CN112154174B - 形成膜的方法及其相关的计算装置 - Google Patents
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Abstract
提供了使用包括多元自适应回归样条(MARS)推导的算法的模型形成聚烯烃膜的方法。还提供了相关的计算装置。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月22日提交的美国系列No.62/674877和2018年6月14日提交的EP18177657.6的权益,其公开内容由此通过引用以其全文并入。
发明领域
本公开涉及形成膜,主要是由聚烯烃聚合物制成的膜的方法,其使用了这样的模型,所述模型(A)基于聚合物的物理性能和吹塑膜挤出条件估计聚合物膜的纵向撕裂,或者(B)估计实现具有期望的纵向撕裂的聚合物膜所必要的聚合物物理性能和所必要的吹塑膜挤出条件。本公开还涉及使用这样的方法的计算装置。
发明背景
吹塑膜技术是制造聚乙烯膜的常用方式。这样的膜可以用于制造袋子、塑料包裹膜、农用膜、层合膜、阻挡膜、工业包装、收缩包裹膜等。每种应用需要不同的膜性能。膜性能除了其他之外取决于聚乙烯组成和挤出条件。组成和条件的组合是重要的。为了确定用于期望的膜性能的正确的组成和条件,制造商依赖于他们的经验和专业知识来通过试错实验引导他们。这种实现期望的膜性能的方法是耗时的(例如经验会花费数月时间,和专业知识是在几十年的膜变换过程中形成的)并且是昂贵的。需要更有效的技术来至少使得要测试的组成和条件的组合变窄,从而产生有用的和可销售的膜。
发明概述
在一类实施方案中,本发明提供一种形成膜的方法,所述方法包括:使用包含多元自适应回归样条(MARS)推导的算法的模型,并且输入包含聚合物A的聚合物膜的期望的纵向撕裂,来产生(1)聚合物A的一种或多种估计的物理性能和(2)一种或多种估计的吹塑膜挤出条件,其中聚合物A是使用铪过渡金属茂金属类型催化剂体系合成的茂金属聚乙烯(mPE);加热聚合物A来产生熔融聚合物A;和使用一种或多种吹塑膜挤出条件来挤出熔融聚合物A,来产生膜。
在另一类实施方案中,本发明提供一种形成膜的方法,所述方法包括:使用包含多元自适应回归样条(MARS)推导的算法的模型,并且输入聚合物A的一种或多种物理性能和一种或多种吹塑膜挤出条件,来产生包含聚合物A的聚合物膜的估计的撕裂MD,其中聚合物A是使用铪过渡金属茂金属类型催化剂体系合成的茂金属聚乙烯(mPE);加热聚合物A来产生熔融聚合物A;和使用一种或多种吹塑膜挤出条件挤出熔融聚合物A,来产生膜。
在再一类实施方案中,本发明提供一种计算装置,其可以包括:处理器;连接到处理器的存储器;和提供到存储器的指令,其中指令是通过处理器可执行的,来进行上述方法。
附图简要描述
包括了下面的图来说明实施方案的某些方面,并且下面的图不应当被视为排他性实施方案。所公开的主题能够在形式和功能上进行相当大的改变、变化、组合和等同,这是受益于本公开的本领域技术人员将进行的。
图1是聚合物A的作为应变速率的函数的撕裂MD的图。
图2A和2B是聚合物B的作为应变速率的函数的撕裂MD的图。
图3A和3B是聚合物C的作为应变速率的函数的撕裂MD的图。
图4A是测量的撕裂MD相比于估计的撕裂MD的图,每个撕裂MD在图中表示为ln(撕裂MD),并且插入1:1线作为参考。
图4B是30个另外的聚合物膜的测量的撕裂MD相比于估计的撕裂MD的图,并且插入1:1线作为参考。
发明详述
在公开和描述本发明的化合物、组分、组合物、装置、软件、硬件、设备、构造、示意图、系统和/或方法之前,要理解的是除非另有指示,否则本发明不限于具体的化合物、组分、组合物、装置、软件、硬件、设备、构造、示意图、系统、方法等,因为这些可以变化,除非另有规定。还要理解的是本文所用的术语仅仅是用于描述具体实施方案的目的,并非意在限制。
本公开涉及一种模型,其基于聚合物的物理性能和吹塑膜挤出条件估计(A)聚合物膜的纵向撕裂,或者估计(B)实现具有期望的纵向撕裂的聚合物膜所必要的聚合物的物理性能和所必要的吹塑膜挤出条件。更具体地,模型包含多元自适应回归样条推导的算法,并且专门用于包含铪(Hf)茂金属聚乙烯(在本文称作聚合物A)的聚合物膜。
定义
如本文所用的,术语“茂金属催化剂”定义为包含至少一种过渡金属化合物,其含有一种或多种取代的或者未取代的环戊二烯基结构部分(Cp)(通常是两个Cp结构部分)和与之组合的第4、5或者6族过渡金属,例如锆、铪和钛。
如本文所用的,术语“茂金属聚乙烯”(mPE)包括聚乙烯均聚物和大于或者等于50mol%聚乙烯和小于或者等于C3-C20α-烯烃的共聚物,其中聚合物是使用包含茂金属催化剂的催化剂体系合成的。
如本文所用的,术语“聚合物A”指的是使用铪过渡金属茂金属类型催化剂体系合成的mPE。本文进一步提供聚合物A的性能。
如本文所用的,术语“聚合物B”指的是使用负载的催化剂合成的mPE,所述催化剂具有桥连的双(烷基取代的二环戊二烯基)二氯化锆过渡金属组分和甲基铝氧烷助催化剂。本文进一步提供聚合物B的性能。
如本文所用的,术语“聚合物C”指的是使用负载的催化剂合成的mPE,所述催化剂具有桥连的双茚基二茂锆过渡金属组分和甲基铝氧烷助催化剂。本文进一步提供聚合物C的性能。
如本文所用的,除非另有规定,否则熔体流动速率(MFR)是在190℃和2.16kg依据ASTM D1238-13测量的。
如本文所用的,除非另有规定,否则重载荷熔体流动速率(HLMFR)是在190℃和21.6kg依据ASTM D1238-13测量的。
如本文所用的,除非另有规定,否则流动速率比(FRR)是HLMFR除以MFR。
如本文所用的,除非另有规定,否则堆积密度(ρ)是依据ASTM D1505-10测量的。
