JP6454152B2 - 低分子量の抽出物を有する低密度エチレン系ポリマー - Google Patents

低分子量の抽出物を有する低密度エチレン系ポリマー Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は、米国特許仮出願第61/563,190号(2011年11月23日出願)、米国特許仮出願第61/563,186号(2011年11月23日出願)、及び国際出願第PCT/US12/64284号(2012年)11月9日)の利益を主張する。
高分子量分画を有する分子量分布(MWD)の広い低密度ポリエチレン(LDPE)が、良好な加工性(ライン速度、気泡安定性、ネックインなど)のために、純粋な形、或いは直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)又はその他のポリマーとのブレンドで所望される。MWDの広いLDPEは、低分子量及び高分子量のポリマー分子などの様々なポリマー分子で構成される。一般に、かかるポリマーでの抽出可能分の分画は、低分子量の分子分画の増加と共に増加し、低分子量の分子では短鎖分岐頻度の増加によって増加する。典型的に、MWDの広範さと抽出可能分の量との間は、トレードオフである。広いMWDは、インフレーションフィルム成形時に更に低い圧力又はより良好な気泡安定性により押出しなどの加工操作中、LDPEの加工性などの領域で役立つ。抽出可能分の量は、食品包装の用途において重要なパラメータであり、低抽出可能分が望ましい。これは、抽出可能分の量が多いと、典型的に、LDPE加工中に、煙の形成及び/又は金型の詰まりの原因となるためである。更に、LDPEは食品接触用途に使用でき、抽出可能分の量が多過ぎると、LDPEが非屋内及び屋内用途用の抽出可能分に関する食品医薬品局(FDA)の制限に適合しなくなり、これによって、一部の用途のLDPEの使用が制限される。
MWDの広いLDPEは、異なる滞留時間分布を有するオートクレーブ反応器又は管型反応器など、異なる種類の反応器において製造できる。オートクレーブ反応器の広範な滞留時間分布により、この種類の反応器で超高分子量のポリマー分画を有する広MWDを更に容易に作り出すことができる。しかし、オートクレーブ生成物の広いMWDは、フィルムの光学特性などの特性に悪影響を及ぼす可能性のある高分子量分画の原因となる。管型反応器では、栓流挙動が原因で、MWDの広いLDPEを得るのは更に困難である。管型反応器では、広MWDを得るために、高温、低圧力及び/又は高転換率など、更に極端な加工条件を適用する必要がある。こうした極端な加工条件により、典型的には更に抽出できるようになるが、MWDは、広MWDオートクレーブを用いたポリマーに見られるような超高分子量分画ではない。非常に広MWD管状製品においては、抽出された低分子量分画の分析結果によって示されるように、ポリマー中の低分子量分画の抽出性を変更することによって、抽出可能分の量を低減する必要がある。
国際公開第2007/110127号は、エチレンコポリマーを含む押出しコーティング組成物を開示している。エチレンコポリマーは、ピーク温度300℃〜350℃で管型反応器において行われる重合によって得られる。
国際公開第2006/094723号は、エチレン及びエチレンと共重合可能な単量体とのコポリマーの調製方法を開示している。重合は、管型反応器において、ピーク温度290℃〜350℃にて行われる。コポリマーは、2官能基以上の(メタ)アクリレートであり、コポリマーは、エチレンコポリマーの量に対して、0.008mol%〜0.200mol%の間の量で使用される。2官能基以上の(メタ)アクリレートは、架橋剤としても作用できる。
欧州特許第0928797B1号は、密度0.923〜0.935g/cc、分子量分布3〜10Mw/Mnであり、ホモポリマー又はコポリマーの総重量に対して、カルボニル基含有化合物から誘導される単位を0.10重量%から0.50重量%の濃度で含む、エチレンホモポリマー又はコポリマーについて開示している。
米国特許第3,334,081号は、管型反応器で行われるエチレンポリマーの連続製造工程を開示しており、これによって、高転換率でポリマーが得られる。一実施形態では、本明細書では、管型反応器中、少なくとも約15,000psigの圧力、約90℃〜約350℃の温度で、フリーラジカル開始剤存在下におけるエチレン重合のための連続工程を開示する。
米国特許第3,657,212号には、二層の連続反応帯を有する管型反応器において、高温及び超大気圧において、フリーラジカル発生重合開始剤としての有機過酸化物及び酸素の作用下で、並びに重合改質剤の作用下でエチレンを重合することによる、特定の密度を有するエチレンホモポリマーの製造が開示されている。エチレン、重合開始剤及び重合改質剤の混合物は、各反応帯開始時に、連続して投入される。エチレンホモポリマーは、広範な分子量分布を有するが、実質的に、非常に高分子量の成分を欠いているといわれている。
更なる重合及び/又は樹脂は、米国特許第2,153,553号、米国特許第2,897,183号、米国特許第2,396,791号、米国特許第3,917,577号、米国特許第4,287,262号、
米国特許第6,569,962号、米国特許第6,844,408号、米国特許第6,949,611号、米国特許出願公開第2007/0225445号、米国特許出願公開第2003/0114607号、米国特許出願公開第2009/0234082号、国際公開第2012/044504号、国際公開第2011/075465号、国際公開第2008/112373号、国際公開第2006/096504号、国際公開第2007/110127号、英国特許第1101763号、英国特許第1196183号、旧東ドイツ特許第120200号、旧東ドイツ特許第276598A3号、独国第2107945号、欧州特許出願公開第0069806A1号、カナダ特許第2541180号、欧州特許第1777238B1号、欧州特許第0792318B1号、欧州特許出願公開第2123707A1号、及びJ.Bosch著「The Introduction of Tubular LDPE to the Extrusion Coating Market and the Specifics of the Product」 TAPPI European PLACE conference、第12版、2009年、1〜20頁に記載されている。
2ゾーン管型反応器システムでは、上記技術で一般に使用されるように、非常に狭いMWD又は非常に多量の抽出可能分のいずれかを有するポリマーが得られる。かかる反応器システムを用いて、広MWD樹脂を得るには、典型的に、ピーク温度が非常に高く、且つ/又は反応器の入口圧力が低いことが必要とされ、いずれも短鎖分岐度が増加している低分子量の材料が形成され、抽出可能分の量が多くなる。したがって、従来の管型重合工程により、比較的広範なMWDであるが、抽出可能分の量が多いポリマーを製造できる。前述のように、依然として、非常に広MWD管状製品において抽出可能分の量を減少させる必要がある。これらの必要性及びその他は、以下に示す本発明によって満たされる。
本発明は、
A)「GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)によって決定される(絶対値)、ポリマーの総重量に基づき10g/モルを超える分子量の重量分率(w)」が、w<A+B(I2)の関係を満たし、式中、A=0.090、B=−4.00x10−3(分/dg)である;
B)G′値が、G′≧C+Dlog(I2)の関係を満たし、式中、C=162Pa、及びD=−90.0Pa/log(dg/分)である;
C)1〜20dg/分のメルトインデックス(I2);及び
D)クロロホルム抽出可能分の最大平均Mw(換算値)が4,000g/モル以下である、
との特性を備えるエチレン系ポリマーを提供する。
図1は、重合フローのスキームを示す模式図である。 図2は、重合フローのスキームを示す模式図である。 図3は、本発明のLDPE(IE4)及び比較例のLDPE(PT7007)ポリマーのGPCクロマトグラムを示す。 図4は、本発明のLDPE(IE3)用クロロホルム抽出物のGPCクロマトグラムにおける4象限の分布を示す。
上述のとおり、本発明は、
A)「GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)によって決定される(絶対値)、ポリマーの総重量に基づき10g/モルを超える分子量の重量分率(w)」が、w<A+B(I2)の関係を満たし、式中、A=0.090、B=−4.00x10−3(分/dg)である;
B)G′値が、G′≧C+Dlog(I2)の関係を満たし、式中、C=162Pa、及びD=−90.0Pa/log(dg/分)である;
C)1〜20dg/分のメルトインデックス(I2);及び
D)クロロホルム抽出可能分の最大平均Mw(換算値)が4,000g/モル以下である、
との特性を備えるエチレン系ポリマーを提供する。
エチレン系ポリマーは、本明細書に記載される2つ以上の実施形態の組合せを含んでもよい。
本明細書で使用する場合、上記のG′値はG″=500Pa(170℃)におけるG′である。
一実施形態では、クロロホルム抽出可能分の最大Mw(換算値)は、3,900g/モル以下である。クロロホルム抽出可能分は、本明細書に記載されている標準試験法によって測定される。
一実施形態では、クロロホルム抽出可能分の最大Mw(換算値)は、3,700g/モル以下である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーのMw(絶対値)は、
i)Mw(絶対値)<E+Fxlog(I2)、であり、式中、E=3.50x10g/モル、及びF=−1.20x10(g/モル)/log(dg/分);及び
