JP2019507222A - エチレン系ポリマーおよびこれを製造する方法 - Google Patents

エチレン系ポリマーおよびこれを製造する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、エチレン系ポリマーを含む組成物を提供し、このエチレン系ポリマーは、以下の特性:(a)Mw(abs)/Mw(conv)≧2.60;および(b)CDFIR(Mw≦10,000g/moleで)≧0.145を有する。
【選択図】なし

Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2016年2月23日に出願された米国仮特許出願第62/298,741号の利益を請求する。
吹込フィルム製造ラインは、典型的には、気泡の安定性によって出力が制限される。直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)と、0.5重量%〜90重量%の低密度ポリエチレン(LDPE)とをブレンドすると、部分的には、LDPEの溶融強度の方が高いことに起因して、気泡の安定性が高まる。溶融強度が高まると、部分的に、フィルム出力が増加する。溶融強度が高い樹脂は、典型的には、光学特性と靭性特性も低下する。従って、吹込フィルム用途のために、溶融強度とフィルム特性(例えば、伸縮)のバランスが最適化された新規なエチレン系ポリマー(例えば、LDPE)が必要とされている。LDPEポリマーは、以下の参考文献に開示されている:WO2010/042390号、WO2010/144784号、WO2011/019563号、WO2012/082393号、WO2006/049783号、WO2009/114661号、WO2014/190039号、WO2014/190041号、WO2014/190036号、WO2014/179469号、WO2015/094566号、US2008/0125553号、US2014/0316096号、US2014/0316094号、US2014/0288257号、US2015/0274856号、US7,741,415号、US8,871,876号、US8,415,422号、US8,871,887号、US8,916,667号、US9,243,087号、US9,068,032号およびEP2239283B1号。しかしながら、このようなポリマーは、高い溶融強度、改善された吹込フィルム最大出力、優れたフィルム特性の最適化されたバランスを与えない。従って、上述のように、溶融強度、出力、フィルム特性のバランスが最適化された新規なエチレン系ポリマー(例えば、LDPE)が依然として必要とされている。これらの需要および他の需要は、以下の発明によって満たされている。
本発明は、以下の特性:
(a)Mw(abs)/Mw(conv)≧2.60;および
(b)CDFIR(MW≦10,000g/moleで)≧0.145
を有する、エチレン系ポリマーを含む組成物を提供する。
図1は、実施例1のCDFIR測定のためのクロマトグラムを示す。 図2は、実施例1のCDFLS測定のためのクロマトグラムを示す。 図3は、実施例1のCDFDV測定のためのクロマトグラムを示す。 図4は、実施例1〜4のエチレン系ポリマー(LDPE)を製造するために使用される重合系のブロック図を示す。 図5は、本発明の実施例および比較例についての「メルトインデックスの関数としてのピーク溶融強度」を示す。
高い溶融強度、改善された吹込フィルム最大出力、優れたフィルム特性のバランスが最適化された新規なエチレン系ポリマー(例えば、LDPE)を開発した。高い溶融強度によって、本発明のポリマーおよびこれを含有するブレンドの加工性および出力の増加が可能になる。
上述のように、本発明は、以下の特性:
(a)Mw(abs)/Mw(conv)≧2.60;および
(b)CDFIR(MW≦10,000g/moleで)≧0.145
を有する、エチレン系ポリマーを含む組成物を提供する。
本組成物は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでいてもよい。エチレン系ポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでいてもよい。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、CDFIR(MW≦10,000g/moleで)≧0.140、または≧0.142、または≧0.145、または≧0.148、または≧0.150、または≧0.153、または≧0.155、または≧0.160、または≧0.165を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。LDPEは、当該技術分野で公知であり、遊離ラジカル高圧(≧100MPa(例えば、100〜400MPa))重合を用いて調製されたエチレンホモポリマーを指す。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、CDFIR(MW≦10,000g/moleで)≦0.250、または≦0.245、または≦0.240、または≦0.235、または≦0.230、または≦0.225、または≦0.220、または≦0.215、または≦0.210、または≦0.205、または≦0.200、または≦0.195、または≦0.190を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、CDFLS(MW≧750,000g/moleで)≧0.400、または≧0.410、または≧0.420、または≧0.430、または≧0.440、または≧0.450、または≧0.460、または≧0.470、または≧0.480、または≧0.490、または≧0.500、または≧0.510、または≧0.520、または≧0.522、または≧0.525を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、CDFLS(MW≧750,000g/moleで)≦0.700、または≦0.690、または≦0.680、または≦0.670、または≦0.660、または≦0.650、または≦0.640、または≦0.630、または≦0.620、または≦0.610、または≦0.600を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、CDFDV(MW≧1,200,000g/moleで)≧0.005、または≧0.010、または≧0.015、または≧0.020、または≧0.025、または≧0.030、または≧0.035、または≧0.040を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、CDFDV(MW≧1,200,000g/moleで)≦0.150、または≦0.145、または≦0.140、または≦0.135、または≦0.130、または≦0.125を有する。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、CDFDV(MW≧1,200,000g/moleで)≦0.120、または≦0.115、または≦0.110、≦0.105、または≦0.100、または≦0.095、または≦0.090、または≦0.085を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、400,000g/mol〜600,000g/molのM(GPCによるオンラインでの光散乱による絶対値)を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、>1.00dl/g、さらに、>1.10dl/gの固有粘度(GPCによるオンラインでの粘度計による絶対値)またはIV(バルク)を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、Mw(abs)/Mw(conv)比≧2.62、または≧2.65、または≧2.68、または≧2.70を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、Mw(abs)/Mw(conv)比が2.60〜5.00、さらに2.60〜4.50、さらに2.60〜4.00、さらに2.60〜3.50、さらには2.60〜3.00である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、このポリマーは、GPC Mw(conv)が75,000g/mol〜250,000g/mol、さらに100,000〜200,000g/mol、さらに125,000g/mol〜175,000g/mol、さらに150,000〜175,000g/molである。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、このポリマーは、Mw(conv)/Mn(conv)≧8.5、または≧9.0、または≧9.5を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、このポリマーは、Mw(conv)/Mn(conv)≦15.0、または≦14.0、または≦13.0を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、このポリマーは、Mw(conv)/Mn(conv)が8.5〜15.0、さらに8.5〜12.0、さらに10.0〜11.0である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、このポリマーは、Mn(conv)が、10,000〜20,000g/mol、さらに12,500g/mol〜17,500g/mol、さらに14,000g/mol〜17,000g/mol、さらに15,000g/mol〜16,000g/molである。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、z平均分子量Mz(conv)≧550,000g/mole、または≧600,000g/mole、または≧650,000g/moleを有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、z平均分子量Mz(conv)≦800,000g/mole、または≦750,000g/moleを有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、このポリマーは、Mz(conv)が500,000〜1,000,000g/mol、さらに600,000g/mol〜800,000g/mol、さらに650,000g/mol〜750,000g/molである。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、Mz(conv)が550,000〜800,000g/mole、さらに600,000〜750,000g/mole、さらに650,000〜750,000g/moleである。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、このポリマーは、Mw(abs)が325,000g/mol〜700,000g/mol、さらに350,000g/mol〜600,000g/mol、さらに400,000g/mol〜500,000g/mol、さらに425,000g/mol〜500,000g/molである。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、このポリマーは、Mz(abs)が4,000,000g/mol〜7,000,000g/mol、さらに4,500,000g/mol〜6,500,000g/mol、さらに4,000,000g/mol〜6,000,000g/mol、さらに4,250,000g/mol〜6,000,000g/molである。