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CN119255909A - 多层膜 - Google Patents

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CN119255909A
CN119255909A CN202380042792.6A CN202380042792A CN119255909A CN 119255909 A CN119255909 A CN 119255909A CN 202380042792 A CN202380042792 A CN 202380042792A CN 119255909 A CN119255909 A CN 119255909A
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CN
China
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layer
iso
mfr
ethylene
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Application number
CN202380042792.6A
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王静波
F·伯杰
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Borealis GmbH
Original Assignee
Borealis GmbH
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Publication date
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Abstract

包含至少一作为密封层(SL)的层(A)和一作为表层的层(B)的多层膜,该多层膜具有有益的热封、热粘和光学性能。特别地,本发明涉及一种多层包装膜,至少包含基于多峰茂金属催化的LLDPE的密封层(SL)和基于多峰高密度聚乙烯的层(B)。

Description

多层膜
技术领域
本发明涉及一种多层膜,其包含至少一层作为密封层(SL)的层(A),和一层(B),该多层膜具有有益的热封、热粘和光学性能。特别地,本发明涉及一种多层包装膜,其至少包含基于特定多峰茂金属催化的LLDPE的密封层(SL)和基于多峰高密度聚乙烯的层(B)。
背景技术
如今,对包装材料的要求很高。包装行业所要求的性能往往是相互矛盾的。通常情况下,材料需要同时具备高刚度、高韧性、出色的密封性和良好的光学性能。为了实现这些不同的性能,很少使用纯组分,而是使用不同聚合物组分的组合。技术人员主要可以采用两种不同的方法:(a)两种或两种以上聚合物共混形成异相结构,或(b)用提供不同功能的不同材料产生多层结构。这两种方法都应用于工业领域,后者甚至更受欢迎,因为材料的选择更加多样化,无需考虑复杂的聚合物共混物的高难度技术问题。利用本领域已知的多层结构,已经可以生产出在包装工业中具有良好性能的多层膜。其中一个典型的例子是两层聚乙烯的组合,一层是基于密度约为0.918g/cm3的线性低密度聚乙烯(LLDPE)的密封层,另一层是中密度聚乙烯(MDPE)或具有更高密度的线性低密度聚乙烯(LLDPE)的芯层,其提高了力学性能。这种组合的缺点是,由于聚乙烯密度较高,在达到可接受的刚度/韧性平衡的同时,也牺牲了光学性能。
此外,已公开了类型众多的多层膜,这些膜应能解决上述机械性能(尤其是刚度和韧性)与加工性能之间无法实现满意的平衡的问题。
例如,WO 2008/104371公开了多层膜层压体,其包含具有给定层序的内层(A)、芯层((B)和外层(C)的多层膜,其被层压到基底上。
该内层(A)包含多峰聚乙烯组合物,即双峰线性低密度聚乙烯(LLDPE),其密度为940kg/m3或更低,分子量分布Mw/Mn至少为8,根据ISO 1133(190℃和2.16kg负载)确定的MFR2为0.01至20g/10分钟。
优选地,该LLDPE包含乙烯-1-己烯共聚物、乙烯-1-辛烯共聚物或乙烯-1-丁烯共聚物。
层(C)包含LLDPE,其可以是单峰或多峰LLDPE。此外,该LLDPE可以是znLLDPE,或者该LLDPE也可以用茂金属催化剂进行聚合得到(mLLDPE)。mLLDPE和znLLDPE都是优选的。同样优选地,层(C)可包含通过高压聚合获得的低密度聚乙烯(LDPE)均聚物或共聚物组合物。
层(B)可以包含层(A)或层(C)中使用的相同聚合物组合物,或由其组成。
商用等级LLDPE的FB2310或FB2230为至少层(A),以及如果存在可选层,则适用于可选层,例如层(B)的可行的多峰LLDPE的实例。
如密封起始温度(SIT)或热粘力等膜性能则完全没有提及。
WO 2006/037603公开了一种三层结构,其外层包括LLDPE,优选为单峰LLDPE,特别是单峰mLLDPE。该LLDPE优选为C2/C6-共聚物。
一层或两层外层可能含有LDPE。
据进一步披露,特定的膜可包含第一外层和另一外层,该第一外层包含单峰LLDPE和LDPE的共混物,另一外层由任选地与LDPE组分组合的多峰LLDPE形成。
该芯层包含具有较低分子量组分和较高分子量组分的多峰聚乙烯组分,即多峰LLDPE。
因此,多峰PE包含较高分子量组分,其优选地对应于乙烯共聚物,和较低分子量组分,其对应于乙烯均聚物或共聚物。这种三层膜尤其适用于生产小袋。
如密封起始温度(SIT)或热粘力等膜性能则完全没有提及。
对于包装公司来说,降低包装膜的密封起始温度(SIT)是至关重要的。从可持续和循环的角度来看,更需要低密封温度、低热粘温度(HTT)和高热粘力(HTF)。更低的SIT和更高的HTF可使包装线的运行速度更快和/或温度更低,从而节约成本和能源。
因此,本发明的目的是提供具有低SIT和HTT以及比现有技术中已知的多层膜具有更高HTF的多层膜。此外,本发明的目的是提供具有改进的光学性能,特别是降低的雾度,的多层膜。
另一个问题是包装材料首次使用后的回收问题。回收由不同材料,例如不同塑料,制成的包装膜比回收单一材料的解决方案更具挑战性。另一方面,有时需要使用不同的材料来获得可接受的性能,如密封性能和机械性能。因此,本发明的另一个目的是提供一种基于聚乙烯的单一材料解决方案,其具有良好的密封性能。
本发明人发现,包含某些精心挑选的成分(尤其是用于密封层和表层)的多层聚乙烯膜提供了一种具有低密封起始温度(SIT)、低热粘温度和改进的高热粘力的膜。共同实现了雾度等光学性能的改善与密封性能的改善,尤其是热粘力的提高。
发明内容
由此,本发明涉及一种多层聚乙烯膜,其包含至少作为密封层(SL)的层(A),和作为表层(SKL)的层(B);
其中,该密封层(SL)包含:
i)基于密封层(SL)总重量的30.0wt%至100wt%的第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1),其具有以下特性
密度在905至930kg/m3的范围内(ISO 1183);
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.1至2.0g/10分钟的范围内;
MFR21(190℃,21.6kg,ISO 1133)与MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)的比,即MFR21/MFR2,在22至70的范围内;
其中,该第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)由以下组成
(i)30.0至70.0wt%的聚乙烯组分(A),其由乙烯聚合物级分(A-1)和(A-2)组成;以及
(ii)70.0至30.0wt%的聚乙烯组分(B),
(A)与(B)的总量为100.0wt%;和
ii)0.0wt%至70wt%的乙烯-1-辛烯或乙烯-1-丁烯塑性体,其具有以下特性
密度在860至910kg/m3的范围内(ISO 1183);和
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.5至10.0g/10分钟的范围内;和
其中,该表层(SKL)包含:
基于表层(SKL)总重量的60.0wt%至100.0wt%的高密度聚乙烯(HDPE),其密度在945至970kg/m3的范围内(ISO 1183)。
在一实施方案中,本发明提供了一种多层聚乙烯膜,至少包含作为密封层(SL)的层(A)、作为表层(SKL)的层(B)以及作为芯层(CL)的层(C),其中,该芯层(CL)位于该密封层(SL)和该表层(SKL)之间,其中层(A)和层(B)如上限定,该芯层(CL)包含:
x)基于芯层(CL)的总重量的50.0wt%至99.0%wt%的多峰齐格勒-纳塔催化的线性低密度聚乙烯(znLLDPE-1),其密度在920至950kg/m3的范围内,MFR5(190℃,5kg,ISO1133)在0.1至4.0g/10分钟的范围内;以及
y)基于芯层(CL)的总重量的1.0wt%至50.0wt%的第二多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2),其具有以下特性
密度在905至930kg/m3的范围内(ISO 1183);和
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.1至2.0g/10分钟的范围内;
x)+y)的总量为100wt%。
定义
在本说明书和权利要求书中使用“包含”一词时,并不排除其他具有主要或次要功能重要性的其他非指定要素。就本发明而言,术语“由…组成”被认为是术语“包含”的优选实施方案。如果下文定义某一组包含至少一定数量的实施方案,则还应理解为其公开了优选仅由这些实施方案组成的组。
每当使用术语“包括”和“具有”时,这些术语的含义等同于上文定义的“包含”。
当不定冠词或定冠词用于指代单数名词时,除非另有特别说明,否则这包括该名词的复数形式。
茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE)在本发明中定义为在茂金属催化剂存在条件下制备的线性低密度聚乙烯共聚物。
齐格勒-纳塔催化的线性低密度聚乙烯(znLLDPE)本发明中定义为在齐格勒-纳塔催化剂存在条件下生产的线性低密度聚乙烯共聚物。
术语“多峰”在本文的多峰线性低密度聚乙烯中是指关于熔体流动速率(MFR)的多峰性。多峰线性低密度聚乙烯可具有关于一种或更多种其他特性方面,如密度、共聚单体类型和/或共聚单体含量,的多峰性,下文将对此进行描述。
如上文、下文或权利要求中定义的根据本发明使用的第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)在本文中也简称为mLLDPE-1。
如上文、下文或权利要求中定义的根据本发明使用的第二多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2)在本文中也简称为mLLDPE-2。
如上文、下文或权利要求中定义的根据本发明使用的多峰齐格勒-纳塔催化的线性低密度聚乙烯(znLLDPE)在本文中也简称为znLLDPE。
如上文、下文或权利要求中定义的根据本发明使用的(多峰)高密度聚乙烯(HDPE)在本文中也简称为HDPE。
就本发明而言,“由组分(A)和组分(B)组成的mLLDPE以及znLLDPE或HDPE”是指在至少2阶段的顺序聚合过程中生产聚乙烯,其中先生产第一组分(A),然后在组分(A)存在的情况下在随后的聚合步骤中生产组分(B),得到聚乙烯;或者相反,即先生产第一组分(B),然后在组分(B)存在的情况下在随后的聚合步骤中生产组分(A),得到聚乙烯。
多阶段工艺生产的聚乙烯也被称为“原位”或“反应器”共混物。最终产品由来自两个或更多个反应器的聚合物的紧密混合物组成,这些聚合物的不同分子量分布曲线共同构成了一分子量分布曲线,该曲线具有一个宽的最大值或两个或更多个最大值,即最终产品是一种多峰聚合物混合物。
发明的详细说明
本发明的膜是一种多层聚乙烯膜,至少包含层(A)和层(B)。
至少两层,即(A)和(B),均仅由聚乙烯聚合物组成,即除了乙烯基聚合物外没有其他聚合物。
