TW201843051A - 層壓結構及合併有其之可撓性封裝材料 - Google Patents
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Abstract
層壓結構及合併有其之可撓性封裝材料之實施例包括:第一膜,其包括雙軸取向聚對苯二甲酸伸乙酯(BOPET);及層壓至所述第一膜且包括共同擠壓膜之第二膜,其中所述第二膜包括聚醯胺層及聚烯烴層,所述聚烯烴層包括第一組成物。所述第一組成物包括至少一種乙烯類聚合物,其中所述第一組成物包括大於0.9之分子加權共聚單體分佈指數(Molecular Weighted Comonomer Distribution Index;MWCDI),及符合以下等式之熔融指數比(I10
/I2
):I10
/I2
≥ 7.0 - 1.2 × log(I2
)。
Description
本文中所描述之實施例一般係關於層壓結構,且更尤其關於用於可撓性封裝材料之層壓結構。
可撓性封裝材料,諸如食品及特殊產品之直立式小袋(stand up pouches,SUP)正風靡全球且在東南亞市場尤盛。在諸如印度尼西亞之國家中,SUP用於封裝各種產品,例如液體織物軟化劑、乾燥食品及液體可食用油。
用於可食用油之常見SUP結構包含層壓體,所述層壓體包括用雙軸取向聚醯胺(BOPA)層壓且隨後用線性低密度聚乙烯(LLDPE)膜層壓之印刷的雙軸取向聚對苯二甲酸伸乙酯(BOPET)。此為兩步驟層壓結構,其中BOPET用於印刷及提高硬度之目的,BOPA用於承受在運輸期間SUP之損壞,且LLDPE用於封閉劑目的。儘管此3層結構實現SUP所需之列印品質、站立能力、物理硬度及封閉劑特性,但此多步驟層壓製程昂貴且低效。
因此,需要用於製造用以SUP結構或其他可撓性封裝實施例之此等層壓體之改進的層壓體及方法。
本發明之實施例藉由提供本發明層壓體滿足彼等需要,所述層壓體用經由1步驟層壓產生之2層層壓結構置換藉由2步驟層壓製程產生之3層層壓結構,亦即保持BOPET層壓步驟,但去除BOPA層壓步驟。具體而言,本發明2層層壓體在吹製膜中共同擠壓具有強力乙烯類聚合物之聚醯胺,所述吹製膜在不包含3層層壓體之兩個層壓步驟下層壓至BOPET膜以便達成3層層壓體之相當硬度及剛度平衡。
根據本揭示內容之至少一個實施例,提供層狀結構。層壓結構包括:第一膜,其包括雙軸取向聚對苯二甲酸伸乙酯(BOPET);及層壓至第一膜且包括共同擠壓膜之第二膜。第二膜包括聚醯胺層及聚烯烴層,所述聚烯烴層包括第一組成物。第一組成物包括至少一種乙烯類聚合物,其中所述第一組成物包括大於0.9之分子加權共聚單體分佈指數,及符合以下等式之熔融指數比(I10
/I2
):I10
/I2
≥ 7.0 - 1.2 × log (I2
)。
此等及其他實施例更詳細地描述於以下實施方式中。
現將描述本申請案之具體實施例。然而,本揭示內容可以不同形式實施,且不應理解為限於本揭示內容中所闡述的實施例。相反地,提供此等實施例以使得本揭示內容將透徹且完整,且將向本領域中熟習此項技術者充分傳達所主張主題之範疇。
定義
術語「聚合物」指代藉由使相同或不同類型之單體聚合而製備的聚合化合物。通用術語聚合物因此涵蓋術語「均聚物」,其通常用於指代由僅一種類型單體製備的聚合物;以及「共聚物」,其指代由兩種或更多種不同單體製備的聚合物。如本文所用之術語「互聚物」指代藉由使至少兩種不同類型之單體聚合而製備的聚合物。通用術語互聚物因此包含共聚物及由超過兩種不同類型之單體製備的聚合物,諸如三聚物。
「聚乙烯」或「乙烯類聚合物」應意謂包括超過50重量%之已衍生自乙烯單體之單元的聚合物。此包含聚乙烯均聚物或共聚物(意謂衍生自兩種或更多種共聚單體之單元)。本領域中已知之聚乙烯的常見形式包含低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene,LDPE);線性低密度聚乙烯(Linear Low Density Polyethylene,LLDPE);超低密度聚乙烯(Ultra Low Density Polyethylene,ULDPE);極低密度聚乙烯(Very Low Density Polyethylene,VLDPE);單點催化線性低密度聚乙烯,包含線性及大體上線性低密度樹脂(m-LLDPE)兩者;中密度聚乙烯(Medium Density Polyethylene,MDPE);及高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,HDPE)。
如本文所用之術語「丙烯類聚合物」指代包括呈聚合形式之大量丙烯單體(以聚合物之總重量計)且視情況可包括至少一種聚合共聚單體之聚合物。
「多層結構」意謂具有超過一個層之任何結構。舉例而言,多層結構可具有兩個、三個、四個、五個或更多個層。多層結構可描述為具有以字母指定之層。舉例而言,具有芯層B及兩個外部層A及C之三層結構可稱為A/B/C。類似地,具有兩個芯層B及C以及兩個外部層A及D之結構將指定為A/B/C/D。
術語「可撓性封裝」或「可撓性封裝材料」涵蓋本領域中熟習此項技術者熟悉的不同非硬質容器。此等容器可包含小袋、直立式小袋、枕袋式小袋或散裝物料袋。
現將詳細提及本揭示內容之層壓結構實施例,具體而言用於可撓性封裝材料之層壓結構。
實施例係有關層壓結構,所述層壓結構包括:第一膜,其包括雙軸取向聚對苯二甲酸伸乙酯(BOPET);及層壓至第一膜之第二膜。第二膜為包括聚醯胺層及至少一個聚烯烴層之共同擠壓膜。在一些實施例中,第二膜為多層吹製膜。
聚烯烴層包括第一組成物,其中第一組成物,第一組成物包括至少一種乙烯類聚合物,其中第一組成物包括大於0.9之分子加權共聚單體分佈指數(MWCDI),及符合以下等式之熔融指數比(I10
/I2
):I10
/I2
≥ 7.0 - 1.2 × log (I2
)。
除BOPET以外,預期可將其他組分添加至第一膜。此外,儘管第一膜可為BOPET之單層,但預期在其他實施例中第一膜包括BOPET之多層。
對於第二膜而言,認為各種聚醯胺適用於第二膜之聚醯胺層,諸如耐綸6、耐綸6,6 耐綸6、66 耐綸6、12耐綸12或其組合。在一個實施例中,預期聚醯胺呈集結粒形式,其隨後與聚烯烴層共同擠壓。聚醯胺層不包含雙軸取向聚醯胺(BOPA)。不受理論限制,聚醯胺層與聚烯烴層組合提供改進之膜硬度且消除對BOPA之需要以及與習知3層結構之BOPA層壓步驟相關之額外的成本及低效率。
各種特性有助於聚烯烴層之改進之硬度。舉例而言,相比於相同總體密度下之所屬領域之習知聚合物,第一組成物具有優異的共聚單體分佈,所述第一組成物在高分子量聚合物分子中的共聚單體濃度顯著較高,且在低分子量聚合物分子中之共聚單體濃度顯著較低。亦發現相比於習知聚合物,第一組成物具有低長鏈分支(LCB),如由低ZSVR所指示。由於此共聚單體分佈,以及低LCB性質,第一組成物具有更多連接鏈,且因此具有改進的膜硬度。
如上文所陳述,聚烯烴層包括第一組成物。除第一組成物以外,預期聚烯烴層可包含其他聚合物或添加劑。在其他實施例中,聚烯烴層可由第一組成物組成。第一組成物包含乙烯類聚合物,且在一些實施例中,第一組成物由乙烯類聚合物組成。在替代實施例中,聚烯烴層包含與其他聚合物摻合之乙烯類聚合物。舉例而言,且不藉由限制,此其他聚合物選自LLDPE、VLDPE、MDPE、LDPE、HDPE、HMWHDPE(高分子量HDPE)、丙烯類聚合物、聚烯烴塑性體、聚烯烴彈性體、烯烴嵌段共聚物、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸、乙烯丙烯酸甲酯、乙烯丙烯酸乙酯、乙烯丙烯酸丁酯、異丁烯、馬來酸酐接枝聚烯烴、前述任一者之離聚物或其組合。
如上所述,第一組成物包括大於0.9之MWCDI值。在一個實施例中,第一組成物具有低於或等於10.0、進一步低於或等於8.0、進一步低於或等於6.0之MWCDI值。在另一實施例中,第一組成物具有低於或等於5.0、進一步低於或等於4.0、進一步低於或等於3.0之MWCDI值。在又一實施例中,第一組成物具有大於或等於1.0、進一步大於或等於1.1、進一步大於或等於1.2之MWCDI值。在另一實施例中,第一組成物具有大於或等於1.3、進一步大於或等於1.4、進一步大於或等於1.5之MWCDI值。
