CH650520A5 - ETHYLENE TERPOLYMERS, A PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE AND THEIR USE IN THE MANUFACTURE OF FILMS. - Google Patents
ETHYLENE TERPOLYMERS, A PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE AND THEIR USE IN THE MANUFACTURE OF FILMS. Download PDFInfo
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Description
La présente invention concerne des polymères de l'éthylène comprenant des motifs dérivés de l'anhydride maléique et leur utilisation à la fabrication de films. The present invention relates to polymers of ethylene comprising units derived from maleic anhydride and their use in the manufacture of films.
Le brevet français N° 1323379 décrit des terpolymères d'éthylène, d'acrylate d'alkyle et d'anhydride maléique, de faible cristalli-nité, utilisés comme modificateurs des cires de pétrole à raison de 5 à 10% en poids dans lesdites cires, pour l'enduction sur papier. French Patent No. 1323379 describes terpolymers of ethylene, alkyl acrylate and maleic anhydride, of low crystallinity, used as modifiers of petroleum waxes at a rate of 5 to 10% by weight in said waxes , for coating on paper.
La présente invention a pour objet des polymères améliorés comprenant d'une part l'éthylène à titre de monomère principal, et d'autre part au moins deux comonomères dont un ester (méth)acry-lique et l'anhydride maléique. Facultativement ils peuvent comprendre un quatrième monomère copolymérisable avec les trois premiers et ils sont alors qualifiés de tétrapolymères. The present invention relates to improved polymers comprising on the one hand ethylene as the main monomer, and on the other hand at least two comonomers including a (meth) acrylic ester and maleic anhydride. Optionally, they can comprise a fourth monomer copolymerizable with the first three and they are then qualified as tetrapolymers.
Les polymères selon l'invention comprennent : The polymers according to the invention comprise:
— de 88 à 98,7 % en moles de motifs dérivés de l'éthylène, - from 88 to 98.7% by moles of units derived from ethylene,
— de 1 à 10% en moles de motifs dérivés d'au moins un ester choisi parmi les acrylates et méthacrylates d'alkyle, ledit groupe alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone, From 1 to 10 mol% of units derived from at least one ester chosen from alkyl acrylates and methacrylates, said alkyl group having from 1 to 6 carbon atoms,
— de 0,3 à 3 % en moles de motifs dérivés de l'anhydride maléique. - from 0.3 to 3 mol% of units derived from maleic anhydride.
Ils sont caractérisés par un indice de fluidité (mesuré selon la norme ASTM D 1238-73) compris entre 1 et 500 dg/min, un indice de polydispersité Mw/Mn supérieur à 6 et une température Vicat comprise entre 30 C (fortes teneurs en comonomères) et 85 C (faibles teneurs). They are characterized by a fluidity index (measured according to standard ASTM D 1238-73) of between 1 and 500 dg / min, a polydispersity index Mw / Mn greater than 6 and a Vicat temperature of between 30 C (high contents comonomers) and 85 C (low contents).
Lorsque les polymères selon l'invention comprennent un quatrième comonomère, celui-ci peut être choisi parmi les a-oléfines ayant de 3 à 8 atomes de carbone, les monomaléates d'alkyle et les maléates de dialkyle dont les groupes alkyle ont de 1 à 6 atomes de carbone, l'acétate de vinyle, le monoxyde de carbone, et peut être présent à raison de jusqu'à 5% en moles, la proportion de l'éthylène dans le tétrapolymère étant alors diminuée d'autant par rapport à la gamme indiquée ci-dessus. When the polymers according to the invention comprise a fourth comonomer, this can be chosen from α-olefins having from 3 to 8 carbon atoms, alkyl monomaleates and dialkyl maleates whose alkyl groups have from 1 to 6 carbon atoms, vinyl acetate, carbon monoxide, and may be present at a rate of up to 5 mol%, the proportion of ethylene in the tetrapolymer then being reduced by as much compared to the range indicated above.
