CN103547624A - 聚合物-蜡组合物的模塑制品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了由包含热塑性聚合物和蜡的组合物形成的模塑制品,其中所述蜡分散于整个热塑性聚合物中。
Description
技术领域
本发明涉及模塑制品,所述模塑制品由包含热塑性聚合物和蜡的均匀混合物的组合物形成。
背景技术
热塑性聚合物用于多种应用中。然而,与其它聚合物物质相比,热塑性聚合物如聚丙烯和聚乙烯具有额外的挑战,尤其是在例如纤维形成方面。这是因为制备纤维的材料和工艺要求比制备其它形式如膜的要求更加严格。为制备纤维,相对于其它聚合物加工方法,聚合物熔体流动特性更加取决于材料的物理和流变性能。而且,与其它方法相比,纤维制备中局部剪切/拉伸速率和剪切速率更大,并且为纺丝超细纤维,熔体中的小缺陷、轻微的不一致性或相不相容性是商业可行方法所不可接受的。此外,高分子量的热塑性聚合物不容易或不能有效地纺成细纤维。如果它们的可得性和潜在的强度改善,则期望提供一种容易并且有效纺织此类高分子量聚合物的途径。
大多数热塑性聚合物如聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯衍生自单体(例如分别为乙烯、丙烯和对苯二甲酸),所述单体得自不可再生的化石基资源(例如石油、天然气和煤炭)。因此,这些资源的价格和可得性最终对这些聚合物的价格具有显著的影响。随着这些资源的国际价格迅速升高,由这些聚合物制得的材料的价格迅速升高。此外,许多消费者对购买仅衍生自石油化学产品的产品表现出反感,所述石油化学产品是不可再生的化石基资源。其他消费者可能会对衍生自石油化学产品的产品具有负面印象,认为是“非天然的”或环境不友好的。
热塑性聚合物通常与添加剂(例如蜡、颜料、有机染料、香料等)不相容或与其具有不佳的混溶性,所述添加剂本来可能有助于降低这些聚合物在下游制品制造中的消耗。迄今为止,本领域尚未有效解决如何在使用这些聚合物的常见制品的生产中降低衍生自不可再生化石基资源的热塑性聚合物的量。因此,期望解决该缺点。现有领域使聚丙烯与添加剂混合形成蜂窝状结构,其中聚丙烯为微量组分。这些蜂窝状结构是背后的目的,包括在形成结构后随后去除或提取出可再生材料。美国专利3,093,612描述了聚丙烯与多种脂肪酸的组合,其中脂肪酸被去除。科学文章J.Apply.Polym.Sci82(1)第169-177页(2001)公开,对聚丙烯使用稀释剂以热致相分离,以产生开放并且较大的蜂窝状结构,但是聚合物比率低,其中随后将稀释剂从最终结构中去除。科学文章J.Apply.Polym.Sci105(4)第2000-2007页(2007)经由热致相分离,用邻苯二甲酸二丁酯和大豆油混合物以及聚丙烯微量组分制备微孔膜。稀释剂在最终结构中去除。科学文章Journal of Membrane Science108(1-2)第25-36页(1995)使用大豆油和聚丙烯混合物,并且采用产生所期望膜结构的热致相分离,制备中空纤维微孔膜,其中聚丙烯为微量组分。稀释剂在最终结构中去除。在所有这些情况下,所述稀释剂均被去除,以获得最终结构。这些结构在去除稀释剂之前是油性的,过量的稀释剂产生非常开放的微孔结构,具有>10μm的孔尺寸。
需要由热塑性聚合物的组合物制成的模塑制品,所述组合物允许使用较高分子量和/或减量的不可再生资源基材料,和/或掺入其它添加剂如香料和染料。另一个需要是,得自组合物的模塑制品存在递送最终产品中可再生材料的添加剂,并且还可使其它添加剂如染料和香料能够加入到最终结构中。
发明内容
在一个方面,本发明涉及包含组合物的模塑制品,所述组合物包含热塑性聚合物和蜡的均匀混合物,所述蜡具有大于25℃的熔点。所述蜡可具有低于热塑性聚合物熔融温度的熔点。所述模塑制品可为瓶、容器、棉塞施用装置、或将药物插入到躯体孔腔的施用装置的形式。模塑制品可由包括压塑所述组合物的方法制得。模塑制品可由包括挤出所述组合物的方法制得。模塑制品可由包括吹塑所述组合物的方法制得。
热塑性聚合物可包括聚烯烃、聚酯、聚酰胺、它们的共聚物、或它们的组合。热塑性聚合物可选自聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、多羟基链烷酸酯、聚酰胺-6、聚酰胺-6,6、以及它们的组合。可使用熔流指数大于0.5g/10min或大于5g/10min的聚丙烯。聚丙烯可具有约20kDa至约700kDa的重均分子量。热塑性聚合物可衍生自可再生生物基原料源如生物聚乙烯或生物聚丙烯,和/或可为可再循环资源如消费者使用后的可再循环资源。
所述蜡可以基于所述组合物的总重量计约5重量%至约40重量%,约8重量%至约30重量%,或约10重量%至约20重量%的量存在于所述组合物中。所述蜡可包括脂质,所述脂质可选自甘油单酯、甘油二酯、甘油三酯、脂肪酸、脂肪醇、酯化脂肪酸、环氧化脂质、马来酸化脂质、氢化脂质、衍生自脂质的醇酸树脂、蔗糖聚酯、或它们的组合。所述蜡可包括矿物蜡,如直链烷烃、支化烷烃、或它们的组合。矿物蜡的具体例子为石蜡和凡士林。所述蜡可选自氢化大豆油、部分氢化大豆油、环氧化大豆油、马来酸化大豆油、三硬脂酸甘油酯、三棕榈酸甘油酯、1,2-二棕榈酸油精、1,3-二棕榈酸油精、l-棕榈酸-3-硬脂酸-2-油精、l-棕榈酸-2-硬脂酸-3-油精、2-棕榈酸-l-硬脂酸-3-油精、1,2-二棕榈酸亚油精、1,2-二硬脂酸-油精、1,3-二硬脂酸-油精、三肉豆蔻酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、癸酸、己酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、以及它们的组合。所述蜡可选自氢化植物油、部分氢化植物油、环氧化植物油、马来酸化植物油。此类植物油的具体例子包括大豆油、玉米油、卡诺拉油、和棕榈仁油。
所述蜡可分散于热塑性聚合物中,使得所述蜡在热塑性聚合物中具有小于10μm,小于5μm,小于1μm,或小于500nm的液滴尺寸。所述蜡可为可再生材料。
本文所公开的组合物还可包含添加剂。所述添加剂可为油溶性的或油分散性的。添加剂的例子包括香料、染料、颜料、表面活性剂、纳米颗粒、成核剂、澄清剂、抗静电剂、填料、或它们的组合。
在另一方面,提供了制备如本文所公开的组合物的方法,所述方法包括a)将熔融态热塑性聚合物与同样为熔融态的蜡混合以形成混合物;并且b)在10秒或更短时间内将所述混合物冷却至等于或低于热塑性聚合物固化温度的温度,以形成所述组合物。制备组合物的方法可包括a)将热塑性聚合物熔融以形成熔融的热塑性聚合物;b)将熔融的热塑性聚合物和蜡混合以形成混合物;以及c)在10秒或更短时间内将所述混合物冷却至等于或低于热塑性聚合物固化温度的温度。混合可在大于10s-1,或约30至约100s-1的剪切速率下。混合物可在10秒或更短时间内冷却至50℃或更低的温度。可将所述组合物粒化。可在冷却混合物之后,或在冷却混合物之前或同时,进行粒化。可使用挤出机如单或双螺杆挤出机制备所述组合物。作为另外一种选择,制备组合物的方法可包括a)将热塑性聚合物熔融以形成熔融的热塑性聚合物;b)将熔融的热塑性聚合物和蜡混合以形成混合物;以及c)挤出所述熔融混合物以形成最终结构,例如模塑部件。
附图说明
为了更全面地理解本公开,对下列具体实施方式和其中附图应提供参考:
图1示出对实例44-51的本文所公开的组合物进行带有凹口的悬臂梁式冲击强度测试的结果。
图2示出未改性聚丙烯(A)和本文所公开实例1-3(B-D)组合物的扫描电镜(SEM)图像。
尽管本公开发明可能有各种形式的实施例,在附图中图示的(并且将在下文中描述的)是本发明的具体实施例,但是应理解的是,本公开旨在是说明性的,而不旨在将本发明限制于本文所描述和图示的具体实施例。
具体实施方式
本文所公开的模塑制品由热塑性聚合物和蜡的均匀混合物的组合物制得。术语“均匀混合物”是指所述蜡和热塑性聚合物的物理关系,其中所述蜡分散于所述热塑性聚合物中。热塑性聚合物中所述蜡的液滴尺寸是指示所述蜡在热塑性聚合物中分散程度的参数。液滴尺寸越小,所述蜡在热塑性聚合物中的分散度越高,液滴尺寸越大,所述蜡在热塑性聚合物中的分散度越低。如本文所用,术语“混合物”是指本发明的均匀混合物,而不是标准物质混合物更广泛含义中的“混合物”。
