JP2008540695A - エチレン/α−オレフィンブレンドの共重合体ならびにそれから作製された異形材およびガスケット - Google Patents

エチレン/α−オレフィンブレンドの共重合体ならびにそれから作製された異形材およびガスケット Download PDF

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Abstract

ポリマーブレンドは、少なくともエチレン/αオレフィン共重合体および少なくとも1つのポリオレフィンを含む。ポリオレフィンは、ホモポリマーまたは共重合体であり得、少なくとも約6cNの溶融強度を有する。エチレン/αオレフィン共重合体は、少なくともハードブロックと、少なくともソフトブロックとを有するブロックコポリマーである。ソフトブロックは、ハードブロックよりも多くの量のコポリマーを含む。ブロック共重合体は、本明細書で開示した多くの独自の特徴を有する。ポリマーブレンドは、異形材、ガスケット、および他の製品を作製するために異形押出できる。

Description

本発明は、エチレン/α−オレフィン共重合体(interpolymer)および1つまたはそれ以上のポリオレフィンを含むポリマーブレンド、ブレンドの作製方法、ならびにブレンドから作製した異形材(profile)およびガスケットに関するものである。
熱可塑性材料より作製された異形材は、異形押出工程(profile extrusion process)によって製造される。熱可塑性材料は、押出機にて溶融物へと調製され、最初にダイで成形される。異形材は、下流のサイジング部で最終輪郭を与えられ、そこで同時に冷却される。代表的な押出プラントは、押出機と、サイジング台と、テイクオフユニットと、自動ソーとを含む。送達台、パンチングまたは印刷設備および他の特殊な加工ユニットなどの、他のステーションも追加できる。
異形押出工程を使用するとき、製造者は通常、剪断力の印加により「シアシニング」する、すなわち粘度が低下するエラストマーを所望する。押出機ダイでの圧力降下および押出機スクリューを回転させるのに必要なアンペア数がエラストマーの粘度に直接関連するため、シアシニングによるエラストマー粘度の低下は必然的により低い圧力降下およびより低いアンペア数要件をもたらす。製造者は次いで、アンペア数または圧力降下によって課された限界に達するまで押出機スクリューの速度を上昇させることができる。上昇したスクリュー速度は、押出機出力の上昇に変わる。シアシニングの上昇はまた、表面溶融破壊の開始を遅延させる。この表面溶融破壊の開始は、押出機出力を別途に制限する現象である。表面溶融破壊は通常、品質欠陥と見なされ、製造者は通例、表面溶融破壊を実質的に消失させる製造速度に到達するために、押出機出力を制限して生産性の低下を被る。
壁が薄く、複雑な形態の異形押出物を製造するとき、製造者は、良好なシアシニング挙動に加えて、溶融強度(MS)が高く、冷却時の固化が迅速なエラストマーを探し求める。高いMSと冷却時の迅速な固化の組み合わせは、重力および押出力が形状歪みを引き起こす前に、部品を熱間押出して、エラストマーの固化温度以下で冷却することを可能にする。後に、市場で幅広く受け入れられるため、完成部品も、高温に短期間の暴露されても、加工、出荷または最終使用中にその形状を維持すべきである。
ガスケットは各種の用途で、例えばドアと機器本体との区域を密閉するための柔軟性ガスケットを必要とする冷蔵庫およびフリーザーなどの機器などで使用される。ガスケットの製造で最も一般に使用される材料の1つは、ポリビニルクロライド(「PVC」)である。しかしながらPVCは、ガスケットに所望の特性を与えるために必要な各種の添加剤を包含するために、配合および調合を必要とする。追加の混合ステップに必要な追加の時間および費用以外に、可塑剤などの添加剤はこぼれを吸収して変色し得る。可塑添加剤はまた、ガスケットの変色、例えば黒色ステインも生じうる微生物による攻撃を受けやすい。さらに、PVCガスケットは低温で脆性となり、亀裂が問題となる。したがって低温では、PVCガスケットを導入することは困難である。PVCガスケットはまた、環境に負の影響を有するとして認識されている。
したがって押出ライン速度の上昇(すなわちより低いトルクおよびより低いダイ圧力)および溶融破壊の低減、耐崩壊性などの性能改善を提供する異形材およびガスケットの材料への要求がある。
上述の要求は、本発明の各種の態様によって満たされる。本明細書では(i)エチレン/α−オレフィン共重合体と、(ii)少なくとも約6センチニュートン(cN)の溶融強度を有するポリオレフィンとを含むポリマーブレンドを提供する。
ポリマーブレンドで使用するエチレン/α−オレフィン共重合体は、
(a)約1.7〜約3.5のM/Mと、少なくとも1つの融点Tm(℃)と、密度d(グラム/立方センチメートル)とを有し、ここでTおよびdの数値は関係:
>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)
に相当する、または
(b)約1.7〜約3.5のM/Mを有し、融解熱ΔH(J/g)と、最大DSCピークと最大CRYSTAFピークとの温度差として定義されるデルタ量ΔT(℃)とによって特徴付けられ、ΔTおよびΔHとの数値は、以下の関係:
ΔHがゼロより大きく、130J/g以下である場合、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
ΔHが130J/gより大きい場合、ΔT≧48℃
を有し、
ここでCRYSTAFピークは、累積ポリマーのうちの少なくとも5%を用いて決定され、そしてこのポリマーの5パーセント未満が特定可能なCRYSTAFピークを有するならば、CRYSTAF温度が30℃である;または
(c)エチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムで測定された、300パーセントのひずみかつ1サイクルでの弾性回復率Re(パーセント)によって特徴付けられ、かつ密度d(グラム/立方センチメートル)を有し、このReおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィン共重合体が実質的に架橋相を有さない場合、以下の関係:
Re>1481−1629(d)
を満たす;または
(d)TREFを使用して分画される場合に40℃と130℃との間で溶離する分子画分を有し、この画分が、同じ温度の間で溶離する、比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有することを特徴とし、前記比較対象となるランダムエチレン共重合体は、同じコモノマー(単数または複数)を有し、エチレン/α−オレフィン共重合体のものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度およびコモノマーのモル含量(ポリマー全体に基づく)を有する;または
(e)25℃における貯蔵弾性率G’(25℃)と、100℃における貯蔵弾性率G’(100℃)によって特徴付けられ、ここでG’(25℃)のG’(100℃)に対する比は、約1:1〜10:1である;
ことを特徴とする。
ある実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体は、約1.7〜約3.5のM/Mと、少なくとも1つの融点T(℃)と、密度d(グラム/立方センチメートル)とを有し、ここでTおよびdの数値は関係:
≧858.91−1825.3(d)+1112.8(d)
に相当する。
ある実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体は、約1.7〜約3.5のM/Mを有し、融解熱ΔH(J/g)と、最大DSCピークと最大CRYSTAFピークとの温度差として定義されるデルタ量ΔT(℃)とによって特徴付けられ、ΔTおよびΔHとの数値は、以下の関係:
ΔHがゼロより大きく、130J/g以下である場合、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
ΔHが130J/gより大きい場合、ΔT≧48℃
を有し
ここでCRYSTAFピークは、累積ポリマーのうちの少なくとも5%を用いて決定され、そしてこのポリマーの5パーセント未満が特定可能なCRYSTAFピークを有するならば、CRYSTAF温度は30℃である
他の実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムで測定された、300パーセントのひずみかつ1サイクルでの弾性回復率Re(パーセント)によって特徴付けられ、かつ密度d(グラム/立方センチメートル)を有し、このReおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィン共重合体が実質的に架橋相を有さない場合、以下の関係:
Re>1481−1629(d)、
Re>1491−1629(d)、
Re>1501−1629(d)、または
Re>1511−1629(d)
を満たす。
一実施形態において、エチレン/α−オレフィン共重合体は:
(a)TREFを使用して分画される場合に40℃と130℃との間で溶離する少なくとも1つの分子画分であって、少なくとも0.5から約1までのブロックインデックスと、約1.3を超える分子量分布M/Mとを有することを特徴とする画分、または
(b)ゼロより大きくかつ約1.0までである平均ブロックインデックス、および約1.3より大きい分子量分布M/Mを有する。
別の実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体は、TREFを使用して分画される場合に40℃と130℃との間で溶離する分子画分を有し、この画分が、同じ温度の間で溶離する、比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有することを特徴とし、前記比較対象となるランダムエチレン共重合体は、同じコモノマー(単数または複数)を有し、エチレン/α−オレフィン共重合体のものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度およびコモノマーモル含量(ポリマー全体に基づく)を有する。
一実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体は、25℃における貯蔵弾性率G’(25℃)と、100℃における貯蔵弾性率G’(100℃)によって特徴付けられ、ここでG’(25℃)のG’(100℃)に対する比は、約1:1〜10:1である。
ある実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体中のα−オレフィンは、スチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、ノルボルネン、1−デセン、1,5−ヘキサジエン、またはそれらの組み合わせである。
エチレン/α−オレフィン共重合体は、ASTM D−1238、条件190℃/2.16kgに従って測定した、0.1〜2000g/10分、約1〜約1500g/10分、約2〜約1000g/10分または約5〜約500g/10分のメルトインデックスを有する。
ある実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体は、組成物全体の重量の約5%〜約95%、約50%〜約90%または約70%〜約90%の範囲で存在する。
ある実施形態では、本明細書で提供するポリマーブレンド中のポリオレフィンはホモポリマーである。ポリオレフィンは、ポリプロピレンまたはポリエチレンであり得る。一実施形態では、ポリエチレンは高密度ポリエチレンである。ある実施形態では、ポリエチレンは、組成物全体の重量の約5%〜約95%、約10%〜約50%または約10%〜約30%の範囲で存在する。
他の実施形態では、ポリオレフィンは、低密度ポリエチレン(LDPE)、不均一分枝エチレン/α−オレフィン共重合体、超低密度ポリエチレン(ULDPE))、実質的直鎖エチレンポリマー(SLEP)、および均一分枝エチレンポリマーから選択される。一実施形態では、ポリオレフィンは低密度ポリプロピレンおよび高密度ポリプロピレンから選択される。
別の実施形態では、ポリエチレンは実質的直鎖均質エチレン/α−オレフィン共重合体または直鎖均質エチレン/α−オレフィン共重合体である。
ある実施形態では、ポリマーブレンドは少なくとも1つの添加剤、例えばスリップ剤、ブロッキング防止剤、可塑剤、抗酸化剤、UV安定剤、着色剤または顔料、充填剤、潤滑剤、防曇剤、フローエイド、カップリング剤、架橋剤、核化剤、界面活性剤、溶媒、難燃剤、帯電防止剤、またはそれらの組み合わせを含む。
本明細書で開示するポリマーブレンドから作製された異形材またはガスケットも提供される。異形材およびガスケットは、異形押出によって、または射出成形によって作製できる。
エチレン/α−オレフィン共重合体とポリオレフィンをブレンドするステップを含む、物品を作製する方法もさらに提供され、エチレン/α−オレフィン共重合体は上および本明細書のどこかで記載した通りである。
本発明の追加の態様ならびに本発明の各種の実施形態の特徴および特性は、以下の説明によって明らかになる。
一般定義
「ポリマー」は、同じまたは異なるタイプにかかわらず、モノマーを重合することによって作製されたポリマー化合物を意味する。「ポリマー」という総称は、用語「ホモポリマー」、「コポリマー」、「ターポリマー」ならびに「共重合体」も含む。
「共重合体」は、少なくとも2つの異なる種類のモノマーの重合によって調製されたポリマーを意味する。「共重合体」という総称は、用語「コポリマー」(これは通常は、2つの異なるモノマーから調製されたポリマーを指すために利用される)、ならびに用語「ターポリマー」(これは通常は、3つの異なるモノマーから調製されたポリマーを指すために利用される)も含む。この「共重合体」は4つまたはそれ以上のタイプのモノマーを重合することによって作製したポリマーも含む。
「エチレン/α−オレフィン共重合体」という用語は一般に、エチレンおよび3個以上の炭素原子を有するα−オレフィンを含むポリマーを指す。好ましくは、エチレンはポリマー全体の大部分のモル画分を構成し、すなわちエチレンはポリマー全体の少なくとも約50モルパーセントを構成する。より好ましくは、エチレンは少なくとも約60モルパーセント、少なくとも約70モルパーセント、または少なくとも約80モルパーセントを構成し、ポリマー全体の実質的な残りは少なくとも1つの他のコモノマーを含み、このコモノマーは好ましくは3個以上の炭素原子を有するα−オレフィンである。多くのエチレン/オクテンコポリマーでは、好ましい組成物は、ポリマー全体の約80モルパーセントを超えるエチレン含量およびポリマー全体の約10〜約15モルパーセントの、好ましくは約15〜約20モルパーセントのオクテン含量を含む。ある実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体は、低収量または微量で、あるいは化学工程の副生成物として生じた共重合体を含まない。エチレン/α−オレフィン共重合体は1つ以上のポリマーとブレンドできるが、このように製造されたエチレン/α−オレフィン共重合体は実質的に純粋であり、重合工程の反応生成物の主要な成分を構成することが多い。
エチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレンおよび1つ以上の共重合性α−オレフィンコモノマーを重合化された形態で含み、化学的または物理的特性が異なる2つ以上の重合化されたモノマー単位の複数のブロックまたはセグメントによって特徴付けられる、。すなわちエチレン/α−オレフィン共重合体は、ブロック共重合体、好ましくはマルチブロック共重合体またはマルチブロックコポリマーである。「共重合体」および「コポリマー」という用語は、本明細書では互換的に使用される。ある実施形態では、マルチブロックコポリマーは、以下の式によって表すことができる:
(AB)
ここでnは少なくとも1、好ましくは1を超える整数、例えば2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100以上であり、「A」は、ハードなブロックまたはセグメントを示し、「B」はソフトなブロックまたはセグメントを示す。好ましくはAおよびBは、実質的に直鎖の様式で連結され、実質的に分枝した様式または実質的に星型の様式とは対照的である。他の実施形態では、AブロックおよびBブロックはポリマー鎖に沿ってランダムに分布される。言い換えれば、ブロックコポリマーは通常、以下のような構造を持たない。
AAA−AA−BBB−BB
なお他の実施形態では、ブロックコポリマーは通常、異なるコモノマー(単数または複数)を含む第3のタイプのブロックを有さない。また他の実施形態では、ブロックAおよびブロックBのそれぞれが、ブロック内に実質的にランダムに分布されたモノマーまたはコモノマーを有する。言い換えれば、ブロックAもブロックBも、ブロックの残りとは実質的に異なる組成を有する、別個の組成の2つまたはそれ以上のサブセグメント(またはサブブロック)、例えばチップセグメントを含まない。
一般に、マルチブロックポリマーは、様々な量の「ハード」セグメントおよび「ソフト」セグメントを含む。「ハード」セグメントは、そのポリマーの重量を基準にして約95重量パーセントより多い量、好ましくは約98重量パーセントより多い量でエチレンが存在する重合単位のブロックを指す。言い換えると、ハードセグメント中のコモノマー含量(エチレン以外のモノマーの含量)は、そのポリマーの重量を基準にして約5重量パーセント未満、好ましくは約2重量パーセント未満である。ある実施形態において、ハードセグメントは、すべてまたは実質的にすべてエチレンを含む。一方、「ソフト」セグメントは、そのコモノマー含量(エチレン以外のモノマーの含量)が、そのポリマーの重量を基準にして約5重量パーセントより大きい、好ましくは約8重量パーセントより大きい、約10重量パーセントより大きい、または約15重量パーセントより大きい、重合単位のブロックを指す。ある実施形態において、ソフトセグメント中のコモノマー含量は、約20重量パーセントより大きくてもよく、約25重量パーセントより大きくてもよく、約30重量パーセントより大きくてもよく、約35重量パーセントより大きくてもよく、約40重量パーセントより大きくてもよく、約45重量パーセントより大きくてもよく、約50重量パーセントより大きくてもよく、または約60重量パーセントより大きくてもよい。
ソフトセグメントは多くの場合、ブロック共重合体の総重量の約1重量パーセント〜約99重量パーセント、好ましくはブロック共重合体の総重量の約5重量パーセント〜約95重量パーセント、約10重量パーセント〜約90重量パーセント、約15重量パーセントから約85重量パーセント、約20重量パーセント〜約80重量パーセント、約25重量パーセント〜約75重量パーセント、約30重量パーセント〜約70重量パーセント、約35重量パーセント〜約65重量パーセント、約40重量パーセント〜約60重量パーセント、または45重量パーセント〜約55重量パーセントでそのブロック共重合体中に存在できる。逆に、ハードセグメントは同様の範囲で存在し得る。ソフトセグメント重量パーセンテージおよびハードセグメント重量パーセンテージは、DSCまたはNMRから得たデータに基づいて計算できる。そのような方法および計算は、Colin L. P. Shan, Lonnie Hazlitt, et.al.の名前で2006年3月15日に出願され、Dow Global Technologies Inc.に譲渡された、「Ethylene/α-Olefin Block Interpolymers」という題名の、同時出願米国特許出願第______号(判明時に挿入)、出願人整理番号385063−999558に開示されており、その開示はその全体が参照によって本明細書に援用される。
「結晶性の」という用語は利用される場合、示差走査熱量測定(DSC)または同等の技術によって判定したとき一次転移または結晶性融点(T)を有するポリマーを指す。該用語は、「半結晶性の」という用語と互換的に使用され得る。「非結晶性の」という用語は、示差走査熱量測定(DSC)または同等の技術によって判定したとき結晶融点を有さないポリマーを指す。
「マルチブロックコポリマー」または「セグメント化コポリマー」という用語は、好ましくは直鎖方式で接合された2つまたはそれ以上の化学的に異なる領域またはセグメント(「ブロック」と呼ばれる)を含むポリマー、すなわちペンダント方式またはグラフト方式ではなく、重合エチレン官能基に関して末端間接合される化学的に識別された単位を含むポリマーを指す。好ましい実施形態では、ブロックは、それに包含されるコモノマーの量またはタイプ、そのような組成のポリマーに起因する密度、結晶化度の量、晶子サイズ、立体規則性のタイプまたは程度(アイソタクチックまたはシンジオタクチック)、位置規則性または位置不規則性、長鎖分枝または過剰分枝を含む分枝の量、均質性、または他のいずれかの化学的もしくは物理的特性が異なる。マルチブロックコポリマーは、コポリマーを作製する独自の工程による、両方の多分散インデックス(PDIまたはM/M)の独自の分布、ブロック長分布および/またはブロック数分布によって特徴付けられる。さらに詳細には、連続工程で製造されるとき、ポリマーは望ましくは1.7〜2.9の、好ましくは1.8〜2.5の、より好ましくは1.8〜2.2の、最も好ましくは1.8〜2.1のPDIを有する。バッチまたはセミバッチ工程で製造されるとき、ポリマーは1.0〜2.9の、好ましくは1.3〜2.5の、より好ましくは1.4〜2.0の、最も好ましくは1.4〜1.8のPDIを有する。
以下の説明では、本明細書で開示されるすべての数字は、「約(about)」または「おおよそ(approximate)」という単語がそれに関連して使用されるかどうかにかかわらず、おおよその値である。それらは1パーセント、2パーセント、5パーセント、または場合により10〜20パーセント変わることがある。下限Rおよび上限Rのある数値範囲が開示されるときは必ず、その範囲に当てはまるいずれかの数が詳細に開示される。詳細には、範囲内の次の数が詳細に開示される:R=R+k*(R−R)、式中、kは1パーセントの増分で1パーセントから100パーセントまでの範囲で変化する変数であり、すなわちkは、1パーセント、2パーセント、3パーセント、4パーセント、5パーセント、…、50パーセント、51パーセント、52パーセント、…、95パーセント、96パーセント、97パーセント、98パーセント、99パーセント、または100パーセントである。さらに上で定義した2個のR数によって定義されたいずれの数値範囲も、詳細に開示される。
本発明の実施形態は、少なくとも1つのポリオレフィンおよび少なくとも1つの新しいエチレン/α−オレフィン共重合体を含むポリマーブレンドを提供する。ポリマーブレンドは、各種の用途への異形材およびガスケットを作製するのに適した独自の物理的および機械的特性を有する。ブレンドは、引張強度、溶融強度および圧縮永久ひずみの間に良好なバランスを有する。さらに、異形材およびガスケットは、少なくとも40℃、少なくとも50℃、少なくとも60℃、少なくとも80℃、または少なくとも90℃の利用上限温度または使用上限温度を有するべきである。異形材およびガスケットは、80%未満、70%未満、または60%未満の70℃圧縮永久ひずみを有するべきである。
エチレン/α−オレフィン共重合体
本発明の実施形態において用いられるエチレン/α−オレフィン共重合体(「本発明の共重合体」、「本発明のポリマー」とも呼ばれる)は、エチレンおよび1以上の共重合可能なα−オレフィンコモノマーを重合化された形態で含み、化学的または物理的な特性が異なる2つ以上の重合化されたモノマー単位の複数のブロックまたはセグメント(ブロック共重合体)、好ましくはマルチブロックコポリマーによって特徴付けられる。このエチレン/α−オレフィン共重合体は、下に記載されるような1つまたはそれ以上の態様によって特徴付けられる。
一態様では、本発明の実施形態で用いられるエチレン/α−オレフィン共重合体は、約1.7〜約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点Tm(℃)、および密度d(グラム/立方センチメートル)を有し、この変数の数値は:
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)、そして好ましくは、
Tm≧−6288.1+13141(d)−6720.3(d)、そして好ましくは、
Tm≧858.91−1825.3(d)+1112.8(d)
の関係に相当する。
このような融点/密度の関係は、図1に図示される。融点が密度とともに低下するエチレン/α−オレフィンの従来のランダムコポリマーとは異なり、特に密度が約0.87g/cc〜約0.95g/ccである場合、本発明の共重合体(ひし形で示す)は、密度とは実質的に独立した融点を示す。例えば、このようなポリマーの融点は、密度が約0.875g/cc〜約0.945g/ccにわたる場合、約110℃〜約130℃の範囲である。ある実施形態では、このようなポリマーの融点は、密度が約0.875g/cc〜約0.945g/ccにわたる場合、約115℃〜約125℃の範囲である。
別の態様では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、重合化された形態で、エチレンおよび1以上のα−オレフィンを含み、そして最高の示差走査熱量測定(「DSC」)ピーク温度から最高の結晶分析分別(Crystallization Analysis Fractionation)(「CRYSTAF」)ピークの温度を減算した温度として規定されるΔT(℃)および融解熱ΔH(J/g)によって特徴付けられ、そしてΔTおよびΔHの数値が、ΔHが130J/g以下の場合、以下の関係:
ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、そして好ましくは、
ΔT≧−0.1299(ΔH)+64.38、そしてより好ましくは、
ΔT≧−0.1299(ΔH)+65.95
