CN103044599A - 一种丙烯共聚物和一种薄膜制品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种丙烯共聚物,其中,该丙烯共聚物是在烯烃聚合条件下,将含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物与催化剂体系在有机溶剂中进行接触得到的无规共聚物;以所述含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物的总摩尔数为基准,所述丙烯的含量为85-99.5摩尔%,所述α-烯烃的含量为0.4-14.8摩尔%,所述α,ω-二烯烃的含量为0.01-0.2摩尔%;所述丙烯共聚物的熔点不低于120℃。此外,本发明还提供了一种包括本发明的丙烯共聚物的薄膜制品。本发明的丙烯共聚物具有流变性能好、零切粘度较大、剪切变稀效果显著,且加工性能优异的优点,极具应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种丙烯共聚物和一种薄膜制品。
背景技术
聚丙烯是目前大量使用的通用塑料。但是,由于聚丙烯中侧甲基的存在,使分子链上交替出现叔碳原子,而叔碳原子极易发生氧化反应,导致聚丙烯的耐氧化性和耐辐射性差,较易老化。改善聚丙烯的上述缺陷的方法之一是将丙烯与其他单体共聚。近年来,丙烯共聚物的研究开发也日益受到重视。例如,CN1151172A公开了一种由丙烯与具有5个或5个以上的碳原子的α-烯烃的共聚物制品;CN1759128A公开了一种由丙烯和1-丁烯共聚得到的无规共聚物;CN1957036A公开了一种由丙烯与具有2-10个碳原子的α-烯烃共聚得到的丙烯共聚物组合物,该组合物包含50-80重量%的一种丙烯共聚物(α-烯烃的含量为0.05-0.99重量%)和20-80重量%的另一种丙烯共聚物(α-烯烃的含量为7.01-20重量%)。研究表明,丙烯和α-烯烃的共聚物具有优异的耐热性、耐低温性和透明性,可以用于制备性能优异的薄膜、热塑性弹性体以及热封材料。但是,丙烯和α-烯烃的共聚物的流变性能较差,加工较为困难。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的丙烯共聚物流变性能较差,加工较为困难的缺陷,提供一种流变性能好、零切粘度较大、剪切变稀效果显著,且加工性能优异的丙烯共聚物和一种薄膜制品。
本发明提供了一种丙烯共聚物,其中,该丙烯共聚物是在烯烃聚合条件下,将含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物与催化剂体系在有机溶剂中进行接触得到的无规共聚物;以所述含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物的总摩尔数为基准,所述丙烯的含量为85-99.5摩尔%,所述α-烯烃的含量为0.4-14.8摩尔%,所述α,ω-二烯烃的含量为0.01-0.2摩尔%;所述丙烯共聚物的熔点不低于120℃。
本发明的发明人发现,通过将混合物中的丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的含量控制在上述范围内,则由丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物聚合得到的丙烯共聚物具有优异的流变性能,零切粘度变大、剪切变稀效应也更为明显。推测原因,可能是由于将含量为0.01-0.2摩尔%的α,ω-二烯烃的引入不会使聚合物发生交联,而能够使得共聚物中产生长支化链结构。这种长支化链结构可以增大分子量,使得共聚物具有更为优异的流变性能和更大的零切粘度;更为重要的是,这种长支化链结构还可以使聚合物的粘度在高剪切速率的作用下下降得更为明显。因此,由丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物聚合得到的丙烯共聚物的流变性能好、易于加工。此外,由于α,ω-二烯烃的双键均在分子链的末端,空间位阻较小,双键的活性较高,容易参与反应,因此,聚合完成之后,α,ω-二烯烃已经完全反应,共聚物中没有不饱和双键的存在,具有更为优异的耐老化性能。
