JP5975987B2 - シュリンクフィルム用途においてブレンド成分として使用するためのエチレン系ポリマー組成物 - Google Patents

シュリンクフィルム用途においてブレンド成分として使用するためのエチレン系ポリマー組成物 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は、2010年6月14日出願の米国特許非仮出願第12/814,902号の優先権を主張し、その開示は、米国実務の目的において参照により本明細書に援用される。
多くの種類のポリエチレンポリマーが長年にわたって重合されてきた。それには、高圧フリーラジカル化学を用いて調製されたポリエチレン(LDPE)、一般にチーグラー・ナッタ触媒を用いて製造された、より従来型の直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)又はメタロセンもしくは拘束幾何触媒を用いて製造されたポリエチレンが含まれる。一部の線状ポリエチレン(一部の実質的に線状のポリエチレンも含む)は、微量の長鎖分枝を含有する。これらのポリマーは、適用又は最終用途によって様々な長所及び短所を有するが、ポリマー構造をさらに制御することがなお望まれている。
本発明者らは目下、ポストメタロセン触媒が、エチレンを効率的に重合して、制御されたコモノマー分布プロフィールを有すると同時にポリマー中の不飽和レベルも制御するポリマー及びポリマー組成物とすることができることを見出した。
本発明は、エチレン系ポリマー組成物、及びそれを製造するための方法、それから製造されたフィルムを提供する。一実施形態では、本発明は、約45よりも大きい、より好ましくは50よりも大きい、最も好ましくは95よりも大きく、400まで、例えば、350まで、あるいは300まで、あるいは250まで、あるいは200までのコモノマー分布定数(CDC)を特徴とするエチレン系ポリマー組成物であり、該組成物は、炭素1,000,000個あたり120個未満の全不飽和単位、例えば、1,000,000個あたり110未満の全不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり100個未満の全不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり80個未満の全不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり70個未満の全不飽和単位を有する。好ましくは、組成物は、炭素1,000,000個あたり15個未満の三置換不飽和単位、例えば、炭素1,000,000個あたり12個未満の三置換不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり10個未満の三置換不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり8個未満の三置換不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり5個未満の三置換不飽和単位を有する。好ましくは、エチレン系ポリマー組成物は、炭素1000個あたり約3個までの長鎖分枝、より好ましくは炭素1000個あたり約0.01〜約3個の長鎖分枝を含む。エチレン系ポリマー組成物は、少なくとも2かつ/又は50未満のゼロ剪断粘度比(ZSVR)を有し得る。本発明のエチレン系ポリマー組成物のZSVRは、少なくとも2、例えば、少なくとも2.5、あるいは少なくとも4の範囲内、かつ/又は50未満、例えば30未満の範囲内である。
エチレン系ポリマー組成物は、炭素1,000,000個あたり20個未満のビニリデン不飽和単位、例えば、炭素1,000,000個あたり18個未満のビニリデン不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり15未満のビニリデン不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり12個未満のビニリデン不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり10個未満のビニリデン不飽和単位を含むことをさらに特徴とすることができる。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、二峰性分子量分布(MWD)又は多峰性MWDを有し得る。また、本発明のエチレン系ポリマー組成物は、単峰性MWDも有し得る。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、パージを除いて、35℃から120℃までの単峰性又は二峰性分布を含むコモノマー分布プロフィールを有し得る。コモノマー分布プロフィールは、結晶溶出分別(CEF)により得られる。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、単一のDSC溶融ピークを含み得る。本発明のエチレン系ポリマー組成物はまた、二峰性又は複数の溶融ピークも含み得る。エチレン系ポリマー組成物は、17,000〜220,000g/mol、例えば、60,000〜220,000g/mol、70,000〜140,000g/molの重量平均分子量(M)を含み得る。また、該組成物は二峰性の分子量分布も有し得る。
好ましくは、本発明のエチレン系ポリマー組成物は、0.90g/10分以下のメルトインデックス、及び/又は0.945g/cc未満であり、かつ/又は0.92g/ccより大きい、好ましくは0.92g/ccより大きく、かつ/又は0.94g/cc未満の密度をさらに含む。
累積重量分率は、50℃までの温度の画分に関して0.10未満であってよく、好ましくは、累積重量分率は85℃までの温度の画分に関して0.03以上である。
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、
(a)MIが0.3未満であり、成分Bよりも大きい密度を有し、成分BとAの密度差が0.005g/ccよりも大きい、組成物の20〜65重量%である1種類の成分Aと
(b)成分Aのものよりも大きいMIを有する成分Bを、
(c)0.9以下のMI及び0.945g/cc未満かつ0.92g/ccよりも大きい密度を有する全ポリマーとともに含むことをさらに特徴とすることができる。
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、炭素1,000,000個あたり20個未満のビニリデン不飽和単位を含むこと、及び/又は炭素1,000,000個あたり20個未満の三置換不飽和単位を含むことをさらに特徴とすることができる。
本発明は、上記の本発明のエチレン系ポリマー組成物及び所望により1又はそれ以上のポリマーを含む熱可塑性組成物をさらに提供する。
本発明は、(1)(a)本発明のエチレン系ポリマー組成物及び(b)所望により1又はそれ以上のポリマーを含む熱可塑性組成物を含む少なくとも1種の層;ならびに(2)所望により1又はそれ以上の層を含むフィルムをさらに提供する。
本発明は、(1)(a)本発明のエチレン系ポリマー組成物及び(b)所望により1又はそれ以上のポリマーを含む熱可塑性組成物を含む少なくとも1種の層;ならびに(2)所望により1又はそれ以上の層を含むフィルムを含む多層構造をさらに提供する。
本発明は、(1)(a)本発明のエチレン系ポリマー組成物及び(b)所望により1又はそれ以上のポリマーを含む熱可塑性組成物を含む少なくとも1種の層;ならびに(2)所望により1又はそれ以上の層を含むフィルム、例えば収縮フィルムを含む記憶装置をさらに提供する。
新規なポリマー組成物を含む二次加工品、特に少なくとも1種のフィルム層の形態のものも企図される。その他の実施形態には、新規な本発明のエチレン系ポリマー組成物及び少なくとも1種の天然又は合成ポリマーを含む熱可塑性配合物が含まれる。
本発明のエチレン系ポリマー組成物を含む二次加工品、特に少なくとも1種のフィルム層も、前記組成物及び少なくとも1種の天然又は合成ポリマーを含む熱可塑性配合物であるとして企図される。特に、前記合成ポリマーは、LDPEであり、LDPE%が30%よりも大きく、前記配合物を含むインフレーションフィルムは、15cNよりも大きいMD収縮張力、60フィート−ポンド/インチよりも大きい破断強度(puncture)、及び/又は20%未満のヘイズを有する。
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、少なくとも部分的に架橋させることができる(少なくとも5重量%ゲル)。
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、190℃で0.1rad/秒での粘度の、190℃で100rad/秒での粘度に対する比が、動的機械的分光法により測定して8.5よりも大きいことを特徴とすることができ、かつ/又は190℃にて動的機械的分光法により測定して10,000Paの複素弾性率で、65度未満であって0度よりも大きい位相角を有することを特徴とすることができる。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、10未満、好ましくは4未満であるが、2よりも大きいM/Mを有することを特徴とすることもできる。
もう一つの実施形態では、本発明は、
(A)第1の反応器又は多段階反応器の第1の部分において、エチレン及び所望により1又はそれ以上のα−オレフィンを第1の触媒の存在下で重合して半結晶性のエチレン系ポリマーを形成する段階;ならびに
(B)少なくとも1種のその他の反応器又は多段階反応器の後の部分において、新しく供給されたエチレン及び所望により1又はそれ以上のα−オレフィンを有機金属触媒を含む第2の触媒の存在下で反応させ、それによりエチレン系ポリマー組成物を形成する段階
を含む方法であり、この際、(A)及び(B)の触媒は、同じであっても異なっていてもよく、各々は、次式に対応する多価アリールオキシエーテルの金属錯体である:
Figure 0005975987
(式中、Mは、Ti、Hf又はZr、好ましくはZrであり;
Arは、独立にそれぞれ(each occurrence)置換C9−20アリール基であり、前記置換基は、独立にそれぞれアルキル;シクロアルキル;及びアリール基;ならびにそれらのハロ−、トリヒドロカルビルシリル−及びハロヒドロカルビル−置換誘導体からなる群から選択され(ただし、少なくとも1つの置換基はそれと結合しているアリール基との共平面性を有していない);
は、独立にそれぞれC2−20アルキレン、シクロアルキレン又はシクロアルケニレン基、あるいはそれらの不活性置換誘導体であり;
21は、独立にそれぞれ水素、ハロ、水素を除いて50個までの原子からなるヒドロカルビル、トリヒドロカルビルシリル、トリヒドロカルビルシリルヒドロカルビル、アルコキシ又はジ(ヒドロカルビル)アミノ基であり;
は、独立にそれぞれ水素、ハロ、水素を除いて50個までの原子からなるヒドロカルビル、トリヒドロカルビルシリル、トリヒドロカルビルシリルヒドロカルビル、アルコキシ又はアミノであるか、あるいは、同じアリーレン環上の2つのR基は一緒に、又は同じもしくは異なるアリーレン環上のR及びR21基は一緒に、アリーレン基に2つの場所で結合している二価のリガンド基を形成するか、又は2つの異なるアリーレン環を1つに結合し;かつ
は、独立にそれぞれハロ又は水素を除いて20個までの原子からなるヒドロカルビル又はトリヒドロカルビルシリル基であるか、あるいは、特に段階(B)の反応がグラフト重合によって起こる場合に、2つのR基はともに、ヒドロカルビレン、ヒドロカルバジイル、ジエン、又はポリ(ヒドロカルビル)シリレン基である)。
さらに別の実施形態では、本発明は、エチレン系ポリマーをコモノマー組成分布(CDC)に関して特徴付ける方法であり、CDCはCEFによってコモノマー分布プロフィールから算出され、CDCは、図1の式1に示されるように、コモノマー分布指数をコモノマー分布形状係数(Comonomer Distribution Shape Factor)で除算し100を乗じたものとして定義される。この際、コモノマー分布指数は、35.0から119.0℃までのコモノマー含量中央値(Cmedian)が0.5〜1.5のCmedianの範囲のコモノマー含量をもつポリマー鎖の全重量分率を表し、コモノマー分布形状係数は、コモノマー分布プロフィールの半値幅を、ピーク温度(Tp)から得られるコモノマー分布プロフィールの標準偏差で除算した比として定義され、前記方法は、以下の段階を含む。
