JP7377800B2 - マルチモーダルエチレン系ポリマー加工システムおよび方法 - Google Patents

マルチモーダルエチレン系ポリマー加工システムおよび方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2017年12月26日に出願の米国仮出願第62/610,383号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、概して、マルチモーダルエチレン系ポリマー加工のためのシステムおよび方法に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、反応器構成、およびこれらの構成を使用して、ポリマー、特にマルチモーダルエチレン系ポリマー(例えば、トリモーダルポリマー)を生成する方法に関する。
ポリエチレンは、最も一般的なプラスチックの1つであり、ポリマーの構造に応じて様々な方法で使用でき、例えば、袋/ライナー、キャップ/クロージャ、衛生フィルム、工業用射出成形品などであり得る。毎年およそ8000万トンのポリエチレンが生成されていると推定される。需要を満たすだけでなく、有用な特性を有する新規ポリマー構造を提供するために、新規ポリマー加工システムおよび方法を提供する必要がある。
特に有用なポリエチレン構造は、マルチモーダルエチレン系ポリマーであり、例えば、トリモーダルポリマーであり、それらは、樹脂の加工性と、強度、バリア特性などの望ましい特性のバランスとを組み合わせることができるためである。しかしながら、マルチモーダルエチレン系ポリマーの生成は、特に高分子量成分、プロセス制御、およびその他の問題に対してゲル化が発生する可能性があるため、今もなお、困難であり、問題がある。したがって、マルチモーダル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が継続的に必要とされている。
本開示の実施形態は、3つの溶液重合反応器を有するシステムを含むことにより、上記で議論された必要性に取り組み、そのうちの1つが断熱反応器である。断熱反応器は、マルチモーダルエチレン系ポリマーの高分子量成分を生成し得る一方で、ゲル化が防止されるように粘度を管理可能なレベルに維持することを確保する。
一実施形態によれば、溶液重合プロセスでトリモーダルポリマーを生成する方法が提供される。この方法は、第1の溶液重合反応器に少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第1のエチレン系成分を含む溶出物を生成することを含み、第1のエチレン系成分は、ASTM D792に従って測定した場合の密度(ρ)、およびゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定した場合の重量平均分子量(Mw(GPC),1)を有する。追加的に、この方法は、第1の溶液重合反応器から下流の第2の溶液重合反応器に、少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第1のエチレン系成分および第2のエチレン系成分を含む溶出物を生成することを含み、第2のエチレン系成分は、密度(ρ)、および重量平均分子量(Mw(GPC),2)を有する。さらに、この方法は、第2の溶液重合反応器から下流の第3の溶液重合反応器に、第1のエチレン系成分、第2のエチレン系成分、少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、トリモーダルポリマーを含む溶出物を生成することを含み、トリモーダルポリマーは、第1のエチレン系成分、第2のエチレン系成分、および第3のエチレン系成分を含み、第3のエチレン系成分は、密度(ρ)、および重量平均分子量(Mw(GPC),3)を有する。そのうえ、第1の溶液重合反応器または第3の重合反応器は、断熱反応器であり、ρ、ρ、およびρの各々が異なる密度を有し、Mw(GPC),1、Mw(GPC),2、およびMw(GPC),3の各々が、異なる重量平均分子量を有する。
溶液重合プロセスでトリモーダルポリマーを生成するさらに別の方法によれば、この方法は、第1の溶液重合反応器へ少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第1のエチレン系成分を含む溶出物を生成することを含み、第1のエチレン系成分は、ASTM D792に従って測定した場合の密度(ρ)、およびゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定した場合の重量平均分子量(Mw(GPC),1)を有する。さらに、この方法は、第2の溶液重合反応器に少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第2のエチレン系成分を含む溶出物を生成することを含み、第2のエチレン系成分は、密度(ρ)、および重量平均分子量(Mw(GPC),2)を有する。追加的に、この方法は、第3の溶液重合反応器に少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第3のエチレン系成分を含む溶出物を生成することを含み、第3のエチレン系成分は、密度(ρ)、および重量平均分子量(Mw(GPC),3)を有する。さらに、この方法は、第1のエチレン系成分と、第2のエチレン系成分と、第3のエチレン系成分とを混合し、トリモーダルポリマーを生成することを含む。そのうえ、第1の溶液重合反応器または第3の重合反応器は、断熱反応器であり、ρ、ρ、およびρの各々は、異なる密度を有し、Mw(GPC),1、Mw(GPC),2、およびMw(GPC),3の各々は、異なる重量平均分子量を有する。
本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、これと共に含まれる図面と併せて読むと最も良好に理解することができる。
本開示の1つ以上の実施形態による直列反応器システム構成の概略図である。 本開示の1つ以上の実施形態による並列反応器システム構成の概略図である。 結晶化溶出分別(CEF)を重ねたグラフの説明図である。
図1および図2の簡略化された略図および記述を説明するために、特定の化学的な加工を操作する当業者に用いられ、よく知られている可能性のある、多数のバルブ、熱交換器、撹拌器、温度センサー、電子制御装置などを含まない。これらの構成要素は、開示された本実施形態の精神および範囲内であることを理解されたい。
2つ以上のラインが、図1および図2の概略流れ図の合流部で交差または合流するとき、2つ以上のプロセスのストリームが、「混合」、「結合」または「分割」されることを理解されたい。混合または組み合わせとしては、同様の反応器、分離装置、または他のシステム構成要素に両方のストリームを直接導入することによる混合も挙げられ得る。例えば、2つのストリームが反応器に入る直前に組み合わされるものとして描かれている場合、いくつかの実施形態において、ストリームは反応器へ同等に導入され、反応器内で混合できることを理解されたい。
定義
「ポリマー」という用語は、同一または異なるタイプのモノマーにかかわらず、モノマーを重合することにより調製されるポリマー化合物を指す。したがって、ポリマーという総称は、1つのタイプのモノマーのみから調製されるポリマーを指すために通常用いられる用語「ホモポリマー」、および2つ以上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」を包含する。本明細書で使用される、「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って調製されるポリマーを指す。したがって、総称であるインターポリマーは、コポリマー、およびターポリマーなどの、3つ以上の異なるタイプのモノマーから調製されたポリマーを含む。
「ポリエチレン」または「エチレン系ポリマー」という用語は、エチレンモノマーに由来する単位を50重量%超含むポリマーを意味するものとする。これは、ポリエチレンホモポリマーまたはコポリマー(2種類以上のコモノマーに由来する単位を意味する)を含む。当該技術分野において既知であるポリエチレンの一般的な形態としては、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、極低密度ポリエチレン(VLDPE)、直鎖状および実質的に直鎖状の低密度樹脂の両方を含むシングルサイト触媒直鎖状低密度ポリエチレン(m-LLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、ならびに高密度ポリエチレン(HDPE)が挙げられる。
本明細書で使用される場合、「マルチモーダル」は、様々な密度および重量平均分子量を有する少なくとも3つのポリマー副成分を有することを特徴とし得、任意選択で、異なるメルトインデックス値も有し得る組成物を意味する。一実施形態において、マルチモーダルは、分子量分布を示すゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)のクロマトグラムにおいて少なくとも3つの異なるピークを有することによって定義され得る。別の実施形態において、マルチモーダルは、短鎖分岐分布を示す結晶化溶出分別(CEF)クロマトグラムにおいて、少なくとも3つの別個のピークを有することによって定義され得る。マルチモーダルは、3つのピークを有する樹脂、および3つより多くのピークを有する樹脂を含む。
「トリモーダルポリマー」という用語は、第1のエチレン系ポリマー成分、第2のエチレン系ポリマー成分、および第3のエチレン系ポリマー成分の3つの主要成分を有するマルチモーダルエチレン系ポリマーを意味する。
「ポリエチレン成分」、例えば、「第1のエチレン系成分」、「第2のエチレン系成分」、または「第3のエチレン系成分」は、マルチモーダルまたはトリモーダルポリマーの副成分を指し、各副成分は、エチレンモノマーおよびC~C12α-オレフィンコモノマーを含むエチレンインターポリマーである。
本明細書で使用される場合、「断熱反応器」という用語は、加熱または除熱せずに動作する溶液重合反応器または容器を指す。その結果として、「断熱反応器」は、熱交換器に結合されていないか、または熱交換器と連通していない反応器であり得る。
本明細書で使用される場合、「溶液重合反応器」は、溶液重合を行う容器であり、エチレンモノマーと少なくともC~C12α-オレフィンコモノマーが、触媒を含有する非反応性溶媒に溶解した後に共重合する。溶液重合プロセスでは、水素を利用することができるが、全ての溶液重合プロセスで必要なわけではない。
システムの実施形態
いくつかの実施形態において、本開示は、マルチモーダルエチレン系ポリマーを生成するための少なくとも3つの反応器を有するシステムを提供し、このシステムは、特定のタイプのポリマー、特にトリモーダルポリマーを生成する際に追加の制御を提供する。
直列の3つの反応器を利用する反応器システムの例を図1に示す。図1に示すように、3つの反応器は、第1の溶液重合反応器101と、その後に続く第2の溶液重合反応器102と、第3の溶液重合反応器103と、を含み得る。1つ以上の実施形態において、第1の溶液重合反応器101または第3の重合反応器103は、断熱反応器である。さらなる実施形態において、第1の溶液重合反応器101は、断熱反応器である。
図1に開示される3つの反応器構成を利用する、特定の方法では、とりわけ、マルチモーダルエチレン系ポリマー、具体的には、トリモーダルポリマーを生成することが可能である。図1の反応器システム1でトリモーダルポリマーを生成する1つの方法は、第1の溶液重合反応器101に少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第1のエチレン系成分を含む溶出物20を生成することによって行われる。反応器への供給は、2つのストリーム10および11として描かれ、ストリーム10は、モノマーおよびC~C12α-オレフィンコモノマーの供給であり、ストリーム11は、触媒/助触媒および溶媒の供給である。しかしながら、多かれ少なかれ、供給入口が使用され得ると企図される。
図1を再度参照すると、第1のエチレン系成分を含む溶出物20は、次に、少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素とともに、第2の溶液重合反応器102に移送される。第2の溶液重合反応器102は、材料を共に反応させて、第1のエチレン系成分および第2のエチレン系成分を含む溶出物30を生成する。第2のエチレン系成分を含む溶出物30は、次に、少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素とともに、第3の溶液重合反応器103に移送される。
次に、第3の溶液重合反応器103は、材料を共に混合して、第1および第2のエチレン系成分ならびに第3のエチレン系成分を含む溶出物を生成し、これらの3つのエチレン系ポリマー成分は、トリモーダルポリマーを構成する。
図1に示す反応器システムが直列に接続されている場合、第1の溶液重合反応器101は、第2の溶液重合反応器102および/または第3の溶液重合反応器103と同じ圧力で動作することができる。一実施形態において、3つの反応器101、102、103のすべてが、同じ圧力で動作することができる。この目的で、反応器は、互いの間の圧力降下を最小化するように構成され得る。
図1に描かれる3つの反応器シリーズの実施形態の代替として、図2に示すような並列の3つの反応器システムが可能である。図2に示すように、第1の溶液重合反応器101は、モノマー供給11、触媒、溶媒供給10、および任意選択で水素を受け取ることができる。これらの注入口は、システムに応じてさらに分離または組み合わせることができる。第1の溶液重合反応器101において、少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素が反応して、第1のエチレン系成分を含む溶出物20を生成する。図2の実施形態において、供給物は、複数のストリーム、例えば、121、122、および123に分割され得る。他の実施形態において、溶出物20は複数のストリームに分割されず、したがって、実質的に全溶出物は、第2の溶液重合反応器102および/または第2の溶液重合反応器102と並行して動作する第3の重合反応器103に供給される。
