JP4008967B2 - 実質的に結晶性のα−オレフィンポリマーからオリゴマーを除去する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂に関する。更に詳細には、本発明は、α−オレフィンポリマー及びその生成中に生じるもののような望ましくない成分を除去するその処理に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする手段】
α−オレフィンポリマーが、所望の性質を有するポリマー生成物を生じるように選ばれた時間、温度及び圧力条件下に触媒を用いてα−オレフィンの重合を行うことにより製造されることは周知である。たいていの場合簡単にポリマーと呼ばれる各々の場合に企図された生成物は、多くの異なる鎖長を有しているα−オレフィン単位の分子鎖 (strand又はchain)のブレンドである。ほとんどの鎖の長さは何千の炭素原子を示すが、必ず非常に短い長さの鎖があり、α−オレフィン単位２つほどの小さいもの及びα−オレフィン単位４５ほどの大きいものがある。これらの短い鎖長分子はオリゴマーと呼ばれる。重合反応においては、企図されたポリマーの他にオリゴマーも生成される。企図されたポリマー粒子の一部にならない程度までは、通常、重合工程後にたいてい行われる未反応α−オレフィン除去操作でポリマー粒子から分離される。オリゴマーは、また、溶融押出しを含むビスブレーキング等の後重合処理の結果としてポリマー中に生成される。
【０００３】
大部分の市販のα−オレフィンポリマーにおいては、ポリマー粒子中のオリゴマーの濃度は問題となるほどでない。実際に、オリゴマーの存在はポリマーの溶融レオロジーに有益な作用を与えることがある。しかしながら、特にオリゴマー濃度がしばしばポリマー１００万重量部あたり１０００〜１0,０００重量部の範囲内にあるメルトフローレートの高い（＞５dg／分、ＡＳＴＭ D1238、条件Ｌ）実質的に結晶性のプロピレンポリマーの場合には、ポリマー中のオリゴマーの実質的な濃度が、有用な物品に変換される場合のように溶融押出しされる際にポリマーから『煙』の出る原因となる。例えば、押出機ダイから出る溶融ポリマーから放出された揮発分を捕捉し加工面から除去する方法及び装置が開示されている米国特許第 4,233,429号参照。しかしながら、ダイを出た後及び固化する温度に冷却される前に溶融ポリマーからオリゴマーの全部が放出することはない。押出されたポリマー中の残留オリゴマーは、その押出されたポリマーの物品（例えば、包装フィルム、容器等）に好ましくない味と臭いを生じることがある。
【０００４】
ポリマーのオリゴマー濃度を低下させるために開示された方法は、ポリマー粒子を溶融し、次にその溶融物にオリゴマーは可溶であるがポリマーは不溶である液体又はガスを通過させるものであった。この方法の例は、Beckemeierらの米国特許第 5,200,486号及びMiyakawaの米国特許第 5,237,048号に開示されている。この方法の主な欠点は、得られた精製ポリマーが熱履歴を有することである。即ち、熱劣化と物理的性質の変化がある。ポリマーを、樹脂生成物を製造するための溶融配合及び有用な物品を製造するための射出成形、熱成形、溶融紡糸、溶融注型等の溶融操作に供するとそれが拡大されるようになる。
従って、本発明が解決する基本的な課題は、所望されないオリゴマーをα−オレフィンポリマーから溶融せずにどのように除去するかということである。
【０００５】
Saitoらの米国特許第 4,365,057号には、炭素原子６〜７個の炭化水素媒体を含むスラリー中にあり、そのスラリーから分離した後に処理して（流動床乾燥機のような慣用の乾燥機内で加熱窒素ガスと接触させるように）残留炭化水素媒体の濃度を0.２〜２重量％まで低下させたα−オレフィンポリマーを『乾燥』する方法が開示されている。その特許によれば、この種類のスラリーはそのポリマーがその炭化水素媒体中で生成された場合、その炭化水素媒体中アルコールで触媒失活に供する場合及びその炭化水素媒体で処理してアタクチック部分を除去する場合に生じることができる。この方法は、サイロの上部にポリマーを導入する工程、サイロの下部に−１０℃以下の露点を有する窒素ガスを導入する工程、サイロの下部から、その特許が強調するには、サイロ内の重力によって降下するポリマーを排出する工程及び炭化水素媒体を含む窒素ガスをサイロの上部から排出する工程を含んでいる。乾燥は７０〜１３０℃の温度で行われ、サイロ中のポリマーの保持時間は0.５〜２０時間であり、窒素ガスの導入量は処理されるポリマー１トンあたり２０〜４０Nm³ である。この特許は、炭素原子を８個以上有する脂肪族炭化水素媒体を開示しておらず、オリゴマーに言及がなく及び流動床を構成するようにサイロ内でのポリマー粉末を記載していない。
