JP2017537189A - 改善された高圧フリーラジカル重合のための潤滑剤組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、本明細書に記載されるように、少なくとも油と、化合物1〜3またはそれらの組み合わせより選択される少なくとも1つの化合物と、を含む組成物を提供する。本組成物は、エチレン系インターポリマーの高圧フリーラジカル重合を改善するため、及びプロセス全体を通して往復運動装置内のポリマー蓄積を低減するために使用され得る。

Description

関連出願の参照
本出願は、2014年11月13日に提出され、かつ参照により本明細書に組み込まれる米国仮出願第62/079,345号の利益を主張するものである。
高圧フリーラジカル重合における反応性極性コモノマーの不所望な自己重合が、研究されており、重合阻害剤及び他の方法を使用して対処されてきた。例えば、米国特許第4,721,761号、米国特許第7,413,615号、及び国際特許WO2014/106067を参照されたい。しかしながら、極性コモノマーの自己重合を低減し、かつコモノマーと接触する装置(例えば、回転及び/または往復運動装置)の早期故障を防ぐために使用され得る新規の潤滑剤組成物が必要とされている。この必要性は以下の発明により満たされた。
本発明は、少なくとも以下の、
A)油と、
B)以下の化合物i)〜iv)
Figure 2017537189
(化合物1について、R、R、R、R、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより選択される)、
Figure 2017537189
(化合物2について、RはOHまたはORより選択され、式中、Rがアルキルであり、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより選択される)、
Figure 2017537189
(化合物3について、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより選択され、RはHまたはアルキルより選択される)、または
iv)化合物1〜3のうちの2つ以上の組み合わせ、
より選択される少なくとも1つの化合物と、を含む組成物であって、
該組成物が、アルコールを除きかつ上記化合物2以外の非芳香族極性化合物を1.0重量パーセント以下(前記組成物の重量に基づいて)含み、非芳香族化合物が1.00デバイ以上の双極子モーメントを有する、組成物を提供する。
高圧共重合プロセスのための、オートクレーブ、管形反応器、または両方の反応器の組み合わせを含む反応器系を示す一般的なフロー図を描写する。
上で説明されるように、本発明は、少なくとも以下の、
A)油と、
B)以下の化合物i)〜iv)
Figure 2017537189
(化合物1について、R、R、R、R、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより選択される)、
Figure 2017537189
(化合物2について、RはOHまたはORより選択され、式中、Rがアルキルであり、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより選択される)、
Figure 2017537189
(化合物3について、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより選択され、RはHまたはアルキルより選択される)、または
iv)化合物1〜3のうちの2つ以上の組み合わせ、
より選択される少なくとも1つの化合物と、を含む組成物であって、
該組成物が、アルコールを除きかつ上記化合物2以外の非芳香族極性化合物を1.0重量パーセント以下、さらには0.5重量パーセント以下、さらには0.2重量パーセント以下、さらには0.1重量パーセント以下(組成物の重量に基づいて)含み、非芳香族化合物が1.00デバイ以上、さらには1.10以上、さらには1.20以上、さらには1.30以上の双極子モーメントを有する、組成物を提供する。
本明細書で使用される場合、R=R1、R=R2、R=R3、などである。
発明の組成物は、本明細書に記載されるように2つ以上の実施形態を含み得る。
一実施形態において、油は鉱物油である。さらなる実施形態において、油は、40℃で50〜200mm/sの動粘度を有する。
一実施形態において、化合物は、油の重量に基づいて、5〜60,000ppmの量で存在する。さらなる実施形態において、化合物は、油の重量に基づいて、5〜40,000ppm、さらには5〜20,000ppmの量で存在する。
一実施形態において、化合物は、油の重量に基づいて、5〜10,000ppm、さらには5〜5,000ppm、さらには5〜2,000ppm、さらには5〜1,000ppmの量で存在する。
一実施形態において、化合物は、油の重量に基づいて、5〜700ppm、さらには5〜500ppm、さらには5〜200ppm、さらには5〜100ppmの量で存在する。
一実施形態において、油及び化合物は、組成物の重量に基づいて、組成物の99.0重量パーセント以上を構成する。さらなる実施形態において、油及び化合物は、組成物の重量に基づいて、組成物の99.5重量パーセント以上を構成する。さらなる実施形態において、油及び化合物は、組成物の重量に基づいて、組成物の99.8重量パーセント以上を構成する。
一実施形態において、化合物は、以下の化合物a)〜d)
Figure 2017537189
Figure 2017537189
Figure 2017537189
