JP2014531108A - ポリプロピレンを含む電力ケーブル - Google Patents

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Abstract

ポリプロピレンを含む少なくとも1つの層で覆われた導体を有する電力ケーブルであって、ポリプロピレンが、前記ポリプロピレン中に均一に分布するナノサイズ触媒断片を含む、上記電力ケーブル。
【選択図】 なし

Description

本発明は、均一に分布したナノサイズの触媒断片を含むポリプロピレンを含む新規な電力ケーブル、特に、新規な高圧直流電力ケーブルに関する。
ポリオレフィンは、ポリマーが高い機械的及び/又は電気的要件を満たさなければならない、要求の厳しいポリマー用途において広く使用されている。例えば、電力ケーブル用途において、特に中圧(MV)、とりわけ高圧(HV)及び超高圧(EHV)ケーブル用途において、ポリマー組成物の電気的特性は非常に重要である。さらに、重要な電気的特性は、交流(AC)ケーブル用途と直流(DC)ケーブル用途との間で異なるように、ケーブル用途の相違により異なる。
典型的な電力ケーブルは、少なくとも1つの層で覆われた導体を有する。ケーブルは一般に、導体上に層を押出すことにより製造される。
電力ケーブルは、任意の電圧レベルで動作するエネルギーを転送するケーブルであると規定される。電力ケーブルに印加される電圧は、交流(AC)あっても、直流(DC)であっても又は過渡的(インパルス)であってもよい。さらに、電力ケーブルは通常、それらの動作電圧レベルに従って、例えば、低圧(LV)、中圧(MV)、高圧(HV)又は超高圧(EHV)電力ケーブル等と表されるが、これらの用語は周知である。EHV電力ケーブルは、HV電力ケーブル用途に通常使用されるよりもさらに高い電圧で動作する。LV電力ケーブル、及びいくつかの実施形態において、中圧(MV)電力ケーブルは、通常、絶縁層で被覆された電気導体を有する。典型的には、MV及びHV電力ケーブルは、少なくとも内部半導電層、絶縁層及び外部半導電層によりその順序で覆われた導体を有する。
よって、本発明の目的は、導電率の低いポリマー材料を含む、電力ケーブル、特に高圧直流(HVDC)電力ケーブルの層を提供することである。
本発明の知見は、ナノサイズ範囲の、均一に分布した触媒残渣を含有するポリプロピレンを、電力ケーブルの層に使用することである。
したがって本発明は、第1の側面(第1の実施形態)において、ポリプロピレン(PP)を含む少なくとも1つの層(L)で覆われた導体を有し、前記ポリプロピレン(PP)が固体触媒系(SCS)に由来するナノサイズ触媒断片(F)を含む、電力ケーブル、とりわけ高圧電力ケーブル、より好ましくは高圧直流電力ケーブル又は超高圧直流電力ケーブルを対象とする。
「ナノサイズ」の触媒断片(F)は、好ましくは1μm未満の平均粒子径d50を有する。
前記触媒断片(F)は、好ましくは任意の順序で以下の特性:
(a)ASTM 4641に従って測定される、1.40ml/g未満の細孔容積を有すること、
及び/又は
(b)ASTM D3663に従って測定される、30m/g未満の表面積を有すること、
及び/又は
(c)1から200μmの範囲内、好ましくは10から150μmの範囲内の平均粒子径d50を有すること
の1又は2以上を有する、固体触媒系(SCS)に由来する。
より好ましくは、ポリプロピレン(PP)は、平均粒子径d50が1μm未満であり、触媒系(SCS)に由来する触媒断片(F)を含み、前記触媒系(SCS)は、(b)ASTM D3663に従って測定される、30m/g未満の表面積を有し、より好ましくは上記の特性(a)から(c)すべてを有する。
さらにより好ましくは、固体触媒系(SCS)は、触媒活性成分が、任意に多孔質の固体外部支持体系上に付着している(すなわち外部担持触媒系)、又は1相液系において、すなわち非分散液系において母液から沈澱している(すなわち沈澱触媒系)、触媒系以外ではない。固体外部支持体系は、粒子状外部支持体材料が、固体触媒系(SCS)の製造前に別々に製造されることを意味する。次いで、最終的な担持触媒系は、触媒活性成分を事前に製造した固体粒子状支持体材料に添加することにより製造され、この支持体材料は、触媒活性成分を、任意に多孔質の外部支持体粒子上に付着させるために、任意に多孔質であってもよい。そのような外部支持体材料は、例えば、シリカ、アルミナ、ポリマー又はMg系、例えばMgCl系等の固体支持体粒子であってよい。次に沈澱触媒系は、典型的には多孔質であり、粒子径及びモルフォロジー(形状及び/又は表面構造)について不均質であってもよい。沈澱は通常、母液中に溶解している反応性成分の間の化学反応のために起こる。
固体触媒系(SCS)は、
(a)周期表(IUPAC)の第3〜10族の1つの遷移金属の有機金属化合物を含む溶液(S)を提供する工程、
(b)エマルジョン系(E)の連続相中に分散する液滴として前記溶液(S)を含む、液/液エマルジョン系(E)を形成する工程、
(c)前記分散相(液滴)を凝固させて、固体触媒系(SCS)を形成する工程
により得られる(製造される)ことが好ましい。
固体触媒系(SCS)は、触媒活性のない包摂物(inclusions)(IC)を任意に含む。包摂物(IC)は、触媒系(SCS)の製造時に触媒系(SCS)中に分散されるボイドである。よってボイドは、触媒系(SCS)中に分離された分散相を形成する。前記ボイドは、中空ボイド、又は触媒として不活性な液体若しくは固体物質を含む又は前記物質からなるボイドから選択され、好ましくは触媒として不活性な固体物質からなる。最も好ましくは、任意の包摂物(IC)は、触媒として不活性な固体物質を含み、好ましくは前記物質からなるボイドである。触媒系(SCS)の包摂物(IC)が触媒として不活性な固体物質を含み、好ましくは前記物質からなる場合、そのような触媒として不活性な固体物質の量は、固体触媒系(SCS)に対して、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下であり、なおより好ましくは10重量%を超えない。前記任意の包摂物は、ケーブルの最終用途に応じて、望ましく好ましいことがある。実施形態において、好ましくは直流(DC)ケーブル用途において、そのような包摂物(IC)の、好ましくは触媒として不活性な固体物質のボイドにより形成される包摂物(IC)のポリプロピレン(PP)中の分布が、ポリプロピレン(PP)の電気的特性に寄与することが望ましい場合、触媒系(SCS)は、好ましくは前記包摂物(IC)を含有する。任意の包摂物(IC)及び電気的特性については、下記でさらに論じる。
別の側面において、本発明(第2の実施形態)は独立に、ポリプロピレン(PP)を含む少なくとも1つの層(L)で覆われた導体を有し、ポリプロピレン(PP)が、固体触媒系(SCS)の存在下において製造され、前記固体触媒系(SCS)が、任意の順序で以下の特性:
(a)ASTM 4641に従って測定される、1.40ml/g未満の細孔容積を有すること、
及び/又は
(b)ASTM D3663に従って測定される、30m/g未満の表面積を有すること、
及び/又は
(c)1〜200μmの範囲内、好ましくは10〜150μmの範囲内の平均粒子径d50を有すること
の1又は2以上を有する、電力ケーブル、とりわけ高圧電力ケーブル、より好ましくは高圧直流電力ケーブル又は超高圧直流電力ケーブルを対象とする。
本発明の第2の側面において用いられる特定の固体触媒系(SCS)のために、ポリプロピレン(PP)は、好ましくは、前記固体触媒系(SCS)に由来するナノサイズ触媒断片(F)を含む。
「ナノサイズ」の触媒断片(F)は、好ましくは、1μm未満の平均粒子径d50を有する。
より好ましくは、ポリプロピレン(PP)は、平均粒子径d50が1μm未満であり、触媒系(SCS)に由来する触媒断片(F)を含み、触媒系(SCS)は、(b)ASTM D3663に従って測定される、30m/g未満の表面積を有し、より好ましくは上記の特性(a)から(c)すべてを有する。
さらにより好ましくは、固体触媒系(SCS)は、触媒活性成分が、任意に多孔質の固体外部支持体系上に付着している(すなわち外部担持触媒系)、又は1相液系において、すなわち非分散液系において母液から沈澱している(すなわち沈澱触媒系)、触媒系ではない。外部担持触媒系及び沈澱触媒系は、本発明の第1の側面で記載したものと同じ意味を有する。
固体触媒系(SCS)は、
(a)周期表(IUPAC)の第3族〜10族の1つの遷移金属の有機金属化合物を含む溶液(S)を提供する工程、
(b)エマルジョン系(E)の連続相中に分散する液滴として前記溶液(S)を含む、液/液エマルジョン系(E)を形成する工程、
(c)前記分散相(液滴)を凝固させて、固体触媒系(SCS)を形成する工程
により得られる(製造される)ことが好ましい。
固体触媒系(SCS)は、触媒活性のない包摂物(IC)を任意に含む。包摂物(IC)の意味及びその実施形態は、本発明の第1の側面で示した通りである。
とりわけ好ましいさらに別の側面(第3の実施形態)において、本発明は独立に、ポリプロピレン(PP)を含む少なくとも1つの層(L)で覆われた導体を有し、ポリプロピレン(PP)が、固体触媒系(SCS)の存在下において製造され、前記固体触媒系(SCS)が、
(a)周期表(IUPAC)の第3〜10族の1つの遷移金属の有機金属化合物を含む溶液(S)を提供する工程、
(b)エマルジョン系(E)の連続相中に分散する液滴として前記溶液(S)を含む、液/液エマルジョン系(E)を形成する工程、
(c)前記分散相(液滴)を凝固させて、固体触媒系(SCS)を形成する工程
により得られる、電力ケーブル、とりわけ高圧電力ケーブル、より好ましくは高圧直流電力ケーブル又は超高圧直流電力ケーブルを対象とする。
加えて、又は好ましくは、本発明の第3の側面において用いられる特定の固体触媒系(SCS)のために、ポリプロピレン(PP)は、好ましくは、前記固体触媒系(SCS)に由来するナノサイズ触媒断片(F)を含む。
「ナノサイズ」の触媒断片(F)は、好ましくは、1μm未満の平均粒子径d50を有する。
したがって、特定の方法により得られる第3の側面の固体触媒系(SCS)は、好ましくは、任意の順序で以下の特性:
(a)ASTM 4641に従って測定される、1.40ml/g未満の細孔容積を有すること、
及び/又は
(b)ASTM D3663に従って測定される、30m/g未満の表面積を有すること、
及び/又は
(c)1〜200μmの範囲内、好ましくは10〜150μmの範囲内の平均粒子径d50を有すること
の1又は2以上を有する。
より好ましくは、ポリプロピレン(PP)は、平均粒子径d50が1μm未満であり、触媒系(SCS)に由来する触媒断片(F)を含み、触媒系(SCS)は、(b)ASTM D3663に従って測定される、30m/g未満の表面積を有し、より好ましくは上記の特性(a)から(c)すべてを有する。
さらにより好ましくは、固体触媒系(SCS)は、触媒活性成分が、任意に多孔質の固体外部支持体系上に付着している(すなわち外部担持触媒系)、又は1相液系において、すなわち非分散液系において母液から沈澱している(すなわち沈澱触媒系)触媒系ではない。外部担持触媒系及び沈澱触媒系は、本発明の第1の側面で記載したものと同じ意味を有する。
固体触媒系(SCS)は、触媒活性のない包摂物(IC)を任意に含む。包摂物(IC)の意味及びその実施形態は、本発明の第1の側面に記載した通りである。
驚くべきことに、本発明の3つの独立した代替形態の1つにおいて上記で規定したポリプロピレン(PP)を含有する電力ケーブルの層は、例えば導電率の低下として示される、向上した電気的特性を有することが見出された。加えて、ポリプロピレン中に存在する触媒残渣の粒子径の減少は、組み合わさって又は独立に絶縁系の電気的障害をもたらし得る、電気トリー及び水トリー発生等の電気的劣化現象の可能性を低下させるであろう。
導電率の測定セットアップの概略図である。
以下に、上記3つの実施形態を一緒により詳細に記述する。
ポリプロピレン(PP)
本発明の本質的な側面の1つは、層(L)中の特定の選択されたポリプロピレン(PP)である。したがって、以下にポリプロピレン(PP)をより詳細に記述する。
本発明のポリプロピレン(PP)は、独特の触媒残渣の存在により特徴付けられる。より正確には、ポリプロピレン(PP)は、ナノサイズの範囲の触媒断片(F)を特徴とする。これらの断片(F)は、ポリプロピレン(PP)の製造に使用される固体触媒系(SCS)に由来する。特定の固体触媒系(SCS)を含むポリプロピレン(PP)の製造に使用される方法は、下記により詳細に規定する。したがって、本発明のポリプロピレン(PP)は、好ましくは、固体触媒系(SCS)の存在下において製造され、前記固体触媒系(SCS)の活性触媒種は、好ましくは、チーグラー−ナッタ触媒又はシングルサイト触媒のいずれかであり、より好ましくはシングルサイト触媒である。
上記の通り、本発明において「ナノサイズ」という用語は、触媒断片(F)が、1μm未満の、より好ましくは800nm未満の、なおより好ましくは20〜600nm、いっそうより好ましくは30〜500nm、例えば30〜300nmといった平均粒子径d50を有することを意味する。
ポリプロピレン(PP)中のナノサイズ触媒断片(F)の「均一な分布」(又は「均一に分布した」といった類似の用語)という表現は、断片(F)が、ポリプロピレン(PP)の1つの特定の領域に局在化しているのではなく、ポリプロピレン(PP)中の至る所に存在することを示す。この表現は、特に、断片(F)が、ポリプロピレン(PP)の重合の非常に早い段階で非常に小さいナノサイズ粒子に砕ける固体触媒系(SCS)から生じ、よって成長するポリプロピレン(PP)中に均一に分布されることを示す。いかなるナノ材料のそのような均一な分布も、ポリマー中に別個に固体物質を添加することによっては達成することができない。
驚くべきことに、固体触媒系(SCS)に由来するナノサイズ触媒断片(F)を含有するポリプロピレン(PP)が、興味深い電気的特性、すなわち低い導電率を有することが見出された。言い換えると、本明細書に記載されているナノサイズ触媒断片(F)は、ポリプロピレン(PP)の電気的特性を劣化させず、よって、断片の量は重要事項ではない。それどころか、特定のナノサイズ触媒断片(F)は導電率を低下させるために有用であり、また、従来の触媒残渣と比較して電気的障害の可能性も低下させる。この結果として、費用のかかる煩雑なポリマーの精製工程を省略することができる。
よって、ナノサイズ触媒断片(F)の量は、典型的には灰分含量により測定されるが、ポリプロピレン(PP)の限定的な特徴ではなく、本発明によれば、電力ケーブルに通常必要とされるレベルであってよく、又は通常許容されるものより多くてもよい。したがって、本発明の実施形態の1つにおいて、ポリプロピレン(PP)は、「A.測定方法」で下記に記載する「全灰分の算出」に従って決定した場合、30ppmを超える、より好ましくは30〜500ppmの範囲内、例えば50〜300ppmの範囲内といった、例えば、60〜200ppmの範囲内の灰分含量を有することができる。
通常、そのような高い灰分含量ではポリプロピレンの電気的特性は不十分であるが、本発明のポリプロピレン(PP)の場合はそうではない。理論に拘束されるものではないが、多めでさえあるナノサイズ触媒断片(F)を含有するポリプロピレン(PP)、すなわち高い灰分含量で達成される良好な電気的特性は、ポリプロピレン(PP)中、よって層(L)中のナノサイズ触媒断片(F)の均一な分布、並びにナノサイズ触媒断片(F)の小さい径に起因する可能性がある。そのような均一なナノサイズの粒子径分布は、下記に詳細に規定される固体触媒系(SCS)の利用により得られる。
したがって、ポリプロピレン(PP)及び/又は層(L)は、「実施例の項」において記載されるDC導電率法に従って測定される場合、50fS/m以下、より好ましくは0.01未満(より低い値はDC導電率測定では検出不可能である)から40fS/m、より好ましくは0.01未満から30fS/m、より好ましくは0.01未満から20fS/m、なおより好ましくは0.01未満から10fS/m、いっそうより好ましくは0.01未満から8.00fS/m、なおいっそうより好ましくは0.01未満から6.00fS/m、なおいっそうより好ましくは0.01未満から5.00fS/m、なおいっそうより好ましくは0.01未満から4.00fS/m、なおいっそうより好ましくは0.01未満から3.5fS/m、なおいっそうより好ましくは0.01未満から3.0fS/m、なおいっそうより好ましくは0.01未満から2.5fS/mの導電率により特徴づけられることが好ましい。
別の実施形態において、灰分含量は、30ppm以下、より好ましくは20ppm以下、なおより好ましくは1から30ppm以下の範囲内、いっそうより好ましくは1から20ppm以下の範囲内とすることができる。これらの値は特に、ポリプロピレン(PP)を精製する、すなわち洗浄する場合に達成される。また、そのような場合に、ポリプロピレン(PP)の導電率は、上記に記載したものと同じである。よって、技術の現状に反して、導電率は、ポリプロピレン(PP)中、よって層(L)中に存在する触媒残渣の量とは無関係である。
