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CN110167999B - 聚合物材料 - Google Patents

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CN110167999B
CN110167999B CN201880006438.7A CN201880006438A CN110167999B CN 110167999 B CN110167999 B CN 110167999B CN 201880006438 A CN201880006438 A CN 201880006438A CN 110167999 B CN110167999 B CN 110167999B
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D·W·霍尔
J·P·坎皮宁
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Abstract

提供了一种聚合物材料，所述聚合物材料包含热塑性组合物，所述热塑性组合物包含含有基体聚合物和硅氧烷组分的连续相。所述硅氧烷组分包含超高分子量硅氧烷聚合物，所述聚合物以离散结构域的形式分散在所述连续相之内。所述热塑性组合物内限定了包括多个纳米孔的多孔网络。

Description

聚合物材料
背景技术
已做出重大努力来生产低密度聚合物材料，以改善成品中天然资源的使用并降低成品的碳排放量。生产此类低密度材料的典型方法是使用物理或化学发泡剂来使聚合物发泡，这种发泡产生穿过本体的充气孔。化学发泡剂是发生释放气体的化学反应的化合物，该气体穿过聚合物本体产生孔结构。物理发泡剂典型地是分散在聚合物中并膨胀产生孔的压缩气体。无论如何，典型的发泡方法都引起低的分子取向，因为孔的形成发生在聚合物处于熔融状态时。这阻止了聚合物发生通常发生在远高于聚合物熔融温度或玻璃化转变温度的温度下的应变硬化，从而产生具有低机械强度的产品。此外，典型的发泡方法产生大的室尺寸，诸如大于100μm。这降低了熔体强度，从而在具有高变形率的高速生产过程(例如，纤维纺丝、成膜、模制等)中导致断裂。
因此，目前需要改进的多孔聚合物材料。
发明内容
根据本发明的一个实施方案，公开了包含热塑性组合物的聚合物材料(例如，纤维、膜、模制制品等)。该组合物包含含有基体聚合物和硅氧烷组分的连续相。硅氧烷组分包含超高分子量硅氧烷聚合物，该聚合物以离散结构域的形式分散在连续相之内。该热塑性组合物内限定了包括多个纳米孔的多孔网络。
根据本发明的另一个实施方案，公开了用于形成聚合物材料的方法，包括：形成包含含有基体聚合物和硅氧烷组分的连续相的热塑性组合物，其中硅氧烷组分包含以离散结构域的形式分散在连续相之内的超高分子量硅氧烷聚合物；以及固态牵伸该热塑性组合物以在其中形成多孔网络，该多孔网络包括多个纳米孔。
根据本发明的又一个实施方案，公开了用于形成纤维的方法，包括：形成包含含有基体聚合物和硅氧烷组分的连续相的热塑性组合物，其中硅氧烷组分包含以离散结构域的形式分散在连续相之内的超高分子量硅氧烷聚合物；将该组合物通过毛细管挤出以形成纤维；以及在低于基体聚合物的熔融温度的温度下牵伸该纤维，从而形成包括多个纳米孔的多孔网络。
本发明的其他特征和方面在下文更详细地讨论。
附图说明
针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容(包括其最佳模式)在说明书的剩余部分中参照附图更具体地阐述，在附图中：
图1是可以采用本发明的聚合物材料的吸收制品的一个实施方案的透视图；
图2是可以用于本发明的一个实施方案以形成聚合物材料的方法的示意图；
图3是实施例2的纤维样品的SEM显微照片；并且
图4至图5是实施例3的纤维样品的SEM显微照片；
图6是实施例14的牵伸膜的SEM显微照片(3000×)；
图7是实施例17的牵伸膜的SEM显微照片(3000×)；
图8是沿机器方向拍摄的实施例18的膜的SEM显微照片(3000×)；
图9是沿横跨机器方向拍摄的实施例18的膜的SEM显微照片(3000×)；
图10是沿横跨机器方向拍摄的实施例19的膜的SEM显微照片(1000×)；
图11是实施例20的牵伸膜的SEM显微照片(1000×)；
图12是实施例20的牵伸膜的SEM显微照片(3000×)；
图13至图14是实施例33的样品的SEM显微照片；
图15是实施例48的样品的SEM显微照片；
图16至图17是实施例49的样品的SEM显微照片；
图18至图19是实施例52的样品的SEM显微照片；
图20是实施例55的样品的SEM显微照片；
图21至图22是实施例58的样品的SEM显微照片；并且
图23至图24是实施例59的样品的SEM显微照片。
在本说明书和附图中对附图标记的反复使用旨在代表本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的各种实施方案，其一个或多个实例在下文示出。每个实例都以解释本发明而不是限制本发明的方式提供。事实上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中做出各种修改和变化。例如，作为一个实施方案的一部分而说明或描述的特征，可以用于另一个实施方案以产生另一个实施方案。因此，本发明打算覆盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这样的修改和变化。
一般来讲，本发明涉及通过牵伸包含含有基体聚合物和硅氧烷组分的连续相的热塑性组合物(例如，固态牵伸)而形成的聚合物材料(例如，膜、纤维材料、模制制品等)。该硅氧烷组分包含至少一种超高分子量硅氧烷聚合物，由于其分子量和粘度，该聚合物可以作为离散的纳米级相结构域而分散在连续相之内。另外，尽管该聚合物具有高分子量和粘度，但硅氧烷聚合物链仍然可以保持柔性并具有自由体积，这进而意味着该聚合物能够以相对柔软的流体样状态存在。该硅氧烷聚合物也是疏水性的，这可以有助于最小化在与基体聚合物的界面处的摩擦程度。此外，由于其化学结构和自由体积，该硅氧烷聚合物可以具有相对低的内聚强度，并且在暴露于机械应力和变形时可以轻易地空化。
就这一点而言，当该组合物经受变形和伸长应变(例如，在牵伸期间)时，本发明的发明人已经发现，由该硅氧烷聚合物形成的纳米级相结构域能够以独特的方式相互作用而形成孔的网络。也就是说，据信，伸长应变由于硅氧烷聚合物和基体聚合物的不相容性引起的应力集中，可以在离散相结构域附近引发强局部剪切区和/或应力密集区(例如，法向应力)。这些剪切区和/或应力密集区导致在与结构域相邻的基体聚合物中的一些初始剥离，以及结构域的内部空化。一旦形成了初步的孔，位于结构域之间的基体便可塑性变形以形成局部变窄(或颈缩)和应变硬化的内部拉伸区域。该过程使得可以形成穿过组合物本体的以拉伸方向生长的孔，从而导致形成多孔网络同时分子取向导致应变硬化，该应变硬化增加机械强度。另外，由于该硅氧烷聚合物的柔性和疏水性，孔也可以在整个组合物中以更均匀的方式分布。
通过上文指出的技术，可以在聚合物材料中形成稳定的多孔网络，使得在给定的单位体积的该材料中由孔占据的平均体积百分比可以为每cm3约15％至约80％，在一些实施方案中为每立方厘米该材料约20％至约70％，并且在一些实施方案中为每立方厘米该材料约30％至约60％。在具有这种孔体积的情况下，该组合物可以具有相对低的密度。聚烯烃组合物可以例如具有约0.90克/立方厘米(“g/cm3”)或更低、在一些实施方案中约0.85g/cm3或更低、在一些实施方案中约0.80g/cm3或更低、在一些实施方案中从约0.10g/cm3至约0.75g/cm3以及在一些实施方案中从约0.20g/cm3至约0.70g/cm3的密度。同样，聚酯组合物可以具有约1.3g/cm3或更低、在一些实施方案中从约0.4至约1.1g/cm3以及在一些实施方案中从约0.5至约0.9g/cm3的密度。该多孔网络中的大部分孔还具有“纳米级”尺寸(“纳米孔”)，诸如具有约800纳米或更小，在一些实施方案中从约5至约700纳米以及在一些实施方案中从约10至约500纳米的平均横截面尺寸的那些。术语“横截面尺寸”通常是指孔的特性尺寸(例如宽度或直径)，该特性尺寸与其主轴(例如长度)基本正交并且通常还与在牵伸过程中施加的应力的方向基本正交。纳米孔还可以具有从约100至约5,000纳米，在一些实施方案中从约50至约2,000纳米以及在一些实施方案中从约100至约1,000纳米范围内的平均轴向尺寸。“轴向尺寸”是主轴(例如，长度)方向上的尺寸，该方向通常为牵伸方向。这样的纳米孔可例如占聚合物材料中的总孔体积的约15体积％或更多，在一些实施方案中约20体积％或更多，在一些实施方案中从约30体积％至100体积％以及在一些实施方案中从约40体积％至约90体积％。
现在将更详细地描述本发明的各种实施方案。
I.热塑性组合物
A.基体聚合物
如上文所指出的那样，该热塑性组合物包含在其之内分散有超高分子量硅氧烷聚合物的连续相。连续相包含一种或多种基体聚合物，基体聚合物通常占热塑性组合物的从约60重量％至约99重量％，在一些实施方案中从约75重量％至约98重量％以及在一些实施方案中从约80重量％至约95重量％。用于形成连续相的一种或多种基体聚合物的性质并非关键性的并且通常可采用任何适合的聚合物，诸如聚酯、聚烯烃、苯乙烯聚合物、聚酰胺等。
在某些实施方案中，例如，聚烯烃可以用作基体聚合物。聚烯烃典型地具有从约100℃至约220℃、在一些实施方案中从约120℃至约200℃以及在一些实施方案中从约140℃至约180℃的熔融温度，诸如根据ASTM D-3417使用差示扫描量热法(“DSC”)测定时。适合的聚烯烃可以例如包括乙烯聚合物(例如，低密度聚乙烯(“LDPE”)、高密度聚乙烯(“HDPE”)、线性低密度聚乙烯“LLDPE”)等)、丙烯均聚物(例如，间同立构、无规立构、全同立构等)、丙烯共聚物等等。在一个特定实施方案中，聚合物为丙烯聚合物，诸如均聚丙烯或丙烯共聚物。丙烯聚合物可以例如由基本上全同立构的聚丙烯均聚物或含有等于或低于约10重量％的其他单体(即，按重量计至少约90％的丙烯)的共聚物形成。此类均聚物可以具有从约140℃至约170℃的熔点。当然，其他聚烯烃也可以用于本发明的组合物中。在一个实施方案中，例如，聚烯烃可以是乙烯或丙烯与另一种α-烯烃诸如C3-C20α-烯烃或C3-C12α-烯烃的共聚物。适合的α-烯烃的具体实例包括1-丁烯；3-甲基-1-丁烯；3,3-二甲基-1-丁烯；1-戊烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-戊烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-己烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-庚烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-辛烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-壬烯；乙基、甲基或二甲基取代的1-癸烯；1-十二碳烯以及苯乙烯。特别希望的α-烯烃共聚单体是1-丁烯、1-己烯和1-辛烯。这样的共聚物的乙烯或丙烯含量可以为从约60摩尔％至约99摩尔％，在一些实施方案中从约80摩尔％至约98.5摩尔％以及在一些实施方案中从约87摩尔％至约97.5摩尔％。α-烯烃的含量可同样在从约1摩尔％至约40摩尔％，在一些实施方案中从约1.5摩尔％至约15摩尔％以及在一些实施方案中从约2.5摩尔％至约13摩尔％的范围内。
该聚烯烃在2160克的负荷和高于熔融温度至少约40℃的温度下(例如，在230℃下)根据ASTM D1238测定时，可以具有从约0.5至约80克每10分钟、在一些实施方案中从约1至约40克每10分钟以及在一些实施方案中从约5至约20克每10分钟的熔体流动速率。如在高于熔融温度至少约40℃的温度下(例如，在230℃下)和1000s-1的剪切速率下测定时，该聚烯烃还可以具有从约50至约600帕秒(Pa-s)、在一些实施方案中从约100至约500Pa-s以及在一些实施方案中从约200至约400Pa-s的表观粘度。