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、Mz(abs)/Mw(abs)が6.0〜15.0、さらに8.0〜14.0、さらに10.0〜13.0、さらに11.0〜12.0である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、gpcBR値が2.3〜5.0、さらに2.5〜4.5、さらに2.8〜4.0、さらに2.8〜3.5である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、gpcBR値が2.0〜4.0、または2.5〜3.5、または2.8〜3.4である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、LCBf値が2.5〜5.0、さらに2.75〜4.5、さらに3.0〜4.3、さらに3.4〜4.1である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.1rad/s、190℃での溶融粘度≧30,000Pa・s、さらに≧32,000Pa・s(190℃で)を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.1rad/s、190℃での溶融粘度≦50,000Pa・s、さらに≦45,000Pa・s、さらに≦41,000Pa・s(190℃で)を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、190℃での溶融粘度比(V0.1/V100)≧40、または≧45、または≧50を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、粘度比(V0.1/V100、190℃で)が40〜60、より好ましくは43〜55、最も好ましくは45〜54、最も好ましくは45〜50である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、tanδ(190℃、0.1rad/sで測定)≦2.0、さらに≦1.8、さらに≦1.5、さらに≦1.4を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、tanδ(190℃、0.1rad/sで測定)が0.5〜2.0、さらに0.8〜1.8、さらに1.0〜1.5、さらに1.1〜1.4である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ピーク溶融強度(MS)>20.0cN、好ましくは>22.0cN、好ましくは>24.0cNを有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、190℃でのピーク溶融強度が−65*(190℃でのI)+34cNより大きい。ここで、「65係数」の単位は、「(cN)/(g/10分)」である。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、190℃でのピーク溶融強度が−65*(190℃でのI)+34cNより大きく、−65*(190℃でのI)+43cNより小さい。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、メルトインデックス(I2)が0.01〜10g/10分、さらに0.05〜7.0g/10分、さらに0.1〜5.0g/10分である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、メルトインデックス(I2)が0.01〜1.5g/10分、さらに0.05〜1.0g/10分、さらに0.05〜0.50g/10分である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、メルトインデックス(I2)が0.01〜1.00g/10分、さらに0.01〜0.70g/10分、さらに0.01〜0.50g/10分、さらに0.01〜0.40g/10分である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、メルトインデックス(I2)≦1.0、さらに≦0.5を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、メルトインデックス(I2)が0.015〜1.0g/10分、さらに0.02〜0.5g/10分、さらに0.05〜0.4g/10分、さらに0.1〜0.35g/10分である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、メルトインデックス(I2)が0.02〜1.0g/10分、さらに0.05〜0.5g/10分、さらに0.1〜0.4g/10分、さらに0.15〜0.35g/10分である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、密度が0.910〜0.940g/cc、さらに0.910〜0.930g/cc、さらに0.915〜0.925g/cc、さらに0.916〜0.922g/cc、さらに0.918〜0.921g/cc、さらに0.919〜0.921g/cc(1cc=1cm)である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ヘキサン抽出物が、ポリマーの重量を基準として、1.0〜4.0重量%、さらに1.6〜2.6重量%、さらに1.8〜2.4重量%、さらに1.9〜2.2重量%である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定される場合、1000個の合計炭素原子あたり、≧0.1個のアミル基(C5)を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、1000個の合計炭素原子あたり、≧0.2個のアミル(C5)基(分岐)を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、≧0.5個のアミル(C5)基(分岐)を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、≧1個のアミル(C5)基(分岐)を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、≧1.5個のアミル(C5)基(分岐)を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、≧1.75上のアミル(C5)基(分岐)を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、≧2.0個のアミル(C5)基(分岐)を有し、ここで、アミル基は、C5基と等価であり、13C NMRによって測定される。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定される場合、1000個の合計炭素原子あたり、0.1〜1.5個のC1(メチル基)を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、0.2〜1.0個のC1(メチル基)を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、0.3〜0.5個のC1(メチル基)を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定される場合、1000個の合計炭素原子あたり、4.0〜6.0個の1,3ジエチル分岐を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、4.1〜5.0個の1,3ジエチル分岐を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、4.2〜4.7個の1,3ジエチル分岐を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定される場合、1000個の合計炭素原子あたり、1.0〜3.0個の四級炭素上のC2を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、1.4〜2.0個の四級炭素上のC2を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、1.45〜1.7個の四級炭素上のC2を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、H NMRによって決定される場合、1000個の合計炭素原子あたり、0.04〜0.09個のビニルを有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、0.04〜0.08個のビニルを有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、0.05〜0.08個のビニルを有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、H NMRによって決定される場合、1000個の合計炭素原子あたり、0.03〜0.06個のcisおよびtrans基(ビニレン)を有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、0.03〜0.05個のcisおよびtrans基(ビニレン)を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、H NMRによって決定される場合、1000個の合計炭素原子あたり、0.1〜0.4個のビニリデンを有し、さらに1000個の合計炭素原子あたり、0.1〜0.3個のビニリデンを有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、結晶化温度が98.5℃〜100.0℃、さらに98.7℃〜99.5℃である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、高圧(100MPaを超えるP)で、遊離ラジカル重合プロセスで作られる。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、少なくとも1つの管状反応器中で作られる。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、低密度ポリエチレン(LDPE)である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、組成物の重量を基準として、10重量%以上存在する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、組成物の重量を基準として、10〜50重量%、さらに20〜40重量%の量で存在する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、組成物の重量を基準として、60〜90重量%、さらに65〜85重量%の量で存在する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、組成物の重量を基準として、1〜10重量%、さらに1.5〜5重量%の量で存在する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