またはd)それらの組み合わせより選択される。
本発明はまた、エチレン系インターポリマーを調製するためのプロセスを提供し、該プロセスは、エチレンと酸及び/またはエステル基を含有する少なくとも1つのコモノマーとを含む混合物を、100MPa以上の圧力で、少なくとも1つのフリーラジカル開始剤の存在下で、かつ少なくとも1つの反応器と、以下
a)往復運動装置(例えば、加圧ポンプまたは圧縮機)、
b)回転装置(例えば、回転アジテータ)、
c)またはそれらの組み合わせ、
より選択される少なくとも1つの構成要素と、を含む反応器系内で、重合することを含み、発明の組成物が少なくとも1つの構成要素に注入される。
一実施形態において、本組成物は少なくとも1つの構成要素に継続的に注入される。さらなる実施形態において、本組成物は、2〜150lbs/時、さらには3〜120lbs/時、さらには5〜100lbs/時、さらには8〜80lbs/時、さらには10〜60lbs/時の速度で注入される。
一実施形態において、少なくとも1つの構成要素は往復運動装置である。さらなる実施形態において、往復運動装置はハイパー圧縮機である。さらなる実施形態において、ハイパー圧縮機内の吐出圧力は100MPa〜400MPaである。
一実施形態において、本組成物は1つ以上の注入点でハイパー圧縮機に注入される。さらなる実施形態において、本組成物は2つ以上の注入点でハイパー圧縮機に注入される。
一実施形態において、コモノマーは、アクリル酸、エチレンアクリレート、またはそれらの組み合わせより選択される。
本発明はまた、エチレンと酸及び/またはエステル基を含有する少なくとも1つのコモノマーとを含む混合物の重合において使用される往復運動装置及び/または回転装置内のポリマー蓄積を低減するためのプロセスであって、発明の組成物を往復運動装置及び/または回転装置に注入することを含む、プロセスを提供する。さらなる実施形態において、重合は、100MPa以上の圧力で、かつ少なくとも1つのフリーラジカル開始剤の存在下で起こる。
一実施形態において、本組成物は往復運動装置及び/または回転装置に継続的に注入される。さらなる実施形態において、本組成物は、5〜100lbs/時の速度で、さらには10〜80lbs/時の速度で、さらには20〜60lbs/時で注入される。
一実施形態において、本組成物は往復運動装置に注入される。さらなる実施形態において、往復運動装置はハイパー圧縮である。さらなる実施形態において、本組成物は、1つ以上の注入点でハイパー圧縮機に注入される。さらなる実施形態において、本組成物は2つ以上の注入点でハイパー圧縮機に注入される。
一実施形態において、ハイパー圧縮機内の吐出圧力は100MPa〜400MPaである。
一実施形態において、コモノマーは、アクリル酸、エチレンアクリレート、またはそれらの組み合わせより選択される。
発明のプロセスは、本明細書に記載されるように2つ以上の実施形態の組み合わせを含み得る。
以下の実施形態は、上に記載される発明のプロセスに適合する。
一実施形態において、少なくとも1つの反応器内の圧力は、110MPa以上、さらには130MPa以上、さらには150MPa以上である。
一実施形態において、少なくとも1つの反応器が反応器構成内に存在し、そこにおいてコモノマー(例えば、アクリル酸(AA))は、反応器の上部領域に直接または非直接的に供給されるエチレンフィードに注入される。さらなる実施形態において、CTAは主に上部領域に供給される(例えば、高酸生成物のMWDを狭くするため)。
一実施形態において、コモノマーはアルキルアクリレートである。好適なアクリレートとしては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、及び高級アクリレートが挙げられる。
一実施形態において、コモノマーはアルキルメタクリレートである。好適なメタクリレートとしては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、及び高級メタクリレートが挙げられる。
一実施形態において、少なくとも1つの反応器内の温度は、170℃以上、さらには200℃以上、さらには220℃である。
発明の方法は、本明細書に記載されるように2つ以上の実施形態の組み合わせを含み得る。
本発明はまた、本明細書に記載される1つ以上の実施形態の発明の方法から形成されるエチレン系ポリマーを含む組成物を提供する。
一実施形態において、エチレン系インターポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、重合形態で1〜30重量パーセントのコモノマー、さらには3〜28重量パーセントのコモノマー、及びさらには5〜25重量パーセントコモノマーを含む。
一実施形態において、エチレン系インターポリマーは、0.900〜0.955g/cc、さらには0.900〜0.950g/cc(1cc=1cm)の密度を有する。
一実施形態において、エチレン系インターポリマーは、0.2〜5000g/10分、さらには0.5〜4000g/10分、及びさらには1〜3000g/10分のメルトインデックス(I2)を有する。
一実施形態において、本組成物は、第2のエチレン系ポリマーをさらに含む。
一実施形態において、第2のエチレン系ポリマーは、エチレン/アルファオレフィンコポリマー、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、またはそれらの組み合わせより選択される。
一実施形態において、第2のエチレン系ポリマーは、LDPEホモポリマーである。
