KR20070015117A

KR20070015117A - 압출 코팅 폴리에틸렌

Info

Publication number: KR20070015117A
Application number: KR1020067013667A
Authority: KR
Inventors: 에르키 라이호; 마르티 바하라; 마르쿠 사이니오
Original assignee: 보레알리스 테크놀로지 오와이
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2007-02-01
Also published as: AU2005205120C1; WO2005068548A1; AU2005205120A1; US20080261064A1; JP2007517948A; CN1910229B; CN1910229A; JP4726144B2; BRPI0506775A; KR101180634B1; AU2005205120B2; EP1555292B1; EP1555292A1

Abstract

본 발명은 다상 고밀도 폴리에틸렌 (A)와 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 양호한 가공 특성을 갖는 압출 코팅재용의 폴리머 조성물에 관한 것이다.

Description

압출 코팅 폴리에틸렌{EXTRUSION COATING POLYETHYLENE}

본 발명은 압출 코팅(extrusion coating)에 적당하며, 압출 코팅에 있어서 예를 들어 기계적 특성과 막 특성이 양호하여 넥-인(neck-in)이 적고, 특히 수증기 전이율(water vapor transition rate, WVTR)이 낮으며, 점도가 낮은 것과 같이 가공성이 양호한 폴리머 조성물에 관한 것이다. 추가로 본 발명은 본 발명의 조성물을 제조하는 방법과 이의 용도에 관한 것이다. 또한 본 발명은 폴리머 조성물을 포함하는 다층 물질(multi-layer material)뿐만 아니라 상기 다층 물질의 제조 방법과 이의 용도에 관한 것이다.

가장 크며 가장 빠르게 증가하는 폴리올레핀 가공 방법 중의 하나가 압출 코팅이다. 가장 크며 단일한 부피의 코팅된 물질은 상이한 종이와 종이판이며, 이것은다양한 포장 응용 분야에 사용된다. 코팅된 기타 물질은 폴리머 필름, 셀로판, 알루미늄 호일, 식품냉동용 페이퍼 및 다양한 종류의 천이다. 이러한 기재는 차이가 큰 상이한 조건을 요구하는 2개의 일반적 타입으로 분류할 수 있다. 코팅 기재의 첫번째 타입은 액상 포장 판과 기타 유사한 물질과 같은 비교적 거칠고 다공성 인 물질이다. 기본적으로 폴리올레핀은 기재와 기계적으로 서로 연동하고 표면에 약하게 구멍을 뚫어 상기 물질과 결합한다. 불꽃 처리(flame treatment), 코로나 처리(corona treatment) 또는 오존 처리(ozone treatment)와 같이, 플리스틱을 상이하게 산화 처리하여 결합을 개선시킬 수 있다. 상기 처리에 의해서 코팅재와 기재 사이의 화학적 결합이 형성된다. 다른 타입의 기재는 셀로판 또는 알루미늄 호일이다. 상기에는 기계적 결합이 없도록 하는 것이 가능하여 화학적 부착성을 개발시켜야 한다. 폴리올레핀은 비극성(non-polar)의 특성을 가지므로 이러한 기재들에 친화력(chemical attraction)이 적다. 그러나 온도와 산소 노출은 잘 접착되어 있는 제품의 산화를 촉진시킨다.

여하튼 사용된 폴리머 압출 물질은 상기에서 언급한 것과 같이 기재에 압출 코팅을 위해서 비교적 점도가 낮아야 한다. 유리 라디칼 개시제로 에틸렌을 고압 중합하여 제조한 저밀도의 폴리에틸렌(LDPE) 뿐만 아니라 저압 내지 중간 압력에서 종래의 지글러 배위 촉매(Ziegler coordination catalyst)로 에틸렌과 α-올레핀을 공중합하여 제조한 직쇄형의 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)으로 압출 가공성(extrusion possibility)이 탁월해지며, 압출 드로 다운율(extrusion draw down rate)이 높아진다.

"드로 다운(Draw down)"은 기계 방향으로 때로는 (동시에 더 작은 강도로) 횡축 방향으로 압출된 용융 폴리머 [망(web) 또는 필라멘트]를 스트레칭 또는 연장시키는 것이다.

한편 저밀도 폴리에틸렌 압출 조성물은 여러 응용 분야에 적합한 인성 (toughness)이 부족하다. 또한 이러한 조성물은 막 특성이 양호하며, 특히 수증기 전달률(water vapor transmission rate, WVTR)이 허용가능하다고 해도 수증기 전달에 대한 보다 더 나은 내성이 요구되는 응용 분야들이 있다.

또한 이러한 제품들은 신규의 다층 물질에 요구되는 요구 사항인 강성(stiffness)이 부적합하다.

고밀도 폴리에틸렌에서 응력 균열(stress cracking)에 대한 상대적인 내성이 있으며, 즉 개선된 기계적 특성을 갖는다고 알려져 있다. 또한 막 특성은 저밀도 폴리에틸렌과 비교해 현저하게 좋다. 코팅재의 수증기 전달률(WVTR)이 낮아 종이 기재를 보호해야 하는 식품 포장(즉, 주스 카톤)에서 이러한 요구사항들이 특히 요구된다.

또한 몇몇 다층 코팅재에서 폴리비닐 알콜 또는 에틸렌과 비닐 알콜의 비누화 코폴리머(EVOH)가 산소 막 층으로서 사용된다. 이러한 폴리머는 수분에 민감하며, 수증기 전달률(WVTR)이 낮은 보호 층이 필요하다. 이러한 이유로 올레핀 폴리머가 이러한 목적용으로 매우 적합하다.

또한 드로 공명 현상(draw resonance phenomenon)을 명심해야 한다. 드로 공명은 압출 코팅 중에 직쇄형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 뿐만 아니라 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)에서도 발생한다. "드로 공명(Draw resonance)"은 경계 조건(boundary condition)이 이륙 위치(take-off position)에서 고정 속도(fixed velocity)이고 다이(die)에서 고정 속도인 경우 다이와 이륙 위치 사이에서 발생하는 용융 드로잉 공정의 횡단면적과 속도에 관해서 폴리머 용융의 변동(variation) 또는 파동(pulsation), 지속적인 무작위로 떨기(sustained random oscillation) 및/또는 주기적 떨기(periodic oscillation)로 설명할 수 있다. "이륙 위치(take-off position)"는 다이 출구에서의 이의 초기 두께로부터 이의 마지막 두께까지 가는 용융 압출체(molten extrudate)를 당기거나 또는 미는 롤러 장치(roller device)의 접촉점(contact point)(상부거나 또는 바닥부)이라고 말할 수 있다. 롤러 장치는 연마 마감질(polished finish), 매트 마감질(matt finish) 또는 양각 마감질(embossed finish)과 같은 다양한 표면의 금속 또는 고무로 제조된 닙 롤(nip roll), 고무 롤(rubber roll), 칠 롤(chill roll), 이들을 결합한 것 등일 수 있다. 드로 공명은 연신비(draw ratio)(연신비란 다이 출구에서 즉시 나타나는 용융 두께의 반수로 최종 폴리머 두께의 반수를 나누어 근사치를 구할 수 있는 다이 출구에서 즉시 발생하는 용융 속도로 나눈 이륙 지점에서의 용융 속도임)가 폴리머 특이 임계 끝점(polymer specific critical value)을 초과하는 경우에 발생한다. 드로 공명은 용융 흐름 불안정성(melt flow instability)이며, 이것은 최종 코팅재, 필름 또는 섬유 넓이의 불규칙으로서 명시하며, 종종 광범위하게 다양한 두께와 폭으로 제조된다. 선속도가 개시 속도를 현저하게 초과하는 경우 드로 공명으로 망 또는 필라멘트가 깨어져 전체적인 드로잉 또는 변환 공정이 멈춘다.

직쇄형 폴리머의 또 다른 문제점은 이륙 위치에서의 압출체의 폭과 다이 폭의 차이로 규정하는 넥-인(neck-in)이 높으며, 이것은 코팅된 물체의 코팅재 폭과 동일하다는 것이다.

따라서 상기에서 언급한 모든 요구사항을 충족시키는 폴리머 압출 조성물이 중요하다.

