JP2015509553A - 触媒組成物の製造方法及びそれから製造される重合体生成物 - Google Patents

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Abstract

オレフィン重合触媒の製造方法及び該触媒を用いて重合体を製造するための方法を提供する。触媒の製造方法は、1種以上の担体と1種以上のマグネシウム含有化合物とを反応条件下で混合させて第1反応生成物を形成させることを含むことができる。アルミニウムアルキルクロリド及びクロロ置換シランよりなる群から選択される1種以上の塩素化化合物を第1反応生成物と反応条件下で混合して第2反応生成物を形成させることができる。チタンアルコキシド及びチタンハロゲン化物よりなる群から選択される1種以上のチタン含有化合物を第2反応生成物と反応条件下で混合させて触媒を形成させることができる。

Description

本発明は、触媒組成物の製造方法及びそれから製造される重合体生成物に関する。
ポリエチレン及びその共重合体を製造するためにチーグラー・ナッタ触媒が広く使用されている。塩化マグネシウム及び/又はシリカなどの固体担体上にチタン錯体を堆積させるといった、チーグラー・ナッタ触媒を製造するための多様な方法が存在している。チーグラー・ナッタ触媒は、重合体生成物を製造し、通常高い生産性レベルで生成するにあたってかなり安価である。
典型的なチーグラー・ナッタ製品は、約2.0より大きい、より一般的には約3.0よりも大きい分子量分布(MWD)、かつ、約24〜約28の範囲のI21/I2として定義されるメルトフロー比(MFR)を有する。チーグラー・ナッタ触媒樹脂から製造されたポリエチレンフィルムは、優れた靭性及び引き裂き特性を有することが知られている。これらのポリエチレンフィルムを製造する際の生産速度を増加させるために、乾式ブレンドにより押出す前にチーグラー・ナッタ触媒樹脂に高圧低密度ポリエチレン(LDPE)を添加することが一般的であり、これによりモーター負荷及び押出機圧力が減少し、そしてインフレーションフィルムについてのバブル安定性を向上させ、かつ、キャストフィルムの延伸共振を低減させることができる。また、LDPEを線状及び実質的に線状ポリエチレン(ポリエチレン共重合体を含む)に添加して溶融強度を高め、延伸共振を抑制することができる。大口径ゲージインフレーションフィルムの製造の際、特に、大径のバブルが必要とされる場合、例えば農業用フィルムの製造の際には増大した溶融強度が特に重要である。キャストプロセス及び押出被覆(両方の場合において、生産速度が延伸共振の発生によって制限される場合が多い)においては、延伸共振の抑制が特に重要である。
しかしながら、高圧低密度ポリエチレンの使用は、チーグラー・ナッタ触媒樹脂の大部分の物理的性質に有害である。例えば、4重量%程度に少ない量の高圧低密度ポリエチレンは、エチレン−ヘキセン共重合体に、エチレン−ブテン共重合体の特性をもたらす原因となり得る。この望ましくない結果は、フィルムのゲージを増加させること及び/又はチーグラー・ナッタ触媒樹脂のメルトインデックスを低下させることによってある程度相殺することができるが、これらのアプローチの両方は、高圧低密度ポリエチレンを添加するプロセスの利点を打ち消してしまう。
したがって、MFRで表されるときに有意に増大した分子量分布を有するポリエチレン共重合体を製造するための改善された触媒に対する要望が存在する。例えば、高圧低密度ポリエチレンへのブレンドを必要とすることなく、フィルム組成物に使用できる約28よりも大きい又は約35よりも大きいMFRを有する重合体生成物に対する要望がある。
概要
オレフィン重合触媒の製造方法及び該触媒を用いた重合体の製造方法をここに開示する。触媒の製造方法は、1種以上の担体と1種以上のマグネシウム含有化合物とを反応条件下で結合させて第1反応生成物を形成させることを含むことができる。アルキルアルミニウムクロリド及びクロロ置換シランから選択される1種以上の塩素化化合物と第1反応生成物とを反応条件下で結合させて第2反応生成物を形成させることができる。チタンアルコキシド及びチタンハロゲン化物から選択される1種以上のチタン含有化合物と第2反応生成物とを反応条件下で結合させて触媒を形成させることができる。
ポリエチレンを製造するための方法は、重合反応器内においてポリエチレンを製造するのに十分な条件でエチレンとチーグラー・ナッタ触媒とを結合させることを含むことができる。ポリエチレンは、約4.5〜約6.8の分子量分布(MWD)、伸長粘度器具(EVF)によって測定されるときに約0.75より大きい歪み硬化の傾き、8.33+(4.17×MWD)以上のメルトフロー比(MFR)を有することができる。
図1は、実施例19についての共単量体の不均一性指数(CHI)を算出するために使用される結晶化溶出分別(CEF)データのグラフ図を示す。 図2は、例18と比較例C12とのCEFデータを比較するグラフ図を示す。 図3は、例19と比較例C13とのCEFデータを比較するグラフ図を示す。 図4は、例18及び19並びに比較例C12、C13及びC3の歪み硬化速度(0.1秒-1)のグラフ図を示す。 図5は、例1並びに比較例C3及びC15についての溶融強度のグラフ図を示す。
詳細な説明
ここでは、オレフィン重合用触媒を製造するための方法を説明する。この方法は、1種以上の担体と1種以上のマグネシウム含有化合物とを反応条件下で配合して第1反応生成物を形成させることを含むことができる。次いで、第1反応生成物を1種以上のアルミニウムアルキルクロリド、1種以上のクロロ置換シラン及びそれらの組み合わせから選択される塩素化化合物と配合して第2反応生成物を形成させることができる。次いで、第2反応生成物を反応条件下で1種以上のチタンアルコキシド、1種以上のハロゲン化チタン及びこれらの組み合わせから選択される1種以上のチタン含有化合物と配合して重合触媒を形成させることができる。
いくつかの実施形態では、この方法は、1種以上の担体と1種以上のマグネシウム含有化合物とを反応条件下で配合して第1反応生成物を形成させ;1種以上のアルキルアルミニウムクロリドと該第1反応生成物とを反応条件下で配合して第2反応生成物を形成させ;そして1種以上のチタンアルコキシドと該第2反応生成物とを反応条件下で配合して重合触媒を形成させることを含むことができる。
いくつかの実施形態では、この方法は、1種以上の担体と1種以上のマグネシウム含有化合物とを反応条件下で配合して第1反応生成物を形成させる;1種以上のクロロ置換シランと該第1反応生成物とを反応条件下で配合して第2反応生成物を形成させ;そして1種以上のハロゲン化チタンと該第2反応生成物とを反応条件下で配合して触媒を形成させることを含むことができる。
上記の方法では、1種以上の担体と1種以上のマグネシウム含有化合物とを1種以上の希釈剤の存在下で互いに配合することができる。例えば、マグネシウム含有化合物と担体とを、1種以上の芳香族炭化水素、1種以上のシクロアルカン又はそれらの任意の組み合わせの存在下で互いに配合できる。
上記の方法では、第1反応生成物と1種以上の塩素化化合物とを1種以上の希釈剤の存在下で互いに配合できる。
さらに、第2反応生成物と1種以上のチタン含有化合物とを1種以上の希釈剤の存在下で互いに配合できる。例えば、第2反応生成物と1種以上のチタン含有化合物とを1種以上の希釈剤の存在下で互いに配合して1種以上の希釈剤と結合された触媒を得ることができる。このような実施形態では、重合触媒の製造方法は、次いで、該触媒から該1種以上の希釈剤を除去して粉末状の乾燥触媒を得ることをさらに含むことができる。
ここで説明する方法によって形成された触媒は、ドナー化合物を本質的に含まなくてもよい。例えば、触媒は、アルコール、チオール、アミン、ホスフィン、エーテル、ケトン及びエステルよりなる群から選択されたドナー化合物を本質的に含まないことができる。
いくつかの実施形態では、1種以上の担体と1種以上のマグネシウム含有化合物とを約20℃〜約120℃の温度で互いに配合し、そして約30分〜約24時間の範囲の時間にわたって混合させて第1反応生成物を形成させることができる。その後、1種以上の塩素化化合物と第1反応生成物とを約20℃〜約120℃の温度で互いに配合し、そして約30分〜約24時間の範囲の時間にわたって混合させて第2反応生成物を形成させることができる。その後、1種以上のチタン含有化合物と第2反応生成物とを約20℃〜約120℃の温度で互いに配合し、そして約30分〜約24時間の範囲の時間にわたって混合させて重合触媒を形成させることができる。
上記の重合触媒は、重合反応器内において、改善された特性を有するポリエチレンを生成するのに十分な条件でエチレンと混合できる。ポリエチレンは、単独重合体であることができ、又はエチレンと1種以上のC3〜C20α−オレフィン共単量体とから誘導される共重合体であることができ、又は1種以上のエチレンとC3〜C6α−オレフィン共単量体とから誘導される共重合体であることができる。
ポリエチレンは、約4.5〜約6.8の分子量分布(MWD);伸長粘度器具(EVF)によって測定されたときに約0.75より大きい歪み硬化の傾き及び8.33+(4.17×MWD)以上のメルトフロー比(I21/I2)を有することができるポリエチレンは、1000個の炭素原子当たり約0.01より大きく、かつ、1000個の炭素原子当たり約0.05未満の長鎖分岐(LCB)を有することもできる。好ましい実施形態では、長鎖分岐は、6個よりも多い炭素原子から構成される。また、ポリエチレンは、約0.5未満の共単量体均一性指数(CHI)を有することもできる。
ポリエチレンは、0.945g/cm3以下の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))(ここで、aは1.2、又は1.5、又は1.9に等しい。)以上の溶融強度を有することができる。
ポリエチレンは、0.945g/cm3以下の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))(ここで、aは1.2、又は1.5、又は1.9に等しい)以上の溶融強度を有することができる。
担体
ここで使用するときに、用語「担体」及び「キャリア」は区別なく使用され、任意の担体材料又は複数の担体材料の組み合わせを意味する。担体は、タルク、無機酸化物、無機塩化物などの1種以上の多孔性材料であることができる又はそれを含むことができる。他の担体は、ポリスチレン、官能化又は架橋有機重合体、例えばポリスチレンジビニルベンゼンポリオレフィン又は他の重合体化合物、或いは任意の他の有機又は無機担体材料、或いはそれらの混合物など樹脂材料であることができる又はこれらを含むことができる。担体は、非晶質材料、結晶質材料又は非晶質材料と結晶質材料の混合物であることができる。例示的な無機酸化物としては、第2、3、4、5、12、13又は14族元素の1種以上の金属酸化物を含むことができる。例えば、無機酸化物としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ボリア、酸化亜鉛、マグネシア又はそれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されない。無機酸化物の例示的な組合せとしては、アルミナ−シリカ、シリカ−チタニア、アルミナ−シリカ−チタニア、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−チタニアなどが挙げられるが、これらに限定されない。少なくとも一つの例では、担体は、アルミナ、シリカ又はそれらの組み合わせであることができる又はこれらを含むことができる。ここで使用するときに、元素又はそれらの族の周期表に対する言及の全ては、ローマ数字で示された以前のIUPAC形式(同様に表示)に言及しない限り又は特に断りのない限り、「Hawley’s Condensed Chemical Dictionary」第13版、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社(1997)(IUPACの許可を得てそこに複製)に公開された新表記に対するものである。
担体は1個以上のヒドロキシル基を含むことができ、例えば、シリカを含有する担体は、担体中及び/又は担体上に、シラノール(Si−OH)基を含むことができる。ヒドロキシル基は、担体1g当たり、約0.1ミリモル(mmol)、約0.2mmol、約0.3mmol、約0.4mmol又は約0.5mmolの低から約1mmol、約2mmol、約3mmol、約4mmol、又は約5mmolの高までを範囲とする量で存在することができる。例えば、ヒドロキシル基は、担体1g当たり約0.3mmol〜約5mmol、約0.5mmol〜約2mmol、約0.5mmol〜約0.9mmol又は約0.6mmol〜約1mmolの量で存在することができる。担体上に存在するヒドロキシル基の数が所望の総数よりも多い場合には、過剰のヒドロキシル基は、キャリアを十分な温度で十分な時間にわたって加熱することによって除去できる。例えば、比較的少数のヒドロキシル基は担体を約150℃〜約250℃の温度で加熱することによって除去できるのに対し、比較的多数のヒドロキシル基は、約500℃〜約800℃、又は約550℃〜650℃の温度で加熱することによって除去できる。担体は、例えば、約1時間〜約20時間、又は約4時間〜約16時間の範囲の時間にわたって加熱できる。シリカにおける表面ヒドロキシル濃度は、J.B.Peri及びA.L.Hensley,Jr.,J.Phys.Chem.,72巻8号,2926頁(1968)に従って決定できる。担体を加熱して任意のヒドロキシル基の少なくとも一部分を除去するための別法は、化学的手段を含むことができる。例えば、所望の割合のヒドロキシル基を、ヒドロキシル反応性有機化合物、例えば、トリエチルアルミニウムなどの化学物質と反応させることができる。
2種以上の無機酸化物を含む担体は、互いに対して、各無機酸化物の任意の比又は量を有することができる。例えば、アルミナ−シリカ触媒担体は、アルミナ及びシリカの総量に基づいて、約1重量%のアルミナ〜約99重量%のアルミナを含むことができる。別の例では、アルミナ−シリカ触媒担体は、アルミナ及びシリカの総量に基づいて、約2重量%、約5重量%、約15重量%又は約25重量%の低から約50重量%、約60重量%、約70重量%又は約90重量%の高までの範囲のアルミナ濃度を有することができる。混合無機酸化物担体は、任意の適切な方法を用いて製造できる。例えば、シリカ担体を1種以上のアルミニウム化合物と混合させ、ブレンドし、接触させ又はさもなければ結合させてシリカ担体とアルミニウム化合物の混合物を生成させることができる。別の例では、シリカ担体を、水及び/又はアルコール溶液中において1種以上のアルミニウム化合物と混合し、そして乾燥させてシリカ担体とアルミニウム化合物との混合物を生成させることができる。好適なアルコールとしては、1〜5個の炭素原子を有するアルコール及びそれらの混合物又は組合せが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、アルコールは、メタノール、エタノール、プロパン−1−オール、プロパン−2−オールなどであることができる又はこれらを含むことができる。適切なアルミニウム化合物としては、アルミニウムモノアセテート((HO)2AlC232アルミニウムジアセテート(HOAl(C2322)、アルミニウムトリアセテート(Al(C2323)、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、水酸化アルミニウムジアセテート(Al(OAc)2OH)、アルミニウムトリアセチルアセトネート、フッ化アルミニウム(AlF3)、ナトリウムヘキサフルオロアルミネート(Na3AlF6)又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
シリカ担体とアルミニウム化合物との混合物を1種以上の不活性ガス、酸化剤、還元ガスの存在下又は任意の順序/組み合わせで加熱(焼成)してアルミナ−シリカ触媒担体を製造することができる。ここで使用するときに、用語「酸化剤」としては、空気、酸素、超ゼロ空気、酸素/活性ガス混合物又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン又はこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。還元ガスとしては、水素、一酸化炭素又はそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
シリカ担体とアルミニウム化合物との混合物を、窒素ガスその他の不活性ガス下で第1温度にまで加熱することができる。第1温度にまで加熱した後に、窒素ガスを停止させることができ、1種以上の酸化剤を導入することができ、そしてその温度を第2温度にまで上昇させることができる。例えば、シリカ担体とアルミニウム化合物との混合物を不活性雰囲気下で約200℃の温度に加熱することができ、酸化剤を導入することができ、次いで混合物を約450℃〜約1,500℃の温度に加熱してアルミナ−シリカ触媒担体を製造することができる。第2温度は、約250℃、約300℃、約400℃、又は約500℃の低から約600℃、約650℃、約700℃、約800℃又は約900℃の高までの範囲であることができる。例えば、第2温度は約400℃〜約850℃、約800℃〜約900℃、約600℃〜約850℃又は約810℃〜約890℃の範囲とすることができる。シリカ担体とアルミニウム化合物との混合物を加熱し、そして約1分〜約100時間の範囲の時間にわたって第2温度で保持することができる。例えば、シリカ担体とアルミナ化合物との混合物を約30分、約1時間又は約3時間の低から約10時間、約20時間又は約50時間の高までを範囲とする時間にわたって第2温度で加熱しかつ保持することができる。1以上の実施態様では、シリカ担体とアルミナ化合物との混合物を、中間又は第1温度に加熱することなく、周囲温度から第2温度又は上限温度までに加熱することができる。シリカ担体とアルミナ化合物との混合物を最初に窒素又は他の不活性雰囲気下で加熱することができ、これは1種以上の酸化剤を含むように変性させることができ、或いは、この雰囲気は、周囲温度からの初期加熱での1種以上の酸化剤であるか又はこれを含むことができる。
担体をハロゲン化物イオン、硫酸イオン又は陰イオンの組み合わせの1種以上の供給源と混合し、ブレンドし、接触させ又はそうでなければ結合させて無機酸化物触媒担体と陰イオンとの混合物を生成させ、このものを加熱又は焼成して好適な担体を製造することができる。担体を、臭素、フッ素及び/又は塩素或いはそれらの任意の組み合わせを含有する臭素化合物、フッ素化合物、塩素化合物と接触させることができる。好適な担体としては、臭素化シリカ、臭素化シリカ−チタニア、フッ素化シリカ、フッ化シリカ−アルミナ、フッ素化シリカ−ジルコニア、フッ素化−塩素化シリカ、フッ化シリカ−チタニア、塩素化シリカ、硫酸化シリカ又は任意のこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されない。また、担体を、1種以上のハロゲン化物イオン源及び/又は硫酸イオン源に加えて又はその代わりに、1種以上の金属イオンで処理することができる。例示的な金属イオンとしては、銅、ガリウム、モリブデン、銀、スズ、タングステン、バナジウム、亜鉛又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。好適な活性化担体としては、PCT公開WO2011/103402号で議論され記載されたものを挙げることができる。
