TWI701282B - 用於低溫用容器之組合物 - Google Patents

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Abstract

用於形成低於環境溫度用容器之改質劑包含(a)20重量%至40重量%之嵌段複合物,所述嵌段複合物包含(i)乙烯-丙烯共聚物、(ii)等規聚丙烯聚合物及(iii)嵌段共聚物;(b)40重量%至60重量%之聚烯烴共聚物,所述聚烯烴共聚物衍生自乙烯及至少一種C3至C10 α-烯烴,根據ASTM D1238且在190℃/2.16kg下,熔融指數為100g/10min至1500g/10min,且密度為0.860g/cm3至0.900g/cm3;及(c)視情況存在之0重量%至30重量%的折射率為1.490至1.510之第一額外共聚物及可與聚丙烯混溶的第二額外共聚物中之至少一者。

Description

用於低溫用容器之組合物
實施例係關於適用於供形成諸如冷凍器容器之高透明度-低溫用容器用的組合物中的改質劑。
用於形成在低溫(亦即低於0℃)下使用但仍具有高透明度(亦即大於95%透明度)的冷凍器容器的聚烯烴基材料可謂具有挑戰性。舉例而言,已經提出使用已用彈性體進行衝擊改質的丙烯基無規共聚物(RCP)或丙烯基抗衝擊共聚物(ICP)。然而,無規共聚物可以提供對於諸多應用而言合乎需要的韌性及透明度,但在低溫下之衝擊特性相較於聚丙烯抗衝擊共聚物而言可能相對較差。此外,衝擊改質共聚物之透明度相較於無規共聚物而言可能相對較差。因此,尋求一種即使在低溫下仍可提供韌性及透明度兩者之組合物。
各實施例可以藉由提供用於形成低於環境溫度用容器之組合物來實現,所述組合物包含12重量%至30重量%之改質劑及70重量%至88重量%之丙烯聚合物基質,所述丙烯聚合物基質之熔體流動速率根據ASTM D 1238且在230 ℃/2.16kg下為2g/10min至100g/10min。所述改質劑包含(a)以改質劑之總重量計20重量%至40重量%之嵌段複合物,所述嵌段複合物包含(i)乙烯-丙烯共聚物、(ii)等規聚丙烯聚合物及(iii)嵌段共聚物,所述嵌段共聚物包含與乙烯丙烯聚合物具有相同組成之乙烯丙烯軟嵌段及與等規聚丙烯聚合物具有相同組成之等規聚丙烯硬嵌段,所述軟嵌段包括以軟嵌段之總重量計50重量%至80重量%之乙烯,且所述嵌段共聚物包含以嵌段共聚物之總重量計20重量%至50重量%之硬嵌段;(b)以改質劑之總重量計40重量%至60重量%之聚烯烴共聚物,所述聚烯烴共聚物衍生自乙烯及至少一種C3至C10 α-烯烴,且所述聚烯烴共聚物之熔融指數根據ASTM D1238且在190℃/2.16kg下為100g/10min至1500g/10min,且密度為0.860g/cm3至0.900g/cm3;及(c)視情況0重量%至30重量%之折射率為1.490至1.510之第一額外共聚物及可與聚丙烯混溶的第二額外共聚物中之至少一者,所述第二額外共聚物衍生自丙烯以及乙烯與丁烯中之至少一者。
參考附圖,本領域中一般技術者將較清楚各實施例之特徵,在所述附圖中:圖1展示實施例1至6之第一及第二改質劑中所用的嵌段複合物的DSC熔點溫度曲線;圖2A展示比較實例B在5μm及1μm下之形態;圖2B展示比較實例C在5μm及1μm下之形態;圖2C展示實施例1在5μm及1μm下之形態;圖2D展示實施例2在5μm及1μm下之形態;且 圖2E展示實施例3在5μm及1μm下之形態。
當在聚丙烯中摻合乙烯基彈性體時,透明光學裝置可能具有挑戰性。舉例而言,某些彈性體顯著降低聚丙烯之模數及透明度。因此,為獲得透明組合物,已提出材料之折射率匹配,例如藉由減小橡膠域大小來避免可見波長之光的散射。然而,僅依賴於彈性體與聚丙烯之折射率匹配的方法具有僅限於使用塑性體(諸如密度大於0.900g/cm3之塑性體)之缺點,這會降低衝擊特性,尤其在低溫下之衝擊特性。因此,提出一種新的兼容方法,所述方法依賴於經由非折射率匹配之彈性體與聚丙烯之兼容的粒子篩選,其允許擴展使用密度為0.850g/cm3至0.900cm3(例如,0.850g/cm3至0.890cm3及/或0.850g/cm3至0.870g/cm3)之彈性體,所述彈性體在低溫下之衝擊特性相對較佳(諸如具有相對較低之玻璃轉化溫度)。
根據實施例,已經提出與丙烯聚合物基質一起使用改質劑來形成用於形成諸如冷凍器容器之高透明度-低溫用容器的組合物。改質劑能夠增強在低溫(亦即低於0℃)下之韌性,同時仍形成高透明度(亦即大於95%透明度)容器。關於改質劑,彈性體改質劑之衝擊功效與改質劑之結晶度及個別彈性體域在聚丙烯基質中之分散直接相關。此外,按照慣例,鑒於例如熔融混合方法及兼容性,彈性體在聚丙烯中之分散可能具有挑戰性。因此,實施例係關於一種改質劑,所述改質劑將用於增強低溫下之韌性的抗衝擊性提供者、用於實現良好的熔融混合之高熔體流動提供者及視情況選用之 透明度提供者進行組合,所述透明度提供者之折射率為1.490至1.510(例如,以便接近聚丙烯均聚物之折射率)及/或可與聚丙烯(例如,本領域中一般技術者已知可與聚丙烯均聚物混溶的材料)混溶。舉例而言,改質劑可以按預摻合形式作為單一組分(例如,呈集結粒形式)提供且添加至現有方法中,現有方法至少使用丙烯聚合物基質來形成諸如冷凍器容器之容器。如本領域中一般技術者所瞭解,改質劑可以作為單獨組分添加至丙烯聚合物基質,儘管這樣可能並非商業上有效的及/或較佳的。
術語
「組合物」及類似術語意謂兩種或兩種以上組分之混合物或摻合物。舉例而言,一種組合物為無規聚合物或丙烯基聚合物與嵌段複合物之組合。
「摻合物」、「聚合物摻合物」及類似術語意謂兩種或兩種以上聚合物之摻合物。此類摻合物可為可混溶的或可為不可混溶的。此類摻合物可為相分離的或可為未相分離的。如自透射電子光譜分析、光散射、x射線散射及本領域中已知任何其他方法所測定,此類摻合物可以含有或可以不含一或多種域組態。
「聚合物」意謂藉由使相同或不同類型之單體聚合製備的化合物。因此,通用術語聚合物涵蓋常用於指代僅自一種類型之單體製備的聚合物的術語均聚物及如下文所定義之術語互聚物。術語聚合物亦涵蓋所有形式之互聚物,例如無規、嵌段、均勻、不均勻等。術語「乙烯/α-烯烴聚合物」及「丙烯/α-烯烴聚合物」表示如下文所述之互聚物。
「互聚物」及「共聚物」意謂藉由使至少兩種不同類型之單體聚合製備的聚合物。此等通用術語包含經典共聚物,亦即自兩種不同類型之單體製備的聚合物及自兩種以上不同類型之單體製備的聚合物,例如三元共聚物、四元共聚物等。
「丙烯基聚合物」及類似術語意謂包括大多數重量百分比之經聚合丙烯單體(以可聚合單體之總量計)且視情況包括至少一種不同於丙烯之經聚合共聚單體以便形成丙烯基互聚物的聚合物。舉例而言,當丙烯基聚合物為共聚物時,以共聚物之總重量計,丙烯之量大於50重量%。「衍生自丙烯之單元」及類似術語意謂由丙烯單體聚合形成之聚合物的單元。「衍生自α-烯烴之單元」及類似術語意謂由α-烯烴單體、尤其至少一種C3-10 α-烯烴之聚合形成的聚合物之單元。相比之下,「乙烯基聚合物」及類似術語意謂包括大多數重量百分比之經聚合乙烯單體(以可聚合單體之總重量計)且視情況可以包括至少一種不同於乙烯之經聚合共聚單體以便形成乙烯基互聚物的聚合物。舉例而言,在乙烯基聚合物為共聚物之情況下,以共聚物之總重量計,乙烯之量大於50重量%。
「丙烯基無規共聚物」及類似術語意謂其中衍生自α-烯烴單體之單元相較於以交替、週期性或嵌段圖案分佈於聚合物鏈中而言無規分佈於聚合物鏈中的丙烯/α-烯烴互聚物。例示性丙烯基無規互聚物為丙烯基無規共聚物。相比之下,「丙烯基均勻互聚物」及類似術語意謂其中衍生自α-烯烴單體之單元無規且大致均勻地分佈於本體聚合物之聚合物鏈 中的丙烯/α-烯烴互聚物。
