JP5265574B2 - エチレン/α−オレフィンのコポリマーから製造される繊維 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2006年3月15日出願の米国特許出願第11/376,873号の一部係属出願である、2007年1月16日出願の米国特許出願第11/654,349号の恩典を請求するものであり、およびまた、2006年3月15日出願の米国特許出願第11/376,835号の恩典を請求するものである。米国特許実務遂行のために、これらの出願の内容は、それら全体が本明細書に参照により組み込まれる。
本発明は、エチレン/α−オレフィンコポリマーと少なくとも1つのプロピレン系ポリマーとのブレンドから製造される繊維;該繊維の製造方法;および該繊維から製造される製品に関する。
繊維は、典型的にはそれらの直径に従って分類される。モノフィラメント繊維は、一般に、単糸で約15デニールより大きい、通常は約30デニールより大きい、個々の繊維直径を有すると定義される。細繊度繊維(fine denier fiber)は、一般に、単糸で約15デニール未満の直径を有する繊維を指す。極細繊度繊維(microdenier fiber)は、一般に、100マイクロメートル未満の直径を有する繊維と定義される。モノフィラメント、連続巻取細フィラメント、ステープルファイバーまたは短繊維、スパンボンド繊維およびメルトブロー繊維など、製造されるプロセスによっても繊維を分類することができる。
卓越した弾性を有する繊維は、様々な布の製造に必要とされ、そしてまたそれらの布は、無数の耐久製品、例えば、スポーツウェアおよび椅子張りを製造するために使用される。弾性は1つの性能属性であり、これは、着用者の体になじむまたは製品の構造に順応する布の能力の1つの尺度である。好ましくは、布は、体温および他の高温(例えば、布を洗濯および乾燥している間に経験する温度)で使用、伸長および収縮を繰り返す中、その順応するフィット性を維持する。
繊維は、一般に、それらが付勢力の印加後に高い弾性回復率パーセント(すなわち、低い永久ひずみパーセント)を有する場合、弾性として特徴付けられる。理想的には、弾性材料は、3つの重要な特性、(i)低い永久ひずみパーセント、(ii)伸び時の低い応力または荷重;および(iii)低い応力または荷重緩和パーセント、の組み合わせによって特徴付けられる。言い換えると、弾性材料は、次の特性、(i)その材料を伸長するための低い応力または荷重要求、(ii)その材料が、一旦、伸長されると、無もしくは低応力緩和または無荷重、および(iii)伸長、付勢または伸びの付与が停止された後の原寸への完全なまたは高度な回復を有するものとして特徴付けられる。
スパンデックスは、ほぼ理想的な弾性特性を示すことが知られているセグメント化ポリウレタン弾性材料である。しかし、スパンデックスは、多くの用途にとってコストが法外に高い。また、スパンデックスは、特に湿気が存在する状態では、オゾン、塩素および高温に対する劣った耐環境性を示す。このような特性、特に、耐塩素性の欠如は、水着などの服飾品用途において、および望ましくは塩素漂白剤が存在する状態で洗濯される白衣において、スパンデックスが明確に不利になる原因となる。
様々な繊維および布が、熱可塑性物質、例えば、ポリプロピレン、一般に高圧重合プロセスで製造される高度に分枝している低密度ポリエチレン(LDPE)、線状不均一分枝ポリエチレン(例えば、チーグラー触媒を使用して製造された線状低密度ポリエチレン)、ポリプロピレンと線状不均一分枝ポリエチレンとのブレンド、線状不均一分枝ポリエチレンとエチレン/ビニルアルコールコポリマーとのブレンド、から製造されている。
当分野においてなされた進歩にもかかわらず、柔軟で体の動きに応じるポリオレフィン系弾性繊維が、引き続き必要とされている。好ましくは、このような繊維は、比較的高い弾性回復率を有し、比較的ハイスループットで製造することができる。さらに、扱いにくい加工段階を必要とせず、しかしなお、粘着性でない柔軟で快適な布を生じさせる繊維の形成は、非常に望ましい。
上述の要求は、本発明の様々な態様によって満たされる。1つの態様において、本発明は、少なくとも1つのプロピレン系ポリマーと少なくとも1つのエチレン/α−オレフィン共重合体とのブレンドから得ることができるまたは該ブレンドを含む繊維に関し、この場合、前記エチレン/α−オレフィン共重合体は、架橋前、次の特性のうちの1つまたはそれ以上によって特徴付けられる。
(a)約1.7から約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点、Tm(単位:摂氏度)、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)を有し、前記Tmとdの数値が、次の関係、
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)
に対応すること;または
(b)約1.7から約3.5のMw/Mnを有すること、ならびに融解熱、ΔH(単位:J/g)、および最高DSCピークと最高CRYSTAFピークの間の温度差として定義されるデルタ量、ΔT(単位:摂氏度)によって特徴付けられ、前記、ΔTおよびΔHの数値が、次の関係、
ΔHがゼロより大きく、且つ、130J/g以下である場合、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
ΔHが130J/gより大きい場合、ΔT≧48℃
を有し、
CRYSTAFピークが、累積ポリマーの少なくとも5パーセントを使用して決定され、ならびにそのポリマーの5パーセント未満しか同定可能なCRYSTAFピークを有さない場合には、そのCRYSTAF温度は30℃であること;または
(c)そのエチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムを用いて測定される300パーセント伸びおよび1サイクルでの弾性回復率、Re(単位:パーセント)を有し、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)を有し、前記Reおよびdの数値が、そのエチレン/α−オレフィン共重合体に架橋相が実質的にないとき、次の関係、
Re>1481−1629(d)
を満たすこと;または
(d)TREFを用いて分画したとき40℃と130℃の間で溶出する分子量画分であって、同じ温度間で溶出する比較ランダムエチレン共重合体画分のものより少なくとも5パーセント高いモルコモノマー含量を有することを特徴とする画分を有し、前記比較ランダムエチレン共重合体が、そのエチレン/α−オレフィン共重合体と同じコモノマー(単数または複数)、ならびに該共重合体のものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度および(全ポリマーに対する)モルコモノマー含量を有すること;または、
(e)25℃での貯蔵弾性率、G’(25℃)、および100℃での貯蔵弾性率、G’(100℃)を有し、前記G’(25℃)対G’(100℃)の比が、約1:1から約10:1であること;
(f)少なくとも0.5で、且つ、約1以下のブロック指数、および約1.3より大きい分子量分布、Mw/Mnを有することを特徴とする、TREFを用いて分画したとき40℃と130℃の間で溶出する少なくとも分子量画分を有すること;または
(g)ゼロより大きく、且つ、約1.0以下の平均ブロック指数、および約1.3より大きい分子量分布、Mw/Mnを有すること。
もう1つの態様において、本発明は、少なくとも1つのプロピレン系ポリマーと、エチレンおよびC〜C20α−オレフィンの少なくとも1つの共重合体とのブレンドから得ることができる、または該ブレンドを含む繊維に関し、この場合、前記共重合体は、約0.860g/ccから約0.895g/ccの密度、および70℃で約70%未満の圧縮永久ひずみを有する。一部の実施形態において、前記70℃での前記永久ひずみは、約60%未満、約50%未満、約40%未満または約30%未満である。
一部の実施形態において、前記共重合体は、次の関係を満たす。
Re>1491−1629(d);または
Re>1501−1629(d);または
Re>1511−1629(d)。
他の態様において、前記共重合体は、ASTM D−1238、条件190℃/2.16kgに従って測定した、約0.1から約2000g/10分、約1から約1500g/10分、約2から約1000g/10分、約5から約500g/10分のメルトインデックスを有する。一部の実施形態において、前記エチレン/α−オレフィン共重合体は、1.7から3.5のMw/Mnを有し、これは、少なくとも1つのハードブロックと少なくとも1つのソフトブロックを含むランダムブロックコポリマーである。好ましくは、前記エチレン/α−オレフィン共重合体は、約0.86から約0.96g/ccまたは約0.86から約0.92g/ccの範囲の密度を有する。
「エチレン/α−オレフィン共重合体」または「エチレン/α−オレフィン/ジエン共重合体」の中の用語「α−オレフィン」は、本明細書では、Cおよびそれより高級のα−オレフィンを指す。一部の実施形態において、このα−オレフィンは、スチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、1−デセン、またはこれらの組み合わせであり、このジエンは、ノルボルネン、1,5−ヘキサジエン、または組み合わせである。
本繊維は、弾性または非弾性である。時として、本繊維は、架橋されている。一部の実施形態において、本繊維は、プロトン照射、電子ビーム照射または架橋剤によって架橋されている。一部の実施形態において、架橋ポリマーのパーセントは、形成されたゲルの重量パーセントよって測定して、少なくとも20パーセント、例えば、約20パーセントから約80パーセント、または約35パーセントから約50パーセントである。時として、本繊維は、複合繊維である。この複合繊維は、鞘芯構造;海島構造;サイドバイサイド構造;マトリックス−フィブリル構造;またはセグメント化パイ(segmented pie)構造を有する。本繊維は、ステープルファイバーまたはバインダー繊維である場合もある。一部の実施形態において、前記共重合体がいずれのフィラー(充填剤)とも混合されていない場合、本繊維は、約1.2未満の摩擦係数を有する。
一部の実施形態において、本繊維は、約0.1デニールから約1000デニールの範囲の直径を有し、前記共重合体は、約0.5から約2000のメルトインデックスおよび約0.865g/ccから約0.955g/ccの密度を有する。他の実施形態において、本繊維は、約0.1デニールから約1000デニールの範囲の直径を有し、前記共重合体は、約1から約2000のメルトインデックスおよび約0.865g/ccから約0.955g/ccの密度を有する。さらに他の実施形態において、本繊維は、約0.1デニールから約1000デニールの範囲の直径を有し、前記共重合体は、約3から約1000のメルトインデックスおよび約0.865g/ccから約0.955g/ccの密度を有する。
さらにもう1つの態様において、本発明は、本発明の様々な実施形態に従って製造された繊維を含む布に関する。本布は、スパンボンド布;メルトブロー布;ゲル紡糸布;溶融紡糸布;などであり得る。本布は、弾性または非弾性、織布、不織布または編布であり得る。一部の実施形態において、本布は、100パーセント伸びで少なくとも50パーセントのMD回復率パーセントを有する。
さらにもう1つの態様において、本発明は、本発明の様々な実施形態に従って製造された繊維を含むカードウェブまたは糸に関する。本糸は、被覆されている場合があり、または被覆されていない場合がある。被覆されている場合、それは、綿糸により被覆されている場合もあり、ナイロン糸により被覆されている場合もある。
なお、さらにもう1つの態様において、本発明は、本繊維を製造する方法に関する。本方法は、(a)(本明細書に記載するような)少なくとも1つのプロピレン系ポリマーと少なくとも1つのエチレン/α−オレフィン共重合体とのブレンドを溶融すること;およびそのブレンドを繊維に押出すことを含む。前記繊維は、溶融紡糸法;スパンボンド法;メルトブロー法などによって形成することができる。一部の実施形態において、本繊維から形成された布は、実質的にローピングを有さない。好ましくは、本繊維は、前記共重合体のピーク溶融温度より下の温度で延伸される。
本願はさらにまた、以下の発明を提供する。
[1] 少なくとも1つのプロピレン系ポリマーと少なくとも1つのエチレン/α−オレフィン共重合体とのブレンドから得ることができるまたは該ブレンドを含む繊維であって、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、架橋前、次の特性のうちの1つまたはそれ以上によって特徴付けられる繊維、
(a)約1.7から約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点、Tm(単位:摂氏度)、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)[この場合、Tmとdの数値は、次の関係に対応する。
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d) ];または
(b)約1.7から約3.5のMw/Mn、および融解熱、ΔH(単位:J/g)、および最高DSCピークと最高CRYSTAFピークの間の温度差として定義されるデルタ量、ΔT(単位:摂氏度)[この場合、
ΔTおよびΔHの数値は、次の関係、
ΔHがゼロより大きく130J/g以下である場合、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
ΔHが130J/gより大きい場合、ΔT≧48℃
を有し、ならびに
CRYSTAFピークは、累積ポリマーの少なくとも5パーセントを使用して決定され、ならびにそのポリマーの5パーセント未満しか同定可能なCRYSTAFピークを有さない場合には、そのCRYSTAF温度は30℃である];または
(c)そのエチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムを用いて測定される300パーセント伸びおよび1サイクルでの弾性回復率、Re(単位:パーセント)、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)[この場合、Reおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィン共重合体に架橋相が実質的にないとき、次の関係、
Re>1481−1629(d)
を満たす]、または
(d)TREFを用いて分画したとき40℃と130℃の間で溶出する分子量画分であって、同じ温度間で溶出する比較ランダムエチレン共重合体画分のものより少なくとも5パーセント高いモルコモノマー含量を有することを特徴とする画分[この場合、前記比較ランダムエチレン共重合体は、そのエチレン/α−オレフィン共重合体のものと同じコモノマー(単数または複数)を含み、ならびにそのエチレン/α−オレフィン共重合体のものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度および(全ポリマーに対する)モルコモノマー含量を有する]。
[2] 前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、そのエチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムから測定される300パーセント伸びおよび1サイクルでの弾性回復率、Re(単位:パーセント)、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)によって特徴付けられ、この場合、そのエチレン/α−オレフィン共重合体に架橋相が実質的にないとき、該弾性回復率および該密度が、次の関係、
Re>1481−1629(d)
を満たす、[1]に記載の繊維。
[3] 前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、少なくとも1つの融点、Tm(単位:摂氏度)、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)を有し、これらの変数の数値が、次の関係、
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)
に対応し、かつ該共重合体が約1.7から約3.5のMw/Mnを有する、[1]に記載の繊維。
[4] 前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、約1.7から約3.5のMw/Mnを有し、該共重合体が、融解熱、ΔH(単位:J/g)、および最高DSCピークから最高CRYSTAFピークを引いた差として定義されるデルタ量、ΔT(単位:摂氏度)によって特徴付けられ、この場合、該ΔTおよびΔHが、次の関係、
ΔHがゼロより大きく130J/g以下である場合、ΔT>−0.1299(ΔH
)+62.81、
ΔHが130J/gより大きい場合、ΔT≧48℃
を満たし、CRYSTAFピークが、累積ポリマーの少なくとも5パーセントを使用して決定され、ならびにそのポリマーの5パーセント未満しか同定可能なCRYSTAFピークを有さない場合には、そのCRYSTAF温度が30℃である、[1]に記載の繊維。
[5] 前記共重合体が、約0.860g/ccから0.895g/ccの密度、および約70%未満の70℃圧縮永久ひずみを有する、[1]に記載の繊維。
[6] 前記α−オレフィンが、スチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、1−デセン、またはこれらの組み合わせである、[1]に記載の繊維。
[7] 前記プロピレン系ポリマーが、約2.5重量%から約20重量%の間の量で存在する、[1]に記載の組成物。
[8] 架橋される、[1]に記載の繊維。
[9] 光子照射、電子ビーム照射、または架橋剤によって架橋される、[8]に記載の繊維。
[10] 架橋ポリマーのパーセントが、形成されたゲルの重量パーセントによって測定して、少なくとも20パーセントである、[8]に記載の繊維。
[11] 前記プロピレン系ポリマーが、高結晶性ポリプロピレンである、[1]に記載の繊維。
[12] 複合繊維である、[1]に記載の繊維。
[13] 前記共重合体がいずれのフィラーとも混合されていない、約0.6未満の摩擦係数を有する、[1]に記載の繊維。
[14] [1]に記載の繊維を含む布。
[15] 溶液紡糸法または溶融紡糸法によって製造された繊維を含む不織シートである、[14]に記載の布。
[16] 弾性である、[14]に記載の布。
[17] 織られている、[14]に記載の布。
[18] 編まれている、[14]に記載の布。
[19] 丸編みされている、たて編みされている、または横編みされている、[18]に記載の布。
[20] 100パーセント伸びで少なくとも50パーセントのMD回復率パーセントを有する、[14]に記載の布。
[21] [1]に記載の繊維を含むヤーン。
[22] 被覆されている、[21]に記載のヤーン。
[23] 綿糸またはナイロン糸で被覆されている、[22]に記載のヤーン。
[24] 少なくとも1つのプロピレン系ポリマーと少なくとも1つのエチレン/α−オレフィン共重合体とのブレンドから得ることができるまたは該ブレンドを含む繊維であって、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、架橋前、次の特性のうちの1つまたはそれ以上によって特徴付けられる繊維、
(a)TREFを用いて分画したとき40℃と130℃の間で溶出する少なくとも1つの分子量画分を有し、少なくとも0.5で約1以下のブロック指数、および約1.3より大きい分子量分布Mw/Mnを有することを特徴とすること;または
(b)ゼロより大きく約1.0以下の平均ブロック指数、および約1.3より大きい分子量分布Mw/Mn。
[25] 前記α−オレフィンが、スチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、1−デセン、またはこれらの組み合わせである、[24]に記載の繊維。
[26] 前記プロピレン系ポリマーが、約2.5重量%から約20重量%の間の量で存在する、[24]に記載の繊維。
[27] 架橋される、[24]に記載の繊維。
[28] 光子照射、電子ビーム照射、または架橋剤によって架橋される、[27]に記載の繊維。
[29] 架橋ポリマーのパーセントが、形成されたゲルの重量パーセントによって測定して、少なくとも20パーセントである、[27]に記載の繊維。
[30] 前記プロピレン系ポリマーが、高結晶性ポリプロピレンである、[24]に記載の繊維。
[31] 複合繊維である、[24]に記載の繊維。
[32] 前記共重合体がいずれのフィラーとも混合されていない、約0.6未満の摩擦係数を有する、[24]に記載の繊維。
[33] [24]に記載の繊維を含む布。
[34] 溶液紡糸法または溶融紡糸法によって製造された繊維を含む不織シートである、[33]に記載の布。
[35] 弾性である、[33]に記載の布。
[36] 織られている、[33]に記載の布。
[37] 編まれている、[33]に記載の布。
[38] 丸編みされている、たて編みされている、または横編みされている、[37]に記載の布。
[39] 100パーセント伸びで少なくとも50パーセントのMD回復率パーセントを有する、[33]に記載の布。
[40] [24]に記載の繊維を含むヤーン。
[41] 被覆されている、[40]に記載のヤーン。
[42] 綿糸またはナイロン糸で被覆されている、[41]に記載のヤーン。
[43] 少なくとも1つのプロピレン系ポリマーとエチレン/α−オレフィン共重合体とのブレンドを溶融混合すること;および
そのブレンドを繊維に押出すこと
を含む方法であって、
前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、架橋前、次の特性のうちの1つまたはそれ以上によって特徴付けられる、繊維または布の製造方法、
(a)約1.7から約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点、Tm(単位:摂氏度)、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)[この場合、Tmとdの数値は、次の関係に対応する。
Tm>858.91−1825.3(d)+1112.8(d) ];または
(b)約1.7から約3.5のMw/Mn、および融解熱、ΔH(単位:J/g)、および最高DSCピークと最高CRYSTAFピークの間の温度差として定義されるデルタ量、ΔT(単位:摂氏度)[この場合、
ΔTおよびΔHの数値は、次の関係、
ΔHがゼロより大きく130J/g以下である場合、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
ΔHが130J/gより大きい場合、ΔT≧48℃
を有し、ならびに
CRYSTAFピークは、累積ポリマーの少なくとも5パーセントを使用して決定され、ならびにそのポリマーの5パーセント未満しか同定可能なCRYSTAFピークを有さない場合には、そのCRYSTAF温度は30℃である];または
(c)そのエチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムを用いて測定される300パーセント伸びおよび1サイクルでの弾性回復率、Re(単位:パーセント)、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)[この場合、Reおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィン共重合体に架橋相が実質的にないとき、次の関係、
Re>1481−1629(d)
を満たす]、または
(d)TREFを用いて分画したとき40℃と130℃の間で溶出する分子量画分であって、同じ温度間で溶出する比較ランダムエチレン共重合体画分のものより少なくとも5パーセント高いモルコモノマー含量を有することを特徴とする画分[この場合、前記比較ランダムエチレン共重合体は、そのエチレン/α−オレフィン共重合体のものと同じコモノマー(単数または複数)を含み、ならびにそのエチレン/α−オレフィン共重合体のものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度および(全ポリマーに対する)モルコモノマー含量を有する]。
[44] ローピングが実質的にない布を前記繊維から形成することをさらに含む、[43]に記載の方法。
[45] プロピレン系ポリマーと少なくとも1つのエチレン/α−オレフィン共重合体とのブレンドを含む組成物であって、
前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、架橋前、次の特性、
(a)約1.7から約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点、Tm(単位:摂氏度)、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)[この場合、Tmとdの数値は、次の関係に対応する。
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d) ];または
(b)約1.7から約3.5のMw/Mn、および融解熱、ΔH(単位:J/g)、および最高DSCピークと最高CRYSTAFピークの間の温度差として定義されるデルタ量、ΔT(単位:摂氏度)[この場合、
ΔTおよびΔHの数値は、次の関係、
ΔHがゼロより大きく130J/g以下である場合、ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、
ΔHが130J/gより大きい場合、ΔT≧48℃
を有し、ならびに
CRYSTAFピークは、累積ポリマーの少なくとも5パーセントを使用して決定され、ならびにそのポリマーの5パーセント未満しか同定可能なCRYSTAFピークを有さない場合には、そのCRYSTAF温度は30℃である];または
(c)そのエチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムを用いて測定される300パーセント伸びおよび1サイクルでの弾性回復率、Re(単位:パーセント)、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)[この場合、Reおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィン共重合体に架橋相が実質的にないとき、次の関係、
Re>1481−1629(d)
を満たす]、または
(d)TREFを用いて分画したとき40℃と130℃の間で溶出する分子量画分であって、同じ温度間で溶出する比較ランダムエチレン共重合体画分のものより少なくとも5パーセント高いモルコモノマー含量を有することを特徴とする画分[この場合、前記比較ランダムエチレン共重合体は、そのエチレン/α−オレフィン共重合体のものと同じコモノマー(単数または複数)を含み、ならびにそのエチレン/α−オレフィン共重合体のものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度および(全ポリマーに対する)モルコモノマー含量を有する]
のうちの1つまたはそれ以上によって特徴付けられ;
前記プロピレン系ポリマーが、ナノシリンダーとして存在する、組成物。
[46] 前記プロピレン系ポリマーが、約2.5重量%から約20重量%の間の量で存在する、[45]に記載の組成物。
本発明のさらなる態様ならびに本発明の様々な実施形態の特徴および特性は、以下の説明ではっきりと理解できるようになる。