热塑性聚合物中所述蜡的液滴尺寸小于10μm,并且可小于5μm,小于1μm,或小于500nm。分散于热塑性聚合物中的所述蜡的其它预期液滴尺寸包括小于9.5μm,小于9μm,小于8.5μm,小于8μm,小于7.5μm,小于7μm,小于6.5μm,小于6μm,小于5.5μm,小于4.5μm,小于4μm,小于3.5μm,小于3μm,小于2.5μm,小于2μm,小于1.5μm,小于900nm,小于800nm,小于700nm,小于600nm,小于400nm,小于300nm,和小于200nm。
所述蜡的液滴尺寸可间接通过测量将所述蜡从所述组合物中去除后热塑性聚合物中的空隙尺寸,由扫描电镜(SEM)测得。所述蜡的去除通常在SEM成像之前进行,因为所述蜡与SEM成像技术不相容。因此,由SEM成像测得的空隙与组合物中所述蜡的液滴尺寸相关,如图2中所示。
实现所述蜡在热塑性聚合物中适当分散的一种示例性方法是将熔融态的热塑性聚合物与所述蜡混合。将热塑性聚合物熔融(例如暴露于高于热塑性聚合物固化温度的温度下),以提供熔融的热塑性聚合物,并且与蜡混合。热塑性聚合物可在加入所述蜡之前熔融,或可在蜡的存在下熔融。应当理解,当聚合物熔融时,蜡也为熔融态。在下文中,术语蜡可表示根据温度为固(任选结晶)态或熔融态的组分。不需要蜡在聚合物固化的温度下固化。例如,聚丙烯在90℃下为半结晶固体,所述温度高于许多蜡的熔点。
可在例如大于10s-1的剪切速率下,混合热塑性聚合物和蜡。其它预期的剪切速率包括大于10,约15至约1000,约20至约200,或至多500s- 1。混合的剪切速率越高,所述蜡在本文所公开的组合物中的分散度越大。因此,通过在组合物形成期间选择特定剪切速率,可控制分散度。
可使用能够提供所需剪切速率的任何机械装置,混合所述蜡和熔融热塑性聚合物,获得如本文所公开的组合物。机械装置的非限制性例子包括搅拌器如Haake间歇式搅拌器和挤出机(例如单或双螺杆挤出机)。
然后将熔融热塑性聚合物和蜡的混合物迅速(例如在小于10秒内)冷却至低于热塑性聚合物固化温度的温度。所述混合物可被冷却至小于100℃,小于75℃,小于50℃,小于40℃,小于30℃,小于20℃,小于15℃,小于10℃,或至约0℃至约30℃,约0℃至约20℃,或约0℃至约10℃的温度。例如,可将所述混合物放置于低温液体(例如所述液体为或低于所述混合物冷却的温度)。所述液体可为水。
热塑性聚合物
用于所公开组合物中的热塑性聚合物是熔融然后在冷却时结晶或硬化,但是在进一步加热时可再熔融的聚合物。适用于本文的热塑性聚合物具有约60℃至约300℃,约80℃至约250℃,或100℃至215℃的熔融温度(还被称为固化温度)。
热塑性聚合物的分子量足够高,以使得能够在聚合物分子之间产生缠结,但又足够低以成为可熔融加工的。与没有油的组合物相比,将所述油加入到所述组合物中,允许组合物包含更高分子量的热塑性聚合物以制成模塑制品。因此,适宜的热塑性聚合物可具有约1000kDa或更低,约5kDa至约800kDa,约10kDa至约700kDa,或约20kDa至约400kDa的重均分子量。
热塑性聚合物可衍生自可再生资源或化石矿物和油。衍生自可再生资源的热塑性聚合物是生物基的,例如用于制备聚丙烯和聚乙烯的生物制得的乙烯和丙烯单体。这些材料性能基本上与化石基产品等同物相同,不同的是热塑性聚合物中碳-14的存在。根椐成本和可得性,在本发明中可将可再生基和化石基热塑性聚合物以任何比率混合在一起。也可单独或与可再生和/或化石衍生的热塑性聚合物组合使用可再循环的热塑性聚合物。可再循环的热塑性聚合物可在混合前被预调理以去除任何无用的污染物,或可在混合和挤出过程期间使用它们,以及只是留在混合物中。这些污染物可包括痕量的其它聚合物、纸浆、颜料、无机化合物、有机化合物、以及通常存在于加工聚合物组合物中的其它添加剂。所述污染物不应不利地影响混合物的最终工作性能,例如在纤维纺丝过程期间造成纺丝断裂。
适宜的热塑性聚合物一般包括聚烯烃、聚酯、聚酰胺、它们的共聚物、以及它们的组合。热塑性聚合物可选自聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、多羟基链烷酸酯、聚酰胺-6、聚酰胺-6,6、以及它们的组合。
然而更具体地讲,热塑性聚合物优选包括聚烯烃如聚乙烯或其共聚物,包括低密度、高密度、线性低密度、或超低密度聚乙烯,使得聚乙烯密度在介于0.90克/立方厘米至0.97克/立方厘米之间,最优选在介于0.92和0.95克/立方厘米之间的范围内。聚乙烯的密度由支化的量和类型测定,并且取决于聚合技术和共聚单体类型。还可使用聚丙烯和/或聚丙烯共聚物,包括无规聚丙烯;全同立构聚丙烯、间同立构聚丙烯、以及它们的组合。可使用聚丙烯共聚物,尤其是乙烯,以降低熔融温度并且改善性能。可采用茂金属和Ziegler-Natta催化剂体系来制得这些聚丙烯聚合物。可将这些聚丙烯和聚乙烯组合物混合在一起以优化最终使用性能。聚丁烯也是可用的聚烯烃。
其它适宜的聚合物包括聚酰胺或其共聚物,如尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙46、尼龙66;聚酯或其共聚物,如马来酸酐聚丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯;烯烃羧酸共聚物,如乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/马来酸共聚物、乙烯/甲基丙烯酸共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、或它们的组合;聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、以及它们的共聚物如聚(甲基丙烯酸甲酯)。聚合物的其它非限制性例子包括聚碳酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚甲醛、苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚醚亚胺、聚砜、或它们的组合。在一些实施例中,热塑性聚合物包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚乙烯醇、乙烯丙烯酸、聚烯烃羧酸共聚物、聚酯、以及它们的组合。
然而更具体地讲,热塑性聚合物优选包括聚烯烃如聚乙烯或其共聚物,包括低密度、高密度、线性低密度、或超低密度聚乙烯、聚丙烯、或它们的共聚物,包括无规聚丙烯;全同立构聚丙烯、茂金属全同立构聚丙烯、聚丁烯、或它们的共聚物;聚酰胺或它们的共聚物,如尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙46、尼龙66;聚酯或它们的共聚物,如马来酸酐聚丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯;烯烃羧酸共聚物,如乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/马来酸共聚物、乙烯/甲基丙烯酸共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、或它们的组合;聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、以及它们的共聚物如聚(甲基丙烯酸甲酯)。聚合物的其它非限制性例子包括聚碳酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚甲醛、苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚醚亚胺、聚砜、或它们的组合。在一些实施例中,热塑性聚合物包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚乙烯醇、乙烯丙烯酸、聚烯烃羧酸共聚物、聚酯、以及它们的组合。