図2に描かれる実施形態を再度参照すると、第1のエチレン系成分を含む溶出物121は、第2の溶液重合反応器102に送られ、第1のエチレン系成分は、少なくとも1つの触媒と、エチレンモノマーと、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマーと、溶媒と、任意選択で水素とで混合され、第1のエチレン系成分および第2のエチレン系成分を含む溶出物130を生成する。図1および図2には示していないが、供給物構成成分(触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー)は、第2の溶液重合反応器102および第3の溶液重合反応器103の供給から別々に供給され得る。
図2を再度参照すると、第1のエチレン系成分を含む溶出物122はまた、第3の溶液重合反応器103に送られてもよい。第3の溶液重合反応器103内で、第1のエチレン系成分、触媒、エチレンモノマー、C~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素が反応して、第1のエチレン系成分および第3のエチレン系成分を含む溶出物135を生成する。次に、第2の重合反応器102および第3の重合反応器103によって生成された溶出物が一緒に混合され、トリモーダルポリマー40を生成する。これは、合流部112で描かれているが、他の混合位置とが企図される。追加的に、さらなる実施形態において、第1の重合反応器102からの溶出物130の少なくとも一部分132は、第2の重合反応器103に送られてもよい。特定の実施形態において、溶出物ストリームは、合流部114で分割されてもよく、これは、分流器(flow splitter)を表し得る。
3つの溶液重合反応器には、さまざまな温度条件が企図される。例えば、反応器の温度は、115~215℃の範囲であり得る。各々の反応器温度は、求められる最終的なトリモーダルポリマーに基づいて変えることができる。
いくつかの実施形態において、図1および図2のシステムは、管型反応器104を含むことができ、トリモーダルポリマー104のさらなる反応および変換を可能にする。一般に、管型反応器104は、滞留時間を増加させることにより、トリモーダルポリマーの成分の追加の変換を提供する。そのうえ、管型反応器104は、反応器がより高いエチレン濃度で運転することを可能にし、ポリマー温度を上げることによりエネルギー消費を減らし、それにより溶媒除去ステップの前に必要な入熱を減らすことにより、触媒効率を改善し得る。様々な反応器が適切であると考えられ、当業者にはよく知られている。
図1および図2のシステムには、追加のプロセスステップ、例えば、触媒失活(catalyst kill)ステップが挙げられ得る。触媒失活ステップは、重合触媒を失活するための極性化合物の添加を含み得る。触媒失活剤として使用される好適な極性化合物としては、水、ポリエチレングリコール、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)、グリセロール、またはこれらの組み合わせが挙げられ得る。
当業者によって認識されるように、他のプロセスフローおよび変更は、図1および図2の範囲内である。
トリモーダルポリマー
上記のように、図1および図2に描かれるシステムから生じるのは、トリモーダルポリマーであり、上記のように、マルチモーダルエチレン系ポリマーの一例である。トリモーダルポリマーの特定の実施形態において、第1のエチレン系成分、第2のエチレン系成分、および第3のエチレン系成分は、密度(それぞれ、ρ、ρ、およびρ)、重量平均分子量(それぞれ、Mw(GPC),1、Mw(GPC),2、およびMw(GPC),3)、および/またはメルトインデックス(それぞれ、MI、MI、およびMI)によって規定することができる。
トリモーダルポリマーの場合、第1のエチレン系成分、第2のエチレン系成分、および第3のエチレン系成分のそれぞれの密度(ρ、ρ、およびρ)は、異なる密度値を各々有し得る。同様に、重量平均分子量(Mw(GPC),1、Mw(GPC),2、およびMw(GPC),3)は、異なる重量平均分子量値を各々有し得る。理論に拘束されることなく、第1のエチレン系成分と第2のエチレン系成分と第3のエチレン系成分との間の密度および分子量の相違により、トリモーダルポリマーは、強度と加工性との望ましい組み合わせを有することができる。
さらなる実施形態において、トリモーダルポリマーは、ρがρよりも小さく、またρよりも小さく、Mw(GPC),1が、Mw(GPC),2よりも大きく、またMw(GPC),3よりも大きいように規定することができる。さらなる実施形態において、MIは、MIよりも小さく、MIはまた、MIよりも小さい。一実施形態において、最終生成物は、ρ<ρ<ρおよびMw(GPC),3>Mw(GPC),2>Mw(GPC),1であるように規定することができる。このような実施形態において、第1のエチレン系成分は、低密度成分と見なされ、第2のエチレン系成分は中間密度成分と見なされ、第3のエチレン系成分は高密度成分と見なされ得る。このような分布を達成するために、第1の溶液重合反応器中の触媒は、第2の溶液重合反応器中で使用される触媒および第3の溶液重合反応器中で使用される触媒とは異なり得る。他の実施形態において、分布が、第1の溶液重合反応器、第2の溶液重合反応器、および第3の溶液重合反応器の各々において異なる触媒を使用することによって達成され得る。さらに別の実施形態において、トリモーダルポリマーのメルトインデックスは、以下のように規定することができる。MI<MI<MI
1つ以上の実施態様において、第1のエチレン系成分(ρ)、第2のエチレン系成分(ρ)、および第3のエチレン系成分(ρ)の密度が、それぞれ0.855g/cc~0.935g/cc、0.885g/cc~0.945g/cc、および0.900g/cc~0.980g/ccであり得る。さらなる実施形態において、第1のエチレン系成分が、0.865g/cc~0.920g/cc、または0.870~0.910g/ccの密度(ρ)を有し得る。そのうえ、第2のエチレン系成分が、0.890g/cc~0.930g/cc、または0.895g/cc~0.925g/ccの密度(ρ)を有し得る。さらに、第3のエチレン系成分が、0.920g/cc~0.980g/cc、または0.935g/cc~0.9670g/ccの密度(ρ)を有し得る。いくつかの実施形態において、トリモーダルポリマーの最終密度が、0.900g/cc~0.960g/cc、または0.905g/cc~0.950g/cc、または0.910g/cc~0.940g/ccであり得る。
1つ以上の実施形態において、第1のエチレン系成分の重量平均分子量(Mw(GPC),1)、第2のエチレン系成分の重量平均分子量(Mw(GPC),2)、および第3のエチレン系成分の重量平均分子量(Mw(GPC),3)が、それぞれ90kg/mol~500kg/mol、70kg/mol~300kg/mol、および10kg/mol~170kg/molである。さらなる実施形態において、第1のエチレン系成分が、100kg/mol~363kg/mol、または150kg/mol~350kg/molの重量平均分子量(Mw(GPC),1)を有し得る。そのうえ、さらなる実施形態において、第2のエチレン系成分が、100kg/mol~200kg/mol、または110kg/mol~190kg/mol、または120kg/mol~175kg/mol、または120kg/mol~170kg/molの重量平均分子量(Mw(GPC),2)を有し得る。さらに、追加の実施形態において、第3のエチレン系成分が、15kg/mol~160kg/mol、または16kg/mol~120kg/mol、または17kg/mol~90kg/mol、または18kg/mol~60kg/molの重量平均分子量(Mw(GPC),3)を有し得る。
同様に、いくつかの実施形態において、第1のエチレン系成分が、0.001g/10分~1.0g/10分、または0.01g/10分~0.5g/10分、または0.01g/10分~0.1g/10分のメルトインデックス(MI)を有する。そのうえ、第2のエチレン系成分が、0.01g/10分~2.0g/10分、または0.1g/10分~1.0g/10分、または0.2g/10分~0.7g/10分のメルトインデックス(MI)を有し得る。さらに、第3のエチレン系成分が、0.1g/10分~5000g/10分、または0.5g/10分~4000g/10分、または1g/10分~3000g/10分、または10g/10分~1000g/10分、または50g/10分~750g/10分のメルトインデックス(MI)を有し得る。さらなる実施形態において、トリモーダルポリマーが、0.1g/10分~10.0g/10分、または0.2~5.0g/10分、または0.5~1.0g/10分のメルトインデックス(I)を有する。
トリモーダルポリマーの成分には、様々な量が企図される。1つ以上の実施形態において、トリモーダルポリマーは、2~45重量%の第1のエチレン系成分、または20~45重量%の第1のエチレン系成分、または25~45重量%の第1のエチレン系成分を含み得る。そのうえ、トリモーダルポリマーは、2~40重量%の第2のエチレン系成分、または5~40重量%の第2のエチレン系成分、または10~35重量%の第2のエチレン系成分を含み得る。そのうえ、トリモーダルポリマーは、30~70重量%の第3のエチレン系成分、または35~65重量%の第3のエチレン系成分、または40~60重量%の第3のエチレン系成分、または45~55重量%の第3のエチレン系成分を含み得る。
反応器
第1、第2および第3の溶液重合反応器には、様々な実施形態が企図される。上述のように、第1、第2、および第3の溶液重合反応器のうちの少なくとも1つは、断熱反応器である。特定の実施形態において、第1の溶液重合反応器は、断熱反応器である。
断熱反応器として使用するのに、様々な容器が企図される。1つ以上の実施形態において、断熱反応器は、静的ミキサー、機械的ミキサー、または連続撹拌槽反応器(CSTR)を含み得る。特定の実施形態において、第1の溶液重合反応器101は、連続撹拌槽反応器(CSTR)であり得る。様々な反応器サイズが企図されるが、いくつかの実施形態において、第1の溶液重合反応器101は、第2の溶液重合反応器102および/または第3の溶液重合反応器103の容積の半分以下であり得る。第1の溶液重合反応器101は、第1のエチレン系成分を生成するために本明細書で論じられているが、第1の溶液重合反応器101は、他のポリエチレン成分に使用できると企図される。
これらとしては、ループ反応器、球形反応器、等温反応器、撹拌槽反応器、バッチ反応器、またはこれらの任意の組み合わせなどの従来の反応器が挙げられ得る。一実施形態において、第2の溶液重合反応器102、第3の溶液重合反応器103、またはそれらの両方は、ループ反応器を含み得る。そのうえ、第2の溶液重合反応器102、第3の溶液重合反応器103、またはそれらの両方は、単一の反応器容器、または直列もしくは並列の複数の反応器を各々含み得る。1つ以上の実施形態において、2つのループ容器または3つのループ容器が、第2の溶液重合ループ反応器102、第3の溶液重合ループ反応器103、またはそれらの両方に使用されてもよい。
特定の実施形態において、第1の溶液重合反応器101が、断熱連続撹拌槽反応器であり、一方、第2の溶液重合反応器102および第3の溶液重合反応器103は、ループ反応器である。
さらなる実施形態において、第1および第2の溶液重合ループ反応器は、1つ以上のポンプを含み得る(図示せず)。ポンプは、フローループの周りの通路の少なくとも一部で反応ストリームの少なくとも一部を輸送することができる。例えば、ポンプは、反応ストリームの少なくとも一部を熱交換器から生成物出口に輸送することができる。
そのうえ、各ループ反応器は、いくつかの実施形態によれば、1つ以上の熱交換器(図示せず)、および任意選択で、反応器を互いにおよび/または残りの反応器に接続するパイプを含み得る。フローループは、いくつかの実施形態において、構成要素間の相互接続パイプを用いてまたは用いずに構成され得る。いくつかの実施形態において、流路に沿った全ての要素を反応ゾーンとして機能するように構成することが望ましい場合がある。そのような実施形態において、熱伝達が起こる領域は、伝達が最小限であるかまたは存在しない接続パイプを犠牲にして最大化され得る。熱交換器は、いくつかの実施形態において、少なくとも1つの冷却流体入口および少なくとも1つの冷却流体出口を備えることができる。いくつかの実施形態によれば、熱交換器は、少なくとも1つの反応ストリーム入口および少なくとも1つの反応ストリーム出口をさらに備え得る。いくつかの実施形態において、任意の熱交換装置が、任意の構成で使用され得る。例えば、熱交換器は、フローループ内に配置された冷却コイルを含んでもよい。別の例では、熱交換器は、フローストリームが管を通過するフローループ内に配置されたシェルアンドチューブ式熱交換器を含むことができる。別の例では、冷却ジャケットまたは二重配管で囲むことにより、フローループ全体を熱交換器として構成することができる。
供給物成分
~C12コモノマー、溶媒、および触媒には、様々な実施形態が企図される。
いくつかの実施形態において、C~C12α-オレフィンコモノマーは、プロペン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ペンテン、オクテン、ノネン、デセン、ウンデセン、ドデセン、またはこれらの組み合わせである。特定の実施形態において、C~C12α-オレフィンコモノマーはオクテンである。同じC~C12α-オレフィンコモノマーが、3つの反応器すべてで使用されることが企図される。代替として、C~C12α-コモノマーは、図1および図2に描かれる3つの反応器システムで異なってもよいことが企図される。
