JP2024506510A - ポリエチレン組成物、フィルム、及び物品 - Google Patents
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Abstract
ポリエチレン組成物であって、改善されたコモノマー組成分布(iCCD)分析法を介する溶出プロファイルにおいて40C~75Cの温度範囲内に少なくとも1つのピークを含む第1のポリエチレン画分であって、第1のポリエチレン面積画分が、40C~75Cの溶出プロファイルにおける面積であり、第1のポリエチレン画分面積が、溶出プロファイルの総面積の45%~65%を構成する、第1のポリエチレン画分と、溶出プロファイルにおいて85C~110Cの温度範囲内に少なくとも1つのピークを含む第2のポリエチレン画分であって、第2のポリエチレン面積画分が、85C~110Cの溶出プロファイルにおける面積であり、第2のポリエチレン画分面積が、溶出プロファイルの総面積の15%~35%を構成する、第2のポリエチレン画分と、を含んでもよく、ポリエチレン組成物が、0.905g/cm3~0.918g/cm3の密度、0.7g/10分~3.5g/10分のメルトインデックス(I2)を有し、本組成物が、以下の式:I10/I2<7.0-1.2log(I2)を満たすメルトインデックス比(I10/I2)を有する、ポリエチレン組成物の実施形態が提供される。
Description
本出願は、ポリマー組成物、そのようなポリエチレン組成物を含むフィルム、及び物品に関する。
包装用途におけるポリオレフィン組成物の使用は、一般に知られている。そのようなポリオレフィン組成物を生成するために、様々な従来の方法が用いられ得る。異なる触媒系を使用する様々な重合技法が、包装用途に好適なそのようなポリオレフィン組成物を生成するために用いられている。しかしながら、いくつかの実施形態では、包装用途に好適な開発中の組成物における研究努力にもかかわらず、所望のポリマー組成物密度で特性と加工性との良好なバランスを有し得る、包装用途に好適な改善されたポリエチレン組成物の必要性が依然として存在する。
本出願は、包装用途、フィルム、多層構造に好適なポリエチレン組成物、及びこれらから作製された物品を開示する。いくつかの実施形態では、本開示のポリエチレン組成物は、包装用途に使用されるフィルムのシーラント層における使用に好適である。
従来のフィルム、例えば、シーラント層を利用するものは、典型的には、ホットタック開始温度、ヒートシール開始温度、又はその両方と、フィルムの全体的密度との間のトレードオフを経験する。組成物の密度は、フィルムの加工特性に影響を及ぼし得る。例えば、比較的低い密度を有する従来のポリエチレン組成物を含むフィルムは、比較的高い全体的密度を有する組成物を含むフィルムと比較する場合、より低いホットタック開始温度、ヒートシール開始温度、又はその両方を示すフィルムを提供する傾向がある。比較的より低い密度を有するポリエチレン組成物はまた、材料の非常に低い溶融点及び粘着性又は付着性に起因して、従来のインフレーションフィルム用途において加工することが特に困難であり得る。逆に、比較的より高い全体的密度を有するフィルムは、多くの場合、より高いホットタック開始温度、ヒートシール開始温度、又はその両方を示す。いくつかの包装用途において、より低いホットタック及びヒートシール開始温度は、望ましいポリマー性能特性であり得る。したがって、フィルムのシーラント層において使用される場合に、改善されたホットタックウィンドウ、ホットタック強度、及び/又はヒートシール開始温度を提供するポリエチレン組成物が、依然として必要とされている。本開示のポリエチレン組成物は、様々な実施形態では、シーラント層において使用される場合に、改善されたホットタックウィンドウ、ホットタック強度、及び/又はヒートシール開始温度を提供するためにフィルムにおいて使用され得る。
本明細書で詳細に記載されるように、ポリマー組成物は、改善されたコモノマー組成分布(improved comonomer composition distribution、iCCD)分析によって評価され得る。本開示の実施形態は、いくつかの実施形態では、各々が溶出プロファイルの総面積の所望のパーセンテージを含むというiCCD分析を介する特定の温度範囲内に少なくとも2つのポリエチレン画分を含むポリエチレン組成物を提供することによって、広域なホットタックウィンドウ、ホットタック強度、及び/又はヒートシール開始温度に関する上記の必要性を満たし得る。そのようなポリエチレン組成物は、望ましいホットタックウィンドウ、ホットタック強度、及び/若しくはヒートシール開始温度、又はそれらの両方を有し得るが、例えば、少なくとも0.905g/cm3の密度を有する。理論に束縛されるものではないが、本明細書に記載されるポリエチレン組成物の少なくともいくつかは、第1のポリエチレン画分及び第2のポリエチレン画分が、それぞれ、iCCD分析の溶出プロファイルにおいて40℃~75℃及び85℃~110℃でピークを示す特定のマルチモーダル溶出プロファイルに少なくとも部分的に起因して、そのような特性を有し得ると考えられる。
1つ以上の実施形態によれば、包装用途に好適なポリエチレン組成物は、(a)改善されたコモノマー組成分布(iCCD)分析法を介する溶出プロファイルにおいて40℃~75℃の温度範囲内に単一のピークを有する第1のポリエチレン画分であって、第1のポリエチレン面積画分が、40~75℃の第1のポリエチレン画分の単一のピークの下の溶出プロファイルにおける面積であり、第1のポリエチレン画分面積が、溶出プロファイルの総面積の45%~65%を構成する、第1のポリエチレン画分と、(b)iCCD分析法を介する溶出プロファイルにおいて85℃~110℃の温度範囲にある第2のポリエチレン画分であって、第2のポリエチレン面積画分が、85℃~110℃の第2のポリエチレン画分の単一のピークの下の溶出プロファイルにおける面積であり、第2のポリエチレン面積画分が、85~110℃の第2のポリエチレン画分の少なくとも1つのピークの下の溶出プロファイルにおける面積であり、第2のポリエチレン画分面積が、溶出プロファイルの総面積の15%~35%を構成する、第2のポリエチレン画分と、を含み、ポリエチレン組成物は、0.905g/cm3~0.918g/cm3の密度、0.7g/10分~3.5g/10分のメルトインデックス(I2)を有し、本組成物は、以下の式:I10/I2<7.0-1.2log(I2)を満たすメルトインデックス比(I10/I2)を有する。
1つ以上の実施形態によれば、フィルムは、上記又は本明細書に記載される他の実施形態のいずれかのポリエチレン組成物を含み得る。
1つ以上の実施形態によれば、物品は、上記又は本明細書に記載される他の実施形態のいずれかのポリエチレン組成物を含み得る。
本開示の特定の実施形態の以下の「発明を実施するための形態」は、以下の図面と併せて読むと最も良く理解され得るが、そこでは、同様の構造が同様の参照数字で示されている。
本明細書で記載される1つ以上の実施形態による、iCCD溶出プロファイルを概略的に示すグラフである。
本明細書に記載される1つ以上の実施形態による、ポリエチレンを生成するのに有用な反応器系を概略的に示す図である。
本明細書に記載されるのは、ポリエチレン組成物の実施形態である。そのようなポリエチレン組成物は、例えば、包装用途に使用され得る。ポリエチレン組成物は、第1のポリエチレン画分及び第2のポリエチレン画分を含み得る。ポリエチレン組成物は、フィルム(単層フィルム及び多層フィルムを含む)又は多層構造及び包装材などの他の物品に含まれ得る。
本明細書に記載されるように、「ポリエチレン」又は「エチレン系ポリマー」は、過半量(>50モル%)のエチレンモノマーに由来する単位を含むポリマーを指す。これは、ポリエチレンホモポリマー又はコポリマー(2つ以上のコモノマーに由来する単位を意味する)を含む。当該技術分野において既知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(Low Density Polyethylene、LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(Linear Low Density Polyethylene、LLDPE)、極低密度ポリエチレン(Ultra Low Density Polyethylene、ULDPE)、超低密度ポリエチレン(Very Low Density Polyethylene、VLDPE)、直鎖状低密度樹脂及び実質的に直鎖状の低密度樹脂の両方を含む、シングルサイト触媒による直鎖状低密度ポリエチレン(m-LLDPE)、エチレン系プラストマー及びエチレン系エラストマー、中密度ポリエチレン(Medium Density Polyethylene、MDPE)、並びに高密度ポリエチレン(High Density Polyethylene、HDPE)が挙げられるが、これらに限定されない。これらのポリエチレン材料は、一般に、当該技術分野において既知である。しかしながら、以下の記載は、これらの異なるポリエチレン樹脂のうちのいくつかの間の差異を理解するのに役立つ場合がある。
本明細書で使用される場合、「組成物」という用語は、組成物を構成する材料、並びに組成物の材料から形成される反応生成物及び分解生成物の混合物を指す。
「LDPE」という用語はまた、「高圧エチレンポリマー」、又は「高分岐ポリエチレン」とも称され得、ポリマーが、過酸化物(例えば、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第4,599,392号を参照されたい)などの、フリーラジカル開始剤を使用して、14,500psi(100MPa)を上回る圧力で、オートクレーブ又は管状反応器中で、部分的又は完全に、ホモ重合又は共重合されることを意味するように定義され得る。LDPE樹脂は、典型的には、0.916~0.935g/cm3の範囲内の密度を有する。
「LLDPE」という用語は、伝統的なチーグラー・ナッタ触媒系及びクロム系触媒、並びにモノ-又はビス-シクロペンタジエニル触媒(典型的にはメタロセンと称される)、幾何拘束触媒、ホスフィンイミン触媒及び多価アリールオキシエーテル触媒(典型的にはビスフェニルフェノキシと称される)を含むが、これらに限定されないシングルサイト触媒を使用して作製される両方の樹脂を含み、かつ直鎖状、実質的に直鎖状、又は不均質なポリエチレンコポリマー又はホモポリマーを含む。LLDPEは、LDPEよりも少ない長鎖分岐を含有し、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号に更に定義されている、実質的に直鎖状エチレンポリマー;米国特許第3,645,992号のものなどの、均質に分岐した直鎖状エチレンポリマー組成物;米国特許第4,076,698号に開示されているプロセスに従って調製されるものなどの不均質分岐エチレンポリマー;及び/又はこれらのブレンド(米国特許第3,914,342号又は同第5,854,045号に開示されているものなど)が挙げられる。LLDPEは、当技術分野で既知の任意の種類の反応器又は反応器構成を使用して、気相、溶液相、若しくはスラリー重合、又はそれらの任意の組み合わせを介して作製され得る。
「MDPE」という用語は、0.924~0.936g/cm3の密度を有するポリエチレンを指す。「MDPE」は、典型的には、クロム若しくはチーグラー・ナッタ触媒を使用して、又は置換モノ-若しくはビス-シクロペンタジエニル触媒(典型的にはメタロセンと称される)、幾何拘束触媒、ホスフィンイミン触媒、及び多価アリールオキシエーテル触媒(典型的にはビスフェニルフェノキシと称される)が挙げられるが、これらに限定されないシングルサイト触媒を使用して作製される。
「HDPE」という用語は、一般にチーグラー・ナッタ触媒、クロム触媒、又は置換モノ-若しくはビス-シクロペンタジエニル触媒(典型的にはメタロセンと称される)、幾何拘束触媒、ホスフィンイミン触媒、及び多価アリールオキシエーテル触媒(典型的にはビスフェニルフェノキシと称される)を含むが、これらに限定されないシングルサイト触媒を用いて調製される、約0.935g/cm3超~最大約0.980g/cm3の密度を有するポリエチレンを指す。
「ULDPE」という用語は、一般にチーグラー・ナッタ触媒、クロム触媒、又は置換モノ-若しくはビス-シクロペンタジエニル触媒(典型的にはメタロセンと称される)、幾何拘束触媒、ホスフィンイミン触媒、及び多価アリールオキシエーテル触媒(典型的にはビスフェニルフェノキシと称される)を含むが、これらに限定されないシングルサイト触媒を用いて調製される、0.855~0.912g/cm3の密度を有するポリエチレンを指す。ULDPEとしては、ポリエチレン(エチレン系)プラストマー及びポリエチレン(エチレン系)エラストマーが挙げられるが、これらに限定されない。ポリエチレン(エチレン系)エラストマー又はプラストマーは、一般に、0.855~0.912g/cm3の密度を有する。
「ブレンド」、「ポリマーブレンド」などの用語は、2つ以上のポリマーの組成物を意味する。このようなブレンドは、混和性であっても、そうでなくてもよい。このようなブレンドは、相分離していても、していなくてもよい。このようなブレンドは、透過電子分光法、光散乱、X線散乱、及び当該技術分野で既知の任意のその他の方法から決定されるような、1つ以上のドメイン構成を含有しても、そうでなくてもよい。ブレンドは、積層体ではないが、積層体の1つ以上の層が、ブレンドを含有してもよい。そのようなブレンドは、その場で(例えば、反応器内で)形成される乾式ブレンドとして、溶融ブレンドとして、又は当業者に既知の他の技法を使用して調製され得る。
相反する記載がなく、文脈から暗示されておらず、又は当該技術分野で慣例的でない限り、全ての部及びパーセントは、重量に基づくものであり、全ての温度は、℃単位であり、全ての試験方法は、本開示の出願日の時点において最新のものである。
「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(having)」という用語及びそれらの派生語は、あらゆる追加の成分、工程、又は手順の存在を、それらが具体的に開示されているか否かにかかわらず、除外することを意図するものではない。いかなる疑念も避けるために、「含む(comprising)」という用語の使用を通して特許請求される全ての組成物は、別段矛盾する記述がない限り、ポリマー性か又は別のものであるかにかかわらず、任意の追加の添加剤、アジュバント、又は化合物を含み得る。「からなる(consisting of)」という用語は、具体的に描写又は列記されていないあらゆる成分、工程、又は手順を除外する。
ポリエチレンの組成及び特性評価
1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、0.905g/cm3~0.918g/cm3の密度を有し得る。例えば、本開示のポリエチレン組成物の実施形態は、0.905g/cm3~0.916g/cm3、0.905g/cm3~0.915g/cm3、0.905g/cm3~0.914g/cm3、0.905g/cm3~0.912g/cm3、0.907g/cm3~0.918g/cm3、0.907g/cm3~0.916g/cm3、0.907g/cm3~0.914g/cm3、0.907g/cm3~0.912g/cm3、0.909g/cm3~0.918g/cm3、0.909g/cm3~0.916g/cm3、0.909g/cm3~0.914g/cm3、0.910g/cm3~0.918g/cm3、0.910g/cm3~0.916g/cm3、0.910g/cm3~0.914g/cm3、又はこれらの範囲の任意の組み合わせの密度を有し得る。
1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、0.905g/cm3~0.918g/cm3の密度を有し得る。例えば、本開示のポリエチレン組成物の実施形態は、0.905g/cm3~0.916g/cm3、0.905g/cm3~0.915g/cm3、0.905g/cm3~0.914g/cm3、0.905g/cm3~0.912g/cm3、0.907g/cm3~0.918g/cm3、0.907g/cm3~0.916g/cm3、0.907g/cm3~0.914g/cm3、0.907g/cm3~0.912g/cm3、0.909g/cm3~0.918g/cm3、0.909g/cm3~0.916g/cm3、0.909g/cm3~0.914g/cm3、0.910g/cm3~0.918g/cm3、0.910g/cm3~0.916g/cm3、0.910g/cm3~0.914g/cm3、又はこれらの範囲の任意の組み合わせの密度を有し得る。
1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、0.70g/10分~3.5g/10分のメルトインデックス(I2)を有し得る。例えば、1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、0.7g/10分~3.0g/10分、0.7g/10分~2.5g/10分、0.7g/10分~2.0g/10分、0.7g/10分~1.5g/10分、0.85g/10分~3.5g/10分、0.85g/10分~3.0g/10分、0.85g/10分~2.5g/10分、0.85g/10分~2.0g/10分、0.85g/10分~1.5g/10分、又はこれらの範囲の任意の組み合わせのメルトインデックス(I2)を有し得る。
1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、7.0未満のメルトインデックス比(I10/I2)を有し得る。例えば、1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、6.0~6.9、6.0~6.7、6.0~6.4、又はこれらの範囲の任意の組み合わせのメルトインデックス比(I10/I2)を有し得る。
1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、以下の式:I10/I2<7.0-1.2log(I2)を満たすメルトインデックス比(I10/I2)を有し得る。