可生物降解的热塑性聚合物也预期用于本文中。当可生物降解的材料埋于地下或换句话讲接触微生物时(包括在有利于微生物生长的环境条件下接触),可生物降解的材料易于被微生物如霉菌、真菌和细菌消化。适宜的可生物降解的聚合物还包括采用有氧或厌氧分解方法或由于暴露于环境要素如阳光、雨水、水分、风、温度等而可环境降解的那些可生物降解的材料。可生物降解的热塑性聚合物可单独使用,或以可生物降解或不可生物降解的聚合物的组合形式使用。可生物降解的聚合物包括包含脂族组分的聚酯。其中聚酯是包含脂族成分和聚(羟基羧酸)的酯缩聚物。酯缩聚物包括二羧酸/二醇脂族聚酯如聚琥珀酸丁二酯、聚琥珀酸共聚己二酸丁二酯,脂族/芳族聚酯如由丁二醇、己二酸和对苯二甲酸制成的三元共聚物。聚(羟基羧酸)包括乳酸基均聚物和共聚物、聚羟基丁酸酯(PHB)、或其它多羟基链烷酸酯均聚物和共聚物。此类多羟基链烷酸酯包括PHB与更长链长单体如C6-C12以及更长链长单体的共聚物、如美国专利RE36,548和5,990,271中公开的那些多羟基链烷酸酯。
可商购获得的适宜聚乳酸的例子为得自Cargill Dow的NATUREWORKS和得自Mitsui Chemical的LACEA。可商购获得的适宜二酸/二醇脂族聚酯的例子为由Showa High Polymer Company,Ltd(Tokyo,Japan)以商品名BIONOLLE1000和BIONOLLE3000出售的聚琥珀酸/己二酸丁二酯共聚物。可商购获得的适宜脂族/芳族共聚酯的例子为由Eastman Chemical以商品名EASTAR BIO Copolyester或由BASF以商品名ECOFLEX出售的聚(四亚甲基己二酸酯-共聚-对苯二甲酸酯)。
可商购获得的适宜聚丙烯或聚丙烯共聚物的非限制性例子包括BasellProfax PH-835(35熔体流动速率Ziegler-Natta全同立构聚丙烯,得自Lyondell-Basell)、Basell Metocene MF-650W(500熔体流动速率茂金属全同立构聚丙烯,得自Lyondell-Basell)、Polybond3200(250熔体流动速率马来酸酐聚丙烯共聚物,得自Crompton)、Exxon Achieve3854(25熔体流动速率茂金属全同立构聚丙烯,得自Exxon-Mobil Chemical)、MostenNB425(25熔体流动速率Ziegler-Natta全同立构聚丙烯,得自Unipetrol)、Danimer27510(多羟基链烷酸酯聚丙烯,得自DanimerScientific LLC)、Dow Aspun6811A(27熔体指数聚乙烯聚丙烯共聚物,得自Dow Chemical)、和Eastman9921(具有标称0,81特性粘度的聚酯对苯二酸均聚物,得自Eastman Chemical)。
热塑性聚合物组分可为如上所述的单一聚合物物质,或为两种或更多种如上所述热塑性聚合物的共混物。
如果聚合物为聚丙烯,则由用于测定聚丙烯的ASTM D-1238测得,热塑性聚合物可具有大于5g/10min的熔流指数。其它预期的熔流指数包括大于10g/10min,大于20g/10min,或约5g/10min至约50g/10min。
蜡
如本文所公开的组合物中所用的蜡为脂质、矿物蜡、或它们的组合,其中所述脂质、矿物蜡、或它们的组合具有大于25℃的熔点。更优选高于35℃,还更优选高于45℃,并且最优选高于50℃的熔点。所述蜡可具有低于组合物中热塑性聚合物熔融温度的熔点。术语“蜡”和“油”由等于或接近25℃下组分的结晶度来区分。在所有情况下,“蜡”将具有低于热塑性聚合物,优选低于100℃,并且最优选低于80℃的最大熔融温度。所述蜡可为脂质。所述脂质可为甘油单酯、甘油二酯、甘油三酯、脂肪酸、脂肪醇、酯化脂肪酸、环氧化脂质、马来酸化脂质、氢化脂质、衍生自脂质的醇酸树脂、蔗糖聚酯、或它们的组合。所述矿物蜡可为直链烷烃、支化烷烃、或它们的组合。蜡可为部分或完全氢化的材料,或它们的组合和混合物,它们未改性形式的蜡在室温下形式上为液体。当温度高于蜡的熔融温度时,它为液体油。当为熔融态时,蜡可被称为“油”。术语“蜡”和“油”仅在25℃下测量时具有意义。蜡在25℃下将为固体,而油在25℃下不是固体。除此以外,它们在高于25℃下互换使用。
由于蜡可含有熔融温度分布以产生峰值熔融温度,因此当>50重量%的所述蜡组分在等于或高于25℃下熔融时,则将所述蜡熔融温度定义为具有25℃或更高的所定义峰值熔融温度。该测量可采用示差扫描热量计(DSC)来进行,其中熔化热相当于蜡的重量百分比分数。
由凝胶渗透色谱法(GPC)测定的所述蜡的数均分子量应小于2kDa,优选小于1.5kDa,还更优选小于1.2kDa。
蜡的量经由失重法测定。使用回流烧瓶体系,将最窄样品尺寸不大于1mm的固化混合物以1g混合物/100g丙酮的比率放入到丙酮中。首先在放入到回流烧瓶中之前称量所述混合物,然后将丙酮和混合物在20小时内加热至60℃。将样品取出,并且风干60分钟,并且测定最终重量。计算蜡重量百分比的公式为
蜡重量%=([初始质量?最终质量]/[初始质量])×100%
本文所公开的组合物中预期的蜡的非限制性例子包括牛脂、蓖麻蜡、椰蜡、椰树种子蜡、玉米胚芽蜡、棉籽蜡、鱼蜡、亚麻籽蜡、橄榄蜡、奥蒂树蜡、棕榈仁蜡、棕榈蜡、棕榈种子蜡、花生蜡、油菜籽蜡、红花蜡、大豆蜡、鲸蜡、向日葵籽蜡、妥尔蜡、桐树蜡、鲸蜡、以及它们的组合。具体甘油三酯的非限制性例子包括甘油三酯如三硬脂酸甘油酯、三棕榈酸甘油酯、1,2-二棕榈酸油精、1,3-二棕榈酸油精、l-棕榈酸-3-硬脂酸-2-油精、l-棕榈酸-2-硬脂酸-3-油精、2-棕榈酸-l-硬脂酸-3-油精、1,2-二棕榈酸亚油精、1,2-二硬脂酸-油精、1,3-二硬脂酸-油精、三肉豆蔻酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、以及它们的组合。预期的具体脂肪酸的非限制性例子包括癸酸、己酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、以及它们的混合物。预期的其它具体蜡包括氢化大豆油、部分氢化大豆油、部分氢化棕榈仁油、以及它们的组合。也可使用得自Jatropha的不可食用蜡和油菜籽油。所述蜡可选自氢化植物油、部分氢化植物油、环氧化植物油、马来酸化植物油。此类植物油的具体例子包括大豆油、玉米油、卡诺拉油、和棕榈仁油。
所述蜡可来自可再生材料(例如衍生自可再生资源)。如本文所用,“可再生资源”是由速率与其消耗速率相当的自然过程产生的资源(例如在100年期间内)。所述资源可天然或者通过农业技术再补充。可再生资源的非限制性例子包括植物(例如甘蔗、甜菜、玉米、马铃薯、柑橘类水果、木本植物、木质纤维素、半纤维素、纤维素废物)、动物、鱼、细菌、真菌和林业产品。这些资源可以是天然存在的、混合的、或遗传工程有机体。诸如原油、煤、天然气和泥炭的天然资源的形成需要超过100年的时间,它们不被认为是可再生资源。
矿物蜡的具体例子包括石蜡(包括凡士林)、蒙旦蜡、以及由裂化法制得的聚烯烃蜡,优选聚乙烯衍生的蜡。可将矿物蜡和植物源蜡混合在一起。植物基蜡可由它们的碳-14含量来区分。
本文所公开的蜡可以基于所述组合物的总重量计约5重量%至约40重量%的重量百分比存在于所述组合物中。所述蜡的其它预期重量百分比范围包括基于所述组合物的总重量计约8重量%至约30重量%,优选范围为约10重量%至约30重量%,约10重量%至约20重量%,或约12重量%至约18重量%。预期的具体蜡重量百分比包括基于所述组合物的总重量计约5重量%,约6重量%,约7重量%,约8重量%,约9重量%,约10重量%,约11重量%,约12重量%,约13重量%,约14重量%,约15重量%,约16重量%,约17重量%,约18重量%,约19重量%,约20重量%,约21重量%,约22重量%,约23重量%,约24重量%,约25重量%,约26重量%,约27重量%,约28重量%,约29重量%,约30重量%,约31重量%,约32重量%,约33重量%,约34重量%,约35重量%,约36重量%,约37重量%,约38重量%,约39重量%,和约40重量%。
添加剂
本文所公开的组合物还可包含添加剂。添加剂可分散在整个组合物中,或可基本上位于热塑性层的热塑性聚合物部分中,或基本上位于所述组合物的油部分中。在所述添加剂位于所述组合物的油部分中的情况下,所述添加剂可以是油溶性的或油分散性的。