担体は、約0.1μm、約0.3μm、約0.5μm、約1μm、約5μm、約10μm、又は約20μmの低から約50μm、約100μm、約200μm又は約500μmの高までを範囲とする平均粒径を有することができる。担体は、約10Å〜約1,000Å、好ましくは約50Å〜約500Å、より好ましくは約75Å〜約350Åの範囲の平均孔径を有することができる。担体は、約0.01cm3/g、約0.1cm3/g、約0.8cm3/g又は約1cm3/gの低から約2cm3/g、約2.5cm3/g、約3cm3/g又は約4cm3/gの高までを範囲とする細孔容積を有することができる。担体の内部気孔率は、S.ブルナウアー、P.エメット及びE.テラー,米国化学学会誌,60,209〜319(1938)頁に記載されたBET技術と呼ばれる技術により決定できる。担体は、約1m2/g、約50m2/g又は約100m2/gの低から約400m2/g、約500m2/g又は約800m2/gの高までを範囲とする表面積を有することができる。担体の表面積は、英国規格BS4359,第1巻(1969)に記載される基準法を用いて上記BET−技術に従って測定できる。
好適な市販のシリカ担体としては、PQ Corporationから入手できるES757、ES70、及びES70Wが挙げられるが、これらに限定されない。好適な市販のシリカ−アルミナ担体としては、SASOL(商標)から入手できるSIRAL(商標)1、SIRAL(商標)5、SIRAL(商標)10、SIRAL(商標)20、SIRAL(商標)28M、SIRAL(商標)30、及びSIRAL(商標)40及びWRグレース社から入手可能Davison948、Davison952、及びDavison955、が挙げられるが、これらに限定されない。
好適な担体は、米国特許第4173547号;同4701432号;同4808561号;同4912075号;同4925821号;同4937217号;同5008228号;同5238892号;同5240894号;同5332706号;同5346925号;同5422325号;同5466649号;同5466766号;同5468702号;同5529965号;同5554704号;同5629253号;同5639835号;同5625015号;同5643847号;同5665665号;同5698487号;同5714424号;同5723400号;同5723402号;同5731261号;同5759940号;同5767032号;及び同5770664号;WO95/32995;WO95/14044;WO96/06187;及びWO97/02297に記載されたものとすることができる。
マグネシウム含有化合物
1種以上のマグネシウム含有化合物は、式R1−Mg−R2(式中、R1及びR2は、独立してヒドロカルビル基及びハロゲン原子よりなる群から選択される。)で表すことができる。好適なヒドロカルビル基としては、アルキル基、アリール基及びアルコキシ基が挙げられるが、これらに限定されない。アルキル基及び/又はアルコキシ基は、1〜12個の炭素原子又は1〜10個の炭素原子又は1〜8個の炭素原子又は1〜6個の炭素原子又は1〜4個の炭素原子を含むことができる。アリール基は、6〜12個の炭素原子又は6〜10個の炭素原子又は6〜8個の炭素原子を含むことができる。好適なハロゲンは、フッ化物、塩化物及び臭化物を含むことができる。
例示的なマグネシウム含有化合物としては、ジアルキルマグネシウム、ジシクロアルキルマグネシウム、ジアリールマグネシウム、アルキルマグネシウムハロゲン化物又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示的なジアルキルマグネシウムとしては、ジエチルマグネシウム、ジプロピルマグネシウム、ジイソプロピルマグネシウム、ジ−n−ブチルマグネシウム、ジ−イソブチルマグネシウム、ジアミルマグネシウム、ジ−n−オクチルマグネシウム、ジ−n−ヘキシルマグネシウム、ジ−n−デシルマグネシウム、ジ−n−ドデシルマグネシウム又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示的なジシクロアルキルマグネシウムとしては、ジシクロヘキシルマグネシウム、ジシクロペンチルマグネシウム、又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示的なジアリールマグネシウムとしては、ジベンジルマグネシウム、ジトリルマグネシウム、ジキシリルマグネシウム又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。2個の異なるアルキル基を有する例示マグネシウムアルキルとしては、エチル−n−プロピルマグネシウム、エチル−n−ブチルマグネシウム、アミル−n−ヘキシルマグネシウム、n−ブチル−s−ブチルマグネシウム、n−ブチル−n−オクチルマグネシウム又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示ハロゲン化アルキルマグネシウムとしては、メチルマグネシウムクロリド、エチルマグネシウムクロリド、n−ブチルマグネシウムクロリド、t−ブチルマグネシウムクロリド、イソプロピルマグネシウムクロリド、メチルマグネシウムブロミド、エチルマグネシウムブロミド、n−ブチルマグネシウムブロミド又はそれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されない。
マグネシウムアルキルは、分子の混合物を含んでもよいことに留意すべきである。例えば、エチルマグネシウムクロリドは、それ自体、エチルマグネシウムクロリド以外の分子の混合物を含むことができる。例えば、液体又は溶媒をエチルマグネシウムクロリドと混合する場合には、エチルマグネシウムクロリドは不均化を起こして二塩化マグネシウムとジエチルマグネシウムとの混合物を形成する場合がある。このような混合物は、一般式R1MGR2内に包含される。したがって、式R1−Mg−R2の組成及びその代表的な組成は、これらの組成物の分子式を示すことを意図するのではなく、これらの組成の全体的な実験式を表すことを意図すると解すべきである。
第1反応生成物
担体とマグネシウム含有化合物とを互いに配合して第1混合物又は第1反応生成物を与える又は形成させることができる。担体及びマグネシウム含有化合物は、少なくとも部分的に、その混合中に互いに反応することができる。この別法は、担体とマグネシウム含有化合物とを、該担体と該マグネシウム含有化合物とが、少なくとも部分的に互いに反応して第1混合物又は第1反応生成物を形成するような反応条件下で互いに配合することができる。例えば、担体が1個以上のヒドロキシル基を含有する場合には、マグネシウム含有化合物がヒドロキシル基の少なくともいくつかと反応して第1混合物又は第1反応生成物を生成させることができる。
担体とマグネシウム含有化合物との混合物は、約20℃、約25℃又は30℃の低から約60℃、約75℃又は約120℃の高までを範囲とする温度に加熱することができ、例えば、好適な範囲は、任意の下限温度と任意の上限温度との組み合わせを含む。希釈剤が存在する場合には、混合物の温度は、希釈剤の沸点未満に維持できる。担体とマグネシウム含有化合物と、高い約15分、約30分、約1時間、約2時間、又は約3時間の短から約5時間、約10時間、約15時間、約20時間、約25時間又はそれ以上の長までを範囲とする時間にわたって混合し、ブレンドし、配合し又はそうでなければ撹拌することができる。担体とマグネシウム含有化合物とを、真空下、例えば50kPaで配合し、そして混合させることができる。担体とマグネシウム含有化合物を大気圧で互いに配合し、そして混合することができる。担体とマグネシウム含有化合物とを、加圧下、例えば、約102kPa〜約500kPaの範囲の圧力下で互いに配合し、そして混合することができる。担体とマグネシウム含有化合物とを、不活性雰囲気下で互いに配合できる。不活性雰囲気は、限定されないが、窒素、アルゴン、ヘリウム又はそれらの任意の組み合わせであることができる又はこれを含むことができる。別の例では、担体とマグネシウム含有化合物とを実質的に不活性な雰囲気中で互いに配合できる。実質的に不活性な雰囲気は、約5モル%未満の酸素、約3モル%未満の酸素、約2モル%未満の酸素、約1モル%未満の酸素、約0.5モル%未満の酸素、約0.1モル%未満の酸素、又は約0.05モル%未満の酸素を含む雰囲気とすることができる。
担体と配合されるマグネシウム含有化合物の量は、担体の1g当たり、約0.2mmol、約0.5mmol、約1mmol、約1.5mmol、又は約2mmolの低から約3mmol、約4mmol、約6モル、約8モル又は約12mmolの高までを範囲とすることができ、ここで、好適な範囲は、任意の下限量と任意の上限量との組合せを含む。例えば、担体と配合されるマグネシウム含有化合物の量は、担体1g当たり、約0.3mmol〜約10mmol、約1mmol〜約7mmol、約1.5mmol〜約5mmol、約1.5mmol〜約4mmol、又は約2mmol〜約3mmolのマグネシウム含有化合物の範囲とすることができる。
担体をマグネシウム含有化合物に添加する場合又はマグネシウム含有化合物を担体に添加する場合には、担体又はマグネシウム含有化合物は、全てを一度に、又は所定の時間をかけて添加できる。マグネシウム含有化合物は、約1分、約5分、約10分又は約15分の短から約45分、約1時間、約2時間、約4時間、約6時間以上の長までを範囲とする時間にわたって添加できる。例えば、マグネシウム含有化合物は、約15分〜約45分、約20分〜約1時間又は約30分〜約1.5時間の時間にわたって担体に添加できる。担体及びマグネシウム含有化合物は、マグネシウム含有化合物を担体に添加する時間にわたって連続的又は断続的に攪拌できる。
担体とマグネシウム含有化合物とを1種以上の希釈剤の存在下で互いに配合してその溶液又はスラリーを形成させることができる。希釈剤は、存在する場合には、担体、マグネシウム含有化合物又は担体とマグネシウム含有化合物との混合物のスラリーを形成するのに好適な任意の液体媒体又は液体媒体の組合せとすることができる。例示希釈剤としては、1種以上のアルカン、1種以上の芳香族炭化水素、1種以上のシクロアルカン又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示のアルカンとしては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、その構造異性体、その立体異性体、その鏡像異性体又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示芳香族炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、オルトキシレン、メタキシレン、パラキシレン又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示シクロアルカンとしては、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン又はそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
希釈剤の量は、存在する場合には、担体及びマグネシウム含有化合物のスラリーを生成するのに十分なものであることができる。希釈剤の量は、担体1g当たり、約0.5g、約1g、約2g又は約2.5gの低から約5g、約7g、約10g又は約25gの高までを範囲とすることができ、好適な範囲は、任意の下限額と任意の上限額との組み合わせを含む。例えば、希釈剤の量は、存在する場合には、担体1g当たり、約1.5g〜約25g、約2g〜約20g、約1g〜約15g、約2.5g〜約6g、約0.5g〜約8g又は約2.5g〜約5.5gの範囲であることができる。
担体とマグネシウム含有化合物とを、任意の好適な容器又は器内で互いに配合できる。容器は、開放容器又は閉鎖若しくは密閉することが可能な容器とすることができる。容器は、担体とマグネシウム含有化合物との混合物を混合し、ブレンドし、又はそうでなければ攪拌することができる1個以上の装置、システム又はそれらの組み合わせを備えることができる。例えば、容器は、1個以上の機械的/パワーミキサー及び/又は音波ミキサーなどの音響ミキサーといった1個以上の混合装置を備えることができる。容器は、中の温度を制御又は調整することのできる1個以上の加熱ジャケット、加熱コイル、内部加熱部材、冷却ジャック、冷却コイル、内部冷却部材などを備えることができる。
第2反応生成物
担体とマグネシウム含有化合物とを所望の時間にわたって互いに混合させ及び/又は少なくとも部分的に反応させた後、1種以上の塩素化化合物を第1混合物又は第1反応生成物と配合して第2混合物又は第2反応生成物を形成させることができる。例示塩素化化合物は、アルキルアルミニウムクロリド、1個以上の塩素原子、フッ素原子、臭素原子又はそれらの任意の組合せを有するハロ置換シラン、有機塩化物或いはそれらの任意の組合せであることができるが、これらに限定されない。例示アルキルアルミニウムクロリドとしては、ジエチルアルミニウムクロリド、ジイソブチルアルミニウムクロリド、エチルアルミニウムジクロリド、エチルアルミニウムセスキクロリド、イソブチルアルミニウムジクロリド、ジエチルアルミニウムブロミド又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示ハロ置換シランとしては、ジメチルジクロロシラン、クロロトリメチルシラン、メチルトリクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、t−ブチルジメチルシリルクロリドはn−ブチルトリクロロシラン、トリエトキシシリルクロリド、トリメトキシシリルクロリド、テトラクロロシラン、テトラブロモシラン、ジメチルジブロモシラン、トリメチルブロモシラン又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示有機塩化物としては、塩化t−ブチル、テトラクロロメタン、クロロホルム、塩化メチル、トリブロモメタン、テトラブロモメタン又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。一以上の実施態様では、1種以上の塩素化化合物は、1種以上のアルキルアルミニウムクロリド又は1種以上のハロ置換シランのいずれかに限定できる。一以上の実施態様では、1種以上の塩素化化合物は、少なくとも1種のアルキルアルミニウムクロリド及び少なくとも1種のハロ置換シランを含むことができる。
塩素化化合物と第1反応生成物とを互いに少なくとも部分的に反応させて第2生成物を製造することができる。別の言い方をすると、該第1反応生成物と該塩素化化合物との混合物を、第1反応生成物と塩素化化合物とが互いに少なくとも部分的に反応して第2反応混合物又は第2反応生成物を形成するような反応条件下で互いに配合できる。例えば、塩素化化合物は、第1反応生成物中のマグネシウム含有化合物と反応して第2反応混合物又は第2反応生成物を形成させることができる。
塩素化化合物を第1反応生成物に添加することができ、或いは逆に第1反応生成物を塩素化化合物に添加することができる。塩素化化合物を第1反応生成物と直接配合させることができ、或いは塩素化化合物は、溶液又はスラリーの状態にあることができる。例えば、塩素化化合物と1種以上の希釈剤とを配合して溶液又はスラリーを形成させることができる。塩素化化合物の溶液又はスラリーと第1反応生成物とを配合して第2混合物又は第2反応生成物を生成させることができる。好適な希釈剤としては、上で議論しかつ説明した1種以上のアルカン、1種以上の芳香族炭化水素、1種以上のシクロアルカン又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
塩素化化合物と第1反応生成物とは、任意の好適な容器又は器内で互いに配合できる。例えば、塩素化化合物は、第1反応生成物を製造した同じ容器内で第1反応生成物と配合できる。塩素化化合物と第1反応生成物とは、容器又は器内で互いに同時に配合できる。塩素化化合物を第1反応生成物に添加する場合又は第1反応生成物を塩素化化合物に添加する場合には、塩素化化合物又は第1反応生成物を一度に全て又は時間をかけて添加することができる。例えば、塩素化化合物は、第1反応生成物に全て一度に添加できる。別の例では、塩素化化合物は、第1反応生成物に、約1分、約5分、約10分、又は約15分の短から約45分、約1時間、約2時間、約4時間、約6時間以上の長までを範囲とする時間にわたって添加できる。別の例では、塩素化化合物は、第1反応生成物に、約15分〜約45分、約20分〜約1時間又は約30分〜約1.5時間の時間にわたって添加できる。塩素化化合物と第1反応生成物とは、塩素化化合物を第1反応生成物に添加する間に連続的又は断続的に撹拌できる。
第1反応生成物と配合される塩素化化合物の量は、担体1g当たり、約0.2mmol、約0.5mmol、約1mmol、約1.5mmol、又は約2mmolの低から約5mmol、約7mmol、約10mmol、約15mmol又は約20mmolの高まで範囲とすることができ、好適な範囲は任意の下限値と任意の上限値との組合せを含む。例えば、第2生成物は、担体1g当たり塩素化化合物を約0.25mmol〜約20mmol、約1mmol〜約10mmol、約1.5mmol〜約7mmol又は約2mmol〜約5mmol含有することができる。
第1反応生成物と塩素化化合物との混合物は、約20℃、約25℃、又は約30℃の低温から約60℃、約75℃又は約120℃の高温までを範囲とする温度に加熱でき、好適な範囲は、任意の下限温度と任意の上限温度の組み合わせを含む。希釈剤が存在する場合には、第2混合物の温度を希釈剤の沸点未満に維持することができる。塩素化化合物と第1反応生成物とを約15分、約30分、約1時間、約2時間又は約3時間の短時間から約5時間、約10時間、約15時間、約20時間、約25時間以上の長時間までを範囲とする時間にわたって混合し、ブレンドし、混ぜ合わせ又はそうでなければ撹拌することができる。塩素化化合物と第1反応生成物とを、真空下、例えば、50kPaで互いに配合し、そして混合させることができる。塩素化化合物と第1反応生成物とを大気圧で互いに配合し、そして混合させることができる。塩素化化合物と第1反応生成物とを圧力下、例えば、約102kPa〜約500kPaの範囲の圧力下で互いに配合し、混合することができる。担体と第1反応生成物と塩素化化合物とを不活性雰囲気下で互いに配合できる。
第3反応生成物