如本文所用的,分子量可以作为数均(Mn)、重均(Mw)和z均(Mz)来报告,其是通过凝胶渗透色谱法(GPC),如“Modern Size-Exclusion Liquid Chromatography,Practice ofGel Permeation and Gel Filtration Chromatography”,W.W.Yau,J.J.Kirkland和D.D.Bly(John Wiley&Sons,1979)中所述测定的;在本文中进一步提及将指出“GPC-Yau”章节和页数。
如本文所用的,多分散性指数指的是Mw/Mn。
如本文所用的,术语“吹塑膜挤出”指的是这样的方法,其中聚合物熔体通过圆形模口挤出,随后进行膜泡状膨胀。
如本文所用的,术语“熔体温度”(MT)指的是挤出机模口处的聚合物熔体温度,其具有单位°F,除非另有规定。
如本文所用的,术语“输出速率”(OR)是挤机生产量,其具有单位lb/hr,除非另有规定。
如本文所用的,术语“加工时间”是所计算的聚合物熔体从模口出口行进到霜白线高度(FLH)的时间,其具有单位mm,除非另有规定。
如本文所用的,术语“应变速率”(STR)是根据等式1计算的,其具有单位1/s,除非另有规定。
STR=(Vfilm-Vdie)/FLH 等式1,
其中Vfilm是聚合物膜在霜白线上方的行进速度,和Vdie是聚合物在挤出机的行进速度。
如本文所用的,术语“拉伸比”(DDR)是根据等式2计算的,其是无量纲的。
DDR=Vfilm/Vdie 等式2。
如本文所用的,术语“加工时间”(PT)是根据等式3计算的,其是以秒(s)为单位,除非另有规定。
PT=FLH/[(Vfilm-Vdie)/log(Vfilm/Vdie)] 等式3。
如本文所用的,术语“纵向撕裂”(撕裂MD)指的是Elmendorf撕裂,其是依据ASTMD1922-15测量的,但是作为相对于膜厚度的归一化值来报告,并且单位是克/密耳(g/mil),除非另有规定。
如本文所用的,术语“模型”指的是一种或多种算法的系统。
如本文所用的,术语“算法”使用它的通常含义,并且指的是产生一个或多个离散值的任何系列的可重复的步骤,但不限于此。例如,算法可以包括在用户指定的、预设的、自动测定的或者工业-或者系统-可接受的数据元素的任何数值之间的任何数学的、统计的、位置的或者关系计算。在几种实施方案中,各种算法可以在与事先定义的数据评估样品相关的对象数据元素上进行,来产生单个有意义的数据值。
如本文所用的,由Jerome H.Friedman(Friedman,J.H.(1991).“MultivariateAdaptive Regression Splines”。The Annals of Statistics,1991,第19卷,第1期,第1-141页)引入的术语“多元自适应回归样条”(MARS)指的是非参数回归程序,其不对于因变量和自变量之间的潜在的功能关系进行假定。替代地,MARS是由一组系数和基础函数(具体地,铰链(hinge)函数,其采取完全推导自回归数据的max(0,x-常数)或者max(0,常数-x)的形式)来构建这种关系。
术语“非暂时性计算机可读介质”,“实体机器可读介质”等指的是参与提供指令到处理器用于执行的任何实体存储器。这样的介质可以采取许多形式,包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质包括例如NVRAM,或者磁盘或者光盘。易失性介质包括动态存储器,例如主存储器。计算机可读介质可以包括例如软盘,软磁盘,硬盘,磁带或者任何其他磁性介质,磁-光介质,CD-ROM,任何其他光学介质,RAM,PROM,和EPROM,FLASH-EPROM,固态介质如全息存储器,存储卡或者任何其他存储片或者盒,或者任何其他计算机可读的物理介质。当计算机可读介质是作为数据库配置时,要理解的是数据库可以是任何类型的数据库,例如关系数据库,层次数据库,面向对象数据库等等。因此,本技术的示例性实施方案可以被认为包括实体存储介质或者实体分布介质和现有技术公知的等同物和后续介质,其中存储了体现本技术的软件实现。
使用多元自适应回归样条推导的算法的模型
聚合物A包括与其他mPE相比具有独特性能的mPE。例如,聚合物A的作为应变速率的函数的撕裂MD具有与其他mPE相比非常不同的趋势。
图1是由聚合物A构成的多个膜在吹塑膜挤出方法过程中作为应变速率的函数的撕裂MD的图。图2A和2B是由聚合物B构成的多个膜在吹塑膜挤出方法过程中作为应变速率的函数的撕裂MD的图。图3A和3B是由聚合物C构成的多个膜在吹塑膜挤出方法过程中作为应变速率的函数的撕裂MD的图。图1、2A和3A为了比较而具有相同的轴尺寸,并且图2B和3B分别是图2A和3A的放大形式。
图1、2A和3A的比较显示了聚合物A的撕裂MD性能不同于其他mPE。所以,使用其他mPE所获得的关于撕裂MD的一般的趋势或者知识不适用于聚合物A。因此,为了生产具有期望的撕裂MD的聚合物A的聚合物膜,生产商必须使用试错方案,这会是耗时的和昂贵的。
本公开提供一种模型,其包括了撕裂MD与聚合物A物理性能和吹塑膜挤出条件的组合之间的关系。所述关系是使用多元自适应回归样条(MARS)推导的。所述模型可以用于基于聚合物A的物理性能和预期使用的吹塑膜挤出条件来估计聚合物膜的撕裂MD,或者用于估计生产具有期望的撕裂MD聚合物膜需要何种聚合物A的其物理性能和吹塑膜挤出条件。
可以用于所述关系中的聚合物A的物理性能包括但不限于堆积密度,熔体流动速率,高载荷熔体流动速率,流动速率比,分子量(Mw、Mn和/或Mz),多分散性指数及其任意组合。
可以用于所述关系中的吹塑膜挤出条件包括但不限于输出速率,霜白线高度,吹胀比,拉伸比,模口尺寸,模口间隙,熔体温度,加工时间,应变速率,最终膜厚度,挤出机螺杆速度及其任意组合。
算法的推导可以包括对包括撕裂MD值和相应的聚合物A性能和相应的吹塑膜挤出条件的数据进行MARS分析。MARS分析产生了可以用于本文所述的模型的算法。
等式4是示例性的MARS推导的算法,其将聚合物A的物理性能(具体地堆积密度、熔体流动速率和流动速率比)和吹塑膜挤出条件(具体地熔体温度、应变速率和加工时间)与撕裂MD相关联。
