[发明专利]固态拉伸层压的聚合物坯料

说明书

交叉引用声明

本申请要求2009年1月15日提交的美国临时申请61/144,764的权益，所述美国临时申请通过引用结合在本文中。

发明背景

发明领域

本发明涉及用于聚合物坯料的固态拉伸方法，以及得自所述拉伸方法的取向聚合物组合物。

相关技术的描述

聚合物组合物的截面尺寸在拉伸聚合物组合物时有必要减小。这意味着，最终的拉伸制品将具有比拉伸之前的聚合物组合物更小的截面尺寸。在拉伸膜或者小尺寸制品时，这样的截面尺寸的减小并未特别成问题。然而，当试图将聚合物组合物拉伸为具有大截面尺寸的最终拉伸制品时，该方法可能变得棘手，原因在于其需要坯料在拉伸前具有非常大的尺寸。当试图将初始聚合物坯料的挤出和聚合物坯料的拉伸结合到连续过程中时，此问题是特别明显的。考虑例如用于制备取向聚合物组合物(OPC)形式的制品的固态拉伸方法。

固态拉伸方法典型地需要挤出聚合物坯料，将该聚合物坯料调节至拉伸温度，然后拉伸聚合物坯料以获得OPC。通常，坯料在挤出时处于比坯料的目标拉伸温度更高的温度，因此有必要热调节坯料。调节坯料至均匀的拉伸温度是在拉伸后所得的OPC中实现均匀取向所必需的。然而，将挤出的坯料快速冷却至均匀的温度随着坯料的截面增加而变得越来越具有挑战性。坯料的芯温度取决于芯和表面之间温度的差异、从表面至芯的距离、坯料材料的传热系数和从坯料移除热的表面处的传热系数。从表面至芯的距离越大，越过坯料截面达到均匀温度(平衡温度)所需时间越多。例如，具有无穷宽度(即，不考虑边缘效应)的固体的冷却速率与从表面至芯的距离的平方成比例{参见，例如，J.L.Throne的THERMOFORMING，第3章，第65页，Hanser出版社，Numich，1987)。尽管如此，如果在连续过程中以合理的生产率并且在合理的设备占地面积的情况下同时进行挤出和拉伸，则有必要将坯料快速冷却至等于拉伸温度的均匀截面温度。

在挤出时积极冷却坯料的方法是已知的。例如，描述OPC拉伸方法的早期文献描述了一拉伸就立即将聚合物坯料暴露于冷水浴(参见，Ward等的聚合物固相加工(SOLID PHASE ROCESSING OF POLYMERS)，Hanser出版，Munich(2000)，第9章第359页)。其它文献仅描述了″调节坯料的温度″达到拉伸温度，一种典型地需要将坯料加热至拉伸温度的方法(参见，或例如，美国专利申请2005/0192382)。调节坯料表面的温度可以相对快速地进行，但是在坯料的表面和坯料的芯之间产生热梯度。作为结果，调节坯料的温度(或调整)至拉伸温度一般需要过度冷却坯料表面直至芯达到接近拉伸温度的温度然后再加热坯料外部以使表面部分回升到拉伸温度。冷却坯料的芯随着坯料的截面增加而花费更多的时间。因此，调节坯料至拉伸温度对于大截面的坯料可能是费时的。

在连续工艺中，挤出的坯料在其从挤出机移动到拉伸装置时，必须进行温度调节以达到其拉伸温度。因为用于温度调节的时间随着大截面的坯料增加，所以挤出机和拉伸装置之间的距离也必须增加，或者生产速率必须放慢。因此，用于制备和拉伸大截面坯料的连续工艺可能需要极长的工产线或者极低的生产速率。需要以可以作为制备坯料且然后拉伸坯料以制备OPC的连续工艺的一部分的方式更有效地将挤出的坯料调节至拉伸温度。

发明概述

本发明通过提供对于制备OPC有效的方法而发展了制备OPC的技术，所述方法减少了将坯料的温度从其挤出温度调节至拉伸温度所需的时间。

第一方面，本发明是一种方法，所述方法依次包括下列步骤，并且任选在任两个步骤之间存在其它步骤：(a)从挤出机挤出具有表面和芯的第一可取向聚合物组合物，其中所述第一可取向聚合物组合物，包括其表面和芯，处于挤出温度；(b)冷却所述第一可取向聚合物组合物，使得其表面处于低于所述挤出温度的温度；(c)提供第二聚合物组合物，并且将所述第二聚合物组合物粘合到所述第一可取向聚合物组合物的表面以形成层压坯料；(d)如果所述层压坯料并非已经处于低于所述挤出温度的拉伸温度，则将所述层压坯料调节至所述拉伸温度，所述拉伸温度；和(e)拉伸所述层压坯料以形成取向聚合物组合物。任选另外的可以是可取向的聚合物组合物可以通过重复步骤(c)结合到层压坯料中以在步骤(d)之前增加第三或第四或者任何数量的聚合物组合物。