在其他实施方案中，聚酯可以用作基体聚合物。通常可以采用多种聚酯中的任一种，诸如脂族聚酯，诸如聚己内酯、聚酰胺酯、聚乳酸(PLA)及其共聚物、聚乙醇酸、聚碳酸亚烷基酯(例如，聚碳酸亚乙酯)、聚-3-羟基丁酸酯(PHB)、聚-3-羟基戊酸酯(PHV)、3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基戊酸酯的共聚物(PHBV)、3-羟基丁酸酯与3-羟基己酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基辛酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基癸酸酯的共聚物、3-羟基丁酸酯与3-羟基十八烷酸酯的共聚物和基于琥珀酸酯的脂族聚合物(例如，聚琥珀酸丁二醇酯、聚琥珀酸己二酸丁二醇酯、聚琥珀酸乙二醇酯等)；脂族-芳族共聚酯(例如，聚己二酸对苯二酸丁二醇酯、聚己二酸对苯二酸乙二醇酯、聚己二酸间苯二酸乙二醇酯、聚己二酸间苯二酸丁二醇酯等)；芳族聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等)；等等。
在某些情况下，该热塑性组合物可以包含至少一种在性质上为刚性的、因而具有相对高的玻璃化转变温度的聚酯(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乳酸)。例如，玻璃化转变温度(“Tg”)可以为约0℃或更高、在一些实施方案中从约5℃至约120℃、在一些实施方案中从约30℃至约110℃，以及在一些实施方案中从约50℃至约100℃。该聚酯还可以具有从约140℃至约320℃、在一些实施方案中从约150℃至约300℃以及在一些实施方案中从约160℃至约275℃的熔融温度。熔融温度可以根据ASTM D3417-99使用DSC来测定。玻璃化转变温度可以根据ASTME1640-09通过动态机械分析来测定。在被采用时，该刚性聚酯典型地具有在从约40,000至约180,000克每摩尔、在一些实施方案中从约50,000至约160,000克每摩尔以及在一些实施方案中从约80,000至约120,000克每摩尔范围内的数均分子量(“Mn”)。同样，聚合物还通常具有从约80,000至约250,000克每摩尔，在一些实施方案中从约100,000至约200,000克每摩尔以及在一些实施方案中从约110,000至约160,000克每摩尔范围内的重均分子量(“Mw”)。重均分子量与数均分子量之比(“Mw/Mn”)，即“多分散性指数”也相对较低。例如，多分散性指数通常在从约1.0至约3.0，在一些实施方案中从约1.1至约2.0以及在一些实施方案中从约1.2至约1.8的范围内。重均分子量和数均分子量可以通过本领域技术人员已知的方法测定。
在被采用时，该聚酯还可以具有从约0.2至约1.5分升/克(dL/g)、在一些实施方案中从约0.4至约1.2dL/g以及在一些实施方案中从约0.5至约0.9dL/g的本征粘度。如在190℃的温度和1000s-1的剪切速率下测定时，聚乳酸还可以具有从约50至约600帕秒(Pa-s)、在一些实施方案中从约100至约500Pa-s以及在一些实施方案中从约200至约400Pa-s的表观粘度。如根据ASTM方法D1238测量的，该聚酯还可以具有从约1至50g/10min、在一些实施方案中从约5至40g/10min以及在一些实施方案中从约15至约30g/10min范围内的熔体指数。
一些类型的净聚酯(例如，聚乳酸)可以从周围环境中吸收水，而使其具有按起始聚酯的干重计约500至600份每一百万份(“ppm”)或甚至更高的含水量。含水量可以用本领域已知的多种方式测定，诸如根据ASTM D7191-10，诸如下文所述的。因为在熔融加工期间水的存在可以使聚酯水解降解并降低其分子量，所以有时希望在共混之前干燥聚酯。在大多数实施方案中，例如，希望聚酯在与超高分子量硅氧烷聚合物共混之前具有约300份每一百万份(“ppm”)或更低、在一些实施方案中约200ppm或更低、在一些实施方案中从约1至约100ppm的含水量。聚酯的干燥可以例如在从约50℃至约160℃以及在一些实施方案中从约100℃至约150℃的温度下发生。
B.硅氧烷组分
如上文所指出的那样，硅氧烷聚合物组分也用于包含至少一种超高分子量硅氧烷聚合物的热塑性组合物中。不期望受理论的限制，据信硅氧烷聚合物在可以基本上均匀地分布在基体内、却是以离散结构域的形式分布这一意义上，至少部分地与基体聚合物不相容。在牵伸之前，这些离散结构域可以具有纳米级尺寸，诸如具有从约1至约2,500纳米、在一些实施方案中从约5至约2,000纳米、在一些实施方案中从约10至约1,500纳米以及在一些实施方案中从约20至约1,000纳米的平均横截面尺寸。结构域可具有多种不同的形状，诸如椭圆形、球形、圆柱形、板状、管状等。在一个实施方案中，例如，结构域具有大致椭圆形的形状。按连续相基体聚合物的重量计，该硅氧烷组分典型的用量从约0.05重量％至约20重量％、在一些实施方案中从约0.1重量％至约10重量％，以及在一些实施方案中从约0.5重量％至约5重量％。该硅氧烷组分在整个热塑性组合物中的浓度可以同样为该热塑性组合物的从约0.01重量％至约15重量％、在一些实施方案中从约0.05重量％至约10重量％，以及在一些实施方案中从约0.3重量％至约6重量％。
超高分子量硅氧烷聚合物典型地具有约100,000克/摩尔或更高、在一些实施方案中约200,000克/摩尔或更高以及在一些实施方案中从约500,000克/摩尔至约2,000,000克/摩尔的重均分子量。该硅氧烷聚合物还可以具有约1×105厘沲或更高、在一些实施方案中约5×105厘沲或更高、在一些实施方案中约1×106厘沲或更高以及在一些实施方案中从约5×106厘沲至约20×106厘沲的运动粘度。通常可以在该热塑性组合物中采用多种超高分子量硅氧烷聚合物中的任一种。在某些实施方案中，例如，该硅氧烷聚合物可以是“MQ”树脂，该树脂是包含R3SiO1/2单元和SiO4/2单元(分别为M单元和Q单元)的大分子聚合物，其中R是官能或非官能的有机基团。合适的有机官能基团(“R”)可以包括例如烷基(例如甲基、乙基、丙基、丁基等)、芳基(例如苯基)、环烷基(例如环戊基)、亚芳基、烯基、环烯基(例如环己烯基)、烷氧基(例如甲氧基)等，以及它们的组合。此类树脂通常通过将具有低重均分子量(诸如小于100,000克/摩尔)的MQ树脂分子与聚硅氧烷接头化学连接(共聚)来制备。在一个具体实施方案中，例如，该树脂可以通过使低分子量MQ固体树脂(A)与基本上线性的聚二有机硅氧烷接头(B)共聚来形成，诸如授予Juen等人的美国专利号6,072,012中所述。树脂(A)可以例如具有M和Q甲硅烷氧基单元，通式如下：
R1 aR2 bR3 cSiO(4-a-b-c)/2
其中，
R1是羟基基团；
R2是具有至少一个不饱和碳-碳键(即乙烯基)的一价烃基，所述不饱和碳-碳键能够与硅键合的氢原子发生加成反应；
每个R3独立地选自烷基基团、芳基基团和芳烷基基团；
a是从0至1、在一些实施方案中从0至0.2的数；
b是从0至3、在一些实施方案中从0至1.5的数；并且
c是大于或等于0的数。
基本上线性的聚二有机硅氧烷接头(B)同样可以具有以下通式：
(R4 (3-p)R5 pSiO1/2)(R4 2SiO2/2)x((R4R5SiO2/2)(R4 2SiO2/2)x)y(R4 (3-p)R5 pSiO1/2)
其中，
每个R4是独立地选自烷基基团、芳基基团和芳烷基基团的一价基团；
每个R5是独立地选自氢、羟基、烷氧基、肟基、烷基肟基和芳基肟基这些基团的一价基团，其中至少两个R5基团典型地存在于每个分子中并且键合到不同的硅原子；
p是0、1、2或3；
x的范围从0至200，在一些实施方案中从0至100；
y的范围从0至200，在一些实施方案中从0至100。
除了超高分子量硅氧烷聚合物之外，还可以在硅氧烷组分中采用一种或多种载体树脂。在被采用时，载体树脂典型地占硅氧烷组分的从约20重量％至约80重量％、在一些实施方案中从约30重量％至约70重量％以及在一些实施方案中从约40重量％至约60重量％。同样，硅氧烷聚合物也典型地占硅氧烷组分的从约20重量％至约80重量％、在一些实施方案中从约30重量％至约70重量％以及在一些实施方案中从约40重量％至约60重量％。
可以采用多种载体树脂中的任一种，诸如聚烯烃(乙烯聚合物、丙烯聚合物等)、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯弹性体等)、聚酰胺等。在一个实施方案中，例如，载体树脂是乙烯聚合物，诸如乙烯和α-烯烃的共聚物，如上所述。乙烯聚合物的密度可以根据所采用的聚合物的类型而变化，但通常在约0.85至约0.96克每立方厘米(g/cm3)的范围内。聚乙烯“塑性体”例如可具有在约0.85至约0.91g/cm3范围内的密度。同样，“线性低密度聚乙烯”(LLDPE)可以具有在从约0.91至约0.940g/cm3范围内的密度；“低密度聚乙烯”(LDPE)可以具有在从约0.910至约0.940g/cm3范围内的密度；并且“高密度聚乙烯”(HDPE)可以具有在从约0.940至约0.960g/cm3范围内的密度，诸如根据ASTM D792-13测定时。当然，在其他实施方案中，载体树脂可以包含丙烯聚合物，诸如丙烯均聚物、丙烯/α-烯烃共聚物等，以及它们的组合。在一个特定实施方案中，聚合物为丙烯聚合物，诸如均聚丙烯或丙烯共聚物。丙烯聚合物可以例如由基本上全同立构的聚丙烯均聚物或含有等于或低于约10重量％的其他单体(即，按重量计至少约90％的丙烯)的共聚物形成。此类均聚物可以具有从约160℃至约170℃的熔点。可以采用的合适的超高分子量硅氧烷聚合物母料的市售实例包括例如可从Dow Corning以下列商品名获得的那些：MB50-001(丙烯均聚物载体树脂)、MB50-313(LDPE载体树脂)、MB50-010(聚酯弹性体载体树脂)和MB50-314(HDPE载体树脂)。
无论采用何种具体材料，所得的硅氧烷组分都典型地形成为具有一定的熔体粘度，以确保可以适当地维持离散结构域和所得的孔。例如，如果硅氧烷组分的粘度过低(或熔体流动速率过高)，则其倾向于在整个连续相中不可控地流动和分散。这导致难以维持层状、板状结构域或共连续相结构，并且还可能过早断裂。相反地，如果粘度过高(或熔体流动速率过低)，则其倾向于聚集在一起并形成非常大的椭圆形域，这些域在共混期间是难以分散的。这可能导致硅氧烷聚合物在整个连续相中的不均匀分布。硅氧烷组分因而在2160克的负荷和高于熔融温度至少约40℃的温度下(例如，在190℃下)根据ASTM D1238-13测定时，可以例如具有从约0.1至约100克每10分钟、在一些实施方案中从约0.5至约50克每10分钟以及在一些实施方案中从约5至约15克每10分钟的熔体流动速率(基于干燥状态)。基体聚合物(例如，聚烯烃或聚酯)同样地在2160克的负荷和高于熔融温度至少约40℃的温度下(例如，对于某些聚烯烃在230℃下，或对于某些聚酯在260℃下)根据ASTM D1238-13测定时，可以具有从约0.5至约80克每10分钟、在一些实施方案中从约1至约40克每10分钟以及在一些实施方案中从约5至约20克每10分钟的熔体流动速率(基于干燥状态)。
C.微米包合物添加剂
尽管不是必需的，但是本发明的组合物也可以采用微米包合物添加剂，其量按该组合物中所采用的基体聚合物的重量计，诸如从约1重量％至约30重量％、在一些实施方案中从约2重量％至约25重量％以及在一些实施方案中从约5重量％至约20重量％。微米包合物添加剂在整个热塑性组合物中的浓度可同样占从约0.1重量％至约30重量％，在一些实施方案中从约0.5重量％至约25重量％以及在一些实施方案中从约1重量％至约20重量％。
术语“微米包合物添加剂”通常是指能够以微米级大小的离散结构域的形式分散在聚合物基体内的任何材料。例如，在牵伸前，结构域可具有从约0.1μm至约25μm，在一些实施方案中从约0.5μm至约20μm以及在一些实施方案中从约1μm至约10μm的平均横截面尺寸。在被采用时，微米级相结构域和纳米级相结构域能够在受到变形和伸长应变(例如，牵伸)时以独特的方式相互作用以形成孔的网络。也就是说，据信，伸长应变由于材料的不相容性引起的应力集中可以在离散相结构域附近形成强局部剪切区和/或应力密集区(例如，法向应力)。这些剪切区和/或应力密集区导致与微米级结构域相邻的基体聚合物中的一些初始剥离，以及软微米包合物结构域(例如，硅氧烷微米级结构域)中的内部空化。然而，值得注意的是，在纳米级离散相结构域附近形成的局部剪切和/或应力密集区可与微米级区重叠而导致在聚合物基体中发生甚至进一步的剥离，从而在纳米级结构域和/或微米级结构域附近形成大量的纳米孔。
微米包合物添加剂的特定性质不是关键性的，并且可以包括液体、半固体或固体(例如，无定形、结晶或半结晶的)。在某些实施方案中，微米包合物添加剂通常在性质上是聚合的并具有相对高的分子量，以帮助改善热塑性组合物的熔体强度和稳定性。通常，微米包合物添加剂聚合物一般不能与基体聚合物相容。以此方式，添加剂可以作为离散的相结构域在基体聚合物的连续相内更好地分散。这些离散结构域能够吸收由外力产生的能量，这增加了所得聚合物材料的整体韧度和强度。结构域可具有多种不同的形状，诸如椭圆形、球形、圆柱形、板状、管状等。在一个实施方案中，例如，结构域具有大致椭圆形的形状。单个结构域的物理尺寸典型地足够小，以将施加外部应力时穿过材料的裂纹传播减至最低限度，但又足够大，以引发微观塑性变形并允许在颗粒包合物处和周围出现剪切区。
