JP7418356B2 - 高分子量高密度画分を有するバイモーダルエチレン系ポリマーを含むキャストフィルム - Google Patents

高分子量高密度画分を有するバイモーダルエチレン系ポリマーを含むキャストフィルム Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年6月15日出願の米国仮特許出願第62/685,567号の利益を主張し、それは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、概して、高密度画分を有するバイモーダルエチレン系ポリマーを含むキャストフィルムに関し、具体的には、高密度画分を有し、改善された乱用特性および視覚特性を有するバイモーダルエチレン系ポリマーを含むキャストフィルムに関する。
キャストフィルムプロセスにおいて、エチレン系ポリマーなどのポリマー材料の使用は周知である。キャストフィルムプロセスは、プラスチックフィルムの調製のための周知プロセスである。キャストフィルムプロセスは、薄い溶融シートまたはフィルムを形成するための、スロットまたはフラットダイを通して溶融したポリマーの押出しを伴う。このフィルムは、エアナイフまたは真空ボックスからの送風によって、冷却ロール(典型的には、水冷およびクロムめっき)の表面に「固定」される。フィルムはすぐに急冷し、次いで、巻き取る前に端部をスリットする。高速冷却機能により、キャストフィルムは、一般にインフレーションフィルムよりもはるかに良好な光学系を有し、より高いライン速度で生産され得る。しかしながら、端部トリミングに起因してスクラップが多くなり、クロス方向のフィルム配向が非常に少ないという欠点がある。
キャストフィルムは、延伸/クリングフィルム、パーソナルケアフィルム、ベーカリーフィルム、高透明フィルムを含む、様々な市場および用途で使用される。
キャストポリマーフィルムのフィルム特性は、ポリマーの分子構造によって影響を受ける可能性がある。改善された乱用特性(例えば、パレット上穿刺(OPP)、パレット角穿刺(PCP)、パレット上負荷(OPL)、およびパレット上引裂き(OPT試験)によって証明される)、および改善された機械的特性(例えば、極限延伸(US)、および延伸力(SF)試験で証明される)などの改善されたフィルム特性は、様々な用途に明らかに望ましい。そのような改善された特性を達成するために、異なるポリマーが提案されてきた。
したがって、プラスチックフィルム業界での競争が激化するにつれて、エチレン系ポリマーの生産者らは、改善された乱用特性と機械的特性との組み合わせを有するフィルムを形成するために使用され得るより幅広い範囲の特性を有する生成物の作製に努めている。したがって、例えば、高分子量高密度画分などの、より幅広い特性を有するエチレン系ポリマーに対する継続的なニーズが存在する。第1の反応器の上流および第2の反応器の下流になるように、触媒入口の位置を制御することによって、触媒の存在下での成分の反応が、より良好に制御され得ることが見出されている。さらに、触媒は、反応器の大部分と比較して、流動制限領域内の成分と組み合わされているので、触媒および成分は、それらが第2の反応器に到達する前に十分に混合し、第2の反応器は、非撹拌反応器であり得、これによって、コストとエネルギー消費が削減される。そのような方法で生産されたエチレン系ポリマーは、プラスチックフィルムに単独で、または他のポリエチレンフィルムと組み合わせてのいずれかで使用され得る高分子量高密度画分を有し、改善された乱用特性と機械的特性を有するフィルムを提供する。
本開示は、高密度画分を有するバイモーダルエチレン系ポリマーを含むキャストフィルム、ならびにそのようなバイモーダルエチレン系ポリマーの作製のためのプロセスおよび方法を提供する。
本開示の実施形態は、高密度画分が、93℃~119℃の温度での結晶化溶出分画(CEF)積分によって測定される、3.0%~10.0%の高密度画分(HDF)と、Iが、ASTM D1238に従って、2.16kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスであり、I10が、ASTM D1238に従って、10kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスである、5.5~7.0のI10/I比と、短鎖分岐分布が、半分の高さでのCEF全幅によって測定される、10℃以下の短鎖分岐分布(SCBD)と、密度が、ASTM D792、方法Bに従って測定される、0.910g/cc~0.920g/ccの密度と、メルトインデックス(I)が、ASTM D1238に従って、190℃、2.16kgで測定される、1.0g/10分~8.0g/10分のメルトインデックス(I)と、を含む、バイモーダルエチレン系ポリマーを含むキャストフィルムに関する。
追加の特徴および利点が、後に続く発明を実施するための形態において記載され、その記載から当業者にとって容易に部分的に明らかになるか、または後に続く発明を実施するための形態、特許請求の範囲、ならびに添付の図面を含む本明細書に記載される実施形態を実施することによって部分的に認識されるであろう。
上記の一般的な説明および下記の詳細な説明の両方は、様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の性質および特徴を理解するための概要または枠組みの提供を意図していることを理解されたい。添付の図面が、様々な実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部に組み込まれ、それを構成する。図面は、本明細書に記載された様々な実施形態を例示し、説明と共に、特許請求される主題の原則および操作を説明するのに役立つ。
本明細書に開示および記載される実施形態による、高分子量高密度画分を有するバイモーダルエチレン系ポリマーの生成システムを示す概略図である。
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。
一実施形態によれば、高密度画分が、93℃~119℃の温度での結晶化溶出分画(CEF)積分によって測定される、3.0%~10.0%の高密度画分(HDF)と、Iが、ASTM D1238に従って、2.16kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスであり、I10が、ASTM D1238に従って、10kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスである、5.5~7.0のI10/I比と、短鎖分岐分布が、半分の高さでのCEF全幅によって測定される、10℃以下の短鎖分岐分布(SCBD)と、密度が、ASTM D792、方法Bに従って測定される、0.910g/cc~0.920g/ccの密度と、メルトインデックス(I)が、ASTM D1238に従って、190℃、2.16kgで測定される、1.0g/10分~8.0g/10分のメルトインデックス(I)と、を有する、バイモーダルエチレン系ポリマーを含むキャストフィルム。
定義
「ポリマー」という用語は、同一または異なるタイプのモノマーに関わらず、モノマーを重合することによって調製されたポリマー化合物を指す。このため、総称のポリマーは、通常、1タイプのみのモノマーから調製されたポリマーを指すために用いられる「ホモポリマー」という用語、および2つ以上の異なるモノマーから調製されたポリマーを指す「コポリマー」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つの異なるタイプのモノマーの重合によって調製されたポリマーを指す。したがって、総称である共重合体という用語は、コポリマーと、ターポリマー等の3つのタイプ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。
本明細書で使用される場合、「バイモーダル」は、様々な密度および重量平均分子量を有する少なくとも2つのポリマー副成分または「画分」を有することを特徴とし得、任意選択的に、異なるメルトインデックス値も有し得る組成物を意味する。一実施形態では、バイモーダルは、分子量分布を示すゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)のクロマトグラムにおいて、少なくとも2つの異なるピークを有することによって定義され得る。別の実施形態では、バイモーダルは、短鎖分岐分布を示す結晶化溶出分画(CEF)のクロマトグラムにおいて、少なくとも2つの異なるピークを有することによって定義され得る。バイモーダルは、2つのピークを有する樹脂、ならびに3つ以上のピークを有する樹脂を含む。
本明細書で使用される場合、「溶液重合反応器」は、溶液重合を行う容器であり、エチレンモノマーと少なくともC~C12α-オレフィンコモノマーが、触媒を含有する非反応性溶媒に溶解した後に共重合する。溶液重合プロセスでは、水素が利用され得るが、全ての溶液重合プロセスにおいて必要なわけではない。
「ポリエチレン」または「エチレン系ポリマー」は、エチレンモノマー由来の50mol%超の単位を含むポリマーを意味するものとする。これには、エチレン系ポリエチレンホモポリマーまたはコポリマー(単位が2つ以上のコモノマーに由来することを意味する)が含まれる。当該技術分野において既知の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)、ウルトラ低密度ポリエチレン(ULDPE)、超低密度ポリエチレン(VLDPE)、直鎖状および実質的に直鎖状の両方の低密度樹脂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)が挙げられるが、これらに限定されない。
「LDPE」という用語はまた、「高圧エチレンポリマー」、または「高分岐ポリエチレン」とも称され得、ポリマーが、過酸化物などのフリーラジカル開始剤を使用して、14,500psi(100MPa)超の圧力で、オートクレーブまたは管状反応器内で、部分的または完全にホモ重合または共重合されることを意味するように定義される(例えば、参照により本明細書に組み込まれる、US4,599,392を参照されたい)。LDPE樹脂は、典型的には、0.916~0.940g/cmの範囲の密度を有する。
「LLDPE」という用語には、チーグラー・ナッタ触媒系を使用して作製された樹脂、ならびにこれらに限定されないが、ビスメタロセン触媒(「m-LLDPE」と称されることもある)、ホスフィンイミン、および拘束幾何触媒を含むシングルサイト触媒を使用して作製された樹脂、およびこれらに限定されないが、ビス(ビフェニルフェノキシ)触媒(多価アリールオキシエーテル触媒とも称される)を含むポストメタロセン分子触媒を使用して作製された樹脂が含まれる。LLDPEには、直鎖状、実質的に直鎖状、または不均一なエチレン系コポリマーまたはホモポリマーが含まれる。LLDPEには、LDPEよりも少ない長鎖分岐が含有され、米国特許第5,272,236号、米国特許第5,278,272号、米国特許第5,582,923号、および米国特許第5,733,155号でさらに定義される実質的に直鎖状のエチレンポリマー、米国特許第3,645,992号におけるものなどの均一分岐直鎖状エチレンポリマー、米国特許第4,076,698号に開示されるプロセスに従って調製されたものなどの不均一分岐エチレンポリマー、ならびにそれらのブレンド(米国特許第3,914,342号または米国特許第5,854,045号に開示されるものなど)が含まれる。LLDPE樹脂は、当該技術分野で知られている任意のタイプの反応器または反応器構成を使用して、気相、液相、もしくはスラリー重合、またはそれらの任意の組み合わせによって作製され得る。LLDPE樹脂は、当該技術分野において既知である任意のタイプの反応器または反応器構成を使用して、気相、溶液相、もしくはスラリー重合、またはそれらの任意の組み合わせによって作製され得る。
「プロ触媒」という用語は、活性化剤と組み合わせたときに触媒活性を有する化合物を指す。「活性化剤」という用語は、プロ触媒を触媒的に活性な触媒に転換するようにプロ触媒と化学的に反応する化合物を指す。本明細書で使用される場合、「共触媒」および「活性化剤」という用語は、交換可能な用語である。
「非撹拌反応器」という用語は、スターラー、ミキサー、ニーダーなどによる撹拌などの機械的撹拌を含まない反応器を指す。非撹拌反応器の例としては、プラグフロー反応器、タンク反応器、およびループ反応器が挙げられ、これらは全てスターラー、ミキサーなどを備えていない。
「ミキサー」という用語は、装置内に存在する成分を機械的に混合する装置を指す。ミキサーの例としては、スタティックミキサー、フローシェーパ、およびスターラー、ミキサー、ニーダーなどを備える容器が挙げられる。実施形態では、モノマー、コモノマーなどのミキサー内に存在する成分は、ミキサー内で反応する。
システム構成
ここで、本明細書に開示および記載される実施形態による、高分子量高密度画分を有するバイモーダルエチレン系ポリマーの生成システムについて詳細に言及する。
ここで図を参照すると、実施形態による高分子量高密度画分を有するバイモーダルエチレン系ポリマーの生成システム100は、第1の反応器110および第1の反応器110に流体的に接続する第2の反応器120を備える。第1の反応器110および第2の反応器120に使用される反応器のタイプは限定されず、実施形態では、溶液重合反応器として使用するのに好適な反応器である。実施形態では、第1の反応器110は、例えば、ループ反応器、等温反応器、断熱反応器、および連続撹拌槽反応器などの撹拌溶液重合反応器であり、並列、直列、およびそれらの任意の組み合わせである。第2の反応器120は、実施形態によれば、例えば、非撹拌槽反応器または管状反応器(例えば、プラグフロー反応器、ピストンフロー反応器など)などの非撹拌溶液重合反応器である。
実施形態によれば、1つ以上のミキサー130は、第1の反応器110の下流および第2の反応器120の上流に位置付けられる。図は、1つのミキサーのみを示しているが、追加のミキサーが、第1の反応器110の下流および第2の反応器120の上流に、直列または並列に位置付けられ得ることを理解されたい。ミキサー130は、フローシェーパまたはスタティックミキサーであり得る。例えば、いくつかの実施形態では、ミキサー130は、フローシェーパおよびスタティックミキサーを備え得る。「フローシェーパ」は、本明細書で使用される場合、例えば、テーパーパイプ、ディフューザー、またはノズルなどの、成分流の流動を変更する任意のタイプの装置であり得る。図に示される実施形態などの実施形態では、ミキサー130および非撹拌反応器120は、別個の物理的装置であり得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、ミキサー130および非撹拌反応器120は、2つの異なるゾーンを有する単一の物理的装置であり得る。一例として、実施形態では、ミキサー130および非撹拌反応器120は、両方とも細長い管内に収容され得る。スタティックミキサーでは、細長い管の第1の部分に位置付けられ得るが、細長い管の第2の部分は、スタティックミキサーまたは任意の他のタイプの撹拌機を含まない。そのような実施形態では、スタティックミキサーが存在する細長い管の第1のゾーンは、ミキサー130であり、撹拌機が存在しない細長い管の第2のゾーンは、非撹拌反応器120である。そのような実施形態では、ミキサー130および非撹拌反応器は、単一の物理的装置に収容されている。
図に示される実施形態に示されるように、第1の反応器110は、溶媒中にエチレンモノマーおよびC~C12α-オレフィンコモノマーを含む供給流101、第1の触媒流103、および任意選択的に水素(H)流102を受容するように構成される。供給流101、第1の触媒流103、および任意選択的に水素流102の成分は、第1の反応器110内で反応して、第1のポリマー画分を生成する。この第1のポリマー画分は、第1の反応器110から流出物111aとして産出される。実施形態では、流出物111aは、第1ポリマー画分に加えて、未反応のエチレンモノマーおよび未反応のC~C12α-オレフィンコモノマーを含む。いくつかの実施形態では、供給流101の成分は、第1の反応器110に一緒にまたは別個の流れとして添加され得ることを理解されたい。例えば、エチレンモノマーおよび溶媒は、第1の反応器にC~C12α-オレフィンコモノマーからの別個の流れとして添加され得る。エチレンモノマー、C~C12α-オレフィンコモノマー、および溶媒の第1の反応器110への順序は特に限定されない。
さらに図を参照すると、第2の触媒流112は、第1の反応器110(すなわち、撹拌溶液重合反応器)の下流および第2の反応器120(すなわち、非撹拌溶液重合反応器)の上流の流出物111aに添加される。第2の触媒流112は、実施形態では、ミキサー130に添加され得る。他の実施形態では、第2の触媒流112は、ミキサー130の直前に添加され得る。第2触媒流112は、第1触媒流103とは異なる触媒を含み、流出物111a中に存在する未反応のエチレンモノマーと未反応のC~C12α-オレフィンコモノマーとの反応を促進して、第2のポリマー画分を生成する。実施形態では、第2のポリマー画分は、第1のポリマー画分の密度およびメルトインデックス(I)とは異なる密度およびメルトインデックス(I)を有する。第1のポリマー画分、第2のポリマー画分、および第2の触媒を含む変性流出物111bは、ミキサー130から第2の反応器120に移送される。
追加のエチレンモノマー、追加のC~C12α-オレフィンコモノマー、および溶媒を含む第2の供給流121は、第2の反応器120に移送される。第2の供給流121からの、追加のエチレンモノマーおよび追加のC~C12α-オレフィンコモノマーは、第2の反応基120に導入された第2の触媒の存在下で、変性流出物111bを介して反応して、追加の第2のポリマー画分を形成する。したがって、第1のポリマー画分および第2のポリマー画分を含むバイモーダルエチレン系ポリマーは、第2の反応器120から生成物流122に産出される。
第2の触媒流112を、第1反応器110の下流および第2反応器120の上流に導入することによって、第2の触媒流112は、第2の触媒を第2の反応器120に導入する前に、流出物111a中に存在する未反応のエチレンモノマーおよび未反応のC~C12α-オレフィンコモノマーと混合する。これによって、第2の触媒が、第2の反応器120に直接導入される場合に発生する一般的な問題、第2の反応器120に添加される第2の触媒の量を望ましくないように制限する第2の触媒の入口のべたつきが回避される。したがって、第2の触媒流112を、第1の反応器110の下流および第2の反応器120の上流に提供することによって、第2の反応器120内で撹拌は不要であり、これによって装置および運転コストが削減され得る。ミキサー130は、流出物111aおよび第2の触媒流112を、第2の反応器120に移送する前に、第2の触媒流112と、流出物111a中に存在する未反応のエチレンモノマーおよび未反応のC~C12α-オレフィンコモノマーとを混合する。未反応のエチレンモノマーと未反応のC~C12α-オレフィンコモノマーとの、ミキサー130内での、第2の触媒の存在下での混合によって、未反応のエチレンモノマーと未反応のC~C12α-オレフィンコモノマーとの、低温および高エチレンモノマー濃度での反応が可能になり、それによって、高密度で高分子量の部分を有する第2のポリマー画分がミキサー130内に形成される。