塩素化化合物と第1反応生成物とを所望の時間にわたって互いに混合させ及び/又は反応させた後に、1種以上のチタン含有化合物と第2混合物又は第2反応生成物とを配合して触媒を生成又は形成させることができる。チタン含有化合物と第2反応生成物とをその混合中に少なくとも部分的に互いに反応させることができる。別の言い方をすれば、第2反応生成物と1種以上のチタン含有化合物とを反応条件下で配合して触媒を生成又は形成させることができる。例えば、チタン含有化合物を第2反応生成物と反応させて第3反応混合物又は触媒を生成させることができる。触媒は、チタン含有化合物と第2反応生成物との反応生成物を含むことができる。
例示チタン含有化合物としては、1種以上のハロゲン化チタン、1種以上のチタンアルコキシド、1種以上のチタンアミド、又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示ハロゲン化チタンとしては、塩化チタン(IV)、臭化チタン(IV)、フッ化チタン(IV)、ヨウ化チタン(IV)又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示チタンアルコキシドとしては、テトライソプロピルチタネート、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)n−ブトキシド、チタン(IV)t−ブトキシド、又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示チタンアミドとしては、テトラキス(ジメチルアミン)チタン(IV)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
1種以上のチタン含有化合物を第2反応生成物に添加することができ、或いは逆に第2反応生成物を遷移金属化合物に添加することができる。チタン含有化合物と第2反応生成物とを直接配合させることができ、或いはチタン含有化合物は溶液又はスラリーの状態であることができる。例えば、チタン含有化合物と1種以上の希釈剤とを配合して溶液又はスラリー物を形成させることができる。チタン含有化合物の溶液又はスラリーと第2反応生成物とを配合して触媒を生成させることができる。好適な希釈剤としては、上で議論しかつ説明した1種以上のアルカン、1種以上の芳香族炭化水素、1種以上のシクロアルカン又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
チタン含有化合物と第2反応生成物とを任意の好適な容器又は器内で互いに配合できる。例えば、チタン含有化合物は、第2反応生成物を生成した同じ反応容器内で第2反応生成物と配合できる。チタン含有化合物と第2反応生成物とを容器又は器で互いに同時に配合することができる。チタン含有化合物を第2反応生成物に添加する場合又は第2反応生成物をチタン含有化合物に添加する場合には、チタン含有化合物又は第2反応生成物を、一度に全部又は時間をかけて添加することができる。例えば、チタン含有化合物を第2反応生成物に一度に全て添加することができる。別の例では、チタン含有化合物は、約1分、約5分、約10分又は約15分の短時間から約45分、約1時間、約2時間、約4時間、約6時間以上の長時間までを範囲とする時間にわたって第2反応生成物に添加できる。別の例では、チタン含有化合物は、約15分〜約45分、約20分〜約1時間又は約30分〜約1.5時間の時間にわたって第2反応生成物に添加できる。チタン含有化合物と第2反応生成物とを、チタン含有化合物が第2反応生成物に添加される間に連続的又は断続的に撹拌できる。
触媒中におけるチタン含有化合物の量は、担体1g当たり、約0.05mmol、約0.1mmol、約0.5mmol、約1mmol又は約2mmolの低から約3mmol、約4mmol、約6mmol、約8mmol又は約12mmolの高までを範囲とすることができ、好適な範囲は、任意の下限量と任意の上限量との組合せを含む。例えば、触媒は、担体1g当たり、チタン含有化合物を約0.1mmol〜約8mmol、約0.5mmol〜約6mmol、約1mmol〜約4mmol、又は約2mmol〜約3mmol含むことができる。
チタン含有化合物と第2反応生成物との混合物を、約20℃、約25℃又は約30℃の低温から約60℃、約75℃、又は約120℃の高温までを範囲とする温度に加熱することができ、ここで、例えば、好適な範囲は、任意の下限温度と任意の上限温度の組み合わせを含む。希釈剤が存在する場合、第2混合物の温度は、希釈剤の沸点未満に維持できる。チタン含有化合物と第2反応生成物を約15分、約30分、約1時間、約2時間、又は約3時間の短時間から約5時間、約10時間、約15時間、約20時間、約25時間以上の長時間までの時間にわたって混合し、ブレンドし、混ぜ合わせ又はさもなければ攪拌できる。チタン含有化合物と第2反応生成物とを真空下、例えば、50kPaで互いに配合し、そして混合させることができる。チタン含有化合物と第2反応生成物とを大気圧で互いに配合し、混合することができる。チタン含有化合物と第2反応生成物とを圧力下、例えば、約102kPa〜約500kPaの範囲の圧力下で互いに配合し、混合させることができる。第2反応生成物とチタン含有化合物とを空気中又は不活性雰囲気下で互いに配合することができる。不活性雰囲気は、窒素、アルゴン又はこれらの組み合わせであることができる又はこれらを含むことができるが、これらに限定されない。
希釈剤を触媒の製造の際、例えば第1反応生成物、第2反応生成物及び/又はチタン含有化合物と第2反応生成物との混合物を製造する際に使用する場合には、希釈剤の少なくとも一部分を除去することができる。希釈剤は、任意の好適なプロセスを用いて除去できる。例えば、希釈剤は、触媒を真空下に置くこと、希釈剤を蒸発させるのに十分な温度にスラリーを加熱すること又はそれらの組み合わせによって触媒から除去して乾燥した自由流動触媒を製造することができる。このように、触媒はスラリーの状態であることができ、すなわち、希釈剤を触媒の製造の際に使用した、又は触媒は粉末の状態であることができる、すなわち、希釈剤を使用しなかったか、又は希釈剤が存在する場合には、希釈剤の十分な量をそこから除去して粉末触媒を製造した。一以上の実施態様では、触媒は、結晶相若しくは結晶構造、非晶質相若しくは非晶質構造、又は結晶質相と非晶質相との混合物を有することができる。
一以上の実施態様では、触媒が塩素化化合物として1種以上のアルキルアルミニウムクロリドを含む場合には、チタン含有化合物は、1種以上のチタンアルコキシド、1種以上のチタンアミド、又はそれらの組み合わせを含むことができる。一以上の実施形態では、触媒が塩素化化合物として1種以上の置換シランを含む場合には、チタン含有化合物は、1種以上のハロゲン化チタンを含むことができる。別法では、チタン含有化合物がハロゲン化チタンである場合には、塩素化化合物は、1種以上の置換シランであることができる。同様に、チタン含有化合物がチタンアルコキシド及び/又はチタンアミドである場合には、塩素化化合物は、1種以上のアルキルアルミニウムクロリドであることができる。少なくとも一つの特定の実施形態では、塩素化化合物が1種以上のアルキルアルミニウムクロリドを含む場合には、塩素化化合物は意図的に添加された任意の置換シランを含まない又は本質的に含まないことができる。少なくとも一つの他の特定の実施形態では、塩素化化合物が1種以上の置換シランを含む場合には、塩素化化合物は、意図的に添加された任意のアルキルアルミニウムクロリドを含まない又は実質的に含まないことができる。
一以上の実施態様では、触媒は、任意の電子供与体又はドナー化合物を含まない、又は本質的に含まないことができる。ここで使用するときに、用語「任意の電子供与体を本質的に含まない」及び「任意のドナー化合物を本質的に含まない」は交換可能に使用され、触媒が該触媒の総重量に基づいて電子供与体の約1重量%未満を含有することを意味する。例えば、任意の電子供与体を本質的に含まない触媒は、触媒の総重量に基づいて、約1重量%未満、約0.7重量%未満、約0.5重量%未満、約0.3重量%未満、約0.1重量%未満又は約0.05重量%未満の電子供与体を含有することができる。ここで使用するときに、用語「電子供与体」とは、化学共有結合及び/又は供与結合及び/又は付加体の形成において使用される1個以上の電子を供与する化合物をいう。電子供与体としては、アルコール、チオール、アミン、ホスフィン、エーテル、ケトン及びエステルが挙げられる。
ここで使用するときに、用語「アルコール」とは、式ROH(ここで、Rは任意の置換又は非置換ヒドロカルビル基である。)を有する化学化合物をいう。例示アルコールとしては、脂肪族アルコール、環状アルコール及び芳香族アルコールが挙げられる。脂肪族アルコールは、例えば、1〜約25個の炭素原子を有することができる。例示脂肪族アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、2−エチルヘキサノール、及び1−ドデカノールが挙げられる。例示環状アルコールとしては、シクロヘキサノールが挙げられる。例示芳香族アルコールとしては、t−ブチルフェノールが挙げられる。
ここで使用するときに、用語「エーテル」とは、式R−O−R’(ここで、R及びRは、独立して、置換及び非置換のヒドロカルビル基から選択され、又はR及びR’は縮合環を形成し、この場合、縮合環は飽和又は不飽和である。)を有する化学化合物をいう。ヒドロカルビル基を含有する例示エーテルとしては、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、エチルイソプロピルエーテル、メチルブチルエーテル、メチルアリルエーテル及びエチルビニルエーテルが挙げられる。縮合環を含む例示エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどが挙げられる。
ここで使用するときに、用語「ケトン」とは、式R(C=O)R(ここで、R及びRは、独立して、置換及び非置換ヒドロカルビル基から選択され、そうでなければエーテルに対して言及した上記のものである。)を有する化学化合物をいう。例示ケトンとしては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンチルメチルケトン、3−ブロモ−4−ヘプタノン、2−クロロシクロペンタノンが挙げられる。他の好適なケトンは、アリルメチルケトンのように、不飽和などの他の官能基を含むことができる。
ここで使用するときに、用語「エステル」とは、式R(C=O)OR’(ここで、カルボニル基の炭素原子は、炭素原子に対して一方の結合及び酸素原子に対して他方の結合を形成し、そしてR及びRは、独立して、置換又は非置換ヒドロカルビル基から選択される。)を有する化学化合物をいう。例示エステルとしては、脂肪族及び芳香族カルボン酸のアルキルエステル、環状エステル、飽和エステル及びハロゲン化エステルを挙げることができる。エステルの具体例としては、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メチル及び安息香酸エチルを挙げることができる。
1種以上の共触媒又は活性化剤と触媒とを結合させることができる。好適な共触媒としては、アルミニウムアルキル化合物などの有機金属化合物が挙げられるが、これらに限定されない。例示アルミニウムアルキル化合物としては、ハロゲン化ジアルキルアルミニウム、例えば、塩化ジアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムヒドリド、ハロゲン化アルキルアルミニウム、例えば、塩化アルキルアルミニウム、及びトリアルキルアルミニウム化合物が挙げられるが、これらに限定されない。アルミニウムアルキル化合物中のアルキル基は、1〜18個、又は1〜12個、又は1〜10個、又は1〜8個、又は1〜6個の炭素原子を含むことができる。例えば、アルミニウムアルキル化合物中のアルキル基は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、又はオクチルであることができる。好ましくは、共触媒は、アルキル基が1〜18個、又は1〜12個、又は1〜10個、又は1〜8個、又は1〜6個の炭素原子を有するトリアルキルアルミニウム化合物であることができる又はこれを含むことができる。例示トリアルキルアルミニウム化合物としては、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ−n−ブチルアルミニウム、トリ−n−ヘキシルアルミニウム、トリ−n−オクチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。他の好適な共触媒としては、米国特許第3787384号;同4148754号;及び同4481301号で議論されかつ記載されたものが挙げられる。
触媒と混合できる助触媒の量は、触媒に含まれるチタン1mmol当たり、約0.1mmol、約0.5mmol、約1mmol、約2mmol、又は約3mmolの低から約10mmol、約20mmol、約50mmol、約100mmol、又は約500mmolの高までを範囲とすることができる。例えば、触媒/共触媒混合物中における共触媒の濃度は、触媒に含まれるチタン1mmol当たり、約0.5mmol〜約150mmol、約1mmol〜約100mmol、約1mmol〜約75mmol、約1mmol〜約50mmol、約2mmol〜約30mmol、約2mmol〜20mmol、約3mmol〜約15mmol又は約3mmol〜約10mmolの範囲であることができる。
驚くべきかつ予想外なことに、ここで議論しかつ説明した触媒の1種以上で製造されたポリエチレンとポリエチレンとの共重合体がユニークな特性を有することを発見した。例えば、驚くべきことにかつ予想外なことに、ここで議論しかつ説明した1種以上の触媒で製造されたポリエチレン及びその共重合体は、長鎖分岐(LCB)及び広い分子量分布(MWD)を有することができることが発見された。この特性の組み合わせは、チーグラー・ナッタ触媒で製造されたポリエチレンの中でもユニークであると考えられる。LCBは、反応器内で生成される粒状重合体に固有のものである。LCB並びに得られた溶融強度及び他の関連する特性は、ペレット化プロセスの間に有意に変更されることはない。広いMWDとLCBとの組み合わせにより、大幅に増加し、押出加工性が実質的に増大し、その結果としてペレット化のコストが低減し、消費電力が低減し及び/又は製造速度が増加した重合体が得られる。
用語「ポリエチレン」とは、少なくとも50重量%のエチレン誘導単位を有する重合体をいう。例えば、ポリエチレンは、少なくとも50重量%のエチレン誘導単位、少なくとも70重量%のエチレン誘導単位、少なくとも80重量%のエチレン誘導単位、90重量%のエチレン誘導単位、95重量%のエチレン誘導単位、又は100重量%のエチレン誘導単位を有することができる。ポリエチレンは、単独重合体又は1種以上の他の単量体単位を有する三元共重合体を含めた共重合体であることができる。このように、ポリエチレンは、例えば、1種以上の他のオレフィン及び/又はα−オレフィン共単量体を含むことができる。例示α−オレフィン共単量体としては、3〜約20個の炭素原子を有するもの、例えば、C3〜C20α−オレフィン、C3〜C12α−オレフィン、C3〜C8α−オレフィン、C3〜C6α−オレフィン、C3〜C5α−オレフィン、C4〜C6α−オレフィン、C4〜C5α−オレフィン、又はC4α−オレフィンが挙げられるが、これらに限定されない。好適なα−オレフィン共単量体は、直鎖若しくは分岐であることができ、又は2つの不飽和炭素−炭素結合(ジエン)を有することができる。2種以上の共単量体を使用することができる。好適な共単量体の例としては、直鎖C3〜C12α−オレフィン及び1個以上のC1〜C3アルキル分岐又はアリール基を有するα−オレフィンが挙げられるが、これらに限定されない。
有用な共単量体の例としては、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;1個以上のメチル、エチル、又はプロピル置換基を有する1−ペンテン;1−ヘキセン;1個以上のメチル、エチル、又はプロピル置換基を有する1−ヘキセン;1ヘプテン;1個以上のメチル、エチル、又はプロピル置換基を有する1−ヘプテン;1−オクテン;1個以上のメチル、エチル、又はプロピル置換基を有する1−オクテン;1−ノネン;1個以上のメチル、エチル、又はプロピル置換基を有する1−ノネン;エチル、メチル又はジメチル置換1−デセン;1−ドデセン;スチレン;及びそれらの組み合わせが挙げられる。特に好ましい共単量体としては、1−ブテン、1−ヘキセン、及び1−オクテンが挙げられる。
1種以上の共単量体を使用する場合には、単量体、すなわちエチレンを、約50重量%〜約99.9重量%の単量体、好ましくは約70重量%〜約99重量%の単量体、さらに好ましくは約80重量%〜約98重量%の単量体の割合で、1種以上の共単量体約0.1重量%〜約50重量%、好ましくは1種以上の共単量体約1重量%〜約30重量%、より好ましくは1種以上の共単量体約2重量%〜約20重量%と共に重合することができる。
ポリエチレンは、約0.900g/cm3〜約0.970g/cm3の密度を有することができる。例えば、ポリエチレンは、約0.910g/cm3、約0.915g/cm3、約0.915g/cm3、約0.920g/cm3、又は約0.925g/cm3の低から約0.940g/cm3、約0.945g/cm3、約0.950g/cm3、約0.955g/cm3、約0.960g/cm3、約0.965g/cm3、又は約0.970g/cm3の高までを範囲とする密度を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、約0.915g/cm3〜約0.935g/cm3、又は約0.920g/cm3〜約0.930g/cm3、又は約0.935g/cm3〜約0.960g/cm3、又は約0.945g/cm3〜約0.957g/cm3、又は約0.915g/cm3〜0.960約g/cm 3、又は約0.920g/cm3〜約0.955g/cm3の密度を有することができる。密度は、ASTM D−792に従って決定できる。
用語「分子量分布」及び「MWD」とは、多分散性指数(PDI)と同じものを意味する。分子量分布(MWD)は、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比、すなわちMw/Mnである。ポリエチレンは、例えば、約4〜約7の範囲の分子量分布(Mw/Mn)又は(MWD)を有することができる、ポリエチレンは、約4.1、約4.3、約4.5、約4.7、約4.9、又は約5の低から約5.7、約5.9、約6、約6.1、約6.3、約6.5、約6.8、約7.0、約7.3、又は約7.5の高までを範囲とする分子量分布(Mw/Mn)を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、約4.5〜約6.5、約4.6〜約6.3、約4.9〜約6.3、約5〜約6.4、又は約4.5〜約6.8の分子量分布(Mw/Mn)を有することができる。
ポリエチレンは、約3.0〜約5.5のMz/Mw値を有することができる。例えば、ポリエチレンは、約3.3、約3.6、約3.7、約3.8、約3.9、又は約4.0の低から約4.6、約4.7、約4.8、約4.9、約5.0、又は約5.3までを範囲とするMz/Mw値を有することができる。別の例では、ポリエチレンのMz/Mw値は、約3.65〜約4.85、約3.55〜約4.75、約3.7〜約4.7、又は約3.6〜約4.5までの範囲とすることができる。