如上所述，该微米包合物添加剂也可以具有特定的熔体流动速率(或粘度)，以确保离散结构域和所得的孔可以被适当地维持。例如，该微米包合物添加剂的熔体流动速率与基体聚合物的熔体流动速率之比典型地为从约0.2至约8、在一些实施方案中从约0.5至约6以及在一些实施方案中从约1至约5。该微米包合物添加剂在2160克的负荷和高于其熔融温度至少约40℃的温度(例如，120℃至180℃)下测定时，可以例如具有从约0.1至约250克每10分钟、在一些实施方案中从约0.5至约200克每10分钟以及在一些实施方案中从约5至约150克每10分钟的熔体流动速率。
除了以上所述的特性以外，也可选择微米包合物添加剂的机械性能，以实现所需的多孔网络。例如，当基体聚合物和微米包合物添加剂的共混物被施加外力时，可以在离散相结构域处和周围引起应力集中(例如包括法向应力或剪切应力)和剪切和/或塑性屈服区，这是因为由添加剂和基体聚合物的弹性模量的差异所引起的应力集中。较大的应力集中促进了在结构域中更强的局部塑性流动，这使得这些结构域在被赋予应力时变得明显伸长。这些伸长的结构域可以允许该组合物表现出比基体聚合物更加柔韧和柔软的行为，诸如当基体聚合物是刚性聚酯树脂(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)时。为了增强应力集中，可将微米包合物添加剂选成具有比基体聚合物相对低的杨氏弹性模量。例如，基体聚合物的弹性模量与添加剂的弹性模量之比通常为从约1至约250，在一些实施方案中从约2至约100以及在一些实施方案中从约2至约50。微米包合物添加剂的弹性模量可以例如在从约2至约1000兆帕(MPa)，在一些实施方案中从约5至约500MPa以及在一些实施方案中从约10至约200MPa的范围内。相反，聚乳酸的弹性模量例如通常为从约800MPa至约3000MPa。
虽然可以采用具有以上鉴定的特性的多种多样的微米包合物添加剂，但是此类添加剂的特别合适的实例可以包括合成聚合物，诸如聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等)；硅氧烷聚合物(例如，聚二甲基硅氧烷及其共聚物)；苯乙烯共聚物(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯等)；聚四氟乙烯；聚酯(例如，再生聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等)；聚醋酸乙烯酯(例如，聚(乙烯醋酸乙烯酯)、聚醋酸氯乙烯酯等)；聚乙烯醇(例如，聚乙烯醇、聚(乙烯乙烯醇)等)；聚乙烯醇缩丁醛；丙烯酸树脂(例如，聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯等)；聚酰胺(例如，尼龙)；聚氯乙烯；聚偏二氯乙烯；聚苯乙烯；聚氨酯；等等。合适的聚烯烃可以例如包括乙烯聚合物(例如，LDPE、HDPE、LLDPE等)、丙烯均聚物(例如，间同立构、无规立构、全同立构等)、丙烯共聚物等等。
在某些实施方案中，该微米包合物添加剂还可以充当硅氧烷组分的载体树脂，如上所讨论。在此类实施方案中，采用聚烯烃作为微米包合物添加剂可能是特别合适的。在另一个实施方案中，聚酯可以用作硅氧烷组分的载体树脂。
D.其他组分
也可以在该热塑性组合物中使用其他合适的材料，诸如润滑剂、增容剂、催化剂、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、固体溶剂、成核剂、微粒、纳米填料，以及被添加以增强该热塑性组合物的可加工性和机械特性的其他材料。然而，本发明的一个有益方面是可以在不需要各种传统添加剂的情况下提供良好的特性，这些传统添加剂诸如发泡剂(例如氯氟烃、氢氯氟烃、烃、二氧化碳、超临界二氧化碳、氮气等)、孔引发填料(例如碳酸钙)和疏水界面改性剂(例如聚醚多元醇)。事实上，该热塑性组合物通常可以不含发泡剂、孔引发填料和/或界面改性剂。例如，此类发泡剂、填料和/或界面改性剂的存在量可以为该热塑性组合物的不超过约1重量％、在一些实施方案中不超过约0.5重量％以及在一些实施方案中从约0.001重量％至约0.2重量％。另外，由于最终组合物的如在下文更详细描述的应力发白特性，所得的组合物可以在无需传统颜料诸如二氧化钛的情况下获得不透明颜色(例如白色)。在某些实施方案中，例如，颜料可以按热塑性组合物的不多于约1重量％，在一些实施方案中不多于约0.5重量％以及在一些实施方案中从约0.001重量％至约0.2重量％的量存在。
II.聚合物材料
聚合物材料通常可以通过牵伸热塑性组合物来形成。为了形成初始的热塑性组合物，可以任选地使用多种已知技术中的任一种将组分共混在一起。在一个实施方案中，例如，组分可以被单独提供或以组合方式提供。例如，组分可以被同时或依次供应到将材料分散共混的熔融加工装置中。可采用分批的和/或连续的熔融加工技术。例如，可利用混合机/捏合机、班布里混合机、法劳连续混合机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、滚碎机等来共混和熔融加工这些材料。特别适合的熔融加工装置可以是共旋转双螺杆挤出机(例如可得自NewJersey的Ramsey的Werner&Pfleiderer Corporation的ZSK-30挤出机或可得自英国Stone的Thermo Electron Corp.的Thermo PrismTM USALAB 16挤出机)。这样的挤出机可包括进料口和通风口并提供高强度分布式和分散式混合。例如，组分可被进料至双螺杆挤出机的相同或不同的进料口并熔融共混以形成基本均匀的熔融混合物。如果需要，其他添加剂也可被注入到聚合物熔体中和/或在沿挤出机长度的不同位置处被分别进料至挤出机中。
无论所选的特定加工技术如何，所得的熔融共混组合物通常包含纳米包合物添加剂的纳米级结构域和任选地微米包合物添加剂的微米级结构域。可控制剪切/压力程度和热量来确保充分分散，但不会高到不利地降低域尺寸以使得它们不能实现期望特性的程度。例如，共混典型地在从约180℃至约320℃、在一些实施方案中从约185℃至约300℃以及在一些实施方案中从约190℃至约280℃的温度下进行。同样，在熔体加工过程中的表观剪切速率可以在从约10-1至约3000s-1，在一些实施方案中从约50s-1至约2000s-1以及在一些实施方案中从约100s-1至约1200s-1的范围内。表观剪切速率可以等于4Q/R3，其中Q是聚合物熔体的体积流动速率(“m3/s”)，而R是熔融聚合物所流动经过的毛细管(例如，挤出机模头)的半径(“m”)。当然，也可控制其他变量，诸如与生产率成反比的在熔融加工过程中的停留时间，以实现所需程度的均质性。
为了获得所需的剪切条件(例如速率、停留时间、剪切速率、熔融加工温度等)，一个或多个挤出机螺杆的速率可在一定范围内选择。通常，随着螺杆速度的增加，由于额外的机械能输入系统中，可观察到产品温度的升高。例如，螺杆速度可以在从约50至约600转每分钟(“rpm”)，在一些实施方案中从约70至约500rpm以及在一些实施方案中从约100至约300rpm的范围内。这可以在不对所得的结构域的大小造成负面影响的情况下，产生用于分散或分布硅氧烷组分的足够高的温度。熔体剪切速率以及还有添加剂被分散的程度也可通过在挤出机的混合部段中使用一个或多个分布式和/或分散式混合元件来增加。用于单螺杆挤出机的适合的分布式混合机可包括例如Saxon混合机、Dulmage混合机、CavityTransfer混合机等。同样，适合的分散式混合机可包括Blister ring混合机、Leroy/Maddock混合机、CRD混合机等。如在本领域中熟知的那样，可通过在圆桶中使用导致聚合物熔体折叠和再取向的销钉来进一步改善混合，诸如在Buss Kneader挤出机、CavityTransfer混合机和Vortex Intermeshing Pin(VIP)混合机中所使用的那些。
材料可以在线牵伸或在形成后牵伸，以形成稳定的多孔网络。典型地，牵伸在纵向方向(例如机器方向)、横向方向(例如横跨机器方向)等以及它们的组合上以“固态”形式进行。所谓“固态”牵伸，通常是指将组合物保持在低于基体聚合物的熔融温度的温度下。这尤其有助于确保聚合物链不被改变至使多孔网络变得不稳定的程度。例如，可以将组合物在从约-50℃至约150℃、在一些实施方案中从约-40℃至约100℃、在一些实施方案中从约-20℃至约90℃以及在一些实施方案中从约20℃至约80℃的温度下牵伸。在某些情况下，该牵伸温度可以任选地比具有最高玻璃化转变温度的组分(例如，基体聚合物、硅氧烷聚合物、微米包合物添加剂等)的玻璃化转变温度低至少约10℃、在一些实施方案中至少约20℃以及在一些实施方案中至少约30℃。
为了进行期望的牵伸，可以将该热塑性组合物形成为前体形状、牵伸，然后转化成期望的材料(例如，膜、纤维、模制制品等)。在一个实施方案中，前体形状可以是厚度为约1微米至约5000微米，在一些实施方案中约2微米至约4000微米，在一些实施方案中约5微米至约2500微米以及在一些实施方案中约10微米至约500微米的膜。作为形成前体形状的替代形式，可在热塑性组合物成形为聚合物材料的所需形状时原位牵伸热塑性组合物。在一个实施方案中，例如，热塑性组合物可以在形成膜或纤维时被牵伸。
无论如何，可以采用各种牵伸技术，诸如抽吸(例如纤维牵伸单元)、拉伸框架牵伸、双轴牵伸、多轴牵伸、型材牵伸(profile drawing)、真空牵伸等。在一个实施方案中，例如，该组合物可以是用机器方向取向机(“MDO”)(诸如可从Marshall and Willams,Co.(Providence,Rhode Island)商购获得的机器方向取向机)牵伸的膜的形式。MDO单元通常具有多个牵伸辊(例如5至8个)，它们沿机器方向逐渐牵伸膜并使膜变薄。组合物可以在单个或多个分立的牵伸操作中被牵伸。应当注意的是，MDO设备中的一些辊可以不按逐渐升高的速度运行。为了以上述方式牵伸该组合物，典型地期望MDO的辊不被加热、或被加热到低于基体聚合物的玻璃化转变温度的温度。
在其他实施方案中，该组合物可以是被牵伸以形成期望的多孔网络的纤维的形式。如本文所用，术语“纤维”通常是指通过使聚合物穿过成形孔口(诸如模头)而形成的伸长挤出物。除非另外指明，否则术语“纤维”既包括具有一定长度的不连续纤维也包括基本上连续的长丝。基本上连续的长丝可例如具有远大于其直径的长度，诸如大于约15,000至1以及在一些情况下大于约50,000至1的长度与直径比(“长宽比”)。
由热塑性组合物形成的纤维通常可以具有任何所需的构型，包括单组分和多组分(例如，皮芯构型、并排构型、分割饼式构型、海中岛构型等)。也可以采用中空纤维(单组分和/或多组分)，诸如在授予Carter等人的美国专利No.6,642,429中所述。在一些实施方案中，纤维可包含一种或多种另外的聚合物作为其组分(例如，双组分)或成分(例如，双成分)以进一步增强强度、可加工性和/或其他性质。例如，热塑性组合物可形成皮/芯双组分纤维的芯组分，而另外的聚合物可形成皮组分，或反之亦然。该另外的聚合物可以是任何所需的聚合物，诸如聚酯(例如，聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯等)；聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等)；聚四氟乙烯；聚乙酸乙烯酯；聚氯乙烯-乙酸乙烯酯；聚乙烯醇缩丁醛；丙烯酸树脂(例如，聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯等)；聚酰胺(例如，尼龙)；聚氯乙烯；聚偏二氯乙烯；聚苯乙烯；聚乙烯醇；和聚氨酯。
可以使用多种方法中的任一种来形成纤维。例如，可以将上述热塑性组合物通过喷丝头挤出，然后骤冷。参见图2，例如，更详细地示出了用于形成纤维的方法的一个实施方案。在该具体实施方案中，热塑性组合物可以从料斗14进料到挤出机12中。可使用任何常规技术向料斗14提供共混物。将挤出机12加热到足以挤出熔融聚合物的温度。然后使挤出的组合物穿过聚合物导管16通向喷丝头18。例如，喷丝头18可以包括含有纺丝组合件的外壳，该纺丝组合件具有多个堆叠在彼此之上的板并且具有被布置成产生用于引导聚合物组分的流动路径的开口图案。喷丝头18还具有被布置成一排或多排的开口。这些开口在当聚合物被从中挤出时形成向下挤出的长丝帘。方法10还采用紧邻从喷丝头18延伸的纤维帘定位的骤冷鼓风机20。来自骤冷鼓风机20的空气使从喷丝头18延伸的纤维骤冷。骤冷空气可以从纤维帘的一侧导入(如图2所示)或从纤维帘的两侧导入，或者空气可以从纤维的内部或外部径向地引导在纤维处。作为替代，纤维可以通过除空气之外的介质(诸如水、水雾或其他流体)骤冷。
