CN101351498B - 乙烯/α-烯烃共聚体的流变改性体及由其制造的制品 - Google Patents
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Abstract
乙烯/α-烯烃共聚体的流变性改性是通过使此共聚体与至少一个支化的聚烯烃掺合而达成。此聚烯烃可为均聚物或共聚体,且具有少于1的支化指数。此乙烯/α-烯烃共聚体是具有至少一个硬嵌段及至少一个软嵌段的嵌段共聚物。软嵌段包含比硬嵌段更高的共聚单体含量。嵌段共聚体具有本文所揭露的多种独特的特性。经流变性改性的乙烯/α-烯烃共聚体(即,形成的聚合物掺合物)可被挤塑或模制成许多有用的制品,诸如,膜、片材、型材、垫片、泡沬等。
Description
技术领域
本发明涉及通过物理性掺合流变性改性乙烯/α-烯烃共聚体,及包含这些掺合物的制品。
背景技术
聚合物及多种添加剂通常上被化合成制剂,然后,被完全交联以增强形成的制品的强度性质。起始聚合物在交联前需具有适当的性能性质,以使其与各种添加剂配制或化合且仍维持加工处理性。例如,在电线及缆线的涂覆操作中,制剂需具有在涂覆后保留在电线上且到组合物固化为止在电线上不会凹陷或变形的“湿强度”(也称为“熔体强度”)。否则,电线会具有细斑,且组合物的绝缘值会丧失。组合物也需进行最后固化步骤,且达成良好物理性质,诸如,抗张强度、延伸性,及100%模量(在100%应变时的应力)。通常的固化作用是通过使用过氧化物或照射而发生,且对于聚乙烯,一般,通过交联现象的固化被充分引述(见,例如,材料的辐射作用(Radiation Effects in Materials),A.Charlesby,编辑,Pergamon Press,1960)。聚乙烯(特别是非均质线性低密度聚乙烯(LLDPE),当在适当条件下曝置在过氧化物和/或照射时,随着分子量增加而形成凝胶。
当使用型材挤塑方法时,制造者一般希望以施加的剪切力“稀化剪切”或减少粘度的弹性体。因为用以转动挤塑机螺杆所需的挤塑机模具的压降及安培数是与弹性体粘度直接相关,由于剪切稀化造成的弹性体粘度降低必导至较低压降及较低安培数的要求。然后,制造商会增加挤塑机螺杆速度直至达到安培数或压降所施加的极限。增加的螺杆速度转化成增加的挤塑机输出。剪切稀化的增加也延迟表面熔融断裂(限制挤塑机输出的现象)的开始。表面熔融断裂一般认为是质量缺失,且制造商通常上限制挤塑机输出,且遭受生产力损失达到实质上去除表面熔融断裂的生产速率。
当制造具有薄壁及复杂几何的型材挤塑物时,制造商寻求除良好剪切稀化行为之外具有高熔体强度(“MS”)及在冷却时快速固化的弹性体。高MS及冷却时快速固化的组合能使零件热挤塑且在重力及挤塑力导致变形前在低于弹性体固化温度时冷却。最后,对于广泛的市场接受性,形成的零件即使在加工处理、运送或最后使用期间短时间曝置在高温时也维持其形状。
即使在本领域中取得进步,仍持续需要一种具有相对较高熔体强度且也展现对于许多应用是必要的剪切稀化及加工处理性的聚烯烃组合物。
发明内容
通过本发明的各种方面而符合前述需求。在某些具体实施方案中,本文提供包含乙烯/α-烯烃共聚体及至少一种具有少于1的支化指数的支化聚烯烃的聚合物掺合物。用于聚合物掺合物的乙烯/α-烯烃共聚体具有下列特性的一个或多个:
(a)具有约1.7至约3.5的Mw/Mn,至少一个熔点(Tm,℃)及密度(d,克/立方厘米),其中,Tm及d的数值对应于下列关系式:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或
(b)具有约1.7至约3.5的Mw/Mn,且特征在于一个熔化热(ΔH,J/g)及以最高DSC峰及最高CRYSTAF峰间的温度差而定义的Δ量(ΔT,℃),其中,ΔT与ΔH的数值具有下列关系式:
对于ΔH大于0且最高达130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
对于ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,该CRYSTAF峰是使用至少5%的累积聚合物确定,且如果少于5%的该聚合物具有可鉴别的CRYSTAF峰,则该CRYSTAF温度是30℃;或
(c)特征在于以该乙烯/α-烯烃共聚体的压模成型膜测量的在300%应变及1周期的弹性回复(Re,%),且具有密度(d,克/立方厘米),其中,当该乙烯/α-烯烃共聚体基本上无交联相时,Re及d的数值满足下列关系式:
Re>1481-1629(d);或
(d)具有在使用TREF分级时在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于该级分具有比在相同温度间洗提的可相比拟的无规乙烯共聚体级分高至少5%的摩尔共聚单体含量,其中,该可相比拟的无规乙烯共聚体具有相同共聚单体,且具有该乙烯/α-烯烃共聚体的10%内的熔体指数、密度及摩尔共聚单体含量(以整个聚合物为基准计);或
(e)特征在于25℃时的贮能模量,G’(25℃),及100℃时的贮能模量,G’(100℃),其中,G’(25℃)对G’(100℃)的比例是约1∶1至约10∶1。
在一个具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有约1.7至约3.5的Mw/Mn,至少一个熔点(Tm,℃)及密度(d,克/立方厘米),其中,Tm及d的数值对应于下列关系式:
Tm≥858.91-1825.3(d)+1112.8(d)2。
在另一个具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有约1.7至约3.5的Mw/Mn,且特征在于熔化热(ΔH,J/g)及以最高DSC峰及最高CRYSTAF峰间的温度差而定义的Δ量(ΔT,℃),其中,ΔT与ΔH的数值具有下列关系式:
对于ΔH大于0且最高达130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
对于ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,CRYSTAF峰是使用至少5%的累积聚合物确定,且如果少于5%的聚合物具有可鉴别的CRYSTAF峰,则CRYSTAF温度是30℃
在一个具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体特征在于以乙烯/α-烯烃共聚体的压模成型膜测量的在300%应变及1周期的弹性回复(Re,%),且具有密度(d,克/立方厘米),其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本上无交联相时,Re及d的数值满足下列关系式:Re>1481-1629(d),Re>1491-1629(d),Re>1501-1629(d),或Re>1511-1629(d)。
在某些具体实施方案中,聚合物掺合物包含至少一种乙烯/α-烯烃共聚体及至少一种具有少于1的支化指数的支化聚烯烃,其中,乙烯/α-烯烃共聚体具有:
(a)至少一种在使用TREF分级时在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于此级分具有至少0.5且最高达约1的嵌段指数,及大于约1.3的分子量分布,Mw/Mn;或
(b)大于0且最高达约1.0的平均嵌段指数,及大于约1.3的分子量分布,Mw/Mn。
在其它具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有在使用TREF分级时在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于此级分具有比在相同温度间洗提的可相比拟的无规乙烯共聚体级分高至少5%的摩尔共聚单体含量,其中,可相比拟的无规乙烯共聚体具有相同共聚单体,且具有乙烯/α-烯烃共聚体的10%内的熔体指数、密度及摩尔共聚单体含量(以整个聚合物为基准计)。
在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体特征在于25℃时的贮能模量,G’(25℃),及100℃时的贮能模量,G’(100℃),其中,G’(25℃)对G’(100℃)的比例是约1∶1至约10∶1。
在一个具体实施方案中,α-烯烃是苯乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、降冰片烯、1-癸烯、1,5-己二烯,或其混合物。
在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有约0.1至约2000克/10分钟,约1至约1500克/10分钟,约2至约1000克/10分钟,或约5至约500克/10分钟范围的熔体指数,其是依据ASTM D-1238,条件190℃/2.16千克测量。
在一个具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体是以总组合物的约5重量%至约95重量%,约50重量%至约90重量%,或约70重量%至约90重量%的范围存在。
在某些具体实施方案中,本文提供的聚合物掺合物中的聚烯烃是高熔体强度的聚丙烯,或冲击改性的聚丙烯。在一个具体实施方案中,聚丙烯具有至少15cN或至少25cN的熔体强度。
在一个具体实施方案中,聚烯烃是聚乙烯,诸如,低密度聚乙烯。在另一个具体实施方案中,低密度聚乙烯特征在于熔体强度(MS),及熔体指数(I2),其中,熔体强度及熔体指数满足下列关系式:MS>24.1-18.0*log10(I2)。在另一个具体实施方案中,低密度聚乙烯具有至少约15cN或至少约25cN的熔体强度。
在某些具体实施方案中,聚合物掺合物进一步包含至少一种添加剂。用于聚合物掺合物的添加剂不受限地包含增滑剂、抗结块剂、塑化剂、抗氧化剂、紫外线稳定剂、着色剂或颜料、填充剂、润滑剂、抗雾剂、流动助剂、偶合剂、交联剂、成核剂、表面活性剂、溶剂、阻燃剂、抗静电剂,或其混合物。
也提供包含此聚合物掺合物的型材、垫片、泡沫、热成型制品。本文提供的型材及垫片可通过型材挤塑制造。
进一步提供制造制品的方法,包含使乙烯/α-烯烃共聚体与支化聚烯烃掺合。用于此方法的乙烯/α-烯烃共聚体如上文及本文其它处所描述。
本发明的另外方面及本发明各个具体实施方案的特性及性质通过下列说明而变明显。
附图说明
图1显示本发明聚合物(以菱形表示)与传统无规共聚物(以圆形表示)及齐格勒-纳塔共聚物(以三角形表示)相比的熔点/密度关系。
图2显示各种聚合物的ΔDSC-CRYSTAF与DSC熔融焓的函数的作图。菱形表示无规乙烯/辛烯共聚物;矩形表示聚合物实施例1-4;三角形表示聚合物实施例5-9;且圆形表示聚合物实施例10-19。符号“X”表示聚合物实施例A*-F*
图3显示密度对包含本发明共聚体(以矩形及圆形表示)及传统共聚物(以三角形表示,其是各种Dow聚合物)制得的非取向膜的弹性回复的作用。矩形表示本发明的乙烯/丁烯共聚物;且圆形表示本发明的乙烯/辛烯共聚物。
图4是实施例5(以圆形表示)及比较例E*及F*(以符号“X”表示)的以TREF分级的乙烯/1-辛烯共聚物级分的辛烯含量对该级分的TREF洗提温度的作图。菱形表示传统无规乙烯/辛烯共聚物。
图5是实施例5的聚合物(曲线1)及比较例F*(曲线2)的聚合物的以TREF分级的乙烯/1-辛烯共聚物级分的辛烯含量对该级分的TREF洗提温度的作图。矩形表示实施例F*,且三角形表示实施例5。
图6是比较的乙烯/1-辛烯共聚物(曲线2)及丙烯/乙烯-共聚物(曲线3)及以不同量的链穿梭剂制得的本发明的两个乙烯/1-辛烯嵌段共聚物(曲线1)作为温度的函数的贮能模量的对数的作图。
图8是各种乙烯聚合物在流变性改性前的作为熔体指数(I2)的函数的熔体强度作图。在此图中,三角形表示实施例11的聚合物,空心矩形表示实施例6的聚合物,圆形表示VP8770聚合物,且实心矩形表示由陶氏化学公司制造的8100聚合物。
图9显示通过测量对于实施例6的聚合物、低密度聚乙烯(LDPE662i),及其掺合物的熔体强度而获得的作图。
图10显示通过测量对于实施例6的聚合物、低密度聚乙烯(LDPE620),及其掺合物的熔体强度而获得的作图。
图11显示作为具有实施例6聚合物的掺合物中的LDPE 620的重量百分率的函数的结晶峰温度(以三角形表示)及熔融峰温度(以圆形表示)的作图。
图12表示实施例6的聚合物、LDPE 620,及其掺合物的作为温度的函数的损耗模量(G”)的作图。
图13显示实施例6的聚合物、LDPE 620,及其掺合物的SEM显微图。
图14显示实施例6的聚合物、LDPE 620,及其掺合物的作为温度的函数的粘度作图。
图15显示实施例6的聚合物、LDPE 620,及其掺合物的剪切稀化行为的作图。
图16显示实施例6的聚合物、LDPE 620,及其掺合物的应力-应变行为的作图。
图17显示实施例19a的聚合物、聚丙烯(以“PF814”指示),及其掺合物的剪切稀化行为的作图。
图18显示聚丙烯(以“PF814”指示),及其与实施例19a的聚合物的掺合物的结晶化行为的作图。
图19显示通过测量对于实施例19a的聚合物、聚丙烯(以“PF814”指示),及其掺合物的熔体强度而获得的作图。
图20显示实施例19a的聚合物、聚丙烯(以“PF814”指示),及其掺合物的熔体强度对熔体流速(“MFR”)(I2)的作图。
在图9-16中:
LDPE 662i是以“L1”表示,
LDPE 620是以“L2”表示,
15%LDPE 622i/85%聚合物6的掺合物是以“1”表示,
30%LDPE 622i/70%聚合物6的掺合物是以“2”表示,
15%LDPE 620/85%聚合物6的掺合物是以“3”表示,
30%LDPE 620/70%的实施例6的聚合物的掺合物是以“4”表示,
50%LDPE 620/50%的实施例6的聚合物的掺合物是以“5”表示,
70%LDPE 620/30%的实施例6的聚合物的掺合物是以“6”表示,且
85%LDPE 620/15%的实施例6的聚合物的掺合物是以“7”表示,
在图17-20中:
PP PF814是以“P1”表示,
15%PP PF814/85%的实施例19a的聚合物的掺合物是以“8”表示,
30%PP PF814/70%的实施例19a的聚合物的掺合物是以“9”表示,
50%PP PF814/50%的实施例19a的聚合物的掺合物是以“10”表示,
70%PP PF814/30%的实施例19a的聚合物的掺合物是以“11”表示,且
85%PP PF814/15%的实施例19a的聚合物的掺合物是以“12”表示。
具体实施方式
一般定义
在此使用时,“流变性改性”术语是指因通过动态机械光谱术确定时的聚合物剪切粘度变化而反映的熔体流变性的变化。较优选地,熔体强度及拉伸粘度应***化增加且同时维持高剪切粘度(其是通过DSM以100rad/sec的剪切时测量的粘度),如此,在低剪切条件(其是通过DSM以0.1rad/sec的剪切时测量的粘度)延伸熔融聚合物期间,聚合物展现更多的耐拉伸性,且不会损失高剪切条件时的输出。
“聚合物”指通过使单体(相同或不同型式)聚合制得的聚合化合物。一般的“聚合物”术语包含“均聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”与“共聚体”等术语。
“共聚体”指通过聚合至少二种不同单体而制造的聚合物。“共聚体”一般术语包含“共聚物”术语(其一般是指从二种不同单体制造的聚合物)与“三元共聚物”术语(其一般是指从三种不同单体制造的聚合物)。其也包含通过聚合四种或更多种单体而制造的聚合物。
“乙烯/α-烯烃共聚体”术语一般是指包含乙烯及具有3或更多个碳原子的α-烯烃的聚合物。较优选地,乙烯组成整个聚合物的主要摩尔分率,即,乙烯组成整个聚合物的至少约50摩尔%。更优选地,乙烯组成至少约60摩尔%,至少约70摩尔%,或至少约80摩尔%,且整个聚合物的基本上剩余部分包含至少一种其它共聚单体,其较优选是具有3或更多个碳原子的α-烯烃。对于许多乙烯/辛烯共聚物,较优选的组合物包含大于整个聚合物的约80摩尔%的乙烯含量,及整个聚合物的约10至约15(较优选是约15至约20)摩尔%的辛烯含量。在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体不包含以低产量或以微量或以化学方法的副产物制造的那些。虽然乙烯/α-烯烃共聚体可与一或多种聚合物掺合,如此制造的乙烯/α-烯烃共聚体是基本上纯的,且一般组成聚合反应方法的反应产物的主要组分。
乙烯/α-烯烃共聚体包含呈聚合型式的乙烯及一或多种可共聚合的α-烯烃共聚单体,特征在于在化学或物理性质不同的二或更多种聚合化单体单元的多个嵌段或链段。即,乙烯/α-烯烃共聚体是嵌段共聚体,较优选是多嵌段的共聚体或共聚物。“共聚体”及“共聚物”等术语在此可交换使用。在某些具体实施方案中,多嵌段共聚物可以下列化学式表示:
(AB)n
其中,n是至少为1,较优选是大于1的整数,诸如,2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100,或更高。“A”表示硬嵌段或链段,且“B”表示一软嵌段或链段。较优选地,A及B是以基本上线性方式连接,其与基本上支化或基本上星状的方式相反。在其它具体实施方案中,A嵌段及B嵌段是沿聚合物链无规地分布。换言之,嵌段共聚物一般不具有如下的结构。
AAA-AA-BBB-BB
在其它具体实施方案中,嵌段共聚物一般不具有包含不同共聚单体的第三种嵌段。在其它具体实施方案中,A嵌段及B嵌段的每一种具有在嵌段内基本上无规地分布的单体或共聚单体。换言之,A嵌段或B嵌段皆不包含二或更多的不同组成的次链段(或次嵌段),诸如,尖部链段,其具有与嵌段剩余者基本上不同的组成。
多嵌段聚合物通常上包含各种含量的“硬”及“软”链段。“硬”链段是指其间乙烯是以大于约95重量%且较优选是大于约98重量%(其是以聚合物重量为基准计)的量存在的聚合化单元的嵌段。换言之,硬链段的共聚单体含量(非乙烯的单体的含量)是少于约5重量%,且较优选是少于约2重量%(其是以聚合物重量为基准计)。在某些具体实施方案中,硬链段包含所有或基本上所有乙烯。另一方面,“软”链段是指其间共聚单体含量(非乙烯的单体的含量)是大于约5重量%,较优选是大于约8重量%,大于约10重量%,或大于约15重量%(其是以聚合物重量为基准计)的聚合化单元的嵌段。在某些具体实施方案中,软链段的共聚单体含量可大于约20重量%,大于约25重量%,大于约30重量%,大于约35重量%,大于约40重量%,大于约45重量%,大于约50重量%,或大于约60重量%。
软链段一般可以嵌段共聚体总重量的约1重量%至约99重量%存在于嵌段共聚体,较优选是嵌段共聚体总重量的约5重量%至约95重量%,约10重量%至约90重量%,约15重量%至约85重量%,约20重量%至约80重量%,约25重量%至约75重量%,约30重量%至约70重量%,约35重量%至约65重量%,约40重量%至约60重量%,或约45重量%至约55重量%。相反地,硬链段可以相似范围存在。软链段的重量百分率及硬链段的重量百分率可以自DSC或NMR获得的数据为基础计算。这些方法及计算是公开在同时申请的美国专利申请案序号_(知道时补入),代理人档案编号385063-999558,发明名称“Ethylene/α-OlefinBlock Interpolymers(乙烯/α-烯烃嵌段共聚体)”,2006年3月15日申请,以Colin L.P.Shan、Lonnie Hazlitt等人的名义,且转让给Dow GlobalTechnologies Inc.,其公开内容在此被全部并入以供参考之用。