加えて、いくつかの実施形態では、追加のエチレンモノマーが、第1の反応器110の下流および第2の反応器120の上流、例えばミキサー130などに添加されて、変性流出物111bが第2の反応器120に入る前に、第2のポリマー画分の形成を促進し得る。いくつかの実施形態では、追加のエチレンモノマーは、流出物111aに添加され得(すなわち、第2の触媒流112が、ミキサー130に導入される前)、他の実施形態では、追加のエチレンモノマーは、ミキサー130に添加され得る。
方法および成分
ここで、本明細書に開示および記載される実施形態による、高分子量高密度画分を有するバイモーダルエチレン系ポリマーを生成するための先に開示された実施形態のシステムに使用される方法および成分について詳細に言及する。
本明細書で先に開示されたように、図を参照すると、撹拌溶液重合反応器である第1の反応器110は、供給流101、第1の触媒流103、および任意選択的に水素流102を受容する。供給流101の成分(任意選択的に水素流102からの水素)が、第1の触媒流103を介して第1の反応器110に導入される第1の触媒の存在下で反応して、第1のポリマー画分を形成する。第1のポリマー画分および未反応の成分は、流出物111aを介して第1の反応器110を出る。これらの流れの各々、および第1の反応器110内の反応条件が、以下でより詳細に説明される。
供給流101は、溶媒中にエチレンモノマーおよびC~C12α-オレフィンコモノマーを含む。いくつかの実施形態では、コモノマーは、C~Cα-オレフィンである。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、実施形態では、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され得る。供給流中に存在する溶媒は、実施形態では、芳香族およびパラフィン溶媒であり得る。いくつかの実施形態では、溶媒は、例えば、ExxonMobil Chemicalによって製造されたISOPAR Eなどのイソパラフィンであり得る。
水素流102は、本質的に高純度の水素であり、実施形態では、98体積%超の水素、または99体積%超の水素など、97体積パーセント(体積%)超の水素を含む。
第1の触媒は、第1触媒流103を介して第1の反応器110に添加され、エチレンモノマー、C~C12α-オレフィンコモノマー、および、任意選択的に水素との間の反応を促進する。実施形態に使用され得る触媒としては。ポストメタロセン触媒、拘束幾何錯体(CGC)触媒、ホスフィンイミン触媒、またはビス(ビフェニルフェノキシ)触媒が挙げられるが、これらに限定されない。CGC触媒の詳細および例は、米国特許第5,272,236号、同第5,278,272号、同第6,812,289号、および国際公開第93/08221号に提供され、これらは全て、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。ビス(ビフェニルフェノキシ)触媒の詳細および例は、米国特許第6,869,904号、同第7,030,256号、同第8,101,696号、同第8,058,373号、同第9,029,487号に提供されており、これらは全て、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。実施形態では、第1の触媒は、ビス(ビフェニルフェノキシ)触媒(多価アリールオキシエーテル触媒とも称される)が挙げられるが、これらに限定されない分子触媒であり得る。
ビス(ビフェニルフェノキシ)触媒は、ビス(ビフェニルフェノキシ)プロ触媒、プロ触媒を活性化する共触媒、ならびに他の任意の成分を含む多成分触媒系である。実施形態では、ビス(ビフェニルフェノキシ)プロ触媒は、式(I)による金属-配位子錯体を含み得る:
式(I)では、Mは、チタン、ジルコニウム、またはハフニウムから選択される金属であり、この金属は、+2、+3、または+4の形式酸化状態にあり、nは0、1、または2であり、nが1であるとき、Xは、単座配位子または二座配位子であり、nが2であるとき、各Xは、単座配位子であり、同じかまたは異なり、金属-配位子錯体は、全体的に電荷中性であり、Oは、O(酸素原子)であり、各Zは、-O-、-S-、-N(R)-、または-P(R)-から独立的に選択され、Lは、(C~C40)ヒドロカルビレンまたは(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンであり、(C~C40)ヒドロカルビレンは式(I)の2つのZ基を連結している1炭素原子から10炭素原子のリンカー骨格(Lが結合している)を含む部分を有するか、または(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンは、式(I)の2つのZ基を連結する1原子から10原子のリンカー骨格を含む部分を有し、(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンの1原子から10原子のリンカー骨格の1から10原子の各々は、独立して炭素原子またはヘテロ原子であり、各ヘテロ原子は、独立してO、S、S(O)、S(O)、Si(R、Ge(R、P(R)、またはN(R)であり、各Rは、独立して、(C~C30)ヒドロカルビルまたは(C~C30)ヘテロヒドロカルビルであり、RおよびRは、(C~C40)ヒドロカルビル、(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、および式(II)、式(III)、または式(IV)を有するラジカルからなる群から独立的に選択される。
式(II)、(III)、および(IV)において、R31~35、R41~48、またはR51~59の各々は、(C~C40)ヒドロカルビル、(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、または-Hから独立して選択されるが、但し、RまたはRのうちの少なくとも1つが、式(II)、式(III)、または式(IV)を有するラジカルであることを条件とする。
式(I)において、R2~4、R5~7、およびR9~16の各々は、(C~C40)ヒドロカルビル、(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、および-Hから独立して選択される。
式(I)~(IV)に示される組成物中に存在し得る様々な官能基の詳細な実施形態が、ここで詳細に説明される。以下の官能基は例示的であり、実施形態に従って使用され得るビス(ビフェニルフェノキシ)プロ触媒の非限定的な例を提供するために開示されることを理解されたい。
本明細書で使用される場合、「独立して選択される」は、R、R、R、R、およびRなどのR基が、同一であっても異なっていてもよいことを示す(例えば、R、R、R、R、およびRが全て、置換アルキルであっても、またはRおよびRが、置換アルキルであり、Rが、アリールであってもよい、など)。単数形の使用には、複数形の使用が含まれ、またその逆も同様である(例えば、ヘキサン溶媒は、ヘキサンを含む)。命名されたR基は、一般に、当該技術分野においてその名称を有するR基に対応すると認識されている構造を有するであろう。これらの定義は、当業者に既知の定義を補足し、例示することを意図したものであり、排除するものではない。
特定の炭素原子含有化学基を記載するために使用される場合、「(C~C)」の形態を有する括弧付きの表示、または、「C~C」の形態を有する括弧なしの表示は、化学基の非置換形態が、xおよびyを含めてx個の炭素原子からy個の炭素原子までを有することを意味する。例えば、(C~C40)アルキルは、その非置換形態において1~40個の炭素原子を有するアルキル基である。いくつかの実施形態および一般構造において、ある特定の化学基は、Rなどの1つ以上の置換基によって置換されてもよい。括弧付きの「(C~C)」または括弧なしの「C-C」を使用して定義される化学基のR置換バージョンは、任意の基Rの同一性に応じてy個超の炭素原子を含有し得る。例えば、「Rがフェニル(-C)である厳密に1つの基Rで置換された(C~C40)アルキル」は、7~46個の炭素原子を含有し得る。したがって、一般に、括弧付きの「(C~C)」、括弧なしの「C~C」を使用して定義される化学基が、1つ以上の炭素原子含有置換基Rによって置換される場合、化学基の炭素原子の最小および最大総数は、xとyとの両方に、全ての炭素原子含有置換基Rからの炭素原子の合計数を加えることによって決定される。
いくつかの実施形態において、式(I)の金属-配位子錯体の化学基(例えば、X、R等)の各々は、非置換であり得、R置換基を有しない。他の実施形態では、式(I)の金属-配位子錯体の化学基のうちの少なくとも1つは独立して、1つまたは2つ以上のRを含有し得る。いくつかの実施形態において、式(I)の金属-配位子錯体の化学基中のRの合計は、20個を超えない。他の実施形態において、化学基中のRの合計は、10個を超えない。例えば、各R1~5が2つのRで置換された場合、XおよびZをRで置換することはできない。別の実施形態において、式(I)の金属-配位子錯体の化学基中のRの合計は、5つのRを超えない場合がある。2つまたは2つより多いRが式(I)の金属-配位子錯体の同じ化学基に結合している場合、各Rは独立して、同じかまたは異なる炭素原子またはヘテロ原子に結合しており、化学基の過置換を含み得る。
「置換」は、本明細書で使用される場合、対応する非置換化合物の炭素原子もしくはヘテロ原子、または官能基に結合している少なくとも1つの水素原子(-H)が、置換基(例えばR)によって置換されることを意味する。「過置換」という用語は、本明細書で使用される場合、対応する非置換化合物の炭素原子もしくはヘテロ原子、または官能基に結合している全ての水素原子(H)が、置換基(例えばR)によって置換されることを意味する。「多置換」という用語は、本明細書で使用される場合、対応する非置換化合物の炭素原子もしくはヘテロ原子、または官能基に結合している少なくとも2つ、但し全てではない水素原子が、置換基によって置換されることを意味する。
本明細書で使用される場合、「-H」は、別の原子に共有結合している水素または水素ラジカルを意味する。「水素」および「-H」は、交換可能であり、明記されていない限り、同一の意味を有する。
「(C~C40)ヒドロカルビル」は、本明細書で使用される場合、1~40個の炭素原子の炭化水素ラジカルを意味し、「(C~C40)ヒドロカルビレン」という用語は、1~40個の炭素原子の炭化水素ジラジカルを意味し、そこで、各炭化水素ラジカルおよび各炭化水素ジラジカルは、芳香族または非芳香族、飽和または不飽和、直鎖または分岐鎖、環式(単環式および多環式、縮合および非縮合の二環式を含む多環式を含む、3個以上の炭素原子)または非環式であり、非置換または1つ以上のRによって置換される。
本開示で使用される場合、(C~C40)ヒドロカルビルは、非置換もしくは置換の(C~C40)アルキル、(C~C40)シクロアルキル、(C~C20)シクロアルキル-(C~C20)アルキレン、(C~C40)アリール、または(C~C20)アリール-(C~C20)アルキレンであり得る。さらなる実施形態において、上記の(C~C40)ヒドロカルビル基の各々は、最大20個の炭素原子(すなわち、(C~C20)ヒドロカルビル)を有し、他の実施形態において、最大12個の炭素原子を有する。
「(C~C40)アルキル」および「(C~C18)アルキル」は、本明細書で使用される場合、それぞれ、1~40個の炭素原子または1~18個の炭素原子の飽和直鎖または分岐炭化水素ラジカルを意味し、それらは、非置換または1つ以上のRによって置換される。非置換(C~C40)アルキルの例は、非置換(C~C20)アルキル、非置換(C~C10)アルキル、非置換(C~C)アルキル、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル、1-ブチル、2-ブチル、2-メチルプロピル、1,1-ジメチルエチル、1-ペンチル、1-ヘキシル、1-ヘプチル、1-ノニル、および1-デシルである。置換(C~C40)アルキルの例は、置換(C~C20)アルキル、置換(C~C10)アルキル、トリフルオロメチル、および[C45]アルキルである。「[C45]アルキル」(角括弧付き)という用語は、本明細書で使用される場合、置換基を含むラジカル内に最大45個の炭素原子が存在することを意味し、例えば、それぞれ、(C~C)アルキルである1つのRによって置換されている(C27~C40)アルキルである。各(C~C)アルキルは、メチル、トリフルオロメチル、エチル、1-プロピル、1-メチルエチル、または1,1-ジメチルエチルであることができる。
「(C~C40)アリール」は、本明細書で使用される場合、6~40個の炭素原子の、非置換または置換(1つ以上のRによる)の単環式、二環式、または三環式芳香族炭化水素ラジカルを意味し、その少なくとも6~14個の炭素原子は、芳香環炭素原子であり、単環式、二環式または三環式ラジカルは、それぞれ1つ、2つ、または3つの環を含み、1つの環は、芳香族であり、2つまたは3つの環は、独立して縮合または非縮合であり、2つまたは3つの環のうちの少なくとも1つは、芳香族である。非置換(C~C40)アリールの例は、非置換(C~C20)アリール、非置換(C~C18)アリール、2-(C~C)アルキル-フェニル、2,4-ビス(C~C)アルキル-フェニル、フェニル、フルオレニル、テトラヒドロフルオレニル、インダセニル、ヘキサヒドロインダセニル、インデニル、ジヒドロインデニル、ナフチル、テトラヒドロナフチル、およびフェナントレンである。置換(C~C40)アリールの例は、置換(C~C20)アリール、置換(C~C18)アリール、2,4-ビス[(C20)アルキル]-フェニル、ポリフルオロフェニル、ペンタフルオロフェニル、およびフルオレン-9-オン-1-イルである。
「(C~C40)シクロアルキル」は、本明細書で使用される場合、3~40個の炭素原子の飽和環状炭化水素ラジカルを意味し、それは、非置換または1つ以上のRによって置換されている。他のシクロアルキル基(例えば(C~C)シクロアルキル)は、x~y個の炭素原子を有し、非置換であるか、または1つ以上のRによって置換されているかのいずれかであると同様な様式で定義される。非置換(C~C40)シクロアルキルの例は、非置換(C~C20)シクロアルキル、非置換(C~C10)シクロアルキル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、およびシクロデシルである。置換(C~C40)シクロアルキルの例は、置換(C~C20)シクロアルキル、置換(C~C10)シクロアルキル、シクロペンタノン-2-イル、および1-フルオロシクロヘキシルである。
(C~C40)ヒドロカルビレンの例としては、非置換または置換の(C~C40)アリーレン、(C~C40)シクロアルキレン、および(C~C40)アルキレン(例えば(C~C20)アルキレン)が挙げられる。いくつかの実施形態において、ジラジカルは、同じ炭素原子上にあるか(例えば、-CH-)であるか、または隣接する炭素原子上にあるか(すなわち、1,2-ジラジカル)、または1個、2個、または2個より多くの介在する炭素原子によって離間されている(例えば、それぞれの1,3-ジラジカル、1,4-ジラジカル等)。一部のジラジカルには、α,ω-ジラジカルが含まれる。α,ω-ジラジカルは、ラジカル炭素間に最大の炭素骨格間隔を有するジラジカルである。(C~C20)アルキレンα,ω-ジラジカルのいくつかの例としては、エタン-1,2-ジイル(すなわち、-CHCH)、プロパン-1,3-ジイル(すなわち、-CHCHCH-)、2-メチルプロパン-1,3-ジイル(すなわち、-CHCH(CH)CH-)が挙げられる。(C~C40)アリーレンα,ω-ジラジカルのいくつかの例としては、フェニル-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、またはナフタレン-3,7-ジイルが挙げられる。
「(C~C40)アルキレン」は、本明細書で使用される場合、1~40個の炭素原子の、飽和直鎖または分岐鎖ジラジカル(すなわち、ラジカルは環原子上にない)を意味し、それは、非置換または1つ以上のRによって置換される。非置換(C~C40)アルキレンの例は、非置換-CHCH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-CHC*HCH、および-(CHC*(H)(CH)を含む、非置換(C~C20)アルキレンであり、式中、「C*」は、第二級または第三級アルキルラジカルを形成するために水素原子が除去される炭素原子を示す。置換(C~C40)アルキレンの例は、置換(C~C20)アルキレン、-CF-、-C(O)-、および-(CH14C(CH(CH-(即ち、6,6-ジメチル置換ノルマル-1,20-エイコシレン)である。前述のように、2つのRは、一緒になって、(C~C18)アルキレンを形成し得、置換(C~C40)アルキレンの例としては、1,2-ビス(メチレン)シクロペンタン、1,2-ビス(メチレン)シクロヘキサン、2,3-ビス(メチレン)-7,7-ジメチル-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、および2,3-ビス(メチレン)ビシクロ[2.2.2]オクタンも挙げることができる。
「(C~C40)シクロアルキレン」は、本明細書で使用される場合、3~40個の炭素原子の環状ジラジカル(すなわち、ラジカルは環原子上にある)を意味し、それは、非置換または1つ以上のRによって置換されている。
「ヘテロ原子」は、本明細書で使用される場合、水素または炭素以外の原子を指す。1個または2個以上のヘテロ原子を含有する基の例としては、O、S、S(O)、S(O)、Si(R、P(R)、N(R)、-N=C(R、-Ge(R-、または-Si(R)-が挙げられ、各Rおよび各Rは、非置換(C-C18)ヒドロカルビルまたは-Hであり、各Rは非置換(C-C18)ヒドロカルビルである。「ヘテロ炭化水素」という用語は、1個以上の炭素原子がヘテロ原子で置換されている分子または分子骨格を指す。「(C~C40)ヘテロヒドロカルビル」という用語は、1~40個の炭素原子のヘテロ炭化水素ラジカルを意味し、「(C~C40)ヘテロヒドロカルビレン」という用語は、1~40個の炭素原子のヘテロ炭化水素ジラジカルを意味し、各ヘテロ炭化水素が1つ以上のヘテロ原子を有する。ヘテロヒドロカルビルのラジカルは、炭素原子またはヘテロ原子上に存在し、ヘテロヒドロカルビルのジラジカルは、(1)1つまたは2つの炭素原子、(2)1つまたは2つのヘテロ原子、または(3)炭素原子とヘテロ原子上に存在し得る。各(C~C40)ヘテロヒドロカルビルおよび(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンは、非置換または(1つ以上のRによって)置換、芳香族または非芳香族、飽和または不飽和、直鎖または分岐鎖、環式(単環式および多環式、縮合および非縮合多環式を含む)または非環式であってもよい。
