流延薄膜、微孔膜、以及它們的制備方法技術

本發明專利技術提供了用于控制流延薄膜的形態的方法。該方法包括通過在薄膜上施加氣體來控制流延薄膜的冷卻速率而擠出流延薄膜，按照擠出物流速，氣體冷卻速率為每kg/hr至少約0.4cm3/s。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及借助于流延薄膜(澆鑄膜)(cast film)前體獲得的微孔膜的領域。更具體地說，本專利技術涉及用于控制流延薄膜的形態的方法。
技術介紹
在各種各樣的樹脂中，聚丙烯(PP)是眾所周知的半結晶聚合物，并且，和聚乙烯(PE)相比，PP具有更高的熔點、更低的密度、更高的耐化學性、以及更好的機械性能，其使得它可用于許多工業應用。在半結晶聚合物如聚丙烯中的結晶相取向可以增強許多它們的性能，尤其是機械性能、沖擊性能、阻擋性能、以及光學特性。對于許多工藝如薄膜吹制、紡絲、薄膜鑄塑等來說，在PP中獲得定向結構具有重大的益處。在這些工藝中，聚合物熔體經受剪切(在模具中)和拉伸(在模具出口)流動，并在流動的被迫接受期間或以后發生結晶。眾所周知的是，在流動下的應變會大力加強結晶動力學并使得可以形成層狀結構而不是球粒狀結構。流動對結晶的影響稱作流動誘導結晶(FIC)，同時流動可以是剪切、拉伸流動或兩者。FIC分子模型表明，流動會誘導聚合物鏈的取向，從而導致成核速度的提高。在流動下，可能發生兩種主要類型的結晶，其取決于應力的大小:低應力導致扭曲的層狀結構，而高應力則產生串晶結構(shish-kebab structure),其中片晶(lamellae)快速生長在串晶(shish)上而沒有扭曲。類似于剪切流動，還已報道了，拉伸流動可以促進定向在流動方向的原纖樣結構，其用于鏈折疊片晶垂直于應力方向的徑向生長的成核作用。已利用原位小角度X射線散射(SAXS)和/或大角度X射線衍射(WAXD)分析研究了材料參數對PP的剪切誘導結晶過程的影響。Agarwal等檢查了長鏈分支對應力誘導結晶的影響。添加一定水平的分支可以改善晶胚的取向和結晶動力學，這是由于更長的弛豫時間和分子結構。Somani等跟蹤了在施加不同剪切速率以后的取向發展。他們發現，在一定剪切速率下，僅鏈長(分子量)高于臨界值(臨界取向分子量，Mc)的分子可以形成穩定的定向排核(串晶結構)。短鏈則在這些核部位上產生片晶。在另一項研究中，Somani等比較了在剪切流動下具有相同數均分子量但具有不同分子量分布(MWD)的全同立構聚丙烯熔體(PP-A和PP-B)的定向微觀結構。和在PP-A中相比，在PP-B中，高分子量物質的量更大。它們的結果表明，串晶結構更早地演變為PP-B，其具有更加突出的晶體取向和更快的結晶動力學。他們的結論是，甚至高分子量鏈濃度的少量增加也導致串晶結構或核部位形成的顯著增加。在我們最近的研究中，將高達IOwt%的高分子量組分加入低分子量組分可以增強橫列成核結構(row-nucleated structure)的形成,這可能是由于成核點的增加。工藝條件會顯著影響半結晶聚合物的結晶行為。在靜態等溫結晶下，球晶尺寸、結晶度、以及動力學取決于溫度，而在靜態非等溫條件下，溫度和冷卻速率均是影響因素。許多研究主要集中于在不同加工條件下使用各種材料的PE和PP吹塑薄膜的結構。然而，據申請人所知，還沒有對流延薄膜過程進行實驗研究，其中強調可以影響薄膜的形態的各種參數。微孔膜通常用于分離過程如電池隔膜和醫療應用來控制化學成分的滲透速率。由于范圍廣泛的化學結構、最佳物理性能、以及聚合物和共混聚合物的低成本，所以這些材料被稱為用于制作微孔膜的最好候選物。用來開發高分子膜的兩種主要技術是溶液澆鑄和擠出，接著拉伸。高成本和溶劑污染是溶液技術的主要缺點。在上世紀七十年代開發了在沒有使用任何溶劑的情況下從聚合物制作多孔膜的技術，用于一些應用，但關于這些方法的大多數信息仍然是公司專有的并且不適用于科學界。