JP6830448B2 - 高いg’及び広いmwdを有する管状エチレン系ポリマーを作製するための改善されたプロセス - Google Patents

高いg’及び広いmwdを有する管状エチレン系ポリマーを作製するための改善されたプロセス Download PDF

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Description

関連出願の参照
本出願は、2015年6月25日出願の米国仮出願第62/184,549号の利益を主張し、これは、参照により組み込まれる。
従来の低密度ポリエチレン(LDPE)は、良好な加工性を有するが、フィルム及び/または押し出し成形コーティング用途で使用されるとき、増加した溶融強度及びより高いG’能力がなおも所望される。米国公開第2008/0242809号は、290℃〜350℃のピーク温度で、管状反応器内でエチレンコポリマーを調製するためのプロセスを開示している。コモノマーは、二官能以上の(メタ)アクリレートである。WO2007/110127は、300〜350℃のピーク温度で、管状反応器内で重合されたエチレンコポリマーを含む押し出し成形コーティング組成物を開示している。コモノマーは、二官能性α、ω−アルカジエンである。WO97/45465は、不飽和エチレンコポリマー、それを生成するための方法、及び架橋構造を生成するためのその使用を開示している。不飽和エチレンコポリマーは、高圧プロセスを通して、ラジカル重合により得た、エチレンのポリマーと、エチレンと共重合できる少なくとも1つのモノマーとを含み、式(I)HC=CH−O−R−CH=CHの二不飽和コモノマーを含み、式中、R=−(CH)m−O−、−(CHCHO)n−、または−CH−C10−CH−O−であり、m=2〜10であり、n=1〜5である。好ましくは、このコモノマーは、1,4−ブタンジオールジビニルエーテルである。WO2014/003837は、フリーラジカル開始剤の存在下で、エチレンと、「アルファ、ベータ不飽和末端」及び「C=C二重結合末端」を有する少なくとも1つの非対称ポリエンとを反応させることにより作製されたエチレン系ポリマーを開示している。カップリング及び/または分岐反応による最終ポリマーに対する上述される多官能性構成成分の影響は複雑であり、官能基の種類及び反応性に依存する。ビニル官能基は、コモノマーとして作用し、ポリマー鎖/分子中に組み込む。連鎖移動剤(CTA)官能基は、新しいポリマー分子の形成を開始するか、または単量体基の組み込み後に、長鎖分岐(LCB)もしくはT分岐の形成を開始する。ポリマーレオロジーに影響を及ぼすための多官能性及び/または二官能性構成成分に関して、(1)構成成分分子の少なくとも2つの官能基が反応し、かつ(2)ポリマー中に効果的な分岐が形成されることが重要である。
WO2013/059042は、エチレン及び/またはCTA供給分配を使用して、分子量分布(MWD)を拡大し、溶融強度を増加させながら、他の全てのプロセス条件定数を保つことを記載している。また、高反応性である多官能性構成成分の使用は、構成成分の安定性、圧縮及び予熱区分における早期重合及び付着物形成の可能性、反応器付着物、ポリマー中のゲル形成、エチレン分解をもたらす可能性のある加工安定性などの、他のプロセス及び/またはポリマーの懸念事項に影響を受ける。追加の重合は、WO2013/149699及びWO2013/149698に記載されている。低濃度のカップリング及び/または分岐構成成分が、フィルム及び押し出し成形コーティング用途のために所望される高いG’値生成物を達成しながら、生成物ゲル、ならびにプロセス不安定性及び/または付着物の不要な生成物及びプロセス問題を回避または低減するために使用され得る、かかるプロセスが依然として必要とされている。さらに、より低濃度のカップリング及び/または分岐構成成分は、より低消費及び低費用をもたらす。これらの必要性が、以下の発明により満たされた。
一態様において、本発明は、低活性化CTA系組み合わせて、カップリング及び/もしくは分岐構成成分を使用すること、ならびに/またはより高濃度のCTAを優先的に下流反応区域に供給することにより、増加したG’値を有するエチレン系ポリマーを形成するためのプロセスを提供する。別の態様において、本発明は、エチレンと、少なくとも1つの対称ポリエンと、少なくとも1つのCTAを含む少なくとも1つの連鎖移動剤系とを含む反応混合物を重合させることを含む、エチレン系ポリマーを形成するためのプロセスを提供し、重合が、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り、重合が、少なくとも2つの反応区域である反応区域1及び反応区域i(i≧2)を備え、かつ反応区域iが反応区域1の下流にある反応器構成において起こり、「第1の反応区域への供給物のCTA系の活性度」の「反応区域iへの累積供給物のCTA系の活性度」に対する比(Z/Z)が、≦(0.80.2*log(Cs))であり、ここで、Csが、0.0001〜10である。
別の態様において、本発明は、形成プロセスを提供し、本プロセスは、エチレンと、少なくとも1つの対称ポリエンと、少なくとも1つのCTAを含む少なくとも1つの連鎖移動剤系とを含む反応混合物を重合させることを含み、重合が、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り、重合が、少なくとも2つの反応区域である反応区域1及び反応区域i(i≧2)を備え、かつ反応区域iが反応区域1の下流にある反応器構成において起こり、以下のうちの少なくとも1つ、(A)連鎖移動剤系が、130℃及び1360気圧(atmosphere)で≦0.020のCs値を有し、(B)第1の反応区域への供給物中の、反応区域iへの供給物中に対するCTA活性度比(Z/Z)が、≦0.90である。
比較例(Comparative Examples)(比較例(C.Exs.))10及び11、ならびに発明の実施例(Inventive Examples)(発明の実施例(I.Exs.))1及び2のプロセスフロー図である。 比較例12のためのプロセスフロー図である。 比較例13及び14、ならびに発明の実施例3、4、及び5のプロセスフロー図である。 比較例15及び発明の実施例6のプロセスフロー図である。 比較例2’及び7’のプロセスフロー図である。 比較例1’、4’、6’、8’、及び9’のプロセスフロー図である。 比較例3’及び5’のプロセスフロー図である。 シミュレーション反応器構成の反応器温度プロファイルを描写する。 H分岐レベルとCTAの種類との関数であるG’値を示すグラフである。 プロピオンアルデヒドの異なる分配に対するH分岐レベルの関数であるG’値を示すグラフである。
本発明は、上述されるように、エチレン系ポリマーを形成するためのプロセスを提供する。本発明は、カップリング及び/または分岐構成成分のより低い消費を可能にしながら、所望の生成物特徴を維持し、生成物ゲルまたはプロセス不安定性及び/もしくは付着物問題を回避及び/または低減する。発明のプロセスは、本明細書に記載される、2つ以上の実施形態の組み合わせを含み得る。
ポリエン(分岐剤)構造−ポリエンは、不活性連結基のいくつかの形態により連接される、複数(≧2)のフリーラジカル重合性オレフィン部分を含有する化合物である。これらの化合物は、対称的(全ての重合性オレフィン末端が、(各末端C=C結合)同じである)または非対称的であり得る。対称ポリエンに関して、各末端C=C二重結合の化学的性質は、例えば、同じアクリレート、メタクリレート、ビニル、アリルなどである。これらの化合物は、一般式i)〜vii)により記載され得、
式中、tが2〜20であり、
式中、R10、R11、及びR12が各々独立して、Hまたはアルキルから選択され、nが1〜50であり、
式中、R13及びR14が各々独立して、Hまたはアルキルから選択され、mが1〜50であり、
式中、R15、R16、R17、及びR18が各々独立して、Hまたはアルキルから選択され、pが1〜50であり、
式中、R19、R20、R21、R22、R23、及びR24が各々独立して、Hまたはアルキルから選択され、rが1〜1000であり、
式中、R25、R26、R27、及びR28が各々独立して、Hまたはアルキルから選択され、vが1〜1000であり、
式中、R29がHまたはアルキルであり、wが1〜20である。
実施形態において、ポリエンは、構造i)、構造iii)(式中、R13=R14である)、構造iv)(式中、R15=R18である)、構造v)(式中、R19=R24である)、構造vi)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される対称ポリエンである。実施形態において、ポリエンは、構造i)、構造iii)(式中、R13=R14である)、構造iv)(式中、R15=R18である)、構造v)(式中、R19=R24である)、及び構造vi)からなる群から選択される対称ポリエンである。実施形態において、ポリエンは、構造i)、構造iii)(式中、R13=R14である)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される対称ポリエンである。実施形態において、ポリエンは、構造i)及び構造iii)(式中、R13=R14である)からなる群から選択される対称ポリエンである。
実施形態において、プロセスは、対称ポリエン及び非対称ポリエンを含む反応混合物を重合させることを含む。さらなる実施形態において、非対称ポリエンは、「アルファ、ベータ不飽和−カルボニル末端」及び「C−C二重結合末端」を含む。
対称ポリエン及び非対称ポリエンの両方を有する実施形態において、対称ポリエンは、構造i)、構造iii)(式中、R13=R14である)、構造iv)(式中、R15=R18である)、構造v)(式中、R19=R24である)、及び構造vi)からなる群から選択され、非対称ポリエンは、構造ii)、構造iii)(式中、R13≠R14である)、構造iv)(式中、R15≠R18である)、構造v)(式中、R19≠R24である)、及び構造vii)からなる群から選択され、構造i)〜vii)は上記の通りである。
実施形態において、対称ポリエンは、構造i)及び構造iii)(式中、R13=R14である)からなる群から選択され、非対称ポリエンは、構造ii)及びiii)(式中、R13≠R14である)からなる群から選択される。実施形態において、ポリエンは、式a)〜i)からなる群から選択され、
式中、tが2〜20であり、
式中、nが1〜50であり、
式中、nが1〜50であり、
式中、pが1〜50であり、
式中、rが1〜1000であり、
式中、vが1〜1000であり、
である。
実施形態において、ポリエンは、構造a)、b)、d)、e)、f)、g)、h)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される対称ポリエンである。実施形態において、ポリエンは、構造a)、b)、d)、e)、f)、g)、及びh)からなる群から選択される対称ポリエンである。実施形態において、対称ポリエンは、構造a)、d)、f)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。一実施形態において、対称ポリエンは、a)、d)、及びf)からなる群から選択される。実施形態において、対称ポリエンは、a)を含む。実施形態において、対称ポリエンは、d)を含む。実施形態において、対称ポリエンは、f)を含む。実施形態において、対称ポリエンは、a)である。実施形態において、対称ポリエンは、d)である。実施形態において、対称ポリエンは、f)である。
