JP2016518482A - 良好なバリア特性ならびに良好な物理的特徴を有する膜 - Google Patents

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Abstract

本発明は、0.926〜0.970g/cm3の範囲の密度を有する第1の直鎖状ポリエチレン、0.868〜0.920g/cm3の範囲の密度を有する第2のLLDPE、及び造核剤の混合物を含むことにより、低度のWVTR及びダートのより良好な均衡を得ながら、なおも共押出し能力の必要性無しに標準的な単層の機器上でそれから膜生成が可能である、単層膜に関する。より高密度を有するLLDPEは、31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する少なくとも57パーセント(その構成成分の重量に基づく)の分子を有することをさらに特徴とする。これらの構成成分は、50〜90%のより高密度のLLDPE、10〜50%のより低密度のLLDPE、及び少なくとも50ppmの造核剤の範囲の種々の比で混和される。【選択図】図1

Description

本発明は、良好な湿気バリア特性ならびに良好な酷使特性の組み合わせを必要とする適用によく適した膜に関する。膜は、2つの明確に異なる直鎖状低密度ポリエチレンならびに造核剤を含む。
過去10年にわたり、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)市場が急速に成長している。広範囲のLLDPEが現在、射出成形、回転成形、中空成形、導管、配管、ならびに電線及びケーブルの用途に使用されている。LLDPEは本質的に、通常約3〜10個の炭素原子の長さの短い分枝鎖のみを伴う、直鎖状主鎖を有する。LLDPEにおいて、長さ及び分枝の頻度、ならびにその結果としての密度は、重合において使用される、コモノマーの種類及び量、ならびに触媒の種類によって制御される。
多くのLLDPE樹脂は典型的に、コモノマーとして1−ブテンまたは1−ヘキセンを組み込む。より高い分子量のアルファ−オレフィンコモノマーの使用は、エチレン/1−ブテンコポリマーの使用と比べて、著しい強度利点を有する樹脂を生成する。業務使用において、主なより高い分子量のアルファ−オレフィンコモノマーは、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、及び1−オクテンである。今日製造されるLLDPEの大部分は膜製品において使用され、そこでLLDPE膜の優れた物理的特性及びドローダウン特徴が、LLDPE膜を幅広い用途によく適したものにする。LLDPE膜は、優れた引張り強さ、高い極限伸び、良好な衝撃強度、及び優れた穿刺耐性を特徴とする場合が多い。
これらの特性は通常、樹脂の分子量を増加することによって高められる。しかし、ポリエチレンの分子量が増加すると樹脂の加工適性は通常低下する。ポリマーの混和物を提供することによって、高分子量樹脂の特性特徴が保持され得、加工適性、特に押出し性が改善され得る。
建設業界において典型的に使用される膜は通常、靭性、加工適性、及びときに耐湿分蒸気透過性(MVTR)と称される、良好な耐水蒸気透過性(WVTR)を示すことが必要とされる。
今日、高密度ポリエチレン(HDPE)樹脂の使用、またはEVOH及びナイロン材料のようなエンジニアリングポリマーの使用のどちらかによって膜の水蒸気バリア特性を改善し得る。これらの材料の各々は、それら独自の弱点を有する。HDPEは乏しい酷使(例えば、ダート衝撃)特性を有するため、低WVTRに加えてダート衝撃特性が必要とされる、建設業界において使用するための膜などの適用に対しては、HDPEはうまく機能しない。改善されるダート特性のために直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)樹脂を使用することは可能であるが、それらは乏しいWVTR特性を有する。特別な機器(多層/共押出しコート層)及び費用的に同じである層樹脂は、EVOHまたはナイロン層を膜に添加することを必要とされ、結果、それらは、機器/経済的制約を有する。したがって、高コスト樹脂を必要とすることなく、標準的な(単層)機器において作製され得る低WVTR及び高いダートのより良好な均衡を有する膜の生成を可能にするであろう解決策が必要である。
本発明は、0.926〜0.970g/cmの範囲の密度を有する第1の直鎖状ポリエチレン、0.868〜0.920g/cmの範囲の密度を有する第2のLLDPE、及び造核剤の混合物を含むことにより、低度のWVTR及びダートのより良好な均衡を得ながら、なおも共押出し能力の必要性無しに標準的な単層の機器上でそれから膜生成が可能である、単層膜に関する。より高密度を有するLLDPEは、31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する少なくとも57パーセント(その構成成分の重量に基づく)の分子を有することをさらに特徴とする。これらの構成成分は、50〜90%のより高密度のLLDPE、10〜50%のより低密度のLLDPE、及び少なくとも50ppmの造核剤の範囲の種々の比で混和される。好ましくは、膜は、1〜20milの厚み、及び0.925〜0.939g/cmの範囲の全体的な密度を有するであろう。
