JP2005534802A - シラン架橋性ポリエチレン - Google Patents
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Abstract
架橋性可能性ポリマーまたは架橋したポリマ−組成物を提供する。本組成物は、エチレン・モノマ−とC3からC12までのアルファ・オレフィン・コモノマ−とのコポリマ−を含み、少なくとも70%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有するコポリマ−、およびシラン化合物とフリ−ラジカル開始剤とを含むシラン・グラフト組成物またはこれらコポリマ−とシラン・グラフト組成物との1種または複数の種類の反応生成物を含む。
架橋性可能性ポリマーまたは架橋したポリマ−組成物は、特に、電気装置で使用するのに適しており、具体的には、電力ケ−ブル、通信ケ−ブル、または電力/通信が併用されるケ−ブルにおける電気絶縁層、半導体層、または外被層として適している。
架橋性可能性ポリマーまたは架橋したポリマ−組成物は、特に、電気装置で使用するのに適しており、具体的には、電力ケ−ブル、通信ケ−ブル、または電力/通信が併用されるケ−ブルにおける電気絶縁層、半導体層、または外被層として適している。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2002年7月31日に出願された米国特許仮出願第60/400,242号、および2002年8月1日に出願された米国特許仮出願第60/400,160号の利益を主張する。これら両出願は、本明細書中で参考として援用する。
本出願は、2002年7月31日に出願された米国特許仮出願第60/400,242号、および2002年8月1日に出願された米国特許仮出願第60/400,160号の利益を主張する。これら両出願は、本明細書中で参考として援用する。
本発明は、一般に、架橋性ポリマーまたは架橋したポリマ−に関する。より詳しく述べれば、本発明は、シラン架橋性のまたはシランにより架橋したメタロセン触媒ポリエチレン・コポリマ−、および電力ケ−ブル、通信ケ−ブル、または電力/通信が併用されるケ−ブルにおける、特に、1つ以上の電気絶縁層、半導体層、または外被層として、この種の組成物を含む電気装置を提供する。
電気装置の絶縁層、半導体層および外被層において、多種多様なポリマ−材料が使われている。特に、高圧フリ−ラジカル重合により造られた低密度ポリエチレン(LDPE)、およびチ−グラ−・ナッタ触媒重合により造られた線状低密度ポリエチレン(LLDPE)が広く使われている。これらの材料は、通常、機械的強度、加工性、および耐熱性など種々の特性を改良するために架橋されている。
架橋したLDPEは、架橋したLLDPEよりも多数の利点がある。特に、LDPEには、押出し加工を行う際に、メルト・フラクチャが少ない、溶融強度が高い、およびトルク要件が低いなどの優れた加工特性がある。LDPE絶縁体の電気特性も、LDPE樹脂には伝導性の触媒が残されていないので、LLDPEの電気特性より優れている。チ−グラ−・ナッタ法のLLDPEは加工性に難点があるが、エ−ジング前後の機械的強度、架橋速度、およびコストと性能のバランスが全体的に優れているので、LLDPEは電気用に広く利用されている。
当該分野では、LDPEの優れた加工性およびチ−グラ−・ナッタ法のLLDPEの機械的強度と架橋速度を合わせ持つ、架橋性ポリマー組成物および架橋したポリマ−組成物が依然として求められている。
1つの実施態様では、本発明は、エチレン・モノマ−とC3からC12までのアルファ・オレフィン・コモノマ−とのコポリマ−を含み、少なくとも70%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有するコポリマ−、およびシラン・グラフト組成物またはこれらコポリマ−とシラン・グラフト組成物との1種または複数の種類の反応生成物を含むポリマ−組成物を提供する。シラン・グラフト組成物には、フリ−ラジカル開始剤およびエチレン・コポリマ−にグラフトすることができる不飽和基および縮合架橋反応を行うことができる1つ以上の加水分解性基を有するシラン化合物が含まれている。このポリマ−組成物は、特に、電気装置で使用するのに適している。
別の実施態様では、本発明により、(a)エチレン・モノマ−とC3からC12までのアルファ・オレフィン・コモノマ−とのコポリマ−を含み、少なくとも70%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有するコポリマ−、(b)エチレン・コポリマ−にグラフトすることができる不飽和基と縮合架橋反応を行うことができる加水分解性基とを含むシラン化合物およびフリ−ラジカル開始剤を含むシラン・グラフト組成物、および(c)シラノ−ル縮合触媒、の反応生成物を含むシラン架橋ポリマ−組成物が得られる。
その他の実施態様では、本発明により、本明細書に記載した架橋性または架橋したポリマ−組成物のいずれかを含む電気装置が得られる。架橋性または架橋したポリマ−組成物は、この装置の絶縁層、半導体層、外被層、または1つ以上のこの種の層の構成要素を形成しうるかまたは構成要素でありうる。この実施態様の具体的態様では、この電気装置は、低、中または高電圧電力ケ−ブル、通信ケ−ブル、または電力/通信の併用ケ−ブルでありうる。
ポリエチレン樹脂
本明細書に記載した組成物に適したポリエチレン樹脂は、エチレンおよび少なくとも1つのコモノマ−のコポリマ−である。タ−ポリマ−などの2種類以上のモノマ−を有するポリマ−も、本明細書で使われている用語「コポリマ−」に含まれる。本明細書で使われている用語「エチレン・コポリマ−」は、50モル%以上のエチレン・ユニットとC3−C20α−オレフィンまたはC3−C12α−オレフィンなどのα−オレフィンが重合した残りの50モル%未満の重合ユニットとから形成されたポリマ−を意味している。α−オレフィン・コモノマ−は、線状または分岐のいずれでもよく、また、望ましいならば、2つ以上の成分を使うことができる。適切なコモノマ−の例には、線状C3−C12α−オレフィン、および1つ以上のC1−C3アルキル分枝またはアリ−ル基を有するα−オレフィンがある。具体的な例には、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、1−ペンテン、メチル、エチルまたはプロピル置換基の内1つ以上の置換基を有する1−ペンテン、メチル、エチルまたはプロピル置換基の内1つ以上の置換基を有する1−ヘキセン、メチル、エチルまたはプロピル置換基の内1つ以上の置換基を有する1−ヘプテン、メチル、エチルまたはプロピル置換基の内1つ以上の置換基を有する1−オクテン、メチル、エチルまたはプロピル置換基の内1つ以上の置換基を有する1−ノネン、エチル、メチルまたはジメチル置換1−デセン、1−ドデセン、およびスチレンがある。なお、当然のことではあるが、上記コモノマ−のリストは、単に代表的な例として挙げているだけであり、限定しようとするものではない。好適なコモノマ−には、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテンおよびスチレンがある。
本明細書に記載した組成物に適したポリエチレン樹脂は、エチレンおよび少なくとも1つのコモノマ−のコポリマ−である。タ−ポリマ−などの2種類以上のモノマ−を有するポリマ−も、本明細書で使われている用語「コポリマ−」に含まれる。本明細書で使われている用語「エチレン・コポリマ−」は、50モル%以上のエチレン・ユニットとC3−C20α−オレフィンまたはC3−C12α−オレフィンなどのα−オレフィンが重合した残りの50モル%未満の重合ユニットとから形成されたポリマ−を意味している。α−オレフィン・コモノマ−は、線状または分岐のいずれでもよく、また、望ましいならば、2つ以上の成分を使うことができる。適切なコモノマ−の例には、線状C3−C12α−オレフィン、および1つ以上のC1−C3アルキル分枝またはアリ−ル基を有するα−オレフィンがある。具体的な例には、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、1−ペンテン、メチル、エチルまたはプロピル置換基の内1つ以上の置換基を有する1−ペンテン、メチル、エチルまたはプロピル置換基の内1つ以上の置換基を有する1−ヘキセン、メチル、エチルまたはプロピル置換基の内1つ以上の置換基を有する1−ヘプテン、メチル、エチルまたはプロピル置換基の内1つ以上の置換基を有する1−オクテン、メチル、エチルまたはプロピル置換基の内1つ以上の置換基を有する1−ノネン、エチル、メチルまたはジメチル置換1−デセン、1−ドデセン、およびスチレンがある。なお、当然のことではあるが、上記コモノマ−のリストは、単に代表的な例として挙げているだけであり、限定しようとするものではない。好適なコモノマ−には、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテンおよびスチレンがある。
その他の有用なコモノマ−には、極性ビニル・モノマ−、共役および非共役ジエン類、アセチレンおよびアルデヒド・モノマ−があり、これらのコモノマ−はタ−ポリマ−組成物に少量加えることができる。コモノマ−として有用な非共役ジエン類は、好適には、6〜15個の炭素原子を有する、直鎖炭化水素ジオレフィンまたはシクロアルケニル置換アルケン類である。適切な非共役ジエン類には、例えば、(a)1,4−ヘキサジエンおよび1,6−オクタジエンなどの直鎖非環式ジエン類、(b)5−メチル−1,4−ヘキサジエン、3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン、および3,7−ジメチル−1,7−オクタジエンなどの分岐鎖非環式ジエン類、(c)1,4−シクロヘキサジエン、1,5−シクロオクタジエンおよび1,7−シクロドデカジエンなどの単環脂環式ジエン類、(d)テトラヒドロインデン、ノルボルナジエン、メチル−テトラヒドロインデン、ジシクロペンタジエン(DCPD)、ビシクロ−(2.2.1)−ヘプタ−2,5−ジエン、などの多環脂環式の架橋縮合した環状ジエン類、および5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB)、5−プロペニル−2−ノルボルネン、5−イソプロピリデン−2−ノルボルネン、5−(4−シクロペンテニル)−2−ノルボルネン、5−シクロヘキシリデン−2−ノルボルネン、および5−ビニル−2−ノルボルネン(VNB)などのアルケニル、アルキリデン、シクロアルケニルおよびシクロアルキリデン・ノルボルネン類、(e)ビニル−シクロヘキセン、アリル−シクロヘキセン、ビニル−シクロオクテン、4−ビニル−シクロヘキセン、アリル−シクロデセン、およびビニル−シクロデセンなどのシクロアルケニル置換アルケン類がある。通常使われる非共役ジエン類の中で、好適なジエン類は、ジシクロペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、5−メチレン−2−ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、およびテトラシクロ−(Δ−11,12)−5,8−ドデセンである。特に好適なジオレフィン類は、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)、1,4−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン(DCPD)、ノルボルナジエン、および5−ビニル−2−ノルボルネン(VNB)である。この説明を通して、用語「非共役ジエン」と「ジエン」とは相互互換的に使われていることに注意する必要がある。
当然のことながら、使われるコモノマ−の量は、ポリエチレン・ポリマ−の望ましい密度および選択された特定のコモノマ−に左右される。所定のコモノマ−の場合、そのコモノマ−から造られたポリエチレン・ポリマ−の密度は、コモノマ−含有量が増えると低下する。当業者は、望ましい密度を有するコポリマ−を造るために、適切なコモノマ−含有量を容易に決めることができる。
一般に、適切なポリエチレン樹脂は、流動層反応機において、メタロセンを触媒とする気相重合プロセスを用いて造られる。触媒とプロセスについては、下でさらに詳細に説明する。
本発明の組成物において使用するのに適したポリエチレン樹脂については、米国特許第6,255,426号でより詳細に説明されている。
適切なポリエチレン樹脂は、あらゆる下限値からあらゆる上限値までの範囲を考慮された次のような諸特性の1つ以上の特性を持つことができる。
(a)少なくとも70%または少なくとも75%または少なくとも80%の組成分配範囲率(“CDBI”)、
(b)0.1または0.3g/10分の下限値から10または15g/10分の上限値までのメルトインデックスI2.16、
(c)0.910または0.916または0.918g/cm3の下限値から0.940または0.935または0.930または0.927g/cm3の上限値までの密度、
(d)30または35の下限値から80または60の上限値までのメルトインデックス比I21.6/I2.16、および
(e)2.5または2.8または3.0または3.2の下限値から5.5または4.5または4.0または3.8の上限値までのMw/Mn比。
(a)少なくとも70%または少なくとも75%または少なくとも80%の組成分配範囲率(“CDBI”)、
(b)0.1または0.3g/10分の下限値から10または15g/10分の上限値までのメルトインデックスI2.16、
(c)0.910または0.916または0.918g/cm3の下限値から0.940または0.935または0.930または0.927g/cm3の上限値までの密度、
(d)30または35の下限値から80または60の上限値までのメルトインデックス比I21.6/I2.16、および
(e)2.5または2.8または3.0または3.2の下限値から5.5または4.5または4.0または3.8の上限値までのMw/Mn比。