実施形態において、プロセスは、対称ポリエン及び非対称ポリエンを含む反応混合物を重合させることを含む。対称ポリエン及び非対称ポリエンの両方を有する実施形態において、対称ポリエンは、構造a)、b)、d)、e)、f)、g)、h)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、非対称ポリエンは、構造c)、i)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。対称ポリエン及び非対称ポリエンの両方を有する実施形態において、対称ポリエンは、構造a)、b)、d)、e)、f)、g)、及びh)からなる群から選択され、非対称ポリエンは、構造c)及びi)からなる群から選択される。
一実施形態において、反応混合物は、炭素−炭素三重結合を含有する少なくとも1つの化合物をさらに含む。WO2016/012534に開示されているかかる化合物を参照されたく、これは、参照により組み込まれる。本発明は、本明細書に記載されるように、エチレン系ポリマーを形成するためのプロセスも提供し、ここで、対称ポリエンは、炭素−炭素三重結合を含有する少なくとも1つの化合物で置き換えられる。例えば、WO2016/012534に開示されているかかる化合物を参照されたく、これは、参照により組み込まれる。
エチレン系ポリマー−一実施形態において、エチレン系ポリマーは、重合形態のエチレン、及び対称ポリエン由来の結合化学基を含む変性低密度ポリエチレンである。さらなる実施形態において、変性LDPEは、変性LDPEの重量に基づいて、<2.0重量%、さらに<1.0重量%の他のコモノマー(複数可)を含む。本発明は、発明のプロセスから形成されたエチレン系ポリマーも提供する。
一実施形態において、エチレン系ポリマーは、少なくとも1つの以下の構造を含み、
式中、R及びRが、同じであり、かつHまたはアルキル、好ましくはH及びC1−基から選択され、Xが、−(CR)n−(式中、各Rが独立して、Hまたはアルキル基であり、nが1〜20である)、−(CR−CR−O)n−(式中、各Rが独立して、Hまたはアルキル基であり、nが1〜20である)から選択される。上記の構造において、表記「//////」は、エチレン系ポリマーの炭化水素主鎖中の炭素−炭素共有結合の中心における中断を表す。
一実施形態において、エチレン系ポリマーは、ポリマー中に組み込まれる1000モルの炭素原子当たり、または言い換えると、ポリマー中に組み込まれる500モルのエチレン単位当たり、≧0.015モルのポリエンを反応形態で含む。一実施形態において、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、≧0.03重量パーセントのポリエンを反応形態で含む。一実施形態において、エチレン系ポリマーは、ポリマー中に組み込まれる1000モルの炭素原子当たり、または言い換えると、ポリマー中に組み込まれる500モルのエチレン単位当たり、≦1モル、または≦0.6モル、または≦0.4モル、または≦0.2モルのポリエンを反応形態で含む。
一実施形態において、エチレン系ポリマーは、0.1〜100g/10分、または0.1〜50g/10分、または0.1〜30g/10分の溶融指数(I)を有する。一実施形態において、エチレン系ポリマーは、0.3〜100g/10分、または0.3〜50g/10分、または0.3〜30g/10分、または0.5〜30g/10分、または1.0〜10g/10分のIを有する。一実施形態において、エチレン系ポリマーは、0.3〜100g/10分、または1〜50g/10分、または2〜20g/10分、または2〜10g/10分のIを有する。一実施形態において、エチレン系ポリマーは、1〜20g/10分のIを有する。一実施形態において、エチレン系ポリマーは、1立方センチメートル当たり≧0.916グラム(g/ccまたはg/cm)、または≧0.917g/cc、または≧0.918g/ccの密度を有する。一実施形態において、エチレン系ポリマーは、≦0.940g/cc、≦0.935g/cc、または≦0.932g/ccの密度を有する。
一実施形態において、エチレン系ポリマーは、以下の関係に合致するG’値を有し:G’(G’=500Pa、170℃において)≧C+Dlog(I)であり、式中、C=170Paであり、D=−90.0Pa/[log(dg/分)]であり、Iが、溶融指数である。
本発明は、本明細書に記載されるように、発明のエチレン系ポリマーを含む組成物も提供する。一実施形態において、本組成物は、≦0.954g/ccの密度を有するエチレン/α−オレフィンインターポリマーをさらに含む。一実施形態において、本組成物は、1つ以上の特性、例えば、密度、溶融指数(I)、溶融弾性、溶融強度、重量平均分子量(Mw(abs))、数平均分子量(Mn(conv))、及び/または多分散指数(Mw(abs)/Mn(conv))において本発明のエチレン系ポリマーとは異なる別のエチレン系ポリマーをさらに含む。
本発明は、発明の組成物から形成された少なくとも1つの構成成分を含む物品も提供する。一実施形態において、物品は、フィルムまたはコーティング、例えば、押し出し成形コーティングである。一実施形態において、物品は、フィルムである。別の実施形態において、物品は、コーティングである。一実施形態において、物品は、ワイヤまたはケーブルのためのコーティングである。一実施形態において、ワイヤまたはケーブルは、電気または通信ワイヤまたはケーブルである。一実施形態において、物品は、コーティングされたシートであり、さらなる実施形態において、シートは、金属、紙、もしくは別のポリマー基剤、またはそれらの組み合わせから選択される。さらなる実施形態において、コーティングされたシートは、ワイヤまたはケーブル構成で使用される。別の実施形態において、コーティングされたシートは、包装用途で使用される。発明の組成物は、本明細書に記載されるように、2つ以上の実施形態の組み合わせを含み得る。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。
高分岐エチレン系ポリマーを生成するために、高圧フリーラジカルにより開始される重合プロセスが典型的には使用される。2つの異なる高圧フリーラジカルにより開始される重合反応器種類が知られている。第1の種類において、1つ以上の反応区域を有する撹拌オートクレーブ槽が使用される。オートクレーブ反応器は通常、開始剤及び/またはモノマー供給のための複数の注入点を有する。第2の種類において、1つ以上の反応区域を有するジャケット付き管が、反応器として使用される。好適な反応器長さは、100〜3600メートル(m)、または1000〜2800mであり得るが、これらに限定されない。反応区域の開始は、いずれの種類の反応器に関しても、典型的には、反応開始剤、エチレン、CTA(もしくはテロマー)、またはコモノマー(複数可)、及びそれらの任意の組み合わせの側部注入により定義される。高圧プロセスは、1つ以上の反応区域を有するオートクレーブもしくは管状反応器、またはオートクレーブと管状反応器との組み合わせ(各々が1つ以上の反応区域を備える)内で行われ得る。一実施形態において、本発明のプロセスは、管状反応器を備える反応器構成において起こる。
CTA(系)は、分子量を制御するために使用される。一実施形態において、1つ以上のCTA(CTA系)が、発明の重合プロセスに添加される。CTAは典型的には、以下の群のうちの少なくとも1つを含む:アルカン、アルケン、アルデヒド、ケトン、アルコール、エーテル、エステル、メルカプタン、またはホスフィン。さらなる実施形態において、CTAは、アルカン、不飽和炭化水素、ケトン、アルデヒド、アルコール、またはエーテルの基を少なくとも含む。一実施形態において、CTAは、飽和炭化水素、不飽和炭化水素、ケトン、アルデヒド、アルコール、またはエーテルから選択される。実施形態において、CTAは、以下の化合物のうちの少なくとも1つを含む:アルカン、アルケン、アルデヒド、またはケトン。例示的なCTAには、プロピレン、イソブタン、n−ブタン、1−ブテン、メチルエチルケトン、アセトン、エチルアセテート、プロピオンアルデヒド、ISOPAR−C、−E、及び−H、ならびにイソプロパノール、より好ましくはプロピレン、プロピオンアルデヒド、ブタン、及びイソブタンが含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、CTA系は、1つ以上のCTAを含む。一実施形態において、CTA系は、1つのCTAを含む。一実施形態において、使用されるCTAの量は、総反応混合物の重量に基づいて、0.01〜10重量%である。
一実施形態において、CTA系(複数可)は、少なくとも区域1及び区域i内の重合に添加され、ここで、i≧1であり、反応区域iは、反応区域1の下流にあり、「反応区域1への供給物中のCTA系の活性度」の「反応区域iへの累積供給物中のCTA系の活性度」に対する比(Z/Z)は、≦1.0、好ましくは≦0.90、または≦0.82、または≦0.74である。さらなる実施形態において、(Z/Z)は、≧0.40、または≧0.45、または≧0.50である。
一実施形態において、CTA系(複数可)は、少なくとも区域1及び区域i内の重合に添加され、ここで、i≧1であり、反応区域iは、反応区域1の下流にあり、「反応区域1への供給物中のCTA系の活性度」の「反応区域iへの累積供給物中のCTA系の活性度」に対する比(Z/Z)は、≧0.90、または≧0.92、または≧0.95、または≧1.00である。一実施形態において、CTA系(複数可)は、少なくとも区域1及び区域i内の重合に添加され、ここで、i≧1であり、反応区域iは、反応区域1の下流にあり、「反応区域1への供給物中のCTA系の活性度」の「反応区域iへの累積供給物中のCTA系の活性度」に対する比(Z/Z)は、0.90〜1.40、または0.90〜1.30、または0.90〜1.20、または0.92〜1.40、または0.92〜1.30、または0.92〜1.20、または0.92〜1.10、または0.92〜1.00、または0.92〜0.98である。
実施形態において、CTA系(複数可)は、少なくとも区域1及び区域i内の重合に添加され、ここで、i≧3であり、iは、最終反応区域Iであり、かつ反応区域1の下流にあり、「反応区域1への供給物中のCTA系の活性度」の「反応区域iへの累積供給物中のCTA系の活性度」に対する比(Z/Z)は、≦1.3、または≦1.2、または≦1.1である。実施形態において、CTA系(複数可)は、少なくとも区域1及び区域i内の重合に添加され、ここで、i≧3であり、iは、最終反応区域iであり、かつ反応区域1の下流にあり、「反応区域1への供給物中のCTA系の活性度」の「反応区域iへの累積供給物中のCTA系の活性度」に対する比(Z/Z)は、≧0.1、または≧0.2、または≧0.3である。一実施形態において、適用されるCTA系の全体のCs値は、Mortimerらにより測定される場合、130℃及び1360気圧(atmospheres)で≦0.020、または≦0.010、または≦0.006、または≦0.004である。
