JP2023543688A - エチレンと(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンとのコポリマー - Google Patents
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Abstract
本明細書に記載される様々な実施形態は、ポリエチレンと、エチレンと(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンとの共重合の反応生成物と、任意選択的にターモノマーから誘導される1つ以上の単位と、を含む、ポリマー組成物を対象とする。ポリマー組成物から作製された物品及びポリマー組成物を作製する方法も記載される。
Description
本開示の実施形態は、概して、エチレンコポリマーに関し、より具体的には、エチレンと(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンとのコポリマーに関する。
従来の低密度ポリエチレン(low density polyethylene、LDPE)は、良好な加工性を有するが、例えばフィルム用途で使用される場合、スリップ添加剤は、典型的には、低い摩擦係数(coefficient of friction、COF)を付与するために必要とされる。しかしながら、そのような添加剤は、時間が経つにつれて移動し、浸出する可能性がある。結果として、LDPE組成物は、表面からの移動及び浸出を防止するために、その上にグラフトされたそのような添加剤を有し得、可能な添加剤の1つはポリシロキサンである。しかしながら、シロキサングラフト化LDPEポリマーの形成中に、LDPEへのシロキサンの高レベルの結合を達成することは困難であり、これは低い加工性、低光学特性をもたらし、残りの未結合ポリシロキサンとポリエチレンとの間の均質性の欠如に起因して一貫性のないCOF挙動を呈する。これらの欠点を回避するために、そのような組成物は、グラフト化事象後に未反応ポリシロキサンを除去するための特別な精製を必要とし、プロセスを非効率的かつ高価にする。
したがって、より高いレベルの結合されたシロキサン及び改善された均一性を有するLDPE組成物の必要性が存在する。
本開示は、エチレンモノマーと(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリジメチルシロキサンとを反応させて低密度ポリエチレン系(PDMS-co-LDPE)ポリマー組成物を与えることによる高圧(100MPa以上)フリーラジカル重合によって形成されるエチレン系ポリマー組成物を提供することによってこれらの必要性を満たし、この低密度ポリエチレン系(PDMS-co-LDPE)ポリマー組成物は、導入されたシロキサンの同じ重量パーセント(wt%)及び導入されたシロキサンの同様の分子量に対するグラフト化手法と比較して、より少ない量の未結合(遊離)PDMSを呈し、これは、ひいては、グラフト化類似体と比較して改善された加工性及び光学特性をもたらす。グラフト化類似体は、未反応シロキサンから追加的に精製することができるが、これは、追加の工程及びセットアップを必要とし、一方、本明細書に記載されている様々な実施形態のポリマーは、そのような後続の精製を必要としない場合があることに留意されたい。
本開示の少なくとも1つの実施形態によれば、ポリマー組成物は、ポリエチレンと、エチレンと(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンとの共重合の反応生成物と、任意選択的にターモノマーから誘導される1つ以上の単位と、を含む。
別の実施形態によれば、ポリマー組成物は、先の実施形態のポリマー組成物を含み、ポリマー組成物は、低密度ポリエチレンと、エチレンと(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンとの共重合の反応生成物と、を含むコポリマーである。
別の実施形態によれば、ポリマー組成物は、先の実施形態のいずれか1つに記載のポリマー組成物を含み、以下の構造:
のうちの1つ以上を含み、
式中、Rは、メチル又は水素であり、R1は、官能基((メタ)アクリレート)とシロキサンとを連結する架橋基であり、R2は、アルキル、置換アルキル、アリール、アルケニル、H、及びOHからなる群から選択される末端基であり、xは、10~1000の整数であり、yは、1~20の整数である。
別の実施形態によれば、ポリマー組成物は、先の実施形態のいずれか1つのポリマー組成物を含み、(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンは、以下:
のうちの1つ以上の構造式を有し、
式中、Rは、メチル又は水素であり、R1は、架橋基であり、R2は、アルキル、アリール、アルケニル、H、又はOHから選択される末端基であり、xは、10~1000の整数であり、yは、1~20の整数である。
別の実施形態によれば、ポリマー組成物は、先の実施形態のいずれか1つのポリマー組成物を含み、各架橋基は、置換及び非置換C2~C20アルキレンリンカーからなる群から選択され、1つ以上の炭素原子が、酸素、ケイ素、置換若しくは非置換アリール基、又はそれらの誘導体及び組み合わせで置換され得る。
別の実施形態によれば、ポリマー組成物は、先の実施形態のいずれか1つのポリマー組成物を含み、ポリマー組成物は、3~50のMWDを有する。
別の実施形態によれば、ポリマー組成物は、先の実施形態のいずれか1つのポリマー組成物を含み、ターモノマーが存在し、ターモノマーが存在し、オレフィン、不飽和エステル、不飽和酸、マレイン酸のモノエステル若しくはジエステル、官能化アルケン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
別の実施形態によれば、ポリマーブレンドは、先の実施形態のいずれか1つのポリマー組成物と、1つ以上の追加のポリマーと、を含む。
別の実施形態によれば、ポリマーブレンドは、先の実施形態のポリマーブレンドを含み、追加のポリマーは、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(linear low density polyethylene、LLDPE)、極低密度ポリエチレン(ultra low density polyethylene、ULDPE)、超低密度ポリエチレン(very low density polyethylene、VLDPE)、中密度ポリエチレン(medium density polyethylene、MDPE)、高密度ポリエチレン(high density polyethylene、HDPE)、(メタ)アクリレートエステルを含むコポリマー、(メタ)アクリル酸を含むコポリマー、マレイン酸のモノエステル若しくはジエステル、酢酸ビニルを含むコポリマー、トリアルコキシビニルシランを含むコポリマー、又はグラフト化ポリエチレンを含む。
別の実施形態によれば、物品は、先の実施形態のいずれか1つのポリマー組成物を含み、先の実施形態のポリマー組成物を含む。
別の実施形態によれば、物品は、先の実施形態の物品を含み、物品は、フィルムである。
別の実施形態によれば、プロセスは、フリーラジカル重合条件及び100MPa以上の圧力下の重合反応器において、エチレンモノマーと、(メタ)アクリレートエステル官能化ポリシロキサンとを反応させて、ポリエチレンと、低密度ポリエチレン及び官能化ポリジメチルシロキサンを含むコポリマーとを生成することを含む。
別の実施形態によれば、プロセスは、先の実施形態のプロセスを含み、コポリマーは、以下の構造:
のうちの1つ以上を含み、
式中、Rは、メチル又は水素であり、R1は、官能基((メタ)アクリレート)とシロキサンとを連結する架橋基であり、R2は、アルキル、置換アルキル、アリール、アルケニル、H、及びOHからなる群から選択される末端基であり、xは、10~1000の整数であり、yは、1~20の整数である。
別の実施形態によれば、プロセスは、先の実施形態のいずれか1つのプロセスを含み、(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンは、以下:
のうちの1つ以上の構造式を有し、
式中、Rは、メチル又は水素であり、R1は、架橋基であり、R2は、アルキル、アリール、アルケニル、H、又はOHから選択される末端基であり、xは、10~1000の整数であり、yは、1~20の整数である。
別の実施形態によれば、プロセスは、先の実施形態のいずれか1つのプロセスを含み、各架橋基は、置換及び非置換C2~C20アルキレンリンカーからなる群から選択され、1つ以上の炭素原子が、酸素、ケイ素、置換若しくは非置換アリール基、又はそれらの誘導体及び組み合わせで置換され得る。
これらの及び他の実施形態は、以下の発明を実施するための形態及び図面においてより詳細に説明される。
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。
定義
元素周期表へのいずれの参照も、CRC Press,Inc.によって1990~1991年に公開されたときのものである。この表での元素群への参照は、群に番号を付けるための新しい表記法によるものである。
元素周期表へのいずれの参照も、CRC Press,Inc.によって1990~1991年に公開されたときのものである。この表での元素群への参照は、群に番号を付けるための新しい表記法によるものである。
本明細書に開示される数値範囲は、上限値及び下限値を含む、上限値から下限値までの全ての値を含む。明示的な値(例えば、1又は2、又は3~5、又は6、又は7)を含有する範囲の場合、任意の2つの明示的な値の間のあらゆるサブ範囲が含まれる(例えば、上記の1~7の範囲は、1~2、2~6、5~7、3~7、5~6などのサブ範囲が含まれる)。
