JP7134553B2 - 長期物性および加工性に優れたエチレン/1-ヘキセン共重合体 - Google Patents
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Description
本出願は2019年9月30日付韓国特許出願第10-2019-0121175号および2020年9月25日付韓国特許出願第10-2020-0125236号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
(i)210℃およびせん断速度1/1000秒でキャピラリーレオメーターを用いて測定したせん断粘度:300~400Pa・s、
(ii)190℃でASTM D1238によって測定したMFR21.6/MFR2.16の溶融流動率比:90以上120未満、
(iii)下記数式1によるBOCD Index:3.5~5、
(iv)分子量分布:12~15、および
(v)バイモーダル型分子量分布を有する。
(a1)210℃およびせん断速度1/1000秒でキャピラリーレオメーターを用いて測定したせん断粘度(η1000):300~400Pa・s、
(a2)190℃でASTM D1238によって測定した溶融流動率比(MFRR、MFR21.6/MFR2.16):90以上120未満、
(a3)下記数式1によるBOCD Index:3.5~5、
(a4)分子量分布:12~15、および
(a5)バイモーダル型(bi-midal)分子量分布を有する。
(a1’)210℃およびせん断速度1/1000秒でキャピラリーレオメーターを用いて測定したせん断粘度:320~390Pa・s、
(a2’)190℃でASTM D1238によって測定したMFR21.6/MFR2.16の溶融流動率比:95~110、
(a3’)前記数式1によるBOCD Index:3.6~4.8、および
(a4’)分子量分布:12.5~14.8。
(b1)ASTM1505によって測定した密度:0.94~0.95g/cm3、
(b2)ASTM D1238によって190℃、2.16kg荷重で測定した溶融指数:0.1~0.5g/10min、
(b3)ASTM D1238によって190℃、21.6kg荷重で測定した高荷重溶融指数:15~30g/10min、および
(b4)重量平均分子量(Mw):10,000~400,000g/mol、
(b5)4.0MPaおよび80℃の条件でISO16770によるフルノッチクリープテストで測定された耐応力亀裂性:2,000~20,000時間
(b6)前記エチレン/1-ヘキセン共重合体内の1-ヘキセン含量:共重合体総重量基準5~10重量%。
(Cp1Ra)n(Cp2Rb)M1Z1 3-n
M1は、4族遷移金属であり;
Cp1およびCp2はそれぞれシクロペンタジエニルであり、これらはC1~20炭化水素で置換もしくは非置換され;
RaおよびRbは互いに同一であるか異なり、それぞれ独立して、水素、C1~20アルキル、C1~20アルコキシ、C2~20アルコキシアルキル、C6~20アリール、C6~20アリールオキシ、C2~20アルケニル、C7~40アルキルアリール、C7~40アリールアルキル、C8~40アリールアルケニル、C2~20アルキニル、またはN、OおよびSから構成される群より選択される一つ以上のヘテロ原子を含むC2~20ヘテロアリールであり;
Z1はハロゲン、C1~20アルキル、C2~20アルケニル、C7~40アルキルアリール、C7~40アリールアルキル、C6~20アリール、置換もしくは非置換のアミノ基、C2~20アルキルアルコキシ、またはC7~40アリールアルコキシであり;
nは、1または0であり;
C1は、下記化学式3~6で表されるリガンドのうちのいずれか一つであり、
R1~R6は互いに同一であるか異なり、それぞれ独立して、水素、C1~30アルキル、C1~30アルコキシ、C2~30アルコキシアルキル、C6~30アリール、C6~30アリールオキシ、C2~30アルケニル、C2~30アルキニル、C3~30シクロアルキル、C7~40アルキルアリール、C8~40アルケニルアリール、C8~40アルキニルアリール、C7~40アリールアルキル、C8~40アリールアルケニル、またはC8~40アリールアルキニルであり、
Mは、Ti、ZrまたはHfであり、
Zは、-O-、-S-、-NR7-または-PR7-であり、
R7は、水素、C1~30アルキル、C6~30アリール、C2~30アルケニル、C2~30アルキニル、C3~30シクロアルキル、C7~40アルキルアリール、C8~40アルケニルアリール、C8~40アルキニルアリール、C7~40アリールアルキル、C8~40アリールアルケニル、C8~40アリールアルキニル、C1~30アルコキシシリル基、C6~30アリールオキシシリル、C1~30アルキルシリル基、またはC1~30シリルアルキル基であり、