一実施形態において、本プロセスは、エチレンが1反応器通過当たり部分的にだけ転化または消費されるため、エチレン効率を改善するために高圧及び低圧再循環ループを含む。典型的には、1反応器通過当たりの転化レベルは、20%〜40%である。一実施形態において、重合は、WO2013/059042に記載されているような管状反応器内で起こり得、それは、多区域反応器を使用し、新しいエチレンの供給位置を替えてエチレン対CTAの比、したがってポリマー特性を制御する。新しいエチレンは、所望のエチレン対CTAの比を達成するために、複数の位置で同時に添加され得る。同様の方法において、WO2013/078018に記載されているようにポリマー特性を制御するために、新しいCTA添加点の追加が慎重に選択され得る。新しいCTAは、所望のCTA対エチレンの比を達成するために、複数の位置で同時に添加され得る。
補給エチレン、補給CTA、及び補給ポリエンの添加点及び量は、反応区域への及び/または反応器内の供給物中の所望のCTA対エチレンの比及びポリエン対エチレンの比を達成するために、適切に制御され得る。一実施形態において、ポリエン(分岐剤)は、本明細書に記載されるように、対称ジエンであり、重合に添加されるエチレン及び対称ジエンの総モルに基づいて、0.002〜0.300モル%、または0.005〜0.300モル%の量で重合に添加される。
一実施形態において、重合は、2つの反応器内で起こる。一実施形態において、重合は、少なくとも2つの反応区域を有する1つの反応器内で起こる。一実施形態において、反応区域iに添加されるポリエンの質量と比較すると質量がより大量のポリエンが、反応区域1に添加される。上記で使用されたように、ポリエンの量は、補給供給において反応区域に添加されるポリエン(すなわち、繰り越さないポリエン)に基づいて決定される。一実施形態において、反応区域1に添加されるポリエンの濃度と比較するとより高濃度のポリエンが反応区域iに添加される。例えば、表9のジエンkg量/時間、または表6のポリエン分配重量%を参照されたい。一実施形態において、反応区域iに添加されるポリエンの濃度と比較するとより高濃度のポリエンが、反応区域1に添加される。
一実施形態において、ポリエンは、反応区域1及び反応区域iの両方に添加される。一実施形態において、ポリエンは、反応区域1に添加されない。反応区域間のポリエンの反応性比及びポリエンの分配に応じて、各反応区域内でエチレン系ポリマー中に組み込まれるポリエンの量は、異なり得る。
一実施形態において、ポリエンは、反応区域内に供給される前に、二次圧縮器の圧縮段階を通して供給される。実施形態において、ポリエンは、ポリエンを受容する各反応区域内に供給される前に、二次圧縮器の圧縮段階を通して供給される。別の実施形態において、ポリエンは、圧縮段階を通して、反応区域内に直接供給されるか、または反応区域の供給物中に直接供給される。反応及び/または反応区域内への供給点の選定は、加圧エチレン及び/もしくは溶媒中のポリエンの可溶性、加圧エチレン中のポリエンの凝縮、ならびに/またはポリエンの早期重合による予熱器付着物が含まれるが、これらに限定されない複数の要因に依存する。
実施形態において、反応器への総エチレン供給物中のポリエンの濃度は、反応器に供給されたエチレンの総モルに基づいて、<0.2、または<0.1、または<0.05、または<0.025モル%である。一実施形態において、第1の反応区域に供給されるエチレンは、重合に供給される総エチレンの少なくとも10パーセントである。一実施形態において、第1の反応区域に供給されるエチレンは、重合に供給される総エチレンの10〜100、または20〜80、または25〜75、または30〜70、または40〜60%である。
一実施形態において、エチレン系ポリマーは、1つ以上のコモノマー、及び好ましくは1つのコモノマーをさらに含む。コモノマーは、α−オレフィン、ビニルアセテート、アクリレート、メタクリレート、無水物、ビニルシラン、またはそれらの組み合わせを含み、各々は典型的には、20個以下の炭素原子を有する。一実施形態において、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、>90、さらに>92及びさらに>93の重合エチレンを含む。一実施形態において、エチレン系ポリマーは、ポリマーの重量に基づいて、>95、さらに>98、及びさらに>99の重合エチレンを含む。実施形態において、エチレン系ポリマーは、エチレンホモポリマーである。
一実施形態において、ポリエンは、反応区域の注入口で、フリーラジカル開始剤の添加の前に、またはそれと同時に添加される。好ましくは、ポリエンは、ポリエンの良好な分散を可能にするためにフリーラジカル開始剤の添加の前に添加される。フリーラジカル開始剤は概して、本発明のエチレン系ポリマーを生成するために使用される。
フリーラジカル開始剤は概して、本発明のエチレン系ポリマーを生成するために使用される。フリーラジカル開始剤は、本明細書で使用される場合、化学的手法及び/または放射手法により発生したフリーラジカルを指す。フリーラジカル開始剤には、環状ペルオキシド、ジアシルペルオキシド、ジアルキルペルオキシド、ヒドロペルオキシド、ペルオキシカーボネート、ペルオキシジカーボネート、ペルオキシエステル、及びペルオキシケタールを含む有機ペルオキシドが含まれる。好ましい開始剤は、t−ブチルペルオキシピバレート、ジ−t−ブチルペルオキシド、t−ブチルペルオキシアセテート、及びt−ブチルペルオキシ−2−ヘキサノエート、またはそれらの混合物である。一実施形態において、これらの有機ペルオキシド開始剤は、重合性モノマーの重量に基づいて、0.001〜0.2重量%の量で使用される。一実施形態において、開始剤は、少なくとも1つの反応区域に添加され、開始剤は、>255℃または>260℃の1秒間半減期温度を有する。さらなる実施形態において、かかる開始剤は、320℃〜350℃のピーク重合温度で使用される。さらなる実施形態において、開始剤は、環構造内に組み込まれた少なくとも1つのペルオキシド基を含む。かかる開始剤の例には、TRIGONOX301(3,6,9−トリエチル−3,6,9−トリメチル−1,4,7−トリペルオキソナン)及びTRIGONOX311(3,3,5,7,7−ペンタメチル−1,2,4−トリオキセパン)(両方共、Akzo Nobelから入手可能)、ならびにHMCH−4−AL(3,3,6,6,9,9−ヘキサメチル−1,2,4,5−テトロキソナン(tetroxonane))(United Initiators)が含まれる。WO02/14379及びWO01/68723も参照されたい。
一実施形態において、本明細書に記載される重合プロセスに関して、各反応区域の最高(または、ピーク)温度は、150℃〜360℃、または170℃〜350℃、または200℃〜340℃である。さらなる実施形態において、補給ポリエン(すなわち、繰り越しポリエン(前の反応区域からの)を含まない新しい及び/または再循環ポリエン)を受容する各反応区域の最高温度は、260℃〜330℃、または270℃〜320℃、または280℃〜310℃である。
一実施形態において、第1の反応区域内の最高温度(maximum temperature)(最高温度((max.temp.))は、後続の各反応区域の最高温度より高い。一実施形態において、第1の反応区域内の最高温度は、>300℃、または>310℃、または>320℃である。一実施形態において、第1の反応区域内の最高温度は、後続の各反応区域の最高温度より少なくとも10℃、または20℃、または30℃大きい。一実施形態において、最終反応区域内の最高温度は、前の各区域の最高温度未満である。
一実施形態において、重合圧力は、反応器の第1の注入口で測定される場合、1000バール〜3600バール、または1200バール〜3500バール、または1500〜3400バール、または2000〜3200バールである。一実施形態において、ポリエンは、反応区域に供給される前に、「酸素除去ステップ」にかけられる。一実施形態において、ポリエンは、供給槽内に保管され、ここで、供給槽は、5.0体積パーセント未満の酸素を含む「ヘッドスペースガス」を有する。一実施形態において、30〜400トン/時間、または50〜400トン/時間、または75〜400トン/時間、または10〜400トン/時間の総エチレン系供給流が、反応器へ流れる。
一実施形態において、重合は、少なくとも1つの管状反応器内で起こる。エチレン系ポリマーを形成するためのプロセスは、本明細書に記載の通り、2つ以上の実施形態の組み合わせを含み得る。発明の組成物は、安定剤(例えば、抗酸化剤)、可塑剤、帯電防止剤、顔料、染料、核形成剤、充填剤、スリップ剤、難燃剤、加工助剤、煙抑制剤、粘度調整剤、及び粘着防止剤が含まれるが、これらに限定されない1つ以上の添加剤を含み得る。ポリマー組成物は、例えば、本発明のポリマーの重量に基づいて、10%未満の組み合わせた重量の1つ以上の添加剤を含み得る。発明の組成物は、発明のエチレン系ポリマーに加えて少なくとも1つの他のポリマーを含み得る。本発明のポリマーとブレンドするのに好適なポリマーには、天然及び合成ポリマーが含まれる。
定義
それに反して述べられないか、文脈から含意されるか、または当分野において慣例ではない限り、全ての部及びパーセントは、重量に基づき、全ての試験方法は、本出願の出願日現在で最新である。「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する」という用語、及びそれらの派生語は、任意の追加の構成成分、ステップ、または手順の存在が特に開示されているか否かに関わらず、それを除外することを意図しない。あらゆる誤解を避けるために、「含む(comprising)」という用語の使用を通して特許請求される全ての組成物は、それに反して述べられない限り、ポリマーのものかに関わらず、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、あらゆる後続の列挙の点から、操作性に必要不可欠ではないものを除き、あらゆる他の構成成分、ステップ、または手順を除外する。「からなる」という用語は、特に描写または列挙されていないあらゆる構成成分、ステップ、または手順を除外する。
「組成物」という用語は、本明細書で使用する場合、組成物、ならびにこの組成物の材料から形成された反応生成物及び分解生成物を含む材料の混合物を含む。「ブレンド」または「ポリマーブレンド」という用語は、使用されるように、2つ以上のポリマーの混合物を指す。ブレンドは、混和性であっても、なくてもよい(分子レベルで分離されない相)。ブレンドは、相分離されても、されなくてもよい。
「ポリマー」という用語は、同じかまたは異なる種類のモノマーかに関わらず、モノマーを重合させることにより調製される化合物を指す。したがって、ポリマーという一般名称は、ホモポリマーという用語及び以下に定義されるような「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、ポリマー中及び/またはポリマー内部に組み込まれ得る。「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り調製されるポリマーを指す。「インターポリマー」という一般名称には、(2つの異なるモノマーから調製されるポリマーを指す)コポリマー、及び2つを超える異なる種類のモノマーから調製されるポリマーが含まれる。