在本发明的一实施方案中,该多层聚乙烯膜至少包括层(A)、层(B)和层(C)。
此外,层(C)仅由聚乙烯聚合物组成。
层(A),密封层(SL)
本发明的多层膜的层(A)为密封层(SL),包含
i)基于密封层(SL)总重量的30.0wt%至100wt%的第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1),和
ii)0.0wt%至70wt%的乙烯-1-辛烯或乙烯-1-丁烯塑性体,其具有以下特性
密度在860至910kg/m3的范围内(ISO 1183);和
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.5至10.0g/10分钟的范围内。
在本发明的一实施方案中,可以添加低密度聚乙烯(LDPE)而不是塑性体作为替代的聚乙烯基聚合物。基于密封层(SL)的总重量,该LDPE的总量为0.0至30.0wt%,其中,该任选的低密度聚乙烯(LDPE)的密度在910至940kg/m3(ISO1183)的范围内,MFR2(ISO1133,2.16kg,190℃)在0.05至2.0g/10分钟的范围内。
优选地,添加塑性体作为第二聚乙烯基聚合物。
更优选的是,该密封层(SL)由第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)组成。
第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)
该第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)的密度(ISO 1183)在905至930kg/m3的范围内,优选在908至925kg/m3的范围内,更优选在910至920kg/m3的范围内,如912至918kg/m3
该第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.1至2.0g/10分钟的范围内,优选为0.5至1.8g/10分钟,更优选为0.8至1.5g/10分钟,如0.9至1.3g/10分钟。
该第一多峰金属催化线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)的MFR21(190℃,21.6kg,ISO1133)与MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)的比率,即MFR21/MFR2的范围为22至70,优选为25至50,更优选为28至35。
该第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)是乙烯与至少两种不同共聚单体的共聚物,该共聚单体选自具有4至10个碳原子的α-烯烃,例如1-丁烯、1-己烯、1-辛烯,优选1-丁烯和1-己烯。
基于多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1),1-丁烯的总量优选在0.1至3.0wt%的范围内,优选在0.2至2.5wt%的范围内,更优选在0.3至2.0wt%的范围内。
基于多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1),1-己烯的总量优选在2.0至20.0wt%的范围内,优选在4.0至18.0wt%的范围内,更优选在6.0至15.0wt%的范围内。
第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)的密封层(SL)由以下部分组成
(i)30.0至70.0wt%的聚乙烯组分(A),和
(ii)70.0至30.0wt%的聚乙烯组分(B)。
(A)与(B)的总量为100.0wt%。
此外,该聚乙烯组分(A)由乙烯聚合物级分(A-1)和(A-2)组成。
可以先生产级分(A-1),然后在后续反应器中在级分(A-1)存在的情况下生产级分(A-2);或者相反,即先生产级分(A-2),然后在后续反应器中在级分(A-2)存在的情况下生产级分(A-1)。优选先生产级分(A-1)。
该多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)在此被称为“多峰”,因为包括乙烯聚合物级分(A-1)和(A-2)的聚乙烯组分(A),以及聚乙烯组分(B)是在不同的聚合条件下产生的,导致不同的熔体流动速率(MFR,例如MFR2)。也就是说,该多峰聚乙烯至少在聚乙烯组分(A)和(B)的MFR差异方面是多峰的。
优选地,聚乙烯组分(A)的具有4至10个碳原子的α-烯烃共聚单体不同于聚乙烯组分(B)的具有4至10个碳原子的α-烯烃共聚单体;更优选地,聚乙烯组分(A)的具有4至10个碳原子的α-烯烃共聚单体选自1-丁烯、1-己烯和1-辛烯,更优选为1-丁烯;且聚乙烯组分(B)的具有4至10个碳原子的α-烯烃共聚单体优选地选自1-己烯和1-辛烯,更优选为1-己烯。
聚合物级分(A-1)和(A-2)的共聚单体类型相同,因此级分(A-1)和(A-2)使用相同的具有4至10个碳原子的α-烯烃共聚单体,更优选的是两种级分都使用1-丁烯作为共聚单体。
因此,在优选实施方案中,聚乙烯组分(A)是乙烯-1-丁烯聚合物组分(A),聚乙烯组分(B)是乙烯-1-己烯聚合物组分(B)。
基于乙烯-1-丁烯聚合物组分(A),存在于乙烯-1-丁烯聚合物组分(A)中的1-丁烯的总量(wt%)为0.5至8.0wt%,优选为0.6至6.0wt%,更优选为0.8至5.0wt%,甚至更优选为1.0至4.0wt%。
基于乙烯-1-己烯聚合物组分(B),存在于乙烯-1-己烯聚合物组分(B)中的1-己烯的总量(wt%)为8.0至25.0wt%,优选为9.0至22.0wt%,更优选为10.0至20.0wt%。
该乙烯聚合物组分(A)和(B)的MFR2不同。
该乙烯聚合物组分(A)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在2.0至400g/10分钟的范围内,优选为2.5至300g/10分钟,更优选为3.0至200g/10分钟,甚至更优选为3.2至100g/10分钟,仍更优选为3.5至70.0g/10分钟,如3.8至50.0g/10分钟。
该乙烯聚合物组分(B)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.001至1.5g/10分钟的范围内,优选为0.005至1.0g/10分钟,更优选为0.01至0.8g/10分钟,甚至更优选为0.02至0.5g/10分钟。
该乙烯聚合物级分(A-1)和(A-2)的MFR2可能不同,也可能相同。
该乙烯聚合物级分(A-1)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在1.0至800.0g/10分钟的范围内,优选为1.5至400.0g/10分钟,更优选为1.8至200.0g/10分钟,甚至更优选为2.0至50.0g/10分钟,如2.1至40.0g/10分钟。
该乙烯聚合物级分(A-2)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在2.0至400.0g/10分钟的范围内,优选为2.5至200.0g/10分钟,更优选为3.0至100.0g/10分钟,最优选为3.5至80.0g/10分钟。
在本发明的一实施方案中,优选地,乙烯-1-丁烯聚合物组分(A)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)与最终多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)的比率至少为3.0至120.0,优选为3.5至100.0,更优选为4.0至90.0。
该乙烯聚合物组分(A)的密度在920至950kg/m3的范围内,优选为925至948kg/m3,更优选为930至945kg/m3,和/或该乙烯聚合物组分(B)的密度在885至918kg/m3的范围内,优选为888至915kg/m3,更优选为890至912kg/m3
该乙烯聚合物级分(A-1)和(A-2)的密度可以不同,也可以相同。
该聚合物级分(A-1)的密度在920至950kg/m3的范围内,优选为925至948kg/m3,更优选为930至946kg/m3,如935至945kg/m3
该聚合物级分(A-2)的密度在920至950kg/m3的范围内,优选为925至945kg/m3
在本发明范围内,该聚乙烯组分(A)的第一和第二乙烯聚合物级分(A-1和A-2)以4:1至1:4的重量比存在,例如3:1至1:3,或2:1至1:2,或1:1。
基于该多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1),该聚乙烯组分(A)的含量为30.0至70.0wt%,优选为32.0至55.0%wt%,甚至更优选为34.0至45.0%wt%。
因此,基于该多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1),该聚乙烯组分(B)的含量为70.0至30.0wt%,优选为68.0至45.0%wt%,更优选为66.0至55.0%wt%。
由于多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)的聚乙烯组分(A)由乙烯聚合物级分(A-1)和(A-2)组成,因此该多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)可以采用三阶段工艺生产,优选包含第一浆料反应器(环管反应器1),其中该第一浆料环管反应器与另一浆料反应器(环管反应器2)串联;使得在该环管反应器1中产生的第一乙烯聚合物级分(A-1)被送入该环管反应器2,其中在第一级分(A-1)存在的情况下产生第二乙烯聚合物级分(A-2)。可以先生产级分(A-1),然后在后续反应器中在级分(A-1)存在的情况下生产级分(A-2);或者相反,即先生产级分(A-2),然后在后续反应器中在级分(A-2)存在的情况下生产级分(A-1)。优选先生产级分(A-1)。
于是该环管反应器2串联到气相反应器(GPR),使得离开该第二浆料反应器的第一聚乙烯组分(A)被送入该GPR以生产三峰聚乙烯共聚物。在这种情况下,选择两个浆料反应器中的反应条件,使得两个浆料反应器中生产出的产品在MFR和/或密度方面有所不同。
这种工艺在WO 2016/198273、WO 2021009189、WO 2021009190、WO 2021009191和WO 2021009192等文献中均有描述。有关如何制备合适的多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)的详细信息可以在这些参考文献中找到。
合适的工艺是Borstar PE工艺或Borstar PE 3G工艺。
因此,根据本发明的多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)优选在环路气体级联中生产。这种聚合步骤可之前可以有预聚合步骤。预聚合的目的是在低温和/或低单体浓度的条件下将少量聚合物聚合到催化剂上。通过预聚合,可以改善浆料中催化剂的性能和/或改进最终聚合物的性能。优选在浆料中进行预聚合步骤,并且在可选的预聚合步骤中产生的聚合物量应计为聚乙烯组分(A)的量(wt%)。
当存在预聚合步骤时,优选将催化剂组分全部引入预聚合步骤。不过,如果固体催化剂组分和助催化剂可以分开进料,则可以只将部分助催化剂引入预聚合阶段,而将剩余部分引入后续聚合阶段。此外,在这种情况下,有必要在预聚合阶段引入足够多的助催化剂,以便在其中获得充分的聚合反应。
应理解,在本发明的范围内,在预聚合中产生的聚合物的量相对于最终的茂金属催化的多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)在1至5wt%之内。其可以算作第一聚乙烯组分(A)的一部分。
催化剂/
根据本发明使用的mLLDPE-1是使用茂金属催化剂制成的。茂金属催化剂包含茂金属配合物和助催化剂。该茂金属化合物或配合物在此也称为有机金属化合物(C)。
该有机金属化合物(C)包含元素周期表(IUPAC 2007)第3至10族的过渡金属(M)或锕系元素或镧系元素。