上述技術的一種是基于拉伸包含橫列成核層狀結構(row-nucleatedlamellar structure)的聚合物膜。然后,進行三個連續階段以獲得多孔膜(I)通過剪切和延伸誘導結晶的機制來產生具有橫列成核層狀結構的前體薄膜，(2)在接近樹脂熔點的溫度下退火前體薄膜，以除去在結晶相中的缺陷和增加片晶厚度，以及(3)分別在低溫和高溫下進行拉伸以產生和擴大孔。實際上，在此方法中，材料變量以及施加的 加工條件是參數，其控制制作的微孔膜的結構和最終性能。材料變量包括聚合物的分子量、分子量分布、以及鏈型結構。在形成微孔膜的第一步驟中這些因素主要影響在前體薄膜中的橫列成核結構。一些研究已研究了多孔膜的制作，其中通過拉伸層狀形態并使用聚丙烯。Sadeghi等考慮了分子量對行成核層狀結構的取向的影響。他們發現，分子量是控制結晶相的取向的主要材料參數。證明了，和具有低分子量的樹脂相比，具有高分子量的樹脂展示更大的取向和更厚的片晶。Sadeghi等認識到，為獲得層狀結構，初始取向是需要的。在前體薄膜中的結晶取向取決于樹脂的分子量和過程類型(即，流延薄膜或薄膜吹制)。結果表明，就產生具有適當的結晶取向的前體薄膜而言，流延薄膜過程比薄膜吹制更有效。雖然好幾個作者已研究了用各種樹脂來形成多孔膜，但仍然缺乏關于形態控制和膜性能的信息。
技術實現思路
根據一個方面，提供了一種用于控制流延薄膜的形態的方法，該方法包括通過控制流延薄膜的冷卻速率來擠出流延薄膜，其中通過以每kg/hr至少約O. 4cm3/s的氣體冷卻速率在薄膜上施加氣體。根據一個方面，提供了一種用于控制流延薄膜的形態的方法，該方法包括通過控制流延薄膜的冷卻速率來擠出流延薄膜，其中通過按照擠出物流速以每kg/hr至少約O. 4cm3/s的氣體冷卻速率在薄膜上施加氣體。根據另一個方面，提供了一種用于制備微孔膜的方法，該方法包括如在先前所述的方法中所描述的通過控制流延薄膜的形態來制備流延薄膜，退火薄膜，以及拉伸薄膜。根據另一個方面，提供了多層微孔膜，其包括如在前述的方法中所描述的通過控制流延薄膜的形態所制備的至少兩個流延薄膜。根據另一個方面，提供了用于制備微孔膜的方法，該方法包括制備多層流延薄膜、退火薄膜、以及拉伸薄膜。根據另一個方面，提供了用于制備微孔膜的方法，該方法包括制備多層流延薄膜、退火薄膜、以及拉伸薄膜，其中多層流延薄膜按下列順序包含第一聚丙烯層、聚乙烯層、以及第二聚丙烯層。根據另一個方面，提供了用于制備微孔膜的方法，該方法包括制備多層流延薄膜、退火薄膜、以及拉伸薄膜，其中多層流延薄膜按下列順序包含第一線性聚丙烯層、高密度聚乙烯層、以及第二線性聚丙烯層。附圖說明在顯示本專利技術的各種實施例的附圖中 圖I表示根據本專利技術公開內容的一個實施例的輥溫度為120、110、以及100°C的流延薄膜的DSC掃描圖，其中頂部曲線是在N-AFR(沒有空氣流量)條件下制備的流延薄膜的熱譜曲線(thermogram),而底部曲線是在L-AFR(低空氣流量)下制備的薄膜的熱譜曲線；DR = 75(拉伸比=75)；圖2是圖表，其示出根據本專利技術公開內容的實施例的結晶取向函數作為不同澆鑄棍(cast roll)溫度的函數,其中插圖是在TMSt = 120°C下結晶取向函數與空氣流量條件的曲線圖；DR = 75 ；圖3是圖表，其示出根據本專利技術公開內容的實施例的針對不同澆鑄輥溫度的非晶態取向函數，其中插圖是在Teast = 120°C下非晶態取向函數與空氣流量條件的曲線圖；DR=75 ；圖4是曲線圖，該圖示出根據本專利技術公開內容的實施例的晶體取向函數，其是作為在拉伸比(DR) 本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賽義德·赫薩莫德丁·塔巴塔貝，皮埃爾·卡雷奧，阿卜杜拉·阿吉，
申請(專利權)人：波利威樂贊助有限公司，加拿大國家研究委員會，
類型：
國別省市：