【０００６】
DeNicolaの米国特許第 5,047,446号には、フリーラジカルを含む照射プロピレンポリマー粒子の処理方法が開示されている。１実施態様においては、窒素又はフリーラジカルに不活性な他のガスによって流動化された粒子の流動床中約４０〜１１０℃で約１０分〜２時間粒子を加熱することにより処理されている。他の実施態様においては、次に第２流動床中約１３０〜１５０℃で少なくとも約２０分間加熱されている。第１工程の目的は粒子中でフリーラジカルの再結合を良好に制御することであり、第２工程の目的は残りのフリーラジカルの失活を良好に制御することである。この特許では、いずれの床からの流動ガスもオリゴマーを含むことは示唆していないと考えられる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、微細な固体の実質的に結晶性のα−オレフィンポリマー粒子から実質的な濃度で含むオリゴマーを除去する非溶融法を提供するものである。一般に、本方法は、
前記粒子を含む床を前記粒子からオリゴマーを蒸発させるのに十分な温度であるが前記粒子が実質的に凝集し壁等に付着しやすい程度まで粘着性になるには不十分な温度に設定する工程、
一般的な条件下該粒子と該オリゴマーに不活性なガス流れを床流動速度で前記床に通過させることにより前記床を流動化させ、もって、蒸発したオリゴマーを該床から除去する工程、及び
その流動化状態の前記粒子をかかる温度で前記粒子中の前記オリゴマーの実質的な部分が蒸発し該床から除去されるのに十分な時間維持する工程、
を含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本方法の実施態様は、一般的には本方法の実施で除去されたオリゴマーの割合及び鎖長が流動床中のポリマー粒子の温度及び滞留時間の関数であるという発見に基づくものである。除去されたオリゴマーの割合は、流動床中のポリマー粒子の滞留時間の直接関数であることが見出された。更に、除去されたオリゴマーの鎖長は流動床中のポリマー粒子の温度の直接関数であることも見出された。
本実施態様においては、流動床中のポリマー粒子の温度及び滞留時間は、粒子から除去されたオリゴマーの割合及び鎖長を共に制御し、もって、有用な物品の製造における生成物の使用に必要とされるか或いは所望される又は物品自体に必要とされるか或いは所望されるオリゴマーの残量、濃度又は鎖長を有するポリマー生成物を与えるように調節される。
【０００９】
本発明に従って処理されたポリマーは、実際の温度、例えば１００〜１４０℃の範囲内で通常固体で非粘着性でありかつ有効濃度のオリゴマーを有するα−オレフィンポリマーである。通常、かかるα−オレフィンポリマーは高温（実質的に２５℃以上）まで固体で非粘着性でありかつその温度以上で溶融するようになるのに十分な結晶性を有する。ポリマーが溶融するようになる温度を融点と呼ばれることは周知である。この結晶性を有するα−オレフィンポリマーの例としては、高密度、中密度及び低密度タイプを含むポリエチレン；線状低密度ポリエチレン及び超低密度ポリエチレンを含むエチレンコポリマー；ポリプロピレン（プロピレンホモポリマー）；プロピレンと他のα−オレフィン、例えばエチレン、１−ブテン等のコポリマー及びターポリマー、そのターポリマーはジエン、ポリブテン、ポリスチレン等を含むことができ、そのポリマーのブレンドを含み、そのブレンドは連続重合法又は溶融配合法で製造されるといった成形、フィルム及び繊維グレードポリマーが挙げられる。
【００１０】
かかるα−オレフィンポリマーのオリゴマー濃度は、広範囲であることができる。典型的な濃度はポリマー１００万重量部あたり１０００〜１0,０００重量部であるが、より高い濃度及びより低い濃度も本発明の広い範囲内である。しかしながら、ポリマー１００万重量部あたり約２５０重量部よりも低い初期オリゴマー濃度ではあまり実用的でない。このレベルより低い低濃度のオリゴマーは有効な作用を与えないと思われることが１つの理由である。
本発明によれば、処理されるべきオリゴマーを有するα−オレフィンポリマーは固体粒子の形にある。本発明のオリゴマー減少度は、粒径によってほとんど影響されないと思われる。従って、ポリマー粒子は実施しやすいサイズであることができる。しかしながら、通常は５〜２００メッシュ（本明細書中の粒径は全て米国スクリーンサイズである）の範囲内であり、好ましくは操作上の理由で５〜８０メッシュの範囲内である。
粒子の流動床を所望の温度に設定及び維持する方法及び手段並びにガス及び粒子をその流動床へ導入しその流動床から回収する方法及び手段は周知でありここで記載する必要がない。
【００１１】
