CN1019811B - 烯类热塑性树脂组合物 - Google Patents
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Abstract
一种适于制造重型包装袋的烯类热塑性树脂组合物,包括:
(a)20-80%(重量)的密度为0.910-0.940g/cm3的一种乙稀/α-链烯共聚物;
(b)70-5%(重量)由乙烯与一种含羧基单体或其衍生物组成的一种共聚物;
(c)50-5%(重量)的具以下性质的一种乙烯/α-链烯共聚物:
(i)密度范围由不低于0.860g/cm3至低于0.910g/cm3,
(ii)按差示扫描量热法(DSC)测定时,最大峰温度不低于100℃,
(iii)在沸腾正己烷中不溶物含量不低于10%(重量),并且组分(a)、(b)和(c)的总量为100%(重量)。
Description
本发明涉及一种烯类热塑性树脂组合物和一种重型包装袋。更具体讲,是涉及由三种烯类聚合物组合而成的热塑性树脂组合物,这些聚合物具有较优的低温耐冲击性和中等的刚度,并且适于制造重型包装袋所用的薄膜,还涉及由所述组合物制成的重型包装袋。
关于工业用薄膜所用的材料,特别是包装化肥、化工原料、糖、盐和土壤所用重型袋的薄膜,迄今已广泛使用的是乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)。由于装有重物料的重型包装袋在运输作业中会受到粗重搬运动作,对于这种薄膜的首要要求是具有优良耐冲击性,特别是低温耐冲击性。此外,为使在自动装袋作业中袋子本身能竖立,要求薄膜具有劲度,亦即有中等的刚度。
近年来,为了节省资源而进行了减小膜厚度的研究,将重型包装袋的膜厚度减至200微米或更薄。为此目的,要求所用树脂的上述特性要比以前更为优越。
作为此种节约资源型的重型包装袋薄膜的实例,可提及的是一种线性低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜。但LLDPE并非总是符合要求,因为它的熔体张力很低,所以在吹塑加工时,膜泡的稳定性受损,导致薄膜成形性质下降。为了克服这项缺点,若是把LLDPE与低密度聚乙烯(LDPE)或EVA掺混使用(例如见日本专利公开225235/86号)则所得产品的低温耐冲击性不足。另外,若是加入一种乙烯/α-链烯共聚橡胶[例如EPR(乙丙橡胶)或EPDM(乙烯-丙烯-二烯三元共聚物)]以改进耐冲击性,则该膜的刚度会下降,所以也是不可取的。
鉴于上述各点,本发明的目的是提供适用于制造重型包装袋的一种新颖烯类热塑性树脂组合物,以及由所述组合物制成的一种重型包装袋。
本发明者针对上述主题进行广泛研究之后发现,通过将密度为0.910-0.940g/cm3的一种乙烯/α-链烯共聚物(LLDPE)、一种乙烯/含羧基单体共聚物以及一种特殊的低密度乙烯/α-链烯共聚物掺混到一起,得到低温耐冲击性、刚度和流动性良好均衡的热塑性树脂组合物。在这项发现的基础上,完成了本发明。
更具体讲,本发明在于一种烯类热塑性树脂组合物以及应用所述组合物制成的重型包装袋,该组合物包括:
(a)20-80%(重量)具有密度为0.91至0.940g/cm3的乙烯/α-链烯烃共聚物,
(b)70-5%(重量)由乙烯和一种含羧基单体或其衍生物组成的一种共聚物,
(c)50-5%(重量)具下述性质的一种乙烯/α-链烯共聚物;
(ⅰ)密度范围由不低于0.860g/cm3至低于0.910g/cm3,
(ⅱ)按差示扫描量热法(DSC)测得最大峰温度不低于100℃,
(ⅱ)沸腾正己烷中不溶物含量不少于10%(重量)。