相反する記載がない限り、文脈から黙示的でない限り、又は当該技術分野で慣習的でない限り、全ての部及びパーセントは重量に基づき、全ての試験方法は本開示の出願日時点で最新のものである。
「組成物」という用語は、組成物を含む材料の混合物、並びに組成物の材料から形成された反応産生物及び分解産生物を指す。
「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、それが具体的に開示されているかどうかにかかわらず、いかなる追加の構成要素、工程、又は手順の存在も除外することを意図していない。対照的に、「~から本質的になる」という用語は、任意の後続の詳述の範囲から、操作性に必要不可欠ではないものを除き、任意の他の成分、工程、又は手順を除外する。「~からなる」という用語は、具体的に記述又は列挙されていない任意の構成要素、工程、又は手順を除外する。「又は」という用語は、別途明記しない限り、列挙された項目を個々に、並びに任意の組み合わせで指す。単数形の使用は複数形の使用を含み、その逆もまた同様である。
本明細書で使用される場合、「ペンダント官能基」は、末端以外の位置にあるポリマー骨格上の官能基を指す。
「ポリマー」という用語は、ポリマーを構成する複数の及び/又は反復する「単位」を重合形態で提供する、同一の種類であるか異なる種類であるかにかかわらず、モノマーを重合させることによって調製されるポリマー化合物を指す。したがって、ポリマーという総称は、1つの種類のモノマーのみから調製されたポリマーを指すために通常用いられる「ホモポリマー」という用語、同様に2つ以上の異なるモノマーから調製されたポリマーを指す「コポリマー」を包含する。ポリマーは、多くの場合、1つ以上の特定のモノマー「で作製され」、特定のモノマー又はモノマータイプに「基づいて」、特定のモノマー含量を「含有する」などと称されるが、この文脈では、「モノマー」という用語は、特定のモノマーの重合残基を指すと理解されることに留意されたい。
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、混和性であっても混和性でなくてもよい(分子レベルで相分離していない)。ブレンドは、相分離していても、相分離していなくてもよい。ブレンドは、マクロレベル(例えば、樹脂の溶融ブレンド若しくは配合)又はミクロレベル(例えば、同じ反応器内での同時形成)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行ってよい。
本明細書で使用される「末端アルケン基」という用語は、ポリマー鎖中の2個の炭素原子間の二重結合を指し、二重結合中の炭素のうちの1個は=CH2基である。末端二重結合は、ポリマー鎖の末端及び/又はポリマー鎖の分岐端に位置している。本明細書で使用される「内部アルケン基」という用語は、1,2-二置換炭素-炭素二重結合を指し、炭素原子はトランス配置(シス配置ではない)にある。末端アルケン基及び内部アルケン基は、赤外線分光法(「IR(infrared spectroscopy)」)によって測定される。
「ポリエチレン」又は「エチレン系ポリマー」は、50モル%超のエチレンモノマーに由来している単位を含むポリマーを意味するものとする。これは、ポリエチレンホモポリマー又はコポリマー(2つ以上のコモノマーに由来する単位を意味する)を含む。当該技術分野において既知のポリエチレンの一般的な形態は、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、極低密度ポリエチレン(ULDPE)、超低密度ポリエチレン(VLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、並びに高密度ポリエチレン(HDPE)が挙げられる。
「LDPE」という用語はまた、「高圧エチレンポリマー」又は「高度分岐ポリエチレン」と称されてもよく、ポリマーが、ペルオキシドなどのフリーラジカル開始剤を用いて、14,500psi(100MPa)超の圧力でオートクレーブ又は管型反応器中で部分的又は完全にホモポリマー化されるか、又はコポリマー化されることを意味するように定義される(例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第4,599,392号を参照のこと)。LDPE樹脂は、典型的には、0.916~0.935g/cmの範囲内の密度を有する。
「LLDPE」という用語は、チーグラー・ナッタ触媒系を使用して作製される樹脂、並びに限定されるものではないが、ビス-メタロセン触媒(「m-LLDPE」と称されることもある)及び幾何拘束型触媒を含むシングルサイト触媒を使用して作製される樹脂、及びポスト-メタロセン、分子触媒を使用して作製された樹脂を含む。LLDPEには、直鎖状の、実質的に直鎖状の、又は不均一な、ポリエチレンコポリマー又はホモポリマーが含まれる。LLDPEは、LDPEよりも少ない長鎖分岐を含有し、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、及び米国特許第5,733,155号に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号のものなどの、均質に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号に開示されているプロセスに従って調製されるものなどの不均質分岐エチレンポリマー、及び/又はこれらのブレンド(米国特許第3,914,342号又は米国特許第5,854,045号に開示されているものなど)が挙げられる。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。
「MDPE」という用語は、0.926~0.945g/ccの密度を有するポリエチレンを指す。「MDPE」は、典型的には、クロム若しくはチーグラー・ナッタ触媒、を使用して、又はビス-メタロセン触媒及び拘束幾何形状触媒を含むがこれらに限定されないシングルサイト触媒を使用して調製される。
「HDPE」という用語は、概して、チーグラー・ナッタ触媒、クロム触媒、又はビス-メタロセン触媒及び拘束幾何形状触媒を含むがこれらに限定されないシングルサイト触媒を用いて調製される、約0.945g/cc超の密度を有するポリエチレンを指す。
「ULDPE」という用語は、概して、チーグラー・ナッタ触媒、限定されるものではないが、ビス-メタロセン触媒及び拘束幾何形状触媒を含むシングルサイト触媒、並びにポストメタロセン、分子触媒で調製される、0.880~0.909g/ccの密度を有するポリエチレンを指す。本明細書で使用される場合、「プロピレン系ポリマー」という用語は、プロピレンモノマーに由来する50重量%を超える単位を含むポリマーを指す重合形態で、含むポリマーを指す。これは、プロピレンホモポリマー、ランダムコポリマーポリプロピレン、インパクトコポリマーポリプロピレン、プロピレン/α-オレフィンインターポリマー、及びプロピレン/α-オレフィンコポリマーを含む。これらのポリプロピレン材料は、概して、当該技術分野において既知である。
本明細書で使用される場合、「シロキサン」という用語は、ポリシロキサン及びより低分子量のシロキサンを含む。実施形態では、シロキサンは、以下に記載される様々な末端基を有するポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane、PDMS)である。
本明細書で使用される場合、「SiH官能性メタクリレート変換体」は、3-(1,1,3,3-テトラメチルジシロキサニル)プロピルメタクリレートを指す。
エチレンと官能化ポリシロキサンとのコポリマー
本明細書に記載される様々な実施形態は、エチレンと官能化ポリシロキサンとのコポリマーを提供する。実施形態では、コポリマーは、エチレンモノマーと、本明細書においてf-PDMSと称されることもある官能化ポリシロキサンとを反応させることによって、又はエチレンモノマーと官能化ポリシロキサンの混合物とを反応させることによって、高圧フリーラジカル重合によって形成される。実施形態では、PDMSは、いくつかの共有結合を介して高圧エチレンポリマーに結合され、この共有結合は、官能化PDMSの初期官能基とエチレンポリマーの成長する成長鎖との反応、続くエチレンモノマーとの更なる反応から生じ、重合される官能基とシロキサンとの間の架橋も含む。
本明細書に記載される様々な実施形態は、エチレンと官能化ポリシロキサンとのコポリマーを提供する。実施形態では、コポリマーは、エチレンモノマーと、本明細書においてf-PDMSと称されることもある官能化ポリシロキサンとを反応させることによって、又はエチレンモノマーと官能化ポリシロキサンの混合物とを反応させることによって、高圧フリーラジカル重合によって形成される。実施形態では、PDMSは、いくつかの共有結合を介して高圧エチレンポリマーに結合され、この共有結合は、官能化PDMSの初期官能基とエチレンポリマーの成長する成長鎖との反応、続くエチレンモノマーとの更なる反応から生じ、重合される官能基とシロキサンとの間の架橋も含む。
実施形態では、LDPE-co-PDMSは、共重合中に形成されるがPDMSに共有結合していないLDPEも含むLDPE-co-PDMS組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~50重量%、例えば、0.1重量%~20重量%、0.5重量%~20重量%、2.0重量%~20重量%、2.0重量%~15重量%、2.0重量%~12重量%、2.0重量%~10重量%、1.0重量%~10重量%、5.0重量%~10重量%、又は5.0重量%~20重量%のPDMSを含み得る。
様々な実施形態では、コポリマーは、以下の構造:
のうちの1つ以上を含むが、これらに限定されず、
式中、Rは、メチル又は水素であり、R1は、官能基((メタ)アクリレート)とシロキサンとを連結する架橋基であり、R2は、アルキル、置換アルキル、アリール、アルケニル、H、及びOHからなる群から選択される末端基であり、xは、10~1000の整数であり、yは、1~20の整数である。R1及びR2基は、同じであり得るか、又は異なり得る。
実施形態では、LDPE-co-PDMSの架橋基は、置換又は非置換C2~C20アルキレンリンカーから選択され、1つ以上の炭素原子は、酸素及び/又はケイ素、置換又は非置換アリール基、並びにそれらの誘導体及び組み合わせで置換され得る。実施形態では、架橋基に結合された官能基は、エチレンモノマーとの共重合によって高圧エチレンポリマーに結合される。様々な実施形態では、官能基は、(メタ)アクリレートエステル基である。更なる実施形態では、架橋基は、以下に示される基である。
上記の構造式において、エチレン系ポリマー分岐は、ポリエチレン(polyethylene、PE)であるものとして示されているが、実施形態では、エチレン系ポリマー分岐は、ホモポリマー(例えば、LDPE)又はコポリマー、例えば、エチレン(メタ)アクリル酸エステルコポリマー、又はエチレン(メタ)アクリル酸コポリマー、又はエチレンビニルトリメトキシシランコポリマー、又はエチレン酢酸ビニルコポリマーであり得ることが企図される。
ポリマーは、ポリシロキサン単位を含み、これは、実施形態では、官能化ポリジメチルシロキサン(例えば、f-PDMS)から誘導される。実施形態では、官能化ポリシロキサンは、(メタ)アクリレートエステル官能化ポリメチルジシロキサン(f-PDMS)であり、(メタ)アクリレート官能基は、架橋を介してPDMSに結合している。
実施形態では、ポリマーは、任意選択的に、ターモノマーから誘導される1つ以上の単位を含む。ターモノマーは、オレフィン、不飽和エステル、不飽和酸、官能化アルケン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。
官能化ポリシロキサン
ポリシロキサンは、流体、樹脂、又はエラストマーとして製造される多様なクラスのポリマーのいずれかであり得る。ポリシロキサンは部分的に有機化合物であるが、ほとんどのポリマーとは異なり、それらは、上に示されるように、交互のケイ素及び酸素原子の代わりに構成される、炭素を含有しない骨格を有する。上に示した構造式において、各シリコンはメチル及び/又はR基に結合しているように図示されているが、これらの位置の各々は、個々に、アルキル、ビニル、フェニル、水素、ヒドロキシル、アセトキシ、エノキシ、オキシム、メトキシ、エトキシ、アルコキシ、ジメチルアミノ、アミノプロピル、ヒドロキシプロピル、メルカプトプロピル、クロロプロピル、アクリロキシプログピル、メタクリルオキシプロピル、エポキシプロポキシプロピル、又はエポキシシクロヘキシルエチルであり得ることが企図される。実施形態では、各位置は、メチルである。
ポリシロキサンは、流体、樹脂、又はエラストマーとして製造される多様なクラスのポリマーのいずれかであり得る。ポリシロキサンは部分的に有機化合物であるが、ほとんどのポリマーとは異なり、それらは、上に示されるように、交互のケイ素及び酸素原子の代わりに構成される、炭素を含有しない骨格を有する。上に示した構造式において、各シリコンはメチル及び/又はR基に結合しているように図示されているが、これらの位置の各々は、個々に、アルキル、ビニル、フェニル、水素、ヒドロキシル、アセトキシ、エノキシ、オキシム、メトキシ、エトキシ、アルコキシ、ジメチルアミノ、アミノプロピル、ヒドロキシプロピル、メルカプトプロピル、クロロプロピル、アクリロキシプログピル、メタクリルオキシプロピル、エポキシプロポキシプロピル、又はエポキシシクロヘキシルエチルであり得ることが企図される。実施形態では、各位置は、メチルである。
いくつかの実施形態では、xは、ポリシロキサンが100以上、200以上、又は500以上のセンチストークス(centistoke、CST)の粘度を有するように十分に大きい。実施形態では、xは、250万CST以下の粘度を有するポリシロキサンを生成するよりも大きくない。しかしながら、粘度の上限は250万CST未満、例えば、100万又は600,000CSTであることが企図される。
様々な実施形態では使用するのに好適なポリシロキサンとしては、米国特許第6,239,244号に記載されているものが挙げられ、その全内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ポリシロキサンは、Dow、Momentive、Wacker、Shin-Etsu、及びEvonikを含むがこれらに限定されないいくつかの異なる製造業者から市販されている。
本明細書に記載される様々な実施形態では、ポリシロキサンは、1つ以上の官能基を含むポリジメチルシロキサン(PDMS)であり、したがって、官能化PDMS又はf-PDMSと称される。様々な実施形態では、f-PDMSは、(メタ)アクリレートエステル官能化PDMSであり、(メタ)アクリレートエステル基は、架橋基を通してPDMSに結合している。PDMSは、単官能性又は二官能性又は多官能性であってもよく、官能基は、シロキサン上の末端又はペンダント位置で連結されてもよい。したがって、実施形態では、f-PDMSは、以下の構造のうちの1つ又はそれらの組み合わせを含む。
のうちの1つ以上を有し、
式中、Rは、メチル又は水素であり、R1は、架橋基であり、R2は、アルキル、アリール、アルケニル、H、又はOHから選択される末端基であり、xは、10~1000の整数であり、yは、1~20の整数である。
プロセス官能化ポリシロキサン
様々な実施形態では、f-PDMS中の架橋基の各々は、シロキサン骨格が(メタ)アクリレート官能性に連結される方法によって決定される。実施形態では、シロキサン骨格は、アルケニル(メタ)アクリレートの直接ヒドロシリル化、SiH官能性(メタ)アクリレート変換器を使用するモノ若しくはポリビニルPDMSのヒドロシリル化、又は(メタ)アクリレート官能性アルコキシシランとの平衡/縮合を通して、(メタ)アクリレート官能性に連結される。特定の実施形態に応じて、シロキサン骨格と(メタ)アクリレート官能性とを連結するための他の方法が企図され、使用されてもよい。
様々な実施形態では、f-PDMS中の架橋基の各々は、シロキサン骨格が(メタ)アクリレート官能性に連結される方法によって決定される。実施形態では、シロキサン骨格は、アルケニル(メタ)アクリレートの直接ヒドロシリル化、SiH官能性(メタ)アクリレート変換器を使用するモノ若しくはポリビニルPDMSのヒドロシリル化、又は(メタ)アクリレート官能性アルコキシシランとの平衡/縮合を通して、(メタ)アクリレート官能性に連結される。特定の実施形態に応じて、シロキサン骨格と(メタ)アクリレート官能性とを連結するための他の方法が企図され、使用されてもよい。
プロセス-エチレンと官能化ポリシロキサンとのコポリマー
様々な実施形態では、LDPE-co-PDMSは、エチレンの存在下で形成される。実施形態では、LDPE-co-PDMSは、高圧フリーラジカル重合プロセスを介して生成される。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のプロセスタイプでは、1つ以上の反応ゾーンを有する撹拌オートクレーブ反応器が使用される。オートクレーブ反応器は、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含む。第2のプロセスタイプでは、ジャケット付きチューブが反応器として使用され、これは1つ以上の反応ゾーンを有する。好適な反応器の長さは、限定するものではないが、100~3000メートル(m)、又は1000~2000mを含む。反応器のいずれの種類に関しても、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(又はテロマー)、コモノマー、又はそれらの組み合わせ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、1つ以上の反応ゾーンを有するオートクレーブ反応器若しくは管状反応器で、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反応器及び管状反応器の組み合わせで実施することができる。
様々な実施形態では、LDPE-co-PDMSは、エチレンの存在下で形成される。実施形態では、LDPE-co-PDMSは、高圧フリーラジカル重合プロセスを介して生成される。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のプロセスタイプでは、1つ以上の反応ゾーンを有する撹拌オートクレーブ反応器が使用される。オートクレーブ反応器は、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含む。第2のプロセスタイプでは、ジャケット付きチューブが反応器として使用され、これは1つ以上の反応ゾーンを有する。好適な反応器の長さは、限定するものではないが、100~3000メートル(m)、又は1000~2000mを含む。反応器のいずれの種類に関しても、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(又はテロマー)、コモノマー、又はそれらの組み合わせ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、1つ以上の反応ゾーンを有するオートクレーブ反応器若しくは管状反応器で、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反応器及び管状反応器の組み合わせで実施することができる。