第一組成物具有符合以下等式之熔融指數比(I10
/I2
):I10
/I2
≥ 7.0 - 1.2 × log (I2
)。在又一實施例中,第一組成物具有大於或等於7.0、進一步大於或等於7.1、進一步大於或等於7.2、進一步大於或等於7.3之熔融指數比I10
/I2
。在一個實施例中,第一組成物具有低於或等於9.2、進一步低於或等於9.0、進一步低於或等於8.8、進一步低於或等於8.5之熔融指數比I10/I2。
在一個實施例中,第一組成物具有1.2至3.0、或1.2至2.5、或1.2至2.0之ZSVR值。
在又一實施例中,第一組成物具有每1,000,000個總碳大於10個乙烯基之乙烯基不飽和度。舉例而言,每1,000,000個總碳大於20個乙烯基、或每1,000,000個總碳大於50個乙烯基、或每1,000,000個總碳大於70個乙烯基、或每1,000,000個總碳大於100個乙烯基。使用下文所定義之核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)光譜學計算乙烯基不飽和度。
在一個實施例中,第一組成物具有在0.900 g/cc至0.960 g/ cm3
、或0.910至0.940 g/cm3
、或0.910至0.930、或0.910至0.925 g/cm3
範圍內之密度。舉例而言,密度可為自0.910、0.912或0.914 g/cm3
之下限至0.925、0.927或0.930 g/cm3
之上限(1 cm3
=1 cc)。
在另一實施例中,第一組成物具有0.1至50公克/10分鐘,例如0.1至30公克/10分鐘、或0.1至20公克/10分鐘、或0.1至10公克/10分鐘之熔融指數(I2
;在190℃/2.16 kg下)。舉例而言,熔融指數(I2
;在190℃/2.16 kg下)可為自0.1、0.2或0.5公克/10分鐘之下限至1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、10、15、20、25、30、40或50公克/10分鐘之上限。
在另一實施例中,第一組成物之分子量分佈在2.2至5.0範圍內,所述分子量分佈表示為重量平均分子量與數目平均分子量之比(Mw
/Mn
),所述分子量分佈如藉由習知凝膠滲透層析法(Gel Permeation Chromatography;GPC)所測定。舉例而言,分子量分佈(Mw
/Mn
)可為自2.2、2.3、2.4、2.5、3.0、3.2或3.4之下限至3.9、4.0、4.1、4.2、4.5、5.0之上限。
在一個實施例中,第一組成物之數目平均分子量(Mn
)在10,000至50,000公克/莫耳範圍內,所述數目平均分子量(Mn
)如藉由習知GPC所測定。舉例而言,數目平均分子量可為自10,000、20,000或25,000公克/莫耳之下限至35,000、40,000、45,000或50,000公克/莫耳之上限。在一個實施例中,第一組成物之重量平均分子量(Mw
)在70,000至200,000公克/莫耳範圍內,所述重量平均分子量(Mw
)如藉由習知GPC所測定。舉例而言數目平均分子量可為自70,000、75,000或78,000公克/莫耳之下限至120,000、140,000、160,000、180,000或200,000公克/莫耳之上限。
在一個實施例中,第一組成物具有在2.2至7.0範圍內之熔融黏度比Eta*0.1 / Eta*100,其中Eta*0.1為在0.1 rad/s之剪切速率下所計算之動態黏度且Eta*100為在100 rad/s之剪切速率下所計算之動態黏度。熔融黏度比及動態黏度計算之其他細節提供於下文中。
在一個實施例中,第一組成物之乙烯類聚合物為乙烯/α-烯烴互聚物,且進一步為乙烯/α-烯烴共聚物。α-烯烴可具有低於或等於20個碳原子。舉例而言,α-烯烴共聚單體可具有3至10個碳原子或3至8個碳原子。例示性α-烯烴共聚單體包含但不限於丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯及4-甲基-1-戊烯。一或多種α-烯烴共聚單體可例如選自由以下組成之群:丙烯、1-丁烯、1-己烯及1-辛烯;或在替代方案中,選自由以下組成之群:1-丁烯、1-己烯及1-辛烯,且進一步選自1-己烯與1-辛烯。
乙烯基聚合物可包括低於20重量%衍生自一或多種α-烯烴共聚單體之單元。本文中包含且本文中公開所有獨立值及子範圍;例如,乙烯類聚合物可包括低於15重量%衍生自一或多種α-烯烴共聚單體之單元;或在替代方案中,低於10重量%衍生自一或多種α-烯烴共聚單體之單元;或在替代方案中1至20重量%衍生自一或多種α-烯烴共聚單體之單元;或在替代方案中1至10重量%衍生自一或多種α-烯烴共聚單體之單元。
相反地,乙烯類聚合物可包括至少80重量%衍生自乙烯之單元。本文中包含且本文中公開至少80重量%之所有獨立值及子範圍;例如,乙烯類聚合物可包括至少82重量%衍生自乙烯之單元;或在替代方案中至少85重量%衍生自乙烯之單元;或在替代方案中,至少90重量%衍生自乙烯之單元;或在替代方案中80至100重量%衍生自乙烯之單元;或在替代方案中,90至100重量%衍生自乙烯之單元。
視情況,第一組成物可進一步包括第二乙烯類聚合物。在另一實施例中,第二乙烯類聚合物為乙烯/α-烯烴互聚物,且進一步為乙烯/α-烯烴共聚物或LDPE。適合之α-烯烴共聚單體列於上文。
在一個實施例中,第二乙烯類聚合物為非均勻支化乙烯/α-烯烴互聚物,且進一步為非均勻支化乙烯/α-烯烴共聚物。非均勻支化乙烯/α-烯烴互聚物及共聚物通常係使用齊格勒/納塔型(Ziegler/Natta type)催化劑系統製造,且具有更多共聚單體分佈於聚合物之低分子量分子中。
在一個實施例中,第二乙烯類聚合物具有在3.0至5.0,例如3.2至4.6範圍內之分子量分佈(Mw
/Mn
)。舉例而言,分子量分佈(Mw
/Mn
)可為自3.2、3.3、3.5、3.7或3.9之下限至4.6、4.7、4.8、4.9或5.0之上限。
在一個實施例中,組成物進一步包括另一聚合物。在另一實施例中,聚合物選自以下各者:LLDPE、MDPE、LDPE、HDPE、丙烯類聚合物或其組合。
在一個實施例中,組成物進一步包括LDPE。在另一實施例中,按組成物之重量計,LDPE以5至50 wt%、進一步10至40 wt%、進一步15至30 wt%之量存在。在另一實施例中,LDPE具有0.915至0.925 g/cc之密度,及0.5至5 g/10 min,進一步1.0至3.0 g/10 min之熔融指數(I2)。
在其他實施例中,第一組成物可包括一或多種添加劑。添加劑包含但不限於抗靜電劑、顏色增強劑、染料、潤滑劑、填充劑(例如TiO2
或CaCO3
)、遮光劑、成核劑、加工助劑、顏料、主要抗氧化劑、次要抗氧化劑、UV穩定劑、防黏劑、助滑劑、增黏劑、阻燃劑、抗微生物劑、臭味減少劑、抗真菌劑以及其組合。
除聚醯胺層及聚烯烴層以外,第二膜亦涵蓋其他組成物及/或。舉例而言,第二膜可包括一或多個其他層,例如至少一個額外共同擠壓連接層。在一個實施例中,第二膜包括至少一個連接層,所述連接層包括具有0.925 g/cc至0.950 g/cc之密度及0.05 g/10 min至2.5 g/10 min之熔融指數(I2
)的中密度聚乙烯(medium density polyethylene,MDPE)。在其他實施例中,熔融指數(I2
)可為0.5 g/10 min至2.0 g/10 min、或1.0 g/10 min至2.0 g/10 min、或1.0 g/10 min至1.5 g/10 min。在其他實施例中,MDPE之密度可為0.940 g/cc至0.950 g/cc、或0.940 g/cc至0.945 g/cc。MDPE之適合之商業實施例為來自陶氏化學公司(The Dow Chemical Company)(密歇根州米德蘭)的ELITE™ 5538G。
在其他實施例中,連接層亦可包括順丁烯二酸酐接枝的聚乙烯。順丁烯二酸酐接枝的聚乙烯之適合之商業實例為來自陶氏化學公司(密歇根州米德蘭)的AMPLIFY™ TY 1057H。順丁烯二酸酐接枝的聚乙烯可安置於與MDPE相同的層中以便充當連接層;然而,預期MDPE及/或順丁烯二酸酐接枝的聚乙烯可安置於第二膜之其他層中。