一実施形態では、組成物は、別のエチレン系ポリマーをさらに含む。適切な他のエチレン系ポリマーとしては、限定されないが、DOWLEX Polyethylene Resins、TUFLIN Linear Low Density Polyethylene Resins、ELITEまたはELITE AT Enhanced Polyethylene Resins、またはINNATE Precision Packaging Resins(全てThe Dow Chemical Companyから入手可能)、高密度ポリエチレン(d≧0.96g/cc)、中密度ポリエチレン(密度が0.935〜0.955g/cc)、EXCEEDポリマーおよびENABLEポリマー(両方ともExxonMobil製)、LDPEおよびEVA(エチレン酢酸ビニル)が挙げられる。
一実施形態では、組成物は、本発明のエチレン系ポリマーとは1つ以上の特性(例えば、密度、メルトインデックス、コモノマー、コモノマー含有量)が異なる別のエチレン系ポリマーをさらに含む。適切な他のエチレン系ポリマーとしては、限定されないが、DOWLEX Polyethylene Resins(LLDPE)、TUFLIN Linear Low Density Polyethylene Resins、ELITEまたはELITE AT Enhanced Polyethylene Resins、またはINNATE Precision Packaging Resins(全てThe Dow Chemical Companyから入手可能)、高密度ポリエチレン(d≧0.96g/cc)、中密度ポリエチレン(密度が0.935〜0.955g/cc)、EXCEEDポリマーおよびENABLEポリマー(両方ともExxonMobil製)、LDPEおよびEVA(エチレン酢酸ビニル)が挙げられる。
一実施形態では、組成物は、プロピレン系ポリマーをさらに含む。適切なプロピレン系ポリマーとしては、ポリプロピレンホモポリマー、プロピレン/α−オレフィンインターポリマーおよびプロピレン/エチレンインターポリマーが挙げられる。一実施形態では、組成物はさらに、不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、好ましくは不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンコポリマーを含む。一実施形態では、不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、好ましくは不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンコポリマーは、密度が0.89〜0.94g/cc、さらに0.90〜0.93g/ccである。さらなる実施形態では、組成物は、組成物の重量を基準として、1〜99重量%、さらに15〜85重量%の本発明のエチレン系ポリマーを含む。一実施形態では、組成物は、組成物の重量を基準として、<1.0重量%、または<0.5重量%、または<0.2重量%、または<0.1重量%、または<0.05重量%、または<0.02重量%、または<0.01重量%のプロピレン系ポリマーを含む。
一実施形態では、組成物は、組成物の重量を基準として、<5ppm、さらに<2ppm、さらに<1ppm、さらに<0.5ppmの硫黄を含む。一実施形態では、組成物は、硫黄を含まない。
一実施形態では、組成物は、1.5〜80重量%の本発明のエチレン系ポリマーを含む。さらなる実施形態では、組成物は、さらに、LLDPE(直鎖低密度ポリエチレン)を含む。一実施形態では、組成物は、1.5〜20重量%の本発明のエチレン系ポリマーを含む。さらなる実施形態では、組成物は、さらに、LLDPEを含む。一実施形態では、組成物は、組成物の重量を基準として、20〜80重量%、さらに50〜80重量%の本発明のエチレン系ポリマーを含む。さらなる実施形態では、組成物は、さらに、LLDPEを含む。
本発明の組成物は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでいてもよい。
本発明は、本発明の組成物から作られる少なくとも1つの成分を含む物品も提供する。さらなる実施形態では、物品は、フィルムである。別の実施形態では、物品は、コーティングである。
本発明は、少なくとも1つの管状反応器中で、エチレンを含む混合物を重合することを含む、上述のいずれかの実施形態のポリマーを作成するためのプロセスも提供する。本発明は、少なくとも1つの管状反応器と少なくとも1つのオートクレーブ反応器を組み合わせて、エチレンを含む混合物を重合することを含む、上述のいずれかの実施形態の本発明のエチレン系ポリマーを作成するためのプロセスも提供する。
本発明の組成物は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでいてもよい。本発明のエチレン系ポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでいてもよい。本発明のLDPEは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでいてもよい。
本発明の物品は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでいてもよい。本発明のフィルムは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでいてもよい。本発明のプロセスは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでいてもよい。
プロセス
本発明のLDPEを含め、本発明のエチレン系ポリマーを製造するために、高圧の遊離ラジカルによって開始される重合プロセスが典型的には使用される。典型的には、1つ以上の反応ゾーンを有する反応器としてジャケット付きの管が使用される。限定されないが、好適な反応器の長さは、100〜3000メートル(m)、または1000〜2000メートルであってもよい。反応器の反応ゾーンの開始は、典型的には、反応の開始剤、エチレン、連鎖移動剤(またはテロマー)およびこれらの任意の組み合わせの側方からの注入によって規定される。高圧プロセスは、1つ以上の反応ゾーンを有する管状反応器中で、またはそれぞれの1つ以上の反応ゾーンを有するオートクレーブと管状反応器を組み合わせて行うことができる。連鎖移動剤を使用して分子量を制御することができる。好ましい実施形態では、1つ以上の連鎖移動剤(CTA)が本発明の重合プロセスに添加される。使用することができる典型的なCTAとしては、限定されないが、プロピレン、n−ブタンおよび1−ブテンが挙げられる。一実施形態では、このプロセスで使用されるCTAの量は、全反応混合物の0.03〜10重量%である。
エチレン系ポリマーの製造に使用されるエチレンは、ループリサイクル流から極性成分を除去して得られるか、または反応系の構成を使用することによって得られる精製エチレンであってもよく、その結果、本発明のポリマーを製造するために、新鮮なエチレンのみが使用される。エチレン系ポリマーを製造するために精製されたエチレンのみを必要とすることは一般的ではない。そのような場合、リサイクルループからのエチレンを使用してもよい。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、LDPEである。
添加剤および用途
本発明の組成物は、1種以上の添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、限定されないが、安定剤、可塑剤、帯電防止剤、顔料、染料、核形成剤、フィラー、滑り剤、難燃剤、加工助剤、煙防止剤、粘度調整剤およびアンチブロッキング剤が挙げられる。ポリマー組成物は、例えば、本発明のポリマー組成物の重量を基準として、1種類以上の添加剤を(合わせた重量で)10%未満含むことができる。一実施形態では、本発明のポリマーは、1種類以上の安定剤、例えば、IRGANOX 1010、IRGANOX 1076およびIRGAFOS 168(Ciba Specialty Chemicals;グラットブルグ、スイス)などの酸化防止剤で処理される。ポリマーは、押出成形または他の溶融プロセスの前に、1種類以上の安定剤で処理されてもよい。
本発明のポリマーと他のポリマーとのブレンドおよび混合物を実施することができる。
本発明のポリマーとブレンドするのに適したポリマーとしては、天然ポリマーおよび合成ポリマーが挙げられる。ブレンド用の例示的なポリマーとしては、プロピレン系ポリマー(両方とも耐衝撃性改質ポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレン、アタクチックポリプロピレンおよびランダムエチレン/プロピレンコポリマー)、様々な種類のエチレン系ポリマー、例えば高圧遊離ラジカルLDPE、Ziegler−Natta触媒を用いて調製したLLDPE、シングルサイト触媒を用いて調製したPE、例えば、複数反応器のPE(Ziegler−Natta PEとシングルサイト触媒によるPEの「反応器内での」ブレンド、例えば、USP6,545,088号(Kolthammerら);6,538,070号(Cardwellら);6,566,446号(Parikhら);5,844,045号(Kolthammerら);5,869,575号(Kolthammerら);および6,448,341号(Kolthammerら)に開示される生成物)、EVA、エチレン/ビニルアルコールコポリマー、ポリスチレン、衝撃性改質ポリスチレン、ABS、スチレン/ブタジエンブロックコポリマーおよびこれらの水素化誘導体(SBSおよびSEBS)、および熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。均一ポリマー、例えば、オレフィンプラストマーおよびエラストマー、エチレンおよびプロピレン系コポリマー(例えば、VERSIFY Plastomers & Elastomers(The Dow Chemical Company)およびVISTAMAXX(ExxonMobil Chemical Co.)の商品名で入手可能なポリマーも、本発明のポリマーを含むブレンド中の成分として有用であり得る)。
本発明のポリマーは、限定されないが、単層フィルムおよび多層フィルム;成形物品、例えば、吹込成形物品、射出成形物品または回転成形物品;コーティング(例えば、押出成形コーティング);繊維;織布または不織布などの有用な物品を製造するための種々の従来の熱可塑性製造プロセスで使用されてもよい。本発明のポリマーは、限定されないが、食品包装用、消費者用、産業用、農業用(適用またはフィルム)、ラミネーションフィルム、新鮮な切った製品用のフィルム、肉用フィルム、チーズ用フィルム、キャンディー用フィルム、透明なシュリンクフィルム、照合シュリンクフィルム、伸縮性フィルム、サイレージフィルム、グリーンハウスフィルム、フミゲーションフィルム、ライナーフィルム、伸縮性フード、ヘビーデューティ運搬袋、ペットフード、サンドイッチ袋、シーラント、オムツバックシートを含め、様々なフィルムで使用されてもよい。
本発明のポリマーは、他の直接的な最終用途にも有用である。本発明のポリマーは、ワイヤーおよびケーブルのコーティング操作、真空成形操作のためのシート押出成形、および射出成形、吹込成形プロセスまたは回転成形プロセスの使用を含む成形物品の成形に使用することができる。本発明のポリマーのための他の適切な用途には、弾性フィルムおよび繊維;アプライアンスハンドルなどのソフトタッチ商品;ガスケットおよびプロファイル;自動車内装部品およびプロファイル;フォーム製品(オープンセルとクローズドセルの両方);高密度ポリエチレンまたは他のオレフィンポリマーのような他の熱可塑性ポリマーの耐衝撃性改良剤;キャップライナー;およびフローリングが挙げられる。
定義
