JP6328933B2 - エチレン系ポリマーおよびその作製方法 - Google Patents

エチレン系ポリマーおよびその作製方法 Download PDF

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Description

関連出願の参照
本出願は、2010年12月17日出願の米国特許仮出願第61/424,386号の利益を主張するものである。
発明の背景
今日、多くのタイプのポリエチレンが作製および販売されている。特に、2つのタイプが様々な供給業者により作製され、大量に販売されている。これらの2つのタイプは、フリーラジカル化学により高圧プロセスにおいて製造される直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)および低密度ポリエチレン(LDPE)である。しかし、他のポリマー、例えば、LLDPEなどとブレンドすることができる、良好な光学特性を有するフィルムの形成に使用され、インフレーションフィルムラインでの生産速度の増大を実現する、新しいエチレン系ポリマーが必要とされている。
米国特許出願公開第2008/0125553号は、長鎖分岐を有し、以下の関係:y=0.0663x−0.015(式中、y=GPC−LALLS CDFであり、x=従来のGPCにより測定したMw/Mnである)を満たす分子量分布Mw/Mn、およびGPC−LALLS CDFを有するものとして特徴付けられるエチレンホモまたはコポリマーを開示している。LSクロマトグラムが分子量350,000および分子量1,150,000で交差するところから引かれた線は、正の勾配を有する。該ポリマーは、好ましくは、0.15と2000g/10分の間のメルトインデックスを有し、長鎖分岐を有する。さらに、本発明は、エチレンと場合により1種または複数のコモノマーを、高圧で、好都合には13,000psigと100,000psigの間で、および115〜400℃、好ましくは125〜400℃、より好ましくは140〜350℃、特に165〜320℃の反応器温度で、少なくとも1つの管型反応器、および少なくとも1つのオートクレーブ反応器を含む反応器系において反応させるステップを含むフリーラジカル開始重合プロセスに関する。反応器へのモノマー(複数可)供給材料は、複数のモノマー供給流に分割され、管型反応器への少なくとも1つの供給流は、本質的に未反応のモノマーからなる。
米国特許第6,407,191号は、0.923と0.935g/cmの間の密度、3と10の間の分子量分布(Mw/Mn)を有し、カルボニル基含有化合物に由来する単位をホモまたはコポリマーの全重量に対して0.10〜0.50重量パーセント含むエチレンホモまたはコポリマーを開示している。さらに、本発明は、エチレンと場合により1種または複数のコモノマーを、高圧で、好都合には1600と4000kg/cmの間で、および約150〜330℃の温度で、少なくとも1つのオートクレーブ反応器、またはオートクレーブ反応器および管型反応器の組合せからなる反応器系において、フリーラジカル開始剤およびカルボニル基含有化合物の存在下で反応させるステップを含む中密度エチレンポリマーまたはコポリマーの調製のためのフリーラジカル開始重合プロセスに関する。本発明は、フラットダイ押出プロセスおよび用途におけるポリマーの加工および性能の特性の改善のための「カルボニル基含有」連鎖移動剤にも関する。
米国特許第5,741,861号は、50〜99重量パーセントの構成要素A(エチレンおよびα−オレフィンのコポリマー)、および1〜50重量パーセントの構成要素B(高圧低密度ポリエチレン)を含有する樹脂組成物を開示している。構成要素Aは、以下の特性を有する:(a)2〜30g/10分の溶融流量(MFR)、(b)0.935g/cm以下の密度、および(c)昇温溶出分別により得られる溶出曲線により示される溶出体積のピークが単一(該ピークは、20℃〜85℃の範囲内の温度に対応し、溶出曲線は、Hがピークの高さを表し、WがHの高さの半分での溶出曲線の幅を表す場合、比H/Wが1以上である関係を満たす)。構成要素Bは、以下の特性を有する:(a’)0.1〜20g/10分の溶融流量、(b’)0.915〜0.93g/cmの密度、(c’)1.6以上のメモリーエフェクト(ME)、および(d’)1.5g以上の溶融張力(MT)。該樹脂組成物は、ラミネート材料として使用され、改善された加工性を有し、低温ヒートシール性、ヒートシール強度および熱間粘着性に関して優れた特性を有するものと開示されている。
さらなる低密度ポリエチレンおよびブレンドが以下に開示されている:米国特許第4,511,609号;米国特許第4,705,829号;米国特許出願公開第2008/0038533号;特開昭JP61−241339号公報(要約書);特開2005−232227号公報(要約書);ならびに国際公開WO2010/144784およびWO2011/019563。
上で論じたように、他のポリマー、例えば、LLDPEなどとブレンドすることができる、良好な光学特性を有するフィルムの形成に使用され、インフレーションフィルムラインでの生産速度の増大を実現する、新しいエチレン系ポリマーが必要とされている。これらの需要は、以下の発明により満たされた。
発明の概要
本発明は、以下の特性:
A)7〜10のMWDconv;および
B)9.5以上の「正規化LSF」
を含むエチレン系ポリマーを提供する。
比較用LDPEのGPC−LS(光散乱)プロファイルを示す図である。 本発明のLDPEのGPC−LS(光散乱)プロファイルを示す図である。 実施例1〜6を製造するのに使用した部分閉ループ、二重再循環、高圧、低密度ポリエチレン製造系を示す図である。 比較例20を製造するのに使用したプロセス反応系のブロック線図を示す図である。 実施例2のプロセス反応系における温度プロファイルを示す図である。 比較例20のプロセス反応系における温度プロファイルを示す図である。
詳細な説明
本発明は、以下の特性:
A)7〜10のMWDconv;および
B)9.5以上、好ましくは10以上の「正規化LSF」
を含むエチレン系ポリマーを提供する。
該エチレン系ポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、C)1.0g/10分以上、好ましくは1.3g/10分以上、より好ましくは1.5g/10分以上のメルトインデックスをさらに含む。
一実施形態において、MWDconvは、7.2以上、または7.5以上である。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、1〜50g/10分、または1〜20g/10分、または1〜10g/10分、または1.5〜3g/10分のメルトインデックスを有する。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、高圧(100MPaより大きいP)重合プロセスにおいて形成される。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、7〜20のMWDconvを有する。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、低密度ポリエチレン(LDPE)である。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、炭素原子1000個当たり≧0.1個のアミル分岐(複数可)、または炭素原子1000個当たり≧0.5個のアミル分岐(複数可)、または炭素原子1000個当たり≧1個のアミル分岐(複数可)を有する。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、0.90〜0.95g/cc、好ましくは0.915〜0.935g/ccの密度を有する。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、5cN以上、または6cN以上、または6.5cN以上の溶融強度を有する。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、5〜15cNの溶融強度を有する。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、190℃で、18以上、または19以上のレオロジー比(V0.1/V100)を有する。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、190℃で、10〜25、または10〜20のレオロジー比(V0.1/V100)を有する。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、5以下、または4.5以下のタンデルタ(0.1rad/sで測定)を有する。
