JP3283086B2 - エチレンと高級α−オレフィンとのコポリマー及びその製造方法 - Google Patents
エチレンと高級α−オレフィンとのコポリマー及びその製造方法Info
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- C08F210/16—Copolymers of ethene with alpha-alkenes, e.g. EP rubbers
Description
−1−オレフィンと高級α−オレフィンコモノマーとの
共重合に関する。
は、アルミナ、シリカ、リン酸アルミニウム、チタニ
ア、ジルコニア、マグネシアおよび他の耐火性物質のよ
うな担体上のバナジウム、クロムまたは他の金属を使用
する触媒系を使用して重合させることができることは周
知である。初期には、かような触媒は、主としてエチレ
ンのホモポリマーの形成に使用された。しかし、間もな
くエチレンホモポリマーより耐衝撃性の高いポリマーを
必要とする多くの用途が開発された。その結果として、
比較的可撓性の、遊離基重合させたエチレンポリマーの
ように短鎖枝分れを有するポリマーを製造するために、
プロピレン、ブテン、ヘキセンまたは他の高級オレフィ
ンのようなコモノマーをエチレンと共重合させて特定の
最終用途の注文通りの樹脂が製造されるようになった。
コモノマーはポリマー中に有効に取り込まれない、従っ
て高価なコモノマーを過剰に使用しなければならない。
さらに、得られたコポリマーが必ずしも線状低密度コポ
リマーではなく、従って、特にフィルムを製造したとき
に低い耐衝撃強さを有する物理的に弱いコポリマーであ
る。これに加えて、重合操作パラメーターが、重合の間
コポリマーが膨潤し、これが重合およびコポリマー回収
工程を妨害する条件を生成させる。
ィン、シクロパラフィンまたは芳香族炭化水素稀釈剤、
エチレンモノマー、全α−オレフィン反応器供給物の量
に基づいて約15〜約60重量%の範囲内の量の1−ブ
テン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテンおよ
び(または)4−メチル−1−ペンテンから成る群から
選ばれるコモノマー、稀釈剤の質量に基づいて約2〜約
20mg/kgの範囲内の量のアルキルアルミニウムお
よび(または)アルキル硼素化合物、および担体の重量
に基づいて約2〜約20重量%のチタンを含むシリカ−
チタニア担体上に担持されたクロムを含有する触媒系で
あり、酸素含有雰囲気中において活性化され、続いて、
一酸化炭素の存在下で還元されたものである該触媒系
を、重合条件下の反応帯域内において約60〜約77℃
の範囲内の温度で接触させる工程を含むスラリー重合方
法が提供される。
度ポリエチレン(VLDPE)であって、改良された靱
性並びに耐衝撃性を有することを特徴とする、エチレン
と少なくとも1種の高級α−オレフィンとのコポリマー
生成物が提供される。
び「コポリマー」の用語は、互換的に使用される。両用
語には、モノマーであるエチレンと1−ブテン、1−ペ
ンテン、1−ヘキセン、1−オクテンおよび(または)
4−メチル−1−ペンテンから成る群から選ばれるコモ
ノマーとの重合生成物が含まれる。
い。本願において使用するシリカとは一般に80−10
0重量%のシリカから成り、シリカ以外の成分が存在す
る場合はそれがアルミナ、ボリア、マグネシア、トリ
ア、ジルコニアまたはこれらの混合物から選ばれる、シ
リカ含有物質の意味である。例えばシリカ含有物質は、
シリカおよび0.2重量%以下のアルミナまたは他の金
属酸化物から本質的に成る。触媒に不利な影響を与えな
い、または存在しても何等かの無関係な結果を生ずるに
すぎない他の成分が存在してもよい。好ましくは、担体
は乾燥担体の全重量に基づいて約2〜約20重量%のチ
タン(Ti)を含有する。最も望ましい特性を有するポ
リマーを製造するために、最も好ましくは担体は5〜8
重量%のチタンを含有する。
周知であり、かつ、Dietz.U.S.P.No.