本発明のポリプロピレン(PP)は、プロピレンホモポリマー(H−PP)、ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)又は異相プロピレンコポリマー(HECO)であってよい。より好ましくは、ポリプロピレンはランダムプロピレンコポリマー(R−PP)又は異相プロピレンコポリマー(HECO)であってよい。
実施形態の1つにおいて、プロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、異相プロピレンコポリマー(HECO)のマトリックスを構成する。したがって、まず、プロピレンホモポリマー(H−PP)及びランダムプロピレンコポリマー(R−PP)について、続いて異相プロピレンコポリマー(HECO)についてより詳細に記載する。
本発明において使用されるホモポリマーという表現は、実質的にプロピレン単位からなる、すなわち99.5重量%以上の、より好ましくは99.8重量%以上のプロピレン単位からなるポリプロピレンに関する。好ましい実施形態において、プロピレンホモポリマー中でプロピレン単位のみが検出可能である。
ポリプロピレン(PP)がランダムプロピレンコポリマー(R−PP)である場合、ポリプロピレン(PP)は、プロピレンと共重合可能なモノマー、例えば、エチレン及び/又はC〜C12α−オレフィン、特にエチレン及び/又はC〜C10α−オレフィン、例えば、1−ブテン及び/又は1−ヘキセン等のコモノマーを含む。好ましくは、ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、エチレン、1−ブテン及び1−ヘキセンからなる群より選択されるプロピレンと共重合可能なモノマーを含み、とりわけ、前記モノマーからなる。好ましい実施形態において、ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、エチレン及びプロピレンに由来する単位のみを含む。別の好ましい実施形態において、ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、1−ヘキセン及びプロピレンに由来する単位のみを含む。なお別の好ましい実施形態において、ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、1−ブテン及びプロピレンに由来する単位のみを含む。ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)中のコモノマー含量は、好ましくは、0.5より多く12.0重量%までの範囲内、なおより好ましくは0.5より多く10.0重量%までの範囲内であり、さらにより好ましくは0.5より多く8.0重量%までの範囲内である。
実施形態の1つにおいて、プロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、下記に詳細に規定するシングルサイト触媒により製造される。そのような場合、プロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、ポリマー鎖中のプロピレンのレギオ誤挿入が多めであることにより特徴づけられる。したがって、プロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、13C−NMR分光法により測定される多量の、すなわち0.1mol%を超える、より好ましくは0.2mol%以上、いっそうより好ましくは0.4mol%を超える、なおより好ましくは0.6mol%を超える、例えば0.7〜0.9mol%の範囲内といった、<2,1>エリスロレギオ欠陥により特徴付けられる。プロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)がチーグラー−ナッタ触媒により製造される場合、<2,1>エリスロレギオ欠陥は0.1mol%以下であり、より好ましくは検出不可能である。
したがって、本発明のポリプロピレン(PP)は、下記でより詳細に規定する固体触媒系(SCS)により得ることができ、その活性触媒種は、本明細書において特定するチーグラー−ナッタ触媒又はシングルサイト触媒であり得る。上記の通り、好ましい実施形態の1つにおいて、前記固体触媒系(SCS)は、触媒活性のない包摂物(IC)を含む。この点に関しては、固体触媒系(SCS)の項が参照される。
ポリプロピレン(PP)がプロピレンホモポリマー(H−PP)である場合、低温キシレン可溶性成分(XCS)含量は、0.1〜4.5重量%の範囲内、より好ましくは0.1〜4.0重量%の範囲内、なおより好ましくは0.2〜4.0重量%である。
ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)の低温キシレン可溶性成分(XCS)含量は、プロピレンホモポリマー(H−PP)の低温キシレン可溶性成分(XCS)とは異なってもよい。したがって、ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)に対して、20.0重量%まで、より好ましくは15.0重量%まで、なおより好ましくは0.5〜10.0重量%の範囲内の低温キシレン可溶性成分(XCS)含量を有することが好ましい。
好ましい実施形態の1つにおいて、プロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、示差走査熱量測定(DSC)により測定される、少なくとも120℃、より好ましくは少なくとも130℃、いっそうより好ましくは120〜168℃の範囲内の、例えば130〜165℃の範囲内といった、溶融温度(T)を有する。
さらに、プロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、特定の範囲内にあるメルトフローレートを有することが好ましい。したがって、プロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、ISO1133に従って測定される、150g/10minまで、より好ましくは0.01〜100g/10minのメルトフローレートMFR(230℃)を有することが好ましい。よって、プロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、0.01〜50g/10minの範囲内、より好ましくは0.01〜40.0g/10minの範囲内、なおより好ましくは0.05〜30.0g/10minの範囲内、いっそうより好ましくは0.1〜20.0g/10minの範囲内、なおいっそうより好ましくは0.2〜15.0g/10minの範囲内のメルトフローレートMFR(230℃)を有することが好ましい。
ポリプロピレン(PP)はまた、好ましくは、異相プロピレンコポリマー(HECO)であってもよい。本発明の異相プロピレンコポリマー(HECO)は、マトリックス(M)として、ポリプロピレン、特にプロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)を含み、そしてそこに弾性プロピレンコポリマー(E)が分散している。よって、マトリックス(M)、すなわちプロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、マトリックス(M)の一部ではない(微細に)分散した包摂物を含有し、前記包摂物は、弾性プロピレンコポリマー(E)を含有する。包摂物という用語は、マトリックス(M)と包摂物とが、異相プロピレンコポリマー(HECO)中で異なる相を形成し、前記包摂物が、例えば、高解像度顕微鏡、例えば電子顕微鏡又は走査フォース顕微鏡等で見えることを示す。
好ましくは、本発明の異相プロピレンコポリマー(HECO)は、ポリマー成分として、マトリックス(M)、すなわちプロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)、並びに弾性プロピレンコポリマー(E)のみを含む。言い換えると、異相プロピレンコポリマー(HECO)は、さらなる添加剤を含有してもよいが、全異相プロピレンコポリマー(HECO)に対して2.0重量%を超える、より好ましくは1.0重量%を超える、例えば0.5重量%を超える量の、他のポリマーを含有しない。そのような少量で存在していてもよい追加のポリマーの1つは、異相プロピレンコポリマー(HECO)の製造により得られる副反応生成物であるポリエチレンである。したがって、本発明の異相プロピレンコポリマー(HECO)は、マトリックス(M)、すなわちプロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)、弾性プロピレンコポリマー(E)並びに任意に、この段落で述べた量のポリエチレンのみを含有することが特に好ましい。
したがって、異相プロピレンコポリマー(HECO)はまた、プロピレンの他にコモノマーも含む。これらのコモノマーは、弾性プロピレンコポリマー(E)、及び場合によりランダムプロピレンコポリマー(R−PP)であるマトリックス(M)に由来する。したがって、異相プロピレンコポリマー(HECO)は、プロピレンの他に、エチレン及び/又はC〜C12α−オレフィン、特にエチレン及び/又はC〜C10α−オレフィン、例えば、1−ブテン及び/又は1−ヘキセンを含む。好ましくは、本発明の異相プロピレンコポリマー(HECO)は、エチレン、1−ブテン及び1−ヘキセンからなる群からのプロピレンと共重合可能なモノマーを含み、とりわけ前記モノマーからなる。
なおより好ましくは、異相プロピレンコポリマー(HECO)のマトリックス(M)は、プロピレンホモポリマー又はランダムプロピレンコポリマーのいずれかである。マトリックス(M)は、上記に規定したプロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)であることが特に好ましい。
実施形態の1つによれば、弾性プロピレンコポリマー(E)は、プロピレンと共重合可能なモノマー、例えば、エチレン及び/又はC〜C12α−オレフィン、好ましくはエチレン及び/又はC〜C10α−オレフィン、例えば、1−ブテン及び/又は1−ヘキセン等のコモノマーを含む。好ましくは、弾性プロピレンコポリマーは、エチレン、1−ブテン及び1−ヘキセンからなる群からのプロピレンと共重合可能なモノマーを含み、とりわけ前記モノマーからなる。より詳細には、弾性プロピレンコポリマーは、プロピレンの他に、エチレン及び/又は1−ブテンに由来する単位を含む。よって、とりわけ好ましい実施形態において、弾性プロピレンコポリマー相は、エチレン及びプロピレンに由来する単位のみを含む。
加えて、異相プロピレンコポリマー(HECO)は、好ましくは、20.0重量%以下、例えば15.0重量%以下、より好ましくは2.0〜15.0重量%の範囲内の全コモノマー含量を有することが好ましい。
異相プロピレンコポリマー(HECO)の低温キシレン可溶性成分(XCS)画分は、好ましくは、異相プロピレンコポリマー(HECO)の全量に対して、50.0重量%未満、より好ましくは15から50重量%までの範囲内、なおより好ましくは20から40重量%までの範囲内である。
異相プロピレンコポリマー(HECO)は特に、マトリックス(M)及びその中に分散している弾性プロピレンコポリマー(EC)により規定される。マトリックス(M)の好ましい実施形態に関して、上記で論じたポリプロピレン(PP)、すなわちプロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)が参照される。述べたように、マトリックス(M)はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)であることがとりわけ好ましい。
ポリプロピレン(PP)は、本発明において規定するランダムプロピレンコポリマー(R−PP)又は異相プロピレンコポリマー(HECO)であることがとりわけ好ましい。したがって、特定の好ましい実施形態の1つにおいて、ポリプロピレン(PP)は、固体触媒系(SCS)の存在下において製造された、本発明において規定するランダムプロピレンコポリマー(R−PP)又は異相プロピレンコポリマー(HECO)であり、前記固体触媒系(SCS)の活性触媒種は、下記により詳細に特定するチーグラー−ナッタ触媒又はシングルサイト触媒のいずれかであってよく、より好ましくは前記固体触媒系(SCS)の活性触媒種は、下記により詳細に特定するシングルサイト触媒である。本発明の特定の好ましい側面の1つにおいて、ポリプロピレン(PP)は、上記で規定した異相プロピレンコポリマー(HECO)であり、前記異相プロピレンコポリマー(HECO)は、シングルサイト触媒種を含む固体触媒系(SCS)を用いて製造されていることがさらにより好ましい。使用される固体触媒系(SCS)は、包摂物(IC)を任意に含有してもよく、その場合、この包摂物は、好ましくは、触媒として不活性な固体物質を含む、好ましくは前記物質からなるボイドにより形成される。
さらなるポリマー
上記したように、電力ケーブルは、追加のポリマーを含んでもよい。
追加のポリマーの1つは、下記でより詳細に規定するポリエチレンであってよい。
好ましい実施形態の1つにおいて、ポリエチレンは、低密度ポリエチレン(LDPE)である。低密度ポリエチレン(LDPE)は、エチレンの低密度ホモポリマー(本明細書においてLDPEホモポリマーと称する)又はエチレンと1又は2種以上のコモノマーとの低密度コポリマー(本明細書においてLDPEコポリマーと称する)であってよい。「低密度ポリエチレン」、LDPEは、高圧法(HP)で製造されるポリエチレンである。典型的には、高圧法でのエチレン及び任意のさらなるコモノマーの重合は、開始剤の存在下において行われる。LDPEポリマーの意味は周知であり、文献中に記述されている。LDPEという用語は低密度ポリエチレンの略語であるが、この用語は、密度範囲を限定するのではなく、低密度、中密度及び高密度のLDPE様HPポリエチレンを含むと理解される。LDPEという用語は、オレフィン重合触媒の存在下で製造されるポリエチレンと比較した異なる分岐構造等の典型的な特徴を有するHPポリエチレンの性質のみを記述し、区別する。LDPEコポリマーの1又は2種以上のコモノマーは、好ましくは、下記に規定する極性コモノマー、無極性コモノマーから、又は極性コモノマーと無極性コモノマーとの混合物から選択される。さらに、前記LDPEホモポリマー又はLDPEコポリマーは、任意に不飽和であってもよい。
周知のように、「コモノマー」は、共重合可能なコモノマー単位を指す。
好ましくは、LDPEコポリマーは、0.001〜50重量%、より好ましくは0.05〜40重量%、なおより好ましくは35重量%未満、なおより好ましくは30重量%未満、より好ましくは25重量%未満の1又は2種以上のコモノマーを含む。
典型的には、かつ好ましくは、ケーブル用途において、LDPEの密度は、860kg/mより大きい。好ましくは、LDPEホモポリマー又はコポリマーの密度は、960kg/m以下、好ましくは900から945kg/mまでである。LDPEポリマーのMFR(2.16kg、190℃)は、好ましくは、0.01から50g/10minまで、好ましくは0.05から30.0g/10minまでであり、より好ましくは0.1から20g/10minまでであり、最も好ましくは0.2から10g/10minまでである。
述べたように、低密度ポリエチレン(LDPE)は、好ましくは、フリーラジカル開始重合により高圧で(高圧(HP)ラジカル重合と称する)製造される。HP反応器は、例えば、周知の管型又はオートクレーブ反応器又はその混合型であり、好ましくは管型反応器であってよい。高圧(HP)重合及び所望の最終用途に応じたポリオレフィンの他の特性のさらなる適合化のためのプロセス条件の調整は、周知であり、文献に記載されており、当業者は容易に使用することができる。適切な重合温度は、400℃まで、好ましくは80から350℃までの範囲であり、圧力は、70MPaから、好ましくは10〜400MPa、より好ましくは100から350MPaまでの範囲である。圧力は、少なくとも圧縮段階後及び/又は管型反応器後に測定することができる。温度は、すべての工程において数箇所で測定することができる。
高圧ラジカル重合によるエチレン(コ)ポリマーの製造のさらなる詳細は、すなわち、Encyclopedia of Polymer Science and Engineering、Vol.6(1986)、pp383〜410及びEncyclopedia of Materials:Science and Technology、2001 Elsevier Science Ltd.:「Polyethylene:High−pressure」、R.Klimesch、D.Littmann及びF.−O.Maehling pp.7181〜7184において見出すことができる。
別の好ましい実施形態において、ポリエチレンは、オレフィン重合触媒の存在下において製造された(=重合された)ポリエチレンである。「オレフィン重合触媒の存在下において製造されたポリオレフィン」はまた、LDPEと明確に区別するためにしばしば「低圧ポリオレフィン」とも称される。どちらの表現も、ポリオレフィン分野においてよく知られている。
