JP4490694B2 - 不透明ポリマー組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、一般的にはポリマー組成物の不透明剤としてのフラッシュ焼成カオリンクレーの使用、特にポリオレフィンポリマー組成物において不透明剤として典型的に使用されている二酸化チタン充填剤の完全又は部分的代替剤としてのフラッシュ焼成カオリンクレーの使用、及びそれから形成された製品に関する。本発明はまた、そのような組成物の製造方法、ポリマー組成物から形成されるフィルムのような製品及びそのような製品の製造方法に関する。
入射光線の一部を拡散及び反射する顔料又は充填剤入りポリマー系の能力は散乱力として公知である。顔料又は充填剤の散乱力は、その隠蔽及び不透明力と直接結びついている。顔料又は充填剤の散乱力は、屈折率及び粒度分布という２つの性質と関連していポリマー及び顔料又は充填剤の屈折率間の差が大きければ大きいほど散乱力は大きいので、不透明度も大きい。全ての一般的な顔料の中で最高の屈折率を有するルチル形TiO2（アナタース形の場合には２．５５でルチル形の場合には２．７〜２．７５）が最も有効な散乱剤であり、ポリオレフィンポリマー、特にポリエチレンフィルムのようなポリエチレン製品の不透明白色顔料として公知である。しかしながら、二酸化チタンは高価な材料であるから、ポリオレフィンに適用されている二酸化チタンの一部又は全てを置換しうることが望ましいであろう。この点における公知の置換、又は部分置換不透明剤の一は、粒子状炭酸カルシウムである。
第US-A-5571851号には、ポリアミドのようなプラスチック系の強化充填剤としてのシラン処理焼成クレーの使用が記載されている。
含水カオリンクレーを例えば数秒のような短時間高温に暴露させる方法により製造されたフラッシュ焼成カオリンクレーは、エラストマー組成物の充填剤としてすでに公知である（第GB-A-2067535号を参照されたい）。フラッシュ焼成クレーはまた塗料における二酸化チタンのエキステンダーとして長年使用されてきた（第WO 99/24360号）。
第US-A-5571851号には、ポリアミドのようなプラスチック系の強化充填剤としてのシラン処理焼成クレーの使用が記載されている。
含水カオリンクレーを例えば数秒のような短時間高温に暴露させる方法により製造されたフラッシュ焼成カオリンクレーは、エラストマー組成物の充填剤としてすでに公知である（第GB-A-2067535号を参照されたい）。フラッシュ焼成クレーはまた塗料における二酸化チタンのエキステンダーとして長年使用されてきた（第WO 99/24360号）。
発明の簡単な説明
本発明の第一の面によれば、ポリマー樹脂、フラッシュ焼成カオリンクレー充填剤及び二酸化チタン充填剤を含むポリマー組成物であって、組成物中におけるフラッシュ焼成クレー対二酸化チタンの質量比が、１０：１以下であり、ポリマー樹脂が固化又は硬化すると屈折率が、約１．４５以上のプラスチック材料となる、ポリマー組成物が提供される。
ポリマー組成物は、マスターバッチ組成物として調製してもよく、ポリマー組成物からフィルム製品のような最終ポリマー製品を形成する前に適する充填剤含量に“（濃度を）降下（let down）”させうる。
本発明の第二の面によれば、フラッシュ焼成カオリンクレー及び二酸化チタンをポリマー樹脂と混合して均質組成物を形成する、本発明の第一の面のポリマー組成物を調製する製造方法が提供される。
本発明の第三の面によれば、本発明の第一の面のポリマー組成物から製造されたポリマー製品が提供される。例えば、ポリマー製品はポリオレフィンフィルムである。したがって、一実施態様においては、本発明は、本発明の第一の面のポリマー組成物から形成されたポリオレフィンフィルム、好ましくはポリエチレンフィルムに関する。
約１．４５以上の屈折率を有するプラスチックにおいてフラッシュ焼成カオリンクレーを使用すると、満足な製品の特性、特に製品の不透明度及び白色度を保持しつつ、比較的高価な原料である二酸化チタンの量を低下させうる。このことは、例えばポリエチレンのようなポリオレフィンのフィルムの製品の場合に特に有用である。
本発明の第一の面によれば、ポリマー樹脂、フラッシュ焼成カオリンクレー充填剤及び二酸化チタン充填剤を含むポリマー組成物であって、組成物中におけるフラッシュ焼成クレー対二酸化チタンの質量比が、１０：１以下であり、ポリマー樹脂が固化又は硬化すると屈折率が、約１．４５以上のプラスチック材料となる、ポリマー組成物が提供される。
ポリマー組成物は、マスターバッチ組成物として調製してもよく、ポリマー組成物からフィルム製品のような最終ポリマー製品を形成する前に適する充填剤含量に“（濃度を）降下（let down）”させうる。
本発明の第二の面によれば、フラッシュ焼成カオリンクレー及び二酸化チタンをポリマー樹脂と混合して均質組成物を形成する、本発明の第一の面のポリマー組成物を調製する製造方法が提供される。
本発明の第三の面によれば、本発明の第一の面のポリマー組成物から製造されたポリマー製品が提供される。例えば、ポリマー製品はポリオレフィンフィルムである。したがって、一実施態様においては、本発明は、本発明の第一の面のポリマー組成物から形成されたポリオレフィンフィルム、好ましくはポリエチレンフィルムに関する。
約１．４５以上の屈折率を有するプラスチックにおいてフラッシュ焼成カオリンクレーを使用すると、満足な製品の特性、特に製品の不透明度及び白色度を保持しつつ、比較的高価な原料である二酸化チタンの量を低下させうる。このことは、例えばポリエチレンのようなポリオレフィンのフィルムの製品の場合に特に有用である。
理論に縛られることは望まないが、粒子状のフラッシュ焼成クレーの屈折率（約１．３９程度であると測定されている）の値が、予期せぬほど粒子寸法が大きくなくても、屈折率が約１．４５より大きいポリマー系に対して不透明剤（及び特に二酸化チタン不透明剤の割合の部分的な置換）として使用されることを可能にしているとされている。
本明細書において使用されている“粒子直径”という用語は、CILAS（Compagnie Industrielle des Lasers）1064 機器を用いたレーザー光粒度分析により測定された粒度の大きさを言及する。この技術においては、粉末、懸濁液及び乳濁液における粒子の寸法を、フラウンホーファー理論の適用に基づいてレーザー光線の拡散を用いて測定しうる。本明細書において使用されている“平均粒度”又は“d50”という用語は、d50値より小さい直径の粒子が５０体積％存在するという粒子直径の、このようにして測定された値である。CILAS 1064 機器を用いた粒度の測定に好ましい試料の形成は、液体における懸濁である。CILAS 1064 機器は通常、本発明の要件が満たされているか否かを決定する場合に切り上げ又は切り捨てる、小数点以下２桁の粒度データを提供する。
本明細書において使用されている“粒子直径”という用語は、CILAS（Compagnie Industrielle des Lasers）1064 機器を用いたレーザー光粒度分析により測定された粒度の大きさを言及する。この技術においては、粉末、懸濁液及び乳濁液における粒子の寸法を、フラウンホーファー理論の適用に基づいてレーザー光線の拡散を用いて測定しうる。本明細書において使用されている“平均粒度”又は“d50”という用語は、d50値より小さい直径の粒子が５０体積％存在するという粒子直径の、このようにして測定された値である。CILAS 1064 機器を用いた粒度の測定に好ましい試料の形成は、液体における懸濁である。CILAS 1064 機器は通常、本発明の要件が満たされているか否かを決定する場合に切り上げ又は切り捨てる、小数点以下２桁の粒度データを提供する。
発明の詳細な説明
本発明の組成物はポリマー樹脂を含む。“樹脂”という用語は、プラスチック製品に成形する前のポリマー材料（固体又は液体）を意味するプラスチック業界で使用されている一般的な用語である。
本発明において使用されるポリマー樹脂は、固化（熱可塑性プラスチックの場合）又は硬化（熱硬化性プラスチックの場合）時に約１．４５以上の屈折率を有するプラスチック材料を形成するそれである。屈折率は、ASTM D542により測定された値である。
好ましいポリマー樹脂はポリオレフィン樹脂であり、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン等のようなオレフィンのホモポリマー、又はオレフィンモノマーと別のモノマーのコポリマーである。ポリオレフィンホモポリマーの典型的な例は、低密度ポリエチレン（１．５１の屈折率（RI）を有する）、中密度ポリエチレン（RI＝１．５２）及び高密度ポリエチレン（RI＝１．５４）のようなポリエチレン樹脂、例えば、ポリプロピレンアタクチック（RI＝１．４７）又はポリプロピレンアイソタクチック（RI＝１．４９）のようなポリプロピレン樹脂、ポリ(4-メチルペンテン)樹脂及びポリイソブチレン（RI＝１．５１）のようなポリブチレン樹脂である。エチレンのホモポリマーと呼ばれる場合もあるけれども、実際にはエチレンとα-オレフィンコモノマー、通常ブテン、ヘキセン又はオクテンとの共重合により製造されたエチレン−α-オレフィンコポリマーである線状低密度ポリエチレン（LLDPE）（RI＝１．５１）も本発明において使用するのに適する。本発明において使用しうるポリオレフィンコポリマーには、エチレン−プロピレンコポリマー及びエチレン又はプロピレンとブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン又はオクテンのような低級オレフィンとのコポリマー、並びにオレフィンモノマーと別のモノマーとのコポリマー（例えば、エチレン−酢酸ビニルコポリマー（RI＝１．４７〜１．４９）、エチレン−アクリル酸コポリマー、エチレン−メタクリル酸コポリマー）が含まれる。２種以上の異なるポリオレフィンコポリマーの混合物、特にLDPE及びLLDPEの混合物も考えられる。
