[发明专利]固态拉伸填充聚合物组合物至稳定程度的空化和密度

说明书

本申请要求于2006年11月10日提交的美国临时申请序列号60/858,122 和于2006年12月20日提交的美国临时申请序列号60/876,053的优先权权 益。

发明背景

技术领域

本发明涉及用于制备含有填料的空化取向聚合物组合物的固态拉伸 方法。

相关技术描述

取向聚合物组合物提供优于非取向聚合物组合物的强度益处。历史 上，自由拉伸方法给聚合物膜提供通过取向增加强度的益处。自由拉伸方 法是没有物理约束控制的拉伸并且对于最终的聚合物制品的形状提供很 少的控制。因此，随着制品的横截面形状变得越复杂，自由拉伸方法变得 越不适宜。

在具有比薄膜更加复杂横截面的制品中建立聚合物取向的努力最终 导致固态模头拉伸方法的发展。固态模头拉伸方法在低于聚合物组合物的 软化温度下通过拉伸模头拉伸聚合物组合物。在使聚合物链取向同时，拉 伸模头迫使聚合物组合物向特定形状会聚。拉伸模头在拉伸工艺过程中对 最终的制品形状比自由拉伸方法提供更多的控制。

填充聚合物组合物的取向正引起特别的兴趣，特别是对于形成大横截 面(全部横截面尺寸大于1.5毫米)的制品。填料提供大量的益处，可能最公 认的益处在于降低聚合物组合物的原料成本。在取向聚合物组合物中使用 木纤维填料对于制备用作木质面板材料(即，复合面板)的备选物的取向聚 合物组合物已经特别普遍。

一些填料在固态拉伸工艺过程中导致空化。空化在聚合物组合物中产 生空隙体积。例如，欧洲专利1242220B1提供一个实例，即填充有木质填 料的聚丙烯组合物(约1克/立方厘米的组合物密度)，将其以48英寸(122厘 米)/分钟的拉伸速率拉伸，得到密度为0.59克/立方厘米的取向聚合物组合 物。拉伸在聚丙烯中含有云母填料的组合物还显示空化最多为28.5％的空 隙体积(W.R.Newson和F.R.Maine，ORIENTED POLYPROPYLENE COMPOSITIONS MADE WITH MICA，来自第8届International Conference on Woodfiber-Plastic Composites的印刷品，Madison，Wisconsin，2005年5 月23-25日)。空化对于降低取向聚合物组合物密度可能是有益的。因此， 填料可以同时降低取向聚合物组合物的成本和密度。这两个特征对于制备 建筑材料如复合面板都是有吸引力的。

为了制备性能(即，密度)一致的取向填充聚合物组合物，适宜的是实 现稳定水平的空化，从而尽管工艺条件波动如拉伸速率波动，也制备出密 度一致的板。

发明简述

本发明通过在聚合物组合物的固态拉伸过程中改变拉伸速率，解决在 含有填料的聚合物组合物中实现稳定程度的空化的问题。

导致本发明的实验表明：填充聚合物组合物的空化程度随着拉伸速率 而增大，但是令人惊奇的是，这种增加只是在一定的拉伸速率之前发生。 超过该一定拉伸速率再增大拉伸速率，则对于由于空化导致的最终组合物 空隙体积，因此对于最终的组合物密度，具有最小作用(如果有作用的话)。 换言之，空化程度(或由于空化导致的空隙体积)相对于拉伸速率的曲线随 着拉伸速率增大而出人意料地达到一个平台。

本发明是一种用于固态拉伸聚合物组合物的方法，该方法包括：(a)提 供包含填料和可取向聚合物的聚合物组合物，所述的聚合物组合物具有软 化温度；(b)将所述聚合物组合物的温度调节在所述软化温度和比所述软 化温度低50℃之间的拉伸温度范围内，所述的范围包括端点；(c)将所述 聚合物组合物保持在所述拉伸温度范围内的同时，开始所述聚合物组合物 的拉伸，并且以拉伸速率拉伸所述聚合物组合物，以制备取向聚合物组合 物；其中所述的拉伸速率为127厘米(50英寸)/分钟以上。