JP2019515970A - 変性ポリエチレン樹脂及びそれを作製する方法 - Google Patents

変性ポリエチレン樹脂及びそれを作製する方法 Download PDF

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Abstract

ポリエチレン樹脂の溶融強度及び/または低せん断粘度を増加させる方法であって、a)0.900g/cm3〜0.970g/cm3の範囲の密度、0.01g/10分〜30g/10分の範囲のメルトインデックス、及び1,000個の全炭素当たり少なくとも0.20個のビニル基を有する第1のポリエチレン樹脂を提供することと、b)フリーラジカル発生剤及び第2のポリエチレン樹脂を含むマスターバッチ組成物を提供することであって、フリーラジカル発生剤が220℃で200秒未満の半減期及び−250kJ/モルより高い分解エネルギーを有し、第2のポリエチレン樹脂が0.900g/cm3〜0.970g/cm3の範囲の密度、0.01g/10分〜100g/10分の範囲のメルトインデックスを有する、提供することと、c)第1のポリエチレン樹脂を、マスターバッチ組成物と反応させて変性ポリエチレン樹脂を形成することとを含む、方法。【選択図】図1

Description

本開示の実施形態は、概して、増加した溶融強度及び/または低せん断粘度を有する変性ポリエチレン樹脂の製造方法に関する。
ポリエチレン樹脂は、フィルムまたはブロー成形品の形成のために、良好な物理的特性、容易な加工、十分な溶融強度及び/または収縮張力を必要とする多くの用途において使用される。直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)は非常に望ましい物理特性を有するが、大型バブルフィルム、コレーションシュリンクフィルムのような特定のフィルム用途において使用されるため、またはブロー成形用途、パイプ用途、及び押出コーティング用途において使用されるために、十分な溶融強度及び/または収縮張力を欠く可能性がある。多くの用途において、LLDPEとLDPEの混合物が、加工中のLLDPEの溶融強度及び/または結果物のフィルムの収縮張力を増加させるのに使用される。代替的に、LLDPEの溶融強度は、LLDPEの分子量を増加させることによって増加し得る。しかしながらそのような解決策は、課題を提示し得る。例えば、高分子量のLLDPEは、高い押出圧力を引き起こし得、したがって押出量を低下させ、メルトフラクチャーを引き起こす可能性がある。典型的な解決策は、用途の要件に応じて20〜60%で変動する量のLDPEを添加して加工安定性を改善することであり得るが、LDPEの添加は、引き裂き、穿刺、及びダート耐衝撃性のような機械的特性の著しい低下を引き起こす。
したがって、増加した溶融強度及び/または低せん断粘度を有するポリエチレン樹脂を作製する代替的な方法が望まれる。
ポリエチレン樹脂の溶融強度及び/または低せん断粘度を増加させる方法が本明細書の実施形態に開示される。方法は、a)0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜30g/10分の範囲のメルトインデックス、及び1,000個の全炭素当たり少なくとも0.20個のビニル基を有する第1のポリエチレン樹脂を提供することと、b)フリーラジカル発生剤及び第2のポリエチレン樹脂を含むマスターバッチ組成物を提供することであって、フリーラジカル発生剤が220℃で200秒未満の半減期及び−250kJ/モルより高い分解エネルギーを有し、第2のポリエチレン樹脂が0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜100g/10分の範囲のメルトインデックスを有する、提供することと、c)第1のポリエチレン樹脂をマスターバッチ組成物と反応させて、変性ポリエチレン樹脂を形成することと、を含む。
本明細書に開示される変性ポリエチレン樹脂から形成される組成物もまた本明細書に開示される。変性ポリエチレン樹脂は、a)0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜30g/10分の範囲のメルトインデックス、及び1,000個の全炭素当たり少なくとも0.20個のビニル基を有する第1のポリエチレン樹脂を提供することと、b)フリーラジカル発生剤及び第2のポリエチレン樹脂を含むマスターバッチ組成物を提供することであって、フリーラジカル発生剤が220℃で200秒未満の半減期及び−250kJ/モルより高い分解エネルギーを有し、第2のポリエチレン樹脂が0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜100g/10分の範囲のメルトインデックスを有する、提供することと、c)第1のポリエチレン樹脂をマスターバッチ組成物と反応させて変性ポリエチレン樹脂を形成することとによって作製される。
本明細書に開示される変性ポリエチレン樹脂から形成されるフィルムもさらに本明細書に開示される。変性ポリエチレン樹脂は、a)0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜30g/10分の範囲のメルトインデックス、及び1000個の全炭素当たり少なくとも0.20個のビニル基を有する第1のポリエチレン樹脂を提供することと、b)フリーラジカル発生剤及び第2のポリエチレン樹脂を含むマスターバッチ組成物を提供することであって、フリーラジカル発生剤が220℃で200秒未満の半減期及び−250kJ/モルより高い分解エネルギーを有し、第2のポリエチレン樹脂が0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜100g/10分の範囲のメルトインデックスを有する、提供することと、c)第1のポリエチレン樹脂を、マスターバッチ組成物と反応させて変性ポリエチレン樹脂を形成することとによって作製される。
実施形態のさらなる特徴及び利点は、以下の発明を実施するための形態に記述され、その説明から一部は当業者に容易に明らかになるか、または、以下の発明を実施するための形態、特許請求の範囲、及び添付の図面を含む本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されるであろう。
上述及び後述の説明は様々な実施形態を記載し、特許請求される主題の性質及び特性を理解するための概要または枠組みを提供するものであることが理解されるべきである。添付の図面は様々な実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み入れられ、その一部を構成する。図面は本明細書に記載される様々な実施形態を例示し、説明と共に特許請求される主題の原理及び操作を説明する役割を果たす。
本明細書に示され、記載される1つ以上の実施形態による、様々なフリーラジカル発生剤変性ポリエチレン樹脂と、フリーラジカル発生剤変性ではないポリエチレン樹脂との間の溶融強度における相違をグラフで描く。 本明細書に示され、記載される1つ以上の実施形態による、様々なフリーラジカル発生剤変性ポリエチレン樹脂と、フリーラジカル発生剤変性ではないポリエチレン樹脂との間の0.1rad/sにおける複素粘度における相違をグラフで描く。 本明細書に示され、記載される1つ以上の実施形態による、様々なフリーラジカル発生剤変性ポリエチレン樹脂と、フリーラジカル発生剤変性ではないポリエチレン樹脂との間のメルトインデックスにおける相違をグラフで描く。 比較例のフリーラジカル発生剤と比較した、本明細書に示され、記載される1つ以上の実施形態による、様々な濃度の本発明のフリーラジカル発生剤における0.1rad/sにおける複素粘度をグラフで描く。 比較例のフリーラジカル発生剤と比較した、本明細書に示され、記載される1つ以上の実施形態による、様々な濃度の本発明のフリーラジカル発生剤における溶融強度をグラフで描く。 比較例のフリーラジカル発生剤を使用して変性したポリエチレン樹脂と比較した、本明細書に示され、記載される1つ以上の実施形態による、本発明のフリーラジカル発生剤を使用して変性したポリエチレン樹脂についての0.1rad/sにおける複素粘度をグラフで描く。 比較例のフリーラジカル発生剤を使用して変性したポリエチレン樹脂と比較した、本明細書に示され、記載される1つ以上の実施形態による、本発明のフリーラジカル発生剤を使用して変性したポリエチレン樹脂についての溶融強度をグラフで描く。
ポリエチレン樹脂の増加した溶融強度及び/または低せん断粘度の実施形態を、ここで詳細に参照する。増加した溶融強度を有するポリエチレン樹脂を、フィルムを形成するのに使用してもよい。フィルムは、農業用フィルム、熱成形フィルム、及びコレーションシュリンク用途として使用してもよい。しかしながら、これは、本明細書に開示される実施形態の例示的な実施態様に過ぎないことに留意すべきである。実施形態は、上に論じられたものと同様の問題をこうむりやすい他の技術に適用可能である。例えば、増加した溶融強度を有するポリエチレン樹脂は、ブロー成形用途、押出コーティング、及びパイプ用途において使用することができ、これらの全ては本発明の実施形態の範囲内である。
本明細書に記載される実施形態において、ポリエチレン樹脂の溶融強度及び/または低せん断粘度を増加させる方法は、a)第1のポリエチレン樹脂を提供することと、b)フリーラジカル発生剤及び第2のポリエチレン樹脂を含むマスターバッチ組成物を提供することと、b)第1のポリエチレン樹脂を、マスターバッチ組成物と反応させて変性ポリエチレン樹脂を形成することとを含む。
第1のポリエチレン樹脂
本明細書の実施形態において、0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜30g/10分の範囲のメルトインデックス、及び1,000個の全炭素当たり少なくとも0.20個のビニル基を有する第1のポリエチレン樹脂。