様々な溶媒が、断熱反応器、ならびに第1および第2の溶液重合反応器での使用に好適であると考えられている。溶媒は、特定の反応器で使用される触媒に基づいて変化し得る。溶媒としては、例えば、パラフィン系/イソパラフィン系溶媒、オレフィン系溶媒、芳香族系溶媒、環状系溶媒、およびこれらの組み合わせが挙げられ得る。例示的な溶媒としては、イソパラフィンが挙げられるが、それに限定されない。例えば、そのようなイソパラフィン溶媒は、ExxonMobil ChemicalからISOPAR Eの名称で市販されている。
触媒
上記のように、触媒は、第1のエチレン系成分、第2のエチレン系成分および第3のエチレン系成分に異なる特性を付与するために、断熱反応器と溶液重合反応器との間で異なり得る。
様々な触媒が適切であると考えられる。これらには、チーグラー・ナッタ触媒、クロム触媒、メタロセン触媒、ポストメタロセン触媒、拘束幾何錯体(CGC)触媒、ホスフィンイミン触媒、またはビス(ビフェニルフェノキシ)触媒が挙げられ得るが、これらに限定されない。CGC触媒の詳細および例は、米国特許第5,272,236号、同第5,278,272号、同第6,812,289号、および国際公開第93/08221号に提供され、これらは全て、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ビス(ビフェニルフェノキシ)触媒の詳細および例は、米国特許第6,869,904号、同第7,030,256号、同第8,101,696号、同第8,058,373号、同第9,029,487号に提供されており、これらは全て、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。溶液重合反応器に利用される触媒は、第1のエチレン系成分、第2のエチレン系成分、および第3のエチレン系成分に異なる特性を付与するために異なり得る。例えば、第1、第2、および第3のエチレン系成分の密度、メルトインデックス、コモノマーの組み込みなどを変化させるために、第1、第2、および第3の溶液重合反応器に異なる触媒を使用することが企図される。理論に拘束されることなく、第1、第2、および第3のエチレン系成分のこれらのパラメータを変更すると、マルチモーダルエチレン系ポリマーが靭性と加工性の望ましい組み合わせを有することが可能となる。
1つ以上の実施形態において、第1の溶液重合反応器、第2の溶液重合反応器、および/または第3の溶液重合反応器が、均一系または不均一系触媒を含み得る。均一な、しばしばシングルサイトと称される触媒は、典型的には個別の分子構造を有する有機金属化合物であり、狭い分子量分布を有し、またインターポリマーが作製される場合、狭い組成分布を有する、ポリマーを生成するために使用される。均一系触媒は、溶液プロセスにおいて溶解させることができるか、またはスラリーもしくは気相等の粒子形成プロセスに使用するために支持されてもよい。不均一系触媒は個別の化合物ではなく、いくつかの形態の粒子上に複数の活性部位を有する錯体を形成する、金属化合物と前駆体との反応混合物から生じる。不均一系触媒を介して製造されたポリマーは、典型的にはより広い分子量分布を示し、インターポリマーの場合、均一系触媒よりも広い組成分布を示す。
ビス(ビフェニルフェノキシ)触媒は、均一系触媒の例である。均一触媒の他の例として、拘束幾何触媒が含まれる。不均一系触媒の例には、溶液プロセスの高い重合温度で特に有用なチーグラー・ナッタ触媒が含まれる。そのようなチーグラー・ナッタ触媒の例は、有機マグネシウム化合物、ハロゲン化アルキルもしくはハロゲン化アルミニウムまたは塩化水素、および遷移金属化合物から導出されるものである。そのような触媒の例は、米国特許第4,314,912号(Lowery,Jr.et al.)、同第4,547,475号(Glass et al.)、および同第4,612,300号(Coleman,III)に記載されており、その教示は参照により本明細書に組み込まれる。
特に好適な有機マグネシウム化合物としては、例えば、マグネシウムジアルキルおよびマグネシウムジアリール等の炭化水素可溶性ジヒドロカルビルマグネシウムが挙げられる。例示的な好適なマグネシウムジアルキルとしては、特に、n-ブチル-sec-ブチルマグネシウム、ジイソプロピルマグネシウム、ジ-n-ヘキシルマグネシウム、イソプロピル-n-ブチル-マグネシウム、エチル-n-ヘキシル-マグネシウム、エチル-n-ブチルマグネシウム、ジ-n-オクチルマグネシウム等が挙げられ、アルキルが1~20個の炭素原子を有する。例示的な好適なマグネシウムジアリールとしては、ジフェニルマグネシウム、ジベンジルマグネシウム、およびジトリルマグネシウムが挙げられる。好適な有機マグネシウム化合物としては、アルキルおよびアリールマグネシウムアルコキシドおよびアリールオキシド、ならびにアリールおよびアルキルマグネシウムハロゲン化物が挙げられ、ハロゲンを含まない有機マグネシウム化合物がより望ましい。
ビス(ビフェニルフェノキシ)触媒は、ビス(ビフェニルフェノキシ)プロ触媒、共触媒、およびさらなる任意選択の成分を含む多成分触媒系である。ビス(ビフェニルフェノキシ)プロ触媒は、式(I)による金属-配位子錯体を含み得る:
式(I)では、Mは、チタン、ジルコニウム、またはハフニウムから選択される金属であり、この金属は、+2、+3、または+4の形式酸化状態にあり、nは0、1、または2であり、nが1であるとき、Xは、単座配位子または二座配位子であり、nが2であるとき、各Xは、単座配位子であり、同じかまたは異なり、金属-配位子錯体は、全体的に電荷中性であり、Oは、O(酸素原子)であり、各Zは、-O-、-S-、-N(R)-、または-P(R)-から独立的に選択され、Lは、(C~C40)ヒドロカルビレンまたは(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンであり、ここで、(C~C40)ヒドロカルビレンは式(I)の2つのZ基を連結している1炭素原子から10炭素原子のリンカー骨格(Lが結合している)を含む部分を有するか、または(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンは、式(I)の2つのZ基を連結する1原子から10原子のリンカー骨格を含む部分を有し、ここで、(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンの1原子から10原子のリンカー骨格の1から10原子の各々は、独立して炭素原子またはヘテロ原子であり、ここで、各ヘテロ原子は、独立してO、S、S(O)、S(O)、Si(R、Ge(R、P(R)、またはN(R)であり、ここで、独立して、各Rは、(C~C30)ヒドロカルビルまたは(C~C30)ヘテロヒドロカルビルであり、RおよびRは、(C~C40)ヒドロカルビル、(C~C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(R、-Ge(R、-P(R、-N(R、-OR、-SR、-NO、-CN、-CF、RS(O)-、RS(O)-、(RC=N-、RC(O)O-、ROC(O)-、RC(O)N(R)-、(RNC(O)-、ハロゲン、および式(II)、式(III)、または式(IV)を有するラジカルからなる群から独立的に選択される。
式(II)、(III)、および(IV)において、R31-35、R41-48、またはR51-59の各々は、(C~C40)ヒドロカルビル、(C~C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(R、-Ge(R、-P(R、-N(R、-OR、-SR、-NO、-CN、-CF、RS(O)-、RS(O)-、(RC=N-、RC(O)O-、ROC(O)-、RC(O)N(R)-、(RNC(O)-、ハロゲン、または-Hから独立して選択されるが、但し、RまたはRのうちの少なくとも1つが、式(II)、式(III)、または式(IV)を有するラジカルであることを条件とする。
式(I)において、R2-4、R5-7、およびR9-16の各々は、(C~C40)ヒドロカルビル、(C~C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(R、-Ge(R、-P(R、-N(R-OR、-SR、-NO、-CN、-CF、RS(O)-、RS(O)-、(RC=N-、RC(O)O-、ROC(O)-、RC(O)N(R)-、(RNC(O)-、ハロゲン、および-Hから独立して選択される。
そこで、触媒系の具体的な実施形態を説明する。本開示の触媒系は、異なる形態で実施されてもよく、本開示に記載される特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、実施形態は、本開示が、徹底的かつ完全となり、また主題の範囲を当業者に完全に伝えるように、提供される。
「独立的に選択される」という用語は、R、R、R、R、およびRなどのR基が、同一であっても異なっていてもよいこと(例えば、R、R、R、R、およびRは、全てが置換アルキルであってもよく、またはRおよびRは、置換アルキルであってもよく、Rは、アリールであってもよい、など)を示すために本明細書で使用される。単数形の使用には、複数形の使用が含まれ、またその逆も同様である(例えば、ヘキサン溶媒は、ヘキサンを含む)。命名されたR基は、一般に、当該技術分野においてその名称を有するR基に対応すると認識されている構造を有するであろう。これらの定義は、当業者に既知の定義を補足し、例示することを意図したものであり、排除するものではない。
「プロ触媒」という用語は、活性化剤と組み合わせたときに触媒活性を有する化合物を指す。「活性化剤」という用語は、プロ触媒を触媒的に活性な触媒に転換するようにプロ触媒と化学的に反応する化合物を指す。本明細書で使用される場合、「共触媒」および「活性化剤」という用語は、交換可能な用語である。
ある特定の炭素原子含有化学基を記載するために使用される場合、「(C~C)」の形態を有する括弧付きの表現は、化学基の非置換形態がxおよびyを含めてx個の炭素原子からy個の炭素原子までを有することを意味する。例えば、(C~C40)アルキルは、その非置換形態において1~40個の炭素原子を有するアルキル基である。いくつかの実施形態および一般構造において、ある特定の化学基は、Rなどの1つ以上の置換基によって置換してもよい。括弧付きの「(C~C)」を使用して定義される、化学基のR置換バージョンは、任意の基Rの同一性に応じてy個超の炭素原子を含有し得る。例えば、「Rがフェニル(-C)である厳密に1つの基Rで置換された(C~C40)アルキル」は、7~46個の炭素原子を含有し得る。したがって、一般に、括弧付きの「(C~C)」を使用して定義される化学基が1つ以上の炭素原子含有置換基Rによって置換されるとき、化学基の炭素原子の最小および最大合計数は、xとyとの両方に、すべての炭素原子含有置換基R由来の炭素原子の合計数を加えることによって、決定される。
いくつかの実施形態において、式(I)の金属-配位子錯体の化学基(例えば、X、R等)の各々は、非置換であり得、R置換基を有しない。他の実施形態において、式(I)の金属-配位子錯体の化学基のうちの少なくとも1つは独立して、1つまたは2つより多いRを含有し得る。いくつかの実施形態において、式(I)の金属-配位子錯体の化学基中のRの合計は、20個を超えない。他の実施形態において、化学基中のRの合計は、10個を超えない。例えば、各R1-5が2つのRで置換された場合、XおよびZをRで置換することはできない。別の実施形態において、式(I)の金属-配位子錯体の化学基中のRの合計は、5つのRを超えない場合がある。2つまたは3つより多いRが式(I)の金属-配位子錯体の同じ化学基に結合している場合、各Rは独立して、同じかまたは異なる炭素原子またはヘテロ原子に結合しており、化学基の過置換を含み得る。
「置換」という用語は、対応する非置換化合物または官能基の炭素原子またはヘテロ原子に結合した少なくとも1個の水素原子(-H)が置換基(例えばR)によって置き換えられることを意味する。「過置換」という用語は、対応する非置換化合物または官能基の炭素原子またはヘテロ原子に結合したすべての水素原子(H)が置換基(例えばR)によって置き換えられることを意味する。「多置換」という用語は、対応する非置換化合物または官能基の炭素原子またはヘテロ原子に結合した、少なくとも2個の、ただし、すべてよりは少ない水素原子が置換基によって置き換えられることを意味する。
「-H」という用語は、別の原子に共有結合している水素または水素ラジカルを意味する。「水素」および「-H」は、交換可能であり、明記されていない限り、同じ意味を有する。
「(C~C40)ヒドロカルビル」という用語は、1~40個の炭素原子の炭化水素ラジカルを意味し、「(C~C40)ヒドロカルビレン」という用語は、1~40個の炭素原子の炭化水素ジラジカルを意味し、各炭化水素ラジカルおよび各炭化水素ジラジカルは、芳香族または非芳香族、飽和または不飽和、直鎖または分岐鎖、環式(3個以上の炭素原子からなる、単環式および多環式、縮合および非縮合の、二環式を含む多環式)または非環式であり、非置換であるか、または1つ以上のRによって置換されている。
本開示において、(C~C40)ヒドロカルビルは、非置換もしくは置換の(C~C40)アルキル、(C~C40)シクロアルキル、(C~C20)シクロアルキル-(C~C20)アルキレン、(C~C40)アリール、または(C~C20)アリール-(C~C20)アルキレンであり得る。さらなる実施形態において、上記の(C~C40)ヒドロカルビル基の各々は、最大20個の炭素原子(すなわち、(C~C20)ヒドロカルビル)を有し、他の実施形態において、最大12個の炭素原子を有する。