「經衝擊改質之丙烯基共聚物」及類似術語意謂某種丙烯基聚合物組合物,所述組合物已經衝擊改質以使得所述組合物在室溫或低於室溫下之缺口伊佐德氏衝擊強度(notched Izod impact strength)得到維持或相比於所述指定組合物在相同溫度下在不添加抗衝擊改質劑的情況下的缺口伊佐德氏衝擊強度而言有所增加。
「嵌段複合物」及類似術語意謂包含軟共聚物、硬聚合物及具有軟鏈段/嵌段及硬鏈段/嵌段之嵌段共聚物的複合物,其中嵌段共聚物之硬鏈段之組成與嵌段複合物中之硬聚合物基本上相同且嵌段共聚物之軟鏈段之組成與嵌段複合物之軟共聚物基本上相同。特定言之,嵌段複合物包含含聚丙烯之硬聚合物及含乙烯之軟聚合物(乙烯-丙烯聚合物)。
「嵌段共聚物」係指包括兩個或兩個以上以線性方式連接的化學上有差別的區域或鏈段(稱為「嵌段」)的聚合物,亦即,包括關於經聚合官能基(例如,經聚合的丙烯官能基)端對端連接(共價鍵結)而非以側接或接枝方式連接的化學上可區分單元的聚合物。嵌段共聚物包括相同單體單元之序列(「嵌段」),其共價鍵結至不同類型之序列。嵌段可以按各種方式連接,諸如A-B二嵌段及A-B-A三嵌段結構,其中A表示一個嵌段且B表示不同嵌段。在多嵌段共聚物中,A及B可以按多種不同方式連接且重複多次。其可以進一步包括額外不同類型之嵌段。多嵌段共聚物可以為線性多嵌段聚合物、多嵌段星型聚合物(其中所有嵌段鍵結至同一個原子或化學部分)或梳狀聚合物,其中B嵌段之一個末端連接 至A主鏈。嵌段共聚物可以為線性或支化。關於嵌段共聚物,嵌段之不同之處可以在於其中所併入的共聚單體之量。嵌段之不同之處亦可以在於共聚單體之類型、密度、結晶度、可歸因於此類組合物之聚合物的微晶大小、立體異構性(等規或間規)之類型或程度、區域規則性或區域不規則性、支化(包含長鏈支化或過度支化)之量、均勻性或任何其他化學或物理特性。嵌段共聚物之特徵在於獨特的聚合物多分散性(PDI或Mw/Mn)分佈、嵌段長度分佈及/或嵌段數目分佈,例如歸因於梭移劑與催化劑之組合的作用。
「硬」鏈段/嵌段係指聚合單元之高度結晶嵌段。術語「軟」鏈段/嵌段係指聚合單元之非晶嵌段、基本上非晶嵌段或彈性體嵌段。「結晶」係指如藉由差示掃描量熱法(DSC)或等效技術所測定,聚合物或聚合物嵌段具有一階轉移或結晶熔點(Tm)。所述術語可以與術語「半結晶」互換使用。術語「可結晶」係指單體可以聚合以使得所得聚合物為結晶聚合物。結晶丙烯聚合物可以具有(但不限於)0.88g/cc至0.91g/cc之密度及100℃至170℃之熔點。「非晶」係指如藉由差示掃描量熱法(DSC)或等效技術所測定,聚合物缺乏結晶熔點。
「等規」定義為如藉由13C-NMR分析所測定,聚合物重複單元具有至少70%等規五單元組。「高度等規」定義為聚合物具有至少90%等規五單元組。
組合物
根據實施例,一種用於形成高透明度-低溫用容器之組合物,所述組合物至少包含丙烯聚合物基質及改質 劑;及使用所述組合物形成之容器/膜。高透明度-低溫用容器意謂使用某種組合物形成之容器,所述組合物形成透明度為至少95%(例如,在小於5.0mm之厚度下)之相對較透明的膜且在-20℃之低溫下展現至少5kJ/m2之伊佐德氏衝擊。舉例而言,在-20℃下之伊佐德氏衝擊可以為5kJ/m2至75kJ/m2、5kJ/m2至55kJ/m2、5kJ/m2至45kJ/m2、5kJ/m2至40kJ/m2、6kJ/m2至35kJ/m2及/或9kJ/m2至35kJ/m2。用於形成所述容器之膜的厚度小於5.0mm、小於4.0mm及/或小於3.0mm。舉例而言,所述厚度可以為0.1mm至4.5mm、0.2mm至4.0、0.5mm至3.0mm及/或0.5mm至2.0mm。
所述組合物包含以組合物之總重量計12重量%至30重量%之改質劑。舉例而言,以組合物之總重量計,改質劑之量可以為大於15重量%且至多30重量%、18重量%至28重量%、19重量%至25重量%及/或18重量%至22重量%。在改質劑與丙烯聚合物基質摻合之前,改質劑之嵌段複合物、聚烯烴共聚物及視情況選用之額外共聚物可以進行預摻合,使得所述組合物包含改質劑細分散於聚丙烯中。在另一例示性實施例中,改質劑摻合物之組分可以在製備物品時單獨添加,藉由將丙烯聚合物基質與改質劑摻合物組分一起按一步饋入擠壓機中,從而形成經改質丙烯。在另一例示性實施例中,經改質丙烯可以藉由將改質劑摻合物之所有個別組分與丙烯聚合物基質一起熔融摻合在一起且隨後粒化成即饋型(ready-to-feed)經改質丙烯來製備。此經粒化改質丙烯隨後可以直接饋入製程中,例如藉由注射模製製造物品。
改質劑包含20重量%至40重量%(例如,25重 量%至35重量%及/或28重量%至32重量%)之嵌段複合物,所述嵌段複合物包含嵌段共聚物。嵌段複合物可以包含一或多種嵌段複合物。改質劑進一步包含40重量%至60重量%(例如,45重量%至55重量%及/或48重量%至52重量%)之聚烯烴共聚物,所述聚烯烴共聚物具有相對較高的熔體流動速率及相對較低的密度。聚烯烴共聚物可以包含一或多種具有相對較高的熔體流動速率及相對較低的密度的聚烯烴共聚物。改質劑可以視情況包含0重量%至30重量%(例如,10重量%至30重量%、15重量%至25重量%及/或18重量%至22重量%)之至少一種額外共聚物。額外共聚物之折射率可以類似於聚丙烯均聚物之折射率,特定言之折射率為1.490至1.510,及/或額外共聚物可以與聚丙烯混溶(且衍生自丙烯及乙烯及/或丁烯)。額外共聚物可以包含一種多種折射率類似於聚丙烯均聚物之折射率的共聚物。
關於組合物,不意欲受此理論限制,丙烯聚合物基質(例如,聚丙烯均聚物)及具有連續聚丙烯相之嵌段共聚物的摻合物將產生相較於簡單的聚丙烯/彈性體摻合物而言相對較小且離散的橡膠域。若橡膠域大小小於可見光之波長(400-700nm),則將發生較少光散射,且聚合物/所得物品將維持透明度。此外,嵌段共聚物將使橡膠兼容,使得丙烯聚合物基質可以視為經衝擊改質使得在諸如典型的冷凍器內部之溫度的低溫下的韌性改良。因此,所得組合物將具有改良的衝擊改質且同時所提供的透光率仍類似於用聚丙烯均聚物實現的透光率。舉例而言,改質劑可以具有易兼容且可分散於聚丙烯中之特徵,在聚丙烯中保持透明,且產生經調適以 用於形成在冷凍器溫度下提供足夠的衝擊韌性之物品的組合物。
舉例而言,使用改質劑及丙烯聚合物基質之組合物形成的膜所展現的在-20℃下之平均伊佐德可以優於僅使用相同的丙烯聚合物基質(諸如透明的聚丙烯無規共聚物及/或聚丙烯均聚物)及/或聚丙烯抗衝擊共聚物形成的膜(具有相同厚度且在相同條件下形成)。舉例而言,當組合物包含25重量%改質劑時,在-20℃下之平均伊佐德相較於當僅使用透明的聚丙烯無規共聚物時可以改良至少十倍,且相較於當僅使用聚丙烯抗衝擊共聚物時可以改良至少三倍。當組合物包含20重量%改質劑時,在-20℃下之平均伊佐德相較於當僅使用透明的聚丙烯無規共聚物時可以改良至少六倍,且相較於當僅使用聚丙烯抗衝擊共聚物時可以改良至少1.2倍。當組合物包含15重量%改質劑時,在-20℃下的平均伊佐德相較於當僅使用透明的聚丙烯無規共聚物時可以改良至少三倍。因此,當組合物包含改質劑時,可以實現關於-20℃下之平均伊佐德的改良。
使用改質劑及丙烯聚合物基質之組合物形成的膜可以展現至少與僅使用丙烯聚合物基質(諸如透明的聚丙烯無規共聚物)形成的膜(具有相同厚度且在相同條件下形成)一樣良好的透明度。因此,當使用改質劑時,可以實現類似於透明的聚丙烯無規共聚物之透明度的透明度。聚丙烯抗衝擊共聚物之透明度可以得到改良。
使用改質劑及丙烯聚合物基質之組合物形成的膜可以展現相對於僅使用聚丙烯抗衝擊共聚物形成的膜(具 有相同厚度且在相同條件下形成)改良至少三倍的濁度百分比。當僅使用透明的聚丙烯無規共聚物形成比較膜時,濁度百分比可以為類似的(例如,在±20%之範圍內)。