Mw、Mn及びz平均分子量(Mz)は、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)としても知られるゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を使用して測定できる。この技術は、異なるサイズの重合体分子を分離するために、多孔質ビーズを充填したカラム、溶出溶媒及び検出器を備える器具を利用する。SECによる分子量の測定は、当技術分野において公知であり、例えば、Slade,P.E.著,Polymer Molecular Weights Part II,Marcel Dekker,Inc.,NY(1975),287−368;Rodriguez,F.,Principles of Polymer Systems 第3版,Hemisphere Pub.Corp.,NY,(1989)155−160;米国特許第4,540,753号;及びVerstrate外,Macromolecules,第21巻,(1988)3360;T.Sun外,Macromolecules,第34巻,(2001)6812−6820で詳しく説明されている。
ポリエチレンは、約0.05g/10分〜約100g/10分の範囲のメルトインデックス(MI)又は(I2)を有することができる。例えば、ポリエチレンは、約0.10g/10分、約0.4g/10分、約0.9g/10分、約1.1g/10分、又は約1.5g/10分の低から約60g/10分、約70g/10分、約80g/10分、約90g/10分、又は約100g/10分の高までを範囲とするMI(I2)を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、約0.40g/10分〜約6g/10分、約0.8g/10分〜約3g/10分、約0.3g/10分〜約2g/10分、又は約0.4g/10分〜約3.5g/10分のMI(I2)を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、約0.5g/10分〜約45g/10分、約5g/10分〜約30g/10分、約10g/10分〜約80g/10分、約40g/10分〜約90g/10分、約1g/10分〜約5g/10分、又は約0.05g/10分〜約10g/10分のMI(I2)を有することができる。MI(I2)は、ASTM D−1238−Eにより(190℃、2.16kg加重で)測定できる。
ポリエチレンは、約10g/10分〜約1,000g/10分の範囲のフローインデックス(FI)又は(I21)を有することができる。例えば、ポリエチレンは、約10g/10分、約15g/10分、又は約20g/10分の低から約100g/10分、約200g/10分、約300g/10分、約400g/10分、又は約500g/10分の高までを範囲とする範囲FI(I21)を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、約40g/10分〜約200g/10分、約50g/10分〜約100g/10分、又は約100g/10分〜約200g/10分のFI(I21)を有することができる。FI(I21)は、ASTM D−1238−F(190℃、21.6kgの加重)に従って測定できる。
用語「メルトインデックス比」、「MIR」、「メルトフロー比」、「MFR」、及び「I21/I2」は交換可能に使用され、フローインデックス(I21)対メルトインデックス(I2)の比、すなわち、I21/I2をいう。ポリエチレンは、約30〜約45のMFR(I21/I2)を有することができる。ポリエチレンは、例えば、約30、約31、約32、約33又は約34の低から約35、約36、約37、約39、約40、約42、約43、又は約45の高までを範囲とするMFR(I21/I2)を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、約31〜約42、又は約32〜約40、又は約33〜約37、又は約34〜約44、又は約35〜約45の範囲のMFRを有することができる。ポリエチレンは、8.33+(4.17×MWD)以上のメルトフロー比(MFR)を有することができる。
ポリエチレンは、約100g/10分未満のメルトインデックス(I2)及び約10g/10分よりも大きいフローインデックス(I21)を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、約50g/10分未満のメルトインデックス(I2)及び約25g/10分よりも大きいフローインデックス(I21)を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、約20g/10分未満のメルトインデックス(I2)及び約40g/10分よりも大きいフローインデックス(I21)を有することができる。
長鎖分岐の存在を決定するために様々な方法が知られている。例えば、長鎖分岐は、13C核磁気共鳴(NMR)分光法を使用して決定でき、限られた範囲内、例えば、エチレン単独重合体及び所定の共重合体については、ランドールの方法を用いて定量できる(Journal of Macromolecular Science:Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29(2&3),p.285−297)。従来の13C核磁気共鳴スペクトルは、6個までの炭素原子についての長鎖分岐の長さを決定することができ、約6個よりも多い炭素原子が存在する場合には、エチレン/1−オクテンインターポリマーなどのエチレン重合体中における長鎖分岐の存在を定量又は決定するのに有用な他の既知の技術が存在する。共単量体の13C共鳴が長鎖分岐の13C共鳴と完全に重複するインターポリマーについては、共単量体又は他の単量体(エチレンなど)のいずれかを、長鎖分岐が共単量体と区別できるように同位体標識することができる。例えば、エチレンと1−オクテンとの共重合体は、13C−標識されたエチレンを用いて製造できる。この場合、マクロマーの取り込みに関連した長鎖分岐共振は、強度が有意に強化され、かつ、隣接13C炭素への結合を示すのに対し、オクタン共鳴は強化されない。他の方法は、長鎖分岐頻度(LCBF)が式LCBF=B/Mw(ここで、bは、1分子当たりの長鎖分岐の重量平均数であり、Mwは重量平均分子量である。)によって表すことができることを開示する米国特許第4,500,648号に開示された技術を含む。分子量平均及び長鎖分岐特性は、それぞれ、ゲル浸透クロマトグラフィー及び極限粘度法によって決定できる。
ポリエチレンは、長鎖分岐(LCB)を有することができる。長鎖分岐のレベル又は量は、1000個の炭素原子当たりの長鎖分岐の数を指す。長鎖分岐は、6個よりも多い炭素原子から重合体骨格と同程度の長さまでの長さを有することができる。例えば、長鎖分岐上の炭素原子の数は、少なくとも部分的に重合条件に応じて、約7、約8、又は約9の少から約10、約50、約100、約1,000、約10,000以上の多までを範囲とすることができる。ポリエチレンは、1,000個の炭素原子当たり約0.01よりも大きく、かつ、約1,000個の炭素原子当たり0.05未満の長鎖分岐(LCB)を有することができる。例えば、ポリエチレンは、1000個の炭素原子当たり、約0.01、約0.015、約0.02、又は約0.025の低から約0.045、約0.035、約0.040、又は約0.05の高までを範囲とする長鎖分岐を持つことができる。
共単量体としてのn−デセンを使用する場合に、8炭素長分岐といった、共単量体の取り込みの結果として導入された分岐は、当該技術分野において従来から理解されているように「長鎖分岐」とは見なされない。このような共単量体の存在下で、ポリエチレン中のLCBを、95℃より上で溶出する単独重合体又は結晶性部分を重合体の残部から分離する分取昇温溶出分別(pTREF)によって決定することができる。pTREF技術についてのさらなる詳細は、米国特許出願公開第2012/0028065に議論されかつ説明されているとおりである。説明されたNMR技術を使用して、単独重合体部分中におけるLCBの量を決定することができる。この部分中におけるLCBは、1000個の炭素原子当たり0.01〜1000個の炭素原子当たり0.05の分岐の範囲内とすることができる。
エチレン/1−オクテンインターポリマーなどのエチレン重合体中における長鎖分岐の存在を定量しかつ決定するための他の有用な2つの方法としては、低角度レーザー光散乱検出器(GPC−LALLS)と連結されたゲル浸透クロマトグラフィー及び示差粘度計検出器(GPC−DV)と連結されたゲル浸透クロマトグラフィーとを挙げることができる。これらの長鎖分岐検出のための技術の使用及び基礎となる理論は、文献で議論されかつ説明されている。例えば、G.H.Zimm及びW.H.Stockmayer,J.Chem.Phys.,第17巻,p.1301(1949);及びA.Rudin,「Modern Methods of Polymer Characterization」,John Wiley&Sons,New York(1991)p.103を参照されたい。長鎖分岐を決定するためのさらに別の方法としては、E.J.Markel外,Macromolecules,第33巻,p.8541(2000)に記載されたGPC−FTIRを挙げることができる。
共単量体分布の分析は、結晶化溶出分別(CEF)(PolymerChar in Spam)(Monrabal,B.外,Macromol.Symp.,257,p.71(2007))で実施できる。オルトジクロロベンゼン(ODCB)を600ppmの酸化防止剤ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)と共に溶媒として使用することができる。サンプル調製は、4mg/mlでの振とう下において約2時間にわたり160℃でオートサンプラーを用いて行うことができる(特に指定のない限り)。注入容量は、約300μlとすることができる。CEFの温度プロファイルは、110℃から30℃まで3℃/分での結晶化、5分間30℃での熱平衡、30℃から140℃まで3℃/分での溶出である。結晶中の流速は0.052ml/分であることができる。溶出中の流量は、0.50ml/分であることができる。データを1つのデータ点/秒で収集することができる。ガラスビーズを酸洗浄することができ、CEFカラムに0.125インチのステンレス鋼管で(MO−SCIの特別商品)は125μm±6%でガラスビーズを充填することができる。カラム体積は約2.06mlであることができる。カラム温度の較正は、ODCB中でのNIST標準基準材料直鎖ポリエチレン1475a(l.0mg/ml)及びエイコサン(2mg/ml)の混合物を使用して実行できる。この温度は、NIST直鎖ポリエチレン1475aが101℃のピーク温度を有し、かつ、エイコサンが30.0℃のピーク温度を有するように溶出加熱速度を調整することによって較正できる。CEFカラム分解能は、NLST直鎖ポリエチレン1475a(1.0mg/ml)とヘキサコタン(フルカ、purum、>97.0%、LMG/ml)との混合物を用いて算出できる。ヘキサコタンとNISTポリエチレン1475aとの基準分離を達成することができる。NIST 1475aの面積(67.0℃〜110.0℃)に対するヘキサコタンの面積(35.0℃〜67.0℃)は50〜50とすることができ、35.0℃未満の可溶性画分の量は1.8重量%未満とすることができる。カラムの分解能は6.0であることができる。CEFカラムの分解能は次のように定義することができる。
ポリエチレンは、不均一な短鎖分岐(SCB)分布を有することができる。ここで使用するときに、用語「不均一分岐分布」、「不均質に分岐した」及び「不均一な短鎖分岐分布」は、交換可能に使用され、かつ、次のことを意味する:(1)異なる鎖長の分子が異なるレベルの共単量体を含む、特により短い鎖長の分子がより多くの共単量体を含む、すなわちエチレン対共単量体の比率が低い、(2)重合体が、共単量体不均一性指数又は(CHI)が<0.5である、広い短鎖分岐分布によって特徴付けられる、(3)重合体が、温度に応じた重合体分別溶出、例えば昇温溶出分別(TREF)(J.Wild外,Poly.Sci.,Poly.Phy.Ed.,第20巻,p.441(1982)),crystallization analysis fractionation(CRYSTAF)(例えばD.Beigzadeh,J.B.P.Soares及びT.A.Duever;「Modeling of Fractionation in CRYSTAF Using Monte Carlo Simulation of Crystallizable Sequence Lengths:Ethylene/1−octene Copolymers Synthesized with Single−Site−Type Catalysts」,J.Applied Polymer Science,80巻,No.12,p.2200(2001);また、B.Morabal,J.Blanco,J.Nieto,及びJ.B.P.Soares,Polym.Sci Part A:Polym.Chem.,第37巻,p.89(1999))及びWO2011/002868号で議論されかつ説明された結晶化溶出分画(CEF)を伴ういくつかの既知の分別技術のいずれかにおいて約100℃の溶出温度でのピークとして示される測定可能な高密度(結晶性)画分を含む。ポリエチレンは、0.5未満、約0.47未満、約0.45未満、約0.43未満、約0.40未満、約0.37未満、約0.35未満、約0.33未満、約0.3未満、約0.27未満、約0.25未満、約0.23未満、又は約0.20未満の共単量体不均一性指数(CHI)を有することができる。
化合物を、レオテンスにより190℃で及びARESメルトレオメーターを使用して動的EVFにより溶融強度を測定した。用語「溶融強度」及び「MS」は、交換可能に使用され、かつ、33逆数秒(sec-1)の一定の剪断速度で毛管型レオメーターダイから押し出された重合体溶融物の溶融フィラメントで測定すると共に、フィラメントを約1cm/秒の初期速度から毎秒約0.24cm(cm/秒2)の速度で加速させる一対のニップローラーによって延伸させる、最大引張力を意味する。最大の力を、次のように力対引き取り速度データから決定できる:延伸共鳴の非存在下では、溶融強度値は、破断直前の最大値である;破断前の延伸共鳴の存在下では、溶融強度は、延伸共振の発生前における20のデータポイントの平均値であり、ここで、延伸共鳴は、振動の平均値の10%を超える振幅を有する振動であると定義される。溶融フィラメントは、好ましくは、インストロン毛管型レオメーターのバレルに充填される重合体の約10gを加熱し、5分間にわたり190℃で重合体を平衡化し、その後約0.21cmの直径及び約4.19cmの長さを有する毛管ダイを通して約2.54cm/分のピストン速度で重合体を押し出すことによって生成される。引張力は、好ましくは、ニップローラーが、フィラメントが毛管ダイを出る箇所のすぐ下約10cmとなるように配置されているGoettfertレオテンスを用いて測定される。
また、ポリエチレンの溶融強度は、方程式の形で表すこともできる。より具体的には、ポリエチレンの溶融強度は、次式で表すことができる:溶融強度=7.6938×exp(−1.56×log(MI))(ここで、対数は底が10である)。一以上の実施形態では、ポリエチレンは、0.945g/cm3以上の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI))以上の溶融強度(ここで、aは1.5、1.55、1.6、1.65、1.7、1.75、1.8、1.85、又は1.9に等しい。)を有することができる。例えば、不均一ポリエチレンは、0.945g/cm3以上の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))以上の溶融強度を有することができ、aは1.5、1.75、又は1.9である。一以上の実施形態では、ポリエチレンは密度を有することができる0.945g/cm3未満の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))以上の溶融強度を有することができ、ここで、aは1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5、1.55、1.6、1.65、1.7、1.75、1.8、1.85、又は1.9である。例えば、不均一ポリエチレンは、0.945g/cm3未満の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))を有することができ、ここで、aは、1.2、1.5、又は1.9である。
ポリエチレンは、約2センチニュートン(cN)、約3cN、約3.5cN、約4cN又は約4.5cNの低から約6cN、約8cN、約10cN、約12cN、約14cN、約16cN、約18cN、又は約20cNの高までを範囲とする溶融強度を有することができる。例えば、ポリエチレンは、約2cN〜約7cN、約2.5cN〜約6、cN、約3.3cN〜約7.3cN、約3.6cN〜約7cN、又は約2.2cN〜約6.8cNの溶融強度を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、約3.3cN〜約16cN、約5cN〜約18cN、約6cN〜約14cN、約8cN〜約20cN、又は約8.5cN〜約17cNの溶融強度を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、少なくとも2cN、少なくとも3cN、少なくとも4cN、少なくとも5cN、少なくとも6cN、少なくとも7cN、少なくとも8cN、少なくとも9cN、少なくとも10cN、少なくとも11cN、少なくとも12cN、少なくとも13cN、少なくとも14cN、少なくとも15cN、又は少なくとも16cNの溶融強度を有することができる。別の例では、ポリエチレンは、少なくとも2.5cN、少なくとも3.5cN、少なくとも4.5cN、少なくとも5.5cN、少なくとも6.5cN、少なくとも7.5cN、少なくとも8.5cN、少なくとも9.5cN、少なくとも10.5cN、少なくとも11.5cN、少なくとも12.5cN、少なくとも13.5cN、少なくとも14.5cN、少なくとも15.5cN、又は少なくとも16.5cNの溶融強度を有することができる。
ポリエチレンは、伸張粘度器具(EVF)によって測定されるときに、約0.75より大きい、約0.80より大きい、約0.85より大きい、約0.90より大きい、約0.95より大きい、又は約1.00よりも大きい歪硬化(SSH)の傾きを有することができる。例えば、ポリエチレンは、EVFによって測定されるときに、約0.76、約0.78、約0.80、約0.83、約0.85、又は約0.87の低から約0.90、約0.95、約1.00、約1.10、約1.20、約1.30、又は約1.40の高までを範囲とするSSHを有することができる。例えば、ポリエチレンは、EVFによって測定されるときに、約0.75超〜約1.35、約0.80〜約1.30、約0.90〜約1.29、約0.95〜約1.35、約1.00〜約1.35、又は約1.05〜約1.30の歪硬化の傾きを有することができる。
