JP5643843B2 - 高溶融強度を有するポリエチレンを調製するための方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2010年1月11日出願の米国特許出願第12/685,148号の優先権を主張するものであり、その開示内容は、米国実務上、参照により本明細書に組み込まれる。
(R1)(R2)N−O−R3
に対応するものであり、式中、R1およびR2はそれぞれ互いに独立して、水素、C4〜C42アルキルもしくはC4〜C42アリール、またはOおよび/もしくはNを含む置換炭化水素基であり、R1とR2は一緒になって環構造を形成してもよく、R3は、水素、炭化水素、またはOおよび/もしくはNを含む置換炭化水素基である。R3の好ましい基としては、−C1〜C19アルキル;−C6〜C10アリール;−C2〜C19アケニル;−O−C1〜C19アルキル;−O−C6〜C10アリール;−NH−C1〜C19アルキル;−NH−C6〜C10アリール;−N−(C1〜C19アルキル)2が挙げられる。R3は、アシル基を含むことが最も好ましい。
溶融強度
溶融強度測定を、Gottfert Rheotester 2000キャピラリーレオメーターに取り付けられたGottfert Rheotens 71.97(Goettfert Inc.;Rock Hill,SC)で実施した。長さ30mm、直径2.0mm、およびアスペクト比(長さ/直径)15のフラット流入角(180度)を装備したGoettfert Rheotester 2000キャピラリーレオメーターを用いて、溶融した試料(約25から30グラム)をフィードした。試料を190℃で10分間平衡化した後、ピストンを一定のピストン速度0.265mm/秒で動かした。標準試験温度は190℃であった。試料を、ダイの100mm下に配置されている1組の加速ニップに、加速度2.4mm/s2で一軸延伸した。張力を、ニップロールの巻取速度の関数として記録した。溶融強度を、ストランドが破断する前のプラトー力(cN)として報告した。溶融強度測定では、以下の条件を使用した:プランジャー速度=0.265mm/秒;ホイール加速度=2.4mm/s2;キャピラリー直径=2.0mm;キャピラリー長さ=30mm;およびバレルの直径=12mm。
メルトインデックスは、分子量の指標として使用される。ASTM法D−1238を用いて、寸法が直径0.0825インチおよび長さ0.315インチのオリフィスキャピラリー;3つの罫書き印(4.17インチ、4.33インチ、および5.25インチ)がピストンの末端部の上にあるステンレス鋼製ピストン;重りとピストンの質量を合わせると2.16kgおよび10.00kgとなるようなサイズの重り;ならびにオリフィスキャピラリーを測定するためのプラグゲージを備えたTinius−Olsen Extrusion PlastometerモデルMP987を使用して、190℃でメルトインデックスを決定した。I2と同定されるメルトインデックスは、2.16kgの重りを用いた測定を指し、I10と同定されるメルトインデックスは、10kgの重りを使用した測定を指す。
密度測定用の試料を、ASTM D4703−10に従って調製した。
樹脂を、350°Fで5分間、空気中1500psiの圧力下で「厚さ3mm×1インチ」の円形プラークに圧縮成形した。次いで、試料をプレス機から取り出し、カウンター上に置いて冷却した。
トリプル検出器ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(3D−GPCまたはTD−GPC)システムは、Waters(Milford,Mass)150℃高温クロマトグラフからなる(他の好適な高温GPC装置としては、内蔵示差屈折計(RI)を装備したPolymer Laboratories(Shropshire,UK)モデル210およびモデル220が挙げられる。追加の検出器として、Polymer ChAR(Valencia,Spain)製のIR4赤外検出器、Precision Detectors(Amherst,Mass.)、2角度レーザー光散乱(LS)検出器モデル2040、およびViscotek(Houston,Tex.)150R 4本キャピラリー式溶液粘度計を挙げることができる。これら後者の独立した検出器2台および前者の検出器のうちの少なくとも1台を備えたGPCは、「3D−GPC」または「TDGPC」と呼ばれることもあり、「GPC」という用語は単独では、一般に従来のGPCを指す。試料にもよるが、算出目的には光散乱検出器の散乱角15°または90°が使用される。Viscotek TriSECソフトウェア、バージョン3、および4チャンネルViscotek Data Manager DM400を使用して、データ収集を行う。このシステムには、Polymer Laboratories(Shropshire,United Kingdom)製のオンライン溶媒脱気デバイスも装備されている。