在此等連接層實施例中,連接層可包含60至95 wt.%、或70至90 wt.%、或80至90 wt.% MDPE。此外,連接層可包含5至40 wt.%、或10至30 wt.%、或10至20 wt.%順丁烯二酸酐接枝的聚乙烯。在一或多個實施例中,第二膜可包含多個連接層。
在其他實施例中,第二膜可包括密封劑層,所述密封劑層包括至少一種其他乙烯-α-烯烴互聚物,所述乙烯-α-烯烴互聚物具有0.905至0.935 g/cc之密度及0.1 g/10 min至2 g/10 min之熔融指數(I2
)。在其他實施例中,其他乙烯-α-烯烴互聚物具有0.910至0.920 g/cc之密度及1.0 g/10 min至2.0 g/10 min之熔融指數(I2
)。視情況,其他乙烯-α-烯烴互聚物可包含其他添加劑,諸如防黏劑、助滑劑或其組合。
參考圖1之層壓結構實施例,層壓結構1包括藉由層壓黏合劑20黏附於第二膜30之第一BOPET膜10。如5層第二膜實施例中所示,第二膜30包括與層壓黏合劑20接觸之聚烯烴層32。此外,層壓結構1包括聚醯胺層36作為5層結構之核心且包含如上所述之聚乙烯類密封劑層38。另外如所示,層壓結構1包含兩個連接層34A及34B,所述連接層可包含MDPE及順丁烯二酸酐接枝的聚乙烯。連接層34A安置在聚烯烴層32與聚醯胺芯層36之間,且連接層34B安置在聚醯胺芯層36與密封劑層38之間。儘管連接層34A及34B各自在圖1中描繪為一個層,但預期一個或兩個連接層34A及34B可包含多層。如下文實例中所示,7層膜實施例經研究且為用於可撓性封裝材料之適合實施例。
層壓結構之膜涵蓋各種厚度。舉例而言,第一膜可具有10至25 µm之厚度,且第二膜可具有30至200 µm之厚度。在另一實施例中,第一膜可具有10至20 µm之厚度,且第二膜可具有100至200 µm之厚度。
用於製造第一組成物之聚合
為製備第一組成物之乙烯類聚合物,適合之聚合方法可包含但不限於溶液聚合方法,所述溶液聚合方法使用一或多個習知反應器,例如並聯、串聯環流反應器、等溫反應器、絕熱反應器、攪拌槽反應器、高壓釜反應器及/或其任何組合。乙烯類聚合物組成物可例如經由溶液相聚合方法,使用一或多個環流反應器、絕熱反應器以及其組合來製造。
一般而言,溶液相聚合方法在一或多個充分混合反應器,諸如一或多個環流反應器及/或一或多個絕熱反應器中,在115℃至250℃;例如135℃至200℃範圍內之溫度下,且在300至1000 psig,例如450至750 psig範圍內之壓力下進行。
在一個實施例中,乙烯類聚合物可在呈串聯組態之兩個環流反應器中產生,第一反應器溫度在115至200℃,例如135至165℃範圍內,且第二反應器溫度在150至210℃,例如185至200℃範圍內。在另一實施例中,乙烯類聚合物組成物可在單一反應器中製造,反應器溫度在115℃至200℃,例如130℃至190℃範圍內。溶液相聚合方法中之駐留時間通常在2至40分鐘,例如5至20分鐘範圍內。將乙烯、溶劑、一或多個催化劑系統、視情況選用之一或多種共催化劑及視情況選用之一或多種共聚單體連續進給至一或多個反應器。例示性溶劑包含但不限於異烷烴。舉例而言,此類溶劑可以商品名ISOPAR E自埃克森美孚化工(ExxonMobil Chemical)商購獲得。隨後自(一或多個)反應器移除乙烯類聚合物組成物與溶劑之所得混合物,且分離乙烯類聚合物組成物。溶劑通常經由溶劑回收單元,亦即熱交換器與分離容器回收,且隨後將溶劑再循環回至聚合系統中。
在一個實施例中,乙烯類聚合物組成物可經由溶液聚合法在雙重反應器系統,例如雙重環流反應器系統中製造,其中乙烯及視情況選用之一或多種α-烯烴在一或多種催化劑系統存在下,在一個反應器中聚合以製造第一乙烯類聚合物,且乙烯及視情況選用之一或多種α-烯烴在一或多種催化劑系統存在下,在第二反應器中聚合以製造第二乙烯類聚合物。另外,可存在一或多種共催化劑。
在另一實施例中,乙烯類聚合物可經由溶液聚合法在單一反應器系統,例如單一環流反應器系統中製造,其中乙烯及視情況選用之一或多種α-烯烴在一或多種催化劑系統存在下聚合。另外,可存在一或多種共催化劑。
如上所述,本發明提供一種形成包括至少兩種乙烯類聚合物之組成物之方法,所述方法包括以下:使乙烯及視情況選用之至少一種共聚單體在溶液中在包括結構I之金屬-配體錯合物之催化劑系統的本發明中聚合,以形成第一乙烯類聚合物;及使乙烯及視情況選用之至少一種共聚單體在包括齊格勒/納塔(Ziegler/Natta)催化劑之催化劑系統存在下聚合,以形成第二乙烯類聚合物;且其中結構I如下:
(I),
其中:
M為鈦、鋯或鉿,各自獨立地呈+2、+3或+4之正氧化態;且
n為0至3之整數,且其中當n為0時,X不存在;且
各X獨立地為中性、單陰離子或雙陰離子之單齒配位體;或兩個X結合在一起形成中性、單陰離子或雙陰離子之雙齒配位體;且
以使得總體而言,式(I)之金屬-配位體錯合物為中性的方式選擇X及n;且
各Z獨立地為O、S、N(C1
-C40
)烴基或P(C1
-C40
)烴基;且
其中Z-L-Z片段由式(1)構成:
(1);
R1
至R16
各自獨立地選自由以下組成之群:經取代或未經取代之(C1
-C40
)烴基、經取代或未經取代之(C1
-C40
)雜烴基、Si(RC
)3
、Ge(RC
)3
、P(RP
)2
、N(RN
)2
、ORC
、SRC
、NO2
、CN、CF3
、RC
S(O)-、RC
S(O)2
-、(RC
)2
C=N-、RC
C(O)O-、RC
OC(O)-、RC
C(O)N(R)-、(RC
)2
NC(O)-、鹵素原子、氫原子;且其中每個RC
獨立地為(C1
-C30
)烴基;RP
為(C1-C30)烴基;且RN
為(C1-C30)烴基;且其中視情況,兩個或更多個R基團(R1
至R16
)可以組合在一起成為一或多個環結構,其中此類環結構在環中各自獨立地具有3至50個原子,不包含任何氫原子。
方法可包括兩個或或更多個如本文所述之實施例之組合。在一個實施例中,方法包括使乙烯及視情況選用之至少一種α-烯烴在溶液中在包括結構I之金屬-配位體錯合物之催化劑系統存在下聚合以形成第一乙烯類聚合物;且使乙烯及視情況選用之至少一種α-烯烴在包括齊格勒/納塔催化劑之催化劑系統存在下聚合以形成第二乙烯類聚合物。在另一實施例中,各α-烯烴獨立地為C1
-C8
α-烯烴。
在一個實施例中,視情況選用之兩個或或更多個R基團,R9
至R13
或R4
至R8
可共同組合成一或多個環結構,其中此類環結構在環中各自獨立地具有3至50個原子,不包含任何氫原子。
在一個實施例中,M為鉿。
在一個實施例中,R3
與R14
各自獨立地為烷基且進一步為C1
-C3
烷基且進一步為甲基。
在一個實施例中,R1
與R16
各自如下:
。
在一個實施例中,芳基、雜芳基、烴基、雜烴基、Si(RC
)3
、Ge(RC
)3
、P(RP
)2
、N(RN
)2
、ORC
、SRC
、RC
S(O)-、RC
S(O)2
-、(RC
)2
C=N-、RC
C(O)O-、RC
OC(O)-、RC
C(O)N(R)-、(RC
)2
NC(O)-、伸烴基及雜亞烴基中之每一者獨立地未經取代或經一或多個RS
取代基取代;且每個RS
獨立地為鹵素原子、聚氟取代、全氟取代、未經取代之(C1
-C18
)烷基、F3
C-、FCH2
O-、F2
HCO-、F3
CO-、R3
Si-、R3
Ge-、RO-、RS-、RS(O)-、RS(O)2
-、R2
P-、R2
N-、R2
C=N-、NC-、RC(O)O-、ROC(O)-、RC(O)N(R)-或R2
NC(O)-,或兩個RS
結合在一起形成未經取代之(C1
-C18
)伸烷基,其中各R獨立地為未經取代之(C1
-C18
)烷基。
在一個實施例中,R1至R16中之兩者或更多者未組合形成一或多個環結構。
在一個實施例中,適於製造第一乙烯/α-烯烴互聚物之催化劑系統為包括以下之催化劑系統:雙((2-氧代基-3-(二苯并-1H-吡咯-1-基)-5-(甲基)苯基)-2-苯氧基甲基)-亞甲基-1,2-環己二基鉿(IV)二甲基,其由以下結構:IA表示:
(IA)。
