CN110869180B - 包含茂金属催化的聚乙烯树脂的注射模塑制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及注射模塑制品,所述制品包含至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂,所述聚乙烯树脂包含至少两种茂金属催化的聚乙烯级分A和B,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含:基于所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的总重量按重量计至少40%到至多50%的聚乙烯级分A,其中级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的至少100.0g/10min的熔体指数MI2;并且其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1183在23℃下对粒料测量的至少0.940g/cm3到至多0.950g/cm3的密度;如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下对粒料测量的至少1.4g/10min到至多2.5g/10min的熔体指数MI2。本发明还涉及用于制备所述注射模塑制品的工艺,所述工艺包含以下步骤:a)提供如本文中所述的至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂;以及b)将所述聚乙烯树脂注射模塑成制品。

Description

包含茂金属催化的聚乙烯树脂的注射模塑制品
技术领域
本发明涉及包含茂金属催化的聚乙烯树脂的注射模塑制品,并且涉及此类制品的制造。具体地,本发明涉及包含聚乙烯的燃料箱罐(箱、罐,tank)并且涉及此类箱罐的制造。
背景技术
包含高密度聚乙烯的汽车燃料箱罐是已知的。此类燃料箱罐通常通过吹塑生产。要求塑料汽车燃料箱罐展现出高的安全性能,特别是关于耐火性和抗冲击性。要求此类燃料箱罐满足对于当所述箱罐经受火时的抗蠕变性和当所述箱罐经受冲击时的碰撞测试抗性二者的最低法定行业规定性能标准。要求在欧洲使用的汽车燃料箱罐具有均符合ECE34中定义的相应标准的耐火性和抗冲击性。
为了满足这些标准,汽车制造商要求已知的吹塑的汽车燃料箱罐具有至少3mm的最小壁厚,以便为整个燃料箱罐提供足够的冲击强度和抗蠕变性。由聚乙烯构成的汽车燃料箱罐典型地具有最高达约100升或甚至更大的容积。
与对逐渐降低壁厚的需求组合的对此类容积的要求对在制造之后和在最终使用期间箱罐壁的物理性质均提出了高的要求。因此,要求燃料箱罐的壁在其制造后不翘曲或收缩,并且要求其在使用期间具有精确限定的形状和硬度(rigidity)。
与常规的吹塑工艺相比,使用注射模塑工艺将使得能够生产复杂得多的几何结构。然而,据信,以上讨论的物理性质将不适合于注射模塑的燃料箱罐。旨在用于注射模塑的当前的普通聚乙烯等级不满足汽车燃料箱罐所需要的高的机械性质要求(耐环境应力开裂性(ESCR)、抗冷冲击性、……)。
因此,存在开发对裂纹或断裂的发展显示抵抗性的注射模塑制品的持续需求。用于非汽车应用的烃容器和燃料容器同样经常需要改善的物理特性,并且可能受制于各种法定和/或行业要求。因此,展现出良好的耐环境应力开裂性、抗蠕变性和抗冲击性的烃容器和燃料容器是希望的。
因此,本发明的目的是提供包含聚乙烯树脂的注射模塑制品,所述聚乙烯树脂具有改善的机械性质和改善的可加工性。
发明内容
根据第一方面,本发明提供了注射模塑制品,所述制品包含至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂,所述聚乙烯树脂包含至少两种茂金属催化的聚乙烯级分A和B,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含:
基于所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的总重量按重量计至少40%到至多50%的聚乙烯级分A,其中级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的至少100.0g/10min的熔体指数MI2;并且
其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1183在23℃下对粒料测量的至少0.940g/cm3到至多0.950g/cm3的密度;如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下对粒料测量的至少1.4g/10min到至多2.5g/10min的熔体指数MI2。
本发明还涉及用于制备根据本发明的第一方面的注射模塑制品的工艺,所述工艺包括以下步骤:a)提供如本文中所述的至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂;以及b)将所述聚乙烯树脂注射模塑成制品。
本发明人已经表明,本注射模塑制品如烃容器和燃料容器在保持良好的韧性、耐应力开裂性、抗冲击性、低的翘曲性和收缩率的同时展现出改善的抗蠕变性和刚度(stiffness)。
独立权利要求和从属权利要求列出了本发明的具体和优选的特征。来自从属权利要求的特征可酌情与独立权利要求或其它从属权利要求的特征组合。
现在将对本发明进行进一步描述。在以下段落中,更详细地定义本发明的不同方面。除非明确地相反指明,否则如此定义的每个方面可以与任何其它一个或多个方面组合。具体地,被指明为优选的或有利的任何特征可以与被指明为优选的或有利的任何其它一个或多个特征组合。
附图说明
图1表示流变性动态分析(“RDA”)图,其绘制了根据本发明实施方式和两个对比例的两种聚乙烯制品的作为剪切速率的函数的粘度。
图2表示绘制了根据本发明实施方式和两个对比例的聚乙烯制品的作为渐增的注射压力的函数的螺旋流动长度(SFL)的图。
图3表示绘制了包含根据本发明实施方式的聚乙烯树脂或对比树脂的注射方块的收缩率%的图。
具体实施方式
当描述本发明时,除非上下文另外规定,否则按照以下定义解释所使用的术语。
如本文中使用的,除非上下文另外明确规定,否则单数形式“一个/种(a/an)”和“该/所述(the)”包括单数和复数个指示物两者。举例来说,“树脂”意指一种树脂或多于一种树脂。
如本文中使用的术语“包含”与“包括”或“含(有)”同义,并且是包容性或开放式的,并且不排除另外的、未列举的成员、要素或方法步骤。将理解,如本文中使用的术语“包含”包含术语“由……组成”。
通过端点列举数值范围包括包含在该范围内的所有整数以及酌情,分数(例如,1至5当涉及例如要素数目时可以包括1、2、3、4,并且当涉及例如度量时还可包括1.5、2、2.75和3.80)。端点的列举还包括端点值本身(例如,从1.0至5.0包括1.0和5.0二者)。本文中列举的任何数值范围旨在包括其中包含的全部子范围。
在本说明书中引用的所有参考文献特此完全引入作为参考。特别地,将本文中具体提及的所有参考文献的教导引入作为参考。
在整个本说明书中提及“一个实施方式”或“一种实施方式”意指关于所述实施方式描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此,在整个本说明书中的不同地方出现短语“在一个实施方式中”或“在一种实施方式中”不一定全部是指相同的实施方式,但可以全部是指相同的实施方式。此外,在一个或多个实施方式中,具体的特征、结构或特性可以按任何合适的方式(如本领域技术人员将从本披露内容清楚的)组合。此外,虽然本文中描述的一些实施方式包括了其它实施方式中包括的一些特征,但是未包括所述其它实施方式中包括的其它特征,但是不同实施方式的特征的组合意图在本发明的范围内,并且形成不同的实施方式,如将被本领域的技术人员所理解的。
本发明的制品、树脂和用途的优选的声明(特征)和实施方式在下文列出。除非明确地相反指明,否则如此定义的本发明的每个声明和实施方式可以与任何其它声明和/或实施方式组合。具体地,被指明为优选的或有利的任何特征可以与被指明为优选的或有利的任何其它一个或多个特征或声明组合。关于此,本发明特别是通过下面编号的方面和实施方式1至29中的任何一个或者其一个或多个与任何其它声明和/或实施方式的任何组合来获得。
1.注射模塑制品,其包含至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂,所述至少一种树脂包含至少两种茂金属催化的聚乙烯级分A和B,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含:
基于所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的总重量按重量计至少40%到至多50%的聚乙烯级分A,其中级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的至少100.0g/10min的熔体指数MI2,和/或级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下,使用具有1.05mm的直径和4mm的高度的模头测定的至少为13.0g/10min的熔体指数MI105;并且
其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1183在23℃下对粒料测量的至少0.940g/cm3到至多0.950g/cm3的密度;如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下对粒料测量的至少1.4g/10min到至多2.5g/10min的熔体指数MI2。
2.注射模塑制品,其包含至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂,所述至少一种树脂包含至少两种茂金属催化的聚乙烯级分A和B,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含:
基于所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的总重量按重量计至少40%到至多50%的聚乙烯级分A,其中级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的至少100.0g/10min的熔体指数MI2;并且
其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1183在23℃下对粒料测量的至少0.940g/cm3到至多0.950g/cm3的密度;如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下对粒料测量的至少1.4g/10min到至多2.5g/10min的熔体指数MI2。
3.注射模塑制品,其包含至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂,所述至少一种树脂包含至少两种茂金属催化的聚乙烯级分A和B,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含:
基于所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的总重量按重量计至少40%到至多50%的聚乙烯级分A,其中级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下,使用具有1.05mm的直径和4mm的高度的模头测定的至少13.0g/10min的熔体指数MI105;并且
其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1183在23℃下对粒料测量的至少0.940g/cm3到至多0.950g/cm3的密度;如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下对粒料测量的至少1.4g/10min到至多2.5g/10min的熔体指数MI2。
4.根据声明1至3任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1183在23℃下对粒料测量的至少0.941g/cm3、优选至少0.942g/cm3、优选至少0.943g/cm3、优选至少0.944g/cm3的密度。
5.根据声明1至4任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1183在23℃下对粒料测量的至少0.941g/cm3到至多0.950g/cm3、优选至少0.942g/cm3到至多0.950g/cm3、优选至少0.943g/cm3到至多0.950g/cm3、优选至少0.944g/cm3到至多0.950g/cm3的密度。
6.根据声明1至5任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下对粒料测量的至少1.5g/10min到至多2.5g/10min的熔体指数MI2。
7.根据声明1至6任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如通过凝胶渗透色谱法测定的至少4.0到至多6.0的分子量分布Mw/Mn,其中Mw为重均分子量并且Mn为数均分子量,优选地,所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有至少4.1到至多5.5、例如至少4.2到至多5.5、优选至少4.3到至多5.4、优选至少4.4到至多5.4、优选至少4.4到至多5.3、优选至少4.4到至多5.2的分子量分布Mw/Mn
8.根据声明1至7任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1133:1997条件G在190℃下并且在21.6kg的负荷下测量的至少50.0g/10min、优选至少60.0g/10min、优选至少65.0g/10min、优选至少70.0g/10min的HLMI。
9.根据声明1至8任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分A具有比所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的密度高至少0.005g/cm3的如对绒毛测量的密度;优选具有比所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的密度高至少0.010g/cm3、优选高至少0.015g/cm3、优选比所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的密度高至少0.020g/cm3的密度,其中所述密度是根据ISO 1183在23℃下测量的。
10.根据声明1至9任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分A具有如根据ISO 1183在23℃下测定的至少0.960g/cm3、优选至少0.965g/cm3、优选至少0.970g/cm3的如对绒毛测量的密度。
11.根据声明1至10任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的聚乙烯级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的至少100.0g/10min、优选至少110.0g/10min、优选至少120.0g/10min、优选至少130.0g/10min、优选至少140.0g/10min、优选至少150.0g/10min、优选至少155.0g/10min的如对绒毛测量的熔体指数MI2。
12.根据声明1至11任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的聚乙烯级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下,使用具有1.05mm的直径和4mm的高度的模头测定的至少13.0g/10min、优选至少14.0g/10min、优选至少15.0g/10min、优选至少18.0g/10min、优选至少20.0g/10min、优选至少23.0g/10min的如对绒毛测量的熔体指数MI105。
13.根据声明1至12任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含基于所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的总重量按重量计从41%到至多50%,例如按重量计从42.0%到至多50.0%、例如按重量计从42.0%到至多49.0%、优选按重量计从42.0%到至多48.0%、例如按重量计从43.0%到至多50.0%、例如按重量计从43.0%到至多49.0%、例如按重量计从43.0%到至多48.0%的聚乙烯级分A。
14.根据声明1至13任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有多峰分子量分布,并且优选地其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有双峰分子量分布。
15.根据声明1至14任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的各级分是在至少两个串联连接的反应器、优选至少两个串联连接的环管反应器、优选至少两个串联连接的淤浆环管反应器的不同反应器中制备的。