此外,本发明还提供了一种薄膜制品,该薄膜制品含有本发明提供的丙烯共聚物。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为由实施例1、实施例2以及对比例1制备得到的丙烯共聚物的复数粘度曲线;
图2为由实施例1、实施例2以及对比例1制备得到的丙烯共聚物的损耗角正切曲线;以及
图3为由实施例1、实施例2以及对比例1制备得到的丙烯共聚物的损耗模量和储能模量曲线。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
根据本发明,所述丙烯共聚物是在烯烃聚合条件下,将含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物与催化剂体系在有机溶剂中进行接触得到的无规共聚物;以所述含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物的总摩尔数为基准,所述丙烯的含量为85-99.5摩尔%,所述α-烯烃的含量为0.4-14.8摩尔%,所述α,ω-二烯烃的含量为0.01-0.2摩尔%;优选情况下,以所述混合物的总摩尔数为基准,所述丙烯的含量为89.9-98.9摩尔%,所述α-烯烃的含量为1-10摩尔%,所述α,ω-二烯烃的含量为0.05-0.15摩尔%,所述丙烯共聚物的熔点不低于120℃,进一步优选为120-155℃。
根据本发明,通过将混合物中的丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的含量控制在上述范围内,特别是在上述优选范围内,不仅可以使得到的丙烯共聚物的流变性能有明显改善,零切粘度增加、剪切效果更为显著,且所述丙烯共聚物中没有不饱和双键以及不溶于溶剂的凝胶,因此,更有利于在工业上的应用。
根据本发明,所述α,ω-二烯烃可以为现有的各种能与丙烯以及α-烯烃进行共聚,并能改善丙烯共聚物的流变性能、增大零切粘度且提高剪切变稀效应的α,ω-二烯烃。需要说明的是,本发明所述的α,ω-二烯烃为非共轭的α,ω-二烯烃。所述α,ω-二烯烃可以选自C8-C20的α,ω-二烯烃中的一种或多种。此外,所述α,ω-二烯烃又包括直链的α,ω-二烯烃和支链的α,ω-二烯烃。为了提高所述α,ω-二烯烃的活性,使得到的丙烯共聚物中不含未聚合的双键,优选情况下,所述α,ω-二烯烃优选为直链的α,ω-二烯烃,更优选为1,9-癸二烯。
根据本发明,所述α-烯烃可以为现有的各种α-烯烃,只要能够与丙烯以及α,ω-二烯烃共聚即可,例如,可以选自C4-C20的α-烯烃中的一种或多种。优选情况下,所述α-烯烃选自1-丁烯、1-己烯和1-辛烯中的一种或多种,进一步优选为1-丁烯和1-己烯中的一种或多种。
本发明对共聚体系中单体的加入方式没有特别地限制。通常来说,在常温常压下,所述丙烯是气态的,α,ω-二烯烃是液态的,α-烯烃可以是气态的也可以是液态的。当所述α-烯烃为气态的α-烯烃时,可以将丙烯与α-烯烃按固定比例混合并持续通入到共聚反应体系中,通过控制反应体系的压力为0.1-1MPa,则可保证所述丙烯与α-烯烃不断溶于反应体系中;当所述α-烯烃为液态的α-烯烃时,可以将α-烯烃与α,ω-二烯烃加入到溶剂中,同时将丙烯持续通入到含有α-烯烃与α,ω-二烯烃的共聚反应体系中,通过控制反应体系的压力为0.1-1MPa,则可保证所述丙烯不断溶于反应体系中。