3,887,494に開示されているように製造でき
る。
ない。クロム成分は、例えばシリカ、チタニアおよびク
ロム成分の共沈ターゲルの形成のような当業界における
任意の公知の方法によってシリカ−チタニア担体成分と
結合させることができる。あるいはまた、水溶性クロム
成分の水溶液をシリカ−チタン成分のヒドロゲルに添加
してもよい。好適な水溶性クロム化合物には、これらに
限定されないが、硝酸クロム、酢酸クロム、および三酸
化クロムが含まれる。あるいはまた、t−ブチルクロメ
ート、ジアーレンクロム化合物、ビスシクロペンタジエ
ニルクロム(II)またはクロムアセチルアセトネート
のような炭化水素可溶性クロム化合物の溶液が、コーゲ
ルからの水の除去によって得られるシリカ−チタニアキ
セロゲルの含浸に使用できる。
体の合計重量に基づいて、約0.05〜約5、好ましく
は0.5〜2重量%のクロムが得られるのに十分な量で
使用される。また、クロムは、上記段落番号0004の
活性化および還元後の触媒の全重量に基づいて約0.0
5〜約5重量%の量で触媒系中に存在する。
成分は、次いで、当業界において慣用的に使用されてい
る方法で酸素含有雰囲気中において活性化する。経済的
理由のため、好ましい酸素含有雰囲気は空気、好ましく
は乾燥空気である。活性化は、約300゜〜約1,00
0℃、好ましくは300゜〜800℃の範囲内の温度で
約30分〜約50時間、好ましくは約2〜約10時間、
高温で行なわれる。これらの条件下で、比較的低原子価
状態の任意のクロムの少なくとも実質的部分はこの焼成
方法によって六価状態に転化する。
いで、助触媒と結合させる前に六価クロムをこれより低
い原子価状態に少なくとも部分的に還元させる。コモノ
マーをコポリマー中に有効に取り込ませるためには、還
元剤は一酸化炭素でなければならない。一酸化炭素以外
の他の還元剤を使用した場合は、得られるコポリマー中
へ同量のコモノマーを取り込ませるために反応帯域中に
おいて比較的高い量のコモノマーを必要とする。一般
に、焼成触媒は直接還元剤で処するが、所望ならば中間
の工程を使用できる。
間の温度で使用できるが、最良のクロムの還元のために
は350〜450℃の範囲内の温度の使用が好ましい。
還元操作における還元ガスの分圧は、大気圧以下から比
較的高い圧力まで変化させることができるが、最も簡単
な還元操作は、ほぼ大気圧で本質的に純粋な一酸化炭素
を使用することである。
る。還元の程度は、触媒の色の肉眼観察によって行うこ
とができる。最初の活性化触媒の色は、一般に、六価ク
ロムの存在を示す橙色である。本発明において使用され
る還元触媒系の色は、初期の六価クロムの全部または実
質的に全部がこれより低い酸化状態、一般に二価状態に
還元されていることを示す青色である。
還元過程は、パルス滴定によって正確に測定することが
できる。パルス毎に既知量の一酸化炭素を添加し、そし
て発生した二酸化炭素の量を測定する。還元が完結した
ときには一酸化炭素のみが存在し、触媒系の色が青色に
なる。還元された青色触媒素は酸素のパルスで滴定して
触媒系の元の橙色に転化できる。酸化が完結したとき、
排出ガス中の酸素が証拠となる。
または窒素のような不活性雰囲気中において25℃のよ
うなほぼ室温まで冷却し、一酸化炭素を追出す。 この
フラッシング処理後は、触媒系は、一酸化炭素および酸
素のような還元剤または酸化剤のいずれにも接触させな
いようにする。
しなければならない。好適な助触媒には、得られるポリ
マーのメルトフロー特性を増加させることができるアル
ミニウムアルキルおよび硼素アルキルが含まれる。好適
なアルミニウムアルキルには、R3AlおよびRAlX
2化合物(ここで、Rは基1個当り約1〜約12個の炭
素原子を有するヒドロカルビル基であり、Xはハロゲ
ン、好ましくは塩素である)が含まれる。トリエチルア
ルミニウム並びにジエチルアルミニウムクロライドが特
に好適である。
ないが、トリアルキル硼素化合物、特にトリ−n−ブチ