適用於本發明中之齊格勒/納塔催化劑為典型的負載型齊格勒型催化劑,其在溶液方法之高聚合溫度下尤其適用。此類組成物之實例為衍生自有機鎂化合物、烷基鹵化物或鹵化鋁或氯化氫及過渡金屬化合物之彼等者。此類催化劑之實例描述於美國專利第4,612,300號;第4,314,912號;及第4,547,475號中;其教示內容以引用之方式併入本文中。
詳言之,適合之有機鎂化合物包含例如烴溶性二烴基鎂,諸如二烷基鎂及二芳基鎂。詳言之,例示性適合之二烷基鎂包含正丁基-第二丁基鎂、二異丙基鎂、二正己基鎂、異丙基-正丁基鎂、乙基-正己基鎂、乙基-正丁基鎂、二-正辛基鎂及其他者,其中烷基具有1至20個碳原子。例示性的適合之二芳基鎂包含二苯基鎂、二苯甲基鎂及二甲苯基鎂。適合之有機鎂化合物包含烷基及芳基鎂烷氧化物及芳基氧化物;及芳基及烷基鎂鹵化物,而不含鹵素之有機鎂化合物為更期望的。
鹵化物來源包含活性非金屬鹵化物、金屬鹵化物及氯化氫。適合之非金屬鹵化物由式R'X表示,其中R'為氫或活性單價有機基團,且X為鹵素。詳言之,適合之非金屬鹵化物包含例如鹵化氫及活性有機鹵化物,諸如第三烷基鹵化物、烯丙基鹵化物、苯甲基鹵化物及其他活性烴基鹵化物。活性有機鹵化物意謂含有不穩定鹵素之烴基鹵化物,所述鹵素至少與第二丁基氯之鹵素,較佳與第三丁基氯活性(亦即易失於另一化合物)一樣。除了有機單鹵化物以外,應理解,如上文所定義,亦宜採用具有活性之有機二鹵化物、三鹵化物及其他聚鹵化物。較佳活性非金屬鹵化物之實例包含氯化氫、溴化氫、第三丁基氯、第三戊基溴、烯丙基氯、苯甲基氯、巴豆基氯、甲基乙烯基甲基氯、a-苯基乙基溴、二苯基甲基氯及類似者。最佳為氯化氫、第三丁基氯、烯丙基氯及苯甲基氯。
適合之金屬鹵化物包含由式MRy-a Xa表示之鹵化物,其中:M為Mendeleev元素週期表之IIB、IIIA或IVA族金屬;R為單價有機基團;X為鹵素;y具有對應於M之價態之值;且「a」具有1至y之值。較佳金屬鹵化物為式AlR3 - a
Xa
之鹵化鋁,其中各R獨立地為烴基,諸如烷基;X為鹵素;且a為1至3之數值。最佳為鹵化烷基鋁,諸如三氯三乙基化二鋁、氯化二乙基鋁、二氯化乙基鋁及溴化二乙基鋁,其中二氯化乙基鋁為尤其較佳的。可替代地,可適當地採用金屬鹵化物,諸如三氯化鋁,或三氯化鋁與鹵化烷基鋁之組合,或三烷基鋁化合物。
可有效採用習知齊格勒-納塔過渡金屬化合物中之任一者作為製備負載型催化劑組分中之過渡金屬組分。通常,過渡金屬組分為IVB、VB或VIB族金屬之化合物。過渡金屬組份一般由下式表示:TrX'4 - q
(OR1)q、TrX'4 - q
(R2)q、VOX'3
及VO(OR)3
。
Tr為IVB、VB或VIB族金屬,較佳IVB或VB族金屬,較佳鈦、釩或鋯;q為0或等於或小於4之數值;X'為鹵素,且R1為具有1至20個碳原子之烷基、芳基或環烷基;且R2為烷基、芳基、芳烷基、經取代之芳烷基及類似者。
芳基、芳烷基及經取代之芳烷基含有1至20個碳原子,較佳1至10個碳原子。當過渡金屬化合物含有烴基R2(其為烷基、環烷基、芳基或芳烷基)時,烴基在至金屬碳鍵之位置β處將較佳不含H原子。芳烷基之例示性但非限制性實例為甲基、新戊基、2,2-二甲基丁基、2,2-二甲基己基、諸如苯甲基之芳基、諸如1-降冰片基之環烷基。若需要,可採用此等過渡金屬化合物之混合物。
過渡金屬化合物之說明性實例包含TiCl4
、TiBr4
、Ti(OC2
H5
)3
Cl、Ti(OC2
H5
)Cl3
、 Ti(OC4
H9
)3
Cl、Ti(OC3
H7
)2
Cl. 2
、 Ti(OC6
H13
)2
Cl2
、 Ti(OC8
H17
)2
Br2
及Ti(OC12
H25
)Cl3
、Ti(O-iC3
H7
)4
以及Ti(O-nC4
H9
)4 。
釩化合物之說明性實例包含VCl4
、VOCl3
、VO(OC2
H5
)3
及VO(OC4
H9
)3 。
鋯化合物之說明性實例包含ZrCl4
、ZrCl3
(OC2
H5
)、ZrCl2
(OC2
H5
)2
、ZrCl(OC2
H5
)3
、Zr(OC2
H5
)4
、ZrCl3
(OC4
H9
)、ZrCl2
(OC4
H9
)2
及ZrCl(OC4
H9
)3。
可在催化劑之製備中使用無機氧化物載體,且所述載體可為任何顆粒氧化物或已以熱或化學方式脫水之混合氧化物,使得其基本上不含吸附水分。參見美國專利第4,612,300號;第4,314,912號;及第4,547,475號;其教示內容以引用之方式併入本文中。
可經由使上述催化劑系統與活化共催化劑接觸或使其與活化共催化劑組合或藉由使用活化技術,諸如本領域中已知的供與金屬類烯烴聚合反應一起使用之彼等技術而使所述催化劑系統呈現催化活性。供用於本文中的適合之活化共催化劑包含烷基鋁;聚合或寡聚鋁氧烷(亦稱為鋁氧烷);中性路易斯酸(Lewis acid);及非聚合、非配位、離子形成化合物(包括在氧化條件下使用此類化合物)。適合之活化技術為本體電解。亦涵蓋前述活化共催化劑與技術中之一或多者的組合。術語「烷基鋁」意謂單烷基鋁二氫化物或單烷基鋁二鹵化物、二烷基鋁氫化物或二烷基鋁鹵化物或三烷基鋁。鋁氧烷及其製備在例如美國專利6,103,657中已知。較佳聚合或寡聚鋁氧烷之實例為甲基鋁氧烷、經三異丁基鋁改質之甲基鋁氧烷及異丁基鋁氧烷。
例示性路易斯酸活化共催化劑為如本文所述的含有1至3個烴基取代基之第13族金屬化合物。在一些實施例中,例示性第13族金屬化合物為三(烴基)取代之鋁或三(烴基)-硼化合物。在一些其他實施例中,例示性第13族金屬化合物為三(烴基)取代之鋁或三(烴基)-硼化合物,為三((C1-C10)烷基)鋁或三((C6-C18)芳基)硼化合物及其鹵化(包括全鹵化)衍生物。在一些其他實施例中,例示性第13族金屬化合物為參(氟取代之苯基)硼烷,在其他實施例中,為三(五氟苯基)硼烷。在一些實施例中,活化共催化劑為參((C1
-C20
)烴基)硼酸酯(例如,四氟硼酸三苯甲酯)或三((C1
-C20
)烴基)銨四((C1
-C20
)烴基)硼烷(例如,雙(十八烷基)甲基銨四(五氟苯基)硼烷)。如本文所使用,術語「銨」意謂氮陽離子,亦即((C1
-C20
)烴基)4
N+
、((C1
-C20
)烴基)3
N(H)+
、((C1
-C20
)烴基)2
N(H)2 +
、(C1
-C20
)烴基N(H)3 +
或N(H)4 +
,其中各(C1
-C20
)烴基可相同或不同。
中性路易斯酸活化共催化劑之例示性組合包含以下混合物,所述混合物包括三((C1
-C4
)烷基)鋁與鹵化三((C6
-C18
)芳基)硼化合物,尤其三(五氟苯基)硼烷之組合。其他例示性實施例為此類中性路易斯酸混合物與聚合或寡聚鋁氧烷之組合,及單一中性路易斯酸,尤其三(五氟苯基)硼烷與聚合或寡聚鋁氧烷之組合。(金屬-配位體錯合物):(三(五氟-苯基硼烷):(鋁氧烷)[例如,(第4族金屬-配位體錯合物):(三(五氟-苯基硼烷):(鋁氧烷)]之莫耳數之例示性實施例比率為1:1:1至1:10:30,其他例示性實施例為1:1:1.5至1:5:10。
關於不同金屬-配位體錯合物,許多活化共催化劑及活化技術已在以下USPN中先前教示:US 5,064,802;US 5,153,157;US 5,296,433;US 5,321,106;US 5,350,723;US 5,425,872;US 5,625,087;US 5,721,185;US 5,783,512;US 5,883,204;US 5,919,983;US 6,696,379;及US 7,163,907。適合之烴基氧化物之實例揭示於US 5,296,433中。適用於加成聚合催化劑的布朗斯特酸鹽(Bronsted acid salt)之實例揭示於US 5,064,802;US 5,919,983;US 5,783,512中。作為用於加成聚合催化劑之活化共催化劑的陽離子型氧化劑與非配位、可相容陰離子之適合之鹽的實例揭示於US 5,321,106中。作為用於加成聚合催化劑之活化共催化劑的適合之碳離子鹽之實例揭示於US 5,350,723中。作為用於加成聚合催化劑之活化共催化劑的適合之矽離子鹽之實例揭示於US 5,625,087中。醇、硫醇、矽烷醇及肟與三(五氟苯基)硼烷之適合錯合物之實例揭示於US 5,296,433中。此等催化劑中之一些亦描述於US 6,515,155 B1之一部分中,開始於第50欄,第39行且至第56欄,第55行,僅所述部分以引用之方式併入本文中。
