JP2019515063A - エチレン一酸化炭素コポリマーを含む組成物 - Google Patents
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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、エチレン系ポリマーは、以下の特性、(A)ポリマーの重量に基づいて、0重量パーセント超〜10重量パーセント未満のCO(一酸化炭素)のCO含有量、及び(B)0.1g/10分〜3g/10分未満のメルトインデックス(I2)、及び(C)0.923〜0.928g/ccの密度、を有し、エチレン系ポリマーは、以下の関係を満たす融点Tm(℃)を有する:Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−447.8℃。【選択図】図1
Description
関連出願への参照
本出願は、2016年4月29日出願の米国特許仮出願第62/329,340号の利益を主張する。
本出願は、2016年4月29日出願の米国特許仮出願第62/329,340号の利益を主張する。
一酸化炭素(CO)を含有するエチレン系ポリマー、例えば、エチレン/一酸化炭素コポリマー(ECO)を含む組成物は、幅広い包装用途に使用される。良好な柔軟性(伸張、伸長、または弾性回復等)を必要とする包装用途のために、これらのポリマーは、好ましくは低い弾性(例えば、1%及び/または2%割線弾性係数)を有する。
ECOコポリマーは既知である。例えば、WO2014/105608には、0重量パーセント超〜10重量パーセント(重量%)のCOを含む低密度ポリエチレンが記載されている。これらのポリマーは、3〜30のメルトインデックス(MI、I2)を有する。WO2015/200426には、ECOコポリマーを作製するための高圧プロセスにおけるレオロジー改質剤(時には分岐剤とも称される)の使用が記載されている。WO2015/200430には、高圧LDPEの分子量分布を広げて低抽出物で高い溶融強度を提供するためのプロセス改善と組み合わせたCOの使用が記載されている。EP0984052には、熱硬化性樹脂と組み合わせた、α−オレフィン、CO、及びエチレン性不飽和カルボン酸エステルモノマーのターポリマーが記載されている。
コーティング及びフィルムに使用されるエチレン系ポリマーは、以下の参考文献に開示されている:国際公開第WO2011/071843号、同第WO1991/18944号、米国特許第5,178,960号、同第3,860,538号、同第4,714,741号、同第6,558,809号、同第4,962,164号、同第3,676,401号、GB1448062、EP0230143B1、Ward et al.,Ethylene−Carbon Monoxide Extrudable Adhesive Copolymers for Polyvinylidene Chloride,June 1988 Tappi Journal,pp.140−144、及びScott et al.,Degradable Polymers,Principles and Applications,Chapter 8:Ethylene−carbon monoxide copolymers,pp.156−168,Chapman and Hall(1995)。
本発明は、エチレン系ポリマーを含む組成物を提供し、エチレン系ポリマーは以下の特性、
(A)ポリマーの重量に基づいて、0重量パーセント超〜10重量パーセント未満のCO(一酸化炭素)のCO含有量、及び
(B)0.1g/10分〜3g/10分未満のメルトインデックス(I2)、及び
(C)0.923〜0.928g/ccの密度、を有し、
エチレン系ポリマーは、以下の関係を満たす融点Tm(℃)を有する:Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−447.8℃。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、高圧フリーラジカル重合によって形成される。
(A)ポリマーの重量に基づいて、0重量パーセント超〜10重量パーセント未満のCO(一酸化炭素)のCO含有量、及び
(B)0.1g/10分〜3g/10分未満のメルトインデックス(I2)、及び
(C)0.923〜0.928g/ccの密度、を有し、
エチレン系ポリマーは、以下の関係を満たす融点Tm(℃)を有する:Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−447.8℃。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、高圧フリーラジカル重合によって形成される。
上述のように、本発明は、エチレン系ポリマーを含む組成物を提供し、エチレン系ポリマーは以下の特性、
(A)ポリマーの重量に基づいて、0重量パーセント超〜10重量パーセント未満のCO(一酸化炭素)のCO含有量、及び
(B)0.1g/10分〜3g/10分未満のメルトインデックス(I2)、及び
(C)0.923〜0.928g/ccの密度、を有し、
エチレン系ポリマーは、以下の関係を満たす融点Tm(℃)を有する:Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−447.8℃。
(A)ポリマーの重量に基づいて、0重量パーセント超〜10重量パーセント未満のCO(一酸化炭素)のCO含有量、及び
(B)0.1g/10分〜3g/10分未満のメルトインデックス(I2)、及び
(C)0.923〜0.928g/ccの密度、を有し、
エチレン系ポリマーは、以下の関係を満たす融点Tm(℃)を有する:Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−447.8℃。
一実施形態では、エチレン系コポリマーは、高圧フリーラジカル重合によって形成される。
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み得る。
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み得る。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、0重量パーセント超〜6重量パーセント以下のCO(一酸化炭素)のCO含有量を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、0重量パーセント超〜4重量パーセント以下のCO(一酸化炭素)のCO含有量を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、0重量パーセント超、または0.01重量パーセント以上、または0.02重量パーセント以上、または0.05重量パーセント以上〜2.0重量パーセント以下、または1.5重量パーセント以下、または1.2重量パーセント以下、または1.0重量パーセント以下、または0.9重量パーセント以下、または0.8重量パーセント以下までのCOのCO含有量を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、0.05〜6.0重量パーセントのCO、さらには0.1〜4重量パーセント、さらには0.2〜2.0重量パーセント、さらには0.20〜1.0重量パーセント、さらには0.2〜0.9重量パーセント、さらには0.2〜0.8重量パーセントのCO含有量を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、0.05〜30重量パーセントのCO、さらには0.1〜25重量パーセント、さらには0.2〜20重量パーセント、さらには0.20〜15重量パーセント、さらには0.2〜10重量パーセント、さらには0.5〜3重量パーセント未満のCO含有量を有する。
本明細書中で使用される場合、CO含有量は、ポリマー中の重合されたCOを指す。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、80重量パーセント以上、さらには85重量パーセント以上の重合エチレンを含む。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、90重量パーセント以上、さらには95重量パーセント以上の重合エチレンを含む。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、97重量パーセント以上、さらには98重量パーセント以上の重合エチレンを含む。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、以下の関係を満たす融点Tm(℃)を有する:Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−447.8℃。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、以下の関係を満たす融点Tm(℃)を有する:Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−448.5℃。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、以下の関係を満たす融点Tm(℃)を有する:Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−451.5℃。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、以下の2つの関係を満たす融点Tm(℃)を有する:Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−448.5℃、及びTm(℃)>601.4*(密度(g/cc))−451.5℃。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、以下の2つの関係を満たす融点Tm(℃)を有する:Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−447.8℃、及びTm(℃)>601.4*(密度(g/cc))−451.5℃。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.923〜0.928g/cc、または0.923〜0.927g/ccの密度を有する(1cc=1cm3)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.923〜0.9275g/cc、または0.923〜0.927g/ccの密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.924〜0.928g/cc、または0.924〜0.927g/cc、または0.924〜0.926g/ccの密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.925〜0.928g/cc、または0.925〜0.927g/ccの密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.926〜0.928g/cc、または0.926〜0.927g/ccの密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.920〜0.928g/cc、または0.920〜0.927g/ccの密度を有する(1cc=1cm3)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.921〜0.928g/cc、または0.921〜0.927g/ccの密度を有する(1cc=1cm3)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.922〜0.928g/cc、または0.922〜0.927g/ccの密度を有する(1cc=1cm3)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.920g/cc以上、または0.921g/cc以上、または0.922g/cc以上の密度を有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.930g/cc以下、または0.929g/cc以下、または0.928g/cc以下の密