1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、1.0未満の分子加重コモノマー分布インデックス(Molecular Weighted Comonomer Distribution Index、MWCDI)を有し得る。例えば、1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、0.0~2.0、0.0~1.5、0.0~1.0、0.0~0.5、0.1~1.0、0.1~1.5、又はこれらの範囲の任意の組み合わせのMWCDIを有し得る。
1つ以上の実施形態によれば、ポリエチレン組成物は、100,000~130,000g/モルの範囲の重量平均分子量(Mw)を有し得る。例えば、1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、105,000~130,000g/モル、105,000~125,000g/モル、105,000~120,000g/モル、105,000~115,000g/モル、110,000~130,000g/モル、110,000~125,000g/モル、110,000~120,000g/モル、115,000~130,000g/モル、又はこれらの範囲の任意の組み合わせの重量平均分子量(Mw)を有し得る。
1つ以上の実施形態によれば、ポリエチレン組成物は、重量平均分子量と数平均分子量との比(Mw/Mn)として表される、2.0~4.0の範囲内の分子量分布を有し得る。例えば、ポリエチレン組成物は、2.0~3.5、2.5~4.0、2.5~3.5、2.0~3.3、2.0~3.2、2.5~3.3、2.5~3.2、又はこれらの範囲の任意の組み合わせの分子量分布を有し得る。本明細書に記載されるように、分子量分布は、本明細書に記載されるようなゲル浸透クロマトグラフィ(gel permeation chromatography、GPC)技法に従って計算され得る。
1つ以上の実施形態によれば、ポリエチレン組成物は、300,000g/モル未満のz-平均分子量(Mz)を有し得る。例えば、ポリエチレン組成物は、230,000~300,000g/モル、240,000~300,000g/モル、250,000~300,000g/モル、260,000~300,000g/モル、270,000~300,000g/モル、230,000~290,000g/モル、240,000~290,000g/モル、250,000~290,000g/モル、260,000~290,000g/モル、270,000~290,000g/モル、又はこれらの範囲の任意の組み合わせのz-平均分子量(Mz)を有し得る。
1つ以上の追加の実施形態によれば、ポリエチレン組成物は、2.0未満のゼロ剪断粘度比を有し得る。例えば、ポリエチレン組成物は、1.9未満、1.8未満、1.7未満、1.6未満、1.5未満、1.4未満、1.3未満、1.2未満、又は更に1.1未満のゼロ剪断粘度比を有し得る。1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、少なくとも1.0のゼロ剪断粘度比を有し得る。実施形態では、ポリエチレン組成物は、1.0~2.0、1.0~1.8、1.0~1.6、1.0~1.4、1.0~1.2、1.2~2.0、1.2~1.8、1.2~1.6、1.2~1.4、1.4~2.0、1.4~1.8、1.4~1.6、1.6~2.0、1.6~1.8、若しくは1.8~2.0、又はこれらの範囲の任意の組み合わせのゼロ剪断粘度比を有し得る。
タンデルタ(tan δ)とは、材料が、完全弾性固体(d=0°、タンデルタ=0)にどれだけ近いかを示す尺度、又は材料が、完全ニュートン液体(d=90°、タンデルタ≒無限)にどれだけ近いかを示す尺度を指す。したがって、tan dのより低い値は、より高い弾性を反映する。タンデルタは、同じ全体的な分子量での長鎖分岐(long chain branching、LCB)及び分子量分布(molecular weight distribution、MWD)の関数である。より高いタンデルタ値は、より低いLCBを示す。実施形態では、ポリエチレン組成物は、6~100、6~90、6~80、6~70、6~60、6~50、6~40、6~30、6~20、20~100、20~90、20~80、20~70、20~60、20~50、20~40、20~30、30~100、30~90、30~80、30~70、30~60、30~50、30~40、40~100、40~90、40~80、40~70、40~60、40~50、50~100、50~90、50~80、50~70、50~60、60~100、60~90、60~80、60~70、70~100、70~90、70~80、80~100、80~90、若しくは90~100、又はこれらの範囲の任意の組み合わせの0.1ラジアン/秒及び190℃でのタンデルタを有し得る。
本明細書に記載されるように、ポリエチレン「画分」とは、ポリエチレン組成物の組成全体の一部分を指す。本開示の実施形態は、少なくとも「第1のポリエチレン画分」及び「第2のポリエチレン画分」を含み得る。実施形態はまた、「第3のポリエチレン画分」を含み得る。ポリエチレン組成物中に含まれる様々な画分は、改善されたコモノマー組成分布(iCCD)分析方法を介する溶出プロファイルにおいて、それらの温度範囲によって定義され得る。例えば、ポリエチレン画分は、より低い温度からより高い温度までの範囲によって定義され得る。2つ以上のポリエチレン画分が互いに重なり合い得ることを理解されたい。ポリエチレン画分は、1つ以上の実施形態では、iCCDデータのピーク又はトラフと一般に相関し得る。1つ以上の実施形態では、特定のポリエチレン画分は、iCCD分析溶出プロファイルによって定義されるように、ポリエチレン組成物の総面積の指定されたパーセンテージを含み得る。特に明記されていない限り、本明細書で言及されるいずれの溶出プロファイルも、iCCDにより観察された溶出プロファイルである。そのような画分の例は、本明細書により提供される実施例を考慮してより良く理解されるであろう。
一般に、第1の画分は、第1の画分の温度範囲内に少なくとも1つのピークを含み得る。第2の画分は、第2の画分の温度範囲内に少なくとも1つのピークを含み得る。本明細書に記載のポリエチレン組成物は、「マルチモーダル(多峰性)」と称することができ、これは、ポリエチレン組成物が、それらの溶出プロファイルに少なくとも2つのピークを含むことを意味する。実施形態では、本明細書に記載されるポリエチレン組成物は、その溶出プロファイルにおいて、2つのピーク(「バイモーダル」)、3つのピーク(「トリモーダル」)、又は4つ以上のピークを含み得る。第1のポリエチレン面積画分、第2のポリエチレン画分、第3のポリエチレン画分はそれぞれ、各々がポリエチレン組成物の総質量の一部分を含み得る。
記載されるiCCD分布に関連して、図1は、例示のiCCD分布100を概略的に示す。図1は、一般に、本明細書において詳細に考察される、第1のポリエチレン画分、第2の画分、第3のポリエチレン画分などの本明細書に記載されるポリエチレン組成物のiCCDプロファイルのいくつかの特徴を示す。したがって、図1は、本明細書で提供されるiCCDプロファイルに関連する開示に関して参照として使用され得る。
具体的には、第1のポリエチレン画分102、第2のポリエチレン画分104、第3のポリエチレン画分106が示される。第1のポリエチレン画分102は、ピーク112を有し、第2のポリエチレン画分104は、ピーク114を有する。図1のプロファイルは、実験又は観察に由来するものではないが、代わりに、iCCD溶出プロファイルの特定の特徴を記載するという情報提供目的で提供されることを理解されたい。
1つ以上の実施形態では、第1のポリエチレン画分及び第2のポリエチレン画分のうちの1つ以上は、単一のピークを有し得る。本明細書で使用される場合、「単一のピーク」は、特定の画分が単一のピークのみを含むiCCDを指す。すなわち、いくつかの実施形態では、第1のポリエチレン画分及び第2のポリエチレン画分のうちの1つ以上のiCCDは、単一のピークを形成するために、下向きの傾斜領域に続き上向きの傾斜領域のみを含む。
第1のポリエチレン画分及び第2のポリエチレン画分のうちの1つ以上にあるピークは、定義された温度境界でのそれぞれのポリエチレン画分における極小値によって形成され得ないことを理解されたい。つまり、ピークは、ポリエチレン画分のしきい値温度によって形成されたピークではなく、その範囲全体の観点でのピークでなければならない。例えば、単一の谷が後に続く単一のピークがポリエチレン画分に存在する場合(上向きの傾斜に続く下向きの傾斜に続く上向きの傾斜)、そのようなポリエチレン画分には単一のピークのみが存在することになる。
1つ以上の実施形態では、第1のポリエチレン画分102は、40℃~75℃の溶出プロファイルにおける面積であり得る。追加の実施形態では、第1のポリエチレン画分102は、iCCDを介する溶出プロファイルにおいて、40℃~60℃、40℃~50℃、40℃~70℃、40℃~65℃、50℃~75℃、50℃~70℃、50℃~65℃、60℃~75℃、60℃~70℃、又は任意の組み合わせの温度範囲内の溶出プロファイルにおける面積であり得る。
1つ以上の実施形態によれば、第1のポリエチレン画分面積は、溶出プロファイルの総面積の45%~65%を構成し得る。例えば、第1のポリエチレン画分面積は、溶出プロファイルの総面積の45%~60%、45%~55%、45%~50%、50%~65%、50%~60%、50%~55%、55%~65%、又は任意の組み合わせを構成し得る。
1つ以上の実施形態では、第1のポリエチレン画分102は、iCCDを介する溶出プロファイルにおいて、40℃~75℃の温度範囲内に少なくとも1つのピーク112を有し得る。1つ以上の実施形態では、第1のポリエチレン画分102は、iCCDを介する溶出プロファイルにおいて、40℃~60℃、40℃~50℃、40℃~70℃、40℃~65℃、50℃~75℃、50℃~70℃、50℃~65℃、60℃~75℃、60℃~70℃、又は任意の組み合わせの温度範囲内に少なくとも1つのピーク112を有し得る。
1つ以上の実施形態では、第1のポリエチレン画分の重量平均分子量(Mw)は、150,000g/モル以下、例えば、100,000g/モル~150,000g/モル、110,000g/モル~150,000g/モル、120,000g/モル~150,000g/モル、100,000g/モル~140,000g/モル、110,000g/モル~140,000g/モル、120,000g/モル~140,000g/モル、又はこれらの範囲の任意の組み合わせであり得る。ポリエチレン画分の分子量は、以下に記載されるように、iCCDの結果に基づいて計算され得る。
ポリエチレン組成物の低密度成分に対応し得るため、40℃~75℃の第1のポリエチレン画分の温度範囲が望ましい場合がある。実施形態では、低密度成分は、低いホットタック開始温度、ヒートシール開始温度、又はその両方を提供し得る。したがって、低密度成分を含み得る第1のポリエチレン画分102を増加させることによって、そのような樹脂のシーラント層を含む包装において、より低いシーリング温度で気密シールを形成することが可能になり得る。
1つ以上の実施形態では、第2のポリエチレン画分104は、85℃~110℃の溶出プロファイルにおける面積であり得る。追加の実施形態では、第2のポリエチレン画分104は、iCCDを介する溶出プロファイルにおいて、85℃~105℃、85℃~100℃、85℃~90℃、90℃~110℃、90℃~105℃、90℃~100℃、95℃~110℃、95℃~105℃、100℃~110℃、又は任意の組み合わせの温度範囲内の溶出プロファイルにおける面積であり得る。
1つ以上の実施形態によれば、第2のポリエチレン画分面積は、溶出プロファイルの総面積の15%~35%を構成し得る。例えば、第2のポリエチレン画分面積は、溶出プロファイルの総面積の20%~35%、25%~35%、15%~30%、20%~30%、20%~25%、15%~25%、15%~20%、20%~30%、20%~25%、25%~30%、又は任意の組み合わせを構成し得る。
1つ以上の実施形態では、第2のポリエチレン画分104は、iCCDを介する溶出プロファイルにおいて、85℃~110℃の温度範囲内に少なくとも1つのピーク114を有し得る。1つ以上の実施形態では、第2のポリエチレン画分104は、iCCDを介する溶出プロファイルにおいて、85℃~105℃、85℃~100℃、85℃~90℃、90℃~110℃、90℃~105℃、90℃~100℃、95℃~110℃、95℃~105℃、100℃~110℃、又は任意の組み合わせの温度範囲内に少なくとも1つのピーク114を有し得る。
1つ以上の実施形態では、第2のポリエチレン画分の重量平均分子量(Mw)は、190,000g/モル以下、例えば、95,000g/モル~190,000g/モル、100,000g/モル~190,000g/モル、105,000g/モル~190,000g/モル、110,000g/モル~190,000g/モル、95,000g/モル~180,000g/モル、100,000g/モル~180,000g/モル、105,000g/モル~180,000g/モル、110,000g/モル~180,000g/モル、95,000g/モル~150,000g/モル、100,000g/モル~150,000g/モル、105,000g/モル~150,000g/モル、110,000g/モル~150,000g/モル、又はこれらの範囲の任意の組み合わせであり得る。ポリエチレン画分の分子量は、以下に記載されるように、iCCDの結果に基づいて計算され得る。
高密度成分に対応し得るため、85℃~110℃の第2のポリエチレン画分の温度範囲が望ましい場合がある。実施形態では、高密度成分を増加させることは、ポリエチレン組成物の全体的密度を増加させ得る。したがって、第2のポリエチレン画分104を増加させることによって、高密度成分を増加させ、より高い全体的密度を有するポリエチレン組成物を提供し得る。加えて、第2のポリエチレン画分104を増加させることは、ポリエチレン組成物のブロッキング特性を改善し得る。理論に束縛されるものではないが、高密度画分においてより大きい結晶が形成され、粗い表面を提供すると考えられる。粗い表面は、接触面積を低減し、したがって、ポリエチレン組成物のブロッキング特性を改善し得る。
1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、iCCDを介する溶出プロファイルにおいて、75℃~85℃の温度範囲内で極小値を有し得る。この極小値は、第1のポリエチレン画分102のピーク112と、第2のポリエチレン画分104のピーク114との間に位置し得る。
1つ以上の実施形態では、第3のポリエチレン面積画分106は、iCCDを介する溶出プロフィルにおいて、75℃~85℃の面積であり得る。
1つ以上の実施形態によれば、第3のポリエチレン画分面積は、溶出プロファイルの総面積の25%未満(例えば、溶出プロファイルの総面積の23%未満、22%未満、又は20%未満)を構成し得る。例えば、第3のポリエチレン画分面積は、溶出プロファイルの総面積の5%~25%、8%~25%、10%~25%、12%~25%15%~25%、5%~23%、8%~23%、10%~23%、12%~23%15%~23%、又は任意の組み合わせを構成し得る。
1つ以上の実施形態では、第3のポリエチレン画分の重量平均分子量(Mw)は、140,000g/モル以下、例えば、80,000g/モル~140,000g/モル、85,000g/モル~140,000g/モル、90,000g/モル~140,000g/モル、95,000g/モル~140,000g/モル、100,000g/モル~140,000g/モル、85,000g/モル~130,000g/モル、90,000g/モル~130,000g/モル、95,000g/モル~130,000g/モル、100,000g/モル~130,000g/モル、85,000g/モル~125,000g/モル、90,000g/モル~125,000g/モル、95,000g/モル~125,000g/モル、100,000g/モル~125,000g/モル、又はこれらの範囲の任意の組み合わせであり得る。ポリエチレン画分の分子量は、以下に記載されるように、iCCDの結果に基づいて計算され得る。
様々な実施形態では、様々なポリエチレン画分中のポリエチレン組成物の重量平均分子量(Mw)の比が重要であり得る。1つ以上の実施形態では、第1のポリエチレン画分(40℃~75℃)中のMwの第3のポリエチレン画分(75℃~85℃)中のMwに対する比(すなわち、第3のポリエチレン画分のMwで割った第1のポリエチレン画分のMw)は、0.90~1.6である。例えば、第1のポリエチレン画分(40℃~75℃)中のMwの第3のポリエチレン画分(75℃~85℃)中のMwに対する比(すなわち、第3のポリエチレン画分のMwで割った第1のポリエチレン画分のMw)は、1.0~1.6、1.1~1.6、1.2~1.6、0.90~1.5、1.0~1.5、1.1~1.5、1.2~1.5、0.90~1.4、1.0~1.4、1.1~1.4、又はこれらの範囲の任意の組み合わせであり得る。
1つ以上の実施形態では、第3のポリエチレン画分(75℃~85℃)中のMwの第2のポリエチレン画分(85℃~110℃)中のMwに対する比(すなわち、第2のポリエチレン画分のMwで割った第3のポリエチレン画分のMw)は、0.50~1.5である。例えば、第3のポリエチレン画分(75℃~85℃)中のMwの第2のポリエチレン画分(85℃~110℃)中のMwに対する比(すなわち、第2のポリエチレン画分のMwで割った第3のポリエチレン画分のMw)は、0.50~1.4、0.50~1.3、0.50~1.2、0.50~1.1、0.50~1.0、0.50~0.90、0.60~1.4、0.60~1.3、0.60~1.2、0.60~1.1、0.60~1.0、0.60~0.90、0.70~1.4、0.70~1.3、0.70~1.2、0.70~1.1、0.70~1.0、0.70~0.90、又はこれらの範囲の任意の組み合わせであり得る。
1つ以上の実施形態では、ポリエチレン組成物は、エチレンとC3~C12アルケンなどのコモノマーとの重合から形成される。企図されるコモノマーとしては、1-オクテン及び1-ヘキセンなどの、C6~C9アルケンが挙げられる。1つ以上の実施形態では、コモノマーは1-オクテンである。
