JP2023520142A - フィルム又はブレンドで使用するための強化溶融強度の低密度ポリエチレン - Google Patents
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Abstract
5.5cN以上である190Cで測定された溶融強度と、0.9210g/cm3以上かつ0.9275g/cm3以下である密度と、4.5g/10分以上である190℃で測定されたメルトインデックスI2と、を有する、低密度ポリエチレン。【選択図】図1
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2020年4月6日に出願された米国特許仮出願第63/005,798号に対する優先権を主張し、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、2020年4月6日に出願された米国特許仮出願第63/005,798号に対する優先権を主張し、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
(発明の分野)
本開示の実施形態は、概して、低密度ポリエチレン、特に、強化された溶融強度を有する低密度ポリエチレンに関する。
本開示の実施形態は、概して、低密度ポリエチレン、特に、強化された溶融強度を有する低密度ポリエチレンに関する。
溶融強度、粘度、分子量分布、密度などのフィルムを製造するために使用される樹脂の特性は、キャストフィルム、インフレーションフィルム、又は熱成形フィルムなどのフィルムの性能に影響を及ぼす可能性がある。直鎖状低密度ポリエチレン(Linear Low-density Polyethylene、LLDPE)を有する低密度ポリエチレン(low-density polyethylene、LDPE)などの異なる種類のエチレン系ポリマーをブレンドすることにより、特性のいくつかを改善することができるが、このブレンドはバッチ間の不一致をもたらす場合がある。
エチレン系ポリマーは、以下の参考文献で開示されている:国際公開第2017/14698号、同第2010/042390号、同第2010/144784号、同第2011/019563号、同第2012/082393号、同第2006/049783号、同第2009/114661号、米国特許出願公開第2008/0125553号、米国特許第7,741,415号、同第8,916,667号、同第9,303,107号、及び欧州特許第2239283(B1)号。しかしながら、かかるポリマーは、改善された溶融強度と、フィルム特性の最適化されたバランスとを提供するものではない。したがって、溶融強度、加工性、及び密度(剛性)の最適化されたバランスを有する、新たなエチレン系ポリマー、例えばLDPEに対するニーズが依然として存在する。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、摂氏190度(℃)で測定された5.5センチニュートン(cN)以上の溶融強度と、0.9210グラム/立方センチメートル(g/cm3)以上かつ0.9275g/cm3以下の密度と、190℃で測定された4.5g/10分以上のメルトインデックスI2と、を含む。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、190℃で測定された5.5cNを超える溶融強度と、0.9210g/cm3以上かつ0.9275g/cm3以下の密度と、を含む。
追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載され、その説明により当業者によりある程度は容易に理解されるか、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含む、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。
上記の全般的な説明及び下記の詳細な説明の両方は、様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の性質及び特徴を理解するための概要又は枠組みの提供を意図していることを理解されたい。添付の図面は、様々な実施形態の更なる理解を提供するために含まれ、かつ本明細書に組み込まれ、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則及び動作を説明するのに役立つ。
ここで、本出願の特定の実施形態を説明する。しかしながら、本開示は、異なる形態で具体化されてもよく、本開示に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が、徹底的かつ完全なものとなり、本主題の範囲を当業者に十分に伝えるものとなるように提供される。
実施形態によれば、低密度ポリエチレンは、190℃で測定された5.5cN以上の溶融強度と、0.9210g/cm3以上かつ0.9275g/cm3以下である密度と、190℃で測定された4.5g/10分以上であるメルトインデックスI2と、を含む。実施形態によれば、低密度ポリエチレンは、190℃で測定された5.5cNを超える溶融強度と、0.9210g/cm3以上かつ0.9275g/cm3以下である密度と、を含む。
定義
本明細書で使用する際、「組成物」という用語は、該組成物を構成する材料の混合物、並びに、該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包含する。
本明細書で使用する際、「組成物」という用語は、該組成物を構成する材料の混合物、並びに、該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包含する。
本明細書で使用される場合、「ブレンド」又は「ポリマーブレンド」という用語は、2つ以上のポリマーの混合物を指す。ブレンドは、混和性であってもなくても(分子レベルで相分離していても)よい。ブレンドは、相分離していても、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、及び当技術分野において既知である他の方法から決定されるように、1つ以上のドメイン構成を含有していてもよく、又は含有していなくてもよい。ブレンドは、マクロレベル(例えば、溶融ブレンド樹脂若しくは配合)又はミクロレベル(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、任意の追加の成分、ステップ、又は手順の存在を除外することを意図するものではない。疑義を回避するために、「含む(comprising)」という用語の使用を通じて特許請求される全ての組成物は、反対の記載がない限り、ポリマーであろうとなかろうと、任意の追加の添加剤、アジュバント、又は化合物を含み得る。対照的に、「から本質的になる」という用語は、操作性に必須ではないものを除き、あらゆる続く記述の範囲からあらゆる他の成分、ステップ、又は手順を除く。「からなる」という用語は、具体的に描写又は列記されていない任意の成分、ステップ、又は手順を除外する。
本明細書で使用される「LDPE」と略される「低密度ポリエチレン」という用語はまた、「高圧エチレンポリマー」又は「高度に分岐したポリエチレン」と称され得る。LDPEは、当技術分野において既知であり、本明細書では、フリーラジカル高圧(≧100MPa(例えば、100~400MPa))重合を使用して調製されたエチレンホモポリマーを指す。LDPE樹脂は、典型的には、0.915~0.935g/cm3の範囲内の密度を有する。本明細書で言及されるように、低密度ポリエチレン、LDPEなどの用語は、ポリエチレンポリマー自体を指し、特に明示しない限り、低密度ポリエチレンとブレンドされ得るいかなる添加剤も含まない。したがって、本開示で言及される低密度ポリエチレンの特性は、特に明示しない限り、添加剤を含まない低密度ポリエチレンポリマーそれ自体の特性を指す。
本明細書で使用される、「LLDPE」と略記される「直鎖状低密度ポリエチレン」という用語は、チーグラー-ナッタ触媒系を使用して製造された樹脂、並びに、限定されないがビス-メタロセン触媒(「m-LLDPE」と称されることもある)、ホスフィンイミド及び幾何拘束型触媒(constrained geometry catalyst)などの単一部位触媒を用いて製造された樹脂、及び、限定されないがビス(ビフェニルフェノキシ)触媒(多価アリールオキシエーテル触媒とも呼ばれる)などのポストメタロセン分子触媒を用いて製造された樹脂、を含む。LLDPEは、直鎖状の、実質的に直鎖状の、又は不均一なエチレン系コポリマー又はホモポリマーを含む。LLDPEは、米国特許第5,272,236号、同第5,278,272号、同第5,582,923号、及び同第5,733,155号において更に定義されている実質的に直鎖状のエチレンポリマー、米国特許第3,645,992号におけるような均質に分岐したエチレンポリマー組成物、米国特許第4,076,698号に開示されているプロセスに従って調製されたものなどの不均質分岐状エチレンポリマー、及びそれらのブレンド(米国特許第3,914,342号又は同第5,854,045号に開示されているものなど)を含む。LLDPE樹脂は、当該技術分野において既知の任意の種類の反応器又は反応器構成を使用して、気相、溶液相、若しくはスラリー重合、又はそれらの任意の組み合わせを介して作製され得る。
プロセスの実施形態
低密度ポリエチレンを製造するために、高圧フリーラジカル開始オートクレーブ管状反応器組み合わせ重合プロセスを使用した。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、開始剤若しくはモノマー供給物、又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管状反応器として使用される。限定するものではないが、反応器の長さは、100~3000メートル(m)、又は1000~2000mが好適であり得る。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(又はテロマー)、コモノマー、並びにそれらの任意の組み合わせのいずれかのサイドインジェクション(side injection)によって定義される。高圧プロセスはまた、1つ以上の反応ゾーンを有するオートクレーブ若しくは管状反応器において、又はそれぞれが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も、実施され得る。
低密度ポリエチレンを製造するために、高圧フリーラジカル開始オートクレーブ管状反応器組み合わせ重合プロセスを使用した。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、開始剤若しくはモノマー供給物、又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管状反応器として使用される。限定するものではないが、反応器の長さは、100~3000メートル(m)、又は1000~2000mが好適であり得る。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(又はテロマー)、コモノマー、並びにそれらの任意の組み合わせのいずれかのサイドインジェクション(side injection)によって定義される。高圧プロセスはまた、1つ以上の反応ゾーンを有するオートクレーブ若しくは管状反応器において、又はそれぞれが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も、実施され得る。
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(chain transfer agent、CTA)が、重合プロセスに添加され得る。典型的なCTAとしては、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が挙げられるが、それらに限定されない。一実施形態では、プロセスで使用されるCTAの量は、全反応混合物の0.03~10重量パーセントである。
低密度ポリエチレン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することによって得られる精製エチレンであり得る。低密度ポリエチレンを作製するのに精製エチレンが必要とされることは典型的ではない。そのような場合、再循環ループからのエチレンを使用し得る。
次に、本明細書に開示及び記載される実施形態に従って低密度ポリエチレンを製造するためのシステム及びプロセスの実施形態について詳細に言及する。