根据本发明,所述催化剂体系可以为各种能够引发丙烯、α-烯烃以及α,ω-二烯烃共聚的催化剂体系。但是为了能够使得到丙烯共聚物中的聚丙烯链段为全同结构,优选情况下,所述催化剂体系为茂金属催化剂体系。本领域技术人员公知的是,所述茂金属催化剂体系通常含有茂金属化合物和助催化剂。
本发明对反应体系中所述催化剂体系的含量没有特别地限制,可以为烯烃聚合领域常规的含量。通常来说,为了兼顾聚合反应速率和所得聚合物的零切粘度,优选情况下,以金属元素计,所述催化剂中的茂金属化合物与所述含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物的总摩尔数的摩尔比可以为1∶104-106,进一步优选为1∶104-105。
根据本发明的方法对于助催化剂烷基铝氧烷的用量没有特别限定,可以为本领域的常规用量。优选地,所述茂金属化合物中的金属与烷基铝氧烷中的铝的摩尔比为1∶500-10000,进一步优选为1∶500-5000,更优选为1∶500-4000。
所述茂金属化合物可以为本领域技术人员公知的各种茂金属化合物,例如,所述茂金属化合物可以为具有以下两种通式的化合物:Me2Si[2-R1-4-R2-Ind]2MX2和/或Me2Si(2-R1-benz[e]Ind)2MX2,其中,R1为氢、甲基和乙基中的一种;R2为氢、异丙基、苯基和萘基中的一种;M为锆或铪;X为卤素;Ind为茚基,benz[e]Ind为苯并茚基。
根据本发明,满足上述通式要求的茂金属化合物例如可以选自二甲基硅桥二茚基二氯化锆、二甲基硅桥二(4-异丙基茚基)二氯化锆、二甲基硅桥二(4-苯基茚基)二氯化锆、二甲基硅桥二(4-萘基茚基)二氯化锆、二甲基硅桥二(2-甲基茚基)二氯化锆、二甲基硅桥二(2-甲基-4-异丙基茚基)二氯化锆、二甲基硅桥二(2-甲基-4-苯基茚基)二氯化锆、二甲基硅桥二(2-甲基-4-萘基茚基)二氯化锆、二甲基硅桥二(2-乙基茚基)二氯化锆、二甲基硅桥二(2-乙基-4-萘基茚基)二氯化锆、二甲基硅桥二(2-乙基-4-异丙基茚基)二氯化锆、二甲基硅桥二(苯并萘基)二氯化锆、二甲基硅桥二(2-甲基-苯并萘基)二氯化锆和二甲基硅桥二(2-乙基-苯并萘基)二氯化锆中的一种或多种。优选地,所述茂金属化合物选自二甲基硅桥二(2-甲基-4-苯基茚基)二氯化锆和二甲基硅桥二(2-甲基-4-萘基茚基)二氯化锆中的一种或多种。
所述茂金属催化剂体系中的助催化剂可以为茂金属催化剂体系中常规的各种助催化剂,例如可以为烷基铝氧烷。一般地,所述烷基铝氧烷中的烷基可以为C1-C12的烷基,更优选为C1-C5的烷基。具体地,所述烷基铝氧烷可以选自甲基铝氧烷、乙基铝氧烷、异丁基铝氧烷和烷基改性甲基铝氧烷中的一种或多种。其中,所述烷基改性甲基铝氧烷是指甲基铝氧烷与C2-C5的烷基铝氧烷的混合物、或者将三甲基铝与C2-C5的烷基铝的混合物进行水解而得到的甲基铝氧烷,例如:乙基改性甲基铝氧烷、异丁基改性甲基铝氧烷。最优选地,所述烷基铝氧烷为甲基铝氧烷和/或烷基改性甲基铝氧烷。所述烷基改性甲基铝氧烷可以商购得到,也可以采用本领域技术人员公知的方法制备得到。
根据本发明,为了使得到具有较大零切粘度的丙烯共聚物,优选情况下,所述聚合反应在惰性气氛中进行。所述惰性气氛指不与反应物和产物发生化学反应的任意一种气体或气体混合物,如氮气和元素周期表零族气体中的一种或几种,优选为氮气。
