JP2014503659A - オレフィン系ポリマーおよび分散重合 - Google Patents

オレフィン系ポリマーおよび分散重合 Download PDF

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Abstract

本発明は、ポリマー分散液を形成するための、1またはそれ以上のモノマータイプと少なくとも1つの触媒と少なくとも1つの溶媒とを含む反応混合物を重合する工程を含む重合プロセスであって、前記少なくとも1つの触媒が前記少なくとも1つの溶媒に可溶性であり、前記ポリマーが前記溶媒中の分散相を構成し、および前記少なくとも1つの溶媒が炭化水素であるプロセスを提供する。本発明は、エチレン系ポリマーを含む組成物であって、該エチレン系ポリマーが少なくとも以下の特性を含む組成物を提供する:a)60,000g/モル以上の重量平均分子量(Mw(abs));およびb)2.3以上の分子量分布(Mw(abs)/Mn(abs))。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2010年12月21日出願の米国特許仮出願第61/425,608号および2011年12月19日出願の米国特許仮出願第61/577,232号の利益を請求するものである。
オレフィン系ポリマーを形成するには典型的に溶液重合が用いられる。しかし、かかる重合は、概して資本およびエネルギー集約的である。資金需要を低減させ、エネルギー効率を向上させ、最終製品中の揮発性有機分を低減させる新規オレフィン重合プロセスが必要とされている。改善された加工および向上した靭性を有する、より高分子量のエチレン系ポリマーも必要とされている。かかるポリマーは、強靭な高分子量ポリマーが要求されるシール用途に必要とされる。これらのポリマーは、ポリマー粘度がポリマー加工能力を制限するので、従来の溶液重合プロセスを用いて調製することが一般にできない。
特許文献1には、オレフィンを重合するためのプロセスであって、プロピレンを65℃から150℃の温度および1.72から34.5MPaの圧力で、次のものと接触させることを含むプロセスが開示されている:1)1つまたはそれ以上の活性化剤と、1つまたはそれ以上の非メタロセン触媒化合物であって、金属が中心にあり、配位子がヘテロアリールである触媒化合物とを含む触媒系、2)任意選択で、エチレンおよびC4からC12オレフィンからの1つまたはそれ以上のコモノマー、3)希釈剤または溶媒、ならびに4)任意選択で、掃去剤。前記オレフィンモノマーおよび任意のコモノマーは、重合系中に30重量パーセント以上で存在し、ならびに前記プロピレンは、供給物中に80重量パーセント以上で存在する。前記重合は、その重合系の固液相転移温度より高い温度で、および1MPaより高く重合系の曇点圧力より低い圧力で行われ、ならびに前記重合は、その重合系の臨界温度より低い温度で、または(好ましくはおよび)その重合系の臨界圧力より低い圧力で行われる。
特許文献2には、結果として生ずるポリマーが反応媒体に溶解するような条件下でモノマーを重合するプロセスが開示されている。前記重合は、そのポリマー溶液の上部曇点より高い温度で、およびそのポリマー溶液の二相への分離を可能にする条件下で行われる。前記重合は、撹拌条件下で行われ、それによって前記相分離条件下で前記二相を分散され混合された状態で維持する。得られたポリマーは、前記重合ゾーンから独立した位置にある分離ゾーンに送られ、その分離ゾーンによって二相に分離され、ポリマーリッチ液相は回収され、ポリマー希薄液相は重合ゾーンに再循環される。
特許文献3には、オレフィンを重合するためのプロセスであって、超臨界条件下でオレフィンモノマーと触媒化合物、活性化剤、任意選択のコモノマーおよび任意選択の希釈剤または溶媒とを接触させることを含むプロセスが開示されている。前記重合は、フッ素化炭化水素の存在下で行われる。
特許文献4には、プロピレンポリマーを生産するためのプロセスであって、プロピレンと、0から30容量パーセントの1つまたはそれ以上の溶媒と、0から30モルパーセントの1つまたはそれ以上のコモノマーとを含む反応媒体中、前記プロピレンポリマーの融点より低い温度および圧力条件下で、メタロセン触媒化合物と活性化剤を接触させることを含むプロセスが開示されている。前記温度は、前記反応媒体の臨界温度以上であり、前記圧力は、前記反応媒体臨界圧力より少なくとも500kPa高い;または前記温度は、前記反応媒体の臨界温度より1℃以上高く、前記圧力は、前記反応媒体の臨界圧力以上である;または前記温度は、前記反応媒体の臨界温度より1℃以上高く、前記圧力は、前記反応媒体の臨界圧力より少なくとも500kPa高い。
特許文献5には、ポリオレフィンを連続生産するためのプロセスであって、(a)オレフィン性モノマーおよびメタロセンと助触媒の触媒系を連続供給すること;(b)重合性モノマーを連続供給して、モノマー−ポリマー混合物を生じさせること;および(c)二相混合物を静置して溶融ポリマー連続相と連続モノマー蒸気にすることを含むプロセスが開示されており、前記モノマー蒸気は、場合により、(a)に再循環させることができる。前記モノマー−ポリマー混合物は、ポリマーの融点より高い温度でポリマーリッチ相およびモノマーリッチ相を生じさせるために、曇点圧力より低い圧力下にある。
特許文献6には、オレフィンを重合するためのプロセスであって、(a)1基またはそれ以上の反応器において、高濃度流体均一重合系内で、(前記反応器に入るモノマーおよびコモノマーの重量に基づき)30重量パーセント以上で存在する、3個またはそれ以上の炭素原子を有するオレフィンモノマーと、1)1つまたはそれ以上の触媒化合物、2)1つまたはそれ以上の活性化剤、3)(前記反応器に入るモノマーおよびコモノマーの重量に基づき)0から50モルパーセントのコモノマー、および4)(前記重合系の重量に基づき)0から40重量パーセントの希釈剤または溶媒とを、前記重合系の結晶化温度より高い温度で、および前記重合系の曇点圧力より10MPa低い圧力以上の圧力、かつ200MPaより低い圧力で接触させる段階を含むプロセスが開示されている。ポリマー−モノマー混合物を含む反応器排出物が形成され、それが反応器を出た後、かつ、圧力が低下されて、ポリマーリッチ相とモノマーリッチ相とを含む二相混合物を形成する前または形成した後に、場合により加熱される。
特許文献7には、オレフィンを重合するためのプロセスであって、重合系内で、3個またはそれ以上の炭素原子を有するオレフィンと、触媒化合物、活性化剤、任意選択でコモノマーおよび任意選択で希釈剤または溶媒とを、前記重合系の曇点温度より高い温度で、および前記重合系の曇点圧力より10MPa低い圧力以上の圧力で接触させることを含むプロセスが開示されている。前記重合系は、存在する任意のコモノマー、存在する任意の希釈剤または溶媒、ポリマー生成物を含み、3個またはそれ以上の炭素原子を有するオレフィンが40重量パーセント以上で存在する。
特許文献8には、周期表のIVB族から選択される遷移金属のメタロセン化合物と、有機アルミニウムオキシ化合物とを含む触媒の存在下でオレフィンを重合または共重合することを含む、ポリオレフィンの調製が開示されている。前記有機アルミニウムオキシ化合物は、脂肪族炭化水素または環式脂肪族炭化水素中のスラリーの形態で重合系に添加され、前記重合は、100℃未満の沸点を有する脂肪族炭化水素希釈剤または環式脂肪族炭化水素希釈剤の存在下で行われる。
特許文献9には、実質的に直鎖状の弾性オレフィンポリマーであって、ほぼ同じメルトインデックス(I2)および分子量分布で、比較対象となる直鎖状オレフィンポリマーのものの70パーセント以下の加工係数(PT)、および従来の直鎖状オレフィンポリマーの表面溶融破壊開始時の臨界剪断速度より少なくとも50パーセント大きい、表面溶融破壊開始時の臨界剪断速度をはじめとする、非常に良好な加工性を有するオレフィンポリマーが開示されている。前記ポリマーは、比較対象となる直鎖状オレフィンポリマーより高い「低/ゼロ剪断粘度」および低い「高剪断粘度」を有する。
特許文献10には、ノルボルナジエンなどの従来の分岐誘導性モノマーを含まない、剪断減粘性エチレン/α−オレフィンおよびエチレン/α−オレフィン/ジエン共重合体が開示されている。かかるポリマーは、高温で、水素を殆どまたは全く有さない雰囲気で、幾何拘束型錯体触媒および活性化助触媒を使用して調製される。
特許文献11には、低い総不飽和レベルを含むエチレンポリマーが開示されている。かかるエチレンポリマーを使用する組成物、およびそれらから製造される二次加工品も開示されている。
特許文献12には、低い長鎖分岐レベルを有するエチレンポリマーが開示されている。これらのポリマーから製造されたフィルムおよびフィルム層は、広範な温度にわたって良好なホットタック強度を有し、このことがそれらを包装用途に好適な材料にする。
特許文献13には、嵩高い平面状の芳香族または置換芳香族基を含む多官能性ルイス塩基配位子の1つまたはそれ以上の金属錯体を含む触媒組成物が開示されている。高い触媒効率での、それらを利用する重合プロセス、および特に1つまたはそれ以上のα−オレフィンの連続溶液重合も開示されている。
特許文献14には、立体的に嵩高い置換基で適切に置換されている多価アリールオキシエーテルの金属錯体が開示されている。これらの金属錯体は、脂肪族および環式脂肪族炭化水素への向上された可溶性を有し、および/またはエチレン/α−オレフィンの重合用の触媒成分として利用すると、低減されたI10/Iを有する生成物を生じさせる。
特許文献15には、多価アリールオキシエーテルのジルコニウム錯体を含む触媒組成物、および改善された加工特性を有する共重合体を調製するための、エチレンと1つまたはそれ以上のC3〜30オレフィンと共役または非共役ジエンとの連続溶液重合におけるそれらの使用が開示されている。