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.928g/cc未満の密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.927g/cc未満の密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、DSCによって決定されたときに、101℃〜113℃、さらには102℃〜113℃、さらには103℃〜113℃の溶融温度Tmを有する(ピーク溶融温度)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、DSCによって決定されたときに、105℃〜113℃、さらには107℃〜113℃、さらには109℃〜113℃の溶融温度Tmを有する(ピーク溶融温度)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、DSCによって決定されたときに、102℃以上、さらには103℃以上、さらには104℃以上の溶融温度Tmを有する(ピーク溶融温度)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、DSCによって決定されたときに、107℃を超える溶融温度Tmを有する(ピーク溶融温度)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、DSCによって決定されたときに、105℃〜110℃の溶融温度Tmを有する(ピーク溶融温度)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定されたときに、1000炭素原子当たり0.5アミル基以上のアミル基レベルを有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定されたときに、1000炭素原子当たり1.0アミル基以上のアミル(C5)基レベルを有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定されたときに、1000炭素原子当たり1.2アミル基以上、さらには1000炭素原子当たり1.3アミル基以上、さらには1000炭素原子当たり1.4アミル基以上、さらには1000炭素原子当たり1.5アミル基以上のアミル基レベルを有する。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定されたときに、1000炭素原子当たり5.0アミル基以下、さらには1000炭素原子当たり4.5アミル基以下、さらには1000炭素原子当たり4.0アミル基以下、さらには1000炭素原子当たり3.5アミル基以下、さらには1000炭素原子当たり3.0アミル基以下のアミル基レベルを有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定されたときに、1000炭素原子当たり1.50アミル基以上、さらには1000炭素原子当たり1.55アミル基以上、さらには1000炭素原子当たり1.60アミル基以上のアミル基レベルを有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定されたときに、1000炭素原子当たり3.0 C6+基以下のC6+基レベルを有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定されたときに、1000炭素原子当たり2.8 C6+基以下、または1000炭素原子あたり2.6 C6+基以下のC6+(1000C当たり)基レベルを有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定されたときに、1000炭素原子あたり0.5 C6+基以上のC6+基レベルを有する。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定されたときに、1000炭素原子当たり1.0 C6+基以上、または1000炭素原子当たり1.5 C6+基以上のC6+(1000C当たり)基レベルを有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、TDGPCの従来の較正によって決定されたときに、4.0〜20.0、さらには4.2〜18.0、さらには4.5〜15.0の分子量分布(GPC(conv)Mw/Mn)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、TDGPCの従来の較正によって決定されたときに、4.0〜10.0、さらには4.2〜9.0、さらには4.5〜8.0、さらには4.5〜7.0、さらには5.0〜7.0、さらには5.0〜6.5の分子量分布(GPC(conv)Mw/Mn)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、TDGPCの従来の較正によって決定されたときに、15,000〜25,000g/mol、さらには16,000〜20,000g/mol、さらには17,000〜18,500g/molのMn(conv)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、TDGPCの従来の較正によって決定されたときに、100,000〜130,000g/mol、さらには105,000〜120,000g/mol、さらには110,000〜120,000g/molのMw(conv)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、TDGPCの従来の較正によって決定されたときに、375,000〜425,000g/mol、さらには380,000〜415,000g/mol、さらには390,000〜415,000g/molのMz(conv)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、TDGPC中の光散乱検出器によって決定されたときに、200,000〜275,000g/mol、さらには210,000〜260,000g/mol、さらには220,000〜250,000g/molのMw(abs)を有する。
一実施形態において、エチレン系ポリマーは、TDGPC中の光散乱検出器によって決定されたときに、11.0〜17.0、さらには12.0〜16.0、さらには13.0〜16.0のMz(abs)/Mw(abs)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、1.7〜2.3、さらには1.8〜2.2、さらには1.9〜2.2のLCBfを有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、1.6〜2.1、さらには1.7〜2.0、さらには1.8〜1.9のgpcBRを有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.1〜3.0未満、さらには0.2〜2.0、またはさらに0.3〜1.0g/10分(190℃/2.16kg)のメルトインデックス(I2)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.3〜0.8、さらには0.4〜0.7、さらには0.4〜0.6g/10分(190℃/2.16kg)のメルトインデックス(I2)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、最小28,000psi、または最小29,000psi、または最小30,000psiの1%割線弾性係数(圧縮成形されたプラークで測定)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、最大35,000psi、または最大34,000psi、または最大33,800psiの1%割線弾性係数(圧縮成形されたプラークで測定)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、28,000〜35,000psiの範囲、または29,000〜34,000psiの範囲、または30,000〜34,000psiの範囲の1%割線弾性係数(圧縮成形されたプラークで測定)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、最小28,000psi、または最小29,000psi、または最小30,000psiの2%割線弾性係数(圧縮成形されたプラークで測定)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、最大34,000psi、または最大33,000psi、または最大32,000psiの2%割線弾性係数(圧縮成形されたプラークで測定)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、27,000〜34,000psiの範囲、または28,000〜34,000psiの範囲、または28,000〜33,000psi、または29,000〜32,000psiの範囲の2%割線弾性係数(圧縮成形されたプラークで測定)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、少なくとも10cN、または少なくとも11cN、または少なくとも12cN、または少なくとも13cNの溶融強度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、18cN以下、または17cN以下の190℃での溶融強度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、17センチニュートン(CN)以下の190℃での溶融強度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、10〜17cNの範囲、または11〜16cNの範囲、または12〜15cNの範囲の溶融強度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、重合形態で、エチレンモノマー及びCOコモノマーを含む低密度ポリエチレンである。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、重合エチレンとCOとの合計の≧95重量%、または≧98重量%、または≧99重量%、または≧99.5重量%を含む。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、重合形態で、唯一のモノマー種としてエチレン及びCOを含む。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、重合エチレンの過半量を含む。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、90重量パーセント以上、さらには95重量パーセント以上の重合エチレンを含む。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、重合エチレンとCOとの合計の95重量パーセント以上を含む。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、エチレン−一酸化炭素コポリマーである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.1ラジアン/秒及び190℃で、≧20,000Pa・s、または≧20,500Pa・s、または≧21,000Pa・sの溶融速度を有する。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.1ラジアン/秒及び190℃で、≦22,500Pa・s、または≦22,000Pa・sの溶融速度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、29.0〜32.0、より好ましくは29.5〜31.5、最も好ましくは30.0〜31.0の粘度比(190℃でV0.1/V100)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、1.90〜2.20、または1.95〜2.15、または2.00〜2.10のタンデルタ(190℃で0.1ラジアン/秒で測定)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、45.0〜50.0、または46.0〜49.0、または47.0〜48.0の結晶化度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、組成物の重量に基づいて、10重量パーセント以上で存在する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、組成物の重量に基づいて、10〜50重量パーセント、さらには20〜40重量パーセントの量で存在する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、組成物の重量に基づいて60〜90重量パーセント、さらには65〜85重量パーセントの量で存在する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、組成物の重量に基づいて、1.0〜10重量パーセント、さらに1.5〜5.0重量パーセントの量で存在する。