X1およびX2は互いに同一であるか異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、C1~30アルキル、C2~30アルケニル、C7~30アルキルアリール、C7~30アリールアルキル、C6~20アリール、置換もしくは非置換のアミノ基、C2~30アルキルアルコキシ、またはC7~30アリールアルコキシであり、
T1は、C、Si、Ge、SnまたはPbであり、
Y1は、水素、C1~30アルキル、C1~30アルコキシ、C2~30アルコキシアルキル、C6~30アリール、C6~30アリールオキシ、C2~30アルケニル、C2~30アルキニル、C3~30シクロアルキル、C7~40アルキルアリール、C8~40アルケニルアリール、C8~40アルキニルアリール、C7~40アリールアルキル、C8~40アリールアルケニル、C8~40アリールアルキニル、シリル基(-SiH3)、C1~30アルコキシシリル基、C2~30アルコキシアルキルシリル基、C6~30アリールオキシシリル、C1~30ハロアルキル、C6~30ハロアリール、または-NR9R10であり、
Y2は、C2~30アルコキシアルキル、またはC7~40アリールオキシアルキルであり、
R9およびR10は、それぞれ独立して、水素、C1~30アルキル、C6~30アリール、C2~30アルケニル、C2~30アルキニル、C3~30シクロアルキル、C7~40アルキルアリール、C8~40アルケニルアリール、C8~40アルキニルアリール、C7~40アリールアルキル、C8~40アリールアルケニル、またはC8~40アリールアルキニルであるか、または互いに連結されて脂肪族または芳香族環を形成する。
-[Al(R11)-O]m-
R11は、互いに同一であるか異なり、それぞれ独立して、ハロゲン;C1~20の炭化水素;またはハロゲンで置換されたC1~20の炭化水素であり;
mは、2以上の整数であり;
J(R12)3
R12は、互いに同一であるか異なり、それぞれ独立してハロゲン;C1~20の炭化水素;またはハロゲンで置換されたC1~20の炭化水素であり;
Jは、アルミニウムまたはホウ素であり;
[E-H]+[ZD4]-または[E]+[ZD4]-
Eは、中性または陽イオン性ルイス塩基であり;
Hは、水素原子であり;
Zは、13族元素であり;
Dは、互いに同一であるか異なり、それぞれ独立して1以上の水素原子がハロゲン、C1~20の炭化水素、アルコキシまたはフェノキシで置換されるかまたは非置換された、C6~20アリール基またはC1~20アルキル基である。
6-クロロヘキサノール(6-chlorohexanol)を使用して文献(Tetrahedron Lett.2951(1988))に提示された方法でt-Butyl-O-(CH2)6-Clを製造し、ここにNaCpを反応させてt-Butyl-O-(CH2)6-C5H5を得た(収率60%、b.p.80℃/0.1mmHg)。
(1)リガンドAの製造
1-ベンゾチオフェン4.0g(30mmol)をTHFに溶解させて1-ベンゾチオフェン溶液を準備した。そして、n-BuLi溶液14mL(36mmol、ヘキサン中2.5M)とCuCN1.3g(15mmol)を前記1-ベンゾチオフェン溶液に添加した。
250mLシュレンクフラスコ(schlenk flask)にt-ブチルアミン13mL(120mmol)とエーテル溶媒20mLを入れ、前記フラスコ(flask)と他の250mLシュレンクフラスコ(schlenk flask)に(6-tert-ブトキシヘキシル)ジクロロ(メチル)シラン16g(60mmol)とエーテル溶媒40mLを入れてt-ブチルアミン溶液および(6-tert-ブトキシヘキシル)ジクロロ(メチル)シラン溶液をそれぞれ準備した。そして、前記t-ブチルアミン溶液を-78℃に冷却した後、冷却された溶液に(6-tert-ブトキシヘキシル)ジクロロ(メチル)シラン溶液を徐々に注入し、これを常温で約2時間攪拌した。生成された白色のサスペンション(white suspension)をろ過してアイボリー(ivory)色を帯び、液状である1-(6-(tert-ブトキシ)ヘキシル)-N-(tert-ブチル)-1-クロロ-1-メチルシランアミン(リガンドB)を得た。