実施形態に従って低密度ポリエチレンを製造するために使用されるプロセス反応システムのブロック図である図1を参照すると、図1に示したプロセス反応システム100は、部分的に閉ループの、二重リサイクル式の、高圧の、低密度ポリエチレンシステムである。図1に示した実施形態によれば、プロセス反応システム100は、ブースター/一次圧縮機110、過圧縮機120、管反応器140に結合された断熱オートクレーブ反応器130、高圧分離器150、及び低圧分離器160を含み得る。オートクレーブ反応器130は、実施形態に従って、3つのゾーン130A、130B、130Cを含み得る。第1の過酸化物開始剤流124は、オートクレーブ反応器130の各ゾーン1の130Aに注入され得、第3の過酸化物開始剤流125は、オートクレーブ反応器130のゾーン3の130Cに注入され得る。第2の過酸化物開始剤流123は、側流122と混合され、又は反応器130Bのゾーン2のいずれかに注入され得る。同様に、過酸化物開始剤流132は、管反応器140の入口に注入され得る。管反応器140は、管反応器140の外殻の周りに取り付けられた冷却ジャケット(図示せず)を使用し得る。管反応器140の冷却ジャケットは、高圧水を使用して、管反応器140内の温度を冷却又は調整し得る。
新鮮なエチレン供給流101は、連鎖移動剤(chain transfer agent、CTA)流102及びエチレンリッチ流162と混合されて、第1の混合流(すなわち、新鮮なエチレンと、高圧エチレンリサイクルと、CTAとの混合流)を形成し得る。この第1の混合流は、ブースター/一次圧縮機110の下流にある過圧縮機120に対して順次接続されているブースター/一次圧縮機110中に導入され得る。ブースター/一次圧縮機110において、混合流は、圧縮され、圧縮流111としてブースター/一次圧縮機110を出る。圧縮流111は、高圧分離器150のエチレンリッチ流152の一部である高圧リサイクル流154と混合されて、第2の混合流(すなわち、過圧縮された新鮮なエチレンと、高圧エチレンリサイクルと、CTA及び高圧エチレンリサイクルとの混合流)を形成し得る。この第2の混合流は、過圧縮機120に導入され得、当該過圧縮機120は、過圧縮機120の上流にあるブースター/一次圧縮機110に順次接続されていて、かつ過圧縮機120の下流にあるオートクレーブ反応器130に順次接続されている。過圧縮機120では、第2の混合流は、過圧縮流121へと更に圧縮され、過圧縮機120を出る。
過圧縮流121は、オートクレーブ反応器130に導入され、当該オートクレーブ反応器130は、オートクレーブ反応器130の上流にある過圧縮機120に順次接続されていて、かつオートクレーブ反応器130の下流にある管反応器140に順次接続されている。例えば、分離器(図示せず)によって、過圧縮流121から側流122が分離され、側流122として反応器130に導入される。オートクレーブ反応器130に入る側流122及び過圧縮流121の一部は、等しい比率であり得る。過圧縮流121の部分は、オートクレーブ反応器130のゾーン1の130Aなどのオートクレーブ反応器130の上部に供給され得る。側流122は、ゾーン2の130Bなどのオートクレーブ反応器130の側面に供給され得る。オートクレーブ反応器130において、過圧縮流121及び側流122は、部分的に重合することができ、重合流131としてオートクレーブ反応器130を出る。次いで、流れ131は、管反応器140に供給され得、当該管反応器140は、管反応器140の上流にあるオートクレーブ反応器130に順次接続されていて、管反応器140の下流にある高圧分離器150に順次接続されている。管反応器140では、流れ131は、更に重合され、重合流141として管反応器140を出ることができる。
実施形態によれば、重合は、4つの混合物の助けを借りてオートクレーブ反応器130及び管反応器140中で開始され得る。各混合物は、各反応ゾーンの入口に注入され得る1つ以上のフリーラジカル開始系を含有している。第1の過酸化物開始剤流124は、オートクレーブ反応器130のゾーン1の130Aに導入され得る。第2の過酸化物開始剤流123は、オートクレーブ反応器130のゾーン2の130Bに導入され得る。第3の過酸化物開始剤流125は、オートクレーブ反応器130のゾーン3の130Cに導入され得る。最後に、第4の過酸化物開始剤流132が、管反応器140に導入され得る。
重合流141は、高圧分離器150に導入され、当該高圧分離器150は、高圧分離器150の上流にある反応器140に順次接続され、かつ低圧分離器160に順次接続されている。高圧分離器150では、重合流141は、エチレンリッチ流152とポリマーリッチ流151とに分離される。エチレンリッチ流153の第1の部分は、プロセス反応システム100からパージされ、エチレンリッチ流154の第2の部分は、冷却され、過圧縮機120に再循環され、そこで、エチレンリッチ流152は、過圧縮機120に導入される圧縮流111と混合される。
ポリマーリッチ流151は、低圧分離器160に導入され、当該低圧分離器160は、低圧分離器160の上流にある高圧分離器150に順次接続されていて、かつ低圧分離器160の下流にあるブースター/一次圧縮機110に順次接続されている。低圧分離器160では、ポリマーリッチ流151は、第2のポリマーリッチ流161及び第2のエチレンリッチ流162に分離される。第2のポリマーリッチ流161は、プロセス反応システム100を出て、押出機(図示せず)に導入され得る。第2のエチレンリッチ流162は、低圧分離器160に順次接続されているブースター/一次圧縮機110に導入される前に、新鮮なエチレン供給流101と混合される。
実施形態によれば、開始剤は、t-ブチルペルオキシピバレート(t-butyl peroxypivalate、TBPIV)、t-ブチルペルオキシ-2エチルヘキサノエート(t-butyl peroxy-2 ethylhexanoate、TBPO)、tert-ブチルペルオキシアセテート(tert-butyl peroxyacetate、TBPA)、ジ-tert-ブチルペルオキシド(di-tert-butyl peroxide、DTBP)、及びそれらの混合物からなる群から選択され得る。
実施形態の低密度ポリエチレン特性
強化された溶融強度及び望ましいメルトインデックス及び密度又は弾性率を有する低密度ポリエチレンが、本明細書に開示及び記載した実施形態で提供される。本明細書に開示及び記載される低密度ポリエチレンの特性を以下に示す。以下に列挙されている特性は、別々の段落に記載されているが、上記の様々なプロセス条件を変更することにより、以下のいずれかの段落の特性を以下の他のいずれかの段落の特性と組み合わせることができることを理解されたい。したがって、以下に列挙される様々な特性の任意の組み合わせを有する低密度ポリエチレンが意図され、また実施形態に従って製造することができる。
強化された溶融強度及び望ましいメルトインデックス及び密度又は弾性率を有する低密度ポリエチレンが、本明細書に開示及び記載した実施形態で提供される。本明細書に開示及び記載される低密度ポリエチレンの特性を以下に示す。以下に列挙されている特性は、別々の段落に記載されているが、上記の様々なプロセス条件を変更することにより、以下のいずれかの段落の特性を以下の他のいずれかの段落の特性と組み合わせることができることを理解されたい。したがって、以下に列挙される様々な特性の任意の組み合わせを有する低密度ポリエチレンが意図され、また実施形態に従って製造することができる。
実施形態によれば、低密度ポリエチレンは、一立方センチメートル当たり0.9210以上かつ0.9275グラム以下の密度(g/cm3)を有し得る。密度測定は、ASTM D792-08、方法Bを使用して試料をプレスしてから1時間以内に行った。低密度ポリエチレンは、0.9215g/cm3以上かつ0.9270g/cm3以下、0.9220g/cm3以上かつ0.9265g/cm3以下、0.9225g/cm3以上かつ0.9260g/cm3以下、0.9230g/cm3以上かつ0.9255g/cm3以下、0.9235g/cm3以上かつ0.9250g/cm3以下、又は0.9240g/cm3以上かつ0.9245g/cm3以下の密度を有する。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、ASTM D 1238に従って、190℃で、かつ2.16kgの負荷で測定された、10分当たり4.5グラム(g/10分)以上を有し、例えば、4.6g/10分以上、4.7g/10分以上、4.8g/10分以上、4.9g/10分以上、5.0g/10分以上、5.1g/10分以上、5.2g/10分以上、5.3g/10分以上、5.4g/10分以上、5.5g/10分以上、5.6g/10分以上、5.7g/10分以上、5.8g/10分以上、5.9g/10分以上、又は6.0g/10分以上のメルトインデックス(I2)を有する。実施形態では、メルトインデックス(I2)は、7.5g/10分以下であり、例えば、7.4g/10分以下、7.3g/10分以下、7.2g/10分以下、7.1g/10分以下、7.0g/10分以下、6.9g/10分以下、6.8g/10分以下、6.7g/10分以下、6.6g/10分以下、6.5g/10分以下、6.4g/10分以下、6.3g/10分以下、6.2g/10分以下、又は6.1g/10分以下である。実施形態では、メルトインデックス(I2)は、4.5g/10分以上かつ7.5g/10分以下であり、例えば、4.6g/10分以上かつ7.5/10分以下、4.7g/10分以上かつ7.5g/10分以下、4.8g/10分以上かつ7.5g/10分以下、4.9g/10分以上かつ7.5g/10分以下、5.0g/10分以上かつ7.5g/10分以下、5.1g/10分以上かつ7.5g/10分以下、5.2g/10分以上かつ7.5g/10分以下、5.3g/10分以上かつ7.5g/10分以下、5.4g/10分以上かつ7.5g/10分以下、5.5g/10分以上かつ7.5g/10分以下、5.6g/10分以上かつ7.5g/10分以下、5.7g/10分以上かつ7.5g/10分以下、5.8g/10分以上かつ7.5g/10分以下、5.9g/10分以上かつ7.5g/10分以下、又は6.0g/10分以上かつ7.5g/10分以下である。実施形態では、メルトインデックス(I2)は、4.5g/10分以上かつ7.0g/10分以下であり、例えば、5.0g/10分以上かつ6.5g/10分以下、又は約6.0g/10分である。
溶融強度は、以下に開示するように、毛細管レオメーターに取り付けられたRheotensを使用して測定される。実施形態では、溶融強度は、5.5センチニュートン(cN)以上であり、例えば、5.6cN以上、5.7cN以上、5.8cN以上、5.9cN以上、6.0cN以上、6.1cN以上、6.2cN以上、6.3cN以上、6.4cN以上、6.5cN以上、6.6cN以上、6.7cN以上、6.8cN以上、6.9cN以上、7.0cN以上、7.1cN以上、7.2cN以上、7.3cN以上、7.4cN以上、7.5cN以上、7.6cN以上、7.7cN以上、7.8cN以上、7.9cN以上、8.0cN以上、8.1cN以上、8.2cN以上、8.3cN以上、又は8.4cN以上である。実施形態では、溶融強度は、5.5cN以上かつ8.5cN以下であり、例えば、5.6cN以上かつ8.5cN以下、5.7cN以上かつ8.5cN以下、5.8cN以上かつ8.5cN以下、5.9cN以上かつ8.5cN以下、6.0cN以上かつ8.5cN以下、6.1cN以上かつ8.5cN以下、6.2cN以上かつ8.5cN以下、6.3cN以上かつ8.5cN以下、6.4cN以上かつ8.5cN以下、6.5cN以上かつ8.5cN以下、6.6cN以上かつ8.5cN以下、6.7cN以上かつ8.5cN以下、6.8cN以上かつ8.5cN以下、6.9cN以上かつ8.5cN以下、7.0cN以上かつ8.5cN以下、7.1cN以上かつ8.5cN以下、7.2cN以上かつ8.5cN以下、7.3cN以上かつ8.5cN以下、7.4cN以上かつ8.5cN以下、7.5cN以上かつ8.5cN以下、7.6cN以上かつ8.5cN以下、7.7cN以上かつ8.5cN以下、7.8cN以上かつ8.5cN以下、7.9cN以上かつ8.5cN以下、8.0cN以上かつ8.5cN以下、8.1cN以上かつ8.5cN以下、8.2cN以上かつ8.5cN以下、8.3cN以上かつ8.5cN以下、又は8.4cN以上かつ8.5cN以下である。実施形態では、溶融強度は、5.5cN以上かつ8.5cN以下であり、例えば、5.5cN以上かつ8.3cN以下、5.5cN以上かつ8.2cN以下、5.5cN以上かつ8.1cN、5.5cN以上かつ8.0cN以下、5.5cN以上かつ7.9cN以下、5.5cN以上かつ7.8cN以下、5.5cN以上かつ7.7cN以下、5.5cN以上かつ7.6cN以下、5.5cN以上かつ7.5cN以下、5.5cN以上かつ7.4cN以下、5.5cN以上かつ7.3cN以下、5.5cN以上かつ7.2cN以下、5.5cN以上かつ7.1cN以下、5.5cN以上かつ7.0cN以下、5.5cN以上かつ6.9cN以下、5.5cN以上かつ6.8cN以下、5.5cN以上かつ6.7cN以下、5.5cN以上かつ6.6cN以下、5.5cN以上かつ6.5cN以下、5.5cN以上かつ6.4cN以下、5.5cN以上かつ6.3cN以下、5.5cN以上かつ6.2cN以下、5.5cN以上かつ6.1cN以下、5.5cN以上かつ6.0cN以下、5.5cN以上かつ5.9cN以下、5.5cN以上かつ5.8cN以下、5.5cN以上かつ5.7cN以下、又は5.5cN以上かつ5.6cN以下である。実施形態によれば、溶融強度は、5.5cN以上かつ8.5cN以下であり、例えば、6.0cN以上かつ8.0cN以下、6.0cN以上かつ7.5cN以下、6.4cN以上かつ7.0cN以下、又は6.4cN以上かつ6.8cN以下である。