「(C~C40)アルキル」および「(C~C18)アルキル」という用語は、それぞれ、1~40個の炭素原子または1~18個の炭素原子の飽和直鎖または分岐炭化水素基を意味し、ラジカルは、非置換であるか、または1つ以上のRによって置換されている。非置換(C1~40)アルキルの例は、非置換(C~C20)アルキル、非置換(C~C10)アルキル、非置換(C~C)アルキル、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル、1-ブチル、2-ブチル、2-メチルプロピル、1,1-ジメチルエチル、1-ペンチル、1-ヘキシル、1-ヘプチル、1-ノニル、および1-デシルである。置換(C~C40)アルキルの例は、置換(C~C20)アルキル、置換(C~C10)アルキル、トリフルオロメチル、および[C45]アルキルである。「[C45]アルキル」(角括弧付き)という用語は、置換基を含むラジカル中に最大45個の炭素原子が存在することを意味し、例えば、それぞれ、(C~C)アルキルである1つのRによって置換された(C27~C40)アルキルである。各(C~C)アルキルは、メチル、トリフルオロメチル、エチル、1-プロピル、1-メチルエチル、または1,1-ジメチルエチルであることができる。
「(C~C40)アリール」という用語は、6~40個の炭素原子の非置換または置換の(1つ以上のRによる)単環式、二環式、または三環式の芳香族炭化水素ラジカルを意味し、そのうちの少なくとも6~14個の炭素原子は芳香環炭素原子であり、単環式、二環式または三環式ラジカルは、それぞれ1つ、2つまたは3つの環を含み、1つの環は芳香族であり、2つまたは3つの環は、独立して縮合または非縮合であり、2つまたは3つの環の少なくとも1つは芳香族である。非置換(C~C40)アリールの例は、非置換(C~C20)アリール、非置換(C~C18)アリール、2-(C~C)アルキル-フェニル、2,4-ビス(C~C)アルキル-フェニル、フェニル、フルオレニル、テトラヒドロフルオレニル、インダセニル、ヘキサヒドロインダセニル、インデニル、ジヒドロインデニル、ナフチル、テトラヒドロナフチル、およびフェナントレンである。置換(C~C40)アリールの例は、置換(C~C20)アリール、置換(C~C18)アリール、2,4-ビス[(C20)アルキル]-フェニル、ポリフルオロフェニル、ペンタフルオロフェニル、およびフルオレン-9-オン-1-イルである。
「(C~C40)シクロアルキル」という用語は、非置換であるかまたは1つ以上のRで置換されている、3~40個の炭素原子の飽和環式炭化水素ラジカルを意味する。他のシクロアルキル基(例えば(C~C)シクロアルキル)は、x~y個の炭素原子を有し、非置換であるか、または1つ以上のRで置換されているかのいずれかであると同様な様式で定義される。非置換(C~C40)シクロアルキルの例は、非置換(C~C20)シクロアルキル、非置換(C~C10)シクロアルキル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、およびシクロデシルである。置換(C~C40)シクロアルキルの例は、置換(C~C20)シクロアルキル、置換(C~C10)シクロアルキル、シクロペンタノン-2-イル、および1-フルオロシクロヘキシルである。
(C~C40)ヒドロカルビレンの例としては、非置換または置換の(C~C40)アリーレン、(C~C40)シクロアルキレン、および(C~C40)アルキレン(例えば(C~C20)アルキレン)が挙げられる。いくつかの実施形態において、ジラジカルは、同じ炭素原子上にあるか(例えば、-CH-)であるか、または隣接する炭素原子上にあるか(すなわち、1,2-ジラジカル)、または1個、2個、または2個より多くの介在する炭素原子によって離間されている(例えば、それぞれ、1,3-ジラジカル、1,4-ジラジカル等)。一部のジラジカルには、α,ω-ジラジカルが含まれる。α,ω-ジラジカルは、ラジカル炭素間に最大の炭素骨格間隔を有するジラジカルである。(C~C20)アルキレンα,ω-ジラジカルのいくつかの例としては、エタン-1,2-ジイル(すなわち、-CHCH)、プロパン-1,3-ジイル(すなわち、-CHCHCH-)、2-メチルプロパン-1,3-ジイル(すなわち、-CHCH(CH)CH-)が挙げられる。(C~C40)アリーレンα,ω-ジラジカルのいくつかの例としては、フェニル-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、またはナフタレン-3,7-ジイルが挙げられる。
「(C~C40)アルキレン」という用語は、非置換または1つ以上のRで置換された炭素数1~40の飽和直鎖または分岐鎖のジラジカル(即ち、ラジカルが環原子ではない)を意味する。非置換(C~C40)アルキレンの例は、非置換-CHCH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-(CH-、-CHHCH、および-(CH(H)(CH)を含む非置換(C~C20)アルキレンであり、「C」は、第二級または第三級アルキルラジカルを形成するために水素原子が除去される炭素原子を表示する。置換(C~C40)アルキレンの例は、置換(C~C20)アルキレン、-CF-、-C(O)-、および-(CH14C(CH(CH-(即ち、6,6-ジメチル置換ノルマル-1,20-エイコシレン)である。上記のように、2つのRは一緒になって、(C~C18)アルキレンを形成することができ、置換(C~C40)アルキレンの例としては、1,2-ビス(メチレン)シクロペンタン、1,2-ビス(メチレン)シクロヘキサン、2,3-ビス(メチレン)-7,7-ジメチル-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、および2,3-ビス(メチレン)ビシクロ[2.2.2]オクタンが挙げられる。
「(C~C40)シクロアルキレン」という用語は、非置換であるか、または1つ以上のRで置換されている、3~40個の炭素原子の環式ジラジカル(即ち、ラジカルが環原子上にある)を意味する。
「ヘテロ原子」という用語は、水素または炭素以外の原子を指す。1個または2個以上のヘテロ原子を含有する基の例としては、O、S、S(O)、S(O)、Si(R、P(R)、N(R)、-N=C(R、-Ge(R-、または-Si(R)-が挙げられ、各Rおよび各Rは、非置換(C~C18)ヒドロカルビルまたは-Hであり、各Rは非置換(C~C18)ヒドロカルビルである。「ヘテロ炭化水素」という用語は、1個以上の炭素原子がヘテロ原子で置換されている分子または分子骨格を指す。「(C~C40)ヘテロヒドロカルビル」という用語は、1~40個の炭素原子のヘテロ炭化水素ラジカルを意味し、「(C~C40)ヘテロヒドロカルビレン」という用語は、1~40個の炭素原子のヘテロ炭化水素ジラジカルを意味し、各ヘテロ炭化水素が1つ以上のヘテロ原子を有する。ヘテロヒドロカルビルのラジカルは、炭素原子またはヘテロ原子上に存在し、ヘテロヒドロカルビルのジラジカルは、(1)1つまたは2つの炭素原子、(2)1つまたは2つのヘテロ原子、または(3)炭素原子とヘテロ原子上に存在し得る。(C~C40)ヘテロヒドロカルビルおよび(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンは各々、非置換または(1つ以上のRによって)置換、芳香族または非芳香族、飽和または不飽和、直鎖または分岐鎖、環式(単環式および多環式、縮合および非縮合多環式を含む)または非環式であってもよい。
(C~C40)ヘテロヒドロカルビルは、非置換であってもよく、または置換されてもよい。(C~C40)ヘテロヒドロカルビルの非限定的な例としては、(C~C40)ヘテロアルキル、(C~C40)ヒドロカルビル-O-、(C~C40)ヒドロカルビル-S-、(C~C40)ヒドロカルビル-S(O)-、(C~C40)ヒドロカルビル-S(O)-、(C~C40)ヒドロカルビル-Si(R-、(C~C40)ヒドロカルビル-N(R)-、(C~C40)ヒドロカルビル-P(R)-、(C~C40)ヘテロシクロアルキル、(C~C19)ヘテロシクロアルキル-(C~C20)アルキレン、(C~C20)シクロアルキル-(C~C19)ヘテロアルキレン、(C~C19)ヘテロシクロアルキル-(C~C20)ヘテロアルキレン、(C~C50)ヘテロアリール、(C~C19)ヘテロアリール-(C~C20)アルキレン、(C~C20)アリール-(C~C19)ヘテロアルキレン、または(C~C19)ヘテロアリール-(C~C20)ヘテロアルキレンが挙げられる。
「(C~C40)ヘテロアリール」という用語は、4~40個の総炭素原子および1~10個のヘテロ原子の非置換または置換(1つ以上のRによる)単環式、二環式、または三環式のヘテロ芳香族炭化水素ラジカルを意味し、単環式、二環式、または三環式ラジカルは、それぞれ1つ、2つまたは3つの環を含み、2つまたは3つの環は、独立して縮合または非縮合であり、2つまたは3つの環のうちの少なくとも1つはヘテロ芳香族である。他のヘテロアリール基(例えば、(C~C)ヘテロアリール、概して(C~C12)ヘテロアリール)は、x~y個の炭素原子(1~12個の炭素原子等)を有し、非置換であるか、または1つもしくは2つ以上のRによって置換されているものと類似した様式で定義される。単環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、5員環または6員環である。5員環は、5マイナスh個の炭素原子を有し、ここで、hは、ヘテロ原子の数であり、1、2、または3であり得、各ヘテロ原子は、O、S、N、またはPであり得る。5員環ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例としては、ピロール-1-イル、ピロール-2-イル、フラン-3-イル、チオフェン-2-イル、ピラゾール-1-イル、イソキサゾール-2-イル、イソチアゾール-5-イル、イミダゾール-2-イル、オキサゾール-4-イル、チアゾール-2-イル、1,2,4-トリアゾール-1-イル、1,3,4-オキサジアゾール-2-イル、1,3,4-チアジアゾール-2-イル、テトラゾール-1-イル、テトラゾール-2-イル、およびテトラゾール-5-イルが挙げられる。6員環は、6マイナスh個の炭素原子を有し、ここで、hは、ヘテロ原子の数であり、1または2であり得、ヘテロ原子は、NまたはPであり得る。6員環ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例としては、ピリジン2-イル、ピリミジン-2-イル、およびピラジン-2-イルが挙げられる。二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、縮合5,6-または6,6-環系であり得る。縮合5,6-環系二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例としては、インドール-1-イル、およびベンズイミダゾール-1-イルが挙げられる。縮合6,6-環系二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例としては、キノリン-2-イル、およびイソキノリン-1-イルが挙げられる。三環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは縮合5,6,5-、5,6,6-、6,5,6-、または6,6,6-環系であり得る。縮合5,6,5-環系の例としては、1,7-ジヒドロピロロ[3,2-f]インドール-1-イルが挙げられる。縮合5,6,6-環系の例としては、1H-ベンゾ[f]インドール-1-イルが挙げられる。縮合6,5,6-環系の例は、9H-カルバゾール-9-イルである。縮合6,6,6-環系の例としては、アクリジン-9-イルである。
前述のヘテロアルキルは、(C~C40)の炭素原子またはそれより少ない炭素原子および1つ以上のヘテロ原子を含有する飽和直鎖または分岐鎖ラジカルであってもよい。同様に、ヘテロアルキレンは、1~50個の炭素原子および1個以上のヘテロ原子を含む飽和直鎖または分岐鎖ジラジカルであってもよい。上に定義されるようなヘテロ原子は、Si(R、Ge(R、Si(R、Ge(R、P(R、P(R)、N(R、N(R)、N、O、OR、S、SR、S(O)、およびS(O)を含んでもよく、ヘテロアルキル基およびヘテロアルキレン基の各々は、非置換であるか、または1つ以上のRによって置換されている。
非置換(C~C40)ヘテロシクロアルキルの例としては、非置換(C~C20)ヘテロシクロアルキル、非置換(C~C10)ヘテロシクロアルキル、アジリジン-1-イル、オキセタン-2-イル、テトラヒドロフラン-3-イル、ピロリジン-1-イル、テトラヒドロチオフェン-S,S-ジオキシド-2-イル、モルホリン-4-イル、1,4-ジオキサン-2-イル、ヘキサヒドロアゼピン-4-イル、3-オキサ-シクロオクチル、5-チオ-シクロノニル、および2-アザ-シクロデシルが挙げられる。
「ハロゲン原子」または「ハロゲン」という用語は、フッ素原子(F)、塩素原子(Cl)、臭素原子(Br)、またはヨウ素原子(I)のラジカルを意味する。「ハロゲン化物」という用語は、フッ化物(F)、塩化物(Cl)、臭化物(Br)、またはヨウ化物(I)のハロゲン原子のアニオン形態を意味する。
「飽和」という用語は、炭素-炭素二重結合、炭素-炭素三重結合、ならびに(ヘテロ原子含有基において)炭素-窒素、炭素-リン、および炭素-ケイ素二重結合を欠くことを意味する。飽和化学基が1つ以上の置換基Rで置換されている場合、1つ以上の二重および/または三重結合は、任意選択で、置換基R中に存在してもしなくてもよい。「不飽和」という用語は、1つ以上の炭素-炭素二重結合、炭素-炭素三重結合、ならびに(ヘテロ原子含有基において)炭素-窒素、炭素-リン、および炭素-ケイ素二重結合を含有すること、存在する場合、置換基R中に存在し得るか、または存在する場合、(ヘテロ)芳香族環中に存在し得る任意のそのような二重結合を含まないことを意味する。
