JP7329452B2 - 可撓性包装材料において使用するための多層ポリエチレンラミネートおよびフィルム - Google Patents

可撓性包装材料において使用するための多層ポリエチレンラミネートおよびフィルム Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2017年6月30日に出願された、「MULTILAYER POLYETHYLENE LAMINATES AND FILMS FOR USE IN FLEXIBLE PACKAGING MATERIALS」と題された米国仮特許出願第62/527,452号に対する優先権を主張し、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に説明される実施形態は、概して、可撓性包装材料において使用される多層フィルムおよびラミネートに関し、より具体的には、可撓性包装材料において使用されるポリエチレン多層フィルムおよびラミネートに関する。
リサイクル性の改善は、可撓性包装製造業者にとって継続的な目標である。スタンドアップパウチなどの可撓性包装材料は、1つのポリマー群から作製される場合、より容易にリサイクルすることができるため、単一材料のポリマーで作製されるフィルムおよびラミネートがこの目標を達成するために検討されている。
従来の可撓性包装ラミネートは、複数のポリマー群、例えば、印刷フィルムとしてのポリエステル(PET)、およびシーラントフィルムとしてのポリエチレン(PE)を使用するポリマー基材を含む。リサイクル性の観点からは、単一材料のポリエチレン(PE)可撓性包装材料がより有益であるが、製造および処理速度に関してトレードオフがある。例えば、従来の単一材料のPEスタンドアップパウチは、PEの耐熱性が低いため、PET含有スタンドアップパウチよりも低いパウチ形成速度を必要とする。
したがって、リサイクル性ならびに製造中の増加した耐熱性および強度を達成する単一材料のポリエチレン多層フィルムまたはラミネートに対するニーズが存在する。
本開示の実施形態は、それらのニーズを満たし、光学的性質、剛性、靭性、シール特性、および耐熱性を提供するポリエチレン樹脂の組み合わせを含む、単一材料のポリエチレン多層フィルムおよびラミネートを対象とする。具体的には、本実施形態は、製造中に改善された耐熱性および強度(例えば、剛性)を提供することにより、PEスタンドアップパウチの形成速度を改善する。
本開示の一実施形態に従って、少なくとも3つの層を含む多層ポリオレフィンフィルムが提供される。多層ポリオレフィンフィルムは、少なくとも1つのエチレン系ポリマーを含む第1の組成物を含む第1の表面層を含み、第1の組成物は、0.9を超える分子量コモノマー分布指数(MWCDI)値、および以下の等式:I10/I≧7.0-1.2×log(I)を満たすメルトインデックス比(I10/I)を含む。第1の表面層はまた、0.890~0.925g/ccの密度および0.2~2.0g/10分のメルトインデックス(I)を有するエチレン系ポリマーを含む、第2の組成物も含む。さらに、多層ポリオレフィンフィルムは、第1の組成物を含む第1の中間層を含む。
別の多層ポリオレフィンフィルムの実施形態によれば、多層ポリオレフィンフィルムは、第1の組成物を含む第1の中間層を含み、第1の表面層が、第2の組成物を含む。
これらのおよび他の実施形態は、以下の発明を実施するための形態においてより詳細に説明される。
本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むと最もよく理解することができ、これらの図面では、同様の構造体が同様の参照番号で示される。
10個のSCB標準に関する「SCB対IR5領域比」のプロットを示す。 第1の組成物の試料に関するIR5高さ比を決定するためのいくつかのGPCプロファイルを示す。 第1の組成物の試料に関する「SCB対ポリエチレン当量分子Log Mw(GPC)」のプロットを示す。 第1の組成物の試料に関する「モル%コモノマー対ポリエチレン当量Log Mwi(GPC)」のプロットを示す。 本開示の1つ以上の実施形態による多層フィルムの概略図である。 本開示の一実施形態によるラミネート体の概略図である。
ここで、本出願の特定の実施形態について説明する。しかしながら、本開示は異なる形態で具体化されてもよく、本開示に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底的かつ完全であり、本主題の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。
「ポリマー」という用語は、同一または異なる種類のモノマーにかかわらず、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指す。したがって、総称であるポリマーという用語は、1種類のみのモノマーから調製されるポリマーを指すために通常用いられる「ホモポリマー」という用語、ならびに2種類以上の異なるモノマーから調製されるポリマーを指す「コポリマー」という用語を包含する。本明細書で使用される場合、「インターポリマー」という用語は、少なくとも2種類の異なるモノマーの重合により調製されるポリマーを指す。したがって、総称である「インターポリマー」という用語は、コポリマーと、ターポリマー等の3種類以上の異なるモノマーから調製されるポリマーとを含む。
「ポリエチレン」または「エチレン系ポリマー」という用語は、エチレンモノマーに由来する単位を50重量%超含むポリマーを意味するものとする。これは、ポリエチレンホモポリマーまたはコポリマー(2種類以上のコモノマーに由来する単位を意味する)を含む。当該技術分野において既知であるポリエチレンの一般的な形態としては、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、極低密度ポリエチレン(VLDPE)、直鎖状および実質的に直鎖状の低密度樹脂の両方を含むシングルサイト触媒直鎖状低密度ポリエチレン(m-LLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、ならびに高密度ポリエチレン(HDPE)が挙げられる。
本明細書で使用される場合、「プロピレン系ポリマー」という用語は、(ポリマーの総重量に基づいて)大量のプロピレンモノマーを重合形態で含み、任意選択的に少なくとも1つの重合コモノマーを含み得るポリマーを指す。
「可撓性包装」または「可撓性包装材料」という用語は、当業者によく知られている様々な非剛性容器を包含する。これらには、パウチ、スタンドアップパウチ、ピローパウチ、バルクバッグ、既製の包装などが含まれ得る。可撓性包装の典型的な最終用途は、スナック、乾燥食品、液体、またはチーズ用の包装である。他の最終用途には、ペットフード、スナック、チップス、冷凍食品、肉、ホットドッグ、および多くの他の用途が含まれるが、これらに限定されるものではない。
本明細書で使用される場合、「単一材料」という用語は、ラミネート構造体が実質的にポリエチレンから構成されることを意味し、「実質的に」という用語は、ラミネート構造体の総重量に基づいて、少なくとも95重量%のポリエチレン、または少なくとも99重量%のポリエチレン、または少なくとも99.5%のポリエチレン、または少なくとも99.9重量%を意味する。
本明細書で使用される場合、「印刷フィルム」とは、可撓性包装の生成において印刷が行われるフィルムであるラミネート構造体の外側フィルムを指す。多くの実施形態では、印刷プライマー層、バリア層、オーバープリントワニス層、または可撓性包装の当業者に既知の他の層など、印刷フィルム上に外部に配置される追加の層を企図するため、「外側」という用語は最外層と解釈されるべきではない。
本明細書で使用される場合、「シーラントフィルム」とは、印刷フィルムに対して内側に配置されたラミネート構造体の内側フィルムを指す。いくつかの実施形態では、シーラントフィルム上に内部に配置される追加の層、例えば、バリア層などを企図するため、「内側」という用語は最内層と解釈されるべきではない。
本明細書で使用される場合、「表面層」とは、多層フィルムの外層を意味する。さらに、「中間層」は、多層フィルムの表面層の内部または間に配置される任意の層であり得る。
本明細書で使用される場合、「ラミネート」とは、単層であるかまたは多層であるかにかかわらず、互いに接着している少なくとも2つの別個のフィルムを意味する。反対に、本明細書で使用される場合、「モノフィルム」とは、複数の共押出層から構成される単一の多層フィルムを意味する。
ここで、本開示の様々な実施形態、具体的には、可撓性包装材料などの物品において使用される多層フィルムおよびラミネート構造体について詳細に言及する。1つまたは複数の実施形態では、多層フィルムは、少なくとも3つの層を含む多層ポリオレフィンフィルムである。以下の考察は、多層ポリオレフィンフィルムが単一材料のポリエチレンフィルムである実施形態を中心としている。しかしながら、フィルムの1つ以上の層においてプロピレン系ポリマーなどの他の材料を利用することが企図される。多層ポリオレフィンフィルムは、第1の表面層を含み得、第1の表面層は、少なくとも1つのエチレン系ポリマーを含む第1の組成物を含む。第1の組成物は、0.9を超える分子量コモノマー分布指数(MWCDI)値、および以下の等式:I10/I≧7.0-1.2×log(I)を満たすメルトインデックス比(I10/I)を含む。さらに、第1の表面層は、第2の組成物をさらに含み、第2の組成物は、0.890~0.925g/ccの密度および0.2~2.0g/10分のメルトインデックス(I)を有するエチレン系ポリマーを含む。さらに、多層ポリオレフィンフィルムはまた、第1の組成物を含む第1の中間層も含む。
別の実施形態では、別の多層ポリオレフィンフィルムの実施形態による多層ポリオレフィンフィルムは、多層ポリオレフィンフィルムは、第1の組成物を含む第1の中間層を含み、第1の表面層が、第2の組成物を含む。
別の言い方をすれば、第1の表面層および第1の中間層のうちの少なくとも1つは、各々第1の組成物を含む。さらなる実施形態では、追加の層、例えば、追加の表面層または1つ以上の追加の中間層もまた、第1の組成物を含み得る。さらに、ラミネートの実施形態では、シーラントフィルムの第1の表面層および第1の中間層は、第1の組成物を含む。しかしながら、シーラントフィルムにラミネートされた印刷フィルムはまた、1つ以上の層において第1の組成物を含み得ると企図される。
第1の組成物の様々な特性は、多層ポリオレフィンフィルムに改善された耐熱性および靭性を付与する。例えば、第1の組成物は優れたコモノマー分布を有し、これは、同一の全体密度で当該技術の従来のポリマーと比較して、高分子量ポリマー分子のコモノマー濃度が著しくより高く、低分子量ポリマー分子のコモノマー濃度が著しくより低い。また、第1の組成物は、従来のポリマーと比較して、低ZSVRによって示されるように、低いLCB(長鎖分岐)を有することが発見されている。コモノマーのこの分布ならびに低いLCB性の結果として、第1の組成物は、より多くの結合鎖を有し、ひいては改善されたフィルムの靭性を有する。
第1の組成物はエチレン系ポリマーを含み、いくつかの実施形態では、第1の組成物はエチレン系ポリマーからなる。代替的な実施形態では、第1の組成物は、追加のポリマーとブレンドされたエチレン系ポリマーを含む。例えば、これに限定するものではないが、この追加のポリマーは、LLDPE、VLDPE、MDPE、LDPE、HDPE、HMWHDPE(高分子量HDPE)、プロピレン系ポリマー、ポリオレフィンプラストマー、ポリオレフィンエラストマー、オレフィンブロックコポリマー、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸、エチレンメタクリル酸、エチレンメチルアクリレート、エチレンエチルアクリレート、エチレンブチルアクリレート、イソブチレン、無水マレイン酸グラフト化ポリオレフィン、前述のいずれかのアイオノマー、またはそれらの組み合わせから選択される。
上述のように、第1の組成物は、0.9を超えるMWCDI値を含む。一実施形態では、第1の組成物は、10.0以下、さらに8.0以下、さらに6.0以下のMWCDI値を有する。別の実施形態では、第1の組成物は、5.0以下、さらに4.0以下、さらに3.0以下のMWCDI値を有する。さらに別の実施形態では、第1の組成物は、1.0以上、さらに1.1以上、さらに1.2以上のMWCDI値を有する。さらなる実施形態では、第1の組成物は、1.3以上、さらに1.4以上、さらに1.5以上のMWCDI値を有する。
