[发明专利]空穴化的取向聚乙烯聚合物组合物

说明书

交叉引用声明

本申请要求2009年3月9日提出的美国临时申请号61/158,495的权益，它通过引用被结合在此。

发明背景

发明领域

本发明涉及取向聚乙烯聚合物复合材料和用于制备取向聚乙烯聚合物复合材料的固态拉伸方法。

相关技术描述

对于用取向聚合物复合材料(OPC)作为高强度建筑材料的兴趣日益增长。例如，OPC以装饰和围栏材料的形式进入市场。由于聚合物材料的寿命和低维护性，聚合物材料提供了优于传统材料如木材的益处。聚合物组合物取向使得在聚合物材料中引入可以与木材竞争的强度。此外，对在大尺寸OPC中获得空穴化空隙体积的最近研究使得能够制造具有等于或小于木材的密度同时仍然接近木材的强度的OPC。固态拉伸模头的使用彻底改革了拉伸具有可重复生产以及准确形状的大尺寸OPC的能力并且促使进入市场的OPC如贴面和其它具有复杂外形的建筑材料得以扩张。

固态拉伸，尤其是固态模头拉伸可以在拉伸过程中引起空穴化。空穴化通过在拉伸聚合物中引入空隙而减少拉伸聚合物的密度。含有填料的聚合物组合物与不带填料的聚合物组合物比较具有更大的空穴化倾向。空穴化的程度依赖于填料粒子的数量，并且在一定程度上依赖于拉伸速率，这两者的任何一个增加引起空穴化上的增加。一个研究发现空穴化的程度作为拉伸速率的函数在1.2米(4英尺)/分钟以上达到一个平台，或变平(参见，美国已公布专利申请2008-0111278)。足够快地拉伸以便获得恒定程度的空穴化是适宜的，以保证产品密度即使在微小的拉伸速率变化下仍然均匀。

聚丙烯成为用于制造OPC的最普遍的聚合物。然而，聚乙烯是可以用于制造OPC的另一种低成本日用塑料。聚乙烯提供比聚丙烯更好的固有耐候性和韧性并且因此作为OPC提供优于聚丙烯的益处。聚乙烯OPC将是节省成本的，尤其是如果将聚乙烯OPC空穴化以降低其重量。适宜的是能够在拉伸之前将填料引入聚乙烯以在固态模头拉伸的过程中有助于促进空穴化。此外，适宜的是能够在固态模头拉伸过程中拉伸聚乙烯以受益于OPC生产中提供的对固态拉伸模头的控制。

美国专利4,938,913(′913)公开了用于取向聚乙烯的柱塞压出方法。′913中的教导建议通过模头拉伸方法可以产生取向。然而，没有关于如何在固态拉伸方法中取向聚乙烯的教导。

美国专利5,234,652(′652)公开了用于通过模头拉伸方法连续制造极高和超高分子量聚乙烯的方法。然而，′652描述了在等于或高于其软化温度的温度下拉伸聚合物而不是固态拉伸。

一篇杂志文章描述了高分子量聚乙烯的固态模头拉伸(参见，Lee和Li，高分子量聚乙烯的模头拉伸技术(DIE DRAWING TECHNOLOGY OF HIGH MOLECULAR WEIGHT POLYETHYLENE)，应用聚合物科学杂志(Journal of Applied Polymer Science)，第49卷，15-23(1993))。该文章的图3说明了至多110毫米/分钟的拉伸速率。

另一篇杂志文章公开了在小于80厘米/分钟的拉伸速率下固态模头拉伸聚乙烯管材(参见，Taraiya和Ward，双轴取向聚乙烯管材的制造和性质(PRODUCTION AND PROPERTIES OF BIAXIALLY ORIENTED POLYETHYLENE TUBES)，应用聚合物科学杂质(Journal of Applied Polymer Science)，第59卷，627-638(1996))。

需要开发一种用于通过固态拉伸方法，尤其是固态模头拉伸方法制备填充聚乙烯的OPC的方法，以便获得聚乙烯的空穴化OPC。此外，适宜的是在大于1.2米(4英寸)/分钟的拉伸速率下制备这种OPC以便受益于稳定的空穴化程度。更快的拉伸速率是适宜的以提高生产速度。

发明简述

本发明的研发发现了由聚乙烯聚合物制备OPC所带有的问题并作为结果对这些问题的一个或多个提供解决方案以由聚乙烯制备OPC，尤其是当在1.2米/分钟以上的速率下拉伸时。