「ポリマー」という用語は、本明細書で使用される場合、同じ種類または異なる種類のいずれかのモノマーを重合することによって調製されるポリマー化合物を指す。従って、一般的な用語であるポリマーは、ホモポリマーという用語(1種類のみのモノマーから調製されるポリマーを指すために使用され、少量の不純物(例えば、少量(例えば、≦1.0重量%、さらに≦0.5重量%、さらに≦0.3重量%)のCTA)がポリマー構造内に組み込まれていてもよいと理解する)と、本明細書で以下に定義するインターポリマーとの用語とを包含する。不純物は、ポリマーの中および/またはポリマーの内側に組み込まれてもよい。「インターポリマー」との用語は、本明細書で使用される場合、少なくとも2種類の異なるモノマーの重合によって調製されるポリマーを指す。一般的な用語であるインターポリマーは、コポリマー(2種類の異なるモノマーから調製されるポリマーを指すために使用される)と、2種類より多くのモノマーから調製されるポリマーとを含む。
「エチレン系ポリマー」との用語は、本明細書で使用される場合、(ポリマーの重量を基準として)大部分の量の重合したエチレンモノマーを含み、場合により、少なくとも1種類のコモノマーを含んでいてもよいポリマーを指す。「プロピレン系ポリマー」との用語は、本明細書で使用される場合、(ポリマーの重量を基準として)大部分の量の重合したプロピレンモノマーを含み、場合により、少なくとも1種類のコモノマーを含んでいてもよいポリマーを指す。
「組成物」との用語は、本明細書で使用される場合、組成物と、組成物の材料から作られる反応生成物および分解生成物とを含む材料の混合物を含む。
「ブレンド」または「ポリマーブレンド」との用語は、使用される場合、2種類以上のポリマーの混合物を指す。ブレンドは、混和性(分子レベルで相分離していない)であってもよく、または混和性でなくてもよい。ブレンドは、相分離していてもよく、または相分離していなくてもよい。ブレンドは、透過型電子分光法、光散乱、X線散乱、および当技術分野で公知の他の方法から決定されるように、1つ以上のドメイン構造を含んでいてもよく、または含んでいなくてもよい。ブレンドは、マクロレベルで(例えば、溶融ブレンド樹脂またはコンパウンディング)、またはミクロレベルで(例えば、同じ反応器内での同時成形)、2種類以上のポリマーを物理的に混合することによって行われてもよい。
「〜を含む(comprising)」、「〜を含む(including)」、「〜を有する(having)」およびこれらの派生語は、それが具体的に開示されているかどうかに関わらず、任意のさらなる成分、工程または手順の存在を除外することを意図したものではない。疑義を避けるために、「〜を含む(comprising)」という用語の使用により請求される全ての組成物は、矛盾することが言及されない限り、ポリマー性であろうとなかろうと、任意のさらなる添加剤、アジュバント、または化合物を含み得る。「本質的に〜からなる」との用語は、操作性に必須ではないものを除いて、後続するあらゆる引用の範囲から他の成分、工程または手順を除外する。「〜からなる」という用語は、具体的に描写または記載されていない成分、工程または手順を除外する。
試験方法
密度
密度測定のためのサンプルは、ASTM D 4703−10 Annex A1 Procedure Cに従って調製した。約7gのサンプルを「2インチ×2インチ×135milの厚さ」の型に入れ、これを374°F(190℃)、3,000lbで6分間プレスした。その後、圧力を30,000lbまで上げ4分間プレスした。その後、毎分15℃、30,000lbで、約40℃の温度まで冷却した。その後、「2インチ×2インチ×135mil」のポリマーサンプル(平板)を型から取り出し、この平板から、1/2インチ×1インチのダイカッターを用い、3個のサンプルに切断した。ASTM D792−08、Method Bを用い、サンプルをプレスして1時間以内に密度測定を行った。密度は、3回の測定の平均として報告された。
メルトインデックス
メルトインデックス(MI)またはI2は、ASTM D 1238−10、Condition 190℃/2.16kg、Procedure Bに従って測定され、10分あたりに溶出したグラム数で報告された(g/10分)。
ヘキサン抽出物
ポリマーペレット(重合ペレット化プロセスから、さらなる改質なし;1つの「1インチ×1インチ」の正方形フィルムあたり約2.2グラム)を、Carver Pressで3.0〜4.0milの厚さにプレスした。このペレットを190℃、40,000lbで3分間プレスした。作業者の手からの残留油がフィルムを汚染するのを防ぐため、残留分のない手袋(PIP*CleanTeam*CottonLisle Inspection Gloves、Part Number:97−501)を着用した。各フィルムを「1インチ×1インチ」の正方形に切断し、秤量した(2.5±0.05g)。加熱した水浴中、49.5±0.5℃で、約1000mlのヘキサンを含むヘキサン容器中、フィルムを2時間抽出した。ヘキサンは、異性体「ヘキサン」混合物であった(例えば、Hexanes(Optima)、Fisher Chemical、HPLC用の高純度移動相および/またはGC用途の抽出溶媒)。2時間後、フィルムを取り出し、きれいなヘキサンで洗浄し、減圧乾燥器(80±5℃)で、全力での減圧状態で2時間乾燥させた(ISOTEMP Vacuum Oven、Model 281A、約30インチHg)。次いで、フィルムをデシケーターに入れ、最低でも1時間かけて室温まで冷却した。次いで、フィルムを再び秤量し、ヘキサンへの抽出による質量損失量を計算した。この方法は、21 CRF 177.1520(d)(3)(ii)に基づいており、FDAプロトコルからの逸脱の1つは、n−ヘキサンの代わりにヘキサンを使用することである。3回の測定の平均が報告された。
核磁気共鳴(13C NMR)
10mmNMRチューブ中、「0.25〜0.40gのポリマーサンプル」に、「0.025MのCr(AcAc)を含有するテトラクロロエタン−d2/オルトジクロロベンゼンの50/50混合物約3g」を加えることによって、各サンプルを調製した。次いで、加熱ブロックとヒートガンを用い、チューブとその内容物を150℃まで加熱することによって、サンプルを溶解し、均質化した。確実に均質化させるため、それぞれの溶解したサンプルを目視で観察した。全てのデータは、Bruker Dual DUL高温CryoProbeを取り付けたBruker 400MHz分光計を用いて集めた。データは、6秒間のパルス繰り返し遅れ、90度のフリップ角、インバースゲートデカップリングを用いて獲得され、サンプル温度は120℃であった。全ての測定は、ロックされたモードで、サンプルを回転させずに行われた。13C NMRのケミカルシフトは、EEEトライアドを30.0ppmの内部標準とした。C6+値は、LDPE中のC6+分岐の直接的な尺度であり、長い分岐は、鎖末端と区別されなかった。32.2ppmのピークは、全ての鎖の末端または6個以上の炭素の分岐から3番目の炭素を表し、これを使用してC6+値を決定した。他の対象となるピークを表Aに列挙する。
Figure 2019507222
核磁気共鳴(H NMR)
NORELL 1001−7の10mm NMRチューブ中、約130mgのサンプルを、0.001MのCr(AcAc)を含有する「3.25gの50/50(重量基準)のテトラクロロエタン−d2/ペルクロロエチレン」に加えることによって、各サンプルを調製した。サンプルには、酸化を防ぐために、約5分間、チューブに挿入されたピペットを介して溶媒にNをバブリングすることにより流した。このチューブに蓋をし、TEFLON(登録商標)テープで密封し、次いで、サンプルの溶解を容易にするために、室温で一晩浸漬した。サンプルを115℃で加熱し、確実に均質にするため、ボルテックスにより混合した。H NMRは、Bruker Dual DUL高温CryoProbeを取り付けたBruker AVANCE 400MHz分光計で、サンプル温度120℃で行った。2回の実験を行ってスペクトルを得て、全ポリマープロトンを定量するためのコントロールスペクトルと、強いポリマー骨格ピークを抑制し、末端基の定量のための好感度スペクトルを可能にする二重前飽和実験を行った。コントロールは、ZGパルス、16スキャン、AQ 1.64s、D1 14sで行った。二重前飽和実験は、改変されたパルスシーケンス、100スキャン、AQ 1.64s、前飽和遅れ1s、緩和遅れ13sで実施した。
TCE−d2の残留Hからのシグナル(6.0ppmにある)を積分し、これを値100に設定し、コントロール実験において、全ポリマーからのシグナルとして、3〜−0.5ppmからの積分を使用した。前飽和実験のために、TCEシグナルも100に設定し、約5.40〜5.60ppmに不飽和部(ビニレン(cisおよびtrans)、約5.16〜5.35ppmに三置換、約4.95〜5.15ppmにビニル、約4.70〜4.90ppmにビニリデンの対応する積分)が得られた。
溶融強度
溶融強度の測定は、Gottfert Rheotester 2000キャピラリーレオメーターに接続したGottfert Rheotens 71.97(Goettfert Inc.;ロックヒル、SC)で行った。溶融したサンプル(約25〜30グラム)を、長さ30mm、直径2.0mm、アスペクト比(長さ/直径)15の平坦な入口角(180度)を備えたGottfert Rheotester 2000キャピラリーレオメーターに供給した。サンプルを190℃で10分間平衡状態にした後、ピストンを0.265mm/秒の一定のピストン速度で運転した。標準試験温度は、190℃であった。サンプルを、ダイの下側100mmに配置した1セットの加速ニップに対して2.4mm/sの加速度で一軸方向に引き伸ばした。張力は、ニップロールの巻き取り速度の関数として記録した。溶融強度は、ピークまたは最大プラトー力(cN)として報告した。溶融強度測定には以下の条件を使用した:プランジャー速度=0.265mm/秒;車輪加速度=2.4mm/s;キャピラリー直径=2.0mm;キャピラリー長さ=30mm;バレル直径=12mm。ピーク溶融強度は、記録された最大溶融強度である。
動的機械分光法(DMS)
350°F、20,000lb、空気中で6.5分間樹脂を圧縮成形して、「厚さ3mm×1インチ」の円形平板にした。次に、サンプルをプレスから取り出し、カウンターに置いて冷却した。窒素を流しながら、25mm(直径)の平行板を取り付けたTA Instruments「Advanced Rheometric Expansion System (ARES)」を用い、一定温度での周波数スイープを行った。サンプルをプレート上に置き、190℃で5分間溶融させた。次いで、2mmのギャップに入れ、サンプルを切り取り(「直径が25mm」の円周を超えて延びている余分なサンプルを除去し)、試験を開始した。この方法は、温度平衡を可能にするために、さらに5分間の遅れが組み込まれていた。実験は、0.1〜100rad/sの周波数範囲にわたって190℃で行った。ひずみ振幅は、10%で一定であった。複素粘度η*、tan(δ)またはtanδ、0.1rad/sでの粘度(V0.1)、100rad/sでの粘度(V100)、粘度比(V0.1/V100)を測定した。
三重検出器ゲル浸透クロマトグラフィー(TDGPC)
クロマトグラフィーシステムは、内部IR5赤外線検出器(IR5)がPrecision Detectors(Now Agilent Technologies)2角度レーザ光散乱(LS)検出器Model 2040に連結し、その後に、PolymerChar 4−キャピラリー粘度検出器を取り付けた(3種類の検出器は直列になっている)PolymerChar GPC−IR(Valencia、Spain)高温GPCクロマトグラフからなっていた。全ての光散乱測定では、測定のために15度の角度を使用した。オートサンプラーオーブンコンパートメントを160℃に設定し、カラムコンパートメントを150℃に設定した。使用したカラムは、4つのAgilent「Mixed A」カラムであり、各カラムは30cmであり、それぞれに20ミクロンの線状混合床粒子が充填されていた。使用したクロマトグラフィー溶媒は、1,2,4−トリクロロベンゼンであり、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含んでいた。溶媒源には、窒素が流された。注入量は200マイクロリットルであり、流速は1.0ミリリットル/分であった。
