JP6717831B2 - Mdo多層フィルム - Google Patents
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Description
本開示に記載されたMDOフィルムは、少なくとも1層のHDPEと、より低密度のポリエチレンから作製された少なくとも1層とを含有する前駆体フィルム(即ち、非延伸フィルム)を用いて調製される。
一実施形態では、本開示により、
約0.2から約10グラム/10分のメルトインデックス(I2)、約0.95から約0.97g/ccの密度、及び約100から約9000ppm(parts per million)の核形成剤を有する高密度ポリエチレン組成物から調製された第1層;及び
約0.2から約10グラム/10分のメルトインデックス(I2)、及び前記第1のポリエチレン組成物の密度よりも約0.010から約0.060g/ccの量だけ低い密度を有する第2のポリエチレン組成物から調製された第2層;
を含む多層フィルムを共押出する工程、並びに
前記多層フィルムを、約1:2から約1:12の延伸比で縦方向に延伸する工程、
を含む一配向多層フィルム(an oriented multilayer film)を製造する方法を提供する。
約0.2から約10グラム/10分のメルトインデックス(I2);約0.95から約0.97g/ccの密度、及び約5から約12のMw/Mnを有する第1の高密度ポリエチレン組成物から調製された第1層(但し、第1条件として、前記第1のポリエチレン組成物は、約2から約4のMw/Mnを有する第1のブレンド成分と、約2から約4のMw/Mnを有する第2のブレンド成分とを含む少なくとも2種のブレンド成分のブレンドであること;第2条件として、前記第2のブレンド成分の前記メルトインデックス(I2)が、前記第1のブレンド成分の前記メルトインデックス(I2)よりも少なくとも10倍高いこと);及び
約0.2から約10グラム/10分のメルトインデックス(I2)、及び前記第1のポリエチレン組成物の前記密度よりも約0.010から約0.060g/ccの量だけ低い密度を有する第2のポリエチレン組成物から調製された第2層;
を含む多層フィルムを共押出する工程、並びに
前記多層フィルムを、約2/1から約12/1の延伸比で縦方向に延伸する工程、
を含む一配向多層フィルムを製造する方法を提供する。
ポリエチレン
本開示のMDOフィルムは、多層フィルムから調製されるが、多層フィルム中の少なくとも1層は、HDPE組成物(以下のパートA.1に記載)から調製され、少なくとも1層は、前記HDPE組成物(以下のパートA.2に記載)よりも低密度を有するポリエチレン組成物から調製される。
HDPEは、商業的に共通の項目である。最も商業的に入手可能なHDPEは、少なくとも1種の金属を含有する触媒から調製され;その非限定的な例には、クロム、チタン、ジルコニウム及びハフニウムが含まれる。Cr触媒から作製されたHDPEは、典型的には、いくつかの長鎖分枝(LCB)を含有する。
一般的に、IV族の金属(チタン、ジルコニウム及びハフニウム)から作製されたHDPEは、Cr触媒から作製されたHDPEよりも、より少ないLCBを含有する。理論に縛られることは望まないが、LCBが存在することにより、核形成剤の有効性が低下し得ると考えられている。IV族の金属(特に、Ti又はZr)を用いて調製されたHDPEを使用することは、本開示における使用には一般に好ましい。
一実施形態では、HDPEを、メルトインデックスにおいて少なくとも10の差がある2種のHDPEのブレンドとして提供する。このHDPEブレンド組成物の更なる詳細は、以下の通りである。
HDPEブレンド組成物
各ブレンド成分
ブレンド成分a)
本実施形態で使用されるポリエチレン組成物のブレンド成分a)には、比較的高いメルトインデックスを有するHDPEが含まれる。本明細書で使用する場合、「メルトインデックス」の用語は、ASTM D1238(2.16kgの荷重を使用して、190℃で行われる場合)に従って得られる値を指すことを意味する。また、この用語は、本明細書では、「I2」(10分の試験期間の間に流れるポリエチレンのグラム、又は「グラム/10分」で表される)とも称される。当業者には理解されるように、メルトインデックス(I2)は、分子量に反比例する。一実施形態では、ブレンド成分a)は、ブレンド成分b)と比較して、比較的高いメルトインデックス(又は、換言すれば、比較的低い分子量)を有する。
一実施形態では、ブレンド成分a)は:
約0.95から約0.97g/ccの密度を有すること;並びに
全HDPEブレンド組成物の約5から約60重量%の量(全組成物の残部は、ブレンド成分b)である)、一般的に好ましくは、約10から約40重量%の量、特に約20から約40重量%の量で存在すること、
により、更に特徴付けられ得る。2種以上の高密度ポリエチレンを使用して、ブレンド成分a)を形成することが可能である。