さらに別の実施形態では、本発明は、エチレン系ポリマーをコモノマー組成分布(CDC)に関して特徴付ける方法であり、CDCはCEFによってコモノマー分布プロフィールから算出され、CDCは、図1の式1に示されるように、コモノマー分布指数をコモノマー分布形状係数で除算し100を乗じたものとして定義される。この際、コモノマー分布指数は、35.0から119.0℃までの、コモノマー含量中央値(Cmedian)が0.5〜1.5のCmedianの範囲のコモノマー含量をもつポリマー鎖の全重量分率を表し、コモノマー分布形状係数は、コモノマー分布プロフィールの半値幅を、ピーク温度(Tp)から得られるコモノマー分布プロフィールの標準偏差で除算した比として定義され、前記方法は、以下の段階:
(A)図2に示される式2に従って、CEFから温度を0.200℃ずつ段階的に増加させて35.0℃から119.0℃までの各々の温度(T)での重量分率(w(T))を得る段階;
(B)図3に示される式3に従って、0.500の累積重量分率での温度中央値(Tmedian)を算出する段階;
(C)図4に示される式4に従って、コモノマー含量較正曲線を用いることにより温度中央値(Tmedian)での対応するコモノマー含量中央値(モル%)(Cmedian)を算出する段階;
(D)既知のコモノマー含量をもつ一連の基準材料を用いることによりコモノマー含量較正曲線を構築する段階、すなわち、狭いコモノマー分布(CEFにおいて35.0〜119.0℃の単峰性コモノマー分布)をもつ、0.0モル%〜7.0モル%の範囲のコモノマー含量での重量平均Mwが35,000〜115,000(従来のGPCによって測定)の11個の基準材料を、CEFの実験の項に明記されるものと同じ実験条件でCEFによって分析する段階;
(E)各々の基準材料のピーク温度(T)及びそのコモノマー含量を使用することにより、コモノマー含量の較正値を算出する段階;図4、式4に示されるように、較正値は各々の基準材料から算出され、この際、Rは、相関定数である;
(F)コモノマー分布指数を、0.5*Cmedian〜1.5*Cmedianの範囲のコモノマー含量をもつ全重量分率から算出する段階、ここで、Tmedianが98.0℃よりも高い場合には、コモノマー分布指数は0.95と定義される;
(G)35.0℃〜119.0℃の最大ピークに対して各々のデータポイントを探すことにより、CEFコモノマー分布プロフィールから最大ピーク高さを得る段階(2つのピークが同一の場合には、低い方の温度ピークが選択される);半値幅は、最大ピーク高さの半分での前方(front)温度と後方(rear)温度の間の温度差として定義され、最大ピークの半分での前方温度は35.0℃から前方に探し、一方最大ピークの半分での後方温度は119.0℃から後方に探し、ピーク温度の差が各々のピークの半値幅の合計に等しいか又はその1.1倍よりも大きい明確な二峰性分布の場合には、本発明のエチレン系ポリマー組成物の半値幅は、各々のピークの半値幅の相加平均として算出される;
(H)図5に示される式5に従って、温度の標準偏差(Stdev)を算出する段階
を含む。
代替実施形態では、本発明は、エチレン系ポリマー組成物が0.900〜0.965g/cm;例えば、0.905〜0.940g/cmの範囲の密度を有することを除いて、先行する実施形態のいずれかによる、エチレン系ポリマー組成物、それを製造する方法、それから製造された物品/フィルム/多層構造/記憶装置、及びそれを製造する方法を提供する。
代替実施形態では、本発明は、エチレン系ポリマー組成物が0.1〜1000g/10分;例えば、0.1〜5のメルトインデックス(I)を有することを除いて、先行する実施形態のいずれかによる、エチレン系ポリマー組成物、それを製造する方法、それから製造された物品/フィルム/多層構造/記憶装置、及びそれを製造する方法を提供する。
代替実施形態では、本発明は、エチレン系ポリマー組成物のI10/Iが20未満、例えば、6〜20の範囲内であることを除いて、先行する実施形態のいずれかによる、エチレン系ポリマー組成物、それを製造する方法、それから製造された物品/フィルム/多層構造/記憶装置、及びそれを製造する方法を提供する。
代替実施形態では、本発明は、フィルムの厚さが0.5〜5ミルの範囲内であることを除いて、先行する実施形態のいずれかによる、それから製造された物品/フィルム/多層構造/記憶装置、及びそれを製造する方法を提供する。
代替実施形態では、本発明は、フィルムのMD収縮張力が15cNよりも大きく、破断強度が75フィート−ポンド/インチよりも大きく、かつ/又はヘイズが20%未満であることを除いて、先行する実施形態のいずれかによる、それから製造された物品/フィルム/多層構造/記憶装置、及びそれを製造する方法を提供する。
本発明を説明する目的で、図面に例となる形が示される;しかし、当然のことながら、本発明は、示される正確な配置及び説明図に制限されない。
式1を説明する図である。 式2を説明する図である。 式3を説明する図である。 式4を説明する図である。 式5を説明する図である。 式6を説明する図である。 式7を説明する図である。 式8を説明する図である。 本発明の実施例の不飽和に関する積分限界を例示するグラフである。破線は、サンプル/触媒によってその位置がわずかに異なり得ることを意味する。 Bruker AVANCE 400MHzスペクトロメーターによる不飽和のための変更したパルス配列を例示する図である。 不飽和の化学構造を示す図である。 式12を説明する図である。 式13を説明する図である。 式14を説明する図である。 式15を説明する図である。 実施例1についてのコモノマー分布プロフィールを例示するグラフである。 実施例及び比較例に関する、動的機械的分光法による複素粘度データの周波数に対するグラフを示す図である。 実施例及び比較例に関する、動的機械的分光法によるtanδデータの周波数に対するグラフを示す図である。 実施例及び比較例に関する、動的機械的分光法による位相角の複素弾性率に対するデータプロットを示すグラフである(Van−Gurp Palmenプロット)。 実施例1、2、3、及び7ならびに比較例2の0.5MI型サンプルの190℃での溶融強度データを例示するグラフである。 実施例4、5、6、及び8ならびに比較例1の0.85MI型サンプルの190℃での溶融強度データを例示するグラフである。 実施例1〜5についての従来のGPCプロットを例示するグラフである。 実施例6〜8及び比較例1〜2についての従来のGPCプロットを例示するグラフである。 実施例1〜4及び比較例1についてのCEFプロットを例示する図である。 実施例5〜8及び比較例2についてのCEFプロットを例示する図である。 実施例1〜4及び比較例1〜2についてのMW比のプロットを例示する図である。 実施例5〜8及び比較例1〜2についてのMW比のプロットを例示する図である。
本発明は、エチレン系ポリマー組成物、及びそれを製造するための方法、それから製造されたフィルムを提供する。一実施形態では、本発明は、約45よりも大きい、より好ましくは50よりも大きい、最も好ましくは95よりも大きく、400まで、例えば、350まで、あるいは300まで、あるいは250まで、あるいは200までのコモノマー分布定数(CDC)を特徴とするエチレン系ポリマー組成物であり、該組成物は、炭素1,000,000個あたり120個未満の全不飽和単位、例えば、1,000,000個あたり110未満の全不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり100個未満の全不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり80個未満の全不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり70個未満の全不飽和単位を有する。好ましくは、組成物は、炭素1,000,000個あたり15個未満の三置換不飽和単位、例えば、炭素1,000,000個あたり12個未満の三置換不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり10個未満の三置換不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり8個未満の三置換不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり5個未満の三置換不飽和単位を有する。好ましくは、エチレン系ポリマー組成物は、炭素1000個あたり約3個までの長鎖分枝、より好ましくは炭素1000個あたり約0.01〜約3個の長鎖分枝を含む。エチレン系ポリマー組成物は、少なくとも2かつ/又は50未満のゼロ剪断粘度比(ZSVR)を有する。本発明のエチレン系ポリマー組成物のZSVRは、少なくとも2、例えば、少なくとも2.5、あるいは、例えば、少なくとも4の範囲内、かつ/又は50未満、例えば30未満の範囲内である。
エチレン系ポリマー組成物は、炭素1,000,000個あたり20個未満のビニリデン不飽和単位、例えば、炭素1,000,000個あたり18個未満のビニリデン不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり15未満のビニリデン不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり12個未満のビニリデン不飽和単位、あるいは炭素1,000,000個あたり10個未満のビニリデン不飽和単位を含むことをさらに特徴とすることができる。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、二峰性分子量分布(MWD)又は多峰性MWDを有し得る。また、本発明のエチレン系ポリマー組成物は、単峰性MWDも有し得る。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、パージを除いて、35℃から120℃までの単峰性又は二峰性分布を含むコモノマー分布プロフィールを有し得る。コモノマー分布プロフィールは、結晶溶出分別(CEF)により得られる。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、単一のDSC溶融ピークを含み得る。本発明のエチレン系ポリマー組成物はまた、二峰性又は複数の溶融ピークも含み得る。エチレン系ポリマー組成物は、17,000〜220,000g/mol、例えば、60,000〜220,000g/mol、70,000〜140,000g/molの重量平均分子量(M)を含み得る。また、該組成物は二峰性の分子量分布も有し得る。
好ましくは、本発明のエチレン系ポリマー組成物は、0.90g/10分以下のメルトインデックス、及び/又は0.945g/cc未満であり、かつ/又は0.92g/ccより大きい、好ましくは0.92g/ccより大きく、かつ0.94g/cc未満の密度をさらに含む。
累積重量分率は、50℃までの温度の画分に関して0.10未満であってよく、好ましくは、累積重量分率は85℃までの温度の画分に関して0.03以上である。
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、
(a)MIが0.3未満であり、成分Bよりも大きい密度を有し、成分BとAの密度差が0.005g/ccよりも大きい、組成物の20〜65重量%である1種類の成分A
(b)成分Aのものよりも大きいMIを有する成分Bを、
(c)0.9以下のMI及び0.945g/cc未満かつ0.92g/ccよりも大きい密度を有する全ポリマーとともに含むことをさらに特徴とすることができる。
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、炭素1,000,000個あたり20個未満のビニリデン不飽和単位を含むこと、及び/又は炭素1,000,000個あたり20個未満の三置換不飽和単位を含むことをさらに特徴とすることができる。
本発明は、上記の本発明のエチレン系ポリマー組成物及び所望により1又はそれ以上のポリマーを含む熱可塑性組成物をさらに提供する。
本発明は、(1)(a)本発明のエチレン系ポリマー組成物及び(b)所望により1又はそれ以上のポリマーを含む熱可塑性組成物を含む少なくとも1種の層;ならびに(2)所望により1又はそれ以上の層を含むフィルムをさらに提供する。
本発明は、(1)(a)本発明のエチレン系ポリマー組成物及び(b)所望により1又はそれ以上のポリマーを含む熱可塑性組成物を含む少なくとも1種の層;ならびに(2)所望により1又はそれ以上の層を含むフィルムを含む多層構造をさらに提供する。
本発明は、(1)(a)本発明のエチレン系ポリマー組成物及び(b)所望により1又はそれ以上のポリマーを含む熱可塑性組成物を含む少なくとも1種の層;ならびに(2)所望により1又はそれ以上の層を含むフィルム、例えば収縮フィルムを含む記憶装置をさらに提供する。
新規なポリマー組成物を含む二次加工品、特に少なくとも1種のフィルム層の形態のものも企図される。その他の実施形態には、新規な本発明のエチレン系ポリマー組成物及び少なくとも1種の天然又は合成ポリマーを含む熱可塑性配合物が含まれる。