流動化及び除去ガスは、一般条件下でポリマー粒子に不活性であり、蒸発したオリゴマーの溶媒でありかつオリゴマーで飽和されないガスとすることができる。ガスの好ましい例は、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素等である。酸素及び空気を用いることができるが、一般的には粉塵爆発の危険のために避けるべきである。ガスは、床に導入される際オリゴマー含量がほとんど又は全くないことが好ましい。本発明のほとんどの実施態様においては、経済的理由で、床から回収したガスは再循環される。通常はオリゴマー蒸気を分離するために処理される。かかる処理の例は、ガスをオリゴマー蒸気が凝縮するまで冷却すること及び通常は油の形の凝縮オリゴマーをガスから分離することである。これらの実施態様においては、凝縮オリゴマーの分離後のガスを、通常は床の温度まで再加熱した後に床に再導入される。
床の温度は、上端が処理されるポリマーの軟化点又は粘着点に依存する範囲に設定及び維持される。下端は蒸気圧又はポリマーから除去されるべきオリゴマーの沸点に依存する。ポリプロピレンの場合、その範囲は約１００〜１４０℃である。重合したエチレン含量が約２〜５重量％であるプロピレン−エチレンランダムコポリマーの場合、その範囲は約１００〜１２５℃である。
【００１２】
流動床中ポリマー粒子の滞留時間は、粒子の多孔度、床温度及び粒子の間隙から除去されるべき最高分子量オリゴマーの表面までの床温度における移動速度に依存する。通常、平均粒径が約６０メッシュであるフレークとして一般に知られる重合した粒子状の最もオリゴマーを有するα−オレフィンポリマー及び平均粒径が約１０メッシュである重合した球状粒子状のかかるポリマーの場合、滞留時間はオリゴマー含量の最適減少に対して約１〜約３時間の範囲内である。
本発明の１実施態様は、床温度及びポリマー粒子の床における滞留時間を調節することにより、ポリマー粒子から除去されたオリゴマーの割合だけでなく最大鎖長もかなり制御することができるという発見に基づくものである。これは、ポリマー粒子中比較的高分子量のオリゴマーの残留濃度が許容され、もって、エネルギーの節約になるか又はポリマー粒子の溶融レオロジーについてかかるオリゴマーの有益な作用のために望まれる場合に有利である。通常、床温度が高いほど、除去されるオリゴマーの鎖長、もって、分子量が大きくなり、滞留時間が長いほど、ポリマー粒子から除去される鎖長の長いオリゴマーの割合が大きくなる。更に、特定の状態の環境に非常に依存するので、一般論は実際的でない。しかしながら、本明細書の開示から、処理されたポリマー粒子中の残留オリゴマーの最適濃度及び最小鎖長を得る床温度と滞留時間の組合わせが、各状態に対して過度に実験せずに容易に決定することができる。
【００１３】
本発明の方法は、バッチ方式又は連続方式で実施することができる。
本方法がバッチ方式で行われる場合、処理されるべきポリマー粒子が適切な流動床容器に固定床を形成するのに十分な量で導入され、床を出るガスを回収しつつ床がオリゴマー除去ガスで流動化され、床温度がオリゴマー除去範囲に設定される。床は、その範囲の温度の流動状態で所望のオリゴマー除去程度が生じるまで維持される。本方法のバッチ方式の実施の１実施態様においては、除去ガスの床への導入が停止され、扱うことができる温度まで粒子が冷却され容器から除去されるか或いは容器から除去されその温度まで冷却される。好適実施態様においては、床が除去ガスの床への連続した導入及び床を出たガスの回収によって流動状態で維持されるが、床が処理温度まで冷却され、その温度で除去ガスの導入が停止され、処理したポリマー粒子が容器から除去される。
【００１４】
連続方式においては、処理されるべきポリマー粒子床が適切な流動床容器内で生成され、除去ガスが床を流動化するのに十分な速度で容器に連続的に導入され、床温度がそのポリマーの処理温度範囲で設定及び維持され、床からのガスが容器から連続的に除去され、処理されるべきポリマー粒子が床の一部分又は帯域に連続的に導入され、ポリマー粒子が床の他の部分又は帯域から連続的に除去される。この方式においては、ポリマー粒子を床へ導入する速度及び床から回収する速度は床を維持しかつ粒子の床における所望の平均滞留時間を与えるように選ばれる。
本発明の特徴を下記実施例によって示す。ここで、『 ppm』はポリマー１００万重量部あたりの重量部を意味し、溶融流速は全てＡＳＴＭ D 1238 、条件Ｌに準じる。
【００１５】
【実施例】
実施例１
本実施例は、α−オレフィンポリマーのオリゴマー含量の減少に関する床温度及び滞留時間の影響を示すものである。
本実施例のα−オレフィンポリマーは、慣用の濃度の慣用の酸化防止剤を含有する半結晶性ポリプロピレンとした。その適度なメルトフローレートは３０dg／分であった。ガスクロマトグラフィー分析によるそのオリゴマー含量は３２２０ ppmであった。そのポリマーは下記粒度分布を有する球状粒子の形であった。

