JP6742428B2 - エチレンコポリマーを含む積層フィルム - Google Patents

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Description

この発明は、ラミネートにおいて使用するためのフィルム層に対するポリマー組成物に関する。
加えて本発明は、ポリマー組成物で作られたフィルム層、ポリマー組成物の層を含む積層物品、こうした積層物品の生産のためのプロセスに関する。
多くのさまざまなラミネートが存在する。ラミネートは典型的に、少なくともたとえばガラス層または金属層などの基体層と、ポリマーで作られた少なくとも1つの層とを含む。
1つの一般的な先行技術ポリマー組成物は、過酸化物架橋されたエチレンビニルアセテート(EVA:ethylene−vinyl acetate)コポリマーであり、これは架橋剤および安定剤として有機過酸化物を含むEVAコポリマー組成物からシートとして押出される。使用中の温度は典型的に40℃から80℃であるため、高温における十分な強度を層に提供するために、EVAの架橋が必要である。
積層フィルム層は典型的に、真空積層プロセスにおいて生産される。このプロセスにおいては、ラミネートの構成要素が集められた後に真空積層装置に入れられ、そこで約100℃から180℃の上昇温度および増加させた膜圧力を約10〜30分の時間加えることによって、真空下でラミネートが形成される。
ラミネート中の層としての過酸化物架橋EVAの1つの欠点は、ラミネート中の有機過酸化物を分解する必要性および架橋反応を達成させるためにもたらされる、比較的高い温度および長い積層時間である。よって、ラミネートの生産速度が低い。
ポリマー層としての過酸化物架橋EVAの使用は、さらなる欠点を有する。ラミネートは時間とともに光学的劣化を示すことが周知であり、これは元々無色透明のフィルムの変色として起こることがある。さらに、たとえば界面または損傷における剥離、水の浸透および円弧化、膨張/収縮応力による亀裂、ならびに風化などのその他の問題も報告されている。
ポリビニルブチラール(PVB:Polyvinyl butyral)は、ガラス層を有するラミネートに対する一般的なフィルム層材料である。PVBフィルムは、良好な付着および光学特性を有する。この材料は、水を引き付ける高い極性を有する。EVAも同じ問題を有する。さらに、PVBは極度に柔軟かつ粘着性である。したがってPVBフィルムは、遊離層またはライナー層とともに用いる必要がある。そうでなければ、PVBフィルムのローラーを解くことが困難になる。
今日、たとえば過酸化物架橋エチレンビニルアセテート(EVA)コポリマー(例、特許文献1を参照)、ポリビニルブチラール(PVB)(例、特許文献2を参照)、イオノマー(例、特許文献3を参照)などのいくつかのタイプのフィルム材料が公知である。
本発明の目的は、公知の技術の欠点を有さないフィルム層材料を提供することであり、特にたとえばEVAなどのフィルム材料としての過酸化物架橋ポリマーの使用を回避できることである。特に本発明の目的は、たとえばラミネートの積層に必要な時間を短くすることなどによって積層物品の生産プロセスを改善して容易にすることを可能にすると同時に、劣化の傾向が低く、剥離を減少させるフィルム層材料を提供することである。
米国特許第4600627号 米国特許第6982296号 米国特許第4619973号
本発明はフィルム層に対するポリマー組成物であり、このポリマー組成物は
(A)10〜50wt%の、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマーと、
(B)少なくとも50wt%の、シラン基を含まない熱可塑性ポリオレフィンとを含み、
このポリマー組成物は、「テスト方法」に記載されるとおりに測定されるときに90℃にて1mm未満のクリープと、「テスト方法」に記載されるとおりに測定されるときに20N/cmより高い付着力とを有する。
ポリマーは、少なくとも1000より多くの繰り返し単位を有することが定義されている。エチレンのコポリマーは、50wt%より多くのエチレンモノマーを有する。
シラン基が、たとえばガラス層内のシラン基などの基体への付着力を増すことによって、良好な付着が達成されることになる。このことは、このポリマーがガラス層と適合することを意味する。このことは実施例の部分に示される。
熱可塑性の定義は、ポリオレフィンが特定の温度より上では溶融物として加工可能であり、かつ冷却の際には固体状態に戻ることを意味する。
さらに、本発明のポリマー組成物は、低いクリープと良好なフィルム押出し特性との組み合わせを有するフィルム層を提供する。さらに、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は押出し特性を改善するため、このフィルム層は加工が容易で気泡をもたらさない。本発明の利益の1つは、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)が付着促進剤として働き、それと同時にクリープ特性を改善することである。このことはポリマー組成物の複雑さを低減し、結果的にこの系をより頑強にすることになる。より頑強な系による別の利益は、たとえばより広い温度積層ウィンドウなどによって、廃棄される材料が少なくなることである。
本明細書においてポリオレフィンとは、主にエチレンおよびアルファオレフィン(アルケン)、典型的にエチレン、プロピレン、ブチレン、ヘキセン、およびオクテン、またはそれらの混合物を含むポリマーを意味する。
ラミネートとは、いくつかの層が積層されていることを意味する。本発明は、本発明によるポリマー組成物を含む基体およびフィルム層を含む。加えてラミネートは、最終適用によってはさらなる層を含み得る。こうしたラミネートは、典型的に多層ラミネートと呼ばれる。
さらに、本発明のポリマー組成物は、驚くほど良好な光学特性と、優れた加工性の特性とを提供する。
したがって、本発明のポリマー組成物は低いクリープと、良好な光学特性とともに、たとえば金属またはガラス基体などの基体への良好な付着との良好なバランスを提供する。以下の実施例は、全体の性能を犠牲にすることなく特性の前記バランスを示す。
本発明の目的の1つは、良好な高温特性を有するラミネートに対するフィルム層を提供することである。
