JP2004503623A - 射出成形ポリマー - Google Patents

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Abstract

本発明は、シングルサイト触媒を使用して製造されたLLDPE、例えば、メタロセンを用いて製造されたLLDPE(m−LLDPE)を、食品包装用材料、特に食品容器のための閉じる要素を射出成形するにおいて使用することに関する。このような材料は、低いレベルの移行、典型的には40mg/dm未満、例えば5mg/dm未満を示すことが判り、特に高い脂肪含量を有する食品を包装するにおいて使用するのに適している。

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線形低密度ポリエチレン(LLDPE)における及びそれに関する改良に関し、特に、射出成形のためのLLDPEの使用及びそれにより得られうる製品に関する。
【0002】
LLDPEは包装用品の製造に広く用いられており、それは、典型的には成形技術、特に射出成形により製造される。これらの目的に使用されるLLDPE物質は、典型的には慣用のチーグラー‐ナッタ触媒を用いて製造される。
【0003】
射出成形されたLLDPE製品が、重要な用途、例えば食品または医用品の包装に用いられるべき場合、特に食品容器のための閉じる手段(たとえば蓋)にもちいられる場合、これが、包装された物品を汚染してはならないことが重要である。食品包装用途のためには、汚染の程度の表示は、例えば脂肪性食品擬似物例えばオリーブオイルに浸漬された場合に、ポリマー物質の移行レベルを測定するテストから得られることができる。チーグラー‐ナッタ触媒を用いて作られたLLDPEの場合に、移行のレベルは、食品及び医用品(特に脂肪性食品)のための射出成形された包装材料の製造においてそれらを使用することを許すためには、あまりに高いことが判った。
【0004】
驚くべきことに、われわれは今、シングルサイト触媒を用いて製造されたLLDPEを用いることにより、特にメタロセン触媒を用いて作られたLLDPE(m−LLDPE)を用いることにより、食品、医用品を包装するにおいて使用するため、特に高い脂肪含量を有する食品たとえばチーズ、マヨネーズ、ケチャップ、バターなどを包装するにおいて使用するための許容できる移行レベルを有する成形された製品(たとえば射出成形された製品)を作ることが可能であることを見出した。
【0005】
すなわち、一つの観点において本発明は、シングルサイト触媒を用いて製造されたLLDPE、特にメタロセンを用いて製造されたLLDPE(m−LLDPE)を食品包装材料、特に食品容器の為の閉じる要素の射出成形において使用することを提供する。
【0006】
本発明において特に好ましく使用されるものは、比較的狭い分子量分布すなわちMWD(すなわち重量平均分子量と数平均分子量の比)を有するLLDPEであり、例えば2〜60、好ましくは3〜10、より好ましくは3〜6の範囲のMWDを持つものである。
【0007】
別の観点からは、本発明は、射出成形された物品、例えば射出成形された閉じる要素、特に食品容器の為の閉じる要素であって、シングルサイト触媒を用いて製造されたLLDPE好ましくはメタロセンLLDPEから製造された物品を提供する。該LLDPEは、好ましくは2〜60、好ましくは3〜10、より好ましくは3〜6の範囲のMWDを有する。
【0008】
食品及び医用品のための射出成形された包装材料の製造での使用に特に適すると見出されたLLDPE物質は、40mg/dm未満、好ましくは10mg/dm未満、例えば5mg/dm未満の移行レベルを有するものである.