「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エチレン、及び唯一のモノマーの種類としてコモノマーを含むコポリマーを指す。
「プロピレン系ポリマー」という用語は、ポリマーの重量に基づいて過半量の重合プロピレン、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。
「ポリエン」という用語は、本明細書で使用される場合、2つ以上の炭素−炭素二重結合を有する多価不飽和化合物を指す。
「CTA系」という用語は、本明細書で使用される場合、2つ以上の反応器または反応区域を有する反応器系で使用されるCTAの種類及び量を指す。
mCTAと略される「単量体CTA」という用語は、本明細書で使用される場合、1つ以上の炭素−炭素二重結合を有し、130℃及び1360atmでMortimerにより測定された≧0.10の連鎖移動活性度(Cs)値を有する1つ以上の官能基を有する多官能性化合物を指す。mCTAの例が、本明細書に列挙される。mCTAは、1−ブテン及びプロピレンなどの炭化水素オレフィンを除外する。例えば、mCTAは、C3−20不飽和炭化水素を除外する。
「レオロジー改質剤(rheology modifier)」または「レオロジー改質剤(rheology modifying agent)」という用語は、本明細書で使用される場合、ポリマーのレオロジーを変化させることができる、例えば、ポリマー中に組み込まれたときにG’及び/または溶融強度を増加させることができる本明細書に記載されるようなポリエンを指す。典型的なレオロジー改質剤は、対称及び非対称ポリエン、ならびにmCTAを含む。「BA」と略される「分岐剤」という用語は、本明細書で使用される場合、ポリマー中にH分岐またはT分岐を形成することができる構成成分を指し、それにより、ポリマーのレオロジーが変性され、例えば、G’及び溶融強度が増加する。典型的なBAは、非対称/対称ポリエン及びmCTAを含む。「カップリング剤」という用語は、本明細書で使用される場合、2つのポリマー分子間にH分岐を形成することができる構成成分を指し、それにより、例えば、G’及び溶融強度を増加させることなどによりポリマーのレオロジーが変性される。
「アルキル」という用語は、本明細書で使用される場合、飽和線状、環状、または分岐状炭化水素基を指す。好適なアルキル基の非限定的な例には、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、t−ブチル、i−ブチル(または、2−メチルプロピル)などが含まれる。一実施形態において、アルキルは、1〜20個の炭素原子を有する。
「高圧重合プロセス」という用語は、少なくとも1000バール(100MPa)の高圧で行われるフリーラジカル重合プロセスを指す。
「供給物」または「供給流」という用語は、本明細書で使用される場合、注入口で反応区域に添加される補給及び/または再循環構成成分を指す。供給物は、mCTA、ポリエン、もしくはエチレンからなるか、mCTA、ポリエン、もしくはエチレンを含むか、またはmCTA、ポリエン、及びエチレンを含み得る。「供給物構成成分(複数可)」という用語は、本明細書で使用される場合、反応区域への注入口で反応区域に添加される構成成分(複数可)を指す。
「エチレン供給」、または「エチレン供給流」、または「エチレン系供給」という用語は、本明細書で使用される場合、反応区域への注入口で反応区域に添加される補給エチレン及び/または再循環エチレン、ならびに他の反応物質(複数可)を指す。典型的には、供給物は、供給流中の構成成分全ての総モル量に基づいて、過半モル量のエチレンを含有する。
「支流」または「側部供給流」という用語は、本明細書で使用される場合、一連の反応区域へのエチレンに富んだ供給流(典型的にはその流れの構成成分の総重量に基づいて過半重量%のエチレン)を指す。
「補給」という用語は、本明細書で反応物質に関して使用されるとき(すなわち、「補給エチレン」、「補給CTA」、「補給単量体連鎖移動剤」など)、高重合プロセスにおいて転化及び/または損失反応物質を補償するために必要とされる反応物質の供給流を指す。「再循環流」という用語は、本明細書で使用される場合、再循環エチレン、ならびに任意に、反応器を出るとポリマーから分離され、かつ各反応区域への注入口で1つ以上の反応区域に供給される他の反応物質及び/または他の構成成分を指す。
「反応器構成(または、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(デバイス)を指す。かかる構成要素/デバイスには、1つ以上の反応器、二次圧縮器、一次圧縮器、及びブースタ圧縮器が含まれるが、これらに限定されない。
「反応区域」という用語は、本明細書で使用する場合、重合反応が、フリーラジカル、またはフリーラジカルに解離し、かつ/もしくはフリーラジカルを発生させる構成成分の添加により開始または再開される反応器区域を指す。典型的には、反応媒体は、反応器の周りのジャケットを通して流れる熱伝達媒体により加熱及び/または冷却される。反応区域は、補給エチレン及び/もしくはフリーラジカル、またはフリーラジカルに解離し、かつ/もしくはフリーラジカルを発生させる構成成分の添加で開始してもよい。「第1の反応区域」という用語は、本明細書で使用される場合、重合が、ラジカル、またはラジカルに解離し、かつ/もしくはラジカルを発生させる構成成分の添加により開始される第1の反応器区域を指す。第1の反応区域は、補給及び/もしくは再循環エチレン、ラジカル、ならびに/またはラジカルに解離し、かつ/もしくはラジカルを発生させる構成成分の新しい供給が存在する点で終了する。「後続の反応区域」または「一連の反応区域」という用語は、本明細書で使用される場合、前の反応器区域からエチレン及びポリマーを受容する反応器区域を指し、ここで、ラジカル、及び/またはラジカルに解離し、かつ/もしくはラジカルを発生させる構成成分が後続の(または、一連の)反応器区域の注入口で添加される。後続の(または、一連の)反応区域は、補給及び/もしくは再循環エチレン、ラジカル、ならびに/またはラジカルに解離し、かつ/もしくはラジカルを発生させる構成成分の新しい供給が存在する点で終了するが、n番目の反応区域は、反応器系の圧力制御デバイスの位置で終了する。後続の(または、一連の)反応区域の数は、(i−1)であり、式中、iは、反応区域の総数である。
「注入点」という用語は、本明細書で使用される場合、デバイス(重合プロセスで使用される)の注入口の位置を指し、ここで、供給流がデバイスに添加される。
「連鎖移動定数」及び「連鎖移動係数」、つまりCs値という用語は、本明細書で使用される場合、「連鎖移動の速度」と「エチレン伝播の速度」との間の比を指す。実験の項で提供されるMortimerの参考文献を参照されたい。「連鎖移動活性度」という用語は、本明細書で使用される場合、適用されるCTA構成成分の各々のモル濃度にその連鎖移動定数(Cs)を乗算した合計を指す。連鎖移動定数(Cs)は、1360atmの基準圧力及び130℃の基準温度で決定される反応速度比、k/kである。実験の項で提供されるMortimerの参考文献を参照されたい。「CTA系の活性度」という用語は、本明細書で使用される場合、CTA系中のCTAの濃度及び各CTAのCs値の積の和を指す(等式Bを参照されたい)。
ブースタ圧縮器(ブースタ)は、a)LPS(低圧分離器)から流入する低圧再循環物と、b)任意に、再循環圧縮器のパッキン漏れとを、各々、一次圧縮器の注入口側で必要とされる圧力レベルにまで圧縮するデバイスである。ブースタは、単一または複数の圧縮器フレームで構成され得、一次圧縮器フレーム(複数可)と組み合わせることができる可能性がある。一次圧縮器(一次)は、a)流入する補給エチレン、及び/またはb)ブースタから流入する低圧再循環物、及び/またはc)再循環圧縮器のパッキン漏れを、各々、ハイパー圧縮器の注入口側で供給に必要とされる圧力レベルにまで圧縮するデバイスである。一次圧縮器は、単一または複数の圧縮器フレームで構成され得、ブースタ圧縮器フレーム(複数可)と組み合わせることができる可能性がある。ハイパー圧縮器(ハイパー)、または二次圧縮器は、a)HPR(高圧再循環)、及び/またはb)一次圧縮器から流入するエチレンを、各々、その注入口圧力設定点で反応器への供給に必要とされる圧力レベルにまで圧縮するデバイスである。ハイパーは、プランジャー往復圧縮器を備え、単一または複数の圧縮器フレーム(複数可)で構成され得る。これらのデバイスに関して、各圧縮は、中間冷却と組み合わせられ得る。
試験方法
密度−密度に関して測定した試料をASTM D4703に従って調製した:添付A:方法C。試料を190℃及び3,000psiで5分間、15トンで2分間加圧し、次いで、圧力をかけながら15℃/分で冷却した。試験前に、40時間23℃及び50%のR.H.で条件付けた後に、ASTM D792方法Bを使用して密度測定を行った。
溶融指数−溶融指数、またはI を、ASTM D1238(190℃/2.16kgの条件)に従って測定し、g/10分で報告した。I10を、ASTM D1238(190℃/10kgの条件)に従って測定し、g/10分で報告した。
レオロジー的G’−G’測定で使用する試料を圧縮成型プラークから調製する。1枚のアルミニウムホイルを後板上に置き、型板または鋳型を後板の上部に置く。およそ12gの樹脂を鋳型内に置き、2枚目のアルミニウムホイルを樹脂及び鋳型の上に置く。次いで、第2の後板をアルミニウムホイルの上部に置く。集合体を、以下の条件で実行する圧縮成型プレスに入れる:150℃及び10バールで3分、その後150℃及び150バールで1分、その後「1.5分」、150バールで室温に焼き入れ冷却する。25mmのディスクを圧縮成型されたプラークから打ち抜く。ディスクの厚みは、およそ2.0mmである。
G’を決定するためのレオロジー測定を、170℃及び10%の歪みで、窒素環境内で行う。打ちぬいたディスクを、少なくとも30分間、170℃で予熱したARES−1(Rheometrics SC)レオメータオーブンに位置する2つの「25mm」の平行プレート間に置き、「25mm」の平行プレートの空隙を1.65mmにゆっくりと低減する。次いで、試料をこれらの条件で正確に5分間放置する。次いで、オーブンを開けて、プレートの端の過剰試料を慎重に切り落とし、オーブンを閉じる。100〜0.1rad/秒(0.1rad/秒で500Paより低いG”値を得ることができる場合)、または100〜0.01rad/秒の減少する周波数掃引に従って、わずかな振幅の振動剪断を介して、試料の貯蔵弾性率(G’)及び損失弾性率(G”)を測定する。各周波数掃引に関して、10進周波数当たり1点(対数間隔で)を使用する。
データを対数−対数スケールでプロットする(G’(Y軸)対G”(X軸))。Y軸スケールが10〜1000Paの範囲を網羅する一方で、X軸は100〜1000Paの範囲を網羅する。Orchestratorソフトウェアを、G”が200〜800Paである領域におけるデータを選択するために使用する(または少なくとも4つのデータ点を使用して)。当てはめ等式Y=C1+C2 ln(x)を使用して、データを対数多項式モデルに当てはめる。Orchestratorソフトウェアを使用して、G”が500Paに等しいときのG’を、補間により決定する。G”=500PaであるときのG’が報告される。