好ましくは、本発明のポリマー組成物には過酸化物残基が存在しない。より好ましくは、本発明のポリマー組成物には遊離シラン分子が存在しないことになる。これらは界面活性であり、最終的に積層物品の異なる層の間で濃縮されることになる。それらは剥離の明らかな出発点である。
さらに、本発明のポリマー組成物は、剥離を防ぐ良好な光学特性と、ガラスに対する良好な付着力と、たとえば低い水吸収などの良好な長期特性とを有する混合物を提供する。このポリマー組成物の別の利点は、ガラスに対する良好な付着力を保つ一方で、自身に対する付着力は中程度であり、すなわちこのポリマー組成物をロール状のフィルムとして使用するときに、遊離層またはライナー(linear)層を必要としないことである。
本発明の一実施形態において、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、ポリマー組成物の総重量に基づいて10〜45wt%、好適には25〜45wt%、最も好適には30〜40wt%の量である。良好な光学特性を保持しながら良好なクリープ特性を得て、付着力を最適化するためには、この量のバランスをうまく取るべきである。さらに、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、好適には910kg/mより高く、より好適には920kg/mより高い密度を有する。密度が低すぎれば、クリープが過度に高くなる。シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、好適には960kg/m未満、より好適には930kg/m未満の密度を有する。
シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、好適には0.1〜40g/10min、好ましくは0.5〜15g/10min、最も好ましくは0.75〜4g/10minのMFRを有する。シラン含有量は0.1〜10wt%、好ましくは1〜5wt%、最も好ましくは1.5〜3wt%である。シランの量は、良好な付着力を提供するために十分であるべきである。
シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、いくつかの従来のプロセスによって作製できる。シランは好適には加水分解性、すなわち架橋可能である。当該技術分野において周知であるとおり、加水分解性のシラン基は、たとえばエチレンモノマーとシラン基含有コモノマーとの共重合によって、またはグラフト化、すなわちほとんどはラジカル反応においてシラン基を加えることによるポリマーの化学修飾によって、エチレンのコポリマーに導入されてもよい。共重合の利益は、最終物品に極性過酸化物残基も未反応ビニルシランも存在しないことである。このことによって、最終生成物がより良好な一貫性を有してより均一になり、品質が改善することになる。高圧ラジカルプロセスにおいて作られたビニルトリエトキシシランおよび/またはビニルトリメトキシシランとの共重合エチレンの貯蔵安定性は、グラフト化溶液に比べて大きく改善される。別の利益は、可燃性でありかつ強い臭気を有する液体ビニルシランの取り扱いが少なくなることである。さらなる利益は、こすり取りが少なく、スコーチ(押出し機における未熟な架橋)が少なく、生産走行がより長い(押出し機の洗浄が少ない)ことである。共重合は、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)の好ましい生成プロセスである。同じ付着力を保持しながら、グラフト化に比べてシラン基の量を減らすことができる。その理由は、グラフト化ポリマーは通常、未反応のシランおよび過酸化物残基を含有するのに対して、すべてのシラン基が共重合されるからである。
シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、好適にはシラン基を含有するエチレンの低密度ポリマーである。
高圧ラジカルプロセスは、任意にはポリマーのMFRを制御するための連鎖移動剤(CTA:chain transfer agent)を用いたフリーラジカル開始重合(高圧(HP:high pressure)ラジカル重合と呼ばれる)によって、高圧にて生成される。HPリアクタは、たとえば周知のチューブ状リアクタもしくはオートクレーブリアクタ、またはそれらの組み合わせなどであってもよく、好ましくはチューブ状リアクタである。高圧(HP)重合、および所望の最終適用に依存してポリオレフィンのその他の特性をさらに適合させるためのプロセス条件の調整は、周知であって文献に記載されており、当業者が容易に使用できるものである。好適な重合温度範囲は最大400℃、好ましくは80〜350℃であり、圧力は70MPaから、好ましくは100〜400MPa、より好ましくは100〜350MPaである。圧力は、少なくとも圧縮段階の後および/またはチューブ状リアクタの後に測定され得る。温度は、すべてのステップの間のいくつかの点で測定され得る。
高圧ラジカル重合によるエチレンの(コ)ポリマーの生成のさらなる詳細は、とりわけEncyclopedia of Polymer Science and Engineering,Vol.6(1986),pp383−410、ならびにEncyclopedia of Materials:Science and Technology,2001 Elsevier Science Ltd.:「Polyethylene:High−pressure,R.Klimesch,D.LittmannおよびF.−O.Maehling pp.7181−7184に見出され得る。
一実施形態においては、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)に過酸化物が加えられていない。この実施形態は、高圧リアクタにおける共重合によって、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)に加水分解性シラン基が導入されることを必要とする。
このポリマー組成物は、「テスト方法」に記載されるとおりに測定されるときに20N/cmより高い付着力を有し、好ましくは50N/cmより高く、最も好ましくは80N/cmより高い付着力を有する。