“结晶”术语被使用时是指拥有第一级转移或结晶熔融(Tm)(其是通过差式扫描量热术(DSC)或等效技术测定)的聚合物。此术语可与“半结晶”交换使用。“非结晶性”术语是指缺乏通过差式扫描量热术(DSC)或等效技术测定的结晶熔点的聚合物。
“多嵌段共聚物”或“链段共聚物”等词是指含有二或更多种较优选是以线性方式连接的化学上不同的区域或链段(称为“嵌段”)的聚合物,即,具有化学上不同的单元且对于聚合化乙烯官能性是以尾对尾连接(而非侧向或接枝方式)的聚合物。在一较优选具体实施方案中,嵌段是在合并在其内的共聚单体的量或型式、密度、结晶量、由此组合物的聚合物引起的结晶尺寸、立构规整度(全同立构或间同立构)的型式或程度、区域规则性或区域不规则性、支化量(包含长链支化或超支化)、均质性,或任何其它化学或物理性质上不同。多嵌段共聚物特征在于由于制造共聚物的独特方法造成的两个多分散性指数(PDI或Mw/Mn)的独特分布、嵌段长度分布,和/或嵌段数分布。更特别地,当以连续方法制造时,聚合物所需地拥有1.7至2.9的PDI,较优选是1.8至2.5,更优选是1.8至2.2,且最优选是1.8至2.1。当以间歇或半间歇方法制造时,聚合物拥有1.0至2.9的PDI,较优选是1.3至2.5,更优选是1.4至2.0,且最优选是1.4至1.8。
在下列描述,无论“约”或“大约”等字是否与其一起使用,本文公开的所有数值是大约值。此可以1%、2%、5%,或有时,10至20%变化。当具有下限RL及上限RU的数值范围被公开时,落在此范围内的任何数值被特别公开。特别地,在此范围的下列数值被特别公开:R=RL+k*(RU-RL),其中,k是1%至100%范围的变量,且以1%为增量,即,k是1%、2%、3%、4%、5%...50%、51%、52%...95%、96%、97%、98%、99%,或100%。再者,以如上定义的两个R值界定的任何数值范围也被特别公开。
本发明具体实施方案通过使此共聚体与至少一种支化聚烯烃掺合而提供新型乙烯/α-烯烃共聚体的流变性改性。可通过掺合至少一种支化聚烯烃(诸如,低密度聚乙烯及高熔体强度聚丙烯)而显著增加共聚体的熔体强度。聚合物掺合物拥有适于制造用于各种应用的挤塑或模造制品的独特物理及机械性质。掺合物具有抗张强度、熔体强度,及加工处理性间的良好平衡。掺合物也具有弹性、耐热性、弹性回复、压缩变定,及耐磨性的良好组合。
乙烯/α-烯烃共聚体
用于本发明具体实施方案中的乙烯/α-烯烃共聚体(也称为“本发明共聚体”或“本发明聚合物”)包含呈聚合化型式的乙烯及一或多种可共聚合的α-烯烃共聚单体,特征在于在化学或物理性质是不同的具有二或更多种聚合化单体单元的数个嵌段或链段(嵌段共聚体),较优选是多嵌段共聚物。乙烯/α-烯烃共聚体特征在于一或多种的如下所述的方面。
在一方面,在本发明具体实施方案中中使用的乙烯/α-烯烃共聚体具有约1.7至约3.5的Mw/Mn,及至少一个熔点(Tm,℃)及密度(d,克/立方厘米),其中,这些变量的数值是对应于下列关系式:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2,且较优选是
Tm≥-6288.1+13141(d)-6720.3(d)2,且更优选是
Tm≥858.91-1825.3(d)+1112.8(d)2。
这些熔点/密度的关系例示在图1。不同于传统的乙烯/α-烯烃的无规共聚物(其熔点是随减少的密度而减少),本发明共聚体(以菱形表示)展现基本上与密度无关的熔点,特别是当密度在约0.87g/cc至约0.95g/cc之间。例如,当密度范围为0.875g/cc至约0.945g/cc时,这些聚合物的熔点是在约110℃至约130℃的范围。在某些具体实施方案中,当密度范围是0.875g/cc至约0.945g/cc时,这些聚合物的熔点是约115℃至约125℃的范围。
在另一方面,乙烯/α-烯烃共聚体包含聚合化型式的乙烯及一或多种的α-烯烃,且特征在于以最高差式扫描量热术(“DSC”)峰的温度减去最高结晶化分析分级(“CRYSTAF”)峰的温度而定义的ΔT(℃),及熔化热,J/g,ΔH,且ΔT及ΔH满足下列关系式:
对于ΔH最高达130J/g时,
ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,且较优选是
ΔT≥-0.1299(ΔH)+64.38,且更优选是
ΔT≥-0.1299(ΔH)+65.95。
再者,对于ΔH大于130J/g时ΔT是等在或大于48℃。CRYSTAF峰是使用至少5%的累积聚合物确定(即,峰必须表示至少5%的累积聚合物),且如果少于5%的聚合物具有可鉴别的CRYSTAF峰,则CRYSTAF温度是30℃,且ΔH是熔化热的数值,J/g。更优选地,最高的CRYSTAF峰含有至少10%的累积聚合物。图2显示本发明聚合物及比较例的图式数据。积分峰面积及峰温度是以仪器制造商提供的计算机化绘图程序计算。对于无规乙烯辛烯比较聚合物而显示的斜线是相对应于方程式ΔT=-0.1299(ΔH)+62.81。
在另一方面,当使用温度上升洗提分级(“TREF”)分级时,乙烯/α-烯烃共聚体具有在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于该级分具有比在相同温度间洗提的可相比拟无规乙烯共聚体级分更高,较优选是高至少5%,更优选是高至少10%,的摩尔共聚单体含量,其中,可相比拟的无规乙烯共聚体含有相同共聚单体,且具有在嵌段共聚体的10%内的熔体指数、密度,及摩尔共聚单体含量(以整个聚合物为基准计)。较优选地,可相比拟的共聚体的Mw/Mn也是在嵌段共聚体的10%内,和/或可相比拟的共聚体具有嵌段共聚体的10重量%内的总共聚单体含量。
在另一方面,乙烯/α-烯烃共聚体特征在于对乙烯/α-烯烃共聚体的压模成型膜测量的在300%应变及1周期下的弹性回复(Re,%),且具有密度(d,克/立方厘米),其中,当乙烯/α-烯烃共聚体基本上无交联相时,Re及d的数值满足下列关系式:
Re>1481-1629(d);且较优选是
Re≥1491-1629(d);且更优选是
Re≥1501-1629(d);且更优选是
Re≥1511-1629(d)。
图3显示密度对包含某些本发明共聚体及传统无规共聚物的非取向膜的弹性回复的作用。对于相同密度,本发明共聚体具有基本上较高的弹性回复。
在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有高于10MPa的抗张强度,较优选是≥11MPa的抗张强度,更优选是≥13MPa的抗张强度,和/或在11厘米/分钟的十字头分离速率时至少600%的断裂延伸率,更优选是至少700%,高度较优选是至少800%,且最高度较优选是至少900%。
在其它具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有(1)1至50的贮能模量比例,G’(25℃)/G’(100℃),较优选是1至20,更优选是1至10;和/或(2)少于80%的70℃压缩变定,较优选是少于70%,特别是少于60%,少于50%,或少于40%,至降至0%的压缩变定。
在另外具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有少于80%,少于70%,少于60%,或少于50%的70℃压缩变定。较优选地,共聚体的70℃压缩变定是少于40%,少于30%,少于20%,且可下降至约0%。
在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有少于85J/g的熔化热,和/或等于或少于100磅/英尺2(4800Pa)的丸粒粘着强度,较优选是等于或少于50磅/英尺2(2400Pa),特别是等于或少于5磅/英尺2(240Pa),及低至0磅/英尺2(0Pa)。
在其它具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体包含呈聚合化型式的至少50摩尔%的乙烯,且具有少于80%(较优选是少于70%或少于60%,最优选是少于40%至50%,及降至接近0%)的70℃压缩变定。
在某些具体实施方案中,多嵌段共聚物拥有拟合Schultz-Flory分布(而非泊松分布)的PDI。共聚物进一步特征在于具有多分散嵌段分布及多分散的嵌段尺寸分布,且拥有最可能的嵌段长度分布。较优选的多嵌段共聚物是含有4或更多的嵌段或链段(包含终端嵌段)的那些。更优选地,共聚物包含至少5、10或20的嵌段或链段(包含终端嵌段)。
共聚单体含量可使用任何适合技术测量,且优选基于核磁共振(“NMR”)光谱术的技术。再者,对于具有相对较宽TREF曲线的聚合物或聚合物掺合物,聚合物所需地是先使用TREF分级成数个级分,每一级分具有10℃或更少的洗提温度范围。即,每一洗提级分具有10℃或更少的收集温度窗。使用此技术,该嵌段共聚体具有至少一种具有比可相比拟共聚体的相对应级分更高摩尔共聚单体含量的该级分。
在另一方面,本发明聚合物是烯烃共聚体,较优选是包含呈聚合化型式的乙烯及一或多种可共聚合的共聚单体,特征在于化学或物理性质不同的具有两种或更多聚合化单体单元的多嵌段(即,至少二嵌段)或链段(嵌段共聚体),最优选是多嵌段共聚物,该嵌段共聚体具有在40℃与130℃间洗提的峰(但非仅一种分子级分)(但未收集和/或隔离个别级分),特征在于该峰具有当使用半极大处全宽度(FWHM)面积计算展开时通过红外线光谱术估算的共聚单体含量,具有比在相同洗提温度及使用半极大处全宽度(FWHM)面积计算展开时的可相比拟无规乙烯共聚体峰更高,较优选是高至少5%,更优选是高至少10%,的平均摩尔共聚单体含量,其中,该可相比拟的无规乙烯共聚体具有相同共聚单体,且具有嵌段共聚体的10%内的熔体指数、密度,及摩尔共聚单体含量(以整个聚合物为基准计)。较优选地,可相比拟的共聚体的Mw/Mn也是嵌段共聚体的10%内,和/或可相比拟的共聚体具有嵌段共聚体的10%内的总共聚单体含量。半极大处全宽度(FWHM)计算是以ATREF红外线检测器的甲基对甲撑基回应面积[CH3/CH2]的比例为基础,其中,最高峰是自基线鉴别,然后,FWHM面积被确定。由使用ATREF峰测得的分布,FWHM面积被定义为T1及T2间的曲线下的面积,其中,T1及T2是在ATREF峰的左右,通过使峰高度除以2,然后绘一与基线呈水平的线与ATREF曲线的左右部分相交而确定的点。共聚单体含量的校正曲线是使用无规乙烯/α-烯烃共聚物,由NMR对TREF峰的FWHM面积比例计算共聚单体含量而绘制的。对于此红外线方法,校正曲线是对感兴趣的相同共聚单体型式产生。本发明聚合物的TREF峰的共聚单体含量可通过参考校正曲线使用TREF峰的其FWHM甲基:甲撑基面积比例[CH3/CH2]而确定。
共聚单体含量可使用任何适合技术测量,且优选基于核磁共振(NMR)光谱术的技术。使用此技术,该嵌段共聚体具有比相对应的可相比拟共聚体更高的摩尔共聚单体含量。
较优选地,对于乙烯及1-辛烯的共聚体,嵌段共聚体具有的在40与130℃间洗提的TREF级分的共聚单体含量是大于或等于(-0.2013)T+20.07量,更优选是大于或等于(-0.2013)T+21.07量,其中,T是被比较的TREF级分的峰洗提温度的数值,以℃测量。
图4是以图说明乙烯及1-辛烯的嵌段共聚体的具体实施方案,其中,多种相比拟的乙烯/1-辛烯共聚体(无规共聚物)的共聚单体含量对TREF洗提温度的作图与代表(-0.2013)T+20.07的线(实线)拟合。方程式(-0.2013)T+21.07的线是以虚线描述。也描述本发明的多种嵌段乙烯/1-辛烯共聚体(多嵌段共聚物)的级分的共聚单体含量。所有嵌段共聚体级分具有比在相等洗提温度的任一线明显更高的1-辛烯含量。此结果是本发明共聚体的特征,且被认为是由于聚合物链内不同嵌段存在的结果,其具有结晶及无定形性质。
图5是图示如下探讨的实施例5及比较例F*的聚合物级分的TREF曲线及共聚单体含量。两个聚合物的40至130℃(较优选是60至95℃)洗提的峰被分级成三部分,每一部分是在少于10℃的温度范围洗提。实施例5的实际数据是以三角形表示。本领域技术人员会了解适合的校正曲线可建构用于含有不同共聚单体的共聚体,且供作为适合自相同单体的比较共聚体所获得的TREF值的比较的线,该无规共聚体较优选是使用茂金属或其它均质催化剂组合物所制得。本发明的共聚体特征在于比从校正曲线在相同TREF洗提温度确定的值更大(较优选是大至少5%,更优选是大至少10%)的摩尔共聚单体含量。
除本文所述的如上各方面及性质外,本发明聚合物特征可在于一或多种额外特性。在一方面,本发明聚合物是烯烃共聚体,较优选地是包含呈聚合化型式的乙烯及一或多种可共聚合的共聚单体,特征在于化学或物理性质不同的具有两种或更多聚合化单体单元的多嵌段或链段(嵌段共聚体),最优选是多嵌段共聚物,当使用TREF增量分级时,该嵌段共聚体具有在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于该级分具有比在相同温度间洗提的可相比拟无规乙烯共聚体级分更高,较优选是高至少5%,更优选是高至少10%、15%、20%或25%,的摩尔共聚单体含量,其中,该可相比拟的无规乙烯共聚体包含相同共聚单体,较优选地,其是相同共聚单体,及嵌段共聚体的10%内的熔体指数、密度,及摩尔共聚单体含量(以整个聚合物为基准计)。较优选地,可相比拟共聚体的Mw/Mn也是嵌段共聚体的10%内,和/或可相比拟的共聚体具有嵌段共聚体的10重量%内的总共聚单体含量。
较优选地,上述共聚体是乙烯及至少一种α-烯烃的共聚体,特别是具有约0.855至约0.935克/厘米3的整体聚合物密度的共聚体,且更特别地对于具有多于约1摩尔%共聚单体的聚合物,嵌段共聚体具有的在40及130℃间洗提的TREF级分的共聚单体含量是大于或等于(-0.1356)T+13.89的量,更优选是大于或等于(-0.1356)T+14.93量,且最优选是大于或等于(-0.2013)T+21.07量,其中,T是被比较的TREF级分的峰ATREF洗提温度数值,以℃测量。
较优选地,对于上述的乙烯及至少一α-烯烃的共聚体,特别是具有约0.855至约0.935克/厘米3的整体聚合物密度的共聚体,且更特别是具有多于约1摩尔%共聚单体的聚合物,嵌段共聚体具有的在40及130℃间洗提的TREF级分的共聚单体含量是大于或等于(-0.2013)T+20.07的量,更优选是大于或等于(-0.2013)T+21.07,其中,T是被比较的TREF级分的峰洗提温度数值,以℃测量。
在另一方面,本发明聚合物是一种烯烃共聚体,较优选地是包含呈聚合化型式的乙烯及一或多种可共聚合的共聚单体,特征在于化学或物理性质不同的具有两种或更多聚合化单体单元的多嵌段或链段(嵌段共聚体),最优选是多嵌段共聚物,当使用TREF增量分级时,该嵌段共聚体具有在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于每一级分具有至少约6摩尔%的共聚单体含量,具有大于约100℃的熔点。对于具有约3摩尔%至约6摩尔%的共聚单体含量的这些级分,每一级分具有约110℃或更高的DSC熔点。更优选地,具有至少1摩尔%共聚单体的该等聚合物级分具有相对应于如下方程式的DSC熔点:
Tm≥(-5.5926)(级分内的共聚单体摩尔%)+135.90。
在另一方面,本发明聚合物是烯烃共聚体,较优选地是包含呈聚合化型式的乙烯及一种或多种可共聚合的共聚单体,特征在于化学或物理性质不同的具有两种或更多聚合化单体单元的多嵌段或链段(嵌段共聚体),最优选是多嵌段共聚物,当使用TREF增量分馏时,该嵌段共聚体具有在40℃与130℃间洗提的分子级分,特征在于每一级分具有大于或等于约76℃的ATREF洗提温度,具有相对应于下列方程式的通过DSC测量的熔融焓(熔化热):
熔化热(J/gm)≤(3.1718)(ATREF洗提温度,℃)-136.58。
本发明嵌段共聚体具有当使用TREF增量分级时在40℃及130℃间洗提的分子级分,特征在于具有在40℃且少于约76℃间的ATREF洗提温度的每一级分具有相对应于下列方程式的通过DSC测量的熔融焓(熔化热):
熔化热(J/gm)≤(1.1312)(ATREF洗提温度,℃)+22.97。
通过红外线检测器测量ATREF峰共聚单体组成
TREF峰的共聚单体组成可使用可得自Polymer Char,Valencia,Span(http://www.polymerchar.com/)的IR4红外线检测器测量。
检测器的“组成模式”是装设测量感应器(CH2)及组成感应器(CH3),其是2800-3000厘米-1区域的固定式窄谱带红外线过滤器。测量感应器检测聚合物上甲撑基(CH2)的碳(其与溶液内的聚合物浓度直接相关),而组成检测器检测聚合物的甲基(CH3)。组成讯号(CH3)除以测量讯号(CH2)的数学比例是对溶液内测量的聚合物的共聚单体含量具有敏感性,且其回应是以已知乙烯α-烯烃共聚物标准物校正。
检测器当与ATREF仪器使用时提供TREF方法期间洗提聚合物的浓度(CH2)及组成(CH3)讯号响应。聚合物特定校正可通过具有已知共聚单体含量(较优选是以NMR测量)的聚合物的CH3对CH2的面积比例而产生。聚合物的ATREF峰的共聚单体含量可通过应用个别CH3及CH2响应的面积比例的参考校正而估算(即,CH3/CH2面积比例对共聚单体含量)。
峰的面积可在应用适当基线后使用半极大处全宽度(FWHM)计算积分TREF色谱的个别讯号响应而计算。半极大处全宽度的计算是基于ATREF红外线检测器的甲基对甲撑基回应面积比例[CH3/CH2],其中,最高峰是自基线鉴别,然后,FWHM面积被确定。对于使用ATREF峰测量的分布,FWHM面积是定义为T1与T2间曲线下的面积,其中,T1及T2是在ATREF峰的左右,通过使峰高度除以2,然后绘一与基线呈水平的线与ATREF曲线的左右部分相交而确定的点。
在此ATREF红外线方法中应用红外线光谱术测量聚合物的共聚单体含量原则上是相似于下列参考文献中所述的GPC/FTIR***:Markovich,Ronald P.;Hazlitt,Lonnie G.;Smith,Linley;“Development ofgel-permeation chromatography-Fourier transform infrared spectroscopyfor characterization of ethylene-based polyolefin copolymers”。PolymericMaterials Science and Engineering(1991),65,98-100;及Deslauriers,P.J.;Rohlfing,D.C.:Shieh,E.T.;“Quantifying short chain branchingmicrostructures in ethylene-l-olefin copolymers using size exclusionchromatography and Fourier transform infrared spectroscopy(SEC-FTIR)”,Polymer(2002),43,59-170,二者在此皆被全部并入以供参考之用。
在其它具体实施方案中,本发明的乙烯/α-烯烃共聚体特征在于大于0且最高达约1.0的平均嵌段指数(ABI),及大于约1.3的分子量分布(Mw/Mn)。平均嵌段指数(ABI)是在20℃及110℃(5℃增量)的制备TREF获得的每一聚合物级分嵌段指数(“BI”)的重量平均:
ABI=∑(wiBIi)
其中,BIi是在制备TREF获得的本发明乙烯/α-烯烃共聚体的第i级分的嵌段指数,且wi是第i级分的重量百分比。