WO 98/30628에서는 압출 코팅재의 용융 흐름 속도 MFR₂가 9 g/10 분 내지 13 g/10 분이며, 밀도가 930 kg/㎥ 내지 942 kg/㎥인 직쇄형 양상 폴리에틸렌(linear bimodal polyethylene)을 사용하는 것을 개시하고 있다. 그러나 상기 제품은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 비교하여 수증기 전달률(WVTR)과 강성이 없는 직쇄형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)이다.

EP 792318에서도 또한 저밀도 폴리에틸렌 조성물을 기재하고 있으며, 916 g/㎥ 이상의 밀도와 6.0 g/10 분 이하의 용융 지수를 갖는 양상 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 단상 직쇄형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)의 혼련물을 사용한다.

WO 00/71615는 압출 코팅재의 밀도가 957 kg/㎥이며, 용융 흐름 속도 MFR2가 5 g/10 분인 양상 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)를 사용하는 것에 관한 것이다. 그러나 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 압출 코팅재에 해로운 드로 공명에 여지가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 양호한 기계적 특성, 특히 양호한 응력 균열 저항성 및 낮은 수증기 전달률이 결합된 감소된 넥-인과 드로 공명에 높은 내성을 가진 압출 코팅재에 적당한 폴리머 조성물을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 본 발명의 폴리머 조성물을 제조하는 공정을 제공하는 것이다. 추가적으로 본 발명의 목적은 본 발명의 폴리머 조성물 뿐만 아니라 이의 제조 공정을 포함하는 다층 물질을 제공하는 것이다.

본 발명은 다상(multimodal) 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 HDPE 보다 낮은 밀도를 갖는 추가의 폴리에틸렌을 포함하는 폴리머 압출 조성물로 설명할 수 있는 물질을 찾는 것이 기본이다.

따라서 본 발명은 하기 성분 (a)와 (b)를 포함하는 폴리머 조성물을 제공한다:

(a) 다상 고밀도 폴리에틸렌 (A); 및

(b) 저밀도 폴리에틸렌 (B).

본 발명의 조성물은 드로 공명에 대한 내성이 높으며, 넥-인이 적으며, 추가로 수증기 전달률이 매우 양호한 것이 특징이다. 놀랍게도 이러한 특성의 결과는 폴리에틸렌 (A)와 폴리에틸렌 (B)를 결합하면 획득된다.

폴리에틸렌 (A)의 첫번째 요구사항은 다상이여야 한다는 것이다. "다상(Multimodal)" 또는 "다상 분포(multimodal distribution)"는 몇몇의 상대 최대값을 갖는 빈도 분포(frequency distribution)를 말한다. 특히 "폴리머의 모델리티(modality of a polymer)"라는 표현은 이의 분자량 분포(MWD) 곡선의 형태, 즉 이의 분자량의 함수로서 폴리머 분자량 분획물의 그래프로 나타낸다. 폴리머가 연속 공정 과정, 즉 일렬로 연결된 반응기를 사용하고 각 반응기에 상이한 조건을 사용하여 제조된다면, 다른 반응기에서 제조된 다른 폴리머 분획물은 서로 상당히 다를 수 있는 이들의 분자량 분포를 각각 가질 것이다. 수득된 최종 폴리머의 분자량 분포 곡선은 2개 이상의 별개의 최대값을 보여주거나 또는 적어도 개별 분획물에 대한 곡선과 비교해서 구별되게 넓을 수 있는 폴리머 분획물의 분자량 분포 곡선이 포개진 것을 볼 수 있다.

상기 분자량 분포 곡선으로 나타내는 폴리머를 각각 "양상(bimodal)" 또는 다상(multimodal)"이라고 말한다.

다상 폴리에틸렌 (A)는 양상 폴리에틸렌 (A)가 바람직하다.

다상 폴리머는 예를 들어 WO 92/12182와 WO 97/22633에 기재된 몇몇 공정에 따라 제조할 수 있다.

다상 폴리에틸렌 (A)는 WO 92/12182에 기재된 다단계 반응 순서의 다단계 공정으로 제조하는 것이 바람직하다.

다상, 특히 양상 올레핀 폴리머, 예컨대 다상 폴리에틸렌은 일렬로 연결된 2개 이상의 반응기에서 제조하는 것으로 이전에 공지되어 있다.

본 발명에 따르면 주요 중합 공정은 슬러리 중합/가스-상 중합을 결합하여 실행하는 것이 바람직하다. 슬러리 중합은 소위 루프-반응기(loop-reactor)라고 불리는 반응기에서 실행하는 것이 바람직하다.

개선된 특성들을 갖는 본 발명의 조성물을 제조하기 위해서 유연한 방법이 요구된다. 이러한 이유로 루프-반응기/가스-상 반응기를 결합한 2개의 주요 중합 공정으로 조성물을 제조하는 것이 바람직하다.

선택적으로 및 보다 유리하게 주요 중합 공정은 폴리머의 총량을 기준으로 20 중량% 이하, 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 1 중량% 내지 5 중량%로 예비-중합 공정에 의해서 제조되도록 할 수 있다. 예비-중합 시점에 모든 촉매를 루프-반응기에 채우는 것이 바람직하며, 예비-중합은 슬러리 중합으로서 실행한다. 상기 예비-중합으로 이후의 반응기에서 제조되는 미세한 입자가 덜 생기며, 마지막에는 보다 균질한 제품이 수득된다. 상기 예비 중합은 예를 들어 WO 96/18662에 기재되어 있다.

상기 기술로 지글러-나타(Ziegler-Natta) 또는 메탈로센 촉매(metallocene catalyst)의 도움으로 중합을 통해서 몇몇의 연속 중합 반응기에서 다상 폴리머 혼합물을 수득하는 것이 일반적이다. 예를 들어 양상 직쇄형 고밀도 폴리에틸렌 (A)을 제조하는 것은 일차 에틸렌 폴리머를 수소/가스-농도, 온도, 압력 등에 관한 특정 조건하의 일차 반응기에서 제조한다. 중합 후에 촉매를 포함하는 반응기 폴리머를 반응기 혼합물로부터 분리하고, 다른 조건하에서 추가의 중합이 실행되는 이차 반응기로 옮긴다.

바람직한 촉매는 여기에 참고문헌으로 병합된 EP 0688794 B1에 기재되어 있다. 상기 촉매는 특정 무기 지지체(particular inorganic support), 지지체 상에 침착된 염소 화합물을 포함하는 고활성 프로촉매이며, 상기 염소 화합물은 티타늄 화합물과 동일하거나 또는 상이하며, 상기 무기 지지체는 비극성 탄화수소 용매에 용해되고, 화학식 (R_nMeCl_3-n)_m[상기 화학식에서, R은 C₁-C₂₀ 알킬기이며, Me는 주기율표 Ⅲ족(13)의 금속이고, n=1 또는 2이며, m=1 또는 2임]으로 표시하며, 알킬 금속 염소와 접촉하여 일차 반응 생성물이 생성되며, 상기 일차 반응 생성물은 비극성 탄화수소 용매에 용해된 마그네슘과 연결된 히드로카르빌과 히드로카르빌 산화물을 함유하는 화합물과 접촉하여 이차 반응 생성물을 생성하고, 상기 이차 반응 생성물은 화학식 Cl_xTi(OR^Ⅳ)_4-x(상기 화학식에 있어서, R^Ⅳ는 C₂-C₂₀ 히드로카르빌기이며, x는 3 또는 4임)로 나타내며, 염소를 함유하는 티타늄 화합물과 접촉하여 프로촉매를 생성한다. 바람직한 지지체는 무기 산화물이며, 보다 바람직하게는 실리콘 이산화물 또는 실리카이다. 가장 바람직한 실리카는 평균 입자 크기가 20 ㎛인 것을 사용한다. 보조촉매로서 트리에틸알루미늄을 사용하는 것이 보다 더 바람직하다.

바람직하게, 저분자량(LMW)이며 용융 흐름 속도가 높은 일차 폴리머가 일차 반응기에서 코모노머를 첨가하지 않거나 또는 소량 첨가하여 제조되며, 반면에 고분자량(HMW)과 용융 흐름 속도가 느린 이차 폴리머는 이차 반응기에서 코모노머를 첨가하거나 또는 첨가하지 않고 제조된다.