16.根据声明1至15任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂是使用包含以下步骤的工艺制备的:
(a)将乙烯单体、稀释剂、至少一种茂金属催化剂、任选的氢气、以及任选的一种或多种烯烃共聚单体进料到至少一个第一淤浆环管反应器中;在所述第一淤浆环管反应器中使所述乙烯单体和所述任选的一种或多种烯烃共聚单体在所述茂金属催化剂以及任选的氢气的存在下聚合以产生第一聚乙烯级分A;以及
(b)将所述第一聚乙烯级分A进料到与所述第一淤浆环管反应器串联连接的第二淤浆环管反应器,并且在所述第二淤浆环管反应器中使乙烯和任选的一种或多种烯烃共聚单体在所述第一聚乙烯级分以及任选的氢气的存在下聚合,从而产生所述茂金属催化的聚乙烯树脂。
17.根据声明1至16任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂是使用包含以下步骤的工艺制备的:
(a)将乙烯单体、稀释剂、至少一种茂金属催化剂、任选的氢气、以及任选的一种或多种烯烃共聚单体进料到至少一个第一淤浆环管反应器中;在所述第一淤浆环管反应器中使所述乙烯单体在所述茂金属催化剂以及任选的氢气的存在下聚合以产生第一聚乙烯级分A;以及
(b)将所述第一聚乙烯级分A进料到与所述第一淤浆环管反应器串联连接的第二淤浆环管反应器,并且在所述第二淤浆环管反应器中使乙烯和一种或多种烯烃共聚单体在所述第一聚乙烯级分以及任选的氢气的存在下聚合,从而产生所述茂金属催化的聚乙烯树脂。
18.根据声明1至17任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分A是乙烯均聚物,并且所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分B是乙烯共聚物。
19.根据声明1至18任一项的注射模塑制品,其中,所述制品是箱罐、圆桶(drum)、容器、仓(bin)、瓮(缸,vat)、方桶(jerrycan)、圆罐(壶,can)、槽(cistern)、防晃隔板(slosh baffle)、连接器、帽或封闭件、或任何其它注射部件。
20.根据声明1至19任一项的注射模塑制品,其中所述制品是汽车燃料箱罐。
21.根据声明1至20任一项的注射模塑制品,其中,所述制品是选择性催化还原(SCR)箱罐、或
Figure BDA0002362660160000081
箱罐。
22.用于制备根据声明1至21任一项的注射模塑制品的工艺,所述工艺包含以下步骤:a)提供如在声明1至18任一项中所述的至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂;以及b)将所述聚乙烯树脂注射模塑成制品。
23.汽车箱罐,其包含至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂,所述至少一种树脂包含至少两种茂金属催化的聚乙烯级分A和B,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含:基于所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的总重量按重量计至少40%到至多50%的聚乙烯级分A,其中级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的至少100.0g/10min的熔体指数MI2,和/或级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下,使用具有1.05mm的直径和4mm的高度的模头测定的至少为13.0g/10min的熔体指数MI105;并且
其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1183在23℃下对粒料测量的至少0.940g/cm3到至多0.950g/cm3的密度;如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下对粒料测量的至少1.4g/10min到至多2.5g/10min的熔体指数MI2。
24.根据声明23的汽车箱罐,其包含如在声明1至18任一项中所述的至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂。
25.根据声明23至24任一项的汽车箱罐,其包含如下的至少两个部分:所述至少两个部分已经接合在一起以形成具有限定腔室的壁的所述箱罐,所述部分的至少一个是由如在声明1至18任一项中所述的至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂注射模塑的。
26.根据声明23至25任一项的汽车箱罐,其包含已经接合在一起的两个注射模塑的部分。
27.根据声明23至26任一项的汽车箱罐,其中所述两个部分已经通过焊接接合在一起。
28.根据声明23至27任一项的汽车箱罐,其是汽车燃料箱罐。
29.根据声明23至28任一项的汽车箱罐,其是选择性催化还原(SCR)箱罐、或
Figure BDA0002362660160000091
箱罐。
本发明涉及注射模塑制品,其是用包含如本文中描述的至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的组合物制备的,所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含基于所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的总重量按重量计至少40%到至多50%的聚乙烯级分A,其中级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的至少100.0g/10min的熔体指数MI2,和/或级分A具有如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下,使用具有1.05mm的直径和4mm的高度的模头测定的至少13.0g/10min的熔体指数MI105;并且其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1183在23℃下测定的至少0.940g/cm3到至多0.950g/cm3的对粒料测量的密度;如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的至少1.4g/10min到至多2.5g/10min的对粒料测量的熔体指数MI2。
对于“包含”,其在此优选意指所述注射模塑制品包含按重量计从50%至100%的所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂。
如本文中使用的术语“聚乙烯树脂”是指经挤出、和/或熔融和造粒的并且可以通过如本文中教导所教导的聚乙烯树脂的配混和均质化(例如,使用混合和/或挤出机设备)来生产的聚乙烯绒毛或粉末。权利要求中给出的茂金属催化的聚乙烯树脂的密度和熔体指数的测量是对经造粒形式进行的。在生产设备中的正常生产条件下,预期对于绒毛而言,与树脂(粒料)相比,熔体指数MI2将更高。
如本文中使用的术语“绒毛”或“粉末”是指在每个粒子的芯处具有硬的催化剂颗粒的聚乙烯材料,并且被定义为在其离开聚合反应器(或者在串联连接的多个反应器的情况下最后的聚合反应器)之后,但是没有经造粒、挤出、和/或熔融的材料。权利要求给出的茂金属催化的聚乙烯树脂的级分A的密度和熔体指数的测量是对绒毛进行的。
在一些实施方式中,级分A具有根据ISO 1183在23℃下的比所述聚乙烯树脂的密度高至少0.008g/cm3、优选高至少0.013g/cm3、优选高至少0.018g/cm3、优选比所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的密度高至少0.023g/cm3的如对在其离开聚合反应器后的聚合物材料(绒毛)测量的密度。在一些实施方式中,级分A具有根据ISO 1183在23℃下的至少0.963g/cm3、优选至少0.967g/cm3、优选至少0.970g/cm3的如对在其离开聚合反应器后的聚合物材料测量的密度。
在一种优选的实施方式中,适合用于所述注射模塑制品中的所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有多峰分子量分布。在一些实施方式中,所述茂金属催化的聚乙烯树脂具有双峰分子量分布。