本発明の膜は、建設膜(建物建築において、土壌とコンクリートとの間で使用するための膜など)に適している。
31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する57重量パーセントの分子を有するという制限を満たすLLDPEと、その制限を満たさないものとを比較した、GPC曲線の重ね合わせである。
発明を実施するための概要
用語「ポリマー」は、本明細書で使用される場合、同一または異なる種類に関わらず、モノマーを重合することによって調製されるポリマー化合物を指す。よって、ポリマーという一般用語は、1種類のみのモノマーから調製されるポリマーを指すために通常用いられる用語「ホモポリマー」、ならびに2つ以上の異なるモノマーから調製されるポリマーを指す「コポリマー」を包含する。
「ポリエチレン」は、エチレンモノマーに由来した50重量%を超える単位を含むポリマーを意味する。これは、ポリエチレンホモポリマーまたはコポリマー(2つ以上のコモノマー由来の単位を意味する)を含む。当該技術分野で既知であるポリエチレンの一般的な形態は、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、極低密度ポリエチレン(VLDPE)、直鎖状及び実質的に直鎖状の両方である低密度樹脂(m−LLDPE)を含む単一部位触媒直鎖状低密度ポリエチレン、ならびに高密度ポリエチレン(HDPE)を含む。これらのポリエチレン材料は通常、当該技術分野で既知であるが、以下の記述は、これらのうちのいくつかの異なるポリエチレン樹脂間の違いを理解する上で役立ち得る。
直鎖状ポリエチレンという用語は、HDPE及びLLDPEの両方を含む。これらの樹脂は、当該技術分野で通常既知であるように限られた量の長鎖分枝を特徴とする。「LLDPE」は、典型的なチーグラーナッタ触媒系、ならびにメタロセンなどの単一部位触媒を使用して作製された両方の樹脂を含む(ときに「m−LLDPE」と称される)。LLDPEは、LDPEよりも短い鎖分枝を含有し、米国特許第5,272,236号、同第5,278,272号、同第5,582,923号、及び同第5,733,155号でさらに定義される実質上、直鎖エチレンポリマー、米国特許第3,645,992号に記載されているような均一に分枝した直鎖状エチレンポリマー組成物、米国特許第4,076,698号に開示される方法に従って調製されるような不均一に分枝したエチレンポリマー、ならびに/またはそれらの混和物(US3,914,342またはUS5,854,045に開示されるようなもの)を含む。直鎖状PEは、当該技術分野で既知の任意の種類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を介して作製され得、このうち気体及びスラリー相の反応器が最も好ましい。
用語「HDPE」は、チーグラーナッタ触媒、クロム触媒、またはさらにはメタロセン触媒によって通常は調製される、約0.940g/cm3を超える密度を有するポリエチレンを指す。
「以下の分析方法が、本発明において使用される。
密度は、ASTM D792に従って定義される。
「MI」または「I」とも称される「メルトインデックス」がASTM D1238(190℃、2.16kg)に従って定義される。「メルトインデックス」は通常、ポリエチレンポリマーに関連する。
水蒸気透過率(またはWVTR)は、絶対透過率であり、例えば、g/m日の単位で報告され得る。特許請求の範囲で網羅されるWVTRの範囲は、38℃、一方100%及び他方0%の相対湿度で、Mocon W700の測定装置を使用してASTM F1249−06に従って定義される。測定に使用された試料寸法は、5cmであった。高WVTRが感知器を水浸しにする事例において、試料は、1.27cmのより小さな表面領域に遮蔽された。WVTRデータは、試料の厚みに関して、例えば本明細書で使用されるg mil/m日の単位で、透過係数に正規化され得る。WVTRの傾向を表すために、他の測定方法も本明細書の幾つかの実施例で使用されている。(例えば、「Novel Microporous Films and Their Composites,」P.C. Wu,Greg Jones,Chris Shelley,Bert Woelfli,Journal of Engineered Fibers and Fabrics;Volume 2,Issue 1−2007、を参照。)