수득된 마지막 생성물은 2개의 반응기로부터의 친숙한 폴리머 혼합물로 구성되며, 넓은 최대값 또는 2개의 최대값을 갖는 분자량 분포 곡선을 함께 형성하는 상기 폴리머들로 상이한 분자량 분포가 발생되며, 즉 이러한 최종 생성물은 양상 폴리머 혼합물이다. 종래 문헌에서 밝히고 있는 다상, 특히 양상 에틸렌 폴리머 및 이의 제조는 상세하게 여기에 설명하고 있지 않기 때문에 상기에서 언급한 WO 92/12182를 참조한다. 반응 공정의 순서는 역일 수 있다는 것을 알아야 한다.

상기에서 언급한 것과 같이 본 발명에 따른 다상 폴리에틸렌 (A)는 양상 폴리머 혼합물인 것이 바람직하다. 상기 양상 폴리머 혼합물은 일렬로 연결된 2개 이상의 중합 반응기에서 상이한 중합 조건하의 상기에 기재된 것과 같이 중합에 의해서 제조하는 것이 또한 바람직하다.

상기에서 규정한 것의 증거로서, 다상 폴리머는 2개 이상의 분획물을 포함하며, 하나의 분획물은 분자량이 더 높은 다른 분획물 보다 더 낮은 분자량에 상응한다.

폴리에틸렌 (A)의 추가 요구사항은 고밀도 폴리에틸렌이라는 것이다. 일반적으로 고밀도 폴리에틸렌은 밀도가 941 kg/㎥ 내지 968 kg/㎥인 열가소성 폴리올레핀이다. 바람직하게, 폴리에틸렌 (A)의 밀도는 950 kg/㎥ 내지 968 kg/㎥, 보다 바람직하게는 950 kg/㎥ 내지 965 kg/㎥, 가장 바람직하게는 955 kg/㎥ 내지 965 kg/㎥이다. 상기 밀도는 ISO 1183-187에 따라 결정한다.

추가로 본 발명에 따르면 "고밀도(high density)"라는 단어는 절대적으로 폴리에틸렌 (A)가 직쇄형이여야 바람직하다는 것을 나타낸다. "직쇄형 폴리에틸렌(linear polyethylene)"이라는 것은 길지 않는 사슬 분지쇄 또는 사슬 사이의 다리를 갖는 사슬과 같은 형태로 배열된 분자의 폴리머를 나타낸다. 보다 명확하게, 직쇄형 폴리머는 단지 아주 적은 분지점(branching point), 즉 바람직하게는 1000개의 탄소원자 당 7개 이하인 것이 바람직하다. 분지점은 ¹³C-NMR-스펙트로스코피로 검출할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 직쇄형 폴리머는 폴리머 백본에 1000개의 탄소 원자 당 7개 이하의 긴 사슬 분지쇄 형을 갖는 폴리머이다.

이번에 측쇄의 경우 6개 이상의 탄소 원자를 갖는 경우 "긴 측쇄(long side-chain)"이다. 측쇄의 탄소 원자 수는 ¹³C-NMR-스펙트로스코피로 결정할 수 있다. 그러나 레올로지 특성에 영향이 없는 것으로 획득되는 경우에 폴리머는 긴 사슬 분지쇄형으로서 나타낼 수 없다. 따라서 "긴 측쇄(long side-chains)"를 갖는 폴리머는 또한 강한 전단 박화(shear thinning), 즉 전단 박화 지수인 SHI_0/100이 11 내지 35를 나타내야 한다.

따라서 본 발명에 따른 폴리머는 이의 측쇄가 6개 이하의 탄소 원자를 가지거나/가지며 이의 측쇄가 6개 이상의 탄소 원자를 가지는 경우 SHI_0/100이 11 미만인 직쇄형이다. 또한 본 발명에 따른 폴리머는 폴리머 백본 중 1000개의 탄소 원자 당 7개 이하지만 상기에서 규정한 몇몇 긴 측쇄를 가지는 경우에 "직쇄형(linear)"이라고 나타낸다.

상기 선형성(linearity)의 결과로서, 폴리머는 팩킹이 잘되며, 고밀도, 즉 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이다.

다상 직쇄형 고밀도 폴리에틸렌 (A)의 분자량 분포(MWD)는 추가로 190 ℃에서 ISO 1133에 따른 이의 용융 흐름 속도(MFR)를 사용하여 특징화할 수 있다. 상기 용융 흐름 속도는 주로 평균 분자량에 따라사 달라진다. 이것은 긴 분자가 짧은 분자에 비해 흐름 경향이 더 느린 물질을 생성하기 때문이다.

분자량의 증가는 MFR값의 감소를 의미한다. 용융 흐름 속도(MFR)는 특수 온도와 압력 조건하에서 배출되는 폴리머의 10 분 당 g으로 측정하며, 폴리머의 점도의 측정이고, 다른 말로 하면 각 형태의 폴리머는 주로 이의 분자량 분포에 영향을 받지만 이의 분지쇄 정도에 의해서는 영향을 받지 않는다. 로드 2.16(ISO 1133)하에 측정된 용융 흐름 속도는 MFR₂로서 표시한다. 다른 말로 하면 5 kg 로드로 측정된 용융 흐름 속도는 MFR₅로 나타낸다.

폴리에틸렌 (A)의 용융 흐름 속도 MFR₂는 5 g/10 분 이상, 보다 바람직하게는 5 g/10 분 내지 20 g/10 분, 보다 더 바람직하게는 7 g/10 분 내지 15 g/10 분이 바람직하다. 폴리에틸렌 (A)의 용융 흐름 속도(MFR)가 5 이하라면, 많은 처리량에 도달하지 못한다. 한편으로 용융 흐름 속도, MFR2가 20 g/10 분이라면 폴리머의 용융 강도는 대부분의 경우에 용인할 수 없게 방치된다. 또한 폴리에틸렌 (A)의 용융 흐름 속도, MFR₅는 20 g/10 분 내지 40 g/10 분이 바람직하다.

또한 2개의 상이한 로드에서 동일한 폴리머로 측정된 2개의 용융 흐름 속도의 비율인 용융 흐름 속도는 특이 범주에 속하는 것이 바람직하다. 바람직힌 특이 범위는 용융 흐름 속도 MFR₅/MFR₂에 있어서 2.5 내지 4.5, 보다 바람직하게는 2.7 내지 4.0이다.

수평균 분자량(M_n)은 분자량에 대한 각 분자량 범위의 분자량 수의 플롯의 일차 모멘트로서 표현되는 고 폴리머의 평균 분자량이다. 사실상 상기는 모든 분자의 총 분자량을 분자수로 나눈 것이다. 이번에 중량 평균 분자량(M_w)은 분자량에 대한 각 분자량 범위의 폴리머 중량 플롯의 일차 모멘트이다.

수평균 분자량과 중량 평균 분자량 뿐만 아니라 분자량 분포는 온라인 점도계(online viscometer)가 장착된 워터 알리안스(Waters Alliance) GPCV2000 장치를 사용하는 크기 배제 크로마토그래프(size exclusion chromatography, SEC)로 결정한다. 오븐 온도는 140 ℃이다. 트리클로로벤젠을 용매로서 사용한다.

폴리에틸렌 (A)의 중량 평균 분자량(M_w)은 50000 g/몰 내지 150000 g/몰, 보다 바람직하게는 60000 g/몰 내지 100000 g/몰이 바람직하다.

폴리머 중의 분자 수와 이들의 개별 사슬 길이 사이의 관계인 분자량 분포(MWD)의 추가 특성을 고려해야 한다. 분포 폭은 수평균 분자량으로 중량 평균 분자량을 나눈 비율(M_w/M_n)의 결과로서의 수이다. 본 발명에서 폴리에틸렌 (A)의 M_w/M_n는 4.5 내지 25, 보다 바람직하게는 5 내지 15가 바람직하다.