さらなる重合プロセスおよび/またはポリマーは、次の参考文献に記載されている:特許文献16、特許文献17、特許文献18、特許文献19、特許文献20、特許文献、特許文献21、特許文献22、特許文献23、特許文献24、特許文献、特許文献25、特許文献26、特許文献、特許文献27、特許文献28、特許文献29、特許文献30、特許文献31、特許文献32、特許文献33、特許文献34、特許文献35、特許文献36、特許文献37、特許文献38および非特許文献1。
米国特許出願公開第2008/0090974号 米国特許第4,433,121号 国際公開第2006/019494号 国際公開第2004/026923号 米国特許第6,255,410号 国際公開第2008/076589号 国際公開第2004/026921号 米国特許第5,599,885号 米国特許第5,278,272号 米国特許第6,680,361号 国際公開第2011/002998号 国際公開第2011/002986号 国際公開第2007/136497号 国際公開第2007/136496号 国際公開第2007/136494号 米国特許第3,496,135号 米国特許第3,502,633号 米国特許第3,726,843号 米国特許第3,932,371号 米国特許第4,444,922号 米国特許第448,195号 米国特許第4,623,712号 米国特許第4,857,633号 米国特許第6,683,153号 米国特許第7,163,989号 米国特許出願公開第2009/0118466号 欧州特許第0149342号B1 欧州特許第0184935号B1 欧州特許第0877834号B1 欧州特許第1339756号B1 国際公開第02/34795号 国際公開第06/009946号 国際公開第08/079565号 国際公開第11/008837号 カナダ特許出願第1,203,348号 カナダ特許出願第2,372,121号 ドイツ特許出願第19905029号A1(機械翻訳) 特開昭58−002307(要約)
Van Vliet et al., The Use of Liquid-Liquid Extraction in the EPDM Solution Polymerization Process, Ind. Eng. Chem. Res., 2001, 40, 4586-4595
上で論じたように、資金需要を低減させ、エネルギー効率を向上させ、揮発性有機分を低減させる新規オレフィン重合プロセスが必要とされている。加えて、当分野のエチレン系ポリマーは、重合を実行するために必要なより低い粘度のため典型的により低い分子量を有し、および概してより低いコモノマー組み込みを有し、これがポリマーの靭性を低下させる。論じたように、改善された加工性および向上した靭性を有する、より高分子量のエチレン系ポリマーが依然として必要とされている。これらの要求は、下記の本発明によって満たされる。
本発明は、ポリマー分散液を形成するための、1またはそれ以上のモノマータイプと少なくとも1つの触媒と少なくとも1つの溶媒とを含む反応混合物を重合する工程を含む重合プロセスであって、前記少なくとも1つの触媒が前記少なくとも1つの溶媒に可溶性であり、前記ポリマーが前記溶媒中の分散相を構成し、および前記少なくとも1つの溶媒が炭化水素であるプロセスを提供する。
本発明はまた、エチレン系ポリマーを含む組成物であって、該エチレン系ポリマーが少なくとも以下の特性を含む組成物を提供する:
a)60,000g/モル以上の重量平均分子量(Mw(abs));および
b)2.3以上の分子量分布(Mw(abs)/Mn(abs))。
ポリマー−溶媒系の相図を示す。 本発明の重合プロセスのフロー図を示す。 本発明の重合プロセスの実行プロファイル(T、P対時間)を示す。 幾つかの本発明のポリマーおよび比較ポリマーの「密度に対するオクテン組み込み重量パーセント」のプロットを示す。 幾つかの本発明のポリマーおよび比較ポリマーの「密度に対する分子量分布」のプロットを示す。
上で論じたように、本発明は、ポリマー分散液を形成するための、1またはそれ以上のモノマータイプと少なくとも1つの触媒と少なくとも1つの溶媒とを含む反応混合物を重合する工程を含む重合プロセスであって、
前記少なくとも1つの触媒が前記少なくとも1つの溶媒に可溶性であり、
前記ポリマーが前記溶媒中の分散相を構成し、および
前記少なくとも1つの溶媒が炭化水素である、
プロセスを提供する。
本発明のプロセスは、本明細書に記載の2つまたはそれ以上の実施形態の組み合わせを含むことがある。
1つの実施形態では、前記重合を超臨界領域/条件で実行しない。
1つの実施形態では、前記重合を亜臨界領域/条件下で操作する。さらなる実施形態では、前記重合を「下限臨界共溶温度」より上、かつ「曇点圧力」より下で実行する。
前記重合を、二液相形成を助長する領域で、一般には下限臨界共溶温度(LCST)より高い温度および圧力で行う。例えば、実施例1を参照されたい。
好ましい実施形態において、前記分散相は液相である。さらなる実施形態において、前記分散液は、少なくとも二相の液相、および好ましくは二相だけの液相を含む。
1つの実施形態において、前記重合は、連続重合である。
1つの実施形態において、前記重合は、半回分重合である。
前記重合は、溶液重合ではない。
前記重合は、スラリー重合ではない。さらに、前記重合反応で粒状固体は形成されない。
1つの実施形態において、前記反応混合物は、該反応混合物の重量に基づき、100ppm未満、好ましくは10ppm未満、さらに好ましくは1ppm未満のフッ化炭素を含む。
好ましい実施形態での反応混合物は、フッ化炭素を含まない。
1つの実施形態において、前記反応混合物は、前記反応混合物は、該反応混合物の重量に基づき、100ppm未満、好ましくは10ppm未満、さらに好ましくは1ppm未満のフッ化炭化水素を含む。
好ましい実施形態での反応混合物は、フッ化炭化水素を含まない。
好ましい実施形態において、前記少なくとも1つの触媒は、シングルサイト触媒である。
1つの実施形態において、前記触媒は、メタロセン触媒、幾何拘束型触媒、および多価アリールオキシエーテル化合物(ポストメタロセン触媒)から選択される。
1つの実施形態において、前記少なくとも1つの触媒は、多価アリールオキシエーテル化合物である。そのような適する化合物は、米国特許出願公開第2005/0164872号明細書および国際公開第2007/136494号パンフレットに記載されており、前記参考文献のそれぞれが参照により本明細書に援用されている。
1つの実施形態において、前記少なくとも1つの触媒は、幾何拘束型触媒である。適する幾何拘束型触媒は、米国特許第5,272,236号および同債5,278,272号明細書に記載されており、前記参考文献のそれぞれが参照により本明細書に援用されている。
1つの実施形態において、前記反応混合物は、1つだけの触媒を含む。
1つの実施形態では、触媒選択により220℃以下の温度での重合が可能になる。
1つの実施形態では、触媒選択により210℃以下の温度での重合が可能になる。
1つの実施形態では、触媒選択により200℃以下の温度での重合が可能になる。
前記触媒は、好ましくは担持されていない。
前記触媒は、前記重合溶媒に完全に可溶性である。
1つの実施形態では、前記重合を圧力Pおよび温度Tで実行し、およびこの場合のTは下限臨界共溶温度T(LCST)より高い。
1つの実施形態において、前記圧力Pは、Tにおける曇点圧力での圧力以下である。
1つの実施形態において、前記Tは、200℃以下、好ましくは190℃以下である。
1つの実施形態において、前記Pは、10MPa以下、好ましくは8MPa以下である。
1つの実施形態では、1から10MPa、好ましくは1から8MPa、さらに好ましくは1から5MPaの重合圧力。
1つの実施形態では、2から10MPa、好ましくは2から8MPa、さらに好ましくは2から5MPa、およびさらにいっそう好ましくは2から4MPaの重合圧力。
1つの実施形態において、前記重合圧力は、2から6MPa、好ましくは3から5MPaである。
1つの実施形態では、5から7.5MPaの重合圧力。
1つの実施形態において、前記重合温度は、示差走査熱分析(DSC)によって測定して、前記ポリマーの最高融点より高い。
1つの実施形態において、前記重合温度は、70℃から220℃、好ましくは80℃から220℃、およびさらに好ましくは100℃から220℃、およびさらにいっそう好ましくは150℃から220℃である。
1つの実施形態において、前記重合温度は、60℃から200℃、好ましくは80℃から200℃、およびさらに好ましくは100℃から200℃、およびさらにいっそう好ましくは150℃から200℃である。
1つの実施形態では、60℃より高い、好ましくは80℃より高い、およびさらに好ましくは90℃より高い重合温度。
1つの実施形態では、100℃より高い、好ましくは110℃より高い、およびさらに好ましくは120℃より高い重合温度。
1つの実施形態では、150℃以上、好ましくは160℃以上、さらに好ましくは170℃以上の重合温度。
本発明のプロセスは、本明細書に記載の温度および圧力の組み合わせを含み得る。
1つの実施形態において、前記重合温度は、170℃から190℃であり、前記反応器圧力は、5から7MPaであり、および前記溶媒は、前記反応器への供給物の総重量に基づき55から65重量パーセントの量で存在する。
1つの実施形態において、前記重合温度は、100℃から120℃であり、前記反応器圧力は、3から5MPaであり、および前記溶媒は、前記反応器への供給物の総重量に基づき70から80重量パーセントの量で存在する。