本发明对所述含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物与催化剂体系在有机溶剂中接触的方式没有特别地限制。但为了得到综合性能更为优异的丙烯共聚物,优选情况下,将含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物与催化剂体系在有机溶剂中进行接触的方式为在有机溶剂存在下,先将烷基铝氧烷与所述混合物接触,然后再将烷基铝氧烷与所述混合物接触后得到的混合物与茂金属化合物接触。
具体地,例如,当所述α-烯烃为气态时,可以先往反应器中通过惰性气体,以去除反应器内的水和氧气;再将丙烯与α-烯烃的混合气通入到上述反应器中以置换其中的惰性气体;然后将有机溶剂、助催化剂以及α,ω-二烯烃加入到反应器中,搅拌均匀并设定至所需的反应温度之后,持续将丙烯与α-烯烃的混合气通入到所述反应器以保证体系压力恒定,再加入茂金属化合物主催化剂进行聚合反应。当所述α-烯烃为液态时,可以先往反应器中通过惰性气体,以去除反应器内的水和氧气;再将丙烯通入到上述反应器中以置换其中的惰性气体;然后将有机溶剂、助催化剂、α-烯烃以及α,ω-二烯烃加入到反应器中,搅拌均匀并设定至所需的反应温度之后,持续将丙烯通入到所述反应器以保证体系压力恒定,再加入茂金属化合物主催化剂进行聚合反应。所述丙烯、α-烯烃以及α,ω-二烯烃的加入量只要满足在本发明的范围内即可。
根据本发明,所述烯烃聚合条件可以为本领域常规的聚合反应条件。一般地,所述烯烃聚合条件包括:温度可以为0-100℃,压力可以为0.1-1MPa,时间可以为0.1-2小时;优选地,所述烯烃聚合条件包括:温度可以为30-80℃,压力可以为0.1-0.7MPa,时间可以为0.1-1小时。
根据本发明,所述有机溶剂可以为烯烃聚合领域常用的各种溶剂,优选地,所述溶剂可以选自甲苯、二甲苯、己烷和庚烷中的一种或多种,进一步优选为甲苯。本发明对所述有机溶剂的用量没有特别地限制,只要满足茂金属化合物在溶剂中的浓度为1×10-8-1×10-3毫摩尔/升,进一步优选为2×10-5-5×10-5毫摩尔/升即可。
根据本发明,为了除去得到的丙烯共聚物中的未聚合单体、催化剂和溶剂,优选情况下,将得到的丙烯共聚物用盐酸和乙醇的混合溶液进行洗涤,过滤得到白色固体;再将所述白色固体依次用乙醇和水洗涤并干燥。
此外,本发明还提供了一种薄膜制品,该薄膜制品包括丙烯共聚物,其中,所述丙烯共聚物为上述丙烯共聚物。
下面将通过以下实施例对本发明作进一步地详细说明。
以下实施例和对比例涉及的测试方法及条件如下:
1、丙烯共聚物的分子量
采用凝胶渗透色谱方法来测定聚合物的分子量,其中,凝胶渗透色谱测试在商购自英国PL公司的型号为PL-GPC 220的凝胶渗透色谱仪上进行,其中,流动相为1,3,5-三氯苯,流速为1mL/min,测试温度为150℃。
2、丙烯共聚物的熔点
在商购自美国PE公司的型号为Diamond DSC的差示扫描量热仪上测定丙烯共聚物的结晶温度和熔点。
3、核磁共振分析
在商购自瑞士Bruker公司的型号为AVANCE300的核磁共振波谱仪上进行核磁共振氢谱分析,以检测丙烯共聚物上是否有不饱和双键的存在;在商购自瑞士Bruker公司的型号为AVANCE300的核磁共振波谱仪上进行核磁共振碳谱分析,以检测丙烯共聚物中共聚单体的摩尔含量,其中,溶剂为邻二氯苯-d4。
4、流变性能分析
在商购自美国TA公司的ARES型旋转流变仪上测定丙烯共聚物的流变性能。
5、共聚物中凝胶的检测
用溶剂抽提法检测共聚物中是否含有不溶的凝胶。实验过程及仪器参考国标GB/T2412-2008中的方法进行,不同之处是使用甲苯作为溶剂抽提。具体为取1g的样品用滤纸包好,抽提前样品加入量计为m1,滤纸重量为m0,抽提后样品加上滤纸的重量为m2。则共聚物中不溶的凝胶含量可用下式计算:
凝胶含量=(m2-m0)/m1×100%。