ブレンド成分b)もまた、約0.95から約0.97g/cc(好ましくは、約0.955から約0.968g/cc)の密度を有する高密度ポリエチレンである。
ブレンド成分b)のメルトインデックスもまた、2.16kgの荷重を使用して、190℃でASTM D1238に従って測定される。ブレンド成分b)のメルトインデックス値(本明細書では、I2’と称する。)は、ブレンド成分a)のメルトインデックス値よりも低く、これは、ブレンド成分b)が、比較的より高い分子量を有することを示している。好ましくは、I2’の絶対値は、約0.1から約2グラム/10分である。
成分b)の分子量分布(Mw/Mn)は、本開示に記載された実施形態の成功には重要ではないが、約2から約4のMw/Mnが、成分b)にとって好ましい。
最後に、成分b)のメルトインデックスを、成分a)のメルトインデックスで割った比は、好ましくは、10/1より大きい。
ブレンド成分b)もまた、2種以上のHDPE樹脂を含有し得る。
全体的な(overall)高密度ブレンド組成物は、ブレンド成分a)をブレンド成分b)と一緒にブレンディングすることによって形成される。一実施形態では、この全体的なHDPE組成物は、約0.5から約10グラム/10分(好ましくは、約0.8から約8グラム/10分)のメルトインデックス(ASTM D1238、190℃で2.16kgの荷重を用いて測定)を有する。
ブレンドは、任意のブレンディングプロセスによって作製することができ、それは、例えば、1)粒状樹脂の物理的ブレンディング;2)異なるHDPE樹脂の共通の押出機への同時供給;3)(任意の従来のポリマー混合装置における)溶融混合;4)溶液ブレンディング;又は5)2つ以上の反応器を利用する重合プロセスである。
約10から約30重量%の成分a):成分a)は、約15から約30グラム/10分のメルトインデックス(I2)、及び約0.95から約0.97g/ccの密度を有するHDPE樹脂である、及び
約90から約70重量%の成分b):成分b)は、約0.8から約2グラム/10分のメルトインデックス(I2)、及び約0.95から約0.97g/ccの密度を有するHDPE樹脂である。
ブレンド成分b)に適した市販のHDPE樹脂の例には(典型的なメルトインデックス及び密度の値は括弧内に示す):
SCLAIR 19G(メルトインデックス=1.2グラム/10分、密度=0.962g/cc);
MARFLEX(登録商標)9659(Chevron Phillipsから入手可能、メルトインデックス=1グラム/10分、密度=0.962g/cc);及び
ALATHON(登録商標)L5885(Equistarから入手可能、メルトインデックス=0.9グラム/10分、密度=0.958g/cc)が含まれる。
本開示において使用される前駆体多層フィルムは、上記のHDPE組成物よりも低密度を有するポリエチレン組成物から調製された少なくとも1層を含有する。
一実施形態では、この低密度の組成物は、約0.925から約0.945g/ccの密度を有する中程度の密度のポリエチレン組成物である。
別の実施形態では、この低密度の組成物は、約0.900から約0.925g/ccの密度を有する線状低密度ポリエチレン組成物である。
別の実施形態では、低密度の組成物のメルトインデックス(I2)は、約0.2から約10g/10分、特に約0.5から約5g/10分である。
別の実施形態では、低密度の組成物は、シングルサイト触媒を用いて調製される(実施例に示す)。
更に、実施例では、(未延伸状態で)多層フィルムが、個々の層のMVTRに比例するMVTRを有することを示している。しかし、本実施例では、本開示により、同じ厚さの未延伸HDPEフィルムよりも、優れたMVTRを有する多層MDOフィルムの製造が可能となることもまた示している。
核形成剤の用語は、本明細書で使用する場合、核形成ポリオレフィン組成物を調製する技術分野の当業者には、通常の意味を表すことを意味し、それは、即ち、ポリマー溶融物が冷却されるのに伴って、ポリマーの結晶化挙動を変化させる添加剤のことである。一実施形態では、核形成剤は、「有機の」(即ち、炭素原子と水素原子とを含有する成分)であり、無機の核形成剤、例えば、タルク又は酸化亜鉛(これらは一般的に、上記の「有機の」核形成剤よりも、はるかに有効性が劣る核形成剤である。)に対峙する。
商業的に入手可能であり、且つポリプロピレン添加剤として広く使用されている従来の核形成剤の例としては、ジベンジリデンソルビタールエステル(例えば、Milliken ChemicalによってMILLAD(登録商標)3988の商標で販売されている製品、及びCiba Specialty ChemicalsによってIRGACLEAR(登録商標)で販売されている製品)が挙げられる。