「オレフィン重合触媒」は、本明細書において、従来の配位触媒を意味する。これは好ましくは、チーグラー−ナッタ触媒、シングルサイト触媒(この用語は、メタロセン及び非メタロセン触媒を含む)、又はクロム触媒、又は任意のそれらの混合物から選択される。
好ましくは、低圧ポリエチレンは、少なくとも2.0、好ましくは少なくとも2.5、好ましくは少なくとも2.9、好ましくは3から30まで、より好ましくは3.3から25まで、さらにより好ましくは3.5から20まで、好ましくは3.5〜15のMWDを有する。
低圧ポリエチレンはホモポリマー又はコポリマーであることが好ましく、後者がとりわけ好ましい。
低圧ポリエチレンコポリマーは、好ましくは、エチレンと、1又は2種以上のオレフィンコモノマー、好ましくは少なくともC3〜20α−オレフィン、より好ましくは少なくとも1種のC4〜12α−オレフィン、より好ましくは少なくとも1種のC4〜8α−オレフィン、例えば、1−ブテン、1−ヘキセン又は1−オクテンとのコポリマーである。低圧ポリエチレンコポリマー中に存在するコモノマーの量は、0.1から15mol%まで、典型的には0.25〜10mol%である。
好ましい実施形態の1つにおいて、低圧ポリエチレンは、超低密度エチレンコポリマー(VLDPE)、直鎖状低密度エチレンコポリマー(LLDPE)、中密度エチレンコポリマー(MDPE)又は高密度エチレンホモポリマー若しくはコポリマー(HDPE)から選択される。これらの周知のタイプは、それらの密度領域に従って命名される。VLDPEという用語は、本明細書において、プラストマー及びエラストマーとしても知られているポリエチレンを含み、850から909kg/mまでの密度範囲を含む。LLDPEは、909から930kg/mまで、好ましくは910から929kg/mまで、より好ましくは915から929kg/mまでの密度を有する。MDPEは、930から945kg/mまで、好ましくは931〜945kg/mの密度を有する。HDPEは、945kg/mを超える、好ましくは946kg/mを超える、好ましくは94から977kg/mまで、より好ましくは946から965kg/mまでの密度を有する。
LLDPE、MDPE又はHDPEは、好ましいタイプの低圧ポリエチレンである。より好ましくは、低圧ポリエチレンは、MDPE又はHDPEであり、後者がとりわけ好ましい。
低圧ポリエチレンは、好ましくは、1200g/10minまで、例えば1000g/10minまで、好ましくは500g/10minまで、好ましくは400g/10minまで、好ましくは300g/10minまで、好ましくは200g/10minまで、好ましくは150g/10minまで、好ましくは0.01から100まで、好ましくは0.01から50g/10minまで、好ましくは0.01から40.0g/10minまで、好ましくは0.05から30.0g/10minまで、好ましくは0.1から20.0g/10minまで、より好ましくは0.2から15.0g/10minまでのMFR(190℃)を有する。
適切な低圧ポリエチレンは、それ自体周知であり、例えば、市販のものを入手することができ、又は、代替として、文献で十分に立証されている従来の重合方法に従って若しくは同様にして製造することができる。
任意の低圧ポリエチレンのオレフィン重合触媒は、周知の配位触媒から、好ましくはチーグラーナッタ、シングルサイト(この用語は周知のメタロセン及び非メタロセン触媒を含む)、又はクロム触媒、又は任意のそれらの混合物から選択することができる。触媒系は共触媒を含むことが、当業者には明らかである。低圧ポリエチレンに適切なチーグラーナッタ触媒は、例えば、すべて参照により本明細書に取り込まれるEP0810235又はEP0688794に記載されている。
「さらなるポリマー」の項において記載されているポリマーは、下記で論じる内部半導電層及び外部半導電層中の成分としてとりわけ適している。「さらなるポリマー」の項のポリマーはまた、層(L)中、すなわち絶縁層中に、上記で規定したポリプロピレン(PP)である主成分ほどではないがある程度まで、存在していてもよい。
電力ケーブル
上記の通り、本発明は、電力ケーブルを対象とする。したがって、本発明の電力ケーブルは、任意の電圧レベルで動作する電気エネルギーを転送することできる。電力ケーブルは、特に低圧(LV)、中圧(MV)、高圧(HV)又は超高圧(EHV)電力ケーブルであり得る。電力ケーブルは、高圧(HV)電力ケーブル又は超高圧(EHV)電力ケーブルであることがとりわけ好ましい。
電力ケーブルに印加される電圧は、交流(AC)、直流(DC)又は過渡的(インパルス)であってよい。電力ケーブルは、とりわけ、交流(AC)又は直流(DC)を印加することができるように構成される。実施形態の1つにおいて、電力ケーブルは、直流(DC)電力ケーブルである。
本発明によれば、低圧(LV)は1kVまでの電圧を意味し、中圧(MV)は1kVより高く40kVまでの電圧を意味し、高圧(HV)は40kVより高く、好ましくは50kVより高い電圧を意味する。超高圧(EHV)という用語は、好ましくは、少なくとも230kVの電圧を意味する。したがって、高圧(HV)は、典型的には、40kVより高く230kV未満の、例えば50から230kV未満の範囲であり、超高圧(EHV)は、少なくとも230kVである。上限は決定的ではない。よって、超高圧(EHV)は、少なくとも230kVでなければならず、900kVまで又はさらにそれより高くてもよい。
本発明のポリプロピレン(PP)の特性は、直流(DC)電力ケーブル用途、特に高圧(HV)及び超高圧(EHV)DC電力ケーブルに非常に有利である。DCケーブルでは、動作電圧は、接地とケーブルの導体との間の電圧と本明細書において規定される。したがって、本発明の好ましい電力ケーブルは、直流(DC)電力ケーブル、より好ましくは高圧(HV)又は超高圧(EHV)DC電力ケーブルである。
本発明は、とりわけ、非常に要求の厳しいケーブル用途において実現可能性が高く、50kVより高い、例えば、少なくとも70kV、より好ましくは60から800kVの範囲内、いっそうより好ましくは75から800kVの範囲内、例えば75から350kVの範囲内といった電圧で動作する、高圧(HV)電力ケーブル(超高圧電力ケーブル(EHV)を含む)、好ましくは高圧直流(HVDC)電力ケーブル(超高圧直流(EHVDC)電力ケーブルを含む)に使用することができる。好ましくは、本発明は、50から900kVまで、なおより好ましくは60から800kV、いっそうより好ましくは75から800kV、例えば75から350kVといった電圧で動作する、高圧(HV)電力ケーブル(超高圧電力ケーブル(EHV)を含む)、好ましくは高圧直流(HVDC)電力ケーブル(超高圧直流(EHVDC)電力ケーブルを含む)を対象とする。より好ましくは、本発明は、75から400kVまで、好ましくは75〜350kVで動作する、高圧(HV)電力ケーブル(超高圧電力ケーブル(EHV)を含む)、好ましくは高圧直流(HVDC)電力ケーブル(超高圧直流(EHVDC)電力ケーブルを含む)用途において使用するのに有利である。本発明はまた、例えば900kVまで、好ましくは400から850kVまでで動作する、要求の厳しい超高圧電力ケーブル、例えば超高圧直流(EHVDC)電力ケーブルといった用途においてさえ、有利であることが分かる。
したがって、下記又は特許請求の範囲において使用される「高圧(HV)電力ケーブル」(好ましくは高圧直流(HVDC)電力ケーブル)という用語は、本明細書において、上記で規定した電圧で動作する高圧(HV)電力ケーブル、好ましくは高圧直流(HVDC)電力ケーブルを意味するか、又は、好ましくは上記で規定した電圧で動作する超高圧(EHV)電力ケーブル、好ましくは超高圧直流(EHVDC)電力ケーブルを意味する。よってこの用語は、高圧直流(HVDC)ケーブル用途と、さらに超高圧直流(EHVDC)ケーブル用途との両方の動作領域を独立に含む。
本発明の電力ケーブルは、導体及び少なくとも1つの層(L)を有し、層(L)は、下記でより詳細に規定する特定のポリプロピレン(PP)を含む。
「導体」という用語は、本明細書の上記及び下記において、導体が1又は2以上の電線を有することを意味する。さらに、ケーブルは、1又は2以上のそのような導体を有してもよい。好ましくは、導体は電気導体であり、1又は2以上の金属線を有する。
より好ましくは、電力ケーブルは、内部半導電層、絶縁層及び外部半導電層によりその順序で覆われた導体を有し、少なくとも絶縁層は層(L)である。好ましい実施形態の1つにおいて、本発明は、内部半導電層、絶縁層及び外部半導電層によりその順序で覆われた導体を有し、少なくとも絶縁層が層(L)である、中圧(MV)又は高圧(HV)電力ケーブルを対象とし、後者が好ましい。より好ましい実施形態において、本発明は、内部半導電層、絶縁層及び外部半導電層によりその順序で覆われた導体を有し、少なくとも絶縁層が層(L)であり、好ましくは層(L)が唯一の絶縁層である、高圧直流(HVDC)電力ケーブルを対象とする。
最も好ましい実施形態において、本発明の電力ケーブルは、高圧直流(HVDC)電力ケーブルである。
したがって、本発明の層(L)は、ポリプロピレン(PP)に加えて、さらなる成分、例えば、ポリマー成分及び/又は添加剤等、好ましくは、例えば、ポリマー分野において公知の、酸化防止剤、スコーチ防止剤、架橋促進剤、安定剤、加工助剤、難燃添加剤、水トリー抑制添加剤、酸又はイオンスカベンジャー、無機充填剤及び電圧安定剤等の添加剤を含有してもよい。層(L)のポリマー組成物は、好ましくは、電線及びケーブル用途に従来から使用されている添加剤、例えば1又は2種以上の酸化防止剤等を含む。使用される添加剤の量は、通常通りであり、当業者に周知である。
層(L)、例えば絶縁層は、ポリプロピレン(PP)を含まなければならない。したがって、層(L)、例えば絶縁層は、例えば、「さらなるポリマー」の項において規定するポリエチレンといった、追加のポリマーを含んでもよい。好ましい実施形態の1つにおいて、層(L)、例えば絶縁層は、架橋ポリマーを含まない。架橋ポリマー組成物は、当分野において周知のように、典型的なネットワーク、すなわちポリマー間架橋(橋かけ)を有する。架橋は後処理であり、典型的には過酸化物架橋又はシラン架橋により行われる。よって好ましい実施形態の1つにおいて、ポリプロピレン(PP)を含む任意のポリマーは、非架橋ポリマー材料である。
さらに、ポリプロピレン(PP)が、層(L)中、例えば絶縁層中の主ポリマー成分であることが好ましい。そのため、層(L)、例えば絶縁層は、層(L)中に存在するポリマー成分の全重量の、少なくとも50重量%を占め、より好ましくは少なくとも75重量%を占め、なおより好ましくは少なくとも80重量%、例えば、80〜99重量%又は80〜100重量%、いっそうより好ましくは少なくとも90重量%、例えば、90〜99重量%又は90〜100重量%を占めることが好ましい。好ましい層(L)は、唯一のポリマー成分としてのポリプロピレン(PP)からなる。この表現は、層(L)、例えば絶縁層が、唯一のポリマー成分としてのポリプロピレン(PP)以外にさらなるポリマー成分を含有しないことを意味する。しかしながら、層(L)、例えば絶縁層は、ポリプロピレン(PP)成分以外のさらなる成分、例えば上記の添加剤等を含んでもよく、これは、いわゆるマスターバッチにおいて担体ポリマーとの混合物中に任意に添加されてもよいことが本明細書において理解されるべきである。マスターバッチのそのような担体ポリマーは、ポリマー成分の量に含めないが、層(L)のポリマー組成物の全量には含める。
電力ケーブルの層の厚さは、最終用途ケーブルの意図される電圧レベルに依存し、それに応じて選択することができることは当業者には明らかであり、当業者の技能の範囲内である。層(L)、例えば絶縁層の直径は、電力ケーブルの層(L)、例えば絶縁層の横断面から測定した場合、典型的には2mm以上、好ましくは少なくとも3mm、好ましくは少なくとも5から100mm、より好ましくは5から50mmまで、通常は5〜40mm、例えば、5〜35mmであることが好ましい。
内部及び外部半導電層が存在する場合、その厚さは、典型的には、層(L)、すなわち絶縁層の厚さより小さく、例えば、0.1mmより大きく、例えば0.3から20mmまで、例えば、0.3〜10mmであってよい。内部半導電層の厚さは、好ましくは0.3〜5.0mm、より好ましくは0.5〜3.0mm、なおより好ましくは0.8〜2.0mmである。外部半導電層の厚さは、好ましくは0.3から10mmまで、より好ましくは0.3〜5mm、なおより好ましくは0.5〜3.0mm、例えば0.8〜3.0mmである。
内部及び外部半導電層は、異なっていても又は同一であってもよく、好ましくは「さらなるポリマー」の項において論じたポリエチレンであるポリマー、及び導電性充填剤、好ましくはカーボンブラックを含む。カーボンブラックは、任意の通常のカーボンブラック、とりわけDC電力ケーブルの半導電層において使用されるカーボンブラックであってよい。好ましくは、カーボンブラックは、以下の特性の1又は2以上を有する:a)ASTM D3849−95a、分散法Dにより数平均粒子直径と定義される、少なくとも5nmの一次粒子径、b)ASTM D1510に従う、少なくとも30mg/gのヨウ素価、c)ASTM D2414に従って測定される、少なくとも30ml/100gの吸油量。カーボンブラックの非限定的な例は、例えば、アセチレンカーボンブラック、ファーネスカーボンブラック及びケッチェン(Ketjen)カーボンブラック、好ましくはファーネスカーボンブラック及びアセチレンカーボンブラックである。好ましくは、内部及び外部半導電層は、内部及び外部半導電層の重量それぞれに対して10から50重量%のカーボンブラックを含む。内部及び外部半導電層のポリマーは、所望の最終用途に応じて、架橋されていなくても、又は架橋されていてもよい。
周知のように、本発明のケーブルは、さらなる層、例えば絶縁層又は存在する場合は外部半導電層を覆う層、例えばスクリーン、ジャケット層、その他の保護層又はそれらの任意の組合せ等を任意に有することができる。
電力ケーブルは、導体上に、好ましくは(共)押出によって、ポリプロピレン(PP)を含む、好ましくはポリプロピレン(PP)からなる少なくとも1つの層(L)を設けることにより得られる。より好ましくは、電力ケーブルは、導体上に、内部半導電層、絶縁層及び外部半導電層をその順序で設けることにより得られ、少なくとも絶縁層は、ポリプロピレン(PP)を含み、より好ましくはポリプロピレン(PP)からなる。内部及び/又は外部層もまた、ポリプロピレン(PP)を含んでもよい。あるいは、そして好ましくは、内部及び/又は外部層は、ポリマー、すなわち「さらなるポリマー」の項において論じたポリエチレンを含み、より好ましくはそれからなる。
「(共)押出」という用語は、本明細書において、2つ以上の層の場合、当技術分野において周知のように、前記層を、別々の工程において押出すことができるか、又は前記層の少なくとも2つ又はすべてを、同じ押出工程において共押出することができることを意味する。「(共)押出」という用語は、本明細書において、層のすべて又は一部が、1又は2以上の押出ヘッドを使用して同時に形成されることも意味する。
周知のように、ポリマーの溶融混合物を適用して層を形成する。溶融混合は、得られた混合物の少なくとも主要なポリマー成分の融点より上で混合することを意味し、例えば、ポリマー成分の融点又は軟化点より少なくとも10から15℃高い温度で行うが、これに限定されるものではない。混合工程は、ケーブル押出機において行うことができる。溶融混合工程は、接続されて配置され、ケーブル製造ラインのケーブル押出機より前にある別のミキサー、例えばニーダーにおける、別の混合工程を含んでもよい。前にある別のミキサーでの混合は、成分を外部加熱(外部熱源による加熱)しながら又はせずに、混合することにより行うことができる。
層(L)は、架橋されていても、又は架橋されていなくてもよい。層(L)は架橋されていないことが好ましい。
固体触媒系(SCS)
上記で指摘したように、電力ケーブルに使用されるポリプロピレン(PP)は、特定の固体触媒系(SCS)の使用により得ることができ、好ましくは得られる。したがって、以下に、固体触媒系(SCS)、その製造、並びにポリプロピレン(PP)の重合方法をより詳細に記載する。
使用される固体触媒系(SCS)は、好ましくは、以下の特性の1又は2以上を有する:
(a)ASTM 4641に従って測定される、1.40ml/g未満の細孔容積、
及び/又は
(b)ASTM D3663に従って測定される、30m/g未満の表面積、
及び/又は
(c)20から200μmの範囲内の平均粒子径d50。
より好ましくは、固体触媒系(SCS)は、好ましくは上記の特性(a)から(c)のすべてを有する。