바람직하게, 폴리에틸렌 (A)은 에틸렌 호모폴리머 및/또는 에틸렌 코폴리머를 포함한다. 에틸렌 코폴리머가 존재하는 경우 코폴리머는 에틸렌 및 1개 이상의 C₃-C₂₀ α-올레핀, 보다 바람직하게는 C₄-C₂₀ α-올레핀을 포함한다. 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 6-메틸-1-헵텐, 4-에틸-1-헥센, 6-에틸-1-옥텐 및 7-메틸-1-옥텐으로 이루어진 군으로부터 선택된 α-올레핀이 특히 바람직하다. 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 이루어진 군으로부터 선택된 α-올레핀이 보다 더 바람직하다.

본 발명의 조성물의 하나의 요구사항은 사용한 폴리에틸렌 (A)가 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이며, 폴리머 중의 코모노머 유닛의 함량은 바람직하게 0.1 몰% 내지 1.0 몰%, 보다 바람직하게는 0.15 몰% 내지 0.5 몰%이다.

폴리에틸렌 (A)는 저분자량 분획물(LMW)과 고분자량 분획물(HMW)을 포함한다. "저분자량(low molecular weight)"이 "고분자량(high molecular weight)"이라는 용어는 고분자량 분획물(HMW)은 저분자량 분획물(LMW)보다 더 큰 분자량을 갖는다는 것을 의미한다. 따라서 저분자량 분획물(LMW)의 중량 평균 분자량은 10000 g/몰 내지 60000 g/몰, 보다 바람직하게는 20000 g/몰 내지 50000 g/몰이며, 고분자량 분획물(HMW)의 중량 평균 분자량은 80000 g/몰 내지 300000 g/몰, 보다 더 바람직하게는 100000 g/몰 내지 200000 g/몰인 것이 보다 바람직하다.

저분자량 분획물(LMW)의 용융 흐름 속도, MFR₂는 100 g/10 분 내지 2000 g/10 분, 보다 바람직하게는 250 g/10 분 내지 1,000 g/10 분이 바람직하다.

또한 저분자량 분획물(LMW)의 밀도는 971 kg/㎥ 이상, 보다 바람직하게는 973 kg/㎥ 이상이 바람직하다.

저분자량 분획물(LMW)은 바람직하게 에틸렌 호모폴리머 또는 에틸렌 코폴리일 수 있다. 그러나 저분자량 분획물(LMW)은 호모폴리머인 것이 바람직하다.

여기서 사용하는 "에틸렌 호모폴리머(ethylene homopolymer)"라는 표현은 실질적으로 즉 에틸렌 유닛이 97 중량% 이상, 바람직하게는 99 중량% 이상, 보다 바람직하게는 99.5 중량% 이상, 가장 바람직하게는 99.8 중량% 이상으로 구성된 에틸렌 폴리머를 나타내므로 단지 에틸렌 모노머 유닛을 포함하는 것이 바람직한 에틸렌 폴리머이다.

또한, 저분자량 분획물(LMW) 중의 코모노머 함량은 0.2 몰% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 몰% 이하, 가장 바람직하게는 0.05 몰% 이하인 것이 바람직하다.

고분자량 분획물(HMW)은 바람직하게 에틸렌 호모폴리머 또는 에틸렌 코폴리머일 수 있다. 그러나 고분자량 분획물(HMW)은 에틸렌 코폴리머인 것이 바람직하다. 에틸렌 코폴리머는 에틸렌 및 1개 이상의 C₃-C₂₀ α-올레핀, 보다 바람직하게는 C₄-C₁₀ α-올레핀을 포함하는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 α-올레핀은 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 6-메틸-1-헵텐, 4-에틸-1-헥센, 6-에틸-1-옥텐 및 7-메틸-1-옥텐으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이다. 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 이루어진 군으로부터 선택된 α-올레핀이 보다 더 바람직하다.

또한 고분자량 분획물(HMW) 중의 코모노머 함량은 0.2 몰% 내지 2.0 몰%, 보다 바람직하게는 0.3 몰% 내지 1.0 몰%인 것이 바람직하다.

또한 폴리에틸렌 (A)의 저분자량 분획물(LMW)은 40 중량% 내지 60 중량%, 보다 바람직하게는 49 중량% 내지 55 중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 고분자량 분획물(HMW)은 60 중량% 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 51 중량% 내지 45 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

추가의 요구사항으로서 폴리에틸렌 (B)는 저밀도 폴리에틸렌이여야 한다. 저밀도 폴리에틸렌은 밀도가 910 g/㎥ 내지 940 g/㎥인 열가소성 폴리머이다. 그러나 폴리에틸렌 밀도는 910 g/㎥ 내지 935 g/㎥, 가장 바람직하게는 915 kg/㎥ 내지 930 kg/㎥인 것이 보다 바람직하다. 밀도는 ISO 1183-1987에 따라 결정한다.

적은 분지점을 갖는 것이 바람직한 고밀도 폴리에틸렌 (A)과는 대조적으로 저밀도 폴리에틸렌 (B)은 1000개의 탄소 원자 당 60개 이상의 분지점을 갖는 것이 바람직한 고 분지쇄형 폴리머가 바람직하다.

"분지쇄형(branched)"이라는 것은 폴리에틸렌이 측쇄를 갖는다는 것을 의미한다. "측쇄(side chain)"라는 것은 폴리머 백본(직쇄형 사슬)으로부터 나온 유사한 원자의 군(일반적으로 에틸 라디칼 중의 탄소로서 2개 이상임)이다.

바람직하게 폴리에틸렌 (B)은 긴 사슬 분지쇄형이다. "긴 측쇄(long side-chain)"는 사실상 본 발명에 따르며 상기 측쇄는 ¹³C-NMR-스펙트로스코피로 검출할 수 있으며, 추가로 레올로지 특성에 영향을 줄 수 있는 것이다.

상기에서 언급한 것과 같이 선형성의 하나의 효과는 측쇄가 6개 이하의 탄소 원자를 가진다는 것이다. 따라서 "긴 측쇄(long side-chain)"는 6개 이상의 탄소 원자를 요구한다. 그러나 레올로지 특성에 획득된 효과가 없다면 폴리머는 긴 사슬 분지쇄형으로 나타낼 수 없다. 따라서 "긴 측쇄(long side-chains)"를 갖는 폴리머는 또한 강한 전단 박화, 즉 전단 박화 지수인 SHI_0/100이 11 내지 35를 나타내야 한다.

보다 특히 "긴 측쇄(long side-chain)"는 6개 이상의 탄소 원자, 보다 바람직하게는 100개 이상의 탄소 원자를 갖는 측쇄를 나타내지만, 또한 무제한의 양으로 원자가 존재할 수도 있다. 상기 원자는 각각 0족, 1족, 2족 및 8족의 원소를 제외한 주기율표의 2번째 내지 4번째 줄의 어떤 것일 수 있다. 상기 원자는 C, N, O, S, P, Cl, F, I, Br 및 Si로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. C가 가장 바람직하다. 그러나 상기는 측쇄를 형성하는 원자가 잔기를 가질 수 없다는 것을 의미하지는 않는다. 따라서 원자 "C"는 잔기로서 수소를 가지는 것이 바람직하다. 또한 바람직한 "측쇄(side chains)"는 알킬기지만 이에 제한하지는 않는다. 보다 바람직한 측쇄는 C₅-C₂₀₀ 알킬 기, 보다 바람직하게는 C₅-C₂₀ 알킬 기 또는 C₅-C₂₀₀ 알킬 잔기의 에테르 또는 에스테르이다. 보다 바람직한 측쇄는 하기에서 규정하고 있는 에틸렌 및/또는 아크릴레이트의 반응 생성물이다.

또한 긴 사슬 분지쇄형은 사슬 생성물을 폴리머로 전환시켜 형성하는 것이 일반적일 뿐만 아니라 유리 라디칼 중합 반응에서의 상이한 사슬 말단 반응으로서도 형성된다. 따라서 환경에 따라 코모노머가 추가로 사용된다면 측쇄는 에틸렌만 포함하거나 또는 코모노머도 포함한다.

또한 폴리에틸렌 (B)의 용융 흐름 속도 MFR₂는 3 g/10 분 내지 15 g/10 분, 보다 바람직하게는 6 g/10 분 내지 15 g/10 분, 가장 바람직하게는 6 g/10 분 내지 10 g/10 분인 것이 바람직하다.