ii)Mw(絶対値)>G+Hxlog(I2)、であり、式中、G=2.00x10g/モル、及びH=−1.20x10(g/モル)/log(dg/分)。
の関係を満たす。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、「クロロホルム抽出物のMWDにおける最大25%の分子量分画(第四象限(M1))であるMW(換算値)chloroform−Q4」であり、これは、8,400g/モル以下である。MW(換算値)は、分子量を示す。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、「クロロホルム抽出可能分のMWDにおける最大25%の分子量分画(第四象限(M1))であるMW(換算値)chloroform−Q4」であり、これは、8,000g/モル以下である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、「クロロホルム抽出可能分のMWDにおける最大25%の分子量分画(第四象限(M1))であるMW(換算値)chloroform−Q4」であり、これは、7,600g/モル以下である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーのヘキサン抽出可能分は、2,300g/モル以下又は2,200g/モル以下の最大Mw(換算値)を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、「ヘキサン抽出可能分のMWDにおける最大25%の分子量分画(第四象限(M1))であるMw(換算値)hexane−Q4」を有し、これは、4,200g/モル以下又は4,000g/モル以下である。
一実施形態では、ヘキサン抽出可能分は、非オレフィン系連鎖移動剤(CTA)系から誘導される酸素含有末端基を含むポリマーを含み、その量は、1000炭素原子当たり「末端基0.5」を超え、好ましくは、1000炭素原子当たり「末端基0.75」以上であり、更に好ましくは、1000炭素原子当たり「末端基1.0」以上である。更なる実施形態では、CTA系は、ケトン、アルデヒド、エステル、アルコール又はこれらの組合せから選択され、好ましくは、ケトン、アルデヒド、アルコール又はこれらの組合せであり、更に好ましくは、ケトン、アルデヒド又はこれらの組合せである。更なる実施形態では、CTA系は、プロピオンアルデヒド、メチルエチルケトン、アセトン、アセトアルデヒド、プロパノール、アルキル酢酸エステル、イソプロパノール、又はこれらの組合せから選択される。
一実施形態では、クロロホルム抽出可能分は、非オレフィン系CTA系から誘導される酸素含有末端基を含むポリマーを含み、その量は、1000炭素原子当たり「末端基0.5」を超え、好ましくは、1000炭素原子当たり「末端基0.75」以上であり、更に好ましくは、1000炭素原子当たり「末端基1.0」以上である。更なる実施形態では、CTA系は、ケトン、アルデヒド、エステル、アルコール又はこれらの組合せから選択され、好ましくは、ケトン、アルデヒド、アルコール又はこれらの組合せであり、更に好ましくは、ケトン、アルデヒド又はこれらの組合せである。更なる実施形態では、CTA系は、プロピオンアルデヒド、メチルエチルケトン、アセトン、アセトアルデヒド、プロパノール、アルキル酢酸エステル、イソプロパノール、n−ブタン、イソブタン又はこれらの組合せから選択される。別の実施形態では、CTA系は、プロピオンアルデヒド、メチルエチルケトン、アセトン、アセトアルデヒド、プロパノール、アルキル酢酸エステル、イソプロパノール、又はこれらの組合せから選択される。
一実施形態では、クロロホルム抽出可能分は、1000の炭素原子に対して、「ビニル1.0」未満の量のビニル末端基を含むポリマーを含む。さらなる実施形態では、クロロホルム抽出可能分は、1000の炭素原子に対して、「ビニル0.8」未満の量のビニル末端基を含むポリマーを含む。さらなる実施形態では、クロロホルム抽出可能分は、1000の炭素原子に対して、「ビニル0.6」未満の量のビニル末端基を含むポリマーを含む。
一実施形態では、ヘキサン抽出可能分は、1000の炭素原子に対して、「ビニル1.0」未満の量のビニル末端基を含むポリマーを含む。さらなる実施形態では、ヘキサン抽出可能分は、1000の炭素原子に対して、「ビニル0.8」未満の量のビニル末端基を含むポリマーを含む。さらなる実施形態では、ヘキサン抽出可能分は、1000の炭素原子に対して、「ビニル0.6」未満の量のビニル末端基を含むポリマーを含む。
一実施形態では、従来の請求項のいずれか一項に記載のエチレン系ポリマーであって、ポリマーの密度が0.919g/cc(1cc=1cm)以上である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーの密度は、0.916〜0.930g/ccである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーの密度は、0.918〜0.930g/ccである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量の5wt%未満のコモノマーを含む。更なる実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に対して2wt%未満のコモノマーを含む。更なる実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの総重量に対して1wt%未満のコモノマーを含む(wt%=重量パーセント)。
本明細書に記載されているように、本発明のエチレン系ポリマーは、2つ以上の実施形態を組合せたものを含んでもよい。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリエチレンホモポリマー又はエチレン系インターポリマーから選択される。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリエチレンホモポリマー又はエチレン系コポリマーから選択され、エチレン系コポリマーのコモノマーは、ビニルアセテート、アルキルアクリレート、一酸化炭素(CO)、アクリル酸、カルボン酸含有コモノマー、モノ−オレフィン、ジ−オレフィン又はポリエンから選択される。更なる実施形態では、コモノマーは、コポリマーの総重量に対して、0.5から10wt%の量で存在する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリエチレンホモポリマーである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、エチレン系コポリマーであり、エチレン系コポリマーのコモノマーは、ビニルアセテート、アルキルアクリレート、一酸化炭素(CO)、アクリル酸、カルボン酸含有コモノマー、モノ−オレフィン、ジ−オレフィン又はポリエンから選択される。更なる実施形態では、コモノマーは、ビニルアセテート、アルキルアクリレート、アクリル酸、モノオレフィン又はジオレフィンから選択される。
一実施形態では、コモノマーは、コポリマーの総重量に対して0.5から10wt%の量で存在する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、I2が1.5g/10分以上である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、I2が2.0g/10分以上である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、I2が2.5g/10分以上である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、I2が3.0g/10分以上である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、I2が18g/10分以下である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、I2が15g/10分以下である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、I2が10g/10分以下である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、G′が90Pa以上である。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、G′が100Pa以上である。
本明細書に記載されているように、本発明のエチレン系ポリマーは、2つ以上の実施形態を組合せたものを含んでもよい。
本発明は、また、本発明のエチレン系ポリマーを含む組成物を提供する。
一実施形態では、組成物は、更に別のエチレン系ポリマーを含む。
本明細書に記載されているように、本発明の組成物は、2つ以上の実施形態を組合せたものを含んでもよい。
本発明は、また、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む物品を提供する。
一実施形態では、物品はフィルムである。
一実施形態では、物品はコーティングである。
本明細書に記載されているように、本発明の物品は、2つ以上の実施形態を組合せたものを含んでもよい。
重合
高圧フリーラジカル開始重合工程として、2つの基本的な種類の反応器が知られている。第一の種類は、1又は複数の反応帯を有する攪拌型オートクレーブ容器(オートクレーブ反応器)である。第二の種類は、1又は複数の反応帯を有するジャケット管(管型反応器)である。
