專利名稱：聚合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型材料。更具體地，本發(fā)明涉及一種透氣性的化學(xué)抗性的聚合材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
所有服裝制造商的一個(gè)主要的目標(biāo)是使它們的產(chǎn)品對于最終用戶而言越舒適越好。對于防護(hù)性工作服的制造商來說更是如此。改善舒適性的主要領(lǐng)域是對濕度和熱量的增加進(jìn)行控制。許多制造商都曾嘗試在它們的服裝中建立某種形式的熱量和濕度管理系統(tǒng)。這對于那些使用與周圍空氣相通的內(nèi)置通風(fēng)孔的防水衣能夠產(chǎn)生相當(dāng)好的效果。
當(dāng)服裝是化學(xué)或生物危險(xiǎn)物品防護(hù)服時(shí)，則濕度管理的問題變得更為復(fù)雜。該服裝需要形成對于化學(xué)或生物危險(xiǎn)物品的完整屏障，同時(shí)允許濕氣通過服裝進(jìn)入到遠(yuǎn)離穿著者皮膚的空氣中。從一種材料中同時(shí)獲得水滲透性和化學(xué)屏障性二者的組合似乎是不可能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種商業(yè)上可行的具有高的化學(xué)/生物抗性的透氣薄膜。
本發(fā)明包括將親水材料與中和化學(xué)制品化合以形成一種材料并生產(chǎn)出薄膜等，所述材料將具有防護(hù)服所需的特性。
“Pepgel”是一種已知產(chǎn)品，其具有用于防護(hù)服制造中的適當(dāng)特性。采用Pepgel的困難在于其制造過程中所采用的生產(chǎn)方法，該方法如WO03/062321所述。Pepgel是采用水基注模工藝制成的，該方法價(jià)格昂貴并且不適合于透氣薄膜所需的高生產(chǎn)等級。本發(fā)明的材料具有與Pepgel相同的化學(xué)和生物特性，但是更加易于生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種聚合材料，其通過在大體或者完全無水的條件下將作為第一組分的一種或多種親水聚合物和作為第二組分的一種或多種中和化學(xué)制品共混而形成。
在無水條件下，所述組分將不會像WO03/062321中所述那樣是水溶液。因此，所述組分可以用于共混工藝，并且除了基板上的層壓片之外，本發(fā)明還可以形成許多其他形式或形狀的材料。
通過共混形成的聚合材料優(yōu)選直接或者間接地用于在后續(xù)的成形工藝(比如模制工藝(例如注模法))中。優(yōu)選地，聚合材料因此是無需降解而可熔的(或者，如果其在制備過程中是處于熔化狀態(tài)，則是可再熔的)。對于用作化學(xué)抗性材料的其他類型聚合物產(chǎn)品，例如Pepgel，這是不可能的。
本發(fā)明能夠提供一種用于后續(xù)的成形工藝中的聚合材料，因而本發(fā)明能夠提供一種化學(xué)/生物抗性的聚合材料，其可以形成適合于其特定用途的任何形狀、設(shè)計(jì)、厚度等。例如，可以直接形成薄的化學(xué)抗性物品，比如手套(例如手術(shù)手套)。更厚的層可以由彈性材料形成，其可以被直接用作外套或衣料或外衣，或者作為層被引入其他物體(例如衣服)。
所述材料可以使用任何已知技術(shù)或者方法來共混。一種技術(shù)是熔融共混，其中通常為了降低其粘性，升高所述組分的溫度。這種共混可以通過擠壓(特別是復(fù)合)來獲得。
所述組分的共混優(yōu)選在高的溫度條件下來執(zhí)行，例如接近100℃或以上，優(yōu)選為最小150℃，經(jīng)常為最小170℃或180℃。升高溫度也有助于保證上述共混在無水的條件下執(zhí)行。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述組分在共混之前被干燥，從而減少水分的存在。
所述共混能夠直接提供所需外形或形式的聚合材料以供使用或后續(xù)加工，或者一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步的成形工藝可能是需要或希望的，例如顆?；蛘咝纬善渌牧罨驂K狀。通過擠壓的共混能夠形成容易形成顆粒的壓出型材是本領(lǐng)域所公知的。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，共混的聚合材料被顆?；?，使得最終的聚合材料以顆粒的形式提供，或者被定義為顆粒材料。因而這種顆粒材料易于在成形工藝(例如注塑法)中再使用。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明形成的聚合材料是親水或吸水性(hydroscopic)時(shí)，優(yōu)選將所述材料保持在非水環(huán)境或者空氣中，或者在成形之前干燥所述材料。