上述のように、密度は、0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲である。0.900g/cm〜0.970g/cmの全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、いくつかの実施形態において、密度は、0.900、0.902、0.905、0.907、0.910、0.912、0.915、0.920、0.925、0.930、0.935、または0.940g/cmの下限から、0.970、0.965、0.960、0.955、0.950、0.945、0.942、0.940、0.937、0.935、0.930、0.927、0.925、0.922、または0.920g/cmの上限までの範囲である。他の実施形態において、密度は、0.905g/cm〜0.965g/cm、0.905g/cm〜0.960g/cm、0.907g/cm〜0.960g/cm、0.910g/cm〜0.955g/cm、0.910g/cm〜0.950g/cm、0.910g/cm〜0.947g/cm、0.910g/cm〜0.945g/cm、0.910g/cm〜0.9420g/cm、または0.910g/cm〜0.940g/cmの範囲である。
上述のように、メルトインデックスは、0.01g/10分〜30g/10分の範囲である。0.01g/10分〜30g/10分の全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、いくつかの実施形態において、メルトインデックスは、0.01、0.05、0.1、0.25、0.5、1、3、5、7、10、12、15、18、20、23、または25の下限から、30、27、25、22、20、17、15、12、10、8、5、2、1、0.9、0.7、または0.5の上限までの範囲である。他の実施形態において、メルトインデックスは、0.05g/10分〜30g/10分、0.1g/10分〜30g/10分、0.1g/10分〜25g/10分、0.1g/10分〜20g/10分、0.1g/10分〜18g/10分、0.1g/15分〜30g/10分、0.25g/10分〜15g/10分、0.25g/10分〜12g/10分、0.25g/10分〜10g/10分、0.25g/10分〜8g/10分、0.25g/10分〜5g/10分の範囲である。
上述のように、第1のポリエチレン樹脂は、1,000個の全炭素当たり少なくとも0.20個のビニル基を有する。1,000個の全炭素当たり少なくとも0.20個のビニル基の全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、1,000個の全炭素当たり少なくとも0.20、0.22、0.23、0.24、0.25、0.30、0.32、または0.35個のビニル基を有する。他の実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、1,000個の全炭素当たり0.20個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり1.00個のビニル基、1,000個の全炭素当たり0.22個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり0.70個のビニル基、1,000個の全炭素当たり0.23個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり0.70個のビニル基、1,000個の全炭素当たり0.24個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり0.70個のビニル基、1,000個の全炭素当たり0.25個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり0.70個のビニル基を有する。さらなる実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、1,000個の全炭素当たり0.20個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり0.65個のビニル基、1,000個の全炭素当たり0.20個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり0.60個のビニル基、1,000個の全炭素当たり0.20個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり0.55個のビニル基、1,000個の全炭素当たり0.20個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり0.50個のビニル基、1,000個の全炭素当たり0.20個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり0.47個のビニル基、または1,000個の全炭素当たり0.20個のビニル基〜1,000個の全炭素当たり0.45個のビニル基を有する。
本明細書におけるいくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、2,000ppm未満の一次酸化防止剤を含んでもよい。2,000ppm未満の一次酸化防止剤の全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、0、10、25、50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、または1900ppmの下限から、15、30、50、75、100、150、250、350、450、550、650、750、850、950、1000、1050、1150、1250、1350、1450、1500、1550、1650、1750、1850、1950、または2000ppmの上限までの一次酸化防止剤を含んでもよい。本明細書における他の実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、250ppm未満、200ppm未満、150ppm未満、100ppm未満、50ppm未満、25ppm未満、または0ppmの一次酸化防止剤を含んでもよい。さらなる実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、10〜1,000ppm、10〜500ppm、500〜1,000ppm、10〜300ppm、または20〜100ppmの一次酸化防止剤を含んでもよい。一次酸化防止剤は、一般的にヒンダードフェノールまたはヒンダードアミン誘導体からなる有機分子であるラジカル捕捉剤である。一次酸化防止剤の例は、BASFからIRGANOX(商標)1010の名称で市販されているペンタエリスリチルテトラキス(3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェノール)プロピオネート)、またはBASFからIRGANOX(商標)1076の名称で市販されているオクタデシル3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネートのようなポリオレフィン産業において周知の一次酸化防止剤を含む。二次酸化防止剤は、ヒドロペルオキシドを分解し、一般的にホスファイト、ホスホナイト、またはチオ化合物からなる有機分子である。例示的な二次酸化防止剤は、BASFからIRGAFOS(商標)168の名称で市販されているトリス(2,4−ジtert−ブチルフェニル)ホスファイト、またはトリス(ノニルフェニル)ホスファイトを含む。
第1のポリエチレン樹脂は、本明細書で上述される、密度、メルトインデックス、及び1,000個の全炭素当たりのビニル基を有する任意のエチレン系樹脂であってよい。そのようなポリエチレン樹脂は、ポリマーの50重量%超がエチレンから誘導される、ポリエチレンホモポリマー、ポリエチレンコポリマー、及びポリエチレンインターポリマーを含む。本明細書において使用されるとき、コポリマーは、2種の異なるモノマー由来の単位を有するポリマーを意味し、インターポリマーは、3種以上の異なるモノマー由来の単位を有するポリマーを意味する。第1のポリエチレン樹脂は、均質の分岐した、もしくは不均質の分岐した、及び/または単峰性もしくは多峰性(例えば二峰性)のポリエチレンであってよい。本明細書において使用されるとき、「単峰性」は、GPC曲線におけるMWDが実質的に複数の成分のポリマーを示さない(すなわち、隆起、肩または尾が存在せず、またはGPC曲線において実質的に識別可能である)ことを指す。換言すると、分離度はゼロであるか、または実質的にゼロに近い。本明細書において使用されるとき、「多峰性」は、GPC曲線におけるMWDが2種以上の成分ポリマーを示し、一方の成分ポリマーが、他方の成分ポリマーのMWDに対して隆起、肩または尾として存在していてもよいことを指す。
上述のように、第1のポリエチレン樹脂は、エチレンと少なくとも1つのコモノマーとのインターポリマーを含んでもよい。好適なコモノマーの例は、アルファオレフィンを含み得る。好適なアルファオレフィンは、3〜20個の炭素原子(C3−C20)を含むものを含んでもよい。例えば、アルファオレフィンは、C4−C20アルファオレフィン、C4−C12アルファオレフィン、C3−C10アルファオレフィン、C3−C8アルファオレフィン、C4−C8アルファオレフィン、またはC6−C8アルファオレフィンであってよい。いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、アルファオレフィンがプロピレン、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、1−オクテン、1−ノネン、及び1−デセンからなる群より選択されるエチレン/アルファオレフィンコポリマーである。他の実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、アルファオレフィンがプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、及び1−オクテンからなる群より選択されるエチレン/アルファオレフィンコポリマーである。さらなる実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、アルファオレフィンが1−ヘキセン、及び1−オクテンからなる群より選択されるエチレン/アルファオレフィンコポリマーである。
いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、50重量%超のエチレンから誘導される単位を含む、エチレン/アルファオレフィンコポリマーである。50重量%超の全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、第1のポリエチレン樹脂は、少なくとも60重量%、少なくとも70重量%、少なくとも80重量%、少なくとも90重量%、少なくとも92重量%、少なくとも95重量%、少なくとも97重量%、少なくとも98重量%、少なくとも99重量%、少なくとも99.5重量%、50重量%超〜99重量%、50重量%超〜97重量%、50重量%超〜94重量%、50重量%超〜90重量%、70重量%〜99.5重量%、70重量%〜99重量%、70重量%〜97重量%、70重量%〜94重量%、80重量%〜99.5重量%、80重量%〜99重量%、80重量%〜97重量%、80重量%〜94重量%、80重量%〜90重量%、85重量%〜99.5重量%、85重量%〜99重量%、85重量%〜97重量%、88重量%〜99.9重量%、88重量%〜99.7重量%、88重量%〜99.5重量%、88重量%〜99重量%、88重量%〜98重量%、88重量%〜97重量%、88重量%〜95重量%、88重量%〜94重量%、90重量%〜99.9重量%、90重量%〜99.5重量%、90重量%〜99重量%、90重量%〜97重量%、90重量%〜95重量%、93重量%〜99.9重量%、93重量%〜99.5重量%、93重量%〜99重量%、または93重量%〜97重量%の、エチレンから誘導される単位を含む、エチレン/アルファオレフィンコポリマーである。第1のポリエチレン樹脂は、30重量%未満の1種以上のアルファオレフィンコモノマーから誘導される単位を含んでもよい、エチレン/アルファオレフィンコポリマーである。30重量%未満の全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、第1のポリエチレン樹脂は、25重量%未満、20重量%未満、18重量%未満、15重量%未満、12重量%未満、10重量%未満、8重量%未満、5重量%未満、4重量%未満、3重量%未満、0.2〜15重量%、0.2〜12重量%、0.2〜10重量%、0.2〜8重量%、0.2〜5重量%、0.2〜3重量%、0.2〜2重量%、0.5〜12重量%、0.5〜10重量%、0.5〜8重量%、0.5〜5重量%、0.5〜3重量%、0.5〜2.5重量%、1〜10重量%、1〜8重量%、1〜5重量%、1〜3重量%、2〜10重量%、2〜8重量%、2〜5重量%、3.5〜12重量%、3.5〜10重量%、3.5〜8重量%、3.5%〜7重量%、または4〜12重量%、4〜10重量%、4〜8重量%、または4〜7重量%の1種以上のアルファオレフィンコモノマーから誘導される単位を含んでもよい、エチレン/アルファオレフィンコポリマーである。コモノマー含量は、核磁気共鳴(「NMR」)分光法に基づく技術、例えば、参照により本明細書に組み入れられる米国特許第7,498,282号に記載されるような13C NMR分析のような任意の好適な技術を用いて測定してもよい。
いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、少なくとも90モル%のエチレンから誘導される単位を含んでもよい、エチレン/アルファオレフィンコポリマーである。少なくとも90モル%の全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示され、例えば、第1のポリエチレン樹脂は、少なくとも93モル%、少なくとも95モル%、少なくとも96モル%、少なくとも97モル%、少なくとも98モル%、少なくとも99モル%のエチレンから誘導される単位を含んでもよい、エチレン/アルファオレフィンコポリマーであり、または代替的に、第1のポリエチレン樹脂は、85〜99.5モル%、85〜99モル%、85〜97モル%、85〜95モル%、88〜99.5モル%、88〜99モル%、88〜97モル%、88〜95モル%、90〜99.5モル%、90〜99モル%、90〜97モル%、90〜95モル%、92〜99.5モル%、92〜99モル%、92〜97モル%、95〜99.5モル%、95〜99モル%、97〜99.5モル%、または97〜99モル%のエチレンから誘導される単位を含んでもよい、エチレン/アルファオレフィンコポリマーである。第1のポリエチレン樹脂は、15モル%未満の1種以上のa−オレフィンコモノマーから誘導される単位を含んでもよい、エチレン/アルファオレフィンコポリマーである。15モル%未満からの全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、第1のポリエチレン樹脂は、12モル%未満、10モル%未満、8モル%未満、7モル%未満、5モル%未満、4モル%未満、または3モル%未満の1種以上のアルファオレフィンコモノマーから誘導される単位を含んでもよい、エチレン/アルファオレフィンコポリマーであるか、または代替的に、第1のポリエチレン樹脂は、0.5〜15モル%、0.5〜12モル%、0.5〜10モル%、0.5〜8モル%、0.5〜5モル%、0.5〜3モル%、1〜12モル%、1〜10モル%、1〜8モル%、1〜5モル%、2〜12モル%、2〜10モル%、2〜8モル%、2〜5モル%、3〜12モル%、3〜10モル%、3〜7モル%の1種以上のアルファオレフィンコモノマーから誘導される単位を含んでもよい、エチレン/アルファオレフィンコポリマーである。コモノマー含量は、核磁気共鳴(「NMR」)分光法に基づく技術、例えば、参照により本明細書に組み入れられる米国特許第7,498,282号に記載されるような13C NMR分析のような任意の好適な技術を用いて測定してもよい。
好適な第1のポリエチレン樹脂の他の例は、参照により組み入れられる、米国特許第5,272,236号、米国特許第5,278,272号、米国特許第5,582,923号、米国特許第5,733,155号、及び欧州特許第2653392号においてさらに定義される実質的に直鎖状のエチレンポリマー;参照により組み入れられる米国特許第3,645,992号におけるもののような、均質の分岐した直鎖状エチレンポリマー組成物;米国特許第4,076,698号に開示されるプロセスによって調製されるもののような、不均質の分岐したエチレンポリマー;ならびに/またはそれらの混合物(米国特許第3,914,342号、または米国特許第5,854,045号に開示されるもののような)を含み、参照によりその全てが組み入れられる。いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、DOWLEX(商標)2045G、NG 2045B、2049B、2685、TG 2085B、2038、または2050を含むThe Dow Chemical Companyによって販売されるDOWLEX(商標)樹脂;例えば、SCLAIR(商標)FP120及びNOVAPOL(商標)TF−Y534を含むNova Chemicals Corp.によって販売されている樹脂または直鎖状低密度ポリエチレン樹脂を含んでもよい。
第1のポリエチレン樹脂は、当該技術分野に既知の任意の型の反応器または反応器の構成、例えば、流動床気相反応器、ループ反応器、撹拌タンク反応器、並行、連続のバッチ反応器、及び/またはそれらの任意の組み合わせを用いて、気相、溶液相、もしくはスラリー重合プロセス、またはそれらの任意の組み合わせを介して作製することができる。いくつかの実施形態において、気相またはスラリー相反応器が使用される。好適な第1のポリエチレン樹脂は、参照により本明細書に組み入れられるWO2005/111291A1中、15〜17ページ、及び20〜22ページに記載されるプロセスによって作製してもよい。本明細書に記載される第1のポリエチレン樹脂を作製するのに使用される触媒は、チーグラー・ナッタ、クロム、メタロセン、束縛構造(constrained geometry)、またはシングルサイト触媒を含んでもよい。いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、チーグラー・ナッタ触媒を用いて作製した直鎖状ポリエチレンを指すznLLDPE、チーグラー・ナッタ触媒を用いて作製した直鎖状ポリエチレンを含んでもよい、uLLDPEもしくは「ウルトラ直鎖状低密度ポリエチレン」、またはメタロセンを用いて作製したLLDPEもしくは束縛構造触媒されたポリエチレンを指すmLLDPEであってよい。いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、例えば、スラリー、溶液、または気相重合化のような一段階重合化を用いて調製された単峰性LLDPEであってよい。他の実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、ループ反応器において、例えば、一段階ループ重合化プロセスにおいて調製された単峰性LLDPEであってよい。ループ反応器プロセスは、WO/2006/045501またはWO2008/104371においてさらに記載される。多峰性(例えば二峰性)ポリマーは、2種以上の別個に調製されたポリマー成分を機械的混合することにより作製できるか、または多段重合化プロセスにおいてその場で調製できる。機械的混合及びその場での調製の両方。いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、多段、すわなち、2つ以上の段階の重合化によって、または一段重合化におけるシングル−、マルチ−、またはデュアルサイト触媒を含む、1種以上の異なる重合触媒の使用によって、その場で調製された多峰性LLDPEであってよい。例えば、第1のポリエチレン樹脂は、参照によって本明細書に組み入れられる米国特許第8,372,931号に開示されるように、シングルサイトまたはチーグラー・ナッタ触媒のような同一の触媒を用いて少なくとも二段重合化において作製された多峰性LLDPEであってよい。したがって、米国特許第4,352,915号(2つのスラリー反応器)、米国特許第5,925,448号(2つの流動床反応器)、及び米国特許第6,445,642号(気相反応器が後に続くループ反応器)に開示されるような、例えば2つの溶液反応器、2つのスラリー反応器、2つの気相反応器、またはそれらの任意の組み合わせが、任意の順序で使用できる。しかしながら、他の実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、参照により本明細書に組み入れられる欧州特許第2653392号A1に開示されるように、気相反応器中の気相重合化が後に続くループ反応器中のスラリー重合化を用いて作製される例えばLLDPEのような多峰性ポリマーであってよい。