(C~C40)ヘテロヒドロカルビルは、非置換であってもよく、または置換されてもよい。(C~C40)ヘテロヒドロカルビルの非限定的な例としては、(C~C40)ヘテロアルキル、(C~C40)ヒドロカルビル-O-、(C~C40)ヒドロカルビル-S-、(C~C40)ヒドロカルビル-S(O)-、(C~C40)ヒドロカルビル-S(O)-、(C~C40)ヒドロカルビル-Si(R-、(C~C40)ヒドロカルビル-N(R)-、(C~C40)ヒドロカルビル-P(R)-、(C~C40)ヘテロシクロアルキル、(C~C19)ヘテロシクロアルキル-(C~C20)アルキレン、(C~C20)シクロアルキル-(C~C19)ヘテロアルキレン、(C~C19)ヘテロシクロアルキル-(C~C20)ヘテロアルキレン、(C~C50)ヘテロアリール、(C~C19)ヘテロアリール-(C~C20)アルキレン、(C~C20)アリール-(C~C19)ヘテロアルキレン、または(C~C19)ヘテロアリール-(C~C20)ヘテロアルキレンが挙げられる。
「(C~C40)ヘテロアリール」は、本明細書で使用される場合、1~40個の総炭素原子および1~10個のヘテロ原子の、非置換または置換(1つ以上のRによる)の単環式、二環式、または三環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルを意味し、単環式、二環式、または三環式ラジカルは、それぞれ1つ、2つ、または3つの環を含み、2つまたは3つの環は、独立して縮合または非縮合であり、2つまたは3つの環のうちの少なくとも1つは、ヘテロ芳香族である。他のヘテロアリール基(例えば、(C~C)ヘテロアリール、概して(C~C12)ヘテロアリール)は、x~y個の炭素原子(1~12個の炭素原子等)を有し、非置換であるか、または1つもしくは2つ以上のRによって置換されているものと類似した様式で定義される。単環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、5員環または6員環である。5員環は、5マイナスh個の炭素原子を有し、hは、ヘテロ原子数であり、1、2、または3であり得、各ヘテロ原子は、O、S、N、またはPであり得る。5員環ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例としては、ピロール-1-イル、ピロール-2-イル、フラン-3-イル、チオフェン-2-イル、ピラゾール-1-イル、イソキサゾール-2-イル、イソチアゾール-5-イル、イミダゾール-2-イル、オキサゾール-4-イル、チアゾール-2-イル、1,2,4-トリアゾール-1-イル、1,3,4-オキサジアゾール-2-イル、1,3,4-チアジアゾール-2-イル、テトラゾール-1-イル、テトラゾール-2-イル、およびテトラゾール-5-イルが挙げられる。6員環は、6マイナスh個の炭素原子を有し、hは、ヘテロ原子数であり、1または2であり得、ヘテロ原子は、NまたはPであり得る。6員環ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例は、ピリジン-2-イル、ピリミジン-2-イル、およびピラジン-2-イルである。二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、縮合5,6-または6,6-環系であり得る。縮合5,6-環系二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例としては、インドール-1-イル、およびベンズイミダゾール-1-イルが挙げられる。縮合6,6-環系二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例としては、キノリン-2-イル、およびイソキノリン-1-イルが挙げられる。三環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは縮合5,6,5-、5,6,6-、6,5,6-、または6,6,6-環系であり得る。縮合5,6,5-環系の例としては、1,7-ジヒドロピロロ[3,2-f]インドール-1-イルが挙げられる。縮合5,6,6-環系の例としては、1H-ベンゾ[f]インドール-1-イルが挙げられる。縮合6,5,6-環系の例は、9H-カルバゾール-9-イルである。縮合6,6,6-環系の例は、アクリジン-9-イルである。
前述のヘテロアルキルは、(C~C40)の炭素原子またはそれより少ない炭素原子および1つ以上のヘテロ原子を含有する飽和直鎖または分岐鎖ラジカルであってもよい。同様に、ヘテロアルキレンは、1~50個の炭素原子および1個以上のヘテロ原子を含む飽和直鎖または分岐鎖ジラジカルであってもよい。上で定義されたようなヘテロ原子は、Si(R、Ge(R、Si(R、Ge(R、P(R、P(R)、N(R、N(R)、N、O、OR、S、SR、S(O)、およびS(O)を含んでもよく、ヘテロアルキル基およびヘテロアルキレン基の各々は、非置換であるか、または1つ以上のRによって置換される。
非置換(C~C40)ヘテロシクロアルキルの例としては、非置換(C~C20)ヘテロシクロアルキル、非置換(C~C10)ヘテロシクロアルキル、アジリジン-1-イル、オキセタン-2-イル、テトラヒドロフラン-3-イル、ピロリジン-1-イル、テトラヒドロチオフェン-S,S-ジオキシド-2-イル、モルホリン-4-イル、1,4-ジオキサン-2-イル、ヘキサヒドロアゼピン-4-イル、3-オキサ-シクロオクチル、5-チオ-シクロノニル、および2-アザ-シクロデシルが挙げられる。
「ハロゲン原子」または「ハロゲン」は、本明細書で使用される場合、フッ素原子(F)、塩素原子(Cl)、臭素原子(Br)、またはヨウ素原子(I)のラジカルを意味する。「ハロゲン化物」という用語は、フッ化物(F)、塩化物(Cl)、臭化物(Br)、またはヨウ化物(I)のハロゲン原子のアニオン形態を意味する。
「飽和」は、本明細書で使用される場合、炭素-炭素二重結合、炭素-炭素三重結合、および(ヘテロ原子含有基において)炭素-窒素、炭素-リン、および炭素-ケイ素二重結合を欠くことを意味する。飽和化学基が1つ以上の置換基Rで置換されている場合、1つ以上の二重および/または三重結合は、任意選択で、置換基R中に存在してもしなくてもよい。「不飽和」という用語は、1つ以上の炭素-炭素二重結合、炭素-炭素三重結合、ならびに(ヘテロ原子含有基において)炭素-窒素、炭素-リン、および炭素-ケイ素二重結合を含有すること、存在する場合、置換基R中に存在し得るか、または存在する場合、(ヘテロ)芳香族環中に存在し得る任意のそのような二重結合を含まないことを意味する。
様々なプロセス制御方法論が企図される。一実施形態において、フーリエ変換近赤外(FTnIR)分光計をプロセス制御フィードバックループで利用することができる。例えば、第1の溶液重合反応器において、第1および第2のエチレン系成分は、十分に異なる反応性比を有する2つの触媒を使用して、十分に異なる密度で生産される。次いで、各成分の重量パーセントは、最初の反応器出口でFTnIR分光計によって測定されるコモノマー濃度を介してリアルタイムで正確に監視され得る。それに応じて、触媒供給比を調整して、第1の反応器内の各成分の目標重量パーセントの達成に関与する目標コモノマー濃度を達成することができる。あるいは、フーリエ変換近赤外(FTnIR)分光計よりも優れたコモノマー濃度測定の分解能および精度を提供するため、プロセス制御フィードバックループでラマン分光計が利用されてもよい。
上記のように、第1の触媒は、実施形態では、プロ触媒、例えば、上記のビス(ビフェニルフェノキシ)プロ触媒、およびプロ触媒を活性化する1つ以上の共触媒を含み得る。実施形態に従って使用するのに好適な活性化共触媒としては、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既知)、中性または強いルイス酸、および非ポリマー性、非配位性のイオン形成化合物が挙げられる(酸化条件下でのそのような化合物の使用を含む)。例示的な好適な共触媒としては、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)、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。好適な活性化技術は、バルク電気分解である。前述の活性化共触媒および技術のうちの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、本明細書で使用される場合、モノアルキルアルミニウム二水素化物もしくはモノアルキルアルミニウム二ハロゲン化物、ジアルキルアルミニウム水素化物もしくはジアルキルアルミニウムハロゲン化物、またはトリアルキルアルミニウムを意味する。ポリマーアルモキサンまたはオリゴマーアルモキサンの例としては、メチルアルモキサン、トリイソブチルアルミニウム修飾メチルアルモキサン、およびイソブチルアルモキサンが挙げられる。
実施形態によるルイス酸活性化剤(共触媒)としては、本明細書に記載されるように、1~3個の(C~C20)ヒドロカルビル置換基を含有する第13族金属化合物が挙げられる。実施形態では、第13族金属化合物は、トリ((C~C20)ヒドロカルビル)置換アルミニウムまたはトリ((C~C20)ヒドロカルビル)-ホウ素化合物である。他の実施形態において、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、トリ(ヒドロカルビル)-ホウ素化合物、トリ((C~C10)アルキル)アルミニウム、トリ((C~C18)アリール)ホウ素化合物、およびそのハロゲン化(過ハロゲン化を含む)誘導体である。さらなる実施形態では、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、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、活性化共触媒は、テトラキス((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、各(C~C20)ヒドロカルビルは、2つ以上存在する場合、同じであっても、異なっていてもよい。
本明細書に記載される中性ルイス酸活性化剤(共触媒)の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)]のモル数の比は、1:1:1~1:10:30、他の実施形態では、1:1:1.5~1:5:10である。
実施形態では、式(I)の1つ以上の金属-配位子錯体の総モル数と、1つ以上の活性化共触媒の総モル数との比は、1:10,000~100:1である。いくつかの実施形態では、この比は、少なくとも1:5000であり、他のいくつかの実施形態では少なくとも1:1000、および10:1以下であり、さらにいくつかの他の実施形態では、1:1以下である。アルモキサン単独が活性化共触媒として使用される場合、いくつかの実施形態では、用いられるアルモキサンのモル数は、式(I)の金属-配位子錯体のモル数の少なくとも100倍である。トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを単独で活性化共触媒として使用する場合、他のいくつかの実施形態では、式(I)の1つ以上の金属-配位子錯体の総モル数に対して用いられるトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランのモル数を、0.5:1~10:1、1:1~6:1、または1:1~5:1とする。残りの活性化共触媒は一般に、式(I)の1つ以上の金属-配位子錯体の総モル量におおよそ等しいモル量で用いられる。
エチレンモノマー、C~C12α-オレフィンコモノマー、および任意選択的に水素を、第1の触媒の存在下で反応させるための、第1の反応器110内での反応条件(その実施形態は、上記に提供されている)が、ここで記載される。
エチレンモノマーと、C~C12α-オレフィンコモノマーとの、第1の触媒存在下での反応を促進するために、実施形態では、第1の反応器110は、155℃~190℃、例えば、160℃~190℃、165℃~190℃、170℃~190℃、175℃~190℃、180℃~190℃、または185℃~190℃の温度まで加熱される。実施形態では、第1の反応器は、155℃~185℃、例えば、155℃~180℃、155℃~175℃、155℃~170℃、155℃~165℃、または155℃~160℃の温度まで加熱される。上記の温度範囲は、その中に記載された終点を含み(例えば、「155℃~190℃」は、155℃および190℃の両方を含む)、第1の反応器110の温度は、従来の反応器温度監視システムおよびソフトウェアを用いて測定され得ることを理解されたい。
実施形態では、第1の反応器110に導入される供給流101は、高濃度のエチレンモノマーを含む。いくつかの実施形態では、供給流101は、70グラム/リットル(g/L)から135g/Lのエチレンモノマーを含む。いくつかの実施形態では、供給流101は、75g/L~135g/Lのエチレンモノマー、例えば、80g/L~135g/Lのエチレンモノマー、85g/L~135g/Lのエチレンモノマー、90g/L~135g/Lのエチレンモノマー、95g/L~135g/Lのエチレンモノマー、100g/L~135g/Lのエチレンモノマー、105g/L~135g/Lのエチレンモノマー、110g/L~135g/Lのエチレンモノマー、115g/L~135g/Lのエチレンモノマー、120g/L~135g/Lのエチレンモノマー、125g/L~135g/Lのエチレンモノマー、または130g/L~135g/Lのエチレンモノマーを含む。他の実施形態では、供給流101は、70g/L~130g/Lのエチレンモノマー、例えば、70g/L~125g/Lのエチレンモノマー、70g/L~120g/Lのエチレンモノマー、70g/L~115g/Lのエチレンモノマー、70g/L~110g/Lのエチレンモノマー、70g/L~105g/Lのエチレンモノマー、70g/L~100g/Lのエチレンモノマー、70g/L~95g/Lのエチレンモノマー、70g/L~90g/Lのエチレンモノマー、70g/L~85g/Lのエチレンモノマー、70g/L~80g/Lのエチレンモノマー、または70g/L~75g/Lのエチレンモノマーを含む。
供給流101中のコモノマーの濃度は限定されず、0.0g/L~95.0g/L、例えば、5.0g/L~95.0g/L、15.0g/L~95.0g/L、25.0g/L~95.0g/L、35.0g/L~95.0g/L、45.0g/L~95.0g/L、55.0g/L~95.0g/L、65.0g/L~95.0g/L、75.0g/L~95.0g/L、または85.0g/L~95.0g/Lの濃度で存在し得る。いくつかの実施形態では、供給流101中のコモノマーの濃度は、0.0g/L~90.0g/L、0.0g/L~80.0g/L、0.0g/L~70.0g/L、0.0g/L~60.0g/L、0.0g/L~50.0g/L、0.0g/L~40.0g/L、0.0g/L~30.0g/L、0.0g/L~20.0g/L、または0.0g/L~10.0g/Lである。
実施形態では、第1の触媒は、0.06マイクロモル/リットル(μmol/L)~3.00μmol/L、例えば、0.500μmol/L~3.00μmol/L、1.00μmol/L~3.00μmol/L、1.50μmol/L~3.00μmol/L、2.00μmol/L~3.00μmol/L、または2.50μmol/L~3.00μmol/Lの濃度で、第1の反応器110内に存在する。実施形態では、第1の触媒は、0.06μmol/L~2.50μmol/L、例えば、0.06μmol/L~2.00μmol/L、0.06μmol/L~1.50μmol/L、0.06μmol/L~1.00μmol/L、0.06μmol/L~0.500μmol/L、0.06μmol/L~0.250μmol/L、または0.06μmol/L~0.100μmol/Lの濃度で、第1の反応器110内に存在する。
これらの反応条件下で、エチレンモノマー、C~C12α-オレフィンコモノマー、および任意選択的に水素は、例えば、上記の触媒などの、第1の触媒の存在下で反応して、第1のポリマー画分を形成する。実施形態では、この第1のポリマー画分は、ミキサー130内で形成される第2のポリマー画分よりも密度が低く、メルトインデックス(I)が低い。
前述のように、この開示では、少なくとも第1のポリマー画分、未反応のエチレンモノマー、および未反応C~C12α-オレフィンコモノマーは、流出物111aにおいて、第1の反応器110を出る。第2の触媒は、第2の触媒の存在下で反応し、第2のポリマー画分を形成するために、未反応のエチレンモノマーおよび未反応C~C12α-オレフィンコモノマーを引き起こす第2触媒流112を介して流出物111aに導入される。供給流101および流出物111aの両方に存在する高濃度のエチレンモノマーは、第2の触媒流112がミキサー130で流出物111aに導入されて、第2のポリマー画分の形成を可能にする場合、十分なエチレンが存在することを確実にする。
実施形態では、流出物111aは、20グラム/リットル(g/L)~45g/Lのエチレンモノマーを含む。いくつかの実施形態では、流出物111aは、25g/L~45g/Lのエチレンモノマー、例えば、30g/L~45g/Lのエチレンモノマー、35g/L~45g/Lのエチレンモノマー、または40g/L~45g/Lのエチレンモノマーを含む。他の実施形態では、流出物111aは、20g/L~40g/Lのエチレンモノマー、例えば、20g/L~35g/Lのエチレンモノマー、20g/L~30g/Lのエチレンモノマー、または20g/L~25g/Lのエチレンモノマーを含む。