本発明のエチレン系ポリマー組成物を含む二次加工品、特に少なくとも1種のフィルム層も、前記組成物及び少なくとも1種の天然又は合成ポリマーを含む熱可塑性配合物であるとして企図される。特に、前記合成ポリマーは、LDPEであり、LDPE%が30%よりも大きく、前記配合物を含むインフレーションフィルムは、15cNよりも大きいMD収縮張力、60フィート−ポンド/インチよりも大きい破断強度(puncture)、及び/又は20%未満のヘイズを有する。
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、少なくとも部分的に架橋させることができる(少なくとも5重量%ゲル)。
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、190℃で0.1rad/秒での粘度の、190℃で100rad/秒での粘度に対する比が、動的機械的分光法により測定して8.5よりも大きいことを特徴とすることができ、かつ/又は190℃にて動的機械的分光法により測定して10,000Paの複素弾性率で、65度未満であって0度よりも大きい位相角を有することを特徴とすることができる。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、10未満、好ましくは4未満であるが、2よりも大きいM/Mを有することを特徴とすることもできる。
もう一つの実施形態では、本発明は、
(A)第1の反応器又は多段階反応器の第1の部分において、エチレン及び所望により1又はそれ以上のα−オレフィンを第1の触媒の存在下で重合して半結晶性のエチレン系ポリマーを形成する段階;ならびに
(B)少なくとも1種のその他の反応器又は多段階反応器の後の部分において、新しく供給されたエチレン及び所望により1又はそれ以上のα−オレフィンを有機金属触媒を含む第2の触媒の存在下で反応させ、それによりエチレン系ポリマー組成物を形成する段階
を含む方法であり、この際、(A)及び(B)の触媒は、同じであっても異なっていてもよく、各々は、次式に対応する多価アリールオキシエーテルの金属錯体である:
Figure 0005975987
(式中、Mは、Ti、Hf又はZr、好ましくはZrであり;
Arは、独立にそれぞれ置換C9−20アリール基であり、前記置換基は、独立にそれぞれアルキル;シクロアルキル;及びアリール基;ならびにそれらのハロ−、トリヒドロカルビルシリル−及びハロヒドロカルビル−置換誘導体からなる群から選択され(ただし、少なくとも1つの置換基はそれと結合しているアリール基との共平面性を有していない);
は、独立にそれぞれC2−20アルキレン、シクロアルキレン又はシクロアルケニレン基、あるいはそれらの不活性置換誘導体であり;
21は、独立にそれぞれ水素、ハロ、水素を除いて50個までの原子からなるヒドロカルビル、トリヒドロカルビルシリル、トリヒドロカルビルシリルヒドロカルビル、アルコキシ又はジ(ヒドロカルビル)アミノ基であり;
は、独立にそれぞれ水素、ハロ、水素を除いて50個までの原子からなるヒドロカルビル、トリヒドロカルビルシリル、トリヒドロカルビルシリルヒドロカルビル、アルコキシ又はアミノであるか、あるいは、同じアリーレン環上の2つのR基は一緒に、又は同じもしくは異なるアリーレン環上のR及びR21基は一緒に、アリーレン基に2つの場所で結合している二価のリガンド基を形成するか、又は2つの異なるアリーレン環を1つに結合し;かつ
は、独立にそれぞれハロ又は水素を除いて20個までの原子からなるヒドロカルビル又はトリヒドロカルビルシリル基であるか、あるいは、特に段階(B)の反応がグラフト重合によって起こる場合に、2つのR基はともに、ヒドロカルビレン、ヒドロカルバジイル、ジエン、又はポリ(ヒドロカルビル)シリレン基である)。
さらに別の実施形態では、本発明は、エチレン系ポリマーをコモノマー組成分布(CDC)に関して特徴付ける方法であり、CDCはCEFによってコモノマー分布プロフィールから算出され、CDCは、図1の式1に示されるように、コモノマー分布指数をコモノマー分布形状係数で除算し100を乗じたものとして定義される。この際、コモノマー分布指数は、35.0から119.0℃までの、コモノマー含量中央値(Cmedian)が0.5〜1.5のCmedianの範囲のコモノマー含量をもつポリマー鎖の全重量分率を表し、コモノマー分布形状係数は、コモノマー分布プロフィールの半値幅を、ピーク温度(Tp)から得られるコモノマー分布プロフィールの標準偏差で除算した比として定義され、前記方法は、以下の段階:
(A)図2に示される式2に従って、CEFから温度を0.200℃ずつ段階的に増加させて35.0℃から119.0℃までの各々の温度(T)での重量分率(w(T))を得る段階;
(B)図3に示される式3に従って、0.500の累積重量分率での温度中央値(Tmedian)を算出する段階;
(C)図4に示される式4に従って、コモノマー含量較正曲線を用いることにより温度中央値(Tmedian)での対応するコモノマー含量中央値(モル%)(Cmedian)を算出する段階;
(D)既知のコモノマー含量をもつ一連の基準材料を用いることによりコモノマー含量較正曲線を構築する段階、すなわち、狭いコモノマー分布(CEFにおいて35.0〜119.0℃の単峰性コモノマー分布)をもつ、0.0モル%〜7.0モル%の範囲のコモノマー含量での重量平均Mwが35,000〜115,000(従来のGPCによって測定)の11個の基準材料を、CEFの実験の項に明記されるものと同じ実験条件でCEFによって分析する段階;
(E)各々の基準材料のピーク温度(T)及びそのコモノマー含量を使用することにより、コモノマー含量の較正値を算出する段階;図4、式4に示されるように、較正値は各々の基準材料から算出され、この際、Rは、相関定数である;
(F)コモノマー分布指数を、0.5*Cmedian〜1.5*Cmedianの範囲のコモノマー含量をもつ全重量分率から算出する段階、ここで、Tmedianが98.0℃よりも高い場合には、コモノマー分布指数は0.95と定義される;
(G)35.0℃〜119.0℃の最大ピークに対して各々のデータポイントを探すことにより、CEFコモノマー分布プロフィールから最大ピーク高さを得る段階(2つのピークが同一の場合には、低い方の温度ピークが選択される);半値幅は、最大ピーク高さの半分での前方温度と後方温度の間の温度差として定義され、最大ピークの半分での前方温度は35.0℃から前方に探し、一方最大ピークの半分での後方温度は119.0℃から後方に探し、ピーク温度の差が各々のピークの半値幅の合計に等しいか又はその1.1倍よりも大きい明確な二峰性分布の場合には、本発明のエチレン系ポリマー組成物の半値幅は、各々のピークの半値幅の相加平均として算出される;
(H)図5に示される式5に従って、温度の標準偏差(Stdev)を算出する段階
を含む。
代替実施形態では、本発明は、エチレン系ポリマー組成物が0.900〜0.965g/cm;例えば、0.905〜0.940g/cmの範囲の密度を有することを除いて、先行する実施形態のいずれかによる、エチレン系ポリマー組成物、それを製造する方法、それから製造された物品/フィルム/多層構造/記憶装置、及びそれを製造する方法を提供する。
代替実施形態では、本発明は、エチレン系ポリマー組成物が0.1〜1000g/10分;例えば、0.1〜5のメルトインデックス(I)を有することを除いて、先行する実施形態のいずれかによる、エチレン系ポリマー組成物、それを製造する方法、それから製造された物品/フィルム/多層構造/記憶装置、及びそれを製造する方法を提供する。
代替実施形態では、本発明は、エチレン系ポリマー組成物のI10/Iが20未満、例えば、6〜20の範囲内であることを除いて、先行する実施形態のいずれかによる、エチレン系ポリマー組成物、それを製造する方法、それから製造された物品/フィルム/多層構造/記憶装置、及びそれを製造する方法を提供する。
代替実施形態では、本発明は、フィルムの厚さが0.5〜5ミルの範囲内であることを除いて、先行する実施形態のいずれかによる、それから製造された物品/フィルム/多層構造/記憶装置、及びそれを製造する方法を提供する。
一部のプロセスにおいて、加工助剤、例えば可塑剤なども、本発明のエチレン系ポリマー生成物に含めることができる。これらの助剤としては、限定されるものではないが、フタラート、例えばジオクチルフタラート及びジイソブチルフタラートなど、天然油、例えばラノリンなど、ならびに石油精製から得られるパラフィン油、ナフテン油及び芳香油、ならびにロジン又は石油原料から得られる液体樹脂が挙げられる。加工助剤として有用な油の例となる種類としては、白色鉱油例えばKAYDOL油(Chemtura Corp.;Middlebury,Conn.)及びSHELLFLEX 371ナフテン油(Shell Lubricants;Houston,Tex.)などが挙げられる。別の適した油は、TUFFLO油(Lyondell Lubricants;Houston,Tex.)である。
一部のプロセスでは、本発明のエチレン系ポリマー組成物は、1又はそれ以上の安定化剤、例えば、酸化防止剤、例えばIRGANOX 1010及びIRGAFOS 168(Ciba Specialty Chemicals;Glattbrugg,Switzerland)などで処理される。通例、ポリマーは、押出又はその他の溶融プロセスの前に1又はそれ以上の安定化剤で処理される。その他の実施形態のプロセスでは、その他のポリマー添加剤としては、限定されるものではないが、紫外線吸収剤、帯電防止剤、顔料、染料、核剤、充填剤、スリップ剤、難燃剤、可塑剤、加工助剤、滑沢剤、安定化剤、煙抑制剤、粘度調整剤及び粘着防止剤が挙げられる。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、例えば、本発明のエチレン系ポリマー組成物の重量に基づいて、1又はそれ以上の添加剤を総合重量で10パーセント未満含むことができる。特許請求するポリマーの特に利益になる点は、水以外の触媒停止剤(catalyst killing agents)を含まないことであり、従ってステアリン酸カルシウムの必要性がなくなることである。
製造された本発明のエチレン系ポリマー組成物をさらに配合することができる。一部の実施形態では、1又はそれ以上の酸化防止剤を、本発明のエチレン系ポリマー組成物の中にさらに配合し、配合されたポリマーをペレット化することができる。配合された本発明のエチレン系ポリマー組成物は、任意量の1又はそれ以上の酸化防止剤を含むことができる。例えば、配合された本発明のエチレン系ポリマー組成物は、100万部の本発明のエチレン系ポリマー組成物あたり約200〜約600部の1又はそれ以上のフェノール性抗酸化剤を含んでよい。その上、配合された本発明のエチレン系ポリマー組成物は、100万部の本発明のエチレン系ポリマー組成物あたり約800〜約1200部の亜リン酸系酸化防止剤を含んでよい。配合された本発明のエチレン系ポリマー組成物は、100万部の本発明のエチレン系ポリマー組成物あたり約300〜約1250部のステアリン酸カルシウムをさらに含んでよい。
使用
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、少なくとも1種のフィルム層、例えば単層フィルムなど、あるいはキャストコーティング、ブローンコーティング、圧着コーティング、又は押出コーティングプロセスにより調製された多層フィルム中の少なくとも1種の層、を含む物体;成形品、例えばブロー成形品、射出成形品、又は回転成形品など;押出品;繊維;及び織布又は不織布を含む有用な物品を製造する多様な従来の熱可塑性二次加工処理で用いることができる。本発明のエチレン系ポリマー組成物を含む熱可塑性組成物には、その他の天然又は合成材料、ポリマー、添加剤、補強剤、耐発火性添加剤、酸化防止剤、安定化剤、着色剤、エキステンダー、架橋剤、発泡剤、及び可塑剤とのブレンドが含まれる。
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、その他の用途のための繊維の製造に使用することができる。本発明のエチレン系ポリマー組成物又はそのブレンドから調製することのできる繊維としては、ステープルファイバー、トウ、多成分繊維、シース/コア繊維、縒り繊維、及びモノフィラメントが挙げられる。適した繊維形成プロセスとしては、米国特許第4,340,563号(Appel, et al.)、同第4,663,220号(Wisneski, et al.)、同第4,668,566号(Nohr, et al.)、及び同第4,322,027号(Reba)に開示されるようなスパンボンド及びメルトブローン技法、米国特許第4,413,110号(Kavesh, et al.)に開示されるようなゲル紡糸繊維、米国特許第3,485,706号(May)に開示されるような織布及び不織布、あるいはその他の繊維、例えばポリエステル、ナイロン又は綿などとのブレンドを含むかかる繊維から製造した構造体、熱成形品、異形押出及び共押出を含む押出形状物、カレンダー加工品(calendared articles)、及び延伸、交撚、又はけん縮した糸又は繊維が挙げられる。