フリーラジカル発生剤(FRG)
上述のように、マスターバッチは、フリーラジカル発生剤及び第2のポリエチレン樹脂を含む。本明細書における実施形態において、フリーラジカル発生剤は220℃で200秒未満の半減期及び−250kJ/モルより高い(すなわち、より負である)分解エネルギーを有する。いくつかの実施形態において、フリーラジカル発生剤は、220℃で175秒、150秒、または125秒未満の半減期を有する。他の実施形態において、フリーラジカル発生剤は、220℃で60〜200秒、60〜175秒、60〜150秒、60〜125秒、または60〜120秒の半減期を有する。
本明細書における実施形態において、フリーラジカル発生剤は200〜1,000ダルトンの分子量を有してもよい。200〜1,000ダルトンの全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、いくつかの実施形態において、フリーラジカル発生剤は、225〜1000、250〜1000、または250〜700の分子量を有してもよい。
本明細書における実施形態において、フリーラジカル発生剤は、樹脂の全量に対して、5ppm〜1000ppmの範囲の量で存在する。5ppm〜1000ppmの全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示され、例えば、樹脂の全量に対するフリーラジカル発生剤の量は、5、10、20、30、50、80、100、200、300、400、500、600、700、800、または900ppmの下限から15、25、30、35、50、60、65、75、100、150、250、350、450、550、650、750、850、950、または1000ppmの上限までの範囲であってよい。いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂と反応するフリーラジカル発生剤の量は、樹脂の全量に対して5〜100ppmの範囲であってよく、または代替的に、第1のポリエチレン樹脂と反応するフリーラジカル発生剤の量は、樹脂の全量に対して5〜80ppmの範囲であってよく、または代替的に、第1のポリエチレン樹脂と反応するフリーラジカル発生剤の量は、樹脂の全量に対して5〜75ppmの範囲であってよく、または代替的に、第1のポリエチレン樹脂と反応するフリーラジカル発生剤の量は、樹脂の全量に対して10〜75ppmの範囲であってよく、または代替的に、第1のポリエチレン樹脂と反応するフリーラジカル発生剤の量は、樹脂の全量に対して5〜50ppmの範囲であってよい。他の実施形態において、第1のポリエチレン樹脂と反応するフリーラジカル発生剤の量は、樹脂の全量に対して30ppm未満である。さらなる実施形態において、第1のポリエチレン樹脂と反応するフリーラジカル発生剤の量は、5ppm〜30ppm、10ppm〜30ppm、15〜25ppm、20〜30ppm、または10〜25ppmの範囲であってよい。
本明細書における実施形態において、フリーラジカル発生剤は、環状ペルオキシドであってよい。好適な環状ペルオキシドの例は、式:
によって表されてもよく、
式中、R〜Rは、独立して、水素、または不活性置換もしくは非置換のC1−C20アルキル、C3−C20シクロアルキル、C6−C20アリール、C7−C20アラルキル、またはC7−C20アルカリールである。R〜Rに含まれる不活性置換の代表は、ヒドロキシル、C1−C20アルコキシ、直鎖状または分岐のC1−C20アルキル、C6−C20アリールオキシ、ハロゲン、エステル、カルボキシル、ニトリル、及びアミドである。いくつかの実施形態において、R〜Rは、各々独立して、例えばC1−C10アルキル、またはC1−C4アルキルを含む、低級アルキルである。
本明細書に記載される環状ペルオキシドのいくつかは市販されるが、そうでない場合には、米国特許第3,003,000号;Uhlmann,3rd Ed.,Vol.13,pp.256−57(1962);論文「Studies in Organic Peroxides XXV Preparation, Separation and Identification of Peroxides Derived from Methyl Ethyl Ketone and Hydrogen Peroxide,」Milas, N. A.及びGolubovic, A.,J.Am.Chem.Soc,Vol.81,pp.5824−26(1959);「Organic Peroxides」,Swern, D. editor,Wiley−Interscience,New York(1970);ならびに、Houben−Weyl Methoden der Organische Chemie,El 3,Volume 1,page 736に記載されるようにケトンを過酸化水素と接触させることにより作製できる。
他の環状ペルオキシドの例は、アセトン、メチルアミルケトン、メチルヘプチルケトン、メチルヘキシルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン メチルオクチルケトン、メチルノニルケトン、メチルデシルケトン、及びメチルウンデシルケトンから誘導されるものを含む。環状ペルオキシドは、単独でも、互いに組み合わせても使用できる。
いくつかの実施形態において、環状ペルオキシドは、AkzoNobelより商品表示TRIGONOX301として市販される3,6,9−トリエチル−3−6−9−トリメチル−1,4,7−トリペルオキソナンであってよい。本明細書で使用される環状ペルオキシドは、ペルオキシド、及びもし存在するならそれが担持される希釈剤の融点に応じて、液体、固体、またはペーストであり得る。
第2のポリエチレン樹脂
第2のポリエチレン樹脂は、0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、及び0.01g/10分〜100g/10分の範囲のメルトインデックスを有する。0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、及び0.01g/10分〜100g/10分の範囲のメルトインデックスの全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。
例えば、いくつかの実施形態において、密度は、0.900、0.902、0.905、0.907、0.910、0.912、0.915、0.920、0.925、0.930、0.935、または0.940g/cmの下限から、0.970、0.965、0.960、0.955、0.950、0.945、0.942、0.940、0.937、0.935、0.930、0.927、0.925、0.922、または0.920g/cmの上限までの範囲である。他の実施形態において、密度は、0.905g/cm〜0.965g/cm、0.905g/cm〜0.960g/cm、0.907g/cm〜0.960g/cm、0.910g/cm〜0.955g/cm、0.910g/cm〜0.950g/cm、0.910g/cm〜0.947g/cm、0.910g/cm〜0.945g/cm、0.910g/cm〜0.9420g/cm、または0.910g/cm〜0.940g/cmの範囲である。
例えば、いくつかの実施形態において、メルトインデックスは、0.01、0.05、0.1、0.5、1、3、5、7、10、12、15、18、20、23、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、または90の下限から、100、95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、27、25、22、20、17、15、12、10、8、5、2、1、0.9、0.7、または0.5の上限までの範囲である。他の実施形態において、メルトインデックスは、0.05g/10分〜30g/10分、0.1g/10分〜30g/10分、0.1g/10分〜25g/10分、0.1g/10分〜20g/10分、0.1g/10分〜18g/10分、0.1g/15分〜30g/10分、0.25g/10分〜15g/10分、0.25g/10分〜12g/10分、0.25g/10分〜10g/10分、0.25g/10分〜8g/10分、0.25g/10分〜5g/10分の範囲である。
本明細書におけるいくつかの実施形態において、第2のポリエチレン樹脂は、250ppm未満の一次酸化防止剤を含んでもよい。250ppm未満の一次酸化防止剤の全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、いくつかの実施形態において、第2のポリエチレン樹脂は、150ppm未満、100ppm未満、50ppm未満、25ppm未満、または0ppmの一次酸化防止剤を含んでもよい。本明細書における他の実施形態において、第1のポリエチレン樹脂は、250ppm未満、150ppm未満、100ppm未満、50ppm未満、25ppm未満、または0ppmの一次酸化防止剤を含んでもよく、第2のポリエチレン樹脂は、250ppm未満、150ppm未満、100ppm未満、50ppm未満、25ppm未満、または0ppmの一次酸化防止剤を含んでもよい。当然ながら、第1の、及び/または第2のポリエチレン樹脂中に存在する250ppm未満の一次酸化防止剤の、他の個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。
本明細書におけるいくつかの実施形態において、マスターバッチ組成物は、1,000ppm未満の一次酸化防止剤を含んでもよい。1,000ppm未満の一次酸化防止剤の全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、いくつかの実施形態において、マスターバッチ組成物は、0、10、25、50、100、200、300、400、500、600、700、800、または900ppmの下限から、15、30、50、75、100、150、250、350、450、550、650、750、850、950、または1,000ppmの上限までの一次酸化防止剤を含んでもよい。本明細書における他の実施形態において、マスターバッチ組成物は、10〜1,000ppm、10〜500ppm、500〜1,000ppm、10〜300ppm、または20〜100ppmの一次酸化防止剤を含んでもよい。