本發(fā)明的工藝中的第一和第二組分可以在共混之前進(jìn)行混合，或者在共混過程中混合。對于任何加入的其他組分也類似。在一種設(shè)計(jì)中，在例如通過擠壓機(jī)共混之前至少混合所述第一和第二組分。在另一種設(shè)計(jì)中，至少一種組分(例如第一組分)被提供至共混設(shè)備(例如擠壓機(jī))，隨后例如在任何注射階段或者點(diǎn)通過使用本技術(shù)領(lǐng)域中已知的擠壓機(jī)后靜止混合器(post-extruder static mixer)加入例如第二組分。
所述中和化學(xué)制品可以是已知用于中和有害和/或有毒試劑(例如芥子氣)的任何化學(xué)制品或者化學(xué)制品混合物。許多這種試劑在本領(lǐng)域中是已知的，例如聚氮丙啶(“PEI”)。許多等級的PEI可以從BASF獲得，例如商標(biāo)名為“Lupasol”的產(chǎn)品。可以獲得大量等級的具有不同粘性的Lupasol。
Lupasol WF-200000mPa·s Lupasol FG-3000mPa·sLupasol G20an-5000mPa·s Lupasol PR8515-12000mPa·s在本發(fā)明中，優(yōu)選使用那些具有降低的水含量的等級的PEI，更為優(yōu)選地，使用“無水”等級的PEI，例如以商標(biāo)名“Lupasol WF”出售的PEI。
使用10％、25％、30％、50％的Lupasol WF進(jìn)行試驗(yàn)。
親水聚合物可以具有任何等級的親水性，范圍從那些也可以被稱為吸水性(hydroscopic)至非常親水的聚合物。這種聚合物包括(聚合物或聚)乙烯醇(PVOH)，例如Gohsenol，乙烯基乙烯醇(EVOH)，例如Soarnol，聚羥乙基異丁烯酸酯聚乙撐氧聚醚嵌段酰胺，例如Pebax，透氣性的熱塑性彈性體，例如Pebatex、Walotex、Duneflex和Arnitel，以及聚氨基甲酯。
特別適合于制備本發(fā)明聚合材料的親水聚合物包括可熔融加工的改性PVOH，所述PVOH包括下述等級可以從英國公司PVAXX獲得的PVAXX；
可以從日本公司Nippon Gohsei獲得的ECOMATY；可以從英國公司Polyval獲得的ENPOL；這些材料可以在180℃、190℃、195℃、200℃和205℃條件下復(fù)合。
也可以使用提供較高PEI載荷的較低可熔融加工的改性PVOH。
·GOHSENOL，可從日本公司Nippon Gohsei獲得·POVAL/MOWIOL，可從日本公司Kuraray獲得·CELVOL，可從美國公司Celanese獲得這些材料可以在180℃、190℃、200℃、205℃和210℃條件下復(fù)合。
還有EVOH，其能夠形成比PVOH更硬的薄片。
·SOARNOL，可從日本公司Nippon Gohsei獲得·EVAL，可從日本公司Kuraray獲得這些材料可以在180℃、190℃、200℃、205℃和205℃條件下化合。
還有PEBAX，一種聚醚嵌段酰胺。法國的Arkema生產(chǎn)大量親水等級的PEBAX。這些材料可以在180℃、190℃、200℃、205℃和210℃條件下復(fù)合。
還有許多親水聚氨基甲酯等級，例如由Noveon生產(chǎn)的埃斯坦(ESTANE)。這些材料可以在170℃、180℃、190℃、195℃和200℃條件下復(fù)合。
優(yōu)選地，本發(fā)明的聚合材料包括至少50％重量的親水聚合物，和5％-50％重量的中和化學(xué)制品。
聚合材料還可以包括其他組分，例如著色劑、香味增強(qiáng)劑、加工助劑、阻燃劑、熱穩(wěn)定劑、殺蟲劑、氣味吸附劑(例如碳)和抗菌劑(例如銀離子)等。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種提供聚合材料的制備方法，包括下述步驟在完全或者大體無水的條件下，將作為第一組分的一種或多種親水聚合物與作為第二組分的一種或多種中和化學(xué)制品共混。
優(yōu)選地，所述方法在高溫下來執(zhí)行，更優(yōu)選為至少80℃以上，更優(yōu)選為100℃以上。
優(yōu)選地，所述方法通過熔融共混所述組分而實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，對所述組分的共混通過擠壓而實(shí)現(xiàn)。所述擠壓提供擠壓復(fù)合，可以使用單或者雙螺桿擠壓機(jī)。所述組分中的一個(gè)或多個(gè)可以被泵吸或者類似地施加在擠壓機(jī)上。
優(yōu)選地，所述方法在所述組分的熔融溫度之上的溫度執(zhí)行。