添加剤及びアジュバントを、成形後に本発明のエチレン系ポリマー組成物に添加してもよい。適した添加剤としては、充填剤、例えばクレイ、タルク、二酸化チタン、ゼオライト、粉末金属を含む有機もしくは無機粒子など、炭素繊維、シリコンニトリド繊維を含む有機もしくは無機繊維、スチール製ワイヤ又はメッシュ、及びナイロンもしくはポリエステル製コード、ナノサイズの粒子、クレイなど;粘着付与剤、パラフィン油又はナフテン油を含むエキステンダー油;ならびに、実施形態の方法に従って製造されるか又は製造することのできるその他のポリマーを含むその他の天然及び合成ポリマーが挙げられる。
本発明のエチレン系ポリマー組成物とその他のポリオレフィンとのブレンド及び混合を実施してよい。本発明のエチレン系ポリマー組成物とのブレンドに適したポリマーとしては、天然及び合成ポリマーを含む熱可塑性ポリマー及び非熱可塑性ポリマーが挙げられる。例となるブレンドのためのポリマーとしては、ポリプロピレン、(耐衝撃性改良ポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレン、アタクチックポリプロピレン、及びランダムエチレン/プロピレン共重合体のいずれも)、高圧、フリーラジカル低密度ポリエチレン(LDPE)、チーグラー・ナッタ直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、多段反応器PE(チーグラー・ナッタPE及びメタロセンPEの「反応器内」ブレンド、例えば米国特許第6,545,088号(Kolthammer, et al.);同第6,538,070号(Cardwell, et al.);同第6,566,446号(Parikh, et al.);同第5,844,045号(Kolthammer, et al.);同第5,869,575号(Kolthammer, et al.);及び同第6,448,341号(Kolthammer, et al.)に開示される生成物など)を含むメタロセンPEを含む様々な種類のポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル(EVA)、エチレン/ビニルアルコール共重合体、ポリスチレン、耐衝撃性改良ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)、スチレン/ブタジエンブロック共重合体及びその水素化誘導体(スチレン−ブタジエン−スチレンSBS)及びスチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン(SEBS)、及び熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。均一ポリマー、例えばオレフィンプラストマー及びエラストマー、エチレン及びプロピレン系共重合体(例えば、VERSIFY(商標)プラストマー及びエラストマー(The Dow Chemical Company)、SURPASS(商標)(Nova Chemicals)、及びVISTAMAXX(商標)(ExxonMobil Chemical Co.)の商標で入手可能なポリマー)なども、本発明のエチレン系ポリマーを含むブレンド中の成分として有用であり得る。
本発明のエチレン系ポリマー組成物は、シーラント樹脂として用いることができる。驚くべきことに、コモノマー分布定数(CDC)で示されるように、ある種の短鎖分枝分布(SCBD)は、ある種の分子量分布(MWD)、及びある種のレベルの長鎖分枝(LCB)と組み合わせて、熱間粘着及びヒートシール強度の増大、ヒートシール及び熱間粘着開始温度の低下、及び熱間粘着窓の拡大を含む、熱間粘着性及びヒートシール性能を改善することが示された。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、改良されたESCR(環境応力亀裂抵抗)及びより高いPENT(ペンシルベニア縁切欠引張試験)に対して低い不飽和度で、SCBD及びMWDを最適化することによって、パイプ及びチューブ用樹脂として用いることができる。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、低不飽和度、及び低レベルの低分子量、高コモノマー組み込みオリゴマーと相まって、SCBD及びMWDの最適化を通じて、紫外(UV)安定性、及び耐候性が望まれる用途において用いることができる。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、低レベルの低分子量、高コモノマー組み込みオリゴマーとともにSCBD及びMWDの最適化を通じて、低レベルのプレートアウト、ブルーミング、ダイ堆積、煙発生、抽出可能物、味、及び臭いが望まれる用途において用いることができる。本発明のエチレン系ポリマー組成物は、ストレッチフィルム用途において用いることができる。驚くべきことに、ある種のSCBDは、ある種のMWD、及びある種の長鎖分枝(LCB)度と組み合わせて、改良された伸縮性及び動的破壊抵抗性を示す。
定義
使用される用語「組成物」には、組成物を含む材料の混合物、ならびに組成物の材料から形成された反応生成物及び分解生成物が含まれる。
用語「ブレンド」又は「ポリマーブレンド」は、本明細書において、2又はそれ以上のポリマーの緊密な物理的混合物(つまり、反応がない)をさす。ブレンドは、混和性(分子レベルで相分離していない)であってもなくてもよい。ブレンドは、相分離していてもいなくてもよい。ブレンドは、透過電子分光法、光散乱、X線散乱、及びその他の当分野で公知の方法から決定される1又はそれ以上のドメイン配置を含んでいてもいなくてもよい。ブレンドは、2又はそれ以上のポリマーをマクロレベルで物理的に混合すること(例えば、樹脂の溶融ブレンディング又は配合)又はミクロレベルで物理的に混合すること(例えば、同じ反応器内での同時形成)による影響を受け得る。
用語「線状」は、本明細書において、ポリマーのポリマー主鎖が測定可能又は実証可能な長鎖分枝を有さないポリマーをさす。例えば、ポリマーは炭素1000個あたり平均0.01未満の長鎖分枝で置換されていてよい。
用語「ポリマー」は、本明細書において、同じ種類であるか又は異なる種類であるかに関わらず、モノマーを重合することにより調製されるポリマー化合物をさす。従って一般名のポリマーは、1種類のモノマーだけから調製されたポリマーをさすために通常用いられる用語「ホモポリマー」、及び下に定義される用語「インターポリマー」を包含する。用語「エチレン/α−オレフィンポリマー」は、記載されるようにインターポリマーを示す。
用語「インターポリマー」は、本明細書において、少なくとも2つの異なる種類のモノマーの重合により調製されるポリマーをさす。一般名のインターポリマーには、2種類の異なるモノマーから調製されるポリマーをさすために通常用いられる共重合体、及び2よりも多くの異なる種類のモノマーから調製されるポリマーが含まれる。
用語「エチレン系ポリマー」は、(重合可能なモノマーの総量に基づいて)50モルパーセントよりも多くの重合エチレンモノマーを含むポリマーをさし、所望により、少なくとも1種のコモノマーを含んでもよい。
用語「エチレン/α−オレフィンインターポリマー」は、(重合可能なモノマーの総量に基づいて)50モルパーセントよりも多くの重合エチレンモノマー及び少なくとも1種のα−オレフィンを含有するインターポリマーをさす。
樹脂製造
全ての原材料(エチレン、1−オクテン)及びプロセス溶媒(Exxon Mobil CorporationよりIsopar Eの商標名で市販されている沸点範囲の狭い高純度イソパラフィン系溶媒)は、反応環境に導入する前にモレキュラーシーブスで精製される。水素は、加圧シリンダー中に高純度グレードとして供給され、さらに精製されない。反応器のモノマー供給(エチレン)流は、機械的コンプレッサーによって約700〜750psigの反応圧力より上に加圧される。溶媒及びコモノマー(1−オクテン)の供給は、機械的容積移送式ポンプによって約700〜750psigの反応圧力より上に加圧される。個々の触媒成分は、精製された溶媒(Isopar E)を用いて指定された成分濃度に手作業でバッチ希釈され、約700〜750psigの反応圧力より上の圧力に加圧される。全ての反応供給流は、質量流量計で測定され、コンピュータにより自動化されたバルブ制御システムで独立に制御される。
本発明に従う連続溶液重合反応器システムは、直列配置で動作する2個の液体で満たされた非断熱型の等温の循環する独立制御ループからなる。各々の反応器は、全ての新鮮な溶媒、モノマー、コモノマー、水素、及び触媒成分の供給のための独立した制御を有する。各々の反応器への、組み合わせた溶媒、モノマー、コモノマー及び水素の供給は、供給流を一連の熱交換器に通過させることにより、5℃〜50℃の間のどこか、一般に15〜40℃の間に独立に温度制御される。重合反応器への新鮮なコモノマーの供給は、3つの選択肢、つまり第1の反応器、第2の反応器、又は共通する溶媒の1つへコモノマーが添加されるように手動で調整し、次に、溶媒供給分割に比例して両方の反応器に分割することができる。各々の重合反応器への全ての新鮮な供給は、各々の注入位置間で大体等しい反応器容積で、1つの反応器あたり2つの位置で反応器に注入される。新鮮な供給は、一般に各々のインジェクターが全ての新鮮な供給質量流の半分を受けるように制御される。触媒成分は、特別に設計された注入針によって重合反応器に注入され、反応器より前に接触する時間はなく、反応器の同じ相対位置に各々個別に注入される。主たる触媒成分の供給は、反応器のモノマー濃度を指定された目標値に維持するようコンピュータ制御される。2つの共触媒成分は、計算された、主たる触媒成分に対する指定されたモル比に基づいて供給される。各々の新鮮な注射位置(供給か又は触媒のいずれか)の直後に、供給流は、Kenics静的混合装置によって循環する重合反応器の内容物と混合される。各々の反応器の内容物は、反応熱の大部分を除去することを担う熱交換器を通じて、指定された温度で等温反応環境を維持することを担う冷却液側の温度で継続的に循環させる。各々の反応器ループの周囲の循環は、スクリューポンプによってもたらされる。第1の重合反応器からの流出液(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、及び溶融ポリマーを含有)は、第1の反応器ループを出て、制御弁(第1の反応器の圧力を指定された目標値で維持することを担う)を通過し、同様の設計の第2の重合反応器に注入される。この流れが反応器を出る時に、水と接触して反応が停止する。その上、様々な添加剤、例えば酸化防止剤をこの時点で添加することができる。その後、この流れはもう1つのKenics静的混合装置を通過して、触媒停止剤及び添加剤を均一に分散させる。
添加剤の添加に続いて、流出液(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、及び溶融ポリマーを含有)を熱交換器に通して、ポリマーをその他の低温沸騰反応成分から分離するのに備えて流れの温度を上昇させる。次に、流れは二段階分離及び脱揮システムに入り、そこでポリマーは溶媒、水素、ならびに未反応モノマー及びコモノマーから除去される。再循環した流れは、再び反応器に入る前に精製される。分離され脱揮されたポリマー溶融物を、水中ペレット化のために特別に設計されたダイを通じてポンプで送り、均一な固体ペレットに切断し、乾燥させ、ホッパーに送る。次に、ポリマーの特性を確認する。
脱揮段階で除去された非ポリマー部分は、系から除去されるエチレンの大部分を分離する装置の様々な部分を通過して、ベント分解ユニット(vent destruction unit)に送られる(しかし、製造ユニットで再循環される)。大部分の溶媒は、精製床を通過した後に反応器に再循環し戻される。この溶媒は、なお未反応のコモノマーをその中に有することができ、それは反応器に再び入る前に新鮮なコモノマーで強化される。このコモノマーの強化は、生成物の密度制御法の極めて重要な部分である。この再循環溶媒は、いくらかの水素をなお有することができ、それはその後にポリマー分子量の目標値を達成するために新鮮な水素で強化される。非常に少量の溶媒が、触媒流中の溶媒担体及び商用銘柄コモノマーの一部である少量の溶媒に起因する副生成物として系から離れる。表1〜3に、本発明の実施例のための重合条件を要約する。