第2のポリエチレン樹脂は、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、またはそれらの組み合わせであってよい。いくつかの実施形態において、第2のポリエチレン樹脂はLDPEである。他の実施形態において、第2のポリエチレン樹脂はLLDPEである。さらなる実施形態において、第2のポリエチレン樹脂はMDPEまたはHDPEである。
本明細書における他の実施形態において、第2のポリエチレン樹脂は、LDPEであり、LDPEは、当該技術分野に公知の任意の方の反応器または反応器の構成を用いて、14,500psi(100MPa)超の圧において、ペルオキシド(例えば、参照により本明細書に組み入れられる米国特許第4,599,392号を参照)のようなフリーラジカル発生剤を使用して、オートクレーブ反応器及び/またはチューブ反応器中で、部分的にまたは完全に、ホモ重合化または共重合化されるか、またはそれらの任意の組み合わせである分岐のポリマーを含んでもよい。いくつかの実施形態において、LDPEは、その開示が本明細書に組み入れられる、PCT特許出願公開WO2005/023912に記載されるように、高レベルの長鎖分岐を付与するよう設計された単相条件においてオートクレーブプロセスにおいて作製してもよい。好適なLDPEの例は、エチレンホモポリマー、及び、例えば、酢酸ビニル、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、一酸化炭素、またはそれらの組み合わせと共重合化したエチレンを含む高圧コポリマーを含んでもよいが、これらに限定されない。エチレンは、例えば、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、及びそれらの組み合わせのような少なくとも1種のC3−C20アルファオレフィンのようなアルファオレフィンコポリマーと共重合化してもよい。例示的なLDPE樹脂は、LDPE 4016樹脂、LDPE 132I樹脂、LDPE 621I樹脂、LDPE 662I樹脂、またはAGILITY(商標)1000及び2001樹脂のようなThe Dow Chemical Companyによって販売される樹脂、EF412、EF602、EF403、またはEF601のようなWestlake Chemical Corporation(Houston,TX)によって販売される樹脂、PETROTHENE(商標)M2520またはNA940のようなLyondellBasell Industries(Houston,TX)によって販売される樹脂、ならびにLDPE LD 051.LQ、またはNEXXSTAR(商標)LDPE−00328のようなExxonMobil Chemical Company(Houston,TX)によって販売される樹脂を含んでもよいが、これらに限定されない。他の例示的なLDPE樹脂は、参照により本明細書に組み入れられる、WO2014/051682及びWO2011/019563に記載される。
第2のポリエチレン樹脂がLLDPEである本明細書における実施形態において、LLDPEは、均質の分岐した、もしくは不均質の分岐した、及び/または単峰性もしくは多峰性(例えば二峰性)のポリエチレンであってよい。直鎖状低密度ポリエチレンは、エチレンホモポリマー、エチレンと少なくとも1種のコモノマーとのインターポリマー、及びそれらの混合物を含む。好適なコモノマーの例は、アルファオレフィンを含み得る。好適なアルファオレフィンは、3〜20個の炭素原子(C3−C20)を含むものを含んでもよい。例えば、アルファオレフィンは、C4−C20アルファオレフィン、C4−C12アルファオレフィン、C3−C10アルファオレフィン、C3−C8アルファオレフィン、C4−C8アルファオレフィン、またはC6−C8アルファオレフィンであってよい。いくつかの実施形態において、線状低密度ポリエチレンは、アルファオレフィンがプロピレン、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、1−オクテン、1−ノネン、及び1−デセンからなる群より選択されるエチレン/アルファオレフィンコポリマーである。他の実施形態において、線状低密度ポリエチレンは、アルファオレフィンがプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、及び1−オクテンからなる群より選択されるエチレン/アルファオレフィンコポリマーである。さらなる実施形態において、線状低密度ポリエチレンは、アルファオレフィンが1−ヘキセン、及び1−オクテンからなる群より選択されるエチレン/アルファオレフィンコポリマーである。
線状低密度ポリエチレンは、当該技術分野に公知の任意の型の反応器または反応器の構成、例えば、流動床気相反応器、ループ反応器、撹拌タンク反応器、並行、連続のバッチ反応器、及び/またはそれらの任意の組み合わせを用いて、気相、溶液相、もしくはスラリー重合プロセス、またはそれらの任意の組み合わせを介して作製することができる。いくつかの実施形態において、気相またはスラリー相反応器が使用される。好適な線状低密度ポリエチレンは、参照により本明細書に組み入れられるWO2005/111291A1中、15〜17ページ、及び20〜22ページに記載されるプロセスによって作製してもよい。本明細書に記載される線状低密度ポリエチレンを作製するのに使用される触媒は、チーグラー・ナッタ、クロム、メタロセン、束縛構造、またはシングルサイト触媒を含んでもよい。好適な線状低密度ポリエチレンの例は、参照により組み入れられる、米国特許第5,272,236号、米国特許第5,278,272号、米国特許第5,582,923号、米国特許第5,733,155号、及び欧州特許第2653392号においてさらに定義される実質的に直鎖状のエチレンポリマー;参照により組み入れられる米国特許第3,645,992号におけるもののような、均質の分岐した直鎖状エチレンポリマー組成物;米国特許第4,076,698号に開示されるプロセスによって調製されるもののような、不均質の分岐したエチレンポリマー;ならびに/またはそれらの混合物(米国特許第3,914,342号、または米国特許第5,854,045号に開示されるもののような)を含み、参照によりその全てが組み入れられる。いくつかの実施形態において、直鎖状低密度ポリエチレンは、例えば、ELITE(商標)5100Gまたは5400G樹脂、ELITE(商標)AT 6401、ATTANE(商標)4201または4202樹脂、AFFINITY(商標)1840、及びDOWLEX(商標 2020、2045G、2049G、または2685樹脂を含む、The Dow Chemical Companyによって販売されるELITE(商標)、ELITE(商標)AT、ATTANE(商標)、AFFINITY(商標)、FLEXOMER(商標)、またはDOWLEX(商標)樹脂;例えば、EXCEED(商標)1012、1018、または1023JA樹脂、及びENABLE(商標)27−03、27−05、または35−05樹脂を含むExxon Mobil Corporationによって販売されるEXCEED(商標)またはENABLE(商標)樹脂;例えば、LLDPE LF1020またはHIFOR Xtreme(商標)SC74836樹脂を含む、Westlake Chemical Corporationによって販売される直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、例えば、PETROTHENE(商標)GA501及びLP540200樹脂、ならびにALATHON(商標)L5005樹脂を含む、LyondellBasell Industriesによって販売される直鎖状低密度ポリエチレン樹脂;例えば、SCLAIR(商標)FP120及びNOVAPOL(商標)TF−Y534を含む、Nova Chemicals Corp.によって販売される直鎖状低密度ポリエチレン樹脂;例えば、mPACT(商標)D139またはD350樹脂、及びMARFLEX(商標)HHM TR−130樹脂を含む、Chevron Phillips Chemical Company,LLCによって販売される直鎖状低密度ポリエチレン樹脂;例えば、BORSTAR(商標)FB 2310樹脂を含む、Borealis AGによって販売される直鎖状ポリエチレン樹脂を含んでもよい。
第2のポリエチレン樹脂がMDPEである本明細書における実施形態において、MDPEは、エチレンホモポリマー、またはエチレンとアルファオレフィンのコポリマーであってよい。好適なアルファオレフィンは、3〜20個の炭素原子(C3−C20)を含むものを含んでもよい。例えば、アルファオレフィンは、C4−C20アルファオレフィン、C4−C12アルファオレフィン、C3−C10アルファオレフィン、C3−C8アルファオレフィン、C4−C8アルファオレフィン、またはC6−C8アルファオレフィンであってよい。いくつかの実施形態において、MDPEは、アルファオレフィンがプロピレン、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、1−オクテン、1−ノネン、及び1−デセンからなる群より選択されるエチレン/アルファオレフィンコポリマーである。他の実施形態において、MDPEは、アルファオレフィンがプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、及び1−オクテンからなる群より選択されるエチレン/アルファオレフィンコポリマーである。MDPEは、0.923g/cm〜0.935g/cmの密度を有してもよい。全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。