상기 폴리에틸렌 (B)은 에틸렌 호모폴리머 및/또는 에틸렌 코폴리머일 수 있다. 그러나 폴리에틸렌 (B)은 에틸렌 호모폴리머인 것이 바람직하다.

여기서 사용하는 "에틸렌 호모폴리머(ethylene homopolymer)"라는 표현은 실질적으로 에틸렌 유닛이 97 중량% 이상, 바람직하게는 99 중량% 이상, 보다 바람직하게는 99.5 중량% 이상, 가장 바람직하게는 99.8 중량% 이상을 구성하는 에틸렌 폴리머에 관한 것이며, 따라서 에틸렌 모노머 유닛만을 포함하는 것이 바람직한 에틸렌 폴리머이다.

폴리에틸렌 (B)가 코폴리머인 경우에 폴리에틸렌 (B)은 에틸렌과 비닐 아세테이트, 비닐 아크릴레이트, 비닐 메트-아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트 및 부틸 아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 이상의 성분을 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게 본 발명의 조성물은 폴리에틸렌 (A)을 40 중량% 내지 99 중량% 및 폴리에틸렌 (B)을 1 중량% 내지 60 중량% 포함한다. 보다 바람직하게 상기 조성물은 폴리에틸렌 (A)를 40 중량% 내지 90 중량%, 특히 40 중량% 내지 80 중량%를 포함하며, 폴리에틸렌 (B)을 10 중량% 내지 60 중량%, 특히 20 중량% 내지 60 중량% 포함한다. 특히 바람직하게 상기 조성물은 폴리에틸렌 (A)을 40 중량% 내지 70 중량% 및 폴리에틸렌 (B)을 30 중량% 내지 60 중량% 포함한다. 또한 본 발명의 폴리머 조성물은 총 조성물의 중량을 기준으로 당업에 공지된 기타 폴리머, 충진제 및 첨가제를 40 % 이하, 바람직하게는 20 % 이하, 보다 바람직하게는 10 % 이하를 함유할 수 있다. 특히 기타 폴리머는 총 조성물의 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 보다 바람직하게는 10 중량% 이하의 양으로 함유되는 것이 바람직하다.

본 발명의 폴리머 조성물의 밀도는 930 kg/㎥ 내지 950 kg/㎥, 보다 바람직하게는 933 kg/㎥ 내지 947 kg/㎥인 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 폴리머 조성물의 용융 흐름 속도, MFR₂는 바람직하게 5 g/10 분 내지 20 g/10 분, 보다 바람직하게는 5 g/10 분 내지 15 g/10 분인 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 폴리머 조성물의 결정화도는 ISO 11357에 따라 측정하여 45 % 내지 65 %, 가장 바람직하게는 50 % 내지 60 %인 것이 바람직하다.

바람직하게 폴리에틸렌 (B)은 교반이 잘 되는 연속 오토클레이브에서 일정한 온도, 압력, 유리 라디칼 농도 및 폴리머에 대한 모노머의 비율의 교반 오토클레이브 공정에 의해서 제조되며, US 2897183에 기재되어 있다. US 2897183은 참고문헌으로서 여기서 포함하였다. 일반적으로 반응은 외부 프리히터 또는 내부 히터에 의해서, 또는 오토클레이브상의 가열 자켓에 의해서 초기 온도로 에틸렌과 개시제를 가열함으로써 개시한다. 중합을 시작하고 온도를 목적하는 값으로 올린 후에 가열을 멈추고 반응기에 공급되는 개시제의 양을 조절하여 온도를 유지한다. 반응기 전체의 균일한 온도와 개시제의 농도를 위해서 오토클레이브 전체를 강하게 교반하는 것을 유지하는 것이 중요하다. 오토클레이브내의 최대 온도 차이는 5 ℃를 초과하지 않아야 한다.

압출 코팅재에 있어서 수지의 부착 특성을 개선시키는 것이 유리하다. 이것은 코팅 공정 중의 수지의 산화에 의해 획득될 수 있다. 따라서 본 발명의 폴리머 조성물은 항산화제 및/또는 공정 안정화제를 2000 ppm 이하, 바람직하게는 1000 ppm 이하, 가장 바람직하게는 700 ppm 이하를 함유하는 것이 바람직하다. 항산화제는 부자유 페놀(hindered phenol), 이차 방향족 아민, 티오에테르 또는 기타 황 함유 화합물, 포스파이트, 및 이들의 화합물을 포함하는 것 등을 함유하는 것과 같은 당업에 공지된 것으로부터 선택할 수 있다.

바람직하게 본 발명의 조성물로 제조된 코팅재는 수증기 전달률(WVTR)이 낮다. 따라서 WVTR은 20 g/㎡의 코팅재 중량을 갖는 코팅재에 있어서 15.4 g/㎡/24h 이하, 보다 바람직하게는 15 g/㎡/24h 이하인 것이 바람직하다. 수증기 전달률은 ASTM E96 방법에 따라 38 ℃ 온도 및 90 % 상대 습도에서 측정한다.

또한 본 발명의 조성물의 넥-인은 드로 다운 속도가 200 m/분, 코팅재 중량은 10 g/㎡ 및 다이 폭은 약 900 mm에서 압출 코팅 공정을 작동시키는 경우 140 mm 이하, 바람직하게는 135 mm 이하인 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 상기에서 기재된 것과 같은 본 발명의 조성물을 제조하기 위한 공정을 제공한다.

바람직하게 본 발명의 조성물을 제조하는 공정은 루프-반응기와 가스-상 반응기를 포함하는 다단계 공정에서 폴리에틸렌 (A)의 제조 공정을 포함하며, 저분자량 분획물(LMW)이 1개 이상의 루프-반응기에서 발생하며, 고분자량 분획물(HMW)은 가스-상 반응기에서 발생하고, 폴리에틸렌 (B)은 바람직하게 상기에서 기재된 것과 같이 고압 오토클레이브 공정에서 유리 라디칼의 중합에 의해서 제조된다. 이후에 폴리에틸렌 (A)와 폴리에틸렌 (B)을 함께 혼련하고 압출기를 사용하여 화합시킨다.

바람직하게 사용되는 촉매는 참고문헌으로 여기에 통합된 EP 0688794 B1에 기술된 것과 같은 촉매 시스템이다. 이러한 촉매는 특히 특정 무기 지지체, 지지체 상에 침착된 염소 화합물을 포함하는 고활성 프로-촉매이며, 상기 염소 화합물은 티타늄 화합물과 동일하거나 또는 상이하며, 상기 무기 지지체는 비극성 탄화수소 용매에 용해되며 화학식 (R_nMeCl_3-n)_m[상기 화학식에 있어서, R은 C₁-C₂₀ 알킬기이며, Me는 주기율표 Ⅲ(13)족 금속이고, n=1 또는 2이며, m=1 또는 2임]으로 표시되고 알킬 금속 염소와 접촉하여 일차 반응 생성물을 생성하고, 상기 일차 반응 생성물은 비극성 탄화수소 용매에 용해되는 마그네슘과 연결된 히드로카르빌 및 히드로카르빌 산화물을 포함하는 화합물과 접촉하여 이차 반응 생성물을 생성하고, 상기 이차 반응 생성물은 화학식 Cl_xTi(OR^Ⅳ)_4-x(상기 화학식에 있어서, R^Ⅳ는 C₂-C₂₀ 히드로카르빌 기이며, x는 3 또는 4임)로 표시되며, 염소를 함유하는 티타늄 화합물과 접촉하여 프로촉매를 제조한다. 바람직한 지지체는 무기 산화물, 보다 바람직하게는 실리콘 이산화물 또는 실리카이다. 가장 바람직한 실리카는 평균 입자 크기가 20 ㎛인 것을 사용한다. 트리에틸알루미늄을 보조촉매로서 사용하는 것이 가장 바람직하다.

특히, 상기에서 기술된 것과 같이 다단계 공정을 사용한다. 특히 루프-반응기는 75 ℃ 내지 110 ℃ , 보다 바람직하게는 85 ℃ 내지 100 ℃의 범위, 가장 바람직하게는 90 ℃ 내지 98 ℃의 범위에서 작동시키는 것이 바람직하다. 때문에 압력은 바람직하게 58 bar 내지 68 bar, 보다 바람직하게는 60 bar 내지 65 bar이다.