为了形成具有期望长度的纤维，通常将骤冷的纤维熔融牵伸，诸如使用如图2所示的纤维牵伸单元22。用于熔纺聚合物的纤维牵伸单元或抽吸器是本领域熟知的。适用于本发明的方法的纤维牵伸单元包括美国专利号3,802,817和3,423,255中所示类型的线性纤维抽吸器。纤维牵伸单元22通常包括细长的竖直通道，通过抽吸空气从通道侧面进入并穿过通道向下流动而从通道中牵伸纤维。加热器或鼓风机24为纤维抽吸单元22供应抽吸空气。抽吸空气熔融牵伸纤维和环境空气通过纤维牵伸单元22。气体的流动导致纤维熔融牵伸或缩减，这增加形成纤维的聚合物的分子取向或结晶度。当采用纤维牵伸单元时，可选择“拉伸”比以有助于实现所需的纤维长度。“拉伸”比是纤维被牵伸后的线性速度(例如，导丝辊42或多孔表面(未示出)的线性速度)除以纤维被挤出后的线性速度。例如，在熔融牵伸过程中的拉伸比可如下计算：
拉伸比＝A/B
其中，
A是纤维被熔融牵伸后的线性速度(例如，导丝速度)且直接测量；而
B是挤出后的纤维的线性速度且可如下计算：
挤出机线性纤维速度＝C/(25*π*D*E2)
其中，
C是通过单个孔的通量(克每分钟)；
D是聚合物的熔体密度(克每立方厘米)；以及
E是纤维被挤出通过的孔口的直径(单位厘米)。在某些实施方案中，拉伸比可以为从约2:1至约4000:1、在一些实施方案中从约5:1至约2000:1、在一些实施方案中从约10:1至约1000:1以及在一些实施方案中从约15:1至约800:1。
一旦形成后，纤维便可通过纤维牵伸单元22的出口沉积到导丝辊42上。如果需要，可使收集在导丝辊42上的纤维任选地接受另外的在线加工和/或转化步骤(未示出)，如本领域的技术人员将理解的那样。例如，可收集纤维，之后卷曲、纹理化和/或切成从约3至约80毫米，在一些实施方案中从约4至约65毫米以及在一些实施方案中从约5至约50毫米范围内的平均纤维长度。然后可将短纤维并入本领域已知的非织造网中，诸如粘合梳理网、穿透空气粘合网。然后可以将所得的纤维退火并以其固态牵伸，以形成期望的多孔网络。
牵伸程度部分地取决于正被牵伸的材料(例如，纤维、膜等)的性质。组合物通常被牵伸(例如，沿机器方向)至从约1.1至约25，在一些实施方案中从约1.5至约15以及在一些实施方案中从约2至约10的牵伸比。牵伸比可以如下确定：将已牵伸材料的长度除以其在牵伸前的长度。牵伸率也可以变化，以帮助实现所需的特性，诸如在从约5％至约1500％每分钟变形，在一些实施方案中从约20％至约1000％每分钟变形以及在一些实施方案中从约25％至约850％每分钟变形的范围内。虽然组合物通常在不施加外部热量(例如，加热的辊)的情况下牵伸，但是可任选地采用这样的热以改善可加工性、降低牵伸力、增加牵伸速率并改善纤维均匀性。
牵伸可以在一个或多个阶段中发生。在图2中，例如，纤维最初可通过纤维牵伸单元22熔融牵伸，再转移到使基体聚合物冷却到其熔融温度以下的辊隙(未示出)，之后接受另外的牵伸步骤，再沉积到导丝辊42上。然而，在其他情况中，纤维可从纤维成型机中移出并接受另外的牵伸步骤。无论如何，可采用多种牵伸技术，诸如抽吸(例如，纤维牵伸单元)、拉伸架牵伸、双轴牵伸、多轴牵伸、型材牵伸(profile drawing)、真空牵伸等。
以上述方式牵伸可以导致形成具有“纳米级”横截面尺寸(诸如约800纳米或更小、在一些实施方案中从约5至约700纳米以及在一些实施方案中从约10至约500纳米)的孔(“纳米孔”)。纳米孔还可例如具有从约100至约5000纳米，在一些实施方案中从约50至约2000纳米以及在一些实施方案中从约100至约1000纳米的平均轴向尺寸(例如，长度)。在牵伸过程中也可以形成微米孔，该微米孔具有约0.2或更大，在一些实施方案中约0.5微米或更大以及在一些实施方案中从约0.5微米至约5微米的平均横截面尺寸。在某些情况下，微米孔和/或纳米孔的轴向尺寸可以大于横截面尺寸，以使得长宽比(轴向尺寸与横截面尺寸之比)为从约1至约30，在一些实施方案中从约1.1至约15以及在一些实施方案中从约1.2至约5。例如，微米孔的轴向尺寸可以为1微米或更大，在一些实施方案中约1.5微米或更大以及在一些实施方案中从约2至约30微米。
无论其具体大小如何，孔(例如，纳米孔、微米孔或这两者)都可以按基本上均匀的方式分布在整个材料中。例如，孔可以分布成列，这些列沿着与应力施加方向大致垂直的方向取向。这些列可以跨过材料的宽度大致彼此平行。无意受理论的限制，据信，存在这样的均匀分布的多孔网络可以导致高耐热性，以及良好的机械特性(例如，负载下的能量耗散，和冲击强度)。这与涉及使用发泡剂的形成孔的常规技术形成鲜明对比，发泡剂往往会导致不可控的孔分布和不良的机械特性。
除了形成多孔网络外，牵伸也可明显增大某些离散结构域的轴向尺寸以使得它们具有大致线性的、伸长的形状。例如，伸长的微米级结构域可具有比牵伸前的结构域的轴向尺寸大大约10％或更多，在一些实施方案中从约20％至约500％以及在一些实施方案中从约50％至约250％的轴向尺寸。牵伸后的轴向尺寸(例如，长度)可在从约1μm至约400μm，在一些实施方案中从约5μm至约200μm以及在一些实施方案中从约10μm至约150μm的范围内。微米级结构域也可以相对薄并因此具有小横截面尺寸，诸如从约0.02至约20微米，在一些实施方案中从约0.1至约10微米以及在一些实施方案中从0.4至约5微米。这可导致从约2至约150，在一些实施方案中从约3至约100以及在一些实施方案中从约4至约50的域长宽比(轴向尺寸与正交于轴向尺寸的尺寸之比)。由于它们的小尺寸，纳米级结构域通常不以与微米级结构域相同的方式伸长。因此，纳米级结构域可以保持从约1至约1000纳米，在一些实施方案中从约5至约800纳米，在一些实施方案中从约10至约500纳米以及在一些实施方案中从约20至约200纳米的平均轴向尺寸(例如，长度)。
所得的聚合物材料不易碎，因此在施加应变时可以变形，而不是断裂。就这一点而言，聚合物材料能够表现出良好的“峰值伸长特性”，即，在其峰值负荷下的伸长百分比。例如，该材料可以表现出约50％或更多、在一些实施方案中约100％或更多以及在一些实施方案中从约80％至约500％的峰值伸长率，诸如根据ASTM D638-14在23℃下测定时。具有多种多样平均厚度(例如纤维直径)的材料均可以实现这样的伸长，诸如平均厚度在从约0.1至约50微米、在一些实施方案中从约1至约40微米、在一些实施方案中从约2至约25微米以及在一些实施方案中从约5至约15微米范围内的那些材料。虽然具有在应变下延伸的能力，但该材料也可以是相对强韧的。例如，该材料可以表现出从约20至约600兆帕(“MPa”)、在一些实施方案中从约25至约450MPa以及在一些实施方案中从约30至约350MPa的峰值拉伸应力，诸如根据ASTM D638-14在23℃下测定时。当该材料为纤维形式时，指示相对强度的另一个参数是“韧性”，它指示纤维的拉伸强度，以每单位线密度的力表示。例如，这些纤维可以具有从约0.75至约10克力(“gf”)每旦、在一些实施方案中从约1至约8gf每旦以及在一些实施方案中从约1.5至约6gf每旦的韧性。纤维的纤度可根据所需的应用而变化。典型地，形成具有小于约30、在一些实施方案中小于约15以及在一些实施方案中从约0.5至约10的单丝旦数(即，线性密度单位，等于每9000米纤维的质量克数)的纤维。
尽管绝不是必需的，但该聚合物材料在用于最终制品或产品之前可以转化成不同的形式。在形成纤维时，例如，随后可以将纤维形成为非织造网结构，方式为：将纤维随机沉积到成形表面上(任选地借助真空)，然后使用任何已知的技术粘结所得的网。非织造网可在牵伸纤维之前或之后形成。在某些实施方案中，例如，可能希望由多根纤维形成非织造网，之后通过将非织造网拉伸到形成多孔网络所需的程度而牵伸纤维。在替代性实施方案中，环形成型表面可简单地定位在纤维抽吸单元下方，纤维抽吸单元在纤维形成网之前将纤维牵伸到所需的程度。
一旦形成后，便可使用任何常规的技术粘结非织造网，诸如通过粘合剂或以自发方式(例如，在不用施加外部粘合剂的情况下，纤维发生融合和/或自粘)。自发粘结例如可通过使纤维在它们为半熔融或发粘状态时接触，或只是通过将增粘树脂和/或溶剂与用于形成纤维的聚合物共混而实现。适合的自发粘结技术可包括超声粘结、热粘结、空气穿透粘结、热轧粘结等等。例如，网可通过热机械过程进一步粘结或压花上图案，在该过程中使网在加热的平滑砧辊与加热的图案辊之间通过。图案辊可具有提供所需的网性质或外观的任何升高的图案。有利地，图案辊限定升高的图案，该图案限定多个粘结位置，这些位置限定占辊总面积的约2％与30％之间的粘结面积。示例性粘结图案包括例如在授予Hansen等人的美国专利3,855,046、授予Levy等人的美国专利号5,620,779、授予Haynes等人的美国专利号5,962,112、授予Sayovitz等人的美国专利6,093,665以及授予Romano等人的美国设计专利号428,267、授予Brown的美国设计专利号390,708、授予Zander等人的美国设计专利号418,305、授予Zander等人的美国设计专利号384,508、授予Zander等人的美国设计专利号384,819、授予Zander等人的美国设计专利号358,035和授予Blenke等人的美国设计专利号315,990中描述的那些。辊之间的压力可为从约5至约2000磅每线性英寸。使辊之间的压力和辊的温度得以平衡以得到所需的网性质或外观同时维持像布一样的性质。如本领域技术人员熟知的是，所需的温度和压力可根据许多因素而变化，这些因素包括但不限于图案粘结面积、聚合物性质、纤维性质和非织造物性质。
除了纺粘网外，多种其他非织造网也可由根据本发明的热塑性组合物形成，诸如熔喷网、粘合梳理网、湿法网、气流法网、共成形网、水力缠结网。例如，可将热塑性组合物挤出通过多个细模头毛细管进入会聚的高速气体(例如，空气)流，该气体流将纤维缩减以减小其直径。之后，熔喷的纤维由高速气体流携带并沉积在收集表面上以形成随机分散的熔融纤维的纤网。作为另外一种选择，可通过将成捆的由热塑性组合物形成的纤维置于将纤维分开的清棉机中而将聚合物形成梳理网。接着，将纤维送往精梳或梳理单元，该单元将纤维进一步分开并沿机器方向对齐，从而形成沿机器方向取向的纤维非织造网。一旦形成后，通常将非织造网通过一种或多种如上所述的已知粘结技术稳定化，以形成粘合梳理网。复合材料和/或层合材料也可以由纤维形成。
III.制品
由于其独特且有益的特性，本发明的所得聚合物材料非常适合用于多种不同类型的制品，诸如吸收制品、包装膜、阻挡膜、医疗产品(例如，罩衣、外科盖布、面罩、头套、手术帽、鞋套、灭菌包、保温毯、加热垫等)，等等。例如，该聚合物材料可以并入能够吸收水或其他流体的“吸收制品”中。一些吸收制品的实例包括但不限于个人护理吸收制品，诸如尿布、训练裤、吸收性内裤、失禁用制品、女性卫生产品(例如，卫生巾)、泳装、婴儿湿巾、手套式擦拭布(mitt wipe)等等；医疗吸收制品，诸如衣物、开窗术材料、垫料、床垫、绷带、吸收性盖布和医疗擦拭布；食品服务纸巾；衣服制品；口袋等等。形成这样的制品的材料和工艺是本领域技术人员熟知的。例如，吸收制品通常包括基本上液体不可渗透的层(例如，外覆层)、液体可渗透的层(例如，身体侧衬里、涌流层等)和吸收芯。在一个实施方案中，例如，该聚合物材料可以是纤维材料(例如，非织造网)的形式，并且可以用于形成吸收制品的外覆盖层。如果需要，可以将该非织造网层合到蒸气可渗透或蒸气不可渗透的液体不可渗透的膜。该聚合物材料同样可以是用于吸收制品中的膜的形式，诸如外覆盖层的液体不可渗透的膜，它是蒸气可渗透或蒸气不可渗透的。
吸收制品例如通常包括定位在底片与顶片之间的吸收构件(例如，芯层、涌流层、转移延迟层、包裹片材、通气层等)。吸收制品还可以包括其他本领域已知的部件，诸如侧片、防漏翼片、耳部、腰带或腿带等。一般来讲，本发明的聚合物材料可以用在吸收制品的任何层或部件(诸如顶片、底片和/或吸收构件)中。当被用在某些层或部件(例如，底片)中时，可能期望将本发明的聚合物材料层合到另一层(例如膜)。
就这一点而言，将描述吸收制品的多种示例性实施方案。参见图1，例如，吸收制品201的一个特定实施方案以尿布的形式示出。然而，如上所述，本发明可体现为其他类型的吸收制品，诸如失禁用制品、卫生巾、尿裤、卫生护垫、训练裤等等。在所示的实施方案中，吸收制品201示为在未紧固构型中具有沙漏形。然而，当然也可以利用其他形状，诸如大致矩形、T形或I形。如图所示，吸收制品201包括由多个部件形成的底座202，这些部件包括底片217、顶片205以及包括吸收芯层203和涌流层207的吸收构件。然而，应当理解的是，其他层也可用于本发明。同样，图1中提及的一个或多个层在本发明的某些实施方案中也可以取消。