一実施形態において、第2のエチレン系ポリマーは、リニア低密度ポリエチレン(LLDPE)である。リニア低密度ポリエチレン(LLDPE)は、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、4−メチルペンテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1、及びオクテン−1などが挙げられるがこれらに限定されない1つ以上のアルファオレフィンとのエチレンのコポリマーを含む。
本組成物は、本明細書に記載されるように2つ以上の実施形態の組み合わせを含み得る。
本発明はまた、発明の組成物から形成される少なくとも1つの構成要素を含む物品を提供する。
一実施形態において、物品は、コーティング、フィルム、泡沫、ラミネート、線維、またはテープより選択される。
一実施形態において、物品は、水性分散液(例えば、紙、(肥料)顆粒などのための分散液コーティング)である。
一実施形態において、物品は押出コーティングである。別の実施形態において、物品はフィルムである。
発明の物品は、本明細書に記載されるように2つ以上の実施形態の組み合わせを含み得る。
発明の組成物
発明の組成物は、少なくとも以下の、
A)油と、
B)以下の化合物i)〜iv)
Figure 2017537189
(化合物1について、R、R、R、R、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより、及びさらにはHまたはアルキル(例えば、C1−C5アルキル)より、及びさらにはHより選択される)、
Figure 2017537189
(化合物2について、RはORのOHより選択され、式中、Rがアルキル(例えば、C1−C5アルキル)であり、及びさらにR1がOHであり、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより、及びさらにはHまたはアルキルより、及びさらにはアルキルより、及びさらにはC1−C5アルキルより選択される)、
Figure 2017537189
(化合物3について、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより、さらにはHまたはアルキルより、さらにHより選択され、Rは、Hまたはアルキル、さらにはアルキル、及びさらにはC1−C5アルキルより選択される)、または
iv)化合物1〜3のうちの2つ以上の組み合わせ、
とを含み、該組成物は、アルコールを除きかつ上記化合物2以外の非芳香族極性化合物を1.0重量パーセント以下、さらには0.5重量パーセント以下、及びさらには0.2重量パーセント以下、及びさらには0.1重量パーセント以下(組成物の重量に基づいて)含み、非芳香族極性化合物が1.00デバイ以上、さらには1.10以上、さらには1.20以上、さらには1.30以上の双極子モーメントを有する。
一実施形態において、少なくとも1つの化合物は、以下の化合物i)、ii)
Figure 2017537189
(化合物1について、R、R、R、R、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより、及びさらにはHまたはアルキル(例えば、C1−C5アルキル)より、及びさらにはHより選択される)、
Figure 2017537189
(化合物2について、RはORのOHより選択され、式中、Rがアルキル(例えば、C1−C5アルキル)であり、さらにR1がOHであり、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより、及びさらにはHまたはアルキルより、及びさらにはアルキルより、及びさらにはC1−C5アルキルより選択される)、またはそれらの組み合わせより選択される。
一実施形態において、少なくとも1つの化合物は、化合物1
Figure 2017537189
(化合物1について、R、R、R、R、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより、及びさらにはHまたはアルキル(例えば、C1−C5アルキル)より、及びさらにはHより選択される)、
より選択される。
一実施形態において、化合物は、化合物2
Figure 2017537189
(化合物2について、RはORのOHより選択され、式中、Rがアルキル(例えば、C1−C5アルキル)であり、及びさらにR1がOHであり、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより、及びさらにはHまたはアルキルより、及びさらにはアルキルより、及びさらにはC1−C5アルキルより選択される)、
より選択される。
一実施形態において、化合物は、化合物3
Figure 2017537189
(化合物3について、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより、さらにはHまたはアルキルより、さらにHより選択され、Rは、Hまたはアルキル、さらにはアルキル、及びさらにはC1−C5アルキルより選択される)、
より選択される。
高圧フリーラジカル重合、プロセス特性
「高圧重合プロセス」という用語は、本明細書で使用される場合、単独及びまたは共重合が、典型的には少なくとも100MPa(例えば、100MPa〜500MPa)の高圧かつ高温(例えば、100〜400℃)条件で行われるフリーラジカル重合プロセスを指す。エチレンとアクリル酸及びメタクリル酸などの不飽和カルボン酸との高分子量の通常固体のコポリマーが良く知られる(例えば、米国特許第3,132,120号を参照されたい)。