図1は、従来のランダムコポリマー(丸によって表す)およびチーグラー・ナッタコポリマー(三角によって表す)と比較して、本発明のポリマー(ひし形によって表す)についての融点/密度の関係を示す。 図2は、様々なポリマーについてのDSC融解エンタルピーの関数としてデルタDSC−CRYSTAFのプロットを示す。ひし形は、エチレン/オクテンランダムコポリマーを表し;四角は、ポリマー実施例1〜4を表し;三角は、ポリマー実施例5〜9を表し;および丸は、ポリマー実施例10〜19を示す。記号「X」は、ポリマー実施例A〜Fを表す。 図3は、本発明の共重合体(四角および丸によって表す)および従来のコポリマー(三角によって表し、これらは、様々なAFFINITY(登録商標)ポリマー(The Dow Chemidal Company)である)から製造した非延伸フィルムについての弾性回復率に対する密度の影響を示す。四角は、本発明のエチレン/ブテンコポリマーを表し;および丸は、本発明のエチレン/オクテンコポリマーを表す。 図4は、実施例5のポリマー(丸によって表す)ならびに比較ポリマーEおよびF(記号「X」によって表す)についての、画分のTREF溶出温度に対する、TREFで分画されたエチレン/1−オクテンコポリマー画分のオクテン含量のプロットである。ひし形は、従来のランダムエチレン/オクテンコポリマーを表す。 図5は、実施例5のポリマー(曲線1)および比較例F(曲線2)についての、画分のTREF溶出温度に対する、TREFで分画されたエチレン/1−オクテンコポリマー画分のオクテン含量のプロットである。四角は、実施例Fを表し;および三角は、実施例5を表す。 図6は、比較エチレン/1−オクテンコポリマー(曲線2)およびプロピレン/エチレン−コポリマー(曲線3)についての、ならびに異なる量の可逆的連鎖移動剤を用いて製造した本発明の2つのエチレン/1−オクテンブロックコポリマー(曲線1)についての、温度の関数としての貯蔵弾性率の対数のグラフである。 図7は、いくつかの公知ポリマーと比較して、いくつかの本発明のポリマー(ひし形により示す)についての曲げ弾性率に対するTMA(1mm)のプロットを示す。三角は、様々なVERSIFY(登録商標)ポリマー(The Dow Chemical Company)を表し;丸は、様々な前記エチレン/スチレンランダムコポリマーを表し;および四角は、様々なAFFINITY(登録商標)ポリマー(The Dow Chemical Company)を表す。 図8は、DSCピーク融解温度またはATREFピーク温度の逆数の関数としてのエチレン/α−オレフィンランダムコポリマーについての自然対数エチレンモル分率のプロットである。黒四角は、ATREFにおいて均一分岐エチレン/α−オレフィンランダムコポリマーから得たデータ点を表し;および白四角は、DSCにおいて均一分岐エチレン/α−オレフィンランダムコポリマーから得たデータ点を表す。「P」は、エチレンのモル分率であり;「T」は、ケルビンでの温度である。 図9は、「ブロック指数」の定義を例証するためにエチレン/α−オレフィンランダムコポリマーについてフローリー式に基づき構築したプロットである。「A」は、すべての完全ランダムコポリマーを表し;「B」は、純粋な「ハードセグメント」を表し;および「C」は、「A」と同じコモノマー含量を有するすべての完全ブロックコポリマーを表す。A、BおよびCによって三角領域が規定され、この中に大部分のTREF画分が入る。 図10は、動摩擦係数を測定するための装置の略図である。 図11は、架橋ポリマー実施例19A、実施例19B、実施例19Kおよび実施例19Lの動的機械的熱応答を示す。「19A」と表示されている曲線は、ポリマー実施例19Aを表し;「19B」と表示されている曲線は、ポリマー実施例19Bを表し;「19K」と表示されている曲線は、AFFINITY(登録商標)EG8100樹脂(The Dow Chemical Company)を表し;および「19L」と表示されている曲線は、40デニールXLA(登録商標)繊維(The Dow Chemical Company)の市販品を表す。 図12は、真横向き(end-on)巻出し張力測定機構の略図である。 図13は、a)1日、21℃で保管およびb)12時間、40℃で保管後の本発明の実施例および比較例からの繊維の真横向き巻出し挙動を示す。「巻出張力」の単位は、グラム重である。 図14は、本発明の一部の実施形態において使用したアスピレータ/移動スクリーンシステムの機構を示す略図である。 図15は、不織布実施例において得られた様々なウェブの写真を示す。Aは、ポリマー実施例19Iから製造した布を示す写真であり;Bは、ポリマー実施例19Oから製造した布を示す写真であり;およびCは、ポリマー実施例19Nから製造した布を示す写真である。 図16は、100%伸びでのヒステリシス試験による様々な繊維についての直後ひずみを示す。 図17は、100%伸びでのヒステリシス試験による様々な繊維についての60%伸びでの保持荷重を示す。 図18は、繊維1、繊維4および繊維5のDSC加熱挙動を示す。 図19は、繊維1、繊維4および繊維5のDSC冷却挙動を示す。 図20は、繊維1 CL、繊維4 CLおよび繊維5 CLの動的機械的熱応答を示す。 図21は、垂直方向に切断した繊維4のサンプルの約3000倍の倍率での透過電子顕微鏡検査(TEM)画像を示す。 図22は、縦方向に切断した繊維4のサンプルの約3000倍の倍率での透過電子顕微鏡検査(TEM)画像を示す。 図23は、図21において示したサンプルについての約30000倍の倍率での透過電子顕微鏡検査(TEM)画像を示す。 図24は、図22において示したサンプルについての約30000倍の倍率での透過電子顕微鏡検査(TEM)画像を示す。 図25は、表面レベルでの繊維4のサンプルについての約30000倍の倍率での透過電子顕微鏡検査(TEM)画像を示す。 図26は、中央レベルでの繊維4のサンプルについての約30000倍の倍率での透過電子顕微鏡検査(TEM)画像を示す。 図27は、垂直方向に切断した繊維5のサンプルについての約30000倍の倍率での透過電子顕微鏡検査(TEM)画像を示す。 図28は、縦方向に切断した繊維5のサンプルについての約30000倍の倍率での透過電子顕微鏡検査(TEM)画像を示す。 図29は、2つのポリマー組成物についての溶融強度 対 延伸性のプロットを示す。 図30は、耐磨耗性試験後の、実施例20から製造した繊維を示す。 図31は、耐磨耗性試験後の、実施例20とポリプロピレンとのブレンドから製造した繊維を示す。 図32は、3つの繊維についてのTMA試験の結果を示す。
一般定義
「繊維」は、長さ対直径比が約10より大きい材料を意味する。繊維は、典型的にその直径に従って分類される。フィラメント繊維は、単糸で約15デニールより大きい、通常は約30デニールより大きい個々の繊維直径を有するものとして一般に定義される。細繊度繊維は、一般に、単糸で約15デニール未満の直径を有する繊維を指す。極細繊度繊維は、一般に、単糸で約100マイクロメートル未満の直径を有する繊維と定義される。
「フィラメント繊維」または「モノフィラメント繊維」は、一定の長さの材料の不連続ストランド(すなわち、所定の長さのセグメントに切断または別様に分割されたストランド)である「ステープルファイバー」とは対照的に、不定の(すなわち、予め決められていない)長さの材料の連続ストランドを意味する。
「弾性の」は、繊維が、100%伸び(2倍の長さ)まで1回引張った後および4回引張った後、その伸長量の少なくとも約50パーセントを回復するということを意味する。弾性は、繊維の「永久ひずみ」によって説明することもできる。永久ひずみは、弾性の逆である。繊維を一定の点まで伸長し、その後、開放して伸長前の原位置にし、その後、再び伸長する。繊維が荷重を引張り始める点を永久ひずみパーセントと呼ぶ。「弾性材料」は、当分野では「エラストマー」および「エラストマー材料」とも呼ばれる。弾性材料(時として、弾性品と呼ばれる)としては、ポリマーまたはポリマーのブレンドそれ自体はもちろん、繊維、フィルム、ストリップ、テープ、リボン、シート、コーティング、成形品などの形態のポリマーまたはポリマーのブレンド(しかし、これらに限定されない)も挙げられる。好ましい弾性材料は、繊維である。弾性材料は、硬化されている場合もあり、硬化されていない場合もあり、照射されている場合もあり、照射されていない場合あり、および/または架橋されている場合もあり、架橋されていない場合もある。
「非弾性材料」は、上で定義したような弾性ではない材料、例えば繊維を意味する。
「実質的に架橋されている」および類似の用語は、成形されたまたは製品の形態のポリマーまたはポリマーブレンドが、70重量パーセントであるかそれ未満のキシレン抽出物(すなわち、30重量パーセントであるかそれより多いゲル含量)、好ましくは40重量パーセントであるかそれ未満のキシレン抽出物(すなわち、60重量パーセントであるかそれ未満のゲル含量)を有することを意味する。キシレン抽出物(およびゲル含量)は、ASTM D−2765に従って決定される。
「ホモフィル(Homofil)繊維」は、単一ポリマー領域またはドメインを有し、且つ、(複合繊維が有するような)他の異質なポリマー領域を一切有さない繊維を意味する。
「複合繊維」は、2つまたはそれ以上の異質なポリマー領域またはドメインを有する繊維を意味する。複合繊維は、コンジュゲート繊維または多成分系繊維としても知られている。それらのポリマーは、通常は互いに異なるが、2つまたはそれ以上の成分が同じポリマーを含む場合もある。それらのポリマーは、その複合繊維の断面を交差して実質的に異なるゾーンに配置されており、通常、その複合繊維の長さ方向に沿って継続的に伸びる。複合繊維の構造は、例えば、鞘/芯配置(1つのポリマーを別のポリマーが包囲している)、サイドバイサイド配置、パイ配置または「海島(island-in-the sea)」配置であり得る。複合繊維は、さらに、米国特許第6,225,243号、同第6,140,442号、同第5,382,400号、同第5,336,552号および同第5,108,820号に記載されている。
「メルトブロー繊維」は、溶融した熱可塑性ポリマー組成物を、多数の細い、通常は円形のダイキャピラリーを通して、溶融スレッドまたはフィラメントとして収束高速ガス流(例えば、空気)に押出すことによって形成された繊維であり、前記ガス流は、それらのスレッドまたはフィラメントを低減された直径に細める役割を果たす。それらのフィラメントまたはスレッドをその高速ガス流によって運び、捕集面上に堆積させて、10マイクロメートルより一般には小さい平均直径を有する繊維がランダムに分散されたウェブを形成する。
「溶融紡糸繊維」は、少なくとも1つのポリマーを溶融し、その後、その溶融状態の繊維を、ダイの直径(または他の断面形状)より小さい直径(または他の断面形状)に延伸することによって形成された繊維である。
「スパンボンド繊維」は、溶融した熱可塑性ポリマー組成物を、紡糸口金の多数の細い、通常は円形のダイキャピラリーを通して、フィラメントとして押出すことによって形成された繊維である。押出されたフィラメントの直径を急速に低下させ、その後、それらのフィラメントを捕集面上に堆積させて、一般に約7マイクロメートルと約30マイクロメートルの間の平均直径を有する繊維がランダムに分散されたウェブを形成する。
「不織布」は、編地の場合のように識別できる様式でではなくランダムに重ね置かれている(interlaid)個々の繊維またはスレッドの構造を有するウェブまたは布を意味する。本発明の実施形態の弾性繊維を利用して、不織布構造はもちろんのこと、非弾性材料との組み合わせでの弾性不織布の複合構造を作製することができる。
「糸」は、織布または編布および他の物品を製造する際に使用することができる、撚られたまたは別様に交絡されたフィラメントの連続長を意味する。糸は、被覆されていることもあり、または被覆されていないこともある。カバードヤーンは、別の繊維または材料、一般には天然繊維、例えば綿またはウールの、外部被覆の中に少なくとも部分的に包まれている糸である。
「ポリマー」は、同じタイプのモノマーであろうと、異なるタイプのモノマーであろうと、モノマーを重合させることによって作製された高分子化合物を意味する。一般用語「ポリマー」は、用語「ホモポリマー」、「コポリマー」、「ターポリマー」ならびに「共重合体」を包含する。
「プロピレン系ポリマー」は、少なくとも50重量%プロピレンを含む、高分子化合物である。
「共重合体」は、少なくとも2つの異なるタイプのモノマーの重合によって作製されたポリマーを意味する。一般用語「共重合体」は、用語「コポリマー」(通常、2つの異なるモノマーから作製されたポリマーを指すために用いられる)ならびに用語「ターポリマー」(通常、3つの異なるタイプのモノマーから作製されたポリマーを指すために用いられる)を包含する。これは、4つまたはそれ以上のタイプのモノマーを重合させることによって製造されたポリマーも包含する。
用語「エチレン/α−オレフィン共重合体」は、一般に、エチレンと3個またはそれ以上の炭素原子を有するα−オレフィンとを含むポリマーを指す。好ましくは、エチレンが、その全ポリマーの大部分のモル分率を構成する。すなわち、エチレンは、その全ポリマーの少なくとも約50モルパーセントを構成する。さらに好ましくは、エチレンは、少なくとも約60モルパーセント、少なくとも約70モルパーセント、または少なくとも約80モルパーセントを構成し、その全ポリマーの実質的な残部は、少なくとも1つの他のコモノマーを含み、これは、好ましくは、3個またはそれ以上の炭素原子を有するα−オレフィンである。多くのエチレン/オクテンコポリマーについて、好ましい組成は、その全ポリマーの約80モルパーセントより多いエチレン含量、およびその全ポリマーの約10から約15、好ましくは約15から約20モルパーセントのオクテン含量を含む。一部の実施形態において、エチレン/α−オレフィン共重合体は、低収率でまたは少量でまたは化学プロセスの副生成物として生成されるものを含まない。エチレン/α−オレフィン共重合体は、1つまたはそれ以上のポリマーとブレンドできる一方で、製造されたままの(as-produced)エチレン/α−オレフィン共重合体は、実質的に純粋であり、多くの場合、重合プロセスの反応生成物の主成分を構成する。
エチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレンおよび1つまたはそれ以上の共重合可能なα−オレフィンコモノマーを重合した形態で含み、これは、化学的または物理的特性が異なる2つまたはそれ以上の重合したモノマーユニットの多数のブロックまたはセグメントによって特徴付けられる。すなわち、エチレン/α−オレフィン共重合体は、ブロック共重合体、好ましくはマルチブロック共重合体またはコポリマーである。用語「共重合体」および「コポリマー」は、本明細書では同義で用いられる。一部の実施形態において、マルチブロックコポリマーは、次の式、
(AB)
によって表すことができ、この式中、nは、少なくとも1、好ましくは1より大きい整数、例えば、2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100またはそれ以上であり、「A」は、ハードブロックまたはセグメントを表し、ならびに「B」は、ソフトブロックまたはセグメントを表す。好ましくは、AおよびBは、実質的に分枝しているまたは実質的に星形の様式とは対照的に、実質的に線状の様式で連結している。他の実施形態において、AブロックおよびBブロックは、ポリマー鎖に沿ってランダムに分布している。言い換えると、これらのブロックコポリマーは、通常、次のような構造を有さない。
さらに他の実施形態におけるブロックコポリマーは、異なるコモノマー(単数または複数)を含む第三のブロックタイプを、通常は有さない。さらに他の実施形態において、ブロックAおよびブロックBのそれぞれが、そのブロックの中に実質的にランダムに分布しているモノマーまたはコモノマーを有する。言い換えると、いずれのブロックAおよびブロックBも、異なる組成の2つまたはそれ以上のサブセグメント(またはサブブロック)、例えば、そのブロックの残りのものとは実質的に異なる組成を有するチップセグメントを含まない。
一般に、マルチブロックポリマーは、様々な量の「ハード」および「ソフト」セグメントを含む。「ハード」セグメントは、エチレンが、そのポリマーの重量に対して約95重量パーセントより多い、好ましくは約98重量パーセントより多い量で存在する、重合ユニットのブロックを指す。言い換えると、ハードセグメント中のコモノマー含量(エチレン以外のモノマーの含量)は、そのポリマーの重量に対して約5重量パーセント未満、好ましくは約2重量パーセント未満である。一部の実施形態において、ハードセグメントは、すべてまたは実質的にすべてエチレンから構成される。一方、「ソフト」セグメントは、そのコモノマー含量(エチレン以外のモノマーの含量)が、そのポリマーの重量に対して約5重量パーセントより大きい、好ましくは約8重量パーセントより大きい、約10重量パーセントより大きい、または約15重量パーセントより大きい、重合ユニットのブロックを指す。一部の実施形態において、ソフトセグメント中のコモノマー含量は、約20重量パーセントより大きい場合があり、約25重量パーセントより大きい場合があり、約30重量パーセントより大きい場合があり、約35重量パーセントより大きい場合があり、約40重量パーセントより大きい場合があり、約45重量パーセントより大きい場合があり、約50重量パーセントより大きい場合があり、または約60重量パーセントより大きい場合がある。
多くの場合、ソフトセグメントは、ブロック共重合体の中に、そのブロック共重合体の総重量の約1重量パーセントから約99重量パーセント、好ましくは、そのブロック共重合体の総重量の約5重量パーセントから約95重量パーセント、約10重量パーセントから約90重量パーセント、約15重量パーセントから約85重量パーセント、約20重量パーセントから約80重量パーセント、約25重量パーセントから約75重量パーセント、約30重量パーセントから約70重量パーセント、約35重量パーセントから約65重量パーセント、約40重量パーセントから約60重量パーセント、または約45重量パーセントから約55重量パーセント存在し得る。逆に言えば、ハードセグメントが同様の範囲で存在し得る。ソフトセグメントの重量百分率およびハードセグメントの重量百分率は、DSCまたはNMRから得られるデータを基に計算することができる。こうした方法および計算は、2006年3月15日出願の米国特許出願第11/376,835号に開示されている。この開示は、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。
用語「結晶質」は、用いられている場合には、示差走査熱分析(DSC)または同等の技法によって判定したときに一次転移または結晶融点(Tm)を有するポリマーを指す。この用語は、用語「半結晶質」と同義で用いられることがある。用語「非晶質」は、示差走査熱分析(DSC)または同等の技法によって判定したときに結晶融点がないポリマーを指す。
用語「マルチブロックコポリマー」または「セグメント化コポリマー」は、好ましくは線状に接続されている、2つまたはそれ以上の化学的に異質な領域またセグメント(「ブロック」と呼ばれる)を含むポリマー、すなわち、重合エチレン官能基について言えばペンダントまたはグラフト式でではなく末端対末端で連結されている、化学的に区別されるユニットを含むポリマーを指す。好ましい実施形態において、前記ブロックは、組み込まれているコモノマーの量もしくはタイプ、密度、結晶性の量、そのようなポリマー組成に起因する微結晶サイズ、立体規則性のタイプ(イソタクチックまたはシンジオタクチック)もしくは立体規則度、位置規則性もしくは位置不規則性、分岐の量(長鎖分岐もしくは超分岐を含む)、均一性、または他の任意の化学的もしくは物理的な特性が異なる。マルチブロックコポリマーは、これらのコポリマーの独特な製造プロセスのため、両方の多分散指数(PDIもしくはMw/Mn)の一意的な分布、ブロック長分布、および/またはブロック数分布によって特徴付けられる。さらに具体的には、連続プロセスで製造されたとき、これらのポリマーは、望ましくは、1.7から2.9、好ましくは1.8から2.5、さらに好ましくは1.8から2.2、および最も好ましくは1.8から2.1のPDIを有する。バッチまたはセミバッチプロセスにおいて製造されたとき、これらのポリマーは、1.0から2.9、好ましくは1.3から2.5、さらに好ましくは1.4から2.0、および最も好ましくは1.4から1.8のPDIを有する。
後続の説明において、本明細書に開示されているすべての数は、それに伴って「約」または「おおよそ」という語が用いられているかどうかにかかわらず、近似値である。本明細書におけるそのような値が記載されている文脈に依存して、および特に別の指定がなければ、そのような値は、1パーセント、2パーセント、5パーセント、または時として10から20パーセント変動することがある。下限Rおよび上限Rを有する数値範囲が開示されているときは、必ず、その範囲内に入る任意の数が、具体的に開示されている。詳細には、その範囲内の次の数:R=R+k(R−R)、が、具体的に開示されており、この式中のkは、1パーセント刻みで1パーセントから100パーセントまでの範囲にわたる変数であり、すなわち、kは、1パーセント、2パーセント、3パーセント、4パーセント、5パーセント、.....、50パーセント、51パーセント、52パーセント、.....、95パーセント、96パーセント、97パーセント、98パーセント、99パーセント、または100パーセントである。さらに、上で定義したように2つの数Rによって定義される任意の数値範囲も、具体的に開示されている。特定の参考文献(例えば、特許または雑誌の記事)に言及されている場合、そうした参考文献は、その全体が本明細書に参照により組み込まれることを(それと共にこのような表現が用いられているかどうかにかかわらず)理解しなければならない。
本発明の実施形態は、少なくとも1つのプロピレン系ポリマーと独特な特性を有する少なくとも1つのエチレン/α−オレフィン共重合体とのブレンドから得ることができる、または該ブレンドを含む繊維、ならびにそのような繊維から製造される布および他の製品を提供する。本繊維は、良好な耐摩耗性;低い摩擦係数;高い上限使用温度;高い回復/収縮力;低い応力緩和(高および低温);ソフトストレッチ;高い破断点伸び;不活性;耐薬品性;ならびに/または耐UV性を有することができる。本繊維は、比較的高い紡糸速度およびより低い温度で、溶融紡糸することができる。加えて、本繊維は、あまり粘着性でなく、その結果、より良好な巻出性能およびより良好な保管安定性が得られ、ならびに本繊維から製造した布は、実質的にローピング(すなわち、繊維集束)を有さない。本繊維は、より高い紡糸速度で紡糸することができるため、繊維の生産スループットが高い。このような繊維は、広い形成領域および広い加工領域も有する。
エチレン/α−オレフィン共重合体
本発明の実施形態において使用されるエチレン/α−オレフィン共重合体(「本共重合体」または「本ポリマー」とも呼ばれる)は、エチレンおよび1つまたはそれ以上の共重合可能なα−オレフィンコモノマーを重合した形態で含み、これは、化学的または物理的特性が異なる2つまたはそれ以上の重合したモノマーユニットの多数のブロックまたはセグメント(ブロック共重合体)、好ましくはマルチブロックコポリマー、によって特徴付けられる。これらのエチレン/α−オレフィン共重合体は、以下に記載する態様の1つまたはそれ以上によって特徴付けられる。
1つの態様において、本明細書に提供する緩衝ネット構造において使用されるエチレン/α−オレフィン共重合体は、約1.7から約3.5のMw/Mn、および少なくとも1つの融点、Tm(単位:摂氏度)および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)を有し、前記変数の数値は、次の関係に対応する。
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)、および好ましくは、
Tm≧−6288.1+13141(d)−6720.3(d)、およびさらに好ましくは、
Tm≧−858.91−1825.3(d)+1112.8(d)
このような融点/密度関係を図1に示す。密度が減少するにつれて融点が増加する従来のエチレン/α−オレフィンランダムコポリマーとは異なり、本発明の共重合体(ひし形によって表す)は、特に密度が約0.87g/ccから約0.95g/ccの間であるとき、密度とは実質的に無関係な融点を示す。例えば、このようなポリマーの融点は、密度が約0.875g/ccから約0.945g/ccの間であるとき、約110℃から約130℃の範囲内である。一部の実施形態において、このようなポリマーの融点は、密度が約0.875g/ccから約0.945g/ccの間であるとき、約115℃から約125℃の範囲内である。
もう1つの態様において、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレンおよび1つまたはそれ以上のα−オレフィンを重合した形態で含み、ならびに結晶化分析分別(Crystallization Analysis Fractionation)(「CRYSTAF」)最高ピークの温度を引いた示差走査熱分析(「DSC」)最高ピークの温度と定義されるΔT(単位:摂氏度)および融解熱、ΔH(単位:J/g)によって特徴付けられ、ΔTおよびΔHは、ΔHが130J/g以下の場合、次の関係、
ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、および好ましくは
ΔT≧−0.1299(ΔH)+64.38、およびさらに好ましくは
ΔT≧−0.1299(ΔH)+65.95
を満たす。さらに、ΔHが130J/gより大きい場合、ΔTは、48℃であるかそれより高い。CRYSTAFピークは、累積ポリマーの少なくとも5パーセントを用いて決定され(すなわち、このピークは、累積ポリマーの少なくとも5パーセントを表さなければならない)、そのポリマーの5パーセント未満しか同定可能なCRYSTAFピークを有さない場合には、CRYSTAF温度は、30℃であり、ならびにΔHは、融解熱の数値(単位:J/g)である。さらに好ましくは、最高CRYSTAFピークは、累積ポリマーの少なくとも10パーセントを含む。図2は、本発明のポリマーおよび比較例についてプロットしたデータを示すものである。積分ピーク面積およびピーク温度は、計器の製造業者によって供給されたコンピュータ製図プログラムによって計算する。ランダムエチレンオクテン比較ポリマーについて示した斜線は、方程式ΔT=−0.1299(ΔH)+62.81に対応する。
さらにもう1つの態様において、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、昇温溶出分別法(「TREF」)を用いて分画したとき、40℃と130℃の間で溶出する分子画分を有し、これは、該画分が、同じ温度間で溶出する比較ランダムエチレン共重合体画分のものより高い、好ましくは少なくとも5パーセント高い、さらに好ましくは少なくとも10パーセント高い、コモノマーモル含量を有することを特徴とし、この場合の比較ランダムエチレン共重合体は、そのブロック共重合体のものと同じコモノマー(単数または複数)を含有し、そのブロック共重合体のものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度および(全ポリマーに対する)コモノマーモル含量を有する。好ましくは、前記比較共重合体のMw/Mnも、前記ブロック共重合体のものから10パーセント以内であり、および/または前記比較共重合体は、前記ブロック共重合体のものから10重量パーセント以内の全コモノマー含量を有する。
さらにもう1つの態様において、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムを用いて測定される、300パーセント伸びおよび1サイクルでの弾性回復率、Re(単位:パーセント)によって特徴付けられ、密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)を有し、この場合、Reおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィン共重合体に架橋相が実質的にない場合、次の関係を満たす。
Re>1481−1629(d);および好ましくは
Re≧1491−1629(d);およびさらに好ましくは
Re≧1501−1629(d);およびさらにいっそう好ましくは
Re≧1511−1629(d)。
図3は、一定の本発明の共重合体および従来のランダムコポリマーから製造した非延伸フィルムについての弾性回復率に対する密度の影響を示すものである。同じ密度の場合、本発明の共重合体の方が実質的に高い弾性回復率を有する。
一部の実施形態において、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、11cm/分のクロスヘッド分離速度で、10MPaより高い引張強度、好ましくは、11MPa以上の引張強度、さらに好ましくは13MPa以上の引張強度、および/または少なくとも600パーセント、さらに好ましくは少なくとも700パーセント、非常に好ましくは少なくとも800パーセント、および最高に好ましくは少なくとも900パーセントの破断点伸びを有する。
他の実施形態において、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、(1)1から50、好ましくは1から20、さらに好ましくは1から10の貯蔵弾性率比、G’(25℃)/G’(100℃)、および/または(2)80パーセント未満、好ましくは70パーセント未満、特に、60パーセント未満、50パーセント未満、もしくは40パーセント未満の70℃圧縮永久ひずみ(下は0パーセントの圧縮永久ひずみまで)を有する。
さらに他の実施形態において、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、80パーセント未満、70パーセント未満、60パーセント未満、または50パーセント未満の70℃圧縮永久ひずみを有する。好ましくは、前記共重合体の70℃圧縮永久ひずみは、40パーセント未満、30パーセント未満、20パーセント未満であり、下はほぼ0パーセントまで行くこともある。
一部の実施形態において、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、85J/g未満の融解熱、および/または100ポンド/フィート(4800Pa)であるかそれより小さい、好ましくは50 lbs/ft(2400Pa)であるかそれより小さい、特に、5 lbs/ft(240Pa)であるかそれより小さい、および0 lbs/ft(0Pa)ほども小さいペレットブロッキング強度を有する。
他の実施形態において、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、少なくとも50モルパーセントのエチレンを重合した形態で含み、ならびに80パーセント未満、好ましくは70パーセント未満または60パーセント未満、最も好ましくは40から50パーセント未満で、下はゼロパーセント近くまでの70℃圧縮永久ひずみを有する。
一部の実施形態において、上記マルチブロックコポリマーは、ポアソン分布ではなくシュルツ−フローリー分布に適合するPDIを有する。前記コポリマーはさらに、多分散ブロック分布とブロックサイズの多分散分布の両方を有すること、およびブロック長の最確分布を有することを特徴とする。好ましいマルチブロックコポリマーは、末端ブロックを含めて4個またはそれ以上のブロックまたはセグメントを含有するものである。さらに好ましくは、前記コポリマーは、末端ブロックを含めて、少なくとも5、10または20個のブロックまたはセグメントを含む。
コモノマー含量は、任意の適する技法を用いて測定することができるが、核磁気共鳴(「NMR」)分光分析法に基づく技法が好ましい。さらに、比較的広いTREF曲線を有するポリマーまたはポリマーのブレンドの場合、望ましくは、TREFを用いて、そのポリマーを、10℃またはそれ以下の溶出温度範囲をそれぞれが有する画分に先ず分画する。すなわち、それぞれの溶出画分は、10℃またはそれ以下の回収温度ウインドウを有する。この技法を用いると、前記ブロック共重合体は、比較共重合体の対応する画分より高いコモノマーモル含量を有するような画分を少なくとも1つ有する。
好ましくは、エチレンと1−オクテンの共重合体の場合、このブロック共重合体は、量(−0.2013)T+20.07であるかそれより大きい、さらに好ましくは、量(−0.2013)T+21.07であるかそれより大きい、40℃から130℃の間で溶出するTREF画分のコモノマー含量を有する(この場合、Tは、比較するTREF分画のピーク溶出温度数値であり、℃で測定される)。