ゲル含有量測定−装置は、「150mmのリボンダイ(流延フィルムダイ)」、CR−8巻き取りユニット、空気ナイフ、及びFS−3ラインスキャンカメラ(50ミクロンの解像度;OCS Optical Control Systems GmbH Hullener Feld 36,58454 Witten,Germanyから入手可能、または同等物)を備える4区域実験室用押し出し機、モデルOCS ME20からなる。フィルム製造のための材料特異設定:エチレン系ポリマーに関して、シリンダー及びダイにおける加熱区域の温度設定を、以下の通り2つの群のMI範囲に従って決定する:群1:1.5〜3g/10分(190℃/2.16kg)のMI範囲、温度:160(第1の区域)/180/180/180/180℃(ダイ)、群2:3〜6g/10分(190℃/2.16kg)のMI範囲、温度:150/150/150/150/150℃。事前設定パラメータ:回転速度(スクリュー):70rpm;引き取り速度:4m/分;流延フィルム厚みは、76μm±5μmである。1回の分析は、50区画を検査し、ここで、1区画は、76μmのフィルムの厚みに対して「0.324m」の表面領域に対応する「24.6cm」体積のフィルムと定義される。GI200=50区画分の「各区画における直径>200μmの全てのゲルの領域」の合計の平均。ゲルの直径を、相当領域を有する円の直径として決定する。
実験
Z1及びZiのための計算:「反応器区域i内のCTA jの反応器区域モル濃度([CTA]ji)」は、「反応器区域1〜iに注入されたそのCTAの総モル量」を「反応器区域1〜iに注入されたエチレンの総モル量」で除算したものと定義される。この関係は、以下の等式Aに示され、式中j=1〜ncompであり、ncompは、CTA系中のCTA構成成分の総数である。
等式Aにおいて、j≧1であり、
は、「i番目の反応器区域に注入されたj番目のCTAのモル量」であり、
は、「i番目の反応器区域に注入されたエチレンのモル量」である。「反応器区域i内のCTA(系)の移動活性度」(Z)(ここで、iは1〜nであり、nは反応区域の総数である)は、「反応器区域内の各CTAの反応器区域モル濃度の合計」にその連鎖移動活性度定数(Cs)を乗算したものと定義される。Csは、基準圧力(1360Pa)及び基準温度(130℃)における反応速度比、k/kである。この関係は、等式Bに示される
等式Bにおいて、[CTA]jiは、反応区域iへの累積供給物中のCTA構成成分jの濃度であり(等式Aで定義されるような)、Cs、jは、CTA構成成分jのCs値であり、jは1〜ncomp iであり、ncomp iは、反応器区域i内のCTA構成成分の総数である。第1の反応区域への供給物のCTA(系)の活性度(Z)の、反応区域iへの累積供給物のCTA(系)の活性度に対する比(Z/Z)は、等式Cに示される
130℃及び1360atmでMortimerにより導かれたいくつかの連鎖移動剤の連鎖移動定数(Cs)値は、表1に示される。
1つのCTAのみが総反応器系で使用されるとき、等式B及びCは、それぞれ等式D及びEに単純化する:
複数のCTA系に関して、以下の等式で平均Cs値が計算され得る:
複数のCTA系に関して、以下の等式で平均Cs値が計算され得る:
例示的な計算(プロピレン濃度=3400mol−ppm、プロピレンのCs値=0.0122、PA濃度=1650mol−ppm、PAのCs値=0.33):
Cs(平均)−[(3400mol−ppm*0.0122*0.0122)+(1650mol−ppm*0.33*0.33)]=0.31
(3400mol−ppm*0.0122+1650mol−ppm*0.33)。
重合シミュレーションモデル−適用される反応スキーム及び運動での重合シミュレーションモデルは、Gotoらにより記載されており、以下の参考文献を参照されたい。他の反応器及び生成物モデル化フレームワークは、Aspen Technology,Inc.,Burlington,Massachusetts,USAのAspen Plus、及びDr.Wulkow Computing in Technology GmbH(CiT),Rastede,GermanyのPREDICIを通じて入手可能である。これらのモデルフレームワークにより予期されるプロセス及び生成物の応答は、反応器パラメータ、ならびに適用される反応スキーム及び運動パラメータにより決定される。適用される反応スキーム及び運動パラメータは、以下に記載される。よく攪拌された各オートクレーブ反応区域に関して、1つの計算セルが使用され得る。各管状反応区域に関して、シミュレーション生成物及びプロセス結果が、シミュレーション結果で報告されるように、より多くのセルを追加しても変化しないような、管状反応区域に応じた圧力、温度、及び濃度プロファイルを正確に表すのに十分な計算セルが使用される。
重合シミュレーションを、以下の:S.Goto et al;Journal of Applied Polymer Science:Applied Polymer Symposium,36,21−40,1981(表題:Computer model for commercial high pressure polyethylene reactor based on elementary reaction rates obtained experimentally)に記載されているようなGoto LDPEシミュレーションモデルを用いて達成した。Gotoらにより使用された運動データは、以下の参考文献:K.Yamamoto,M.Sugimoto;Rate constant for long chain−chain branch formation in free−radical polymerization of ethylene;J.Macromol Macromol.Science−Chem.,A13(8),pp.1067−1080(1979)に記載されているような、異なる温度、圧力、及びポリマー濃度で行われた高圧フリーラジカルポリエチレン重合実験から導かれた。以下の素反応ステップは、Gotoらにより記載されている:i)エチレンの伝播、ii)ラジカルの停止、iii)バックバイティングまたはSCB形成、iv)ポリマーへの移動またはLCB形成、v)ビニル形成をもたらす第二級ラジカルのベータ脱離、及びvi)ビニリデン形成をもたらす第三級ラジカルのベータ脱離。
主反応に対する運動データに関しては、表2を参照されたく、表中、koは、前指数または頻度因子であり、Eaは、温度依存を反映する活性化エネルギーであり、ΔVは、圧力依存を反映する活性化体積である。全ての運動定数は、ko、Ea、及びΔV値がバックバイティングの値であり、これらが、圧力及び温度条件の関数として、高圧ポリエチレン中のメチル分岐(C13NMR技法により分析され得る)のレベルをより反映するために最適化されていることを除いて、Gotoらからのものである。
選択されたCTAの運動データが、表3に示される。運動定数は、Mortimerにより決定されるようなCs値(ks/kp)上の運動定数(以下の参考文献を参照されたい)、及びGotoらにより示されているようなエチレン伝播運動(表1を参照されたい)の助けを得て計算された。ポリエンは、運動r及びr反応性比を割り当てることにより説明及びモデル化されている(以下の表3及び4を参照されたい)。定義によると、運動r及びr反応性比は、それらの温度(Ea)及び圧力(ΔV)依存に関して、エチレン伝播運動に関係する。シミュレーションにおいて、ポリエンが追加の連鎖移動活性度を呈しないことが推測された。さらに、組み込み及びH分岐(分子間及び分子内)形成の総消費に関して、1つの官能基の組み込み後、他の官能基の反応性が影響を受けないと推測されている。実際、第2の官能基の反応性は、ポリマー分子内でポリエンの、その第1の官能基による組み込み後に減少する。しかし、この推測は、表4及び6に記載されるように、この研究の第1のパートに影響を与えないであろう。
この研究は、レオロジー特性の増強、さらに反応器及び予熱器付着物、ならびに最終生成物のゲル形成の防止または低減に関して、ポリエンの使用及び適用を最適化するために、第1の官能基の反応によるポリエンの最適な組み込み及び位置付けに焦点を当てる。研究の第1のパートでシミュレーションされた反応器構成に属する温度プロファイルの例は、図8に見ることができる。これらの実際の重合結果及びシミュレーションを含むこの研究の第2のパートは、形成されたポリマーの溶融強度及びG’値を増加させるために、ポリマー中のレオロジー改質剤の組み込み、及びH分岐への転化に焦点を当てる。形成されたH分岐の最終的な影響は、分子トポロジー中の「組み入れの順番」及び場所に依存するであろう。溶融強度に対するH分岐形成の影響は、以下の通りであるだろう:(1)分子内H分岐形成に対して軽微、(2)2つの小ポリマー分子間の分子間H分岐形成に対して低度、かつ(3)2つのより大きな分子間の分子間H分岐形成に対して重度。1種類のポリエンの分子間及び/または分子内H分岐比は一定であるが、(2)ポリエンをさらに下の反応区域(複数可)に供給することにより促進しながら、(3)ポリエンをさらに多く、前方反応区域(複数可)に供給することにより促進されると推測される。
研究1−シミュレーション重合(比較及び発明)
フロー図、ならびにCTA及び/またはポリエン供給分配の説明−概要
以下に記載される図2、3、及び4のフロー図に記述される以外に、ポリエン供給は任意に、支流(20)及び/もしくは(21)、ならびに/または前方流(9)に供給及び/または分配された主要圧縮流にわたって自由に分配され得る。ポリエン流(6)は、ハイパーの注入口(複数可)、段階間(複数可)、出口(複数可)内で、及び/または直接反応区域内に供給され得る。さらに、ポリエンは任意に、一次及び/またはブースタ圧縮器系の注入口、出口、または段階間で投入され得る。
反応器内の各重合に関して、重合は、各反応区域の注入口で注入及び/または活性化されるフリーラジカル開始系の助けを得て開始する。各反応区域内の最高温度は、各反応区域の開始時に開始系の濃度及び/または供給量を調節することにより設定点で制御される。反応の終了及び複数の冷却ステップを適用させた後、反応混合物を、(10)で減圧及び/または冷却し、高圧分離器(HPS)内で分離する。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が豊富な流れ(15)と、ポリマーが豊富な流れ(11)とに分離し、さらなる分離のためにLPSに送られる。エチレン流(15)を冷却し、流れ(17)中で洗浄する。流れ(16)は、不純物及び/または不活性成分を除去するためのパージ流である。LPS内で分離されたポリマーを(12)でさらに処理する。LPS内で除去されたエチレン(13)はブースタに供給され、ここで圧縮中に、溶媒、潤滑油、及び他の物質などの凝縮物質が、流れ(14)を通して回収及び除去される。ブースタの出口流を補給エチレン流(1)と組み合わせ、一次圧縮器によりさらに圧縮する。
