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JP5727615B2 - ファイバー用途で使用するのに適したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、およびそれから作製されたファイバー - Google Patents
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JP5727615B2 - ファイバー用途で使用するのに適したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、およびそれから作製されたファイバー - Google Patents

ファイバー用途で使用するのに適したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、およびそれから作製されたファイバー Download PDF

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Description

本発明は、ファイバー用途で使用するのに適したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、およびそれから作製されたファイバーに関する。
ファイバーを生成する場合にポリオレフィンなどのポリマー組成物を使用することは一般に公知である。ポリオレフィンの例として、限定されないが、ポリプロピレン組成物が挙げられる。かかるファイバーは、布地、例えば、織布または不織布に形成することができる。かかる布地を形成するために多様な技法を用いることができる。かかる技法は、当業者には一般に公知である。
ファイバーに適した組成物を開発するための研究努力にもかかわらず、特性を改良したポリエチレン組成物に対する必要性が依然として存在する。さらには、特性を改良したポリエチレン組成物を生成するための方法に対する必要性も依然として存在する。
本発明は、ファイバー用途で使用するのに適したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、およびそれから作製されたファイバーを提供する。
一実施形態では、本発明は、CDBIが60%未満であり、エチレン/α−オレフィンインターポリマーのクロス分別において85℃〜90℃および90℃〜95℃で溶出する少なくとも2つのフラクションを含み、重量フラクション比が>0.68であり、分子量均一インデックスが0.65超であるエチレン/α−オレフィンインターポリマーであって、重量フラクション比はそれぞれのフラクションのポリマー重量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量で除した比であり、分子量均一インデックスはフラクションのポリマーの重量平均分子量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量平均分子量で除した比であり、密度が0.920〜0.965g/cmの範囲、メルトインデックス(I)が0.5〜100g/10分の範囲、およびメルトフロー比(I10/I)が5.8〜8の範囲であるエチレン/α−オレフィンインターポリマーを提供する。
別の代替の実施形態では、本発明は、適切な重合条件下で多成分触媒組成物と一緒にエチレンを少なくとも1種のα−オレフィンに接触させてエチレン/α−オレフィンインターポリマーを形成するステップを含むエチレン/α−オレフィンインターポリマーを作製する方法であって、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、CDBIが60%未満であり、前記エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン/α−オレフィンインターポリマーのクロス分別において85℃〜90℃および90℃〜95℃で溶出する少なくとも2つのフラクションを含み、重量フラクション比が>0.68であり、分子量均一インデックスが0.65超であり、重量フラクション比はそれぞれのフラクションのポリマー重量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量で除した比であり、分子量均一インデックスはフラクションのポリマーの重量平均分子量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量平均分子量で除した比であり、前記エチレン/α−オレフィンインターポリマーは密度が0.920〜0.965g/cmの範囲、メルトインデックス(I)が0.5〜100g/10分の範囲、およびメルトフロー比(I10/I)が5.8〜8の範囲である方法をさらに提供する。
代替の実施形態では、本発明は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーを含むファイバーであって、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、CDBIが60%未満であり、前記エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン/α−オレフィンインターポリマーのクロス分別において85℃〜90℃および90℃〜95℃で溶出する少なくとも2つのフラクションを含み、重量フラクション比が>0.68であり、分子量均一インデックスが0.65超であり、重量フラクション比はそれぞれのフラクションのポリマー重量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量で除した比であり、分子量均一インデックスはフラクションのポリマーの重量平均分子量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量平均分子量で除した比であり、前記エチレン/α−オレフィンインターポリマーは密度が0.920〜0.965g/cmの範囲、メルトインデックス(I)が0.5〜100g/10分の範囲、およびメルトフロー比(I10/I)が5.8〜8の範囲であるファイバーをさらに提供する。
代替の実施形態では、本発明は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが、ATREFからの全エチレン/α−オレフィンインターポリマーの平均Mで除したATREFからのThc超のフラクションに対する平均M(Mhc/M)が1.3未満になるような平均M、および低結晶性フラクションと高結晶性フラクションの間の谷温度、Thcを有することを除いて、前記実施形態のいずれかに従って、エチレン/α−オレフィンインターポリマー、それを生成する方法、およびそれから作製されるファイバーを提供する。
代替の実施形態では、本発明は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが0.925〜0.965g/mの範囲の密度を有することを除いて、前記実施形態のいずれかに従って、エチレン/α−オレフィンインターポリマー、それを生成する方法、およびそれから作製されるファイバーを提供する。
代替の実施形態では、本発明は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが0.5〜50g/10分の範囲のメルトインデックス(I)を有することを除いて、前記実施形態のいずれかに従って、エチレン/α−オレフィンインターポリマー、それを生成する方法、およびそれから作製されるファイバーを提供する。
代替の実施形態では、本発明は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが不均一に分枝されていることを除いて、前記実施形態のいずれかに従って、エチレン/α−オレフィンインターポリマー、それを生成する方法、およびそれから作製されるファイバーを提供する。
代替の実施形態では、本発明は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが55%未満のCDBIを有することを除いて、前記実施形態のいずれかに従って、エチレン/α−オレフィンインターポリマー、それを生成する方法、およびそれから作製されるファイバーを提供する。
代替の実施形態では、本発明は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが、炭素原子1000個あたり1個未満の長鎖分枝を有することを除いて、前記実施形態のいずれかに従って、エチレン/α−オレフィンインターポリマー、それを生成する方法、およびそれから作製されるファイバーを提供する。
代替の実施形態では、本発明は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが約5未満の分子量分布、M/Mを有することを除いて、前記実施形態のいずれかに従って、エチレン/α−オレフィンインターポリマー、それを生成する方法、およびそれから作製されるファイバーを提供する。
代替の実施形態では、本発明は、多成分触媒組成物が、
(A)(1)R’’およびR’それぞれがアルキル基である一般式R’’R’MgxAlR’3によって表される少なくとも1種の炭化水素可溶性マグネシウム成分と、
(2)少なくとも1種の非金属または金属ハロゲン化物源とを反応温度が20〜40の範囲の温度を超えない、例えば、反応温度が約40℃を超えない、あるいは反応温度が約35℃を超えない条件下で接触させることによって調製されるマグネシウムハロゲン化物と、
(B)式Tm(OR)yXy−x[式中、Tmが周期表のIVB、VB、VIB、VIIBまたはVIII族の金属であり、Rが1〜約20個、例えば、1〜約10個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、Xがハロゲン化物であり、およびが整数であり、その和が4に等しい]で表される少なくとも1種の遷移金属化合物と、