各プロセスのオートクレーブ及び管型反応器帯における圧力は、典型的には、100〜400MPa、より典型的には、120〜360MPa、更に典型的には、150〜320MPaである。
各プロセスの管型反応器帯における重合温度は、典型的には100〜400℃であり、より典型的には130〜360℃であり、更に典型的には140〜340℃である。
各プロセスのオートクレーブ反応器帯における重合温度は、典型的には、150〜300℃であり、より典型的には、165〜290℃であり、更に典型的には、180〜280℃である。
当業者は、オートクレーブ内の温度はかなり低く、管型反応器の温度と比較してほとんど変わらず、このため、更に好ましい抽出可能分の量が、典型的に、オートクレーブ系反応器システムにおいて製造されるポリマー内に観察されることを理解する。
本発明によって明らかなように、有利な特性を有するポリエチレンホモポリマー、コポリマー又はインターポリマーの製造に使用される本発明の高圧加工は、好ましくは、少なくとも3つの反応帯を有する管型反応器において実施される。
反応開始剤
本発明のプロセスは、フリーラジカル重合プロセスである。本発明のプロセスに使用されるこの種類のフリーラジカル開始剤は重要ではないが、好ましくは、適用される開始剤の1つは、300℃〜350℃の範囲において、高温操作が可能であるべきである。一般に使用されているフリーラジカル開始剤には過酸エステル、ペルケタール、ペルオキシケトン、過炭酸塩、及び多官能性環状過酸化物などの有機過酸化物が含まれる。
これらの有機ペルオキシ開始剤は、典型的に、重合モノマーの重量に対して、従来の0.005〜0.2wt%の量で使用される。過酸化物は、典型的に、好適な溶媒、例えば、炭化水素溶媒において、希釈液として投入される。
他の好適な開始剤は、所望の操作温度範囲において、アゾジカルボン酸エステル、アゾジカルボン酸ジニトリル及び1,1,2,2−テトラメチルエタン誘導体及び他のフリーラジカル形成可能な成分を含む。
一実施形態では、開始剤は、少なくとも1つの重合反応帯に添加され、本開始剤は、「1秒における半減期温度」が255℃より高く、好ましくは、260℃より高い。更なる実施形態では、かかる開始剤は、ピーク重合温度320℃〜350℃で使用される。更なる実施形態では、開始剤は環状構造に取り込まれた少なくとも1つの過酸化基を含む。
かかる開始剤の例には、Akzo Nobelから入手可能なTRIGONOX301(3,6,9−トリエチル−3,6,9−トリメチル−1,4,7−トリペルオキソナン)及びTRIGONOX311(3,3,5,7,7−ペンタメチル−1,2,4−トリオキセパン)並びにUnited Initiatorsから入手可能なHMCH−4−AL(3,3,6,6,9,9−ヘキサメチル−1,2,4,5−テトロオキソナン(tetroxonane))が挙げられるが、これらに限定されない。国際出願第02/14379号及び国際出願第01/68723号も参照されたい。
連鎖移動剤(CTA)
重合プロセスのメルトインデックスを制御するために、連鎖移動剤(CTA)又はテロゲンが使用される。連鎖移動には、成長ポリマー鎖の末端が関与し、したがって、ポリマー材料の最終的な分子量が制限される。連鎖移動剤は、通常、水素原子供与体であり、成長ポリマー鎖と反応し、鎖の重合反応を停止させる。これらの移動剤は、飽和炭化水素又は不飽和炭化水素から、アルデヒド、ケトン又はアルコールまで、多くの異なる種類となり得る。選択された連鎖移動剤の濃度を調整することによって、ポリマー鎖の長さ、従って分子量、例えば、数平均分子量(Mn)を調整できる。Mnに関連するポリマーのメルトフローインデックス(MFI又はI)は、同じ方法で調整される。
本発明のプロセスに使用される連鎖移動剤は、例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、n−ブタン、イソブタンなどのナフテン系炭化水素、脂肪族炭化水素、アセトン、ジエチルケトン又はジアミルケトンなどのケトン、ホルムアルデヒド又はアセトアルデヒドなどのアルデヒド、メタノール、エタノール、プロパノール又はブタノールなどの飽和脂肪族アルデヒドアルコールが挙げられるが、いずれもこれらに限定されない。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、4つ以上の炭素原子を含む飽和炭化水素の存在下で重合させる。
メルトインデックスを左右する更なる方法は、エチレン再循環流において、メタン及びエタンなどの入ってくるエチレン不純物、tert−ブタノール、アセトンなどの過酸化物解離生成物、及び/又は開始剤の希釈に使用する溶媒成分の構築及び調整を含む。これらのエチレン不純物、過酸化物の解離生成物及び/又は希釈溶剤成分は、連鎖移動剤として作用できる。
ポリマー
一実施形態では、本発明のエチレン系ポリマーの密度は、0.914〜0.930、更に典型的には、0.916〜0.930、更に典型的には0.918〜0.926グラム/立方センチメートル(g/cc又はg/cm)である。一実施形態では、本発明のエチレン系ポリマーのメルトインデックス(I)は、190℃/2.16kgにおいて1〜20であり、より典型的には1〜15であり、更に典型的には1〜10グラム/10分(g/10分)である。
エチレン系ポリマーは、エチレン/ビニルアセテート(EVA)、エチレンエチルアクリレート(EEA)、エチレンブチルアクリレート(EBA)、エチレンアクリル酸(EAA)、エチレンビニルシラン(EVS)、エチレンビニルトリメチルシラン(EVTMS)、「シラン含有」コモノマーで作られた他のコポリマー及びエチレン炭素一酸化物(ECO)など、LDPEホモポリマー、及び高圧コポリマーを含む。他の好適なコモノマーは、Ehrlich, P.、Mortimer, G.A著.Adv.Polymer Science「エチレンのフリーラジカル重合の基本(Fundamentals of Free−radical Polymerization of Ethylene」第7巻、頁386〜448(1970年)に記載されている。
モノマー及びコモノマー
本明細書及び特許請求の範囲で使用される、用語「エチレンインターポリマー」は、エチレン及び1種以上のコモノマーのポリマーを指す。本発明のエチレンポリマーで使用される好適なコモノマーには、エチレン系不飽和モノマー及び特に炭素数3〜20のα−オレフィン、ジオレフィン、ポリエン一酸化炭素、ビニルアセテート及び炭素数2〜6のアルキルアクリレートが挙げられるが、これに限定されない。
ブレンド
本発明のポリマーは、限定するものではないが、直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)又はLDPEなどの1種以上の他のポリマーとのブレンド、エチレンとこれに限定されないが、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、4−メチルペンテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1及びオクテン−1など1種以上のα−オレフィンとのコポリマー、Dow Chemical Companyから入手可能なHDPEグレードHD940〜970などの高密度ポリエチレン(HDPE)とブレンドすることができる。ブレンド中の本発明のポリマーの量は、大きく変更することができるが、典型的には、ブレンド中のポリマーの総重量に対して、10〜90又は15〜85、又は、20〜80重量パーセントである。
添加剤
1種以上の添加剤を本発明のポリマーを含む組成物に添加できる。好適な添加剤は、安定剤、粘土、タルク、二酸化チタン、ゼオライト、粉末金属などの有機又は無機粒子、炭素繊維、窒化ケイ素繊維、鋼線又は鋼鉄網などの有機又は無機繊維、ナイロン又はポリエステルコーディング、ナノサイズ粒子、粘土などの充填剤、及び粘着付与剤又はパラフィン系オイル又はナフタリン系オイルなどのエキステンダー油が挙げられる。
用途
本発明の組成物は、例えば、フィルム、ブロー成形、射出成形、ロトモールド法による物品などの成形品、発泡体、ワイヤー及びケーブル、繊維、押出しコーティング及び織物又は不織布など、有用な物品を製造するための様々な従来の熱可塑性製造工程において採用できる。
定義
相反する記載があるか、文脈から暗示されているか、或いは当該技術分野において慣習的に使用されていない限り、すべての部分及び百分率は、重量に基づき、すべての試験方法は本開示の出願日時点で最新のものである。
本明細書で使用される場合、用語「組成物」は、組成物を含む材料の混合物、並びに組成物の材料から形成される反応生成物及び分解生成物を指す。
本明細書で使用される用語「ブレンド」又は「ポリマーブレンド」は、2つ以上のポリマーの物理的均質混合物(すなわち、反応なし)を意味する。ブレンドは、混和性(分子レベルで相が分離していない)であってもなくてもよい。ブレンドは、相分離していてもしてなくてもよい。ブレンドは、透過電子分光、光散乱、X線散乱及び当業者に周知の他の方法により測定されるように、1以上のドメイン構成を含んでいても、含んでいなくてもよい。ブレンドは、物理的にマクロレベル(例えば、メルトブレンド樹脂又は配合)で又はミクロレベル(例えば、同一の反応器内で同時に形成する)で、2つ以上のポリマーを混合することによる影響を受け得る。
用語「ポリマー」は、同じ種類か又は異なる種類かにかかわらず、モノマーの重合によって調製された化合物を示す。このため、総称であるポリマーには、用語「ホモポリマー」(微量の不純物をポリマー構造内に組み入れることができることと理解されるモノマーの1種類のみから調製されるポリマーを示す)及び下に定義するように、用語「インターポリマー」を含む。