を満たす。さらに、ΔTは、ΔHが130J/gより大きい場合、48℃以上である。CRYSTAFピークは、累積ポリマーのうちの少なくとも5%を用いて決定され(すなわち、このピークは、累積ポリマーの少なくとも5%に相当するはずである)、そしてこのポリマーの5パーセント未満が同定可能なCRYSTAFピークを有するならば、CRYSTAF温度が30℃であり、そしてΔHは、J/gである融解熱の数値である。より好ましくは、最高のCRYSTAFピークは、累積ポリマーの少なくとも10パーセントを含む。図2は、本発明のポリマーのプロットされたデータ、および比較例を示す。積分されたピーク面積およびピーク温度は、機器製造業者によって供給されるコンピュータ図形作成プログラムによって算出される。ランダムエチレン・オクテン比較例について示される対角線は、方程式ΔT=−0.1299(ΔH)+62.81に相当する。
さらに別の態様では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、昇温溶離分別法(Temperature Rising Elution Fractionation)(「TREF」)を用いて分画される場合に40℃と130℃との間で溶離する分子画分を有し、この同じ温度の間で溶離する比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーモル含量よりも好ましくは少なくとも5パーセント高い、より好ましくは少なくとも10パーセント高いコモノマーモル含量を有するという点で特徴付けられ、ここで、この比較対象となるランダムエチレン共重合体は、同じコモノマー(単数または複数)を有し、かつメルトインデックス、密度、およびコモノマーモル含量(ポリマー全体に基づく)をそのブロック共重合体のものから10パーセント以内に有する。好ましくは、この比較対象となる共重合体のMw/Mnはまた、そのブロック共重合体のMw/Mnから10パーセント以内にあり、そして/またはこの比較対象となる共重合体は、そのブロック共重合体のMw/Mnから10パーセント以内にMw/Mnを有する。
さらに別の態様では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムで測定された、300パーセントのひずみかつ1サイクルでの弾性回復率Re(パーセント)によって特徴付けられ、かつ密度d(グラム/立方センチメートル)を有し、このReおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィン共重合体が実質的に架橋相を有さない場合、以下の関係、
Re>1481−1629(d);そして好ましくは、
Re≧1491−1629(d);そしてさらに好ましくは、
Re≧1501−1629(d);そしてよれより好ましくは、
Re≧1511−1629(d)
を満たす。
図3は、特定の本発明の共重合体および従来のランダムコポリマーから作製された未延伸フィルムについての弾性回復率に対する密度の効果を示す。同じ密度について、本発明の共重合体は、実質的により高い弾性回復率を有する。
ある実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体は、10MPaを超える引張強度、好ましくは11MPa以上の引張強度、より好ましくは13Mpa以上の引張強度、および/または、11cm/分のクロスヘッド分離速度で、少なくとも600パーセント、より好ましくは少なくとも700パーセント、特に好ましくは少なくとも800パーセント、そして最も高度に好ましくは少なくとも900パーセントの破断点伸度を有する。
他の実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、(1)1〜50、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10という貯蔵弾性率G’(25℃)/G’(100℃);および/または(2)80パーセント未満、好ましくは70パーセント未満、特に60パーセント未満、50パーセント未満、または40パーセント未満という70℃圧縮永久ひずみを、0パーセントの圧縮永久ひずみまで下がって、有する。
さらに他の実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、80パーセント未満、70パーセント未満、60パーセント未満、または50パーセント未満、という70℃圧縮永久ひずみを有する。好ましくは、共重合体の70℃圧縮永久ひずみは、40パーセント未満、30パーセント未満、20パーセント未満であり、そして約0パーセントまで下がってもよい。
ある実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、85J/g未満の融解熱、および/または100ポンド/フィート(4800Pa)以下、好ましくは50ポンド/フィート(2400Pa)以下、特に、5ポンド/フィート(240Pa)以下、そして0ポンド/フィート(0Pa)程度のペレットブロッキング強度を有する。
他の実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、重合型で、少なくとも50モルパーセントのエチレンを含み、そして80パーセント未満、好ましくは70パーセント未満、または60パーセント未満、最も好ましくは40〜50パーセント、そしてゼロパーセント近くまで下がるという70℃圧縮永久ひずみを有する。
ある実施形態では、このマルチブロックコポリマーは、ポアソン分布よりもシュルツ・フローリー分布にあてはまるPDIを保有する。このコポリマーはさらに、多分散性ブロック分布と多分散性ブロックサイズ分布との両方を有し、かつブロック長の最確分布を保有すると特徴付けられる。好ましいマルチブロックコポリマーは、末端ブロックを含めて、4以上のブロックまたはセグメントを含むものである。さらに好ましくは、このコポリマーは、末端ブロックを含めて、少なくとも5、10もしくは20のブロックまたはセグメントを含む。
コモノマー含量は、任意の適切な技術を用いて測定され得、好ましくは核磁気共鳴(「NMR」)分光法に基づく技術による。さらに、比較的広範なTREF曲線を有するポリマーまたはポリマーの混合物については、ポリマーは望ましくは、TREFを用いて、各々が10℃以下の溶離温度範囲を有する画分に最初に分画される。すなわち、各々の溶離画分は、10℃以下という収集温度領域(ウィンドウ)を有する。この技術を用いて、このようなブロック共重合体は、比較対象となる共重合体の対応する画分よりも高モルのコモノマー含量を有する画分を、少なくとも1つ有する。
別の態様では、本発明のポリマーはオレフィン共重合体であって、好ましくは、重合化された形態でエチレンおよび1以上の共重合性コモノマーを含み、化学的または物理的な特性が異なる2以上の重合化されたモノマー単位の複数のブロック(すなわち、少なくとも2つのブロック)またはセグメント(ブロック化された共重合体)によって特徴付けられ、、最も好ましくはマルチブロックコポリマーである。このブロック共重合体は、40℃〜130℃間に溶離するピーク(ただし単なる分子画分ではない)を有し(しかし、個々の画分を収集および/または単離しない)、このピークが、半値全幅(full width/half maximum)(FWHM)面積計算を用いて展開される場合に赤外線分光法によって評価されるコモノマー含量を有し、同じ溶離温度において半値全幅(FWHM)面積計算を用いて展開された比較対象となるランダムエチレン共重合体のピークのコモノマー含量よりも高いコモノマー平均モル含量、好ましくは少なくとも5パーセント高い、より好ましくは少なくとも10パーセント高いコモノマー平均モル含量を有する点で特徴づけられる。ここで、この比較対象となるランダムエチレン共重合体は、同じコモノマー(単数または複数)を有し、かつメルトインデックス、密度、およびコモノマーのモル含量(ポリマー全体に基づく)をそのブロック化共重合体のものから10パーセント以内に有する。好ましくは、この比較対象となる共重合体のMw/Mnはまた、ブロック化共重合体のMw/Mnから10パーセント以内にあるか、そして/またはこの比較対象となる共重合体は、ブロック化共重合体の総コモノマー含量から10重量パーセント以内に総コモノマー含量を有する。半値全幅(FWHM)計算は、ATREF赤外検出器由来のメチレンに対するメチルの応答面積の比[CH/CH]に基づき、ここで、最も高(最高)のピークがベースラインから特定され、次いでこのFWHM面積が決定される。ATREFピークを用いて測定された分布については、FWHM面積は、TとTとの間の曲線下面積として規定され、このTとTは、ピーク高さを2で割ること、次にATREF曲線の左部分および右部分を横切る、ベースラインに対して水平な線を引くことによって、ATREFピークの左右に対してポイント決定される。コモノマー含量についての検量線は、ランダムエチレン/α−オレフィンコポリマーを用い、TREFのピークのNMR対FWHM面積の比からコモノマー含量をプロットして作成される。この赤外方法については、この検量線は、目的の同じコモノマータイプについて作成される。本発明のポリマーのTREFピークのコモノマー含量は、TREFピークのFWHMのメチル:メチレン面積比[CH/CH]を用いてこの検量線を参照することによって決定され得る。
コモノマー含量は、任意の適切な技術を用いて測定され得、好ましくは核磁気共鳴(「NMR」)分光法に基づく技術による。この技術を用いて、このブロック化共重合体は、対応する比較対象となる共重合体よりも高モルのコモノマー含量を有する。
好ましくは、エチレンおよび1−オクテンの共重合体について、このブロック共重合体は、40℃と130℃の間で溶離するTREF画分のコモノマー含量を量(−0.2013)T+20.07以上、より好ましくは量(−0.2013)T+21.07以上有し、このTとは、℃で測定した、比較されているTREF画分のピーク溶離温度の数値である。
図4はエチレンおよび1−オクテンのブロック共重合体の実施形態をグラフ表示しており、ここではいくつかの比較対象となるエチレン/1−オクテン共重合体(ランダムコポリマー)についてのコモノマー含量対TREF溶離温度のプロットが、(−0.2013)T+20.07(実線)に相当する線に適合する。この式(−0.2013)T+21.07についての線は、破線で示される。本発明のいくつかのブロックエチレン/1−オクテン共重合体(マルチブロックコポリマー)の画分のコモノマー含量も示される。ブロック共重合体画分の全てが、同等の溶離温度でいずれの線より有意に高い1−オクテン含量を有する。この結果は、本発明の共重合体の特徴であって、結晶性および非晶質の両方の性質を有する、ポリマー鎖内の分化型のブロックの存在に起因すると考えられる。
図5は、実施例5および下で考察される比較例Fについてのポリマー画分のTREF曲線およびコモノマー含量をグラフ表示する。両方のポリマーについて40〜130℃、好ましくは60℃〜95℃で溶離するピークを、各々の部分が10℃未満の温度範囲にわたって溶離する3つの部分に分画する。実施例5についての実際のデータは三角で示す。異なるコモノマーを含有する共重合体について適切な検量線を作成することができ、それが、同じモノマーの比較の共重合体、好ましくはメタロセンまたは他の均一系触媒組成物を用いて製造されるランダムコポリマーから得られたTREF値とフィッティングさせる比較として用いられる線であり得ることは、当業者には理解され得る。本発明の共重合体は、同じTREF溶離温度で検量線から決定された値より大きい、好ましくは、少なくとも5パーセント大きい、より好ましくは少なくとも10パーセント大きい、コモノマーのモル含量で特徴付けられる。
上記の態様および本明細書に記載される特性に加えて、本発明のポリマーは、1以上のさらなる特徴によって特徴付けられ得る。一態様では、本発明のポリマーは、オレフィン共重合体であり、好ましくは、エチレンおよび1以上の共重合性コモノマーを重合化された形態で含み、化学的または物理的な特性において異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位の複数のブロックまたはセグメント(ブロック化された共重合体)によって特徴付けられ、最も好ましくはマルチブロックコポリマーである。、このブロック共重合体は、TREF増分を用いて分画した場合に40℃〜130℃で溶離する分子画分を有し、この画分が、同じ温度の間に溶離する比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーモル含量よりも高いコモノマーモル含量、好ましくは少なくとも5パーセント高い、より好ましくは少なくとも10、15または25パーセント高いコモノマーモル含量を有するという点で特徴づけられる。ここで、この比較対象となるランダムエチレン共重合体は、同じコモノマー(単数または複数)(好ましくは、これは同じコモノマー(単数または複数)である)およびメルトインデックス、密度、およびコモノマーモル含量(ポリマー全体に基づく)をそのブロック化された共重合体のものから10パーセント以内に含む。好ましくは、この比較対象となる共重合体のMw/Mnはまた、ブロック化された共重合体のMw/Mnから10パーセント以内であるか、そして/またはこの比較対象となる共重合体は、ブロック化された共重合体の総コモノマー含量から10パーセント以内の総コモノマー含量を有する。
好ましくは、上記の共重合体は、エチレンおよび少なくとも1つのα−オレフィンの共重合体であり、特に、それらの共重合体は、約0.855〜約0.935g/cmの全体ポリマー密度を有し、そしてより詳細には、約1モルパーセントを超えるコモノマーを有するポリマーについては、このブロック化された共重合体は、40〜130℃間に溶離するTREF画分のコモノマー含量を、量(−0.1356)T+13.89以上、より好ましくは量(−0.1356)T+14.93以上、そして最も好ましくは、量(−0.2013)T+21.07以上有し、ここでTは、℃で測定した、比較されているTREF画分のピークATREF溶離温度の数値である。
好ましくは、エチレンおよび少なくとも1つのα−オレフィンの上記の共重合体、特に、0.855〜約0.935g/cmというポリマー全体密度を有する共重合体について、そしてさらに詳細には、約1モルパーセントを超えるコモノマーを有するポリマーについて、ブロック化された共重合体は、40℃〜130℃間に溶離するTREF画分のコモノマー含量を、量(−0.2013)T+20.07以上、より好ましくは量(−0.2013)T+21.07以上有し、ここでTは、℃で測定した、比較されているTREF画分のピーク溶離温度の数値である。
さらに別の態様では、本発明のポリマーは、オレフィン共重合体であり、好ましくは重合化された形態でエチレンおよび1以上の共重合性コモノマーを含み、化学的または物理的な特性が異なる2以上の重合化されたモノマー単位の複数のブロックまたはセグメント(ブロック化された共重合体)によって特徴付けられ、最も好ましくはマルチブロックコポリマーである。このブロック共重合体は、TREF増分を用いて分画した場合に40℃〜130℃間に溶離する分子画分を有し、少なくとも約6モルパーセントのコモノマー含量を有するあらゆる画分が約100℃より大きい融点を有するという点で特徴付けられる。約3モルパーセント〜約6モルパーセントのコモノマー含量を有する画分については、あらゆる画分が約110℃以上というDSC融点を有する。より好ましくは、このポリマー画分は、少なくとも1モルパーセントのコモノマーを有し、式:
Tm≧(−5.5926)(画分中のコモノマーのモルパーセント)+135.90
に相当するDSC融点を有する。
さらに別の態様では、本発明のポリマーは、オレフィン共重合体であり、好ましくは、重合化された形態でエチレンおよび1以上の共重合性コモノマーを含み、化学的または物理的な特性が異なる2以上の重合化されたモノマー単位の複数のブロックまたはセグメント(ブロック化された共重合体)によって特徴付けられ、最も好ましくはマルチブロックコポリマーである。このブロック共重合体は、TREF増分を用いて分画した場合に40℃〜130℃間に溶離する分子画分を有し、約76℃以上のATREF溶離温度を有するあらゆる画分が、式:
融解熱(J/gm)≦(3.1718)(ATREF溶離温度(℃))−136.58
に相当する、DSCによって測定された融解エンタルピー(融解熱)を有するという点で、特徴付けられる。
本発明のブロック共重合体は、TREF増分を用いて分画された場合に40℃〜130℃間に溶離する分子画分を有し、40℃と約76℃未満との間のATREF溶離温度を有するあらゆる画分が、式:
融解熱(J/gm)≦(1.1312)(ATREF溶離温度(℃))+22.97
に相当する、DSCによって測定された融解エンタルピー(融解熱)を有するという点で特徴付けられる。
赤外線検出器によるATREFピークのコモノマー組成測定
TREFピークのコモノマー組成は、Polymer Char,Valencia,Spain(http://www.polymerchar.com/)から入手可能なIR4赤外検出器を用いて測定され得る。
検出器の「組成モード」は、測定センサー(CH)および組成センサー(CH)を装備しており、これは2800〜3000cm−1の領域における狭帯域固定型赤外線フィルタである。この測定センサーは、ポリマー上のメチレン(CH)カーボン(これは、溶液中のポリマー濃度に直接関係する)を検出するが、組成センサーは、ポリマーのメチル(CH)基を検出する。組成シグナル(CH)を測定シグナル(CH)によって除算した算術比は、溶液中の測定されるポリマーのコモノマー含量の影響を受けやすく、その応答は、公知のエチレンα−オレフィンコポリマー標準を用いて較正される。
ATREF装置を用いる場合、検出器によって、TREFプロセスの間に溶離されたポリマーの濃度(CH)および組成(CH)シグナルの応答の両方が得られる。ポリマー特異的な較正は、コモノマー含量が分かっている(好ましくはNMRによって測定される)を有するポリマーについてCH対CHの面積比を測定することによって作成され得る。ポリマーのATREFピークのコモノマー含量は、個々のCHおよびCH応答に対して面積比の比較較正を適用すること(すなわち、面積比CH/CH 対 コモノマー含量)によって推定され得る。
ピーク面積は、適切なベースラインを適用してTREFクロマトグラムからの個々のシグナル応答を積分した後、半値全幅(FWHM)計算を用いて算出することができる。この半値全幅算出は、ATREF赤外検出器からのメチル対メチレンの応答面積比[CH/CH]の比に基づき、この最も高い(最高の)ピークはベースラインから特定され、次いでFWHM面積が決定される。ATREFピークを用いて測定される分布については、FWHM面積は、T1とT2との間の曲線下面積として規定され、ここでT1およびT2は、ピーク高さを2で割ること、次にATREF曲線の左部分および右部分を横切る、ベースラインに対して水平な線を引くことによって、ATREFピークの左右に対してポイント測定される。
このATREF赤外方法においてポリマーのコモノマー含量を測定するための赤外線分光法の適用は、原理的には、以下の引用文献:Markovich,Ronald P.;Hazlitt,Lonnie G.;Smith,Linley;「Development of gel-permeation chromatography-Fourier transform infrared spectroscopy for characterization of ethylene-based polyolefin copolymers」.Polymeric Materials Science and Engineering(1991),65,98-100;およびDeslauriers,P.J.;Rohlfing,D.C.;Shieh,E.T.;「Quantifying short chain branching microstructures in ethylene-1-olefin copolymers using size exclusion chromatography and Fourier transform infrared spectroscopy(SEC-FTIR)」,Polymer(2002),43,59-170、に記載されるようなGPC/FTIRシステムのものと同様であり、その両方の引用文献とも、その全体が本明細書において参照によって援用される。
他の実施形態では、本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体は、ゼロより大きくかつ約1.0までである平均ブロックインデックス、および約1.3より大きい分子量分布Mw/Mnによって特徴付けられる。この平均ブロックインデックスABIは、5℃の増分で、20℃〜110℃の分取TREFで得られたポリマー画分の各々についてのブロックインデックス(「BI」)の重量平均であり:
ABI=Σ(wBI
ここでBIは、分取TREFで得られた本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体のi番目の画分についてのブロックインデックスであり、そしてwは、i番目の画分の重量パーセンテージである。
各々のポリマー画分について、BIは、以下の2つの式(その両方とも同じBI値を与える)のうちの1つによって規定され:
Figure 2008540695
ここでTはi番目の画分についての分取ATREF溶離温度(好ましくはケルビン温度で表される)であり、Pは、i番目の画分のエチレンモル画分であって、上記のようなNMRまたはIRによって測定され得る。PABは、エチレン/α−オレフィン共重合体全体のエチレンモル分率(前の画分)であり、これもNMRまたはIRによって測定され得る。TおよびPは、純粋な「ハードセグメント(hard segments)」(これは共重合体の結晶セグメントをいう)についてのATREF溶離温度およびエチレンモル画分である。一次の近似として、このTおよびPの値は、この「ハードセグメント」についての実測値を得ることができない場合、高密度ポリエチレン・ホモポリマーについての値に設定される。本明細書において行われる計算については、Tは372°Kであって、Pは1である。
ABは、同じ組成であって、PABというエチレンモル画分を有するランダムコポリマーについてのATREF温度である。TABは、以下の式:
LnPAB=α/TAB+β
から計算されてもよく、
ここでαおよびβは多数の公知のランダムエチレンコポリマーを用いる検量によって決定され得る2つの定数である。αおよびβは、装置間で変化し得ることに注意すべきである。さらに、目的のポリマー組成を用いて、そしてそれらの画分と同様の分子量範囲に関しても、それら自体の検量線を作成する必要がある。わずかな分子量効果がある。この検量線が、類似の分子量範囲から得られる場合、このような効果は、本質的に無視できる。ある実施形態では、ランダムエチレンコポリマーは、以下の関係:
LnP=−237.83/TATREF+0.639
を満たし、
xoは、同じ組成であって、Pというエチレンモル画分を有するランダムコポリマーについてのATREF温度である。TXOは、LnP=α/TXO+βから算出されてもよい。逆に、PXOは、同じ組成であって、LnPXO=α/T+βから算出され得る、TというATREF温度を有するランダムコポリマーについてのエチレンモル画分である。
一旦、各々の分取TREF画分についてブロックインデックス(BI)が得られれば、ポリマー全体についての重量平均ブロックインデックスABIが算出され得る。ある実施形態では、ABIは、ゼロより大きいが、約0.3未満、または約0.1〜約0.3である。他の実施形態では、ABIは、約0.3より大きく約1.0までである。好ましくは、ABIは、約0.4〜約0.7、約0.5〜約0.7、約0.6〜約0.9の範囲であるべきである。ある実施形態では、ABIは、約0.3〜約0.9、約0.3〜約0.8、または約0.3〜約0.7、約0.3〜約0.6、約0.3〜約0.5、または約0.3〜約0.4の範囲である。他の実施形態では、ABIは、約0.4〜約1.0、約0.5〜約1.0、または約0.6〜約1.0、約0.7〜約1.0、約0.8〜約1.0、または約0.9〜約1.0の範囲である。
本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体の別の特徴は、この本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体が、分取TREFによって得られ得る少なくとも1つのポリマー画分を含み、この画分は約0.1より大きくかつ約1.0までのブロックインデックス、約1.3より大きい分子量分布M/Mを有する。ある実施形態では、このポリマー画分は、約0.6より大きくかつ約1.0まで、約0.7より大きくかつ約1.0まで、約0.8より大きくかつ約1.0まで、または約0.9より大きくかつ約1.0までのブロックインデックスを有する。他の実施形態では、このポリマー画分は、約0.1より大きくかつ約1.0まで、約0.2より大きくかつ約1.0まで、約0.3より大きくかつ約1.0まで、約0.4より大きくかつ約1.0まで、または約0.4より大きくかつ約1.0までのブロックインデックスを有する。さらに他の実施形態では、このポリマー画分は、約0.1より大きくかつ約0.5まで、約0.2より大きくかつ約0.5まで、約0.3より大きくかつ約0.5まで、または約0.4より大きくかつ約0.5までのブロックインデックスを有する。さらに他の実施形態では、このポリマー画分は、約0.2より大きくかつ約0.9まで、約0.3より大きくかつ約0.8まで、約0.4より大きくかつ約0.7まで、または約0.5より大きくかつ約0.6までのブロックインデックスを有する。
エチレンおよびα−オレフィンのコポリマーについては、本発明のポリマーは好ましくは、
(1)少なくとも1.3、より好ましくは少なくとも1.5、少なくとも1.7、または少なくとも2.0、そして最も好ましくは少なくとも2.6、5.0という最大値まで、より好ましくは3.5の最大値まで、そして特に2.7という最大値までのPDI;
(2)80J/g以下の融解熱;
(3)少なくとも50重量パーセントのエチレン含量;
(4)−25℃未満、より好ましくは−30℃未満というガラス転移温度T、および/または
(5)唯一のT
を保有する。