如本文中使用的,术语“单峰聚乙烯”或“具有单峰分子量分布的聚乙烯”是指在其分子量分布曲线中具有一个极大值的聚乙烯,所述曲线也被定义为单模态分布曲线。如本文中使用的,术语“具有双峰分子量分布的聚乙烯”或“双峰聚乙烯”意指具有为两条单模态分子量分布曲线之和的分布曲线的聚乙烯,并且是指具有各自具有不同重均分子量的两个有区别但可能重叠的聚乙烯大分子群的聚乙烯产物。术语“具有多峰分子量分布的聚乙烯”或“多峰聚乙烯”意指具有为至少两条、优选多于两条单模态分布曲线之和的分布曲线的聚乙烯,并且是指具有各自具有不同重均分子量的两个或更多个有区别但可能重叠的聚乙烯大分子群的聚乙烯产物。多峰聚乙烯树脂可具有“表观单峰”分子量分布,其是具有单峰且无肩峰的分子量分布曲线。然而,如果如以上定义,聚乙烯树脂包含各自具有不同重均分子量的两个有区别的聚乙烯大分子群,例如当这两个有区别的群在不同反应器中和/或在不同条件下制备时,则所述聚乙烯树脂仍将是多峰的。
在一些实施方式中,用于所述注射模塑制品中的所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有多峰、优选双峰分子量分布。适合用于所述注射模塑制品中的所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂可以通过在茂金属催化剂体系的存在下使乙烯和一种或多种任选的共聚单体、任选的氢气聚合来生产。
如本文中使用的,术语“催化剂”是指引起聚合反应速率变化的物质。在本发明中,它尤其适用于适合于将乙烯聚合成聚乙烯的催化剂。本发明尤其涉及在茂金属催化剂的存在下制备的聚乙烯。如本文中使用的,术语“茂金属催化的聚乙烯树脂”和“茂金属催化的聚乙烯”是同义的并且可互换使用,并且是指在茂金属催化剂的存在下制备的聚乙烯。
本文中使用术语“茂金属催化剂”来描述包含与一种或多种配体键合的金属原子的任何过渡金属络合物。所述茂金属催化剂是周期表的第IV族过渡金属如钛、锆、铪等的化合物,并且具有拥有金属化合物和由环戊二烯基、茚基、芴基或其衍生物中的一种或两种基团构成的配体的配位结构。取决于所希望的聚合物,可改变茂金属的结构和几何形状以适应生产商的具体需求。茂金属包含单个金属位点,这允许聚合物的支化和分子量分布的更多控制。单体被插入金属与聚合物生长链之间。
在本发明的一个实施方式中,所述茂金属催化剂是具有式(I)或(II)的化合物
(Ar)2MQ2(I);或R”(Ar)2MQ2(II),
其中根据式(I)的茂金属是非桥接的茂金属,并且根据式(II)的茂金属是桥接的茂金属;
其中所述根据式(I)或(II)的茂金属具有两个可以彼此相同或不同的键合至M的Ar;
其中Ar是芳香族环、基团或部分并且其中每个Ar独立地选自由环戊二烯基、茚基(IND)、四氢茚基(THI)、和芴基组成的组,其中所述基团中的每一个可以任选地被一个或多个取代基取代,所述取代基各自独立地选自由卤素、氢甲硅烷基、其中R是具有1至20个碳原子的烃基的SiR3、以及具有1至20个碳原子的烃基组成的组,并且其中所述烃基任选地含有一个或多个选自包含以下的组的原子:B、Si、S、O、F、Cl、和P;
其中M是选自由钛、锆、铪、和钒组成的组的过渡金属;并且优选地是锆;
其中每个Q独立地选自由以下组成的组:卤素;具有1至20个碳原子的烃氧基;和具有1至20个碳原子的烃基,并且其中所述烃基任选地含有一个或多个选自包含以下的组的原子:B、Si、S、O、F、Cl、和P;并且
其中R”是桥接两个Ar基团并且选自由C1-C20亚烷基、锗、硅、硅氧烷、烷基膦、和胺组成的组的二价基团或部分,并且其中所述R”任选地被一个或多个取代基取代,所述取代基各自独立地选自由卤素、氢甲硅烷基、其中R是具有1至20个碳原子的烃基的SiR3、以及具有1至20个碳原子的烃基组成的组,并且其中所述烃基任选地含有一个或多个选自包含以下的组的原子:B、Si、S、O、F、Cl、和P。
优选地,所述茂金属包含桥接的双-茚基和/或桥接的双-四氢化茚基组分。在一些实施方式中,所述茂金属可以选自以下式(IIIa)或(IIIb)之一:
Figure BDA0002362660160000121
其中式(IIIa)或(IIIb)中的每个R是相同或不同的,并且独立地选自氢或XR’v,其中X选自周期表第14族(优选碳)、氧或氮并且每个R’是相同或不同的并且选自氢或具有从1至20个碳原子的烃基,并且v+1是X的化合价,优选R是氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基;R”是在两个茚基或四氢化茚基之间的结构桥,其包含C1-C4亚烷基自由基,二烷基锗、硅或硅氧烷,或者烷基膦或胺自由基;Q是具有从1至20个碳原子的烃基自由基或卤素,优选Q是F、Cl或Br;并且M是周期表第4族的过渡金属或钒。
每个茚基或四氢茚基组分可以在稠合的环的任意者中的一个或多个位置处以相同的方式或彼此不同地被R取代。每个取代基是独立选择的。
如果环戊二烯基环被取代,则其取代基基团必须不体积大到以至于影响烯烃单体与金属M的配位。环戊二烯基环上的任何取代基XR’v优选是甲基。更优选地,至少一个并且最优选全部两个环戊二烯基环是未取代的。
在一种特别优选的实施方式中,所述茂金属包含桥接的未取代的双-茚基和/或双-四氢化茚基,即所有R都是氢。更优选地,所述茂金属包含桥接的未取代的双-四氢化茚基。
茂金属催化剂的说明性实例包含但不限于双(环戊二烯基)二氯化锆(Cp2ZrCl2)、双(环戊二烯基)二氯化钛(Cp2TiCl2)、双(环戊二烯基)二氯化铪(Cp2HfCl2);双(四氢茚基)二氯化锆、双(茚基)二氯化锆、和双(正丁基-环戊二烯基)二氯化锆;亚乙基双(4,5,6,7-四氢-1-茚基)二氯化锆、亚乙基双(1-茚基)二氯化锆、二甲基亚甲硅基双(2-甲基-4-苯基-茚-1-基)二氯化锆、二苯基亚甲基(环戊二烯基)(芴-9-基)二氯化锆、和二甲基亚甲基[1-(4-叔丁基-2-甲基-环戊二烯基)](芴-9-基)二氯化锆。最优选地,所述茂金属是亚乙基-双(四氢茚基)二氯化锆或亚乙基-双(四氢茚基)二氟化锆。
如本文中使用的,术语“具有1至20个碳原子的烃基”是指选自包含以下的组的部分:线型或支化的C1-C20烷基;C3-C20环烷基;C6-C20芳基;C7-C20烷基芳基和C7-C20芳基烷基,或其任何组合。示例性烃基是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、异戊基、己基、异丁基、庚基、辛基、壬基、癸基、鲸蜡基、2-乙基己基、和苯基。
如本文中使用的,术语“具有1至20个碳原子的烃氧基”是指具有式烃基-O-的部分,其中所述烃基如本文描述的具有1至20个碳原子。优选的烃氧基基团选自包含以下的组:烷基氧基、烯基氧基、环烷基氧基或芳烷氧基。
如本文中使用的,术语“烷基”(本身或作为另一取代基的部分)是指具有1个或多个碳原子、例如1至12个碳原子、例如1至6个碳原子、例如1至4个碳原子的通过碳-碳单键连接的直链或支化的饱和烃基团。当本文中在碳原子之后使用下标时,所述下标是指所命名基团可以含有的碳原子数。因此,例如C1-12烷基意指具有1至12个碳原子的烷基。烷基的实例是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、2-甲基丁基、戊基及其链异构体、己基及其链异构体、庚基及其链异构体、辛基及其链异构体、壬基及其链异构体、癸基及其链异构体、十一烷基及其链异构体、十二烷基及其链异构体。烷基具有通式CnH2n+1
如本文中使用的,术语“环烷基”(本身或作为另一取代基的部分)是指饱和的或部分饱和的环状的烷基自由基。环烷基具有通式CnH2n-1。当本文中在碳原子之后使用下标时,所述下标是指所命名基团可以含有的碳原子数。因此,C3-6环烷基的实例包括环丙基、环丁基、环戊基、或环己基。
如本文中使用的,术语“芳基”(本身或作为另一取代基的部分)是指衍生自芳香族环的自由基如苯基、萘基、茚满基、或1,2,3,4-四氢-萘基。当本文中在碳原子之后使用下标时,所述下标是指所命名基团可以含有的碳原子数。
如本文中使用的,术语“烷基芳基”(本身或作为另一取代基的部分)是指其中氢原子被如本文中所定义的烷基代替的如本文中所定义的芳基。当本文中在碳原子之后使用下标时,所述下标是指所命名基团或子基团可以含有的碳原子数。
如本文中使用的,术语“芳基烷基”(本身或作为另一取代基的部分)是指其中氢原子被如本文中所定义的芳基代替的如本文中所定义的烷基。当本文中在碳原子之后使用下标时,所述下标是指所命名基团可以含有的碳原子数。C6-10芳基C1-6烷基基团的实例包括苄基、苯乙基、二苄基甲基、甲基苯基甲基、3-(2-萘基)-丁基等。