在本发明中用作为组分(a)的乙烯/α-链烯共聚物的密度范围为0.910-0.940g/cm3,亦即一般所称的线性低密度聚乙烯。若其密度低于0.910g/cm3,则使用本发明的组合物所制薄膜的劲度很低,亦即刚度低,相反,若该共聚物密度超过0.940g/cm3,使膜的耐冲击性不良。
作为组分(a)的乙烯/α-链烯共聚物的熔体流动速率(MFR)是选自0.05-10g/10分钟范围,最好在0.1-5g/10分钟范围,以使该组合物的流动性和强度符合要求。
作为本发明组分(b)的该种乙烯与一种含羧基单体或其衍生物的共聚物,其实例包括乙烯与不饱和羧酸或其酯的共聚物,例如乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物以及乙烯-马来酸酐共聚物,还有它们的金属盐(例如含离子键的聚合物)。还可提出乙烯-醋酸乙烯共聚物作为实例之一。其中含羧基单体或其衍生物的含量范围为3-50%(重量),最好为10-30%(重量)。
特别优选的是乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、含离子键的聚合物以及乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
作为组分(b)的乙烯与一种含羧基单体或其衍生物的共聚物的MFR是选自0.01-20g/10分钟,最好为0.1-5g/10分钟,以使流动性和强度符合要求。
用作为本发明组分(c)的乙烯/α-链烯共聚物是由乙烯与一种C3-C12α-链烯的共聚物,并具有前述(ⅰ)-(ⅲ)的预定性质。所提到的该等α-链烯的实例有丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-丁烯、1-癸烯和1-十二烯。特别优选的是C3-C6的烯,如丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯以及1-己烯。在该乙烯/α-链烯共聚物中,该α-链烯的优选含量范围为5-40%(摩尔)。
以下的叙述是关于本发明所用乙烯/α-链烯[组分(C)]之制备方法。
所用催化剂系包括一种固体催化剂组分和一种有机铝化合物,该固体催化剂组分至少含有镁及钛。制取该固体催化剂组分时,例如可应用已知方法将一种钛化合物载于一种含镁的固体无机化合物上。含镁固体无机化合物的实例除包括金属镁之外,还包括一些镁化合物,如氢氧化化镁、碳酸镁、氧化镁以及氯化镁,还有复盐、复式氧化物、碳酸盐、氧化物以及氢氧化物,这些复式化合物中含有镁以及选自硅、铝和钙的一种元素。此外,可以使用这些固体无机化合物经过由含氧化合物、含硫化合物、芳香烃或含囟素物质处理或反应后的产物。
上述含氧化合物中可提出的实例有水,含氧有机化合物如醇、酚、酮、醛、羧酸、酯、聚硅氧烷以及酰胺,还有含氧无机化合物如金属醇盐和金属氯氧化物。上述含硫化合物可提出的实例包括有含硫有机化合物如硫醇、硫醚等等,含硫无机化合物如二氧化硫、三氧化硫、硫酸等等。上述芳香烃可提出的实例包括单环及多环芳香烃,如苯、甲苯、二甲苯、蒽和菲。上述含卤素化合物可提出的实例包括氯、氯化氢、金属氯化物以及有机卤化物。
为阐明该钛化合物,可提出的包括钛的卤化物、烷氧基卤化物、醇盐以及卤化的氧化物。最好是四价和三价钛化合物。关于四价钛化合物中,最好是由如下通式代表的化合物:
Ti(OR)nX4-n
其中R是C1-C20烷基、芳基或芳烷基,X是卤素原子,n是整数并且0≤n≤4,例如四氯化钛、四溴化钛、四碘化钛、单甲氧基三氯化钛、二甲氧基二氯化钛、三甲氧基一氯化钛、四甲氧基钛、单乙氧基三氯化钛、二乙氧基二氯化钛、三乙氧基一氯化钛、四乙氧基钛、单异丙氧基三氯化钛、二异丙氧基二氯化钛、三异丙氧基一氯化钛、四异丙氧基钛、单丁氧基三氧化钛、二丁氧基二氯化钛、单戊氧基三氯化钛、单苯氧基三氯化钛、二苯氧基二氯化钛、三苯氧基一氯化钛以及四苯氧基钛。