一実施形態では、組成物は、第2のエチレン系ポリマーをさらに含む。さらなる実施形態では、第2のエチレン系ポリマーは、LDPE、エチレン/α−オレフィンコポリマー、またはそれらの組み合わせから選択される。
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、密度、メルトインデックス、コモノマー、コモノマー含有量等の1つ以上の特性が異なる別のエチレン系ポリマーをさらに含む。好適な他のエチレン系ポリマーは、DOWLEXポリエチレン樹脂、TUFLIN直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)樹脂、AFFINITYポリオレフィンプラストマー、ENGAGEポリオレフィンエラストマー、ELITE及び/またはELITE ATエンハンストポリエチレン樹脂(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(0.935〜0.955g/ccの密度)、EXCEEDポリマー及びENABLEポリマー(両方ともExxonMobil製)、LDPE、ならびにEVA(エチレンビニルアセテート)を含むが、これらに限定されない。
一実施形態において、組成物は、プロピレン系ポリマーをさらに含む。好適なプロピレン系ポリマーは、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及びコポリマー、ならびにプロピレン/エチレンインターポリマー及びコポリマーを含む。
一実施形態において、組成物は、不均一に分枝したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、及び好ましくは、不均一に分枝したエチレン/α−オレフィンコポリマーをさらに含む。一実施形態では、不均一に分枝したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、及び好ましくは不均一に分枝したエチレン/α−オレフィンコポリマーは、0.89〜0.94g/cc、さらには0.90〜0.93g/ccの密度を有する。さらなる実施形態では、組成物は、組成物の重量に基づいて、1〜99重量パーセント、さらには15〜85重量パーセントの本発明のエチレン系ポリマーを含む。
一実施形態において、組成物は、組成物の重量に基づいて、5ppm未満、さらには2ppm未満、さらには1ppm未満、さらには0.5ppm未満の硫黄を含む。
一実施形態において、組成物は、硫黄を含有しない。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、レオロジー改質剤から誘導される基を含有しない、例えば、WO2015/200426に開示されるそのような薬剤を参照されたい。
一実施形態では、組成物は、1.5〜80重量パーセント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、第2のエチレン系ポリマーをさらに含む。一実施形態では、組成物は、LDPE、またはエチレン/α−オレフィンコポリマー、またはその両方をさらに含む。
一実施形態では、組成物はさらにLLDPEを含む。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、低密度、高圧エチレン−COコポリマーである。
一実施形態では、組成物は、1.5〜20重量パーセント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LLDPEをさらに含む。
一実施形態では、組成物は、20〜80重量パーセント、さらには50〜80重量パーセント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み得る。
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み得る。
本発明はまた、先の実施形態のいずれかの本発明のエチレン系ポリマーを形成するためのプロセスも提供し、該プロセスは、エチレン、一酸化炭素、及び任意選択的に、少なくとも1つの他のコモノマーを、少なくとも1つの管状反応器において重合することを含む。
本発明はまた、先の実施形態のいずれかの本発明のエチレン系ポリマーを形成するためのプロセスも提供し、該プロセスは、エチレン、一酸化炭素、及び任意選択的に、少なくとも1つの他のコモノマーを、少なくとも1つのオートクレーブ反応器において重合することを含む。
本発明はまた、先の実施形態のいずれかの本発明のエチレン系ポリマーを形成するためのプロセスも提供し、該プロセスは、エチレン、一酸化炭素、及び任意選択的に、少なくとも1つの他のコモノマーを、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との組み合わせにおいて重合することを含む。
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み得る。
本発明はまた、本明細書に記載の1つ以上の実施形態の組成物から形成される少なくとも1つの構成成分を含む物品を提供する。
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み得る。
本発明はまた、本明細書に記載の1つ以上の実施形態の組成物から形成されたコーティングを提供する。
本発明のコーティングは、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み得る。
プロセス
本発明のエチレン系ポリマーを生成するためには、高圧のフリーラジカル開始重合プロセスが典型的に使用される。2つの異なる高圧フリーラジカル開始重合プロセスの種類が知られている。第1の種類では、1つ以上の反応ゾーンを有する撹拌オートクレーブ容器が使用される。オートクレーブ反応器は、通常、開始剤もしくはモノマー供給物、またはその両方のためのいくつかの注入点を有する。第2の種類では、ジャケット付き管が、1つ以上の反応ゾーンを有する反応器として使用される。限定されるものではないが、好適な反応器の長さは、100〜3000メートル(m)、または1000〜2000mであってもよい。どちらの種類の反応器についても、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)、コモノマー(複数可)、及びこれらの任意の組み合わせのいずれかのサイド注入によって定義される。高圧プロセスは、1つ以上の反応ゾーンを有するオートクレーブもしくは管状反応器において、またはそれぞれが1つ以上の反応ゾーンを含むオートクレーブと管状反応器との組み合わせにおいて実行され得る。
本発明のエチレン系ポリマーを生成するためには、高圧のフリーラジカル開始重合プロセスが典型的に使用される。2つの異なる高圧フリーラジカル開始重合プロセスの種類が知られている。第1の種類では、1つ以上の反応ゾーンを有する撹拌オートクレーブ容器が使用される。オートクレーブ反応器は、通常、開始剤もしくはモノマー供給物、またはその両方のためのいくつかの注入点を有する。第2の種類では、ジャケット付き管が、1つ以上の反応ゾーンを有する反応器として使用される。限定されるものではないが、好適な反応器の長さは、100〜3000メートル(m)、または1000〜2000mであってもよい。どちらの種類の反応器についても、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)、コモノマー(複数可)、及びこれらの任意の組み合わせのいずれかのサイド注入によって定義される。高圧プロセスは、1つ以上の反応ゾーンを有するオートクレーブもしくは管状反応器において、またはそれぞれが1つ以上の反応ゾーンを含むオートクレーブと管状反応器との組み合わせにおいて実行され得る。
連鎖移動剤(CTA)は、分子量を制御するために使用されることができる。一実施形態では、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。使用できる典型的なCTAは、プロピレン、イソブタン、n−ブタン、1−ブテン、メチルエチルケトン、アセトン、及びプロピオンアルデヒドを含むが、これらに限定されない。一実施形態では、このプロセスに使用されるCTAの量は、全反応混合物の0.03〜10重量パーセントである。
本発明のポリマーの作製に新鮮なエチレンのみが使用されるように、エチレン系ポリマーの生成に使用されるエチレンは、ループ再循環ストリームから不純物を除去することによって、または反応システム構成を使用することによって得られる、精製されたエチレンであり得る。エチレン系ポリマーを作製するために精製されたエチレンのみが必要とされ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することができる。
添加剤
本発明の組成物は、1つ以上の添加剤を含み得る。添加剤は、安定剤、可塑剤、帯電防止剤、顔料、染料、核形成剤、充填剤、スリップ剤、難燃剤、加工助剤、煙抑制剤、粘度調整剤、及びアンチブロッキング剤を含むが、これらに限定されない。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に基づいて、(合計重量で)10パーセント未満の1つ以上の添加剤を含み得る。
本発明の組成物は、1つ以上の添加剤を含み得る。添加剤は、安定剤、可塑剤、帯電防止剤、顔料、染料、核形成剤、充填剤、スリップ剤、難燃剤、加工助剤、煙抑制剤、粘度調整剤、及びアンチブロッキング剤を含むが、これらに限定されない。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に基づいて、(合計重量で)10パーセント未満の1つ以上の添加剤を含み得る。
一実施形態では、本発明のポリマーは、1つ以上の安定剤、例えば、IRGANOX 1010、IRGANOX 1076、及びIRGAFOS 168(Ciba Specialty Chemicals、Glattbrugg,Switzerland)等の抗酸化剤で処理される。一般に、ポリマーは、押出または他の溶融プロセスの前に1つ以上の安定剤で処理される。可塑剤等の加工助剤は、ジオクチルフタレート及びジイソブチルフタレート等のフタレート、ラノリン等の天然油、ならびに石油精製から得られるパラフィン、ナフテン、及び芳香油、ならびにロジンまたは石油原料由来の液体樹脂を含むが、これらに限定されない。加工助剤として有用な、例示的な等級の油は、KAYDOL油(Chemtura Corp.、Middlebury,Conn.)及びSHELLFLEX 371ナフテン油(Shell Lubricants、Houston,Tex.)等の白色鉱油を含む。1つの他の好適な油は、TUFFLO油(Lyondell Lubricants、Houston、Tex)である。