したがって、本発明のポリマー組成物は、たとえばシランおよび過酸化物などのポリマー組成物内のすべての液体添加剤を、できる限り低減させることを可能にする。このことはたとえば滲出などによる問題を減少させることになり、それはこの組成物から作られたフィルムの粘着性が減り、無臭になり(作業条件が顕著に改善する)、かつこうしたフィルムの貯蔵寿命が改善することを意味する。積層物品の層間の境界において残基が濃縮され得ない。このことは、気泡および剥離の危険性を低減させることになる。
エチレンのコポリマー(A)を生成するための、シラン基を共重合するためのシラン基含有コモノマー、またはシラン基をグラフト化するためのシラン基含有化合物は、好ましくは次の式によって表される不飽和シラン化合物であり、
SiR 3−q (I)
ここで
はエチレン不飽和ヒドロカルビル、ヒドロカルビルオキシ、または(メト)アクリルオキシヒドロカルビル基であり、
各Rは独立に脂肪族飽和ヒドロカルビル基であり、
同じであっても異なっていてもよいYは加水分解性有機基であり、
qは0、1または2である。
不飽和シラン化合物の特定の例は、Rがビニル、アリル、イソプロペニル、ブテニル、シクロヘキサニル、またはガンマ−(メト)アクリルオキシプロピルであり;Yがメトキシ、エトキシ、ホルミルオキシ、アセトキシ、プロピオニルオキシ、またはアルキル−もしくはアリールアミノ基であり;もし存在すればRがfであり、Rがビニル、アリル、イソプロペニル、ブテニル、シクロヘキサニル、またはガンマ−(メト)アクリルオキシプロピルであり;Yがメトキシ、エトキシであるものである。
最も好ましいシラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、シラン基含有コモノマーを有するエチレンのコポリマーである。
一実施形態は、シラン基含有単位を有するコポリマーによってエチレンのコポリマー(A)を生成するために、高圧ラジカルプロセスにおいてエチレンモノマーとビニルトリエトキシシランまたはビニルトリメトキシシランコモノマーとを共重合することである。
シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、シラン基含有コモノマー以外のさらなるコモノマーを含有してもよい。
さらに、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、シラン基以外のさらなる極性基(本明細書において極性基と呼ぶ)を含有してもよい。一実施形態において、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は極性基をも含有し、この極性基は極性基含有化合物をグラフト化するか、または極性基含有コモノマー(本明細書において極性コモノマーと呼ぶ)を共重合することによって導入されてもよい。この実施形態において、エチレンのコポリマー(A)は、エチレンモノマーと、シラン基含有コモノマーと、少なくとも1つ、好適には1つの極性コモノマーとを重合することによって生成される。
一実施形態において、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、エチレンモノマーおよびシラン基含有コモノマーからなるポリマーと、エチレンモノマーおよびシラン基含有コモノマーおよび1つまたはそれ以上、好適には1つの極性コモノマーからなるポリマーとから選択される。
典型的な極性コモノマーは、1から4の炭素原子を有するモノカルボン酸のビニルエステル、たとえばビニルアセテート(EVA:vinyl acetate)など、および1から4の炭素原子を有するアルコールの(メト)アクリレート、たとえばメチル(メト)アクリレート(EMAおよびEMMA:methyl(meth)acrylate)などである。特に好ましい極性コモノマーはブチルアクリレート(EBA:butyl acrylate)、エチルアクリレート(EEA:ethyl acrylate)、およびメチルアクリレート(EMA)である。最も好ましい極性コモノマーはEMAである。「(メト)アクリル酸」という用語は、アクリル酸およびメタクリル酸の両方を包含することが意図される。
ターポリマー中の極性コモノマー単位の量は、好ましくは5〜40wt%、好適には10〜30wt%、さらにより好適には15〜30wt%である。
より好ましい実施形態においては、もっと低い極性コモノマー含有量が望ましく、ここではターポリマー中の極性コモノマーの総量が1〜20wt%、好適には5〜15wt%である。極性コモノマーは、好適にはEVA、EBA、EMA、EMMA、およびEEA、またはそれらの混合物より選択され、最も好適にはEBA、EMA、およびEEAより選択される。
シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、最も好適にはシラン基を除く極性コモノマーが1wt%未満である。
別の実施形態においては、ポリマー組成物の総重量に基づいて60〜90wt%、好適には55〜75wt%の量の、シラン基を含まない熱可塑性ポリオレフィン(B)が存在する。
シラン基を含まない熱可塑性ポリオレフィン(B)は、好適にはエチレンの熱可塑性エラストマーポリマーである。熱可塑性ゴムと呼ばれることもある熱可塑性エラストマー(TPE:Thermoplastic elastomers)は、熱可塑性およびエラストマーの特性の両方を有する材料からなる種類のコポリマーである。TPEは3つの本質的特徴を有する。
1.中程度の伸長に伸びることができ、かつ応力を取り除いた際に元の形状に近いものに戻り得ること。
2.特定の温度より上では溶融物として加工可能であり、かつ冷却の際には固体状態に戻ること。
3.顕著なクリープがないこと。
エチレンの熱可塑性エラストマーポリマーは、弾性であるために低い結晶化度を有するべきである。結晶化度の程度は典型的に40wt%以下であり、30wt%未満であってもよい。
エチレンの熱可塑性エラストマーポリマーは、50wt%より多くのエチレンモノマーを有するべきである。
好ましい熱可塑性エラストマーの結晶化度の程度は、好ましくは40wt%以下であり、30wt%未満であってもよい。このような程度の結晶化度は、良好な弾性の特性を提供する。
本発明の一実施形態において、シラン基を含まない熱可塑性ポリオレフィン(B)はエチレンの熱可塑性エラストマーポリマー、たとえばエチレンのコポリマー、たとえばプラストマー(E)などである。プラストマー(E)はポリオレフィンであってもよく、好適にはエチレンとアルファコポリマーとのコポリマーである。