使用される触媒系(SCS)の注目すべき特徴は、それが固体形態であるということである。言い換えると、本発明における重合では、不均一な触媒作用が適用され、すなわち、触媒系(SCS)の凝集状態(固体状態)は、反応物、すなわち、プロピレン及び任意に使用される他のα−オレフィンの凝集状態とは異なる。公知の固体触媒系とは異なり、本発明において使用される固体触媒系(SCS)は、いわゆる自己担持触媒系であり、又は、言い換えると、使用される固体触媒系(SCS)は、外部支持体材料を含まない。上記の通り、そのような「外部支持体材料」の目的は、活性触媒種を、固体支持体材料上に、及び前記固体支持体材料の任意の細孔中に、それぞれ付着させることである。さらに、本発明の外部支持体材料は、重合プロセスにおいて一般に使用される媒体における、また、例えばペンタン、ヘプタン及びトルエンといった一般的な溶媒における、触媒系の溶解性を減少させるために使用される任意の材料である。典型的な不活性外部支持体材料は、例えばシリカ、MgCl又は多孔質ポリマー材料といった有機又は無機の支持体材料である。これらの不活性外部支持体材料は一般に、少なくとも50重量%、より好ましくは少なくとも70重量%の量で使用される。
本発明において使用される触媒は、上記で規定した外部支持体材料を含有しない。しかしながら、本発明によれば、固体触媒系(SCS)は、固体触媒系(SCS)の包摂物(IC)としてボイドを形成するために使用される、触媒として不活性な固体物質を含んでもよい。包摂物の前記ボイドのための、そのような触媒として不活性な固体物質の量は、固体触媒系(SCS)に対して40重量%以下である。包摂物(IC)の前記ボイドのためのこの材料は、支持体材料としての役割は果たさず、すなわち、固体触媒系を獲得するためには使用されない。包摂物(IC)の前記ボイドのためのこの触媒として不活性な固体物質は、固体触媒系(SCS)中に分散相として存在する。したがって、包摂物(IC)の前記ボイドのための、触媒として不活性な固体物質は、固体触媒系(SCS)の製造中に分散される。包摂物(IC)の前記ボイドのためのこの触媒として不活性な固体物質は、下記により詳細に開示する通り、ナノサイズである。
典型的には、固体触媒系(SCS)は、分析吸着質としてNガスを用いる一般に知られているBET法(ASTM D3663)に従って測定される、30m/g未満、例えば、20m/g未満の表面積を有する。実施形態のいくつかにおいて、表面積は、より好ましくは15m/g未満であり、いっそうより好ましくは10m/g未満である。実施形態のいくつかにおいて、固体触媒系(SCS)は、本発明において使用される方法の検出下限である5m/g以下の表面積を示す。
固体触媒系(SCS)は、代替として、又は加えて、ASTM 4641に従って測定される細孔容積により規定することができる。よって、固体触媒系(SCS)は、1.0ml/g未満の細孔容積を有することが好ましい。実施形態のいくつかにおいて、細孔容積は、より好ましくは0.5ml/g未満、なおより好ましくは0.3ml/g未満、さらには0.2ml/g未満である。別の好ましい実施形態において、細孔容積は、ASTM 4641に従って決定する場合、検出不可能である。
さらに、固体触媒系(SCS)は、典型的には、500μm以下、すなわち好ましくは2から500μmの範囲内、より好ましくは5〜200μmの平均粒子径(d50)を有する。平均粒子径(d50)は100μm未満、なおより好ましくは80μm未満であることが特に好ましい。平均粒子径(d50)の好ましい範囲は、5〜80μmであり、実施形態のいくつかにおいては、10〜60μmである。
さらなる実施形態において、固体触媒系(SCS)は狭い粒子径分布を有する。SPAN値は、粒子径分布の幅の広さの指標である。したがって、固体触媒系(SCS)は、2.0未満、すなわち0.5から2.0未満の範囲内、例えば0.7〜1.5のSPAN値を有することが好ましい。
さらに、上述したように、固体触媒系(SCS)は、包摂物(IC)を任意に含む。本発明の包摂物(IC)は触媒活性がなく、中空ボイドの形態、液体充填中空ボイドの形態、液体を部分的に充填した中空ボイドの形態、固体物質の形態又は固体物質を部分的に充填した中空ボイドの形態で存在していてもよい。特に、包摂物(IC)は、触媒として不活性な固体物質により形成されるボイドであり、言い換えると、包摂物(IC)は触媒として不活性な固体物質である。
本発明の固体触媒系(SCS)の包摂物(IC)としてボイドを形成するための触媒として不活性な固体物質は、本明細書において短く「ボイドのための触媒として不活性な固体物質」とも称される。
したがって、包摂物(IC)が存在する場合、固体触媒系(SCS)は、好ましくは、ボイドのための触媒として不活性な固体物質を含み、任意に、500m/g未満の比表面積、及び/又は200nm未満の平均粒子径(d50)を有する。
「触媒活性がない」又は「触媒として不活性な」という表現は、包摂物(IC)としてのボイドのための固体物質が、活性触媒成分と化学的に反応せず、ポリプロピレン(PP)の重合プロセス中に化学的に反応しないことを意味する。ボイドのための触媒として不活性な固体物質は、よって、重合プロセスにおいて触媒活性を有する、例えば周期表(IUPAC)の第3〜10族の遷移金属化合物といった成分及び化合物を含まず、すなわち、それからなるものではない。
ボイドのためのそのような触媒として不活性な固体物質は、固体触媒系(SCS)中に好ましくは(均一に)分散している。したがって、固体触媒系(SCS)は、ボイドのための触媒として不活性な固体物質が分散しているマトリックスとみなすことができ、すなわち、固体触媒系(SCS)のマトリックス相中に分散相を形成する。その場合、マトリックスは、本明細書において規定する触媒活性成分により、特に周期表(IUPAC)の第3〜10族の遷移金属化合物(及び場合により周期表(IUPAC)の第1〜3族の金属化合物)により構成される。当然ながら、本発明において規定する他の触媒化合物もすべて、ボイドのための触媒として不活性な固体物質が分散する固体触媒系(SCS)のマトリックスをさらに構成することができる。
上記の通り、ボイドのための触媒として不活性な固体物質は通常、固体触媒系(SCS)の全質量の小部分のみを構成する。したがって、固体触媒系(SCS)は、30重量%まで、より好ましくは20重量%までのボイドのための触媒として不活性な固体物質を含む。固体触媒系(SCS)は、1から30重量%の範囲内、より好ましくは1から20重量%の範囲内、いっそうより好ましくは1から10重量%の範囲内のボイドのための触媒として不活性な固体物質を、固体触媒系(SCS)中に含むことが特に好ましい。
ボイドのための触媒として不活性な固体物質は、球状並びに細長い形状及び不規則な形状を含む任意の所望の形状であってよい。本発明のボイドのための触媒として不活性な固体物質は、板状の形状を有してもよく、又は長くて細い、例えば繊維の形状であってもよい。
ボイドのための触媒として不活性な固体物質は、好ましくは、無機物質並びに有機、特に有機ポリマー物質であり、適切な例は、例えばシリカ、モンモリロナイト、カーボンブラック、グラファイト、ゼオライト、アルミナ等のナノ物質、並びにガラスナノビーズを含む他の無機粒子又はそれらの任意の組合せである。適切な有機粒子、特にポリマー有機粒子は、ポリスチレン等のポリマー又は他のポリマー物質でできたナノビーズである。
したがって、ボイドのための触媒として不活性な固体物質は、SiO、ポリマー物質及び/又はAlからなるナノスケールの球状粒子から選択されることが特に好ましい。
固体触媒系(SCS)の包摂物(IC)としてのボイドのための触媒として不活性な固体物質を論じる場合、ナノスケールとは、ボイドのための触媒として不活性な固体物質が、200nm以下、より好ましくは150nm以下、なおより好ましくは100nm未満の平均粒子径(d50)を有することと理解される。したがって、ボイドのための触媒として不活性な固体物質は、10〜200nm、より好ましくは10〜100nm、なおより好ましくは10〜90nm、いっそうより好ましくは10〜80nmの平均粒子径(d50)を有することが好ましい。
好ましくは、ボイドのための触媒として不活性な固体物質は、500m/g未満、より好ましくは450m/g未満、いっそうより好ましくは300m/g未満、さらには100m/g未満の表面積を有する。
包摂物(IC)を含む固体触媒系(SCS)について、WO2007/077027及びEP2065405がそれぞれ参照される。
本発明のケーブル、好ましくは直流(DC)ケーブルの好ましい実施形態の1つにおいて、触媒として不活性な固体物質を含む、好ましくは前記物質からなる、そのような包摂物(IC)、好ましくはボイドにより形成される包摂物(IC)の、ポリプロピレン(PP)中の分布は、ポリプロピレン(PP)の電気的特性に寄与することが望ましく、そのため、触媒系(SCS)は好ましくは前記包摂物(IC)を含有する。
固体触媒系の一部である触媒は、チーグラー−ナッタ触媒又はシングルサイト触媒のいずれかであってよい。
固体触媒系(SCS)、すなわち固体チーグラー−ナッタ触媒系又は固体シングルサイト触媒系は、好ましくは、
(a)周期表(IUPAC)の第3〜10族の1つの遷移金属、好ましくは周期表(IUPAC)の第4〜10族の1つの遷移金属の有機金属化合物を含む溶液(S)を提供する工程、
(b)エマルジョン系(E)の連続相中に分散する液滴として前記溶液(S)を含む、液/液エマルジョン系(E)を形成する工程、
(c)前記分散相(液滴)を凝固させて、固体触媒系(SCS)を形成する工程
により得られる。
上記方法の工程(a)から(c)並びに本発明の触媒系(SCS)の固体チーグラー−ナッタ触媒系及び固体シングルサイト触媒系の実施形態の成分を、下記により詳細に記載する。
固体チーグラー−ナッタ触媒系
チーグラー−ナッタ触媒系である固体触媒系(SCS)(以下、「固体ZN系」)は、上記又は下記で規定する固体触媒系(SCS)の製造方法であって、
(a)周期表(IUPAC)の第1〜3族のうちの1つから選択される金属及び電子供与体(E)の錯体(C)の溶液であって、上記錯体(C)が、上記金属の化合物(CM)を上記電子供与体(E)又はその前駆体(EP)と有機溶媒中で反応させることによって得られる、錯体(C)の溶液を調製し、また遷移金属化合物(CT)の液体又は溶液を調製し、
(b)錯体(C)の前記溶液を、遷移金属化合物(CT)の前記液体又は溶液と混合して、それにより連続相と、液滴の形態であり、錯体(C)及び遷移金属化合物(CT)を含む分散相とのエマルジョンを得、
(d)分散相の液滴を凝固させて、それにより固体触媒系(SCS)を得る、
上記方法により好ましくは得ることができ、すなわち得られる。
固体ZN系の製造方法の工程(a)は、好ましくは、
(i)周期表(IUPAC)の第1〜3族のうちの1つから選択される金属及び電子供与体(E)の錯体(C)の溶液であって、上記錯体(C)が、上記金属の化合物(CM)を上記電子供与体(E)又はその前駆体(EP)と反応させることによって得られる、錯体(C)の溶液、
及び
(ii)周期表(IUPAC)の第4〜10族化合物(CT)の1つの液体遷移金属又は遷移金属化合物(CT)の溶液
を提供する工程を有する。
したがって、固体ZN系の製造の重要な側面の1つは、担持触媒系とは異なり、錯体(C)も遷移金属化合物(CT)も、固体ZN系製造中に固体形態で存在しないことである。
ボイドのための触媒として不活性な固体物質は、存在する場合、工程(a)において成分(i)又は(ii)のいずれかの製造中、又は工程(b)において成分(i)及び(ii)を接触させて液/液エマルジョン系(E)(=分散相系)を形成した後に、しかし分散相を凝固させる工程(c)の前に、系に添加することができる。
周期表(IUPAC)の第1〜3族の1つから選択される金属と電子供与体(E)との錯体(C)の溶液は、有機溶媒中で前記金属の化合物(CM)を前記電子供与体(E)又はその前駆体(EP)と反応させることにより得られる。
錯体(C)の製造に使用される金属化合物(CM)は、周期表(IUPAC)の第1〜3族の1つから選択される任意の金属化合物(CM)であってよい。しかしながら、錯体(C)は第2族金属の錯体であることが好ましく、マグネシウム錯体であることがさらにより好ましい。したがって、前記錯体(C)の製造において使用される金属化合物(CM)は、例えばマグネシウム化合物といった第2族金属の化合物であることが好ましい。
よって、まず、好ましくはアルコキシ部分を含有する、周期表(IUPAC)の第1〜3族の1つから、好ましくは例えばマグネシウム化合物といった第2族金属の化合物から選択される金属化合物(CM)を製造する。より好ましくは、製造する金属化合物(CM)は、例えばマグネシウムジアルコキシドといった第2族金属ジアルコキシド、例えばマグネシウムジハライドといった第2族金属ジハライドとアルコールとを含有する錯体、及び例えばマグネシウムジハライドといった第2族金属ジハライドと、例えばマグネシウムジアルコキシドといった第2族金属ジアルコキシドとを含有する錯体からなる群より選択される。
よって、周期表(IUPAC)の第1〜3族の1つから、好ましくはマグネシウム化合物のような第2族金属の化合物から選択される金属化合物(CM)は、通常、チタンを含まない。
最も好ましくは、マグネシウム化合物は、アルキルマグネシウム化合物及び/又はマグネシウムジハライドをアルコールと反応させることにより提供される。そのために、ジアルキルマグネシウムRMg、アルキルマグネシウムアルコキシドRMgOR(式中、各Rは同一の又は異なるC〜C20アルキルである)、及びマグネシウムジハライドMgX(式中、Xはハロゲンである)からなる群より選択される、少なくとも1種のマグネシウム化合物前駆体を、R'がC20ヒドロカルビル基であり、mが、2、3、4、5及び6から選択される整数である一価アルコールR'OH及び多価アルコールR'(OH)からなる群より選択される少なくとも1種のアルコールと反応させて、前記マグネシウム化合物(CM)を得る。実施形態の1つによれば、アルコールは、ヒドロキシ基とは異なる追加の酸素含有部分、例えばエーテル基を含んでもよい。R'は、式R'OH及びR'(OH)において同じであるか、又は異なる。ジアルキルマグネシウムのRは、好ましくは同一の又は異なるC〜C12アルキルである。典型的なマグネシウムアルキルは、エチルブチルマグネシウム、ジブチルマグネシウム、ジプロピルマグネシウム、プロピルブチルマグネシウム、ジペンチルマグネシウム、ブチルペンチルマグネシウム、ブチルオクチルマグネシウム及びジオクチルマグネシウムである。典型的なアルキル−アルコキシマグネシウム化合物は、エチルマグネシウムブトキシド、マグネシウムジブトキシド、ブチルマグネシウムペントキシド、マグネシウムジペントキシド、オクチルマグネシウムブトキシド及びオクチルマグネシウムオクトキシドである。最も好ましくは、RMgの一方のRはブチル基であり、他方のRはオクチル基であり、すなわち、ジアルキルマグネシウム化合物はブチルオクチルマグネシウムである。
前の段落で述べたマグネシウム化合物前駆体との反応において使用されるアルコールは、一価アルコール、典型的にはC〜C20一価アルコール、多価(二価及びそれ以上のアルコールを含む定義による)アルコール(一価アルコール及び多価アルコールのそれぞれは、ヒドロキシ基とは異なるさらなる酸素含有部分、例えば、グリコールモノエーテルといったエーテル基等を任意に含有することができる)又は少なくとも1種の一価アルコールと少なくとも1種の多価アルコールとの混合物である。マグネシウム高含有錯体は、一価アルコールの一部を多価アルコールと置き換えることにより得ることができる。実施形態の1つにおいて、1種の一価アルコールのみを使用することが好ましい。
典型的な一価アルコールは、式R'OH(式中R'は、C〜C16アルキル基であり、最も好ましくはC〜C12アルキル基である。)の一価アルコールであり、例えば2−エチル−1−ヘキサノールである。
典型的な多価アルコールは、エチレングリコール、プロペングリコール、トリメチレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,4−ブチレングリコール、2,3−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、ピナコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセロール、トリメチロールプロパン及びペンタエリトリトールである。最も好ましくは、多価アルコールは、エチレングリコール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール及びグリセロールからなる群より選択される。
周期表(IUPAC)の第1〜3族の1つ、好ましくは、第2族の金属化合物(CM)から選択される金属化合物(CM)、さらにより好ましくはマグネシウム化合物を得るために使用される反応条件は、使用される反応物及び試薬によって変わり得る。しかしながら、本発明の実施形態の1つによれば、前記マグネシウム化合物前駆体を、前記少なくとも1種のアルコールと、30〜80℃の温度で10〜90分間、好ましくは約30分間、反応させる。