用語「インターポリマー」は、少なくとも2つの種類のモノマーの重合によって調製されたポリマーを示す。用語インターポリマーの総称には、コポリマー(2つの異なるモノマーから調製されたポリマーを示す)及び3つ以上の異なるモノマーの種類から調製されたポリマーが含まれる。
用語「エチレン系ポリマー」又は「エチレンポリマー」は、ポリマーの重量に対して、重合エチレンが大半を占め、任意により、少なくとも1種のコモノマーを含んでもよい、ポリマーを示す。
用語「エチレン系インターポリマー」又は「エチレンインターポリマー」は、インターポリマーの重量に対して、大半を占める重合エチレンと、少なくとも1種のコモノマーとを含む、インターポリマーを示す。
用語「エチレン系コポリマー」又は「エチレンコポリマー」は、コポリマーの重量に対して、大半を占める重合エチレンと、1種のみのコモノマーとを含む(したがって、2種類のモノマーのみ)インターポリマーを示す。
本明細書で使用する場合、用語「オートクレーブ系生成物」又は「オートクレーブ系ポリマー」は、オートクレーブ、オートクレーブ/オートクレーブ又はオートクレーブ及び管型反応器を具備する反応器システムで製造されたポリマーを示す。
用語「CTA系」は、典型的には、メルトインデックスを調整するために、重合プロセスに添加されたCTA単一又は混合物を含む。CTA系は、CTA分子上にラジカルが形成され、次いで、新しいポリマー鎖を開始することができることによって、水素原子をラジカル含有成長ポリマー分子に移行させることができる成分を含む。好ましい実施形態では、各CTA系は単一のCTAタイプを含む。
本明細書で使用する場合、用語「非オレフィン系CTA系」は、例えば、イソブタン、エタノール、イソプロパノール、アセトン、プロパン、など炭素−炭素二重結合及び炭素−炭素三重結合を欠くCTAタイプを示す。
本明細書で使用する場合、用語「非オレフィン系CTA系から誘導される酸素含有末端基」は、1以上のポリマー末端基を指し、それぞれが、少なくとも1つの酸素原子を含み、また、少なくとも1つの酸素原子を含む又は非オレフィン系過酸化物解離生成物から誘導される非オレフィン系CTA系から誘導される。
用語「具備する」、「含む」、「有する」及びこれらの変形は、特に同じものが開示されているか否かにかかわらず、任意の追加部品、ステップ又は手順の存在を除外することを意図するものではない。いかなる疑いも回避するため、用語「含む」の使用によりクレームされるあらゆる組成物は、相反する記載のない限り、ポリマーであってもその他であっても、任意の追加の添加剤、補助剤又は化合物を含み得る。対照的に、用語「実質的に…からなる」は、実現可能性に必須でないものを除いて、任意の列挙される範囲から任意の成分、ステップ又は手順を排除する。用語「からなる」は、具体的に詳述されない又は列挙されない成分、ステップ又は手順を排除する。
試験方法
密度:密度測定サンプルは、ASTM D1928によって調製される。ポリマーサンプルは、190℃及び30,000psi(207MPa)で3分間プレスし、次いで、21℃及び207MPaで1分間プレスする。ASTM D792B法を用いて、サンプルプレスの1時間以内に、測定を行う。
メルト インデックス:メルトインデックス又はI(グラム/10分又はdg/分)は、ASTMD1238に従って、190℃/2.16kgの条件下で測定する。
三重検出器のゲル浸透クロマトグラフィー(TDGPC):145℃に設定されたALLIANCE GPCV2000機器(Waters Corp.)で、高温TDGPC分析を行う。GPCの流速は1mL/分である。注入量は、218.5マイクロリットルである。カラム設定は、4つのMixed−Aカラム(粒子20μm、7.5×300mm、Polymer Laboratories Ltd)からなる。
検出は、CHセンサーを備えたPolymerChAR IR4、λ=488nmでの30mWアルゴンイオンレーザー操作を備えたWyatt Technology Dawn DSP多角度光散乱検出器(MALS)(Wyatt Technology Corp.,米国カリフォルニア州サンタバーバラ)及びWaters三キャピラリー粘度検出器を用いて行われる。TCB溶媒の散乱強度を測定することによって、MALS検出器を校正する。光ダイオードの規格化は、SRM1483、重量平均分子量(Mw)32,100g/モル及びの及び1.11の多分散性を有する高密度ポリエチレンの投入により行われる。1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)中のポリエチレン−0.104mL/mgの具体的な屈折率増分(dn/dc)を使用する。
従来のGPC校正は、580〜7,500,000g/モル範囲の分子量を持つ20個の限られたMWDポリスチレン(PS)標準物質(Polymer Laboratories Ltd.)で行う。
ポリスチレン標準物質のピーク分子量は、以下の式を用いて、ポリエチレン分子量に換算する。
polyethylene=Ax(Mpolystyrene
A=0.39、B=1
A値は、Mw115,000g/モルを有する直鎖高密度ポリエチレンホモポリマー(HDPE)を用いて決定される。また、HDPE対照物質を用いて、質量回収100%及び固有粘度1.873dL/gと仮定することにより、IR検出器及び粘度計を校正する。
200ppmの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(ドイツ、ホーエンブルン、メルク)を含む蒸留「Baker分析済み」等級の1,2,4−トリクロロベンゼン(J.T.Baker,オランダ国デーフェンテ)は、試料調製用及びTDGPC実験用の溶媒として使用する。HDPE SRM 1483はアメリカ国立標準技術研究所(米国メリーランド州ゲイサーズバー)から得られる。
LDPE溶液は試料を穏やかにかき混ぜながら3時間160℃で溶解することにより調製する。PS標準物質は同一条件下で30分間溶解する。サンプル濃度は1.5mg/mLであり、ポリスチレン濃度は0.2mg/mLである。
MALS検出器は、異なる散乱角θにおけるサンプル中のポリマー又は粒子からの散乱シグナルを測定する。基本的な光散乱式(M.Anderson,B.Wittgren,K.G.Wahlund,Anal.Chem.75,4279(2003)から)は、
θが過剰なレイリー比であり、Kは光学定数であり、とりわけ、特定の屈折率増分(dn/dc)に依存し、cは溶質濃度であり、Mは分子量であり、Rは旋回半径であり、λは入射光の波長である。光散乱データからの分子量及び旋回半径の計算は、ゼロ角への外挿を要する(P.J.Wyatt,Anal.Chim.Acta272,1(1993)も参照)。これは、(Kc/Rθ1/2をsin(θ/2)の関数としていわゆるデバイプロットにプロットすることにより行われる。分子量は縦座標の切片から、旋回半径は曲線の初期傾斜から算出できる。第2ビリアル係数はごくわずかであると推測される。固有粘度数は粘度及び濃度検出器シグナルの両方から比粘度と濃度の比率を各溶出スライスで得ることにより算出される。
IR検出器、粘度計及びMALS検出器からのシグナルを収集し、計算を行うために、ASTRA4.72(Wyatt Technology Corp.)ソフトウェアが用いられる。
計算された分子量、例えば、絶対重量平均分子量Mw(絶対値)及び絶対分子量分布(例えば、Mw(絶対値)/Mn(絶対値)は、言及した1以上のポリエチレン基準及び0.104の屈折率濃度係数dn/dcから導き出された光散乱定数を用いて得られる。一般に、質量検出器応答及び光散乱定数は、線形標準から約50,000ダルトンの過剰な分子量を用いて決定するべきである。粘度計の校正は、製造業者により記載される方法を用いて、又は代わりにSRM(標準物質)1475a、1482a、1483、又は1484aなどの適切な線形標準の公表値を用いて実施できる。クロマトグラフ濃度は対処する第2ウイルス係数効果を消去できるほど低いと推測される(分子量に及ぼす濃度効果)。
TDGPCから得られるMWD(絶対値)曲線は、絶対重量平均分子量Mw(絶対値)、絶対数平均分子量Mn(絶対値)及びwの3つの特徴的なパラメータによって要約される。このとき、wは「ポリマーの総重量に対して、分子量の重量分率10g/モルを超える」として定義され、GPC(絶対値)によって測定される。
図3は、比較実施例PT7007及び本発明の実施例4のMWD(絶対値)を示す。また、本図に示すように縦線は、「w」を決定するための積分下限を示す。したがって、「w」は、この縦線の右側に対する曲線下面積である。
式で表すと、パラメータは以下のとおり決定される。表「logM」及び「dw/dlogM」の数値積分は、典型的に台形法則によって行われる。
従来のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)

従来の分子量及び分子量分布データは、高温ゲル浸透クロマトグラフィーシステム(Polymer Laboratories Inc,、現AgilentのモデルPL−220)から得られた。カラム及び円形コンパートメントは、140℃で作動させた。3つの「10μm」Mixed−Bカラム(Agilent)は、1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)と共に用いた。ポリマー抽出サンプルは、サンプルを秤量し、線量計で換算したTCB校正量を添加することによって、TCB溶媒中、濃度「2mg/mL」で調製した。サンプルは、TCB中に160℃で1時間溶解させた。サンプルの調製に使用した溶媒には、酸化防止ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)「200ppm」を含めた。使用された注入量は、「200マイクロリットル」であり、流速は、1.0mL/分であった。