比較例10及び11、ならびに発明の実施例1及び2のために使用されるフロー図の説明−図1は、100/0/0/0のエチレン供給分配を有する管状反応器を備えるシミュレーション高圧重合設備構成のフロースキームを示す。流れ(1)は、一次圧縮器によりブースタの出口流と一緒に流れ(2)へと圧縮される補給エチレンである。流れ(2)は、高圧再循環流(18)と組み合わされ、「ハイパー」の注入口に供給される。ハイパーは、エチレン供給流を、高圧管状反応器(反応器)に供給するのに十分なレベルに加圧する。流れ(4)は、CTA系補給供給を描写する。CTA補給流(4)は、ハイパーの注入口(複数可)、段階間(複数可)、出口(複数可)、及び/または反応区域の注入口(複数可)に供給され得る。さらに、CTAは任意に、一次及び/またはブースタ圧縮器系の注入口、出口、または段階間で投入され得る。CTA系は、単一及び/または複数の構成成分から構成され得、異なる組成物を含み得る。流れ(6)は、ポリエン供給を描写する。ポリエン供給は基本的に、反応区域(複数可)への直接注入により、反応区域にわたって自由に分配され得る。ポリエンは任意に、一次及び/またはブースタ圧縮器系の注入口、出口、または段階間で投入され得る。ハイパーの吐き出し温度は典型的には、60〜100℃の範囲である。第1の反応区域へのエチレン供給は典型的には、130〜180℃の温度に予熱されるが、側部供給のエチレンは、ハイパー吐き出し温度で反応器に供給されるか、または反応器への供給前に冷却される。反応器の寸法及び構成に関しては、表5を参照されたい。
比較例12のために使用されるフロー図の説明−図2は、比較例12を生成するための、管状反応器を用いる高圧重合プロセスのフロースキームを示す。流れ(1)の補給エチレンは、一次圧縮器系によりブースタの出口流と一緒に圧縮され、流れ(2)になる。流れ(2)は、高圧再循環流(18)からの追加のエチレンと一緒に、ライン(4)を通して、反応器の支流(21)を供給するハイパー圧縮器部分に供給される。前方流(9)を供給するハイパー圧縮器部分は、高圧再循環流(18)からライン(19)を通るエチレン供給を受容する。支流(20)を供給するハイパー圧縮器部分は、高圧再循環流(18)からのエチレン供給を受容する。補給CTA系は、ライン(7a)及びライン(7b)を通して供給され得る。ライン(7a)及び(7b)の補給CTAの分配は、反応器区域内のCTA濃度に影響を与える。反応器についての情報に関しては、表5及び6を参照されたい。
比較例13及び14、ならびに発明の実施例3、4、5、及び7のために使用されるフロー図の説明−図3は、比較例13及び14、ならびに発明の実施例3、4、及び5を生成するために使用される、管状反応器を用いる高圧重合プロセスのフロースキームを示す。流れ(1)の補給エチレンは、一次圧縮器系によりブースタの出口流と一緒に圧縮され、流れ(2)になる。流れ(2)は、高圧再循環流(18)からの追加のエチレンと一緒に、ライン(5)及びライン(19)を通してそれぞれ、反応器の支流(20)及び流れ(9)を供給するハイパー圧縮器部分に供給される。支流(21)を供給するハイパー圧縮器部分は、高圧再循環流(18)からライン(4)を通るエチレン供給を受容する。補給CTA系は、ライン(7a)及びライン(7b)を通して供給され得る。ライン(7a)及び(7b)の補給CTAの分配は、反応器区域内のCTA濃度に影響を与える。流れ(6)は、ポリエン供給を描写する。反応器系の情報に関しては、表5及び6を参照されたい。
比較例15及び発明の実施例6のために使用されるフロー図の説明−図4は、比較例15及び発明の実施例6を生成するために使用される、管状反応器を用いる高圧重合プロセスのフロースキームを示す。流れ(1)の補給エチレンは、一次圧縮器系によりブースタの出口流と一緒に圧縮され、流れ(2)になる。流れ(2)は、高圧再循環流(19)からのエチレンと一緒に、ライン(19)、(5)、及び(4)を通してそれぞれ、反応器の前方流(9)、ならびに支流(20)及び(21)を圧縮するハイパー圧縮器部分に供給される。流れ(6)は、ポリエン供給を描写する。CTAは、ライン(7)を通してブースタに供給される。任意に、CTAは、一次圧縮器の注入口、段階間、もしくは出口に、またはライン(18)中に供給され得る。反応器系の情報に関しては、表5及び6を参照されたい。
比較例10及び11は、それぞれイソブタン及びプロピオンアルデヒドの異なるCTAを用いるが、分岐剤を供給しないシミュレーションを示す。全ての補給CTAがエチレン供給と一緒に、反応器の前方に供給される。注入口/出口(Z1/Zi)のCTA濃度比は、1である。プロセス条件は、表5に示されるが、予期される分岐及び転化レベルは、表6に示される。必要とされる高モル濃度のイソブタンにより引き起こされたSCBレベルにおけるわずかな変動を除いて、分岐のSCB及びLCB、ならびに転化レベルは、非常に類似しており、それは、反応器においてより低い効果的なエチレン濃度をもたらし、それにより、イソブタンがCTAである場合、SBC反応が伝播反応にわたって促進される。予期されるLCBレベルは、両方の比較ポリマーに関してMWDの違いを示さないが、CTAの種類及び分配を除いて類似のプロセス条件(表8及び9を参照されたい)で生成された比較例1’、2’、及び3’のデータは、イソブタンとして低活性CTAを使用すること及び/またはCTAをより多く反応器の後方に分配すること(1未満のZ1/Zi)が、表11のG’により示されるようにMWDを拡大することを示す。CTAとしてイソブタンで作製された比較例11は、匹敵するLCBレベルに関わらず、CTAとしてプロピオンアルデヒドで作製された比較例10より高いG’値を有すると結論付けられ得る。これは、標的とするより高レベルのG’を達成するために分岐剤を適用するとき、CTAとしてプロピオンアルデヒドが使用される事例に対比して、CTAとしてイソブタンが使用されるとき、より少量の分岐剤がH分岐に供給され、組み込まれ、かつ転化される必要があることを意味する。供給されるより低レベルの分岐剤またはポリマー中に形成されるH分岐は、費用がより安価になり、反応器の不安定性及び付着物、ならびにポリマー中のゲル形成のリスクがそれぞれより低くなることを意味する。
発明の実施例1及び2は、それぞれ、表5及び6に記載されるように、分岐剤として対称アクリレート及びHC−ジエンを使用する、類似のプロセス条件でのシミュレーションを示す。同じプロセス条件、ならびにCTAの同じ分配及び種類(イソブタン)に因り、分岐剤を添加する前の開始MWD及びG’は、類似するであろう。プロセス条件は、表5に示されるが、予期される分岐及び転化レベルは、表6に示される。所望のMWD、ME、またはG’値に達するために、同じレベルのH分岐がポリマー中に形成されなければならない。対称アクリレート及びHC−ジエンのそれぞれ99.4%及び22.2%のH分岐への転化レベルは、HC−ジエンが、BDMAと対比して、類似のH分岐レベルに達するためにモルスケールで約4.5倍多く供給される必要があり、対称アクリレートの99.99%のほぼ完全な組み込みに対比して59.3%の組み込みレベルに因り、ポリマーが高レベルの残留HC−ジエンを含有するであろうことを示す。
比較例12及び13は、2つのエチレン側部供給流、及び5つの反応区域にわたって25/25/50/0/0のエチレン供給分配を有する反応器構成に関するシミュレーションを示す。比較例12及び13に対してそれぞれ1.33及び0.067の異なる分配(Z1/Zi)を用いて、プロピオンアルデヒドをCTAとして使用する。プロセス条件及び予期される分岐(LCB及びSCB)及び転化レベルは、それぞれ、表5及び6に示される。比較例2’及び3’から分かるように、これらの異なるCTA供給分配は、MWD、ME、及びG’値に大きく影響を与えるであろう。1.33のZ1/Zi値を用いる比較例12は、より低いME及びG’値を有するより狭いMWD生成物をもたらし、したがって、例えば、押し出し成形コーティング生成物の能力に合致する標的のME及びG’値に達するためにより多くの分岐剤が必要とされる。対照的に、CTAとしてプロピオンアルデヒドを使用して、CTAをより多く反応器の後方に分配する比較例13は、高活性CTAの使用に関わらず、より高いME及びG’値のより広いMWD生成物の生成を可能にするであろう。
比較例14は、2つのエチレン側部供給流、及び5つの反応区域にわたって25/25/50/0/0のエチレン供給分配を有する反応器構成に関するシミュレーションを示す。比較例12及び13に対してそれぞれ1.33及び0.67の分配(Z1/Zi)を用いて、プロピレンをCTAとして使用する。プロセス条件、ならびに予期される分岐(LCB及びSCB)及び転化レベルは、それぞれ、表5及び6に示される。比較例14は、CTAとしてプロピレンを使用し、プロピレンをより多く反応器の後方に分配することは、分岐剤を適用するとき、増加した活性を有するCTAの使用に関わらず、より低い供給量の分岐剤及びより低い形成されたH分岐レベルを伴う、高いME及びG’値を有する広いMWD生成物の生成を可能にするであろう。
比較例15は、2つのエチレン側部供給流、及び5つの反応区域にわたって25/25/50/0/0のエチレン供給分配を有する反応器構成に関するシミュレーションを示す。それぞれが1の等分配(Z1/Zi)を用いて、イソプロパノールをCTAとして使用する。プロセス条件、ならびに予期される分岐(LCB及びSCB)及び転化レベルは、それぞれ、表5及び6に示される。比較例15は、CTAとしてイソプロパノールを使用し、エチレン供給流への等分配は、高いME及びG’値を有する広いMWD生成物の生成のために、増加した活性度(Cs=0.0144)を有するCTAの使用及びエチレン供給流へのCTAの適用された分配に因り、より高い供給量の分岐剤及びより高い形成されたH分岐レベルを要するであろう。
発明の実施例3及び4は、2つのエチレン側部供給流、及び5つの反応区域にわたって25/25/50/0/0のエチレン供給分配を有する反応器構成に関するシミュレーションを示す。両方の発明の実施例において、それぞれ0.67の分配(Z1/Zi)を用いて、プロピオンアルデヒドをCTAとして使用する。プロセス条件、ならびに予期される分岐(LCB、SCB、及びH分岐)及び転化レベルは、それぞれ、表5及び6に示される。比較例2’及び3’から分かるように、異なるCTA供給分配は、MWD、ME、及びG’値に大きく影響を与えるであろう。CTAとしてプロピオンアルデヒドを使用し、CTAをより多く反応器の後方に分配することは(Z1/Zi=0.67)、高活性CTAの使用に関わらず、高いME及びG’値を有する広いMWD生成物の生成を可能にするであろう。発明の実施例4において、分岐剤の供給分配は、発明の実施例3及び4のそれぞれ25/25/50及び14/29/57の分岐剤分配により示されるような発明の実施例と対比して、エチレン側部供給流により多く向けられている。発明の実施例4は、第1の3つの反応区域において分岐剤のより等しい開始濃度をもたらし、したがって、ポリマー中の分岐剤のより良好な分配、ならびに反応器の不安定性及び/もしくは付着物、または生成物ゲルのリスクの低下をもたらす。