実施形態によれば、溶融強度とメルトインデックスとの関係は、190℃で測定されたcNでの溶融強度は、以下の式によって決定され得るようなものであり得る。
溶融強度(cN)≧[-0.780*(メルトインデックス、I2)+9.9cN]±5%
あるいは、190℃で測定された溶融強度は、以下の代替式によって決定され得る。
溶融強度(cN)≧[-0.780*(メルトインデックス、I2)+10.3cN]±5%
溶融強度(cN)≧[-0.780*(メルトインデックス、I2)+9.9cN]±5%
あるいは、190℃で測定された溶融強度は、以下の代替式によって決定され得る。
溶融強度(cN)≧[-0.780*(メルトインデックス、I2)+10.3cN]±5%
実施形態によれば、低密度ポリエチレンのヘキサン抽出物は、2.60重量パーセント(重量%)以下であり、例えば、2.50重量%以下、2.40重量%以下、2.30重量%以下、2.20重量%以下、2.10重量%以下、2.00重量%以下、1.90重量%以下、1.80重量%以下、1.70重量%以下、1.60重量%以下、1.50重量%以下、又は1.40重量%以下である。実施形態では、ヘキサン法を使用した低密度ポリエチレンの抽出物は、0.50重量%以上かつ2.60重量%以下であり、例えば、0.60重量%以上かつ2.50重量%以下、0.70重量%以上かつ2.40重量%以下、0.80重量%以上かつ2.30重量%以下、0.90重量%以上かつ2.30重量%以下、1.00重量%以上かつ2.20重量%以下、1.10重量%以上かつ2.10重量%以下、1.20重量%以上かつ2.00重量%以下、1.20重量%以上かつ1.90重量%以下、1.20重量%以上かつ1.80重量%以下、1.20重量%以上かつ1.70重量%以下、1.20重量%以上かつ1.60重量%以下、1.20重量%以上かつ1.50重量%以下、又は約1.40重量%である。
低密度ポリエチレンのコンベンショナルGPC法によって測定された数平均分子量(Mn(conv))は、実施形態によれば、1モル当たり12,000グラム(g/mol)以上かつ18,500g/mol以下であり、例えば13,000g/mol以上かつ18,500g/mol以下、14,000g/mol以上かつ17,000g/mol以下、14,000g/mol以上かつ約17,000g/mol以下、又は約14,500g/molである。Mn(conv)は、本明細書に開示されるゲル浸透クロマトグラフィー(gel permeation chromatography、GPC)プロトコル(コンベンショナル法)に従って測定される。
低密度ポリエチレンのコンベンショナルGPC法に従って測定された重量平均分子量(Mw(conv))は、実施形態によれば、1モル当たり110,000グラム(g/mol)以上かつ140,000g/mol以下であり、例えば、115,000g/mol以上かつ135,000g/mol以下、117,500g/mol以上かつ130,000g/mol以下、又は約125,000g/molである。Mw(conv)は、本明細書に開示されるコンベンショナルGPCプロトコルに従って測定される。
低密度ポリエチレンのコンベンショナルGPC法に従って測定されたz平均分子量(Mz(conv))は、実施形態によれば、1モル当たり500,000グラム(g/mol)以上であり、例えば、500,000g/mol以上かつ650,000g/mol以下、例えば、510,000g/mol以上かつ640,000g/mol以下、520,000g/mol以上かつ630,000g/mol以下、530,000g/mol以上かつ620,000g/mol以下、540,000g/mol以上かつ610,000g/mol以下、550,000g/mol以上かつ600,000g/mol以下、560,000g/mol以上かつ590,000g/mol以下、570,000g/mol以上かつ590,000g/mol以下、又は約580,000g/molである。Mz(conv)は、本明細書に開示されているコンベンショナルGPCプロトコルに従って測定される。
実施形態では、低密度ポリエチレンのコンベンショナルGPC方法に従って測定された分子量分布(Mw(conv)/Mn(conv))は、7.2以上、例えば、7.3以上、7.4以上、又は7.5以上である。実施形態では、Mw(conv)/Mn(conv)は、9.5以下、例えば、9.0以下、8.8以下、8.6以下、又は8.2以下である。
低密度ポリエチレンの以下に提供した絶対的な方法に従って測定された重量平均分子量Mw(abs)は、実施形態によれば、225,000g/mol以上かつ325,000g/mol以下、235,000g/mol以上かつ315,000g/mol以下、245,000g/mol以上かつ305,000g/mol以下、255,000g/mol以上かつ295,000g/mol以下、265,000g/mol以上かつ285,000g/mol以下、又は約275,000g/molである。Mw(abs)は、本明細書に開示される絶対GPCプロトコルに従って測定される。
低密度ポリエチレンの、本明細書に開示されている、絶対法に従って測定された重量平均分子量対コンベンショナルGPC法に従って測定された重量平均分子量の比(Mw(abs)/Mw(conv))は、実施形態によれば、2.1以上かつ2.7以下であり、例えば、2.1以上かつ2.4以下、又は2.15以上かつ2.35以下である。
実施形態によれば、本明細書に開示されている絶対技術で測定された低密度ポリエチレンのGPC分岐比(gpcBR)は、2.3以上かつ3.2以下であり、例えば、2.4以上かつ3.1以下、2.5以上かつ3.0以下、又は2.6以上かつ2.9以下である。
低密度ポリエチレンの光散乱特性(light scattering property、LSP)は、実施形態によれば、3.8未満であり、例えば、3.7以下、3.6以下、又は3.5以下である。実施形態では、LSPは、2.5以上、2.6以上、又は2.7以上である。実施形態では、LSPは、2.5以上かつ3.5以下であり、例えば、2.6以上かつ3.4以下、又は2.7以上かつ3.3以下である。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、0.1ラジアン/秒(rad/sec)及び190℃で測定された粘度が2,250Pa・s以上かつ4,250Pa・s以下であり、例えば、2,400Pa・s以上かつ4,000Pa・s以下、2,600Pa・s以上かつ3,800Pa・s以下、2,800Pa・s以上かつ3,600Pa・s以下、若しくは2,900Pa・s以上かつ3,400Pa・s以下、又は約3,200Pa・sである。粘度は、本明細書に開示されているプロトコルに従って測定される。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、100ラジアン/秒(rad/sec)及び190℃で測定された粘度が250Pa・s以上かつ400Pa・s以下であり、例えば、270Pa・s以上かつ380Pa・s以下、290Pa・s以上かつ360Pa・s以下、又は約320Pa・sである。粘度は、本明細書に開示されているプロトコルに従って測定される。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、0.1ラジアン/秒及び190℃で測定された粘度対100ラジアン/秒及び190℃で測定された粘度の割合(V@0.1/V@100及び190℃)が、8.0以上であり、例えば、8.5以上、9.0以上、又は9.5以上である。実施形態では、0.1ラジアン/秒及び190℃で測定された粘度対100ラジアン/秒及び190℃で測定された粘度の割合は、8.0以上かつ12.0以下であり、例えば、8.5以上かつ11.0以下、9.0以上かつ10.5以下、又は9.2以上かつ10.8以下である。
実施形態では、5,000g/mol未満の分子量における赤外線スペクトル分析(CDFIR)に関する累積分布率(cumulative distribution fraction、CDF)は、0.081以下であり、例えば、0.079以下、0.077以下、0.075以下、0.073以下、又は0.071以下である。実施形態では、分子量が5,000g/mol未満でのCDFIRは、0.040以上かつ0.081であり、例えば、0.040以上、例えば、0.055以上かつ0.079以下、0.055以上かつ0.077以下、0.055以上かつ0.075以下、0.055以上かつ0.075以下である。
実施形態では、分子量が200,000g/mol超でのCDFIRは、0.135以上であり、例えば、0.145以上、0.150以上、0.155以上、又は0.160以上である。実施形態では、分子量が200,000g/mol超でのCDFIRは、0.135以上かつ0.180以下であり、例えば、0.145以上かつ0.175以下、0.150以上かつ0.170以下、又は0.155以上かつ0.163以下である。
実施形態では、分子量が25,000g/mol未満での粘度計分析(CDFDV)に関するCDFは、0.130以下であり、例えば、0.127以下、0.126以下、0.125以下、0.123以下、0.121以下、又は0.119以下である。実施形態では、分子量が25,000g/mol未満でのCDFDVは、0.050以上かつ0.130以下であり、例えば、0.100以上かつ0.128以下、0.110以上かつ0.125以下、又は0.115以上かつ0.126以下である。
実施形態では、分子量が1,000,000g/mol超でのCDFDVは、0.042以上であり、例えば、0.048以上、0.053以上、0.058以上、又は0.061以上である。実施形態では、分子量が1,000,000g/mol超でのCDFDVは、0.042以上かつ0.070以下であり、例えば、0.048以上かつ0.065以下、又は0.053以上かつ0.064以下である。
実施形態では、分子量が100,000g/mol未満での光散乱分析(CDFLS)に関する累積分布率(CDF)は、0.140以下であり、例えば、0.130以下、0.120以下、又は0.110以下である。実施形態では、分子量が100,000g/mol未満でのCDFLSは、0.075以上かつ0.140以下であり、例えば、0.085以上かつ0.130以下、又は0.095以上かつ0.115以下である。
実施形態では、分子量が1,500,000g/mol超でのCDFLSは、0.110以上であり、例えば、0.120以上、0.130以上、0.135以上、0.140以上、又は0.145以上である。実施形態では、分子量が1,500,000g/mol超でのCDFLSは、0.110以上かつ0.160以下であり、例えば、0.120以上かつ0.155以下、又は0.130以上かつ0.155以下である。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、13C NMRによって測定した場合、総炭素原子1000個当たり1.5以上のアミル基(C5)及び総炭素原子1000個当たり3.0以下のアミル基(C5)を有する。
実施形態では、ポリマーは、総炭素原子1000個当たりC1の分岐(メチル分岐)を有していない。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、総炭素原子1000個当たり1.5以上の1,3ジエチル分岐かつ1000個の総炭素原子当たり5.0個以下の1,3ジエチル分岐を有する。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、総炭素原子1000個当たり3.0以上かつ4.0以下のC6+分岐を有する。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、総炭素原子1000個当たり0.018以上のビニルかつ総炭素原子1000個当たり0.043以下のビニルを有する。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、総炭素原子1000個当たり0.01のシス及びトランス基(ビニレン)かつ総炭素原子1000個当たり0.03以下のシス及びトランス基(ビニレン)を有する。
実施形態では、低密度ポリエチレンは、総炭素原子1000個当たり0.05以上のビニリデンかつ総炭素原子1000個当たり0.25以下のビニリデンを有する。
添加剤
実施形態の組成物は、1つ以上の添加剤を含み得る。添加剤としては、安定剤、可塑剤、帯電防止剤、顔料、染料、核剤、充填剤、スリップ剤(例えば、エルカミド、オレアミド、及びステアラミド)、難燃剤、加工助剤、煙抑制剤、粘度制御剤、ブロッキング防止剤(タルク及び二酸化ケイ素を含む)、並びに鉱油などの油が挙げられる。ポリマー組成物は、例えば、実施形態の低密度ポリエチレンの重量に基づいて、(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。実施形態では、低密度ポリエチレンは、1つ以上の安定剤、例えば、IRGANOX1010、IRGANOX1076及びIRGAFOS168(BASF)などの酸化防止剤で処理され得る。実施形態では、安定剤は使用されないことを理解されたい。
