[发明专利]聚烯烃纳米复合材料

说明书

本发明涉及包含聚烯烃和至少一种纳米尺寸矿物填料的聚烯烃纳米复合材料以及制造这种材料的工艺。更具体地，所述纳米复合材料包含有机粘土、水滑石或其它层状矿物填料。还涉及由所述材料形成的制品特别是纤维和膜，以及制造所述纤维和膜的工艺。更具体地，本发明涉及表现出韧度、断裂伸长率和柔软度的良好平衡的纤维。还涉及表现出良好阻挡性能、可收缩性、撕裂强度和光学性能的膜。

在此术语″纳米尺寸填料″是指有至少一个维度(长、宽或厚度)在从约0.2到约250纳米范围之内的填料。

纤维的定义包括连续纤维、短纤和/或长丝(由纺丝成网工艺制备)、带和单丝。

本发明的聚烯烃纤维尤其适用于服装类应用和卫生制品。

膜的定义包括流延、吹塑和双向拉伸的膜，特别是双向拉伸聚丙烯膜(BOPP)，适用于食品和烟草包装以及胶带。

包含低含量的聚烯烃树脂和纳米尺寸矿物填料的复合材料已经是已知的。为提高聚烯烃纳米复合材料的机械性能，人们在提高所述化学性质不同的两种组分之间的相容性现象方面作出了努力。

例如，专利US5910523记述了包含半结晶聚烯烃与纳米尺寸矿物填料的聚烯烃纳米复合材料，其中所述填料的表面用官能化的化合物进行过改性。

WO01/96467记述了包含接枝共聚物的聚烯烃纳米复合材料。该接枝共聚物的制备是在有有机粘土存在的情况下进行的，因此实现了产品机械性能的显著提高。

但是，到目前为止用于纤维的聚烯烃复合材料都不能向聚烯烃纤维提供前面所述的性能平衡。而且，现有技术的纳米复合材料存在的最严重问题在于其很难纺织。

本发明通过提供一种具有不同于迄今为止所用复合材料的物理-化学性能的聚烯烃复合材料，克服了与在生产纤维中使用上述聚烯烃纳米复合材料相关的缺陷。

本发明的聚烯烃复合材料的另一巨大优点在于所述材料表现出在可接受的纺织特性下的良好可拉伸性。

将聚烯烃复合材料用于膜的制造也是已知的。

当填料颗粒的平均直径为约0.5-40μm时，如EP0659815中所述，众所周知地由这种聚烯烃复合材料制造的膜特别容易破裂。如国际专利申请WO9903673所述，同样众所周知地填料的加入可以产生空穴，这些空穴如果没有被蜡填满的话可能提高膜的渗透性。因此填料的加入预计可以产生空穴、以及其膜的脆性和不透光性。

当所述填料是纳米尺寸填料时，其应该具有相同的效果。特别是对于双向膜，仍难以获得纳米尺寸填料的良好分散以避免形成凝胶或膜裂纹。

用本发明的聚烯烃复合材料制备的膜出人意料地表现出平常的加工特性、良好的光学和物理-机械性能和提高的阻挡性能。

因此，本发明提供一种包含以下组分的聚烯烃纳米复合材料：

(A)结晶或半结晶聚烯烃树脂；和

(B)包含层状矿物，优选的例子为层状硅酸盐，或基本上由其组成的纳米尺寸填料，其中所述层状矿物，或在优选实施例中层状硅酸盐，的无机部分含量为0.02-3，优选地0.03-3重量份/每100重量份聚烯烃树脂(A)，且组分(A)的熔体流动速率值MFR(1)与聚烯烃纳米复合材料的熔体流动速率值MFR(2)的比MFR(1)/MFR(2)为至少1.02，优选地至少1.05，更优选地至少1.1，进一步优选地至少1.3，特别是1.02-2，或从1.05或1.1或1.3到2。

本发明的复合材料一般表现出以下性能：

-  弯曲弹性模量相对于组分(A)的值提高至少1-100％，优选地20-100％；

-  热变形温度相对于组分(A)的测量值提高5-50℃，优选地10-50℃；当组分(A)为聚丙烯时，组合物的HDT通常高于80℃；

-  MFR(2)值为1-800dg/分。

组分(A)，即聚烯烃树脂，优选地是一种丙烯聚合物，此丙烯聚合物是丙烯均聚物或丙烯与选自乙烯和直链或支链C4-C8α-烯烃的α-烯烃的无规互聚物，如丙烯的共聚物和三聚物。组分(A)也可以是所述聚合物的混合物，此时混合比率并不重要。优选地，所述α烯烃选自乙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯和4-甲基-1-戊烯。共聚单体的优选含量为0.5-15wt％。优选的聚烯烃树脂是丙烯均聚物。

所述丙烯聚合物表现出全同立构型的立构规整性。