優(yōu)選地，所述組分至少部分共混是剪切混合，優(yōu)選地在不超過10,000psi的壓力下執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種通過上述方法制備的聚合物。
與WO03/062321所述的制造pepgel的技術(shù)相比較，本發(fā)明提供了一種簡單的共混方法，能夠通過傳統(tǒng)的設(shè)備來執(zhí)行而無需改造或匹配。特別地，本發(fā)明提供了一種簡單的擠壓共混方法，其本質(zhì)上提供減小所述組分的粘度(優(yōu)選為熔融)所需的高溫，從而使它們能夠在擠壓工藝過程中容易共混和混合，并且立即提供制備的材料。
本發(fā)明提供了一種材料，其能夠結(jié)合用于化學(xué)抗性材料所需的中和特性(例如用于化學(xué)或生物危險(xiǎn)物品防護(hù)服)，同時(shí)仍具有親水聚合物所提供的透氣性。
本發(fā)明提供了一種能夠利用傳統(tǒng)聚合物加工技術(shù)制造的材料。因此可以使用標(biāo)準(zhǔn)加工機(jī)械，從而本發(fā)明也能夠提供擠壓片、薄膜和管形式的以及注模和熱成形的材料。
所述材料的市場和用途包括軍人防護(hù)服、產(chǎn)業(yè)工人防護(hù)服、急救人員工作服、食品包裝、休閑服和工業(yè)密封和墊圈。
具體實(shí)施例方式
化合物擠壓混合的特點(diǎn)主要在于下面兩個(gè)因素·混合程度，描述分布、擴(kuò)散和分子相互擴(kuò)散的程度。
·混合均勻度，描述化合物的混合程度中的均勻性。
化合物中特定部分的混合程度依賴于通過擠壓機(jī)接收的部分剪切等級和數(shù)量。剪切的等級依賴于施加在所述部分上的應(yīng)力等級。剪切的數(shù)量依賴于所述部分通過擠壓機(jī)的停留時(shí)間?；衔镏械牟煌糠只旌喜⒖梢垣@得不同的混合程度，這是因?yàn)樗鼈兺ㄟ^擠壓機(jī)接受不同等級和數(shù)量的剪切。
最終的壓出型材的外形尺寸及其一致性和精度依賴于(a)總體材料特性，(b)擠壓機(jī)和模具機(jī)械設(shè)計(jì)，和(c)總體工藝控制，包括機(jī)械(運(yùn)動學(xué)和動力學(xué))、材料流壓力和溫度、環(huán)境條件。在聚合物加工中，臨界粘彈性質(zhì)也是高度非線性的并依賴于以前的應(yīng)力疲勞歷史和溫度，其依賴于總體粘度和溫度曲線圖，所述總體粘度和溫度曲線圖反過來依賴于擠壓機(jī)和模具尺寸以及加工參數(shù)和控制。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道如何對于不同的化合物獲得正確的加工條件。
本發(fā)明的聚合物材料可以在通風(fēng)設(shè)計(jì)或非通風(fēng)設(shè)計(jì)的單或雙螺桿擠壓機(jī)上進(jìn)行復(fù)合和加工，并且優(yōu)選地隨后進(jìn)行壓出型材的顆?；?。
擠壓溫度設(shè)置將依賴于擠壓機(jī)的類型和設(shè)計(jì)，但是在進(jìn)料部分從70至200℃逐漸遞增至在模具的150至350℃。
在實(shí)施例中使用的原料聚合物包括PVOH聚乙烯醇、EVOH、乙烯基乙烯醇、脂肪族聚氨基甲酯和芳香族聚氨基甲酯。
可以使用的另外的原料聚合物包括聚氯乙烯、離聚物(例如surlyn)、改性聚乙烯和改性聚丙烯，以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
在所述實(shí)施例中，所述中和化學(xué)制品是Lupasol WF。
在實(shí)施例中使用的添加劑包括甘油、銀離子(抗菌劑)。另外的添加劑包括活性碳、親水添加劑(例如Ciba’s Irgasufe)、polyvel VW250或類似物、芳香添加劑。
水含量依賴于所使用的添加劑和原料聚合物。如果使用非通風(fēng)的擠壓設(shè)備進(jìn)行加工，可以是最大質(zhì)量百分比0.01％至1％。如果使用非通風(fēng)的擠壓設(shè)備進(jìn)行加工，最大水含量可以增加至5％。
下面的表格顯示了由70％重量的PVAXX和30％重量的Lupasol WF共混擠壓形成的大約200μm薄片的滲透性。此共混物進(jìn)行擠壓復(fù)合(采用大約180至205℃的溫度梯度)、顆?；缓筮M(jìn)行壓片擠壓(采用大約180至220℃的略微高的溫度梯度)。所述薄片材料的滲透性在其暴露于硫芥子氣(HD)(通常也叫做芥子氣)、索曼(GD)和濃芥子氣(THD)一定時(shí)間后進(jìn)行測試。


權(quán)利要求