伸張粘度は、150℃で10秒-1、1秒-1、及び0.1秒-1のヘンキー歪み速度でTAインスツルメンツ(米国デラウエア州ニューキャッスル)のARESレオメーター上に取り付けられたTAインスツルメンツの伸長粘度器具(EVF)により測定できる。試料プラックは、プログラム可能なテトラヘドロンベンチトッププレスで調製できる。このプログラムは5分間にわたって1500psi(107Pa)の圧力で177℃で溶融物を保持することができる。その後、チェイスをベンチトップに取り出して冷却する。試験試料を、パンチプレス及び約10mm×18mm(幅×長さ)の寸法を有するハンドヘルドダイを使用して試料プラックからダイカットできる。試験片の厚さは、約0.7mm〜約1.1mmの範囲とすることができる。
TAインストルメンツ伸張速度器具(EVF)は、従来のAriesレオメーターと共に使用できる。EVF器具を囲むレオメーターオーブンを、この器具を調節して値をゼロに合わせる前に少なくとも60分間にわたって約150℃の試験温度に設定することができる。各試料フィルムの幅及び厚さを、プラック試料の3つの異なる場所で測定することができ、また、それらの平均値を試験プログラム(TA Orchestratorバージョン7.2)に入力することができる。また、室温及び試験温度での試料の密度(0.78g/cm3)を試験プログラムに入力して、プログラムにより試験温度で使用フィルムの実際の寸法を計算することを可能にすることができる。室温での試料の密度はサンプルによって異なり、ASTM D−792に従って測定した密度を使用することができる。フィルム試験片を、ピンによって器具の2個のドラムのそれぞれの上に取り付けることができる。オーブンを閉じてその温度を平衡化させてから試験を開始することができる。試験を3つの区域に分割した。第1の区域は、約0.005s-1の歪み速度で11秒間にわたりフィルムを延伸させる予備延伸区域である。フィルムを予備延伸することで、フィルムがロードされたときに導入されたフィルムの座屈を低減させることができる。その後約60秒の緩和区域が続き、予備延伸工程で導入された歪みを最小化又は低減させる。第3の区域は、膜を予め設定されたヘンキー歪み速度で延伸される測定区域である。第3の区域で収集されたデータは、分析のために使用されるものである。
伸張粘度は、約150℃で測定できる。歪硬化の傾きを算出するためのデータは、約0.1秒-1の歪み速度で収集できる。SSH歪硬化の勾配は、次のように計算できる:(a)データを粘度(Pa・s)対経過時間(秒)として記録する、(b)粘度が経過時間と共に増加する;経過時間>1秒の範囲内のデータをこの計算の目的で考慮する、(c)破損直前の時点、又は粘度の低下、又は力の急激な上昇若しくは下降によって示される試料の明白な滑りを記録する:値F:最大及び時間t最大;t最大の対数=Lt最大を算出する、(d)時間をlog10(時間)として表して、計算に使用されるデータの範囲は0.9×Lt最大〜0.75×Lt最大である(0.9×Lt最大に隣接しかつそれ未満の点及び0.75×Lt最大に隣接しかつそれよりも大きい点は、この範囲の上限値又は下限値を決める、(e)工程(d)の範囲を使用して、データをlog(粘度)対log(時間)としてプロットする、(f)当技術分野において知られている従来の線形回帰技術を使用して、フォームy=m×x+cのラインをデータに適合させる(マイクロソフト社のエクセル(登録商標)プログラムで提供されている直線適合が好適である、(g)歪硬化の傾きはmに等しい。この傾きはログ空間で測定されているので、歪硬化値(SSH)の傾きは無次元数である。伸長粘度に関する追加情報がJ.Chem.Educ.,第74巻,第8号,第899頁(1997);及びJ.Chem.Educ.,第72巻,第10号,第954頁(1995)に記載されている。
触媒を使用して1種以上のオレフィンを重合し、それから1種以上の重合体生成物を得ることができる。高圧、溶液、スラリー及び/又は気相方法(これらに限定されない)を含めた任意の重合方法を使用することができる。好ましくは、流動床反応器を用いた連続気相方法を使用してエチレン又はエチレンと1種以上の共単量体とを重合し、それぞれポリエチレン又はポリエチレン共重合体を得ることができる。共単量体は、上で議論しかつ説明したとおりのものであることができる。
例示流動床反応器は、反応区域及びいわゆる減速区域を備えることができる。反応区域は、成長しつつある重合体粒子と、形成された重合体粒子と、反応区域を通して重合熱を除去するためのガス状単量体及び希釈剤の連続流によって流動化された少量の触媒粒子との床を含むことができる。任意に、再循環ガスの一部を冷却し、そして圧縮して、反応区域に再度入ったときに循環ガス流の熱除去能力を増大させる液体を形成することができる。ガス流の好適な速度は、簡単な実験によって容易に決定できる。循環ガス流へのガス状単量体の構成は、粒状重合体生成物及びそれに関連する単量体が反応器から取り出すことができ、かつ、反応器を通過するガスの組成を調節して反応区域内で本質的に定常状態のガス組成を維持することができる速度に等しい速度であることができる。反応区域を出るガスを減速区域に通すことができ、そこで、同伴粒子が除去される。より微細な同伴粒子及びダストは、サイクロン及び/又は微細フィルターで除去できる。ガスを熱交換器に通し、そこで、重合熱を除去し、圧縮機で圧縮し、次いで反応区域に戻すことができる。追加の反応器の詳細及び反応器を操作するための手段は、例えば、米国特許第3709853号;同4003712号;同4011382号;同4302566号;同4543399号;同4882400号;同5352749号;及び同5541270号;欧州特許第0802202号;ベルギー国特許第839380号に記載されている。
流動床方法の反応器温度は30℃又は40℃又は50℃〜90℃又は100℃又は110℃又は120℃又は150℃の範囲であることができる。一般に、反応器温度は、反応器内でのポリエチレンの焼成温度を考慮して実現可能な最も高い温度で操作できる。ポリエチレンを製造するために使用される方法にかかわらず、重合温度又は反応温度は、形成されるポリエチレンの溶融又は「焼結」温度未満であるべきである。したがって、一実施形態での上限温度は、反応器内で製造されたポリエチレンの溶融温度である。
「ポリプロピレンハンドブック」(ハンザー出版、1996)の76−78頁に記載さるように、水素ガスをオレフィン重合に使用してポリオレフィンの最終特性を制御することができる。水素の濃度(分圧)を増加させると、生成されたポリエチレンのメルトフローレート(MFR)(メルトインデックス(MI)ともいう)を増加させることができる。このように、MFR又はMIは、水素濃度によって影響を受ける場合がある。重合反応器中の水素の量は、全重合性単量体、例えば、エチレン又はエチレンとヘキセンとのブレンドに対するモル比として表すことができる。重合方法で使用される水素の量は、最終ポリオレフィン樹脂の所望のMFR又はMIを達成するのに十分な量とすることができる。一実施形態では、水素対全単量体(H2:単量体)のモル比は、一実施形態では0.0001超、別の実施形態では0.0005超、さらに別の実施形態では0.001超から、さらに別の実施形態では、さらに別の実施形態では10未満、さらに別の実施形態では5未満、さらに別の実施形態では3未満、さらに別の実施形態では0.10未満の範囲とすることができ、ここで、望ましい範囲は、ここに記載される任意の上限モル比と任意の下限モル比との任意の組合せを含むことができる。別の言い方をすると、任意の時点での反応器中の水素の量は、5,000ppmまで、別の実施形態では4,000ppmまで、別の実施形態では3,000ppmまでから、他の実施形態では50ppm〜5,000ppm、別の実施形態では500ppm〜2,000ppmを範囲とすることができる。
気相方法(単段又は2段以上のいずれか)における1以上の反応器圧力は、690kPaから3,448kPaまで変更でき、別の実施形態では1379kPa〜2,759kPaの範囲、さらに別の実施形態では1,724kPa〜2,414kPaの範囲にあることができる。
気相反応器は、1時間当たり227kgの重合体(kg/時間)から90,900kg/時間、さらに別の実施形態では455kg/時間を超える、別の実施形態では4,540kg/時間を超える、別の実施形態では11,300kg/時間を超える、さらに別の実施形態では15,900kg/時間を超える、さらに別の実施形態では22,700kg/時間を超える、さらに別の実施形態では29,000kg/時間〜45,500kg/時間の重合体を製造することが可能である。
一以上の実施形態では、一方の反応器が、例えば高分子量成分を生成することができ、他方の反応器が低分子量成分を生成することができる2個以上の反応器を直列的に使用する多段反応器を使用することができる。一以上の実施形態では、ポリオレフィンは、多段気相反応器を用いて製造できる。このような市販の重合システムは、例えば、「Volume2,Metallocene−Based Polyolefins」の366〜378頁(John Scheirs&W.Kaminsky著,John Wiley&Sons,Ltd.2000);米国特許第5665818号;同5677375号;及び同6472484号;並びに欧州特許第0517868号及び同0794200号に記載されている。
また、スラリー重合法も使用できる。スラリー重合方法は、一般に、約101kPa〜約5,070kPa以上の範囲の圧力及び約0℃〜約120℃、より具体的には約30℃〜約100℃の範囲の温度を使用する。スラリー重合では、固体粒状重合体の懸濁液を液体重合希釈剤媒体中で形成させることができ、この媒体には、エチレン及び共単量体と多くの場合水素を触媒と共に添加される。希釈剤を含む懸濁液は、反応器から断続的又は連続的に取り出され、該反応器において、揮発性成分が重合体から分離され、そして任意に蒸留された後に、反応器に再循環される。重合媒体に使用される液体希釈剤は、例えば分岐アルカンといった、3〜7個の炭素原子を有するアルカンであることができる。使用される媒体は、重合条件下では液体で、かつ、比較的不活性であるべきである。プロパン媒体を使用できる場合には、この方法は、反応希釈剤の臨界温度及び臨界圧力よりも上で操作しなければならない。一実施形態では、ヘキサン、イソペンタン又はイソブタン媒体を使用することができる。
1種以上の共触媒(使用する場合)と触媒とを重合反応器の外側、重合反応器内又はそれらの組み合わせで配合できる。例えば、触媒及び共触媒を別個に重合反応器に導入し、その中で配合できる。別の例では、触媒と共触媒とを重合反応器の外側又は外部に互いに配合し、そして重合反応器に混合物として導入することができる。別の例では、共触媒の第1部分を重合反応器の外部で触媒と配合でき、そして共触媒の第2部分を共触媒の第1部分と触媒との混合物と重合反応器内で配合することができる。共触媒は、高圧、溶液、スラリー及び/又は気相重合方法において使用できる。
驚くべきことにかつ予想外なことに、ここで議論しかつ説明する本発明の触媒組成物は、より少ない量の共触媒を使用する場合に、ポリエチレン及びポリエチレン共重合体を高い効率及びメルトフロー比(I21/I2)で生成できることが分かった。換言すれば、共触媒対触媒の比率を増大させると、生成されたポリエチレン又はポリエチレンの触媒生産性(典型的には、触媒の1ポンド当たりに製造される樹脂のポンドとして記載)並びにメルトフロー比を増大させることが可能になる。そうすると、好ましい実施形態では、共触媒/触媒混合物中における共触媒の濃度は、触媒に含まれるチタン1mmol当たり約20mmol未満の共触媒、又は触媒に含まれるチタン1mmol当たり約5mmol未満の共触媒、又は触媒に含まれるチタン1mmol当たり約10mmol未満の共触媒とすることができる。
ここで開示する重合方法では、1種以上の帯電制御剤を使用して反応器内の帯電レベルを調節するのを助けることが望ましい場合もある。本明細書で使用するときに、帯電制御剤とは、流動床反応器に導入されたときに、流動床における静電荷に影響を及ぼす又は該静電荷を負、正若しくはゼロにすることのできる化学組成物のことである。使用される特定の帯電制御剤は、静電荷の性質に依存する場合があり、また、帯電制御剤の選択は、製造される重合体及び使用される触媒化合物に依存して変化する場合がある。例えば、帯電制御剤の使用は、欧州特許第0229368号及び米国特許第4803251号;同4555370号;及び同5283278号並びにそこに引用された参考文献に開示されている。
また、ステアリン酸アルミニウムなどの制御剤を使用することもできる。使用される帯電制御剤は、生産性に悪影響を与えることなく、流動床における静電荷を受け取る能力に対して選択できる。また、他の好適な帯電制御剤としては、ジステアリン酸アルミニウム、エトキシル化アミン及びOCTASTAT(商標)という商品名でInnospec社が提供するような帯電防止組成物が挙げられる。例えば、OCTASTAT(商標)2000は、ポリスルホン共重合体と重合ポリアミンと油溶性スルホン酸との混合物である。
上記制御剤並びに、例えば、WO01/44322に記載された、見出しのカルボン酸金属塩の下に列挙されたもの及び帯電防止剤として列挙された化学物質及び組成物を含めたもののいずれかを、単独で又は制御剤と共に使用できる。例えば、カルボン酸金属塩は、制御剤を含有するアミンと配合できる(例えば、カルボン酸金属塩とKEMAMINE製品群(商標)(クロンプトン社から入手可能)又はATMER(商標)(ICIアメリカ社から入手可能)に属する任意の商品群とを配合)。
他の有用な連続性添加剤としては、次の一般式を有するポリエチレンイミンを含むことができる本明細書で開示される実施形態において有用なエチレンイミンの添加剤が挙げられる:
−(CH2−CH2−NH)n
ここで、nは約10〜約10,000であることができる。ポリエチレンイミンは、直鎖状、分岐状又は超分岐であることができる(すなわち、樹木状又は樹枝状重合体構造を形成する)。これらのものは、エチレンイミンの単独重合体若しくは共重合体又はそれらの混合物であることができる(以下、ポリエチレンイミンという)。化学式−[CH2CH2NH]−で表される線状重合体をポリエチレンイミンとして使用することができるものの、第一級、第二級及び第三級分岐を有する材料を使用することもできる。商業用ポリエチレンイミンは、エチレンイミン重合体の分岐を有する化合物であることができる。好適なポリエチレンイミンは、Lupasolという商品名でBASF社から市販されている。これらの化合物は、幅広い分子量及び生成物活性として製造できる。本発明において使用するのに好適な、BASF社が販売する市販のポリエチレンイミンの例としては、Lupasol(商標)FG及びLupasol WF(商標)が挙げられるが、これらに限定されない。別の有用な連続性添加剤としては、ジステアリン酸アルミニウムとエトキシル化アミン系化合物との混合物、例えば、ハンツマン(旧チバ・スペシャルティ・ケミカルズ)から入手できるIRGASTAT(商標)AS−990が挙げられる。ジステアリン酸アルミニウムとエトキシル化アミン系化合物との混合物は、鉱油、例えばHydrobrite 380中でスラリー化できる。例えば、ジステアリン酸アルミニウムとエトキシル化アミン系化合物との混合物は、約5重量%〜約40重量%、又は約15重量%〜約50重量%又は約10重量%〜約30重量%の範囲の総スラリー濃度を有するように、鉱油中でスラリー化できる。他の有用な帯電制御剤及び添加剤は、米国特許出願公開第2008/0045663号に開示されている。
連続性添加剤又は帯電制御剤は、再循環物を除く反応器への全ての供給物の重量に基づいて、0.05〜200ppmの範囲の量、より好ましくは2〜100ppmの範囲の量;より好ましくはさらに他の実施形態では4〜50ppmの範囲の量で反応器に添加できる。
上記のように、チーグラー・ナッタ触媒ポリエチレンから製造された従来ポリエチレンは、低密度ポリエチレンの加工性とチーグラー・ナッタ触媒ポリエチレンの物理的属性とを組み合わせる試みにおいて、高圧低密度ポリエチレン(LDPE)とブレンドされる場合が多い。驚くべきことにかつ予想外なことに、ここで議論しかつ説明したチーグラー・ナッタ触媒ポリエチレンは、許容できる加工性を得るために、LDPE及び/又は他の重合体をそれとブレンドする必要性を回避又は実質的に回避できることが分かった。換言すれば、ここで議論しかつ説明したポリエチレンを単独で使用することや、所望であれば1種以上の追加の重合体とブレンドすることができる。ここで議論しかつ説明したポリエチレンとブレンドすることができる他の好適な重合体としては、高圧低密度ポリエチレン(LDPE)、エチレンビニルアセテート、エチレンエチルアクリレート、エチレンアクリル酸、エチレン−スチレンインターポリマー、ポリエチレン単独重合体、当該技術分野において知られている従来の触媒及び方法で製造されたエチレン/α−オレフィン共重合体など又はそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
ポリエチレン及び1種以上の他の重合体、例えばLDPEを含有する重合体ブレンドは、従来の装置及び方法を用いて、例えば、個別の成分を乾式ブレンドし、その後、例えば、重合方法の下流で直接使用される混練押出機及びサイドアーム押出機を備えることができるバンバリーミキサー、Haakeミキサー、ブラベンダー内部ミキサー又は一軸若しくは二軸押出機などのミキサー内でこれらの成分を直接一緒に混合することによって溶融混合することで形成できる。別の例では、重合体ブレンドは、多段重合反応器の構成及び方法を用いてその場で製造できる。多段反応器構成では、2個以上の反応器を直列的に接続し、その際、第1重合体、例えばポリエチレンと触媒前駆体との混合物を第1反応器から第2反応器に送ることができ、第2重合体、例えばメタロセン触媒ポリエチレンを生成させ、そしてその場で第1重合体とブレンドできる。
ポリエチレンを含む重合体ブレンドは、ポリエチレン及び1種以上の他の重合体の合計重量に基づいて、ポリエチレンを少なくとも0.1重量パーセント(重量%)かつ99.9重量%まで、1種以上の他の重合体を少なくとも0.1重量%かつ99.9重量%まで含むことができる。例えば、重合体ブレンド中におけるポリエチレンの量は、ポリエチレン及び1種以上の他の重合体の合計重量に基づいて、約55重量%、約60重量%、約65重量%、約70重量%、又は約75重量%の低から約80重量%、約85重量%、約90重量%、約95重量%、又は約99重量%の高までを範囲とすることができる。別の例では、重合体ブレンド中におけるポリエチレンの量は、ポリエチレン及び1種以上の他の重合体の合計重量に基づき、約60重量%〜約85重量%、約75重量%〜約95重量%、約80重量%〜約95重量%、約80重量%〜約90重量%、約85重量%〜約95重量%、又は約90重量%〜約95重量%の範囲であることができる。