1つ以上の実施形態では、本開示のポリエチレン組成物は、1つ以上の添加剤などの追加の成分を更に含み得る。そのような添加剤としては、帯電防止剤、カラーエンハンサ、染料、潤滑剤、TiO2又はCaCO3などの充填剤、乳白剤、核剤、加工助剤、顔料、一次酸化防止剤、二次酸化防止剤、UV安定剤、ブロッキング防止剤、スリップ剤、粘着付与剤、難燃剤、抗菌剤、臭気低減剤、抗真菌剤、及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。ポリエチレン組成物は、そのような添加剤を含むポリエチレン組成物の重量に基づいて、そのような添加剤を総合重量で約0.1~約10重量パーセント含有し得る。
重合
本明細書に記載のポリエチレン組成物を生成するためには、任意の従来の重合プロセスを用いてもよい。そのような従来の重合プロセスとしては、1つ以上の従来の反応器、例えばループ反応器、等温反応器、撹拌槽反応器、パイプフロー反応器、プラグフロー反応器、並列、直列バッチ反応器、及び/又はこれらの任意の組み合わせを使用する、気相重合プロセス、スラリー重合プロセス、溶液重合プロセスが挙げられるが、これらに限定されない。ポリエチレン組成物は、例えば、1つ以上のループ反応器、等温反応器、及びこれらの組み合わせを使用する、溶液相重合プロセスを介して生成され得る。
本明細書に記載のポリエチレン組成物を生成するためには、任意の従来の重合プロセスを用いてもよい。そのような従来の重合プロセスとしては、1つ以上の従来の反応器、例えばループ反応器、等温反応器、撹拌槽反応器、パイプフロー反応器、プラグフロー反応器、並列、直列バッチ反応器、及び/又はこれらの任意の組み合わせを使用する、気相重合プロセス、スラリー重合プロセス、溶液重合プロセスが挙げられるが、これらに限定されない。ポリエチレン組成物は、例えば、1つ以上のループ反応器、等温反応器、及びこれらの組み合わせを使用する、溶液相重合プロセスを介して生成され得る。
一般に、溶液相重合プロセスは、115℃~250℃の範囲内の温度(例えば、115℃~210℃)、及び300psi~3,000psiの範囲内の圧力(例えば、400psi~800psi)で、1つ以上の等温ループ反応器又は1つ以上の断熱反応器などの、1つ以上の十分に混合される反応器内で行われ得る。いくつかの実施形態では、二重反応器において、第1の反応器内の温度は、115℃~190℃の範囲内(例えば、150℃~180℃)であり、第2の反応器内の温度は、150℃~250℃の範囲内(例えば、180℃~220℃)である。他の実施形態では、単一反応器において、反応器内の温度は、115~250℃の範囲内(例えば、115℃~225℃)である。
溶液相重合プロセスにおける滞留時間は、2分~30分の範囲内(例えば、5分~25分)であり得る。エチレン、溶媒、水素、1つ以上の触媒系、任意選択的に1つ以上の助触媒、及び任意選択的に1つ以上のコモノマーが、1つ以上の反応器に連続的に供給される。例示的な溶媒としては、イソパラフィンが挙げられるが、これに限定されない。例えば、そのような溶媒は、ExxonMobil Chemical Co.(テキサス州ヒューストン)からISOPAR Eの名称で市販されている。次いで、ポリエチレン組成物と溶媒との得られた混合物が、反応器から取り出され、ポリエチレン組成物が単離される。溶媒は、典型的には、溶媒回収ユニット、例えば熱交換器及び気液分離器ドラムを介して回収され、次いで、重合系に再循環される。
いくつかの実施形態では、ポリエチレン組成物は、二重反応器系、例えば、二重ループ反応器系において、エチレンが1つ以上の触媒系及び1つ以上のコモノマーの存在下で重合される溶液重合を介して生成され得る。加えて、1つ以上の助触媒が存在し得る。別の実施形態では、ポリエチレン組成物は、二重反応器系、例えば、単一ループ反応器、続いて断熱性連続撹拌槽型反応器(continuously stirred tank reactor、CSTR)において、エチレンが1つ以上の触媒系及び1つ以上のコモノマーの存在下で重合される溶液重合を介して生成され得る。別の実施形態では、ポリエチレン組成物は、単一反応器系、例えば、単一ループ反応器系において、エチレンが2つの触媒系及び1つ以上のモノマーの存在下で重合される溶液重合を介して生成され得る。
触媒系
本明細書に記載されるポリエチレン組成物を生成するために、1つ以上の実施形態で使用され得る触媒系の特定の実施形態が、ここに記載される。本開示の触媒系は、異なる形態で具現化されてよく、本開示に記載される特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、実施形態は、本開示が、徹底的かつ完全であり、主題の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。理論に束縛されるものではないが、触媒系は、iCCD分析法を介する溶出プロファイルにおいて40℃~75℃の温度範囲内の低密度成分(したがって、ポリエチレン組成物が、所望のホットタック開始温度、ヒートシール開始温度、又はその両方を達成することを可能にし得る)と、iCCD分析法を介する溶出プロファイルにおいて85℃~110℃の温度範囲内の高密度成分(したがって、ポリエチレン組成物が、所望のブロッキング特性を達成することを可能にし得る)との混合物を生成すると考えられる。
本明細書に記載されるポリエチレン組成物を生成するために、1つ以上の実施形態で使用され得る触媒系の特定の実施形態が、ここに記載される。本開示の触媒系は、異なる形態で具現化されてよく、本開示に記載される特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、実施形態は、本開示が、徹底的かつ完全であり、主題の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。理論に束縛されるものではないが、触媒系は、iCCD分析法を介する溶出プロファイルにおいて40℃~75℃の温度範囲内の低密度成分(したがって、ポリエチレン組成物が、所望のホットタック開始温度、ヒートシール開始温度、又はその両方を達成することを可能にし得る)と、iCCD分析法を介する溶出プロファイルにおいて85℃~110℃の温度範囲内の高密度成分(したがって、ポリエチレン組成物が、所望のブロッキング特性を達成することを可能にし得る)との混合物を生成すると考えられる。
「独立して選択される」という用語は、R1、R2、R3、R4、及びR5などのR基が、同一であっても異なってもよいこと(例えば、R1、R2、R3、R4、及びR5が、全て置換アルキルであるか、又はR1及びR2が、置換アルキルであり、R3が、アリールであってもよい、など)を示すために本明細書で使用される。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、ヘキサン溶媒は複数のヘキサンを含む)。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するものであり、排除するものではない。
「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変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、「助触媒」及び「活性化剤」という用語は、互換的な用語である。
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、「(Cx~Cy)」の形態を有する括弧付きの表現は、化学基の非置換形態が、x及びyを含むx個の炭素原子~y個の炭素原子を有することを意味する。例えば、(C1~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及び一般構造において、ある特定の化学基は、RSなどの1つ以上の置換基によって置換され得る。括弧付きの「(Cx~Cy)」を使用して定義される化学基のRS置換版は、任意の基RSがどのようなものであるかに応じて、y個を超える炭素原子を含有し得る。例えば、「RSがフェニル(-C6H5)である、正確に1つの基RSで置換された(C1~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「(Cx~Cy)」を使用して定義される化学基が、1個以上の炭素原子含有置換基RSによって置換される場合、化学基の炭素原子の最小及び最大総数は、xとyとの両方に、全ての炭素原子含有置換基RS由来の炭素原子の総数を加えることによって、決定される。
「置換」という用語は、対応する非置換化合物又は官能基の炭素原子又はヘテロ原子に結合した少なくとも1つの水素原子(-H)が、置換基(例えばRS)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、対応する非置換化合物又は官能基の炭素原子又はヘテロ原子に結合した全ての水素原子(H)が置換基(例えばRS)によって置き換えられることを意味する。「多置換」という用語は、対応する非置換化合物若しくは官能基の炭素原子又はヘテロ原子に結合した少なくとも2個の、ただし全部よりは少ない水素原子が、置換基によって置き換えられることを意味する。
「-H」という用語は、別の原子に共有結合した水素又は水素ラジカルを意味する。「水素」及び「-H」は、互換性があり、明記されていない限り同じものを意味する。
「(C1~C40)ヒドロカルビル」という用語は、1~40個の炭素原子の炭化水素ラジカルを意味し、「(C1~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、各炭化水素ラジカル及び各炭化水素ジラジカルは、芳香族又は非芳香族、飽和又は不飽和、直鎖又は分岐鎖、環式(単環式及び多環式、二環式を含む縮合及び非縮合多環式、3個以上の炭素原子)又は非環式であり、非置換であるか、若しくは1つ以上のRSによって置換されている。
本開示において、(C1~C40)ヒドロカルビルは、非置換若しくは置換(C1~C40)アルキル、(C3~C40)シクロアルキル、(C3~C20)シクロアルキル-(C1~C20)アルキレン、(C6~C40)アリール、又は(C6~C20)アリール-(C1~C20)アルキレンであり得る。いくつかの実施形態では、前述の(C1~C40)ヒドロカルビル基の各々は、最大20個の炭素原子を有し(すなわち、(C1~C20)ヒドロカルビル)、かつ他の実施形態では、最大12個の炭素原子を有する。
「(C1~C40)アルキル」及び「(C1~C18)アルキル」という用語は、それぞれ、非置換であるか、又は1つ以上のRSによって置換されている1~40個の炭素原子又は1~18個の炭素原子の飽和直鎖又は分岐鎖炭化水素ラジカルを意味する。非置換(C1~C40)アルキルの例は、非置換(C1~C20)アルキル、非置換(C1~C10)アルキル、非置換(C1~C5)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、及び1-デシルである。置換(C1~C40)アルキルの例は、置換(C1~C20)アルキル、置換(C1~C10)アルキル、トリフルオロメチル、及び[C45]アルキルである。「[C45]アルキル(角括弧付き)」という用語は、置換基を含めてラジカル中に最大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、(C1~C5)アルキルである1つのRSによって置換された、(C27~C40)アルキルである。各(C1~C5)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、又は1,1-ジメチルエチルであり得る。
「(C6~C40)アリール」という用語は、6~40個の炭素原子の非置換又は置換(1つ以上のRSによる)、単環式、二環式、又は三環式芳香族炭化水素ラジカルを意味し、そのうち少なくとも6~14個の炭素原子が芳香環炭素原子で、単環式、二環式、又は三環式ラジカルは、それぞれ1、2又は3個の環を含み、式中、単環は、芳香族であり、2個又は3個の環は、独立して縮合又は非縮合であり、2個又は3個の環のうちの少なくとも1つは、芳香族である。非置換(C6~C40)アリールの例は、非置換(C6~C20)アリール非置換(C6~C18)アリール、2-(C1~C5)アルキル-フェニル、2,4-ビス(C1~C5)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、及びフェナントレンが挙げられる。置換(C6~C40)アリールの例は、置換(C1~C20)アリール、置換(C6~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、及びフルオレン-9-オン-1-イルが挙げられる。
「(C3~C40)シクロアルキル」という用語は、非置換、又は1つ以上のRSで置換された、3~40個の炭素原子の飽和環式炭化水素ラジカルを意味する。他のシクロアルキル基(例えば、(Cx~Cy)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、又は1つ以上のRSによって置換されているかのいずれかとして、同様の様式で定義される。非置換(C3~C40)シクロアルキルの例は、非置換(C3~C20)シクロアルキル、非置換(C3~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、及びシクロデシルである。置換(C3~C40)シクロアルキルの例は、置換(C3~C20)シクロアルキル、置換(C3~C10)シクロアルキル、シクロペンタノン-2-イル、及び1-フルオロシクロヘキシルである。
(C1~C40)ヒドロカルビレンの例としては、非置換又は置換の(C6~C40)アリーレン、(C3~C40)シクロアルキレン、及び(C1~C40)アルキレン(例えば、(C1~C20)アルキレン)が挙げられる。いくつかの実施形態では、ジラジカルは、同一の炭素原子(例えば、-CH2-)であるか若しくは隣接する炭素原子上(すなわち、1,2-ジラジカル)にあるか、又は1個、2個、若しくは3個以上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1,3-ジラジカル、1,4-ジラジカルなど)。一部のジラジカルは、α,ω-ジラジカルを含む。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。(C2~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、-CH2CH2-)、プロパン-1,3-ジイル(すなわち、-CH2CH2CH2-)、2-メチルプロパン-1,3-ジイル(すなわち、-CH2CH(CH3)CH2-)が挙げられる。(C6~C50)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、又はナフタレン-3,7-ジイルが挙げられる。
「(C1~C40)アルキレン」という用語は、非置換、又は1つ以上のRSによって置換された、1~40個の炭素原子の飽和直鎖又は分岐鎖ジラジカル(すなわち、ラジカルは、環原子上にはない)を意味する。非置換(C1~C50)アルキレンの例は、非置換-CH2CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-(CH2)5-、-(CH2)6-、-(CH2)7-、-(CH2)8-、-CH2C*HCH3、及び-(CH2)4C*(H)(CH3)を含む、非置換(C1~C20)アルキレンであり、式中、「C*」は、水素原子が除去されて、二級又は三級アルキルラジカルを形成している炭素原子を示す。置換(C1~C50)アルキレンの例は、置換(C1~C20)アルキレン、-CF2-、-C(O)-、及び-(CH2)14C(CH3)2(CH2)5-(すなわち、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RSは、一緒になって、(C1~C18)アルキレンを形成し得るため、置換(C1~C50)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、及び2,3-ビス(メチレン)ビシクロ[2.2.2]オクタンも挙げられる。
「(C3~C40)シクロアルキレン」という用語は、非置換、又は1つ以上のRSによって置換された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)を意味する。
「ヘテロ原子」という用語は、水素又は炭素以外の原子を指す。ヘテロ原子の例としては、O、S、S(O)、S(O)2、Si(RC)2、P(RP)、N(RN)、-N=C(RC)2、-Ge(RC)2-、又は-Si(RC)-が挙げられ、各RC、各RN、及び各RPは、非置換(C1~C18)ヒドロカルビル又は-Hである。「ヘテロ炭化水素」という用語は、1つ以上の炭素原子がヘテロ原子で置換されている分子又は分子フレームワークを指す。「(C1~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、「(C1~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、各ヘテロ炭化水素は、1個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、炭素原子又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個又は2個の炭素原子、(2)1個又は2個のヘテロ原子、又は(3)1つの炭素原子及び1つのヘテロ原子上に存在し得る。各(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル及び(C1~C50)ヘテロヒドロカルビレンは、非置換又は(1つ以上のRSによって)置換、芳香族又は非芳香族、飽和又は不飽和、直鎖又は分岐鎖、環式(単環式及び多環式、縮合及び非縮合多環式を含む)又は非環式であり得る。