GPCカラムセットの較正は、分子量範囲が580〜8,400,000g/molの21種類の狭い分子量分布のポリスチレン標準を用いて行った。これらの標準は、6個の「カクテル」混合物で配置されており、個々の分子量の間に少なくとも10進数の分離間隔を有していた。この標準物質は、Agilent Technologiesから購入した。ポリスチレン標準は、分子量が1,000,000g/mol以上の場合は「50mlの溶媒中に0.025g」、分子量が1,000,000g/mol未満の場合は「50mlの溶媒中に0.05g」で調製した。ポリスチレン標準を穏やかに撹拌しつつ、80℃で30分間溶解させた。ポリスチレン標準のピーク分子量(IR5検出器)を、式1を用いてポリエチレン分子量に変換した(Williams and Ward、J.Polym.Sci.、Polym.Let.、6,621(1968)に記載されるように)。
Figure 2019507222
ここで、Mは分子量であり、Aは0.4315の値であり、Bは1.0に等しい。5次多項式を使用して、それぞれのポリエチレン等価較正点に適合させた。NIST標準NBS1475が52,000g/mol(Mw)で得られるように、カラム分解能およびバンド広がり効果を補正するために、Aに対する小さな調整(約0.415から0.44)を行った。GPCカラムセットの全プレート数は、エイコサン(50mLの「TCB安定化溶媒」中0.04gで調製し、穏やかに撹拌しながら20分間溶解した)を用いて行った。プレート数(式2)および対称性(式3)を、以下の式に従って200マイクロリットル注入して測定した。
Figure 2019507222
ここで、RVは、ミリリットル単位での保持容積であり、ピーク幅は、ミリリットル単位であり、ピーク最大は、ピークの最大高さであり、2分の1高さは、ピーク最大の2分の1高さである。
Figure 2019507222
ここで、RVは、ミリリットル単位での保持容積であり、ピーク幅は、ミリリットル単位であり、「ピーク最大」は、クロマトグラムの「RV位置」に対応する最大IRシグナル高さであり、「10分の1高さ」は、ピーク最大の10分の1高さであり、ここで、「リアピーク」は、ピーク最大より後にある、シグナル保持容積での(ピーク最大の10分の1高さでの)ピークテールを指し、「フロントピーク」は、ピーク最大より前にある、シグナル保持容積での(ピーク最大の10分の1高さでの)ピークフロントを指す。クロマトグラフシステムのプレート数は、24,000より大きくなければならず、対称性は、0.98〜1.22の間でなければならない。
PolymerCharの「Instrument Control」Softwareを用い、半自動的な様式で、サンプルを調製し、ここで、サンプルを2mg/ml目標で秤量し、PolymerChar高温オートサンプラーを介し、あらかじめ窒素を流しておいたセプタム蓋付きのバイアルに溶媒(200ppmのBHTを含む)を添加した。デカン(流速マーカー)を各サンプル(約5マイクロリットル)に添加した。サンプルを160℃で2時間溶解させ、「低速」振とう下に置いた。
IR5クロマトグラム
Mn(conv)、Mw(conv)およびMz(conv)の計算は、PolymerChar GPC−IRクロマトグラフの内部IR5検出器(測定チャンネル)を用いたGPC結果に基づき、式4〜6に従って、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェア(バージョン2013G)を用いて行い、それぞれの等しく空間をあけられたデータ収集点(i)でのベースラインを引き算したIRクロマトグラム、式1から点(i)についての狭い標準較正曲線から得られたポリエチレン等価分子量を用いて行った。表4は、従来のGPCのための以下の式4〜6を用い、実施例および比較例についての従来のGPC結果を列挙する。
Figure 2019507222
Figure 2019507222
Figure 2019507222
時間経過に伴う偏差を監視するために、PolymerChar GPC−IRシステムで制御されたマイクロポンプを介し、流量マーカー(デカン)を各サンプルに導入した。この流量マーカー(FM、ここではデカン)を用い、サンプル内のそれぞれのデカンピークのRV値(RV(FMサンプル))を、狭い標準較正内のデカンピークのRV値(RV(較正されたFM))と一致させることによって、各サンプルについてポンプ流量(流量(公称値))を線形補正した。デカンマーカーピークの時間の変化は、全試行時間について流量(流量(実効))の線形シフトに関係があると仮定された。流量マーカーピークのRV測定の最も高い精度を容易にするために、最小二乗フィッティングルーチンを使用し、フローマーカー濃度クロマトグラフのピークを二次方程式に適合させた。次に、この二次方程式の一次導関数を用いて真のピーク位置の解を得た。流量マーカーピークに基づいてシステムを較正した後、(狭い標準較正に関して)実効流量を式7を用いて計算した。流量マーカーピークの処理は、PolymerChar GPCOne(商標)Softwareを介して行った。許容範囲の流量補正は、実効流量が公称流量の±2%以内に収まるようなものでなければならない。
流量(実効)=流量(公称)*(RV(較正されたFM)/RV(FMサンプル)) (式7)
複数の検出器のオフセットを決定するための体系的な手法は、Balke、Moureyら、(Mourey and Balke、Chromatography Polym.Chpt 12、(1992))(Balke、Thitiratsakul、Lew、Cheung、Mourey、Chromatography Polym.Chpt 13、(1992))によって公開されているものと一致する様式で行われた。三重検出器のログ(MWおよびIV)結果(広いホモポリマーポリエチレン標準(Mw/Mn=3)から作成)を、狭い標準カラム較正結果(狭い標準較正曲線から作成)に一致させるのは、PolymerChar GPCOne(商標)Softwareを用いて行われた。
光散乱クロマトグラム
絶対的な分子量データ(MWabs)は、Zimm(Zimm、B.H.、J.Chem.Phys.、16、1099(1948))およびKratochvil(Kratochvil、P.、Classical Light Scattering from Polymer Solutions、Elsevier、Oxford、NY(1987))によって公開されているものと一致する様式で、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを用いて得られた。分子量の測定に使用される全注入濃度は、質量検出面積および質量検出器定数から得られ、これらは、適切な線形ポリエチレンホモポリマーと、既知の重量平均分子量のポリエチレン標準の1つとから誘導される(NBS 1475ホモポリマーポリエチレン参照サンプルに対して追跡可能)。計算された分子量(GPCOne(商標)を使用)は、以下に述べるポリエチレン標準の1つ以上から誘導される光散乱定数と、0.104の屈折率濃度係数dn/dcとを用いて得られた。一般に、質量検出器応答(IR5)および光散乱定数(GPCOne(商標)を用いて測定)は、約50,000g/molを超える分子量を有する線形標準から決定されるべきである。表5は、実施例および比較例の光散乱GPC結果を列挙する。
Mw(abs)の式は、GPCOne(商標)ソフトウェアから決定される場合、ベースラインを引き算した15度光散乱シグナルと、ベースラインを引き算したIR5測定センサシグナル(質量と光散乱定数を適用)を用いた、面積に基づく結果である。
Figure 2019507222
Mz(abs)の式は、ベースラインを引き算した15度光散乱シグナルと、ベースラインを引き算したIR5測定センサシグナルとの比率から誘導される絶対的な分子量の点ごとの決定に依存しており、質量定数および光散乱定数を、GPCOne(商標)ソフトウェアを用いて測定した。直線フィッティングを使用し、絶対的な分子量を外挿し、ここで、いずれかの検出器(IR5またはLS)は、約4%未満の相対的なピークシグナル高さ(最大ピーク高さ)である。
Figure 2019507222
粘度クロマトグラム
NBS1475の既知の固有粘度に対して較正したときに、PolymerChar粘度計検出器から得られた比粘度クロマトグラムの面積を用い、絶対的な固有粘度データ(IV(abs))を得た。固有粘度の測定に使用される全注入濃度は、質量検出面積および質量検出器定数から得られ、これらは、適切な線形ポリエチレンホモポリマーと、既知の固有粘度のポリエチレン標準の1つとから誘導される(NBS 1475ホモポリマーポリエチレン参照サンプルに対して追跡可能)。IV(abs)の式は、GPCOne(商標)ソフトウェアから決定される場合、ベースラインを引き算した比粘度シグナル(DV)と、ベースラインを引き算したIR5測定センサシグナル(質量と粘度定数を適用)を用いた、面積に基づく結果である。
Figure 2019507222
各クロマトグラムのCDF計算方法
以下の計算:(a)IR5測定検出器からの累積的な検出器フラクション(CDF)(「CDFIR」)、(b)低角度レーザ光散乱検出器からの累積的な検出器フラクション(「CDFLS」)、(c)粘度検出器からの累積的な検出器フラクション(「CDFDV」)を、それぞれ以下の工程によって決定した(それぞれ、CDFIR(IR5検出器)、CDFLS(LS検出器)、CDFDV(粘度検出器)について、図1、図2、図3に視覚的に表されている)。(1)サンプル間のデカンピークの相対的な保持容積比と、一定の狭い標準カクテル混合物の相対的な保持容積比とに基づき、クロマトグラムを線形に流量補正する。(2)前述のように、IR5検出器に対し、光散乱検出器のオフセットを補正する。上述の「Mourey and Balke」の参考文献を参照のこと。(3)前述のように、IR5検出器に対し、粘度検出器のオフセットを補正する。上述の「Mourey and Balke」の参考文献を参照のこと。(4)ポリスチレン較正曲線に基づき、既に記載した約(0.43)のポリスチレンからポリエチレンへの変換因子によって改変し、1秒あたり1つの点(スライス)で、1ml/分でポンプを動かしつつ、それぞれの「保持容積(RV)データスライス」で、分子量を計算する。(5)それぞれの粘度、光散乱、赤外線クロマトグラムからベースラインを引き算し、それぞれについて積分ウィンドウを設定し、低分子量の保持容量範囲の全てを積分し、ここで、低分子量の保持容量範囲(ベースラインより大きなGPCプロファイル)は、赤外線クロマトグラムから観測することができる(従って、各クロマトグラムにおいて、最も高いRV限界を同じインデックスに設定する)。150g/mole未満の分子量に相当する積分中の物質は、いずれのクロマトグラムにも含まれていない。(6)それぞれ、式8A、8Bまたは8Cに従って、各データスライス(j)で、高い分子量から低い分子量まで(低い保持容積から高い保持容積まで)、ベースラインを引き算したピーク高さ(H)に基づき、IR5クロマトグラム(CDFIR)、LALLSクロマトグラム(CDFLS)および粘度クロマトグラム(CDFDV)のそれぞれの累積検出器フラクション(CDF)を計算する。
Figure 2019507222
Figure 2019507222