ルボラン、トリプロピルボランおよびトリエチルボラン
(TEB)が含まれる。他の好適な硼素化合物には、広
くトリヒドロカルビル硼素化合物;例えばトリフェニル
ボランのようなトリアリール硼素化合物;硼素アルコキ
シド;およびBC2H5Cl2のようなハロゲン化アルキ
ル硼素化合物が含まれる。
ル基1個当り約1〜約10個の炭素原子、好ましくは2
〜4個の炭素原子を有するトリアルキル硼素化合物であ
る。トリアルキル硼素化合物は、これらの化合物が例え
ばメルトフローを減少させ、かつ、重合の間のポリマー
の膨潤を遅延させるようなポリマーの性質を改良するの
に有効な薬剤であるために好ましい助触媒である。現在
のところ、最も好ましい助触媒は上記の理由によってト
リエチルボランである。
に基づいて、約1〜約20ppm、またはmg/kgの
範囲内の量で使用される。好ましくは、コスト有効性お
よび得られるポリマーの最良の性質のために3〜12m
g/kgの範囲の量で使用される。
でなければならない。本発明の方法では、エチレンと高
級α−オレフィンとのコポリマーの製造に特に適用性が
ある。エチレンモノマーは、1−ブテン、1−ペンテ
ン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペ
ンテンおよびこれらの混合物から成る群から選ばれるコ
モノマーと重合させなければならない。エチレンは、得
られるコポリマーの有利な性質によって最も好ましいモ
ノマーである。最高のポリマー靱性を得るためには、コ
モノマーは1−ブテンおよび(または)1−ヘキセンが
好ましい。
てのコモノマーは、エチレンモノマーの重量に基づいて
約30〜約60重量%の範囲内の量で重合反応器または
反応帯域に添加する。コモノマーが1−ブテンの場合に
は、改良された靱性、増加されたメルトインデックスお
よび広い分子量分布のような最も望ましい性質を有する
ポリマーを製造するために、好ましくは1−ブテンは全
エチレン供給物の25〜35重量%の範囲内の量で反応
帯域に添加する。コモノマーが1−ヘキセンの場合に
は、1−ブテンに関して上記した理由によって、好まし
くは1−ヘキセンは35〜45重量%の範囲内の量で反
応帯域に添加する。
ノマーの量も、コモノマー/モノマーモル比によって表
わすことができる。コモノマーが1−ブテンであり、モ
ノマーがエチレンの場合には、反応器フラッシュガス中
における1−ブテン/エチレンのモル比は、上述した理
由によって一般に約0.70〜約1.5、好ましくは
0.9〜1.2の範囲内である。コモノマーが1−ヘキ
センであり、モノマーがエチレンの場合には、反応器フ
ラッシュガス中における、1−ヘキセン/エチレンのモ
ル比は、上述した理由により、一般に約0.30〜約
0.50、好ましくは0.3〜0.4の範囲内である。
に、追加のコモノマーをU.S.4,820,785
(McDaniel等、1988)に開示されているよ
うに重合反応器または反応帯域内でその場所で生成させ
ることもできると考えられている。しかし、その場所で
発生させるコモノマーの量を定量することは困難であ
る。その場所では1種以上のコモノマーが生成されるか
ら、得られるコポリマー生成物には1種以上のコモノマ
ーが配合される。
液になる温度より低く保持する粒子形態としても公知の
スラリー重合条件下で行なわなくてはならない。かよう
な重合法は当業界において周知であり、かつ、例えばN
orwood.U.S.P.No.3,248,179
に開示されている。
温度は、必須条件であり、かつ、約60°〜約77℃、
好ましくは約60°〜約70℃の範囲内に保持しなけれ
ばならない。最も好ましくは、反応帯域温度は63°〜
68℃の範囲内である。これ以上の高い反応器温度も使
用できるが、特定温度範囲以外での作業では、コポリマ
ーが重合の間膨潤を受け易く、比較的高い密度、減少し
た靱性、比較的低いメルトインデックスおよび(また
は)比較的狭い分子量分布を有するポリマーが得られ