(C)所望の過剰のX:Mg比を提供するための追加のハロゲン化物源であって、例えば、式R’MX[式中、Mは元素の周期表のIIIA族の金属、例えば、アルミニウムまたはホウ素であり、それぞれのR’は独立に1〜20個、例えば、1〜10個、あるいは2〜8個の炭素原子を有するアルキル基であり、Xはハロゲン原子、例えば、塩素であり、およびは、それぞれ独立に、1からMの価数に等しい値までの値を有する]によって表されるものを含めてのIIIA族金属の有機ハロゲン化合物であってよい追加のハロゲン化物源との反応生成物を含むことを除いて、前記実施形態のいずれかに従って、エチレン/α−オレフィンインターポリマー、それを生成する方法、およびそれから作製されるファイバーを提供する。特に適切な有機ハロゲン化合物として、例えば、二塩化エチルアルミニウム、セスキ塩化エチルアルミニウム、塩化ジエチルアルミニウム、二塩化イソブチルアルミニウム、塩化ジイソブチルアルミニウム、二塩化オクチルアルミニウム、およびその2つ以上の組合せが挙げられる。
代替の実施形態では、本発明は、85℃〜100℃で溶出するポリマーの3つ全てのフラクションの重量の和が、エチレン/α−オレフィンインターポリマーの60重量%超であることを除いて、前記実施形態のいずれかに従って、エチレン/α−オレフィンインターポリマー、それを生成する方法、およびそれから作製されるファイバーを提供する。
代替の実施形態では、本発明は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーの重量平均Mが125,000g/mol超であることを除いて、前記実施形態のいずれかに従って、エチレン/α−オレフィンインターポリマー、それを生成する方法、およびそれから作製されるファイバーを提供する。
本発明を例示するために、例示的である形態を図面で示すが、本発明は示された正確な配置および例示に限定されるものではないことを理解されたい。
図1は、比較例1ならびに本発明の実施例1および2に対する動的機械分光法による複合粘度データ対周波数を例示するグラフである。 図2は、比較例1ならびに本発明の実施例1および2に対する動的機械分光法によるタンデルタデータ対周波数を例示するグラフである。 図3は、比較例1ならびに本発明の実施例1および2に対する位相角の動的機械分光法データ対複合弾性率(Van−Gurp Palmen プロット)を例示するグラフである。 図4は、比較例1ならびに本発明の実施例1および2に対する190℃における溶融強度データを例示するグラフである。 図5は、比較例1ならびに本発明の実施例1および2に対する従来のGPCデータを例示するグラフである。 図6は、比較例1ならびに本発明の実施例1および2に対するATREF由来の短鎖分枝分布およびlogMデータを例示するグラフである。 図7は、比較例1ならびに本発明の実施例1および2に対するM(T)/M(100℃)対温度の比としてプロットされたクロス分別データを例示するグラフである。
本発明は、ファイバー用途で使用するのに適したエチレン/α−オレフィンインターポリマー、およびそれから作製されたファイバーを提供する。本発明によるエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、CDBIが60%未満であり、エチレン/α−オレフィンインターポリマーのクロス分別において85℃〜90℃および90℃〜95℃で溶出する少なくとも2つのフラクションを含み、重量フラクション比が>0.68であり、分子量均一インデックスが0.65超であり、重量フラクション比はそれぞれのフラクションのポリマー重量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量で除した比であり、分子量均一インデックスはフラクションのポリマーの重量平均分子量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量平均分子量で除した比である。さらには、本発明によるエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、密度が0.920〜0.965g/cmの範囲、メルトインデックス(I)が0.5〜100g/10分の範囲、およびメルトフロー比(I10/I)が5.8〜8の範囲である。
本発明によるエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、低メルトインデックス比(I10/I)を有し、その高結晶性フラクション中において高分子量材料をより少量しか含まず、このことは、高結晶性粘度部分の分子量を全エチレン/α−オレフィンインターポリマーの平均粘度分子量で除した比、Mhc/Mによって測定することができる。クロス分別の結果は、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーが、85℃〜100℃で溶出するフラクションについてより均一な重量平均分子量を有することを示している。この均一性は、95℃および100℃のフラクションの分子量との比として、または95℃および100℃のフラクションの分子量と比較してより低温のフラクション(85℃および90℃ならびに90℃および95℃)の分子量を報告することによって説明され、本発明ではその比は0.65超である。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、ATREFからの全エチレン/α−オレフィンインターポリマーの平均Mで除したATREFからのThc超のフラクションに対する平均M(Mhc/M)が1.3未満、例えば、1.25未満になるような平均M、および低結晶性フラクションと高結晶性フラクションの間の谷温度、Thcを有する。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、短鎖分枝を有し、比較的低い組成物分布幅インデックス(CDBI)を特徴とする比較的不均一な(または不揃いな)エチレンポリマーである。つまり、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、60%未満の範囲、例えば、50%未満の範囲のコモノマー分布インデックスを有するが、通常は、測定可能な高密度(高結晶性)ポリマーフラクションを含む。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、密度が0.920〜0.965g/cmの範囲、例えば、0.920〜0.955g/cmの範囲、あるいは、0.930〜0.965g/cmの範囲である。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、メルトインデックス(I)が0.5〜100g/10分の範囲、例えば、0.5〜50g/10分の範囲、あるいは、0.5〜50g/10分の範囲である。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、メルトフロー比(I10/I)が5.8〜8の範囲、例えば、6〜8の範囲である。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、分子量(M)が120,000g/mol超の範囲、例えば、120,000〜250,000g/molの範囲である。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、分子量分布(M/M)(従来のGPC方法に従って測定された)が4未満の範囲、例えば、3.7未満、あるいは、2.5〜3.7の範囲である。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の20重量%未満の単位を含むことができる。18重量%未満の全ての個別の値および小範囲が本明細書に含まれ、本明細書で開示され、例えば、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の15重量%未満の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の10重量%未満の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の1〜20重量%の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の1〜10重量%の単位を含むことができる。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の10モル%未満の単位を含むことができる。10モル%未満の全ての個別の値および小範囲が本明細書に含まれ、本明細書で開示され、例えば、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の7モル%未満の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の4モル%未満の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の3モル%未満の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の0.5〜10モル%の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のα−オレフィンコモノマー由来の0.5〜3モル%の単位を含むことができる。
