п-стирилен, п-фенилметилен, октилен, додецилен, октадецилен, метоксиэтилен и т.п.), а также их комбинации. Такие радикалы тетра-, три- и диаммония, -сульфония, -фосфония, -оксония; аммония/сульфония; аммония/фосфония; аммония/оксония; фосфония/оксония; сульфония/оксония и сульфония/фосфония хорошо известны в данной области техники и могут быть получены из соответствующих аминов, фосфинов, спиртов или простых эфиров и сульфидов.

Особенно подходящими соединениями многозарядного разделяющего/связующего средства являются мультиониевые ионные соединения, которые включают по меньшей мере два первичных, вторичных, третичных или четвертичных аммониевых, фосфониевых, сульфониевых и/или оксониевых иона, имеющих следующую общую формулу:

,

где

R представляет собой фрагмент участка с заряженными атомами алкилена, аралкилена или замещенного алкилена; и

Z₁, Z₂, R₁, R₂, R₃ и R₄ могут быть одинаковыми или разными и выбраны из группы, включающей водород, алкил, аралкил, бензил, замещенный бензил (например, с прямой или разветвленной цепью, алкилзамещенный и галогензамещенный); этоксилированный или пропоксилированный алкил; этоксилированный или пропоксилированный бензил (например, со степенью этоксилирования 1-10 молей или степенью пропоксилирования 1-10 молей).

Особенно подходящие органические катионы могут включать, например, соединения четвертичного аммония, такие как диметил-бис[гидрогенизированный талловый]аммония хлорид (2М2НТ), метилбензил-бис[гидрогенизированный талловый] аммония хлорид (МВ2НТ), метил-трис[гидрогенизированный талловый алкил]хлорид (М3НТ) и т.д. Примером подходящей наноглины является Nanomer™ 1.44Р, который представляет собой модифицированную четвертичным аммонием монтмориллонитовую наноглину, коммерчески доступную от Nanocor, Inc. Другие подходящие добавки наноглины включают таковые, доступные от Southern Clay Products, такие как Cloisite™ 15A, Cloisite™ 30В, Cloisite™ 93А и Cloisite™ Na⁺.

Ониевый ион может быть введен (сорбирован) в межслойные пустоты глинистого материала различным