第1の組成物は、以下の等式:I10/I≧7.0-1.2×log(I)を満たすメルトインデックス比(I10/I)を有する。さらに別の実施形態では、第1の組成物は、7.0以上、さらに7.1以上、さらに7.2以上、さらに7.3以上のメルトインデックス比I10/Iを有する。一実施形態では、第1の組成物は、9.2以下、さらに9.0以下、さらに8.8以下、さらに8.5以下のメルトインデックス比I10/Iを有する。
一実施形態では、第1の組成物は、1.2~3.0、または1.2~2.5、または1.2~2.0のZSVR値を有する。
さらに別の実施形態では、第1の組成物は、総炭素数1,000,000個あたり10個を超えるビニルのビニル不飽和レベルを有する。例えば、総炭素数1,000,000個あたり20個を超えるビニル、総炭素数1,000,000個あたり50個を超えるビニル、総炭素数1,000,000個あたり70個を超えるビニル、または総炭素数1,000,000個あたり100個を超えるビニル。ビニル不飽和は、以下に定義される核磁気共鳴(NMR)分光法を使用して計算される。
一実施形態では、第1の組成物は、0.900g/cc~0.960g/cm、0.910~0.940g/cm、または0.910~0.930、または0.910~0.925g/cm、または0.910~0.926g/cm、または0.910~0.920g/cm、または0.915~0.920g/cmの範囲の密度を有する。
さらなる実施形態では、第1の組成物は、0.1~50g/10分、例えば0.1~30g/10分、または0.1~20g/10分、または0.1~10g/10分のメルトインデックス(I、190℃/2.16kg)を有する。例えば、メルトインデックス(I、190℃/2.16kg)は、下限の0.1、0.2、または0.5g/10分~上限の1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、10、15、20、25、30、40、または50g/10分であり得る。
別の実施形態では、第1の組成物は、従来のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)(従来のGPC)によって決定される場合、重量平均分子量対数平均分子量の比(M/M)として表すと、2.2~5.0の範囲の分子量分布を有する。例えば、分子量分布(M/M)は、下限の2.2、2.3、2.4、2.5、3.0、3.2、または3.4~上限の3.9、4.0、4.1、4.2、4.5、または5.0であり得る。
一実施形態では、第1の組成物は、従来のGPCによって決定される場合、10,000~50,000g/モルの範囲の数平均分子量(M)を有する。例えば、数平均分子量は、下限の10,000、20,000、または25,000g/モル~上限の35,000、40,000、45,000、または50,000g/モルであり得る。別の実施形態では、エチレン系ポリマーは、従来のGPCによって決定される場合、70,000~200,000g/モルの範囲の重量平均分子量(M)を有する。例えば、数平均分子量は、下限の70,000、75,000、または78,000g/モル~上限の120,000、140,000、160,000、180,000、または200,000g/モルであり得る。
一実施形態では、第1の組成物は、2.2~7.0の範囲の溶融粘度比、Eta*0.1/Eta*100を有し、Eta*0.1は、0.1ラジアン/秒のせん断速度で計算された動的粘度であり、Eta*100は、100ラジアン/秒のせん断速度で計算された動的粘度である。溶融粘度比および動的粘度の計算のさらなる詳細は、以下に提供される。
一実施形態では、第1の組成物のエチレン系ポリマーは、エチレン/α-オレフィンインターポリマー、さらにエチレン/α-オレフィンコポリマーである。α-オレフィンは、20個以下の炭素原子を有し得る。例えば、α-オレフィンコモノマーは、3~10個の炭素原子、または3~8個の炭素原子を有し得る。例示的なα-オレフィンコモノマーとしては、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセン、および4-メチル-1-ペンテンが挙げられるが、これらに限定されない。1つ以上のα-オレフィンコモノマーは、例えば、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセン、および1-オクテンからなる群から選択することができるか、または代替的に1-ブテン、1-ヘキセン、および1-オクテンからなる群から選択することができ、さらに1-ヘキセンおよび1-オクテンからなる群から選択することができる。
エチレン系ポリマーは、1つ以上のα-オレフィンコモノマーに由来する20重量パーセント未満の単位を含み得る。18重量パーセント未満のすべての個々の値および部分範囲は、本明細書に含まれ、本明細書に開示され、例えば、エチレン系ポリマーは、1つ以上のα-オレフィンコモノマーに由来する15重量パーセント未満の単位、または代替的に、1つ以上のα-オレフィンコモノマーに由来する10重量パーセント未満の単位、または代替的に、1つ以上のα-オレフィンコモノマーに由来する1~20重量パーセントの単位、または代替的に、1つ以上のα-オレフィンコモノマーに由来する1~10重量パーセントの単位を含み得る。
反対に、エチレン系ポリマーは、エチレンに由来する少なくとも80重量パーセントの単位を含み得る。少なくとも80重量パーセントのすべての個々の値および部分範囲は、本明細書に含まれ、本明細書に開示され、例えば、エチレン系ポリマーは、エチレンに由来する少なくとも82重量パーセントの単位、または代替的に、エチレンに由来する少なくとも85重量パーセントの単位、または代替的に、エチレンに由来する少なくとも90重量パーセントの単位、または代替的に、エチレンに由来する80~100重量パーセントの単位、または代替的には、エチレンに由来する90~100重量パーセントの単位を含み得る。
任意選択的に、第1の組成物は、第2のエチレン系ポリマーをさらに含み得る。さらなる実施形態では、第2のエチレン系ポリマーは、エチレン/α-オレフィンインターポリマー、さらにはエチレン/α-オレフィンコポリマー、またはLDPEである。好適なα-オレフィンコモノマーは上に列挙されている。
一実施形態では、第2のエチレン系ポリマーは、不均一分岐エチレン/α-オレフィンインターポリマー、さらに不均一分岐エチレン/α-オレフィンコポリマーである。不均一分岐エチレン/α-オレフィンインターポリマーおよびコポリマーは、典型的にはチーグラー/ナッタ型触媒系を使用して生成され、ポリマーの低分子量分子中により多くのコモノマーが分布している。
さらなる実施形態では、第2のエチレン系ポリマーは、3.0~5.0、例えば3.2~4.6の範囲の分子量分布(M/M)を有する。例えば、分子量分布(M/M)は、下限の3.2、3.3、3.5、3.7、または3.9~上限の4.6、4.7、4.8、4.9、または5.0であり得る。
さらに別の実施形態では、第1の組成物は、さらに別のポリマーを含む。さらなる実施形態では、ポリマーは、以下:LLDPE、MDPE、LDPE、HDPE、プロピレン系ポリマー、またはそれらの組み合わせから選択される。
別の実施形態では、組成物は、LDPEをさらに含む。さらなる実施形態では、LDPEは、組成物の重量に基づいて、5~50重量%、さらに10~40重量%、さらに15~30重量%の量で存在する。さらなる実施形態では、LDPEは、0.915~0.925g/ccの密度、および0.5~5g/10分、さらに1.0~3.0g/10分のメルトインデックス(I)を有する。
さらなる実施形態では、第1の組成物は、1つ以上の添加剤を含み得る。添加剤としては、帯電防止剤、カラーエンハンサ、染料、潤滑剤、充填剤(例えば、TiOまたはCaCO)、乳白剤、核剤、加工助剤、顔料、一次酸化防止剤、二次酸化防止剤、UV安定剤、抗ブロック剤、スリップ剤、粘着付与剤、難燃剤、抗菌剤、臭気低減剤、抗かび剤、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
第1の組成物のエチレン系ポリマーを生成するために、好適な重合プロセスは、1つ以上の従来の反応器、例えば、ループ反応器、等温反応器、断熱反応器、撹拌槽反応器、オートクレーブ反応器の並列、直列、および/またはそれらの任意の組み合わせで使用する溶液重合プロセスを含み得るが、これらに限定されない。エチレン系ポリマー組成物は、例えば、1つ以上のループ反応器、断熱反応器、およびそれらの組み合わせを使用して、液相重合プロセスによって生成することができる。
一般に、液相重合プロセスは、115~250℃、例えば、135~200℃の範囲の温度で、および300~1000psig、例えば450~750psigの範囲の圧力で1つ以上のループ反応器および/または1つ以上の断熱反応器などの1つ以上のよく混合された反応器中で起こる。
一実施形態では、第1の組成物のエチレン系ポリマーは、直列構成の2つのループ反応器において生成され得、第1の反応器温度は、115~200℃、例えば135~165℃の範囲であり、第2の反応器温度は、150~210℃、例えば185~200℃の範囲である。別の実施形態では、エチレン系ポリマー組成物は、単一の反応器において生成され得、その反応器温度は、115~200℃、例えば130~190℃の範囲である。液相重合プロセスにおける滞留時間は、典型的には、2~40分、例えば5~20分の範囲である。エチレン、溶媒、1つ以上の触媒系、任意選択的に1つ以上の助触媒、および任意に1つ以上のコモノマーは、1つ以上の反応器に連続的に供給される。例示的な溶媒としては、イソパラフィンが挙げられるが、それに限定されない。例えば、そのような溶媒は、ExxonMobil ChemicalからISOPAR Eの名称で市販されている。次いで、エチレン系ポリマー組成物と溶媒との得られた混合物を反応器(1つの反応器または複数の反応器)から取り出し、エチレン系ポリマー組成物を単離する。溶媒は、典型的には溶媒回収ユニット、すなわち、熱交換器および分離器容器を介して回収され、次いで溶媒は、重合系に再循環される。
一実施形態では、第1の組成物のエチレン系ポリマーは、溶液重合プロセスを介して、二重反応器システム、例えば二重ループ反応器システムにおいて生成され得、エチレンおよび任意選択的に1つ以上のα-オレフィンは、1つ以上の触媒系の存在下で1つの反応器中で重合され、第1のエチレン系ポリマーを生成し、エチレン、および任意選択的に1つ以上のα-オレフィンは、1つ以上の触媒系の存在下で第2の反応器中で重合され、第2のエチレン系ポリマーを生成する。さらに、1つ以上の助触媒が存在してもよい。
別の実施形態では、エチレン系ポリマーは、単一の反応器システム、例えば単一のループ反応器システムにおいて、溶液重合プロセスを介して生成され得、エチレン、および任意選択的に1つ以上のα-オレフィンが、1つ以上の触媒系の存在下で重合される。さらに、1つ以上の助触媒が存在してもよい。
上述のように、本開示は、少なくとも2つのエチレン系ポリマーを含む組成物を形成するためのプロセスを提供し、該プロセスは、以下:構造Iの金属-配位子錯体を含む触媒系の存在下で、エチレン、および任意選択的に少なくとも1つのコモノマーを溶液中で重合させて、第1のエチレン系ポリマーを形成することと、チーグラー/ナッタ触媒を含む触媒系の存在下で、エチレン、および任意選択的に少なくとも1つのコモノマーを重合させて、第2のエチレン系ポリマーを形成することとを含み、構造Iは、以下:
のとおりであり、
式中、
Mは、各々独立して、+2、+3、または+4の形式酸化状態にあるチタン、ジルコニウム、またはハフニウムであり、
nは、0~3の整数であり、nが、0であるとき、Xは、存在せず、
各Xは、独立して、中性、モノアニオン性、またはジアニオン性の単座配位子であるか、または2つのXが一緒になって、中性、モノアニオン性、またはジアニオン性である二座配位子を形成し、
Xおよびnは、式(I)の金属-配位子錯体が全体として中性であるように選択され、
各Zは、独立して、O、S、N(C~C40)ヒドロカルビル、またはP(C~C40)ヒドロカルビルであり、
Z-L-Zフラグメントは、式(1)からなり、