いくつかの実施形態において、式(I)の金属-配位子錯体を含む触媒系は、オレフィン重合反応の金属系触媒を活性化するための当該技術分野において既知の任意の技術によって触媒的に活性にされ得る。例えば、式(I)の金属-配位子錯体を含むものは、錯体を活性化共触媒と接触させるか、または錯体を活性化共触媒と組み合わせることによって、触媒的に活性にされ得る。本明細書に使用するのに好適な活性化共触媒として、アルキルアルミニウム、ポリマーまたはオリゴマーアルモキサン(アルミノキサンとしても知られる)、中性ルイス酸、および非ポリマー性、非配位性のイオン形成化合物が挙げられる(酸化条件下でのそのような化合物の使用を含む)。好適な活性化技術は、バルク電気分解である。前述の活性化共触媒および技術のうちの1つ以上の組み合わせもまた企図される。「アルキルアルミニウム」という用語は、モノアルキルアルミニウムジヒドリドもしくはモノアルキルアルミニウムジハライド、ジアルキルアルミニウムヒドリドもしくはジアルキルアルミニウムハライド、またはトリアルキルアルミニウムを意味する。ポリマーアルモキサンまたはオリゴマーアルモキサンの例としては、メチルアルモキサン、トリイソブチルアルミニウム修飾メチルアルモキサン、およびイソブチルアルモキサンが挙げられる。
ルイス酸活性化剤(共触媒)は、本明細書に記載されるように、1~3個の(C~C20)ヒドロカルビル置換基を含有する第13族金属化合物を含む。一実施形態において、第13族金属化合物は、トリ((C~C20)ヒドロカルビル)置換アルミニウムまたはトリ((C~C20)ヒドロカルビル)-ホウ素化合物である。他の実施形態において、第13族金属化合物は、トリ(ヒドロカルビル)置換アルミニウム、トリ(ヒドロカルビル)-ホウ素化合物、トリ((C~C10)アルキル)アルミニウム、トリ((C~C18)アリール)ホウ素化合物、およびそのハロゲン化(過ハロゲン化を含む)誘導体である。さらなる実施形態では、第13族金属化合物は、トリス(フルオロ置換フェニル)ボラン、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランである。いくつかの実施形態において、活性化共触媒は、テトラキス((C~C20)ヒドロカルビルボレート(例えば、トリチルテトラフルオロボレート)またはトリ((C~C20)ヒドロカルビル)アンモニウムテトラ((C~C20)ヒドロカルビル)ボラン(例えば、ビス(オクタデシル)メチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラン)である。本明細書で使用されるとき、「アンモニウム」という用語は、((C~C20)ヒドロカルビル)、((C~C20)ヒドロカルビル)N(H)、((C~C20)ヒドロカルビル)N(H) 、(C~C20)ヒドロカルビルN(H) 、またはN(H) である窒素カチオンを意味し、各(C~C20)ヒドロカルビルは、2つ以上存在するときは、同じでも異なっていてもよい。
中性ルイス酸活性化剤(共触媒)の組み合わせとしては、トリ((C~C)アルキル)アルミニウムとハロゲン化トリ((C~C18)アリール)ホウ素化合物、とりわけ、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランとの組み合わせを含む混合物が挙げられる。他の実施形態は、そのような中性ルイス酸混合物とポリマーまたはオリゴマーアルモキサンとの組み合わせ、および単一の中性ルイス酸、特にトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランとポリマーまたはオリゴマーアルモキサンとの組み合わせである。(金属-配位子錯体):(トリス(ペンタフルオロ-フェニルボラン):(アルモキサン)[例えば(第4族金属-配位子錯体):(トリス(ペンタフルオロ-フェニルボラン):(アルモキサン)]のモルの数の比が、1:1:1~1:10:30であり、他の実施形態において、1:1:1.5~1:5:10である。
1つ以上の共触媒、例えば、カチオン形成共触媒、強ルイス酸、またはそれらの組み合わせを組み合わせることによって、式(I)の金属-配位子錯体を含む触媒系を活性化して、活性触媒組成物を形成することができる。好適な活性化共触媒としては、ポリマーまたはオリゴマーのアルミノキサン、特にメチルアルミノキサン、および不活性、相溶性の非配位イオン形成化合物が挙げられる。例示的な好適な共触媒としては、変性メチルアルミノキサン(MMAO)、ビス(水素化タローアルキル)メチル、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(1)アミン、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
いくつかの実施形態において、前述の活性化共触媒のうちの1つ以上は、互いに組み合わせて使用される。特に好ましい組み合わせは、トリ((C~C)ヒドロカルビル)アルミニウム、トリ((C~C)ヒドロカルビル)ボラン、またはホウ酸アンモニウムとオリゴマーもしくはポリマーアルモキサン化合物との混合物である。式(I)の1つ以上の金属-配位子錯体の総モル数と1つ以上の活性化共触媒の総モル数との比は、1:10,000~100:1である。いくつかの実施形態では、この比は、少なくとも1:5000であり、他のいくつかの実施形態では少なくとも1:1000、および10:1以下であり、さらにいくつかの他の実施形態では、1:1以下である。アルモキサン単独が活性化共触媒として使用される場合、用いられるアルモキサンのモル数は、式(I)の金属-配位子錯体のモル数の少なくとも100倍であることが好ましい。トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランが、単独で活性化共触媒として使用される場合、他のいくつかの実施形態において、式(I)の1つ以上の金属-配位子錯体の総モル数に対して用いられるトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランのモル数は、0.5:1~10:1、1:1~6:1、または1:1~5:1である。残りの活性化共触媒は一般に、式(I)の1つ以上の金属-配位子錯体の総モル量におおよそ等しいモル量で用いられる。
反応性比は、重合プロセスで重合触媒を用いたエチレンとC~C12α-オレフィンとの間の重合率(すなわち、選択性)の差によって決定される。重合触媒の立体相互作用は、C~C12α-オレフィン等のαオレフィンよりも選択的にエチレンの重合をもたらす(すなわち、触媒は、αオレフィンの存在下でエチレンを優先的に重合する)と考えられる。再び理論に拘束されることなく、そのような立体相互作用は、触媒、例えば、式(I)の金属-配位子錯体を用いてまたはそれから調製される均一触媒に、触媒がα-オレフィンにそうすることを可能にするよりも、エチレンがMに実質的により容易に接近することを可能にする高次構造を取らせるか、またはより容易に反応性高次構造を取らせるか、またはその両方であると考えられる。
挿入された最後のモノマーの属性が後続のモノマーの挿入速度を決定付けるランダムコポリマーには、末端共重合モデルが用いられる。このモデルでは、以下のタイプの挿入反応:
ここで、Cは触媒を表し、Mはモノマーiを表し、kijは以下の速度式を有する速度定数である。
反応媒体中のコモノマーのモル分率(i=2)は、次の等式によって定義される。
George Odian,Principles of Polymerization,Second Edition,John Wiley and Sons,1970に開示されているように、コモノマー組成の簡単な等式を次のように導出すことができる。
この等式から、ポリマー中のコモノマーのモル分率は、反応媒体中のコモノマーのモル分率、および挿入速度定数に関して次のように定義される2つの温度依存性反応性比にのみ依存する。
このモデルでも、ポリマー組成は、温度依存性反応性比および反応器内のコモノマーモル分率のみの関数である。逆になったコモノマーまたはモノマーの挿入が発生し得る場合、または2つを超えるモノマーの共重合の場合にも同じことが言える。
前述のモデルで使用するための反応性比は、周知の理論手法を使用して予測するか、または実際の重合データから経験的に導出され得る。好適な理論手法は、例えば、B.G.Kyle,Chemical and Process Thermodynamics,Third Addition,Prentice-Hall,1999 and in Redlich-Kwong-Soave(RKS)Equation of State,Chemical Engineering Science,1972,pp1197-1203に開示されている。市販のソフトウェアプログラムを使用して、経験的に導出されたデータからの反応性比の導出を支援してもよい。そのようなソフトウェアの一例は、Aspen Technology,Inc.,Ten Canal Park,Cambridge,MA 02141-2201 USAからのAspen Plusである。
試験方法
メルトインデックス(I)および(I10
マルチモーダルエチレン系ポリマーのメルトインデックス(I)値は、ASTM D1238に従って、190℃、2.16kgで測定することができる。同様に、マルチモーダルエチレン系ポリマーのメルトインデックス(I10)値は、ASTM D1238に従って、190℃、10kgで測定することができる。値を、10分あたりに溶出したグラムに対応する、g/10分で報告する。第1のエチレン系成分(MI)、第2のエチレン系成分(MI)、および第3のエチレン系成分(MI)のメルトインデックス(I)値は、等式30および下記の方法論に従って計算することができる。
密度
マルチモーダルエチレン系ポリマーの密度測定は、ASTM D792、方法Bに従って行うことができる。第1および第2のエチレン系成分の場合、密度値は、等式28および下記の方法論を使用して得ることができる。第3のエチレン系成分の場合、密度値は等式29を使用して計算することができる。
従来のゲル浸透クロマトグラフィー(従来型GPC)
クロマトグラフィーシステムは、内蔵型IR5赤外線検出器(IR5)を備えたPolymerChar GPC-IR(Valencia、Spain)高温GPCクロマトグラフからなっていた。オートサンプラーのオーブンコンパートメントを160℃に設定し、カラムコンパートメントを150℃に設定した。使用したカラムは、4つのAgilent「Mixed A」30cm、20ミクロンの線状混合床であった。使用したクロマトグラフィー溶媒は、1,2,4-トリクロロベンゼンであり、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有していた。溶媒源は、窒素注入された。使用した注入体積は200マイクロリットルであり、流量は1.0ミリリットル/分であった。
GPCカラムセットの較正は、580~8,400,000g/molの範囲の分子量を有する少なくとも20個の狭い分子量分布のポリスチレン標準を用いて行い、個々の分子量の間に少なくとも10の間隔を空けて、6つの「カクテル」混合物中に該標準を配置した。標準は、Agilent Technologiesから購入した。ポリスチレン標準は、1,000,000g/mol以上の分子量について50ミリリットルの溶媒中0.025グラム、および1,000,000g/mol未満の分子量について50ミリリットルの溶媒中0.05グラムで調製された。ポリスチレン標準を、80℃で30分間、静かに撹拌しながら溶解した。ポリスチレン標準のピーク分子量は、等式6を用いてエチレン系ポリマー分子量に変換した(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載の通り):
ポリエチレン=A×(Mポリスチレン (等式6)
式中、Mは分子量であり、Aは0.4315の値を有し、Bは1.0に等しい。
第5次多項式を用いて、それぞれのエチレン系ポリマー等価較正点に適合させた。NIST標準NBS1475が52,000g/molで得られるように、カラム分解能およびバンド広がり効果を補正するために、Aに対するわずかな調整(約0.39から0.44)を行った。
GPCカラムセットの合計プレートカウントは、エイコサン(50ミリリットルのTCB中0.04gで調製され、穏やかに撹拌しながら20分間溶解した)を用いて行った。プレートカウント(等式7)および対称性(等式8)を、以下の等式に従って200マイクロリットル注入で測定した:
式中、RVはミリリットルでの保持体積であり、ピーク幅はミリリットルであり、ピーク最大値はピークの最大高さであり、半分の高さはピーク最大値の1/2の高さである。
式中、RVはミリリットルでの保持体積であり、ピーク幅はミリリットルであり、ピーク最大値はピークの最大位置であり、1/10の高さはピーク最大値の1/10の高さであり、後方ピークはピーク最大値より後の保持体積でのピークテールを指し、前方ピークはピーク最大値よりも早い保持体積でのピーク前部を表す。クロマトグラフィーシステムのプレートカウントは22,000超であるべきであり、対称性は0.98~1.22であるべきである。
試料はPolymerChar「Instrument Control」ソフトウェアを用いて半自動で調製された:2mg/mlを試料の標的重量とし、PolymerChar高温オートサンプラーを介して、予め窒素をスパージしたセプタキャップ付バイアルに溶媒(200ppmのBHTを含有)を添加した。試料を、「低速」振盪しながら160℃で3時間溶解した。