本発明のポリマーと他のポリマーとのブレンド及び混合物が行われてもよい。本発明のポリマーとブレンドするのに好適なポリマーは、天然及び合成ポリマーを含む。ブレンドのための例示的なポリマーは、プロピレン系ポリマー(例えば、耐衝撃性ポリプロピレン、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、及びランダムエチレン/プロピレンコポリマー)、種々の種類のエチレン系ポリマー、例えば、高圧フリーラジカルLDPE、チーグラー・ナッタ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されるPE(ポリエチレン)、例えば、複数反応器PE(チーグラー・ナッタPEとシングルサイト触媒PEとの「反応器内」ブレンド、例えば、USP6,545,088(Kolthammer et al.)、6,538,070(Cardwell,et al.)、6,566,446(Parikh,et al.)、5,844,045(Kolthammer et al.)、5,869,575(Kolthammer et al.)、及び6,448,341(Kolthammer et al.)に開示されている生成物等)、EVA、エチレン/ビニルアルコールコポリマー、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、ABS、スチレン/ブタジエンブロックコポリマー、及それらの水素化誘導体(SBS及びSEBS)、ならびに熱可塑性ポリウレタンを含む。オレフィンプラストマー及びエラストマー等の均質ポリマー、エチレン及びプロピレン系コポリマー(例えば、VERSIFY Plastomers&Elastomers(The Dow Chemical Company)及びVISTAMAXX(ExxonMobil Chemical Co.)の商品名で入手可能なポリマー)もまた、本発明のポリマーを含むブレンド中の構成成分として有用であり得る。
用途
本発明のポリマーは、単層フィルム及びシート、多層フィルム及びシート、ブロー成形、射出成形、または回転成形された物品等の成形品、コーティング、繊維、及び織布または不織布を含むが、これらに限定されない、有用な物品を製造するための様々な従来の熱可塑性製造プロセスに用いられ得る。
本発明のポリマーは、単層フィルム及びシート、多層フィルム及びシート、ブロー成形、射出成形、または回転成形された物品等の成形品、コーティング、繊維、及び織布または不織布を含むが、これらに限定されない、有用な物品を製造するための様々な従来の熱可塑性製造プロセスに用いられ得る。
本発明のポリマーは、押出コーティング、食品包装、消費者、工業、農業(散布剤またはフィルム)、積層フィルム、青果用フィルム、肉用フィルム、チーズ用フィルム、キャンディ用フィルム、透明収縮フィルム、照合収縮フィルム、延伸フィルム、サイレージ用フィルム、温室用フィルム、燻蒸用フィルム、裏地フィルム、延伸フード、丈夫な輸送用袋、ペットフード、サンドウィッチバッグ、シーラント、及びおむつの裏シートを含むがこれらに限定されない様々なフィルムに使用され得る。
本発明のポリマーは、他の直接的な最終用途においても有用である。本発明のポリマーは、真空成形操作のためのシート押出におけるワイヤ及びケーブルのコーティング操作、ならびに射出成形、ブロー成形、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他の好適な用途は、弾性フィルム及び繊維、器具のハンドル等の柔らかい手触りの商品、ガスケット及びプロフィール、自動車内装部品及びプロフィール、発泡製品(連続気泡及び独立気泡の両方)、高密度ポリエチレンまたは他のオレフィンポリマー等の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、ならびにフローリングを含む。
定義
「高圧フリーラジカル重合プロセス」という語句は、本明細書で使用される場合、少なくとも1000バール(100MPa)の高圧で実行されるフリーラジカル開始重合を指す。
「高圧フリーラジカル重合プロセス」という語句は、本明細書で使用される場合、少なくとも1000バール(100MPa)の高圧で実行されるフリーラジカル開始重合を指す。
「低密度高圧エチレン−COコポリマー」という用語は、本明細書で使用される場合、少なくとも1000バール(100MPa)の高圧で実行されるフリーラジカル重合を用いて重合されるエチレン−COコポリマーを指す。
「ポリマー」という用語は、本明細書で使用される場合、同じかまたは異なる種類のモノマーを重合することによって調製される化合物を指す。したがって、ポリマーという一般的な用語は、ホモポリマーという用語(微量の不純物がポリマー構造に組み込まれ得るという理解の下に、唯一の種類のモノマーから調製されるポリマーを指すために用いられる)、及び本明細書において以下に定義されるようなインターポリマーという用語を包含する。微量の不純物(例えば、触媒残渣)が、ポリマー中及び/またはポリマー内に組み込まれ得る。
「インターポリマー」という用語は、本明細書で使用される場合、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るポリマーを指す。インターポリマーという一般的な用語は、コポリマー(2つ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用いられる)、及び2つ以上の異なる種類のモノマーから調製されるポリマーを含む。
「エチレン系ポリマー」という用語は、本明細書で使用される場合、(ポリマーの重量に基づいて)過半量の重合エチレンモノマーを含むポリマーを指し、任意選択的に、少なくとも1つのコモノマーを包含し得る。
「エチレン/α−オレフィンインターポリマー」という用語は、本明細書で使用される場合、(インターポリマーの重量に基づいて)過半量の重合エチレンモノマーと、少なくとも1つのα−オレフィンとを含むインターポリマーを指す。
「エチレン/α−オレフィンコポリマー」という用語は、本明細書で使用される場合、2つのみのモノマー種として、(コポリマーの重量に基づいて)過半量の重合エチレンモノマーと、α−オレフィンとを含むコポリマーを指す。
「エチレン系ポリマー」という用語は、本明細書で使用される場合、(ポリマーの重量に基づいて)過半量の重合エチレンを含むポリマーを指し、任意選択的に、少なくとも1つのコモノマーを含み得る。
本明細書で使用される場合、「組成物」という用語は、組成物を含む材料の混合物、ならびに組成物の材料から形成される反応生成物及び分解生成物を指す。
「ブレンド」または「ポリマーブレンド」という用語は、使用される場合、2つ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)であってもまたはなくてもよい。ブレンドは、相分離していてもまたはしていなくてもよい。ブレンドは、透過電子分光法、光散乱、X線散乱、及び当該技術分野で既知の他の方法から決定されたときに、1つ以上のドメイン構成を含んでもまたは含まなくてもよい。ブレンドは、マクロレベル(例えば、溶融ブレンド樹脂もしくは配合)またはミクロレベル(例えば、同じ反応器内での同時成形)で2つ以上のポリマーを物理的に混合することによって達成され得る。
「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(having)」という用語、及びそれらの派生語は、それらが具体的に開示されているか否かにかかわらず、任意の追加の構成要素、ステップまたは手順の存在を除外することを意図するものではない。いかなる疑いも避けるために、「含む(comprising)」という用語を使用して特許請求される全ての組成物は、それとは反対のことが言及されない限り、ポリマー性かそうでないかに関わらず、あらゆる追加の添加剤、補助剤、または化合物を含み得る。対照的に、「本質的に〜からなる」という用語は、操作性に必須ではないものを除いて、あらゆる後続の記載の範囲から、任意の他の構成要素、ステップ、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列挙されていない任意の構成要素、ステップ、または手順を除外する。
試験方法
密度
密度測定用の試料は、ASTM D 4703−10 Annex A1 Procedure Cに従って調製された。約7gの試料を「2インチ×2インチ×135ミルの厚さ」の金型に入れ、これを374°F(190℃)で6分間、3,000lbf(0.0133MN)で加圧した。次いで、4分間、30,000lbf(0.133MN)まで圧力を上昇させた。これに続いて、毎分15℃、30,000lbf(0.133MN)で、約40℃の温度まで冷却した。次いで、「2インチ×2インチ×135ミル」のポリマー試料(プラーク)を金型から取り出し、1/2インチ×1インチのダイカッターでプラークから3つの試料を切断した。密度測定は、ASTM D792−08、方法Bを使用して、試料加圧の1時間以内に行った。密度は、3回の測定の平均として報告された。
密度
密度測定用の試料は、ASTM D 4703−10 Annex A1 Procedure Cに従って調製された。約7gの試料を「2インチ×2インチ×135ミルの厚さ」の金型に入れ、これを374°F(190℃)で6分間、3,000lbf(0.0133MN)で加圧した。次いで、4分間、30,000lbf(0.133MN)まで圧力を上昇させた。これに続いて、毎分15℃、30,000lbf(0.133MN)で、約40℃の温度まで冷却した。次いで、「2インチ×2インチ×135ミル」のポリマー試料(プラーク)を金型から取り出し、1/2インチ×1インチのダイカッターでプラークから3つの試料を切断した。密度測定は、ASTM D792−08、方法Bを使用して、試料加圧の1時間以内に行った。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、条件190℃/2.16kg、手順Bに従って測定し、10分当たりに溶出されるグラム数(g/10分)で報告された。
メルトインデックス(MI)、またはI2は、ASTM D 1238−10、条件190℃/2.16kg、手順Bに従って測定し、10分当たりに溶出されるグラム数(g/10分)で報告された。
ヘキサン抽出物
ポリマーペレット(さらなる変更を行わない重合ペレット化プロセスから、「1インチ×1インチ」の正方形フィルム1枚当たり約2.2グラム)を、Carver Pressで3.0〜4.0ミルの厚さに加圧した。ペレットを190℃で3分間、40,000lbf(0.178MN)で加圧した。操作者の手の残油によるフィルムの汚染を防ぐために、非残留物手袋(PIP* CleanTeam* CottonLisle Inspection Gloves、部品番号:97−501)を着用した。各フィルムを「1インチ×1インチ」の正方形に切りそろえ、重量を測定した(2.5±0.05g)。加熱した水浴中の、49.5±0.5℃の約1000mlのヘキサンを含有するヘキサン容器内でフィルムを2時間抽出した。ヘキサンは、異性体「ヘキサン」混合物(例えば、ヘキサン(Optima)、Fisher Chemical、HPLC用の高純度移動相及び/またはGC用抽出溶媒)であった。2時間後、フィルムを取り出し、清浄なヘキサン中ですすぎ、完全真空の真空オーブン(ISOTEMP Vacuum Oven、Model 281A、約30インチHg)(80±5℃)内で2時間乾燥させた。次いで、フィルムをデシケーターに入れ、最低1時間室温まで冷却した。次いで、フィルムの重量を再度測定し、ヘキサン中の抽出による質量損失の量を計算した。この方法は、21 CRF 177.1520(d)(3)(ii)に基づいているが、n−ヘキサンの代わりにヘキサンを使用することによりFDAプロトコルから1点逸脱している。3回の測定の平均が報告された。
ポリマーペレット(さらなる変更を行わない重合ペレット化プロセスから、「1インチ×1インチ」の正方形フィルム1枚当たり約2.2グラム)を、Carver Pressで3.0〜4.0ミルの厚さに加圧した。ペレットを190℃で3分間、40,000lbf(0.178MN)で加圧した。操作者の手の残油によるフィルムの汚染を防ぐために、非残留物手袋(PIP* CleanTeam* CottonLisle Inspection Gloves、部品番号:97−501)を着用した。各フィルムを「1インチ×1インチ」の正方形に切りそろえ、重量を測定した(2.5±0.05g)。加熱した水浴中の、49.5±0.5℃の約1000mlのヘキサンを含有するヘキサン容器内でフィルムを2時間抽出した。ヘキサンは、異性体「ヘキサン」混合物(例えば、ヘキサン(Optima)、Fisher Chemical、HPLC用の高純度移動相及び/またはGC用抽出溶媒)であった。2時間後、フィルムを取り出し、清浄なヘキサン中ですすぎ、完全真空の真空オーブン(ISOTEMP Vacuum Oven、Model 281A、約30インチHg)(80±5℃)内で2時間乾燥させた。次いで、フィルムをデシケーターに入れ、最低1時間室温まで冷却した。次いで、フィルムの重量を再度測定し、ヘキサン中の抽出による質量損失の量を計算した。この方法は、21 CRF 177.1520(d)(3)(ii)に基づいているが、n−ヘキサンの代わりにヘキサンを使用することによりFDAプロトコルから1点逸脱している。3回の測定の平均が報告された。