~R16は、各々独立して、以下:置換または非置換(C~C40)ヒドロカルビル、置換または非置換の(C~C40)ヘテロヒドロカルビル、Si(R、Ge(R、P(R、N(R、OR、SR、NO、CN、CF、RS(O)-、RS(O)-、(RC=N-、RC(O)O-、ROC(O)-、RC(O)N(R)-、(RNC(O)-、ハロゲン原子、水素原子からなる群から選択され、各Rは、独立して、(C~C30)ヒドロカルビルであり、Rは、(C~C30)ヒドロカルビルであり、Rは、(C1~C30)ヒドロカルビルであり、任意選択的に、2つ以上のR基(R~R16)は、一緒に組み合わさって1つ以上の環構造となり得、そのような環構造は、各々独立して、環中に水素原子を除く3~50個の原子を有する。
プロセスは、本明細書に説明される2つ以上の実施形態の組み合わせを含み得る。一実施形態では、プロセスは、構造Iの金属-配位子錯体を含む触媒系の存在下で、エチレン、および任意選択的に少なくとも1つのα-オレフィンを溶液中で重合させて第1のエチレン系ポリマーを形成することと、チーグラー/ナッタ触媒を含む触媒系の存在下で、エチレン、および任意選択的に少なくとも1つのα-オレフィンを重合させて第2のエチレン系ポリマーを形成することとを含む。さらなる実施形態では、各α-オレフィンは、独立して、C~Cα-オレフィンである。
一実施形態では、任意選択的に、2つ以上のR基(R~R13またはR~R)は、一緒に組み合わさって1つ以上の環構造となり得、そのような環構造は、各々独立して、環中に水素原子を除く3~50個の原子を有する。
一実施形態では、Mは、ハフニウムである。
一実施形態では、RおよびR14は、各々独立して、アルキルであり、さらにはC~Cアルキル、さらにはメチルである。
一実施形態では、RおよびR16は、各々、以下:
のとおりである。
一実施形態では、アリール、ヘテロアリール、ヒドロカルビル、ヘテロヒドロカルビル、Si(R、Ge(R、P(R、N(R、OR、SR、RS(O)-、RS(O)-、(RC=N-、RC(O)O-、ROC(O)-、RC(O)N(R)-、(RNC(O)-、ヒドロカルビレン、およびヘテロヒドロカルビレン基の各々は、独立して、非置換であるか、または1つ以上のR置換基で置換されていて、各Rは、独立して、ハロゲン原子、ポリフルオロ置換、ペルフルオロ置換、非置換(C~C18)アルキル、FC-、FCHO-、FHCO-、FCO-、RSi-、RGe-、RO-、RS-、RS(O)-、RS(O)-、RP-、RN-、RC=N-、NC-、RC(O)O-、ROC(O)-、RC(O)N(R)-、もしくはRNC(O)-であるか、またはRのうちの2つが、一緒になって非置換(C~C18)アルキレンを形成し、各Rは、独立して、非置換(C~C18)アルキルである。
一実施形態では、R1~R16のうちの2つ以上は、組み合わさって1つ以上の環構造を形成しない。
一実施形態では、第1のエチレン/α-オレフィンインターポリマーを生成するのに好適な触媒系は、ビス((2-オキソイル-3-(ジベンゾ-1H-ピロール-1-イル)-5-(メチル)フェニル)-2-フェノキシメチル)-メチレン-1,2-シクロヘキサンジイルハフニウム(IV)ジメチルを含む触媒系であり、以下の構造IA:
によって表される。
本発明における使用に好適なチーグラー/ナッタ触媒は、典型的な担持型チーグラー型触媒であり、これらは溶液プロセスの高い重合温度において特に有用である。そのような組成物の例は、有機マグネシウム化合物、ハロゲン化アルキルもしくはハロゲン化アルミニウム、または塩化水素、および遷移金属化合物に由来するものである。そのような触媒の例は、米国特許第4,612,300号、同第4,314,912号、および同第4,547,475号に説明されており、その教示は参照により本明細書に組み込まれる。
特に好適な有機マグネシウム化合物としては、例えば、マグネシウムジアルキルおよびマグネシウムジアリールなどの炭化水素可溶性ジヒドロカルビルマグネシウムが挙げられる。例示的な好適なマグネシウムジアルキルとしては、特に、n-ブチル-sec-ブチルマグネシウム、ジイソプロピルマグネシウム、ジ-n-ヘキシルマグネシウム、イソプロピル-n-ブチル-マグネシウム、エチル-n-ヘキシル-マグネシウム、エチル-n-ブチルマグネシウム、ジ-n-オクチルマグネシウムなどが挙げられ、アルキルが1~20個の炭素原子を有する。例示的な好適なマグネシウムジアリールとしては、ジフェニルマグネシウム、ジベンジルマグネシウム、およびジトリルマグネシウムが挙げられる。好適な有機マグネシウム化合物としては、アルキルおよびアリールマグネシウムアルコキシドおよびアリールオキシド、ならびにアリールおよびアルキルマグネシウムハロゲン化物が挙げられ、ハロゲンを含まない有機マグネシウム化合物がより望ましい。
ハロゲン化物源としては、活性非金属ハロゲン化物、金属ハロゲン化物、および塩化水素が挙げられる。好適な非金属ハロゲン化物は、式R’Xによって表され、式中、R’は、水素または活性一価有機ラジカルであり、Xは、ハロゲンである。特に好適な非金属ハロゲン化物としては、例えば、ハロゲン化水素ならびに活性有機ハロゲン化物、例えばt-アルキルハロゲン化物、アリルハロゲン化物、ベンジルハロゲン化物、および他の活性ヒドロカルビルハロゲン化物などが挙げられる。活性有機ハロゲン化物とは、少なくとも塩化sec-ブチルのハロゲンと同じくらい活性である、すなわち別の化合物に容易に失われる、好ましくは塩化t-ブチルと同じくらい活性な不安定なハロゲンを含有するヒドロカルビルハロゲン化物を意味する。有機一ハロゲン化物に加えて、上記に定義されるように活性である有機二ハロゲン化物、有機三ハロゲン化物、および他の多ハロゲン化物もまた好適に使用されることが理解される。好ましい活性非金属ハロゲン化物の例としては、塩化水素、臭化水素、塩化t-ブチル、臭化t-アミル、塩化アリル、塩化ベンジル、塩化クロチル、塩化メチルビニルカルビニル、臭化α-フェニルエチル、および塩化ジフェニルメチルなどが挙げられる。最も好ましいのは、塩化水素、塩化t-ブチル、塩化アリル、および塩化ベンジルである。
好適な金属ハロゲン化物としては、式MRy-aXaによって表されるものが挙げられ、式中、Mは、メンデレーエフの元素周期表のIIB、IIIA、またはIVA族の金属であり、Rは、一価有機ラジカルであり、Xは、ハロゲンであり、yは、Mの原子価に対応する値を有し、「a」は、1~yの値を有する。好ましい金属ハロゲン化物は、式AlR3-aのハロゲン化アルミニウムであり、式中、各Rは、独立して、アルキルなどのヒドロカルビルであり、Xは、ハロゲンであり、aは、1~3の数である。最も好ましいのは、セスキ塩化エチルアルミニウム、塩化ジエチルアルミニウム、二塩化エチルアルミニウム、および臭化ジエチルアルミニウムなどのハロゲン化アルキルアルミニウムであり、二塩化エチルアルミニウムが特に好ましい。あるいは、三塩化アルミニウムなどの金属ハロゲン化物、または三塩化アルミニウムとハロゲン化アルキルアルミニウムもしくはトリアルキルアルミニウム化合物との組み合わせが、好適に用いられ得る。
担持型触媒成分を調製する際の遷移金属成分として、従来のチーグラー・ナッタ遷移金属化合物のいずれも有用に用いることができる。典型的には、遷移金属成分は、IVB族、VB族、またはVIB族金属の化合物である。遷移金属成分は、概して、式:TrX’4-q(OR1)q、TrX’4-q(R2)q、VOX’、およびVO(OR)で表される。
Trは、IVB族、VB族、またはVIB族金属、好ましくはIVB族またはVB族金属、好ましくはチタン、バナジウムまたはジルコニウムであり、qは、0または4以下の数であり、X’は、ハロゲンであり、R1は、1~20個の炭素原子を有するアルキル基、アリール基、またはシクロアルキル基であり、R2は、アルキル基、アリール基、アラルキル基、置換アラルキルなどである。
アリール、アラルキル、および置換アラルキルは、1~20個の炭素原子、好ましくは1~10個の炭素原子を含有する。遷移金属化合物が、アルキル、シクロアルキル、アリール、またはアラルキル基であるヒドロカルビル基R2を含有する場合、ヒドロカルビル基は、金属炭素結合に対してベータ位にH原子を含有しないことが好ましい。例証的であるが非限定的なアラルキル基の例は、メチル、ネオペンチル、2,2-ジメチルブチル、2,2-ジメチルヘキシル、ベンジルなどのアリール基、1-ノルボルニルなどのシクロアルキル基である。必要に応じて、これらの遷移金属化合物の混合物を用いることができる。
遷移金属化合物の例示的な例としては、TiCl、TiBr、Ti(OCCl、Ti(OC)Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC13Cl、Ti(OC17Br、およびTi(OC1225)Cl、Ti(O-iC、およびTi(O-nCが挙げられる。バナジウム化合物の例示的な例としては、VCl、VOCl、VO(OC、およびVO(OCが挙げられる。ジルコニウム化合物の例示的な例としては、ZrCl、ZrCl(OC)、ZrCl(OC、ZrCl(OC、Zr(OC、ZrCl(OC)、ZrCl(OC、およびZrCl(OC)3が挙げられる。
無機酸化物担体を触媒の調製に使用してもよく、担体は、吸着水分を実質的に含まないように熱的または化学的に脱水された任意の粒状酸化物または混合酸化物であり得る。その教示が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第4,612,300号、同第4,314,912号、および同第4,547,475号を参照されたい。
上記の触媒系は、それを活性化助触媒に接触させること、もしくはそれを活性化助触媒と組み合わせることによって、または金属系オレフィン重合反応で使用するための当該技術分野で既知のものなどの活性化技法を使用することによって、触媒活性にすることができる。本明細書に使用するのに好適な活性化助触媒としては、アルキルアルミニウム、ポリマーまたはオリゴマーアルモキサン(アルミノキサンとしても知られる)、中性ルイス酸、および非ポリマー、非配位、イオン形成化合物(酸化条件下でのそのような化合物の使用を含む)が挙げられる。好適な活性化技法は、バルク電気分解である。前述の活性化助触媒および技法のうちの1つ以上の組み合わせもまた企図される。「アルキルアルミニウム」という用語は、モノアルキルアルミニウムジヒドリドもしくはモノアルキルアルミニウムジハライド、ジアルキルアルミニウムヒドリドもしくはジアルキルアルミニウムハライド、またはトリアルキルアルミニウムを意味する。アルミノキサンおよびそれらの調製は、例えば、米国特許第6,103,657号で知られている。好ましいポリマーまたはオリゴマーアルモキサンの例は、メチルアルモキサン、トリイソブチルアルミニウム変性メチルアルモキサン、およびイソブチルアルモキサンである。
例示的なルイス酸活性化助触媒は、本明細書に説明されるように1~3つのヒドロカルビル置換基を含有する第13族金属化合物である。いくつかの実施形では、例示的な第13族金属化合物は、トリ(ヒドロカルビル)-置換-アルミニウムまたはトリ(ヒドロカルビル)-ホウ素化合物である。いくつかの他の実施形態では、例示的な第13族金属化合物は、トリ(ヒドロカルビル)-置換-アルミニウムであり、またはトリ(ヒドロカルビル)-ホウ素化合物は、トリ((C~C10)アルキル)アルミニウムもしくはトリ((C~C18)アリール)ホウ素化合物、およびそれらのハロゲン化(過ハロゲン化を含む)誘導体である。いくつかの他の実施形態では、例示的な第13族金属化合物は、トリス(フルオロ置換フェニル)ボラン、他の実施形態では、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランである。いくつかの実施形態では、活性化助触媒は、トリス((C~C20)ヒドロカルビル)ボレート(例えばトリチルテトラフルオロボレート)またはトリ((C~C20)ヒドロカルビル)アンモニウムテトラ((C~C20)ヒドロカルビル)ボラン(例えば、ビス(オクタデシル)メチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラン)である。本明細書で使用される場合、「アンモニウム」という用語は、((C~C20)ヒドロカルビル)、((C~C20)ヒドロカルビル)N(H)、((C~C20)ヒドロカルビル)N(H) 、(C~C20)ヒドロカルビルN(H) 、またはN(H) である窒素カチオンを意味し、ここで各(C~C20)ヒドロカルビルは、同一であっても異なっていてもよい。