Le procédé de fabrication des polymères selon l'invention consiste à copolymériser, en présence d'au moins un initiateur de radicaux libres, un mélange composé de 94 à 99 % en poids d'éthylène, de 0,7 à 5 % en poids d'ester (méth)acrylique et de 0,2 à 0,9 % en poids d'anhydride maléique dans un réacteur maintenu sous une pression de 1000 à 3000 bar et à une température de 170° à 280e C, à détendre puis à séparer le mélange de monomère et du polymère formé dans le réacteur, et enfin à recycler vers le réacteur le mélange d'éthylène et de monomères précédemment séparé, le flux recyclé comprenant de 99 à 99,8% d'éthylène et de 0,2 à 1 % d'ester (méth)-acrylique. Dans le procédé selon l'invention, on peut prévoir une alimentation séparée de l'éthylène frais d'une part, des comonomères et de l'éthylène recyclé d'autre part. L'introduction des comonomères dans le réacteur se fait de préférence par pompage sous pression d'une solution d'ahydride maléique dans l'ester (méth)acryli-que, mélange de cette solution avec le flux d'éthylène et homogénéisation dudit mélange avant son entrée dans le réacteur. A titre d'exemple non limitatif, le mélange et l'homogénéisation peuvent être réalisés simultanément dans un dispositif de type Venturi. Bien entendu, il peut être envisagé de séparer l'éthylène et l'ester (méth)-acrylique recyclés, mais une telle opération n'apporte pas d'avantages qui permettent de compenser l'augmentation corrélative du coût de fabrication. The process for manufacturing the polymers according to the invention consists in copolymerizing, in the presence of at least one free radical initiator, a mixture composed of 94 to 99% by weight of ethylene, from 0.7 to 5% by weight of '(meth) acrylic ester and from 0.2 to 0.9% by weight of maleic anhydride in a reactor maintained under a pressure of 1000 to 3000 bar and at a temperature of 170 ° to 280 ° C, to relax then to separate the mixture of monomer and polymer formed in the reactor, and finally to recycle to the reactor the mixture of ethylene and monomers previously separated, the recycled stream comprising from 99 to 99.8% of ethylene and from 0.2 to 1% (meth) -acrylic ester. In the process according to the invention, it is possible to provide for a separate supply of fresh ethylene on the one hand, of the comonomers and of recycled ethylene on the other hand. The introduction of the comonomers into the reactor is preferably done by pumping under pressure a solution of maleic hydride in the (meth) acrylic ester, mixing this solution with the ethylene flow and homogenizing said mixture before its entry into the reactor. By way of nonlimiting example, mixing and homogenization can be carried out simultaneously in a Venturi type device. Of course, it can be envisaged to separate the recycled ethylene and (meth) -acrylic ester, but such an operation does not provide advantages which make it possible to compensate for the corresponding increase in the manufacturing cost.
A titre d'initiateurs de radicaux libres utilisables dans le cadre de la présente invention on peut citer par exemple le peroxydicarbonate de 2-éthylhexyle, le peroxyde de ditertiobutyle, le perbenzoate de tertiobutyle, l'éthyl-2 perhexanoate de terbutyle. De manière parfaitement connue on pourra aussi utiliser, dans le procédé selon l'invention, un ou plusieurs agents de transfert de chaîne, tels que par exemple l'hydrogène, pour régler et contrôler les caractéristiques du polymère et notamment son indice de fluidité. As free radical initiators which can be used in the context of the present invention, mention may, for example, be made of 2-ethylhexyl peroxydicarbonate, ditertiobutyl peroxide, tert-butyl perbenzoate, 2-ethylbuthexanoate terbutyl. In a perfectly known manner, it is also possible to use, in the process according to the invention, one or more chain transfer agents, such as for example hydrogen, to adjust and control the characteristics of the polymer and in particular its melt index.
Le procédé selon l'invention est mis en œuvre de façon continue soit dans un réacteur autoclave agité comprenant une ou plusieurs zones, soit dans un réacteur tubulaire comme par exemple décrit dans le brevet est-allemand N° 58.387. En aval du réacteur sont situés une vanne de détente puis un séparateur fonctionnant sous une pression de 200 à 500 bar. Le procédé selon l'invention peut mettre en œuvre un refroidissement du mélange de polymère et de monomères entre la vanne de détente et le séparateur, par exemple conformément au brevet français N° 2313399 en injectant de l'éthylène à une pression inférieure à celle du séparateur, ledit éthylène pouvant être capté en aval d'un échangeur du circuit de recyclage. The method according to the invention is implemented continuously either in a stirred autoclave reactor comprising one or more zones, or in a tubular reactor as for example described in the East German patent No. 58.387. Downstream of the reactor are located an expansion valve then a separator operating under a pressure of 200 to 500 bar. The method according to the invention can implement cooling of the mixture of polymer and monomers between the expansion valve and the separator, for example in accordance with French patent No. 2313399 by injecting ethylene at a pressure lower than that of separator, said ethylene being able to be collected downstream of an exchanger of the recycling circuit.