250mLシュレンクフラスコ(schlenk flask)に1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン(リガンドA)1.7g(8.6mmol)を入れ、THF30mLを添加してリガンドA溶液を製造した。前記リガンドA溶液を-78℃に冷却した後、n-BuLi溶液3.6mL(9.1mmol、ヘキサン中2.5M)を前記リガンドA溶液に添加し、これを常温で一晩攪拌して紫-茶色(purple-brown)の溶液を得た。前記紫-茶色(purple-brown)の溶液の溶媒をトルエンで置換し、この溶液にCuCN39mg(0.43mmol)をTHF2mLに分散させた溶液を注入して溶液Aを製造した。
250mLシュレンクフラスコ(schlenk flask)に1-(6-(tert-ブトキシ)ヘキシル)-N-(tert-ブチル)-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1-メチルシランアミン(リガンドAおよびBの架橋生成物)4.2g(8.6mmol)を入れ、前記フラスコ(flask)にトルエン14mLとn-ヘキサン1.7mLを注入して架橋生成物を溶解させた。この溶液を-78℃に冷却した後、n-BuLi溶液7.3mL(18mmol、ヘキサン中2.5M)を前記冷却された溶液に注入した。そして、前記溶液を常温で約12時間攪拌した。その次に、前記溶液にトリメチルアミン5.3mL(38mmol)を投入し、この溶液を約40℃で約3時間攪拌して溶液Cを準備した。
20L sus高圧反応器にトルエン溶液3.0kgを入れ、反応器温度を40℃で維持した。600℃の温度で12時間真空を加えて脱水させたシリカ(Grace Davison、SP2212)500gを反応器に投入して十分に分散させた後、10wt%メチルアルミノキサン(MAO)/トルエン溶液2.78kgを投入し、80℃で200rpmで15時間以上攪拌した。
第2メタロセン化合物として(メチル(6-t-ブトキシヘキシル)シリル(η5-テトラメチルCp)(t-ブチルアミド))TiCl2((methyl(6-t-butoxyhexyl)silyl(η5-tetramethylCp)(t-Butylamido))TiCl2)を使用することを除いては前記製造例1と同様な方法で行って混成担持触媒を製造した。
第1メタロセン化合物として、下記構造の3-(6-(tert-ブトキシ)ヘキシル)-1H-インデン-1-イル)(3-ブチルシクロペンタ-2,4-ジエン-1-イル)ジルコニウム(IV)ジクロリド(3-(6-(tert-butoxy)hexyl)-1H-inden-1-yl)(3-butylcyclopenta-2,4-dien-1-yl)zirconium(IV)dichloride)を使用することを除いては前記製造例1と同様な方法で行って混成担持触媒を製造した。
モノモーダル型重合工程を通じてエチレン/1-ヘキセン共重合体を製造した。
下記表1に記載された条件で行うことを除いては前記実施例1と同様な方法で行ってエチレン/1-ヘキセン共重合体を製造した。
チーグラーナッタ(Z/N)触媒を使用し、二つの反応器を使用したバイモーダル(Bi-modal)型重合工程を通じて製造されたXRT-70TM(Total社製)を使用した。
チーグラーナッタ(Z/N)触媒を使用し、三個の反応器を使用したトリモーダル(Tri-modal)型重合工程を通じて製造されたHOSTALEN4731BTM(Basell社製)を使用した。
メタロセン系触媒を使用し、二つの反応器を使用したバイモーダル(Bi-modal)型重合工程を通じて製造されたSP700TM(LG CHEM社製)を使用した。
前記製造例2で製造した混成担持触媒(B)を使用し、下記表1に記載された条件で行うことを除いては前記実施例1と同様な方法で行ってエチレン/1-ヘキセン共重合体を製造した。
前記製造例3で製造した混成担持触媒(C)を使用し、下記表1に記載された条件で行うことを除いては前記実施例1と同様な方法で行ってエチレン/1-ヘキセン共重合体を製造した。
水素気体の投入無く下記表1に記載された条件で行うことを除いては、前記実施例1と同様な方法で行ってエチレン/1-ヘキセン共重合体を製造した。
前記実施例および比較例で製造または使用したエチレン/1-ヘキセン共重合体に対して下記のような方法で物性を測定し、その結果を表2に示した。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC:gel permeation chromatography、Waters社製造)を用いて重合体の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)を測定し、重量平均分子量を数平均分子量で割って分子量分布(PDI)を計算した。
文献[M.Fleissner in Kunststoffe 77(1987)、pp.45 et seq.]に記述されており、現在まで施行されているISO 16770によって測定した。