中性ルイス酸活性化助触媒の例示的な組み合わせとしては、トリ((C~C)アルキル)アルミニウムとハロゲン化トリ((C~C18)アリール)ホウ素化合物、特にトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランとの組み合わせを含む混合物が挙げられる。他の例示的な実施形態は、そのような中性ルイス酸混合物とポリマーまたはオリゴマーアルモキサンとの組み合わせ、および単一の中性ルイス酸、特にトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランとポリマーまたはオリゴマーアルモキサンとの組み合わせである。(金属-配位子錯体):(トリス(ペンタフルオロ-フェニルボラン):(アルモキサン)[例えば(第4族金属-配位子錯体):(トリス(ペンタフルオロ-フェニルボラン):(アルモキサン)])の例示的な実施形態のモル数比は、1:1:1~1:10:30であり、他の例示的な実施形態は、1:1:1.5~1:5:10である。
以下の米国特許:US5,064,802、US5,153,157、US5,296,433、US5,321,106、US5,350,723、US5,425,872、US5,625,087、US5,721,185、US5,783,512、US5,883,204、US5,919,983、US6,696,379、およびUS7,163,907には、異なる金属-配位子錯体に関して多くの活性化助触媒および活性化技法が既に教示されている。好適なヒドロカルビルオキシドの例は、US5,296,433に開示されている。付加重合触媒に好適なブレンステッド酸塩の例は、US5,064,802、US5,919,983、US5,783,512に開示されている。付加重合触媒用の活性化助触媒としてのカチオン性酸化剤および非配位性の相溶性アニオンの好適な塩の例は、US5,321,106に開示されている。付加重合触媒用の活性化助触媒としての好適なカルベニウム塩の例は、US5,350,723に開示されている。付加重合触媒用の活性化助触媒としての好適なシリリウム塩の例は、US5,625,087に開示されている。アルコール、メルカプタン、シラノール、およびオキシムとトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランとの好適な錯体の例は、US5,296,433に開示されている。これらの触媒のいくつかはまた、US6,515,155(B1)の一部、第50欄の第39行から第56欄の第55行までに説明されており、その一部のみが参照により本明細書に組み込まれる。
いくつかの実施形態では、カチオン形成助触媒、強ルイス酸、またはそれらの組み合わせなどの1つ以上の助触媒と組み合わせることによって、上記の触媒系を活性化して活性触媒組成物を形成することができる。使用に好適な助触媒は、ポリマーまたはオリゴマーアルミノキサン、特にメチルアルミノキサン、および不活性、相溶性、非配位性、イオン形成化合物を含む。例示的な好適な助触媒としては、変性メチルアルミノキサン(MMAO)、ビス(水素化タローアルキル)メチル、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(1-)アミン、トリエチルアルミニウム(TEA)、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
いくつかの実施形態では、前述の活性化助触媒のうちの1つ以上は、互いに組み合わせて使用される。一実施形態では、トリ((C~C)ヒドロカルビル)アルミニウム、トリ((C~C)ヒドロカルビル)ボラン、またはホウ酸アンモニウムの混合物とオリゴマーまたはポリマーアルモキサン化合物との組み合わせを使用することができる。
上述のように、第1の組成物に加えて、第1の表面層はまた、0.890~0.925g/ccの密度および0.2~2g/10分のメルトインデックス(I)を有するエチレン系ポリマーを含む第2の組成物も含む。1つ以上の実施形態では、第2の組成物は、エチレンインターポリマー、または具体的にはエチレン/α-オレフィンコポリマーを含み、α-オレフィンコモノマーは、3~10個の炭素原子、または3~8個の炭素原子を有し得る。例示的なα-オレフィンコモノマーとしては、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセン、および4-メチル-1-ペンテンが挙げられるが、これらに限定されない。エチレン系ポリマーは、1つ以上のα-オレフィンコモノマーに由来する20重量パーセント未満の単位を含み得る。
第2の組成物を生成するための様々なメカニズムが企図される。例えば、第2の組成物は、チーグラー・ナッタ触媒、フィリップス触媒、メタロセン触媒、ポストメタロセン触媒、拘束幾何錯体(CGC)触媒、またはビフェニルフェノール(BPP)錯体触媒などの1種以上の触媒の存在下で、エチレンと1種以上のα-オレフィンコモノマーとの重合から生成され得る。一実施形態では、第2の組成物は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,272,236号、米国特許第5,278,272号、米国特許第6,812,289号、およびWO93/08221に開示されているような、1つ以上のCGC触媒から生成される。さらなる実施形態では、第2の組成物は、粘着防止剤、スリップ剤、またはそれらの両方を含み得る。
さらなる実施形態では、第1の表面層の第2の組成物は、0.900~0.925g/cc、または0.900~0.910g/ccの密度を有し得る。他の実施形態では、第2の組成物は、0.5~2g/10分、または0.8~1.2g/10分のメルトインデックス(I)を有し得る。1つ以上の実施形態では、第2の組成物は、ポリオレフィンプラストマー、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)ポリマー、またはそれらの組み合わせである。The Dow Chemical Company(Midland、MI)から入手可能なポリオレフィンプラストマーであるAFFINITY(商標)PL 1881Gなど、様々な市販製品が第2の組成物に好適であると考えられる。理論に縛られることなく、ポリオレフィンプラストマーは、ラミネートシーラントフィルムのシーラント層において特に好適である。
第1の表面層における第1の組成物および第2の組成物の組み合わせについてもまた様々な量が企図される。1つ以上の実施形態では、第1の表面層は、30~90重量%、または50~85重量%、または50~70重量%、または70~90重量%の第1の組成物を含む。さらに、第1の表面層は、10~70重量%、または15~50重量%、または10~20重量%、または30~50重量%の第2の組成物を含む。
さらに、多層ポリオレフィンフィルムはまた、第1の組成物を有する第1の中間層も含む。第1の組成物に加えて、第1の中間層は、他のエチレン系ポリマーを含んでもよい。
第1の中間層における第1の組成物についてもまた様々な量が企図される。1つ以上の実施形態では、第1の中間層は、少なくとも40重量%、または少なくとも50重量%の第1の組成物を含み得る。さらに、第1の中間層は、50~95重量%、または60~95重量%、または55~90重量%、または55~70重量%、または80~90重量%の第1の組成物を含み得る。LDPEを含む実施形態では、第1の中間層は、5~40重量%、または5~20重量%、または10~20重量%のLDPEを含み得る。
ラミネートの実施形態では、第1の中間層は、第1の組成物と組み合わせて高密度ポリエチレン(HDPE)をさらに含む。HDPEは、0.950~0.965g/ccの密度および0.1~1.3g/10分のメルトインデックス(I)を有する。さらなる実施形態では、HDPEは、0.955~0.965g/cc、または0.960~0.965g/ccの密度を有し得る。さらなる実施形態では、メルトインデックス(I)は、0.5~1.0g/10分であり得る。
チーグラー・ナッタ触媒、フィリップス触媒、メタロセン触媒、ポストメタロセン触媒、CGC触媒、BPP錯体触媒などの1種以上の触媒の存在下で、エチレンと1種以上のα-オレフィンコモノマーとの重合から生成されるポリエチレンコポリマー、HDPEを生成するために様々な方法が企図される。特定の実施形態では、HDPEはメタロセン触媒から生成され得る。α-オレフィンコモノマーは、C~C12オレフィンモノマーを含むことができる。一実施形態では、HDPE中のα-オレフィンコモノマーは、1-オクテンである。例えば、The Dow Chemical Company(Midland、MI)製のELITE(商標)5960Gなど、様々な市販のHDPE製品が好適であると考えられる。
追加の樹脂または添加剤が、第1の中間層について企図される。例えば、第1の中間層は、粘着防止剤、スリップ剤、またはそれの両方を含み得る。種々の量のHDPEが第1中間層内に企図される。例えば、第1の中間層は、40~80重量%の第1の組成物、および20~60重量%のHDPEを含み得る。
本多層ポリオレフィンフィルムは、モノフィルムおよびラミネートにおいて利用し得る。例えば、多層ポリオレフィンフィルムは、少なくとも3つの層を含むモノフィルムの一部であり得る。当業者によく知られているように、フィルムは、図5の5層フィルムまたは7層フィルムなどのように、3層を超える層を有することが好適であると考えられている。図5に示すように、7層の多層ポリオレフィンフィルム10は、第1の表面層A、第1の中間層C、4つの第2の中間層B、および第2の表面層Dを含む。
さらに、多層ポリオレフィンフィルムはまた、上記の密度範囲およびメルトインデックス(I)範囲を有するHDPEを含む第2の中間層も含み得る。1つ以上の実施形態では、第2の中間層は、少なくとも95重量%のHDPE、または少なくとも99重量%のHDPE、または100重量%のHDPEを含み得る。図5の7層構造体は複数の第2の中間層を示しているが、さらなる実施形態では、単一の第2の中間層のみが存在し得ることが企図される。
さらに、図5に示すように、多層ポリオレフィンフィルムは、第2の表面層Dを含み得る。第2の表面層Dは、0.880~0.920g/ccの密度および0.1~5g/10分のメルトインデックス(I)を有する直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)を含み得る。他の実施形態では、第2の表面層DのLLDPEは、0.890~0.910g/ccの密度を有し得る。さらに、LLDPEのメルトインデックス(I)は、0.5~2g/10分、または0.75~1.5g/10分であり得る。
追加の実施形態では、多層ポリオレフィンフィルムは、0.915~0.930g/cc、または0.915g/cc~0.925g/ccの密度を有するLDPEを含み得る。さらに、LDPEのメルトインデックス(I)は、1.0~5.0g/10分、または1.0~3.0g/10分、または1.5~2.5g/10分、または1.5~2.0g/10分であり得る。さらに、LDPEは、3~10の分子量分布(MWD)を有し得る。例えば、The Dow Chemical Company(Midland、MI)から入手可能なAGILITY(商標)1021など、様々な市販のLDPE製品が好適であると考えられる。
HDPEと同様に、LLDPEを生成するための様々な方法論が企図される。LLDPEは、チーグラー・ナッタ触媒、メタロセン触媒、ポストメタロセン触媒、またはCGC触媒などの1種以上の触媒の存在下で、エチレンと1種以上のα-オレフィンコモノマーとの重合から生成されるポリエチレンコポリマーである。The Dow Chemical Company(Midland、MI)から市販されているAFFINITY(商標)PF 1146Gなど、様々な市販のLLDPE製品が好適であると考えられる。
上記のモノフィルムの成分に加えて、他のポリマー添加剤には、紫外線吸収剤、帯電防止剤、顔料、染料、成核剤、充填剤、スリップ剤、難燃剤、可塑剤、加工助剤、潤滑剤、安定剤、発煙抑制剤、粘度調整剤および粘着防止剤などが含まれ得る。特定の実施形態では、スリップ剤、粘着防止剤、またはそれらの両方を含み得る。
図6を参照すると、多層ポリオレフィンフィルムを含むラミネート20が示されている。図6のラミネート20の実施形態では、多層ポリオレフィンフィルム22はシーラントフィルムであり、多層ポリオレフィンフィルム22にラミネートされた第2の多層ポリオレフィンフィルム24は印刷フィルムである。多層ポリオレフィンフィルム22および第2の多層ポリオレフィンフィルム24はそれぞれ3層構造体である。しかしながら、各フィルムの層の数は変動し得ると企図される。