制备例1
在配备搅拌器的三口烧瓶中加入100mL浓度为10重量%的甲基铝氧烷(商购自美国Albemarle公司)的甲苯溶液,在搅拌和抽真空(以表压计,压力为-0.1Mpa,表压(即真空度)=绝对压力-大气压力)的条件下,将甲基铝氧烷的甲苯溶液缓慢加热至50℃,当反应瓶中的液体全部消失后继续抽真空8小时,得到5.8g为白色粉末状物质的甲基铝氧烷,然后再加入60mL甲苯形成无色透明溶液备用。对得到的甲基铝氧烷进行核磁共振分析,结果没有发现三甲基铝。
实施例1-8
实施例1-8用于说明本发明提供的丙烯共聚物的制备。
用氮气吹扫聚合反应器,然后用丙烯和1-丁烯(摩尔比如表1所示)的混合气置换氮气。将反应器的温度设定至聚合所需的温度(如表1所示),加入90mL甲苯、5.4mL甲基铝氧烷的甲苯溶液(甲基铝氧烷的浓度为1.4mol/L)和1,9-癸二烯,并搅拌10分钟。然后以0.1MPa的压力通入丙烯与1-丁烯的混合气0.15mol,并分别按照表1中给出的量将茂金属化合物加入到反应器中。保持丙烯与1-丁烯的压力为0.1MPa,分别在表1所示的温度下聚合30min。反应结束后,将反应产物倒入400mL乙醇(含有10体积%的浓盐酸)中,并进行过滤,得到白色固体粉末的丙烯共聚物,并用100mL乙醇和200mL水洗涤三次后,将得到的丙烯共聚物在温度为50℃、压力为-0.1MPa(表压)的烘箱中进行干燥。
1H NMR分析没有检测到共聚物中有不饱和双键存在,溶剂抽提的结果表明得到的共聚物中没有不溶的凝胶。反应条件及共聚物的结构特征如表1所示。
实施例9
该实施例用于说明本发明提供的丙烯共聚物的制备。
按照实施例1的方法制备丙烯共聚物,不同的是,所述1,9-癸二烯用1,7-辛二烯代替。反应条件及共聚物的结构特征如表1所示。
实施例10
该实施例用于说明本发明提供的丙烯共聚物的制备。
按照实施例1的方法制备丙烯共聚物,不同的是,所述1,9-癸二烯用1,11-十二碳二烯代替。反应条件及共聚物的结构特征如表1所示。
实施例11
该实施例用于说明本发明提供的丙烯共聚物的制备。
按照实施例1的方法制备丙烯共聚物,不同的是,所述1-丁烯用1-己烯代替。反应条件及共聚物的结构特征如表1所示。
实施例12
该实施例用于说明本发明提供的丙烯共聚物的制备。
按照实施例1的方法制备丙烯共聚物,不同的是,所述1-丁烯用1-辛烯代替。反应条件及共聚物的结构特征如表1所示。
实施例13
该实施例用于说明本发明提供的丙烯共聚物的制备。
按照实施例1的方法制备丙烯共聚物,不同的是,在反应过程中压力控制在0.7MPa。反应条件及共聚物的结构特征如表1所示。
实施例14
该实施例用于说明本发明提供的丙烯共聚物的制备。
按照实施例1的方法制备丙烯共聚物,不同的是,聚合的温度为80℃。
实施例15
该实施例用于说明本发明提供的丙烯共聚物的制备。
按照实施例1的方法制备丙烯共聚物,不同的是,聚合的温度为50℃。
对比例1
该对比例用于参比丙烯共聚物的制备。
按照实施例1的方法制备丙烯共聚物,不同的是,聚合体系中不加入α,ω-二烯烃。反应条件及共聚物的结构特征如表1所示。
对比例2
该对比例用于参比丙烯共聚物的制备。
按照实施例1的方法制备丙烯共聚物,不同的是,通入丙烯与1-丁烯的摩尔比为3。
从附图1的结果可以看出,在高频时,实施例1和实施例2的复数粘度小于对比例1的复数粘度;在低频时,实施例1(1,9-癸二烯的浓度为0.25mmol/L)得到的丙烯共聚物的复数粘度与对比例1的共聚物的复数粘度相同,而实施例2(1,9-癸二烯的浓度为0.5mmol/L)得到的丙烯共聚物的复数粘度要明显高于对比例1和实施例1得到的丙烯共聚物的复数粘度。因此,与不含1,9-癸二烯的丙烯共聚物相比,本发明的丙烯共聚物的剪切变稀效应更为明显。