n(GPC)、Mw(GPC)、およびMz(GPC)の計算は、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェア、等間隔の各データ収集点i(IR)でベースラインを差し引いたIRクロマトグラム、および等式6からの点iの狭い標準較正曲線から得られたエチレン系ポリマー当量分子量(g/molで示されるMポリエチレン、i)を使用して、等式9~12に従ってPolymerChar GPC-IRクロマトグラフの内蔵型IR5検出器(測定チャネル)を使用したGPCの結果に基づいていた。続いて、エチレン系ポリマー試料のGPC分子量分布(GPC-MWD)プロット(wtGPC(lgMW)対lgMWプロット、wtGPC(lgMW)は分子量lgMWのエチレン系ポリマー分子の重量分率)を得ることができる。分子量はg/molであり、wtGPC(lgMW)は等式9に従う。
数平均分子量Mn(GPC)、重量平均分子量Mw(GPC)およびz平均分子量Mz(GPC)は、次の等式のように計算することができる。
経時的な偏差を監視するために、PolymerChar GPC-IRシステムで制御されたマイクロポンプを介して各試料に流量マーカー(デカン)を導入した。この流量マーカー(FM)は、試料(RV(FM試料))内のそれぞれのデカンピークのRVを、狭い標準較正(RV(FM較正済み))内のデカンピークのRVと一致させることによって、各試料のポンプ流量(流量(公称))を直線的に補正するために使用した。その後、デカンマーカーピークの時間におけるあらゆる変化は、実験全体における流量(流量(有効))の線形シフトに関連すると仮定した。流量マーカーピークのRV測定の最高精度を促進するために、最小二乗フィッティングルーチンを使用して、流量マーカー濃度クロマトグラムのピークを二次方程式に適合させる。次に、二次方程式の一次導関数を使用して、真のピーク位置を求める。流量マーカーピークに基づいてシステムを較正した後、(狭い標準較正に関して)有効流量を等式13のように計算する。流量マーカーピークの処理は、PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアにより行われた。許容可能な流量補正は、有効流量が公称流量の0.5%以内であるようになされる。
流量有効=流量公称×(RV(FM較正済み)/RV(FM試料)) (等式13)
IR5 GPCコモノマー含有量(GPC-CC)プロット
IR5検出器の比演算の較正は、ホモポリマー(0SCB/総炭素数1000個)から約50SCB/総炭素数1000個(総炭素数は、主鎖中の炭素+分岐中の炭素に等しい)の範囲の既知の短鎖分岐(SCB)頻度(参照物質のコモノマー含有量は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,292,845号(Kawasaki,et al.)およびJ.C.RandallによるRev.Macromol.Chem.Phys.,C29,201-317に記載される技術に従って、13C NMR分析を用いて決定される)の少なくとも10個のエチレン系ポリマー標準(エチレン系ホモポリマーおよびエチレン/オクテンコポリマー)を使用して行った。各標準は、GPCによって測定された、36,000g/モル~126,000g/モルの重量平均分子量を有し、2.0~2.5の分子量分布を有していた。典型的なコポリマー標準の特性と測定値を表Aに示す。
「IR5メチルチャネルセンサーのベースラインを差し引いた面積応答」対「IR5測定チャネルセンサーのベースラインを差し引いた面積応答」の「IR5面積比(または「IR5メチルチャネル面積/IR5測定チャネル面積」)」(PolymerCharによって供給される標準フィルターおよびフィルターホイール:Part Number IR5_FWM01はGPC-IR機器の一部として含まれる)を、「コポリマー」標準の各々について計算した。コモノマー重量%対「IR5面積比」の線形回帰は、以下の等式14の形態で構築した:
コモノマー重量%=A+[A(IR5メチルチャネル面積/IR5測定チャネル面積)](等式14)
したがって、GPC-CC(GPC-コモノマー含有量)プロット(コモノマー重量%対lgMW)を得ることができる。各クロマトグラフスライスで決定された分子量によりコモノマー終端(メチル)と有意なスペクトルの重複がある場合、コモノマー重量%データの末端基補正は、終端メカニズムの知識を用いて行うことができる。
結晶化溶出分別(CEF)
一般に短鎖分岐分布(SCBD)とも称されるコモノマー分布分析は、IR(IR-4またはIR-5)検出器(PolymerChar、Spain)および2角度光散乱検出器2040型(Precision Detectors、現在はAgilent Technologies)を備えた結晶化溶出分別(CEF)(PolymerChar、Spain)(Monrabalら、Macromol.Symp.257、71-79(2007)、参照により本明細書に組み込まれる)を用いて測定する。600ppmの酸化防止剤であるブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含む蒸留した無水オルト-ジクロロベンゼン(ODCB)を溶媒として使用した。Nパージ機能を備えたオートサンプラーの場合、BHTは追加されなかった。検出器オーブンのIR検出器の直前に、GPCガードカラム(20ミクロン、または10ミクロン、50X7.5mm)(Agilent Technologies)を取り付ける。試料調製は、オートサンプラーを用いて、4mg/mlで振盪しながら160℃で2時間行う(別段の記載のない限り)。注入体積は、300μLである。CEFの温度プロファイルは、110℃~30℃まで3℃/分での結晶化、30℃で5分間の熱平衡、30℃~140℃まで3℃/分での溶出である。結晶化中の流量は、0.052ml/分である。溶出中の流量は、0.50ml/分である。データは、1データポイント/秒で収集する。
CEFカラムには、Dow Chemical Companyによって、1/8インチのステンレス管を用いて125μm±6%のガラスビーズ(MO-SCI Specialty Products)が充填されている。The Dow Chemical Companyからの要望に従って、ガラスビーズをMO-SCI Specialtyにより酸洗浄する。カラム容量は、2.06mlである。カラム温度の較正は、ODCB中のNIST標準参照物質、線状エチレン系ポリマー1475a(1.0mg/ml)とエイコサン(2mg/ml)との混合物を用いて行った。NIST線状エチレン系ポリマー1475aが、101.0℃にピーク温度を有し、エイコサンが、30.0℃のピーク温度を有するように溶出加熱速度を調節することによって温度を較正した。CEFカラム分解能を、NIST線状エチレン系ポリマー1475a(1.0mg/ml)とヘキサコンタン(Fluka、プルム(purum)≧97.0%、lmg/ml)との混合物を用いて計算した。ヘキサコンタンとNISTエチレン系ポリマー1475aのベースライン分離が達成された。67.0~110.0℃のNIST1475aの面積に対するヘキサコンタンの面積(35.0~67.0℃)は50対50であり、35.0℃未満の可溶分率の量は、1.8重量%未満である。CEFカラム分解能を、等式15に定義する:
式中、半分の高さでの幅は温度で測定され、分解能は少なくとも6.0である。
CEF機器はAgilent(Santa Clara,CA)モデル2040 2角度光散乱検出器を備えており、既知の分子量(約120,000g/mol)の既知のホモポリマーエチレン系ポリマー標準を用いて、90度信号チャネルを使用して光散乱を較正した。IR(赤外線)検出器も質量応答用に較正した。各溶出点での分子量(Mw(CEF))は、適切な信号対ノイズの領域における溶出温度の関数として計算した。面積の計算(それぞれのIR面積で除され、それぞれの検出器定数で因数分解された90度光散乱信号の総面積を表す)を使用して、溶出温度の領域にわたる重量平均分子量を評価し、CEF-MWプロット(Mw(CEF)対温度曲線)を得た。面積の計算には、連続的な計算より優れた信号対ノイズの固有の利点がある。通常のクロマトグラフィーの積分法に従って、IRおよびLS(光散乱)信号の両方をベースライン信号レベルから差し引いた。
「臨界温度(T臨界)」の計算、ポリマーの重量分率、および臨界温度(20℃~T臨界のCEF画分のMw(CEF))以下の温度範囲での重量平均分子量を以下のように得た。
0.2℃ずつ段階的に温度を上昇させながら、20.0℃~119.9℃の各温度(T)で重量分率(wtCEF(T))を使用してCEF-SCBD(CEF-短鎖分岐分布)プロットを得て、
臨界温度は、以下の式に従って樹脂の密度(g/cc)によって定義される:
臨界(℃)=1108.1(℃・cc/g)×密度(g/cc)-952.1(℃) (等式17)
20℃~T臨界のCEF重量分率は、CEF-SCBDから以下のように計算される。
同様に、20℃~臨界温度以下の画分の重量平均分子量(20℃~T臨界のCEF画分のMw(CEF))は、90度光散乱応答の合計を20℃~T臨界のIR検出器応答の合計で除し、較正された検出器定数について因数分解した面積比として計算した。分子量の計算と較正は、GPCOne(登録商標)ソフトウェアで行った。
二変数データの数値デコンボリューション
二変数データの数値デコンボリューションを使用して、第1のエチレン系成分、第2のエチレン系成分、第3のエチレン系成分の密度、分子量、およびメルトインデックス(I)を得る。Microsoft Excel(登録商標)Solver(2013)を使用して、CEF-SCBD(CEFからのwtCEF(T)対温度(T)プロット)とGPC-MWD(従来のGPCからのwtGPC(lgMW))対lgMWプロット)を合わせたデータの数値デコンボリューションを行った。CEF-SCBDの場合、適切な反復速度と温度分解能とのバランスをとるために、計算された重量分率(wtsum,CEF(T))対CEFの項に記載された方法を使用して得られた温度(T)(約23~120℃の範囲で)のデータを、約200個の均等に間隔を空けたデータポイントに抑制した。単一または一連の(各成分につき最大3つのピーク)指数関数的に修正されたガウス分布(等式19)を合計して各成分を表し(wtC、CEF(T))、成分を合計して、等式20A~Dに示すように任意の温度(T)での総重量を得た(wtsum,CEF(T))。
式中、Cは成分(C=1,2,または3)を意味し、Pはピーク(P=1、2、または3)を意味し、a0,C,Pは、C番目の成分のP番目のピークの℃でのクロマトグラフの面積であり、a1,C,Pは、C番目の成分のP番目のピークの℃でのピーク中心であり、a2,C,Pは、C番目の成分のP番目のピークの℃でのピーク幅であり、a3,C,Pは、C番目の成分のP番目のピークの℃でのピークテーリングであり、Tは、℃での溶出温度である。成分のCEF-SCBDを表すために単一の指数関数的に修正されたガウス分布が用いられる場合、yT,C,2=yT,C,3=0である。成分のCEF-SCBDを表すために2つの指数関数的に修正されたガウス分布が用いられる場合、yT,C,3=0のみである。
CEF-SCBDデコンボリューションから各成分の重量分率(wfC,CEF)は、
によってあらわすことができ、式中、wfC1、CEFはCEF-SCBDデコンボリューションから得られた第1のエチレン系成分の重量分率であり、wfC2,CEFはCEF-SCBDデコンボリューションから得られた第2のエチレン系成分の重量分率であり、wfC3,CEFはCEF-SCBDデコンボリューションから得られた第3のエチレン系成分の重量分率であり、分率の合計は1.00に正規化される。
GPC-MWDの場合、従来のGPCの説明の項で取得したMWDを、2.00~7.00に0.01lg(MW/(g/mol))の増分で同じスプレッドシートにインポートした(合計501データポイント)。Mw、標的の重量平均分子量および2.0の多分散性(M/M)のFlory-Schulz分布を以下の式に示す。
lg(Mi+1/(g/mol))-lg(M/(g/mol))=0.01 (等式24)
式中、wtF-S,iはlg(M/(g/mol))(Mはg/mol)での分子の重量分率であり、iは0~500の範囲の整数であり、GPC-MWDプロット上の各データポイントを表し、対応するlg(M/(g/mol))は2+0.01×iである。
その後、各lg(M/(g/mol))における系列正規分布の合計を用いてFlory-Schulz分布を拡大する。ピーク値がlg(M/(g/mol))の正規分布の重量分率は、元のFlory-Schulz分布と同じに保たれる。拡大されたFlory-Schulz分布曲線は、以下の等式で表すことができる。
式中、wtGPC(lg(M/(g/mol)))はlg(M/(g/mol))における分子の重量分率であり、jは0~500の範囲の整数であり、σは正規分布の標準偏差である。したがって、3つの成分全ての分子量分布曲線は、以下の等式のように表すことができる。数平均分子量(Mn(GPC))、重量平均分子量(Mw(GPC))、およびMWD((Mw(GPC)/Mn(GPC))は、拡大されたFlory-Schulz分布から計算することができる。
式中、σは正規分布幅パラメータであり、添え字C1、C2およびC3は、それぞれ第1、第2、および第3のエチレン系成分を表す。wfC1,GPC、wfC2,GPCおよびwfC3,GPCは、それぞれGPC-MWDからの第1、第2、および第3のエチレン系成分の重量分率である。
CEF-SCBDおよびGPC-MWDからの対になった成分の各々(第1のエチレン系成分(C1)、第2のエチレン系成分(C2)、および第3のエチレン系成分(C3))は、等式27A~Eに示されるように、それらのそれぞれの技術の等価質量と見なされる。
wfC1,CEF+wfC2,CEF+wfC3,CEF=1.00 (等式27A)
wfC1,GPC+wfC2,GPC+wfC3,GPC=1.00 (等式27B)
wfC1,CEF=wfC1,GPC (等式27C)
wfC2,CEF=wfC2,GPC (等式27D)
wfC2,CEF=wfC2,GPC (等式27E)