る。
ン、シクロパラフィンおよび(または)芳香族炭化水素
のような不活性稀釈剤(媒質)中において行なわれる。
代表的稀釈剤の例には、これらに限定されないが、プロ
パン、n−ブタン、イソブタン、n−ペンタン、2−メ
チルブタン(イソペンタン)およびこれらの混合物が含
まれる。低価格および使用し易さのために、イソブタン
またはプロパンが好ましい稀釈剤である。
700psia(0.76〜4.8MPa)以上まで変
化させることができる。触媒系を懸濁状態に保持し、媒
質および少なくとも一部のモノマーおよびコモノマーを
液相中に維持するのに十分な圧力下でモノマーおよびコ
モノマーを接触させる。すなわち、媒質および温度は、
コポリマーが固体粒子として生成され、その形態で回収
されるように選択する。触媒系の濃度は、触媒系含量が
反応器内容物の重量に基づいて0.001〜約1重量%
の範囲になるようにする。
法は、Norwoodに開示されている型式のループ反
応器を使用する方法および反応器の反応条件の異なる複
数のかく拌反応器を直列、並列またはこれらの組合せの
いずれかで使用する方法である。例えば直列の反応器の
場合には、還元工程に供していないクロム触媒系を、本
発明の触媒系を使用する反応器の前または後のいずれか
で使用できる。他の具体例においては、本発明の触媒系
を使用する反応器と並列に設けられた反応器中にシリカ
を主成分とする担体上に担持した慣用の酸化クロムを使
用し、コポリマーの回収前に得られる重合効果を組合せ
ることもできる。
調節(比較的高い温度では比較的低い分子量が得られ
る)、分子量を低下させための水素の導入または触媒系
化合物を変化させるなどのような当業界における公知の
各種の手段によって制御することができる。
マーは、当業界で公知の任意の方法によって、任意の順
序で反応帯域に添加できる。例えば、触媒系、助触媒、
モノマーおよびコモノマーを反応帯域に同時に添加する
ことができる。所望ならば、触媒系および助触媒は、モ
ノマーおよび(または)コモノマーと接触させる前に、
不活性雰囲気中において予備接触させることができる。
触媒および助触媒を予備接触させる場合には、本明細書
の参考になるMcDaniel等によりU.S.P.
4,735,931に開示されているように幾らかのコ
モノマーがその場所で生成され;従って、反応帯域に肯
定的に添加されるコモノマーの量を減少させることがで
きるが、なお上記に開示された範囲内に留まる。
くとも1種の高級α−オレフィンとのコポリマーでなけ
ればならない。積極的に添加したものであれその場所で
生成されたものであれ、重合反応器中におけるコモノマ
ー、すなわち、高級α−オレフィンは、コポリマー中に
非常に効率よく取り込まれる。コポリマー生成物は、コ
ポリマー生成物の全重量に基づいて、約12〜約40重
量%、好ましくは、約14〜約25重量%のコモノマー
を含有する。最も好ましくは、最良のコポリマー性質の
ためにはコモノマーは15〜20重量%の範囲内でコポ
リマー中に存在する。
広い分子量分布、および増加されたメルトインデックス
を有する耐衝撃性、強靱な、線状の超低密度のポリエチ
レン(VLDPE)コポリマーである。通常、本発明に
よって製造されたポリマーのメルトインデックス(M
I)は、約0.05〜約0.35g/10分の範囲内、
好ましくは約0.05〜約0.3g/10分の範囲内で
ある。最良の加工適性および最良の溶融強度、すなわ
ち、靱性のために、最も好ましくは本発明のポリマーは
0.1〜0.2の範囲内のMIを有する。本発明によっ
て製造されたポリマーに関する高荷重メルトインデック
ス(HLMI)は、通常、約5〜約50g/10分の範
囲内、好ましくは約10〜約30g/10分の範囲内で
ある。最良の加工適性および最良の溶融強度、すなわ
ち、靱性のために、最も好ましくは本発明のポリマー
は、15〜25g/10分の範囲内のHLMIを有す
る。一般に、HLMIが減少すると加工の困難さは増加