对于每一聚合物级分,BI是以下列二方程式(二者皆产生相同BI值)之一定义:
其中,Tx是第i级分的制备ATREF洗提温度(较优选是以°K(凯尔文)表示),Px是第i级分的乙烯摩尔分率,其可通过如上所述的NMR或IR测量。PAB是整个乙烯/α-烯烃共聚体(分级前)的乙烯摩尔分率,其也可通过NMR或IR测量。TA及PA是纯“硬链段”(其是指共聚体的结晶链段)的ATREF洗提温度及乙烯摩尔分率。以第一级近似法,如果“硬链段”的实际值不可获得时,TA及PA值设定为高密度聚乙烯均聚物的值。对于本文实施的计算,TA是372°K,PA是1。
TAB是相同组成且具有PAB乙烯摩尔分率的无规共聚物的ATREF温度。TAB可自下列方程式计算:
Ln PAB=α/TAB+β
其中,α及β是可通过使用多种已知无规乙烯共聚物校正而确定的恒量。需注意α及β可随仪器而改变。再者,需以感兴趣的聚合物组成且以于级分相似分子重量范围产生其本身的校正曲线。具有些微分子量作用。如果校正曲线是自相似分子量范围获得,此作用基本上被忽略。在某些具体实施方案中,无规乙烯共聚物满足下列关系式:
Ln P=-237.83/TATREF+0.639
TXO是相同组成且具有PX乙烯摩尔分率的无规共聚物的ATREF温度。TXO可自Ln Px=α/TXO+β计算。相反地,PXO是相同组成且具有Tx的ATREF温度的无规共聚物的乙烯摩尔分率,其可自Ln Pxo=α/TX+β计算。
一旦每一种制备TREF级分的嵌段指数(BI)被获得,整个聚合物的重量平均嵌段指数(ABI)可被计算。在某些具体实施方案中,ABI是大于0但少于约0.3,或约0.1至约0.3。在其它具体实施方案中,ABI是大于约0.3且最高达约1.0。较优选地,ABI需在约0.4至约0.7,约0.5至约0.7,或约0.6至约0.9,的范围。在某些具体实施方案中,ABI是在约0.3至约0.9,约0.3至约0.8,或约0.3至约0.7,约0.3至约0.6,约0.3至约0.5,或约0.3至约0.4,的范围。在其它具体实施方案中,ABI是约0.4至约1.0,约0.5至约1.0,或约0.6至1.0,约0.7至约1.0,约0.8至约1.0,或约0.9至约1.0,的范围。
本发明乙烯/α-烯烃共聚体的另一特征是本发明乙烯/α-烯烃共聚体包含至少一种可通过制备TREF获得的聚合物级分,其中,此级分具有大于约0.1且最高达约1.0的嵌段指数,及大于约1.3的分子量分布(Mw/Mn)。在某些具体实施方案中,此聚合物级分具有大于约0.6且最高达约1.0,大于约0.7且最高达约1.0,大于约0.8且最高达约1.0,或大于约0.9且最高达约1.0,的嵌段指数。在其它具体实施方案中,此聚合物级分具有大于约0.1且最高达约1.0,大于约0.2且最高达约1.0,大于约0.3且最高达约1.0,大于约0.4且最高达约1.0,或大于约0.4且最高达约1.0,的嵌段指数。在其它具体实施方案中,此聚合物级分具有大于约0.1且最高达约0.5,大于约0.2且最高达约0.5,大于约0.3且最高达约0.5,或大于约0.4且最高达约0.5,的嵌段指数。在其它具体实施方案中,此聚合物级分具有大于约0.2且最高达约0.9,大于约0.3且最高达约0.8,大于约0.4且最高达约0.7,或大于约0.5且最高达约0.6,嵌段指数。
对于乙烯及α-烯烃的共聚物,本发明聚合物较优选地拥有(1)至少1.3(更优选是至少1.5,至少1.7,或至少2.0,且最优选是至少2.6),最高达5.0的最大值(更优选是最高达3.5的最大值,特别是最高达2.7的最大值)的PDI;(2)80J/g或更少的熔化热;(3)至少50重量%的乙烯含量;(4)少于-25℃(更优选是少于-30℃)的玻璃转化温度(Tg);和/或(5)仅一个Tm。
再者,本发明聚合物可单独或与本文所公开的任何其它性质结合地,具有在100℃的贮能模量(G’),使log(G’)大于或等于400kPa,较优选是大于或等于1.0MPa。再者,本发明聚合物拥有在0至100℃范围为温度的函数的相对较平直的贮能模量(在图6例示),此是嵌段共聚物的特征,且截至目前为止,对烯烃共聚物(特别是乙烯及一或多种C3-8脂族α-烯烃的共聚物)而言为末知。(此内容中的“相对较平直”术语是指在50与100℃间(较优选是0与100℃间)logG’(帕斯卡)是以少于一级的量减少)。
本发明共聚体进一步特征在于在至少90℃的温度时的1mm热机械分析透入深度,及3kpsi(20MPa)至13kpsi(90MPa)的挠曲模量。另外,本发明共聚体可具有在至少104℃的温度时的1mm热机械分析透入深度,及至少3kpsi(20MPa)的挠曲模量。其特征可在于具有少于90mm3的耐磨性或体积损失。图7显示本发明聚合物与其它已知聚合物相比较的TMA(1mm)对挠曲模量。本发明聚合物具有比其它聚合物显著较佳的弹性-耐热性平衡。
另外,乙烯/α-烯烃共聚体可具有0.01至2000克/10分钟,较优选是0.01至1000克/10分钟,更优选是0.01至500克/10分钟,且特别是0.01至100克/10分钟,的熔体指数(I2)。在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体具有0.01至10克/10分钟,0.5至50克/10分钟,1至30克/10分钟,1至6克/10分钟,或0.3至10克/10分钟,的熔体指数(I2)。在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体的熔体指数是1克/10分钟,3克/10分钟,或5克/10分钟。
聚合物可具有1,000克/摩尔至5,000,000克/摩尔,较优选是1000克/摩尔至1,000,000克/摩尔,更优选是10,000克/摩尔至500,000克/摩尔,且特别是10,000克/摩尔至300,000克/摩尔,的分子量(Mw)。本发明聚合物的密度可为0.80至0.99克/厘米3,且对于含乙烯的聚合物较优选是0.85克/厘米3至0.97克/厘米3。在某些具体实施方案中,乙烯/α-烯烃聚合物的密度范围是0.860至0.925克/厘米3,或0.867至0.910克/厘米3。
制造这些聚合物的方法已描述在下列专利申请案:美国临时申请案第60/553,906号案,2004年3月17日申请;美国临时申请案第60/662,937号案,2005年3月17日申请;美国临时申请案第60/662,939号案,2005年3月17日申请;美国临时申请案第60,5662938号案,2005年3月17日申请;PCT申请案第PCT/US2005/008916号案,2005年3月17日申请;PCT申请案第PCT/US2005/008915号案,2005年3月17日申请;及PCT申请案第PCT/US2005/008917号案,2005年3月17日申请,这些全部在此被完全并入以供参考之用。例如,一种此种方法包含使乙烯及任选的一或多种非乙烯的可加成聚合的单体在加成聚合反应条件下与包含下述的催化剂组合物接触:
自混合下述而形成的混合物或反应产物:
(A)具有高共聚单体合并指数的第一烯烃聚合反应催化剂,
(B)具有催化剂(A)的共聚单体合并指数的少于90%,较优选是少于50%,最优选是少于5%的共聚单体合并指数的第二烯烃聚合反应催化剂,及
(C)链穿梭剂。
代表性的催化剂及穿梭剂如下。
催化剂(A1)是[N-(2,6-二(1-甲基乙基)苯基)酰胺基](2-异丙基苯基)(α-萘-2-二基(6-吡啶-2-二基)甲烷)]铪二甲基,其是依据WO03/40195、2003US0204017、USSN 10/429,024(2003年5月2日申请)及WO 04/24740的教示制造。
催化剂(A2)是[N-(2,6-二(1-甲基乙基)苯基)酰胺基](2-甲基苯基)(1,2-苯撑基-(6-吡啶-2-二基)甲烷)铪二甲基,其是依据WO 03/40195、2003US0204017、USSN 10/429,024(2003年5月2日申请)及WO 04/24740的教示制造。
催化剂(A3)是双[N,N’”-(2,4,6-三(甲基苯基)酰胺基)乙二胺]铪二苯甲基。
催化剂(A4)是双(2-酰氧基-3-(二苯并-1H-吡咯-1-基)-5-(甲基)苯基)-2-苯氧基甲基)环己烷-1,2-二基锆(IV)二苯甲基,其基本上是依据US-A-2004/0010103的教示制备。
催化剂(B1)是1,2-双-(3,5-二-叔丁基亚苯基)(1-(N-(1-甲基乙基)亚胺基)甲基)(2-酰氧基)锆二苯甲基
催化剂(B2)是1,2-双-(3,5-二-叔丁基亚苯基)(1-(N-(2-甲基环己基)-亚胺基)甲基)(2-酰氧基)锆二苯甲基
催化剂(C1)是(叔丁基酰胺基)二甲基(3-N-吡咯基-1,2,3,3a,7a-η-茚-1-基)硅烷钛二甲基,其基本上依据USP 6,268,444号案的技术制造。
催化剂(C2)是(叔丁基酰胺基)二(4-甲基苯基)(2-甲基-1,2,3,3a,7a-η-茚-1-基)硅烷钛二甲基,其是基本上依据US-A-2003/004286的教示制造。
催化剂(C3)是(叔丁基酰胺基)二(4-甲基苯基)(2-甲基-1,2,3,3a,8a-η-s-茚基-1-基)硅烷钛二甲基,其是基本上依据US-A-2003/004286的教示制造。
催化剂(D1)是双(二甲基二硅氧烷)(茚-1-基)锆二氯化物,可得自Sigma-Aldrich:
穿梭剂使用的穿梭剂包含二乙基锌、二(异丁基)锌、二(正己基)锌、三乙基铝、三辛基铝、三乙基镓、异-丁基铝双(二甲基(叔丁基)硅氧烷)、异丁基铝双(二(三甲基硅烷基)酰胺)、正辛基铝二(吡啶-2-甲氧化物)、双(正十八烷基)异丁基铝、异丁基铝双(二(正戊基)酰胺)、正辛基铝双(2,6-二-叔丁基苯氧化物、正-辛基铝二(乙基(1-萘基)酰胺)、乙基铝双(叔丁基二甲基硅氧化物)、乙基铝二(双(三甲基硅烷基)酰胺)、乙基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环庚烷酰胺)、正辛基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环戊烷酰胺)、正辛基铝双(二甲基(叔丁基)硅氧化物、乙基锌(2,6-二苯基苯氧化物),及乙基锌(叔丁氧化物)。
较优选地,前述方法是采用连续溶液方法的形式,使用不能相互转化的多种催化剂形成嵌段共聚物,特别是多嵌段共聚物,较优选是两种或更多种单体(特别是乙烯及C3-20烯烃或环烯烃,且最特别是乙烯及C4-20α-烯烃)的线性多嵌段共聚物。即,催化剂在化学上不同。在连续溶液聚合反应条件下,此方法理想上是适于以高单体转化率聚合单体混合物。在这些聚合反应条件下,与链生长相比,自链穿梭剂至催化剂的穿梭变有利,且多嵌段共聚物(特别是线性多嵌段共聚物)以高效率形成。
本发明共聚体可区别于通过依序的单体添加、流动性催化剂、阴离子性或阳离子性活聚合反应技术制造的传统无规共聚物、聚合物的物理掺合物,及嵌段共聚物。特别地,与相等结晶性或模量的相同单体及单体含量的无规共聚物相比,本发明共聚体具有较好(较高)的耐热性(以熔点测量)、较高TMA透入温度、较高的高温抗张强度,和/或较高的高温转矩贮能模量(通过动态机械分析确定)。与含有相同单体及单体含量的无规共聚物相比,本发明共聚体具有较低的压缩变定(特别是在高温时)、较低的应力松弛、较高的耐蠕变性、较高的撕裂强度、较高的耐粘着性、由于较高结晶化(固化)温度造成的较快的建立(setup)、较高回复性(特别是在高温时)、较好的耐磨性、较高的回缩力,及较好的油及填充剂接受性。
本发明共聚体也展现独特的结晶化及支化分布的关系。即,本发明共聚体在使用CRYSTAF及DSC测量的最高峰温度(其是熔化热的函数)间具有相对较大的差异,特别是与相等整体密度的含有相同单体及单体含量的无规共聚物或聚合物的物理掺合物(诸如,高密度聚合物及较低密度共聚物的掺合物)相比时。认为本发明共聚体的独特特征是由于聚合物主干内嵌段中的共聚单体的独特分布。特别地,本发明共聚体可包含交错的具有不同共聚单体含量的嵌段(包含均聚物嵌段)。本发明共聚体也可包含具有不同密度或共聚单体含量的聚合物嵌段的数量和/或嵌段尺寸的分布,其是Schultz-Flory型分布。此外,本发明共聚体也具有独特的峰熔点及结晶温度分布,其基本上是与聚合物密度、模量及形态无关。在一较优选具体实施方案中,聚合物的微结晶顺序证明区别于无规或嵌段共聚物的特性球晶及薄片,即使在少于1.7或甚至少于1.5,降至少于1.3的PDI值时。
再者,本发明共聚体可使用影响嵌段程度或量的技术制造。即,每一聚合物嵌段或链段的共聚单体量及长度可通过控制催化剂及穿梭剂的比例及型式与聚合反应温度及其它聚合反应变量而改变。此现象的惊人益处是发现当嵌段度增加时,形成聚合物的光学性质、撕裂强度,及高温回复性质被改良。特别地,当聚合物的平均嵌段数增加时,浊度减少,而清淅度、撕裂强度及高温回复性质增加。通过选择具有所需链转移能力(高穿梭速率具有低链终止水平)的穿梭剂及催化剂的组合,其它型式的聚合物终止可有效地被抑制。因此,极少(如果有的话)的β-氢化物去除在依据本发明具体实施方案中的乙烯/α-烯烃共聚单体混合物的聚合反应中观察到,且形成的结晶嵌段是高度(或基本上完全)的线性,拥有极少或无长链支化。
具有高结晶链端部的聚合物可依据本发明具体实施方案中任选地制造。在弹性体的应用,降低以无定形嵌段终止的聚合物量会降低结晶区域上的分子间稀释作用。此结果可通过选择对氢或其它链终止剂具有适当响应的链穿梭剂及催化剂而获得。特别地,如果产生高结晶性聚合物的催化剂比产生较低结晶性聚合物链段(诸如,通过较高共聚单体合并,区域性错误,或无规立构聚合物的形成)的聚合物更易链终止(诸如,通过使用氢),高度结晶的聚合物链段会优先位于聚合物的终端部分。不仅形成的端基结晶,而且在终止时,形成高结晶性聚合物的催化剂位点再次可用于再次引发聚合物形成。因此,起始形成的聚合物是另一高结晶性的聚合物链段。因此,形成的多嵌段共聚物的两端优先地是高结晶性。
用于本发明具体实施方案中的乙烯α-烯烃共聚体较优选是乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的共聚体。乙烯与C3-C20α-烯烃的共聚物是特别优选的。共聚体可进一步包含C4-C18二烯烃和/或烯基苯。用于与乙烯进行聚合反应的适当不饱和共聚单体包含,例如,乙烯不饱和单体、共轭或非共轭的二烯、聚烯、烯基苯等。这些共聚单体的例子包含C3-C20α-烯烃,诸如,丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯等。1-丁烯及1-辛烯是特别优选。其它适合的单体包含苯乙烯、以卤基或烷基取代的苯乙烯、乙烯基苯并环丁烷、1,4-己二烯、1,7-辛二烯,及环烷(例如,环戊烯、环己烯,及环辛烯)。
虽然乙烯/α-烯烃共聚体是较优选聚合物,但其它的乙烯/烯烃聚合物也可被使用。本文使用的烯烃是指具有至少一个碳-碳双键的基于不饱和烃的化合物家族。依催化剂选择而定,任何烯烃可用于本发明具体实施方案。较优选地,适当的烯烃是含有乙烯不饱和的C3-C20脂族及芳香族化合物,与环状化合物,诸如,环丁烯、环戊烯、二环戊二烯,及降冰片烯,不受限地包含在5及6位置以C1-C20烃基或环烃基取代的降冰片烯。也包含这些烯烃的混合物,与这些烯烃与C4-C20二烯烃化合物的混合物。
烯烃单体的例子不受限地包含丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯,及1-十二碳烯、1-十四碳烯、1-十六碳烯、1-十八碳烯、1-二十碳烯、3-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、4,6-二甲基-1-庚烯、4-乙烯基环己烯、乙烯基环己烷、降冰片二烯、亚乙基降冰片烯、环戊烯、环己烯、二环戊二烯、环辛烯、C4-C40二烯,不受限地包含1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、1,4-己二烯、1,5-己二烯、1,7-辛二烯、1,9-癸二烯,其它C4-C40α-烯烃等。在某些具体实施方案中,α-烯烃是丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯,或其混合物。虽然任何含有乙烯基的烃可能可用于本发明具体实施方案中,但实际上的问题(诸如,单体可获得性、成本,及从形成的聚合物中轻易移除未反应单体的能力)在单体的分子量变太高时会变得更加严重。
本文所述的聚合反应方法是适于制造包含单亚乙烯基芳香族单体(包含苯乙烯、邻-甲基苯乙烯基、对-甲基苯乙烯基、叔丁基苯乙烯等)的烯烃聚合物。特别地,包含乙烯及苯乙烯的共聚体可通过本文的技术制造。任选地,可制造具有改良性质的共聚物,其包含乙烯、苯乙烯及C3-C20α烯烃,任选地包含C4-C20二烯。
适合的非共轭二烯单体可为具有6至15个碳原子的直链、支化或环状的烃二烯。适合的非共轭二烯的例子不受限地包含直链非环状二烯,诸如,1,4-己二烯、1,6-辛二烯、1,7-辛二烯、1,9-癸二烯,支链非环状二烯,诸如,5-甲基-1,4-己二烯;3,7-二甲基-1,6-辛二烯;3,7-二甲基-1,7-辛二烯,及二氢杨梅烯及二氢薴烯的混合异构物,单环脂环二烯,诸如,1,3-环戊二烯;1,4-环己二烯;1,5-环辛二烯,及1,5-环十二碳二烯,多环脂环稠合及桥接的环二烯,诸如,四氢茚、甲基四氢茚、二环戊二烯、二环-(2,2,1)-庚-2,5-二烯;烯基、亚烷基、环烯基及环亚烷基的降冰片烯,诸如,5-甲撑基-2-降冰片烯(MNB);5-丙烯基-2-降冰片烯、5-异亚丙基-2-降冰片烯、5-(4-环戊烯基)-2-降冰片烯、5-环亚己基-2-降冰片烯、5-乙烯基-2-降冰片烯,及降冰片二烯。通常上用以制造EPDM的二烯中,特别优选的二烯是1,4-己二烯(HD)、5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)、5-亚乙烯基-2-降冰片烯(VNB)、5-甲撑基-2-降冰片烯(MNB),及二环戊二烯(DCPD)。特别优选的二烯是5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB),及1,4-己二烯(HD)。
一类可依据本发明具体实施方案制造的所需聚合物是乙烯、C3-C20α-烯烃(特别是丙烯)及任选一或多种二烯单体的弹性体共聚体。用于本发明具体实施方案中的较优选α-烯烃是以化学式CH2=CHR*指示,其中,R*是1至12个碳原子的线性或支化的烷基。适合的α-烯烃的例子不受限地包含丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯,及1-辛烯。特别较优选的α-烯烃是丙烯。基于丙烯的聚合物在一般涉及EP或EPDM聚合物的领域。用于制造这些聚合物(特别是多嵌段EPDM型聚合物)的适合二烯包含含有4至20个碳原子的共轭或非共轭的直链或支链状、环状,或多环状的二烯。较优选的二烯包含1,4-戊二烯、1,4-己二烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、二环戊二烯、环己二烯,及5-亚丁基-2-降冰片烯。特别较优选的二烯是5-亚乙基-2-降冰片烯。
因为含有二烯的聚合物包含交替式的含有较大或较小量的二烯(包括不含)及α-烯烃(包括不含)的链段或嵌段,可在未损失其后聚合物性质的情况下降低二烯及α-烯烃的总量。即,因为二烯及α-烯烃单体是优先被合并在聚合物的一种型式嵌段内,而非均匀或随机地合并在整个聚合物内,因此,可被更有效率地利用,且其后,聚合物的交联密度可被较优选地控制。这些可交联弹性体及固化产物具有有利性质,包含较高的抗张强度及较优选的弹性回复。