本文所公开的组合物中预期的添加剂类型的非限制性例子包括香料、染料、颜料、纳米颗粒、防静电剂、填料、以及它们的组合。本文所公开的组合物可包含单一的添加剂或添加剂的混合物。例如,香料和着色剂(例如颜料和/或染料)均可存在于所述组合物中。当存在时,一种或多种添加剂以约0.05重量%至约20重量%,或约0.1重量%至约10重量%的重量百分比存在。具体预期的重量百分比包括约0.5重量%,约0.6重量%,约0.7重量%,约0.8重量%,约0.9重量%,约1重量%,约1.1重量%,约1.2重量%,约1.3重量%,约1.4重量%,约1.5重量%,约1.6重量%,约1.7重量%,约1.8重量%,约1.9重量%,约2重量%,约2.1重量%,约2.2重量%,约2.3重量%,约2.4重量%,约2.5重量%,约2.6重量%,约2.7重量%,约2.8重量%,约2.9重量%,约3重量%,约3.1重量%,约3.2重量%,约3.3重量%,约3.4重量%,约3.5重量%,约3.6重量%,约3.7重量%,约3.8重量%,约3.9重量%,约4重量%,约4.1重量%,约4.2重量%,约4.3重量%,约4.4重量%,约4.5重量%,约4.6重量%,约4.7重量%,约4.8重量%,约4.9重量%,约5重量%,约5.1重量%,约5.2重量%,约5.3重量%,约5.4重量%,约5.5重量%,约5.6重量%,约5.7重量%,约5.8重量%,约5.9重量%,约6重量%,约6.1重量%,约6.2重量%,约6.3重量%,约6.4重量%,约6.5重量%,约6.6重量%,约6.7重量%,约6.8重量%,约6.9重量%,约7重量%,约7.1重量%,约7.2重量%,约7.3重量%,约7.4重量%,约7.5重量%,约7.6重量%,约7.7重量%,约7.8重量%,约7.9重量%,约8重量%,约8.1重量%,约8.2重量%,约8.3重量%,约8.4重量%,约8.5重量%,约8.6重量%,约8.7重量%,约8.8重量%,约8.9重量%,约9重量%,约9.1重量%,约9.2重量%,约9.3重量%,约9.4重量%,约9.5重量%,约9.6重量%,约9.7重量%,约9.8重量%,约9.9重量%,和约10重量%。
如本文所用,术语“香料”用于表示随后从本文所公开的组合物中释放出的任何芳香材料。已知多种化合物用作香料用途,包括如醛、酮、醇和酯的材料。更一般地,已知包含各种化学组分的复合混合物的天然存在的植物和动物油以及渗出物用作香料。本文的香料在它们的组成上可以相对简单,或者可包含天然和合成化学组分的高度复杂的复合混合物,所有组分均选择用于提供任何所需的气味。典型的香料可包括例如包含稀有材料如檀木油、麝猫油和绿叶油的木质/土质基底。所述香料可具有轻度的花香(例如玫瑰提取物、紫罗兰提取物和丁香)。所述香料也可配制以提供所需的水果味,例如酸橙、柠檬和橙。可为芳香疗法效应选择本发明组合物和制品中递送的香料,如提供松弛或爽快的情绪。因此,可使用释放出愉悦或换句话讲所期望的气味的任何材料作为本发明组合物和制品中的香料活性物质。
颜料或染料可以是无机的、有机的、或它们的组合。预期的颜料和染料的具体例子包括颜料黄(C.I.14)、颜料红(C.I.48:3)、颜料蓝(C.I.15:4)、颜料黑(C.I.7)、以及它们的组合。具体的预期染料包括水溶性油墨着色剂如直接染料、酸性染料、碱性染料,以及多种溶剂可溶解的染料。例子包括但不限于FD&C蓝1(C.I.42090:2)、D&C红6(C.I.15850)、D&C红7(C.I.15850:1)、D&C红9(C.I.15585:1)、D&C红21(C.I.45380:2)、D&C红22(C.I.45380:3)、D&C红27(C.I.45410:1)、D&C红28(C.I.45410:2)、D&C红30(C.I.73360)、D&C红33(C.I.17200)、D&C红34(C.I.15880:1)、和FD&C黄5(C.I.19140:1)、FD&C黄6(C.I.15985:1)、FD&C黄10(C.I.47005:1)、D&C橙5(C.I.45370:2)、以及它们的组合。
预期的填料包括但不限于无机填料如镁、铝、硅和钛的氧化物。这些材料可作为廉价填料或加工助剂加入。可用作填料的其它无机材料包括水合硅酸镁、二氧化钛、碳酸钙、粘土、白垩、氮化硼、石灰石、硅藻土、云母、玻璃、石英和陶瓷。此外,可使用无机盐,包括碱金属盐、碱土金属盐、磷酸盐。另外,还可将醇酸树脂加入到所述组合物中。醇酸树脂包含多元醇、多元酸或酸酐、和/或脂肪酸。
其它预期的添加剂包括热塑性聚合物的成核剂和澄清剂。适用于例如聚丙烯的具体例子为苯甲酸和衍生物(例如苯甲酸钠和苯甲酸锂)、以及高岭土、滑石和甘油锌。二亚苄基山梨醇(DBS)是可使用的澄清剂的例子。可使用的其它成核剂为有机羧酸盐、磷酸钠和金属盐(例如二苯甲酸铝)。可加入在20份每一百万份(20ppm)至20,000ppm范围内,更优选200ppm至2000ppm范围内,并且最优选1000ppm至1500ppm范围内的成核剂或澄清剂。可采用加入成核剂来改善最终混合物组合物的拉伸和冲击性能。
预期的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、或阴离子表面活性剂与两性表面活性剂的组合、以及它们的组合,如例如美国专利3,929,678和4,259,217以及EP414549、WO93/08876和WO93/08874中公开的表面活性剂。
预期的纳米颗粒包括金属、金属氧化物、碳的同素异形体、粘土、有机改性粘土、硫酸盐、氮化物、氢氧化物、氧基/氢氧化物、粒状水不溶性聚合物、硅酸盐、硫酸盐和碳酸盐。例子包括二氧化硅、炭黑、石墨、石墨烯、富勒烯、膨胀石墨、碳纳米管、滑石、碳酸钙、膨润土、蒙脱石、高岭土、甘油锌、二氧化硅、铝硅酸盐、氮化硼、氮化铝、硫酸钡、硫酸钙、氧化锑、长石、云母、镍、铜、铁、钴、钢、金、银、铂、铝、钙硅石、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化铈、氧化锌、氧化镁、氧化锡、铁氧化物(Fe2O3、Fe3O4)、以及它们的混合物。纳米颗粒可增加本文所公开组合物的强度、热稳定性、和/或耐磨性,并且可赋予组合物电性能。
预期加入油,或所述组合物中存在一定量的油。油可与存在的脂质无关,或可为蜡脂质的不饱和或较不饱和型式。油的量范围可为所述组合物的0重量%至40重量%,更优选为所述组合物的5重量%至20重量%,并且最优选为所述组合物的8重量%至15重量%。
预期的抗静电剂包括已知提供防静电有益效果的织物柔软剂。例如具有脂肪酰基的那些织物软化剂,其具有高于20的碘值,如N,N-二(牛油酰氧乙基)-N,N-二甲基甲酯硫酸铵。
模塑制品
本文所公开的组合物可成形为模塑或挤塑制品。模塑制品为注塑、压塑或由气体吹塑成由母模限定的形状时形成的物体。模塑或挤塑制品可为实心物体如玩具,或中空物体如瓶、容器、棉塞施用器、将药物插入到躯体孔腔的施用装置、单次使用的医疗设备、外科设备等。模塑制品和制备它们的方法一般描述于例如美国专利6,730,057和美国专利公布2009/0269527中,将每篇文献以引用方式并入本文。
本文所公开的组合物适于制备容器制品如个人护理产品、家居清洁产品、和衣物洗涤剂产品、以及此类制品的包装。个人护理产品包括化妆品、毛发护理、皮肤护理、口腔护理产品,即洗发剂、皂、牙膏。因此,本文还公开了产品包装,如包含本文所述组合物的容器或瓶。容器可涉及容器的一个或多个元件,如主体、顶盖、喷嘴、柄部、或容器整体例如主体和顶盖。
本文所公开的组合物适用于钩-环扣紧系统中。钩-环扣紧系统具有由纤维材料制得的凹扣紧材料和具有钩的凸扣紧材料,构造所述钩以扣紧所述纤维材料。这些钩-环系统可与各种制品一起使用。例如,钩-环扣紧系统可用于可穿着吸收制品中,如尿布、训练裤、失禁内衣、女性月经垫等。(在各种实施例中,可穿着吸收制品可以是一次性的或可重复使用的。)钩-环扣紧系统还可用于扣紧一次性布料、一次性衣物、医用包扎物、以及其它制品。
凸扣紧材料包括钩和基材。凸扣紧材料可包含具有任何形状的钩,所述形状如“J”形、“T”形、或蘑菇形、或本领域已知的任何其它形状。本领域的普通技术人员将会理解,凸扣紧材料和其上的钩可由任何适宜的方法制得,如浇铸、模塑、型材挤出、或微复制。