様々な実施形態では、連鎖移動剤(chain transfer agent、CTA)を使用して、得られるポリマーの分子量及びメルトインデックスを含むがこれらに限定されないポリマー特性を制御することができる。連鎖移動は、ポリマー鎖の成長の停止に関連し、したがって、ポリマー材料の最終的な分子量を制限する。連鎖移動剤は、典型的には、成長中のポリマー鎖と反応し、鎖の重合反応を停止させる水素原子ドナーである。高圧フリーラジカル重合の場合、CTAは、飽和炭化水素、不飽和炭化水素、アルデヒド、ケトン、又はアルコールなどの多くの異なるタイプのものであり得る。CTAの非限定的な例としては、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、酢酸エチル、プロピオンアルデヒド、ISOPARの商品名で入手可能な製品(ExxonMobil Chemical Co.から入手可能)、及びイソプロパノールが挙げられる。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0.01重量%~10重量%である。
実施形態では、フリーラジカル開始剤は、溶媒として、又はエチレンとの同時注入のためのブレンドとして、CTAを含むことができる。例えば、CTAをエチレンとブレンドし、加圧し、次いで反応器内に注入することができる。
様々な実施形態では、1つ以上のフリーラジカル開始剤が、LDPE-co-PDMSを生成するために使用される。LDPEなどのエチレン系ポリマーを生成するために一般に使用されるフリーラジカル開始剤は、酸素及び過酸化物である。フリーラジカル開始剤の非限定的な例としては、t-ブチルペルオキシピバレート、ジ-t-ブチルペルオキシド、t-ブチルペルオキシアセテート(t-butyl peroxy acetate、TPA)、t-ブチルペルオキシオクトエート(t-butyl peroxyoctoate、TPO)、t-ブチルペルオキシ-2-ヘキサノエート、及びそれらの組み合わせが挙げられる。当技術分野で公知であり、使用されている他の開始剤も企図される。実施形態では、開始剤は、重合性モノマーの重量に基づいて、0.005重量%~0.2重量%などの従来の量で含まれる。実施形態では、開始剤は、フリーラジカル重合が誘発されることになる反応ゾーンの前に、又は反応ゾーン内に注入される。触媒活性の停止は、反応のフリーラジカル重合部分のための高い反応器温度の組み合わせによって、又はプロパノール、水などの極性溶媒、又は分岐若しくは非分岐アルカンなどの従来の開始剤溶媒の混合物に溶解した開始剤を反応器に供給することによって達成することができる。実施形態では、フリーラジカル開始剤は、ポリエチレン鎖形成を開始し、その後、f-PDMSの官能基(例えば、(メタ)アクリレートエステル基)へのこの成長鎖の攻撃が続き、その後、新たに形成されたα-カルボニルラジカルとエチレンモノマーとの更なる反応が続き、したがって、エチレン(モノマー形態又はポリマー形態のいずれか)が(メタ)アクリレートエステルに結合することを可能にする。
実施形態では、少なくとも1つの炭化水素溶媒がフリーラジカル開始剤系に含まれてもよい。炭化水素溶媒は、例えば、C5~C30炭化水素溶媒であってもよい。例示的な炭化水素溶媒としては、限定ではなく例として、鉱物溶媒、ノルマルパラフィン溶媒、イソパラフィン溶媒、環状溶媒などが挙げられる。実施形態では、炭化水素溶媒は、n-オクタン、イソ-オクタン(2,2,4-トリメチルペンタン)、n-ドデカン、イソ-ドデカン(2,2,4,6,6-ペンタメチルヘプタン)、及び他のイソパラフィン系溶媒からなる群から選択される。イソパラフィン系溶媒などの炭化水素溶媒の例は、例えば、ExxonMobil Chemical Co.からISPAR C、ISOPAR E、及びISOPAR Hの商標で市販されている。実施形態では、炭化水素溶媒は、99重量%未満のフリーラジカル開始剤系を含む。
実施形態は、アルコール共溶媒(例えば、C1~C30アルコール)、アルデヒド、ケトン、又はエステルなどの極性共溶媒を更に含んでもよい。アルコール共溶媒のアルコール官能性は、単官能性であっても多官能性であってもよい。好適なアルコール共溶媒としては、限定ではなく例として、イソプロパノール(2-プロパノール)、アリルアルコール、1-ペンタノール、メタノール、エタノール、プロパノール、1-ブタノール、1,4-ブタンジオール、それらの組み合わせ、又はそれらの混合物を挙げることができる。実施形態では、極性共溶媒は、フリーラジカル開始剤系の40重量%未満の量で含まれてもよい。
加工助剤、可塑剤、安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、顔料、染料、核剤、充填剤、スリップ剤、難燃剤、潤滑剤、煙抑制剤、粘度制御剤、及び抗遮断剤などの他の添加剤。実施形態では、添加剤の1つ以上は、ポリマーの重量に基づいて、添加剤の合計重量の50重量%未満の量で含まれる。
実施形態では、プロセスは、変換効率を更に改善するためのプロセスリサイクルループを含む。そのような実施形態では、下流の反応領域又はゾーンは、エチレン系ポリマーがポリシロキサンから相分離する温度よりも低い温度に維持される。実施形態では、リサイクルループは、前の反応サイクルからの残留物又は副生成物がポリシロキサン又はエチレン系ポリマーのいずれかの重合を阻害し得るので、そのような残留物又は副生成物を中和するために処理され得る。
エチレン、f-PDMS、開始剤、及びCTAは各々、1つ以上の位置で反応器に添加されて、反応器の反応ゾーンへの及び/又は内の供給物中の成分の所望の比を達成する。当業者によって理解されるように、反応器及び/又は反応ゾーンへの各成分の供給点の選択は、加圧エチレン中の成分の溶解度及び/若しくは凝縮、並びに/又は開始剤の注入前に反応器内容物を加熱するために使用される予熱器において生じ得るファウリングを含むが、これらに限定されないいくつかの要因に依存する。
LDPE-co-PDMSの生成のために使用されるエチレンは、ループ再循環ストリームから極性成分を除去することによって、又はLDPE-co-PDMSポリマーを作製するために新鮮なエチレンのみが使用される、反応系構成によって得られる、精製エチレンであり得る。
実施形態では、重合は、連鎖移動剤としてプロピレンを使用して、連続撹拌槽型反応器中で実施される。エチレン及びプロピレンを撹拌機シャフトに沿って反応器の上部に供給する。実施形態では、tert-ブチルペルオキシアセテート(TPA)及びtert-ブチルペルオキシオクトエート(TPO)は、反応器の側部に注入される開始剤として使用される。実施形態では、f-PDMSは、反応器の側部に別個に注入される。
実施形態では、各反応ゾーンにおける最高温度は、150℃~360℃、170℃~350℃、又は200℃~325℃である。実施形態では、反応器の入口での重合圧力は、100MPa~360MPa、150MPa~340MPa、又は185MPa~320MPaである。重合後、未反応反応物及びLDPE-co-PDMSポリマーを含む反応器の内容物は、反応器の出口から排出される。
LDPE-co-PDMSポリマーは、当技術分野において公知であり使用されている任意の方法に従って、任意の残りの反応物から分離され得る。実施形態では、噴霧は、LDPE-co-PDMSポリマーを残りの反応物から分離するために使用され、LDPE-co-PDMSポリマーは、粉末形態で収集される。
ある特定のLDPE-co-PDMS構造が、本明細書に提示される図及び構造に図示されているが、他の構造が可能であり、企図されることが企図される。追加的に、実施形態では、LDPE-co-PDMSポリマーは、本明細書に示される構造のうちの1つ以上を含むブレンド中に存在する。例えば、実施形態では、官能基の二重結合をエチレンと共重合させることによるf-PDMSのLDPEへの結合に加えて、反応はまた、LDPEが連鎖移動機構を介してPDMSのメチル基を通してPDMSに結合される、ある量の副産物を生じ得る。また、LDPE-co-PDMSは少量の反応生成物のみを構成してもよく、反応生成物の大部分はLDPEであることが理解されるべきである。実施形態では、LDPE-co-PDMSは、少なくとも1つの追加のポリマーを含むブレンド中に存在する。追加のポリマーは、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、極低密度ポリエチレン(ULDPE)、超低密度ポリエチレン(VLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、(メタ)アクリレートエステルを含むコポリマー、(メタ)アクリル酸を含むコポリマー、マレイン酸のモノエステル若しくはジエステル、酢酸ビニルを含むコポリマー、トリアルコキシビニルシランを含むコポリマー、グラフト化ポリエチレン、又はそれらの誘導体若しくは組み合わせであり得る。