在某些具体实施方案中,以两种催化剂制造的合并不同共聚单体量的本发明共聚体具有95∶5至5∶95的由此形成的嵌段重量比例。弹性体聚合物所需地具有20至90%的乙烯含量,0.1至10%的二烯含量,及10至80%的α-烯烃含量,其是以聚合物总重量为基准计。进一步较优选地,多嵌段弹性体聚合物具有60至90%的乙烯含量,0.1至10%的二烯含量,及10至40%的α-烯烃含量,其是以聚合物总重量为基准计。较优选的聚合物是高分子量聚合物,其具有10,000至约2,500,000,较优选是20,000至500,000,更优选是20,000至350,000的重均分子量(Mw),及少于3.5,更优选是少于3.0的多分散性,及1至250的门尼(Mooney)粘度(ML(1+4)125℃)。更优选地,这些聚合物具有65至75%的乙烯含量,0至6%的二烯含量,及20至35%的α-烯烃含量。
乙烯/α-烯烃共聚体可通过在其聚合物结构内合并至少一种官能团而官能化。例示的官能团可包含例如乙烯不饱和单及二官能性的羧酸、乙烯不饱和单及二官能性羧酸酐、其盐及其酯。这些官能团可接枝至乙烯/α-烯烃共聚体,或可与乙烯及任选的额外共聚单体共聚合形成乙烯、官能性共聚单体及任选的其它共聚单体的共聚体。用于使官能团接枝至聚乙烯上的手段是描述在,例如,美国专利第4,762,890、4,927,888及4,950,541号案,这些专利案的公开内容在此被全部并入以供参考之用。一种特别有用的官能团是马来酸酐。
存在于官能性共聚体内的官能团的量可改变。官能团通常上可以至少约1.0重量%,较优选是至少约5重量%,且更优选是至少约7重量%的量存在于共聚物型的官能化共聚体。官能团通常上是以少于约40重量%,较优选是少于约30重量%,且更优选是少于约25重量%的量存在于共聚物型式的官能化共聚体。
本文公开的聚合物掺合物中的乙烯/α-烯烃共聚体的量可为聚合物掺合物总重量的约5至约95重量%,约10至约90重量%,约20至约80重量%,约30至约70重量%,约10至约50重量%,约50至约90重量%,约60至约90重量%,或约70至约90重量%。在某些具体实施方案中,本文公开的聚合物掺合物中的乙烯/α-烯烃共聚体的量是聚合物掺合物总重量的约15重量%、30重量%、50重量%、70重量%,或85重量%。
聚烯烃
如上所探讨,聚合物掺合物包含至少一种支化聚烯烃,其可改良或改性乙烯/α-烯烃共聚体的流变性。任何具有少于1的支化指数的支化热塑性聚烯烃可被使用。支化指数量化了选择的热塑性聚合物的长链支化度。较优选地,支化指数是少于约0.9、0.8、0.7、0.6,或0.5。在某些具体实施方案中,支化指数是约0.01至约0.4的范围。在其它具体实施方案中,支化指数是少于约0.01,少于约0.001,少于约0.0001,少于约0.00001,或少于约0.000001。其是以下列方程式定义:
其中,g′是支化指数,IVBr是支化热塑性聚合物(例如,LDPE或聚丙烯)的特性粘度,且IVLin是具有与支化热塑性聚合物相同的重均分子量的相对应线性热塑性聚合物(且在共聚物及三元共聚物的情况下,是基本上相同的相对分子量比例或单体单元比例)的特性粘度。
特性粘度(也称为极限粘度数)在其最普遍方面是恒量聚合物分子促进溶液粘度的能力的值。其取决于溶解的聚合物分子的尺寸及形状。因此,在比较非线性聚合物与具有基本上相同重均分子量的线性聚合物时,其是非线性聚合物分子结构的指示。事实上,上述特性粘度比例是非线性聚合物的支化度的测量值。确定丙烯聚合物材料的特性粘度的方法是描述在Elliott等人的J.App.Poly.Sci.,14,2947-2963页(1970)。在此说明书中,每一例子的特性粘度是通过溶于135℃十氢萘的聚合物而确定。测量聚合物特性粘度的另一方法是ASTM D5225-98-Standard Test Method for Measuring Solution Viscosity of Polymers with aDifferential Viscometer,其在此被全部并入以供参考之用。
适合的支化热塑性聚烯烃不受限地包含支化聚乙烯(诸如,低密度聚乙烯)、支化聚丙烯。较优选地,支化热塑性聚烯烃具有相对较高熔体强度。特别地,支化热塑性聚烯烃的熔体强度比具有相同重均分子量的相对应线性热塑性烯烃高至少25%。在某些例子中,支化热塑性聚烯烃的熔体强度比相对应线性热塑性聚烯烃高约50%,高约75%,高约100%,或高约150%。在某些具体实施方案中,支化热塑性聚烯烃的熔体强度是至少约10cN,至少约15cN,至少约20cN,至少约25cN,至少约30cN,至少约35cN,或至少约40cN。在某些具体实施方案中,支化热塑性聚烯烃的1%割线模量是等于或高于约130,000psi。其也高于约150,000psi,高于约170,000psi,或高于约200,000psi。通常上,此聚烯烃在70℃的压缩变定是大于约50%。在某些具体实施方案中,在70℃的压缩变定是大于约60%,大于约70%,大于约80%,或大于约90%。
任何含量的支化聚烯烃可被使用,只要此含量足以使乙烯/α-烯烃共聚体流变性改性。通常上,支化聚烯烃是以总掺合物组合物的从约5重量%且最高达约95%的量存在,较优选是约10%至约90%,约15%至约80%,20%至约70%,或约30%至约45%。在某些具体实施方案中,支化聚烯烃是以总掺合物组合物的大于0但少于约50重量%的量存在,较优选是聚合物掺合物总重量的约5%至约45%,约10%至约35%,或约15%至约30%。
适合的聚烯烃是从一种或多种烯烃衍生的聚合物。烯烃(即,烯)是含有至少一个碳-碳双键的烃。烯烃的一些非限制性例子包含具有2至约20个碳原子的线性或支化、环状或非环状的烯。在某些具体实施方案中,烯具有2至约10个碳原子。在其它具体实施方案中,烯含有至少二个碳-碳双键,诸如,丁二烯及1,5-己二烯。在进一步具体实施方案中,烯的至少一个氢原子被烷基或芳基取代。在特别具体实施方案中,烯是乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、4-甲基-1-戊烯、降冰片烯、1-癸烯、丁二烯、1,5-己二烯、苯乙烯,或其混合物。
符合本文公开的各种标准的任何聚烯烃可用以制造本文公开的聚合物掺合物。聚烯烃的非限制性例子包含聚乙烯(例如,超低、低、线性低、中度、高及超高密度的聚乙烯)、聚丙烯(例如,低及高密度的聚丙烯);聚丁烯(例如,聚丁烯-1);聚戊烯-1;聚己烯-1;聚辛烯-1;聚癸烯-1;聚-3-甲基丁烯-1;聚-4-甲基戊烯-1;聚异戊二烯;聚丁二烯;聚-1,5-己二烯;从烯烃衍生的共聚体;从烯烃及其它聚合物(诸如,聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚亚安酯等)衍生的共聚体;及其混合物。在某些具体实施方案中,聚烯烃是均聚物,诸如,聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯-1、聚-3-甲基丁烯-1、聚-4-甲基戊烯-1、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚-1,5-己二烯、聚己烯-1、聚辛烯-1,及聚癸烯-1。在其它具体实施方案中,聚烯烃是聚丙烯或高密度聚乙烯(HDPE)。
较优选种类的聚烯烃是支化乙烯聚合物。乙烯聚合物是包含大于50摩尔%的从乙烯单体或共聚单体衍生的-CH2-CH2-重复单元的任何聚合物。适用于本发明具体实施方案中的乙烯聚合物包含任何含乙烯的聚合物,均聚物及共聚物。乙烯聚合物的例子不受限地包含乙烯均聚物及乙烯共聚体,诸如,低密度聚乙烯(LDPE)、非均质支化的乙烯/α-烯烃共聚体(即,线性低密度聚乙烯(LLDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE))、基本上线性乙烯聚合物(SLEP),及均质支化的乙烯聚合物。
在某些具体实施方案中,支化的聚合物及共聚体是在高压釜或管式反应器内在高于14,500psi(100MPa)的压力下使用自由基引发剂部分或完全地均聚或共聚。这些支化的聚合物及共聚体不受限地包含低密度乙烯聚合物,诸如,高压低密度乙烯均聚物(LPDE)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-羧酸共聚物,及乙烯丙烯酸酯共聚物,与在低至中压力制造的烯烃聚合物,诸如,聚丁烯(PB)。较优选种类的支化聚合物是LDPE,诸如,LDPE 662i及LDPE620i,二者皆可得自The Dow Chemical Company,Midland,MI。这些聚合物是详细描述在美国专利第6,545,094号案及WO2005/023912(PCT/US2004/029124),其在此被全部并入以供参考之用。
较优选的LDPE具有0.2克/10分钟至2克/10分钟的熔体指数(I2)(“MI”)。更优选地,熔体指数是大于约0.25克/10分钟,或大于约0.3克/10分钟。熔体指数较优选是少于约2克/10分钟,少于约1克/10分钟,或少于约0.7克/10分钟。适合LDPE的熔体强度较优选是大于24.1-18.0*log10(MI),或者是25cN或大于约30或40cN。由于实践原因,熔体强度一般是少于100cN。
适合的高压乙烯共聚体包含与美国专利第4,599,392号案(在此被全部并入以供参考之用)所述的至少一种α,β-烯属不饱和共聚单体(例如,丙烯酸、甲基丙烯酸,及乙酸乙烯酯)共聚的乙烯。较优选的高压乙烯共聚体包含0.1至55总重量%的共聚单体,且更优选是1至35总重量%的共聚单体,且最优选是2至28总重量%的共聚单体,且可通过任何已知技术(例如,离聚化及挤塑接枝)化学和/或物理改性。
另一较优选热塑性聚合物是支化的聚丙烯,均聚物及共聚物。一类支化的聚丙烯是偶合冲击丙烯聚合物。在此使用时,“偶合”是指通过使聚合物与适合偶合剂反应而改性聚合物的流变性。“偶合聚合物”是从偶合反应形成的流变性改性的聚合物。偶合聚合物特征在于与偶合前的聚合物相比,熔体强度增加至少约25%,及熔体流速降低。偶合聚合物不同于重度交联的聚合物,偶合聚合物是热塑性,且具有低凝胶程度,即,少于约50重量%的凝胶含量,较优选是少于约30重量%,少于约20重量%,少于约10重量%,或少于约5重量%。相反地,重度交联(另外称为“硫化作用”)造成热固性聚合物,其特征在于高凝胶含量(即,多于约50重量%的凝胶含量,较优选是多于约70重量%,多于约80重量%,多于约90重量%,或多于约95重量%)。
一类适合的偶合丙烯聚合物包含被称为“偶合冲击聚丙烯聚合物”的那些。这些聚合物及其制造是公开在美国专利第6,359,073号案、美国专利申请序号第09/017,230号案(2000年6月23日申请),及PCT申请案第WO 00/78858A2号案(2000年6月23日申请),其等在此被全部并入以供参考之用。制造偶合冲击丙烯共聚物的方法包括通过偶合剂偶合冲击丙烯共聚物。偶合反应是通过反应性挤塑,或能使偶合剂与冲击丙烯共聚物混合且添加足够能量以造成偶合剂与冲击丙烯共聚物间的偶合反应的任何其它方法实现。较优选地,此方法是在单一容器中进行,诸如,熔融混合器或聚合物挤塑器,诸如,美国专利申请案第09/133,576号案(1998年8月13日申请,其请求美国临时申请案第60/057,713号案(1997年8月27日申请)的优先权,二者在此皆被全部并入以供参考之用)所描述。
“冲击丙烯共聚物”术语在此使用是指多相丙烯共聚物,其间聚丙烯是连续相且弹性体相分散在其间。本领域技术人员了解此弹性体相也可含有结晶区域,其对于本发明的现有具体实施方案的目的被认为是弹性体相的一部分。冲击丙烯共聚物是从反应器内方法制备而成,而非物理性掺合。一般,冲击丙烯共聚物是以二或多阶段的方法形成,其任选地包含具有至少两个在其内发生的方法步骤的单一反应器,或任选的多重反应器。冲击丙烯共聚物是可购得的,且在本领域所公知,例如,描述在E.P.Moore,Jr的Polypropylene Handbook,Hanser出版社,1996,220-221页,及美国专利第3,893,989及4,113,802号案,其在此被全部并入以供参考之用。另外适合的冲击丙烯共聚物是公开在下列美国专利案:4,434,264;4,459,385;4,489,195;4,493,923;4,508,872;4,535,125;4,588,775;4,843,129;4,966,944;5,011,891;5,034,449;5,066,723;5,177,147;5,314,746;5,336,721;5,367,022;6,207,754;6,268,064,前述每个专利公开的相关部分在此被并入以供参考之用。
适合偶合剂是聚(磺酰基叠氮化物),更优选是双(磺酰基叠氮化物)。用于热塑性硫化物的聚(磺酰基叠氮化物)的例子是描述在WO99/10424。聚(磺酰基)叠氮化物包含诸如1,5-戊烷双(磺酰基叠氮化物)、1,8-辛烷双(磺酰基叠氮化物)、1,10-癸烷双(磺酰基叠氮化物)、1,10-十八烷双(磺酰基叠氮化物)、1-辛基-2,4,6-苯三(磺酰基叠氮化物)、4,4’-二苯基醚双(磺酰基叠氮化物)、1,6-双(4’-磺酰叠氮基苯基)己烷、2,7-萘双(磺酰基叠氮化物)的化合物,及每分子含有平均1至8个氯原子及2至5个磺酰基叠氮化物基的氯化脂族烃的混合磺酰基叠氮化物,及其混合物。较优选的聚(磺酰基叠氮化物)包含氧-双(4-磺酰基叠氮基苯)、2,7-萘双(磺酰基叠氮基)、4,4’-双(磺酰基叠氮基)联苯、4,4’-二苯基醚双(磺酰基叠氮化物),及双(4-磺酰基叠氮基苯基)甲烷,及其混合物。
磺酰基叠氮化物是可购得的,或通过使叠氮化钠与相对应磺酰基氯化物反应而方便地制造,即使磺酰基肼与各种试剂(亚硝酸、四氧化二氮、四氟硼酸亚硝基钠)的氧化反应已被使用。
当双(磺酰基叠氮化物)被用于偶合剂,较优选地,至少约100ppm的叠氮化物被用于偶合冲击丙烯共聚物,其是以冲击丙烯共聚物的总重量为基准计,更优选是至少约150ppm的叠氮化物,最优选是至少约200ppm的叠氮化物被使用。在某些例子中,诸如,与基本的可相比拟非偶合冲击丙烯共聚物相比,需要大量降低延性-脆性转变温度时,至少约300ppm的双(磺酰基叠氮化物),较优选是至少约450ppm的双(磺酰基叠氮化物)(以冲击丙烯共聚物总重量为基准计)被用于偶合冲击丙烯共聚物。选择欲被偶合的冲击丙烯共聚物重要的,选择具有足够高熔体流速的聚合物,使得在与所需量的偶合剂偶合后,偶合的冲击丙烯共聚物具有可轻易加工处理的足够高的熔体流速。
在某些具体实施方案中,偶合的冲击丙烯共聚物的特征在于下列方程式:
X=[(A-C)/(B-D)]≤0.75;
Y≥1.25;及
A≤B-10
其中,A是从对于包含偶合的冲击丙烯共聚物树脂的制品的使用与聚合物注射流方向垂直的刻痕测量的型缺口值(notched Izod value)(依据ASTM D-256测量)计算的延性-脆性转变温度;B是从对于包含相对应非偶合的冲击丙烯共聚物树脂的制品的使用与聚合物注射流方向垂直的刻痕测量的型缺口值(notched Izod value)(依据ASTM D-256测量)计算的延性-脆性转变温度;C是从对于包含偶合的冲击丙烯共聚物树脂的制品的使用与聚合物注射流方向平行的刻痕测量的型缺口值(notched Izod value)(依据ASTM D-256测量)计算的延性-脆性转变温度;D是从对于包含相对应非偶合的冲击丙烯共聚物树脂的制品的使用与聚合物注射流方向平行的刻痕测量的型缺口值(notched Izodvalue)(依据ASTM D-256测量)计算的延性-脆性转变温度。
Y是偶合的冲击丙烯共聚物树脂的熔体强度对相对应非偶合的冲击丙烯共聚物的熔体强度的比例。在某些具体实施方案中,Y是至少约1.5,至少约2,至少约5;或至少约10。在其它具体实施方案中,X是少于约0.5,少于约0.33,或少于约0.25。
与非偶合的冲击丙烯共聚物相比时,偶合的冲击丙烯共聚物具有改良的冲击性质,且也使形成的偶合冲击丙烯共聚物树脂的熔体强度增至相对应非偶合冲击丙烯共聚物的至少约1.25倍,较优选是至少约1.5倍的程度。相对应的非偶合冲击丙烯共聚物是用于制造偶合冲击丙烯共聚物的相同聚合物,但未被偶合。较优选地,偶合的冲击丙烯共聚物树脂具有至少约8cN,至少约15cN,至少约30cN,至少约50cN,或至少约60cN的熔体强度。在某些具体实施方案中,偶合的冲击丙烯聚合物的熔体流速范围可为约0.01至约100克/10分钟,其是依据ASTM1238在230℃及2.16千克测量。较优选地,熔体流速是约0.05至约50克/10分钟,约0.1至约10克/10分钟,或约0.5至约5克/10分钟的范围。
与相对应非偶合的冲击丙烯共聚物相比,在偶合冲击丙烯共聚物中改良的冲击性质的例子包含,例如,从偶合冲击丙烯共聚物形成的制品所展现的在低温下的较高冲击强度,及在延性-脆性转变温度的改良(其在从偶合冲击丙烯共聚物形成的制品中被降低)。
“冲击性质”是指制品的通过本领域的任何手段测量的诸如冲击强度的性质,例如,依据ASTM D 256测量的切口冲击能量、依据ASTM D3763-93测量的MTS峰冲击能量(落镖冲击),及依据ASTM D-3763测量的MTS总冲击能量。延性-脆性转变温度(DBTT)也是包含聚合物的制品的冲击性质。延性-脆性转变温度对于特定的条件组合被定义为制品从主要为延性断裂模式转化成主要为脆性断裂模式时的温度。可使用本领域技术人员所知的技术计算延性-脆性转变温度。
代表性的支化丙烯聚合物的例子包含Basell Polyolefins,theNetherlands的ProfaxTM 814及ProfaxTM 611,或The Dow ChemicalCompany,Midland,Michigan的可相比拟的聚丙烯。
除本文所述的支化丙烯聚合物外,适合的支化丙烯聚合物也包含下列美国专利案中所述的那些:4,311,628;4,521,566;4,916,198;5,047,446;5,047,485;5,414,027;及5,849,409,及下列PCT专利申请案:WO 01/53078;WO 97/20888;WO 97/20889;WO 99/10423;WO99/10424;及WO 99/16797。所有前述专利案或专利申请案的有关于支化丙烯聚合物的公开内容在此被并入以供参考之用。
添加剂
任选地,本文公开的聚合物掺合物可包含至少一种用于改良和/或控制聚合物掺合物的加工处理性、外观、物理、化学和/或机械性质的添加剂。在某些具体实施方案中,聚合物掺合物不包含添加剂。本领域技术人员所知的任何塑料添加剂可用于本文公开的聚合物掺合物中。适合添加剂的非限制性例子包含增滑剂、抗结块剂、塑化剂、抗氧化剂、紫外线稳定剂、着色剂或颜料、填充剂、润滑剂、抗雾剂、流动助剂、偶合剂、交联剂、成核剂、表面活性剂、溶剂、阻燃剂、抗静电剂,或其混合物。添加剂总量范围可为聚合物掺合物总重量的约大于0至约80%,约0.001%至约70%,约0.01%至约60%,约0.1%至约50%,约1%至约40%,或约10%至约50%。某些聚合物添加剂已描述在Zweifel Hans等人的“塑料添加剂手册(Plastics AdditivesHandbook)”,Hanser Gardner Publications,Cincinnati,Ohio,第5版(2001),其在此被全部并入以供参考之用。