図4は、エチレンと1−オクテンのブロック共重合体の実施形態を図示するものであり、この図では、いくつかの比較エチレン/1−オクテン共重合体(ランダムコポリマー)についてのTREF溶出温度に対するコモノマー含量のプロットが、(−0.2013)T+20.07を表す線(実線)に適合する。方程式(−0.2013)T+21.07についての線を点線で示す。本発明のいくつかのブロックエチレン/1−オクテン共重合体(マルチブロックコポリマー)の画分についてのコモノマー含量も示す。これらのブロック共重合体画分のすべてが、等価の溶出温度でのいずれの線よりも有意に高い1−オクテン含量を有する。この結果は本共重合体の特徴を示しており、ならびにこの結果は、結晶質と非晶質の両方の性質を有するポリマー鎖内の区別されるブロックの存在に起因すると考えられる。
図5は、下で論じる実施例5および比較例Fについてのポリマー画分のTREF曲線およびコモノマー含量を図示するものである。両方のポリマーについての40℃から130℃、好ましくは60℃から95℃で溶出するピークは、3つの部分に分画され、このそれぞれの部分が10℃未満の温度範囲にわたって溶出する。実施例5についての実際のデータを三角によって表す。種々のコモノマーを含有する共重合体について適切な検量線を作成することができ、それが、同じモノマーの比較共重合体、好ましくはメタロセンまたは他の均一触媒組成物を使用して製造されたランダムコポリマー、から得られたTREF値に適合する、比較として用いられる線であることは、当業者には理解されるはずである。本発明の共重合体は、同じTREF溶出温度で検量線から決定した値より多い、好ましくは少なくとも5パーセント多い、さらに好ましくは少なくとも10パーセント多い、コモノマーモル含量によって特徴付けられる。
上の態様、および本明細書に記載する特性に加えて、本発明のポリマーは、1つまたはそれ以上の追加の特徴によって特徴付けることができる。1つの態様において、本発明のポリマーは、好ましくはエチレンと1つまたはそれ以上の共重合可能なコモノマーを重合した形態で含む、オレフィン共重合体であり、本ポリマーは、化学的または物理的特性の異なる2つまたはそれ以上の重合したモノマーユニットの多数のブロックまたはセグメント(ブロック化共重合体)、最も好ましくはマルチブロックコポリマー、によって特徴付けられる。前記ブロック共重合体は、TREF増分値を用いて分画したときに40℃と130℃の間で溶出する分子画分を有し、これは、前記画分が、同じ温度間で溶出する比較ランダムエチレン共重合体のものより高い、好ましくは少なくとも5パーセント高い、さらに好ましくは少なくとも10、15、20または25パーセント高い、モルコモノマー含量を有することを特徴とし、この場合、前記比較ランダムエチレン共重合体は、そのブロック共重合体のものと同じコモノマー(単数または複数)を含み、好ましくは、それは同じコモノマー(単数または複数)であり、ならびにそのブロック共重合体のものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度および(全ポリマーに対する)コモノマーモル含量を含む。好ましくは、前記比較共重合体のMw/Mnも前記ブロックコ共重合体のものから10パーセント以内であり、および/または前記比較共重合体は、前記ブロック共重合体のものから10重量パーセント以内の全コモノマー含量を有する。
好ましくは、上記共重合体は、エチレンと少なくとも1つのアルファ−オレフィンの共重合体、特に、約0.855から約0.935g/cmの全ポリマー密度を有する共重合体、およびさらに特に、約1モルパーセントより多いコモノマーを有するポリマーであり、前記ブロック共重合体は、量(−0.1356)T+13.89であるかそれより大きい、さらに好ましくは、量(−0.1356)T+14.93であるかそれより大きい、および最も好ましくは量(−0.2013)T+21.07であるかそれより大きい、40℃から130℃の間で溶出するTREF画分のコモノマー含量を有する(この場合、Tは、比較するTREF分画のピークATREF溶出温度数値であり、℃で測定される)。
好ましくは、エチレンと少なくとも1つのアルファ−オレフィンの上記共重合体、特に、約0.855から約0.935g/cmのポリマー全体の密度を有する共重合体、およびさらに特に、約1モルパーセントより多いコモノマーを有するポリマーの場合、そのブロック化共重合体は、量(−0.2013)T+20.07であるかそれより大きい、さらに好ましくは、量(−0.2013)T+21.07であるかそれより大きい、40℃と130℃の間で溶出するTREF画分のコモノマー含量を有する(この場合、Tは、比較するTREF分画のピーク溶出温度数値であり、℃で測定される)。
さらにもう1つの態様において、本発明のポリマーは、好ましくはエチレンおよび1つまたはそれ以上の共重合可能なコモノマーを重合した形態で含む、オレフィン共重合体であり、本ポリマーは、化学的または物理的特性が異なる2つまたはそれ以上の重合したモノマーユニットの多数のブロックまたはセグメント(ブロック化共重合体)、最も好ましくはマルチブロック共重合体、によって特徴付けられる。前記ブロック共重合体は、TREF増分値を用いて分画したときに40℃と130℃の間で溶出する分子画分を有し、これは、少なくとも約6モルパーセントのコモノマー含量を有するすべての画分が、約100℃より高い融点を有することを特徴とする。約3モルパーセントから約6モルパーセントのコモノマー含量を有する画分の場合、すべての画分が、約110℃またはそれより高いDSC融点を有する。さらに好ましくは、少なくとも1つの1モルパーセントのコモノマーを有する前記ポリマー画分は、次の式に対応するDSC融点を有する。
Tm≧(−5.5926)(その画分中のコモノマーのモルパーセント)+135.90。
もう1つの態様において、本発明のポリマーは、好ましくはエチレンおよび1つまたはそれ以上の共重合可能なコモノマーを重合した形態で含む、オレフィン共重合体であり、本ポリマーは、化学的または物理的特性が異なる2つまたはそれ以上の重合したモノマーユニットの多数のブロックまたはセグメント(ブロック化共重合体)、最も好ましくはマルチブロック共重合体、によって特徴付けられる。前記ブロック共重合体は、TREF増分値を用いて分画したときに40℃と130℃の間で溶出する分子画分を有し、これは、約76℃であるかそれより高いATREF溶出温度を有するすべての画分が、DSCによって測定したとき、次の方程式に対応する融解エンタルピー(融解熱)を有することを特徴とする。
融解熱(J/gm)≦(3.1718)(摂氏でのATREF溶出温度)−136.58。
本発明のブロック共重合体は、TREF増分値を用いて分画したときに40℃と130℃の間で溶出する分子画分を有し、これは、40℃と約76℃未満の間のATREF溶出温度を有するすべての画分が、DSCによって測定したとき、次の方程式に対応する融解エンタルピー(融解熱)を有することを特徴とする。
融解熱(J/gm)≦(1.1312)(摂氏でのATREF溶出温度)+22.97。
赤外線検出器によるATREFピークコモノマー組成の測定
TREFピークのコモノマー組成は、スペイン、バレンシアのPlymer Char(http://www.polymerchar.com/)から入手できるIR4赤外線検出器を使用して、測定することができる。
この検出器の「組成モード」は、測定センサー(CH)および組成センサー(CH)を装備しており、これらには2800〜3000cm−1の領域の狭帯域赤外フィルタが付いている。前記測定センサーは、ポリマー上のメチレン(CH)炭素(これは、溶液中のポリマー濃度に直接関係する)を検出し、一方、前記組成センサーは、ポリマー上のメチル(CH)基を検出する。測定シグナル(CH)で割った組成シグナル(CH)の算術比は、溶液中の測定ポリマーのコモノマー含量の影響を受けやすく、そのためその応答を公知のエチレンアルファ−オレフィンコポリマー標準物質で較正する。
前記検出器は、ATREF計器と共に使用すると、TREFプロセス中の溶出ポリマーの濃度(CH)シグナル応答と組成(CH)シグナル応答の両方を提供する。ポリマー特異的検量線は、コモノマー含量がわかっている(これは、好ましくは、NMRによって測定される)ポリマーについてのCHに対するCHの面積比を測定することによって、作成することができる。ポリマーのATREFピークのコモノマー含量は、個々のCHおよびCH応答についての面積比(すなわち、コモノマー含量に対するCH/CHの面積比)を基準検量線に当てはめることによって概算することができる。
ピーク面積は、適切なベースラインに当てはめた後、半値全幅(FWHM)計算を用いて、TREFクロマトグラムからの個々のシグナル応答を積分することによって計算することができる。半値全幅の計算は、ATREF赤外線検出器からのメチルの応答面積のメチレン応答面積に対する比率[CH/CH]に基づき、この場合、最高(最も高い)ピークをベースラインから特定し、その後、FWHM面積を決定する。ATREFピークを用いて測定される分布の場合、FWHM面積は、T1とT2の間の曲線下面積と定義され、この場合のT1およびT2は、ピークの高さを2で割り、その後、ベースラインに水平な線(ATREF曲線の左および右の部分を横切って二分する線)を引くことにより、ATREFピークの左右のピークに対して決定される点である。
このATREF赤外線法におけるポリマーのコモノマー含量を測定するための赤外線分光分析の利用は、原理的には、次の参考文献に記載されているようなGPC/FTIRシステムのものに類似している。Markovich, Ronald P.; Hazlitt, Lonnie G.; Smith, Linley; 「Development of gel-permeation chromatography-Fourier transform infrared spectroscopy for characterization of ethylene-based polyolefin copolymers」, Polymeric Materials Science and Engineering (1991), 65, 98-100; およびDeslauriers, P.J. ; Rohlfing, D. C.; Shieh, E.T.; 「Quantifying short chain branching microstructures in ethylene-1-olefin copolymers using size exclusion chromatography and Fourier transform infrared spectroscopy (SEC-FTIR)」, Polymer (2002), 43, 59-170(両方とも、それら全体が本明細書に参照により組み込まれる)。
他の実施形態において、本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体は、ゼロより大きく、且つ、約1.0以下である平均ブロック指数、ABI、および約1.3より大きい分子量分布、Mw/Mn、によって特徴付けられる。前記平均ブロック指数、ABI、は、5℃刻みでの20℃から110℃の分取TREFにおいて得られたそれぞれのポリマー画分についてのブロック指数(「BI」)の重量平均である。
(この式中、BIは、分取TREFにおいて得られた本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体のi番目の画分についてのブロック指数であり、およびwは、そのi番目の画分の重量百分率である)。
それぞれのポリマー画分についてのBIは、次の2つの以下の方程式(これらの両方が同じBI値を与える)のうちの一方によって定義される:
式中、Tは、i番目の画分についての分取ATREF溶出温度(好ましくは、ケルビンで表される)であり、Pは、上で説明したようにNMRまたはIRによって測定することができる、i番目の画分のエチレンモル分率である。PABは、エチレン/α−オレフィン共重合体全体(分画前)のエチレンモル分率であり、これも、NMRまたはIRによって測定することができる。TおよびPは、純粋な「ハードセグメント」(これは、その共重合体の結晶性セグメントを指す)についてのATREF溶出温度およびエチレンモル分率である。「ハードセグメント」についての実際の値が入手できない場合は、一次近似値として、TおよびP値を高密度ポリエチレンホモポリマーについての値に設定する。ここで行われる計算についてのTは、372°Kであり、Pは、1である。
ABは、同じ組成であり、且つ、PABのエチレンモル分率を有するランダムコポリマーについてのATREF温度である。TABは、次の方程式、
Ln PAB=α/TAB+β
から計算することができ、式中のαおよびβは、多数の公知ランダムエチレンコポリマーを使用して較正することによって決定することができる2つの定数である。αおよびβは計器によって変わることがあることに留意しなければならない。さらに、対象となるポリマー組成、およびそれらの画分とも類似の分子量範囲のポリマー組成を用いて、それら自体の検量線を作成する必要がある。わずかな分子量効果がある。類似の分子量範囲から検量線が得られれば、そのような効果は本質的に無視できる。一部の実施形態において、ランダムエチレンコポリマーは、次の関係を満たす。
Ln P=−237.83/TATREF+0.639。
XOは、同じ組成であり、且つ、Pのエチレンモル分率を有するランダムコポリマーについてのATREF温度である。TXOは、Ln P=α/TXO+βから計算することができる。逆に言うと、PXOは、同じ組成であり、且つ、TのATREF温度を有するランダムコポリマーについてのエチレンモル分率であり、これは、Ln PXO=α/T+βから計算することができる。
それぞれの分取TREF画分についてのブロック指数(BI)が得られたら、全ポリマーについての重量平均ブロック指数、ABIを計算することができる。一部の実施形態において、ABIは、ゼロより大きいが、約0.3未満であり、または約0.1から約0.3である。他の実施形態において、ABIは、約0.3より大きく、且つ、約1.0以下である。好ましくは、ABIは、約0.4から約0.7、約0.5から約0.7、または約0.6から約0.9の範囲でなければならない。一部の実施形態において、ABIは、約0.3から約0.9、約0.3から約0.8、または約0.3から約0.7、約0.3から約0.6、約0.3から約0.5、または約0.3から約0.4の範囲である。他の実施形態において、ABIは、約0.4から約1.0、約0.5から約1.0、または約0.6から約1.0、約0.7から約1.0、約0.8から約1.0、または約0.9から約1.0の範囲である。
本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体のもう1つの特徴は、本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体が、約0.1より大きく、且つ、約1.0以下のブロック指数、および約1.3より大きい分子量分布、Mw/Mnを有する、分取TREFによって得ることができる少なくとも1つのポリマー画分を含むことである。一部の実施形態において、前記ポリマー画分は、約0.6より大きく、且つ、約1.0以下、約0.7より大きく、且つ、約1.0以下、約0.8より大きく、且つ、約1.0以下、または約0.9より大きく、且つ、約1.0以下のブロック指数を有する。他の実施形態において、前記ポリマー画分は、約0.1より大きく、且つ約1.0以下、約0.2より大きく、且つ約1.0以下、約0.3より大きく、且つ約1.0以下、約0.4より大きく、且つ約1.0以下、または約0.4より大きく、且つ約1.0以下のブロック指数を有する。さらに他の実施形態において、前記ポリマー画分は、約0.1より大きく、且つ約0.5以下、約0.2より大きく、且つ約0.5以下、約0.3より大きく、且つ約0.5以下、または約0.4より大きく、且つ約0.5以下のブロック指数を有する。さらに他の実施形態において、前記ポリマー画分は、約0.2より大きく、且つ、約0.9以下、約0.3より大きく、且つ約0.8以下、約0.4より大きく、且つ約0.7以下、または約0.5より大きく、且つ約0.6以下のブロック指数を有する。
エチレンとα−オレフィンのコポリマーの場合、本発明のポリマーは、好ましくは、(1)少なくとも1.3、さらに好ましくは少なくとも1.5、少なくとも1.7、または少なくとも2.0、および最も好ましくは少なくとも2.6で、5.0の最大値以下、さらに好ましくは3.5の最大値以下、および特に2.7の最大値以下のPDI;(2)80J/gまたはそれ以下の融解熱;(3)少なくとも50重量パーセントのエチレン含量;(4)−25℃未満、さらに好ましくは−30℃未満のガラス転移温度、T、および/または(5)1つおよび1つだけのTを有する。
さらに、本発明のポリマーは、単独で、または本明細書に開示する任意の他の特性との組み合わせで、100℃の温度でlog(G’)が400kPaであるかそれより大きい、好ましくは1.0MPaであるかそれより大きい貯蔵弾性率、G’を有することができる。さらに、本発明のポリマーは、0〜100℃の範囲では温度の関数として比較的平坦な貯蔵弾性率を有し(図6に図示する)、これは、ブロックコポリマーの特徴であるが、オレフィンコポリマー、特に、エチレンと1つまたはそれ以上のC3〜8脂肪族α−オレフィンのコポリマーについては今まで知られていない。(この文脈での「比較的平坦な」という用語は、50と100℃の間、好ましくは0℃と100℃の間でのlogG’(単位:パスカル)の減少が、1ケタ未満であることを意味する)。
本発明の共重合体は、少なくとも90℃の温度で1mmの熱機械分析侵入深さ、ならびに3kpsi(20MPa)から13kpsi(90MPa)の曲げ弾性率によってさらに特徴付けることができる。あるいは、本発明の共重合体は、少なくとも104℃の温度で1mmの熱機械分析侵入深さ、ならびに少なくとも3kpsi(20MPa)の曲げ弾性率を有することができる。それらを、90mm未満の耐摩耗性(または減容)を有するものとして特徴付けることもできる。図7は、他の公知ポリマーと比較して、本発明のポリマーについて曲げ弾性率に対するTMA(1mm)を示すものである。本発明のポリマーは、他のポリマーより有意に良好な可撓性と耐熱性のバランスを有する。
加えて、前記エチレン/α−オレフィン共重合体は、0.01から2000g/10分、好ましくは0.01から1000g/10分、さらに好ましくは0.01から500g/10分、および特に0.01から100g/10分のメルトインデックス、Iを有することができる。一定の実施形態において、前記エチレン/α−オレフィン共重合体は、0.01から10g/10分、0.5から50g/10分、1から30g/10分、1から6g/10分、または0.3から10g/10分のメルトインデックス、Iを有する。一定の実施形態において、前記エチレン/α−オレフィンポリマーのメルトインデックスは、1g/10分、3g/10分、または5g/10分である。
本ポリマーは、1000g/モルから5,000,000g/モル、好ましくは1000g/モルから1,000,000g/モル、さらに好ましくは10,000g/モルから500,000g/モル、および特に10,000g/モルから300,000g/モルの分子量、Mwを有することができる。本発明のポリマーの密度は、0.80から0.99g/cm、および好ましくは、エチレン含有ポリマーについては0.85g/cmから0.97g/cmであり得る。一定の実施形態において、前記エチレン/α−オレフィンポリマーの密度は、0.860から0.925g/cm、または0.867から0.910g/cmの範囲にわたる。
本ポリマーを製造するプロセスは、次の特許出願に開示されている。2004年3月17日出願の米国特許仮出願第60/553,906号;2005年3月17日出願の米国特許仮出願第60/662,937号;2005年3月17日出願の米国特許仮出願第60/662,939号;2005年3月17日出願の米国特許仮出願第60/5662938号;2005年3月17日出願のPCT出願番号PCT/US2005/008916;2005年3月17日出願のPCT出願番号PCT/US2005/008915;および2005年3月17日出願のPCT出願番号PCT/US2005/008917(これらのすべては、それら全体が本明細書に参照により組み込まれる)。例えば、1つのこうした方法は、エチレンおよび場合によってはエチレン以外の1つまたはそれ以上の付加重合可能なモノマーを付加重合条件下で触媒組成物と接触させることを含み、この触媒組成物は、
(A)高いコモノマー組み込み指数(incorporation index)を有する第一のオレフィン重合触媒、
(B)触媒(A)のコモノマー組み込み指数の90パーセント未満、好ましくは50パーセント未満、最も好ましくは5パーセント未満のコモノマー組み込み指数を有する第二のオレフィン重合触媒、および
(C)可逆的連鎖移動剤
を併せることによって得られる混合物または反応生成物を含有する。
代表的な触媒および可逆的連鎖移動剤は、次のとおりである。
触媒(A1)は、WO 03/40195、2003US0204017、2003年5月2日出願のUSSN 10/429,024、およびWO 04/24740の教示に従って調製される、[N−(2,6−ジ(1−メチルエチル)フェニル)アミド)(2−イソプロピルフェニル)(α−ナフタレン−2−ジイル(6−ピリジン−2−ジイル)メタン)]ハフニウムジメチルである。
触媒(A2)は、WO 03/40195、2003US0204017、2003年5月2日出願のUSSN 10/429,024、およびWO 04/24740の教示に従って調製される、[N−(2,6−ジ(1−メチルエチル)フェニル)アミド)(2−メチルフェニル)(1,2−フェニレン−(6−ピリジン−2−ジイル)メタン)]ハフニウム ジメチルである。
触媒(A3)は、ビス[N,N’’’−(2,4,6−トリ(メチルフェニル)アミド)エチレンジアミン]ハフニウムジベンジルである。
触媒(A4)は、US−A−2004/0010103の教示に実質的に従って調製した、ビス(2−オキソイル−3−(ジベンゾ−1H−ピロール−1−イル)−5−(メチル)フェニル)−2−フェノキシメチル)シクロヘキサン−1,2−ジイルジルコニウム(IV)ジベンジルである。
触媒(B1)は、1,2−ビス(3,5−ビス−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(1−メチルエチル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジルである。
触媒(B2)は、1,2−ビス(3,5−ビス−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(2−メチルシクロヘキシル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジルである。
触媒(C1)は、米国特許第6,286,444号の教示に実質的に従って調製される、(t−ブチルアミド)ジメチル(3−N−ピロリル−1,2,3,3a,7a−η−インデン−1−イル)シランチタニウムジメチルである。
触媒(C2)は、US−A−2003/004286の教示に実質的に従って調製される、(t−ブチルアミド)ジ(4−メチルフェニル)(2−メチル−1,2,3,3a,7a−η−インデン−1−イル)シランチタニウムジメチルである。
触媒(C3)は、US−A−2003/004286の教示に実質的に従って調製される、(t−ブチルアミド)ジ(4−メチルフェニル)(2−メチル−1,2,3,3a,8a−η−s−インダセン−1−イル)シランチタニウムジメチルである。
触媒(D1)は、Sigma−Aldrichから入手できる、ビス(ジメチルジシロキサン)(インデン−1−イル)ジルコニウムジクロライドである。
可逆的連鎖移動剤 利用される可逆的連鎖移動剤としては、ジエチル亜鉛、ジ(i−ブチル)亜鉛、ジ(n−ヘキシル)亜鉛、トリエチルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリエチルガリウム、i−ブチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキサン)、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(トリメチルシリル)アミド)、n−オクチルアルミニウムジ(ピリジン−2−メトキシド)、ビス(n−オクタデシル)i−ブチルアルミニウム、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(n−ペンチル)アミド)、n−オクチルアルミニウムビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシド)、n−オクチルアルミニウムジ(エチル(1−ナフチル)アミド)、エチルアルミニウムビス(t−ブチルジメチルシロキシド)、エチルアルミニウムジ(ビス(トリメチルシリル)アミド)、エチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)、n−オクチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)、n−オクチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキシド、エチル亜鉛(2,6−ジフェニルフェノキシド)、およびエチル亜鉛(t−ブトキシド)が挙げられる。
好ましくは、上述のプロセスは、相互変換することができない多数の触媒を使用して、2つまたはそれ以上のモノマー、さらに特にエチレンとC3〜20オレフィンまたはシクロオレフィン、および最も特にエチレンとC4〜20 α−オレフィンの、ブロックコポリマー、特にマルチブロックコポリマー、好ましくは線状マルチブロックコポリマーを形成するために、連続溶液重合の形をとる。すなわち、前記触媒は、化学的に異質である。連続溶液重合条件下でのこのプロセスは、高いモノマー転化率でのモノマー混合物の重合に申し分なく適している。これらの重合条件下では、可逆的連鎖移動剤から触媒への可逆的移動が、連鎖成長に比べて有利になり、マルチブロックコポリマー、特に、線状マルチブロックコポリマーが、高効率で形成される。
本発明の共重合体は、逐次的モノマー付加、流動触媒(fluxional catalyst)、アニオンまたはカチオンリビング重合技術によって作製された、従来のランダムコポリマー、ポリマーの物理的ブレンド、およびブロックコポリマーとは区別することができる。詳細には、同等の結晶性または弾性率で同じモノマーおよびモノマー含量のランダムコポリマーと比較して、本発明の共重合体は、良好な(高い)耐熱性(例えば、融点によって測定される)、高いTMA侵入温度、高い高温引張強度、および/または高い高温捩り貯蔵弾性率(例えば、動的機械的分析によって決定される)を有する。同じモノマーおよびモノマー含量を有するランダムコポリマーと比較して、本発明の共重合体は、低い圧縮永久ひずみ(特に高温で)、低い応力緩和、高い耐クリープ性、高い引裂強度、高い耐ブロッキング性、速い硬化(高い結晶化(凝固)温度に起因する)、高い回復率(特に高温で)、良好な耐摩耗性、高い収縮力、および良好な油およびフィラー受容性を有する。
本発明の共重合体は、独特な結晶化度と分岐分布の関係も示す。すなわち、本発明の共重合体は、特に、同じモノマーおよびモノマーレベルを有するランダムコポリマー、または等価の総合密度のポリマーの物理的ブレンド、例えば高密度ポリマーと低密度コポリマーのブレンド、と比較して、CRYSTAFを使用して測定される最高ピーク温度とDSCを使用して融解熱の関数として測定される最高ピーク温度の間に比較的大きな差がある。本発明の共重合体のこの独特な特徴は、ポリマー骨格内のブロック中のコモノマーの一意的な分布に起因すると考えられる。特に、本発明の共重合体は、異なるコモノマー含量の交互ブロック(ホモポリマーブロックを含む)を含有することができる。本発明の共重合体は、シュルツ−フローリー型の分布である、異なる密度またはコモノマー含量のポリマーブロックの数および/またはブロックサイズに関する分布も有することができる。加えて、本発明の共重合体は、ポリマーの密度、弾性率および形態とは実質的に無関係である独特なピーク融点および結晶化温度プロフィールも有することができる。好ましい実施形態において、本ポリマーの微結晶秩序は、1.7未満の、またはさらに1.5未満の、下は1.3未満までのPDI値においてでさえ、ランダムまたはブロックコポリマーとは区別できる、特徴的な球晶および板晶を示す。
さらに、本発明の共重合体は、ブロッキネス度またはレベル(すなわち、特定の画分または全ポリマーについてのブロック指数の大きさ)に影響を及ぼす技術を用いて作製することができる。すなわち、触媒および可逆的移動剤の比率およびタイプ、ならびに重合温度、および他の重合変数を制御することによって、コモノマーの量またはそれぞれのポリマーブロックまたはセグメントの長さを変えることができる。この現象の驚くべき恩恵は、ブロッキネス度を増大させるにつれて、結果として生ずるポリマーの光学特性、引裂強度および高温回復特性が改善されるという発見である。詳細には、ポリマー中のブロックの平均数が増加するにつれて、曇り度は減少し、その上、透明度、引裂き強度および高温回復特性が増す。所望の連鎖移動能力(低い連鎖停止反応レベルで高い可逆的移動速度)を有する、可逆的移動剤と触媒の組み合わせを選択することにより、他の形態のポリマー停止反応を有効に抑制することができる。従って、本発明の実施形態のエチレン/α−オレフィンコモノマー混合物の重合では、β−ヒドリド脱離は、あったとしてもわずかにしか観察されず、結果として生ずる結晶性ブロックは、高度に、または実質的に完全に、線状であり、長鎖分岐をほとんどまたは全く有さない。