エチレンモノマー、C~C12α-オレフィンコモノマー、第2触媒、および第2のポリマー画分を含む変性流出物111bが、ミキサー130を通って第2の反応器120に向かって移動するとき、変性流出物111b中に存在するエチレンモノマーおよびC~C12α-オレフィンコモノマーは、第2の触媒の存在下で反応し続けて、第2のポリマー画分を形成する。第2の触媒流112が、流出物111aに導入される温度は、第1の反応器110内の温度(すなわち、155℃~190℃)にほぼ等しく、これは、第2の反応器内の温度よりも低いことを理解されたい。さらに、エチレンモノマーは、第1の反応器110内で反応して、第1のポリマー画分を形成するが、第1の反応器110に導入されるエチレンの量は、流出物111a中の未反応のエチレンモノマーの濃度が、第2のポリマー画分を形成するのに十分であるような量である。いくつかの実施形態では、追加の新鮮なエチレンモノマーは、流出物111a(すなわち、第2の触媒流112が流出物に導入される前)または変性流出物111b(すなわち、第2の触媒流112が流出物に導入された後)のいずれかに添加され得る。実施形態では、第2の触媒の存在下でのエチレンモノマーとC~C12α-オレフィンコモノマーとの反応は、ミキサー130内で発生する。変性流出物111bが、第2の反応器120に導入される前に、エチレンモノマーとC~C12α-オレフィンコモノマーとを、第2の触媒の存在下で反応させることによって、高分子量高密度画分を有する第2のポリマー画分が生成され、次に密度とメルトインデックスとのより良好なバランスを有するバイモーダルエチレン系ポリマーがもたらされる。特定の理論に束縛されるものではないが、変性流出物111bの比較的低い温度および変性流出物111b中の高濃度のエチレンモノマーは、例えば、第2の触媒が第2の反応器およびより高い温度で添加される従来のプロセスで達成される伝播速度よりも2~4倍高い伝播速度などの増加した伝播速度をもたらすと考えられる。増加した伝播速度は、バイモーダルエチレン系ポリマーにおける高分子量高密度画分を提供すると考えられる。
第2の触媒流112を介して流出物111aに導入される第2の触媒は、実施形態では、チーグラー・ナッタ触媒または上記で詳細に記載された第2の分子触媒である。実施形態では、例示的なチーグラー・ナッタ触媒は、(1)有機マグネシウム化合物、(2)ハロゲン化アルキルまたはハロゲン化アルミニウムまたは塩化水素、および(3)遷移金属化合物から誘導されるものである。そのような触媒の例は、米国特許第4,314,912号(Lowery,Jr.et al.)、同第4,547,475号(Glass et al.)、および同第4,612,300号(Coleman,III)に記載されており、その教示は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。チーグラー・ナッタプロ触媒は、(a)炭化水素可溶性有機マグネシウム化合物またはその錯体と、活性な非金属または金属ハロゲン化物とを反応させて、ハロゲン化マグネシウム担体を形成すること、(b)ハロゲン化マグネシウム担体と、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、およびテルルからなる群から選択される元素を含有する調整化合物とを、調整されたハロゲン化マグネシウム担体を形成するのに十分な条件下で接触させること、(c)ハロゲン化マグネシウム担体と、第1の金属としてチタンを含有する化合物とを接触させて、担持されたチタン化合物を形成すること、(d)任意選択的に、担持されたチタン化合物と、遷移金属系列から独立して選択される第2の金属および任意選択的に第3の金属とを接触させること、によって形成され得る、但し、第2の金属と第3の金属は同じではなく、さらに、マグネシウムと、チタンおよび第2および第3の金属の組み合わせとのモル比が、30:1~5:1の範囲であり、全てプロ触媒を形成するのに十分な条件下である。
チーグラー・ナッタ触媒に使用する、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等が挙げられ、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、ならびにアリールオキシド、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る。いくつかの実施形態では、有機マグネシウム化合物は、ハロゲンを含まない有機マグネシウムである。
未反応のメチレン、未反応のC~C12α-オレフィンコモノマー、第2の触媒、第1のポリマー画分、および第2ポリマー画分を含む変性流出物111bは、第2の反応器120に導入される前に、ミキサー130内で、3分~6分、例えば、3分~5分、または3分~4分間存在する。
変性流出物111bが、非撹拌溶液重合反応器である第2の反応器120に導入された後、変性流出物111bは、第1の反応器110内の温度よりも高く、ミキサー130内の変性流出物111bの温度よりも高い温度まで加熱される。実施形態では、第2の反応器120内の温度は、190℃~265℃である。第2の反応器内120の温度は、いくつかの実施形態では、195℃~265℃、例えば、200℃~265℃、205℃~265℃、210℃~265℃、215℃~265℃、220℃~265℃、225℃~265℃、230℃~265℃、235℃~265℃、240℃~265℃、240℃~265℃、245℃~265℃、250℃~265℃、または255℃~265℃である。他の実施形態では、第2の反応器内の温度は、190℃~260℃、例えば、190℃~255℃、190℃~250℃、190℃~245℃、190℃~240℃、190℃~235℃、190℃~230℃、190℃~225℃、190℃~220℃、190℃~215℃、190℃~210℃、190℃~205℃、190℃~200℃、または190℃~195℃である。上記の温度範囲は、その中に記載された終点を含み(例えば、「190℃~265℃」は、190℃および265℃の両方を含む)、第2の反応器120の温度は、任意の従来の反応器温度監視システムおよびソフトウェアを用いて測定され得ることを理解されたい。
第2の反応器120に入る、変性流出物111b中の未反応のエチレンモノマーおよび未反応のC~C12α-オレフィンコモノマーは、第2の触媒の存在下で反応して、追加の第2のポリマー画分を形成する。加えて、溶媒中にエチレンモノマーおよびとC~C12α-オレフィンコモノマーを含む第2の供給流121は、第2の反応器120に導入される。第2の供給流121からのエチレンモノマーおよびC~C12α-オレフィンコモノマーはまた、第2の触媒の存在下で反応して、追加の第2のポリマー画分を形成する。図1は、第2の供給流121を単一の供給流として示しているが、成分は、第2の反応器120に個別に導入され得ることを理解されたい。
第2の反応器120内で十分な時間が経過した後、バイモーダルエチレン系ポリマーを含む生成物流122は、第2の反応器120を出る。生成物流122に存在するバイモーダルエチレン系ポリマーの特性は、以下でより詳細に説明される。図1および図2には示していないが、生成物流122中に存在する任意の未反応のエチレンモノマー、未反応のC~C12α-オレフィンコモノマー、および溶媒は、バイモーダルエチレン系ポリマーから分離され得、第1の反応器110への供給流101、または第2の反応器120への第2の供給流121においてシステム100または200に再循環されることを理解されたい。
システム100におけるエチレンモノマーの過変換率は、90%~94%、例えば、91%~94%、92%~94%、または93%~94%である。
バイモーダルエチレン系ポリマー特性
本明細書に開示および記載される実施形態に従って生成されたバイモーダルエチレン系ポリマーの例示的な特性がここで提供される。上記のように、特定の理論に束縛されるものではないが、以下に挙げられる例示的な特性の組み合わせは、上記に開示および説明されたプロセスおよびシステムによって可能になると考えられる。
実施形態によれば、バイモーダルエチレン系ポリマーは、ASTM D792に従って測定される、0.910~0.920g/ccの密度を有し得る。いくつかの実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、0.912g/cc~0.920g/cc、例えば、0.914g/cc~0.920g/cc、0.915g/cc~0.920g/cc、0.916g/cc~0.920g/cc、0.917g/cc~0.920g/cc、0.918g/cc~0.920g/cc、または0.919g/cc~0.920g/ccの密度を有する。他の実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、0.910g/cc~0.919g/cc、例えば、0.910g/cc~0.918g/cc、0.910g/cc~0.917g/cc、0.910g/cc~0.916g/cc、0.910g/cc~0.915g/cc、0.910g/cc~0.914g/cc、または0.910g.cc~0.913g/cc、0.910g/cc~0.912g/cc、または0.910g/cc~0.911g/ccの密度を有する。さらに他の実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、0.912g/cc~0.918g/cc、例えば、0.914g/cc~0.916g/ccの密度を有する。上記の密度の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態のバイモーダルエチレン系ポリマーは、93℃~119℃の温度での結晶化溶出分画(CEF)積分によって測定されるとき、3.0%~10.0%、例えば、4.0%~10.0%、5.0%~10.0%、6.0%~10.0%、7.0%~10.0%、8.0%~10.0%、または9.0%~10.0%の高密度画分(HDF)を有する。他の実施形態では、実施形態のバイモーダルエチレン系ポリマーは、3.0%~9.0%、例えば、3.0%~8.0%、3.0%~7.0%、3.0%~6.0%、3.0%~5.0%、または3.0%~4.0%のHDFを有する。さらに他の実施形態では、実施形態のバイモーダルエチレン系ポリマーは、4.0%~9.0%、例えば、5.0%~8.0%、または6.0%~7.0のHDFを有する。上記のHDFの範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、1.0グラム/10分(g/10分)~8.0g/10分、例えば、2.0g/10分~8.0g/10分、3.0g/10分~8.0g/10分、4.0g/10分~8.0g/10分、5.0g/10分~8.0g/10分、6.0g/10分~8.0g/10分、または7.0g/10分~8.0g/10分の、ASTM D1238に従って、2.16kgの負荷で測定される、メルトインデックス(I)を有する。他の実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、1.0g/10分~7.0g/10分、例えば、1.0g/10分~6.0g/10分、1.0g/10分~5.0g/10分、1.0g/10分~4.0g/10分、1.0g/10分~3.0g/10分、または1.0g/10分~2.0g/10分のIを有する。さらに他の実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、2.0g/10分~7.0g/10分、例えば、3.0g/10分~6.0g/10分、または4.0g/10分~5.0g/10分のIを有する。実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、2.0g/10分~5.0g/10分のIを有する。上記のIの範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
バイモーダルエチレン系ポリマーは、5.5~7.0、例えば、6.0~7.0、または6.5~7.0の、Iが、ASTM D1238に従って、2.16kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスであり、I10が、ASTM D1238に従って、10kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスである、I10/I比を有し得る。いくつかの実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、5.5~6.5、例えば5.5~6.0のI10/I比を有し得る。さらに他の実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、6.0~7.0のI10/I比を有する。上記のI10/I比の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態によれば、バイモーダルエチレン系ポリマーの短鎖分岐分布(SCBD)は、半分の高さでのCEF全幅によって測定されるとき、10℃未満である。いくつかの実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーのSCBDは、9℃未満、8℃未満、7℃未満、6℃未満、5℃未満、4℃未満、または3℃未満である。上記のSCBDの範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
バイモーダルエチレン系ポリマーは、実施形態によれば、1.1~3.0、例えば、1.2~3.0、1.3~3.0、1.4~3.0、1.5~3.0、1.6~3.0、1.7~3.0、1.8~3.0、1.9~3.0、2.0~3.0、2.1~3.0、2.2~3.0、2.3~3.0、2.4~3.0、2.5~3.0、2.6~3.0、2.7~3.0、2.8~3.0、または2.9~3.0のゼロ剪断粘度比を有する。いくつかの実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、1.1~2.9、1.1~2.8、1.1~2.7、1.1~2.6、1.1~2.5、1.1~2.4、例えば、1.1~2.3、1.1~2.2、1.1~2.2、1.1~2.1、1.1~2.0、1.1~1.9、1.1~1.8、1.1~1.7、1.1~1.6、1.1~1.5、1.1~1.4、1.1~1.3、または1.1~1.2のゼロ剪断粘度比を有する。さらに他の実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、1.2~2.9、例えば、1.3~2.8、1.4~2.7、1.5~2.6、1.6~2.5、1.7~2.4、1.8~2.3、1.9~2.2、または2.0~2.1のゼロ剪断粘度比を有する。上記のゼロ剪断粘度比の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態による、バイモーダルエチレン系ポリマーは、70.0重量パーセント(重量%)~92.0重量%の第1のポリマー画分、および8.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分を含む。いくつかの実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、72.0重量%~92.0重量%の第1のポリマー画分、例えば、74.0重量%~92.0重量%の第1のポリマー画分、76.0重量%~92.0重量%の第1のポリマー画分、78.0重量%~92.0重量%の第1のポリマー画分、80.0重量%~92.0重量%の第1のポリマー画分、82.0重量%~92.0重量%の第1のポリマー画分、84.0重量%~92.0重量%の第1のポリマー画分、86.0重量%~92.0重量%の第1のポリマー画分、88.0重量%~92.0重量%の第1のポリマー画分、または90.0重量%~92.0重量%の第1のポリマー画分を含む。他の実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、70.0重量%~90.0重量%の第1のポリマー画分、例えば、70.0重量%~88.0重量%の第1のポリマー画分、70.0重量%~86.0重量%の第1のポリマー画分、70.0重量%~84.0重量%の第1のポリマー画分、70.0重量%~82.0重量%の第1のポリマー画分、70.0重量%~80.0重量%の第1のポリマー画分、70.0重量%~78.0重量%の第1のポリマー画分、70.0重量%~76.0重量%の第1のポリマー画分、70.0重量%~74.0重量%の第1のポリマー画分、または70.0重量%~72.0重量%の第1のポリマー画分を含む。さらに他の実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、72.0重量%~90.0重量%の第1のポリマー画分、例えば、74.0重量%~88.0重量%の第1のポリマー画分、76.0重量%~86.0重量%の第1のポリマー画分、78.0重量%~84.0重量%の第1のポリマー画分、または80.0重量%~82.0重量%の第1のポリマー画分を含む。上記の重量パーセントの範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
いくつかの実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、10.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分、例えば、12.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分、14.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分、16.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分、18.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分、20.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分、22.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分、24.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分、26.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分、または28.0重量%~30.0重量%の第2のポリマー画分を含む。他の実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、8.0重量%~28.0重量%の第2のポリマー画分、例えば、8.0重量%~26.0重量%の第2のポリマー画分、8.0重量%~24.0重量%の第2のポリマー画分、8.0重量%~22.0重量%の第2のポリマー画分、8.0重量%~20.0重量%の第2のポリマー画分、8.0重量%~18.0重量%の第2のポリマー画分、8.0重量%~16.0重量%の第2のポリマー画分、8.0重量%~14.0重量%の第2のポリマー画分、または8.0重量%~12.0重量%の第2のポリマー画分を含む。さらに他の実施形態では、バイモーダルエチレン系ポリマーは、10.0重量%~28.0重量%の第2のポリマー画分、12.0重量%~26.0重量%の第2のポリマー画分、14.0重量%~24.0重量%の第2のポリマー画分、16.0重量%~22.0重量%の第2のポリマー画分、または18.0重量%~20.0重量%の第2のポリマー画分を含む。上記の重量パーセントの範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