바람직하게, 저분자량 분획물은 일차 루프-반응기에서 예비 중합한 다음에 연속적으로 저분자량 분획물을 추가로 중합시키는 이차 루프-반응기로 옮긴다. 이차 루프-반응기의 온도는 90 ℃ 내지 98 ℃, 보다 바람직하게는 약 95 ℃인 것이 바람직하다. 따라서 압력은 바람직하게 58 bar 내지 68 bar, 보다 바람직하게는 약 60 bar이다.

또한 이차 루프-반응기에서의 에틸렌 농도는 4 몰% 내지 10 몰%, 보다 바람직하게는 5 몰% 내지 8 몰%, 가장 바람직하게는 약 6.7 몰%인 것이 바람직하다.

수소 대 에틸렌의 몰 비율은 사용한 촉매에 따라서 크게 달라진다. 루프 반응기에서 배출되는 폴리머의 목적하는 용융 흐름 속도 MFR이 되도록 조정해야 한다. 본 설명에서 기재된 것과 같이 바람직한 촉매에 있어서 수소 대 에틸렌의 비율은 100 mol/kmol 내지 800 mol/kmol, 보다 바람직하게는 300 mol/kmol 내지 700 mol/kmol, 보다 더 바람직하게는 400 mol/kmol 내지 650 mol/kmol, 가장 바람직하게는 약 550 mol/kmol인 것이 바람직하다.

그 다음에 폴리머 슬러리는 셋틀링 랙스(settling lacks)를 이용하여 루프-반응기로부터 제거하는 것이 바람직하며, 이후에 폴리머를 대부분의 유동상으로부터 분리시키는 약 3 bar 압력에서 작동되는 것이 바람직한 플래쉬 용기에 도입시키는 것이 바람직하다. 그 다음에 폴리머를 바람직하게 75 ℃ 내지 95 ℃, 보다 바람직하게는 80 ℃ 내지 90 ℃, 가장 바람직하게는 약 85 ℃, 및 바람직하게는 10 bar 내지 40 bar, 보다 바람직하게는 15 bar 내지 25 bar, 가장 바람직하게는 약 20 bar에서 작동하는 가스-상 반응기로 옮기는 것이 바람직하다.

또한 에틸렌, 사용하는 경우 코모노머, 및 불활성 기체로서 수소 뿐만 아니라 질소도 반응기에 도입시켜 유동화 가스 중의 에틸렌 분획물이 1 몰% 내지 10 몰%, 보다 바람직하게는 1 몰% 내지 5 몰%, 가장 바람직하게는 약 2.5 몰%, 수소 대 에틸렌의 비율은 100 mol/kmol 내지 400 mol/kmol, 보다 바람직하게는 150 mol/kmol 내지 300 mol/kmol, 가장 바람직하게는 약 210 mol/kmol인 것이 바람직하다.

코모노머 대 에틸렌의 비율은 양상 폴리머의 목적하는 밀도에 영향을 준다. 따라서 코모노머 대 에틸렌의 비율은 20 mol/kmol 내지 150 mol/kmol, 보다 바람직하게는 50 mol/kmol 내지 100 mol/kmol, 가장 바람직하게는 약 80 mol/kmol인 것이 바람직하다. 바람직하게, 폴리머를 가스-상 반응기에서 배출시킨 이후에 필요하다면 항산화제 및/또는 공정 안정화제로서 추가 첨가제와 혼합한다.

폴리에틸렌 (A)와 폴리에틸렌 (B)을 그 다음에 당업에 공지된 적당한 방법으로 혼련할 수 있다. 상기 방법들은 역회전 투윈 스크류 압출기(counterrotating twin screw extruder) 또는 동시회전(corotating) 투윈 스크류 압출기와 같은 투윈 스크류 압출기를 결합한 것과 단일 스크류 압출기를 결합한 것을 포함한다.

본 발명은 또한 본 발명의 폴리머 조성물을 포함하는 다층 물질에 관한 것이다.

본 발명에 따른 다층 물질은 하기 (a)와 (b)를 포함한다:

(a) 일차 층으로서의 기재;

(b) 1개 이상의 추가 층으로서 상기에서 규정한 것과 같은 폴리머 조성물.

다층 물질은 일차 층으로서의 기재와 이차 층으로서 상기에서 규정한 것과 같은 폴리머 조성물로 구성된 2개 층 물질인 것이 또한 바람직하다. 선택적으로 상기 다층 물질은 테트라 이소-프로필 티타네이트, 테트라 스테아릴 티타네이트, 테트라키스 (2-에틸헥실) 티타네이트, 폴리(디부틸 티타네이트)로서 부착 프로모터를 포함한다.

바람직하게 상기 기재는 종이, 종이판, 알루미늄 호일 및 플라스틱 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명은 또한 상기에서 규정한 것과 같은 다층 물질을 제조하는 방법을 포함하며, 상기에서 규정한 폴리머 조성물은 언윈드(unwind), 윈드(wind), 칠 롤 및 코팅재 다이를 포함하는 필름 코팅재 라인에 의해서 기재상에 도포된다.

또한 본 발명은 압출 코팅재용으로 상기에서 규정한 것과 같은 폴리머 조성물의 용도에 관한 것이다.

보다 특히 상기에서 규정한 폴리머 조성물은 상기에서 규정한 다층 물질을 제조하는 압출 코팅재용으로 사용된다.

본 발명을 실시예를 통해서 하기에 설명하였다.

실시예:

측정:

WVTR:

수증기 전달률은 ASTM E96 방법에 따라 90 % 상대 습도와 38 ℃ 온도에서 측정하였다.

기본 중량 또는 코팅재 중량:

기본 중량(또는 코팅재 중량)은 하기와 같이 측정하였다: 5개의 샘플을 가로 선 방향과 나란히 압출 코팅된 종이에서 절단하였다. 샘플의 크기는 10 ㎝ ×10 ㎝이다. 샘플을 1 시간 동안 105 ℃ 오븐에서 건조하였다. 그 다음에 샘플을 칭량하고, 코팅재 중량을 코팅된 구조의 기본 중량과 기재의 기본 중량의 차이로 계산하였다. 결과는 1 평방 미터 당 플라스틱 증량으로 나타내었다.

분자량 평균과 분자량 분포:

분자량 평균과 분자량 분포는 온-라인 점도계가 장착된 워터 알리안스 GPCV2000 장비를 사용하여 크기 배제 크로마토그래프(SEC)로 측정하였다. 오븐 온도는 140 ℃이다. 용매로 트리클로로벤젠을 사용하였다.

결정화도

결정화도는 ISO 11357에 따라 시차주사열량계(Differential Scanning Calorimetry)로 측정하였다. 상기 장비는 Mettler DSC-30이다. 샘플을 질소로 퍼지화하고, 50 ℃/분의 속도로 30 ℃ 내지 180 ℃로 가열한 다음 10 ℃/분의 속도로 0 ℃로 냉각하고, 마지막으로 다시 10 ℃/분의 속도로 180 ℃로 가열하였다.

밀도:

밀도는 ISO 1183-1987에 따라 측정하였다.

용융 흐름 속도 또는 용융 지수:

용융 흐름 속도(또한 용융 지수라고도 함)는 190 ℃에서 ISO 1133에 따라 측 정하였다. 측정에 사용된 로드는 아랫 첨자의 숫자로 나타내는데, 즉 MFR₂는 2.16 kg의 로드 하에서 측정한 것을 나타낸다.

흐름 속도 비율:

흐름 속도 비율은 2개의 상이한 로드하의 동일한 폴리머에서 측정한 2개의 용융 흐름 속도의 비율이다. 로드는 아랫 첨자의 숫자로서 나타내는데, 즉 FRR_5/2는 MFR₅ 대 MFR₂의 비율을 나타낸다.

넥-인:

넥-인은 다이의 폭과 기재상에 폴리머 코팅재의 폭 사이의 차이를 측정한 것이다.

드로 공명:

드로 공명은 기재상의 코팅재 중량을 표준 편차로서 측정하였다.

엣지 위빙(edge weaving):

엣지 위빙은 코팅재의 최대 폭과 최소 폭 사이의 차이로서 측정하였다(mm).