本発明の実施形態に従って、高結晶性連鎖末端を有するポリマーを選択的に作製することができる。エラストマー用途の場合、非晶質ブロックを末端に有するポリマーの相対量の減少は、結晶性領域に対する分子間希釈効果を減少させる。この結果は、水素または他の連鎖反応停止剤に適切に応答する可逆的連鎖移動剤および触媒を選択することによって達成することができる。具体的には、高結晶性ポリマーを生成する触媒が、(例えば、より高いコモノマー組み込み、位置規則性(regio-error)、またはアタクチックポリマー形成により)、さほど結晶性でないポリマーセグメントを生じさせる原因となる触媒より、(例えば、水素の使用による)連鎖反応停止を受けやすい場合には、高結晶性ポリマーセグメントが、そのポリマーの末端部分を優先的に占める。結果として生ずる末端基が結晶性であるばかりでなく、停止し次第、その高結晶性ポリマーが形成する触媒部位をポリマー形成の再始動にもう一度利用することができる。それ故、その最初に形成されるポリマーは、別の高結晶性ポリマーセグメントとなる。従って、結果として生ずるマルチブロックコポリマーの両末端は、優先的に高結晶性となる。
本発明の実施形態において使用されるエチレン/α−オレフィン共重合体は、好ましくは、エチレンと少なくとも1つのC〜C20α−オレフィンの共重合体である。エチレンとC〜C20α−オレフィンのコポリマーが、特に好ましい。前記共重合体は、C〜C18ジオレフィンおよび/またはアルケニルベンゼンをさらに含むことができる。エチレンとの重合に有用な、適する不飽和コモノマーとしては、例えば、エチレン不飽和モノマー、共役または非共役ジエン、ポリエン、アルケニルベンゼンなどが挙げられる。このようなコモノマーの例としては、C〜C20α−オレフィン、例えば、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセンなどが挙げられる。1−ブテンおよび1−オクテンが特に好ましい。他の適するモノマーとしては、スチレン、ハロ置換またはアルキル置換スチレン、ビニルベンゾシクロブタン、1,4−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、およびナフテン類(例えば、シクロペンテン、シクロヘキセンおよびシクロオクテン)が挙げられる。
エチレン/α−オレフィン共重合体は、好ましいポリマーであるが、他のエチレン/オレフィンポリマーを使用することもできる。オレフィンは、本明細書において用いる場合、少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を有する不飽和炭化水素系化合物の一群を指す。触媒の選択に依存して、任意のオレフィンを本発明の実施形態において使用することができる。好ましくは、適するオレフィンは、ビニル不飽和を含有するC〜C20脂肪族および芳香族化合物、ならびに環状化合物、例えば、シクロブテン、シクロペンテン、ジシクロペンタジエン、およびノルボルネン(5および6位がC〜C20ヒドロカルビルまたはシクロヒドロカルボニル基で置換されているノルボルネンを含むが、これらに限定されない)である。このようなオレフィンの混合物、ならびにこのようなオレフィンとC〜C40ジオレフィン化合物の混合物も含まれる。
オレフィンモノマーの例としては、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、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、おびよ1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、1−エイコセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−l−ペンテン、4,6−ジメチル−1−ヘプテン、4−ビニルシクロヘキセン、ビニルシクロヘキサン、ノルボルナジエン、エチリデンノルボルネン、シクロペンテン、シクロヘキセン、ジシクロペンタジエン、シクロオクテン、C〜C40ジエン(1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエンを含むが、これらに限定されない)、および他のC〜C40α−オレフィンなどが挙げられるが、これらに限定されない。一定の実施形態において、前記α−オレフィンは、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテンまたはこれらの組み合わせである。ビニル基を含有する任意の炭化水素をことによると本発明の実施形態において使用することがあるが、モノマーの分子量が高くなりすぎると、実施上の問題点、例えば、モノマーの入手可能性、コスト、および結果として生じたポリマーからの未反応モノマーの適便な除去能力が、より解決しにくいものとなり得る。
本明細書に記載する重合プロセスは、スチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、t−ブチルスチレンなどをはじめとするモノビニリデン芳香族モノマーを含有するオレフィンポリマーの製造によく適する。詳細には、エチレンとスチレンを含有する共重合体を、本明細書における技術に従って作製することができる。場合によっては、改善された特性を有する、エチレン、スチレンおよびC〜C20アルファオレフィンを含有する、場合によってはC〜C20ジエンを含有する、コポリマーを作製することができる。
適する非共役ジエンモノマーは、6から15個の炭素原子を有する直鎖、分岐鎖または環状炭化水素ジエンであり得る。適する非共役ジエンの例としては、直鎖非環状ジエン、例えば1,4−ヘキサジエン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、分岐鎖非環式ジエン、例えば5−メチル−1,4−ヘキサジエン;3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン;3,7−ジメチル−1,7−オクタジエン、ならびにジヒドロミリセンとジヒドロオシネンの混合異性体、単環脂環式ジエン、例えば1,3−シクロペンタジエン;1,4−シクロヘキサジエン;1,5−シクロオクタジエンおよび1,5−シクロドデカジエン、ならびに多環脂環式縮合および架橋環ジエン、例えばテトラヒドロインデン、メチルテトラヒドロインデン、ジシクロペンタジエン、ビシクロ−(2,2,1)−ヘプタ−2,5−ジエン;アルケニル、アルキリデン、シクロアルケニルおよびシクロアルキリデンノルボルネン、例えば、5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB);5−プロペニル−2−ノルボルネン、5−イソプロピリデン−2−ノルボルネン、5−(4−シクロペンテニル)−2−ノルボルネン、5−シクロヘキシリデン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネン、およびノルボルナジエンが挙げられるが、これらに限定されない。EPDMを作製するために一般に使用されるジエンのうち、特に好ましいジエンは、1,4−ヘキサジエン(HD)、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)、5−ビニリデン−2−ノルボルネン(VNB)、5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB)、およびジシクロペンタジエン(DCPD)である。特に好ましいジエンは、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)および1,4−ヘキサジエン(HD)である。
本発明の実施形態に従って製造することができる望ましいポリマーの一類は、エチレンと、C〜C20α−オレフィン、特にプロピレンと、場合によっては1つまたはそれ以上のジエンモノマーの弾性共重合体である。本発明のこの実施形態において使用するために好ましいα−オレフィンは、式CH=CHRによって表すことができ、この式中のRは、1から12個の炭素原子の線状または分岐アルキル基である。適するα−オレフィンの例としては、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、4−メチル−1−ペンテン、および1−オクテンが挙げられるが、これらに限定されない。特に好ましいα−オレフィンは、プロピレンである。プロピレン系ポリマーは、当分野では一般にEPまたはEPDMポリマーと呼ばれる。このようなポリマー、特にマルチブロックEPDM型ポリマーを作製する際に使用するために適するジエンとしては、4から20個の炭素を含有する、共役または非共役、直鎖または分岐鎖、環式または多環式ジエンが挙げられる。好ましいジエンとしては、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、および5−ブチリデン−2−ノルボルネンが挙げられる。特に好ましいジエンは、5−エチリデン−2−ノルボルネンである。
ジエン含有ポリマーは、より多くのまたはより少ない量のジエン(全くない場合を含む)およびα−オレフィン(全くない場合を含む)を含有するセグメントまたはブロックを交互に含有するため、ジエンとα−オレフィンの総量を、後のポリマー特性を損なうことなく減少させることができる。すなわち、ジエンおよびα−オレフィンモノマーは、ポリマー全体にわたって均一にまたはランダムにではなく、ポリマーの1つのタイプのブロックに優先的に組み込まれるため、それらをより効率的に利用することができ、後にそのポリマーの架橋密度をより良好に制御することができる。このような架橋可能なエラストマーおよびそれらの硬化生成物は、より高い引張強度およびより良好な弾性回復率をはじめとする、有利な特性を有する。
一部の実施形態において、異なる量のコモノマーを組み込む2つの触媒を用いて製造した本発明の共重合体は、95:5から5:95の、その結果形成されたブロックの重量比を有する。望ましくは、弾性ポリマーは、そのポリマーの総重量に対して20から90パーセントのエチレン含量、0.1から10パーセントのジエン含量、および10から80パーセントのα−オレフィン含量を有する。さらに好ましくは、前記マルチブロック弾性ポリマーは、そのポリマーの総重量に対して60から90パーセントのエチレン含量、0.1から10パーセントのジエン含量、および10から40パーセントのα−オレフィン含量を有する。好ましいポリマーは、10,000から約2,500,000、好ましくは20,000から500,000、さらに好ましくは20,000から350,000の重量平均分子量(Mw)、および3.5未満、さらに好ましくは3.0未満の多分散性、および1から250のムーニー粘度(ML(1+4)125℃)を有する、高分子量ポリマーである。さらに好ましくは、このようなポリマーは、65から75パーセントのエチレン含量、0から6パーセントのジエン含量、および20から35パーセントのα−オレフィン含量を有する。
上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、そのポリマー構造に少なくとも1つの官能基を組み込むことによって、官能化することができる。例示的官能基としては、例えば、エチレン不飽和一および二官能性カルボン酸、エチレン不飽和一および二官能性カルボン酸無水物、それらの塩およびそれらのエステルを挙げることができる。このような官能基をエチレン/α−オレフィン共重合体にグラフトすることができ、またはそれをエチレンおよび任意の追加のコモノマーと共重合させて、エチレンと官能性コモノマーと場合によっては他のコモノマー(単数または複数)の共重合体を形成することができる。ポリエチレンに官能基をグラフトするための手段は、例えば、米国特許第4,762,890号、同第4,927,888号および同第4,950,541号に記載されており、これらの特許の開示は、それら全体が本明細書に参照により組み込まれる。1つの特に有用な官能基は、無水マレイン酸である。
前記官能性共重合体中に存在する官能基の量は様々であり得る。前記官能基は、一般に、少なくとも約1.0重量パーセント、好ましくは少なくとも約5重量パーセント、およびさらに好ましくは約7重量パーセントの量で、コポリマー型官能化共重合体中に存在し得る。前記官能基は、一般に、約40重量パーセント未満、好ましくは約30重量パーセント未満、およびさらに好ましくは約25重量パーセント未満の量で、コポリマー型官能化共重合体中に存在する。
ブロック指数に関するその他
ランダムコポリマーは、次の関係を満たす。P. J. Flory, Trans. Faraday Soc, 51, 848 (1955)参照(これは、その全体が本明細書に参照により組み込まれる)。
式1において、結晶化可能モノマーのモル分率、P、は、そのコポリマーの融点、T、および純粋な結晶化可能ホモポリマーの融点、T と関係づけられる。この式は、エチレンとオレフィンの様々な均一分岐コポリマーについて図8に示すような、ATREF溶出温度(°K)の逆数の関数としてのエチレンのモル分率の自然対数に関する関係に類似している。
図8に示すように、様々な均一分岐コポリマーについてのエチレンモル分率とATREFピーク溶出温度およびDSC融解温度との関係は、フローリーの式に類似している。同様に、小さな分子量効果を除き、ぼほすべてのランダムコポリマーおよびランダムコポリマーブレンドの分取TREF画分もこの線に入る。
フローリーによると、P、エチレンのモル分率が、あるエチレンユニットが別のエチレンユニットより前にあるまたは別のエチレンユニットの後に続くという条件付確率に等しい場合には、そのポリマーはランダムである。一方、任意の2つのエチレンユニットが逐次的に発生するという条件付確率が、Pより大きい場合には、そのコポリマーはブロックコポリマーである。前記条件付確率がPより小さい残りのケースは、交互コポリマーをもたらす。
ランダムコポリマー中のエチレンのモル分率によってエチレンセグメントの固有の分布が原則として決まり、そしてまた、その結晶化挙動は、所与の温度での最低平衡結晶厚に支配される。従って、本発明のブロックコポリマーのコポリマー融解温度およびTREF結晶化温度は、図8におけるランダム関係からの偏差の大きさに関係づけられ、そのような偏差は、所与のTREF画分の「ブロッキー」が、そのランダム等価コポリマー(またはランダム等価TREF画分)にどのように関係するかを定量化するための有用な方法となる。用語「ブロッキー」は、特定のポリマー画分またはポリマーが、重合したモノマーまたはコモノマーのブロックを含む程度を指す。1つは定温に対応し、1つはエチレンの一定モル分率に対応する、2つのランダム等価物がある。これらは、ブロック指数の定義を図解する図9に示すような直角三角形の辺を構成する。
図9において、点(T,P)は、分取TREF画分を表し、この場合、ATREF溶出温度、T、およびNMRエチレンモル分率、P、は、測定値である。ポリマー全体のエチレンモル分率、PABも、NMRによって測定する。「ハードセグメント」溶出温度およびモル分率、(T,P)は、概算することができ、でなければ、エチレンコポリマーについてはエチレンホモポリマーのものと設定することができる。TAB値は、測定したPABに基づいて計算されるランダムコポリマー等価ATREF溶出温度に対応する。測定したATREF溶出温度、Tから、対応するランダムエチレンモル分率、Pxoも計算することができる。ブロック指数の二乗は、(P,T)三角形の面積と(T,PAB)三角形の面積の比であると定義する。直角三角形は相似であるので、それらの面積比は、(T,PAB)からそのランダム線への距離と(T,P)からそのランダム線への距離の比の二乗でもある。加えて、直角三角形の相似は、対応する辺のいずれかの長さ比を面積の代わりに用いることができることを意味する。
最も完全なブロック分布は、点(T,PAB)での1つの溶出画分を有するポリマーの全体に対応することに留意しなければならない。そのようなポリマーは、「ハードセグメント」中にエチレンセグメント分布を保ちながらも利用可能なオクテンすべてを含有するからである(実施時にはおそらく、ソフトセグメント触媒によって生成されるものとほぼ同一である)。殆どの場合、「ソフトセグメント」は、ATREF(または分取TREF)において結晶化しない。
以下の実施例は、本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体の合成を説明するために提供するものである。ある既存のポリマーとの一定の比較を行う。
試験方法
後続の実施例では、次の分析技術を利用する。
サンプル1〜4およびA〜CのためのGPC法
熱針(160℃に設定)を装備した自動液体処理ロボットを使用して、30mg/mLの最終濃度をもたらすために十分な1,2,4−トリクロロベンゼン(300ppmのイオノール(Ionol)で安定させたもの)を、それぞれの乾燥ポリマーサンプルに添加する。小さなガラス攪拌棒をそれぞれの試験管の中に入れ、250rpmで回転する加熱したオービタルシェーカーを用いて、それらのサンプルを2時間、160℃に加熱する。その後、その自動液体処理ロボットおよび160℃に設定した熱針を使用して、それらの濃縮ポリマー溶液を1mg/mLに希釈する。
Symyx Rapid GPCシステムを使用して、それぞれのサンプルについての分子量データを決定する。2.0mL/分の流量に設定したGilson 350ポンプを使用して、1,2−ジクロロベンゼン(300ppmのイオノールで安定させヘリウムでパージしたもの)を移動相として、直列に配列し160℃に加熱した3本のPlgel 10マイクロメートル(μm)Mixed B 300mm×7.5mmカラムに通す。エバポレーターを250℃に設定し、ネブライザーを165℃に設定し、および窒素流量を60〜80psi(400〜600kPa)Nの圧力で1.8SLMに設定したPolymer Labs ELS 1000 Detectorを使用する。ポリマーサンプルを160℃に加熱し、前記液体処理ロボットおよび熱針を使用してそれぞれのサンプルを250μL ループに注入する。2つの切替ループを使用してインジェクションをオーバーラップさせてポリマーサンプルの逐次分析を用いる。Symyx Epoch(商標)ソフトウェアを使用して、サンプルデータを収集し、分析する。ピークを手作業で積分し、ポリスチレン標準検量線に対して補正せずに分子量情報を報告する。
標準CRYSTAF法
分岐分布は、スペイン、バレンシアのPolyerCharから市販されているCRYSTAF 200ユニットを使用して結晶化分析分別(CRYSTAF)により決定する。サンプルを1時間、160℃の1,2,4−トリクロロベンゼンに溶解し(0.66mg/mL)、95℃で45分間、安定させる。サンプル温度は、0.2℃/分の冷却速度で、95〜30℃の範囲にわたる。赤外線検出器を使用して、ポリマー溶液濃度を測定する。温度を下げながら、ポリマーが結晶化するにつれて累積可溶濃度を測定する。これらの累積プロフィールの解析的微分は、ポリマーの短鎖分岐分布を表す。
CRYSTAFピーク温度および面積を、CRYSTAF Software(バージョン2001.b、スペイン、バレンシアのPolymerChar)の中に含まれているピーク分析モジュールによって特定する。CRYSTAFピーク検出ルーチンは、ピーク温度をdW/dT曲線の最大値として特定し、そしてその微分曲線におけるその特定されたピークの両側の正の最大変曲間の面積を特定する。このCRYSTAF曲線を計算するために好ましい処理パラメータは、70℃の温度限界を有し、その温度限界より上では0.1の、およびその温度限界より下では0.3の平滑化パラメータを有するものである。
DSC標準法(サンプル1〜4およびA〜Cを除外する)
示差走査熱分析の結果は、RCS冷却補助装置およびオートサンプラーを装備したTAIモデルQ1000 DSCを使用して決定する。50ml/分の窒素パージガス流量を用いる。サンプルを薄膜にプレスし、そのプレスの中で約175℃で溶融し、その後、室温(25℃)に空冷する。その後、3〜10mgの材料を直径6mmのディスクに切断し、正確に計量し、軽いアルミニウムパン(約50mg)の中に入れ、その後、端を曲げて閉じる。次の温度プロフィールを用いてサンプルの熱挙動を調査する。サンプルを180℃に急速に加熱し、3分間等温で保持して、以前の熱履歴を一切除く。その後、サンプルを10℃/分の冷却速度で−40℃に冷却し、−40℃で3分間保持する。その後、サンプルを10℃/分の加熱速度で150℃に加熱する。その冷却および第二加熱曲線を記録する。
DSC融点は、−30℃と融解終点の間に引いた線形ベースラインに対する熱流量(W/g)の最大値として測定する。融解熱は、線形ベースラインを使用して−30℃と融解終点の間の溶融曲線の曲線下面積として測定する。
GPC法(サンプル1〜4およびA〜Cを除外する)
このゲル透過クロマトグラフィーシステムは、Polymer Laboratories Model PL−210装置またはPolymer Laboratories Model PL−220装置から成る。カラムおよびカルーセル区画を140℃で動作させる。3本のPolymer Laboratories 10マイクロメートル Mixed−Bカラムを使用する。溶媒は、1,2,4−トリクロロベンゼンである。サンプルは、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有する50ミリリットルの溶媒中0.1グラムのポリマーの濃度で調製する。2時間、160℃で軽度に攪拌することにより、サンプルを調製する。使用する注入量は、100マイクロリットルであり、流量は、1.0mL/分である。
GPCカラムセットの較正は、個々の分子量の間に少なくとも10の隔たりがある6つの「カクテル」混合物で準備された、580から8,400,000の範囲にわたる分子量を有する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う。これらの標準物質は、Polymer Laboratories(英国、シュロップシャー)から購入する。それらのポリスチレン標準物質を、1,000,000であるかそれより大きい分子量については50ミリリットルの溶媒中に0.025グラムで、および1,000,000未満の分子量については、50ミリリットルの溶媒中に0.05グラムで調製する。それらのポリスチレン標準物質を30分間、穏やかに攪拌しながら80℃で溶解する。狭い標準混合物を最初に実行し、そして分解を最小にするために最も高い分子量の成分から低いものへと順番に実行する。次の式(Williams and Ward, J Polym. Sci., Polym. Let., 6, 621 (1968)に記載されているような)を用いて、ポリエチレン標準物質ピーク分子量をポリエチレン分子量に変換する。Mポリエチレン=0.431(Mポリスチレン)。
ポリエチレン当量分子量計算は、Viscotek TriSEC ソフトウェア Version 3.0を使用して行う。
圧縮永久ひずみ
圧縮永久ひずみは、ASTM 395に従って測定する。3.2mm、2.0mmおよび0.25mmの厚さの25.4mmの直径の円形ディスクを12.7mmの総厚に達するまで積重ねることによって、サンプルを作製する。それらのディスクは、次の条件下でホットプレスを用いて成形した12.7cm×12.7cmの圧縮成形プラックから切断する。3分間、190℃でゼロ圧力、続いて2分間、190℃で86MPa、続いて、86MPaで冷水を流しながらそのプレスの内部を冷却する。
密度
密度測定用のサンプルは、ASTM D 1928に従って作製する。測定は、ASTM D792、方法Bを用いて、サンプルをプレスして1時間以内に行う。
曲げ/割線弾性率/貯蔵弾性率
ASTM D 1928を用いてサンプルを圧縮成形する。ASTM D−790に従って、曲げ弾性率および2パーセント割線弾性率を測定する。貯蔵弾性率は、ASTM D 5026−01または同等の技法に従って測定する。
光学特性
ホットプレス(Carver Model #4095−4PR1001R)を使用して、0.4mmの厚さのフィルムを圧縮成形する。それらのペレットをポリテトラフルオロエチレンシートの間に配置し、3分間、55psi(380kPa)で、続いて3分間、1.3MPa、その後、3分間、2.6MPa、190℃で加熱する。その後、そのフィルムを1.3MPaで1分間、そのプレスの中で冷水を流しながら冷却する。それらの圧縮成形フィルムを、光学測定、引張挙動、回復、および応力緩和のために使用する。
透明度は、ASTM D 1746において指定されているようにBYK Gardner Haze−gardを使用して測定する。
45°光沢は、ASTM D−2457において指定されているようにBYK Gardner Glossmeter Microgloss 45°を使用して測定する。
内部曇りは、ASTM D 1003手順Aに基づきBYK Gardner Haze−gardを使用して測定する。鉱物油をフィルム表面に塗布して、表面の掻ききずを除去する。
機械的特性−引張、ヒステリシス、および引裂
ASTM D 1708微小引張試験片を使用して、一軸引張における応力−伸び挙動を測定する。21℃で、500%/分でInstronを用いてサンプルを伸長する。引張強度および破断点伸びを5つの試験片の平均から報告する。
100%および300%ヒステリシスは、ASTM D 1708 微小引張試験片とInstron(商標)計器を使用して、100%および300%伸びまでの荷重サイクルから決定する。サンプルに、267%/分で3サイクル、21℃で荷重を負荷および除荷する。環境チャンバを使用して、300%および80℃でサイクル実験を行う。80℃実験では、サンプルを、試験前に45分間、試験温度で平衡させる。21℃、300%伸びみサイクル実験では、第一除荷サイクルからの150%伸びでの収縮応力を記録する。すべての実験について、荷重がベースラインに戻った時点での伸びを用いて、第一除荷サイクルからの回復率パーセントを計算する。回復率パーセントは、次のとおり定義する。
式中、εは、荷重サイクルのためにかかる伸びであり、εは、第一除荷サイクル中に荷重がベースラインに戻るところでの伸びである。
応力緩和は、環境チャンバを装備したInstron(商標)計器を使用して、50パーセント伸びおよび37℃で12時間測定する。このゲージの形状寸法は、76mm×25mm×0.4mmである。環境チャンバの中で45分間、37℃で平衡させた後、サンプルを333%/分で50%伸びに伸長した。応力を時間の関数として12時間、記録した。12時間後の応力緩和パーセントを、次の式を用いて計算した。
式中、Lは、時間0の50%伸びでの荷重であり、L12は、12時間後の50パーセント伸びでの荷重である。
Instron(商標)計器を使用して、0.88g/cc以下の密度を有するサンプルで、切込みあり引張引裂実験を行う。この形状寸法は、試験片の長さの半分のところに2mmの切込みが入っている、76mm×13mm×0.4mmのゲージ切片から成る。そのサンプルを、21℃で破断するまで508mm/分で伸長する。最大荷重での伸びまでの応力−伸度曲線の曲線下面積として、引裂エネルギーを計算する。少なくとも3つの試験片の平均値を報告する。
TMA
熱機械分析(侵入温度)は、5分間、180℃および10MPaの成形圧で成形し、その後、風冷した、30mmの直径×3.3mmの厚さの圧縮成形ディスクを用いてを行う。使用した計器は、TMA 7(Perkin−Elmerから入手できる商品)である。試験の際、1.5mmの半径の先端を有する探針(P/N N519−0416)を1Nの力でサンプルディスクの表面にあてる。温度を25℃から5℃/分で上昇させる。探針侵入距離を温度の関数として測定する。探針がサンプル中に1mm侵入したとき、実験は終わる。
DMA
動的機械的分析(DMA)は、180℃のホットプレスで5分間、10MPaの圧力で形成し、その後、そのプレスの中で90℃/分で冷却した、圧縮成形ディスクを用いて測定する。試験は、捩り試験用の二重片持ちはり固定具を装備したARES制御伸びレオメーター(TA instruements)を使用して行う。
1.5mmのプラックをプレスし、寸法32×12mmの棒に切断する。そのサンプルの両末端を、10mm離した(グリップ離隔距離ΔL)固定具の間にクランプで留め、−100℃から200℃の一連の温度ステップ(1ステップにつき5℃)に付す。それぞれの温度で、10ラジアン/秒の角周波数で、捩り弾性率G’を測定する。確実に、トルクが十分であり、測定値が直線状態を保つように、伸び振幅を0.1パーセントと4パーセントの間で維持する。
10gの初期静的力を維持して(自動引張モード)、熱膨張が発生したときのサンプルのたるみを防止する。結果として、グリップ離隔距離 ΔLは、特にポリマーサンプルの融点または軟化点より上では、温度に伴って増す。この試験は、最大温度で、または固定具間の隔たりが65mmに達すると、終了する。
メルトインデックス
メルトインデックス、すなわちIは、ASTM D 1238、条件190℃/2.16kgに従って測定する。メルトインデックス、すなわちI10も、ASTM D 1238、条件190℃/10kgに従って測定する。
ATREF
分析的昇温溶出分別(ATREF)分析は、米国特許第4,798,081号およびWilde, L.; Ryle, T.R.; Knobeloch, D. C.,; Peat, I.R.; Determination of Branching Distributions in Polyethylene and Ethylene Copolymers, J. Polym. Sci., 20, 441-455 (1982)(これらは、それら全体が本明細書に参照により組み込まれる)に記載されている方法に従って行われる。分析すべき組成物をトリクロロベンゼンに溶解し、不活性支持体(ステンレス鋼ショット)が入っているカラムの中で、その温度を0.1℃/分の冷却速度で20℃にゆっくりと低下させることによって結晶化させる。このカラムは、赤外線検出器を装備している。その後、溶出溶媒(トリクロロベンゼン)の温度を1.5℃/分の速度で20℃から120℃にゆっくりと上昇させることによりそのカラムから結晶化したポリマーサンプルを溶出させることによって、ATREFクロマトグラム曲線を作成する。
13C NMR分析
約3gのテトラクロロエタン−d/オルトジクロロベンゼンの50/50混合物を、10mm NMR管の中の0.4gのサンプルに添加することによって、サンプルを調製する。その管およびその内容物を150℃に加熱することによって、それらのサンプルを溶解し、均質化する。JEOL Eclipse(商標)400MHz分光計またはVarian Unity Plus(商標)400MHz分光計を使用して、100.5MHzの13C 共鳴振動数に対応するデータを収集する。6秒のパルス繰り返し時間遅れで、1データファイルにつき4000の過渡信号を用いて、データを獲得する。定量分析のため最小の信号対雑音を達成するために、多数のデータファイルを合計する。スペクトル幅は、25,000Hzであり、最小ファイルサイズは32Kデータポイントである。サンプルを130℃で、10mmの広帯域プローブで分析する。コモノマー組み込みは、Randallのトライアッド法(Randall, J.C.; JMS-Rev. Macromol. Chem. Phys., C29, 201-317 (1989)(これは、その全体が本明細書に参照により組み込まれる))を用いて決定する。