本発明の組成物はポリマー樹脂を含む。“樹脂”という用語は、プラスチック製品に成形する前のポリマー材料（固体又は液体）を意味するプラスチック業界で使用されている一般的な用語である。
本発明において使用されるポリマー樹脂は、固化（熱可塑性プラスチックの場合）又は硬化（熱硬化性プラスチックの場合）時に約１．４５以上の屈折率を有するプラスチック材料を形成するそれである。屈折率は、ASTM D542により測定された値である。
好ましいポリマー樹脂はポリオレフィン樹脂であり、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン等のようなオレフィンのホモポリマー、又はオレフィンモノマーと別のモノマーのコポリマーである。ポリオレフィンホモポリマーの典型的な例は、低密度ポリエチレン（１．５１の屈折率（RI）を有する）、中密度ポリエチレン（RI＝１．５２）及び高密度ポリエチレン（RI＝１．５４）のようなポリエチレン樹脂、例えば、ポリプロピレンアタクチック（RI＝１．４７）又はポリプロピレンアイソタクチック（RI＝１．４９）のようなポリプロピレン樹脂、ポリ(4-メチルペンテン)樹脂及びポリイソブチレン（RI＝１．５１）のようなポリブチレン樹脂である。エチレンのホモポリマーと呼ばれる場合もあるけれども、実際にはエチレンとα-オレフィンコモノマー、通常ブテン、ヘキセン又はオクテンとの共重合により製造されたエチレン−α-オレフィンコポリマーである線状低密度ポリエチレン（LLDPE）（RI＝１．５１）も本発明において使用するのに適する。本発明において使用しうるポリオレフィンコポリマーには、エチレン−プロピレンコポリマー及びエチレン又はプロピレンとブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン又はオクテンのような低級オレフィンとのコポリマー、並びにオレフィンモノマーと別のモノマーとのコポリマー（例えば、エチレン−酢酸ビニルコポリマー（RI＝１．４７〜１．４９）、エチレン−アクリル酸コポリマー、エチレン−メタクリル酸コポリマー）が含まれる。２種以上の異なるポリオレフィンコポリマーの混合物、特にLDPE及びLLDPEの混合物も考えられる。
とりわけ、ポリエチレン樹脂及びそのブレンドが好ましく、線状低密度ポリエチレン（エチレン−α-オレフィンコポリマー）及び低密度ポリエチレンが最も好ましい。これらの材料の典型的な密度は以下のとおりである。ULDPEは０．９０４〜０．９１２、LDPEは０．９１３〜０．９３３、LLDPEは０．９１５〜０．９４２、及びHDPEは０．９４９〜０．９６４。典型的な溶融流量は以下のとおりである。LDPEは、０．２５〜１５０、通常２０以下、典型的には８以下。LLDPEは０．５〜５０、通常２０以下、典型的には１０以下。及びHDPEは、０．０５〜３０，通常２０以下、典型的には８以下。
本発明において使用されるポリオレフィン樹脂は、例えばチーグラー触媒の使用によるような公知の方法で重合により、又はメタロセン触媒のような単一部位触媒の使用により得られる。
本発明に従って使用されうるその他のプラスチック材料の例は以下のとおりであり、公知の屈折率と共に示す。
ポリ酢酸ビニル １．４６７
エポキシ樹脂 １．４７
エチルセルロース １．４７
アセタールホモポリマー １．４８
アクリル樹脂 １．４９
硝酸セルロース １．４９〜１．５１
ポリアロマー １．４９２
ポリビニルアルコール １．５０
イオノマー １．５１
ナイロン（PA）タイプ11 １．５２
アクリルマルチポリマー １．５２
スチレンブタジエン熱可塑性物 １．５２〜１．５５
PVC（剛性） １．５２〜１．５５
ナイロン（ポリアミド）タイプ6/6 １．５３
尿素ホルムアルデヒド １．５４〜１．５８
スチレンアクリロニトリルコポリマー １．５６〜１．５７
ポリスチレン １．５７〜１．６０
ポリエチレンテレフタレート １．５７５
ポリカーボネート（未充填） １．５８６
ポリビニリデンクロライド １．６０
ポリスルホン １．６３３
本発明において使用されるポリオレフィン樹脂は、例えばチーグラー触媒の使用によるような公知の方法で重合により、又はメタロセン触媒のような単一部位触媒の使用により得られる。
本発明に従って使用されうるその他のプラスチック材料の例は以下のとおりであり、公知の屈折率と共に示す。
ポリ酢酸ビニル １．４６７
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これらのその他のポリマー材料のなかでは、PVC及びエポキシ樹脂が好ましい。ナイロン（６及び６，６）、PET及びポリスチレン樹脂に関する本発明の使用も本発明の好ましい面である。
前述のように、本発明のポリマー組成物は、二酸化チタンとの共不透明剤としてフラッシュ焼成カオリンクレーを含む。
焼成カオリンクレーは、通常含水カオリンクレー材料の熱処理（焼成）により調製される。これは分子構造物からヒドロキシル基を除去（脱ヒドロキシル化）するのに役立つ。焼成工程は、典型的にはカオリンの結晶構造に有意な変性を引き起こし、材料の特性を改良する。特に、含水カオリンを約５００〜６００℃で焼成する場合には、吸熱反応が起こる。未焼成カオリン結晶に結合している実質的に全ての水を除去すると、メタカオリンと呼ばれる実質的に非晶質（Ｘ線回折により測定されるように）の材料となる。カオリンを更に高温に加熱すると、更に有意な変化が起こる。メタカオリンに吸熱反応が起こる（典型的には約９００〜９８０℃で起こる）。したがって、そのような材料は“十分に焼成したカオリン”と呼ばれる。
本発明において使用される焼成カオリンは、含水カオリンの粒子に実施されるフラッシュ焼成処理により調製される。フラッシュ焼成処理においては、含水カオリンクレーを非常に迅速な速度で、ほとんど瞬間的に、例えば約５００℃より高温に５秒以下の時間、典型的には１秒未満暴露することにより加熱する。温度は５５０乃至１２００℃の範囲が適する。
含水カオリン粒子のフラッシュ焼成（例えば、約１秒未満、０．５秒未満又は０．１秒未満）では、比較的迅速なカオリンの脱ヒドロキシル化により比較的迅速に粒子の膨れを生ずる。焼成中に水蒸気が発生し、これが非常に迅速に膨張し、実際には一般的に水蒸気が粒子の結晶構造内に拡散しうるより早い。層間のヒドロキシル基が除去されるときには、発生した圧力は閉じた空隙を製造するのに十分であり、フラッシュ焼成カオリンの典型であり、特徴的な性質を提供するのは、カオリンの小板間の膨潤した層間の空間、空隙、又は膨れである。
前述のように、本発明のポリマー組成物は、二酸化チタンとの共不透明剤としてフラッシュ焼成カオリンクレーを含む。
焼成カオリンクレーは、通常含水カオリンクレー材料の熱処理（焼成）により調製される。これは分子構造物からヒドロキシル基を除去（脱ヒドロキシル化）するのに役立つ。焼成工程は、典型的にはカオリンの結晶構造に有意な変性を引き起こし、材料の特性を改良する。特に、含水カオリンを約５００〜６００℃で焼成する場合には、吸熱反応が起こる。未焼成カオリン結晶に結合している実質的に全ての水を除去すると、メタカオリンと呼ばれる実質的に非晶質（Ｘ線回折により測定されるように）の材料となる。カオリンを更に高温に加熱すると、更に有意な変化が起こる。メタカオリンに吸熱反応が起こる（典型的には約９００〜９８０℃で起こる）。したがって、そのような材料は“十分に焼成したカオリン”と呼ばれる。
本発明において使用される焼成カオリンは、含水カオリンの粒子に実施されるフラッシュ焼成処理により調製される。フラッシュ焼成処理においては、含水カオリンクレーを非常に迅速な速度で、ほとんど瞬間的に、例えば約５００℃より高温に５秒以下の時間、典型的には１秒未満暴露することにより加熱する。温度は５５０乃至１２００℃の範囲が適する。
含水カオリン粒子のフラッシュ焼成（例えば、約１秒未満、０．５秒未満又は０．１秒未満）では、比較的迅速なカオリンの脱ヒドロキシル化により比較的迅速に粒子の膨れを生ずる。焼成中に水蒸気が発生し、これが非常に迅速に膨張し、実際には一般的に水蒸気が粒子の結晶構造内に拡散しうるより早い。層間のヒドロキシル基が除去されるときには、発生した圧力は閉じた空隙を製造するのに十分であり、フラッシュ焼成カオリンの典型であり、特徴的な性質を提供するのは、カオリンの小板間の膨潤した層間の空間、空隙、又は膨れである。
フラッシュ焼成処理は、カオリンクレーを燃焼室すなわち炉に注入することにより実施しうる。そこでは、燃焼室から焼成クレーを迅速に除去するために渦が確立されている。適する炉は、ドーナツ形をした流体の加熱帯が確立されているそれであろう。例えば、その内容の全てが参考として導入されている第WO-A-99/24360号を参照されたい。