高圧フリーラジカル重合プロセスによって、エチレン及び不飽和カルボン酸のコポリマーを産生するには、2つの主な反応器タイプ、即ちオートクレーブ反応器及び管形反応器がある。オートクレーブプロセスが、均質なエチレンカルボン酸インターポリマーの生成を可能にする一方、管形プロセスは、カルボン酸の高反応性に起因して、より均質性の低いエチレン−カルボン酸インターポリマーを導く。
開始剤
本発明のプロセスはフリーラジカル重合プロセスである。一般的に使用されるフリーラジカル開始剤は、パーエステル、パーケタール、パーオキシケトン、過炭酸塩、及び環状多官能過酸化物などの有機過酸化物を含む。これらの有機過酸化物開始剤は、重合可能なモノマーの重量に基づいて、典型的には0.005〜0.2重量パーセントの従来量で使用される。他の好適な開始剤としては、アゾジカルボキシルエステル、アゾジカルボキシルジニトリル、及び1,1,2,2−テトラメチルエタン誘導体、ならびに所望の動作温度範囲においてフリーラジカルを形成することができる他の構成要素が挙げられる。過酸化物は、典型的には、好適な溶媒中、例えば、炭化水素溶媒中の希釈溶液として注入される。
連鎖移動剤(CTA)
連鎖移動剤またはテロゲンは、重合プロセスにおけるメルトインデックスを制御するために使用される。連鎖移動は、成長するポリマー鎖の終了、故にポリマー物質の最終的な分子量を制限することに関与する。連鎖移動剤は、典型的には、成長するポリマー鎖と反応し、鎖の重合反応を止めて、新しいポリマー分子の成長を開始する水素原子ドナーである。これらの薬剤は、飽和炭化水素または不飽和炭化水素から、アルデヒド、ケトン、またはアルコールまで、多くの異なる種類のものであり得る。選択された連鎖移動剤の濃度を制御することにより、ポリマー鎖の長さ、ひいては分子量、例えば、数平均分子量Mnを制御することができる。Mnに関連しているポリマーのメルトフローインデックス(MFIまたはI)は、同じように制御される。
好適な連鎖移動剤としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、プロペン、ペンテン、またはヘキサンなどの脂肪族及びオレフィン炭化水素、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン(MEK)、またはジアミルケトンなどのケトン、ホルムアルデヒドまたはアセトアルデヒド、プロピオンアルデヒドなどのアルデヒド、ならびにメタノール、エタノール、プロパノール、またはブタノールなどの飽和脂肪族アルデヒドアルコールが挙げられるが、これらに限定されない。連鎖移動剤は、モノマー連鎖移動剤であってもよい。例えば、WO2012/057975、US61/579,067、及びUS61/664,956を参照されたい。さらに、メルトインデックスは、メタン及びエタンのような、入ってくるエチレン不純物、tert−ブタノール、アセトンなどのような、過酸化物解離生成物、ならびにまたは開始剤を希釈するために使用される溶媒構成要素の蓄積及び制御によって影響され得る。これらのエチレン不純物、過酸化物解離生成物、及び/または希釈溶媒構成要素は、連鎖移動剤として機能し得る。
ポリマー
一実施形態において、本発明のエチレン系ポリマーは、0.910〜0.960、より典型的には0.915〜0.950、及びさらにより典型的には0.920〜0.940グラム毎立方センチメートル(g/ccまたはg/cm)の密度を有する。一実施形態において、本発明のエチレン系ポリマーは、190℃/2.16kgで10分当たり0.2〜5000グラム(g/10分)、さらには190℃/2.16kgで10分当たり0.5〜2000グラム(g/10分)、さらには190℃/2.16kgで10分当たり1.0〜1500グラム(g/10分)のメルトインデックス(I)を有する。
一実施形態において、エチレン系ポリマーは、エチレンアクリル酸(EAA)、エチレンメタクリル酸(EMAA)、ビニルアセテート、エチルアクリレート、またはブチルアクリレートより選択される。また、任意の二次コモノマーは、一酸化炭素、シラン含有コモノマーなどを含む。エチレン−AA−MAAターポリマーなどのターポリマーも形成され得る。本発明のエチレン系ポリマーに使用される他の好適な二次または高級コモノマーとしては、エチレン性不飽和モノマー及び特にC3−20アルファオレフィン、一酸化炭素、ビニルアセテート、ならびにC2−6アルキルアクリレートが挙げられるが、これらに限定されない。他の好適な二次または高級コモノマーは、Ehrlich,P.;Mortimer,G.A.;Adv.Polymer Science;Fundamentals of Free−Radical Polymerization of Ethylene;Vol.7,pp.386−448(1970)に記載される‐参考文献1を参照されたい。
添加剤
1つ以上の添加剤が、発明のポリマーを含む組成物に添加され得る。好適な添加剤としては、安定剤;粘土、滑石、二酸化チタン、ゼオライト、粉末金属を含む有機または無機粒子、炭素線維、窒化ケイ素線維、鋼ワイヤまたはメッシュ、及びナイロンまたはポリエステルひもなどの有機または無機線維、ナノサイズ粒子、粘土などの充填剤;粘着付与剤、パラフィン系またはナフテレン系(napthelenic)油を含む油増量剤が挙げられる。
定義
別段の記載、文脈からの黙示、または当該技術分野における慣習のない限り、すべての部分及びパーセントは重量に基づき、すべての試験方法は本開示の提出日時点で最新のものである。