さらに、本発明のポリマーは、log(G’)が100℃の温度で400kPa以上、好ましくは1.0MPa以上であるような貯蔵弾性率G’を単独で、または本明細書に開示される任意の他の特性と組み合わせて有することができる。さらに、本発明のポリマーは、0〜100℃の範囲で温度の関数として比較的平坦な貯蔵弾性率を保有し(図6に図示される)、これは、ブロックコポリマーの特徴であるが、オレフィンコポリマー、特に、エチレンおよび1またはそれ以上のC3−8脂肪族α−オレフィンのコポリマーについては今まで知られていない。((この文脈での「比較的平坦な」という用語は、50と100℃の間、好ましくは0℃と100℃の間でのlogG’(パスカル)の減少が、1ケタ未満であることを意味する)。)。
本発明の共重合体は、少なくとも90℃の温度で1mmという熱機械分析針入深度、および3kpsi(20MPa)〜13kpsi(90MPa)という曲げ弾性率によってさらに特徴付けられ得る。あるいは、本発明の共重合体は、少なくとも104℃の温度で1mmという熱機械分析針入深度、そして少なくとも3kpsi(20MPa)という曲げ弾性率を有し得る。それらは、90mm未満という耐摩耗性(または容積減少)を有することで特徴づけられ得る。図7は、他の公知のポリマーと比較した場合の、本発明のポリマーについてのTMA(1mm)対屈曲弾性率を示す。本発明のポリマーは有意に、他のポリマーよりもずっとよい可撓性−耐熱性のバランスを有する。
さらに、エチレン/α−オレフィン共重合体は、0.01〜2000g/10分、好ましくは0.01〜1000g/10分、さらに好ましくは0.01〜500g/10分、そして特に0.01〜100g/10分というメルトインデックスIを有し得る。特定の実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、0.01〜10g/10分、0.5〜50g/10分、1〜30g/10分、1〜6g/10分または0.3〜10g/10分というメルトインデックスIを有する。特定の実施形態では、このエチレン/α−オレフィン・ポリマーのメルトインデックスは、1g/10分、3g/10分または5g/10分である。
このポリマーは、1,000g/モル〜5,000,000g/モル、好ましくは1,000g/モル〜1,000,000g/モル、より好ましくは10,000g/モル〜500,000g/モル、そして特に10,000g/モル〜300,000g/モルの分子量Mを有し得る。本発明のポリマーの密度は、0.80〜0.99g/cmであり得、そして好ましくは、エチレン含有ポリマーについては0.85g/cm〜0.97g/cmであり得る。特定の実施形態では、このエチレン/α−オレフィンポリマーの密度は、0.860〜0.925g/cmまたは0.867g/cm〜0.910g/cmにおよぶ。
このポリマーを作製するプロセスは、以下の特許出願に開示されている:2004年3月17日出願の米国仮出願第60/553,906号;2005年3月17日出願の米国仮出願第60/662,937号;2005年3月17日出願の米国仮出願第60/662,939号;2005年3月17日出願の米国仮出願第60/5662938号;2005年3月17日出願のPCT出願第PCT/US2005/008916号;2005年3月17日出願のPCT出願第2005/008915号;および2005年3月17日出願のPCT出願第PCT/US2005/008917号;これらの全てはその全体が本明細書において参照によって援用される。例えば、1つのこうした方法は、エチレンおよび場合によっては1つまたはそれ以上のエチレン以外の付加重合可能なモノマーを付加重合条件下で触媒組成物と接触させることを含み:
この触媒組成物は、
(A)高いコモノマー組み込みインデックスを有する第一のオレフィン重合触媒、
(B)触媒(A)のコモノマー組み込みインデックスの90パーセント未満、好ましくは50パーセント未満、最も好ましくは5パーセント未満のコモノマー組み込みインデックスを有する第二のオレフィン重合触媒、および
(C)可逆的連鎖移動剤(chain shuttling agent)
を併せることによって得られる混合物または反応生成物を含有する。
代表的な触媒および可逆的連鎖移動剤は以下のとおりである。
触媒(A1)は、WO03/40195、2003US0204017、USSN10/429,024(2003年5月2日出願)、およびWO04/24740の教示に従って調製した、[N−(2,6−ジ(1−メチルエチル)フェニル)アミド)(2−イソプロピルフェニル)(α−ナフタレン−2−ジイル(6−ピリジン−2−ジイル)メタン)]ハフニウムジメチルである。
Figure 2008540695
触媒(A2)は、WO03/40195、2003US0204017、USSN10/429,024(2003年5月2日出願)、およびWO04/24740の教示に従って調製した、[N−2,6−ジ(1−メチルエチル)フェニル)アミド)(2−メチルフェニル)(1,2−フェニレン−(6−ピリジン−2−ジイル)メタン)]ハフニウムジメチルである。
Figure 2008540695
触媒(A3)は、ビス[N,N’’’−(2,4,6−トリ(メチルフェニル)アミド)エチレンジアミン]ハフニウムジベンジルである。
Figure 2008540695
触媒(A4)は、US−A−2004/0010103の教示に実質的に従って調製された、ビス((2−オキソイル−3−(ジベンゾ−1H−ピロール−1−イル)−5−(メチル)フェニル)−2−フェノキシメチル)シクロヘキサン−1,2−ジイルジルコニウム(IV)ジベンジルである。
Figure 2008540695
触媒(B1)は、1,2−ビス−(3,5−ジ−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(1−メチルエチル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジル
Figure 2008540695
である。
触媒(B2)は、1,2−ビス−(3,5−ジ−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(2−メチルシクロヘキシル)−イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジル
Figure 2008540695
である。
触媒(C1)は、米国特許第6,268,444号の教示に実質的に従って調製された、(t−ブチルアミド)ジメチル(3−N−ピロリル−1,2,3,3a,7a−η−インデン−1−イル)シランチタニウムジメチル
Figure 2008540695
である。
触媒(C2)は、US−A−2003/004286の教示に実質的に従って調製された、(t−ブチルアミド)ジ(4−メチルフェニル)(2−メチル−1,2,3,3a,7a−η−インデン−1−イル)シランチタニウムジメチル
Figure 2008540695
である。
触媒(C3)は、US−A−2003/004286の教示に実質的に従って調製された、(t−ブチルアミド)ジ(4−メチルフェニル)(2−メチル−1,2,3,3a,8a−η−s−インダセン−1−イル)シランチタニウムジメチル
Figure 2008540695
である。
触媒(D1)は、Sigma−Aldrichから入手可能なビス(ジメチルジシロキサン)(インデン−1−イル)塩化ジルコニウム
Figure 2008540695
である。
可逆的移動剤(shuttling agent)。使用される可逆的移動剤としては、ジエチル亜鉛、ジ(i−ブチル)亜鉛、ジ(n−ヘキシル)亜鉛、トリエチルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリエチルガリウム、i−ブチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキサン)、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(トリメチルシリル)アミド)、n−オクチルアルミニウムジ(ピリジン−2−メトキシド)、ビス(n−オクタデシル)i−ブチルアルミニウム、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(n−ペンチル)アミド)、n−オクチルアルミニウムビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシド、n−オクチルアルミニウムジ(エチル(1−ナフチル)アミド)、エチルアルミニウムビス(t−ブチルジメチルシロキシド)、エチルアルミニウム(ジ(ビス(トリメチルシリル)アミド)、エチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)、n−オクチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)、n−オクチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキシド、エチル亜鉛(2,6−ジフェニルフェノキシド)およびエチル亜鉛(t−ブトキシド)が挙げられる。
好ましくは、前述のプロセスは、相互に交換できない複数の触媒を用いる、ブロックコポリマー、特にマルチブロックコポリマー、好ましくは2以上のモノマーの線状マルチブロックコポリマー、さらに詳細にはエチレンおよびC3−20オレフィンまたはシクロオレフィンの線状マルチブロックコポリマー、そして最も詳細にはエチレンおよびC4−20α−オレフィンの線状マルチブロックコポリマーを形成するための連続溶液プロセスの形態をとる。すなわち、これらの触媒は化学的に別個である。連続的な溶液重合条件のもとで、このプロセスは理想的には、高いモノマー変換でのモノマーの混合物の重合に適している。これらの重合条件のもとで、可逆的連鎖移動剤から触媒への可逆的移動(shuttling)は、鎖成長に比較して有利になり、そしてマルチブロックコポリマー、詳細には線状マルチブロックコポリマーが高い効率で形成される。
本発明の共重合体は、逐次的モノマー付加、流動触媒、アニオンリビング重合技術またはカチオンリビング重合技術により調製された、従来のランダムコポリマー、ポリマーの物理的混合物、およびブロックコポリマーとは区別することができる。詳細には、同等の結晶性または弾性率で同じモノマーおよびモノマー含量のランダムコポリマーと比較して、本発明の共重合体は、融点で測定した場合にはより優れた(より高い)耐熱性を、動的機械分析によって判定した場合にはより高いTMA針入温度、より高い高温引張強度、および/またはより高い高温ねじり貯蔵弾性率(torsion storage modulus)を有する。同じモノマーおよびモノマー含量を含有するランダムコポリマーと比較して、本発明の共重合体は、より低い圧縮永久ひずみ(特に、高温で)、より低い応力緩和、より高い耐クリープ性、より高い引裂強度、より高い耐ブロッキング性、より高い結晶化(固化)温度に起因する迅速な硬化、より高い回復(特に高温で)、より良好な耐摩耗性、より高い収縮力、ならびにより良好なオイル許容性およびフィラー(充填剤)許容性を有する。
本発明の共重合体はまた、固有の結晶化および分枝分布関係を示す。すなわち、本発明の共重合体は、特に、同じモノマーおよびモノマーレベルを含むランダムコポリマーまたは等価の総合密度でのポリマーの物理的ブレンド、例えば、高密度ポリマーと低密度コポリマーとのブレンドと比較して、CRYSTAFおよびDSCを用いて測定した融解熱の関数として最高のピーク温度の間に比較的大きな差を有する。本発明の共重合体のこの固有の特徴は、ポリマーの主鎖内のブロックにおけるコモノマーの独特の分布に起因すると考えられる。詳細には、本発明の共重合体は、異なるコモノマー含量(ホモポリマーブロックを含む)の交互のブロックを含んでもよい。本発明の共重合体はまた、異なる密度またはコモノマー含量のポリマーブロックの数および/またはブロックサイズの分布を含んでもよく、これは、シュルツ−フローリー(Schultz-Flory)型の分布である。さらに、本発明の共重合体はまた、固有のピーク融点および結晶化温度プロフィールを有し、これは実質的には、ポリマーの密度、弾性率(modulus)および形態とは独立している。好ましい実施形態では、ポリマーの微結晶性秩序は、特徴的な球晶およびラメラを示し、これは1.7未満、または1.5未満、1.3未満までのPDI値においてでさえ、ランダムコポリマーまたはブロックコポリマーとは区別できる。
さらに、本発明の共重合体は、ブロッキネス(blockiness)の程度またはレベルに影響する技術を用いて調製され得る。すなわち、コモノマーの量および各々のポリマーブロックまたはセグメントの長さは、触媒および可逆的移動剤の比およびタイプ、ならびに重合の温度および他の重合の変数を制御することによって変更され得る。この現象の驚くべき利点は、ブロッキネスの程度が増大されるほど、得られたポリマーの光学的特性、引裂強度および高温回復の特性が改善されるという発見である。詳細には、曇りは減少するが、透明度、引裂強度および高温回復の特性は、ポリマーにおけるブロックの平均数の増大につれて増大する。所望の連鎖移送能力(高い可逆的移動(shuttling)速度、低レベルの連鎖停止を伴う)を有する可逆的移動剤および触媒の組み合わせを選択することによって、他の形態のポリマー停止は効率的に抑制される。従って、β水素化物脱離が、本発明の実施形態によるエチレン/α−オレフィンコモノマー混合物の重合でほとんど観察されず、そして得られた結晶ブロックは高度に、または実質的に完全に、線状であり、長鎖分枝をほとんどまたはまったく保有しない。
高結晶性連鎖末端を有するポリマーは、本発明に実施形態によって選択的に調製され得る。弾性用途では、非結晶性のブロックで終わるポリマーの相対量を減少させることによって、結晶性領域に対する分子間希薄化効果が減少される。この結果は、水素または他の可逆的連鎖停止因子に対して適切な応答を有する可逆的連鎖移動剤および触媒を選択することによって得ることができる。詳細には、高結晶性ポリマーを生成する触媒が、(例えば、より高いコモノマー組み込み、レジオ−エラー(regio-error)、またはアタクチックポリマー形成によって)より少ない結晶性ポリマーセグメントを生成する原因となる触媒よりも、(例えば、水素の使用により)連鎖停止を受けやすい場合には、高結晶性ポリマーセグメントが、そのポリマーの末端部分を優先的に占める。得られる末端基が結晶性であるだけでなく、高結晶性のポリマー形成触媒部位は、停止の際にポリマー形成の再開始にもう一度利用可能である。従って、最初に形成されたポリマーは、別の高結晶性のポリマーセグメントである。従って、得られたマルチブロックコポリマーの両方の末端は優先的に高度に結晶性である。
本発明の実施形態で用いられるエチレンα−オレフィン共重合体は好ましくは、少なくとも1つのC−C20α−オレフィンを有するエチレンの共重合体である。エチレンおよびC−C20α−オレフィンのコポリマーが特に好ましい。この共重合体はさらに、C−C18ジオレフィンおよび/またはアルケニルベンゼンを含んでもよい。エチレンとの重合のために有用な適切な不飽和コモノマーとしては、例えば、エチレン性不飽和モノマー、共役または非共役ジエン、ポリエン、アルケニルベンゼンなどが挙げられる。このようなコモノマーの例としては、C−C20α−オレフィン、例えば、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセンなどが挙げられる。1−ブテンおよび1−オクテンが特に好ましい。他の適切なモノマーとしては、スチレン、ハロ−またはアルキル−置換スチレン、ビニルベンゾシクロブタン、1,4−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、およびナフテン類(naphthenics)(例えば、シクロペンテン、シクロヘキセンおよびシクロオクテン)が挙げられる。
エチレン/α−オレフィン共重合体が好ましいポリマーであるが、他のエチレン/オレフィンポリマーも用いられ得る。本明細書において用いられるオレフィンとは、少なくとも1つの炭素間二重結合を有する不飽和の炭化水素系化合物のファミリーをいう。触媒の選択に依存して、オレフィンは、本発明の実施形態で用いられ得る。好ましくは、適切なオレフィンは、ビニル不飽和を含むC−C20脂肪族および芳香族化合物、ならびに環状化合物、例えば、シクロブテン、シクロペンテン、ジシクロペンタジエン、およびノルボルネンであって、これには、限定はしないが、C−C20ヒドロカルビル基またはシクロヒドロカルビル基で5位および6位で置換されたノルボルネンが挙げられる。このようなオレフィンの混合物、およびこのようなオレフィンとC−C40ジオレフィン化合物との混合物も挙げられる。
オレフィンモノマーの例としては、限定はしないが、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセンおよび1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、1−エイコセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、4,6−ジメチル−1−ヘプテン、4−ビニルシクロヘキセン、ビニルシクロヘキセン、ノルボルナジエン、エチルイデンノルボルネン、シクロペンテン、シクロヘキセン、ジシクロペンタジエン、シクロオクテン、C−C40ジエンが挙げられ、これには限定はしないが、1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、他のC−C40α−オレフィンなどが挙げられる。特定の実施形態では、α−オレフィンは、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテンまたはそれらの組み合わせである。ビニル基を含む任意の炭化水素が本発明の実施形態で用いられてもよいが、実際的な問題、例えば、モノマーの有効性、コスト、および得られたポリマーから未反応のモノマーを都合よく除去する能力は、このモノマーの分子量が大きくなり過ぎると、さらに問題となり得る。
本明細書に記載される重合プロセスは、スチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、t−ブチルスチレンなどのモノビニリデン芳香族モノマーを含むオレフィンポリマーの生成に十分適している。詳細には、エチレンおよびスチレンを含む共重合体は、本明細書の教示に従うことによって調製され得る。必要に応じて、エチレン、スチレンおよびC−C20αオレフィンを含み、必要に応じてC−C20ジエンを含み、改善された特性を有するコポリマーが調製され得る。
適切な非共役ジエンモノマーは、6〜15個の炭素原子を有する直鎖、分枝鎖または環状炭化水素ジエンであり得る。適切な非共役ジエンの例としては、限定はしないが、直鎖非環式ジエン、例えば、1,4−ヘキサジエン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、分枝鎖非環式ジエン(例えば、5−メチル−1,4−ヘキサジエン;3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン;3,7−ジメチル−1,7−オクタジエンならびにジヒドロミリセンおよびジヒドロオシネンの混合異性体)、単環脂環式ジエン(例えば、1,3−シクロペンタジエン;1,4−シクロヘキサジエン;1,5−シクロオクタジエンおよび1,5−シクロドデカジエン)、ならびに多環脂環式縮合および架橋環ジエン、例えば、テトラヒドロインデン、メチルテトラヒドロインデン、ジシクロペンタジエン、ビシクロ−(2,2,1)−ヘプタ−2,5−ジエン;アルケニルノルボルネン、アルキリデンノルボルネン、シクロアルケニルノルボルネンおよびシクロアルキリデンノルボルネン(例えば、5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB);5−プロペニル−2−ノルボルネン、5−イソプロピリデン−2−ノルボルネン、5−(4−シクロペンテニル)−2−ノルボルネン、5−シクロヘキシリデン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネンおよびノルボルナジエン)が挙げられる。EPDMを調製するために代表的に用いられるジエンのうち、特に好ましいジエンは1,4−ヘキサジエン(HD)、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)、5−ビニリデン−2−ノルボルネン(VNB)、5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB)およびジシクロペンタジエン(DCPD)である。特に好ましいジエンは、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)および1,4−ヘキサジエン(HD)である。
本発明の実施形態に従って作製され得る所望のポリマーの1クラスは、エチレン、C−C20α−オレフィン(特にプロピレン)および必要に応じて1またはそれ以上のジエンモノマーのエラストマー系共重合体である。本発明の実施形態で用いるための好ましいα−オレフィンは、式CH=CHRで示され、Rは、1〜12個の炭素原子の直鎖状または分枝したアルキル基である。適切なα−オレフィンの例としては、限定はしないが、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテンおよび1−オクテンが挙げられる。特に好ましいα−オレフィンは、プロピレンである。プロピレン系ポリマーは一般に、当分野では、EPポリマーまたはEPDMポリマーと呼ばれる。このようなポリマーを調製する際に使用する適切なジエン、特にマルチブロックEPDM型のポリマーとしては、4〜20個の炭素を含む、共役または非共役の、直鎖または分枝鎖の、環状または多環式のジエンが挙げられる。好ましいジエンとしては、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエンおよび5−ブチリデン−2−ノルボルネンが挙げられる。特に好ましいジエンは5−エチリデン−2−ノルボルネンである。
ジエン含有ポリマーは交互のセグメントまたはブロックであって、より大量もしくは少量のジエン(なしも含む)およびα−オレフィン(なしも含む)を含むセグメントまたはブロックを含むので、ジエンおよびα−オレフィンの総量は、その後にポリマーの特性を失うことなく軽減され得る。すなわち、ジエンおよびα−オレフィンのモノマーは、ポリマー全体にわたって均一でもまたはランダムに組み込まれるよりもむしろ、ポリマーのブロックの1タイプに優先的に組み込まれるので、それらは、より効率的に利用され、そして引き続きこのポリマーの架橋密度は、さらに良好に制御され得る。このような架橋可能な弾性および硬化した生成物は、より高い引張強度およびより良好な弾性回復率が挙げられる有利な特性を有する。
ある実施形態では、種々の量のコモノマーを組み込んでいる2つの触媒で作製された本発明の共重合体は、それによって形成されたブロックの重量比95:5〜5:95を有する。所望の弾性ポリマーは、ポリマーの総重量に基づいて、20〜90パーセントのエチレン含量、0.1〜10パーセントのジエン含量、そして10〜80パーセントのα−オレフィン含量を有する。さらに好ましくは、マルチブロック弾性ポリマーは、ポリマーの総重量に対して、60〜90パーセントのエチレン含量、0.1〜10パーセントのジエン含量、そして10〜40パーセントのα−オレフィン含量を有する。好ましいポリマーは、高分子量のポリマーであって、これは、10,000〜約2,500,000、好ましくは、20,000〜500,000、より好ましくは20,000〜350,000という平均分子量(Mw)、および3.5未満、より好ましくは3.0未満という多分散性、そして1〜250のムーニー粘度(ML(1+4)125℃)を有する高分子量ポリマーである。さらに好ましくは、このようなポリマーは、65〜75パーセントのエチレン含量、0〜6パーセントのジエン含量、および20〜35パーセントのα−オレフィン含量を有する。
エチレン/α−オレフィン共重合体は、そのポリマー構造中に少なくとも1つの官能基を組み込むことによって官能化され得る。例示的な官能基としては、例えば、エチレン不飽和単官能性および二官能性のカルボン酸、エチレン不飽和単官能性および二官能性のカルボン酸無水物、その塩およびそのエステルが挙げられ得る。このような官能基は、エチレン/α−オレフィン共重合体にグラフトされてもよいし、またはこれは、エチレンおよび任意のさらなるコモノマーと共重合されて、エチレンの共重合体、官能コモノマーおよび必要に応じて他のコモノマー(単数または複数)を形成してもよい。ポリエチレンに官能基をグラフトする手段は、例えば、それらの特許の開示がその全体が参照によって本明細書に援用される、米国特許第4,762,890号、同第4,927,888号および同第4,950,541号に記載される。特に有用な官能基の1つは、リンゴ酸無水物である。
官能性共重合体に存在する官能基の量は、変化し得る。官能基は代表的には、少なくとも約1.0重量パーセント、好ましくは少なくとも約5重量パーセント、そしてさらに好ましくは少なくとも約7重量パーセントの量でコポリマー型官能化共重合体に存在し得る。この官能基は代表的には、コポリマー型官能化共重合体中に、約40重量パーセント未満、好ましくは約30重量パーセント未満、そして最も好ましくは約25重量パーセント未満の量で存在する。
本明細書で開示したポリマーブレンド中のエチレン/α−オレフィン共重合体の量は、ポリマーブレンドの総重量の約5〜約95重量%(wt%)、約10〜約90wt%、約20〜約80wt%、約30〜約70wt%、約10〜約50wt%、約50〜約90wt%、約60〜約90wt%、または約70〜約90wt%であり得る。
ポリオレフィン
上で考察したように、ポリマーブレンドは、エチレン/α−オレフィン共重合体の特性を改善または変更し得る少なくとも1つのポリオレフィンを含む。好ましくは、ポリオレフィンは少なくとも約6cNのMSを有するべきである。ある実施形態では、ポリオレフィンのMSは、少なくとも約7cN、少なくとも約8cN、少なくとも約9cN、少なくとも約10cN、少なくとも約13cN、少なくとも約15cN、少なくとも約17cN、または少なくとも約20cNである。一般にポリオレフィンのMSは、約200cN未満、好ましくは約150cN未満、約100cN未満、または約50cN未満である。通例、そのようなポリオレフィンの70℃での圧縮永久ひずみは、約50パーセントより大きい。ある実施形態では、70℃での圧縮永久ひずみは、約60パーセントより大きい、約70パーセントより大きい、約80パーセントより大きい、または約90パーセントより大きい。