【0009】
更に別の観点からは、本発明は40mg/dm未満、好ましくは10mg/dm未満、例えば5mg/dm未満の移行レベルを持つ,射出成形において使用されるのに適したLLDPE、たとえばメタロセンLLDPEを提供する
【0010】
更に別の観点からは、本発明は、40mg/dm未満、好ましくは10mg/dm未満、例えば5mg/dm未満の移行レベルを有する物品、好ましくは容器用の閉じる要素を形成するにおいてLLDPE、たとえばメタロセンLLDPEを使用することを提供する。
【0011】
ポリエチレンという言葉によって、その重量の主要部がエチレンモノマー単位から誘導されるポリマーを意味する。ポリマーの少ない割合、例えば、20重量パーセント以下、より好ましく15重量パーセント以下が、エチレンと共重合しうる他のモノマーから誘導されても良い。適当なコモノマーはC3−20モノまたは多不飽和モノマー、特にC3−10α−オレフィン、例えばプロペン 1−ブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、3,4−ジメチル−1−ブテン、1−ヘプテン、3−メチル−1−ヘキセンなどから選択されるものを包含する。好ましくは、該モノマーはプロペン、1−ブテン、1−ヘキセン及び1−オクテンから選択されるであろう。本明細書において、エチレンコポリマーは、エチレンおよびエチレンと共重合可能な1以上のモノマーから誘導されるポリエチレンを包含することが意図される。
【0012】
ポリエチレンはまた、少量、たとえば10重量パーセント以下、好ましくは5重量パーセント以下の他のポリマー、例えば他のポリオレフィン、例えばポリプロピレンを含んでいても良い。慣用の添加物、例えば酸化防止剤、紫外線安定剤、着色剤、充填剤などが、一般に10重量パーセント以下、例えば5重量パーセント以下の量で存在しても良い。
【0013】
LLDPEという言葉により、890乃至940kg/m、好ましくは915乃至930kg/m、特に917乃至926kg/mの密度、及び20乃至60パーセント、好ましくは30乃至50パーセント、特に40乃至50パーセントの結晶性を有するポリエチレンが意味される。
【0014】
この発明において有用なLLDPEは、モノモーダル、バイモーダルおよびマルチモーダルのポリマーを包含する。狭い分子量分布によって典型的に特徴付けられるモノモーダルポリマーは有利でありうる。典型的には、狭いMWDを有するモノモーダルポリマーは、単一のモノマー及び単一の重合触媒を用いて、一組のプロセス条件(温度、圧力など)のもとで単一の重合段階で製造されるであろう。
【0015】
この発明において有用なバイモーダル及びマルチモーダルLLDPEは、異なるMWDを有する二以上のモノモーダルポリエチレンをブレンドすることにより製造されうる。あるいは、かつ好ましくは、それらは、バイモーダルあるいはマルチモーダルポリマーを製造する条件のもとで、例えば、二以上のシングルサイト触媒を用いて、及び/又は、二以上の異なる触媒サイトを持つ触媒システムまたは混合物を用いて、あるいは反応物が異なる反応条件(例えば異なる温度、圧力、重合媒体、水素分圧など)に付されるところの二以上の重合段階を使用して、製造されることができる(ヨーロッパ特許出願778289号を参照)。
【0016】
本発明において使用されるLLDPEを製造するために用いられる上記またはそれぞれの重合段階は、慣用のエチレンホモまたは共重合手順、例えばスラリー、気相または溶液重合を用いて行うことができ、気相重合が好ましい。重合プロセスは、一以上の慣用の反応器を用いることができ、例えば、ループリアクター、気相リアクターなどである。気相反応器については、用いられる反応温度は、一般に60乃至115℃(例えば70乃至110℃)の範囲であろう。反応器圧力は、一般に10乃至25バールの範囲であり、滞在時間は一般に1乃至8時間であろう。用いられる気体は、モノマーと一緒の非反応性気体、例えば窒素であろう。水素もまた、反応器中で製造されるポリマーの分子量を更に制御する為に存在しても良い。分子量制御は、水素濃度の制御を通して、あるいは重合プロセスの間の水素消費の制御を通して行われることができる。
【0017】
バイモーダル(またはマルチモーダル)LLDPEは、多段階重合プロセスを用いて、例えば一連の反応器(その中でコモノマーはより高い(又は最高の)分子量の成分を製造するために用いられる反応器のみに加えられうる)を用いて、製造され得る。最初の重合段階は、典型的には80乃至100℃で運転されかつ発生触媒を含むスラリーループ反応器で実施されることができ、連続的に抜き出され、反応媒体から分離され、そして第二の重合段階が実施される気相反応器に移される。第二の気相反応器は、80乃至90℃、かつ25乃至30バールの圧力で通常運転される。