使用改質劑及丙烯聚合物基質之組合物形成的膜可以展現相對於僅使用聚丙烯抗衝擊共聚物形成的膜(具有相同厚度且在相同條件下形成)改良的透透射率百分比。當僅使用透明的聚丙烯無規共聚物形成比較膜時,透射率百分比可以為類似的(例如,在±15%之範圍內)。
使用改質劑及丙烯聚合物基質之組合物形成的膜可以展現至少與僅使用透明的聚丙烯無規共聚物形成的膜(具有相同厚度且在相同條件下形成)一樣良好的透明度。當僅使用聚丙烯抗衝擊共聚物形成比較膜時,透明度可以改良至少十倍(亦即,好至少十倍)。
可以使用所述聚合物摻合物用已知聚合物製程製備容器,所述聚合物製程諸如擠壓(例如,全張擠壓及定型擠壓);模製(例如,注射模製、旋轉模製及吹塑模製);及吹塑膜及鑄造膜製程。舉例而言,一般而言,擠壓為藉以推動聚合物沿著螺桿連續通過高溫及高壓區,所述聚合物在所述高溫及高壓區中熔融且壓實,且最後迫使通過模具的製程。擠壓機可以為單螺桿擠壓機、多螺桿擠壓機、圓盤擠壓機或柱塞式擠壓機。模具可以為膜模具、吹塑膜模具、片材模具、導管模具、管材模具或型材擠壓模具。注射模製用於製造用於各種應用之各種塑膠部件。通常,注射模製為藉以在高壓下將聚合物熔融且注射至與所要形狀相反的模具中,從而形成具有所要形狀及大小之部件的製程。模具可以由諸 如鋼及鋁之金屬製成。模製通常為藉以將聚合物熔融且引導至與所要形狀相反的模具中,從而形成具有所要形狀及大小之部件的製程。模製可以為無壓型或壓力輔助型。在例示性實施例中,使用注射模製製備容器。
改質劑與丙烯聚合物基質之聚合物摻合物的形成溫度可以高於丙烯聚合物基質之熔融溫度。舉例而言,為形成均勻的熔融摻合物,所述溫度可以為150℃至250℃及/或200℃至225℃。當預摻合時,用於形成改質劑之溫度可以為150℃至200℃。舉例而言,用於預摻合改質劑之溫度可以低於用改質劑及丙烯聚合物基質形成聚合物摻合物之溫度。含改質劑及丙烯聚合物基質之聚合物摻合物可以具有相對較低黏度之摻合物(相比於聚丙烯中之傳統改質劑而言),可以在較低溫度下操作,可以在較低循環時間下操作,可以改良所得部件之均勻性及/或可以提供透明度與衝擊特性之平衡改良的較佳均勻摻合物。
嵌段複合物
在實施例中,嵌段複合物包含(i)乙烯-丙烯共聚物(亦稱為軟聚合物)、(ii)等規聚丙烯聚合物(亦稱為硬聚合物)及(iii)嵌段共聚物,所述嵌段共聚物包含與乙烯丙烯聚合物具有相同組成之乙烯丙烯嵌段(亦稱為EP軟嵌段)及與等規聚丙烯聚合物具有相同組成之等規聚丙烯嵌段(亦稱為iPP硬嵌段)。關於嵌段共聚物,軟嵌段包括以軟嵌段之總重量計50重量%至80重量%(例如,55重量%至75重量%、60重量%至70重量%及/或63重量%至68重量%)之乙烯,且軟嵌段中之其餘部分為丙烯。嵌段共聚物之硬嵌段包含小 於5重量%及/或小於4.5重量%之乙烯,且視情況大於0.5重量%,且其餘部分為具有類似組成之等規聚丙烯。舉例而言,硬嵌段可以包含1.5重量%至4.1重量%之乙烯及/或2.1重量%至3.5重量%之乙烯。此外,嵌段共聚物包含以嵌段共聚物之總重量計20重量%至50重量%(例如,20重量%至40重量%、25重量%至35重量%及/或28重量%至32重量%)之硬嵌段,且其餘部分為軟嵌段。
包括iPP硬嵌段及乙烯-丙烯軟嵌段之嵌段複合物聚丙烯基烯烴嵌段共聚物中之iPP-EP嵌段共聚物提供用於在丙烯聚合物基質中摻合時減小彈性體相(例如,改質劑)之域大小(例如,在100nm至500nm之範圍內)的兼容解決方案。此兼容解決方案可以形成聚丙烯及彈性體之兼容摻合物,提供較寬範圍之熱力學上穩定的組合物,且形態比可用經典摻合物達成之彼等組合物精細,產生獨特的特性組合。
嵌段複合物之熔融溫度可以為110℃至130℃(例如,115℃至125℃)。據估算,在110℃之熔融溫度下,硬嵌段中之乙烯含量為約4.0重量%,且在130℃下,硬嵌段中之乙烯含量為約1.6重量%。據估算,在115℃之熔融溫度下,硬嵌段中之乙烯含量為約3.4重量%,且在125℃下,硬嵌段中之乙烯含量為約2.2重量%。以嵌段複合物之總重量計,嵌段複合物中之總乙烯含量可以為25重量%至70重量%(例如,30重量%至60重量%、35重量%至55重量%、40重量%至50重量%等)。
換言之,嵌段共聚物之硬鏈段係指聚合單元之高度結晶嵌段,其中單體(亦即,等規聚丙烯)以大於95重量 %及/或大於98重量%之量存在。軟鏈段包含50重量%至80重量%之共聚單體(亦即,乙烯)及小於50重量%之單體(亦即,丙烯)。舉例而言,軟鏈段係指聚合單元之非晶嵌段、基本上非晶嵌段或彈性體嵌段,其中共聚單體含量大於10莫耳%。嵌段共聚物中之硬鏈段之重量百分比可以為5重量%至95重量%(其餘部分為軟鏈段)。嵌段共聚物之分子量可以為50,000至1,000,000g/mol。
嵌段共聚物之特徵為具有等於或大於0.1且至多1之嵌段複合指數。舉例而言,嵌段複合指數可以為0.1至0.9、0.1至0.8、0.1至0.7、0.1至0.6、0.1至0.5、0.1至0.4、0.1至0.3、0.1至0.2等。嵌段共聚物之特徵為具有大於約1.3之分子量分佈Mw/Mn。舉例而言,Mw/Mn可以為1.4至5.0、1.7至3.5及/或1.7至2.5。
根據ASTM D 1238且在230℃/2.16kg下,嵌段複合物可以具有2g/10min至100g/10min之熔體流動速率。舉例而言,熔體流動速率可以為2g/10min至50g/10min、2g/10min至30g/10min、2g/10min至25g/10min、2g/10min至20g/10min、2g/10min至15g/10min、3g/10min至10g/10min及/或4g/10min至7g/10min。嵌段複合物之熔體流動速率可以小於改質劑中所包含之聚烯烴共聚物之熔融指數(以g/10min計,根據ASTM D1238且在190℃/2.16kg下)。
嵌段複合物包含具有嵌段長度之最可能分佈的嵌段共聚物。嵌段共聚物可以含有2或3個嵌段或鏈段。在用於製造嵌段複合物之聚合物的製程中,使用鏈梭移作為延長聚合物鏈壽命之方式,使得大部分聚合物鏈按以鏈梭移劑 封端的聚合物形式離開基本上在塞式流動條件下操作的一系列多個反應器中之至少第一反應器或多區域反應器中之第一反應器區,且所述聚合物鏈在下一反應器或聚合區中經歷不同聚合條件。各別反應器或區域中之不同聚合條件包含使用不同單體、共聚單體或單體/共聚單體比率、不同聚合溫度、壓力或各種單體之分壓、不同催化劑、不同單體梯度或任何其他導致形成可區別的聚合物鏈段的差異。因此,至少一部分聚合物包括兩個、三個或三個以上,較佳兩個或三個分子內排列的有差別的聚合物鏈段。
嵌段複合物聚合物例如藉由某一製程來製備,所述製程包括使可加成聚合單體或單體混合物在加成聚合條件下與包括至少一種加成聚合催化劑、助催化劑及鏈梭移劑之組合物接觸。所述製程之特徵在於:在有差別的製程條件下,在兩個或兩個以上在穩態聚合條件下操作的反應器中或在塞式流動聚合條件下操作的反應器之兩個或兩個以上區域中,形成至少一些生長的聚合物鏈。
適用於製造嵌段複合物之適合方法可見於例如美國專利第8,053,529號、第8,686,087號及第8,716,400號中。聚合可以按連續聚合、例如連續溶液聚合形式進行,其中向一或多個反應器或區域中連續地供應催化劑組分、單體及視情況選用之溶劑、佐劑、清除劑及/或聚合助劑且連續地自其中移出聚合物產物。如下製程在如在此情形中所用之術語「連續」及「連續地」的範疇內,在所述製程中,以小的有規律的或不規律的時間間隔間歇添加反應物且移出產物,使得隨時間推移,整個製程基本上為連續的。此外,鏈梭移 劑可以在聚合期間在任何點添加,包含在第一反應器或區域中、在第一反應器之出口處或在即將離開第一反應器之處、介於第一反應器或區域與第二或任何後續反應器或區域之間或甚至僅至第二或任何後續反應器或區域。例示性鏈梭移劑、催化劑及助催化劑為例如美國專利第7,951,882號中所揭示之彼等鏈梭移劑、催化劑及助催化劑。舉例而言,可以使用為二烷基鋅化合物之鏈梭移劑。