α−オレフィンコモノマーは、通常、20個以下の炭素原子を含む。例えば、α−オレフィンコモノマーは、好ましくは、3〜10個の炭素原子、より好ましくは、3〜8個の炭素原子を含むことができる。α−オレフィンコモノマーの例として、限定されないが、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、および4−メチル−1−ペンテンが挙げられる。1種または複数のα−オレフィンコモノマーは、例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、および1−オクテンからなる群、あるいは、1−ヘキセンおよび1−オクテンからなる群から選択することができる。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の少なくとも80重量%の単位を含むことができる。少なくとも80重量%の全ての個別の値および小範囲が本明細書に含まれ、本明細書で開示され、例えば、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の少なくとも82重量%の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の少なくとも85重量%の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の少なくとも90重量%の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の80〜99重量%の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の90〜99重量%の単位を含むことができる。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の少なくとも90モル%の単位を含むことができる。少なくとも90モル%の全ての個別の値および小範囲が本明細書に含まれ、本明細書で開示され、例えば、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の少なくとも93モル%の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の少なくとも96モル%の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の少なくとも97モル%の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の90〜99.5モル%の単位を含むことができ、あるいは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン由来の97〜99.5モル%の単位を含むことができる。
任意の従来の重合法を用いて本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーを生成することができる。かかる従来の重合法として、限定されないが、1種または複数の従来の反応器、例えば、ループ反応器、等温反応器、流動床気相反応器、撹拌タンク反応器、並列もしくは直列式バッチ反応器、および/またはそれらの任意の組合せを使用する溶液重合法、気相重合法、スラリー相重合法、およびそれらの組合せが挙げられる。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、例えば、1種または複数のループ反応器、等温反応器、およびそれらの組合せを使用する溶液相重合法を介して生成することができる。
一般には、溶液相重合法は、150〜300℃の範囲、例えば、160〜190℃の温度、および300〜1000psiの範囲、例えば、400〜750psiの圧力で、1種または複数のループ反応器や1種または複数の球状等温反応器など1種または複数のよく撹拌された反応器で行われる。溶液相重合法の滞留時間は、通常、2〜30分の範囲、例えば、10〜20分である。エチレン、溶媒、多成分触媒組成および任意選択で1種または複数のコモノマーが、連続的に反応器に供給される。こうした実施形態での多成分触媒組成物の例として、例えば、本明細書で記載のチーグラー−ナッタ触媒が挙げられる。溶媒の例として、限定されないが、イソパラフィンが挙げられる。例えば、かかる溶媒は、ExxonMobil Chemical Co.、Houston、Texasから名称ISOPAR Eで市販されている。本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーと溶媒から得られた混合物は、次いで、反応器から取り出され、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは単離される。溶媒は、通常、溶媒回収ユニット、つまり、熱交換器および気液分離ドラムを介して回収され、次いで、重合系内に再循環される。
反応器温度が低いことは、本発明の要件であり、分子量の分布を狭くするのを促進する上で重要である。175℃という反応器の温度によって、生産高(lb/hr)を大きく低減することなく分子量分布が狭い生成物がもたらされた。
一実施形態では、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、以下の手順に従ってループ反応器で溶液相重合法を介してエチレンと1種または複数のα−オレフィンコモノマー、例えば、1−オクテンとを(共)重合させるのに適切な、本明細書記載の多成分触媒組成物を使用して調製することができる。全ての原材料(エチレン、1−オクテン)およびプロセス溶媒(イソパラフィン系溶媒、例えば、ISOPAR E)は、反応環境内に導入される前にモレキュラーシーブで精製される。水素は高純度級として供給され、さらには精製されない。反応器へのモノマーフィード(エチレン)流は、反応圧、例えば、750psigより高い圧力まで機械式圧縮機で加圧される。溶媒およびコモノマー(1−オクテン)フィードは、反応圧、例えば、750psigより高い圧力まで機械式容積型移送式ポンプで加圧される。個々の触媒成分は、精製溶媒(ISOPAR E)で指定の成分濃度まで手動バッチ式で希釈され、反応圧、例えば、750psigより高い圧力まで加圧される。全ての反応フィードの流量は、質量流量メーターで計測され、コンピュータで自動化されたバルブ制御システムで独立に制御される。
連続式溶液重合反応器は、液体充満式の非断熱等温循環ループからなっていてもよい。全ての新鮮な溶媒、モノマー、コモノマー、水素および触媒成分フィードを独立に制御することが可能である。溶媒、モノマー、コモノマーおよび水素フィードを合わせたものが、フィード流を熱交換器に通すことによって5℃〜50℃の任意の温度、通常は40℃に温度制御される。重合反応器への新鮮なコモノマーフィードは、循環溶媒にコモノマーを添加するように調整されている。重合反応器への新鮮な全フィードは、それぞれの注入位置間で概略等しい反応器容積を有する、例えば2個の位置で反応器内に注入される。新鮮なフィードは、例えば、全新鮮フィードの質量流の半分を受けるそれぞれの注入器で通常制御される。触媒成分は、例えば、特別に設計された注入口デバイスから重合反応器内に注入され、反応器内に注入される前に合わせて1種の混合されたプロ触媒/共触媒フィード流になる。プロ触媒成分フィードは、反応器のモノマー濃度を指定の目標値に維持するようにコンピュータ制御される。共触媒成分は、プロ触媒成分に対する指定の計算モル比を基準に供給される。それぞれの新鮮物注入位置(フィードまたは触媒いずれか)の直後で、フィード流は、Kenics静止混合要素などの静的混合要素を用いて循環している重合反応器の内容物と混合される。反応器の内容物は、反応熱の多くを除去する役割を有する熱交換器内を、等温反応環境を指定の温度に維持する役割を有する冷却材側の温度で連続的に循環される。反応器ループを回る循環はスクリューポンプによって実施することができる。重合反応器からの排出物(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、および溶融ポリマーを含む)は、反応器ループを出て、非活性化剤および酸清掃剤(通常、ステアリン酸カルシウムおよび随伴する水和水)と接触して反応を停止され、塩化水素が清掃されるゾーンに入る。加えて、酸化防止剤など多様な添加剤もこの場所で添加することができる。次いで、流れは、触媒失活剤および添加剤を均一に分散するためのKenics静的混合要素などの静止混合要素の別の組内を進む。
添加剤を添加した後に、排出物(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、および溶融ポリマーを含む)は、流れの温度を上げてポリマーを他の低沸点反応成分から分離する準備をするために、熱交換器内を通過する。次いで、流れは、反応器の圧力を指定の目標値に維持する役割を有する圧力低下制御バルブ内を通過する。次いで、流れは、ポリマーを溶媒、水素、ならびに未反応モノマーおよびコモノマーから分離する2段階の分離および脱揮発分系に入る。再び反応器に入る前に、不純物は循環流から除去される。分離され、脱揮発分されたポリマー溶融体は、例えば、水中ペレット化用に特別に設計された金型内にポンプ注入され、均一な固形ペレットに切断され、乾燥され、ホッパー内に移送される。当初のポリマー特性を検証した後に、固形ポリマーペレットは、貯蔵装置に移送される。
脱揮発分段階で除去された部分は、循環してもよく、また分解されてもよい。例えば、大部分の溶媒は、精製床内を通過した後に反応器に再循環される。この循環溶媒は、その中に未反応コモノマーを依然として含む場合があり、反応器に再び入る前に新鮮なコモノマーで補強される。この循環溶媒は、いくらかの水素を依然として含む場合があり、次いで、新鮮な水素で補強される。
一実施形態では、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、以下の手順に従って直列に連結された2つの断熱球状反応器で溶液相重合法を介してエチレンと1種または複数のα−オレフィンコモノマー、例えば、1−オクテンとを(共)重合させるのに適切な本明細書記載の多成分触媒系を使用して調製することができる。エチレンモノマー、1−オクテンコモノマー、および水素は、溶媒、例えば、ISOPAR Eなどのイソパラフィン系溶媒と一緒に合わせられる。水、二酸化炭素、イオウ化合物などの不純物は、フィード流から除去され、そのフィード流は、反応器に入る前に5℃〜60℃の範囲の温度、例えば、約13℃まで冷却される。反応の大部分、つまり約85〜90%は、第一の球状反応器で行うことができる。混合は、混合ブレードを備えた1種または複数の撹拌機を用いてポリマー/プロ触媒/共触媒/溶媒/エチレン/コモノマー/水素溶液を循環させることによって実施することができる。フィード(エチレン/コモノマー/溶媒/水素)は、例えば、底部から反応器に入ることができ、プロ触媒/共触媒は、例えば、フィードと別に、やはり底部から反応器に入ることができる。第一の反応器温度は、160℃〜190℃の範囲、例えば、約175℃であり、反応器の圧力は、400psi〜1000psiの範囲、例えば、約500psiである。第一の反応器と直列の第二の反応器の温度は、175℃〜210℃の範囲、例えば、約202℃まで上昇し、約10〜15%の残りの反応が行われ、追加の触媒またはモノマーは添加されない。プロ触媒/共触媒のAl/Tiのフィードモル比は、0.5:1〜3:1の範囲の値に設定される。平均の反応器滞留時間は、球状反応器では、2〜30分の範囲、例えば、約8分であり、その後、その目的のために特別に設計された流体によって後期反応器の終結が行われる。ポリマー溶液が反応器を去った後に、未転換エチレンモノマーおよび1−オクテンコモノマーを含む溶媒は、2段階の脱揮発分器系を介してポリマー溶液から除去することができ、次いでそれは再循環される。不純物は、反応器に再度入る前に循環流から除去することができる。ポリマー溶融物は、例えば、水中ペレット化のために特に設計された金型内にポンプ注入することができる。ペレットは、分級スクリーンまで移送されてオーバーサイズおよびアンダーサイズの粒子が除去される。次いで、最終ペレットは、貯蔵装置に移送される。