好適な実施態様は(a)−(e)のすべての特徴を有し、下限値および/または上限値は上記記載から任意に組み合わせる。したがって、例えば、1つの実施態様では、このポリエチレン樹脂は、少なくとも70%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、少なくとも75%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、少なくとも80%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、メルトインデックスI2.16が0.1〜10g/10分であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、メルトインデックスI2.16が0.3〜15g/10分であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、メルトインデックスI2.16が0.3〜10g/10分であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.910〜0.935g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.910〜0.930g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.910〜0.927g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.916〜0.940g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.916〜0.935g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.916〜0.930g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.916〜0.927g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.918〜0.940g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.918〜0.935g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.918〜0.930g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、密度が0.918〜0.927g/cm3であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、メルトインデックス比I21.6/I2.16が30〜60であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、メルトインデックス比I21.6/I2.16が35〜80であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、メルトインデックス比I21.6/I2.16が35〜60であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が2.5〜4.5であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が2.5〜4.0であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が2.5〜3.8であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が2.8〜5.0であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が2.8〜4.5であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が2.8〜4.0であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が2.8〜3.8であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が3.0〜5.5であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が3.0〜4.5であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が3.0〜4.0であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が3.0〜3.8であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が3.2〜5.5であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が3.2〜4.5であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が3.2〜4.0であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
別の実施態様では、このポリエチレン樹脂は、Mw/Mn比が3.2〜3.8であることを除いて、上述の実施態様のあらゆる諸特性を有する。
上記に記載した諸特性に加えて、これらのポリエチレン樹脂は、単層膜におけるこれらの樹脂の諸特性により特徴づけられる。この種の諸特性は、これらのポリエチレン樹脂の用途を単層膜に限定するものではなく、これらの諸特性により、さらに、類似したバルク樹脂特性を有するその他の樹脂とこれらの樹脂を区別する手段が得られるが、これらの樹脂から形成された単層膜において明らかな、より微妙で重要な特徴が得られる。
したがって、別の実施態様では、上述の実施態様のいずれかに記載のポリエチレン樹脂は、さらに、この樹脂から形成された単層膜が、ASTM D−1003−95により測定した場合、20%未満のヘ−ズ値を有することに特徴がある。
別の実施態様では、上述の実施態様のいずれかに記載のポリエチレン樹脂は、さらに、この樹脂から形成された単層膜が、ASTM D−1003−95により測定した場合、15%未満のヘ−ズ値を有することに特徴がある。
別の実施態様では、上述の実施態様のいずれかに記載のポリエチレン樹脂は、さらに、この樹脂から形成された単層膜が、20000psi(14000N/cm2)から60000psi(41000N/cm2)までの平均モジュラスMを有することに特徴がある。ここで、MはASTM D−882−97により測定した機械方向および横断方向の1%セカント・モジュラスの算術平均である。
別の実施態様では、上述の実施態様のいずれかに記載のポリエチレン樹脂は、さらに、この樹脂から形成された単層膜が、120から1000g/mil(4.7〜40g/μm)までのダート衝撃強度を有することに特徴がある。
別の実施態様では、上述の実施態様のいずれかに記載のポリエチレン樹脂は、さらに、この樹脂から形成された単層膜が、120から800g/mil(4.7〜32g/μm)までの範囲のダート衝撃強度を有することに特徴がある。
別の実施態様では、上述の実施態様のいずれかに記載のポリエチレン樹脂は、さらに、この樹脂から形成された単層膜が、150から1000g/mil(5.9〜40g/μm)までの範囲のダート衝撃強度を有することに特徴がある。
別の実施態様では、上述の実施態様のいずれかに記載のポリエチレン樹脂は、さらに、この樹脂から形成された単層膜が、150から800g/mil(5.9〜32g/μm)までの範囲のダート衝撃強度を有することに特徴がある。
別の実施態様では、上述の実施態様のいずれかに記載のポリエチレン樹脂は、さらに、この樹脂から形成された単層膜が、平均モジュラスMとダート衝撃強度(D)との間に式(1a)を満たす関係があることに特徴があり、
式中、Mはpsi単位およびDはg/mil単位で表され、または同様に、式(1b)を満たし、
式中、MはMPa単位およびDはg/μm単位で表される。両式において、「e」は自然対数の底、2.718である。
ポリエチレン樹脂製造触媒
本明細書で使われている用語「メタロセン」および「メタロセン触媒前駆体」は、シクロペンタジエニル(Cp)配位子または置換されうるシクロペンタジエニル配位子、少なくとも1つの非シクロペンタジエニル誘導配位子(X)、およびゼロまたは1つのヘテロ原子含有配位子(Y)を有する、4族、5族または6族の遷移金属(M)を有する化合物を意味する。これらの配位子はMに配位され、数はMの原子価に対応している。メタロセン触媒前駆体は、一般に、「活性なメタロセン触媒」、すなわち、オレフィンを配位結合し、挿入し、次いで重合させることができる空いた配位子座を有する有機金属錯体を得るために適切な共触媒(「活性化剤と呼ばれる」)を用いて活性化する必要がある。一般に、メタロセン触媒前駆体は、次の型のいずれか1つまたは両方の1つまたは混合物である。
本明細書で使われている用語「メタロセン」および「メタロセン触媒前駆体」は、シクロペンタジエニル(Cp)配位子または置換されうるシクロペンタジエニル配位子、少なくとも1つの非シクロペンタジエニル誘導配位子(X)、およびゼロまたは1つのヘテロ原子含有配位子(Y)を有する、4族、5族または6族の遷移金属(M)を有する化合物を意味する。これらの配位子はMに配位され、数はMの原子価に対応している。メタロセン触媒前駆体は、一般に、「活性なメタロセン触媒」、すなわち、オレフィンを配位結合し、挿入し、次いで重合させることができる空いた配位子座を有する有機金属錯体を得るために適切な共触媒(「活性化剤と呼ばれる」)を用いて活性化する必要がある。一般に、メタロセン触媒前駆体は、次の型のいずれか1つまたは両方の1つまたは混合物である。
(1)配位子として2個のCp環系を有するシクロペンタジエニル(Cp)錯体。Cp
配位子は、その金属とサンドイッチ状の錯体を形成し、自由に回転できる(架橋していない)か、架橋基により固定配座内に固定されている。Cp環配位子は、同じか異なった配位子であり、非置換配位子、置換配位子、または置換されうる複素環系などそれら配位子の誘導体とすることができる。これらの置換基は縮合して、テトラヒドロインデニル、インデニル、またはフルオレニル環系などの、その他の飽和または不飽和環系を形成することができる。これらのシクロペンタジエニル錯体は、下記一般式を有し、
(Cp1R1 m)R3 n(CP2R2 p)MXq
式中、Cp1およびCp2は同じか異なるシクロペンタジエニル環であり、R1およびR2は各々が、独立に、ハロゲンまたは約20個までの炭素原子を含む、ヒドロカルビル、ハロカルビル、ヒドロカルビル置換オルガノメタロイドまたはハロカルビル置換オルガノメタロイド基であり、mは0〜5であり、pは0〜5であり、置換基と結合したシクロペンタジエニル環の隣接炭素原子上の2つのR1および/またはR2置換基は共に接合して4〜約20個の炭素原子を含む環を形成することができ、R3は架橋基であり、nは2つの配位子の間の直結鎖における原子数で、0〜8、好適には0〜3であり、Mは元素の周期律表の3〜6、好適には、4、5、または6の原子価を有する遷移金属であり、好適にはその金属原子の最高酸化状態にあり、各Xは非シクロペンタジエニル配位子であり、且つ、独立に、水素、ハロゲンまたは約20個までの炭素原子を含む、ヒドロカルビル、オキシヒドロカルビル、ハロカルビル、ヒドロカルビル置換オルガノメタロイド、オキシヒドロカルビル置換オルガノメタロイドまたはハロカルビル置換オルガノメタロイド基であり、qはMの原子価マイナス2に等しい。
配位子は、その金属とサンドイッチ状の錯体を形成し、自由に回転できる(架橋していない)か、架橋基により固定配座内に固定されている。Cp環配位子は、同じか異なった配位子であり、非置換配位子、置換配位子、または置換されうる複素環系などそれら配位子の誘導体とすることができる。これらの置換基は縮合して、テトラヒドロインデニル、インデニル、またはフルオレニル環系などの、その他の飽和または不飽和環系を形成することができる。これらのシクロペンタジエニル錯体は、下記一般式を有し、
(Cp1R1 m)R3 n(CP2R2 p)MXq
式中、Cp1およびCp2は同じか異なるシクロペンタジエニル環であり、R1およびR2は各々が、独立に、ハロゲンまたは約20個までの炭素原子を含む、ヒドロカルビル、ハロカルビル、ヒドロカルビル置換オルガノメタロイドまたはハロカルビル置換オルガノメタロイド基であり、mは0〜5であり、pは0〜5であり、置換基と結合したシクロペンタジエニル環の隣接炭素原子上の2つのR1および/またはR2置換基は共に接合して4〜約20個の炭素原子を含む環を形成することができ、R3は架橋基であり、nは2つの配位子の間の直結鎖における原子数で、0〜8、好適には0〜3であり、Mは元素の周期律表の3〜6、好適には、4、5、または6の原子価を有する遷移金属であり、好適にはその金属原子の最高酸化状態にあり、各Xは非シクロペンタジエニル配位子であり、且つ、独立に、水素、ハロゲンまたは約20個までの炭素原子を含む、ヒドロカルビル、オキシヒドロカルビル、ハロカルビル、ヒドロカルビル置換オルガノメタロイド、オキシヒドロカルビル置換オルガノメタロイドまたはハロカルビル置換オルガノメタロイド基であり、qはMの原子価マイナス2に等しい。
(2)配位子としてただ1つのCp環系を有するモノシクロペンタジエニル錯体。Cp
配位子は、その金属とサンドイッチ状の錯体を形成し、自由に回転できる(架橋していない)か、架橋基により固定配座内に固定されている。Cp環配位子は、非置換配位子、置換配位子、または置換される複素環系などのそれら配位子の誘導体である。これらの置換基は縮合して、テトラヒドロインデニル、インデニル、またはフルオレニル環系などの、その他の飽和または不飽和環系を形成することができる。ヘテロ原子含有配位子は、架橋基を介して金属および任意にCp配位子の両方に結合される。ヘテロ原子自身は、元素の周期律表の15族から配位数3、16族から配位数2を有する原子である。これらのモノシクロペンタジエニル錯体は、下記一般式を有し、
(Cp1R1 m)R3 n(YrR2)MXs
式中、R1は、独立に、ハロゲンまたは約20個までの炭素原子を含む、ヒドロカルビル、ハロカルビル、ヒドロカルビル置換オルガノメタロイドまたはハロカルビル置換オルガノメタロイド基であり、「m」は0〜5であり、R1置換基と結合したシクロペンタジエニル環の隣接炭素原子上の2つのR1置換基は共に接合して4〜約20個の炭素原子を含む環を形成することができ、R3は架橋基であり、「n」は0〜3であり、Mは元素の周期律表の3〜6、好適には、4、5、または6の原子価を有する遷移金属であり、且つ、好適には、その金属原子の最高酸化状態にあり、Yはヘテロ原子が15族から配位数3または16族から配位数2を有する元素、好適には、窒素、リン、酸素または硫黄であるヘテロ原子含有基であり、R2はC1〜C20炭化水素ラジカル、置換C1〜C20炭化水素ラジカルであり、ここで、1つ以上の水素原子は1つのハロゲン原子で置換され、および各Xは非シクロペンタジエニル配位子であり、且つ、独立に、水素、ハロゲンまたは約20個までの炭素原子を含む、ヒドロカルビル、オキシヒドロカルビル、ハロカルビル、ヒドロカルビル置換オルガノメタロイド、オキシヒドロカルビル置換オルガノメタロイドまたはハロカルビル置換オルガノメタロイド基であり、「s」はMの原子価マイナス2に等しい。