Les polymères selon l'invention peuvent être utilisés dans de nombreuses applications, soit seuls soit en mélange avec d'autres matériaux ou polymères. Comme les copolymères éthylène/ester (méth)acrylique dont ils perfectionnent les propriétés, leurs applications dépendent de l'indice de fluidité obtenu par l'usage de l'agent de transfert de chaîne. Elles dépendent également de la teneur en motifs dérivés de l'anhydride maléique. Ainsi une application importante des polymères selon l'invention ayant un indice de fluidité compris entre 1 et 10 dg/min et comprenant de 0,3 à 1 % en moles de motifs dérivés de l'anhydride maléique consiste dans la fabrication de films. Ces films peuvent avoir une épaisseur comprise entre 10 et 500 jtm (microns) lorsqu'ils sont obtenus à travers une filière plate et The polymers according to the invention can be used in numerous applications, either alone or as a mixture with other materials or polymers. Like the ethylene / (meth) acrylic ester copolymers whose properties they improve, their applications depend on the melt index obtained by the use of the chain transfer agent. They also depend on the content of units derived from maleic anhydride. Thus, a significant application of the polymers according to the invention having a melt index of between 1 and 10 dg / min and comprising from 0.3 to 1 mol% of units derived from maleic anhydride consists in the manufacture of films. These films can have a thickness of between 10 and 500 jtm (microns) when they are obtained through a flat die and
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3
650 520 650 520
de 25 à 200 um (microns) lorsqu'ils sont obtenus par extrusion-souf-fiage. Ils sont utilisés pour la fabrication de sachets, l'emballage alimentaire. l'emballage de fardeaux lourds, et comme films agricoles. L'extrusion-soufflage de ces films est effectuée au moyen de machines conventionnelles, et avec un taux de gonflage compris entre 1 et 3 et un taux de tirage pouvant atteindre quelques dizaines de mètres par minute. from 25 to 200 µm (microns) when obtained by extrusion-blow molding. They are used for the manufacture of sachets, food packaging. the packaging of heavy loads, and as agricultural films. The extrusion-blowing of these films is carried out using conventional machines, and with an inflation rate of between 1 and 3 and a pulling rate that can reach a few tens of meters per minute.
Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif et non limitatif de la présente invention. The following examples are given by way of illustration and without limitation of the present invention.
Exemples 1 à 4 Examples 1 to 4
On considère un réacteur autoclave cylindrique comprenant trois zones d'un volume de 1 litre chacune et équipé d'un agitateur à palettes. Les zones sont séparées par des écrans à soupape. L'éthylène frais comprimé par un premier compresseur alimente la première zone. La seconde zone est alimentée par un mélange homogène d'éthylène, d'anhydride maléique (AM) et d'acrylate d'éthyle (AE). Enfin une solution d'éthyl-2 perhexanoate de terbutyle dans une coupe d'hydrocarbures est injectée dans la troisième zone. Celle-ci constitue donc la seule zone réactionnelle puisqu'elle met en présence les trois comonomères et un initiateur de radicaux libres. On trouvera dans le tableau I ci-après d'une part les proportions en poids d'anhydride maléique et d'acrylate d'éthyle par rapport à l'éthylène dans la zone réactionnelle et d'autre part la température dans ladite zone. Le réacteur est maintenu sous une pression de 1600 bar. Au fond de la troisième zone du réacteur est placée une vanne de détente permettant d'abaisser la pression à 300 bar. Le mélange du polymère fondu d'une part et des monomères gazeux d'autre part, après avoir traversé la vanne de détente, passe dans une trémie séparatrice. Tandis que le polymère est recueilli au fond de la trémie, les monomères sont acheminés, après passage à travers une trémie de dégraissage, vers un second compresseur. D'autre part, une solution d'anhydride maléique dans l'acrylate d'éthyle est pompée sous pression et acheminée vers l'entrée d'un homogénéiseur de type Venturi où elle est mélangée au flux des monomères recyclés provenant du second compresseur. A la sortie de ce dispositif Venturi, le mélange des trois monomères est acheminé vers un homogénéiseur en spirale puis transféré à la seconde zone du réacteur. We consider a cylindrical autoclave reactor comprising three zones with a volume of 1 liter each and equipped with a paddle stirrer. The zones are separated by valve screens. Fresh ethylene compressed by a first compressor feeds the first zone. The second zone is supplied with a homogeneous mixture of ethylene, maleic anhydride (AM) and ethyl acrylate (AE). Finally, a solution of 2-ethyl terbutyl perhexanoate in a cut of hydrocarbons is injected into the third zone. This therefore constitutes the only reaction zone since it brings together the three comonomers and a free radical initiator. Table 1 below shows the proportions by weight of maleic anhydride and ethyl acrylate relative to ethylene in the reaction zone and on the other hand the temperature in said zone. The reactor is maintained under a pressure of 1600 bar. At the bottom of the third zone of the reactor is placed an expansion valve allowing the pressure to be reduced to 300 bar. The mixture of the molten polymer on the one hand and the gaseous monomers on the other hand, after passing through the expansion valve, passes into a separating hopper. While the polymer is collected at the bottom of the hopper, the monomers are conveyed, after passing through a degreasing hopper, to a second compressor. On the other hand, a solution of maleic anhydride in ethyl acrylate is pumped under pressure and conveyed to the inlet of a Venturi type homogenizer where it is mixed with the stream of recycled monomers coming from the second compressor. At the outlet of this Venturi device, the mixture of the three monomers is conveyed to a spiral homogenizer and then transferred to the second zone of the reactor.