催化劑可以藉由向將在其中進行聚合之溶劑中或與最終反應混合物兼容之稀釋劑中添加必需的金屬錯合物或多種錯合物,以均勻組合物形式製備。所要助催化劑或活化劑及視情況選用之梭移劑可以在所述催化劑與待聚合單體及任何額外反應稀釋劑組合之前、與此同時或在此之後與催化劑組合物組合。
由於串聯連接的至少兩個反應器或區域之間在單體、溫度、壓力方面之差異或在聚合條件方面之其他差異,所以在不同反應器或區域中形成具有不同組成(諸如共聚單體含量)、結晶度、密度、立體異構性、區域規則性或相同分子內的其他化學或物理差異的聚合物鏈段。每個鏈段或嵌段之大小藉由連續聚合物反應條件測定,且較佳為聚合物大小之最可能分佈。所述系列中之每個反應器均可以在高壓、溶液、淤漿或氣相聚合條件下操作。
在以下例示性方法中,可以採用連續或基本上連續的聚合條件。在多區域聚合中,所有區域均在相同聚合類型(諸如溶液、淤漿或氣相)下,但在不同製程條件下操作。關於溶液聚合方法,期望採用催化劑組分於液體稀釋劑中之 均勻分散液,所述聚合物在所採用之聚合條件下可溶於所述液體稀釋劑中。高壓方法可以在100℃至400℃之溫度下且在高於500巴(50MPa)之壓力下進行。淤漿方法可以使用惰性烴稀釋劑及0℃至某一溫度的溫度,所述溫度略低於所得聚合物基本上可溶於惰性聚合介質中之溫度。在淤漿聚合中,例示性溫度為30℃且壓力可以在大氣壓(100kPa)至500psi(3.4MPa)範圍內。
在不以任何方式限制實施例之範疇的情況下,用於實施此類聚合製程之一種手段如下。在溶液聚合條件下操作的一或多個充分攪拌的罐式反應器或環管反應器中,將待聚合單體與任何溶劑或稀釋劑一起連續地引入反應器之一個部件。反應器含有相對較均勻的液相,所述液相基本上由單體以及任何溶劑或稀釋劑及所溶解的聚合物組成。例示性溶劑包含C4-10烴或其混合物,尤其烷烴(諸如己烷)或烷烴之混合物,以及聚合時所採用的一或多種單體。將催化劑連同助催化劑及視情況選用之鏈梭移劑一起連續地或間歇性地引入反應器液相或其任何再循環部分中最少一個位置處。
反應器溫度及壓力可以藉由調整溶劑/單體比率、催化劑添加速率以及藉由使用冷卻或加熱盤管、護套或兩者來控制。聚合速率受到催化劑添加速率之控制。聚合物產物中指定單體之含量受反應器中各單體之比率影響,所述比率藉由操控此等組分至反應器之各別進料速率來控制。聚合物產物分子量視情況藉由控制諸如溫度、單體濃度之其他聚合變數來控制,或藉由先前所提及之鏈梭移劑或諸如氫氣之鏈終止劑來控制。第二反應器視情況藉助於導管或其他轉 移手段連接至反應器之排出口,使得第一反應器中所製備的反應混合物排放至第二反應器中,基本上不終止聚合物生長。介於第一反應器與第二反應器之間,建立至少一種製程條件之差異。舉例而言,在形成兩種或兩種以上單體之共聚物時所用,差異為存在或不存在一或多種共聚單體或共聚單體濃度之差異。亦可以提供各自以類似於所述系列中之第二反應器的方式排列的額外反應器。在離開所述系列之最後一個反應器時,流出物與諸如水、蒸汽或醇之催化劑殺滅劑或與偶合劑接觸。所得聚合物產物藉由在減壓下閃蒸掉反應混合物中諸如殘餘單體或稀釋劑之揮發性組分,且必要時在諸如排氣機筒之設備中執行進一步脫揮發來回收。
或者,以上聚合可以在塞式流動反應器中用單體、催化劑、梭移劑、在其不同區或區域之間建立的溫度梯度或其他梯度進行,視情況伴隨著分開添加催化劑及/或鏈梭移劑及在絕熱或非絕熱聚合條件下操作。
高熔體流動聚烯烴共聚物
在實施例中,聚烯烴共聚物衍生自乙烯及至少一種C3至C10 α-烯烴或衍生自丙烯及至少一種C2及C4至C10 α-烯烴。舉例而言,聚烯烴共聚物可以為乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物及/或乙烯-辛烯共聚物。聚烯烴共聚物具有相對較高的熔融指數,使得根據ASTM D1238且在190℃/2.16kg下,熔融指數為100g/10min至2000g/10min。舉例而言,熔融指數可以為100g/10min至1500g/10min、200g/10min至1200g/10min、300g/10min至700g/10min及/或400g/10min至600g/10min。聚烯烴共聚物具有相對較低的密度,使 得根據ASTM D792,密度為0.860g/cm3至0.900g/cm3。舉例而言,密度可以為0.860g/cm3至0.890g/cm3、0.860g/cm3至0.885g/cm3、0.865g/cm3至0.880g/cm3、0.870g/cm3至0.879g/cm3及/或0.872g/cm3至0.876g/cm3
聚烯烴共聚物可以具有低玻璃轉化溫度,例如小於-30℃、小於-40℃及/或小於-50℃。玻璃轉化溫度(Tg)可以大於-80℃。布絡克菲爾德黏度(Brookfield viscosity)(在350℉/177℃下)可以為1,000cP至25,000cP(例如,3000cP至20,000cP、5000cP至20,000cP、10,000cP至20,000cP及/或15,000cP至20,000cP)。
聚烯烴共聚物可以具有低重量平均分子量(Mw),例如小於或等於40,000公克/莫耳、小於或等於30,000公克/莫耳及/或小於或等於25,000公克/莫耳。重量平均分子量(Mw)可以大於或等於5000公克/莫耳、大於或等於7000公克/莫耳及/或大於或等於10,000公克/莫耳。
額外聚烯烴共聚物
在實施例中,額外共聚物(若存在)可以包含第一額外共聚物及/或第二額外共聚物。如使用本領域中一般技術者所瞭解的折射計所量測,第一額外共聚物之折射率為1.490至1.510。第一額外共聚物可以包含至少兩種C2至C10 α-烯烴之共聚物及/或至少衍生自苯乙烯之共聚物。第一額外共聚物可以為衍生自至少兩種選自(亦即,選自以下清單中之兩者或兩者以上)乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯及辛烯之共聚物,或可以為苯乙烯基共聚物。舉例而言,第一額外共聚物可以衍生自乙烯、丙烯及丁烯中之至少兩者或為 苯乙烯基共聚物。舉例而言,額外共聚物可以包含乙烯-丙烯共聚物及/或乙烯-丁烯共聚物。第二額外共聚物可與聚丙烯混溶且衍生自丙烯以及乙烯與丁烯中之至少一者。舉例而言,第二額外共聚物可以為丙烯-乙烯互聚物或丙烯-乙烯-丁烯互聚物。
衍生自α-烯烴之例示性額外共聚物可以商品名稱EngageTM及VERSIFYTM獲自陶氏化學公司(Dow Chemical Company)。例示性苯乙烯基共聚物以家族名稱Kraton®來自Kraton Performance Polymers,諸如增強型橡膠鏈段Kraton® G1643M及Kraton® G1645M級別。
丙烯聚合物基質
所述組合物包含70重量%至88重量%之丙烯聚合物基質,根據ASTM D 1238且在230℃/2.16kg下,所述丙烯聚合物基質之熔體流動速率為2g/10min至100g/10min(例如,10g/10min至80g/10min、20g/10min至60g/10min、30g/10min至50g/10min及/或35g/10min至45g/10min)。丙烯聚合物基質可以包含一或多種聚丙烯基聚合物,根據ASTM D 1238且在230℃/2.16kg下,所述聚丙烯基聚合物之熔體流動速率為2g/10min至100g/10min。在例示性實施例中,所述組合物可以基本上由改質劑及丙烯聚合物基質組成。丙烯聚合物基質可以包含以無規共聚物聚丙烯之總重量計具有0.5重量%至5.0重量%之乙烯含量的無規共聚物聚丙烯。丙烯聚合物基質可以包含以丙烯聚合物基質之總重量計95重量%至100重量%之無規共聚物聚丙烯。