根据本发明的术语“有机金属化合物(C)”包括具有至少一种有机(配位)配体并且单独或与助催化剂一起表现出催化活性的过渡金属的任意茂金属或非茂金属化合物。过渡金属化合物在本领域是众所周知的,并且本发明涵盖了第3至第10族金属化合物,如第3至第7族,或第3至第6族,如元素周期表中的第4至第6族(IUPAC 2007),以及镧系元素或锕系元素。
在一实施方案中,有机金属化合物(C)具有下式(I):
其中,每个X独立地为卤素原子,C1-6烷基、C1-6烷氧基、苯基或苄基;
每个Het独立地为含有至少一个选自O或S的杂原子的单环杂芳基团;
L是-R'2Si-,其中每个R'独立地是被具有1至10个碳原子的烷氧基取代的C1-10烷基或C1-20烃基;
M是Ti、Zr或Hf;
每个R1相同或不同,为C1-6烷基或C1-6烷氧基;
每个n是1至2;
每个R2相同或不同,为C1-6烷基、C1-6烷氧基或-Si(R)3基团;
每个R为被1至3个C1-6烷基任选取代的C1-10烷基或苯基;以及
每个p是0至1。
优选地,式(I)的化合物具有如下结构
其中,每个X独立地为卤素原子,C1-6烷基、C1-6烷氧基、苯基或苄基;
L是Me2Si-;
每个R1相同或不同,为C1-6烷基,例如甲基或叔丁基;
每个n是1至2;
R2是-Si(R)3烷基;每个p是1;
每个R是C1-6烷基或苯基。
高度优选的式(I)配合物是
最优选地,使用二甲基硅烷二基双[2-(5-三甲基硅基呋喃-2-基)-4,5-二甲基环戊二烯-1-基]二氯化锆配合物。
更优选地,mLLDPE-1的聚乙烯组分(A)和(B)使用相同的茂金属催化剂,即是在相同茂金属催化剂存在条件下生产的。
为了形成催化剂,使用本领域众所周知的助催化剂,也称为活化剂。包含Al或B的助催化剂也是众所周知的,可以在这里使用。优选使用甲基铝氧烷(如MAO)或硼基助催化剂(如硼酸盐)。
与齐格勒-纳塔催化法不同,使用单位点催化法制造的聚乙烯共聚物具有与齐格勒-纳塔材料相区别的特征。特别是,共聚单体的分布更加均匀。这一点可以使用TREF或Crystaf技术来证明。催化剂残留物也可以表明所使用的催化剂。例如,齐格勒-纳塔催化剂不含Zr或Hf族(IV)金属。
mLLDPE-1可选地可含有添加剂和/或填料。
可选的添加剂和填料及其用量在膜应用领域是常规的。此类添加剂的例子有抗氧化剂、加工稳定剂、紫外线稳定剂、颜料、填料、抗静电添加剂、抗阻塞剂、成核剂、酸清除剂以及聚合物加工剂(PPA)等等。
乙烯-1-辛烯或乙烯-1-丁烯塑性体
密封层(SL)可含有乙烯-1-辛烯或乙烯-1-丁烯塑性体作为额外的聚乙烯基聚合物,其含量为0.0wt%至70.0wt%。
在添加塑性体作为额外聚乙烯基聚合物的情况下,基于该密封层(SL)的总重量,塑性体的量在20.0wt%至65.0%wt%的范围内,优选为30.0wt%至60.0wt%。
该乙烯-1-辛烯或乙烯-1-丁烯塑性体的密度(ISO1183)在860至910kg/m3的范围内,优选为870至908kg/m3,更优选为880至905kg/m3
该塑性体的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.5至10.0g/10分钟的范围内,优选为0.8至8.0g/10分钟,更优选为0.9至5.0g/10分钟,如0.9至3.5g/10分钟。
优选的塑性体是乙烯-1-辛烯塑性体。
该塑性体中共聚单体例如1-辛烯的含量可在5.0至40.0wt%的范围内,如12.0至30.0wt%。
合适的塑性体的分子质量分布Mw/Mn通常低于4,如3.8或更低,但至少为2.0。优选在3.7到2.1之间。
合适的乙烯-1-丁烯或乙烯-1-辛烯塑性体可以是具有上述定义性质的乙烯与1-丁烯或1-辛烯的任何共聚物,这些共聚物可以在市场上购得,例如,来自Borealis公司,商品名Queo,如Queo 8201或Queo 0201,来自美国DOW化学公司,商品名Engage或Affinity,或来自三井化学公司(Mitsui Chemicals),商品名Tafmer。
或者,这些塑性体也可以通过已知的工艺进行一阶段或两阶段的聚合过程来制备,该过程包含溶液聚合、浆料聚合、气相聚合或其组合,在本领域技术人员已知的适当催化剂(如钒氧化物催化剂或单位点催化剂,例如,茂金属催化剂或限制几何催化剂)存在的情况下进行。本发明的塑性体理想情况下使用茂金属型催化剂形成。
优选地,这些塑性体采用一阶段或二阶段的溶液聚合工艺制备,特别是通过温度高于100℃的高温溶液聚合工艺制备。
这种工艺主要是基于将单体和合适的共聚单体在液态烃溶剂(所得的聚合物可溶于其中)中聚合。该聚合反应在高于聚合物熔点的温度下进行,其结果是得到聚合物溶液。对该溶液进行闪蒸,以便将聚合物与未反应的单体和溶剂分离。然后在此过程中对溶剂进行回收和再循环。
该溶液聚合工艺优选为高温溶液聚合工艺,采用高于100℃的聚合温度。更优选聚合温度至少为110℃,更优选至少为150℃。聚合温度可高达250℃。
这种溶液聚合工艺中的压力优选在10至100巴的范围内,优选为15至100巴,更优选为20至100巴。所使用的液态烃溶剂优选为未取代或被C1-4烷基取代的C5-12烃,如戊烷、甲基戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己烷、甲基环己烷和氢化石脑油。更优选地,使用未取代的C6-10烃溶剂。
一种适用于本发明工艺的已知溶液技术是BorceedTM技术。
低密度聚乙烯(LDPE)
密封层(SL)可以不含塑性体,而是含有0.0wt%至30.0%wt%的低密度聚乙烯(LDPE)作为额外的聚乙烯基聚合物。
在添加LDPE作为额外聚乙烯基聚合物的情况下,基于该密封层(SL)的总重量,LDPE的量在5.0wt%至30.0%wt%的范围内,优选为15.0wt%至25.0wt%。
该可选的LDPE的密度在910至940kg/m3的范围内(ISO1183),其MFR2(ISO1133,2.16kg,190℃)在0.05至2.0g/10分钟的范围内。
该低密度聚乙烯(LDPE)优选为在高压工艺中生产的低密度聚乙烯。
这种LDPE在本领域是众所周知的,并且他们通常含有将LDPE与线性低密度聚乙烯(LLDPE)区分开来的长链分支。
该LDPE的密度(ISO1183)优选在912至938kg/m3的范围内,更优选在914至935kg/m3的范围内,仍更优选在915至925kg/m3的范围内。
此外,该LDPE的熔体流动速率MFR2(ISO1133,2.16kg,190℃)优选在0.08至1.9g/10分钟的范围内,更优选在0.10至1.8g/10分钟的范围内,甚至更优选在0.15至1.5g/10分钟的范围内。
该LDPE的Tm(DSC,ISO 11357-3)优选在70至180℃的范围内,更优选为90至140℃,例如约110至120℃。
适用于层(A)的LDPE可以是任何常规的LDPE,例如,市场上已知的LDPE,或者它们可以按照任何常规高压聚合(HP)工艺在管式反应器或高压釜反应器中使用自由基形成法制备。此类高压工艺在聚合物化学领域是众所周知的。
典型的压力为从1000至3000巴。聚合温度优选在150至350℃的范围内。自由基引发剂是众所周知的,例如有机过氧化物引发剂。
合适的LDPE可以从Borealis、Basell、Exxon、Sabic或其他供应商处获得。
层(B),表层(SKL)
层(B)为多层膜的表层(SKL),其包含
a)基于表层(SKL)的总重量的60.0wt%至100.0%wt%的多峰高密度聚乙烯(HDPE),其密度在945至970kg/m3的范围内(ISO 1183),MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.1至2.0g/10分钟的范围内。
作为额外的聚合物,基于表层(SKL)总重量,添加了总重为0.0至40.0wt%,优选5.0wt%至30.0wt%,更优选10.0wt%至25.0wt%的,乙烯-1-辛烯或乙烯-1-丁烯塑性体,其密度在860至910kg/m3(ISO 1183)的范围内,MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.5至10.0g/10分钟的范围内;和/或线性低密度聚乙烯(LLDPE),其密度范围为910至945kg/m3(ISO 1183),MFR2(ISO1133,2.16kg,190℃)在0.1至2.0g/10分钟的范围内。
合适的塑性体如上文针对层(A)所述。
合适的LLDPE有,例如,如下所述的用于芯层(CL)的znLLDPE;或例如用于密封层(SL)或芯层(CL)的茂金属催化的线性低密度聚乙烯,或市售可得的mLLDPE,如FK1820(Borealis或Borouge);或道达尔(Total)公司的Supertough牌号(如40ST05或22ST05)。
优选地,该表层(SKL)由高密度聚乙烯(HDPE)组成。
高密度聚乙烯(HDPE)
该高密度聚乙烯(HDPE)的密度在945至970kg/m3的范围内(ISO 1183),优选为948至968kg/m3,更优选为950至965kg/m3,如951至962kg/m3
该HDPE的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.1至3.0g/10分钟的范围内,优选为0.2至2.5g/10分钟,更优选为0.5至2.0g/10分钟。
该HDPE的MFR5(190℃,5kg,ISO 1133)可以在1.0至10.0g/10分钟的范围内,优选为1.5至8.0g/10分钟,更优选为2.0至6.0g/10分钟。
该HDPE的MFR21(190℃,21.6kg,ISO 1133)可以在20.0至100.0g/10分钟的范围内,优选为25.0至80.0g/10分钟,更优选为30.0至60.0g/10分钟。
该HDPE的(熔体)流动速率比率FRR21/5(MFR21/MFR5)可为5至30,优选为7至25,最优选为8至20。
该HDPE的熔化温度(Tm)可在128℃至140℃的范围内,优选为129℃至135℃。
该HDPE既可以用茂金属催化剂体系生产,也可以用齐格勒-纳塔催化剂体系生产。
茂金属催化剂体系
作为茂金属催化剂体系,可使用上文所述的mLLDPE-1的催化剂体系。
或者,也可以使用式(II)的茂金属配合物。
(Cp)2RnMX2 (II)
其中:
每个Cp独立地为未取代或取代的和/或稠合的环戊二烯基配体,例如,取代或未取代的环戊二烯基、取代或未取代的茚基或取代或未取代的芴基配体;
任选的一个或多个取代基独立地优选选自卤素、烃基(例如C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C3-C12环烷基、C6-C20芳基或C7-C20芳烷基)、环结构中含有1、2、3或4个杂原子的C3-C12环烷基、C6-C20杂芳基、C1-C20卤代烷基、-SiR"3、-OSiR"3、-SR"、-PR"2、OR"或-NR"2
每个R"独立地为氢或烃基,例如C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C3-C12环烷基或C6-C20芳基;或者,例如在-NR"2的情况下,两个取代基R"可与所连接的氮原子一起形成环,例如五元或六元环;
R是由1-7个原子组成的桥,例如由1-4个C原子和0-4个杂原子组成的桥,其中杂原子可以是例如Si、Ge和/或O原子,其中每个桥原子可以独立地带有取代基,例如C1-C20烷基、三(C1-C20烷基)硅基、三(C1-C20烷基)硅氧基或C6-C20芳基取代基);或由1-3个杂原子组成的桥,例如一个或两个杂原子,例如硅、锗和/或氧原子,例如–SiR2 2-,其中每个R2独立地是C1-C20烷基、C3-12环烷基、C6-C20芳基或三(C1-C20烷基)硅基残基,例如三甲基硅基;
M为第4族过渡金属,如Ti、Zr或Hf,尤其是Zr或Hf;
每个X独立地为σ配体,例如H、卤素、C1-C20烷基、C1-C20烷氧基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C3-C12环烷基、C6-C20芳基、C6-C20芳氧基、C7-C20芳烷基、C7-C20芳烯基、-SR"、-PR"3、-SiR"3、-OSiR"3、-NR"2或-CH2-Y,其中Y是C6-C20芳基、C6-C20-杂芳基、C1-C20烷氧基、C6-C20芳氧基、NR"2、-SR”、-PR"3、-SiR"3或-OSiR"3;