凸扣紧材料的一个或多个部件或整体可由多种可成型和/或可成形材料以及本文列举或本领域已知的任何添加剂或加工助剂制成,所述可成型和/或可成形材料包括本文列举的任何天然或合成材料和/或本领域中熟知的任何其它适宜材料。作为具体的例子,凸扣紧材料可由多种组合物制成,根据本文所公开任何实施例中的任何有效组合,所述组合物包含热塑性聚合物和蜡(如基于任何类型大豆油的蜡)的均匀混合物。
凹扣紧材料可为适于可释放地接合凸扣紧材料的钩的任何纤维材料。纤维材料可采取许多形式,如织物(例如织造物、针织物、毡、非织造物)纺织品、复合物等。纤维材料中的纤维可被构造具有任何尺寸、形状和长度;此类纤维可由本领域已知的任何适宜的方法制得。凹扣紧材料的一个或多个部件或整体可由本文列举的任何天然或合成材料和/或本领域中熟知的任何其它适宜材料以及本文列举或本领域已知的任何添加剂或加工助剂制成。凹扣紧材料可以多种方式结合到产品中,如可前扣紧式可穿着吸收制品上的搭接区。
所述产品可包括由所述组合物制得的容器、和与容器相关的标记,所述标记为潜在的购买者提供了容器的信息。这种与容器相关的标记包括标签、插件、杂志或报纸中的页、贴纸、优惠券、传单、过道中或过道末端的展示、和旨在被潜在购买者取走或留在离产品最近的区域的销售品。
此外,所述模塑制品还可包含其它添加剂,如其它聚合物材料(例如聚丙烯、聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、聚甲基戊烯、它们的任何组合等)、填料(例如玻璃、滑石、碳酸钙等)、脱模剂、阻燃剂、导电剂、膜抗静电剂、颜料、抗氧化剂、抗冲改性剂、稳定剂(例如紫外线吸收剂)、润湿剂、染料、或它们的任何组合。模塑制品抗静电剂包括阳离子试剂、阴离子试剂,并且优选非离子试剂。阳离子试剂包含具有烷基取代基的铵、和锍阳离子,和相关联的阴离子如氯离子、甲酯硫酸根或硝酸根。预期的阴离子试剂包括烷基磺酸盐。非离子试剂包括聚乙二醇、有机硬脂酸酯、有机酰胺、单硬脂酸甘油酯(GMS)、烷基二乙醇酰胺、和乙氧基化胺。
制备本文所公开的组合物的方法
聚合物和蜡的熔融混合:通过在蜡的存在下熔融所述聚合物,可适宜地将聚合物和蜡混合。在熔融态下,使聚合物和蜡经受剪切,所述剪切能够使所述油分散到所述聚合物中。在熔融态下,蜡和聚合物彼此显著更相容。
可以多种不同方法实现聚合物和蜡的熔融混合,但是优选高剪切方法以形成优选的组合物形态。所述方法可涉及传统热塑性聚合物加工设备。一般方法涉及将聚合物加入到体系中,熔融聚合物,然后加入蜡。然而,所述材料可以任何顺序加入,这取决于具体混合体系的性质。
Haake间歇式搅拌器:Haake间歇式搅拌器是轻度剪切和混合的简单混合体系。所述单元由两个混合螺杆组成,所述螺杆包含加热室的固定体积的室中。根据需要将材料加入到单元顶部。优选的顺序是首先将聚合物加入到室中,加热至比聚合物熔融(或固化)温度高20℃至120℃。聚合物熔融后,可加入蜡,并且在蜡熔融后,与熔融聚合物混合。然后用两个混合螺杆以约60至约120的螺杆RPM速率将熔融态的混合物混合约5至约15分钟。组合物混合后,取下该单元的前部,并且取出熔融态的混合组合物。由于其设计,该体系将部分组合物在结晶开始前于高温下保留几分钟。该混合方法提供中间骤冷工艺,其中所述组合物可用约30秒至约2分钟来冷却和固化。Haake混合中聚丙烯与大豆油的混合物示出,大于20重量%的熔融蜡导致蜡未完全掺入到聚丙烯混合物中,表明较高的剪切速率可导致更好的蜡掺入以及能够掺入更大量的蜡。
单螺杆挤出机:单螺杆挤出机是大多数熔融聚合物挤出中所用的典型加工单元。单螺杆挤出机通常在圆筒内包括单个轴,所述轴和圆筒设计具有某些旋转元素(例如形状和间隙)以调节剪切特征。单螺杆挤出机的典型RPM范围为约10至约120。单螺杆挤出机设计由进料部分、压缩部分和计量部分组成。在进料部分中,使用较高空隙体积的刮板,将聚合物加热并且供入到压缩部分中,其中熔融完成并且完全熔融的聚合物被剪切。在压缩部分中,刮板之间的空隙体积减小。在计量部分中,采用刮板之间的小空隙体积,使聚合物经受其最高的剪切量。为此工作,使用通用单螺杆设计。在该单元中,实现连续或稳态型工艺,其中在所期望的位置引入组合物组分,然后在目标区域内经受温度和剪切。由于单螺杆工艺中每个位置处的相互作用的物理性质随时间的变化而恒定,所述工艺可被认为是稳态工艺。这通过能够逐区调节温度和剪切,允许优化混合工艺,其中可通过旋转元素和/或圆筒设计或螺杆转速,改变剪切。
然后通过将熔体挤出到液体冷却介质(通常为水)中,接着可将聚合物股条切成小片,可将离开单螺杆挤出机的混合组合物粒化。存在两种基本类型的聚合物加工中所用的熔融聚合物粒化方法:股条切割和水下粒化。在股条切割中,所述组合物在液体介质中快速骤冷(一般远小于10秒),然后切成小片。在水下粒化方法中,将熔融聚合物切成小片,然后同时或在其后立即放入到低温液体中,所述低温液体使聚合物快速骤冷并且结晶。这些方法是通常已知的并且用于聚合物加工工业中。
将得自挤出机的聚合物股条快速放入到水浴中,所述水浴通常具有1℃至50℃的温度范围(例如通常为约室温,其为25℃)。混合组合物的可供选择的最终用途是进一步加工成所期望的结构例如纤维纺丝或注塑。单螺杆挤出方法可提供高度的混合以及高骤冷速率。单螺杆挤出机也可用于将粒化组合物进一步加工成纤维和注塑制品。例如,纤维单螺杆挤出机可为37mm体系,具有标准通用螺杆外形和30:1的长度与直径比率。
双螺杆挤出机:双螺杆挤出机是其中需要高强度混合的大多数熔融聚合物挤出中所用的典型单元。双螺杆挤出机包括两个轴和外部圆筒。双螺杆挤出机的典型RPM范围为约10至约1200。双轴可共旋或反旋,并且允许紧公差高强度的混合。在该类型的单元中,实现连续或稳态型工艺,其中在沿螺杆的所期望位置处引入组合物组分,并且在目标区域内经受高温和剪切。由于单螺杆工艺中每个位置处的相互作用的物理性质随时间的变化而恒定,所述工艺可被认为是稳态工艺。这通过能够逐区调节温度和剪切,允许优化混合工艺,其中可通过旋转元素和/或圆筒设计,改变剪切。
然后通过将熔体挤出到液体冷却介质(通常为水)中,接着将聚合物股条切成小片,可将双螺杆挤出机末端的混合组合物粒化。存在两种基本类型的聚合物加工中所用的熔融聚合物粒化方法,股条切割和水下粒化。在股条切割中,所述组合物在液体介质中快速骤冷(一般远小于10s),然后切成小片。在水下粒化方法中,将熔融聚合物切成小片,然后同时或在其后立即放入到低温液体中,所述低温液体使聚合物快速骤冷并且结晶。混合组合物的可供选择的最终用途是进一步加工成所期望的结构例如纤维纺丝或注塑。
可采用三种不同的螺杆外形,使用Baker Perkins CT-2525mm共旋的40:1长度与直径比率体系。该特定的CT-25由九个区域组成,其中可控制温度以及模温。同样可行的四个液体注射位点位于区域1和2之间(位置A)、区域2和3之间(位置B)、区域4和5之间(位置C)、和区域6和7之间(位置D)。
液体注射位置没有直接加热,而是间接通过相邻区域温度加热。位置A、B、C和D可用于注射添加剂。区域6可包含侧向喂料机,以加入附加的固体或用于排气。区域8按需要包含真空装置以去除任何残余的蒸气。除非另外指明,在位置A处注入熔融蜡。蜡经由胶罐熔融,并且经由热软管供向双螺杆。胶罐和供料软管均加热至高于蜡熔点的温度(例如约80℃)。
在CT-25中使用两类区域,传输和混合。在传输区域中,将材料加热(如果需要的话,包括加热至熔融,这在区域1传输到区域2时完成)并且在低至中等剪切下沿着圆筒长度传输。混合部分包含显著增加剪切和混合的特定元件。混合部分的长度和位置可按需要改变,以按需要提高或降低剪切。
使用两类主要混合元件来剪切和混合。第一种是捏合块,而第二种是热机械能元件。简单混合螺杆具有10.6%的总螺杆长度,使用由单组捏合块组成的混合元件,然后使用逆转元件。捏合元件为RKB45/5/12(向右转的正向捏合块,45°偏置和五个叶片,12mm总元件长度),然后是两个RKB45/5/36(向右转的正向捏合块,45°偏置和五个叶片,36mm总元件长度),其后是两个RKB45/5/12和逆转元件24/12LH(向左转的逆转元件,24mm节距,12mm总元件长度)。