実施形態の組成物は、1つ以上の添加剤を含み得る。添加剤としては、安定剤、可塑剤、帯電防止剤、顔料、染料、核剤、充填剤、スリップ剤(例えば、エルカミド、オレアミド、及びステアラミド)、難燃剤、加工助剤、煙抑制剤、粘度制御剤、ブロッキング防止剤(タルク及び二酸化ケイ素を含む)、並びに鉱油などの油が挙げられる。ポリマー組成物は、例えば、実施形態の低密度ポリエチレンの重量に基づいて、(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。実施形態では、低密度ポリエチレンは、1つ以上の安定剤、例えば、IRGANOX1010、IRGANOX1076及びIRGAFOS168(BASF)などの酸化防止剤で処理され得る。実施形態では、安定剤は使用されないことを理解されたい。
実施形態の低密度ポリエチレンと他のポリマーとのブレンド及び混合が実施され得る。実施形態の低密度ポリエチレンとブレンドするのに好適なポリマーとしては、天然及び合成ポリマーが挙げられる。ブレンドのための例示的なポリマーとしては、プロピレン系ポリマー(両方ともに衝撃改質ポリプロピレンである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)、様々な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されたLLDPE、シングルサイト触媒を用いて調製されたPE、例えば、多数の反応器PE(チーグラーナッタPEとシングルサイト触媒PE、例えば、米国特許第6,545,088号(Kolthammer et al.)、同第6,538,070号(Cardwell,et al.)、同第6,566,446号(Parikh,et al.)、同第5,844,045号(Kolthammer et al.)、同第5,869,575号(Kolthammer et al.)、及び同第6,448,341号(Kolthammer et al.)に開示されている生成物))、EVA、エチレン/ビニルアルコールコポリマー、ポリスチレン、衝撃改良されたポリスチレン、ABS、スチレン/ブタジエンブロックコポリマー及びそれらの水素化誘導体(SBS及びSEBS)、並びに熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。均質ポリマー、例えば、オレフィンプラストマー及びエラストマー、エチレン及びプロピレン系コポリマー(例えば、VERSIFY(商標)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、実施形態の低密度ポリエチレンを含むブレンド中の成分として有用であり得る)。LLDPE、例えば、INNATE(商標)、DOWLEX(商標)、及びDOWLEX(商標)GM(The Dow Chemical Company)並びにExceed及びExceed XP(Exxon Chemical Company)も使用され得る。
添加剤、例えば、滑剤、酸化防止剤、又は粘着防止剤は、樹脂特性に影響を及ぼす場合がある。更に、油も、例えば、添加剤のための担体として使用され得る鉱油も、樹脂特性に影響を及ぼし得る。低密度ポリエチレンは、様々な方法を用いて、例えば、以下に更に記載される、スリップ添加剤法、一次及び二次酸化防止剤法、粘着防止法、並びに鉱油法を用いて、添加剤の存在を測定するために分析され得る。
添加剤の存在は、分子量、ヘキサン抽出物、及び密度に影響を及ぼし得る。例えば、添加剤の低分子量特性は、エチレン系ポリマーの分子量を減少させ得る。したがって、本明細書において詳述されるように、GPC溶出曲線の低分子量領域において、酸化防止剤又は他の添加剤の存在によって引き起こされることが知られているピークが存在するとき、ポリマー試料の数平均分子量(number average molecular weight、Mn)の過小評価を引き起こして、Mw/Mn(Mwは重量平均分子量(weight average molecular weight)である)と定義される試料多分散性が過大評価され得る。同様に、添加剤が存在するとき、ヘキサン抽出物測定は、全てのヘキサン可溶性添加剤を含むが、ヘキサン抽出物測定は、粘着防止剤などのヘキサンに溶解しない添加剤を含まないであろう。したがって、添加剤を含む樹脂のヘキサン抽出物パーセントは、添加剤を含まないエチレン系ポリマーのヘキサン抽出物パーセントと、ヘキサン可溶性添加剤(例えば、スリップ剤及び酸化防止剤)及び/又は任意のヘキサン可溶性油(例えば、添加剤のための担体として使用され得る)のパーセンテージとの合計に等しいであろう。最後に、粘着防止剤などの添加剤は、エチレン系ポリマーの密度を増加させ得る。任意の添加剤(添加剤はタルク又は二酸化ケイ素などの粘着防止剤である)を含まないエチレン系ポリマーの密度(g/cm3)は、以下の式によって表され得る。
用途
実施形態の低密度ポリエチレンは、有用な物品、例えば、単層及び多層フィルム、成形物品、例えば、ブロー成形物品、射出成形物品、キャスト成形物品、又は回転成形物品、コーティング、繊維、織布又は不織布を製造するための様々な従来の熱可塑性製造プロセスで使用することができる。実施形態の低密度ポリエチレンは、限定されないが、押出コーティング、食品包装用、消費者用、工業用、農業用(塗布剤又はフィルム)、積層フィルム、フレッシュカットプロデュースフィルム、キャストフィルム、インフレーションフィルム、熱成形フィルム、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、サンドイッチ用バッグ、シーラント、及びおむつのバックシートなどの様々なフィルムに使用され得る。
実施形態の低密度ポリエチレンは、有用な物品、例えば、単層及び多層フィルム、成形物品、例えば、ブロー成形物品、射出成形物品、キャスト成形物品、又は回転成形物品、コーティング、繊維、織布又は不織布を製造するための様々な従来の熱可塑性製造プロセスで使用することができる。実施形態の低密度ポリエチレンは、限定されないが、押出コーティング、食品包装用、消費者用、工業用、農業用(塗布剤又はフィルム)、積層フィルム、フレッシュカットプロデュースフィルム、キャストフィルム、インフレーションフィルム、熱成形フィルム、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、サンドイッチ用バッグ、シーラント、及びおむつのバックシートなどの様々なフィルムに使用され得る。
実施形態の低密度ポリエチレンはまた、他の直接的な最終使用の用途においても有用である。実施形態の低密度ポリエチレンは、ワイヤー及びケーブルのコーティング作業、真空形成作業用のシート押出、並びに射出成形、吹込成形プロセス若しくは回転成形プロセスの使用などの成形品の形成に使用され得る。実施形態の低密度ポリエチレンのための他の好適な用途としては、弾性フィルム及び繊維、電化製品ハンドルなどの柔らかな手触りの商品、ガスケット及びプロファイル、自動内装部品及びプロファイル、発泡品(オープンセル及びクローズドセルの両方)、他の熱可塑性ポリマーのための衝撃改良剤、例えば、高密度ポリエチレン、又は他のオレフィンポリマー、キャップライナー、及びフローリングが挙げられる。
本明細書に開示及び記載されている実施形態では、低密度ポリエチレンは、別途明示的に言及されない限り、添加剤を含まない低密度ポリエチレンであり、本明細書に開示されている特性は、特に開示されない限り、添加剤を含まない低密度ポリエチレンに関する。
試験方法
試験方法は、以下を含む。
試験方法は、以下を含む。
密度
密度測定用の試料を、ASTM D 4703-10に従って調製した。試料を374°F(190℃)で5分間、10,000psi(68MPa)でプレスした。温度を、上記の5分間、374°F(190℃)に維持し、次いで圧力を30,000psi(207MPa)まで3分間増加させた。これに続いて、70°F(21℃)及び30,000psi(207MPa)で1分間保持した。測定を、ASTM D792-08、方法Bを使用して、試料プレスの1時間以内に行った。
密度測定用の試料を、ASTM D 4703-10に従って調製した。試料を374°F(190℃)で5分間、10,000psi(68MPa)でプレスした。温度を、上記の5分間、374°F(190℃)に維持し、次いで圧力を30,000psi(207MPa)まで3分間増加させた。これに続いて、70°F(21℃)及び30,000psi(207MPa)で1分間保持した。測定を、ASTM D792-08、方法Bを使用して、試料プレスの1時間以内に行った。
メルトインデックス
メルトフローインデックス、又はメルトインデックス又はI2は、ASTM D 1238-10、条件190℃/2.16kg、方法Bに従って測定し、10分間当たり溶出されるグラム数で報告した。
メルトフローインデックス、又はメルトインデックス又はI2は、ASTM D 1238-10、条件190℃/2.16kg、方法Bに従って測定し、10分間当たり溶出されるグラム数で報告した。
核磁気共鳴(13C NMR)
試料は、10mm NMR管中、約「3g」の、12重量%のTCE-d2及び0.025MのCr(AcAc)3を含む1,1,2,2-テトラクロロエタン(TCE)を「0.25~0.40g」のポリマー試料に添加することによって調製した。頭部空間を窒素でパージすることにより、試料から酸素を除去した。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120~140℃に加熱することにより、試料を溶解し、均質化した。各溶解試料を目視検査して均質性を確保した。分析の直前に試料を十分に混合し、加熱したNMR試料ホルダに挿入する前に冷却させなかった。
試料は、10mm NMR管中、約「3g」の、12重量%のTCE-d2及び0.025MのCr(AcAc)3を含む1,1,2,2-テトラクロロエタン(TCE)を「0.25~0.40g」のポリマー試料に添加することによって調製した。頭部空間を窒素でパージすることにより、試料から酸素を除去した。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120~140℃に加熱することにより、試料を溶解し、均質化した。各溶解試料を目視検査して均質性を確保した。分析の直前に試料を十分に混合し、加熱したNMR試料ホルダに挿入する前に冷却させなかった。
全てのデータは、10mm拡張温度クライオプローブを装備したBruker 600MHz分光計を用いて収集した。120℃の試料温度で、7.8秒のパルス繰り返し遅延、90度のフリップ角、及び逆ゲート付きデカップリングを使用してデータを取得した。全ての測定を、ロックモードの非回転試料で行った。試料は、データ取得の前に7分間熱平衡させた。13C NMR化学シフトは、30.0ppmでのEEEトライアドを内部参照とした。「C6+」値は、低密度ポリエチレン中のC6+分岐の直接的な尺度であり、長い分岐は「鎖末端」とは区別されない。6個以上の炭素の全ての鎖又は分岐の末端から3番目の炭素を表している「32.2ppm」のピークを用いて「C6+」値を決定する。
核磁気共鳴(1H NMR)
試料は、10mm NMR管中で、約120mgの試料を、0.001MのCr(AcAc)3を有する「3.25gの50/50重量比のテトラクロロエタン-d2/パークロロエチレン」に添加することによって調製した。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。各管に蓋をし、TEFLONテープで密封した。試料を110~115℃で加熱し、ボルテックスし、均質性を確保した。
試料は、10mm NMR管中で、約120mgの試料を、0.001MのCr(AcAc)3を有する「3.25gの50/50重量比のテトラクロロエタン-d2/パークロロエチレン」に添加することによって調製した。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。各管に蓋をし、TEFLONテープで密封した。試料を110~115℃で加熱し、ボルテックスし、均質性を確保した。
10mmの拡張温度クライオプローブを備えたBruker 600MHz分光計において1H NMRを実行した。データは、ZGパルス、64スキャン、15.8秒のパルス繰り返し遅延、120℃の試料温度で取得した。
ポリマー全体からの信号(約3~-0.5ppm)を、任意の値(典型的には20,000)に設定した。不飽和の対応する積分値(約5.40~5.60ppmのビニレン、約5.16~5.35ppmの三置換体、約4.95~5.15ppmのビニル、約4.70~4.90ppmのビニリデン)を得た。
対照実験からのポリマー全体の積分値を2で除算し、X千の炭素を表す値を得た(すなわち、ポリマーの積分値=20,000である場合、これは10,000炭素、X=10を表す)。
その積分に寄与するプロトンの対応する数で割った不飽和基積分は、X千個の炭素当たりの各々の型の不飽和のモル数を表す。各々の型の不飽和のモル数をXで割ると、1000モルの炭素当たりの不飽和基のモル数が得られる。
溶融強度