A la sortie de la trémie séparatrice, le terpolymère fabriqué est analysé par spectrophotométrie infrarouge et les proportions en moles de motifs acrylate d'éthyle et de motifs anhydride maléique sont déterminées et indiquées dans le tableau I ci-après. D'autre part l'indice de fluidité du polymère est déterminé selon la norme ASTM D 1238-73 et exprimé en dg/min. At the outlet of the separating hopper, the terpolymer produced is analyzed by infrared spectrophotometry and the proportions by moles of ethyl acrylate units and of maleic anhydride units are determined and indicated in Table I below. Furthermore, the melt index of the polymer is determined according to standard ASTM D 1238-73 and expressed in dg / min.
Ensuite on mesure les caractéristiques suivantes du polymère: Then the following characteristics of the polymer are measured:
— masse volumique p, exprimée en g/cm3 et déterminée selon la norme ASTM D 2839, - density p, expressed in g / cm3 and determined according to standard ASTM D 2839,
— masse moléculaire moyenne en nombre Mn, déterminée par Chromatographie de perméation de gel, - number average molecular mass Mn, determined by gel permeation chromatography,
— indice de polydispersité, déterminé selon la même méthode et égal au rapport Mw/Mn, Mw étant la masse moléculaire moyenne en poids, - polydispersity index, determined according to the same method and equal to the ratio Mw / Mn, Mw being the average molecular mass by weight,
— température Vicat, exprimée en degrés Celsius et déterminée selon la norme NF T 51-012 (1). - Vicat temperature, expressed in degrees Celsius and determined according to standard NF T 51-012 (1).
Les résultats de ces mesures sont rassemblés dans le tableau II ci-après. The results of these measurements are collated in Table II below.
Exemple 5 Example 5
On utilise le dispositif des exemples précédents pour copolymériser l'éthylène, l'anhydride maléique et l'acrylate d'éthyle dans les conditions suivantes: The device of the previous examples is used to copolymerize ethylene, maleic anhydride and ethyl acrylate under the following conditions:
pression du réacteur: 1200 bar; reactor pressure: 1200 bar;
température de la zone réactionnelle: 180" C La composition en poids du mélange de monomères dans la zone réactionnelle, la composition en moles du terpolymère obtenu et son indice de fluidité sont indiqués au tableau I ci-après. Le polymère est ensuite analysé et caractérisé par sa masse volumique, sa masse moléculaire Mn et son indice de polydispersité, mesurés comme décrit précédemment et dont les valeurs figurent au tableau II ci-après. temperature of the reaction zone: 180 "C. The composition by weight of the mixture of monomers in the reaction zone, the composition in moles of the terpolymer obtained and its melt index are indicated in Table I below. The polymer is then analyzed and characterized by its density, its molecular mass Mn and its polydispersity index, measured as described above and the values of which appear in Table II below.
Exemple 6 Example 6
On utilise le dispositif des exemples précédents pour copolymériser l'éthylène, l'anhydride maléique et le méthacrylate de butyle (MAB) dans les conditions suivantes : The device of the preceding examples is used to copolymerize ethylene, maleic anhydride and butyl methacrylate (MAB) under the following conditions:
pression du réacteur: 1800 bar; reactor pressure: 1800 bar;
température de la zone réactionnelle: 180° C. temperature of the reaction zone: 180 ° C.
Les proportions en poids des comonomères dans la zone réactionnelle sont les suivantes: The proportions by weight of the comonomers in the reaction zone are as follows:
4,8% MAB, 0,38% AM. 4.8% MAB, 0.38% AM.
Le polymère otenu a un indice de fluidité de 30 dg/min (mesuré selon la norme ASTM D 1238-73). The polymer obtained has a melt index of 30 dg / min (measured according to standard ASTM D 1238-73).