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図1は、実施例1についてのCDFIRの決定例を示す。ベースラインを引き算した後のGPCによる、10,000g/mol MW以下の検出器のIR5測定センサチャンネルのフラクション面積(クロマトグラム)。図2は、実施例1についてのCDFLSの決定例を示す。ベースラインを引き算した後のGPCによる、750,000g/mol MW以上の15度光散乱シグナルのフラクション面積。図3は、実施例1についてのCDFDVの決定例を示す。ベースラインを引き算した後のGPCによる、1,200,000g/mol MW以上の比粘度シグナルのフラクション面積。
三重検出器GPC(TDGPC)によるgpcBR分岐指数
gpcBR分岐指数は、最初に、既に記載したように光散乱、粘度および濃度の検出器を較正することによって決定した。次いで、光散乱、粘度計および濃度のクロマトグラムからベースラインを引き算した。次いで、屈折率クロマトグラムから検出可能なポリマーの存在を示す光散乱クロマトグラムおよび粘度計クロマトグラムにおいて、全ての低分子量保持容積範囲を確実に積分するために、積分ウィンドウを設定した。次いで、ポリエチレンおよびポリスチレンのMark−Houwink定数を確立するために、線形ポリエチレン標準を使用した。この定数を得たら、その2つの値を使用し、式(9)および式(10)に示されるように、ポリエチレン分子量とポリエチレン固有粘度について、溶出容積の関数として、2つの線形参照の従来からある較正を構築した。
Figure 2019507222
Figure 2019507222
gpcBR分岐指数は、Yau、Wallace W.、「Examples of Using 3D−GPC−TREF for Polyolefin Characterization」、Macromol.Symp.、2007、257、29−45に記載されるように、長鎖分岐の特性決定のための安定した方法である。この指数は、全ポリマー検出器面積には有利な、g’値の決定および分岐頻度計算において従来から使用されている「スライスごとの」3D−GPC計算を回避する。TDGPCデータから、ピーク面積法を用い、光散乱(LS)検出器によって、サンプル全体の絶対的な重量平均分子量(Mw、Abs)を得ることができる。この方法は、従来のg’決定では必要なような、「スライスごとの」濃度検出器シグナルに対する光散乱検出器シグナルの比率を回避する。
TDGPCを用い、サンプルの固有濃度も、式(11)を用いて独立して得られた。この場合の面積計算は、全サンプル面積として、検出器のノイズと、ベースラインおよび積分限界についての3D−GPC設定によって起こる変動に対する感度がかなり低いため、もっと正確に得られる。さらに重要なことに、ピーク面積の計算は、検出器のボリュームオフセットの影響を受けなかった。同様に、式(11)に示される面積法によって、高精度のサンプル固有粘度(IV)が得られた。
Figure 2019507222
ここで、DPiは、オンライン粘度計から直接的に監視される差圧信号を表す。
gpcBR分岐指数を決定するために、サンプルポリマーの光散乱溶出面積を用い、サンプルの分子量を決定した。サンプルポリマーの粘度検出器溶出面積を使用して、サンプルの固有粘度(IVまたは[η])を決定した。最初に、線形ポリエチレン標準サンプル(例えば、SRM1475aまたは同等物)について、分子量と固有粘度を、溶出容積の関数として、分子量および固有粘度両方について、従来の較正(「cc」)を用いて決定した。
Figure 2019507222
式(13)を使用して、gpcBR分岐指数を決定した。
Figure 2019507222
ここで、[η]は、測定した固有粘度であり、[η]ccは、従来の較正(すなわち、convGPC)からの固有粘度であり、Mwは、測定した重量平均分子量であり、Mw,ccは、従来の較正の重量平均分子量である。光散乱(LS)による重量平均分子量は、一般に「絶対的な重量平均分子量」または「Mw(abs)」と呼ばれる。従来のGPC分子量較正曲線(「従来の較正」)を用いたMw,ccは、「ポリマー鎖骨格分子量」、「従来の重量平均分子量」および「Mw(conv)」と呼ばれることが多い。
「ccまたはconv」といった添え字が付いた全ての統計値は、それぞれの溶出容積、既に記載した対応する従来の較正、濃度(Ci)を用いて決定される。添え字の付いていない価は、質量検出器、LALLS、粘度計の面積に基づき測定された値である。KPEの値は、線形参照サンプルが、ゼロのgpcBR測定値を有するようになるまで、反復して調節される。例えば、この特定の場合のgpcBRを決定するためのαおよびLogKの最終値は、ポリエチレンについてそれぞれ0.725および−3.355であり、ポリスチレンについてそれぞれ0.722および−3.993である。既に記載した手順を使用してK値およびα値を決定したら、分岐サンプルを用いてこの手順を繰り返した。最良の「cc」較正値として、最終的なMark−Houwink定数を用い、分岐サンプルを分析した。gpcBRの解釈は、わかりやすい。直鎖ポリマーの場合、LSおよび粘度計によって測定される値が、従来の較正標準に近いため、gpcBRは0に近くなる。分枝ポリマーの場合、gpcBRは、測定されたポリマー分子量が、計算されたMw,ccより大きく、計算されたIVccが、測定されたポリマーIVより大きいため、特に、高い鎖分岐度を有する場合には、0より大きくなるだろう。実際に、gpcBR値は、ポリマー分岐の結果として、分子の大きさの収縮効果に起因して、フラクションのIV変化を表す。0.5または2.0のgpcBR値は、それぞれ、分子の大きさの収縮効果IVが、同じ重量の線形ポリマー分子と比較して、50%および200%のレベルであることを意味するだろう。これらの特定の例では、従来の「g’指数」および分岐頻度計算と比較して、gpcBRを使用する利点は、gpcBRの高い精度に起因する。gpcBR指数決定に使用される全てのパラメータは、良好な精度で与えられ、濃度検出器からの高分子量での低いTDGPC検出器応答によって悪影響を受けない。検出器の容積のアラインメントの誤差も、gpcBR指数決定の精度に影響しない。
LCB頻度の計算
LCBは、各ポリマーサンプルについて、以下の手順によって計算された。
(1)光散乱、粘度および濃度の検出器を、NBS1475ホモポリマーポリエチレン(または同等の参照物)で較正した。(2)較正セクションにおいて、上述の濃度検出器に対し、光散乱および粘度計の検出器のオフセットを補正した(MoureyおよびBalkeの参考文献を参照)。(3)光散乱、粘度計および濃度のクロマトグラムからベースラインを引き算し、屈折率クロマトグラムから観察可能な光散乱クロマトグラムにおいて、全ての低分子量保持容積範囲を確実に積分するために、積分ウィンドウを設定した。(4)多分散性が少なくとも3.0の標準を注入することによって、線形ホモポリマーポリエチレンのMark−Houwink参照ラインを確立し、(上の較正法からの)データファイルを計算し、それぞれのクロマトグラフィースライスについて、質量定数の補正したデータから固有粘度と分子量を記録した。(5)目的のLDPEサンプルを分析し、(上の較正法からの)データファイルを計算し、それぞれのクロマトグラフィースライスについて、質量定数の補正したデータから固有粘度と分子量を記録した。分子量が低い場合は、固有粘度と分子量のデータは、測定された分子量および固有粘度が、線形ホモポリマーGPC較正曲線に漸近的に近づくように、外挿する必要があるだろう。(6)ホモポリマーの線形固有粘度は、それぞれの点(i)で、以下の因子によってシフトした。IVi=IVi*0.964。ここで、IVは、固有粘度である。(7)ホモポリマーの線形参照分子量は、以下の因子によってシフトした。M=M*1.037。ここで、Mは、分子量である。(8)各クロマトグラフィースライスでのg’は、同じMで、以下の式に従って計算された。g’=(IV(LDPE)/IV(線形参照))。IV(線形参照)は、参照Mark−Houwinkプロットの五次多項式のフィッティングから計算された。ここで、IV(線形参照)は、線形ホモポリマーポリエチレン参照(同じ分子量(M)で(6)〜(7)の問題を説明するために、所定量のSCB(短鎖分岐)を加える)の固有粘度である。IV比は、光散乱データにおける自然の散乱を説明するために、3,500g/mol未満の分子量で1であると過程される。(9)各データスライスにおける分岐数を以下の式に従って計算した。
Figure 2019507222
(10)平均LCB量は、以下の式に従って、全てのスライス(i)にわたって計算された。
Figure 2019507222
示差走査熱量測定(DSC)
示差走査熱量測定(DSC)を使用して、広範囲の温度にわたって、ポリマーの融解および結晶化挙動を測定することができる。例えば、RCS(冷蔵冷却システム)およびオートサンプラーを備えたTA Instruments Q2000 DSCを用いてこの分析を行う。試験中、50ml/分の窒素パージガス流を使用する。各サンプルは、約190℃で溶融プレスされ、薄いフィルムになる。溶融したサンプルを、室温(〜25℃)まで空気によって冷却する。フィルムサンプルは、「0.5〜0.9グラム」のサンプルを190℃、20,000lbおよび10秒でプレスして、「0.1〜0.2ミルの厚さ」のフィルムを形成することによって作られた。3〜10mg、直径6mmの試験片を、冷却したポリマーから抽出し、秤量し、アルミニウム皿(約50mg)に入れ、波形をつけて閉じた。次いで、その熱特性を決定するために、分析を行った。
サンプルの温度挙動は、サンプル温度を上下に変化させ、温度プロファイルに対する熱流量を作成することによって決定された。最初に、サンプルを180℃まで急速に加熱し、その熱履歴を除去するために、等温で5分間保持した。次に、サンプルを10℃/分の冷却速度で−40℃まで冷却し、−40℃で5分間、等温に保った。次いで、サンプルを10℃/分の加熱速度で150℃まで加熱した(これは「第2の加熱」上昇である)。冷却および第2の加熱曲線を記録する。冷却曲線は、結晶化の開始から−20℃までのベースライン終点を設定することによって分析した。ベースライン終点を−20℃から融解終了まで設定することにより、加熱曲線を分析した。決定された値は、ピーク溶融温度(Tm)、ピーク結晶化温度(Tc)、融合熱(Hf)(単位はジュール/グラム)、エチレン系ポリマーサンプルについて、以下の式を用いて計算された結晶化度%であった。結晶化度%=((Hf)/(292J/g))x100 (式14)。融合熱およびピーク溶融温度は、第2の熱曲線から報告される。ピーク結晶化温度は、冷却曲線から決定される。
フィルム試験
実験の章で述べたように、フィルムについて以下の物理特性を測定した。試験の前に、23℃(±2℃)および50%相対湿度(±5%R.H)で少なくとも40時間(フィルム製造後)、フィルムを平衡状態にした。各フィルムの厚さについては、表12〜14を参照のこと。
総(全)ヘーズおよび内部ヘーズ:内部ヘーズおよび総ヘーズは、ASTM D 1003−07に従って測定された。内部ヘーズは、鉱物油(ティースプーン1〜2杯分)を使用して、これをフィルムのそれぞれの表面にコーティングとして塗布し、屈折率を合わせることによって得られた。試験には、Hazegard Plus(BYK−Gardner USA;コロンビア、MD)を使用した。各試験について、5つのサンプルを試験し、平均値を報告した。サンプルの寸法は、「6インチ×6インチ」であった。
45°光沢:ASTM D2457−08(5つのフィルムサンプルの平均;各サンプルは「10インチ×10インチ」)。透明性:ASTM D1746−09(5つのフィルムサンプルの平均;各サンプルは「10インチ×10インチ」)。2%セカント弾性係数−MD(機械方向)およびCD(横方向):ASTM D882−10(各方向において、5つのフィルムサンプルの平均)。1インチ幅の試験片を、4インチ離れた接触点(ゲージ長さ)で、線接触グリップを用いて引張試験フレームに設置する。サンプルは、2インチ/分のクロスヘッド速度で、5%の公称歪みまで試験される。