上述每一个单独的或以Cp、X、R”或R2的取代基的形式成为另一结构的一部分的环结构,可进一步用例如可含有Si和/或O原子的C1-C20烷基取代;
n是0或1。
适当地,在作为-CH2-Y的每个X中,每个Y独立地选自C6-C20芳基、NR"2、-SiR"3或-OSiR"3。最优选的是,作为-CH2-Y的X是苄基。除-CH2-Y以外的每个X独立地为卤素、C1-C20烷基、C1-C20烷氧基、C6-C20芳基、C7-C20芳基烯基或如上定义的-NR"2,例如-N(C1-C20烷基)2
优选地,每个X是卤素、甲基、苯基或-CH2-Y,每个Y独立地如上所定义,更优选地,X是卤素或甲基。
优选地,Cp为环戊二烯基、茚基、四氢茚基或芴基,可任选地按上述定义被取代。更优选地,Cp是环戊二烯基或茚基,甚至更优选Cp是环戊二烯基。
在式(II)化合物的一个合适子组中,每个Cp独立带有1、2、3或4个如上定义的取代基,优选1、2或3个,如1或2个取代基,它们优选选自C1-C20烷基、C6-C20芳基、C7-C20芳烷基(其中单独或作为另一个结构的一部分的芳基环可如上所述被进一步取代)、-OSiR"3,其中R"如上所述,优选C1-C20烷基。
如果R存在,则R优选为亚甲基、乙烯或硅基桥,其中硅基可按上述定义被取代,例如(二甲基)Si=、(甲基苯基)Si=、(甲基环己基)硅基=或(三甲基硅基甲基)Si=;
n是0或1,优选为0。
茂金属的制备可以根据或类似地从文献中已知的方法进行,并且在本领域技术人员的技能范围内。因此,对于该制备方法,参考例如EP-A-129 368,其中金属原子带有-NR"2配体的化合物的示例参考例如WO9856831和WO0034341。对于该制备方法,也可以参考例如EP260130A、WO9728170、WO9846616、WO9849208、WO9912981、WO9919335、WO9856831、WO00/34341、EP423101A和EP537130A。
最优选的茂金属配合物是二(1-甲基-3-正丁基环戊二烯基)氯化锆(IV)。
齐格勒-纳塔催化剂体系
一种合适的齐格勒-纳塔催化剂含有负载在颗粒载体上的镁化合物、铝化合物和钛化合物。
该颗粒载体可以是无机氧化物载体,如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅-氧化铝和二氧化硅-二氧化钛。优选地,该载体为二氧化硅。
二氧化硅载体的平均粒径一般为10至100μm。不过,事实证明,如果该载体的平均粒径在15至30μm之间,优选为18至25μm,则特别有利。
该镁化合物是二烷基镁和醇的反应产物。该醇是一种直链或支链的脂肪族一元醇。优选地,该醇具有6至16个碳原子。特别优选的是支链醇,优选的醇的一个实例是2-乙基-1-己醇。该二烷基镁可以是镁与两个相同或不同的烷基键合的任何化合物。丁基辛基镁是优选的二烷基镁的一个实例。
该铝化合物是含氯的烷基铝。特别优选的化合物有二氯烷基铝和倍半烷基氯化铝。
该钛化合物为含卤素的钛化合物,优选含氯的钛化合物。特别优选的钛化合物是四氯化钛。
如EP-A-688794所述,可以通过将载体与上述化合物依次接触来制备该催化剂。或者,也可以按照WO-A-01/55230中所述的方法,首先用各组分制备溶液,然后将溶液与载体接触来制备。
上述固定催化剂组分与烷基铝助催化剂(优选为三烷基铝化合物)接触后,可用于聚合反应。固体催化剂组分和烷基铝助催化剂的接触可以在将催化剂引入聚合反应器之前进行,也可以通过将两种组分分别引入聚合反应器来进行。
合适的齐格勒-纳塔催化剂及其生产方法如EP1378528所述。
该HDPE可以是单峰的,也可以是多峰的。
实施方案(I)
在实施方案(I)中,HDPE是单峰的,且在一个聚合阶段或两个聚合阶段生产,其中在两个阶段采用相同的反应条件,以便在两个阶段生产同种聚合物。
该单峰HDPE的特性如上所述。
优选地,该HDPE是多峰HDPE。
优选的多峰高密度聚乙烯(HDPE)被称为“多峰”,因为它是通过至少两阶段聚合工艺生产的,在该至少两阶段聚合工艺中,生产出至少两种具有不同特性即具有不同的密度和MFR的不同聚乙烯组分。
在一实施方案中,该多峰高密度聚乙烯(HDPE)由两种聚乙烯组分(D)和(E)组成,因此为双峰HDPE,其中该双峰HDPE是通过二阶段聚合工艺生产的。
在另一实施方案中,该聚乙烯组分(D)由乙烯聚合物级分(D-1)和(D-2)组成,因此该多峰HDPE是三峰HDPE,其中该三峰HDPE是通过三阶段聚合步骤生产的。
实施方案(II)
在一优选的实施方案中,即实施方案(II)中,多峰HDPE是三峰HDPE,它是在茂金属催化剂体系或齐格勒-纳塔催化剂体系存在的条件下,优选在上述的茂金属催化剂体系存在的条件下生产的。
在实施方案(I)中,该三峰HDPE的聚乙烯组分(D)是乙烯共聚物,其组分(E)是乙烯均聚物或共聚物。
优选地,组分(E)由单一的乙烯均聚物或共聚物组成。组分(D)是包含(例如由其组成)第一乙烯共聚物级分(D-1)和第二乙烯共聚物级分(D-2)的乙烯共聚物混合物,其中该第一和第二乙烯共聚物级分中的共聚单体是相同的。
在本发明的实施方案(II)中,该聚乙烯组分(D)的MFR2优选在10至400g/10分钟的范围内,更优选在12至200g/10分钟的范围内,甚至更优选在15至100g/10分钟的范围内,最优选在20至50g/10分钟的范围内。
该聚乙烯组分(D)的密度优选在955至970kg/m3的范围内,更优选为958至968kg/m3,甚至更优选为960至965kg/m3
如上文所述,在实施方案(II)中,该聚乙烯组分(D)是乙烯共聚物。优选的乙烯共聚物采用α-烯烃(例如C3-12α-烯烃)作为共聚单体。合适的α-烯烃的实例包括1-丁烯、1-己烯和1-辛烯;1-丁烯是一种特别优选的共聚单体。
聚乙烯组分(D)由两个级分组成,即第一乙烯共聚物级分(D-1)和第二乙烯共聚物级分(D-2)。
可以先生产级分(D-1),然后在后续反应器中在级分(D-1)存在的情况下生产级分(D-2);或者相反,即先生产级分(D-2),然后在后续反应器中在级分(D-2)存在的情况下生产级分(D-1)。优选先生产级分(D-1)。
级分(D-1)和(D-2)的MFR2和/或密度可以相同,也可以不同。
因此,该乙烯聚合物级分(D-1)和/或该乙烯聚合物级分(D-2)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)优选地在10.0至80.0g/10分钟的范围内,优选为15.0至70.0g/10分钟,更优选为20.0至60.0g/10分钟,甚至更优选为30.0至50.0g/10分钟。
优选地,级分(D-1)的MFR2高于级分(D-2)的MFR2
该乙烯聚合物级分(D-1)和/或(D-2)的密度优选在945至975kg/m3的范围内,更优选为950至970kg/m3,甚至更优选为952至968kg/m3
优选地,级分(D-2)的密度高于级分(D-1)的密度。
该聚乙烯组分(E)的MFR2优选在0.01至1.0g/10分钟的范围内,更优选为0.02至0.8g/10分钟,甚至更优选为0.05至0.5g/10分钟。
该聚乙烯组分(E)的密度优选在925至965kg/m3的范围内,更优选为930至962kg/m3,甚至更优选为935至960kg/m3
如上所述,该聚乙烯组分(E)是乙烯均聚物或共聚物。
本文使用的表述“均聚物”是指基本上由,即至少98wt%,优选至少99wt%,更优选至少99.5wt%,最优选至少99.8wt%组成的聚乙烯。
在聚乙烯组分(E)为乙烯共聚物的情况下,优选的乙烯共聚物采用α-烯烃(例如C3-12α-烯烃)作为共聚单体。合适的α-烯烃的实例包括1-丁烯、1-己烯和1-辛烯;1-己烯是一种特别优选的共聚单体。
实施方案(II)中的多峰HDPE通过使用产生多峰(即三峰)聚合物产品的条件聚合生产。
对于三阶段聚合工艺中的聚合过程,参照mLLDPE-1相关描述。
实施方案(III)
在实施方案(III)中,多峰HDPE是双峰HDPE,它是在茂金属催化剂体系或齐格勒-纳塔催化剂体系(znHDPE)存在的条件下生产的,优选在齐格勒-纳塔催化剂体系存在的条件下生产。
实施方案(III)的HDPE是乙烯均聚物或乙烯共聚物。乙烯共聚物是包括乙烯单体和一种或多种共聚单体的聚合物。
该共聚单体可以是具有4至12个碳原子的α-烯烃,例如1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯。
更优选地,实施例(III)的HDPE是乙烯与1-丁烯、1-己烯或1-辛烯的共聚物,最优选为乙烯与1-丁烯的共聚物。
优选地,该HDPE中存在的共聚单体的总量为0.0至0.40mol%,更优选为0.01至0.30mol%,最优选为0.02至0.20mol%。
该HDPE包含或由较低分子量(LMW)组分(D)和较高分子量(HMW)组分(E)组成;其中,该较低分子量组分(D)是乙烯均聚物,密度为965至975kg/m3,该较高分子量组分(E)是乙烯与至少一种C4至C12α-烯烃的乙烯共聚物,密度为935至955kg/m3
较低分子量(LMW)组分(D)的分子量低于较高分子量组分(E),因此其MFR2高于较高分子量(HMW)组分(E)。
根据本发明使用的HDPE优选在齐格勒-纳塔催化剂体系存在的条件下生产,因此为znHDPE。
可使用Borouge公司生产的FB5600树脂作为双峰znHDPE。
层(C),芯层(CL)
在一实施方案中,本发明提供了一种多层聚乙烯膜,其至少包含作为该密封层(SL)的层(A),作为该表层(SKL)的层(B),以及作为芯层(CL)的层(C),其中该芯层(CL)位于该密封层(SL)和该表层(SKL)之间,并且其中层(A)和层(B)的定义同上。
该芯层(CL)包含:
x)基于芯层(CL)的总重量的50.0wt%至99.0%wt%的多峰齐格勒-纳塔催化的线性低密度聚乙烯(znLLDPE-1),其密度(ISO 1183)在920至950kg/m3的范围内,MFR5(190℃,5kg,ISO 1133)在0.1至4.0g/10分钟的范围内;以及
y)基于芯层(CL)的总重量的1.0wt%至50.0wt%的第二多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2),其具有以下特性
密度在905至930kg/m3的范围内(ISO 1183);和
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.1至2.0g/10分钟的范围内;
x)+y)的总和为100wt%。
优选地,基于芯层(CL)的总重量,znLLDPE-1的含量为60.0至95.0wt%,更优选为65.0至90.0wt%,甚至更优选为70.0至85.0wt%。
因此,基于芯层(CL)的总重量,mLLDPE-2在芯层(CL)中的含量为5.0至40.0wt%,更优选为10.0至35.0wt%,甚至更优选为15.0至30.0wt%。
多峰齐格勒-纳塔催化的线性低密度聚乙烯(znLLDPE-1)
多峰齐格勒-纳塔催化的线性低密度聚乙烯(znLLDPE-1)的密度(ISO 1183)在920至950kg/m3的范围内,优选为925至945kg/m3,更优选为928至942kg/m3,如930至940kg/m3
znLLDPE-1的MFR5(190℃,5kg,ISO 1133)在0.1至4.0g/10分钟的范围内,优选为0.5至3.5g/10分钟,更优选为0.7至3.0g/10分钟,如0.8至2.5g/10分钟。
znLLDPE-1含有至少一种或两种共聚单体。合适的共聚单体是C3-C10α-烯烃共聚单体。
因此,znLLDPE-1可以是乙烯与一种C3-C10烯烃共聚单体的共聚物,也可以是乙烯与两种不同的C3-C10烯烃共聚单体的三元共聚物。
优选地,共聚单体选自1-丁烯、1-己烯和1-辛烯。所使用的共聚单体优选为1-丁烯和/或1-己烯。
更优选的是包含1-丁烯和1-己烯共聚单体的三元共聚物。
znLLDPE的总单体含量优选在0.3至7.0mol%的范围内,更优选为0.6至4.5mol%,甚至更优选为1.5至3.5mol%。