1つの実施形態では、前記反応器への供給物の総重量に基づき50から80重量パーセント、好ましくは55から80重量パーセント、さらに好ましくは60から78重量パーセントの量で存在する溶媒。
1つの実施形態では、前記反応器への供給物の総重量に基づき68重量パーセント以上の量で存在する溶媒。
1つの実施形態では、前記反応器への供給物の総重量に基づき70重量パーセント以上の量で存在する溶媒。
1つの実施形態において、前記溶媒は、モノマー供給物中の不純物である。
1つの実施形態において、前記1つまたはそれ以上のモノマーは、前記反応器への供給物の総重量に基づき40重量パーセント以下の量で存在する。
1つの実施形態では、前記反応器への供給物の総重量に基づき30重量以下の量で存在する1つまたはそれ以上のモノマー。
1つの実施形態では、前記反応器への供給物の総重量に基づき20重量以下の量で存在する1つまたはそれ以上のモノマー。
1つの実施形態では、前記反応器への供給物の総重量に基づき10重量以下の量で存在する1つまたはそれ以上のモノマー。
1つの実施形態では、ギブスエネルギー最小化に接平面基準を用いることにより、前記反応器内の相分率を推定することができる:G(II)−G(I)=ΣN(ΣyiI(μiI−μ (I))[式中、Gは、系についてのギブスエネルギーであり、Nは、全相モル数であり、μは、化学ポテンシャルである]。
1つの実施形態において、前記重合におけるポリマー濃度は、前記ポリマー分散液の総重量に基づき60重量パーセント以下である。
1つの実施形態において、前記重合におけるポリマー濃度は、前記ポリマー分散液の総重量に基づき50重量パーセント以下である。
1つの実施形態において、前記重合におけるポリマー濃度は、前記ポリマー分散液の総重量に基づき40重量パーセント以下である。
1つの実施形態において、前記反応混合物の有効粘度は、15cP以下、好ましくは10cP以下、さらに好ましくは6cP以下である。
1つの実施形態において、前記ポリマーは、オレフィン系ポリマーである。さらなる実施形態において、前記オレフィン系ポリマーは、エチレン系ポリマーまたはプロピレン系ポリマーである。
1つの実施形態において、前記ポリマーは、エチレン系ポリマーである。例えば、本明細書に記載のエチレン系ポリマー。
1つの実施形態において、前記ポリマーは、プロピレン系ポリマーである。
1つの実施形態において、前記ポリマーは、前記反応混合物の重量に基づき30から40重量パーセントの量で存在する。
1つの実施形態において、前記ポリマーは、0.86から0.92g/ccの密度を有する。
1つの実施形態では、前記重合を、次のものから成る群より選択される反応器配置で行う:(a)1基の反応器および(b)直列に配置された2基またはそれ以上の反応器。
1つの実施形態において、各反応器は、撹拌タンク反応器である。
1つの実施形態において、各反応器は、断熱反応器である。
好ましい実施形態において、定常条件(一定温度および一定圧力)下で反応混合物中に気相は存在しない。
好ましい実施形態において、反応混合物中に溶融ポリマーは存在しない。
好ましい実施形態において、前記ポリマー分散液は、溶融ポリマーを含有しない。
好ましい実施形態において、前記ポリマー分散液は、溶媒およびポリマーを含む。
1つの実施形態では、前記ポリマー分散液を撹拌によって安定させる。さらなる実施形態では、前記撹拌を高速インペラによって生じさせる。
1つの実施形態では、前記ポリマー分散相をデカンタによって前記反応混合物から除去する。さらなる実施形態において、前記デカンタの温度は、重合温度と同じであり、前記デカンタの圧力は、重合圧力と同じである。
1つの実施形態では、前記溶媒を1または2工程の脱揮工程で前記ポリマー分散液から除去する。さらなる実施形態では、各脱揮工程を190℃から200℃の温度で操作する。
本発明のプロセスは、本明細書に記載の2つまたはそれ以上の実施形態の組み合わせを含むことがある。
本発明は、本明細書に記載する本発明のプロセスから形成されるポリマーも提供する。例えば、本明細書に記載のエチレン系ポリマー。
本発明は、本明細書に記載する本発明のプロセスから形成される本発明のポリマーを含む組成物も提供する。さらなる実施形態において、前記組成物は、1つまたはそれ以上の添加剤を含む。添加剤としては、安定剤、可塑剤およびこれらに類するものが挙げられるが、それらに限定されない。
本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの構成要素を含む物品も提供する。
本発明は、エチレン系ポリマーを含む組成物であって、該エチレン系ポリマーが少なくとも以下の特性を含む組成物も提供する:a)60,000g/モル以上の重量平均分子量(Mw(abs));およびb)2.3以上の分子量分布(Mw(abs)/Mn(abs))。
本発明の組成物は、本明細書に記載の2つまたはそれ以上の実施形態の組み合わせを含むことがある。
本発明のエチレン系ポリマーは、本明細書に記載の2つまたはそれ以上の実施形態の組み合わせを含むことがある。
前記本発明のエチレン系ポリマーは、本明細書に記載する本発明のプロセスによって調製される。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、0.85から0.91g/cc、または0.85から0.90g/cc(1cc=1cm)の密度をさらに含む。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、エチレン/α−オレフィン共重合体である。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、エチレン/α−オレフィンコポリマーである。
1つの実施形態において、前記α−オレフィンは、C3〜C10 α−オレフィンから選択される。例証となるα−オレフィンとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネンおよび1−デセンが挙げられる。好ましくは、前記α−オレフィンは、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセンまたは1−オクテン、さらに好ましくは、1−ブテン、1−ヘキセンまたは1−オクテンである。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーには、該ポリマーの重量に基づき30重量パーセント以上のα−オレフィンが組み込まれている。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーには、該ポリマーの重量に基づき32重量パーセント以上のα−オレフィンが組み込まれている。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーには、該ポリマーの重量に基づき34重量パーセント以上のα−オレフィンが組み込まれている。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、2.3から5.0の分子量分布(Mw(abs)/Mn(abs))を有する。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、2.4から4.6の分子量分布(Mw(abs)/Mn(abs))を有する。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、2.5から4.4の分子量分布(Mw(abs)/Mn(abs))を有する。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、0.855g/ccより高い密度を有し、および前記エチレン系ポリマーには、該ポリマーの重量に基づき30重量パーセント以上のα−オレフィンが組み込まれている。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、0.855g/ccより高い密度を有し、および前記エチレン系ポリマーには、該ポリマーの重量に基づき31重量パーセント以上のα−オレフィンが組み込まれている。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、0.860g/ccより高いかまたは0.865g/ccより高い密度を有し、および前記エチレン系ポリマーには、該ポリマーの重量に基づき31重量パーセント以上または32重量パーセント以上のα−オレフィンが組み込まれている。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、0.855g/ccより高い密度、および2.4以上の分子量分布(Mw(abs)/Mn(abs))を有する。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、0.860g/ccより高いまたは0.856g/ccより高い密度、および2.45以上または5.0以上の分子量分布(Mw(abs)/Mn(abs))を有する。