配位子は、その金属とサンドイッチ状の錯体を形成し、自由に回転できる(架橋していない)か、架橋基により固定配座内に固定されている。Cp環配位子は、非置換配位子、置換配位子、または置換される複素環系などのそれら配位子の誘導体である。これらの置換基は縮合して、テトラヒドロインデニル、インデニル、またはフルオレニル環系などの、その他の飽和または不飽和環系を形成することができる。ヘテロ原子含有配位子は、架橋基を介して金属および任意にCp配位子の両方に結合される。ヘテロ原子自身は、元素の周期律表の15族から配位数3、16族から配位数2を有する原子である。これらのモノシクロペンタジエニル錯体は、下記一般式を有し、
(Cp1R1 m)R3 n(YrR2)MXs
式中、R1は、独立に、ハロゲンまたは約20個までの炭素原子を含む、ヒドロカルビル、ハロカルビル、ヒドロカルビル置換オルガノメタロイドまたはハロカルビル置換オルガノメタロイド基であり、「m」は0〜5であり、R1置換基と結合したシクロペンタジエニル環の隣接炭素原子上の2つのR1置換基は共に接合して4〜約20個の炭素原子を含む環を形成することができ、R3は架橋基であり、「n」は0〜3であり、Mは元素の周期律表の3〜6、好適には、4、5、または6の原子価を有する遷移金属であり、且つ、好適には、その金属原子の最高酸化状態にあり、Yはヘテロ原子が15族から配位数3または16族から配位数2を有する元素、好適には、窒素、リン、酸素または硫黄であるヘテロ原子含有基であり、R2はC1〜C20炭化水素ラジカル、置換C1〜C20炭化水素ラジカルであり、ここで、1つ以上の水素原子は1つのハロゲン原子で置換され、および各Xは非シクロペンタジエニル配位子であり、且つ、独立に、水素、ハロゲンまたは約20個までの炭素原子を含む、ヒドロカルビル、オキシヒドロカルビル、ハロカルビル、ヒドロカルビル置換オルガノメタロイド、オキシヒドロカルビル置換オルガノメタロイドまたはハロカルビル置換オルガノメタロイド基であり、「s」はMの原子価マイナス2に等しい。
好適なメタロセン類は、好適には、単一の炭素、ゲルマニウムまたは珪素原子を含む架橋基により架橋されたビスシクロペンタジエニル化合物である。
上述のグル−プ(1)に記載した型の適切なビスシクロペンタジエニル・メタロセン類の例を挙げると、次のようなラセミ異性体があるが、これらに限定されない。
μ−(CH3)2Si(インデニル)2M(Cl)2、
μ−(CH3)2Si(インデニル)2M(CH3)2、
μ−(CH3)2Si(テトラヒドロインデニル)2M(Cl)2、
μ−(CH3)2Si(テトラヒドロインデニル)2M(CH3)2、
μ−(CH3)2Si(インデニル)2M(CH2CH3)2、および
μ−(C6H5)2Si(インデニル)2M(CH3)2、
式中、MはZrまたはHfである。
μ−(CH3)2Si(インデニル)2M(Cl)2、
μ−(CH3)2Si(インデニル)2M(CH3)2、
μ−(CH3)2Si(テトラヒドロインデニル)2M(Cl)2、
μ−(CH3)2Si(テトラヒドロインデニル)2M(CH3)2、
μ−(CH3)2Si(インデニル)2M(CH2CH3)2、および
μ−(C6H5)2Si(インデニル)2M(CH3)2、
式中、MはZrまたはHfである。
上述のグル−プ(1)に記載した型の適切で非対称なシクロペンタジエニル・メタロセン類の例は、米国特許第4,892,851号、第5,334,677号、第5,416,228号、および第5,449,651号、および刊行物「ジャ−ナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイアティ(J. Am. Chem. Soc.)」,1988年,第110巻,6255頁で開示されている。
上述のグル−プ(1)に記載した型の好適で非対称なシクロペンタジエニル・メタロセン類の例を挙げると、次のような化合物があるが、これらに限定されない。
μ−(C6H5)2C(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)M(R)2、
μ−(C6H5)2C(3−メチルシクロペンタジエニル)(フルオレニル)M(R)2、
μ−(CH3)2C(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)M(R)2、
μ−(C6H5)2C(シクロペンタジエニル)(2−メチルインデニル)M(CH3)2、
μ−(C6H5)2C(3−メチルシクロペンタジエニル)( 2−メチルインデニル)M(Cl)2、
μ−(C6H5)2C(シクロペンタジエニル)(2,7−ジメチルフルオレニル)M(R)2、および
μ−(CH3)2C(シクロペンタジエニル)(2,7−ジメチルフルオレニル)M(R)2、
式中、MはZrまたはHfであり、RはClまたはCH3である。
μ−(C6H5)2C(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)M(R)2、
μ−(C6H5)2C(3−メチルシクロペンタジエニル)(フルオレニル)M(R)2、
μ−(CH3)2C(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)M(R)2、
μ−(C6H5)2C(シクロペンタジエニル)(2−メチルインデニル)M(CH3)2、
μ−(C6H5)2C(3−メチルシクロペンタジエニル)( 2−メチルインデニル)M(Cl)2、
μ−(C6H5)2C(シクロペンタジエニル)(2,7−ジメチルフルオレニル)M(R)2、および
μ−(CH3)2C(シクロペンタジエニル)(2,7−ジメチルフルオレニル)M(R)2、
式中、MはZrまたはHfであり、RはClまたはCH3である。
上述のグル−プ(2)に記載した型のモノシクロペンタジエニル・メタロセン類の例は、米国特許第5,026,798号、第5,057,475号、第5,350,723号、5,264,405号、第5,055,438号、および国際公開第96/002244号で開示されている。
メタロセン化合物を活性化剤と接触させると、活性な触媒が得られる。1つの種類の活性化剤は非配位結合性陰イオンで、用語「非配位結合性陰イオン」(NCA)は、遷移金属に配位結合しないか、または遷移金属陽イオンにごく弱く配位結合し、それにより中性のルイス塩基により移動させるのに十分なほど不安定な状態に留まっている陰イオンを意味している。「両立性」非配位結合性陰イオンは、最初に形成された錯体が分解する時に中性にならないこの種の陰イオンである。さらに、この陰イオンから中性の4配位メタロセン化合物および中性の副生成物を形成させるために、この陰イオンは陰イオン性置換基またはフラグメントを陽イオンに移行させない。本発明との係わりにおいて有用な非配位結合性陰イオンは、そのイオン電荷を+1の状態にバランスさせるという意味でメタロセン陽イオンを安定させる性質と、重合中エチレン系またはアセチレン系不飽和モノマ−による移動を許すのに十分な不安定性を保持する性質を両立させる陰イオンである。さらに、重合プロセスに存在しうる重合性モノマ−以外のルイス塩基によるメタロセン陽イオンの中和を抑制または防止するのに分子サイズが十分大きいという意味で、本発明において有用な陰イオンは大きいか、嵩張っている。通常、この陰イオンの分子サイズは約4オングストロ−ム以上である。非配位結合性陰イオンの例は、欧州特許第277 004号に記載されている。
メタロセン触媒を製造する別の方法では、初めは中性のルイス酸であるが、メタロセン化合物とのイオン化反応で陽イオンおよび陰イオンを形成する陰イオン性前駆体のイオン化を用いる。例えば、トリス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素は、メタロセン化合物からアルキル、ヒドリドまたはシリル配位子を引き抜き、メタロセン陽イオンおよび安定化非配位結合性陰イオンを生じる作用がある。欧州特許出願公開第0 427 697号および欧州特許出願公開第0 520 732号を参照する。付加重合のメタロセン触媒は、陰イオン基と共に金属酸化基を含む陰イオン性前駆体による遷移金属化合物の金属中心を酸化することにより造ることもできる。欧州特許出願公開第0 495 375号を参照する。
本発明のイオン性陽イオン化および得られた非配位結合性陰イオンによる安定化を行うことができる適切な活性化剤の例には次のようなものがある。
トリエチルアンモニウム−テトラフェニルボレ−ト、
トリプロピルアンモニウム−テトラフェニルボレ−ト、
トリ(n−ブチル)アンモニウム−テトラフェニルボレ−ト、
トリメチルアンモニウム−テトラキス(p−トリル)ボレ−ト、
トリメチルアンモニウム−テトラキス(o−トリル)ボレ−ト、
トリブチルアンモニウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
トリプロピルアンモニウム−テトラキス(o,p−ジメチルフェニル)ボレ−ト、
トリブチルアンモニウム−テトラキス(m,m−ジメチルフェニル)ボレ−ト、
トリブチルアンモニウム−テトラキス(p−トリフルオロメチルフェニル)ボレ−ト、
トリブチルアンモニウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、および
トリ(n−ブチル)アンモニウム−テトラキス(o−トリル)ボレ−ト、
などのトリアルキル置換アンモニウム塩類、
N,N−ジメチルアニリニウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
N,N−ジメチルアニリニウム−テトラキス(ヘプタフルオロナフチル)ボレ−ト、
N,N−ジメチルアニリニウム−テトラキス(パ−フルオロ−4−ビフェニル)ボレ−ト、
N,N−ジメチルアニリニウム−テトラフェニルボレ−ト、
N,N−ジエチルアニリニウム−テトラフェニルボレ−ト、および
N,N−2,4,6−ペンタメチルアニリニウム−テトラフェニルボレ−ト、
などのN,N−ジアルキルアニリニウム塩類、
ジ−(イソプロピル)アンモニウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、および
ジシクロヘキシルアンモニウム−テトラフェニルボレ−ト、
などのジアルキル−アンモニウム塩類、および
トリフェニルホスホニウム−テトラフェニルボレ−ト、
トリ(メチルフェニル)ホスホニウム−テトラフェニルボレ−ト、および
トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウム−テトラフェニルボレ−ト、
などのトリアリ−ル−ホスホニウム塩類。
トリエチルアンモニウム−テトラフェニルボレ−ト、
トリプロピルアンモニウム−テトラフェニルボレ−ト、
トリ(n−ブチル)アンモニウム−テトラフェニルボレ−ト、
トリメチルアンモニウム−テトラキス(p−トリル)ボレ−ト、
トリメチルアンモニウム−テトラキス(o−トリル)ボレ−ト、
トリブチルアンモニウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
トリプロピルアンモニウム−テトラキス(o,p−ジメチルフェニル)ボレ−ト、
トリブチルアンモニウム−テトラキス(m,m−ジメチルフェニル)ボレ−ト、
トリブチルアンモニウム−テトラキス(p−トリフルオロメチルフェニル)ボレ−ト、
トリブチルアンモニウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、および
トリ(n−ブチル)アンモニウム−テトラキス(o−トリル)ボレ−ト、
などのトリアルキル置換アンモニウム塩類、
N,N−ジメチルアニリニウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
N,N−ジメチルアニリニウム−テトラキス(ヘプタフルオロナフチル)ボレ−ト、
N,N−ジメチルアニリニウム−テトラキス(パ−フルオロ−4−ビフェニル)ボレ−ト、
N,N−ジメチルアニリニウム−テトラフェニルボレ−ト、
N,N−ジエチルアニリニウム−テトラフェニルボレ−ト、および
N,N−2,4,6−ペンタメチルアニリニウム−テトラフェニルボレ−ト、
などのN,N−ジアルキルアニリニウム塩類、
ジ−(イソプロピル)アンモニウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、および
ジシクロヘキシルアンモニウム−テトラフェニルボレ−ト、
などのジアルキル−アンモニウム塩類、および
トリフェニルホスホニウム−テトラフェニルボレ−ト、
トリ(メチルフェニル)ホスホニウム−テトラフェニルボレ−ト、および
トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウム−テトラフェニルボレ−ト、
などのトリアリ−ル−ホスホニウム塩類。
適切な陰イオン性前駆体の例には、さらに、安定なカルボニウム・イオンおよび両立可能な非配位結合性陰イオンを含む前駆体がある。これらの前駆体には次のようなものがある。
トロピリウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
トリフェニルメチリウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
トロピリウム−フェニルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
トリフェニルメチリウム−フェニル−(トリスペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)フェニル−トリス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
トロピリウム−テトラキス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレ−ト、
トリフェニルメチリウム−テトラキス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボレ−ト、
トロピリウム−テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボレ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボレ−ト、
トロピリウム−テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)アルミネ−ト、