최소 코팅재 중량:

최소 코팅재 중량은 현저한 드로 공명 없이 400 m/분의 코팅 속도레서 수득될 수 있는 코팅재의 최소 중량이다.

레올로지:

폴리머의 레올로지는 Rheometrios RDA Ⅱ Dynamic Rheometer를 사용하여 측정하였다. 측정은 질소 대기하의 190 ℃에서 실행하였다. 측정으로 하기의 수학 식들과 같이 빈도수의 함수로서 복소 점도(complex viscosity, η^*)의 절대값 또는 복소 모듈러스(G^*)의 절대값과 함께 저장 모듈러스(G')와 손실 모듈러스(G'')를 알 수 있다:

[수학식 1]

[수학식 2]

Cox-Merz 역할 복소 점도 함수에 따르면, η^*(ω)는 빈도수가 rad/s로 나타낸다면 종래의 점도 함수(전단율의 함수로서의 점도)와 동일하다. 상기 실험 등식은 종래(안정된 상태임) 점도 측정에서 전단 응력에 상응하는 복소 모듈러스의 유효한 절대값이다. 상기는 함수 η^*(G')가 전단 응력의 함수로서의 점도와 동일하다는 것을 의미한다.

데이타에서 낮은 전단 응력에서의 점도 또는 낮은 G^*에서의 η^*(제로 전단율 점도라고 대략 나타냄)는 평균 분자량을 측정한 것으로서 사용한다. 한편 전단 박화(G^*로 점도가 감소함)는 분자량 분포를 더 넓게 한다. 상기 특성은 2개의 상이한 전단 응력에서 점도의 비율로서 소위 전단 박화 지수, SHI로 규정하는 것이 적당할 수 있다. 실시예에서 하기 전단 응력(또는 G^*) 1 및 100 kPa를 사용하였다. 따라 서 하기 수학식 3과 같다:

[수학식 3]

(상기 수학식 3에 있어서,

η^* ₁는 G^*= 1 kPa에서의 복소 점도이며,

η^* ₁₀₀는 G^*= 100 kPa에서의 복소 점도임)

상기에서 언급한 것과 같이, 저장 모듈러스 함수 G'(ω)와 손실 모듈러스 함수 G^*(ω)는 동적 측정(dynamic measurments)로부터의 일차 함수로서 수득하였다. 손실 모듈러스의 특수값에서 저장 모듈러스의 값은 분자량 분포의 넓이에 따라서 증가한다. 그러나 이러한 양은 폴리머의 분자량 분포의 모양에 따라서 크게 달라진다. 레올로지의 원리는 잘 공지되어 있으며, 특히 "RHEOLOGY, Principles, Measurments and Applications by Christopher W. Macosko, VCH, 1994"에 공지되어 있다. 상기 문헌은 참고문헌으로 여기서 통합하였다.

실시예 1:

80 ℃ 및 65 bar에서 작동되는 50 d㎥ 루프 반응기에 1 kg/h 에틸렌, 22 kg/h 프로판, 2 g/h 수소 및 지지체로서 평균 입자 크기가 20 ㎛인 실리카를 사용한 것을 제외하고 폴리에틸렌의 제조 속도가 6.8 kg/h인 양으로 보조 촉매로서 트 리에틸알루미늄과 함께 EP-B-688794의 실시예 3에 따라 제조된 중합 촉매를 도입하였다. 보조-촉매의 알루미늄 대 고체 촉매 성분의 티타늄의 몰 비율은 30이다. 용융 지수 MFR₂와 폴리머의 밀도는 각각 30 g/10 분과 970 kg/㎥가 되도록 평가하였다.

슬러리를 연속적으로 루프 반응기로부터 제거하고 95 ℃의 온도와 60 bar 압력에서 작동하며 500 d㎥의 부피인 이차 루프 반응기에 도입하였다. 추가의 에틸렌, 프로판 및 수소를 첨가하여 에틸렌 농도가 6.7 몰%가 되고 수소 대 에틸렌의 비율이 550 mol/kmol이 되도록 하였다. 폴리머 제조 속도는 27 kg/h이며, MFR₂와 폴리머의 밀도는 각각 400 g/10 분과 974 kg/㎥이다.

폴리머 슬러리를 셋팅 레그스를 사용하여 루프 반응기에서 제거한 다음에 폴리머를 대부분의 유동상에서 분리하는 3 bar 압력에서 작동되는 플래쉬 용기로 도입시킨다. 그 다음에 폴리머를 85 ℃ 및 20 bar에서 작동하는 가스 상 반응기로 옮긴다. 추가의 에틸렌, 1-부텐 코모노머 및 불활성 기체로서 질소 뿐만 아니라 수소를 반응기에 도입시켜 유동체 중의 에틸렌 분획물이 2.5 몰%가 되고, 수소 대 에틸렌 및 1-부텐 대 에틸렌의 비율이 각각 210 mol/kmol 및 80 mol/kmol이 되도록 한다. 기체 상 반응기에서 코폴리머 제조 속도는 25 kg/h이다.

가스 상 반응기로부터 배출된 폴리머를 그 다음에 400 ppm Irganox B561(Ciba에서 제조하고 판매하는 항산화제와 공정 안정화제 혼합물)과 혼합하고, Werner and Pfleiderer제 동시회전 트윈 스크류 압출기 ZSK70을 사용하여 펠릿화시 킨다. 용융 온도는 압출 중에 190 ℃이다. 폴리머 용융은 다이 판을 통해 수조로 빼내고, 상기 수조에서 즉시 회전 나이프로 폴리머를 펠릿으로 절단한다. 폴리머 펠릿을 건조시킨다. 펠릿화된 폴리머의 MFR₂는 9.0 g/10 분이고 밀도는 960 kg/㎥이다.

실시예 2:

펠릿의 건조 혼련물은 실시예 1에 따라 제조된 폴리머 200 kg과 고압 오토클레이트 공정에서 유리 라디칼 중합으로 제조된 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) CA8200(Borealis사 제조 및 판매) 200 kg으로 제조하였다. CA8200의 용융 지수 MFR₂는 7.5 g/10 분이고, SHI_0/100은 13.0이며, 밀도는 920 kg/㎥이다. 압출 코팅재용으로 도안된 저밀도 폴리에틸렌이며, Borealis사에서 제조하였다. 상기 건조 혼련물을 그 다음에 결합하고 상기에서 언급한 ZSK72 압출기를 사용하여 펠릿화시켰다. 압출 중의 용융 온도는 200 ℃이다. 수득된 폴리머 조성물의 MFR₂는 5.9 g/10 분이며, 밀도는 940 kg/㎥이다. 조성물의 특성을 표 1에 나타내었다.

실시예 3:

실시예 1에 따라 제조된 폴리머의 양을 600 kg으로 하고, CA8200의 양은 400 kg으로 하는 것을 제외하고 실시예 2의 절차를 반복하였다. 조성물의 특성을 표 1에 나타내었다.

실시예 4:

실시예 1에 따라 제조된 폴리머의 양을 400 kg으로 하고, CA8200의 양은 600 kg으로 하는 것을 제외하고 실시예 2의 절차를 반복하였다. 조성물의 특성을 표 1에 나타내었다.

비교 실시예 1:

MFR₂가 12 g/10 분이고 밀도가 964 kg/㎥인 단상 고밀도 폴리에틸렌을 가스 상 중합 반응기에서 지글러-나타 촉매의 존재하에 에틸렌을 중합시켜 제조하였다. 상기 폴리머의 일부분을 관 반응기에서 유리 라디칼 공정으로 에틸렌을 중합하여 제조하며, MFR₂가 4.5 g/10 분이고, 밀도가 922 kg/㎥인 저밀도 폴리에틸렌과 혼련하였다. 상기 혼련물은 HDPE 52 %와 LDPE 48 %가 함유되어 있으며, MFR₂가 7.5 g/10 분이고, 밀도는 941 kg/㎥이다.