简单混合螺杆混合元件位于区域7中。强力螺杆由共四个的附加混合部分组成。第一部分为一组捏合块,其为RKB45/5/36单一元件(位于区域2),然后是进入区域3的传输元件,第二混合区域位于所述区域3内。在第二混合区域中,两个RKB45/5/36元件后直接是四个TME22.5/12(热机械元件,22.5齿/转,并且总元件长度为12mm),然后是两个进入第三混合区域的传输元件。位于区域4末端进入区域5的第三混合区域由三个RKB45/5/36和一个KB45/5/12LH(向左转的正向逆转块,45°偏置和五个叶片,12mm总元件长度)组成。材料传输通过区域6进入最终混合区域,所述区域包括两个TME22.5/12、七个RKB45/5/12,然后是SE24/12LH。SE24/12LH是逆转元件,其能够使最后混合区域完全填充有聚合物和添加剂,其中发生强力混合。逆转元件可控制给定混合区域中的停留时间,并且是混合程度的关键促成因素。
高强度混合螺杆由三个混合部分组成。第一混合部分位于区域3中,并且为两个RKB45/5/36,随后是三个TME22.5/12,接着传输到第二混合部分中。在第二混合部分之前,使用三个RSE16/16(向右转的传输元件,具有16mm节距和16mm总元件长度)元件,以增加向第二混合区域的泵送。位于区域5中的第二混合区域由三个RKB45/5/36,随后的KB45/5/12LH,以及接着的全逆转元件SE24/12LH组成。混合区域前的SE16/16元件与两个逆转元件的组合,大大增强了剪切和混合。第三混合区域位于区域7中,并且由三个RKB45/5/12,随后的两个TME22.5.12,以及接着的另三个RKB45/5/12组成。逆转元件SE24/12LH使第三混合区域完整。
另一种螺杆元件类型是逆转元件,其可提高该螺杆部分的填充度,并且提供更好的混合。双螺杆混合是成熟的领域。本领域技术人员可查阅书籍以进行适当的混合和分散。这些类型的螺杆挤出机是本领域熟知的,并且一般性的描述可见于:“Twin Screw Extrusion2E:Technology andPrinciples”(James White,Hansen Publications)。虽然给出了混合的具体例子,但是使用各种元件配置的许多不同组合是可行的,达到所需的混合度。
组合物的性能
本文所公开的组合物可具有一种或多种下列性能,提供优于已知热塑性组合物的优点。这些有益效果可单独存在或以组合形式存在。
剪切粘度降低:将蜡例如HSBO加入到热塑性聚合物例如Basell PH-835中,降低了热塑性聚合物(例如熔融HSBO蜡存在下的聚丙烯)的粘度。粘度降低是工艺改善,因为它由于具有降低的工艺压力(较低的剪切粘度)而可允许更高的有效聚合物流动速率,或可允许提高聚合物分子量,这改善了材料的强度。不存在蜡,可能不能在现有工艺条件下以适宜的方式具有高聚合物流量的聚合物。
可持续性内容物:在现有聚合物体系中包含可持续性材料是强烈期望的特性。可在自然生长循环中每年更替的材料有助于整体降低环境影响,并且是期望的。
染色:将颜料加入到聚合物中,通常涉及使用昂贵的无机化合物,所述化合物在聚合物基质内是颗粒。这些颗粒通常较大,并且可能影响所述组合物的加工。使用本文所公开的蜡,由于精细分散体(由液滴尺寸测得)和在整个热塑性聚合物中的均匀分布,允许经由例如传统油墨化合物来着色。大豆油墨广泛用于纸材出版中,其不影响可加工性。
芳香剂:由于蜡例如HSBO可比基料热塑性聚合物更加优先包含香料,因此本发明的组合物可用于包含对最终用途有益的香味。许多香味蜡烛使用SBO基或石蜡基材料制得,因此将这些掺入到用于最终组合物的聚合物中是可用的。
表面感觉:与没有蜡的热塑性聚合物组合物相比,蜡的存在可改变组合物的表面性能,使它感觉更柔软。
形态:有益效果经由组合物制备中产生的形态递送。所述形态由强力混合和快速结晶的组合产生。强力混合得自所用的混合方法,而快速结晶得自所用的冷却方法。期望高强度混合,并且使用快速结晶以保持细小孔尺寸和相对均匀的孔径分布。图2示出Basell Profax PH-835中的HSBO,具有小于10μm,小于5μm,和小于1μm的小孔尺寸。
制备模塑制品的方法
本文所公开的组合物的模塑制品可采用多种技术制得,如注塑、吹塑、压塑、或管道、管材、型材、或缆线的挤出。
本文所公开的组合物的注塑是多步工艺,通过所述工艺将所述组合物加热直至其熔融,然后用力使其进入密闭的模具中,在模具中成形,最后通过冷却固化。所述组合物在小于约180℃,更典型小于约160℃的熔融温度下熔融加工,以使不可取的热降解最小化。用于注塑的三种常见类型的设备是柱塞式注塑成型机、具有注射功能的螺杆压塑机和往复螺杆式设备(参见“Encyclopedia of Polymer Science and Engineering”第8卷第102-138页,John Wiley and Sons,New York,1987(“EPSE-3”))。
柱塞式注塑机由滚筒、撒布机和柱塞构成。柱塞将熔体推入模具中。具有第二级注射功能的螺杆压塑机由压塑机、定向阀、无撒布机的滚筒和柱塞组成。在通过螺杆塑炼后,柱塞将熔体推入模具中。往复螺杆式注塑机由圆筒和螺杆构成。螺杆旋转以使物料熔融并且混合,然后向前移动将熔体推入模具中。
适宜注塑机的例子为Engel Tiebarless ES60TL设备,其具有模具、喷嘴和圆筒,所述圆筒被分为区域,其中每个区域配备有热电偶和控温单元。注塑机的区域可被描述为前区、中心区和后区,从而将粒料引入到处于受控温度下的前区中。注塑机中喷嘴、模具和圆筒组件的温度可根据组合物熔融加工温度和所用的模具而变化,但通常在下列范围内:喷嘴,120-170℃;前区,100-160℃;中心区,100-160℃;后区,60-150℃;以及模具,5-50℃。其它典型的加工条件包括约2100kPa至约13,790kPa的注射压力,约2800kPa至约11,030kPa的保持压力,约2秒至约15秒的保持时间,和约2cm/sec至约20cm/sec的注射速度。其它适宜注塑机的例子包括Van Dorn150-RS-8F型、Battenfeld1600型、和Engel ES80型。
压塑涉及将一定量的本文所公开的组合物装入开式模的下半部中。在压力下,使模头的上半部和下半部合在一起,从而熔融组合物与模头的形状一致。然后冷却模具,以硬化塑料。
使用吹塑来生产瓶子和其它中空物件(参见EPSE-3)。在该工艺中,将称为型坯的一管熔融组合物挤出到密闭的中空模具中。然后通气使型坯膨胀,将组合物推挤紧靠在模具壁上。随后冷却使塑料硬化。然后打开模具,并且取出制品。
吹塑具有许多优于注塑的优点。所用的压力远低于注塑。可通常在塑料与模具表面之间25-100psi的压力下,实施吹塑。相比之下,注塑压力可达到10,000至20,000psi(参见EPSE-3)。在组合物具有的分子量过高以致不易流动通过模具的情况下,选择吹塑技术。高分子量的聚合物与低分子量的类似物相比,通常具有较好的性能,例如高分子量材料具有更好地环境应力开裂抗性。(参见EPSE-3)。使用吹塑有可能制造非常薄的产品外壁。这意味着所用的组合物更少,并且固化时间更短,导致通过节省材料而成本降低以及更高的生产能力。吹塑的另一个重要特征是,由于它仅使用一个母模,因此型坯喷嘴处挤出条件的微小变化可改变壁厚(参见EPSE-3)。这对于无法提前预计必需壁厚的结构而言是有利的。可对具有若干厚度的制品进行评价,然后可使用符合规格的最薄从而最轻且最便宜的制品。
采用挤出来形成挤出制品,如管道、管材、棒杆、缆线或型材。将组合物注入到加热室中,并且通过连续回转螺杆穿过所述室。单螺杆或双螺杆挤出机常用于塑料挤出。将组合物塑炼,并且通过管模头输送。牵引器牵拉着管子通过配有校准模、真空罐校准单元和冷却单元的校准和冷却区域。将刚性管按长度切割,而将柔性管卷绕。可在一步工艺中,实施型材挤出。挤出工序进一步描述于Hensen,F.的“Plastic ExtrusionTechnology”第43-100页中。
使用多种模塑或挤塑技术,将棉塞施用装置模塑或挤塑成所期望的形状或构型,以提供包括外部管状构件和内部管状构件或柱塞的施用装置。外部管状构件和柱塞可通过不同的模塑或挤塑技术来制造。外部构件可由本文所公开的组合物模塑或挤塑而成,而柱塞可由另一种材料制成。
一般来讲,制造棉塞施用装置的方法涉及将本文所公开的组合物装入到混合器中,并且将所述组合物熔融混合并且加工成粒料。然后使用注塑设备,将粒料构造成棉塞施用装置。通常在受控的温度、时间和速度下实施注塑方法,并且所述方法涉及熔融加工所述组合物,使得熔融的组合物注射到模具中,冷却,并且模塑成所期望的塑性物件。作为另外一种选择,可将所述组合物直接装入到注塑设备中,并且熔融模塑成所期望的棉塞施用装置。