等式4
Ln(撕裂MD)=a1+a2*max(0,a3-MT)-a4*max(0,MT-a3)+a5*max(0,STR-a6)+a7*ρ*max(0,MT-a3)+a8*OR*max(0,STR-a9)-a10*MFR*max(0,a11-PT)+a12*MFR*max(0,a13-STR)+a19*FRR*max(0,STR-a13)-a18*max(0,MT-a14)*max(0,STR-a13)-a15*max(0,a16-PT)*max(0,STR-a17),
其中a1-a19是由实验数据推导的系数,max(0,x-常数)和max(0,常数-x)产生了无量纲值,a1是无量纲的,a2是无量纲的,a3具有单位°F,a4是无量纲的,a5是无量纲的,a6具有单位1/s,a7具有单位cm3/g,a8具有单位hr/lb,a9具有单位1/s,a10具有单位10min/g,a11具有单位s,a12具有单位10min/g,a13具有单位1/s,a14具有单位°F,a15是无量纲的,a16具有单位s,a17具有单位1/s,a18是无量纲的,a19是无量纲的,和撕裂MD具有单位g/mil。
其他MARS推导的算法可以由实验数据(聚合物A物理性能、挤出条件和所形成的撕裂MD的组合)计算。这样的模型可以包括任何数目的聚合物A物理性能和挤出条件来与撕裂MD相关联。例如,供选择的MARS推导的算法可以将聚合物A的物理性能(具体地堆积密度、熔体流动速率和流动速率比)和吹塑膜挤出条件(具体地熔体温度、应变速率、加工时间和最终膜厚度)与撕裂MD相关联。
此外,MARS推导的算法可以通过添加更多的数据点(由所述数据点推导算法)来更新。例如,一种方法可以包括基于一种或多种所生产的包含聚合物A的聚合物膜的撕裂MD数据和相应的聚合物A的一种或多种物理性能和一种或多种吹塑膜挤出条件的数据,来更新(重新推导)现有的MARS推导的算法。
更新可以包括使用聚合物A性能和挤出条件的相同组合来更新MARS推导的算法。更新可以包括使用另外的或者更少的聚合物A性能和/或另外的或者更少的挤出条件来更新MARS推导的算法。例如,等式4的MARS推导的算法可以用聚合物A性能和挤出条件的相同组合来更新,这将更新系数值。供选择地,可以更新等式4的MARS推导的算法来进一步包括最终膜厚度作为挤出条件,这将在算法中产生更多项。
应用本文所述的模型的方法
本文所述的模型包括MARS推导的算法,其将聚合物A的物理性能和吹塑膜挤出条件与最终吹塑膜的撕裂MD相关联。所述模型可以在关系的任一方向上应用。即,所述模型可以用于(A)基于聚合物的物理性能和吹塑膜挤出条件生成聚合物膜的撕裂MD,或者(B)产生实现具有期望的撕裂MD的聚合物膜所必要的聚合物的物理性能和所必要的吹塑膜挤出条件。
例如,本公开的方法可以包括使用包含MARS推导的算法(例如等式4或者其变体)的模型,并且输入聚合物A的一种或多种期望的物理性能和一种或多种期望的吹塑膜挤出条件,来产生包含聚合物A的聚合物膜的估计的撕裂MD。这种方法可以迭代地进行来产生对于多于一种的聚合物A物理性能和挤出条件的组合的撕裂MD。例如,当可利用几种聚合物A组成时,迭代方法可以是有用的。另外,例如,当可利用多于一种吹塑膜挤出生产线时,迭代方法可以是有用的。对于制造商来说,这在确定现有的设备的能力和评价更新和新设备中可以是有用的。
本公开的前述方法可以任选地进一步包括使用聚合物A组成物理性能和挤出条件生产聚合物膜。用于生产聚合物膜的聚合物A物理性能±5%和挤出条件±5%的组合可以是初始时用于模型的那些或者来自于迭代分析的那些。聚合物A物理性能和/或挤出条件中的略微变化(±5%)允许使用模型和因此使用略微不同的组成/条件,其归因于可利用的聚合物A组成和吹塑膜挤出设备能力。
本公开的另一方法可以包括使用包含MARS推导的算法(例如等式4或者其变体)的模型,并且输入包含聚合物A的聚合物膜的期望的撕裂MD,来生成聚合物A的一种或多种估计的物理性能和一种或多种估计的吹塑膜挤出条件。在这种方法中,输出可以是一组或多组物理性能和挤出条件。即,多于一种的聚合物A物理性能和挤出条件的组合可以产生撕裂MD。要使用的组合之间的选择可以通过可利用的聚合物A组成、吹塑膜挤出设备能力和与所述组合相关的其他聚合物膜性能来确定。例如,聚合物A物理性能和挤出条件的第一组合可以产生具有第一雾度的聚合物膜,和聚合物A物理性能和挤出条件的第二组合可以产生具有第二雾度的聚合物膜。当确定何种聚合物A物理性能和挤出条件要用于生产聚合物膜时,可以考虑期望的雾度值。所考虑的其他聚合物膜性能可以通过其他模型来评价和/或可以通过实验确定。如果通过实验确定,则实验的数目和相关的时间和成本明显减少,这是因为本公开的模型明显减少了要测试的聚合物A物理性能和挤出条件的组合的数目。
一旦选择了聚合物A物理性能和挤出条件的组合,则可以略微改变吹塑膜挤出条件和物理性能来适于可利用的聚合物A组成和吹塑膜挤出设备能力。例如,方法可以进一步包括使用一种或多种估计的吹塑膜挤出条件±5%和具有一种或多种估计的物理性能±5%的聚合物A来形成聚合物膜。例如,如果一种或多种估计的吹塑膜挤出条件包括大约100℃的熔体温度,则聚合物膜可以以大约95℃-大约105℃的熔体温度来生产。在另一实例中,如果一种或多种估计的物理性能包括MFR是大约0.53g/10min,则聚合物膜可以用MFR为大约0.50g/10min-0.56大约g/10min的聚合物A组合物来生产。
另外的方法包括基于前述方法所生产的聚合物膜来更新基于MARS的算法。例如,可以测试使用基于模型和期望的撕裂MD输入所确定的聚合物A性能/挤出条件所生产的聚合物膜,其中所测量的撕裂MD,所使用的聚合物A的性能和所使用的挤出条件是作为数据点输入,来更新(重新推导)基于MARS的算法。供选择地或者另外,聚合物膜可以使用聚合物A和所测量的撕裂MD来生产。相应的数据可以作为数据点,用于更新基于MARS的算法。