如本文中使用的,术语“亚烷基”(本身或作为另一取代基的部分)是指这样的烷基基团:其是二价的,即,具有两个单键用于与两个其它基团连接。亚烷基可以是线型或支化的并且可以如本文中所述那样被取代。亚烷基的非限制性实例包括亚甲基(-CH2-)、亚乙基(-CH2-CH2-)、甲基亚甲基(-CH(CH3)-)、1-甲基-亚乙基(-CH(CH3)-CH2-)、亚正丙基(-CH2-CH2-CH2-)、2-甲基亚丙基(-CH2-CH(CH3)-CH2-)、3-甲基亚丙基(-CH2-CH2-CH(CH3)-)、亚正丁基(-CH2-CH2-CH2-CH2-)、2-甲基亚丁基(-CH2-CH(CH3)-CH2-CH2-)、4-甲基亚丁基(-CH2-CH2-CH2-CH(CH3)-)、亚戊基及其链异构体、亚己基及其链异构体、亚庚基及其链异构体、亚辛基及其链异构体、亚壬基及其链异构体、亚癸基及其链异构体、亚十一烷基及其链异构体、亚十二烷基及其链异构体。当本文中在碳原子之后使用下标时,所述下标是指所命名基团可以含有的碳原子数。例如,C1-C20亚烷基是指具有在1与20个之间的碳原子的亚烷基。
示例性卤素原子包括氯、溴、氟和碘,其中氟和氯是优选的。
本文中使用的茂金属催化剂优选地在固体载体上提供。所述载体可以是与常规茂金属催化剂的任意组分在化学上不具有反应性的惰性有机或无机固体。用于所述负载型催化剂的合适的载体材料包括固体无机氧化物,如二氧化硅,氧化铝,氧化镁,氧化钛,氧化钍,以及二氧化硅与一种或多种第2族或第13族金属氧化物的混合氧化物如二氧化硅-氧化镁和二氧化硅-氧化铝混合氧化物。二氧化硅,氧化铝,以及二氧化硅与一种或多种第2族或第13族金属氧化物的混合氧化物是优选的载体材料。此类混合氧化物的优选实例是二氧化硅-氧化铝。最优选的是二氧化硅化合物。在一种优选的实施方式中,所述茂金属催化剂提供在固体载体、优选二氧化硅载体上。所述二氧化硅可以呈粒状的、附聚的、热解的或其它形式。
在一些实施方式中,所述茂金属催化剂的载体是具有包括在200m2/g与900m2/g之间的表面积的多孔载体、并且优选多孔二氧化硅载体。在另一实施方式中,所述聚合催化剂的载体是具有包括在0.5ml/g与4ml/g之间的平均孔体积的多孔载体、并且优选多孔二氧化硅载体。在又一实施方式中,所述聚合催化剂的载体是具有包括在
Figure BDA0002362660160000151
Figure BDA0002362660160000152
之间、并且优选在
Figure BDA0002362660160000153
Figure BDA0002362660160000154
之间的平均孔径的多孔载体、并且优选多孔二氧化硅载体。
优选地,使负载的茂金属催化剂活化。使所述茂金属催化剂组分活化的助催化剂可以是为此目的已知的任何助催化剂,如含铝助催化剂、含硼助催化剂或氟化的催化剂。所述含铝助催化剂可以包含铝氧烷、烷基铝、路易斯酸和/或氟化的催化性载体。
在一些实施方式中,将铝氧烷用作用于所述茂金属催化剂的活化剂。铝氧烷可以与催化剂结合使用,以便改进聚合反应期间所述催化剂的活性。
如本文中使用的,术语“铝氧烷”和“铝
Figure BDA0002362660160000155
烷”是可互换地使用的,并且是指能够使所述茂金属催化剂活化的物质。在一些实施方式中,铝氧烷包含低聚的线型和/或环状烷基铝氧烷。在一种进一步的实施方式中,铝氧烷具有式(IV)或(V)
Ra-(Al(Ra)-O)x-AlRa 2(IV)-,对于低聚的线型铝氧烷;或
(-Al(Ra)-O-)y(V)-,对于低聚的环状铝氧烷
其中x是1-40、并且优选10-20;
其中y是3-40、并且优选3-20;以及
其中每个Ra独立地选自C1-C8烷基,并且优选地每个Ra是甲基。在一种优选的实施方式中,铝氧烷是甲基铝氧烷(MAO)。
在一种优选的实施方式中,所述茂金属催化剂是负载型茂金属-铝氧烷催化剂,其包含结合在多孔二氧化硅载体上的茂金属和铝氧烷。优选地,所述茂金属催化剂是桥接的双-茚基催化剂和/或桥接的双-四氢化茚基催化剂。
可使用一种或多种由式AIRb x表示的烷基铝作为附加的助催化剂,其中每个Rb是相同或不同的并且选自卤素或具有从1至12个碳原子的烷氧基或烷基,并且x是从1至3。非限制性实例是三乙基铝(TEAL)、三异丁基铝(TIBAL)、三甲基铝(TMA)、和甲基-甲基-乙基铝(MMEAL)。尤其合适的是三烷基铝,最优选的是三异丁基铝(TIBAL)和三乙基铝(TEAL)。
合适的乙烯聚合包括但不限于乙烯的均聚或乙烯与高级1-烯烃共聚单体的共聚。
如本文中使用的,术语“共聚单体”是指适合于与α-烯烃单体一起聚合的烯烃共聚单体。共聚单体可以包含但不限于脂肪族C3-C20α-烯烃。合适的脂肪族C3-C20α-烯烃的实例包括丙烯、1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯、1-十四烯、1-十六烯、1-十八烯、和1-二十烯。在本发明的一些实施方式中,所述共聚单体是1-己烯。
在一种优选的实施方式中,用于所述注射模塑制品中的所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分A是乙烯均聚物。在一种优选的实施方式中,用于所述注射模塑制品中的所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分B是乙烯共聚物。如本文中使用的术语“乙烯共聚物”旨在涵盖基本上由衍生自乙烯和至少一种其它C3-C20α烯烃共聚单体的重复单元组成的聚合物,优选地所述共聚单体是1-己烯。如本文中使用的术语“乙烯均聚物”旨在涵盖基本上由衍生自乙烯的重复单元组成的聚合物。均聚物可以例如包含按重量计至少99.8%、优选99.9%的衍生自乙烯的重复单元。
优选地,用于所述注射模塑制品中的所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂是在两个或更多个串联连接的反应器中制备的。在一些实施方式中,所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含两种茂金属催化的聚乙烯级分A和B,其中每种级分在串联连接的两个反应器的不同反应器中制备。
所述茂金属催化的聚乙烯树脂优选地通过将所述至少两个反应器在不同聚合条件下操作来获得。
所述茂金属催化的聚乙烯树脂可以在气相、溶液相或淤浆相中制备出来。优选使用淤浆聚合来制备所述聚乙烯树脂组合物,优选在淤浆环管反应器或连续搅拌反应器中。
优选地,所述茂金属催化的聚乙烯树脂是在两个或更多个串联连接的反应器中在相同或不同的茂金属催化剂的存在下制备的,所述反应器包含至少一个第一和至少一个第二反应器、优选环管反应器、更优选淤浆环管反应器、最优选满液体环管反应器。最优选的聚合工艺(过程)在两个串联连接的淤浆环管反应器、有利地满液体环管反应器,即双环管反应器中进行。
如本文中使用的,术语“环管反应器”和“淤浆环管反应器”在本文中可为可互换地使用的。
优选将所述催化剂作为催化剂淤浆添加到所述环管反应器。如本文中使用的,术语“催化剂淤浆”是指包含催化剂固体颗粒和稀释剂的组合物。所述固体颗粒可以自发地或通过均质化技术如混合而悬浮在所述稀释剂中。所述固体颗粒可以不均匀地分布在稀释剂中并且形成沉降物或沉积物。
如本文中使用的,术语“稀释剂”是指不使合成的聚烯烃溶解的任何有机稀释剂。如本文中使用的,术语“稀释剂”是指处于液态的稀释剂,其在室温下为液体并且优选在所述环管反应器中的压力条件下为液体。合适的稀释剂包含但不限于烃稀释剂,如脂肪族、脂环族和芳香族烃溶剂,或此类溶剂的卤化型式。优选的溶剂是C12或更低级的、直链或支链的饱和烃,C5至C9饱和脂环族或芳香族烃或C2至C6卤代烃。溶剂的非限制性说明性实例为丁烷、异丁烷、戊烷、己烷、庚烷、环戊烷、环己烷、环庚烷、甲基环戊烷、甲基环己烷、异辛烷、苯、甲苯、二甲苯、氯仿、氯苯、四氯乙烯、二氯乙烷和三氯乙烷,优选异丁烷。
在某些实施方式中,每个环管反应器可以包含限定反应器路径的互连管道。在某些实施方式中,每个环管反应器可以包含:至少两个竖直管道、至少一个反应器管路上部段、至少一个反应器管路下部段,其通过接头首尾相连以形成完整的环管;一个或多个进料管线;一个或多个出口;每条管道一个或多个冷却夹套;以及一个泵,从而限定了聚合物淤浆的连续流动路径。这些管道段的竖直部分优选地提供有冷却夹套。可以通过在反应器的这些夹套中循环的冷却水来提取聚合热。所述环管反应器优选以满液体模式运行。
在某些实施方式中,第一和第二环管反应器可以通过如输送管线或一个或多个沉降腿的手段连接。在一些实施方式中,可以将第一聚乙烯级分通过输送管线从第一环管反应器输送到第二环管反应器。在一些实施方式中,可以将第一聚乙烯级分分批、顺序地或连续地通过一个或多个沉降腿从第一环管反应器排出,并通过输送管线输送到第二环管反应器。
在一些实施方式中,用于所述注射模塑制品中的所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂是使用包含以下步骤的工艺制备的:
(a)将乙烯单体、稀释剂、至少一种茂金属催化剂、任选的氢气、以及任选的一种或多种烯烃共聚单体进料到至少一个第一淤浆环管反应器中;在所述第一淤浆环管反应器中使所述乙烯单体和所述任选的一种或多种烯烃共聚单体在所述茂金属催化剂以及任选的氢气的存在下聚合以产生第一聚乙烯级分;以及