焼成後に、フラッシュ焼成クレーを所望の微粉度及び粒度分布に粉砕しうる。粉砕は、砂粉砕（例えば、懸濁液中における湿式砂粉砕）、微粉砕（例えば、乾式ボールミル粉砕又は流体エネルギー微粉砕）、遠心分離、粒子分級、濾過、乾燥等のような従来の処理技術の使用により成しうる。湿式砂粉砕が好ましく、その場合には所望の粒度の縮小は、典型的には約１１０kw時間／トンの仕事量投入後になされ、次いで好ましくはカオリンを濾過し、８０℃で乾燥させ、粉砕して最終製品を提供する。
本発明において使用されるフラッシュ焼成カオリンは、典型的には含水カオリンより比重が低く、例えば、２．４以下であり、２．２以下が望ましい。
本発明において使用されるフラッシュ焼成カオリンクレーは粒子状であり、約４０質量％以上が２μm未満であり、好ましくは約７５質量％以下が２μm未満であるような粒度分布を有することが望ましいが、必要不可欠ではない。更に好ましくは、フラッシュ焼成クレーは、約５０乃至６５質量％が２μm未満であるような粒度分布を有する。フラッシュ焼成クレーの好ましいd50は、約１．４乃至２μmである。例えば、本発明において使用するのに現在好ましいフラッシュ焼成クレーは、２μm未満の粒子が約５５質量％で、d50が約１．７μmである。更に、本発明において使用するフラッシュ焼成クレーは、５乃至２５m2/g（BET液体窒素吸着法 ISO 5794/1 により測定）、好ましくは約１０乃至２０m2/g、典型的には１２乃至１４m2/g程度の表面積を有しうる。
焼成後に、フラッシュ焼成クレーを所望の微粉度及び粒度分布に粉砕しうる。粉砕は、砂粉砕（例えば、懸濁液中における湿式砂粉砕）、微粉砕（例えば、乾式ボールミル粉砕又は流体エネルギー微粉砕）、遠心分離、粒子分級、濾過、乾燥等のような従来の処理技術の使用により成しうる。湿式砂粉砕が好ましく、その場合には所望の粒度の縮小は、典型的には約１１０kw時間／トンの仕事量投入後になされ、次いで好ましくはカオリンを濾過し、８０℃で乾燥させ、粉砕して最終製品を提供する。
本発明において使用されるフラッシュ焼成カオリンは、典型的には含水カオリンより比重が低く、例えば、２．４以下であり、２．２以下が望ましい。
本発明において使用されるフラッシュ焼成カオリンクレーは粒子状であり、約４０質量％以上が２μm未満であり、好ましくは約７５質量％以下が２μm未満であるような粒度分布を有することが望ましいが、必要不可欠ではない。更に好ましくは、フラッシュ焼成クレーは、約５０乃至６５質量％が２μm未満であるような粒度分布を有する。フラッシュ焼成クレーの好ましいd50は、約１．４乃至２μmである。例えば、本発明において使用するのに現在好ましいフラッシュ焼成クレーは、２μm未満の粒子が約５５質量％で、d50が約１．７μmである。更に、本発明において使用するフラッシュ焼成クレーは、５乃至２５m2/g（BET液体窒素吸着法 ISO 5794/1 により測定）、好ましくは約１０乃至２０m2/g、典型的には１２乃至１４m2/g程度の表面積を有しうる。
本発明に従って使用されるフラッシュ焼成カオリンクレーの粒子には、付着性のカップリング剤（好ましくは有機シランカップリング剤である）をコーティングしうる。適する有機シランカップリング剤の例には、以下の式Iの化合物が含まれる。
SiR1R2R3R4 （I）
（式中、R1はアミノアルキル又はメルカプトアルキル基であり、R2はヒドロキシ、ヒドロキシアルキル又はアルコキシ基であり、及びR3及びR4の各々は、同種でも異種でもよいが、水素原子又はヒドロキシ、アルキル、ヒドロキシアルキル又はアルコキシ基である。）
R2、R3及びR4の各々は、例えば、ヒドロキシ、ヒドロキシアルキル又はアルコキシ基でもよく、R1、R2、R3及びR4の各々は、例えば、４個以下の炭素原子を含みうる。一実施例においては、R1はγ-メルカプトプロピル基で、R2、R3及びR4の各々はメトキシ基でもよい。
ある程度は式Iと重複するが、適する有機シランカップリング剤の別の代表例には、以下の式IIの化合物がある。
(R1O)2R′-Si-X （II）
（式中、R′はC1-4アルキル（例えば、メチル又はエチル）基を表し、R1はメチル又はエチル基を表し、Xはメルカプトプロピル基、ビニル基又はチオシアナートプロピル基を表す。）
適する有機シランカップリング剤の更なる例には、以下の式IIIの化合物が含まれる。
(RO)3-Si-(CH2)m-Sk-(CH2)m-Si(OR)3 （III）
（式中、RはC1-4アルキル（例えば、メチル又はエチル）基を表し、m及びkは各々独立して整数１、２、３、４、５及び６から選択される（例えば、m＝３及びk＝４）。）
適する有機シランカップリング剤の更に別の例には、以下の式IVの化合物が含まれる。
X3SiR （IV）
（式中、XはC1-4アルコキシ（例えば、メトキシ又はエトキシ）基又は塩素原子を表し、Rはグリシドキシ、メタクリル、アミノ、メルカプト、エポキシ又はイミド基を表す。）
SiR1R2R3R4 （I）
（式中、R1はアミノアルキル又はメルカプトアルキル基であり、R2はヒドロキシ、ヒドロキシアルキル又はアルコキシ基であり、及びR3及びR4の各々は、同種でも異種でもよいが、水素原子又はヒドロキシ、アルキル、ヒドロキシアルキル又はアルコキシ基である。）
R2、R3及びR4の各々は、例えば、ヒドロキシ、ヒドロキシアルキル又はアルコキシ基でもよく、R1、R2、R3及びR4の各々は、例えば、４個以下の炭素原子を含みうる。一実施例においては、R1はγ-メルカプトプロピル基で、R2、R3及びR4の各々はメトキシ基でもよい。
ある程度は式Iと重複するが、適する有機シランカップリング剤の別の代表例には、以下の式IIの化合物がある。
(R1O)2R′-Si-X （II）
（式中、R′はC1-4アルキル（例えば、メチル又はエチル）基を表し、R1はメチル又はエチル基を表し、Xはメルカプトプロピル基、ビニル基又はチオシアナートプロピル基を表す。）
適する有機シランカップリング剤の更なる例には、以下の式IIIの化合物が含まれる。
(RO)3-Si-(CH2)m-Sk-(CH2)m-Si(OR)3 （III）
（式中、RはC1-4アルキル（例えば、メチル又はエチル）基を表し、m及びkは各々独立して整数１、２、３、４、５及び６から選択される（例えば、m＝３及びk＝４）。）
適する有機シランカップリング剤の更に別の例には、以下の式IVの化合物が含まれる。
X3SiR （IV）
（式中、XはC1-4アルコキシ（例えば、メトキシ又はエトキシ）基又は塩素原子を表し、Rはグリシドキシ、メタクリル、アミノ、メルカプト、エポキシ又はイミド基を表す。）
本発明において使用するのに好ましいシランの例は、γ-アミノプロピルトリエトキシ及びビニル-トリス(2-メトキシエトキシ)シランである。
好ましくは、有機シランは、焼成クレー粒子の約２質量％以下、更に好ましくは約１乃至約１．５質量％存在するであろう。
フラッシュ焼成カオリンクレーの他に、本発明のポリマー組成物、及びそれから形成される製品は、不透明及び白色顔料として粒子状の二酸化チタンも含む。ポリマー組成物及びそれから形成される製品において不透明として使用する粒子状の二酸化チタンはいろいろなところで入手しうる。しかしながら、典型的には、本発明において使用される二酸化チタンは、約０．２乃至０．３５μm（Ｘ線ディスク遠心分離器で測定）の中程度の凝集体寸法を有する。本発明において使用しうる適する二酸化チタン製品は、Du Pont製のTi-Pure（登録商標）である。
組成物におけるフラッシュ焼成クレー対二酸化チタンの質量比は、約１０：１以下の範囲内であるべきである。更に典型的には、フラッシュ焼成クレー対TiO2の質量比は、約１：１以下であろう。組成物におけるフラッシュ焼成クレー対二酸化チタンの好ましい質量比は、約１：１００乃至約１：１、更に好ましくは、約１：２５乃至約１：１である。現在最も好ましい範囲は約１：３乃至約１：１である。
本発明のポリマー組成物、及びそれから形成されるプラスチック製品は更に、二酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、酸化アンチモン、酸化亜鉛、リトポン（硫化亜鉛＋硫酸バリウム）、硫酸バリウム、ドロマイト、ケイ酸マグネシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、アルミナ及び石英のようなその他の粒子状不透明顔料を含みうる。
好ましくは、有機シランは、焼成クレー粒子の約２質量％以下、更に好ましくは約１乃至約１．５質量％存在するであろう。
フラッシュ焼成カオリンクレーの他に、本発明のポリマー組成物、及びそれから形成される製品は、不透明及び白色顔料として粒子状の二酸化チタンも含む。ポリマー組成物及びそれから形成される製品において不透明として使用する粒子状の二酸化チタンはいろいろなところで入手しうる。しかしながら、典型的には、本発明において使用される二酸化チタンは、約０．２乃至０．３５μm（Ｘ線ディスク遠心分離器で測定）の中程度の凝集体寸法を有する。本発明において使用しうる適する二酸化チタン製品は、Du Pont製のTi-Pure（登録商標）である。
組成物におけるフラッシュ焼成クレー対二酸化チタンの質量比は、約１０：１以下の範囲内であるべきである。更に典型的には、フラッシュ焼成クレー対TiO2の質量比は、約１：１以下であろう。組成物におけるフラッシュ焼成クレー対二酸化チタンの好ましい質量比は、約１：１００乃至約１：１、更に好ましくは、約１：２５乃至約１：１である。現在最も好ましい範囲は約１：３乃至約１：１である。