本明細書においてプラストマー(E)とは、非常に低密度のポリオレフィンを意味し、より好ましくはシングルサイト触媒、好ましくはメタロセン触媒を用いて重合された非常に低密度のポリオレフィンを意味する。典型的に、ポリオレフィンプラストマー(E)はエチレンコポリマーである。これらのポリオレフィンプラストマー(E)は通常915kg/m未満、好適には905kg/m未満、より好適には891kg/m未満、最も好適には881kg/m未満の密度を有する。通常の密度は860kg/mより高く、より好適には880kg/mより高い。ポリオレフィンプラストマー(E)は、約40g/10min未満、好適には2〜20g/10min、より好適には4〜10g/10minのメルトフローレートを有する。
好ましい実施形態の1つにおいて、ポリオレフィンプラストマー(E)は、当該技術分野において周知の意味を有する少なくとも1つのメタロセン触媒によって調製される。加えてプラストマー(E)樹脂は、2つ以上のメタロセン触媒によって調製されてもよいし、異なるメタロセン触媒によって調製された複数のプラストマー樹脂の混合物であってもよい。いくつかの実施形態において、プラストマー(E)は実質的に直鎖状のエチレンポリマー(SLEP:substantially linear ethylene polymer)である。SLEPおよびその他のメタロセン触媒プラストマー(E)は、たとえば米国特許第5,272,236号の当該技術において公知である。加えて、メタロセン触媒によって生成されたプラストマー樹脂は、たとえばボレアリス(Borealis)より入手可能なQueo(商標)プラストマー、ダウ・ケミカル社(Dow Chemical Co.)より入手可能なENGAGE(商標)プラストマー樹脂、またはエクソン(Exxon)のEXACT(商標)ポリマー、または三井(Mitsui)のTAFMER(商標)ポリマーなどとして商業的に入手可能である。
本発明のポリマー組成物のポリマー成分は、均質な(1相系)混合物の形であってもよいし、不均一な混合物(少なくとも部分的に分離した相系)の形であってもよい。
積層物品のフィルム層の好ましい実施形態の1つにおいて、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)は、エチレンの単位とシラン基含有コモノマーの単位とからなるコポリマーであり、熱可塑性ポリオレフィンは1相(均質)である。これは、ポリマー組成物中の好ましくはシラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)と、シラン基を含まない熱可塑性ポリオレフィン(B)とからなるすべてのポリマー成分が、適合性(すなわち混和性)であることを意味する。この1相系は光学特性に寄与する。
好ましくは、ポリマー組成物は「テスト方法」において測定される1wt%未満の軟質相を有する。
本発明の一実施形態において、ポリマー組成物中のシラン基の総量は1wt%未満、好適には0.75wt%である。シラン基の最低量は少なくとも0.1wt%、好適には0.3wt%である。シラン基の量は、「テスト方法」に記載されるとおりに測定される。
本発明のポリマー組成物は、とりわけ付着特性、たとえばクリープなどの機械的特性、および光学特性を犠牲にすることなくシラン基の総量を減少させることを可能にし、これは積層物品適用に対して非常に有利である。その利益は、ポリマー組成物中の極性基が少なくなることであり、これは積層物品内の水濃度を低減し得る。加えてこのことは、ポリマー組成物の全体のコストを低減させることになる。
本発明によるポリマー組成物は、好適には860〜910kg/m、好適には870〜905kg/m、最も好適には875〜900kg/mの密度を有する。密度が低くなるほど、光学特性が良くなる。密度が高くなるほど、クリープ性能が良くなる。
積層フィルム層は典型的に、真空積層プロセスにおいて生産される。このプロセスにおいては、ラミネートの構成要素が集められた後に真空積層装置に入れられ、そこで約130℃から170℃、好適には140℃から160℃の上昇温度および増加させた膜圧力を6〜30分、好適には10〜30分、より好適には10〜20分の時間加えることによって、真空下でラミネートが形成される。
一実施形態において、ポリマー組成物は過酸化物を含まない。本発明のポリマー組成物は、好ましくは高圧ラジカルプロセスにおいてシラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)を重合することによって生成される。本発明のポリマー組成物は非常に良好なクリープ特性を有するために、過酸化物によって架橋するステップを回避できる。積層物品を生産するときに、フィルム構成要素の積層ステップの際の過酸化物による架橋が回避され得る。このことはプロセスを簡略化し、かつ積層物品の使用寿命にとって有利である。
本発明の別の利点は、積層ステップの温度ウィンドウが広くなること、および積層時間の低減である。
本発明によるポリマー組成物はさらに、たとえば抗酸化剤、金属不活性化剤、たとえばプロセス安定剤などのさらなる安定剤、潤滑剤、着色剤、およびUV安定剤などのさまざまな添加剤を、ポリマー組成物の総重量に基づいて0.1wt%から8wt%の量で含有してもよい。
好ましくは、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)と、熱可塑性ポリオレフィン(B)とを組み合わせた量(wt%)は、ベース樹脂において80wt%より多く、より好適には90wt%より多く、さらにより好適には95wt%より多い。最も好ましくは、本発明のポリマー組成物は、唯一のポリマー成分としてのシラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)と、熱可塑性ポリオレフィン(B)とからなる。本発明のポリマー組成物は、上に定義される添加剤も含んでもよく、好ましくはそれらを含むことが理解されるべきである。さらに、添加剤は当該技術分野において周知のマスターバッチの形で存在してもよく、ここで添加剤は担体ポリマーとの混合物中にある。こうした場合、マスターバッチの担体ポリマーは、ポリマー組成物のポリマー成分として数えられないことになる。それは添加剤として数えられることになる。