図6に示すように、第1の組成物および第2の組成物を含む第1の表面層Aは、シーラントフィルムのシーラント層である。第1の組成物も含む第1の中間層Cは、ラミネート22において使用される接着剤28と接触する。上記のように、第1の中間層CはHDPEを含み得る。任意選択的に、第1の表面層Aおよび第1の中間層Cは、粘着防止剤、スリップ剤、またはそれらの両方を含み得る。さらに示されるように、シーラントフィルム22はまた、HDPEおよび任意選択的に粘着防止剤、スリップ剤、TiOなどの顔料、およびそれらの組み合わせを含む第2の中間層Bを含み得る。
再び図6を参照すると、第2の多層ポリオレフィンフィルム24は、1つ以上の実施形態におけるラミネートの印刷フィルムである。様々なエチレン系ポリマーが企図される。例えば、印刷フィルム24は、1つ以上の層おいてHDPEを含み得る。一実施形態では、ラミネート20の剛性を増加するために、中間層EにおいてHDPEが含まれる。さらに、印刷フィルム24は、1つ以上の層において第1の組成物を含み得る。一実施形態では、第1の組成物は、印刷フィルム24の印刷層であり、ひいてはその上に印刷されるインク26と接触する、層Dに存在し得る。さらに、印刷フィルム24は、LLDPEを含む表面層Fを含み得る。好適な例には、The Dow Chemical Company(Midland、MI)から市販されているDOWLEX(商標)5075Gが含まれ得る。
上記のモノフィルムの成分に加えて、他のポリマー添加剤には、紫外線吸収剤、帯電防止剤、顔料、染料、成核剤、充填剤、スリップ剤、難燃剤、可塑剤、加工助剤、潤滑剤、安定剤、発煙抑制剤、粘度調整剤および粘着防止剤などが含まれ得る。特定の実施形態では、スリップ剤、粘着防止剤、またはそれらの両方が、印刷フィルムおよび/またはシーラントフィルムの1つ以上のポリマーと共に含まれ得る。
任意選択的に、印刷フィルムの層は、粘着防止剤、スリップ剤、またはそれらの両方を含み得る。
様々な厚さがラミネート20に好適であると考えられる。例えば、シーラントフィルム22は、30~125μmの全厚を有し得る。シーラントフィルム22は、それぞれ、層A、B、およびCの層厚による比によって画定され得る。例えば、1:1:1~1:5:1、または1:3:1など、様々な比が企図される。印刷フィルム24は、20~60μmの全厚を有し得る。印刷フィルム24は、それぞれ、層D、E、およびFの層厚による比によって画定され得る。例えば、1:1:1~1:5:1など、様々な比が企図される。
フィルム、ラミネート、および可撓性包装を生成する方法
様々な方法論が、印刷フィルム、およびシーラントフィルムを生成するために企図される。例えば、多層印刷フィルムは、キャストフィルム押出、またはインフレーションフィルム押出によって調製され得る。同様に、多層シーラントフィルムもまた、キャストフィルム押出、またはインフレーションフィルム押出によって調製され得る。
本明細書に説明される多層インフレーションフィルムは、様々な技法によって作製することができる。例えば、多層インフレーションフィルムを作製する方法は、米国特許第6,521,338号(Maka)において説明され、その特許の全体が参照により本明細書に組み込まれる。例えば、いくつかの実施形態では、多層インフレーションフィルムは、押出機内で内層組成物を第1の外層組成物および第2の外層組成物と共押出して、内層、第1の外層、および第2の外層を有する管を形成し、この管を冷却して多層インフレーションフィルムを形成することによって作製することができる。
本明細書に説明される実施形態では、多層インフレーションフィルムは、0.3~5ミルの厚さを有し得る。例えば、多層インフレーションフィルムは、下限の0.3ミル、0.5ミル、0.7ミル、1.0ミル、1.75ミル、および2.0ミル~上限の3.0ミル、4.0ミル、または5.0ミルの厚さを有し得る。
印刷フィルムをインフレーションまたはキャストした後、印刷フィルムに印刷プロセスが行われる場合がある。様々な印刷プロセスが、キャストまたはインフレーション印刷フィルムに好適であると考えられている。これらの印刷プロセスには、輪転グラビア印刷、フレキソ印刷、およびオフセット印刷が含まれるが、これらに限定されない。
当業者によく知られている様々な方法論もまた、印刷フィルムおよびシーラントフィルムをラミネートして本ラミネート構造体を生成するのに好適であると考えられている。
ラミネートフィルムは、押出コーティング/ラミネーションまたは接着剤ラミネーションのいずれかによって調製され得る。押出コーティングまたはラミネーションは、包装材料を生成するための技法である。キャストフィルムと同様に、押出コーティングはフラットダイ技法である。フィルムは、例えば、米国特許第4,339,507号に説明されているプロセスに従って、単層または共押出押出物のいずれかの形態で基材上に押出コーティングされ得る。複数の押出機を利用するか、様々な基材を押出コーティングシステムに数回通すことにより、それぞれバリア、靭性、または改善されたホットタックもしくはヒートシール性など、何らかの性能属性を提供する複数のポリマー層を得ることができる。
以下は、接着剤ラミネーションを形成する手順の例示である。既知の厚さ(例えば、48ミクロン)の外部フィルム(ラミネーション基材)は、溶剤系(もしくは無溶剤)または水系接着剤が20~50%固形で1リームあたり約0.5~3ポンドのコート重量で塗布されるコーティングデッキを通る。接着剤が塗布された後、ウェブは乾燥のためにオーブンを通過し(必要な場合)、次いで、少なくとも加熱されたスチールロールおよびゴムロール(他の構成もまた存在し得る)を含むラミネーターに移動する。コーティングされた外部フィルムの裏面を、高温のスチールロールと接触させる。その間、内部フィルムを約38~42ダインまでコロナ処理する。フィルムのコロナ処理された面は、ゴムロールと加熱されたスチールロールとの間に進入して2つの基材が組み合わされると、外部基材の接着面と接触する。得られたラミネート構造体は巻き戻しシステムに巻き付けられ、最終ラミネートを形成する。
あるいは、様々な追加のプロセスを使用して、ラミネート構造体から可撓性包装を生成してもよい。これらには、ヒートシールまたは当業者によく知られている他のプロセスが含まれ得る。
試験方法
試験方法は、以下を含む。
メルトインデックス(I
メルトインデックス(I)を、ASTM D-1238に従って、2.16kg、190℃で測定した。メルトインデックス(I10)を、ASTM D-1238に従って、10kg、190℃で測定した。値を、10分あたりに溶出したグラムに対応する、g/10分で報告する。
密度
密度測定用の試料を、ASTM D4703に従って調製し、グラム/立方センチメートル(g/ccまたはg/cm)で報告した。測定は、ASTM D792、方法Bを用いて、試料圧縮の1時間以内に行った。
シール強度
シールを引き離すために必要とされる力を、「シール強度」(「ヒートシール強度」しても既知)と称する。シール強度を、ASTM F88-94に従って測定する。シール強度を、周囲条件で測定する。
ピーク融点
ピーク融点は、フィルムが毎分10℃の速度で-40℃の温度に冷却する前に230℃で3分間調整される、示差走査熱量計(DSC)によって決定する。フィルムを-40℃で3分間保持した後、フィルムを毎分10℃の速度で200℃に加熱する。
動的せん断レオロジー
各試料を、空気中で、10MPaの圧力下で、5分間、177℃で「厚さ3mm×直径25mm」の円形プラークに圧縮成形した。次いで、試料を圧縮機から取り出し、カウンターに配置して、冷却した。
窒素パージ下で、25mm平行プレートを備えたARES歪み制御レオメーター(TA Instruments)で、一定温度周波数掃引測定を行った。各測定について、ギャップをゼロにする前に、レオメーターを少なくとも30分間熱的に平衡化した。試料ディスクをプレート上に置き、190℃で5分間溶融させた。次にプレートを2mmまで閉じ、試料をトリミングし、次いで試験を開始した。この方法は、温度平衡を可能にするために、さらに5分間の遅延が組み込まれた。本実験は、190℃で、1ディケードあたり5点間隔で0.1~100ラジアン/秒の周波数範囲にわたって実施した。歪み振幅は10%で一定であった。振幅および相に関して、応力応答を分析し、そこから貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G’’)、複素弾性率(G*)、動的粘度(η*またはEta*)、およびtanδ(タンデルタ)を計算した。
従来のゲル浸透クロマトグラフィー(従来のGPC)
PolymerChar(Valencia、Spain)からのGPC-IR高温クロマトグラフィーシステムには、Precision Detectors(Amherst、MA)の2角度レーザー光散乱検出器モデル2040と、ともにPolymerCharからのIR5赤外線検出器および4毛細管粘度計とが備わっていた。データ収集は、PolymerChar Instrument Controlソフトウェアおよびデータ収集インターフェースを使用して実施した。このシステムには、Agilent Technologies(Santa Clara、CA)からのオンラインの溶媒脱ガスデバイスおよびポンプシステムが備わっていた。
注入温度を摂氏150度に制御した。使用したカラムは、Polymer Laboratories(Shropshire、UK)からの3つの10ミクロン「Mixed-B」カラムであった。使用した溶媒は1,2,4-トリクロロベンゼンであった。試料は、「50ミリリットルの溶媒中0.1グラムのポリマー」の濃度で調製した。クロマトグラフィー溶媒および試料調製溶媒はそれぞれ、「200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)」を含有した。両溶媒源を窒素スパージした。エチレン系ポリマー試料を摂氏160度で3時間静かに撹拌した。注入容量は、「200マイクロリットル」であり、流速は、「1ミリリットル/分」であった。GPCカラムセットは、21の「狭い分子量分布」ポリスチレン標準を実行することによって較正した。標準品の分子量(MW)は、580~8,400,000g/モルの範囲であり、標準品を6つの「カクテル」混合物に含有させた。各標準混合物には、個々の分子量間で少なくとも10の分離があった。標準混合物は、Polymer Laboratoriesから購入した。ポリスチレン標準品は、1,000,000g/モル以上の分子量について「50mLの溶媒中0.025g」、および1,000,000g/モル未満の分子量について「50mLの溶媒中0.050g」で調製した。
ポリスチレン標準品を、30分間、静かに撹拌しながら80℃で溶解した。分解を最小限に抑えるために、まず、狭い標準混合物を、「最高分子量成分」から低い方へ順番に流した。ポリスチレン標準ピーク分子量を、(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Letters,6,621(1968)に説明されるように)等式1:
Mpolyethylene=A×(Mpolystyrene)(等式1)を使用してポリエチレン分子量に変換し、
式中、Mは、分子量であり、Aは、0.4316に等しく、Bは、1.0に等しい。
数平均分子量(Mn(従来のgpc))、重量平均分子量(Mw-従来のgpc)、およびz平均分子量(Mz(従来のgpc))を、以下の等式2~4に従って計算した。
等式2~4において、RVは、「1秒あたり1点」で収集されたカラム保持容積(直線的に離間される)であり、IRは、GPC計器のIR5測定チャネルからの、ベースライン減算IR検出器信号(ボルト単位)であり、MPEは、等式1から決定されたポリエチレン当量MWである。データ計算は、PolymerCharからの「GPC Oneソフトウェア(バージョン2.013H)」を使用して実施した。
クリープゼロせん断粘度測定法
ゼロせん断粘度は、190℃で、「直径25mm」の平行プレートを使用してAR-G2応力制御レオメーター(TA Instruments、New Castle、Del)上で行ったクリープ試験により得た。固定具をゼロにする前に、レオメーターオーブンを少なくとも30分間試験温度に設定した。その試験温度で、圧縮成形された試料ディスクをプレート間に挿入し、5分間平衡させた。次いで、上側プレートを所望の試験間隙(1.5mm)を超えて50μm(機器設定)まで下げた。余分な材料をトリミングして除去し、上側プレートを所望の間隙まで下げた。測定は、5L/分の流速で、窒素パージ下で行った。デフォルトのクリープ時間を2時間に設定した。各試料は、空気中で、10MPaの圧力下で、5分間、177℃で「厚さ2mm×直径25mm」の円形プラークに圧縮成形した。次いで、試料を圧縮機から取り出し、カウンターに配置して、冷却した。