(C1~C40)ヘテロヒドロカルビルは、非置換又は置換(C1~C40)ヘテロアルキル、(C1~C40)ヒドロカルビル-O-、(C1~C40)ヒドロカルビル-S-、(C1~C40)ヒドロカルビル-S(O)-、(C1~C40)ヒドロカルビル-S(O)2-、(C1~C40)ヒドロカルビル-Si(RC)2-、(C1~C40)ヒドロカルビル-N(RN)-、(C1~C40)ヒドロカルビル-P(RP)-、(C2~C40)ヘテロシクロアルキル、(C2~C19)ヘテロシクロアルキル-(C1~C20)アルキレン、(C3~C20)シクロアルキル-(C1~C19)ヘテロアルキレン、(C2~C19)ヘテロシクロアルキル-(C1~C20)ヘテロアルキレン、(C1~C40)ヘテロアリール、(C1~C19)ヘテロアリール-(C1~C20)アルキレン、(C6~C20)アリール-(C1~C19)ヘテロアルキレン、又は(C1~C19)ヘテロアリール-(C1~C20)ヘテロアルキレンであり得る。
「(C3~C40)ヘテロアリール」という用語は、4~40個の総炭素原子及び1~10個のヘテロ原子の非置換又は置換(1つ以上のRSによる)、単環式、二環式、又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、又は三環式ラジカルは、それぞれ、1、2、又は3個の環を含み、2又は3個の環は、独立して、縮合又は非縮合であり、2又は3個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、(C4~C12)ヘテロアリールなどの(Cx~Cy)ヘテロアリール全般)は、x~y個の炭素原子(4~12個の炭素原子など)を有し、かつ非置換であるか、又は1個若しくは2個以上のRSで置換されているものとして、同様の様式で定義される。単環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、5員環又は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、ヘテロ原子の数であり、1、2、又は3であってよく、各ヘテロ原子は、O、S、N、又は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、イソオキサゾール-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、及びテトラゾール-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、ヘテロ原子の数であり、1又は2であってよく、ヘテロ原子は、N又は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、及びピラジン-2-イルが挙げられる。二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、縮合5,6-又は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は、インドール-1-イル、及びベンズイミダゾール-1-イルである。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は、キノリン-2-イル、及びイソキノリン-1-イルである。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-、又は6,6,6-環系であり得る。縮合5,6,5-環系の例は、1,7-ジヒドロピロロ[3,2-f]インドール-1-イルである。縮合5,6,6-環系の例は、1H-ベンゾ[f]インドール-1-イルである。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6,5,6-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、(C1~C50)の炭素原子、又はより少ない炭素原子及び1個以上のヘテロ原子を含有する飽和直鎖又は分岐鎖ラジカルであり得る。同様に、ヘテロアルキレンは、1~50個の炭素原子及び1つ又は2つ以上のヘテロ原子を含有する飽和直鎖又は分岐鎖ジラジカルであってもよい。上に定義されたようなヘテロ原子は、Si(RC)3、Ge(RC)3、Si(RC)2、Ge(RC)2、P(RP)2、P(RP)、N(RN)2、N(RN)、N、O、ORC、S、SRC、S(O)、及びS(O)2を含んでもよく、ヘテロアルキル基及びヘテロアルキレン基の各々は、非置換であるか、又は1つ以上のRSによって置換される。
非置換(C2~C40)ヘテロシクロアルキルの例は、非置換(C2~C20)ヘテロシクロアルキル、非置換(C2~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、及び2-アザ-シクロデシルである。
「ハロゲン原子」又は「ハロゲン」という用語は、フッ素原子(F)、塩素原子(Cl)、臭素原子(Br)、又はヨウ素原子(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-)、又はヨウ化物(I-)といったハロゲン原子のアニオン形態を意味する。
「飽和」という用語は、炭素-炭素二重結合、炭素-炭素三重結合、並びに(ヘテロ原子含有基における)炭素-窒素、炭素-リン、及び炭素-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RSによって置換されている場合、1つ以上の二重及び/又は三重結合は、任意選択的に、置換基RS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、並びに(ヘテロ原子含有基における)炭素-窒素、炭素-リン、及び炭素-ケイ素二重結合を含有すること、ただし、存在するとしたら置換基RS中に存在し得るか、又は存在する場合、(ヘテロ)芳香族環中に存在し得るような任意の二重結合は含まないことを意味する。
いくつかの実施形態によれば、ポリエチレン組成物を生成するための触媒系は、下式(I)による金属-配位子錯体を含む。
式(I)において、Mは、チタン、ジルコニウム、又はハフニウムから選択される金属であり、金属は、+2、+3、又は+4の形式酸化状態にあり、nは、0、1、又は2であり、nが1である場合、Xは、単座配位子又は二座配位子であり、nが2である場合、各Xは単座配位子であり、同じであるか又は異なっており、金属-配位子錯体が、全体的に電荷中性であり、各Zは、独立して、-O-、-S-、-N(RN)-、又は-P(RP)-から選択され、Lは、(C1~C40)ヒドロカルビレン又は(C1~C40)ヘテロヒドロカルビレンであり、(C1~C40)ヒドロカルビレンは、式(I)中の2つのZ基を連結する1個の炭素原子~10個の炭素原子のリンカー骨格を含む部分(これにLが結合している)を有するか、又は(C1~C40)ヘテロヒドロカルビレンは、式(I)中の2つのZ基を連結する1個の原子~10個の原子のリンカー骨格を含む部分を有し、(C1~C40)ヘテロヒドロカルビレンの1個の原子~10個の原子のリンカー骨格の1~10個の原子の各々は、独立して、炭素原子又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)2、Si(RC)2、Ge(RC)2、P(RC)、又はN(RC)であり、独立して、各RCは、(C1~C30)ヒドロカルビル又は(C1~C30)ヘテロヒドロカルビルであり、R1及びR8は、独立して、-H、(C1~C40)ヒドロカルビル、(C1~C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(RN)-、(RN)2NC(O)-、ハロゲン、及び式(II)、式(III)、又は式(IV)を有するラジカルからなる群から選択される。
[化2]
(II) (III) (IV)
(II) (III) (IV)
式(II)、(III)、及び(IV)において、R31~35、R41~48、又はR51~59の各々は、独立して、(C1~C40)ヒドロカルビル、(C1~C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、N=CHRC、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(RN)-、(RN)2NC(O)-、ハロゲン、又は-Hから選択され、ただし、R1又はR8のうちの少なくとも一方が、式(II)、式(III)、又は式(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、及びR9~16の各々は、独立して、(C1~C40)ヒドロカルビル、(C1~C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-N=CHRC、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(RN)-、(RC)2NC(O)-、ハロゲン、及び-Hから選択される。
二重ループ反応器が使用される1つの例示的な実施形態では、第1のループで使用されるプロ触媒は、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-κO)]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’’-テルフェニル]-2’-オラト-κO]](2-)]ジメチル-であり、化学式C86H128F2GeO4Zr及び以下の構造(V)を有する:
いくつかの実施形態では、ポリエチレン組成物は、第1の反応器内で式(I)による第1の触媒、及び第2の反応器内でチーグラー・ナッタ触媒を使用して形成される。
ポリエチレン組成物の実施形態を作製するための第2の反応器における使用に好適なチーグラー・ナッタ触媒は、典型的な担持型チーグラー型触媒であり、これらは溶液プロセスの高い重合温度において特に有用である。そのような組成物の例は、有機マグネシウム化合物、ハロゲン化アルキル若しくはハロゲン化アルミニウム、又は塩化水素、及び遷移金属化合物に由来するものである。そのような触媒の例は、米国特許第4,612,300号、同第4,314,912号、及び同第4,547,475号に記載されており、これらの教示は、参照により本明細書に組み込まれている。
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及びマグネシウムジアリールなどの炭化水素可溶性ジヒドロカルビルマグネシウムが挙げられる。例示的な好適なマグネシウムジアルキルとしては、特に、n-ブチル-sec-ブチルマグネシウム、ジイソプロピルマグネシウム、ジ-n-ヘキシルマグネシウム、イソプロピル-n-ブチル-マグネシウム、エチル-n-ヘキシル-マグネシウム、エチル-n-ブチルマグネシウム、ジ-n-オクチルマグネシウムなどが挙げられ、アルキルが1~20個の炭素原子を有する。例示的な好適なマグネシウムジアリールとしては、ジフェニルマグネシウム、ジベンジルマグネシウム、及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、アルキル及びアリールマグネシウムアルコキシド及びアリールオキシド、並びにアリール及びアルキルマグネシウムハロゲン化物が挙げられ、ハロゲンを含まない有機マグネシウム化合物がより望ましい。
ハロゲン化物源としては、活性非金属ハロゲン化物、金属ハロゲン化物、及び塩化水素が挙げられる。好適な非金属ハロゲン化物は、式R’Xによって表され、式中、R’は、水素又は活性一価有機ラジカルであり、Xは、ハロゲンである。特に好適な非金属ハロゲン化物としては、例えば、水素ハロゲン化物及び活性有機ハロゲン化物、例えば、t-アルキルハロゲン化物、アリルハロゲン化物、ベンジルハロゲン化物、及び他の活性ヒドロカルビルハロゲン化物などが挙げられる。活性有機ハロゲン化物とは、少なくとも塩化sec-ブチルのハロゲンと同じくらい活性である、すなわち別の化合物に容易に失われる、好ましくは塩化t-ブチルと同じくらい活性な不安定なハロゲンを含有するヒドロカルビルハロゲン化物を意味する。有機一ハロゲン化物に加えて、上に定義されるように活性である有機二ハロゲン化物、有機三ハロゲン化物、及び他の多ハロゲン化物もまた好適に用いられることが理解される。好ましい活性非金属ハロゲン化物の例としては、塩化水素、臭化水素、塩化t-ブチル、臭化t-アミル、塩化アリル、塩化ベンジル、塩化クロチル、塩化メチルビニルカルビニル、臭化a-フェニルエチル、塩化ジフェニルメチルなどが挙げられる。最も好ましいのは、塩化水素、塩化t-ブチル、塩化アリル、及び塩化ベンジルである。
好適な金属ハロゲン化物としては、式MRy-a Xaによって表されるものが挙げられ、式中、Mは、メンデレーエフの元素周期表のIIB族、IIIA族、又はIVA族の金属であり、Rは、一価の有機基であり、Xは、ハロゲンであり、yは、Mの原子価に対応する値を有し、「a」は、1~yの値を有する。好ましい金属ハロゲン化物は、式AlR3-aXaのアルミニウムハロゲン化物であり、式中、各Rは、独立して、アルキルなどのヒドロカルビルであり、Xは、ハロゲンであり、aは、1~3の数である。最も好ましいのは、セスキ塩化エチルアルミニウム、塩化ジエチルアルミニウム、二塩化エチルアルミニウム、及び臭化ジエチルアルミニウムなどのハロゲン化アルキルアルミニウムであり、二塩化エチルアルミニウムが特に好ましい。代替的に、金属ハロゲン化物、例えば、三塩化アルミニウム、又は三塩化アルミニウムとハロゲン化アルキルアルミニウムとの組み合わせ、又はトリアルキルアルミニウム化合物が、好適に用いられ得る。
担持型触媒成分を調製する際の遷移金属成分として、従来のチーグラー・ナッタ遷移金属化合物のいずれも有用に用いることができる。典型的には、遷移金属成分は、IVB族、VB族、又はVIB族金属の化合物である。遷移金属成分は、一般に、式:TrX’4-q(OR1)q、TrX’4-q、及び(R2)qによって表される。
Trは、IVB族、VB族、又はVIB族の金属、好ましくはIVB族又はVB族の金属、好ましくはチタン、バナジウム、又はジルコニウムであり、qは、0又は4以下の数であり、X’はハロゲンであり、R1は1~20個の炭素原子を有するアルキル基、アリール基、又はシクロアルキル基であり、R2はアルキル基、アリール基、アリールアルキル基、置換アラルキルなどである。
アリール、アラルキル、及び置換アラルキルは、1~20個の炭素原子、好ましくは1~10個の炭素原子を含有する。遷移金属化合物が、アルキル、シクロアルキル、アリール、又はアラルキル基であるヒドロカルビル基R2を含有する場合、ヒドロカルビル基は、金属炭素結合に対してベータ位にH原子を含有しないことが好ましい。アラルキル基の例示的であるが非限定的な例は、メチル、ネオペンチル、2,2-ジメチルブチル、2,2-ジメチルヘキシル;アリール基、例えば、フェニル;シクロアルキル基、例えば、1-ノルボルニルである。必要に応じて、これらの遷移金属化合物の混合物を用いることができる。
遷移金属化合物の例示的な例としては、TiCl4、TiBr4、Ti(OC2H5)3Cl、Ti(OC2H5)Cl3、Ti(OC4H9)3Cl、Ti(OC3H7)2Cl2、Ti(OC6H13)2Cl2、Ti(OC8H17)2Br2、及びTi(OC12H25)Cl3、Ti(O-iC3H7)4、及びTi(O-nC4H9)4が挙げられる。バナジウム化合物の例示的な例としては、VCl4、VOCl3、VO(OC2H5)3、及びVO(OC4H9)3が挙げられる。ジルコニウム化合物の例示的な例としては、ZrCl4、ZrCl3(OC2H5)、ZrCl2(OC2H5)2、ZrCl(OC2H5)3、Zr(OC2H5)4、ZrCl3(OC4H9)、ZrCl2(OC4H9)2、及びZrCl(OC4H9)3が挙げられる。
無機酸化物担体は、触媒の調製に使用されてもよく、担体は、吸着水分を実質的に含まないように熱的又は化学的に脱水された任意の粒状酸化物又は混合酸化物であり得る。米国特許第4,612,300号、同第4,314,912号、及び同第4,547,475号を参照されたく、これらの教示は、参照により本明細書に組み込まれている。
共触媒成分
式(I)の金属-配位子錯体を含む触媒系は、オレフィン重合反応の金属系触媒を活性化するための当該技術分野で既知の任意の技術によって触媒的に活性化され得る。例えば、式(I)の金属-配位子錯体を含む系は、錯体を活性化助触媒と接触させるか、又は錯体を活性化助触媒と組み合わせることによって、触媒的に活性化され得る。本明細書で使用するのに好適な活性化助触媒としては、アルキルアルミニウム、ポリマー又はオリゴマーアルモキサン(アルミノキサンとしても知られている)、中性ルイス酸、及び非ポリマー、非配位性、イオン形成化合物(酸化条件下でのそのような化合物の使用を含む)が挙げられる。好適な活性化技法は、バルク電気分解である。前述の活性化助触媒及び技法のうちの1つ以上の組み合わせもまた企図される。「アルキルアルミニウム」という用語は、モノアルキルアルミニウムジヒドリド若しくはモノアルキルアルミニウムジハライド、ジアルキルアルミニウムヒドリド若しくはジアルキルアルミニウムハライド、又はトリアルキルアルミニウムを意味する。ポリマー又はオリゴマーの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変性メチルアルモキサン、及びイソブチルアルモキサンが挙げられる。
式(I)の金属-配位子錯体を含む触媒系は、オレフィン重合反応の金属系触媒を活性化するための当該技術分野で既知の任意の技術によって触媒的に活性化され得る。例えば、式(I)の金属-配位子錯体を含む系は、錯体を活性化助触媒と接触させるか、又は錯体を活性化助触媒と組み合わせることによって、触媒的に活性化され得る。本明細書で使用するのに好適な活性化助触媒としては、アルキルアルミニウム、ポリマー又はオリゴマーアルモキサン(アルミノキサンとしても知られている)、中性ルイス酸、及び非ポリマー、非配位性、イオン形成化合物(酸化条件下でのそのような化合物の使用を含む)が挙げられる。好適な活性化技法は、バルク電気分解である。前述の活性化助触媒及び技法のうちの1つ以上の組み合わせもまた企図される。「アルキルアルミニウム」という用語は、モノアルキルアルミニウムジヒドリド若しくはモノアルキルアルミニウムジハライド、ジアルキルアルミニウムヒドリド若しくはジアルキルアルミニウムハライド、又はトリアルキルアルミニウムを意味する。ポリマー又はオリゴマーの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変性メチルアルモキサン、及びイソブチルアルモキサンが挙げられる。