周期表(IUPAC)の第1〜3族の1つ、好ましくは第2族金属の化合物から選択される金属化合物(CM)、さらにより好ましくはマグネシウム化合物を得た後、前記化合物(CM)を、先行技術において公知である電子供与体(E)又は電子供与体前駆体(EP)とさらに反応させる。電子供与体(E)は、好ましくは、カルボン酸若しくはジカルボン酸のモノ若しくはジエステル、又はエーテル化合物である。前記カルボン酸エステル又はジエステル、例えば、芳香族又は脂肪族の、飽和又は不飽和のカルボン酸又はジカルボン酸のモノ又はジエステルは、カルボン酸ハライド又はジカルボン酸ハライド、すなわち、好ましい電子供与体前駆体(EP)と、ヒドロキシル基とは異なるさらなる酸素含有部分、例えば、エーテル基を任意に含有するC〜C16アルカノール及び/又はジオールとの反応によりin situで生成させることができる。好ましくは、前記金属化合物(CM)を、電子供与体前駆体(EP)、すなわち、好ましくは式(I)のジカルボン酸ジハライド
Figure 2014531108
(式中
各R’’は、同一の又は異なるC〜C20ヒドロカルビル基であるか、又は両方のR’’は、式(I)に見られる2個の不飽和炭素と一緒にC〜C20飽和又は不飽和脂肪族又は芳香族環を形成し、
X’はハロゲンである)
と反応させて、錯体(C)を得る。
非芳香族のジカルボン酸ジハライドの中では、マレイン酸ジハライド、フマル酸ジハライド及びそれらのR’’置換誘導体、例えば、それぞれシトラコン酸ジハライド及びメサコン酸ジハライド等からなる群が最も重要である。
環状脂肪族又は芳香族ジカルボン酸ジハライドの中では、フタル酸ジハライド(1,2−ベンゼンジカルボン酸ジハライド)、その水素化物1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジハライド、及びそれらの誘導体からなる群が最も重要である。一般に使用されるジカルボン酸ジハライドは二塩化フタロイルである。
好ましくは、マグネシウム化合物を、ジカルボン酸ハライドと、1:1及び1:0.1、好ましくは1:0.6と1:0.25の間のMg全添加/ジカルボン酸ハライドのモル比で反応させる。
好ましくは、周期表(IUPAC)の第1〜3族の1つ、より好ましくは第2族金属の化合物から選択される金属化合物(CM)、さらにより好ましくは、マグネシウム化合物を、電子供与体(E)又は電子供与体前駆体(EP)、すなわちジカルボン酸ジハライドと、以下のうちの少なくとも1つの条件下で反応させる:
− 室温下で前記ジカルボン酸ジハライドを添加すること、及び
− 得られる反応混合物を、20〜80℃、好ましくは50〜70℃の温度に加熱すること
− 前記温度を10〜90分間、好ましくは25〜35分間保つこと。
錯体(C)の製造に使用される有機溶媒は、錯体(C)が周囲温度で、すなわち80℃まで(20〜80℃)の温度で溶解することが確実である限り、任意の有機溶媒であってよい。したがって、有機溶媒は、C〜C10炭化水素、より好ましくは例えばトルエンといったC〜C10芳香族炭化水素を含み、好ましくはそれからなることが好ましい。
適切な遷移金属化合物(CT)は、特に、周期表(IUPAC)の第4〜6族、特に第4又は5族の遷移金属の遷移金属化合物(CT)である。適切な例は、Ti及びVを含み、例えばTiClといったTiの化合物が特に好ましい。
上記の化合物に加えて、触媒成分は、例えば、還元剤、例えば、アルキル及び/又はアルコキシ残基、及び任意にハロゲン残基を含む第13族の化合物、好ましくはAl化合物等を含むことができる。これらの化合物は、最終的な回収前の任意の工程で触媒製造に添加することができる。
固体ZN系の製造方法の工程(a)において(i)錯体(C)の溶液及び(ii)遷移金属化合物(CT)の液体又は遷移金属化合物(CT)の溶液を調製した後、工程(a)の前記(i)及び(ii)を、工程(b)において接触させて、液/液エマルジョン系(E)を形成させる。
固体ZN系の製造方法の工程(b)において、錯体(C)の溶液(i)を、遷移金属化合物(CT)の液体又は溶液と接触させる。錯体(C)の溶液(i)の、液体/溶液遷移金属化合物(CT)(ii)との接触により、エマルジョンが形成する。2相、すなわちエマルジョンの生成は、低温、詳細には10℃を超えるが60℃未満、好ましくは20℃を超えるが50℃未満で接触を行うことにより促進される。エマルジョンは、連続相及び液滴の形態の分散相を含む。分散相中に、錯体(C)並びに遷移金属化合物(CT)が存在する。
追加の触媒成分、例えばアルミニウムアルキル、アルミニウムアルキルハライド又はアルミニウムアルコキシ又はアルミニウムアルコキシアルキル若しくはハライド等のアルミニウム化合物又は還元剤として作用する他の化合物は、固体触媒系(SCS)の製造方法の凝固工程(c)の前の任意の工程で、エマルジョンに添加することができる。さらに、製造中、エマルジョン形成を増強する任意の試薬を添加することができる。例として、乳化剤又はエマルジョン安定剤、例えば、アクリル又はメタクリルポリマー溶液等の界面活性剤及び極性基を持たないαーオレフィンポリマー、炭素原子6から20個のαオレフィンのポリマー等の不安定性抑制剤(turbulence minimizing agents)を挙げることができる。
得られるエマルジョンを混合するために適切な方法は、当業者に公知の機械的方法の使用並びに超音波を混合に使用することを含む。例えば混合時間、混合強度、混合のタイプ、ミキサー速度又は用いる超音波の波長等の混合に用いられる力、溶媒相の粘度、界面活性剤等の使用添加剤といったプロセスパラメータが、固体ZZ系粒子の径を調整するために使用される。
上記又は下記で規定する固体ZN系の製造方法の凝固工程(c)において、触媒粒子の分散している液滴の凝固は、加熱(例えば、70〜150℃、より好ましくは90〜110℃の温度で)により行う。得られる固体ZN系粒子は、次いで、通常の方法で分離し回収する。これに関して、WO03/000754、WO03/000757及びWO2007/077027並びに欧州特許出願EP2065405の開示が参照される。WO2007/077027及びEP2065405は、特に、任意の包摂物(IC)を含有する固体ZN系を得る方法に関する情報を提供する。この開示は、参照により本明細書に取り込まれる。得られる触媒粒子は、さらに、重合プロセスにおいて最終的に使用する前に、さらなる後処理工程、例えば洗浄、安定化、予備重合等に供してもよい。
周知のように、得られる固体ZN系は、ポリプロピレン(PP)重合プロセスの前又はその間に、ポリプロピレン重合プロセスにおいて使用される他の触媒種と合わせることができ、そのような触媒種としては、例えば従来の共触媒、例えば、周期表(IUPAC)の第13族の化合物ベースのもの(例えば、アルミニウムアルキル、アルミニウムハライド又はアルミニウムアルキルハライド化合物(例えば、トリエチルアルミニウム)等のアルミニウム化合物といった有機アルミニウム)を挙げることができる。
また周知のように、1又は2種以上の外部供与体をさらに使用することができ、そのような外部供与体は、典型的には、例えば、シラン又は当分野において周知の任意の他の外部供与体から選択することができる。外部供与体は当技術分野において公知であり、プロピレン重合において立体規則性制御剤として使用される。外部供与体は、好ましくは、ヒドロカルビルオキシシラン化合物及びヒドロカルビルオキシアルカン化合物から選択される。
典型的なヒドロカルビルオキシシラン化合物は、式(II)を有する
R’Si(OR’’)4〜O(II)
(式中
R’は、a−又はb−分岐C3〜C12ヒドロカルビルであり、
R’’は、C1〜C12ヒドロカルビルであり、
Oは、整数の1〜3である)。
本発明において外部電子供与体として有用なヒドロカルビルオキシシラン化合物のより詳細な例は、ジフェニルジメトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン、ジシクロペンチルジエトキシシラン、シクロペンチルメチルジメトキシシラン、シクロペンチルメチルジエトキシシラン、ジシクロヘキシルジメトキシシラン、ジシクロヘキシルジエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、シクロペンチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、シクロペンチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシランである。最も好ましくは、式(II)のアルコキシシラン化合物は、ジシクロペンチルジメトキシシラン又はシクロヘキシルメチルジメトキシシランである。
固体シングルサイト触媒系
シングルサイト触媒系である固体触媒系(SCS)(以下、「固体SSC系」)は、上記又は下記で規定する固体触媒系(SCS)の製造方法であって、上記の通り、(a)1又は2種以上の触媒成分の溶液を調製する工程;(b)溶媒中に前記溶液を分散させて、前記1又は2種以上の触媒成分が分散相の液滴中に存在する液/液エマルジョン系(E)を形成する工程;(c)外部支持体の非存在下で、分散している液滴中の触媒成分を凝固させて、固体SSC系粒子を形成する工程、及び場合により前記粒子を回収する工程を含む、上記製造方法により好ましくは得ることができ、すなわち得られる。
固体SSC系の製造方法の工程(a)は、好ましくは、
(i)式(III)の遷移金属化合物
MX(III)
(式中
「M」は、周期表(IUPAC)の第3〜10族のいずれかの遷移金属であり、
各「X」は、独立に、一価のアニオン性σ−配位子であり、
各「L」は、独立に、遷移金属(M)に配位結合している有機配位子であり、
「R」は、2個の有機配位子(L)を連結する橋かけ基であり、
「m」は、2又は3であり、
「n」は、0、1又は2であり、
「q」は、1、2又は3であり、
m+qは、遷移金属(M)の原子価と等しい。)
を、任意にそして好ましくは、
(ii)周期表(IUPAC)の第13族の元素(E)を含む共触媒(Co)、好ましくはAl化合物を含む共触媒(Co)
と接触させることを含む。
より好ましくは、本発明の触媒製造方法において製造される固体SSC系は、
(i)式(IV)の遷移金属化合物
(Cp’)MX(IV)
(式中
「M」は、ジルコニウム(Zr)又はハフニウム(Hf)であり、
各「X」は、独立に、一価のアニオン性σ−配位子であり、
各「Cp’」は、置換シクロペンタジエニル、置換インデニル、置換テトラヒドロインデニル及び置換又は未置換フルオレニルからなる群より独立に選択されるシクロペンタジエニル型の有機配位子であり、前記有機配位子は、遷移金属(M)に配位結合しており、
「R」は、前記有機配位子(Cp’)を連結する二価の橋かけ基であり、
「n」は、1又は2、好ましくは1である。)、及び
(b)任意に、周期表(IUPAC)の第13族の元素(E)を含む共触媒(Co)、好ましくはAl化合物を含む共触媒(Co)、
を含む。
好ましくは、触媒系製造に使用される遷移金属(M)は、ジルコニウム(Zr)又はハフニウム(Hf)であり、好ましくはジルコニウム(Zr)である。
「σ−配位子」という用語は、「固体シングルサイト触媒系」の項全体において、公知のように、すなわちシグマ結合を介して金属に結合する基と理解される。よって、アニオン性配位子「X」は、独立に、ハロゲンであってもよく、又はR’、OR’、SiR’、OSiR’、OSOCF、OCOR’、SR’、NR’又はPR’基(式中、R’は、独立に、水素、直鎖又は分岐鎖の環状又は非環状C〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、C〜C12シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アリールアルキル、C〜C20アルキルアリール、C〜C20アリールアルケニルからなる群より選択することができ、R’基は、第14〜16族に属する1又は2以上のヘテロ原子を任意に含有する。好ましい実施形態において、アニオン性配位子「X」は、同一であり、Cl等のハロゲン又はメチル又はベンジルのいずれかである。
好ましい一価のアニオン性配位子は、ハロゲン、特に塩素(Cl)である。
置換シクロペンタジエニル型の配位子は、ハロゲン、ヒドロカルビル(例えば、C〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、例えばC〜C20アルキル置換C〜C20シクロアルキル等のC〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、シクロアルキル残基が、C〜C20アルキル、C〜C20アリールアルキル、環部分中に1、2、3又は4個のヘテロ原子を含有するC〜C12シクロアルキルにより置換されているC〜C20シクロアルキル置換C〜C20アルキル、C〜C20ヘテロアリール、C〜C20ハロアルキル)、−SiR’’、−SR’’、−PR’’、−OR’’又は−NR’’からなる群より選択される1又は2以上の置換基を有してもよく、各R’’は、独立に、水素又はヒドロカルビル(例えば、C〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、C〜C12シクロアルキル又はC〜C20アリール)であるか、又は、例えば、−NR’’の場合、2個の置換基R’’は、それらが結合している窒素原子と一緒に、環、例えば5又は6員環を形成することができる。
さらに、式(IV)の「R」は、好ましくは1〜4原子の橋かけであり、そのような原子は、独立に、炭素(C)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)又は酸素(O)原子であり、各橋かけ原子は、独立に、例えばC〜C20ヒドロカルビル、トリ(C〜C20アルキル)シリル、トリ(C〜C20アルキル)シロキシ等の置換基を有してもよく、より好ましくは、「R」は、例えば、−SiR’’’−といった1原子橋かけであり、ここで、各R’’’は、独立に、C〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、C〜C12シクロアルキル、C〜C20アリール、アルキルアリール若しくはアリールアルキル、又はトリメチルシリル−等のトリ(C〜C20アルキル)シリル−残基であるか、又は2つのR’’’は、Si橋かけ原子を含む環系の一部であってもよい。
好ましい実施形態において、触媒系製造に使用される遷移金属化合物は式(V)を有する
Figure 2014531108
(式中
Mは、ジルコニウム(Zr)又はハフニウム(Hf)、好ましくはジルコニウム(Zr)であり、
Xは、金属「M」へのσ−結合を有する配位子、好ましくは式(I)に関して上記で定義したものであり、
好ましくは塩素(Cl)又はメチル(CH)であり、前者が特に好ましく、
は、互いに同じであるか又は異なり、好ましくは同じであり、直鎖飽和C〜C20アルキル、直鎖不飽和C〜C20アルキル、分岐鎖飽和C〜C20アルキル、分岐鎖不飽和C〜C20アルキル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリール及びC〜C20アリールアルキルからなる群より選択され、周期表(IUPAC)の第14〜16族の1又は2以上のヘテロ原子を任意に含んでもよく、
好ましくは、互いに同じであるか又は異なり、好ましくは同じであり、直鎖又は分岐鎖C〜C10ヒドロカルビルであり、より好ましくは互いに同じであるか又は異なり、好ましくは同じであり、直鎖又は分岐鎖C〜Cアルキルであり、
〜Rは、互いに同じであるか又は異なり、水素、直鎖飽和C〜C20アルキル、直鎖不飽和C〜C20アルキル、分岐鎖飽和C〜C20アルキル、分岐鎖不飽和C〜C20アルキル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリール及びC〜C20アリールアルキルからなる群より選択され、周期表(IUPAC)の第14〜16族の1又は2以上のヘテロ原子を任意に含んでもよく、
好ましくは、互いに同じであるか又は異なり、直鎖又は分岐鎖C〜C10ヒドロカルビルであり、より好ましくは、互いに同じであるか又は異なり、直鎖又は分岐鎖C〜Cアルキルであり、
及びRは、互いに同じであるか又は異なり、水素、直鎖飽和C〜C20アルキル、直鎖不飽和C〜C20アルキル、分岐鎖飽和C〜C20アルキル、分岐鎖不飽和C〜C20アルキル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリール、C〜C20アリールアルキル(周期表(IUPAC)の第14〜16族の1又は2以上のヘテロ原子を任意に含む)、SiR10 、GeR10 、OR10、SR10及びNR10 からなる群より選択され、
ここで
10は、直鎖飽和C〜C20アルキル、直鎖不飽和C〜C20アルキル、分岐鎖飽和C〜C20アルキル、分岐鎖不飽和C〜C20アルキル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリール及びC〜C20アリールアルキルからなる群より選択され、周期表(IUPAC)の第14〜16族の1又は2以上のヘテロ原子を任意に含んでもよく、
かつ/又は
及びRは、それらが結合しているインデニル炭素と一緒にC〜C20炭素環系、好ましくはC環の一部であってもよく、上記の環系は、任意に、1個の炭素原子が窒素、硫黄又は酸素原子により置換されていてもよく、
は、互いに同じであるか又は異なり、水素、直鎖飽和C〜C20アルキル、直鎖不飽和C〜C20アルキル、分岐鎖飽和C〜C20アルキル、分岐鎖不飽和C〜C20アルキル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリール、C〜C20アリールアルキル、OR10及びSR10からなる群より選択され、