定常状態のせん断速度がニュートン領域になるように十分な低さであることを確実にするために、試料のすべてに20Paの一定の低せん断応力を加えた。得られた定常状態のせん断速度は、この試験における試料については10-3~10-4-1の範囲であった。定常状態は、「log(J(t))対log(t)」(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%の時間窓内のすべてのデータについて直線回帰を取ることによって決定した。直線回帰の傾きが0.97を超える場合、定常状態に達したとみなし、次いでクリープ試験を停止した。この試験におけるすべての場合において、傾きは、1時間以内に基準を満たす。定常状態のせん断速度は、「ε対t」(εは歪みである)のプロットの最後の10%の時間窓におけるすべてのデータ点の直線回帰の傾きから決定した。ゼロせん断粘度は、加えられた応力と定常状態のせん断速度の比から決定した。
クリープ試験中に試料が劣化しているかどうかを決定するために、同一の試料についてクリープ試験の前後に0.1~100ラジアン/秒で小振幅振動せん断試験を実施した。2つの試験の複素粘度値を比較した。0.1ラジアン/秒における粘度値の差が5%を超える場合、クリープ試験中に試料は劣化したとみなされ、結果を廃棄した。
ゼロせん断粘度比(ZSVR)は、以下の等式5に従って当量平均分子量(Mw(従来のgpc))における分岐ポリエチレン材料のゼロせん断粘度(ZSV)対直鎖状ポリエチレン材料のZSVの比として定義される(下記のANTECの議事録を参照):
ZSVR値は、上記の方法により190℃でのクリープ試験から得た。Mw(従来のgpc)値は、上述のように、従来のGPC法(等式3)によって決定した。直鎖状ポリエチレンのZSVとそのMw(従来のgpc)との間の相関は、一連の直鎖状ポリエチレン参照材料に基づいて確立された。ZSV-Mwの関係についての説明は、ANTECの議事録:Karjalaら、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。
H NMR法
原液(3.26g)を10mmのNMR管中の「0.133gのポリマー試料」に添加した。原液は、テトラクロロエタン-d(TCE)およびペルクロロエチレン(50:50、w:w)と0.001MのCr3+との混合物であった。管内の溶液を5分間Nでパージして酸素量を減らした。蓋をした試料管を室温で一晩放置してポリマー試料を膨潤させた。試料を110℃で周期的にボルテックスを混合しながら溶解した。試料は、不飽和の一因となり得る添加剤、例えばエルカミドなどのスリップ剤を含まなかった。各H NMR分析は、Bruker AVANCE 400MHz分光計で120℃において10mmの凍結プローブを用いて実行した。
2つの実験、すなわち対照実験および二重前飽和実験を実行して不飽和を得た。対照実験では、データをLB=1Hzの指数窓関数で処理し、ベースラインを7~-2ppmに補正した。TCEの残留Hからの信号を100に設定し、対照実験において全ポリマーからの信号として-0.5~3ppmの積分値I合計を使用した。ポリマー中の「CH基の数、NCH」を、等式1Aにおいて以下のように計算した:
NCH=I合計/2(等式1A)。
二重前飽和実験では、データをLB=1Hzの指数窓関数で処理し、ベースラインを約6.6から4.5ppmに補正した。TCEの残留Hからの信号を100に設定し、不飽和についての対応する積分(Iビニレン、Iトリ置換、Iビニル、およびIビニリデン)を積分した。ポリエチレン不飽和を決定するためにNMR分光法を使用することは周知であり、例えば、Busico,V.,et al.,Macromolecules,2005,38,6988を参照されたい。ビニレン、トリ置換、ビニル、およびビニリデンの不飽和単位の数を、以下のように計算した:
ビニレン=Iビニレン/2(等式2A)、
トリ置換=Iトリ置換(等式3A)、
ビニル=Iビニル/2(等式4A)、
ビニリデン=Iビニリデン/2(等式5A)。
炭素1,000個あたりの不飽和単位、主鎖炭素および分岐炭素を含むすべてのポリマー炭素を、以下のように計算した:
ビニレン/1,000C=(Nビニレン/NCH)*1,000(等式6A)、
トリ置換/1,000C=(Nトリ置換/NCH)*1,000(等式7A)、
ビニル/1,000C=(Nビニル/NCH)*1,000(等式8A)、
ビニリデン/1,000C=(Nビニリデン/NCH)*1,000(等式9A)。
TCE-d2からの残留プロトンからのH信号について化学シフト基準を6.0ppmに設定した。対照実験は、ZGパルス、NS=4、DS=12、SWH=10,000Hz、AQ=1.64秒、D1=14秒で実行した。二重前飽和実験は、修正されたパルスシーケンス、O1P=1.354ppm、O2P=0.960ppm、PL9=57db、PL21=70db、NS=100、DS=4、SWH=10,000Hz、AQ=1.64秒、D1=1秒(D1は前飽和時間)、D13=13秒を用いて実行した。以下の表2にはビニルレベルのみを報告した。
13C NMR法
試料は、0.025MのCr(AcAc)を含有するテトラ-クロロエタン-d2/オルトジクロロベンゼンの50/50(重量基準)混合物およそ3gを、10mmのNMRチューブ中の「ポリマー試料0.25g」に添加することによって、調製する。窒素で管ヘッドスペースをパージすることにより、試料から酸素を除去する。次いで、加熱ブロックおよびヒートガンを使用して、管およびその内容物を約150℃に加熱することにより、試料を、溶解し、均質化する。各溶解試料を目視検査して均質性を確認する。
すべてのデータは、Bruker 400MHz分光計を用いて収集する。データは、6秒パルス繰り返し遅延、90度フリップ角、および120℃の試料温度を用いた逆ゲート付きデカップリングを使用して収集する。すべての測定はロックモードの非回転試料について行う。試料はデータ収集前に7分間熱平衡化させる。13C NMR化学シフトは30.0ppmでのEEEトライアドを内部参照とした。
C13 NMRコモノマー含有量:ポリマー組成物を決定するためにNMR分光法を使用することはよく知られている。ASTM D 5017-96;J.C.Randall et al.,”NMR and Macromolecules”ACS Symposium series 247;J.C.Randall,Ed.,Am.Chem.Soc.,Washington,D.C.,1984,Ch.9、およびJ.C.Randall”Polymer Sequence Determination”,Academic Press,New York(1977)は、NMR分光法によるポリマー分析の一般的な方法を提供する。
分子量コモノマー分布指数(MWCDI)
PolymerChar(Valencia、Spain)のGPC-IR高温クロマトグラフィーシステムには、精密検出器(Amherst、MA)2角度レーザー光散乱検出器モデル2040、ならびにIR5赤外線検出器(GPC-IR)および4毛細管粘度計(いずれもPolymerChar)が備えられていた。光散乱検出器の「15度の角度」を計算目的に使用した。データ収集は、PolymerChar Instrument Controlソフトウェアおよびデータ収集インターフェースを使用して実施した。このシステムには、Agilent Technologies(Santa Clara、CA)からのオンラインの溶媒脱ガスデバイスおよびポンプシステムが備わっていた。
注入温度を摂氏150度に制御した。使用されたカラムは、Polymer Laboratories(Shropshire、UK)の4つの20ミクロンの「混合-A」光散乱カラムであった。溶媒は1,2,4-トリクロロベンゼンであった。試料は、「50ミリリットルの溶媒中0.1グラムのポリマー」の濃度で調製した。クロマトグラフィー溶媒および試料調製溶媒はそれぞれ、「200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)」を含有した。両溶媒源を窒素スパージした。エチレン系ポリマー試料を摂氏160度で3時間穏やかに撹拌した。注入量は「200マイクロリットル」であり、流速は「1ミリリットル/分」であった。
GPCカラムセットの較正は、580~8,400,000g/モルの範囲の分子量を有する、21の「狭い分子量分布」のポリスチレン標準で実施した。これらの標準は、個々の分子量間に少なくとも一桁の間隔を置いて、6つの「カクテル」混合物中に配置した。標準はPolymer Laboratories(Shropshire UK)から購入した。1,000,000g/モル以上の分子量については「50ミリリットルの溶媒中に0.025グラム」で、また、1,000,000g/モル未満の分子量については「50ミリリットルの溶媒中に0.050グラム」でポリスチレン標準を調製した。ポリスチレン標準を穏やかに撹拌しながら摂氏80度で30分間溶解した。分解を最小限に抑えるために、まず、狭い標準混合物を流し、「最高分子量成分」から低い方へ順番に流した。ポリスチレン標準ピーク分子量を、(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に説明されるように)等式1B:
Mポリエチレン=A×(Mポリスチレン)(等式1B)を使用してポリエチレン分子量に変換し、
式中、Mは、分子量であり、Aは、およそ0.40の値を有し、Bは、1.0に等しい。NBS1475A(NIST)直鎖状ポリエチレンの重量平均分子量が以下の等式3Bによって計算される場合、52,000g/モルに相当するように、A値を0.385~0.425の間で調節した(特定のカラムセット効率に依存する)。
等式2Bおよび3Bにおいて、RVは、「1秒あたり1点」で収集されたカラム保持容積(直線的に離間される)である。IRは、GPC計器の測定チャネルからの、ベースライン減算IR検出器信号(ボルト単位)であり、MPEは、等式1Bから決定されたポリエチレン当量MWである。データ計算は、PolymerCharからの「GPC Oneソフトウェア(バージョン2.013H)」を使用して実施した。
IR5検出器比の較正は、ホモポリマー(0SCB/総炭素数1000個)からおよそ50SCB/総炭素数1000個(ここで、総炭素数=主鎖中の炭素+分岐中の炭素)までの範囲の既知の短鎖分岐(SCB)頻度(上述のように、13C NMR法で測定される)の少なくとも10個のエチレン系ポリマー標準(ポリエチレンホモポリマーおよびエチレン/オクテンコポリマー、狭い分子量分布および均一コモノマー分布)を使用して、実施した。各標準は、上述したGPC-LALS処理法によって決定された36,000g/モル~126,000g/モルの重量平均分子量を有していた。各標準は、上述したGPC-LALS処理法によって決定された2.0~2.5の分子量分布(Mw/Mn)を有していた。SCB標準のポリマー特性を表Aに示す。
「IR5メチルチャネルセンサのベースライン減算領域応答」対「IR5測定チャネルセンサのベースライン減算領域応答」の「IR5領域比(または「IR5メチルチャネル領域/IR5測定チャネル領域」)」(PolymerCharによって供給される標準フィルタおよびフィルタホイール:部品番号IR5_FWM01をGPC-IR機器の一部として含む)を、「SCB」標準の各々について計算した。SCB頻度対「IR5領域比」の直線近似を、以下の等式4Bの形態で構築した。
SCB/総炭素数1000個=A+[A×(IR5メチルチャネル領域/IR5測定チャネル領域)](等式4B)、式中、Aは、ゼロの「IR5領域比」における「SCB/総炭素数1000個」の切片であり、Aは、「SCB/総炭素数1000個」対「IR5領域比」の傾きであり、「IR5領域比」の関数としての「SCB/総炭素数1000個」における増加を表す。
「IR5メチルチャネルセンサ」によって生成されたクロマトグラムについての一連の「直線的なベースラインを減算クロマトグラフィー高さ」を、カラム溶出体積の関数として確立して、ベースライン補正クロマトグラム(メチルチャネル)を生成した。「IR5測定チャネル」によって生成されたクロマトグラムについての一連の「直線的なベースラインを減算クロマトグラフィー高さ」を、カラム溶出体積の関数として確立して、ベースライン補正クロマトグラム(測定チャネル)を生成した。