ポリエチレン及び/又はポリエチレンを含む重合体ブレンドは、多種多様な用途に使用できる。例えば、ポリエチレン及び/又はポリエチレンを含む重合体ブレンドは、押出被覆、キャストフィルム法、インフレートフィルム法、熱成形法、射出成形法及び積層法に特に有用な場合がある。典型的な最終用途としては、被覆物、フィルム、フィルム系製品、おむつのバックシート、ハウスラップ、ワイヤ及びケーブル被覆、成形技術、例えば、射出成形又は吹き込み成形、発泡法、キャスト法及びこれらの組み合わせにより成形された物品が挙げられるが、これらに限定されない。また、最終用途としては、フィルムから作られた製品、例えば、バッグ、包装及びパーソナルケアフィルム、パウチ、医療製品、例えば医療用フィルム及び静脈内(IV)バッグなども挙げられる。フィルムを含む最終用途では、重合体ブレンドから製造されたフィルムの表面の一方又は両方を、コロナ放電、化学処理、火炎処理などの既知の従来の成形後技術によって改変できる。
一例では、単層フィルムをポリエチレン及び/又はポリエチレンを含有する重合体ブレンドから製造することができる。別の例では、多層フィルムをポリエチレン及び/又はそれらのブレンドから製造することができる。多層フィルムは、ポリエチレン以外の重合体及び/又はそれらのブレンドから製造されたフィルムの1以上の層を有することができる。
異なる多層フィルム構造の説明を容易にするために、ここでは次の表記を使用する。フィルムの各層を「A」又は「B」と表記し、ここで、「A」は、ポリエチレンを含有しないフィルム層を示し、「B」は、ポリエチレンを有するフィルム層を示す。フィルムが複数のA層又は複数のB層を有する場合には、1以上のプライム記号(’、“、’’’など)を、化学組成、密度、メルトインデックス、厚さなどのような1以上の特性が同じ又は異なることができる同じタイプの層を示すために、A又はBの記号に付加する。最後に、隣接する層についての記号は、スラッシュ(/)により分離する。この表記を使用して、2つの外側の従来のフィルム層(すなわちポリエチレンを含有しないもの)の間に配置されたポリエチレンの内層又はコア層を有する3層フィルムは、「A/B/A’」で示されるであろう。同様に、従来/重合体ブレンドの交互層の5層フィルムは、A/B/A’/B’/A’で示されるであろう。特に指示がない限り、層の左から右又は右から左の順序は重要ではなく、またプライム記号の順序も重要ではない。例えば、本明細書に記載した目的のために、A/Bフィルムは、B/Aフィルムに等しく、A/A’/B/A”フィルムは、A/B/A’/A”フィルムに等しい。
各フィルム層の相対的厚さも同様に表記され、100(無次元)の総膜厚に対する各層の相対厚さは、数値で示され、かつ、スラッシュで区切られる。例えば、それぞれ10μmのA及びA’層並びに30μmのB層を有するA/B/A’フィルムの相対的な厚さは、20/60/20と表される。代表的な従来のフィルムは、例えば、米国特許第6423420号;同6255426号;同6265055号;同6093480号;同6083611号;同5922441号;同5907943号;同5907942号;同5902684号;同5814399号;同5752362号;同5749202号;同7235607号;同7601409号;RE38658;RE38429;米国特許出願公開第2007/0260016号;及び国際公開WO2005/065945号で議論されかつ記載されたとおりのものであることができる。
ここで説明した様々なフィルムについて、「A」層は、多層フィルム又はフィルム被覆製品に使用するための当技術分野において公知の任意の材料から形成できる。したがって、例えば、A層は、第2ポリエチレン(単独重合体又は共重合体)、すなわち、本明細書で議論し説明したポリエチレンとは少なくとも1つの特性が異なるポリエチレンから形成でき、第2ポリエチレンは、例えば、VLDPE、LDPE、LLDPE、MDPE、HDPE、並びに当技術分野において公知の他のポリエチレンであることができる。別の例では、A層は、ポリエチレン(単独重合体又は共重合体)、非ポリエチレン重合体、例えばポリプロピレン又はポリエチレンと非ポリエチレン重合体とのブレンドから形成できる。
A層として又はA層に使用できる例示の追加の重合体(非ポリエチレン)としては、他のポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリラクトン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、スチレン−アクリロニトリル樹脂、スチレンマレイン酸無水物、ポリイミド、芳香族ポリケトン又はこれらの2種以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。好適なポリオレフィンとしては、1種以上の直鎖状、分岐状又は環状のC2〜C40オレフィンを含む重合体、好ましくは、1種以上のC3〜C40オレフィン、好ましくはC3〜C20α−オレフィン、より好ましくはC3〜C10α−オレフィンと共重合したプロピレンを含む重合体を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
多層構造では、1以上のA層は、ダウ・ケミカル社から入手可能なPRIMACOR(商標)エチレン−アクリル酸共重合体及び/又はエチレン−酢酸ビニル共重合体などの接着促進タイ層であることができる。A層のための他の材料は、例えば、箔、ナイロン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、延伸ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、グラフト変性重合体及び紙とすることができる。
1以上の層をガラス、プラスチック、紙、金属などの基材層と置き換えることや、フィルム全体を基材上に被覆したり積層したりすることができる。すなわち、ここでの議論は多層フィルムに焦点を当てているが、ポリエチレンを含むフィルムを被覆物として使用することもできる。例えば、フィルム(単層及び多層)を、紙、金属、ガラス、プラスチック及び被覆を受け入れることのできる他の材料などの基材上に被覆できる。
重合体フィルムは、次の例示構造のいずれかを有する多層フィルムであることができる:(a)2層フィルム、例えばA/B及びB/B’;(b)3層フィルム、例えばA/B/A’、A/A’/B、B/A/B’及びB/B’/B”;(c)4層フィルム、例えばA/A’/A”/B、A/A’/B/A”、A/A’/B/B’、A/B/A’/B’、A/B/B’/A’、B/A/A’/B’、A/B/B’/B”、B/A/B’/B’及びB/B’/B”/B’’’;(d)5層フィルム、例えばA/A’/A”/A’’’/B、A/A’/A”/B/A’’’、A/A’/B/A’’/A’’’、A/A’/A”/B/B’、A/A’/B/A”/B’、A/A’/B/B’/A”、A/B/A’/B’/A”、A/B/A’/A”/B’、B/A/A’/A”/B’、A/A’/B/B’/B”、A/B/A’/B’/B”、A/B/B’/B”/A’、B/A/A’/B’/B”、B/A/B’/A’/B”、B/A/B’/B”/A’、A/B/B’/B”/B’’’、B/A/B’/B”/B’’’、B/B’/A/B”/B’’’、及びB/B’/B”/B’’’/B””;及び6、7、8、9、24、48、64、100又は任意の数の層を有するフィルムについての類似の構造。さらに多くの層を有するフィルムを重合体ブレンドを用いて形成でき、そしてこのようなフィルムは、本発明の範囲内にあることを認めるべきである。
ポリエチレン及び/又はそのブレンドは、バブル及びダブルバブルプロセス、キャストプロセス、例えば、キャストフィルム及び押出被覆、射出成形、ブロー成形、シート押出などを含めた当技術分野において公知の任意のインフレートフィルムプロセスを含む公知の任意の手段によって単層及び/又は多層フィルムに成形できる。例えば、ポリエチレンを、フラットダイを通して溶融状態で押出し、その後冷却してフィルムを形成させることができる。別の例では、ポリエチレンを、押出のいずれかの単層又は共押出された押出物の形態で基材上に被覆できるシーラントとして使用することができる。
一例では、典型的な押出被覆プロセスにおいて、ポリエチレン及び/又はポリエチレンと1種以上の他の重合体、例えば、ポリエチレンと線状ポリエチレンとを押出機に供給することができ、そこで、ポリエチレン又はポリエチレンと1種以上の他の重合体が典型的には約275℃〜約340℃の範囲の温度でスリットダイを通して溶融され、混合され、そして押し出される。バリア部材を有するミキシングスクリューを利用することができる。押出物は、高光沢、つや消し又はエンボス加工され得る冷却ロールと接触させることができる。典型的な冷却ロール温度は、約25℃〜35℃の範囲とすることができる。当技術分野において知られているように、多層共押出は、2以上の層であって、該層の少なくとも一つがポリエチレン又はポリエチレンを含む重合体ブレンドを含むもので実行できる。ダイ幅、ダイギャップ、押出速度及び基材は、所望の押出物の幅、厚さ及び製造速度を与えるように選択される。基材及び被覆表面の両方は、コロナ又はプラズマ処理などの当技術分野において知られているような技術で処理された表明であることができる。押出された表面は、エンボス加工、剥離紙の製造のためのシラン処理及び当技術分野において知られているような他の技術及び方法といった技術でさらに処理できる。
別の例では、キャストフィルムは、次のようなキャストフィルムライン機を用いて製造できる。ポリエチレン単独又は1種以上の他の重合体との混合物のペレットを、キャスト重合体について約275℃〜約325℃の範囲の温度(使用される特定の重合体に依存する)で溶融させることができ、ここで、この特定の溶融温度は、特定の重合体の溶融粘度に合致するように選択される。多層キャストフィルムの場合には、2種以上の異なる溶融物を、2種以上の溶融物流れを多層共押出構造に結合させる共押出アダプターに搬送することができる。この層状の流れは、単一マニホールドフィルム押出ダイを通して所望の幅に分配できる。ダイギャップ開口部は、典型的には約600μm(0.025インチ)である。その後、材料を最終ゲージにまで引き出すことができる。材料のドローダウン比は、20μm(0.8ミル)のフィルムについて典型的には約21:1である。真空ボックス、エッジピナー、エアナイフ又はそれらの任意の組み合わせを使用して、ダイ開口部から約32℃(80°F)に維持された一次冷却ロールに出る溶融物を固定することができる。得られたフィルムは、巻き取り機で回収できる。膜厚をゲージモニターによって監視することができ、フィルムをトリマーによって縁をトリミングすることができる。典型的なキャストライン速度は、1分当たり約76.2m〜約610m(250フィート〜約2000フィート)である。当業者であれば、より高速を押出被覆などの同様のプロセスのために使用できることが分かるであろう。所望ならば、1個以上の任意の処理機を、フィルムを表面処理するために使用することができる。このような冷却ロールキャストプロセス及び装置は、例えば、The Wiley−Encyclopedia of Packaging Technology,第2版、A.L.Brody及びK.S.Marsh著,ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社、ニューヨーク(1997)に議論されかつ記載されている。冷却ロールキャスティングが一例であるが、押出被覆などのキャスティングの他の形態を使用することができる。
得られた単層及び/又は多層フィルムの全体の厚さは、特定の最終用途に少なくとも部分的に基づいて変更できる。約5μm〜約100μm、より典型的には約10μm〜約50μmの全膜厚がほとんどの用途に適し得る。当業者であれば、多層フィルムについての各層の厚さが所望の最終用途性能、最終用途製品、機器の能力及び他の要因に基づいて調節できることが分かるであろう。
本明細書で議論しかつ記載したポリエチレン又はポリエチレンと1種以上の他の重合体との重合体ブレンドから作られたフィルム及び/又は該フィルムを製造する方法は、改善された特性を有することができる。例えば、ポリエチレンを含むフィルムは、従来の重合体ブレンドと比較して、フィルムの押出の間に、減少したモーター負荷及び/又は増加したドローダウン速度で製造できる。モーター負荷の減少は、押出のために使用される特定の機器に依存する。驚くべきことにかつ予想外なことに、本明細書で議論し説明したポリエチレン及び/又はポリエチレンとLDPEの重合体ブレンドは、比較のポリエチレン及び/又は同じLDPE及び従来のポリエチレンを含む比較重合体ブレンドと比較して、ポリエチレン及び比較ポリエチレン両方が約1g/10分のメルトインデックス(I2)を有し、かつ、LDPEが約1.9g/10分のメルトインデックス(I2)を有する場合に、ポリエチレン及び/又は重合体ブレンドを押し出すために必要なモータの負荷を実質的に約10%以上、約12%以上、約14%以上、約16%以上、約18%以上、約20%以上、約22%、約24%以上、約26%以上、約28%以上又は約30%以上低減できることを発見した。
様々な添加剤を、特定の用途が必要とする性能特性に応じて、本明細書で議論し記載したポリエチレン組成物及び/又はポリエチレンを含有する重合体ブレンドに使用できる。添加剤を、適宜、ポリエチレン及び/又は押出成形フィルムなどのポリエチレンから形成される生成物に含めることができる。一例では、ここで議論し説明したポリエチレンは、該ポリエチレンの総重量に基づいて、約0.1重量%〜約40重量%の添加剤を含むことができる。別の例では、ポリエチレンは、ポリエチレンの総重量に基づき、約5重量%〜約25重量%の添加剤を含むことができる。
このような添加剤の例としては、粘着付与剤、ワックス、酸変性ポリオレフィン及び/又は無水物変性ポリオレフィンなどの官能化重合体、酸化防止剤(例えば、チバ・ガイギーから入手できるIRGANOX(登録商標)1010又はIRGANOX(登録商標)1076などのヒンダードフェノール)、(例えば、チバ・ガイギーから入手できるIRGAFOS(登録商標)168)、オイル、相溶化剤、充填剤、補助剤、接着促進剤、可塑剤、低分子量重合体、ブロッキング剤、ブロッキング防止剤、帯電防止剤、離型剤、抗粘着添加剤、着色剤、染料、顔料、加工助剤、UV安定剤、熱安定剤、中和剤、潤滑剤、界面活性剤、核剤、柔軟剤、ゴム、蛍光増白剤、着色剤、希釈剤、粘度調整剤、酸化ポリオレフィン及びそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。添加剤を第1又は鎖状ポリエチレンの一方又は両方と配合することができ、及び/又はさらに個別の成分としての第1と線状ポリエレンとのブレンドとマスターバッチ中で配合することができ、又はそれらの任意の組合せとすることができる。

上記議論をよく理解するために、次の非限定的な実施例を提供する。特に断らない限り、全ての部、割合及びパーセントは重量を基準とする。
実施例1〜19及び比較例C1〜C17の重合体を製造するために使用した触媒は、チーグラー・ナッタ型触媒であった。実施例1〜9の重合体を製造するために使用した触媒は、次の手順に従って製造した。予め600℃で焼成されたWRグレース社から購入したDavison955シリカ約613gを、不活性窒素雰囲気下で6リットルの混合タンクに充填した。約2.3kgの乾燥脱気ヘキサンを混合タンクに添加し、そしてスラリーを混合しながら約60℃の温度まで加熱した。1.2Mのn−ブチルエチルマグネシウム(BEM)のヘプタン溶液(19.6重量%BEM)約865gを約1時間かけてシリカ/ヘキサンスラリーに添加し、そして60℃でさらに1時間混合して第1反応生成物を生成させた。約198gのジメチルジクロロシラン(DMDCS)を約1時間かけて第1反応生成物に添加し、そして60℃でさらに1時間混合して第2反応生成物を生成させた。約290gの塩化チタン(IV)を100gのヘキサンで希釈してから第2反応生成物に約1時間かけて添加し、そして約60℃の温度に保持し、約1時間にわたってさらに混合し、次いで揮発物触媒を減圧下でそこから除去して触媒を生成させた。触媒は、自由流動性粉末の形態であった。実施例1〜9の重合体を製造するために使用した同じ触媒の第2バッチを製造し、そしてこれを使用して実施例16〜19の重合体を生成させた。この触媒の第2バッチを、ダイ1バッチと同じ手順に従って製造した。両方の触媒を、Ti、Mg、Cl-及びヘキサン含有量について分析した。結果を以下の表1に示す。
実施例10、11及び13〜15の重合体を製造するために使用した触媒を以下の手順に従って製造した。予め600℃で焼成されたWRグレース社から購入したDavison955シリカ約415gを、不活性窒素雰囲気下で6リットルの混合タンクに添加した。約1.4kgの乾燥脱気ヘキサンを混合タンクに添加し、そしてスラリーを混合しながら約30℃の温度にまで加熱した。1.3Mのn−ブチルエチルマグネシウム(BEM)のヘプタン溶液(19.9重量%のBEM)約524g中を約30分かけてシリカ/ヘキサンスラリーに添加し、そして30℃でさらに19時間混合して第1反応生成物を生成する。1.0Mの二塩化エチルアルミニウム(EADC)のヘキサン溶液(17.4重量%)約1210gを30分間にわたって第1反応生成物に添加し、そして30℃でさらに4時間混合して第2反応生成物を生成させた。約21.6gのチタン酸テトライソプロピル(TIPT)を第2反応生成物に添加し、そして30℃でさらに16時間混合させ、続いて揮発物を減圧下で除去して触媒を形成させた。この触媒は自由流動性粉末であった。
実施例12の重合体を製造するために使用した触媒を以下の手順に従って製造した。予め600度で焼成されたWRグレース社から購入したDavison955シリカ約465gを、窒素の不活性雰囲気下で6リットルの混合タンクに添加した。約1.5kgの乾燥脱気ヘキサンを混合タンクに添加し、そしてこのスラリーを混合しながら約30℃の温度にまで加熱した。1.2Mのn−ブチルエチルマグネシウム(BEM)のヘプタン溶液(19.6重量%BEM)約1200gを混合しながら約30分かけてシリカ/ヘキサンスラリーに添加して第1混合物を生成させた。この第1混合物を30℃でさらに19時間混合し、その後、固体を濾別した。次いで、固体を約1.6リットルのヘキサンに懸濁し、約5分間混合し、次いで濾過した。この洗浄/フィルターサイクルを3回の洗浄/フィルターサイクルの合計についてさらに2回繰り返した。約1.4リットルのヘキサンをこの固体に添加し、スラリーを混合しながら約30℃に加熱した。1.0Mの二塩化エチルアルミニウム(EADC)のヘキサン溶液(17.4重量%)約1630gを30分間かけて添加して第2混合物を生成させた。この第2混合物を約30℃の温度でさらに4時間混合した。約24.2gのチタン酸テトライソプロピル(TIPT)をこの第2混合物に添加して触媒又は触媒組成物を生成させた。この触媒組成物を30℃でさらに16時間混合し、その後固体を濾別した。次に、固体を約1.6リットルのヘキサンに懸濁し、そして約5分間混合してから濾別した。この洗浄/フィルターサイクルを3回の洗浄/フィルターサイクルの合計についてさらに2回繰り返した。次に、触媒組成物の揮発性物質を減圧下で除去した。自由流動性粉末の状態の触媒を回収した。
実施例1〜19の重合体を製造するために使用される触媒は、上で議論しかつ説明したように、任意の電子供与体を添加せずに製造したことに留意すべきである。このように、触媒を「ドナーを含まない触媒」ということができる。実施例10〜15の重合体を製造するために使用した触媒をTi、Mg、Al及びCl-含有量について分析した。その結果を以下の表2に示す。