TREFによるポリマー分画
4時間、160℃で攪拌することにより、2リットルの1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)に15〜20gのポリマーを溶解することによって、大規模TREF分画を行う。そのポリマー溶液を、30〜40メッシュ(600〜425μm)の球形の工業品質のガラスビーズ(Potters Industries,HC 30 Box 20,Brownwood,Tx,76801から入手できる)およびステンレス鋼、0.028’’(0.7mm)の直径のカットワイヤーショット(Pellets,Inc.63 Industrial Drive,North Tonawanda,NY,14120から入手できる)の60:40(v/v)混合物を充填した3インチ×4フィート(7.6cm×12cm)スチールカラムに、15psi(100kPa)窒素によって押し通す。そのカラムを、160℃に初期設定した熱制御オイルジャケットに浸漬する。そのカラムを、先ず、125℃に急冷し、その後、毎分0.04℃でゆっくりと20℃に冷却し、1時間保持する。温度を毎分0.167℃で上昇させながら、新たなTCBを約65mL/分で導入する。
その分取TREFカラムから約2000mL分の溶出液を16のステーション(加熱したフラクションコレクター)に回収する。ロータリーエバポレーターを使用して、約50から100mLのポリマー溶液が残るまでそれぞれの画分中のポリマーを濃縮する。それらの濃縮溶液を一晩放置した後、過剰なメタノールを添加し、濾過し、すすぐ(最終すすぎ液を含めて、約300〜500mLのメタノール)。この濾過段階は、5.0μmのポリテトラフルオロエチレン被覆濾紙を使用する3ッ口の真空利用型濾過ステーション(Osmonics Inc.,Cat#Z50WP04750)を用いて行う。濾過画分を60℃の真空オーブンの中で一晩乾燥させ、さらなる試験の前に化学てんびんで計量する。
触媒
用語「一晩」は、用いられている場合には、およそ16〜18時間を指し、用語「室温」は、20〜25℃を指し、および用語「混合アルカン」は、ExxonMobile Chemical Companyから商品呼称Isopar E(登録商標)で入手できる市販のC6〜9脂肪族炭化水素混合物を指す。本明細書における化合物名が、その構造図と一致しない場合、その構造図が支配するものとする。すべての金属錯体の合成およびすべてのスクリーニング実験の準備は、ドライボックス技術を用いて乾燥窒素雰囲気で行った。使用したすべての溶媒は、HPLC品質であり、それらを使用する前に乾燥させた。
MMAOは、改質メチルアルモキサン、Akzo−Noble Corporationから市販されているトリイソブチルアルミニウム改質メチルアルモキサンを指す。
触媒(B1)の調製は、次のとおり行う。
a)(1−メチルエチル)(2−ヒドロキシ−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)メチルイミンの調製
3,5−ジ−t−ブチルサリチルアルデヒド(3.00g)を10mLのイソプロピルアミンに添加する。その溶液は、急速に明黄色に変わる。周囲温度で3時間攪拌した後、真空下で揮発成分を除去して、明黄色の結晶質固体を得る(97パーセントの収率)。
b)1,2−ビス−(3,5−ジ−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(1−メチルエチル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジルの調製
5mLトルエン中の(1−メチルエチル)(2−ヒドロキシ−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミン(605mg、2.2mmol)の溶液を、50mLトルエン中のZr(CHPh)(500mg、1.1mmol)の溶液にゆっくりと添加する。得られた暗黄色の溶液を30分間攪拌する。減圧下で溶媒を除去して、所望の生成物を赤褐色の固体として得る。
触媒(B2)の調製は、次のとおり行う。
a)(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)(2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミンの調製
2−メチルシクロヘキシルアミン(8.44mL、64.0mmol)をメタノール(90mL)に溶解し、ジ−t−ブチルサリチルアルデヒド(di-t-butylsalicaldehyde)(10.00g、42.67mmol)を添加する。その反応混合物を3時間攪拌し、その後、12時間、−25℃に冷却する。得られた黄色固体沈殿を濾過によって回収し、冷メタノール(2×15mL)で洗浄し、その後、減圧下で乾燥させる。収量は、黄色固体の11.17gである。H NMRは、異性体の混合物としての所望の生成物と一致する。
b)ビス−(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)(2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミノ)ジルコニウムジベンジルの調製
200mLトルエン中の(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)(2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミン(7.63g、23.2mmol)の溶液を、600mLトルエン中のZr(CHPh)(5.28g、11.6mmol)の溶液にゆっくりと添加する。得られた暗黄色の溶液を1時間、25℃で攪拌する。その溶液を680mLトルエンでさらに希釈して、0.00783Mの濃度を有する溶液を得る。
触媒1 実質的に、米国特許第5,919,9883号、実施例2に開示されているように、長鎖トリアルキルアミン(Akzo−Nobel,Inc.から入手できる、Armeen(商標)M2HT)、HClおよびLi[B(C]の反応によって調製した、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラートのメチルジ(C14〜18アルキル)アンモニウム塩の混合物(本明細書では、以後、アルメーニウムボラート(armeenium borate)と呼ぶ)。
共触媒2 米国特許第6,395,671号、実施例16に従って調製した、ビス(トリス(ペンタフルオロフェニル)−アルマン)−2−ウンデシルイミダゾリドの混合C14〜18アルキルジメチルアンモニウム塩。
可逆的移動剤 利用した可逆的移動剤としては、ジエチル亜鉛(DEZ、SA1)、ジ(i−ブチル)亜鉛(SA2)、ジ(n−ヘキシル)亜鉛(SA3)、トリエチルアルミニウム(TEA、SA4)、トリオクチルアルミニウム(SA5)、トリエチルガリウム(SA6)、i−ブチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキサン)(SA7)、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(トリメチルシリル)アミド)(SA8)、n−オクチルアルミニウムジ(ピリジン−2−メトキシド)(SA9)、ビス(n−オクタデシル)i−ブチルアルミニウム(SA10)、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(n−ペンチル)アミド)(SA11)、n−オクチルアルミニウムビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシド)(SA12)、n−オクチルアルミニウムジ(エチル(1−ナフチル)アミド)(SA13)、エチルアルミニウムビス(t−ブチルジメチルシロキシド)(SA14)、エチルアルミニウムジ(ビス(トリメチルシリル)アミド)(SA15)、エチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)(SA16)、n−オクチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)(SA17)、n−オクチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキシド(SA18)、エチル亜鉛(2,6−ジフェニルフェノキシド)(SA19)、およびエチル亜鉛(t−ブトキシド)(SA20)が挙げられる。
[実施例1〜4、比較例A〜C]
一般的なハイスループット並列重合条件
Symyx Technologies,Inc.から入手できるハイスループット、並列式重合反応装置(PPR)を使用し、実質的に米国特許第6,248,540号、同第6,030,917号、同第6,362,309号、同第6,306,658号および同第6,316,663号に従って動作させることにより、重合を行う。エチレン共重合は、エチレンを用い、使用する全触媒に対して1.2当量の共触媒1(MMAOが存在するときには1.1当量)を要求に応じて使用して、130℃および200psi(1.4MPa)で行う。一連の重合は、事前に計量したガラス管が取り付けられている48の個々の反応セルを6×8配列で備えている並列式耐圧反応装置(PPR)で行う。それぞれの反応セルの動作容積は、6000μLである。個々の攪拌パドルによって攪拌を規定することで、それぞれのセルを温度および圧力制御する。モノマーガスおよび急冷ガスは、ポンプで直接そのPPRユニットに送り、自動弁によって制御する。液体試薬は、シリンジによってそれぞれの反応装置セルにロボット操作で添加し、リザーバ溶媒は混合アルカンである。添加の順序は、混合アルカン溶媒(4mL)、エチレン、1−オクテンコモノマー(1mL)、触媒1または共触媒1/MMAO混合物、可逆的移動剤、そして触媒または触媒混合物である。共触媒1とMMAOの混合物、または2つの触媒の混合物を使用する場合、反応装置に添加する直前にそれらの試薬を小さなバイアルの中で予備混合する。ある試薬をある実験において省く場合、他の点では上の添加順序を維持する。所定のエチレン消費量に達するまで、およそ1〜2分間、重合を行う。COで急冷した後、反応装置を冷却し、ガラス管を取り出す。それらの管を遠心器/真空乾燥ユニットに移し、12時間、60℃で乾燥させる。乾燥されたポリマーが入っているそれらの管を計量し、この重量と風袋重量の差によってポリマーの純収量を得る。結果を表1に含まれている。表1および本出願の他の箇所において、比較化合物はアスタリスク()によって指摘する。
実施例1〜4は、本発明の一部の実施形態による線状ブロックコポリマーの合成を実証するものであり、これは、DEZが存在するときには非常に狭いMWDで本質的に単頂性のコポリマーの形成、およびDEZが不在の場合には二頂性の広い分子量分布の生成物(別々に製造されたポリマーの混合物)の形成によって証明される。触媒(A1)は、触媒(B1)より多くのオクテンを組み込むことがわかっているため、本発明の結果として生ずるコポリマーの異なるブロックまたはセグメントは、分岐または密度に基づいて区別することができる。
本発明の一定の実施形態に従って製造されたポリマーは、可逆的移動剤が不在の状態で作製されたポリマーより比較的狭い多分散性(Mw/Mn)および大きいブロックコポリマー含量(トリマー、テトラマー、またはそれより大きいもの)を有することがわかる。
図を参照することにより、表1のポリマーについてのさらなる特徴データを見つける。より具体的には、DSCおよびATREFの結果は、次のことを示す。
実施例1のポリマーについてのDSC曲線は、115.7℃の融点(Tm)と158.1J/gの融解熱を示す。対応するCRYSTAF曲線は、34.5℃での最高ピークと、52.9パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafの差は、81.2℃である。
実施例2のポリマーについてのDSC曲線は、109.7℃の融点(Tm)と214.0J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、46.2℃での最高ピークと、57.0パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafの差は、63.5℃である。
実施例3のポリマーについてのDSC曲線は、120.7℃の融点(Tm)と160.1J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、66.1℃での最高ピークと、71.8パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafの差は、54.6℃である。
実施例4のポリマーについてのDSC曲線は、104.5℃の融点(Tm)と170.7J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃での最高ピークと、18.2パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafの差は、74.5℃である。
比較AについてのDSC曲線は、90.0℃の融点(Tm)と86.7J/gの融解熱を示す。対応するCRYSTAF曲線は、48.5℃での最高ピークと、29.4パーセントのピーク面積を示す。これら両方の値が、密度の低い樹脂と一致する。DSCのTmとTcrystafの差は、41.8℃である。
比較BについてのDSC曲線は、129.8℃の融点(Tm)と237.0J/gの融解熱を示す。対応するCRYSTAF曲線は、82.4℃での最高ピークと、83.7パーセントのピーク面積を示す。これら両方の値が、密度の高い樹脂と一致する。DSCのTmとTcrystafの差は、47.4℃である。
比較CについてのDSC曲線は、125.3℃の融点(Tm)と143.0J/gの融解熱を示す。対応するCRYSTAF曲線は、81.8℃での最高ピークと34.7パーセントのピーク面積、ならびに52.4℃のより低い結晶温度を示す。これら2つのピークの間の隔たりは、高結晶性ポリマーと低結晶性ポリマーの存在と一致する。DSCのTmとTcrystafの差は、43.5℃である。
[実施例5〜19、比較D〜F]
連続溶液重合、触媒A1/B2+DEZ
内部攪拌機を装備したコンピュータ制御オートクレーブ反応装置において、連続溶液重合を行う。温度制御用ジャケットおよび内部熱電対を装備した3.8L反応装置に、精製混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手できるIspar(商標)E)、エチレン(2.70 lbs/時(1.22kg/時)で)、1−オクテン、および(使用する場合には)水素を供給する。この反応装置への溶媒供給量をマスフローコントローラーによって測定する。変速ダイヤフラムポンプによって、反応装置への溶媒流量および圧力を制御する。そのポンプの吐出し時に側流をとって、触媒および共触媒1注入ラインならびに反応装置攪拌機にフラッシュフローをもたらす。これらのフローは、Micro−Motionマスフローメーターによって測定し、ならびに制御弁によって、またはニードル弁の手動調整によって制御する。残りの溶媒を1−オクテン、エチレンおよび(使用する場合には)水素と併せ、反応装置に供給する。必要に応じて、マスフローコントローラーを使用して反応装置に水素を供給する。溶媒/モノマー溶液の温度は、反応装置に入る前に熱交換器を使用して制御する。この流れが反応装置の底部に入る。ポンプおよびマスフローメーターを使用して触媒成分溶液を計量し、触媒フラッシュ溶媒と併せ、反応装置の底部に導入する。その反応装置を満液で、激しく攪拌しながら500psig(3.45MPa)で作動させる。反応装置の頂部にある出口ラインを通して生成物を取り出す。この反応装置からのすべての出口ラインは、蒸気トレースおよび絶縁が施されている。少量の水を任意の安定剤または他の添加剤と共に出口ラインに添加することによって重合を停止させ、その混合物をスタティックミキサーに通す。その後、生成物流を熱交換器に通すことによって加熱した後、脱揮する(devolatilization)。脱揮押出機および水冷ペレタイザーを使用する押出しによって、そのポリマー生成物を回収する。プロセスの詳細および結果を表2に含まれている。選択したポリマー特性を表3に与える。
結果として生じたポリマーを、前の実施例と同様にDSCおよびATREFによって検査する。結果は、次のとおりである;
実施例5のポリマーについてのDSC曲線は、119.6℃の融点(Tm)と60.0J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、47.6℃での最高ピークと、59.5パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、72.0℃である。
実施例6のポリマーについてのDSC曲線は、115.2℃の融点(Tm)と60.4J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、44.2℃での最高ピークと、62.7パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、71.0℃である。
実施例7のポリマーについてのDSC曲線は、121.3℃の融点(Tm)と69.1J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、49.2℃での最高ピークと、29.4パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、72.1℃である。
実施例8のポリマーについてのDSC曲線は、123.5℃の融点(Tm)と67.9J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、80.1℃での最高ピークと、12.7パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、43.4℃である。
実施例9のポリマーについてのDSC曲線は、124.6℃の融点(Tm)と73.5J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、80.8℃での最高ピークと、16.0パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、43.8℃である。
実施例10のポリマーについてのDSC曲線は、115.6℃の融点(Tm)と60.7J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、40.9℃での最高ピークと、52.4パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、74.7℃である。
実施例11のポリマーについてのDSC曲線は、113.6℃の融点(Tm)と70.4J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、39.6℃での最高ピークと、25.2パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、74.1℃である。
実施例12のポリマーについてのDSC曲線は、113.2℃の融点(Tm)と48.9J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃であるまたはそれより高いピークを示さない(従って、さらなる計算のために、Tcrystafを30℃に設定する)。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、83.2℃である。
実施例13のポリマーについてのDSC曲線は、114.4℃の融点(Tm)と49.4J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、33.8℃での最高ピークと、7.7パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、84.4℃である。
実施例14のポリマーについてのDSCは、120.8℃の融点(Tm)と127.9J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、72.9℃での最高ピークと、92.2パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、47.9℃である。
実施例15のポリマーについてのDSC曲線は、114.3℃の融点(Tm)と36.2J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、32.3℃での最高ピークと、9.8パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、82.0℃である。
実施例16のポリマーについてのDSC曲線は、116.6℃の融点(Tm)と44.9J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、48.0℃での最高ピークと、65.0パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、68.6℃である。
実施例17のポリマーについてのDSC曲線は、116.0℃の融点(Tm)と47.0J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、43.1℃での最高ピークと、56.8パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、72.9℃である。
実施例18のポリマーについてのDSC曲線は、120.5℃の融点(Tm)と141.8J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、70.0℃での最高ピークと、94.0パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、50.5℃である。
実施例19のポリマーについてのDSC曲線は、124.8℃の融点(Tm)と174.8J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、79.9℃での最高ピークと、87.9パーセントのピーク面積を示す。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、45.0℃である。
比較DのポリマーについてのDSC曲線は、37.3℃の融点(Tm)と31.6J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃であるまたはそれより高いピークを示さない。これら両方の値は、密度の低い樹脂と一致する。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、7.3℃である。
比較EのポリマーについてのDSC曲線は、124.0℃の融点(Tm)と179.3J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、79.3℃での最高ピークと、94.6パーセントのピーク面積を示す。これら両方の値は、密度の高い樹脂と一致する。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、44.6℃である。
比較FのポリマーについてのDSC曲線は、124.8℃の融点(Tm)と90.4J/gの融解熱を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、77.6℃での最高ピークと、19.5パーセントのピーク面積を示す。これら2つのピーク間の隔たりは、高結晶性ポリマーと低結晶性ポリマーの両方の存在と一致する。DSCのTmとTcrystafとのデルタは、47.2℃である。
物理的特性の試験
ポリマーサンプルを、物理的特性、例えば、耐温特性(例えば、TMA温度試験によって証明される)、ペレットブロッキング強度、高温回復率、高温圧縮永久ひずみおよび貯蔵弾性率比、G’(25℃)/G’(100℃)について評価する。いくつかの市販のポリマーを試験に含める。比較Gは、実質的に線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(The Dow Chemical Companyから入手できる、AFFINITY(登録商標))であり、比較Hは、弾性で実質的に線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(The Dow Chemical Companyから入手できる、AFFINITY(登録商標)EG8100)であり、比較Iは、実質的に線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(The Dow Chemical Companyから入手できる、AFFINITY(登録商標)PL1840)であり、比較Jは、水素化スチレン/ブタジエン/スチレントリブロックコポリマー(KRATON Polymer LLCから入手できる、Kraton(商標)G1652)であり、比較Kは、熱可塑性加硫ゴム(TPV(中に分散された架橋エラストマーを含有するポリオレフィンブレンド))である。結果を表4に提示する。
表4において、比較F(これは、触媒A1およびB1を使用する同時重合の結果として得られた2つのポリマーの物理的ブレンドである)は、約70℃の1mm針入温度を有し、一方、実施例5〜9は、100℃またはそれより高い1mm針入温度を有する。さらに、実施例10〜19は、すべて、85℃より高い1mm針入温度を有し、大部分が、90℃より高い、またはさらに100℃より高い1mmTMA温度を有する。これは、本新規ポリマーが、物理的ブレンドに比べて高い温度で良好な寸法安定性を有することを示している。比較J(市販のSEBS)は、約107℃の良好な1mm TMA温度を有するが、約100%の非常に劣った(高温 70℃)圧縮永久ひずみを有し、およびまた、高温(80℃)300パーセント伸び回復中に回復に失敗する(サンプルが破断する)。このように、例示ポリマーは、一部の市販の高性能熱可塑性エラストマーにおいてでさえ得ることができない特性の独特の組み合わせを有する。
同様に、表4は、本発明のポリマーについては6以下の低い(良好な)貯蔵弾性率比、G’(25℃)/G’(100℃)を示しているが、物理的ブレンド(比較F)は、9の貯蔵弾性率を有し、同様の密度のランダムエチレン/オクテンコポリマー(比較G)は、一桁大きい貯蔵弾性密度比(89)を有する。ポリマーの貯蔵弾性率比は、できる限り1に近いことが望ましい。そのようなポリマーは、比較的温度の影響を受けず、そのようなポリマーから製造した二次加工品は、広い温度範囲にわたって有用に利用することができる。低い貯蔵弾性率比および温度非依存性のこの特徴は、エラストマー用途において、例えば感圧接着剤配合物において、特に有用である。
表4におけるデータは、本発明のポリマーが改善されたペレットブロッキング強度を有することも明示している。詳細には、実施例5は、0MPaのペレットブロッキング強度を有し、このことは、その実施例5が、相当なブロッキングを示す比較FおよびGに比べて、試験条件下で易流動性であることを意味する。大きなブロッキング強度を有するポリマーの嵩積輸送は、保管または輸送時に製品どうしの凝集または粘着を生じさせ、その結果、劣った取扱適性を生じさせることがあるので、ブロッキング強度は重要である。
本発明のポリマーの高温(70℃)圧縮永久ひずみは一般に良好であり、これは、一般に約80パーセント未満、好ましくは約70パーセント未満、特に約60パーセント未満を意味する。対照的に、比較F、G、HおよびJは、すべて、100パーセント(回復しないことを示す、最大可能値)の70℃圧縮永久ひずみを有する。特に、ガスケット、窓用形材、Oリングなどのような用途には、良好な高温圧縮永久ひずみ(低い数値)が必要とされる。
表5は、新規ポリマーについての機械的特性についての結果、ならびに周囲温度での様々な比較ポリマーについての結果を示すものである。本発明のポリマーは、ISO 4649に従って試験したとき、一般に約90mm未満、好ましくは約80mm未満、および特に約50mm未満の減容を示す、非常に良好な耐摩耗性を有することがわかる。この試験では、数値が高くなるほど、減容が大きく、従って、耐摩耗性が低いことを示す。
切込みあり引張引裂強度によって測定した場合の本発明のポリマーの引裂強度は、表5に示すように、一般に1000mJまたはそれ以上である。本発明のポリマーの引裂強度は、3000mJほども高いことがあり、5000mJほども高いことさえある。比較ポリマーは、一般に、750mJ以下の引裂強度を有する。
表5は、本発明のポリマーが、一部の比較サンプルより良好な、150パーセント伸びでの収縮応力を有すること(これは、より高い収縮応力値によって実証される)も示している。比較例F、GおよびHは、400kPaまたはそれ以下の150パーセント伸びでの収縮応力値を有し、一方、本発明のポリマーは、500kPa(実施例11)から約1100kPa(実施例17)ほども高い150パーセント伸びでの収縮応力値を有する。150より高いパーセント収縮応力値を有するポリマーは、弾性用途、例えば、弾性繊維および布、特に不織布にとても有用である。他の用途としては、おむつ、衛生用品、および医療用衣服のウエストバンド用途、例えばタブおよびゴムバンド、が挙げられる。
表5は、本発明のポリマーについては、例えば比較例Gに比べて、(50パーセント伸びでの)応力緩和も改善される(低い)ことも示している。より低い応力緩和は、体温で長時間にわたって弾性特性を保持することが望まれるおむつおよび他の衣服などの用途において、そのポリマーがその力をより良好に保つことを意味する。