比較例2の製造
全ての(コ)モノマー供給(エチレン、1−オクテン)及びプロセス溶媒(Exxon Mobil CorporationよりIsopar Eの商標名で市販されている沸点範囲の狭い高純度イソパラフィン系溶媒)は、反応環境に導入する前にモレキュラーシーブスで精製される。高純度の水素を共用パイプラインにより供給する;それは反応器に送達される前に500psigの反応圧力より上に機械的に加圧される;それは、可能性のある残留水分を除去する以外に現場ではさらに精製されない。反応器へのモノマー供給(エチレン)流は、機械的コンプレッサーによって500psigの反応圧力より上に加圧される。溶媒供給は、500psigの反応圧力より上に機械的に加圧される。コモノマー(1−オクテン)供給も、500psigの反応圧力より上に機械的に加圧され、第1の反応器の供給流に直接注入される。3つの触媒成分を、第1の反応器(CAT−B、RIBS−2、及びMMAO−3A)に注入する。RIBS−2の触媒成分は、供給業者で所定の濃度に希釈される。CAT−B及びMMAO−3Aの触媒成分は、現場で所望のプラント濃度に反応器に注入する前に精製溶媒(Isopar E)でさらにバッチ式で希釈される。2つの触媒成分を、第2の反応器に注入する(チーグラー・ナッタプレミックス、及びトリエチルアルミニウム(TEA))。全ての触媒成分は、独立に、500psigの反応圧力より上に機械的に加圧される。全ての反応器の触媒供給流は、質量流量計で測定され、容積移送式計量型ポンプで独立に制御される。
連続溶液重合反応器は、直列配置で動作する2個の液体で満たされた非断熱型の等温の循環する独立制御ループからなる。各々の反応器は、全ての新鮮な溶媒、モノマー、コモノマー、水素、及び触媒成分の供給のための独立した制御を有する。各々の反応器への、組み合わせた溶媒、モノマー、コモノマー及び水素の供給は、供給流を一連の熱交換器に通過させることにより、10℃〜50℃の間のどこか、一般に15℃に独立に温度制御される。重合反応器への新鮮なコモノマーの供給は、3つの選択肢、つまり第1の反応器、第2の反応器、又は共通する溶媒の1つへコモノマーが添加されるように調整し、次に、共有溶媒供給分割に比例して両方の反応器に分割することができる。この実施例では、コモノマーは、第1の反応器に供給される。各々の重合反応器への全ての新鮮な供給は、各々の注入位置間で大体等しい反応器容積で、1つの反応器あたり2つの位置で反応器に注入される。第1の反応器への新鮮な供給は、一般に各々のインジェクターが全ての新鮮な供給質量流の半分を受けるように制御される。直列の第2の反応器への新鮮な供給は、一般に、各々のインジェクターの近くで全エチレン質量流の半分を維持するように制御される。第1の反応器からの未反応のエチレンは新鮮な供給に隣接する第2の反応器に入るので、このインジェクターは、通常、第2の反応器への全ての新鮮な供給質量流の半分未満を有する。第1の反応器の触媒成分は、特別に設計された注入針によって重合反応器に注入され、反応器より前に接触する時間はなく、第1の反応器の同じ相対位置に各々個別に注入される。第2の反応器(チーグラー・ナッタ及びTEA)の触媒成分は、特別に設計された注入針によって第2の重合反応器に注入され、第2の反応器の同じ相対位置に各々注入される。
各々の反応器に対する主たる触媒成分の供給(第1の反応器に対してCAT−B及び第2の反応器に対してチーグラー・ナッタプレミックス)は、個々の反応器モノマー濃度を指定された目標値で維持するためにコンピュータ制御される。共触媒成分(第1の反応器に対してRIBS−2及びMMAO−3A及び第2の反応器に対してTEA)は、計算された、主たる触媒成分に対する指定されたモル比に基づいて供給される。各々の新鮮な注射位置(供給か又は触媒のいずれか)の直後に、供給流は、Kenics静的混合装置によって循環する重合反応器の内容物と混合される。各々の反応器の内容物は、反応熱の大部分を除去することを担う熱交換器を通じて、指定された反応器温度での等温反応環境を維持することを担う冷却液側の温度で継続的に循環させる。各々の反応器ループの周囲の循環は、スクリューポンプによってもたらされる。第1の重合反応器からの流出液(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、及び溶解ポリマーを含有)は、第1の反応器ループを出て、制御弁(第1の反応器の圧力を指定された目標値で制御することを担う)を通過し、同様の設計の第2の重合反応器に注入される。この流れが第2の反応器を出た後、水と接触して反応が停止する(この水は、ステアリン酸カルシウムを含有する水和水として送達される)。その上、様々な添加剤、例えば酸化防止剤(一般にIrganox 1010)が、この時点で添加される。その後、この流れはもう1つのKenics静的混合装置を通過して、その水触媒停止剤及び添加剤を均一に分散させる。
添加剤の添加に続いて、流出液(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、及び溶融ポリマーを含有)を熱交換器に通して、ポリマーをその他の低温沸騰反応成分から分離するのに備えて流れの温度を上昇させる。次に、流れは二段階分離及び脱揮システムに入り、そこでポリマーは溶媒、水素、ならびに未反応モノマー及びコモノマーから除去される。再循環した流れは、再び反応器に入る前に精製される。次に、分離され脱揮されたポリマー溶融物を、単軸スクリュー押出機によりプロセスに注入されたポリマー溶融物の中に含められるさらなる添加剤の少量の側流と組み合わせる。これらの添加剤(一般にIrganox 1076及びIrgafos 168)を、別のKenics静的混合装置によって主なプロセスポリマー溶融物と混合する。次に、十分に添加剤を添加したポリマーの流れを、水中ペレット化のために特別に設計されたダイに入れ、均一な固体ペレットに切断し、乾燥させ、ホッパーに送る。ホッパーへ移送する間、フルオロエラストマー加工助剤のドライブレンドを、ポリマーペレットの流れに添加する。
脱揮段階で除去された非ポリマー部分は、モノマーの大部分を分離する装置の様々な部分を通過し、そこで系から除去され、冷却され、機械的に圧縮され、再使用のための軽質炭化水素処理プラントにパイプラインを介して送り返される。大部分の溶媒及びコモノマーは、精製床を通過した後に反応器に再循環し戻される。この溶媒は、なお未反応のコモノマーをその中に有することができ、それは、既に説明したように反応器に再び入る前に新鮮なコモノマーで強化される。このコモノマーの強化は、生成物の密度制御法の極めて重要な部分である。この再循環溶媒は、いくらかの溶解した水素を含有することができ、それはその後にポリマー分子量の目標値を達成するために新鮮な水素で強化される。非常に少量の溶媒が、一時的に系から離れ、そこでそれは精製され、再使用されるか又は副生成物として系からパージされる。
表5〜7に、本発明の比較例2のための重合条件を要約する。
本発明のエチレン系ポリマー組成物(本発明の実施例1〜8):
本発明のエチレン系ポリマー組成物、すなわち、本発明の実施例1〜8を、上記の手順に従って調製する。本発明の実施例は、一般的なIメルトインデックス範囲0.3〜0.9内にあり、密度は0.918〜0.936g/cmの範囲内である。作業条件は、表1〜3に記載されている。本発明の実施例1〜8を、下に記載される試験方法に従って様々な特性について試験した。これらの特性を表8〜20に記載する。
比較エチレン系組成物(比較例1〜2):
比較例1は、チーグラー・ナッタ触媒によって製造された、約0.5g/10分のI及び0.9275g/cmの密度のエチレン/1−オクテンポリエチレンである。
比較例2は、チーグラー・ナッタ触媒によって製造された、約0.8g/10分のI及び0.9248g/cmの密度のエチレン/1−オクテンポリエチレンである。比較例2は、比較例2の製造のための本明細書上文に記載される手順に従って、表5〜7に記載される条件下で製造された。
本発明の実施例1〜8及び比較例1及び2の特徴付けの特性を表8〜20に記載する。
DSCデータを表9に記載する。比較例に関する融点、結晶化度パーセント、及び冷却温度は、本発明の実施例に関して示されるこれらの特性の範囲内である。
DMS粘度、tanδ、及び位相角データに対する複素弾性率は、それぞれ表10〜13に記載され、図17〜19にそれぞれプロットされている。表10及び図17の粘度データならびに表10中の100rad/秒の粘度を超える0.1rad/秒の粘度は、本発明の実施例の多くが、比較例と比較して、周波数が増大するとともに粘度が急速に低下する、高い剪断減粘性挙動を示すことを示す。表11及び図18から、本発明の実施例の多くが、比較例と比較して低いtanδ値又は高い弾性を有する。表13及び図19は、全体的なメルトインデックス(MI又はI)又は分子量による影響をあまり受けないDMSデータの形を示す。弾性の大きい材料ほど、このプロットでは下側にある(すなわち、所与複素弾性率に対して位相角が低い);本発明の実施例は、一般にこのプロットでは下側にあるか、又は比較例よりも弾性が大きい。
溶融強度データは、表15に示され、図20〜21にプロットされる。溶融強度は、メルトインデックスによる影響を受け、メルトインデックスは一般に低メルトインデックス材料に対して高い。本発明の実施例1及び2は、比較例と比較して相対的に高い溶融強度値を有する。
本発明の実施例及び比較例に関するGPCデータは、表15及び図22〜23に示される。一般に、本発明の実施例8の8.9の広いM/Mを除いて、本発明の実施例は、3.7未満の狭いM/Mを有する。
本発明の実施例及び比較例に関するゼロ剪断粘度(ZSV)データは、表16に示される。一般に、本発明の実施例は、比較例と比較して高いZSV比を有する。
本発明の実施例及び比較例に関する不飽和データは、表17に示される。本発明の実施例は、比較例と比較して非常に低い全不飽和値を有する。全てのその他の不飽和値(ビニレン、三置換、ビニル、及びビニリデン)も、比較例と比較して本発明の実施例に関して低い。
MW比は、本発明の実施例及び比較例に関してクロス分別(TREFの後にGPCが続く)により測定される。MW比は、表19及び20ならびに図26〜27に示される。本発明の実施例のMW比の値は、低い値(0.10に近い)から温度とともに増加し、最高温度で最大値の1.00に達し、これらの値は単調に増加する。比較例は、一部の温度に関して1.00よりも大きいMW比の値を有し、一部のより高い温度でのMW比は、より低い温度でのMW比の値よりも低い。その上、本発明の実施例のMW比は、50℃以下の温度で0.10未満であるが、比較例のMW比は、一部の50℃以下の温度に関して0.10よりも大きい。本発明の実施例は、50℃までの温度画分に関して0.10未満の累積重量分率を有する。
短鎖分枝分布データは、表18及び図24〜25に示される。本発明の実施例は、比較例よりも高いCDC及びコモノマー分布指数を有する。本発明の実施例は、約30℃の温度での可溶性画分を除いて、単峰性又は二峰性の分布を有する。
本発明のフィルム1〜8
本発明のエチレン系ポリマー組成物、本発明の実施例1〜8を、単層インフレーションフィルムラインで本発明の単層フィルム1〜8に吹き込む。本発明のフィルム1〜8は、厚さ2ミルで製造される。インフレーションフィルムラインは、単一の2.5インチDavis Standard製バリアIIスクリュー、DSBIIで構成される。このスクリューの長さ/直径(L/D)比は、30:1である。インフレーションフィルムラインは、デュアルリップエアリング冷却システムを備えた6インチのダイ直径及び20:40:60:80:20メッシュのスクリーンパック配置を有する。フィルム二次加工条件は、表21に記載される。
本発明のフィルム1〜8を、下に記載される試験方法に従ってその様々な特性について試験し、これらの特性を表28に記載する。
比較フィルム1及び2
比較エチレン系ポリマー組成物、比較例1及び2を、単層インフレーションフィルムラインで比較フィルム1及び2に吹き込む。比較フィルム1及び2は、厚さ2ミルで製造される。インフレーションフィルムラインは、単一の2.5インチDavis Standard製バリアIIスクリュー、DSBIIで構成される。このスクリューの長さ/直径(L/D)比は、30:1である。インフレーションフィルムラインは、デュアルリップエアリング冷却システムを備えた6インチのダイ直径及び20:40:60:80:20メッシュのスクリーンパック配置を有する。
フィルム二次加工条件を表21に記載する。本発明のフィルム1〜8を、下に記載される試験方法に従ってその様々な特性について試験し、これらの特性を表28に記載する。
本発明のブレンド1〜8及び比較ブレンド1〜2