本発明のポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
本発明は、本発明のエチレン系ポリマーを含む組成物も提供する。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、該組成物の重量に対して10重量パーセント以上で存在する。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、該組成物の重量に対して10〜50重量パーセント、または20〜40重量パーセントの量で存在する。
一実施形態において、該組成物は、1種または複数の特性、例えば、密度、メルトインデックス、コモノマー、コモノマー含量等が本発明のエチレン系ポリマーと異なる別のエチレン系ポリマーをさらに含む。適切な他のエチレン系ポリマーとしては、DOWLEXポリエチレン樹脂、TUFLIN直鎖低密度ポリエチレン樹脂、ELITE強化ポリエチレン樹脂(全てThe Dow Chemical Companyから入手可能)、高密度ポリエチレン(d≧0.96g/cc)、中密度ポリエチレン(0.935〜0.955g/ccの密度)、EXCEEDポリマーおよびENABLEポリマー(いずれもExxonMobilから)、およびLDPE EVAが挙げられるが、これらに限定されない。
一実施形態において、該組成物は、プロピレン系ポリマーをさらに含む。適切なプロピレン系ポリマーとしては、ポリプロピレンホモポリマー、プロピレン/α−オレフィンインターポリマー、およびプロピレン/エチレンインターポリマーが挙げられる。
一実施形態において、該組成物は、不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、好ましくは不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンコポリマーをさらに含む。一実施形態において、不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、好ましくは不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンコポリマーは、0.89〜0.94g/cc、または0.90〜0.93g/ccの密度を有する。さらなる実施形態において、該組成物は、該組成物の重量に対して10〜50重量パーセント、または20〜40重量パーセントの本発明のエチレン系ポリマーを含む。
本発明の組成物は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1種の構成要素を含む物品も提供する。
一実施形態において、該物品は、フィルムである。
一実施形態において、フィルムは、8%未満のヘイズおよび9psiより大きいMD収縮張力を有する。
一実施形態において、フィルムは、180ft−lb/inより大きい衝撃穴あけ強さ(puncture)を有する。
1つにおいて、フィルムは、10〜40重量パーセント、または20〜40重量パーセントの本発明のエチレン系ポリマーを含み、過半重量パーセントの不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンインターポリマーを含む組成物から形成される(各重量パーセントは、該組成物の重量に対するものである)。さらなる実施形態において、フィルムは、7.5%未満、好ましくは7%未満のヘイズ(%)値を有する。さらなる実施形態において、フィルムは、9psiより大きい、好ましくは10psiより大きい、より好ましくは15psiより大きいMD収縮張力を有する。
本発明はまた、前記請求項のいずれかに記載のポリマーを形成する方法であって、エチレンと場合により少なくとも1種のコモノマーを、管型反応器において、280℃以上の平均重合温度、37,000psi未満の重合圧力で、および連鎖移動剤(CTA)の存在下で重合するステップを含む方法を提供する。
本発明のエチレン系ポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
本発明の組成物は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
本発明の物品は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。本発明のフィルムは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
本発明の方法は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
方法
本発明のエチレン系ポリマーを製造するために、高圧フリーラジカル開始重合プロセスが典型的に使用される。2つの異なる高圧フリーラジカル開始重合プロセスタイプが知られている。第1のタイプにおいて、1つまたは複数の反応ゾーンを有する撹拌型オートクレーブ容器が使用される。オートクレーブ反応器は、通常、開始剤もしくはモノマー供給材料またはその両方のいくつかの注入ポイントを有する。第2のタイプにおいて、1つまたは複数の反応ゾーンを有するジャケット付き管が反応器として使用される。適切な反応器長さは、100〜3000メートル(m)、または1000〜2000mとすることができるが、これらに限定されない。いずれかのタイプの反応器の反応ゾーンの先頭は、典型的に、反応のいずれかの開始剤、エチレン、連鎖移動剤(またはテロマー)、コモノマー(複数可)、ならびに任意のそれらの組合せの側面注入により画定される。高圧プロセスは、1つもしくは複数の反応ゾーンを有するオートクレーブもしくは管型反応器において、または各々が1つもしくは複数の反応ゾーンを含むオートクレーブ反応器および管型反応器の組合せにおいて実施することができる。
連鎖移動剤を使用して、分子量を制御することができる。好ましい実施形態において、1種または複数の連鎖移動剤(CTA)を本発明の重合プロセスに添加する。使用することができる典型的なCTAとしては、プロピレン、イソブタン、n−ブタン、1−ブテン、メチルエチルケトン、アセトン、およびプロピオンアルデヒドが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態において、該プロセスにおいて使用するCTAの量は、全反応混合物の0.03〜10重量パーセントである。
該エチレン系ポリマーの製造に使用するエチレンは、精製エチレンでもよく、これは、ループ再循環流から極性の構成要素を除去することにより、または本発明のポリマーの作製に新たなエチレンのみを使用するような反応系の構成を使用することにより得られる。該エチレン系ポリマーの作製に精製エチレンが必要とされることは典型的ではない。そのような場合、再循環ループからのエチレンを使用することができる。
一実施形態において、該エチレン系ポリマーは、ポリエチレンホモポリマーである。
別の実施形態において、該エチレン系ポリマーは、エチレンおよび1種または複数のコモノマー、好ましくは1種のコモノマーを含む。コモノマーとしては、典型的に20個以下の炭素原子を有するα−オレフィンコモノマーが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、α−オレフィンコモノマーは、3〜10個の炭素原子を有することができるか;または選択的に、α−オレフィンコモノマーは、3〜8個の炭素原子を有することができる。例示的なα−オレフィンコモノマーとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、および4−メチル−1−ペンテンが挙げられるが、これらに限定されない。選択的に、例示的なコモノマーとしては、α,β−不飽和C3〜C8−カルボン酸、特にα,β−不飽和C3〜C8−カルボン酸のマレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸およびクロトン酸誘導体、例えば、不飽和C3〜C15−カルボン酸エステル、特にC1〜C6−アルカノールのエステル、または無水物、特にメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸ter−ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルアクリル酸n−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸無水物、マレイン酸無水物、およびイタコン酸無水物が挙げられるが、これらに限定されない。別の選択肢において、例示的なコモノマーとしては、カルボン酸ビニル、例えば酢酸ビニルが挙げられるが、これらに限定されない。別の選択肢において、例示的なコモノマーとしては、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸およびメタクリル酸が挙げられるが、これらに限定されない。
