JP2019523797A - ポリエチレン組成物を含むヒンジ付き部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)メルトインデックスI2が0.1〜10g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が0.930〜0.960g/cm3である、約10〜約70重量%の第1のエチレンコポリマーと、
(2)メルトインデックスI2が50〜10,000g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が、第1のエチレンコポリマーの密度より高いが、0.966g/cm3未満である、約90〜約30重量%の第2のエチレンコポリマーと
を含み、
第2のエチレンコポリマーの密度は、第1のエチレンコポリマーの密度よりも約0.037g/cm3大きい密度未満であり;第2のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB2)に対する第1のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB1)の比(SCB1/SCB2)は1.0より大きく;ポリエチレン組成物は、分子量分布Mw/Mnが2.0〜7.0であり、密度が少なくとも0.949g/cm3であり、メルトインデックスI2が10.0g/10分より大きく、20.0g/10分までであり、Z平均分子量Mzが、300,000未満であり、メルトフロー比I21/I2が24〜38である、ヒンジ付き部品である。
(1)メルトインデックスI2が0.1〜10g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が0.930〜0.960g/cm3である、約10〜約70重量%の第1のエチレンコポリマーと、
(2)メルトインデックスI2が50〜10,000g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が、第1のエチレンコポリマーの密度より高いが、0.966g/cm3未満である、約90〜約30重量%の第2のエチレンコポリマーと
を含み、
第2のエチレンコポリマーの密度は、第1のエチレンコポリマーの密度よりも約0.037g/cm3大きい密度未満であり;第2のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB2)に対する第1のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB1)の比(SCB1/SCB2)は1.0より大きく;ポリエチレン組成物は、分子量分布Mw/Mnが2.0〜7.0であり、密度が少なくとも0.949g/cm3であり、メルトインデックスI2が10.0g/10分より大きく、20.0g/10分までであり、Z平均分子量Mzが、300,000未満であり、メルトフロー比I21/I2が24〜38である、方法である。
本開示の一実施形態では、ポリエチレン組成物の第1のエチレンコポリマーは、密度が約0.930g/cm3〜約0.960g/cm3であり、メルトインデックスI2が0.1g/10分より大きく、分子量分布Mw/Mnが約3.0未満であり、重量平均分子量Mwが、第2のエチレンコポリマーのMwよりも大きい。一実施形態では、第1のエチレンコポリマーの重量平均分子量Mwは、少なくとも50,000g/mol(モル)である。
本開示の一実施形態では、ポリエチレン組成物の第2のエチレンコポリマーは、密度が約0.967g/cm3未満であるが、第1のエチレンコポリマーの密度より高く、メルトインデックスI2が約50〜10,000g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが約3.0未満であり、重量平均分子量Mwが、第1のエチレンコポリマーのMwよりも小さい。一実施形態では、第2のエチレンコポリマーの重量平均分子量Mwは、45,000g/mole未満であろう。
一実施形態では、ポリエチレン組成物は、第1のエチレンコポリマーと第2のエチレンコポリマー(本明細書で定義される)を含む。
本開示の一実施形態では、上述のポリエチレン組成物は、ヒンジ付き部品の形成に使用される。
ポリエチレン組成物のメルトインデックスI2、I5、I6およびI21は、ASTM D1238に従って測定された(190℃で実施する場合、それぞれ2.16kg、5kg、6.48kg、21kgの錘を使用)。
コモノマー含有量が非常に少ない多成分(または二峰性樹脂)ポリエチレンポリマーの場合、例えば、米国特許第8,022,143号においてなされたように、各ポリマー成分の短鎖分枝(と、その後、他の情報を組み合わせることによってポリエチレン樹脂密度)を、GPC−FTIRデータの数学的なデコンヴォルーションによって信頼性高く概算するのは困難な場合がある。その代わりに、反応器モデルシミュレーションを用い、実際のパイロットスケールでの試行条件に使用した入力条件を用い、第1のコポリマーおよび第2のコポリマーのMw、Mn、Mz、Mw/Mnおよび炭素1000個当たりの短鎖分枝(SCB/1000C)が本明細書で計算された(関連する反応器モデリング法の参考文献として、「Copolymerization」、A.Hamielec,J.MacGregorおよびA.Penlidis in Comprehensive Polymer Science and Supplements,volume 3,Chapter 2,page 17,Elsevier, 1996および「Copolymerization of Olefins in a Series of Continuous Stirred−Tank Slurry−Reactors using Heterogeneous Ziegler−Natta and Metallocene Catalysts.I.General Dynamic Mathematical Model」、J.B.P Soares and A.E Hamielec in Polymer Reaction Engineering, 4(2&3)、p153、1996を参照)。