在某些具体实施方案中,本文公开的聚合物掺合物包含增滑剂。在其它具体实施方案中,本文公开的聚合物掺合物不包含增滑剂。滑动是在膜表面之间或在某些其它基材上的滑动。膜的滑动性能可通过ASTM D 1894,Static and Kinetic Coefficients of Friction of Plastic Filmand Sheeting(在此被并入以供参考之用)测量。一般,增滑剂可通过改性膜的表面性质;及降低膜层间及膜和与其接触的其它表面间的磨擦而传递滑动性质。
本领域技术人员所知的任何增滑剂可添加至本文公开的聚合物掺合物。增滑剂的非限制性例子包含具有约12至约40个碳原子的伯酰胺(例如,芥酰胺、油酰胺、硬脂酰胺,及山嵛酰胺);具有约18至约80个碳原子的仲酰胺(例如,硬脂基芥酰胺、山嵛基芥酰胺、甲基芥酰胺,及乙基芥酰胺);具有约18至约80个碳原子的仲-双-酰胺(例如,乙烯-双-硬脂酰胺,及乙烯-双-油酰胺);及其混合物。在一特别具体实施方案中,用于本文公开的聚合物掺合物的增滑剂是以下列化学式(I)表示的酰胺:
其中,R1及R2的每一个分别是H、烷基、环烷基、烯基、环烯基、或芳基;且R3是烷基或烯基,每一个具有约11至约39个碳原子,约13至约37个碳原子,约15至约35个碳原子,约17至约33个碳原子,或约19至约33个碳原子。在某些具体实施方案中,R3是烷基或烯基,每一个具有至少19至约39个碳原子。在其它具体实施方案中,R3是十五烷基、十七烷基、十九烷基、二十一烷基、二十三烷基、二十五烷基、二十七烷基、二十九烷基、三十一烷基、三十三烷基、三十九烷基,或其混合物。在进一步的具体实施方案中,R3是十五碳烯基、十七碳烯基、十九碳烯基、二十一碳烯基、二十三碳烯基、二十五碳烯基、二十七碳烯基、二十九碳烯基、三十一碳烯基、三十三碳烯基、三十九碳烯基,或其混合物。
在进一步的具体实施方案中,用于本文公开的聚合物掺合物的增滑剂是以如下化学式(II)表示的酰胺:
CH3-(CH2)m-(CH=CH)p-(CH2)n-C(=O)-NR1R2(II)
其中,m及n的每一个分别是约1与约37间的整数;p是0与3间的整数,R1及R2的每一个分别是H、烷基、环烷基、烯基、环烯基,或芳基;且m、n及p的总和是至少为8。在某些具体实施方案中,化学式(I)及(II)的R1及R2的每一个是含有1至约40个碳原子的烷基,或含有2至约40个碳原子的烯基。在进一步的具体实施方案中,化学式(I)及(II)的R1及R2的每一个是H。在某些具体实施方案中,m、n及p的总和是至少18。
在某些具体实施方案中,增滑剂是具有具有18至约40个碳原子的饱和脂族基的伯酰胺(例如,硬脂酰胺,及山嵛酰胺)。在其它具体实施方案中,增滑剂是具有含有至少一个碳-碳双键及18至约40个碳原子的不饱和脂族基的伯酰胺(例如,芥酰胺,及油酰胺)。在进一步的具体实施方案中,增滑剂是具有至少20个碳原子的伯酰胺。在进一步具体实施方案中,增滑剂是芥酰胺、油酰胺、硬脂酰胺、山嵛酰胺、乙烯-双-硬脂酰胺、乙烯-双-油酰胺、硬脂基芥酰胺、山嵛基芥酰胺,或其混合物。在特别具体实施方案中,增滑剂是芥酰胺。在进一步的具体实施方案中,增滑剂是可购得的,具有商品名,诸如,ATMERTM SA,其来自Uniqema,Everberg,Belgium;其来自Akzo NobelPolymer Chemicals,Chicago,IL;其来自Witco,Greenwich,CT;及其来自Croda,Edison,NJ。如果被使用时,聚合物掺合物中的增滑剂量可为聚合物掺合物总重量的约大于0至约3重量%,约0.0001至约2重量%,约0.001至约1重量%,约0.001至约0.5重量%,或约0.05至约0.25重量%。某些增滑剂已描述在ZweifelHans等人的“塑料添加剂手册(Plastics Additives Handbook)”,HanserGardner Publications,Cincinnati,Ohio,第5版,第8章,601-608页(2001),其在此被并入以供参考之用。
任选地,本文公开的聚合物掺合物可包含抗结块剂。在某些具体实施方案中,本文公开的聚合物掺合物不包含抗结块剂。抗结块剂可用以避免包含聚合物掺合物的制品的接触层间的非所需的粘着,特别是在贮存、制造或使用期间的中等压力及热条件下。本领域技术人员所知的任何抗结块剂可添加至本文公开的聚合物掺合物。抗结块剂的非限制性例子包含矿物(例如,粘土、白垩,及碳酸钙)、合成硅石凝胶(例如,其来自Grace Davison,Columbia,MD)、天然硅石(例如,SUPER其来自Celite Corporation,Santa Barbara,CA)、滑石(例如,其来自Luzenac,Centennial,CO)、沸石(例如,其来自Degussa,Parsippany,NJ)、铝硅酸盐(例如,其来自Mizusawa Industrial Chemicals,Tokyo,Japan)、硬脂酸钙、石灰石(例如,其来自Omya,Atlanta,GA)、球形聚合物颗粒(例如,聚(甲基丙烯酸甲酯)颗粒,其来自Nippon Shokubai,Tokyo,Japan,及硅酮颗粒,其来自GESilicones,Wilton,CT)、蜡、酰胺(例如,芥酰胺、油酰胺、硬脂酰胺、山嵛酰胺、乙烯-双-硬脂酰胺、乙烯-双-油酰胺、硬脂基芥酰胺,及其它增滑剂)、分子筛,及其混合物。矿物颗粒可通过在制品间产生物理间隙而降低粘着,而有机抗结块剂可迁移至表面以限制表面粘着。被使用时,聚合物掺合物内的抗结块剂的量可为聚合物掺合物总重量的约大于0至约3重量%,约0.0001至约2重量%,约0.001至约1重量%,或约0.001至约0.5重量%。某些抗结块剂已描述在Zweifel Hans等人的“塑料添加剂手册(Plastics Additives Handbook)”,Hanser GardnerPublications,Cincinnati,Ohio,第5版,第7章,585-600页(2001),在此被并入以供参考之用。
任选地,本文公开的聚合物掺合物可包含增塑剂。一般,增塑剂是可增加弹性且降低聚合物的玻璃转化温度的化学品。本领域技术人员所知的任何增塑剂可添加至本文公开的聚合物掺合物。增塑剂的非限制性例子包含松香酸酯、己二酸酯、烷基磺酸酯、壬二酸酯、苯甲酸酯、氯化石蜡、柠檬酸酯、环氧化物、二醇醚及其酯、戊二酸酯、烃油、异丁酸酯、油酸酯、季戊四醇衍生物、磷酸酯、酞酸酯、酯、聚丁烯、蓖麻酸酯、癸二酸酯、磺酰胺、三-及均苯四甲酸酯、联苯衍生物、硬脂酸酯、二呋喃二酯、含氟增塑剂、羟基苯甲酸酯、异氰酸酯加成物、多环芳香族化合物、天然产物衍生物、腈、基于硅氧烷的增塑剂、基于柏油的产物、硫酯,及其混合物。如果被使用,聚合物掺合物中的增塑剂含量可为聚合物掺合物总重量的大于0至约15重量%,约0.5至约10重量%,或约1至约5重量%。一些增塑剂已描述在GeorgeWypych的“增塑剂手册(Handbook of Plasticizers)”,ChemTec Publishing,Toronto-Scarborough,Ontario(2004),在此被并入以供参考之用。
在某些具体实施方案中,本文公开的聚合物掺合物任选地包含抗氧化剂,其可避免聚合物掺合物中的聚合物组分及有机添加剂氧化。本领域技术人员所知的任何抗氧化剂可添加至本文公开的聚合物掺合物。适合抗氧化剂的非限制性例子包含芳香族或受阻胺,诸如,烷基二苯基胺、苯基-α-萘基胺、以烷基或芳烷基取代的苯基-α-萘基胺、烷基化的对-苯二胺、四甲基-二胺基二苯基胺等;酚,诸如,2,6-二-叔丁基-4-甲基酚;1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3′,5′-二-叔丁基-4′-羟基苯甲基)苯;四[(甲撑基(3,5-二-叔丁基-4-羟基氢肉桂酸酯)]甲烷(例如,IRGANOXTM1010,来自Ciba Geigy,New York);丙烯酰基改性的酚;十八烷基-3,5-二-叔丁基-4-羟基肉桂酸酯(例如,IRGANOXTM 1076,其可购自CibaGeigy);亚磷酸酯及亚膦酸酯;羟基胺;苯并呋喃酮衍生物;及其混合物。如果被使用,聚合物掺合物中的抗氧化剂量可为聚合物掺合物总重量的约大于0至约5重量%,约0.0001至约2.5重量%,约0.001至约1重量%,或约0.001至约0.5重量%。某些抗氧化剂已描述在Zweifel Hans等人的“塑料添加剂手册(Plastics Additives Handbook)”,Hanser GardnerPublications,Cincinnati,Ohio,第5版,第1章,1-140页(2001),其在此被并入以供参考之用。
在其它具体实施方案中,本文公开的聚合物掺合物任选地包含紫外线稳定剂,其可避免或降低聚合物掺合物受紫外线辐射而降解。本领域技术人员所知的任何紫外线稳定剂可添加至本文公开的聚合物掺合物。适合的紫外线稳定剂的非限制性例子包含二苯酮、苯并***、芳基酯、草酰替苯胺、丙烯酯、甲脒、碳黑、受阻胺、镍猝灭剂、受阻胺、酚醛抗氧化剂、金属盐、锌化合物,及其混合物。使用时,聚合物掺合物内的紫外线稳定剂的量可为聚合物掺合物总重量的约大于0至约5重量%,约0.01至约3重量%,约0.1至约2重量%,或约0.1至约1重量%。某些紫外线稳定剂是描述在Zweifel Hans等人的“塑料添加剂手册(Plastics Additives Handbook)”,Hanser Gardner Publications,Cincinnati,Ohio,第5版,第2章,141-426页(2001),在此被并入以供参考之用。
在进一步的具体实施方案中,本文公开的聚合物掺合物任选地含有着色剂或颜料,其可改变聚合物掺合物向人类眼睛呈现的外观。本领域技术人员所知的任何着色剂或颜料可添加至本文公开的聚合物掺合物。适合的着色剂或颜料的非限制性例子包含无机颜料,诸如,金属氧化物,诸如,氧化铁、氧化锌,及二氧化钛,混合的金属氧化物、碳黑,有机颜料,诸如,蒽醌、蒽嵌蒽醌、偶氮及单偶氮化合物、芳基酰胺、苯并咪唑酮、BONA色淀、二酮吡咯并吡咯、二恶嗪、二偶氮化合物、二芳基化物、黄烷土酮、阴丹酮、异吲哚啉酮、异吲哚、金属络合物、单偶氮盐、萘酚、b-萘酚、萘酚AS、萘酚色淀、二萘嵌苯、紫环酮、酞菁、皮蒽酮、喹吖啶酮,及喹诺酞酮,及其混合物。如果使用时,聚合物掺合物中的着色剂或颜料的量可为聚合物掺合物总重量的大于约0至约10重量%,约0.1至约5重量%,或约0.25至约2重量%。某些着色剂是描述在Zweifel Hans等人的“塑料添加剂手册(PlasticsAdditives Handbook)”,Hanser Gardner Publications,Cincinnati,Ohio,第5版,第15章,813-882页(2001),在此被并入以供参考之用。
任选地,本文公开的聚合物掺合物可包含填充剂,其可用以调整体积、重量、费用和/或技术性能等。本领域技术人员所知的任何填充剂可添加至本文公开的聚合物掺合物。适合填充剂的非限制性例子包含滑石、碳酸钙、白垩、硫酸钙、粘土、高岭土、硅石、玻璃、烟熏硅石、云母、硅灰石、长石、硅酸铝、硅酸钙、氧化铝、水合氧化铝(诸如,氧化铝三水合物)、玻璃微球、陶瓷微球、热塑微球、重晶石、木粉、玻璃纤维、碳纤维、大理石粉、水泥粉、氧化镁、氢氧化镁、氧化锑、氧化锌、硫酸钡、二氧化钛、钛酸盐,及其混合物。在某些具体实施方案中,填充剂是硫酸钡、滑石、碳酸钙、硅石、玻璃、玻璃纤维、氧化铝、二氧化钛,或其混合物。在其它具体实施方案中,填充剂是滑石、碳酸钙、硫酸钡、玻璃纤维,或其混合物。如果使用,聚合物掺合物中的填充剂含量可为聚合物掺合物总重量的约大于0至约80重量%,约0.1至约60重量%,约0.5至约40重量%,约1至约30重量%,或约10或约40重量%。某些填充剂已公开在美国专利第6,103,803号案及Zweifel Hans等人的“塑料添加剂手册(Plastics AdditivesHandbook)”,Hanser Gardner Publications,Cincinnati,Ohio,第5版,第17章,901-948页(2001),二者在此被并入以供参考之用。
任选地,本文公开的聚合物掺合物可包含滑润剂。一般,润滑剂可用以改性熔融聚合物掺合物的流变性,改良模造制品的表面抛光,和/或促进填充剂或颜料的分散等。本领域技术人员所知的任何润滑剂可添加至本文公开的聚合物掺合物。适合润滑剂的非限制性例子包含脂肪醇及其二羧酸酯、短链醇的脂肪酸酯、脂肪酸、脂肪酸酰胺、金属皂、寡聚脂肪酸酯、长链醇的脂肪酸酯、褐煤蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、天然及合成的石蜡、氟聚合物,及其混合物。使用时,聚合物掺合物内的润滑剂量可为聚合物掺合物总重量的约大于0至约5重量%,均0.1至约4重量%,或约0.1至约3重量%。某些适合的润滑剂已公开在Zweifel Hans等人的“塑料添加剂手册(Plastics Additives Handbook)”,Hanser Gardner Publications,Cincinnati,Ohio,第5版,第5章,511-552页(2001),在此被并入以供参考之用。
任选地,本文公开的聚合物掺合物可包含抗静电剂。一般,抗静电剂可增加聚合物掺合物的导电性及避免静电荷累积。本领域技术人员所知的任何抗静电剂可添加至本文公开的聚合物掺合物。适合的抗静电剂的非限制性例子包含导性填充剂(例如,碳黑、金属颗粒,及其它传导性颗粒)、脂肪酸酯(例如,丙三醇单硬脂酸酯)、乙氧基化烷基胺、二乙醇酰胺、乙氧基化醇、烷基磺酸盐、烷基磷酸盐、季铵盐、烷基甜菜碱,及其混合物。使用时,聚合物掺合物中的抗静电剂量可为聚合物掺合物总重量的约大于0至约5重量%,约0.01至约3重量%,,或约0.1至约2重量%。一些适合的抗静电剂已公开在Zweifel Hans等人的“塑料添加剂手册(Plastics Additives Handbook)”,Hanser GardnerPublications,Cincinnati,Ohio,第5版,第10章,627-646页(2001),在此被并入以供参考之用。
在进一步具体实施方案中,本文公开的聚合物掺合物任选地包含可用以增加聚合物掺合物的交联密度的交联剂。本领域技术人员所知的任何交联剂可添加至本文公开的聚合物掺合物。适合交联剂的非限制性例子包含有机过氧化物(例如,烷基过氧化物、芳基过氧化物、过氧酯、过氧碳酸酯、二酰基过氧化物、过氧缩酮,及环状过氧化物),及硅烷(例如,乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷,及3-甲基丙烯酰基氧丙基三甲氧基硅烷)。使用时,聚合物掺合物中的交联剂含量可为聚合物掺合物总重量的约大于0至约20重量%,约0.1至约15重量%,或约1至约10重量%。一些适合的交联剂已公开在Zweifel Hans等人的“塑料添加剂手册(Plastics Additives Handbook)”,Hanser Gardner Publications,Cincinnati,Ohio,第5版,第14章,725-812页(2001),在此被并入以供参考之用。
聚合物掺合物的交联作用也可通过本领域所知的任何辐射手段引发,不受限地包含电子束照射、β照射、γ照射、电晕照射,及紫外线辐射,其可具有或不具有交联催化剂。美国专利申请案第10/086,057号案(以US2002/0132923A1出版)及美国专利第6,803,014号案公开了可用于本发明具体实施方案中的电子束照射方法。
聚合物掺合物的制造
聚合物掺合物的成份(即,乙烯/α-烯烃共聚体、聚烯烃,及任选的添加剂)可使用本领域技术人员所知的方法混合或掺合,较优选是能在乙烯/α-烯烃共聚体内提供聚烯烃和/或添加剂的基本上均匀分布的方法。适合掺合方法的非限制性例子包含熔融掺合、溶剂掺合、挤塑等。
在某些具体实施方案中,聚合物掺合物的成份是通过Guerin等人在美国专利第4,152,189号案所述的方法熔融掺合。首先,通过在约5托耳(667Pa)至约10托耳(1333Pa)的压力时加热至约100℃至约200℃或约150℃至约175℃的温度,而将所有溶剂(如果有)从成份中除去。其次,这些成份以所需比例称重于容器内,且通过使容器的内容物在搅拌时加热至熔融态而形成聚合物掺合物。
在其它具体实施方案中,使用溶剂掺合而处理聚合物掺合物的成份。首先,所需聚合物掺合物的成份溶于适当溶剂,然后,混合物被混合或掺合。其次,溶剂被移除而提供此聚合物掺合物。
在进一步具体实施方案中,提供分散混合、分布混合,或分散及分布混合的组合的物理掺合装置可用于制造均质掺合物。间歇及连续式的物理性掺合方法皆可被使用。间歇方法的非限制性例子包含使用混合设备(例如,BRABENDER PREP可得自C.W.Brabender Instruments,Inc.,South Hackensack,N.J.)或内部混合及轧式研磨(可得自Farrel Company,Ansonia,Conn.)设备的方法。连续方法的非限制性例子包含单螺杆挤塑、双螺杆挤塑、碟式挤塑、穿梭式单螺杆挤塑,及带针套筒单螺杆挤塑的方法。在某些具体实施方案中,可在乙烯/α-烯烃共聚体、聚烯烃或聚合物掺合物挤塑期间通过供料斗或供料喉将添加剂添加至挤塑机。通过挤塑而混合或掺合的聚合物已描述在C.Rauwendaal,“聚合物挤塑(PolymerExtrusion)”,Hanser Publishers,New York,NY,322-334页(1986),其在此被并入以供参考之用。
当聚合物掺合物需要一或多种添加剂时,添加剂的所需量可以以一个加料机或多个加料机添加至乙烯/α-烯烃共聚体、聚烯烃,或聚合物掺合物。再者,添加可以任何顺序发生。在某些具体实施方案中,先添加添加剂且与乙烯/α-烯烃共聚体混合或掺合,然后,含添加剂的共聚体与聚烯烃掺合。在其它具体实施方案中,先添加添加剂及与聚烯烃混合或掺合,然后,含添加剂的聚烯烃与乙烯/α-烯烃共聚体掺合。在进一步的具体实施方案中,乙烯/α-烯烃共聚体先与聚烯烃掺合,然后,添加剂与聚合物掺合物掺合。
或者,可使用含有高浓度添加剂的母料。一般,通过使乙烯/α-烯烃共聚体、聚烯烃或聚合物掺合物与高浓度的添加剂掺合而制备母料。母料可具有聚合物掺合物总重量的约1至约50重量%,约1至约40重量%,约1至约30重量%,或约1至约20重量%的添加剂浓度。然后,可以以在最终产物中提供所需添加剂浓度而确定的量将母料添加至聚合物掺合物。在某些具体实施方案中,母料含有增滑剂、抗结块剂、增塑剂、抗氧化剂、紫外线稳定剂、着色剂或颜料、填充剂、润滑剂、抗雾剂、流动助剂、偶合剂、交联剂、成核剂、表面活性剂、溶剂、阻燃剂、抗静电剂,或其混合物。在其它具体实施方案中,母料含有增滑剂、抗结块剂,或其混合物。在其它具体实施方案中,母料含有增滑剂。
聚合物掺合物的应用
本文公开的聚合物掺合物可用以制造用于汽车、建筑结构、医药、食品及饮料、电、器具、商业机器及消费市场的耐用制品。在某些具体实施方案中,聚合物掺合物可用以制造选自玩具、握把、软触把手、保险杆磨擦条、地板、汽车地板垫、车轮、脚轮、家具及器具的脚、附属物、密封件、型材、汽车及家用窗密封件、地板及墙面底部覆盖物、汽车内部的压延片材和商业房顶、用于管套和带子的压延膜、热塑电线和电缆套、用于关闭密封的注塑冒和盖子、垫片(静态及动态的垫片)、汽车车门、保险杆带材、烤架组件、摇椅板、软管、衬里、办公室补给品、密封件、衬材、隔膜、管件、盖子、栓塞、柱塞梢、递送***、厨房制品、鞋子、鞋子气囊,及鞋底的弹性耐用零件或制品。在其它具体实施方案中,聚合物掺合物可用以制造需要高抗张强度及低压缩变定的耐用性零件或制品。在进一步的具体实施方案中,聚合物掺合物可用以制造需要高的上部服务温度(upper servicetemperature)及低模量的耐用性零件或制品。