ピーク分子量が580〜8,400,000g/モル(Agilent)である21個の限定された分子量分布ポリスチレン標準物質により、GPCカラム設定の校正を行った。ポリスチレン標準物質のピーク分子量は、以下の式を用いて、ポリエチレン分子量に換算した。
上記式中、Mは分子量、Aは0.4316を有し、Bは1.0である(T.WilliamsとI.M.Ward、Polymer Letters、第6巻、頁621〜624(1968年)。溶出量の関数として、三次多項式を使用して、分子量の対数の校正データに適合させた。
以下の式を用いて、ポリエチレン等量分子量の計算を行った。
上記式中、Wfは、i番目の成分の重量分率であり、Mは、i番目の成分の分子量である。
3.5を超えるLogMWの測定
クロマトグラムは、対数スケール(logM)において、計測したサンプル(Wf)の重量分率対分子量を示す分子量分布(MWD)プロットに換算した。数平均分子量、重量平均分子量及びz平均分子量は、以下の式によって計算した。
上記式中、Wfは、i番目の成分の重量分率であり、Mは、i番目の成分の分子量である。
特定の対数分子量(logM>3.5など)を超える分子量を有する成分の重量分率は、以下の式を用いて、換算した。式中、Wfは、j番目の成分の重量分率であり、Mは、分子量の対数が特定値を超える(logM>3.5など)j番目の成分の分子量である。
Wfiは、上記に定義する。
GPC象限法
ベースライン減法正規化GPC曲線では、2つのn空間ベクトル、w及びLogMが定義され、nは、データ点の数である。GPC曲線のi番目のスライスのベクトルw及びLogMは、それぞれ、正規化された面積及び分子量の対数である。任意の要素値LogMは、i番目のスライスの溶出量によって測定され、wの任意の要素値は、ベースライン減法後、i番目のスライス面積によって測定され、全スライスの総面積によって除算される。データ点は、共に十分に近く、各スライス面積は、高さが(ベースライン減法後)質量検出器の反応によって決定し、幅は、サンプリング頻度によって決定する長方形によって概算することができる。
正規化されたGPC曲線は、重量によって連続した4つの等量部(MWD曲線の対数下面積から決定される4つの等量部分)又は四分位に分割され、各四分位の分子量の平均対数の逆対数が計算される。各四分位では、Mのjは四分位数であり、分子量の平均対数の逆対数は次のように計算される。
値及びb値は、j番目の四分位の第一及び第四スライスとして選択される。
2つの更なる計算は、全体の分子量の平均対数の逆対数、Moverall及び比率である。その比率、Mratioは、曲線の最初の50%の分子量の平均対数の逆対数として定義され、曲線の二番目の50%の分子量の平均対数の逆対数として徐算される。実施例3(本発明)の4つの象限の例は、図4(代表的な図)に示す。
レオロジーG′
G′測定で用いるサンプルは、圧縮型プラークから調製された。アルミニウムフォイルの一片が後板に配置され、テンプレートないし型が、後板の上面に配置された。約12グラムの樹脂を型内に配置し、アルミニウムフォイルの第2の片を樹脂及び型の上に配置した。次いで、第2の後板をアルミニウムフォイルの上面に配置した。全集団を圧縮成形プレスに入れ、以下の条件で運転した:150℃,圧力10バールで3分間、その後150℃,150バールで1分間、その後、150バールで室温への「1.5分」急冷冷却を行った。25mmのディスクを、圧縮成形で作ったプラークから打ち抜いた。このディスクの厚さは、約2.0mmであった。
G′を決定するためのレオロジー測定が、170℃及び10%の歪み量で、窒素雰囲気内で行われた。打ち抜かれたディスクを、ARES−1(レオメトリックSC社)レオメーターオーブン内に配置された「25mm」平行板間に配置し、このオーブンを170℃で少なくとも30分予熱し、「25mm」の平行板の空隙を、徐々に1.65mmまで縮小した。その後、サンプルを、上記の条件で、正確に5分間静置した。次いで、オーブンを開け、過剰なサンプルを、プレートの端部のまわりで慎重に切り取り、オーブンを閉めた。周波数掃引を(0.1rad/sで500Paより低いG”値を得ることができる場合)100rad/sから0.1rad/sへ低減した場合に準じて、或いは100rad/sから0.01rad/sへ低減した場合に準じて、サンプルの保管モジュラス及び損失モジュラスを、小振幅、振動剪断、を介して測定した。各周波数掃引に対して、周波数十進当たり10点(対数間隔で)を用いた。
対数−対数スケールで、データをプロットした(G′(Y軸)対G″(X軸))。Y軸スケールは、10〜1000Paまでの範囲をカバーし、X軸スケールは100〜1000Paまでの範囲をカバーする。オーケストレータソフトウェアを用いて、G″が200〜800Paにある領域におけるデータを選択した(又は少なくとも4つのデータポイントを用いた)。近似式Y=C1+C2ln(x)を用いて、データをログ多項式モデルにフィットした。オーケストレータソフトウェアを用い、500Paに等しいG″でのG′を、補間によって決定した。
一部の事例で、(500PaのG″における)G′を、150℃及び190℃のテスト温度から決定した。170℃での値を、これら2つの温度における値からの線形補間により算出した。
抽出可能なヘキサンのための標準方法
ポリマーペレット(重合から更なる変性のない造粒プロセスを経て約2.2グラムのペレットをフィルムに圧縮)を、カーヴァープレスで、3.0〜4.0のミルの厚さになるように押圧した。ペレットは、190℃、3,000lbで3分間押圧され、その後、190℃、40,000lbで3分間押圧された。オペレーターの手からの残油でフィルムを汚染しないよう、非残留物手袋(PIPCleanTeam綿ライル系検査手袋,部品番号:97−501)を着用した。フィルムは、「1インチx1インチ」正方形にカットされ、重さを量った。「2.5g」のフィルムサンプルを各抽出に用いることができるよう、十分なフィルムサンプルを用いた。次いで、「49.5+/−0.5℃」に加熱された水浴中の約1000mlのヘキサンを含むヘキサン容器内で、フィルムの抽出を2時間行った。用いられるヘキサンは、異性体の「ヘキサン類」混合物であった(例えばヘキサン(Optima)、フィッシャーケミカル社、GC用途のためのHPLC及び/又は抽出溶媒のための高純度移動相、GCにより99.9%分)。2時間後、フィルムを取り出し、クリーンなヘキサンで洗浄し、初めに窒素で乾燥し、その後真空オーブン(80+/−5℃)内で完全な真空で(ISOTEMP真空オーブン、モデル281A、約30インチHg)更に2時間乾燥した。その後、フィルムをデシケーター内に配置し、少なくとも1時間、室温まで冷却した。次いでフィルムを秤量し、及び、ヘキサンでの抽出による質量損失の量を算出した。
GPC及び核磁気共鳴(NMR)のためのヘキサン抽出可能分の可溶性画分の収集のための方法
「抽出可能な標準ヘキサン」のための上記の方法を用いた。解析計算及びGPC試験のための可溶性画分調製のため、「2.5グラム」のフィルムを用いた。NMRのための可溶性画分調製のため、「7.5グラム」のフィルムを用いた。
リンスに用いたヘキサンを含む残留ヘキサンを低減して、可溶性分画を収集した。蒸留、ロータリーエバポレーション又は溶媒を取り除くための等価な別の技術を用いることができる。残留溶液が100〜150ミリリットルになるまで、ヘキサンを低減した。残留ヘキサンは、次いで、予め秤量した蒸発皿へ移された。蒸発皿は、乾燥するまで、窒素の存在下でわずかに加熱された。乾燥状態になるまでに蒸発を行った後、皿を室温真空オーブンへ移し、少なくとも12時間保管した。次いで残留物の重量を算出し、抽出可能なヘキサンのパーセントを決定した。次いで、残留物は、GPC及びNMRで分析した。
抽出可能なクロロホルムのための標準方法
制御ユニット2050及び駆動装置2050を有するFOSS SOXTEC Avanti2050自動抽出システムを、クロロホルム抽出に用いた。純度が少なくとも99%のクロロホルム(J.T. Baker code 7386又は等価物)を用いた。6〜8グラムの量のペレット(重合から更なる変性のない造粒プロセスを経る;1グラム当たり25〜45個のペレット)が坩堝に秤量され;溶媒(クロロホルム)180mlを加え、サンプルを、180℃の設定温度で3.5時間の沸騰時間で沸騰させた。沸騰の間、ペレットを沸騰溶媒中に浸漬した。沸騰ステップの後、3.5時間のすすぎステップを用いた。リンス溶媒は、クロロホルムであった。凝縮され坩堝に還流される沸騰溶媒の表面よりも上にサンプルを持ち上げ、その間、1分当たり約180滴の速度でペレットサンプルをリンスした。すすぎステップの後、坩堝内のクロロホルム溶媒は、更なる使用のために装置により部分的に回収された。坩堝内に残留する溶媒は蒸発し、ポリマー抽出物は保持され、測定された。
GPC及び核磁気共鳴(NMR)のためのクロロホルム抽出可能分の可溶性画分の収集のための方法
標準クロロホルム抽出方法のための上述の通り、FOSS SOXTEC Avanti2050の自動抽出装置を用いた。合計3回の抽出に対して、フィルムサンプル3つを用いてこの手順を行った。各処置のこれらの3回の抽出を組合せ、次いで、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)及び核磁気共鳴(NMR)(末端基/不飽和基に対してプロトンNMR(1HNMR)、分枝構造に対してカーボン13NMR(13CNMR))によって分析した。