溶融強度測定は、Gottfert Rheotester 2000キャピラリーレオメーターに結合されたGottfert Rheotens 71.97(Gottfert Inc.;Rock Hill,SC)で行った。溶融試料(約25~30グラム)を、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)を備えたGettfert Rheotester 2000細管レオメーターで供給した。試料を190℃で10分間平衡化した後、ピストンを0.265mm/秒の一定のピストン速度で稼働した。標準試験温度は190℃であった。試料を、ダイの100mm下に位置する一組の加速ニップに対して、2.4mm/秒2の加速度で、一軸延伸した。引張力を、ニップロールの巻取速度の関数として記録した。溶融強度を、ストランドが破断する前の平均プラトー力(cN)として報告した。次の条件を、溶融強度測定で使用した:プランジャ速度=0.265mm/秒、ホイール加速度=2.4mm/秒2、キャピラリー直径=2.0mm、キャピラリー長=30mm、及びバレル直径=12mm。
溶融強度測定は、Gottfert Rheotester 2000キャピラリーレオメーターに結合されたGottfert Rheotens 71.97(Gottfert Inc.;Rock Hill,SC)で行った。溶融試料(約25~30グラム)を、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)を備えたGettfert Rheotester 2000細管レオメーターで供給した。試料を190℃で10分間平衡化した後、ピストンを0.265mm/秒の一定のピストン速度で稼働した。標準試験温度は190℃であった。試料を、ダイの100mm下に位置する一組の加速ニップに対して、2.4mm/秒2の加速度で、一軸延伸した。引張力を、ニップロールの巻取速度の関数として記録した。溶融強度を、ストランドが破断する前の平均プラトー力(cN)として報告した。次の条件を、溶融強度測定で使用した:プランジャ速度=0.265mm/秒、ホイール加速度=2.4mm/秒2、キャピラリー直径=2.0mm、キャピラリー長=30mm、及びバレル直径=12mm。
動的機械的分光法(Dynamic Mechanical Spectroscopy、DMS)
樹脂を空気中、25,000psiの圧力下で、5分間、177℃で、「3mm厚×1インチ」の円形プラークに圧縮成形した。次に、試料を圧縮機から取り出し、計数器上に配置して、冷却した。
樹脂を空気中、25,000psiの圧力下で、5分間、177℃で、「3mm厚×1インチ」の円形プラークに圧縮成形した。次に、試料を圧縮機から取り出し、計数器上に配置して、冷却した。
温度一定の周波数掃引を、窒素パージ下で、25mm(直径)平行板を備えたTA Instrumentsの「Advanced Rheometric Expansion System(ARES)」を使用して行った。試料をプレート上に置き、190℃で5分間溶融させた。その後、プレートを「2mm」の間隔まで閉じ、試料をトリミングし(「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)、その後、試験を開始した。本方法は、温度平衡を可能にするために、追加で5分間の遅延を組み込んだ。実験は、0.1~100rad/秒の周波数範囲にわたって、190℃で実施した。歪み振幅は10%で一定であった。複素粘度η*、tan(δ)すなわち0.1rad/秒での損失正接、0.1rad/秒での粘度(V0.1)、100rad/秒での粘度(V100)、及び粘度比(V0.1/V100)を、これらのデータから計算した。
GPC
三重検出器ゲル透過クロマトグラフィー(Triple Detector Gel Permeation Chromatography、TDGPC)
クロマトグラフィー系は、内部IR5赤外検出器(internal IR5 infra-red detector、IR5)を備えたPolymerChar GPC-IR(Valencia、Spain)高温GPCクロマトグラフ、及びPrecision Detectors(現在は、Agilent Technologies)2角レーザー光散乱(2-angle laser light scattering、LS)検出器モデル2040に結合された4-キャピラリー粘度計(4-capillary viscometer、DV)からなっていた。全ての光散乱測定について、15度角を測定目的で使用する。オートサンプラオーブンコンパートメントを摂氏160°に設定し、カラムコンパートメントを摂氏150°に設定した。カラムには、4本のAgilent「Mixed A」30cm 20ミクロン線形混床式カラム及び20umのプレカラムを使用した。使用され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(butylated hydroxytoluene、BHT)を含有していた。溶媒源を、窒素スパージした。使用された注入体積は、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。
三重検出器ゲル透過クロマトグラフィー(Triple Detector Gel Permeation Chromatography、TDGPC)
クロマトグラフィー系は、内部IR5赤外検出器(internal IR5 infra-red detector、IR5)を備えたPolymerChar GPC-IR(Valencia、Spain)高温GPCクロマトグラフ、及びPrecision Detectors(現在は、Agilent Technologies)2角レーザー光散乱(2-angle laser light scattering、LS)検出器モデル2040に結合された4-キャピラリー粘度計(4-capillary viscometer、DV)からなっていた。全ての光散乱測定について、15度角を測定目的で使用する。オートサンプラオーブンコンパートメントを摂氏160°に設定し、カラムコンパートメントを摂氏150°に設定した。カラムには、4本のAgilent「Mixed A」30cm 20ミクロン線形混床式カラム及び20umのプレカラムを使用した。使用され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(butylated hydroxytoluene、BHT)を含有していた。溶媒源を、窒素スパージした。使用された注入体積は、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。
コンベンショナルGPC手順に類似する方法に従って、コンベンショナルの分子量モーメント及び分布に関して較正及び計算を実施した(20umの「Mixed A」カラムを使用)。
多重検出器オフセットを決定するための系統的アプローチは、Balke,Mourey,et.al.(Mourey and Balke,Chromatography Polym.Chpt 12,(1992))(Balke,Thitiratsakul,Lew,Cheung,Mourey,Chromatography Polym.Chpt 13,(1992))によって公開されたものと合致した様式で行われ、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを使用して、広いホモポリマーポリエチレン標準物質(Mw/Mn>3)からのトリプル検出器ログ(MW及びIV)の結果を、狭い標準較正曲線からの狭い標準カラム較正の結果に対して最適化する。本明細書で使用され「MW」は、分子量を指す。
絶対分子量データは、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した様式で得た。分子量の決定において使用される総注入濃度を、好適な直鎖状ポリエチレンホモポリマー、又は既知の重量平均分子量のポリエチレン標準物質のうちの1つから導き出した、質量検出器面積及び質量検出器定数から得た。(GPCOne(商標)を使用して)計算される分子量を、以下に述べるポリエチレン標準物質のうちの1つ以上から導き出される、光散乱定数、及び0.104の屈折率濃度係数、dn/dcを使用して得た。一般に、(GPCOne(商標)を使用して決定された)質量検出器応答(IR5)及び光散乱定数は、約50,000g/モルを超える分子量を有する直鎖状標準物質から決定されるべきである。粘度計の較正(GPCOne(商標)を使用して決定された)は、製造業者によって記載された方法を使用して、又は代替として、標準参照材料(Standard Reference Material、SRM)1475a(国立標準技術研究所(National Institute of Standards and Technology、NIST)から入手可能)などの好適な直鎖状標準物質の公開された値を使用することによって、達成することができる。較正標準物質に関する特定の粘度面積(DV)及び注入された質量を、その固有粘度(intrinsic viscosity、IV)に関連づけることにより、粘度計定数(GPCOne(商標)を使用して得られる)を計算する。クロマトグラフィー濃度は、第2のバイラル(viral)係数効果(分子量に対する濃度効果)への対処を排除するのに十分に低いと仮定される。
絶対重量平均分子量(Mw(Abs))は、(GPCOne(商標)を使用して)光散乱(LS)の面積積分クロマトグラム(光散乱定数によって因数分解)を、質量定数及び質量検出器(IR5)面積から回収された質量で除算することにより得られる。分子量及び固有粘度応答は、信号対ノイズが低くなるクロマトグラフィーの端部で外挿される(GPCOne(商標)を使用)。他のそれぞれのモーメントであるMn(Abs)及びMz(Abs)は、以下の式1~2に従って計算される。
コンベンショナルGPC
クロマトグラフィーシステムは、Precision Detectors(現在はAgilent Technologies)2角レーザー光散乱(LS)検出器モデル2040に結合された内部IR5赤外検出器(IR5)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ついて、15度角を測定目的で使用する。オートサンプラオーブンコンパートメントを摂氏160°に設定し、カラムコンパートメントを摂氏150°に設定した。使用したカラムは、4つのAgilent「Mixed A」30cm、20ミクロンの線形混床式カラムであった。使用され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)を含有していた。溶媒源を、窒素スパージした。使用された注入体積は、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(現在はAgilent Technologies)2角レーザー光散乱(LS)検出器モデル2040に結合された内部IR5赤外検出器(IR5)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ついて、15度角を測定目的で使用する。オートサンプラオーブンコンパートメントを摂氏160°に設定し、カラムコンパートメントを摂氏150°に設定した。使用したカラムは、4つのAgilent「Mixed A」30cm、20ミクロンの線形混床式カラムであった。使用され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)を含有していた。溶媒源を、窒素スパージした。使用された注入体積は、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、580g/mol~8,400,000g/molの範囲の分子量を有する21個の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質を用いて行い、その標準物質は、個々の分子量の間が少なくとも10倍離れた6つの「カクテル」混合物中に準備した。標準物質は、Agilent Technologiesから購入した。ポリスチレン標準物質は、1,000,000g/mol以上の分子量の場合は溶媒50ミリリットル中に0.025グラムで、1,000,000g/mol未満の分子量の場合は溶媒50ミリリットル中に0.05グラムで調製した。ポリスチレン標準物質を、穏やかに撹拌しながら摂氏80度で30分間溶解させた。ポリスチレン標準物質のピーク分子量を、式1を使用し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)に記載のとおり)。
五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。Aに対して小さな調整(約0.3950~0.440)を行い、直鎖状ホモポリマーポリエチレン標準物質が120,000Mwで得られるように、カラム分解能及びバンド拡張効果を補正した。
GPCカラムセットの合計プレート計数は、デカン(50ミリリットルのTCB中0.04gで調製した)を用いて行った。プレートカウント(方程式4)及び対称性(方程式5)を、以下の方程式に従って、200マイクロリットルの注入について測定した。