「油」という用語は、当該技術分野において既知であり、典型的には、同じ温度及び圧力における水の粘度と比較して上昇した粘度を有する強粘液を指し、石油から生じるものである。油は、回転及び/または反復運動機序の移動表面間に潤滑及び低減した摩擦を提供する。油は、単一及び/または複数の構成要素からなり得る。潤滑性、流動性、熱安定性、及び/または他の特性を改善するために、添加剤が添加されてもよい。好適な油の例としては、鉱物油が挙げられる。
「ポリマー」という用語は、モノマーを、同じ種類または異なる種類のものにかかわらず、重合することによって調製される化合物を指す。したがって、ポリマーという総称は、ホモポリマー(ポリマー構造体に組み込まれ得る微量の不純物を理解して一種類のモノマーのみから調製されるポリマーを指す)という用語、及び下に定義される「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、ポリマー内へ及び/またはポリマー内で組み込まれてもよい。
「インターポリマー」という用語は、少なくとも2つの異なる種類のモノマーの重合によって調製されるポリマーを指す。インターポリマーという総称は、コポリマー(2つの異なるモノマーから調製されるポリマーを指す)、及び3つ以上の異なるモノマーから調製されるポリマーを含む。
「エチレン系ポリマー」という用語は、ポリマーの重量に基づいて、過半量の重合されたエチレン、及び任意に少なくとも1つのコモノマーを含むポリマーを指す。
「エチレン系インターポリマー」という用語は、インターポリマーの重量に基づいて、過半量の重合されたエチレン、及び少なくとも1つのコモノマーを含むインターポリマーを指す。
「エチレン系コポリマー」という用語は、インターポリマーの重量に基づいて、過半量の重合されたエチレン、及び唯一のモノマー種類としてコモノマーを含むコポリマーを指す。
「高圧フリーラジカル重合プロセス」という表現は、本明細書で使用される場合、少なくとも100MPa(1000Bar)の高圧で行われる、フリーラジカル開始された重合を指す。
「フィード」または「フィードストリーム」という用語は、本明細書で使用される場合、反応領域への入口で反応領域に添加される新鮮な及び/または再利用された反応物(複数可)を指す。
「補給」という用語は、本明細書で使用されるとき、反応物(複数可)(即ち、「補給エチレン」、「補給CTA」、「補給コモノマー」など)に関して、高圧重合プロセスにおいて変換された及び/または失われた反応物(複数可)を補うために必要とされる反応物(複数可)のフィードストリームを指す。
「新鮮な」という用語は、本明細書で使用されるとき、反応物(複数可)(即ち、「新鮮なエチレン」、「新鮮なCTA」)に関して、外部源(複数可)から提供され、再利用源(複数可)から内部提供されない反応物(複数可)を指す。例えば、ある実施形態において、新鮮なエチレンは、重合により消費された及び/もしくは例えばプロセスからのパージにより失われたエチレン、またはポリマー中の残留エチレンを補うために必要とされる「補給エチレン」として使用される。
「反応領域」という用語は、本明細書で使用される場合、フリーラジカルの添加及び/もしくは構成要素のフリーラジカルへの分解により重合反応が開始もしくは再開始される、またはフリーラジカルを生成する、反応器領域を指す。
「反応器系」という用語は、本明細書で使用される場合、ポリマーを重合及び単離するために使用される構成要素(装置)を指す。そのような構成要素/装置としては、1つ以上の反応器、ハイパー圧縮機、一次圧縮機、及びブースター圧縮機が挙げられるが、これらに限定されない。
「注入点」という用語は、本明細書で使用される場合、装置(重合プロセスで使用される)の入口の場所を指し、ここでフィードストリームが装置に添加される。
「往復運動装置」という用語は、本明細書で使用される場合、上下直線運動または前後直線運動などの繰り返し直線運動を発生させる装置を指す。そのような装置の例としては、プランジャポンプまたはプランジャ圧縮機が挙げられる。
「回転装置」という用語は、本明細書で使用される場合、中心軸の周りに繰り返し角変位を発生させる装置を指す。そのような装置の例としては、回転アジテータ及び回転圧縮機が挙げられる。
「回転アジテータ」という用語は、本明細書で使用される場合、高圧オートクレーブに取り付けられ、内部または外部の駆動機構、例えば電気モータによって駆動され、その回転運動を介して必要とされる逆混合を提供して、反応器の反応領域内で十分に混合されかつ安定した状態で反応を実行するアジテータを指す。回転アジテータは、内部軸受系によって支持される。軸受系の信頼性は、高反応性コモノマーの自己重合の発生及び/またはコモノマーの極性性質による冶金腐食によって影響を受ける。本発明の組成物を供給することが、軸受における潤滑を大いに改善し、軸受系におけるマイナスの効果を逆転させる。
「加圧ポンプ」という用語は、液体またはフィードの圧力レベルをより高い圧力レベルに増大させるポンプ装置を指す。
「加圧」という用語は、液体またはフィードの圧力をより高い圧力レベルに増大することを指す。
「圧縮系」という用語は、蒸気(例えば、その臨界点より下または上のエチレン蒸気)の圧力をより高い圧力レベルに増大させる圧縮装置を指す。
「圧縮」という用語は、蒸気(例えば、その臨界点より下または上のエチレン蒸気)の圧力をより高い圧力レベルに増大することを指す。
ブースター圧縮機(ブースター)は、例えば、以下、a)LPS(低圧セパレータ:Low pressure Separator)から入ってくる低圧リサイクル、及びb)任意に、リサイクルされた圧縮機パッキン漏れを、それぞれ一次圧縮機の入口側で必要とされる圧力レベルまで圧縮する装置である。この圧縮は、1つまたは複数の圧縮段階で起こり得、かつ中間冷却と組み合わされ得る。ブースターは、単一または複数の圧縮機フレームからなり得、かつ潜在的には一次圧縮機フレーム(複数可)と組み合わされ得る。