トリフェニルメチリウム−テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)アルミネ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)アルミネ−ト、
トロピリウム−テトラキス(1,2,2−トリフルオロエテニル)ボレ−ト、
トリフェニルメチリウム−テトラキス(1,2,2−トリフルオロエテニル)ボレ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(1,2,2−トリフルオロエテニル)ボレ−ト、
トロピリウム−テトラキス(2,3,4,5−テトラフルオロフェニル)ボレ−ト、
トリフェニルメチリウム−テトラキス(2,3,4,5−テトラフルオロフェニル)ボレ−ト、および
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(2,3,4,5−テトラフルオロフェニル)ボレ−ト。
トロピリウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
トリフェニルメチリウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
トロピリウム−フェニルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
トリフェニルメチリウム−フェニル−(トリスペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)フェニル−トリス(ペンタフルオロフェニル)ボレ−ト、
トロピリウム−テトラキス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレ−ト、
トリフェニルメチリウム−テトラキス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボレ−ト、
トロピリウム−テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボレ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボレ−ト、
トロピリウム−テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)アルミネ−ト、
トリフェニルメチリウム−テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)アルミネ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)アルミネ−ト、
トロピリウム−テトラキス(1,2,2−トリフルオロエテニル)ボレ−ト、
トリフェニルメチリウム−テトラキス(1,2,2−トリフルオロエテニル)ボレ−ト、
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(1,2,2−トリフルオロエテニル)ボレ−ト、
トロピリウム−テトラキス(2,3,4,5−テトラフルオロフェニル)ボレ−ト、
トリフェニルメチリウム−テトラキス(2,3,4,5−テトラフルオロフェニル)ボレ−ト、および
ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(2,3,4,5−テトラフルオロフェニル)ボレ−ト。
金属配位子に、ハライド部分、例えば、標準的な条件下でイオン引き抜きを行えない(メチルフェニル)シリレン(テトラメチル−シクロペンタジエニル)(tert−ブチル−アミド)ジルコニウム−ジクロライドが含まれる場合、これらのハライド部分は、リチウムまたはアルミニウムのヒドリドまたはアルキル、アルキルアルモキサン、グリニャ−ル試薬などの有機金属化合物との既知のアルキル化反応を介して転換されうる。活性化陰イオン性化合物の添加の前または添加と共にジハライド置換メタロセン化合物とアルキルアルミニウム化合物の反応を説明するプロセスについては、欧州特許出願公開第0 500 944号、欧州特許出願公開第0 570 982号および欧州特許出願公開第0 612 768号を参照する。例えば、アルミニウム−アルキル化合物は、反応容器に入れる前にメタロセンと混合することができる。アルキルアルミニウムは、捕集剤(下に記載するように)としても適切であるから、アルキルアルミニウムをメタロセンのアルキル化に通常化学量論的に必要な量よりも過剰に使用すると、アルキルアルミニウムをメタロセン化合物と共に反応溶媒に加えることができるようになる。通常、アルモキサンは、早すぎる活性化を回避するために、メタロセンと共に加えることはできないが、捕集剤およびアルキル化活性化剤の両方として役立つ場合は、重合モノマ−の存在下で反応容器に直接加えることができる。
アルキルアルモキサンは、さらに、触媒活性化剤として適切で、特に、ハライド配位子を有するメタロセンの場合は適切である。触媒活性化剤として有用なアルモキサンは、通常、環状化合物である一般式(R−Al−O)n、または線状化合物であるR(R−Al−O)nAlR2により表されたオリゴマ−性アルミニウム化合物である。これらの式において、各RまたはR2はC1〜C5アルキル・ラジカル、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチルまたはペンチルであり、「n」は1から約50までの整数である。最も好適には、Rはメチルであり、「n」は少なくとも4、すなわち、メチルアルモキサン(MAO)である。アルモキサンは、当該分野で既知の種々の方法により造ることができる。例えば、アルミニウム−アルキルを不活性な有機溶媒に溶解した水で処理するか、またはアルミニウム−アルキルを不活性な有機溶媒に懸濁した水和硫酸銅などの水和塩と接触させるとアルモキサンが得られる。しかし、一般に、限定された量の水とアルミニウム−アルキルとの反応により造られると、アルモキサンの線状種と環状種の混合物が得られる。
任意に、捕集化合物も使われる。本明細書で使われている用語「捕集化合物」は、反応溶媒から極性不純物を除去するのに有効な化合物を指している。この種の不純物は、重合反応成分のいずれか、特に、溶媒、モノマ−およびコモノマ−と共に不注意で持ち込まれ、特に、メタロセン陽イオンと非配位結合性陰イオンとのペアが触媒系である場合は、触媒活性を低下させるか、または無くして触媒の活性と安定性に対して悪い影響がある。極性不純物または触媒毒には、水、酸素、酸素化炭化水素、金属不純物などがある。好適には、この種の極性不純物を反応容器に持ち込む前に、種々の成分を合成したり、調製する間または後に化学的処理または注意深い分離工程を入れるが、重合プロセス自身では、なおも、少量の捕集化合物が、通常、必要になる。通常、捕集化合物は、米国特許第5,153,157号、第5,241,025号、欧州特許出願公開第0 426 638号、国際公開第91/09882号、国際公開第94/03506号、および国際公開第93/14132号に記載されている13族有機金属化合物などの有機金属化合物である。代表的な化合物には、トリエチルアルミニウム、トリエチルボラン、トリ−イソブチル−アルミニウム、イソブチル−アルミニウムオキサン、活性な触媒との悪い相互作用を最小に抑制するために好ましい金属またはメタロイド中心に共有結合した嵩張った置換基を有する化合物がある。
好適には、捕集化合物は使われず、反応は実質的に捕集剤のない条件下で行われる。本明細書で使われている用語「実質的に捕集剤がない」および「ルイス酸捕集剤が実質的にない」は、反応機への供給ガス中に存在するこの種の捕集剤が重量で100ppm未満か、または、好適には、支持体上に存在するかもしれない捕集剤以外の、意図して添加された捕集剤、例えば、アルミニウム−アルキルがないことを意味している。
好適には、触媒には、非架橋メタロセン化合物は実質的にはない、すなわち、この種のメタロセンは触媒に意図的には加えられていないか、または、好適には、この種のメタロセンはこの種の触媒において識別することができない。好適な触媒は、一対のパイ結合した配位子(シクロペンタジエニル配位子などの)を含む化合物であり、その内の少なくとも1つは少なくとも2つの、インデニル環などの環状縮合環を有する。特定の実施態様では、メタロセンは、遷移金属原子にパイ結合した2つの多核配位子を接続する単原子珪素橋を含む実質的に単一のメタロセン種である。この種の架橋メタロセン化合物の特定の例は、ジメチルシリル−ビス−(テトラヒドロインデニル)ジルコニウム−ジクロライドであり、(CH3)2Si(H4Ind)2ZrCl2とも表示され、用語「H4Ind」はテトラヒドロインデニル基を意味する。
触媒は、好適には、シリカに担持され、シリカの気孔内に均一に分布している。好適には、かなり少量のメチル−アルモキサンが使われ、Alと遷移金属のモル比は400〜30または200〜50である。
ポリエチレン樹脂製造プロセス
ポリエチレン樹脂を製造する適切なプロセスは、当該分野でよく知られている。好適なプロセスは、気相流動層反応機におけるプロセスなどの定常状態重合プロセスである。
ポリエチレン樹脂を製造する適切なプロセスは、当該分野でよく知られている。好適なプロセスは、気相流動層反応機におけるプロセスなどの定常状態重合プロセスである。
モノマ−、特にオレフィン・モノマ−のホモ重合および共重合の気相プロセスは、当該分野でよく知られている。この種のプロセスは、例えば、樹脂粒子および触媒からなる攪拌層および/または流動層内に1つ以上のガス状モノマ−を導入することにより行われる。
オレフィンの流動層重合では、重合は流動層反応機で行われ、この反応機ではガス状反応モノマ−を含む上昇ガス流により、ポリマ−粒子の層が流動状態に維持される。攪拌層反応機におけるオレフィンの重合は、反応ゾ−ン内の層の流動化に寄与する機械的攪拌機の作用により、ガス流動層反応機における重合とは異なる。本明細書で使われている用語「流動層」は攪拌層プロセスおよび反応機も含む。
流動層反応機の開始では、一般に、予め形成されたポリマ−粒子の層を用いる。重合中に、モノマ−の触媒重合により新しいポリマ−が造られ、層を一定容積に維持するためにポリマ−製品が抜き出される。工業的に好ましいプロセスは、流動性ガスを層に分散させ、且つガスの供給が止められる時に層の支持体として作用するために流動格子を用いる。造られたポリマ−は、一般に、反応機の下部に配設された、流動格子の近くにある1つ以上の排出導管を介して反応機から抜き出される。流動層には、成長中のポリマ−粒子、ポリマ−製品粒子および触媒粒子からなる層がある。この反応混合物は、添加された補給モノマ−と共に、反応機のトップから抜き出されたリサイクル・ガスを含む、流動ガスの反応機基部からの連続的な上昇流により流動状態に維持される。
流動ガスは、反応機のボトムから入り、好適には、流動格子を通過し、流動層を通って上方に進む。
オレフィンの重合は発熱反応であり、したがって、重合熱を除去するために層を冷却する必要がある。そのような冷却手段がないと、層は、例えば、触媒が失活するか、またはポリマ−粒子が溶融し、融着し始めるまで、温度が上昇する。
オレフィンの流動層重合では、重合熱を除去する代表的な方法は、流動ガスなどの冷却ガスを通過させる方法である。冷却ガスは、望ましい重合温度より低い温度にあり、流動層を通って重合熱を持ち出す。このガスは、反応機から排出され、外部熱交換器を通過して冷却され、次いで層にリサイクルされる。
リサイクル・ガスの温度は、流動層を望ましい重合温度に維持するために熱交換器で調節することができる。アルファ・オレフィンのこの重合方法では、リサイクル・ガスには、一般に、例えば、不活性な希釈ガスまたは水素などのガス状連鎖移動剤と共に1つ以上のモノマ−・オレフィンが含まれている。したがって、リサイクル・ガスは、層を流動化するためにモノマ−を供給し、層を望ましい温度範囲に維持するのに役立つ。重合反応中にポリマ−に転化して消費されたモノマ−は、通常、リサイクル・ガス流へ補給モノマ−を添加することにより置き換えられる。
反応機を出る物質には、ポリオレフィンおよび未反応モノマ−・ガスを含むリサイクル流がある。重合後、ポリマ−は回収される。望ましいならば、リサイクル流は圧縮し、冷却し、供給成分と混合し、次いで気相と液相とを反応機に戻すことができる。
多種多様な気相重合プロセスが知られている。例えば、米国特許第4,543,399号および第4,588,790号に記載されているように、リサイクル流は露点未満の温度に冷却し、リサイクル流の一部を凝縮させることができる。このように、処理中にリサイクル流または反応機に意図的に液体を導入することは、一般に、「凝縮モ−ド」操作と呼ばれている。
流動層反応機およびその操作の詳細は、さらに、米国特許第4,243,619号、第4,543,399号、第5,352,749号、第5,436,304号、第5,405,922号、第5,462,999号、および第6,218,484号で開示されている。これらの特許の開示は、本明細書で参考として援用されている。適切な処理条件は、当業者により決めることができ、また、PCT国際公開第96/08520号および米国特許第5,763,543号および第6,255,426号に記載されている。
具体的な実施態様では、ポリエチレン樹脂は、モノマ−と不活性ガスを含む供給ガス流を連続的に循環させて、ポリマ−粒子の層を流動化し且つ攪拌し、メタロセン触媒を層に添加し、ポリマ−粒子を排出することにより造られる。ここで、触媒には、普通または個々の支持体に担持された少なくとも1つの橋かけしたビス−シクロペンタジエニル遷移金属およびアルモキサン活性化剤が含まれている。供給ガスはルイス酸捕集剤を実質的に含まず、ルイス酸捕集剤は供給ガスの100重量ppm未満の量にて存在する。流動層の温度は、60絶対psi(410kPaa)過剰のエチレン分圧において、DSCにより測定したポリマ−溶融温度より20℃だけ低い。得られたポリマ−粒子の遷移金属の灰分含有量は500重量ppm未満であり、ポリマ−のメルトインデックスI2.16は10未満であり、MIRは少なくとも35であり、プロトン核磁気共鳴(1HNMR)により測定したポリマ−鎖末端不飽和基はほぼ検出できない。
「ポリマ−鎖末端不飽和基はほぼ検出できない」とは、ポリマ−中で炭素原子1000個あたりビニル基、すなわち、ビニル不飽和基が0.1未満、または炭素原子1000個あたりビニル基が0.05個、または炭素原子1000個あたりビニル基が0.01個未満であることを意味している。
シラン架橋