本発明の単層膜は、少なくとも3つの構成成分の混合物を含む。第1の構成成分(または構成成分A)は、0.926〜0.970g/cmの範囲の密度を有する第1の直鎖状ポリエチレンである。より好ましくは構成成分Aとして使用される直鎖状ポリエチレンは、0.935〜0.958g/cmの範囲の密度を有する。構成成分Aのために選択される樹脂は、特定の用途のために特に有利である二峰性の直鎖状ポリエチレンを含み、その分子量分布において単峰性または多峰性であり得る。構成成分Aのために使用される直鎖状ポリエチレンは、0.05〜0.50g/10分、より好ましくは0.07〜0.30g/10分の範囲のメルトインデックス(190℃、2.16kg)を有利に有してもよい。構成成分Aとして使用されるLLDPEは、31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する、(その構成成分の重量で)少なくとも57、好ましくは少なくとも60、62、またはさらに少なくとも65%パーセントの分子を有することをさらに特徴とする。
第2の構成成分(または構成成分B)は、0.850〜0.920g/cmの範囲の密度を有する第2のLLDPEである。より好ましくは構成成分Bとして使用される直鎖状ポリエチレンは、0.865〜0.910g/cmの範囲の密度を有する。構成成分Bのために使用される直鎖状ポリエチレンは、0.05〜1.0g/10分、より好ましくは0.25〜0.75g/10分の範囲のメルトインデックス(190℃、2.16kg)を有利に有してもよい。構成成分A)及び構成成分B)の組み合わせが、0.08〜0.50g/10分の範囲のメルトインデックスを有することが好ましい。
構成成分A及び構成成分Bは、好ましくは、混和物の50〜90重量パーセントを構成する構成成分Aを含む材料の全て、及び混和物の10〜50重量パーセントを構成する構成成分Bを含む材料であるような混和物を形成するように添加される。
第3の構成成分は、及び造核剤である。造核剤は、当該技術分野で一般に既知であり、オレフィン系ポリマーを変性させることで当業者に既知であるいずれの核剤も本発明で使用され得る。例えば、核剤の非限定的な例は、安息香酸ナトリウムを含む、カルボン酸塩、タルク、リン酸塩、金属シリケート水和物、ジベンジリデンソルビトールの有機誘導体、ソルビトールアセタール、有機リン酸塩、及びそれらの組み合わせを含んでもよい。一実施形態において、核剤は、Amfine Chemicalから市販されているAmfine Na−11及びNa−21、ならびにMilliken Chemicalから市販されているHyperform HPN−68及びMillad3988から選択される。特定の一実施形態において、変性剤は、Milliken Chemicalから市販されているHyperform HPN−20Eを含む。2つ以上の異なる核剤が、第3の構成成分として添加され得ることも企図される。
核剤(複数可)は、構成成分A)とB)との組み合わされた重量に基づいて、少なくとも50ppmの量で添加されるべきである。好ましくは、核剤(複数可)は、100〜3500ppmの量、より好ましくは500〜1500ppmの量で添加される。
当該技術分野で一般に既知であるように、本発明の膜は、抗酸化剤(例えば、Irganox(登録商標)1010などのヒンダードフェノールまたはCiba Geigyによって提供されるIrganox(登録商標)1076)、亜リン酸エステル(例えば、Ciba Geigyによってまた提供されるIrgafos(登録商標)168)、付着添加剤(例えば、PIB)、Standostab PEPQ(商標)(Sandozによって提供される)、顔料、着色料、充填剤、TiO、帯電防止、難燃剤、滑剤、抗ブロック添加剤、殺生物剤、抗菌薬などの添加剤も含んでもよく、同様の添加剤が当該技術分野においてそれらの所望の目的を達成するために典型的に使用されるレベルで、本発明のエチレンポリマー押出し組成物中に含まれ得る。
本発明の膜の構成成分は、押出し混合または乾燥混合を含む当該技術分野に既知である任意の方法で組み合わされてもよい。
本発明の単層膜は、典型的な方法を使用して作製されてもよい。したがって、膜は、吹込法または流延法によって製作されてもよい。本発明の膜は、総合的に1〜20ミクロン、好ましくは7〜17ミクロンの範囲の厚みを有することになる。全体的な膜の密度は、0.925〜0.939g/cmの範囲、より好ましくは0.928〜0.935g/cmの範囲であるべきである。
本発明の単層膜は、水(または湿分)蒸気透過率と靭性との組み合わせを特徴とし得る。好ましくは、膜は、0.50gm*mil/100 in*日未満、より好ましくは0.45gm*mil/100 in*日未満、さらにより好ましくは40gm*mil/100 in*日未満の水蒸気透過率を有する。単層膜は、好ましくは、少なくとも140グラム毎mil、より好ましくは少なくとも160グラム毎mil、及びさらにより好ましくは少なくとも180グラム毎milのダート衝撃を有する。
試験方法
別途示されない限り、以下の試験方法が本発明で使用される。
膜試験