適切なポリオレフィンは、1つ以上のオレフィンに由来するポリマーである。オレフィン(すなわちアルケン)は、少なくとも1個の炭素間二重結合を含有する炭化水素である。オレフィンのある非制限的な例としては、2〜約20個の炭素原子を有する直鎖または分枝の環状または非環状のアルケンが挙げられる。ある実施形態では、アルケンは2〜約10個の炭素原子を有する。他の実施形態では、アルケンは、少なくとも2個の炭素間二重結合を有する(例えばブタジエンおよび1,5−ヘキサジエン)。さらなる実施形態では、アルケンの少なくとも1個の水素原子は、アルキルまたはアリールによって置換される。詳細な実施形態では、アルケンはエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、4−メチル−1−ペンテン、ノルボルネン、1−デセン、ブタジエン、1,5−ヘキサジエン、スチレンまたはそれらの組み合わせである。
本明細書で開示する各種の基準を満たすいずれのポリオレフィンも、本明細書で開示するポリマーブレンドを調製するのに使用できる。ポリオレフィンの非制限的な例としては、ポリエチレン(例えば超低密度、低密度、直鎖低密度、中密度、高密度、超高密度ポリエチレン);ポリプロピレン(例えば低密度および高密度ポリプロピレン);ポリブチレン(例えばポリブテン−1);ポリペンテン−1;ポリヘキセン−1;ポリオクテン−1;ポリデセン−1;ポリ−3−メチルブテン−1;ポリ−4−メチルペンテン−1;ポリイソプレン;ポリブタジエン;ポリ−1,5−ヘキサジエン;オレフィンに由来する共重合体;オレフィンおよび他のポリマー(例えばポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタンなど)に由来する共重合体;およびそれらの混合物、が挙げられる。ある実施形態では、ポリオレフィンは、ホモポリマー、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリペンテン−1、ポリ−3−メチルブテン−1、ポリ−4−メチルペンテン−1、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリ−1,5−ヘキサジエン、ポリヘキサン−1、ポリオクテン−1およびポリデセン−1である。他の実施形態では、ポリオレフィンは、ポリプロピレンまたは高密度ポリエチレン(HDPE)である。
ポリマーブレンド中のポリオレフィンの量は、ポリマーブレンドの総重量の約5〜約95wt%、約10〜約90wt%、約20〜約80wt%、約30〜約70wt%、約10〜約50wt%、約50〜約80wt%、約60〜約90wt%、または約10〜約30wt%であり得る。
ポリオレフィンの好ましいクラスは、高MSエチレンポリマーである。少なくとも6cNのMSを有するいずれのエチレンポリマーも使用できる。エチレンポリマーは、エチレンモノマーまたはコモノマーから由来する、50モルパーセントを超える−CH−CH−反復単位を含むいずれかのポリマーである。本発明の実施形態で使用するための適切なエチレンポリマーとしては、ホモポリマーおよびコポリマーの両方の、いずれかのエチレン含有ポリマーが挙げられる。エチレンポリマーの例としては、これに限定されるわけではないが、エチレンホモポリマーおよびエチレン共重合体、例えば低密度ポリエチレン(LDPE)、不均一分枝エチレン/α−オレフィン共重合体(すなわち、直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE))、実質的直鎖エチレンポリマー(SLEP)、および均一分枝エチレンポリマーが挙げられる。
ある実施形態では、エチレンポリマーは、均一分枝(均質)エチレンポリマーであり、例えばその開示が参照によって本明細書に援用される、Elstonによる米国特許第3,645,992号に記載されているような均一分枝直鎖エチレン/α−オレフィン共重合体またはLaiらによる米国特許第5,272,236号、第5,278,272号、第5,665,800号および第5,783,638号に記載されているような均一分枝実質的直鎖エチレンポリマーである。均一分枝ポリマーは、所与の共重合体分子内にコモノマーがランダムに分布し、この共重合体分子の実質的にすべてが同じ同じエチレン/コポリマー比を有するエチレン共重合体であり、これに対して不均質共重合体は、共重合体分子が同じエチレン/コポリマー比を有さないエチレン共重合体である。
均質共重合体は、SCBDI(短鎖分枝分布インデックス:Short Chain Branch Distribution Index)またはCDBI(組成分布分枝インデックス:Composition Distribution Branch Index)によっても特徴付けることができる。SCBDIまたはCBDIは、中央総モルコモノマー含量から50パーセント以内のコモノマー含量を有するポリマー分子の重量パーセントとして定義される。ポリマーのCDBIは、当分野で公知の技術、例えばそのすべての開示が参照によって本明細書に援用される、Wild et al,Journal of Polymer Science, Poly. Phys. Ed., Vol.20, p.441(1982)、米国特許第4,798,081号(Hazlitt et al.)、または米国特許第5,089,321号(Chum et al.)に記載されているような昇温溶離分別法(本明細書中の略語「TREF」)から得たデータよりただちに計算される。均一分枝直鎖エチレン共重合体は、均質な(または狭い)短分枝分布を有する(すなわち該ポリマーは比較的高いSCBDIまたはCDBIを有する)が、長鎖分枝を有しない。すなわち、エチレン共重合体は、用語「直鎖」の従来の意味で長鎖分枝および直鎖ポリマー主鎖の非存在を有する。均質共重合体およびコポリマーのSCBDIおよびCDBIは好ましくは約50パーセントを超え、より好ましくは約70パーセントに等しいか、それを超える。均質共重合体およびポリマーは一般に、約15(重量)パーセントまたはそれ未満、好ましくは約10(重量)パーセント未満、そして特に約5(重量)パーセント未満で、炭素1000個あたりメチル2個に等しいまたはそれ未満の分枝度を有する。
ある実施形態では、長鎖分枝を有する実質的直鎖エチレンポリマーが使用される。本明細書において用いられる「実質的直鎖エチレンポリマー」という用語は、バルクエチレンポリマーが平均して長鎖分枝約0.01/全炭素1000〜長鎖分枝約3/全炭素1000で置換されることを意味する(ここで「全炭素」は主鎖および分枝の炭素を含む)。ある実質的直鎖エチレンポリマーは、長鎖分枝約0.01/全炭素1000〜長鎖分枝約1/全炭素1000、好ましくは長鎖分枝約0.05/全炭素1000〜長鎖分枝約1/全炭素1000、より好ましくは長鎖分枝約0.3/全炭素1000〜長鎖分枝約1/全炭素1000で置換される。
長鎖分枝(LCB)は、少なくとも炭素約6個の鎖長として定義でき、それを超える長さは13C核磁気共鳴分光法によって識別できない。あるいは、LCBは、コモノマー中の炭素数より少なくとも1個少ない炭素の鎖長として定義できる。例えばエチレン/1−オクテンポリマーは、長さが少なくとも7炭素の長鎖分枝を有する主鎖を有しうるが、長さがわずか6炭素の短鎖分枝を有することもできる。場合により、長鎖分枝はポリマー主鎖と同じくらい長くてもよい。
長鎖分枝は、13C核磁気共鳴(NMR)分光法を使用することによって短鎖分枝から識別でき、限定的に例えばエチレンホモポリマーでは、その開示が参照によって本明細書に援用される、Randall(Rev. Macromol. Chem. Phys., C29(2&3), p.285-297)の方法を使用して定量できる。しかしながら実際問題として、現在の13C核磁気共鳴分光法は、約6炭素原子を超える長鎖分枝の長さを決定できず、そのようなものとしてこの分析技術は7炭素分枝と70炭素分枝とを識別できない。上述したように、長鎖分枝はポリマー主鎖と同じくらい長くてもよい。
従来の13C核磁気共鳴分光法は6炭素原子を超える長鎖分枝の長さを決定できないが、エチレン/1−オクテン共重合体を含むエチレンポリマーの長鎖分枝の存在を定量または判定するのに有用な他の公知の技術がある。例えば参照によって本明細書に援用される米国特許4,500,648号は、長鎖分枝頻度(LCB)が式LCB=b/Mによって表され得、ここでbが分子当たりの長鎖分枝の重量平均数であり、Mが重量平均分子量であることを教示している。分子量平均および長鎖分枝特徴は、ゲル透過クロマトグラフィーおよび固有粘度法によってそれぞれ決定される。
実質的直鎖エチレンポリマーでは、長鎖分枝は、α−オレフィン(単数または複数)のポリマーの主鎖への組込みから生じた短鎖分枝より長い。本発明で使用される実質的長鎖エチレンポリマーにおける長鎖分枝の存在の経験的効果は、ガス押出レオメトリー(GER)結果および/またはメルトフローI10/Iの上昇によって本明細書で定量化および表現される、拡張した起源学的特性(enhanced Theological property)として明らかにされる。
本発明の実施形態で使用される実質的長鎖エチレンポリマーは、以下の米国特許第5,272,236号;第5,278,272号;第5,783,638号;および第6,060,567号に開示されている。前述の特許のすべての開示は参照によってその全体が本明細書に援用される。
メタロセンシングルサイト重合触媒(例えばCanichによる米国特許第5,026,798号またはCanichによる米国特許第5,055,438に記載されている単環ペンタジエニル遷移金属オレフィン重合触媒)または幾何拘束型触媒(例えばStevens et al.による米国特許第5,064,802号に記載されているもの)は、米国特許第5,272,236号および第5,278,272号に記載された方法と一致する方式で、実質的長鎖エチレンポリマーを製造するために使用できる。追加の重合方法は、PCT/US 92/08812(1992年10月15日出願)にも記載されている。好ましくは実質的長鎖エチレンポリマーは、適切な幾何拘束型触媒、特にその開示全てが、参照によってその全体が本明細書に援用される、1990年7月3日に出願された米国特許出願第545,403号;米国特許第5,132,380号;第5,064,802号;第5,153,157号;第5,470,993号;第5,453,410号;第5,374,696号;第5,532,394号;第5,494,874号;第5,189,192号;に開示されているような幾何拘束型触媒を使用して製造される。メタロセンおよび幾何拘束型触媒はどちらも当分野でシングルサイト触媒と呼ぶことができる。
本発明の実施形態で使用される実質的長鎖エチレンポリマーは、少なくとも1つのC−C20α−オレフィンおよび/またはC−C18ジオレフィンを有するエチレンの共重合体である。エチレンおよびC−C20炭素原子のα−オレフィンのコポリマーが特に好ましい。「共重合体」という用語は本明細書では、コポリマー、またはターポリマーなどを示すために使用され、ここで少なくとも1つの他のコモノマーは、共重合体を作製するためにエチレンと重合される。
エチレンとの重合化のために有用な適切な不飽和コモノマーとしては、例えば、エチレン性不飽和のモノマー、共役または非共役ジエン、ポリエンなどが挙げられる。このようなコモノマーの例としては、C−C20α−オレフィン、例えば、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセンなどが挙げられる。好ましいコモノマーとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、および1−オクテンが挙げられ、1−ヘプテンおよび1−オクテンは特に好ましく、1−オクテンは最も特に好ましい。
他の適切なモノマーとしては、スチレン、ハロ−またはアルキル−置換スチレン、テトラフルオロエチレン、ビニルベンゾシクロブタン、1,4−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、およびシクロアルケン、例えばシクロペンテン、シクロヘキセンおよびシクロオクテンが挙げられる。
実質的直鎖エチレンポリマーは通例、示差走査熱量測定(DSC)を使用して決定された単一融解ピークによって特徴付けられる。しかしながら単一融解ピークは、装置の感度に依存して、ポリマーの総融解熱の12パーセント未満、通例は9パーセント未満、さらに通例は6パーセント未満を構成する融解ピークの下側(すなわち融点の下)に「肩」または「隆起」を示し得る。この肩は一般に、単一融解ピークの融点から34℃以内に、通例は27℃以内に、さらに通例には20℃以内に発生する。
単一融解ピークは、インジウムおよび脱イオン水によって標準化された示差走査熱量計を使用することによって決定される。該方法は、約5〜7mgのサンプルサイズ、4分間維持される約150℃までの「第1の加熱」、3分間維持される10℃/分での−30℃までのクールダウン、および「第2の加熱」熱流対温度曲線を与えるための10℃/分での150℃までのヒートアップを包含している。ポリマーの総融解熱は、曲線下面積から計算される。存在する場合に、肩または隆起アーチファクトに起因する融解熱は、化学天秤および重量パーセント計算を使用して決定できる。
エチレンポリマーの分子量分布は、示差屈折計および混合多孔率のカラム3個を装備したWaters 150℃高温クロマトグラフィーユニットでのゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって決定される。カラムはPolymer Laboratoriesによって供給され、普通は10、10、10および10Åの孔径が充填される。溶媒は1,2,4−トリクロロベンゼンであり、それから注入用のサンプルの約0.3重量パーセント溶液を調製する。流量は約1.0ミリメートル/分、ユニット操作温度は約140℃、注入サイズは約100マイクロリットルである。
ポリマー主鎖に関する分子量決定は、狭い分子量分布ポリスチレン標準(Polymer Laboratoriesより)をその溶離体積と併せて使用することによって推測される。等量のポリエチレン分子量は、ポリエチレンおよびポリスチレンの適切なマーク−ホインク(Mark-Houwink)係数を(その開示が参照によって本明細書に援用される、WilliamsおよびWard、Journal of Polymer Science,Polymer Letters,Vol.6,p.621,1968に記載されているように)使用して、以下の式:
ポリエチレン=a*(Mポリスチレン
を導くことにより決定される。
この式では、a=0.4316およびb=1.0である。重量平均分子量Mは、以下の式に従って通常の方式で計算される:M=(Σwi(Mi ));ここでwiは、画分iにおいてGPCカラムから溶離する分子量Miの分子の重量分率であり、Mを計算するときはj=1であり、Mを計算するときはj=−1である。
本発明の実施形態で使用されるエチレンポリマーでは、M/Mは好ましくは3.5未満、より好ましくは3.0未満、最も好ましくは2.5未満であり、特には約1.5〜約2.5の範囲、最も特には約1.8〜約2.3の範囲である。
本発明の実施形態で使用するのに適切なエチレンポリマーの密度は、ASTM D−792によって測定されるように、一般に0.93グラム/センチメートル(g/cc)未満、より好ましくは約0.86g/cc〜約0.92g/ccの範囲、最も好ましくは約0.88g/cc〜約0.9g/ccの範囲である。
エチレンポリマーの分子量は、ASTM D−1238、条件190℃/10kg(以前は「条件E」として公知、Iとしても公知)に従うメルトインデックス測定を使用して好都合に決定できる。メルトインデックスは、ポリマーの分子量に反比例する。したがって関係は線形ではないが、分子量が大きくなると、メルトインデックスが低下する。
好ましくは、エチレンポリマーのIメルトインデックスは、約0.01〜約50g/10分の、より好ましくは約0.1〜20g/2.16分の、最も好ましくは約0.4〜約12g/10分の範囲である。
エチレンポリマー組成物の分子量を特徴付けるのに有用な他の測定は、より大きい重量でのメルトインデックス決定、例えばASTM D−1238、条件190℃/10kg(以前は「条件N」として公知、I10としても公知)を含む。より大きい重量メルトインデックス決定のより小さい重量決定に対する比は、メルトフロー比として公知であり、測定したI10およびIメルトインデックス値では、メルトフロー比はI10/Iと呼ばれる。好ましくは、エチレンポリマーは、6.8に等しいかそれより大きい、より好ましくは8に等しいかそれより大きい、最も好ましくは約8.5〜約20の範囲の、特には約9〜約15の範囲のI10/Iメルトフロー比を有する。
添加剤
場合により、本明細書で開示されるポリマーブレンドは、ポリマーブレンドの加工性、外観、物理的、化学的、および/または機械的特性を改善および/または制御する目的で少なくとも1つの添加剤を含み得る。ある実施形態では、ポリマーブレンドは添加剤を含まない。当業者に公知のいずれのプラスチック添加剤も、本明細書で開示するポリマーブレンドに使用できる。適切な添加剤の非制限的な例として、スリップ剤、ブロッキング防止剤、可塑剤、抗酸化剤、UV安定剤、着色剤または顔料、充填剤、潤滑剤、防曇剤、フローエイド、カップリング剤、架橋剤、成核剤、界面活性剤、溶媒、難燃剤、帯電防止剤、またはそれらの組み合わせが挙げられる。添加剤の総量は、ポリマーブレンドの総重量の約0超〜約80%、約0.001%〜約70%、約0.01%〜約60%、約0.1%〜約50%、約1%〜約40%、または約10%〜約50%の範囲で変化し得る。あるポリマー添加剤は、参照によってその全体が本明細書に援用される、Zweifel Hans et al, “Plastics Additives Handbook,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition(2001)に記載されている。
ある実施形態では、本明細書で開示するポリマーブレンドはスリップ剤を含む。他の実施形態では、本明細書で開示するポリマーブレンドはスリップ剤を含まない。スリップは、フィルム表面の、フィルム表面上での、またはある他の基材上での滑動である。フィルムのスリップ性能は、参照によって本明細書に援用されるASTM D 1894,Static and Kinetic Coefficients of Friction of Plastic Film and Sheetingにより測定できる。一般にスリップ剤は、フィルムの表面特性を改変することと、フィルム層間の摩擦、およびフィルムと接触するようになる他の表面との間の摩擦を低下させることとによって、スリップ特性を伝達できる。
当業者に公知のいずれのスリップ剤も、本明細書で開示するポリマーブレンドに添加できる。スリップ剤の非制限的な例として、約12〜約40個の炭素原子を有する1級アミド(例えばエルカミド、オレアミド、ステアラミドおよびベヘンアミド);約18〜約80個の炭素原子を有する2級アミド(例えばステアリルエルカミド、ベヘニルエルカミド、メチルエルカミド、およびエチルエルカミド);約18〜約80個の炭素原子を有する2級ビスアミド(例えばエチレンビスステアラミドおよびエチレンビスオレアミド);およびそれらの組み合わせが挙げられる。詳細な実施形態において、本明細書で開示するポリマーブレンドのためのスリップ剤は、下の式(I)によって示されるアミドである:
Figure 2008540695
式中、RおよびRはそれぞれ独立して、H、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、シクロアルケニルまたはアリールである;そしてRは、約11〜約39個の炭素原子、約13〜約37個の炭素原子、約15〜約35個の炭素原子、約17〜約33個の炭素原子、または約19〜約33個の炭素原子をそれぞれ有するアルキルまたはアルケニルである。ある実施形態では、Rは、少なくとも19〜約39個の炭素原子をそれぞれ有する、アルキルまたはアルケニルである。他の実施形態では、Rはペンタデシル、ヘプタデシル、ノナデシル、ヘンエイコサニル、トリコサニル、ペンタコサニル、ヘプタコサニル、ノナコサニル、ヘントリアコンタニル、トリトリアコンタニル、ノナトリアコンタニルまたはそれらの組み合わせである。さらなる実施形態において、Rは、ペンタデセニル、ヘプタデセニル、ノナデセニル、ヘンエイコサネニル、トリコサネニル、ペンタコサネニル、ヘプタコサネニル、ノナコサネニル、ヘントリアコンタネニル、トリトリアコンタネニル、ノナトリアコンタネニルまたはそれらの組み合わせである。
さらなる実施形態において、本明細書で開示するポリマーブレンドのためのスリップ剤は、下の式(II)によって示されるアミドである:
CH−(CH−(CH=CH)−(CH−C(=O)−NR (II)
式中、mおよびnはそれぞれ独立して、約1〜約37の整数であり;pは、0〜3の整数であり;RおよびRはそれぞれ独立して、H、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、シクロアルケニル、またはアリールであり;m、nおよびpの和は、少なくとも8である。ある実施形態では、式(I)および(II)のRおよびRはそれぞれ、1〜約40個の炭素原子を含有するアルキル基または2〜約40個の炭素原子を含有するアルケニル基である。さらなる実施形態では、式(I)および(II)のRおよびRはそれぞれHである。ある実施形態では、m、nおよびpの和は、少なくとも18である。
ある実施形態では、スリップ剤は、18〜約40個の炭素原子を有する飽和脂肪族基を有する1級アミド(例えばステアラミドおよびベヘンアミド)である。他の実施形態では、スリップ剤は、少なくとも1個の炭素間二重結合および18〜約40個の炭素原子を含有する不飽和脂肪族基を有する1級アミド(例えばエルカミドおよびオレアミド)である。さらなる実施形態では、スリップ剤は少なくとも20個の炭素原子を有する1級アミドである。さらなる実施形態では、スリップ剤はエルカミド、オレアミド、ステアラミド、ベヘンアミド、エチレンビスステアラミド、エチレンビスオレアミド、ステアリルエルカミド、ベヘニルエルカミドまたはそれらの組み合わせである。詳細な実施形態において、スリップ剤はエルカミドである。さらなる実施形態では、スリップ剤は市販されており、ベルギー、EverbergのUniqemaからのATMER(商標)SA、イリノイ州シカゴのAkzo Nobel Polymer ChemicalsからのARMOSLIP(登録商標);コネチカット州グリーンウィッチのWitcoからのKEMAMIDE(登録商標);およびニュージャージー州エジソンのCrodaからのCRODAMIDE(登録商標)などの商品名を有する。使用される場合、ポリマーブレンド中のスリップ剤の量は、ポリマーブレンドの総重量の約0超〜約3wt%、約0.0001〜約2wt%、約0.001〜約1wt%、約0.001〜約0.5wt%、または約0.05〜約0.25wt%であり得る。あるスリップ剤は、参照によって本明細書に援用される、Zweifel Hans et al, “Plastics Additives Handbook,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 8, pages 601-608(2001)に記載されている。
場合により、本明細書で開示するポリマーブレンドは、ブロッキング防止剤を含み得る。他の実施形態では、本明細書で開示するポリマーブレンドはブロッキング防止剤を含まない。ブロッキング防止剤は、貯蔵、製造または使用中の特に中程度の圧力および熱の下で、ポリマーブレンドから作製された物品の接触層間の望ましくない粘着を防止するために使用できる。当業者に公知のいずれのブロッキング防止剤も、本明細書で開示するポリマーブレンドに添加できる。ブロッキング防止剤の非制限的な例として、無機物(例えば粘土、チョーク、および炭酸カルシウム)、合成シリカゲル(例えばメリーランド州コロンビアのGrace DavisonからのSYLOBLOC(登録商標))、天然シリカ(例えばカリフォルニア州サンタバーバラのCelite CorporationからのSUPER FLOSS(登録商標))、タルク(例えばコロラド州センテニアルのLuzenacからのOPTIBLOC(登録商標))、ゼオライド(例えばニュージャージー州パーシッパニーのDegussaからのSIPERNAT(登録商標))、アルミノシリケート(例えば日本、東京の水澤化学工業からのSILTON(登録商標))、石灰石(例えばジョージア州アトランタのOmyaからのCARBOREX(登録商標))、球状ポリマー粒子(例えば日本、東京の日本触媒からのポリ(メチルメタクリレート)粒子EPOSTAR(登録商標)、およびコネチカット州ウィルトンのGE Siliconesからのシリコン粒子TOSPEARL(登録商標))、ワックス、アミド(例えばエルカミド、オレアミド、ステアラミド、ベヘンアミド、エチレンビスステアラミド、エチレンビスオレアミド、ステアリルエルカミドおよび他のスリップ剤)、モレキュラーシーブ、およびそれらの組み合わせが挙げられる。無機物粒子は、物品間に物理的間隙を生成することによってブロッキングを低下させることができるのに対して、有機ブロッキング防止剤は表面に移動して表面粘着を制限することができる。使用される場合、ポリマーブレンド中のブロッキング防止剤の量は、ポリマーブレンドの総重量の約0超〜約3wt%、約0.0001〜約2wt%、約0.001〜約1wt%、または約0.001〜約0.5wt%であり得る。あるブロッキング防止剤は、参照によって本明細書に援用される、Zweifel Hans et al, “Plastics Additives Handbook,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 7, pages 585-600(2001)に記載されている。