光学試験
表6に報告した光学特性は、実質的に延伸されてしていない圧縮成形フィルムに基づくものである。ポリマーの光学特性は、重合に利用する可逆的連鎖移動剤の量の変化の結果として生ずる結晶サイズのバリエーションため、広範にわたって変えることができる。
マルチブロックコポリマーの抽出
実施例5、7および比較Eのポリマーの抽出研究を行う。これらの実験では、ポリマーサンプルを量り取りガラス材料の円筒抽出塔(glass fritted extraction thimble)に入れ、Kumagawa型抽出装置に取り付ける。そのサンプルを伴う抽出装置を窒素でパージし、500mL丸底フラスコに350mLのジエチルエーテルを充填する。その後、そのフラスコを前記抽出装置に取り付ける。攪拌しながらそのエーテルを加熱する。エーテルが円筒抽出塔に凝集し始める時間を記録し、24時間、窒素下で抽出を進行させる。この(24時間の)時点で加熱を停止し、溶液を放置して冷却する。抽出装置内に残っている一切のエーテルをフラスコに戻す。フラスコ中のエーテルを減圧下、周囲温度で蒸発させ、結果として生じた固体を窒素でパージして乾燥させる。ヘキサンでの一連の洗浄を用いて、一切の残留物を計量済みのびんに移す。その後、併せたヘキサン洗液を新たな窒素パージによって蒸発させ、残留物を真空下で一晩、40℃で乾燥させる。抽出装置内の一切の残留エーテルを窒素でパージして乾燥させる。
その後、350mLのヘキサンを充填した第二の清浄な丸底フラスコをその抽出装置に接続する。攪拌しながらヘキサンを加熱して還流させ、ヘキサンの円筒抽出塔への凝集に最初に気づいてから24時間、還流状態を持続させる。その後、加熱を停止し、フラスコを放置して冷却する。抽出装置内に残っている一切のヘキサンをフラスコに戻す。減圧下、周囲温度で蒸発させることによってヘキサンを除去し、フラスコに残っている一切の残留物を、一連のへキサン洗浄を用いて、計量済みのびんに移す。フラスコの中のヘキサンを窒素パージによって蒸発させ、残留物を一晩、40℃で真空乾燥させる。
抽出後に円筒抽出塔中に残存するポリマーサンプルをその円筒抽出塔から計量済みのびんに移し、一晩、40℃で真空乾燥させる。結果は、表7に含まれている。
追加のポリマー実施例19A〜J、連続溶液重合、触媒A1/B2+DEZ
実施例19A−Iについて
コンピュータ制御完全混合反応装置(computer controlled well-mixed reactor)において連続溶液重合を行う。精製混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手できるIsopar(商標)E)、エチレン、1−オクテンおよび(使用する場合には)水素を併せ、27ガロン反応装置に供給する。反応装置への供給量は、マスフローコントローラーによって測定する。供給流の温度は、その反応装置に入る前にグリコール冷却式熱交換器の使用により制御する。触媒成分溶液は、ポンプおよびマスフローメーターを使用して測定する。その反応装置を満液で、およそ550psigの圧力で動作させる。反応装置を出次第、そのポリマー溶液に水および添加剤を注入する。その水が、触媒を加水分解し、重合反応を停止させる。その後、二段階脱揮の準備で、後反応装置溶液を加熱する。溶媒および未反応モノマーは、その脱揮プロセス中に除去される。ポリマー溶融物をポンプで水中ペレット切断用のダイに送る。
実施例19Jについて
内部攪拌機を装備したコンピュータ制御オートクレーブ反応装置において連続溶液重合を行う。精製混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手できるIsopar(商標)E)、エチレン(2.70 lbs/時(1.22kg/時)で)、1−オクテン、および(使用する場合には)水素を、温度制御用ジャケットおよび内部熱電対を装備した3.8L反応装置に供給する。反応装置への溶媒供給量は、マスフローコントローラーによって測定する。変速ダイアフラムポンプによって、反応装置への溶媒流量および圧力を制御する。そのポンプの吐出し時に、側流をとって、触媒および共触媒注入ラインおよび反応装置攪拌機にフラッシュフローをもたらす。これらのフローは、Mico−Motionマスフローメーターによって測定し、また、制御弁によってまたはニードル弁の手動調整によって制御する。残りの溶媒を1−オクテン、エチレンおよび(使用する場合には)水素と併せ、反応装置に供給する。必要に応じて、マスフローコントローラーを使用して反応装置に水素を供給する。溶媒/モノマー溶液の温度は、反応装置に入る前に熱交換器の使用により制御する。この流れが、反応装置の底部に入る。ポンプおよびマスフローメーターを使用して触媒成分溶液を計量し、触媒フラッシュ溶媒と併せ、反応装置の底部に導入する。その反応装置を、満液で、激しく攪拌しながら、500psig(3.45MPa)で動作させる。生成物は、反応装置の頂部にある出口ラインを通して取り出す。その反応装置からのすべての出口ラインは、蒸気トレースおよび絶縁が施されている。少量の水を任意の安定剤または他の添加剤と共にその出口ラインに添加し、その混合物をスタティックミキサーに通すことによって、重合を停止させる。その後、その生成物流を熱交換器に通すことによって加熱した後、脱揮する。脱揮押出機および水冷式ペレタイザーを使用する押出しによって、ポリマー生成物を回収する。
プロセスの詳細および結果は表8に含まれている。選択したポリマーの特性を表9A〜Bに提供する。
表9Bにおいて、本発明の実施例19Fおよび19Gは、500%伸長後、約65〜70%の低い直後ひずみを示す。
繊維および製品
ステープルファイバー、スパンボンド繊維またはメルトブロー繊維(例えば、米国特許第4,340,563号、同第4,663,220号、同第4,668,566号または同第4,322,027号に開示されているシステムを使用)およびゲル紡糸繊維(例えば、米国特許第4,413,110号に開示されているシステム)をはじめとする、様々なホモフィル繊維を本発明のブロック共重合体(本発明では、以後、「コポリマー(単数または複数)とも呼ぶ)から製造することができる。ステープルファイバーは、さらに延伸することなく、直接、最終繊維直径に溶融紡糸することができ、またはより大きな直径に溶融紡糸し、その後、従来の繊維延伸技術を用いて所望の直径に熱延伸もしくは冷延伸することができる。
本発明の一部の実施形態のブロックコポリマーから複合繊維を製造することもできる。このような複合繊維は、その繊維の少なくとも一部分に本発明のブロック共重合体を有する。例えば、鞘/芯型複合繊維(すなわち、その鞘がその芯を同心円状に包囲しているもの)において、前記ブロック共重合体を有する本発明のブレンドが、その鞘の中にある場合もあり、その芯の中にある場合もある。典型的におよび好ましくは、本コポリマーブレンドは、複合繊維の鞘成分であるが、それが芯成分である場合には、その鞘成分は、その芯の架橋を妨げないようなものでなければならない。すなわち、その鞘成分は、芯ポリマーを実質的に架橋させるために十分なUV線がそれを通り抜けることができるように、UV線に対して透明または半透明である。異なるコポリマーを同じ繊維の中の鞘および芯として独立して使用することもでき、好ましくは、両方の成分が弾性である場合、特に、その鞘成分が、その芯成分より低い融点を有する場合、それができる。他のタイプの複合繊維も本発明の範囲内であり、そうした繊維としては、サイドバイサイド・コンジュゲート繊維(例えば、分離したポリマー領域を有する繊維であって、その繊維の表面の少なくとも一部分を本発明のブロック共重合体が構成する繊維)のような構造が挙げられる。
本繊維の形状は限定されない。例えば、代表的な繊維は、円形断面形状を有するが、時として、繊維は、異なる形状、例えば、三葉形状または扁平(すなわち、「リボン」のような)形状を有する。本明細書に開示する繊維は、繊維の形状による制限を受けない。
繊維直径は、様々なやり方で測定し、報告することができる。一般に、繊維直径は、単糸デニールで測定される。デニールは、9000mの繊維長あたりのその繊維のグラム数として定義される紡織繊維用語である。モノフィラメントは、一般に、15より大きい、通常は30より大きい単糸デニールを有する押出成形されたストランドを指す。細繊度繊維は、一般に、約15またはそれ以下のデニールを有する繊維を指す。極細繊度繊維(別名、マイクロファイバー)は、一般に、約100マイクロメートル以下の直径を有する繊維を指す。本発明の一部の実施形態の繊維については、その繊維の弾性にほとんど影響を及ぼさずに、その直径を広範に変えることができる。しかし、繊維のデニールは、完成品の性能に適するように調整することができ、従って、好ましくは、メルトブロー繊維については約0.5から約30デニール/単糸、スパンボンド繊維については約1から約30デニール/単糸、および連続巻取フィラメントについては約1から約20,000デニール/単糸である。それにもかかわらず、好ましくは、そのデニールは、40より大きく、さらに好ましくは55であるかそれより大きく、および最も好ましくは65であるかそれより大きい。これらの好みは、耐久性がある服飾品には約40より大きいデニールを有する繊維が一般に用いられているという事実に起因する。
弾性コポリマーは、弾性フィルム、コーティング、シート、ストリップ、テープ、リボンなどに成形または二次加工することもできる。このような弾性フィルム、コーティングおよびシートは、ブローンバブルプロセス(例えば、単純バブルならびに二軸延伸技術、例えば、インフレーション、ダブルバブルおよびテンターフレーミング)、キャスト押出、射出成形プロセス、熱成形プロセス、押出コーティングプロセス、異形押出、およびシート押出プロセスをはじめとする当分野では公知の任意の方法によって、二次加工することができる。単純ブローンバブルフィルムプロセスは、例えば、The Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, Third Edition, John Wiley & Sons, New York, 1981, Vol. 16, pp. 416-417 および Vol. 18, pp. 191-192に記載されている。キャスト押出法は、例えば、Modern Plastics Mid-October 1989 Encyclopedia Issue, Volume 66, Number 11, pages 256 to 257に記載されている。射出成形、熱成形、押出コーティング、異形押出およびシート押出プロセスは、例えば、Plastics Materials and Processes, Seymour S. Schwartz and Sidney H. Goodman, Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1982, pp. 527-563, pp. 632-647, および pp. 596-602に記載されている。
弾性ストリップ、テープおよびリボンは、直接押出プロセスをはじめとする任意の公知の方法によって、または押出後スリッチング、切断もしくは打抜き技術によって作製することができる。異形押出は、テープ、バンド、リボンなどの作製に特に適する主要押出プロセスの一例である。
本発明の実施形態の繊維を他の繊維、例えばPET、ナイロン、綿、Kevlar(商標)など、と共に使用して、弾性布を製造することができる。付加的利点として、一定の繊維の耐熱性(および防湿性)は、通常のPET染色条件でのポリエステルPET繊維の染色を可能にすることができる。他の一般に用いられている繊維、特にスパンデックス(例えば、Lycra(商標))は、特性の劣化を防止するために、あまり苛酷でないPET染色条件でしか使用することができない。
本発明の実施形態の繊維から製造される布としては、織布、不織布および編地(丸編生地、たて編生地および横編生地を含む)が挙げられる。不織布は、様々な方法によって製造することができる、例えば、米国特許第3,485,706号および同第4,939,016号に開示されているようなスパンレース(すなわち水流絡合)布、ステープルファイバーをカーディングおよび熱接着する方法、1回の連続運転で連続繊維をスパンボンドする方法、または繊維を布にメルトブローもしくは溶融紡糸し、その後、その結果として生じたウェブをカレンダー加工もしくは熱接着する方法。これらの様々な不織布製造技術は、当業者には公知であり、本開示は、いずれの特定の方法にも限定されない。例えば、これらの新規繊維と他の繊維(例えば、ポリ(エチレンテレフタレート)または綿)とのブレンドをはじめとする、そのような繊維から製造される他の構造も、本発明の範囲内に包含される。
本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体を溶液紡糸またはフラッシュ紡糸することによって得られた繊維から不織布を製造することができる。溶液紡糸は、湿式紡糸および乾式紡糸を含む。両方の方法において、ポリマーの粘稠溶液をポンプで送ってフィルタに通し、その後、紡糸口金の細い穴に通す。その後、溶媒を除去して、繊維を残す。
一部の実施形態では、本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体から繊維をフラッシュ紡糸し、シートを形成するために、次のプロセスを用いる。この基本システムは、以前に米国特許第3,860,369号および同第6,117,801号に開示されている。これらの特許は、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。このプロセスは、蒸気取出口と、このプロセスにおいて製造された不織シート材料がそこを通して取り出される開口部とを有するチャンバ(時として、スピンセルと呼ぶ)において行われる。ポリマー溶液(または紡糸液)は、高温および高圧で、連続的にまたはバッチ式で作製され、導管によってスピンセルに供給される。溶液の圧力は、ポリマーが紡糸剤に完全に溶解して均一単相混合物を形成する最低圧力である曇点圧力より高い。
この単相ポリマー溶液は、レットダウンオリフィスを通ってより低圧の(またはレットダウン)チャンバに行く。このより低圧のチャンバにおいて、その溶液は、二相液−液分散体に分離する。この分散体の一方の相は、主として紡糸剤を含む紡糸剤リッチ相であり、この分散体の他方の相は、ポリマーの大部分を含有するポリマーリッチ相である。この二相液−液分散体を、紡糸口金を通して、さらに低圧(好ましくは、大気圧)の領域へと進ませ、この領域で、紡糸剤は非常に急速に蒸発(フラッシュ)し、ポリマーはヤーン(またはプレキシフィラメント)として紡糸口金から出てくる。このヤーンをトンネル内で伸長し、回転バッフルに突き当たる方向に向ける。この回転バッフルは、糸を約5〜15cm幅の扁平ウェブに変える形状を有し、フィブリルを分離してそのウェブを広げる。さらに、この回転バッフルは、幅の広い前後スワスを生じさせるために十分な大きさを有する前後揺動運動をもたらす。そのウェブを、その紡糸口金より約50cm下に位置する移動ワイヤーレイダウンベルト上に降ろし、前後揺動運動を一般にはそのベルトを交差するように準備して、シートを形成する。
ウェブが、移動ベルトに行く途中でバッフルによって逸らされると、そのウェブは、定置式マルチニードルイオンガンと接地式回転ターゲットプレートの間のコロナ帯電ゾーンに入る。このマルチニードルイオンガンを適する電圧源によって充電して、DC電位にする。帯電したウェブは、フロントセクションとバックセクションの2つの部分を具備するディフューザを通して、高速紡糸剤蒸気流によって運ばれる。このディフューザが、ウェブの膨張を制御し、それを減速させる。ディフューザのバックセクションは、定置式であって、ターゲットプレートから離れていてもよいし、またはそれと一体式であってもよい。バックセクションとターゲットプレートが一体式である場合、それらは共に回転する。移動するウェブがそのディフューザのバックセクションに粘着しないように、移動するウェブとディフューザのバックセクションの間の適切なガス流を確保ための吸気穴が、そのディフューザのバックセクションにあけられている。帯電したウェブが静電気によってそのベルトに引き付けられ、そのベルト上の適所に保持されるように、移動ベルトにロールをこすりつける。移動ベルト上に捕集され、静電力によりそこに保持された、重なり合うウェブスワスをシートに成形し、その厚さをそのベルト速度によって調節する。このシートをベルトと圧密ロールとの間で圧縮して、そのチャンバ外部で取り扱うために十分な、かつその後のチャンバの外部で巻き上げロールにより回収するために十分な強度を有する構造にする。
従って、本発明の一部の実施形態は、本明細書に記載する本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体を含む軟質ポリマーフラッシュ紡糸プレキシフィラメント材料を提供する。好ましくは、本エチレン/α−オレフィン共重合体は、約0.1から約50g/10分または約0.4から約10g/10分のメルトインデックス、および約0.85から約0.95g/ccまたは約0.87から約0.90g/ccの密度を有する。好ましくは、本共重合体の分子量分布は、約1より大きいが、約4未満である。さらに、このフラッシュ紡糸プレキシフィラメント材料は、約2m/gより大きい、または約8m/gより大きいBET表面積を有する。この軟質ポリマーフラッシュ紡糸プレキシフィラメント材料から軟質フラッシュ紡糸不織シート材料を製造することができる。この軟質フラッシュ紡糸不織シート材料は、スパンボンドされたものであってもよいし、面接着されたものであってもよいし、または点接着されたものであってもよい。本発明の他の実施形態は、高密度ポリエチレンポリマーとブレンドされたエチレン/α−アルファ共重合体(本明細書に記載のもの)を含む、軟質ポリマーフラッシュ紡糸プレキシフィラメント材料を提供し、この場合のエチレン/α−アルファ共重合体は、約0.4g/10分と約10g/10分の間のメルトインデックス、0.87g/ccと0.93g/ccの間の密度、および約4未満の分子量分布を有し、ならびにこの場合のプレキシフィラメント材料は、約8m/gより大きいBET表面積を有する。この軟質フラッシュ紡糸不織シートは、少なくとも85%の不透明度を有する。
上記プロセスまたは類似のプロセスによって製造されたフラッシュ紡糸不織シートは、建築用途における空気侵入遮断層のために、航空便用封筒等の包装材として、医療用包装材として、バナーとして、ならびに防護服および他の用途のために、Tyvek(登録商標)スパンボンドオレフィンシートの代わりに使用することができる。
本発明の実施形態の繊維および布を使用して製造することができる二次加工品としては、弾性部分を有する弾性複合製品(例えば、おむつ)が挙げられる。例えば、弾性部分は、(米国特許第4,381,781号(この開示は、その全体が本明細書に参照により組み込まれる)に示されているように)一般に、おむつが落ちるのを防ぐためにおむつのウエストバンド部分に、および漏れを防ぐためにレッグバンド部分にされる。多くの場合、これらの弾性部分は、快適さと信頼性を良好に兼備するために、より良く形状にフィットするおよび/または留まるシステムを助長する。本発明の繊維および布は、弾性と通気性を兼備する構造を生じさせることもできる。例えば、1998年5月1日出願の米国特許仮出願第60/083,784号に開示されている構造に本発明の繊維、布および/またはフィルムを組み込むことができる。本発明の繊維を含む不織布の積層品を形成することもでき、ならびにそれらを消費財、例えば、服飾品、おむつ、病衣、衛生用途、椅子張り生地などのような耐久財および使い捨て消費財をはじめとする様々な製品において使用することができる。
本発明の繊維、フィルムおよび布は、米国特許第2,957,512号に記載されているような様々な構造で使用することもできる。例えば、特に、非弾性材料(平坦なもの、プリーツ加工されたもの、クレープ加工されたもの、けん縮されたものなど)を弾性構造にする場合、前記特許に記載されている構造の層50(すなわち、弾性成分)の代わりに本発明の繊維または布を使用することができる。非繊維、布または他の構造への本発明の繊維および/または布の付着は、溶融接着によって行ってもよいし、または接着剤を用いて行ってもよい。ギャザー弾性構造またはシャーテッド弾性構造は、本発明の繊維および/または布と非弾性成分から、付着前に(米国特許第2,957,512号に記載されているように)その非弾性成分をプリーツ加工することにより、付着前にその弾性成分を予備延伸することにより、または付着後にその弾性成分を熱収縮させることにより、製造することができる。
本発明の繊維をスパンレース(すなわち水流絡合)プロセスにおいて使用して、新規構造を作ることもできる。例えば、米国特許第4,801,482号には弾性シート(12)が開示されており、このシートを、ここで本明細書に記載する新規繊維/フィルム/布で製造することができる。
本明細書に記載するような連続弾性フィラメントは、高い弾発性が望まれる織物または編物用途においても使用することができる。
米国特許第5,037,416号には、弾性リボン(米国特許第5,037,416号の部材19参照)を使用することによる、形状にフィットする表面シートの利点が記載されている。本発明の繊維は、米国特許第5,037,416号の部材19の機能を果たす、すなわち、布の形態で使用して、所望の弾性をもたらすことができる。
米国特許第4,981,747号(Morman)おいて、可逆的に狭窄された材料(reversibly necked material)を含む複合弾性材料を形成する弾性シート122の代わりに、本明細書に開示する本発明の繊維および/または布を置き換えることができる。
本発明の繊維は、米国特許第4,879,170号の図面の参照6に記載されているようなメルトブロー弾性成分になることもできる。
本明細書に開示する本発明の繊維および布から弾性パネルを製造することもでき、それらは、例えば、米国特許第4,940,464号の部材18、20、14および/または26として使用することができる。本明細書に記載する本発明の繊維および布は、複合サイドパネルの弾性成分(例えば、前記特許の層86)として使用することもできる。
これらの弾性材料は、アパルチャリング(apperturing)、スリッチング、マイクロパーフォレーション、繊維もしくはフォームとの混合、またはこれらに類する方法、およびそれらの組み合わせをはじめとする当分野では公知の任意の方法によって、透過性または「通気性」にすることもできる。こうした方法の例としては、Crowe,Jr.による米国特許第3,156,242号、Hartwellによる米国特許第3,881,489号、Sissonによる米国特許第3,989,867号およびBuellによる米国特許第5,085,654号が挙げられる。
本発明の一定の実施形態の繊維は、被覆繊維を含む。被覆繊維は、芯およびカバーを含む。一般に、この芯は、1つまたはそれ以上の弾性繊維を含み、このカバーは、1つまたはそれ以上の非弾性繊維を含む。被覆繊維の作製時で、かつそれらがそれぞれ未伸長状態の場合、そのカバーは、その芯の繊維より長く、一般には有意に長い。そのカバーは、通常の様式で、典型的には螺旋状に巻き付いている形状で、その芯を包囲している。非被覆繊維は、カバーを有さない繊維である。一般に、編組繊維またはヤーン、すなわち互いに撚り合わされるかまたは互いの周りに巻かれる、それぞれの未伸長状態でほぼ同じ長さの2つまたはそれ以上の(弾性および/または非弾性)繊維ストランドまたはフィラメントを含む繊維は、被覆繊維ではない。しかし、これらのヤーンは、被覆繊維の芯およびカバーのいずれかまたは両方として使用することができる。他の実施形態において、被覆繊維は、弾性カバーに包まれた弾性芯を含む場合がある。
繊維または繊維から製造された布に付与される熱固定伸長の完全可逆性または実質的可逆性は、有用な特性である。例えば、被覆繊維を染色および/または製織前に熱固定することができるならば、繊維が巻取操作中に伸長する可能性が低いので、染色および/または製織プロセスは、より効率的になる。そしてまた、これは、繊維を先ずスプールに巻き取る染色操作および製織操作において有用であり得る。染色および/または製織が完了したら、その被覆繊維または被覆繊維を含む布を、弛緩させることができる。この技法は、特定の製織操作に必要な繊維の量を減少させるばかりでなく、その後の縮みの防止にもなる。こうした可逆的、熱固定、弾性繊維、およびそれらの繊維の製造方法、およびそのような繊維から製造される物品は、米国特許出願番号10/507,230(US 20050165193として公開)に開示されている。前記特許は、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。こうした方法を、修正してまたは修正せずに本発明の実施形態において用いて、可逆的、熱固定、弾性繊維、布およびそれらから製造される製品を製造することもできる。
米国特許第5,226,992号、同第4,981,747号(KCC,Morman)、および同第5,354,597号の教示に従って、予備活性化品を製造することもできる。前記特許はすべて、それらの全体が本明細書に参照により組み込まれる。
米国特許第6,113,656号、同第5,846,654号および同第5,840,234号の教示に従って、高靭繊維を製造することができる。前記特許はすべて、それらの全体が本明細書に参照により組み込まれる。
極細繊度繊維をはじめとする低繊度繊維(low denier fiber)を本発明の共重合体から製造することができる。
本発明の繊維の好ましい使用は、布(織布と不織布の両方)の形成における使用である。本繊維から形成された布は、卓越した弾性特性を有し、それにより多数の衣料品用途に適することが判明した。それらは、良好なドレープ適性も有する。
繊維および布についての一部の望ましい特性は、引張弾性率および永久ひずみによって表すことができる。本発明の一定の実施形態のスパンボンド布について、得られる好ましい特性は、次のとおりである。
引張弾性率(g)(ATSM−1682)(100%伸長、6サイクル、縦方向(MD)):好ましくは900未満、さらに好ましくは800未満、最も好ましくは100から400;および/または
引張弾性率(g)(50%伸長、6サイクル、MD):好ましくは700未満、さらに好ましくは600未満、最も好ましくは100から300;および/または
引張弾性率(g)(100%伸長、6サイクル、横方向(TD)):好ましくは600未満、さらに好ましくは500未満、最も好ましくは50から300;および/または
引張弾性率(g)(50%伸長、6サイクル、TD):好ましくは370未満、さらに好ましくは40から200;および/または
永久ひずみ(%)(伸長を布破損まで継続するのではなく周期的に繰り返すASTM D−1682の修正法を用いて得られる)(50%伸長、6サイクル、MD):好ましくは30未満、さらに好ましくは約5〜約25%の範囲内、最も好ましくは10〜20未満;および/または
永久ひずみ(%)(50%伸長、6サイクル、TD):好ましくは35%未満、さらに好ましくは約5〜約25%の範囲内;および/または
永久ひずみ(%)(100%伸長、6サイクル、MD):好ましくは40%未満、さらに好ましくは約5〜約35%の範囲内、最も好ましくは8〜20%;および/または
永久ひずみ(%)(100%伸長、6サイクル、TD):好ましくは40%未満、さらに好ましくは約5〜約35%の範囲内、最も好ましくは約5〜25%;および/または
接着温度(℃)110未満、さらに好ましくは約35〜約105の範囲内、最も好ましくは40〜80。これらの特性は、本発明のすべての布にとって好ましくおよび有用であり、ならびに例えば、本発明の一定の実施形態の繊維から製造された約70から約80g/m、好ましくは約70g/mの基本重量を有する繊維から形成された、および約25〜28μmの直径を有する繊維から形成された布によって実証される。
本発明の一定の実施形態のメルトブロー布について、好ましい特性は、次のとおりである。
永久ひずみ(%)(50%伸長、6サイクル、MD):好ましくは25未満、さらに好ましくは約10〜約20の範囲内、最も好ましくは15〜18;および/または
永久ひずみ(%)(50%伸長、6サイクル、TD):好ましくは約25未満、さらに好ましくは約10〜約20の範囲内、最も好ましくは15〜18;および/または
引張弾性率(g)(50%伸長、6サイクル、MD):好ましくは約300以下、さらに好ましくは約200〜約300の範囲内;および/または
引張弾性率(g)(50%伸長、6サイクル、TD):好ましくは約300未満、さらに好ましくは約50〜約150の範囲内;約150;および/または
トータルハンド(g):好ましくは約75未満、さらに好ましくは約70未満、最も好ましくは約10〜約20の範囲内。
これらの特性は本発明の一部の実施形態において製造された一定の布にとって好ましくおよび有用であり、ならびに例えば、8〜10μmの直径の繊維から製造された、約70g/mの公称基本重量を有するメルトブロー布によって、実証される。
別のポリマーとのブレンド
上で説明したような繊維を製造するために、本エチレン/α−オレフィン共重合体を少なくとももう1つのポリマー、例えば、ポリオレフィン(例えば、ポリプロピレン)とブレンドしてもよい。この第二ポリマーは、組成(コモノマーのタイプ、コモノマー含量など)、構造、特性、または両方の組み合わせの点で、本エチレン/α−オレフィン共重合体とは異なる。例えば、エチレン/オクテンブロックコポリマーとエチレン/オクテンランダムコポリマーとは、たとえそれらが同じコモノマー含量を有するとしても、異なる。エチレン/オクテンブロックコポリマーは、それが、ランダムコポリマーであるのか、ブロックコポリマーであるのかにかかわらず、また、同じコモノマー含量を有するかどうかにかかわらず、エチレン/ブタンコポリマーとは異なる。2つのポリマーは、それらが異なる分子量を有する場合も、たとえ同じ構造および組成を有していたとしても、異なると考えられる。