本発明の別の実施形態において、ポリマー組成物は縮合触媒(F)を含む。縮合触媒(F)は、本発明のポリマー組成物に存在するシラン基を架橋できるべきである。縮合触媒は、マスターバッチとして本発明のポリマー組成物に直接加えられてもよいし、移動によって加えられてもよい。さらに、前記縮合触媒は液体として、たとえばフィルム押出し機などの押出し機への直接注入によって加えられてもよいし、縮合触媒をポリマー組成物と混合し、その混合物をたとえばフィルム押出し機などの押出し機に供給することによって加えられてもよい。決定的因子は、縮合触媒の活性である。シラン官能化ポリマーを硬化するために十分な触媒の量は、一般的に選択される特定のタイプに依存することになるが、好ましくは100重量部のシランポリマー当り約0.01〜1重量部の範囲となる。
したがって、縮合触媒は、押出し機に供給する前にポリマー組成物ペレットをマスターバッチペレットと乾式混合することによって、マスターバッチとしてポリマー組成物に加えられ得る。縮合触媒は移動によって加えられ得る。これは、たとえば架橋される層と直接的または間接的に接触する別の層から縮合触媒を移動させることによって達成される。
本発明の別の実施形態は、押出し機に縮合触媒を加えるためのプロセスに関し、このプロセスは、たとえばフィルム押出し機などの押出し機の前のプレミキサにおいて、シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)と、熱可塑性ポリオレフィン(B)と、液体縮合触媒とを混合するステップと、前記混合物を押出してフィルムを形成するステップと、適切なとき、すなわち積層物品に積層した後に前記フィルムを架橋するステップとを含む。シラン基含有単位を有するエチレンのコポリマー(A)と、熱可塑性ポリオレフィン(B)とは別々のペレットであってもよいし、別のステップにおいて予め配合されてもよい。
本発明によるフィルム層は、好ましくは積層される。このフィルムの利益は、積層時間が速くなることと、フィルムの作製およびフィルムの積層の両方に対する温度ウィンドウが広くなることとである。本発明の一実施形態において、積層物品は任意の先行実施形態において定義されるポリマー組成物を含む少なくとも1つのフィルム層を含み、好ましくは積層物品は基体層、好適にはガラス層または金属層と、少なくとも1つの層とを含み、この少なくとも1つの層は任意の先行実施形態によるポリマー組成物を含み、好ましくはそれからなり、それで作られる。好適には、任意の先行実施形態において定義されるポリマー組成物を含むフィルム層は、基体に隣接し、かつ基体と直接接触するべきである。好ましくは、積層物品は前方および後方ガラス層と、先行実施形態の任意の1つによるポリマー組成物で作られた1つの層とを有する。
本発明はさらに、先行実施形態の任意の1つによる積層物品を含み、この積層物品におけるクリープは「テスト方法」に記載されるとおりに測定されるときに90℃にて1mm未満であり、付着力は「テスト方法」に記載されるとおりに測定されるときに20N/cmより高い。このラミネートは、好ましくは50N/cmより高く、最も好ましくは80N/cmより高い付着力を有する。
加えて本発明は、任意の前述の実施形態によるポリマー組成物を積層するためのプロセスに関し、ここでポリマー組成物は100〜160℃にて積層される。
テスト方法
a)メルトフローレート
メルトフローレート(melt flow rate)MFR2は、エチレンホモポリマーおよびコポリマーに対して190℃および2.16kgの荷重にてISO 1133に従って測定した。
b)密度:ISO 1183Dおよびサンプル調製に対するISO 1872−2に従って、密度を測定した。
c)ポリマー中に存在する極性コモノマーの含有量(wt%およびmol%)、およびポリマー組成物(好ましくはポリマー)中に存在するシラン基含有単位(好ましくはコモノマー)の含有量(wt%およびmol%):
ポリマー組成物中のポリマーのコモノマー含有量を定量化するために、定量的核磁気共鳴(NMR:nuclear−magnetic resonance)分光法を用いた。
400.15MHzにて動作するBruker Advance III 400 NMR分光計を用いて、溶液状態で定量的H NMRスペクトルを記録した。すべての空気圧に対して窒素ガスを用いた100℃における標準的広帯域インバース5mmプローブヘッドを用いて、すべてのスペクトルを記録した。安定剤としてジターシャリーブチルヒドロキシトルエン(BHT:ditertiarybutylhydroxytoluen)(CAS128−37−0)を用いて、約200mgの材料を1,2−テトラクロロエタン−d(TCE−d:1,2−tetrachloroethane−d)に溶解した。30度のパルス、3sの緩和遅延、およびサンプル非回転を用いた標準的シングルパルス励起を用いた。2つのダミー走査を用いて、スペクトル当り合計16のトランジェントを取得した。約20ppmのスペクトルウィンドウに対応する60μsの滞留時間によって、FID当り合計32kのデータポイントを収集した。次いでFIDに64kデータポイントに対するゼロフィリングを行い、0.3Hzラインブロードニングによって指数ウィンドウ関数を適用した。このセットアップは主に、同じポリマー中に存在するときのメチルアクリレートおよびビニルトリメチルシロキサンの共重合の結果もたらされる定量的信号を分解する能力のために選択した。
カスタムスペクトル分析自動プログラムを用いて、定量的H NMRスペクトルを処理し、積分し、定量的特性を定めた。5.95ppmにおける残余プロトン化溶剤信号に対して、すべての化学シフトを内部参照した。
存在するときは、さまざまなコモノマー配列中のビニルアセテート(VA:vinylacytate)、メチルアクリレート(MA:methyl acrylate)、ブチルアクリレート(BA:butylacrylate)、およびビニルトリメチルシロキサン(VTMS:vinyltrimethylsiloxane)の取り込みの結果得られる特徴信号を観察した(Randell89)。ポリマー中に存在するその他すべてのモノマーに関して、すべてのコモノマー含有量を算出した。