好ましくは、Rは、互いに同じであるか又は異なり、H又はCHであり、
ここで
10は前述の定義の通りであり、
Lは、2つのインデニル配位子を橋かけする二価基であり、好ましくはC11 単位又はSiR11 又はGeR11 であり、ここで、
11は、H、直鎖飽和C〜C20アルキル、直鎖不飽和C〜C20アルキル、分岐鎖飽和C〜C20アルキル、分岐鎖不飽和C〜C20アルキル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリール又はC〜C20アリールアルキルからなる群より選択され、周期表(IUPAC)の第14〜16族の1又は2以上のヘテロ原子を任意に含んでもよく、
好ましくは、Si(CH、SiCH11又はSiPhであり、
ここで、C11はシクロヘキシルである)。
好ましくは、式(V)の遷移金属化合物は、C対称性又は擬C対称性である。対称の定義に関しては、Resconiら、Chemical Reviews、2000、Vol.100、No.4 1263及び本明細書で引用されている参考文献が参照される。
好ましくは、残基Rは、互いに同じであるか又は異なり、より好ましくは同じであり、直鎖飽和C〜C10アルキル、直鎖不飽和C〜C10アルキル、分岐鎖飽和C〜C10アルキル、分岐鎖不飽和C〜C10アルキル及びC〜C12アリールアルキルからなる群より選択される。さらにより好ましくは、残基Rは、互いに同じであるか又は異なり、より好ましくは同じであり、直鎖飽和C〜Cアルキル、直鎖不飽和C〜Cアルキル、分岐鎖飽和C〜Cアルキル、分岐鎖不飽和C〜Cアルキル及びC〜C10アリールアルキルからなる群より選択される。いっそうより好ましくは、残基Rは、互いに同じであるか又は異なり、より好ましくは同じであり、例えばメチル又はエチル等の直鎖又は分岐鎖C〜Cヒドロカルビルからなる群より選択される。
好ましくは、残基R〜Rは、互いに同じであるか又は異なり、直鎖飽和C〜Cアルキル又は分岐鎖飽和C〜Cアルキルである。さらにより好ましくは、残基R〜Rは、互いに同じであるか又は異なり、より好ましくは同じであり、メチル、エチル、イソプロピル及びtert−ブチルからなる群より選択される。
好ましくは、R及びRは、互いに同じであるか又は異なり、水素及びメチルから選択されるか、又はR及びRは、それらが結合している2個のインデニル環炭素を含む5−メチレン環の一部である。別の好ましい実施形態において、Rは、OCH及びOCから選択され、Rはtert−ブチルである。
有用な遷移金属化合物の例は、rac−メチル(シクロヘキシル)シランジイル ビス(2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)インデニル)ジルコニウムジクロリド;rac−ジメチルシランジイル ビス(2−メチル−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−s−インダセン−1−イル)ジルコニウムジクロリド及びrac−ジメチルシランジイル ビス(2−メチル−4−フェニル−5−メトキシ−6−tert−ブチルインデニル)ジルコニウムジクロリドである。
上記又は下記で規定する固体SSC系の好ましい製造方法において、(i)遷移金属化合物を、(ii)周期表(IUPAC)の第13族の元素(E)を含む共触媒(Co)、例えば、Al化合物を含む共触媒(Co)と接触させる。
そのような共触媒(Co)の例は、アルミノキサン化合物等の有機アルミニウム化合物である。
そのようなAl化合物、好ましくはアルミノキサンは、共触媒(Co)中の唯一の化合物として、又は他の共触媒化合物と一緒に使用することができる。よって、Al化合物、すなわちアルミノキサンの他に又はこれに加えて、カチオン錯体を形成する他の共触媒化合物、例えばホウ素化合物等を使用することができる。前記共触媒は市販されているか、又は従来技術文献に従って調製することができる。しかしながら、好ましくは、固体SSC触媒系の製造方法において、共触媒(Co)としてAl化合物のみが用いられる。
特に好ましい共触媒(Co)はアルミノキサンであり、特にC1〜C10アルキルアルミノキサン、とりわけメチルアルミノキサン(MAO)である。
「1又は2種以上の触媒成分の溶液を調製する」という用語は、触媒形成化合物を、非混和性溶媒に分散させる1つの溶液中で合わせてもよく、あるいは、触媒形成化合物の各々に対して少なくとも2つの別個の触媒溶液を調製し、次いで、それらを、工程(b)において、前記溶媒中に連続的に分散させてもよいことを意味する。
触媒を形成するための好ましい方法において、前記触媒の各部分に対して少なくとも2つの別個の溶液を調製して、次いで、それらを、工程(b)において、非混和性溶媒中に連続的に分散させてもよい。
溶媒を用いて、触媒成分の溶液を形成してもよい。前記溶媒は、前記触媒成分を溶解するように選択される。溶媒は、好ましくは、当分野において使用される有機溶媒であってよく、直鎖又は環状アルカンといった直鎖又は分岐鎖の脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素等の置換されていてもよい炭化水素、芳香族炭化水素及び/又はハロゲン含有炭化水素を含む。
芳香族炭化水素の例は、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、ブチルベンゼン及びキシレンである。トルエンは好ましい溶媒である。溶液は、1又は2種以上の溶媒を含んでもよい。よって、そのような溶媒を使用してエマルジョン形成を促進することができ、そのような溶媒は、通常、凝固した粒子の一部を形成せず、例えば、凝固工程の後に連続相と一緒に除去される。
溶液の形成は、0〜100℃、例えば20〜80℃の温度で行うことができる。
固体SSC系の製造方法の工程(b)は、好ましくは、遷移金属化合物及び共触媒を含む錯体の溶液を不活性溶媒と合わせて、エマルジョンを形成することを含み、前記不活性溶媒は、連続液体相を形成し、触媒成分(i)及び(ii)を含む溶液は、分散液滴の形態の分散相(不連続相)を形成する。
2相エマルジョン系を調製するための原理は、化学分野において公知である。よって、2相液体系を形成するために、触媒成分の溶液及び連続的な液体相として使用される溶媒は、少なくとも分散工程中は、本質的に非混和性でなければならない。「触媒溶液と非混和性」という用語は、溶媒(連続相)が分散相溶液と完全に非混和性であるか又は部分的に非混和性である、すなわち完全には混和性でないことを意味する。これは、公知の方法で行うことができ、例えば、前記2種の液体及び/又は分散工程/凝固工程の温度をそれに応じて選択する。
さらに好ましくは、前記溶媒は、前記化合物に対して不活性である。「前記化合物に対して不活性である」という用語は、本明細書において、連続相の溶媒が化学的に不活性である、すなわち、触媒形成成分と化学反応を起こさないことを意味する。前記連続相の溶媒は、触媒形成化合物を実質的に溶含しないことがさらに好ましい。よって、SSC系の固体粒子は、工程(a)で得られる溶液に由来し、工程(b)で連続相中に分散される化合物から、工程(c)において液滴中に形成される。
好ましい実施形態において、連続相を形成する前記溶媒は、ハロゲン化有機溶媒又はその混合物、好ましくはフッ素化有機溶媒、特に部分フッ素化、高フッ素化又は過フッ素化有機溶媒及びその官能化誘導体である。上述の溶媒の例は、アルカン、アルケン及びシクロアルカン、エーテル等の部分フッ素化、高フッ素化又は過フッ素化炭化水素であり、例えば、過フッ素化エーテル及びアミンであり、特に第三級アミン及びその官能化誘導体である。部分フッ素化、高フッ素化又は過フッ素化、特に過フッ素化炭化水素、例えば、C4〜C10等のC3〜C30のペルフルオロ炭化水素が好ましい。適切なペルフルオロアルカン及びペルフルオロシクロアルカンの具体的な例は、ペルフルオロ−ヘキサン、−ヘプタン、−オクタン及び−(メチルシクロヘキサン)を含む。部分フッ素化炭化水素は、特に、部分フッ素化n−アルカンであり、例えばペルフルオロアルキル−アルカンである。「部分フッ素化」炭化水素はまた、−C−F及び−C−Hのブロックが交互に並ぶ炭化水素も含む。「高フッ素化」は、−C−H単位の大部分が−C−F単位で置き換えられていることを意味する。「過フッ素化」は、すべての−C−H単位が−C−F単位で置き換えられていることを意味する。フッ素化炭化水素については、論文、A.Enders及びG.Maas、「Chemie in unserer Zeit」、34.Jahrg.2000、Nr.6、及びPierandrea Lo Nostro、「Advances in Colloid and Interface Science」、56(1995)245〜287、Elsevier Scienceを参照されたい。
エマルジョンは、当技術分野において公知の任意の手段:例えば前記溶液を、連続相を形成する前記溶媒中に激しく撹拌し、若しくは混合ミルを用いて、若しくは超音波を用いて、混合することにより、又は、まず均一系を形成し、次いで、系の温度を変化させることによりこれを2相系に換えて液滴を形成させる、エマルジョンを調製するためのいわゆる相変化法を使用することにより、形成することができる。
2相状態は、エマルジョン形成工程中及び凝固工程中、例えば適切な撹拌により、維持される。さらに、本発明の触媒粒子の粒子径は、溶液中の液滴の径により調節することができ、粒子径分布の一様な球状粒子を得ることができる。
加えて、乳化剤/エマルジョン安定剤、例えば、界面活性剤を、エマルジョンの形成及び/又は安定性を促進するために、好ましくは当技術分野において公知の方法で使用することができる。
分散工程は、−20℃〜100℃、例えば、約−10〜70℃、例えば−5〜30℃、例えば0℃前後で行ってよい。
固体SSC系の製造方法の工程(c)は、好ましくは、工程(b)において形成される液滴を凝固させて、固体触媒粒子を形成することを含む。次いで、得られる固体粒子を液体から分離し、場合により洗浄及び/又は乾燥する。
「凝固」という用語は、本明細書において、外部多孔質粒子状担体、例えばシリカ等の非存在下において、流動性の良い固体触媒粒子を形成することについて使用される。前記工程は、様々な方法で、例えば、液滴中に存在する化合物の前記固体触媒を形成する反応生成物の形成を引き起こし又は加速することにより行うことができる。これは、使用される化合物及び/又は望ましい凝固速度に応じて、系の温度変化等の外部刺激を用いて又は用いずに行うことができる。特に好ましい実施形態において、凝固は、エマルジョン系が形成された後に、系を温度変化等の外部刺激に供することにより行う。温度差は、例えば、5〜100℃、例えば10〜100℃、又は20〜90℃、例えば50〜90℃等である。エマルジョン系を急激な温度変化に供して、分散系において急速な凝固を引き起こしてもよい。分散相は、液滴中の成分の瞬時の凝固を達成するために、例えば、瞬時の(ミリ秒から数秒以内)温度変化に供してもよい。適切な温度変化、すなわちエマルジョン系の温度の上昇又は低下は、当然、エマルジョン系、すなわち、使用される化合物及びその濃度/比、並びに使用される溶媒に依存し、それに応じて選択される。任意の技術を使用して、分散系に十分な加熱又は冷却効果をもたらして、所望の凝固を引き起こしてもよいこともまた明らかである。実施形態の1つにおいて、加熱又は冷却効果は、ある温度のエマルジョン系を、例えば上述したように、エマルジョン系の温度変化が液滴の急激な凝固を引き起こすのに十分となるような、顕著に異なる温度を有する不活性な受入媒体に導入することにより得られる。受入媒体は、気体、例えば空気、又は液体、好ましくは溶媒又は2種以上の溶媒の混合物であってよく、触媒成分は前記媒体に対し非混和性であり、前記媒体は触媒成分に対して不活性である。凝固工程は、好ましくは、約60から80℃、好ましくは約70から80℃(溶媒の沸点未満)で行われる。
回収された固体SSC系粒子は、オレフィンの重合プロセスにおける任意の洗浄工程の後に使用することができる。あるいは、分離され、場合により洗浄された固体粒子を、重合工程において使用する前に、乾燥して粒子中に存在する溶媒を除去することができる。分離及び任意の洗浄工程は、公知の方法、例えば、ろ過した後、固形物を適切な溶媒で洗浄することにより行うことができる。
SSC系の製造方法に関して、WO03/051934が参照される。固体SSC系が包摂物(IC)を含む場合、WO2007/077027が参照される。
重合プロセス:
本発明において定義するポリプロピレン(PP)を製造するための重合方法は、本明細書において定義する固体触媒系(SCS)が用いられる限り、公知のいかなる方法であってもよい。
したがって、プロピレン及び任意でエチレン及び/又は少なくとも1種のC〜C12α−オレフィンを、固体触媒系(SCS)の存在下で重合させて、本発明で規定するポリプロピレン(PP)を得る。より正確には、本発明のポリプロピレン(PP)の製造方法は、バルク相、スラリー相又は気相反応器を使用する一段階プロセスであってよい。しかしながら、ポリプロピレン(PP)は、本発明の固体触媒系(SCS)が用いられる多段階プロセスにおいて製造されることが好ましい。
したがって、第1の反応器系において、プロピレン及び任意でエチレン及び/又は少なくとも1種のC〜C12α−オレフィンを、固体触媒系(SCS)の存在下で重合させて、本発明で定義するプロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)を製造する。本発明の第1の反応器系は、スラリー相(ループ反応器)若しくは気相反応器等の1つの反応器を有しても、又は2つ若しくは3つの反応器等より多くの反応器を有してもよい。しかしながら、プロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、本発明の固体触媒系(SCS)が用いられる多段階プロセス(第1の反応器系)において製造されることが好ましい。
ポリプロピレン(PP)が本発明の異相プロピレンコポリマー(HECO)である場合、第1の反応器系のプロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)を、続いて第2の反応器系中に移して、第2の反応器系においてプロピレン及びエチレン及び/又は少なくとも1種のC〜C12α−オレフィンを重合させて、弾性プロピレンコポリマー(E)を製造し、それにより、弾性プロピレンコポリマー(E)がプロピレンホモポリマー(H−PP)中及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)中に分散している、異相プロピレンコポリマー(HECO)を得る。好ましくは、第2の反応器系は、1つ又は2つの反応器を有し、好ましくは1つの反応器を有する。第2の反応器系の反応器は気相反応器であることが特に好ましい。
したがって、プロピレンホモポリマー(H−PP)及びランダムプロピレンコポリマー(R−PP)並びに異相プロピレンコポリマー(HECO)では、多段階プロセスが好ましい。
好ましい多段階プロセスは、少なくとも1つのスラリー相及び少なくとも1つの気相反応器、好ましくは少なくとも2つの気相反応器を含むプロセスであり、例えばBorealisにより開発され、Borstar(登録商標)技術として知られているもの等である。この点で、EP0887379A1、WO92/12182、WO2004/000899、WO2004/111095、WO99/24478、WO99/24479及びWO00/68315が参照される。これらは、参照により本明細書に取り込まれる。
さらなる適切なスラリー−気相プロセス又はスラリー−気−気相は、BasellのSpheripol(登録商標)法である。
好ましくは、ポリプロピレン(PP)又は異相プロピレンコポリマー(HECO)は、Spheripol(登録商標)又はBorstar(登録商標)−PP法で製造される。
したがって、第1の工程において、プロピレンホモポリマー(H−PP)又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)は、スラリー反応器、例えばループ反応器において、プロピレンを、任意に少なくとももう1種のC〜C12α−オレフィン(コモノマー)と一緒に、固体触媒系(SCS)の存在下で重合させて、プロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)の第1の部分(A)を製造することにより製造される。次いで、この部分を、好ましくは固体触媒系(SC)と一緒に、次の気相反応器に移し、第1の工程の反応生成物の存在下においてさらなる部分(B)を生成させるために、気相反応器においてプロピレンを、任意に上記で規定したコモノマーと一緒に反応させる。この反応シーケンスは、プロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)を構成する2つの部分(部分(A)及び部分(B))の反応器ブレンドを提供する。第1の反応を気相反応器において行い、第2の重合反応をスラリー反応器、例えばループ反応器において行うことが当然ながら本発明により可能である。さらに、まず部分(A)を製造し、次いで部分(B)を製造するという順序で上記に記載した、部分(A)及び(B)を製造する順序を逆にすることもまた可能である。少なくとも2つの重合工程を含む上記で論じた方法は、容易に制御できる反応工程を提供し、所望の反応器ブレンドの製造を可能にする点で有利である。第1の反応器系が第3の反応器、すなわち第2の気相反応器を有することもまた可能である。重合工程は、得られる重合生成物の特性を適切に調整するために、例えば、モノマーの供給、コモノマーの供給、水素の供給、温度及び圧力を適切に選択することにより調整してもよい。