場合により、本明細書で開示するポリマーブレンドは、可塑剤を含み得る。一般に可塑剤は、ポリマーの柔軟性を向上させ得、ガラス転移温度を低下させ得る化学薬品である。当業者に公知のいずれの可塑剤も、本明細書で開示するポリマーブレンドに添加できる。可塑剤の非制限的な例として、アビエテート、アジペート、アルキルスルホナート、アゼラート、ベンゾアート、塩素化パラフィン、シトレート、エポキシド、グリコールエーテルおよびそのエステル、グルタレート、炭化水素油、イソブチラート、オレアート、ペンタエリトリトール誘導体、ホスフェート、フタレート、エステル、ポリブテン、リシノレアート、セバケート、スルホンアミド、トリおよびピロメリタート、ビフェニル誘導体、ステアレート、ジフランジエステル、フッ素含有可塑剤、ヒドロキシ安息香酸エステル、イソシアナート付加体、多環芳香族化合物、天然生成物誘導体、ニトリル、シロキサンベース可塑剤、タールベース生成物、チオエーテル(thioeter)およびそれらの組み合わせが挙げられる。使用される場合、ポリマーブレンド中の可塑剤の量は、ポリマーブレンドの総重量の0超〜約15wt%まで、約0.5〜約10wt%、または約1〜約5wt%であり得る。ある可塑剤は、参照によって本明細書に援用されている、George Wypych, “Handbook of Plasticizers” ChemTec Publishing, Toronto-Scarborough, Ontario(2004)に記載されている。
ある実施形態では、本明細書で開示するポリマーブレンドは場合により、ポリマーブレンド中のポリマー成分および有機添加剤の酸化を防止できる抗酸化剤を含み得る。当業者に公知のいずれの抗酸化剤も、本明細書で開示するポリマーブレンドに添加できる。適切な抗酸化剤の非制限的な例として、芳香族またはヒンダードアミン、例えばアルキルジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキルまたはアラルキル置換フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化p−フェニレンジアミン、テトラメチル−ジアミノジフェニルアミンなど;フェノール、例えば2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール;1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシベンジル)ベンゼン;テトラキス[(メチレン(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナメート)]メタン(例えばニューヨークのCiba GeigyからのIRGANOX(商標)1010);アクリロイル修飾フェノール;オクタデシル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシシンナメート(例えばCiba Geigyから市販されているIRGANOX(商標)1076);ホスファイトおよびホスホナイト;ヒドロキシルアミン;ベンゾフラノン誘導体;ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。使用される場合、ポリマーブレンド中の抗酸化剤の量は、ポリマーブレンドの総重量の約0超〜約5wt%、約0.0001〜約2.5wt%、約0.001〜約1wt%、または約0.001〜約0.5wt%であり得る。ある抗酸化剤は、参照によって本明細書に援用される、Zweifel Hans et al, “Plastics Additives Handbook,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 1, pages 1-140(2001)に記載されている。
他の実施形態では、本明細書で開示するポリマーブレンドは場合により、UV放射によるポリマーブレンドの劣化を防止または低減し得るUV安定剤を含む。当業者に公知のいずれのUV安定剤も、本明細書で開示するポリマーブレンドに添加できる。適切なUV安定剤の非制限的な例としては、ベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール、アリールエステル、オキサニリド、アクリルエステル、ホルムアミジン、カーボンブラック、ヒンダードアミン、ニッケルクエンチャ、ヒンダードアミン、フェノール性抗酸化剤、金属塩、亜鉛化合物およびそれらの組み合わせが挙げられる。使用される場合、ポリマーブレンド中のUV安定剤の量は、ポリマーブレンドの総重量の約0超〜約5wt%、約0.01〜約3wt%、約0.1〜約2wt%、または約0.1〜約1wt%であり得る。あるUV安定剤は、参照によって本明細書に援用される、Zweifel Hans et al, “Plastics Additives Handbook,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 2, pages 141-426(2001)に記載されている。
さらなる実施形態では、本明細書で開示するポリマーブレンドは場合により、ヒトの目に対するポリマーブレンドの外観を変更できる着色剤または顔料を含む。当業者に公知のいずれの着色剤または顔料も、本明細書で開示するポリマーブレンドに添加できる。適切な着色剤および顔料の非制限的な例として、無機顔料、例えば金属酸化物、例えば酸化鉄、酸化亜鉛、および二酸化チタン、混合金属酸化物、カーボンブラック、有機顔料、例えばアントラキノン、アンサンスロン、アゾおよびモノアゾ化合物、アリールアミド、ベンズイミダゾロン、BONAレーキ、ジケトピロロピロール、ジオキサジン、ジサゾ化合物、ジアリリド化合物、フラバントロン、インダントロン、イソインドリノン、イソインドリン、金属錯体、モノアゾ塩、ナフトール、b−ナフトール、ナフトールAS、ナフトールレーキ、ペリレン、ペリノン、フタロシアニン、ピラントロン、キナクリドン、およびキノフタロン、およびそれらの組み合わせが挙げられる。使用される場合、ポリマーブレンド中の着色剤または顔料の量は、ポリマーブレンドの総重量の0超〜約10wt%まで、約0.1〜約5wt%、または約0.25〜約2wt%であり得る。ある着色剤は、参照によって本明細書に援用される、Zweifel Hans et al, “Plastics Additives Handbook,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 15, pages 813-882(2001)に記載されている。
場合により、本明細書で開示するポリマーブレンドは、特に体積、重量、コストおよび/または技術的性能を調整するために使用できる充填剤を含み得る。当業者に公知のいずれの充填剤も、本明細書で開示するポリマーブレンドに添加できる。適切な充填剤の非制限的な例として、タルク、カルシウムカーボネート、チョーク、カルシウムサルフェート、粘土、カオリン、シリカ、ガラス、ヒュームドシリカ、マイカ、珪灰石、長石、アルミニウムシリケート、カルシウムシリケート、アルミナ、水和アルミナ、例えばアルミナトリヒドレート、ガラス微粒子、セラミック微粒子、熱可塑性微粒子、重晶石、木粉、ガラスファイバー、カーボンファイバー、マーブルダスト、セメントダスト、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、二酸化チタン、チタナートおよびそれらの組み合わせが挙げられる。ある実施形態では、充填剤は、硫酸バリウム、タルク、炭酸カルシウム、シリカ、ガラス、ガラスファイバー、アルミナ、二酸化チタン、またはそれらの混合物である。他の実施形態では、充填剤はタルク、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ガラスファイバーまたはそれらの混合物である。使用される場合、ポリマーブレンド中の充填剤の量は、ポリマーブレンドの総重量の約0超〜約80wt%、約0.1〜約60wt%、約0.5〜約40wt%、約1〜約30wt%、または約10〜約40wt%であり得る。ある充填剤は、どちらも参照によって本明細書に援用される、米国特許第6,103,803号及びZweifel Hans et al, “Plastics Additives Handbook,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 17, pages 901-948(2001)に記載されている。
場合により、本明細書で開示するポリマーブレンドは、潤滑剤を含み得る。一般に潤滑剤は、特に溶融ポリマーブレンドのレオロジーを改質するために、成形品の表面仕上げを改善するために、および/または充填剤または顔料の分散を促進するために使用できる。当業者に公知のいずれの潤滑剤も、本明細書で開示するポリマーブレンドに添加できる。適切な潤滑剤の非制限的な例として、脂肪アルコールおよびそのジカルボン酸エステル、短鎖アルコールの脂肪酸エステル、脂肪酸、脂肪酸アミド、金属石鹸、オリゴマー脂肪酸エステル、長鎖アルコールの脂肪酸エステル、モンタンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、天然および合成パラフィンワックス、フルオロポリマーならびにそれらの組み合わせが挙げられる。使用される場合、ポリマーブレンド中の潤滑剤の量は、ポリマーブレンドの総重量の0超〜約5wt%まで、約0.1〜約4wt%、または約0.1〜約3wt%であり得る。ある潤滑剤は、どちらも参照によって本明細書に援用される、Zweifel Hans et al, “Plastics Additives Handbook,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 5, pages 511-552(2001)に記載されている。
場合により、本明細書で開示するポリマーブレンドは、帯電防止剤を含み得る。一般に帯電防止剤は、静電荷の蓄積を防止するためにポリマーブレンドの導電率を向上させることができる。当業者に公知のいずれの帯電防止剤も、本明細書で開示するポリマーブレンドに添加できる。適切な帯電防止剤の非制限的な例として、導電性充填剤(例えばカーボンブラック、金属粒子および他の導電性粒子)、脂肪酸エステル(例えばグリセロールモノステアレート)、エトキシ化アルキルアミン、ジエタノールアミド、エトキシ化アルコール、アルキルスルホナート、アルキルホスフェート、4級アンモニウム塩、アルキルベタインおよびそれらの組み合わせが挙げられる。使用される場合、ポリマーブレンド中の帯電防止剤の量は、ポリマーブレンドの総重量の0超〜約5wt%まで、約0.01〜約3wt%、または約0.1〜約2wt%であり得る。ある適切な帯電防止剤は、どちらも参照によって本明細書に援用される、Zweifel Hans et al, “Plastics Additives Handbook,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 10, pages 627-646(2001)に記載されている。
さらなる実施形態では、本明細書で開示されるポリマーブレンドは場合により、ポリマーブレンドの架橋密度を上昇させるために使用できる架橋剤を含む。当業者に公知のいずれの架橋剤も、本明細書で開示するポリマーブレンドに添加できる。適切な架橋剤の非制限的な例として、有機ペルオキシド(例えばアルキルペルオキシド、アリールペルオキシド、ペルオキシエステル、ペルオキシカーボネート、ジアシルペルオキシド、ペルオキシケタール、および環状ペルオキシド)およびシラン(例えばビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、および3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン)が挙げられる。使用される場合、ポリマーブレンド中の架橋剤の量は、ポリマーブレンドの総重量の0超〜約20wt%まで、約0.1〜約15wt%、または約0.1〜約10wt%であり得る。ある適切な架橋剤は、どちらも参照によって本明細書に援用される、Zweifel Hans et al, “Plastics Additives Handbook,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 14, pages 725-812(2001)に記載されている。
ポリマーブレンドの架橋は、これに限定されるわけではないが、架橋触媒を用いる、または用いない電子ビーム照射、ベータ照射、ガンマ照射、コロナ照射、およびUV照射を含む、当分野で公知のいずれかの放射手段によって開始することもできる。米国特許出願第10/086,057号(US2002/0132923 A1として公開)および米国特許第6,803,014号は、本発明の実施形態で使用できる電子ビーム照射方法を開示している。
照射は、高エネルギー、イオン化電子、紫外線、X線、ガンマ線、ベータ粒子などおよびそれらの組み合わせの使用によって達成され得る。好ましくは電子は、70メガラド線量まで利用される。照射源は、所望の線量を供給できる電源出力を有し、約150キロボルト〜約6メガボルトの範囲で動作するいずれの電子ビーム発生器でもよい。電圧は、例えば100,000、300,000、1,000,000または2,000,000または3,000,000または6,000,000あるいはそれ以上またはそれ以下であり得る適切なレベルに調整できる。ポリマー材料に照射するための他の多くの装置が当分野で公知である。照射は通常、約3メガラド〜約35メガラドの、好ましくは約8〜約20メガラドの線量にて実施される。さらに照射は室温にて好都合に実施できるが、より高温および低温、例えば0℃〜約60℃も利用できる。好ましくは、照射は、物品の成形または製造後に実施される。また好ましい実施形態では、プロラド添加剤を包含させたエチレン共重合体に約8〜約20メガラドの電子ビーム照射を照射する。
架橋は架橋触媒によって促進させることができ、この機能を提供するいずれの触媒も使用できる。適切な触媒としては一般に、有機塩基、カルボン酸、および有機チタナートが挙げられる有機金属化合物ならびに鉛、コバルト、鉄、ニッケル、亜鉛およびスズの錯体またはカルボキシラートが挙げられる。ジブチルスズジラウラート、ジオクチルスズマレアート、ジブチルスズジアセタート、ジブチルスズジオクトアート、酢酸第一スズ、第一スズオクトアート、鉛ナフテナート、亜鉛カプリラート、コバルトナフテナートなど。スズカルボキシラート、特にはジブチルスズジラウラートおよびジオクチルスズマレアートはこの発明のために特に有効である。触媒(または触媒の混合物)は、触媒量、通例は約0.015〜約0.035phrで存在する。
代表的なプロラド添加剤として、これに限定されるわけではないが、アゾ化合物、有機ペルオキシドおよび多官能性ビニル化合物または多官能性アリル化合物、例えばトリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ペンタエリトリトールテトラメタクリレート、グルタルアルデヒド、エチレングリコールジメタクリレート、ジアリルマレアート、ジプロパルギルマレアート、ジプロパルギルモノアリルシアヌレート、ジクミルペルオキシド、ジ−tert−ブチルペルオキシド、t−ブチルペルベンゾアート、ベンゾイルペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルペルオクトアート、メチルエチルケトンペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、ラウリルペルオキシド、tert−ブチルペルアセテート、アゾビスイソブチルニトライトなどおよびそれらの組み合わせが挙げられる。本発明で使用するための好ましいプロラド添加剤は、(少なくとも2の)多官能性部分、例えばC=C、C=N、またはC=Oを有する化合物である。
少なくとも1つのプロラド添加剤を当分野で公知のいずれかの方法によってエチレン共重合体に添加できる。しかしながら好ましくは、プロラド添加剤は、エチレン共重合体と同じまたは異なるベース樹脂を含むマスターバッチ濃縮物によって導入される。好ましくは、マスターバッチ用のプロラド添加剤濃度は、比較的高く、例えば約25重量パーセントである(濃縮物の総重量に基づく)。
少なくとも1つのプロラド添加剤がエチレンポリマーにいずれかの有効量で導入される。好ましくは少なくとも1つのプロラド添加剤導入量は、約0.001〜約5重量パーセント、より好ましくは約0.005〜約2.5重量パーセントおよび最も好ましくは約0.015〜約1重量パーセントである(エチレン共重合体の総重量に基づく)。
電子ビーム照射に加えて、架橋はUV照射によっても実施できる。米国特許第6,709,742号は、本発明の実施形態で使用できるUV照射による架橋方法を開示している。該方法は、ファイバーが形成される前、最中、または後に光開始剤を、光架橋剤を用いて、または用いずにポリマーと混合するステップと、次にポリマーを所望のレベルまで架橋させるために光開始剤を含むファイバーを十分なUV放射に暴露するステップとを含む。本発明の常法で使用される光開始剤は、芳香族ケトン、例えばベンゾフェノンまたは1,2−ジケトンのモノアセタールである。モノアセタールの初期光反応は、アシルラジカルおよびジアルコキシアルキルラジカルを与えるためのα結合のホモリシス開裂である。このタイプのα開裂は、W.Horspool and D.Armesto, Organic Photochemistry:A Comprehensive Treatment, Ellis Horwood Limited, Chichester, England, 1992;J.Kopecky, Organic Photochemistry:A Visual Approach,VCH Publishers, Inc., New York,NY 1992;N.J.Turro, et al., Ace.Chem. Res., 1972,5,92;および J.T.Banks, et al., J.Am.Chem.Soc., 1993, 115, 2473により十分に記載されているノリッシュ(Norrish)I型反応として公知である。芳香族1,2ジケトンのモノアセタール、Ar−CO−C(OR)−Ar’の合成は、USP4,190,602およびGer.Offen.2,337,813に記載されている。このクラスからの好ましい化合物は、Ciba−GeigyからIrgacure 651として市販されている2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、C−CO−C(OCH−Cである。光開始剤として本発明の常法で有用な他の芳香族ケトンの例は、すべてCiba−Geigyから市販されているIrgacure 184、369、819、907および2959である。
本発明の一実施形態では、光開始剤は光架橋剤と併せて使用される。フリーラジカルの発生時に主鎖との共有結合の形成を通じて2つまたはそれ以上のポリオレフィン主鎖を共に連結するいずれの光架橋剤も、本発明で使用できる。好ましくはこれらの光架橋剤は多官能性であり、すなわちそれらは活性化時にコポリマーの主鎖上の部位との共有結合を形成する2つまたはそれ以上の部位を含む。代表的な光架橋剤として、これに限定されるわけではないが、多官能性ビニル化合物または多官能性アリル化合物、例えばトリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ペンタエリトリトールテトラメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジアリルマレアート、ジプロパルギルマレアート、ジプロパルギルモノアリルシアヌレートなどが挙げられる。本発明で使用するための好ましい光架橋剤は、(すなわち少なくとも2つの)多官能性部分を有する化合物である。特に好ましい光架橋剤は、トリアリルシアヌレート(TAC)およびトリアリルイソシアヌレート(TAIC)である。
ある化合物は、本発明の常法で光開始剤および光架橋剤の両方として作用する。これらの化合物は、UV光への暴露時に2つまたはそれ以上の反応性種(例えばフリーラジカル、カルベン、ニトレンなど)を産生して、続いて2つのポリマー鎖と共有結合する能力によって特徴付けられる。これらの2つの機能を実施(preform)できるいずれの化合物も本発明の常法で使用可能であり、代表的な化合物として、米国特許第6,211,302号および第6,284,842号に記載されているスルホニルアジドが挙げられる。
本発明の別の実施形態では、コポリマーは二次架橋、すなわち光架橋以外の、それに加えた架橋を受ける。本実施形態では、光開始剤は非光開始剤、例えばシランと組み合わせて使用されるか、または該コポリマーは二次架橋手順、例えば電子ビーム放射への暴露を受けるかのどちらかである。シラン架橋剤の代表的な例は、米国特許第5,824,718号に記載されており、電子ビーム放射への暴露による架橋は、米国特許第5,525,257号および第5,324,576号に記載されている。本実施形態での光架橋剤の使用は任意である。
少なくとも1つの光添加剤、すなわち光開始剤および任意の光架橋剤を当分野で公知のいずれかの方法によってコポリマーに導入できる。しかしながら好ましくは、光添加剤(単数または複数)は、コポリマーと同じまたは異なるベース樹脂を含むマスターバッチ濃縮物によって導入される。好ましくは、マスターバッチ用の光添加剤濃度は、比較的高く、例えば約25重量パーセントである(濃縮物の総重量に基づいて)。
少なくとも1つの光添加剤がコポリマーにいずれかの有効量で導入される。好ましくは少なくとも1つの光添加剤導入量は、約0.001〜約5重量パーセント、より好ましくは約0.005〜約2.5重量パーセントおよび最も好ましくは約0.015〜約1重量パーセントである(コポリマーの総重量に基づいて)。
光開始剤(単数または複数)および任意の光架橋剤(単数または複数)は、ファイバーまたはフィルムの製造工程の各種の段階の間に添加できる。光添加剤が押出温度に耐えられる場合、押出機に供給する前に例えばマスターバッチ添加によってポリオレフィン樹脂を添加剤と混合できる。あるいはスロットダイの直前に添加剤を押出機に導入できるが、この場合、押出機前の成分の効率的な混合が重要である。別の手法では、ポリオレフィンファイバーは光添加剤なしで線引きでき、光開始剤および/または光架橋剤をキスロール、スプレー、添加剤を含む溶液への浸漬によって、または後処理のための他の工業的方法を使用することによって押出されたファイバーに施用できる。光添加剤(単数または複数)を用いて得られたファイバーを次いで、連続またはバッチ工程にて電磁放射によって硬化させる。光添加剤は、単軸および二軸押出機が挙げられる従来の配合装置を使用してポリオレフィンとブレンドできる。
電磁放射の出力および照射時間は、ポリマーの劣化および/または寸法上の欠陥なしに効率的な架橋を可能にするために選択される。好ましい工程はEP0 490 854 B1に記載されている。十分な熱安定性を有する光添加剤(単数または複数)は、ポリオレフィン樹脂と予備混合され、ファイバーへと押し出され、1個のエネルギー源または一続きで連結された複数のユニットを使用する連続プロセスで照射される。スプールに収集されるファイバーまたは製編織物のシートを硬化させるために、バッチ工程と比較して連続工程を使用することの利点が複数ある。
照射は、UV放射の使用により達成され得る。好ましくは、UV照射は100J/cmの強度まで利用される。照射源は、所望の線量を供給できる電源出力を有し、約50ワット〜約25000ワットの範囲で動作するいずれのUV光発生器でもよい。ワット数は、例えば1000ワットまたは4800ワットまたは6000ワットあるいはそれ以上またはそれ以下であり得る適切なレベルに調整できる。ポリマー材料にUV照射するための他の多くの装置が当分野で公知である。照射は通常、約3J/cm〜約500J/cmの、好ましくは約5J/cm〜約100J/cmの線量にて実施される。さらに照射は、室温にて好都合に実施できるが、より高温および低温、例えば0℃〜約60℃も利用できる。光架橋工程はより高い温度でさらに高速である。好ましくは、照射は、物品の成形または製造後に実施される。好ましい実施形態では、光添加剤を包含させたコポリマーに約10J/cm〜約50J/cmのUV放射を照射する。
ポリマーブレンドの調製
ポリマーブレンド、すなわちエチレン/α−オレフィン共重合体の成分であるポリオレフィンおよび任意の添加剤は、当業者に公知の方法、好ましくはエチレン/α−オレフィン共重合体中でのポリオレフィンおよび/または添加剤の実質的に均質な分布を提供できる方法を使用して、混合またはブレンドできる。適切なブレンド方法の非制限的な例として、溶融ブレンド、溶媒ブレンド、押出などが挙げられる。
ある実施形態では、ポリマーブレンドの成分は、Guerin et al.によって米国特許第4,152,189に記載されている方法によって溶融ブレンドされる。最初に溶媒がある場合にはすべての溶媒を、約5torr(667Pa)〜約10torr(1333Pa)の圧力にて約100℃〜約200℃または約150℃〜約175℃の適切な高温まで加熱することによって、それら成分から除去する。次に成分を所望の比率で容器内へ秤量して、容器の内容を撹拌しながら溶融状態まで加熱することによってポリマーブレンドを生成させる。
他の実施形態では、ポリマーブレンドの成分は溶媒ブレンドを使用して処理される。最初に所望のポリマーブレンドの成分を適切な溶媒に溶解させて、次いで混合物を混合またはブレンドする。次に溶媒を除去して、ポリマーブレンドを提供する。
さらなる実施形態では、均質ブレンドを調製するために、分散混合、分配混合、または分散および分配混合の組み合わせを提供する物理的ブレンド装置を使用できる。物理ブレンドのバッチ方法および連続方法のどちらも使用できる。バッチ方法の非制限的な例として、BRABENDER(登録商標)混合機(例えばBRABENDER PREP CENTER(登録商標)、C.W.Brabender Instruments,Inc.より入手可能、サウスハッケンサック、ニュージャージー州)またはBANBURY(登録商標)内部混合およびロールミル機(Farrel Companyより入手可能、アンソニア、コネチカット州)を使用する方法が挙げられる。連続方法の非制限的な例として単軸押出、二軸押出、ディスク押出、往復単軸押出、およびピンバレル単軸押出が挙げられる。ある実施形態では、添加剤は、エチレン/α−オレフィン共重合体、ポリオレフィンまたはポリマーブレンドの押出中にフィードホッパーまたはフィードスロートを通じて押出機内に添加できる。押出によるポリマーの混合またはブレンドは、参照によって本明細書に援用される、C.Rauwendaal, “Polymer Extrusion”, Hanser Publishers, New York, NY, pages 322-334(1986)に記載されている。