するが、HLMIが減少するとポリマーの溶融強度も減
少する、すなわち、ポリマーは吹込成形またはフィルム
に吹込むかのいずれにしても吹込に対して十分に強靱で
なくなる。従って、本発明のポリマーは通常、約100
〜約300の範囲内、好ましくは約100〜約200の
範囲内のHLMI/MI比を有する。最も好ましくは、
上記の理由のために、HLMI/MI比は100〜17
5の範囲内である。
指数(HI)、すなわち、重量平均分子量(Mw):数
平均分子量(Mn)の比、Mw/Mnで示されるような
広い分子量分布を有する。本発明のポリマーに関して
は、Mw/Mn比は通常、約12〜約35の範囲内、好
ましくは約15〜約30の範囲内である。最良のポリマ
ー加工適性のためには、最も好ましくは18〜25の範
囲内のMw/Mnである。一般に、一定のMIにおい
て、Mw/Mnが広くなるとポリマーの加工適性は改良
される。
0.915g/ccの範囲、好ましくは約0.895〜
約0.915g/ccである。最も好ましくは、コポリ
マー密度は、0.90〜0.91g/ccの範囲内であ
る。
は、コポリマー主鎖に接続する線状、または枝分れ炭素
鎖と定義され、この場合のSCBはコポリマー主鎖に接
続する、しかもコポリマー主鎖から離れて約1〜約10
個の炭素原子を有する。本発明によって製造されたコポ
リマーの主鎖炭素10,000個当りのSCBの数は、
通常、約70〜約200個、好ましくは100〜約18
0個の範囲である。最も好ましくは、主鎖炭素10,0
00個当りのSCBの数は、約120〜約160個の範
囲内である。
充填ループ反応器、稀釈剤としてイソブタン、場合によ
り生成物の分子量調節のために幾分かの水素を使用し
て、触媒系をモノマーと接触させることによって連続粒
子形態法においてエチレン/高級α−オレフィンコポリ
マーを製造した。反応器は、1.25時間の滞留時間で
運転した。反応器温度は分子量制御のため60〜77℃
の範囲に変化させ、圧力は4MPa(580psi)で
あった。定常状態条件になったとき、イソブタン供給量
は46リットル/時間であり、エチレン供給速度は約3
61b(13.5kg)/時間であり、そして1−ヘキ
セン供給速度は、生成物ポリマーの密度を調節するため
に変化させた。ポリマーは251b(11.25kg)
/時間の割合で反応器から抜き出した。
9−75。落槍の衝撃によって厚さ1mil(0.02
5mm)のフィルムを破るのに要するエネルギー。この
方法では、試料の50%を破壊する26inch(66
cm)の高さから落下させる槍の重量を算出する。50
%の破損水準を決定するために階段法を使用し、そして
槍重量の増分は15gである。別記しない限り、全例に
おいてフィルムの厚さは1mil(0.025mm)で
あった。
m));ASTM D1922。これは紙に使用されて
いるElmendorf引裂試験からポリマーフィルム
に適用するための変法である。この方法では、示したよ
うに縦押出方向(MD)または横方向(TD)における
2.5inch(6.35cm)に亘って引裂きを伝播
させるのに要するgで示した平均エネルギーを測定す
る。全例においてフィルムは1mil(0.025m
m)の厚さであった。
−68およびASTM D1928、条件C。圧縮成形
試料を約15℃/分で冷却し、室温で約40時間状態調
節して測定した。
(g/10分):ASTM D1238。21,600
gの重りを使用し、190℃で測定した。
分):ASTM D1238。2,160gの重りを使
用し、190℃で測定した。
しい方法を例示する。乾燥担体の全重量に基づいて1重
量%のクロムを含有する高多孔質シリカ−チタニア
(2.5cc/g、600m2/g、乾燥担体の全重量
に基づいて5重量%チタンを含有)を、乾燥空気中、6
50℃で6時間流動化させることによって活性化した。
触媒系を窒素中において冷却させ、窒素中における10
容量%の一酸化炭素に350℃でさらに2時間暴露し、