核磁気共鳴(13C NMR)
各試料は、10mm NMR管内の「0.25〜0.40gのポリマー試料」に、「0.025M Cr(AcAc)3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約3gの50/50混合物」を添加することにより調製された。次いで、加熱ブロック及びヒートガンを使用して、管及びその内容物を150℃に加熱することにより試料を溶解して均質化した。各溶解試料を目視して均質性を確保した。全てのデータは、Bruker Dual DUL高温CryoProbeを備えたBruker 400MHz分光計を使用して収集された。データは、120℃の試料温度で、6秒パルス繰り返し遅延、90度のフリップ角、及び逆ゲートデカップリングを用いて取得した。全ての測定は、ロックモードで非回転試料に対して行われた。13C NMR化学シフトは、30.0ppmでEEE三連子を内部基準とした。C6+値は、LDPE中のC6+分枝の直接的な尺度であり、長い分枝と鎖末端とは区別されなかった。6つ以上の炭素の全ての鎖または分岐の末端から3番目の炭素を表す32.2ppmのピークを用いてC6+値を決定した。対象となる他のピークを表Aに示す。
各試料は、10mm NMR管内の「0.25〜0.40gのポリマー試料」に、「0.025M Cr(AcAc)3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約3gの50/50混合物」を添加することにより調製された。次いで、加熱ブロック及びヒートガンを使用して、管及びその内容物を150℃に加熱することにより試料を溶解して均質化した。各溶解試料を目視して均質性を確保した。全てのデータは、Bruker Dual DUL高温CryoProbeを備えたBruker 400MHz分光計を使用して収集された。データは、120℃の試料温度で、6秒パルス繰り返し遅延、90度のフリップ角、及び逆ゲートデカップリングを用いて取得した。全ての測定は、ロックモードで非回転試料に対して行われた。13C NMR化学シフトは、30.0ppmでEEE三連子を内部基準とした。C6+値は、LDPE中のC6+分枝の直接的な尺度であり、長い分枝と鎖末端とは区別されなかった。6つ以上の炭素の全ての鎖または分岐の末端から3番目の炭素を表す32.2ppmのピークを用いてC6+値を決定した。対象となる他のピークを表Aに示す。
データ分析(CO含有量)
1000エチレン炭素当たりのCO単位の数は、全範囲の積分を1000に設定し、表BのA2及びA3に対応するピークを積分することによって決定される。これらの積分値を平均して2で除し、エチレンから1000炭素当たりのモルCOを得る。C=O炭素は全範囲の積分には含まれない。ECOでは、モル%COと重量%COの値は同じである。モル%COは、CO単位/1000C=1000全炭素当たりのモルCO。1モルエチレン=(1000−CO単位/1000C)/2。
1000エチレン炭素当たりのCO単位の数は、全範囲の積分を1000に設定し、表BのA2及びA3に対応するピークを積分することによって決定される。これらの積分値を平均して2で除し、エチレンから1000炭素当たりのモルCOを得る。C=O炭素は全範囲の積分には含まれない。ECOでは、モル%COと重量%COの値は同じである。モル%COは、CO単位/1000C=1000全炭素当たりのモルCO。1モルエチレン=(1000−CO単位/1000C)/2。
核磁気共鳴(1H NMR)
各試料は、NORELL 1001−7、10mm NMR管内の、0.001M Cr(AcAc)3を含む「3.25gの50/50重量のテトラクロロエタン−d2/ペルクロロエチレン」に、約130mgの試料を添加することにより調製された。酸化を防止するために、管に挿入したピペットを介して、約5分間溶媒を通してN2を通気することにより試料をパージした。管に蓋をし、TEFLON(登録商標)テープで密閉し、次いで室温で一晩浸漬して試料の溶解を促進した。115℃で試料を加熱及びボルテックスして均質性を確保した。
各試料は、NORELL 1001−7、10mm NMR管内の、0.001M Cr(AcAc)3を含む「3.25gの50/50重量のテトラクロロエタン−d2/ペルクロロエチレン」に、約130mgの試料を添加することにより調製された。酸化を防止するために、管に挿入したピペットを介して、約5分間溶媒を通してN2を通気することにより試料をパージした。管に蓋をし、TEFLON(登録商標)テープで密閉し、次いで室温で一晩浸漬して試料の溶解を促進した。115℃で試料を加熱及びボルテックスして均質性を確保した。
1H NMRは、Bruker Dual DUL高温CryoProbeを備えたBruker AVANCE 400MHz分光計上で、試料温度120℃で行われた。全ポリマープロトンを定量化するための対照スペクトル、及び二重事前飽和実験の2つの実験を行ってスペクトルを得、それによって強いポリマー骨格ピークを抑制し、末端基を定量化するための高感度スペクトルを可能にした。対照は、ZGパルス、16走査、AQ 1.64秒、D1 14秒で行われた。二重事前飽和実験は、変更されたパルスシーケンス、100走査、AQ 1.64秒、事前飽和遅延1秒、緩和遅延13秒で行われた。
TCE−d2(6.0ppm)中の残留1Hからの信号を積分し、100の値に設定し、3〜−0.5ppmの積分を対照実験におけるポリマー全体からの信号として使用した。事前飽和実験では、TCE信号も100に設定し、不飽和の対応する積分(約5.40〜5.60ppmのビニレン(シス及びトランス)、約5.16〜5.35ppmの三置換、約4.95〜5.15ppmのビニル、及び約4.70〜4.90ppmのビニリデン)を得た。
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に取り付けたGottfert Rheotens 71.97(Goettfert Inc.;Rock Hill,SC)上で実施した。溶融試料(約25〜30グラム)は、長さ30mm、直径2.0mm、及びアスペクト比(長さ/直径)15の平坦な入口角度(180度)を有するGoettfert Rheotester 2000キャピラリーレオメータで供給された。190℃で10分間試料を平衡化した後、0.265mm/秒の一定のピストン速度でピストンを稼働させた。標準試験温度は190℃であった。2.4mm/秒2の加速度で、ダイの100mm下に位置する一連の加速ニップまで試料を一軸延伸した。引張力は、ニップロールの巻き取り速度の関数として記録された。溶融強度は、ピークまたは最大プラトー力(cN)として報告された。溶融強度測定には以下の条件を使用した:プランジャ速度=0.265mm/秒、車輪加速度=2.4mm/秒2、キャピラリー直径=2.0mm、キャピラリー長さ=30mm、及びバレル直径=12mm。溶融強度は、ストランドが破断する前のプラトー力(cN)として報告される。
溶融強度の測定は、Gottfert Rheotester 2000キャピラリーレオメータに取り付けたGottfert Rheotens 71.97(Goettfert Inc.;Rock Hill,SC)上で実施した。溶融試料(約25〜30グラム)は、長さ30mm、直径2.0mm、及びアスペクト比(長さ/直径)15の平坦な入口角度(180度)を有するGoettfert Rheotester 2000キャピラリーレオメータで供給された。190℃で10分間試料を平衡化した後、0.265mm/秒の一定のピストン速度でピストンを稼働させた。標準試験温度は190℃であった。2.4mm/秒2の加速度で、ダイの100mm下に位置する一連の加速ニップまで試料を一軸延伸した。引張力は、ニップロールの巻き取り速度の関数として記録された。溶融強度は、ピークまたは最大プラトー力(cN)として報告された。溶融強度測定には以下の条件を使用した:プランジャ速度=0.265mm/秒、車輪加速度=2.4mm/秒2、キャピラリー直径=2.0mm、キャピラリー長さ=30mm、及びバレル直径=12mm。溶融強度は、ストランドが破断する前のプラトー力(cN)として報告される。
動的機械分光法(DMS)
樹脂を、空気中、350°Fで6.5分間、20,000lbf(0.0890MN)下で「3mm厚×1インチ」の円形プラークに圧縮成形した。次いで、試料をプレスから取り出し、冷却するためにカウンター上に置いた。
樹脂を、空気中、350°Fで6.5分間、20,000lbf(0.0890MN)下で「3mm厚×1インチ」の円形プラークに圧縮成形した。次いで、試料をプレスから取り出し、冷却するためにカウンター上に置いた。
窒素パージ下、25mm(直径)の平行プレートを備えたTA Instrumentsの「Advanced Rheometric Expansion System(ARES)」を使用して、一定の温度周波数掃引を行った。試料をプレート上に置き、190℃で5分間溶融させた。次いで、プレートを2mmの間隙まで閉じ、試料を切りそろえ(「直径25mm」のプレートの円周を越えて延在する余分な試料を除去した)、次いで試験を開始した。この方法には、温度平衡を可能にするために、さらに5分の遅延が組み込まれていた。実験は、0.1〜100ラジアン/秒の周波数範囲にわたって190℃で行われた。ひずみ振幅は10%で一定であった。複素粘度η*、タン(δ)またはタンデルタ、0.1ラジアン/秒(V0.1)での粘度、1ラジアン/秒(V1)での粘度、10ラジアン/秒(V10)での粘度、100ラジアン/秒(V100)での粘度、及び粘度比(V0.1/V100)を測定した。
トリプル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、Precision Detectors(現在のAgilent Technologies)2角度レーザー光散乱(LS)検出器Model 2040に連結されたIR5赤外線検出器(IR5)、及びそれに続くPolymerChar 4キャピラリー粘度検出器を備えた、PolymerChar GPC−IR(Valencia,Spain)高温GPCクロマトグラフからなっていた。全ての光散乱測定には、15度の角度を測定目的で使用した。オートサンプラーの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、各々が30cmの4つのAgilent「Mixed A」カラムであり、各々に20ミクロンの直線混合層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、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有する1,2,4−トリクロロベンゼンであった。溶媒源に窒素をスパージした。注入量は200マイクロリットルであり、流量は1.0ミリリットル/分であった。
クロマトグラフィーシステムは、Precision Detectors(現在のAgilent Technologies)2角度レーザー光散乱(LS)検出器Model 2040に連結されたIR5赤外線検出器(IR5)、及びそれに続くPolymerChar 4キャピラリー粘度検出器を備えた、PolymerChar GPC−IR(Valencia,Spain)高温GPCクロマトグラフからなっていた。全ての光散乱測定には、15度の角度を測定目的で使用した。オートサンプラーの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、各々が30cmの4つのAgilent「Mixed A」カラムであり、各々に20ミクロンの直線混合層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、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有する1,2,4−トリクロロベンゼンであった。溶媒源に窒素をスパージした。注入量は200マイクロリットルであり、流量は1.0ミリリットル/分であった。