本発明のブレンド3〜8は、65重量%の本発明の実施例3〜8のそれぞれと、35重量%の高圧低密度ポリエチレン(メルトインデックス0.2、密度0.919g/ccのLDPEであるDow LDPE132I)とのブレンドであり、表21に示される二次加工条件セット1の下で実施される。
本発明のブレンド1〜2は、65重量%の本発明の実施例1〜2のそれぞれと、35重量%の高圧低密度ポリエチレン(メルトインデックス0.2、密度0.919g/ccのLDPEであるDow LDPE132I)とのブレンドであり、表21に示される二次加工条件セット2の下で実施される。
比較ブレンド1及び2は、65重量%の比較例1及び2のそれぞれと、35重量%のDow LDPE132I樹脂とのブレンドであり、表21に示される二次加工条件セット1の下で実施される。
比較ブレンド3及び4は、65重量%の、比較例1及び2のそれぞれと、35重量%のDow LDPE132I樹脂とのブレンドであり、表21に示される二次加工条件セット2の下で実施される。
本発明のブレンド3〜8及び比較ブレンド1及び2を、下に記載される試験方法に従ってその様々な特性について試験し、これらの特性を表22〜23に記載する。
本発明のフィルム1〜2及び比較ブレンド3及び4を、下に記載される試験方法に従ってその様々な特性について試験し、これらの特性を表24〜25に記載する。
本発明のブレンド3〜8は、比較ブレンド1及び2と比較した場合に、良好なMD及びCD収縮張力及び収縮フィルムで使用するのに有利な自由収縮、良好な光学的特性(ヘイズ、光沢、透明度)、ならびに、一般に良好なフィルム特性(破断、ダート、及び引裂)を示す。
本発明のブレンド1〜2は、比較ブレンド3及び4と比較した場合に、良好なMD及びCD収縮張力及び収縮フィルムで使用するのに有利な自由収縮、良好な光学的特性(ヘイズ、光沢、透明度)、ならびに、一般に良好なフィルム特性(破断、ダート、及び引裂)を示す。
本発明のブレンド9〜16及び比較ブレンド5〜6
本発明のブレンド9〜16は、20重量%の本発明の実施例1〜8のそれぞれと、80重量%の高圧低密度ポリエチレン(メルトインデックス0.2、密度0.919g/ccのLDPEであるDow LDPE132I)とのブレンドである。比較ブレンド5〜6は、20重量%の比較例1〜2のそれぞれと、80重量%の高圧低密度ポリエチレン、Dow LDPE132Iとのブレンドである。
本発明のブレンド9〜16及び比較ブレンド5及び6は、表21に示される条件セット3の下で実施した。
本発明のブレンド9〜16及び比較ブレンド5及び6のフィルム特性を表27〜28に示す。
本発明のブレンド9〜16は、良好なMD及びCD収縮張力及び収縮フィルムで使用するのに有利な自由収縮、良好な光学的特性(ヘイズ、光沢、透明度)、ならびに、一般に良好なフィルム特性(破断、ダート、及び引裂)を示す。本発明のブレンド9〜16は、より高い破断強度(puncture)及び良好なヘイズと相まって、より高い収縮張力を示すと同時に、比較ブレンド5〜6と比較して高いセカント係数を維持している。
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試験方法
密度
密度を測定するサンプルは、ASTM D 1928に従って調製する。測定は、ASTM D792、方法Bを用いてサンプルのプレス成形の1時間以内に行う。
メルトインデックス
メルトインデックス、MI又はIは、ASTM D 1238、条件190℃/2.16kgに従って測定し、10分あたりに溶出したグラム数で報告する。I10は、ASTM D 1238、条件190℃/10kgに従って測定し、10分あたりに溶出したグラム数で報告する。
DSC結晶化度
示差走査熱量測定(DSC)を用いて、広い範囲の温度にわたってポリマーの溶融及び結晶化挙動を測定することができる。例えば、RCS(冷凍冷却システム)及びオートサンプラーを装備したTA Instruments Q1000 DSCを使用して、この分析を実施する。試験の間、50ml/分の窒素パージガス流を使用する。各々のサンプルを、約175℃で薄膜に溶融プレスする;次に、溶融したサンプルを室温(約25℃)に空冷する。3〜10mg、直径6mmの試験片を冷却したポリマーから抽出し、秤量し、軽量アルミニウムパン(約50mg)の中に入れ、クリンプして閉じる。次に、分析を実施してその熱特性を決定する。
サンプルの熱挙動は、サンプル温度を上下させて熱流対温度プロフィールを作り出すことにより測定される。まず、サンプルを急速に180℃に加熱し、その熱履歴を除くために3分間等温に保持する。次に、サンプルを10℃/分の冷却速度で−40℃に冷却し、−40℃で3分間等温に保持する。その後、サンプルを10℃/分の加熱速度で150℃に加熱する(これが「第2の加熱」ランプである)。冷却曲線及び第2の加熱曲線を記録する。冷却曲線は、結晶化の開始から−20℃までにベースラインの端点を設定することにより分析する。加熱曲線は、−20℃から溶融液の開始までにベースラインの端点を設定することにより分析する。決定される値は、ピーク融解温度(T)、ピーク結晶化温度(T)、融解熱(H)(ジュール/グラム)、及び図6に示される式6を用いて計算された、ポリエチレンサンプルについての結晶化度%である。
融解熱(H)及びピーク融解温度は、第2加熱曲線から報告される。ピーク結晶化温度は、冷却曲線から決定される。
動的機械的分光法(DMS)周波数掃引
溶融レオロジー、定温周波数掃引は、25mm平行プレートを装備したTA Instruments Advanced Rheometric Expansion System(ARES)レオメーターを用い、窒素パージ下で実施した。周波数掃引は、2.0mmのギャップ及び10%の一定の歪で全てのサンプルについて190℃で実施した。周波数間隔は、0.1〜100ラジアン/秒であった。応力応答を振幅及び位相に関して分析し、それから貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G’’)、及び動的溶融粘度(η*)を計算した。
CEF法
コモノマー分布分析は、結晶溶出分別(CEF)(スペインのPolymerChar社)で実施する(B. Monrabal et al, Macromol. Symp. 257, 71-79(2007))。オルト−ジクロロベンゼン(ODCB)と600ppmの酸化防止剤ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を溶媒として使用する。サンプルの準備は、(特に断りのない限り)オートサンプラーで160℃にて2時間、4mg/mlでの振盪下で行われる。注入量は300μlである。CEFの温度プロフィールは、3℃/分で110℃〜30℃の結晶化、30℃で5分間の熱平衡、3℃/分で30℃〜140℃の溶出である。結晶化の間の流量は、0.052ml/分である。溶出の間の流量は、0.50ml/分である。データは、1データポイント/秒で収集する。
CEFカラムは、Dow Chemical Companyが1/8インチのステンレス管で125um±6%のガラスビーズ(MO−SCI Specialty Products)を充填したものである。ガラスビーズは、Dow Chemical Companyの求めによりMO−SCI Specialtyが酸洗浄したものである。カラム容積は2.06mlである。カラム温度の較正は、NIST標準基準材料線状ポリエチレン1475a(1.0mg/ml)及びエイコサン(2mg/ml)のODCB中の混合物を使用することにより実施される。温度は、NIST線状ポリエチレン1475aのピーク温度が101.0℃、エイコサンのピーク温度が30.0℃となるように溶出加熱速度を調節することにより較正する。CEFカラム分解能は、NIST線状ポリエチレン1475a(1.0mg/ml)及びヘキサコンタン(Fluka,purum、≧97.0%、1mg/ml)の混合物で算出する。ヘキサコンタン及びNISTポリエチレン1475aのベースライン分離を実現する。67.0〜110.0℃のNIST1475aの面積に対するヘキサコンタン(35.0〜67.0℃)の面積は、50対50であり、35.0℃よりも低い可溶性画分の量は<1.8重量%である。CEFカラム分解能は図7に示される式7に定義され、ここでカラム分解能は6.0である。
CDC法
コモノマー分布定数(CDC)は、CEFによるコモノマー分布プロフィールから算出される。CDCは、図1の式1に示されるように、コモノマー分布指数をコモノマー分布形状係数で除算し、100を乗じたものとして定義される。
コモノマー分布指数は、35.0から119.0℃までの、コモノマー含量中央値(Cmedian)が0.5から1.5のCmedianの範囲のコモノマー含量をもつポリマー鎖の全重量分率を表す。コモノマー分布形状係数は、コモノマー分布プロフィールの半値幅を、ピーク温度(T)から得られるコモノマー分布プロフィールの標準偏差で除算した比として定義される。
CDCはCEFによってコモノマー分布プロフィールから算出され、CDCは、図1の式1に示されるように、コモノマー分布指数をコモノマー分布形状係数で除算し100を乗じたものとして定義される。この際、コモノマー分布指数は、35.0から119.0℃までの、コモノマー含量中央値(Cmedian)が0.5から1.5のCmedianの範囲のコモノマー含量をもつポリマー鎖の全重量分率を表し、コモノマー分布形状係数は、コモノマー分布プロフィールの半値幅を、ピーク温度(Tp)から得られるコモノマー分布プロフィールの標準偏差で除算した比として定義される。
CDCは、以下の段階に従って算出される:
(A)図2に示される式2に従って、CEFから温度を0.200℃ずつ段階的に増加させて35.0℃から119.0℃までの各々の温度(T)での重量分率(w(T))を得る段階;
(B)図3に示される式3に従って、0.500の累積重量分率での温度中央値(Tmedian)を算出する段階;
(C)図4に示される式4に従って、コモノマー含量較正曲線を用いることにより温度中央値(Tmedian)での対応するコモノマー含量中央値(モル%)(Cmedian)を算出する段階;
(D)既知のコモノマー含量をもつ一連の基準材料を用いることによりコモノマー含量較正曲線を構築する段階、すなわち、狭いコモノマー分布(CEFにおいて35.0〜119.0℃の単峰性コモノマー分布)をもつ、0.0モル%〜7.0モル%の範囲のコモノマー含量での重量平均Mwが35,000〜115,000(従来のGPCによって測定)の11個の基準材料を、CEFの実験の項に明記されるものと同じ実験条件でCEFによって分析する段階;
(E)各々の基準材料のピーク温度(T)及びそのコモノマー含量を使用することにより、コモノマー含量の較正値を算出する段階;図4に示される式4に示されるように、較正値は各々の基準材料から算出され、この際、Rは、相関定数である;
(F)コモノマー分布指数を、0.5*Cmedian〜1.5*Cmedianの範囲のコモノマー含量をもつ全重量分率から算出する段階、Tmedianが98.0℃よりも高い場合には、コモノマー分布指数は0.95と定義される;
(G)35.0℃〜119.0℃の最大ピークに対して各々のデータポイントを探すことにより、CEFコモノマー分布プロフィールから最大ピーク高さを得る段階(2つのピークが同一の場合には、低い方の温度ピークが選択される);半値幅は、最大ピーク高さの半分での前方温度と後方温度の間の温度差として定義され、最大ピークの半分での前方温度は35.0℃から前方に探し、一方最大ピークの半分での後方温度は119.0℃から後方に探し、ピーク温度の差が各々のピークの半値幅の合計に等しいか又はその1.1倍よりも大きい明確な二峰性分布の場合には、本発明のエチレン系ポリマー組成物の半値幅は、各々のピークの半値幅の相加平均として算出される;
(H)図5に示される式5に従って、温度の標準偏差(Stdev)を算出する段階。
従来のGPC Mw−gpc測定
Mw−gpc値を得るために、クロマトグラフィー系は、屈折率(RI)濃度検出器を装備した、Polymer Laboratories PL−210型か又はPolymer Laboratories PL−220型のいずれかで構成される。カラム及びカルーセル区画は、140℃で動作する。3本のPolymer Laboratories 10−μm混合Bカラムを溶媒の1,2,4−トリクロロベンゼンとともに使用する。サンプルは、50mLの溶媒中0.1gのポリマーの濃度で調製する。サンプルを調製するために使用した溶媒は、200ppmの酸化防止剤ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含む。サンプルは、160℃で4時間軽くかき混ぜることにより調製する。使用した注入量は、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、Polymer Laboratoriesより購入した21の狭分子量分布ポリスチレン標準品で実施する。ポリスチレン標準品のピーク分子量を、Mが分子量であり、Aが0.4316の値を有し、Bが1.0に等しい、図12に示される式12に示されるポリエチレン分子量に変換する。