如上文所指出的那样，底片217可以包含本发明的聚合物材料。如果需要，该非织造网可以被定位成使得其限定吸收制品201的面向衣物的表面333。吸收制品201还包括顶片205。顶片205通常被设计成接触使用者的身体并且为液体可渗透的。例如，顶片205可限定面向身体的表面218，该表面通常为顺应性的、柔软感的且对穿戴者皮肤无刺激的。如果需要，顶片205可以包含本发明的聚合物材料(例如非织造网)。例如，该非织造网可以被定位成使得其限定面向身体的表面218(如果期望这样的话)。顶片可围绕吸收芯层203，以使得其完全包裹吸收制品。作为另外一种选择，顶片205和底片217可延伸到吸收构件之外，并在周边使用已知的技术(诸如通过粘合剂粘结、超声粘结等)完全或部分地接合在一起。如上文所指出的那样，顶片205可以包括本发明的聚合物材料(例如，非织造网)。顶片205还可包括常规非织造网(例如，纺粘网、熔喷网或粘合梳理网)。包括非织造网的其他示例性顶片构造在美国专利号5,192,606、5,702,377、5,931,823、6,060,638和6,150,002以及美国专利申请公开号2004/0102750、2005/0054255和2005/0059941中有所描述。顶片205也可包括多个贯穿形成的开孔以允许体液更容易地进入吸收芯层203。这些开孔可以随机或均匀布置在整个顶片205中，或者它们可仅位于沿着吸收制品的纵向轴线布置的窄纵向带或条中。这些开孔允许体液快速向下渗入吸收构件中。开孔的大小、形状、直径和数量可以变化以适应某人的特定需求。
吸收制品还包括定位在顶片与底片之间的吸收构件。吸收构件可以由单个吸收层或包括单独和不同的吸收层的复合物形成。然而，应当理解的是，许多吸收层均可用于本发明。在图1中，例如，吸收构件包括吸收芯层203和涌流层207，该涌流层有助于减速并扩散可快速引入吸收芯层203中的涌流或迸发液体。有利地，涌流层207在将液体释放进吸收芯层203的储存或保持部分前快速接纳并暂时保留液体。在所示实施方案中，例如，涌流层207插在顶片205的面向内的表面216与吸收芯层203之间。作为另外一种选择，涌流层207可位于顶片205面向外的表面218上。涌流层207通常由液体可高度渗透的材料构造而成。适合的材料可包括多孔织造材料、多孔非织造材料和开孔膜。在一个实施方案中，涌流层207可以包含本发明的聚合物材料。适合的涌流层的其他实例在授予Ellis等人的美国专利号5,486,166和授予Ellis等人的美国专利号5,490,846中有所描述。
如果需要，吸收构件也可包括垂直定位在涌流层下方的转移延迟层。转移延迟层可包含亲水性低于其他吸收层的材料，并且通常可被表征为基本上疏水性的。例如，转移延迟层可以是根据本发明形成的聚合物材料(例如，非织造网)。纤维的横截面形状可以是圆形的、三叶形的或多叶形的，并且其结构可以是中空的或实心的。通常，诸如通过在约3％至约30％的网面积上热粘结而使网粘结。可用于转移延迟层的适合材料的其他实例在授予Meyer等人的美国专利号4,798,603和授予Serbiak等人的美国专利号5,248,309中有所描述。为了调节本发明的性能，转移延迟层也可以用选定量的表面活性剂处理以增加其初始可润湿性。
转移延迟层通常可以具有任何大小，诸如约150mm至约300mm的长度。通常，转移延迟层的长度约等于吸收制品的长度。转移延迟层在宽度上也可等于涌流层，但通常更宽。例如，转移延迟层的宽度可介于约50mm至约75mm之间，更具体地讲约48mm。转移延迟层通常具有比其他吸收构件低的基重。例如，转移延迟层的基重通常小于约150克每平方米(gsm)以及在一些实施方案中介于约10gsm至约100gsm之间。如果需要，转移延迟层可以包含本发明的聚合物材料(例如非织造网)。
除了上述部件以外，吸收制品201还可以包括如本领域已知的多个其他部件。例如，吸收制品201还可以包括基本上亲水性的包裹片材(未示出)，该片材有助于维持吸收芯层203的纤维结构的完整性。包裹片材通常围绕吸收芯层203在其至少两个主表面上放置，并由吸收性纤维素材料构成，诸如皱纹包装纸或高湿强度薄纸(high wet-strengthtissue)。包裹片材可被构造成提供芯吸层，该层有助于在吸收芯层203的吸收纤维团块上快速分布液体。在吸收芯纤维团块的一侧上的包裹片材材料可粘结到位于纤维团块相对侧上的包裹片材以有效地夹带吸收芯层203。此外，吸收制品201还可以包括定位在吸收芯层203与底片217之间的通气层(未示出)。当利用时，通气层可有助于将底片217与吸收芯层203隔绝，从而减少底片217中的湿气。这样的通气层的实例可包括层合到可呼吸膜的非织造网，诸如在授予Blaney等人的美国专利号6,663,611中所述。如果需要，包裹片材和/或通气层可以包含本发明的聚合物材料。
在一些实施方案中，吸收制品201也可以包括一对耳部(未示出)，该耳部从吸收制品201的侧边缘232延伸到腰部区之一中。耳部可与所选的尿布部件整体形成。例如，耳部可以与底片217整体形成，或者由用于提供顶部表面的材料形成，该材料可以包括本发明的聚合物材料(如果期望这样的话)。在可供选择的构型中，耳部可由连接并组装到底片217、顶部表面，在底片217与顶部表面之间的或处于多个其他构型的构件提供。如上所述，耳部可以包含本发明的聚合物材料(如果期望这样的话)。
如在图1中代表性示出，吸收制品201还可以包括一对防漏翼片212，该翼片被构造成提供屏障并容纳侧向流动的身体排出物。防漏翼片212可沿着与吸收芯层203的侧边缘相邻的顶片205的侧向相对的侧边缘232定位。防漏翼片212可沿着吸收芯层203的整个长度延伸，或可以仅沿着吸收芯层203的长度部分延伸。当防漏翼片212在长度上比吸收芯层203更短时，它们可选择性定位在裆区210中沿着吸收制品201的侧边缘232的任何位置。在一个实施方案中，防漏翼片212沿着吸收芯层203的整个长度延伸以更好地容纳身体排出物。这样的防漏翼片212通常是本领域的技术人员熟知的。例如，防漏翼片212的适合构造和布置在授予Enloe的美国专利号4,704,116中有所描述。如果需要，防漏翼片可以包含本发明的聚合物材料。
吸收制品201可包含各种弹性的或可拉伸的材料，诸如一对腿部弹性构件206，它们附连到侧边缘232以进一步防止身体排出物的渗漏并支持吸收芯层203。此外，一对腰部弹性构件208可附连到吸收制品201的纵向相对的腰部边缘215。腿部弹性构件206和腰部弹性构件208通常适于在使用中围绕穿戴者的腿部和腰部紧密配合，以维持与穿戴者的积极接触关系，并有效地减少或消除从吸收制品201的身体排出物渗漏。吸收制品201还可以包括一个或多个紧固件230。例如，两个柔性紧固件130在图1中示出，它们位于腰部区的相对侧边缘上以形成腰部开口和一对围绕穿戴者的腿部开口。紧固件230的形状通常可以变化，但可包括例如大致矩形、方形、圆形、三角形、卵形、线性形状等等。紧固件可包括例如扣件材料。在一个特定实施方案中，每个紧固件230包括附连到柔性背衬的内表面的扣件材料的单独件。弹性构件(例如，腿部、腰部等)和/或紧固件可以在需要时包含本发明的聚合物材料。
吸收制品201的各个区和/或部件可使用任何已知的附连机构诸如粘合剂、超声、热粘结等组装在一起。适合的粘合剂可包括例如热熔粘合剂、压敏粘合剂等。当利用时，粘合剂可以作为均匀的层、图案化层、喷雾图案或任何单独的线、漩涡或点而施加。在所示实施方案中，例如，底片217和顶片205用粘合剂组装到彼此并组装到吸收芯层203。作为另外一种选择，吸收芯层203可用常规的紧固件诸如纽扣、钩环型紧固件、胶带紧固件等连接到底片217。类似地，诸如腿部弹性构件206、腰部弹性构件208和紧固件230的其他尿布部件也可用任何附连机构组装成吸收制品201。
虽然上文已经描述了尿布的多个构型，但是应当理解的是，其他尿布和吸收制品构型也包括在本发明的范围内。此外，本发明绝不限于尿布。事实上，可以根据本发明形成任何其他吸收制品，包括但不限于其他个人护理吸收制品，诸如训练裤、吸收性内裤、成人失禁用产品、女性卫生产品(例如，卫生巾)、泳装、婴儿湿巾等；医疗吸收制品，诸如衣物、开窗术材料、垫料、绷带、吸收性盖布和医疗擦拭布；食品服务纸巾；衣服制品；等等。
该聚合物材料也可以用于多种多样其他类型的制品中。非限制性实例包括例如用于以下各项的隔热材料：制冷单元(例如，冰箱、冷冻机、自动售货机等)；汽车部件(例如，前后座椅、头枕、扶手、门板、后窗台板/杂物盘、方向盘和内饰、仪表板等)；建筑物面板和部段(例如，屋顶、墙身空腔、地板下结构等)；服装(例如，外套、衬衫、裤子、手套、围裙、连衣裤工作服、鞋子、靴子、头饰、袜子衬里等)；家具和寝具(例如，睡袋、加衬芯床罩等)；流体储存/转移系统(例如，液体烃/气体烃、液氮、氧气、氢气或原油的管道或罐)；极端环境(例如，水下或太空)；食品和饮料产品(例如杯子、杯架、盘子等)；容器和瓶子；工业用织物；隔热织物；等等。该聚合物材料也可以用于“衣物”中，衣物通常意味着包括被成形为与身体的一部分相称的任何制品。这类制品的实例包括但不限于衣服(例如，衬衫、裤子、牛仔裤、休闲裤、裙子、外套、运动服，运动、有氧运动和锻炼服装、泳装、骑行运动衫或短裤、女式游泳衣/游泳衣、赛车服、潜水服、紧身衣裤等)、鞋类(例如，鞋子、袜子、靴子等)、防护服(例如消防员的外套)、衣服配件(例如，腰带、文胸肩带、侧片、手套、袜类、绑腿、矫形支架等)、内衣(例如，内衣裤、T恤衫等)、压缩衣物、披盖衣物(例如，苏格兰裙缠腰带、宽外袍、穗饰披巾、披风、披肩等)，等等。
通过参照以下实例可以更好地理解本发明。
测试方法
熔体流动速率：
熔体流动速率(“MFR”)是指，当聚合物在诸如190℃、210℃、230℃或260℃下经受10分钟的2160克负荷时，被迫通过挤出流变仪孔口(直径为0.0825英寸)的重量(以克计)。除非另外指明，否则熔体流动速率是用Tinius Olsen挤压式塑性计根据ASTM测试方法D1238-13测量的。
热特性
玻璃化转变温度(Tg)可以根据ASTM E1640-13通过动态力学分析(DMA)测定。可以使用得自TA Instruments的Q800仪器。实验运行可以在3℃/min的加热速率下用从-120℃至150℃范围内的温度扫描模式以张力/张力几何图形来实施。应变幅度频率在测试期间可以保持恒定(2Hz)。可以测试三(3)个独立的样品，以获得用tanδ曲线的峰值来定义的平均玻璃化转变温度，其中tanδ被定义为损耗模量与储能模量之比(tanδ＝E”/E’)。
熔融温度可以通过差示扫描量热法(DSC)来测定。差示扫描量热仪可以是DSCQ100差示扫描量热仪，其可以配备有液氮冷却附件和UNIVERSAL ANALYSIS 2000(4.6.6版)分析软件程序，二者均可以得自Delaware的New Castle的T.A.Instruments Inc.。为了避免直接操作样品，可以使用镊子或其他工具。可以将样品放入铝盘并在分析天平上称重至0.01毫克的精确度。在材料样品上方，可以轧盖至所述盘上。通常，树脂粒料可以直接放置在称量盘上。
如在差示扫描量热仪的操作手册中所述，差示扫描量热仪可以采用铟金属标准品来校准，并且可以执行基线校正。可以将材料样品放入差示扫描量热仪的测试室中来测试，并且可以使用空盘作为参比物。所有测试均可以在测试室上以每分钟55立方厘米的氮气(工业级)吹扫下运行。对于树脂粒料样品而言，加热和冷却程序为2个循环的测试，该测试首先是平衡所述室至-30℃，随后是以每分钟10℃的加热速率加热至测试温度(例如200℃或300℃)的第一加热段，然后将样品在该测试温度下平衡3分钟，接着是以每分钟10℃的冷却速率冷却至-30℃温度的第一冷却段，随后将样品在-30℃下平衡3分钟，再是以每分钟10℃的加热速率加热至测试温度的第二加热段。对于纤维样品而言，加热和冷却程序可以为1个循环的测试，该测试首先是平衡所述室至-25℃，随后是以每分钟10℃的加热速率加热至测试温度的加热段，然后将样品在测试温度下平衡3分钟，再是以每分钟10℃的冷却速率冷却至-30℃温度的冷却段。所有测试均可以在测试室上以每分钟55立方厘米的氮气(工业级)吹扫下运行。
可以使用UNIVERSALANALYSIS2000分析软件程序来评价结果，该软件程序识别并量化拐点(inflection)的玻璃化转变温度(Tg)、吸热峰和放热峰，以及DSC图上的峰下面积。玻璃化转变温度可以被确定为图线上斜率发生明显变化的区域，而熔融温度可以使用自动拐点计算来确定。
膜拉伸特性：
可以在MTS Synergie 200拉伸架上测试膜的拉伸特性(峰值应力、模量、断裂应变和单位体积断裂能)。测试可以根据ASTM D638-14(在约23℃下)进行。在测试前可以将膜样品切成狗骨形，中心宽度为3.0mm。狗骨膜样品可以使用标距长度为18.0mm的MTS Synergie200装置上的夹具固定就位。膜样品可以在5.0英寸/分钟的夹头速度下拉伸，直到发生断裂。可在纵向(MD)和横向(CD)两个方向上测试每个膜的五个样品。计算机程序(例如，TestWorks 4)可以用于在测试过程中收集数据并生成应力-应变曲线，许多特性可以从该曲线中测定，包括模量、峰值应力、伸长率和断裂能。