可使用聚合物掺合物通过已知的聚合物方法制造这些耐用性零件或制品,诸如,挤塑(例如,片材挤塑及型材挤塑)、注射成型、模制、旋转成型,及吹制成型)。一般,挤塑是一种聚合物是沿着螺杆通过高温度及压力的区域(在其间被熔融及密实化)连续螺旋且最后迫使经过模具的方法。挤塑机可为单螺杆挤塑机、多螺杆挤塑机、碟式挤塑机,或锤体挤塑机。模具可为膜材模具、吹制膜模具、片材模具、管模具、管件模具或型材挤塑模具。聚合物的挤塑已描述在C.Rauwendaal,“聚合物挤塑(Polymer Extrusion)”,Hanser Publishers,New York,NY(1986);及M.J.Stevens,“挤塑原理及操作(Extruder Principals and Operation)”,Ellsevier Applied Science Publishers,New York,NY(1985),二者在此被全部并入以供参考之用。
型材挤塑成型是一种用于制造作为,例如,汽车外部装饰物的一般具有复杂截面的连续均一热塑性制品的普遍方法。型材显出所选挤塑模具的形状,且被切割及封端而形成诸如主体侧模件的制品。单一型材可被设计成符合许多型式的车子,使型材挤塑在市场处理后变的普遍。热塑性材料的广泛加工处理范围能使型材挤塑高输出。挤塑机的连续操作能均一地制造塑料产物。沿挤塑机套筒、接管及模具所需的温度取决于被进行的特定挤塑方法及所用塑料的性质。
在通常的挤塑方法,以重力或压力迫使树脂丸粒从进料斗进入单或双螺杆挤塑机内,且沿螺杆表面运送。固体及液体的添加剂(诸如,强化添加剂及填充剂)一般是被合并在混合物内,且需通过通过螺杆的分散或分散混合而均质地混合。美国专利第6,682,811,5,783,620,5,951,930,5,382,395,4,256,685及5,468,530号案教示可用于本发明的某些具体实施方案中的各种型材挤塑方法。这些专利案的公开内容在此被全部并入以供参考之用。
注射成型也广泛用于制造用于各种应用的各种塑料零件。一般,注射成型是一种由此聚合物在高压下熔融及注射至与所需形状相反的模具内而形成所需形状及尺寸的零件的方法。模具可由金属(诸如,钢及铝)制造。聚合物的注射成型是描述在Beaumont等人的“成功的注射成型:方法、设计及模拟(Successful Injection Molding:Process,Design,and Simulation)”,Hanser Gardner Publications,Cincinnati,Ohio(2002),其在此被全部并入以供参考之用。
模造一般是一种由此聚合物熔融且导致在与所需形状相反的模具内形成所需形状及尺寸的零件的方法。模造可为未加压或加压辅助。聚合物的模造是描述在Hans-Georg Elias的“塑料导论(An Introduction toPlastics)”,Wiley-VCH,Weinhei,Germany,161-165页(2003),在此被并入以供参考之用。
旋转成型是一种一般是用于制造中空塑料产物的方法。通过使用另外的后模造操作,可如其它模造及挤塑技术般有效地生产错合的组件。旋转成型是不同于其它加工处理方法,因为加热、熔融、成形,及冷却阶段皆在聚合物被置于模具内之后发生,因此,在成型期间未施加外部压力。聚合物的旋转成型是描述在Glenn Beall的“旋转成型:设计、材料及加工处理(Rotational Molding:Design,Materials&Processing)”,Hanser Gardner Publications,Cincinnati,Ohio(1998),在此被全部并入以供参考之用。
吹制成型可用于制造中空塑料容器。此方法包含使软化聚合物置于模具中央,以吹针使聚合物膨胀抵向模具壁,及通过冷却而固化产物。一般有三种吹制成型:挤塑吹制成型、注射吹制成型,及拉伸吹制成型。注射吹制成型可用以处理不能被挤塑的聚合物。拉伸吹制成型可用于难以吹制的结晶及可结晶的聚合物(诸如,聚丙烯)。聚合物的吹制成型已描述在Norman C.Lee的“了解吹制成型(Understanding BlowMolding)”,Hanser Gardner Publications,Cincinnati,Ohio(2000),其在此被全部并入以供参考之用。
通过下列具体实施方案以例示本发明具体实施方案。所有数值是大约值。当示以数值范围时,需了解所述范围外的具体实施方案可仍落于在本发明范围内。每一具体实施方案所述的特别细节不应该必要地解释为本发明的特征。
实施例
测试方法
在下列实施例,下列分析技术被使用:
用于样品1-4及A-C的GPC方法
装设设定为160℃的加热针的自动化处理液体的机械臂被用以添加足够的以300ppm Ionol稳定的1,2,4-三氯苯至每一干燥的聚合物样品,产生30毫克/毫升的最后浓度。小的玻璃搅拌棒被置入每一管内,且样品在以250tpm旋转的加热轨道摇动器上加热至160℃持续2小时。然后,浓缩的聚合物溶液使用自动化处理液体的机械臂及设定为160℃的加热针稀释至1毫克/毫升。
Symyx Rapid GPC***被用以确定每一样品的分子量数据。设定为2.0毫升/分钟流速的Gilson 350泵被用以通过呈串联式置放且加热至160℃的三个Plgel 10微米(μm)混合式B 300mm×7.5mm管柱,泵取作为移动相的以300ppm Ionol稳定以氦吹扫的1,2-二氯苯。Polymer LabsELS 1000检测器与设定为250℃的蒸发器、设定为165℃,及在60-80psi(400-600kPa)压力设定为1.8SLM的氮流速的喷雾器一起使用。聚合物样品加热至160℃,且使用液体处理的机械臂及加热针将每一样品注射至250μl回路内。使用二切换式回路及重迭注射的一系列分析聚合物样品被使用。样品数据被收集且使用Symyx EpochTM软件分析。峰以手工积分且对聚苯乙烯标准物校正曲线未经校正地报导分子量信息。
标准CRYSTAF方法
支化分布是通过结晶化分析分级(CRYSTAF)使用可购得PolymerChar,Valencia,Spain的CRYSTAF 200单元确定。样品溶于160℃的1,2,4三氯苯(0.66毫克/毫升)持续1小时,且在95℃稳定45分钟。以0.2℃/分钟的冷却速率使取样温度范围从95至30℃。红外线检测器用于测量聚合物溶液浓度。累积的可溶性浓度是在温度下降聚合物结晶时测量。累积分布的分析衍化反映聚合物的短链分布。
通过包含在CRYSTAF软件(2001.b.版,PolymerChar,Valencia,Spain)的峰分析模块鉴别CRYSTAF峰温度及面积。CRYSTAF峰发现路径(finding routine)确定了作为dW/dT曲线的最大值的峰温度及衍化曲线的鉴别峰的任一侧上的最大正偏移间的面积。为计算CRYSTAF曲线,较优选的处理参数是以70℃的温度极限及高于0.1温度极限且低于0.3温度极限的平滑参数。
DSC标准方法(排除样品1-4及A-C)
差式扫描量热术结果是使用装设RCS冷却附件及自动取样器的TAI Q 1000型DSC确定。50毫升/分钟的氮吹扫气体流被使用。样品在压制机内在约175℃压成薄膜并熔融,然后,以空气冷却至室温(25℃)。然后,3-10毫克的材料切成6mm直径的圆盘,准确地称重,置于轻铝锅内(约50毫克),然后,卷曲关闭。以下列温度分布研究样品的热行为。样品快速加热至180℃,且维持等温3分钟以移除任何先前的热历史。然后,样品以10℃/分钟的冷却速率冷却至-40℃,且在-40℃维持3分钟。然后,样品以10℃/分钟加热速率加热至150℃。记录冷却及第二次加热曲线。
以相对于-30℃与熔融终止之间绘出的线性基线的热流速(W/g)最大值测量DSC熔融峰。使用线性基线以-30℃及熔融终止间的熔融曲线下的面积测量熔化热。
GPC方法(排除样品1-4及A-C)
凝胶渗透色谱***是田Polymer Laboratories PL-210型或PolymerLaboratories PL-220型仪器的任一者所组成。管柱及旋转格室在140℃操作。三个Polymer Laboratories 10-微米混合式-B管柱被使用。溶剂是1,2,4-三氯苯。样品在50毫升的含有200ppm丁基化羟基甲苯(BHT)的溶剂内以0.1克聚合物的浓度制备。样品通过在160℃轻微搅拌2小时而制备。所用的注射体积是100微升,且流速是1.0毫升/分钟。
以21个窄分子量分布的聚苯乙烯标准物(分子量范围是580至8,400,000,且是以6个“鸡尾酒式”混合物排列,且每个分子量间具有至少10个分隔)进行GPC管柱组的校正。标准物是购自PolymerLaboratories(Shropshire,UK)。对于等于或大于1,000,000的分子量,以在50毫升溶剂内0.025克制备聚苯乙烯标准物,且对于小于1,000,000分子量,以在50毫升溶剂内0.05克制备。聚苯乙烯标准物是在80℃溶解,并温和搅拌30分钟。窄标准物混合物先操作,且以最高分子量组分递减的顺序以使降解达到最小组分。使用下列方程式(如Williams及Ward,J.Polym,Sci,Polym.Let.,6,621(1968)所述)将聚苯乙烯标准物的峰分子量转化成聚乙烯分子量:
M聚乙烯=0.431(M聚苯乙烯)
使用Viscotek TriSEC软件3.0版进行聚乙烯等量分子量计算。
压缩变定
压缩变定是依据ASTM D 395测量。通过堆放3.2mm、2.0mm及0.25mm厚的25.4mm直径的圆盘至达成12.7mm总厚度而制备样品。在下列条件下以热压机模造的12.7厘米×12.7厘米的压模成型板材上切割圆盘:在190℃以0压力持续3分钟,其后在190℃以86MPa持续2分钟,其后以86MPa的冷流水冷却压制机内部。
密度
依据ASTM D 1928制备用于测量密度的样品。使用ASTM D792,方法B在1小时的样品压制内进行测量。
挠曲/割线模量/贮能模量
样品使用ASTM D 1928压模成型。依据ASTM D-790测量挠曲及2%割线模量。依据ASTM D 5026-01或等效技术测量贮能模量。
光学性质
使用热压机(Carver#4095-4PR1001R型)将0.4mm厚的膜压模成型。丸粒被置于聚四氟乙烯片材之间,在55psi(380kPa)在190℃加热3分钟,其后在1.3MPa进行3分钟,然后,在2.6MPa进行3分钟。然后,膜在压制机内以1.3MPa的流动冷水冷却1分钟。经压模成型的膜被用于光学测量、抗张行为、回复,及应力松弛。
使用ASTM D 1746指定的BYK Gardner Haze-gard测量透明度。
使用ASTM D-2457指定的BYK Gardner Glossmeter Microgloss 45°测量45°光泽。
使用以ASTM D 1003程序A为基础的BYK Gardner Haze-gard测量内部浊度。矿物油被施用于膜表面以移除表面刮痕。
机械性质-抗张,滞后现象,撕裂
使用ASTM D 1708微抗张样本而测量单轴张力的应力-应变行为。以Instron在21℃以500%分-1拉伸样品。以5样品的平均报导抗张强度及断裂延伸率。
使用ASTM D 1708微抗张样品以InstronTM仪器自周期性载荷至100%及300%应变而确定100%及300%的滞后现像。在21℃时以267%分钟-1载荷及卸荷样品3周期。在300%及80℃使用环境室进行周期性实验。在80℃实验,在测试前,样品在测试温度平衡45分钟。在21℃,300%应变的周期性实验,第一次卸荷周期的150%应变的收缩应力被记录。从第一次卸荷周期使用载荷回至基线时的应变计算所有实验的回复百分率。回复百分率定义为:
其中,εf是周期性载荷的应变,且εs是第一次卸荷周期期间载荷回至基线时的应变。
在50%应变及37℃和12小时条件下,使用装设环境室的InstronTM仪器测量应力松弛。计量几何是76mm×25mm×0.4mm。在环境室内在37℃平衡45分钟后,样品以333%分钟-1拉伸至50%应变。记录应力与12小时时间的函数。12小时后的应力松弛百分率使用下列方程式计算:
其中,L0是时间为0时50%应变的载荷,且L12是在12小时后50%应变的载荷。
在具有0.88g/cc或更少的密度的样品上使用InstronTM仪器进行抗张切口撕裂实验。几何是由76mm×13mm×0.4mm的计量段组成,且在样品长度一半处具有切入样品内的2mm切口。样品在21℃以508mm分钟-1拉伸至断裂。以应力-延伸曲线最高达最大载荷时的应变下的面积计算撕裂能量。报导至少3样品的平均。
TMA
在30mm直径×3.3mm厚的压模成型圆盘(在180℃及10MPa模造压力进行5分钟,然后以空气骤冷而形成)上进行热机械分析(透入温度)。所用仪器是TMA 7,其是Perkin-Elmer的品牌。在此测试,以1N力量将具有1.5mm半径尖部的探针(P/N N519-0416)施用至样品圆盘表面。温度是以5℃/分钟自25℃上升。测量探针透入距离与温度的函数。在探针已透入样品内1mm时结束实验。
DMA
在压模成型的圆盘(其是在热压制机内以180℃及10MPa压力进行5分钟,然后,在压制机内以90℃/分钟的水冷却而形成)上测量动态机械分析(DMA)。使用装设用于扭转测试的双悬臂梁夹具的ARES控制式应变流变计(TA Instruments)进行测试。
1.5mm的板材被压制并切成32×12mm尺寸的条材。样品二端部夹置在间隔10mm(夹持间隔ΔL)的夹具间,且施加-100℃至200℃的连续温阶(每阶是5℃)。在每一温度,以10rad/s的角度频率测量扭转模量G’,应变振幅维持在0.1%与4%之间,以确保转矩足够且测量维持在线性状态。
维持10克的起始静态力(自动张力模式)以避免在热膨胀发生时样品内松弛。因此,夹持间隔ΔL随温度而增加,特别是高于聚合物样品的熔点或软化点时。在最大温度时或当装置间之间隙达65mm时停止测试。
熔体指数
依据ASTM D 1238,条件190℃/2.16千克测量熔体指数,或I2。同样,依据ASTM D 1238,条件190℃/10千克测量熔体指数,或I10。
ATREF
依据美国专利第4,798,081号案及Wilde,L.;Ryle,T.R.;Knobeloch,D.C.;Peat,I.R.;聚乙烯及乙烯共聚物内的支化分布的确定(Determination of Branching Distributions in Polyethylene and EthyleneCopolymers),J.Polym.Sci.,20,441-455(1982)(其等在此被全部并入以供参考之用)所述的方法进行分析温度上升洗提分级(ATREF)分析。欲被分析的组合物溶于三氯苯,且在含有惰性载体(不锈钢丸粒)的管柱内通过以0.1℃/分钟的冷却速率使温度缓慢降至20℃而结晶。管柱装设红外线检测器。然后,通过使洗脱溶剂(三氯苯)的温度以1.5℃/分钟的速率从20℃缓慢增加至120℃使结晶的聚合物样品自管柱洗脱出而产生ATREF色谱曲线。
13C NMR分析
通过使约3克的四氯乙烷-d2/邻二氯苯的50/50混合物添加至在10mm NMR管件内的0.4克样品而制备样品。样品通过使管件及其内容物加热至150℃而溶解及均质化。使用JEOL EclipseTM 400MHz光谱计或Varian Unity PlusTM 400MHz光谱计(相对应于100.5MHz的13C共振频率)收集数据。使用每一数据档案6秒脉冲重复延迟的4000个瞬变而获得数据。为达成用于量化分析的最小信噪比,将数个数据档案加在一起。光谱宽度是25,000Hz,且最小档案尺寸是32K数据点。在130℃以10mm宽谱带探针分析样品。使用Randall三合一方法(Randall,J.C.;JMS-Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29,201-317(1989),在此被全部并入以供参考之用)确定共聚单体结合。
通过TREF的聚合物分级
通过在160℃搅拌4小时使15-20克的聚合物溶于2升1,2,4-三氯苯(TCB)而进行大规模的TREF分级。通过15psig(100kPa)氮气将聚合物溶液置于3英寸×4英尺(7.6厘米×12厘米)钢管柱上,该钢管柱被30-40筛目(600-425μm)球状技术质量的玻璃珠(可购自Potters Industries,HC 30Box 20,Brownwood,TX,76801)及不锈钢,0.028”(0.7mm)直径的切线丸粒(可购自Pellets,Inc.63 Industrial Drive,North Tonawanda,NY,14120)的60∶40(v∶v)混合物填充。管柱浸渍在起始设定为160℃的热控制油套管内。管柱先弹道式冷却至125℃,然后,以0.04℃/分钟缓慢冷却至20℃,且维持1小时。以约65毫升/分钟引入新的TCB,同时温度以0.167℃/分钟增加。
将来自制备TREF管柱的约2000毫升的部分洗提物收集在16个站(热级分收集器)内。使用旋转式蒸发器将聚合物浓缩成每一级分直到剩余约50至100毫升的聚合物溶液。在添加过量甲醇、过滤及冲洗(约300-500毫升的甲醇,包含最终冲先)前将浓缩的溶液静置隔夜。在3位置真空辅助过滤站使用5.0μm聚四氟乙烯涂覆的滤纸(可得自OsmonicsInc.,Cat#Z50WP04750)而进行过滤步骤。经过滤的级分在60℃真空炉内干燥隔夜,且在进一步测试前在分析天平上称重。
熔体强度
通过使用装设具有约45度入口角度的2.1mm直径的20∶1模具的毛细流变计测量熔体强度(MS)。样品在190℃平衡10分钟后,以1英寸/分钟(2.54厘米/分钟)的速度操作活塞。标准测试温度是190℃。以2.4mm/秒2的加速度将样品单轴向地拉伸至位于模具下100mm的一组加速夹(accelerating nips)。记录所需的抗张力与夹辊的导出速度的函数。测试期间达到的最大抗张力定义为熔体强度。在展现拉伸共振的聚合物熔融物的情况中,拉伸共振开始前的抗张力被取得作为熔体强度。以厘牛顿(cN)记录熔体强度。
催化剂
“隔夜”术语被使用时是指约16-18小时的时间,“室温”术语是指20-25℃的温度,且“混合烷”术语是指可自ExxonMobil ChemicalCompany的商品名为Isopar者的可购得的C6-9脂肪族烃的混合物。当此处的化合物名称与其结构代表式不一致时,应参考结构代表式。在干燥氮氛围内使用干燥箱技术进行所有金属络合物的合成及所有筛选实验的制备。使用的所有溶剂是HPLC等级,且在使用前干燥。
MMAO是指经改性的甲基铝氧烷,可购自Akzo-Noble Corporation的以三异丁基铝改性的甲基铝氧烷。
催化剂(B1)的制备以如下进行。
a)制备(1-甲基乙基)(2-羟基-3,5-二(叔丁基)苯基)甲基亚胺
3,5-二-叔丁基水杨醛(3.00克)添加至10毫升的异丙基胺。溶液快速变成亮黄色。在环境温度搅拌3小时后,挥发性物质在真空下移除,产生亮黄色结晶固体(97%产率)。
b)制备1,2-双(3,5-二-叔丁基亚苯基)(1-(N-(1-甲基乙基)亚胺基)甲
基)(2-酰氧基)锆二苯甲基
将(1-甲基乙基)(2-羟基-3,5-二(叔丁基)苯基)亚胺(605毫克,2.2毫摩尔)在5毫升甲苯内的溶液缓慢添加至Zr(CH2Ph)4(500毫克,1.1毫摩尔)在50毫升甲苯内的溶液。形成的暗黄色溶液搅拌30分钟。溶液在减压下移除,产生呈微红棕色固体的所需产物。
催化剂(B2)的制备以如下进行。
a)制备(1-(2-甲基环己基)乙基)(2-酰氧基-3,5-二(叔丁基)苯基)亚胺
2-甲基环己基胺(8.44毫升,64.0毫摩尔)溶于甲醇(90毫升),且添加二-叔丁基水杨醛(10.00克,42.67毫摩尔)。反应混合物搅拌3小时,然后,冷却至-25℃持续12小时。形成的黄色固体沉淀物通过过滤收集,且以冷甲醇(2×15毫升)清洗,然后,在减压下干燥,产量是11.17克的黄色固体。1H NMR与作为异构物混合物的所需产物一致。