本発明のポリマー組成物、及びそれから形成されるプラスチック製品は更に、二酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、酸化アンチモン、酸化亜鉛、リトポン（硫化亜鉛＋硫酸バリウム）、硫酸バリウム、ドロマイト、ケイ酸マグネシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、アルミナ及び石英のようなその他の粒子状不透明顔料を含みうる。
本発明のポリマー組成物は、通常マスターバッチ（又は濃縮物）組成物として形成され、適する製品の成形工程において使用する前に濃度を降下させる。本発明によるマスターバッチ組成物は、マスターバッチの質量に対して９０質量％以下のフラッシュ焼成クレー及びTiO2の組合せ（マスターバッチ１００g当たりのフラッシュ焼成クレー及びTiO2のg数）、典型的にはマスターバッチの質量に対して４０乃至８０質量％のフラッシュ焼成クレー及びTiO2を含みうる。
製品の成形工程において直接使用される本発明によるポリマー組成物は、前述のようにマスターバッチから調製する（濃度を降下させる）か、適する組成物に直接形成しうる。そのようなポリマー組成物は、得られる組成物及びそれから形成される製品を不透明にするのに十分な量のフラッシュ焼成カオリンクレー及びTiO2を含む。ポリマー及び製品の最終用途に依存するけれども、典型的には、プラスチック製品に成形される本発明のポリマー組成物は約３０質量％以下、好ましくは約１０質量％以下のフラッシュ焼成クレー及びTiO2の組合せ不透明剤を含みうる。そして、典型的には約１質量％以上のフラッシュ焼成クレー及びTiO2の組合せ不透明剤を含むであろう。ポリエチレンフィルムの用途の場合には、フラッシュ焼成クレー及びTiO2不透明剤の量は、好ましくは１乃至１０質量％である。
本発明のポリマー組成物は、プラスチック業界では公知である更なる添加剤を含みうる。含まれうる更なる添加剤には、結合又は粘着付与剤、可塑剤、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、染料、着色剤、加工安定剤及び加工助剤がある。
本発明はまた、優れた粒子状の充填剤物質を更に含むポリマー組成物、及びそれから形成される製品も考える。例えば、透湿性、又は“通気性”のポリオレフィンフィルム、特に通気性ポリエチレン及びポリプロピレンフィルムは、かなりの量の無機物質、通常炭酸カルシウム充填剤を含み、それは、フィルム製品が形成される組成物中及びフィルム自体中に約７０質量％以下程度の量が存在しうる。そのような組成物はまた不透明化量のTiO2も含みうる。本発明によれば、そのような組成物はまた、TiO2と組み合わせた共不透明剤としてのフラッシュ焼成クレーも含みうる。
製品の成形工程において直接使用される本発明によるポリマー組成物は、前述のようにマスターバッチから調製する（濃度を降下させる）か、適する組成物に直接形成しうる。そのようなポリマー組成物は、得られる組成物及びそれから形成される製品を不透明にするのに十分な量のフラッシュ焼成カオリンクレー及びTiO2を含む。ポリマー及び製品の最終用途に依存するけれども、典型的には、プラスチック製品に成形される本発明のポリマー組成物は約３０質量％以下、好ましくは約１０質量％以下のフラッシュ焼成クレー及びTiO2の組合せ不透明剤を含みうる。そして、典型的には約１質量％以上のフラッシュ焼成クレー及びTiO2の組合せ不透明剤を含むであろう。ポリエチレンフィルムの用途の場合には、フラッシュ焼成クレー及びTiO2不透明剤の量は、好ましくは１乃至１０質量％である。
本発明のポリマー組成物は、プラスチック業界では公知である更なる添加剤を含みうる。含まれうる更なる添加剤には、結合又は粘着付与剤、可塑剤、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、染料、着色剤、加工安定剤及び加工助剤がある。
本発明はまた、優れた粒子状の充填剤物質を更に含むポリマー組成物、及びそれから形成される製品も考える。例えば、透湿性、又は“通気性”のポリオレフィンフィルム、特に通気性ポリエチレン及びポリプロピレンフィルムは、かなりの量の無機物質、通常炭酸カルシウム充填剤を含み、それは、フィルム製品が形成される組成物中及びフィルム自体中に約７０質量％以下程度の量が存在しうる。そのような組成物はまた不透明化量のTiO2も含みうる。本発明によれば、そのような組成物はまた、TiO2と組み合わせた共不透明剤としてのフラッシュ焼成クレーも含みうる。
ポリマー樹脂、フラッシュ焼成カオリンクレー及び二酸化チタン、及び所望に応じてその他の任意の添加剤は、それ自体は公知の方法で適する配合機／ミキサーを使用することにより適するマスターバッチに形成し、例えば、切断してペレットを形成しうるストランドを形成する一軸スクリュー押出機又は二軸スクリュー押出機の使用により造粒しうる。配合機は、フラッシュ焼成カオリンクレー、二酸化チタン及びポリマーを一緒に導入するための単一の入口を有しうる。あるいは、不透明剤成分及びポリマー樹脂のために別々の入口を具備しうる。適する配合機は、例えばWerner & Pfleidererから市販されている。
単一のマスターバッチを形成する別の方法としては、二酸化チタン及びフラッシュ焼成クレーから別々のマスターバッチを形成し、次いでそれを適する割合で一緒にして、プラスチック製品が製造される最終ポリマー組成物を形成しうる。
所望の最終用途に適する濃度の不透明剤を含む本発明のポリマー組成物は、適する成形方法で成形してプラスチック製品を形成しうる。本発明のポリマー組成物から形成されうるプラスチック製品の例には、ポリオレフィンフィルム、特にポリエチレン（例えば、LDPE及びLLDPE）フィルム、ならびに不透明プラスチック容器、瓶等のような非フィルム製品が含まれる。本発明は特にプラスチックフィルムの製造に適し、それは、次いで袋、包装材料、包装紙、パウチ、農業用フィルム等のような幅広い種類の最終用途において使用されうる。そのようなフィルムは、典型的には５００μm以下、しばしば３００μm以下の範囲、通常２０乃至８０μmの範囲の厚さである。
単一のマスターバッチを形成する別の方法としては、二酸化チタン及びフラッシュ焼成クレーから別々のマスターバッチを形成し、次いでそれを適する割合で一緒にして、プラスチック製品が製造される最終ポリマー組成物を形成しうる。
所望の最終用途に適する濃度の不透明剤を含む本発明のポリマー組成物は、適する成形方法で成形してプラスチック製品を形成しうる。本発明のポリマー組成物から形成されうるプラスチック製品の例には、ポリオレフィンフィルム、特にポリエチレン（例えば、LDPE及びLLDPE）フィルム、ならびに不透明プラスチック容器、瓶等のような非フィルム製品が含まれる。本発明は特にプラスチックフィルムの製造に適し、それは、次いで袋、包装材料、包装紙、パウチ、農業用フィルム等のような幅広い種類の最終用途において使用されうる。そのようなフィルムは、典型的には５００μm以下、しばしば３００μm以下の範囲、通常２０乃至８０μmの範囲の厚さである。
プラスチック製品は、例えば、押出、射出成形、圧縮成形、ブロー成形及びキャスチングのような幅広い種類の成形方法で形成されうる。本発明の好ましいプラスチックフィルムは、例えば、フラットダイを用いてフィルムをキャスチングすることにより、又はチューブ押出ダイを用いてフィルムをブロー成形することにより製造しうる。本発明のポリマー組成物はまた、キャスト及びブロンフィルムの両方の工程において、他のポリマーと多層フィルムに同時押出することもできる。この同時押出に適するその他のポリマーは、ナイロン、ポリエチレン（あらゆるタイプ）、ポリ酢酸ビニル及びポリビニルアルコール、PVC及びPVdC、PET、OPP、並びに適する接着剤層である。プラスチックフィルムを製造するための押出方法においては、フィルムを平に延伸する一組のローラー上にフィルムを押し出す。この延伸工程は、平坦なローラー、互いにかみ合うローラー、テンターを用いた延伸のような種々の平坦なフィルムの延伸方法を用い、例えば、縦方向のみ、横方向のみ又は両方向に成しうる。フィルムは、管状延伸方法（通常、ブロンフィルムに使用される）を用いて延伸させることもできる。
更に、プラスチックフィルムは、コロナ処理、火炎処理、下塗り又は補助塗布、接着剤、溶媒又は塗料の使用のような方法を選択して、印刷、フィルムの積層、及び／又はフィルムの接着を容易にするために表面の性質を改良しうる。
以下の非限定実施例を参照して本発明を説明しよう。
更に、プラスチックフィルムは、コロナ処理、火炎処理、下塗り又は補助塗布、接着剤、溶媒又は塗料の使用のような方法を選択して、印刷、フィルムの積層、及び／又はフィルムの接着を容易にするために表面の性質を改良しうる。
以下の非限定実施例を参照して本発明を説明しよう。
フィルムを製造するためのポリエチレン組成物を、３種類のマスターバッチ、すなわち通常６０質量％のTiO2を含むTiO2マスターバッチ、通常１５質量％のフラッシュ焼成クレー（以下ではFCC）を含むFCC LDPE/LLDPE（５０：５０）マスターバッチ及び１５質量％のシラン処理FCC（以下ではTFCC）を含むTFCC LDPE/LLDPE（５０：５０）マスターバッチから調製した。TiO2マスターバッチは、市販の製品として得られた。FCCマスターバッチは、FCCを１５質量％装填し、樹脂１００g当たり０．１gの酸化防止剤も含み、二軸スクリュー押出機で調製した。FCCの粒度分布は以下のとおりであった。１０μm以上が４％、８μm以上が５％、５μm以上が１２％、２μm未満が５５％、１μm未満が３０％、０．７５μm未満が１５％及び０．５μm未満が５％で、典型的にはd50値は１．６μmである。TFCCマスターバッチは、FCCマスターバッチで使用したFCCと同様なFCCを用い、２質量％のγ-プロピルトリエトキシシランを塗布して、FCCマスターバッチと同様にして調製した。
最終配合物は、二軸スクリュー押出機（Baker Perkins MP2000）を用い、TiO2、FCC及びTFCCマスターバッチを（それぞれ６０質量％、１５質量％及び１５質量％）希釈することにより得られた。マスターバッチを希釈するのに使用したポリマーは、FCC及びTFCCマスターバッチを調製するのに使用したものと同一のLDPE及びLLDPEの５０：５０ブレンドであった。酸化防止剤Irganox 1076（Ciba）は、ポリマー１００g当たり０．１０g添加した。全ての配合は、３５０回／分のスクリュー速度で実施し、配合機への供給速度は一定のトルク及び安定な処理を保持するために８乃至１２kg／時間に調整した。FCC配合物については１９５乃至１９７℃、TFCCについては１９５乃至２０１℃のダイにおける溶融温度を許容するために、１９０（ダイ）、１８０、１７０、１６５、１６０及び１５５℃の温度を選択した。
５６回／分のスクリュー速度及び２２５mmの折り径で（２．８のBURに対応）Betol SK 32 Lineを用い、呼称厚さが５０μmのフィルムをブロー成形した。
２乃至３．６質量％のTiO2及び０．４乃至２質量％のFCC（フィルム1b〜1g）又はTFCC（フィルム2b〜2g）の混合物及び４質量％のTiO2又は４質量％のFCC（又はTFCC）を含むフィルムを含む種々のフィルムを、以下の表１に詳述するように調製した。これらは呼称装填量であり、実際の充填剤の装填は、６５０℃において１時間の強熱減量により測定した。測定は各フィルム配合物について５回繰り返し、結果を平均した。総充填剤装填量は表１に質量％の単位で示されている。測定した充填剤の量は、±０．４％である。
最終配合物は、二軸スクリュー押出機（Baker Perkins MP2000）を用い、TiO2、FCC及びTFCCマスターバッチを（それぞれ６０質量％、１５質量％及び１５質量％）希釈することにより得られた。マスターバッチを希釈するのに使用したポリマーは、FCC及びTFCCマスターバッチを調製するのに使用したものと同一のLDPE及びLLDPEの５０：５０ブレンドであった。酸化防止剤Irganox 1076（Ciba）は、ポリマー１００g当たり０．１０g添加した。全ての配合は、３５０回／分のスクリュー速度で実施し、配合機への供給速度は一定のトルク及び安定な処理を保持するために８乃至１２kg／時間に調整した。FCC配合物については１９５乃至１９７℃、TFCCについては１９５乃至２０１℃のダイにおける溶融温度を許容するために、１９０（ダイ）、１８０、１７０、１６５、１６０及び１５５℃の温度を選択した。
５６回／分のスクリュー速度及び２２５mmの折り径で（２．８のBURに対応）Betol SK 32 Lineを用い、呼称厚さが５０μmのフィルムをブロー成形した。
２乃至３．６質量％のTiO2及び０．４乃至２質量％のFCC（フィルム1b〜1g）又はTFCC（フィルム2b〜2g）の混合物及び４質量％のTiO2又は４質量％のFCC（又はTFCC）を含むフィルムを含む種々のフィルムを、以下の表１に詳述するように調製した。これらは呼称装填量であり、実際の充填剤の装填は、６５０℃において１時間の強熱減量により測定した。測定は各フィルム配合物について５回繰り返し、結果を平均した。総充填剤装填量は表１に質量％の単位で示されている。測定した充填剤の量は、±０．４％である。
フィルムの試験片は、光学的及び機械的測定の前に、２３℃及び相対湿度５０％において４８時間状態調節した。
不透明度
未処理のフラッシュ焼成クレーを用いて製造したフィルムの不透明度を測定した値を、以下の表２に示す。不透明度は、Minolta CM-361 Spectrophotometerを用い、対照比法により測定した。測定は、光学的性質に及ぼすフィルム上の表面欠陥（流量の不安定、フィルムから飛び出た充填剤により生ずる掻ききず）の影響を除去するために、LDPE及びLLDPEの屈折率に近いそれを有するパラフィンオイルを用いて実施した。不透明度はフィルムの厚さの変化に敏感であるため、測定された不透明度の値は、５０μmのフィルムの厚さに標準化した。
不透明度
未処理のフラッシュ焼成クレーを用いて製造したフィルムの不透明度を測定した値を、以下の表２に示す。不透明度は、Minolta CM-361 Spectrophotometerを用い、対照比法により測定した。測定は、光学的性質に及ぼすフィルム上の表面欠陥（流量の不安定、フィルムから飛び出た充填剤により生ずる掻ききず）の影響を除去するために、LDPE及びLLDPEの屈折率に近いそれを有するパラフィンオイルを用いて実施した。不透明度はフィルムの厚さの変化に敏感であるため、測定された不透明度の値は、５０μmのフィルムの厚さに標準化した。
結果は、３．６％のTiO2を含むフィルムに関するFCCの含量の関数としての不透明度を示す図１にも示されている。破線は、FCC０％、TiO2４％における値を表す。これらの値は、１０％のTiO2を置換した場合には、置換されたTiO2の質量％の４倍量のFCCがもとのフィルムの不透明度の値を十分回復させることを示す。
透過率／色
未処理のFCCを含むフィルムの透過率、並びに曇り度及び透明度も、得られた不透明度データをチェックするために測定した。得られた結果を以下の表３に示す。透過率（T）、曇り度（H）、及び透明度（C）は、ASTM D-1003及びD-1044に従う方法により、BYK-Gardner Haze Gard-plus meterを用いて測定した。TL Cは５０μmの標準の厚さ及び目標質量の充填剤に標準化した透過率である。充填剤の％は質量％であり、Lはμm単位のフィルムの厚さである。
透過率／色
未処理のFCCを含むフィルムの透過率、並びに曇り度及び透明度も、得られた不透明度データをチェックするために測定した。得られた結果を以下の表３に示す。透過率（T）、曇り度（H）、及び透明度（C）は、ASTM D-1003及びD-1044に従う方法により、BYK-Gardner Haze Gard-plus meterを用いて測定した。TL Cは５０μmの標準の厚さ及び目標質量の充填剤に標準化した透過率である。充填剤の％は質量％であり、Lはμm単位のフィルムの厚さである。
結果は、３．６質量％のTiO2を含むフィルムのFCCの含量の関数としての透過率を示す図２にも示されている。破線は、FCC０質量％、TiO2４質量％における値を表す。全ての値は、５０μmのフィルムの厚さに標準化されている。誤差の棒は２標準偏差に対応する。図２は、１０％のTiO2を置換した場合には、添加したFCCの量が置換されたTiO2の質量％の約３乃至４倍のときにもとのフィルムの透過率の値に回復することを示す。実験誤差の範囲内では、このことはフィルムの不透明度に関する観察結果と一致する。
未処理FCC充填フィルムの色についての測定も実施した。Minolta CM-361 Spectrophotometerを使用して色を測定した。TiO2/FCCフィルムの色の測定結果を以下の表４に示す。ΔEは明度に対応し、L*、a*、及びb*の値から計算される。
未処理FCC充填フィルムの色についての測定も実施した。Minolta CM-361 Spectrophotometerを使用して色を測定した。TiO2/FCCフィルムの色の測定結果を以下の表４に示す。ΔEは明度に対応し、L*、a*、及びb*の値から計算される。
表４は、FCCを含む全てのフィルムの色パラメータを示す。この表によれば、TiO2の代わりにFCCを添加すると、FCC濃度に伴うb*値の増加により示されるようにフィルムの黄色度が増大する。明度の値、ΔEにおける変化を観察する場合には、L*、a*、及びb*の変化が要約される。添加されるFCC量の増大に伴って明度の有意な変化が観察される。
処理したFCC充填フィルムの色についての測定も実施した。得られた結果を以下の表５に示す。
処理したFCC充填フィルムの色についての測定も実施した。得られた結果を以下の表５に示す。
酸化窒素の存在下８５℃における変色の黄変試験も未処理FCCフィルムについて実施した。この試験の結果（表示せず）は、NOxガスに２時間暴露させても試料は変色しないことを示す。
機械的性質
TiO2の置換量の影響があるか否かを判断するためにフィルムの機械的性質も測定した。引張強さはASTM D 882-91にしたがって測定した。得られた結果を以下の表６（縦方向のフィルムの引張強さ）及び表７（横方向のフィルムの引張強さ）に示す。
機械的性質
TiO2の置換量の影響があるか否かを判断するためにフィルムの機械的性質も測定した。引張強さはASTM D 882-91にしたがって測定した。得られた結果を以下の表６（縦方向のフィルムの引張強さ）及び表７（横方向のフィルムの引張強さ）に示す。
図３によれば、フィルムの機械的性質はTiO2の置換量による影響を受けないことが示される。このことは、縦方向及び横方向の両方における全ての引張強さについてそうである。値は、４％のTiO2から４％のFCCまで変化する組成のフィルムについて非常に類似している。この事実は、樹脂が９８乃至９９体積％の場合のこれらのフィルムの引張強さにおける支配的な効果を示す。