MDPEは、当該技術分野に公知の任意の型の反応器または反応器の構成、例えば、流動床気相反応器、ループ反応器、撹拌タンク反応器、並行、連続のバッチ反応器、及び/またはそれらの任意の組み合わせを用いて、気相、溶液相、もしくはスラリー重合プロセス、またはそれらの任意の組み合わせによって作製してもよい。いくつかの実施形態において、気相またはスラリー相反応器が使用される。いくつかの実施形態において、MDPEは、並行してまたは連続的のいずれかでデュアル反応器モードで操作される溶液プロセスにおいて作製される。MDPEはまた、高圧、フリーラジカル重合化プロセスによっても作製できる。高圧、フリーラジカル重合化でMDPEを調製する方法は、参照により本明細書に組み入れられるU.S.2004/0054097に見出すことができ、オートクレーブまたはチューブ反応器、及びそれらの任意の組み合わせにおいて、実施することができる。本明細書に記載されるMDPEを作製するのに使用される触媒は、チーグラー・ナッタ、メタロセン、束縛構造、シングルサイト、またはクロム系触媒を含んでもよい。例示的な好適なMDPE樹脂は、DOWLEX(商標)2038.68GまたはDOWLEX(商標)2042GのようなThe Dow Chemical Companyによって販売される樹脂、PETROTHENE(商標)L3035のようなLyondellBasell Industries(Houston,TX)によって販売される樹脂、ExxonMobil Chemical Company(Houston,TX)によって販売されるENABLE(商標)樹脂、MARFLEX(商標)TR−130のようなChevron Phillips Chemical Company LPによって販売される樹脂、ならびにHF 513、HT 514、及びHR 515のようなTotal Petrochemicals & Refining USA Inc.によって販売される樹脂を含んでもよい。他の例示的なMDPE樹脂は、参照により本明細書に組み入れられる、U.S.2014/0255674に記載される。
第2のポリエチレン樹脂がHDPEである本明細書における実施形態において、HDPEはまた、エチレンホモポリマー、またはエチレンとアルファオレフィンのコポリマーであってよい。好適なアルファオレフィンは、3〜20個の炭素原子(C3−C20)を含むものを含んでもよい。例えば、アルファオレフィンは、C4−C20アルファオレフィン、C4−C12アルファオレフィン、C3−C10アルファオレフィン、C3−C8アルファオレフィン、C4−C8アルファオレフィン、またはC6−C8アルファオレフィンであってよい。いくつかの実施形態において、HDPEは、アルファオレフィンがプロピレン、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、1−オクテン、1−ノネン、及び1−デセンからなる群より選択されるエチレン/アルファオレフィンコポリマーである。他の実施形態において、HDPEは、アルファオレフィンがプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、及び1−オクテンからなる群より選択されるエチレン/アルファオレフィンコポリマーである。使用されるコモノマーの量は、本開示を把握する当業者に明らかであろうように、温度及び圧力、ならびにテロマーなどの存在または非存在のような他の因子のような処理条件を考慮し、HDPEポリマーの所望の密度、及び選択される具体的なコポリマーに依存するであろう。HDPEは、0.935g/cm〜0.975g/cmの密度を有してもよい。全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。
HDPEは、当該技術分野に公知の任意の型の反応器または反応器の構成、例えば、流動床気相反応器、ループ反応器、撹拌タンク反応器、並行、連続のバッチ反応器、及び/またはそれらの任意の組み合わせを用いて、気相、溶液相、もしくはスラリー重合プロセス、またはそれらの任意の組み合わせによって作製してもよい。いくつかの実施形態において、気相またはスラリー相反応器が使用される。いくつかの実施形態において、HDPEは、並行してまたは連続的のいずれかでデュアル反応器モードで操作される溶液プロセスにおいて作製される。本明細書に記載されるHDPEを作製するのに使用される触媒は、チーグラー・ナッタ、メタロセン、束縛構造、シングルサイト、またはクロム系触媒を含んでもよい。HDPEは、単峰性、二峰性、及び多峰性であり得る。市販される例示的なHDPE樹脂は、例えば、The Dow Chemical Company(Midland,MI)より入手可能なELITE(商標)5940G、ELITE(商標)5960G、HDPE 35454L、HDPE 82054、HDPE DGDA−2484 NT、DGDA−2485 NT、DGDA−5004 NT、DGDB−2480 NT樹脂、Equistar Chemicals,LPから入手可能なL5885及びM6020 HDPE樹脂、LyondellBasell Industries(Houston,TX)から入手可能なALATHON(商標)L5005、ならびにChevron Phillips Chemical Company LPから入手可能なMARFLEX(商標)HDPE HHM TR−130を含む。他の例示的なHDPE樹脂は、参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第7,812,094号に記載される。
上述のように、ポリエチレン樹脂の溶融強度及び/または低せん断粘度を増加させる方法が本明細書に開示される。理論に拘束されることなく、本明細書に記載される本発明のフリーラジカル発生剤の導入は、ポリマーに長鎖分岐または同様の構造を産生し、これによって溶融強度及び/または低せん断粘度を増加させる。方法は、a)0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜30g/10分の範囲のメルトインデックス、及び1,000個の全炭素当たり少なくとも0.20個のビニル基を有する第1のポリエチレン樹脂を提供することと、b)フリーラジカル発生剤及び第2のポリエチレン樹脂を含むマスターバッチ組成物を提供することであって、フリーラジカル発生剤が220℃で200秒未満の半減期及び−250kJ/モルより高い分解エネルギーを有し、第2のポリエチレン樹脂が0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜100g/10分の範囲のメルトインデックスを有する、提供することと、c)第1のポリエチレン樹脂を、マスターバッチ組成物と反応させて変性ポリエチレン樹脂を形成することとを含む。いくつかの実施形態において、組成物は、本明細書に記載される変性ポリエチレン樹脂より形成してもよい。他の実施形態において、フィルムは、本明細書に記載される変性ポリエチレン樹脂より形成してもよい。フィルムは、ブローフィルムまたはキャストフィルムであってよい。フィルムは、多層フィルムまたは単層フィルムであってよい。
第1のポリエチレン樹脂をマスターバッチ組成物と反応させることは、ポリマーが溶融してマスターバッチと混合される任意の従来の混合装置中で実施できる。好適な装置は、当業者に公知であり、例えば、混合機、混練機、及び押出機を含む。いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂を、フリーラジカル発生剤と反応させることが押出機中で起こる。押出機はさらに、ブローフィルムまたはキャストフィルムのラインに取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂を、フリーラジカル発生剤と反応させることが、ローフィルムまたはキャストフィルムのラインに取り付けられた押出機中で起こる。
例示的な押出機または混練機は、例えば、単軸スクリュー押出機、二重反転二軸スクリュー押出機及び共回転二軸スクリュー押出機、プラネタリーギア押出機、リング押出機、または共混練機を含む。好適な押出機及び混練機は、例えばHandbuch der Kunststoftextrusion,Vol 1 Grundlagen,Editors F. Hensen, W. Knappe, H. Potente,1989,pp. 3−7,ISBN.3−446−14339−4(Vol 2 Extrusionsanlagen 1986,ISBN 3−446−14329−7)にさらに記載される。本明細書における実施形態において、スクリュー長は、スクリュー径の1〜60倍、またはスクリュー径の35〜48倍の範囲であり得る。スクリューの回転速度は、分当たり10〜600回転(rpm)、または25〜300rpmの範囲であってよい。最大スループットは、スクリュー径、回転速度、及び駆動力に依存する。本発明のプロセスはまた、記載されるパラメータを変動させて、または適用量を送達する計量機器を使用して、最大スループット未満のレベルで実施することもできる。
第1のポリエチレン樹脂とマスターバッチは、60:40〜99.9:0.1の比率で反応してもよい。全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂とマスターバッチ組成物とは、65:35〜99.9:0.1、65:35〜99.9:0.1、70:30〜99.9:0.1、75:25〜99.9:0.1、80:20〜99.9:0.1、85:15〜99.9:0.1、90:10〜99.9:0.1、95:5〜99.9:0.1、97:3〜99.9:0.1、95:5〜99:1、または97:3〜99:1の比率で反応してもよい。第1のポリエチレン樹脂及びマスターバッチは、第1のポリエチレン樹脂中のマスターバッチの量が0.1〜40重量%となるように反応してもよい。全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂とマスターバッチ組成物とは、第1のポリエチレン樹脂中のマスターバッチ組成物量が、0.1〜35重量%、0.1〜30重量%、0.1〜25重量%、0.1〜20重量%、0.1〜15重量%、0.1〜10重量%、0.1〜5重量%、0.1〜3重量%、1〜5重量%、または1〜3重量%の範囲になるように反応してもよい。