1-丁烯的含量优选为0.1至3.0mol%,更优选为0.2至2.0mol%,甚至更优选为0.3至1.5mol%;1-己烯的含量优选为0.2至4.0mol%,更优选为0.4至2.5mol%,甚至更优选为0.7至2.0mol%。
在本发明的多层膜的一实施方案中,用于层(C)(芯层(CL))的znLLDPE-1包含
(X-1)较低分子量(LMW)的乙烯均聚物和
(X-2)较高分子量(HMW)的乙烯、1-丁烯和1-己烯的三元共聚物。
较低分子量均聚物级分(X-1)的分子量低于较高分子量三元聚物级分(X-2)。
在本发明的另一实施方案中,较低分子量(LMW)乙烯均聚物(X-1)由一种或两种级分组成,即由一种或两种乙烯均聚物组成。
当较低分子量(LMW)乙烯均聚物(X-1)由两种乙烯均聚物组成时,这两种级分就被命名为(LMW-1)和(LMW-2)。
znLLDPE-1的较低分子量均聚物(X-1)的根据ISO 1133标准(190℃)的熔融指数MFR2在200至1000g/10分钟的范围内,优选为250至800g/10分钟;根据ISO 1183标准的密度在940至980kg/m3的范围内,优选为945至975kg/m3;共聚单体含量在0至2.5mol%的范围内,优选为0至2.0mol%。
znLLDPE-1的较低分子量级分(X-1)的含量在30至60wt%的范围内,优选为35至50wt%,更优选为35至45wt%。
本文使用的表述“乙烯均聚物”是指基本上由,即按重量计至少98.0%wt%,优选至少99.0%wt%,更优选至少99.5%wt%,如至少99.8%wt%的乙烯组成的聚乙烯。
当较低分子量(LMW)乙烯均聚物(X1)由两种乙烯均聚物即级分(LMW-1)和(LMW-2)组成,则这两种级分根据ISO 1133(190℃)优选具有不同的MFR2
均聚物级分(LMW-1)根据ISO 1133(190℃)的MFR2优选在100至400g/10分钟的范围内,更优选在150至300g/10分钟的范围内,而均聚物级分(LMW-2)根据ISO 1133(190℃)的MFR2优选在450至1200g/10分钟的范围内,更优选在600至1100g/10分钟的范围内。
级分(LMW-1)的MFR2优选低于总低分子量(LMW)乙烯均聚物(X-1)的MFR2
根据一优选的实施方案,MFR2(LMW-1)/MFR2(X-1)的比率例如可以在大于1到10之间,优选为1.5至5,例如1.5至4。
理想情况下,第一和第二均聚物级分(LMW-1)和(LMW-2)之间的MFR差值越大越好。
理想情况下,第一均聚物级分(LMW-1)与总低分子量(LMW)乙烯均聚物(X-1)的MFR2之间的MFR差值越大越好,例如,第一均聚物级分(LMW-1)的MFR2可至少比总低分子量(LMW)乙烯均聚物(X-1)的MFR2低50g/10分钟,例如至少100g/10分钟,或100至200g/10分钟。
两种均聚物级分(LMW-1)和(LMW-2)的密度可以相同,也可以不同,在955至980kg/m3的范围内,优选为965至980kg/m3或965至975kg/m3
在本发明的一实施方案中,均聚物级分(LMW-1)和(LMW-2)的密度相同或相差+/-5kg/m3,优选+/-2kg/m3
总低分子量(LMW)乙烯均聚物(X-1)可包含30至60wt%的第一乙烯均聚物级分(LMW-1)和70至40wt%的第二乙烯均聚物级分(LMW-2)。在一些实施方案中,存在过量的第二乙烯均聚物级分(LMW-2),例如第二乙烯均聚物级分(LMW-2)的重量百分比为54至70wt%。
在另一实施方案中,总低分子量(LMW)乙烯均聚物(X-1)包含相同量的第一和第二乙烯均聚物级分(LMW-1)和(LMW-2)。
与较低分子量级分(X-1)相比,较高分子量级分(X-2)具有更低的MFR2和密度。
优选地,znLLDPE-1采用多阶段聚合法生产,例如在所有阶段使用相同的齐格勒-纳塔催化剂的二阶段或三阶段聚合。优选地,在至少一个环管反应器中使用浆料聚合,然后在气相反应器中使用气相聚合,从而制备znLLDPE-1。
环管反应器-气相反应器系统或环管-环管-气相反应器系统被大众熟知为Borealis技术,即反应器系统。
在一实施方案中,znLLDPE-1于是优选在两阶段工艺中形成,其包含在齐格勒-纳塔催化剂存在的条件下,先进行浆料环管聚合,再进行气相聚合。
优选地,较低分子量级分(X-1)在连续运行的环管反应器中产生,其中乙烯在齐格勒-纳塔催化剂存在的条件下聚合,然后在气相反应器中使用相同的齐格勒-纳塔催化剂形成较高分子量级分(X-2)。
这种znLLDPE在现有技术领域是众所周知的,例如在WO 03/066698或WO 2008/034630中有所描述,或者可以从市场上买到,例如BorShapeTMFX1001和BorShapeTMFX1002(均来自Borealis AG)。
在另一实施方案中,znLLDPE-1优选在三阶段工艺生产,优选包含第一浆料反应器(环管反应器1),其中该第一浆料环管反应器与另一浆料反应器(环管反应器2)串联;使得在该环管反应器1中产生的第一均聚物级分(LMW-1)被送入该环管反应器2,其中在第一级分(LMW-1)存在的情况下产生第二均聚物级分(LMW-2)。于是该环管反应器2串联到气相反应器(GPR),使得离开该第二浆料反应器的总低分子量馏分(X)被送入该GPR以生产znLLDPE-1。在这种情况下,选择两个浆料反应器中的反应条件,使得两个浆料反应器中生产出的产品在MFR和/或密度方面有所不同。
这种工艺在WO 2016/198273等文献中有描述。
Borstar PE 3G工艺是一种合适的工艺。
另外,znLLDPE-1(优选为znLLDPE-1三元共聚物)可以含有选自抗氧化剂、加工稳定剂、滑脱剂、颜料、紫外线稳定剂和本领域已知的其他添加剂的一种或多种添加剂。
第二多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2)
可选芯层(CL)的mLLDPE-2是一种多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯,不同于密封层(SL)所定义的mLLDPE-1。
第二多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2)的密度(ISO 1183)在905至930kg/m3的范围内,优选为910至925kg/m3,更优选为915至920kg/m3
mLLDPE-2的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.01至1.5g/10分钟的范围内,优选为0.05至1.2g/10分钟,更优选为0.1至1.0g/10分钟,甚至更优选为0.2至0.8g/10分钟。
在一实施方案中,mLLDPE-2的熔体流动比MFR21/MFR2为20至100,优选为25至80,更优选为30至60,甚至更优选为35至50。
该第二多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2)是乙烯与至少两种不同共聚单体的共聚物,该共聚单体选自具有4至10个碳原子的α-烯烃,例如1-丁烯、1-己烯、1-辛烯,优选1-丁烯和1-己烯。
在一实施方案中,该芯层(CL)的第二多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2)由以下部分组成
(i)30.0至70.0wt%的聚乙烯组分(Y),和
(ii)70.0至30.0wt%的聚乙烯组分(Z)。
(Y)与(Z)的总量为100.0wt%。
在本发明的另一实施方案中,该聚乙烯组分(Y)由乙烯聚合物级分(Y-1)和(Y-2)组成。
可以先生产级分(Y-1),然后在后续反应器中在级分(Y-1)存在的情况下生产级分(Y-2);或者相反,即先生产级分(Y-2),然后在后续反应器中在级分(Y-2)存在的情况下生产级分(Y-1)。优选先生产级分(Y-1)。
该多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2)在此被称为“多峰”,因为可选地包括乙烯聚合物级分(Y-1)和(Y-2)的聚乙烯组分(Y),以及聚乙烯组分(B)是在不同的聚合条件下产生的,导致不同的熔体流动速率(MFR,例如MFR2)。也就是说,该多峰聚乙烯至少在聚乙烯组分(Y)和(Z)的MFR差异方面是多峰的。
优选地,聚乙烯组分(Y)的具有4至10个碳原子的α-烯烃共聚单体不同于聚乙烯组分(Z)的具有4至10个碳原子的α-烯烃共聚单体;更优选地,聚乙烯组分(Y)的具有4至10个碳原子的α-烯烃共聚单体选自1-丁烯、1-己烯和1-辛烯,更优选为1-丁烯;且聚乙烯组分(Z)的具有4至10个碳原子的α-烯烃单体优选地选自1-己烯和1-辛烯,更优选为1-己烯。
聚合物级分(Y-1)和(Y-2)的共聚单体类型相同,因此级分(Y-1)和(Y-2)使用相同的具有4至10个碳原子的α-烯烃共聚单体,更优选的是两种级分都使用1-丁烯作为共聚单体。
因此,在优选实施方案中,聚乙烯组分(Y)是乙烯-1-丁烯聚合物组分(Y),聚乙烯组分(Z)是乙烯-1-己烯聚合物组分(B)。
该乙烯聚合物组分(Y)和(Z)的MFR2不同。
该乙烯聚合物组分(Y)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在10.0至400g/10分钟的范围内,优选为30.0至350g/10分钟,更优选为50.0至300g/10分钟,甚至更优选为80.0至250g/10分钟,仍更优选为100至200g/10分钟,如120至160g/10分钟。
该乙烯聚合物组分(Z)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.0001至1.0g/10分钟的范围内,优选为0.0005至0.5g/10分钟,更优选为0.001至0.1g/10分钟,甚至更优选为0.002至0.01g/10分钟。
当乙烯-1-丁烯聚合物组分(Y)由乙烯聚合物级分(Y-1)和(Y-2)组成时,乙烯聚合物级分(Y-1)和(Y-2)的MFR2可能不同,也可能相同。
该乙烯聚合物级分(Y-1)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在5.0至800.0g/10分钟的范围内,优选为10.0至400.0g/10分钟,更优选为20.0至200.0g/10分钟,甚至更优选为25.0至150.0g/10分钟,如30.0至100.0g/10分钟。
该乙烯聚合物级分(Y-2)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在50至1000g/10分钟的范围内,优选为100至800g/10分钟,更优选为200至600g/10分钟,最优选为300至550g/10分钟。
优选地,乙烯聚合物级分(Y-2)的MFR2高于乙烯聚合物级分(Y-1)的MFR2
在本发明的一实施方案中,优选地,乙烯-1-丁烯聚合物组分(Y)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)与最终多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)的比率至少为100至600,优选为200至500,更优选为300至400。
该乙烯聚合物组分(Y)的密度在930至960kg/m3的范围内,优选为935至955kg/m3,更优选为940至950kg/m3,和/或该乙烯聚合物组分(Z)的密度在885至910kg/m3的范围内,优选为890至905kg/m3,更优选为893至900kg/m3
当乙烯-1-丁烯聚合物组分(Y)由乙烯聚合物级分(Y-1)和(Y-2)组成时,乙烯聚合物级分(Y-1)和(Y-2)的密度可能不同,也可能相同。
该聚合物级分(Y-1)的密度在930至960kg/m3的范围内,优选为935至955kg/m3,更优选为940至950kg/m3
该聚合物级分(Y-2)的密度在935至955kg/m3的范围内,优选为940至950kg/m3
在本发明范围内,该聚乙烯组分(Y)的第一和第二乙烯聚合物级分(Y-1和Y-2)以4:1至1:4的重量比存在,例如3:1至1:3,或2:1至1:2,或1:1。
基于该多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2),该聚乙烯组分(Y)的含量为30.0至70.0wt%,优选为32.0至55.0%wt%,甚至更优选为34.0至45.0%wt%。