膜は、ダート衝撃耐性及び湿分蒸気透過性率(MVTR)について試験される。ダート衝撃耐性は、ASTM D1709、ISO−7765−1を使用して測定される。Atlas/Dynisco CS−126落下ダート衝撃試験機を使用した。8インチ×8インチの試験供試体が、試験のために締め具の間に置かれる。50.8mm径のヘッドが使用され、締め具内に置かれた試料上に1.5メートルの高さから落とされる。階段式手順が、平均ダート衝撃耐性を得るために最低20の供試体を試験ロール毎に試験するまで使用される。ダートヘッドが、締め具の中心に衝撃を与えていること、及び供試体が、締め具内で滑っていないことが実証される。
MVTRは、セ氏38度及び100パーセントの(%)相対湿度(RH)で、15milの厚みの膜においてASTM F1249−06(2011)を使用して測定される。
樹脂試験
HT GPCによる分子量(MW)及び分子量分布(MWD)の決定
赤外線濃度/組成物検出器(IR−5)から構成される、PolymerChar(Valencia,Spain)の高温ゲル浸透クロマトグラフィーシステムが、MW及びMWDの決定のために使用される。キャリア溶媒は、1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)である。オートサンプラー及び検出器区画が160℃で稼働され、カラム区画が150℃で稼働される。カラムは、4つのPLgel Olexisによる13ミクロンカラム(Agilent)である。クロマトグラフィ溶媒及び試料の調製溶媒は、250ppmのブチルヒドロキシトルエン(BHT)を含有し、どちらの溶媒源も噴射窒素である。ポリエチレン試料は、コンピューター制御された均衡を介して試料の重量を測ること、及びオートサンプラーによって計算された溶媒量を送ることによって、2mg/mLの目標濃度で半自動的に調製される。試料は、150℃で、4時間優しく撹拌されることで溶解され、続いて熱い状態でWatersの濾過装置であるMott(登録商標)によって濾過される。濾過された溶液は、オートサンプラー内で、160℃で30分間再加熱され、注入される。注入容積は200μlであり、流速度は1.0mL/分である。
GPC校正のカラム設定は、21個の狭い分子量分布ポリスチレン標準品によって実行される。標準品の分子量は、580〜8,400,000g/モルの範囲であり、それぞれの分子量間で少なくとも10個の単離を有しながら、6個の「反応混液」混合物内に置かれる。
ポリスチレン標準品の最高分子量は、以下の方程式(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載される通り)を使用してポリエチレン分子量に変換される。
MPE=A(MPS)B (1)
式中、Bが1.0の値を有し、実験的に定義されたAの値が約0.38である。
五次多項式を使用して、方程式(1)から取得されたそれぞれのポリエチレン等量校正点を、各々のポリスチレン標準品についてのそれらの観察された溶出量に当てはめる。数平均、重量平均、及びゼータ平均分子量は、以下の方程式に従って計算される。
Figure 2016518482
式中、Wfiがi番目の構成成分の重量分率であり、Miがi番目の構成成分の分子量である。
特定のMWの値の間(M1〜M2)の樹脂の重量分率は、以下の通り計算される。
Figure 2016518482
正確なAの値は、方程式(3)及び対応する保持容量多項式を使用して計算される重量平均分子量であるMwが、115,000g/モルの既知の重量平均分子量を有する直鎖状ホモポリマー参照に従って取得されるMwの独立して決定された値に一致するまで、方程式(1)中でAの値を調整することによって決定される。
実験データ
本発明の効果を表すために、一連の膜が、7層の吹込膜線を使用して作製される。線は、内部バブル冷却、200mmの型、及び2mmの型の隙間間隔を備え付けられる。線は、7個の50mm、30:1L/Dのみぞ付の供給押出し装置を使用する。ゲージプロファイルは、無接触NDC後方散乱ゲージ測定装置を備えるAlpine Auto−Profile Air Ringシステムを使用して制御される。膜は、2.5のブローアップ比(BUR)で、15milの最終的な厚みを300lbs/時間の出力で作製される。押出しプロファイルは、カ氏200/480/480/480/480/480/480F度に設定される。
以下の材料を実施例で使用した。
樹脂Aは、表1に記載される通り直鎖状ポリエチレンである。この樹脂は、表1で見られる通り、31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する、少なくとも57重量パーセントの分子の詳述と合致する。
樹脂Bは、表1に記載される通り、直鎖状ポリエチレンである。この樹脂は、表1で見られる通り、31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する、少なくとも57重量パーセントの分子の詳述と合致しない。