多成分触媒
多成分触媒系は、マグネシウムおよびチタン含有プロ触媒と共触媒とを含むチーグラー−ナッタ触媒組成物を含む。プロ触媒は、MgCl上に担持されたチタン化合物を含むチーグラーナッタ触媒である。共触媒は、トリエチルアルミニウムである。プロ触媒は、1.0:40〜5.0:40、例えば、3.0:40のTi:Mg比を有することができる。プロ触媒および共触媒成分は、反応器に入る前に接触してもよく、また反応器で接触してもよい。プロ触媒は、例えば、任意の他のチタン系チーグラーナッタ触媒であってもよい。プロ触媒成分に対する共触媒成分のAl:Tiモル比は、0.5:1〜3:1であってよい。
低いAl/Ti比が重要である。その理由は、それによって分子量分布を狭くし、メルトフロー比I10/Iを低くすることが促進されるからである。1.0:40〜5.0:40、例えば3.0:40のTi:Mg比、0.5:1〜3:1のAl/Ti比を有する多成分触媒組成物によって、反応器の安定性に大きな影響を及ぼさずに、狭い分子量分布、低いメルトフロー比I10/Iを有する生成物が得られた。
多成分触媒系は、マグネシウムおよびチタン含有プロ触媒と共触媒とを含むチーグラー−ナッタ触媒組成物を含む。プロ触媒は、例えば、二塩化マグネシウム、二ハロゲン化アルキルアルミニウムおよびチタンアルコキシドの反応生成物を含む。
プロ触媒は、
(A)(1)R’’およびR’それぞれがアルキル基である一般式R’’R’MgxAlR’3によって表される少なくとも1種の炭化水素可溶性マグネシウム成分と、
(2)少なくとも1種の非金属または金属ハロゲン化物源とを反応温度が20〜40の範囲の温度を超えない、例えば、反応温度が約40℃を超えない、あるいは反応温度が約35℃を超えない条件下で接触させることによって調製されるマグネシウムハロゲン化物と、
(B)式Tm(OR)yXy−x[式中、Tmが周期表のIVB、VB、VIB、VIIBまたはVIII族の金属であり、Rが1〜約20個、例えば、1〜約10個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、Xがハロゲン化物であり、およびが整数であり、その和が4に等しい]で表される少なくとも1種の遷移金属化合物と、
(C)所望の過剰のX:Mg比を提供するための追加のハロゲン化物源であって、例えば、式R’MX[式中、Mは元素の周期表のIIIA族の金属、例えば、アルミニウムまたはホウ素であり、それぞれのR’は独立に1〜20個、例えば、1〜10個、あるいは2〜8個の炭素原子を有するアルキル基であり、Xはハロゲン原子、例えば、塩素であり、およびは、それぞれ独立に、1からMの価数に等しい値までの値を有する]によって表されるものを含めてのIIIA族金属の有機ハロゲン化合物であってよい追加のハロゲン化物源との反応生成物を含む。特に適切な有機ハロゲン化合物として、例えば、二塩化エチルアルミニウム、セスキ塩化エチルアルミニウム、塩化ジエチルアルミニウム、二塩化イソブチルアルミニウム、塩化ジイソブチルアルミニウム、二塩化オクチルアルミニウム、およびその2つ以上の組合せが挙げられる。
特に適切な遷移金属化合物として、例えば、四塩化チタン、三塩化チタン、テトラ(イソプロポキシ)−チタン、テトラブトキシチタン、二臭化ジエトキシチタン、二塩化ジブトキシチタン、テトラフェノキシチタン、三イソプロポキシ酸化バナジウム、ジルコニウムテトラ−n−プロポキシド、それらの混合物などが挙げられる。
本明細書で遷移金属成分として用いることができる他の適切なチタン化合物は、式Ti(OR)xX4−x[式中、Rは、それぞれ独立に、1〜約20個、例えば、約1〜約10個、あるいは、約2〜約4個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、Xはハロゲンであり、xは0〜4の値を有する]によって表される少なくとも1種のチタン化合物を含む。
前記のプロ触媒成分は、前述の原子比を提供するのに十分な割合で合わせられる。
前述のプロ触媒反応生成物は、不活性希釈剤の存在下で調製される。触媒成分の濃度は、触媒反応生成物の基本成分を合わせた場合に、生成スラリーがマグネシウムに関して約0.005〜約1.0モル濃度(モル/リットル)になるような濃度である。適切な不活性有機希釈剤の例として、限定されないが、液化エタン、プロパン、イソブタン、n−ブタン、n−ヘキサン、多様なヘキサン異性体、イソオクタン、8〜12個の炭素原子を有するアルカンのパラフィン系混合物、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン、ジメチルシクロヘキサン、ドデカン、ケロセンなどの飽和または芳香族炭化水素からなる工業溶媒、およびナフサが挙げられる。例示的な適切な不活性有機希釈剤は、いかなるオレフィン化合物および他の不純物も含まない。例示的な適切な不活性有機希釈剤は、−50℃〜200℃の範囲の沸点を有する。所望の触媒反応生成物を得るためのプロ触媒成分の混合は、有利には、反応温度が35℃を超えないようにハロゲン化マグネシウム担体を調製されるという条件で、10℃〜50℃の範囲の温度、例えば、20℃〜40℃で窒素、アルゴンまたは他の不活性ガスなどの不活性雰囲気下で調製される。触媒反応生成物の調製では、反応生成物の炭化水素不溶性成分から炭化水素可溶性成分を分離する必要はない。
プロ触媒組成物は、共触媒と組み合わせて、チーグラー−ナッタ触媒組成物の一成分として働く。共触媒は、プロ触媒中のチタンに対して1:1〜100:1のモル比、例えば、0.5:1〜3:1の範囲のモル比で用いられる。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数のポリマーとブレンドしてブレンドを形成することができる。本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、1種または複数の添加剤とブレンドすることができる。かかる添加剤として、限定されないが、帯電防止剤、増色剤、染料、潤滑剤、充填剤、顔料、一次酸化防止剤、二次酸化防止剤、加工助剤、UV安定剤、およびそれらの組合せが挙げられる。本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーと1種または複数の添加剤のブレンドは、任意の量の添加剤を含んでもよい。本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーと1種または複数の添加剤のブレンドは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーおよび1種または複数の添加剤の重量に対して合わせた重量の約0〜約10%のかかる添加剤を含むことができる。
ファイバー用途
本発明によるファイバーは、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーおよび任意選択で1種または複数の他のポリマーを含む。本発明のファイバーは、50g/9000m未満の範囲のフィラメントのデニールであってよい。50g/9000m未満の全ての個別の値および小範囲が本明細書に含まれ、本明細書で開示され、例えば、フィラメントのデニールは、下限0.1、0.5、1、5、10、15、17、20、25、30、33、40または44g/9000mから上限0.5、1、5、10、15、17、20、25、30、33、40、44、または50g/9000mまでであってよい。例えば、本発明のファイバーは、フィラメントのデニールが40g/9000m未満の範囲であってよく、あるいは、本発明のファイバーは、フィラメントのデニールが30g/9000m未満の範囲であってよく、あるいは、本発明のファイバーは、フィラメントのデニールが20g/9000m未満の範囲であってよく、あるいは、本発明のファイバーは、フィラメントのデニールが10g/9000m未満の範囲であってよく、あるいは、本発明のファイバーは、フィラメントのデニールが5g/9000m未満の範囲であってよく、あるいは、本発明のファイバーは、フィラメントのデニールが3g/9000m未満の範囲であってよく、あるいは、本発明のファイバーは、フィラメントのデニールが2g/9000m未満の範囲であってよく、あるいは、本発明のファイバーは、フィラメントのデニールが1.5g/9000m未満の範囲のであってよい。
本発明による本発明のファイバーは、さまざまな技法を介して生成することができる。本発明のファイバーは、例えば、溶融紡糸を介して生成することができる。本発明による本発明のファイバーは、連続フィラメントであってもよく、あるいはまた本発明のファイバーは、短繊維であってもよい。連続フィラメントは、さらには、任意選択で、捩って次いで切断して短繊維を生成することもできる。本発明のファイバーとして、限定されないが、一成分ファイバー、二成分ファイバー、および/または多成分ファイバーが挙げられる。二成分ファイバーの例として、限定されないが、芯鞘型、海島型、セグメント化パイ型、およびそれらの組合せが挙げられる。本発明のファイバーは、外層、例えば、鞘として、単独で、または1種または複数のポリマーとの組合せで本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーを含むことができる。本発明のファイバーは、内層、例えば、芯として、単独で、または1種または複数のポリマーとの組合せで本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーを含むことができる。本発明による本発明のファイバーまたは本発明のファイバー成分、つまり、内層および外層は、一成分、つまり、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーのみであってもよく、あるいは、本発明による本発明のファイバーまたは本発明のファイバー成分、つまり、内層および外層は、多成分、つまり、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーと1種または複数のポリマーとのブレンドであってもよい。外層という用語は、本明細書では、ファイバー表面の少なくともいずれかの部分を指す。内層という用語は、本明細書では、ファイバー表面より下部のいずれかの部分を指す。