一次圧縮機(一次)は、例えば、以下、a)新鮮な流入エチレン、及び/またはb)ブースターから入ってくる低圧リサイクル、及び/またはc)リサイクルされた圧縮機パッキン漏れを、それぞれハイパー圧縮機の入口側で必要とされる圧力レベルに圧縮する装置である。この圧縮は、1つまたは複数の圧縮段階で起こり得、かつ中間冷却と組み合わされ得る。一次は、単一または複数の圧縮機フレームからなり得、かつ潜在的にはブースター圧縮機フレーム(複数可)と組み合わされ得る。
ハイパー圧縮機(ハイパー)または二次圧縮機は、例えば、以下、HPR(高圧リサイクル:High Pressure Recycle)及び/または一次圧縮機から入ってくるエチレンを、反応器にその入口圧力設定点で供給するために必要とされる圧力レベルに圧縮する装置である。この圧縮は、1つまたは複数の圧縮段階で起こり得、かつ中間冷却と組み合わされ得る。ハイパーは、典型的には、プランジャ反復運動圧縮機を含み、かつ単一または複数の圧縮機フレームからなり得る。
高反応性コモノマーを供給することは、反応性コモノマーを加圧して、超高圧反復運動プランジャポンプで、反応器領域へ直接、及び/もしくはフィードストリームから反応領域へ供給すること、ならびに/または高圧ポンプで加圧することと、反復運動プランジャ圧縮機(例えば、ハイパー、一次、及び/またはブースター)を介してさらに圧縮することとの組み合わせによって反応性コモノマーを供給することを含み得る。
双極子モーメントは、当該技術分野で既知の用語であり、分子の正味分子極性の測量として使用される。分子の双極子モーメントは、典型的には、例えば、“CRC Handbook of Chemistry and Physics;”92nd edition,2011、及び“CDC Handbook of Chemistry and Physics;”49th edition,1968などのChemical Handbookに報告される。
「非芳香族極性化合物」という用語は、本明細書で使用される場合、少なくとも1つのヘテロ原子(例えば、O、N、S、またはP)を含む脂肪族化合物を指す。
「酸及び/またはエステル基を含有するコモノマー」という用語は、本明細書で使用される場合、カルボン酸基及び/またはエステル基を含有するコモノマーを指す。
「含む」、「有する」、及びそれらの派生語は、いかなる追加の構成要素、ステップ、または手順の存在も、同じものが具体的に開示されるか否かにかかわらず、それらを除外することを意図しない。疑義が生じないようにするために、「含む」という用語を使用して請求されるすべての組成物は、別段の記載のない限り、ポリマーであるかどうかにかかわらず、任意の追加の添加剤、アジュバント、または化合物を含み得る。対照的に、「から本質的になる」という用語は、操作性に不可欠でないものを除いて、後続の列挙の範囲からいかなる他の構成要素、ステップ、または手順も除外する。「からなる」という用語は、具体的に描写または列挙されないいかなる構成要素、ステップ、または手順も除外する。
試験方法
密度:密度測定用の試料は、ASTM D 1928に従って調製する。ポリマー試料を、190℃及び30,000psi(207MPa)で3分間、次いで21℃及び207MPaで1分間押圧する。測定は、ASTM D792、方法Bを使用した1時間の試料押圧中に行う。
メルトインデックス:メルトインデックス、即ちI(グラム/10分またはdg/min)を、ASTM D 1238、条件190℃/2.16kgに従って測定する。I10を、ASTM D 1238、条件190℃/10kgで測定する。
実験
試薬
表1は、以下の研究に使用される試薬、供給元、及び各試薬の純度を列挙する。
Figure 2017537189
研究I−アクリル酸(AA)自己重合研究
清潔な窒素雰囲気ドライボックス内で、アクリル酸(AA)、さらに阻害剤(PTZまたは4−HT)、油もしくは希釈剤を、40mlバイアル中、周囲温度で一緒に混合し、不活性物封止層付きのねじキャップで封止した。次いで、バイアルをドライボックスから取り出し、100℃に設定された加熱シェーカー内に入れた。毎10分、バイアルの内容物を、重合の何らかの徴候がないか観察した。混濁の視覚的外観によりポリマーが認められるとすぐに、実験を停止し、重合の時間を記録した。すべての場合において、阻害剤は、ドライボックス内、周囲温度で、油または希釈剤の添加前にアクリル酸と事前混合された。結果を、表2、3、及び4に示す。
Figure 2017537189
Figure 2017537189
Figure 2017537189
表2に見られるように、非常に低いレベルのフェノチアジン(PTZ)が、アクリル酸(AA)自己重合を効果的に阻害するために使用され得る。実験1〜4を実験5〜、8と比較すると、アクリル酸への鉱物油の添加も自己重合までの時間を増加させることも分かる。アクリル酸へのフェノチアジン及び油の添加は、自己重合時間をさらに増加させる。同様の結果が、4−ヒドロキシTempo(4−HT)阻害剤を使用した表3でも観察される。
表4では、実験は、ポリプロピレングリコール(約2.0〜2.5デバイの双極子モーメント)及びジグリム(約1.9〜2.0のデバイ双極子モーメント)を含む極性希釈剤を用いて実施された。驚くべきことに、これらの場合において、自己重合速度は、これらの希釈剤の添加によって低減されず、高レベルのフェノチアジン阻害剤を使用することから実現される阻害は存在しなかった。
重合設計