Mポリエチレン=A(Mポリスチレン)B (1)
を用いて、ポリス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した。
ペレットを、まずプレスして、0.25mmの厚いフィルムを作製し、次いで再びプレスして、0.125mmの薄いフィルムを作製する。次いで、フィルムをスキャンカードに固定し、次いで両側をサンドペーパーで磨いた後、Nicolet 6700 FTIR装置に載せる。分解能2cm−1で64回スキャンを行って、909cm−1におけるピーク下面積を積分して、炭素1,000,000個当たりの三置換不飽和単位数の値を得る。この技法は、既知の吸光度および濃度を使用して較正され、試料の濃度を決定するためにフィルムの厚さを補正する。
供給部 :80℃
ゾーン1:160℃
ゾーン2:180℃
ゾーン3:185℃
ゾーン4:190℃
ダイ :210℃
スクリュー軸速度を1分当たり276回転(RPM)と設定すると、押出量が約52ポンド/hとなる。
樹脂A(Dowlex 61528.20)は、チーグラーナッタ触媒を用いて、溶液プロセスで作製された、メルトインデックス0.5g/10min(190℃で2.16kg、ASTM D−1238)および密度0.921g/cm3(ASTM D792)のポリエチレン樹脂である。
1)標的ポリエチレン樹脂の溶融強度を増大させるための方法であって、
a)ASTM D792に従って決定される、0.865g/cm3から0.962g/cm3の範囲の密度、およびASTM D1238(2.16kg、190℃)に従って決定される、0.01g/10minから100g/10minの範囲のメルトインデックスを有する標的ポリエチレン樹脂を選択するステップと、
b)全ポリエチレン樹脂100万部当たり誘導体900部未満の量のアルコキシアミン誘導体をポリエチレン樹脂と、ポリエチレン樹脂の溶融強度を増大させるのに十分な条件下で反応させるステップと
を含む方法。
2)アルコキシアミン誘導体が、次式:
(R1)(R2)N−O−R3
に対応するものであり、式中、R1およびR2はそれぞれ互いに独立して、水素、C4〜C42アルキルもしくはC4〜C42アリール、またはOおよび/もしくはNを含む置換炭化水素基であり、またR1とR2は一緒になって環構造を形成してもよく、R3は、水素、炭化水素、またはOおよび/もしくはNを含む置換炭化水素基である、実施形態1に記載の方法。
3)アルコキシアミン誘導体がヒドロキシルアミンエステルである、実施形態1に記載の方法。
4)ヒドロキシルアミンエステルが、9−(アセチルオキシ)−3,8,10−トリエチル−7,8,10−トリメチル−1,5−ジオキサ−9−アザスピロ[5.5]ウンデカ−3−イル]メチルオクタデカノアートである、ヒドロキシルアミンエステルである、実施形態3に記載の方法。
5)アルコキシアミン誘導体が、アルコキシアミン誘導体をキャリヤー樹脂と共に含むマスターバッチとして、標的ポリエチレン樹脂に添加される、実施形態1に記載の方法。
6)キャリヤー樹脂が、HDPE、LLDPE、およびLDPEからなる群から選択される、実施形態5に記載の方法。
7)キャリヤー樹脂がLDPEであり、LDPE樹脂のビニル濃度が、炭素1,000個当たりビニル0から0.5個の範囲である、実施形態6に記載の方法。
8)キャリヤー樹脂のビニル濃度が、炭素1,000個当たりビニル0.1個未満である、実施形態7に記載の方法。
9)キャリヤー樹脂がHDPEであり、HDPE樹脂のビニル濃度が、炭素1,000個当たりビニル0から0.5個の範囲である、実施形態6に記載の方法。
10)キャリヤー樹脂のビニル濃度が、炭素1,000個当たりビニル0.05個未満である、実施形態9に記載の方法。
11)キャリヤー樹脂が、酸化防止剤化合物を0から1,000ppmの範囲で実質的に含まない、実施形態6に記載の方法。
12)キャリヤー樹脂が、一次酸化防止剤化合物を含まない、実施形態11に記載の方法。
13)アルコキシアミン誘導体を、反応押出プロセスにおいてポリエチレン樹脂と反応させる、実施形態1に記載の方法。
14)標的樹脂が、エチレンモノマーおよび3から12個の炭素を有するα−オレフィンコモノマーに由来するLLDPE樹脂を含む、実施形態1に記載の方法。