从附图2和附图3的结果可以看出,随着1,9-癸二烯含量的增加,所述丙烯共聚物的损耗模量(G”)没有明显的变化,而储能模量(G’)在低频时有明显的提高,损耗角降低的幅度减小,即可说明聚合物熔体的弹性逐渐增加、所述丙烯共聚物中有支化结构的存在。
Claims (10)
1.一种丙烯共聚物,其特征在于,该丙烯共聚物是在烯烃聚合条件下,将含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物与催化剂体系在有机溶剂中进行接触得到的无规共聚物;以所述含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物的总摩尔数为基准,所述丙烯的含量为85-99.5摩尔%,所述α-烯烃的含量为0.4-14.8摩尔%,所述α,ω-二烯烃的含量为0.01-0.2摩尔%;所述丙烯共聚物的熔点不低于120℃。
2.根据权利要求1所述的共聚物,其中,以所述含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物的总摩尔数为基准,所述丙烯的含量为89.9-98.9摩尔%,所述α-烯烃的含量为1-10摩尔%,所述α,ω-二烯烃的含量为0.05-0.15摩尔%。
3.根据权利要求1所述的共聚物,其中,所述丙烯共聚物的熔点为120-155℃。
4.根据权利要求1或2所述的共聚物,其中,所述α,ω-二烯烃为C8-C20的直链α,ω-二烯烃。
5.根据权利要求1或2所述的共聚物,其中,所述α-烯烃为C4-C20的α-烯烃,优选选自1-丁烯、1-己烯和1-辛烯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的共聚物,其中,所述催化剂体系为茂金属催化剂体系,所述茂金属催化剂体系含有主催化剂茂金属化合物和助催化剂烷基铝氧烷;所述主催化剂茂金属化合物中的金属与助催化剂烷基铝氧烷中的铝的摩尔比为1∶500-10000;以金属元素计,所述催化剂中的茂金属化合物与所述含有丙烯、α-烯烃和α,ω-二烯烃的混合物的总摩尔数的摩尔比为1∶104-106。
7.根据权利要求6所述的共聚物,其中,所述茂金属化合物为Me2Si[2-R1-4-R2-Ind]2MX2和/或Me2Si(2-R1-benz[e]Ind)2MX2,其中,R1选自氢、甲基和乙基中的一种;R2选自氢、异丙基、苯基和萘基中的一种;M为锆或铪;X为卤素;Ind为茚基,benz[e]Ind为苯并茚基;优选地,所述茂金属化合物为二甲基硅桥二(2-甲基-4-苯基茚基)二氯化锆和/或二甲基硅桥二(2-甲基-4-萘基茚基)二氯化锆。
8.根据权利要求6所述的共聚物,其中,所述烷基铝氧烷选自甲基铝氧烷、乙基铝氧烷、异丁基铝氧烷和烷基改性甲基铝氧烷中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的共聚物,其中,所述烯烃聚合在惰性气氛中进行;所述烯烃聚合条件包括聚合的温度为0-100℃,优选30-80℃;聚合的压力为0.1-1MPa,优选为0.1-0.7MPa;聚合的时间为0.1-2小时,优选为0.2-1小时。
10.一种薄膜制品,该薄膜制品含有丙烯共聚物,其特征在于,所述丙烯共聚物为权利要求1-9中任意一项所述的丙烯共聚物。
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- 2011-10-17 CN CN201110314564.9A patent/CN103044599B/zh active Active
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