1つの実施形態では、0.72より低い前記エチレン系ポリマーアルファ(α)パラメータ。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、70,000g/モル以上、または75,000g/モル以上、または80,000g/モル以上の重量平均分子量(Mw(abs))を有する。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、90,000g/モル以上、または100,000g/モル以上の重量平均分子量(Mw(abs))を有する。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、60,000から500,000g/モル、または70,000から450,000g/モルの重量平均分子量(Mw(abs))、および2.3以上または2.4以上のMWDを有する。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、60,000から500,000g/モル、または70,000から450,000g/モルの重量平均分子量(Mw(abs))を有し、および前記エチレン系ポリマーには、該ポリマーの重量に基づき30重量パーセント以上または32重量パーセント以上のα−オレフィンが組み込まれている。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、8.0以上または8.5以上のI10/I2比を有する。
1つの実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、10.0以上または10.5以上のI10/I2比を有する。
本発明のエチレン系ポリマーは、本明細書に記載の2つまたはそれ以上の実施形態を含むことがある。
1つの実施形態において、前記組成物は、少なくとも1つの添加剤をさらに含む。さらなる実施形態において、前記添加剤は、酸化防止剤、フィラー、可塑剤またはこれらの組み合わせから選択される。
本発明の組成物は、本明細書に記載の2つまたはそれ以上の実施形態を含むことがある。
本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの構成要素を含む物品も提供する。
1つの実施形態において、前記物品は、ガスケットまたは異形材から選択される。
本発明の物品は、本明細書に記載の2つまたはそれ以上の実施形態を含むことがある。
本出願人は、本発明のポリマーが、高い分子量と広い分子量分布と高いコモノマー組み込みと十分な長鎖分岐の独特の組み合わせを有することを発見した。本発明のポリマーは、良好な加工性を有し、ならびに良好な強度および良好な靭性が要求される用途に使用することができる。
本発明のポリマーを本明細書に記載する本発明のプロセスから調製する。
二液相(溶媒リッチ相およびポリマーリッチ相)で反応器を操作することにより、(i)溶液プロセスの粘度制限を無くすことができ、および(ii)反応器の下流の単位装置に濃縮ポリマー流を送達することにより下流の加工を単純にすることができることを発見した。ポリマーリッチ流は、圧力降下装置を使用するだけで、反応器の下流で、最小限の熱供給でまたは熱供給せずにそのポリマーリッチ流を濃縮することができる。他の重合プロセスと比較して、エネルギー必要量がほぼ75パーセント低減される可能性がある。
(ポリマー分散液を形成する)本発明の重合の場合、反応器が臨界温度および圧力より上で動作すると、適切な溶媒へのポリマーの不良な溶解度が誘導されることを発見した。識別可能なFTIRスペクトルは、この分散重合からは得られない。ポリマーリッチな高粘度相は、低粘度溶媒連続相中に液滴として分散される。有効粘度は低く、したがって、現行のループ反応器の粘度限界を無くす。さらに、前記二相は密度が異なるので、ポリマーリッチ相を反応器後にデカントして、最小の熱付加(温度<200℃)で脱揮することができる濃縮ポリマー相を送り出すことができる。デカンタからのその溶媒リッチ流を冷却して、重合熱を除去し、再循環させて(未処理で)反応器に戻す。
本発明のプロセスで、適切な溶媒選択により二相形成の臨界温度および圧力条件を低下させることが可能になり、それ故、然程エネルギー集約的でなく、より効率的にポリマーが回収される。
本発明のプロセスにより、粘度限界を伴わない高分子量ポリマーの合成も可能になる。
本発明のプロセスは、ISOPAR Eなどの重炭化水素溶媒で動作する現行のループ反応器で観察される粘度限界を無くす。
本発明のプロセスは、重合反応に関連した資本およびエネルギー費を有意に低減させる。
本発明のプロセスは、最終ポリマー中の揮発性有機分(VOC)を低下させ、その結果、改善された特性を有するポリマーをもたらす。
溶媒
溶媒としては、C2〜C24アルカン、例えばエタン、プロパン、n−ブタン、i−ブタン、n−ペンタン、i−ペンタン、n−ヘキサン、i−ヘキサン、混合ヘキサン、n−オクタン、i−オクタン、混合オクタン、シクロペンタン、シクロヘキサンなど、ならびに単環芳香族、例えばトルエンおよびキシレン、ならびにC4からC50イソパラフィンのうちの1つまたはそれ以上が挙げられるが、これらに限定されない。
好ましい溶媒としては、C2〜C24アルカン、例えばエタン、プロパン、n−ブタン、i−ブタン、n−ペンタン、i−ペンタン、n−ヘキサン、i−ヘキサン、混合ヘキサン、n−オクタン、i−オクタン、混合オクタンのうちの1つまたはそれ以上、さらに好ましくはi−ペンタンが含まれる。
適する溶媒としては、下の表1に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。
モノマー
前記1またはそれ以上のモノマータイプとしては、エチレン性不飽和モノマー、共役または非共役ジエン、ポリエン、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、エチレン、C3〜C20α−オレフィン、スチレン、アルキル置換スチレン、ジエン、ナフテン系化合物、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、エチレン、C3〜C20α−オレフィン、スチレン、アルキル置換スチレン、ジエン、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、エチレン、C3〜C20α−オレフィン、ジエン、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、エチレン、C3〜C20α−オレフィン、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、エチレン、C3〜C10α−オレフィン、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、エチレン、およびC3〜C20α−オレフィン、好ましくは、C3〜C10 α−オレフィンである。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、エチレンと、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテンから成る群より選択されるα−オレフィンである。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、エチレンと、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテンから成る群より選択されるα−オレフィンと、ジエンである。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、エチレン、プロピレン、およびジエン、好ましくは5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)である。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、プロピレンと、エチレンまたはC4〜C20α−オレフィン、好ましくはC4〜C20 α−オレフィンである。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、プロピレンおよびエチレンである。
1つの実施形態において、前記1またはそれ以上のモノマータイプは、プロピレンと、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテンから成る群より選択されるα−オレフィンである。
ポリマー
1つの実施形態において、前記ポリマーは、エチレン系ポリマーである。さらなる実施形態において、前記エチレン系ポリマーは、エチレン/α−オレフィン共重合体またはエチレン/α−オレフィン/ジエン共重合体である。
エチレン/α−オレフィン共重合体
エチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレンと、1つまたはそれ以上、好ましくは1つのC3〜C10α−オレフィンの重合によって形成されるポリマーを含む。例証となるα−オレフィンとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプタン、1−オクテン、1−ノネンおよび1−デセンが挙げられる。好ましくは前記α−オレフィンは、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセンもしくは1−オクテン、または1−ブテン、1−ヘキセンもしくは1−オクテン、または1−オクテンである。
好ましいコポリマーとしては、エチレン/プロピレン(EP)コポリマー、エチレン/ブテン(EB)コポリマー、エチレン/ヘキセン(EH)コポリマー、エチレン/オクテン(EO)コポリマーが挙げられる。
エチレン/α−オレフィン共重合体は、本明細書に記載する2つまたはそれ以上の実施形態を含むことがある。
エチレン/α−オレフィンコポリマーは、本明細書に記載する2つまたはそれ以上の実施形態を含むことがある。
エチレン/α−オレフィン/ジエン共重合体
前記エチレン/α−オレフィン/ジエン共重合体は、その中に重合されたC2(エチレン)、少なくとも1つのα−オレフィンおよびジエンを有する。α−オレフィンの適する例としては、C3〜C20α−オレフィンが挙げられる。適するジエンの適する例としては、C4〜C40非共役ジエンが挙げられる。