b)制备双-(1-(2-甲基环己基)乙基)(2-酰氧基-3,5-二(叔丁基)苯基)
亚胺基)锆二苯甲基
将(1-(2-甲基环己基)乙基(2-酰氧基-3,5-二(叔丁基)苯基)亚胺(7.63克,23.2毫摩尔)在200毫升甲苯内的溶液缓慢添加至Zr(CH2Ph)4(5.28克,11.6毫摩尔)在600毫升甲苯内的溶液。形成的暗黄色溶液在25℃搅拌1小时。溶液以680毫升甲苯进一步稀释,产生具有0.00783M浓度的溶液。
助催化剂1四(五氟苯基)硼酸盐的甲基二(C14-18烷基)铵盐(其后称为脂肪族伯胺硼酸盐)的混合物,其基本上如美国专利第5,919,9883号案的实施例2所公开的,通过长链三烷基胺(ArmeenTMM2HT,可得自Akzo-Nobel,Inc.)、HCl及Li[B(C6F5)4]反应而制备。
助催化剂2双(三(五氟苯基)-铝烷)-2-十一烷基咪唑烷的混合C14-18烷基二甲基铝盐,依据美国专利第6,395,671号案的实施例16制备。
穿梭剂所用的穿梭剂包含二乙基锌(DEZ,SA1)、二(异丁基)锌(SA2)、二(正己基)锌(SA3)、三乙基铝(TEA,SA4)、三辛基铝(SA5)、三乙基镓(SA6)、异丁基铝双(二甲基(叔丁基)硅氧烷)(SA7)、异丁基铝双(二(三甲基硅烷基)酰胺)(SA8)、正辛基铝二(吡啶-2-甲氧化物)(SA9)、双(正十八烷基)异丁基铝(SA10)、异丁基铝双(二(正戊基)酰胺)(SA11)、正辛基铝双(2,6-二-叔丁基苯氧化物)(SA12)、正辛基铝二(乙基(1-萘基)酰胺)(SA13)、乙基铝双(叔丁基二甲基硅氧化物)(SA14)、乙基铝二(双(三甲基硅烷基)酰胺)(SA15)、乙基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环庚烷酰胺)(SA16)、正辛基铝双(2,3,6,7-二苯并-1-氮杂环庚烷酰胺)(SA17)、正辛基铝双(二甲基(叔丁基)硅氧化物(SA18)、乙基锌(2,6-二苯基苯氧化物)(SA19),及乙基锌(叔丁氧化物)(SA20)。
实施例1-4,比较例A
*
-C
*
一般的高物料通过量的平行聚合反应条件
使用可得自Symyx technologies,Inc.的高物料通过量的平行聚合反应反应器进行聚合反应,且基本上依据美国专利第6,248,540、6,030,917、6,362,309、6,306,658,及6,316,663号案而操作。在130℃且在200psi(1.4MPa)以根据需要通过乙烯且使用1.2当量的助催化剂1(以所用的总催化剂为基准计)(当MMAO存在时是1.1当量)进行乙烯共聚合反应。在含有48个呈6×8数组的个别反应器单元(其是装设预先称重的玻璃管)的平行压力反应器(PPR)内进行一系列的聚合反应。每一反应器单元内的操作体积是6000μL。通过单独搅拌桨提供搅拌以控制每一单元的温度及压力。单体气体及骤灭气体直接以管线送入PPR单元内,且通过自动阀控制。以机械臂通过注射器将液体试剂添加至每一反应器单元,且贮存器溶剂是混合烷。添加顺序是混合烷溶剂(4毫升)、乙烯、1-辛烯共聚单体(1毫升)、助催化剂1或助催化剂1/MMAO混合物、穿梭剂,及催化剂或催化剂混合物。当助催化剂1及MMAO的混合物或二催化剂的混合物被使用时,在添加至反应器前立即在小玻璃瓶内预混合试剂。当试剂在实验中省略时,维持上述其它添加顺序。聚合反应进行约1-2分钟,至达到预定的乙烯消耗为止。以CO骤灭后,反应器被冷却,且玻璃管被拆卸。管件被转移至离心/真空干燥单元,且在60℃干燥12小时。称重含有干燥聚合物的管件,且此重量与容器重量间的差产生聚合物净产量。结果列于表1。在表1及此申请案的其它处,比较化合物是以星号(*)表示。
实施例14证明通过本发明合成线性嵌段共聚物,通过形成极窄的MWD证实,当DEZ存在时基本上是单峰共聚物,且缺乏DEZ时是双峰宽分子量分布的产物(个别制备的聚合物的混合物)。由于已知催化剂(A1)合并比催化剂(B1)更多的辛烯,通过分支或密度而区分本发明所形成的共聚物的不同嵌段或链段。
表1
1每1000个碳的C6或更高链的含量
2双峰分子量分布
发现相较在以缺乏穿梭剂而制得的聚合物,依据本发明制造的聚合物具有相对较窄的多分散性(Mw/Mn),及较大的嵌段共聚物含量(三聚物、四聚物,或更大)。
参考图式确定表1的聚合物的进一步特性数据。更特别地,DSC及ATREF结果显示:
实施例1的聚合物的DSC曲线显示115.7℃的熔点(Tm),且具有158.1J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在34.5℃显示最高峰,且具有52.9%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是81.2℃。
实施例2的聚合物的DSC曲线显示具有109.7℃熔点(Tm)的峰,且具有214.0J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在46.2℃显示最高峰,且具有57.0%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是63.5℃。
实施例3的聚合物的DSC曲线显示具有120.7℃熔点(Tm)的峰,且具有160.1J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在66.1℃显示最高峰,且具有71.8%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是54.6℃。
实施例4的聚合物的DSC曲线显示具有104.5℃熔点(Tm)的峰,且具有170.7J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在30℃显示最高峰,且具有18.2%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是74.5℃。
比较例A*的DSC曲线显示90.0℃的熔点(Tm),且具有86.7J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在48.5℃显示最高峰,且具有29.4%的峰面积。这些数值皆与低密度的树脂一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是41.8℃。
比较例B*的DSC曲线显示129.8℃的熔点(Tm),且具有237.0J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在82.4℃显示最高峰,且具有83.7%的峰面积。这些数值皆与高密度的树脂一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是47.4℃。
比较例C*的DSC曲线显示125.3℃的熔点(Tm),且具有143.0J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在81.8℃显示最高峰,且具有34.7%的峰面积,且在52.4℃具有较低结晶峰。此二峰间之间隔是与高结晶及低结晶聚合物的存在一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是43.5℃。
实施例5-19,比较例D
*
-F
*
,连续溶液聚合反应,催化剂A1/B2+DEZ
在装设内部搅拌器的计算机控制的高压釜反应器进行连续溶液聚合反应。将纯化的混合烷溶液(IsoparTM E,可得自ExxonMobil ChemicalCompany)、2.70磅/小时(1.22千克/小时)的乙烯、1-辛烯及氢(如果使用)供应至装设用于温度控制的套管及内部热偶的3.8升反应器。通过质流控制器测量到达反应器的溶剂供料。变速隔膜泵控制到达反应器的溶剂流速及压力。在泵排放时,侧流被用于提供用于催化剂及助催化剂1注射管线及反应器搅拌器的冲洗流。通过Micro-Motion质流计测量这些流动,且通过控制阀或通过手工调整针阀而测量。剩余溶剂与1-辛烯、乙烯,及氢(如果被使用)混合,且供应至反应器。使用质流控制器根据需要将氢输送至反应器。在进入反应器前,通过使用热交换器控制溶剂/单体溶液的温度。此液流进入反应器底部。催化剂组分溶液使用泵及质流计计量,且与催化剂冲洗溶剂混合并引入反应器底部。反应器在500psig(3.45Mpa)以全液体操作,并剧烈搅拌。产品通过反应器顶部的出口管线移除。反应器的所有出口管线是以水蒸气示踪且绝缘。通过与任何稳定剂或其它添加剂一起添加少量的水至出口管线且使混合物通过静式混合器而停止聚合反应。然后,产物流在脱挥发前通过热交换器而加热。通过使用脱挥发挤塑器及水冷式粒化器挤塑而回收聚合物产物。方法细节及结果列于表2。选择的聚合物性质列于表3。
如先前实施例以DSC及ATREF测试形成的聚合物。结果如下:
实施例5的聚合物的DSC曲线显示具有119.6℃熔点(Tm)的峰,且具有60.0J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在47.6℃显示最高峰,且具有59.5%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是72.0℃。
实施例6的聚合物的DSC曲线显示具有115.2℃熔点(Tm)的峰,且具有60.4J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在44.2℃显示最高峰,且具有62.7%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是71.0℃。
实施例7的聚合物的DSC曲线显示具有121.3℃熔点(Tm)的峰,且具有69.1J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在49.2℃显示最高峰,且具有29.4%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是72.1℃。
实施例8的聚合物的DSC曲线显示具有123.5℃熔点(Tm)的峰,且具有67.9J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在80.1℃显示最高峰,且具有12.7%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是43.4℃。
实施例9的聚合物的DSC曲线显示具有124.6℃熔点(Tm)的峰,且具有73.5J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在80.8℃显示最高峰,且具有16.0%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是43.8℃。
实施例10的聚合物的DSC曲线显示具有115.6℃熔点(Tm)的峰,且具有60.7J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在40.9℃显示最高峰,且具有52.4%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是74.7℃。
实施例11的聚合物的DSC曲线显示具有113.6℃熔点(Tm)的峰,且具有70.4J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在39.6℃显示最高峰,且具有25.2%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是74.1℃。
实施例12的聚合物的DSC曲线显示具有113.2℃熔点(Tm)的峰,且具有48.9J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线显示无等于或高于30℃的峰。(用于进一步计算目的,Tcrystaf因此设定为30℃)。DSC Tm与Tcrystaf间的差是83.2℃。
实施例13的聚合物的DSC曲线显示具有114.4℃熔点(Tm)的峰,且具有49.4J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在33.8℃显示最高峰,且具有7.7%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是84.4℃。
实施例14的聚合物的DSC曲线显示具有120.8℃熔点(Tm)的峰,且具有127.9J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在72.9℃显示最高峰,且具有92.2%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是47.9℃。
实施例15的聚合物的DSC曲线显示具有114.3℃熔点(Tm)的峰,且具有36.2J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在32.3℃显示最高峰,且具有9.8%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是82.0℃。
实施例16的聚合物的DSC曲线显示具有116.6℃熔点(Tm)的峰,且具有44.9J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在48.0℃显示最高峰,且具有65.0%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是68.6℃。
实施例17的聚合物的DSC曲线显示具有116.0℃熔点(Tm)的峰,且具有47.0J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在43.1℃显示最高峰,且具有56.8%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是72.9℃。
实施例18的聚合物的DSC曲线显示具有120.5℃熔点(Tm)的峰,且具有141.8J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在70.0℃显示最高峰,且具有94.0%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是50.5℃。
实施例19的聚合物的DSC曲线显示具有124.8℃熔点(Tm)的峰,且具有174.8J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在79.9℃显示最高峰,且具有87.9%的峰面积。DSC Tm与Tcrystaf间的差是45.0℃。
比较例D*的聚合物的DSC曲线显示具有37.3℃熔点(Tm)的峰,且具有31.6J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线显示无等于或高于30℃的峰。这些数值皆与低密度的树脂一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是7.3℃。
比较例E*的聚合物的DSC曲线显示具有124.0℃熔点(Tm)的峰,且具有179.3J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在79.3℃显示最高峰,且具有94.6%峰面积。这些数值皆与高密度的树脂一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是44.6℃。
比较例F*的聚合物的DSC曲线显示124.8℃的熔点(Tm),且具有90.4J/g的熔化热。相对应的CRYSTAF曲线在77.6℃显示最高峰,且具有19.5%的峰面积。此二峰间的间隔与高结晶及低结晶聚合物的存在一致。DSC Tm与Tcrystaf间的差是47.2℃。
物理性质测试
评估聚合物样品的物理性质,诸如耐高温性质(以TMA温度测试证实)、丸粒粘着强度、高温回复性、高温压缩变定及贮能模量比例(G’(25℃)/G’(100℃))。此测试包含多种可购得的聚合物:比较例G*是基本上线性的乙烯/1-辛烯共聚物(,可得自陶氏化学公司),比较例H*是弹性体的基本线性的乙烯/1-辛烯共聚物(EG8100,可得自陶氏化学公司),比较例I*是基本线性的乙烯/1-辛烯共聚物(PL1840,可得自陶氏化学公司),比较例J*是氢化的苯乙烯/丁二烯/苯乙烯的三嵌段共聚物(KRATONTMG1652,可得自KRATON Polymers),比较例K*是热塑性硫化物(TPV,含有分散在其内的聚烯烃掺合物的交联弹性体)。结果列于表4。
表4高温机械性质
实施例 | TMA-1mm透入(℃) | 丸粒黏着强度lb/ft2(kPa) | G’(25℃)/G’(100℃) | 300%应变回复(80℃)(%) | 压缩变定(70℃)(%) |
D* | 51 | - | 9 | 失败 | - |
E* | 130 | - | 18 | - | - |
F* | 70 | 141(6.8) | 9 | 失败 | 100 |
5 | 104 | 0(0) | 6 | 81 | 49 |
6 | 110 | - | 5 | - | 52 |
7 | 113 | - | 4 | 84 | 43 |
8 | 111 | - | 4 | 失败 | 41 |
9 | 97 | - | 4 | - | 66 |
10 | 108 | - | 5 | 81 | 55 |
11 | 100 | - | 8 | - | 68 |
12 | 88 | - | 8 | - | 79 |
13 | 95 | - | 6 | 84 | 71 |
14 | 125 | - | 7 | - | - |
15 | 96 | - | 5 | - | 58 |
16 | 113 | - | 4 | - | 42 |
17 | 108 | 0(0) | 4 | 82 | 47 |
18 | 125 | - | 10 | - | - |
19 | 133 | - | 9 | - | - |
G* | 75 | 463(22.2) | 89 | 失败 | 100 |
H* | 70 | 213(10.2) | 29 | 失败 | 100 |
I* | 111 | - | 11 | - | - |
J* | 107 | - | 5 | 失败 | 100 |
K* | 152 | - | 3 | - | 40 |
在表4,比较例F*(其是由使用催化剂A1及B1的同时聚合反应形成的两种聚合物的物理掺合物)具有约70℃的1mm透入温度,而实施例5-9具有100℃或更高的1mm透入温度。再者,实施例10-19皆具有大于85℃的1mm透入温度,且大部分具有大于90℃或甚至大于100℃的1mmTMA温度。这表明与物理掺合物相比,新型聚合物具有在较高温度时的较佳的尺寸稳定性。比较例J*(商用SEBS)具有约107℃的良好1mmTMA温度,但其具有约100%的极差(高温70℃)压缩变定,且在高温(80℃)和300%应变回复下也无法回复(样品断裂)。因此,此例示的聚合物具有即使在某些可购得的高性能热塑性弹性体也不可获得的独特的性质组合。