计算装置
本文的方法可以在计算装置(或者基于处理器的装置)上进行,所述装置包括处理器;连接到处理器的存储器;和提供到存储器的指令,其中指令是通过处理器可执行的,来进行本文所述的方法。指令可以是非暂时性计算机可读介质上的代码的一部分。任何合适的基于处理器的装置可以用于实现本技术的全部或者一部分的实施方案,包括但不限于个人计算机,网络个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、移动装置、具有(或者不具有)共享存储器的多处理器服务器或者工作站、高性能计算机等。此外,实施方案可以在专用集成电路(ASIC)或者超大规模集成(VLSI)电路上实现。
聚合物A
聚合物A包含70.0mol%-或者100.0mol%的衍生自乙烯的单元。乙烯含量的范围下限可以是70.0mol%,75.0mol%,80.0mol%,85.0mol%,90.0mol%,92.0mol%,94.0mol%,95.0mol%,96.0mol%,97.0mol%,98.0mol%或者99.0mol%,基于衍生自乙烯的聚合物单元的mol%。聚合物A的乙烯上限可以是80.0mol%,85.0mol%,90.0mol%,92.0mol%,94.0mol%,95.0mol%,96.0mol%,97.0mol%,98.0mol%,99.0mol%,99.5mol%或者100.0mol%,基于衍生自乙烯的聚合物单元。对于聚合物A,聚乙烯聚合物可以具有小于50.0mol%的衍生自C3-C20烯烃,优选α-烯烃例如己烯或者辛烯的聚合物单元。C3-C20烯烃含量范围下限可以是25.0mol%,20.0mol%,15.0mol%,10.0mol%,8.0mol%,6.0mol%,5.0mol%,4.0mol%,3.0mol%,2.0mol%,1.0mol%或者0.5mol%,基于衍生自C3-C20烯烃的聚合物单元。C3-C20烯烃含量范围上限可以是20.0mol%,15.0mol%,10.0mol%,8.0mol%,6.0mol%,5.0mol%,4.0mol%,3.0mol%,2.0mol%或者1.0mol%,基于衍生自C3-C20烯烃的聚合物单元。任何下限可以与任何上限相组合来形成范围。共聚单体含量是基于聚合物中全部单体的总含量。
聚合物A可以具有最小长链支化(即,小于1.0个长链分支/1000个碳原子,优选特别是0.05-0.50个长链分支/1000个碳原子)。这样的值是线性结构的特性,其是与支化指数(如下所定义)g'vis≥0.980,0.985,≥0.99,≥0.995,或者1.0相一致的。虽然这样的值是很少到没有长链支化的指示,但是可以存在一些长链分支(即,小于1.0个长链分支/1000个碳原子,优选小于0.5个长链分支/1000个碳原子,特别是0.05-0.50个长链分支/1000个碳原子)。
聚合物A的堆积密度可以是大约0.910-大约0.925g/cm3,大约0.910-大约0.923g/cm3,大约0.910-大约0.920g/cm3,大约0.915-大约0.921g/cm3,大约0.910-大约0.918g/cm3,大约0.912-大约0.918g/cm3,或者大约0.912-0.917g/cm3。
聚合物A的Mw可以是大约15000-大约500000g/mol,大约20000-大约250000g/mol,大约25000-大约150000g/mol,大约150000-大约400000g/mol,大约200000-大约400000g/mol,或者大约250000-大约350000g/mol。
聚合物A的多分散性指数可以是大约1.5-大约5.0,大约2.0-大约4.0,大约3.0-大约4.0,或者大约2.5-大约4.0。
聚合物A的Mz与Mw之比可以大于大约1.5,或者大于大约1.7,或者大于大约2.0。在一些实施方案中,这个比率是大约1.7-大约3.5,大约2.0-大约3.0,或者大约2.2-大约3.0。
聚合物A的MFR(190℃/2.16kg)可以是大约0.1-大约300g/10min,大约0.1-大约100g/10min,大约0.1-大约50g/10min,大约0.1g/10min-大约5.0g/10min,大约0.1g/10min-大约3.0g/10min,大约0.1g/10min-大约2.0g/10min,大约0.1g/10min-大约1.2g/10min,大约0.2g/10min-大约1.5g/10min,大约0.2g/10min-大约1.1g/10min,大约0.3g/10min-大约1.0g/10min,大约0.4g/10min-大约1.0g/10min,大约0.5g/10min-大约1.0g/10min,大约0.6g/10min-大约1.0g/10min,大约0.7g/10min-大约1.0g/10min,或者大约0.75g/10min-大约0.95g/10min。
聚合物A的FRR可以是大约10.0-大约50.0,大约15.0-大约45.0,大约20.0-大约40.0,大约20.0-大约35.0,大约22-大约38,大约20-大约32,大约25-大约31,或者大约28-大约30。
聚合物A可以包含小于5.0ppm的铪,小于2.0ppm的铪,小于1.5ppm的铪,或者小于1.0ppm的铪。例如,聚合物A可以包含大约0.01ppm-大约2ppm的铪,大约0.01ppm-大约1.5ppm的铪,或者大约0.01ppm-大约1.0ppm的铪。
通常,聚合物A中铪的量大于锆的量。在特定类别的实施方案中,铪与锆之比(ppm/ppm)是至少大约2.0,至少大约10.0,至少大约15,至少大约17.0,至少大约20.0,至少大约25.0,至少大约50.0,至少大约100.0,至少大约200.0,或者至少大约500.0或者更大。虽然锆通常作为铪中的杂质存在,但是在其中使用特别纯的含铪催化剂的一些实施方案中,将实现锆的量可以是极低的,这产生了聚合物A中几乎不可测出或者不可测出量的锆。因此,聚合物A中铪与锆的比率上限可以是相当大的。