発明の実施例5、6、及び7は、2つのエチレン側部供給流、及び5つの反応区域にわたって25/25/50/0/0のエチレン供給分配を有する反応器構成に関するシミュレーションを示す。発明の実施例5において、それぞれ0.67の分配(Z1/Zi)を用いて、プロピオンアルデヒドをCTAとして使用するが、発明の実施例6及び7においては、異なる供給分配を用いて、イソブタンをCTAとして使用する。プロセス条件、ならびに予期される分岐(LCB、SCB、及びH分岐)及び転化レベルは、それぞれ、表5及び6に示される。Z1/Zi=0.67をもたらすCTA供給分配を用いる発明の実施例5におけるプロピオンアルデヒドの使用、またはそれぞれ1及び0.85のZ1/Zi値をもたらすCTA供給分配を用いる発明の実施例6及び7におけるイソブタンの低活性CTAの使用は、所望の広いMWD、ならびにME及びG’の高い値を達するために低レベルの追加のH分岐のみを必要とするポリマーをもたらす。3つ全ての発明の実施例において、HC−ジエンを分岐剤として使用する。HC−ジエンは、H分岐への組み込みレベル及びさらなる転化を改善するために、まずは2つの反応区域にだけ供給される。この供給方法に関わらず、組み込み及び転化レベルは、低く、それぞれ約71%及び30%である。これは、生成物が、高レベルの残留がないHC−ジエンを含有すること、H分岐への低転化レベルが、必要とされるH分岐レベルを達成するために反応器内でさらにより高いモル濃度を必要とすることを意味する。したがって、本発明の、低活性CTAの使用及びまたは反応器にわたるCTA系の分配を通して、必要とされる広いMWD、ならびに高いME及びG’値を達成するために必要とされるH分岐レベルの低下は、HC−ジエンのより低い消費、反応器内のより低濃度、生成物中のより低い残留レベル、ならびに分岐剤による分子間及び/または分子内架橋を起因とする生成物中のゲルの低下をもたらすであろう。
研究2−実際の重合(比較例1’〜比較例9’)
実際の重合に関して、各重合を3つの反応区域を有する管状反応器内で行った。有機ペルオキシド(表7を参照されたい)を各反応区域内に供給した。各反応区域において、加圧水を、その水を反応器のジャケットを通して循環させることにより、反応媒体を冷却及び/または加熱するために使用した。各反応区域は、1つの注入口及び1つの出口を有した。各注入口流は、前の反応区域からの出口流及び/または添加されるエチレンに富んだ供給流から構成された。反応器出口の非転化エチレン及び他の気相構成成分を、高圧再循環及び低圧再循環により再循環させ、図6に示されるフロースキームに従って、ブースタ、一次、及びハイパー(二次)圧縮器系を通して圧縮及び分配した。単一スクリュー押し出し機を使用して、ポリマーを押し出してペレット状にした(1g当たり約30ペレット)。
比較例4’、比較例5’、比較例6’、比較例7’、及び比較例9’において、これらの実際の重合で分岐剤として使用される非対称ジエンポリ(プロピレングリコール)アリルエーテルメタクリレート(PPG−AEMA)の説明及び合成−本明細書における全てのメタクリレートモノマーを、U.S.4,916,255の実施例1の方法に従って調製した。この場合、The Dow Chemical Companyから市販されるポリグリコールであるXUS−13402.00を、ポリ(プロピレングリコール)アリルエーテルメタクリレート(非対称ジエン)を作製するために使用した。このポリエンのポリマー特性におけるシミュレーション結果は、表10に見ることができる。PPG−AEMAの構造及び追加の特性は、以下に見ることができる。
式中、約280g/モルのMn;約1〜約10のn;各nに関して、異性体オリゴマー混合物、Ra=H及びRb=CH、ならびにRa=CH及びRb=H)。
比較例2’及び7’−図5は、比較例2’及び7’を生成するために使用される、管状反応器を用いる高圧重合プロセスのフロースキームを示す。流れ(1)の補給エチレンは、一次圧縮器系によりブースタの出口流と一緒に圧縮され、流れ(3)になる。流れ(3)は、高圧再循環流(19)からの追加のエチレンと一緒に、ライン5を通して、反応器の支流(8)を供給するハイパー圧縮器部分に供給される。前方流(9)を供給するハイパー圧縮器部分は、高圧再循環流(19)からライン(19)及び(5)を通るエチレン供給を受容する。ライン(6)及びライン(7)は、CTA及び分岐剤をそれぞれライン(4)及びライン(5)に別々に供給するための各々別個のラインを描写する。
比較例1’、4’、6’、8’、及び9’−図6は、比較例1’、4’、6’、8’、及び9’を生成するために使用される、管状反応器を用いる高圧重合プロセスのフロースキームを示す。流れ(1)の補給エチレンは、2つの平行した、両方とも類似の容量を有する一次圧縮器A+Bによりブースタの出口流と一緒に圧縮され、流れ(2)及び流れ(3)になる。CTAは、(22)を通して、一次圧縮器Aの供給に添加される。流れ(2)は、高圧再循環流(18)と組み合わされ、流れ(4)及び流れ(19)にわたって分配される。反応器の前方流(9)を供給するハイパー圧縮器部分は、ライン(18)からライン(19)及びライン(5)を通るエチレン供給を受容する。支流(8)を供給するハイパー圧縮器部分は、ライン(4)を通るエチレン供給を受容する。ライン(4)は、ライン(3)からエチレン供給を、及びライン(18)から追加のエチレンを受容する。ハイパーは、エチレン供給流を、高圧管状反応器(反応器)に供給するのに十分なレベルに加圧する。流れ(6)及び/または流れ(7)は、ポリエン供給を描写する。
比較例3’及び5’のために使用されるフロー図の説明−図7は、比較例3’及び5’を生成するために使用される、管状反応器を用いる高圧重合プロセスのフロースキームを示す。流れ(1)の補給エチレンは、一次圧縮器系によりブースタの出口流と一緒に圧縮され、流れ(3)になる。流れ(2)は、高圧再循環流(19)と組み合わされ、ライン(5)を通して、反応器の前方流(9)を供給するハイパー圧縮器部分に供給される。支流(8)を供給するハイパー圧縮器部分は、ライン(4)を通るエチレン供給を受容する。ライン(4)は、ライン(18)からエチレン供給を受容する。CTAは、ライン(23)を通して供給される。ライン(22)は、CTA構成成分を供給するための任意のラインであるが、比較例3’で使用されなかった。ハイパーは、エチレン供給流を、高圧管状反応器(反応器)に供給するのに十分なレベルに加圧する。流れ(6)及び/または流れ(7)は、ポリエン供給を描写する。
比較例1’(イソブタンで作製された比較エチレン系ポリマー)−図6に示されるように、重合を3つの反応区域を有する管状反応器内で行った。注入口圧力は、2220バールであり、圧力降下は、管状反応器系全体にわたって約300バールであった。イソブタンをCTAとして使用し、それは、低圧及び高圧再循環流(13)及び(15)、ならびに注入CTA補給流(22)からもたらされ、各反応区域注入口に存在した。補給エチレンは、流れ(1)を通して供給された。反応区域1において第1のピーク温度(最高温度)に達した後、反応媒体を加圧水で冷却した。反応区域1の出口において、冷えたエチレンに富んだ供給流(20)を注入することにより反応媒体をさらに冷却し、有機ペルオキシド系を供給することにより反応を再開した。第2の反応区域の終わりにこのプロセスを繰り返して、第3の反応区域でさらなる重合を可能にした。単一スクリュー押し出し機を使用して、約230〜250℃の溶融温度で、ポリマーを押し出してペレット状にした(1g当たり約30ペレット)。3つの反応区域へのエチレンに富んだ供給流の重量比は、1.00:0.80:0.20であった。第1、第2、第3の反応区域に対する内部プロセス速度は、それぞれ、およそ12.5、9、及び11m/秒であった。比較例8’(プロピレンで作製された比較エチレン系ポリマー)−比較例1’に関して上記で考察されるように、重合を3つの反応区域を有する管状反応器内で行ったが、(22)を介してCTAプロピレンを添加し、反応区域1の注入口圧力を低下させたことを除く。比較例9’(プロピレン及びPPG−AEMAで作製された比較エチレン系ポリマー)−比較例8’に関して上記で考察されるように、重合を3つの反応区域を有する管状反応器内で行ったが、流れ(7)及び(6)を介してレオロジー改質剤(PPG−AEMA=ポリプロピレングリコールアリルエーテルメタクリレート)を添加したことを除く。表8〜10も参照されたい。
比較例2’(PAで作製された比較エチレン系ポリマー)−図5に示されるように、重合を3つの反応区域を有する管状反応器内で行った。この構成は、前方エチレン系供給物中のCTA濃度の、一連のエチレン系供給流中のCTAの濃度に対する最も高い比をもたらす。反応区域1において第1のピーク温度に達した後、反応媒体を加圧水で冷却した。第1の反応区域の出口において、冷えたエチレンに富んだ供給流を注入することにより反応媒体をさらに冷却し、有機ペルオキシド系を反応区域に供給することにより反応を再び開始した。第2の反応区域の終わりにこのプロセスを繰り返して、第3の反応区域でさらなる重合を可能にした。3つの反応区域へのエチレンに富んだ供給流の重量比は、1.00:0.60:0.40であった。CTAとしてプロピオンアルデヒド(PA)を使用し、それは、低圧及び高圧再循環流(13)及び(15)、ならびに注入CTA補給流(6)及び(7)からもたらされ、各反応器注入口に存在した。補給エチレンは、流れ(1)を通して供給される。比較例7’(PA及びPPG−AEMAで作製された比較エチレン系ポリマー)−比較例2’に関して上記で考察されるように、重合を3つの反応区域を有する管状反応器内で行ったが、レオロジー改質剤をCTAのように添加し、流れ(6)及び(7)のような別個の供給ラインでハイパーの吸水管に添加したことを除く。追加の情報は、表8〜10に見ることができる。
比較例3’(PAで作製された比較エチレン系ポリマー)−図7で参照されるように、重合を3つの反応区域を有する管状反応器内で行った。この構成は、前方エチレン系供給物中のCTA濃度の、一連のエチレン系供給流中のCTAの濃度に対する最も低い比をもたらす。反応区域1において第1のピーク温度に達した後、反応媒体を加圧水で冷却した。第1の反応区域の出口において、冷えたエチレンに富んだ供給流(20)を注入することにより反応媒体をさらに冷却し、有機ペルオキシド系を反応区域に供給することにより反応を再び開始した。第2の反応区域の終わりにこのプロセスを繰り返して、第3の反応区域でさらなる重合を可能にした。3つの反応区域へのエチレンに富んだ供給流の重量比は、1.00:0.60:0.40であった。CTAとしてプロピオンアルデヒド(PA)を使用し、それは、低圧及び高圧再循環流(13)及び(15)、ならびに注入CTA補給流(23)からもたらされ、各反応器注入口に存在した。補給エチレンは、流れ(1)を通して供給される。比較例1’のように、流れ(7)及び(6)を介してレオロジー改質剤(PPG−AEMA)を添加した。比較例5’(PA及びPPG−AEMAで作製された比較エチレン系ポリマー)−比較例3’に関して上記で考察されるように、重合を管状反応器内で行ったが、レオロジー改質剤を添加することを除く。追加の情報は、表8〜10に見ることができる。