実施形態では、LDPE-co-PDMSは、3.0~50.0(例えば、3.0~45.0、3.0~40.0、3.0~35.0、3.0~30.0、3.0~20.0、3.0~15.0、3.0~10.0など)、4.0~50.0(例えば4.0~45.0、4.0~40.0、4.0~35.0、4.0~30.0、4.0~20.0、4.0~15.0、4.0~10.0など)、5.0~50.0(例えば5.0~45.0、5.0~40.0、5.0~35.0、5.0~30.0、5.0~20.0、5.0~15.0、5.0~10.0など)、7.0~50.0(例えば7.0~45.0、7.0~40.0、7.0~35.0、7.0~30.0、7.0~20.0、7.0~15.0、7.0~10.0など)、8.0~50.0(例えば8.0~45.0、8.0~40.0、8.0~35.0、8.0~30.0、8.0~20.0、8.0~14.0、又は8.0~10.0など)の多分散性指数(polydispersity index、PDI)を有し得る。実施形態では、LDPE-co-PDMSは、3.0~14.0、5.0~14.0、又は7.0~14.0のPDIを有し得る。実施形態では、LDPE-co-PDMSは、0.15~500.00g/10分、例えば、0.15~100g/10分、0.15~25.00g/10分、0.15~10.00g/10分、0.3~1.7、0.3~2.0、0.3~3.0、0.3~10、0.5~1.7、0.5~2.0、0.5~3.0、0.5~10、1.0~1.7、1.0~2.0、1.0~3.0、1.0~10、1.3~1.7、1.3~2.0、1.3~3.0、1.3~10、0.50~10.00g/10分、又は0.50~7.50g/10分のメルトインデックス(I2)を有し得る。PDIは、「従来のGPC」又は「3D-GPC」によって決定される。
用途
本明細書に記載されるLDPE-co-PDMSポリマーの実施形態は、1つ以上のフィルム層、成形物品、押出物、繊維、及び織布又は不織布、パイプ、ケーブル、ライナーを含む物体を含む、有用な物品を生成するための様々な熱可塑性加工プロセスにおいて用いられ得る。LDPE-co-PDMSポリマーを含む熱可塑性組成物は、他の天然又は合成材料、ポリマー、添加剤、強化剤、耐発火性添加剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤、増量剤、架橋剤、発泡剤、及び可塑剤とのブレンドを含む。
本明細書に記載されるLDPE-co-PDMSポリマーの実施形態は、1つ以上のフィルム層、成形物品、押出物、繊維、及び織布又は不織布、パイプ、ケーブル、ライナーを含む物体を含む、有用な物品を生成するための様々な熱可塑性加工プロセスにおいて用いられ得る。LDPE-co-PDMSポリマーを含む熱可塑性組成物は、他の天然又は合成材料、ポリマー、添加剤、強化剤、耐発火性添加剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤、増量剤、架橋剤、発泡剤、及び可塑剤とのブレンドを含む。
LDPE-co-PDMSポリマーの様々な好適な用途としては、従来のポリオレフィン加工技術を使用した加工物品、弾性フィルム及び繊維、ソフトタッチ製品、ガスケット及びプロファイル、接着剤、履物、自動車内装部品及びプロファイル、発泡製品、耐衝撃性改良剤、コーティングされた織布、ホース、チュービング、ウェザーストリップ、キャップライナー、フローリングなどが挙げられる。
実施形態では、LDPE-co-PDMSを含むフィルムは、5ニュートン(Newton、N)以下、例えば、0.3N~5N、1N~4.5N、1N~4N、1.5N~4N、2.0N~4.5N、2.5N~4.5N、又は3N~4.5Nの剥離最大力を呈し得る。実施形態では、LDPE-co-PDMSを含むフィルムは、0.05~0.50、又は0.2N~0.4Nの静摩擦係数(COF)、及び0.05~0.50、又は0.2N~0.4Nの動摩擦係数(COF)を呈し得る。
試験方法
試験方法は、以下を含む。
試験方法は、以下を含む。
メルトインデックス(I2)
メルトインデックス(I2)を2.16kgで190℃でのASTM D-1238に従って測定する。値を10分当たりに溶出されたグラムに対応するg/10分(又はdg/分)で報告する。各試料について複数回の測定を行った。
メルトインデックス(I2)を2.16kgで190℃でのASTM D-1238に従って測定する。値を10分当たりに溶出されたグラムに対応するg/10分(又はdg/分)で報告する。各試料について複数回の測定を行った。
密度
密度測定用の試料を、ASTM D4703に従って調製し、グラム/立方センチメートル(g/cc又はg/cm3)で報告した。測定を、ASTM D792、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 D4703に従って調製し、グラム/立方センチメートル(g/cc又はg/cm3)で報告した。測定を、ASTM D792、方法Bを使用して、試料プレスの1時間以内に行った。
DSC結晶化度
示差走査熱量測定(differential scanning calorimetry、DSC)は、広範囲の温度について所与の温度で試料の結晶化度を測定するために使用され得る。実施例では、RCS(冷蔵冷却システム(refrigerated cooling system))冷却アクセサリ及びオートサンプラーモジュールを備えたTAモデルQ1000 DSC(TA Instruments、New Castle,DE)を使用して、試験を行った。試験中、50mL/分の窒素パージガス流を使用した。樹脂を空気中、1500psiの圧力下で5分間、350℃で、「3mm厚×1インチ」の円形プラークに圧縮成形した。次いで、試料を圧縮機から取り出し、カウンター上に置き、室温(約25℃)に冷却した。3~10mgの冷却した材料の試料を直径6mmのディスクに切断し、秤量し、軽量アルミニウム製のパンに入れ、クリンプして閉じた。次いで、試料の熱挙動を試験した。
示差走査熱量測定(differential scanning calorimetry、DSC)は、広範囲の温度について所与の温度で試料の結晶化度を測定するために使用され得る。実施例では、RCS(冷蔵冷却システム(refrigerated cooling system))冷却アクセサリ及びオートサンプラーモジュールを備えたTAモデルQ1000 DSC(TA Instruments、New Castle,DE)を使用して、試験を行った。試験中、50mL/分の窒素パージガス流を使用した。樹脂を空気中、1500psiの圧力下で5分間、350℃で、「3mm厚×1インチ」の円形プラークに圧縮成形した。次いで、試料を圧縮機から取り出し、カウンター上に置き、室温(約25℃)に冷却した。3~10mgの冷却した材料の試料を直径6mmのディスクに切断し、秤量し、軽量アルミニウム製のパンに入れ、クリンプして閉じた。次いで、試料の熱挙動を試験した。
試料の熱挙動は、試料の温度を上下に変化させて、応答対温度プロファイルを作成することによって決定した。以前の熱履歴を取り除くために、試料を第1に180℃まで急速に加熱し、等温状態で3分間保持した。次に、試料を10℃/分の冷却速度で-40℃に冷却し、-40℃で3分間保持した。その後、試料を10℃/分の加熱速度で150℃まで加熱した。冷却曲線及び第2の加熱曲線を記録した。測定された値は、ピーク溶融温度(Tm)、ピーク結晶化温度(Tc)、融解熱(Hf)(J/g)、及び次の式1を使用するポリエチレン試料についての算出された結晶化度パーセントである。
融解熱(Hf)及びピーク溶融温度は、第2の熱曲線から報告する。ピーク結晶化温度は、冷却曲線から決定された。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)
GPC系は、内部IR5赤外検出器(IR5)を装備したPolymerChar GPC-IR(Valencia,Spain)高温GPCクロマトグラフ、及びPrecision Detectors(現在は、Agilent Technologies、Amherst,MA)2角光散乱(light scattering、LS)検出器モデル2040に結合された4-キャピラリー溶液粘度計(DV)からなる。最後の2つの独立した検出器と、少なくとも1つの最初の検出器と、を有するGPCは、時に「3D-GPC」と称されるが、用語「GPC」単独では一般に従来のGPCを指す。全ての絶対光散乱測定に関して、15度角が測定に使用された。オートサンプラーのオーブンコンパートメントは、160℃で操作され、カラムコンパートメントは、150℃で操作された。使用したカラムは、4本のAgilent「Mixed A」30cm、20マイクロメートル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(butylated hydroxytoluene、BHT)を含有していた。溶媒源を窒素でスパージした。ポリエチレン試料を160℃で4時間穏やかに撹拌した。注入量は、200μLであった。GPCを通る流量を、1mL/分に設定した。
GPC系は、内部IR5赤外検出器(IR5)を装備したPolymerChar GPC-IR(Valencia,Spain)高温GPCクロマトグラフ、及びPrecision Detectors(現在は、Agilent Technologies、Amherst,MA)2角光散乱(light scattering、LS)検出器モデル2040に結合された4-キャピラリー溶液粘度計(DV)からなる。最後の2つの独立した検出器と、少なくとも1つの最初の検出器と、を有するGPCは、時に「3D-GPC」と称されるが、用語「GPC」単独では一般に従来のGPCを指す。全ての絶対光散乱測定に関して、15度角が測定に使用された。オートサンプラーのオーブンコンパートメントは、160℃で操作され、カラムコンパートメントは、150℃で操作された。使用したカラムは、4本のAgilent「Mixed A」30cm、20マイクロメートル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(butylated hydroxytoluene、BHT)を含有していた。溶媒源を窒素でスパージした。ポリエチレン試料を160℃で4時間穏やかに撹拌した。注入量は、200μLであった。GPCを通る流量を、1mL/分に設定した。