*VA部位に割り当てられた4.84ppmの信号の積分を用いて、コモノマー当りの報告する核(nuclie)の数を考慮し、存在するときのBHTからのOHプロトンの重複を補正して、ビニルアセテート(VA:vinylacytate)取り込みを定量化した。
VA=(I*VA−(IArBHT)/2)/1
1MA部位に割り当てられた3.65ppmの信号の積分を用いて、コモノマー当りの報告する核(nuclie)の数を考慮して、メチルアクリレート(MA)取り込みを定量化した。
MA=I1MA/3
4BA部位に割り当てられた4.08ppmの信号の積分を用いて、コモノマー当りの報告する核(nuclie)の数を考慮して、ブチルアクリレート(BA)取り込みを定量化した。
BA=I4BA/2
1VTMS部位に割り当てられた3.56ppmの信号の積分を用いて、コモノマー当りの報告する核の数を考慮して、ビニルトリメチルシロキサン取り込みを定量化した。
VTMS=I1VTMS/9
安定剤としてBHTを付加的に用いた結果得られる特徴信号を観察した。ArBHT部位に割り当てられた6.93ppmの信号の積分を用いて、分子当りの報告する核の数を考慮して、BHT含有量を定量化した。
BHT=IArBHT/2
0.00〜3.00ppmのバルク脂肪族(バルク(bulk))信号の積分を用いて、エチレンコモノマー含有量を定量化した。この積分は、単離したビニルアセテート取り込みからの1VA(3)およびαVA(2)部位、単離したメチルアクリレート取り込みからの*MAおよびαMA部位、単離したブチルアクリレート取り込みからの1BA(3)、2BA(2)、3BA(2)、*BA(1)およびαBA(2)部位、単離したビニルシラン取り込みからの*VTMSおよびαVTMS部位、ならびにBHTからの脂肪族部位、ならびにポリエチレン配列からの部位を含んでもよい。バルク積分に基づき、観察したコモノマー配列およびBHTを補償して、合計エチレンコモノマー含有量を算出した。
E=(1/4)*[Ibulk−5*VA−3*MA−10*BA−3*VTMS−21*BHT]
バルク信号のα信号の半分はコモノマーではなくエチレンを表すこと、および関連する分岐部位を有さない2つの飽和鎖末端(S)に対する補償ができないことによって有意でない誤差が導入されることに留意すべきである。
ポリマー中の所与のモノマー(M)の合計モル分率を次のとおりに算出した。
fM=M/(E+VA+MA+BA+VTMS)
モル分率から、モルパーセントでの所与のモノマー(M)の合計コモノマー取り込みを標準的方式で算出した。
M[mol%]=100*fM
モル分率およびモノマーの分子量(MW:molecular weight)から、重量パーセントでの所与のモノマー(M)の合計コモノマー取り込みを標準的方式で算出した。
M[wt%]=100*(fM*MW)/((fVA*86.09)+(fMA*86.09)+(fBA*128.17)+(fVTMS*148.23)+((1−fVA−fMA−fBA−fVTMS)*28.05))
randall89
J.Randall,Macromol.Sci.,Rev.Macromol.Chem.Phys.1989,C29,201。
本出願において与えられた極性コモノマーの定義の範囲内であればMA、BAおよびVA以外の任意のさらなる極性コモノマーの含有量を定量化するため、ならびに本出願において与えられたシラン基含有単位の定義の範囲内であればVTMS以外の任意のさらなるシラン基含有単位の含有量を定量化するために、それぞれの特徴信号の積分を用いることによって、上記の原理を同様に適合できることが当業者には明らかである。
d)クリープ
サンプルから厚さ0.45mmのフィルムを調製した。このフィルムから、30mm*120mmの2つのサンプルを切り取った。30mm*150mm*3.85mm厚さの2つの平面ガラススライドをイソプロパノールで洗浄して乾燥したものを調製した。100mm*15mmの孔を有するテフロン(登録商標)(0.1mm厚さ)の2つのマスクも調製した。
ガラス、マスク、フィルム、フィルム、マスク、およびガラスの構造を有するクリープテスト試料を調製した。ガラススライドを20mmのオフセットを有するように位置決めした。P.Energy L036LABにおける150℃、300秒の排気時間、800mbar膜圧力による660秒のプレス時間にて、テスト試料を真空積層した。テフロン(登録商標)マスクはポリマーフィルムの流出を防ぎ、積層フィルムの良好な仕様の幅および長さを与えた。
積層後、テフロン(登録商標)マスクと、ガラスと接触していなかった余分なフィルムとを取り除いた。テスト試料に、0クリープに対応する75mmの距離をマーク付けした。テスト試料を指定された温度のオーブンに鉛直に挿入し、一方のガラススライドのみを支持した。指定された時間における0クリープに対する距離としてクリープを測定することによって、テスト中にテスト試料が移動した距離を得た。
クリープは、ラミネートの高温における配置に対する抵抗性とみることができる。
e)透過率
ポリマーサンプルから0.45mmのフィルムを調製した。標準的な仕様に従ってフィルムを調整した。
1つのフィルムを2つのガラススライド(1.0mmの厚さおよび400nmから1150nmの間の総透過率91.6%を有する)の間に入れ、P.Energy L036LABにおける150℃、150秒の排気時間、200mbar膜圧力による300秒のプレス時間にて、サンプルを真空積層した。
150mmの積分球を備えたPerkin Elmer Lambda 900 UV/VIS/NIR分光計によって、400nmから1150nmの間の透過率を記録した。IEC 60904−3に与えられる参照スペクトル光子放射度を用いたドラフト規格IEC 82/666/NPによる式1を用いて、400nmから1150nmの間の太陽光加重透過率を算出した。
透過率は、散乱および平行透過率(直接)を含む、サンプルを通る光の総量としてみることができる。
f)付着力