樹脂Cは、表1に記載される通り直鎖状ポリエチレンである。この樹脂は、表1で見られる通り、31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する、少なくとも57重量パーセントの分子の詳述と、樹脂Aと同一のメルトインデックスを有することを除き、合致しない。
樹脂Dは、表1に記載される通り直鎖状ポリエチレンである。
造核剤は、Milliken Chemicalから市販されている掃酸剤(有機カルシウム塩またはジヒドロタルカイト錯体などの)と結合したHyperform HPN−20E(ヘキサヒドロ無水フタル酸(HHPA)のジナトリウム塩)である。
実施例で使用される種々の高密度LLDPEの説明
Figure 2016518482
上記のデータから見られるように、特許請求の範囲に記載される、高密度LLDPE、低密度LLDPE、及び造核剤全ての存在が、この用途(ダートB>140g/mil及びMVTR<0.450gm−mil/[100 in^2−日])において、ダートB及びバリア特性の所望の均衡を有するために必要である。

Claims (20)

  1. 単層膜であって、以下の材料:
    a.0.926〜0.970g/cmの範囲の密度を有する、前記膜層の50〜90重量%の直鎖状ポリエチレン樹脂であって、かかる直鎖状ポリエチレンが、31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する少なくとも57重量パーセントの分子を含む、直鎖状ポリエチレン樹脂と、
    b.0.868〜0.920g/cmの範囲の密度を有する、前記膜層の10〜50重量%の直鎖状ポリエチレンと、
    c.構成成分a)及びb)に基づいて、少なくとも50ppmの造核剤と、の混和物を含み、
    前記膜が、0.925〜0.939g/cmの範囲の全体的な密度を有する、前記単層膜。
  2. 前記層が、1〜20milの厚みを有する、請求項1に記載の単層膜層。
  3. 前記層が、4〜15milの厚みを有する、請求項1に記載の単層膜層。
  4. 前記核剤が、100〜3500ppmの量で存在する、請求項1に記載の単層膜。
  5. 前記核剤が、500〜1500ppmの量で存在する、請求項1に記載の単層膜。
  6. 前記層が、0.50gm*mil/100 in*日未満の水蒸気透過率を有することを特徴とする、請求項1に記載の単層膜層。
  7. 前記層が、0.45gm*mil/100 in*日未満の湿分蒸気透過率を有することを特徴とする、請求項1に記載の単層膜層。
  8. 前記層が、0.40gm*mil/100 in*日未満の湿分蒸気透過率を有することを特徴とする、請求項1に記載の単層膜層。
  9. 前記層が、少なくとも140グラム毎milのダート衝撃を有することを特徴とする、請求項1に記載の単層膜層。
  10. 前記層が、少なくとも160グラム毎milのダート衝撃を有することを特徴とする、請求項1に記載の単層膜層。
  11. 前記層が、少なくとも180グラム毎milのダート衝撃を有することを特徴とする、請求項1に記載の単層膜層。
  12. 前記膜が、0.928〜0.935g/cmの範囲の全体的な密度を有する、請求項1に記載の単層膜層。
  13. 構成成分a)が0.935〜0.958g/cmの範囲の密度を有する、請求項1に記載の単層膜層。
  14. 構成成分Aが、0.05〜0.50のメルトインデックスを有する、請求項1に記載の単層膜層。
  15. 構成成分Bが、0.05〜1.0のメルトインデックスを有する、請求項1に記載の単層膜層。
  16. 全混和物が、0.08〜0.50のメルトインデックスを有する、請求項1に記載の単層膜層。
  17. 前記造核剤が、安息香酸ナトリウムを含む、カルボン酸塩、タルク、リン酸塩、金属シリケート水和物、ジベンジリデンソルビトールの有機誘導体、ソルビトールアセタール、有機リン酸塩、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の単層膜層。
  18. 構成成分a)が、31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する、少なくとも60重量パーセントの分子を含む、請求項1に記載の単膜層。
  19. 構成成分a)が、31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する、少なくとも62重量パーセントの分子を含む、請求項1に記載の単膜層。
  20. 構成成分a)が、31,000g/モル〜1,000,000g/モルの範囲の重量平均分子量を有する、少なくとも65重量パーセントの分子を含む、請求項1に記載の単膜層。

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