実施例を実行する前に、少なくとも20個の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質を実行することによって、GPCカラムセットを較正した。標準の分子量(molecular weight、MW)は、1モル当たり580~8,400,000グラム/モルの範囲であり、標準物質には、6つの「カクテル」混合物が含有された。各標準混合物は、個々の分子量間に少なくとも一桁の間隔を有した。標準物質混合物は、Agilent Technologiesから購入された。ポリスチレン標準物質を、1,000,000g/mol以上の分子量について50mLの溶媒中0.025g、及び1,000,000g/mol未満の分子量について50mLの溶媒中0.05gで調製した。ポリスチレン標準物質を、80℃で30分間穏やかに撹拌しながら溶解した。狭い標準混合物を最初に、かつ分解を最小限に抑えるために最高分子量成分を減少させる順序で行った。ポリスチレン標準ピーク分子量を、式2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)に記載の通り)。
式中、Mはポリエチレン又はポリスチレン(標識付けされた場合)の分子量であり、Aは0.43の値を有し、Bは1.0に等しい。
第3次と第5次との間の多項式を使用して、それぞれのポリエチレン同等較正点にあてはめた。GPCカラムセットの総プレートカウントは、(50mLのTCB中0.04gで調製され、穏やかに撹拌しながら20分間溶解された)Eicosaneを用いて実施した。プレートカウント(式3)及び対称性(式4)を、以下の式に従って、200μLの注入で測定した。
式中、RVは、mLでの保持体積であり、ピーク幅は、mLであり、ピーク最大値は、ピークの最大高さであり、1/2高さは、ピーク最大値の1/2の高さである。
式中、RVは、mLでの保持体積であり、ピーク幅は、mLであり、ピーク最大値は、ピークの最大位置であり、1/10高さは、ピーク最大値の1/10の高さであり、後方ピークは、ピーク最大値よりも後の保持体積でのピークテールを指し、前方ピークは、ピーク最大値よりも前の保持体積でのピーク前方を指す。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。
試料を、PolymerChar「Instrument Control」ソフトウェアを用いて半自動様式で調製し、2mg/mLを試料の目標重量とし、PolymerChar高温オートサンプラーを介して、予め窒素スパージされたセプタキャップ付き(septa-capped)バイアルに溶媒(200ppmのBHTを含有)を添加した。試料を、「低速」振盪しながら2時間160℃で溶解した。
Mn(GPC)、Mw(GPC)、及びMz(GPC)は、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアと、等間隔の各データ収集点(i)においてベースラインを差し引いたIRクロマトグラフと、等式2からの点(i)における狭い標準較正曲線から得られたポリエチレン等価分子量とを使用して、等式5~7に従うPolymerChar GPC-IRクロマトグラフの内部IR5検出器(測定チャンネルを使用して、GPC結果に基づいて算出した。
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)は、試料(RV(FM試料))内のそれぞれのデカンピークのRVを、狭い標準較正(RV(FM較正済み))内のデカンピークのRV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))を直線的に補正するために使用した。その後、デカンマーカーピークの時間におけるあらゆる変化は、実験全体における流量(流量(実効))の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、流量メーカー濃度クロマトグラムのピークを二次方程式にあてはめるように最小二乗適合ルーチンを使用する。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。流量マーカーピークに基づいてシステムを較正した後、(狭標準較正に関して)実効流量を式8のように算出する。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。許容可能な流量補正は、有効流量が公称流量の+/-2%以内のものである。
トリプル検出器GPC(3D-GPC)
クロマトグラフィーシステム、分析条件、カラムセット、カラム較正及び従来の分子量モーメントの算出及び分布を、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)に記載されている方法に従って実施した。
クロマトグラフィーシステム、分析条件、カラムセット、カラム較正及び従来の分子量モーメントの算出及び分布を、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)に記載されている方法に従って実施した。
IR5検出器からの粘度計及び光散乱検出器オフセットの決定に関して、複数の検出器オフセットの決定のための体系的手法が、Balke,Moureyらによって公開されたもの(Mourey and Balke,Chromatorgraphy Polym.,Chapter 12,(1992))(Balke,Thitiratsakul,Lew,Cheung,Mourey,Chromatography Polym.,Chapter 13,(1992))と一致した様式で実行され、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを使用して、広い単一重合体ポリエチレン標準(Mw/Mn>3)からのトリプル検出器ログ(Mw及び固有粘度)結果を、狭い標準較正曲線からの狭い標準カラム較正結果に対して最適化する。
絶対分子量データは、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られた。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る。(GPCOne(商標)を使用して)算出される分子量は、述べるポリエチレン標準物のうちの1つ以上に由来する、光散乱定数、及び0.104の屈折率濃度係数、dn/dcを使用して得られる。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。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。較正標準についての特定の粘度面積(DV)及び注入された質量を、その固有粘度に関連付ける(GPCOne(商標)を使用して得られる)粘度計定数を計算する。クロマトグラフィー濃度は、第2のバイラル係数効果(分子量に対する濃度効果)の考慮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)面積統合クロマトグラム(光散乱定数で因数分解)を質量定数から回収された質量及び質量検出器(IR5)面積で除算し、得られる。分子量及び固有粘度応答は、信号対雑音が低くなるクロマトグラフィーの端部で線形に外挿される(GPCOne(商標)を使用して)。他のそれぞれのモーメントMn(Abs)及びMz(Abs)は、以下の通り式9~10に従って算出される。
PDIは、MwをMnで割ったもの(すなわち、Mw/Mn)として計算される。
フーリエ変換赤外線解析
フーリエ変換赤外線(FTIR)分析に使用される試料フィルム(厚さおよそ250~300マイクロメートル)を、190℃に設定された加熱プラテンを備えたCarver油圧プレス内で試料のペレットおよそ0.5gをプレスすることによって圧縮成形した。
フーリエ変換赤外線(FTIR)分析に使用される試料フィルム(厚さおよそ250~300マイクロメートル)を、190℃に設定された加熱プラテンを備えたCarver油圧プレス内で試料のペレットおよそ0.5gをプレスすることによって圧縮成形した。
高温液体クロマトグラフィー(High temperature liquid chromatography、HTLC)
Si-PEハイブリッドの分離及び特徴付けのために、高温液体クロマトグラフィー(HTLC)を用いた。遊離PDMSを外部標準較正方法によって定量した。試料溶液を無水デカン中約2.0mg/mLで調製した。実験室用加熱振盪機を使用して130℃で約1時間、試料を溶解した。その後、試料溶液をPolymerCharオートサンプラーに移した。試料溶液を再加熱し、注入前に1時間、PolymerChar中で加熱振盪機によって130℃で振盪した。HTLCは、PolymerChar高温2DLC/GPC機器に基づいた。LCポンプは、1.0mL/分の流量に設定されたAgilent 1260 HPLCシステムであった。注入ループは20μLの溶液であった。130℃で保持されたThermo-Fisherハイパーカーブカラム(内径4.6mm×100mm l、5um粒径、及び260Å孔径)を分離に使用した。検出器は、ネブライザー温度160℃の設定、蒸発器温度120℃、及び0.2SLMでのN2流量を有するAgilent HT-ELSD検出器(モデルG7826A)であった。表1に従ってデカン対ODCBの勾配を分離に適用した。データをPolymerCharソフトウェアバージョン1.1によって収集し、Agilent SECソフトウェアCirrus 3.3によって換算した。