ルイス酸活性化剤(助触媒)としては、本明細書に記載されるような、1~3個の(C1~C20)ヒドロカルビル置換基を含有する13族金属化合物が挙げられる。一実施形態では、13族金属化合物は、トリ((C1~C20)ヒドロカルビル)-置換-アルミニウム又はトリ((C1~C20)ヒドロカルビル)-ホウ素化合物である。他の実施形態では、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((C1~C20)ヒドロカルビル)-ホウ素化合物、トリ((C1~C10)アルキル)アルミニウム、トリ((C6~C18)アリール)ホウ素化合物、及びこれらのハロゲン化(過ハロゲン化を含む)誘導体である。更なる実施形態では、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、活性化助触媒は、トリス((C1~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)又はトリ((C1~C20)ヒドロカルビル)アンモニウムテトラ((C1~C20)ヒドロカルビル)ボレート(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)ボレート)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、((C1~C20)ヒドロカルビル)4N+((C1~C20)ヒドロカルビル)3N(H)+、((C1~C20)ヒドロカルビル)2N(H)2
+、(C1~C20)ヒドロカルビルN(H)3
+、又はN(H)4
+である窒素カチオンを意味し、各(C1~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。
中性ルイス酸活性化材(助触媒)の組み合わせとしては、トリ((C1~C4)アルキル)アルミニウムと、ハロゲン化トリ((C6~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、ポリマー又はオリゴマーのアルモキサンとの組み合わせ、及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、ポリマー又はオリゴマーのアルモキサンとの組み合わせである。
式(I)の金属-配位子錯体を含む触媒系を活性化して、1つ以上の助触媒、例えば、カチオン形成性助触媒、強ルイス酸、又はこれらの組み合わせを組み合わせることによって、活性触媒組成物を形成し得る。好適な活性化助触媒としては、ポリマー又はオリゴマーのアルミノキサン、特にメチルアルミノキサン、並びに不活性、相溶性、非配位性、イオン形成性の化合物が挙げられる。好適な助触媒の例としては、変性メチルアルミノキサン(modified methyl aluminoxane、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、及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。
いくつかの実施形態では、前述の活性化助触媒のうちの1つ以上は、互いに組み合わせて使用される。特に好ましい組み合わせは、トリ((C1~C4)ヒドロカルビル)アルミニウム、トリ((C1~C4)ヒドロカルビル)ボラン、又はホウ酸アンモニウムと、オリゴマー又はポリマーのアルモキサン化合物との混合物である。式(I)の1つ以上の金属-配位子錯体の総モル数対活性化助触媒のうちの1つ以上の総モル数の比は、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、いくつかの他の実施形態では、少なくとも1:1000及び10:1以下であり、いくつかの他の実施形態では、1:1以下である。アルモキサンが単独で活性化助触媒として使用される場合、好ましくは、用いられるアルミニウムのモル数は、式(I)の金属-配位子錯体のモル数の少なくとも10倍である。例えば、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランが単独で活性化助触媒として使用され得る場合、いくつかの他の実施形態では、1つ以上の式(I)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)ボランのモル数は、0.5:1~10:1、1:1~6:1、又は1:1~5:1である。残りの活性化助触媒は、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。
フィルム
いくつかの実施形態では、本開示の実施形態は、本明細書に記載される本開示のポリエチレン組成物のうちのいずれかから形成されるフィルムに関する。いくつかの実施形態では、フィルムは、インフレーションフィルム又はキャストフィルムであり得る。実施形態では、フィルムは、押出コーティングされたフィルムであり得る。いくつかの実施形態では、フィルムは、単層フィルムであり得る。いくつかの実施形態では、フィルムは、多層フィルムであり得る。本開示のポリエチレン組成物を含む多層フィルムのいくつかの実施形態では、多層フィルムは、表面層及び/また内層に本開示のポリエチレン系組成物を含み得る。実施形態では、本開示のポリエチレン組成物は、多層フィルム中にシーラント層を提供するために使用されてもよい。例えば、本開示のポリエチレン組成物は、インフレーションフィルム又はキャストフィルムプロセスによる共押出成形によって形成された多層フィルムの外層中にあってもよい。シーラント層は、ヒートシール可能な表面を提供してもよい。本明細書で使用される場合、ヒートシール可能な表面は、フィルムの表面が、同じフィルムの別の表面又は別のフィルム若しくは基材の表面にヒートシールされることを可能にし得る表面である。
いくつかの実施形態では、本開示の実施形態は、本明細書に記載される本開示のポリエチレン組成物のうちのいずれかから形成されるフィルムに関する。いくつかの実施形態では、フィルムは、インフレーションフィルム又はキャストフィルムであり得る。実施形態では、フィルムは、押出コーティングされたフィルムであり得る。いくつかの実施形態では、フィルムは、単層フィルムであり得る。いくつかの実施形態では、フィルムは、多層フィルムであり得る。本開示のポリエチレン組成物を含む多層フィルムのいくつかの実施形態では、多層フィルムは、表面層及び/また内層に本開示のポリエチレン系組成物を含み得る。実施形態では、本開示のポリエチレン組成物は、多層フィルム中にシーラント層を提供するために使用されてもよい。例えば、本開示のポリエチレン組成物は、インフレーションフィルム又はキャストフィルムプロセスによる共押出成形によって形成された多層フィルムの外層中にあってもよい。シーラント層は、ヒートシール可能な表面を提供してもよい。本明細書で使用される場合、ヒートシール可能な表面は、フィルムの表面が、同じフィルムの別の表面又は別のフィルム若しくは基材の表面にヒートシールされることを可能にし得る表面である。
1つ以上の実施形態では、本開示のポリエチレン組成物は、他のポリマー、例えば、他のポリエチレン、又は更に他の非ポリエチレン系ポリマーとブレンドされ得る。例えば、本開示のポリエチレン組成物は、当業者に既知のLDPE、LLDPE、HDPE、MDPE、及び/又はポリエチレン系プラストマーなどであるが、これらに限定されない従来のポリエチレン組成物とブレンドされ得る。
本実施形態のフィルムに使用するポリエチレン組成物の量は、例えば、フィルムが単層フィルムであるか多層フィルムであるか、多層フィルムである場合はフィルム中の他の層、フィルムの最終用途などを含むいくつかの要因に依存し得る。
本発明のフィルムは、様々な厚さを有し得る。フィルムの厚さは、例えば、フィルムが単層フィルムであるか多層フィルムであるか、多層フィルムである場合はフィルムの他の層、フィルムの所望の特性、フィルムの最終用途、フィルムを製造するために利用可能な機器などを含むいくつかの要因に依存し得る。いくつかの実施形態において、本開示のフィルムは、最大10ミルの厚さを有する。例えば、フィルムは、0.25ミル、0.5ミル、0.7ミル、1.0ミル、1.75ミル、又は2.0ミルの下限から4.0ミル、6.0ミル、8.0ミル、又は10ミルの上限までの厚さを有し得る。実施形態において、フィルムは、0.25ミル~2.0ミル、0.25ミル~1.75ミル、0.25ミル~1.0ミル、0.25ミル~0.7ミル、0.25ミル~0.5ミル、0.5ミル~2.0ミル、0.5ミル~1.75ミル、0.5ミル~1.0ミル、0.5ミル~0.7ミル、0.7ミル~2.0ミル、0.7ミル~1.75ミル、0.7ミル~1.0ミル、1.0ミル~2.0ミル、1.0ミル~1.75ミル、1.75ミル~2.0ミル、又は任意の組み合わせの厚さを有し得る。
フィルムが多層フィルムを含む実施形態では、フィルムの層の数は、例えば、フィルムの所望の特性、フィルムの所望の厚さ、フィルムの他の層の含量、フィルムの最終用途、フィルムの製造に利用可能な機器などを含むいくつかの要因に依存し得る。多層インフレーションフィルムは、種々の実施形態において、最大2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11の層を含み得る。
ポリエチレン組成物は、いくつかの実施形態では、フィルムの2つ以上の層で使用され得る。本開示の多層フィルム内の他の層は、様々な実施形態では、以下の、本開示のポリエチレン組成物、LLDPE、VLDPE(極低密度ポリエチレン)、MDPE、LDPE、HDPE、HMWHDPE(高分子量HDPE)、プロピレン系ポリマー、ポリオレフィンプラストマー(polyolefin plastomer、POP)、ポリオレフィンエラストマー(polyolefin elastomer、POE)、オレフィンブロックコポリマー(olefin block copolymer、OBC)、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸、エチレンメタクリル酸、エチレンメチルアクリレート、エチレンエチルアクリレート、エチレンブチルアクリレート、イソブチレン、無水マレイン酸グラフトポリオレフィン、前述のうちの任意のもののイオノマー、又はこれらの組み合わせから選択されるポリマーを含み得る。いくつかの実施形態において、本開示の多層フィルムは、当業者に既知の1つ以上の結合層を含み得る。
本明細書に記載されるポリオレフィンフィルムの追加の実施形態では、他の層は、例えば、結合層により(場合によってはバリア層に加えて)ポリエチレンフィルムに接着され得る。結合層は、異なる材料の層を接着するために使用されてもよい。例えば、エチレンビニルアルコール(ethylene vinyl alcohol、EVOH)を含むバリア層は、結合層(すなわち、無水マレイン酸グラフト化ポリエチレンを含む結合層)によって、ポリエチレン材料に接着されてもよい。例えば、ポリオレフィンフィルムは、例えば、他のバリア層、構造的層又は強度層、シーラント層、他の結合層、他のポリエチレン層、ポリプロピレン層などを含む用途に応じて、多層構造に典型的に含まれる他の層を更に含み得る。追加の実施形態では、様々な色で製品の詳細及び他の包装情報を示すために、フィルムに適用されるインク層であり得る印刷層が含まれ得る。
前述の層のいずれも、例えば、酸化防止剤、紫外線安定剤、熱安定剤、スリップ剤、ブロッキング防止剤、顔料又は着色剤、加工助剤、架橋触媒、難燃剤、充填剤、及び発泡剤などの、当業者に既知であるような1種以上の添加剤を更に含み得ることを理解されたい。いくつかの実施形態において、ポリエチレン組成物は、最大5重量パーセントのそのような追加の添加剤を含む。0~5重量%の全ての個々の値及び部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、ポリマーブレンド中の添加剤の総量は、0、0.5、1、1.5、2、又は2.5重量%の下限~1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、又は5重量%の上限であり得る。実施形態では、ポリマーブレンド中の添加剤の総量は、0重量%~5重量%、0重量%~4.5重量%、0重量%~4重量%、0重量%~3.5重量%、0重量%~3重量%、0重量%~2.5重量%、0重量%~2重量%、0重量%~1.5重量%、0重量%~1重量%、0重量%~0.5重量%、0.5重量%~5重量%、0.5重量%~4.5重量%、0.5重量%~4重量%、0.5重量%~3.5重量%、0.5重量%~3重量%、0.5重量%~2.5重量%、0.5重量%~2重量%、0.5重量%~1.5重量%、0.5重量%~1重量%、1重量%~5重量%、1重量%~4.5重量%、1重量%~4重量%、1重量%~3.5重量%、1重量%~3重量%、1重量%~2.5重量%、1重量%~2重量%、1重量%~1.5重量%、1.5重量%~5重量%、1.5重量%~4.5重量%、1.5重量%~4重量%、1.5重量%~3.5重量%、1.5重量%~3重量%、1.5重量%~2.5重量%、1.5重量%~2重量%、2重量%~5重量%、2重量%~4.5重量%、2重量%~4重量%、2重量%~3.5重量%、2重量%~3重量%、2重量%~2.5重量%、2.5重量%~5重量%、2.5重量%~4.5重量%、2.5重量%~4重量%、2.5重量%~3.5重量%、2.5重量%~3重量%、3重量%~5重量%、3重量%~4.5重量%、3重量%~4重量%、3重量%~3.5重量%、3.5重量%~5重量%、3.5重量%~4.5重量%、3.5重量%~4重量%、4重量%~5重量%、4重量%~4.5重量%、若しくは4.5重量%~5重量%、又はこれらの範囲の任意の組み合わせであり得る。
ポリエチレン組成物であることによって、本開示のポリエチレン組成物は、いくつかの実施形態によれば、より容易にリサイクル可能であるフィルム及び物品を提供するために、実質的又は完全ではないにしても、主にポリオレフィン、又はより好ましくはポリエチレンから構成される多層フィルム及び物品に組み込まれ得る。本開示のポリエチレン組成物は、フィルムが主にポリエチレンから形成されるフィルムを提供するのに特に有利である。例えば、フィルムが主にポリエチレンを含む単層又は多層フィルムは、そのようなポリマーの使用が提供し得る他の利点に加えて、改善されたリサイクル可能性プロファイルを有し得る。いくつかの実施形態では、フィルムは、フィルムの総重量に基づいて、90重量パーセント以上のポリエチレンを含む。他の実施形態では、フィルムは、フィルムの総重量に基づいて、91重量%以上、92重量%以上、93重量%以上、94重量%以上、95重量%以上、96重量%以上、97重量%以上、98重量%以上、又は99重量%以上のポリエチレンを含む。
いくつかの実施形態では、本開示のポリエチレ系組成物から形成された層を含むフィルムは、別のフィルム基材に積層され得る。基材は、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び組み合わせを含むフィルムを含んでもよい。好ましいリサイクル可能性基材について、二軸配向ポリエチレン(biaxially oriented polyethylene、BOPE)基材、機械方向配向ポリエチレン(machine direction oriented polyethylene、MDO)基材、又は共押出ポリエチレンフィルムが、積層体構造に含まれ得る。
本開示のフィルムは、いくつかの実施形態では、当業者に既知の技法を使用して、コロナ処理及び/又は印刷(例えば、裏面印刷又は表面印刷)され得る。
いくつかの実施形態では、本開示のフィルムは、当業者に既知の技法を使用して、一軸方向(例えば、機械方向)又は二軸方向に配向され得る。
実施形態では、本開示のポリエチレン組成物を含むフィルムは、以下に記載される方法に従って測定される場合、40mN/インチ未満又は35mN/インチ未満のブロッキング力を有し得る。同様の方法を利用して、単層及び他の多層フィルムのブロッキング力を観察し得る。単層及び他の多層フィルムの実施形態では、本明細書に記載されるポリエチレン組成物を利用しない比較フィルムに匹敵するか、又はそれよりも低いブロッキング力を有し得る。
物品
本開示の実施形態はまた、本開示のポリエチレン組成物から形成された、又はそれを組み込んだ(すなわち、本開示のポリエチレン組成物を組み込んだフィルムを介した)包装材などの物品に関する。そのような包装材は、本明細書で記載される、本開示のポリエチレン系組成物のうちの任意のものから(すなわち、本開示のポリエチレン系組成物を組み込んだフィルムを介して)形成され得る。本開示のポリエチレン組成物のうちのいずれかから形成されたそのような包装材は、ヒートシール方法などの当該技術分野で既知である様々なシール方法によってシール可能であり得る。
本開示の実施形態はまた、本開示のポリエチレン組成物から形成された、又はそれを組み込んだ(すなわち、本開示のポリエチレン組成物を組み込んだフィルムを介した)包装材などの物品に関する。そのような包装材は、本明細書で記載される、本開示のポリエチレン系組成物のうちの任意のものから(すなわち、本開示のポリエチレン系組成物を組み込んだフィルムを介して)形成され得る。本開示のポリエチレン組成物のうちのいずれかから形成されたそのような包装材は、ヒートシール方法などの当該技術分野で既知である様々なシール方法によってシール可能であり得る。
このような物品の例としては、可撓性パッケージ、パウチ、自立型パウチ、及び既製パッケージ又は既製パウチが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、本開示の多層フィルム又は積層体は、食品包装材に使用され得る。このような包装材に含まれ得る食品の例としては、肉、チーズ、シリアル、ナッツ、スナック、ジュース、ソース、及びその他のものが挙げられる。このような包装材は、本明細書の教示に基づいて、かつ包装材の特定の用途(例えば、食品の種類、食品の量など)に基づいて、当業者に既知の技法を使用して形成され得る。