溶融紡糸では、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、溶融押出しされ、紡糸口金と呼ばれる金属板内の微細オリフィスから空気または他の気体中に強制押出しされ、そこで冷却され、固化される。固化フィラメントは、回転ロールまたはゴデを介して引抜き、ボビン上に巻くことができる。
本発明による本発明の布地として、限定されないが、不織布、織布およびそれらの組合せが挙げられる。
本発明による不織布は、さまざまな技法を介して製作することができる。かかる方法として、限定されないが、メルトブロー法、スパンボンド法、カードウエブ法、空気分散法、加熱カレンダー法、接着ボンド法、加熱空気ボンド法、ニードルパンチ法、ヒドロエンタングル法、エレクトロスピニング法、およびそれらの組合せが挙げられる。
メルトブロー法では、本発明の不織布は、溶融された本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーを金型から押出し、次いで、熱い高速空気または高速流で生成フィラメントを細分化および/または任意選択で破壊し、それによって、移動スクリーン上に集められた短ファイバーまたは長ファイバーを形成し、そのスクリーン上で冷却中に結合することによって形成される。
あるいは、メルトブロー法は、一般に、以下のステップ、すなわち、
(a)紡糸口金からストランドを押出すステップと、(b)高速加熱空気流を使用して紡糸口金直下でポリマー流を同時に急冷および細分化するステップと、(c)引出されたストランドを集めて細孔面上のウエブにするステップとを含む。メルトブローウエブは、限定されないが、自発結合、つまりさらなる処理なしの自己結合、加熱カレンダー法、接着ボンド法、加熱空気ボンド法、ニードルパンチ法、ヒドロエンタングル法、およびそれらの組合せを含めての多様な手段によって結合することができる。
スパンボンド法では、不織布の製作は、以下のステップ、すなわち、(a)本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーのストランドを紡糸口金から押出すステップと、(b)本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーの溶融ストランドの固化を速やかにするために、一般には冷却されている空気流で本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーのストランドを急冷するステップと、(c)フィラメントを空気流内に空気で連行することによってか、またはテキスタイルファイバー業界で通常使用されている種類の機械式引張りロールの回りにフィラメントを巻きつけることによって印加できる引張り力で急冷帯中をフィラメントを進行させることによってフィラメントを細分化するステップと、(d)引出されたストランドを集めて細孔面例えば、移動スクリーンまたは多孔性ベルト上でウエブにするステップと、(e)ゆるいストランドのウエブを結合して不織布にするステップとを含む。結合は、限定されないが、加熱カレンダー法、接着ボンド法、加熱空気ボンド法、ニードルパンチ法、ヒドロエンタングル法、およびそれらの組合せを含めての多様な手段によって実現することができる。
本発明による本発明の織布は、さまざまな技法を介して本発明のファイバーから製作することができる。かかる方法として、限定されないが、織物法および編物法が挙げられる。
織物法では、2組の糸、つまり、経糸および緯糸を組み合わせて本発明の織布を形成する。2組の糸を組み合わせる方式によって織物がきまる。織物法は、限定されないが、ドビー織機、ジャカード織機、および力織機を含めてのさまざまな装置を介して実施することができる。3種の基本的な織、つまり、平織、あや織、および繻子織の多様な組合せを使用することによって、ほとんど無限の種類の構造を生成することが可能である。
編物法では、本発明の織布は、1種または複数の糸の一連の編目を組み合わせることによって形成される。編物の2つの主要な種類として、限定されないが、経編および緯編が挙げられる。
経編は、糸が一般に布地の縦方向に走る種類の編み方である。糸は糸巻き上に経糸として準備され、それぞれの針に対して1種または複数の糸が存在する。しかし、緯編は、普通の種類の編み方であり、一本の連続糸が、布地内でクロスに走り、全ての編目を一過程で作成する。緯編の種類は丸編みおよび平編みである。
本発明による本発明の布地は改良された特性を有する。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、限定されないが、カーペット、衣服、室内装飾材料、不織布、織布、人工芝、医療用ガウン、病院着などを含めての多様な末端用途で使用することができる。
以下の実施例は、本発明を例示するものであるが、本発明の範囲の限定を意図するものではない。
本発明の実施例1および2ならびに比較例1の生成
全ての原材料(エチレン、1−オクテン)およびプロセス溶媒(ExxonMobil Corporationから市販されている商品名ISOPAR Eのイソパラフィン系溶媒)は、反応環境内に導入される前にモレキュラーシーブで精製される。水素は高純度級として加圧シリンダー中に供給され、さらには精製されない。反応器へのモノマーフィード(エチレン)流は、反応圧、例えば、750psigより高い圧力まで機械式圧縮機で加圧される。溶媒およびコモノマー(1−オクテン)フィードは、反応圧、例えば、750psigより高い圧力まで機械式容積型移送式ポンプで加圧される。個々の触媒成分は、精製溶媒(ISOPAR E)で指定の成分濃度まで手動バッチ式で希釈され、反応圧、例えば、750psigより高い圧力まで加圧される。全ての反応フィードの流量は、質量流量メーターで計測され、コンピュータで自動化されたバルブ制御システムで独立に制御される。
連続式溶液重合反応器は、液体充満式の非断熱等温循環ループからなる。全ての新鮮な溶媒、モノマー、コモノマー、水素および触媒成分フィードを独立に制御することが可能である。溶媒、モノマー、コモノマーおよび水素フィードを合わせたものが、フィード流を熱交換器に通すことによって5℃〜50℃の任意の温度、通常は40℃に温度制御される。重合反応器への新鮮なコモノマーフィードは、循環溶媒にコモノマーを添加するように調整されている。重合反応器への新鮮な全フィードは、それぞれの注入位置間で概略等しい反応器容積を有する2つの位置で反応器内に注入される。新鮮なフィードは、通常、全新鮮フィードの質量流の半分を受けるそれぞれの注入器で制御される。触媒成分は、特別に設計された注入口デバイスから重合反応器内に注入され、反応器内に注入される前に合わせて1種の混合されたプロ触媒/共触媒フィード流になる。共触媒成分は、プロ触媒成分に対する指定の計算モル比を基準に供給される。それぞれの新鮮物注入位置(フィードまたは触媒いずれか)の直後で、フィード流は、Kenics静止混合要素を用いて循環している重合反応器の内容物と混合される。反応器の内容物は、反応熱の多くを除去する役割を有する熱交換器内を、等温反応環境を指定の温度に維持する役割を有する冷却材側の温度で連続的に循環される。反応器ループを回る循環はスクリューポンプによって実施される。重合反応器からの排出物(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、および溶融ポリマーを含む)は、反応器ループを出て、非活性化剤および酸清掃剤(通常、ステアリン酸カルシウムおよび随伴する水和水)と接触して反応を停止され、塩化水素が清掃されるゾーンに入る。加えて、酸化防止剤など多様な添加剤もこの場所で添加することができる。次いで、流れは、触媒失活剤および添加剤を均一に分散するための別のKenics静止混合要素の組内を進む。
添加剤を添加した後に、排出物(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、および溶融ポリマーを含む)は、流れの温度を上げてポリマーを他の低沸点反応成分から分離する準備をするために、熱交換器内を通過する。次いで、流れは、圧力低下制御バルブ(反応器の圧力を指定の目標値に維持する役割を有する)内を通過する。次いで、流れは、ポリマーを溶媒、水素、ならびに未反応モノマーおよびコモノマーから分離する2段階の分離および脱揮発分系に入る。再び反応器に入る前に、不純物は循環流から除去される。分離され、脱揮発分されたポリマー溶融体は、水中ペレット化用に特別に設計された金型内にポンプ注入され、均一な固形ペレットに切断され、乾燥され、ホッパー内に移送される。当初のポリマー特性を検証した後に、固形ポリマーペレットは、貯蔵装置に移送される。
脱揮発分段階で除去された部分は、循環してもよく、また分解されてもよい。例えば、大部分の溶媒は、精製床内を通過した後に反応器に再循環される。この循環溶媒は、その中に未反応コモノマーを依然として含む場合があり、反応器に再び入る前に新鮮なコモノマーで補強される。この循環溶媒は、いくらかの水素を依然として含む場合があり、次いで、新鮮な水素で補強される。
表1〜3は、比較例1、ならびに本発明の実施例1および2の重合条件を要約する。比較例1、ならびに本発明の実施例1および2で使用される添加剤は、1250ppmのステアリン酸カルシウム、1000ppmのIrgafos168、250ppmのIrganox1076、および200ppmのIrganox1010であった。
Figure 0005727615
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Figure 0005727615
比較例1ならびに本発明の実施例1および2のキャラクタリゼーション
比較例1ならびに本発明の実施例1および2のキャラクタリゼーション特性が表4〜14および図1〜7に報告されている。