重量平均分子量(M)のログ値(logM)をx軸にし、前記ログ値に対する分子量分布(dwt/dlog M)をy軸にして分子量分布曲線を描いた時、全体面積に対して左右端20%を除いた中間60%の左側および右側境界でSCB(Short Chain Branch)含量(炭素1,000個当りの炭素数2~7個の分岐(branch)含量、単位:個/1,000C)を測定して下記数式1に基づいてBOCD Indexを算出した。
210℃およびせん断速度1/1000秒の条件でキャピラリーレオメーター(capillary rheometer)を用いてせん断粘度を測定した。
ポリエチレンの遅い亀裂成長(slow crack growth)に対する抵抗性を評価するために、実施例および比較例によるポリエチレンに対してISO18488(2015(E))によって変形硬化率を測定した(試片の厚さ=0.3mm)。
Claims (16)
- 下記(a1)~(a5)の条件を充足するエチレン/1-ヘキセン共重合体:
(a1)210℃およびせん断速度1/1000秒でキャピラリーレオメーターを用いて測定したせん断粘度:300~400Pa・s、
(a2)190℃でASTM D1238によって測定したMFR21.6/MFR2.16の溶融流動率比:90以上120未満、
(a3)下記数式1によるBOCD Index:3.5~5、
(a4)分子量分布:12~15、および
(a5)バイモーダル型分子量分布を有する。
- 下記(a1’)~(a4’)のうちの1以上の条件をさらに充足する、請求項1に記載のエチレン/1-ヘキセン共重合体:
(a1’)210℃およびせん断速度1/1000秒でキャピラリーレオメーターを用いて測定したせん断粘度:320~390Pa・s、
(a2’)190℃でASTM D1238によって測定したMFR21.6/MFR2.16の溶融流動率比:95~110、
(a3’)前記数式1によるBOCD Index:3.6~4.8、および
(a4’)分子量分布:12.5~14.8。 - ASTM1505によって測定した密度が0.94~0.95g/cm3である、請求項1または2に記載のエチレン/1-ヘキセン共重合体。
- ASTM D1238によって190℃、2.16kg荷重で測定した溶融指数が0.1~0.5g/10minである、請求項1から3のいずれか一項に記載のエチレン/1-ヘキセン共重合体。
- ASTM D1238によって190℃、21.6kg荷重で測定した高荷重溶融指数が15~30g/10minである、請求項1から4のいずれか一項に記載のエチレン/1-ヘキセン共重合体。
- 重量平均分子量が10,000~400,000g/molである、請求項1から5のいずれか一項に記載のエチレン/1-ヘキセン共重合体。
- 4.0MPaおよび80℃の条件でISO16770によるフルノッチクリープテストで測定された耐応力亀裂性が2,000~20,000時間である、請求項1から6のいずれか一項に記載のエチレン/1-ヘキセン共重合体。
- 単一反応器で下記化学式1で表される第1メタロセン化合物および下記化学式2で表される第2メタロセン化合物を含む触媒組成物の存在下で、水素気体を投入しながらエチレンおよび1-ヘキセンを共重合させる段階を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載のエチレン/1-ヘキセン共重合体の製造方法:
[化学式1]
(Cp1Ra)n(Cp2Rb)M1Z1 3-n
上記化学式1中、
M1は、4族遷移金属であり;
Cp1およびCp2はそれぞれシクロペンタジエニルであり、これらはC1~20炭化水素で置換もしくは非置換され;
RaおよびRbは互いに同一であるか異なり、それぞれ独立して水素、C1~20アルキル、C1~20アルコキシ、C2~20アルコキシアルキル、C6~20アリール、C6~20アリールオキシ、C2~20アルケニル、C7~40アルキルアリール、C7~40アリールアルキル、C8~40アリールアルケニル、C2~20アルキニル、またはN、OおよびSから構成される群より選択される一つ以上のヘテロ原子を含むC2~20ヘテロアリールであり;
Z1は、ハロゲン、C1~20アルキル、C2~20アルケニル、C7~40アルキルアリール、C7~40アリールアルキル、C6~20アリール、置換もしくは非置換のアミノ基、C2~20アルキルアルコキシ、またはC7~40アリールアルコキシであり;
nは、1または0であり;
C1は、下記化学式3~6で表されるリガンドのうちのいずれか一つであり、