第1のポリエチレン樹脂とマスターバッチは、第1のポリエチレン樹脂とフリーラジカル発生剤との間の反応が起こり得るように、十分な時間、ポリマーの軟化点より高い温度に供される。いくつかの実施形態において、第1のポリエチレン樹脂とマスターバッチは、280℃以下の温度に供される。280℃以下からの全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、温度は、280、260、250、240、220、200、180、または160℃以下であり得る。いくつかの実施形態において、温度は、120℃〜280℃、140℃〜280℃、160℃〜280℃、180℃〜280℃、または180℃〜260℃である。代替的な実施形態において、温度は200℃〜260℃である。反応に必要な時間は、温度、反応させるべき物質の量、及び使用される装置の型に応じて変動し得ることは、理解されるであろう。例示的な条件において、ポリマーの軟化点を超える温度が維持される時間は、10秒〜30分であってよい。全ての個別の値及びその部分範囲が、本明細書に含まれ、開示され、例えば、時間は、10秒、20秒、30秒、1分、5分、15分、または25分の下限から45秒、3分、8分、10分、12分、15分、18分、20分、23分、または30分の上限までであり得る。例えば、時間は10秒〜20分の範囲であり得、または代替的に、時間は10秒〜15分の範囲であり得、または代替的に、時間は10秒〜10分の範囲であり得、または代替的に、時間は20秒〜20分の範囲であり得、または代替的に、時間は15分〜30分範囲であり得る。
試験方法
密度
密度は、ASTM D792,Method Bによって測定する。
メルトインデックス
メルトインデックスまたはIは、190℃、2.16kgで、ASTM D1238によって測定する。
溶融強度
溶融強度は、190℃で、30mmの長さ及び2mmの径のフラットな入射角(180度)を備えるGoettfert Rheotester 2000毛細管レオメーターによって溶融を供給して、Goettfert Rheotens 71.97(Goettfert Inc.;Rock Hill,S.C.)を用いて測定する。与えられたダイの径における38.2s−1の壁せん断速度に対応する0.265mm/sの一定のピストン速度で押出す前に、ペレットをバレル(L=300mm、径=12mm)に供給し、圧縮して10分間溶融させた。押出物は、ダイの下100mmに位置するRheotensの車輪を通過し、2.4mm/sの加速速度で車輪によって下方に引っ張られる。車輪にかけられる力(in cN)を、車輪の速度(mm/s)の関数として記録する。溶融強度は、ストランドの切断前のプラトーの力(cN)として報告される。
動的機械分光法(DMS)
樹脂を、空気中で25,000lbs未満で5分間、350°F(一貫性のために℃)で「3mm厚×25mm」円形プラークに圧縮成形する。サンプルをプレスより回収し、カウンター上に放置して冷却する。
恒温周波数掃引は、窒素パージ下で、25mm(径)の平行プレートを備えたTA Instrumentsの「Advanced Rheometric Expansion System(ARES)」を用いて実施する。サンプルをプレート上に配置し、5分間190℃で溶融させる。次いで、プレートは「2mm」のギャップに閉じられ、サンプルを調整し(「25mm径」プレートの円周を超えて伸長する格外のサンプルを除去する)、次いでテストを開始する。方法は、温度が平衡に達するように組み込まれた追加の5分を有する。実験は、190℃で0.1〜100rad/sの周波数範囲を超えて実施される。ひずみ振幅は10%で一定である。
ビニル不飽和
サンプル調製
Norell 1001−7 10mmのNMRチューブ中の0.001M Cr(AcAc)3を含む3.25gの50/50重量比のテトラクロレエタン−d2 /パークロロエチレンに約130mgのサンプルを添加することでサンプルを調製した。チューブに挿入したピペットを介して溶媒を通じて窒素を約5分間バブリングすることによってサンプルをパージし、ふたを閉め、テフロン(登録商標)テープで密閉し、次いで、サンプルの溶解を促進するための室温で一晩浸漬した。均質性を確かにするためにサンプルを加熱し、115℃でボルテックスした。
データ取得パラメータ
H NMRを、Bruker Dual DUL high−temperature CryoProbeを備えるBruker AVANCE 400MHz spectrometerにおいて、120℃のサンプル温度で実施した。スペクトルを得るために、全ポリマー陽子を定量するためのコントロールスペクトルであるスペクトルを取得する実験、及び強いポリマー骨格のピークを抑制し、末端基の定量のための高感度スペクトルを可能にする二重プリサチュレーション実験の、2つの実験を実施した。コントロールは、ZGパルス、4回スキャン、AQ 1.64秒、D1(緩和の遅延)14秒で実施した。二重プリサチュレーション実験は、修正したパルスシーケンス、100回スキャン、DS 4、AQ 1.64秒、D1(プリサチュレーション時間)1秒、D13(緩和の遅延)13秒で実施した。4.95〜5.15ppmの間の領域は、ビニル含量を測定するために積分した。
酸化防止剤濃度
酸化防止剤IRGANOX(商標)1010、IRGANOX(商標)1076、IRGAFOS(商標)168、及びトリス(ノニルフェニル)ホスファイト(「TNPP」)は、逆相液体クロマトグラフィー(Zorbax Eclipse XDB−C8、5−μm粒子、Zorbax Eclipse XDB−C8、3.5μm粒子、4.6×50mmカラムに接続した4.6×12.5mmガードカラム、及び波長210nmにおけるUV吸光度検出を備えたAgilent 1260)によって測定された。各々のポリマー樹脂サンプル(1g)を25mlの温o−キシレン中に溶解し、50mlメタノール(IRGANOX(商標)1010、IRGANOX(商標)1076、IRGAFOS(商標)168)、または50mlイソプロパノール(TNPP)のいずれかでのポリマーの再沈殿が後に続いた。上清のアリコートを2mlのガラスオートサンプラーバイアルへとろ過し(0.2μmPTFEシリンジフィルター)、バイアルに、テフロン(登録商標)で裏打ちされたクリンプキャップでふたをした。二重での分析のためにバイアルをLCオートサンプラー中に置き、平均濃度を報告した。定量は、ピーク面積に基づいた外部標準化手順を用いて実施した。
半減期
2042(エイコサン)中10%(w/w)溶液としての種々のフリーラジカル発生剤(FRG)の熱分解を、等温条件下及び温度走査モードの両方において、SensysEvo DSC instrument(Setaram,France)によって調査した。FRGの熱分解の速度則(速度論的パラメータ)を得るために、C2042(エイコサン)中のFRGの10%(w/w)溶液を、5種類の異なる走査速度、すなわち、それぞれ1℃/分、2.5℃/分、5℃/分、10℃/分及び20℃/分において75℃から350℃の温度間隔中での温度走査モードで測定した。約60mgのサンプル(エイコサン中のFRGの10%(w/w))を、170mLのAlパンに載せ、75℃(パラフィンの融点より高い)で窒素雰囲気下(20cc/分)にあるDSC装置に置いた。熱平衡の後、温度を上述の温度プログラムによって走査し、サーモグラムを記録した。120℃から320℃の温度間隔で発熱ピークを記録した。放出される熱量、−ΔHr(J/g)は、各試験片のDSC曲線から決定され、それは反応の進行/温度による変換の測定を可能にする。分解速度則を記載する速度論的パラメータは、(AKTS Thermokinetic Software,AKTS AG,Switzerlandを用いる)等転化率法とSestak−Berggren自己触媒モデルによる最適なフィッティングパラメータの両方によって測定された。活性化エネルギー、E(kJ/モル)、及び分解の進行αの関数としての見かけ上の頻度因子、ln A(α)・f(α)(s−1(−))は、Friedman微分等転化率法とOzawa積分等転化率法を用いて測定される。Sestak−Berggren方程式の一般的な形式は以下:
に与えられ、
上述の方程式中の活性化エネルギー、E、頻度因子、A、ならびに 反応次数、m及びnは、最適なフィッティング法によって決定される。次いで、E、A、m、及びnのパラメータは、AKTS Thermokinetic Softwareを用いて任意の温度におけるFRGの半減期を計算するのに使用できる。
分解エネルギー及びピーク分解温度
示差走査熱量測定(DSC)を用いて、分解エネルギー及びピーク分解温度を測定した。RCS(冷蔵冷却システム)を備えたTA Instruments Q2000 DSCを用いて、この分析を実施した。0.5〜2mgのサンプルをガラスキャピラリーチューブに入れ、秤量し、「コールドフィンガー」装置を用いて冷却しながら窒素下でフレームシールした。次いで、その熱的性質を決定するために分析を行った。
サンプルの温度挙動は、サンプル温度を上昇させて熱流対温度プロファイルを生成することによって決定した。最初に、10℃/分の速度で0℃から400℃にサンプルを加熱した。続いて、サンプルを冷却した。次いで、10℃/分の加熱速度でサンプルを再度加熱した(これは「再加熱」上昇である)。両方の加熱曲線を記録した。熱活性の開始から終了までのベースラインポイントを設定することによって、初期熱曲線を分析した。再加熱は、積分の開始及び終了の決定を助けるために使用された。
フリーラジカル発生剤について、第1の熱サイクルの曲線とベースラインとの間の面積の積分によって、ピーク温度及び全分解エネルギーが記録された。分解が発熱性である場合、負の熱流があるという事実のために、曲線とベースラインとの間の面積は負として積分される。すなわち、サンプルが熱を発生する。サンプルが吸熱性であり、熱を吸収するようにする場合、面積は正の数として積分する。
発熱性のピーク下の熱は、純度によって除算され、100%純粋なラジカル発生剤に外挿して推定する。
次の物質を実施例において使用した。
マスターバッチ組成物、MB−1は、窒素雰囲気下で、ZSK−26mm Coperian Co−rotating Twin Screw Extruder(TSE)において作製した。押出機は、1200の最大RPMである、11バレル、44 L/D電気加熱及び水冷の機械であった。LDPE 4016は、60lbs/時の速度でK−Tron KQX gravimetric feederを介してバレル1に供給された。FRG−1/ミネラルオイル溶液(1:1)を1000D ISCOシリンジポンプ及び背圧インジェクタバルブを介してバレル9へと注入し、活性FRG−1の1000ppmの目的の濃度を提供した。次いで、溶融したポリマーをトランジションピース、ポリマー迂回バルブを介して、水中2穴に供給し、0.110径のダイが、約37ct/gでペレットを作製する。