因此,基于该多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2),该聚乙烯组分(Z)的含量为70.0至30.0wt%,优选为68.0至45.0%wt%,更优选为66.0至55.0%wt%。
该多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2),可以按照第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)所述的二阶段或三阶段的聚合工艺生产。
mLLDPE-2是使用茂金属催化剂形成的。
在另一实施方案中,mLLDPE-2还可以在式(I)的茂金属配合物存在的条件下生产,如mLLDPE-1的部分所述。
mLLDPE-2可选地可含有添加剂和/或填料。
可选的添加剂和填料及其用量在膜应用领域是常规的。此类添加剂的例子有抗氧化剂、加工稳定剂、紫外线稳定剂、颜料、填料、抗静电添加剂、抗阻塞剂、成核剂、酸清除剂以及聚合物加工剂(PPA)等等。
多层膜
本发明的多层聚乙烯膜至少包含作为密封层(SL)的层(A),和作为表层(SKL)的层(B)。
在一实施方案中,本发明提供了一种多层聚乙烯膜,至少包含作为该密封层(SL)的层(A),作为表层(SKL)的层(B),以及作为芯层(CL)的层(C),其中该芯层(CL)位于该密封层(SL)和该表层(SKL)之间。
优选地,根据本发明的多层膜由作为密封层(SL)的层(A)、作为表层(SKL)的层(B)和作为芯层(CL)的层(C)组成。
芯层(CL)夹在表层(SKL)和密封层(SL)之间。芯层(CL)优选与表层(SKL)直接接触。芯层(CL)优选与密封层(SL)直接接触。芯层(CL)优选与密封层(SL)和表层(SKL)直接接触。
因此,优选的膜结构为SL/CL/SKL,即为A/C/B。
本发明的多层膜可使用本领域众所周知的吹塑挤出技术制备。可将每一层所需组分的适当共混物共混和共挤。应当理解,如果需要,本发明的膜的任何层还可以包含标准聚合物添加剂。
本发明的多层膜的厚度可为20至120μm,优选为30至100μm,更优选为40至80μm。本发明的膜优选不在纵向或横向或双轴方向上拉伸。
对于三层结构,密封层(SL)、表层(SKL)和芯层(CL)的厚度可以相等,或者芯层(CL)可以比表层(SKL)和密封层(SL)厚。
一种方便的膜包含表层(SKL)和密封层(SL),该表层(SKL)和密封层(SL)各占三层膜最终总厚度的10.0至35.0%,优选为15.0至30.0%,更优选为18.0至25.0%,芯层(CL)占剩余部分厚度,例如占三层膜最终总厚度的30.0至80.0%,优选为40.0至70.0%,更优选为50.0至64.0%。
该膜的总厚度为100%,因此各层的总和必须为100%。
本发明的膜的特点在于,当根据ASTM F 1921-98(2004)方法B在三层吹膜样品(厚度60μm)上测量时,其具有至少5.8N或更高的热粘力(最大热粘力)。
优选地,热粘力(HTF)在5.8N至15.0N的范围内,更优选在6.6N至12.0N的范围内,甚至更优选在7.5N至10.0N的范围内。
在本发明的实施方案中,当根据ASTM F 1921-98方法B在三层吹膜样品(厚度60μm)上测量时,该多层膜具有小于87℃的热粘温度(HTT)。
优选地,热粘温度(HTT)在65至86℃的范围内,更优选地在68至85℃的范围内,甚至更优选地在70至82℃的范围内。
本发明的膜可以具有如实验部分所述的在厚度为60μm的三层吹膜上确定的在低于86℃的密封起始温度(SIT),优选在60至85℃的范围内,更优选在62至84℃的范围内,甚至更优选在65至80℃的范围内。
在另一实施方案中,本发明的膜的另一个特点在于,根据ISO 7765-1:1988标准,在60μm的三层试验吹膜上测定的落镖冲击强度(DDI)至少为200g至1000g,优选为250g至800g,更优选为300g至600g。
根据ASTM D1003标准,在60μm的三层试验吹膜上测量的本发明膜的雾度可低于50%,优选为5%至48%的范围内,更优选为10%至45%,甚至更优选为15%至41%以下。
在另一实施方案中,根据本发明的多层膜的特点是至少具有以下特性:
a)根据ASTM F 1921-98(2004)方法B,在三层吹膜样品(厚度60μm)上测得的热粘力(最大热粘力(HTF))在5.8N至15.0N的范围内,更优选在6.6至12.0N的范围内,甚至更优选在7.5至10.0N的范围内,以及
b)根据ASTM F 1921-98方法B,在三层吹膜样品(厚度60μm)上测得的热粘温度(HTT)低于90℃,其在65至86℃的范围内,更优选在68至85℃的范围内,更优选在70至82℃的范围内;以及
c)根据ASTM D1003,在60μm的三层试验吹膜上测得的雾度在5%至48%的范围内,更优选为10%至45%,甚至更优选是15%至41%以下。
在另一实施方案中,根据本发明的多层膜满足不等式(I)(SIT+HTT)/HTF<23,优选<22,更优选<21,其中,SIT为实验部分中所述的在厚度为60μm的三层吹膜上确定的密封起始温度,HTT是根据ASTM F 1921-98方法B在厚度为60μm的三层试验吹膜样品上测量的热粘温度,HTF是根据ASTM F 1921-98(2004)方法B在厚度为60μm的三层试验吹膜样品上测量的热粘力。
本发明的多层膜是完全可回收的,因此提高了可持续性,因为它是一种“100%PE”的解决方案,除乙烯基聚合物外,不含任何其他聚合物。
根据本发明的多层膜非常适用于各种包装应用,其中优选与食品包装有关的应用。
将参考以下非限制性实施例进一步描述本发明。
具体实施方式
测定方法
除非在说明书或实验部分中另有说明,否则聚合物(包括其级分和组分)的性质测定和/或其样品制备均采用以下方法,如文本或实验部分中所述。
熔体流动速率
熔体流动速率(MFR)根据ISO 1133确定,以g/10分钟表示。MFR是聚合物流动性的指标,因此表示聚合物的可加工性。熔体流动速率越高,聚合物的粘度就越低。聚乙烯的MFR在190℃时测定。MFR可在不同负载下确定,如2.16kg(MFR2)、5kg(MFR5)或21.6kg(MFR21)。
计算组分B和级分(A-2)的mLLDPE-1中的MFR2
logA=x·logB+(1-x)·logC
对于组分B:
B=组分(A)的MFR2
C=组分(B)的MFR2
A=多峰聚乙烯共聚物(P)的最终MFR2(混合物)
X=组分(A)的重量分数
对于级分(A-2):
B=第一级分(A-1)的MFR2
C=第二级分(A-2)的MFR2
A=循环工艺的聚合物(=组分(A))的最终MFR2(混合物)
X=第一级分(A-1)的重量分数
上述公式也适用于HDPE、znLLDPE-1和mLLDPE-2的组分和级分。
密度
聚合物的密度是按照ISO 1183在根据EN ISO 1872-2(2007年2月)制备的压缩成型的试样上测量的,单位为kg/m3
DSC分析,熔融温度(Tm)
用TA仪器Q2000差示扫描量热仪(DSC)对5至7mg的样品进行数据测量。根据ISO11357/第3部分/方法C2,在-30至+225℃的温度范围内,以10℃/分钟的扫描速度进行加热/冷却/加热循环,以运行DSC。
结晶温度(Tc)和结晶焓(Hc)由冷却步骤测定,熔融温度(Tm)和熔融焓(Hm)由第二加热步骤测定。
共聚单体含量:
用核磁共振光谱定量分析微观结构
采用定量核磁共振(NMR)技术对聚合物的共聚单体含量进行定量分析。
在熔融状态下,用Bruker Advance III 500型核磁共振谱仪分别在500.13和125.76MHz频率下记录1H和13C的量化13C{1H}NMR光谱。所有光谱都使用13C优化的7毫米魔角旋转(MAS)探头在150℃下进行记录,所有气动装置均使用氮气。将大约200mm的材料装入外径为7mm的氧化锆MAS转子中,并以4千赫的频率旋转。选择这种装置主要是为了实现快速识别和精确定量所需的高灵敏度。{klimke06,parkinson07,castignolles09}。采用标准单脉冲激发,利用短循环延迟的NOE{pollard04,klimke06}和RS-HEPT去耦方案{fillip05,griffin07}。每个光谱共获得1024(1k)个瞬态。
对量化13C{1H}NMR光谱进行了处理和积分,并根据积分确定了相关的定量性质。所有化学位移均以30.00ppm处的亚甲基信号(δ+)为内部参考。
用30.00ppm处的亚甲基(δ+)位点的积分占每个单体的报告位点数来量化乙烯的含量:
E=Iδ+/2
根据存在的孤立共聚单体的数量对孤立共聚单体的存在进行校正:
E总=E+(3*B+2*H)/2
其中,B和H分别针对它们各自的共聚单体。如果存在连续和非连续的共聚单体掺入,则以类似的方式进行更正。
观察到与1-丁烯掺入相对应的特征信号,并将共聚单体分数计算为聚合物中1-丁烯相对于聚合物中所有单体的分数:
fB总=(B总/(E总+B总+H总)
EEBEE序列中孤立掺入的1-丁烯的含量通过38.3ppm处*B2位点的积分占每个共聚单体的报告位点数来进行量化。
B=I*B2
EEBBEE序列中连续掺入的1-丁烯的含量通过39.4ppm处ααB2B2位点的积分占每个共聚单体的报告位点数来进行量化。
BB=2*IααB2B2
EEBEBEE序列中非连续掺入的1-丁烯的含量通过24.7ppm处ββB2B2位点的积分占每个共聚单体的报告位点数来进行量化。
BEB=2*IββB2B2
由于孤立掺入(EEBEE)与非连续掺入(EEBEBEE)的1-丁烯分别在*B2和*βB2B2位点重叠,因此基于非连续1-丁烯的含量,对孤立掺入的1-丁烯总量进行了校正。
B=I*B2-2*IββB2B2
根据孤立的、连续的和非连续掺入的1-丁烯总和计算得出1-丁烯的总含量。
B总=B+BB+BEB
聚合物中1-丁烯的总摩尔分数计算公式为:
fB=(B总/(E总+B总+H总)
观察到与1-己烯掺入相对应的特征信号,并将共聚单体分数计算为聚合物中1-己烯相对于聚合物中所有单体的分数:
fH总=(H总/(E总+B总+H总)
EEHEE序列中孤立掺入的1-己烯的含量通过39.9ppm处*B4位点的积分占每个共聚单体的报告位点数来进行量化。
H=I*B4
EEHHEE序列中连续掺入的1-己烯的含量通过40.5ppm处ααB4B4位点的积分占每个共聚单体的报告位点数来进行量化。
HH=2*IααB4B4
EEHEHEE序列中非连续掺入的1-己烯的含量通过24.7ppm处ββB4B4位点的积分占每个共聚单体的报告位点数来进行量化。
HEH=2*IββB4B4
聚合物中1-己烯的总摩尔分数计算公式为:
fH=(H总/(E总+B总+H总)
共聚单体掺入的摩尔百分比由摩尔分数计算得出:
B[mol%]=100*fB
H[mol%]=100*fH
共聚单体掺入的重量百分比由摩尔分数计算得出:
B[wt%]=100*(fB*56.11)/((fB*56.11)+(fH*84.16)+((1-(fB+fH))*28.05))
H[wt%]=100*(fH*84.16)/((fB*56.11)+(fH*84.16)+((1-(fB+fH))*28.05))。
参考文献:
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密封起始温度(SIT);密封结束温度(SET),密封范围:
该方法可确定聚乙烯膜,特别是吹膜或铸膜的密封温度范围(密封范围)。密封温度范围是指膜可按下述条件密封膜的温度范围。
其下限(热封起始温度(SIT))是达到5N密封强度时的密封温度。当膜粘在密封装置上时,即达到上限(密封结束温度(SET))。
测量根据稍作修改的ASTM F1921-12进行,其中密封压力、冷却时间和测试速度等测试参数有所改动。力/温度曲线的测定一直持续到膜热失效为止。密封范围是在J&B 4000型万能密封机上用厚度为60μm的三层试验吹膜确定的,进一步参数如下:
调节时间:>96小时
试样宽度:25mm
密封压力:0.4N/mm2(聚乙烯)
密封时间:1秒
延迟时间:30秒
密封夹尺寸:50x5 mm
密封夹形状:扁平
密封夹涂层:Niptef
密封温度:环境温度-240℃
密封温度间隔:5℃
开始温度:50℃抓握分离率:42mm/秒