試料をPolymerChar「Instrument Control」ソフトウェアを用いて半自動で調製し、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きバイアルに溶媒(200ppmのBHTを含有していた)を添加した。試料を、「低速」振盪下で、摂氏160°で2時間溶解した。
Mn(conv)、Mw(conv)、及びMz(conv)の計算は、PolymerChar GPC-IRクロマトグラフの内部IR5検出器(測定チャネル)を使用し、式6~8に従い、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを使用し、等間隔のデータ回収点(i)でベースラインを差し引いたIRクロマトグラム、及び式1からの点(i)の狭い標準較正曲線から得られるポリエチレン同等分子量を使用する、GPCの結果に基づき行った。
GPC溶出曲線の低分子量領域において、酸化防止剤又は他の添加剤の存在によって引き起こされることが知られているピークが存在するとき、ポリマー試料の数平均分子量(Mn)の過小評価を引き起こして、Mw/Mn(Mwは重量平均分子量である)と定義される試料多分散性が過大評価されることになる。したがって、真のポリマー試料分子量分布は、この余分なピークを排除することによってGPC溶出から計算するべきである。このプロセスは、液体クロマトグラフィー分析でのデータ処理手順におけるピーク除去特性として一般的に説明されている。このプロセスにおいて、この添加剤ピークは、GPC溶出曲線から試料分子量計算が行われる前に、GPC溶出曲線から除去される。クロマトグラフィーシステムのプレート計数は、24,000を超えるべきであり、対称性は、0.98~1.22であるべきである。
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(flowrate marker、FM)を用いて、試料中のそれぞれのデカンピーク(RV(FM試料))と、狭い標準物質較正(RV(FM較正済み))内のデカンピークのそれとを、RV整合させることによって、各試料のポンプ流量(流量(見かけ))を線形補正した。次いで、デカンマーカーピークの時間のいかなる変化も、実行の全体にわたって流量(流量(有効))における線形シフトに関連すると推測される。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、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当てはめる最小二乗適合ルーチンが使用される。次いで、二次方程式の一次導関数を使用して、真のピーク位置を解く。流量マーカーのピークに基づいてシステムを較正した後、(狭い標準較正に対する)有効流量は、方程式9のように計算される。流量マーカーピークの処理を、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを介して行った。許容される流量補正は、有効流量が、見かけ流量の+/-1%以内のものである。
流量(有効)=流量(見かけ)*(RV(FM較正済み)/RV(FM試料)) (方程式9)
流量(有効)=流量(見かけ)*(RV(FM較正済み)/RV(FM試料)) (方程式9)
多重検出器オフセットを決定するための系統的アプローチは、Balke,Mourey,et.al.(Mourey and Balke,Chromatography Polym.Chpt 12,(1992))Balke,Thitiratsakul,Lew,Cheung,Mourey,Chromatography Polym.Chpt 13,(1992))によって公開されたものと合致した様式で行われ、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを使用して、広いホモポリマーポリエチレン標準物質(Mw/Mn>3)からのトリプル検出器ログ(MW及びIV)の結果を、狭い標準較正曲線からの狭い標準カラム較正の結果に対して最適化する。
絶対分子量データは、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した様式で得た。分子量の決定において使用される総注入濃度を、好適な直鎖状ポリエチレンホモポリマー、又は既知の重量平均分子量のポリエチレン標準物質のうちの1つから導き出した、質量検出器面積及び質量検出器定数から得た。(GPCOne(商標)を使用して)計算される分子量を、以下に述べるポリエチレン標準物質のうちの1つ以上から導き出される、光散乱定数、及び0.104の屈折率濃度係数、dn/dcを使用して得た。一般に、(GPCOne(商標)を用いて決定される)質量検出器応答(IR5)及び光散乱定数は、約50,000g/molを超える分子量を有する直鎖状標準物質から決定されるべきである。
CDFの計算方法
IR5測定検出器(「CDFIR」)の累積分布率(CDF)、並びに粘度検出器からの累積検出器画分(「CDFDV」)及び低角度レーザー光散乱検出器からの累積検出器画分(「CDFLS」)の計算は、以下のステップで実施する(CDFIR、CDFDV、及びCDFLSについて、図2、図3及び図4に図示する)。
1)試料と一定の狭い標準カクテル混合物との間のデカンピークの相対保持体積比に基づいて、クロマトグラムを線形に流量補正する。
2)ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)のセクションに記載のように、屈折計に対する光散乱検出器のオフセットを補正する。
3)ポリスチレン較正曲線に基づいて、各保持体積(retention volume、RV)データスライスでの分子量を計算し、これを、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)のセクションに記載のポリスチレンからポリエチレンへの変換係数(0.3950~0.44)によって修正する。
4)光散乱計及び屈折計のクロマトグラムからベースラインを減算し、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の低分子量保持体積範囲の全てを確実に積分する標準GPCを使用して、積分ウィンドウを設定する(すなわち、最もRVの上限を各クロマトグラムにて同じインデックスに設定する)。いずれのクロマトグラムでも、150g/mol未満に相当する物質を積分には含めない。
5)例1の場合、式10A、10B、10C、10D、10E及び10Fに従い、図2、図3及び図4に示す各データスライス(j)における、ベースラインを差し引いた高分子量から低分子量のピーク高さ(H)(低~高保持体積)に基づいて、IR5測定センサー(CDFIR)、粘度クロマトグラム(CDFDV)、及び低角レーザー光散乱(Low-Angle Laser Light Scattering、LALLS)クロマトグラム(CDFLS)の累積分布率(CDF)を計算する。
IR5測定検出器(「CDFIR」)の累積分布率(CDF)、並びに粘度検出器からの累積検出器画分(「CDFDV」)及び低角度レーザー光散乱検出器からの累積検出器画分(「CDFLS」)の計算は、以下のステップで実施する(CDFIR、CDFDV、及びCDFLSについて、図2、図3及び図4に図示する)。
1)試料と一定の狭い標準カクテル混合物との間のデカンピークの相対保持体積比に基づいて、クロマトグラムを線形に流量補正する。
2)ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)のセクションに記載のように、屈折計に対する光散乱検出器のオフセットを補正する。
3)ポリスチレン較正曲線に基づいて、各保持体積(retention volume、RV)データスライスでの分子量を計算し、これを、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)のセクションに記載のポリスチレンからポリエチレンへの変換係数(0.3950~0.44)によって修正する。
4)光散乱計及び屈折計のクロマトグラムからベースラインを減算し、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の低分子量保持体積範囲の全てを確実に積分する標準GPCを使用して、積分ウィンドウを設定する(すなわち、最もRVの上限を各クロマトグラムにて同じインデックスに設定する)。いずれのクロマトグラムでも、150g/mol未満に相当する物質を積分には含めない。
5)例1の場合、式10A、10B、10C、10D、10E及び10Fに従い、図2、図3及び図4に示す各データスライス(j)における、ベースラインを差し引いた高分子量から低分子量のピーク高さ(H)(低~高保持体積)に基づいて、IR5測定センサー(CDFIR)、粘度クロマトグラム(CDFDV)、及び低角レーザー光散乱(Low-Angle Laser Light Scattering、LALLS)クロマトグラム(CDFLS)の累積分布率(CDF)を計算する。
トリプル検出器GPC(Triple Detector GPC、3D-GPC)によるgpcBR分岐指数
gpcBR分岐指数は、前述のように、最初に、光散乱、粘度、及び濃度の検出器を較正することによって決定される。次いで、ベースラインが光散乱、粘度計、及び濃度のクロマトグラムから差し引かれる。次いで、積分ウィンドウを設定して、赤外線(IR5)クロマトグラムからの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の低分子量保持体積範囲の全てを確実に積分する。次いで、直鎖状ポリエチレン標準物質を使用して、ポリエチレン及びポリスチレンのMark-Houwink定数を確立する。定数を得た後、方程式(11)及び(12)に示すように、2つの値を使用して、溶出量の関数としてのポリエチレン分子量及びポリエチレン固有粘度の2つの直鎖状参照によるコンベンショナル較正法を構築する。
gpcBR分岐指数は、前述のように、最初に、光散乱、粘度、及び濃度の検出器を較正することによって決定される。次いで、ベースラインが光散乱、粘度計、及び濃度のクロマトグラムから差し引かれる。次いで、積分ウィンドウを設定して、赤外線(IR5)クロマトグラムからの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の低分子量保持体積範囲の全てを確実に積分する。次いで、直鎖状ポリエチレン標準物質を使用して、ポリエチレン及びポリスチレンのMark-Houwink定数を確立する。定数を得た後、方程式(11)及び(12)に示すように、2つの値を使用して、溶出量の関数としてのポリエチレン分子量及びポリエチレン固有粘度の2つの直鎖状参照によるコンベンショナル較正法を構築する。
gpcBR分岐指数は、Yau,Wallace W.,「Examples of Using 3D-GPC-TREF for Polyolefin Characterization」,Macromol.Symp.,2007,257,29-45に記載されているように、長鎖分岐の特徴付けのための堅牢な方法である。この指数は、ポリマー検出器面積全体を優先して、g′値の決定及び分岐頻度の計算において従来使用されていた「スライスごとの」3D-GPC計算を回避する。3D-GPCデータから、ピーク面積法を使用した光散乱(LS)検出器により、試料の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’決定で必要とされるような、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」比率を回避する。
3D-GPCにより、方程式(13)を使用して、試料の固有粘度も独立に得られる。この面積の計算は、全体的な試料面積として、ベースライン及び積分限界に対する検出器ノイズ及び3D-GPC設定に起因するばらつきによる影響が非常に少ないため、より高い精度が提供される。更に重要なことに、ピーク面積の計算は、検出器のボリュームオフセットに影響を受けない。同様に、方程式(13)に示す面積法によって、試料の固有粘度(IV)が高精度で得られる。
gpcBR分岐指数を決定するために、試料ポリマーの光散乱溶出面積を使用して、試料の分子量を決定する。試料ポリマー用の粘度検出器の溶出面積は、試料の固有粘度(IV又は[η])を決定するために使用される。
最初に、SRM1475a又は等価物などの直鎖状ポリエチレン標準試料の分子量及び固有粘度を、方程式(14)及び(15)により、溶出量の関数としての分子量及び固有粘度の両方について、コンベンショナル較正法(「conventional calibration、cc」)を使用して決定する。