关于三价钛化合物的实例可提出的有将四卤化钛,例如四氯化钛及四溴化钛进行还原,例如用氢、铝、钛或周期表Ⅰ-Ⅲ族金属的金属有机化合物还原而得到的三卤化钛;还有将具通式Ti(OR)mXm的四价烷氧基钛卤化物(式中R是C1-C20烷基、芳基或芳烷基,X是卤素原子,m是在0<m<4范围内的整数使用周期表Ⅰ-Ⅲ族金属的金属有机化合物进行还原而得到的三价钛化合
物。
在这些钛化合物中,四价钛化合物是特别优选的。作为催化剂体系的其他实例,可提出的有有机铝化合物与作为固体催化剂组分的反应产物的组合物,该反应产物是通过有机镁化合物,例如所谓的格利雅化合物与钛化合物反应而得。
作为催化剂体系的其他实例,还可提出的有有机铝化合物与固体产物的组合物,该固体产物是通过诸如SiO2和Al2O3之类的无机氧化物与至少含有镁和钛的固体催化剂组分进行接触而得。
准备与该固体催化剂组分结合的该有机铝化合物的优选实例,可提出的有由如下通式代表的化合物:R3Al,R2AlX,RAlX2,R2AlOR,RAl(OR)X以及R3Al2X3,其中的各个R可以彼此相同或不相同,它们各自是C1-C20的烷基、芳基或芳烷基,例如三乙基铝、三异丁基铝、三己基铝、三辛基铝、二乙基氯化铝、二乙基乙醇铝、乙基倍半氯化铝以及它们的混合物。
该有机铝化合物的使用量并无特别限定,但其常用量为每摩尔该钛化合物的用量范围为0/1-1000摩尔。
该共聚合反应的进行方式与使用齐格勒催化剂的常规烯烃聚合反应方式相同。更具体讲,该反应是在实质上无氧和无水条件下在汽相进行,或在惰性溶剂存在下,或应用单体本身作为溶剂来进行。烯烃聚合条件包括温度范围为20-300℃,最好为40-200℃,压力范围为常压至70Kg/cm2表压,最好为2-60Kg/cm2表压。通过改变聚合条件,例如调节聚合温度和催化剂组分摩尔比率就可在某种程度上调节其分子量,但向该聚合反应体系中加着氢对于达到此目的更为有效。当然,还可以进行包括不同聚合条件,例如不同的氢浓度和不同聚合温度的两段或多段法聚合反应而不会有任何困难。
对于这样制得的按本发明的该种乙烯/α-链烯共聚物[组分(C)]必须具备以下性质:
(ⅰ)密度范围为由不低于0.86g/cm3至低于0.91g/cm3;
(ⅱ)按DSC法测定时,最高峰温度(Tm)不低于100℃;
(ⅲ)在沸腾正己烷中不溶物(C6不溶物)含量不低于10%(重量)。
若上述的密度为0.910g/cm3或更大,则对于冲击强度没有改进效果,而若密度低于0.860g/cm3,则用本发明的组合物所制薄膜的机械强度会下降。因此所述这些数值是不可取的。
若Tm值低于100℃,将使抗张强度和耐热性能下降。另外,若C6不溶物含量小于10%(重量),则非晶形部分和低分子量组分含量高,将使防粘连(anti-blocking)性质、耐热及耐油性质以及强度都下降。
作为组分(C)的乙烯/α-链烯共聚物的MFR,其选用范围为0.05-10g/10分钟,最好为0.1-5g/10分钟。
组分(C)是一种特殊的乙烯/α-链烯共聚物,其中既存在有高结晶度部分,也存在有非晶形部分,并且既具有常规结晶聚烯烃所具有的机械强度和耐热及耐油性能,也具有非晶形聚合物所具有的橡胶状弹性和屈挠性。本发明者发现,通过将此种组分(C)与组分(a)及(b)结合,就很容易得到重型包装袋薄膜所需的各种性质达到极优均衡的组合物。
常规市售的此类乙烯/α-链烯共聚物包括与组分(a)相同的线性低密度聚乙烯(LLDPE)以及一种乙烯-丙烯共聚物橡胶(EPR)。