添加剤
本発明の組成物は、1種または複数の添加剤を含み得る。添加剤としては、安定剤、可塑剤、帯電防止剤、顔料、染料、核剤、充填剤、スリップ剤、難燃剤、加工助剤、煙阻害剤、粘度調整剤およびブロッキング防止剤が挙げられるが、これらに限定されない。該ポリマー組成物は、例えば、本発明のポリマーの重量に対して10パーセント未満(総合重量に基づく)の1種または複数の添加剤を含み得る。
一実施形態において、本発明のポリマーは、1種または複数の安定剤、例えば、酸化防止剤、例えば、IRGANOX 1010、IRGANOX 1076およびIRGAFOS 168(Ciba Specialty Chemicals;Glattbrugg、Switzerland)などで処理する。一般に、該ポリマーは、押出または他の溶融プロセスの前に1種または複数の安定剤で処理する。加工助剤、例えば、可塑剤などとしては、フタル酸エステル、例えば、フタル酸ジオクチルおよびフタル酸ジイソブチルなど、天然油、例えば、ラノリンなど、ならびに石油精製から得られるパラフィン、ナフテン系および芳香族油、ならびにロジンまたは石油原料からの液体樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。加工助剤として有用な例示的なクラスの油としては、白色鉱油、例えば、KAYDOL油(Chemtura Corp.;Middlebury、Conn.)など、およびSHELLFLEX 371ナフテン系油(Shell Lubricants;Houston、Tex.)が挙げられる。もう1つの適切な油は、TUFFLO油(Lyondell Lubricants;Houston、Tex)である。
本発明のポリマーと他のポリマーとのブレンドおよび混合を実施することができる。本発明のポリマーとのブレンドに適したポリマーとしては、天然および合成ポリマーが挙げられる。ブレンド用の例示的なポリマーとしては、プロピレン系ポリマー(耐衝撃性改良ポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレン、アタクチックポリプロピレンとランダムエチレン/プロピレンコポリマーの両方)、様々なタイプのエチレン系ポリマー、例えば、高圧フリーラジカルLDPE、チーグラーナッタLLDPE、メタロセンPE、例えば、複数の反応器PE(チーグラーナッタPEおよびメタロセンPEの「反応器内」ブレンド、例えば、USP6,545,088(Kolthammerら);6,538,070(Cardwellら);6,566,446(Parikhら);5,844,045(Kolthammerら);5,869,575(Kolthammerら);および6,448,341(Kolthammerら)に開示されている生成物など)、エチレン−酢酸ビニル(EVA)、エチレン/ビニルアルコールコポリマー、ポリスチレン、耐衝撃性改良ポリスチレン、ABS、スチレン/ブタジエンブロックコポリマーおよびそれらの水素化誘導体(SBSおよびSEBS)、ならびに熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。均一なポリマー、例えば、オレフィンプラストマーおよびエラストマー、エチレンおよびプロピレン系コポリマー(例えば、VERSIFYプラストマー&エラストマー(The Dow Chemical Company)およびVISTAMAXX(ExxonMobil Chemical Co.)という商標名で入手可能なポリマーなども、本発明のポリマーを含むブレンド内の構成要素として有用であり得る)。
用途
本発明のポリマーは、単層および多層フィルム;成形品、例えば、ブロー成形、射出成形、または回転成形品など;コーティング;繊維;ならびに織布または不織布が挙げられるがこれらに限定されない有用な物品を製造するための様々な従来の熱可塑性樹脂製作方法において採用することができる。
本発明のポリマーは、積層フィルム、透明収縮フィルム、コレーション収縮フィルム、キャストストレッチフィルム、サイレージフィルム、ストレッチフード、シーラント、およびおむつバックシートが挙げられるがこれらに限定されない様々なフィルムにおいて使用することができる。
本発明のポリマーは、他の直接的な最終用途においても有用である。本発明のポリマーは、ワイヤーおよびケーブルコーティング操作に、シート押出において真空形成操作のために、および射出成形、ブロー成形プロセス、または回転成形プロセスの使用を含めた成形品の形成において、使用することができる。
本発明のポリマーの他の適切な用途としては、弾性のフィルムおよび繊維;柔らかな感触の物品、例えば、電気器具のハンドルなど;ガスケットおよび異形材;自動車内装部品および異形材;発泡商品(連続気泡および独立気泡の両方);他の熱可塑性ポリマー、例えば、高密度ポリエチレン、または他のオレフィンポリマーなど用の耐衝撃性改良剤;キャップライナー;ならびに床仕上材が挙げられる。
定義
「ポリマー」という用語は、本明細書において使用する場合、同じタイプであれ異なるタイプであれ、モノマーを重合することにより調製されるポリマー化合物を指す。したがって、ポリマーという総称は、ホモポリマーという用語(微量の不純物をポリマー構造に組み込んでいてもよいという了解の下で、1つのタイプのモノマーのみから調製されるポリマーを指すのに採用される)、および以下で定義するインターポリマーという用語を包含する。
「インターポリマー」という用語は、本明細書において使用する場合、少なくとも2つの異なるタイプのモノマーの重合により調製されるポリマーを指す。インターポリマーという総称は、コポリマー(2つの異なるモノマーから調製されるポリマーを指すのに採用される)、および3つ以上の異なるタイプのモノマーから調製されるポリマーを含む。
「エチレン系ポリマー」という用語は、本明細書において使用する場合、(ポリマーの重量に対して)過半量の重合したエチレンモノマーを含み、場合により、少なくとも1種のコモノマーを含有し得るポリマーを指す。
「エチレン/α−オレフィンインターポリマー」という用語は、本明細書において使用する場合、(インターポリマーの重量に対して)過半量の重合したエチレンモノマーおよび少なくとも1種のα−オレフィンを含むインターポリマーを指す。
「エチレン/α−オレフィンコポリマー」という用語は、本明細書において使用する場合、2つのみのモノマータイプとして、(コポリマーの重量に対して)過半量の重合したエチレンモノマー、およびα−オレフィンを含むコポリマーを指す。
「プロピレン系ポリマー」という用語は、本明細書において使用する場合、(ポリマーの重量に対して)過半量の重合したプロピレンモノマーを含み、場合により、少なくとも1種のコモノマーを含み得るポリマーを指す。
「組成物」という用語は、本明細書において使用する場合、組成物を構成する材料の混合物、ならびに組成物の材料から形成される反応生成物および分解生成物を含む。
使用する「ブレンド」または「ポリマーブレンド」という用語は、2種以上のポリマーの混合物を指す。ブレンドは、(分子レベルで相分離していない)混和性であってもなくてもよい。ブレンドは、相分離していてもしていなくてもよい。ブレンドは、透過型電子分光法(transmission electron spectroscopy)、光散乱、X線散乱、および当技術分野において知られている他の方法から決定される1種または複数のドメイン構成を含有していてもいなくてもよい。ブレンドは、2種以上のポリマーをマクロレベル(例えば、樹脂の溶融ブレンドまたは配合)またはミクロレベル(例えば、同じ反応器内での同時形成)で物理的に混合することにより行うことができる。
「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(having)」という用語およびそれらの派生語は、具体的に開示しているかどうかにかかわらず、任意のさらなる構成要素、ステップまたは手順の存在を排除することを意図したものではない。疑いを回避するために、「含む(comprising)」という用語の使用を通して特許請求する全ての組成物は、反対の指示がない限り、ポリマー系であるかどうかにかかわらず、任意のさらなる添加剤、アジュバント、または化合物を含み得る。対照的に、「から本質的になる」という用語は、続く任意の列挙の範囲から任意の他の構成要素、ステップまたは手順を排除し、操作性に必要不可欠でないものを除外する。「からなる」という用語は、具体的に記述または列挙していない任意の構成要素、ステップまたは手順を排除する。
試験方法
密度
密度測定用の試料は、ASTM D 4703−10に従って調製した。試料は、374°F(190℃)で5分間、10,000psi(68MPa)でプレス成形した。上記の5分間、温度を374°F(190℃)で維持し、次いで、圧力を30,000psi(207MPa)まで3分間増大させた。この後、70°F(21℃)および30,000psi(207MPa)で1分間保持した。測定は、ASTM D792−08、方法Bを使用して試料のプレス成形から1時間以内に行った。