「ベースライン補正クロマトグラム(メチルチャネル)」対「ベースライン補正クロマトグラム(測定チャネル)」の「IR5高さ比」は、試料積分境界にわたって各カラム溶出体積指数(各々等間隔で離間された指数、1ml/分の溶出における1秒あたり1データ点を表す)において計算した。「IR5高さ比」に係数Aを掛け、係数Aをこの結果に加えて、試料の予測SCB頻度を得た。以下の等式5Bのように、結果をモルパーセントコモノマーに変換した。
モルパーセントコモノマー={SCB/[SCB+((1000-SCB*コモノマーの長さ)/2)]}*100(等式5B)
式中、「SCB」は、「総炭素数1000個あたりのSCB」であり、「コモノマーの長さ」=オクテンの場合8、ヘキセンの場合6などである。
Williams and Wardの方法(上記、等式1B)を使用して、各溶出体積指数を分子量値(Mw)に変換した。「モルパーセントコモノマー(y軸)」は、Log(Mw)の関数としてプロットされ、傾きは、15,000のMw~150,000g/モルのMwで計算された(鎖末端に対する末端基の補正はこの計算では省略された)。EXCEL直線回帰を使用して、15,000~150,000g/モルの間(境界値を含む)のMwの傾きを計算した。この傾きは、分子量コモノマー分布指数(MWCDI=分子量コモノマー分布指数)として定義される。
MWCDIの代表的な決定
MWCDIの決定を例示するために、MWCDIの代表的な決定を試料組成物について提供する。測定された「総炭素数1000個あたりのSCB(=SCB)」対SCB標準の観察された「IR5領域比」のプロットを生成し(図1を参照)、切片(A)および傾き(A)を決定した。ここで、A=-90.246SCB/総炭素数1000個、A=499.32SCB/総炭素数1000個。
試料組成物について「IR5高さ比」を決定した(図2に示した積分を参照)。上記のように、この高さ比(試料組成物のIR5高さ比)に係数Aを掛け、その結果に係数Aを足して、各溶出体積指数において、この実施例の予測SCB頻度を得た(A=-90.246SCB/総炭素数1000個、およびA=499.32SCB/総炭素数1000個)。SCBを、上述のように、等式1Bを使用して決定されたポリエチレン当量分子量の関数としてプロットした。図3を参照されたい(Log Mwiをx軸として使用した)。
SCBを、等式5Bにより「モルパーセントコモノマー」に変換した。「モルパーセントコモノマー」を、上述のように、等式1Bを使用して決定されたポリエチレン当量分子量の関数としてプロットした。図4を参照されたい(Log Mwiをx軸として使用した)。直線近似は15,000g/モルのMwiから150,000g/モルのMwiまでであり、「2.27モルパーセントコモノマー×モル/g」の傾きが得られた。したがって、MWCDI=2.27である。EXCEL直線回帰を使用して、15,000~150,000g/モルの間(境界値を含む)のMwiの傾きを計算した。
ダート落下衝撃試験
落下ダート衝撃強度は、ASTM D-1709方法Aに従って、固定重量で衝撃試験機を使用して評価した。落下ダート衝撃試験を、衝撃強度を決定する際に使用する。加重ラウンドヘッドダートをしっかりと固定されたフィルムのシート上に落下させ、破損(フィルムの裂け目または穴)について試料を検査する。様々な重量の十分な落下を行い、50%の破損点の重量をグラムで決定する。試験方法Aでは、0.66m(26’’)から落下させた直径38mm(1.5’’)のダートを明記する。
割線弾性係数
2%歪みでの割線弾性係数は、ASTM D882に従って、Instron Universal試験機を使用して、縦方向(MD)および横方向(CD)で測定する。
曇り度
曇り度は、ASTM D1003に従って、BYK Gardner Haze-gardを使用して測定した。
光沢
光沢は、ASTM D2457に従って、BYK Gardner Glossmeter Microgloss 45°を使用して測定した。
エルメンドルフ引裂抵抗
エルメンドルフ引裂抵抗は、ASTM D1922に従って、縦方向(MD)および横方向(TD)で測定する。
突刺強度
穿刺強度は、TestXpertIIソフトウェアを備えたZWICKモデルZ010で測定する。試験片のサイズは「6’’×6’’」であり、少なくとも5回測定を行って平均穿刺値を決定する。丸型試験片ホルダーと共に、1000ニュートンのロードセルを使用する。試験片は、直径4インチの円形試験片である。穿刺強度手順は、本明細書に説明されるプローブに対する修正を伴い、ASTM D5748-95規格に従う。穿刺プローブは、直径1/2インチのボール型研磨ステンレススチールプローブである。ゲージ長は存在せず、プローブは、試験片に可能な限り接近しているが接触はしていない。プローブが試験片に接触するまでプローブを上げることによって、プローブを設定する。次いで、プローブが試験片に接触しなくなるまで、プローブを徐々に下げる。次いで、クロスヘッドをゼロに設定する。最大移動距離を考慮すると、この距離はおよそ0.10インチであろう。使用されるクロスヘッド速度は、250mm/分である。厚さを、試験片の中央で測定する。フィルムの厚さ、クロスヘッドの移動距離、およびピーク荷重を使用して、ソフトウェアによる穿刺を判定する。穿刺プローブを、各試験片後に洗浄する。穿刺強度は、破断時の最大ピーク荷重(単位ft*lb/in)である。
以下の実施例は、本開示の特徴を例示するものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
例示的なラミネートおよびフィルムにおいて使用されるポリマー樹脂
以下の多層ポリオレフィンフィルムおよびラミネート実施例では、表1に列挙される以下の樹脂を使用した。
追加の添加物
Ampacet 10063は、主成分が8.0g/10分のメルトインデックス(I)を有するポリエチレンである、20%の粘着防止剤を含有する粘着防止剤マスターバッチであり、Ampacetから市販されている。Ampacet 10090は、主成分が8.0g/10分のメルトインデックス(I)を有するポリエチレンである、5%のスリップ剤を含有するスリップ剤マスターバッチであり、Ampacetから市販されている。
第1の組成物1
第1の組成物1は、0.9を超えるMWCDI値、および以下の等式:I10/I2≧7.0-1.2×log(I)を満たすメルトインデックス比(I10/I)を有する、少なくとも1つのエチレン系ポリマーを含む。第1の組成物1は、2つのエチレン-オクテンコポリマーを含有する。各組成物を、以下に説明されるように、第1の反応器中に第1の触媒系の存在下で、および以下に説明されるように、第2の反応器中に第2の触媒系の存在下で、米国特許第5,977,251号(この特許の図2を参照)に従って二重直列ループ反応器システムにおいて溶液重合により調製した。
第1の触媒系は、以下の式(触媒1)で表されるビス((2-オキソイル-3-(ジベンゾ-1H-ピロール-1-イル)-5-(メチル)フェニル)-2-フェノキシメチル)-メチレン-1,2-シクロヘキサンジイルハフニウム(IV)ジメチルを含んでいた:
原位置で重合反応器に添加された触媒1の金属対助触媒1((ビス(水素化タローアルキル)メチル、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(1-)アミン))の金属、または助触媒2(変性メチルアルミノキサン(MMAO))の金属のモル比を、表2に示す。
第2の触媒系は、チーグラー・ナッタ型触媒(触媒2)を含んでいた。不均一チーグラー・ナッタ型触媒-プレミックスを、ある体積のISOPAR Eに、ISOPAR E中の無水塩化マグネシウムのスラリー、ヘプタン中のEtAlClの溶液、およびヘプタン中のTi(O-iPr)の溶液を順次添加することによって、実質的に米国特許第4,612,300号に従って調製し、0.20Mのマグネシウム濃度および40/12.5/3のMg/Al/Ti比を含有する組成物を得た。この組成物のアリコートをISOPAR-Eでさらに希釈して、スラリー中の最終濃度500ppmのTiを得た。重合反応器に供給されている間、および重合反応器に入る前に、触媒プレミックスを表2に明記されたAl対Tiのモル比でEtAlの希釈溶液と接触させて活性触媒を得た。
第1の組成物1の重合条件を、表2に報告する。表2に見られるように、助触媒1(ビス(水素化タローアルキル)メチル、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(1-)アミン)、および助触媒2(変性メチルアルミノキサン(MMAO))を各々、触媒1のための助触媒として使用した。第1の組成物1の追加の特性を測定し、表3に報告する。各ポリマー組成物を少量(ppm)の安定剤で安定させた。


多層フィルム実施例
以下の実施例において、多層フィルムを7層Alpineインフレーションフィルムラインを使用して製造した。Alpineインフレーションフィルムラインを表4に示すように構成して、多層フィルムを調製した。
この実施例では、第1の組成物1を組み込んだ多層フィルム(本発明のフィルム1)を比較フィルム(比較フィルムA)と比較した。表5に示すように、各フィルムは4.5ミルの全厚を有し、以下の構造(D/C/B/B/B/B/A)を有した(これは7層共押出ではあるものの、内側の「B」層が単一の層を形成する)。このフィルム構造を、図5に概略的に図示する。
本発明のフィルム1および比較フィルムAについて測定された特性を以下の表6に提供する。
表6のこのデータは、ダート衝撃値によって決定される多層フィルム(本発明のフィルム1)の靭性が、第1の組成物1を使用して改善されたことを示している。引き裂きや穿刺強度などの他の特性は、ダート衝撃の改善により損なわれなかった。さらに、比較フィルムAと比較した本発明のフィルム1におけるダート衝撃の改善(約45%)は、靭性を増加させるための一般的な手法である、密度を低下させることによっては実現しなかった。密度を低下させないことによって、本発明のフィルム1の剛性(例えば、割線弾性係数)は損なわれなかった。さらに、密度を増加させることによって、剛性(例えば、割線弾性係数)が増加し、同時に靭性も改善した。したがって、本発明のフィルム1は、他の物理的特性を損なうことなく、多層フィルムの靭性を改善し、同時に剛性も改善するという予想外の利益を提供した。
ラミネート実施例
さらに、シーラントフィルムおよびラミネートに対する第1の組成物1の影響を示すために、実験用ラミネートを生成した。本発明のラミネート1ならびに比較ラミネートAおよびBの組成の詳細を以下の表7に提供する。シーラントフィルムの層Cおよび印刷フィルムの層Dにコロナ処理を実施した。
表7のインフレーションシーラントフィルムおよびインフレーション印刷フィルムを作製するために使用されるインフレーションフィルム押出プロセスを、7層Alpineインフレーションフィルムラインで実施した。Alpineインフレーションフィルムラインを表4に示すように構成して、多層フィルムを調製した。
ラミネーションプロセス
Comexi印刷機で250メートル/分の速度でフレキソ8色印刷を行った後、COIM GROUPから入手可能なポリウレタン二成分無溶剤接着剤を使用して、反転印刷された印刷フィルムおよびシーラントフィルムをラミネートした。ラミネーションを、Nordmecanica SpAからのSLラミネーターで、300メートル/分の実行速度で行った。
スタンドアップパウチの製造
形成速度は、SUPサイズ、機能(ジッパーまたはスパウト)、およびフィルムまたはラミネートの構造により異なる。ラミネート実施例において使用される条件を、以下のとおり表8に提供する。
実験結果
比較ラミネートAでは、シール層において100%のAFFINITY PL1881 Gを使用すると共押出中の粘着が増加し、これは過剰量の粘着防止剤を使用することで部分的に解決されたが、依然として押出速度の低下が必然であった。AFFINITY PL1881 Gのより低い耐熱性のため、パウチの作製プロセス中にシール領域における包装の外観もまた損なわれた。シール層のAFFINITY(0.902g/ccの密度)と他の表面フィルム層のELITE 5960G(0.962g/cc密度)との弾性係数の差によって、過剰なカールもまた留意された。カールはラミネーションプロセスに不利な影響を及ぼした。
シーラントフィルムの加工を改善する試みにおいて、40/60重量%のELITE(商標)5401GおよびAFFINITY(商標)PL 1881Gのブレンドを含むシール層を有する比較ラミネートBを生成した。この変更により、粘着およびカールがわずかに減少したが、パウチの成形性および包装の外観においては良い影響がなかった。