ポリオレフィンは、2つまたはそれ以上のオレフィン(すなわち、アルケン)から誘導されたポリマーである。オレフィン(すなわち、アルケン)は、少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含有する炭化水素である。オレフィンは、モノエン(すなわち、1つの炭素−炭素二重結合を有するオレフィン)、ジエン(すなわち、2つの炭素−炭素二重結合を有するオレフィン)、トリエン(すなわち、3つの炭素−炭素二重結合を有するオレフィン)、テトラエン(すなわち、4つの炭素−炭素二重結合を有するオレフィン)、および他のポリエンであり得る。オレフィンまたはアルケン、例えばモノエン、ジエン、トリエン、テトラエンおよび他のポリエンは、3個またはそれ以上の炭素原子、4個またはそれ以上の炭素原子、6個またはそれ以上の炭素原子、8個またはそれ以上の炭素原子を有することができる。一部の実施形態において、オレフィンは、3個から約100個の炭素原子、4個から約100個の炭素原子、6個から約100個の炭素原子、8個から約100個の炭素原子、3個から約50個の炭素原子、3個から約25個の炭素原子、4個から25個の炭素原子、6個から約25個の炭素原子、8個から約25個の炭素原子、または3個から約10個の炭素原子を有する。一部の実施形態において、オレフィンは、2個から約20個の炭素原子を有する線状または分岐、環式または非環式モノエンである。他の実施形態において、アルケンは、ジエン、例えばブタジエンおよび1,5−ヘキサジエンである。さらなる実施形態において、アルケンの水素原子のうちの少なくとも1個は、アルキルまたはアリールで置換されている。特定の実施形態において、アルケンは、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、4−メチル−1−ペンテン、ノルボルネン、1−デセン、ブタジエン、1,5−ヘキサジエン、スチレンまたはこれらの組み合わせである。
繊維を製造するためのポリマーブレンド中のポリオレフィンの量は、そのポリマーブレンドの総重量の約0.5から約99重量%、約10から約90重量%、約20から約80重量%、約30から約70重量%、約5から約50重量%、約50から約95重量%、約10から約50重量%、または約50から約90重量%であり得る。
通常の当業者には公知である任意のポリオレフィンを使用して、本明細書に開示するポリマーブレンドを作製することができる。これらのポリオレフィンは、オレフィンホモポリマー、オレフィンコポリマー、オレフィンターポリマー、オレフィンクウォーターポリマーおよびこれらに類するものならびにそれらの組み合わせであり得る。
一部の実施形態において、前記少なくとも2つのポリオレフィンのうちの1つは、オレフィンホモポリマーである。このオレフィンホモポリマーは、1つのオレフィンから誘導されたものであり得る。当業者には公知である任意のオレフィンホモポリマーを使用することができる。オレフィンホモポリマーの非限定的な例としては、ポリエチレン(例えば、超低密度、低密度、線状低密度、中密度、高密度および超高密度ポリエチレン)、ポリプロピレン、ポリブチレン(例えば、ポリブテン−1)、ポリペンテン−1、ポリヘキセン−1、ポリオクテン−1、ポリデセン−1、ポリ−3−メチルブテン−1、ポリ−4−メチルペンテン−1、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリ−1,5−ヘキサジエンが挙げられる。
さらなる実施形態において、オレフィンホモポリマーは、プロピレン系ポリマーである。通常の当業者には公知である任意のプロピレン系ポリマーを使用して、本明細書に開示するポリマーブレンドを作製することができる。プロピレン系ポリマーの非限定的な例としては、ポリプロピレン(LDPP)、高密度ポリプロピレン(HDPP)、高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)、高耐衝撃性ポリプロピレン(HIPP)、アイソタクチックポリプロピレン(iPP)、シンジオタクチックポリプロピレン(sPP)、およびこれらに類するものならびにそれらの組み合わせが挙げられる。
本ポリマーブレンド中のプロピレン系ポリマーの量は、そのポリマーブレンドの総重量の約0.5から約99重量%、約10から約90重量%、約20から約80重量%、約30から約70重量%、約5から約50重量%、約2.5から約20重量%、約5から約15重量%、約50から約95重量%、約10から約50重量%、または約50から約90重量%であり得る。
架橋
本繊維は、電子ビーム照射、ベータ線照射、ガンマ線照射、コロナ照射、シラン、過酸化物、アリル化合物、および架橋触媒を伴うまたは伴わないUV線をはじめとする(しかし、これらに限定されない)当分野において公知の任意の手段によって架橋させることができる。米国特許第6,803,014号および同第6,667,351号には、本発明の実施形態において用いることができる電子ビーム照射方法が開示されている。
照射は、高エネルギー、電離電子、紫外線、X線、ガンマ線、ベータ粒子、およびこれらに類するものならびにそれらの組み合わせの使用によって遂行することができる。好ましくは、70メガラド以下の線量の電子が利用される。照射源は、所望の線量を供給することができる電力出力を用いて約150キロボルトから約6メガボルトの範囲内で動作する、いずれの電子ビーム発振器であってもよい。電圧は、適切なレベルに合わせることができ、これは、例えば、100,000、300,000、1,000,000もしくは2,000,000もしくは3,000,000、もしくは6,000,000またはそれ以上もしくはそれ以下であり得る。ポリマー材料を照射するための多くの他の装置が、当分野において公知である。照射は、通常、約3メガラドから約35メガラドの間、好ましくは約8から約20メガラドの間の線量で行う。さらに、照射は、室温で適便に行うことができるが、より高いおよびより低い温度、例えば0℃から約60℃を用いることもできる。好ましくは、照射は、その物品の成形または二次加工後に行う。また、好ましい実施形態では、プロ−ラド(pro-rad)添加剤と配合した繊維を約8から約20メガラドの電子ビーム放射で照射する。
架橋は、架橋触媒で促進することができ、この作用をもたらす任意の触媒を使用することができる。適する触媒としては、一般に、有機塩基、カルボン酸、および有機金属化合物(有機チタン酸塩を含む)、ならびに鉛、コバルト、鉄、ニッケル、亜鉛およびスズの錯体またはカルボン酸塩、例えばジブチルスズジラウレート、ジオクチルスズマレエート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクテート、酢酸第一スズ、オクタン酸第一スズ、ナフテン酸鉛、カプリル酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、などが挙げられる。カルボン酸スズ、特に、ジブチルスズジラウレートおよびジオクチルスズマレエートは、とりわけ有効である。触媒(または触媒の混合物)は、典型的には約0.015phrと約0.035phrの間の触媒量で存在する。
代表的なプロ−ラド添加剤としては、アゾ化合物、有機過酸化物および多官能性ビニルまたはアリル化合物、例えば、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ペンタエリトリトールテトラメタクリレート(pentaerthritol tetramethacrylate)、グルタルアルデヒド、エチレングリコールジメタクリレート、ジアリルマレエート(diallvl maleate)、ジプロパルギルマレエート、ジプロパルギルモノアリルシアヌレート、ジクミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、t−ブチルペルベンゾエート、過酸化ベンゾイル、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルペルオクトエート、メチルエチルケトンペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、ラウリルペルオキシド、t−ブチルペルアセテート、アゾビスイソブチルニトリルおよびこれらに類するものならびにそれらの組み合わせなどが挙げられるが、これらに限定されない。本発明の一部の実施形態において使用するための好ましいプロ−ラド添加剤は、多官能性(すなわち、少なくとも2)部分、例えば、C=C、C=NまたはC=Oを有する化合物である。
当分野において公知であるいずれの方法によって、少なくとも1つのプロ−ラド添加剤を本ポリマーに導入してもよい。しかし、好ましくは、プロ−ラド添加剤(単数または複数)は、そのエチレン共重合体と同じまたは異なる塩基樹脂を含むマスターバッチ濃縮物により導入する。好ましくは、そのマスターバッチのプロ−ラド添加剤濃度は、比較的高く、例えば(その濃縮物の総重量に対して)約25重量パーセントである。
前記少なくとも1つのプロ−ラド添加剤は、任意の有効な量で本ポリマーに導入する。好ましくは、その少なくとも1つのプロ−ラド添加剤の導入量は、(そのエチレン共重合体の総重量に対して)約0.001から約5重量パーセント、さらに好ましくは約0.005から約2.5重量パーセントおよび最も好ましくは約0.015から約1重量パーセントである。
電子ビーム照射に加えて、UV照射によっても架橋を行うことができる。米国特許第6,709,742号には、UV照射による架橋方法が開示されており、それを本発明の実施形態において用いることができる。この方法は、繊維を形成する前、形成中または形成後に、光架橋剤を伴うまたは伴わない光開始剤とポリマーとを混合し、その後、その繊維と光開始剤を、そのポリマーを所望のレベルに架橋させるために十分なUV線に暴露することを含む。本発明のこの実施の際に使用する光開始剤は、芳香族ケトン、例えば、ベンゾフェノン、または1,2−ジケトンのモノアセタールである。前記モノアセタールの主光反応は、アシルラジカルおよびジアルコキシアルキルラジカルを生じさせる、α−結合のホモリティック開裂である。このタイプのα−開裂は、ノリッシュI型反応として知られており、これは、W. Horspool and D. Armesto, Organic Photochemistry: A Comprehensive Treatment, Ellis Horwood Limited, Chichester, England, 1992;J. Kopecky, Organic Photochemistry: A Visual Approach, VCH Publishers, Inc., New York, NY 1992;N. J. Turro, et al., Acc. Chem. Res., 1972, 5, 92;およびJ. T. Banks, et al., J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 2473においてさらに十分に説明されている。芳香族1,2ジケトンのモノアセタール、Ar−CO−C(OR)−Ar’の合成は、米国特許第4,190,602号およびGer.Offen.2,337,813に記載されている。この類からの好ましい化合物は、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、C−CO−C(OCH−Cであり、これは、Ciba−GeigyからIrgacure 651として市販されている。光開始剤として有用な他の芳香族ケトンの例は、Irgacure 184、369、819、907および2959であり、これらはすべて、Ciba−Geigyから入手できる。
本発明の1つの実施形態では、光開始剤を光架橋剤と併用する。フリーラジカルが生成すると、骨格との二重結合の形成によって2つまたはそれ以上のオレフィンポリマー骨格を互いに連結させる、任意の光架橋剤を使用することができる。好ましくは、これらの光架橋剤は多官能性であり、すなわち、それらは、活性化するとそのコポリマーの骨格上の一定の部位と共有結合を形成する部位を2つまたはそれ以上含む。代表的な光開始剤としては、多官能性ビニルまたはアリル化合物、例えば、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ペンタエリトリトールテトラメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジアリルマレエート、ジプロパルギルマレエート、ジプロパルギルモノアリルシアヌレートおよびこれらに類するものなどが挙げられるが、これらに限定されない。本発明の一部の実施形態において使用するための好ましい光架橋剤は、多官能性(すなわち、少なくとも2)部分を有する化合物である。特に好ましい光架橋剤は、トリアリルシアヌレート(TAC)およびトリアリルイソシアヌレート(TAIC)である。
一定の化合物は、光開始剤と光架橋剤の両方として作用する。これらの化合物は、UV線に暴露されると2つまたはそれ以上の反応性化学種(例えば、フリーラジカル、カルベン、ニトレンなど)を生成する能力、およびその後、2つのポリマー鎖と共有結合させる能力によって特徴付けられる。これら2つの機能を果たすことができる任意の化合物を本発明の一部の実施形態において使用することができ、代表的な化合物としては、米国特許第6,211,302号および同第6,284,842号に記載されているスルホニルアジドが挙げられる。
本発明のもう1つの実施形態では、本コポリマーを二次架橋、すなわち光架橋以外の架橋および光架橋に加えての架橋に付す。この実施形態では、光開始剤を非光架橋剤、例えばシランと併用し、または本コポリマーを二次架橋手順に付す、例えば、E−ビーム放射に暴露する。シラン架橋剤の代表例は、米国特許第5,824,718号に記載されており、E−ビーム放射への暴露による架橋は、米国特許第5,525,257号および5,324,576号に記載されている。この実施形態における光架橋剤の使用は、任意である。
当分野において公知であるいずれの方法によって、少なくとも1つの光添加剤、すなわち光開始剤および任意の光架橋剤を本コポリマーに導入してもよい。しかし、好ましくは、光添加剤(単数または複数)は、本コポリマーと同じまたは異なる塩基樹脂を含むマスターバッチ濃縮物により導入する。好ましくは、そのマスターバッチの光添加剤濃度は、比較的高く、例えば、(その濃縮物の総重量に対して)約25重量パーセントである。
前記の少なくとも1つの光添加剤は、任意の有効な量で本コポリマーに導入する。好ましくは、その少なくとも1つの光添加剤の導入量は、(そのコポリマーの総重量に対して)約0.001から約5、さらに好ましくは約0.005から約2.5および最も好ましくは約0.015から約1重量%である。
前記の光開始剤(単数または複数)および任意の光架橋剤(単数または複数)は、本繊維またはフィルム製造プロセスの異なる段階中に添加することができる。光添加剤が、押出温度に耐えることができるならば、オレフィンポリマー樹脂を、例えばマスターバッチ添加により、押出機に供給する前に、添加剤と混合することができる。あるいは、添加剤をそのスロットダイの直前に押出機に導入することができるが、この場合、押出し前の成分の効率的な混合が重要である。もう1つのアプローチでは、オレフィンポリマー繊維を光添加剤なしで延伸することができ、光開始剤および/または光架橋剤は、その押出された繊維に、キスロール、噴霧、添加剤を伴う溶液への浸漬により、または他の工業的後処理方法を用いることにより、塗布することができる。その後、光添加剤(単数または複数)を伴う、その結果として生じた繊維を、連続またはバッチプロセスでの電磁放射によって硬化させる。光添加剤は、一軸および二軸スクリュー押出機をはじめとする従来の配合装置を使用して、オレフィンポリマーとブレンドすることができる。
電磁放射強度および照射時間は、ポリマーの分解および/または寸法不良を伴わない効率的架橋を可能ならしめるように選択される。好ましいプロセスは、欧州特許第0 490 854号B1に記載されている。十分な熱安定性を有する光添加剤(単数または複数)をオレフィンポリマー樹脂と予備混合し、繊維に押出し、そして1つのエネルギー源または直列に連結されたいくつかの単位装置を使用して連続プロセスで照射する。繊維または編地のシートを硬化し、それらをスプールに回収するバッチプロセスと比較して、連続プロセスの使用にはいくつかの利点がある。
UV線の使用により照射を遂行してもよい。好ましくは、UV線は、100J/cm以下の強度で用いる。この照射源は、所望の線量を供給することができる電力出力を用いて約50ワットから約25000ワットの範囲内で動作する、いずれのUV線発生器であってもよい。このワット数は、適切なレベルに合わせることができ、これは、例えば、1000ワットもしくは4800ワットもしくは6000ワットまたはそれ以上もしくはそれ以下であり得る。ポリマー材料にUV照射するための多数の他の装置が当分野において公知である。この照射は、通常、約3J/cmから約500J/scmの間、好ましくは約5J/cmから約100J/cmの間の線量で行う。さらに、この照射は、室温で適便に行うことができるが、より高いおよびより低い温度、例えば0℃から約60℃を用いることもできる。この光架橋プロセスは、温度が高いほど速い。好ましくは、この照射は、その物品の成形または二次加工後に行う。好ましい実施形態では、光添加剤と配合した本コポリマーを約10J/cmから約50J/cmのUV線で照射する。
他の添加剤
酸化防止剤、例えば、Ciba Geigy Corp.製のIrgafos 168、Irganox 1010、Irganox 3790、およびChimassorb 944を本エチレンポリマーに添加して、成形もしくは二次加工作業中のundo分解を防止すること、および/またはグラフトもしくは架橋の程度を良好に制御する(すなわち、過剰なゲル化を抑制する)ことができる。インプロセス添加剤、例えば、ステアリン酸カルシウム、水、フルオロポリマーなども、残留触媒の失活および/または加工性向上などを目的として使用することができる。Tinuvin 770(Ciba−Geigyから)を光安定剤として使用することができる。
本コポリマーに充填剤(フィラー)を入れてもよいし、充填剤を入れなくてもよい。充填剤を入れる場合、存在する充填剤の量は、耐熱性または高温での弾性のいずれかにも悪影響を及ぼすこととなる量を超えてはならない。存在する場合、典型的に、充填剤の量は、そのコポリマーの総重量(またはコポリマーと1つもしくはそれ以上の他のポリマーのブレンドの場合には、そのブレンドの総重量)に対して0.01重量%と80重量%の間である。代表的な充填剤としては、カオリンクレー、水酸化マグネシウム、酸化亜鉛、シリカおよび炭酸カルシウムが挙げられる。充填剤が存在する好ましい実施形態では、充填剤を、そうしなければその充填剤が架橋反応に干渉するに違いないあらゆる傾向を防止または阻止する材料で、コーティングする。ステアリン酸が、そのような充填剤コーティング剤の実例となる。
本繊維の摩擦係数を低下させるために、様々な紡糸仕上げ剤配合物、例えば、繊維油剤に分散された金属石鹸(例えば、米国特許第3,039,895号または同第6,652,599号参照)、基油中の界面活性剤(例えば、米国特許公開第2003/0024052号参照)およびポリアルキルシロキサン(例えば、米国特許第3,296,063号または同第4,999,120号参照)を使用することができる。米国特許出願第10/933,721号(US20050142360として公開されたもの)には、紡糸仕上げ剤組成物が開示されており、これも使用することができる。
以下の実施例は、本発明の実施形態を例示するために提供するものであり、記載する特定の実施形態に本発明を限定するためのものではない。相反する指示がない限り、すべての部および百分率は、重量によるものである。すべての数値は、近似値である。数値範囲が与えられている場合、述べられている範囲外の実施形態が、尚、本発明の範囲に入ることもあると理解しなければならない。それぞれの実施例に記載されている特定の詳細は、本発明の必須の特徴とみなすべきではない。
繊維
実施例11、実施例17および比較Gからのポリマーサンプルを、25x1mm 紡糸口金を装備した繊維紡糸ライン(Fourne)において、260℃の紡糸ヘッド温度、302℃の溶融温度および70m/分の巻取速度で、円形断面を有する24本の繊維のマルチフィラメント束に紡糸する。他の紡糸条件は、表10に列挙する。結果として生じた束のデニールは、約95から100デニール(g/9000m)である。
32KGy/通過の電子ビーム線量で動作して192KGyの総線量レベルを与える電子ビーム架橋機に6回通すことによって繊維を架橋する。それぞれの通過と通過の間に繊維を−10℃に冷却する。
結果として生じた未架橋繊維および架橋繊維の引張挙動を、BISFA 裸弾性ヤーン試験法、チャプター6:引張特性(BISFA Test Methods for Bare Elastic Yarns, Chapter 6: Tensile Properties)に従って、Option CのクランプおよびOption Aの試験速度を用いて測定する。5回の反復実験の平均から高靭性および破断点伸びを報告する。繊維に300パーセント伸びまで周期的に荷重をかける、BISFA 裸弾性ヤーン試験法、チャプター7:粘弾特性手順A(BISFA Test Methods for Bare Elastic Yarns, Chapter 7: Viscoelastic Properties Procedure A)を用いて、架橋繊維の回復挙動も測定する。永久変形パーセントは、この試験法に明記されているように第6サイクルのはじめに計算する。
架橋繊維の応力緩和を21℃および40℃の交互の温度での10パーセント伸びから測定する。この実験では、324mmの円周を有する束状繊維の13のループを、結果として162mmのゲージ長になるように、2つのフックによってInstron試験機に取り付ける。サンプルを21℃で100パーセント伸度/分の速度で10パーセント伸びまで伸長し、その後、10分間保持する。その後の熱処理は、水浴中40℃で10分、空気中21℃で10分、水浴中40℃で10分、そして空気中21℃で10分である。水浴と空気冷却チャンバの間のサンプル移動時間は6秒である。全プロセスの間、荷重をモニターする。35分での荷重および45分での荷重からの荷重変化パーセントを、下記式を用いて計算する。
この式中のL(t=35分)およびL(t=45分)は、それぞれ、最後の40℃水浴および21℃空気暴露の中間時間に相当する、35分および45分での荷重である。繊維の特性を表11にも記載する。
ポリマー実施例11と比較Gの両方から製造した繊維において、架橋は、結果として高靭性を増大させ、伸びを多少失わせる。両方の実施例が、およそ135パーセントの同様の永久変形パーセントを示す。実施例11は、比較Gより低い応力緩和を示し、ならびにさほど感温性でない。40℃(35分)と21℃(35分)の間の荷重変化パーセントは、表9に列挙されている。実施例11ポリマーから作製した繊維は、4パーセントの荷重変化しか示さないが、比較Gの繊維は、25パーセントの変化を示す。応力緩和の低い感温性は、長い繊維ボビン保管寿命を維持するのに重要である。繊維は温度の変動に起因して交互に弛緩−収縮するので、応力緩和の高い感温性は、環境制御されていない保管施設での保管中にボビンの欠損を招き得る。これは、その後の下流での繊維の加工の際、繊維巻出挙動不良および繊維破断などの問題を招き得る。
繊維製造
実施例19Aおよび実施例19Bならびに比較例19K(AFFINITY(登録商標)EG8100(The Dow Chemical Company))を使用して、2.7×0.9mmの円形紡糸口金で、40デニールのモノフィラメント繊維を100から300gのボビンに溶融紡糸する。実施例19Aおよび実施例19Bに類似した密度およびメルトインデックスを有する実施例19Kは、ASTM D−792によって判定すると0.870g/ccの密度を、およびASTM D−1238、条件190℃/2.16kgに従って判定しすると1のMIを有する、エチレン−オクテンコポリマーである。実施例19Aおよび実施例19Bについての紡糸温度は、280℃から290℃の範囲にわたる。実施例19Kは、290℃および300℃でのみ紡糸する。より低い温度で紡糸すると繊維破断過剰になるためである。紡糸口金と巻取ロールの間には、繊維を凝固させるために長さ2mの冷風急冷チャンバがある。繊維がその溶融物から凝固した後、紡糸仕上げ剤塗布装置によってLurol 8517(Goulston Technologies)のシリコーン系紡糸仕上げ剤をその繊維の表面に2重量%で塗布する。その後、その繊維を400から600m/分の範囲にわたる速度でボビンに巻く。この紡糸温度および巻取速度は、結果として生じる繊維の引張応答を調整するために使用される作業変数である。紡糸する前、それぞれの実施例からの樹脂を、酸化防止剤としての3000ppmのCyanox 1790(Cytec Industries)および3000ppmのChimasorb 944(Ciba Specialty Chemicals)と配合する。
機械的特性
実施例19A、実施例19Bおよび実施例19Kから紡糸した繊維の引張挙動を BISFA 裸弾性ヤーン試験法、チャプター6:引張特性 オプションA(BISFA Test Methods for Bare Elastic Yarns, Chapter 6: Tensile Properties Option A)に基づいて測定する。F繊維は、100mmのゲージ長で、500mm/分で試験する。空気クランプを使用する(Model 2712−001、Instron Corp.)。高靭性、破断点伸び、および300%伸びでの荷重を、5回の反復実験の平均から報告する。
繊維に300%の伸びまで周期的に荷重をかける、BISFA 裸弾性ヤーン試験法、チャプター7:粘弾特性手順A(BISFA Test Methods for Bare Elastic Yarns, Chapter 7: Viscoelastic Properties Procedure A)を用いて、繊維の回復挙動も測定する。この試験法に明記されているように荷重曲線における第一サイクルおよび第5サイクルの後に永久変形%を計算する。比較として、市販の架橋40デニールXLA(登録商標)繊維(The Dow Chemical Company)も引張および回復挙動について測定する。
実施例19A、実施例19B、比較例19Kおよび比較例19L(これは、40デニールの市販製品 XLA(登録商標)繊維(The Dow Chemical Company)である)から紡糸した繊維の機械的特性を表12に示す。実施例19A、実施例19Bおよび実施例19Kについての紡糸条件は、破断点伸びが実施例19Lにおける市販製品に匹敵するように選択する。このデータは、同様の破断点伸びを達成するためには実施例19Kおよび実施例19Lより低い温度および高い速度で実施例19Aおよび実施例19Bを紡糸する必要があることを示している。これは、本発明の実施例を使用すると生産スループットを増加させることができる可能性があることを示唆している。
多くの場合、より高い張力が、下流の繊維加工に望まれる。繊維を積極的に巻き出す(一定の引出比で巻き出す)利用法では、様々な案内装置および部材を繊維が通過するとき、摩擦のためにライン張力が低下し得る。ライン張力が下がりすぎると、その機械の中で繊維が破断することがある。表12は、実施例19Aおよび実施例19Bが、300%の伸びで実施例19Kおよび実施例19Lのものより高い荷重を有し、その上、同様の破断点伸びを維持することを示している。特に、実施例19Aは、300%で有意に高い荷重を示す(実施例19Lについての7.0gに対して、実施例19Aについては10.2g)。
弾性繊維については、伸長後の回復度が高い方が好ましい。実施例19Aと実施例19Bの両方が、比較例19Kおよび比較例19Lより低い永久ひずみ(高い回復)を示し、実施例19Bは、有意に低い永久ひずみを示す(比較例19Lについての117%に対して、実施例19Bについては5サイクル後48%)。
本発明の実施形態の弾性繊維の一部については、約2.5未満のMw/Mnを有する本発明のブロック共重合体から製造された繊維よりも低い永久ひずみのため、高いMw/Mn、例えば約2.5より大きい、約5ほども高い、好ましくは約4ほども高いMw/Mnを有する本発明のブロック共重合体の方が好ましい。より高いMw/Mnのポリマーから製造されたこれらの繊維についての1ヒステリシスサイクル後の300%の伸びでの永久ひずみは、60%以下、好ましくは約50%以下、さらに好ましくは約40%以下であり、0%ほども低い場合もある。可逆的連鎖移動剤として使用するジエチル亜鉛は、Mw/Mnと相関関係があること、例えば、マルチブロックポリマーを重合するために使用するジエチル亜鉛レベルが高いほど、Mw/Mnが狭くなり、永久ひずみが高くなることが、観察された。
セラミックおよび金属ピンでの動摩擦
Electronic Constant Tension Transporter、すなわちECTT(Lawson Hemphill)を使用して、摩擦特性を測定する。その構成の略図を図10に示す。このECTTは、コンピュータによって独立して制御される巻出ロール(1)および巻取ロール(2)から成る(図示なし)。フィーダー付属装置(3)(Model KTF100HP、BTSR)を使用して一定の張力で繊維を送り、他端で100m/分で巻き取る。摩擦ピン(4)の前および後の張力を、2つの25cNロードセル(Perma Tens 100p/100cN、Rothschild)で測定する。これらのロードセルの間で、繊維は、90°の巻き角で6.4mmの直径の摩擦ピンを通る。繊維が紡糸後加工中に遭遇し得る表面の範囲をシミュレートするために、2つの異なる摩擦ピンを使用する。第一のタイプは、0.32μm Raの表面粗度を有するセラミックピン(R.250S P2、Heany Industries)である。第二のタイプのピンは、ニッケルめっき磨き鋼から製造された0.14μmのRaを有するピンであり、第一のタイプより相当平滑である。摩擦係数は、オイラーの公式、
を用いて計算することができ、この式中、μは、摩擦係数であり、Tは、そのピンの後の張力であり、Tは、そのピンの前の張力であり、およびθは、巻き角(π/2)である。
動摩擦係数(COF)の結果を表13に列挙する。このデータは、本発明の実施例19Aおよび実施例19Bが、セラミックピンおよび鋼ピンにおいて実施例19Kおよび実施例19Lより低い摩擦を有することを示している。製織および編織用途では高い摩擦が繊維破断を招くことが多いため、低いCOFを有することが望ましい。本発明の一部の好ましい繊維の場合、研磨された金属とのCOFは比較的低く、約1.15またはそれ以下ほども低い、好ましくは1.1またはそれ以下、さらに好ましくは1またはそれ以下、そして約0.8ほども低いことがある。表13のデータは、本発明の繊維は、たとえそれらの繊維のすべてが同じ量および同じタイプの紡糸仕上げ剤を有していても、比較繊維より低いCOFを有することを示している。