Si-PEハイブリッドの分離及び特徴付けのために、高温液体クロマトグラフィー(HTLC)を用いた。遊離PDMSを外部標準較正方法によって定量した。試料溶液を無水デカン中約2.0mg/mLで調製した。実験室用加熱振盪機を使用して130℃で約1時間、試料を溶解した。その後、試料溶液をPolymerCharオートサンプラーに移した。試料溶液を再加熱し、注入前に1時間、PolymerChar中で加熱振盪機によって130℃で振盪した。HTLCは、PolymerChar高温2DLC/GPC機器に基づいた。LCポンプは、1.0mL/分の流量に設定されたAgilent 1260 HPLCシステムであった。注入ループは20μLの溶液であった。130℃で保持されたThermo-Fisherハイパーカーブカラム(内径4.6mm×100mm l、5um粒径、及び260Å孔径)を分離に使用した。検出器は、ネブライザー温度160℃の設定、蒸発器温度120℃、及び0.2SLMでのN2流量を有するAgilent HT-ELSD検出器(モデルG7826A)であった。表1に従ってデカン対ODCBの勾配を分離に適用した。データをPolymerCharソフトウェアバージョン1.1によって収集し、Agilent SECソフトウェアCirrus 3.3によって換算した。
核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance、NMR)
各々の試料は、Norell 1001-7、10mmNMRチューブ中で、0.1~0.2g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/ペルクロロエチレンに添加することによって調製された。酸化を防止するために、チューブに挿入したピペットを通して、N2をおよそ5分間溶媒に通して通気させることによって、試料をパージし、蓋をし、テフロンテープで密封した。試料を115~135℃で加熱し、ボルテックスし、均質性を確保した。1H NMRを、Bruker10mmクライオプローブを装備した、Bruker AVANCE 600MHz分光計で、120℃の試料温度で実施した。スペクトルは、ZGパルス、16回のスキャン、AQ1.8秒、D1 14秒で達成された。約0.6~2.6 ppmのポリマー積分値を任意の値に設定した。この値を2で割ると、ポリマーCH2の総モル数が得られる。CH2の総モル数に14g/molを掛けると、ポリマー重量が得られる。約-0.3~0.6ppmのPDMS積分値を6で割ると、モルPDMS単位が得られる。74.1g/molのPDMS単位を掛けると、PDMS重量が得られる。2つの重量を使用して、PDMSの重量%を算出する。
各々の試料は、Norell 1001-7、10mmNMRチューブ中で、0.1~0.2g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/ペルクロロエチレンに添加することによって調製された。酸化を防止するために、チューブに挿入したピペットを通して、N2をおよそ5分間溶媒に通して通気させることによって、試料をパージし、蓋をし、テフロンテープで密封した。試料を115~135℃で加熱し、ボルテックスし、均質性を確保した。1H NMRを、Bruker10mmクライオプローブを装備した、Bruker AVANCE 600MHz分光計で、120℃の試料温度で実施した。スペクトルは、ZGパルス、16回のスキャン、AQ1.8秒、D1 14秒で達成された。約0.6~2.6 ppmのポリマー積分値を任意の値に設定した。この値を2で割ると、ポリマーCH2の総モル数が得られる。CH2の総モル数に14g/molを掛けると、ポリマー重量が得られる。約-0.3~0.6ppmのPDMS積分値を6で割ると、モルPDMS単位が得られる。74.1g/molのPDMS単位を掛けると、PDMS重量が得られる。2つの重量を使用して、PDMSの重量%を算出する。
剥離強度
剥離強度は、フィルムのC層を市販のポーチラップフィルム(The Procter & Gamble Company,Cincinnati,OH製の「Salvaslip EVAX normal」)と接触させることによって測定した。試料を、2kgの重り下でオーブン中40℃で20時間、次いで重りなしで室温で4時間調節された。剥離強度は、300mm/分の速度、25mmのグリップ距離、及び90°で100mmの測定距離を使用して、10Nセルを有する25×175mmプローブ上で測定した。
剥離強度は、フィルムのC層を市販のポーチラップフィルム(The Procter & Gamble Company,Cincinnati,OH製の「Salvaslip EVAX normal」)と接触させることによって測定した。試料を、2kgの重り下でオーブン中40℃で20時間、次いで重りなしで室温で4時間調節された。剥離強度は、300mm/分の速度、25mmのグリップ距離、及び90°で100mmの測定距離を使用して、10Nセルを有する25×175mmプローブ上で測定した。
摩擦係数(COF)
COF内側対外側は、ISO-8295に従って、C層を内側に、A層を外側に置いて測定した。
COF内側対外側は、ISO-8295に従って、C層を内側に、A層を外側に置いて測定した。
以下の実施例は、本開示の特徴を例示するものであるが、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
実施例1
共重合に使用したf-PDMSは、以下の3つのシロキサンの1:2:1混合物であった。
共重合に使用したf-PDMSは、以下の3つのシロキサンの1:2:1混合物であった。
重合は、4つの電気ヒーターバンドを使用して220℃に加熱した300mLの容積を有する連続撹拌タンク反応器(continuously stirred tank reactor、CSTR)中で実施した。撹拌速度は1800回転/分(revolutions per minute、RPM)であった。反応器圧力を約193MPaに制御した。プロピレンを連鎖移動剤として使用した。エチレン及びプロピレンを、以下の表1に報告される比で、5440~5470g/hエチレンの流量で、撹拌機シャフトに沿って反応器の上部に供給した。TPA及びTPOを開始剤として0.61:1の質量比で使用した。開始剤をISOPAR E(ExxonMobil Chemical Co.から入手可能)中で希釈し、エチレンに対して30~33質量ppmのTPA及び50~54質量ppmのTPOの比で193MPaの圧力で反応器の側部に注入した。f-PDMSを酢酸エチル(Sigma Aldrichから入手可能)中で30重量%に希釈し、以下の表1に報告される流量で反応器の側部に別々に注入した。
反応器の滞留時間は、約1.5分であった。全ての未反応反応物及びポリマーは、反応器の底部に位置する単一出口を介して排出された。次いで、噴霧、流れを約0.1MPaまで減圧すること、及び同時に流れを周囲温度まで冷却することによって、LDPE-co-PDMSポリマーを残りの反応物から分離した。次いで、LDPE-co-PDMSポリマーを粉末形態で収集した。
10重量%のPDMSが上でグラフトされたLDPE(「LDPE-g-PDMS」、出発PDMSの15K Mn)も得られた。LDPE-g-PDMSは、米国特許第8,691,923号(その全体が参照により本明細書に組み込まれる)に記載される方法に従って調製した。
試料3中の結合PDMS及び未結合PDMSの両方の量をHNMRによって推定し、樹脂中の7.77重量%のPDMSを示した。試料1及び2について、PDMSの重量%は、共重合中の添加流量に基づいて決定された(表2)。比較のために、LDPE-g-PDMSもNMMRによって分析し、樹脂全体において7.47重量%のPDMSを示した。
LDPE-co-PDMS樹脂中の未結合(遊離)f-PDMSの量を、HTLC分析を使用することによって推定した。試料3についての2回の繰り返しからの平均値は、樹脂中の3.0重量%の未結合PDMSであり、これは、添加されたf-PDMSのLDPE-co-PDMSへの61.4%の変換に対応する。LDPE-g-PDMS樹脂について、HTLCは、6.8重量%の未結合PDMSを示し、これは、添加された非官能化PDMSのLDPE-g-PDMSへのわずか9%の変換に対応する。
LDPE-co-PDMSポリマーを作製したプロセス条件を表2に報告する。
実施例2
試料3のLDPE-co-PDMSのDSC分析を行い、結果を図1A及び図1Bに提供する。図1A及び図1Bに示されるデータは、107.7℃の融解温度(図1A)及び136.1J/gの融解熱(図1B)を示す。試料3の密度は、ASTM法に従って測定して0.9256g/cm3であった。
試料3のLDPE-co-PDMSのDSC分析を行い、結果を図1A及び図1Bに提供する。図1A及び図1Bに示されるデータは、107.7℃の融解温度(図1A)及び136.1J/gの融解熱(図1B)を示す。試料3の密度は、ASTM法に従って測定して0.9256g/cm3であった。
試料3を、従来のGPC及び3D-GPCを使用して追加的に分析した。表3は、試料の分子量特性を報告する。分子量分布を図2にプロットした。
実施例3
上記のように調製した試料3を、IR分光法を使用して更に分析した。LDPE-g-PDMSのコポリマーのIRスペクトルも得られた。LDPE-g-PDMSのスペクトルを図3A及び図3Bに提示し、LDPE-co-PDMSのスペクトルを図3C及び図3Dに提示し、図3Bは約1850~約1650cm-1の図3Aからの追加の詳細を示し、図3Dは約1850~約1600cm-1の図3Cからの追加の詳細を示す。IRスペクトルの両方のセットにおいて、LDPE及びPDMSに対応するピークが示される。IRスペクトルの両方のセットにおいて、1742cm-1におけるピークは、PDMS及び官能性PDMSを添加するための溶媒として使用された酢酸エチルに対応する。しかしながら、1730cm-1におけるピークは、PDMS-co-LDPEについてのIRスペクトルにおいてのみ存在し、共重合されたメタクリレート官能基のエステル官能基に対応する。