本発明の実施例1における第1の組成物1の導入は、上述の問題を解決し、特にスタンドアップパウチに有用な靭性特性を改善した。以下の表9に示されるように、第1の組成物1が、シーラントフィルムおよびラミネートの耐熱性および強度(例えば、剛性の増加および伸張性の減少)を改善したため、第1の組成物1の含有により、比較ラミネートBから生成されたパウチと比較して、本発明のラミネート1から生成された大型および小型のスタンドアップパウチの数の大幅な改善を達成した。その結果、本発明のラミネート1のパウチ形成速度は、PET//PEスタンドアップパウチに匹敵するレベルまで増加することができた(表8を参照)が、比較ラミネートBについては、劣った耐熱性および強度により、低いパウチ形成速度を余儀なくされた。
スタンドアップパウチの成形性における利点に加えて、フィルムの押出および変換プロセスに対しても利点があった。第1の組成物1を含む本発明のラミネート1は、より低い伸張性およびより高い剛性を有し、それにより以下の改善:1)押出:印刷フィルムおよびシーラントフィルムの両方において最小限に抑えられた粘着性、2)印刷:最小限の伸張性に起因する、より良好な位置合わせ精度、3)ラミネーション:より高い剛性および最小限に抑えられた伸張性に起因する、より良好な加工をもたらした。
添付の特許請求の範囲に定義される本開示の範囲から逸脱することなく、修正および変更が可能であることは明らかであろう。より具体的には、本開示のいくつかの態様は、本明細書において好ましいまたは特に有利であると確認されているが、本開示は、必ずしもこれらの態様に限定されないことが企図される。

本出願は例えば以下の発明もまた提供する。
[1] 少なくとも3つの層を含む多層ポリオレフィンフィルムであって、前記多層ポリオレフィンフィルムが、
第1の表面層であって、
少なくとも1つのエチレン系ポリマーを含む第1の組成物であって、0.9を超える分子量コモノマー分布指数(MWCDI)値、および以下の等式:I 10 /I ≧7.0-1.2×log(I )を満たすメルトインデックス比(I 10 /I )を含む、第1の組成物、ならびに
0.890~0.925g/ccの密度および0.2~2.0g/10分のメルトインデックス(I )を有するエチレン系ポリマーを含む第2の組成物、を含む、第1の表面層と、
前記第1の組成物を含む第1の中間層と、を含む、多層ポリオレフィンフィルム。
[2] 前記第1の中間層が、0.950~0.965g/ccの密度および0.1~1.3g/10分のメルトインデックス(I )を有する高密度ポリエチレン(HDPE)をさらに含む、[1]に記載の多層ポリオレフィンフィルム。
[3] 前記第1の中間層が、40~80重量%の前記第1の組成物、および20~60重量%の前記HDPEをさらに含む、[2]に記載の多層ポリオレフィンフィルム。
[4] 前記第2の組成物が、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)を含む、[1]~[3]のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルム。
[5] 前記第2の組成物が、0.890~0.910g/ccの密度を有するポリオレフィンプラストマーを含む、[1]~[4]のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルム。
[6] 前記第1の表面層が、粘着防止剤、スリップ剤、またはそれらの両方を含む、[1]~[5]のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルム。
[7] 前記第1の表面層が、30~90重量%の前記第1の組成物、および10~70重量%の前記第2の組成物を含む、[1]~[6]のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルム。
[8] 前記第1の組成物が、0.910~0.926g/ccの密度を有する、[1]~[7]のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルム。
[9] ラミネート構造体であって、
[1]~[8]のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルムと、
前記多層ポリオレフィンフィルムにラミネートされた第2の多層ポリオレフィンフィルムと、を含む、ラミネート構造体。
[10] 前記第2の多層ポリオレフィンフィルムが、0.950~0.965g/ccの密度および0.1~1.3g/10分のメルトインデックス(I )を有する高密度ポリエチレン(HDPE)を含む、[10]に記載のラミネート構造体。
[11] 前記第2の多層ポリオレフィンフィルムが、前記第1の組成物を含む、[9]または[10]に記載のラミネート構造体。
[12] 前記多層ポリオレフィンフィルムが、シーラントフィルムであり、前記第2の多層ポリオレフィンフィルムが、印刷フィルムであり、前記第1の表面層が、シーラント層である、[9]~[11]のいずれかに記載のラミネート構造体。
[13] 前記ラミネートが、単一材料のポリエチレンラミネートである、[9]~[12]のいずれかに記載のラミネート構造体。
[14] [10]~[13]のいずれかに記載のラミネート構造体を含む物品であって、可撓性包装材料である、物品。
[15] 前記可撓性包装材料が、スタンドアップパウチである、[14]に記載の物品。
[16] 少なくとも3つの層を含む多層ポリオレフィンフィルムであって、前記多層ポリオレフィンフィルムが、
前記第1の組成物を含む第1の中間層であって、前記第1の組成物が、少なくとも1つのエチレン系ポリマーを含み、前記第1の組成物が、0.9を超える分子量コモノマー分布指数(MWCDI)値、および以下の等式:I 10 /I ≧7.0-1.2×log(I )を満たすメルトインデックス比(I 10 /I )を含む、第1の中間層と、
第2の組成物を含む第1の表面層であって、前記第2の組成物が、0.890~0.925g/ccの密度および0.2~2.0g/10分のメルトインデックス(I )を有するエチレン系ポリマーを含む、第1の表面層と、を含む、多層ポリオレフィンフィルム。
[17] 多層ポリオレフィンフィルムが、少なくとも15%の前記第1の組成物を含む、[16]に記載の多層ポリオレフィンフィルム。
[18] 前記第2の組成物が、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)を含む、[16]または[17]に記載の多層ポリオレフィンフィルム。
[19] 前記第2の組成物が、0.890~0.910g/ccの密度を有するポリオレフィンプラストマーを含む、[16]または[17]に記載の多層ポリオレフィンフィルム。
単数形を使用している特許請求の範囲および図面の組み合わせにおいて、複数形の可能性もまた含むことは明らかであろう。例えば、油バリア層への言及は、少なくとも1つの油バリア層への言及もまた暗黙のうちに含む。

Claims (18)

  1. 少なくとも3つの層を含む多層ポリオレフィンフィルムであって、前記多層ポリオレフィンフィルムが、
    第1の表面層であって、
    少なくとも1つのエチレン/α-オレフィンコポリマーを含む第1の組成物であって、0.9を超える分子量コモノマー分布指数(MWCDI)値、および以下の等式:I10/I≧7.0-1.2×log(I)を満たすメルトインデックス比(I10/I)を含む、第1の組成物、ならびに
    0.890~0.925g/ccの密度および0.2~2.0g/10分のメルトインデックス(I)を有するエチレン/α-オレフィンコポリマーを含む第2の組成物、を含む、第1の表面層と、
    前記第1の組成物を含む第1の中間層と、
    0.950~0.965g/ccの密度および0.1~1.3g/10分のメルトインデックス(I )を有する高密度ポリエチレン(HDPE)を含む、第2の中間層と
    を含む、多層ポリオレフィンフィルム。
  2. 前記第1の中間層が、40~80重量%の前記第1の組成物、および20~60重量%の前記HDPEをさらに含む、請求項1に記載の多層ポリオレフィンフィルム。
  3. 前記第2の組成物が、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)を含む、請求項1または2に記載の多層ポリオレフィンフィルム。
  4. 前記第2の組成物が、0.890~0.910g/ccの密度を有するポリオレフィンプラストマーを含む、請求項1~3のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルム。
  5. 前記第1の表面層が、粘着防止剤、スリップ剤、またはそれらの両方を含む、請求項1~4のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルム。
  6. 前記第1の表面層が、30~90重量%の前記第1の組成物、および10~70重量%の前記第2の組成物を含む、請求項1~5のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルム。
  7. 前記第1の組成物が、0.910~0.926g/ccの密度を有する、請求項1~6のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルム。
  8. ラミネート構造体であって、
    請求項1~7のいずれかに記載の多層ポリオレフィンフィルムと、
    前記多層ポリオレフィンフィルムにラミネートされた第2の多層ポリオレフィンフィルムと、を含む、ラミネート構造体。
  9. 前記第2の多層ポリオレフィンフィルムが、0.950~0.965g/ccの密度および0.1~1.3g/10分のメルトインデックス(I)を有する高密度ポリエチレン(HDPE)を含む、請求項8に記載のラミネート構造体。
  10. 前記第2の多層ポリオレフィンフィルムが、前記第1の組成物を含む、請求項8または9に記載のラミネート構造体。
  11. 前記多層ポリオレフィンフィルムが、シーラントフィルムであり、前記第2の多層ポリオレフィンフィルムが、印刷フィルムであり、前記第1の表面層が、シーラント層である、請求項8~10のいずれかに記載のラミネート構造体。
  12. 前記ラミネートが、単一材料のポリエチレンラミネートである、請求項8~11のいずれかに記載のラミネート構造体。
  13. 請求項9~12のいずれかに記載のラミネート構造体を含む物品であって、可撓性包装材料である、物品。
  14. 前記可撓性包装材料が、スタンドアップパウチである、請求項13に記載の物品。
  15. 少なくとも3つの層を含む多層ポリオレフィンフィルムであって、前記多層ポリオレフィンフィルムが、
    前記第1の組成物を含む第1の中間層であって、前記第1の組成物が、少なくとも1つのエチレン/α-オレフィンコポリマーを含み、前記第1の組成物が、0.9を超える分子量コモノマー分布指数(MWCDI)値、および以下の等式:I10/I≧7.0-1.2×log(I)を満たすメルトインデックス比(I10/I)を含む、第1の中間層と、
    0.950~0.965g/ccの密度および0.1~1.3g/10分のメルトインデックス(I )を有する高密度ポリエチレン(HDPE)を含む、第2の中間層と、
    第2の組成物を含む第1の表面層であって、前記第2の組成物が、0.890~0.925g/ccの密度および0.2~2.0g/10分のメルトインデックス(I)を有するエチレン/α-オレフィンコポリマーを含む、第1の表面層と、
    を含む、多層ポリオレフィンフィルム。
  16. 多層ポリオレフィンフィルムが、少なくとも15%の前記第1の組成物を含む、請求項15に記載の多層ポリオレフィンフィルム。
  17. 前記第2の組成物が、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)を含む、請求項15または16に記載の多層ポリオレフィンフィルム。
  18. 前記第2の組成物が、0.890~0.910g/ccの密度を有するポリオレフィンプラストマーを含む、請求項15または16に記載の多層ポリオレフィンフィルム。
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