(b)将所述第一聚乙烯级分进料到与所述第一淤浆环管反应器串联连接的第二淤浆环管反应器,并且在所述第二淤浆环管反应器中使乙烯和任选的一种或多种烯烃共聚单体在所述第一聚乙烯级分以及任选的氢气的存在下聚合,从而产生所述茂金属催化的聚乙烯树脂。
在一些优选的实施方式中,用于所述注射模塑制品中的所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂是使用包含以下步骤的工艺制备的:
(a)将乙烯单体、稀释剂、至少一种茂金属催化剂、任选的一种或多种烯烃共聚单体、以及任选的氢气进料到至少一个第一淤浆环管反应器中;在所述第一淤浆环管反应器中使所述乙烯单体在所述茂金属催化剂以及任选的氢气的存在下聚合以产生第一聚乙烯级分;以及
(b)将所述第一聚乙烯级分进料到与所述第一淤浆环管反应器串联连接的第二淤浆环管反应器,并且在所述第二淤浆环管反应器中使乙烯和一种或多种烯烃共聚单体在所述第一聚乙烯级分以及任选的氢气的存在下聚合,从而产生所述茂金属催化的聚乙烯树脂。
在一些替代实施方式中,用于所述注射模塑制品中的所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂是使用包含以下步骤的工艺制备的:
(a)将乙烯单体、稀释剂、一种或多种烯烃共聚单体、至少一种茂金属催化剂、任选的氢气进料到至少一个第一淤浆环管反应器中;在所述第一淤浆环管反应器中使所述乙烯单体和所述一种或多种烯烃共聚单体在所述茂金属催化剂以及任选的氢气的存在下聚合以产生第一聚乙烯级分;以及
(b)将所述第一聚乙烯级分进料到与所述第一淤浆环管反应器串联连接的第二淤浆环管反应器,并且在所述第二淤浆环管反应器中使乙烯和任选的一种或多种烯烃共聚单体在所述第一聚乙烯级分以及任选的氢气的存在下聚合,从而产生所述茂金属催化的聚乙烯树脂。
所述聚合步骤可以在宽的温度范围内进行。在某些实施方式中,所述聚合步骤可以在从20℃至125℃、优选从60℃至110℃、更优选从75℃至100℃并且最优选从78℃至98℃的温度下进行。优选地,所述温度范围可以在从75℃至100℃并且最优选从78℃至98℃的范围内。
在某些实施方式中,所述聚合步骤可以在从约20巴至约100巴、优选从约30巴至约50巴、并且更优选从约37巴至约45巴的压力下进行。
在一些实施方式中,反应物包含单体乙烯、作为烃稀释剂的异丁烷、负载型茂金属催化剂,和任选地使用至少一种共聚单体如1-己烯。
在一些实施方式中,所述注射模塑制品包含至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂,所述至少一种树脂包含至少两种茂金属催化的聚乙烯级分A和B,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含:基于聚乙烯树脂的总重量按重量计至少42.0%到至多49.0%的聚乙烯级分A;并且所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO 1183在23℃下测量的至少0.942到至多0.950g/cm3的密度;如根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的至少1.5g/10min到至多2.5g/10min的熔体指数MI2。
在一种优选的实施方式中,所述注射模塑制品包含至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂,所述聚乙烯树脂包含两种聚乙烯级分A和B,级分B与级分A具有更高的分子量和更低的密度,其中各级分是在串联连接的两个淤浆环管反应器的不同反应器中制备的。在每个反应器中制备的级分的分子量可以通过已知技术,如改变所使用的氢气的量而调节。在每个反应器中制备的级分的密度可以通过已知技术,如改变所使用的共聚单体的量而调节。
在一些实施方式中,所述茂金属催化的聚乙烯树脂具有至少1.4g/10min到至多2.5g/10min的如对粒料测量的熔体指数MI2,优选地,所述聚乙烯树脂具有至少1.4g/10min到至多2.4g/10min、优选至少1.4g/10min到至多2.2g/10min的熔体指数MI2,如根据ISO1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的。
在一些实施方式中,所述茂金属催化的聚乙烯树脂具有如根据ISO1133:1997条件G在190℃下并且在21.6kg的负荷下对粒料测量的至少53.0g/10min的HLMI。优选地,所述聚乙烯树脂具有至少58.0g/10min、优选至少63.0g/10min、优选至少68.0g/10min、优选至少73.0g/10min、优选至少75.0g/10min的HLMI。
如本文中使用的,分子量(Mn(数均分子量)、Mw(重均分子量)和Mz(z均分子量))和分子量分布D(Mw/Mn)以及D’(Mz/Mw)是通过尺寸排阻色谱法(SEC)并且特别是通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定的。
对于包含两种级分A和B、其中级分B在第二反应器中制备的茂金属催化的聚乙烯树脂,级分B的密度通过以下表达式与级分A的密度相关联:
d=WA*dA+(1-WA)*dB
其中d是最终聚乙烯绒毛的密度,WA是级分A的重量分数,dA是级分A的密度,dB是级分B的密度,并且其中两种级分A和B按重量计的总和(WA+WB)是1。对于包含多于两种级分的任何聚乙烯树脂,可以表达类似的公式。
对于包含两种级分A和B的茂金属催化的聚乙烯树脂,级分B的HLMI通过以下表达式与级分A的HLMI相关联:
LogHLMI最终=WA×LogHLMIA+WB×LogHLMIB
其中LogHLMI最终是最终聚乙烯绒毛的LogHLMI,WA是级分A的重量分数,LogHLMIA是级分A的Log HLMI,LogHLMIB是级分B的Log HLMI,并且其中两种级分A和B按重量计的总和(WA+WB)是1。对于包含多于两种级分的任何聚乙烯树脂,可以表达类似的公式。
对于包含两种级分A和B的茂金属催化的聚乙烯树脂,级分B的MI2通过以下表达式与级分A的MI2相关联:
LogMI2最终=WA×LogMI2A+WB×LogMI2B
其中LogMI2最终是最终聚乙烯绒毛的LogMI2,WA是级分A的重量分数,LogMI2A是级分A的Log MI2,LogMI2B是级分B的LogMI2,并且其中两种级分A和B按重量计的总和(WA+WB)是1。对于包含多于两种级分的任何多峰聚乙烯树脂,可以表达类似的公式。
所述聚乙烯树脂可以与一种或多种添加剂,特别是以下添加剂配混:所述添加剂例如,举例来说,加工助剂、脱模剂、防滑剂、主抗氧化剂和辅助抗氧化剂、光稳定剂、抗UV剂、酸清除剂、阻燃剂、填料、纳米复合材料(复合物)、润滑剂、抗静电添加剂、成核/澄清剂、抗菌剂、增塑剂、着色剂/颜料/染料、密封剂树脂及其混合物。说明性的颜料或着色剂包括二氧化钛和炭黑。添加剂的具体实例包括润滑剂和脱模剂如硬脂酸钙、硬脂酸锌、SHT,抗氧化剂如
Figure BDA0002362660160000201
168、
Figure BDA0002362660160000202
1010、和
Figure BDA0002362660160000203
1076,防滑剂如芥酸酰胺,光稳定剂如
Figure BDA0002362660160000204
622、
Figure BDA0002362660160000205
326和Cyasorb
Figure BDA0002362660160000206
4611,离聚物,和成核剂如MillikenHPN20ETM,导电炭黑以及碳纳米管。
本发明还涵盖用于制备根据本发明的注射模塑制品的注射模塑工艺,所述工艺包含以下步骤:a)提供如本文中所述的至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂;以及b)将所述聚乙烯树脂注射模塑成制品。
所述树脂可以在常规注射模塑机上加工。获得的模塑品上的光洁度(finish)是均匀的并且可以通过增加注射速率或提高模具温度来进一步改善。
通过根据本发明的注射模塑工艺获得的制品显示出低的翘曲性、低的弛垂(下垂,sagging)和低的形变。它们还得益于改善的刚度和硬度;以及良好的拉伸性质。
当通过将两个注射模塑的半壳密封在一起获得所述制品时,所述树脂的非常低的翘曲性是特别有利的,因为所述半壳由于其良好的平面性而导致是可容易地密封的。
通过注射模塑获得的所述制品包括箱罐,圆桶,容器,仓,瓮,方桶,圆罐,槽,盒(box),和其它部件如连接器、帽或封闭件、或任何其它注射部件等。
在一些优选的实施方式中,所述注射模塑制品可以是容器,特别是箱罐,如汽车燃料箱罐、SCR(选择性催化还原)箱罐或