[표 1]

폴리머 조성물의 특성

실시예 5:

폴리머 조성물을 실시예 2 내지 4에 따라 제조하고, 비교 실시예 1은 압출 코팅재에 사용하였다. 코팅재를 450 kg/h의 LDPE 방출과 L/D 비율(길이 대 직경)이 24인 2개의 4,5'' 압출기와 170 kg/h인 LDPE 방출과 L/D 비율이 30인 1개의 2.5'' 압출기로 Beloit pilot 압출 코팅재 상에 도포하였다. 다이는 5층 공급 블럭을 갖는 Peter Cloeren 다이다. 다이에서 용융되는 폴리머의 온도는 310 ℃이다.

기재는 기본 중량이 70 g/㎡인 UG Kraft 종이다. 코팅의 선속도는 400 m/분에 도달할 때 까지 100 m/분으로 증가시킨다. 코팅재 중량은 30 g/㎡ 내지 5 g/㎡로 다양하다.

표 2에서는 드로 다운 속도가 400 m/분이고 코팅재 중량이 10 g/㎡인 드로 공명에 대항하는 조성물의 내성을 나타낸다.

[표 2]

조성물의 드로 공명, 엣지 위빙 및 최소 코팅재 중량

조성물의 넥-인은 드로 다운 속도가 200 m/분이고 10 g/㎡의 코팅재 중량에서 측정하였다. 결과는 표 3에 나타내었다.

[표 3]

조성물의 넥-인

코팅재의 WVTR은 실시예 2에서 측정하고 비교 실시예 1은 코팅재 중량 20 g/㎡에서 측정하였다. 결과는 표 4에 나타내었다.

[표 4]

38 ℃와 90 % 상대습도에서의 WVTR

Claims

폴리머 조성물로서,

하기 성분 a)와 b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물:

a) 다상(multimodal) 고밀도 폴리에틸렌 (A); 및

b) 저밀도 폴리에틸렌 (B).
제 1 항에 있어서,

190 ℃에서 ISO 1133에 따른 MFR₂는 5 g/10 분 내지 20 g/10 분인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 2 항에 있어서,

ISO 1183-1987에 따른 밀도는 930 kg/㎥ 내지 950 kg/㎥인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (A)의 ISO 1183-1987에 따른 밀도는 950 kg/㎥ 내지 968 kg/㎥인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (A)의 ISO 1133에 따른 용융 흐름 속도 MFR₂는 190 ℃에서 5 g/10 분 내지 20 g/10 분인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (A)의 중량 평균 분자량 M_w는 50000 g/몰 내지 150000 g/몰인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (A)은 양상(bimodal)인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (A)은 에틸렌 호모폴리머, 에틸렌 코폴리머, 또는 에틸렌 호모폴리머와 에틸렌 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 8 항에 있어서,

에틸렌 코폴리머는 에틸렌과 1개 이상의 C₃ 내지 C₂₀ α-올레핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (A) 중의 코모노머 함량은 0.1 몰% 내지 1.0 몰%인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (A)은 저분자량 분획물(LMW)과 고분자량 분획물(HMW)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 11 항에 있어서,

폴리에틸렌 (A)는 저분자량 분획물(LMW)을 40 중량% 내지 60 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

저분자량 분획물(LMW)은 호모폴리머인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

코모노머 함량은 저분자량 분획물(LMW) 중에 0.2 몰% 이하인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

저분자량 분획물(LMW)의 ISO 1183-1987에 따른 밀도는 973 kg/㎥ 이상인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

저분자량 분획물(LMW)의 ISO 1133에 따른 용융 흐름 속도 MFR₂는 190 ℃에서 100 g/10 분 내지 2000 g/10 분인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

저분자량 분획물(LMW)의 중량 평균 분자량 M_w는 10000 g/몰 내지 60000 g/몰인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

고분자량 분획물(HMW)은 에틸렌 코폴리머인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 18 항에 있어서,

에틸렌 코폴리머는 에틸렌과 1개 이상의 C₃ 내지 C₂₀ α-올레핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,

고분자량 분획물(HMW) 중의 코모노머 함량은 0.2 몰% 내지 2.0 몰%인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

고분자량 분획물(HMW)의 중량 평균 분자량 M_w는 80000 g/몰 내지 300000 g/몰인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (B)는 긴 사슬 분지쇄형인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (B)의 ISO 1183-1987에 따른 밀도는 910 kg/㎥ 내지 935 kg/㎥인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (B)의 ISO 1133에 따른 용융 흐름 속도 MFR₂는 190 ℃에서 3 g/10 분 내지 15 g/10 분인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,

폴리에틸렌 (B)는 에틸렌 코폴리머인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 25 항에 있어서,

에틸렌 코폴리머는 에틸렌과 비닐 아세테이트, 비닐 아크릴레이트, 비닐 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트 및 부틸 아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 이상의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,

조성물은 40 중량% 내지 99 중량%의 폴리에틸렌 (A)과 1 중량% 내지 60 중량%의 폴리에틸렌 (B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,

조성물은 추가로 하기 성분 c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물:

c) 기타 폴리머(들) 20 중량% 이하.
제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

조성물은 추가로 하기 성분 d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물:

d) 항산화제(들), 공정 안정화제, 또는 항산화제(들)과 공정 안정화제 2000 ppm 이하.
제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,

제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 따른 조성물이며 코팅재 중량이 20 g/㎡인 조성물을 포함하는 코팅된 생성물의 ASTM E96에 따른 증기 전달률(vapor transmission rate, WVTR)은 15.5 g/㎡/24h 이하인 것을 특징으로 하는 조성물.
다층 물질(multi-layer material)로서,

하기 성분 a) 및 b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 물질:

a) 일차 층으로서의 기재; 및

b) 1개 이상의 추가 층으로서 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 폴리머 조성물.
제 31 항에 있어서,

기재는 종이, 종이판, 알루미늄 호일 및 플라스틱 필름으로 이루어진 군으로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 다층 물질.
제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 제조하는 방법으로서,

하기 a), b) 및 c) 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법:

a) 폴리에틸렌 (A)는 루프 반응기(loop reactor)과 가스 상 반응기(gas phase reactor)를 포함하는 다단계 공정으로 제조하며, 상기에서 저분자량 분획물은 1개 이상의 루프 반응기에서 발생하고, 고분자량 분획물은 가스 상 반응기에서 발생하며;

b) 폴리에틸렌 (B)는 고압 오토클레이브 공정으로 유리 라디칼 중합에 의해서 생성되고; 및

c) 폴리에틸렌 (A)와 폴리에틸렌 (B)는 함께 혼련되며, 압출기를 사용하여 결합됨.
제 33 항에 있어서,

폴리에틸렌 (A)를 제조하는 방법에 사용되는 촉매는 특정 무기 지지체, 상기 지지체 상에 침착된 염소 화합물을 포함하는 고활성 프로-촉매이며,

상기 염소 화합물은 티타늄 화합물과 동일하거나 상이하고,

상기 무기 지지체는 비극성 탄화수소 용매에 용해된 알킬 금속 염소와 접촉하여 일차 반응 생성물을 생성하며, 화학식 (R_nMeCl_3-n)_m[상기 화학식에서, R은 C₁-C₂₀ 알킬기이며, Me는 주기율표 Ⅲ족(13)의 금속이고, n=1 또는 2이며, m=1 또는 2임]으로 표시하고,

상기 일차 반응 생성물은 비극성 탄화수소 용매에 용해된 마그네슘과 연결된 히드로카르빌과 히드로카르빌 산화물을 함유하는 화합물과 접촉하여 이차 반응 생성물을 생성하고, 상기 이차 반응 생성물은 화학식 Cl_xTi(OR^Ⅳ)_4-x(상기 화학식에 있 어서, R^Ⅳ는 C₂-C₂₀ 히드로카르빌기이며, x는 3 또는 4임)로 나타내며, 염소를 함유하는 티타늄 화합물과 접촉하여 프로촉매를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 31 항 또는 제 32 항에 따른 다층 물질을 제조하는 방법으로서,

제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 폴리머 조성물을 언윈드(unwind), 윈드(wind), 칠 롤(chill roll) 및 코팅재 다이(coating die)를 포함하는 필름 코팅 라인에 의해 기재상에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
압출 코팅재용으로 이용하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 폴리머 조성물의 용도.
제 36 항에 있어서,

폴리머 조성물은 다층 물질을 제조하는 압출 코팅재용으로 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리머 조성물의 용도.