架橋
紡糸後、繊維を窒素下でパッケージし、電子ビーム処理(e−ビーム)によって架橋して、耐熱性を付与する。それぞれの通過につき32KGyの線量での6回連続のe−ビームライン(Ionmed、Spain)通過を用いて、192KGyの線量を紡糸された繊維に照射する。e−ビームプロセス中の加熱のため、それぞれのそれぞれの通過の間に繊維を−10℃に冷却する。
動的機械的分光分析(DMS)をRSA III伸長レオメーター(TA instruments)で行って、耐熱性を測定する。60本の40デニール繊維の束の両末端を10mm離した取付け具に留める。その後、そのサンプルを1段階につき3℃での25℃から200℃の一連の温度ステップに付す。それぞれの温度において、貯蔵弾性率E’を、10ラジアン/秒の伸び周波数および0.1%と5%の間の伸び振幅サイクルで測定する。5gの初期静的力をかけて、サンプルのたるみを防止する。温度が200℃に達したら、試験は終了する。
図11は、架橋した実施例19A、実施例19B、実施例19Kおよび実施例19Lの動的機械的熱応答を示すものである。このプロットは、実施例19Aおよび実施例19Bが、75℃と100℃の間で実施例19Lより10倍高い弾性率を有することを示している。E’(25℃)/E’(100℃)の貯蔵弾性率比を表14に列挙する。本発明のポリマーからの繊維は、3またはそれ以下の貯蔵弾性率比を有し、これに対して比較例は、10およびそれ以上の貯蔵弾性率比を有する。繊維のこの貯蔵弾性率比は、できる限り1に近いことが望ましい。そのような繊維は、比較的温度の影響を受けないし、保管およびe−ビーム処理中の熱に対する耐性改善などの性能上の利点をもたらすことができる。
巻出挙動
弾性繊維にとって重要な性能上の特性は、繊維をボビンから円滑に、かつ破断することなく巻き出す必要があることである。巻出張力、その変動、およびボビン内での張力の勾配を用いて、ヤーンおよび織物の単位操作におけるボビン巻出性能を推定することができる。図12に示すように、ECTTを使用して、200m/分の巻取速度での真横向き巻出張力を測定する。5分間データを収集し、そのスキャンの最後の3分を用いて巻出張力の平均および標準偏差を得る。2つの保管条件の試験に300gのボビンを使用する。それらを、紡糸後、約1日、21℃で保管するか、または加速エージングをシミュレートするために12時間、40℃のオーブンの中に保管する。巻出張力の測定は、そのスプールの3箇所で行う:表面、その繊維の約半分が外れている0.5cm、、およびその繊維の大部分が外れている0.5cm。
結果を図13に示し、この図では巻出張力をスプールサイズに対してプロットする。図13aは、21℃での保管を示しており、これは、実施例19Aと実施例19Lの両方が、スプールサイズに対して比較的一定した巻出張力を有し、実施例19Aが、実施例19Lについての約1.0gに対してそれより高い約1.6gの張力を示すことを示している。40℃での12時間の保管に付した後、両方の実施例の巻出張力は増加するが、より大きい実施例19Lの程度までである(図13b)。実施例19Aの巻出張力は、2.0から2.3gであり、スプールサイズに対して比較的一定している。実施例19Lについての表面は、その表面での巻出張力1.4gを有し、1.5cmのスプールサイズではほぼ3.0gへと有意に増加する。本発明の実施例ではそのより高い融解温度のため、巻出性能は保管中にさほど影響を受けず、比較例よりも潜在的に長い保管寿命を有し得る。
不織布
下の表に列挙する樹脂を以下の実施例において使用する。
紡糸条件
繊維サンプルは、Hills Bi−component Fiber Lineを使用することによって作製する。この繊維紡糸ラインは、2つの1’’一軸スクリュー押出機と、2つのZenith ギヤーポンプと、利用可能な穴を72に減らした、ブロッキングプレートを有する144穴の紡糸口金と、繊維急冷キャビネットと、巻取ステーションから成る。紡糸口金のキャピラリー穴は、直径が0.65mで、L/D比=3.85:1である。溶融温度を245℃に設定する。スループットは、1分あたり1穴につき0.6グラム(ghm)である。2つの異なる方法(空気延伸(air drawing)と、特性試験用の繊維パッケージを回収するために巻取機を使用する機械的延伸)を用いて、繊維を紡糸する。
スティックポイント(Stickpoint)の決定
「スティックポイント」は、紡糸ラインにおいて、繊維が物体に粘着しない程度に固体である点と定義する。通常、スティックポイントは、固定した速度(例えば、1000、2000、3000m/分)で繊維を張り、その後、急冷キャビネットの底部でその繊維束の前部にガラス棒を押し付けることによって測定する。繊維がガラス棒に粘着するまで、ガラス棒をゆっくりと上昇させる。そのキャビネット内のガラス棒が繊維に粘着した地点までの紡糸口金からの距離をスティックポイントとして記録する。この測定をそれぞれの紡糸速度で3回繰り返し、それらのスティックポイントを平均する。スティックポイントを測定するまたは単一成分弾性繊維を回収するときには、A側の押出機のみを繊維の押出しに使用した。
ローピング研究のためのアスピレータ/移動スクリーン機構
図14は、ローピングが発生し得るスパンボンドラインにおける条件をシミュレートするための機構の略図である。これは、アスピレータ(3)により繊維(1A)を空気延伸するように構成されたアスピレータ(3)/移動スクリーン(4)機構である。アスピレータ(3)通過後に繊維(1B)が繊維ウェブ(2)を形成する。この機構は、1.625インチの直径の開口部を有するアスピレータ(3)(Transvector IncorporationによるAir Amplifier,model ITW Vortex 912/952)を使用する。繊維(1B)が出てくるダイ前面(図示なし)の60インチ(約150cm)下にこれを配置する。アスピレータ(3)を(目標デニールに対して約35インチであると推測される)紡糸ラインの予測スティックポイントより下にするようにすることもできる。0.3ghmのスループットのために100psiの吸入圧を用いる。
アスピレータ(3)の約10インチ下に手動式移動スクリーンおよびラックシステム(4)を取り付けて、繊維ウェブ(2)を継続的に回収する。これは、ワイヤーまたはウェブフォーマーをシミュレートするためのものである。アスピレータ(3)内の限られた空間および空気乱流は、高い繊維−繊維接触確率を生じさせると考えられる。これは、当然、繊維にブロック化する機会を与えると考えられる。衝突し、有意に付着しない繊維(1B)には、アスピレータの出口での減速時に分離する機会がある。対照的に、繊維がアスピレータ(3)によって延伸されるにつれて、十分な強さの凝集結合が広がる場合もある。これは、繊維軸に沿った連続的結合を生じさせ、その結果、ロープとして知られている構造が生じると考えられる。
直後ひずみおよび保持荷重を決定するための100%ヒステリシス試験
72のフィラメントを含む繊維ストランドを作製し、3’’ゲージ長を有するInstronに把持させる。クロスヘッド速度は、1分あたり10インチに設定する。100%の伸びがかかるまでクロスヘッドを上昇させ、その後、そのクロスヘッドを同じクロスヘッド速度で0%伸びまで戻す。0%伸びに戻した後、そのクロスヘッドを原型の3インチ長について計算した場合の100%伸びまで、1分あたり10インチで伸長する。荷重の開始を直後ひずみと考えた。
30%伸びにおける、サンプルの第一伸長および第一収縮の間に減少した荷重を測定する。保持荷重は、第一収縮中に減少した30%伸び荷重を、第一伸長中に減少した30%伸び荷重で割り、その後、100をかけて計算する。
スティックポイントの測定
スティックポイントは、延伸中の応力誘導/増進性結晶化のもとで形成される融解凝固点を表す。ローピングを回避するために、(ダイにより近い)より低いスティックポイントが望まれる。
ウェブ構造に関する視覚的格付け試験において、Aは、ローピングが最小で、良好であり、一方、Cは、ローピングが最大で、不良である。図15は、実施例19I、実施例19N、実施例19Oの3つのウェブの写真である。
従って、本発明のブロックコポリマーまたは共重合体から製造した繊維を含む不織布は、類似のランダムコポリマーを含む繊維から製造した不織布(例えば、スパンボンドまたはメルトブロー不織布)より低いローピング度を有する。類似のとは、メルトインデックスおよび密度が互いに10%範囲内であること、およびそれぞれのコポリマーが同じモノマーを含むことを意味する。改善されたローピングとは、最小限の数のフィラメント/繊維凝集体(束)しか存在しないことを意味する。フィラメント凝集体は、互いに融着した平行な配向の多数のフィラメントから成る。良好な構造(すなわち、最小限のローピング)を有する布を定量するために、2cm長あたりのフィラメント凝集体の数を測定する。それぞれのフィラメント凝集体は、長さが繊維幅の少なくとも10倍である。この2cm長は熱および加圧接着点を含まないことに注意しなければならない。ランダムな方向で2cm長にわたって、フィラメント凝集体の直線数を数える。良好なウェブ構造の場合、フィラメント凝集体の数は、30/2cm未満、好適には20/2cm未満であり、約5/2ほども低い、好ましくは約1/2cmほども低い、特に0/2cmほども低い(すなわち、ロープなし)場合もある。
直後ひずみおよび保持荷重
図16は、本発明の実施形態に従って製造した繊維が、100%伸びでの1回のヒステリシスサイクルで試験した後、低い直後ひずみも提示できることを示している。特に、約0.9g/cmまたはそれ以下(好ましくは約0.895g/cmまたはそれ以下、さらに好ましくは0.89g/cmまたはそれ以下の密度および約0.85g/cmほども低い場合もある)の密度を有する本発明のブロックコポリマーまたは共重合体から製造した繊維の場合、直後ひずみが、20%ほどの低さ、好ましくは約10%ほどの低さである場合があり、0%ほどの低さの直後ひずみであることもある。
本発明のポリマーから製造した繊維が、AFFINITY(登録商標)およびVERSITY(登録商標)繊維より低い直後ひずみを有することが、図17からわかる。予想どおり、高い密度の繊維ほど、高い直後ひずみを示す。図17および表17において実証されるように、60%伸びで、本発明の繊維は、AFFINITY(登録商標)およびVERSITY(登録商標)より高い保持荷重を示す。これは、本発明の繊維の方が低い伸長力を有するためである。
追加の実施例
ポリマー実施例20
コンピュータ制御完全混合反応装置において連続溶液重合を行う。精製混合アルカン溶媒(ExxonMobil,Inc.から入手できるIsopar(商標)E)、エチレン、1−オクテンおよび(使用する場合には)水素を併せ、40ガロン反応装置に供給する。反応装置への供給量は、マスフローコントローラーによって測定する。供給流の温度は、その反応装置に入る前にグリコール冷却式熱交換器の使用により制御する。触媒成分溶液は、ポンプおよびマスフローメーターを使用して測定する。その反応装置を満液で、およそ725psigの圧力で動作させる。反応装置を出次第、そのポリマー溶液に水および添加剤を注入する。その水が、触媒を加水分解し、重合反応を停止させる。その後、二段階脱揮の準備で、後反応装置溶液を加熱する。溶媒および未反応モノマーは、その脱揮プロセス中に除去される。ポリマー溶融物をポンプで水中ペレット切断用のダイに送る。反応装置条件を表18に示す。
安定した反応装置条件下で主製造物を回収した。数時間後、それらの製造物サンプルは、メルトインデックスまたは密度の実質的な変化を示さなかった。これらの製造物は、IRGANOX(登録商標)1010とIRGANOX(登録商標)1076とIRGAFOS(登録商標)176の混合物で安定させた。
上の手順において使用した2つの触媒(すなわち、触媒A1およびA2)の構造を下に示す。
ポリマー実施例20は、11.1mol%(33重量%)の複合1−オクテン含量、0.880g/ccの複合密度、123℃のDSCピーク融点、0.4mol%(1.6重量%)のDSC測定に基づくハードセグメントレベル、91℃のATREF結晶化温度、43,600g/molの数平均分子量、119,900g/molの重量平均分子量、および約1dg/分の190℃、2.16Kgでのメルトインデックスを有する、エチレン/1−オクテンブロックコポリマーである。
ポリマー実施例20から、繊維1、2および3をそれぞれ40d、70dおよび140dで製造する。0.8mmの円形紡糸口金で、約300℃の紡糸温度で、モノフィラメント繊維を100から300gのボビンに溶融紡糸する。紡糸口金と巻取ロールの間には、繊維を凝固させるために長さ2mの冷風急冷チャンバがある。繊維がその溶融物から凝固した後、紡糸仕上げ剤塗布装置によってLurol 8517(Goulston Technologies)のシリコーン系紡糸仕上げ剤をその繊維の表面に2重量%で塗布する。その後、その繊維を400から600m/分の範囲にわたる速度でボビンに巻く。この紡糸温度および巻取速度は、結果として生じる繊維の引張応答を調整するために使用される作業変数である。紡糸する前、それぞれの実施例からの樹脂を、酸化防止剤としての3000ppmのCyanox 1790(Cytec Industries)および3000ppmのChimasorb 944(Ciba Specialty Chemicals)と配合する。
ポリマー実施例20とポリプロピレンのブレンドからの繊維
PP1は、38dg/分の230℃、2.16kgでのメルトフローインデックス、164℃のDSC融点および0.90g/ccの密度を有する、ポリプロピレンホモポリマーである。
PP2は、9.5dg/分の230℃、2.16kgでのメルトフローインデックス、164℃のDSC融点および0.90g/ccの密度を有する、ポリプロピレンホモポリマーである。
PP3は、8.0dg/分の230℃、2.16kgでのメルトフローインデックス、166℃のDSC融点および0.90g/ccの密度を有する、ポリプロピレンホモポリマーである。
PP4は、35dg/分の230℃、2.16kgでのメルトフローインデックス、166℃のDSC融点および0.90g/ccの密度を有する、ポリプロピレンホモポリマーである。
表19〜21に示すようなポリマー実施例20とポリプロピレンの様々なブレンドから、繊維を紡糸する。
ポリマー実施例20およびそれとポリプロピレンのブレンドについての繊維特性
表19〜21に列挙した配合物を、二軸スクリュー押出機を使用して溶融ブレンドした後、繊維を紡糸する。それらのブレンドをタンブル混合し、その後混合する。この溶融ブレンド工程を、ポリプロピレンブレンドの混合に適する、標準的なスクリュー設計を用いたZSK−25(25mm)異方向回転二軸押出機にて次の条件下で行う。スクリューについての長さ対直径比(L/D)=35、ダイ温度=235℃、スクリュー速度=300rpm、およびトルクレベル=65から70%。
繊維4および5は、0.8mm丸形異形ダイを使用して約300℃で紡糸する。繊維6〜8は、0.8mm丸形異形ダイを使用して約290℃で紡糸する。繊維9および10は、5:1の長方形のダイを使用して290℃で紡糸する。追加の条件は、下の表22に列挙する。
電子ビーム架橋機に6回通して176KGyの総線量レベルを与えることによって、繊維1、4および5を架橋する。それぞれの通過と通過の間に繊維を−10℃に冷却する。架橋した繊維を、繊維1 CL、繊維4 CLおよび繊維5 CLとそれぞれ呼ぶこととする。
ゲル含量
ASTM D2765−95a(これは、本明細書に参照により組み込まれる)によるキシレン押出法によって、それらの架橋繊維のゲル含量パーセントを測定する。e−ビーム照射下でのポリプロピレンの優勢な連鎖切断応答のため予想されたとおり、ブレンド繊維、繊維4および5は、繊維1より低いゲル含量を有した。しかし、繊維4のブレンドは、繊維1と比較して、繊維5のものより低いゲル含量減少を示した。このゲル減少レベルは、その物理的ブレンド比より低い。これは、ポリプロピレンのある部分が架橋され得ることを示唆している。これらのゲル含量を表23に示す。
熱挙動
繊維1、4および5の熱挙動をDSCによって研究した。図18および19は、それぞれ、加熱挙動および冷却挙動を示すものである。図18において、繊維ブレンド中で164℃のポリプロピレン融点が明らかに保持された。このより高いポリプロピレン融解温度により、これらのブレンド繊維は、130℃の染色温度を必要とするPET/綿CSYでのコーン染色プロセスにおいて性能の改善を提示できると考えられる。図19では、ブレンド冷却プロセス中に125℃の元のポリプロピレン結晶化ピークが消滅したことがわかる。いずれの特定の理論による拘束も受けることを望まないが、過冷却の影響に起因して、ブレンド中のポリプロピレン成分の結晶ピークがより低くなると仮定する。
引張挙動
102mmゲージ長で508mm/分でInstron Universal Tester(Instron,Corp.)を使用して、未架橋繊維の引張挙動を測定する。60psi(約413kPa)のグリップ圧で空気クランプを使用する(Model 2712−001、Instron Corp.)。高靭性、破断点伸び、および300%伸びでの荷重を、5回の反復実験の平均から報告する。23℃での引張データを表24〜27に与える。
高温での引張試験を環境チャンバ内でInstronで行う。繊維をテフロン(登録商標)シート上で所与のドラフト比(例えば、3倍)に伸長し、その後、、定の温度(例えば、95℃)で10分間熱処理して流動プロセスをシミュレートする。その後、それらの伸長繊維の上に厚紙ウインドウ(1インチの長さ)を置く。コアスパンヤーンにおいて繊維を収縮させずに繊維伸長状態をシミュレートするため、3M Scotchテープを使用して繊維をその厚紙に固定する。その後、繊維の付いたその厚紙をクランプで留める。引張伸長前、繊維が伸長できるようにそのウインドウの腰部を切断する。コーン染色温度(例えば、95℃)で繊維の特性を試験する。
金属ピンとの動摩擦
Electronic Constant Tension Transporter、すなわちECTT ST200(Lawson Hemphill)を使用して、摩擦特性を測定する。その構成の概略を図12に示す。このECTT ST200は、コンピュータによって独立制御される弾性ヤーンフィーダー(EYF)(1)および巻取ロール(2)から成る(図示なし)。1.5Xのドラフトを適用した(巻取線速度とEYF線速度の間の比率)。このドラフト値は、市販の整経機に由来する従来の(historic)ドラフト区分データから得た参照値である。市販の標準クリール型23E−1100 82mm LIBA 巻出ロール(LIBA Maschinenfabrik GmbH)1個を、EYFと巻取ロール(摩擦部材)の間に配置する。張力を1個の10cNロードセル(Perma Tens 100p/50cN、Rothschild)で測定する。
ECTTの2つの構成を用いて1.5X速度比でLIBA 動COFを計算する。
a)フィラメント糸ラインが摩擦部材を含まない(図12における不連続ライン)。ロードセルの張力をT、すなわち摩擦部材前の仮定される張力として示す;および
b)フィラメントを摩擦部材に対して180°で巻き付ける。ロードセルにおいて読取る張力は、摩擦部材後の張力Tであり、「利用可能張力」とも呼ばれる。
摩擦係数は、オイラーの公式、
を用いて計算することができ、この式中、μは、摩擦係数である。
動摩擦係数(COF)の結果を表28に列挙する。高い摩擦は、製織および編織用途では繊維破断をもたらすことが多いため、低いCOFを有することが望ましい。本発明の一部の好ましい繊維の場合、研磨された金属とのCOFは比較的低く、約0.6ほどの低さであり、好ましくは0.5またはそれ以下、さらに好ましくは0.4またはそれ以下、および約0.3ほども低いことがある。好ましくは、前記COFは、1.0以下、さらに好ましくは0.9以下、および最も好ましくは0.7以下である。
動的機械的分光分析(DMS)をRSA III伸長レオメーター(TA Instruments)で行って、耐熱性を測定する。60個の40デニール繊維の束の両末端を10mm離した取付け具に留める。その後、そのサンプルを1段階につき3℃での25℃から200℃の一連の温度ステップに付す。それぞれの温度において、貯蔵弾性率E’を、10ラジアン/秒の伸び頻度および0.1%と5%の間の伸び幅サイクルで測定する。5gの初期静的力をかけて、サンプルのたるみを防止する。温度が200℃に達したら試験は終了する。
図20は、繊維1 CL、繊維4 CLおよび繊維5 CLの動的機械的熱応答を示すものである。このプロットは、繊維4 CLおよび繊維5 CLについての貯蔵弾性率が繊維1 CLのものより高いことを示している。
ポリマー実施例20とポリプロピレンのブレンドからの繊維の形態
透過電子顕微鏡(TEM)を使用してルテニウム染色により繊維の形態を研究する。ルテニウム染料は、ポリプロピレンを染色しない。繊維をかみそりの刃でトリミングして、対象となる領域を単離する。垂直断面については、繊維を平坦な包埋用の型の中に入れ、Epofixエポキシ樹脂を充填し、16時間、40℃で放置して硬化させる。縦断面については、繊維の糸を、染色前に、先ず、メタノール中で超音波処理する。それらの繊維を放置して乾燥させ、両面テープを使用してスライドガラス上に配置して、繊維がそのテープの反対側から自由にぶらさがっているようにする。それらの繊維を周囲温度で1時間、RuO蒸気で予備染色する。この染色溶液は、ねじ蓋を有するガラスびんに0.2mgの塩化ルテニウム(III)水和物(RuCl・HO)を量り入れて10mLの5.25%次亜塩素酸ナトリウム水溶液をそのジャーに添加することによって調製される。繊維が入っているスライドガラスをその染色びんの中に入れて、それらのばら繊維(lose fiber)を染色溶液の約1インチ上に吊り下げる。
染色後、それらの繊維をジャーから取り出し、脱イオン水のビーカーに入れ、およそ2分間、超音波処理して、サンプルから一切の残留RuOを除去する。切片を縦方向に回収できるように繊維を配向させるために、数本の染色繊維をおよそ3mmの長さに切断し、平坦な包埋用の型に入れる。一片の両面テープをその型の先端に配置し、繊維をそのテープに接着して、包埋プロセス中にそれが動かないように保つ。単一繊維をEpofixエポキシで包埋し、16時間、38℃で放置して硬化させる。硬化したら、そのブロックを包埋用の型から取り出し、その型の先端から両面テープを剥がして、その単一繊維を露出させる。そのブロックを、その包埋用エポキシの中央に繊維があるよう、およそ約0.1mmから0.3mmにトリミングする。
Gatan 791および794デジタルカメラを使用して、100kV加速電圧で動作するJEOL JEM 1230で明視野TEM画像を収集する。Adobe Photoshop 7.0を用いてそれらの画像を後処理する。
図21および22は、繊維の向きに対してそれぞれ垂直方向および縦方向に切断した繊維4のサンプルのTEM画像を低(約3,000倍)倍率で示すものである。意外なことに、TEM画像の中に白い領域として見えるブレンド中のポリプロピレン成分は、ナノシリンダーとして垂直方向に、および細長い棒として縦方向に、均一に分布している。図23および24は、より高い倍率(約30,000倍)での対応する画像を示すものである。これらの画像は、さらに、ブレンド中のポリプロピレン成分が、ナノスケール(<50μm)であることを示した。このナノスケールポリマーブレンド構造は新規であり、いずれの特定の理論による拘束も受けることを望まないが、これが改善された特性の一因となり得ると考えられる。
図25および26は、繊維の向きに対して垂直方向に切断した図4のサンプルのTEM画像を約30,000倍の倍率で表示するものであり、ポリプロピレンドメインの分散について、それぞれ、表面部の形態と中心部の形態を比較するものである。これらの画像は、繊維表面に濃縮されたポリプロピレンが存在しないことを示した。繊維断面における表面領域と中心領域の間には形態の差がなかった。
図27および28は、それぞれ、垂直方向および縦方向に切断した繊維5のサンプルの約30,000倍の倍率でのTEM画像を示すものである。より高い分子量を有するポリプロピレンについても、ナノスケールポリプロピレン相が依然として観察されることがわかった。
ポリマー実施例20の特性および繊維実施例において使用したポリプロピレンとのブレンドについての特性
200℃での溶融強度対延伸性
ポリマー実施例20についてのおよび繊維6、9および10において使用したプロピレンとのブレンドについての溶融強度および延伸性を200℃で測定した。結果を図29に示す。ブレンドの方がポリマー実施例20より高い溶融強度を示し、延伸性は同等であった。
磨耗試験
ポリマー実施例20のサンプルおよび繊維5において使用したブレンドのサンプルを2.5mmの直径を有する棒に押出した。銅線をその棒に押し付け、8000サイクルで1時間にわたって繰り返しその表面に掻ききずを強制的につけた。それらの掻ききずのついた棒サンプルの表面を図30および31に示す。わかると思うが、両方のサンプルは何らかの耐摩耗性を示すが、ポリプロピレンを含有するサンプルの方が、ポリマー実施例20のみのサンプルより低い表面損傷を示す。
TMA押込の結果
圧縮成形した架橋プラックを用いて、TMA押込測定を行った。繊維1、4および5についての温度に対する定荷重についての針入深さを図32に示す。わかると思うが、3つすべての繊維が十分に機能するが、繊維4および5は、改善された押込抵抗を示す。この特性は、硬質ヤーンとの接触のために繊維がより耐引掻性および耐破損性であり得るコーン染色などのプロセスにおいて、改善された性能をもたらすことができる。
上で実証したように、本発明の実施形態は、エチレンおよびα−オレフィンの独特なマルチブロックコポリマーとプロピレン系ポリマーのブレンドから製造した繊維を提供する。本繊維は、次の利点のうちの1つまたはそれ以上を有することができる。良好な耐摩耗性;低い摩擦係数;高い上限使用温度;高い回復率/収縮力;低い応力緩和(高温および低温);ソフトストレッチ;高い破断点伸び;不活性;耐薬品性;耐UV性。本繊維は、比較的高い紡糸速度およびより低温で溶融紡糸することができる。本繊維は、電子ビームまたは他の照射法により架橋させることができる。加えて、本繊維は、あまり粘着性でなく、その結果、より良好な巻出動作およびより良好な保管寿命が得られ、ならびに実質的にローピング(すなわち、繊維集束)を有さない。本繊維は、より高い紡糸速度で紡糸することができるため、繊維の生産スループットが高い。このような繊維は、広い成形領域および広い加工領域も有する。他の利点および特徴は、当業者には明らかである。
限られた数の実施形態に関して本発明を説明したが、1つの実施形態の特定の特徴が、本発明の他の実施形態によるとは限らない。単一の実施形態が、本発明のすべての態様の代表ではない。一部の実施形態における組成物または方法は、本明細書において言及されていない非常に多数の化合物または段階を含むことがある。一部の実施形態における組成物または方法は、本明細書に列挙されていない任意の化合物または段階を含まない、または実質的に有さない。「少なくとも」1つの成分または段階を含むと記載されている実施形態がある一方で、そうした成分または段階を1つだけしか含むことができない実施形態もある。記載されている実施形態からの変形および変更が存在する。樹脂の製造方法は、多数の動作および段階を含むと記載されている。これらの段階または動作は、別の指示がない限り、任意の配列または順序で実施することができる。最後に、本明細書に開示されている任意の数は、その数の説明に「約」または「およそ」という語が用いられているかどうかにかかわらず、近似値を意味すると解釈しなければならない。添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲内に入るすべての変更および変形を包含すると解釈する。

Claims (12)

  1. 少なくとも1つのプロピレン系ポリマーと少なくとも1つのエチレン/α−オレフィンマルチブロック共重合体とのブレンドからなり、任意で酸化防止剤および/またはフィラーを含む繊維であって、
    前記エチレン/α−オレフィンマルチブロック共重合体が、架橋前、1.7から3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点、Tm(単位:摂氏度)、および密度、d(単位:グラム/立方センチメートル)[この場合、Tmとdの数値は、次の関係に対応する。
    Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)]の特性によって特徴付けられ、
    前記プロピレン系ポリマーが、ナノシリンダーとして存在し、重量%〜15重量%の間の量で存在する、繊維。
  2. 前記共重合体が、0.860g/ccから0.895g/ccの密度、および70%未満の70℃圧縮永久ひずみを有する、請求項1に記載の繊維。
  3. 架橋される、請求項1又は2に記載の繊維。
  4. 前記プロピレン系ポリマーが、ポリプロピレンである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維。
  5. 前記共重合体がいずれのフィラーとも混合されていない、0.6未満の摩擦係数を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の繊維。
  6. 前記プロピレンがナノシリンダーとして存在する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の繊維を含む布。
  8. 前記繊維が溶液紡糸法または溶融紡糸法によって製造された不織シートである、請求項7に記載の布。
  9. られているか、または編まれている、請求項7又は8に記載の布。
  10. 丸編みされている、たて編みされている、または横編みされている、請求項7〜9のいずれか1項に記載の布。
  11. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の繊維を含むヤーン。
  12. 被覆されている、請求項11に記載のヤーン。
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