前記α−オレフィンは、好ましくはC3〜C20 α−オレフィン、好ましくはC3〜C16 α−オレフィン、およびさらに好ましくはC3〜C10α−オレフィンである。好ましいC3〜C10 α−オレフィンは、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテンから成る群より選択され、さらに好ましくはプロピレンである。好ましい実施形態において、前記共重合体は、EPDMポリマーである。さらなる実施形態において、前記ジエンは、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)である。
1つの実施形態において、前記ジエンは、C6〜C15直鎖、分岐鎖または環式炭化水素ジエンである。例証となる非共役ジエンは、直鎖非環式ジエン、例えば1,4−ヘキサジエンおよび1,5−ヘプタジエン;分岐鎖非環式ジエン、例えば5−メチル−1,4−ヘキサジエン、2−メチル−1,5−ヘキサジエン、6−メチル−1,5−ヘプタジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン、3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン、3,7−ジメチル−1,7−オクタジエン、5,7−ジメチル−1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、およびジヒドロミルセンの混合異性体;単環非環式ジエン、例えば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1,5−シクロドデカジエン;多環非環式縮合および架橋環ジエン、例えばテトラヒドロインデン、メチルテトラヒドロインデン;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、例えば5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB)、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)、5−ビニル−2−ノルボルネン、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、および5−シクロヘキシリデン−2−ノルボルネンである。前記ジエンは、好ましくは、ENB、ジシクロペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、または7−メチル−1,6−オクタジエン、および好ましくはENB、ジシクロペンタジエンまたは1,4−ヘキサジエン、さらに好ましくはENBまたはジシクロペンタジエンから選択され、ならびにさらにいっそう好ましくはENBである。
1つの実施形態において、前記エチレン/α−オレフィン/ジエン共重合体は、該共重合体の重量に基づき過半量の重合エチレンを含む。さらなる実施形態において、前記共重合体は、EPDMターポリマーである。さらなる実施形態において、前記ジエンは、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)である。
エチレン/α−オレフィン/ジエン共重合体は、本明細書に記載する2つまたはそれ以上の実施形態を含むことがある。
EPDMは、本明細書に記載する2つまたはそれ以上の実施形態を含むことがある。
プロピレン系ポリマー
1つの実施形態において、前記ポリマーは、プロピレン系ポリマーである。さらなる実施形態において、前記プロピレン系ポリマーは、プロピレン/α−オレフィン共重合体、および好ましくはコポリマー、またはプロピレン/α−オレフィン共重合体、および好ましくはコポリマーである。
好ましいコモノマーとしては、C2およびC4〜C20 α−オレフィン、ならびに好ましくはC2およびC4〜C10 α−オレフィンが挙げられるが、これらに限定されない。好ましいコモノマーとしては、エチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテンおよび1−オクテンが挙げられ、ならびに好ましくはエチレン、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテン、ならびにさらに好ましくはエチレンが挙げられる。
触媒系
好ましい実施形態において、前記少なくとも1つの触媒は、シングルサイト触媒である。
1つの実施形態において、前記触媒は、メタロセン触媒、幾何拘束型触媒、および多価アリールオキシエーテル化合物(ポストメタロセン触媒)から選択される。
1つの実施形態において、前記少なくとも1つの触媒は、幾何拘束型触媒である。適する幾何拘束型触媒は、米国特許第5,272,236号明細書および同第5,278,272号明細書に記載されており、前記参考文献のそれぞれが参照により本明細書に援用されている。
1つの実施形態において、前記少なくとも1つの触媒は、多価アリールオキシエーテル化合物である。適する多価アリールオキシエーテル化合物は、米国特許出願公開第2005/0164872号明細書および国際公開第2007/136494号パンフレットに記載されており、前記参考文献のそれぞれが参照により本明細書に援用されている。
定義
文脈から暗黙のまたは当分野における慣例上の、相反する言明が無い限り、すべての部およびパーセントは重量に基づくものであり、すべての試験方法は、本開示の出願日時点で現行のものである。
用語「組成物」は、本明細書において用いる場合、組成物を含む材料の混合物、ならびに該組成物の材料から形成される反応生成物および分解生成物を含む。いずれの反応生成物および分解生成物も、典型的に、微量または残量で存在する。
用語「ポリマー」は、本明細書において用いる場合、同じタイプであろうと、異なるタイプであろうと、重合性モノマーによって調製されるポリマー化合物を指す。したがって、一般用語ポリマーは、用語ホモポリマー(微量の不純物がポリマー構造に組み込まれている場合があることを承知の上で、1タイプだけのモノマーから調製されるポリマーを指すために用いられる)、および下で定義する用語共重合体を包含する。
用語「共重合体」は、本明細書において用いる場合、少なくとも2タイプの異なるタイプのモノマーの重合によって調製されるポリマーを指す。したがって、この一般用語共重合体は、コポリマー(2タイプの異なるタイプのモノマーから調製されるポリマーを指すために用いられる)、および2タイプより多くの異なるタイプのモノマーから調製されるポリマーを含む。
用語「オレフィン系ポリマー」は、本明細書において用いる場合、該ポリマーの重量に基づき過半重量パーセントの重合オレフィン(例えば、エチレンまたはプロピレン)を少なくとも含有するポリマーであって、場合により、1つまたはそれ以上の追加のコモノマーを含有するポリマーを指す。
用語「エチレン系ポリマー」は、本明細書において用いる場合、(ポリマーの重量に基づき)過半重量パーセントの重合エチレンを少なくとも含有するポリマーであって、場合により、1つまたはそれ以上の追加のコモノマーを含有するポリマーを指す。
用語「プロピレン系ポリマー」は、本明細書において用いる場合、(ポリマーの重量に基づき)過半重量パーセントの重合プロピレンを少なくとも含有するポリマーであって、場合により、1つまたはそれ以上の追加のコモノマーを含有するポリマーを指す。
用語「エチレン/α−オレフィン共重合体」は、(該共重合体の重量に基づき)過半量のエチレンモノマーと、α−オレフィンとを重合形態で含む共重合体を指す。
用語「エチレン/α−オレフィンコポリマー」は、2タイプだけのモノマータイプとして、(該コポリマーの重量に基づき)過半量のエチレンモノマーと、α−オレフィンとを、重合形態で含むコポリマーを指す。
用語「エチレン/α−オレフィン/ジエン共重合体」は、本明細書において用いる場合、エチレンとα−オレフィンとジエンを重合形態で含むポリマーを指す。1つの実施形態において、「エチレン/α−オレフィン/ジエン共重合体」は、(該共重合体の重量に基づき)過半重量パーセントのエチレンを含む。
用語「エチレン/α−オレフィン/ジエンターポリマー」は、本明細書において用いる場合、3タイプだけのモノマータイプとして、エチレンとα−オレフィンとジエンを重合形態で含むポリマーを指す。1つの実施形態において、「エチレン/α−オレフィン/ジエンターポリマー」は、(該ターポリマーの重量に基づき)過半重量パーセントのエチレンを含む。
用語「ポリマーリッチ相」は、考慮している二相またはそれ以上の相に関して本明細書で用いる場合、この相の全重量に基づき、その重量分率によって測定して、より高濃度のポリマーを含有する相を指す。
用語「溶媒リッチ相」は、考慮している二相またはそれ以上の相に関して本明細書で用いる場合、この相の全重量に基づき、その重量分率によって測定して、より高濃度の溶媒を含有する相を指す。
用語「相」は、本明細書において用いる場合、材料のすべての物理的特性が均一である空間領域(熱力学系)を指す。物理的特性の例としては、密度、屈折率、および化学組成が挙げられる。
液−液相は、混和性でない二相の別個の液相の組み合わせである。
用語「溶媒」は、本明細書において用いる場合、結果として液相となるように、対象となる種、例えばモノマーおよび/または触媒を溶解する物質(例えば、炭化水素(モノマーおよびコモノマーを除く))を指す。
用語「炭化水素」は、本明細書において用いる場合、水素原子および炭素原子のみを含有する化合物または化学分子を指す。
用語「分散重合」は、本明細書において用いる場合、形成されるポリマーの(重量で)大部分が重合溶媒に不溶性である重合プロセスを指す。