MDおよびCDエルメンドルフ引裂強度:ASTM D1922−09。フィルムまたはシート試験片を横切って裂け目が伝わるのに必要な力は、正確に較正された振り子装置を使用して測定される。重力で作用する振り子は円弧を描き、前もって切断されたスリットから試験片を引き裂く。試験片は、振り子によって片側が保持され、反対側が固定部材によって保持される。振り子によるエネルギーの損失は、ポインタまたは電子天秤によって示される。スケール表示は、試験片を引き裂くのに必要な力の関数である。使用されるサンプルは、D1922で指定されている「一定半径の幾何形状」である。試験は、典型的には、MD方向およびCD方向の両方から切断されたサンプルで行われる。試験の前に、サンプルの厚さをサンプルの中心で測定する。1方向あたり合計で15個の試験片を試験し、平均引裂強度を報告する。垂直方向から60°を超える角度で裂けるサンプルは、「斜め」の裂け目として記載される。そのような裂け目は、指摘されるべきであるが、その強度値は平均強度計算に含まれる。
MDおよびCD引張強度:ASTM D882−10(各方向に5つのフィルムサンプルの平均)。サンプルを、ゲージ長さ(ライングリップからライングリップまでの距離)を2インチに設定したライングリップジョー(ジョーの片側が平らなゴム、ジョーの反対側がライングリップ)を使用し、引張試験フレームに設置する。次いで、サンプルを、20インチ/分のクロスヘッド速度で歪ませる。得られた加重−変位曲線から、降伏強度および降伏歪み、引張強度および破断時の引張強度、破断時の歪み、破断エネルギーを求めることができる。
Dart:ASTM D1709−09。試験結果は、方法Aによって報告され、方法Aは、1.5インチの直径のダートヘッドおよび26インチのドロップ高さを使用する。サンプルの厚さは、サンプルの中心で測定され、サンプルは、次に、内径5インチの環状のサンプルホルダによってクランプ固定される。ダートは、サンプルの中心より上に載せられ、空気圧または電磁気のいずれかの機構によって放出される。試験は、「階段」法に従って行う。サンプルが破損した場合、ダートの重量を既知の一定量だけ減らし、新しいサンプルを試験する。サンプルが破損しなければ、ダートの重量を既知の増分だけ増加させ、新しいサンプルを試験する。20個の試験片を試験した後、破損の数が決定される。この数値が10になれば、試験は終了である。この値が10未満である場合、10回の失敗が記録されるまで試験を続ける。この数が10より大きい場合、破損しなかった総数が10になるまで、試験を継続する。dart(強度)は、ASTM D1709の通り、これらのデータから決定される。
穿刺強度:SINTECH TESTWORKS SOFTWAREバージョン3.10を用い、INSTRON Model 4201で穿刺を測定した。試験片の大きさは「6インチ×6インチ」であり、5回測定して平均穿刺値を決定した。「100ポンドのロードセル」を、直径4インチの丸いサンプルホルダと共に使用した。穿刺プローブは、最大移動距離7.5インチの直径0.25インチの支持ロッド上に直径1/2インチの研磨されたステンレス鋼の球であった。ゲージの長さはなく、試験の開始前に、プローブをできるだけ試験片に近づけたが、試験片には触れなかった。穿刺プローブを10インチ/分のクロスヘッド速度で、クランプ固定されたフィルムの中心に押し込んだ。試験片の中心で、厚さ測定を1回行った。各試験片について、穿刺(ft・lb/in)を決定した。各試験片の後に、穿刺プローブを「KIM−WIPE」を用いて洗浄した。
「Shrink Force Measurement of Low Shrink Force Films」、SPE ANTEC Proceedings、p.1264(2008)。フィルムサンプルの収縮張力は、フィルム固定具を備えたRSA−III Dynamic Mechanical Analyzer(TA Instruments;ニューキャッスル、DE)で行われた温度上昇試験によって測定された。「幅12.7mm」および「長さ63.5mm」のフィルム試験片を、試験のために機械方向(MD)または横方向(CD)のいずれかで、フィルムサンプルからダイカットした。フィルムの厚さは、Mitutoyo Absoluteデジメーターインジケーター(Model C112CEXB)により測定した。このインジケータの最大測定範囲は12.7mmであり、分解能は0.001mmである。各フィルム試験片上の異なる位置での3つの厚さ測定値の平均値と、サンプルの幅を使用し、フィルムの断面積(A)を算出した。この場合、フィルムサンプルの「A=幅×厚さ」であり、これを収縮フィルム試験に使用した。
TA Instruments製の標準的なフィルム張力用固定具を測定に使用した。ギャップと軸方向の力をゼロにする前に、RSA−IIIの乾燥器を、25℃で少なくとも30分間平衡状態にした。初期ギャップを20mmに設定した。次いで、フィルム試験片を上部および下部の固定具の両方に取り付ける。通常、MDだけの測定であれば、1枚のフィルムが必要である。CD方向の収縮張力は一般的には低いので、シグナルノイズ比を改善するために、測定ごとに2枚または4枚のフィルムが積み重ねられる。そのような場合、フィルムの厚さは、全ての積み重ねの合計である。この研究では、MD方向に1枚を使用し、CD方向に2枚を使用した。フィルムが25℃の初期温度に達した後、上部の固定具を手動で上下させ、−1.0gの軸方向の力を得た。これは、試験の開始時にフィルムの座屈または過度の伸びが生じないことを確認するためであった。その後、試験を開始した。固定具のギャップは、全測定中、一定に維持された。温度上昇は、90℃/分の速度で始まり、25℃から80℃へ、続いて80℃から160℃まで、20℃/分の速度で進んだ。80℃から160℃までの上昇の間、フィルムが収縮するにつれて、力変換器によって測定された収縮力を、さらなる分析のための温度の関数として記録した。「ピーク力」と「収縮力ピークの開始前のベースライン値」との差が、フィルムの収縮力(F)であると考えられる。フィルムの収縮張力は、フィルムの初期断面積(A)に対する収縮力(F)の比である。
実験の章
本発明のエチレン系ポリマーの調製
図4は、本発明のエチレン系ポリマー(LDPE)を製造するために使用される本プロセスの反応システムのブロック図である。図4の処理反応システムは、部分的に閉じたループ、二重リサイクル、高圧の低密度ポリエチレン製造システムである。この処理反応システムは、新鮮なエチレン供給ライン[1]と、ブースターと、プライマリコンプレッサ(「プライマリ」)と、ハイパーコンプレッサ(「ハイパー」)と、4ゾーンの管状反応器(「4ゾーンリアクター」)から構成される。流れ[3]は、「プレヒーター」によって十分に高い温度に加熱され、反応器の前面に供給される。流れ[11]は、側流として反応器に供給される。反応器内で、各反応ゾーン(図示せず)の入口に注入される1つ以上の遊離ラジカル開始系(表1を参照)をそれぞれ含む4つの混合物を用いて重合を開始する。各反応ゾーンの最高温度は、各反応ゾーンの開始時の開始剤の混合物の供給量を調節することによって、設定点で制御される。各反応ゾーンは、1つの入口と1つの出口を有する。各入口の流れは、前のゾーンからの出口の流れおよび/または添加されたエチレンを豊富に含む供給流からなる。重合が終了したら、反応混合物を減圧し、流れ[4]で冷却する。この処理はさらに、高圧分離器「HPS」からなり、HPSは、反応混合物を、冷却され、ハイパーの吸引部に戻るエチレンを豊富に含む流れ[8]と、さらなる分離のために低圧分離器「LPS」へと送られるポリマーを豊富に含む流れ[5]とに分けられる。LPSでは、エチレンを豊富に含む流れが冷却され、流れ[6]において、ブースター(「ブースター」)に再循環される。ブースターから、エチレンは、プライマリコンプレッサによりさらに圧縮される。供給物[2]は、その後、ハイパーコンプレッサの吸引部に再循環される。LPSを出るポリマー[7]をさらにペレット化し、パージする。連鎖移動剤「CTA」供給物[10]は、プライマリコンプレッサの吐出時に、エチレンの流れに注入される。流れ[9]は、不純物および/または不活性物質を除去するために使用されるパージ流である。冷却ジャケット(高圧水を使用)は、管状反応器および予熱器の外殻の周りに取り付けられる。
本発明の実施例1〜4では、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート(TBPO)、tert−ブチルペルオキシアセテート(TBPA)およびイソパラフィン炭化水素溶媒(沸点範囲171〜191℃、例えばISOPAR H)を、第1の反応ゾーンのための開始剤混合物として使用した。第2反応ゾーンには、ジ−tert−ブチルペルオキシド(DTBP)、TBPO、TBPAおよびイソパラフィン系炭化水素溶媒を含む混合物を使用した。第3および第4の反応ゾーンについては、TBPA、DTBPおよびイソパラフィン系炭化水素溶媒の混合物を使用した。このデータを、表1にまとめている。CTAとしてプロピレンを使用した。この処理に供給されるCTAの濃度は、生成物のメルトインデックスを制御するために調整される。
これらの重合条件は、広い分子量分布(MWD)を有する「LDPEフラクションメルトインデックス樹脂」を生成することが発見された。表2は、本発明のサンプルを作成するために使用される重合条件が、管状反応器中でポリマーの分子量分布を最適化するために、比較的低い反応圧力と、比較的高い反応ピーク温度であったことを示す。各ポリマーの分子量も、反応器に供給されるCTA(プロピレン)の濃度を下げることによって最適化された。
本発明の実施例および比較例の特性を表3〜10に列挙する。表3は、メルトインデックス(I2またはMI)、密度、ヘキサン抽出物%、ピーク溶融強度データを含む。本発明の実施例は、良好で比較的高い溶融強度を示し、吹込フィルムラインでの高い出力と合わせて、気泡安定性と、良好な機械特性の良好なバランスを与える。図5は、表3のサンプルについてのピーク溶融強度対メルトインデックスのプロットであり、これらの本発明のポリマー(IE1〜IE4)が、190℃でのピーク溶融強度が−65*(190℃でのI)+34cNより大きく、−65*(190℃でのI)+43cNより小さいことを示す。表3に示すメルトインデックスは、本発明の実施例の方がCE1よりも高いが、本発明の実施例の溶融強度は、最も低いメルトインデックスの比較ポリマーであるCE1の溶融強度と同等か、またはそれより大きい。これは、本発明のポリマー(LDPE)の分子設計に起因するものであり、これについてさらに論じる。表4〜表6は、本発明のポリマーについて、比較的広いMWD(conv)、広いMw(conv)/Mn(conv)比、比較的高いz平均分子量Mz(conv)および高い重量平均分子量Mw(conv)を示すTDGPCデータを含み、これらは全て、これらの本発明のポリマーで見られるように、高い溶融強度と吹込フィルムラインでの良好な出力に寄与する。Mn(conv)は、比較例のポリマーと比較して、本発明のポリマーでは比較的低い。