聚合物A在共聚单体分布分析中可以具有至少第一峰和第二峰,其中第一峰在log(Mw)值是4.0-5.4,4.3-5.0,或者4.5-4.7处具有最大值;和升温淋洗分级(TREF)淋洗温度是70.0℃-100.0℃,80.0℃-95.0℃,或者85.0℃-90.0℃。共聚单体分布分析中第二峰在log(Mw)值是5.0-6.0,5.3-5.7,或者5.4-5.6处具有最大值;和TREF淋洗温度是40.0℃-60.0℃,45.0℃-60.0℃,或者48.0℃-54.0℃。TREF描述在Wild等人,J.Poly.Sci.,Poly.Phys.Ed.,第20卷,第441页(1982)和美国专利No.5008204中,其通过引用完全并入本文。
聚合物A可以具有下面性能中的一种或多种:MFR(190℃/2.16kg)是大约0.1g/10min-大约5.0g/10min;FRR是大约15-大约30;Mw是大约20000-大约200000g/mol;Mw/Mn是大约2.0-大约4.5;和密度是大约0.910-大约0.925g/cm3。另外,铪的量大于锆的量,并且铪与锆的比率(ppm/ppm)可以是至少大约2.0,至少大约10.0,至少大约15.0,至少大约17.0,至少大约20.0,或者至少大约25.0。
聚合物A可以具有正交共聚单体分布。术语“正交共聚单体分布”在本文用于表示跨乙烯聚合物的分子量范围,各种聚合物级分的共聚单体含量不是基本上均匀的,并且其较高分子量级分的共聚单体含量通常高于较低分子量级分的共聚单体含量。术语“基本上均匀的共聚单体分布”在本文用于表示跨基于乙烯的聚合物的分子量范围,聚合物级分的共聚单体含量变化<10.0wt%。在一些实施方案中,基本上均匀的共聚单体分布可以指的是<8.0wt%,<5.0wt%,或者<2.0wt%。基本上均匀的共聚单体分布和正交共聚单体分布都可以使用分级技术例如凝胶渗透色谱法-差示粘度法(GPC-DV),升温淋洗分级-差示粘度法(TREF-DV)或者交叉分级技术来测定。
另外,聚合物A在特定温度的熔体强度可以用Gottfert Rheotens熔体强度仪来测定。为了测定熔体强度,除非另有规定,否则将从毛细管模口挤出的聚合物熔体线夹在仪器上的两个反向旋转的轮子之间。卷取速度以恒定的加速度2.4mm/s2增加。测定在线断裂或者开始表现出拉伸共振之前达到的最大拉力(单位cN),作为熔体强度。流变仪的温度设定在190℃。毛细管模口的长度是30mm和直径是2mm。聚合物熔体从模口中以10mm/s的速度挤出。模口出口和轮子接触点之间的距离应当是122mm。
聚合物A的熔体强度可以是大约1-大约100cN,大约1-大约50cN,大约1-大约25cN,大约3-大约15cN,大约4-大约12cN,或者大约5-大约10cN。
制造聚合物A的材料和方法已经描述在例如美国专利No.6956088,特别是实施例1;美国公开No.2009/0297810,特别是实施例1;美国公开No.2015/0291748,特别是实施例中的PE1-PE5;和WO2014/099356,特别是第12页和实施例中提及的PE3,包括使用二氧化硅负载的铪过渡金属茂金属/甲基铝氧烷催化剂体系,其描述在例如美国专利No.6242545和6248845,特别是实施例1中。
聚合物B
聚合物B包括基于乙烯的聚合物,其包含≥50.0wt%的衍生自乙烯的聚合物单元和≤50.0wt%,优选1.0wt%-35.0wt%,甚至更优选1-6wt%的衍生自C3-C20α-烯烃共聚单体(例如己烯或者辛烯)的聚合物单元。
聚合物B的堆积密度可以是≥大约0.910g/cm3,≥大约0.915g/cm3,≥大约0.920g/cm3,≥大约0.925g/cm3,≥大约0.930g/cm3,或者≥大约0.940g/cm3。供选择地,聚合物B的堆积密度可以≤大约0.950g/cm3,例如≤大约0.940g/cm3,≤大约0.930g/cm3,≤大约0.925g/cm3,≤大约0.920g/cm3,或者≤大约0.915g/cm3。明确公开的范围包括由任何上述值的组合所形成的范围(例如0.910-0.950g/cm3,0.910-0.930g/cm3,0.910-0.925g/cm3等)。
聚合物B的MFR(190℃/2.16kg)可以是≥大约0.5g/10min,例如≥大约0.5g/10min,≥大约0.7g/10min,≥大约0.9g/10min,≥大约1.1g/10min,≥大约1.3g/10min,≥大约1.5g/10min,或者≥大约1.8g/10min。供选择地,MFR可以是≤大约8.0g/10min,≤大约7.5g/10min,≤大约5.0g/10min,≤大约4.5g/10min,≤大约3.5g/10min,≤大约3.0g/10min,≤大约2.0g/10min,例如≤大约1.8g/10min,≤大约1.5g/10min,≤大约1.3g/10min,≤大约1.1g/10min,≤大约0.9g/10min,或者≤大约0.7g/10min,0.5-2.0g/10min,特别是0.75-1.5g/10min。明确公开的范围包括由任何上述值的组合所形成的范围(例如大约0.5-大约8.0g/10min,大约0.7-大约1.8g/10min,大约0.9-大约1.5g/10min,大约0.9-1.3,大约0.9-1.1g/10min,大约1.0g/10min等)。
聚合物B的密度可以是0.910-0.920g/cm3,MFR是0.5-8.0g/10min,和组成分布指数(CDBI)是60.0%-80.0%(优选65%-80%)。聚合物B的FRR通常是大约15-大约20。术语“组成分布宽度指数”(CDBI)定义为共聚单体含量处于50%的中值总摩尔共聚单体含量内的共聚物分子的重量百分比。共聚物的CDBI使用用于分离共聚物样品的单个级分的公知的技术来容易地测定。一种这样的技术是TREF。