R1~R6は互いに同一であるか異なり、それぞれ独立して、水素、C1~30アルキル、C1~30アルコキシ、C2~30アルコキシアルキル、C6~30アリール、C6~30アリールオキシ、C2~30アルケニル、C2~30アルキニル、C3~30シクロアルキル、C7~40アルキルアリール、C8~40アルケニルアリール、C8~40アルキニルアリール、C7~40アリールアルキル、C8~40アリールアルケニル、またはC8~40アリールアルキニルであり、
Mは、Ti、ZrまたはHfであり、
Zは、-O-、-S-、-NR7-または-PR7-であり、
R7は、水素、C1~30アルキル、C6~30アリール、C2~30アルケニル、C2~30アルキニル、C3~30シクロアルキル、C7~40アルキルアリール、C8~40アルケニルアリール、C8~40アルキニルアリール、C7~40アリールアルキル、C8~40アリールアルケニル、C8~40アリールアルキニル、C1~30アルコキシシリル基、C6~30アリールオキシシリル、C1~30アルキルシリル基、またはC1~30シリルアルキル基であり、
X1およびX2は互いに同一であるか異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、C1~30アルキル、C2~30アルケニル、C7~30アルキルアリール、C7~30アリールアルキル、C6~20アリール、置換もしくは非置換のアミノ基、C2~30アルキルアルコキシ、またはC7~30アリールアルコキシであり、
Tは、
T1は、C、Si、Ge、SnまたはPbであり、
Y1は、水素、C1~30アルキル、C1~30アルコキシ、C2~30アルコキシアルキル、C6~30アリール、C6~30アリールオキシ、C7~30アリールオキシアルキル、C2~30アルケニル、C2~30アルキニル、C3~30シクロアルキル、C7~40アルキルアリール、C8~40アルケニルアリール、C8~40アルキニルアリール、C7~40アリールアルキル、C8~40アリールアルケニル、またはC8~40アリールアルキニル、シリル基(-SiH3)、C1~30アルコキシシリル基、C2~30アルコキシアルキルシリル基、C6~30アリールオキシシリル、C1~30ハロアルキル、C6~30ハロアリール、または-NR9R10であり、
Y2は、C2~30アルコキシアルキル、またはC7~40アリールオキシアルキルであり、
R9およびR10は、それぞれ独立して、水素、C1~30アルキル、C6~30アリール、C2~30アルケニル、C2~30アルキニル、C3~30シクロアルキル、C7~40アルキルアリール、C8~40アルケニルアリール、C8~40アルキニルアリール、C7~40アリールアルキル、C8~40アリールアルケニル、またはC8~40アリールアルキニルであるか、または互いに連結されて脂肪族または芳香族環を形成する。 - 前記化学式1において、RaおよびRbが、それぞれ独立して、水素、C1~10アルキル、C2~10アルコキシアルキル、またはC7~20のアリールアルキルであり、RaおよびRbのうちの少なくとも一つが-(CH2)n-OR(この時、Rは炭素数1~6の直鎖または分岐鎖アルキル基であり、nは2~4の整数である。)である、請求項8に記載の製造方法。
- 前記第2メタロセン化合物は、下記化学式2a~2dで表される化合物のうちのいずれか一つである、請求項8から10のいずれか一項に記載の製造方法:
Mは、Ti、ZrまたはHfであり、
R1~R4は、それぞれ独立して、水素、またはC1~20アルキルであり、
R5およびR6は、それぞれ独立して、C1~10アルキルであり、
R7は、C1~10アルキルであり、
T1は、CまたはSiであり、
Y1は、C1~20アルキル、C1~20アルコキシ、C2~20アルコキシアルキル、C6~20アリール、C7~30アルキルアリール、C7~30アリールアルキル、C6~20アリールオキシ、またはC7~30アリールオキシアルキルであり、
Y2は、C2~20アルコキシアルキルまたはC7~30アリールオキシアルキルであり、
X1およびX2は、それぞれ独立して、ハロゲンまたはC1~20アルキルである。 - 前記第1および第2メタロセン化合物は、1:1.1~1:5のモル比で含まれる、請求項8から12のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記共重合は、一つのループ型スラリー反応器で行われる、請求項8から13のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記1-ヘキセンは、単量体総重量に対して5~10重量%で含まれる、請求項8から14のいずれか一項に記載の製造方法。
- 請求項1~7のうちのいずれか一項に記載のエチレン/1-ヘキセン共重合体を含むパイプ。
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