1.一種用于提供聚合材料的方法，包括下述步驟在完全或者大體無水的條件下，將作為第一組分的一種或多種親水聚合物與作為第二組分的一種或多種中和化學(xué)制品進(jìn)行共混。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述共混是擠壓。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述擠壓是復(fù)合擠壓。
4.如上述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述方法在80℃以上的溫度下來執(zhí)行，優(yōu)選為100℃以上的溫度，更優(yōu)選地為150℃以上的溫度。
5.如上述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述方法在高于所述組分的熔融溫度的條件下執(zhí)行。
6.如上述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述組分在使用之前進(jìn)行干燥。
7.如上述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述組分的共混是剪切混合，優(yōu)選在不超過10,000psi的壓力下進(jìn)行。
8.如上述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，在所述共混的過程中所述組分中的任何水分都被排出。
9.如上述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，在所述共混聚合材料被顆?；?。
10.如上述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，在所述聚合材料完全或者大體上無水。
11.如上述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或者多個(gè)親水聚合物從包括下列化合物構(gòu)成的組中選取(聚合物或聚)乙烯醇(PVOH)，例如Gohsenol，乙烯基乙烯醇，例如Soarnol，聚羥乙基甲基丙烯酸酯，聚乙撐氧，聚醚嵌段酰胺，例如Pebax，透氣性的熱塑性彈性體，例如Pebatex、Walotex、Duneflex和Arnitel，以及聚氨基甲酯，優(yōu)選為聚乙烯醇。
12.如上述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述中和化學(xué)制品是聚氮丙啶。
13.如上述權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述聚氮丙啶是LupasolWF。
14.如上述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述聚合材料包括至少50％重量的親水聚合物，和5％-50％重量的中和化學(xué)制品。
15.一種聚合材料，由上述權(quán)利要求1-14中任何一個(gè)所述方法制備。
16.一種聚合材料，其通過在大體或者完全無水的條件下將作為第一組分的一種或多種親水聚合物和作為第二組分的一種或多種中和化學(xué)制品共混而形成。
17.一種權(quán)利要求15或16所述聚合材料的用途，用于形成成形的化學(xué)或生物抗性的材料或者產(chǎn)品，優(yōu)選為一體產(chǎn)品。
18.一種用于形成化學(xué)或生物抗性的材料或者產(chǎn)品的方法，其特征在于，權(quán)利要求15或16所述的聚合材料通過成形加工而形成，優(yōu)選通過非扁平成形工藝形成。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述所述成形加工是模制工藝，優(yōu)選是注模工藝。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述聚合材料在使用前進(jìn)行干燥。
21.一種由權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述方法獲得的化學(xué)或生物抗性的材料或者產(chǎn)品。
全文摘要
一種用于提供聚合材料的方法，包括下述步驟在完全或者大體無水的條件下，將作為第一組分的一種或多種親水聚合物與作為第二組分的一種或多種中和化學(xué)制品共混。在無水條件下，所述組分將不會像WO03/062321中所述那樣是水溶液。因此，所述組分可以用于共混工藝中，并且除了基板上的層壓片之外，本發(fā)明還可以形成許多其他形狀和形式的材料。
文檔編號C08L79/08GK101056915SQ200580038286
公開日2007年10月17日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者布賴恩·A·比德爾, 格雷厄姆·S·加勒特, 艾倫·H·克拉克 申請人:貝爾法斯特女王大學(xué)