この種のモデルは、エチレン転化率、エチレン入力流およびコモノマー入力流を実験条件から直接的に得ることができるため、本開示で使用される触媒系について反応比(以下を参照)を信頼性高く概算することができるため、低いコモノマー組み込みレベルであっても、コモノマー(例えば1−オクテン)含有量を概算する際の信頼性が高いと考えられる。明確にするために、「モノマー」または「モノマー1」はエチレンを表し、一方、「コモノマー」または「モノマー2」との用語は1−オクテンを表す。
によって与えられ、
ここで、
は、個々の流れの質量流量を表し、指数iは、入口および出口の流れを示す。
ここで、Miは、入口または出口の流体(i)の平均モル重量であり、xijは、流れi中の種jの質量分率であり、ρmixは、反応混合物のモル密度であり、Vは反応容積であり、Rjは、種jの反応速度であり、単位はkmol/m3sである。
によって与えられ、
ここで、
は、流れi(入口または出口)の質量流量であり、
は、参照状態に対する流れiのエンタルピーの差であり、
は、反応(単数または複数)によって放出される熱であり、Vは反応容積であり、
は、入力仕事量(すなわち、アジテーター)であり、
は、熱量の入力/損失量である。
ここで、
は、末端にモノマー1が付いている成長中のポリマー鎖にモノマー2を添加する場合の成長速度定数であり、
は、反応器中のモノマー1(エチレン)のモル濃度であり、
は、反応器中のモノマー2(1−オクテン)のモル濃度であり、
は、末端にモノマー1が付いている成長中のポリマー鎖について、モノマー2への連鎖移動の停止速度定数であり、
は、端にモノマー1が付いている鎖について自然連鎖停止の速度定数であり、
は、端にモノマー1が付いている鎖について水素による連鎖停止の速度定数であり、
および
は、それぞれ、端にモノマー1またはモノマー2が付いている鎖によって占められる触媒のサイトの割合である。
ここで、
および
は、ある鎖長
を有するポリマーの重量分率である。
ここで、
は、鎖長
を有するポリマーの重量分率の微分であり(
ここで、28は、C2H4単位に対応するポリマーセグメントの分子量である)、DPNは、式(4)によって計算された重合度である。Floryモデルから、各反応器中で製造されたポリマーのMwおよびMzは、Mw=2×MnおよびMz=1.5×Mwである。
ここで、
は、全体的な分子量分布関数であり、
および
は、各反応器中で作られたポリマーの重量分率であり、
および
は、各反応器中で作られたポリマーの平均鎖長である(すなわち、
)。
)、モノマー2(例えば、1−オクテン)に対するモノマー1(例えばエチレン)の反応性の比
の関数である。
と反応器中のエチレン転化率(
)を知ることで推定することができる。即時コモノマー組み込みのためのMayおよびLewisの式を用い、二次式を誘導することができ(「Copolymerization」、A.Hamielec,J.MacGregorおよびA.Penlidis、Comprehensive Polymer Science and Supplements,Volume 3,Chapter 2,page 17,Elsevier,1996)、この反応周りの物質収支を解く。ポリマー中の1−オクテンに対するエチレンのモル比は、以下の二次式の負の根である。
ここで、Yは、ポリマー中の1−オクテンに対するエチレンのモル比であり、
は、反応器に向かうエチレンに対する1−オクテンの質量流量比であり、
は、触媒系についてのモノマー2に対するモノマー1の反応性比(
)であり、
は、エチレンモノマーの転化分率である。
ここで、Yは、ポリマー中のモノマー2(1−オクテン)に対するモノマー1(エチレン)のモル比であり、BFは、分枝頻度(炭素原子1000個当たりの分枝)である。
ここで、
は、分子量(MW)での分枝であり、
および
は、反応器1および反応器2で製造されたポリマーの重量分率であり、
および
は、R1およびR2で製造されたポリマーの平均分枝頻度であり(式9および10から)、
および
は、反応器1および反応器2からのFlory分布関数である。
ここで、
は、全ポリマー(例えばポリエチレン組成物)の平均分枝頻度であり、
および
は、各反応器中で製造された物質の重量分率であり、
および
は、各反応器中で製造された物質の分枝頻度(例えば、第1のエチレンコポリマーおよび第2のエチレンコポリマーの分枝頻度)である。
密度:
ここで、BFは、分枝頻度である。
メルトインデックスI2(MI):
反応器の条件
反応器の条件
樹脂特性
樹脂特性
ポリエチレン成分の特性
ポリエチレン成分の特性
4種類のヒンジ付き部品を製造することができる4キャビティのヒンジ部品用の金型を使用した。これら4種類のヒンジ付き部品は、典型的なヒンジ付きキャップおよび密閉部のヒンジ部分を模倣するように設計された異なる幾何形状および寸法を有していてもよい。この4種類のヒンジ付き部品の中で、ヒンジ部品「ヒンジ4番」を今回の分析で使用した。ヒンジ4番の設計と寸法を図1〜図3に示す。
上述した4キャビティのヒンジ部品用金型を、Sumitomo射出成型機(型番SE75EV C250M、スクリュー直径28mm)で使用する。射出成型の処理条件を表5に示す。
射出成型パラメータ
射出成型パラメータ