但是本发明所用的乙烯/α-链烯共聚物与常规的LLDPE和EPR截然不同。例如可参照图1,根据DSC的测定结果其中示出典型LLDPE、本发明所用的乙烯/α-链烯和EPR的结晶熔化的性能。由图中显示的结果可看到该LLDPE与本发明所用的乙烯/α链烯共聚物相比较,结晶度较高,并且耐热性能和机械强度较优,但是屈挠性和耐冲出性较差。
另一方面,市售并且使用钒作为主组分所制成的EPR则显示结晶度很低。其结晶部分所占比例极小,并且用DSC法测得的Tm远低于100℃。虽然该种EPR不具有LLDPE的前述各项缺点,即屈挠性和耐冲击不足,但它表现出耐热性能和机械强度值很低。
本发明所用的组分(C)以如下方式用DSC法测定Tm,并且测定C6不溶物含量。
[用DSC法测定Tm]
从热压制的100微米厚度薄膜上取得约5mg试样并称出其重量,然后置于差示扫描量热计中。将温度升至170℃并将试样于此温度保持15分
钟,然后以2.5℃/分钟速率冷却至0℃。然后进行测定,即以10℃/分钟速率从低温状态升温至170℃。在从0℃升温至170℃期间,所出现的峰中最大峰的峰顶位置的温度作为Tm。
[如何测定C6不溶物含量]
应用一台热压机制成厚度200微米的片状材料,从上面切下三条20×30mm的片状试样。应用双管式索格利特萃取器使用沸腾的正己烷萃取5小时。将正己烷不溶物取出并进行真空干燥(50℃,7小时)然后按下式计算C6不溶物含量:
C6不溶物含量(%,重量)= (萃取后试样片重量)/(萃取前试样片重量) ×100
在本发明的烯类热塑性树脂组合物中,各该组分的比率即(a)/(b)/(c)重量比率为20-80/70-5/50-5,最好为30-70/40-10/40-10,并设定(a)、(b)、(c)三种组分的总量为100%(重量)。
若组分(a)的量超过80%(重量),则应用本发明的组合物制成的薄膜耐冲性能下降,但若少于20%(重量)将使该薄膜的刚度不足,劲度减弱。所以这两种情况都是不可取的。若组分(b)的量超过70%(重量)所制薄膜的劲度将减弱,但若此量少于5%(重量)成形时的熔体张力将减小,使该薄膜成形性质变差,因此上述两种情况都是不可取的。还有,若组分(c)的量超过50%(重量)时,薄膜的劲度会变弱而当此量小于5%(重量)时,使薄膜的耐冲击性下降,所以这两种情况也都是不可取的。
本发明的烯类热塑性树脂组合物,可通过将组分(a)、(b)和(c)均匀掺混而制成。可应用任何常规技术进行掺混。按一个典型实例,是应用常规式捏和机(例如Henschel混合机)、挤型机或转鼓混合机进行干法掺混或熔体混合。
若需要,可以在熔体捏和过程中加入填料,如碳黑、碳酸钙、二氧化硅金属纤维以及碳纤维,或者加入添加剂,例如抗氧化剂、阻燃剂,还可加入着色剂。此外,在需要时还可加入各种树脂和橡胶,例如结晶聚烯烃,例如高密度和低密度聚乙烯,线性低密度聚乙烯和聚丙烯,以及天然橡胶,各种合成橡胶以及苯乙烯型热塑性弹性体,其加入量不可使本发明的热塑性树脂组合物的性能改变。
关于本发明的重型包装袋的制造,可通过常规的已知成形方法将这样制备的烯类热塑性树脂组合物成形制成薄膜,然后制成包装袋。关于薄膜成形方法例如有吹塑法,是将树脂熔体经过挤塑机挤塑,然后采用空气或水冷却,或者是采用冷却辊子的扁平模具方法。有些吹塑法采用内型芯。一般来讲,采用冷却辊子的扁平模具方法的特征在于,由于熔融树脂的冷却速率很快,所得薄膜具优越光学性质,并且生产速率也很快。但是,因为重型包装袋是用于包装重的物料,所以采用扁平薄膜以侧面封合法制成筒形时,其机械强度是不理想的。所以使用吹塑法的薄膜加工成重型包装袋是更为可取的方法。通常是把吹塑法制成的筒形薄膜沿横向热合成为袋底,从而制成重型包装袋。
应用本发明的热塑性树脂组合物所制的薄膜,不仅具有中等的劲度,并且耐冲击性能也大大提高,特别优越之处是低温耐冲击性。因此,若使用本发明的树脂组合物,就有可能将所制重型包装袋的薄膜厚度减少,从而可以节省资源。