ポリマーブレンド中に1またはそれ以上の添加剤が必要とされるとき、添加剤の所望の量がエチレン/α−オレフィン共重合体、ポリオレフィンまたはポリマーブレンドに1回の投入または複数回の投入で添加できる。さらに添加はいずれの順序で行ってもよい。ある実施形態では、添加剤が最初に添加されて、エチレン/α−オレフィン共重合体と混合またはブレンドされ、次いで添加剤含有共重合体をポリオレフィンとブレンドする。ある実施形態では、添加剤が最初に添加されてポリオレフィンと混合またはブレンドされ、次いで添加剤含有ポリオレフィンをエチレン/α−オレフィン共重合体とブレンドする。さらなる実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体は最初にポリオレフィンとブレンドされ、次いで添加剤がポリマーブレンドとブレンドされる。
あるいは、高濃度の添加剤を含有するマスターバッチを使用できる。一般にマスターバッチは、エチレン/α−オレフィン共重合体、ポリオレフィンまたはポリマーブレンドのいずれかを高濃度の添加剤とブレンドすることによって調製できる。マスターバッチは、ポリマーブレンドの総重量の約1〜約50wt%の、約1〜40wt%の、約1〜約30wt%の、または約1〜約20wt%の添加剤濃度を有することができる。マスターバッチは次いで、最終生成物中で所望の添加剤濃度を提供するために決定された量でポリマーブレンドに添加できる。ある実施形態では、マスターバッチはスリップ剤、ブロッキング防止剤、可塑剤、抗酸化剤、UV安定剤、着色剤または顔料、充填剤、潤滑剤、防曇剤、フローエイド、カップリング剤、架橋剤、成核剤、界面活性剤、溶媒、難燃剤、帯電防止剤、またはそれらの組み合わせを含有する。他の実施形態では、マスターバッチはスリップ剤、ブロッキング防止剤またはそれらの組み合わせを含有する。他の実施形態では、マスターバッチはスリップ剤を含有する。
ポリマーブレンドの用途
本明細書で開示されるポリマーブレンドは、自動車、建築、医療、食品および飲料、電気、機器、事務機械、および消費者市場用の耐久品を製造するために使用できる。ある実施形態では、ポリマーブレンドは、玩具、グリップ、ソフトタッチハンドル、バンパー摩擦ストリップ、フローリング、自動車フロアマット、ホイール、キャスター、家具および機器足部、タグ、シール、ガスケット、例えば静的および動的ガスケット、自動車用ドア、バンパー帯(facia)、グリルコンポーネント、ロッカーパネル、ホース、ライニング、事務用品、シール、ライナー、ダイアフラム、チューブ、蓋、ストッパ、プランジャチップ、送達システム、台所用品、靴、靴用ブラダーおよび靴用ソールから選択される柔軟耐久部品および物品を製造するために使用される。他の実施形態では、ポリマーブレンドは、高い引張強度および低い圧縮永久ひずみを必要とする耐久性部品および物品を製造するために使用できる。さらなる実施形態では、ポリマーブレンドは、高い使用上限温度および低い弾性率を必要とする耐久性部品および物品を製造するために使用できる。
ポリマーブレンドは、公知のポリマー工程、例えば押出(例えばシート押出および異形押出)、射出成形、成形、回転成形、およびブロー成形によってこれらの耐久性部品および物品を作製するために使用できる。一般に押出は、ポリマーが溶融、圧縮、最後にダイに通過させられる高温高圧領域を通じてスクリューに沿ってポリマーが連続的に推進されるプロセスである。押出機は、単軸押出機、多軸押出機、ディスク押出機、またはラム押出機であり得る。ダイは、フィルムダイ、ブローフィルムダイ、シートダイ、パイプダイ、チュービングダイまたは異形材押出ダイであり得る。ポリマーの押出は、どちらも参照によってその全体が本明細書に援用される、C.Rauwendaal, “Polymer Extrusion”, Hanser Publishers, New York, NY(1986);およびM.J.Stevens, “Extruder Principals and Operation,” Ellsevier Applied Science Publishers, New York, NY(1985)に記載されている。
異形押出成形は、例えば自動車外部トリムとして使用する複雑な断面を有することが多い連続均質熱可塑性品を製造するための一般的な方法である。異形材は最適な押出ダイの形状を取り、ボディサイド成形品などのような物品を形成するために切断およびエンドキャップされる。単一異形材は、自動車の多くのモデルに適合するように設計でき、異形押出を一般的なアフターマーケット工程にしている。熱可塑性材料の広範な加工範囲が異形押出での高いアウトプットを可能にする。押出機の連続操作は、プラスチック製品の均質生産を可能にする。押出機バレル、アダプタおよびダイに沿って必要とされる温度は、実施される特定の押出工程および使用されるプラスチックの性質に依存する。
代表的な押出工程では、樹脂ペレットがホッパーから単軸または二軸押出機に重力供給あるいは強制供給され、スクリュー表面に沿って運搬される。固体および液体添加剤、例えば補強添加剤および充填剤は、ミックス中に包含されることが多く、スクリューによる分配または分散混合によって均質に混合する必要がある。米国特許第6,682,811号、第5,783,620号、第5,951,930号、第5,382,395号、第4,256,685号および第5,468,530号は、本発明のある実施形態で使用できる異形押出の各種方法を教示している。特許の開示は、参照によってその全体が本明細書に援用されている。
射出成形も、各種の用途の多種多様なプラスチック部品を製造するために幅広く使用されている。一般に射出成形は、ポリマーが溶融されて、所望の形状の反対である型に高圧で注入され、所望の形状およびサイズの部品を形成する工程である。型は、金属、例えば鋼鉄およびアルミニウムから作製できる。ポリマーの射出成形は、参照によってその全体が本明細書に援用されている、Beaumont et al., “Successful Injection Molding:Process, Design,and Simulation” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio(2002)に記載されている。
成形は一般に、ポリマーが溶融されて、所望の形状の反対である型に導入され、所望の形状およびサイズの部品を形成する工程である。成形は常圧でも圧力補助でも可能である。ポリマーの成形は、参照によって本明細書に援用されているHans-Georg Elias “An Introduction to Plastics” Wiley-VCH,Weinhei,Germany, pp.161-165(2003)に記載されている。
回転成形は、中空プラスチック製品を一般に生産するために使用される工程である。追加の成形後操作を使用することによって、他の成形および押出技術と同じくらい効率的に複雑なコンポーネントを生産できる。回転成形は、ポリマーを型に入れた後に加熱、溶融、成形、および冷却段階すべてが行われ、したがって形成中に外圧は印加されないという点で他の加工方法と異なる。ポリマーの回転成形は、参照によってその全体が本明細書に援用されている、Glenn Beall, “Rotational Molding:Design, Materials & Processing,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio(1998)に記載されている。
ブロー成形は、中空プラスチック容器を作製するために使用できる。該工程は、軟化したポリマーを型の中央に置くステップと、ブローピンを用いてポリマーを型壁に押し付けて膨張させるステップと、該生成物を冷却により固化させるステップとを含む。ブロー成形には一般的な3つのタイプ:押出ブロー成形、射出ブロー成形、およびストレッチブロー成形がある。押出できないポリマーを加工するためには、射出ブロー成形を使用できる。ストレッチブロー成形は、ブローが困難な結晶性および結晶化し得るポリマー、例えばポリプロピレンに使用できる。ポリマーのブロー成形は、参照によってその全体が本明細書に援用されている、Norman C.Lee, “Understanding Blow Molding,” Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio(2000)に記載されている。
以下の実施例は、本発明の実施形態を例示するために示す。すべての数値はおおよそである。数値範囲が与えられるとき、記載範囲外の実施形態は本発明の範囲内になお当てはまることが理解されるべきである。各実施例に記載する具体的な詳細事項は、本発明の必要な特徴として解釈されるべきではない。
試験方法
以下の実施例では、以下の分析技術が使用される:
サンプル1〜4およびA〜CについてGPC法
160℃に設定された加熱針を装備した自動化液体処理ロボットを用いて、各々の乾燥ポリマーサンプルに対して300ppmのIonolで安定化した十分な1,2,4−トリクロロベンゼンを添加して、30mg/mLという最終濃度を得る。小さいガラス撹拌ロッドを各々のチューブに入れて、そのサンプルを、250rpmで回転する加熱式旋回シェーカーを用いて160℃で2時間加熱する。次いで濃縮されたポリマー溶液を、自動化液体処理ロボットおよび160℃に設定された加熱針を用いて1mg/mlに希釈する。
Symyx Rapid GPCシステムを用いて各々のサンプルについての分子量データを決定する。2.0ml/分の流量に設定したGilson 350ポンプを用いて、直列に配置され、160℃に加熱された3つのPlgel10マイクロメーター(μm)MixedB300mm×7.5mmカラムを通して300ppmのIonolで安定化させヘリウムでパージした1,2−ジクロロベンゼンを移動相としてポンプで送る。エバポレーターを250℃に設定し、ネブライザーを165℃に設定し、および窒素流量を60〜80psi(400〜600kPa)Nの圧で1.8SLMに設定したPolymer Labs ELS 1000 Detectorを用いる。ポリマーサンプルを160℃に加熱して、各々のサンプルを、液体処理ロボットおよび加熱ニードルを用いて250μlのループに注入した。2つの切り替えループおよび重複注入を用いるポリマーサンプルの連続的分析を用いる。このサンプルデータを収集して、Symyx Epoch(商標)ソフトウェアを用いて分析する。ピークを手技的に積分するが、報告された分子量情報は、ポリスチレン標準検量線に対して未補正である。
標準的なCRYSTAF方法
分枝分布は、PolymerChar,Valencia,Spainから市販されているCRYSTAF 200ユニットを用いて結晶分析分画(crystallization analysis fractionation:CRYSTAF)によって決定する。このサンプルは、160℃で1,2,4トリクロロベンゼン(0.66mg/mL)に1時間溶解させ、そして95℃で45分間安定化させる。サンプリング温度は、0.2℃/分の冷却速度で95〜30℃におよぶ。赤外線検出器を用いて、ポリマー溶液の濃度を測定する。累積溶解濃度は、温度の低下と同時にポリマーが結晶化する間に測定する。累積されたプロフィールの分析導関数は、そのポリマーの短鎖分枝分布を反映する。
CRYSTAFのピーク温度および面積は、CRYSTAFソフトウェア(Version 2001.b,PolymerChar,Valencia,Spain)に含まれるピーク分析モジュールによって特定される。CRYSTAFピーク検出ルーチン(finding routine)は、ピーク温度をdW/dT曲線の最大値として特定し、そしてこの微分曲線におけるその特定したピークの片側の正の最大変曲間の面積を特定する。CRYSTAF曲線を算出するために、好ましい処理パラメーターは、70℃の温度限界を有し、ならびにその温度限界より上では0.1の、およびその温度限界より下では0.3の平滑化パラメーターを有するものである。
DSC標準法(サンプル1〜4およびA〜Cを除く)
示差走査熱量測定法の結果は、RCS冷却アクセサリおよびオートサンプラーを装備したTAIモデルQ1000 DSCを用いて決定する。50ml/分という窒素パージガス流を用いる。このサンプルを、薄膜にプレスして、約175℃でプレス内で溶融し、次いで室温(25℃)まで空冷する。次いで3〜10mgの物質を6mmの直径のディスクに切断し、正確に秤量し、軽量アルミのパンに入れ(約50mg)、次いで圧着する。サンプルの熱挙動は、以下の温度プロフィールで検討する。このサンプルを180℃まで急速に加熱して、3分間恒温に保持して、以前の熱履歴を除く。次いで、このサンプルを10℃/分の冷却速度で−40℃まで冷却し、−40℃で3分間保持する。次いで、このサンプルを10℃/分の加熱速度で150℃まで加熱する。その冷却および第二の加熱曲線を記録する。
DSC融解ピークは、−30℃と融解終点との間にひいた直線のベースラインに関する熱流量(W/g)における最大として測定される。融解熱は直線のベースラインを用いて−30℃と融解終点との間の融解曲線の下の面積として測定される。
GPC法(サンプル1〜4およびA〜Cを除く)
このゲル浸透クロマトグラフィーシステムは、Polymer Laboratories Model PL−210またはPolymer Laboratories Model PL−220のいずれかの装置から構成される。このカラムおよびカルーセルの区画は、140℃で操作される。3つのPolymer Laboratories 10ミクロン Mixed−Bカラムを用いる。この溶媒は、1,2,4トリクロロベンゼンである。サンプルは、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有する50ミリリットルの溶媒中に0.1グラムというポリマー濃度で調製する。サンプルは、160℃で2時間、軽く撹拌することによって調製する。用いられる注入容積は、100μlであり、そして流量は1.0ml/分である。
GPCカラムセットの較正は、個々の分子量の間の少なくとも10の隔たりがある6つの「カクテル(cocktail)」混合物で準備した、580〜8,400,000におよぶ分子量を有する、21個の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質で行われる。この標準物質は、Polymer Laboratories(Shropshire,UK)から購入する。ポリスチレン標準物質は、分子量1,000,000以上については、50ミリリットルの溶媒中に0.025グラムで、そして分子量1,000,000未満については50ミリリットル中に0.05グラムで調製する。このポリスチレン標準物質は、穏やかに撹拌しながら80℃で30分間溶解する。狭い標準物質混合物を最初にランし、そして分解を最小にするために最も高い分子量の成分から低いものへと順番にランする。ポリスチレン標準物質ピーク分子量を、以下の式を用いてポリスチレン分子量に変換する(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載のとおり):Mポリエチレン=0.431(Mポリスチレン)。
ポリエチレン等量分子量の計算は、Viscotek TriSECソフトウェアのVersion3.0を用いて行う。
圧縮永久ひずみ
圧縮永久ひずみは、ASTMD395に従って測定する。このサンプルは、総厚みが12.7mmに達するまで、3.2mm、2.0mmおよび0.25mmという厚みの25.4mmの直径の丸いディスクを重ねることによって調製する。このディスクは、以下の条件下においてホットプレスで成形した12.7cm×12.7cmの圧縮成形プラックから切り出す:190℃で3分間ゼロ圧、続いて190℃で2分間86MPa、続いてプレス内部で冷水を流しながら86MPaで冷却。
密度
密度測定のためのサンプルは、ASTMD1928に従って調製する。測定は、ASTMD792、方法Bを用いて1時間内のサンプルプレスで行う。
屈曲/割線弾性率/貯蔵弾性率
サンプルは、ASTMD1928を用いて圧縮成形する。曲げ弾性率および2%の割線弾性率を、ASTM D−790に従って測定する。貯蔵弾性率はASTM D5026−01または等価な技術に従って測定する。
光学的特性
0.4mmの厚みのフィルムを、ホットプレス(Carver Model#4095−4PR1001R)を用いて圧縮成形する。このペレットは、ポリテトラフルオロエチレンシートの間に置いて、190℃で55psi(380kPa)で3分間、続いて1.3MPaで3分間、次いで2.6MPaで3分間加熱する。次いで、このフィルムを、1.3Mpaで1分間、冷水を流しながらプレス中で冷却する。この圧縮成形フィルムを、光学測定、引張挙動、回復および応力緩和のために用いる。
透明度は、ASTM D1746で特定されたようにBYK Gardner Haze−gardを用いて測定する。
45°光沢(gloss)は、ASTM D−2457に特定されたように、BYK Gardner Glossmeter Microgloss45°を用いて測定する。
内部の曇り(internal haze)は、ASTMD1003手順Aに基づいてBYK Gardner Haze−gardを用いて測定する。鉱油をこのフィルムの表面に塗布して、表面のスクラッチを除去する。
機械的特性−引張、ヒステリシス(履歴現象)および引裂
短軸引張における応力−ひずみ挙動を、ASTM D1708微小引張試験片(microtensile specimens)を用いて測定する。サンプルは、21℃で1分あたり500%でInstronを用いて延伸する。引張強度および破断点伸度は、5つの試験片の平均から報告される。
100%および300%のヒステリシスは、Instron(商標)装置でASTM D1708微小引張試験片を用いて100%ひずみおよび300%ひずみまでの循環荷重から決定される。サンプルに、21℃で3サイクル、1分あたり267%で荷重を負荷し、除荷する。300%および80℃でのサイクル実験は、環境チャンバを用いて行う。80℃の実験では、サンプルは、試験の前に試験温度で45分間、平衡化させる。21℃、300%ひずみのサイクル実験では、第一の除荷のサイクルからの150%のひずみでの収縮性応力を記録する。全ての実験についての回復パーセントは、荷重がベースラインに戻るひずみを用いて第一の除荷サイクルから算出する。回復パーセントは以下に規定される:
回復%=(ε−ε)/ε×100
ここでεは、循環荷重に対してとったひずみであり、εは、1回目の除荷サイクルの間に荷重がベースラインに戻る場合のひずみである。
応力緩和を、環境チャンバを装備したInstron(商標)装置を用いて、50%のひずみおよび37℃で12時間、測定する。ゲージの形状は76mm×25mm×0.4mmであった。環境チャンバ中で37℃で45分間の平衡させた後、サンプルを1分あたり333%で50%ひずみまで延伸した。応力は、時間の関数として12時間記録した。12時間後の応力緩和パーセントは式:
応力緩和%=(L−L12)/L×100
を用いて算出した。
ここでLは、0時点での50%ひずみの荷重であり、そしてL12は、12時間後時点の50%ひずみの荷重である。
引張ノッチ付引裂実験(tensile notched tear experiments)を、Instron(商標)装置を用いて0.88g/cc以下の密度を有するサンプルで行う。この形状は、76mm×13mm×0.4mmのゲージ部分からなり、このサンプルにはその試験片の長さの半分の位置に2mmの切込みが入っている。そのサンプルが壊れるまで、21℃で1分あたり508mmで延伸させる。この引裂エネルギーは、最大荷重でのひずみまでの応力−伸長曲線下面積として算出する。少なくとも3つの試験片の平均が報告される。
TMA
熱機械的分析(Thermal Mechanical Analysis)(針入温度)は、180℃および10MPa成形圧で5分間形成され、次いで風で急速冷却された、30mm直径×3.3mm厚みの圧縮成形ディスクで行う。用いた装置は、Perkin−Elmerから入手可能なブランド、TMA7である。この試験では、1.5mmの半径の先端を有するプローブ(P/N N519−0416)を、1Nの力を用いてサンプルディスクの表面に適用する。その温度を25℃から1分あたり5℃上昇させる。このプローブ針入距離は、温度の関数として測定される。このプローブがサンプルに1mm針入した時、実験が終わる。
DMA
動的機械分析(Dynamic Mechanical Analysis)(DMA)は、180℃で10MPaの圧力で5分間、ホットプレス中において成形され、次いで1分あたり90℃でこのプレス中で水冷された圧縮成形ディスクで測定する。試験は、ねじり試験のための二重カンチレバー固定具を装備したARES制御ひずみレオメーター(TA instrument)を用いて行う。
1.5mmのプラックをプレスして、32×12mmの寸法のバーに切断する。そのサンプルを10mm(グリップ間隔ΔL)ずつ隔てた固定具の間において両端でクランプして、−100℃〜200℃の逐次的温度段階(1段階あたり5℃)に供する。各々の温度でねじり弾性率G’を、10rad/sの角周波数で測定し、このひずみ振幅は、トルクが十分であること、そして測定値が直線状態のままあることを保証するために0.1パーセント〜4パーセントの間で維持される。
10gという最初の静止力を維持して(自動引っ張り方式)、熱膨張が生じる時のサンプル中のゆるみを防ぐ。結果として、グリップ間隔ΔLは、温度とともに、特に、ポリマーサンプルの融点または軟化点より上で、増大する。試験は、最大温度か、または固定具の間の隙間が65mmに達した時に終わる。
メルトインデックス
メルトインデックスIは、ASTM D1238、条件190℃/2.16kgに従って測定する。メルトインデックスI10はまた、ASTM D1238、条件190℃/10kgに従って測定する。
ATREF
分析的昇温溶離分画(analytical temperature rising elution fractionation)(ATREF)分析を、その全体が参照によって本明細書に援用される、米国特許第4,798,081号およびWilde,L.;Ryle,T.R.;Knobeloch,D.C.;Peat,I.R.;Determination of Branching Distributions in Polyethylene and Ethylene Copolymer,J.Polym.Sci.,20,441〜455(1982)に記載された方法に従って行う。分析されるべき組成物を、トリクロロベンゼンに溶解して、1分あたり0.1℃の冷却速度で20℃までゆっくり温度を下げることによって、不活性支持体(ステンレス鋼ショット)を含むカラム中で結晶させる。このカラムには、赤外線検出器が装備されている。次いで、1分あたり1.5℃の速度で20から120℃へ溶離溶媒(トリクロロベンゼン)の温度をゆっくり上昇させることによりカラムから結晶化ポリマーサンプルを溶離することによって、ATREFのクロマトグラフィー曲線を作成する。
13C NMR分析
サンプルを、10mmのNMRチューブ中で0.4gのサンプルに対してテトラクロロエタン−d/オルトジクロロベンゼンの50/50の混合物の約3gを添加することによって調製する。そのサンプルを、このチューブおよびその内容物を150℃に加熱することによって溶解して、均質化する。100.5MHzという13Cの共鳴周波数に相当する、JEOL ECLIPSE(商標)400MHz分光計、またはVarian Unity PLUS(商標)400MHz分光計を用いてデータを収集する。そのデータを、6秒のパルス繰り返し時間遅延により1データ・ファイルについて4000の減衰シグナルを用いて得る。定量的分析のための最小のシグナル対ノイズ比を達成するために、複数のデータファイルを一緒に加える。スペクトルの幅は25,000Hzであり、最小のファイルサイズは32Kのデータ・ポイントである。このサンプルは、10mmの広帯域プローブ中で130℃で分析する。コモノマーの取り込みは、Randallのトライアッド法(Randall,J.C.;JMS-Rev.Macromol.Chemを用いて決定される。
TREFによるポリマー分画
大規模なTREF分画は、160℃で4時間撹拌することによって2リットルの1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)中に15〜20gのポリマーを溶解することによって行う。このポリマー溶液は、30−40メッシュ(600〜425μm)球状の、技術的品質のガラスビーズ(Potters Industries,HC30 Box20,Brownwood,TX,76801から入手可能)およびステンレス鋼、0.028”(0.7mm)の直径のカット・ワイア・ショット(Pellets,Inc.63 Industrial Drive,North Tonawanda,NY,14120から入手可能)の60:40(v:v)混合物をパックした3インチ×4フィート(7.6cm×12cm)のスチール・カラム上に15psig(100kPa)窒素によって圧入する。このカラムを、160℃に最初に設定した、熱制御されたオイルジャケットに浸す。このカラムを125℃に弾道的に最初に冷却し、次いで1分あたり0.04℃で20℃までゆっくり冷却して、1時間保持する。温度を1分あたり0.167℃で上昇させながら、新鮮なTCBを1分あたり約65mlで導入する。
分取TREFカラムからの約2000mL分の溶離液を、16のステーションの加熱されたフラクションコレクターに収集する。このポリマーを、約50〜100mlのポリマー溶液が残るまで、ロータリーエバポレーターを用いて各々の画分中で濃縮させる。この濃縮溶液を、一晩静置させて、その後に、過剰のメタノールを添加し、濾過して、洗浄する(最終の洗浄を含む約300〜500mlのメタノール)。濾過工程を、5.0μmのポリテトラフルオロエチレンコーティング濾紙(Osmonics Inc.から入手可能、カタログ番号Z50WP04750)を用いて、3位置の真空利用濾過ステーションで行う。濾過された画分を、60℃で真空オーブン中において一晩乾燥させて、さらなる試験の前に化学天秤で秤量する。