在一些實施例中,上述催化劑系統可藉由與一或多種共催化劑,諸如陽離子形成共催化劑、強路易斯酸或其組合加以組合而活化以形成活性催化劑組成物。供使用之適合共催化劑包含聚合或寡聚鋁氧烷,尤其甲基鋁氧烷以及惰性、可相容、非配位離子形成化合物。例示性適合共催化劑包含但不限於改質甲基鋁氧烷(MMAO)、雙(氫化牛脂烷基)甲基四(五氟苯基)硼酸(1-)胺、三乙基鋁(TEA)及其任何組合。
在一些實施例中,前述活化共催化劑中之一或多者彼此組合使用。在一個實施例中,可使用三((C1
-C4
)烴基)鋁、三((C1
-C4
)烴基)硼烷或硼酸銨之混合物與寡聚或聚合鋁氧烷化合物的組合。
實例
以下實例說明本揭示內容之特徵,但並不意欲限制本揭示內容之範疇。
所使用的商業聚合物
以下列出的聚合物用於下表1中所列出的實驗層壓體。
ELITE™ 5538G為在2.16 kg之負載及190℃之溫度、0.941 g/cm3
之密度下根據ASTM D 1238量測時,具有1.30 g/10 min之熔融指數(I2
)之增強型中密度聚乙烯(MDPE)。DOWLEX™ 5538G可購自陶氏化學公司(密歇根州米德蘭)。
AMPLIFY™ TY 1057H為可購自陶氏化學公司(密歇根州米德蘭)之馬來酸酐接枝聚合物。
ELITE™ 5401G為由來自陶氏化學公司之INSITE™技術製備之增強型聚乙烯樹脂。在2.16 kg之負載及190℃之溫度下根據ASTM D 1238量測時,ELITE™ 5401G之熔融指數(I2
)為1.00公克/10分鐘,且密度為0.918 g/cm3
。可購自陶氏化學公司(密歇根州米德蘭)之ELITE™ 5401G亦包含2500 ppm之抗阻斷添加劑及1000 ppm之助滑添加劑。
Ultramid® C40 L為可購自BASF公司之耐綸6/66。
在2.16 kg之負載及190℃之溫度下根據ASTM D 1238量測時,DOWLEX™ 2098P為熔融指數(I2
)為1.0公克/10分鐘且密度為0.926 g/cm3
之線性低密度聚乙烯樹脂。DOWLEX™ 2098P可購自陶氏化學公司(密歇根州米德蘭)。
在2.16 kg之負載及190℃之溫度下根據ASTM D 1238量測時,EVOLUE® SP2320H為熔融指數(I2
)為1.9公克/10分鐘且密度為0.920 g/cm3
之線性低密度聚乙烯樹脂。EVOLUE SP2320H可購自Prime Polymer有限公司。
表1
第一組成物
1
及
2
之合成
第一組成物1為利用表2中所闡述之聚合條件如下製備之乙烯-辛烯共聚物。乙烯-辛烯共聚物在第一反應器中之如下所述之第一催化劑系統及第二反應器中之如下所述之第二催化劑系統存在下,在根據美國專利第5,977,251號(參見此專利之圖2)之雙重串聯環管反應器系統中經由溶液聚合製備。
第一組成物2含有兩種乙烯-辛烯共聚物。類似第一組成物1,第一組成物2在第一反應器中之如下所述之第一催化劑系統及第二反應器中之如下所述之第二催化劑系統存在下,在雙重串聯環管反應器系統中經由溶液聚合製備。儘管第一組成物2未包含於本文中描述之實例1之聚烯烴層中,但預期第一組成物2可用於其他實例聚烯烴層中。如下文測試方法中所示及圖2-5中所描繪,出於說明之目的提供第一組成物2之MWCDI之代表性測定。
第一催化劑系統包括雙((2-氧代基-3-二苯并-1H-吡咯-1-基)-5-(甲基)苯基)-2-苯氧基甲基)-亞甲基-1,2-環己二基鉿(IV)二甲基,其由下式(CAT 1)表示:
(CAT 1)。
原位添加至聚合反應器中之CAT 1之金屬與共催化劑1(經改質之甲基鋁氧烷)或共催化劑2(雙(氫化牛脂烷基)甲基四(五氟苯基)硼酸(1-)胺)之金屬的莫耳比顯示在表2中。
第二催化劑系統包括齊格勒-納塔型催化劑(CAT 2)。基本上根據美國專利第4,612,300號藉由依序添加至一定體積之ISOPAR E、無水氯化鎂於ISOPAR E中之漿液、EtAlCl2
於庚烷中之溶液及Ti(O-iPr)4
於庚烷中之溶液來製備非均相齊格勒-納塔型催化劑預混合物,產生含有0.20M之鎂濃度及40/12.5/3之Mg/Al/Ti之比的組成物。進一步用ISOPAR-E稀釋此組成物之等分試樣以產生500 ppm Ti於漿液中之最終濃度。進給至聚合反應器的同時及進入聚合反應器中之前,以表1中所規定的Al與Ti之莫耳比使催化劑預混合物與Et3
Al之稀釋溶液接觸,以得到活性催化劑。
如表2中所見,共催化劑1(經改質甲基鋁氧烷(MMAO));及共催化劑2(雙(氫化牛脂烷基)甲基四(五氟苯基)硼酸(1-)胺)各自用作CAT 1 之共催化劑。用少量(ppm)穩定劑對各聚合物組成物加以穩定。
表2:聚合條件
*溶劑 = ISOPAR E
第一組成物之特性報告於下表3中。
表3:第一組成物之特性
針對
Alpine
Line
(
弗里波特(
Freeport
))
之吹製膜製造細節
實例1層壓體(在表1中列出)使用位於德克薩斯德克薩斯的7層Alpine Line擠壓機製造。比較膜A及B(在表1中列出)亦製造為基準且比較物理特性之改善。
以下操作條件用於Alpine Line。在製造期間維持220℃之模溫。生產線由7個30:1長度/直徑比(L/D)開槽進料擠出機組成,所有擠出機之螺絲直徑為50 mm。環形模具之直徑為200 mm。使用自動程序空氣環及內部鼓泡冷卻(internal bubble cooling,IBC)系統。當吹脹比(blow-up ratio,BUR)固定在2.5時,模具唇間隙固定在2.2 mm。冰凍線高度(frost line height,FLH)保持恆定在200 mm處。輸出速度為500 lb/h,且牽引速度為400 fpm。另外,針對6''核心收集35''直徑輥,且進行在線切割。膜製造參數亦提供於下表4中。
表4:膜製造參數
層壓及小袋製造細節
表1中所列出之吹製膜經歷乾燥層壓製程以使用溶劑類黏合劑使BOPA基板、BOPET基板或BOPA/BOPET層壓基板與吹製膜(亦即第二膜)組合在一起。黏合劑為由異氰酸酯(基底黏合劑)及多元醇(共反應物)組成之習知的二組份聚胺酯系統。通常,層壓製程將在黏合劑塗佈於主要基板上且隨後通過溫度範圍為約60至80℃溫度之乾燥隧道以蒸發黏合層中之溶劑下開始。在乾燥之後,主要基板將經由加熱之壓縮夾壓卷筒層壓於上次要吹製膜上。最後,組合之層壓體隨後將重繞至卷軸且隨後傳送以固化。層壓線速度在200 m/min下運作且所使用之黏合劑塗佈重量之量為3.5 g/m2
。
將製造層狀結構之兩種卷軸以用於袋製造製程;分別地,一種用於直立式小袋之身體部分且另一種用於直立式小袋之底部部分。在固化2-3天之後,黏合劑層壓結構將經歷切割製程,從而卷軸將切割為用於小袋之底部部分之所需寬度。兩種卷軸隨後均傳送用於小袋製造製程,從而用於底部部分之卷軸經摺疊以製造三角形布料,且藉由在連續製程中以180-210℃熱封側面及底部與用於身體部分之卷軸組合。組合之卷軸將隨後切割且形成為最終直立式小袋。連續直立式小袋製造製程在25衝程/分鐘線速度下進行。
結果
呈拉伸應力、落鏢衝擊及墜落測試形式之標準物理膜測試如下所述進行。
表5
在表5中,列出層壓體之拉伸應變及拉伸應力值。應注意,實例1 2層層壓體之拉伸應變(95.9%)相較於比較實例A 2層BOPA/吹製膜層壓體(61.3%)顯著提高,且若不略微好於比較實例B(93.8%)3層層壓體則與其相當。儘管實例1之拉伸應力略微小於比較實例A及B,但拉伸應力特性仍處於用於小袋製造之適合水準。最後,實例1之落鏢衝擊特性優於比較實例A但低於比較實例B。亦即,實例1之落鏢衝擊特性仍處於用於小袋製造之適合水準。
可能熟練人員的最重要性能需求為袋墜落測試。由2層層壓結構產生之小袋(實例1)之袋墜落性能必須匹配現有3層層壓結構(比較實例B)之性能。由比較實例層壓體A及層壓體實例1製成之小袋填充有1 L水且密封。此外,由比較實例層壓體B及層壓體實例1製成之小袋填充有2 L水且密封。用階梯方法記錄墜落測試結果以判定小袋可通過之最小高度。具體而言,經填充之小袋最初自1.9 m之高度墜落,且對於每次成功墜落,墜落高度增加0.3 m直至小袋破裂。此時,墜落高度將降低0.3且將用新的小袋重新開始測試。在測試20個小袋之後,確定不合格數。若此數目為10,則完成測試。若數目小於10,則繼續測試,直至記錄了10次不合格。若數目大於10,則繼續測試,直至總合格次數為10。