射出成型し、室温で少なくとも72時間かけて平衡状態にした後、ヒンジ4番を型から分離し、いわゆる「ヒンジ部品寿命試験」に直接使用した。ヒンジの寸法は、図1〜図3に示す通りであった。一般に、この試験は、ヒンジ付き部品を、応力のかかっていない、曲げられていない位置からそのヒンジ軸に沿って約130°の角度で曲げ、次いで、このヒンジ付き部品を応力のかからない位置まで戻すことを含む。この試験を実施するために使用したデバイスを図4および図5に示す。
サイクル数におけるヒンジ寿命
(1)メルトインデックスI2が0.1〜10g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が0.930〜0.960g/cm3である、約10〜約70重量%の第1のエチレンコポリマーと、
(2)メルトインデックスI2が50〜10,000g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が、第1のエチレンコポリマーの密度より高いが、0.966g/cm3未満である、約90〜約30重量%の第2のエチレンコポリマーと
を含み、
第2のエチレンコポリマーの密度は、第1のエチレンコポリマーの密度よりも0.037g/cm3大きい密度未満であり;第2のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB2)に対する第1のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB1)の比(SCB1/SCB2)は1.0より大きく;ポリエチレン組成物は、分子量分布Mw/Mnが2.0〜7.0であり、密度が少なくとも0.949g/cm3であり、メルトインデックスI2が10.0g/10分より大きく、20.0g/10分までであり、Z平均分子量Mzが、300,000未満であり、メルトフロー比I21/I2が24〜38である、ヒンジ付き部品。
(1)メルトインデックスI2が0.1〜10g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が0.930〜0.960g/cm3である、約10〜約70重量%の第1のエチレンコポリマーと、
(2)メルトインデックスI2が50〜10,000g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が、第1のエチレンコポリマーの密度より高いが、0.966g/cm3未満である、約90〜約30重量%の第2のエチレンコポリマーと
を含み、
第2のエチレンコポリマーの密度は、第1のエチレンコポリマーの密度よりも0.037g/cm3大きい密度未満であり;第2のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB2)に対する第1のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB1)の比(SCB1/SCB2)は1.0より大きく;ポリエチレン組成物は、分子量分布Mw/Mnが2.0〜7.0であり、密度が少なくとも0.949g/cm3であり、メルトインデックスI2が10.0g/10分より大きく、20.0g/10分までであり、Z平均分子量Mzが、300,000未満であり、メルトフロー比I21/I2が24〜38である、方法。
Claims (28)
- ポリエチレン組成物を含むヒンジ付き部品であって、前記ポリエチレン組成物が、
(1)メルトインデックスI2が0.1〜10g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が0.930〜0.960g/cm3である、約10〜約70重量%の第1のエチレンコポリマーと、
(2)メルトインデックスI2が50〜10,000g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が、第1のエチレンコポリマーの密度より高いが、0.966g/cm3未満である、約90〜約30重量%の第2のエチレンコポリマーと
を含み、
第2のエチレンコポリマーの密度は、第1のエチレンコポリマーの密度よりも約0.037g/cm3大きい密度未満であり;第2のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB2)に対する第1のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB1)の比(SCB1/SCB2)は1.0より大きく;前記ポリエチレン組成物は、分子量分布Mw/Mnが2.0〜7.0であり、密度が少なくとも0.949g/cm3であり、メルトインデックスI2が10.0g/10分より大きく、20.0g/10分までであり、Z平均分子量Mzが、300,000未満であり、メルトフロー比I21/I2が24〜38である、ヒンジ付き部品。 - 前記ヒンジ付き部品は、平均ヒンジ寿命が4200サイクルを超える、請求項1に記載のヒンジ部品。
- 前記ヒンジ付き部品は、平均ヒンジ寿命が少なくとも4800サイクルである、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物は、Z平均分子量Mzが250,000未満である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物は、応力指数が1.40未満である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記第1のエチレンコポリマーおよび第2のエチレンコポリマーが、シングルサイト触媒の存在下、エチレンおよびアルファオレフィンを重合することによって製造される、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記第2のエチレンコポリマーの密度は、第1のエチレンコポリマーの密度よりも約0.030g/cm3大きい密度未満である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記第1のエチレンコポリマーは、メルトインデックスI2が0.1〜3.0g/10分である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記第2のエチレンコポリマーは、メルトインデックスI2が100〜5000g/10分である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物は、メルトインデックスI2が10.5〜18.0g/10分である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物が、ゲル浸透クロマトグラフィーによって決定される場合、二峰性の分子量分布を有する、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物は、分子量分布Mw/Mnが2.5〜4.5である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記第1のエチレンコポリマーは、密度が0.936〜0.952g/cm3である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物は、密度が0.950〜0.960g/cm3である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物は、長鎖分枝を有さない、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記第1のエチレンコポリマーおよび第2のエチレンコポリマーは、Mw/Mnが2.5未満である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物は、組成分布幅指数(CDBI(50))が約65重量%より大きい、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記第1のエチレンコポリマーおよび第2のエチレンコポリマーは、それぞれ、組成分布幅指数(CDBI(50))が約65重量%より大きい、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物が、
約25〜約60重量%の第1のエチレンコポリマーと、
約75〜約40重量%の第2のエチレンコポリマーと
を含む、請求項1に記載のヒンジ付き部品。 - 前記ポリエチレン組成物は、13C NMRによって決定される場合、コモノマー含有量が約0.5モル%未満である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物が、核形成剤または核形成剤の組み合わせをさらに含む、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記第1のエチレンコポリマーおよび第2のエチレンコポリマーが、エチレンと1−オクテンのコポリマーである、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ヒンジ付き部品が、圧縮成型または射出成型によって製造される、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ヒンジ付き部品が密閉部である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記ポリエチレン組成物が、少なくとも2つの重合反応器中、溶液重合条件下で、エチレンおよびα−オレフィンとシングルサイト重合触媒とを接触させることによって調製される、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- 前記第2のエチレンコポリマーは、密度が0.965g/cm3未満である、請求項1に記載のヒンジ付き部品。
- ヒンジ付き部品を調製するための方法であって、前記方法は、少なくとも1つの圧縮成型工程または射出成型工程を含み、前記ヒンジ付き部品が、ポリエチレン組成物を含み、前記ポリエチレン組成物が、
(1)メルトインデックスI2が0.1〜10g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が0.930〜0.960g/cm3である、約10〜約70重量%の第1のエチレンコポリマーと、
(2)メルトインデックスI2が50〜10,000g/10分であり、分子量分布Mw/Mnが3.0未満であり、密度が、第1のエチレンコポリマーの密度より高いが、0.966g/cm3未満である、約90〜約30重量%の第2のエチレンコポリマーと
を含み、
第2のエチレンコポリマーの密度は、第1のエチレンコポリマーの密度よりも約0.037g/cm3大きい密度未満であり;第2のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB2)に対する第1のエチレンコポリマー中の炭素原子1000個当たりの短鎖分枝の数(SCB1)の比(SCB1/SCB2)は1.0より大きく;前記ポリエチレン組成物は、分子量分布Mw/Mnが2.0〜7.0であり、密度が少なくとも0.949g/cm3であり、メルトインデックスI2が10.0g/10分より大きく、20.0g/10分までであり、Z平均分子量Mzが、300,000未満であり、メルトフロー比I21/I2が24〜38である、方法。 - 前記ヒンジ部品は、平均ヒンジ寿命が4200サイクルを超える、請求項26に記載の方法。
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