ポリエチレン・コポリマ−は、反応性不飽和シラン化合物により架橋することができる。当該分野でよく知られたシラン架橋プロセスには、メルファ−(Maillefer)およびBICCにより開発された商業的に利用できるMONOSIL(商標)プロセス、およびダウコ−ニング(Dow Corning)により開発されたSIOPLAS(商標)がある。SIOPLAS(商標)、すなわち、「2段」プロセスでは、ポリエチレンはまず反応性シラン化合物およびフリ−ラジカル開始剤を用いて混練ミキサ−または押出し機でグラフト変性され、シラン・グラフト・ポリエチレンを造り、このポリエチレンはペレット化され、出荷されるか、または次の処理のために貯蔵される。シラン・グラフト・ポリエチレンは、次いで、シラノ−ル縮合触媒と混練され、パイプまたはワイヤ−・コ−ティング層などの望ましい形態に溶融押出しされ、次いで、水浴またはスチ−ム浴中などの熱と水蒸気とにより硬化(架橋)される。湿度と温度とが高い環境では、硬化は周辺条件下で起きる。MONOSIL(商標)、すなわち、「一段」プロセスでは、ポリエチレン、反応性シラン化合物、フリ−ラジカル開始剤およびシラノ−ル縮合触媒は、すべて、押出し機に供給され、パイプまたはワイヤ−・コ−ティング層などの望ましい形態に溶融押出しされ、次いで、2段プロセスにおけるように熱と水蒸気とにより硬化される。
ポリエチレン・コポリマ−は、反応性不飽和シラン化合物により架橋することができる。当該分野でよく知られたシラン架橋プロセスには、メルファ−(Maillefer)およびBICCにより開発された商業的に利用できるMONOSIL(商標)プロセス、およびダウコ−ニング(Dow Corning)により開発されたSIOPLAS(商標)がある。SIOPLAS(商標)、すなわち、「2段」プロセスでは、ポリエチレンはまず反応性シラン化合物およびフリ−ラジカル開始剤を用いて混練ミキサ−または押出し機でグラフト変性され、シラン・グラフト・ポリエチレンを造り、このポリエチレンはペレット化され、出荷されるか、または次の処理のために貯蔵される。シラン・グラフト・ポリエチレンは、次いで、シラノ−ル縮合触媒と混練され、パイプまたはワイヤ−・コ−ティング層などの望ましい形態に溶融押出しされ、次いで、水浴またはスチ−ム浴中などの熱と水蒸気とにより硬化(架橋)される。湿度と温度とが高い環境では、硬化は周辺条件下で起きる。MONOSIL(商標)、すなわち、「一段」プロセスでは、ポリエチレン、反応性シラン化合物、フリ−ラジカル開始剤およびシラノ−ル縮合触媒は、すべて、押出し機に供給され、パイプまたはワイヤ−・コ−ティング層などの望ましい形態に溶融押出しされ、次いで、2段プロセスにおけるように熱と水蒸気とにより硬化される。
反応性シラン化合物は、1つ以上の加水分解性基を有する不飽和シラン化合物でよい。代表的な反応性シラン化合物には、ビニル、アリル、イソプロペニル、ブテニル、シクロヘキシル、またはγ−(メタ)アクリルオキシ−アリルなどのアルケニル基、およびヒドロカルビルオキシ、ヒドロカルボニルオキシまたはヒドロカルビルアミノ基などの加水分解性基がある。加水分解性基の具体的な例には、メトキシ、エトキシ、ホルミルオキシ、アセトキシ、プロピオニルオキシ、およびアルキルアミノまたはアクリルアミノ基がある。適切な反応性シランは、オシ・スペシャリティ−ズ(OSi Specialities)からSILQUEST(商標)として入手できる、ビニルトリメトキシシランである。使われるシランの量は、処理条件、使われる具体的なシラン、およびその他のよく知られた要因に基づいて、当業者は容易に決めることができる。シラン化合物の代表的な量は、約0.5〜約5phrである。ここで、「phr」という単位は、ポリエチレン樹脂100重量部あたりの重量部を意味する。
フリ−ラジカル開始剤は、分解してポリエチレンのペレット化に適した温度でパ−オキシ・ラジカルまたはアジル・ラジカルを形成する過酸化物またはアゾ化合物またはイオン化放射線でよい。代表的な過酸化物には、例えば、ジクミル−パ−オキサイド、ジ−tert−ブチル−パ−オキサイド、t−ブチル−パ−ベンゾエ−ト、ベンゾイル−パ−オキサイド、クメン−ヒドロパ−オキサイド、t−ブチル−パ−オクトエ−ト、メチルエチルケトン−パ−オキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチル−パ−オキシ)ヘキサン、ラウリル−パ−オキサイドおよびtert−ブチル−パ−アセテ−トがある。適切なアゾ化合物はアゾビスイソブチル−ナイトライトである。特定のパ−オキサイド化合物は、ハ−キュリ−ズ(Hercules)からDICUP(商標) Rとして商業的に入手できるジクミル−パ−オキサイドである。フリ−ラジカル開始剤の量は、当業者であれば容易に決めることができ、通常、約0.04〜約0.15phrである。
シラノ−ル縮合触媒は、有機塩基、および有機チタネ−トおよび鉛、コバルト、鉄、ニッケル、亜鉛またはスズの錯体またはカルボキシレ−トを含む有機金属化合物などの縮合架橋反応を促進する化合物であればよい。具体的な触媒には、例えば、ジブチル−スズ−ジラウレ−ト、ジオクチル−スズ−マレエ−ト、ジブチル−スズ−ジアセテ−ト、ジブチル−スズ−ジオクトエ−ト、ジブチル−スズ−ジドデカノエ−ト、スタナス−アセテ−ト、スタナス−オクトエ−ト、鉛ナフテネ−ト、亜鉛カプリレ−ト、およびコバルト−ナフテネ−トがある。特定のスズ−カルボキシレ−トは、アクゾ・ヒェミ−(Akzo Chemie)からSTANCLERE(商標) TLとして商業的に入手できるジブチル−スズ−ジドデカノエ−トである。触媒は、触媒として有効な量が使われ、当業者であれば容易に決められる。代表的な触媒量は、約0.01〜約0.1phrである。
ビニル−トリメトキシシランとポリエチレンとの過酸化物開始反応により、エチルトリメトキシシリル部分がぶら下がったポリエチレン骨格を有するグラフト・ポリマ−が得られる。架橋反応では、メトキシ基は加水分解されて、メタノ−ルとペンダントのエチルジメトキシシラノリル基が形成され、このシラノリル基はその他のエチルジメトキシシラノリル基と縮合反応を行い、水が除かれてペンダントのシリル部分の間にSi−O−Si結合を形成する。
電気装置
1つの態様では、本発明により、本明細書に記載したシラン架橋性、またはシラン架橋したポリエチレンのいずれかから形成された、またはこれらのポリエチレンを含む1つ以上の層を含む電気装置が得られる。この種の装置には、例えば、電力ケ−ブル、通信ケ−ブルまたはデ−タ伝送ケ−ブル、および電力/通信を併用したケ−ブルがある。本明細書で使われている「通信ケ−ブル」と「デ−タケ−ブル」とは相互互換的に使われている。電気装置が電力ケ−ブルである場合、電力ケ−ブルは低電圧ケ−ブル、すなわち、1kV以下または代わりに6kV以下の電圧にて送電するのに適合した装置もあれば、中電圧ケ−ブル、すなわち、1kVまたは6kVを超えた下限から35kV以下または66kV以下の上限までの電圧にて送電するのに適合した装置もあれば、または高電圧ケ−ブル、すなわち、35kVまたは66kVを超えた電圧にて送電するのに適合した装置もある。当該分野で普通に使われている、「低圧」、「中圧」および「高圧」という呼称は、時々重なっており、例えば、4kVケ−ブルは「低圧」と呼ばれたり、「中圧」と呼ばれたりすることを認識する必要がある。低/中/高という呼称を用いずに、代わりに、適切な電圧の範囲、および特に上限電圧が、電力ケ−ブルの識別に使われる。
1つの態様では、本発明により、本明細書に記載したシラン架橋性、またはシラン架橋したポリエチレンのいずれかから形成された、またはこれらのポリエチレンを含む1つ以上の層を含む電気装置が得られる。この種の装置には、例えば、電力ケ−ブル、通信ケ−ブルまたはデ−タ伝送ケ−ブル、および電力/通信を併用したケ−ブルがある。本明細書で使われている「通信ケ−ブル」と「デ−タケ−ブル」とは相互互換的に使われている。電気装置が電力ケ−ブルである場合、電力ケ−ブルは低電圧ケ−ブル、すなわち、1kV以下または代わりに6kV以下の電圧にて送電するのに適合した装置もあれば、中電圧ケ−ブル、すなわち、1kVまたは6kVを超えた下限から35kV以下または66kV以下の上限までの電圧にて送電するのに適合した装置もあれば、または高電圧ケ−ブル、すなわち、35kVまたは66kVを超えた電圧にて送電するのに適合した装置もある。当該分野で普通に使われている、「低圧」、「中圧」および「高圧」という呼称は、時々重なっており、例えば、4kVケ−ブルは「低圧」と呼ばれたり、「中圧」と呼ばれたりすることを認識する必要がある。低/中/高という呼称を用いずに、代わりに、適切な電圧の範囲、および特に上限電圧が、電力ケ−ブルの識別に使われる。
本発明の具体的な実施態様が、代表的な電力ケ−ブルとして図に例示されているが、本発明はそのように限定されるものではない。図1を参照すると、電力ケ−ブル10が例示されている。ケ−ブル10には、複数の伝導性ストランドとして図示されている導体12があるが、代わりに中実のコア導体である場合もある。導体12は、順に、内側の半導体層14、絶縁層16、外側の半導体層18、金属シ−ルド層20、および外側の外装22により囲まれている。この実施態様では、層14、16、18および22、すなわち、いずれかの半導体層、絶縁層または外側の外装層のいずれか1つ以上は、本明細書に記載したシラン架橋性またはシラン架橋した組成物から形成されるか、またはこれらの組成物を含むことができる。ケ−ブル10は、特に、1kVまたは6kVを超え35kVまたは66kVまでの電圧にて送電するのに適している。
次に図2を参照すると、特に、6kV未満または1kV未満の電圧にて送電するのに適している実施態様の断面が図示されている。ケ−ブル30には、中実なコア導体または複数の伝導性ストランドである導体32、および本明細書に記載したシラン架橋性またはシラン架橋した組成物から形成されるか、またはこれらの組成物を含む外側の層34が含まれている。
図3を参照すると、1kV未満または6kV未満の電圧にて送電するのに、特に適している実施態様の断面図が例示されている。ケ−ブル40には、中実なコア導体または複数の伝導性ストランドである導体42、絶縁層44、および外側の層46がある。層44および46の1つまたは両方は、本明細書に記載したシラン架橋性またはシラン架橋した組成物から形成されるか、またはこれらの組成物を含むことができる。
図4を参照すると、低電圧(すなわち、6kV未満または1kV未満)3極送電ケ−ブルである実施態様の断面図が例示されている。ケ−ブル50には、中実なコア導体または複数の伝導性ストランドである3つの導体52が含まれている。各導体52は絶縁層54により囲まれており、絶縁された導体は外側の外装56により囲まれている。隙間にある容積を満たすために、一般に、充填材58が使われている。適切な充填材は当該分野でよく知られている。層54および56のいずれか1つ以上は、本明細書に記載したシラン架橋性またはシラン架橋した組成物から形成されるか、またはこれらの組成物を含むことができる。
図1〜4は、本発明のシラン架橋性またはシラン架橋した組成物を含む電気装置の可能な実施態様をいくつか示しているにすぎないことを認識する必要がある。これらの組成物は、さらに、その他の電力ケ−ブル構成、通信ケ−ブル、および電力および通信併用ケ−ブルにおいて使用するのに適している。
導体は、何か適切な導電性材料であればよく、通常は、銅またはアルミニウムなどの金属である。
本明細書の実施態様のいずれかにおいて、シラン架橋性またはシラン架橋した組成物は、本質的には、純樹脂であり、または、さらに、酸化防止剤、充填材、加工副補助剤、潤滑剤、顔料、ウォ−タ−・フリ−反応減速添加剤などの普通の添加剤を含むことができる。さらに、架橋性または架橋したエチレン・コポリマ−およびポリオレフィン・ホモポリマ−またはコポリマ−、オレフィン−エステル・コポリマ−、ポリエステル、ポリエ−テル、ポリエ−テル−ポリエステル・コポリマ−およびそれらの混合物などのポリマ−・ブレンドも考えられる。この種のポリマ−混合物に含まれるポリマ−の具体的な例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、プロピレン−エチレン・熱可塑性コポリマ−、エチレン−プロピレン・ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン・ゴム、天然ゴム、ブチル・ゴム、エチレン−酢酸ビニル(EVA)・コポリマ−、エチレン−メチルアクリレ−ト(EMA)・コポリマ−、エチレン−エチルアクリレ−ト(EEA)・コポリマ−、エチレン−ブチルアクリレート(EBA)・コポリマーおよびエチレン−アルファ・オレフィン・コポリマ−がある。
適切な充填材には、無機酸化物、または水和物または水酸化物の形をした無機酸化物がある。例には、アルミニウム、ビスマス、コバルト、鉄、マグネシウム、チタンおよび亜鉛の酸化物または水酸化物、および対応する水和物がある。水酸化物は、一般に、被覆された粒子の形で使われ、コ−ティングは、通常、飽和または不飽和のC8〜C24脂肪酸、または、例えば、オレイン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、ステアリン酸マグネシウム、オレイン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛またはオレイン酸亜鉛などそれらの脂肪酸の塩である。その他の適切な充填材には、ガラス粒子、ガラス繊維、か焼されたカオリンおよびタルクがある。
代表的な酸化防止剤には、例えば、重合したトリメチルジヒドロキノリン、4,4’−チオビス(3−メチル−6−tert−ブチル)フェノ−ル、ペンタエリスリル−テトラ[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネ−ト]、および2,2’−チオジエチレン−ビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネ−ト]がある。
代表的な加工副補助剤には、例えば、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸、およびパラフィン・ワックスがある。
本明細書に記載した電気装置は、ケ−ブルダイを備えた反応機および押出し機における1つ以上の押出しコ−ティング工程およびそれに続く水蒸気硬化によるなどの、当該分野でよく知られた方法により形成することができる。この種のケ−ブル押出し装置およびプロセスはよく知られている。代表的な押出し方法では、任意に加熱された伝導性コアが加熱された押出しダイ、通常、クロス−ヘッド・ダイを通して引っ張られ、ダイにおいて溶融ポリマ−組成物の層が塗布される。追加の層が加えられる逐次押出し工程により、多重層を塗布することができ、または適切な型のダイを用いると多重層を同時に加えることができる。このケ−ブルは、水蒸気硬化環境に置かれるか、または周辺条件下で硬化させることができる。