【0018】
本発明で有用なLLDPEを製造するのに用いられる触媒は、慣用のシングルサイト触媒から選択されうる。シングルサイト触媒という言葉により、ポリマー鎖延長がおこる触媒的に有効なサイトの単一タイプを提供するところの触媒を意味する。シングルサイト触媒として特に好ましいものは、所望により無機または有機担体、特に多孔性酸化物、たとえばシリカ、アルミナ、またはシリカ−アルミナに担持された、メタロセンである。有利には、これらはまた、助触媒、特に好ましくはアルミノキサンと組み合わせて使用される。
【0019】
本明細書において使用される言葉メタロセンは、一以上のηリガンドを含む任意の触媒的に活性な錯体を言うのに使用される。そのような錯体における金属は、好ましくは第4、5、6、7または8族の金属、またはランンタニド、またはアクチニドであり、特に第4、5または6族金属、特にはジルコニウム、ハフニウム、チタンまたはクロム、特に好ましくはジルコニウムまたはハフニウムである。ηリガンドは、好ましくはシクロペンタジエニル環を有し、環炭素は任意的にヘテロ原子(たとえばN、B、SまたはP)により置換されていてもよく、環は任意的にペンダントまたは融合環置換基により置換されていることができ、また、任意的にブリッジ(たとえば1乃至4原子のブリッジ、例えば(CH、C(CHまたはSi(CH)により、さらなる任意的に置換されたホモまたはヘテロ環状シクロペンタジエニル環にリンクされていても良い。環置換基は、例えばハロ原子、またはアルキル基(任意的にその炭素がヘテロ原子、例えばO、NおよびSi、特にSiおよびOにより置換されていることができ、また任意的にアルキル基がモノ、またはポリ環状基、例えばフェニルまたはナフチル基により置換されていてもよい)でありうる。
【0020】
適当なメタロセンおよびアルミノキサン助触媒は、化学文献及び特許文献、例えばヘキスト、モンテル、ボレアリス、エクソンおよびダウの発行された特許出願から周知である。
【0021】
本発明に従い使用されるLLDPEは、好ましくは下記の特性を有する。
20乃至100、好ましくは30乃至80、例えば30乃至50のMFR2.16
910乃至930kg/m、好ましくは920乃至930kg/mの密度、
20乃至100kD、好ましくは40乃至50kDのMw(重量平均分子量)、
5乃至30kD、好ましくは10乃至15kDのMn(数平均分子量)、
3乃至10、より好ましくは3乃至6のMWD(すなわち重量平均分子量と数平均分子量の比)、
180MPaより大きい、好ましくは200乃至300MPaのEモジュラス、
50乃至300KJ/m、好ましくは100KJ/mより大きい引っ張り衝撃強度、
400パーセントより大きい破断伸度、
5乃至15MPa、好ましくは7乃至10MPaの降伏点応力、
75乃至150℃、好ましくは85乃至100℃のヴカー軟化温度(10N)。
【0022】
LLDPEは例えば、慣用の射出成形装置を用いて、例えば180乃至280℃、例えば約200℃の射出温度で、10乃至500mm/秒の範囲、好ましくは約100mm/秒の射出スピードで運転される慣用の射出成形装置を用いて本発明に従い射出成形されうる。適当な型温度は、0乃至80℃の範囲である。このようにして製造された閉じる要素は典型的には、5乃至1000mmの範囲の最大寸法を有するであろう。
【0023】
したがって別の観点からは、本発明は、食品容器の為の閉じる要素を提供し、該閉じる要素は、本明細書に記載されたLLDPE、たとえばメタロセンLLDPE、好ましくは40mg/dm未満、好ましくは10mg/dm未満、たとえば5mg/dm未満の移行レベルを有するLLDPEから形成される。
【0024】
本明細書で記載したLLDPEを用いて製造された閉じる要素は、食品、例えばパン、サラダ、ケーキ、プディング、スープ、チーズ、マヨネーズ、ケチャップ、バターなど、特に高い脂肪含量を有する食品の包装において使用されるのに特に適している。これらはまた、ポリマー物質の移行が防止されることが重要である場合に医用品を包装するために、例えば溶液、縣濁液、エマルジョン、シロップなどを包装するにおいて使用するのにも適している。
【0025】
本明細書に記載されるLLDPE製品は、可撓性の程度が消費者による取り外しの為に必要であるところの閉じる要素として、例えばキャップまたは蓋として使用するのに特に適するようにされている。そのような場合、該製品は、例えばプラスチック(例えばポリプロピレン)、ガラスまたは金属容器と結び付けられて使用されうる。
本発明を以下の制限的でない実施例を参照しながら更に説明する。
【0026】
【実施例】
実施例1 触媒調製
