JP2015524854A - アルキル化フェノールを使用してエチレン系ポリマーを作製するためのフリーラジカルプロセス - Google Patents
アルキル化フェノールを使用してエチレン系ポリマーを作製するためのフリーラジカルプロセス Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2012年6月1日に出願された米国特許仮出願第61/654,141号の利益を主張する。
A)フリーラジカル剤;
B)式I:
C)i)少なくとも1つの「II族金属アルキル含有化合物」、
ii)少なくとも1つの「III族金属アルキル含有化合物」、ならびに
iii)i)およびii)の組み合わせ
からなる群から選択される「金属アルキル含有化合物」
の存在下でエチレンを重合することを含む。
A)フリーラジカル剤;
B)式I:
C)以下の:
i)少なくとも1つの「II族金属アルキル含有化合物」、
ii)少なくとも1つの「III族金属アルキル含有化合物」、ならびに
iii)i)およびii)の組み合わせ
からなる群から選択される「金属アルキル含有化合物」
の存在下で重合することを含む。
1)エチレンを、少なくとも1つの分子触媒、炭化水素連鎖移動剤、ならびに:
i)少なくとも1つの「II族金属アルキル含有化合物」、
ii)少なくとも1つの「III族金属アルキル含有化合物」、または
iii)i)およびii)の組み合わせ
からなる群から選択される「金属アルキル含有化合物」
の存在下、
少なくとも14,000psiの重合圧力で重合させて、第1エチレン系ポリマーを形成するステップ;ならびに
2)第2エチレン系ポリマーを、上記プロセス実施形態および本明細書中に記載する対応する実施形態のいずれかのプロセスにしたがって重合させるステップを含む。
アルキル化フェノールは、以下に示す式I:
「金属アルキル含有化合物」は、以下の:
i)少なくとも1つの「II族金属アルキル含有化合物」、
ii)少なくとも1つの「III族金属アルキル含有化合物」、または
iii)i)とii)との組み合わせ
からなる群から選択される。
本発明のエチレン系ポリマーを製造するために、高圧フリーラジカル開始重合プロセスが典型的に使用される。2つの異なる高圧フリーラジカル開始重合プロセスタイプが知られている。第1のタイプは、1以上の反応ゾーンを有する撹拌型オートクレーブ容器である。オートクレーブリアクターは、通常、開始剤もしくはモノマーフィード、または両者のための複数の注入点を有する。第2のタイプでは、ジャケット付チューブがリアクターとして使用され、これは1以上の反応ゾーンを有する。限定的ではないが好適なリアクター長さは、100〜3000メートル(m)、または1000〜2000メートルであり得る。いずれかの種類のリアクターについて反応ゾーンの始まりは、典型的には、反応の開始剤、エチレン、連鎖移動剤、コモノマー(複数可)のいずれか、ならびにそれらの任意の組み合わせの側方注入によって規定される。高圧プロセスは、1以上の反応ゾーンを有するオートクレーブもしくは管状リアクター、またはそれぞれが1以上の反応ゾーンを含むオートクレーブおよび管状リアクターの組み合わせで実施することができる。
本発明の組成物は1以上の添加剤を含んでもよい。添加剤としては、限定されるものではないが、安定剤、可塑剤、帯電防止剤、顔料および染料、核形成剤、フィラー、スリップ剤、難燃剤、加工助剤、煙抑制剤(smoke inhibitor)、粘度調節剤およびブロッキング防止剤(anti−blocking agent)が挙げられる。ポリマー組成物は、例えば、本発明の組成物の重量基準で10パーセント(合計重量による)未満の1以上の添加剤を含んでもよい。
本発明のポリマーおよび組成物は、様々な通常の熱可塑性製造プロセスで用いて、限定されるものではないが、単層および多層フィルム;ブロー成形、射出成形、または回転成形品などの成形品;例えば押出コーティングなどのコーティング;繊維;ならびに織布または不織布をはじめとする有用な物品を製造することができる。
「ポリマー」という用語は、本明細書中で用いられる場合、同じ種類であるかまたは異なる種類であるかを問わず、モノマーを重合することによって調製されるポリマー化合物を指す。ポリマーという一般名称は、したがって、ホモポリマーという用語(1種だけのモノマーから調製されるポリマーを示すために用いられ、ポリマー構造に微量の不純物が組み込まれる可能性があると理解される)、および本明細書中以下で定義されるインターポリマーという用語を包含する。微量の不純物がポリマー中および/または内に組み込まれる可能性がある。
通常のGPC法
ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)測定に関して、クロマトグラフィーシステムは、Polymer Laboratories Model PL−220からなっていた。カラムおよび回転式区画(carousel compartment)を140℃で操作した。溶媒1,2,4トリクロロベンゼンを用いて3つの「10−μm Mixed−Bカラム(Polymer Laboratories, now Agilent)」を使用した。サンプルを、「50mlの溶媒」中「0.1gのポリマー」の濃度で調製した。サンプルを調製するために使用した溶媒は、「200ppm」の抗酸化剤ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含んでいた。150℃で4時間軽く撹拌することによってサンプルを調製した。注入体積は200マイクロリットルであり、流速は1.0ml/分であった。DM100データ収集ボックス(Polymer Char Inc.)を用いてGPCデータを集めた。