15)標的ポリエチレン樹脂が、炭素1,000個当たりビニル0から0.5個の範囲のビニル含有量を有するLLDPE樹脂を含む、実施形態1に記載の方法。
16)標的樹脂が、LDPE樹脂とLLDPE樹脂のブレンドを含む、実施形態1に記載の方法。
17)標的樹脂が、HDPE樹脂とLLDPE樹脂のブレンドを含む、実施形態1に記載の方法。
18)標的樹脂が、HDPE樹脂とLDPE樹脂のブレンドを含む、実施形態1に記載の方法。
19)標的ポリエチレン樹脂が、一次酸化防止剤を実質的に含まないか、好ましくは0から1,000ppmの範囲でしか含まない、実施形態1に記載の方法。
20)アルコキシアミン誘導体が、ポリエチレンポリマーの全重量の0.003重量%から0.09重量%未満の量で添加される、実施形態1に記載の方法。
21)キャリヤー樹脂と誘導体の混合物を押出機温度250℃未満で溶融押出することによって、マスターバッチが生成される、実施形態5に記載の方法。
22)アルコキシアミン誘導体と反応してはいない実質的に同様のポリエチレン樹脂に比べて、溶融強度が少なくとも25%増大される、実施形態1に記載の方法。
23)標的樹脂を誘導体と反応させた後、1つまたは複数の酸化防止剤を標的樹脂に添加するステップをさらに含む、実施形態1に記載の方法。
24)1rad/s未満のせん断速度における標的ポリエチレン樹脂の伸長粘度を増大させるための方法であって、
a)ASTM D792に従って決定される、0.865g/cm3から0.962g/cm3の範囲の密度、およびASTM D1238(2.16kg、190℃)に従って決定される、0.01g/10minから100g/10minの範囲のメルトインデックスを有する標的ポリエチレン樹脂を選択するステップと、
b)アルコキシアミン誘導体を標的ポリエチレン樹脂と、標的ポリエチレン樹脂の伸長粘度を増大させるのに十分な量および条件下で反応させるステップと
を含む方法。
25)アルコキシアミン誘導体と反応してはいない実質的に同様のポリエチレン樹脂に比べて、標的ポリエチレン樹脂の伸長粘度が少なくとも25%増大される、実施形態23に記載の方法。アルコキシアミン誘導体と反応してはいない実質的に同様のポリエチレン樹脂に比べて、0.1から100rad/sにおける標的ポリエチレン樹脂の伸長粘度の比が少なくとも25%増大される、実施形態23に記載の方法。標的ポリエチレン樹脂の溶融強度および/または伸長粘度を改善するためのアルコキシアミン誘導体の使用であって、アルコキシアミン誘導体が、反応押出プロセスにおいて標的ポリエチレン樹脂に添加される使用。
28)実施形態1の方法に従って作製された標的ポリエチレン樹脂から作製される成形加工品。
29)フィルム、シート、パイプ、またはブロー成形品からなる群から選択される、実施形態27に記載の成形加工品。
30)元の樹脂としての機械的諸特性を保持し、アルコキシアミン誘導体と反応してはいない樹脂で作製されたフィルムに比べて、増大された溶融強度および良好な加工性を備えたフィルムである、実施形態28に記載の成形加工品。最終加工ステップにおいて十分な酸化防止剤を添加して、樹脂を完全に安定化する、実施形態27に記載の成形加工品。
32)a)ASTM D792に従って決定される、0.865g/cm3から0.962g/cm3の範囲の密度、およびASTM D1238(2.16kg、190℃)に従って決定される、0.01g/10minから100g/10minの範囲のメルトインデックスを有する樹脂を特徴とする標的ポリエチレン樹脂を、
b)b)アルコキシアミン誘導体
と、組成物中の全ポリエチレン樹脂100万部当たりアルコキシアミン誘導体900部未満の量で、標的ポリエチレン樹脂の溶融強度を増大させるのに十分な条件下で反応させることによって形成されるエチレン系ポリマー組成物。
33)標的ポリエチレン樹脂が、三置換不飽和単位10個超/C1,000,000個であることをさらに特徴とする、実施形態32に記載のエチレン系ポリマー組成物。
34)アルコキシアミン誘導体が、次式:
(R1)(R2)N−O−R3
に対応するものであり、式中、R1およびR2はそれぞれ互いに独立して、水素、C4〜C42アルキルもしくはC4〜C42アリール、またはOおよび/もしくはNを含む置換炭化水素基であり、またR1とR2は一緒になって環構造を形成してもよく、R3は、水素、炭化水素、またはOおよび/もしくはNを含む置換炭化水素基である、実施形態32に記載のエチレン系ポリマー組成物。
35)アルコキシアミン誘導体がヒドロキシルアミンエステルである、実施形態32に記載のエチレン系ポリマー組成物。