材料および方法
引っ張り強度値(引っ張り降伏、極限引っ張り強度、破断伸びおよび降伏点における伸び)は、ASTM D882−97により測定した(機械方向(「MD」)および横断方向(「TD」))。フィルム・ゲ−ジは、マイクロメ−タ−校正が商業的に利用できるゲ−ジ・ブロック、すなわち、スタレット・ウエッバ−(Starret Webber 9,JCV1&2)を用いて毎年行われたことを除いて、ASTM D5947−96方法Cを用いて測定した。
引っ張り強度値(引っ張り降伏、極限引っ張り強度、破断伸びおよび降伏点における伸び)は、ASTM D882−97により測定した(機械方向(「MD」)および横断方向(「TD」))。フィルム・ゲ−ジは、マイクロメ−タ−校正が商業的に利用できるゲ−ジ・ブロック、すなわち、スタレット・ウエッバ−(Starret Webber 9,JCV1&2)を用いて毎年行われたことを除いて、ASTM D5947−96方法Cを用いて測定した。
1%セカント(MDおよびTDの両方)は、ASTM D882−97により測定した。フィルム・ゲ−ジは、マイクロメ−タ−校正が商業的に利用できるゲ−ジ・ブロック、すなわち、スタレット・ウエッバ−(Starret Webber 9,JCV1&2)を用いて毎年行われたことを除いて、ASTM D5947−96方法Cを用いて測定した。
メルトインデックス(I2.16)、すなわち、2.16kgの荷重の下190℃におけるメルト流速は、ASTM D−1238−95、条件Eにより測定した。メルトインデックスI2.16は、g/10分の単位、または数値的に等価なdg/分の単位で報告されている。
フロ−インデックス(I21.6)、すなわち、21.6kgの荷重の下190℃におけるメルト流速(「高荷重メルトインデックス」または「HLMI」と呼ばれることもある)は、ASTM D−1238−95、条件Fにより測定した。メルトインデックスI21.6は、g/10分の単位、または数値的に等価なdg/分の単位で報告されている。
2つのメルト流速の比は、「メルトフロ−比」またはMFRであり、最も普通にはI21.6/I2.16の比である。「MFR」は、一般に、比較的高い荷重(分子)および比較的低い荷重(分母)で測定したメルト流速の比を表示するのに使うことができる。本明細書で使われている、用語「メルト・インデックス比」または「MIR」は、具体的には、比I21.6/I2.16を指している。メルト・フロ−比は、無次元である。
密度(g/cm3)は、ASTM D−1928−96手順Cにより圧縮成形し、ASTM D618手順Aにより熟成し、およびASTM D1505−96により測定したプレ−トから切断したチップを用いて決定した。
エルメンドルフ(Elmendorf)の裂け目は、ASTM D1922−94aにより決定した。フィルム・ゲ−ジは、マイクロメ−タ−校正が商業的に利用できるゲ−ジ・ブロック、すなわち、スタレット・ウエッバ−(Starret Webber 9,JCV1&2)を用いて毎年行われたことを除いて、ASTM D374−94方法Cにより測定した。
ダート衝撃強度(「ダート・ドロップ」と呼ばれることがある)は、ASTM D1709方法Aにより、26インチ(66cm)にて測定した。
フィルム・ゲ−ジは、マイクロメ−タ−校正が商業的に利用できるゲ−ジ・ブロック、すなわち、スタレット・ウエッバ−(Starret Webber 9,JCV1&2)を用いて毎年行われたことを除いて、ASTM D374−94方法Cにより測定した。
ホットセット(伸長率%)はIEC540により測定した。
組成分布の測定は、「組成分布幅指数」(「CDBI」)である。組成分布幅指数(CDBI)の定義およびCDBIを決める方法は、米国特許第5,206,075号およびPCT国際公開第93/03093号に記載されている。重量画分対組成分布曲線から、CDBIは、中央値の各サイドにおける中央値コモノマ−含有量の50%内のコモノマ−含有量を有する試料の重量%を定めることにより決められる。コポリマ−のCDBIは、コポリマ−の試料の個々の画分を分離するよく知られた方法を利用して容易に決められる。この種の1つの方法は、ワイルドら(Wild,et al.),ジャ−ナル・オブ・ザ・ポリマ−・サイエンス・ポリマ−・フィジックス・エディション(J. Poly. Sci.,Poly. Phys. Ed.),第20巻,p.441(1982年)に記載されている昇温溶離分別(TREF)である。CDBIを決めるために、まず、コポリマ−の溶解度分布曲線が作られる。これは、TREF方法から得られたデ−タを用いて達成される。この溶解度分布曲線は、温度の関数として溶解するコポリマ−の重量画分をプロットしたものである。これは、重量画分対組成分布曲線に転換される。溶離温度と組成の相関関係を単純にするために、すべての画分はMn≧15,000であると仮定する。ここで、Mnはその画分の数平均分子量である。低重量画分が存在すると、一般に、ポリマ−のささいな部分を表していることになる。この説明の残りの部分および添付クレ−ムでは、CDBI測定ではすべての画分がMn≧15,000であると仮定するこの慣例は維持されている。
本明細書で使われている「分子量」は、数平均、重量平均、またはZ平均分子量など、分子量分布のモ−メントのいずれかを示し、「分子量分布」はこの種の2つの分子量の比を示している。一般に、分子量Mは次式から計算することができる。
式中、Niは分子量Miを有する分子の数である。n=0の場合、Mは数平均分子量Mnである。n=1の場合、Mは重量平均分子量Mwである。n=2の場合、MはZ平均分子量Mzである。これらおよび比較的高いモ−メントは、用語「分子量」に含まれる。望ましい分子量分布(MWD)関数(例えば、Mw/MnまたはMz/Mwなど)は、対応するM値の比である。ゲル浸透クロマトグラフィなどの普通の方法によるMおよびMWDの測定は、当該分野でよく知られており、例えば、スレ−ド(Slade,P.E.)編,ポリマ−分子量(Polymer Molecular Weights)パ−トII,マルセル・デッカ−・インク,ニュ−ヨ−ク(Marcel Dekker,Inc.,NY),(1975年)287−368頁、ロドリゲス(Rodriguez,F.),ポリマ−・システムの原理第3版(Principles of Polymer Systems 3rd ed.),ヘミスフェア出版社,ニュ−ヨ−ク(Hemisphere Pub. Corp.,NY),(1989年)155−160頁、米国特許第4,540,753号、ベルストラ−ツら(Verstrate et al.),マクロモレキュ−ルス(Macromolecules),第21巻,(1988年)3360頁、およびこれらの文献で引用された参考文献でより詳細に説明されている。
GPC測定は、示差屈折率(「DRI」)検出器を備えたウォ−タ−ズ(Waters)150C GPC装置で行った。GPCカラムは、一連のポリスチレン標準物質を用いて
校正した。ポリスチレン以外のポリマ−の分子量は、問題のポリマ−についてマ−ク・ハウウインク(Mark Houwink)係数を用いて普通に計算する。
校正した。ポリスチレン以外のポリマ−の分子量は、問題のポリマ−についてマ−ク・ハウウインク(Mark Houwink)係数を用いて普通に計算する。
短鎖分枝(SCB)は、500MHzにおいて集めたデ−タを用いて、1HNMR(プロトン核磁気共鳴)により決めた。スペクトルは、ポリマ−骨格信号を1.347ppmに設定することにより基準値と関係づけた。エチレンと1−オレフィンのコポリマ−のメチル基含有量は、下記式を用いて1HNMRスペクトルから計算した。
メチル基/1000炭素=(ICH3*0.33*1000)(I0.5−2.1ppm*0.5)
ここで、ICH3は0.88と1.05ppmとの間の領域における規準に合わせたメチル信号の面積であり、I0.5−2.1ppmは0.50と2.10ppmとの間の面積である。メチル基の数は、短鎖分枝には1つのメチル基(−CH3)が含まれ、すべてのメチル基は短鎖分枝の結果であると仮定したポリマ−中の短鎖分枝の数に対応する。同じNMR方法を、ビニル末端不飽和基の決定に使用することができる。
メチル基/1000炭素=(ICH3*0.33*1000)(I0.5−2.1ppm*0.5)
ここで、ICH3は0.88と1.05ppmとの間の領域における規準に合わせたメチル信号の面積であり、I0.5−2.1ppmは0.50と2.10ppmとの間の面積である。メチル基の数は、短鎖分枝には1つのメチル基(−CH3)が含まれ、すべてのメチル基は短鎖分枝の結果であると仮定したポリマ−中の短鎖分枝の数に対応する。同じNMR方法を、ビニル末端不飽和基の決定に使用することができる。
粒状嵩密度は、次のようにして決める。粒状ポリマ−粒子を、直径7/8”(2.2cm)の漏斗を介して400mLの固定容積のシリンダ−に入れる。嵩密度は、樹脂の重量を400mLで割って得られるg/mL単位の値として測定される。
粒子サイズは、一連の米国の標準篩で集めた物質の重量を決め、次いで、用いた篩シリ−ズに基づいてμm単位の重量平均粒子サイズを決めて測定される。
抽出性は、連邦施行規則第21巻FDA規則177.1520(d)(3)(ii)により決められる。
膜特性を測定する場合、膜試料は、テスト前に華氏140°(60℃)で48時間加熱して焼きなました。
実施例1−3
実施例1Aおよび1Bには、本発明のポリエチレン・コポリマ−を製造するのに適した触媒を調製する2つの実施例を示している。実施例2Aおよび2Bでは、実施例1Aおよび1Bの触媒が、それぞれ、使われ、AおよびBと表示されたエチレンとヘキセンとの2つのコポリマ−が造られる。実施例3Aおよび3Bでは、これらのポリエチレン樹脂およびこれらの樹脂の非ブレンド単層膜の特性が示されている。これらの実施例は、米国特許第6,255,426号にも記載されている。
実施例1Aおよび1Bには、本発明のポリエチレン・コポリマ−を製造するのに適した触媒を調製する2つの実施例を示している。実施例2Aおよび2Bでは、実施例1Aおよび1Bの触媒が、それぞれ、使われ、AおよびBと表示されたエチレンとヘキセンとの2つのコポリマ−が造られる。実施例3Aおよび3Bでは、これらのポリエチレン樹脂およびこれらの樹脂の非ブレンド単層膜の特性が示されている。これらの実施例は、米国特許第6,255,426号にも記載されている。
実施例1A
総Al含有量を考慮して決められ、加水分解されていないTMAを含む30重量%アルモキサン(MAO)のトルエン溶液1300mLを、2ガロン(7.57L)のジャケット付きガラス壁反応機に装入した。この反応機は、らせん状のリボン・ブレンダ−およびアウガ−型シャフトを備えている。2080mLのトルエンを追加し、攪拌した。アルベマ−レ・ラブス(Albemarle Labs)から購入した31.5gのジメチルシリル−ビス−(テトラヒドロインデニル)ジルコニウム−ジクロライド(Me2Si(H4Ind)2ZrCl2)を320mLのトルエンに懸濁させ、反応機にカニュ−ラにより入れた。乾燥トルエン一瓶(250mL)を用いて固体のメタロセン結晶を洗浄し、窒素加圧下でカニュ−ラにより反応機に入れた。このメタロセンをMAO溶液に加えると、色が無色から黄色またはオレンジ色に変わった。この混合物を華氏69°(20.6℃)で1時間攪拌し、窒素雰囲気中で4Lのエルレンマイヤ−・フラスコに移した。シリカ(1040g,ダビソンMS948,気孔1.65mL/g)を反応機に入れた。4Lのエルレンマイヤ−・フラスコから溶液の半分を、2ガロン(7.57L)の攪拌ガラス反応機に戻した。反応温度は、5分間の発熱で華氏70°(21.1℃)から華氏100°(37.8℃)に上昇した。4Lのエルレンマイヤ−・フラスコの溶液の収支を計るために、その後もガラス反応機に戻し、20分攪拌した。次いで、活性触媒スラリ−を希釈するために、トルエン(273mL,238g)を追加し、さらに、25分間攪拌した。ウイトコ・ケミカル社(Witco Chemical Corp.)により販売されたエトキシル化ステアリルアミンから造られた表面変性剤(73mLのトルエン中に7g)である帯電防止剤AS−990を、反応機にカニュ−ラにより入れ、このスラリ−を30分間攪拌した。少量の窒素を反応機の底に流入させ、温度を1時間かけて華氏74°(23.3℃)から華氏142°(61.1℃)へ上げながら、圧力を水銀18インチ(457mmHg)未満に下げることにより溶媒の除去を開始した。次いで、華氏142°(61.1℃)〜華氏152°(66.7℃)で、さらに、5時間乾燥し、支持体を乾燥するために5インチ〜22インチHg(127〜559mmHg)の範囲の真空を用い、自由流動性の活性な担持触媒物質1709.0gを得た。ヘッドスペ−ス・ガスクロマトグラフ(HSGC)の測定により、残留トルエンは13,000重量ppm(1.3重量%)であることが判明した。より強い真空条件下における第2乾燥工程により、残留トルエンはHSGC測定により0.18%であることが判明した。元素分析により、Zr0.40%、Al10.75%、Si30.89%、Cl0.27%、C9.26%、H2.05%と判明した(本明細書で示したパ−センテ−ジは、すべて、重量%である)。
総Al含有量を考慮して決められ、加水分解されていないTMAを含む30重量%アルモキサン(MAO)のトルエン溶液1300mLを、2ガロン(7.57L)のジャケット付きガラス壁反応機に装入した。この反応機は、らせん状のリボン・ブレンダ−およびアウガ−型シャフトを備えている。2080mLのトルエンを追加し、攪拌した。アルベマ−レ・ラブス(Albemarle Labs)から購入した31.5gのジメチルシリル−ビス−(テトラヒドロインデニル)ジルコニウム−ジクロライド(Me2Si(H4Ind)2ZrCl2)を320mLのトルエンに懸濁させ、反応機にカニュ−ラにより入れた。乾燥トルエン一瓶(250mL)を用いて固体のメタロセン結晶を洗浄し、窒素加圧下でカニュ−ラにより反応機に入れた。このメタロセンをMAO溶液に加えると、色が無色から黄色またはオレンジ色に変わった。この混合物を華氏69°(20.6℃)で1時間攪拌し、窒素雰囲気中で4Lのエルレンマイヤ−・フラスコに移した。シリカ(1040g,ダビソンMS948,気孔1.65mL/g)を反応機に入れた。4Lのエルレンマイヤ−・フラスコから溶液の半分を、2ガロン(7.57L)の攪拌ガラス反応機に戻した。反応温度は、5分間の発熱で華氏70°(21.1℃)から華氏100°(37.8℃)に上昇した。4Lのエルレンマイヤ−・フラスコの溶液の収支を計るために、その後もガラス反応機に戻し、20分攪拌した。次いで、活性触媒スラリ−を希釈するために、トルエン(273mL,238g)を追加し、さらに、25分間攪拌した。ウイトコ・ケミカル社(Witco Chemical Corp.)により販売されたエトキシル化ステアリルアミンから造られた表面変性剤(73mLのトルエン中に7g)である帯電防止剤AS−990を、反応機にカニュ−ラにより入れ、このスラリ−を30分間攪拌した。少量の窒素を反応機の底に流入させ、温度を1時間かけて華氏74°(23.3℃)から華氏142°(61.1℃)へ上げながら、圧力を水銀18インチ(457mmHg)未満に下げることにより溶媒の除去を開始した。次いで、華氏142°(61.1℃)〜華氏152°(66.7℃)で、さらに、5時間乾燥し、支持体を乾燥するために5インチ〜22インチHg(127〜559mmHg)の範囲の真空を用い、自由流動性の活性な担持触媒物質1709.0gを得た。ヘッドスペ−ス・ガスクロマトグラフ(HSGC)の測定により、残留トルエンは13,000重量ppm(1.3重量%)であることが判明した。より強い真空条件下における第2乾燥工程により、残留トルエンはHSGC測定により0.18%であることが判明した。元素分析により、Zr0.40%、Al10.75%、Si30.89%、Cl0.27%、C9.26%、H2.05%と判明した(本明細書で示したパ−センテ−ジは、すべて、重量%である)。