表5は、濃度検出器と組み合わせて、LSおよび粘度検出器から得られたTDGPCに関連する特性を含む。表5に見られるように、本発明のポリマーは、より高いMw(abs)、Mz(abs)およびMw(abs)/Mw(conv)を有することが発見された。これらのより高い値は、本発明のポリマーを使用して吹込フィルムラインで見られるように、比較的高い溶融強度および良好な出力と相関関係にある。本発明のポリマーは、高いMw(Mw(abs))および実質的に非常に高MWの材料(Mz(abs))において、長い分岐の量が多く(LCBfおよび/またはgpcBR)、所望の溶融強度および加工性の改善(例えば、吹込フィルム出力の増加およびスクリーン圧力の低下)に寄与することがわかった。上述のように、溶融強度は、CE1と比較して、より高いメルトインデックスの本発明の実施例の場合では、同等以上であり、これは主にTDGPC分子量の特徴によって記載される本発明のポリマーの設計に起因する。本発明のポリマーの設計は、さらなるポリマー(例えば、LLDPE)を含むか、または含まずにフィルムを作成したとき、良好な延伸性、気泡安定性、吹込フィルムの出力と共に、最適な溶融強度と、物理特性の良好なバランスを与えるように最適化される。
表6は、本発明の実施例と比較例との間の構造の差をさらに反映した、いくつかの固有のTDGPC特性を含む。CDFIR、CDFLSおよびCDFDVの決定は、上述の式8A、8Bおよび8Cに示される境界を用いて、全体のクロマトグラムに対して、フラクションのベースラインを引き算したクロマトグラフ面積から得たものである。Mw(abs)は、ベースラインを引き算した15度光散乱信号の質量によって正規化された面積から決定され、IV(Abs)は、ベースラインを引き算した比粘度のクロマトグラムの質量によって正規化された面積から決定される。Mw(abs)は、従来の重量平均分子量(Mw(conv))に対して比較され(比が計算された)、この比は、ポリマーの骨格分子量に対する全分子量(全ての分岐を含む)の指標である。優れた処理を維持するために、高いMz(abs)値(高分子量の分岐した内容物を示す)と共に、高い(Mw(abs)/Mw(conv))比を有し、区別可能なクロマトグラフィーの高いMW面積(高いCDFLS値によって示される)を有し、高いMWの検出可能な骨格セグメントの十分な供給(高いCDFDV値によって示される)、一方、十分に低い分子量の物質を有する(高いCDFIR値によって示される)、エチレン系ポリマーは、良好な溶融強度/加工性のバランスを得るために好ましい。
CDFLSは、高MWの非常に長鎖の分岐の含有量を規定する簡単な手段である(検出器の分割、外挿または高度な計算が必要ない)。CDFDVは、絡み合いのために利用可能なポリマーセグメントの量を記述するための簡単な手段である(このようなセグメントは、粘度応答を用いて識別可能である)。CDFIRは、低分子量の含有量を増やすことによって見出される処理の向上を記述するための簡単な手段である。IV(abs)およびMw(abs)は、それぞれ、より低い剪断速度で粘度を生じるポリマー成分を定量するための一般的な手段である。
表7は、0.1、1、10および100rad/sで測定した粘度、粘度比、または100rad/sで測定した粘度に対する0.1rad/sで測定した粘度の比(全て190℃で測定された)、0.1rad/s、190℃で測定したtanδによってまとめられるような、DMS粘度データを含む。本発明のポリマーは、それぞれ、比較的高い「低周波数粘度、0.1rad/sでの粘度」値を有していた。高い「低周波数粘度」は、良好な溶融強度、良好な気泡安定性および高いフィルム出力と相関関係にあるだろう。このように、これらの本発明の実施例は、比較例のポリマーと比較して、非常に良好な溶融強度および吹込フィルムラインでの非常に高い出力を示し、そのうちのいくつかは、より高い「低周波数粘度」値を有していた。周波数による粘度の変化を反映する粘度比は、低周波数粘度と同様に、本発明のポリマーでは比較的高いが、いくつかの比較例のポリマーほど常に高いわけではない。この高い比の値は、吹込フィルムを成功するときに、本発明の実施例の良好な加工性を反映したものである。本発明のポリマーの0.1rad/sでのtanδ値は、比較的低く、これは、高い溶融弾性の指標であり、良好な吹込フィルムの気泡安定性とも相関関係にあるだろう。
表8は、13C NMRによって測定された総炭素1000個あたりの分岐を含む。これらのLDPEポリマーは、アミル(すなわち、C5分岐)を含んでおり、これは、実質的に直鎖のポリエチレン、例えば、AFFINITY Polyolefin Plastomer、またはLLDPE、例えば、DOWLEX Polyethylene Resin(両方ともThe Dow Chemical Companyによって製造されている)には含まれていない。表8に示される本発明のLDPEおよび比較LDPEはそれぞれ1000個の炭素原子当たり0.5個以上のアミル基(分岐)を含む(本発明の実施例は1000個の炭素原子当たり1個以上のアミル基を含む)。本発明の実施例は、C1がCTAとして使用されるプロピレンに起因し、1000個の総炭素原子あたり、比較的低いレベルのC1を含む。比較例は、1000個の総炭素原子あたりのC1のレベルがはるかに高いか、またはC1が検出されないかのいずれかを含む。本発明の実施例も、1000個の総炭素原子あたり、最高レベルの1,3−ジエチル分岐を含み、1000個の総炭素原子あたり、最高レベルの四級炭素上のC2を含み、1000個の総炭素原子あたり、最高レベルのC4を含み、1000個の総炭素原子あたり、高いレベルのC5(アミル基)を含み、1000個の総炭素原子あたり、高いレベルのC6+を含むことも示されている。表9は、H NMRによる不飽和度の結果を含む。表10は、融点、T、融合熱、結晶化率および結晶化点TのDSC結果を含む。
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フィルム配合物
吹込フィルムを製造し、異なるLDPEおよび1つのLLDPE1(DOWLEX 2045G)を用い、物理特性を測定した。LLDPE1は、「1.0メルトインデックス(MIまたはI2)および0.920g/ccの密度」を有していた。フィルムは、LDPEおよびLLDPE1の重量を基準として、それぞれのLDPEが10重量%、20重量%、および50重量%になるように製造した。各配合物をMAGUIRE重量式ブレンダーで調合した。ポリマー処理助剤(PPA)であるDYNAMAR FX−5920Aを各配合物に添加した。PPAは、配合物の総重量を基準として、「1.125重量%のマスターバッチ」で添加された。PPAマスターバッチ(Ingenia AC−01−01、Ingenia Polymersから入手可能)は、ポリエチレン担体中にDYNAMAR FX−5920Aを8重量%含んでいた。これは、ポリマー中、900ppmのPPAに相当する。最大出力で製造されたフィルムでは、LLDPE1もLLDPEとして使用された。80重量%のDOWLEX 2045Gと20重量%のLDPE、および90重量%のDOWLEX 2045Gと10重量%のLDPEを用い、サンプルを最大出力で操作した。
吹込フィルムの製造
単層吹込フィルムを、ポリエチレン の「Davis Standard Barrier IIネジ」を備えた「8インチダイ」で製造した。
空気の輪による外部冷却と、内部の気泡による冷却を使用した。それぞれの吹込フィルムを製造するために使用される一般的な吹込フィルムパラメータを表11に示す。その温度は、ペレットホッパー(バレル1)に最も近い温度であり、ポリマーがダイを通って押出されるにつれて上がっていく。
Figure 2019507222
吹込フィルムの最大出力率を決定するためのフィルムの製造
フィルムサンプルは、制御された速度で、最大速度で製造された。制御された速度は、250lb/hrであり、これは、ダイの円周の1インチあたり10.0lb/hrの出力速度に等しい。最大出力の試行に使用されるダイの直径は、8インチのダイであり、制御された速度の場合、一例として、ダイ周囲の「lb/hr」と「lb/hr/インチ」との間の変換を式15に示す。同様に、このような式は、式15における最大速度を置換して、ダイ周辺の「lb/hr/インチ」を決定することによって、最大速度などの他の速度に使用することができる。
ダイ円周のLb/Hr/インチ=(250Lb/Hr)/(8*π)=10 (式15)。
所与のサンプルの最大速度は、気泡安定性が制限因子であった点まで出力速度を増加させることによって、決定された。両方のサンプル(標準速度および最大速度)について押出成形機のプロファイルを維持したが、モータ速度(rpm、回転数/分)が高いほど剪断速度が速かったため、最大速度のサンプルについて、溶融温度が高かった。最大気泡安定性は、気泡が空気の輪の中に留まらない点まで気泡を取ることによって決定した。その時点で、速度を下げ、空気の輪の中に気泡を再配置し、次いで、サンプルを集めた。気泡と接触した状態での冷却は、空気の輪を調整し、気泡を維持することによって調整した。これは、気泡の安定性を維持しつつ、最大出力速度とされた。フィルムの特性を表12〜14に列挙する。これらの表に見られるように、本発明の実施例は、LLDPE1とブレンドされたとき、良好な光学/ヘーズ、ダート、穿刺および引裂と共に優れた出力(最大出力、10%および20%LDPEで示される)を有する。従って、許容範囲の光学特性および靭性特性を維持しながら、LLDPE1とブレンドした場合、本発明の実施例で改善された出力が見られる。さらに、本発明の実施例は、LLDPE1とブレンドした場合、良好な収縮特性(収縮張力、自由収縮)を示す。さらに、特に実施例3の場合、スクリーン圧力(psi)は、試験したサンプルの中で最も低く、この樹脂の改善された加工性を示している。
Figure 2019507222
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Claims (10)

  1. 以下の特性:
    (a)Mw(abs)/Mw(conv)≧2.60;および
    (b)CDFIR(MW≦10,000g/moleで)≧0.145
    を有する、エチレン系ポリマーを含む組成物。
  2. 前記エチレン系ポリマーが、CDFDV(MW≧1.2×10g/moleで)≧0.05を有する、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記エチレン系ポリマーが、IV(固有粘度)(単位=dl/g)≧1.00dl/gを有する、請求項1〜2のいずれか一項に記載の組成物。
  4. 前記エチレン系ポリマーが、400,000g/mol〜600,000g/molのMw(abs)を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
  5. 前記エチレン系ポリマーが、CDFLS(≧750,000g/molで)≧0.45を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
  6. 前記エチレン系ポリマーが、「−65*(190℃でのI)+34cN」より大きく、「−65*(190℃でのI)+43cN」より小さい「190℃でのピーク溶融強度」を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
  7. 前記エチレン系ポリマーが、9〜13のMw(conv)/Mn(conv)(cc−GPC Mw/Mn)を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物。
  8. 前記エチレン系ポリマーが、0.01〜1.00g/10分のメルトインデックス(I2)を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
  9. 前記エチレン系ポリマーが、低密度ポリエチレン(LDPE)である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の組成物。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の組成物から作られる少なくとも1つの成分を含む物品。
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