メルトインデックス
メルトインデックス、またはI2は、ASTM D 1238−10、条件190℃/2.16kgに従って測定し、10分当たり溶出するグラムで報告した。I10は、ASTM D 1238、条件190℃/10kgに従って測定し、グラムで報告した。
核磁気共鳴(13C NMR)
試料は、10mmのNMR管において、おおよそ「3g」の「0.025M Cr(AcAc)を含有するテトラクロロエタン−d2/オルトジクロロベンゼンの50/50混合物」を「0.25〜0.40g」のポリマー試料に添加することにより調製する。該開口管を窒素環境に少なくとも45分間置くことにより試料から酸素を除去する。次いで、加熱ブロックおよびヒートガンを使用して該管およびその内容物を150℃まで加熱することにより試料を溶解し、均一化する。溶解した試料の各々を目視により検査して、均一であることを確実にする。試料は、分析の直前に完全に混合し、加熱NMR試料保持器への挿入まで冷却させない。
全てのデータは、Bruker 400MHz分光計を使用して収集する。データは、125℃の試料温度で、6秒のパルス繰返し遅延時間、90度のフリップ角、および逆ゲート付きデカップリングを使用して取得する。全ての測定は、固定モードの非回転試料について行う。試料は、データ取得の前に7分間、熱的に平衡化させる。13C NMR化学シフトは、30.0ppmでEEEトライアッドを内部基準とする。「C6+」値は、LDPE中のC6+分岐の直接的な尺度であり、長い分岐と「鎖端」は区別されない。6個以上の炭素の全ての鎖または分岐の末端から3つ目の炭素を表す「32.2ppm」ピークを使用して、「C6+」値を決定する。
溶融強度
溶融強度の測定は、Gottfert Rheotester 2000キャピラリーレオメーターに取り付けられたGottfert Rheotens 71.97(Goettfert Inc.;Rock Hill、SC)で実行した。長さ30mm、直径2.0mm、および縦横比(長さ/直径)15のフラットな入口角(180度)を備えたGoettfert Rheotester 2000キャピラリーレオメーターを用いて、溶融した試料(約25〜30グラム)を供給した。試料を190℃で10分間平衡化させた後、ピストンを0.265mm/秒の一定のピストン速度で走行させた。標準試験温度は190℃であった。試料は、2.4mm/sの加速度で、ダイの100mm下に位置する一連の加速ニップまで一軸的に引っ張られた。引張力をニップロールの巻取り速度の関数として記録した。溶融強度は、ストランドが破壊される前のプラトー力(cN)として報告した。溶融強度測定において以下の条件を使用した:プランジャー速度=0.265mm/秒;車輪加速度=2.4mm/s;キャピラリー直径=2.0mm;キャピラリー長さ=30mm;およびバレル直径=12mm。
動的機械的分光法(DMS)
空気中、1500psiの圧力下で、樹脂を350°Fで5分間圧縮成形して、「厚さ3mm×1インチ」の円形プラークとした。次いで、該試料をプレス機から取り出し、カウンターに置いて冷却させた。
窒素パージ下で、25mm(直径)の平行板を備えたTA Instruments「Advanced Rheometric Expansion System(ARES)」を使用して一定温度での周波数掃引を実施した。試料を該板に置き、190℃で5分間溶融させた。次いで、ギャップが2mmとなるように該板を接近させ、試料をトリミング(「直径25mm」の板の円周を超えて広がる余分な試料を除去)し、次いで、試験を開始した。該方法には、温度平衡を可能にするためのさらに5分の遅延時間が組み込まれていた。実験は、190℃で0.1〜100rad/sの周波数範囲にわたって実施した。歪み振幅は10%で一定であった。振幅および位相の観点から応力応答を分析し、そこから、貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)、複素弾性率(G)、複素粘性率η、tan(δ)すなわちtan デルタ、0.1rad/sでの粘度(V0.1)、100rad/sでの粘度(V100)、および粘度比(V0.1/V100)を計算した。
三重検出器ゲル浸透クロマトグラフィー(TDGPC)−従来のGPC、光散乱GPC、およびgpcBR
本明細書において使用するGPC技術(従来のGPC、光散乱GPC、およびgpcBR)について、三重検出器ゲル浸透クロマトグラフィー(3D−GPCまたはTDGPC)系を使用した。この系は、Waters(Milford、Mass)モデル150C高温クロマトグラフ(他の適切な高温GPC測定器としては、Polymer Laboratories(Shropshire、UK)のモデル210およびモデル220が挙げられる)からなり、これは、Precision Detectors(Amherst、Mass.)の2角式レーザー光散乱(LS)検出器モデル2040、Polymer ChAR(Valencia、Spain)からのIR4赤外線検出器、およびViscotek(Houston、Texas)の150R 4キャピラリー式溶液粘度計(DP)を備えている。
これらの後者の2つの独立した検出器および前者の検出器のうちの少なくとも1つを用いたGPCは、「3D−GPC」または「TDGPC」と呼ぶこともあり、一方、「GPC」という用語単独では、一般に、従来のGPCを指す。データ収集は、Viscotek TriSECソフトウェア、バージョン3、および4チャネル式Viscotek Data Manager DM400を使用して実施する。該系は、Polymer Laboratories(Shropshire、United Kingdom)からのオンライン溶媒脱気デバイスも備えている。
GPCカラムセットからの溶離液は、以下の順番で直列に配置された各検出器を通って流れる:LS検出器、IR4検出器、次いで、DP検出器。多重検出器オフセットの決定のための体系的アプローチは、Balke、Moureyら(Mourey and Balke、Chromatography Polym.、第12章、(1992年))、(Balke、Thitiratsakul、Lew、Cheung、Mourey、Chromatography Polym.、第13章、(1992年))により公表されているものと調和する様式で実施し、以下の光散乱(LS)GPCのセクションにおいて、式(5)に続く段落で概要を述べているように、広いポリエチレン標準物質を使用することにより生じる三重検出器のログ(MWおよび固有粘度)の結果を最適化する。
適切な高温GPCカラム、例えば、4本の長さ30cmのShodex HT803 13ミクロンカラム、または20ミクロンの混合細孔径充填材の4本の30cmのPolymer Labsカラム(MixA LS、Polymer Labs)などを使用することができる。ここでは、MixA LSカラムを使用した。試料のカルーセル区画は140℃で動作させ、カラム区画は150℃で動作させる。試料は、「50ミリリットルの溶媒中に0.1グラムのポリマー」の濃度で調製する。クロマトグラフィー溶媒および試料調製溶媒は、200ppmの2,6−ジ−tert−ブチル−4メチルフェノール(BHT)を含有する1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)である。溶媒は、窒素でスパージする。ポリマー試料は、160℃で4時間、穏やかに撹拌する。注入体積は、200マイクロリットルである。GPCを通る流量は、1ml/分に設定する。
従来のGPC
従来のGPCについては、IR4検出器を使用し、GPCカラムセットは、21種の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質を流すことにより較正する。該標準物質の分子量(MW)は、580g/モル〜8,400,000g/モルの範囲であり、該標準物質は、6種の「カクテル」混合物に含有されている。各標準物質混合物は、個々の分子量の間に少なくとも一桁の隔たりがある。標準物質混合物は、Polymer Laboratoriesから購入する。ポリスチレン標準物質は、1,000,000g/モル以上の分子量については「50mLの溶媒中0.025g」で、および1,000,000g/モル未満の分子量については「50mLの溶媒中0.05g」で調製する。ポリスチレン標準物質は、穏やかに撹拌しながら、30分間、80℃で溶解する。分解を最低限にするために、狭い標準物質混合物を最初に、最大分子量の構成要素が減少する順番で流す。ポリスチレン標準物質のピーク分子量は、式(1)を使用してポリエチレン分子量に変換し(Williams and Ward、J. Polym. Sci.、Polym. Letters、6、621(1968年)に記載の通り):