次いで窒素パージを行い、窒素中で25℃に冷却した。
この触媒系を上記のループ反応器中において66℃でエ
チレン(C2=)および1−ヘキセン(l−C6=)を
重合させるのに使用した。イソブタンを稀釈剤として使
用し、エチレンを添加して稀釈剤を7〜9mol%に維
持した。コモノマーの1−ヘキセンを添加し、1−ヘキ
セン/エチレンの重量比を0.35〜0.41に維持
し、かつ、水素を添加し、稀釈剤を0〜0.5mol%
の間に維持した。トリエチル硼素(TEB)を添加して
稀釈剤を約8.5mg/kgに維持した。重合の間、反
応器は容積で約60%の固体を含有した。
g/ccのかさ密度を有する0.910g/ccの密度
のコポリマーを触媒系1g当り900gのポリマーの生
産性で製造した。このポリマー物質は、0.2g/10
分未満のメルトインデックス(MI)および15〜25
g/10分の範囲内の高荷重メルトインデックス(HL
MI)を有した。すなわち、剪断比(HLMI/MI)
は、約150〜約170であった。このコポリマーを
4:1の膨張比および35.56cm(14inch)
のフロストライン高さを有し、235℃で12.2m/
分の速度で5.08cm(2inch)ダイ上で0.0
25mm(1mil)のフィルムを押し出した。押し出
しは極めて容易に行なわれた。このフィルムの破壊抵抗
および引裂抵抗の試験を行い、極めて強靱であることが
見出された。性質は:落槍、0.025mm(1mi
l)フィルムで700gで破壊なし;引裂抵抗、MD=
85g以上、TD=310g以上;Spencer衝
撃、0.83Jouleで破壊なし。
代りに、1−ブテン(1−C4=)を使用したのを除い
て、例Iに記載の方法を繰返した。他の条件は例Iに記
載の条件と同じであった。すなわち、水素は0〜2.2
mol%の間に維持し、TEBは4〜9.4mg/kg
の間に維持し、生産性は触媒系1g当り1000〜17
00gのポリマーの間の範囲であり、反応器は約65容
積の固体を含有した。重合実験の結果を表IIに示す。
これによって本発明が限定されると解釈すべきではな
く、本発明の精神および範囲内のすべての変法並びに改
良を含める積りである。
Claims (1)
- 【請求項1】 (a) パラフィン、シクロパラフィ
ン、芳香族炭化水素またはこれらの混合物である稀釈
剤、 (b) エチレンモノマー、 (c) エチレンの量に基づいて30〜60重量%の量
で存在する、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセ
ン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテンまたはこ
れらの混合物である、少なくとも1種のコモノマー、 (d) 稀釈剤の質量に基づいて2〜20ppmの範囲
内の量で存在する、アルキルホウ素化合物、および (e) シリカ−チタニア担体上に担持されたクロムを
含有する触媒系であって、担体がその重量に基づいて2
〜20重量%のチタンを含み、触媒系が酸素含有雰囲気
中において300〜1000℃の範囲内の温度で活性化
され、続いて一酸化炭素の存在下に300〜500℃の
範囲内の温度で還元されている、前記の触媒系、 をスラリー重合条件下で反応帯域中において、60〜7
7℃の範囲内の反応帯域温度で接触させる工程を含む、
エチレンのコポリマーの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/829,807 US5208309A (en) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | Linear, very low density polyethylene polymerization process and products thereof |
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