実施例1B
総Al含有量を考慮して決められた、加水分解されていないTMAを含む30重量%アルモキサン(MAO)のトルエン溶液1125mLを、2ガロン(7.57L)のジャケット付きガラス壁反応機に装入した。この反応機は、らせん状のリボン・ブレンダ−およびアウガ−型シャフトを備えている。1800mLのトルエンを追加し、攪拌した。アルベマ−レ・ラブス(Albemarle Labs)から購入した31.5gのジメチルシリル−ビス−(テトラヒドロインデニル)ジルコニウム−ジクロライド(Me2Si(H4Ind)2ZrCl2)を320mLのトルエンに懸濁させ、反応機にカニュ−ラにより入れた。追加のトルエン150mLを用いて固体のメタロセン結晶を洗浄し、窒素加圧下でカニュ−ラにより反応機に入れた。このメタロセンをMAO溶液に加えると、色が無色から黄色またはオレンジ色に変わった。この混合物を華氏69°(20.6℃)で1時間攪拌し、窒素雰囲気中で4Lのエルレンマイヤ−・フラスコに移した。シリカ(899g,ダビソンMS948,気孔1.65mL/g)を反応機に入れた。4Lのエルレンマイヤ−・フラスコから溶液の半分を、2ガロン(7.57L)の攪拌ガラス反応機に戻した。反応温度は、5分間の発熱で華氏70°(21.1℃)から華氏100°(37.8℃)に上昇した。4Lのエルレンマイヤ−・フラスコの溶液の収支を計るために、その後もガラス反応機に戻し、20分間攪拌した。次いで、活性触媒スラリ−を希釈するために、トルエン(273mL,238g)を追加し、さらに、25分間攪拌した。帯電防止剤AS−990を、反応機にカニュ−ラにより入れ、このスラリ−を30分間攪拌した。少量の窒素を反応機の底に流入させ、温度を1時間かけて華氏74°(23.3℃)から華氏142°(61.1℃)へ上げながら、圧力を水銀18インチ(457mmHg)未満に下げることにより溶媒の除去を開始した。次いで、支持体を乾燥するために5インチ〜22インチHg(177〜559mmHg)の真空にて、華氏142°(61.1℃)〜華氏152°(66.7℃)で、さらに、9.5時間乾燥し、自由流動性の活性な担持触媒物質1291.4gを得た。
総Al含有量を考慮して決められた、加水分解されていないTMAを含む30重量%アルモキサン(MAO)のトルエン溶液1125mLを、2ガロン(7.57L)のジャケット付きガラス壁反応機に装入した。この反応機は、らせん状のリボン・ブレンダ−およびアウガ−型シャフトを備えている。1800mLのトルエンを追加し、攪拌した。アルベマ−レ・ラブス(Albemarle Labs)から購入した31.5gのジメチルシリル−ビス−(テトラヒドロインデニル)ジルコニウム−ジクロライド(Me2Si(H4Ind)2ZrCl2)を320mLのトルエンに懸濁させ、反応機にカニュ−ラにより入れた。追加のトルエン150mLを用いて固体のメタロセン結晶を洗浄し、窒素加圧下でカニュ−ラにより反応機に入れた。このメタロセンをMAO溶液に加えると、色が無色から黄色またはオレンジ色に変わった。この混合物を華氏69°(20.6℃)で1時間攪拌し、窒素雰囲気中で4Lのエルレンマイヤ−・フラスコに移した。シリカ(899g,ダビソンMS948,気孔1.65mL/g)を反応機に入れた。4Lのエルレンマイヤ−・フラスコから溶液の半分を、2ガロン(7.57L)の攪拌ガラス反応機に戻した。反応温度は、5分間の発熱で華氏70°(21.1℃)から華氏100°(37.8℃)に上昇した。4Lのエルレンマイヤ−・フラスコの溶液の収支を計るために、その後もガラス反応機に戻し、20分間攪拌した。次いで、活性触媒スラリ−を希釈するために、トルエン(273mL,238g)を追加し、さらに、25分間攪拌した。帯電防止剤AS−990を、反応機にカニュ−ラにより入れ、このスラリ−を30分間攪拌した。少量の窒素を反応機の底に流入させ、温度を1時間かけて華氏74°(23.3℃)から華氏142°(61.1℃)へ上げながら、圧力を水銀18インチ(457mmHg)未満に下げることにより溶媒の除去を開始した。次いで、支持体を乾燥するために5インチ〜22インチHg(177〜559mmHg)の真空にて、華氏142°(61.1℃)〜華氏152°(66.7℃)で、さらに、9.5時間乾燥し、自由流動性の活性な担持触媒物質1291.4gを得た。
実施例2
実施例1Aおよび1Bで形成された触媒を用いて、それぞれ、次のように、ポリエチレンコポリマ−2Aおよび2Bを調製した。
実施例1Aおよび1Bで形成された触媒を用いて、それぞれ、次のように、ポリエチレンコポリマ−2Aおよび2Bを調製した。
重合は、約12フィ−ト(3.6m)の層高と16.5インチ(41.9cm)の直径を有する連続気相流動層反応機で行われた。流動層はポリマ−粒子から作られている。エチレンと水素からなるガス供給流は、液体コモノマ−と共にT型混合装置で混合し、反応層の下部にあるリサイクル・ガス・ラインに導入した。エチレン、水素およびコモノマ−の個々の流量は、固定された組成目標を維持するために調節した。エチレン濃度は、エチレン分圧を一定に維持するために調節した。水素は、水素とエチレンのモル比を一定に維持するために調節した。すべてのガスの濃度は、オンライン・ガスクロマトグラフにより測定し、リサイクル・ガス流における比較的一定した組成を確実にした。
固体触媒1Aまたは1Bは、キャリア−として精製窒素を用いて、流動層に直接注入した。触媒の注入速度は、ポリマ−の生産速度を一定に維持できるように調節した。成長ポリマ−粒子からなる反応層は、反応ゾ−ンを通して補給原料とリサイクル・ガスとからなる連続流により流動状態に維持する。これを達成するために1〜3ft/s(0.3〜0.9m/s)の表面的ガス速度を用いた。反応機は、300psig(2068kPaゲ−ジ)の全圧にて操業した。反応温度を一定に維持するために、リサイクル・ガスの温度は、重合による熱発生速度の変化に適応させるために上げたり下げたり連続的に調節する。
流動層は、粒状体製品の生成速度に等しい速度で層の一部を抜き出すことにより一定の高さに維持した。製品は、一連のバルブを介して固定された容積チェンバ−内に半連続的に排出され、同時にチェンバ−内のガスは反応機に戻される。これにより製品の排出が効率的に行われ、同時に大部分の未反応ガスは反応機にリサイクルされる。この製品は同伴された炭化水素を除去するためにパ−ジされ、微量の残留触媒と助触媒とを失活させるために少量の湿り窒素を流して処理する。
表1のパラメ−タは以前に記載された通りに決められ、Zr,Alの重量%および灰分のレベルは元素分析の結果であった。捕集剤として反応機に添加されたアルミニウム・アルキルは検出されなかった。反応は約3日間続けられた。
実施例3
樹脂特性および普通のフィルム・ブロ−成形装置を用いてこの樹脂から形成された単層ブロ−成形フィルムの特性を表2および3に示し、ここで、「3A」および「3B」は、それぞれ、実施例2Aおよび2Bで造られた樹脂(またはこの樹脂から造られフィルム)に対応している。
樹脂特性および普通のフィルム・ブロ−成形装置を用いてこの樹脂から形成された単層ブロ−成形フィルムの特性を表2および3に示し、ここで、「3A」および「3B」は、それぞれ、実施例2Aおよび2Bで造られた樹脂(またはこの樹脂から造られフィルム)に対応している。
次の実施例では、本発明の特定の特徴、プロセスの特徴および組成物を実証するために、発明による種々の樹脂および比較のための樹脂が使われた。これらの樹脂は次のように表示される。
CZN2.8は、2.8g/10分のメルトインデックスI2.16および0.918g/cm3の密度を有するチ−グラ−・ナッタ触媒による線状低密度ポリエチレン樹脂の比較例である。
CM3.18は、3.18g/10分のメルトインデックスI2.16および0.9197g/cm3の密度を有するメタロセン触媒による線状低密度ポリエチレン樹脂の比較例である。
CM2.31は、2.31g/10分のメルトインデックスI2.16および0.9181g/cm3の密度を有するメタロセン触媒による線状低密度ポリエチレン樹脂の比較例である。
M0.5は、0.5g/10分のメルトインデックスI2.16および0.925g/cm3の密度を有する本発明のメタロセン触媒による線状低密度ポリエチレン樹脂である。
M0.87は、0.87g/10分のメルトインデックスI2.16および0.924g/cm3の密度を有する本発明のメタロセン触媒による線状低密度ポリエチレン樹脂である。
M1.0は、1.0g/10分のメルトインデックスI2.16および0.92g/cm3の密度を有する本発明のメタロセン触媒による線状低密度ポリエチレン樹脂である。
M2.0は、2.0g/10分のメルトインデックスI2.16および0.92g/cm3の密度を有する本発明のメタロセン触媒による線状低密度ポリエチレン樹脂である。
実施例5−6
発明および比較例の樹脂は、押出し、且つMONOSIL(商標)一段型架橋プロセスを用いて架橋させた。これらの樹脂は、0.7mmのダイの間隙、3:1スクリュウ、押出し機の連続的ゾ−ンの温度プロフィルが160、180、200、185℃、および40rpmのスクリュウ速度を有するハ−ク(Haake)押出し機を用いて押出された。さらに、詳細と結果は、比較例の樹脂については表7に、発明樹脂については表8に示す。
発明および比較例の樹脂は、押出し、且つMONOSIL(商標)一段型架橋プロセスを用いて架橋させた。これらの樹脂は、0.7mmのダイの間隙、3:1スクリュウ、押出し機の連続的ゾ−ンの温度プロフィルが160、180、200、185℃、および40rpmのスクリュウ速度を有するハ−ク(Haake)押出し機を用いて押出された。さらに、詳細と結果は、比較例の樹脂については表7に、発明樹脂については表8に示す。
酸化防止剤、安定剤、および加工助剤などの普通の添加剤を樹脂に添加した。代表的な添加剤は、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals)から入手できるIRGANOX1076(商標)、すなわち、フェノ−ル系酸化防止剤、ジ−イ−・スペシャリティ・ケミカルズ(GE Specialty Chemicals)から入手できるWeston399、すなわち、ホスファイト系安定剤、捕集剤兼安定剤としてのステアリン酸亜鉛または酸化亜鉛、および加工助剤としてのポリエチレン−グリコ−ル(PEG)であった。
シラン架橋は、オシ・スペシャリティ−ズ(OSi Specialties)から入手できるSILQUEST(商標) A−171、すなわち、ビニルトリメトキシシラン、C2H3Si(OCH3)3、ベルギ−のベリンゲンにあるハ−キュリ−ズ・ベリンゲン(Hercules Beringen B.V.B.A.)から入手できるDICUP(商標) R、すなわち、ジクミル−パ−オキサイド開始剤、およびアクゾ・ヒェミ−(Akzo Chemie)から入手できるSTANCLERE(商標) TL、すなわち、ジブチルスズ−ジドデカノエ−ト、(C4H9)2Sn(OCC11H23)2を用いて行われた。
実施例5−7には、本発明のポリマ−組成物は、はるかに低いメルトインデックスにおいても、比較例の組成物と同じか低いトルクまたは圧力において加工することができ、比較的高い溶融強度、より安定した溶融温度、低い溶融破壊などの加工性において追加の利点が得られ、ホットセット値により示したように、すべてが等価な架橋挙動とよくバランスしていることが示されている。
これらの実施例には、特定の好適な実施態様において、これらの組成物は、80℃における2時間の硬化の後、70%以下のホットセット値を有し、その他の特定の好適な実施態様において、これらの組成物は周辺条件における30日後、50%以下のホットセット値を有することが示されている。
ホットセット(伸長率%)はIEC540に従って測定することができる。
実施例8
実施例7のシラン・グラフト・ポリマ−の機械特性を80℃の温水中で6時間硬化後測定し、対応する非グラフト・ポリマ−の特性と比較した。結果を表10に示す。この表に示したように、本発明の組成物は比較例のチ−グラ−・ナッタLLDPEに比べて破断引っ張り強度が大きく、これにより最終ケ−ブルにおける機械特性の安全性が高まる。
実施例7のシラン・グラフト・ポリマ−の機械特性を80℃の温水中で6時間硬化後測定し、対応する非グラフト・ポリマ−の特性と比較した。結果を表10に示す。この表に示したように、本発明の組成物は比較例のチ−グラ−・ナッタLLDPEに比べて破断引っ張り強度が大きく、これにより最終ケ−ブルにおける機械特性の安全性が高まる。
実施例9−10
工業的なスケ−ルの押出しおよび一段架橋を、表11に示したいくつかの樹脂コンパウンドについて行った。押出し機は、ノキア−メ−ルファ−(Nokia−Maillefer)NMB 100−30D押出し機で、ダイの直径は15.6mmであった。130−150−170−220−230//230−230−230−260℃の温度プロフィルを用いた。架橋は、コンスタブ/シリックス(Constab/Silix)から入手できるシラン架橋溶液である、SILMIX(商標)を用いたことを除いて、実施例5−6に記載したものと類似なシラン溶液を用いて行った。結果を表12に示す。
工業的なスケ−ルの押出しおよび一段架橋を、表11に示したいくつかの樹脂コンパウンドについて行った。押出し機は、ノキア−メ−ルファ−(Nokia−Maillefer)NMB 100−30D押出し機で、ダイの直径は15.6mmであった。130−150−170−220−230//230−230−230−260℃の温度プロフィルを用いた。架橋は、コンスタブ/シリックス(Constab/Silix)から入手できるシラン架橋溶液である、SILMIX(商標)を用いたことを除いて、実施例5−6に記載したものと類似なシラン溶液を用いて行った。結果を表12に示す。