この実施例においては、FCC及びシラン処理FCCがプラスチックフィルムにおいてTiO2の代替品として使用しうることが示されている。１０％の置換においては、割増のFCC（置換されたTiO2の量の３乃至４倍）をフィルムに添加することにより、もとの４％TiO2フィルムの不透明度及び透過率を回復しうる。曇り度は影響を受けず、非常に高いままである。色及び透明度はわずかな低下が観察される。しかしながら、FCCの添加はフィルムの耐変色性にほとんど影響を与えない。フィルムの機械的性質はFCCの添加による影響を受けない。
この実施例においては、FCC及びシラン処理FCCがプラスチックフィルムにおいてTiO2の代替品として使用しうることが示されている。１０％の置換においては、割増のFCC（置換されたTiO2の量の３乃至４倍）をフィルムに添加することにより、もとの４％TiO2フィルムの不透明度及び透過率を回復しうる。曇り度は影響を受けず、非常に高いままである。色及び透明度はわずかな低下が観察される。しかしながら、FCCの添加はフィルムの耐変色性にほとんど影響を与えない。フィルムの機械的性質はFCCの添加による影響を受けない。
二軸スクリュー押出機（Baker Perkins MP200）を用い、４種類の異なるフラッシュ焼成クレー（それぞれ比重が２．０８、２．１９、２．０３及び１．９８であるFCC1、FCC2、FCC3及びFCC4）をMFI値が２０のLLDPEに配合して４０質量％のマスターバッチを製造した。処理条件は以下の表８に示す。
全てのマスターバッチは、Exxon Escorene LLDPE resin LL6101 XR（MFI＝２０、密度０．９２４）中に、樹脂１００g当たり０．１５gの酸化防止剤Irganox1076を添加して調製した。１９０（ダイ）、１８０、１７０、１６５、１５５、及び１４５℃の選択された温度で処理した。FCC4以外は３５０回／分、FCC4は３００回／分のスクリュー速度で作業する押出機を使用した。押出量は６〜８kg／時間であった。
３５０回／分のスクリュー速度、１０〜１４kg／時間の押出量及び１９０（ダイ）、１８０、１７０、１６５、１５５、及び１４５℃の選択された温度で作業するBaker Perkins二軸スクリュー押出機を用い、これらのマスターバッチをTiO2マスターバッチとともに、Exxon Escorene LLN1001XV（MFI＝１）を用いて濃度を下げ、総充填剤濃度（FCC及びTiO2）を４質量％とした。各FCCについて、FCC対TiO2の比が以下のような配合物を調製した。４０：３０、３０：４０、４３：２７及び４５：２５。充填剤の装填は、TiO2/CaCO3フィルムの場合に４５０℃を使用する以外は６５０℃における強熱減量により測定した。安定剤として、樹脂１００g当たり０．１５gの酸化防止剤Irganox 1016を添加した。フィルムの処理は、５６回／分のスクリュー速度（１０Aの負荷）及び７m/分の引取速度で作業するBetol SK 32を用いて実施した。フィルムは、５０μmの呼称厚さ、及び２２５mmの折り径で製造された。
フィルムの試験片は、実施例１と同様にして、光学的及び機械的測定の前に２３℃及び相対湿度５０％において４８時間状態調節した。
不透明度
比重が１．９８乃至２．１９のFCCに関して、FCC/TiO2比の関数としてのTiO2:FCCフィルムの不透明度を測定し、結果を図４に示す。全てのフィルムの総充填剤含量は４質量％である。不透明度の値は充填剤の装填量又はフィルムの厚さに関して補正されていないので、比較的誤差は大きい（±１〜２不透明度単位）。
３５０回／分のスクリュー速度、１０〜１４kg／時間の押出量及び１９０（ダイ）、１８０、１７０、１６５、１５５、及び１４５℃の選択された温度で作業するBaker Perkins二軸スクリュー押出機を用い、これらのマスターバッチをTiO2マスターバッチとともに、Exxon Escorene LLN1001XV（MFI＝１）を用いて濃度を下げ、総充填剤濃度（FCC及びTiO2）を４質量％とした。各FCCについて、FCC対TiO2の比が以下のような配合物を調製した。４０：３０、３０：４０、４３：２７及び４５：２５。充填剤の装填は、TiO2/CaCO3フィルムの場合に４５０℃を使用する以外は６５０℃における強熱減量により測定した。安定剤として、樹脂１００g当たり０．１５gの酸化防止剤Irganox 1016を添加した。フィルムの処理は、５６回／分のスクリュー速度（１０Aの負荷）及び７m/分の引取速度で作業するBetol SK 32を用いて実施した。フィルムは、５０μmの呼称厚さ、及び２２５mmの折り径で製造された。
フィルムの試験片は、実施例１と同様にして、光学的及び機械的測定の前に２３℃及び相対湿度５０％において４８時間状態調節した。
不透明度
比重が１．９８乃至２．１９のFCCに関して、FCC/TiO2比の関数としてのTiO2:FCCフィルムの不透明度を測定し、結果を図４に示す。全てのフィルムの総充填剤含量は４質量％である。不透明度の値は充填剤の装填量又はフィルムの厚さに関して補正されていないので、比較的誤差は大きい（±１〜２不透明度単位）。
透過率／色
透過率も実施例１と同様にして測定し、図４に示されているフィルムと同一のフィルムについて得られた結果を図５に示す。透過率の値は厚さ及び充填剤の装填量に関して補正されている。これらの値は、５０μmのフィルムの厚さ及び４質量％の総充填剤装填量に標準化した。図５は、報告された値が大きな誤差を有することを示す（このことは、厚さ及び濃度に関する値の標準化中にも立証されている）。
フィルムの色測定も実施し、その結果を図６にまとめた。図６は、TiO2:FCCフィルムの計算されたΔE値（L、a及びb値から計算する）を、比重が１．９８乃至２．１９のFCCに関してFCC対TiO2の比の関数として示す。フィルムの組成は図４と同様である。これらの結果は、TiO2の置換量が増大すると明度が減少し、b値（黄色度）が増大することを示す。
機械的性質
フィルムの機械的性質を判断するために、それぞれASTM D 882-91及びASTM D 1922-94aにしたがって引張強さ及びエルメンドルフ引裂強さを測定した。QUV（UVA）試験はASTM D 4329-92にしたがって実施した。
図７は、TiO2:FCCフィルムの破断点引張強さを、比重が１．９８乃至２．１９のFCCに関してFCC対TiO2の比の関数として示す。フィルムの組成は図４と同様である。図７においては、各群の左側の棒はFCC1に対応し、左側の真ん中の棒はFCC2に対応し、右側の真ん中の棒はFCC3に対応し、かつ右側の棒はFCC4に対応する。誤差の棒は２標準偏差に対応する。実験誤差の範囲内では、引張強さはFCCによるTiO2の部分置換による影響を受けない。更に、図７はまた、クレーの比重が引張強さに影響しないことを示す。
図８は、TiO2:FCCフィルムのエルメンドルフ引裂強さを、比重が１．９８乃至２．１９のFCCに関してFCC対TiO2の比の関数として示す。この場合も、フィルムの組成は図４と同様である。図８においては、各群の左側の棒はFCC1に対応し、左側の真ん中の棒はFCC2に対応し、右側の真ん中の棒はFCC3に対応し、かつ右側の棒はFCC4に対応する。誤差の棒は２標準偏差に対応する。引張強さと同様に、FCCによるTiO2の部分置換は引裂強さに有意な影響を及ぼさない。
透過率も実施例１と同様にして測定し、図４に示されているフィルムと同一のフィルムについて得られた結果を図５に示す。透過率の値は厚さ及び充填剤の装填量に関して補正されている。これらの値は、５０μmのフィルムの厚さ及び４質量％の総充填剤装填量に標準化した。図５は、報告された値が大きな誤差を有することを示す（このことは、厚さ及び濃度に関する値の標準化中にも立証されている）。
フィルムの色測定も実施し、その結果を図６にまとめた。図６は、TiO2:FCCフィルムの計算されたΔE値（L、a及びb値から計算する）を、比重が１．９８乃至２．１９のFCCに関してFCC対TiO2の比の関数として示す。フィルムの組成は図４と同様である。これらの結果は、TiO2の置換量が増大すると明度が減少し、b値（黄色度）が増大することを示す。
機械的性質
フィルムの機械的性質を判断するために、それぞれASTM D 882-91及びASTM D 1922-94aにしたがって引張強さ及びエルメンドルフ引裂強さを測定した。QUV（UVA）試験はASTM D 4329-92にしたがって実施した。
図７は、TiO2:FCCフィルムの破断点引張強さを、比重が１．９８乃至２．１９のFCCに関してFCC対TiO2の比の関数として示す。フィルムの組成は図４と同様である。図７においては、各群の左側の棒はFCC1に対応し、左側の真ん中の棒はFCC2に対応し、右側の真ん中の棒はFCC3に対応し、かつ右側の棒はFCC4に対応する。誤差の棒は２標準偏差に対応する。実験誤差の範囲内では、引張強さはFCCによるTiO2の部分置換による影響を受けない。更に、図７はまた、クレーの比重が引張強さに影響しないことを示す。
図８は、TiO2:FCCフィルムのエルメンドルフ引裂強さを、比重が１．９８乃至２．１９のFCCに関してFCC対TiO2の比の関数として示す。この場合も、フィルムの組成は図４と同様である。図８においては、各群の左側の棒はFCC1に対応し、左側の真ん中の棒はFCC2に対応し、右側の真ん中の棒はFCC3に対応し、かつ右側の棒はFCC4に対応する。誤差の棒は２標準偏差に対応する。引張強さと同様に、FCCによるTiO2の部分置換は引裂強さに有意な影響を及ぼさない。