マスターバッチMB−1またはLDPEペレットは、2:98の重量比でLLDPE系樹脂ペレットとドライブレンドされ、1.2lbs/時の供給速度、100rpmのスクリュー速度、及び、140、160、180、190、200、200℃の6つのゾーンの加熱プロファイルを用いて、Haake Polylab Micro−18二軸スクリュー押出機によって加工された。出口ダイのファンは、ストランドを冷却するために使用された。Micro−18二軸スクリュー押出機を通る加工は空気雰囲気下で実施した。作製されたペレットは、溶融強度、DMS、及びメルトインデックス分析に供された。
表6において、及び図1〜3に示されるように、フリーラジカル発生剤マスターバッチを有するベースレジン(LLDPE(98%)+MB−1(2%))の、溶融強度、0.1rad/sにおける複素粘度、及びメルトインデックス値は、フリーラジカル発生剤を有さないベースレジン(LLDPE(98%)+LDPE(2%))の値と比較する。メルトインデックスについて、正の値を生成するために、差異を1によって乗算することに注目されたい。図1〜3に示されるように、1000個の全炭素当たり>0.2の不飽和ビニル基を有するLLDPE樹脂は、溶融強度及び0.1rad/sにおける複素粘度における最大の増加、ならびにメルトインデックスにおける最大の減少をもたらす。また、一次酸化防止剤含量がゼロである場合、一次酸化防止剤含量がより高いときと比べて、メルトインデックス及び0.1rad/sにおける複素粘度は増加し、かつメルトインデックスは低下する。
マスターバッチ、MB−2〜MB−9は、Flacktekミキサーを用いて、LDPEペレット上に液体のラジカル発生剤を最初に分散/コーティングすることによって調製する。これは、2.2lbs/時の供給速度、150rpmのスクリュー速度、及び、140、150、160、170、170、170℃の6つのゾーンの加熱プロファイルを用いて、コートされたペレットをHaake Polylab Micro−18二軸スクリュー押出機上で、窒素下で混合することが後に続く。平均残留時間は約1.5分であった(供給口から出口ダイまで)。出口ダイのファンは、ストランドを冷却するために使用された。ペレタイザーを通したストランドの通過により、マスターバッチの小さな円筒形のペレットが生じた。
小さいマスターバッチペレットの、より大きいLLDPEペレットからの分離を避け、かつ異なるサイズのペレット間の溶融速度の差異を避けるために、より大きなLLDPEペレットを窒素下において、マスターバッチペレットと同一の加工条件下で、Micro−18 twin−screw extruderを最初に通過させて、マスターバッチペレットと同等のサイズのペレットを作製した。マスターバッチまたはLDPEペレットは、2:98の重量比でLLDPE系樹脂ペレットとドライブレンドされ、1.2lbs/時の供給速度、100rpmのスクリュー速度、及び、140、160、180、190、200、200℃の6つのゾーンの加熱プロファイルを用いて、Haake Polylab Micro−18二軸スクリュー押出機によって加工された。出口ダイのファンは、ストランドを冷却するために使用された。作製されたペレットは、溶融強度及びDMS分析に供された。
図4及び5は、0.1rad/sにおける複素粘度、及び種々の濃度の本発明のフリーラジカル発生剤における溶融強度の改善を描く。0.1rad/sにおける複素粘度、及び種々の濃度の比較例のフリーラジカル発生剤における溶融強度をもまた描く。両方の図は、比較例のフリーラジカル発生剤に対する、本発明のフリーラジカル発生剤のはるかに高い性能を示す。
マスターバッチ、MB−3、MB−7、及びMB−10は、Flacktekミキサーを用いて、LDPEペレット上に液体のラジカル発生剤を最初に分散/コーティングすることによって調製する。これは、2.2lbs/時の供給速度、150rpmのスクリュー速度、及び、140、150、160、170、170、170℃の6つのゾーンの加熱プロファイルを用いて、コートされたペレットをHaake Polylab Micro−18二軸スクリュー押出機上で、窒素下で混合することが後に続く。平均残留時間は約1.5分であった(供給口から出口ダイまで)。出口ダイのファンは、ストランドを冷却するために使用された。ペレタイザーを通したストランドの通過により、マスターバッチの小さな円筒形のペレットが生じた。
小さいマスターバッチペレットの、より大きいLLDPEペレットからの分離を避け、かつ異なるサイズのペレット間の溶融速度の差異を避けるために、より大きなLLDPEペレットを窒素下において、マスターバッチペレットと同一の加工条件下で、Micro−18 twin−screw extruderを最初に通過させて、マスターバッチペレットと同等のサイズのペレットを作製した。次いで、マスターバッチまたはLDPEペレットは、2:98の重量比でLLDPE系樹脂ペレットとドライブレンドされ、1.2lbs/時の供給速度、100rpmのスクリュー速度、及び、140、160、180、190、200、200℃の6つのゾーンの加熱プロファイルを用いて、Haake Polylab Micro−18二軸スクリュー押出機によって加工された。出口ダイのファンは、ストランドを冷却するために使用された。作製されたペレットは、溶融強度及びDMS分析に供された。
図6及び7に示すように、0.1rad/sにおける複素粘度及び溶融強度は、比較例のフリーラジカル発生剤と比べて、本発明のフリーラジカル発生剤を用いて増強される。
本明細書に開示される寸法及び値は、言及される正確な数値に厳密に限定されるものとして理解されるべきではない。代替的に、別段の指定がない限り、各々のそのような寸法は、言及された値とその値の周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味すると意図する。例えば、「40mm」と開示される寸法は、「約40mm」を意味することを意図する。
相互参照または関連する特許もしくは出願、及び本出願が優先権または権益を主張する任意の特許出願または特許を、もし存在するなら含む、本明細書に引用された全ての文書はここで、明示的に除外されるかまたは限定されない限り、その全てが参照により本明細書に組み入れられる。任意の文書の引用は、本明細書に開示または請求された任意の発明に関する先行技術であること、またはそれ単独で、または他の任意の参考文献との任意の組み合わせで、そのような発明を教示、示唆または開示することを認めるものではない。さらに、本明細書中の用語の任意の意味または定義が、参照により組み入れられる文書における同一の用語の任意の意味または定義と矛盾する限り、本明細書中のその用語に割り当てられた意味または定義が適用される。
本発明の特定の実施形態が、例示及び記載されているが、様々な他の変更及び修正が本発明の趣旨及び範囲から離れることなくなし得るということは、当業者にとって明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲において、本発明の範囲内にある全てのこのような変更及び修正を包含することが意図される。

Claims (15)

  1. ポリエチレン樹脂の溶融強度及び/または低せん断粘度を増加させる方法であって、
    a)0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜30g/10分の範囲のメルトインデックス、及び1,000個の全炭素当たり少なくとも0.20個のビニル基を有する第1のポリエチレン樹脂を提供することと、
    b)フリーラジカル発生剤及び第2のポリエチレン樹脂を含むマスターバッチ組成物を提供することであって、前記フリーラジカル発生剤が220℃で200秒未満の半減期及び−250kJ/モルより高い分解エネルギーを有し、前記第2のポリエチレン樹脂が0.900g/cm〜0.970g/cmの範囲の密度、0.01g/10分〜100g/10分の範囲のメルトインデックスを有する、提供することと、
    c)前記第1のポリエチレン樹脂を前記マスターバッチ組成物と反応させて、変性ポリエチレン樹脂を形成することと、を含む、方法。
  2. 前記フリーラジカル発生剤の量が、前記樹脂の全量に対して30ppm未満である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記フリーラジカル発生剤が、220℃で60秒〜120秒の半減期を有する、請求項1に記載の方法。
  4. 前記マスターバッチ組成物が、1,000ppm未満の一次酸化防止剤を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記第1のポリエチレン樹脂が、2,000ppm未満の一次酸化防止剤を含む、請求項1に記載の方法
  6. 前記第1のポリエチレン樹脂が250ppm未満の一次酸化防止剤を含み、前記第2のポリエチレン樹脂が250ppm未満の一次酸化防止剤を含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記フリーラジカル発生剤の分子量が200〜1,000ダルトンである、請求項1に記載の方法。
  8. 前記フリーラジカル発生剤が環状ペルオキシドである、請求項1に記載の方法。
  9. 前記第1のポリエチレン樹脂を前記フリーラジカル発生剤と反応させることが、押出機中で起こる、請求項1に記載の方法。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の変性ポリエチレン樹脂から形成される組成物。
  11. 請求項1〜7に記載の変性ポリエチレン樹脂から形成されるフィルム。
  12. 前記フィルムがブローフィルムである、請求項9に記載のフィルム。
  13. 前記フィルムがキャストフィルムである、請求項9に記載のフィルム。
  14. 前記フィルムが多層フィルムである、請求項9に記載のフィルム。
  15. 前記フィルムが単層フィルムである、請求項9に記載のフィルム。
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