聚合物C
聚合物C包括基于乙烯的聚合物,其具有大约99.0-大约80.0wt%,99.0-85.0wt%,99.0-87.5wt%,99.0-90.0wt%,99.0-92.5wt%,99.0-95.0wt%,或者99.0-97.0wt%的衍生自乙烯的聚合物单元和大约1.0-大约20.0wt%,1.0-15.0wt%,1.0-12.5wt%,1.0-10.0wt%,1.0-7.5wt%,1.0-5.0wt%,或者1.0-3.0wt%的衍生自一种或多种C3-C20α-烯烃共聚单体,优选C3-C10α-烯烃和更优选C4-C8α-烯烃的聚合物单元。α-烯烃共聚单体可以是线性、支化、环状和/或取代的,并且如果需要,可以使用两种或者更多种共聚单体。合适的共聚单体的实例包括丙烯,丁烯,1-戊烯;具有一个或多个甲基、乙基或者丙基取代基的1-戊烯;1-己烯;具有一个或多个甲基、乙基或者丙基取代基的1-己烯;1-庚烯;具有一个或多个甲基、乙基或者丙基取代基的1-庚烯;1-辛烯;具有一个或多个甲基、乙基或者丙基取代基的1-辛烯;1-壬烯;具有一个或多个甲基、乙基或者丙基取代基的1-壬烯;乙基、甲基或者二甲基取代的1-癸烯;1-十二碳烯;和苯乙烯。特别合适的共聚单体包括1-丁烯、1-己烯和1-辛烯、1-己烯及其混合物。
聚合物C包含大约8wt%-大约15wt%的C3-C10α-烯烃衍生单元,和大约92wt%-大约85wt%的乙烯衍生单元,基于聚合物的总重量。例如,聚合物C可以包含大约9wt%-大约12wt%的C3-C10α-烯烃衍生单元,和大约91wt%-大约88wt%的乙烯衍生单元,基于聚合物的总重量。
聚合物C的MFR(190℃/2.16kg)可以是≥大约0.10g/10min,≥大约0.15g/10min,≥大约0.18g/10min,≥大约0.20g/10min,≥大约0.22g/10min,≥大约0.25g/10min,≥大约0.28,或者≥大约0.30g/10min。另外,聚合物C的MFR可以是≤大约3.0g/10min,≤大约2.0g/10min,≤大约1.5g/10min,≤大约1.0g/10min,≤大约0.75g/10min,≤大约0.50g/10min,≤大约0.40g/10min,≤大约0.30g/10min,≤大约0.25g/10min,≤大约0.22g/10min,≤大约0.20g/10min,≤大约0.18g/10min,或者≤大约0.15g/10min。明确公开的范围包括但不限于由任何上述值的组合所形成的范围(例如大约0.1-大约3.0,大约0.2-大约2.0,大约0.2-大约0.5g/10min等)。
第一另外的聚乙烯聚合物的聚合物C的FRR可以是25-80,供选择地25-60,供选择地大约30-大约55和供选择地大约35-大约50。
聚合物C的密度可以是≥大约0.905g/cm3,≥大约0.910g/cm3,≥大约0.912g/cm3,≥大约0.913g/cm3,≥大约0.915g/cm3,≥大约0.916g/cm3,≥大约0.917g/cm3,≥大约0.918g/cm3。聚合物C的密度可以是≤大约0.945g/cm3,例如≤大约0.940g/cm3,≤大约0.937g/cm3,≤大约0.935g/cm3,≤大约0.930g/cm3,≤大约0.925g/cm3,≤大约0.920g/cm3,或者≤大约0.918g/cm3。明确公开的范围包括但不限于由任何上述值的组合所形成的范围(例如大约0.905-大约0.945g/cm3,0.910-大约0.935g/cm3,0.912-0.930g/cm3,0.916-0.925g/cm3,0.918-0.920g/cm3等)。
通常,虽然不是必需的,聚合物C的多分散性指数可以是大约2.5-大约5.5,优选3.0-4.0。
熔体强度可以是大约1-大约100cN,大约1-大约50cN,大约1-大约25cN,大约3-大约15cN,大约4-大约12cN,或者大约5-大约10cN。
聚合物C(或者由其制成的片材)也可以用以下表征:平均1%正割模量(M)是10000-60000psi(磅/平方英寸),供选择地20000-40000psi,供选择地20000-35000psi,供选择地25000-35000psi和供选择地28000-33000psi,以及M和落镖冲击强度(DIS,单位g/mil)之间的关系符合等式5。
其中“e”表示2.7183,自然对数底,M是平均模量(单位psi),和DIS是26英寸落镖冲击强度。DIS优选是大约120-大约1000g/mil,甚至更优选大约150-大约800g/mil。
支化指数g'是与支化量成反比的。因此,较低的g'值表示相对较高的支化量。断联支化和长链支化的量每个根据下式贡献于支化指数:g'=g'LCB×g'SCB。
通常,聚合物C的g'vis是0.85-0.99,特别是0.87-0.97,0.89-0.97,0.91-0.97,0.93-0.95,或者0.97-0.99。
聚合物C可以通过任何合适的聚合方法(包括溶液聚合、淤浆聚合、超临界和气相聚合)使用负载的或者未负载的催化剂体系(例如并入茂金属催化剂的体系)来制备。
茂金属催化剂通常需要用合适的助催化剂或者活化剂来活化,来产生“活性茂金属催化剂”(即,具有可以配位、插入和聚合烯烃的空配位中心的有机金属络合物)。活性催化剂体系通常不仅包括茂金属络合物,而且包括活化剂,例如铝氧烷或者其衍生物(优选甲基铝氧烷),离子化活化剂,路易斯酸或者其组合。烷基铝氧烷(通常是甲基铝氧烷和改性的甲基铝氧烷)特别适于作为催化剂活化剂。催化剂体系可以负载于载体上,通常是无机氧化物或者氯化物或者树脂材料例如聚乙烯或者二氧化硅。
锆过渡金属茂金属类型催化剂体系是特别合适的。可用于生产聚合物C的茂金属催化剂和催化剂体系的非限制性实例包括描述在美国专利No.5466649,6476171,6225426和7951873以及其中引用的参考文献中的那些,其全部通过引用完全并入本文。特别有用的催化剂体系包括负载的二甲基甲硅烷基双(四氢化茚基)二氯化锆。