約35.6cm(約14インチ)の公称直径を有するUNIPOL(商標)PEプロセス設計の気相流動床重合反応器を、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)及び高密度ポリエチレン(HDPE)の両方の連続製造のために使用した。これらの場合に、循環ガス送風機をガス再循環ループ内のサイクルガス熱交換器の上流に設置したが、ただし、これら2つを逆転させて、熱交換器に入るガス温度を低下させておくことができる。サイクルパイプは、直径約5.1cm(約2インチ)であり、その流量をサイクルライン中にあるボール弁によって操作して流動床内の空塔ガス速度を所望の速度に制御した。単量体及びガス状成分を送風機前、インペラー部又は送風機後にある冷却器の上流に添加した。触媒系を別々の少量アリコート中において約0.317cm(約0.125インチ)のチューブを介して流動床に直接的に分配板の上約0.1m〜2mの高さ、最も好ましくは約0.2m〜約1.2mの高さで、反応器の直径の約15%〜約50%の位置で窒素キャリアガス流を使用して連続的に添加した。トリエチルアルミニウム(TEAL)が共触媒として使用し、ヘキサンへの溶液として反応器に添加した。連続性添加剤を使用する場合には、ヒドロキシエチルステアリルアミンとアルミニウムジステアレートの連続添加剤スラリーとの50:50混合物を攪拌スラリー供給容器から反応器に計量供給して、キャリア媒体としてイソペンタンなどの不活性炭化水素を使用する重合体製造速度に基づいて床中における所望の濃度を維持した。重合体生成物を、吐出分離タンクを介して反応器から約0.2kg〜5kgのアリコートで定期的に抜き出して所望のおよその平均流動床レベル又は重量を維持した。
実施例1〜19の重合体を製造するための重合条件及び結果を以下の表3A〜Cに示す。
UCAT(登録商標)A2020(ユニベーション・テクノロジーズLLCから入手可能)を使用して比較例C1及びC2の重合体を製造した。Grace Davison社から入手したSYLOPOL(登録商標)5006触媒を使用して比較例C3〜C11の重合体を製造した。比較例C1〜C11の重合結果を以下の表4A〜Bに示す。
比較例C12の重合体は、TUFLIN(登録商標)HS−7098 NT 7(エチレンとヘキセンとの共重合体)であり、ダウ・ケミカル社から入手した。比較例C13の重合体は、DFDA 7047 NT 7(エチレンとブテンとの共重合体)であり、ダウ・ケミカル社から入手した。比較例C14の重合体は、LDPE 501iポリエチレンを用いて製造されたものであり、ダウ・ケミカル社から入手した。比較例C16の重合体は、AFFINITY(商標)PL 1880G(エチレンとオクテンとの共重合体)であり、ダウ・ケミカル社から入手した。比較例C17の重合体は、EXCEED(登録商標)1018CA(エチレンとヘキセンとの共重合体)であり、エクソンモービルケミカル社から入手した。
比較例C15を2リットルオートクレーブ気相反応器を用いて製造した。以下の手順を使用して、比較例C15の重合体を製造した。密閉反応器を、熱及び窒素パージ工程により数回循環させて、該反応器が清浄でかつ不活性窒素雰囲気下にあることを確保した。約1Lの液体イソブタンを周囲温度で密閉反応器に添加した。1Mのトリエチルアルミニウム約1.3mLを、窒素圧を用いてショットシリンダーから該反応器に添加した。この反応器の撹拌機を800rpmの設定でオンにした。水素(3.83L)及び20mlの1−ヘキセンを反応器に加えた。反応器を約85℃の温度に加熱し、エチレンを添加して125psiの差圧を達成した。UCAT(登録商標)A2020(ユニベーション・テクノロジーズLLCから入手可能)の名目35mgの充填量を、窒素圧を用いてショットシリンダーから反応器に添加した。エチレン供給圧力を増大させて反応器圧力と一致させた。重合は約85℃で進行し、エチレンを連続的に添加して反応器を一定の圧力に維持した。1時間後、反応器を周囲温度にまで冷却し、通気し、開放し、重合体生成物を回収した。
実施例1〜19及び比較例C1〜C17の重合体についての選択された特性を以下の表5に示す。
上記の表5に示されているように、選択された例、すなわち、実施例1、9、10、14、16、18及び19並びに比較例C3、C9及びC12〜C15について分子量分布(MWD)、歪硬化の傾き(SSH)及びメルトフロー比(MFR)を測定した。示されるように、実施例1〜9、16、18、及び19は、全て、約5.03〜約6.4の範囲のMWD、0.75より大きいSSH及び8.33+(4.17×MWD)以上のMFRを有していた。これに対し、比較例C3、C9、及びC12〜C15のいずれも、これら3つの特性の全てを互いに組み合わせて含むものではない。実際に、チーグラー・ナッタ重合体と関連するMWD、SSH、MFR及び不均一短鎖分岐分布のユニークな組み合わせを有するポリエチレンは、本発明のチーグラー・ナッタ触媒ポリエチレンに特有なものであると考えられる。
選択された例、すなわち、実施例16〜19及び比較例C12、C13及びC16について測定された別の特性は、共単量体不均一性指数(CHI)であった。CHIは、次の手順に従って決定した。次のCHI測定手順のために使用しかつ表6に示したデータは、例19について取得したデータであった。説明を明確かつ容易にするために、いくつかのデータを表6から省略している。しかし、表6に示したデータについての実験データの全範囲は、CEFデータからのCHIの算出を示す図1に示したグラフに示されている。
結晶化溶出分別(CEF)のデータを温度(T)対応答高さ(H)として35℃〜105℃の温度から表にした。0未満の応答データポイントを計算の目的のためにゼロに設定した。データを、0.5℃以下の温度間隔(例えば、0.2℃の間隔)の頻度で集めた。累積曲線を次の手順に従って計算した:(1)Si=(Ti+1−Ti)×(Hi+Hi+1)/2+Σ(S1..Si-1)(ここで、Hは応答(質量=dWF/dT)である。)、(2)i=1...N−1、(3)N=T=35.0℃に最も近くかつそれよりも大きい点からT=105.0℃に最も近くかつそれよりも小さい点までを範囲とする点の総数であり、(4)SiをnSi=10×Si/SNに従って標準化した。中央温度Tmは、nNSiが5.0に最も近い。Tmでの共単量体含有量はCmであり、次のステップに従って計算した:(1)Cm=1−exp(0.5533−(207.0/(273.12+Tm)))、及び(2)Ciをそれぞれ測定されたTi:CI=1−EXP(0.5533−(207.0/(273.12+TI)))について算出した。0.5×Ci〜1.5×Ciの領域内にある質量分率(M50)を次の手順に従って算出した:(1)LCi=0.5×Ci;(2)hCi=1.5×Ci;(3)使用される範囲の限界を、lCi及びHCiに最も近いCiI:(a)alCi=lCiに最も近くかつそれよりも大きいCi及び(b)ahCi=hCiに最も近くかつそれよりも小さいCiを決定することによって設定した;(4)alCi及びahCiと同等のTi値を特定した:(a)lTi≡alCi及び(b)hTi≡ahCi;(5)この領域での質量分率をステップ4と同様に算出したが、ただし、lTi及びHTi包含(a)M50=Σ(Ti+1−Ti)×(Hi+Hi+1)/2(ここで、iはlTi〜hTi-1包含CHI=M50/SNである)の範囲内で算出した。
例18とC12及び例19とC13とを比較するCEFデータを、それぞれ図2及び図3に示されたグラフで示す。
歪硬化の傾き
伸長粘度器具によって測定された歪硬化の傾き(SSH)を、例1、9、10、14、16、18及び19及び比較例C3、C9及びC12〜C15について決定した。それらの値を表5に示す。また、例18及び9と比較例C3、C12及びC13とを比較する伸長粘度器具(EVF)分析も図4にグラフで示す。図4に示されるように、例18及び19は、驚くべきことにかつ予想外なことに、上で議論しかつ説明した伸張粘度器具試験に従って測定された、150℃の温度での歪硬化速度(0.1秒-1)が有意に増加した。
溶融強度
例1についての溶融強度を、全て約0.4g/10分のメルトインデックス(I2)を有する比較例C3及びC15と比較した。図5は、例1、C3及びC15についての溶融強度のグラフ図を示す。図5に示すように、例1のポリエチレンの溶融強度は、驚くべきことにかつ予想外なことに、比較例C3及びC15の溶融強度を大きく超過している。
インフレーションフィルム実験
単層フィルムを、インフレートフィルムプロセスにより例18及び19並びに比較例C12及びC13のポリエチレンから形成させた。特定の例によっては、LDPE樹脂(ダウ・ケミカル社製LDPE 501i)を、例18、19、C12又はC13のポリエチレン及びLDPE 501i樹脂の総重量を基準にして、なし又はゼロから約30重量%までの範囲の様々な量で実施例のものとブレンドした。LDPE 501i樹脂は、1.9MIのメルトインデックス(I2)を有しており、ダウ・ケミカルから入手した。インフレーションフィルムは、25μm又は12.5μmの公称厚さを有していた。市販の比較樹脂(C12及びC13)を選択した。というのは、これらの樹脂は、メルトインデックス及び密度の点で本発明のポリエチレンと非常に近い一致点を有するからである。より具体的には、例18及び比較例C12のポリエチレンは、両方とも、1.0のメルトインデックス及び0.922g/cm3の密度のエチレン/ヘキセン共重合体であった。そして、例19及び比較例C13のポリエチレンは、両方とも、1.0のメルトインデックス及び0.918g/cm3の密度のエチレン/ブテン共重合体であった。このようにして、例18をC12と比較し、例19をC13と比較した。
ブレンド成分、すなわち、LDPE及び本発明のポリエチレン(例18若しくは19)又はLDPE及び比較ポリエチレン(C13若しくはC14)を秤量し、そして回転ドラムブレンダー中でタンブルブレンドした。フィルムを、3つの押出機全ての動作を必要とする3層共押出可能なColinインフレーションフィルム装置で吹き込んだ。このようにして単一層を形成したが、3つの押出機全てを使用し、そして同一の樹脂又は樹脂ブレンドと共に供給した。
Colinインフレーションフィルム装置は、3台の押出機、すなわち、押出機A、B、及びCを備える。押出機A及びCは、それぞれ25mmのバレル直径及び25:1のL/Dの単一フライトスクリュー推進スクリューを有していた。押出機Bは、30mmバレルの直径及び25:1のL/Dの単一フライト推進スクリューを有していた。3台の押出機からの配合樹脂を、60mmダイ直径、2mmのダイギャップ及び約30m/分の最大引き取り速度を有する環状ダイに供給した。ブローアップ比(BUR)は約2.5:1であった。BURは気泡径対ダイ直径の比に等しい。フィルムを、引き取り速度を調節することにより、25μm又は12.5μmの厚さで製造した。各押出機A、B、及びCを最大引き取り速度の50%で操作して、スクリュー回転数の変更を要することなくモーター負荷及び圧力の変化を調節することを可能にした。バブル安定性を、12.5μmの厚さのフィルム試料を吹いたときにバブルが5秒間安定である最小空気流量を測定することにより検討した。実施した実験、押出機のデータ及びバブルのデータを以下の表7に示す。
用語「重合体の加工性」及び「重合体加工性」は区別なく使用され、製造速度を最大化する能力をいう。このように、高度に加工可能な重合体は、加工性の低い重合体よりも速い速度で転化されることが可能である。押出加工性は、例えば、駆動モーターの限界(アンペアで表される消費電力として測定)及び押出機内においてダイの入口を含めて様々な場所での圧力蓄積により制限され得る。インフレーションフィルムプロセスでは、最大製造速度もバブルの安定性によって制限され得る。当業者であれば、多くの形態のバブルの不安定性が存在し、そのいずれもが、押出機システムが関連する特定の重合体又は重合体ブレンドにより高いスループットを可能にする場合であっても最大製造速度を制限し得ることを理解するであろう。本発明のポリエチレンの利点を実証するにあたり、12.5μm(0.5ミル)のフィルムを与える引き取り速度で少なくとも5秒間にわたって安定したバブルを維持するのに必要な最小エアリング空気流を測定した。より低い最小空気の流れは、より安定したバブルを示す。本発明のポリエチレンは、比較ポリエチレンよりも改善した加工性を有していた。それらのいくつかを表8に示す。
LDPE 501iの添加を含む全ての重合体について、純粋なポリエチレンに対してモーター負荷の減少が予想された。実施例18及び19の両方は、同等のブレンド組成物を比較した場合に、添加したLDPE 501iの全てのレベルでそれぞれ比較例C12及びC13よりもモーター負荷が低かった。驚くべきことにかつ予想外なことに、実施例18及び19の純粋なポリエチレン、すなわち、LDPEを添加しなかったものも、LDPE 501iは1.85g/10分のメルトインデックスを有するにもかかわらず、30重量%までのLDPE 501i及びそれを含む任意のレベルのLDPE 501iがブレンドされた比較例よりも少ないモーター負荷を示した。
実施例18及び19の両方は、等しいブレンド組成物を比較した場合に添加LDPE 501iの全てのレベルで、それぞれ比較例C12及びC13よりも実質的に低い押出機圧力を示した。驚くべきことにかつ予想外なことに、実施例18及び19の純粋なポリエチレン、すなわち、LDPEを添加しなかったものも、LDPE 501iは1.85g/10分のメルトインデックスを有するにもかかわらず、30重量%までのLDPE 501i及びこれを含む任意のレベルのLDPE 501iとブレンドされた比較例よりも実質的に低い押出機圧力を示した。
実施例18及び19の両方は、等しいブレンド組成物を比較した場合に、添加LDPE 501iの全てのレベルで、それぞれ比較例C12及びC13よりも大きい又は類似のバブル安定性を示した。驚くべきことにかつ予想外なことに、実施例18及び19の純粋なポリエチレン、すなわち、LDPEを添加しなかったものも、15%までのLDPE 501iとブレンドされた比較樹脂と比較してバブル安定性の改善を示した。
個別にまとめると、これらの結果は、実施例18及び19の本発明のポリエチレンが従来のチーグラー・ナッタ樹脂と比較して実質的に優れた加工性を有し、かつ、変換器が、従来のチーグラー・ナッタLLDPEの加工性を改善させるために一般的に使用されているLDPEを得、そして取り扱うという追加コストなしに、スループットを維持又は増大させることを可能にすることを実証するものである。ここではインフレーションフィルムの製造について実証したが、これらの利点は、キャストプロセス、例えば、キャストフィルム及び押出被覆、射出成形、ブロー成形及びシート押出を含めて(これらに限定されない)、重合体の押出を伴う任意の変換処理にも同様に当てはまることが予想される。特に、LDPEの使用を排除又は低減し、さらには加工性を維持又は増大させる能力が極めて有益である。というのは、チーグラー・ナッタLLDPEに添加されたLDPEは、一般に、純粋なチーグラー・ナッタ樹脂と比較して物理的性質を低下させることが当技術分野においてよく知られているからである。これを補うために、変換器はフィルムのゲージを増大させる場合が多く、それによって、LDPEを添加することによって得られる製造速度の増大という利益が減ってしまう。
実施例18及び19並びに比較例C12及びC13並びにLDPE 501iとのブレンドの引張特性を以下の表9に示す。測定された引張特性は、フィルム引取方向及び破裂に対して縦方向(MD)及び横方向(CD)でのエルメンドルフ引裂強さであった。これらの特性を、25μmフィルム及び12.5μmのフィルムの両方について測定した。
破裂を、破裂力(立方インチ当たりのフィートポンド又はft・lb/in3)として報告している。全ての例において、例18及び19の純粋なポリエチレンフィルム、すなわち、LDPE 501iを添加しなかったものの破裂は、純粋な比較樹脂よりも小さかったが、純粋な本発明の樹脂の破裂は、約20%以上のLDPE 501iを含有する比較用樹脂のブレンドを超える。
例18及びC12のエチレン/ヘキセン共重合体フィルムの破壊間におけるいくつかの観察は次のとおりであった。例18の25μm純粋ポリエチレンフィルムは、15重量%のLDPE 501iを含有するC12の25μm厚比較フィルムに対して優れた破裂を有していた。5重量%のLDPEを有する例18のフィルムは、15%のLDPEを含有するC12フィルムと同じ破裂を有していた。例18の12.5μm純粋ポリエチレンフィルムは、15重量%のLDPE 501iを含む比較樹脂C12よりも優れた破裂を有していた。5重量%のLDPEを有する例18フィルムは、15重量%のLDPEを含むC12と同じ破裂を有していた。例18の純粋なポリエチレンフィルムと均等なモーター負荷を達成するために、比較例C12において30重量%のLDPE 501iの添加量を必要とした。同等の押出機圧力を達成するためにはさらに大量のLDPE 501iが必要であった。したがって、例18の本発明のポリエチレンを使用することによって、改善された破裂性能を達成すると同時に、加工性の増大という利点を享受することが可能であった。
例19及びC13のエチレン/ブテン共重合体フィルムの破裂の間でのいくつかの観察は次のとおりであった。例19の25μm純粋ポリエチレンフィルムは、30重量%のLDPE 501iを含有する比較樹脂C13に対して優れた破裂を有し、かつ、補間により22重量%のブレンドに類似する破裂を有していた。5重量%のLDPEを含む例19のフィルムは、30重量%のLDPEを含むC13のフィルムと比較して優れた破裂を有していた。例19の12.5μm純粋ポリエチレンフィルムは、30重量%のLDPE 501iを含有する比較C13フィルムよりも優れた破裂を有していた。10重量%のLDPEを含有する例19のフィルムは、30重量%のLDPEを含有するC13のフィルムと同じ破裂を有していた。例19の純粋ポリエチレンフィルムと同等のモーター負荷を達成するためには、比較例C13において30重量%のLDPE 501iの添加量が必要であった。同等の押出機圧力を達成するためにはさらに大量のLDPE 501iが必要であった。したがって、例19の本発明のポリエチレンを使用することによって、改善された破裂性能を達成すると同時に加工性の増大という利点を享受することが可能であった。
引裂特性に対するLDPE 501iの添加の効果は、実験条件で製造されたフィルムのゲージに大きく依存していた。25μmでは、横方向の引裂又はCD引裂(横方向又はTD引裂ともいう)は、LDPE添加量の増加と共に増大したのに対し、縦方向又はMD引裂は減少した。これに対し、12.5μmでは、CD及びMD引裂は、両方とも、約15重量%までのLDPEの添加により増大した。これよりも高いレベルでは、CD及びMD引裂値は、わずかに減少する傾向にあった。実施例18及び19の本発明のポリエチレンは、良好な引裂性能を必要とする薄いゲージフィルム用途に特に適していることが分かった。