「cc」の下付き文字が付いた全ての統計値は、それぞれの溶出量、前述の対応するコンベンショナル較正、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、及び粘度計面積に基づく測定値である。KPEの値は、直鎖状参照試料がゼロのgpcBR測定値を有するまで反復して調整される。例えば、この特定の場合のgpcBRを決定するためのα及びLog Kの最終値は、ポリエチレンの場合はそれぞれ0.725及び-3.391、ポリスチレンの場合はそれぞれ0.722及び-3.993である。一旦前述の手順を使用してK値及びα値を決定したら、分岐試料を使用して手順を繰り返す。分岐試料は、直鎖状参照から得た最終的なMark-Houwink定数を最適な「cc」較正値として使用して分析される。直鎖状ポリマーの場合、LS及び粘度計によって測定された値は、コンベンショナル較正標準に近くなるため、方程式(15)から計算されたgpcBRはゼロに近くなると考えられる。分岐ポリマーの場合、測定されたポリマーの分子量が計算されたMw,ccよりも高くなり、計算されたIVccが測定されたポリマーIVよりも高くなるため、特に長鎖分岐のレベルが高い場合、gpcBRはゼロより高くなることになる。実際、gpcBR値は、ポリマーの分岐の結果としての分子サイズの収縮効果によるIVの分数変化を表している。0.5又は2.0のgpcBR値は、等価重量の直鎖状ポリマー分子に対する、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。これらの特定の実施例では、コンベンショナル「g′指数」及び分岐頻度の計算と比較して、gpcBRを使用する利点は、gpcBRの精度がより高いことによるものである。gpcBR指数の決定に使用されるパラメータの全ては、高精度で得られ、濃度検出器からの高分子量での低い3D-GPC検出器の応答によって悪影響を受けない。検出器体積の整列の誤差も、gpcBR指数判定の精度には影響しない。
LSPパラメータ
GPC光散乱パラメータ(LSP)の代表的な値は、実施例1の表1及び2、並びに図5に見出すことができる。材料の分析は、米国特許第8,916,667(B2)号(Karjala et al.)と同様に実施した。プロットのX軸は、コンベンショナルGPC計算による分子量、又はcc-GPC分子量の対数値である。y軸は、LS検出器の応答である。LS溶出プロファイルの具体的な特性は、2つの対数分子量限界によって定義されたとおりに捕捉される。下限は100,000g/molのMW1値に対応し、上限は900,00g/molのMW2値に対応している。これらの2つの分子量限界の垂直線は、2点でLS溶出曲線と交差する。これらの2つの切片点を結ぶ線分を描写する。第1の切片でのLS信号の高さ(log MW1)は、LS1の量を示す。第2の切片でのLS信号の高さ(log MW2)は、LS2の量を示す。2つの分子量限度内のLS溶出曲線の下の面積は、量面積Bを示す。LS曲線を、2つの切片を連結する線分と比較すると、線分の上(図5のA2を参照、負の値として定義)又は線分の下(図5のA1のように、正の値として定義)にある分離面積の一部が存在する可能性がある。A1とA2の合計により、量面積A、合計面積Aが得られる。この合計面積Aは、面積Bと線分の下の面積との差として計算できる。
GPC光散乱パラメータ(LSP)の代表的な値は、実施例1の表1及び2、並びに図5に見出すことができる。材料の分析は、米国特許第8,916,667(B2)号(Karjala et al.)と同様に実施した。プロットのX軸は、コンベンショナルGPC計算による分子量、又はcc-GPC分子量の対数値である。y軸は、LS検出器の応答である。LS溶出プロファイルの具体的な特性は、2つの対数分子量限界によって定義されたとおりに捕捉される。下限は100,000g/molのMW1値に対応し、上限は900,00g/molのMW2値に対応している。これらの2つの分子量限界の垂直線は、2点でLS溶出曲線と交差する。これらの2つの切片点を結ぶ線分を描写する。第1の切片でのLS信号の高さ(log MW1)は、LS1の量を示す。第2の切片でのLS信号の高さ(log MW2)は、LS2の量を示す。2つの分子量限度内のLS溶出曲線の下の面積は、量面積Bを示す。LS曲線を、2つの切片を連結する線分と比較すると、線分の上(図5のA2を参照、負の値として定義)又は線分の下(図5のA1のように、正の値として定義)にある分離面積の一部が存在する可能性がある。A1とA2の合計により、量面積A、合計面積Aが得られる。この合計面積Aは、面積Bと線分の下の面積との差として計算できる。
「LS」量を計算するステップは、表2及び表3に示した実施例1によって例示してある。
ステップ1「以下の方程式16~17を使用して表1のSlopeFを計算する。
Slope_value=[(LS2-LS1)/LS2]/dLogMW (方程式16)
SlopeF=勾配関数=abs(Slope_value-0.42)+0.001(方程式17)
Slope_value=[(LS2-LS1)/LS2]/dLogMW (方程式16)
SlopeF=勾配関数=abs(Slope_value-0.42)+0.001(方程式17)
ステップ2、以下の方程式18~19を使用して、表2の「AreaF」及び「LSF」を計算する。
面積F=面積関数=Abs(Abs(A/B)+0.033)-0.005) (方程式18)
式中、A/B=(面積A)/(面積B)
LSP=Log(面積F*SlopeF)+4 (方程式19)
面積F=面積関数=Abs(Abs(A/B)+0.033)-0.005) (方程式18)
式中、A/B=(面積A)/(面積B)
LSP=Log(面積F*SlopeF)+4 (方程式19)
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、更なる改質無し、「1インチ×1インチ」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ミルの厚さにプレスした。ペレットを、190℃で、8,000psiで3分間プレスし、続いて3分間冷却し、続いて190℃で、40,000psiで3分間再度プレスし、続いて冷却した(合計12分間)。非残留手袋(PIP*CleanTeam*CottonLisle Inspection Gloves、部品番号:97-501)を着用して、作業者の手からの残留油によるフィルムの汚染を防止した。各フィルムを、「1インチ×1インチ」の正方形にトリミングし、秤量した(2.5±0.05g)。フィルムを、加熱した水浴中、49.5±0.5℃で、約1000mlのヘキサンを含有するヘキサン容器内で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のための高純度移動相及び/又はGC用途のための抽出溶媒)であった。2時間後、フィルムを取り出し、清潔なヘキサン中で濯ぎ、真空オーブン(80±5℃)内、完全真空(ISOTEMP真空オーブン、モデル281A、約30インチHg)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、室温になるまで冷却させた。その後、フィルムを再秤量し、ヘキサン中で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つの測定値の平均を報告した。
ポリマーペレット(重合ペレット化プロセスから、更なる改質無し、「1インチ×1インチ」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ミルの厚さにプレスした。ペレットを、190℃で、8,000psiで3分間プレスし、続いて3分間冷却し、続いて190℃で、40,000psiで3分間再度プレスし、続いて冷却した(合計12分間)。非残留手袋(PIP*CleanTeam*CottonLisle Inspection Gloves、部品番号:97-501)を着用して、作業者の手からの残留油によるフィルムの汚染を防止した。各フィルムを、「1インチ×1インチ」の正方形にトリミングし、秤量した(2.5±0.05g)。フィルムを、加熱した水浴中、49.5±0.5℃で、約1000mlのヘキサンを含有するヘキサン容器内で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のための高純度移動相及び/又はGC用途のための抽出溶媒)であった。2時間後、フィルムを取り出し、清潔なヘキサン中で濯ぎ、真空オーブン(80±5℃)内、完全真空(ISOTEMP真空オーブン、モデル281A、約30インチHg)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、室温になるまで冷却させた。その後、フィルムを再秤量し、ヘキサン中で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つの測定値の平均を報告した。
滑剤
約5グラムの試料を、秤量し(精密に0.0001g単位で記録した)、16オンスのガラス瓶に入れた。ポリテトラフルオロエチレン(Polytetrafluoroethylene、PTFE)でコーティングした撹拌棒を、溶媒ディスペンサを使用してo-キシレン中の120mLの0.04%トリエチルホスファイトと共に、ガラス瓶に入れた。瓶に緩く蓋をし、撹拌しながら130℃で30分間加熱撹拌機上に置いた。30分後、瓶を下ろし、室温で少なくとも2時間撹拌しながら溶液を冷却した。溶媒ディスペンサを使用して瓶に250mLのメタノールを添加して更にポリマーを沈殿させた。この添加中に溶液を撹拌した。溶液を更に2時間撹拌した。2時間撹拌した後、瓶を下ろし、固体を沈降させた。溶液のアリコートをガラスピペットで取り出し、2mLのガラスオートサンプラーバイアルに移した。バイアルに蓋をして、分析のためにガスクロマトグラフに配置した。試料及び標準溶液を、パルススプリットレス注入及び炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフィーを使用して分析した。抽出物の濃度は、外部標準較正手順を使用して測定した。樹脂中のエルカミド、オレアミド、又はステアラミドのデータは、百万分率(ppm、μg/g)で報告された。
約5グラムの試料を、秤量し(精密に0.0001g単位で記録した)、16オンスのガラス瓶に入れた。ポリテトラフルオロエチレン(Polytetrafluoroethylene、PTFE)でコーティングした撹拌棒を、溶媒ディスペンサを使用してo-キシレン中の120mLの0.04%トリエチルホスファイトと共に、ガラス瓶に入れた。瓶に緩く蓋をし、撹拌しながら130℃で30分間加熱撹拌機上に置いた。30分後、瓶を下ろし、室温で少なくとも2時間撹拌しながら溶液を冷却した。溶媒ディスペンサを使用して瓶に250mLのメタノールを添加して更にポリマーを沈殿させた。この添加中に溶液を撹拌した。溶液を更に2時間撹拌した。2時間撹拌した後、瓶を下ろし、固体を沈降させた。溶液のアリコートをガラスピペットで取り出し、2mLのガラスオートサンプラーバイアルに移した。バイアルに蓋をして、分析のためにガスクロマトグラフに配置した。試料及び標準溶液を、パルススプリットレス注入及び炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフィーを使用して分析した。抽出物の濃度は、外部標準較正手順を使用して測定した。樹脂中のエルカミド、オレアミド、又はステアラミドのデータは、百万分率(ppm、μg/g)で報告された。
酸化防止剤(Antioxidant、AO)
約5グラムの試料を、秤量し(精密に0.0001g単位で記録した)、4オンスのガラス瓶に入れた。PTFEでコーティングした撹拌棒を、溶媒ディスペンサを使用してo-キシレン中の25mLの0.04%トリエチルホスファイトと共に、ガラス瓶に入れた。瓶に緩く蓋をし、撹拌しながら130℃で30分間加熱撹拌機上に置いた。30分後、瓶を下ろし、室温で少なくとも2時間撹拌しながら溶液を冷却した。溶媒ディスペンサを使用して瓶に50mLのメタノールを添加して更にポリマーを沈殿させた。この添加中に溶液を撹拌した。溶液を更に2時間撹拌した。2時間撹拌した後、瓶を下ろし、固体を沈降させた。溶液のアリコートをガラスピペットで取り出し、0.2μmのPTFE(25mm)シリンジフィルター及びポリプロピレンシリンジで濾過し、2mLのガラスオートサンプラーバイアルに入れた。バイアルに蓋をして、分析のために液体クロマトグラフに配置した。試料及び標準溶液を、UV/Vis吸光度検出器を用いて逆相液体クロマトグラフィー法を使用して分析した。抽出物の濃度は、外部標準較正手順を使用して測定した。樹脂中のAOのデータは、百万分率(ppm、μg/g)で報告される。更なる詳細は、Green,S.;Bai,S.;Cheatham,M.;Cong,R.;Yau,W.,「Determination of Antioxidants in Polyolefins Using Total Dissolution Methodology Followed by RPLC」,Journal of Separation Science,33(22),3455-3462(2010)において見出すことができる。