Figure BDA0002362660160000211
箱罐。
此类注射模塑制品还可以是箱罐的内部零件(部分),例如防晃隔板、连接器、柱等。
现在将通过本发明的具体实施方式的以下非限制性说明来说明本发明。
实施例
测试方法:
密度是根据标准ISO 1183:2的方法在23℃的温度下测量的。
熔体指数MI2是根据标准ISO 1133:1997的方法、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测量的。
熔体指数MI105是根据标准ISO 1133:1997的方法、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下、以及具有以下特征的模头测量的:1.05mm的直径和4mm的高度。
高负荷熔体指数HLMI是根据标准ISO 1133:1997的方法、条件G、在190℃下并且在21.6kg的负荷下测量的。
熔体指数MI5是根据标准ISO 1133:1997的方法、条件T、在190℃下并且在5kg的负荷下测量的。
分子量(Mn(数均分子量)、Mw(重均分子量)和Mz(z均分子量))和分子量分布D(Mw/Mn)和D’(Mz/Mw)是通过尺寸排阻色谱法(SEC)并且特别是通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定的。简而言之,使用了来自Polymer Char的GPC-IR5:将10mg聚乙烯样品在160℃下在10ml三氯苯中溶解1小时。注射体积:约400μl,自动样品准备和注射温度:160℃。柱温:145℃。检测器温度:160℃。以1ml/min的流速使用两个Shodex AT-806MS(Showa Denko)和一个Styragel HT6E(Waters)柱。检测器:红外检测器(2800-3000cm-1)。校准:聚苯乙烯(PS)的窄标准物(可商购)。洗脱的聚乙烯的各级分i的分子量Mi的计算是基于马克-霍温克(Mark-Houwink)关系式(log10(MPE)=0.965909×log10(MPS)-0.28264)(在低分子量端在MPE=1000处截止)。
在建立分子量/性质关系中使用的分子量平均值是数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和z均分子量(Mz)。这些平均值由以下表达式定义,并由计算出的Mi确定:
Figure BDA0002362660160000221
Figure BDA0002362660160000222
Figure BDA0002362660160000223
在此,Ni和Wi分别是具有分子量Mi的分子的数量和重量。每种情况下的第三个表示式(最右边)定义了如何从SEC色谱图获得这些平均值。hi是SEC曲线在第i个洗脱级分处的(距离基线的)高度,并且Mi是以此增量洗脱的物种的分子量。
流变学长链支化指数grheo如在WO 2008/113680中所述的根据下式度量:
Figure BDA0002362660160000224
其中Mw(SEC)是由尺寸排阻色谱法获得的重均分子量,以kDa表示;
并且其中Mw(η0,MWD,SCB)是根据以下确定的,也以kDa表示:
Mwo,MWD,SCB)=exp(1.7789+0.199769LnMn+0.209026(Lnηo)+0.955(lnρ)-0.007561(LnMz)(Lnηo)+0.02355(lnMz)2)
其中以Pa.s计的零剪切粘度η0是由与蠕变实验组合以便将频率范围扩展至低至10-4s-1或更低的值的频率扫描实验并且采取角频率(rad/s)和剪切速率等价的通常假设而获得的;其中零剪切粘度η0通过用在190℃的温度下的Carreau-Yasuda流动曲线(η-W)拟合来估算,所述曲线通过在ARES-G2设备(由TA Instruments制造)上在线性粘弹性区域中的振荡剪切流变学获得;其中圆频率(W,以rad/s计)从0.05-0.1rad/s至250-500rad/s、典型地0.1至250rad/s变化,并且剪切应变典型地为10%。实践中,蠕变试验是在190℃的温度下在氮气气氛下用使得1200s后总应变小于20%的应力水平进行;其中所使用的仪器是由TAInstruments制造的AR-G2。
动态流变性分析(RDA)在来自TA Instruments的ARES流变仪(Waters SA)上进行,在具有25mm直径的平行板上测量。温度为190℃,形变为10%,并且扫描频率为从0.1至300rad/s。
贝尔(Bell)ESCR是根据ASTM D 1693-方法B在50℃下,使用10%或100%IgepalCO-630作为化学试剂测量的(其中Igepal CO-630(CAS编号68412-54-4)是从Rhodia可商购的)。
FNCT:根据ISO DIS 16770-3通过全切口蠕变测试(FNCT)测试了抗慢速裂纹扩展性,其中对于取自压制板(由熔体以15℃/min的冷却速率压制)的具有10mm x 10mm横截面的经环向切口(1600pm深度)的试样记录了失效时间。在一个实验中,将所述试样在80℃的温度下的2重量%(在水中)Arkopal N100的表面活性剂溶液中放置很长一段时间,并使其经受等于4MPa的拉伸应力。在另一个实验中,将所述试样在50℃的温度下的2重量%(在水中)Arkopal N100的表面活性剂溶液中放置很长一段时间,并使其经受等于6MPa的拉伸应力。
挠曲模量是根据ISO 178三点弯曲测试在23℃下测量的。
拉伸模量是根据ISO 527-2在23℃下测量的。
简支梁冲击强度是根据ISO 179在23℃、-15℃和-30℃下测量的。
注射方块上的收缩率的测定:已经用60吨的Netstal注射模塑机注射61mm标称长度(模具尺寸)的方块。在冷却后在每个方向上测量实际尺寸,并且相对于模具的收缩率以%计算。
实施例1:树脂的制备。
聚乙烯树脂:在两个串联连接的淤浆环管反应器(双环管反应器)中在以下在表1中给出的条件下制备具有双峰分子量分布的五种树脂(树脂1、2、3、4和5)。聚乙烯树脂(树脂1、2、3、4和5)是用二氯化的亚乙基双(四氢茚基)锆、甲基铝氧烷(MAO)负载催化剂制备的。二氧化硅载体由PQ Corporation以名称ES70W销售。它具有以下规格:比表面积=291m2/g;D50=40μm;孔体积=1.6ml/g。所述负载型茂金属催化剂包含按重量计30%的MAO(由Albemarle销售)和按重量计2%的茂金属。在第一个反应器中没有使用己烯,没有进行脱气。造粒在ZSK58双螺杆挤出机上进行。
表1:每种树脂的操作条件和分析结果
Figure BDA0002362660160000241
实施例2:用于SCR/AdBlue箱罐应用的注射等级:将Lumicene M5220与根据本发明的实施例进行比较
所使用的材料:
从TOTAL Refining&Chemicals可商购的
Figure BDA0002362660160000242
M5220是茂金属高密度聚乙烯,其具有0.952g/cm3的密度(ISO 1183)、2.0g/10min的熔体指数(190℃/2.16kg)(ISO1133-D)、66.8g/10min的HLMI(ISO 1183)以及4.6的Mw/Mn。
所使用的树脂1-5的性质在实施例1的表1中示出。
进行了ESCR和FNCT分析,并将其与当使用来自Total Refining&Chemicals的可商购的注射等级高密度茂金属催化的双峰聚乙烯树脂
Figure BDA0002362660160000253
mPE M5220(具有2.0g/10min的MI2(ISO 1133/D 2.16kg-190℃)、和0.952g/cm3的密度(ISO 1183))时获得的结果进行比较。ESCR和FNCT结果在表2中示出。
表2:ESCR/FNCT结果
Figure BDA0002362660160000251
X h=测量的(Y h)=计算的(基于对于树脂4实施例的测试值的比率的比例运算法则,*29.1=8.1*169.5/47.2)
进行冲击和模量分析。结果在表3中示出。
表3:冲击结果
Figure BDA0002362660160000252
进行RDA分析。RDA结果在图1中示出,图1绘制了作为剪切速率(Rad/s)的函数的每种树脂的粘度(Pa.s)。
进行可注射性分析。使用模拟注射模塑过程的非等温测试来评估在注射模塑过程中的树脂可加工性。该螺旋流动测试包含测量在标准填充条件下向标准模具中注射模塑的熔融聚合物在冻结之前的螺旋流动长度。已经进行了标准模塑性测试。将熔融聚合物注射到标准模具中,所述模具具有包括长的流动路径的简单的螺旋几何结构。将模塑性指数定义为流动长度,意指在标准填充条件下在冻结前所填充的模具长度。螺旋流动长度(SFL)是在240℃的温度下以及分别在500、800和1100巴的注射压力下测量的。螺旋流动是在具有拥有32mm的直径和25的L/D比率的螺杆的60吨Netstal注射模塑机上测定的。改变注射压力。几种树脂的螺旋流动长度(SFL)已经在240℃的温度下作为渐增的注射压力的函数被报道并且在图2中示出,图2绘制了作为渐增的注射压力的函数的螺旋流动长度(SFL)。