0.45mmの厚さを有する押出しフィルムを付着力測定に用いた。イソプロパノールで洗浄して乾燥した標準的な窓ガラスに対して、付着強度を測定した。付着力テスト測定のためにガラスとフィルムとの間にテフロン(登録商標)ストライプを伴って、ガラスプレート(寸法30×300×4mm(b*l*d))上に2つのフィルムを積層することによって、付着サンプルを調製した。積層の前に、2つのフィルムの頂部にバックシートも置いた。完全自動ラミネータP.Energy L036LABを用いて、150℃にて15分間および800mbarの圧力にて積層を行った。積層後、テフロン(登録商標)ストライプを除去した。剥離強度測定のために、15mmの幅を有する試料をサンプルガラスからスライスした。Alwetron TCT 25引張り機において、90℃の剥離角度および100mm/minの剥離速度によって、付着力を測定した。1kNの荷重セルによる剥離(peal)力を常時測定しながら、最大100mmの伸長まで剥離テストを行った。この測定から最大、最小、および平均の力(N)を取った。平均の力を試料の幅(15mm)で割ることによって、付着力(N/cm)を測定した。
g)水吸収測定
0.45mmの厚さおよび200mmの長さを有する押出しフィルムに対して、水吸収測定を行った。調査するフィルムを23℃および50%のRHの恒温室内で3週間調整した。カールフィッシャー滴定によって、サンプル中の総水分含有量の水吸収判定を行った。用いた機器は、Mettler DL39 Coulometric KF Titratorである。総水分含有量測定のために、サンプルを180℃まで加熱した。
g)動的剪断測定(周波数掃引測定)
動的剪断測定によってポリマー溶融物を特徴付けることは、ISO規格6721−1および6721−10に準拠する。この測定は、25mm平行プレートジオメトリを備えるAnton Paar MCR501応力制御回転レオメータにおいて行った。窒素雰囲気を用いて、歪みを線形粘弾性領域内に設定して、圧縮成形プレートに対する測定を行った。振動剪断テストは190℃にて、0.01〜600rad/sの周波数範囲を適用し、1.3mmの間隙を設定して行った。
動的剪断実験において、プローブは正弦波変動剪断歪みまたは剪断応力(それぞれ歪みおよび応力制御モード)での均質な変形を受ける。歪み制御の実験において、プローブは、次式で表され得る正弦波の歪みを受ける。
γ(t)=γsin(ωt) (1)
加えられた歪みが線形粘弾性領域内であるとき、結果として得られる正弦波応力応答は、次式によって得ることができる。
σ(t)=σsin(ωt+δ) (2)
ここで
σおよびγはそれぞれ応力および歪みの振幅であり、
ωは角周波数であり、
δは位相シフト(加えられた歪みと応力応答との間の損失角)であり、
tは時間である。
動的テストの結果は、典型的にいくつかの異なるレオロジー関数、すなわち剪断貯蔵係数G’、剪断損失係数G’’、複素剪断係数G*、複素剪断粘度η*、動的剪断粘度η’、複素剪断粘度の異相分η’’、および損失正接tanδによって表され、これらのレオロジー関数は次のとおりに表され得る。
Figure 0006742428
上述のレオロジー関数に加えて、たとえばいわゆる弾性指数EI(x)などの他のレオロジーパラメータを定めることもできる。弾性指数EI(x)は、x kPaの損失係数G’’の値に対して定められる貯蔵係数G’の値であり、等式(9)によって説明できる。
EI(x)=(G’’=x kPa)に対するG’[Pa] (9)
たとえばEI(5kPa)は、5kPaに等しいG’’の値に対して定められる貯蔵係数G’の値によって定義される。
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混合物の配合
パイロット規模押出し機(Prism TSE 24TC)において、異なる化合物を配合した。得られた混合物を以下の表に与えた条件で溶融混合し、ストリング状に押出してペレット化した。
Figure 0006742428
フィルムサンプル調製
付着力および透過率測定のために、Collin teach−line E 20T押出し機において、50mmの幅および0.45mmの厚さの寸法を有するフィルム(テープ)を押出した。以下の設定温度によってテープを生産した。
150/150/150℃および50rpm。
材料
EVS(1.9wt%):VTMS−エチレンコポリマーであって、高圧チューブ状リアクタによって従来の方式で従来の過酸化物イニシエータを用いて、最高温度285℃にて生成したものであり、ここではコポリマー中に1.9wt%のシラン含有量が得られるような量のビニルトリメトキシシラン(VTMS:vinyl trimethoxysilane)とエチレンモノマーとを反応させた。当業者に周知であるとおり、MFRを調節するためにCTAを用いた。ISO 1133(190℃、2.16kg)に従うメルトフローレート(MFR2@190℃)は1g/10minである。
UL04331、EVA(43wt%):エチレンビニルアセテート(EVA)コポリマーであって、31g/10minのISO 1133(190℃、2.16kg)に従うメルトフローレート(MFR2@190℃)と、EVAに対するモノマーの総量に関して43wt%のビニルアセテートの含有量とを有する。高圧重合プロセスによって、飽和ポリオレフィンを調製した。エクソン・ケミカルズ(Exxon Chemicals)が生産および販売する。
Queo 8201:エチレンと1−オクテンとのコポリマーであって、882kg/mの密度と、1g/10minのISO 1133(190℃、2.16kg)に従うメルトフローレートとを有する。このポリマーは、溶液重合プロセスにおいてメタロセン触媒によって生成する。これはボレアリスより商業的に入手可能である。
Queo 2M135:エチレンと1−オクテンとのコポリマーであって、882kg/mの密度と、7g/10minのISO 1133(190℃、2.16kg)に従うメルトフローレートとを有する。このポリマーは、溶液重合プロセスにおいてメタロセン触媒によって生成する。これはボレアリスより商業的に入手可能である。
EVS(1.3wt%)MA(24wt%)ターポリマーであって、高圧(250MPa)チューブ状リアクタによって従来の方式で従来の過酸化物イニシエータを用いて、最高温度285℃にて生成したものであり、ここではターポリマー中に1.3wt%のシラン含有量および24wt%のMA含有量が得られるような量のビニルトリメトキシシラン(VTMS)およびメチルアクリレート(MA)コモノマーとエチレンモノマーとを反応させた。当業者に周知であるとおり、MFRを調節するためにCTAを用いた。ISO 1133(190℃、2.16kg)に従うメルトフローレート(MFR2@190℃)は25g/10minである。