核磁気共鳴(NMR)(抽出可能分)−末端基/不飽和基に対する1HNMR
サンプル調製
NORELL 「1001−7 10 mm」NMRチューブ内で約「100mgの抽出されたポリマーサンプル」を「Cr(AcAc)を0.001M含むテトラクロロエタン−d2を3.25g」に加えることにより、サンプルを調製した。チューブに挿入されるピペットを介して溶媒中へNバブリングを用いてサンプルを約5分間パージし、酸化を防止した。次いでサンプルをテフロンテープで塞いで密封し、一晩室温でソークを行い、サンプルの溶解を促進させた。調製の前後にサンプルを保管中は、Nパージボックスに保存し、Oへの曝露を最小にした。サンプルを115℃に加熱して撹拌し、分析の前に確実に均一となるようにした。
データ収集パラメータ
Bruker Dual DUL高温CryoProbeを含むBruker AVANCE 400 MHz分光計を用いて、HNMRを120℃のサンプル温度で実行した。2つの実験を行い、スペクトル及びコントロールのスペクトルを得て、抽出されたポリマープロトンの全量を定量し、また、ポリマー骨格鎖の強いピークを抑制して末端基の定量のための有効な高感度スペクトルを提供するダブルプレサチュレーション試験も行った。コントロールは、ZGパルス、16のスキャン、SWH 10,000Hz、AQ 1.64s、D
14sで行った。ダブルプレサチュレーション実験は、修正パルスシーケンス、すなわちlc1prf2.zz1、TD 32768、100のスキャン、DS 4、SWH 10,000Hz、AQ 1.64s、D
1s、D13 13sにて行った。
データ分析:1000C当たり不飽和基のための1H NMR計算
1.上述の通り、2つの実験を行い、スペクトル及びコントロールのスペクトルを得て、抽出されたポリマープロトンの全量を定量し、また、ポリマー骨格鎖の強いピークを抑制して不飽和基の定量のための有効な高感度スペクトルを提供するダブルプレサチュレーション実験も行った。
2.TCE−d(6.0ppmで)における残留のHからの信号を積分し、100の値に設定し、コントロール試験における全ての抽出されたポリマーのための信号範囲として3〜−0.5ppmの積分を用いた。プレサチュレーション試験に対して、TCE信号も100に設定し、不飽和基に対応する積分(ビニレン基は約5.40〜5.60ppm、3置換不飽和基は約5.16〜5.35ppm、ビニル基は約4.95〜5.15ppm、ビニリデン基は約4.70〜4.90ppm)を得た。
3.プレサチュレーション試験スペクトルでは、シス及びトランスビニレン基、3置換基、ビニル基、ビニリデン基の領域を積分した。
4.コントロール試験からの全ポリマーの積分値を2で除し、X千の炭素を表す値を得た(例えばポリマー積分値=28,000の場合、これは14,000の炭素及びX=14を表す)。
5.各不飽和基の積分を、対応するプロトンの数で除すと、積分に貢献し、これはX千の炭素当たりの各種の不飽和基のモル数を表した。
6.各種の不飽和基のモル数をXで除して、炭素1000モル当たり不飽和基のモルが与えられる。
実験(SCB(短分枝鎖)のための13CNMR)
サンプル調製:少量の濃縮されたCr(AcAc)溶液をあらかじめ調製された1Hサンプルチューブに加えることにより、可溶性の画分、例えば13C NMR用の「ヘキサン可溶性画分」サンプルを調製した(1H NMR用に作製し分析したサンプルチューブに、Cr濃度を13CNMR分析に対して補正するため溶媒中の少量のCrを加えた)。
これは、0.025MのCr(AcAc)の終末濃度に対して、「溶液gあたりにつき0.116gのCr(AcAc)を含むテトラクロルエタン−d2を約0.25g」加えることによってなされる。加熱ブロック及び熱絞り弁を用いてチューブ及びその含有物を150℃に加熱することによってサンプルを均質にした。各サンプルは、分析の前の均一性を確実にするために視覚的に検査した。
「0.025MのCr(AcAc)3を含むDMSO−d6を0.2g」をあらかじめ調製された13Cサンプルチューブ(上述の通り)に加えることにより、極性CTAから生じた極性基によるサンプル、例えばプロピオンアルデヒド、メチルエチルケトン(MEK)、アセトン又はイソプロパノールを調製し、サンプルを再混合した。これにより、アセトン及び連鎖移動を介して取り入れられるプロピオンアルデヒドからのケトン連鎖端部の観測が可能になった。各サンプルは、分析の前の均一性を確実にするために視覚的に調べられた。
データ収集パラメータ:Bruker Dual DUL高温CryoProbeを備えるBruker 400 MHz分光計を用いてデータを収集した。データファイルにつき1280〜2560の中間体、パルス繰返し遅延が6秒、フリップ角度が90度、120℃のサンプル温度で逆ゲートデカップリングを用いて、データを取得した。全て測定は、固定モードで、非スピンサンプルで行われた。データ収集の前に、サンプルを7分間、熱平衡させた。13
NMR化学シフトは、30.0ppmでのEEEトライアドを内部参照した。
計算-LDPE短分枝鎖:LDPEは、分枝の多くのタイプを含む;例えば、1,3−ジエチル、四級炭素のエチル分枝、C4,C5、及びブテン又はプロピレンを用いる場合は単離C2分枝(ブテンから)又はC1(メチル、プロピレンから)分枝が観測される。約40ppmから5ppmまでスペクトルを積分しその積分値を1000に設定することにより、全ての分岐レベルを決定し、その後、下記の表Aで示すように、各分岐タイプに関連するピークを積分した。ピーク積分は、抽出されたポリマーにおける1000C当たりの各分岐タイプの数を表す。表Aの最終のコラムは、各積分範囲に関連する炭素を記載する。
カルボニルの定量
完全なスペクトルの積分を、抽出されたポリマー1000Cに設定し、プロピオンアルデヒド(PA)又はアセトンから得られた極性末端基の定量(CTA又は過酸化物溶出製品として)を、上述の分岐の場合と同様の方法で行う。PAに対して、約24.3ppmでのピークを積分する。これらは、エチルケトン連鎖端部におけるカルボニルに対するベータ位の主連鎖炭素を表す。アセトンに対して、約44.2ppmでのピークを積分し、これは、メチルケトン連鎖端部のアルファ位にあるカルボニルに炭素を表す。積分は、したがって、カルボニル/1000Cを表す。
実験
実施例1
3つの反応域を有する管型反応装置内で、重合を遂行した。各反応域では、加圧された水を、反応器のジャケットに循環させることにより、反応媒体の冷却及び/又は加熱に用いた。入口圧力は、2,100バールであり、管型反応装置システム全体の圧力損失は、約300バールであった。各反応域は、一つの入口及び一つの出口を有していた。各入口流れは、以前の反応域からの出口流れ及び/又は加えられたエチレンリッチな供給流れから構成されていた。エチレンは、スペックに従って供給され、エチレン内にアセチレンが痕跡量(最大で5molppm)残留してもよい。したがって、エチレン系ポリマー(表3の転換レベルを参照)における単量体単位の全molに基づき、ポリマーに取り入れたアセチレンの最大のポテンシャル量は、16molppm以下であった。反応器出口における未変換エチレン及び他のガス状の成分は、高圧力及び低圧力リサイクルを通してリサイクルされ、図1に示されるフローのスキームに従い、圧縮され、ブースターと、主及びハイパー(副)圧縮器とを通過して供給された。有機過酸化物(表3参照)が、各反応域に供給された。連鎖移動剤として、プロピオンアルデヒド(PA)が用いられ、これは各反応域入口に存在し、低圧力及び高圧リサイクルフロー(#13及び#15)から生じ、同様に新たに注入されたCTA構成ストリーム#7及び/又はストリーム#6から生じたものである。この例では、「CTA構成」ストリーム#7と#6の間の重量比は、0.25であった。
反応域1において第1のピーク温度(最大温度)に到達した後に、反応媒体は、加圧された水を用いて冷却された。反応域1の出口では、新しい低温のエチレンリッチな供給流れ(#20)を注入することにより、反応媒体は更に冷却され、有機過酸化物を供給することにより、反応が再び開始された。このプロセスは、第2の反応域の終端で反復され、第3の反応域で更に重合が可能となった。230〜250℃近辺の溶融温度で単一型スクリュー押出機を用いて、ポリマーを押し出してペレット化した(グラム当たりペレット約30個)。3つの反応域へのエチレンリッチな供給流れの重量比は、1.00:0.75:0.25であった。R2及びR3の値は、各々0.45であった。R値は、米国特許仮出願第61/548996号(国際特許出願第PCT/US12/059469号)に従い算出される。Rn(n=反応域数,n>1)は、「第1の反応域(RZ1)に供給される新しいエチレンの質量分率」対「第n番目の反応域(RZn)に供給される新しいエチレンの質量分率」の比であり、(Rn=RZ1/RZn)である。内部プロセス速度は、第1の、第2の及び第3の反応域に対して、それぞれ約12.5、9及び11m/秒であった。付加情報は、表2及び表3に見出すことができる。
実施例2
上記の検討のように、重合は、3つの反応域を有する管型反応装置内で行われた。開始剤組成を変えた点を除き、全てのプロセス条件は、実施例1に関する場合と同じものである。この例では、表1において記載されるように、付加的なTETMPを開始剤として用いた。R2及びR3の値は、各々0.46であった。
比較例A
上記のように、重合は3つの反応域を有する管型反応装置内で行われた。反応器出口における未変換エチレン及び他のガス状成分は、高圧力及び低圧力リサイクルストリームを通してリサイクルされ、圧縮を経た後、図2に示すフローのスキーム2に従ったブースター、主及びハイパー(副)圧縮器を通して配給される。