異相プロピレンコポリマー(HECO)を製造する場合、第1の反応器系のプロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)を、第2の反応器系、すなわちさらなる反応器、好ましくは気相反応器に移す。この反応器において、弾性プロピレンコポリマー(E)は、プロピレンを、エチレンといった少なくとももう1種のC〜C10α−オレフィン(コモノマー)と重合させることにより製造される。好ましくは、プロピレンホモポリマー(H−PP)及び/又はランダムプロピレンコポリマー(R−PP)の重合に対して使用したものと同じ固体触媒系(SCS)が使用される。
上述の好ましいスラリー−気相法又は好ましいスラリー−気−気相のプロセス条件に関し、以下の一般的な情報を提供することができる。
第1の反応器、すなわちループ反応器等のスラリー反応器の条件は、以下の通りとすることができる:
− 温度は、40℃から110℃の範囲内、好ましくは60℃と100℃の間、より好ましくは70℃と90℃の間であり、
− 圧力は、20barから80barの範囲内、好ましくは30barから60barの間であり、
− それ自体公知の方法でモル質量を調節するために水素を添加することができる。
続いて、第1の反応器の反応混合物を、第2の反応器、すなわち気相反応器に移すが、その条件は好ましくは以下の通りである:
− 温度は、50℃から130℃の範囲内、好ましくは70℃と100℃の間であり、
− 圧力は、5barから50barの範囲内、好ましくは15barから35barの間であり、
− それ自体公知の方法でモル質量を調節するために水素を添加することができる。
第3の反応器及び任意のその後の反応器、好ましくは弾性プロピレンコポリマー(E)が製造される反応器、すなわち第2又は第3の気相反応器における条件は、第2の反応器、すなわち第1の気相反応器と同様である。
滞留時間は、上記に特定した反応器領域によって様々である。実施形態において、スラリー反応、例えばループ反応器中での滞留時間は、0.5から5時間の範囲内、例えば0.5から2時間であり、一方、気相反応器中での滞留時間は、一般に1から8時間である。
上記で概説した方法により製造されるポリプロピレン(PP)の特性は、当業者に公知のプロセス条件、例えば、以下のプロセスパラメータの1又は2以上により調整及び制御してもよい:温度、水素の供給、コモノマーの供給、プロピレンの供給、触媒のタイプ及び外部供与体の量、マルチモーダルポリマーの2種以上の成分のスプリット。
実際の重合反応器に加えて、追加の予備反応器及び後反応器を使用することができる。典型的には、予備重合反応器が使用される。
上記のプロセスは、反応器で製造されるポリプロピレン(PP)を得るための非常に実用的な手段を可能にする。
本発明を実施例を用いてさらに記述する。
A.測定方法
用語及び決定方法の以下の定義は、別段の定義がない限り、以下の実施例だけでなく、上記の本発明の一般的な記載にも適用される。
NMR分光法による微細構造の定量
定量的核磁気共鳴(NMR)分光法をポリマーの立体規則性(isotacticity)、レジオ規則性及びコモノマー含量を定量するために使用した。
定量的13C{H}NMRスペクトルは、H及び13Cについてそれぞれ500.13及び125.76MHzで操作するBruker Advance III 500 NMRスペクトロメーターを使用して、溶融状態で記録した。全てのスペクトルは、全気体に窒素ガスを使用して、180℃で、13Cに最適化した7mmのマジックアングルスピニング(magic−angle spinning)(MAS)プローブヘッドを使用して記録した。約200mgの材料を7mm外径のジルコニアMASローター中に充填し、4kHzで回転させた。短い待ち時間(recycle delay)でのNOE(Pollard,M.、Klimke,K.、Graf,R.、Spiess,H.W.、Wilhelm,M.、Sperber,O.、Piel,C.、Kaminsky,W.、Macromolecules 2004、37、813及びKlimke,K.、Parkinson,M.、Piel,C.、Kaminsky,W.、Spiess,H.W.、Wilhelm,M.、Macromol.Chem.Phys.2006、207、382に記載されている)及びRS−HEPTデカップリングスキーム(Filip,X.、Tripon,C.、Filip,C.、J.Mag.Resn.2005、176、239並びにGriffin,J.M.、Tripon,C.、Samoson,A.、Filip,C.、及びBrown,S.P.、Mag.Res.in Chem.2007、45、S1、S198に記載されている)を利用して、標準的なシングルパルス励起を用いた。スペクトルあたり合計1024(1k)の過渡応答(transient)が得られた。
定量的13C{H}NMRスペクトルを処理、積分して、関連する定量的性質を積分値から決定した。全ての化学シフトは、21.85ppmのメチルアイソタクチックペンタッド(mmmm)を内部参照とした。
立体規則性分布は、13C{H}スペクトルのメチル領域の積分によって定量し、一次(1,2)挿入されたプロペンの立体シーケンスに関連しないシグナルについて補正したが、この方法はBusico,V.、Cipullo,R.、Prog.Polym.Sci.2001、26、443及びBusico,V.、Cipullo,R.、Monaco,G.、Vacatello,M.、Segre,A.L.、Macromolecules 1997、30、6251に記載されている。
レギオ欠陥に対応する特徴的なシグナルが観察された(Resconi,L.、Cavallo,L.、Fait,A.、Piemontesi,F.、Chem.Rev.2000、100、1253)。立体規則性分布の定量化に対するレギオ欠陥の影響は、代表的なレギオ欠陥の積分値を立体シーケンスの特定積分値から減算することにより補正した。
立体規則性をトライアドレベルで決定し、全てのトライアドシーケンスに対するアイソタクチックなトライアドmmの百分率としてレポートした。
%mm=(mm/(mm+mr+rr))*100
1−ヘキセンの組み込みに対応する特徴的なシグナルが観察され、1−ヘキセン含量をポリマー中の1−ヘキセンのモル百分率、H(mol%)として、以下の式に従って算出した。
[H]=Htot/(Ptot+Htot
式中、
tot=I(αB)/2+I(ααB)×2
であり、I(αB)は44.1ppmのαB部位の積分値であり、これは、PPHPPシーケンスに組み込まれた孤立1−ヘキセンを同定し、I(ααB)は41.6ppmのααB部位の積分値であり、これは、PPHHPPシーケンスに連続的に組み込まれた1−ヘキセンを同定する。
tot=メチル領域上の全CH3面積の積分値であり、この領域に帰属されない他のプロペン単位の過小評価及びこの領域で見出される他の部位に起因する過大評価に対して補正を適用している。
さらに、H(mol%)=100×[H]
次いで以下の相関を使用して重量%に変換する。
H(重量%)=(100×Hmol%×84.16)/(Hmol%×84.16+(100−Hmol%)×42.08)
統計分布は、孤立(PPHPP)及び連続(PPHHPP)組み込みコモノマーシーケンス中に存在するヘキサン含量の間の関係から示唆される。
[HH]<[H]
FTIR分光法によるコモノマー含量の定量
コモノマー含量は、当技術分野において周知の方法で、定量的13C核磁気共鳴(NMR)分光法によって較正した基本的な帰属の後に、定量的フーリエ変換赤外分光法(FTIR)により決定する。薄膜は100〜500mmの間の厚さにプレスし、スペクトルは透過モードで記録した。
具体的には、ポリプロピレン−co−エチレンコポリマーのエチレン含量は、720〜722及び730〜733cm−1で見られる定量的バンドのベースライン補正されたピーク面積を使用して決定する。定量的な結果は、フィルム厚さへの参照に基づいて得られる。
本発明のポリプロピレン中の1−ヘキセン含量は、NMR分光法により規定されるが、ポリプロピレン中の他のコモノマー、特にエチレンは、FTIR分光法により規定される。
GPR1において製造されたポリマーのコモノマー含量の計算:
Figure 2014531108
式中
w(P1)は、ループ反応器において製造されるポリマーの重量分率[重量%で表す]であり、
w(P2)は、GPR1において製造されるポリマーの重量分率[重量%で表す]であり、
C(P1)は、ループ反応器において製造されるポリマーのコモノマー含量[重量%で表す]であり、
C(P)は、GPR1中の全コモノマー含量[重量%で表す]であり、
C(P2)は、GPR1において製造されるポリマーのコモノマー含量の計算値[重量%で表す]である。
GPR2において製造されたポリマーのコモノマー含量の計算:
Figure 2014531108
式中
w(P1)は、GPR1中の全ポリマーの重量分率[重量%で表す]であり、
w(P2)は、GPR2において製造されるポリマーの重量分率[重量%で表す]であり、
C(P1)は、GPR1中の全ポリマーのコモノマー含量[重量%で表す]であり、
C(P)は、GPR2中の全コモノマー含量[重量%で表す]であり、
C(P2)は、GPR2において製造されるポリマーのコモノマー含量の計算値[重量%で表す]である。
数平均分子量(M)、重量平均分子量(M)及び分子量分布(MWD)は、以下の方法に従って、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により決定する:
重量平均分子量Mw及び分子量分布(MWD=Mw/Mn、式中、Mnは数平均分子量であり、Mwは重量平均分子量である)は、ISO16014−1:2003及びISO16014−4:2003に基づく方法により測定する。屈折率検出器及びオンライン粘度計を備えたWaters Alliance GPCV2000装置を、TosoHaasの3×TSKゲルカラム(GMHXL−HT)及び溶媒として1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB、200mg/Lの2,6−ジtertブチル−4−メチル−フェノールで安定化)を用いて、145℃、1mL/minの一定流速で使用した。分析ごとに216.5μLの試料溶液を注入した。カラムセットは、0.5kg/mol〜11500kg/molの範囲の19種の狭MWDポリスチレン(PS)標準物質及び十分に特徴付けられた広分布ポリプロピレン標準物質のセットを用いて、相対的キャリブレーションを使用して較正した。全ての試料は、10mL(160℃)の安定化したTCB(移動相と同じ)に5〜10mgのポリマーを溶解し、GPC装置へのサンプリング前に連続振とうしながら3時間維持することにより調製した。
密度
低密度ポリエチレン(LDPE):密度は、ISO1183−2に従って測定した。試料調製は、ISO1872ー2の表3Q(圧縮成形)に従って行った。
低圧ポリエチレン:ポリマーの密度は、ISO1183/1872−2Bに従って測定した。
MFR(230℃)は、ISO1133(230℃、2.16kg荷重)に従って測定する。
GPR1において製造されるポリマーのメルトフローレートMFR(230℃)の計算:
Figure 2014531108
式中
w(P1)は、ループ反応器において製造されるポリマーの重量分率[重量%で表す]であり、
w(P2)は、GPR1において製造されるポリマーの重量分率[重量%で表す]であり、
MFR(P1)は、ループ反応器において製造されるポリマーのメルトフローレートMFR(230℃)[g/10minで表す]であり、
MFR(P)は、GPR1中の総メルトフローレートMFR(230℃)[g/10minで表す]であり、
MFR(P2)は、GPR1において製造されるポリマーのメルトフローレートMFR(230℃)の計算値[g/10minで表す]である。
MFR(190℃)は、ISO1133(190℃、2.16kg荷重)に従って測定する。
低温キシレン可溶性成分(XCS、重量%):低温キシレン可溶性成分(XCS)含量は、25℃で、ISO16152(初版、2005−07−01)に従って決定する;残りの部分は、キシレン不溶性分(XIS)である。
GPR1において製造されるポリマーの低温キシレン可溶性成分(XCS)含量の計算:
Figure 2014531108
式中
w(P1)は、ループ反応器において製造されるポリマーの重量分率[重量%で表す]であり、
w(P2)は、GPR1において製造されるポリマーの重量分率[重量%で表す]であり、
XS(P1)は、ループ反応器において製造されるポリマーの低温キシレン可溶性成分(XCS)含量[重量%で表す]であり、
XS(P)は、GPR1中の全低温キシレン可溶性成分(XCS)含量[重量%で表す]であり、
XS(P2)は、GPR1において製造されるポリマーの低温キシレン可溶性成分(XCS)含量の計算値[重量%で表す]である。
GPR2において製造されるポリマーの低温キシレン可溶性成分(XCS)含量の計算:
Figure 2014531108
式中
w(P1)は、GPR1中の全ポリマーの重量分率[重量%で表す]であり、
w(P2)は、GPR2において製造されるポリマーの重量分率[重量%で表す]であり、
XS(P1)は、GPR1中の全ポリマーの低温キシレン可溶性成分(XCS)含量[重量%で表す]であり、
XS(P)は、GPR2中の総低温キシレン可溶性成分(XCS)含量[重量%で表す]であり、
XS(P2)は、GPR2において製造されるポリマーの低温キシレン可溶性成分(XCS)含量の計算値[重量%で表す]である。
固有粘度は、DIN ISO1628/1、October 1999に従って測定する(デカリン中、135℃)。
溶融温度(T)及び融解熱(H)、結晶化温度(T)及び結晶化熱(H):Mettler TA820示差走査熱量測定(DSC)により5から10mgの試料に対して測定する。DSCは、ISO3146/パート3/方法C2に従って、加熱/冷却/加熱サイクルで、10℃/minの走査速度で、+23から+210℃の温度範囲において実行する。結晶化温度及び結晶化熱(H)は、冷却工程から決定し、溶融温度及び融解熱(H)は、第2の加熱工程から決定する。
空隙率(細孔容積):Nガス、ASTM 4641、Micromeritics Tristar3000装置を用いたBET;試料調製:温度50℃、真空中で6時間。
表面積:Nガス、ASTM D3663、Micromeritics Tristar3000装置を用いたBET;試料調製:温度50℃、真空中で6時間。
ppm:重量百万分率を意味する。
触媒中のナノ粒子含量:
ICP(誘導結合プラズマ発光)分光分析法
ICP装置:Al、Si、B及びCl含量の決定のための装置は、ICP Optima 2000 DV、PSN620785(供給業者PerkinElmer Instruments、ベルギー)とその装置のソフトウェアであった。
触媒は適切な酸性溶媒に溶解させた。較正曲線ための標準物質の希釈物は、試料と同じ溶媒に溶解させ、濃度は、試料の濃度が標準較正曲線の範囲内に入るように選択する。
量は重量%で表す。
全灰分の算出:
灰分及び以下の元素、Al及びSiは、触媒の性能に基づいてプロピレンポリマーから算出する。(同様の計算が、例えば、他の原子残基にも適用される)
これらの値は、触媒系、すなわち触媒活性種、供与体及び共触媒を含む触媒成分に由来する前記残基の存在の上限を与えるであろう。触媒性能は、収量を使用された触媒量で割ったものとしてkgPP/g触媒で算出される。
よって、推定触媒残渣は、触媒系及び重合性能に基づき、ポリマー中の触媒残渣は、以下に従って推定することができる:
Al残渣(重量ppm)=(1/性能)*[Ti]/MTi*Al/Ti*MAl*1000
Si残渣(重量ppm)=(1/性能)*[Ti]/MTi*Al/Ti/(Al/Do)*MSi*1000
ナノ粒子(シリカ)(重量ppm)=(1/性能)*[シリカ触媒]/100*1000
触媒残渣(重量ppm)=(1/性能)*1000
式中:
− 性能は、kgPP/g触媒で表す。
− [Ti]は、重量%で表す、触媒中のTiの濃度である。
− MTiは、Tiのモル質量47.9g/molである。
− Al/Tiは、重合におけるAlとTiのモル比である。
− MAlは、Alのモル質量27.0g/molである。
− Al/Doは、重合におけるTEALと外部供与体のモル比である。
− MSiは、Siのモル質量28.1g/molである。
− [シリカ触媒]は、重量%で表す、触媒中のシリカの濃度である。