触媒効率および反応器の物質収支を含むプロセスおよび触媒データは、各成分の相対的な重量生産の初期推定値に活用することができる。あるいは、各成分の重量分率の初期推定値は、マルチモーダルエチレン系ポリマーのCEF-SCBDまたはGPC-MWDプロットの部分領域を統合することにより比較することができ、特に、定義されたピークまたはピーク変曲点のある可視領域に注目されたい。例えば、CEF-SCBD曲線の各成分のピーク面積は、十分に分離されている場合には、ピーク間の垂直線を下げることにより推定され得る。分子量の順序と分子量の初期推定値との関連付けは、CEF-SCBDおよびCEF-MWプロットにおける関連する成分領域のピーク位置から得ることができ、GPC-CC測定との一致が予想されるべきである。場合によっては、ピーク面積および組成の初期割当ては、開始点としてマルチモーダルGPC-MWDから得て、CEF-SCBDおよびCEF-MWプロットの下で検証することができる。
各成分のCEF-SCBDにおけるピーク幅およびテーリングの初期推定値は、以前に表Aに提示したような一連の標準的なシングルサイト試料を使用したピーク幅対温度の較正から取得することができる。
Microsoft Excel(登録商標)Solverは、wtsum,GPC(lgM)と測定されたGPC-MWDとの間の残差の二乗和と、wtsum,CEF(T)と測定されたCEF-SCBDとの間の残差の二乗和を合わせたものを最小化するようにプログラムされている(2つの観測された分布のサンプリング幅と面積は、相互に正規化される)。GPC-MWDとCEF-SCBDの適合は、それらが同時に収束するため、等しい重み付けが与えられる。CEF-SCBDの重量分率およびピーク幅の初期推定値、ならびに各成分の分子量標的を使用して、本明細書に記載されるようにMicrosoft Excel(登録商標)Solverを開始する。
CEFのピーク形状を歪ませる共結晶化の影響は、指数関数的に修正されたガウス(EMG)ピークフィットの使用により、また極端な場合は、単一の成分を表すために合計された複数(最大3)のEMGピークの使用により補正される。シングルサイト触媒によって生成された成分は、単一のEMGピークによってモデル化され得る。チーグラー・ナッタ触媒によって生成された成分は、1つ、2つ、または3つのEMGピークによって、またはCEF-SCBDプロット上で非常に高密度、非常に低分子の標的のチーグラー・ナッタ成分に十分な、低温に面した長いテールを有するEMGピークによってモデル化することができる。全ての場合において、単一の拡大されたFlory-Schulz分布(式26A~C)のみが、CEF-SCBDモデル(式27A-E)からの1つ以上のEMG成分の関連する合計として割り当てられた重量分率とともに使用される。
GPCデコンボリューションは、シングルサイト触媒によって作製される第1および第2のエチレン系成分の場合、0.000~0.170(約2.00~2.33の対応する多分散性)の等式26A、26Bからの正規分布幅パラメータ(σC1またはσC2)で制約されている。等式22のMw、標的は、この特定の反応スキームから最小となるように設定されているため、これらの場合には第3のエチレン-エチレン系成分で最小なるように制約されている。可能な全ての場合に最低になるように定義によって制約されているのではなく、組み合わされた樹脂の反応器内ブレンドの所望の性能標的に応じることに留意されたい。第1のエチレン系成分と第2のエチレン系成分の2つの重量平均分子量(Mw、標的)の順位付け(予備推定)は、CEF-SCBDプロット(wtCEF(T)対温度曲線)上で第1および第2のエチレン系成分のピークが観察される温度で、CEF-MWプロット(Mw(CEF)対温度曲線)からのMw(CEF)によって観察される。したがって、3つの成分の分子量の順序は周知である。反応器の物質収支から第3のエチレン系成分の等式26Cの質量パーセント(Wf)が得られるか、または、それは、代替的にCEFおよびGPCの既知の分布モデルの強度に応じて、等式26Dを用いたデコンボリューションから計算することができ、総重量分率は合計すると1になる必要がある(等式27A-E)。
一般的には、約20のソルバー反復が、典型的にはExcel(登録商標)を使用したソリューションで良好な収束に達することが分かっている。CEF-MWプロットによるピークの順序対測定分子量と、GPC-CCによって測定された観測コモノマー重量%測定値に不一致がある場合、Excelにおける反復開始点(温度またはlgMW)を変更するか、または幅およびテール係数をわずかに変更することによってデータを調整する必要があり、そうすることで、反復が測定間で一貫した解に収束して進むようにするか、または測定の分解能を上げる必要があるか、または、CEF-SCBDにさらなるピークを追加して、個々の成分の溶出ピーク形状をより良好に概算する。そのような成分は、個別に調製される場合、いくつかのEMG分布によって事前にモデル化することができる。
追加的に、CEF-MWの予測されるMw(CEF)応答は、各成分のGPC-MWDによる重量平均分子量に、CEF-SCBDプロットに沿った各点で各成分の観測された重量分率を掛けることによって生成され得る。予測されるMw(CEF)は、CEF-MWプロット中の測定されたMw(CEF)と一致する必要がある。一連の既知のコポリマー標準に基づいて、溶出温度の関数としてコモノマー組み込みをプロットすることにより、GPC-CCプロットは、CEF-MWおよびCEF-SCBDプロットからの個々の成分の測定されたMw(CEF)およびコモノマー組み込みを使用して予測することもできる。予測されるGPC-CCプロットは、測定されたGPC-CCと一致する必要がある。
CEF-SCBDデータのピーク温度対密度の相関は、約1g/10分のメルトインデックス(I)、またはGPCによる約105,000g/molの公称重量平均分子、およびGPCによる2.3未満の多分散性(またはMWD)のシングルサイト触媒から重合された一連の線状エチレン系ポリマー標準樹脂を使用して得られる。既知のコモノマー含有量、密度、および0.87~0.96g/ccの密度範囲内の分子量の標準樹脂を少なくとも10個使用する。ピーク温度と密度のデータは、5次多項式曲線に適合させて、較正曲線を得る。
ピーク幅とピークテール対ピーク温度との相関は、上記樹脂のピーク幅とピークテール対温度を直線に適合させることにより同様に得られるが、これは、デコンボリューションプロセスの初期推定値に非常に有用である。
第1のエチレン系成分および第2のエチレン系成分は、CEF-SCBDデコンボリューションプロットから直接本明細書に提示された樹脂において、35℃~90℃の溶出温度の最初の2つのピークとして示された。「粗密度」(密度)は、ピーク温度対密度の較正曲線を使用して、これらの観測されたピーク位置から計算した。密度(g/cc)を、等式28を使用して、分子量(g/mol)の寄与を説明する密度(g/cc)に補正した。
密度=密度-0.254g/cc×[lg(Mw(GPC)/(g/mol))-5.02] (等式28)
式中、Mw(GPC)は、GPC-MWDからデコンボリューションされた単一成分の重量平均分子量である。
第3のエチレン系成分の密度は、樹脂の既知の密度、第1のエチレン系成分の密度、第2のエチレン系成分の密度真、および各成分の重量分率に基づいて、等式29に従って計算することができる。
各エチレン系成分のメルトインデックス(I)は、以下の等式によってそれらの重量平均分子量から推定することができる:
lg(I/(g/10分))=-3.759×lg(Mw(GPC)/(g/mol))+18.9 (等式30)
式中、Mw(GPC)はGPC-MWD曲線からデコンボリューションされた単一成分の重量平均分子量(g/mol)であり、Iは(g/10分)のメルトインデックスである。長鎖分岐の量によって係数が変化し得ることに留意されたい。
また、生成物組成を決定するために、同じ反応器条件で単一の触媒を備えた単一の反応器の直接サンプリング、直列二重反応器構成の第1の反応器のサンプリング、または並列二重反応器構成の両方の反応器のサンプリングが、特に、サンプリングポイントを過ぎると反応が効果的に停止する場合、マルチモーダルエチレン系ポリマーの各個別成分の密度、メルトインデックス(I)、GPC-MWD、およびCEF-SCBDを決定するのに役立つように用いられ得る。これにより、3成分混合物から第1および第2のエチレン系成分のピーク位置を適切に決定できない場合に、より良好な確認が可能となる。
オンライン光散乱を備え、SCBDおよび分子量を表す二変数空間で同様の較正を用いて、密度との関係を較正するPolymerChar CFCユニット(Valencia,Spain)等のGPC-TREFでの分析的クロス分別による直接検査および定量は、特に、初期推定値の場合、または特にMWDとSCBDの両方の空間で種の高い共結晶化もしくは低分解能/識別を引き起こす可能性がある場合、各成分の量を測定するため、またはより正確に識別するために使用することができる。(Development of an Automated Cross-Fractionation Apparatus (TREF-GPC) for a Full Characterization of the Bivariate Distribution of Polyolefins.Polyolefin Characterization.Macromolecular Symposia,Volume 257,2007,Pages 13-28.A.Ortin、B.Monrabal、J.Sancho-Tello)。適切な分解能は、lgMWと温度空間との両方で得られなければならず、検証は、両方の直接的な組成の比演算によって、例えば、IR-5および光散乱分子量測定によって行われるべきである。Characterization of Chemical Composition along the Molar Mass Distribution in Polyolefin Copolymers by GPC Using a Modern Filter-Based IR Detector.Polyolefin Characterization-ICPC2012 Macromolecular Symposia Volume 330,2013,Pages63-80,A.Ortin,J.Montesinos,E.Lopez,P.del Hierro,B.Monrabal,J.R.Torres-Lapasio,M.C.Garcia-Alvarez-Coqueを参照されたい。成分のデコンボリューションは、一連のシングルサイト樹脂および樹脂ブレンドによって検証された同様の一連の等式および類似の較正を使用する必要がある。
以下の実施例は、本開示の特徴を説明するものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
比較例1および2
以下に記載されるように、比較例1および2を、2つの反応器、3つの触媒系からのトリモーダルポリマーの合成を例示する。具体的には、2つの反応器、3つの触媒系を介して生成されるトリモーダルポリマーを、以下の表1に提供されたプロセス条件に従って生成した。
二重直列反応器構成において、第1の重合反応器からの流出物(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分、および溶解ポリマーを含有する)は、第1の反応器を出て、第2の反応器への他の供給物とは別に第2の反応器に追加される。二重直列反応器システムは、2つの満液式、断熱型の連続撹拌槽反応器(CSTR)からなっていた。
触媒の不活性化および添加剤の添加に続いて、反応器流出物は、ポリマーが非ポリマーストリームから除去される脱揮システムに入った。非ポリマーストリームをシステムから除去した。単離されたポリマー溶融物をペレット化して収集した。
反応環境に導入する前に、全ての原材料(モノマーおよびコモノマー)とプロセス溶媒(狭い沸点範囲の高純度パラフィン溶媒、ISOPAR E)を分子ふるいで精製した。水素を高純度グレードとして加圧して供給し、それ以上精製はしなかった。反応器モノマー供給流を、機械的圧縮機を介して反応圧力を超える圧力まで加圧した。ポンプを介して、溶媒を反応圧力より高い圧力まで加圧した。ポンプを介して、コモノマー供給物を反応圧力より高い圧力まで加圧した。個々の触媒成分を、精製された溶媒を用いて特定の成分濃度まで手動でバッチ希釈し、反応圧力より高い圧力まで加圧した。全ての反応供給流量を質量流量計で測定し、計量ポンプを用いて独立して制御した。
各反応器への全ての新鮮な溶媒、モノマー、コモノマー、水素、および触媒成分供給物の独立した制御を用いた。各反応器への新鮮な供給流全体(溶媒、モノマー、コモノマー、および水素)は、供給流を熱交換器に通すことにより温度制御した。各重合反応器への新鮮な供給物全体を、1つ以上の位置で反応器に注入した。触媒成分を、他の供給物とは別に重合反応器に注入した。CSTR反応器内の撹拌器が、反応物質の連続混合を担った。油浴(CSTR反応器用)により、反応器の温度制御の微調整を提供した。
1つの反応器で2つの一次触媒を利用する反応器の場合、2つの計算変数が制御される。(1)一次触媒1と一次触媒2との総質量流量、および(2)両方の一次触媒の総質量流量からの一次触媒1の質量分率。個々の反応器のモノマー転化率を特定の標的に維持するように、両方の一次触媒の総質量流量をコンピュータ制御した。一次触媒1の質量分率は、その個々の反応器内の各触媒によって生成されるポリマーの相対質量分率を維持するように制御した。2つの一次触媒を利用する反応器用の共触媒成分は、両方の一次触媒成分の合計に対して計算された特定のモル比に基づいて供給された。
触媒Aおよび触媒Bの等式を以下に示す。