纤维拉伸特性：
纤维拉伸特性可以根据ASTM D638-14在23℃下测定。例如，最初可以将各个纤维试件的长度缩短(例如，用剪刀剪短)至38毫米，然后单独置于黑色天鹅绒布上。可以此方式收集10至15个纤维试件。然后可将纤维试件以基本上竖直的状态安装在外部尺寸为51毫米×51毫米且内部尺寸为25毫米×25毫米的矩形纸框上。可通过用胶带小心地将纤维末端固定到纸框的侧面而将每个纤维试件的末端可操作地附接到纸框。可采用常规实验室显微镜测量每个纤维试件的外部、相对更短的纤维横截面尺寸，显微镜可适当地校准并设为40倍放大率。该纤维横截面尺寸可记录为各个纤维试件的直径。纸框有助于将样本纤维试件的末端以避免对纤维试件造成过度损坏的方式固定在恒定速率的延伸式拉伸试验机的上下夹具中。
恒定速率的延伸式拉伸试验机和适当的测力传感器可用于该试验。测力传感器可被选择(例如，10N)成使得试验值落在全量程负荷的10-90％内。拉伸试验机(即，MTSSYNERGY 200)和测量传感器可得自Eden Prairie,Michigan的MTS Systems Corporation。然后可将纸框组件中的纤维试件安装在拉伸试验机的夹具之间以使得纤维的末端可操作地被拉伸试验机的夹具保持。然后，可将纸框平行于纤维长度延伸的侧切掉或以其他方式分开，以使得拉伸试验机仅对纤维施加试验力。纤维可以12英寸每分钟的牵伸速率和夹具速度接受牵拉试验。所得的数据可使用得自MTS Corporation的TESTWORKS 4软件程序通过以下试验设置而分析：
Figure BDA0002124819050000251
Figure BDA0002124819050000261
韧性值以克力每旦表示。也可测量峰值伸长率(断裂应变％)和峰值应力。
膨胀比、密度和孔体积百分比
为测定膨胀比、密度和孔体积百分比，在牵伸前，可初始测量试件的宽度(Wi)和厚度(Ti)。牵伸前的长度(Li)也可以通过测量试件表面上的两个标记之间的距离来测定。之后，可将试样牵伸，以引发空化。然后，可利用Digimatic卡尺(Mitutoyo Corporation)测量试件的宽度(Wf)、厚度(Tf)和长度(Lf)，精确至0.01mm。牵伸前的体积(Vi)可通过Wi x Ti xLi＝Vi计算。牵伸后的体积(Vf)也可通过Wf x Tf x Lf＝Vf计算。膨胀比(Φ)可以通过Φ＝Vf/Vi计算；密度(Ρf)可以如下计算：Ρf＝Ρi/Φ，其中Ρi为前体材料的密度；而孔体积百分比(％Vv)可如下计算：％Vv＝(1–1/Φ)x 100。
还可以通过在校准密度溶液中悬浮来测量空隙含量。密度可以经由在已知密度的溶剂中的下沉或漂浮行为来确定。例如，可以将牵伸纤维束的长度为约10mm的部段浸入一系列已知密度的溶剂或溶剂混合物中。溶剂混合物的密度(如表1所示)可以用玻璃比重计测定。样品将在溶剂中下沉、悬浮或漂浮。密度等于样品在其中悬浮的溶剂的密度。如果样品没有悬浮在任何溶剂中，则可以通过取该样品在其中下沉和漂浮的溶剂的平均密度来确定密度。密度降低百分比可以通过从前体密度中减去牵伸后的密度，然后除以前体密度，再乘以100来计算。空隙体积百分比(例如，芯中)可以通过将密度降低百分比除以双组分纤维中的芯比率来确定。
表1:用于密度测量的溶剂混合物汇总
溶剂 预期密度，g/cc
100％戊烷 0.626
50％戊烷/50％己烷 0.646
100％己烷 0.670
80％己烷/20％异丙醇 0.692
60％己烷/40％异丙醇 0.712
40％己烷/60％异丙醇 0.740
20％己烷/80％异丙醇 0.762
100％异丙醇 0.784
90％异丙醇/10％水 0.822
78％异丙醇/30％水 0.855
66％异丙醇/34％水 0.884
55％异丙醇/45％水 0.914
实施例1
由93重量％半结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET 7200Auriga)和7重量％有机硅-PET母料(0.84IV PET母料中的50重量％有机硅，MB-XX3 DowCorning)的共混物制造纤维的能力。将聚合物进料到用于配混的共旋转双螺杆挤出机(ZSK-30，直径为30mm，长度为1328毫米)，其由New Jersey的Ramsey的Werner and Pfleiderer Corporation制造。该挤出机具有14个区，从进料斗到模头依次编号为1-14。第一圆桶区#1经由重力进料器以20磅每小时的总吞吐量接收树脂。用于挤出树脂的模头具有3个间隔开4毫米的模头开口(直径为6毫米)。形成后，将挤出的树脂在风扇冷却的传送带上冷却，并通过Conair制粒机形成粒料。挤出机的螺杆速度为200转每分钟(“rpm”)。经由干燥剂在140℃下干燥12小时，来干燥粒料。
实施例2
然后使用由Fibre Extrusion Technologies(Leeds UK)制造的双组分复丝纤维纺丝生产线(FET-100系列实验室多功能熔体纺丝系统)挤出实施例1的干燥粒料，作为双组分纤维的芯。将粒料充分进料到加热至275℃温度的信号螺杆挤出机中，形成双组分纤维的芯。单螺杆皮挤出机用纯的半结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET 7200Auriga)涂覆该聚合物共混物。芯与皮的比率为按体积计70％的芯和30％的皮。然后将组合的芯-皮构造通过具有24个孔的纤维喷丝头挤出，这些孔的直径测得为0.40mm，且毛细管长度为0.8mm。纤维束的总纤度为大约1306克/9000米。
实施例3
将实施例2的纤维束经由五重辊支架，以10米/分钟(mpm)的进料速度进料到牵伸线中。然后使纤维束绕着两根浸没在直径为19mm的水浴中的杆横穿。这两根杆位于离水浴入口大约87厘米处，并固定在一个位置，从而在离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为25℃。纤维束收卷速度为40米/分钟，得到4.0x的牵伸比。观察到有限的纤维断裂。
实施例4
像在实施例3中那样形成纤维，不同的是收卷速度为42米/分钟，得到4.2x的牵伸比。观察到有限的纤维断裂。
实施例5
像在实施例3中那样形成纤维，不同的是收卷速度为45米/分钟，得到4.5x的牵伸比。观察到有限的纤维断裂。
实施例6
像在实施例3中那样形成纤维，不同的是从水浴中除去水，并且牵伸介质是空气。观察到纤维中出现中等水平的断裂。
实施例7
由94重量％的半结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET 7200Auriga)和6重量％的有机硅-PET母料(MB-XX3)的干混物形成单组分纤维。然后使用由Davis Standard Pawcatuck(CT USA)制造的复丝纤维纺丝生产线挤出实施例1的干燥粒料，作为单组分纤维。将干混粒料充分进料到加热至275℃温度的信号螺杆挤出机中，然后通过具有48个孔的纤维喷丝头挤出，这些孔的直径测得为0.3mm，且毛细管长度为0.6mm。纤维束的总纤度为大约1824克/9000米。然后使用MTS 810液压拉伸框架将所得的纤维束以50米/分钟的速率单轴拉伸至200％的伸长率。观察到有限的纤维断裂。
实施例8
由90重量％的半结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET 7200Auriga)和10重量％的有机硅-PET母料(MB-XX3)的干混物形成单组分纤维。然后使用由Davis Standard Pawcatuck(CT USA)制造的复丝纤维纺丝生产线挤出实施例1的干燥粒料，作为单组分纤维。将干混粒料充分进料到加热至275℃温度的信号螺杆挤出机中，然后通过具有48个孔的纤维喷丝头挤出，这些孔的直径测得为0.3mm，且毛细管长度为0.6mm。纤维束的总纤度为大约1824克/9000米。然后使用MTS 810液压拉伸框架将所得的纤维束以100米/分钟的速率单轴拉伸至200％的伸长率。观察到有限的纤维断裂。
实施例9
像在实施例8中那样形成纤维，不同的是延伸速度为15米/分钟。观察到有限的纤维断裂。
实施例10
像在实施例8中那样形成纤维，不同的是延伸速度为50米/分钟。观察到有限的纤维断裂。
实施例11
由95重量％的半结晶线性低密度聚乙烯(LLDPE Dowlex 2047g，Dow Chemicals)和5重量％的有机硅-LLDPE母料(MB50-313)的干混物形成单层膜。将粒料充分进料到Thermo-Scientific Rheomex 252单螺杆挤出机的喉部中，然后通过200mm宽的膜模头挤出，模头间隙为1mm，温度为200℃。以20转/分钟的速度将膜浇铸到设定为50℃的加热收卷辊上。该加工产生50微米厚的膜，其具有半透明的外观。
实施例12
如实施例11中所述形成膜，不同的是有机硅MB50-313的浓度为7％。
实施例13
如实施例11中所述形成膜，不同的是有机硅MB50-311的浓度为10％。
实施例14
使用MTS Synergie拉伸框架，在机器方向(MD)上以50毫米/分钟的速率将实施例13的膜拉伸至300％应变。所得牵伸膜的SEM图像在图6中示出。
实施例15
如实施例11中所述形成膜，不同的是有机硅MB50-311的浓度为20％。
实施例16
由90重量％的半结晶线性低密度聚乙烯(LLDPE Dowlex 2047g，Dow Chemicals)和10重量％的有机硅-HDPE母料(MB50-314)的干混物形成单层膜。将粒料充分进料到Thermo-Scientific Rheomex 252单螺杆挤出机的喉部中，然后通过200mm宽的膜模头挤出，模头间隙为1mm，温度为220℃。以20转/分钟的速度将膜浇铸到设定为50℃的加热收卷辊上。该加工产生50微米厚的膜，其具有半透明的外观。
实施例17
使用MTS Synergie拉伸框架，在机器方向(MD)上以50毫米/分钟的速率将实施例16的膜拉伸至300％应变。所得牵伸膜的SEM图像在图7中示出。
实施例18
由75重量％的半结晶线性低密度聚乙烯(LLDPE Dowlex 2047g，Dow Chemicals)、10重量％的有机硅-LLDPE母料(MB50-313)和15重量％的聚乳酸(PLA Ingeo 4043D)的干混物形成单层膜。将粒料充分进料到Thermo-Scientific Rheomex 252单螺杆挤出机的喉部中，然后通过200mm宽的膜模头挤出，模头间隙为1mm，温度为220℃。以20转/分钟的速度将膜浇铸到设定为50℃的加热收卷辊上。该加工产生50微米厚的膜，其具有半透明的外观。膜的SEM图像在图8至图9中示出。
实施例19
使用MTS Synergie拉伸框架，在机器方向(MD)上以50毫米/分钟的速率将实施例18的膜拉伸至300％应变。膜的SEM图像在图10中示出。
实施例20
使用MTS Synergie拉伸框架，在横向方向(CD)上以50毫米/分钟的速率将实施例18的膜拉伸至300％应变。膜的SEM图像在图11至图12中示出。
实施例21
生产皮/芯双组分纤维，其中皮材料是纯的半结晶聚乙烯(来自Dow Chemicals的PE 6835A)，芯材料则是由93重量％来自Total Petrochemicals的半结晶聚丙烯(PP)M3661和7重量％的
Figure BDA0002124819050000301
AX8900(乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规三元共聚物，来自Arkema)的混合物组成的。将PP M3661和
Figure BDA0002124819050000302
AX8900粒料在滚筒中混合，然后充分进料到双组分纤维纺丝机的用于递送芯材料的单螺杆挤出机中。PP M3661和
Figure BDA0002124819050000303
AX8900的混合直接在纺丝生产线挤出机中进行。将纯的PE 6835A充分进料到用于递送皮材料的第二单螺杆挤出机中。这两个挤出机都具有4个区，从进料斗到熔体泵依次编号为1至4。将芯挤出机加热至240℃的温度分布。将皮挤出机加热至220℃的温度分布。挤出熔体泵分别以30％和70％的体积百分比计量皮材料和芯材料。然后将组合的芯-皮构造通过具有288个孔的纤维喷丝头挤出，这些孔的直径测得为0.35mm，且毛细管长度为1.4mm。纤维束的总纤度为大约8,000克/9000米。在16±0.5℃的温度下，平均空气骤冷速度为0.55米/秒。