バイモーダルエチレン系ポリマー中の各ポリマー画分の量は、用途または使用に基づいて調整され得る。例えば、バイモーダルエチレン系ポリマーが、より高温(例えば、40度超の温度)に供される用途に対して、低温用途(例えば、0℃未満)では、異なる特性のバランスが望ましい場合がある。
実施形態では、第2のポリマー画分のメルトインデックスおよび密度は、ミキサー130および第2の反応器120の反応環境内で形成されたポリマー画分からなる。ミキサー130内で作製されたポリマー画分は、より低いメルトインデックス(MI)を有し、第2の反応器120で形成されたポリマー画分は、より高いMI(例えば、ミキサー130内で形成されたポリマー画分よりも約4倍高い)を有する。ミキサー130および第2の反応器120内で形成された組み合わされた第2のポリマー画分は、第1のエチレン系ポリマー画分の密度よりも少なくとも0.03g/cc高い、例えば、CEFのピーク温度によって示されるように、その密度よりも少なくとも0.04g/cc高い高密度画分を有する。加えて、本明細書に開示および記載される実施形態によるバイモーダルエチレン系ポリマーの形成プロセスを使用して、最終的なバイモーダルエチレン系ポリマー(すなわち、第1のポリマー画分および第2のポリマー画分を含む)は、第1のポリマー画分より高い密度およびより高いメルトインデックス(I)を有する。また、ミキサー内で形成される第2のポリマー画分の部分は、第2の非撹拌反応器内で形成される第2のポリマー画分の部分よりも高分子量を有する。
実施形態では、キャストフィルムに使用されるバイモーダルエチレン系ポリマーは、高密度画分が、93℃~119℃の温度での結晶化溶出分画(CEF)積分によって測定される、3.0%~10.0%の高密度画分(HDF)と、Iが、ASTM D1238に従って、2.16kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスであり、I10が、ASTM D1238に従って、10kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスである、5.5~7.0のI10/I比と、短鎖分岐分布が、半分の高さでのCEF全幅によって測定される、10℃以下の短鎖分岐分布(SCBD)と、密度が、ASTM D792、方法Bに従って測定される、0.910g/cc~0.920g/ccの密度と、メルトインデックス(I)が、ASTM D1238に従って、190℃、2.16kgで測定される、1.0g/10分~8.0g/10分のメルトインデックス(I)と、を有する。
キャストフィルムおよび特性
実施形態では、キャストフィルムは、上記に開示されたバイモーダルエチレン系ポリマーが、スロットまたはフラットダイを通って溶融して、薄い溶融シートまたはフィルムを形成するキャストフィルム押出プロセスによって形成される。このフィルムは、エアナイフまたは真空ボックスからの送風によって、冷却ロール(典型的には、水冷およびクロムめっき)の表面に固定される。フィルムはすぐに急冷し、次いで、巻き取る前に端部をスリットする。
実施形態では、キャストフィルムは、上記に開示されたバイモーダルエチレン系ポリマーが、別のポリマーまたは添加剤と混合し、混合物が、スロットまたはフラットダイを通って溶融して、薄い溶融シートまたはフィルムを形成するキャストフィルム押出プロセスによって形成される。このフィルムは、エアナイフまたは真空ボックスからの送風によって、冷却ロール(典型的には、水冷およびクロムめっき)の表面に固定される。フィルムはすぐに急冷し、次いで、巻き取る前に端部をスリットする。
いくつかのプロセスでは、可塑剤などの加工助剤も、バイモーダルエチレン系ポリマー生成物に含められ得る。これらの助剤としては、ジオクチルフタレートまたはジイソブチルフタレートなどのフタレート、ラノリンなどの天然油、ならびに石油精製から得られるパラフィン、ナフテン、および芳香油、ならびにロジンまたは石油原料からの液体樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。加工助剤として有用な、例示的な部類の油としては、KAYDOL油(Chemtura Corp.、Middlebury、Conn.)、およびSHELLFLEX 371ナフテン油(Shell Lubricants、Houston、Tex.)などの白色鉱油が挙げられる。別の好適な油は、TUFFLO油(Lyondell Lubricants、Houston、Tex.)である。
いくつかのプロセスでは、バイモーダルエチレン系ポリマー組成物は、1つ以上の安定剤、例えば、IRGANOX 1010およびIRGAFOS 168(Ciba Specialty Chemicals、Glattbrugg、Switzerland)などの酸化防止剤で処理される。一般に、ポリマーは、押出または他の溶融プロセスの前に、1つ以上の安定剤で処理される。他の実施形態のプロセスでは、他のポリマー添加剤としては、紫外線吸収剤、帯電防止剤、顔料、染料、核形成剤、充填剤、スリップ剤、難燃剤、可塑剤、加工助剤、潤滑剤、安定剤、煙抑制剤、粘度調整剤、およびブロッキング防止剤が挙げられるが、これらに限定されない。バイモーダル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、10パーセント未満の1つ以上の添加剤の合計重量を含み得る。
生成されたバイモーダルエチレン系ポリマー組成物は、さらに配合され得る。いくつかの実施形態では、1つ以上の酸化防止剤は、バイモーダルエチレン系ポリマー組成物にさらに配合され得、配合されたポリマーはペレット化される。配合されたエチレン系ポリマー組成物は、任意の量の1つ以上の酸化防止剤を含有し得る。例えば、配合されたバイモーダルエチレン系ポリマー組成物は、バイモーダルエチレン系ポリマー組成物の100万部当たり、約200~約600部の1つ以上のフェノール系酸化防止剤を含み得る。加えて、配合されたエチレン系ポリマー組成物は、本発明のエチレン系ポリマー組成物の100万部当たり、約800~約1200部のフォスファイト系酸化防止剤を含み得る。
バイモーダルエチレン系ポリマー組成物は、様々な従来の熱可塑性製造プロセスにおいて用いられ、キャスト、インフレーション、カレンダー、押出コーティングプロセスによって調製された、単層フィルム、または多層フィルム中の少なくとも1層などの少なくとも1層のフィルム層を含む物体、インフレーション成形、射出成形、または回転成型物品などの成形物品、押出、繊維、および織布または不織布を含む、有用な物品を生産し得る。バイモーダルエチレン系ポリマー組成物を含む熱可塑性組成物は、他の天然または合成材料、ポリマー、添加剤、強化剤、耐発火性添加剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤、増量剤、架橋剤、発泡剤、および可塑剤とのブレンドを含む。
添加剤およびアジュバントは、形成後の本発明のエチレン系ポリマー組成物に添加され得る。好適な添加剤としては、粘土、タルク、二酸化チタン、ゼオライト、粉末状金属を含む有機または無機粒子、炭素繊維、窒化ケイ素繊維、鋼線またはメッシュ、およびナイロンまたはポリエステルコーディングを含む有機または無機繊維、ナノサイズの粒子、粘土などの充填剤、粘着付与剤、パラフィン油またはナフテン油を含む油エクステンダー、ならびに実施形態の方法に従って作製されるまたは作製され得る他のポリマーを含む他の天然および合成ポリマーが挙げられる。
バイモーダルエチレン系ポリマー組成物と他のポリオレフィンとのブレンドおよび混合が実施され得る。本発明のエチレン系ポリマー組成物とのブレンドに好適なポリマーとしては、天然および合成ポリマーを含む熱可塑性および非熱可塑性ポリマーが挙げられる。ブレンド用の例示的なポリマーとしては、ポリプロピレン(衝撃改質ポリプロピレン、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、およびランダムエチレン/プロピレンコポリマーの両方)、複数反応器PE(米国特許第6,545,088号(Kolthammer,et al.)、米国特許第6,538,070号(Cardwell,et al.)、米国特許第6,566,446号(Parikh,et al.)、米国特許第5,844,045号(Kolthammer,et al.)、米国特許第5,869,575号(Kolthammer,et al.)、および米国特許第6,448,341号(Kolthammer,et al.))に記載されている生成物などの、チーグラー・ナッタPEとメタロセンPEとの「反応器内」ブレンド)を含む、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)、メタロセンPEを含む様々なタイプのポリエチレン(PE)、エチレン-酢酸ビニル(EVA)、エチレン/ビニルアルコールコポリマー、ポリエチレン、衝撃改質ポリスチレン、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コポリマー、およびその水素化誘導体(スチレン-ブタジエン-スチレン(SBS)、およびスチレン-エチレン-ブタジエン-スチレン(SEBS))、ならびに熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。オレフィンプラストマーおよびエラストマーなどの均質ポリマー、エチレンまたはプロピレン系コポリマー(例えば、VERSIFY(商標)Plastomers&Elastomers(The Dow Chemical Company)、SURPASS(商標)(Nova Chemicals)、およびVISTAMAXX(商標)(ExxonMobil Chemical)の商品名で入手可能なポリマー)もまた、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。本明細書に開示されるバイモーダルエチレン系ポリマーと混合するのに好適なポリマーとしては、実施形態では、例えば、AGILITY 1200(The Dow Chemical Companyによって製造される)などのLDPEおよびLLDPEが挙げられる。
本明細書に開示および記載される実施形態に従って生成されたバイモーダルエチレン系ポリマーを含むキャストフィルムの例示的な特性がここで提供される。上記のように、バイモーダルエチレン系ポリマーの分子構成(例えば、分子量分布、分岐構造など)は、様々なバイモーダルエチレン系ポリマーから作製されるキャストフィルムの特性に影響を与える。本明細書に開示されるキャストフィルムの特性は、本開示の範囲内で任意の様式で組み合わされ得ることを理解されたい。以下のフィルム特性は、バイモーダルエチレン系ポリマーを別のポリマーと混合せずに、上記のように生成された、約0.5ミルの厚さを有する、キャストフィルムで測定された。
実施形態のキャストフィルムは、250%~400%、例えば、275%~400%、300%~400%、325%~400%、350%~400%、または375%~400%の平均極限延伸(US)を有する。いくつかの実施形態では、キャストフィルムは、250%~375%、例えば、250%~350%、250%~325%、250%~300%、または250%~275%の平均USを有する。他の実施形態では、キャストフィルムは、275%~375%、例えば、300%~350%の平均USを有する。上記の範囲は、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態では、キャストフィルムは、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、200%延伸における、30.00ポンド(ポンド)~40.00ポンド、例えば、31.00ポンド~40.00ポンド、32.00ポンド~40.00ポンド、33.00ポンド~40.00ポンド、34.00ポンド~40.00ポンド、35.00ポンド~40.00ポンド、36.00ポンド~40.00ポンド、37.00ポンド~40.00ポンド、38.00ポンド~40.00ポンド、または39.00ポンド~40.00ポンドの平均延伸力(SF)を有する。いくつかの実施形態では、キャストフィルムは、30.00ポンド~39.00ポンド、例えば、30.00ポンド~38.00ポンド、30.00ポンド~37.00ポンド、30.00ポンド~36.00ポンド、30.00ポンド~35.00ポンド、30.00ポンド~34.00ポンド、30.00ポンド~33.00ポンド、30.00ポンド~32.00ポンド、または30.00ポンド~31.00ポンドの平均SFを有する。他の実施形態では、キャストフィルムは、31.00ポンド~39.00ポンド、例えば、32.00ポンド~38.00ポンド、33.00ポンド~37.00ポンド、または34.00ポンド~36.00ポンドの平均SFを有する。上記の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態のキャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、12.0ポンド~17.0ポンド、例えば、12.5ポンド~17.0ポンド、13.0ポンド~17.0ポンド、13.5ポンド~17.0ポンド、14.0ポンド~17.0ポンド、14.5ポンド~17.0ポンド、15.0ポンド~17.0ポンド、15.5ポンド~17.0ポンド、16.0ポンド~17.0ポンド、または16.5ポンド~17.0ポンドの平均パレット上穿刺(OPP)を有する。いくつかの実施形態では、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、12.0ポンド~16.5ポンド、例えば、12.0ポンド~16.0ポンド、12.0ポンド~15.5ポンド、12.0ポンド~15.0ポンド、12.0ポンド~14.5ポンド、12.0ポンド~14.0ポンド、12.0ポンド~13.5ポンド、12.0ポンド~13.0ポンド、または12.0ポンド~12.5ポンドのOPPを有する。他の実施形態では、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、12.5ポンド~16.5ポンド、例えば、13.0ポンド~16.0ポンド、13.5ポンド~15.5ポンド、または14.0ポンド~15.0ポンドのOPPを有する。上記の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態のキャストフィルムは、タイプB負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、8.0ポンド~13.0ポンド、例えば、8.5ポンド~13.0ポンド、9.0ポンド~13.0ポンド、9.5ポンド~13.0ポンド、10.0ポンド~13.0ポンド、10.5ポンド~13.0ポンド、11.0ポンド~13.0ポンド、11.5ポンド~13.0ポンド、12.0ポンド~13.0ポンド、または12.5ポンド~13.0ポンドの平均パレット上穿刺(OPP)を有する。いくつかの実施形態では、キャストフィルムは、タイプB負荷試験を使用して、8.0ポンド~12.5ポンド、例えば、8.0ポンド~12.0ポンド、8.0ポンド~11.5ポンド、8.0ポンド~11.0ポンド、8.0ポンド~10.5ポンド、8.0ポンド~10.0ポンド、8.0ポンド~9.5ポンド、8.0ポンド~9.0ポンド、または8.0ポンド~8.5ポンドのOPPを有する。他の実施形態では、キャストフィルムは、タイプB負荷試験を使用して、8.5ポンド~12.5ポンド、例えば、9.0ポンド~12.0ポンド、9.5ポンド~11.5ポンド、または10.0ポンド~11.0ポンドのOPPを有する。上記の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態のキャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、12.0ポンド~17.0ポンド、例えば、12.5ポンド~17.0ポンド、13.0ポンド~17.0ポンド、13.5ポンド~17.0ポンド、14.0ポンド~17.0ポンド、14.5ポンド~17.0ポンド、15.0ポンド~17.0ポンド、15.5ポンド~17.0ポンド、16.0ポンド~17.0ポンド、または16.5ポンド~17.0ポンドの平均パレット角穿刺(PCP)を有する。いくつかの実施形態では、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、12.0ポンド~16.5ポンド、例えば、12.0ポンド~16.0ポンド、12.0ポンド~15.5ポンド、12.0ポンド~15.0ポンド、12.0ポンド~14.5ポンド、12.0ポンド~14.0ポンド、12.0ポンド~13.5ポンド、12.0ポンド~13.0ポンド、または12.0ポンド~12.5ポンドのPCPを有する。他の実施形態では、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、12.5ポンド~16.5ポンド、例えば、13.0ポンド~16.0ポンド、13.5ポンド~15.5ポンド、または14.0ポンド~15.0ポンドのPCPを有する。上記の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態のキャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、9.0ポンド~18.0ポンド、例えば、9.5ポンド~18.0ポンド、10.0ポンド~18.0ポンド、10.5ポンド~18.0ポンド、11.0ポンド~18.0ポンド、11.5ポンド~18.0ポンド、12.0ポンド~18.0ポンド、12.5ポンド~18.0ポンド、13.0ポンド~18.0ポンド、13.5ポンド~18.0ポンド、14.0ポンド~18.0ポンド、14.5ポンド~18.0ポンド、15.0ポンド~18.0ポンド、15.5ポンド~18.0ポンド、16.0ポンド~18.0ポンド、16.5ポンド~18.0ポンド、17.0ポンド~18.0ポンド、または17.5ポンド~18.0ポンドの平均パレット上引裂き(OPT)を有する。いくつかの実施形態では、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、9.0ポンド~17.5ポンド、例えば、9.0ポンド~17.0ポンド、9.0ポンド~16.5ポンド、9.0ポンド~16.0ポンド、9.0ポンド~15.5ポンド、9.0ポンド~15.0ポンド、9.0ポンド~14.5ポンド、9.0ポンド~14.0ポンド、9.0ポンド~13.5ポンド、9.0ポンド~13.0ポンド、9.0ポンド~12.5ポンド、9.0ポンド~12.0ポンド、9.0ポンド~11.5ポンド、9.0ポンド~11.0ポンド、9.0ポンド~10.5ポンド、9.0ポンド~10.0ポンド、または9.0ポンド~9.5ポンドの平均パレット上引裂き(OPT)を有する。