Figure 0005727615
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ATREFデータは、比較例1、ならびに本発明の実施例1および2に対して表11および図6に要約されている。計算された分子量は、ATREF分析においてそれぞれの溶出温度、Tで測定された重量フラクション、Wおよび固有粘度、[η]から誘導される。粘度平均分子量、MV,Tは、最初に以下に従ってそれぞれの固有粘度から計算される。
Figure 0005727615
式中、K=4×10−4であり、a=0.73である。
次いで、平均分子量は、以下に従って計算される。
Figure 0005727615
それぞれの平均に適用されるさまざまな温度範囲は、Mhcに対してThc〜110℃、Mc−1に対して60℃〜90℃、およびMc−2に対して75℃〜90℃、およびMに対して20℃〜110℃である。
Figure 0005727615
クロス分別結果は、比較例1、ならびに本発明の実施例1および2について表12〜14に要約されている。クロス分別は、図7に示すように実施例1および2の90℃および95℃フラクションに対する重量平均分子量が、100℃フラクションと対照的に、比較例1より高いことを示す。
Figure 0005727615
Figure 0005727615
Figure 0005727615
試験方法
試験方法は以下を含む。
密度
密度(g/cm)は、イソプロパノール中でASTM−D 792−03、方法Bに従って測定される。供試体は、測定の前に熱平衡を実現するために23℃でイソプロパノール浴中で8分間養生した後に成型後1時間以内に測定される。供試体は、手順Cに従う約190℃の5分間の初期加熱および15℃/分の冷却速度でASTM D−4703−00追補Aに従って圧縮成型される。供試体は、プレス機中で45℃まで冷却され、「触感で冷たく」なるまで連続で冷却される。
メルトインデックス
メルトインデックス、つまり、Iは、ASTM D 1238、条件190℃/2.16kgに従って測定され、10分間あたりに溶出したグラム数で報告される。I10は、ASTM D 1238、条件190℃/10kgに従って測定され、10分間あたりに溶出したグラム数で報告される。
コモノマー分布幅インデックス(CDBI)
CDBIは、全体にわたるコモノマーモル含量の中央値の50%以内のコモノマー含量を有するポリマー分子の重量%として定義され、ベルヌーイ分布で予測されるコモノマー分布に対するポリマー中のコモノマー分布の比較を表す。ポリオレフィンのCDBIは、好都合には、例えば、Wild, et al., Journal of Polymer Science, Poly. Phys. Ed., Vol. 20, 441 (1982); L. D. Cady, "The Role of Comonomer Type and Distribution in LLDPE Product Performance," SPE Regional Technical Conference, Quaker Square Hilton, Akron, OH, 107-119 (Oct. 1-2, 1985)またはUS特許第4798081号(Hazlittら)およびUS特許第5008204号(Stehling)によって記載された、昇温溶出分別(「TREF」)など、当技術分野で公知の技法から得られるデータから計算することができる。しかし、TREF技法は、CDBIの計算の中のパージ量を含まない。より好ましくは、ポリマーのコモノマー分布は、例えば、US特許第5292845号(Kawasakiら)でおよびRev. Macromol. Chem. Phys., C29, 201-317でJ. C. Randallによって記載された技法に従って13C NMR分析を使用して決定される。
長鎖分枝の存在
長鎖分枝の存在は、13C核磁気共鳴(NMR)分光法を使用することによってエチレンホモポリマーで測定することができ、Randall(Rev. Macromol. Chem. Phys., C29, V. 2&3, 285-297)によって記載された方法を使用して定量化される。エチレン/1−オクテンインターポリマーを含めてのエチレンポリマー中の長鎖分枝の存在を測定するのに有用である他の公知の技法が存在する。かかる方法の2つの例は、低角レーザ光散乱検知器と組み合わせたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC−LALLS)および示差粘度計検知器と組み合わせたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC−DV)である。長鎖分枝を検出するためのこうした技法の使用およびその基礎となる理論は、文献によくまとめられている。例えば、Zimm, G. H. and Stockmayer, W. H., J. Chem. Phys., 17, 1301 (1949)、およびRudin, A., Modern Methods of Polymer Characterization, John Wiley & Sons, New York (1991) 103-112を参照されたい。
DSC結晶化度
示差走査熱量測定法(DSC)は、広範囲の温度にわたるポリマーの溶融挙動および結晶化挙動を測定するのに使用することができる。例えば、RCS(冷凍冷却システム)および自動サンプラーを備えたTA Instruments Q1000 DSCは、こうした分析を実施するのに使用される。試験中に流量50ml/分のパージ用窒素ガスが使用される。それぞれの試料は約175℃で圧縮溶融して薄膜にされ、次いで、溶融試料は室温(約25℃)まで空冷される。3〜10mgの直径6mmの供試体は冷却ポリマーから引抜かれ、秤量され、軽量アルミニウムパン(約50mg)に入れられ、捩って閉じられる。次いで、その熱特性を測定するために分析が実施される。
試料の熱挙動は、試料温度を上昇および加工させて熱流対温度のプロフィルを創生することによって測定される。第一に、試料は速やかに180℃まで加熱され、その熱履歴を除去するために3分間等温で保持される。次に、試料は10°C/分の冷却速度で−40℃まで冷却し、3分間−40℃で等温に保持される。次いで、試料は10°C/分の加熱速度で150℃まで加熱される(これは「第二番目の加熱」傾斜である)。冷却および第二の加熱曲線が記録される。冷却曲線は、結晶化の開始から−20℃までのベースラインの端点を設定することによって分析される。加熱曲線は、−20℃から溶融終点までのベースラインの端点を設定することによって解析される。測定される値は、溶融温度のピーク(T)、結晶化温度のピーク(T)、融解熱(H)(グラムあたりのジュールで)、および
結晶化度=((H)/(292J/g))×100
を使用して計算したポリエチレン試料の結晶化度%である。融解熱(H)および溶融温度のピークは第二の加熱曲線から報告される。結晶化温度のピークは冷却曲線から決定される。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定では、クロマトグラフィー系はPolymer Laboratories Model PL−220から構成されていた。カラムおよびカルーセルコンパートメントは140℃で操作される。Polymer Laboratories製の3つの10−μm Mixed−Bカラムは、溶媒1,2,4−トリクロロベンゼンを用いて使用することができる。試料は溶媒50ml中ポリマー濃度0.1gで調製される。試料を調製するために使用できる溶媒は、200ppmの酸化防止剤であるブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含むべきである。試料は160℃で4時間軽く撹拌することによって調製することができる。使用できる注入容積は、100マイクロリットルであり、流速は1.0ml/分である。GPCカラムの組の較正は、Polymer Laboratoriesから購入する分子量分布の狭いポリスチレン標準を用いて実施することができる。標準分子量のポリスチレンピークは、WilliamsおよびWardの方法:
ポリエチレン=A(Mポリスチレン
を使用してポリエチレン分子量に変換することができ、式中、Mは分子量であり、Aは値0.4316を有し、Bは1.0に等しい。ポリエチレン相当分子量の計算は、Williams, T., and I.M. Ward, "The Construction of Polyethylene Calibration Curve for Gel Permeation Chromatography Using Polystyrene Fractions", J. Polym. Sci. Polym. Lett., 6, 621 (1968)によるViscotek TriSECソフトウエアバージョン3.0を使用して実施された。
分析的昇温溶出分別(ATREF)
高密度フラクション(%)は、分析的昇温溶出分別による分析(ATREF)を介して測定される。ATREF分析は、US特許第4798081号およびWilde, L.; Ryle, T. R.; Knobeloch, D.C.; Peat, I. R.; Determination of Branching Distributions in Polyethylene and Ethylene Copolymers, Journal of Polymer Science, 20, 441-455 (1982)に記載の方法に従って実施される。分析すべき組成物は、トリクロロベンゼンに溶解され、冷却速度0.1℃/分で20℃までゆっくりと温度を低減することによって不活性担体(ステンレス鋼弾)を含むカラム中に放置されて結晶化する。カラムは、赤外検出器を備えている。次いで、溶出溶媒(トリクロロベンゼン)の温度を1.5℃/分の速度で20から120℃までゆっくり上昇させ、結晶化ポリマー試料をカラムから溶出させることによってATREFクロマトグラム曲線が生成する。溶出ポリマーの粘度平均分子量(M)が測定され、報告される。ATREFプロットは、短鎖分枝分布(SCBD)プロットおよび分子量プロットを有する。SCBDプロットは、3つのピークを有し、1つは、高結晶性フラクション(通常、90℃超)、1つは、コポリマーフラクション(通常、30〜90℃)、1つは、パージフラクション(通常、30℃未満)である。その曲線はまた、コポリマーフラクションと高結晶性フラクションの間に谷を有する。Thcは、この谷の最低温度である。高密度(HD)フラクション%は、Thcより上の曲線下の面積である。Mは、ATREF由来の粘度平均分子量である。Mhcは、Thcより上のフラクションに対する平均Mである。Mは、60〜90℃の間のコポリマーの平均Mである。Mは、全ポリマーの平均Mである。