核形成剤は、HDPE中に良好に分散されていなければならない。使用される核形成剤の量は、比較的少量であり、例えば、(HDPEの重量に基づいて)100から9000重量ppm(parts by million per weight)であるので、核形成剤が良好に分散していることを確実にするために何らかの注意を払わなければならないことが、当業者に理解されるであろう。混合を容易にするために、核形成剤をポリエチレンに、細かく分割した形態(即ち、50ミクロン未満、特に10ミクロン未満の平均粒径を有する形態)で添加することが好ましい。核形成剤を「マスターバッチ」で使用することもまた、核形成剤を分散させるのに役立ち得る(「マスターバッチ」の用語は、最初に少量のポリエチレンと核形成剤を溶融混合し、次いで、その「マスターバッチ」をHDPE樹脂の残りのバルクと溶融混合する作業を指す)。
MDO(Machine Direction Orientation)は、当業者に周知であり、このプロセスは、文献に広く記載されている。MDOは、フィルムを形成した後に行われる。「前駆体」フィルム(即ち、MDOプロセスの前に存在するフィルム)は、任意の従来のフィルム成形プロセスで形成することができる。広く商業的に使用されている(且つ前駆体フィルムを調製するのに適している)2つのフィルム形成プロセスは、ブロー(blown)フィルムプロセス及びキャストフィルムプロセスである。
前駆体フィルムは、MDOプロセスにおいて延伸される(又は、換言すれば、歪みが与えられる)。延伸は、主に一方向であり、これは、最初のフィルム成形プロセスからの「縦方向」(“machine direction”)である(即ち、横方向に対する)。延伸するのに伴ってフィルムの厚さは減少する。最初の厚さが10ミルで、且つ延伸後の最終的な厚が1ミルである前駆体フィルムは、「延伸比」又は「ドロー・ダウン」比が1:10であると記載される(なお、厚さ1ミルは、計量法に基づく単位に換算すると、厚さ0.0254mmに相当する。本明細書において以下同じ。)。
典型的なMDOプロセスは、フィルムに延伸力を加えるために、異なる速度で動作する一連のローラーを利用する。加えて、フィルムに比較力(comparison force)(又は「ニップ」(“nip”))を加えるために、2つ以上のローラーを一緒に協働させることができる。
延伸されたフィルムは、一般に過加熱され(即ち、高温−典型的には、約90から約125℃に維持される)、延伸されたフィルムを弛緩させることができる。
本開示は、以下の非制限的な例により、更に詳細に説明される。
メルトインデックス:「I2」は、ASTM D1238に従って測定した。[注:I2の測定は、190℃で2.16kgの荷重を用いて行う。]試験結果は、グラム/10分の単位で報告する。
数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及びMWD(Mw/Mnによって算出)は、ユニバーサルキャリブレーションを使用して、示差屈折率「DRI」検出を用いて高温ゲル浸透クロマトグラフィー「GPC」によって測定した。
セカントモジュラス(MD/TD)は、ASTM D882に従って測定した。
密度は、ASTM D792に従って、置換法を用いて測定した。
光沢は、ASTM D2457によって測定した。
ヘイズはASTM D1003によって測定した。
sHDPE−1は、エチレンホモポリマー組成物であり、それは、二重反応器溶液重合プロセスにおいてシングルサイト触媒を使用して、米国特許第7,737,220号に記載されている手順に実質的に従った手順を使用して調製する。高分子量ホモポリマー(約2のMw/Mnを有する)を、第1の反応器で調製し、低分子量ホモポリマーを、第2の反応器で調製する。反応器2からの低分子量ホモポリマーのI2は、反応器1からの高分子量ホモポリマーのI2よりも、10倍を超えて高い。全体的なブレンド組成物の密度は、約0.967g/ccであり、メルトインデックス(I2)は、約1.2g/10分であり、Mw/Mnは、約8である。
sHDPE−1は、約1200ppmの核形成剤(Milliken ChemicalsによってHYPERFORM(登録商標)HPN20Eの商品名で販売されている)を、更に含有する。
HDPE−2は、チーグラー・ナッタ触媒(Tiを含有する)を用いて作製されたエチレンホモポリマーである。それは、密度が約0.96g/cc、メルトインデックスが約1.2[19G]である。
HDPE−3は、チーグラー・ナッタ触媒(Tiを含有する)を用いて作製されたエチレンホモポリマーである。それは、密度が約0.96g/cc、メルトインデックスが約1(19C)である。
sLLDPE−1は、シングルサイト触媒(Tiを含有する)を用いて作製されたエチレン−オクテンコポリマーである。それは、密度が約0.916g/cc、メルトインデックスが約0.7g/cc、CDBIが70%超過、Mw/Mnが約2.8であり、二重反応器溶液重合プロセスにおいて調製した。