全ての反応は、窒素雰囲気下で実施された。トルエン中のメチルアルミノキサン(MAO)の30パーセント溶液の40mlが、トルエン40mlにより希釈された。得られた溶液は、rac−(エチレンビス(2−(tert−ブチルジメチルシロキシ)インデニル))ジルコニウム ジクロライド(ABOCl)の22.6グラムに加えられた。このMAO/メタロセン溶液は、MAOの30パーセントw/w溶液の、さらに1250mlと一緒にされた。10分間の反応時間後に、溶液の全体積は不活性雰囲気下で反応器中に置かれたシリカ1000グラムに加えられた。得られた混合物は、90分間放置して反応された。窒素でフラッシュし、そして同時に反応容器を85℃に18時間加熱することにより乾燥を行った。かくして得られた触媒は、乾いた、自由に流れる粉末であった。
【0027】
実施例2 ポリマー調製及び特性
実施例1にしたがって製造された重合触媒とともに、エチレン、ヘキセン、水素及び窒素が、75℃、17.5バールで運転されている流動床をもつ気相反応機に供給された。ポリマー製造速度は、約10乃至11kgPE/hであった。循環ガス速度は、約2200kg/hに維持され、床レベルは2.0メートルであった。
重合パラメーターを以下の表に示す。
【表1】
Figure 2004503623
該ポリマー生成物の特性を、チーグラー−ナッタ(Z/N)触媒 M触媒(UCC)を用いて得られたLLDPE生成物の特性と比較して、下記の表2に示す。
【表2】
Figure 2004503623
:MFR2.16は、ISO1133にしたがって、2.16kg負荷を用いて190℃で測定された。
:密度はISO1183にしたがって測定された。
:Mw,Mn及びMWDは、BTM15521(ボリアリス)に従うGPC装置(ゲル透過クロマトグラフィ、サイズ排除クロマトグラフィ)により、140℃で溶媒トリクロロベンゼン(流速:1.0ミリリットル/分)を用いて測定された。H.G. Barth及びJ.M. Mays(編集):Modern Methods of Polymer Characterization(Chemical Analysis 113巻)、John Wiley & Sons、1991 を参照。
:Eモジュラスは、ISO527−2を用いて測定された。
:引張衝撃強度は、ISO8256/Alにしたがって測定された。
:破断伸度はISO527−2にしたがって測定された。
:降伏点引張応力はISO527−2にしたがって測定された。
:ヴカーはISO306にしたがって測定された。
【0028】
実施例3 射出成形
実施例2にしたがって製造された試料1、2および3を使用して、下記のパラメーターにしたがい、Netstal 300射出成形機械を用いて射出成形により試験試料(蓋)が製造された。
溶融温度:200℃
標準スクリュー:70mm/25D
射出速度:100mm秒
ホールドオン圧力:3秒
冷却時間:5秒
型温度:30℃(射出側)
15℃(キャビティ側)
成形された生成物における移行テストは、オリーブオイル中で40℃で10日間実施された(全体浸漬)。
ヘキサン抽出物は、50℃で2時間、n‐ヘキサン中での抽出により測定された。
結果を下記の表3に示す。
【表3】
Figure 2004503623
:移行は、ENV1186−2(ENV=European pre−standard)にしたがい測定された。
:ヘキサン抽出物は、FDA(米国)標準177.1520にしたがい測定された。
全ての生成物は、小さな反りおよび捩じれを示すと判った。
【0029】
実施例4 圧縮成形されたLLDPE試料についての移行データ
シングルサイトメタロセン触媒を用いて製造された種々のポリエチレングレード、及び(比較のために)チーグラー−ナッタ触媒を用いて製造された一つのグレードのポリエチレンからの1ミリメートル厚さの圧縮成形されたシートを、オリーブオイル中に40℃で10日間浸漬することによる移行テストに付した。結果を表4に示す。
【表4】
Figure 2004503623
注記
(1)シングルサイト触媒を用いて製造された、MWD=6乃至7を有するバイモーダル製品
(2)シングルサイト触媒を用いて製造された、MWD=2.5のモノモーダル製品
(3)シングルサイト触媒を用いて製造された、MWD=3.5のモノモーダル製品
(4)チーグラー−ナッタ触媒を用いて製造された製品についての比較結果
【0030】
実施例5 ポリマー製造及び特性
反応器で製造されるバイモーダルLLDPEは、下記のようにして製造されうる。
重合触媒(nBuCp)HfCl/MAO(シリカ上に担持)とともにエチレン、水素及び1−ブテン コモノマーを、80℃及び65バールで運転されるループ反応器に導入する。重合パラメーターは以下のように設定される。H/C:0.4mol/kmol、C/C:140mol/kmol。製品のMFR及び密度は、120g/10分及び937kg/mとそれぞれ推定される。