36)ヒドロキシルアミンエステルが、9−(アセチルオキシ)−3,8,10−トリエチル−7,8,10−トリメチル−1,5−ジオキサ−9−アザスピロ[5.5]ウンデカ−3−イル]メチルオクタデカノアートである、ヒドロキシルアミンエステルである、実施形態35に記載のエチレン系ポリマー組成物。
37)アルコキシアミン誘導体が、アルコキシアミン誘導体をキャリヤー樹脂と共に含むマスターバッチとして、ポリエチレン樹脂に添加される、実施形態32に記載のエチレン系ポリマー組成物。
38)キャリヤー樹脂が、HDPE、LLDPE、およびLDPEからなる群から選択される、実施形態37に記載のエチレン系ポリマー組成物。
39)キャリヤー樹脂がLDPEであり、キャリヤーLDPE樹脂の三置換不飽和単位/C1,000,000個が、0から500の範囲である、実施形態38に記載のエチレン系ポリマー組成物。
40)三置換不飽和単位/C1,000,000個の濃度が100未満である、実施形態39に記載のエチレン系ポリマー組成物。
41)キャリヤー樹脂がHDPEであり、キャリヤーHDPE樹脂の三置換不飽和単位/C1,000,000個が、0から500の範囲である、実施形態38に記載のエチレン系ポリマー組成物。
42)三置換不飽和単位/C1,000,000個の濃度が50未満である、実施形態41に記載のエチレン系ポリマー組成物。
43)キャリヤー樹脂が、酸化防止剤化合物を実質的に含まないか、キャリヤー樹脂100万部当たり酸化防止剤0から1,000部の範囲でしか含まないことを特徴とする、実施形態38に記載のエチレン系ポリマー組成物。
44)キャリヤー樹脂が、一次酸化防止剤化合物を含まない、実施形態43に記載のエチレン系ポリマー組成物。
45)アルコキシアミン誘導体を、反応押出プロセスにおいてポリエチレン樹脂と反応させる、実施形態32に記載のエチレン系ポリマー組成物。
46)標的ポリエチレン樹脂が、0から500ppmの範囲の三置換不飽和単位/C1,000,000個を有するLLDPE樹脂を含む、実施形態32に記載のエチレン系ポリマー組成物。
47)標的ポリエチレン樹脂が、一次酸化防止剤を実質的に含まないか、好ましくは0から1,000ppmの範囲でしか含まない、実施形態32に記載のエチレン系ポリマー組成物。
48)アルコキシアミン誘導体が、ポリエチレンポリマーの全重量の0.003重量%から0.09重量%未満の量で添加される、実施形態32に記載のエチレン系ポリマー組成物。
49)アルコキシアミン誘導体と反応してはいない実質的に同様のポリエチレン樹脂に比べて、標的ポリエチレン樹脂の溶融強度が少なくとも15%増大される、実施形態32に記載のエチレン系ポリマー組成物。
50)1rad/s未満のせん断速度において増大された伸長粘度を有するエチレン系ポリマーであって、ASTM D792に従って決定される、0.865g/cm3から0.962g/cm3の範囲の密度、およびASTM D1238(2.16kg、190℃)に従って決定される、0.01g/10minから100g/10minの範囲のメルトインデックスを有するポリエチレン樹脂と、1rad/s未満のせん断速度におけるポリエチレン樹脂の伸長粘度を増大させるのに十分な量および条件下のポリエチレン樹脂を含むアルコキシアミン誘導体とを含むポリマー。アルコキシアミン誘導体と反応してはいない実質的に同様のポリエチレン樹脂に比べて、伸長粘度が少なくとも20%増大される、実施形態50に記載のポリマー。
52)アルコキシアミン誘導体と反応してはいない実質的に同様のポリエチレン樹脂に比べて、0.1から100rad/sにおける伸長粘度の比が、少なくとも20%増大される、実施形態50に記載のポリマー。
53)ポリエチレン樹脂の溶融強度および/または伸長粘度を改善するためのアルコキシアミン誘導体の使用であって、アルコキシアミン誘導体が、反応押出プロセスにおいてポリエチレン樹脂に添加される使用。
54)実施形態32に従って作製されたポリエチレン樹脂から作製される成形加工品。
55)フィルム、シート、パイプ、またはブロー成形品からなる群から選択される、実施形態54に記載の成形加工品。
56)元の樹脂としての機械的諸特性を保持し、アルコキシアミン誘導体と反応してはいない樹脂で作製されたフィルムに比べて、増大された溶融強度および良好な加工性を備えたフィルムである、実施形態55に記載の成形加工品。
57)LDPE樹脂とLLDPE樹脂のブレンドである、56に記載のフィルム。
58)単層フィルムまたは多層フィルムで使用される、57に記載のフィルム。