他の実施形態では、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、9.5ポンド~17.5ポンド、10.0ポンド~17.0ポンド、10.5ポンド~16.5ポンド、11.0ポンド~16.0ポンド、11.5ポンド~15.5ポンド、12.0ポンド~15.0ポンド、12.5ポンド~14.5ポンド、または13.0ポンド~14.0ポンドの平均パレット上引裂き(OPT)を有する。上記の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態によれば、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、38.0ポンド~41.0ポンド、例えば、38.5ポンド~42.0ポンド、39.0ポンド~42.0ポンド、39.5ポンド~42.0ポンド、40.0ポンド~42.0ポンド、40.5ポンド~42.0ポンド、41.0ポンド~42.0ポンド、または41.5ポンド~42.0ポンドの平均パレット上ピーク負荷を有する。いくつかの実施形態では、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、38.0ポンド~41.5ポンド、例えば、38.0ポンド~41.0ポンド、38.0ポンド~40.5ポンド、38.0ポンド~40.0ポンド、38.0ポンド~39.5ポンド、38.0ポンド~39.0ポンド、または38.0ポンド~38.5ポンドの平均パレット上ピーク負荷を有する。他の実施形態では、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、38.5ポンド~41.5ポンド、例えば、39.0ポンド~41.0ポンド。または39.5ポンド~40.5ポンドの平均パレット上ピーク負荷を有する。上記の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態のキャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、29.0ポンド~33.0ポンド、例えば、29.5ポンド~33.0ポンド、30.0ポンド~33.0ポンド、30.5ポンド~33.0ポンド、31.0ポンド~33.0ポンド、31.5ポンド~33.0ポンド、32.0ポンド~33.0ポンド、または32.5ポンド~33.0ポンドの平均パレット上最終負荷を有する。いくつかの実施形態では、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、29.0ポンド~32.5ポンド、例えば、29.0ポンド~32.0ポンド、29.0ポンド~31.5ポンド、29.0ポンド~31.0ポンド、29.0ポンド~30.5ポンド、29.0ポンド~30.0ポンド、29.0ポンド~30.5ポンド、29.0ポンド~30.0ポンド、または29.0ポンド~29.5ポンドの平均パレット上最終負荷を有する。他の実施形態では、キャストフィルムは、タイプA負荷試験を使用して、29.5ポンド~32.5ポンド、例えば、29.0ポンド~32.0ポンド、29.5ポンド~31.5ポンド、または30.0ポンド~31.0ポンドの平均パレット上最終負荷を有する。上記の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態によれば、キャストフィルムは、タイプB負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、20.0ポンド~30.0ポンド、例えば、21.0ポンド~30.0ポンド、22.0ポンド~30.0ポンド、23.0ポンド~30.0ポンド、24.0ポンド~30.0ポンド、25.0ポンド~30.0ポンド、26.0ポンド~30.0ポンド、27.0ポンド~30.0ポンド、28.0ポンド~30.0ポンド、または29.0ポンド~30.0ポンドの平均パレット上ピーク負荷を有する。いくつかの実施形態では、キャストフィルムは、タイプB負荷試験を使用して、20.0ポンド~29.0ポンド、例えば、20.0ポンド~28.0ポンド、20.0ポンド~27.0ポンド、20.0ポンド~26.0ポンド、20.0ポンド~25.0ポンド、20.0ポンド~24.0ポンド、20.0ポンド~23.0ポンド、20.0ポンド~22.0ポンド、または20.0ポンド~21.0ポンドの平均パレット上ピーク負荷を有する。他の実施形態では、キャストフィルムは、タイプB負荷試験を使用して、21.0ポンド~29.0ポンド、例えば、22.0ポンド~28.0ポンド、23.0ポンド~27.0ポンド、または24.0ポンド~26.0ポンドの平均パレット上ピーク負荷を有する。上記の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
実施形態のキャストフィルムは、タイプB負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、19.0ポンド~25.0ポンド、例えば、19.5ポンド~25.0ポンド、20.0ポンド~25.0ポンド、20.5ポンド~25.0ポンド、21.0ポンド~25.0ポンド、21.5ポンド~25.0ポンド、22.0ポンド~25.0ポンド、22.5ポンド~25.0ポンド、23.0ポンド~25.0ポンド、23.5ポンド~25.0ポンド、24.0ポンド~25.0ポンド、または24.5ポンド~25.0ポンドの平均パレット上最終負荷を有する。いくつかの実施形態では、キャストフィルムは、タイプB負荷試験を使用して、19.0ポンド~24.5ポンド、例えば、19.0ポンド~24.0ポンド、19.0ポンド~23.5ポンド、19.0ポンド~23.0ポンド、19.0ポンド~22.5ポンド、19.0ポンド~22.0ポンド、19.0ポンド~21.5ポンド、19.0ポンド~21.0ポンド、19.0ポンド~20.5ポンド、19.0ポンド~20.0ポンド、または19.0ポンド~19.5ポンドの平均パレット上最終負荷を有する。他の実施形態では、キャストフィルムは、タイプB負荷試験を使用して、19.5ポンド~24.5ポンド、例えば、20.0ポンド~24.0ポンド、20.5ポンド~23.5ポンド、21.0ポンド~23.0ポンド、または21.5ポンド~22.5ポンドの平均パレット上最終負荷を有する。上記の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。
上記に開示されたように、本明細書に開示されるバイモーダルエチレン系ポリマーからキャストフィルムを形成することによって、乱用特性と機械的特性の良好なバランスを有するキャストフィルムが配合され得る。すなわち、本明細書に開示されるキャストフィルムの個々の乱用特性および機械的特性は、個別に考慮された場合、他の既知のフィルムよりも良好に機能しない可能性がある。しかしながら、フィルムの乱用特性および機械的特性を全体として考慮される場合、本明細書に開示されるキャストフィルムは、他の既知のフィルムよりも良好に機能する。一例として、本明細書に開示されるキャストフィルムは、他の既知のフィルムに匹敵する乱用特性を有し得るが、本明細書に開示されるキャストフィルムは、例えば、他の既知のフィルムよりも良好な機械的特性を有する。したがって、従来から、キャストフィルムの特性のバランスをとって、本明細書に開示および記載されるキャストフィルムの全体的な性能を持たせることは不可能であった。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示および記載される実施形態によるキャストフィルムは、少なくとも2層のキャストフィルム層、および、いくつかの実施形態では、3層または4層のキャストフィルム層を含む層状フィルム構造体に組み込まれ得る。実施形態による層状フィルム構造体では、少なくとも1つの層が、本明細書に開示および記載されるバイモーダルエチレン系ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、層状フィルム構造体の追加のキャストフィルム層のうちの少なくとも1つの層(すなわち、本明細書に開示および記載される実施形態によるバイモーダルエチレン系ポリマーを含まない少なくとも1つの層)は、ポリプロピレンを含むか、またはポリプロピレンから本質的になる。1つ以上の実施形態では、層状フィルム構造体全体は、5.0重量%~25.0重量%のポリプロピレン、例えば、7.5重量%~25.0重量%のポリプロピレン、10.0重量%~25.0重量%のポリプロピレン、12.5重量%~25.0重量%のポリプロピレン、15.0重量%~25.0重量%のポリプロピレン、17.5重量%~25.0重量%のポリプロピレン、20.0重量%~25.0重量%のポリプロピレン、または22.5重量%~25.0重量%のポリプロピレンを含む。いくつかの実施形態では、層状フィルム構造体全体は、5.0重量%~22.5重量%のポリプロピレン、例えば、5.0重量%~20.0重量%のポリプロピレン、5.0重量%~17.5重量%のポリプロピレン、5.0重量%~15.0重量%のポリプロピレン、5.0重量%~12.5重量%のポリプロピレン、5.0重量%~10.0重量%のポリプロピレン、または5.0重量%~7.5重量%のポリプロピレンを含む。他の実施形態では、層状フィルム構造体全体は、7.5重量%~22.5重量%のポリプロピレン、例えば、10.0重量%~20.0重量%のポリプロピレン、または12.5重量%~17.5重量%のポリプロピレンを含む。上記の範囲が、その中に記載された終点を含むことを理解されたい。加えて、OPTを層状フィルム構造体で測定した。
試験方法
試験方法は、以下を含む。
メルトインデックス(I)および(I10
バイモーダルエチレン系ポリマーのメルトインデックス(I)値を、ASTM D1238に従って、190℃、2.16kgで測定した。同様に、バイモーダルエチレン系ポリマーのメルトインデックス(I10)値を、ASTM D1238に従って、190℃、10kg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。第1のエチレン系成分、第2のエチレン系成分、および第3のエチレン系成分のメルトインデックス(I)値は、等式30および下記の方法に従って計算した。
密度
バイモーダルエチレン系ポリマーの密度測定を、ASTM D792、方法Bに従って行った。第1および第2のエチレン系成分については、等式28および下記の手順を使用して密度の値を得た。第3のエチレン系成分については、密度値を等式29を使用して計算した。
従来のゲル浸透クロマトグラフィ(従来型GPC)
クロマトグラフィーシステムは、内部IR5赤外線検出器(IR5)を装備したPolymerChar GPC-IR(スペイン、バレンシア)の高温GPCクロマトグラフで構成された。オートサンプラーオーブンコンパートメントを160℃に設定し、カラムコンパートメントを150℃に設定した。使用されたカラムは、4つのAgilent「Mixed A」30cm、20ミクロンの直線状混合床カラムであった。使用したクロマトグラフィ溶媒は、1,2,4-トリクロロベンゼンであり、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有していた。溶媒源は、窒素注入された。使用した注入体積は200マイクロリットルであり、流量は1.0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/molの範囲の分子量を有する少なくとも20個の狭い分子量分布のポリスチレン標準を用いて行い、個々の分子量の間に少なくとも10の間隔を空けて、6つの「カクテル」混合物中に該標準を配置した。標準は、Agilent Technologiesから購入した。ポリスチレン標準は、1,000,000g/mol以上の分子量について50ミリリットルの溶媒中0.025グラム、および1,000,000g/mol未満の分子量について50ミリリットルの溶媒中0.05グラムで調製された。ポリスチレン標準を、30分間優しくかき混ぜながら、80℃で溶解した。ポリスチレン標準のピーク分子量を、等式6を使用してエチレン系ポリマー分子量に変換した(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載の通り):
式中、Mは、分子量であり、Aは、0.4315の値を有し、Bは、1.0に等しい。
第5次多項式を使用して、それぞれのエチレン系ポリマー等価較正点に適合させた。NIST標準NBS1475が52,000g/molで得られるように、カラム分解能およびバンド広がり効果を補正するために、Aに対するわずかな調整(約0.39から0.44)を行った。
GPCカラムセットの合計プレートカウントは、エイコサン(50ミリリットルのTCB中0.04gで調製され、穏やかに撹拌しながら20分間溶解した)を用いて行った。プレートカウント(等式7)および対称性(等式8)を、以下の等式に従って200マイクロリットル注入で測定した:
式中、RVはミリリットルでの保持体積であり、ピーク幅はミリリットルであり、ピーク最大値はピークの最大高さであり、半分の高さはピーク最大値の1/2の高さである。
式中、RVはミリリットルでの保持体積であり、ピーク幅はミリリットルであり、ピーク最大値はピークの最大位置であり、1/10の高さはピーク最大値の1/10の高さであり、リアピークはピーク最大値よりも後の保持体積でのピークテールを指し、フロントピークはピーク最大値よりも前の保持体積でのピークフロントを指す。クロマトグラフィーシステムのプレート計数は22,000超であるべきであり、対称性は0.98~1.22であるべきである。
試料を、PolymerChar「Instrument Control」ソフトウェアを用いて半自動様式で調製した。2mg/mlを試料の重量目標とし、溶媒(200ppmのBHTを含有)を、PolymerChar高温オートサンプラーを介して、予め窒素をスパージしたセプタキャップ付バイアルに添加した。試料を、「低速」振盪しながら160℃で3時間溶解した。
n(GPC)、Mw(GPC)、およびMz(GPC)の計算は、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェア、等間隔の各データ収集点i(IR)でベースラインを差し引いたIRクロマトグラム、および等式6からの点iの狭い標準較正曲線から得られたエチレン系ポリマー当量分子量(g/molで示されるMポリエチレン、i)を使用して、等式9~12に従ってPolymerChar GPC-IRクロマトグラフの内蔵型IR5検出器(測定チャネル)を使用するGPCの結果に基づいていた。続いて、エチレン系ポリマー試料についてのGPC分子量分布(GPC-MWD)プロット(wtGPC(lgMW)対lgMWプロット、ここで、wtGPC(lgMW)は、分子量lgMWによるエチレン系ポリマー分子の重量分率)を得た。分子量はg/molであり、wtGPC(lgMW)は等式9に従う。
数平均分子量Mn(GPC)、重量平均分子量Mw(GPC)およびz平均分子量Mz(GPC)は、次の等式のように計算することができる。
経時的な偏差を監視するために、PolymerChar GPC-IRシステムで制御されたマイクロポンプを介して各試料に流量マーカー(デカン)を導入した。この流量マーカー(FM)は、試料(RV(FM試料))内のそれぞれのデカンピークのRVを、狭い標準較正(RV(FM較正済み))内のデカンピークのRVと一致させることによって、各試料のポンプ流量(流量(公称))を直線的に補正するために使用した。その後、デカンマーカーピークの時間におけるあらゆる変化は、実験全体における流量(流量(有効))の線形シフトに関連すると仮定した。流量マーカーピークのRV測定の最高精度を促進するために、最小二乗フィッティングルーチンを使用して、流量マーカー濃度クロマトグラムのピークを二次方程式に適合する。次いで、二次方程式の一次導関数を使用して、真のピーク位置を求める。流量マーカーピークに基づいてシステムを較正した後、(狭い標準較正に関して)有効流量を等式13のように計算する。流量マーカーピークの処理は、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアにより行われた。許容可能な流量補正は、有効流量が公称流量の0.5%以内であるようになされる。
IR5 GPCコモノマー含有量(GPC-CC)プロット
IR5検出器の定量の較正を、ホモポリマー(0SCB/総炭素数1000個)から約50SCB/総炭素数1000個(総炭素数は、主鎖中の炭素+分岐中の炭素に等しい)の範囲の既知の短鎖分岐(SCB)頻度(参照材料のコモノマー含有量は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,292,845号(Kawasaki,et al.)およびRev.Macromol.Chem.Phys.,C29,201-317においてJ.C.Randallによって記載されている技術に従って、13C NMR分析を使用して決定される)の少なくとも10個のエチレン系ポリマー標準(エチレン系ポリマーホモポリマーおよびエチレン/オクテンコポリマー)を使用して実施した。各標準は、GPCによって測定される、36,000g/モル~126,000g/モルの重量平均分子量を有し、2.0~2.5の分子量分布を有していた。典型的なコポリマー標準の特性と測定値を表Aに示す。
「IR5メチルチャネルセンサのベースラインを差し引いた面積応答」対「IR5測定チャネルセンサのベースラインを差し引いた面積応答」の「IR5面積比(または「IR5メチルチャネル面積/IR5測定チャネル面積」)」(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:Part Number IR5_FWM01はGPC-IR機器の一部として含まれる)を、「コポリマー」標準の各々について計算した。重量%コモノマー対「IR5面積比」の線形適合を、以下の等式14の形態で構築した。
したがって、GPC-CC(GPC-コモノマー含有量)プロット(重量%コモノマー対lgMW)を得ることができる。各クロマトグラフスライスで決定された分子量を介してコモノマーの終端(メチル)との有意なスペクトルオーバーラップがある場合、重量%コモノマーデータの末端基補正を、終端メカニズムの知識を介して行うことができる。
結晶化溶出分別(CEF)