C13NMRコモノマー含量
ポリマー組成を決定するためにNMR分光法を使用することは周知である。ASTM D 5017−96、"NMR and Macromolecules" ACS Symposium series 247, J. C. Randall, Ed., Am. Chem. Soc., Washington, D.C., 1984, Ch. 9中のJ. C. Randallら、および"Polymer Sequence Determination", Academic Press, New York (1977)中のJ. C. Randallは、NMR分光法によるポリマー分析の一般的な方法を提供する。
動的機械分光法(DMS)
樹脂は、空気中圧力1500psi下で5分間350Fで圧縮成型されて厚さ3mm×1インチの円形バッジになる。次いで、試料は圧縮機から取り出され、台の上に置かれて冷却される。
25mm平行板を備えたTA Instruments「Advanced Rheometric Expansion System (ARES)」を使用して窒素パージ下で等温周波数掃引が実施される。試料は板の上に置かれ、190℃で5分間放置して溶融される。次いで、板は、2mmまで閉じられ、試料はトリミングされ、次いで、試験が開始される。この方法は、温度を平衡させるためにさらに5分間遅延される。実験は、0.1〜100rad/sの周波数範囲で190℃で実施される。歪み振幅は10%で一定である。応力応答は、振幅および位相について分析され、これらから、貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G’’)、複合弾性率(G)、動粘度η、およびタン(δ)またはタンデルタが計算される。
溶融強度
溶融強度は、Goettfert Rheotens 71.97 (Goettfert Inc.; Rock Hill, SC)を使用して190℃で測定され、溶融物は、長さ30mmおよび直径2mmを有する平滑入口角(180度)を備えたGoettfert Rheotester 2000毛細管レオメータに対して供給される。ペレットは、桶(L=300mm、直径=12mm)内に供給され、圧縮され、放置して10分間溶融された後に、所与の金型径において壁面せん断速度38.2s−1に対応する一定ピストン速度0.265mm/sで押出される。押出体は、金型出口より100mm下方に位置するRheotensのホイール内を通過し、加速度2.4mm/sで下方にホイールによって引っ張られる。ホイールに印加された力(cNで)は、ホイールの速度の関数として記録される(mm/sで)。溶融強度は、ストランドが破壊する前の水平力(cN)として報告される。
クロス分別:昇温溶出分別(TREF)および続いてのGPC
実験は、GillespieおよびLi Pi Shanらに従って作製された装置(Apparatus for Method for Polymer Characterization、WO2006081116)を用いて実施される。データ取得速度は、1個のデータ点/秒である。
TREFカラム
TREFカラムは、アセトン洗浄の1/8インチ×0.085インチの316ステンレス鋼管から作製される。管は長さ42インチに切断され、直径0.028インチのなまされた316ステンレス鋼切断ワイヤ(Pellet Inc.、North Tonawanda、NY)と30〜40メッシュ球状工業級ガラスビーズとの乾燥混合物(60:40 容積:容積)で充填される。カラム長さと充填材料のこの組合せによって約1.75mLの空隙容積がもたらされる。TREFカラム端は、10μmステンレス鋼網を備えたValcoマイクロボアHPLCカラム端部接続金具で封止される。こうしたカラム端によって、TREFカラムはTREFオーブン内のクロス分別装置の配管系に直接接続される。TREFカラムはコイル状にされ、外側に抵抗温度検出器(RTD)温度センサーを備え、組込む前にガラス絶縁テープで包装される。組込み中に、カラム内の十分な熱的均一性を保障するためにオーブンに対してTREFカラムを水平に配置するように特別の注意が払われる。その浴温が2℃である冷却器を介して40L/分でTREFオーブンに冷却空気が供給される。
TREFカラムの温度較正
TREFカラムの報告された溶出温度は、観測された組成対溶出温度がこれまでに報告されたもの(L. Wild, R. T. Ryle et al., J. Polymer Science Polymer Physics Edition 20, 441-455(1982))と一致するように、110℃〜30℃の温度範囲で使用される加熱速度に対して調整される。
試料調製
試料溶液は、180ppmブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含む1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)中の4mg/mL溶液として調製され、溶媒は窒素散布される。少量のデカンがGPC溶出を検証するために試料溶液に対する流速マーカーとして添加される。試料の溶解は、145℃で4時間静かに撹拌することによって完了する。
試料の装入
試料は、固定ループ注入器に対する加熱移送ライン(500μLの注入ループ)を介して145℃でTREFカラム上に直接に注入される。
TREFカラムの温度プロフィル
試料がTREFカラム上に注入された後、カラムは、「接続をはずされ」、放置冷却される。TREFカラムの温度プロフィルは以下の通りである:2.19°C/分での145℃から110℃までの冷却、0.110°C/分での110℃から30℃までの冷却、および30℃で16分間の熱平衡。溶出する間、カラムは、1.0分間、0.9ml/分のポンプ溶出速度で流動経路に再度「接続される」。溶出の加熱速度は、30℃〜110℃で0.119°C/分である。
TREFカラムからの溶出
16個のフラクションが、フラクションあたり5℃間隔で30℃〜110℃で集められる。それぞれのフラクションは、GPC分析のために注入される。16個のフラクションのそれぞれが、1.0分間でTREFカラムからGPCカラムの組上に直接注入される。溶出物は、温度予備平衡化コイルを使用することによって溶出中TREFカラムと同じ温度で平衡化される(GillespieおよびLi Pi Shanら、Apparatus for Method for Polymer Characterization、WO2006081116)。TREFの溶出は、1.0分間0.9ml/分でTREFカラムを洗い流すことによって実施される。第一のフラクション、フラクション(30℃)は、30℃でTCB中に溶解残留する材料の量を表す。フラクション(35℃)、フラクション(40℃)、フラクション(45℃)、フラクション(50℃)、フラクション(55℃)、フラクション(60℃)、フラクション(65℃)、フラクション(70℃)、フラクション(75℃)、フラクション(80℃)、フラクション(85℃)、フラクション(90℃)、フラクション(95℃)、フラクション(100℃)、およびフラクション(105℃)は、それぞれ30.01〜35℃、35.01〜40℃、40.01〜45℃、45.01〜50℃、50.01〜55℃、55.01〜60℃、60.01〜65℃、65.01〜70℃、70.01〜75℃、75.01〜80℃、80.01〜85℃、85.01〜90℃、90.01〜95℃、95.01〜100℃、および100.01〜105℃の温度範囲でTREFカラムから溶出する材料の量を表す。
GPCパラメーター
クロス分別装置は、1個の20μmガードカラムおよび4個のMixed A−LS 20μmカラム(Varian Inc.、以前のPolymerLabs)を備え、PolymerChar(スペイン)からのIR−4検出器は、濃度検出器である。GPCカラムの組は、21種の狭い分子量分布を有するポリスチレン標準を流すことによって較正される。その標準の分子量(MW)は、580〜8,400,000g/molの範囲であり、標準は、6種の「カクテル」混合物で含まれる。それぞれの標準混合物(「カクテル」)は、個々の分子量の間に少なくとも10の間隔が存在する。標準は、Polymer Laboratories(Shropshire、UK)から購入される。ポリスチレン標準は、1,000,000g/mol以上の分子量では溶媒20mL中0.005gで、1,000,000g/mol未満の分子量では溶媒20mL中0.001gで調製される。ポリスチレン標準は、静かに撹拌しながら145℃で30分間溶解される。狭い標準の混合物が最初に流され、分解を最小限にするために最大分子量成分から降順に流される。分子量の対数の較正は、溶出容積の関数として4次多項式フィットを使用して行われる。標準分子量のポリスチレンピークは、Williams and Ward、J. Polym. Sci., Polym. Let., 6, 621 (1968)に記載の以下の式:
ポリエチレン=A(Mポリスチレン
を使用してポリエチレン分子量に変換することができ、式中、Mは分子量であり、Aは値0.40を有し、Bは1.0に等しい。
Mixed A−LSの4個の20μmカラムに対する段数は、TREFカラムをバイパスする1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)中のエイコサン0.4mg/ml溶液の200μl注入容積を使用することによって少なくとも19,000であることが必要である。段数は、以下の式(Striegel and Yau et al., "Modern Size-Exclusion Liquid Chromatography", Wiley, 2009, Page 86):
段数=5.54×[RV最高ピーク/(RV後部50%ピーク高さ−RV前部50%ピーク高さ)]