本発明のポリエチレン組成物によって提供されるものなどの低ヒートシール開始温度は、作製されるときに、包装される物品が包装材に充填される自動包装システムにとって特に望ましい場合がある。より低いヒートシール開始温度は、シーラントを加熱及び冷却するために必要な時間及びエネルギーを最小限にすることによって、包装生産性を高めるのに有利であり得る。外側ポリエチレン層の温度よりも著しく低い温度でシールする内側シーラント層を有するリサイクル可能なポリエチレン包装の場合、ヒートシールされた包装材を作製するためにより広い温度範囲を可能にし得、これは、多くの場合、包装ヒートシールウィンドウと称され得る。そのような自動包装機器のいくつかの例は、垂直形態充填及びシール(vertical form fill and seal、VFFS)機械又は水平形態充填及びシール(horizontal form fill and seal、HFFS)機械と称される。
試験方法
本明細書に特に指示のない限り、本開示の態様の記載において以下の分析方法を使用する。
本明細書に特に指示のない限り、本開示の態様の記載において以下の分析方法を使用する。
メルトインデックス
ポリマー試料のメルトインデックスI2(又はI2)及びI10(又はI10)を、それぞれ、190℃、かつ2.16kg及び10kgの荷重で、ASTM D-1238(方法B)に従って測定した。それらの値を、g/10分で報告する。
ポリマー試料のメルトインデックスI2(又はI2)及びI10(又はI10)を、それぞれ、190℃、かつ2.16kg及び10kgの荷重で、ASTM D-1238(方法B)に従って測定した。それらの値を、g/10分で報告する。
密度
密度測定用の試料を、ASTM D4703に従って調製した。サンプル加圧の1時間以内に、ASTM D792で、方法Bに従って測定を行った。
密度測定用の試料を、ASTM D4703に従って調製した。サンプル加圧の1時間以内に、ASTM D792で、方法Bに従って測定を行った。
クリープゼロ剪断粘度測定方法
ゼロ剪断粘度を、190℃で直径25mmの平行プレートを使用して、AR-G2応力制御レオメータ(TA Instrument;New Castle,Del)で行われたクリープ試験を介して得る。取付け器具をゼロにする前に、レオメータオーブンを少なくとも30分間試験温度に設定する。その試験温度で、圧縮成形された試料ディスクをプレートの間に挿入し、5分間かけて平衡状態にする。次いで、上側プレートを、所望の試験間隙(1.5mm)より50μm上まで下げる。なんらかの余分な材料があればトリミングして除去し、上側プレートを所望の間隙まで下げる。測定は、5L/分の流量の窒素パージ下で行われる。初期値のクリープ時間は、2時間に設定される。
ゼロ剪断粘度を、190℃で直径25mmの平行プレートを使用して、AR-G2応力制御レオメータ(TA Instrument;New Castle,Del)で行われたクリープ試験を介して得る。取付け器具をゼロにする前に、レオメータオーブンを少なくとも30分間試験温度に設定する。その試験温度で、圧縮成形された試料ディスクをプレートの間に挿入し、5分間かけて平衡状態にする。次いで、上側プレートを、所望の試験間隙(1.5mm)より50μm上まで下げる。なんらかの余分な材料があればトリミングして除去し、上側プレートを所望の間隙まで下げる。測定は、5L/分の流量の窒素パージ下で行われる。初期値のクリープ時間は、2時間に設定される。
定常状態の剪断速度が、ニュートン領域で十分に低くなることを確実にするために、試料の全てに20Paの一定の低剪断応力を加える。得られた定常状態の剪断速度は、この調査における試料については、10-3~10-4s-1の範囲内である。定常状態は、log(J(t))対log(t)のプロットの最後の10%の時間ウィンドウ内の全てのデータについて線形回帰を取ることによって決定され、ここでJ(t)は、クリープコンプライアンスであり、tはクリープ時間である。線形回帰の勾配が0.97より大きい場合、定常状態に達したとみなし、次いで、クリープ試験を停止する。この調査では、全ての場合において、勾配は、2時間以内に基準を満たす。定常状態の剪断速度は、ε対t(εは歪みである)のプロットの最後の10%の時間ウィンドウ内のデータ点の全ての線形回帰の勾配から決定される。ゼロ剪断粘度は、加えられた応力の定常状態の剪断速度との比から決定される。
クリープ試験中に試料が劣化しているかどうかを決定するために、0.1~100rad/秒で同じ試験片についてクリープ試験の前後に小振幅振動剪断試験を行う。2つの試験の複素粘度値を比較する。0.1rad/秒での粘度値の差が5%より大きい場合、クリープ試験中に試料が劣化したとみなし、結果を廃棄する。
ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)
クロマトグラフィシステムは、内部IR5赤外線検出器(IR5)を装備するPolymerChar GPC-IR(Valencia,Spain)の高温GPCクロマトグラフから構成された。オートサンプラオーブンコンパートメントを摂氏160°に設定し、カラムコンパートメントを摂氏150°に設定した。使用されたカラムは、4本のAgilent「Mixed A」30cm 20ミクロン線形混床式カラム及び20umのプレカラムであった。使用され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(butylated hydroxytoluene、BHT)を含有していた。溶媒源を、窒素スパージした。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。
クロマトグラフィシステムは、内部IR5赤外線検出器(IR5)を装備するPolymerChar GPC-IR(Valencia,Spain)の高温GPCクロマトグラフから構成された。オートサンプラオーブンコンパートメントを摂氏160°に設定し、カラムコンパートメントを摂氏150°に設定した。使用されたカラムは、4本のAgilent「Mixed A」30cm 20ミクロン線形混床式カラム及び20umのプレカラムであった。使用され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(butylated hydroxytoluene、BHT)を含有していた。溶媒源を、窒素スパージした。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を、580~8,400,000の範囲の分子量を有する21個の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質を用いて行い、個々の分子量の間に少なくとも10倍の間隔を有する6つの「カクテル」混合物中に配置した。標準物質を、Agilent Technologiesから購入した。1,000,000以上の分子量については、50ミリリットルの溶媒中の0.025グラムで、1,000,000未満の分子量については、50ミリリットルの溶媒中の0.05グラムで、ポリスチレン標準物質を調製した。ポリスチレン標準物質を、穏やかに撹拌しながら摂氏80度で30分間溶解させた。ポリスチレン標準物質のピーク分子量を、式1を使用してポリエチレン分子量に変換した(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載のとおり)。
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。
五次多項式を使用して、それぞれのポリエチレン等価較正点に当てはめた。Aに対してわずかな調整(約0.375~0.445)を行い、カラム分解能及びバンド拡張効果を、線状ホモポリマーポリエチレン標準物質が120,000Mwで得られるように補正した。
GPCカラムセットの合計プレートカウントは、デカン(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)を用いて実行した。プレートカウント(式2)及び対称性(式3)を、200マイクロリットル注入で以下の式に従って測定した。
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、1/2高さは、ピーク最大値の1/2の高さである。
式中、RVは、保持体積(ミリリットル)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高さは、ピーク最大値の1/10の高さであり、後方ピークは、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、前方ピークは、ピーク最大値よりも早い保持体積でのピークフロントを指す。クロマトグラフィシステムのプレートカウントは、18,000超になるべきであり、対称性は、0.98~1.22となるべきである。
サンプルを、PolymerChar「Instrument Control」ソフトウェアを用いて半自動様式で調製し、2mg/mLをサンプルの目標重量とし、PolymerChar高温オートサンプラを介して、予め窒素スパージされたセプタキャップ付き(septa-capped)バイアルに溶媒(200ppmのBHTを含有)を添加した。試料を、「低速」振とう下で、摂氏160度で2時間溶解した。
Mn(GPC)、Mw(GPC)、及びMz(GPC)の計算は、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェア、各等間隔のデータ回収点(i)におけるベースラインを差し引いたIRクロマトグラム、及び方程式1の点(i)についての狭い標準物質較正曲線から得られるポリエチレン等価分子量を使用して、方程式4~6に従って、PolymerChar GPC-IRクロマトグラフの内部IR5検出器(測定チャネル)を使用した、GPC結果に基づいた。
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(flowrate marker、FM)を用いて、試料中のそれぞれのデカンピーク(RV(FM試料))と、狭い標準物質較正(RV(FM較正済み))内のデカンピークのそれとを、RV整合させることによって、各試料のポンプ流量(流量(見かけ))を直線的に補正した。次いで、デカンマーカーピークの時間のいかなる変化も、実行の全体にわたって流量(流量(有効))における線形シフトに関連すると推測される。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、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当てはめる最小二乗適合ルーチンが使用される。次いで、二次方程式の一次導関数を使用して、真のピーク位置を解く。流量マーカーのピークに基づいてシステムを較正した後、(狭い標準較正に対する)有効流量を、式7のとおり計算する。流量マーカーピークの処理を、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを介して行った。許容可能な流量補正は、有効流量が見かけの流量の+/-0.5%以内になるべきものである。
流量(有効)=流量(見かけ)*(RV(FM較正済み)/RV(FM試料))(式7)
流量(有効)=流量(見かけ)*(RV(FM較正済み)/RV(FM試料))(式7)
分子加重コモノマー分布インデックス(MWCDI)
PolymerChar(Valencia,Spain)のGPC-IR高温クロマトグラフィシステムには、精密検出器(Amherst,MA)二角レーザー光散乱検出器モデル2040、並びにIR5赤外線検出器(GPC-IR)及び4細管粘度計(両方ともPolymerChar)が備えられていた。光散乱検出器の「15度の角度」を計算目的に使用した。データ収集は、PolymerChar Instrument Controlソフトウェア及びデータ収集インターフェースを使用して実施した。このシステムには、Agilent Technologies(Santa Clara,CA)からのオンラインの溶媒脱気デバイス及びポンプシステムが備わっていた。
PolymerChar(Valencia,Spain)のGPC-IR高温クロマトグラフィシステムには、精密検出器(Amherst,MA)二角レーザー光散乱検出器モデル2040、並びにIR5赤外線検出器(GPC-IR)及び4細管粘度計(両方ともPolymerChar)が備えられていた。光散乱検出器の「15度の角度」を計算目的に使用した。データ収集は、PolymerChar Instrument Controlソフトウェア及びデータ収集インターフェースを使用して実施した。このシステムには、Agilent Technologies(Santa Clara,CA)からのオンラインの溶媒脱気デバイス及びポンプシステムが備わっていた。
注入温度を摂氏150℃に制御した。使用されたカラムは、Polymer Laboratories(Shropshire,UK)の4つの20ミクロンの「混合-A」光散乱カラムであった。溶媒は1,2,4-トリクロロベンゼンであった。「50ミリリットルの溶媒中の0.1グラムのポリマー」の濃度で試料を調製した。クロマトグラフィ溶媒及び試料調製溶媒は、各々、「200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)」を含有していた。両方の溶媒源を窒素スパージした。エチレン系ポリマー試料を摂氏160度で3時間穏やかに撹拌した。注入量は「200マイクロリットル」であり、流量は「1ミリリットル/分」であった。
GPCカラムセットの較正を、21個の「狭い分子量分布」のポリスチレン標準物質を用いて行い、
分子量は、580~8,400,000g/モルの範囲であった。これらの標準物質は、個々の分子量間に少なくとも10の間隔を空けて、6つの「カクテル」混合物中に配置した。標準はPolymer Laboratories(Shropshire UK)から購入した。1,000,000g/モル以上の分子量については「50ミリリットルの溶媒中に0.025グラム」で、また、1,000,000g/モル未満の分子量については「50ミリリットルの溶媒中に0.050グラム」でポリスチレン標準を調製した。ポリスチレン標準物質を、摂氏80度で30分間穏やかに撹拌しながら溶解した。分解を最小限に抑えるために、狭い標準混合物を最初に、かつ「最高分子量成分」が減少する順に流した。ポリスチレン標準物質のピーク分子量を、式1を使用してポリエチレン分子量に変換した(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載のとおり)。
分子量は、580~8,400,000g/モルの範囲であった。これらの標準物質は、個々の分子量間に少なくとも10の間隔を空けて、6つの「カクテル」混合物中に配置した。標準はPolymer Laboratories(Shropshire UK)から購入した。1,000,000g/モル以上の分子量については「50ミリリットルの溶媒中に0.025グラム」で、また、1,000,000g/モル未満の分子量については「50ミリリットルの溶媒中に0.050グラム」でポリスチレン標準を調製した。ポリスチレン標準物質を、摂氏80度で30分間穏やかに撹拌しながら溶解した。分解を最小限に抑えるために、狭い標準混合物を最初に、かつ「最高分子量成分」が減少する順に流した。ポリスチレン標準物質のピーク分子量を、式1を使用してポリエチレン分子量に変換した(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載のとおり)。
式中、Mは、分子量であり、Aは、およそ0.40の値を有し、Bは、1.0に等しい。NBS1475A(NIST)線形ポリエチレンの重量平均分子量が以下の式によって計算されると52,000g/モルに対応するように、A値を0.375と0.445との間で調節した(特定のカラムセット効率に依存する):
式8及び9において、RVは、「1秒当たり1点」で収集されたカラム保持体積(直線的に離間される)である。IRは、GPC機器の測定チャネルからのベースラインを差し引いたIR検出器信号(ボルト)であり、MPEは、上記の式1から決定されるポリエチレン等価MWである。データ計算は、PolymerCharからの「GPC Oneソフトウェア(バージョン2.013H)」を使用して行われた。
ホモポリマー(0SCB/1000個の総C)~およそ50SCB/1000個の総C(式中、総C=骨格中の炭素+分岐中の炭素)の範囲である、既知の短鎖分岐(short chain branching、SCB)頻度(上で論じるように、13C NMR法によって測定される)の少なくとも10個のエチレン系ポリマー標準物質(ポリエチレンホモポリマー及びエチレン/オクテンコポリマー;狭い分子量分布、並びに均質なコモノマー分布)を使用して、IR5検出器比の較正を行った。各標準物質は、上記のGPC-LALS処理法によって決定された36,000g/モル~126,000g/モルの重量平均分子量を有していた。各標準は、上記のGPC-LALS処理法によって決定された2.0~2.5の分子量分布(Mw/Mn)を有していた。SCB標準のポリマー特性を表Aに示す。
「IR5メチルチャネルセンサのベースライン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(又は「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及びフィルタホイール:部品番号IR5_FWM01はGPC-IR機器の一部として含まれる)を、「SCB」標準物質の各々について計算した。SCB頻度対「IR5面積比」の線形近似は、以下の式10の形態で構築され、
SCB/1000個の総C=A0+[A1×(IR5メチルチャネル面積/IR5測定チャネル面積)](式10)、
式中、A0は、ゼロの「IR5面積比」における「SCB/1000個の総C」の切片であり、A1は、「SCB/1000個の総C」対「IR5面積比」の傾斜であり、「IR5面積比」の関数としての「SCB/1000個の総C」の増加を表す。
SCB/1000個の総C=A0+[A1×(IR5メチルチャネル面積/IR5測定チャネル面積)](式10)、