制备棉塞施用装置的方法的一个例子涉及在高于组合物熔融温度的温度下将组合物挤出形成杆状物,将所述杆状物切成粒料,并且将所述粒料注塑成所期望的棉塞施用装置形式。
常用于熔融共混热塑性组合物的混合器一般为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和捏合挤出机。适用于本文的可商购获得的挤出机的例子包括Black-Clawson单螺杆挤出机、Werner and Pfleiderer同步旋转式双螺杆挤出机、HAAKE.RTM.Polylab System反转式双螺杆挤出机、和Buss捏合挤出机。聚合物混合和挤塑的综合论述公开于“Encyclopedia of Polymer Scienceand Engineering”第6卷第571-631页(1986)和第11卷第262-285页(1988)(John Wiley and Sons,New York)中。
棉塞施用装置可被包装于任何适宜的包装材料中,只要所述包装材料耐脏并且与干废料一起是一次性的。设想由可生物降解的材料制成的包装材料,所述包装材料的处理会产生最小或无环境问题。还设想,棉塞施用装置可被包装于由纸、非织造物、纤维素、热塑性塑料或任何其它适宜材料、或这些材料的组合制成的包装材料中。
无论由何种方法制得模塑制品,所述过程涉及退火循环。退火循环时间是制造模塑制品过程中保持时间与冷却时间之和。在对于具体模具基本上最优化的工艺条件下,退火循环时间取决于组合物。基本上最优化的工艺条件是模塑设的区域、喷嘴和模具的温度设定、射料量、注射压力和保持压力。本文提供的退火循环时间比由本文所公开的组合物形成模塑或挤塑制品的退火循环时间短至少十秒。使用本文所提供的Engel Tiebarless ES60TL注塑机制得的尺寸为1/2英寸长(L)(12.7mm)×1/8英寸宽(W)(3.175mm)×1/16英寸高(H)(1.5875mm)的犬骨式拉力试棒,提供用于测定本文退火循环时间的模塑或挤塑制品的代表性标准制品。
保持时间为开始材料注射后,部件在保持压力下保持的时间长度。结果是(视力为20--20且无视力缺陷的人的)肉眼从距模塑或挤塑制制品表面约20cm的距离观察,外表面上(优选外表面和内表面上(如果适用的话))看不见明显的气泡和/或浅窝印记(优选二者)。这是为了确保部件的精确和美观品质。模具设计考虑到收缩。然而,可能出现约1.5%至5%,约1.0%至2.5%,或1.2%至2.0%的收缩。通过缩短保持时间直至部件未通过上述视力测试、不符合模具的形状和结构、未完全充满或显示出过度的收缩,来确定更短的保持时间。然后,记录出现此类情况时之前的时间,作为更短的保持时间。
冷却时间为部件在模具中固化并且易于从模具中脱离时的时间。模具包括至少两个部分,使得模塑制品易于取出。为了取出,在两部分的分模线处将模具打开。当打开模具时,可手动从打开的模具中取出成品模塑部件,或无需人的干预,通过推出器体系将其自动推出。根椐部件几何形状,此类推出器可由嵌入模具中的销或环组成,当模具被打开时,可向前推动销或环。例如,模具可包含标准刻盘式或机械杆式推出梢,以机械辅助推出模塑部件。适宜尺寸的杆式推出梢为1/8"(3.175mm)等。通过缩短冷却时间直至部件挂在模具上并且不易于脱模,来确定更短的冷却时间。然后,记录部件被挂起时之前的时间,作为更短的冷却时间。
所用加工温度设置地足够低,以避免组合物热降解,然而又足够高,以允许用于模塑的组合物自由流动。在小于约180℃,或更典型小于约160℃的熔融温度下熔融加工所述组合物,以使热降解最小化。一般来讲,当聚合物熔融后处于高于降解温度的温度下一段时间时,聚合物可能热降解。如本领域的技术人员按照本公开所理解的,造成热降解所需的具体时间将取决于具体的组合物、高于熔体温度(Tm)的时间、以及高于Tm的度数。温度可尽可能的低,以允许聚合物熔体自由流动,以使热降解风险最小化。挤出期间,挤出机中的高剪切力使挤出机中的温度增加,高于设定温度。因此,设定温度可低于材料的熔体温度。低加工温度还有助于缩短循环时间。例如,不受限制,注塑机的喷嘴和圆筒组件的设定温度可根据聚合物材料的熔体加工温度和所用模具的类型而变化,并且可从低于Tm约20℃至高于Tm约30℃,但通常在下列范围内:喷嘴,120-170℃;前区,100-160℃;中心区,100-160℃;后区,60-160℃。注塑机的设定模具温度还取决于组合物的类型和所用模具的类型。较高的模具温度有助于聚合物更快地结晶,并且缩短循环时间。然而,如果模具温度过高,则部件从模具中出来时可能变形。模具温度的非限制性例子包括5-60℃或25-50℃。
模塑注射速度取决于组合物的流速。流速越高,粘度越低,注塑所需的速度越低。注射速度可在约5cm/sec至20cm/sec的范围内,在一个实施例中,注射速度为10cm/sec。如果粘度高,则注射速度加快,使得挤出机压力将熔体材料推入模具中以填充模具。注塑压力取决于加工温度和射料量。自由流动取决于注塑压力,读数不高于约14Mpa。
实例
聚合物:此工作中所用的主要聚合物为聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE),但是可使用其它聚合物(参见例如美国专利6,783,854,其提供了可行的聚合物完备列表,然而不是所有均已被测试)。评定的具体聚合物为:
·Basell Profax PH-835:由Lyondell-Basell制得,标称35熔体流动速率的Ziegler-Natta全同立构聚丙烯。
?Exxon Achieve3854:由Exxon-Mobil Chemical制得,标称25熔体流动速率的茂金属全同立构聚丙烯。
·Total8650:由Total Chemicals制得,标称10熔体流动速率的Ziegler-Natta全同立构乙烯无规共聚物聚丙烯。
·Danimer27510:专用的多羟基链烷酸酯共聚物。
·Dow Aspun6811A:由Dow Chemical制得,为27熔体指数的聚乙烯共聚物。
·BASF Ultramid B27:由BASF制得,为低粘度聚酰胺-6树脂。
·Eastman9921:由Eastman Chemical制得,为具有标称0,81特性粘度的聚酯对苯二甲酸均聚物。
·Natureworks Ingeo Biopolymer4032D:由Natureworks制得,为聚乳酸聚合物。
蜡:所用的具体实例为:氢化大豆油(HSBO);部分氢化大豆油(HSBO);部分氢化棕榈仁油(PKPKO);基于商业级大豆油的具有颜料和芳香剂的蜡烛;标准绿色大豆绿油墨颜料。
使用Baker Perkins CT-25螺杆制备组合物,其中区域设置如表1中所示:
实例1-26使用聚丙烯树脂制得,而实例27-46使用其它类型的热塑性聚合物树脂制得。除了实例34、37和44以外,所有实例均成功地形成粒料。注意到,实例9、12和27具有略微过量的蜡,例如在双螺杆出口处注意到有少量涌出,但是不足以破坏股条并且扰乱工艺。略微过量的蜡表明,该程度下的混合度不充分,或聚合物/蜡组合物接近饱和。实例43和44还包括加入到蜡中的颜料和香料。
实例1-43示出稳定范围内和到极限测试的聚合物和添加剂。如本文所用,稳定是指组合物被挤出和粒化的能力。观察到的是,在稳定组合物期间,得自B&P25mm体系的股条可被挤出,在5℃水浴中骤冷,并且经由制粒机切割而无中断。双螺杆挤出物立即滴落到水浴中。
在稳定挤出期间,无显著量的蜡与配制股条分离(>99重量%使得它通过制粒机)。可通过在双螺杆末端使聚合物和蜡彼此分离,记录组合物的饱和度。蜡在组合物中的饱和点可根据蜡和聚合物的组合以及工艺条件而变化。实际功用为,所述蜡和聚合物保持混合并且不分离,它是将添加剂适当分散的混合度和骤冷速率的函数。其中挤出物变得不稳定包含高含量蜡的具体实例是实例34、37和41。
使用30重量%HSBO并且加入香料和颜料(例如Febreze Rosewood香料和有色蜡烛),实施实例42。每20lb蜡,将一根蜡烛加入到胶罐中,并且手动搅拌。加入前,去除蜡烛芯。蜡烛包含颜料和香料,在过程结束时,所述颜料和香料存在于如此形成的组合物粒料中。实例43与实例42相同,不同的是开启真空以确定可除去多少香料或挥发性物质。实例42和实例43中如此形成的粒料之间没有观测到差异。