丙烯聚合物基質可以包含呈均聚物聚丙烯之等 規形式的聚丙烯及/或亦可以使用其他形式之聚丙烯(例如,間規或非規)。丙烯聚合物基質可以包含抗沖共聚物,其包含橡膠相分散於丙烯中。所用聚丙烯之分子量且因此熔體流動速率可以視應用而改變。各種聚丙烯聚合物之論述含於例如Modern Plastics Encyclopedia/89,1988年10月中旬發佈,第65卷,第11期,第86-92頁中。
丙烯聚合物基質可以在其中包含透明劑及/或成核劑。舉例而言,透明劑及/或成核劑可以更改熔融狀態的聚丙烯鏈結晶及聚集的方式。此等試劑可以提高起始結晶溫度。透明劑(Clarifying agent/clarifier)通常為有機非聚合物分子。透明劑通常亦可以充當成核劑,但成核劑不一定為透明劑。例示性透明劑為二亞苄基山梨醇之化學衍生物且其熔融溫度在聚丙烯樹脂之製程窗口內。成核劑通常為具有小平均粒度及高熔點之無機材料。當在擠壓機中熔融成核樹脂時,成核劑通常可以保留固體且提供可以在周圍形成聚丙烯球粒之位點。例示性成核劑為苯甲酸之化學衍生物。舉例而言,成核劑可以為苯甲酸鈉、高嶺土及/或滑石。
所述組合物可以用於製造用於需要低溫(諸如低於環境溫度及/或低於0℃)機械性之應用的耐久容器。所述容器可以適用於食品及飲料消費者市場。可以受益於衝擊、透明度及模數之改良平衡的例示性基於容器之應用包含關於低溫機械特性之食品包裝(諸如冰淇淋容器及抗穿刺包)、飲料瓶及透明重載運輸袋。
實例
測試方法
密度係根據ASTM D792量測。結果以公克(g)/立方公分或g/cm3為單位報導。
熔融指數(I2)係根據ASTM D-1238(190℃;2.16kg)量測。結果以公克/10分鐘為單位報導。
熔體流動速率(MFR)係根據ASTM D-1238(230℃;2.16kg)量測。結果以公克/10分鐘為單位報導。
拉伸特性包含斷裂拉伸應力及斷裂拉伸伸長率,係根據ASTM D638量測。
正割撓曲模數包含撓曲1%及撓曲2%,係根據ASTM D790量測。
透明度百分比、濁度百分比及透射率百分比係使用如ASTM D1746中所指定的BYK Gardner Haze-gard來量測。
伊佐德氏衝擊包含在23℃下、在0℃及-20℃下,係根據ASTM D256,在如各別實例中所指示的厚度下量測。藉由感應模製製備樣品。
差示掃描量熱法(DSC)係使用來自TA儀器(TA Instruments)之通用V3.7A分析軟體在TA儀器Q100 DSC V9.8 Build 296上進行。將樣品迅速加熱至230℃且等溫保持3分鐘以便移除任何先前熱歷史。隨後以10℃/分鐘之冷卻速率將樣品冷卻至-90℃且在-90℃下保持3分鐘。記錄第一冷卻曲線及第二加熱曲線。藉由用自第二加熱曲線測定之熔化熱(Hf)除以PE之理論熔化熱292J/g(PP為165J/g),且將此數量乘以100(例如結晶度%=(Hf/292J/g)×100(對於PE而言))來計算結晶度百分比。
除非另外說明,否則各聚合物之熔點(Tm)係自第二加熱曲線(峰值Tm)測定,且結晶溫度(Tc)係自第一冷卻曲線(峰值Tc)測定。關於DSC,相對於線性基線在最大加熱流動速率時之溫度用作熔點。線性基線自開始熔融(高於玻璃轉化溫度)且至熔融峰結束來構築。
高溫液相層析:高溫液相層析實驗方法儀器為HTLC實驗,其係根據已公佈方法,採用較小修改(Lee,D.;Miller,M.D.;Meunier,D.M.;Lyons,J.W.;Bonner,J.M.;Pell,R.J.;Shan,C.L.P.;Huang,T.《層析A雜誌(J.Chromatogr.A)》2011,1218,7173)進行。使用兩個島津(Shimadzu)(Columbia,MD,USA)LC-20AD泵,其分別遞送癸烷及三氯苯(TCB)。各泵連接至10:1固定分流器(部件編號:620-PO20-HS,Analytical Scientific Instruments Inc.,CA,USA)。根據製造商,所述分流器在0.1mL/min下在H2O中之壓降為1500psi。兩個泵之流動速率均設定在0.115mL/min。在分流之後,癸烷及TCB之次流為0.01mL/min,藉由對所收集之溶劑稱重超過30min測定。所收集之溶離劑之體積藉由所述溶劑在室溫下之質量及密度來確定。次流遞送至HTLC管柱進行分離。主流傳送回溶劑儲集器。在分流器之後連接50μL混合器(島津),用以混合來自島津泵之溶劑。經混合之溶劑隨後遞送至沃特世(Waters)(美國馬薩諸塞州米爾福德(Milford,MA,USA))GPCV2000之烘箱中之注射器中。在所述注射器與10通VICI閥(美國得克薩斯州休斯頓(Houston,TX,USA))之間連接有HypercarbTM管柱(2.1×100mm,5μm粒度)。所述閥門配備有兩個60μL樣品環。所述 閥門用於將溶離劑自第一尺寸(D1)HTLC管柱連續地取樣至第二尺寸(D2)SEC管柱。將沃特世GPCV2000之泵及PLgel RapidTM-M管柱(10×100mm,5μm粒度)連接至D2尺寸排阻層析(SEC)之VICI閥。關於所述連接使用對稱組態,如文獻(Brun,Y.;Foster,P.《分離科學雜誌(J.Sep.Sci.)》2010,33,3501)中所述。在SEC管柱之後連接雙角度光散射偵測器(PD2040,美國加利福尼亞州聖克拉拉之安捷倫(Agilent,Santa Clara,CA,USA))及IR5推斷吸收偵測器以便量測濃度、組成及分子量。
HTLC分離:藉由在160℃下溫和地震盪小瓶2小時,將約30mg溶解於8mL癸烷中。癸烷含有400ppm BHT(2,6-二第三丁基-4-甲基苯酚)作為自由基清除劑。隨後將樣品瓶轉移至GPCV2000之自動取樣器以便注射。在整個分離過程中,自動取樣器、注射器、Hypercarb及PLgel管柱、10通VICI閥及LS及IR5偵測器之溫度均維持在140℃下。
注射前之初始條件如下。HTLC管柱之流動速率為0.01mL/min。D1 Hypercarb管柱中之溶劑組成為100%癸烷。SEC管柱在室溫下之流動速率為2.51mL/min。D2 PLgel管柱中之溶劑組成為100%TCB。在整個分離過程中,D2 SEC管柱中之溶劑組成不改變。
將311μL樣品溶液等分試樣注射至HTLC管柱中。所述注射觸發如下所述之梯度:0-10min,100%癸烷/0%TCB;10-651min,TCB自0%TCB線性增加至80%TCB。
所述注射亦觸發使用EZChromTM層析資料系統(安捷 倫),沿15°角(LS15)收集光散射信號及來自IR5偵測器之「量測」及「甲基」信號(IR量測及IR甲基)。經由SS420X類比-數位轉換器將來自偵測器之類比信號轉換成數位信號。收集頻率為10Hz。所述注射亦觸發10通VICI閥之開關。所述閥門之開關由來自SS420X轉換器之繼電器信號控制。每3min開關一次閥門。收集0至651min之層析圖。各層析圖由651/3=217個SEC層析圖組成。
在梯度分離之後,使用0.2mL TCB及0.3mL癸烷來清洗及再平衡HTLC管柱以便下一次分離。此步驟之流動速率為0.2mL/min,藉由連接至混合器之島津LC-20 AB泵遞送。
HTLC之資料分析:首先展開651min原始層析圖,得到217個SEC層析圖。各層析圖之2D溶離體積單位為0至7.53mL。隨後設定積分限且對SEC層析圖進行尖峰移除(spike removal)、基線校正及平滑化。所述方法類似於習知SEC中之多個SEC層析圖的分批分析。檢查所有SEC層析圖之總和以確保峰值之左側(積分上限)及右側(積分下限)均在基線零處。否則,調整積分限,重複所述方法。
1至217之各SEC層析圖n得到X-Y對HTLC層析圖,其中n為分數:Xn=溶離體積(mL)=D1流動速率×n×t開關