約5グラムの試料を、秤量し(精密に0.0001g単位で記録した)、4オンスのガラス瓶に入れた。PTFEでコーティングした撹拌棒を、溶媒ディスペンサを使用してo-キシレン中の25mLの0.04%トリエチルホスファイトと共に、ガラス瓶に入れた。瓶に緩く蓋をし、撹拌しながら130℃で30分間加熱撹拌機上に置いた。30分後、瓶を下ろし、室温で少なくとも2時間撹拌しながら溶液を冷却した。溶媒ディスペンサを使用して瓶に50mLのメタノールを添加して更にポリマーを沈殿させた。この添加中に溶液を撹拌した。溶液を更に2時間撹拌した。2時間撹拌した後、瓶を下ろし、固体を沈降させた。溶液のアリコートをガラスピペットで取り出し、0.2μmのPTFE(25mm)シリンジフィルター及びポリプロピレンシリンジで濾過し、2mLのガラスオートサンプラーバイアルに入れた。バイアルに蓋をして、分析のために液体クロマトグラフに配置した。試料及び標準溶液を、UV/Vis吸光度検出器を用いて逆相液体クロマトグラフィー法を使用して分析した。抽出物の濃度は、外部標準較正手順を使用して測定した。樹脂中のAOのデータは、百万分率(ppm、μg/g)で報告される。更なる詳細は、Green,S.;Bai,S.;Cheatham,M.;Cong,R.;Yau,W.,「Determination of Antioxidants in Polyolefins Using Total Dissolution Methodology Followed by RPLC」,Journal of Separation Science,33(22),3455-3462(2010)において見出すことができる。
粘着防止剤
ASTM D6247を使用して、X線蛍光によって金属レベルを測定した。タルク又は二酸化ケイ素は、XRFによって元素ケイ素(Si)又はマグネシウム(Mg)から測定することができる。多くの異なる種類の材料が分析される実験室では、Si及びMgの両方が測定される場合がある。タルク結果は、必要に応じて、Si又はMgのいずれかから計算されたものとして報告され得る。例えば、タルクのレベルは、Mg及びSiを測定することによって計算され得る。また、残留灰%を測定することによっても計算され得る。Mg及びSiのみが存在する場合(他の添加剤などは存在していない)、3つの測定値(XRF及び残留灰分%)は、一致するはずである。
タルク(Mg)=タルク(Si)=タルク(ash)
タルクは、Mg及びSiの両方を使用することによって測定され得る。2つの値が異なる場合、タルクのレベルを決定するために更なる分析が必要とされ得る。例えば、SiO2は、SiのXRF値を使用して計算すると、タルク値はより高くなるはずである。
Talc(Mg)<Talc(Si)
この差を使用して、SiO2の量を計算することができると考えられる。SiO2レベルを決定した後、タルク値の補正は、残留灰分%の測定値から計算することができる。
タルク(Ash corrected)=タルク(Ash)-タルク(SiO2)
また、SiO2が存在し、Mgが存在していない場合、Mgからタルクを元素定量すると、タルクがゼロとなり得る。残留灰分は、ASTM D5630:プラスチック中の灰分含有量に関する標準試験法によって測定することができる。
ASTM D6247を使用して、X線蛍光によって金属レベルを測定した。タルク又は二酸化ケイ素は、XRFによって元素ケイ素(Si)又はマグネシウム(Mg)から測定することができる。多くの異なる種類の材料が分析される実験室では、Si及びMgの両方が測定される場合がある。タルク結果は、必要に応じて、Si又はMgのいずれかから計算されたものとして報告され得る。例えば、タルクのレベルは、Mg及びSiを測定することによって計算され得る。また、残留灰%を測定することによっても計算され得る。Mg及びSiのみが存在する場合(他の添加剤などは存在していない)、3つの測定値(XRF及び残留灰分%)は、一致するはずである。
タルク(Mg)=タルク(Si)=タルク(ash)
タルクは、Mg及びSiの両方を使用することによって測定され得る。2つの値が異なる場合、タルクのレベルを決定するために更なる分析が必要とされ得る。例えば、SiO2は、SiのXRF値を使用して計算すると、タルク値はより高くなるはずである。
Talc(Mg)<Talc(Si)
この差を使用して、SiO2の量を計算することができると考えられる。SiO2レベルを決定した後、タルク値の補正は、残留灰分%の測定値から計算することができる。
タルク(Ash corrected)=タルク(Ash)-タルク(SiO2)
また、SiO2が存在し、Mgが存在していない場合、Mgからタルクを元素定量すると、タルクがゼロとなり得る。残留灰分は、ASTM D5630:プラスチック中の灰分含有量に関する標準試験法によって測定することができる。
鉱物油
約5グラムの試料を、4オンスのガラス瓶に秤量し(精密に0.0001g単位で記録した)、続いて20mLの塩化メチレンを添加した。瓶をPTFEで裏打ちされたキャップで密封した。試料は、リストシェーカー上で室温で24時間抽出した。抽出物のアリコートをガラスピペットで取り出し、2mLのガラスオートサンプラーバイアルに移した。バイアルに蓋をして、分析のためにガスクロマトグラフに配置した。試料及び標準溶液を、炎イオン化検出器を用いたガスクロマトグラフィー法を使用して分析した。標準溶液を、樹脂に見られるような同じ鉱油参照材料を使用して塩化メチレン中で調製した。クロマトグラムの鉱油ピークを積分した。鉱油と同じ保持時間ウィンドウ内のオリゴマー及び添加剤ピーク面積を、鉱油ピーク面積から差し引く。抽出物の濃度は、外部標準較正手順を使用して測定した。樹脂中の鉱油のデータは、百万分率(ppm;μg/g)で報告される。
約5グラムの試料を、4オンスのガラス瓶に秤量し(精密に0.0001g単位で記録した)、続いて20mLの塩化メチレンを添加した。瓶をPTFEで裏打ちされたキャップで密封した。試料は、リストシェーカー上で室温で24時間抽出した。抽出物のアリコートをガラスピペットで取り出し、2mLのガラスオートサンプラーバイアルに移した。バイアルに蓋をして、分析のためにガスクロマトグラフに配置した。試料及び標準溶液を、炎イオン化検出器を用いたガスクロマトグラフィー法を使用して分析した。標準溶液を、樹脂に見られるような同じ鉱油参照材料を使用して塩化メチレン中で調製した。クロマトグラムの鉱油ピークを積分した。鉱油と同じ保持時間ウィンドウ内のオリゴマー及び添加剤ピーク面積を、鉱油ピーク面積から差し引く。抽出物の濃度は、外部標準較正手順を使用して測定した。樹脂中の鉱油のデータは、百万分率(ppm;μg/g)で報告される。
実施例1及び比較例1:低密度ポリエチレンの調製
図1に関する前述の説明に続いて、t-ブチルペルオキシ-2エチルヘキサン酸(TBPO)と、沸騰範囲が179℃を超えるイソ-パラフィン系炭化水素溶媒とを含有する混合物を、第1及び第2の注入点のための開始剤混合物として使用した。TBPO、t-ブチルペルオキシアセテート(TBPA)と、イソ-パラフィン系炭化水素溶媒とを含有する混合物を、第3の注入点のための開始剤混合物として使用した。ジ-t-ブチルペルオキシド(DTBP)と、TBPAと、TPBOと、イソ-パラフィン系炭化水素溶媒とを含有する混合物を、第4の注入点のために使用した。表4は、注入点の各々のために使用した過酸化物開始剤及び溶媒溶液の重量%での組成を示している。
図1に関する前述の説明に続いて、t-ブチルペルオキシ-2エチルヘキサン酸(TBPO)と、沸騰範囲が179℃を超えるイソ-パラフィン系炭化水素溶媒とを含有する混合物を、第1及び第2の注入点のための開始剤混合物として使用した。TBPO、t-ブチルペルオキシアセテート(TBPA)と、イソ-パラフィン系炭化水素溶媒とを含有する混合物を、第3の注入点のための開始剤混合物として使用した。ジ-t-ブチルペルオキシド(DTBP)と、TBPAと、TPBOと、イソ-パラフィン系炭化水素溶媒とを含有する混合物を、第4の注入点のために使用した。表4は、注入点の各々のために使用した過酸化物開始剤及び溶媒溶液の重量%での組成を示している。
イソブタンを連鎖移動剤として使用した。ブースター/一次圧縮機の吸引側でエチレン流にイソブタンを注入した。プロセスへのCTA供給物の組成は、生成物の望ましいメルトインデックスを維持するように適宜調整され得る。
添加剤を含まない実施例及び比較例を製造するために使用されるプロセス条件を表5に示す。各オートクレーブゾーンのための反応温度及び管への反応温度は、反応ゾーンの各々への過酸化物流を調整することによって、制御される。反応器圧力及び反応器制御温度は、生成物の分子量分布を最終的に制御するように使用される。
本明細書に開示した試験手順に従って、実施例及び比較例を試験して、密度、メルトインデックス(I2)、溶融強度、及びヘキサン抽出物を測定した。実施例1及び比較例1の密度、メルトインデックス(I2)、溶融強度、及びヘキサン抽出物の結果を、以下の表6に示す。図6を参照すると、実施例1及び比較例1の溶融強度曲線が、データが終わる(ストランド破断)前に高速において平均溶融強度を近似する水平線によって引かれた溶融強度プラトー領域と一緒に、図式的に描かれている。
様々な実施例の分子量データを、本明細書に開示した試験手順に従って測定し、コンベンショナル(conv)法及び光散乱又は絶対(abs)GPC法の両方を使用した結果を、以下の表7に示す。
様々な実施例のCDF及びLSPデータを、本明細書に開示した試験手順に従って測定し、その結果を以下の表8に示す。
様々な実施例の粘度データを、本明細書に開示した試験手順に従って測定し、その結果を以下の表9に示す。
様々な実施例の13C NMRによる1000個の炭素原子当たりの分岐における分岐データを、本明細書に開示した試験手順に従って測定し、その結果を以下の表10に示す。
本明細書に開示した試験手順に従って、様々な比較例及び実施例に関して1H NMRによる不飽和データを測定し、その結果を以下の表11に示す。
Claims (15)
- 5.5cN以上である190℃で測定された溶融強度と、
0.9210g/cm3以上かつ0.9275g/cm3以下である密度と、
4.5g/10分以上である190℃で測定されたメルトインデックスI2と、を含む、低密度ポリエチレンホモポリマー。 - 前記190℃で測定されたメルトインデックスI2が、4.5g/10分以上かつ7.5g/10分以下である、請求項1に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- 前記190℃で測定されたメルトインデックスI2が、4.5g/10分以上かつ6.5g/10分以下である、請求項1又は2に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- 前記190℃で測定された溶融強度が、6.0cN以上かつ8.5cN以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- 前記190℃で測定された溶融強度が、6.4cN以上かつ7.0cN以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- cNでの前記190℃で測定された溶融強度が、-0.780*(メルトインデックス、I2)+9.9cN±5%以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- 前記低密度ポリエチレンが、7.2以上である分子量分布(Mw(conv)/Mn(conv))を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- 前記密度が、0.9220g/cm3以上かつ0.9265g/cm3以下である、請求項1~7のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- ヘキサン抽出物レベルが、2.60%以下である、請求項1~8のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- 前記低密度ポリエチレンが、500,000g/mol超のz平均分子量Mz(conv)を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- 前記低密度ポリエチレンが、530,000g/mol以上かつ620,000g/mol以下のz平均分子量Mz(conv)を含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- 前記低密度ポリエチレンが、2.5超のGPC光散乱パラメータ(LSP)を含む、請求項1~11のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマー。
- 請求項1~12のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマーを含むフィルム。
- 直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)と、請求項1~12のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマーとの混合物を含むフィルム。
- 請求項1~12のいずれか一項に記載の低密度ポリエチレンホモポリマーを含むキャストフィルム、インフレーションフィルム、又は熱成形フィルム。
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