[工作实例及对比实例]
下面将以工作实例和对比实例具体地描述本发明,但并非对本发明的限定。在工作及对比实例中的性质数值是按下述方法测定。
(MFR和密度)
按JISK6760测定
(张力模数)
按JISK7113,在下述条件下进行测定,用以表示薄膜的刚度(劲度)。
试样(长方形)
宽度 20mm
夹头之间间距 250mm
试验速率 25mm/分钟
按薄膜的MD(机械方向)和CD(横向)进行测定,当所得数值不低于1500kg力/cm2时,即认为合格。
(薄膜冲击强度)
按ASTMD1709(方法A)使用重锤冲击试验机进行测定。当所得数值不低于700g时,即认为合格。
(包装袋跌落试验)
每一个重型包装袋装入20kg化肥,将顶缝封合,然后在-10℃的低温室内,从1.2m高度跌落
至地面,使一个面向下跌落5次,另一个面向下再跌落5次,然后检查袋子有无破开。用20个重型包装袋进行试验,然后报告不破裂百分率(%)。
实例1-5及对比实例1-5
(烯类热塑性树脂组合物之制备)
应用以下各聚合物作为组分(a)、(b)、和(c)
组分(a):
(A)线性低密度聚乙烯(1)
(密度0.920g/cm3,MFR0.8g/10分钟,商用名:Nisseki LINIREXAF 1210,Nippon Petrochemicals Co.,Ltd.产品)
组分(b):
(B)乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(1)
(丙烯酯乙酯含量10%(重量),MFR0.4g/10分钟,商用名:Nisscki REXLON EEA A1100,Nippon Petrochemicals Co.,Ltd.产品)。
组分(C):
应用一种催化剂由乙烯与1-丁烯聚合,制备以下的共聚物,该催化剂是由一种固体催化剂组分和三乙基铝组成,而该固体催化剂组分是由实质上无水的氯化镁、1,2-二氯乙烷以及四氯化钛所制成。
(G)乙烯/1-丁烯共聚物(1)
(1-丁烯含量10%(摩尔)密度0.900g/cm3,MFR0.3g/10分钟,Tm120℃,C6不溶物含量80%(含量)
上述的组分(a)、(b)和(c)是按预定的重量份额以干法掺混,得到烯类热塑性树脂组合物。
各组分的含量比例示于表1。
(如何制造薄膜及重型包装袋)
薄膜之制造
应用上述经干法掺混的烯类热塑性树脂组合物,应用以下的设备和操作条件制成用于重型包装袋的筒形薄膜:
70mm直径挤塑机……(模头直径200mm,模唇间距2.2mm)
成形速率 约14m/分钟
薄膜厚度 150微米
平放宽度 450mm
重型包装袋之制造
将上述的筒形薄膜切成每段长度为700mm,在一端热合(热合机杆温度:170-200℃)成为重型包装袋。
对这样制成的薄膜和重型包装袋进行性质评价,所得结果示于表1。
实例6-14
按同前的方式制备乙烯类热塑性树脂组合物,不同之处是使用以下各聚合物作为组合(a)、(b)、和(c),而不是目前述的聚合物(A)、(D)和(G)。另外,用这些组合物制成薄膜并进一步制成重型包装袋,然后进行试验,所得结果亦示于表1。
组分(a)
(B)线性低密度聚乙烯(2)
密度0.935g/cm3,MFR2.0g/10分钟,商用名:Nisseki LINIREX AF3710,Nippon Petrochemicals Co.,Ltd产品)
组分(b):
(E)乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(2)
[丙烯酸乙酯含量:15%(重量),MFR1.5g/10分钟,商用名:Nisseki REXLON EEA A2150,Nippon Petrochemicals Co.,Ltd,产品]