GPCカラムセットの較正は、分子量が580〜8,400,000g/molの範囲の21の狭分子量分布ポリスチレン標準を用いて行われた。これらの標準は、個々の分子量の間に少なくとも10の隔たりのある6つの「カクテル」混合物中に配置された。標準は、Agilent Technologiesから購入された。ポリスチレン標準は、分子量が1,000,000g/mol以上の場合は「0.025g/50ml溶媒」で、分子量が1,000,000g/mol未満の場合は「0.05g/50ml溶媒」で調製された。ポリスチレン標準を30分間穏やかに撹拌しながら80℃で溶解させた。ポリスチレン標準ピーク分子量(IR5検出器)は、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):
式中、Mは分子量であり、Aは0.4315の値を有し、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当てはめた。NIST標準NBS1475が52,000g/mol(Mw)で得られるように、カラム分解能及びバンドの広がり効果を補正するために、Aに対してわずかな調整(約0.415〜0.44)を行った。
GPCカラムセットの総プレートカウントは、Eicosaneを用いて行った(50mlのTCB(1,2,4トリクロロベンゼン)安定化溶媒中に0.04gで調製し、穏やかに撹拌しながら20分間溶解させた)。プレートカウント(式2)及び対称性(式3)は、以下の式に従って200マイクロリットル注入で測定した:
式中、RVはミリリットルで示される保持容量であり、ピーク幅はミリリットルで示され、最大ピークはピークの最大高さであり、1/2高さは最大ピークの1/2の高さである。
式中、RVはミリリットルで示される保持容量であり、ピーク幅はミリリットルで示され、「最大ピーク」はクロマトグラム上の「RV位置」に対応する最大IR信号の高さであり、「10分の1の高さ」は最大ピークの1/10の高さであり、「後方ピーク」は、最大ピークよりも後の(最大ピークの1/10の高さでの)信号保持容量におけるピークテールであり、「前方ピーク」は、最大ピークよりも前の(最大ピークの1/10の高さでの)信号保持容量におけるピークの前部を指す。クロマトグラフィーシステムのプレートカウントは24,000超であるべきであり、対称性は0.98〜1.22であるべきである。
試料はPolymerChar「Instrument Control」ソフトウェアを用いて半自動で調製された:2mg/mlを試料の標的重量とし、PolymerChar高温オートサンプラーを介して、予め窒素をスパージしたセプタキャップ付バイアルに溶媒(200ppmのBHTを含有)を添加した。デカン(流量マーカー)を各試料(約5マイクロリットル)に添加した。「低速」振盪下で、試料を160℃で2時間溶解させた。
IR 5クロマトグラム
Mn(conv)、Mw(conv)、及びMz(conv)の計算はGPCの結果に基づいており、PolymerChar GPC−IRクロマトグラフの内蔵型IR5検出器(測定チャネル)を使用し、式4〜6に従って、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェア(バージョン2013G)と、等間隔の各データ収集点(i)でベースラインを差し引いたIRクロマトグラムと、式1から点(i)について狭い標準較正曲線から得られたポリエチレン当量分子量とを使用する。表4は、従来のGPCのための以下の式4〜6を用いて、実施例及び比較例についての従来のGPC結果を列挙する。
Mn(conv)、Mw(conv)、及びMz(conv)の計算はGPCの結果に基づいており、PolymerChar GPC−IRクロマトグラフの内蔵型IR5検出器(測定チャネル)を使用し、式4〜6に従って、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェア(バージョン2013G)と、等間隔の各データ収集点(i)でベースラインを差し引いたIRクロマトグラムと、式1から点(i)について狭い標準較正曲線から得られたポリエチレン当量分子量とを使用する。表4は、従来のGPCのための以下の式4〜6を用いて、実施例及び比較例についての従来のGPC結果を列挙する。
経時的な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て各試料に流量マーカー(デカン)を導入した。この流量マーカー(FM、ここではデカン)は、試料(RV(FM試料))内のそれぞれのデカンピークのRV値を狭い標準較正(RV(較正済みFM))内のデカンピークのRV値と一致させることによって各試料のポンプ流量(流量(公称値))を直線的に補正するために使用された。デカンマーカーのピーク時間におけるあらゆる変化は、実験全体の流量(流量(有効))における線形シフトに関連すると仮定した。流量マーカーピークのRV測定の最高精度を促進するために、最小二乗フィッティングルーチンを使用して、流量マーカー濃度クロマトグラムのピークを二次方程式に適合させた。次いで、二次方程式の一次導関数を用いて真のピーク位置について解いた。流量マーカーピークに基づいてシステムを較正した後、有効流量(狭い標準較正に関して)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)ソフトウェアを介して行われた。許容可能な流量補正は、有効流量が公称流量の±2%以内に収まるようにした。
流量(有効)=流量(公称)*(RV(較正済みFM)/RV(FM試料))(式7)
流量(有効)=流量(公称)*(RV(較正済みFM)/RV(FM試料))(式7)
多重検出器オフセット決定のための系統的手法は、Balke、Moureyらによって公開されたもの(Mourey and Balke,Chromatography Polym.Chpt 12,(1992))(Balke,Thitiratsakul,Lew,Cheung,Mourey,Chromatography Polym.Chpt 13,(1992))と合致する様式で行われた。トリプル検出器のlog(MW及びIV)結果(広いホモポリマーポリエチレン標準(Mw/Mn=3)から生成)に対する狭い標準カラム較正結果(狭い標準較正曲線から生成される)のアライメントは、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを使用して行われた。
光散乱クロマトグラム
絶対分子量データ(MWabs)は、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを使用して、Zimm (Zimm,B.H.,J.Chem.Phys.,16,1099(1948))及びKratochvil(Kratochvil,P.,Classical Light Scattering from Polymer Solutions,Elsevier,Oxford,NY(1987))によって公開されたものと合致する様式で得た。分子量の決定に使用された全体的な注入濃度は、好適な直鎖状ポリエチレンホモポリマー、または既知の重量平均分子量のポリエチレン標準(追跡可能なNBS1475ホモポリマーポリエチレン基準試料)の1つから導かれた質量検出器面積及び質量検出器定数から得られた。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つ以上から導かれた光散乱定数、及び0.104の屈折率濃度係数dn/dcを用いて得られた。一般に、質量検出器応答(IR5)及び光散乱定数(GPCOne(商標)を使用して測定)は、約50,000g/molを超える分子量の直鎖標準から決定されるべきである。
絶対分子量データ(MWabs)は、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを使用して、Zimm (Zimm,B.H.,J.Chem.Phys.,16,1099(1948))及びKratochvil(Kratochvil,P.,Classical Light Scattering from Polymer Solutions,Elsevier,Oxford,NY(1987))によって公開されたものと合致する様式で得た。分子量の決定に使用された全体的な注入濃度は、好適な直鎖状ポリエチレンホモポリマー、または既知の重量平均分子量のポリエチレン標準(追跡可能なNBS1475ホモポリマーポリエチレン基準試料)の1つから導かれた質量検出器面積及び質量検出器定数から得られた。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つ以上から導かれた光散乱定数、及び0.104の屈折率濃度係数dn/dcを用いて得られた。一般に、質量検出器応答(IR5)及び光散乱定数(GPCOne(商標)を使用して測定)は、約50,000g/molを超える分子量の直鎖標準から決定されるべきである。
Mw(abs)の式は、GPCOne(商標)ソフトウェアから決定される、ベースラインを差し引いた15度光散乱信号及びベースラインを差し引いたIR5測定センサ信号(質量及び光散乱定数を適用する)を用いた面積に基づく結果である。
Mz(abs)の式は、ベースラインを差し引いた15度光散乱信号とベースラインを差し引いたIR5測定センサ信号との比から導かれる絶対分子量の点ごとの決定に依存しており、GPCOne(商標)ソフトウェアを使用して質量定数及び光散乱定数のために因数分解した。検出器(IR5またはLS)のいずれかが相対的なピーク信号高さ(最大ピーク高さ)の約4%未満である場合、絶対分子量を外挿するために直線フィットを用いた。
粘度クロマトグラム
絶対固有粘度データ(IV(abs))は、NBS1475の既知の固有粘度に対して較正された場合にPolymerChar粘度計検出器から得られる比粘度クロマトグラムの面積を用いて得た。固有粘度の決定に使用された全体的な注入濃度は、好適な直鎖状ポリエチレンホモポリマー、または既知の固有粘度のポリエチレン標準(追跡可能なNBS1475ホモポリマーポリエチレン基準試料)の1つから導かれた質量検出器面積及び質量検出器定数から得られた。
絶対固有粘度データ(IV(abs))は、NBS1475の既知の固有粘度に対して較正された場合にPolymerChar粘度計検出器から得られる比粘度クロマトグラムの面積を用いて得た。固有粘度の決定に使用された全体的な注入濃度は、好適な直鎖状ポリエチレンホモポリマー、または既知の固有粘度のポリエチレン標準(追跡可能なNBS1475ホモポリマーポリエチレン基準試料)の1つから導かれた質量検出器面積及び質量検出器定数から得られた。
IV(abs)の式は、GPCOne(商標)ソフトウェアから決定される、ベースラインを差し引いた比粘度信号(DV)及びベースラインを差し引いたIR5測定センサ信号(質量及び粘度定数を適用する)を用いた面積に基づく結果である。
トリプル検出器GPC(TDGPC)によるgpcBR分岐指数
gpcBR分岐指数は、前述したような光散乱検出器、粘度検出器、及び濃度検出器を最初に較正することによって決定された。次いで、光散乱、粘度計、及び濃度のクロマトグラムからベースラインを差し引いた。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及び粘度計クロマトグラムにおける低分子量保持容量範囲の全ての積分を確実にするように積分ウインドウを設定した。ポリエチレン及びポリスチレンのMark−Houwink定数を確立するために直鎖状ポリエチレン標準を使用した。定数を得てから、その2つの値を用いて、式9及び10に示されるように、溶出体積の関数としてポリエチレンの分子量及びポリエチレンの固有粘度のための2つの線形の基準用従来較正を構築した。
gpcBR分岐指数は、前述したような光散乱検出器、粘度検出器、及び濃度検出器を最初に較正することによって決定された。次いで、光散乱、粘度計、及び濃度のクロマトグラムからベースラインを差し引いた。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及び粘度計クロマトグラムにおける低分子量保持容量範囲の全ての積分を確実にするように積分ウインドウを設定した。ポリエチレン及びポリスチレンのMark−Houwink定数を確立するために直鎖状ポリエチレン標準を使用した。定数を得てから、その2つの値を用いて、式9及び10に示されるように、溶出体積の関数としてポリエチレンの分子量及びポリエチレンの固有粘度のための2つの線形の基準用従来較正を構築した。