得られたポリマー(活性触媒をまだ含有している)は、反応媒体から分離され、気相反応機に移され、そこで追加の水素、エチレン及び1−ブデン コモノマーが追加される。重合パラメーターは下記のように設定される。H/C:1〜3mol/kmol、C/C:40乃至45mol/kmol。30乃至50g/10分の範囲のMFRおよび920乃至930kg/m密度を有するポリエチレンが製造される。

Claims (24)

  1. 食品包装材料の射出成形において、シングルサイト触媒を用いて製造されたLLDPEを用いる方法。
  2. 該LLDPEがメタロセンLLDPE(m−LLDPE)である請求項1記載の方法。
  3. 該LLDPEが2〜60の範囲のMWDを有する請求項1または2記載の方法。
  4. 食品容器の為の閉じる要素を射出成形する為に該LLDPEを用いる請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 下記の特性を持つ該LLDPEを用いる請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法
    20乃至100のMFR2.16
    910乃至930kg/mの密度、
    20乃至100kDのMw(重量平均分子量)、
    5乃至30kDのMn(数平均分子量)、および
    3乃至10のMWD(すなわち重量平均分子量と数平均分子量の比)。
  6. シングルサイト触媒を用いて製造されたLLDPEから形成された射出成形された物品。
  7. メタロセンLLDPEから形成された請求項6記載の物品。
  8. 該LLDPEが2〜60の範囲のMWDを有する請求項6または7記載の物品。
  9. 射出成形された閉じる要素である請求項6乃至8のいずれか1項に記載の物品。
  10. 食品容器の為の閉じる要素である請求項9記載の物品。
  11. 下記の特性を持つ該LLDPEから形成された請求項6ないし10のいずれか1項に記載の物品
    20乃至100のMFR2.16
    910乃至930kg/mの密度、
    20乃至100kDのMw(重量平均分子量)、
    5乃至30kDのMn(数平均分子量)、および
    3乃至10のMWD(すなわち重量平均分子量と数平均分子量の比)。
  12. 40mg/dm未満、好ましくは10mg/dm未満、例えば5mg/dm未満の移行レベルを持つ、射出成形における使用に適したLLDPE。
  13. メタロセンLLDPEである請求項12記載のLLDPE。
  14. 下記特性を持つ請求項12または13記載のLLDPE
    20乃至100のMFR2.16
    910乃至930kg/mの密度、
    20乃至100kDのMw(重量平均分子量)、
    5乃至30kDのMn(数平均分子量)、および
    3乃至10のMWD(すなわち重量平均分子量と数平均分子量の比)。
  15. 40mg/dm未満、好ましくは10mg/dm未満、例えば5mg/dm未満の移行レベルを有する物品を形成する方法において、LLDPEを使用する方法。
  16. 該LLDPEがメタロセンLLDPEである請求項15記載の方法。
  17. 該物品が容器の為の閉じる要素である請求項15または16記載の方法。
  18. 該LLDPEが下記の特性を持つ請求項15ないし17のいずれか一項に記載の方法
    20乃至100のMFR2.16
    910乃至930kg/mの密度、
    20乃至100kDのMw(重量平均分子量)、
    5乃至30kDのMn(数平均分子量)、および
    3乃至10のMWD(すなわち重量平均分子量と数平均分子量の比)。
  19. 閉じる要素がLLDPEから形成される食品容器のための閉じる要素。
  20. メタロセンLLDPEから形成された請求項19記載の閉じる要素。
  21. 40mg/dm未満、好ましくは10Mmg/dm未満、例えば5mg/dm未満の移行レベルを有するLLDPEから形成された請求項19または20に記載の閉じる要素。
  22. プラスチック、ガラスまたは金属容器を伴う請求項19項乃至21のいずれか一項に記載の閉じる要素。
  23. ポリプロピレン容器を伴う請求項22記載の閉じる要素。
  24. 該LLDPEが下記の特性を持つ請求項19乃至23いずれか一項記載の閉じる要素
    20乃至100のMFR2.16
    910乃至930kg/mの密度、
    20乃至100kDのMw(重量平均分子量)、
    5乃至30kDのMn(数平均分子量)、および
    3乃至10のMWD(すなわち重量平均分子量と数平均分子量の比)。
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