次いで、3層フィルムを、ブローフィルムラインで調製した。便宜上、当該3層は、A/B/Cと称することができ、A層及びC層は、外層(しばしば「スキン」層と称される)であり、B層は、コア層である。表2に、フィルムの組成及び厚さを示す。
これらのフィルムの厚さ及び水蒸気透過率を、表3において報告する。表3に示すように、核形成HDPE組成物(sHDPE−1)のみから調製された比較用単層フィルムは、(WVTR値が低いことによって示されるように)優れたバリアー特性を有し、sLLDPE組成物のみから調製された比較用フィルムは、バリアー特性が比較的劣っている。
本発明のフィルムは、多種多様な包装の用途における使用に適している。
Claims (13)
- A)多層フィルムを共押出する工程であり、
1) 0.2から10グラム/10分のメルトインデックス(I2)、0.95から0.97g/ccの密度、及び100から9000ppmの核形成剤を有する第1の高密度ポリエチレン組成物から調製された第1層;及び
2) 0.2から10グラム/10分のメルトインデックス(I2)、及び前記第1の高密度ポリエチレン組成物の前記密度よりも、0.010から0.060g/ccの量だけ低い密度を有する第2のポリエチレン組成物から調製された第2層;
を含む多層フィルムを共押出する上記工程、並びに
B)前記多層フィルムを、1:6から1:8の延伸比で縦方向に延伸する工程、
を含む一配向多層フィルムを製造する方法であって、
前記メルトインデックスは、190℃で、2.16kgの荷重を用いて、ASTM D1238に従って測定され、前記密度は、ASTM D792に従って測定される、上記方法。 - 前記延伸が、120℃未満の温度で行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記多層フィルムが、前記第2のポリエチレン組成物から調製された少なくとも1つのスキン層と、前記第1の高密度ポリエチレン組成物から調製された1つのコア層とを有する3層フィルムである、請求項1に記載の方法。
- 前記多層フィルムが、少なくとも5層を含み、前記多層フィルムが、前記第2のポリエチレン組成物から調製された2つのスキン層と、前記第1の高密度ポリエチレン組成物から調製された少なくとも1つのコア層とを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記多層フィルムが、前記延伸後に0.5から3ミル(0.0127mm〜0.0762mm)の厚さを有する、請求項1に記載の方法。
- A)多層フィルムを共押出する工程であり、
1) 0.2から10グラム/10分のメルトインデックス(I2)、0.95から0.97g/ccの密度、及び5から12のMw/Mnを有する第1の高密度ポリエチレン組成物から調製された第1層(但し、前記第1のポリエチレン組成物は、2から4のMw/Mnを有する第1のブレンド成分と、2から4のMw/Mnを有する第2のブレンド成分とを含む少なくとも2種のブレンド成分のブレンドである。);及び
2) 0.2から10グラム/10分のメルトインデックス(I2)、及び前記第1のポリエチレン組成物の前記密度よりも、0.010から0.060g/ccの量だけ低い密度を有する第2のポリエチレン組成物から調製された第2層;
を含む多層フィルムを共押出する上記工程、並びに
B)前記多層フィルムを、1:6から1:8の延伸比で縦方向に延伸する工程、
を含む一配向多層フィルムを製造する方法であって、
前記メルトインデックスは、190℃で、2.16kgの荷重を用いて、ASTM D1238に従って測定され、前記密度は、ASTM D792に従って測定される、上記方法。 - 前記第1のブレンド成分が、メルトインデックスI2を有し、前記第2のブレンド成分が、メルトインデックスI2’を有し;その比(I2/I2’)が10より大きい、請求項6に記載の方法。
- 前記延伸が、120℃未満の温度で行われる、請求項6に記載の方法。
- 前記多層フィルムが、前記第2のポリエチレン組成物から調製された2つのスキン層と、前記第1の高密度ポリエチレン組成物から調製された1つのコア層とを有する3層フィルムである、請求項6に記載の方法。
- 前記多層フィルムが、少なくとも5層を含み、前記多層フィルムが、前記第2のポリエチレン組成物から調製された2つのスキン層と、前記第1の高密度ポリエチレン組成物から調製された少なくとも1つのコア層とを有する、請求項6に記載の方法。
- 前記多層フィルムが、前記延伸後に0.5から3ミル(0.0127mm〜0.0762mm)の厚さを有する、請求項6に記載の方法。
- 前記第1の高密度ポリエチレン組成物が、100から2000ppmの核形成剤を更に含有する、請求項6に記載の方法。
- 前記核形成剤が、ヘキサヒドロフタル酸のカルシウム塩を含む、請求項1に記載の方法。
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