Mポリエチレン=A×(Mポリスチレン) (式1)、
式中、Mは、ポリエチレンまたはポリスチレンの分子量(表示している通り)であり、Bは、1.0に等しい。Aは、約0.38〜約0.44の範囲とすることができ、以下の光散乱(LS)GPCのセクションにおいて、式(5)に続く段落で概要を述べているように、広いポリエチレン標準物質を使用して較正時に決定されることが当業者に知られている。分子量の値、例えば、分子量分布(MWDまたはMw/Mn)、および関連する統計値などを得るためのこのポリエチレン較正法の使用は、本明細書において、WilliamsおよびWardの変法として定義する。数平均分子量、重量平均分子量、およびz平均分子量は、以下の式から計算する。
Figure 0006328933
光散乱(LS)GPC
LS GPCについては、Precision Detector PDI2040検出器モデル2040を使用する。試料に応じて、光散乱検出器の15°角または90°角のいずれかを計算目的で使用する。ここでは、15°角を使用した。
分子量データは、Zimm(Zimm, B.H.、J. Chem. Phys.、16、1099(1948年))およびKratochvil(Kratochvil, P.、Classical Light Scattering from Polymer Solutions、Elsevier、Oxford、NY(1987年))により公表されているものと調和する様式で得られる。分子量の決定において使用する全体の注入濃度は、質量検出器面積、および適切な直鎖ポリエチレンホモポリマー、または知られている重量平均分子量のポリエチレン標準物質のうちの1種に由来する質量検出器定数から得られる。計算した分子量は、以下で言及するポリエチレン標準物質の1種または複数に由来する光散乱定数、および屈折率濃度係数dn/dc、0.104を使用して得られる。一般に、質量検出器応答および光散乱定数は、約50,000g/モルを上回る分子量を有する直鎖標準物質から決定すべきである。粘度計の較正は、製造業者が記載している方法を使用して、あるいは、適切な直鎖標準物質、例えば、Standard Reference Materials(SRM)1475a(National Institute of Standards and Technology(NIST)から入手可能)などの公表値を使用することにより達成することができる。クロマトグラフィー濃度は、第2ウイルス(viral)係数効果(分子量に対する濃度効果)への対処を排除できるほど十分に低いと想定される。
3D−GPCを用いて、より高い正確度および精度のために「ピーク面積」法を使用し、以下の式(5)を使用して、絶対重量平均分子量(「Mw、Abs」)を決定する。「LS面積」および「濃度面積」は、クロマトグラフ/検出器の組合せにより生成される。
Figure 0006328933
各LSプロファイル(例えば、図1および2を参照されたい)について、x軸(log MWcc−CPC)(ここで、ccは、従来の較正曲線を指す)を以下の通り決定する。最初に、ポリスチレン標準物質(上記を参照されたい)を使用して、保持体積を「log MWPS」に較正する。次いで、式1(Mポリエチレン=A×(Mポリスチレン))を使用して、「log MWPS」を「log MWPE」に変換する。「log MWPE」スケールは、実験セクションのLSプロファイルのx軸として機能する(log MWPEは、log MW(cc−CPC)に等しい)。各LSプロファイルのy軸は、注入した試料の質量により正規化されたLS検出器応答である。最初に、溶出体積の関数としての分子量および固有粘度の両方に従来の較正(「cc」)を使用して、直鎖ポリエチレン標準物質試料、例えば、SRM1475aまたは均等物などの分子量および固有粘度を決定する。
GPC溶出曲線の低分子量領域において、酸化防止剤または他の添加剤の存在に起因することが知られている有意なピークの存在により、ポリマー試料の数平均分子量(Mn)が過小評価されて、Mw/Mn(ここで、Mwは、重量平均分子量である)として定義される試料の多分散性が過大評価される。したがって、真のポリマー試料の分子量分布は、GPC溶出から、このエクストラピークを排除することにより計算することができる。この方法は、一般に、液体クロマトグラフィー分析のデータ加工手順においてピークスキム機能と称される。この方法において、この追加的ピークは、GPC溶出曲線から試料の分子量計算を実施する前にGPC溶出曲線からスキムオフされる。
三重検出器GPC(3D−GPC)によるgpcBR分岐指数
gpcBR分岐指数は、先に記載した通り、最初に光散乱、粘度、および濃度検出器を較正することにより決定する。次いで、光散乱、粘度計、および濃度クロマトグラムからベースラインを減算する。次いで、屈折率クロマトグラムから検出可能なポリマーの存在を示す光散乱および粘度計クロマトグラムにおける低分子量保持体積範囲の全てを確実に積分するように積分ウィンドーを設定する。次いで、直鎖ポリエチレン標準物質を使用して、ポリエチレンおよびポリスチレンのMark−Houwink定数を確立する。この定数を得ると、式(6)および(7)に示す通り、2つの値を使用して、溶出体積の関数としてのポリエチレン分子量およびポリエチレン固有粘度の2つの線形基準の従来の較正を構築する:
Figure 0006328933
gpcBR分岐指数は、Yau, Wallace W.、「Examples of Using 3D-GPC - TREF for Polyolefin Characterization」、Macromol. Symp.、2007、257、29〜45に記載の通り、長鎖分岐の特性決定のための着実な方法である。該指数は、g’値の決定において伝統的に使用される「スライス毎の(slice-by-slice)」3D−GPC計算および分岐頻度計算を回避して、全ポリマー検出器面積を使用する。3D−GPCデータから、ピーク面積法を使用して、光散乱(LS)検出器により試料バルク絶対重量平均分子量(Mw、Abs)を得ることができる。該方法は、伝統的なg’の決定において必要とされる、濃度検出器信号に対する光散乱検出器信号の「スライス毎の」比を回避する。
3D−GPCを用いると、式(8)を使用して試料の固有粘度も独立して得られる。式(5)および(8)における面積の計算は、試料の全体の面積として、検出器ノイズならびにベースラインおよび積分限界に関する3D−GPCの設定に起因する変動に対する感受性がはるかに低いので、精度が高くなる。より重要なことに、ピーク面積の計算は、検出器容量のオフセットの影響を受けない。同様に、高精度の試料の固有粘度(IV)は、式(8)に示す面積法により得られ:
Figure 0006328933
式中、DPiは、オンライン粘度計から直接モニターされる差圧信号を表す。
gpcBR分岐指数を決定するために、試料ポリマーの光散乱溶出面積を使用して、該試料の分子量を決定する。試料ポリマーの粘度検出器溶出面積を使用して、該試料の固有粘度(IVまたは[η])を決定する。
最初に、式(2)および(9)によって、溶出体積の関数としての分子量および固有粘度の両方に従来の較正(「cc」)を使用して、直鎖ポリエチレン標準物質試料、例えば、SRM1475aまたは均等物などの分子量および固有粘度を決定する:
Figure 0006328933
式(10)を使用して、gpcBR分岐指数を決定し:
Figure 0006328933
式中、[η]は、測定された固有粘度であり、[η]ccは、従来の較正からの固有粘度であり、Mwは、測定された重量平均分子量であり、Mw、ccは、従来の較正の重量平均分子量である。式(5)を使用した光散乱(LS)による重量平均分子量は、一般に、「絶対重量平均分子量」または「M、Abs」と呼ばれる。従来のGPC分子量較正曲線(「従来の較正」)を使用した式(2)からのMw、ccは、「ポリマー鎖の主鎖分子量」、「従来の重量平均分子量」および「Mw、GPC」と呼ばれることが多い。
添字「cc」を有する全ての統計値は、それらのそれぞれの溶出体積、先に記載した対応する従来の較正、および濃度(Ci)を使用して決定する。添字が付いていない値は、質量検出器、LALLS、および粘度計面積に基づいて測定された値である。KPEの値は、直鎖の基準試料のgpcBR測定値がゼロとなるまで、反復して調整する。例えば、この特定の場合、gpcBRの決定のためのαおよびLog Kの最終値は、ポリエチレンについてはそれぞれ0.725および−3.355であり、ポリスチレンについてはそれぞれ0.722および−3.993である。
先に論じた手順を使用してKおよびα値を決定すると、分岐鎖状の試料を使用してその手順を繰り返す。分岐鎖状の試料は、最良の「cc」較正値として最終Mark−Houwink定数を使用して分析し、式(2)〜(9)を適用する。