其中t 開關=3min為10通VICI閥之開關時間。
Figure 105107424-A0202-12-0025-1
以上方程式使用IR 量測信號作為實例。所得HTLC 層析圖顯示分開的聚合組分之濃度隨溶離體積而變。圖9中顯示標準化IR 量測HTLC層析圖,其中由dW/dV表示之Y意謂相對於溶離體積標準化之重量分率。
亦自IR 甲基及LS15信號獲得X-Y對資料。在校準之後,使用IR 甲基/IR 量測之比率來計算組成。在校準之後,使用LS15/IR 量測之比率來計算重量平均分子量(M w)。
校準遵循Lee等人同上文獻之程序。使用高密度聚乙烯(HDPE)、等規聚丙烯(iPP)及丙烯含量為20.0重量%、28.0重量%、50.0重量%、86.6重量%、92.0重量%及95.8重量%P之乙烯-丙烯共聚物作為IR 甲基/IR 量測校準之標準品。標準品之組成藉由NMR測定。藉由SEC與IR5偵測器來操作標準品。繪製標準品隨其組成而變之所得IR 甲基/IR 量測比率,得到校準曲線。
關於常規LS15校準,使用HDPE參考。參考之M w藉由GPC用LS及RI(折射率)偵測器預先測定為104.2kg/mol。GPC使用NBS 1475作為GPC中之標準品。藉由NIST,所述標準品之檢定值為52.0kg/mol。在160℃下,將7至10mg之間的標準品溶解於8mL癸烷中。將所述溶液於100%TCB中注射至HTLC管柱中。在恆定100%TCB下以0.01mL/min溶離聚合物。因此,在HTLC管柱空隙體積出現聚合物之峰值。校準常數Ω自總LS15信號(ALS15)及總IR 量測信號(AIR,量測)確定:
Figure 105107424-A0202-12-0026-2
隨後將實驗LS15/IR 量測比率經由Ω轉換成M w
舉例而言,在圖11中顯示三個HTLC層析圖。黑色層析圖為比較BCN1(亦即,CBCN1)的。紅色層析圖為iPP與TAFMERTM P-0280(可獲自三井化學(Mitsui Chemicals)之乙烯/α-烯烴共聚物產品)之摻合物的。藍色層析圖為VERSIFYTM 2400(可獲自陶氏化學公司之丙烯-乙烯共聚物)與TAFMERTM P-0280之摻合物的。虛線為iPP、VERSIFYTM 2400及TAFMERTM P-0280之化學組成對比其峰值溶離體積之線性回歸擬合。應注意,VERSIFYTM 2400具有兩個峰值。關於線性擬合,使用主峰之組成及溶離體積。三個聚合物均具有超過80,000道爾頓之M w
透射電子顯微法(TEM)係用於形態測定。藉由壓縮模製,隨後藉由快速淬火,製備出聚合物膜。所述聚合物在190℃下在1000psi下預熔融1分鐘且隨後在5000psi下壓製2分鐘且隨後在冷硬壓板(15-20℃)之間淬火2分鐘。對經壓縮模製膜進行修整,使得可以收集膜核附近之切片。經修整樣品經冷拋光,隨後藉由在-60℃下自嵌段移出切片進行染色以防止彈性體相的塗污。經冷拋光嵌段在環境溫度下用2%四氧化釕水溶液的氣相染色3小時。染色溶液藉由將0.2g氯化釕(III)水合物(RuCl3×H2O)稱至具有螺旋蓋之玻璃瓶中且添加10ml 5.25%次氯酸鈉水溶液至所述瓶中來製備。使用具有雙面膠帶之玻璃載片,將樣品置放於玻璃瓶中。將所述載片置放於所述瓶中以便將嵌段懸浮於染色溶液上方約1吋處。在環境溫度下使用金剛石刀在Leica EM UC6薄片切片機上收集厚度為約90奈米之切片且將其置放於600目原始TEM網格上進行觀察。
影像收集-TEM影像在以100kV加速電壓操作之JEOL JEM-1230上收集且在Gatan-791及794數位攝影機上收集。
二甲苯可溶性分級分析:藉由使用所稱出之量的樹脂,將其溶解於200ml鄰二甲苯中,在回流條件下持續2小時來進行。所述溶液隨後在溫度控制水浴中冷卻至25℃,以允許二甲苯不可溶(XI)部分結晶。在所述溶液冷卻且自所述溶液沈澱出不可溶部分之後,經由濾紙過濾,分離二甲苯可溶(XS)部分與二甲苯不可溶部分。自濾液蒸發剩餘的鄰二甲苯溶液。在真空烘箱中在100℃下乾燥XS及XI部分60分鐘且隨後稱重。
13C核磁共振(NMR)涉及以下:
樣品製備:藉由將約2.7g四氯乙烷-d2/鄰二氯苯之50/50混合物(0.025M,於乙醯基丙酮酸鉻(弛豫劑)中)添加至在10mm NMR管中之0.21g樣品中來製備樣品。藉由將所述管及其內含物加熱至150℃使樣品溶解且均質化。
資料獲取參數:使用配備有Bruker雙重DUL高溫低溫探針之Bruker 400MHz光譜儀收集資料。在125℃之樣品溫度下,使用每個資料檔案320個瞬態、7.3秒脈衝重複延遲(6秒延遲+1.3秒獲取時間)、90度翻轉角及反閘控去耦獲取資料。所有量測均在饋定模式中對非自旋樣品進行。將樣品在***經加熱之(130℃)NMR樣品轉換器之前立即均質化,且使其在探針中熱平衡15分鐘,隨後進行資料獲取。
凝膠滲透層析(GPC):凝膠滲透層析系統由Polymer Laboratories型號PL-210或Polymer Laboratories型 號PL-220儀器組成。管柱及傳送室在140℃下操作。使用三個Polymer Laboratories 10微米混合B管柱。溶劑為1,2,4-三氯苯。以0.1公克聚合物於50毫升含有200ppm丁基化羥基甲苯(BHT)之溶劑中之濃度製備樣品。藉由在160℃下輕輕攪拌2小時製備樣品。所用注射體積為100微升,且流動速率為1.0ml/min。
GPC管柱組之校準用21種窄分子量分佈聚苯乙烯標準品執行,其分子量在580至8,400,000之範圍內,以6種「混合液」混合物形式排列,且個別分子量之間相差至少十倍。標準品購自Polymer Laboratories(Shropshire,UK)。製備聚苯乙烯標準品,對於分子量等於或大於1,000,000而言,為50毫升溶劑中含0.025公克;且對於分子量小於1,000,000而言,為50毫升溶劑中含0.05公克。在80℃下輕輕攪拌30分鐘,使聚苯乙烯標準品溶解。首先操作窄標準品混合物,且遵循最高分子量組分遞減的次序以使降解減到最少。使用以下方程式將聚苯乙烯標準品峰值分子量轉換成聚乙烯分子量(如Williams及Ward,J.《聚合物科學.聚合物快報(Polym.Sci.,Polym.Let.》》,6,621(1968)中所述):M聚丙烯=0.645(M聚苯乙烯)。
聚丙烯當量分子量計算使用Viscotek TriSEC軟體3.0版執行。
製備嵌段複合物
使用同時饋入兩個反應器中之催化劑產生嵌段複合物。所述嵌段複合物包含(i)乙烯-丙烯聚合物、(ii)等規丙烯聚合物及(iii)嵌段共聚物,所述嵌段共聚物包含與 乙烯-丙烯聚合物具有相同組成之乙烯-丙烯軟嵌段及與等規丙烯聚合物具有相同組成之等規聚丙烯硬嵌段。關於嵌段共聚物,在第一反應器中產生乙烯-丙烯軟嵌段且在第二反應器中產生等規丙烯硬嵌段。嵌段共聚物中之軟嵌段與硬嵌段之間的拆分為約70/30。
使用兩個串聯連接的連續攪拌的罐式反應器(CSTR)且使用同時饋入兩個反應器中之催化劑製備嵌段複合物。在第一反應器中產生軟嵌段且在第二反應器中產生硬嵌段。各反應器均充滿液體且設定成在穩態條件下操作。特定言之,藉由根據下表1中所概述之製程條件,使單體、催化劑、助催化劑-1、助催化劑-2及SA(作為鏈梭移劑)流動來製備嵌段複合物。使用兩個通口注射器將催化劑、助催化劑-1、助催化劑-2及SA(梭移劑)-1單獨地饋入反應器中。關於嵌段複合物之製備,催化劑為([[rel-2',2'''-[(1R,2R)-1,2-環己烷二基雙(亞甲基氧基-κO)]雙[3-(9H-咔唑-9-基)-5-甲基[1,1'-聯苯]-2-羥連-κO]](2-)]二甲基-鉿)。助催化劑-1為肆(五氟苯基)硼酸酯之甲基二(C14-18烷基)銨鹽的混合物,所用鹽藉由長鏈三烷基胺(ArmeenTM M2HT,可獲自阿克蘇諾貝爾公司(Akzo-Nobel,Inc.))之反應製備。助催化劑-2為雙(參(五氟苯基)-鋁氧烷)-2-十一烷基咪唑化物之混合C14-18烷基二甲基銨鹽,根據美國專利第6,395,671號實例16製備。SA為可以含有1-3莫耳%來自阿克蘇諾貝爾化學公司(Akzo Nobel Chemicals)之改質甲基鋁氧烷(MMAO-3A)的二乙基鋅(DEZ)溶液。在離開反應器時,可以將水及/或添加劑注射至聚合物溶液中。