式中、A0は、ゼロの「IR5面積比」における「SCB/1000個の総C」の切片であり、A1は、「SCB/1000個の総C」対「IR5面積比」の傾斜であり、「IR5面積比」の関数としての「SCB/1000個の総C」の増加を表す。
「IR5メチルチャネルセンサ」によって生成されたクロマトグラムの一連の「線形ベースライン減算クロマトグラフ高さ」を、カラム溶出体積の関数として確立して、ベースライン補正クロマトグラム(メチルチャネル)を生成した。「IR5測定チャネル」によって生成されたクロマトグラムの一連の「線形ベースライン減算クロマトグラフ高さ」を、カラム溶出体積の関数として確立して、ベースライン補正クロマトグラム(測定チャネル)を生成した。
「ベースライン補正クロマトグラム(メチルチャネル)」の「ベースライン補正クロマトグラム(測定チャネル)」に対する「IR5高さ比」を、サンプル統合境界にわたって各カラム溶出体積指数(1mL/分の溶出で秒当たり1データポイントを表す各等間隔の指数)で計算した。「IR5高さ比」に係数A1を掛け、係数A0をこの結果に加えて、試料の予測SCB頻度が得られた。結果を、以下の式11のとおり、モルパーセントコモノマーに変換した。
モルパーセントコモノマー={SCBf/[SCBf+((1000-SCBf*コモノマーの長さ)/2)]}*100(式11)、
式中、「SCBf」は、「1000個の総C当たりのSCB」であり、「コモノマーの長さ」=オクテンの場合8、ヘキセンの場合6などである。
モルパーセントコモノマー={SCBf/[SCBf+((1000-SCBf*コモノマーの長さ)/2)]}*100(式11)、
式中、「SCBf」は、「1000個の総C当たりのSCB」であり、「コモノマーの長さ」=オクテンの場合8、ヘキセンの場合6などである。
Williams及びWardの方法(上述した、式1)を使用して、各溶出体積インデックスを分子量値(molecular weight value、Mwi)に変換した。「モルパーセントコモノマー(y軸)」を、Log(Mwi)の関数としてプロットし、傾斜を、15,000のMwiを有する長いMwi値~150,000g/モルのMwiを有する長いMwi値で計算した(鎖末端における末端基の補正は、この計算では省略された)。EXCEL線形回帰を使用して、15,000~150,000g/モルの間(境界値を含む)のMwiの傾斜を計算した。この傾きは、分子加重コモノマー分布インデックス(MWCDI=Molecular Weighted Comonomer Distribution Index)として定義される。
コモノマー含有量分布(iCCD)分析の改善された方法
改善されたコモノマー含有量分析法(iCCD)は、2015年に開発された(Cong and Parrott et al.,国際公開第2017/040127(A1)号)。iCCD試験を、IR-5検出器(PolymerChar、Spain)及び二角光散乱検出器モデル2040(Precision Detectors、現在はAgilent Technologies)を備えた結晶化溶出分画機器(Crystallization Elution Fractionation、CEF)(PolymerChar、Spain)を用いて実施した。検出器オーブン中のIR-5検出器の直前に、5cm又は10cm(長さ)×1/4インチ(ID)のステンレスに20~27ミクロンのガラス(MoSCi Corporation、USA)を充填したガードカラムを設置した。オルトジクロロベンゼン(ortho-dichlorobenzene、ODCB、99%無水グレード又はテクニカルグレード)を使用した。EMD Chemicalsからシリカゲル40(粒径0.2~0.5mm、カタログ番号10181-3)を入手した(先にODCB溶媒を乾燥させるために使用され得る)。CEF機器に、N2パージ能力を備えたオートサンプラを装備している。使用前に、ODCBを乾燥窒素(N2)で1時間スパージする。試料の調製は、160℃で1時間振とうしながら、オートサンプラを用いて(特に指定のない限り)4mg/mLで行った。注入量は300μLであった。iCCDの温度プロファイルは、105℃から30℃まで3℃/分での結晶化、30℃で2分間の熱平衡(可溶性画分溶出時間を2分に設定することを含む)、30℃から140℃まで3℃/分での溶出であった。結晶化中の流量は、0.0mL/分である。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/秒で収集する。
改善されたコモノマー含有量分析法(iCCD)は、2015年に開発された(Cong and Parrott et al.,国際公開第2017/040127(A1)号)。iCCD試験を、IR-5検出器(PolymerChar、Spain)及び二角光散乱検出器モデル2040(Precision Detectors、現在はAgilent Technologies)を備えた結晶化溶出分画機器(Crystallization Elution Fractionation、CEF)(PolymerChar、Spain)を用いて実施した。検出器オーブン中のIR-5検出器の直前に、5cm又は10cm(長さ)×1/4インチ(ID)のステンレスに20~27ミクロンのガラス(MoSCi Corporation、USA)を充填したガードカラムを設置した。オルトジクロロベンゼン(ortho-dichlorobenzene、ODCB、99%無水グレード又はテクニカルグレード)を使用した。EMD Chemicalsからシリカゲル40(粒径0.2~0.5mm、カタログ番号10181-3)を入手した(先にODCB溶媒を乾燥させるために使用され得る)。CEF機器に、N2パージ能力を備えたオートサンプラを装備している。使用前に、ODCBを乾燥窒素(N2)で1時間スパージする。試料の調製は、160℃で1時間振とうしながら、オートサンプラを用いて(特に指定のない限り)4mg/mLで行った。注入量は300μLであった。iCCDの温度プロファイルは、105℃から30℃まで3℃/分での結晶化、30℃で2分間の熱平衡(可溶性画分溶出時間を2分に設定することを含む)、30℃から140℃まで3℃/分での溶出であった。結晶化中の流量は、0.0mL/分である。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/秒で収集する。
iCCDカラムを、15cm(長さ)×1/4インチ(ID)のステンレス管中の金でコーティングされたニッケル粒子(Bright 7GNM8-NiS、Nippon Chemical Industrial Co.)で充填した。カラム充填及び調整は、参考文献(Cong,R.、Parrott,A.、Hollis,C.、Cheatham,M.国際公開第2017/040127(A1)号)によるスラリー法で行った。TCBスラリー充填を用いた最終圧力は、150バールであった。
カラム温度較正を、ODCB中の参照物質の線状ホモポリマーポリエチレン(コモノマー含有量がゼロ、メルトインデックス(I2)が1.0、多分散度Mw/Mnが従来のゲル浸透クロマトグラフィで約2.6、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。iCCD温度較正は、以下の4つの工程からなった:(1)エイコサンの測定されたピーク溶出温度間の温度オフセットから30.00℃を引いたものとして定義される遅延体積を計算する工程、(2)iCCD生温度データから、溶出温度の温度オフセットを差し引く工程。この温度オフセットは、溶出温度、溶出流量などの実験条件の関数であることに留意されたい、(3)直鎖状ホモポリマーポリエチレン参照物質が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、30.00℃~140.00℃の範囲にわたって溶出温度を変換する線形較正線を作成する工程、(4)30℃で等温で測定される可溶性画分について、30.0℃未満の溶出温度を、参考文献(Cerk and Cong et al.,米国特許第9,688,795号)に従って3℃/分の溶出加熱速度を使用することによって直線的に外挿する工程。
コモノマー含有量対iCCDの溶出温度は、12個の参照物質(エチレンホモポリマー及びシングルサイトメタロセン触媒で作製されたエチレン-オクテンランダムコポリマー、35,000~128,000の範囲のエチレン等価重量平均分子量を有する)を使用することで構築した。これらの参照物質の全てを、4mg/mLで以前に指定したものと同じ手法で分析した。報告された溶出ピーク温度は、線形方程式y=-6.3515x.+101.00に線形に適合し、式中、yは、iCCDの溶出温度を表し、xは、オクテンモル%を表し、R2は、0.978であった。
ポリマーの分子量及びポリマー画分の分子量は、フォームファクタを1及び全てのビリアル係数をゼロと仮定することによって、Rayleigh-Gans-Debys近似(Striegel and Yau,「Modern Size Exclusion Liquid Chromatogram」,Page 242 and Page 263)に従って、LS検出器(90度の角度)及び濃度検出器(IR-5)から直接決定した。23.0~120℃の範囲の溶出温度(温度較正は、上記で特定)で、全てのクロマトグラムを積分するために積分ウィンドウを設定する。
iCCDからの分子量(Mw)の計算には、次の4つの工程が含まれる。
(1)検出器間オフセットを測定する工程。オフセットは、濃度検出器に対するLS検出器間の幾何学的体積オフセットとして定義される。これは、濃度検出器とLSクロマトグラムとのポリマーピークの溶出量(mL)の差として計算される。これが、溶出熱速度及び溶出流量を使用することによって、温度オフセットに変換される。線状高密度ポリエチレン(コモノマー含有量がゼロ、メルトインデックス(I2)が1.0、多分散度Mw/Mnが従来のゲル浸透クロマトグラフィでおよそ2.6)を使用する。以下のパラメータを除いて、上記の通常のiCCD法と同じ実験条件を使用する:140℃から137℃まで10℃/分での結晶化、可溶性画分溶出時間として137℃で1分間の熱平衡、7分間の可溶性画分(soluble fraction、SF)時間、137℃から142℃まで3℃/分での溶出。結晶化中の流量は、0.0mL/分である。溶出中の流量は、0.80mL/分である。試料濃度は、1.0mg/mLである。
(2)LSクロマトグラムの各LSデータポイントをシフトして、積分前に検出器間オフセットを補正する。
(3)ベースラインを差し引いたLS及び濃度クロマトグラムが、工程(1)の溶出温度範囲全体について積分される。MW検出器定数を、100,000~140,000Mwの範囲内の既知のMWのHDPE試料、及びLSと濃度積分信号との面積比を使用して計算する。
(4)ポリマーのMwを、統合光散乱検出器(90度の角度)と濃度検出器との比を使用し、MW検出器定数を使用することによって計算した。
(1)検出器間オフセットを測定する工程。オフセットは、濃度検出器に対するLS検出器間の幾何学的体積オフセットとして定義される。これは、濃度検出器とLSクロマトグラムとのポリマーピークの溶出量(mL)の差として計算される。これが、溶出熱速度及び溶出流量を使用することによって、温度オフセットに変換される。線状高密度ポリエチレン(コモノマー含有量がゼロ、メルトインデックス(I2)が1.0、多分散度Mw/Mnが従来のゲル浸透クロマトグラフィでおよそ2.6)を使用する。以下のパラメータを除いて、上記の通常のiCCD法と同じ実験条件を使用する:140℃から137℃まで10℃/分での結晶化、可溶性画分溶出時間として137℃で1分間の熱平衡、7分間の可溶性画分(soluble fraction、SF)時間、137℃から142℃まで3℃/分での溶出。結晶化中の流量は、0.0mL/分である。溶出中の流量は、0.80mL/分である。試料濃度は、1.0mg/mLである。
(2)LSクロマトグラムの各LSデータポイントをシフトして、積分前に検出器間オフセットを補正する。
(3)ベースラインを差し引いたLS及び濃度クロマトグラムが、工程(1)の溶出温度範囲全体について積分される。MW検出器定数を、100,000~140,000Mwの範囲内の既知のMWのHDPE試料、及びLSと濃度積分信号との面積比を使用して計算する。
(4)ポリマーのMwを、統合光散乱検出器(90度の角度)と濃度検出器との比を使用し、MW検出器定数を使用することによって計算した。
半値幅の計算は、最大ピーク高さの半分での前方温度と後方温度との温度差として定義され、最大ピークの半分での前方温度は、35.0℃から前方へ探索され、最大ピークの半分での後方温度は、119.0℃から後方へ探索される。
ゼロ剪断粘度比(Zero-Shear Viscosity Ratio、ZSVR)
ZSVRは、以下の式8及び9による、当量重量平均分子量(Mw-gpc)における分岐状ポリエチレン材料のゼロ剪断粘度(zero-shear viscosity、ZSV)対線形ポリエチレン材料のZSVの比として定義される。
ZSVRは、以下の式8及び9による、当量重量平均分子量(Mw-gpc)における分岐状ポリエチレン材料のゼロ剪断粘度(zero-shear viscosity、ZSV)対線形ポリエチレン材料のZSVの比として定義される。
ZSV値は、上述した方法により190℃でのクリープ試験から得た。Mw-gpc値は、コンベンショナルGPC法(コンベンショナルGPC法の説明における式5)によって決定される。線状ポリエチレンのZSVとそのMw-gpcとの間の相関を、一連の線状ポリエチレン参照物質に基づいて確立した。ZSV-Mwの関係についての説明は、ANTECの要旨:Karjala,Teresa P.,Sammler,Robert L.,Mangnus,Marc A.,Hazlitt,Lonnie G.,Johnson,Mark S.,Hagen,Charles M.Jr.,Huang,Joe W.L.,Reichek,Kenneth N.,「Detection of low levels of long-chain branching in polyolefins」,Annual Technical Conference-Society of Plastics Engineers(2008),66th 887-891において見出し得る。
実施例1:本発明のポリエチレン組成物1~3及び比較組成物Cの調製
本発明のポリエチレン組成物1及び比較組成物Cの調製
「発明を実施するための形態」の1つ以上の実施形態に従って記載される本発明のポリエチレン組成物1(「本発明のPE組成物1」と略す)を、以下に記載される方法によって、かつ触媒及び反応器を利用して調製した。更に、比較組成物C(「比較組成物C」と略す)を、以下に記載される方法によって、かつ触媒及び反応器を利用して調製する。
本発明のポリエチレン組成物1及び比較組成物Cの調製
「発明を実施するための形態」の1つ以上の実施形態に従って記載される本発明のポリエチレン組成物1(「本発明のPE組成物1」と略す)を、以下に記載される方法によって、かつ触媒及び反応器を利用して調製した。更に、比較組成物C(「比較組成物C」と略す)を、以下に記載される方法によって、かつ触媒及び反応器を利用して調製する。
反応環境に導入する前に、全ての原材料(モノマー及びコモノマー)及びプロセス溶媒(狭い沸点範囲の高純度イソパラフィン溶媒、Isopar-E)を分子ふるいで精製した。水素は、高純度グレードとして加圧して供給され、更なる精製は行われなかった。反応器モノマー供給流を、機械的圧縮機を介して反応圧力を超える圧力で加圧した。溶媒及びコモノマー供給物をポンプによって、反応圧力よりも高い圧力に加圧した。個々の触媒成分を、精製溶媒を用いて手動でバッチ希釈し、上記の反応圧力まで加圧した。全ての反応供給流を質量流量計で測定し、コンピュータ自動弁制御システムで独立して制御した。
図2で示されるように、2反応器系を直列構成で使用した。各連続溶液重合反応器は、熱を除去する連続撹拌槽型反応器(CSTR)を模倣する、液体が充填された、非断熱、等温、循環、ループ反応器を利用した。全ての新鮮な溶媒、モノマー、コモノマー、水素、及び触媒成分供給物の独立した制御が可能であった。各反応器(溶媒、モノマー、コモノマー、及び水素)への全ての新鮮な供給物流を、供給流を熱交換器に通過させることによって、単一溶液相を維持するように温度制御した。各重合反応器への新鮮全供給物は、各注入位置間でほぼ等しい反応器容積で、2つの位置で反応器に注入された。新鮮供給物を制御し、その結果、各注入器は、総未使用供給物質量流量の半分を受容した。触媒成分は、注入スティンガによって重合反応器に注入された。触媒供給物を、各反応器のモノマー変換を特定の目標値に維持するようにコンピュータ制御した。助触媒成分は、計算された特定のモル比に基づいて、一次触媒成分に供給した。各反応器供給物注入位置の直後に、供給物流を循環重合反応器の内容物と静的混合要素を用いて混合した。各反応器の内容物を、反応熱の大部分を除去する役割を果たす熱交換器に、特定の温度で等温反応環境を維持する役割を果たす冷却剤側の温度で、連続的に循環させた。各反応器ループの周りの循環は、ポンプによって提供した。
第1の重合反応器からの(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、及びポリマーを含有する)流出物は、第1の反応器ループを出て、第2の反応器ループに添加された。
第2の反応器流出物は、好適な試薬(水)の添加及びそれとの反応で流出物が非活性化されるゾーンに入った。この同じ反応器出口位置において、ポリマー安定化のために他の添加剤を添加した(オクタデシル3,5-ジ-Tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナメート、テトラキス(メチレン(3,5-ジ-Tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナメート))メタン、及びトリス(2,4-ジ-Tert-ブチル-フェニル)ホスファイト)などの、押出及びフィルム製作時の安定化に好適な典型的な酸化防止剤)。
触媒の不活性化及び添加剤の添加に続いて、第2の反応器流出物は、ポリマーが非ポリマー流から除去された脱揮発システムに入った。単離されたポリマー溶融物をペレット化して収集した。非ポリマー流は、系から除去されたエチレンの大部分を分離した様々な機器を通過した。溶媒及び未反応コモノマーの大部分は、精製システムを通過させた後、反応器に再循環された。少量の溶媒及びコモノマーをプロセスからパージした。