各反応域では、実施例2で説明したように、有機過酸化物を用いて重合を開始した。反応域1において第1のピーク温度に到達した後に、加圧水により、反応媒体を冷却した。第1の反応域の出口では、新しい、低温のエチレン−リッチな供給流れ(#20)を注入することにより、反応媒体は更に冷却され、反応域に有機過酸化物を供給することにより、反応は再び開始した。このプロセスは、第2の反応域の終端で反復され、第3の反応域で更に重合が可能となった。ピーク温度は、それぞれ、330/319/306℃であった。
3つの反応域へのエチレンが豊富な供給流れの重量比は、1.00:0.75:0.25であった。プロピレンを連鎖移動剤として用い、これは各反応器入口に存在し、低圧および高圧リサイクルフロー(#13及び#15)から生じ、同様に新たに注入されたCTA構成ストリーム#7及び/又はストリーム#6から生じたものである。供給されたプロピレンは、痕跡量(合計で最大5molppm)のプロパジエン及びメチルアセチレンをプロピレン内に含んでいた。したがって、ポリマー内へのプロパジエン及び/又はメチルアセチレンの最大可能取り入れ量は、1molppmをはるかに下回っていた。
この比較例では、CTA構成ストリーム#7と#6の重量比は、1.00であった。より高いピーク温度条件のために、CTA消費は、実施例1に対して、大きく低減した。R2及びR3の値は、各々2.22であった。追加の情報は、表2及び表3でみることができる。
実施例4
重合は、実施例Aの説明と同様に行われ、以下の点を変えた。最終のピーク温度は、310℃に上昇し、CTAは、アセトンであり、メルトインデックスは3.5dg/分まで下げられた。R2及びR3の値は、各々2.21であった。上記の実施例4で検討したと同様に、実施例3での重合を行い、変更点は、表2及び3に記載する。
本発明の実施例(IE)及び比較例(CE)を表4に示した。GPCの特性及び他の特性を表5〜11に示す。末端基分析からの結果を表12に示す。代表的なTDGPCプロファイルを図3に示し(ポリマー全体)、従来のGPCプロファイルを図4に示す(抽出物)。
比較例の広MWDのオートクレーブベースの製品を測定し、Mw(絶対値)/Mn(絶対値)の値は20を超え、重量分率(w)値はおよそ0.09であった一方、測定したG′値は本発明の実施例4に匹敵していた。本発明の実施例4では、Mw(絶対値)/Mn(絶対値)の測定値が11であり、「w」値はおよそ0.02であった。本発明のポリマーとオートクレーブベースのポリマーとの間の製品設計における大差が、図3に示されており、そこでは、オートクレーブベースの製品に対してより高い分子量画分を示している。したがって、オートクレーブ製品は、非常に多くの超高分子量画分を有し、及びこの画分は、管型反応装置を用いて調製した本発明のポリマーのG′値と比較して、G′を大きく増加させることはなかった。また、上述の通り、オートクレーブベースのポリマーにおける超高分子量画分は、フィルム用途において光学特性の劣化を引き起こしてしまうであろう。
発明の実施例1及び実施例2では、容認可能なG′値及び優れたヘキサン及びクロロホルム抽出可能分レベルを示した。抽出可能分のレベル(ヘキサン及びクロロホルム)は、オートクレーブベースの、広MWDのポリマーの値に接近し、また、ヘキサン抽出可能分のレベルは、料理用途に対してヘキサン抽出可能分が2.6重量%以下という、厳しいFDA食品接触許容値に対応しなければならず(“Polyethylene for Use in Articles that Contact Food Except for Articles Used in Packing or Holding Food During Cooking” in “Olefin Polymers” Code of Federal Regulations, Title 21, Pt. 1520.77; (d)(3)(ii) Option 2, 177.1520(c) Paragraph 2.2 (2001))、また、非料理用途に対してのヘキサン抽出可能分が5.5重量%という基準に適合しなければならない(“Polyethylene for Use in Articles that Contact Food Except for Articles Used in Packing or Holding Food During Cooking in “Olefin Polymers” Code of Federal Regulations, Title 21, Pt. 1520.77; (d)(3)(ii) Option 2, 177.1520(c) Paragraph 2.1 (2001))。
比較例A及び本発明の実施例3は、良いG′性能を示したが、抽出可能分レベルは、CTAの選択肢に強く影響された。プロピレンで作製した比較例Aでは、本発明の実施例3と比較して、ヘキサン抽出可能分レベルが上昇し、クロロホルム抽出可能分レベルは著しく上昇した。
本発明の実施例3及び実施例4では、5.4から3.5までメルトインデックスを下げることによっても、抽出可能分レベルには、大きく影響を与えなかったことが示されたが、メルトインデックスが低い方が、G′値を高くするには好都合である。
比較例のLDPE160Cでは、満足なG′性能を示したが、高いMw(絶対値)値及び好適でない高ヘキサン及びクロロホルム抽出可能分レベルによって示されるように、樹脂デザインが不均衡になった。比較例のSABICnExCoat5は、良いG′性能を示したが、ヘキサン抽出可能分レベルが(他のオートクレーブベースのポリマーに対して)上昇し、非常に高いクロロホルム抽出可能分レベルを示した。
抽出可能分画分の分析では、MWDパラメータによって表現される抽出物の組成と、官能基、短連鎖分枝、不飽和基、CTA誘導末端基等の存在とに着目した。抽出物は、主に低分子量ポリマー分子から成るが、特に抽出物のMWDが低い四分区間において、過酸化物希釈剤、溶媒及び圧縮器潤滑油等の他のプロセス原料が存在してもよいことは認識すべきである。したがって、抽出可能性は、「重量平均分子量」及び最大分子量象限を考慮することによって好ましくは判断される。クロロホルム抽出可能分の分析データが、表6〜8に纏められている。図4は、本発明の実施例3に関する表7〜8で提示されたデータ象限の境界を示した。
ヘキサン抽出可能分のための傾向及びデータが、表9〜11に与えられる。クロロホルム抽出可能分に見られたと同様の傾向が、ヘキサン抽出可能分においても観測された。プロピレンを用いることで、抽出物の量が増加し(表4参照)、同様に、より高い分子量のポリマー分子の抽出が促進された(表9〜11参照)。
表12に示すように、ヘキサン抽出物における官能基のレベルをNMRで分析した。以下のデータが報告された:1000C当たりメチル(C1)の数(プロピレンをCTAとして用いる場合にメチルはプロピレンの共重合から生じる);1000C当たり短鎖分枝(SCB)の数(短鎖分枝は、メチル、エチル、ブチル及びペンチル分枝の和であり、ペンテン−1をCTAとして用いた場合はプロピルも含む);平均SCB当たり炭素の数(メチルは炭素を1個有し、エチルは炭素を2個有し、等);1000C当たりの連鎖分枝に存在する炭素の数(この数は、1000C当たりのSCBの数に平均SCB当たり炭素の数を乗じて算出される);1000C当たりのビニル(直鎖の終端の二重結合);1000C当たりの全不飽和基(ビニル、トランスビニル及びビニリデン不飽和基の和;これらの不飽和基は、分子量又はメルトインデックスに影響するので、加えたCTAの貢献を増減することでバランスさせる必要がある)。
短分枝鎖のレベルが高く(低ポリマー濃度)及び/又は分子量の低いポリマーは、抽出可能分レベルがより高くなり、分子量の大きな分子を抽出するようになることが知られている。Sabic
nExCoat 5のサンプルのSCBパラメータを本発明の実施例と比較すれば、ヘキサン抽出において、Sabic nExCoat 5サンプルの方が、SCBのレベルが高い、或いはΣSCBにおけるCの値が大きいが、Sabic
nExCoat 5のサンプルよりも高い分子量分子の抽出にもかかわらず、この抽出におけるSCBのレベルは、本発明の実施例のレベルと同等であり、Sabicサンプルの抽出におけるΣSCBにおける炭素の数は、より低かったことが見出された(表12参照)。標準エチル、ブチル及びペンチル分枝に加えて、メチル分枝の存在により、短連鎖分枝の平均長さは、より短い。Sabicサンプルの抽出における唯一のパラメータは、ビニルと異なり、全不飽和基及びカルボニルレベルである。驚いたことに、サンプルの抽出におけるビニル及びカルボニルの低頻度にもかかわらず、一般に、不飽和基及び/又はカルボニルレベルは、抽出された最大分子量に対して強い影響を与えることが見出されている。SCBの与えられたレベルに対して、不飽和基レベルを下げ、及び/又は、カルボニルレベルを上げることにより、抽出される最大分子量のレベルを下げることができることが、分析データから見出された。抽出される最大分子量のレベルのこの低下は、ポリマーの抽出(抽出可能分レベル)の量に良い影響を及ぼす(低減する)。与えられたポリマーに対するクロロホルム及びヘキサン抽出可能分のレベルにおける差は、クロロホルム及びヘキサン溶媒の不飽和基及び/又はカルボニル官能基への親和性が異なることによって説明することができる。
纏めれば、抽出可能分が低く幅広いMWDの樹脂及び低い分子量での抽出を実現するために、重合条件を慎重に選択し、バランスさせる必要がある。重要なプロセスパラメータとしては、最大重合温度、反応器圧力、及び連鎖移動剤のタイプ、レベル及び分布を挙げることができる。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項1.