负载的聚合催化剂可以沉积在载体或担体上,与载体或担体结合,与载体或担体接触或者并入到载体或担体中,吸收或者吸附在载体或者担体中或者载体或担体上。在另一实施方案中,茂金属是如下来引入到载体上的:将预负载的活化剂在油,烃例如戊烷,溶剂或者非溶剂中制浆,然后在搅拌的同时加入作为固体的茂金属。茂金属可以是细分的固体。虽然茂金属通常在稀释介质中具有非常低的溶解度,但是发现它分布到载体上和对于聚合是有活性的。可以使用非常低的增溶性介质例如矿物油(例如KAYDOTM或者DRAKOLTM)或者戊烷。可以过滤掉稀释剂,并且剩余固体表现出如通过传统方法(例如将催化剂与甲基铝氧烷在甲苯中接触,与载体接触,随后除去溶剂)制备催化剂所预期的聚合能力。如果稀释剂是挥发性的,例如戊烷,则可以在真空下或者通过氮气吹扫将其除去来提供活性催化剂。混合时间可以大于4小时,但是更短的时间也是合适的。
通常在气相聚合方法中,使用连续循环,其中在反应器循环的一部分中,循环的气流(也称作再循环流或者流化介质)在反应器中通过聚合热来加热。这种热在循环的另一部分中通过反应器外的冷却系统来除去。(参见例如美国专利No.4543399,4588790,5028670,5317036,5352749,5405922,5436304,5453471,5462999,5616661和5668228)。为了获得第一另外的聚乙烯聚合物,应当控制和调节乙烯、共聚单体和氢气的单个流速,来获得期望的聚合物性能。
除非另有指示,否则表示本申请说明书和相关权利要求书中所用的成分的量,性能例如分子量,反应条件等的全部数值被理解为在全部情况下是用术语“大约”修饰的。因此,除非另有相反指示,否则下面的说明书和所附的权利要求书中所述的数值参数是近似值,其可以根据本发明的实施方案所寻求获得的期望的性能而变化。至少,和并非尝试限制等同原则应用于权利要求的范围,每个数值参数应当至少按照所报告的有效数字的数目通过使用通常的四舍五入技术来解释。
本文提出了一种或多种示例性实施方案,其并入本文公开的本发明的实施方案。为了简要起见,在本申请中没有描述或者显示物理实现的全部特征。要理解的是在并入本发明的实施方案的物理实施方案的开发中,必须进行许多针对实现的决定,来实现开发者的目标,例如符合系统相关的、商业相关的、政府相关的和其他的限制,其因实现且因时而异。虽然开发者的工作可能是耗时的,但是这样的工作对于受益于本公开的本领域技术人员来说是常规任务。
虽然本文就“包含”各种组分或者步骤而言描述组合物和方法,但是所述组合物和方法也可以“基本上由各种组分和步骤组成”或者“由各种组分和步骤组成”。
为了促进更好地理解本发明的实施方案,给出了下面的优选或者代表性实施方案的实施例。下面的实施例决不应当解读为限制或者限定本发明的范围。
实施例
要理解的是虽然已经结合其具体实施方案描述了本发明,但是前述描述意在显示而非限制本发明的范围。其他方面、优点和改变对于本发明所属领域的技术人员而言将是显然的。
所以,提出了下面的实施例,来为本领域技术人员提供完全的公开和描述,并非意在限制本发明视为其发明的本发明的范围。
生产了218个包含聚合物A组合物的聚合物膜。测量了每个的撕裂MD。图1是聚合物A的作为应变速率的函数的撕裂MD的图。
图1的数据和相应的聚合物A的物理性能(具体地堆积密度、熔体流动速率和流动速率比)和吹塑膜挤出条件(具体地熔体温度、应变速率和加工时间)用MARS分析,来推导基于MARS的算法,其将撕裂MD与聚合物A性能和吹塑膜挤出条件相关联。所得到的基于MARS的算法是等式4。
然后,基于其进行分析的聚合物A物理性能和挤出条件通过基于MARS的算法运行,来获得估计的撕裂MD。图4A是所测量的撕裂MD相比于估计的撕裂MD的图,每个在图中表示为ln(撕裂MD)。插入1:1线来作为准确相关性的参考。如图所示,基于MARS的算法产生了具有合理准确度的估计的撕裂MD值。图4A的标准偏差是53g/mil。
然后生产了30个另外的包含聚合物A的聚合物膜,并且测量了撕裂MD。30个另外的聚合物膜的数据用上面推导的基于MARS的算法来分析。图4B是30个另外的聚合物膜的测量的撕裂MD相比于估计的撕裂MD的图,其同样在测量值和估计值之间具有合理的一致性。任选地,可以使用来自于30个另外的聚合物膜的数据重新推导基于MARS的算法,来提高准确度。
所以,本发明良好适于获得所提及的结果和优点以及其中固有的那些。上面公开的特定的实施方案仅仅是示例性的,因为本发明可以以不同的但是等价的方式进行实施和改变,这对于受益于本文的教导的本领域技术人员来说是显然的。此外,除了如下面的权利要求书中所述的之外,不意在限制本文所示的结构或者设计的细节。所以很显然上面所公开的特定的示例性实施方案可以改变、组合或者修改,并且全部这样的变化被认为处于本发明的范围和精神内。本文所示例性公开的发明合适地可以在不存在本文没有明确公开的任何要素和/或本文公开的任何任选的要素时进行。虽然就“包含”、“含有”或“包括”各种组分或者步骤而言描述组合物和方法,但是所述组合物和方法也可以“基本上由各种组分和步骤组成”或者“由各种组分和步骤组成”。上面所公开的全部数值和范围可以在某种程度上变化。无论何时当公开具有下限和上限的数值范围时,明确公开了落入所述范围内的任何数值和任何所包括的范围。特别地,本文所公开的每个值的范围(形式为“大约a到大约b”或者等价地,“大约a到b”或者等价地“大约a-b”)被理解为阐述了包含在较宽的值的范围内的每个数值和范围。此外,权利要求书中的术语具有它们的普通的、通常的含义,除非专利权人另外明确和清楚地定义。此外,权利要求书中所用的不定冠词“一个”或“一种”在本文定义为表示一种或多于一种它引导的要素。