gpcBR分岐指数は、Yau,Wallace W.,「Examples of Using 3D−GPC −TREF for Polyolefin Characterization」,Macromol.Symp.,2007,257,29−45に記載されるような長鎖分岐の特徴付けのためのロバストな方法である。この指標は、全体的なポリマー検出器面積に有利な、g´値の決定及び分岐頻度計算において従来使用されている「スライスごとの」TDGPC計算を回避する。TDGPCデータから、ピーク面積法を使用して、光散乱(LS)検出器によって試料バルク絶対重量平均分子量(Mw、Abs)を得ることができる。この方法は、従来のg´の決定に必要とされる濃度検出器信号に対する光散乱検出器信号の「スライスごとの」比を回避する。
TDGPCにより、試料固有粘度もまた、式11を使用して独立して得られた。この場合の面積計算は、全体的な試料面積として、検出器ノイズ及びTDGPC設定によってベースライン及び積分限界に対して引き起こされる変動にあまり敏感でないため、より高い精度を提供する。さらに重要なことに、ピーク面積の計算は、検出器の体積オフセットによる影響を受けなかった。同様に、高精度の試料固有粘度(IV)は、式11に示す面積法によって得られた。
式中、DPiはオンライン粘度計から直接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、試料ポリマーについての光散乱溶出面積を試料の分子量を決定するために使用した。試料ポリマーの粘度検出器溶出領域を使用して、試料の固有粘度(IVまたは[η])を決定した。
最初に、直鎖状ポリエチレン標準試料(例えば、SRM1475aまたは均等物)の分子量及び固有粘度を、溶出体積の関数として分子量及び固有粘度の両方について従来の較正(「CC」)を用いて決定した。
式13を用いてgpcBR分枝指数を決定した。
式中、[η]は、測定された固有粘度であり、[η]ccは、従来較正(またはconv GPC)からの固有粘度であり、Mwは、測定され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「絶対重量平均分子量」または「Mw(abs)」と称される。従来のGPC分子量較正曲線(「従来の較正」)を使用して得られるMw,ccは、「ポリマー鎖骨格分子量」、「従来の重量平均分子量」及び「Mw(conv)」と称されることが多い。
下付き文字「ccまたはconv」を有する全ての統計値は、それらのそれぞれの溶出量、前述のような対応する従来の較正、及び濃度(Ci)を使用して決定される。下付き文字のない値は、質量検出器、LALLS、及び粘度計の面積に基づく測定値である。KPEの値は、直鎖状基準試料がゼロのgpcBR測定値を有するまで繰り返し調整される。例えば、この特定の場合においてgpcBRを決定するためのα及びLog Kの最終値は、ポリエチレンではそれぞれ0.725及び−3.355、ポリスチレンではそれぞれ0.722及び−3.993である。前述の手順を使用してK値及びα値が決定されてから、分岐試料を使用して手順を繰り返した。最良の「cc」較正値として最終的なMark−Houwink定数を用いて分枝試料を分析した。
gpcBRの解釈は単純明快である。直鎖状ポリマーの場合、LS及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はゼロに近くなる。分枝ポリマーの場合、測定されるポリマー分子量が計算されるMw,ccよりも高く、また計算されるIVccが測定されるポリマーIVよりも高いため、特に高レベルの長鎖分枝では、gpcBRがゼロよりも大きくなる。実際に、gpcBR値は、ポリマー分枝の結果としての分子サイズ収縮効果に起因して分数IV変化を表す。0.5または2.0のgpcBR値は、当量の直鎖状ポリマー分子に対して、それぞれ50%及び200%のレベルでのIVの分子サイズ収縮効果を意味する。
これらの具体的な例に関して、従来の「g´指数」及び分岐頻度の計算と比較してgpcBRを使用することの利点は、より高い精度のgpcBRに起因するものである。gpcBR指数決定に使用される全てのパラメータは、良好な精度で得られ、濃度検出器からの高分子量での低いTDGPC検出器応答による有害な影響を受けない。検出器の体積アライメントの誤差もまた、gpcBR指数決定の精度に影響しない。
LCB頻度の計算
以下の手順に従って、各ポリマー試料についてLCBfを計算した:
1)光散乱、粘度、及び濃度検出器をNBS1475ホモポリマーポリエチレン(または同等の基準物質)を用いて較正した。
2)光散乱及び粘度計検出器のオフセットを、較正の項において前述したような濃度検出器に対して補正した(Mourey及びBalkeを参照のこと)。
3)光散乱、粘度計、及び濃度のクロマトグラムからベースラインを差し引き、積分ウインドウを設定して、屈折計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ける低分子量保持容量範囲の全てを確実に積分した。
4)直鎖状ホモポリマーポリエチレンのMark−Houwink基準線は、
少なくとも3.0の多分散性を有する標準物質を注入することによって確立し、(上記較正法からの)データファイルを計算し、各クロマトグラフスライスについての質量定数補正データからの固有粘度及び分子量を記録する。
5)対象となるLDPE試料を分析し、(上記較正法からの)データファイルを計算し、各クロマトグラフスライスについての質量定数補正データからの固有粘度及び分子量を記録した。より低い分子量では、測定された分子量及び固有粘度が直鎖状ホモポリマーGPC較正曲線に漸近的に近づくように、固有粘度及び分子量データを外挿する必要があり得る。
6)ホモポリマーの直鎖状基準物質の固有粘度を以下の因子により各点(i)でシフトさせた:IVi=IVi*0.964(式中、IVは固有粘度である)。
7)ホモポリマーの直鎖状基準物質の分子量を以下の因子によりシフトさせた:M=M*1.037(式中、Mは分子量である)。
8)各クロマトグラフスライスにおけるg´を、同じMで以下の式に従って計算した:g´=(IV(LDPE)/IV(直鎖状基準物質))。IV(直鎖状基準物質)は、基準Mark−Houwinkプロットの5次多項式の当てはめから計算され、式中、IV(直鎖状基準物質)は、直鎖状ホモポリマーポリエチレン基準物質の固有粘度である(同じ分子量(M)で6)及び7)を通したバックバイティングを考慮してある量のSCB(短鎖分岐)を付加する)。IV比は、光散乱データにおける自然散乱を考慮して、3,500g/mol未満の分子量のものであると仮定される。
9)各データスライスにおける分岐の数は、以下の式に従って計算した:
以下の手順に従って、各ポリマー試料についてLCBfを計算した:
1)光散乱、粘度、及び濃度検出器をNBS1475ホモポリマーポリエチレン(または同等の基準物質)を用いて較正した。
2)光散乱及び粘度計検出器のオフセットを、較正の項において前述したような濃度検出器に対して補正した(Mourey及びBalkeを参照のこと)。
3)光散乱、粘度計、及び濃度のクロマトグラムからベースラインを差し引き、積分ウインドウを設定して、屈折計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ける低分子量保持容量範囲の全てを確実に積分した。
4)直鎖状ホモポリマーポリエチレンのMark−Houwink基準線は、
少なくとも3.0の多分散性を有する標準物質を注入することによって確立し、(上記較正法からの)データファイルを計算し、各クロマトグラフスライスについての質量定数補正データからの固有粘度及び分子量を記録する。
5)対象となるLDPE試料を分析し、(上記較正法からの)データファイルを計算し、各クロマトグラフスライスについての質量定数補正データからの固有粘度及び分子量を記録した。より低い分子量では、測定された分子量及び固有粘度が直鎖状ホモポリマーGPC較正曲線に漸近的に近づくように、固有粘度及び分子量データを外挿する必要があり得る。
6)ホモポリマーの直鎖状基準物質の固有粘度を以下の因子により各点(i)でシフトさせた:IVi=IVi*0.964(式中、IVは固有粘度である)。
7)ホモポリマーの直鎖状基準物質の分子量を以下の因子によりシフトさせた:M=M*1.037(式中、Mは分子量である)。
8)各クロマトグラフスライスにおけるg´を、同じMで以下の式に従って計算した:g´=(IV(LDPE)/IV(直鎖状基準物質))。IV(直鎖状基準物質)は、基準Mark−Houwinkプロットの5次多項式の当てはめから計算され、式中、IV(直鎖状基準物質)は、直鎖状ホモポリマーポリエチレン基準物質の固有粘度である(同じ分子量(M)で6)及び7)を通したバックバイティングを考慮してある量のSCB(短鎖分岐)を付加する)。IV比は、光散乱データにおける自然散乱を考慮して、3,500g/mol未満の分子量のものであると仮定される。
9)各データスライスにおける分岐の数は、以下の式に従って計算した:
10)以下の式に従って、全てのスライス(i)にわたって平均LCB量を計算した(ここではLCB1000C=LCBf):
示差走査熱量測定(DSC)
示差走査熱量測定(DSC)を用いて、広範囲の温度にわたってポリマーの溶融及び結晶化挙動を測定することができる。例えば、冷蔵冷却システム(RCS)及びオートサンプラーを備えたTA Instruments Q2000 DSCを使用してこの分析を行う。試験中、50ml/分の窒素パージガス流を使用する。各試料を約190℃で薄いフィルムに溶融圧縮し、次いで、溶融した試料を室温(〜25℃)まで空冷する。「0.5〜0.9グラム」の試料を、190℃で、20,000lbf(0.0890MN)及び10秒で加圧することによりフィルム試料を形成し、「0.1〜0.2ミルの厚さ」のフィルムを形成した。3〜10mg、直径6mmの試験片を冷却したポリマーから抽出し、重量を測定し、アルミニウムパン(約50mg)に入れ、圧着密封した。次いで、その熱的特性を決定するために分析を行った。
示差走査熱量測定(DSC)を用いて、広範囲の温度にわたってポリマーの溶融及び結晶化挙動を測定することができる。例えば、冷蔵冷却システム(RCS)及びオートサンプラーを備えたTA Instruments Q2000 DSCを使用してこの分析を行う。試験中、50ml/分の窒素パージガス流を使用する。各試料を約190℃で薄いフィルムに溶融圧縮し、次いで、溶融した試料を室温(〜25℃)まで空冷する。「0.5〜0.9グラム」の試料を、190℃で、20,000lbf(0.0890MN)及び10秒で加圧することによりフィルム試料を形成し、「0.1〜0.2ミルの厚さ」のフィルムを形成した。3〜10mg、直径6mmの試験片を冷却したポリマーから抽出し、重量を測定し、アルミニウムパン(約50mg)に入れ、圧着密封した。次いで、その熱的特性を決定するために分析を行った。
試料の熱挙動は、試料温度に上下の勾配を付けて熱流量対温度プロファイルを作成することによって決定した。最初に、試料を180℃まで急速に加熱し、その熱履歴を除去するために5分間等温保持した。次に、試料を10℃/分の冷却速度−40℃まで冷却し、−40℃で5分間等温保持した。次いで、試料を10℃/分の加熱速度で150℃まで加熱した(これは「第2の加熱」勾配である)。冷却及び第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り分析した。加熱曲線は、−20℃から溶融の終了までのベースライン終点を設定することにより分析した。決定された値は、ピーク溶融温度(Tm)、ピーク結晶化温度(Tc)、融解熱(Hf)(ジュール/グラム)、及び以下の式を用いて計算されるエチレン系ポリマー試料の結晶化度%であった:結晶化度%((Hf)/(292J/g))×100(式14)。融解熱及びピーク溶融温度は、第2の加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。
弾性係数
Appendix A.1 Procedure Cに準拠するASTM D4703に従って、ペレット試料を0.125インチの公称厚さまで190℃でプラークに圧縮成形した。プラークは、試験の前に少なくとも40時間、23(±2)℃及び50%(±5)相対湿度で条件付けした。ダイカッターを使用して、成形プラークから長方形の試験片を切断した。試験片は、長さ5インチ、及び幅0.5インチであった。試験片の厚さを測定し、試験片を引張試験機に入れた。最初のグリップ分離(ゲージ長さ)は4インチであった。平らな鋸歯状のグリップを使用して試験片を把持した。2インチ/分のクロスヘッド速度で試験片を引っ張って試験した。応力は(荷重/断面積)として計算した。クロスヘッド変位及び初期ゲージ長さを用いて歪みを計算した、すなわち、歪み(変位/初期ゲージ長さ)はパーセンテージで表される。弾性係数は、応力−歪みプロットの初期(最急降下)部分の傾きから計算される。1%及び2%割線弾性係数は、原点を通る線の傾きから、それぞれ1%及び2%歪みでの応力まで計算される。ASTM D638「Standard Test Methods for Tensile Properties of Plastics」は、弾性係数の測定に使用される方法である:引張のために5回繰り返して行った。