を使用することによってカラムの理論段数の有効な指標を得るためにピーク保持容量(RV最高ピーク)および1/2高さ(クロマトグラフィーピークの50%)における保持容量(RV)幅から計算される。
それぞれのフラクションに対するMWD分析
それぞれのフラクションの分子量分布(MWD)は、積分GPCクロマトグラムから計算されてそれぞれのフラクションに対する重量平均分子量、つまりMW(温度)が得られる。
上方積分限界(高分子量端)の決定は、ベースラインからのピーク上昇分同士の間の目で見た相違に基づく。下方積分限界(低分子量端)の決定は、ベースラインへの帰還として、または分子量3250のポリスチレンの狭い分子量標準の溶出体積の点としてみなされる(いずれか早い方である)。
IR−4検出器の白色ノイズレベルは、上方積分限界より前の(ポリマー溶出より前の)GPCクロマトグラムを分析してIR−4検出器から計算される。ポリマー鎖が寄与するそれぞれの取得時間における検出器応答は、最初に、ベースライン補正に対して補正されてベースライン控除信号(IR(RV)、RVはGPCクロマトグラムの溶出容積である)が得られる。ベースライン補正されたIR−4応答は、さらに、白色ノイズに対して補正される:IR(RV)は、IR(RV)が白色ノイズ値より大きい場合にのみGPC計算で使用される。この作業では、IRに対する典型的な白色ノイズは、0.35mVであると決定されるが、mVでの全ポリマー(TREFカラムをバイパスするGPCカラム上での直接の0.50mgGPC注入)ピーク高は、通常、ポリオレフィンポリマーに対して約240である(高密度ポリエチレン、多分散度M/Mは約2.6)。ポリオレフィンポリマー(高密度ポリエチレン、多分散度M/Mは約2.6)に対して1.0mg/mlの500μL注入容積で少なくとも500の信号/ノイズ比(ホワイトノイズに対する全ポリマー注入のピーク高)を提供するように注意すべきである。
個別のGPCクロマトグラムのそれぞれの面積は、TREFフラクションから溶出したポリオレフィン系材料の量に対応する。フラクションの具体的な温度範囲におけるTREFフラクションの重量%、つまり重量%(温度)は、個別のGPCクロマトグラムの面積を16個の個別のGPCクロマトグラムの面積の和で除した値として計算される。GPC分子量分布の計算(Mn、Mw、およびMz)は、それぞれのクロマトグラムで実施され、TREFフラクションの重量%が1.0重量%超である場合にのみ報告される。GPC重量平均分子量、Mwは、それぞれのクロマトグラムのMW(温度)として報告される。
重量%(30℃)は、TREF溶出プロセス中に30℃でTREFカラムから溶出する材料量を表す。重量%(35℃)、重量%(40℃)、重量%(45℃)、重量%(50℃)、重量%(55℃)、重量%(60℃)、重量%(65℃)、重量%(70℃)、重量%(75℃)、重量%(80℃)、重量%(85℃)、重量%(90℃)、重量%(95℃)、重量%(100℃)、および重量%(105℃)は、それぞれ、30.01℃〜35℃、35.01℃〜40℃、40.01〜45℃、45.01℃〜50℃、50.01℃〜55℃、55.01℃〜60℃、60.01℃〜65℃、65.01℃〜70℃、70.01℃〜75℃、75.01℃〜80℃、80.01℃〜85℃、85.01℃〜90℃、90.01℃〜95℃、95.01℃〜100℃、および100.01℃〜105℃の温度範囲に対してTREFカラムから溶出する材料量を表す。累積重量フラクションは、指定の温度までのフラクションの重量%の和として定義される。累積重量フラクションは、全温度範囲に対しては1.00である。
最高温度フラクション分子量、MW(最高温度フラクション)は、1.0重量%超の材料を含む最高温度で計算された分子量として定義される。それぞれの温度のMW比は、MW(温度)をMW(最高温度フラクション)で除した値として定義される。
本発明は、その精神およびその基本的な属性から逸脱しなければ他の形態でも実施することができ、したがって本発明の範囲を示すものとしては、前記の明細書ではなく添付の特許請求の範囲を参照すべきである。

Claims (10)

  1. CDBIが60%未満であり、エチレン/α−オレフィンインターポリマーのクロス分別において85℃〜90℃および90℃〜95℃で溶出する少なくとも2つのフラクションを含み、
    重量フラクション比が>0.68であり、分子量均一インデックスが0.65超であるエチレン/α−オレフィンインターポリマーであって、
    重量フラクション比はそれぞれのフラクションのポリマー重量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量で除した比であり、
    分子量均一インデックスはフラクションのポリマーの重量平均分子量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量平均分子量で除した比であり、
    密度が0.925〜0.965g/cmの範囲、メルトインデックス(I)が0.5〜100g/10分の範囲、およびメルトフロー比(I10/I)が5.8〜8の範囲であるエチレン/α−オレフィンインターポリマー。
  2. 適切な重合条件下でプロ触媒成分に対する共触媒成分のAl:Tiモル比が0.5:1から3:1である触媒組成物と一緒にエチレンを少なくとも1種のα−オレフィンに接触させてエチレン/α−オレフィンインターポリマーを形成するステップを含むエチレン/α−オレフィンインターポリマーを作製する方法であって、
    エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、CDBIが60%未満であり、
    前記エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン/α−オレフィンインターポリマーのクロス分別において85℃〜90℃および90℃〜95℃で溶出する少なくとも2つのフラクションを含み、
    重量フラクション比が>0.68であり、分子量均一インデックスが0.65超であり、
    重量フラクション比はそれぞれのフラクションのポリマー重量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量で除した比であり、
    分子量均一インデックスはフラクションのポリマーの重量平均分子量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量平均分子量で除した比であり、
    前記エチレン/α−オレフィンインターポリマーは密度が0.925〜0.965g/cmの範囲、メルトインデックス(I)が0.5〜100g/10分の範囲、およびメルトフロー比(I10/I)が5.8〜8の範囲である方法。
  3. エチレン/α−オレフィンインターポリマーを含むファイバーであって、
    エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、CDBIが60%未満であり、
    前記エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、
    エチレン/α−オレフィンインターポリマーのクロス分別において85℃〜90℃および90℃〜95℃で溶出する少なくとも2つのフラクションを含み、
    重量フラクション比が>0.68であり、分子量均一インデックスが0.65超であり、
    重量フラクション比はそれぞれのフラクションのポリマー重量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量で除した比であり、
    分子量均一インデックスはフラクションのポリマーの重量平均分子量を95℃〜100℃で溶出するポリマーの重量平均分子量で除した比であり、
    前記エチレン/α−オレフィンインターポリマーは密度が0.925〜0.965g/cmの範囲、メルトインデックス(I)が0.5〜100g/10分の範囲、およびメルトフロー比(I10/I)が5.8〜8の範囲である
    ファイバー。
  4. エチレン/α−オレフィンインターポリマーが、平均M (粘度平均分子量)および
    低結晶性フラクションと高結晶性フラクションの間の谷温度、T hc を有し
    (Mhc/M):
    (ATREFからの全エチレン/α−オレフィンインターポリマーの平均M
    で除した、ATREFからのThc超のフラクションに対する平均M)が1.3未満である、
    請求項1に記載のインターポリマー。
  5. 前記エチレン/α−オレフィンインターポリマーが、炭素原子1000個あたり1個未満の長鎖分枝を有する、請求項1に記載のインターポリマー
  6. 前記エチレン/α−オレフィンインターポリマーが、5未満の分子量分布、M/Mを有する、請求項1に記載のインターポリマー
  7. 前記触媒組成物が、
    (A)(1)R’’およびR’それぞれがアルキル基である一般式R’’R’MgxAlR’ によって表される少なくとも1種の炭化水素可溶性マグネシウム成分と、
    (2)少なくとも1種の非金属または金属ハロゲン化物源とを、反応温度が60℃を超えない条件下で接触させることによって調製されるマグネシウムハロゲン化物と、
    (B)式Tm(OR)yXy−x[式中、Tmが周期表のIVB、VB、VIB、VIIBまたはVIII族の金属であり、Rが1〜2個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、Xがハロゲン化物であり、およびが整数であり、その和が4に等しい]で表される少なくとも1種の遷移金属化合物と、
    (C)過剰のX:Mg比を提供する追加のハロゲン化物源との反応生成物を含む、請求項2に記載の方法。
  8. 85℃〜100℃で溶出するポリマーの3つ全てのフラクションの重量の和が、エチレン/α−オレフィンインターポリマーの60重量%超である、請求項1に記載のインターポリマー
  9. エチレン/α−オレフィンインターポリマーの重量平均Mが125,000g/mol超である、請求項1に記載のインターポリマー
  10. 190℃で測定されたエチレン/α−オレフィンインターポリマーの[0.1rad/sにおける粘度]/[100rad/sにおける粘度]が6未満である、請求項1に記載のインターポリマー
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