热粘温度(获得最大热粘力的最低温度)和热粘力(最大热粘力)是根据ASTM F1921方法B在厚度为60μm的三层吹塑膜上用以下设定测量的:
Q-name仪器:热粘-密封测试机
型号:J&B model 4000MB
密封条长度:50[mm]
密封条宽度:5[mm]
密封条形状:扁平
密封压力:0.15N/mm2
密封时间:1秒
密封条涂层:
涂覆的密封条的粗糙度:1[μm]
膜试样宽度:25mm
冷却时间:0.2秒
剥离速度:200mm/s
开始温度:50℃
结束温度:烧穿和/或收缩
温度增量:5℃
所有膜测试样本都是在标准大气环境中制备的,用于在23℃±2℃)和50%(±10%)相对湿度下进行调节和测试。开始测试前,测试样本在标准大气环境中的最短调节时间至少为40小时。从挤出膜样品到开始测试之间的最短储存时间至少为88小时。热粘性测试测定了膜在密封完成后、冷却至环境温度之前形成的热封强度。
按照上文所述的温度范围和温度增量内,将热粘力作为温度的函数进行测量。每个温度下的测试样品数量至少为3个。热粘力被评估为失效模式为“剥离”时的最大力(最大峰值)。
落镖冲击强度(DDI):通过自由落镖法测定抗冲击性
根据ISO 7765-1:1988/方法A,从所生产的膜(非取向膜和层压体)中测得DDI。本测试方法用于测定在规定的条件下,自由落体飞镖从规定的高度撞击膜,导致50%的受测试样失效的能量(阶梯法A)。在试验过程中,采用相同的下落物体质量增量,每个试样试验后,根据试样观察到的结果(失效或未失效),按照相同增量减少或增加下落物体的重量。
标准条件:
调节时间:>96小时
测试温度:23℃
镖头材料:酚醛
飞镖直径:38mm
下降高度:660mm
结果:
冲击失效重量-50%[g]
雾度
根据ASTM D 1003-00,在厚度为60μm的三层膜上测定雾度,如下所示。
膜样品制备
由A、B和C层组成的三层试验膜以及各自厚度为60μm的对比用三层膜是在科林博士(Dr.Colin)三层吹膜生产线上生产的。
熔融温度固定为210℃。挤出机的产量总计为10kg/h。
吹膜生产线的其他参数为:模具间隙:1.5mm;模具尺寸:60mm;吹胀比(BUR):1:2.5;霜线高度:120mm
实施例:
所用材料:
·用于IE1至IE4的层(C)和CE1的层(B)的多峰齐格勒-纳塔催化的线性低密度聚乙烯(znLLDPE-1):
FX1001:多峰α-烯烃三元共聚物,从Borealis AG公司购买,密度为931kg/m3,MFR5(190℃/5kg)为0.9g/10分钟,Tm为127℃;使用齐格勒-纳塔催化剂生产。其含有抗氧化剂。
·用于比较例CE2层A的多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯:
AnteoTM FK1820:双峰乙烯/1-丁烯/1-己烯三元共聚物,密度为918
kg/m3,MFR2(190℃/2.16kg)为1.5g/10分钟,Tm为122℃,使用茂金属催化剂生产;从Borouge公司购买。其含有抗氧化剂和加工助剂。
·用于层(B)的多峰高密度聚乙烯(HDPE):
采用Borouge的HDPE FB5600,FB5600是一种双峰乙烯共聚物,其密度为960kg/m3,Tm为132℃,MFR2为0.7g/10分钟,MFR5
2.5g/10分钟,MFR21为42g/10分钟,MFR21/MFR5为16.8。
用于本发明多层膜的层A的多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)的制备
催化剂实施例:CAT1的催化剂制备
SiO2的装载:
从进料桶中加入10kg二氧化硅(PQ Corporation ES757,600℃煅烧),并在反应器中进行惰性化处理,直到氧气含量降至2ppm以下。
MAO/tol/MC的制备:
将30wt%的MAO的甲苯溶液(14.1kg)从天平加入另一个反应器,接着在25℃(油循环温度)下加入甲苯(4.0kg),并以95rpm的速度搅拌。加入甲苯后,搅拌速度从95rpm升至>200rpm,搅拌时间为30分钟。从金属筒中加入477g的茂金属Rac-二甲基硅烷二基双{2-(5-(三甲基硅基)呋喃-2-基)-4,5-二甲基环戊二烯-1-基}二氯化锆,然后用4kg甲苯冲洗(甲苯总量为8.0kg)。在甲基环己烷(MC)进料时,反应器搅拌速度变为95rpm,反应3小时后,搅拌速度恢复到200rpm。反应时间后,将MAO/tol/MC溶液转移到进料容器中。
催化剂的制备:
在MAO/tol/MC添加过程中,反应器温度设置为10℃(油循环温度),搅拌转速为40rpm。在205分钟内加入MAO/tol/MC溶液(22.2kg),然后搅拌60分钟(油循环温度设置为25℃)。搅拌后,“干混合物”在25℃(油循环温度)下稳定12小时,搅拌转速为0rpm。反应器转动20°(来回转动),搅拌转速为5rpm,每小时搅拌数次。
稳定后,催化剂在60摄氏度(油循环温度)、氮气流量2kg/h的条件下干燥2小时,然后在真空条件下干燥13小时(同样的氮气流量,搅拌转速为5rpm)。将干燥后的催化剂取样,用Sartorius水分分析仪(MA45型)用热重法在手套箱中测定HC含量。目标HC水平小于2%(实际为1.3%)。
聚合:
使用带有三反应器配置(环管1-环管2-气相反应器1)和预聚合环路反应器的Borstar中间实验装置。
采用表1中给定的聚合条件,生产了用于IE1至IE3和CE1的mLLDPE-1-A,以及用于IE4的mLLDPE-1-B。
表1:mLLDPE-1-A和mLLDPE-1-B的聚合条件
将聚合物与2400ppm的Irganox B561(从BASF SE购买可得)和270ppm的DynamarFX 5922(从3M购买可得)混合,并使用JSW挤出机在氮气环境下挤出成颗粒,使SEI为230kWh/kg,熔体温度为250℃。
表2:mLLDPE-1-A、mLLDPE-1-B以及对比用mmLLDPE FK1820的性能
用于本发明多层膜的层B的多峰高密度聚乙烯(HDPE)的制备:
催化剂实施例:用于IE1的CAT2的催化剂制备
将130g茂金属配合物双(1-甲基-3-正丁基环戊二烯基)二氯化锆(IV)(CAS号:151840-68-5)和9.67kg的30%商用甲基铝氧烷(MAO)的甲苯溶液混合,然后加入3.18kg干燥的纯化甲苯。将得到的配合物溶液缓慢均匀地喷洒在17kg二氧化硅载体Sylopol 55SJ(Grace公司提供)上,持续2小时。温度保持在30℃以下。在30℃加入配合物,并使混合物反应3小时。
催化剂实施例:用于IE2的CAT1的催化剂制备见上文(如mLLDPE-1的部分所述)
聚合:
使用带有三反应器配置(环管1-环管2-气相反应器1)和预聚合环路反应器的Borstar中间实验装置。
采用表3中给定的聚合条件,生产了用于IE1的HDPE-A和用于IE2的HDPE-B。
表3:HDPE-A和HDPE-B的聚合条件
将聚合物与2400ppm的Irganox B561(从BASF SE购买可得)和270ppm的DynamarFX 5922(从3M购买可得)混合,并使用JSW挤出机在氮气环境下挤出成颗粒,使SEI为230kWh/kg,熔融温度为250℃。
表4:HDPE-1和HDPE-2的材料性能
用于本发明多层膜的层C的多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2)的制备
催化剂实施例:CAT1的催化剂制备见上文(如mLLDPE-1的部分所述)
聚合:
使用带有三反应器配置(环管1-环管2-气相反应器1)和预聚合环路反应器的Borstar中间实验装置。
采用表5中给定的聚合条件,生产了mLLDPE-2。
表5:mLLDPE-2的聚合条件
将聚合物与2400ppm的Irganox B561(从BASF SE购买可得)和270ppm的DynamarFX 5922(从3M购买可得)混合,并使用JSW挤出机在氮气环境下挤出成颗粒,使SEI为230kWh/kg,熔融温度为250℃。
表6:mLLDPE-2的材料性能
三层膜
用上述方法(膜样品制备)制备了以下三层膜结构。
表7:本发明和对比用膜结构
*wt%基于各层(SKL或CL或SL)
表8:本发明和对比用膜结构
**wt%基于整体三层膜
表9显示了本发明和对比用的膜结构的膜性能。
表9:膜性能
数据表明,如果密封层(SL)相同,即IE1-IE3和CE1,且与本发明所述的用于表层(SKL)的HDPE结合使用,则在此情况下,本发明实施例IE1-IE3的HTF要明显高于CE1。此外,尽管CE1表层的密度要低得多,但IE1-IE3的雾度明显低于CE1。
如果表层(SKL)相同,即IE4和CE2,但密封层(SL)中的mLLDPE-1不同(即mLLDPE-1与FK1820),则在此情况下,其光学参数(即雾度)相当,但IE4的落镖冲击强度和HTF均高于CE2。
一般来说,与那些表层(SKL)或密封层(SL)中的聚合物与本发明膜所述聚合物不同的比较例相比,的具有根据本发明的特定聚合物设计的表层(SKL)和密封层(SL)的多层膜(即表层中有特定HDPE,且密封层(SL)中有特定mLLDPE-1)可改善整体密封性能,表现为(SIT+HTT)/HTF要低于23。

Claims (15)

1.一种多层聚乙烯膜,其至少包含作为密封层(SL)的层(A),和作为表层(SKL)的层(B);
其中,所述密封层(SL)包含:
i)基于密封层(SL)总重量的30.0wt%至100.0wt%的第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1),其具有以下特性
密度在905至930kg/m3的范围内(ISO 1183);
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.1至2.0g/10分钟的范围内;
MFR21(190℃,21.6kg,ISO 1133)与MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)的比率,即MFR21/MFR2,在22至70的范围内;
其中,所述第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)由以下部分组成
(i)30.0至70.0wt%的聚乙烯组分(A),其由乙烯聚合物级分(A-1)和(A-2)组成;以及
(ii)70.0至30.0wt%的聚乙烯组分(B),
(A)与(B)的总量为100.0wt%,和
ii)0.0wt%至70.0wt%的乙烯-1-辛烯或乙烯-1-丁烯塑性体,其具有以下特性
密度在860至910kg/m3的范围内(ISO 1183),和
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.5至10.0g/10分钟的范围内;和
其中,所述表层(SKL)包含:
基于表层(SKL)总重量的60.0wt%至100.0wt%的高密度聚乙烯(HDPE),其密度在945至970kg/m3的范围内(ISO 1183)。
2.如权利要求1所述的多层聚乙烯膜,其中,所述多层聚乙烯膜至少包含作为密封层(SL)的层(A),作为表层(SKL)的层(B),以及作为芯层(CL)的层(C),其中所述芯层(CL)位于所述密封层(SL)和所述表层(SKL)之间,其中所述芯层包含:
x)基于芯层(CL)的总重量的50.0wt%至99.0%wt%的多峰齐格勒-纳塔催化的线性低密度聚乙烯(znLLDPE-1),其密度(ISO 1183)在920至950kg/m3的范围内,MFR5(190℃,5kg,ISO 1133)在0.1至4.0g/10分钟的范围内;以及
y)基于芯层(CL)的总重量的1.0wt%至50.0wt%的第二多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2),其具有以下特性
密度在905至930kg/m3的范围内(ISO 1183);和
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.1至2.0g/10分钟的范围内;
x)+y)的总和为100wt%。
3.如权利要求1或2所述的多层聚乙烯薄膜,其中层(A)即密封层(SL)的第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)由以下组成:
(i)30.0至70.0wt%的聚乙烯组分(A),其为乙烯-1-丁烯组分(A),和
(ii)70.0至30.0wt%的聚乙烯组分(B),其为乙烯-1-己烯组分(B),(A)与(B)的总量为100.0wt%,其中
所述乙烯-1-丁烯组分(A)具有以下特性
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在2.0至400g/10分钟的范围内,优选为2.5至300g/10分钟,更优选为3.0至200g/10分钟,甚至更优选为3.2至100g/10分钟,仍更优选为3.5至70.0g/10分钟,和/或
密度(ISO 1183)在920至950kg/m3的范围内,优选为925至948kg/m3,更优选为930至945kg/m3,和/或
所述乙烯-1-己烯组分(B)具有以下特性
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.001至1.5g/10分钟的范围内,优选为0.005至1.0g/10分钟,更优选为0.01至0.8g/10分钟,甚至更优选为0.02至0.5g/10分钟,和/或
密度(ISO 1183)在885至918kg/m3的范围内,优选为888至915kg/m3,且更优选为890至912kg/m3
4.如权利要求3所述的多层聚乙烯膜,其中,层(A)即密封层(SL)的所述第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)的所述聚乙烯组分(A),优选乙烯-1-丁烯聚合物组分(A)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)与最终多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)的比率至少为3.0至120.0,优选为3.5至100.0,更优选为4.0至90.0。
5.如权利要求3或4所述的多层聚乙烯薄膜,其中,层(A)即密封层(SL)的所述第一多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-1)的所述乙烯-1-丁烯聚合物组分(A)由乙烯聚合物级分(A-1)和(A-2)组成,其中
所述乙烯聚合物级分(A-1)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在1.0至800.0g/10分钟的范围内,优选为1.5至400.0g/10分钟,更优选为1.8至200.0g/10分钟,甚至更优选为2.0至50.0g/10分钟,如2.1至40.0g/10分钟,和/或
密度(ISO 1183)在920至950kg/m3的范围内,优选为925至948kg/m3,更优选为930至946kg/m3,和/或
所述乙烯聚合物级分(A-2)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在2.0至400.0g/10分钟的范围内,优选为2.5至200.0g/10分钟,更优选为3.0至100.0g/10分钟,最优选为3.5至80.0g/10分钟,和/或
密度(ISO 1183)在920至950kg/m3的范围内,优选为920至945kg/m3
6.如前述权利要求1至5中任意一项所述的多层聚乙烯膜,其中,层(B)即表层(SKL)的高密度聚乙烯(HDPE)具有以下特性:
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.1至3.0的范围内,优选为0.2至2.5g/10分钟,更优选为0.5至2.0g/10分钟,和/或
MFR5(190℃,5kg,ISO 1133)在1.0至10.0g/10分钟的范围内,优选为1.5至8.0g/10分钟,更优选为2.0至6.0g/10分钟,和/或
MFR21(190℃,21.6kg,ISO 1133)在20.0至100.0g/10分钟的范围内,优选为25.0至80.0g/10分钟,更优选为30.0至60.0g/10分钟,和/或
(熔体)流动速率比率FRR21/5(MFR21/MFR5)为5至30,优选为7至25,最优选为8至20。
7.如前述权利要求1至6中任意一项所述的多层聚乙烯膜,其中,层(B)即表层(SKL)的高密度聚乙烯(HDPE)为三峰HDPE,其在茂金属或齐格勒-纳塔催化剂体系,优选在茂金属催化剂体系存在的条件下生产,并且其由聚乙烯组分(D)和聚乙烯组分(E)组成,其中
所述聚乙烯组分(D)为乙烯共聚物,优选为乙烯-1-丁烯共聚物,其具有以下特性:
MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在10至400g/10分钟的范围内,优选为12至200g/10分钟,更优选为15至100g/10分钟,最优选为20至50g/10分钟,和
密度(ISO 1183)在955至970kg/m3的范围内,更优选为958至968kg/m3,甚至更优选为960至965kg/m3,并且
其由第一乙烯共聚物级分(D-1)和第二乙烯共聚物级分(D-2)组成,其中
所述乙烯聚合物级分(D-1)和/或所述乙烯聚合物级分(D-2)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO1133)优选在10.0至80.0g/10分钟的范围内,优选为15.0至70.0g/10分钟,更优选为20.0至60.0g/10分钟,甚至更优选为30.0至50.0g/10分钟;其中级分(D-1)的MFR2优选高于级分(D-2)的MFR2,并且
乙烯聚合物级分(D-1)和/或(D-2)的密度(ISO 1183)优选在945至975kg/m3的范围内,更优选为950至970kg/m3,甚至更优选为952至968kg/m3,其中级分(D-2)的密度优选高于级分(D-1)的密度;并且
所述聚乙烯组分(E)为乙烯均聚物或乙烯共聚物,其MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.01至1.0g/10分钟的范围内,优选为0.02至0.8g/10分钟,更优选为0.05至0.5g/10分钟,并且
所述聚乙烯组分(E)的密度(ISO 1183)在925至965kg/m3的范围内,优选为930至962kg/m3,且更优选为935至960kg/m3,其中
如果聚乙烯组分(E)为乙烯共聚物,则其优选为乙烯-1-己烯共聚物。
8.如前述权利要求1至6中任意一项所述的多层聚乙烯膜,其中,层(B)即表层的高密度聚乙烯(HDPE)为双峰HDPE,其在茂金属或齐格勒-纳塔催化剂体系,优选齐格勒-纳塔催化剂体系存在的条件下生产,其由较低分子量(LMW)聚乙烯组分(D)和较高分子量(HMW)聚乙烯组分(E)组成;其中,所述较低分子量(LMW)聚乙烯组分(D)为乙烯均聚物,密度(ISO1183)为965至975kg/m3;所述较高分子量(HMW)聚乙烯组分(E)为乙烯与至少一种C4至C12α-烯烃的乙烯共聚物,密度(ISO 1183)为935至955kg/m3
9.如前述权利要求2至8中任意一项所述的多层聚乙烯膜,其中,层(C)即芯层的多峰齐格勒-纳塔催化的线性低密度聚乙烯(znLLDPE-1)的密度(ISO 1183)在925至945kg/m3的范围内,优选928至942kg/m3,更优选930至940kg/m3,并且
MFR5(190℃,5kg,ISO 1133)在0.5至3.5g/10分钟的范围内,优选为0.7至3.0g/10分钟,更优选为0.8至2.5g/10分钟,并且其包含
(X-1)较低分子量(LMW)的乙烯均聚物和
(X-2)较高分子量(HMW)的乙烯、1-丁烯和1-己烯的三元共聚物。
10.如前述权利要求2至9中任意一项所述的多层聚乙烯薄膜,其中层(C)即芯层(CL)的多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2)由以下组成:
(i)30.0至70.0wt%的聚乙烯组分(Y),优选为乙烯-1-丁烯聚合物组分(Y),和
(ii)70.0至30.0wt%的聚乙烯组分(Z),优选为乙烯-1-己烯聚合物组分(Z),其中
(Y)与(Z)的总量为100.0wt%,且其中
所述乙烯聚合物组分(Y)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在10.0至400g/10分钟的范围内,优选为30.0至350g/10分钟,更优选为50.0至300g/10分钟,甚至更优选为80.0至250g/10分钟,仍更优选为100至200g/10分钟,如120至160g/10分钟,并且
密度在930至960kg/m3的范围内,优选为935至955kg/m3,更优选为940至950kg/m3,并且其中
所述聚乙烯组分(Y)优选地由乙烯聚合物级分(Y-1)和(Y-2)组成,
所述乙烯聚合物组分(Z)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO 1133)在0.0001至1.0g/10分钟的范围内,优选为0.0005至0.5g/10分钟,更优选为0.001至0.1g/10分钟,甚至更优选为0.002至0.01g/10分钟,并且
密度在885至910kg/m3的范围内,优选为890至905kg/m3,更优选为893至900kg/m3;和/或
其中,聚乙烯组分(Y),优选乙烯-1-丁烯聚合物组分(Y)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO1133)与最终多峰茂金属催化的线性低密度聚乙烯(mLLDPE-2)的MFR2(190℃,2.16kg,ISO1133)的比率至少为100至600,优选为200至500,更优选为300至400。
11.如前述权利要求1至10中任意一项所述的多层聚乙烯膜,其中,所述膜根据ASTM F1921-98(2004)方法B在三层吹膜样品(厚度60μm)上测得的热粘力(最大热粘力)至少为5.8N或更高,优选地,所述热粘力(HTF)在5.8N至15.0N的范围内,更优选在6.6至12.0N的范围内,甚至更优选在7.5至10.0N的范围内。
12.如前述权利要求1至11中任意一项所述的多层聚乙烯膜,其至少具有以下特性
a)根据ASTM F 1921-98(2004)方法B,在三层吹膜样品(厚度60μm)上测得的热粘力(最大热粘力(HTF))在5.8N至15.0N的范围内,更优选在6.6至12.0N的范围内,甚至更优选在7.5至10.0N的范围内,以及
b)根据ASTM F 1921-98方法B,在三层吹膜样品(厚度60μm)上测得的热粘温度(HTT)低于90℃,其在65至86℃的范围内,更优选在68至85℃的范围内,更优选在70至82℃的范围内;以及
c)根据ASTM D1003,在60μm的三层试验吹膜上测得的雾度在5%至48%的范围内,更优选为10%至45%,甚至更优选是15%至41%以下。
13.如前述权利要求1至12中任意一项所述的多层聚乙烯膜,其中,所述膜满足不等式(I)(SIT+HTT)/HTF<23,优选<22,更优选<21,其中,SIT为根据实验部分所述的在厚度为60μm的三层吹膜上确定的密封起始温度,HTT是根据ASTM F 1921-98方法B在厚度为60μm的三层试验吹膜样品上测量的热粘温度,HTF是根据ASTM F 1921-98(2004)方法B在厚度为60μm的三层试验吹膜样品上测量的热粘力。
14.如前述权利要求中任意一项所述的多层聚乙烯膜,其特征在于
所述多层聚乙烯膜的表层(SKL)的厚度在1至100μm的范围内,优选在5至80μm的范围内,更优选为在10至15μm的范围内;和/或
所述多层聚乙烯膜的可选的芯层(CL)的厚度在10至200μm的范围内,优选在20至80μm的范围内,更优选为在30至45μm的范围内;和/或
所述多层聚乙烯膜的密封层(SL)的厚度在1至50μm的范围内,优选在5至25μm的范围内,更优选为在10至15μm的范围内;和/或
所述多层聚乙烯膜的厚度在12至350μm的范围内,优选在40至150μm的范围内,更优选为在80至90μm的范围内。
15.如前述权利要求1至14中任意一项所述的膜作为包装材料,特别是用作食品和/或医疗产品的包装材料的应用。
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