エチレン/ヘキセン共重合体フィルムの引裂特性の間におけるいくつかの観察(例18対C12)は次のとおりであった。例18及びC12の25μmフィルムについてのCD引裂は、ゼロの添加量を含めて、全てのLDPE添加量で実質的に同じであった。例18とC12の両方では、CD引裂は、LDPEの添加量の増加に伴って増大する傾向があった。例18の25μmフィルムのMD引裂は、C12の純粋比較ポリエチレンと比較して実質的に減少した。例18のMD引裂は、約100gの値を維持するLDPEの添加量レベルでは本質的に影響を受けないのに対し、C12の引裂は、ゼロLDPEでの約400gから30重量%LDPEでの約160gまで降下した。例18の12.5μmフィルム及びLDPE 501iを含む例18の全てのブレンドのCD引裂は、C13の比較フィルムのCD引裂を超えた。CD引裂は、LDPE組成を増加させるに従って増大する傾向があった。例18のCD引裂は、約425gの値を有する15重量%のLDPE添加量で最大に達し、C13フィルムで到達した最大の引裂も約310gの値で15重量%のLDPEの添加量であった。例18の12.5μmフィルムの全てについてのMD引裂は、C13の比較フィルムのMD引裂を超えた。例18とC12の両方について、MD引裂は、LDPE添加量の増加に伴って増大する傾向があった。例18のMD引裂は、約1025gの値での15重量%のLDPE添加量で最大に達し、C13のMD引裂も約725gの値での15重量%のLDPEで最大に達した。例19の本発明のポリエチレン/ヘキセン共重合体は、インフレーションフィルム法により薄いゲージフィルム(12.5μm)に成形されたとき特に有利であった。実際、例18の純粋ポリエチレンのCD及びMD引裂値が、任意のLDPE 501i添加量でのC12と比較して実質的に改善したのみならず、例18の本発明のポリエチレン共重合体は、LDPEの非存在下でも優れた加工性を与えた。例18の純粋ポリエチレン共重合体、すなわち、LDPEを添加しなかったものは、厚いゲージ(25μm)ではあまり有利ではなかった。しかし、変換器がLDPEの高添加量(例えば、15重量%以上)を使用する状況では、例18の純粋ポリエチレン共重合体は、優れた加工性と共に同様のCD及びMD引裂特性を与えるであろう。
エチレン/ブテン共重合体フィルムの引裂特性の間におけるいくつかの観察(実施例19対C13)は次のとおりであった。本発明のポリエチレン共重合体例19及び比較共重合体C13の25μmフィルムのCD引裂は、ゼロ添加量を含めて、全てのLDPE添加量で実質的に同じであった。例19とC13の両方では、CD引裂は、LDPE添加量の増加に伴って増大する傾向があった。例19の純粋ポリエチレン共重合体についての25μmフィルムのMD引裂は約100gであったが、これは、純粋比較樹脂C13(約155g)よりも低かった。例19及びC13フィルムの両方についてのMD引裂は、LDPEを添加した場合に、ほぼ線形的に減少した。純粋例19フィルムのMD引裂は、10重量%のLDPEを含有するC13フィルムと同程度であり、かつ、より高いレベルのLDPE 501iを含有するC13フィルムよりも優れていた。
例19の全てポリエチレン共重合体についての12.5μmフィルムのCD引裂は、約15重量%までのLDPE 501iの比較C13フィルムのそれと実質的に同じであった。30重量%のLDPE添加量では、例19フィルムのCD引裂は約290gだったのに対し、対応するC13フィルムのCD引裂は約210gであった。例19とC13の両方について、CD引裂は、LDPE添加量の増加に伴って増大する傾向があった。例19のCD引裂は約290gの値の30重量%のLDPE添加量で最大に達したのに対し、C13フィルムのCD引裂は、約265gの値の15重量%のLDPE添加量で最大に達した。
例19フィルム及びC13フィルムのMD引裂は、それぞれ約540g及び560gでほぼ等しかった。例19フィルムのMD引裂は、ほぼ直線的に増加し、30重量%のLDPE 501i添加量で約675gの値に達した。C13フィルムのMD引裂は、約15重量%LDPEまでLDPE 501Iの添加によっては実質的に影響を受けなかった。しかし、30重量%のLDPE添加量では、C13フィルムはMD引裂の大幅な減少を示した。
本発明の例19のポリエチレン共重合体フィルムは、インフレーションフィルムプロセスによって薄いゲージのフィルム(例えば、12.5μm)に成形したときに特に有利であった。例19の純粋ポリエチレンフィルムのCD及びMD引裂性は、任意のLDPE 501i添加量でのC13の比較ポリエチレンフィルムとほぼ同様であったのに対し、例19の本発明のポリエチレン共重合体は、LDPE添加が存在しなくても、優れた加工性を与えた。また、例19の本発明のポリエチレン共重合体は、約10重量%のLDPE添加量よりも多いC13の比較ポリエチレン共重合体と比較した場合には特に、より厚いゲージフィルム(例えば25μm)の製造にも有益であった。変換器がLDPEの高い添加量(例えば10重量%以上)を使用する状況では、例19の純ポリエチレン共重合体は、優れた加工性と共に類似のCD及びMD引裂特性を与えるであろう。
また、光学(透明度及びヘイズ)を、実施例18及び19並びに比較例C12及びC13の25μmフィルムについて測定した。透明度及びヘイズ値を以下の表10に示す。
表10に示した透明度の値は、入射光の百分率として報告されている。透明度及びヘイズ値は、それぞれ、ASTM D1746及びD1003に従って測定した。本発明のポリエチレン共重合体例18のフィルムの全ての透明度は、対応する全ての比較C12フィルムの透明度を超えた。C12フィルムの透明度は、LDPE添加量がゼロから30%まで増加したときに、87.5%から94.0%まで増大した。例18のフィルムの透明度は、LDPE添加量を増加させたときに実質的に変化しないままであり、全ての場合において95.5%に近い値であった。
例19及びC13の本発明及び比較のエチレン/ブテン共重合体フィルムの両方についての透明度は、LDPE 501iの全ての添加量で実質的に変化しないままであった。例19の純粋ポリエチレン共重合体の透明度は約98.2%であり、C13の純粋共重合体のそれは約99.5%であった。
例18の本発明の全ポリエチレン共重合体フィルムのヘイズは、C12の対応する比較フィルムのヘイズよりも小さかった。比較のC13フィルムのヘイズは、LDPE添加量がゼロから30重量%に増加すると、12.4%から5.5%に減少した。例18の本発明のポリエチレン共重合体のヘイズはLDPEの添加によっては実質的に変化せず、純粋例18では約6%の値及び30重量%のLDPE添加では約5.4%であった。
例19フィルムについてのヘイズは全てのLDPE 501i添加量で実質的に変化しないままであり、約5%に近い値であった。C13フィルムのヘイズは、LDPE 501I添加量の増加と共に4.9%から2.5%にまで減少した。
例18の本発明のエチレン/ヘキセン共重合体の光学は、C13の比較エチレン/ヘキセン共重合体の光学よりも優れており、特に、30重量%までのLDPE 501iを含む比較共重合体の光学よりも優れていた。これは、本発明の樹脂の優れた加工性に加えて、例18の本発明の共重合体が、良好な光学を必要とする状況では有利であることを示している。
全ての数値は、「約」又は「およそ」の指示値であり、そして当業者によって予想されるであろう実験誤差及び変動を考慮している。
様々な用語を上で定義した。請求の範囲で使用される用語に関する限り、少なくとも1の印刷された刊行物又は発行された特許に反映されたときに当業者が与えた最も広い定義が与えられなければならない。さらに、本願において引用された全ての特許、試験手順及び他の文書は、そのような開示が本願とは矛盾しない範囲で、かつ、援用が認められる全ての法域について参照により全体的に援用される。
上記は、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の他の及びさらなる実施形態がその基本的な範囲から逸脱することなく考案でき、そしてその範囲は請求の範囲によって決まる。

Claims (42)

  1. オレフィン重合用触媒の製造方法であって、
    1種以上の担体と1種以上のマグネシウム含有化合物とを反応条件下で配合させて第1反応生成物を形成させ;
    1種以上のアルキルアルミニウムクロリド、1種以上のクロロ置換シラン及びそれらの組み合わせよりなる群から選択される1種以上の塩素化化合物と該第1反応生成物とを反応条件下で配合して第2反応生成物を形成させ、そして
    1種以上のチタンアルコキシド、1種以上のハロゲン化チタン、及びそれらの組み合わせよりなる群から選択される1種以上のチタン含有化合物と該第2反応生成物とを反応条件下で配合して触媒を形成させること
    を含む方法。
  2. 前記塩素化化合物がアルキルアルミニウムクロリドであり、前記チタン含有化合物がチタンアルコキシドである、請求項1に記載の方法。
  3. 前記塩素化化合物がクロロ置換シランであり、前記チタン含有化合物がハロゲン化チタンである、請求項1に記載の方法。
  4. 前記1種以上の担体がシリカ、アルミナ又はそれらの組み合わせを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記1種以上のマグネシウム含有化合物が、次式:R1−Mg−R2(式中、R1及びR2は、独立してヒドロカルビル基及びハロゲン原子よりなる群から選択される。)を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  6. 前記1種以上のマグネシウム含有化合物が、ブチルエチルマグネシウム、ブチルオクチルマグネシウム、ジブチルマグネシウム、塩化メチルマグネシウム、塩化エチルマグネシウム又はそれらの任意の組合せを含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  7. 前記1種以上のアルキルアルミニウムクロリドがジエチルアルミニウムクロリド、ジイソブチルアルミニウムクロリド、エチルアルミニウムジクロリド、エチルアルミニウムセスキクロリド、イソブチルアルミニウムジクロリド又はそれらの任意の組合せを含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記1種以上のクロロ置換シランがジメチルジクロロシラン、クロロトリメチルシラン、メチルトリクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、t−ブチルジメチルシリルクロリド、n−ブチルトリクロロシラン又はそれらの任意の組合せを含む、請求項1に記載の方法。
  9. 前記1種以上のチタンアルコキシドがチタン酸テトライソプロピル、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)n−ブトキシド、チタン(IV)t−ブトキシド、テトラキス(ジメチルアミノ)チタン(V)又はそれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  10. 前記1種以上のハロゲン化チタンが塩化チタン(IV)、臭化チタン(IV)、フッ化チタン(IV)、ヨウ化チタン(IV)又はそれらの任意の組合せを含む、請求項1に記載の方法。
  11. 前記1種以上のマグネシウム含有化合物が前記担体1g当たり約0.2mmol〜約12mmolの量で存在する、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
  12. 前記1種以上の塩素化化合物が前記担体1g当たり約0.2mmol〜約20mmolの量で存在する、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 前記1種以上のチタン含有化合物が前記担体1g当たり約0.05mmol〜約10mmolの量で存在する、請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
  14. 前記1種以上の担体と前記1種以上のマグネシウム含有化合物とを1種以上の希釈剤の存在下で互いに配合する、請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
  15. 前記1種以上の希釈剤が1種以上のアルカン、1種以上の芳香族炭化水素、1種以上のシクロアルカン又はそれらの任意の組合せを含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. 前記第1反応生成物と前記1種以上の塩素化化合物とを1種以上の希釈剤の存在下で互いに配合する、請求項1〜15のいずれかに記載の方法。
  17. 前記第2反応生成物と前記1種以上のチタン含有化合物とを1種以上の希釈剤の存在下で互いに配合する、請求項1〜16のいずれかに記載の方法。
  18. 前記方法が、前記1種以上の希釈剤を前記触媒から除去して粉末状の乾燥触媒を得ることをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記触媒がドナー化合物を本質的に含まない、請求項1〜18のいずれかに記載の方法。
  20. 前記触媒がアルコール、チオール、アミン、ホスフィン、エーテル、ケトン及びエステルよりなる群から選択されるドナー化合物を本質的に含まない、請求項19に記載の方法。
  21. 前記1種以上の担体と前記1種以上のマグネシウム含有化合物とを約20℃〜約120℃の温度で互いに配合し、そして、約30分〜約24時間の範囲の時間にわたって混合させて前記第1反応生成物を形成させ、その際、前記1種以上の塩素化化合物と該第1反応生成物とを約20℃〜約120℃の温度で互いに配合し、そして約30分〜約24時間の範囲の時間にわたって混合させて第2反応生成物を形成させ、しかも、前記1種以上のチタン含有化合物と該第2反応生成物とを約20℃〜約120℃の温度で互いに配合し、そして約30分〜約24時間の範囲の時間にわたって混合させて触媒を形成させる、請求項1に記載の方法。
  22. ポリエチレンの製造方法であって、
    エチレンと請求項1〜21のいずれかに記載の触媒とを、ポリエチレンを生成するのに十分な条件で重合反応器において配合すること
    を含む方法。
  23. 少なくとも1種の共単量体と前記エチレン及びチーグラー・ナッタ触媒とを前記重合反応器内で配合してポリエチレンを生成させることをさらに含む、請求項22に記載の方法。
  24. 1種以上のアルキルアルミニウム共触媒と前記エチレン及び前記チーグラー・ナッタ触媒とを配合することをさらに含む、請求項22に記載の方法。
  25. 前記1種以上のアルキルアルミニウム共触媒がトリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ−n−ブチルアルミニウム、トリ−n−ヘキシルアルミニウム、トリ−n−オクチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム又はそれらの任意の組合せを含む、請求項24に記載の方法。
  26. 前記共触媒/触媒混合物中における共触媒の濃度が該触媒に含まれるチタン1mmol当たり約20mmol共触媒未満であることができる、請求項24又は25に記載の方法。
  27. 次の特性を有するポリエチレン:
    約4.5〜約6.8の分子量分布(MWD);
    伸長粘度器具(EVF)によって測定されたときに約0.75より大きい歪硬化の傾き、及び
    8.33+(4.17×MWD)以上のメルトフロー比(I21/I2)。
  28. 前記ポリエチレンが1000個の炭素原子当たり約0.01を超え、かつ、1000個の炭素原子当たり約0.05未満の長鎖分岐(LCB)を有する、請求項27に記載のポリエチレン。
  29. 前記長鎖分岐が6個よりも多い炭素原子から構成される、請求項28に記載のポリエチレン。
  30. 前記ポリエチレンが、約0.5未満の共単量体均一性指数(CHI)を有する、請求項27〜29のいずれかに記載のポリエチレン。
  31. 前記ポリエチレンが不均一な短鎖分岐(SCB)分布を有する、請求項27〜30のいずれかに記載のポリエチレン。
  32. 前記ポリエチレンが、約0.91g/cm3〜約0.965g/cm3の範囲の密度を有する、請求項27〜31のいずれかに記載のポリエチレン。
  33. 前記ポリエチレンが、ASTM D−1238−E(190℃、2.16kg重量)に従って測定された、約0.05g/10分〜約100g/10分の範囲のメルトインデックス(I2)を有する、請求項27〜32のいずれかに記載のポリエチレン。
  34. 前記ポリエチレンが、ASTM D−1238−F(190℃、21.6kg重量)に従って測定された、約10g/10分を超えるフローインデックス(I21)を有し、しかも、該ポリエチレンが、ASTM D−1238−E(190℃、2.16kg重量)に従って測定された、約100g/10分未満のメルトインデックス(I2)を有する、請求項27〜33のいずれかに記載のポリエチレン。
  35. 前記ポリエチレンが約30〜約45の範囲のメルトフロー比(I21/I2)を有する、請求項27〜34のいずれかに記載のポリエチレン。
  36. 前記ポリエチレンが約33〜約45の範囲のメルトフロー比(I21/I2)を有する、請求項27〜35のいずれかに記載のポリエチレン。
  37. 前記ポリエチレンが0.945g/cm3以上の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))(ここで、aは1.5に等しい。)以上の溶融強度を有する、請求項27〜36のいずれかに記載のポリエチレン。
  38. 前記ポリエチレンが0.945g/cm3以上の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))(ここでaは1.75に等しい)以上の溶融強度を有する、請求項27〜36のいずれかに記載のポリエチレン。
  39. 前記ポリエチレンは、0.945g/cm3以上の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))(ここで、aは1.9に等しい。)以上の溶融強度を有する、請求項27〜36のいずれかに記載のポリエチレン。
  40. 前記ポリエチレンは、0.945g/cm3以下の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))(ここで、aは1.2に等しい)以上の溶融強度を有する、請求項27〜36のいずれかに記載のポリエチレン。
  41. 前記ポリエチレンは、0.945g/cm3以下の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))(ここで、aは1.5に等しい)以上の溶融強度を有する、請求項27〜36のいずれかに記載のポリエチレン。
  42. 前記ポリエチレンは、0.945g/cm3以下の密度及びa×(3.7463×exp(−1.485×log(MI)))(ここで、aは1.9に等しい)以上の溶融強度を有する、請求項27〜36のいずれかに記載のポリエチレン。
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