比較例「MMAO−9」の多峰性GPC曲線を図2に示す。非常に低MWでの小さなピークおよび非常に高MWでの小さなピークを除く中央の主ピークのMWおよび分子量分布(MWD)を知ることは興味深い。我々の解析法を使用することによって、図2に示される、関心対象の主要ピークをうまく分離することができる。この関心対象の主要ピークを構成する2つの副成分も図2に示す。
分子量の対数の元のGPC分子量分布(MWD)、分子量、および図2で示される分子量の対数に関する重量分率の導関数をGPCの解析で使用して、主ピークMWDを決定する。元のMWDデータを6までの「フローリー最確MWD関数」の和により適合させる。フローリーMWDおよびMW平均計算の優れた記述は、Appendix B of the book “Melt Rheology and its Role in Plastics Processing”, by John M. Dealy and Kurt F. Wissbrun, Chapman & Hall publisher, 1996で見いだすことができる。フローリー分子量分布は次のように定義される:
サンプル調製
約「130mgのサンプル」をNORELL 1001−7 10mm NMRチューブ中、「3.25gの50/50(重量基準)テトラクロロエタン−d2/パークロロエチレンと0.001MのCr(AcAc)3」に添加することによってサンプルを調製した。チューブに挿入したピペットにより、約5分間N2を溶媒に吹き込むことによってサンプルをパージして、酸化を防止した。各チューブにキャップをし、TEFLONテープで密封し、次いで室温で一晩浸漬して、サンプル溶解を促進した。サンプルを保管中、調製前および調製後でN2パージボックス中に保持して、O2への暴露を最小限に抑えた。サンプルを115℃で加熱し、ボルテックスして、確実に均一にした。
Bruker Dual DUL高温CryoProbeを備えたBruker AVANCE400MHz分光計で、120℃のサンプル温度にて1H NMRを実施した。全ポリマープロトンを定量化するための対照スペクトルと、強いポリマー骨格ピークを抑制し、末端基の定量化のための高感度スペクトルを可能にするダブルプレサチュレーション実験との2つの実験を実施して、スペクトルを得た。対照実験をZGパルス、4スキャン、SWH10,000Hz、AQ1.64s、D1 14sで実施した。ダブルプレサチュレーション実験を修飾パルスシーケンス、TD32768、100スキャン、DS4、SWH10,000Hz、AQ1.64s、D1 1s、D13 13sで実施した。
全ポリマープロトンを定量化するための対照スペクトルと、強いポリマー骨格ピークを抑制し、不飽和の定量化のための高感度スペクトルを可能にするダブルプレサチュレーション実験との2つの実験を実施して、スペクトルを得た。
密度測定用サンプルをASTM D4703−10にしたがって調製した。サンプルを374°F(190℃)にて5分間10,000psi(68MPa)で圧縮した。温度を前述の5分間374°F(190℃)で維持し、次いで圧力を30,000psi(207MPa)まで3分間増加させた。これに続いて1分間70°F(21℃)および30,000psi(207MPa)で保持した。ASTM D792−08、方法Bを用いてサンプル圧縮の1時間以内に測定を実施した。
メルトインデックス、MIまたはI2を、ASTM D1238−10、条件190℃/2.16kgにしたがって測定し、10分あたり溶出するグラム数で報告する。I10をASTM D1238、条件190℃/10kgにしたがって測定し、10分あたり溶出されるグラム数で報告した。
A)ポリエチレン連鎖移動に対するBHTの影響を示す実施例
ブランク重合(1〜3)(対照)
連続「150ml」高圧リアクター中で、エチレンを69.78モル/時の速度、および29,000psiのリアクター圧力で添加した。外部電気加熱を用いてリアクターを230℃まで加熱した。フリーラジカル開始剤である、ペルオキシ酢酸t−ブチル(TBPA)を0.088ミリモル/時の速度で添加して、ポリエチレンの製造を開始した。分子量の評価のためにサンプルを集めた。リアクターを次いで外部加熱で250℃まで加熱し、第2のサンプルを得た。最後に、リアクターを280℃まで加熱し、第3のサンプルを得た。変換率およびポリマー分子量の結果を表1に示す。
修飾メタアルミノキサン(methaluminoxane)(Akzo Chemical MMAO−3A(ヘプタン中))を別に「3.56ミリモル/時、および1.78ミリモル/時(表1を参照のこと)」の速度でリアクターに別に添加した以外は上述とちょうど同じ方法でブランク実験を繰り返した。サンプルを230、250および280℃で再度集めた。表1で示されるように、MMAOは変換率を減少させ、ポリマー分子量を大幅に減少させた。これらのMMAO実験の間、リアクター温度は制御するのが困難であり、ランナウェイエチレン重合反応を受けやすいことが判明した。