コモノマー分布分析は、通常、短鎖分岐分布(SCBD)とも呼ばれ、この分布を、IR(IR-4またはIR-5)検出器(PolymerChar、スペイン)および2角度光散乱検出器モデル2040(精密検出器、現在Agilent Technologies)を装備した結晶化溶出分別(CEF)(PolymerChar、スペイン)(参照により本明細書に組み込まれる、Monrabalら、Macromol.Symp.257、71-79(2007))で測定する。600ppmの酸化防止剤ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を有する蒸留済みのオルト-ジクロロベンゼン(ODCB)を溶媒として使用した。Nパージ機能を備えるオートサンプラーの場合、BHTは追加されなかった。検出器オーブン内のIR検出器のすぐ前に、GPCガードカラム(20ミクロン、または10ミクロン、50×7.5mm)(Agilent Technologies)を設置する。試料調製は、160℃で2時間の振盪下で、4mg/ml(特に指示がない限り)でオートサンプラーによって行う。注入体積は、300μLである。CEFの温度プロファイルは、3℃/分で110℃~30℃での結晶化、30℃で5分間の熱平衡、3℃/分で30℃~140℃での溶出である。結晶化中の流量は、0.052ml/分であった。溶出中の流量は、0.50ml/分である。データは、1データポイント/秒で収集された。
CEFカラムには、Dow Chemical Companyによって、1/8インチのステンレス管を用いて125μm+6%のガラスビーズ(MO-SCI Specialty Products)が充填される。The Dow Chemical Companyからの要望に従って、ガラスビーズをMO-SCI Specialtyにより酸洗浄する。カラム容量は、2.06mlである。カラム温度較正を、ODCB中のNIST標準参照物質直鎖エチレン系ポリマー1475a(1.0mg/ml)とエイコサン(2mg/ml)との混合物を使用して実行した。NIST直鎖エチレン系ポリマー1475aが101.0℃でピーク温度を有し、エイコサンが30.0℃のピーク温度を有するように、溶出加熱速度を調整することにより、温度を較正した。CEFカラム分解能を、NIST線状エチレン系ポリマー1475a(1.0mg/ml)とヘキサコンタン(Fluka、プルム(purum)≧97.0%、lmg/ml)との混合物を用いて計算した。ヘキサコンタンとNISTエチレン系ポリマー1475aのベースライン分離が達成された。ヘキサコンタンの領域(35.0~67.0℃)対NIST1475aの領域67.0~110.0℃は、50対50であり、35.0℃未満の溶解分画の量は1.8重量%未満である。CEFカラム分解能を、等式15に定義する:
式中、半分の高さでの幅は温度で測定され、分解能は少なくとも6.0である。
CEF機器はAgilent(Santa Clara,CA)モデル2040 2角度光散乱検出器を備えており、既知の分子量(約120,000g/mol)の既知のホモポリマーエチレン系ポリマー標準を用いて、90度信号チャネルを使用して光散乱を較正した。IR(赤外線)検出器も質量応答用に較正した。各溶出点での分子量(Mw(CEF))は、適切な信号対ノイズの領域における溶出温度の関数として計算した。面積の計算(それぞれのIR面積で除され、それぞれの検出器定数で因数分解された90度光散乱信号の総面積を表す)を使用して、溶出温度の領域にわたる重量平均分子量を評価し、CEF-MWプロット(Mw(CEF)対温度曲線)を得た。面積の計算には、連続的な計算より優れた信号対ノイズの固有の利点がある。通常のクロマトグラフィの積分法に従って、IRおよびLS(光散乱)信号の両方をベースライン信号レベルから差し引いた。
「臨界温度(T臨界)」の計算、臨界温度(20℃~T臨界のCEF分率のMw(CEF))以下の温度範囲におけるポリマーの重量分率および重量平均分子量を、以下のように得た。
0.2℃ずつの段階的な温度増加による20.0℃~119.9℃の各温度(T)での重量分率(wtCEF(T))を使用してCEF-SCBD(CEF-短鎖分岐分布)プロットを得る。
臨界温度は、以下の式に従って樹脂の密度(g/cc)によって定義される:
20℃~T臨界のCEF重量分率は、CEF-SCBDから以下のように計算される。
同様に、20℃~臨界温度以下の画分の重量平均分子量(20℃~T臨界のCEF画分のMw(CEF))を、90度光散乱応答の合計を、20℃~T臨界のIR検出器応答の合計で割った面積比として計算し、較正された検出器定数を考慮した。分子量の計算と較正は、GPCOne(登録商標)ソフトウェアで行った。
93℃~119℃のCEF画分は、93℃~119℃の範囲の溶出温度でのIR-4クロマトグラム(ベースライン減算測定チャネル)の積分を、25℃~140℃の全積分で割ったものとして、以下の等式に従って定義される。
式中、Tは、(上で考察された較正からの)溶出温度である。
ゼロ剪断粘度比(ZSVR)
ゼロ剪断粘度比(ZSVR)は、以下の等式5に従って、等価重量平均分子量(Mw(従来のgpc))における分岐ポリエチレン材料のゼロ剪断粘度(ZSV)対直鎖ポリエチレン材料のZSVの比として定義される(下記のANTEC手順参照)。
ZSV値を、上記の方法を介して190℃でのクリープ試験から得た。Mw(従来gpc)値は、上で考察されたように、従来のGPC法(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。
延伸フィルム試験
延伸技術は、フィールドでの性能を予測するために、用途固有の試験を使用することを特徴とする。用途試験の重要な構成要素は、フィルムを延伸状態で試験することに関し、これにより、延伸ラッピング中の性能がシミュレーションされる。延伸ラボにおいて、生成されたフィルムに対して2タイプの延伸試験が実施される。1つは、延伸ラッパー内のフィルムの延伸をシミュレーションする試験スタンドからなるHighlight Industriesフィルム試験ユニット((Highlight Industries Wyoming、Michigan、USA))の使用を伴う。得られた最も重要な測定値は、パレットのラッピング中に適用され得る延伸の最大レベルを示す極限延伸の値である。Highlight試験機はまた、フィルムの品質を測定するためにも使用され、これは、フィルムを特定の%の予備延伸(ほとんどの場合200%)に延伸し、定義されたフィルムの長さにわたって様々なデータを収集することによって得られる。品質試験で最も頻繁に関心のあるデータは、機械方向のフィルム剛性を示す延伸力である。
2番目の試験セットは、44インチ×35インチ×60インチの金属フレームをハウジング内に装備したLantech延伸ラッパーを使用して、パレットのラッピングをシミュレーションする。この設定で実施される試験は、フィルムの機械的特性または乱用特性、ならびに負荷をユニット化するフィルムの能力、およびフィルムの密着値を取得する。
極限延伸(US)および延伸力(SF)
極限延伸は、Highlight延伸フィルム試験標準(Highlight Industries Wyoming、Michigan、U.S.A.)を使用して測定される。フィルムロールは、Highlightの巻き出しローラーに配置され、Highlightの試験手順の指示に従って装置ローラーを通して巻き取られる。極限延伸試験は、試験メニューから選択され、方法が選択される(標準、ヘビー、ライト)。初期設定は標準であり、ほとんどのフィルムに使用されるはずである。ヘビーは、1ミル(25.4μm)より厚いフィルム用であるが、ライト法は、50ゲージ(約12μm)未満のフィルムまたは15インチ未満の幅のフィルムに使用される必要がある。選択された方法によって、試験のランプ速度が変更される。方法が選択されると、試験が開始され、フィルムは2つの予備延伸ローラーの間で延伸される。延伸は、予備延伸ローラー間の速度差によって実現される。フィルムは、2つの予備延伸ローラーの間に、均一な切れ目が観察されるまで延伸される。フィルムの切れ目が直線でない場合、またはフィルムが予備延伸ローラーの間以外の場所で切れた場合、その破損は、悪い切れ目と見なされ、データに含まれない。グラフに報告されているデータは、破損点を表しているが、延伸が200%の延伸を通過すると、延伸力のデータポイントが選択される。試験は最低3回繰り返され、平均USおよび平均SFが報告される。
パレット上穿刺-タイプA負荷(OPP-A)
この試験は、ブルセトン階段法(Bruceton staircase method)を用いて、フィルムが3回巻き付け用の試験プローブ上を失敗なく通過することができる最大負荷力を決定する。試験プローブを所望の突出距離で試験台に挿入する。突出の距離は、フィルムの厚さによって決定される。厚いフィルムは、典型的には12インチの突出で試験され、薄いフィルムは、5インチで試験される。試験プローブがフィルムの中心と整列するようにフィルムを配置する。フィルムを試験台に取り付け、ラッパーを始動する。ラッパーが250%の予備延伸に達すると、フィルムは、最大3回巻き付け用のプローブを通過することが可能になる。フィルムは、7ポンドの低いF2力から始めて3回巻き付けられる。フィルムがプローブによって穿刺されない場合、破損するまで、0.5ポンドの増分で増加したF2力で試験が繰り返される。0.5ポンドの増分ごとに、フィルムを手動でプローブに押し付け、新しいフィルムのセットを試験する。巻き付けのいずれかの間にフィルムが破損した場合、その力での負荷設定が失敗であると見なされる。負荷設定(すなわち合格または破損)でのフィルムの性能に応じて、負荷力を上下に調整し、新しい負荷設定で試験を繰り返す。これは、不合格とならない最大の力を見つけるまで続ける。破損したF2力は、フィルムのパレット上穿刺値を表し、通常、7ポンドから開始して試験を2回を超えて繰り返さない限り、標準偏差は報告されない。最高合格F2力は、データの有意性が+/-1ポンドと見なされて報告される。タイプA負荷試験は、パレットパッキングにおいて一般的に使用され、当業者は、本明細書で使用される場合、その意味を認識することを理解されたい。表Bは、この方法で使用される設備および設定を示す。
パレット上穿刺-タイプB負荷(OPP-B)
ユニット化されたパレットが、形状において均一でなく、不規則性が限られている場合、タイプ「B-負荷」として定義される。この試験は、ブルセトン階段法(Bruceton staircase method)を使用して、フィルムが3回重ね巻き付け用の試験プローブ上を破損することなく通過することができる最大負荷力を決定する。試験プローブを所望の突出距離で試験台に挿入する。全てのフィルムを、6インチ外側に延在する2インチ×2インチの尖っていない金属プローブによって試験した。試験プローブがフィルムの中心と整列するようにフィルムを配置する。フィルムを試験台に取り付け、ラッパーを始動する。ラッパーが250%の予備延伸に達すると、フィルムは、最大3回巻き付け用のプローブを通過することが可能になる。フィルムは、ポスト延伸フィルム張力/7ポンドの負荷(F2)に対する力から始めて3回巻き付けられる。フィルムがプローブによって穿刺されない場合、破損するまで、0.5ポンドの増分で増加したF2力で試験が繰り返される。巻き付けのいずれかの間にフィルムが破損した場合、その力での負荷設定が失敗であると見なされる。F2力が破損が発生し始める点に達すると、1つの力設定で6回試験が繰り返される。フィルムが6回の試験のうち4回に合格する場合、フィルムのF2力が増加する。フィルムが6回の試験のうち4回に破損する場合、試験は停止され、これがフィルムの破損点と見なされる。負荷設定(すなわち合格または破損)でのフィルムの性能に応じて、負荷力を増加/減少させ、新しい負荷設定で試験を繰り返す。これは、破損が観察されない最大の力まで続ける。最も高い合格F2力が、パレット上穿刺(OPP)値として報告される。この試験の標準的な変動は、+/-1ポンドであることが観察される。タイプB負荷試験は、パレットパッキングにおいて一般的に使用され、当業者は、本明細書で使用される場合、その意味を認識することを理解されたい。以下の表Cは、この方法で使用される設備および設定を示す。
パレット角穿刺(PCP)
業界では、突出が最小限で非常に均一であるパレット化された負荷を、タイプA負荷として定義する。パレット角穿刺は、フィルムがパレット角を、(パレット角穿刺によって引き起こされる)破損なく通過するときに、フィルムによって適用され得る最大フィルム張力(F2)として定義される。タイプA負荷のパレット上穿刺試験は、上記のパレット上穿刺で概説された方法に従うが、この場合に穿刺を開始するために使用されたデバイスは、シミュレーションされたパレット角である。
パレット上引裂き(OPT)
この試験は、ブルセトン階段法を用いて、フィルムが、穿刺を開始するためにブレードに固定された試験プローブを通過することができる最大負荷力を決定する。試験プローブを所望の突出距離で試験台に挿入する。試験プローブがフィルムの中心と整列するようにフィルムを配置する。フィルムを試験台に取り付け、ラッパーを始動する。ラッパーが250%の予備延伸に達すると、フィルムをプローブに通過させ、この試験ではフィルムの単一層が試験される。フィルム張力(F2力)は、フィルムが、クロス方向(CD)または横断方向(TD)全体で完全に引き裂かれるまで、0.5ポンドの増分で約7ポンドの初期の低い値から増加する。パレット上引裂き値は、最初の穿刺がフィルムの幅全体に伝播して破損をもたらさない最大のF2力として記録される。表Dは、この方法で使用された設備および設定を示す。
パレット上負荷(OPL)
この試験は、Highlight Portable Film Force System(Highlight Industries,Inc.製)を使用する。このツールは、パレットに印加された圧縮力を測定することによって負荷を制御するフィルムの能力を理解するために、タンデムまたは個別に使用され得る一連のポータブルロードセルを利用する。この試験では、単一のロードセルが延伸ラッパーに取り付けられる。ラッパーは、250%の予備延伸に設定される。利用可能な2つの負荷試験がある。第1のものは、タイプA負荷を表す試験である。タイプA負荷の場合、フィルム張力(F2)は、合格A負荷パレット上穿刺F2に設定される。このF2で、フィルムは、Highlightポータブルフィルム力ロードセルの周囲に適用され、合計3回ラップされる。3回目のラップ後に延伸キャリッジからフィルムが切断され、次いでHighlightが提供する統合データ収集システムがロードセルに印加された力を測定する。初期値またはピーク負荷(T0)が取得され、次いで選択された間隔で試験が継続され、最終負荷データポイントが収集される。この試験では、30分の最終負荷時間(T30)が使用される。第2の負荷試験は、タイプB負荷をシミュレーションすることである。B-負荷の場合、F2はB-負荷パレット上穿刺の最高合格F2に設定され、A負荷試験に挙げられるものと同じプロトコルに従う。表Eは、パレット上負荷試験の装置および設定および変数を示す。
以下の実施例は、本開示の特徴を説明するものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
この実施例は、本明細書に開示および記載される実施形態に従って調製されたフィルム(すなわち、高分子量高密度画分を有するバイモーダルエチレン系ポリマーで形成されたキャストフィルム)の3つの試料(試料1、試料2、および試料3)を、それぞれ、市販のエチレン系ポリマーELITE 6111、ELITE 5230G(両方ともThe Dow Chemical Company製)およびEXCEED 3812(Exxon Mobil Corporation製)から形成された、比較例1~3のキャストフィルムと比較する。
試料1
試料1は、第1の反応器としてループ反応器、および第2の反応器としてプラグフロー反応器を使用して形成されたバイモーダルエチレン系ポリマーである。第1の反応器への供給流は、1026ポンド/時のISOPAR-E溶剤、149ポンド/時のエチレンモノマー、60ポンド/時のオクテンを含んでいた。水素も、3954sccmで第1の反応器に導入された。第1の反応器出口のエチレン濃度は、17g/Lであった。第1の反応器に導入された第1の触媒は、プロ触媒および共触媒を含んでいた。プロ触媒は、以下の構造を有する、ジルコニウム、ジメチル[[2,2’’’-[1,3-プロパンジイルビス(オキシ-kO)]ビス[3’’,5,5’’-トリス(1,1-ジメチルエチル)-5’-メチル[1,1’:3’,1’’-ターフェニル]-2’-オラト-kO]](2-)]であった。
17g/Lのエチレン濃度を維持するために、必要に応じてプロ触媒を添加した。反応器出口での触媒配合量は、約0.3μmol/Lであった。共触媒は、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-)アミンであった。
第1の反応器を190℃の温度まで加熱し、エチレンモノマーおよびオクテンおよび水素を、第1の触媒の存在下で反応させて、第1のポリマー画分を形成した。
第2の触媒を、第1の反応器の下流および第2の反応器の上流の流出物に添加して、変性流出物を形成した。第2の触媒は、約2.2μmol/Lの濃度のチーグラー・ナッタ触媒であった。変性流出物を、第2のプラグフロー反応器に導入し、そこで未反応のエチレンおよび未反応のオクテンおよび未反応の水素を、第2の触媒の存在下で反応させて、第2のポリマー画分を形成した。
上記の試料において生成されたバイモーダルエチレン系ポリマーは、第1および第2反応器におけるエチレン消費の従来のモデリングを使用して、86.0重量%の第1ポリマー画分、14.0重量%の第2ポリマー画分を含んでいた。バイモーダルエチレン系ポリマーは、3.66g/10分のメルトインデックス(I)、0.9155g/ccの密度、および6.62のI10/I比を有し、各々を、先に開示された技術に従って測定した。
試料2
試料2は、第1の反応器としてループ反応器、および第2の反応器としてプラグフロー反応器を使用して形成されたバイモーダルエチレン系ポリマーである。第1の反応器への供給流は、1158ポンド/時(lb/時)のISOPAR-E溶剤、205lb/時のエチレンモノマー、および118lb/時のオクテンを含んでいた。水素も、8441sccmで第1の反応器に導入された。流出物中のエチレン濃度は30g/Lであった。第1の反応器に導入された第1の触媒は、プロ触媒および共触媒を含んでいた。プロ触媒は、化学式C86128GeOZr、ジルコニウム,[[2,2’’’-[[ビス[1-メチルエチル)ゲルミレン]ビス(メチレンオキシ-kO)]ビス[3’’,5,5’’-トリス(1,1-ジメチルエチル)-5’-オクチル[1,1’:3’,1’’-ターフェニル]-2’-オラト-kO]](2-)]ジメチルであり、以下の構造を有した。
必要に応じてプロ触媒を添加して、流出物中のエチレン濃度を30g/Lに制御し、プロ触媒配合量は、典型的には、流出物中0.18μmol/Lであった。共触媒は、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-)アミンであった。
第1の反応器を170℃の温度まで加熱し、エチレンモノマーおよびヘキセンを、第1の触媒の存在下で反応させて、第1のポリマー画分を形成した。