この実施例においては、２種類の更なるポリマー系（屈折率が１．５４のHDPE及び屈折率が１．５９の一般的な目的のポリスチレン）においてTiO2の部分置換としてのFCCの性能を評価し、LLDPEを用いた追加の実験の結果と比較した。
使用したポリマー系は以下のとおりであった。
LLDPE マスターバッチ用のEscorene LL6101XR
フィルムブロー用のEscorene LLN1001XV
HDPE HTA002
PS Styron 648
使用したTiO2は、Kronos International Inc.製のルチル形を基剤とする顔料であるKRONOS 2500であった。使用したFCCは、見掛密度より測定した比重が１．９５であった。
FCC及びKronos 2500の、それぞれ３０及び５０質量％のマスターバッチを各樹脂で調製した。LLDPE、HDPE及びPSについて適する酸化防止剤の３質量％マスターバッチも調製した。LLDPE及びHDPEについてはIrganox HP2215FFを使用し、PSについてはIrganox 1076を使用した（両方ともCiba Specialty Chemicals製の酸化防止剤である）。配合物は、３００回／分のスクリュー速度で作業する二軸スクリュー押出機（Baker Perkins 2000）で製造した。温度は、供給帯においては１５０乃至１８０℃、ダイにおいては１９０乃至２０５℃の溶融値を提供するように選択した。押出量は、３０乃至５０％のトルクを提供するように選択した。全ての配合物を、６０℃において８時間、Conair dryer/デシケーターで乾燥させた。
最終的なフィルム配合物は、適量のマスターバッチ及び未充填樹脂をタンブル混合することにより調製した。これらの混合物を、６０℃において８時間以上、Conair dryer/デシケーターで乾燥させた。次いで、フィルムを、Dr. Collinブロンフィルムラインでブローした。スクリュー速度は全ての場合に７５回／分であり、移動（drive-off）値はLLDPE及びHDPEについては４．６m/分であり、PSについては１０m/分である。処理条件は、LLDPEについては約２０５℃及び３４０バール、HDPEについては約２１５℃及び３１０バール、及びPSについては約２０５℃及び２１０バールの溶融温度及び溶融圧力を提供するように選択した。ポリエチレンフィルムは、５０μmの呼称厚さ、及び２２５mmの折り径で製造された。PSフィルムは、２５μmの呼称厚さ、及び２３０〜２５０mmの折り径で製造された。
使用したポリマー系は以下のとおりであった。
LLDPE マスターバッチ用のEscorene LL6101XR
フィルムブロー用のEscorene LLN1001XV
HDPE HTA002
PS Styron 648
使用したTiO2は、Kronos International Inc.製のルチル形を基剤とする顔料であるKRONOS 2500であった。使用したFCCは、見掛密度より測定した比重が１．９５であった。
FCC及びKronos 2500の、それぞれ３０及び５０質量％のマスターバッチを各樹脂で調製した。LLDPE、HDPE及びPSについて適する酸化防止剤の３質量％マスターバッチも調製した。LLDPE及びHDPEについてはIrganox HP2215FFを使用し、PSについてはIrganox 1076を使用した（両方ともCiba Specialty Chemicals製の酸化防止剤である）。配合物は、３００回／分のスクリュー速度で作業する二軸スクリュー押出機（Baker Perkins 2000）で製造した。温度は、供給帯においては１５０乃至１８０℃、ダイにおいては１９０乃至２０５℃の溶融値を提供するように選択した。押出量は、３０乃至５０％のトルクを提供するように選択した。全ての配合物を、６０℃において８時間、Conair dryer/デシケーターで乾燥させた。
最終的なフィルム配合物は、適量のマスターバッチ及び未充填樹脂をタンブル混合することにより調製した。これらの混合物を、６０℃において８時間以上、Conair dryer/デシケーターで乾燥させた。次いで、フィルムを、Dr. Collinブロンフィルムラインでブローした。スクリュー速度は全ての場合に７５回／分であり、移動（drive-off）値はLLDPE及びHDPEについては４．６m/分であり、PSについては１０m/分である。処理条件は、LLDPEについては約２０５℃及び３４０バール、HDPEについては約２１５℃及び３１０バール、及びPSについては約２０５℃及び２１０バールの溶融温度及び溶融圧力を提供するように選択した。ポリエチレンフィルムは、５０μmの呼称厚さ、及び２２５mmの折り径で製造された。PSフィルムは、２５μmの呼称厚さ、及び２３０〜２５０mmの折り径で製造された。
実際の充填剤の装填量は、CEMマイクロ波炉中において６５０℃で１時間の強熱減量により測定した。不透明度は、１０°の測定角及び光源として標準北空昼光照明を用い、Minolta CM-361 spectrophotometerで対照比法により公知の厚さのフィルムで測定した。曇り度、透明度及び透過率は、ASTM D-1003及びD-1044にしたがってガードナー曇り度計を用い公知の厚さのフィルムで測定した。可能な値の場合には（透過率及び不透明度）、数値的（透過率の場合）又は補正グラフにより（不透明度の場合）値を呼称厚さ及び呼称充填剤装填量に標準化した。色は、光源として標準6500 K照明及び１０°の測定角を用い、Minolta CM-361 spedtrophotometerで測定した。
引張強さは、PEグレードについては８０mmの長さの試験片で縦方向及び横方向の両方、PSについては８００mm/分の歪み速度及び８mm/分の歪み速度で、ASTM D 882-91にしたがって測定した。エルメンドルフ引裂強さは、ASTM D 1922-4aにしたがって測定した。
フィルムの光学的及び機械的性質を、それぞれ表９及び１０に示す。
引張強さは、PEグレードについては８０mmの長さの試験片で縦方向及び横方向の両方、PSについては８００mm/分の歪み速度及び８mm/分の歪み速度で、ASTM D 882-91にしたがって測定した。エルメンドルフ引裂強さは、ASTM D 1922-4aにしたがって測定した。
フィルムの光学的及び機械的性質を、それぞれ表９及び１０に示す。
引裂試験（エルメンドルフ）：最大力（N）、最大力／幅（N/mm）
全てのフィルムの不透明度及び透過率を、表９のデータに基づいて図９〜１１に示す。これらの値は、内挿法により比較すべきフィルムの平均の厚さ及び充填剤の装填量に標準化した。HDPEフィルムについては、測定したままの値が報告されている。全ての値及びその他の性質は表２のappendixに示されている。
この実施例のLLDPE、HDPE、及びPSフィルムは、３．６質量%のTiO2及び種々の量のFCCを含み、FCCの量は、置換されたTiO2：添加されたFCCの比が１：１、１：２、及び１：３に対応する量である。水平線は、各ポリマー系に４質量％のTiO2が含まれた対照物質に対応する。
図９は、LLDPEフィルムの不透明度及び透過率を示す。結果は、FCCの添加量が置換されたTiO2の約２倍量である場合に不透明度（又は透過率）が回復することを示す。
HDPEについては（図１０）、測定誤差が大きいために、対照フィルムと等価な不透明度を得るのに必要な割合の正確な値を提供することができなかった。しかしながら、研究したフィルムの不透明度及び透過率がLLDPEフィルムのそれらと同程度であることを値が示した。
ＰＳフィルムの不透明度及び透過率（図１１を参照されたい）は、約１：１乃至約１：３の割合の間でこれらが回復することが示された。
TiO2/FCCブレンドを含むPE及びPSフィルムの色の値を以下の表１１に示す。
この実施例のLLDPE、HDPE、及びPSフィルムは、３．６質量%のTiO2及び種々の量のFCCを含み、FCCの量は、置換されたTiO2：添加されたFCCの比が１：１、１：２、及び１：３に対応する量である。水平線は、各ポリマー系に４質量％のTiO2が含まれた対照物質に対応する。
図９は、LLDPEフィルムの不透明度及び透過率を示す。結果は、FCCの添加量が置換されたTiO2の約２倍量である場合に不透明度（又は透過率）が回復することを示す。
HDPEについては（図１０）、測定誤差が大きいために、対照フィルムと等価な不透明度を得るのに必要な割合の正確な値を提供することができなかった。しかしながら、研究したフィルムの不透明度及び透過率がLLDPEフィルムのそれらと同程度であることを値が示した。
ＰＳフィルムの不透明度及び透過率（図１１を参照されたい）は、約１：１乃至約１：３の割合の間でこれらが回復することが示された。
TiO2/FCCブレンドを含むPE及びPSフィルムの色の値を以下の表１１に示す。
この表は、全ての場合に、FCCの量の増大に伴ってフィルムがやや黄色になり、わずかに明度が減少することを示した。値は、LLDPEにおいては有意には変化しなかったが、HDPEにおいてはわずかに緑色が減少し、PSにおいてはわずかに緑色になった。更に、PSフィルムは、LLDPE又はHDPEのいずれかよりわずかに黄色が減少した。このことは、ひとつには、LLDPE又はHDPEのいずれかと比べてPSのほうがわずかに青みを帯びていることにより説明されうる。対照フィルムと１：１置換フィルムを比較すると、色の違いは小さいことが示された。