在測試之後,實例1(1 L)小袋勝過比較實例A(1 L)小袋,且實例2(2 L)小袋之性能匹配比較實例B(2 L)小袋之性能。用高速相機記錄墜落試驗以判定由液體造成之衝擊力之擴展及破裂圖案。
測試方法
測試方法包含以下:
熔融指數(I2
)
熔融指數(I2
)在190℃及2.16 kg下根據ASTM D-1238量測。其值以公克/10分鐘為單位報告,其對應於每10分鐘溶離之公克數。
密度
用於密度量測之樣品根據ASTM D4703製備且以公克/立方公分(g/cc或g/cm3
)為單位報告。在樣本壓製一小時內使用ASTM D792方法B進行量測。
動態剪切流變性
在177℃下在10 MPa壓力下在空氣中將各樣品壓縮模製成「3 mm厚× 25 mm直徑」圓形薄片持續五分鐘。隨後自按壓機取出樣品且置放於台面上以冷卻。
在配備有25 mm平行板之ARES應變控制流變儀(TA儀器公司(TA Instruments))上在氮氣吹掃下進行恆溫掃頻量測。針對各量測,在對間隙進行調零之前使流變儀熱平衡持續至少30分鐘。樣品薄片置放於板上,且使其在190℃下熔融五分鐘。隨後使板閉合至2 mm,修整樣品,且隨後開始進行測試。方法***有另外5分鐘延遲,以允許溫度穩態。在190℃下在0.1至100 rad/s之頻率範圍內以每十個單位間隔在五個點處進行實驗。應變幅度恆定在10%。就幅度與相分析應力反應,由其計算儲存模數(G')、損耗模數(G'')、複數模數(G*)、動態黏度(η*或Eta*)及tan δ(tan △)。
熔融強度
熔融強度量測在連接至Gottfert Rheotester 2000毛細管流變儀之Gottfert Rheotens 71.97(Göttfert Inc.;Rock Hill, SC)上進行。聚合物熔體經擠壓以平坦進入角度(180℃)穿過具有2.0 mm之毛細管直徑及15之縱橫比(毛細管長度/毛細管直徑)的毛細管模具。
在使樣品在190℃下平衡10分鐘之後,活塞以0.265毫米/秒之恆定活塞速度運行。標準測試溫度為190℃。將樣品(約20公克)單軸牽拉至定位在模具100 mm以下之一組加速夾持點,加速度為2.4毫米/秒2
。拉力記錄為夾持輥之起始速度的函數。熔融強度報導為股線斷裂之前的平穩段力(cN)。以下條件用於熔融強度量測中:推桿速度= 0.265 mm/sec;輪加速度= 2.4 mm/sec2
;毛細管直徑= 2.0 mm;毛細管長度= 30 mm;且筒直徑= 12 mm。
習知凝膠滲透層析法(習知GPC) 來自珀里莫查公司(PolymerChar)(西班牙巴倫西亞市(Valencia, Spain))之GPC-IR高溫層析系統配備有Precision Detectors(馬薩諸塞州阿默斯特(Amherst, MA))之2角度雷射光散射偵測器型號2040、IR5紅外偵測器及4毛細管黏度計,均來自珀里莫查公司。使用珀里莫查儀器控制軟體及資料收集界面進行資料收集。系統配備有來自安捷倫技術(加利福尼亞州聖克拉拉)之線上溶劑脫氣裝置及抽汲系統。
注射溫度控制在150攝氏度。所用管柱為三個來自聚合物實驗室(Polymer Laboratories)(英國什羅普郡(Shropshire, UK))之10微米「Mixed-B」管柱。所用溶劑為1,2,4-三氯苯。以「0.1公克聚合物於50毫升溶劑中」之濃度製備樣品。層析溶劑及樣品製備溶劑各自含有「200 ppm之丁基化羥基甲苯(BHT)」。兩種溶劑源均經氮氣鼓泡。在160攝氏度下輕微攪拌乙烯類聚合物樣品三個小時。注射體積為「200微升』,且流動速率為「1毫升/分鐘」。GPC管柱組係藉由操作21種「窄分子量分佈」聚苯乙烯標準物來校準。標準物之分子量(MW)在580至8,400,000公克/莫耳範圍內,標準物含於六種「調配(cocktail)」混合物中。各標準混合物在個別分子量之間具有至少十倍間隔。標準物混合物購自聚合物實驗室。聚苯乙烯標準物針對分子量等於或大於1,000,000公克/莫耳以「0.025 g於50 mL溶劑中」製備,且針對分子量小於1,000,000公克/莫耳以「0.050 g於50 mL溶劑中」製備。
聚苯乙烯標準物在80℃下在輕微攪拌下溶解30分鐘。首先運作窄標準物混合物,且遵循「最高分子量組分」遞減的次序以使降解降至最低。使用方程式1使聚苯乙烯標準物峰分子量轉變為聚乙烯分子量(如Williams及Ward,《聚合物科學雜誌(J. Polym. Sci.)》, 《聚合物快報(Polym. Letters)》, 6, 621 (1968)中所述):
M聚乙烯=A×(M聚苯乙烯)B
(方程式1),
其中M為分子量,A等於0.4316且B等於1.0。
根據以下方程式2-4計算數量平均分子量(Mn(習知gpc))、重量平均分子量(Mw-習知gpc)及z均分子量(Mz(習知gpc))。
(方程式2)
(方程式3)
(方程式4)
在方程式2-4中,RV為以「每秒1點」收集的管柱保留體積(線性間隔),IR為來自GPC儀器之IR5量測通道的減去基線之IR偵測器信號,以伏特為單位,且MPE
為由方程式1測定之聚乙烯-當量MW。使用來自珀里莫查公司之「GPC One軟體(2.013H版)」進行資料計算。
蠕變零剪切黏度量測方法
經由蠕變測試獲得零剪切黏度,所述測試在190℃下在AR G2應力控制流變儀(TA儀器公司;特拉華州紐卡斯爾(New Castle, Del))上使用「25 mm直徑」平行板進行。將流變儀烘箱設定成測試溫度持續至少30分鐘,之後對配件進行調零。在測試溫度下,將壓縮模製樣品薄片***各板之間,且使其平衡持續五分鐘。隨後將上部板降至高於所需測試間隙(1.5 mm)50 μm(儀器設定)。修整掉任何多餘材料,且將上部板降至所需間隙。在氮氣吹洗下以5 L/min之流動速率進行量測。預設蠕變時間設定為兩小時。在177℃下在10 MPa壓力下在空氣中將各樣品壓縮模製成「2 mm厚× 25 mm直徑」圓形薄片持續五分鐘。隨後自按壓機取出樣品且置放於台面上以冷卻。
向所有樣品施加20 Pa之恆定低剪應力以確保穩態剪切速率足夠低以處於牛頓區(Newtonian region)內。針對此研究中之樣品,所得穩態剪切速率在10- 3
至10- 4
s- 1
範圍內。藉由在「log (J(t))相較於log(t)」之曲線的最後10%時間窗口中獲得全部資料之線性回歸來測定穩態,其中J(t)為蠕變柔量且t為蠕變時間。若線性回歸之斜率大於0.97,視為達至穩態,則停止蠕變測試。在此研究中之所有情況下,斜率在一小時內滿足所述標準。在「ε相較於t」之曲線之最後10%時間窗口中由全部資料點之線性回歸之斜率測定穩態剪切速率,其中ε為應變。由所施加應力與穩態剪切速率之比測定零剪切黏度。
為了測定樣品是否在蠕變測試期間發生降解,在蠕變測試之前及之後對相同試樣進行0.1至100 rad/s之小幅振盪剪切測試。對兩次測試之複數黏度值進行比較。若0.1 rad/s下之黏度值之差大於5%,則視為樣品在蠕變測試期間已發生降解,且捨棄所述結果。
零剪切 黏度比 (
Zero-Shear Viscosity Ratio,ZSVR)
定義為支化聚乙烯材料之零剪切黏度(ZSV)與相等平均分子量(Mw(習知gpc))下的線性聚乙烯材料之ZSV之比(參見下文ANTEC會刊),其根據以下方程式5:
(方程式5)。
由190℃下之蠕變測試經由上文所述之方法獲得ZSV值。藉由如上文所論述之習知GPC方法(方程式3)測定Mw(習知gpc)值。基於一系列線性聚乙烯參考材料確立線性聚乙烯之ZSV與其Mw(習知gpc)之間的相關性。ZSV-Mw關係之描述可見於ANTEC會刊:Karjala等人, 《聚烯烴中之少量長鏈分枝之偵測(Detection of Low Levels of Long - chain Branching in Polyolefins
)》,第66次塑膠工程師協會年度技術會議(Annual Technical Conference - Society of Plastics Engineers)(2008), 887-891中。
1
H NMR方法