用語「ポリマー分散液」は、本明細書において用いる場合、溶媒リッチ相に不溶性の、(重量で)過半量のポリマーリッチ層を含む反応混合物を指す。
用語「溶液重合」は、本明細書において用いる場合、形成されるポリマーが重合溶媒に溶解される重合プロセスを指す。
下限臨界共溶温度(LSCT)は、本明細書において用いる場合、温度であって、これより上では固定圧力で固定組成の溶液が二液相に分離し、およびこの温度より下では前記溶液が単一液相として存在する温度と定義される。
用語「重合系」は、本明細書において用いる場合、モノマー、溶媒および触媒を含む混合物であって、適切な条件下で重合反応を受ける混合物を指す。重合系は、反応器への全供給物に相当する。
用語「断熱反応器」は、本明細書において用いる場合、能動的熱除去メカニズムおよび能動的熱負荷メカニズムを有さない反応器を指す。
用語「単相ポリマー溶液」は、本明細書において用いる場合、均一な(最も多くの場合、液体状態の)相を形成するような、ポリマーの1つまたはそれ以上の溶媒(一般に分子量がポリマーよりはるかに低い)への完全溶解を指す。
「ポリマーリッチ相中のポリマーの濃度」というフレーズは、本明細書において用いる場合、ポリマーを含有する溶液(ポリマーリッチ相)の総重量に基づく、ポリマーの重量分率を指す。
「溶媒リッチ相中のポリマーの濃度」というフレーズは、本明細書において用いる場合、ポリマーを含有する溶液(溶媒リッチ相)の総重量に基づく、ポリマーの重量分率を指す。
用語「亜臨界領域」は、本明細書において用いる場合、重合媒体(溶媒とモノマーとコモノマー(触媒および助触媒なし)の混合物と定義される)の臨界温度より低い重合温度、および重合媒体の臨界圧力より低い重合圧力を指す。
用語「臨界温度」は、本明細書において用いる場合、重合媒体の温度であって、これより上では一切の圧力変化に関係なく重合媒体が相分離しない温度を指す。
用語「臨界圧力」は、本明細書において用いる場合、重合媒体の圧力であって、これより上では一切の温度変化に関係なく重合媒体が相分離しない圧力を指す。
用語「曇点圧力」は、本明細書において用いる場合、圧力であって、これより下では固定温度で固定組成のポリマー溶液が二液相に分離する圧力を指す。この圧力より上では、前記ポリマー溶液は単一液相である。
用語「曇点温度」は、本明細書において用いる場合、温度(閾温度)であって、これより上では固定圧力で固定組成のポリマー溶液が二液相に分離する温度を指す。この温度より下では、前記ポリマー溶液は単一液相である。加えて、曇点温度は、天井温度である場合もあり、天井温度とは、これより下では二相が存在し、これより上では一相が存在する温度である。
用語「バブルポイント圧力」は、本明細書において用いる場合、一定温度で、二液相溶液について最初の蒸気バブルが出現する圧力を指す。
用語「有効粘度」は、本明細書において用いる場合、二相またはそれ以上の液相を含有する分散液であって、高濃度相が連続相に完全分散している分散液についての、各相の分率によって計算される粘度を指す。
「溶媒に可溶性の触媒」というフレーズは、本明細書において用いる場合、溶媒に溶解することができる触媒の量を指す。
用語「分散相」は、本明細書において用いる場合、溶媒または連続相に分散されている未溶解の液体を指す。
用語「反応混合物」は、本明細書において用いる場合、反応器内のすべての化学成分、例えばモノマー、コモノマー、溶媒、任意の量のポリマーもしくは無ポリマー、および/または触媒を指す。重合反応が開始する前に、一般にポリマーは反応器内に存在しない。
「反応器への供給物の総重量」というフレーズは、本明細書において用いる場合、それぞれの反応器に添加される成分、例えばモノマー、コモノマー、溶媒、水素および/または触媒、の総量(重量)を指す。
「定常状態条件」というフレーズは、本明細書において用いる場合、考慮している変数、例えば温度、組成が時間に対して変化を示さないときの反応条件を指す。
用語「モノマータイプ」は、本明細書において用いる場合、モノマーに関する化学組成および炭素原子数を指す。
用語「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する」およびそれらの派生語は、一切の追加成分、段階または手順の存在を、それが具体的に開示されていようと、いなかろうと、除外しないことを意図したものである。対照的に、用語「から本質的に成る」は、実施可能性に本質的でないものを除き、一切の他の成分、段階または手順を後続の詳説から除外する。用語「から成る」は、具体的に叙述または列挙されていない一切の成分、段階または手順を除外する。
試験方法
相中のポリマーの重量分率および溶媒の重量分率の決定
所定の二元溶液中のポリマーおよび溶媒の量をその溶液の重量から決定する。このとき、溶媒を完全に蒸発させ、乾燥したポリマーを計量する。乾燥ポリマーの重量は、最初に存在したポリマーの量であり、その溶液の重量とそのポリマーの重量の差から溶媒の重量を決定する。溶媒およびポリマーの量から、それぞれの重量分率を計算することができる。ポリマーからの低分子量画分の蒸発を最少にするように注意しなければならない。これは、低温、真空下で(例えば回転蒸発装置(roto-vaporator)で)溶媒を蒸発させることによって果たすことができる。
相境界(温度および圧力)の決定については、既知組成の溶液を作って曇点を測定することにより組成測定を完全に回避することができる。特定の固定組成の溶液が、温度または圧力いずれかの変化により、単一液相から二液相に変化するとき、その混合物の外観は、前記二相の屈折率の差のため、透明な外観から曇った外観に変化する。この試験は、極少量の第二の液相の判定に非常に有効である。したがって、これを初発相分離(incipient phase separation)、または言い換えると相境界の測定法として利用することができる。
GPC(ゲル透過クロマトグラフィー)
ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)測定のためのクロマトグラフシステムは、Polymer Laboratories Model PL−210であった。カラムおよびカルーセルを145℃で操作した。4本のPolymer Laboratoris、20−um、Mixed−A LSカラムを1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)溶媒と共に使用した。「50mLの溶媒中の0.1gのポリマー」の濃度で試料を調製した。前記溶媒を使用して、200ppmの酸化防止剤ブチルヒドロキシトルエン(BHT)を含有する各試料を調製した。1〜2時間、160℃で軽度に撹拌することにより試料を調製した。注入量は、200マイクロリットルであり、流量は、1.0mL/分であった。Varian Inc.(以前はPolymer Laboratories)から購入した狭い分子量分布のポリスチレン標準物質を用いてGPCカラムセットの較正を行った。参照により本明細書に援用されているT. Williams and I.M. Ward, 「The Construction of Polyethylene Calibration Curve for Gel Permeation Chromatography Using Polystyrene Fractions」, J. Polym. Sci. Polym. Lett., 6, 631 (1968)を用いて、そのポリスチレン標準物質のピーク分子量をポリエチレン分子量に変換した。
密度
密度は、ASTM D 792−08に従って測定した。約16gのポリマー材料を「1インチ×1インチ」ダイに圧入した(Monarch ASTM Hydraulic Press−モデル番号CMG30H−12−ASTM)。その試料を190℃、5600lbfで6分間プレスした。その後、圧力を15tonfに増加し、この間、同時に、15℃/分で190℃から30℃にその試料を冷却した。
オクテン組み込み
Nicolet Magna 560分光計を使用してオクテン組み込みを測定した。テフロン被覆シートまたはアルミニウム箔の間でポリマー試料を圧縮成形することにより、おおよそ0.05〜0.14mmの厚みの較正材料の薄膜を調製した。これらの膜は、FT−IR分光計を用いて透過モードで前記皮膜を試験するとき、干渉縞を回避するためにこれらの膜がマット仕上げになっていることが重要であった。バックグラウンドで32スキャンを用いて各標準物質の吸光度を収集した。4cm−1以下の分解能、レベル1のゼロフィリング、およびハップ−ゲンゼル・アポダイゼーション関数を用いて試料スペクトルを収集した。得られたスペクトル(標準物質)を2450cm−1でベースライン補正した。4000〜400cm−1区間に関して正規化吸光度スペクトルの二次導関数を計算した。較正曲線を生成するために、照査する試料についての二次導関数スペクトルの「ピーク対ピーク値」を1390〜1363cm−1区間に関して計算し、記録し、13C NMRによって判定した各対照ポリマー中のオクテン重量パーセントに対してプロットした。較正曲線を使用して、ここで調製したポリマー中のオクテンレベルを計算した。
示差走査熱分析(DSC)