根据ASTM D3835,使用毛细管流变仪,在230℃下采用30:1毛细管,测量实例1-3以及未改性聚丙烯的剪切粘度。
用蜡和成核剂模塑的制品的实例:
根据ASTM D3641的规范进行样本的注塑。在配备有表面门控多用ASTM A528540模具的Engel60吨注塑机上模塑样本,制得具有下列尺寸的样本:半径为31.25mm并且厚1.0mm的圆盘;厚1.5mm、直径3.0mm、并且标距125.5mm的V型样本;厚3.0mm、宽12.5mm并且长125.5mm的矩形样本。用能够使模具平衡至65℉的闭环水冷却器冷却模具。典型的注塑条件说明于表2中:
表2
根据ASTM D256规范测定悬臂梁缺口冲击强度。由上述方法将组合物注塑成矩形样本。使用带锯,将厚3mm乘宽12.5mm乘长125.5mm的矩形样本修整成最终63.5mm长。使用TMI型号22-05-03-001的切口机在样本宽度方向上切割凹口(TMI切口刀,型号22-05-01-015-02)。室温(约23℃)下在TMI型号43-02-01-0001的数字式摆动装置上测定所制得的样本。
根据ASTM D638规范测定拉伸性能。由上述方法将组合物注塑成ASTM V型样本。在配备有Instron61619型号500N负荷传感器的Instron1122型号上测定所制得的样本。对所有实验均采用0.8mm/s的夹头速度。
模塑组合物和对应性能的总结示于表3中。
表3
使用得自Braskem的35MFR(ASTM D-1238)窄分子量分布的等级命名为FPT350WV3的成核均聚物聚丙烯,模塑实例44-51。图1为这些材料的所得悬臂梁缺口冲击强度测试的图形描述。
使用得自Total的等级命名为LX21018的35MFR(ASTM D-1238)澄清乙烯-丙烯无规共聚物,模塑实例52-58。
可由实例1-58中的任一个的组合物制得模塑制品。
具体实施方式中引用的所有文献都在相关部分中以引用方式并入本文;任何文献的引用均不可解释为是对其作为本发明的现有技术的认可。当本文献中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中相同术语的任何含义或定义冲突时,将以赋予本文献中那个术语的含义或定义为准。
本文所公开的量纲和值不应被理解为严格限于所引用的精确值。相反,除非另外指明,每个这样的量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如,公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
尽管已举例说明和描述了本发明的具体实施例,但是对本领域的技术人员显而易见的是,在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出许多其它的改变和变型。因此,所附权利要求旨在涵盖本发明范围内的所有这些改变和变型。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种包含组合物的模塑制品,所述组合物包含下列的均匀混合物:
(a)热塑性聚合物;和
(b)具有大于25℃熔点的蜡,
所述蜡分散于所述热塑性聚合物中,使得所述蜡在所述热塑性聚合物中具有小于10μm的液滴尺寸。
2.根据权利要求1所述的模塑制品,其中所述热塑性聚合物包括聚烯烃、聚酯、聚酰胺、它们的共聚物、或它们的组合。
3.根据权利要求2所述的模塑制品,其中所述热塑性聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、多羟基链烷酸酯、聚酰胺-6、聚酰胺-6,6、以及它们的组合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的模塑制品,其中所述热塑性聚合物包括聚丙烯。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的模塑制品,其中基于所述组合物的总重量计,所述蜡构成所述组合物的5重量%至40重量%。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的模塑制品,其中所述蜡包括脂质。
7.根据权利要求6所述的模塑制品,其中所述脂质包括甘油单酯、甘油二酯、甘油三酯、脂肪酸、脂肪醇、酯化脂肪酸、环氧化脂质、马来酸化脂质、氢化脂质、衍生自脂质的醇酸树脂、蔗糖聚酯、或它们的组合。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的模塑制品,其中所述蜡选自氢化大豆油、部分氢化大豆油、环氧化大豆油、马来酸化大豆油、三硬脂酸甘油酯、三棕榈酸甘油酯、1,2-二棕榈酸油精、1,3-二棕榈酸油精、l-棕榈酸-3-硬脂酸-2-油精、l-棕榈酸-2-硬脂酸-3-油精、2-棕榈酸-l-硬脂酸-3-油精、1,2-二棕榈酸亚油精、1,2-二硬脂酸-油精、1,3-二硬脂酸-油精、三肉豆蔻酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、癸酸、己酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、以及它们的组合。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的模塑制品,其中所述蜡的液滴尺寸小于1μm。
Claims (10)
1.一种包含组合物的模塑制品,所述组合物包含下列的均匀混合物:
(a)热塑性聚合物;和
(b)具有大于25℃熔点的蜡。
2.根据权利要求1所述的模塑制品,其中所述热塑性聚合物包括聚烯烃、聚酯、聚酰胺、它们的共聚物、或它们的组合。
3.根据权利要求2所述的模塑制品,其中所述热塑性聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、多羟基链烷酸酯、聚酰胺-6、聚酰胺-6,6、以及它们的组合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的模塑制品,其中所述热塑性聚合物包括聚丙烯。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的模塑制品,其中基于所述组合物的总重量计,所述蜡构成所述组合物的5重量%至40重量%。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的模塑制品,其中所述蜡包括脂质。
7.根据权利要求6所述的模塑制品,其中所述脂质包括甘油单酯、甘油二酯、甘油三酯、脂肪酸、脂肪醇、酯化脂肪酸、环氧化脂质、马来酸化脂质、氢化脂质、衍生自脂质的醇酸树脂、蔗糖聚酯、或它们的组合。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的模塑制品,其中所述蜡选自氢化大豆油、部分氢化大豆油、环氧化大豆油、马来酸化大豆油、三硬脂酸甘油酯、三棕榈酸甘油酯、1,2-二棕榈酸油精、1,3-二棕榈酸油精、l-棕榈酸-3-硬脂酸-2-油精、l-棕榈酸-2-硬脂酸-3-油精、2-棕榈酸-l-硬脂酸-3-油精、1,2-二棕榈酸亚油精、1,2-二硬脂酸-油精、1,3-二硬脂酸-油精、三肉豆蔻酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、癸酸、己酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、以及它们的组合。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的模塑制品,其中所述蜡分散于所述热塑性聚合物中,使得所述蜡在所述热塑性聚合物中具有小于10μm的液滴尺寸。
10.根据权利要求9所述的模塑制品,其中所述液滴尺寸小于1μm。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140129 |