gpcBRの解釈は簡単である。直鎖ポリマーについては、LSおよび粘度測定により測定される値が従来の較正標準物質に近くなるので、式(8)から計算されたgpcBRは、ゼロに近くなる。分岐鎖状のポリマーについては、測定されるポリマー分子量が計算されるMw、ccより大きくなり、計算されるIVccが測定されるポリマーIVより大きくなるので、gpcBRは、特に高レベルの長鎖分岐を用いると、ゼロより大きくなる。実際、gpcBR値は、ポリマー分岐の結果としての分子サイズ収縮効果による分数IV変化率を表す。0.5または2.0というgpcBR値は、それぞれ、当量重量の直鎖ポリマー分子に対する50%および200%のレベルのIVの分子サイズ収縮効果を意味するであろう。
これらの特定の例については、伝統的な「g’指数」および分岐頻度計算と比較したgpcBRを使用する利点は、gpcBRのより高い精度によるものである。gpcBR指数決定において使用するパラメーターの全ては、良好な精度で得られ、濃度検出器からの高分子量での低い3D−GPC検出器応答の悪影響を受けない。検出器容量の調節における誤差もgpcBR指数決定の精度に影響を及ぼさない。
「正規化LSF」の代表的計算−本発明および比較
比較例7および実施例1の「濃度−正規化」LS検出器応答のGPC溶出プロファイルをそれぞれ図1および2に示す。「正規化LSF」値に影響を及ぼす量は、図1および2を活用して定義する。プロットのx軸は、従来のGPC計算による分子量(MW)の対数値、またはcc−GPC MWである。y軸は、濃度検出器のピーク面積(図示せず)により測定した、等しい試料濃度について正規化されたLS検出器応答である。LS溶出プロファイルの具体的な特徴は、図1および2に示す2つの「log−MW」限界により画定されるウィンドーにおいて捕らえられる。下限は、400,000g/モルというM1値に対応し、上限は、1,400,000g/モルというM2値に対応する。
これらの2つのMW限界の鉛直線は、2つのポイントでLS溶出曲線と交差する。これらの2つの切片ポイントを連結する線分を引く。第1の切片(log M1)でのLS信号の高さは、S1量を示す。第2の切片(log M2)でのLS信号の高さは、S2量を示す。2つのMW限界の範囲内のLS溶出曲線下の面積は、面積Bという量を示す。LS曲線と2つの切片を連結する線分とを比較すると、線分より上(負の値として定義される図1および2のA2を参照されたい)または線分より下(例えば、正の値として定義される図1および2のA1)に分けられた面積の部分が存在することができる。A1およびA2の合計は、面積Aという量、Aの総面積を示す。この総面積Aは、面積Bと線分より下の面積の間の差として計算することができる。このアプローチの妥当性は、以下の2つの式により証明することができる(図1および2に示す通りA2は負であることに留意されたい)。(線分より下の面積)=(面積B)+A2+A1=(面積B)+(面積A)であるので、したがって、(面積A)=(面積B)−(線分より下の面積)である。
「正規化LSF」量を計算するステップは、表1〜3に示す3つの例(比較例7、実施例1、および比較例20)を用いて例示する。
ステップ1、以下の2つの式を使用して、表1の「勾配F」を計算する:
勾配_値=[(LS2−LS1)/LS2]/dLogM (式11)
勾配F=勾配関数=Abs(勾配_値)+0.1 (式12)
ステップ2、以下の2つの式を使用して、表2の「面積F」および「LSF」を計算する:
面積F=面積関数=Abs(A/B)+0.1 (式13)
ここで、A/B=(面積A)/(面積B)
LSF=Log(面積F×勾配F)+2.5 (式14)
ステップ3、最後に、以下の式を使用して、表3の「ノマライズド(Nomalized)LSF」を計算する:
「正規化LSF」=I2*(cc−GPC Mw/Mn)/LSF (式15)。
Figure 0006328933
Figure 0006328933
Figure 0006328933
フィルム試験
実験セクションに記載のフィルムについて、以下の物理的特性を測定した。
合計(全体)ヘイズおよび内部ヘイズ:内部ヘイズおよび合計ヘイズをASTM D 1003−07に従って測定した。内部ヘイズは、鉱油(小さじ1〜2杯)を使用(フィルムの各表面にコーティングとして適用)して、屈折率整合を介して得た。Hazegard Plus(BYK−Gardner USA;Columbia、MD)を試験に使用した。各試験について5つの試料を調査し、平均を報告した。試料の寸法は、「6インチ×6インチ」であった。
45°光沢度:ASTM D2457−08(5つのフィルム試料の平均;各試料「10インチ×10インチ」)。
透明度:ASTM D1746−09(5つのフィルム試料の平均;各試料「10インチ×10インチ」)。
2%割線モジュラス−MD(縦方向)およびCD(横方向):ASTM D882−10(各方向で5つのフィルム試料の平均;各試料「1インチ×6インチ」)。
MDおよびCDエルメンドルフ引裂強度:ASTM D1922−09(各方向で15のフィルム試料の平均;各試料「3インチ×2.5インチ」の半月形)。
MDおよびCD引張強度:ASTM D882−10(各方向で5つのフィルム試料の平均;各試料「1インチ×6インチ」)。
ダート衝撃強度:ASTM D1709−09(50%の破損を達成するのに最低20回の落下;典型的に10の「10インチ×36インチ」ストリップ)。
衝撃穴あけ強さ(puncture strength):衝撃穴あけ強さは、SINTECH TESTWORKS SOFTWAREバージョン3.10を用いてINSTRONモデル4201で測定した。試験片サイズは「6インチ×6インチ」であり、4回の測定を行って、平均衝撃穴あけ強さ値を決定した。フィルムは、フィルム製造後40時間、少なくとも24時間はASTM制御実験室(23℃および相対湿度50%)で状態調整した。直径4インチの丸形の試験片保持器と共に「100ポンド」ロードセルを使用した。衝撃穴あけプローブ(puncture probe)は、「最大移動長さ7.5インチ」の「直径1/2インチ」の研磨ステンレス鋼ボール(2.5”のロッド上)である。
ゲージ長は存在せず、該プローブは試験片に可能な限り接近していたが、接触はしていなかった。該プローブは、試験片に接触するまで該プローブを上昇させることによりセットする。次いで、試験片に接触しなくなるまで該プローブを徐々に下降させる。次いで、クロスヘッドをゼロに設定する。最大移動距離を考慮すると、その距離は、おおよそ0.10インチであろう。クロスヘッド速度は、10インチ/分であった。試験片の中央で厚さを測定した。フィルムの厚さ、クロスヘッドが移動した距離、およびピーク負荷を使用して、ソフトウェアにより衝撃穴あけ強さを決定した。衝撃穴あけプローブは、各試験片の後に、「KIM−WIPE」を使用して清浄にした。
収縮張力:収縮張力は、Y. Jin、T. Hermel-Davidock、T. Karjala、M. Demirors、J. Wang、E. Leyva、およびD. Allen、「Shrink Force Measurement of Low Shrink Force Films」、SPE ANTEC Proceedings、1264頁(2008年)に記載の方法に従って測定した。フィルム試料の収縮張力は、フィルム固定具を備えたRSA−III動的機械的分析器(TA Instruments;New Castle、DE)で実行する温度傾斜試験を通して測定した。試験のために、「幅12.7mm」および「長さ63.5mm」のフィルム試験片を、縦方向(MD)または横方向(CD)のいずれかでフィルム試料から打ち抜いた。Mitutoyo Absolute digimaticインジケーター(モデルC112CEXB)によりフィルムの厚さを測定した。このインジケーターは、12.7mmの最大測定範囲を有し、感度限界は0.001mmであった。各フィルム試験片の異なる位置での3回の厚さ測定の平均、および試験片の幅を使用して、フィルムの横断面積(A)を計算した(収縮フィルム試験において使用したフィルム試験片の「A=幅×厚さ」)。TA Instrumentsからの標準的なフィルム引張具(film tension fixture)を測定に使用した。RSA−IIIのオーブンを、ギャップおよび軸力をゼロに設定する前に、少なくとも30分間、25℃で平衡化させた。最初のギャップは、20mmに設定した。次いで、フィルム試験片を上部および下部の固定具の両方に付着させた。典型的に、MDの測定は、1枚のフィルムのみを必要とする。CD方向の収縮張力は典型的に低いので、測定毎に2枚または4枚のフィルムをまとめて積み重ねて、信号対雑音比を改善する。そのような場合、フィルムの厚さは、全ての層の合計である。この作業において、MD方向で1枚を使用し、CD方向で2枚を使用した。フィルムが初期温度25℃に達した後、上部の固定具を手動でわずかに上昇または下降させて、−1.0gという軸力を得た。これは、試験の開始時にフィルムのしわ(buckling)または過剰な延伸が確実に発生しないようにするためのものであった。次いで、試験を開始した。測定の間中、一定の固定具ギャップを維持した。