(F)乙烯-醋酸乙烯酯共聚物
[醋酸乙烯酯含量:7%(重量),MFR0.3g/10分钟]
组分(C):
按前述(G)的相同方法由乙烯与丙烯反应,制备如下的共聚物:(H)乙烯-丙烯共聚物(1)
[丙烯含量24%(摩尔),密度0.880g/cm3,MFR0.9g/10分钟,Tm119℃C不溶物含量45%(重量)]。
另外,应用一种催化剂,由乙烯与丙烯以及由乙烯与1-丁烯进行聚合反应,制备如下的共聚物,该催化剂是由一种固体催化剂组分和三乙基铝所组成,而该固体催化剂组分是由实质上无水的氯化镁、葸以及四氯化钛所制成。
(I)乙烯-丙烯共聚物(2)
对比实例6
(J)乙烯/1-丁烯共聚物(2)
[1-丁烯含量8%(摩尔),密度0.905g/cm3,MFR1.0g/10分钟,Tm120℃,C6不溶物含量90%(重量)]
按实例13的相同方式制备一种树脂组合物、薄膜以及重型包装袋,不同之处是用如下的聚合物作为组分(a),制成后进行试验,所得结果亦示于表1。
组分(a):
(C)高密度聚乙烯
[密度0.950g/cm3,MFR0.6g/10分钟,商用名:Nisseki STAFLEN EE 807(F),Nippon Petrochemicals Co.,Ltd.产品]
对比实例7
按实例1-5的相同方式制备一种树脂组合物、薄膜以及重型包装袋,不同之处是使用下述的共聚物橡胶作为组分(C),然后进行试验,所得结果亦示于表1。
组分(C)
(K)乙烯-丙烯共聚物橡胶
应用一种氧钒基三氯化物-乙基铝倍半氯化物催化剂制备一种乙烯-丙烯共聚物橡胶。该共聚物橡胶的丙烯含量为30%(摩尔),门尼粘度(ML1+4,100℃)为73,密度为0.862g/cm3。DSC试验未见到有峰出现,亦未发现有C6不溶物存在。
从表1明显看到,关于实例1-13的薄膜和重型包装袋,其中该等组分(a)、(b)、(C)以及它们的比率均在本发明的范围之内,并且均具有优越的耐冲击性和刚度,而在对比实例1-7所制者均在本发明的范围之外,至少其耐冲击性或是刚度是较低的。
Claims (6)
1、一种烯类热塑性树脂组合物,包括:
(a)20-80%(重量)的密度为0.910-0.940g/cm3的一种乙烯/α-链烯共聚物;
(b)70-5%(重量)由乙烯与一种含羧基单体或其衍生物组成的一种共聚物;
(c)50-5%(重量)的具有以下性质的一种乙烯/α-链烯共聚物:
(i)密度范围由不低于0.860g/cm3至低于0.910g/cm3,
(ii)按差示扫描量热法(DSC)测定时,最大峰温度不低于100℃。
(iii)在沸腾正已烷中不溶物含量不低于10%(重量),并且组分(a)(b)和(c)的总量为100%(重量)。
2、按权利要求1所提出的一种烯类热塑性树脂组合物,其中所述的乙烯与一种含羧基单体或其衍生物的共聚物(b)是一种乙烯-丙烯酸乙酯其聚物,或一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
3、按权利要求1所提出的一种烯类热塑性树脂组合物,其中所述的乙烯/α-链烯共聚物(c)是由乙烯与一种C3-C12的α-链烯在一种催化剂存在下通过聚合而制成,所述催化剂包括一种固体组分和一种有机铝化合物,所述固体组分至少含有镁和钛。
4、按权利要求1所提出的一种烯类热塑性树脂组合物,其中该含羧基单体或其衍生物在所述共聚物(b)中之含量范围为3-50%(重量)。
5、权利要求1的组合物用于制造薄膜。
6、权利要求1的组合物用于制造重型包装袋。
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