示差走査熱分析(DSC)加熱曲線を使用して、ポリマー結晶化度を測定した。具体的には、照査加熱曲線を使用して融解熱を推定し、208J/gの標準融解熱と比較した。DSC Q1000熱量計を使用してDSC分析を行った。DSC Q1000のベースライン較正は、ソフトウェアの中の較正ウィザードを使用することによって行った。先ず、アルミニウムDSCパンに一切試料を入れずに、−80℃から280℃にセルを加熱することによってベースラインを得た。その後、サファイア標準物質をウィザードの命令に従って使用した。その後、約「1〜2mg」の新たなインジウム試料を、この試料を180℃に加熱し、10℃/分の冷却速度でその試料を120℃に冷却し、続いてその試料を120℃で1分間、等温保持し、その後、10℃/分の加熱速度でその試料を120℃から180℃に加熱することによって分析した。前記インジウム試料の融解熱および融解開始を判定し、融解の開始については156.6℃から±0.5℃以内、および融解熱については28.71J/gから±0.5J/g以内であることを確認した。その後、DSCパンの中の数滴の新たな試料を10℃/分の冷却速度で25℃から−30℃に冷却することによって脱イオン水を分析した。この試料を−30℃で2分間、等温保持し、10℃/分の加熱速度で30℃に加熱した。融解の開始を判定し、0℃から±0.5℃以内であることを確認した。
ポリマーの試料を1500psiで30秒間、350°Fの温度でプレスして薄膜にした。約5から8mgの試料を計り取り、DSCパンに入れた。そのパンに蓋を圧着して、密閉雰囲気を確保した。その試料パンをDSCセル内に配置し、その後、約100℃/分という高速で、そのポリマー融解温度より約30℃高い温度へと加熱した。その試料をこの温度で約3分間保持した。その後、試料を10℃/分の速度で−40℃に冷却し、その温度で3分間、等温保持した。したがって、融解が完了するまで10℃/分の速度でその試料を加熱し、得られたエンタルピー曲線を分析した。
トリプル検出器GPC(RAD GPC)
試料調製および試料注入のために、ロボット・アシスタント・デリバリー(RAD)システムを装備した高温トリプル検出器ゲル透過クロマトグラフィー(3D−GPC)システムを使用した。濃度検出器は、赤外濃度検出器(スペイン国バレンシアのPolmer CharからのIR4)であり、これを使用して分子量および分子量分布を決定した。他の2つの検出器は、Precison Detector(マサチューセッツ州アーマスト)2アングルレーザー光散乱検出器、モデル2040、およびViscotek(テキサス州ヒューストン)からの毛管示差粘度計検出器、モデル150Rである。角度15°の光散乱検出器を計算のために使用した。配置するこれらの検出器を、次の順序で直接に配置した:光散乱検出器、IR−4検出器、そして粘度計検出器。
データ検出は、Polymer Char DM 100データ収集ボックスを使用して行った。キャリア溶媒は、1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)であった。このシステムは、オンライン溶媒脱気デバイス(Agilent Technologies Inc.からのもの)を装備していた。カラム区画を150℃で操作した。前記カラムは、4本のOLEXIS 30cm、13マイクロメートルカラム(Agilent Technologies Inc.からのもの)であった。RADシステムを使用して2.0mg/mLで試料を調製した。クロマトグラフィー溶媒(TCB)および試料調製溶媒は、「200ppmのブチルヒドロキシトルエン(BHT)」を含有し、両方の溶媒源を窒素スパージ(窒素連続バブリング)した。エチレン系ポリマー試料を155℃で3時間、穏やかに撹拌した。注入量は200μLであり、流量は、1.0mL/分であった。
TriSEC(エクセルベースの)ソフトウェアを使用してデータを収集した。21の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質を用いてGPCカラムの較正を行った。これらの標準物質の分子量は、580から8,400,000g/molの範囲であり、個々の分子量間に少なくとも1桁の隔たりがある6つの「カクテル」混合物で用意されたものであった。
次の式(例えば、T. Williams and I.M. Ward, J. Polym. Sci., Polym. Let., 6, 621 (1968)に記載されている)を用いて、ポリスチレン標準物質ピーク分子量をポリエチレン分子量に変換した:


(式中、Bは、1.0の値を有し、および実験により決定されたAは0.38である)。
一次多項式を用いて、式(1)から得たそれぞれのポリエチレン相当較正点をそれらの実測溶出量にフィッティングした。実際の多項式フィットを得て、ポリエチレン相当分子量の対数を各ポリスチレン標準物質についての実測溶出量(および付随する出力)に関係づけた。
従来の数、重量およびz平均分子量を次の式に従って計算した:
(式中、Wfは、i番目の成分の重量分率であり、およびMは、i番目の成分の分子量である)。
MWDを、重量平均分子量(Mw)の数平均分子量(Mn)に対する比として表した。A値は、式(3)および対応する保持量多項式を用いて計算した重量平均分子量であるMwが、115,000g/molの公知重量平均分子量を有する直鎖状ホモポリマー基準物質に依って得られる独立して決定されたMw値と一致するまで、式(1)中のA値を調整することによって決定した。
前記3台の検出器から得たデータを用いて、Balke、Moureyらによって発表されたもの(T.H. Mourey and S.T. Balke, in 「Chromatography of Polymers (ACS Symposium Series, #521)」, T. Provder Eds., An American Chemical Society Publication, 1993, Chpt. 12, p. 180; S.T. Balke, R. Thitiratsakul, R. Lew, P. Cheung, T.H. Mourey, in 「Chromatography of Polymers (ACS Symposium Series, #521)」, T. Provder Eds., An American Chemical Society Publication, 1993, Chpt 13, p.199)と一致する方法で各検出器のオフセット判定のためのアプローチを実行し、この間に広い直鎖状ポリエチレンホモポリマー(115,000g/mol)および狭いポリスチレン標準物質を分析した。従来のGPC法を用いて観察されるものにできるだけ近い分子量結果を生じさせるために、系統的アプローチを用いて各検出器のオフセットを最適化した。分子量および固有粘度の判定に使用した全注入濃度は、試料赤外領域、および115,000g/molの直鎖状ポリエチレンホモポリマーからの赤外検出器較正(または質量定数)から得た。クロマトグラフ濃度を、第2ビリアル係数効果(分子量に対する濃度効果)を無視できるほど低いと仮定した。
15°レーザー光散乱シグナルおよびIR濃度検出器を使用し、式5と同じKLS較正定数を用いてMPEi,abs=KLS*(LS)/(IR)により絶対分子量を計算した。上記系統的アプローチに関して論じたとおり決定した「オフセット」を用いて、i番目のスライスについてのIRレスポンスとLSレスポンスの1対のデータセットを適応させた。
上記計算に加えて、代替Mw、Mn、MzおよびMz+1[Mw(abs)、Mz(abs)、Mz(BB)およびMz+1(BB)]値も、YauおよびGillespieによって提案された方法(W.W. Yau and D. Gillespie, Polymer, 42, 8947-8958 (2001))を用いて計算し、次の式から決定した:
(式中、KLS=LS−MW較正定数)。レーザー検出器のレスポンスファクター(KLS)は、NIST 1475の重量平均分子量(52,000g/mol)についての認証値を用いて決定した。
この場合のLSは、15度LSシグナルであり、およびMは式2を用い、およびLS検出器アラインメントは、前に記載したとおりである。
溶出成分(クロマトグラフィー変化によって生ずる)および流量成分(ポンプ変化によって生ずる)を含有し得る偏差を継時的にモニターするために、遅く溶出する狭いピークを一般に「流量マーカーピーク」として使用する。したがって、TCB中で調製した溶出試料に溶解したデカン流量マーカーに基づいて、流量マーカーを確立した。この流量マーカーを使用して、デカンピークのアラインメントによりすべての試料についての流量を線形補正した。
メルトインデックス
メルトインデックス(I2:190℃/2.16kg;およびI10:190℃/10.0kg)は、ASTM試験法D1238に従って測定した。
実験
代表分散重合(本発明の実施例;エチレン/オクテンコポリマー)
Siemens制御装置を使用して制御された半回分反応器を重合に使用した。重合のフロー図を図2に示す。ステンレス鋼製非断熱反応器[18]は、Magnedrive攪拌機[19]と非常に多数の供給口と分析用プローブと冷却剤を装備していた。自動ブロック弁[1]および質量流制御装置[2〜9]を使用して供給量をモニターした。ポンプ圧[10]をモニターしながら、触媒ポンプ[14]を使用して触媒添加を制御した。高圧[20]または低圧[21]いずれかを用いることにより、触媒を手作業で添加することもできる。電気ヒーターを使用してその非断熱反応器を加熱し、J型熱電対[15〜17]を使用して温度をモニターした。反応終了時、生成物は、かま[23]またはダンプドラム[22]いずれかの中に蓄積されていた。精度のために、背圧調節装置[12]を使用することにより水素添加を制御した。
先ず、オクテンを160g/分の流量で反応器に添加した。次に、イソペンタン溶媒を、該溶媒(bp=27.85℃)の蒸発を最小限にするように14〜70g/分でゆっくりと反応器に添加した。次に、エチレンを添加することにより反応器圧力を100psi(6.9バール)に上昇させた。この工程により、イソペンタンの蒸発、および水素供給圧より上への付随的圧力蓄積を防止した。その後、反応器を170℃に加熱し、エチレンを添加して指定反応器圧力(450〜750psig)を維持した。