温度傾斜は、25℃から80℃まで、90℃/分の速度で開始し、その後、80℃から160℃まで、20℃/分の速度であった。80℃〜160℃の傾斜の間、フィルムが収縮したので、力変換器により測定された収縮力を、さらなる分析のために温度の関数として記録した。「ピーク力」と「収縮力ピークの発現の前のベースライン値」の間の差が、フィルムの収縮力(F)と見なされる。フィルムの収縮張力は、フィルムの収縮力(F)の横断面積(A)に対する比である。
実験
本発明のエチレン系ポリマーおよび比較用ポリマーの調製
プロセス条件を論じるおよび比較するとき、プロセス条件をそれらの生成物呼称で呼ぶことができる(例えば、実施例1の生成物を製造するためのプロセス条件は、「実施例1のプロセス」と呼ぶことができる)。実施例1から6は、同じプロセス反応系で製造する。図3は、前述の実施例を製造するのに使用したプロセス反応系の単純ブロック線図である。
図3のプロセス反応系は、部分閉ループ、二重再循環、高圧、低密度ポリエチレン製造系である。該プロセス反応系は、新たなエチレンの供給導管[1];ブースター/一次コンプレッサー「BP」、ハイパーコンプレッサー「Hyper」および3ゾーン式管からなる。該管型反応器は、第1の反応物供給ゾーン;第1の過酸化物開始剤供給源[11]に接続された第1の過酸化物開始剤導管[3];第2の過酸化物開始剤供給源12に接続された第2の過酸化物開始剤導管[4];および第2の過酸化物開始剤供給源12に接続された第3の過酸化物開始剤導管[5]からなる。冷却ジャケット(高圧水を使用)は、該管型反応器および予熱器の外側のシェルの周りに据え付けられている。該管型反応器は、さらに、高圧セパレーター「HPS」;高圧再循環ライン[7];低圧セパレーター「LPS」;低圧再循環ライン[9];および連鎖移動剤(CTA)供給系13からなる。
該管型反応器は、過酸化物注入ポイントの位置が境界となっている3つの反応ゾーンをさらに含む。第1の反応ゾーン供給は、該管型反応器の前部に取り付けられており、プロセス流体の一部を第1の反応ゾーンに供給する。第1の反応ゾーンは、注入ポイント#1[3]で開始し、注入ポイント#2[4]で終わる。第1の過酸化物開始剤は、該管型反応器に注入ポイント#1[3]で接続している。第2の反応ゾーンは、注入ポイント#2[4]で開始する。第2の反応ゾーンは、注入ポイント#3[5]で終わる。第3の反応ゾーンは、注入ポイント#3[5]で開始する。全ての実施例について、エチレンおよび再循環エチレンの100パーセントが、第1の反応ゾーン供給導管[1]を介して第1の反応ゾーンに誘導される。これは、オールフロントガス管型反応器と呼ばれる。
図4は、比較例20を製造するのに使用したプロセス反応系の単純ブロック線図である。図4のプロセス反応系は、部分閉ループ、二重再循環、高圧、低密度ポリエチレン製造系である。該プロセス反応系は、新たなエチレンの供給導管[1];ブースター/一次コンプレッサー「BP」;ハイパーコンプレッサー「Hyper」;および2ゾーン式管型反応器からなる。該管型反応器は、第1の反応物供給ゾーン;第1の過酸化物開始剤供給源10に接続された第1の過酸化物開始剤導管[3];第2の過酸化物開始剤供給源11に接続された第2の過酸化物開始剤導管[4];高圧セパレーター「HPS」;高圧再循環ライン[6];低圧セパレーター「LPS」;低圧再循環ライン[8];および連鎖移動剤(CTA)供給系[12]からなる。冷却ジャケット(高圧水を使用)は、該管型反応器および予熱器の外側のシェルの周りに据え付けられている。
該管型反応器は、過酸化物注入ポイントの位置が境界となっている3つの反応ゾーンをさらに含む。第1の反応ゾーン供給は、該管型反応器の前部に取り付けられており、プロセス流体の一部を第1の反応ゾーンに供給する。第1の反応ゾーンは、注入ポイント#1[3]で開始し、注入ポイント#2[4]で終わる。第1の過酸化物開始剤は、該管型反応器に注入ポイント#1[3]で接続している。第2の反応ゾーンは、注入ポイント#2[4]で開始する。
比較例20について、エチレンおよび再循環エチレンの100パーセントが、第1の反応ゾーン供給導管[1]を介して第1の反応ゾーンに誘導される。これは、オールフロントガス管型反応器と呼ばれる。
全ての本発明の実施例および比較例について、t−ブチルペルオキシ−2エチルヘキサノエート(TBPO)、ジ−t−ブチル過酸化物(DTBP)、tert−ブチルペルオキシピバレート(PIV)、およびイソ−パラフィン系炭化水素溶媒(沸騰範囲>179℃;例えば、ISOPAR E)を含有する混合物を、第1の注入ポイント用の開始剤混合物として使用する。注入ポイント#2および#3については、DTBP、TBPO、およびイソ−パラフィン系炭化水素溶媒のみを含有する混合物を使用する。実施例1〜6および比較例20の製造に使用した反応器管プロセス条件は、表4および6で示す。表5は、いくつかの連鎖移動剤およびそれらの「Cs」値を列挙している。
実施例1、2、4、5、および6ならびに比較例20について、プロピレンをCTAとして使用した。プロピレンは、第1段ブースターの排出ドラムでエチレン流に注入される。該プロセスへのCTA供給材料の組成は、生成物のメルトインデックスを制御するように調整する。実施例3については、イソブタンをCTAとして使用した。
実施例1〜6については、反応器圧力は、34,700〜36,000psigの間であった。全体的に低い反応器圧力(33,000〜36,000psig)と、高い平均反応器温度(>300℃)およびCTA(例えば、プロピレン)とを組み合わせると、非常に広いMWDおよび低い密度を有するLDPEが生じることを発見した。
図5および6は、過酸化物注入に関する、実施例2および比較例20の温度プロファイルならびに反応ゾーンを示す。冷媒温度は、反応ゾーンを冷却するのに使用した冷却液の温度である。冷却液は、向流で反応器に供給する。いくつかの冷却ゾーンを使用して、各反応ゾーンを冷却する。各冷却ゾーンの入口および出口で温度を測定する。反応器温度(y軸)は、反応器の内部から反応器の長さに沿って得る。各反応温度は、反応器内のそのポイントでの反応温度を表す。x軸は、管の間の継ぎ目の位置を示し、y軸は、反応および熱湯の温度である。熱電対を使用して、製造の間に該管の下流に向かって反応温度を測定した。反応ゾーンの各々への過酸化物流を調整することにより、各ゾーンの反応ピークを制御した。次いで、ピーク温度を使用して、生成物のMWD/密度の制御を援助した。
使用した様々なCTAの活性は、連鎖移動定数により説明することができ、連鎖移動定数の値が高いほど、より高活性なCTAを表す。Cs、およびCs値を決定する方法は、G. A. Mortimer、「Chain Transfer in Ethylene Polymerization」、J. Polymer Science:Part A-1、4巻、881〜900頁(1966年)に含有されている。上で論じたように、いくつかの一般的なCTAのCsを表5に示す。一実施形態において、CTAは、0.001〜0.070、好ましくは0.005〜0.060、より好ましくは0.008〜0.050、さらにより好ましくは0.010〜0.020のCs値(1360atm、130℃)を有する(Mortimerの上記参考文献を参照されたい)。
表7〜10は、実施例(本発明のポリマー)および比較例(比較用ポリマー)の特性決定データを含有する。表7および8は、それぞれ、実施例および比較例のメルトインデックス、密度、溶融強度、およびDMSデータを示す。実施例は、1.65〜2.56のメルトインデックス範囲、0.9185〜0.9216g/ccの密度範囲、6.9〜9.6の溶融強度範囲、および15.1〜20.4の粘度比範囲を網羅している。広範囲の比較例を表8に列挙している。一般に、比較可能なメルトインデックスでは、比較例は、密度が高く、溶融強度が低く、低い粘度比を有する傾向がある。
表9および10は、それぞれ、実施例および比較例のメルトインデックス、TDGPC特性、密度、およびCTAタイプを含有する。実施例は、比較例より高い分子量分布Mw/Mn、高い正規化LSF、および高いgpcBRを有する傾向がある。これらの複合的特徴により、溶融強度が増大し、加工性または剪断減粘が改善され(より高い粘度比(V0.1/V100、190℃で)により示される)、インフレーションフィルムラインでのフィルムアウトプットが増大した(以下で論じる)エチレン系ポリマーが得られる。また、正規化LSFと組み合わせた本発明のポリマーのより広いMw/Mn、およびより高いgpcBRを、「直鎖低密度ポリマー(LLDPE)が豊富なブレンド」において使用して、予想外に低いヘイズを有するフィルムを形成することができることを発見した。