比較例4’及び6’(イソブタン及びPPG−AEMAで作製された比較エチレン系ポリマー)−図6に従って、重合を3つの反応区域を有する管状反応器内で行った。注入口圧力は、2220バールであり、圧力降下は、管状反応器系全体にわたって約300バールであった。イソブタンをCTAとして使用し、それは、低圧及び高圧再循環流(13)及び(15)、ならびに注入CTA補給流(22)からもたらされ、各反応区域注入口に存在した。補給エチレンは、流れ(1)を通して供給される。PPG−AEMAを分岐剤として使用し、表9に供される供給物濃度に従って、ライン(6)及びライン(7)を通して供給及び分配した。反応区域1において第1のピーク温度(最高温度)に達した後、反応媒体を加圧水の助けを得て冷却した。反応区域1の出口において、冷えたエチレンに富んだ供給流(20)を注入することにより反応媒体をさらに冷却し、有機ペルオキシド系を供給することにより反応を再開した。第2の反応区域の終わりにこのプロセスを繰り返して、第3の反応区域でさらなる重合を可能にした。単一スクリュー押し出し機を使用して、約230〜250℃の溶融温度で、ポリマーを押し出してペレット状にした(1g当たり約30ペレット)。3つの反応区域へのエチレンに富んだ供給流の重量比は、1.00:0.80:0.20であった。第1、第2、第3の反応区域に対する内部プロセス速度は、それぞれ、およそ12.5、9、及び11m/秒であった。
比較例1’〜9’の比較は、適用されたポリエン(PPG−AEMA)が、分子間分岐の形成によりG’を増加させるのに効果的であることを示す。H分岐を形成することができる他のポリエンは、G’に対して類似の影響を示し得るが、官能基の種類及び活性度は、プロセス安定性及び/または付着物、ゲル形成、消費レベル、ならびにポリマー中のゲルレベルに対して二次効果を示し得る。この結果は、高いG’値及び低いゲルレベルの良好なバランスを達成するために、反応区域にわたってレオロジー改質剤を分配することの重要性を示す。「GI−200ゲル計数」を流延フィルム上で測定し、最終押し出し成形コーティング用途におけるゲルレベルの指標を提供するが、押し出し成形コーティングプロセスにおける著しくより高温かつせん断条件に因り、コーティングのゲルレベルが著しく低減し、したがって、本明細書に記載される変性エチレン系ポリマーから形成されたコーティングの見た目は、類似の密度を有する従来の未変性エチレン系ポリマー(例えば、AC−LDPE)から作製されたコーティングと匹敵するであろう。反応器の注入口及び/または第1の反応区域内で低減されたCTA活性度を有するCTAとしてのイソブタンの結果は、CTAとしてのプロピレンの使用と対比して、後続の反応区域内のCTA活性度よりも、反応器の注入口及び/または第1の反応区域内でCTA活性度を低減することの重要性を示す。イソブタンをプロピレンで置き換えることは、レオロジー改質剤のより低い密度、より高い抽出可能レベル、及びレオロジー改質剤のより高い消費速度により示されるように効果的使用の低下をもたらした。CTAの種類及びH分岐のレベルの関数としてのG’値の違いに関しては、図9を参照されたい。
驚くべきことに、CTAとしてPAを使用すること、ならびにその濃度及び活性度を後続の反応区域に分配することは、レオロジー改質剤の効果的使用(改質剤の高いG’レベル、低いゲルレベル、概して、及び/または低消費)、及び高いG’値をもたらした。図10は、異なる分配のPA CTA系で作製されたポリマーに関するH分岐レベルの影響を示す。PAを反応器の支流に分配することは、反応器の前方流へのPAの一般的に使用される分配に対して、少なくとも20%高いG’値を供する。ゲルレベルは、後続の反応区域へのプロピオンアルデヒドの適用された分配に因り、反応器の前方流中のより高い初期分子量に関わらず、視覚的に低下した。反応器にわたるCTAの分配の影響は、プロピオンアルデヒドに関して、図10に示される。図10は、CTAをより多く反応器の後方に分配することは、より高いG’値を有するポリマーをもたらすが、CTAを反応器の前方に分配することは、一方で、より低いG’値を有するポリマーをもたらすことを示す。第1の反応区域内で低減されたCTA活性度による、反応器の開始におけるより高い分子量の形成及び最終ポリマー中のより高い分子量の形成は、より高いG’値により示されるように、最も高いゲル値をもたらさないが、中間のゲル値をもたらすことが見出された。より高いG’値は、自動的にはポリマー中のより高いゲルレベルをもたらさない。最終ゲルレベルは、ポリマーの開始(分岐剤無し)G’値、所望のG’レベルを達成するために必要とされるポリエンのレベル、及びポリマー中のH分岐形成の分布により影響を受ける。ゲルレベルは、ポリエン不含の基準ポリマーのより高いG’数、所望のG’レベルに達するために必要とされるより低量のポリエン、反応区域にわたるポリエンのより良好な分配、ならびにポリマー分子間及び分子内のH分岐形成のより良好な分布により低減される。実際の重合に関するポリマー中のPPG−AEMAの組み込みをシミュレーションにより予想した。高いG’値及び低いゲルレベルは、最終ポリマー中のレオロジー改質剤のより良好な分配を示す。シミュレーション分岐レベルに関する情報は、表10に見ることができ、それは、ポリマー中のPPG−AEMAの組み込みレベル、及び反応器に供給されたPPG−AEMAの、ポリマー中のH分岐レベル(分子間プラス分子内H分岐)への転化レベルに関する情報を含む。
イソブタンまたはプロピレンで作製されたポリマーのG’値は、シミュレーションH分岐レベルの関数として図9に示される。図9は、反応器に応じた同じCTA分配に関して、イソブタンは、プロピレンよりもG’値に達するのにより効果的なCTAであることを示す。表12は、0.1/1000CのシミュレーションH分岐レベルを用いて、4MIポリマーのG’値を列挙する。この表は、Z1/Zi値≧1であっても低活性CTA(Cs≦0.008)を使用することの利点を示すが、驚くべきことに、より高い活性CTAは、Z1/Zi比≦0.9においても高いG’値に達するために問題なく使用することができることを明確に示す。表11に示されるように、比較エチレン系ポリマーは、著しくより高いG’値を有し、これらのより高いG’値は、本発明のポリマーのより高い溶融強度を示す。表10も参照されたい。より高い溶融強度は、改善された押し出し成形コーティング特性、例えば、押し出し成形コーティングプロセス中の低減された括れ(ダイ幅と比較した場合のウェブの収縮、例えば、US2012/0252990(ページ11)を参照されたい)及びより良好なウェブ安定性を提供する。CTAとしてイソブタンまたはプロピオンアルデヒドを使用する実施例(比較例1’、3’、及び4’)は、より高い生成物密度、すなわち、0.920g/cc超、及びより具体的には0.922g/cc超の生成物密度をもたらした。CTAとしてのプロピレンの使用は、≦0.920g/ccの生成物密度をもたらした。

Claims (8)

  1. 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、エチレンと、少なくとも1つの対称ポリエンと、少なくとも1つの連鎖移動剤(CTA)を含む少なくとも1つの連鎖移動剤系とを含む反応混合物を重合させることを含み、前記重合が、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り、前記重合が、少なくとも2つの反応区域である反応区域1及び反応区域i(i≧2)を備え、かつ反応区域iが反応区域1の下流にある反応器構成において起こり、「前記第1の反応区域への供給物の前記CTA系の活性度」の「前記反応区域iへの累積供給物の前記CTA系の活性度」に対する比(Z/Z)が、(0.80.2*log(Cs))以下であり、Csが、0.0001〜10であり、
    前記エチレン系ポリマーが、以下の関係に合致するG’値を有し:G’≧C+Dlog(I )であり、式中、C=167Paであり、D=−90.0Pa/log(dg/分)であり、溶融指数(I )が、1〜20g/10分である、プロセス。
  2. 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、エチレンと、少なくとも1つの対称ポリエンと、少なくとも1つの連鎖移動剤(CTA)を含む少なくとも1つの連鎖移動剤系とを含む反応混合物を重合させることを含み、前記重合が、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り、前記重合が、少なくとも2つの反応区域である反応区域1及び反応区域i(i≧2)を備え、かつ反応区域iが反応区域1の下流にある反応器構成において起こり、以下のうちの少なくとも1つ:(A)前記連鎖移動剤系が、130℃及び1360気圧で≦0.020のCs値を有し、かつ/または(B)前記第1の反応区域への供給物の前記CTA系の活性度の、前記反応区域iへの累積供給物の前記CTA系の活性度に対する比(Z/Z)が、0.90以下であり、
    前記エチレン系ポリマーが、以下の関係に合致するG’値を有し:G’≧C+Dlog(I )であり、式中、C=167Paであり、D=−90.0Pa/log(dg/分)であり、溶融指数(I )が、1〜20g/10分である、プロセス。
  3. 前記反応混合物が、少なくとも1つの非対称ポリエンをさらに含む、請求項1または2に記載のプロセス。
  4. 前記対称ポリエンが、構造i)、構造iii)(式中、R13=R14である)、構造iv)(式中、R15=R18である)、構造v)(式中、R19=R24である)、または構造vi)から選択され、前記非対称ポリエンが、構造ii)、構造iii)(式中、R13≠R14である)、構造iv)(式中、R15≠R18である)、構造v)(式中、R19≠R24である)、または構造vii)から選択され、構造i)〜vii)が、

    i)(式中、tが2〜20である)、

    ii)(式中、R10、R11、及びR12が各々独立して、Hまたはアルキルから選択され、nが1〜50である)、

    iii)(式中、R13及びR14が各々独立して、Hまたはアルキルから選択され、mが1〜50である)、

    iv)(式中、R15、R16、R17、及びR18が各々独立して、Hまたはアルキルから選択され、pが1〜50である)、

    v)(式中、R19、R20、R21、R22、R23、及びR24が各々独立して、Hまたはアルキルから選択され、rが1〜1000である)、

    vi)(式中、R25、R26、R27、及びR28が各々独立して、Hまたはアルキルから選択され、vが1〜1000である)、

    vii)(式中、R29がHまたはアルキルであり、wが1〜20である)である、請求項に記載のプロセス。
  5. 前記対称ポリエンが、構造i)及び構造iii)(式中、R13=R14である)からなる群から選択され、前記非対称ポリエンが、構造ii)及びiii)(式中、R13≠R14である)からなる群から選択される、請求項に記載のプロセス。
  6. 前記対称ポリエンが、

    であり、式中、nが1〜50である、請求項1〜のいずれか一項に記載のプロセス。
  7. 前記対称ポリエンが、

    であり、式中、pが1〜50である、請求項1〜のいずれか一項に記載のプロセス。
  8. 前記エチレン系ポリマーが、α−オレフィン、ビニルアセテート、アクリレート、メタクリレート、無水物、及びビニルシラン、またはそれらの組み合わせから選択される1つ以上のコモノマーをさらに含む、請求項1〜のいずれか一項に記載のプロセス。
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