【００１６】
流動床装置は、焼結金属ディフューザープレートを備えた４６cm×４６cm×６１cmの流動床容器から構成された。容器との操作上の組合わせとしては、ネームプレート送風機速度が１０００scfmであるガス送風機を備えた密閉ループ再循環窒素ガス系及び熱油で加熱したインライン細管熱交換器とした。２つの熱油源が利用でき、１つは８０℃であり、もう１つは１４０℃とした。各熱油源を熱交換器に結合したマニホールドにバルブ導管により接続したので、いずれかの熱油源を熱交換器に供給するように選ぶことができた。
１1.４kgのポリマーを容器に導入し、もって、固定床を形成し、この床を窒素を用いて８０℃で１２０分間流動化し、このように処理されたポリマーの試料を１５分毎にその床から回収した。次に、ガス温度を１４０℃に上げ、流動床中のポリマー粒子を更に１０５分間処理し、その床の試料を１５分毎に採取した。その１０５分間に流動床に通過させた窒素量は処理したポリマーのメートルトンあたり２３3,３３３m³に等価であった。試料のガスクロマトグラフィー分析により、下記表のデータが得られた。
【００１７】
【表１】

【００１８】
ポリマーを８０℃で１２０分間処理すると、その全オリゴマー濃度を最初の３２２０ ppmからほとんど減少しなかったことがわかる。一方、１４０℃で１０５分間処理すると、１９４０ ppmに４０％までオリゴマー濃度を減少させた。
下記実施例は、本実施例に従って処理したα−オレフィンポリマーの全オリゴマー含量の減少についてだけでなく処理後のポリマー中の残留オリゴマーの濃度及び鎖長について温度と滞留時間の影響を示すものである。
これらの実施例においては、実験用サイズの流動床装置を用いた。内径約５cm及び長さ約0.９ m及び下端に多孔質焼結金属ディフューザープレートを有するパイプが流動床容器であった。容器壁を電気加熱テープで許容量＋／−３℃まで温度制御し、流動化ガス流れを１２００ワットの電気ガスフロースルーヒータで予熱した。流動化ガス温度をディフューザープレートの約５cm上流に配置された熱電対で測定し、ガス温度をフィードバックコントローラで制御した。ガス流速をガスヒータの上流のロートメータで測定し、『フレーク』グレードポリマーに対しては５０scfm及びたいていはより大きな粒径を有する球状粒子ポリマーに対しては２００scfmに適度に設定した。ガス再循環はしなかった。
これらの実施例の各々の各実験において、流動床容器に３００ｇの未処理ポリマーを充填し、得られた床を流動化した。流動化ガスとオリゴマーストリッパーを窒素とした。流動床に設定した温度及び床をその温度に維持した時間を下記表に示す。各実験の終わりに、処理ポリマー粒子が冷却した後に容器を空にし、ポリマー粒子の試料を採取しガスクロマトグラフィーでオリゴマーの全含量及び１００℃の実験を除いて炭素原子含量を分析した。このようにして得られたガスクロマトグラフィー分析（『ＧＣＡ』）データを下記表に示す。表中の『ｎｄ』は測定せずを意味する。
【００１９】
実施例２
本実施例のα−オレフィンポリマーは、慣用の濃度の慣用の酸化防止剤を有する半結晶性ポリプロピレンとした。その適度なメルトフローレートは３０dg／分であった。ポリマーは、下記の粒度分布を有する球状粒子の形であった。