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実施例、比較例、およびLLDPE1の分岐の結果を表11に示す。C5またはアミル基は、LDPEに特有である。フィルム試験において使用したLLDPE1は、オクテンを含有し、その結果、高レベルのC6+が生じる。
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配合物
8つの異なるLDPEおよび1つのLLDPEを用いて、インフレーションフィルムを作製し、物理的特性を測定した。使用したLLDPE、LLDPE1は、チーグラーナッタ触媒により製造されたメルトインデックス(MIまたはI2)1.0、密度0.920g/ccのLLDPEであった。フィルムは、LDPEおよびLLDPE1の重量に対して、0wt%、20wt%、30wt%、70wt%、および100wt%のそれぞれのLDPEで作製した。フィルム試料において以下のエチレン系ポリマー(LDPE):実施例1、4〜6、および比較例3、20、および21を使用した。
各配合物は、MAGUIRE計量ブレンダーで配合した。ポリマー加工助剤(PPA)を各配合物に添加した。PPAは、配合物の重量の全重量に対して「マスターバッチの1.125wt%」で添加した。PPAマスターバッチ(CKAC−19、Ingenia Polymersから入手可能)は、ポリエチレン担体中に8wt%のDYNAMAR FX−5920Aを含有していた。
LLDPE1はまた、最大アウトプットで作製したフィルム中でLLDPEとして使用した。80wt%のDOWLEX 2045Gおよび20wt%のLDPEを用いて全ての試料を作製した。最大フィルムアウトプットを決定するのに使用したLDPEは、以下:実施例1、4〜6、および比較例3、6、および22であった。
フィルムの製造
単層インフレーションフィルムは、ポリエチレンの「Davis Standard Barrier IIスクリュー」を用いて8インチのダイで作製した。エアリングによる外部冷却および内部バブル冷却を使用した。各インフレーションフィルムを製造するのに使用した一般的インフレーションフィルムパラメーターを表12に示す。温度は、ペレットホッパー(バレル1)に最も近い温度、および昇順で、該ポリマーがダイを通って押し出されたときの温度(溶融温度)である。
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インフレーションフィルムの最大生産速度の決定のためのフィルムの製造
フィルム試料は、制御速度および最大速度で作製した。制御速度は、350lb/hrであり、これは、ダイ円周の13.9lb/hr/インチという生産速度と等しい。最大アウトプット試験に使用したダイ直径は、8インチのダイであり、そのため、制御速度については、一例として、「lb/hr」とダイ円周の「lb/hr/インチ」の間の変換を式16に示す。同様に、そのような式は、最大速度を式16に代入してダイ円周の「lb/hr/インチ」を決定することにより、他の速度、例えば、最大速度などに使用することができる。
ダイ円周のLb/Hr/インチ=(350Lb/Hr)/(8*π)=10 (式16)
所与の試料の最大速度は、バブル安定性が制限因子となるポイントまで生産速度を増大させることにより決定した。押出機プロファイルを両方の試料(標準速度および最大速度)について維持したが、しかし、溶融温度は、最大速度試料の方が、モーター速度(rpm、毎分回転数)が高く剪断速度が増大したので、高かった。バブルがエアリング内に位置し続けないであろうポイントまでバブルを搬送することにより最大バブル安定性を決定した。そのポイントで、バブルが再びエアリング内に位置するところまで速度を低減し、次いで、試料を収集した。バブル上での冷却は、エアリングを調整し、バブルを維持することにより調整した。これを、バブル安定性を維持する間の最大生産速度と見なした。
フィルム特性
表13〜15は、20%、30%、および70%のLDPEで350lb/hrという標準速度で製造したフィルムのフィルム結果を示す。表13〜15から、実施例については、比較例と比較して、合計および内部ヘイズの両方が低く、光沢度が高く、MDおよびCD収縮張力が高い。表13は、「20%LDPEブレンド」に関して、本発明の配合物(各々が本発明のポリマーを含有する)の平均については、比較用配合物(各々が比較用ポリマーを含有する)と比較して、合計ヘイズおよび内部ヘイズが低く、衝撃穴あけ強さが高く、MD収縮張力が高いことを示す。表14は、「30%LDPEブレンド」に関して、本発明の配合物の平均については、比較用配合物と比較して、ダートAおよびMD収縮張力が両方とも高いことを示す。表15は、「70%LDPEブレンド」に関して、本発明の配合物の平均については、比較用配合物と比較して、内部ヘイズ、衝撃穴あけ強さ、およびMD収縮張力が全て高いことを示す。全体としては、本発明の実施例は、比較例と比較して、ヘイズが低く、靱性(衝撃穴あけ強さ、ダート)が高く、収縮張力が高いという改善された性能を示す。
表16および17は、最大速度データ、およびこれらの試料のフィルム特性について記載している。表16は、実施例が高い最大生産速度を有し、これらの生産速度が、メルトインデックスがずっと低いLDPE(比較例6〜配合物23)と同様であることを示す。表16は、「20%LDPEブレンド」に関して、「メルトインデックス1.75」での本発明の実施例4(配合物25)の最大アウトプット性能が、驚くべきことにメルトインデックスがずっと低いLDPE(メルトインデックス0.64−比較例6)と同様であることを示す。本発明の試料4は、また、改善されたヘイズ、光沢度、およびMD引裂を有する。表17は、最大アウトプットの「20%LDPEブレンド」に関して、本発明の配合物(各々が本発明のポリマーを含有する)については、比較用配合物(各々が比較用ポリマーを含有する)と比較して、ヘイズが低く、光沢度が高いことを示す。全体としては、本発明の配合物は、同様のメルトインデックスで、比較用配合物と比較して、ヘイズが低く、靱性(衝撃穴あけ強さ、ダート)が高く、収縮張力が高く、バブル安定性限界での最大アウトプットが高いという改善された性能を有する。
Figure 0006328933
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Claims (13)

  1. 以下の特性:
    A)7〜10のMw/Mn
    B)9.5以上の「正規化LSF」
    を有するエチレン系ポリマーであって、
    前記エチレン系ポリマーは、190℃で、10〜25の粘度比(V0.1/V100)を有し、および、1.0g/10分以上のメルトインデックスを有し、
    前記正規化LSFは以下の式
    「正規化LSF」=I*(cc−GPC Mw/Mn)/LSF (式15)
    を用いて得られる、エチレン系ポリマー。
  2. 請求項1に記載のエチレン系ポリマーを、反応器中、連鎖移動剤(CTA)の存在下、33,000〜36,000psig(227.5〜248.2MPa)の反応器圧力および300℃を超える平均反応器温度で形成する方法。
  3. 低密度ポリエチレン(LDPE)である、請求項1に記載のエチレン系ポリマー。
  4. 炭素原子1000個当たり0.1個以上のアミル分岐(複数可)を有する、請求項1およびのいずれか1項に記載のエチレン系ポリマー。
  5. 0.90〜0.95g/ccの密度を有する、請求項1、およびのいずれか1項に記載のエチレン系ポリマー。
  6. 5〜15cNの溶融強度を有する、請求項1、のいずれか1項に記載のエチレン系ポリマー。
  7. 請求項1、のいずれか1項に記載のエチレン系ポリマーを含む組成物。
  8. 不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、好ましくは不均一に分岐したエチレン/α−オレフィンコポリマーをさらに含む、請求項に記載の組成物。
  9. エチレン系ポリマーが、組成物の重量に対して10重量パーセント以上で存在する、請求項7またはに記載の組成物。
  10. 請求項7からのいずれか1項に記載の組成物から形成される少なくとも1種の構成要素を含む物品。
  11. フィルムである、請求項10に記載の物品。
  12. フィルムが、8%未満のヘイズおよび9psiより大きいMD収縮張力を有する、請求項11に記載の物品。
  13. フィルムが、180ft−lb/inより大きい衝撃穴あけ強さを有する、請求項11または12に記載の物品。
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