用於製造嵌段複合物之製程條件如下:
Figure 105107424-A0202-12-0031-3
所得嵌段複合物包含乙烯-丙烯(EP)聚合物、等規聚丙烯(iPP)聚合物及EP-iPP嵌段共聚物。所得嵌段複合物之DSC熔點溫度曲線示出於圖1中。
嵌段複合物之特徵示出於下表2中。
Figure 105107424-A0202-12-0031-4
所述嵌段複合物之嵌段複合指數(BCI)為0.175。術語BCI在本文中定義為等於嵌段共聚物之重量百分比除以100%(亦即重量分率)。嵌段複合指數之值可以在0至1.0之範圍內,其中1.0將等於100%之嵌段共聚物且零將用於諸如傳統摻合物或無規共聚物之材料。換言之,關於不可溶部分,BCI為1.000,且關於可溶部分,給BCI賦值為零。
特定言之,BCI係基於以下展示:不可溶部分含有可觀量的乙烯,若所述聚合物僅為iPP均聚物與EP共聚物之摻合物,則原本將不存在所述量之乙烯。為考慮此「額外乙烯」,可以進行質量平衡計算,從而自二甲苯不可溶部分及可溶部分之量以及各部分中所存在之乙烯的重量%來估算嵌段複合指數。為考慮此「額外乙烯」,可以進行質量平衡計算,從而自二甲苯不可溶部分及可溶部分之量以及各部分中所存在之乙烯的重量%來估算嵌段複合指數。
根據方程式1,對各部分之乙烯的重量%進行求和,得到(聚合物中之)乙烯的總重量%。此質量平衡方程式亦可以用於對二元摻合物中之各組分的量進行定量,或延伸至三元或n組分摻合物。
Figure 105107424-A0202-12-0032-16
應用方程式2至4,計算出不可溶部分中所存在之軟嵌段(提供額外乙烯的來源)的量。藉由在方程式2之左手邊代入不可溶部分之C2重量%,可以使用方程式3及4計算iPP硬重量%及EP軟重量%。應注意,EP軟中之乙烯的重量%設定成等於二甲苯可溶部分中之乙烯的重量%。iPP嵌段中之乙烯的重量%設定成零或若以其他方式自其DSC熔點 或其他組合物量測已知,則可以將所述值放入其位置中。
Figure 105107424-A0202-12-0033-17
Figure 105107424-A0202-12-0033-5
w EP軟 =1-w iPP硬 方程式4
在考慮了不可溶部分中所存在的『額外』乙烯(在不可溶部分中存在EP共聚物的唯一方式)之後,EP聚合物鏈必須連接至iPP聚合物嵌段(否則其將被萃取至二甲苯可溶部分中)。因此,當iPP嵌段結晶時,這可以降低EP嵌段溶解之可能性及/或防止EP嵌段溶解。
特定言之,關於本文中所用之嵌段複合物,所計算之BCI如下表3中所示。
Figure 105107424-A0202-12-0033-6
為估算BCI,必須考慮各嵌段之相對量。為估算這個,使用EP軟與iPP硬之間的比率。EP軟聚合物與iPP硬聚合物之比率可以使用方程式2自聚合物中所量測到之總乙烯之質量平衡來計算。或者,其亦可以自聚合期間消耗的單體及共聚單體之質量平衡來估算。使用方程式2計算iPP硬之重量分率及EP軟之重量分率且假定iPP硬不含乙烯。EP軟之乙烯的重量%為二甲苯可溶部分中所存在之乙烯的量。
舉例而言,若iPP-EP聚合物含有總計47重量%C2且在用於製造含67重量%C2之EP軟聚合物及不含乙烯之iPP均聚物的條件下製得,則EP軟及iPP硬之量分別為70重量%及30重量%。若EP之百分比為70重量%且iPP為30重量%,則EPDM:iPP嵌段之相對比率可以表示為2.33:1。因此,若本領域中熟習此項技術者對聚合物進行二甲苯萃取且回收到40重量%不可溶部分及60重量%可溶部分,則此將為出人意料的結果且此將得出以下結論:存在一部分嵌段共聚物。若隨後測得不可溶部分之乙烯含量為25重量%C2,則可以求解方程式2至4以考慮此額外乙烯,且得出在不可溶部分中存在37.3重量%EP軟聚合物及62.7重量%iPP硬聚合物。
視對總聚合物組合物所做之估算及用於估算硬嵌段及軟嵌段之組成的分析量測中之誤差而定,在嵌段複合指數之計算值中,5%至10%之間的相對誤差為可能的。此類估算包含如自DSC熔點、NMR分析或製程條件量測之iPP硬嵌段中之C2的重量%;如自二甲苯可溶部分之組成估算或藉由NMR或藉由軟嵌段之DSC熔點(若偵測到)估算的軟嵌段中之C2的平均重量%。但總體而言,嵌段複合指數計算合 理地解釋了在不可溶部分中存在出人意料之量的『額外』乙烯,其為在不可溶部分中存在EP共聚物之唯一方式,EPDM聚合物鏈必須連接至iPP聚合物嵌段(否則其將被萃取至二甲苯可溶部分中)。
如下文所論述,進一步摻合嵌段複合物以製備改質劑。
製備改質劑
改質劑為嵌段複合物、高熔體流動聚烯烴共聚物及折射率與聚丙烯之折射率基本上匹配的額外共聚物的摻合物。
特定言之,所用材料主要如下:
嵌段複合物上文所論述的嵌段複合物,包含具有70重量%EP軟嵌段(含65重量%乙烯,以EP嵌段之總重量計)及30重量%iPP硬嵌段之嵌段共聚物。
聚烯烴共聚物 高熔體流動乙烯-辛烯聚烯烴彈性體,其熔融指數為500g/10min(根據ASTM D1238且在190℃/2.16kg下),密度為0.874g/cm3(根據ASTM D792),在177℃下之布絡克菲爾德黏度為17,000cp,DSC熔點為70℃,且玻璃轉化溫度為-56℃(可以AFFINITYTM GA 1950形式自陶氏化學公司獲得)。
共聚物1乙烯-辛烯共聚物,其熔融指數為30(根據ASTM D1238且在190℃/2.16kg下),密度為0.902g/cm3(根據ASTM D792),孟納黏度(Mooney Viscosity)為2 MU(根據ASTM D1238且在ML 1+4下在121℃下),DSC熔點為96℃,玻璃轉化溫度為-35℃,濁度為45%(根據ASTM D1003),且折射 率為約1.508(可以ENGAGETM 8402形式自陶氏化學公司獲得)。
共聚物2丙烯-乙烯共聚物,其可混溶於聚丙烯中,熔體流動速率為8g/10min(根據ASTM D1238且在230℃/2.16kg下),密度為0.863g/cm3(根據ASTM D792),濁度為3.1%(根據ASTM D1003)(在申請當日,可以研發級Developmental DE 3401.05形式以VERSIFYTM家族產品購自陶氏公司,由革命性催化劑與陶氏專用的INSITETM技術及溶液法組合製造,且可以VERSIFYTM 3401之變化形式獲得)。
第一改質劑使用以第一改質劑之總重量計30重量%之嵌段複合物、50重量%之聚烯烴共聚物及20重量%之共聚物1製備。第二改質劑使用以第二改質劑之總重量計30重量%之嵌段複合物、50重量%之聚烯烴共聚物及20重量%之共聚物2製備。
特定言之,第一及第二改質劑藉由在25mm Coperion WP-25 ZSK同向旋轉雙螺桿擠壓機上以500RPM之速度熔融摻合來製備。使用個別失重進料器(loss/weight feeder)將各組分饋入擠壓機中。將抗氧化劑添加劑與彈性體進行翻滾摻合,隨後混配。混料擠壓機速率為0.38kg/min(50lb/hr),且熔融溫度為約220℃(430℉)。
製備實施例及比較實例
關於實施例,以不同重量百分比摻合第一改質劑及第二改質劑中之一者,形成不同厚度之樣本。比較實例使用尚未與預形成之第一及第二改質劑中之任一者摻合的基準聚丙烯共聚物製備。