得られたＧＣＡデータを下記表２に示す。
【００２０】
【表２】

【００２１】
実施例３
本実施例でのα−オレフィンポリマーは、慣用の濃度の慣用の酸化防止剤を有するフレークグレード半結晶性ポリプロピレンとした。その適度なメルトフローレートは３０dg／分であった。ポリマーの粒度分布は下記の通りであった。

得られたＧＣＡデータを下記表３に示す。
【００２２】
【表３】

【００２３】
実施例４
本実施例のα−オレフィンポリマーは、慣用の濃度の慣用の酸化防止剤を有する半結晶性ポリプロピレンとし、適度なメルトフローレートは３０dg／分であった。ポリマーは、下記の粒度分布を有する球状粒子の形であった。

下記表４はＧＣＡデータを示す。
【００２４】
【表４】

【００２５】
実施例５
本実施例のα−オレフィンポリマーは、慣用の濃度の慣用の酸化防止剤を有する半結晶性ポリプロピレンとした。その適度なメルトフローレートは７０dg／分であった。ポリマーは、下記の粒度分布を有する球状粒子の形であった。

下記表５はＧＣＡデータを示す。
【００２６】
【表５】

【００２７】
実施例６
本実施例の実験において、α−オレフィンポリマーは慣用の濃度の慣用の酸化防止剤を有する半結晶性ポリプロピレンとした。その適度なメルトフローレートは２０dg／分であった。ポリマー粒子は、球状であり、下記の粒度分布を有した。

得られたＧＣＡデータを下記表６に示す。
【００２８】
【表６】

【００２９】
実施例７
本実施例のα−オレフィンポリマーは、他のフレークグレードの半結晶性ポリプロピレンとした。また、慣用の濃度の慣用の酸化防止剤を含有した。ポリマーの適度なメルトフローレートは9.５dg／分であった。ポリマーの粒度分布は下記の通りであった。

得られたＧＣＡデータを下記表７に示す。
【００３０】
【表７】

【００３１】
前述のデータは、本発明の方法が半結晶性α−オレフィンポリマー粒子からオリゴマーを除去するのに有効であるばかりでなく、温度と床滞留時間を調節することによりオリゴマーの除去程度を鎖長又は分子量に基づいて制御することができることを示すものである。これは、ポリマーの溶融レオロジー特性に有益な効果があることからポリマー中に高分子量オリゴマーを保持することが所望される場合に有利である。
前述の開示の文字及び真意の範囲内及び本発明の範囲内の他の特徴、利点、実施態様、改良、詳細及び使用はその開示から当業者に容易に明らかであるが、本発明は、等価物の教示を含む、特許法に従って解釈される前記特許請求の範囲によってのみ制限される。また、本発明の個々の実施態様をかなり詳細に記載してきたが、その変更及び修正を本発明の真意及び範囲を逸脱することなく行うことができる。

Claims (3)

1. ポリマー１００万重量部あたり１０００〜１０,０００重量部の濃度のオリゴマーを含有する微細な実質的に結晶性のα−オレフィンポリマー粒子から、α−オレフィン単位２〜４５を有するオリゴマーを除去する方法であって、
   前記粒子を含む固定床を、前記粒子から前記オリゴマーを蒸発させるのに十分な温度であるが、前記粒子が実質的に凝集し壁等に付着しやすい程度まで粘着性になるには不十分な１００〜１４０℃の温度に設定する工程、
   前記粒子と前記オリゴマーに不活性なガス流を床流動速度で１段階方法として前記固定床に通過させることにより、前記固定床を流動化させ、もって、蒸発したオリゴマーを流動化させた床から除去する工程、及び
   前記粒子を前記温度で前記粒子中の前記オリゴマーの実質的な部分が蒸発するのに十分な１〜３時間維持し、前記温度及び時間が、前記粒子から除去されるべき該オリゴマーの割合及び最大鎖長によって選ばれる工程、を含み
   ここで、該方法によって処理されるべき該ポリマー粒子の該オリゴマーの最小鎖長が炭素原子９個であり、処理された後の該ポリマー粒子の該オリゴマーの最小鎖長が炭素原子１２〜２７個であることを特徴とする前記オリゴマーを除去する方法。
2. 前記ガスが、窒素である請求項１記載の方法。
3. 前記ポリマー粒子が、半結晶性プロピレンポリマー粒子である請求項１記載の方法。