ソルティア(Solutia)、Saflex PVB PA61からのPVB
結果
表1は、より高い融解温度を有するEVS(1.9wt%)を加えたときのクリープ性能に対する影響を示す。20%のEVS(1.9wt%)をQueo 8201に加えることによって、サンプルは110℃におけるクリープテストに合格することになる。このテストにおける好ましい組成である20%EVS(1.9wt%)、80%Queo 8201は、クリープの問題を解決する一方で、光学性能に対する限定された影響を有する。
Figure 0006742428
115℃における結果は、110℃においてクリープがないのはEVS(1.9wt%)の高い融解温度の結果であることを示す。EVS(1.9wt%)の融解温度を通過するとき(Tmは108℃である)、サンプルはクリープを開始する。しかし、115℃にて48h後のサンプルは、18h後の結果に対して動いていなかった。表2の結果は、110℃におけるクリープテストに合格するためにEVS(1.9wt%):Queo 8201(20:80)の混合物を架橋させる必要がないことを結論付ける。
積分球を用いた純プラストマーおよびプラストマー/EVS混合物の透過率。
Figure 0006742428
Queoプラストマー材料に40wt%までのEVS(1.9wt%)コポリマーを加えることによる総透過率は、なおもこれらのEVSを伴うQueoプラストマー化合物が積層物品のフィルム材料として用いられる優れた材料となるような高レベルである。
Figure 0006742428
純粋なQueo 2M135は、トリメトキシシラン基を欠くためにガラスへの付着を示さない。表3を参照。プラストマーにEVSコポリマーを混合することによって、EVSの量とともに化合物中のシランの量が多くなることから付着力が増加する。60wt%またはそれ以上のEVSコポリマーを加えることによって、化合物中のシラン基の量が高くなるにもかかわらず、付着力は驚くほど減少する。
Figure 0006742428
0.45mmの厚さおよび200mmの長さを有する押出しフィルムに対して、水吸収測定を行った。調査するフィルムを23℃および50%のRHの恒温室内で3週間調整した。プラストマーおよびEVSコポリマー混合物は、非常に低い水吸収を有する。表4を参照。フィルム材料は、非常に低いか、または0に近い水吸収と、低い水蒸気透過率とを有するべきである。
Figure 0006742428
上記のとおりにサンプルを配合した。混合物のレオロジーパラメータを表5に与えている。0.05/300rad.s−1における粘性率によって算出したSHIは、EVS(1.9wt%)の量の増加とともに剪断減粘が増加することを明らかに示しており、これは高剪断応力における加工性が改善することを意味する。
Figure 0006742428
上述のとおりに0.45mmのフィルムを作製した。フィルムを摂氏−100度にて低温(cry)切断し、カンチレバーAC 200TSを用いてACモードのAFMによって分析した。その結果をAsylum Software Analyseプログラムによって分析した。軟質相は、サンプルが相分離を有することを示す。表6は、エチレンおよびビニルトリメトキシシランのコポリマーと、プラストマーとを一緒にしたものは1相系を与えるのに対し、エチレンと、ビニルトリメトキシシランと、メチルアクリレートとのターポリマーは光学特性にとって良くない2相系を与えることを示す。

Claims (10)

  1. 一層の基体層と少なくとも一層を有する積層物品であって、
    該少なくとも一層は、ポリマー組成物であって、
    (A)25〜45wt%の、シラン基含有単位を有するISO1183Dによって測定した密度が90kg/mより高いエチレンのコポリマーと、
    (B)少なくとも50wt%の、ISO1183Dによって測定した密度が880kg/m より高く、891kg/m未満のプラストマー(E)とを含み、
    前記ポリマー組成物は、150℃、300秒の排気時間、800mbar膜圧力による660秒のプレス時間にて真空積層したテスト試料において90℃にて48時間で1mm未満のクリープと、150℃にて15分間および800mbarの圧力にて積層した後20N/cmより高い付着力とを有する、積層物品。
  2. シラン基を含まない前記熱可塑性ポリオレフィン(B)は、前記ポリマー組成物の総重量に基づいて55〜75wt%の量で存在する、請求項1記載の積層物品。
  3. 前記ポリマー組成物中のシラン基の総量は1wt%未満である、請求項1または2記載の積層物品。
  4. 前記ポリマー組成物は、860〜910kg/mの密度と、1〜10g/10minのMFRとを有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の積層物品。
  5. 前記ポリマー組成物は過酸化物を含まない、請求項1〜4のいずれか一項に記載の積層物品。
  6. 前記ポリマー組成物は、前記ポリマー組成物の総重量に基づいて0.1〜5wt%の量で存在するUV安定剤および抗酸化剤を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の積層物品。
  7. 前記ポリマー組成物は縮合触媒(F)を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の積層物品。
  8. 縮合触媒(F)は、
    − マスターバッチとして、
    − またはポリマー組成物を含有する少なくとも一層と直接的または間接的に接触する別の層からの移動によって、
    − または液体として、押出し機への直接注入によって、
    − または前記縮合触媒を前記ポリマー組成物と混合し、混合物を押出し機に供給することによって加えられる、請求項7記載の積層物品。
  9. 前記基体層はガラス層である、請求項1〜8いずれか一項に記載の積層物品。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の積層物品を生産するためのプロセスであって、前記ポリマー組成物は130℃から170℃にて積層される、プロセス。
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