図1は、オートクレーブ反応器、管形反応器、またはオートクレーブ及び管形反応器の両方の組み合わせ(図1内の反応器)を含む反応器系を有する高圧(共)重合プラントの一般的フロースキームを示す。ストリーム(1)は、新鮮なエチレン補給を表し、これは、一次圧縮機(一次)により、ブースター圧縮機(ブースター)の出口と一緒にストリーム(2)へと圧縮される。ストリーム(2)は、高圧セパレータ(HPS)からの高圧リサイクルストリーム(17)と組み合わされ、ハイパー圧縮機(ハイパー)の吸引口(複数可)へ供給される。ハイパーは、エチレンフィードストリームを、高圧反応器(反応器)へ供給するのに十分なレベルに圧縮する。描写はされないが、フロースキームはまた、ハイパー圧縮機の2つ以上の入口にわたるストリーム(2)及びストリーム(17)の部分組み合わせ及び/または分散を含み得る。
ストリーム(4)、(5)、及び/または(15)は、CTA系補給フィードを描写する。CTA補給は、ブースター/一次圧縮機区域内のストリーム(15)を介して、またはストリーム(4)及び(5)を介して供給され得る。原則として、CTA補給は、主要な圧縮ストリームにわたって自由に分散され得るか、ならびに/またはサイドストリーム(8)及びフロントストリーム(9)にわたって供給及び/もしくは分散され得る。CTA補給ストリーム(4)及び/または(5)は、ハイパー圧縮機の入口(複数可)、段階間(複数可)、もしくは出口(複数可)、及び/または反応領域の入口(複数可)に供給され得る。CTA系は、単一及び/または複数の構成要素からなり得、かつ様々な組成物を含み得る。
ストリーム(6)、(7)、及び/または(18)は、コモノマーフィードを描写する。コモノマーフィードは、ハイパー圧縮機入口ストリーム(3)内に、またはストリーム(6)及び(7)を介して注入され得、かつ原則として、サイドストリーム(8)及び/またはフロントストリーム(9)に供給されるか、及び/またはそれらにわたって分散される主要な圧縮ストリームにわたって自由に分散され得る。コモノマーストリーム(6)及び/または(7)は、ハイパーの入口(複数可)、段階間(複数可)、または出口(複数可)に供給されるか、反応器への個々のエチレンフィードストリームへ供給されるか、及び/または反応領域に直接供給され得る。ハイパー圧縮機の吐出温度は、典型的には、60〜100℃の範囲にある。
反応器中、重合はフリーラジカル開始系の助けを借りて開始され、各反応領域内に注入され、及び/またはそこで活性化される。各反応領域内の最高温度は、各反応領域に注入される開始系の濃度及び/またはフィード量を調節することにより設定点で制御される。反応器系は、オートクレーブ及び/または管形反応器を含み得る。反応器は、単一及び/または複数のオートクレーブ及び/または管形反応領域からなり得る。
反応が終了し、複数の冷却ステップを適用した後、反応混合物を減圧及び/または冷却し(10)、高圧セパレータ(HPS)中で分離した。HPSは、反応混合物を、少量のワックス及び/または同伴ポリマーを含有するエチレンリッチのストリーム(15)と、さらなる分離のために低圧セパレータ(LPS)へ送られるポリマーリッチのストリーム(11)とに分離する。エチレンストリーム(15)は、ストリーム(17)中で冷却及び洗浄される。ストリーム(16)は、不純物及び/または不活性物を取り除くためのパージストリームである。
LPS中で分離されたポリマーは、(12)でさらに処理される。LPS中で取り除かれたエチレンは、ブースターに供給され、ここでは、圧縮中、溶媒、潤滑油、未反応コモノマーなどの凝縮可能物が収集され、ストリーム(14)を介して取り除かれる。ブースターの出口は、補給エチレンストリーム(1)と組み合わされ、一次圧縮機によりさらに圧縮される。
図1に示される反応器系は、ブースター、一次、及びハイパー圧縮機の反応器までの配列の異なる構成を除外しない。さらには、CTA及びコモノマーのような補給フィードストリームは、ブースター/一次/ハイパー圧縮機セクション内の異なる場所で供給され得るか、及び/または反応器に直接供給され得る。開始剤は、反応領域に入る前にエチレン反応器フィードストリームに注入され得るか、または反応領域に直接注入され得る。
3つの潜在的な重合シナリオを以下に説明する。
シナリオ1
超高圧圧縮機(例えば、ハイパー圧縮機)は、酸及び/またはエステル基(例えば、アクリル酸)を含有する1〜4重量%のコモノマーを有するエチレンガスを、高圧リサイクル圧力から≧100MPaの反応器圧力まで圧縮する。超高圧圧縮機の吐出圧力は120MPaである。本明細書に記載されるような発明の組成物を、≧5lbs/時(例えば、25lbs/時)で、高圧で、超高圧圧縮機の各シリンダのパッキン潤滑ポートに継続的にポンプ注入する。圧縮機全体の潤滑速度は、例えば、およそ25lbs/時である。本発明の組成物は、パッキンセット内でコモノマーと密接に接触しており、それらの領域でのコモノマーの自己重合を防ぐ。パッキンセット内のコモノマーのポリマー形成の低減に起因して、シリンダ寿命が増大する。
シナリオ2
超高圧反復運動、容積式ポンプを使用して、酸及び/またはエステル基(例えば、アクリル酸)を含有するコモノマーを、反応器圧力≧100MPaでハイパー圧縮機の下流に注入する。本明細書に記載されるような発明の組成物を、≧5lbs/時(例えば、25lbs/時)で、高圧で、容積式ポンプの各シリンダのシールへ継続的にポンプ注入する。本発明の組成物は、ポンプシール内にあるコモノマーと密接に接触しており、シール領域内の自己重合を防ぐ。シール内のポリマー蓄積の低減に起因して、ポンプシール寿命が増大する。
シナリオ3