図5Aおよび5Bには、表12の非グラフト樹脂およびグラフト樹脂、それぞれ、について溶融温度対rpmのデ−タをグラフで示している。図6Aおよび6Bには、対応する圧力デ−タを示している。
実施例11
いくつかの樹脂コンパウンドのホットセット(伸長率%)を、IEC540の手順により測定した。rpm値20、40および60における80℃の温水に関する結果を、表13に示す。CZN2.8の試料は、60rpmにおいてのみテストした。60rpmにおける各試料の値を、図7にグラフで示す。
いくつかの樹脂コンパウンドのホットセット(伸長率%)を、IEC540の手順により測定した。rpm値20、40および60における80℃の温水に関する結果を、表13に示す。CZN2.8の試料は、60rpmにおいてのみテストした。60rpmにおける各試料の値を、図7にグラフで示す。
表11に示したデ−タは、本発明の組成物の比較的高いメルトインデックス比(I21.6/I2.16)により達成された加工上の利点を実証している。表12および図5A、5B、6Aおよび6Bには、メルトインデックスが比較的低い本発明の組成物により、比較例の組成物に対して溶融温度、圧力、出力およびアンペア数などの加工上のパラメ−タが同等以上であることが示されている。表13のホットセット値と組み合わせると、これらのデ−タは、本発明の組成物を用いて達成される架橋速度と加工性との間のバランスが全体として改良されていることを例示している。
したがって、本発明を限定する意図なく、本発明は実施例および種々の実施態様を参照しながら詳細に説明されているので、以下は好適な実施態様である、すなわち、ポリマ−組成物には、(a)エチレン・モノマ−とC3からC12までのアルファ・オレフィン・コモノマ−との重合物を含み、少なくとも70%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有するコポリマ−、および(b)不飽和基と加水分解性基とを含むシラン化合物およびフリ−ラジカル開始剤を含むグラフト組成物、またはこれらのコポリマ−とグラフト組成物との反応生成物が含まれ、または前記実施態様および次のより好適な実施態様も、単独またはこの開示を所有する当業者にとって明らかなその他のより好適な実施態様との組み合わせにおいて、アルファ・オレフィン・コモノマ−には1−ブテン、1−ヘキセンまたは1−オクテンが含まれ、エチレン・コポリマ−のCDBIは少なくとも75%であり、エチレン・コポリマ−のCDBIは少なくとも80%であり、エチレン・コポリマ−のメルトインデックスは0.3〜10g/10分であり、エチレン・コポリマ−の密度は0.916〜0.935g/cm3であり、エチレン・コポリマ−のメルトインデックス比I21.6/I2.16は35〜80であり、Mw/Mn比は2.8〜4.5であり、シラン化合物の不飽和基にはビニル、アリル、イソプロペニル、ブテニル、シクロヘキシル、またはγ−(メタ)アクリルオキシ−アリル基が含まれ、シラン化合物の加水分解性基にはヒドロカルビルオキシ、ヒドロカルボニルオキシまたはヒドロカルビルアミノ基が含まれ、シラン化合物はビニル−トリアルコキシシランであり、およびフリ−ラジカル開始剤は有機過酸化物であり、この組成物には、さらに、シラノ−ル縮合触媒が含まれ、この組成物の80℃の温水中の2時間硬化後のホットセット値は70%以下であり、この組成物の30日後のホットセット値は50%以下であり、また、シラン架橋ポリマ−組成物の実施態様には、(a)エチレン・モノマ−とC3からC12までのアルファ・オレフィン・コモノマ−との重合物を含み、少なくとも70%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有するコポリマ−、(b)不飽和基と加水分解性基とを含むシラン化合物およびフリ−ラジカル開始剤を含むシラン・グラフト組成物、および(c)シラノ−ル縮合触媒の反応生成物が含まれ、および前述の実施態様および次のより好適な実施態様も、単独またはこの開示を所有する当業者にとって明らかなその他のより好適な実施態様との組み合わせにおいて、アルファ・オレフィン・コモノマ−には1−ブテン、1−ヘキセンまたは1−オクテンが含まれ、エチレン・コポリマ−のCDBIは少なくとも75%であり、エチレン・コポリマ−のCDBIは少なくとも80%であり、エチレン・コポリマ−のメルトインデックスは0.3〜10g/10分であり、エチレン・コポリマ−の密度は0.916〜0.935g/cm3であり、エチレン・コポリマ−のメルトインデックス比I21.6/I2.16は35〜80であり、Mw/Mn比は2.8〜4.5であり、シラン化合物の不飽和基にはビニル、アリル、イソプロペニル、ブテニル、シクロヘキシル、またはγ−(メタ)アクリルオキシ−アリル基が含まれ、シラン化合物の加水分解性基にはヒドロカルビルオキシ、ヒドロカルボニルオキシまたはヒドロカルビルアミノ基が含まれ、シラン化合物はビニル−トリアルコキシシランであり、フリ−ラジカル開始剤は有機過酸化物であり、および前記ポリマ−組成物を含む電気装置の実施態様も好適およびより好適な実施態様を含み、および電気装置の実施態様も、(a)導電体、および(b)前記導電体の少なくとも一部を囲み、(i)エチレン・モノマ−とC3からC12までのアルファ・オレフィン・コモノマ−との重合物を含み、少なくとも70%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有するコポリマ−、(ii)不飽和基と加水分解性基とを含むシラン化合物およびフリ−ラジカル開始剤を含むシラン・グラフト組成物、および(iii)シラノ−ル縮合触媒、の反応生成物を含む1つの層を含み、および前記実施態様および次のより好適な実施態様も、単独またはこの開示を所有する当業者にとって明らかなその他のより好適な実施態様との組み合わせにおいて、この導体の少なくとも一部を囲んでいる層は絶縁層であり、この導体の少なくとも一部を囲んでいる層は半導体層であり、この導体の少なくとも一部を囲んでいる層は外側の外被層であり、この装置は66kV以下の電圧で送電するのに適合した電力ケ−ブルであり、この装置は35kV以下の電圧で送電するのに適合した電力ケ−ブルであり、この装置は6kV以下の電圧で送電するのに適合した電力ケ−ブルであり、この装置は1kV以下の電圧で送電するのに適合した電力ケ−ブルであり、この装置は通信ケ−ブルであり、この装置は電力および通信の併用ケ−ブルである。
優先権文書を含む本明細書で引用されたすべての特許、テスト手順、およびその他の文書は、この種の開示が本発明と一致しない範囲で、且つこの種の援用が許されるすべての管轄権について、完全に引用により援用されている。
Claims (36)
- ポリマ−組成物であって、
(a)エチレン・モノマ−とC3からC12までのアルファ・オレフィン・コモノマ−との重合物を含み、少なくとも70%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有するコポリマ−、および
(b)不飽和基と加水分解性基とを含むシラン化合物およびフリ−ラジカル開始剤を含むシラン・グラフト組成物、
または前記コポリマ−と前記シラン・グラフト組成物との反応生成物を含むことを特徴とするポリマ−組成物。 - 前記アルファ・オレフィン・コモノマ−が、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテンの中から選択されるいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記エチレン・コポリマ−の前記CDBIが少なくとも75%であることを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記エチレン・コポリマ−の前記CDBIが少なくとも80%であることを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記エチレン・コポリマ−の前記メルトインデックスが0.3〜10g/10分であることを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記エチレン・コポリマ−の前記密度が0.916〜0.935g/cm3であることを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記エチレン・コポリマ−の前記メルトインデックス比I21.6/I2.16が35〜80であることを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記Mw/Mn比が2.8〜4.5であることを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記シラン化合物の前記不飽和基が、ビニル、アリル、イソプロペニル、ブテニル、シクロヘキセニル、およびγ−(メタ)アクリルオキシアリル基の中から選択されるいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記シラン化合物の前記加水分解性基が、ヒドロカルビルオキシ、ヒドロカルボニルオキシおよびヒドロカルビルアミノ基の中から選択されるいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記シラン化合物がビニル−トリアルコキシシランであり、前記フリ−ラジカル開始剤が有機過酸化物であることを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- さらに、シラノ−ル縮合触媒を含むことを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記組成物が80℃の温水中で2時間硬化後に70%以下のホットセット値を有することを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記組成物が30日後に50%以下のホットセット値を有することを特徴とする請求項1に記載のポリマー組成物。
- シラン架橋ポリマ−組成物であって、
(a)エチレン・モノマ−とC3からC12までのアルファ・オレフィン・コモノマ−との重合物を含み、少なくとも70%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有するコポリマ−、
(b)不飽和基と加水分解性基とを含むシラン化合物およびフリ−ラジカル開始剤を含むシラン・グラフト組成物、および
(c)シラノ−ル縮合触媒
の反応生成物を含むことを特徴とするポリマ−組成物。 - 前記アルファ・オレフィン・コモノマ−が、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテンの中から選択されるいずれか1つを含むことを特徴とする請求項15に記載のポリマー組成物。
- 前記エチレン・コポリマ−の前記CDBIが少なくとも75%であることを特徴とする請求項15に記載のポリマー組成物。
- 前記エチレン・コポリマ−の前記CDBIが少なくとも80%であることを特徴とする請求項15に記載のポリマー組成物。
- 前記エチレン・コポリマ−の前記メルトインデックスが0.3〜10g/10分であることを特徴とする請求項15に記載のポリマー組成物。
- 前記エチレン・コポリマ−の前記密度が0.916〜0.935g/cm3であることを特徴とする請求項15に記載のポリマー組成物。
- 前記エチレン・コポリマ−の前記メルトインデックス比I21.6/I2.16が35〜80であることを特徴とする請求項15に記載のポリマー組成物。
- 前記Mw/Mn比が2.8〜4.5であることを特徴とする請求項15に記載のポリマー組成物。
- 前記シラン化合物の前記不飽和基が、ビニル、アリル、イソプロペニル、ブテニル、シクロヘキセニル、およびγ−(メタ)アクリルオキシアリル基の中から選択されるいずれか1つを含むことを特徴とする請求項15に記載のポリマー組成物。
- 前記シラン化合物の前記加水分解性基が、ヒドロカルビルオキシ、ヒドロカルボニルオキシおよびヒドロカルビルアミノ基の中から選択されるいずれか1つを含むことを特徴とする請求項15に記載のポリマー組成物。
- 前記シラン化合物がビニル−トリアルコキシシランであり、前記フリ−ラジカル開始剤が有機過酸化物であることを特徴とする請求項15に記載のポリマー組成物。
- 請求項1から25のいずれか1項に記載のポリマ−組成物を含むことを特徴とする電気装置。
- 電気装置であって、
(a)導電体、および
(b)前記導電体の少なくとも一部を囲む層であって、
(i)エチレン・モノマ−とC3からC12までのアルファ・オレフィン・コモノマ−との重合物を含み、少なくとも70%のCDBI、0.1〜15g/10分のメルトインデックスI2.16、0.910〜0.940g/cm3の密度、30〜80のメルトインデックス比I21.6/I2.16、および2.5〜5.5のMw/Mn比を有するコポリマ−、
(ii)不飽和基と加水分解性基とを含むシラン化合物およびフリ−ラジカル開始剤を含むシラン・グラフト組成物、および
(iii)シラノ−ル縮合触媒、
の反応生成物を含む層
を含むことを特徴とする電気装置。 - 前記導電体の少なくとも一部を囲む前記層が絶縁層であることを特徴とする請求項27に記載の電気装置。
- 前記導電体の少なくとも一部を囲む前記層が半導体層であることを特徴とする請求項27に記載の電気装置。
- 前記導電体の少なくとも一部を囲む前記層が外側の外被層であることを特徴とする請求項27に記載の電気装置。
- 前記電気装置が66kV以下の電圧にて送電するのに適合した電力ケ−ブルである請求項27から30のいずれか1項に記載の電気装置。
- 前記電気装置が35kV以下の電圧にて送電するのに適合した電力ケ−ブルである請求項27から30のいずれか1項に記載の電気装置。
- 前記電気装置が6kV以下の電圧にて送電するのに適合した電力ケ−ブルである請求項27から30のいずれか1項に記載の電気装置。
- 前記電気装置が1kV以下の電圧にて送電するのに適合した電力ケ−ブルである請求項27から30のいずれか1項に記載の電気装置。
- 前記電気装置が通信ケ−ブルである請求項27から30のいずれか1項に記載の電気装置。
- 前記装置が電力/通信の併用ケ−ブルである請求項27から30のいずれか1項に記載の電気装置。
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