上記のように調製した試料3を、IR分光法を使用して更に分析した。LDPE-g-PDMSのコポリマーのIRスペクトルも得られた。LDPE-g-PDMSのスペクトルを図3A及び図3Bに提示し、LDPE-co-PDMSのスペクトルを図3C及び図3Dに提示し、図3Bは約1850~約1650cm-1の図3Aからの追加の詳細を示し、図3Dは約1850~約1600cm-1の図3Cからの追加の詳細を示す。IRスペクトルの両方のセットにおいて、LDPE及びPDMSに対応するピークが示される。IRスペクトルの両方のセットにおいて、1742cm-1におけるピークは、PDMS及び官能性PDMSを添加するための溶媒として使用された酢酸エチルに対応する。しかしながら、1730cm-1におけるピークは、PDMS-co-LDPEについてのIRスペクトルにおいてのみ存在し、共重合されたメタクリレート官能基のエステル官能基に対応する。
実施例4
フィルム用途におけるPDMS-co-LDPEの機械的特性を評価するために、各々A/B/C構造を有する3つのフィルムを押出によって調製した。比較試料B、比較試料C、及び試料4の各々について、基材層A及びBは、70重量%のDOWLEX(商標)2042EC及び30重量%のLDPE 310Eであった。DOWLEX(商標)2042ECは、The Dow Chemical Company(Midland,MI)から入手可能な、1g/10分のメルトインデックス(melt index、MI)、及び0.930g/ccの密度を有する、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)である。LDPE 310Eは、The Dow Chemical Company(Midland,MI)から入手可能な、0.75g/10分のMI及び0.923g/ccの密度を有するLDPEである。比較試料Bについては、機能層Cは100%LDPE 310Eであった。比較例Cについては、機能層Cは、2g/10分のMI及び0.920g/ccの密度を有するLDPEである比較試料A(f-PDMSを添加せず、表1を参照)であった。試料4については、機能層Cは、10重量%のPDMSで上述のようにエチレンと共重合された15,000Kの官能化PDMSから形成されたPDMS-co-LDPEであった。LDPE-g-PDMSからフィルムを作製する全ての試みは、低い加工性のために失敗した。
フィルム用途におけるPDMS-co-LDPEの機械的特性を評価するために、各々A/B/C構造を有する3つのフィルムを押出によって調製した。比較試料B、比較試料C、及び試料4の各々について、基材層A及びBは、70重量%のDOWLEX(商標)2042EC及び30重量%のLDPE 310Eであった。DOWLEX(商標)2042ECは、The Dow Chemical Company(Midland,MI)から入手可能な、1g/10分のメルトインデックス(melt index、MI)、及び0.930g/ccの密度を有する、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)である。LDPE 310Eは、The Dow Chemical Company(Midland,MI)から入手可能な、0.75g/10分のMI及び0.923g/ccの密度を有するLDPEである。比較試料Bについては、機能層Cは100%LDPE 310Eであった。比較例Cについては、機能層Cは、2g/10分のMI及び0.920g/ccの密度を有するLDPEである比較試料A(f-PDMSを添加せず、表1を参照)であった。試料4については、機能層Cは、10重量%のPDMSで上述のようにエチレンと共重合された15,000Kの官能化PDMSから形成されたPDMS-co-LDPEであった。LDPE-g-PDMSからフィルムを作製する全ての試みは、低い加工性のために失敗した。
剥離強度及び摩擦係数の測定を行い、結果を表4に提示する。
表4の結果から分かるように、LDPE-co-PDMSは、市販のものと、試料4と同じ設備/反応器で同じ条件下で生成されたものの両方のLDPE単独と比較して、より低い最大剥離力及び剥離平均力、並びにより低い静摩擦係数及び動摩擦係数を呈する。低いCOFはフィルムにとって重要であり、より低いCOFは、表面を横切って又は他のフィルムを横切って容易に輸送されるフィルムにとって重要であり得る。これはまた、フィルムの積み重ねにとって重要であり得る。低COFは、フィルムへの添加剤の添加によって達成することができるが、これらの添加剤の移動がしばしば起こり、その結果、時間とともにCOFが変化する。しかしながら、COF制御剤(例えば、PDMS)はポリマーの一部であるため、そのような移動は起こり得ず、COFは経時的に安定したままであると予想される。
添付の特許請求の範囲で定義される本開示の範囲から逸脱することなく、修正及び変更が可能であることは明らかであろう。より具体的には、本開示のいくつかの態様は、本明細書において、好ましいか、又は特に有利なものとして特定されるが、本開示は、必ずしもこれらの態様に限定されないことが企図される。
Claims (15)
- ポリエチレンと、前記エチレンと(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンとの共重合の反応生成物と、任意選択的にターモノマーから誘導される1つ以上の単位と、を含む、ポリマー組成物。
- 前記ポリマー組成物が、低密度ポリエチレンと、前記エチレンと(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンとの共重合の反応生成物と、を含むコポリマーである、請求項1に記載のポリマー組成物。
- 以下の構造:
のうちの1つ以上を含み、
式中、Rが、メチル又は水素であり、R1が、官能基((メタ)アクリレート)とシロキサンとを連結する架橋基であり、R2が、アルキル、置換アルキル、アリール、アルケニル、H、及びOHからなる群から選択される末端基であり、xが、10~1000の整数であり、yが、1~20の整数である、請求項1又は2に記載のポリマー組成物。 - 前記(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンが、以下:
のうちの1つ以上の構造式を有し、
式中、Rが、メチル又は水素であり、R1が、架橋基であり、R2が、アルキル、アリール、アルケニル、H、又はOHから選択される末端基であり、xが、10~1000の整数であり、yが、1~20の整数である、請求項1又は2に記載のポリマー組成物。 - 各架橋基が、置換及び非置換C2~C20アルキレンリンカーからなる群から選択され、1つ以上の炭素原子が、酸素、ケイ素、置換若しくは非置換アリール基、又はそれらの誘導体及び組み合わせで置換されている、請求項1~4のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 前記ポリマー組成物が、3~50のMWDを有する、請求項1~5のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 前記ターモノマーが存在し、オレフィン、不飽和エステル、不飽和酸、官能化アルケン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1~6のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載のポリマー組成物と、1つ以上の追加のポリマーと、を含む、ブレンド。
- 前記追加のポリマーが、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、極低密度ポリエチレン(ULDPE)、超低密度ポリエチレン(VLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、(メタ)アクリレートエステルを含むコポリマー、(メタ)アクリル酸を含むコポリマー、マレイン酸のモノエステル若しくはジエステル、酢酸ビニルを含むコポリマー、トリアルコキシビニルシランを含むコポリマー、グラフト化ポリエチレン、又はそれらの誘導体若しくは組み合わせを含む、請求項8に記載のブレンド。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載のポリマー組成物を含む、物品。
- 前記物品が、フィルムである、請求項10に記載の物品。
- プロセスであって、
フリーラジカル重合条件及び100MPa以上の圧力下の重合反応器において、エチレンモノマーと、(メタ)アクリレートエステル官能化ポリシロキサンとを反応させて、ポリエチレンと、低密度ポリエチレン及び官能化ポリジメチルシロキサンを含むコポリマーとを生成することを含む、プロセス。 - 前記コポリマーが、以下の構造:
のうちの1つ以上を含み、
式中、Rが、メチル又は水素であり、R1が、官能基((メタ)アクリレート)とシロキサンとを連結する架橋基であり、R2が、アルキル、置換アルキル、アリール、アルケニル、H、及びOHからなる群から選択される末端基であり、xが、10~1000の整数であり、yが、1~20の整数である、請求項12に記載のプロセス。 - 前記(メタ)アクリル酸エステル官能化ポリシロキサンが、以下:
のうちの1つ以上の構造式を有し、
式中、Rが、メチル又は水素であり、R1が、架橋基であり、R2が、アルキル、アリール、アルケニル、H、又はOHから選択される末端基であり、xが、10~1000の整数であり、yが、1~20の整数である、請求項12又は13に記載のプロセス。 - 各架橋基が、置換及び非置換C2~C20アルキレンリンカーからなる群から選択され、1つ以上の炭素原子が、酸素、ケイ素、置換若しくは非置換アリール基、又はそれらの誘導体及び組み合わせで置換されている、請求項12~14のいずれか一項に記載のプロセス。
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