溶融強度
溶融強度(MS)を、2.1mmの直径、約45度の入口角を有する20:1のダイと適合されたキャピラリー・レオメータを用いることによって測定する。190℃で10分間サンプルを平衡化した後、このピストンを1分あたり1インチ(2.54cm/分)の速度で動かす。標準試験温度は190℃である。サンプルを2.4mm/秒の加速を有するダイの100mm下に配置される1セットの加速ニップに一軸に圧伸する。必要な張力を、ニップ・ロールの巻き取り速度の関数として記録する。試験の間に到達する最大張力が、溶融強度として規定される。引取共振を示すポリマー溶融の場合、引取共振の発生の前の張力を溶融強度とした。溶融強度は、センチニュートン(centiNewton)(「cN」)で記録される。
触媒
「一晩」という用語を用いる場合、約16〜18時間の時間をいい、「室温」とは、20〜25℃の温度をいい、そして「混合アルカン」という用語は、ExxonMobil Chemical Companyから、IsoparE(登録商標)という商品名で利用可能なC6−9脂肪族炭化水素の商業的に得られる混合物を指す。本明細書において化合物の名称がその構造図に従わない場合には、構造図が優先するものとする。全ての金属錯体の合成および全てのスクリーニング実験の準備を、ドライ・ボックス技術を用いて乾燥窒素雰囲気で行った。用いた全ての溶媒は、HPLC等級であって、その使用前に乾燥させた。
MMAOとは、Akzo−Noble Corporationから市販されている、修飾メチルアルモキサン、トリイソブチルアルミニウム修飾メチルアルモキサンをいう。
触媒(B1)の調製は、以下のとおり行う。
a)(1−メチルエチル)(2−ヒドロキシ−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)メチルイミンの調製
3,5−ジ−t−ブチルサリチルアルデヒド(3.00g)を10mLのイソプロピルアミンに添加する。この溶液は急速に鮮黄色に変わる。周囲温度での3時間の撹拌後、揮発性物質を減圧下で除去して、鮮黄色の結晶性固体を得る(97パーセント収率)。
b)1,2−ビス−(3,5−ジ−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(1−メチルエチル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジルの調製
(1−メチルエチル)(2−ヒドロキシ−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミン(605mg、2.2ミリモル)を5mLのトルエンに含有する溶液を、50mLのトルエンにZr(CHPh)(500mg、1.1mmol)を含む溶液にゆっくり添加する。得られた濃黄色の溶液を30分間撹拌する。溶媒を減圧下で除去して、所望の生成物を赤褐色固体として得る。
触媒(B2)の調製は以下のとおり行う。
a)(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)(2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミンの調製
2−メチルシクロヘキシルアミン(8.44mL、64.0mmol)をメタノール(90mL)に溶解して、ジ−t−ブチルサリチルアルデヒド(10.00g、42.67mmol)を添加する。その反応混合物を3時間撹拌し、次いで−25℃で12時間冷却する。得られた黄色固体沈殿物を濾過によって収集して、冷メタノール(2×15mL)で洗浄し、次いで、減圧下で乾燥させる。収量は、11.17gの黄色固体である。H NMRは、異性体の混合物として所望の生成物と一致する。
b)ビス−(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)(2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミノ)ジルコニウムジベンジルの調製
(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミン(7.63g、23.2mmol)を含有する200mLのトルエンの溶液を、600mLのトルエンに含有されるZr(CHPh)(5.28g、11.6mmol)の溶液にゆっくり添加する。得られた濃黄色の溶液を25℃で1時間撹拌する。その溶液を680mLのトルエンでさらに希釈して、0.00783Mの濃度を有する溶液を得る。
触媒1.実質的に米国特許第5,919,9883号、実施例2に開示されるように、長鎖トリアルキルアミン(Armeen(商標)M2HT、Akzo−Nobel,Incから入手可能)、HClおよびLi[B(C]の反応によって調製される、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート(本明細書において以降ではホウ酸アーメーニウム(armeenium))のメチルジ(C14−18アルキル)アンモニウム塩の混合物。
触媒2.米国特許第6,395,671号、実施例16に従って調製された、ビス(トリス(ペンタフルオロフェニル)−アルマネ)−2−ウンデシルイミダゾリドの混合C14−18アルキルジメチルアンモニウム塩。
可逆的移動剤。使用される可逆的移動剤としては、ジエチル亜鉛(DEZ、SA1)、ジ(i−ブチル)亜鉛(SA2)、ジ(n−ヘキシル)亜鉛(SA3)、トリエチルアルミニウム(TEA,SA4)、トリオクチルアルミニウム(SA5)、トリエチルガリウム(SA6)、i−ブチルアルミニウム ビス(ジメチル(t−ブチル)シロキサン)(SA7)、i−ブチルアルミニウム ビス(ジ(トリメチルシリル)アミド)(SA8)、n−オクチルアルミニウム ジ(ピリジン−2−メトキシド)(SA9)、ビス(n−オクタデシル)i−ブチルアルミニウム(SA10)、i−ブチルアルミニウム ビス(ジ(n−ペンチル)アミド)(SA11)、n−オクチルアルミニウム ビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシド)(SA12)、n−オクチルアルミニウム ジ(エチル(1−ナフチル)アミド)(SA13)、エチルアルミニウム ビス(t−ブチルジメチルシロキシド)(SA14)、エチルアルミニウム ジ(ビス(トリメチルシリル)アミド)(SA15)、エチルアルミニウム ビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)(SA16)、n−オクチルアルミニウム ビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)(SA17)、n−オクチルアルミニウム ビス(ジメチル(t−ブチル)シロキシド(SA18)、エチル亜鉛(2,6−ジフェニルフェノキシド)(SA19)およびエチル亜鉛(t−ブトキシド)(SA20)が挙げられる。
実施例1−4、比較例A−C
一般的なハイスループット並列重合条件
重合を、Symyx technologies,Inc.から入手可能なハイスループットの並列式重合反応装置(parallel polymerization reactor)(PPR)を用いて行い、そして米国特許の6,248,540号、同第6,030,917号、同第6,362,309号、同第6,306,658号および同第6,316,663号に実質的に従って操作する。エチレン共重合を、用いた総触媒に基づいて共触媒1の1.2当量(MMAOが存在する場合1.1当量)を用いて、必要時にエチレンを用いて130℃かつ200psi(1.4MPa)で行う。一連の重合を、予め秤量したガラスチューブが取り付けられている48の個々の反応セルを6×8配列で備えている並列式耐圧反応装置(PPR)で行う。各々の反応装置セル中の作業容積は6000μLである。各々のセルは、個々の撹拌パドルによって撹拌されながら、温度および圧力が制御される。モノマーのガスおよびクエンチガスをPPRユニットに直接配管して、自動バルブで制御する。液体試薬を、シリンジによって各々の反応装置セルにロボット制御により添加して、そのリザーバー溶媒は混合アルカンである。添加の順序は、混合アルカン溶媒(4ml)、エチレン、1−オクテンコモノマー(1ml)、共触媒1または共触媒1/MMAO混合物、可逆的移動剤、および触媒または触媒混合物である。共触媒1およびMMAOの混合物、または2つの触媒の混合物を用いる場合、それらの試薬を、反応装置への添加の直前に小さいバイアル中で事前に混合する。実験で試薬が省略される場合、その他は上記の順序の添加が維持される。重合を、所定のエチレン消費に到達するまで、約1〜2分間行う。COでのクエンチング後、その反応装置を冷却して、ガラスチューブを取り外す。そのチューブを遠心分離/真空乾燥ユニットに移して、60℃で12時間乾燥する。乾燥されたポリマーを含むチューブを秤量して、その重量と風袋重量との間の差違で、ポリマーの正味の収量が得られる。結果は表1に含まれる。表1で、そして本出願のどこかでは、比較化合物は、星印()によって示される。
実施例1〜4は、極めて狭いMWDの形成によって証明される、本発明による線状ブロックコポリマー、特にDEZが存在する場合は単頂性のコポリマー、そしてDEZの非存在下における二頂性の広い分子量分布の生成物(別々に生成されたポリマーの混合物)の合成を実証する。触媒(A1)が触媒(B1)よりもオクテンを多く組み込むことが公知であるという事実に起因して、本発明の得られたコポリマーの種々のブロックまたはセグメントは、分枝または密度に基づいて識別可能である。
Figure 2008540695
本発明に従って生成されるポリマーは、可逆的移動剤の非存在下で調製したポリマーよりも比較的狭い多分散性(Mw/Mn)および比較的大きいブロック−コポリマー含量(三量体、四量体またはそれ以上)を有することが示され得る。
さらなる特性付けのために、図を参照して、表1のポリマーについてのデータを判定する。さらに詳細にはDSCおよびATREFの結果によって、以下が示される:
実施例1のポリマーについてのDSC曲線は、158.1J/gという融解熱で115.7℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、34.5℃で最高のピークを示し、52.9パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間の相違は81.2℃である。
実施例2のポリマーのDSC曲線は、214.0J/gの融解熱で109.7℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、46.2℃で最高のピークを示し、57.0パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間の相違は63.5℃である。
実施例3のポリマーのDSC曲線は、160.1J/gの融解熱で120.7℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、66.1℃で最高のピークを示し、71.8パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間の相違は54.6℃である。
実施例4のポリマーのDSC曲線は、170.7J/gの融解熱で104.5℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃で最高のピークを示し、18.2パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間の相違は74.5℃である。
比較例AのDSC曲線は、86.7J/gの融解熱で90.0℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、48.5℃で最高のピークを示し、29.4パーセントのピーク面積である。これらの値の両方とも、密度が低い樹脂と一致する。DSC TmとTcrystafとの間の相違は41.8℃である。
比較例BのDSC曲線は、237.0J/gの融解熱で129.8℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、82.4℃で最高のピークを示し、83.7パーセントのピーク面積である。これらの値の両方とも、密度が高い樹脂と一致する。DSC TmとTcrystafとの間の相違は47.4℃である。
比較例CのDSC曲線は、143.0J/gの融解熱で125.3℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、34.7パーセントのピーク面積で81.8℃で最高のピークを、そして52.4℃でより低い結晶ピークを示す。この2つのピークの間の分離は、高結晶性および低結晶性のポリマーの存在と一致する。DSC TmとTcrystafとの間の相違は43.5℃である。
実施例5−19、比較例D−F、連続的溶液重合、触媒A1/B2+DEZ
連続溶液重合は、内部スターラーを装備したコンピュータ制御のオートクレーブ反応装置で行う。精製された混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手可能なIsopar(商標)E)、エチレン2.70lbs/時間(1.22kg/時間)、1−オクテンおよび水素(用いる場合)を、温度制御のためのジャケットおよび内部熱電対を装備した3.8Lの反応装置に供給する。この反応装置へ供給された溶媒は、マスフローコントローラーによって測定する。変速ダイヤフラムポンプが、溶媒流量および反応装置に対する圧を制御する。ポンプの排出の際に、側流をとって触媒および共触媒1注入ラインのためのフラッシュフローならびに反応装置撹拌を設ける。これらのフローは、Micro−Motionマスフローメーターによって測定して、制御バルブによって、またはニードルバルブの手動調節によって制御する。得られた溶媒を、1−オクテン、エチレンおよび水素(用いる場合)と合わせて、反応装置に供給する。マスフローコントローラーを用いて、必要な場合反応装置に水素を供給する。溶媒/モノマー溶液の温度は、反応装置に入れる前、熱交換器の使用によって制御する。この流れを反応装置の底に入れる。触媒成分溶液を、ポンプおよびマスフロー計を用いて測定して、触媒フラッシュ溶媒とあわせ、そして反応装置の底に入れる。その反応装置を激しく撹拌しながら500psig(3.45MPa)で液体を満たして反応させる。生成物を反応装置の頂部の出口ラインから取り出す。反応装置からの全ての出口ラインは蒸気トレースおよび絶縁が施されている。重合を、任意の安定化剤または他の添加物とともに出口ラインに少量の水を添加すること、および静的ミキサーを通じた混合物の通過によって、停止させる。次いで、この生成物の流れを、揮発分除去(devolatilization)の前に熱交換器を通過させることによって加熱する。ポリマー生成物は、揮発分除去押出機および水冷ペレタイザーを用いる押出によって回収する。プロセスの詳細および結果は表2に含まれる。選択されたポリマーの特性を表3に提供する。
Figure 2008540695
Figure 2008540695
得られたポリマーは、前の実施例と同様に、DSCおよびATREFによって試験される。
結果は以下のとおりである:
実施例5のポリマーのDSC曲線は、60.0J/gの融解熱で119.6℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、47.6℃で最高のピークを示し、59.5パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは72.0℃である。
実施例6のポリマーのDSC曲線は、60.4J/gの融解熱で115.2℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、44.2℃で最高のピークを示し、62.7パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは71.0℃である。
実施例7のポリマーのDSC曲線は、69.1J/gの融解熱で121.3℃の融点を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、49.2℃で最高のピークを示し、29.4パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは72.1℃である。
実施例8のポリマーのDSC曲線は、67.9J/gの融解熱で123.5℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、80.1℃で最高のピークを示し、12.7パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは43.4℃である。
実施例9のポリマーのDSC曲線は、73.5J/gの融解熱で124.6℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、80.8℃で最高のピークを示し、16.0パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは43.8℃である。
実施例10のポリマーのDSC曲線は、60.7J/gの融解熱で115.6℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、40.9℃で最高のピークを示し、52.4パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは74.7℃である。
実施例11のポリマーについてのDSC曲線は、70.4J/gの融解熱で113.6℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、25.2パーセントのピーク面積で39.6℃で最高のピークを示す。DSC TmとTcrystafとの間のΔは74.1℃である。
実施例12のポリマーについてのDSC曲線は、48.9J/gという融解熱で113.2℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃以上のピークを示さない。(従って、さらなる計算の目的のためのTcystafは30℃に設定する)。DSC TmとTcrystafとの間のΔは83.2℃である。
実施例13のポリマーのDSC曲線は、49.4J/gの融解熱で114.4℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、33.8℃で最高のピークを示し、7.7パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは84.4℃である。
実施例14のポリマーのDSC曲線は、127.9J/gの融解熱で120.8℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、72.9℃で最高のピークを示し、92.2パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは47.9℃である。
実施例15のポリマーのDSC曲線は、36.2J/gの融解熱で114.3℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、32.3℃で最高のピークを示し、9.8パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは82.0℃である。
実施例16のポリマーのDSC曲線は、44.9J/gの融解熱で116.6℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、48.0℃で最高のピークを示し、65.0パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは68.6℃である。
実施例17のポリマーについてのDSC曲線は、47.0J/gの融解熱で116.0℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、56.8パーセントのピーク面積で43.1℃で最高のピークを示す。DSC TmとTcrystafとの間のΔは72.9℃である。
実施例18のポリマーについてのDSC曲線は、141.8J/gという融解熱で120.5℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、70.0℃で最高のピークを示し、94.0パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは50.5℃である。
実施例19のポリマーのDSC曲線は、174.8J/gの融解熱で124.8℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、79.9℃で最高のピークを示し、87.9パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは45.0℃である。
比較例DのポリマーについてのDSC曲線は、31.6J/gの融解熱で37.3℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃以上のピークを示さない。これらの値の両方とも、低密度である樹脂と一致する。DSC TmとTcrystafとの間のΔは7.3℃である。
比較例EのポリマーについてのDSC曲線は、179.3J/gの融解熱で124.0℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、79.3℃で最高のピークを示し、94.6パーセントのピーク面積である。これらの値の両方とも、高密度である樹脂と一致する。DSC TmとTcrystafとの間のΔは44.6℃である。
比較例FのポリマーについてのDSC曲線は、90.4J/gの融解熱で124.8℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、77.6℃で最高のピークを示し、19.5パーセントのピーク面積である。2つのピークの間の隔たりは、高結晶性ポリマーと低結晶性ポリマーの両方の存在と一致する。DSC TmとTcrystafとの間のΔは47.2℃である。
物理的特性試験
ポリマーサンプルは、物理的特性、例えば、TMA温度試験によって証明されるような高温耐性の特性、ペレットブロックキング強度、高温回復、高温圧縮永久ひずみ、および貯蔵弾性率G’(25℃)/G’(100℃)について評価される。いくつかの市販のポリマーが、試験に含まれる:比較例Gは実質的に線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(AFFINITY(登録商標)、The Dow Chemical Companyから入手可能)であり、比較例Hは、弾性の実質的に線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(AFFINITY(登録商標)EG8100、The Dow Chemical Companyから入手可能)であり、比較例Iは、実質的に線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(AFFINITY(登録商標)PL1840、The Dow Chemical Companyから入手可能)であり、比較例Jは、水素化スチレン/ブタジエン/スチレントリブロックコポリマー(KRATON(商標)G1652,KRATON Polymersから入手可能)であり、比較例Kは、熱可塑性加硫物(TPV,架橋されたエラストマーをその中に分散して含むポリオレフィンブレンド)である。結果は表4に示す。
Figure 2008540695
表4では、比較例F(触媒A1およびB1を用いる同時の重合から生じる2つのポリマーの物理的な混合物である)は、約70℃という1mm針入温度であるが、実施例5〜9は、100℃以上の1mm針入温度を有する。さらに実施例10〜19は全てが、85℃より大きい1mm針入温度を有し、ほとんどが、90℃を超えるかまたはさらには100℃より大きい1mmのTMA温度を有する。これによって、新規なポリマーは、物理的な混合物に比較して、より高い温度でより良好な寸法安定性を有することが示される。比較例J(市販のSEBS)は、約107℃という良好な1mmのTMA温度を有し、ただし、これは約100パーセントという極めて乏しい(高温70℃)圧縮永久ひずみを有し、そしてまた高温(80℃)300パーセントひずみ回復の間に回復できない(サンプルが壊れた)。従って、例示されたポリマーは、いくつかの市販の高性能の熱可塑性エラストマーにおいてでさえ得ることができない特性の固有の組み合わせを有する。
同様に、表4は、本発明のポリマーについて、6以下という低い(良好な)貯蔵弾性率G’(25℃)/G’(100℃)を示すが、物理的混合物(比較例F)は、9という貯蔵弾性率比を有し、そして同様の密度のランダムなエチレン/オクテンコポリマー(比較例G)は、1桁大きい貯蔵弾性率比を有する(89)。ポリマーの貯蔵弾性率比はできるだけ1に近いことが所望される。このようなポリマーは比較的温度によって影響されないし、このようなポリマーから作製される二次加工品は、広範な温度範囲にわたって有用に使用され得る。低い貯蔵弾性率比および温度独立性のこの特徴は、弾性用途において、例えば、感圧粘着剤配合物において、特に有用である。
表4のデータによってまた、本発明のポリマーが改善されたペレットブロッキング強度を保有することが実証される。詳細には、実施例5は、0MPaというペレットブロッキング強度を有し、このことは、このポリマーが、かなりのブロッキングを示す比較例Fおよび比較例Gに比較して、試験された条件下で自由流動することを意味する。ブロッキング強度は、重要である。なぜなら、大きいブロッキング強度を有するポリマーの貨物輸送は、貯蔵または出荷の際に製品同上のくっつきまたは粘着を生じ、取り扱いの特性が劣る。
本発明のポリマーの高温(70℃)圧縮永久ひずみは一般に良好であって、このことは一般に約80パーセント未満、好ましくは約70%未満、そして特に約60パーセント未満を意味する。対照的に、比較例F、G、HおよびJは全てが、100パーセントという70℃圧縮永久ひずみを有する(最大可能値、回復がないことを示す)。ガスケット、窓枠、O−リングなどのような用途には、良好な高温圧縮永久ひずみ(低い数値)が特に必要である。