Appendix A.1 Procedure Cに準拠するASTM D4703に従って、ペレット試料を0.125インチの公称厚さまで190℃でプラークに圧縮成形した。プラークは、試験の前に少なくとも40時間、23(±2)℃及び50%(±5)相対湿度で条件付けした。ダイカッターを使用して、成形プラークから長方形の試験片を切断した。試験片は、長さ5インチ、及び幅0.5インチであった。試験片の厚さを測定し、試験片を引張試験機に入れた。最初のグリップ分離(ゲージ長さ)は4インチであった。平らな鋸歯状のグリップを使用して試験片を把持した。2インチ/分のクロスヘッド速度で試験片を引っ張って試験した。応力は(荷重/断面積)として計算した。クロスヘッド変位及び初期ゲージ長さを用いて歪みを計算した、すなわち、歪み(変位/初期ゲージ長さ)はパーセンテージで表される。弾性係数は、応力−歪みプロットの初期(最急降下)部分の傾きから計算される。1%及び2%割線弾性係数は、原点を通る線の傾きから、それぞれ1%及び2%歪みでの応力まで計算される。ASTM D638「Standard Test Methods for Tensile Properties of Plastics」は、弾性係数の測定に使用される方法である:引張のために5回繰り返して行った。
実験
本発明のエチレン系ポリマーの調製
図1は、本発明のエチレン系ポリマー(LDPE)を生成するために使用されるプロセス反応系のブロック図である。図1のプロセス反応システムは、部分閉ループ、二重再循環の高圧低密度ポリエチレン生成システムである。プロセス反応システムは、新鮮なエチレン供給ライン[1]、ブースター[12]及び一次コンプレッサ(「一次」)[13]、ハイパーコンプレッサ(「ハイパー」[14]及びマルチゾーン管状反応器(「反応器」)[15]からなる。圧縮エチレン供給ストリーム[3]は、「予熱器」(図示せず)によって十分に高い温度まで加熱され、マルチゾーン反応器[15]の前面(第1の反応ゾーン)に供給される。圧縮されたサイドストリーム[11]は、反応器の下流域に供給される。反応器内では、各反応ゾーンの入口(図示せず)に注入される、各々が1つ以上のフリーラジカル開始系(表1参照)を含む複数の混合物の助けにより重合が開始される。
本発明のエチレン系ポリマーの調製
図1は、本発明のエチレン系ポリマー(LDPE)を生成するために使用されるプロセス反応系のブロック図である。図1のプロセス反応システムは、部分閉ループ、二重再循環の高圧低密度ポリエチレン生成システムである。プロセス反応システムは、新鮮なエチレン供給ライン[1]、ブースター[12]及び一次コンプレッサ(「一次」)[13]、ハイパーコンプレッサ(「ハイパー」[14]及びマルチゾーン管状反応器(「反応器」)[15]からなる。圧縮エチレン供給ストリーム[3]は、「予熱器」(図示せず)によって十分に高い温度まで加熱され、マルチゾーン反応器[15]の前面(第1の反応ゾーン)に供給される。圧縮されたサイドストリーム[11]は、反応器の下流域に供給される。反応器内では、各反応ゾーンの入口(図示せず)に注入される、各々が1つ以上のフリーラジカル開始系(表1参照)を含む複数の混合物の助けにより重合が開始される。
各反応ゾーンの最高温度は、各反応ゾーンの開始時に開始剤の混合物の供給量を調整することによって、設定点で制御される。各反応ゾーンは、1つまたは2つの入口及び1つの出口を有することができる。各入口ストリームは、前のゾーンからの出口ストリーム及び/または添加されたエチレンに富んだ供給ストリーム、例えば圧縮されたサイドストリーム[11]からなる。重合が完了すると、反応混合物が減圧され、生成物ストリーム[4]中で冷却される。プロセスはさらに、冷却されてハイパーの吸引に再循環される[16]第1の未反応エチレンに富んだ再循環ストリーム中と、[4]さらなる分離のために低圧分離器「LPS」に送られる[8]第1のポリマーに富んだストリーム[5]とに反応生成物を分離する高圧分離器「HPS」[17]からなる。LPS[17]では、第2の未反応エチレンに富んだ再循環ストリーム[6]が、第1のポリマーに富んだストリーム[5]から分離され、次いで、冷却されてブースター(「ブースター」)に再循環される[12]。ブースターから、第2の未反応エチレンに富んだ再循環ストリーム[6]が新鮮なエチレン供給物[1]と混合され、一次コンプレッサによりさらに圧縮される。圧縮された混合供給物[2]は、次いで、ハイパーの吸引に再循環される。第2のポリマーに富んだストリーム[7]はまた、第1のポリマーに富んだストリーム[5]から分離され、さらなる処理、例えばペレット化及びパージのためにLPS[7]から出る。連鎖移動剤「CTA」供給物[10]は、[2]一次コンプレッサ[13]の排出口で圧縮された混合エチレンストリームに注入されるパージストリーム[9]は、プロセスから不純物及び/または不活性成分を除去する。管状反応器及び予熱器の外殻の周囲に冷却ジャケット(高圧水を使用)(図示せず)が取り付けられている。
実施例1及び比較例1には、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)、ジ−tert−ブチルペルオキシド(DTBP)及びイソパラフィン系炭化水素溶媒(沸点範囲171〜191℃、例えばISOPAR H)を含有する混合物を第1の反応ゾーンの開始剤混合物として使用した。第2の反応ゾーンには、ジ−tert−ブチルペルオキシド(DTBP)、TBPO、及びイソパラフィン系炭化水素溶媒を含有する混合物を使用した。これと比較して、比較例2では、第3の反応ゾーンに、TBPA、DTBP、及びイソパラフィン系炭化水素溶媒の混合物を使用した。実施例1によって示されるように、いくつかの反応ゾーンには、過酸化物が供給されず、反応ゾーン3への供給がなかったことにも留意されたい。このデータを表1に要約する。
イソブタンまたはプロピレンを連鎖移動剤(CTA)として使用した。プロセスに供給されたCTAの濃度を調整して、生成物のメルトインデックスを制御した。表2は、本発明の実施例及び比較例を形成するために使用された重合条件を示す。各ポリマーの分子量はまた、反応器に供給されるCTA(イソブタンまたはプロピレン)濃度を調節することによって最適化された。
実施例1及び比較例2では、連鎖移動剤(CTA)としてプロピレンを使用した。プロピレンを一次コンプレッサの排出ドラムでエチレンストリームに注入した。プロセスへのCTA供給物の組成は、生成物のメルトインデックスを維持するように調整された。比較例1については、イソブタンをCTAとして使用し、プロピレンと同じ位置でプロセスに添加した。
全ての実施例について、一酸化炭素をコモノマーとして使用した。一酸化炭素は、第1段階ブースターの吸引側ドラムでエチレンストリームに注入された。実施例1ならびに比較例1及び2の製造に使用された反応管プロセス条件を表2に示す。
実施例1及び他の実施例の特性を表3〜8に示す。表3は、メルトインデックス(I2)、密度、溶融強度、ヘキサン抽出物重量%、弾性係数、1%割線弾性係数、及び2%割線弾性係数を含む。実施例1は、比較例1より0.0022g/cc単位だけ密度が低い。より低い弾性係数の材料を提供するために、この密度の低さは実施例1の設計にとって非常に重要である。実施例2´は、実施例1より3cNだけ高い溶融強度を有する。溶融強度曲線を図2に示す。実施例2´は、フィルムまたはシートに形成することができるが、実施例2´は、プロセスを煩雑化し得るより高い溶融強度を有するため、実施例1ほど好ましくはない。
メルトインデックス及びヘキサン抽出物重量%は、表3の全ての試料について同様であり、一般に許容される。表3の弾性係数の結果は、特に実施例1と比較例1との間に、所望の差異を示している。示される弾性係数は、比較例1と比較して、実施例1の場合には12〜13%の減少を有する。このより低い弾性係数は、シートまたはフィルムに形成されたときに、はるかに柔らかく、より柔軟な材料を提供する。表4は、トリプル検出器ゲル浸透クロマトグラフィー(TDPGC)からの結果を含む。一般的に、これらの結果に関して、実施例1及び比較例1は、かなり類似しており、許容可能である。
表5は、以下によって要約されるようなDMS粘度データを含む:0.1、1、10、及び100ラジアン/秒で測定される粘度、100ラジアン/秒で測定される粘度に対する0.1ラジアン/秒で測定される粘度の比または粘度比、ならびに0.1ラジアン/秒及び190℃で測定されるタンデルタ。全ての実施例及び比較例でDMS挙動が比較的類似しており、これは主としてメルトインデックスI2によって制御され、それは全ての試料について同様である。表6は、CO(一酸化炭素)含有量、及び13C NMRによって測定されたときに1000C当たりの分岐を含む。これらのポリマーは、実質的に直鎖状のポリエチレン、例えば、AFFINITY Polyolefin Plastomers、またはLLDPE、例えば、DOWLEX Polyethylene Resins(どちらもDow Chemical Companyによって製造される)に含有されていないアミルまたはC5分枝を含有する。示される全ての試料は、同様のレベルのCOを含有する。CTAとしてプロピレンよりもむしろイソブタンが使用されたため、比較例1はC1分岐を含有しない。他の分枝レベルは比較的類似しているが、実施例1はC6+の最低レベルを示しており、このことは長鎖分枝がより少ないことと関連している。表7は、1H NMRによる不飽和度の結果を含む。比較例1は、いくつかの違いを示しているが、それは主としてその異なるCTAに起因するものである。表8は、融点(Tm)、融解熱、結晶化度パーセント、及び結晶化点を含むDSCの結果を含む。実施例1は、より高い密度の比較例1と比べてより低い融点及び結晶化点を有する。
Claims (10)
- エチレン系ポリマーを含む組成物であって、前記エチレン系ポリマーは、以下の特性、
(A)前記ポリマーの重量に基づいて、0重量パーセント超〜10重量パーセント未満のCO(一酸化炭素)のCO含有量、及び
(B)0.1g/10分〜3g/10分未満のメルトインデックス(I2)、及び
(C)0.923〜0.928g/ccの密度、を有し、
前記エチレン系ポリマーは、以下の関係、Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−447.8℃を満たす融点Tm(℃)を有する、組成物。 - 前記エチレン系ポリマーは、5.0〜7.0のMWD(conv)を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記エチレン系ポリマーは、高圧フリーラジカル重合によって形成される、請求項1または2のいずれかに記載の組成物。
- 前記エチレン系ポリマーは、以下の関係、Tm(℃)<601.4*(密度(g/cc))−448.5℃を満たす融点Tm(℃)を有する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。 - 前記エチレン系ポリマーは、17.0cN以下の溶融強度(190℃)を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記エチレン系ポリマーは、前記ポリマーの重量に基づいて、0重量パーセント超〜3重量パーセント以下のCO含有量を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記エチレン系ポリマーは、13C NMRによって決定されたときに、1000炭素原子当たり0.5アミル基以上のアミル基レベルを有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記エチレン系ポリマーは、少なくとも10.0CNの溶融強度を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の組成物から形成される少なくとも1つの構成成分を含む、物品。
- フィルムまたはシートの形態である、請求項9に記載の物品。
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