將儲備溶液(3.26 g)添加至10 mm NMR管中之「0.133 g聚合物樣品」中。儲備溶液為具有0.001M Cr3 +
之四氯乙烷-d2
(TCE)與過氯乙烯(50:50,w:w)之混合物。用N2
吹掃管中之溶液持續5分鐘以減少氧氣量。使加蓋之試樣管在室溫下靜置隔夜以使聚合物樣品膨脹。在110℃下利用定期渦旋混合溶解樣品。樣品不含可促成不飽和之添加劑,例如助滑劑,諸如芥酸醯胺(erucamide)。用10 mm低溫探針在120℃下在Bruker AVANCE 400 MHz光譜儀上運作各1
H NMR分析。
運作兩次實驗以獲得不飽和度:對照實驗與雙重預飽和實驗。對於對照實驗,資料使用指數窗口函數處理,其中LB = 1 Hz,且基線自7 ppm校正至-2 ppm。來自TCE之剩餘1
H之信號設定成100,且自-0.5至3 ppm之積分I總
用作對照實驗中來自整體聚合物之信號。如下在方程式1A中計算聚合物中之「CH2
基團、NCH2
之數目」:
NCH2
= I總計
/2 (方程式1A)。
對於雙重預飽和實驗,資料使用指數窗口函數處理,其中LB = 1 Hz,且基線自約6.6 ppm校正至4.5 ppm。來自TCE之剩餘1
H之信號設定成100,且對針對不飽和度之相應積分(I伸乙烯基
、I三取代
、I乙烯基
及I亞乙烯基
)進行積分。熟知使用NMR光譜法測定聚乙烯不飽和度,例如參見Busico, V.等人, 《大分子
(Macromolecules
)》, 2005 ,38
, 6988。如下計算伸乙烯基、三取代、乙烯基及亞乙烯基之不飽和單元數:
N伸乙烯基
= I伸乙烯基
/2 (方程式2A),
N三取代
= I三取代
(方程式3A),
N乙烯基
= I乙烯基
/2 (方程式4A),
N亞乙烯基
= I亞乙烯基
/2 (方程式5A)。
如下計算每1,000個碳,包括主鏈碳及支鏈碳之全部聚合物碳之不飽和單元:
N伸乙烯基
/1,000C = (N伸乙烯基
/NCH2
)*1,000 (方程式6A),
N三取代
/1,000C = (N三取代
/NCH2
)*1,000 (方程式7A),
N乙烯基
/1,000C = (N乙烯基
/NCH2
)*1,000 (方程式8A),
N亞乙烯基
/1,000C = (N亞乙烯基
/NCH2
)*1,000 (方程式9A),
對於來自TCE-d2之剩餘質子之1
H信號,化學位移參照設定在6.0 ppm。對照使用ZG脈衝運作,NS=4,DS=12,SWH=10,000 Hz,AQ=1.64 s,D1=14 s。雙重預飽和實驗使用經修正之脈衝序列運作,其中O1P = 1.354 ppm,O2P = 0.960 ppm,PL9 = 57db,PL21 = 70 db,NS = 100,DS = 4,SWH = 10,000 Hz,AQ = 1.64s,D1 = 1 s(其中D1為預飽和時間),D13 = 13s。僅乙烯基含量報導於下表2中。
13
C NMR方法
樣品藉由將大約3 g含有0.025 M Cr(AcAc)3
之四氯乙烷-d2/鄰二氯苯之50/50混合物添加至10 mm NMR管中之「0.25 g聚合物樣品」中來製備。藉由用氮氣吹洗管頂部空間來自樣品移除氧氣。隨後使用加熱套及熱風槍藉由將管及其內含物加熱至150℃來使樣品溶解且均勻化。目測檢查各經溶解樣品以確保均勻性。
使用Bruker 400 MHz光譜儀收集全部資料。使用6秒脈衝重複延遲、90度翻轉角及反門控去耦及120℃之樣品溫度獲取資料。在鎖定模式下在不旋轉樣品上進行所有量測。使樣品進行7分鐘之熱平衡,之後獲取資料。在30.0 ppm下將13C NMR化學位移內標為EEE三元組。
C13 NMR共聚單體含量:熟知使用NMR光譜法來測定聚合物組成物。ASTM D 5017-96;J. C. Randall等人於「NMR與大分子(NMR and Macromolecules)」ACS研討會系列(ACS Symposium series)247;J. C. Randall, 編, 《美國化學學會(Am. Chem. Soc.)》, 華盛頓(Washington, D.C.), 1984, 第9章;及J. C. Randall於「聚合物序列測定(Polymer Sequence Determination)", 學術出版社(Academic Press), 紐約(New York) (1977)中提供藉由NMR光譜法之聚合物分析之普遍方法。
分子加權共聚單體分佈指數(MWCDI)
來自珀里莫查公司(西班牙巴倫西亞市)之GPC-IR高溫層析系統配備有Precision Detectors(馬薩諸塞州阿默斯特)之2角度雷射光散射偵測器型號2040及IR5紅外偵測器(GPC-IR)及4毛細管黏度計,均來自珀里莫查公司。光散射偵測器之「15度角」用於計算目的。使用珀里莫查儀器控制軟體及資料收集界面進行資料收集。系統配備有來自安捷倫技術(加利福尼亞州聖克拉拉)之線上溶劑脫氣裝置及抽汲系統。
注射溫度控制在150攝氏度。所用管柱為四個來自聚合物實驗室(英國什羅普郡)之20微米「Mixed-A」光散射管柱。溶劑為1,2,4-三氯苯。以「0.1公克聚合物於50毫升溶劑中」之濃度製備樣品。層析溶劑及樣品製備溶劑各自含有「200 ppm之丁基化羥基甲苯(BHT)」。兩種溶劑源均經氮氣鼓泡。在160攝氏度下輕微攪拌乙烯類聚合物樣品三個小時。注射體積為「200微升」,且流動速率為「1毫升/分鐘」。
使用21種「窄分子量分佈」聚苯乙烯標準物進行GPC管柱組之校準,所述聚苯乙烯標準物之分子量在580至8,400,000公克/莫耳範圍內。此等標準物配置於六種「調配」混合物中,其中獨立分子量之間的間隔為至少十倍。標準物購自聚合物實驗室(英國什羅普郡)。聚苯乙烯標準物針對分子量等於或大於1,000,000公克/莫耳以「0.025公克於50毫升溶劑中」製備,且針對分子量小於1,000,000公克/莫耳以「0.050公克於50毫升溶劑中」製備。藉由在80攝氏度下輕微攪動30分鐘溶解聚苯乙烯標準物。首先運作窄標準物混合物,且遵循「最高分子量組分」遞減的次序以使降解降至最低。使用方程式1B使聚苯乙烯標準物峰分子量轉變為聚乙烯分子量(如Williams及Ward,《聚合物科學雜誌》, 《聚合物快報》, 6, 621 (1968)中所述):
M聚乙烯=A×(M聚苯乙烯)B
(方程式1B),
其中M為分子量,A具有大約0.40之值且B等於1.0。在0.385與0.425之間調整A值(視特定管柱組效率而定),使得NBS 1475A(NIST)線性聚乙烯重量平均分子量對應於52,000公克/莫耳,如藉由以下方程式3B所計算:
(方程式2B)
(方程式3B)
在方程式2B與3B中,RV為以「每秒1點」收集之管柱保留體積(線性間隔)。IR為來自GPC儀器之量測通道的減去基線之IR偵測器信號,以伏特為單位,且MPE
為由等式1B測定之聚乙烯當量MW。使用來自珀里莫查公司之「GPC One軟體(2.013H版)」進行資料計算。
使用至少十種乙烯類聚合物標準物(聚乙烯均聚物及乙烯/辛烯共聚物;窄分子量分佈及均勻共聚單體分佈)進行針對IR5偵測器比率之已知短鏈分枝(SCB)頻率(藉由如上文所論述之13
C NMR法量測)之校準,範圍介於均聚物(0 SCB/1000個總C)至大約50 SCB/1000個總C,其中總C=主鏈中之碳+支鏈中之碳。如藉由上文所述之GPC-LALS處理方法所測定,各標準物之重量平均分子量為36,000公克/莫耳至126,000公克/莫耳。如藉由上文所述之GPC-LALS處理方法所測定,各標準物之分子量分佈(Mw/Mn)為2.0至2.5。SCB標準物之聚合物特性顯示在表6中。
表6:「SCB」標準物
針對「SCB」標準物中之每一者計算「IR5甲基通道感測器之減去基線之面積響應」與「IR5量測通道感測器之減去基線之面積響應」(如由珀里莫查公司供應之標準濾光器及濾光器輪:部件號IR5_FWM01包括為GPC-IR儀器之一部分)之「IR5面積比(或「IR5甲基通道面積
/IR5量測通道面積
」)」。A 以以下方程式4B之形式建構SCB頻率相較於「IR5面積比」之線性擬合:
SCB/1000總C = A0
+ [A1
× (IR5甲基通道 面積
/ IR5量測通道面積