表１０のフィルムの機械的性質を図１２及び１３に図示する。PSフィルムのエルメンドルフ引裂強さ測定されなかった。これらの結果は、実験誤差の範囲内では（示された誤差の棒は±２標準偏差に対応する）、TiO2の部分置換としてFCCを添加しても、３種類全てのポリマー系において対照の４%TiO2フィルムと比較して機械的性能を有意に変化させないことを示す。
本明細書に引用されているすべての文献は、全ての目的のために参考として明白に導入されている。
前述の内容は、限定することなく本発明を幅広く記載する。当業者に容易に明らかな変化及び改良は、本発明の範囲内に含まれると考えられる。
表１０のフィルムの機械的性質を図１２及び１３に図示する。PSフィルムのエルメンドルフ引裂強さ測定されなかった。これらの結果は、実験誤差の範囲内では（示された誤差の棒は±２標準偏差に対応する）、TiO2の部分置換としてFCCを添加しても、３種類全てのポリマー系において対照の４%TiO2フィルムと比較して機械的性能を有意に変化させないことを示す。
本明細書に引用されているすべての文献は、全ての目的のために参考として明白に導入されている。
前述の内容は、限定することなく本発明を幅広く記載する。当業者に容易に明らかな変化及び改良は、本発明の範囲内に含まれると考えられる。
Claims (44)
- ポリマー樹脂、フラッシュ焼成カオリンクレー充填剤及び二酸化チタン充填剤を含むポリマー組成物であって、前記組成物中における前記フラッシュ焼成クレー対前記二酸化チタンの質量比が１０：１以下であり、ポリマー樹脂が固化又は硬化すると屈折率が１．４５以上のプラスチック材料になることを特徴とするポリマー組成物。
- 前記ポリマー樹脂が、ポリオレフィン樹脂である請求項１記載のポリマー組成物。
- 前記ポリオレフィン樹脂が、エテン、プロペン又はブテンのホモポリマー又はエテン、プロペン、ブテン及び別のモノマーのコポリマーである請求項２記載のポリマー組成物。
- 前記ポリオレフィン樹脂が、ポリエチレン樹脂である請求項３記載のポリマー組成物。
- 前記ポリエチレン樹脂が、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン及び高密度ポリエチレンから選択されるポリエチレン樹脂である請求項４記載のポリマー組成物。
- 前記ポリエチレン樹脂が、低密度ポリエチレン及び線状低密度ポリエチレンから選択されるポリエチレン樹脂である請求項５記載のポリマー組成物。
- 前記ポリマー樹脂が、PVC樹脂である請求項１記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレーの比重が、２．４以下である請求項１乃至７のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレーの比重が、２．２以下である請求項８記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレーの粒度分布が、５０質量％以上の粒子が２μm未満である請求項１乃至９のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレーの粒度分布が、４０乃至８０質量％以上の粒子が２μm未満である請求項１乃至９のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレーのd50が、１．４乃至２．０μm未満である請求項１乃至１１のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレーの比重が、２．４未満であり、粒度分布が、５０乃至６５質量％の粒子が２μm未満であり、かつd50が、１．４乃至２．０μm未満である請求項４、５又は６のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレーが、粒子状含水カオリンクレーを５００℃より高温に５秒以下の時間暴露させることにより得られる請求項１乃至１３のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレーが、付着性のカップリング剤でコーティングされている請求項１乃至１４のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記付着性のカップリング剤が、有機シランカップリング剤である請求項１５記載のポリマー組成物。
- 前記TiO2が、０．２乃至０．３５μmの中程度の凝集体寸法である請求項１乃至１６のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー対TiO2の質量比が、１：１００乃至１：１である請求項１乃至１７のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー対TiO2の質量比が、１：２５乃至１：１である請求項１８記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー対TiO2の質量比が、１：３乃至１：１である請求項１８記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー及び二酸化チタンの総量が、組成物の総質量に対して８０％以下である請求項１乃至２０のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー及び二酸化チタンの総量が、組成物の総質量に対して４０乃至８０％である請求項２１記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー及び二酸化チタンの総量が、組成物の総質量に対して３０％以下である請求項２１記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー及び二酸化チタンの総量が、組成物の総質量に対して１乃至１０％である請求項２３記載のポリマー組成物。
- 追加の無機充填剤を含む請求項１乃至２４のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記追加の無機充填剤が、炭酸カルシウムである請求項２５記載のポリマー組成物。
- ポリエチレン樹脂、フラッシュ焼成クレー及び二酸化チタンを含むポリマー組成物であって、フラッシュ焼成クレー対二酸化チタンの質量比が、１：１００乃至１：１であるポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー対TiO2の質量比が、１：２５乃至１：１である請求項２７記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー対TiO2の質量比が、１：３乃至１：１である請求項２８記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー及び二酸化チタンの総量が、組成物の総質量の８０％以下である請求項２７、２８又は２９のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー及び二酸化チタンの総量が、組成物の総質量の４０乃至８０％である請求項３０記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー及び二酸化チタンの総量が、組成物の総質量の３０％以下である請求項３０記載のポリマー組成物。
- 前記フラッシュ焼成クレー及び二酸化チタンの総量が、組成物の総質量の１乃至１０％である請求項３０記載のポリマー組成物。
- 前記ポリマー樹脂が、ナイロン６、ナイロン６，６、PET、PVC及びポリスチレンから選択される請求項１又は請求項８乃至２６のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 前記ポリマー樹脂が、ポリスチレン樹脂である請求項３４記載のポリマー組成物。
- 請求項１乃至３５のいずれかに記載のポリマー組成物から形成されたプラスチック製品。
- ポリオレフィンフィルムである請求項３６記載のプラスチック製品。
- ポリエチレンフィルムである請求項３６記載のプラスチック製品。
- ポリスチレンフィルムである請求項３６記載のプラスチック製品。
- ポリマー樹脂、フラッシュ焼成カオリンクレー及び二酸化チタンを一緒にして均質組成物を形成する請求項１記載のポリマー組成物を調製する製造方法。
- 前記フラッシュ焼成カオリンクレー及び二酸化チタンをポリマー樹脂と混合して均質組成物を形成する請求項４０記載の製造方法。
- (a)ポリマー樹脂及びフラッシュ焼成クレー及び(b)ポリマー樹脂及び二酸化チタンの別々のプレミックスを形成し、次いでそれを任意に追加のポリマー樹脂と混合する請求項４１記載の製造方法。
- ポリオレフィン樹脂と、二酸化チタン及びフラッシュ焼成カオリンクレーの混合物とを含み、前記フラッシュ焼成カオリンクレー及び二酸化チタンの総量が、組成物の総量に対して８０％以下であることを特徴とするポリマー組成物。
- 請求項４３に記載のポリマー組成物から形成されるポリオレフィンフィルム。
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