59)厚いフィルム用途で使用される、58に記載のフィルム。
60)最終加工ステップにおいて十分な酸化防止剤を添加して、樹脂を完全に安定化する、実施形態54に記載の成形加工品。
Claims (18)
- 標的ポリエチレン樹脂の溶融強度を増大させるための方法であって、
a)ASTM D792に従って決定される、0.865g/cm3から0.970g/cm3の範囲の密度、およびASTM D1238(2.16kg、190℃)に従って決定される、0.01g/10分から100g/10分の範囲のメルトインデックスを有する標的ポリエチレン樹脂を選択するステップであって、前記標的ポリエチレン樹脂が0から1,000ppmの酸化防止剤を含むものであるステップと、
b)全ポリエチレン樹脂100万部当たり誘導体900部未満の量のアルコキシアミン誘導体をポリエチレン樹脂と、ポリエチレン樹脂の溶融強度を増大させるのに十分な条件下で反応させるステップとを含み、
前記アルコキシアミン誘導体が、次式:
(R 1 )(R 2 )N−O−R 3
に対応するものであり、
式中、R 1 およびR 2 はそれぞれ互いに独立して、水素、C 4 〜C 42 アルキルもしくはC 4 〜C 42 アリール、またはOおよび/もしくはNを含む置換炭化水素基であり、R 1 とR 2 は一緒になって環構造を形成してもよく、R 3 は、水素、炭化水素、またはOおよび/もしくはNを含む置換炭化水素基である、方法。 - 前記アルコキシアミン誘導体がヒドロキシルアミンエステルである、請求項1に記載の方法。
- 前記ヒドロキシルアミンエステルが、9−(アセチルオキシ)−3,8,10−トリエチル−7,8,10−トリメチル−1,5−ジオキサ−9−アザスピロ[5.5]ウンデカ−3−イル]メチルオクタデカノアートである、請求項2に記載の方法。
- 前記アルコキシアミン誘導体が、アルコキシアミン誘導体をキャリヤー樹脂と共に含むマスターバッチとして、前記標的ポリエチレン樹脂に添加される、請求項1に記載の方法。
- 前記キャリヤー樹脂が、HDPE、LLDPE、およびLDPEからなる群から選択される、請求項4に記載の方法。
- 前記キャリヤー樹脂がLDPEであり、該LDPE樹脂の、炭素原子1,000,000個当たりの三置換不飽和単位が0から500の範囲である、請求項5に記載の方法。
- 前記キャリヤー樹脂の、炭素原子1,000,000個当たりの三置換不飽和単位が100未満である、請求項6に記載の方法。
- 前記キャリヤー樹脂がHDPEであり、該HDPE樹脂の、炭素原子1,000,000個当たりの三置換不飽和単位が0から500の範囲である、請求項5に記載の方法。
- 前記キャリヤー樹脂の、炭素原子1,000,000個当たりの三置換不飽和単位が50未満である、請求項8に記載の方法。
- 前記キャリヤー樹脂が、酸化防止剤化合物を0から1,000ppmの範囲で実質的に含まない、請求項5に記載の方法。
- 前記キャリヤー樹脂が、一次酸化防止剤化合物を含まない、請求項10に記載の方法。
- 前記アルコキシアミン誘導体を、反応押出プロセスにおいて前記ポリエチレン樹脂と反応させる、請求項1に記載の方法。
- 前記標的樹脂が、エチレンモノマーおよび3から12個の炭素を有するα−オレフィンコモノマーに由来するLLDPE樹脂を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記標的ポリエチレン樹脂が、炭素原子1,000,000個当たりの三置換不飽和単位が0から500の範囲であるLLDPE樹脂を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記標的樹脂が、LDPE、LLDPE、およびHDPE樹脂からなる群から選択される2つ以上の樹脂を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記アルコキシアミン誘導体が、ポリエチレンポリマーの全重量の0.003重量%から0.09重量%未満の量で添加される、請求項1に記載の方法。
- 前記マスターバッチは、前記キャリヤー樹脂と前記誘導体との混合物を押出機温度250℃未満で溶融押出することによって調製される、請求項4に記載の方法。
- 前記標的樹脂を前記誘導体と反応させた後、1つまたは複数の酸化防止剤を前記標的樹脂に添加するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
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