3次多項式を決定して、対数分子量較正を溶出容積の関数として作成する。上記従来の較正による重量平均分子量は、図13に示される式13に示される式中のMwccとして定義される。ここで、合計は、GPC溶出曲線全体にわたり、RI及びMccは、RI検出器のシグナル及び各々のGPC溶出スライスでの従来の較正分子量を表す。ポリエチレン等価分子量の算出は、Viscotek TriSECソフトウェア、バージョン3.0を用いて実施する。重量平均分子量ΔMwの精度は、2.6%未満で優れている。
クリープゼロ剪断粘度測定法:
ゼロ剪断粘度は、直径25mmの平行プレートを190℃で使用するAR−G2応力制御レオメーター(TA Instruments;New Castle,Del)で行ったクリープ試験によって得られる。レオメーター・オーブンは、取付具のゼロ点調整(zeroing fixtures)の前に少なくとも30分間、試験温度に設定する。試験温度で、圧縮成形したサンプルディスクをプレートの間に挿入し、5分間平衡状態にした。次に、上側のプレートを、所望の試験ギャップ(1.5mm)の50μm上まで下げる。不必要な材料を切り落とし、上側のプレートを所望のギャップまで下げる。測定は、窒素パージ下、5L/分の流量で行う。デフォルトクリープ時間は2時間に設定する。
20Paの一定の低剪断応力を全てのサンプルに加えて、定常状態の剪断速度が確実にニュートン領域内にあるほど低いようにする。得られる定常状態の剪断速度は、この実験のサンプルに関して10−3〜10−4−1の範囲内である。定常状態は、log(J(t))対log(t)(ここで、J(t)はクリープコンプライアンスであり、tはクリープ時間である)のプロットの最後の10%の時間窓で、全てのデータに関する線形回帰を考慮に入れることによって決定される。線形回帰の傾きが0.97よりも大きい場合、定常状態に達したと考えてクリープ試験を停止する。この実験の全ての例において、傾きは2時間以内に基準を満たす。定常状態の剪断速度は、ε対t(式中、εは歪みである)のプロットの最後の10%の時間窓の中の全てのデータポイントの線形回帰の傾きから決定される。ゼロ剪断粘度は、加えられた応力の定常状態剪断速度に対する比から決定される。
サンプルがクリープ試験の間に分解されるかどうかを判定するために、クリープ試験の前後に同じ試験片で0.1〜100rad/秒で小振幅振動剪断試験を実施する。2回の試験の複素粘度値を比較する。0.1rad/秒での粘度値の差が5%よりも大きい場合、サンプルはクリープ試験の間に分解したとみなされ、結果は廃棄される。
ゼロ剪断粘度比(ZSVR)は、図8に示される式8に示されるように、分枝ポリエチレン材料のゼロ剪断粘度(ZSV)の、同等の重量平均分子量(Mw−gpc)での線状ポリエチレン材料のZSVに対する比として定義される。
ZSV値は、上記の方法によって190℃のクリープ試験から得られる。Mw−gpc値は、上記のように従来のGPC方法により決定される。線状ポリエチレンのZSVとそのMw−gpcとの間の相関関係を、一連の線状ポリエチレン基準材料に基づいて確立した。ZSV−Mwの関係についての記述は、ANTEC proceeding: Karjala, Teresa P.; Sammler, Robert L.; Mangnus, Marc A.; Hazlitt, Lonnie G.; Johnson, Mark S.; Hagen, Charles M., Jr.; Huang, Joe W. L.; Reichek, Kenneth N. Detection of low levels of long-chain branching in polyolefins. Annual Technical Conference - Society of Plastics Engineers (2008), 66th 887-891に見出すことができる。
溶融強度
溶融強度は、190℃でGoettfert Rheotens 71.97(Goettfert Inc.;Rock Hill,SC)を使用して測定され、長さ30mm及び直径2mmの平らな流入角(180度)を備えたGoettfert Rheotester 2000細管レオメーターによって溶融供給される。ペレットをバレル(L=300mm、直径=12mm)に注ぎ込み、圧縮し、10分間溶融させた後に0.265mm/sの一定のピストン速度で押出する。これは所与ダイ直径で38.2s−1の壁剪断速度に相当する。押出物は、ダイ出口の100mm下方に位置するRheotensのホイールを通過し、ホイールによって下向きに2.4mm/sの加速度で引っ張られる。ホイールで用いられる力(単位cN)をホイールの速度(単位mm/s)の関数として記録する。溶融強度は、鎖分解の前の平坦域の力(cN)として記録する。
H NMR法
3.26gの原液を、10mmのNMR管中、0.133gのポリオレフィンサンプルに添加する。この原液は、テトラクロロエタン−d(TCE)及びペルクロロエチレン(50:50、w:w)の混合物であり、0.001M Cr3+を含む。管の中の溶液をNで5分間パージして酸素の量を減らす。蓋をしたサンプル管を室温にて一晩放置してポリマーサンプルを膨潤させる。サンプルを110℃で振盪して溶解する。サンプルは、不飽和の原因となる可能性のある添加剤、例えばスリップ剤例えばエルカ酸アミドなどを含まない。
H NMRは、Bruker AVANCE 400MHzスペクトロメーターで120℃にて10mmクライオプローブを用いて行う。
2回の実験を行って不飽和を得る:対照及びダブルプリサチュレーション(double presaturation)実験。
対照実験のために、データを指数窓関数でLB=1Hzを用いて処理し、ベースラインを7から−2ppmまで補正した。TCEの残留Hからのシグナルを100に設定し、−0.5から3ppmまでの積分Itotalを対照実験におけるポリマー全体からのシグナルとして使用する。ポリマー中のCH基、NCHの数を次の通り計算する:
NCH=Itotal/2
ダブルプリサチュレーション実験のために、データを指数窓関数でLB=1Hzを用いて処理し、ベースラインを6.6から4.5ppmまで補正した。TCEの残留Hからのシグナルを100に設定し、不飽和に関する対応する積分、(Ivinylene、Itrisubstituted、Ivinyl及びIvinylidene)を、図9に示される領域に基づいて積分した。ビニレン、三置換、ビニル及びビニリデンの不飽和単位の数を計算する:
vinylene=Ivinylene/2
trisubstituted=Itrisubstituted
vinyl=Ivinyl/2
vinylidene=Ivinylidene/2
不飽和単位/1,000,000炭素は、以下の通り計算する:
vinylene/1,000,000C=(Nvinylene/NCH)*1,000,000
trisubstituted/1,000,000C=(Ntrisubstituted/NCH)*1,000,000
vinyl/1,000,000C=(Nvinyl/NCH)*1,000,000
vinylidene/1,000,000C=(Nvinylidene/NCH)*1,000,000
不飽和NMR分析の要件には:定量化のレベルは、200スキャンで(対照実験を実行するまでの時間を含めて1時間未満のデータ獲得)3.9重量%のサンプル(Vd2構造に対して、Macromolecules, vol. 38, 6988, 2005参照)、10mm高温クライオプローブを用いて、Vd2に対して0.47±0.02/1,000,000炭素であることが含まれる。定量化のレベルは、10のシグナル対ノイズ比として定義される。
化学シフト基準は、TCT−d2の残留プロトンからのHシグナルに対して6.0ppmに設定する。対照は、ZGパルス、TD 32768、NS 4、DS 12、SWH 10,000Hz、AQ 1.64s、D1 14sで実行する。ダブルプリサチュレーション実験は、変更したパルス配列、O1P 1.354ppm、O2P 0.960ppm、PL9 57db、PL21 70db、TD 32768、NS 200、DS 4、SWH 10,000Hz、AQ 1.64s、D1 1s、D13 13sで実行する。Bruker AVANCE 400MHzスペクトロメーターによる不飽和のための変更したパルス配列を、図10に示す。
TREFカラム
TREFカラムは、アセトン洗浄した1/8インチ×0.085インチ316ステンレス鋼管から構築する。この管を、42インチの長さに切断し、直径0.028インチの安定化(pacified)316ステンレス鋼カットワイヤ(Pellet Inc.,North Tonawanda,NY)及び30〜40メッシュの球形の工業等級ガラスビーズの乾燥混合物(60:40 容積:容積)を充填する。このカラム長さ及び充填材料の組合せにより、約1.75mLの間隙容量がもたらされる。TREFカラムの端部を、10μmステンレス鋼篩を備えたValcoマイクロボアHPLCカラム端部取付金具(end fittings)でキャップする。これらのカラム端部により、TREFオーブン内部でクロス分別測定器の配管にTREFカラムを直接接続することができる。TREFカラムは、コイル状で、測温抵抗体(RTD)温度センサを装備し、設置前にガラス絶縁テープを巻きつられている。設置の間、カラム内部で適切な熱の均一性を確保するために、TREFカラムとオーブンの水平配置に特別な注意が払われる。浴温度が2℃の冷却装置によって、冷却した空気を40L/分でTREFオーブンに供給する。
TREFカラム温度の較正
溶出温度に対する観察される組成物が既に報告されたもの(L. Wild, R. T. Ryle et al., J. Polymer Science Polymer Physics Edition 20, 441-455(1982))と一致するように、報告されたTREFカラムからの溶出温度を、110℃〜30℃の温度範囲内で使用される加熱速度で調節する。
サンプルの調製
サンプル溶液を、180ppmブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有する1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)中4mg/mL溶液として調製し、溶媒を窒素でスパージする。少量のデカンを、GPC溶出の確認のために流量マーカーとしてサンプル溶液に添加する。サンプルの溶解を、145℃で4時間穏やかに攪拌することにより完了する。
サンプルの負荷
サンプルは、固定ループインジェクター(500μLの注入ループ)への加熱トランスファーラインによってTREFカラムに145℃で直接注入される。
TREFカラムの温度プロフィール
サンプルをTREFカラムに注入した後、カラムを「オフライン」にし、冷却させる。TREFカラムの温度プロフィールは次の通りである:145℃から110℃まで2.19℃/分で冷却、110℃から30℃まで0.110℃/分で冷却、及び、30℃で16分間の熱平衡。溶出の間、カラムを0.9ml/分ポンプ溶出速度で1.0分間、流路への「オンライン」に戻す。溶出加熱速度は、30℃から110℃まで0.119℃/分である。
TREFカラムからの溶出
16の画分を、画分あたり5℃の増分で30℃から110℃まで収集する。各々の画分をGPC分析のために注入する。16画分の各々は、TREFカラムから1.0分の時間にわたってGPCカラムセットに直接注入される。溶出剤を、溶出の間に温度事前平衡コイル(temperature pre-equilibration coil)を使用することによりTREFカラムと同じ温度で平衡させる(Gillespie and Li Pi Shan et al., Apparatus for Method for Polymer Characterization、WO2006081116)。TREFの溶出は、TREFカラムを0.9ml/分で1.0分間フラッシすることにより実施する。第1の画分、画分(30℃)は、30℃でなおTCBに溶解する材料の量を表す。画分(35℃)、画分(40℃)、画分(45℃)、画分(50℃)、画分(55℃)、画分(60℃)、画分(65℃)、画分(70℃)、画分(75℃)、画分(80℃)、画分(85℃)、画分(90℃)、画分(95℃)、画分(100℃)、及び画分(105℃)は、それぞれ、30.01〜35℃、35.01〜40℃、40.01〜45℃、45.01〜50℃、50.01〜55℃、55.01〜60℃、60.01〜65℃、65.01〜70℃、70.01〜75℃、75.01〜80℃、80.01〜85℃、85.01〜90℃、90.01〜95℃、95.01〜100℃、及び100.01〜105℃の温度範囲内で、TREFカラムから溶出する材料の量を表す。