对于允许这样的并入的全部辖区,全部优先权文件通过引用完全并入本文,只要这样的公开是与本发明的描述相一致的。此外,对于允许这样的并入的全部辖区,全部文件和其中引用的参考文献,包括测试程序、出版物、专利、期刊论文等,通过引用完全并入本文,只要这样的公开内容是与本发明的描述相一致的。
Claims (10)
1.一种形成膜的方法,所述方法包括:
使用包含多元自适应回归样条(MARS)推导的算法的模型,并且输入包含聚合物A的聚合物膜的期望的纵向撕裂,来生成(1)聚合物A的一种或多种估计的物理性能和(2)一种或多种估计的吹塑膜挤出条件,其中聚合物A是使用铪过渡金属茂金属类型催化剂体系合成的茂金属聚乙烯(mPE);
加热聚合物A来产生熔融聚合物A;和
使用一种或多种吹塑膜挤出条件来挤出熔融聚合物A,来产生膜,其中MARS是:
Ln(撕裂MD)=a1+a2*max(0,a3-MT)-a4*max(0,MT-a3)+a5*max(0,STR-a6)+a7*ρ*max(0,MT-a3)+a8*OR*max(0,STR-a9)-a10*MFR*max(0,a11-PT)+a12*MFR*max(0,a13-STR)+a19*FRR*max(0,STR-a13)-a18*max(0,MT-a14)*max(0,STR-a13)-a15*max(0,a16-PT)*max(0,STR-a17),
其中a1-a19是由实验数据推导的系数,max(0,x-常数)和max(0,常数-x)产生了无量纲值,a1是无量纲的,a2是无量纲的,a3具有单位°F,a4是无量纲的,a5是无量纲的,a6具有单位1/s,a7具有单位cm3/g,a8具有单位hr/lb,a9具有单位1/s,a10具有单位10min/g,a11具有单位s,a12具有单位10min/g,a13具有单位1/s,a14具有单位°F,a15是无量纲的,a16具有单位s,a17具有单位1/s,a18是无量纲的,a19是无量纲的,纵向撕裂(撕裂MD)具有单位g/mil,熔体温度(MT)具有单位°F,应变速率(STR)具有单位1/s,堆积密度(ρ)具有单位g/cm3,输出速率(OR)具有单位lb/hr,熔体流动速率(MFR)具有单位g/10min,加工时间(PT)具有单位s,流动速率比(FRR)是无量纲的。
2.权利要求1的方法,其进一步包括:使用一种或多种估计的吹塑膜挤出条件±5%和具有一种或多种估计的物理性能±5%的聚合物A,来形成膜。
3.权利要求1或权利要求2的方法,其中聚合物A的一种或多种估计的物理性能包含下面中的至少一种:堆积密度、熔体流动速率、高载荷熔体流动速率、流动速率比、分子量、多分散性指数或者其任意组合。
4.权利要求1或权利要求2的方法,其中一种或多种估计的吹塑膜挤出条件包含下面中的至少一种:输出速率、霜白线高度、吹胀比、拉伸比、模口尺寸、模口间隙、熔体温度、加工时间、应变速率、最终膜厚度、挤出机螺杆速度或者其任意组合。
5.权利要求1或权利要求2的方法,其进一步包括基于用于一种或多种所生产的包含聚合物A的聚合物膜的纵向撕裂数据和相应的(1)聚合物A的一种或多种物理性能和(2)一种或多种吹塑膜挤出条件,来更新MARS推导的算法。
6.一种形成膜的方法,所述方法包括:
使用包含多元自适应回归样条(MARS)推导的算法的模型,并且输入聚合物A的一种或多种物理性能和一种或多种吹塑膜挤出条件,来生成包含聚合物A的聚合物膜的估计的撕裂MD,其中聚合物A是使用铪过渡金属茂金属类型催化剂体系合成的茂金属聚乙烯(mPE);
加热聚合物A来产生熔融聚合物A;和
使用一种或多种吹塑膜挤出条件挤出熔融聚合物A,来产生膜,其中MARS是:
Ln(撕裂MD)=a1+a2*max(0,a3-MT)-a4*max(0,MT-a3)+a5*max(0,STR-a6)+a7*ρ*max(0,MT-a3)+a8*OR*max(0,STR-a9)-a10*MFR*max(0,a11-PT)+a12*MFR*max(0,a13-STR)+a19*FRR*max(0,STR-a13)-a18*max(0,MT-a14)*max(0,STR-a13)-a15*max(0,a16-PT)*max(0,STR-a17),
其中a1-a19是由实验数据推导的系数,max(0,x-常数)和max(0,常数-x)产生了无量纲值,a1是无量纲的,a2是无量纲的,a3具有单位°F,a4是无量纲的,a5是无量纲的,a6具有单位1/s,a7具有单位cm3/g,a8具有单位hr/lb,a9具有单位1/s,a10具有单位10min/g,a11具有单位s,a12具有单位10min/g,a13具有单位1/s,a14具有单位°F,a15是无量纲的,a16具有单位s,a17具有单位1/s,a18是无量纲的,a19是无量纲的,纵向撕裂(撕裂MD)具有单位g/mil,熔体温度(MT)具有单位°F,应变速率(STR)具有单位1/s,堆积密度(ρ)具有单位g/cm3,输出速率(OR)具有单位lb/hr,熔体流动速率(MFR)具有单位g/10min,加工时间(PT)具有单位s,流动速率比(FRR)是无量纲的。
7.权利要求6的方法,其进一步包括:使用一种或多种吹塑膜挤出条件±5%和具有一种或多种物理性能±5%的聚合物A来形成膜。
8.权利要求6或者权利要求7的方法,其中聚合物A的一种或多种估计的物理性能包含下面中的至少一种:堆积密度、熔体流动速率、高载荷熔体流动速率、流动速率比、分子量、多分散性指数或者其任意组合。
9.权利要求6或者权利要求7的方法,其中一种或多种估计的吹塑膜挤出条件包含下面中的至少一种:输出速率、霜白线高度、吹胀比、拉伸比、模口尺寸、模口间隙、熔体温度、加工时间、应变速率、最终膜厚度、挤出机螺杆速度或者其任意组合。
10.权利要求6或者权利要求7的方法,其进一步包括基于用于一种或多种所生产的包含聚合物A的聚合物膜的纵向撕裂数据和相应的(1)聚合物A的一种或多种物理性能和(2)一种或多种吹塑膜挤出条件,来更新MARS推导的算法。
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