第2の触媒を、第1の反応器の下流および第2の反応器の上流の流出物に添加して、変性流出物を形成した。第2の触媒は、約1.0μmol/Lの濃度のチーグラー・ナッタ触媒であった。変性流出物を、第2のプラグフロー反応器に導入し、そこで未反応のエチレンおよび未反応のオクテンおよび未反応の水素を、第2の触媒の存在下で反応させて、第2のポリマー画分を形成した。
上記の実施例において生成されたバイモーダルエチレン系ポリマーは、第1および第2反応器におけるエチレン消費の従来のモデリングを使用して測定される、81.5重量%の第1ポリマー画分、18.5重量%の第2ポリマー画分を含んでいた。バイモーダルエチレン系ポリマーは、3.80g/10分のメルトインデックス(I)、0.9123g/ccの密度、および5.70のI10/I比を有し、それぞれを、先に開示された技術に従って測定した。
試料3
試料3は、第1の反応器としてループ反応器、および第2の反応器としてプラグフロー反応器を使用して形成されたバイモーダルエチレン系ポリマーである。第1の反応器への供給流は、1187ポンド/時(lb/時)のISOPAR-E溶剤、203lb/時のエチレンモノマー、および87lb/時のヘキセンを含んでいた。水素も、8139sccmで第1の反応器に導入された。第1の反応器出口のエチレン濃度は、30g/Lであった。第1の反応器に導入された第1の触媒は、プロ触媒および共触媒を含んでいた。プロ触媒は、化学式C86128GeOZr、ジルコニウム,[[2,2’’’-[[ビス[1-メチルエチル)ゲルミレン]ビス(メチレンオキシ-kO)]ビス[3’’,5,5’’-トリス(1,1-ジメチルエチル)-5’-オクチル[1,1’:3’,1’’-ターフェニル]-2’-オラト-kO]](2-)]ジメチルであり、以下の構造を有した。
必要に応じてプロ触媒を添加して、流出物中のエチレン濃度を30g/Lに制御し、プロ触媒配合量は、典型的には、流出物中0.13μmol/Lであった。共触媒は、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-)アミンであった。
第1の反応器を165℃の温度まで加熱し、エチレンモノマーおよびヘキセンを、第1の触媒の存在下で反応させて、第1のポリマー画分を形成した。
第2の触媒を、第1の反応器の下流および第2の反応器の上流の流出物に添加して、変性流出物を形成した。第2の触媒は、約1.0μmol/Lの濃度のチーグラー・ナッタ触媒であった。変性流出物を、第2のプラグフロー反応器に導入し、そこで未反応のエチレンおよび未反応のヘキセンおよび未反応の水素を、第2の触媒の存在下で反応させて、第2のポリマー画分を形成した。
上記の実施例において生成されたバイモーダルエチレン系ポリマーは、第1および第2反応器におけるエチレン消費の従来のモデリングを使用して測定される、73.0重量%の第1ポリマー画分、27.0重量%の第2ポリマー画分を含んでいた。バイモーダルエチレン系ポリマーは、3.82g/10分のメルトインデックス(I)、0.9161g/ccの密度、および5.58のI10/I比を有し、各々を、先に開示された技術に従って測定した。
得られた試料1~3のバイモーダルエチレン系ポリマーは、表Fに示される特性を有し、これらは、本明細書に開示および記載される技術に従って測定された。比較試料1~3の特性も表Fに示される。
キャストフィルムを、5層のEgan Davis Standard共押出キャストフィルムライン上で、試料1~3および比較試料1~3の各々に対して製造した。キャストラインは、空冷された3つの2-1/2インチおよび2つの2インチの30:1L/D Egan Davis標準MAC押出機で構成される。全ての押出機は、適度な作業用のDSB(Davis Standard Barrier)型スクリューを有する。マイクロプロセッサは操作を監視および制御する。押出プロセスは、ブレーカープレートの前後に位置する圧力トランスデューサ、ならびに各バレル上の4つの加熱器ゾーン、アダプターおよびブロックに各々1つ、およびダイ上の2つのゾーンによって監視される。マイクロプロセッサはまた、押出機のRPM、%FLA、HP、率、ライン速度、延伸%、一次および二次冷却ロール温度、ゲージ偏差、層比、率/RPM、ならびに各押出機の溶融温度も追跡する。
機器の仕様には、Cloeren 5層デュアルプレーンフィードブロックおよびCloeren 36インチEpoch III自動ゲージ5.1ダイが含まれる。一次冷却ロールはつや消し仕上げで、外径40インチ×長さ40インチであり、改善された剥離特性のために30~40RMSの表面仕上げを有する。二次冷却ロールは、外径20インチ×長さ40インチであり、改善されたウェブトラッキングのために2~4RMSの表面を有する。一次冷却ロールおよび二次冷却ロールの両方に冷却水が循環し、急冷する。ScantechからのX線ゲージセンサがあり、ゲージ厚および必要に応じて自動ゲージ制御が行われる。速度は、重量制御のために各ホッパーにロードセルを備える5つのBarron計量ホッパーによって測定される。試料は、中央ワインド自動ロールチェンジオーバーおよびスリッタステーションを備える3インチIDコア上の2ポジション単一タレットHorizonワインダーで終了する。ラインの最大スループット速度は毎時600ポンドであり、最大ライン速度は毎分1200フィートである。
試料調製の条件は、表Gに示される通りである。
試料1~3および比較試料1~3のポリマーから調製されたキャストフィルムの特性を、本明細書に開示される試験パラメーターに従って測定し、表Hに提供する。
実施例のキャストフィルムの特性から分かるように、本明細書に開示および記載される実施形態に従って調製された試料1~3のキャストフィルムは、従来のエチレン系ポリマーから調製された比較試料1~3よりも好ましい乱用特性および機械的特性を有していた。これは、本明細書に開示および記載される実施形態に従って作製されたキャストフィルムの乱用特性および機械的特性の改善されたバランスを示す。
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認識されているが、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。加えて、本開示で列挙される全ての範囲は、特に明記しない限り(「未満」または「超」など)、範囲の終点を含む。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項1.
バイモーダルエチレン系ポリマーを含むキャストフィルムであって、前記バイモーダルエチレン系ポリマーが、
3.0%~10.0%の高密度画分(HDF)であって、前記高密度画分が、93℃~119℃の温度での結晶化溶出分画(CEF)積分によって測定される、高密度画分(HDF)と、
5.5~7.0のI10/I比であって、Iが、ASTM D1238に従って、2.16kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスであり、I10が、ASTM D1238に従って、10kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスである、I10/I比と、
10℃以下の短鎖分岐分布(SCBD)であって、前記短鎖分岐分布が、半分の高さでCEF全幅によって測定される、短鎖分岐分布(SCBD)と、
0.910g/cc~0.920g/ccの密度であって、前記密度が、ASTM D792、方法Bに従って測定される、密度と、
1.0g/10分~8.0g/10分のメルトインデックス(I)であって、前記メルトインデックス(I)が、ASTM D1238に従って、190℃、2.16kgで測定される、メルトインデックス(I)と、を有する、キャストフィルム。
項2.
前記バイモーダルエチレン系ポリマーが、0.912g/cc~0.918g/ccの密度を有する、項1に記載のキャストフィルム。
項3.
前記バイモーダルエチレン系ポリマーが、2.0g/10分~5.0g/10分のメルトインデックス(I)を有する、項1または2に記載のキャストフィルム。
項4.
前記バイモーダルエチレン系ポリマーが、1.1~3.0のゼロ剪断粘度比を有する、項1~3のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項5.
前記キャストフィルムが、250%~400%の平均極限延伸を有する、項1~4のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項6.
前記キャストフィルムが、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、200%延伸における、30.00~40.00ポンドの平均延伸力を有する、項1~5のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項7.
前記キャストフィルムが、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、12.0ポンド~17.0ポンドの平均パレット上穿刺を有する、項1~6のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項8.
前記キャストフィルムが、タイプB負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、8.0ポンド~13.0ポンドの平均パレット上穿刺を有する、項1~7のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項9.
前記キャストフィルムが、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、12.0ポンド~17.0ポンドの平均パレット角穿刺を有する、項1~8のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項10.
前記キャストフィルムが、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、38.0ポンド~41.0ポンドの平均パレット上ピーク負荷を有する、項1~9のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項11.
前記キャストフィルムが、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、29.0ポンド~33.0ポンドの平均パレット上最終負荷を有する、項1~10のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項12.
前記キャストフィルムが、タイプB負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、20.0ポンド~30.0ポンドの平均パレット上ピーク負荷を有する、項1~11のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項13.
前記キャストフィルムが、タイプB負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、19.0ポンド~25.0ポンドの平均パレット上最終負荷を有する、項1~12のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項14.
前記キャストフィルムが、前記バイモーダルエチレン系ポリマーと、低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、プロピレン系ポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つのポリマーとの混合物を含む、項1~13のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
項15.
第1の層および第2の層を含む層状キャストフィルム構造体であって、
前記第1のフィルム層が、項1~4のいずれか1項に記載のバイモーダルエチレン系ポリマーを含み、
前記第2の層が、プロピレン系ポリマーで構成されている、
層状キャストフィルム構造体。
項16.
前記層状キャストフィルム構造体が、5.0重量%~25.0重量%のポリプロピレンを含む、項15に記載の層状キャストフィルム構造体。
項17.
前記キャストフィルムが、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、9.0ポンド~18.0ポンドの平均パレット上引裂きを有する、項16に記載のキャストフィルム。

Claims (16)

  1. バイモーダルエチレン系ポリマーを含むキャストフィルムであって、前記バイモーダルエチレン系ポリマーが、
    少なくとも、第1触媒と、第1触媒とは異なる第2触媒のチーグラー・ナッタ触媒とを用いて調製され、
    3.0%~10.0%の高密度画分(HDF)と、
    5.5~7.0のI10/Iと、
    10℃以下の短鎖分岐分布(SCBD)と、
    0.910g/cc~0.920g/ccの密度と、
    1.0g/10分~8.0g/10分の と、を有し、
    前記高密度画分が、93℃~119℃の温度での結晶化溶出分画(CEF)積分によって測定され、
    前記I が、ASTM D1238に従って、2.16kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスであり、
    前記I 10 が、ASTM D1238に従って、10kgの負荷および190℃の温度で測定される場合のメルトインデックスであり、
    前記短鎖分岐分布が、結晶化溶出分画(CEF)の半値幅によって測定され、
    前記密度が、ASTM D792、方法Bに従って測定される、
    キャストフィルム。
  2. 前記バイモーダルエチレン系ポリマーが、0.912g/cc~0.918g/ccの密度を有する、請求項1に記載のキャストフィルム。
  3. 前記バイモーダルエチレン系ポリマーが、2.0g/10分~5.0g/10分の を有する、請求項1または2に記載のキャストフィルム。
  4. 前記キャストフィルムが、250%~400%の平均極限延伸を有する、請求項1~のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
  5. 前記キャストフィルムが、30.00~40.00ポンドの平均延伸力を有し前記平均延伸力が、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で200%延伸において測定される、請求項1~のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
  6. 前記キャストフィルムが、12.0ポンド~17.0ポンドの平均パレット上穿刺を有し前記平均パレット上穿刺が、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、請求項1~のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
  7. 前記キャストフィルムが、8.0ポンド~13.0ポンドの平均パレット上穿刺を有し前記平均パレット上穿刺が、タイプB負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、請求項1~のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
  8. 前記キャストフィルムが、12.0ポンド~17.0ポンドの平均パレット角穿刺を有し前記平均パレット角穿刺が、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、請求項1~のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
  9. 前記キャストフィルムが、38.0ポンド~41.0ポンドの平均パレット上ピーク負荷を有し前記平均パレット上ピーク負荷が、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、請求項1~のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
  10. 前記キャストフィルムが、29.0ポンド~33.0ポンドの平均パレット上最終負荷を有し前記平均パレット上最終負荷が、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、請求項1~のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
  11. 前記キャストフィルムが、20.0ポンド~30.0ポンドの平均パレット上ピーク負荷を有し前記平均パレット上ピーク負荷が、タイプB負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、請求項1~10のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
  12. 前記キャストフィルムが、19.0ポンド~25.0ポンドの平均パレット上最終負荷を有し前記平均パレット上最終負荷が、タイプB負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、請求項1~11のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
  13. 前記キャストフィルムが、前記バイモーダルエチレン系ポリマーと、低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、プロピレン系ポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つのポリマーとの混合物を含む、請求項1~12のいずれか1項に記載のキャストフィルム。
  14. 第1の層および第2の層を含む層状キャストフィルム構造体であって、
    前記第1のフィルム層が、請求項1~のいずれか1項に記載のバイモーダルエチレン系ポリマーを含み、
    前記第2の層が、プロピレン系ポリマーで構成されている、
    層状キャストフィルム構造体。
  15. 前記層状キャストフィルム構造体が、5.0重量%~25.0重量%のポリプロピレンを含む、請求項14に記載の層状キャストフィルム構造体。
  16. 前記キャストフィルムが、6.5ポンド~8.2ポンドの平均パレット上引裂きを有し前記平均パレット上引裂きが、タイプA負荷試験を使用して、0.5ミルの厚さおよび20インチのフィルム幅で測定される、請求項15に記載のキャストフィルム。
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