Exemple 7 Example 7
On utilise le dispositif des exemples précédents pour copolymériser l'éthylène, l'anhydride maléique et l'acrylate de butyle (AB) dans les conditions suivantes: The device of the previous examples is used to copolymerize ethylene, maleic anhydride and butyl acrylate (AB) under the following conditions:
pression du réacteur: 2300 bar; reactor pressure: 2300 bar;
température de la zone réactionnelle: 260° C. temperature of the reaction zone: 260 ° C.
Les proportions en poids des comonomères dans la zone réactionnelle sont les suivantes: The proportions by weight of the comonomers in the reaction zone are as follows:
1,3% AB, 0,23 AM. 1.3% AB, 0.23 AM.
Le polymère obtenu a un indice de fluidité de 2 dg/min (mesuré selon la norme ASTM D 1238-73), une température Vicat de 65'' C et une masse volumique de 0,935 g/cm3. Son analyse par spectrophotométrie infrarouge permet de mettre en évidence la présence de: The polymer obtained has a melt index of 2 dg / min (measured according to standard ASTM D 1238-73), a Vicat temperature of 65 '' C and a density of 0.935 g / cm3. Its analysis by infrared spectrophotometry makes it possible to highlight the presence of:
— 2,0 % en moles de motifs dérivés de l'acrylate de butyle, - 2.0 mole% of units derived from butyl acrylate,
— 0,8 % en moles de motifs dérivés de l'anhydride maléique. - 0.8% by moles of units derived from maleic anhydride.
Exemple 8 Example 8
On transforme le terpolymère obtenu à l'exemple 2 par extru-sion-soufflage à une température de 140° C en un film d'épaisseur 100 |im (microns), le taux de tirage étant égal à 2,5 m/min et le taux de gonflage étant égal à 2. Sur le film obtenu on mesure les propriétés suivantes : The terpolymer obtained in Example 2 is transformed by extrusion-blow molding at a temperature of 140 ° C. into a film with a thickness of 100 μm (microns), the drawing rate being equal to 2.5 m / min and the inflation rate being equal to 2. On the film obtained, the following properties are measured:
— résistance élatique RE exprimée en kg/cm2 et déterminée selon la norme NF T 51-034, - elastic resistance RE expressed in kg / cm2 and determined according to standard NF T 51-034,
— résistance à la rupture RR (exprimée en kg/cm2) et allongement à la rupture AR (exprimé en pourcentage) déterminés selon la norme ASTM D 882-67. - RR breaking strength (expressed in kg / cm2) and AR elongation (expressed as a percentage) determined according to ASTM D 882-67.
On trouve les valeurs suivantes, parfaitement équilibrées dans le sens longitudinal et transversal: The following values are found, perfectly balanced in the longitudinal and transverse directions:
RE- 51 kg/cm2; RE- 51 kg / cm2;
RR =112 kg/cm2; RR = 112 kg / cm2;
AR = 540%. AR = 540%.
Exemple 9 Example 9
On transforme le terpolymère obtenu à l'exemple 1 en un film d'épaisseur 100 m, dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 8. Les propriétés mesurées sur ce film sont les suivantes: The terpolymer obtained in Example 1 is transformed into a film with a thickness of 100 m, under the same conditions as in Example 8. The properties measured on this film are as follows:
RE = 59 kg/cm2 RR = 100 kg/cm2 AR = 450%. RE = 59 kg / cm2 RR = 100 kg / cm2 AR = 450%.
( Tableaux en page suivante ) (Tables on next page)
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
650 520 650 520
4 4
Tableau I Table I
Exemple Example
T C T C
Réacteur Reactor
Polymère Polymer
I.F. I.F.
% AM % AM
%AE % AE
% AM % AM
% AE % AE
1 1
230 230
0,25 0.25
0,85 0.85
0,4 0.4
1,3 1.3
3,8 3.8
2 2
200 200
0,31 0.31
1,16 1.16
0,8 0.8
2,1 2.1
4,8 4.8
3 3
180 180
0,30 0.30
3,5 3.5
1,0 1.0
4,7 4.7
8,2 8.2
4 4
175 175
0,84 0.84
4,4 4.4
2,1 2.1
7,7 7.7
50 50
5 5
180 180
0,36 0.36
3,6 3.6
1,0 1.0
6,7 6.7
200 200
Tableau II Table II
Exemple Example
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
P P
0,930 0.930
0,936 0.936
0,942 0.942
0,960 0.960
0,944 0.944
Mn Mn
17 500 17,500
17000 17000
15 500 15,500
9500 9500
7850 7850
Mw/Mn Mw / Mn
10,0 10.0
7,2 7.2
9,0 9.0
8,4 8.4
73,5 73.5
T Vicat T Vicat
81 81
77 77
51 51
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