オクテン、溶媒(イソペンタン)および水素添加を、流量制御装置を使用してそれぞれ制御した。エチレン添加を圧力調節装置を使用して制御した。反応混合物を1400rpmで継続的に撹拌して、均質状態を維持した。重合を開始するために、触媒と助触媒と掃去剤とを含有する溶液を、1500psi以下と定格された高圧ピストンポンプ(ACCUFLOW SERIESII)を使用して8mL/分で自動注入した。触媒は、ジルコニウム,ジメチル−[(2,2’−[1,3−プロパンジイルビス(オキシ−kO)]ビス[3’’,5,5’’−トリス(1,1−ジメチルエチル)−5’−メチル[1,1’:3’,1’’−テルフェニル]−2’−オラト−kO]](2−)]−,(OC−6−33)−)であった。参照により本明細書に完全に援用されている、国際公開第2007/136494号パンフレット(Cat.A11)を参照されたい。この触媒を、テトラペンタフルオロフェニルボレート助触媒を用いて活性化した。修飾メチルアルモキサンを掃去剤として使用した。重合中にエチレンを反応器に供給して一定した反応器圧力を維持した。エチレン重合の発熱性のため、エチレン分解に起因して反応器圧力が降下するにつれて反応器温度が上昇した(図3参照)。反応器の壁を通して40℃のグリコール冷却剤を循環させることによって、反応器温度を制御した。
約10分で反応が完了し、そのポリマーを、反応器の下に位置する製品がまに170℃で降ろした。そのポリマー試料を190℃のISOPAR Eで洗浄した。試料を空気乾燥させ、その後、80℃真空オーブンの中で真空乾燥させて残留溶媒を除去した。乾燥した試料を密度、オクテン組み込みおよび分子量特性について分析した。
代表溶液重合(比較例)
Siemens制御装置を使用して制御された半回分反応器を重合に使用した。重合のフロー図を図2に示す。先ず、オクテンを160g/分の流量で反応器に添加した。次に、ISOPAR E溶媒を400g/分の速度で添加した。その後、電気バンドヒーターを使用してその反応器を170℃に加熱した。次に、水素を160sccm(標準立方センチメートル)で添加し、続いてエチレンを、所望の反応圧力(380〜750psig)に達するために必要な量で添加した。オクテン、溶媒(ISOPAR E)および水素添加を、流量制御装置を使用してそれぞれ制御した。エチレン添加を、圧力調節装置を使用して制御した。反応混合物を1400rpmで継続的に撹拌して、均質状態を維持した。重合を開始するために、触媒と助触媒と掃去剤とを含有する溶液を、1500psi以下と定格された高圧ピストンポンプ(ACCUFLOW SERIESII)を使用して8mL/分で自動注入した。触媒は、ジルコニウム,ジメチル−[(2,2’−[1,3−プロパンジイルビス(オキシ−kO)]ビス[3’’,5,5’’−トリス(1,1−ジメチルエチル)−5’−メチル[1,1’:3’,1’’−テルフェニル]−2’−オラト−kO]](2−)]−,(OC−6−33)−)であった。参照により本明細書に完全に援用されている、国際公開第2007/136494号パンフレット(Cat.A11)を参照されたい。この触媒を、テトラペンタフルオロフェニルボレート助触媒を用いて活性化した。修飾メチルアルモキサンを掃去剤として使用した。
重合中にエチレンを反応器に供給して一定した反応器圧力を維持した。エチレン重合の発熱性のため、エチレン分解に起因して反応器圧力が降下するにつれて反応器温度が上昇した。反応器の壁を通して40℃のグリコール冷却剤を循環させることによって、反応器温度を制御した。
約10分で反応が完了し、そのポリマーを、反応器の下に位置する製品がまに170℃で降ろした。そのポリマー試料を190℃のISOPAR Eで洗浄した。試料を空気乾燥させ、その後、80℃真空オーブンの中で真空乾燥させて残留溶媒を除去した。乾燥した試料を密度、オクテン組み込みおよび分子量特性について分析した。
重合条件およびポリマー特性を表2〜9に示す。表2に示すように、オクテン含有量をポリマー試料間で変えた。表3に示すように、水素含有量をポリマー試料間で変えた。溶液重合によって調製された2つの市販ポリマーの特性を表10に示す。











実行#12についての反応完了前および後の供給物の配分を、表11に示す。
表4〜7は、本発明の分散重合および比較溶液重合についての、反応器圧力、温度および水素濃度をはじめとする実験条件の一部を記載するものである。表8および9は、異なる反応器条件についてのポリマー特性を示す。所定のモノマー−コモノマー濃度で、水素濃度を上昇させると、反復実行についての分子量が低下した。しかし、所定の水素濃度での、イソペンタン中での重合は、ISOPAR−E中で行ったものより高い分子量を有するポリマーをもたらすことが判明した(実行1(表8)と実行A(表9)を比較されたい)。さらに、イソペンタン中での「二液相」形成後、ポリマー相への水素の溶解度はやはり、イソペンタン溶媒についてのものと比較して6倍低く、その結果、より高分子量を有するポリマーが、それぞれの相中で形成された。水素のこの影響は、メルトインデックスI10/I比にも反映された。低い水素濃度で調製した試料のほうが低いメルトインデックスを呈示し、この値は、水素濃度が上昇すると、対応する分子量低下のため増加した。
図4に示すように(表8および9参照)、本発明のポリマーは、より低いポリマー密度をもたらす、より高いオクテン組み込みを有することも判明した。このより高いオクテン組み込みは、二相形成後のエチレン:オクテン比の変化(溶媒相の増加、およびポリマー相の減少)によって説明することができる。具体的には、表11に示すように、エチレン:オクテン比は、ポリマー相へのより高いオクテン溶解度のため、溶液についての1.09の初期値から、ポリマー相における0.76へと変化した。ポリマー相へのオクテン溶解度の上昇は、より高いオクテン組み込み、したがって、より低いポリマー密度をもたらす。図5に示すように(表8および9参照)、本発明のポリマーは、類似したポリマー密度で比較ポリマーと比較して広い分子量分布(Mw(abs)/Mn(abs))を有することも判明した。したがって、溶液重合の場合とほぼ同じ水素濃度を用いると、本発明のポリマーのほうが高い分子量(Mw(abs))を有する。本発明のポリマーは、より高いオクテン組み込み、およびより多量のまたは匹敵する量の長鎖分岐も有する。したがって、本発明のポリマーは、比較ポリマーと比較して、改善された加工性(MWDおよびMw)および改善された靭性(オクテン組み込み量)を有するはずである。
本発明を前記実施例でかなり詳細に説明したが、この詳細は、例証を目的としたものであり、以下の請求項に記載する本発明に対する制限と解釈してはならない。

Claims (15)

  1. ポリマー分散液を形成するための、1またはそれ以上のモノマータイプと少なくとも1つの触媒と少なくとも1つの溶媒とを含む反応混合物を重合する工程を含む重合プロセスであって、
    前記少なくとも1つの触媒が前記少なくとも1つの溶媒に可溶性であり、
    前記ポリマーが前記溶媒中の分散相を構成し、および
    前記少なくとも1つの溶媒が炭化水素である、
    プロセス。
  2. 前記分散相が、液相である、請求項1に記載のプロセス。
  3. 前記重合の温度が、DSCによって測定して前記ポリマーの最高融点より高い、請求項1から2のいずれか一項に記載のプロセス。
  4. 前記重合が、圧力Pおよび温度Tで実行され、ならびに該Tが、下限臨界共溶温度T(LCST)より高い、請求項1から3のいずれか一項に記載のプロセス。
  5. Tが、200℃以下である、請求項1から4のいずれか一項に記載のプロセス。
  6. 前記Pが、10MPa(バール)以下である、請求項1から5のいずれか一項に記載のプロセス。
  7. 前記重合における前記ポリマーの濃度が、前記ポリマー分散液の重量に基づき60重量パーセント以下である、請求項1から6のいずれか一項に記載のプロセス。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載のプロセスによって形成されるポリマーを含む組成物。
  9. エチレン系ポリマーを含む組成物であって、該エチレン系ポリマーが少なくとも以下の特性を含む組成物:
    a)60,000g/モル以上の重量平均分子量(Mw(abs));および
    b)2.3以上の分子量分布(Mw(abs)/Mn(abs))。
  10. 前記エチレン系ポリマーが、0.85から0.91g/ccの密度をさらに含む、請求項9に記載の組成物。
  11. 前記エチレン系ポリマーに、該ポリマーの重量に基づき30重量パーセント以上のα−オレフィンが組み込まれている、請求項9または請求項10に記載の組成物。
  12. 前記エチレン系ポリマーが、0.855g/ccより大きい密度を有し、および前記エチレン系ポリマーに、該ポリマーの重量に基づき30重量パーセント以上のα−オレフィンが組み込まれている、請求項9から11のいずれか一項に記載の組成物。
  13. 前記エチレン系ポリマーが、0.855g/ccより大きい密度、および2.4以上の分子量分布(MWD)を有する、請求項9から12のいずれか一項に記載の組成物。
  14. 前記ポリマーが、請求項1から7のいずれか一項に記載のプロセスによって形成される、請求項9から13のいずれかに記載の組成物。
  15. 請求項8から14のいずれか一項に記載の組成物から形成される少なくとも1つの構成要素を含む物品。
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