A)「GPC(絶対値)によって決定される、ポリマーの総重量に基づき10g/モルを超える分子量の重量分率(w)」がw<A+B(I)の関係を満たし、式中、A=0.090、及びB=−4.00×10−3(分/dg)である;
B)G’値が、G’≧C+Dlog(I)の関係を満たし、式中、C=162Pa、及びD=−90.0Pa/log(dg/分)である;
C)1〜20dg/分のメルトインデックス(I);及び
D)クロロホルム抽出可能分の最大平均Mw(換算値)が4,000g/モル以下である
との特性を備えるエチレン系ポリマー。
項2.
前記ポリマーが、更に
i)Mw(絶対値)<E+F×log(I)、であり、式中、E=3.50×10g/モル、及びF=−1.20×10(g/モル)/log(dg/分);
ii)Mw(絶対値)>G+H×log(I)、であり、式中、G=2.00×10g/モル、及びH=−1.20×10(g/モル)/log(dg/分);
の関係を満たすMw(絶対値)を有する、項1に記載のエチレン系ポリマー。
項3.
前記ポリマーが、8,400g/モル以下の「クロロホルム抽出可能分のMWDにおける最大25%の分子量画分のMW(換算量)Chloroforom−Q4(第4象限(M1))」を有する、項1又は2に記載のエチレン系ポリマー。
項4.
前記ポリマーが、2,300g/モル以下の最大MW(換算量)を有するヘキサン抽出可能分を有する、項1〜3のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
項5.
前記ポリマーが、4,200g/モル以下の「ヘキサン抽出可能分のMWDにおける最大25%の分子量画分のMW(換算量)hexane−Q4(第4象限(M1))」を有する、項1〜4のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
項6.
ヘキサン抽出可能分が、1000炭素原子当たり「末端基0.5」を超える量の、非オレフィン系CTA系から誘導される酸素含有末端基を含むポリマーを含む、項1〜5のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
項7.
前記CTA系は、ケトン、アルデヒド、エステル、アルコール又はこれらの組合せから選択される、項6に記載のエチレン系ポリマー。
項8.
前記CTA系は、プロピオンアルデヒド、メチルエチルケトン、アセトン、アセトアルデヒド、プロパノール、アルキル酢酸エステル、イソプロパノール又はこれらの組合せから選択される、項7に記載のエチレン系ポリマー。
項9.
前記クロロホルム抽出可能分が、1000炭素原子当たり「末端基0.5」を超える量の、非オレフィン系CTA系から誘導される酸素含有末端基を含むポリマーを含む、項1〜8のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
項10.
前記CTA系は、ケトン、アルデヒド、エステル、アルコール又はこれらの組合せから選択される、項9に記載のエチレン系ポリマー。
項11.
前記クロロホルム抽出可能分が、1000炭素原子当たり「ビニル1.0」未満の量のビニル末端基を含むポリマーを含む、項1〜10のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
項12.
ヘキサン抽出可能分が、1000炭素原子当たり「1.0又はビニル」未満の量のビニル末端基を含むポリマーを含む、項1〜11のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
項13.
前記ポリマーは、0.919g/cc以上の密度を有する、項1〜12のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
項14.
項1〜13に記載のエチレン系ポリマーを含む組成物。
項15.
項14の組成物から形成した少なくとも1つの成分を含む物品。

Claims (14)

  1. A)「GPC(絶対値)によって決定される、ポリマーの総重量に基づき10g/モルを超える分子量の重量分率(w)」がw<A+B(I)の関係を満たし、式中、A=0.090、及びB=−4.00×10−3(分/dg)である;
    B)G’値が、G’≧C+Dlog(I)の関係を満たし、式中、C=162Pa、及びD=−90.0Pa/log(dg/分)であり、G’を決定するためのレオロジー測定は170℃及び10%の歪み量で窒素雰囲気内で行われ、G’はG”=500Paにおけるものである;
    C)1〜20dg/分のメルトインデックス(I);
    D)クロロホルム抽出可能分の重量平均Mw(換算値)が4,000g/モル以下である;及び
    E)以下の関係を満たすMw(絶対値);
    i)Mw(絶対値)<E+F×log(I )、であり、式中、E=3.50×10 g/モル、及びF=−1.20×10 (g/モル)/log(dg/分);
    ii)Mw(絶対値)>G+H×log(I )、であり、式中、G=2.00×10 g/モル、及びH=−1.20×10 (g/モル)/log(dg/分);
    の特性を備えるエチレン系ポリマーであって、
    ポリエチレンホモポリマー又はエチレン系コポリマーから選択され、コモノマーは前記エチレン系コポリマーの総重量に対して0.5から10wt%の量で存在する、エチレン系ポリマー。
  2. 前記ポリマーが、8,400g/モル以下の「クロロホルム抽出可能分のMWDにおける最大25%の分子量画分のMW(換算量)Chloroforom−Q4(第4象限(M1))」を有する、請求項に記載のエチレン系ポリマー。
  3. 前記ポリマーが、2,300g/モル以下の重量平均Mw(換算量)を有するヘキサン抽出可能分を有する、請求項1又は2に記載のエチレン系ポリマー。
  4. 前記ポリマーが、4,200g/モル以下の「ヘキサン抽出可能分のMWDにおける最大25%の分子量画分のMW(換算量)hexane−Q4(第4象限(M1))」を有する、請求項1〜のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
  5. ヘキサン抽出可能分が、1000炭素原子当たり0.5を超える、非オレフィン系CTA系から誘導される酸素含有末端基を有するポリマーを含む、請求項1〜のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
  6. 前記CTA系は、ケトン、アルデヒド、エステル、アルコール又はこれらの組合せから選択される、請求項に記載のエチレン系ポリマー。
  7. 前記CTA系は、プロピオンアルデヒド、メチルエチルケトン、アセトン、アセトアルデヒド、プロパノール、アルキル酢酸エステル、イソプロパノール又はこれらの組合せから選択される、請求項に記載のエチレン系ポリマー。
  8. 前記クロロホルム抽出可能分が、1000炭素原子当たり0.5を超える、非オレフィン系CTA系から誘導される酸素含有末端基を有するポリマーを含む、請求項1〜のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
  9. 前記CTA系は、ケトン、アルデヒド、エステル、アルコール又はこれらの組合せから選択される、請求項に記載のエチレン系ポリマー。
  10. 前記クロロホルム抽出可能分が、1000炭素原子当たり1.0未満のビニル末端基を有するポリマーを含む、請求項1〜のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
  11. ヘキサン抽出可能分が、1000炭素原子当たり1.0未満のビニル末端基を有するポリマーを含む、請求項1〜10のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
  12. 前記ポリマーは、0.919g/cc以上の密度を有する、請求項1〜11のいずれかに記載のエチレン系ポリマー。
  13. 請求項1〜12に記載のエチレン系ポリマーを含む組成物。
  14. 請求項13の組成物から形成した少なくとも1つの成分を含む物品。
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