Figure 2008540695
表5は、新規なポリマーについての機械的特性について、そして周囲温度での種々の比較ポリマーについての結果を示す。本発明のポリマーは、ISO4649に従って試験した場合、極めて良好な耐磨耗性を有することが示され得、これは一般に、約90mm未満、好ましくは約80mm未満、そして特に、約50mm未満という容積減少を示す。この試験では、数が大きいほど、大きい容積減少を示し、そして結果として低い耐磨耗性を示す。
本発明のポリマーの引張ノッチ付引裂強度によって測定した引裂強度は一般に、表5に示されるように、1000mJ以上である。本発明のポリマーの引裂強度は、3000mJ程度の高さ、または5000mJ程度の高さであってさえよい。比較ポリマーは一般に、750mJ以下の引裂強度を有する。
表5によってまた、本発明のポリマーが、いくつかの比較例よりも150パーセントひずみでより良好な収縮応力を有する(より高い収縮応力値によって実証される)ことが示される。比較例F、GおよびHは、400kPa以下という150パーセントひずみでの収縮応力値を有するが、本発明のポリマーは、500kPa(実施例11)から約1100kPa(実施例17)程度の高さという150パーセントひずみでの収縮応力値を有する。150パーセント収縮応力値よりも高い値を有するポリマーは、弾性を有する用途、例えば、弾性の繊維および織物、特に不織物にかなり有用である。他の用途としては、オムツ(diaper)、衛生および医療用衣類ウエストバンドの用途、例えば、タブおよび弾性バンドが挙げられる。
表5によってまた、応力緩和(50パーセントひずみ)がまた、例えば、比較例Gに対して比較した場合、本発明のポリマーについて改善される(少ない)ことが示される。応力緩和が低いとは、ポリマーがその力を、長期間にわたって体温における弾性特性の保持が所望されるオムツおよび他の衣類のような用途において、より良好に保持しているということを意味する。
光学的試験
Figure 2008540695
表6に報告される光学的特性は、実質的に配向性を欠く圧縮成形フィルムに基づく。ポリマーの光学的な特性は、重合において使用される可逆的連鎖移動剤の量の変動から生じる、結晶化サイズにおけるバリエーションに起因して広範な範囲で変化し得る。
マルチブロックコポリマーの抽出
実施例5、7のポリマーおよび比較例Eのポリマーの抽出研究を行う。この実験では、ポリマーサンプルは、ガラス円筒濾紙(glass fritted extraction thimble)に秤量して、Kumagawa型の抽出機(extractor)に取り付ける。サンプルを含む抽出機を窒素でパージして、500mLの丸底フラスコに350mLのジエチルエーテルを充填する。次いでフラスコをこの抽出機に取付ける。エーテルを撹拌しながら加熱する。エーテルが円筒濾紙に凝縮し始める時点を書き留めて、抽出を窒素下で24時間進行させる。この時点で、加熱を停止して、溶液を冷却させる。抽出機中に残っている全てのエーテルをフラスコに戻す。フラスコ中のエーテルを周囲温度で減圧下でエバポレートして、得られた固体を窒素でパージ乾燥(purged dry)させる。残渣をヘキサンの連続的な洗浄を用いて秤量ボトルに移す。次いで、合わせたヘキサン洗浄液を別の窒素パージしながらエバポレートさせて、残渣を40℃において減圧下で一晩乾燥させる。抽出機中に残留するエーテルを窒素でパージ乾燥させる。
次いで350mLのヘキサンを充填した第二の清浄な丸底フラスコを、この抽出機に接続する。円筒濾紙中でヘキサンの凝縮に最初に気付いた後、ヘキサンを撹拌しながら加熱還流して、還流下で24時間維持する。次いで加熱を停止して、フラスコを冷却させる。抽出機中に残っているヘキサンをフラスコに戻す。そのヘキサンを周囲温度で減圧下でのエバポレーションによって除去して、フラスコ中に残っている残渣を連続的なヘキサン洗浄を用いて秤量ボトルに移す。フラスコ中のヘキサンを窒素パージによってエバポレートして、その残渣を40℃で一晩減圧下で乾燥させる。
抽出後に円筒濾紙中に残っているポリマーサンプルを、円筒濾紙から秤量ボトルに移して、40℃で一晩減圧乾燥する。結果は表7に含まれる。
Figure 2008540695
追加のポリマー実施例19A−F、連続溶液重合、触媒A1/B2+DEZ
連続溶液重合は、コンピュータ制御完全混合反応装置で行う。精製された混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手可能なIsopar(商標)E)、エチレン、1−オクテンおよび水素(用いる場合)を合わせ、27ガロンの反応装置に供給する。この反応装置への供給物は、マスフローコントローラーによって測定する。供給流の温度は、反応装置に入れる前、グリコール冷却熱交換器の使用によって制御する。触媒成分溶液を、ポンプおよびマスフローメーターを用いて測定する。反応装置を圧力約550psigで液体を満たして反応させる。反応装置を出るときに、水および添加剤をポリマー溶液に注入する。水は触媒を加水分解して、重合反応を停止させる。反応装置後溶液を次いで加熱し、2段階の揮発物除去に備える。溶媒および未反応モノマーは、揮発物除去工程中に除去される。ポリマー溶融物は水中ペレット切断のために、ダイへポンプ送りされる。
プロセスの詳細および結果は表8Aに含まれる。選択されたポリマー特性を表8Bおよび表8Cに与える。
Figure 2008540695
Figure 2008540695
ブレンドおよび押出の実施例
各種の高溶融強度エチレン/α−オレフィンコポリマーおよび本発明のブロックコポリマーのブレンド組成物を調製、評価および性能試験した。ブレンド組成物は、0.75インチ、30対1L/D単軸押出機でブレンドした。押出機は、3つの温度およびダイゾーンを装備していた。押出機はガービー(Garvey)ダイを装備していた。ブレンド組成物は、180℃の溶融温度にて押し出された。ダイ圧力およびトルクデータは3つの異なるスクリュー速度10rpm、20rpmおよび30rpmで監視した。押出品は、溶融破壊、表面平滑性および形状維持について3つすべての押出機スクリュー速度で検査した。押出物も溶融強度、機械的、熱的特性、およびレオロジー特性を含む物理的特性について試験した。ブレンド組成物は、本発明のブロックコポリマーの約15重量パーセント〜85重量パーセントの範囲で変化した。残渣は、高溶融強度のエチレン(thylene)/α−オレフィンコポリマーまたはHDPEであった。表9は、実施例で使用したポリマーに関する情報を与える。
溶融強度(cNで測定したMS)および溶融伸長性(mm/sで測定したME)
これらの測定は、溶融ポリマーまたはブレンドのストランドを、破損が起こるまで一定の加速度で引張ることによって実施した。実験装備は、キャピラリー・レオメータおよび巻き取り器具としてのレオテンス(Rheotens)機器より構成されていた。ストランドを単軸伸長するのに必要な力を巻き取り速度の関数として記録した。引取共振または破損のどちらかが発生する前に得られた最大の力を溶融強度として定義した。引取共振または破損の発生した対応速度は、溶融伸長度として定義した。
破損時に停止した引取共振は、測定した力プロフィールにおいて振幅を増加させる周期振動の開始によって示された。観察可能な引取共振が存在しない場合、溶融強度を破断点力として定義した。これらの試験は、以下の条件で行った:
温度1:LDPEベースブレンドでは190℃
温度2:HMS PPベースブレンドでは200℃
キャピラリー長:30.0mm
キャピラリー直径:2.0mm
ピストン直径:12.0mm
ピストン速度:0.265mm/s
剪断速度:38.2s−1
ドローダウン距離(ダイ出口から巻き取りホイールまで:100mm 冷却条件:周囲空気加速度:2.4mm/s2)
Figure 2008540695
実施例7a
ポリマー7aは、以下のように触媒A1/B2+DEZを使用して連続溶液重合によって調製した。
連続溶液重合は、循環スクリューポンプおよび熱交換器2台から成るコンピュータ制御ループ反応装置で行う。精製された混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手可能なIsopar(商標)E)、エチレン、1−オクテン、および水素(用いる場合)を、温度制御のための調節水システムを装備した27ガロンのループ反応装置に供給する。この反応装置への供給物は、マスフローコントローラーによって測定する。溶媒を1−オクテン、エチレンおよび水素(用いる場合)と合わせて、反応装置に供給する。溶媒/モノマー溶液の供給温度は、反応装置に入れる前、グリコール冷却熱交換器の使用によって制御する。この流れは、ループ反応装置の2つの注入点に入る。触媒成分溶液はポンプおよびマスフローメーターによって計量され、ループ反応装置ポンプの吸い込み付近のライン内へ導入される。反応装置をすばやく内部再循環しながら500psigで液体を満たして反応させる。反応装置を出るときに、水および添加剤をポリマー溶液に注入する。水は触媒を加水分解して、重合反応を停止させる。添加剤の一部は、ポリマーと共に残り、貯蔵時および製造中のポリマー劣化を防止するための安定剤として作用する抗酸化剤である。反応装置後溶液を反応装置温度(>110℃)から210〜250℃まで加熱して、2段階の揮発物除去に備えする。溶媒および未反応モノマーは、揮発物除去工程中に除去される。ポリマー溶融物は水中ペレット切断のために、ダイへポンプ送りされる。
プロセスの詳細および結果は表9aに含まれる。
Figure 2008540695
ポリマーブレンドおよび比較
表10の以下のデータは、Dow Chemical Companyから入手できる、高溶融強度エチレン/α−オレフィンポリマーPポリマーであるENGAGE(登録商標)6386およびポリマー7aを含有するブレンド組成物で得られた。
Figure 2008540695
表11および12の以下の物理的特性データは、高溶融強度エチレン/α−オレフィン(EAO)ポリマーおよび本発明の共重合体(ポリマー7a)を含有するブレンド組成物で得られた。
Figure 2008540695
Figure 2008540695
上記のデータに基づいて各種のプロットが構築される。図8は、各種のポリマーおよびそれらのブレンドの溶融強度測定から得たプロットを示す。図9は、添加したポリオレフィンの重量パーセント(「改質剤パーセント」として表示)の関数としての引張強度のプロットを示す。この図は、本発明の共重合体とENGAGE(登録商標)7086およびMarlex HDPEとのブレンドが、純粋な本発明の共重合体と比較してブレンドの引張強度を大いに上昇させることを示している。図10は、添加したポリオレフィンの重量パーセントの関数としての溶融強度のプロットを示す。図は、本発明の共重合体とHDPEおよびENGAGE(登録商標)とのブレンドが溶融強度を上昇させることを示す。HDPEは、ENGAGE(登録商標)ポリマーとのブレンドによって達成される溶融強度よりも、溶融強度を比較的向上させる。図11は、添加したポリオレフィンの重量パーセントの関数としての21℃における圧縮永久ひずみのプロットを示す。図12は、添加したポリオレフィンの重量パーセントの関数としての70℃での圧縮永久ひずみのプロットを示す。これらの図は、本発明の共重合体とHDPEとの間にある相乗作用があるように思われることを示唆する。
上で示したように、本発明の実施形態は、異形材およびガスケットを作製するために異形押出に適した各種のポリマーブレンドを提供する。異形材およびガスケットは良好な圧縮永久ひずみを有し、使用温度を上昇させる。ブレンドは改善されたライン速度、平滑表面を与え、溶融破壊を減少させる。したがって表面欠陥によるスクラップ発生率は低下する。改善された溶融強度は、押し出された異形材およびガスケットにより優れた形状維持をもたらし、より高い製造速度を可能にする。さらなる利点および特徴は、当業者にとって明らかである。
本発明を制限された数の実施形態に関して説明したが、一実施形態の具体的な特徴を本発明の他の実施形態に帰するべきではない。いずれの一実施形態も本発明のすべての態様を代表するものではない。ある実施形態では、組成物または方法は、本明細書で言及していない多数の化合物およびステップを含みうる。他の実施形態では、組成物および方法は、本明細書で列挙されないいずれの化合物およびステップも含まないか、実質的に含まない。説明した実施形態からの変形および変更が存在する。最後に、本明細書で開示したいずれの数も、その数を説明するのに「約(about)」または「おおよそ(approximately)」という語が使用されるかどうかにかかわらず、概算値を意味するとして解釈すべきである。添付請求項は、本発明の範囲に含まれるすべての変更および変形を対象とするものである。
図1は、従来のランダムコポリマー(丸で示す)およびチーグラー・ナッタコポリマー(三角で示す)と比較した、本発明のポリマー(ひし形で示す)の融点/密度関係を示す。 図2は、各種ポリマーのDSC溶融エンタルピーの関数としてのデルタDSC−CRYSTAFのプロットを示す。ひし形は、ランダムエチレン/オクテンコポリマーを示す;四角は、ポリマー実施例1〜4を示す;三角は、ポリマー実施例5〜9を示す;そして丸は、ポリマー実施例10〜19を示す。記号「X」は、ポリマー実施例A〜Fを示す。 図3は、本発明の共重合体(四角および丸によって示す)および従来のコポリマー(三角形によって示す。これらは、各種のDow AFFINITY(登録商標)ポリマーである。)から作製された未延伸フィルムについての弾性回復率に対する密度の効果を示す。四角は、本発明のエチレン/ブテンコポリマーを示す;そして丸は、本発明のエチレン/オクテンコポリマーを示す。 図4は、実施例5のポリマー(丸によって示す)、ならびに比較例EおよびF(記号「X」によって示す)のポリマーの、画分のTREF溶離温度に対する、TREF分画エチレン/1−オクテンコポリマー画分のオクテン含量のプロットである。ひし形は、従来のエチレン/オクテンコポリマーを示す。 図5は、実施例5のポリマー(曲線1)および比較例Fのポリマー(曲線2)の画分のTREF溶離温度に対する、TREF分画エチレン/1−オクテンコポリマー画分のオクテン含量のプロットである。四角は、比較例Fを示す;そして三角は、実施例5を示す。 図6は、比較のエチレン/1−オクテンコポリマー(曲線2)およびプロピレン/エチレンコポリマー(曲線3)についての、ならびに異なる量の可逆的連鎖移動剤を用いて作製した本発明の2つのエチレン/1−オクテンブロックコポリマー(曲線1)についての、温度の関数としての貯蔵弾性率の対数のグラフである。 図7は、ある公知のポリマーと比較した場合の、ある本発明のポリマー(ひし形によって示す)のTMA(1mm) 対 屈曲弾性率のプロットを示す。三角は、各種のDow VERSIFY(登録商標)ポリマーを示す;丸は、各種のランダムエチレン/スチレンコポリマーを示す;そして四角は、各種のDow AFFINITY(登録商標)ポリマーを示す。 図8は、各種のポリマーおよびそれらのブレンドの溶融強度の測定から得たプロットを示す。 図9は、添加したポリオレフィンの重量パーセント(改質剤パーセントとして表示)の関数としての引張強度のプロットを示す。 丸は、ポリマー7aのポリマーMとのブレンドを示し、三角は、ポリマー7aのポリマーJとのブレンドを示し、四角は、ポリマー7aのポリマーKとのブレンドを示し、ひし形は、ポリマー7aのポリマーLとのブレンドを示す。 図10は、添加したポリオレフィンの重量パーセント(改質剤パーセントとして表示)の関数としての引張強度のプロットを示す。 丸は、ポリマー7aのポリマーMとのブレンドを示し、三角は、ポリマー7aのポリマーJとのブレンドを示し、四角は、ポリマー7aのポリマーKとのブレンドを示し、ひし形は、ポリマー7aのポリマーLとのブレンドを示す。 図11は、添加したポリオレフィンの重量パーセント(改質剤パーセントとして表示)の関数としての21℃での圧縮永久ひずみのプロットを示す。 丸は、ポリマー7aのポリマーMとのブレンドを示し、三角は、ポリマー7aのポリマーJとのブレンドを示し、四角は、ポリマー7aのポリマーKとのブレンドを示し、ひし形は、ポリマー7aのポリマーLとのブレンドを示す。 図12は、添加したポリオレフィンの重量パーセント(改質剤パーセントとして表示)の関数としての70℃での圧縮永久ひずみのプロットを示す。 丸は、ポリマー7aのポリマーMとのブレンドを示し、三角は、ポリマー7aのポリマーJとのブレンドを示し、四角は、ポリマー7aのポリマーKとのブレンドを示し、ひし形は、ポリマー7aのポリマーLとのブレンドを示す。

Claims (27)

  1. ポリマーブレンドであって:
    (i)少なくとも1つのエチレン/α−オレフィン共重合体であって:
    (a)約1.7〜約3.5のM/Mと、少なくとも1つの融点T(℃)と、密度d(グラム/立方センチメートル)とを有し、ここでTおよびdの数値は関係:
    >−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)
    に相当する、
    (b)約1.7〜約3.5のM/Mを有し、融解熱ΔH(J/g)と、最大DSCピークと最大CRYSTAFピークとの温度差として定義されるデルタ量ΔT(℃)とによって特徴付けられ、ΔTおよびΔHとの数値は、以下の関係:
    ΔHがゼロより大きく、130J/gまでである場合、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
    ΔHが130J/gより大きい場合、ΔT≧48℃
    を有し、
    ここでCRYSTAFピークは、累積ポリマーのうちの少なくとも5%を用いて決定され、そしてこのポリマーの5パーセント未満が特定可能なCRYSTAFピークを有するならば、CRYSTAF温度は30℃である;または
    (c)そのエチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムで測定された、300パーセントのひずみかつ1サイクルでの弾性回復率Re(パーセント)によって特徴付けられ、かつ密度d(グラム/立方センチメートル)を有し、このReおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィン共重合体が実質的に架橋相を有さない場合、以下の関係:
    Re>1481−1629(d)
    を満たす;または
    (d)TREFを使用して分画される場合、40℃と130℃との間で溶離する分子画分を有し、この画分が、同じ温度の間で溶離する比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーのモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有することを特徴とし、前記比較対象となるランダムエチレン共重合体は、同じコモノマー(単数または複数)を有し、エチレン/α−オレフィン共重合体のものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度およびコモノマーのモル含量(ポリマー全体に基づく)を有する;または
    (e)25℃における貯蔵弾性率G’(25℃)と、100℃における貯蔵弾性率G’(100℃)によって特徴付けられ、ここでG’(25℃)のG’(100℃)に対する比は、約1:1〜10:1である;
    エチレン/α−オレフィン共重合体と;
    (ii)少なくとも約6センチニュートン(cN)の溶融強度を有する少なくとも1つのポリオレフィンと;
    を含むポリマーブレンド。
  2. エチレン/α−オレフィン共重合体が、少なくとも1つの融点T(℃)における約1.7〜約3.5のM/Mと、密度d(グラム/立方センチメートル)とを有し、ここでTおよびdの数値は関係:
    ≧858.91−1825.3(d)+1112.8(d)
    に相当する、請求項1に記載のポリマーブレンド。
  3. エチレン/α−オレフィン共重合体が約1.7〜約3.5のM/Mを有し、融解熱ΔH(J/g)と、最大DSCピークと最大CRYSTAFピークとの温度差として定義されるデルタ量ΔT(℃)とによって特徴付けられ、ΔTおよびΔHとの数値は、以下の関係:
    ΔHがゼロより大きく、130J/gまでである場合、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
    ΔHが130J/gより大きい場合、ΔT≧48℃
    を有し、
    ここでCRYSTAFピークは、累積ポリマーのうちの少なくとも5%を用いて決定され、そしてこのポリマーの5パーセント未満が特定可能なCRYSTAFピークを有するならば、CRYSTAF温度が30℃である、請求項1に記載のポリマーブレンド。
  4. エチレン/α−オレフィン共重合体がエチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムで測定された、300パーセントのひずみかつ1サイクルでの弾性回復率Re(パーセント)によって特徴付けられ、かつ密度d(グラム/立方センチメートル)を有し、このReおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィン共重合体が実質的に架橋相を有さない場合、以下の関係:
    Re>1481−1629(d)
    を満たす、請求項1に記載のポリマーブレンド。
  5. Reおよびdの数値が以下の関係:
    Re>1491−1629(d)
    を満たす、請求項4に記載のポリマーブレンド。
  6. Reおよびdの数値が以下の関係:
    Re>1501−1629(d)
    を満たす、請求項4に記載のポリマーブレンド。
  7. Reおよびdの数値が以下の関係:
    Re>1511−1629(d)
    を満たす、請求項4に記載のポリマーブレンド。
  8. ポリマーブレンドであって:
    (i)少なくとも1つのエチレン/α−オレフィン共重合体であって:
    (a)TREFを使用して分画される場合、40℃と130℃との間で溶離する少なくとも1つの分子画分であって、少なくとも0.5から約1までのブロックインデックスと、約1.3を超える分子量分布M/Mを有することを特徴とする画分、または
    (b)ゼロより大きくかつ約1.0までである平均ブロックインデックス、および約1.3より大きい分子量分布M/Mを有する、エチレン/α−オレフィン共重合体と;
    (ii)少なくとも約6センチニュートン(cN)の溶融強度を有する少なくとも1つのポリオレフィンと;
    を含むポリマーブレンド。
  9. エチレン/α−オレフィン共重合体がTREFを使用して分画される場合に40℃と130℃との間で溶離する分子画分を有し、この画分が、同じ温度の間で溶離する比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーのモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーのモル含量を有することを特徴とし、前記比較対象となるランダムエチレン共重合体が、同じコモノマー(単数または複数)を有し、エチレン/α−オレフィン共重合体のものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度およびコモノマーのモル含量(ポリマー全体に基づく)を有する、請求項1または8に記載のポリマーブレンド。
  10. エチレン/α−オレフィン共重合体が、25℃における貯蔵弾性率G’(25℃)と、100℃における貯蔵弾性率G’(100℃)によって特徴付けられ、ここでG’(25℃)のG’(100℃)に対する比が、約1:1〜10:1である、請求項1または8に記載のポリマーブレンド。
  11. α−オレフィンが、スチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、ノルボルネン、1−デセン、1,5−ヘキサジエン、またはそれらの組み合わせである、請求項1または8に記載のポリマーブレンド。
  12. エチレン/α−オレフィン共重合体が組成物全体の約5重量%〜約95重量%の範囲で存在する、請求項1または8に記載のポリマーブレンド。
  13. ポリオレフィンがホモポリマーである、請求項1または8に記載のポリマーブレンド。
  14. ポリオレフィンがポリプロピレンである、請求項1または8に記載のポリマーブレンド。
  15. ポリオレフィンがポリエチレンである、請求項1または8に記載のポリマーブレンド。
  16. ポリオレフィンが高密度ポリエチレンである、請求項1または8に記載のポリマーブレンド。
  17. ポリエチレンが組成物全体の約5重量%〜約95重量%の範囲で存在する、請求項16に記載のポリマーブレンド。
  18. ポリエチレンが組成物全体の約10重量%〜約50重量%の範囲で存在する、請求項16に記載のポリマーブレンド。
  19. ポリエチレンが組成物全体の約10重量%〜約30重量%の範囲で存在する、請求項16に記載のポリマーブレンド。
  20. ポリエチレンが実質的直鎖均質エチレン/α−オレフィン共重合体である、請求項16に記載のポリマーブレンド。
  21. ポリエチレンが直鎖均質エチレン/α−オレフィン共重合体である、請求項16に記載のポリマーブレンド。
  22. ポリオレフィンが、低密度ポリエチレン(LDPE)、不均一分枝エチレン/α−オレフィン共重合体、超低密度ポリエチレン(ULDPE))、実質的直鎖エチレンポリマー(SLEP)、および均一分枝エチレンポリマーから選択される、請求項15に記載のポリマーブレンド。
  23. ポリオレフィンが低密度ポリプロピレンおよび高密度ポリプロピレンから選択される、請求項15に記載のポリマーブレンド。
  24. 請求項1または8に記載のポリマーブレンドから作成された異形材。
  25. 請求項1または8に記載のポリマーブレンドから作成されたガスケット。
  26. ガスケットが異形押出によって作製される、請求項23に記載のガスケット。
  27. ガスケットが射出押出によって作製される、請求項23に記載のガスケット。
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