相似地,表4对于本发明聚合物显示6或更少的低(良好)的贮能模量比例,G’(25℃)/G’(100℃),而物理掺合物(比较例F*)具有9的贮能模量比例,相似密度的无规乙烯/辛烯共聚物(比较例G*)具有大于一个数值等级的贮能模量比例(89)。所需地,聚合物的贮能模量比例尽可能接近1。这些聚合物相对较不受温度影响,且由这些聚合物制得的制品可在广温度范围有用地使用。此低贮能模量比例及与温度无关的特征在弹性体应用中特别有用,诸如,在压敏性粘合剂制剂。
表4的数据也证明本发明聚合物拥有改良的丸粒粘着强度。特别地,实施例5具有0Ma的丸粒粘着强度,意味着与显示相当大粘着的比较例F*及G*相比,其在测试条件下自由流动。粘着强度是重要的,因为具有大粘着强度的聚合物的大量运送可造成产品在贮存或运送时结块或粘结在一起,造成差的处理性质。
本发明聚合物的高温(70℃)压缩变定一般是良好的,指一般是少于约80%,较优选是少于约70%,且特别是少于约60%。相反地,比较例F*、G*、H*及J*皆具有100%的70℃压缩变定(最大可能值,表示无回复)。良好的高温压缩变定(低数值)对于诸如垫片、窗框、o-型环等的应用是特别需要的。
表5显示新型聚合物与各种比较聚合物在环境温度时的机械性质结果。可看出本发明聚合物在依据ISO 4649测试时具有良好耐磨性,一般是显示少于约90mm3,较优选是少于约80mm3,且特别是少于约50mm3的体积损失。在此测试,较高数值表示较高体积损失和较低耐磨性。
本发明聚合物的通过抗张切口撕裂强度测量的撕裂强度一般是1000mJ或更高,如表5所示。本发明聚合物的撕裂强度可高达3000mJ,或甚至高达5000mJ。比较聚合物一般具有不高于750mJ的撕裂强度。
表5也显示本发明聚合物具有比某些比较样品更佳的在150%应变时的回缩应力(由更高的回缩应力值证明)。比较例F*、G*及H*在150%应变时具有400kPa或更少的回缩应力值,而本发明聚合物在150%应变时具有500kPa(实施例11)至高达约1100kPa(实施例17)的回缩应力值。具有高于150%回缩应力值的聚合物在弹性应用中是相当有用的,诸如,弹性纤维及织物,特别是非机织的织物。其它应用包含尿片、卫生用品及医疗用衣物的束腰带应用,诸如,垂悬带及弹性带。
表5也显示,例如,比较例G*相比较,本发明聚合物的应力松弛(在50%应变)也被改良(更少)。较低的应力松弛意味着,在需要在体温下长时间维持弹性性能的应用中(例如尿片及其它衣物),该聚合物较好地维持其力。
光学测试
表6聚合物光学性质
实施例 | 内部浊度(%) | 透明度(%) | 45°光泽度(%) |
F* | 84 | 22 | 49 |
G* | 5 | 73 | 56 |
5 | 13 | 72 | 60 |
6 | 33 | 69 | 53 |
7 | 28 | 57 | 59 |
8 | 20 | 65 | 62 |
9 | 61 | 38 | 49 |
10 | 15 | 73 | 67 |
11 | 13 | 69 | 67 |
12 | 8 | 75 | 72 |
13 | 7 | 74 | 69 |
14 | 59 | 15 | 62 |
15 | 11 | 74 | 66 |
16 | 39 | 70 | 65 |
17 | 29 | 73 | 66 |
18 | 61 | 22 | 60 |
19 | 74 | 11 | 52 |
G* | 5 | 73 | 56 |
H* | 12 | 76 | 59 |
I* | 20 | 75 | 59 |
表6中报导的光学性质是以基本缺乏定向的压模成型膜为基础。由于自聚合反应中使用的链穿梭剂量变化而造成的结晶尺寸变化,聚合物的光学性质可在广范围变化。
多嵌段共聚物的萃取
进行实施例5、7及比较例E*的聚合物的萃取研究。在实验中,将聚合物样品称重于多孔玻璃萃取套管内,且装配在Kumagawa型萃取器内。用氮气吹扫具有样品的萃取器,且将350毫升的二乙基醚注入500毫升圆底烧瓶。然后,烧瓶装配至萃取器。加热醚并同时搅拌。在醚开始冷凝在套管内时记录时间,且在氮气下进行萃取24小时。此时,停止加热,且使溶液冷却。留在萃取器内的任何醚回到烧瓶。在环境温度时在真空下蒸发烧瓶内的醚,且以氮气吹干形成的固体。使用己烷连续清洗将任何残质转移至经称重的瓶内。然后,以另外的氮气吹扫而蒸发混合的己烷清洗物,且在40℃的真空下使残质干燥隔夜。以氮气吹干萃取器内的任何剩余醚。
然后,将注入350毫升己烷的第二个干净圆底烧瓶与萃取器连接。己烷被加热回流并搅拌,且在己烷第一次被注意到冷凝至套管内后维持回流24小时。然后,停止加热,并使烧瓶冷却。将萃取器内剩余的任何己烷转移回到烧瓶。通过在环境温度时在真空下蒸发而移除己烷,且使用连续的己烷清洗将烧瓶内剩余的任何残质转移至经称重的瓶内。通过氮气吹扫而蒸发烧瓶内的己烷,且在40℃时真空干燥残质隔夜。
将萃取后留在套管内的聚合物样品自套管转移至经称重的瓶内,且在40℃真空干燥隔夜。结果包含在表7。
表7
样品 | 重量(g) | 醚可溶物(g) | 醚可溶物(%) | C8摩尔百分比1 | 己烷可溶物(g) | 己烷可溶物(%) | C8摩尔.百分比1 | 残余C8摩尔百分比1 |
比较例F* | 1.097 | 0.063 | 5.69 | 12.2 | 0.245 | 22.35 | 13.6 | 6.5 |
实施例5 | 1.006 | 0.041 | 4.08 | - | 0.040 | 3.98 | 14.2 | 11.6 |
实施例7 | 1.092 | 0.017 | 1.59 | 13.3 | 0.012 | 1.10 | 11.7 | 9.9 |
由13C NMR确定
另外的聚合物实施例19A-F,连续溶液聚合反应,催化剂
A1/B2+DEZ
在计算机控制的充份混合反应器内进行连续溶液聚合反应。纯化的混合烷溶剂(IsoparTME,可得自Exxon Mobil,Inc.)、乙烯、1-辛烯,及氢(如果被使用)被混合且供应至27加仑的反应器。通过质流控制器测量到达反应器的供料。进入反应器前,通过使用以乙二醇冷却的热交换器控制供料流的温度。使用泵及质流计计量催化剂组分溶液。在约550psig压力以满液体运行反应器。离开反应器时,将水及添加剂注射至聚合物溶液内。水使催化剂水解,并终止聚合反应。然后,在二阶段脱挥发的制备中加热后反应器溶液。在脱挥发处理期间移除溶剂及未反应的单体。将聚合物熔融物泵取至用于水下丸粒切割的模具。
处理细节及结果列于表8A。选定的聚合物性质列于表8B及8C。
掺合物实施例
制备各种支化的LDPE及聚丙烯(PP)与本发明嵌段共聚物的掺合物组合物,评估及测试其性质。掺合物的组分先被干燥掺合,然后,在Haake间歇混合器以40rpm且对于LDPE掺合物180-190℃的熔融温度且对于PP掺合物200℃的熔融温度而熔融掺合。掺合物在Haake内混合10分钟,其后被移除以进行压缩成型及测试。LDPE及PP掺合物分别在190℃及200℃熔融3分钟,且以5.5MPa压力压缩成型2分钟。然后,熔融材料在室温平衡的压制机内骤冷。
也测试挤塑掺合物的物理性质,包含熔体强度、机械、热性质,及流变性质。掺合物组合物范围是约15重量%至85重量%的本发明嵌段共聚物(通常上是0%,15%,30%,50%,70%,85%及100%)。剩余的余量是支化的聚乙烯或聚丙烯。表9提供关于用于实施例的聚合物的信息。
表9.树脂信息
聚合物名称 | 等级/型式 | 共聚单体型式 | 密度(g/cc) | 熔体指数(190℃,I2) | 熔体强度(cN) |
LDPE 620i1 | 低密度聚乙烯 | 辛烯 | 0.924 | 1.8 | 13.4 |
LDPE 662i1 | 低密度聚乙烯 | 辛烯 | 0.919 | 0.5 | 27.4 |
PP PF8141 | 高熔体强度聚丙烯 | 无 | 0.902 | 2.5(MFR) | 11.9 |
1.从The Dow Chemical Co.,Midland,M获得的聚烯烃产物。
在依据上述程序制得的掺合物组合物上获得各种物理性质数据,且提供在表10中。
熔体强度(MS,以cN测量)及熔融延展性(ME,以mm/s测量)
通过以固定的加速度拉伸熔融聚合物或掺合物的股线至发生断裂而进行熔体强度及熔融延展性测量。实验装置是由毛细管流变计及作为导出装置的Rheotens装置所组成。记录用以使股材单轴延伸所需的力与以导出速率的函数。拉伸共振或断裂发生前达到的最大力量定义成熔体强度。拉伸共振或断裂发生时的相应速率定义为熔融延伸性。
通过在测量力量分布中增加振幅的周期性共振开始时指示拉伸共振(其在断裂时终止)。在缺乏任何可观察的拉伸共振时,熔体强度定义为断裂时的力量。这些测试是在下列条件下进行:
温度1:对于基于LDPE的掺合物是190C
温度2:对于基于HMS PP的掺合物是200C
毛细管长度:30.0mm
毛细管直径:2.0mm
活塞直径:12.0mm
活塞速率:0.265mm/s
剪切速率:38.2s-1
向下拉伸距离(模具至导出轮:100mm
冷却条件:环境空气加速度:2.4mm/s2
表10物理性质数据
以上述数据为基础而建构各种作图。图8是各种乙烯聚合物在流变性改性前的熔体强度与熔体指数(I2)的函数的作图。正如所见,对于流变改性前的这些乙烯聚合物,在熔体强度(MS)及熔体指数(I2)间几乎是线性关系。
图9显示从对于本发明共聚体、LDPE 662i,及其掺合物的熔体强度测量而获得的作图。注意本发明的聚合物6具有相对较低的熔体强度,而LDPE 662i具有相对较高的熔体强度。添加约15%的LDPE 662i至本发明的聚合物6(曲线1)使熔体强度增加了至少2倍。添加约30%的LDPE 662i至本发明的聚合物6(曲线2)使熔体强度增加至接近LDPE662i的熔体强度。
图10显示从对于实施例6的本发明共聚体、LDPE 620,及其掺合物的熔体强度测量而获得的作图。可注意到当LDPE 620以至少约50重量%存在于掺合物时,熔体强度超过LDPE 620的熔体强度。
图11显示在具有实施例6的本发明共聚体的掺合物中的结晶峰温度及熔融峰温度与LDPE 620的重量百分率的函数的作图。结晶峰温度及熔融峰温度均通过差式扫描量热术(“DSC”)获得;一个是从加热曲线获得;另一个是从冷却曲线获得。仅观察到一个熔融或结晶峰,表示本发明共聚体及LDPE 620的共同结晶及熔融可混和性。
图12表示实施例6的本发明共聚体、LDPE 620,及其掺合物的损耗模量(G”)与温度的函数的作图。
图13显示实施例6的本发明共聚体、LDPE 620,及其掺合物的SEM显微图。聚合物实施例6的形态与LDPE 620显著不同。其掺合物展现如图13(C)-(D)所示的某一独特形态。
图14显示实施例6的本发明共聚体、LDPE 620,及其掺合物的粘度与温度的函数的作图。可注意到掺合物显示与纯LDPE 620相似的结晶分布,即使在约15重量%时。
图15显示实施例6的本发明共聚体、LDPE 620,及其掺合物的剪切稀化行为的作图。此图指示当掺合物内的LDPE 620增加时剪切稀化增加。
图16显示实施例6的本发明共聚体、LDPE 620,及其掺合物的应力-应变行为的作图。此图指示掺合物展现抗张韧性的协同促进。可注意到掺合物的最终强度高于各个聚合物。
图17显示实施例19a的本发明共聚体、聚丙烯(以“PF814”指示),及其掺合物的剪切稀化行为的作图。此图指示通过增加PP含量,掺合物的零剪切粘度减少,而剪切稀化增加。
图18显示聚丙烯(以“PF814”指示),及其与实施例19a的本发明共聚体的掺合物的结晶化行为的作图。此图指示在少于50%的PP含量时,观察到两个结晶转移(crystallization transition)(每一个相对应于任一掺合物组分)。另一方面,在等于或多于50%的PP含量时,结晶转移由PP主控。
图19显示对于实施例19A的本发明共聚体、聚丙烯(以“PF814”指示),及其掺合物的熔体强度测量的作图。此图指示通过增加PP含量,掺合物的熔体强度增加。
图20显示实施例19A的本发明共聚体、聚丙烯(以“PF814”指示),及其掺合物的熔体强度对熔体流速(“MFR”)的作图。当聚丙烯含量增加(以MFR指示),熔体强度增加,但并非以线性方式。
如上所证实,本发明具体实施方案通过掺合共聚体与支化聚烯烃而提供乙烯/α-烯烃共聚体的流变性改性。在形成的掺合物中(特别是在与LDPE及高熔体强度聚丙烯掺合的那些掺合物中)观察到协同效应。获得熔体强度、剪切稀化及加工处理性之间的性质的平衡。掺合物提供改良的线速度、平滑表面,且降低熔融断裂。因此,由于表面缺失而造成的碎屑率降低。改良的熔体强度提供挤塑型材及垫片更大的形状维持性。改良的熔体强度也使其适于制造更佳性能的泡沫(交联或未交联)。其它的优点及特性对本领域技术人员是明显的。
虽然已通过有限数量的具体实施方案描述本发明,但一个具体实施方案的特别特征不应被归于本发明的其它具体实施方案中。单一具体实施方案并非本发明所有方面的代表。在某些具体实施方案中,组合物或方法可包含本文未被述及的多种化合物或步骤。在其它具体实施方案中,组合物或方法并不包含,或基本上无,本文未列举出的任何化合物或步骤。存在所述具体实施方案的变化及改良。最后,无论“约”或“大约”等术语是否被用以描述数值,本文公开的任何数值需被阐释为大约值。所附权利要求书欲涵盖落于本发明范围内的所有改良及变化。
Claims (25)
1.一种聚合物掺合物,包含:
(i)至少一种乙烯/α-烯烃共聚体,其中,该乙烯/α-烯烃共聚体是嵌段共聚体,且:
(a)具有1.7至3.5的Mw/Mn,以℃表示的至少一个熔点,Tm,和以克/立方厘米表示的密度,d,其中Tm和d的数值对应于下列关系式:
Tm>-2002.9+4538.5(d)-2422.2(d)2;或
(b)具有1.7至3.5的Mw/Mn,且特征在于以J/g表示的熔化热,ΔH,及以最高DSC峰和最高CRYSTAF峰之间的温度差而定义的以℃表示的Δ量,ΔT,其中ΔT和ΔH的数值具有下列关系式:
当ΔH大于0且高达130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,CRYSTAF峰是通过使用至少5%的累积聚合物进行测定的,且如果少于5%的该聚合物具有可辨别的CRYSTAF峰,则CRYSTAF温度为30℃;或
(c)特征在于在300%应变和1个周期下,以乙烯/α-烯烃共聚体的压塑膜测量的以%表示的弹性回复,Re,且具有以克/立方厘米表示的密度,d,其中当乙烯/α-烯烃共聚体基本上无交联相时,Re和d的数值满足下列关系式:
Re>1481-1629(d);或
(d)具有在使用TREF分级时,在40℃与130℃之间洗脱的分子级分,特征在于该级分具有比在相同温度之间洗脱的可相比拟的无规乙烯共聚体级分高至少5%的摩尔共聚单体含量,其中,该可相比拟的无规乙烯共聚体具有相同的共聚单体,且具有该乙烯/α-烯烃共聚体的10%以内的熔体指数、密度及摩尔共聚单体含量,以整个聚合物计;或
(e)特征在于25℃时的贮能模量,G’(25℃),和100℃时的贮能模量,G’(100℃),其中,G’(25℃)对G’(100℃)的比例为1∶1至10∶1;和
(ii)至少一种具有少于1的支化指数的支化聚烯烃。
2.根据权利要求1所述的聚合物掺合物,其中该乙烯/α-烯烃共聚体具有1.7至3.5的Mw/Mn,及至少一个以℃表示的熔点,Tm,和以克/立方厘米表示的密度,d,其中,Tm和d的数值对应于下列关系式:
Tm≥858.91-1825.3(d)+1112.8(d)2。
3.根据权利要求1所述的聚合物掺合物,其中该乙烯/α-烯烃共聚体具有1.7至3.5的Mw/Mn,且特征在于以J/g表示的熔化热,ΔH,及以最高DSC峰和最高CRYSTAF峰间的温度差而定义的以℃表示的Δ量,ΔT,其中,ΔT与ΔH的数值具有下列关系式:
当ΔH大于0且高达130J/g时,ΔT>-0.1299(ΔH)+62.81,
当ΔH大于130J/g时,ΔT≥48℃,
其中,CRYSTAF峰是通过使用至少5%的累积聚合物而确定的,且如果少于5%的该聚合物具有可辨别的CRYSTAF峰,则CRYSTAF温度为30℃。
4.根据权利要求1所述的聚合物掺合物,其中该乙烯/α-烯烃共聚体特征在于在300%应变和1个周期下,以乙烯/α-烯烃共聚体的压塑膜测量的以%表示的弹性回复,Re,且具有以克/立方厘米表示的密度,d,其中当乙烯/α-烯烃共聚体基本上无交联相时,Re和d的数值满足下列关系式:
Re>1481-1629(d)。
5.根据权利要求4所述的聚合物掺合物,其中Re和d的数值满足下列关系式:
Re>1491-1629(d)。
6.根据权利要求4所述的聚合物掺合物,其中Re和d的数值满足下列关系式:
Re>1501-1629(d)。
7.根据权利要求4所述的聚合物掺合物,其中Re和d的数值满足下列关系式:
Re>1511-1629(d)。
8.一种聚合物掺合物,包含:
(i)至少一种乙烯/α-烯烃共聚体,其中该乙烯/α-烯烃共聚体是嵌段共聚体且具有:
(a)至少一种在使用TREF分级时,在40℃与130℃之间洗脱的分子级分,其特征在于此级分具有至少0.5且高达1的嵌段指数,和大于1.3的分子量分布,Mw/Mn;或
(b)大于0且高达1.0的平均嵌段指数,和大于1.3的分子量分布,Mw/Mn,及
(ii)至少一种具有少于1的支化指数的支化聚烯烃。
9.根据权利要求1或8所述的聚合物掺合物,其中该乙烯/α-烯烃共聚体具有在使用TREF分级时,在40℃与130℃之间洗脱的分子级分,其特征在于该级分具有比在相同温度之间洗脱的可相比拟的无规乙烯共聚体级分高至少5%的摩尔共聚单体含量,其中,该可相比拟的无规乙烯共聚体具有相同的共聚单体,且具有该乙烯/α-烯烃共聚体的10%以内的熔体指数、密度和摩尔共聚单体含量,以整个聚合物计。
10.根据权利要求1或8所述的聚合物掺合物,其中该乙烯/α-烯烃共聚体特征在于25℃时的贮能模量,G’(25℃),和100℃时的贮能模量,G’(100℃),其中G’(25℃)对G’(100℃)的比例为1∶1至10∶1。
11.根据权利要求1或8所述的聚合物掺合物,其中该α-烯烃是苯乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、降冰片烯、1-癸烯、1,5-己二烯,或其混合物。
12.根据权利要求1或8所述的聚合物掺合物,其中该乙烯/α-烯烃共聚体以总组合物的5重量%至95重量%范围存在。
13.根据权利要求1或8所述的聚合物掺合物,其中该聚烯烃是高熔体强度的聚丙烯。
14.根据权利要求13所述的聚合物掺合物,其中该聚丙烯是抗冲改性的聚丙烯。
15.根据权利要求13所述的聚合物掺合物,其中该聚丙烯具有至少15cN的熔体强度。
16.根据权利要求1或8所述的聚合物掺合物,其中该聚烯烃是聚乙烯。
17.根据权利要求16所述的聚合物掺合物,其中该聚烯烃是低密度聚乙烯。
18.根据权利要求17所述的聚合物掺合物,其中该低密度聚乙烯特征在于熔体强度,MS,和熔体指数,I2,其中熔体强度和熔体指数满足下列关系式:MS>24.1-18.0*log10(I2)。
19.根据权利要求17所述的聚合物掺合物,其中该低密度聚乙烯具有至少15cN的熔体强度。
20.一种包含如权利要求1或8所述的聚合物掺合物的型材。
21.一种包含如权利要求1或8所述的聚合物掺合物的垫片。
22.一种包含如权利要求1或8所述的聚合物掺合物的泡沫。
23.一种包含如权利要求1或8所述的聚合物掺合物的热成型制品。
24.根据权利要求20所述的型材,其中该型材是由型材挤出制得的。
25.根据权利要求21所述的垫片,其中该垫片由型材挤出制得。
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