特定言之,所用材料主要如下:
第一改質劑 如上文所論述之改質劑,其包含30重量%之嵌段複合物、50重量%之聚烯烴共聚物及20重量%之共聚物1。
第二改質劑 如上文所論述之改質劑,其包含30重量%之嵌段複合物、50重量%之聚烯烴共聚物及20重量%之共聚物2。
RCPP透明的聚丙烯無規共聚物,其以提供極佳透視及接觸透明度出售,但觀察到在低溫下具有相對較低之韌性,熔體流動速率為40g/10min(根據ASTM D1238且在230℃/2.16kg下),密度為0.90g/cm3(根據ASTM D792),且濁度為8%(可以Pro-fax RP448S形式自LyondellBasell獲得)。
ICP 聚丙烯抗衝擊共聚物,其以提供極佳抗低溫衝擊性出售,但觀察到具有極低透明度,熔體流動速率為50g/10min(根據ASTM D1238且在230℃/2.16kg下)且密度為0.90g/cm3(根據ASTM D792)(可以Pro-fax EP348T形式自LyondellBasell獲得)。
嵌段複合物A 類似於如上文所論述製備的嵌段複合物,其具有50重量%之EP軟嵌段(含88重量%乙烯,以軟嵌段之總重量計)及50重量%之iPP硬嵌段(含12重量%乙烯,以硬嵌段之總重量計),且在230℃及2.1kg下之熔體流動速率為6g/10min。
實施例1至6及比較實例A至C根據下表4中之配方製備:
Figure 105107424-A0202-12-0038-7
特定言之,實施例1至6及比較實例A至C之樣本藉由注射模製製備。特定言之,根據各別配方,丙烯基質及改質劑經乾式摻合且在B1470C,Lab 1,Freeport之KraussMaffei KM110-390注射模製機上進行注射模製。使用單一模具來製造薄片(尺寸為7.6cm×7.6cm×相應樣品厚度0.16cm或0.075cm)且根據伊佐德、撓曲模數及拉伸測試所用的ASTM拉伸樣本,自所述薄片切割出樣品。
比較實例B及C及實施例1至3之形態示出在各別圖2A至2E中。相對於5μm及1μm顯示所述形態。發現實施例1至3(圖2C至2E)之域大小相較於比較實例B及C顯著改良。如上文所討論,藉由TEM量測形態。
在1.60mm之薄片樣本厚度下,評估實施例1至6及比較實例A及B之特性,如下表5中所示。
Figure 105107424-A0202-12-0039-8
在0.75mm之樣本厚度下,評估實施例1至6及比較實例A及B之特性,如下表6中所示。
Figure 105107424-A0202-12-0040-9
關於表5及表6,自7.6cm×7.6cm薄片切割出撓曲、光學測試及衝擊測試樣本。使用上文所論述之相應測試方法量測所述特性。

Claims (10)

  1. 一種用於形成低於環境溫度用容器之組合物,所述組合物包括:12重量%至30重量%之改質劑,所述改質劑包含:(a)以所述改質劑之總重量計20重量%至40重量%之嵌段複合物,所述嵌段複合物包含(i)乙烯-丙烯共聚物、(ii)等規聚丙烯聚合物及(iii)嵌段共聚物,所述嵌段共聚物包含與所述乙烯-丙烯聚合物具有相同組成之乙烯-丙烯軟嵌段及與所述等規聚丙烯聚合物具有相同組成之等規聚丙烯硬嵌段,所述軟嵌段包括以所述軟嵌段之總重量計50重量%至80重量%之乙烯,且所述嵌段共聚物包含以所述嵌段共聚物之總重量計20重量%至50重量%之所述硬嵌段,(b)以所述改質劑之總重量計40重量%至60重量%之聚烯烴共聚物,所述聚烯烴共聚物衍生自乙烯及至少一種C3至C10 α-烯烴,且所述聚烯烴共聚物之熔融指數根據ASTM D1238且在190℃/2.16kg下為100g/10min至1500g/10min,且密度為0.860g/cm3至0.900g/cm3,及(c)視情況0重量%至30重量%之折射率為1.490至1.510之第一額外共聚物及可與聚丙烯混溶的第二額外共聚物中之至少一者,所述第二額外共聚物衍生自丙烯以及乙烯與丁烯中之至少一者;及70重量%至88重量%之丙烯聚合物基質,所述丙烯聚合物基質之熔體流動速率根據ASTM D 1238且在230℃/2.16kg下為2g/10min至100g/10min。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的組合物,其中所述丙烯聚合物基質包含無規共聚物聚丙烯,所述無規共聚物聚丙烯具有以所述無規共聚物聚丙烯之總重量計0.5重量%至5.0重量%之乙烯含量。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的組合物,其中所述嵌段複合物之熔體流動速率根據ASTM D 1238且在230℃/2.16kg下為2g/10min至100g/10min。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的組合物,其中以預摻合形式提供所述改質劑之所述嵌段複合物、所述聚烯烴共聚物及視情況存在之所述額外共聚物,隨後摻合所述改質劑與所述丙烯聚合物基質,所述組合物包含所述改質劑細分散於所述聚丙烯聚合物中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的組合物,其中所述第一額外共聚物以10重量%至30重量%之量存在,所述嵌段複合物以25重量%至35重量%之量存在,且所述聚烯烴共聚物以45重量%至55重量%之量存在。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的組合物,其中所述第一額外共聚物為衍生自選自乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯及辛烯中之至少兩者的共聚物,或所述第一額外共聚物為苯乙烯基共聚物。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的組合物,其中所述聚烯烴共聚物衍生自辛烯。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的組合物,其中所述改質劑以超過15重量%之量存在。
  9. 一種冷凍器容器,其由如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的組合物形成,其中由所述組合物形成之膜具有大於98%之透明度,根據ASTM D256,在小於3.0mm之厚度下,在-20℃下的伊佐德氏衝擊(Izod impact)大於5kJ/m2
  10. 一種製造低於環境溫度用容器之方法,所述方法包括:提供改質劑,所述改質劑為以下各者之摻合物:(a)以所述改質劑之總重量計20重量%至40重量%之嵌段共聚物,所述嵌段共聚物包含等規聚丙烯硬嵌段及乙烯-丙烯軟嵌段,所 述軟嵌段包括以所述軟嵌段之總重量計50重量%至80重量%之乙烯,且所述嵌段共聚物包含以所述硬嵌段之總重量計20重量%至50重量%之所述硬嵌段,(b)以所述改質劑之總重量計40重量%至60重量%之聚烯烴彈性體,所述聚烯烴彈性體之熔融指數根據ASTM D1238且在190℃/2.16kg下為100g/10min至1500g/10min,且密度為0.860g/cm3至0.900g/cm3,所述聚烯烴彈性體衍生自至少一種C3至C10 α-烯烴,及(c)0重量%至30重量%之視情況存在之共聚物,所述共聚物之折射率為1.490至1.510;及將12重量%至30重量%之所述改質劑與70重量%至88重量%之丙烯聚合物基質摻合,所述丙烯聚合物基質之熔體流動速率根據ASTM D 1238且在230℃/2.16kg下為2g/10min至100g/10min。
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