表1中の値に対応する反応器流供給データフロー。データは、溶媒再循環系の複雑さが考慮され、かつ反応システムを貫流フローダイアグラムとしてより簡単に処理できるように提示される。表2は、表1で参照される触媒を示す。
本発明のポリエチレン組成物2~3の調製
「発明を実施するための形態」の1つ以上の実施形態に従って記載される本発明のポリエチレン組成物2~3(「本発明のPE組成物#」と略す)を、以下に記載される方法によって、かつ触媒及び反応器を利用して調製した。
「発明を実施するための形態」の1つ以上の実施形態に従って記載される本発明のポリエチレン組成物2~3(「本発明のPE組成物#」と略す)を、以下に記載される方法によって、かつ触媒及び反応器を利用して調製した。
反応環境に導入する前に、全ての原材料(モノマー及びコモノマー)並びにプロセス溶媒(狭い沸点範囲の高純度イソパラフィン溶媒、Isopar-E)を分子ふるいで精製する。水素は、高純度グレードとして加圧されて供給され、それ以上は精製されない。反応器へのモノマー供給流を、機械的圧縮機によって、反応圧力よりも高い圧力に加圧する。溶媒及びコモノマー供給物をポンプによって、反応圧力よりも高い圧力に加圧する。個々の触媒成分は、精製された溶媒で、手動でバッチ希釈され、反応圧力超まで加圧される。全ての反応供給流を、質量流量計を用いて測定し、コンピュータにより自動化された弁制御系によって独立して制御する。
図2で示されるように、2反応器系を直列構成で使用した。第1の反応器は、熱を除去する連続撹拌槽型反応器(CSTR)を模倣する、液体が充填された、非断熱、等温、循環、ループ反応器からなる連続溶液重合反応器である。全ての新鮮な溶媒、モノマー、コモノマー、水素、及び触媒成分供給物の独立した制御が可能である。第1の反応器(溶媒、モノマー、コモノマー、及び水素)への全ての新鮮な供給物流を、供給流を熱交換器に通過させることによって、単一溶液相を維持するように温度制御する。第1の重合反応器への全ての新鮮な供給物は、各注入位置間でほぼ等しい反応器容積で、2つの位置で反応器に注入される。新鮮供給物は、各注入器が、全新鮮供給物質量流量の半分を受容して制御される。触媒成分は、新鮮な供給物とは別々に重合反応器に注入される。特定の値で反応器のモノマー変換を維持するため、一次触媒成分の供給をコンピュータ制御する。助触媒成分は、主触媒成分に対する、モル比に基づいて供給される。各第1の反応器供給物の注入位置の直後に、供給流が、静的混合要素を有する循環重合反応器の内容物と混合される。第1の反応器の内容物を、反応熱の大部分を除去する役割を果たす熱交換器に、特定の温度で等温反応環境を維持する役割を果たす冷却剤側の温度で、連続的に循環させる。第1の反応器ループを回る循環は、ポンプによって提供される。
第2の反応器は、液体が充填された断熱性連続撹拌槽型反応器(CSTR)からなる連続溶液重合反応器である。全ての新鮮な溶媒、モノマー、コモノマー、水素、及び触媒成分供給物の独立した制御が可能である。第2の反応器(溶媒、モノマー、コモノマー、及び水素)への全ての新鮮な供給物流を、供給流を熱交換器に通過させることによって、単一溶液相を維持するように温度制御する。第2の重合反応器への全ての新鮮な供給物は、1つの位置で反応器に注入される。触媒成分は、新鮮な供給物とは別々に第2の重合反応器に注入される。特定の値で反応器のモノマー変換を維持するため、一次触媒成分の供給をコンピュータ制御する。助触媒成分は、主触媒成分に対する、モル比に基づいて供給される。第2の反応器の混合は、撹拌機によって提供される。第1の重合反応器からの流出物(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、及びポリマーを含有する)は、第1の反応器ループから流出し、新鮮の供給物から別々にかつ触媒供給成分とは別々に第2の反応器に添加される。
第2の反応器流出物は、好適な試薬(水)が添加され、それと反応することにより流出液が非活性化されるゾーンに入る。この同じ反応器出口位置において、ポリマー安定化のために他の添加剤を添加した(オクタデシル3,5-ジ-Tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナメート、テトラキス(メチレン(3,5-ジ-Tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナメート))メタン、及びトリス(2,4-ジ-Tert-ブチル-フェニル)ホスファイト)などの、押出及びフィルム製作時の安定化に好適な典型的な酸化防止剤)。
触媒の不活化及び添加剤の添加に続いて、第2の反応器流出物は、ポリマーが非ポリマー流から除去された脱揮発システムに入る。単離されたポリマー溶融物をペレット化して回収する。非ポリマー流は、システムから除去されるエチレンの大部分を分離する様々な機器を通過する。溶媒及び未反応コモノマーの大部分は、精製系を通過した後、反応器に再循環される。少量の溶媒及びコモノマーを、プロセスからパージする。
表1中の値に対応する反応器流供給データフロー。データは、溶媒再循環系の複雑さが考慮され、かつ反応システムを貫流フローダイアグラムとしてより簡単に処理できるように提示される。表2は、表1で参照される触媒を示す。
実施例2:比較組成物A~C
表3は、比較ポリエチレン組成物(「比較PE組成物」)A~Bの市販のポリエチレン組成物を特定する。比較PE組成物Cは、実施例1において上記のとおりである。
表3は、比較ポリエチレン組成物(「比較PE組成物」)A~Bの市販のポリエチレン組成物を特定する。比較PE組成物Cは、実施例1において上記のとおりである。
実施例3:実施例1の本発明のポリエチレン組成物1~3及び実施例2の比較ポリエチレン組成物A~Cの分析
表4は、本発明のポリエチレン組成物1~3及び比較ポリエチレン組成物A~Cについて密度及びメルトインデックス(I2)を報告する。更に、いくつかの組成物について、分子量はゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)を使用して測定し、分子加重コモノマー分布インデックス(MWCDI)値は各々、上記の試験方法の項に記載された技法を使用して決定する。これらの値を4に示す。
表4は、本発明のポリエチレン組成物1~3及び比較ポリエチレン組成物A~Cについて密度及びメルトインデックス(I2)を報告する。更に、いくつかの組成物について、分子量はゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)を使用して測定し、分子加重コモノマー分布インデックス(MWCDI)値は各々、上記の試験方法の項に記載された技法を使用して決定する。これらの値を4に示す。
実施例1の本発明のポリエチレン組成物1~3及び実施例2の比較ポリエチレン組成物A~Cを、iCCDによって分析する。全ての試料(実施例1の本発明のポリエチレン組成物1~3及び比較ポリエチレン組成物A~C)のiCCD試験から生成されたデータを、表5に提供する。具体的には、表5は、3つのポリエチレン画分:40℃~75℃、75℃~85℃、及び85℃~110℃についてのiCCDデータの分析を含む。
加えて、本発明のポリエチレン組成物1~3及び比較組成物A~Cについての上記で特定されたポリエチレン画分の各々における重量平均分子量(Mw)は、試験方法の項に記載されるようにiCCDから計算する。結果を表6に示す。表6はまた、第1のポリエチレン画分([A]、40℃~75℃)についてのMw対第2のポリエチレン画分([B]、75℃~85℃)についてのMwの比(「[A]/[B]」)、及び第2のポリエチレン画分([B]、75℃~85℃)についてのMw対第3のポリエチレン画分([C]、85℃~110℃)についてのMwの比(「[B]/[C]」)を示す。
実施例4:ヒートシール開始温度及びホットタック開始温度の分析
実施例4では、本明細書に記載されるポリエチレン組成物を含むフィルムについて、ヒートシール開始温度、ホットタック開始温度、及びピークホットタックを分析する。
実施例4では、本明細書に記載されるポリエチレン組成物を含むフィルムについて、ヒートシール開始温度、ホットタック開始温度、及びピークホットタックを分析する。
これらの特性を分析するために、多層フィルムを、Alpine7層インフレーションフィルムライン上で共押出する。このラインに、30L/Dの7つの50mmの単軸押出機及び250mmのダイを装備した。50ミクロンの総厚さを有する3層(スキン、コア、及びシーラント)フィルムを作製する。スキン/コア/シーラント層の厚さ比を、1/3/1(10ミクロン/30ミクロン/10ミクロン)に設定した。スキン層は、DOWLEX(商標)2045G/DOW(商標)LDPE611Aの80/20(重量)ブレンドで構成され、両方ともThe Dow Chemical Companyから市販されている。コア層のベース樹脂は、スキン層と同じブレンドで構成されるが、加えて、500ppmの10090 Slip PE MB(エルカ酸アミド、Ampacet Corporationから市販されている)及び10063 Antiblock PE MB(Ampacet Corporationから市販されている)を含み、これらは、乾式ブレンドによって添加した。シーラント層に使用されるポリエチレン組成物は、表7に提供されるように変化する。750ppmの10090 Slip PE MB及び2500ppmの10063 Antiblock PE MBを、乾式ブレンドを通してシーラント層に導入する。ダイ間隙を78.7ミルに設定し、ブローアップ比は2.5であり、溶融温度は440°F~470°Fであり、出力速度は350ポンド/時間であり、フロストライン高さは約37インチであった。多層フィルムのバブルをインラインでスリットし、2つのロールに分離した。
次いで、本発明のフィルム1~3及び比較フィルムA~Cの各々を、ADCOTE(商標)577/CR87-124溶媒系接着剤を使用するNordmeccanica Super Combi 3000ラミネーターを使用して、12ミクロンの厚さの配向されたポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate、PET)上に積層し、ADCOTE(商標)577及びCR87-124成分を、100:7の重量比で混合した。溶媒系接着剤を適用する前に、本発明のフィルム1~3及び比較フィルムA~Cの各々のスキン側に1kWのコロナを照射する。接着剤を、グラビアロールを介して1.75ポンド/rmのコーティング重量を生成する、11.5bcmを有する150チャネルクワッドを使用して適用し、続いて160°Fでニップする。フィルムを、完全化学硬化のために少なくとも5~7日間、25℃及び40%相対湿度で硬化させて、積層フィルム1~3及び比較積層フィルムA~Cを生成する。
ホットタック測定を、ASTM F-1921(方法B)に従ってEnepay市販試験機械を使用して、積層フィルム1~3及び比較積層フィルムA~Cの各々に対して行う。試験の前に、試料を、ASTM D-618(手順A)に従って、23℃及び50%R.H.で最低40時間調整した。
8.5インチ×14インチの寸法のシートを、機械方向に最も長い寸法で、フィルムから切断する。1インチ幅及び14インチの長さのストリップを、シートから切断する。試験を、これらの試料に対して、一定範囲の温度で行い、結果を、温度の関数として最大荷重として報告した。典型的な温度工程は、5℃又は10℃であり、各温度で6回繰り返す。試験で使用された典型的なパラメータは以下のとおりである。
試験片の幅:25.4mm(1.0インチ)
シール圧力:0.275N/mm2
シール滞留時間:0.5秒
遅延時間:0.18秒
剥離速度:200mm/秒
シール深さ=0.5インチ
試験片の幅:25.4mm(1.0インチ)
シール圧力:0.275N/mm2
シール滞留時間:0.5秒
遅延時間:0.18秒
剥離速度:200mm/秒
シール深さ=0.5インチ
各温度で測定された平均最大荷重の線形補間によって、ホットタック曲線を作成する。(ホットタック開始温度として定義される)4Nの平均最大荷重が達成された最低温度を、この曲線から決定し、表8に報告する。ホットタック曲線から決定された最大平均荷重(ピークホットタックとして定義される)も示される。
フィルム上のヒートシール測定を、ASTM F-88(技法A)に従って市販の引張試験機械で、積層フィルム1~3及び比較積層フィルムA~Cの各々に対して行う。
切断する前に、フィルムを、ASTM D-618(手順A)に従って、23℃(±2℃)及び50%(±10%)R.H.で最低40時間調整する。次いで、シートを、およそ11インチの長さ及びおよそ8.5インチの幅に機械方向にフィルムから切断する。シートを、典型的な条件に従って、一定範囲の温度にわたってKoppヒートシーラー上で、機械方向に沿ってヒートシールする。
シール圧力:0.275N/mm2
シーリング滞留時間:0.5秒(<1ミル)又は1.0秒(>1ミル)
シールの深さ=5mm
シール圧力:0.275N/mm2
シーリング滞留時間:0.5秒(<1ミル)又は1.0秒(>1ミル)
シールの深さ=5mm
シールされたシートは、1インチ幅のストリップに切断する前に、23℃(±2℃)及び50%R.H(±10%)で最低3時間調整される。試料を、試験の前に、23℃(±2℃)及び50%R.H(±10%)でシーリングした後、最低24時間調整する。
試験のために、ストリップは、2インチの初期分離で引張試験機械のグリップに装填され、23℃(±2℃)及び50%R.H(±10%)で10インチ/分のグリップ分離速度で引っ張られる。ストリップは、支持されていない状態で試験する。各シーリング温度に対して、5回の反復試験を実施する。
剥離中に測定される最大荷重は、複数のシーリング温度で決定され、各温度で測定された平均最大荷重の線形補間によって、ヒートシール曲線が作成される。(ヒートシール開始温度として定義される)2ポンドの平均最大荷重が達成された温度を、この曲線から決定し、続いて表8に提供する。
ヒートシール開始温度及びホットタック開始温度は、ポリエチレン組成物の全体的な密度によって影響を受けることが知られている。したがって、表8の適切な比較は、(1)積層フィルム1~2対積層比較フィルム1~2、及び(2)積層フィルム3対積層比較フィルムCである。表8に示されるように、本発明のいくつかの実施形態によるポリエチレン組成物を利用することは、各比較可能なセット内で、最も低いホットタック開始温度及び比較PE組成物よりも低いヒートシール開始温度を示した。
Claims (10)
- 包装用途に好適なポリエチレン組成物であって、
(a)改善されたコモノマー組成分布(iCCD)分析法を介する溶出プロファイルにおいて40℃~75℃の温度範囲内に単一のピークを有する第1のポリエチレン画分であって、第1のポリエチレン面積画分が、40~75℃の前記第1のポリエチレン画分の前記単一のピークの下の前記溶出プロファイルにおける面積であり、前記第1のポリエチレン画分面積が、前記溶出プロファイルの総面積の45%~65%を構成する、第1のポリエチレン画分と、
(b)iCCD分析法を介する前記溶出プロファイルにおいて85℃~110℃の温度範囲にある第2のポリエチレン画分であって、第2のポリエチレン面積画分が、85℃~110℃の前記第2のポリエチレン画分の前記単一のピークの下の前記溶出プロファイルにおける面積であり、第2のポリエチレン面積画分が、85~110℃の前記第2のポリエチレン画分の少なくとも1つのピークの下の前記溶出プロファイルにおける面積であり、前記第2のポリエチレン画分面積が、前記溶出プロファイルの総面積の15%~35%を構成する、第2のポリエチレン画分と、を含み、
前記ポリエチレン組成物が、0.905g/cm3~0.918g/cm3の密度、0.7g/10分~3.5g/10分のメルトインデックス(I2)を有し、前記組成物が、以下の式:I10/I2<7.0-1.2log(I2)を満たすメルトインデックス比(I10/I2)を有する、ポリエチレン組成物。 - iCCD分析法を介する溶出プロファイルにおいて40℃~75℃の温度範囲における前記第1のポリエチレン画分の重量平均分子量の、iCCD分析法を介する溶出プロファイルにおいて75℃~85℃の温度範囲における第3のポリエチレン画分の重量平均分子量に対する比が、0.90~1.6である、請求項1に記載のポリエチレン組成物。
- iCCD分析法を介する溶出プロファイルにおいて85℃~110℃の温度範囲における、前記第3のポリエチレン画分の前記重量平均分子量の、前記第2のポリエチレン画分の重量平均分子量に対する比が、0.50~1.50である、請求項2に記載のポリエチレン組成物。
- 前記ポリエチレン組成物が、2.0未満のゼロ剪断粘度比を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載のポリエチレン組成物。
- 前記第2のポリエチレン画分が、85℃~110℃の前記温度範囲内に少なくとも1つのピークを有する、請求項1~4のいずれか一項に記載のポリエチレン組成物。
- 前記ポリエチレン組成物が、2.0~3.5の範囲内の、前記重量平均分子量の、数平均分子量に対する比(Mw/Mn)として表される分子量分布を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載のポリエチレン組成物。
- 前記ポリエチレン組成物が、1.0未満の分子量コモノマー分布インデックス(MWCDI)を有する、請求項1~6のいずれか一項に記載のポリエチレン組成物。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載のポリエチレン組成物を含む、フィルム。
- シーラント層を含む多層フィルムであって、前記シーラント層が、請求項1~7のいずれか一項に記載のポリエチレン組成物を含む、多層フィルム。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載のポリエチレン組成物を含む、物品。
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