− 触媒残渣は、触媒それ自体に付随する成分:Mg、Cl、Tiを含む。
平均粒子径(d50)は、Coulter Counter LS200を用いて、室温で、媒体としてn−ヘプタンを用いて測定し、100nm未満の粒子径は透過型電子顕微鏡法により測定した。
粒子径(d10)はnmで示し、Coulter Counter LS200により室温で媒体としてn−ヘプタンを用いて測定する。
粒子径(d90)はnmで示し、Coulter Counter LS200により室温で媒体としてn−ヘプタンを用いて測定する。
SPANは、以下の通り規定される:
Figure 2014531108
DC導電率法
導電率は、70℃及び30kV/mmの平均電界で、ポリマー組成物からなる脱気し又は未脱気の1mmプレート試料から測定する。
プレート試料調製:
プレートは、試験ポリマー組成物のペレットから圧縮成形する。最終的なプレートは、厚さ1mm及び200×200mmである。
プレートは、130℃で12分間プレス成形し、その間、圧力を2から20MPaまで徐々に上昇させる。その後、温度を上昇させ、5分後に180℃にする。次いで温度を、180℃で15分間一定に保つ。最後に、圧力が解放された時に室温に達するまで、冷却速度15℃/minで、温度を低下させる。プレートは、揮発性物質の減量を防止するために、圧力解放後直ちに厚さむらについて調節し、その後、導電率測定のための試験セルに載せる(未脱気測定に適用される)。
プレートを脱気する場合、プレートを大気圧で、70℃で24時間、通風オーブン中に置く。その後、プレートと周囲の間の揮発性物質のさらなる交換を防止するために、プレートを再度、金属箔で包む。
測定手順:
高圧電源を、上部電極に接続して、電圧を試験試料に印加する。結果として生じる、試料を通る電流を、エレクトロメータ又はピコ・アンメータにより測定する。測定セルは、黄銅電極を用いた3電極系である。黄銅電極をオーブン中に置いて、高温での測定を促進し、試験試料を一様な温度にする。測定電極の直径は100mmである。シリコーンゴムスカートを黄銅電極端と試験試料との間に置いて、電極の円形端からのフラッシュオーバーを避ける。
印加電圧は、30kV DCであり、これは30kV/mmの平均電界を意味する。温度は70℃であった。プレートを通る電流を、24時間継続する実験全体の最初から最後まで記録した。24時間後の電流を使用して、絶縁体の導電率を算出した。測定セットアップの概略図を図1に示す。番号を付けた部分「1〜6」の説明:「1」高電圧への接続;「2」測定電極;「3」エレクトロメータ/ピコアンメータ;「4」黄銅電極;「5」試験試料;「6」Siゴム。
B.実施例
重合例
すべての原材料は水及び空気を本質的に含まず、反応器及び異なる工程へのすべての材料添加は、窒素雰囲気中で不活性条件下にて行った。プロピレン中の水分含量は5ppm未満であった。各実施例のポリマー粉末は、試験の前に押出機においてペレット化した。
実施例IE1:
バルク重合:重合は5リットル反応器中で行い、この反応器は使用する前に加熱し、真空処理し、窒素でパージした。226μlのTEAL(トリエチルアルミニウム、Chemtura製、受け取った状態で使用)、38μlの供与体D(ジシクロペンチルジメトキシシラン、Wacker製、モレキュラーシーブで乾燥させた)及び30mlのペンタン(モレキュラーシーブで乾燥させ、窒素でパージした)を混合し、5分間反応させた。混合物の半分を反応器に添加し、残り半分を、10.6mgのSirius触媒と混合した。Sirius触媒は、トリエチルアルミニウムの代わりにジエチルアルミニウムクロリドをアルミニウム化合物として使用したことを除いて、WO2004/02911の実施例8に従って調製した。Ti含量3.0重量%。約10分後、触媒/TEAL/供与体D/ペンタン混合物を反応器に添加した。Al/Tiモル比は250であり、Al/Doモル比は10であった。370mmolの水素及び1400gのプロピレンを反応器に添加した。重合中、エチレンを連続的に添加し、全体として14.4gを添加した。温度は、18分の間に室温から70℃まで上昇させた。70℃で30分後、未反応モノマーを流出させることにより、反応を停止させた。最後に、ポリマー粉末を反応器から取り出し、分析した。他のポリマー詳細は、表1〜3に記載する。
GPR1:バルク重合工程の後に未反応のプロピレンを流出させた後、気相で重合を継続した。バルク相の後、反応器を5barまで加圧し、0.053mol/molのエチレン/プロピレン混合物で3回パージした。190mmolの水素を添加し、13分間、温度を80℃まで上昇させ、圧力を前述のエチレン/プロピレン混合物で20barまで上昇させた。プロピレンの消費は目盛りから追跡し、エチレンの消費は流量調節器を介して追跡した。反応は、バルク段階において製造されるポリマー量と気相において製造されるポリマー量との間が49/51スプリット(重量で)に達するまで継続させた。他の詳細は、表1〜3に示す。
GPR2:第1の気相重合の後に未反応モノマーを流出させた後、第2の気相(ゴム段階)で重合を継続した。ゴム段階における水素量は420mmolであり、反応器への供給原料中のエチレン/プロピレンモル比は0.53であった。温度は80℃であった。反応は、エチレン及びプロピレンの消費に基づいて、ゴム段階において全ポリマーの22重量%が生成されるまで継続させた。他の詳細は表1〜3に示す。
実施例IE2:
バルク重合:触媒のTi含量が3.1重量%であったことを除いて、IE1の通りの触媒を使用して、IE1のバルク重合の通り行った。水素量は420mmolであった。他の詳細は表1〜3に示す。
GPR1:IE1のGPR1の通り行った。他の詳細は表1〜3に示す。
GPR2:IE1のGPR2の通り行った。他の詳細は表1〜3に示す。
実施例IE3:
バルク重合:触媒が少量のナノサイズのシリカ粒子を含有することを除いて、IE1のバルク重合の通り行った。この触媒は、特許WO2009/068576A1の実施例4に従ってベンチスケールで調製し、Ti含量は3.9重量%であり、8.9重量%のナノ粒子を含有していた。シリカ粒子の平均粒子径は80nmであり、Nanostructure&Amorphus Inc(nanoAmor)により製造されたものであった。バルク工程における水素量は400mmolであった。他の詳細は表1〜3に示す。
GPR1:IE1のGPR1の通り行った。GPR1中の水素量は250mmolであった。他の詳細は表1〜3に示す。
GPR2:IE1のGPR2の通り行った。GPR2中の水素量は500mmolであった。他の詳細は表1〜3に示す。
実施例IE4:
50dmの容積の撹拌槽型反応器を、液体充填として温度35℃、設定圧力55barで動作させた。反応器中にプロピレンを、反応器中の平均滞留時間が0.33時間となるように、0.97g/hの水素と一緒に供給し、WO2010/052263の実施例10において記載されている通りに、2.12g/hのメタロセン触媒系(SSC系)、すなわちrac−エチル(シクロヘキシル)シランジイルビス(2−メチル−4(4−tertブチルフェニル)インデニル)ZrClを製造した。
この予備重合反応器のスラリーを、145kg/hのプロピレン及び5.7kg/hのヘキセンと一緒に、150dmの容積のループ反応器に誘導した。ループ反応器は、温度65℃及び圧力52barで動作させた。滞留時間は0.38hであった。
ループ反応器のポリマースラリーを、温度85℃及び圧力3000kPaで動作させる気相反応器中に直接誘導した。反応器中に、さらなるプロピレン(65kg/h)、ヘキセン(0kg/h)を供給し、水素/プロピレン比は0.25mol/kmolであった。全体の生産性は17.7kg/gであった。他の詳細は表1〜3に示す。
比較例CE2:
バルク重合:触媒が従来の第4世代ZN PP触媒であったことを除いて、IE1のバルク重合の通り行い、この触媒は、以下の通り調製されたエステル交換されたMgCl担持型ZN PPであった:まず、0.1molのMgClx3EtOHを、不活性条件下、大気圧にて反応器中で250mlのデカンに懸濁した。溶液を−15℃の温度まで冷却し、温度を前記レベルに維持しながら、300mlの冷TiClを添加した。次いで、スラリーの温度をゆっくりと20℃まで上昇させた。この温度で、0.02molのジオクチルフタレート(DOP)をスラリーに添加した。フタレートの添加後、温度を90分の間に135℃まで上げ、スラリーを60分間静置した。次いで、さらに300mlのTiClを添加し、温度を120分間135℃に保った。この後、触媒を液体からろ過し、80℃にて300mlのヘプタンで6回洗浄した。次いで、固体触媒成分をろ過し、乾燥した。(触媒及びその製造概念は、例えば、特許公報EP491566、EP591224及びEP586390に概説されている。)Ti含量は1.8重量%Tiであり、Al/Tiモル比は500であり、Al/Doモル比は20であった。水素量は550mmolであった。他の詳細は表1〜3に示す。
GPR1:IE1のGPR1の通り行った。GPR1中の水素量は300mmolであり、反応器への供給原料中のエチレン/プロピレン比は0.058mol/molであった。他の詳細は表1〜3に示す。
GPR2:IE1のGPR2の通り行った。ゴム段階における水素量は500mmolであった。他の詳細は表1〜3に示す。
比較例CE1:は、Borealis AG製の市販の非常に高純度な誘電体用「Borclean HB311BF」プロピレンホモポリマーグレードであり、2.2g/10minのMFR(230℃)、161から165℃のT(DSC、ISO3146)、10〜20ppmの非常に低い灰分含量(ISO3451−1により測定)を有し、TiCl系チーグラー−ナッタ触媒により製造されたものである。触媒残渣を減少させるために、市販品を重合後にさらに精製した。
Figure 2014531108
Figure 2014531108
* 各反応器において製造されたポリマーについての計算値
RAHECO マトリックスとしてのランダムエチレン−プロピレンコポリマー及びエチレン−プロピレンゴムを含有する異相プロピレンコポリマー
R−PP ランダムヘキセン−プロピレンコポリマー
n.m 測定せず
Figure 2014531108
EC 導電率
灰分 触媒残渣+共触媒/kgポリマーから算出された灰分
* ISO3451−1に従う
n.m 測定せず

Claims (17)

  1. ポリプロピレン(PP)を含む少なくとも1つの層(L)で覆われた導体を有する電力ケーブルであって、前記ポリプロピレン(PP)が、固体触媒系(SCS)に由来するナノサイズ触媒断片(F)を含む、上記電力ケーブル。
  2. ポリプロピレン(PP)を含む少なくとも1つの層で覆われた導体を有する電力ケーブルであって、前記ポリプロピレン(PP)が、固体触媒系(SCS)の存在下において製造されており、前記固体触媒系(SCS)が、
    (a)ASTM 4641に従って測定される、1.40ml/g未満の細孔容積、
    及び/又は
    (b)ASTM D3663に従って測定される、30m/g未満の表面積、
    及び/又は
    (c)1から200μmの範囲内の平均粒子径d50
    を有する、上記電力ケーブル。
  3. ポリプロピレン(PP)を含む少なくとも1つの層で覆われた導体を有する電力ケーブルであって、前記ポリプロピレン(PP)が、固体触媒系(SCS)の存在下において製造されており、前記固体触媒系(SCS)が、
    (a)周期表(IUPAC)の第3〜10族の1つの遷移金属の有機金属化合物を含む溶液(S)を提供する工程、
    (b)エマルジョン系(E)の連続相中に分散する液滴として前記溶液(S)を含む、液/液エマルジョン系(E)を形成する工程、
    (c)前記分散相(液滴)を凝固させて、固体触媒系(SCS)を形成する工程
    により得られる、上記電力ケーブル。
  4. 前記触媒断片(F)が固体触媒系(SCS)に由来し、
    (a)前記固体触媒系(SCS)が、
    (a1)ASTM 4641に従って測定される、1.40ml/g未満の細孔容積、
    及び/又は
    (a2)ASTM D3663に従って測定される、30m/g未満の表面積、
    及び/又は
    (a3)1から200μmの範囲内の平均粒子径d50
    を有し、
    かつ/又は
    (b)前記固体触媒系(SCS)が、
    (b1)周期表(IUPAC)の第3〜10族の1つの遷移金属の有機金属化合物を含む溶液(S)を提供する工程、
    (b2)エマルジョン系(E)の連続相中に分散する液滴として前記溶液(S)を含む、液/液エマルジョン系(E)を形成する工程、
    (b3)前記分散相(液滴)を凝固させて、固体触媒系(SCS)を形成する工程
    により得られる、請求項1に記載の電力ケーブル。
  5. 前記固体触媒系(SCS)が、
    (a)周期表(IUPAC)の第3〜10族の1つの遷移金属の有機金属化合物を含む溶液(S)を提供する工程、
    (b)エマルジョン系(E)の連続相中に分散する液滴として前記溶液(S)を含む、液/液エマルジョン系(E)を形成する工程、
    (c)前記分散相(液滴)を凝固させて、固体触媒系(SCS)を形成する工程
    により得られる、請求項2に記載の電力ケーブル。
  6. 前記固体触媒系(SCS)が、
    (a)ASTM 4641に従って測定される、1.40ml/g未満の細孔容積、
    及び/又は
    (b)ASTM D3663に従って測定される、30m/g未満の表面積、
    及び/又は
    (c)1から200μmの範囲内の平均粒子径d50
    を有する、請求項3に記載の電力ケーブル。
  7. 前記ポリプロピレン(PP)が、前記固体触媒系(SCS)に由来するナノサイズ触媒断片(F)を含む、請求項2、3、5及び6の1項に記載の電力ケーブル。
  8. 前記ナノサイズ触媒断片(F)が、1μm未満の平均粒子径d50を有する、請求項1又は7に記載の電力ケーブル。
  9. 前記固体触媒系(SCS)が包摂物(IC)を含み、前記包摂物(IC)が、
    (a)500m/g未満の比表面積、
    及び/又は
    (b)200nm未満の平均粒子径
    を有する、触媒として不活性な固体物質である、請求項2、4及び6の1項に記載の電力ケーブル。
  10. 前記固体触媒系(SCS)の活性触媒種が、チーグラー−ナッタ触媒又はシングルサイト触媒であり、好ましくはシングルサイト触媒である、請求項1〜9の1項に記載の電力ケーブル。
  11. 前記ポリプロピレン(PP)が架橋されていない、請求項1〜10の1項に記載の電力ケーブル。
  12. 前記ポリプロピレン(PP)が、
    (a)プロピレンホモポリマー(H−PP)、
    又は
    (b)ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)、
    又は
    (c)異相プロピレンコポリマー(HECO)であって、
    (c1)前記プロピレンホモポリマー(H−PP)及び/若しくは前記ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)であるポリマーマトリックス(M)、
    並びに
    (c2)弾性プロピレンコポリマー(E)
    を含む、上記異相プロピレンコポリマー(HECO)
    である、請求項1〜11の1項に記載の電力ケーブル。
  13. 前記ポリプロピレン(PP)がランダムプロピレンコポリマー(R−PP)であり、前記ランダムプロピレンコポリマー(R−PP)が、固体触媒系(SCS)の存在下において製造され、さらに、前記固体触媒系(SCS)の活性触媒種が、チーグラー−ナッタ触媒又はシングルサイト触媒であり、好ましくはシングルサイト触媒である、請求項1〜12の1項に記載の電力ケーブル。
  14. 前記ポリプロピレン(PP)が異相プロピレンコポリマー(HECO)であり、前記異相プロピレンコポリマー(HECO)が、固体触媒系(SCS)の存在下において製造され、さらに、前記固体触媒系(SCS)の活性触媒種が、チーグラー−ナッタ触媒又はシングルサイト触媒であり、好ましくはシングルサイト触媒である、請求項1〜12の1項に記載の電力ケーブル。
  15. 内部半導電層、絶縁層及び外部半導電層によりこの順序で覆われた導体を有し、少なくとも前記絶縁層が層(L)である、請求項1〜14の1項に記載の電力ケーブル。
  16. 高圧直流(HVDC)電力ケーブルである、請求項1〜15の1項に記載の電力ケーブル。
  17. 請求項1〜16の1項に記載の電力ケーブルの製造方法であって、
    (a)前記固体触媒系(SCS)の存在下において前記ポリプロピレン(PP)を製造する工程、及び
    (b)前記導体上に、好ましくは(共)押出によって、前記ポリプロピレン(PP)を含む、好ましくは前記ポリプロピレン(PP)からなる少なくとも1つの層(L)を設ける工程
    を含み、前記ポリプロピレン(PP)及び前記固体触媒系(SCS)が、請求項1〜16の1項により規定される、上記製造方法。
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