MMAOを「1:1モル当量」の2,6−ジtertブチルフェノール−4−メチルフェノール(BHT)(Al:BHTに基づいて1:1当量)と反応させることによってMMAOをまず処理する以外は上述のように同じMMAO実験を繰り返した。この場合、集められたサンプルはブランク実験にさらに近い分子量を有し、リアクターは非常に安定して作動した。表1を参照のこと。表2中の不飽和データは、MMAOの存在下での重合に関して、ビニル末端のレベルが有意に増加することを示す。しかしながら、MMAOおよびBHT両方の存在下での重合に関して、ビニルレベルはプレMMAOレベルに戻り、このことはMMAO連鎖移動機序が有意に減弱または排除されたことを示す。
ブランク重合(対照)
バッチ「100ml」高圧リアクター中で、エチレンを28,000psiのリアクター圧力になるまで添加した。外部電気加熱を用いてリアクターを270℃まで加熱した。フリーラジカル開始剤である過酸化ジ−tertブチルを添加して、0.75モルppmのリアクター中過酸化物濃度にした。過酸化物を添加すると、重合反応が開始し、その結果、293℃まで温度上昇した(23℃の温度上昇)。
修飾メタアルミノキサン(Akzo Chemical MMAO−3A)を別にリアクターに75モルppmの濃度まで添加した後、過酸化物を添加する以外は、上述とちょうど同じようにブランク実験を繰り返した。過酸化物を添加すると、温度は301℃に達した(31℃の温度上昇)。
MMAOと「1:0.25モル当量」の2,6−ジtertブチルフェノール−4−メチルフェノール(BHT)(Al:BHT基準で1:0.25当量)とを炭化水素溶媒(例えば、ヘプタン)中で反応させることによってMMAOをまず処理する以外は、上述と同じMMAO重合を繰り返した。この場合、過酸化物を添加した後、最高温度は285℃にしか到達しなかった(15℃の温度上昇)。「BHT処理MMAO」の使用は、MMAO添加に起因する余分なエチレン変換率を完全に排除するようであった。
Claims (15)
- エチレン系ポリマーを形成するためのプロセスであって、エチレンを少なくとも以下の:
A)フリーラジカル剤;
B)式I:
C)以下の:
i)少なくとも1つの「II族金属アルキル含有化合物」、
ii)少なくとも1つの「III族金属アルキル含有化合物」、ならびに
iii)i)およびii)の組み合わせ
からなる群から選択される「金属アルキル含有化合物」
の存在下で重合させることを含む、プロセス。 - アルキル化フェノールが重合に添加されるエチレンの全モル基準で1000モルppm以下の量で存在する、請求項1記載のプロセス。
- アルキル化フェノールが重合に添加されるエチレンの全モル基準で「0超」から1000モルppm以下の量で存在する、請求項1〜2のいずれか1項に記載のプロセス。
- 「金属アルキル含有化合物」が少なくとも1つのAl−アルキル結合を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のプロセス。
- 「金属アルキル含有化合物」が「III族金属アルキル含有化合物」である、請求項1〜4のいずれかに記載のプロセス。
- 「金属アルキル含有化合物」の金属がアルミニウムである、請求項1〜5のいずれかに記載のプロセス。
- フリーラジカル剤が過酸化物である、請求項1〜6のいずれかに記載のプロセス。
- 重合温度が140℃〜350℃である、請求項1〜7のいずれかに記載のプロセス。
- 重合が少なくとも14,000psiの重合圧力で起こる、請求項1〜8のいずれかに記載のプロセス。
- エチレン系ポリマーがLDPEホモポリマーである、請求項1〜9のいずれかに記載のプロセス。
- エチレン系ポリマー組成物を重合するためのプロセスであって、少なくとも以下のステップ:
1)エチレンを、少なくとも1つの分子触媒、炭化水素連鎖移動剤、ならびに以下の:
i)少なくとも1つの「II族金属アルキル含有化合物」、
ii)少なくとも1つの「III族金属アルキル含有化合物」、または
iii)i)およびii)の組み合わせ
からなる群から選択される「金属アルキル含有化合物」の存在下、
少なくとも14,000psiの重合圧力で重合させて、第1エチレン系ポリマーを形成するステップ;および
2)請求項1〜10のいずれかに記載のプロセスにしたがって第2エチレン系ポリマーを重合させるステップ
を含む、プロセス。 - エチレン系ポリマーが式Iから選択されるアルキル化フェノールの存在下で重合される、請求項11記載のプロセス。
- 請求項1〜10のいずれかに記載のプロセスによって形成されるエチレン系ポリマーを含む組成物。
- 請求項11または12記載のプロセスによって形成されるエチレン系ポリマー組成物を含む組成物。
- 請求項13または14のいずれかに記載の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む物品。
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