使用环境室，在三种不同的温度(10℃、23℃和80℃)下测试各单独的前体纤维的机械特性。使用25mm的标距长度和300mm/min的十字头速度测试十种单独的前体纤维。前体纤维直径(经由光学显微镜测定)为约63微米。各单独前体纤维的应力-应变曲线表现出屈服点、塑性变形区域(颈部传播)、应变硬化区域和断裂。在10℃下，拉伸应力和屈服应变分别为22.1MPa和7.4％伸长率；应变硬化开始时的标称应力和应变分别为17.9MPa和430％伸长率；最终峰值应力和应变分别为40.8MPa和810％伸长率。在23℃下，拉伸应力和屈服应变分别为18.71MPa和8.7％伸长率；应变硬化开始时的标称应力和应变分别为18.3MPa和430％伸长率；最终峰值应力和应变分别为44MPa和815％伸长率。在80℃下，拉伸应力和屈服应变分别为14.4MPa和5.8％伸长率；应变硬化开始时的标称应力和应变分别为6.89MPa和370％伸长率；最终峰值应力和应变分别为18.6MPa和740％伸长率。
实施例22
如实施例21中所述形成纤维，不同的是芯材料是由95重量％的(PP)M3661和5重量％的Dow Corning MB-50-001母料(由50重量％的超高分子量硅氧烷聚合物和50重量％12MFI PP均聚物载体组成)的混合物组成的。在MB-50的浓度为5％的情况下，纤维芯中的有机硅材料的量预计为2.5重量％。纤维束的总纤度为大约8,000克/9000米。在14.5±.5℃的温度下，平均空气骤冷速度为0.65米/秒。
实施例23
如实施例22中所述形成纤维，不同的是芯材料是由93重量％PP M3661和7重量％Dow Corning MB-50-001母料组成的。在该母料浓度下，芯中的有机硅聚合物的总量预计为3.5重量％。
使用环境室，在三种不同的温度(10℃、23℃和80℃)下测试各单独的前体纤维的机械特性。使用25mm的标距长度和300mm/min的十字头速度测试十种单独的前体纤维。前体纤维直径(经由光学显微镜测定)为约63微米。各单独前体纤维的应力-应变曲线表现出屈服点、塑性变形区域(颈部传播)、应变硬化区域和断裂。在10℃下，拉伸应力和屈服应变分别为23MPa和6％伸长率；应变硬化开始时的标称应力和应变分别为18.9MPa和370％伸长率；最终峰值应力和应变分别为60.8MPa和820％伸长率。在23℃下，拉伸应力和屈服应变分别为18.3MPa和9.8％伸长率；应变硬化开始时的标称应力和应变分别为17.6MPa和350％伸长率；最终峰值应力和应变分别为57.8MPa和820％伸长率。在80℃下，拉伸应力和屈服应变分别为12.1MPa和6.7％伸长率；应变硬化开始时的标称应力和应变分别为6.4MPa和270％伸长率；最终峰值应力和应变分别为23.3MPa和820％伸长率。
实施例24
如实施例22中所述形成纤维，不同的是芯材料是由90重量％PP M3661和10重量％Dow Corning MB-50-001母料组成的。在该母料浓度下，芯中的有机硅聚合物的总量预计为5重量％。
实施例25
如实施例23中所述形成纤维，不同的是平均骤冷空气速度降低至0.55米/秒，并且骤冷空气温度升高至17±0.5℃。此外，由长度为100mm的金属护罩组成的静止区附接到喷丝头孔口周围的喷丝头表面上。
实施例26
将来自实施例21的前体纤维束经由五重辊支架，以31米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约125厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以181米每分钟的速度转动，得到5.8x的牵伸比。所得的纤维密度为0.695g/cc(密度降低24％，芯中的空隙体积为35％)。
实施例27
将来自实施例22的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以150米每分钟的速度转动，得到5.0x的牵伸比。所得的纤维密度为0.755g/cc(密度降低18％，芯中的空隙体积为26％)。
实施例28
将来自实施例23的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以150米每分钟的速度转动，得到5.0x的牵伸比。所得的纤维密度为0.737g/cc(密度降低20％，芯中的空隙体积为28％)。
实例29
将来自实施例24的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以150米每分钟的速度转动，得到5.0x的牵伸比。所得的纤维密度为0.737g/cc(密度降低20％，芯中的空隙体积为28％)。
实例30
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以135米每分钟的速度转动，得到4.5x的牵伸比。所得的纤维密度为0.851g/cc(密度降低8％，芯中的空隙体积为11％)。
实例31
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以150米每分钟的速度转动，得到5.0x的牵伸比。所得的纤维密度为0.732g/cc(密度降低20％，芯中的空隙体积为29％)。
实施例32
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以156米每分钟的速度转动，得到5.2x的牵伸比。所得的纤维密度为0.687g/cc(密度降低25％，芯中的空隙体积为36％)。
实施例33
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以162米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.646g/cc(密度降低30％，芯中的空隙体积为43％)。
图13至图14还示出了牵伸纤维(有空隙纤维)的SEM图像。横截面是通过用剃刀刀片在液氮中冷冻切割纤维而获得的。接下来，将纤维安装在SEM的样品托中并溅射涂覆4纳米的铱层，然后使用2.5KV电压，经由SEM FEI Quanta 650以不同的放大率进行分析。如图所示，多孔结构存在于纤维的芯中。
实施例34
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以165米每分钟的速度转动，得到5.5x的牵伸比。所得的纤维密度为0.637g/cc(密度降低31％，芯中的空隙体积为44％)。
实施例35
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以168米每分钟的速度转动，得到5.6x的牵伸比。所得的纤维密度为0.626g/cc(密度降低32％，芯中的空隙体积为46％)。
实施例36
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为20℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以162米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.764g/cc(密度降低17％，芯中的空隙体积为24％)。
实施例37
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为16℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以162米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.700g/cc(密度降低24％，芯中的空隙体积为34％)。
实施例38
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为13℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以162米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.647g/cc(密度降低30％，芯中的空隙体积为42％)。
实施例39
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为8℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以162米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.626g/cc(密度降低32％，芯中的空隙体积为46％)。
实施例40
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为4℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以162米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.626g/cc(密度降低32％，芯中的空隙体积为46％)。
实施例41
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以5米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以27米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.700g/cc(密度降低24％，芯中的空隙体积为34％)。
实施例42
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以10米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以54米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.674g/cc(密度降低27％，芯中的空隙体积为38％)。
实施例43
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以20米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以108米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.647g/cc(密度降低30％，芯中的空隙体积为42％)。
实施例44
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约145厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以162米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.647g/cc(密度降低30％，芯中的空隙体积为42％)。
实施例45
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约80厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以162米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.661g/cc(密度降低28％，芯中的空隙体积为40％)。
实施例46
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约25厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生180度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以162米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.661g/cc(密度降低28％，芯中的空隙体积为40％)。
实施例47
将来自实施例25的前体纤维束经由五重辊支架，以30米/分钟的进料速度进料到牵伸线中。纤维束然后包在两个浸没于水中且以比进料速度快2％的速度转动的驱动杆周围。这两根杆位于离水浴入口大约124厘米处，并固定在一个位置，从而在纤维束离开水浴之前产生120度包裹。水浴温度为10℃。在离开水浴之后，使用2个五重支架卷取纤维束，支架上的辊以162米每分钟的速度转动，得到5.4x的牵伸比。所得的纤维密度为0.647g/cc(密度降低30％，芯中的空隙体积为42％)。
实施例48
由95重量％的全同立构丙烯均聚物(M3661，210℃下的熔体流动速率为14g/10，熔融温度为150℃，Total Petrochemicals)和5重量％的超高分子量(UHMW)硅氧烷聚合物即聚二甲基硅氧烷(PDMS)颗粒状聚丙烯(PP)母料(具有50重量％的硅氧烷含量(MB50-001，在190℃下的PP熔体流动速率为12g/10))形成预配混共混物。将各组分置于共旋转的双螺杆挤出机(ZSK-26，螺杆直径26mm，L/D＝48)中配混。挤出机具有13个加热区。挤出机中的温度在从195℃至220℃的范围内。在料斗处将聚合物以15磅每小时的流量重力进料到挤出机中。挤出机以200转每分钟(rpm)运转。用于挤出树脂的模头具有4个间隔开4mm的模头开口(直径为6mm)。挤出后，让挤出物在风扇冷却的传送带上利用空气冷却，然后使用Conair制粒机制粒。