按照上文中描述的方法评估注射方块的收缩率。结果呈现在图3中。

Claims (25)

1.注射模塑制品,其包含至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂,所述聚乙烯树脂包含至少两种茂金属催化的聚乙烯级分A和B,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂包含:
基于所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的总重量按重量计至少42.0%且至多48.0%的聚乙烯级分A,其中级分A具有根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下测定的至少100.0g/10min的熔体指数MI2;并且
其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有根据ISO 1183在23℃下对粒料测量的至少0.940g/cm3且至多0.950g/cm3的密度;根据ISO 1133、条件D、在190℃下并且在2.16kg的负荷下对粒料测量的至少1.4g/10min且至多2.5g/10min的熔体指数MI2。
2.根据权利要求1的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有至少4.0且至多6.0的分子量分布Mw/Mn,其中Mw为重均分子量并且Mn为数均分子量。
3.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有根据ISO 1133:1997条件G在190℃下并且在21.6kg的负荷下对粒料测量的至少50.0g/10min的HLMI。
4.根据权利要求3的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有根据ISO 1133:1997条件G在190℃下并且在21.6kg的负荷下对粒料测量的至少55.0g/10min的HLMI。
5.根据权利要求3的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有根据ISO 1133:1997条件G在190℃下并且在21.6kg的负荷下对粒料测量的至少60.0g/10min的HLMI。
6.根据权利要求3的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有根据ISO 1133:1997条件G在190℃下并且在21.6kg的负荷下对粒料测量的至少65.0g/10min的HLMI。
7.根据权利要求3的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有根据ISO 1133:1997条件G在190℃下并且在21.6kg的负荷下对粒料测量的至少70.0g/10min的HLMI。
8.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分A具有比所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的密度高至少0.005g/cm3的密度。
9.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分A具有根据ISO 1183在23℃下测量的至少0.960g/cm3的对绒毛测量的密度。
10.根据权利要求9的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分A具有根据ISO 1183在23℃下测量的至少0.965g/cm3的对绒毛测量的密度。
11.根据权利要求9的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分A具有根据ISO 1183在23℃下测量的至少0.970g/cm3的对绒毛测量的密度。
12.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有多峰分子量分布。
13.根据权利要求12的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂具有双峰分子量分布。
14.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的各级分是在至少两个串联连接的反应器的不同反应器中制备的。
15.根据权利要求14的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的各级分是在至少两个串联连接的环管反应器的不同反应器中制备的。
16.根据权利要求14的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的各级分是在至少两个串联连接的淤浆环管反应器的不同反应器中制备的。
17.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂是使用包含以下步骤的工艺制备的:
(a)将乙烯单体、稀释剂、至少一种茂金属催化剂、任选的氢气、以及任选的一种或多种烯烃共聚单体进料到至少一个第一淤浆环管反应器中;在所述第一淤浆环管反应器中使所述乙烯单体和所述任选的一种或多种烯烃共聚单体在所述茂金属催化剂以及任选的氢气的存在下聚合以产生第一聚乙烯级分A;并且
(b)将所述第一聚乙烯级分A进料到与所述第一淤浆环管反应器串联连接的第二淤浆环管反应器,并且在所述第二淤浆环管反应器中使乙烯和任选的一种或多种烯烃共聚单体在所述第一聚乙烯级分以及任选的氢气的存在下聚合,从而产生所述茂金属催化的聚乙烯树脂。
18.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂是使用包含以下步骤的工艺制备的:
(a)将乙烯单体、稀释剂、至少一种茂金属催化剂、任选的氢气、以及任选的一种或多种烯烃共聚单体进料到至少一个第一淤浆环管反应器中;在所述第一淤浆环管反应器中使所述乙烯单体在所述茂金属催化剂以及任选的氢气的存在下聚合以产生第一聚乙烯级分A;并且
(b)将所述第一聚乙烯级分A进料到与所述第一淤浆环管反应器串联连接的第二淤浆环管反应器,并且在所述第二淤浆环管反应器中使乙烯和一种或多种烯烃共聚单体在所述第一聚乙烯级分以及任选的氢气的存在下聚合,从而产生所述茂金属催化的聚乙烯树脂。
19.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分A是乙烯均聚物,并且所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂的级分B是乙烯共聚物。
20.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂是使用包含以下步骤的工艺制备的:
(a)将乙烯单体、稀释剂、至少一种茂金属催化剂、一种或多种烯烃共聚单体、以及任选的氢气进料到至少一个第一淤浆环管反应器中;在所述第一淤浆环管反应器中使所述乙烯单体在所述茂金属催化剂以及任选的氢气的存在下聚合以产生第一聚乙烯级分;并且
(b)将所述第一聚乙烯级分进料到与所述第一淤浆环管反应器串联连接的第二淤浆环管反应器,并且在所述第二淤浆环管反应器中使乙烯和任选的一种或多种烯烃共聚单体在所述第一聚乙烯级分以及任选的氢气的存在下聚合,从而产生所述茂金属催化的聚乙烯树脂。
21.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述制品是容器、防晃隔板、柱、连接器、或者帽或封闭件。
22.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述制品是汽车燃料箱罐。
23.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述制品是选择性催化还原箱罐。
24.根据权利要求1至2任一项的注射模塑制品,其中所述制品是
Figure FDA0003909070150000041
箱罐。
25.用于制备根据权利要求1至24任一项的注射模塑制品的工艺,所述工艺包含以下步骤:a)提供如在权利要求1至20任一项中所述的至少一种茂金属催化的聚乙烯树脂;以及b)将所述聚乙烯树脂注射模塑成制品。
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