GPCパラメータ
クロス分別測定器は、1本の20μmガードカラム及び4本の混合A−LS20μmカラム(Varian Inc.、旧PolymerLabs)を装備し、PolymerChar(Spain)製のIR−4検出器は濃度検出器である。21の狭分子量分布ポリスチレン標準品を流すことによりGPCカラムセットを較正する。標準品の分子量(MW)は、580〜8,400,000g/molの範囲であり、標準品は6つの「カクテル」混合物に含まれている。各々の標準混合物(「カクテル」)は、個々の分子量の間に少なくとも10の分離を有する。これらの標準品は、Polymer Laboratories(Shropshire,UK)より購入する。ポリスチレン標準品は、1,000,000g/molに等しいか又はそれ以上の分子量に関して20mLの溶媒中0.005gで、かつ1,000,000g/mol未満の分子量に関して20mLの溶媒中0.001gで調製される。ポリスチレン標準品を145℃で30分間穏やかにかき混ぜて溶解させる。狭標準品混合物を最初に、最も大きい分子量成分を順に減少させて流して分解を最小限にする。対数分子量較正は、溶出体積の関数として4次多項式フィットを用いて生成する。ポリスチレン標準品ピーク分子量は、Williams and Ward, J. Polym. Sci., Polym. Let., 6, 621 (1968)に記載されるように図12に示される式12を使用してポリエチレン分子量に変換される:式中、Mは分子量であり、Aは0.40の値を有し、Bは1.0に等しい。
4本の混合A−LS20μmカラムに関するプレートカウントは、TREFカラムを迂回して、200μlの注入量の、エイコサンの1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)中0.4mg/ml溶液を使用することにより、少なくとも19,000である必要がある。プレートカウントは、ピーク保持容積(RVPk max)及び1/2の高さの(クロマトグラフィーピークの50%)保持容積(RV)幅から算出して、図14に示される式14を使用することにより、カラム中の理論プレートの数の効果的な尺度を得る(Striegel and Yau et al., 「Modern Size-Exclusion Liquid Chromatography」, Wiley, 2009, Page 86)。
各々の画分についてのMWD分析
各々の画分の分子量分布(MWD)は、積分したGPCクロマトグラムから算出して、各々の画分についての重量平均分子量、MW(温度)を得る。
積分上限(高分子量の限度)の設置は、ベースラインからのピーク上昇の目に見える差異に基づく。積分下限(低分子量の限度)の設置は、ベースラインまでの戻り、又は3250分子量のポリスチレン狭分子量標準品の容積溶出時点(どちらか早い方)とみなされる。
IR−4検出器のホワイトノイズレベルは、積分上限の前に(ポリマー溶出の前に)GPCクロマトグラムを分析するとIR−4検出器から算出される。ポリマー鎖から得られる各々の獲得時間の検出器応答は、まずベースライン補正に関して補正して、ベースラインを引いたシグナルを得る(IR(RV)、RVはGPCクロマトグラムの溶出容積)。ベースラインを補正したIR−4応答は、ホワイトノイズに関してさらに補正する:IR(RV)がホワイトノイズ値よりも大きい場合にのみ、IR(RV)をGPC算出に使用する。この作業で、IRに関する典型的なホワイトノイズは0.35mVであることが決定され、一方、全ポリマー(TREFカラムを迂回してGPCカラムに直接0.50mgのGPC注入)ピーク高さ(単位mV)は、一般にポリオレフィンポリマー(高密度ポリエチレン、多分散性M/M約2.6)に関して240前後である。注意を維持して、シグナル対ノイズ比(全ポリマー注入量のピーク高さ対ホワイトノイズ)が、ポリオレフィンポリマー(高密度ポリエチレン、多分散性M/M約2.6)に関して1.0mg/ml 500μLの注入量で少なくとも500となるようにするべきである。
各々の個別のGPCクロマトグラムの面積は、TREF画分から溶出したポリオレフィン材料の量に相当する。画分の指定された温度範囲のTREF画分の重量百分率、Wt%(温度)は、個別のGPCクロマトグラムの面積を16の個別のGPCクロマトグラムの面積の合計で除算したものとして計算される。GPC分子量分布の算出(Mn、Mw、及びMz)は、各々のクロマトグラムで実施され、TREF画分の重量百分率が1.0重量%よりも大きい場合のみ報告される。GPC重量平均分子量、Mwは、各々のクロマトグラムのMW(温度)として報告される。
Wt%(30℃)は、TREF溶出プロセス中に30℃でTREFカラムから溶出する材料の量を表す。Wt%(35℃)、Wt%(40℃)、Wt%(45℃)、Wt%(50℃)、Wt%(55℃)、Wt%(60℃)、Wt%(65℃)、Wt%(70℃)、Wt%(75℃)、Wt%(80℃)、Wt%(85℃)、Wt%(90℃)、Wt%(95℃)、Wt%(100℃)、及びWt%(105℃)は、それぞれ、30.01℃〜35℃、35.01℃〜40℃、40.01〜45℃、45.01℃〜50℃、50.01℃〜55℃、55.01℃〜60℃、60.01℃〜65℃、65.01℃〜70℃、70.01℃〜75℃、75.01℃〜80℃、80.01℃〜85℃、85.01℃〜90℃、90.01℃〜95℃、95.01℃〜100℃、及び100.01℃〜105℃の温度範囲内で、TREFカラムから溶出する材料の量を表す。累積重量分率は、指定された温度までの画分のWt%の合計として定義される。累積重量分率は、全温度範囲に関して1.00である。
最高温度画分分子量、MW(最高温度画分)は、1.0重量%よりも多くの材料を含有する最高温度で計算される分子量として定義される。各々の温度のMW比は、MW(温度)をMW(最高温度画分)で除算したものとして定義される。
ゲル含量
ゲル含量は、ASTM D2765−01方法Aに従ってキシレン中で決定される。サンプルは剃刀の刃を用いて必要なサイズに切断される。
フィルム試験条件
以下の物理的特性を、製造したフィルムで測定する:
・トータル(全)、表面及び内部ヘイズ:内部ヘイズ及び全ヘイズについて測定したサンプルを標本化し、ASTM D 1003に従って調製する。内部ヘイズは、フィルムの両側の鉱油を使用して屈折率のマッチングによって得た。Hazeguard Plus(BYK−Gardner USA;Columbia,MD)を試験に使用する。表面ヘイズは、全ヘイズと内部ヘイズの違いとして決定される。
・45°光沢:ASTM D−2457。
・MD及びCD エルメンドルフ引裂強度:ASTM D−1922。
・MD及びCD 引張強さ:ASTM D−882。
・ダート衝撃強度:ASTM D−1709。
・破断強度(Puncture):破断強度は、Instron4201型でSintech Testworksソフトウェア・バーション3.10によって測定される。試験片のサイズは、6インチ×6インチであり、4回の測定を行って平均破断値を決定する。フィルムはフィルム製造後40時間状態調節し、少なくとも24時間ASTMにより制御された実験室に置いた。100ポンド負荷セルを丸い試験片ホルダーとともに使用する。試験片は、4インチの円形試験片である。破断プローブは、(0.25インチのロッド上の)直径1/2インチの磨かれたステンレス鋼ボールであり、最大移動距離は7.5インチである。ゲージ長はない、つまり、プローブは可能な限り試験片に近接しているが、接触していない。使用するクロスヘッド速度は、10インチ/分である。厚さは、試験片の中央で測定する。フィルムの厚さ、クロスヘッド移動距離、及びピーク負荷を用いてソフトウェアによって破断強度を測定する。破断プローブは、各々の試験片の後に「Kim−wipe」を用いて掃除される。
・収縮張力は、Y. Jin, T. Hermel-Davidock, T. Karjala, M. Demirors, J. Wang, E. Leyva, and D. Allen, 「Shrink Force Measurement of Low Shrink Force Films」, SPE ANTEC Proceedings, p. 1264 (2008)に記載される方法に従って測定される。
・自由収縮%:寸法が10.16cm×10.16cmの単層の正方形のフィルムを、打抜プレスで縦方向(MD)及び横方向(CD)の縁に沿ってフィルムサンプルから切り抜く。次に、フィルムをフィルムホルダーの中に入れ、フィルムホルダーを150℃の熱油浴に30秒間浸漬する。次に、ホルダーを油浴から取り出す。油を排水した後、フィルムの長さを複数の位置で各々の方向に測定し、最終長さとして平均をとる。自由収縮%は、図15に示される式15から決定される。

Claims (21)

  1. コモノマー分布定数が45よりも大きく400までであることを特徴とするエチレン系ポリマー組成物であって、
    前記組成物が炭素1,000,000個あたり120個未満の全不飽和単位を有し、
    前記組成物が、1.0重量%よりも多くを含む各々の画分に関して、各々の温度で1.00以下であるMW比(全画分の総面積で除算した前記画分の面積を表す)を有するとしてさらに特徴付けられ、
    前記組成物が0.90g/10分以下のメルトインデックスを有するとしてさらに特徴付けられるエチレン系ポリマー組成物、および、低密度ポリエチレン(LDPE)%が30%よりも大きいLDPE
    を含む配合物。
  2. 前記エチレン系ポリマー組成物が0.945g/cc未満かつ0.92g/ccよりも大きい密度である、請求項1に記載の配合物。
  3. 前記エチレン系ポリマー組成物が0.92g/ccよりも大きく0.94g/cc未満の密度である、請求項1に記載の配合物。
  4. 前記エチレン系ポリマー組成物のMW比が、各々の画分の温度とともに増加する、請求項1に記載の配合物。
  5. 前記エチレン系ポリマー組成物のMW比が、50℃以下の各々の温度に関して0.10未満である、請求項1に記載の配合物。
  6. 前記エチレン系ポリマー組成物の累積重量分率が、50℃までの温度の画分に関して0.10未満である、請求項1に記載の配合物。
  7. 前記エチレン系ポリマー組成物の累積重量分率が、85℃までの温度の画分に関して0.03以上である、請求項1に記載の配合物。
  8. 前記エチレン系ポリマー組成物が少なくとも2.5のZSVRを有する、請求項1に記載のポリマー配合物。
  9. 前記エチレン系ポリマー組成物が少なくとも4のZSVRを有する、請求項1に記載のポリマー配合物。
  10. 前記エチレン系ポリマー組成物が炭素1,000,000個あたり20個未満のビニリデン不飽和単位を含むことをさらに特徴とする、請求項1に記載の配合物。
  11. 前記エチレン系ポリマー組成物が炭素1,000,000個あたり20個未満の三置換不飽和単位を含むことをさらに特徴とする、請求項1に記載の配合物。
  12. 前記エチレン系ポリマー組成物が二峰性分子量分布を有する、請求項1に記載の配合物。
  13. 単一のDSC溶融ピークをさらに含む、請求項1に記載の配合物。
  14. 請求項1に記載の配合物を含む二次加工品。
  15. 前記二次加工品が、15cNよりも大きいMD収縮張力、60フィート−ポンド/インチよりも大きい破断強度、20%未満のヘイズを有するインフレーションフィルムである、請求項14に記載の二次加工品。
  16. 前記エチレン系ポリマー組成物が、パージを除いて、35℃から120℃までの単峰性又は二峰性分布を含むコモノマー分布プロフィールを有する、請求項1に記載の配合物。
  17. 前記エチレン系ポリマー組成物が80,000から200,000g/molまでのMwを含む、請求項1に記載の配合物。
  18. 前記エチレン系ポリマー組成物は190℃で0.1rad/秒での粘度の、190℃で100rad/秒での粘度に対する比が、動的機械的分光法により測定して8.5よりも大きいことを特徴とする、請求項1に記載の配合物。
  19. 前記エチレン系ポリマー組成物は190℃にて動的機械的分光法により測定して10,000Paの複素弾性率で、65度未満であって0度よりも大きい位相角を有することを特徴とする、請求項1に記載の配合物。
  20. 前記エチレン系ポリマー組成物のM/Mが10未満であることを特徴とする、請求項1に記載の配合物。
  21. 前記エチレン系ポリマー組成物のM/Mが4未満であることを特徴とする、請求項1に記載の配合物。
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