)](方程式4B),其中A0
為在零之「IR5面積比」處截取之「SCB/1000總C」,且A1
為「SCB/1000總C」相較於「IR5面積比」之斜率且表示「SCB/1000總C」隨「IR5面積比」的增加。
確立一系列針對由「IR5甲基通道感測器」產生之層析圖的「線性的減去基線之層析高度」隨管柱溶離體積而變化,以產生經基線校正之層析圖(甲基通道)。確立一系列針對由「IR5量測通道」產生之層析圖的「線性的減去基線之層析高度」隨管柱溶離體積而變化,以產生經基線校正之層析圖(量測通道)。
在橫跨樣品積分界限之各管柱溶離體積指數(各等距指數,表示1 ml/min溶離下每秒1個資料點)下計算「經基線校正之層析圖(甲基通道)」與「經基線校正之層析圖(量測通道)」之「IR5高度比」。「IR5高度比」乘以係數A1
,且將係數A0
加入此結果,以產生預測的樣品之SCB頻率。如下在方程式5B中將結果轉變為共聚單體莫耳百分比:
莫耳百分數共聚單體= {SCBf
/ [SCBf
+ ((1000 - SCBf
* 共聚單體之長度) / 2)]} * 100(方程式5B),其中「SCBf
」為「SCB/每1000個總C」且「共聚單體之長度」=對於辛烯為8,對於己烯為6等等。
使用Williams及Ward(上文所述;方程式1B)之方法將各溶離體積指數轉變成分子量值(Mwi
)。「莫耳百分比共聚單體」( y 軸 )
經繪製隨Log(Mwi
)而變化,且在15,000之Mwi
與150,000公克/莫耳之Mwi
之間計算斜率(針對此計算忽略鏈端上之端基校正)。EXCEL線性回歸用於計算15,000至150,000公克/莫耳之Mwi
(且包含15,000與150,000公克/莫耳之Mwi
)之間的斜率。此斜率定義為分子加權共聚單體分佈指數(MWCDI =分子加權共聚單體分佈指數)。
MWCDI
(第一組成物
2
)之代表性測定
產生所量測到的SCB標準物之「SCB/1000個總C(= SCBf
)」相較於所觀測到的「IR5面積比」之曲線(參見圖2),且測定截取值(A0
)及斜率(A1
)。在此,A0
= -90.246 SCB/1000個總C;且A1
= 499.32 SCB/1000個總C。
測定第一組成物2之「IR5高度比」(參見圖3中所示之積分)。在各溶離體積指數下,使高度比(第一組成物2之IR5高度比)乘以係數A1
,且將係數A0
加入此結果,以產生所預測的此實例之SCB頻率,如上文所述(A0
= -90.246 SCB/1000個總C;且A1
= 499.32 SCB/1000個總C)。如使用方程式1B所測定,SCBf
經繪製隨聚乙烯-當量分子量而變化,如上文所論述。參見圖4(Log Mwi用作x軸)。
經由方程式5B將SCBf
轉變成「莫耳百分比共聚單體」。如使用方程式1B所測定,「莫耳百分比共聚單體」經繪製隨聚乙烯-當量分子量而變化,如上文所論述。參見圖5(Log Mwi用於x軸)。自15,000公克/莫耳之Mwi至150,000公克/莫耳之Mwi進行線性擬合,產生「2.27莫耳百分比共聚單體×莫耳/公克」之斜率。因此,MWCDI = 2.27。EXCEL線性回歸用於計算15,000至150,000公克/莫耳之Mwi
(且包含15,000與150,000公克/莫耳之Mwi
)之間的斜率。
落鏢衝擊試驗
根據ASTM D-1709方法使用具有固定重量之衝擊試驗器評估落鏢衝擊強度。落鏢衝擊測試用於測定衝擊強度。將經稱重之圓頭落鏢墜落於緊緊夾持之膜薄片上,且檢測樣品之不合格數(膜中的裂縫或孔洞)。進行不同重量之足夠墜落以判定50百分比失效點之以公克為單位之重量。測試方法B指定自1.5 m墜落之具有51 mm直徑之落鏢。
拉伸特性
使用ASTM D-882方法沿加工方向(MD)測定拉伸應力及拉伸應變。測試最少五個試樣且獲得平均及標準偏差值以表示各膜樣品。將25 mm膜試樣放置在能夠實現恆定十字頭速度及初始夾具分離之通用試驗器之夾具中。十字頭速度在夾具分離為50 mm下為500 mm/min。使用1 kN測力計來量測力隨時間變化。自隨時間變化之十字頭速度測定伸長率。對至少五個樣品取平均值以測定膜之拉伸值。獲得屈服點、極限抗張強度、極限伸長率及拉伸能量之值。屈服強度量測其中在變形時,膜將在移除力時恢復其原始尺寸的最高應力。極限拉伸力為其中膜破裂時每個原始面積之力之量測。極限抗張強度用於確定膜之相對強度。在計算極限抗張強度時包含膜厚度,然而,其受取向之強烈影響且因此值即使在相同膜厚度下也可能顯著改變。極限伸長率為其中膜破裂時每個原始長度之變形之量測。
顯然,修改及變化形式在不背離隨附申請專利範圍中所定義之揭示內容之範疇的情況下為可能的。更具體而言,雖然本揭示內容之一些態樣在本文中鑑別為較佳或尤其有利的,但預期本揭示內容未必侷限於此等態樣。
1‧‧‧層壓結構
10‧‧‧第一BOPET膜
20‧‧‧層壓黏合劑
30‧‧‧第二膜
32‧‧‧聚烯烴層
34A‧‧‧連接層
34B‧‧‧連接層
36‧‧‧聚醯胺層
38‧‧‧聚乙烯類密封劑層
當與以下圖示結合閱讀時可最佳地理解本揭示內容之具體實施例之以下實施方式,其中相似結構用相似參考數字指定且其中: 圖1為根據本揭示內容之一或多個實施例之層壓結構的示意圖。 圖2描繪針對下文描述之第一組成物2之10個SCB標準物的「SCBf對IR5面積比」之曲線。 圖3描繪針對第一組成物2之用於測定IR5高度比值之若干GPC圖譜。 圖4描繪針對第一組成物2之「SCBf
對聚乙烯當量分子Log Mwi(GPC)」之曲線。 圖5描繪針對第一組成物2之「莫耳百分數共聚單體對聚乙烯當量」之曲線。
Claims (15)
- 一種層壓結構,包括: 第一膜,其包括雙軸取向聚對苯二甲酸伸乙酯(BOPET);及 層壓至所述第一膜且包括共同擠壓膜之第二膜,其中所述第二膜包括聚醯胺層及聚烯烴層,所述聚烯烴層包括第一組成物,所述第一組成物包括至少一種乙烯類聚合物,其中所述第一組成物包括大於0.9之分子加權共聚單體分佈指數(MWCDI)值及符合以下等式之熔融指數比(I10 /I2 ):I10 /I2 ≥ 7.0 - 1.2 × log(I2 )。
- 如申請專利範圍第1項之層壓結構,進一步包括順丁烯二酸酐接枝的聚乙烯。
- 如前述申請專利範圍中任一項之層壓結構,其中所述第一組成物具有低於或等於10.0之MWCDI值。
- 如前述申請專利範圍中任一項之層壓結構,其中所述第一組成物具有1.2至3.0之零剪切黏度比(Zero-Shear Viscosity Ratio;ZSVR)。
- 如前述申請專利範圍中任一項之層壓結構,其中所述第一組成物具有低於或等於9.2之熔融指數比I10 /I2 。
- 如前述申請專利範圍中任一項之層壓結構,其中所述第一組成物具有每1,000,000個總碳大於10個乙烯基之乙烯基不飽和度。
- 如前述申請專利範圍中任一項之層壓結構,其中所述第一組成物具有0.900 g/cc至0.960 g/cc之密度。
- 如前述申請專利範圍中任一項之層壓結構,其中所述第二膜包括一或多個連接層,所述連接層包括具有0.925 g/cc與0.950 g/cc之間的密度之中密度聚乙烯(MDPE)及0.05 g/10 min至2.5 g/10 min之熔融指數(I2 )。
- 如申請專利範圍第8項之層壓結構,其中所述連接層包括順丁烯二酸酐接枝的聚乙烯。
- 如前述申請專利範圍中任一項之層壓結構,其中所述乙烯類聚合物為乙烯-α-烯烴互聚物,其中所述α-烯烴包括一或多種C3 -C12 烯烴。
- 如申請專利範圍第10項之層壓結構,其中所述第二膜包括密封劑層,所述密封劑層包括至少一種具有0.905至0.935 g/cc之密度及0.1 g/10 min至2 g/10 min之熔融指數(I2 )之其他乙烯-α-烯烴互聚物。
- 如前述申請專利範圍中任一項之層壓結構,其中所述第一膜具有10至25 µm之厚度,且所述第二膜具有30至200 µm之厚度。
- 一種製品,包括如前述申請專利範圍中任一項之層壓結構。
- 如申請專利範圍第13項之製品,其中所述製品為可撓性封裝材料。
- 如申請專利範圍第13項或第14項之製品,其中所述製品為直立式小袋、枕袋式小袋或散裝物料袋。
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