接着将粒料充分进料到注射模制装置(Spritzgiessautomaten BOY22D)中并模制成狗骨形制品。挤出机具有4个加热区。挤出机中的温度在从185℃至230℃的范围内。模具温度等于70℃，循环时间为约45秒。所得样品的SEM图像在图15中示出。
实施例49
如实施例48中所述注射模制狗骨形制品，不同的是使用7重量％的UHMW PDMS母料来制备前体共混物。所得样品的SEM图像在图16至图17中示出。还测试了样品的密度降低。前体密度为0.9033g/cm3，拉伸密度≤0.655g/cm3，密度降低≥27％。
实施例50
如实施例48中所述注射模制狗骨形制品，不同的是使用10重量％的UHMW PDMS母料来制备前体共混物。
实施例51
注射模制狗骨形制品，不同的是，不使用实施例48中所述的预配混共混物，而是将包含95重量％的全同立构聚丙烯均聚物(M3661)和5重量％的UHMW硅氧烷聚合物母料MB50-001的粒料混合物充分进料到注射模制装置(Spritzgiessautomaten BOY22D)中。
实施例52
如实施例51中所述注射模制狗骨形制品，不同的是，将包含93重量％的全同立构聚丙烯均聚物(M3661)和7重量％的UHMW硅氧烷聚合物母料MB50-001的粒料混合物充分进料到注射模制装置(Spritzgiessautomaten BOY22D)中。所得样品的SEM图像在图18至图19中示出。
实施例53
如实施例51中所述注射模制狗骨形制品，不同的是将包含90重量％的全同立构聚丙烯均聚物(M3661)和10重量％的UHMW硅氧烷聚合物母料MB50-001的粒料混合物充分进料到注射模制装置(Spritzgiessautomaten BOY22D)中。
实施例54
将由95重量％的全同立构聚丙烯均聚物(M3661)和5重量％的UHMW硅氧烷聚合物母料MB50-001组成的粒料混合物充分进料到具有6英寸流延膜模头的HAAKE单螺杆挤出机(长径比为24:1)中。挤出机具有3个加热区。挤出机中的温度在从220℃至235℃的范围内。将模头保持在240℃的温度下。挤出后，通过调节冷却辊速度，将熔体牵伸力施加于熔融膜，以将厚度减小至约102微米(4密耳)。然后，将膜空气冷却并收集。
实施例55
如实施例54中所述制备膜，不同的是将包含93重量％的全同立构聚丙烯均聚物(M3661)和7重量％的UHMW硅氧烷聚合物母料MB50-001的粒料混合物充分进料到HAAKE单螺杆挤出机中。所得样品的SEM图像在图20中示出。
实施例56
如实施例54中所述制备膜，不同的是将90重量％的全同立构聚丙烯均聚物(M3661)粒料和10重量％的UHMW硅氧烷聚合物母料MB50-001充分进料到HAAKE单螺杆挤出机中。
实施例57
将全同立构丙烯均聚物(M3661，210℃下的熔体流动速率为14g/10，熔融温度为150℃，Total Petrochemicals)的粒料充分进料到注射模制装置(SpritzgiessautomatenBOY22D)中并模制成狗骨形制品。挤出机具有4个加热区。挤出机中的温度在从185℃至230℃的范围内。模具温度等于70℃，循环时间为约45秒。
实施例58
由93重量％的全同立构丙烯均聚物(M3661，210℃下的熔体流动速率为14g/10min，熔融温度为150℃，Total Petrochemicals)和7重量％的聚(乙烯-共-丙烯酸甲酯-共-甲基丙烯酸缩水甘油酯)(
Figure BDA0002124819050000391
AX8900，Arkema)(熔体流动速率为6g/10min(190℃/2160g)，甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为8重量％、丙烯酸甲酯含量为24重量％，并且乙烯含量为68重量％)形成前体共混物。将各组分置于共旋转的双螺杆挤出机(ZSK-26，螺杆直径26mm，L/D＝48)中配混。挤出机具有13个加热区。挤出机中的温度在从195℃至220℃的范围内。在料斗处将聚合物以15磅每小时的流量重力进料到挤出机中。挤出机以200转每分钟(rpm)运转。用于挤出树脂的模头具有4个间隔开4mm的模头开口(直径为6mm)。挤出后，让挤出物在风扇冷却的传送带上利用空气冷却，然后使用Conair制粒机制粒。接着将粒料充分进料到注射模制装置(Spritzgiessautomaten BOY22D)中并模制成狗骨形制品。挤出机具有4个加热区。挤出机中的温度在从185℃至230℃的范围内。模具温度等于70℃，循环时间为约45秒。
所得样品的SEM图像在图21至图22中示出。还测试了样品的密度降低。前体密度为0.9028g/cm3，拉伸密度≤0.655g/cm3，密度降低≥27％。
实施例59
如实施例58中所述注射模制狗骨形制品，不同的是，不使用前体共混物，而是将由93重量％的全同立构聚丙烯均聚物(M3661)和7重量％的聚(乙烯-共-丙烯酸甲酯-共-甲基丙烯酸缩水甘油酯)(
Figure BDA0002124819050000401
AX8900，Arkema)组成的粒料混合物充分进料到注射模制装置(Spritzgiessautomaten BOY22D)中。所得样品的SEM图像在图23至图24中示出。
实施例60
将全同立构丙烯均聚物(M3661，210℃下的熔体流动速率为14g/10，熔融温度为150℃，Total Petrochemicals)的粒料充分进料到具有6英寸流延膜模头的HAAKE单螺杆挤出机(长径比为24:1)中。挤出机具有3个加热区。挤出机中的温度在从220℃至235℃的范围内。将模头保持在240℃的温度下。挤出后，通过调节冷却辊速度，将熔体牵伸力施加于熔融膜，以将厚度减小至约102微米(4密耳)。然后，将膜空气冷却并收集。
实施例61
将由93重量％的全同立构聚丙烯均聚物(M3661)和7重量％的聚(乙烯-共-丙烯酸甲酯-共-甲基丙烯酸缩水甘油酯)(
Figure BDA0002124819050000402
AX8900，Arkema)(熔体流动速率为6g/10min(190℃/2160g)，甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为8重量％、丙烯酸甲酯含量为24重量％，并且乙烯含量为68重量％)组成的粒料混合物充分进料到具有6英寸流延膜模头的HAAKE单螺杆挤出机(长径比为24:1)中。挤出机具有3个加热区。挤出机中的温度在从220℃至235℃的范围内。将模头保持在240℃的温度下。挤出后，通过调节冷却辊速度，将熔体牵伸力施加于熔融膜，以将厚度减小至约102微米(4密耳)。然后，将膜空气冷却并收集。
根据ASTM 638-14测试狗骨形(V型)模制样品48至53和57至59的机械特性。结果如下所示。
实施例 屈服应变(％) 屈服应力(％) 模量(MPa)
48 8.35±0.9 37.2±0.2 770.8±25.5
49 7.95±1 36.3±0.4 786±52
50 7.72±1.1 36±0.1 766.6±48.8
51 8.5±0.8 37.1±0.5 785.4±34
52 8.57±0.3 37.5±0.15 704.9±17.5
53 8.4±0.9 36.7±0.2 776.3±31.2
57 9.06±0.1 36.1±0.8 741.7±6
58 8.9±0.2 35.5±0.7 736±33.4
59 8.8±0.06 35±1.3 717±41
根据ASTM 638-14，在机器方向和横跨机器方向上测试膜样品54至56和60至61的机械特性。更具体地，在机器方向(MD)和横向方向(CD)上切割中心宽度为3mm的狗骨形样品用于测试。使用标距长度为18.0mm的MTS Synergie 200装置上的夹持件将狗骨形膜样品固定就位。以127mm/min的十字头速度拉伸膜样品。结果在下文示出。
Figure BDA0002124819050000411
Figure BDA0002124819050000412
Figure BDA0002124819050000421
虽然本发明已经就其具体实施方案进行了详细描述，但是将领会的是，本领域技术人员在获得前述内容的理解后可以容易地设想出这些实施方案的替代形式、变型形式和等同方案。因此，本发明的范围应被评估为所附权利要求及其任何等同方案的范围。

Claims (25)

1.一种包含热塑性组合物的聚合物材料，所述组合物包含含有基体聚合物和硅氧烷组分的连续相，其中所述硅氧烷组分包含以离散结构域的形式分散在所述连续相之内的超高分子量硅氧烷聚合物，其中所述热塑性组合物内限定了包括多个纳米孔的多孔网络；
其中所述硅氧烷聚合物具有100,000克/摩尔或更高的重均分子量，并且含有R3SiO1/2单元和SiO4/2单元，其中R是官能或非官能的有机基团。
2.如权利要求1所述的聚合物材料，其中所述硅氧烷组分在所述热塑性组合物中所占的比例从0.01重量%至15重量%。
3.如权利要求1所述的聚合物材料，其中所述硅氧烷聚合物具有1×105厘沲或更高的运动粘度。
4.如权利要求1所述的聚合物材料，其中R是烷基、芳基、环烷基、亚芳基、烯基、环烯基、烷氧基，或它们的组合。
5.如权利要求1所述的聚合物材料，其中所述硅氧烷组分还包含载体树脂。
6.如权利要求5所述的聚合物材料，其中所述载体树脂在所述硅氧烷组分中所占的比例从30重量%至70重量%，并且所述硅氧烷聚合物所占的比例从30重量%至70重量%。
7.如权利要求5所述的聚合物材料，其中所述载体树脂包括聚烯烃、聚酯或它们的组合。
8.如权利要求1所述的聚合物材料，其中所述纳米孔具有800纳米或更小的平均横截面尺寸。
9.如权利要求1所述的聚合物材料，其中纳米孔具有100纳米至5000纳米的平均轴向尺寸。
10.如权利要求1所述的聚合物材料，其中所述基体聚合物包括聚酯。
11.如权利要求10所述的聚合物材料，其中所述聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
12.如权利要求1所述的聚合物材料，其中所述基体聚合物包括聚烯烃。
13.如权利要求12所述的聚合物材料，其中所述聚烯烃是丙烯均聚物。
14.如权利要求12所述的聚合物材料，其中所述聚烯烃是乙烯聚合物。
15.如权利要求1所述的聚合物材料，其中所述连续相在所述热塑性组合物中所占的比例从60重量%至99重量%。
16.如权利要求1所述的聚合物材料，其中所述硅氧烷聚合物以纳米级结构域的形式分散。
17.如权利要求1所述的聚合物材料，其中所述组合物还包含以离散结构域的形式分散在所述连续相之内的微米包合物添加剂。
18.如权利要求1所述的聚合物材料，其中所述多孔网络还包括微米孔。
19.一种纤维，所述纤维包含权利要求1至18中任一项所述的聚合物材料。
20.一种非织造网，所述非织造网包含权利要求19所述的纤维。
21.一种吸收制品，所述吸收制品包括液体基本上不可渗透的层、液体可渗透的层和吸收芯，其中所述液体基本上不可渗透的层、所述液体可渗透的层或这两者包含权利要求1至18中任一项所述的聚合物材料。
22.一种用于形成聚合物材料的方法，所述方法包括：
形成包含含有基体聚合物和硅氧烷组分的连续相的热塑性组合物，其中所述硅氧烷组分包含以离散结构域的形式分散在所述连续相之内的超高分子量硅氧烷聚合物；以及
固态牵伸所述热塑性组合物以在其中形成多孔网络，所述多孔网络包括多个纳米孔；
其中所述硅氧烷聚合物具有100,000克/摩尔或更高的重均分子量，并且含有R3SiO1/2单元和SiO4/2单元，其中R是官能或非官能的有机基团。
23.如权利要求22所述的方法，其中将所述热塑性组合物牵伸到从1.1至25的拉伸比。
24.如权利要求22所述的方法，其中所述热塑性组合物在从-50°C至150°C的温度下牵伸。
25.一种用于形成纤维的方法，所述方法包括：
形成包含含有基体聚合物和硅氧烷组分的连续相的热塑性组合物，其中所述硅氧烷组分包含以离散结构域的形式分散在所述连续相之内的超高分子量硅氧烷聚合物；
将所述组合物通过毛细管挤出以形成所述纤维；以及
在低于所述基体聚合物的熔融温度的温度下牵伸所述纤维，从而形成包括多个纳米孔的多孔网络；
其中所述硅氧烷聚合物具有100,000克/摩尔或更高的重均分子量，并且含有R3SiO1/2单元和SiO4/2单元，其中R是官能或非官能的有机基团。
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