アジテータを使用して、圧力≧100MPaで動作される高圧反応器中の反応器内容物を混合する。アジテータは、モータ、へら付き撹拌シャフト、及び軸受アセンブリからなる。本明細書に記載されるような組成物を、≧5lbs/時(例えば、25lbs/時)で、撹拌シャフト上の軸受ケーシングに継続的にポンプ注入する。本発明の組成物は、酸及び/またはエステル基(例えば、アクリル酸)を含有するコモノマーと密接に接触しており、これらの領域内のポリマー蓄積を防ぐ。軸受内のポリマー蓄積の低減に起因して、軸受寿命が増大する。

Claims (20)

  1. 少なくとも
    A)油と、
    B)以下の化合物i)〜iv)
    Figure 2017537189
    (化合物1について、R、R、R、R、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより選択される)、
    Figure 2017537189
    (化合物2について、RはOHまたはO−Rより選択され、式中、Rがアルキルであり、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより選択される)、
    Figure 2017537189
    (化合物3について、R、R、R、及びRはそれぞれ独立して、H、アルキル、またはアルコキシより選択され、RはHまたはアルキルより選択される)、または
    iv)化合物1〜3のうちの2つ以上の組み合わせ、
    より選択される少なくとも1つの化合物と、を含む組成物であって、前記組成物が、アルコールを除きかつ上記化合物2以外の非芳香族極性化合物を1.0重量パーセント以下(前記組成物の重量に基づいて)含み、前記非芳香族化合物が1.00デバイ以上の双極子モーメントを有する、組成物。
  2. 前記化合物が、前記油の重量に基づいて、5〜60,000ppmの量で存在する、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記油及び化合物が、前記組成物の重量に基づいて、前記組成物の99.0重量パーセント以上を構成する、請求項1または請求項2に記載の組成物。
  4. 前記化合物が、以下の化合物a)〜d)、
    Figure 2017537189
    Figure 2017537189
    Figure 2017537189
    またはd)それらの組み合わせ、より選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
  5. エチレン系インターポリマーを調製するためのプロセスであって、前記プロセスが、エチレンと酸及び/またはエステル基を含有する少なくとも1つのコモノマーとを含む混合物を、100MPa以上の圧力で、少なくとも1つのフリーラジカル開始剤の存在下で、かつ少なくとも1つの反応器と、以下
    a)往復運動装置、
    b)回転装置、
    c)またはそれらの組み合わせ、
    より選択される少なくとも1つの構成要素と、を含む反応器系内で、重合することを含み、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物が、前記少なくとも1つの構成要素に注入される、プロセス。
  6. 前記重合の間、前記組成物が前記少なくとも1つの構成要素に継続的に注入される、請求項5のいずれか一項に記載のプロセス。
  7. 前記組成物が5〜100lbs/時の速度で注入される、請求項6に記載のプロセス。
  8. 前記少なくとも1つの構成要素が往復運動装置である、請求項5〜7のいずれか一項に記載のプロセス。
  9. 前記往復運動装置がハイパー圧縮機である、請求項8に記載のプロセス。
  10. 前記ハイパー圧縮機内の吐出圧力が100MPa〜400MPaである、請求項9に記載のプロセス。
  11. 前記組成物が1つ以上の注入点で前記ハイパー圧縮機に注入される、請求項5〜10のいずれか一項に記載のプロセス。
  12. 前記コモノマーが、アクリル酸、エチレンアクリレート、またはそれらの組み合わせより選択される、請求項5〜11のいずれか一項に記載のプロセス。
  13. エチレンと酸及び/またはエステル基を含有する少なくとも1つのコモノマーとを含む混合物の重合において使用される往復運動装置及び/または回転装置内のポリマー蓄積を低減するためのプロセスであって、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物を前記往復運動装置及び/または回転装置に注入することを含む、プロセス。
  14. 前記重合の間、前記組成物が前記往復運動装置及び/または回転装置に継続的に注入される、請求項13に記載のプロセス。
  15. 前記組成物が2〜150lbs/時の速度で注入される、請求項14に記載のプロセス。
  16. 前記組成物が往復運動装置に注入される、請求項13〜15のいずれか一項に記載のプロセス。
  17. 前記往復運動装置がハイパー圧縮である、請求項16に記載のプロセス。
  18. 前記組成物が1つ以上の注入点で前記ハイパー圧縮機に注入される、請求項13〜17のいずれか一項に記載のプロセス。
  19. 前記ハイパー圧縮機内の前記吐出圧力が100MPa〜400MPaである、請求項13〜18のいずれか一項に記載のプロセス。
  20. 前記コモノマーが、アクリル酸、エチレンアクリレート、またはそれらの組み合わせより選択される、請求項13〜19のいずれか一項に記載のプロセス。
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