触媒Cは、チーグラー・ナッタ触媒である。不均一系チーグラー・ナッタ型触媒プレミックスは、米国特許第4,612,300号に従って、ある体積のISOPAR-E、ISOPAR-E中の無水塩化マグネシウムのスラリー、EtAlClのヘプタン溶液、およびTi(O-iPr)のヘプタン溶液に順次添加することによって実質的に調製し、0.20Mのマグネシウム濃度および40/12.5/3のMg/Al/Ti比を含有する組成物を得た。この組成物のアリコートをISOPAR-Eでさらに希釈して、スラリー中の最終濃度500ppmのTiを得た。重合反応器に供給されている間、および重合反応器に入る前に、触媒プレミックスを表1に明記されたAl対Tiのモル比でトリエチルアルミニウム(EtAl)の希釈溶液と接触させて、活性触媒を得た。共触媒組成物を以下の表2に列挙する。
比較例1および2は、2つの反応器、3つの触媒システムのトリモーダルポリマー分割でドリフトが発生することを例示する。比較例1の組成を表3にまとめる。CAT-AおよびCAT-Bの新規のバッチを使用して、比較例2を作製した。同じ反応器出口のエチレン濃度を達成するように触媒フローを調整した。しかしながら、比較例1よりも比較例2の方がより高い「第1反応器供給水素/エチレン質量流量比」が必要であった。同じ目標触媒比で、図3に示すように、第1のエチレン系成分の重量分率が、比較例1から比較例2に増加し、CAT-AおよびCAT-Bの触媒効率に影響を与えたことを示す。第2のエチレン系成分の重量分率は、図3に示すように、比較例1から比較例2に対応して減少した。第1のエチレン系成分および第2のエチレン系成分を表す図3のピークは、比較例1と比較例2との間で変化した。これは、2つの反応器、3つの触媒システムで、第1のエチレン系成分および第2のエチレン系成分のそれぞれの重量分率(スプリットとも呼ばれる)を制御することがより難しいことを明示する。
特定の理論に縛られることなく、第1、第2、および第3の成分の各々の重量分率が、3つの反応器システムによってより簡単に制御でき、システムが望ましい分割、つまりマルチモーダルエチレン系ポリマー中の各エチレン系成分の所望の量を達成するのに役立ち得る。
実施例3
実施例3は、直列の3つのCSTRで生成されたポリマーの模擬実験を提供し、第1のCSTR反応器は断熱性である。模擬実験の結果を以下の表4に提供する。
トリモーダルポリマーの組成は、3つの反応器システムによって正確に制御できる。表4に示すように、第1、第2、および第3のエチレン系成分の密度、メルトインデックス、および重量分率は、それぞれ「溶媒/エチレンの質量流量比」、「コモノマー/エチレン質量流量比」、「水素/エチレン質量流量比」、「反応器温度」、「反応器圧力」、および各反応器の「エチレン変換」により制御できる。上記で議論された比較例1および2とは異なり、各反応器へ触媒供給を個別に制御および調整して、各反応器でエチレン変換目標に到達できるため、触媒効率(バッチ間)の変動は問題ではない。各反応器のエチレン変換およびエチレン供給により、第1、第2、および第3のエチレン系成分の重量分率が決定される。
特許請求の範囲に記載の主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、説明した実施形態に様々な修正を加えることができることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書は、そのような修正形態および変形形態が添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に入る限り、記載された実施形態の修正形態および変形形態を網羅することが意図される。
本願は以下の態様にも関する。
(1) 溶液重合プロセスでトリモーダルポリマーを生成する方法であって、
第1の溶液重合反応器に少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC ~C 12 α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第1のエチレン系成分を含む溶出物を生成することであって、前記第1のエチレン系成分が、0.870~0.910g/ccの密度(ρ )、およびゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定した場合、150~350kg/molの重量平均分子量(M w(GPC),1 )を有する、生成することと、
前記第1の溶液重合反応器から下流の第2の溶液重合反応器に、前記第1のエチレン系成分、少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC ~C 12 α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、前記第1のエチレン系成分および第2のエチレン系成分を含む溶出物を生成することであって、前記第2のエチレン系成分が、0.895~0.925g/ccの密度(ρ )、および120~170kg/molの重量平均分子量(M w(GPC),2 )を有する、生成することと、
前記第2の溶液重合反応器から下流の第3の溶液重合反応器に、前記第1のエチレン系成分、前記第2のエチレン系成分、少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC ~C 12 α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、前記トリモーダルポリマーを含む溶出物を生成することであって、前記トリモーダルポリマーが、前記第1のエチレン系成分、前記第2のエチレン系成分、および第3のエチレン系成分を含み、前記第3のエチレン系成分が、0.920~0.980g/ccの密度(ρ )、および18~60kg/molの重量平均分子量(M w(GPC),3 )を有する、生成することと、を含み、
前記第1の溶液重合反応器または前記第3の重合反応器が、断熱反応器であり、
異なる触媒が、前記第1の溶液重合反応器、前記第2の重合反応器、および前記第3の溶液重合反応器で使用され、
ρ >ρ >ρ であり、M w(GPC),1 >M w(GPC),2 >M w(GPC),3 である、方法。
(2) 溶液重合プロセスでトリモーダルポリマーを生成する方法であって、
第1の溶液重合反応器に少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC ~C 12 α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第1のエチレン系成分を含む溶出物を生成することであって、前記第1のエチレン系成分が、0.870~0.910g/ccの密度(ρ )、およびゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定した場合、150~350kg/molの重量平均分子量(M w(GPC),1 )を有する、生成することと、
第2の溶液重合反応器に少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC ~C 12 α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第2のエチレン系成分を含む溶出物を生成することであって、前記第2のエチレン系成分が、0.895~0.925g/ccの密度(ρ )、および120~170kg/molの重量平均分子量(M w(GPC),2 )を有する、生成することと、
第3の溶液重合反応器に少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC ~C 12 α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第3のエチレン系成分を含む溶出物を生成することであって、前記第3のエチレン系成分が、0.920~0.980g/ccの密度(ρ )、および18~60kg/molの重量平均分子量(M w(GPC),3 )を有する、生成することと、
前記第1のエチレン系成分と、前記第2のエチレン系成分と、前記第3のエチレン系成分とを混合して、前記トリモーダルポリマーを生成することと、を含み、
前記第1の溶液重合反応器または前記第3の重合反応器が、断熱反応器であり、
異なる触媒が、前記第1の溶液重合反応器、前記第2の重合反応器、および前記第3の溶液重合反応器で使用され、
ρ >ρ >ρ であり、M w(GPC),1 >M w(GPC),2 >M w(GPC),3 である、方法。
(3) 前記第1のエチレン系成分が、ASTM D1238に従って、190℃および2.16kgの荷重で測定されたメルトインデックス(MI )を有し、前記第2のエチレン系成分が、ASTM D1238に従って、190℃および2.16kgの荷重で測定されたメルトインデックス(MI )を有し、前記第3のエチレン系成分が、ASTM D1238に従って、190℃および2.16kgの荷重で測定されたメルトインデックス(MI )を有し、前記MI が、前記MI よりも小さく、またMI よりも小さい、上記(1)または(2)に記載の方法。
(4) MI <MI <MI である、上記(3)に記載の方法。
(5) 前記第1の溶液重合反応器が断熱反応器である、上記(1)~(4)のいずれかに記載の方法。
(6) 前記第1の溶液重合反応器、前記第2の溶液重合反応器、および前記第3の溶液重合反応器うちの1つ以上が、連続撹拌槽反応器、ループ反応器、またはこれらの組み合わせを含む、上記(1)~(5)のいずれかに記載の方法。
(7) 前記第1の溶液重合反応器が断熱連続撹拌槽反応器であり、前記第2および第3の溶液重合反応器がループ反応器である、上記(1)~(6)のいずれかに記載の方法。
(8) 前記第1の溶液重合反応器、前記第2の溶液重合反応器、および前記第3の溶液重合反応器の下流の管型反応器をさらに含み、前記管型反応器が、前記トリモーダルポリマーの追加の重合を生成させる、上記(1)~(7)のいずれかに記載の方法。
(9) 前記トリモーダルポリマーが、0.900g/cc~0.960g/ccの密度、および0.1g/10分~10.0g/10分のメルトインデックス(I )を有する、上記(1)~(8)のいずれかに記載の方法。
(10) 前記トリモーダルポリマーが、2重量%~45重量%の前記第1のエチレン系成分、2重量%~40重量%の前記第2のエチレン系成分、および30重量%~70重量%の前記第3のエチレン系成分を含む、上記(1)~(9)のいずれかに記載の方法。
(11) 前記第1の溶液重合反応器、前記第2の溶液重合反応器、またはそれらの両方の前記触媒が、式(I)による触媒であり、
Figure 0007377800000042

式中、Mは、チタン、ジルコニウム、またはハフニウムから選択される金属であり、前記金属は、+2、+3、または+4の形式酸化状態にあり、nは0、1、または2であり、nが1である場合、Xは単座配位子または二座配位子であり、nが2である場合、各Xは単座配位子であり、同じかまたは異なり、この金属-配位子錯体は全体的に電荷中性であり、Oは酸素であり、各Zは独立して、-O-、-S-、-N(R )-、または-P(R )-から選択され、Lは(C ~C 40 )ヒドロカルビレンまたは(C ~C 40 )ヘテロヒドロカルビレンであり、前記(C ~C 40 )ヒドロカルビレンが、式(I)の2つのZ基(Lが結合している)を連結する1炭素原子~10炭素原子のリンカー骨格を含む部分を有するか、または前記(C ~C 40 )ヘテロヒドロカルビレンが、式(I)の前記2つのZ基を連結する1原子~10原子のリンカー骨格を含む部分を有し、前記(C ~C 40 )ヘテロヒドロカルビレンの前記1原子~10原子のリンカー骨格の1~10原子の各々は独立して、炭素原子またはヘテロ原子であり、各ヘテロ原子は独立して、O、S、S(O)、S(O) 、Si(R 、Ge(R 、P(R )、またはN(R )であり、各R は独立して、(C ~C 30 )ヒドロカルビルまたは(C ~C 30 )ヘテロヒドロカルビルであり、R およびR は独立して、(C ~C 40 )ヒドロカルビル、(C ~C 40 )ヘテロヒドロカルビル、-Si(R 、-Ge(R 、-P(R 、-N(R 、-OR 、-SR 、-NO 、-CN、-CF 、R S(O)-、R S(O) -、(R C=N-、R C(O)O-、R OC(O)-、R C(O)N(R )-、(R NC(O)-、ハロゲン、および式(II)、式(III)、または式(IV)を有するラジカルからなる群から選択され、
Figure 0007377800000043

式(II)、(III)、および(IV)において、R 31~35 、R 41~48 、またはR 51~59 の各々は独立して、(C ~C 40 )ヒドロカルビル、(C ~C 40 )ヘテロヒドロカルビル、-Si(R 、-Ge(R 、-P(R 、-N(R 、-OR 、-SR 、-NO 、-CN、-CF 、R S(O)-、R S(O) -、(R C=N-、R C(O)O-、R OC(O)-、R C(O)N(R )-、(R NC(O)-、ハロゲン、または-Hから選択されるが、R またはR のうちの少なくとも1つが、式(II)、式(III)、または式(IV)を有するラジカルであることを条件とし、
2~4 、R 5~7 、およびR 9~16 の各々は独立して、(C ~C 40 )ヒドロカルビル、(C ~C 40 )ヘテロヒドロカルビル、-Si(R 、-Ge(R 、-P(R 、-N(R -OR 、-SR 、-NO 、-CN、-CF 、R S(O)-、R S(O) -、(R C=N-、R C(O)O-、R OC(O)-、R C(O)N(R )-、(R NC(O)-、ハロゲン、および-Hから選択される、上記(1)~(10)のいずれかに記載の方法。
(12) 前記第1の溶液重合反応器、前記第2の溶液重合反応器、および前記第3の溶液重合反応器のうちの少なくとも1つの前記触媒が、不均一系チーグラー・ナッタ触媒である、上記(1)~(11)のいずれかに記載の方法。
(13) 前記第1のエチレン系成分が、前記第2の溶液重合反応器、前記第3の溶液重合反応器、またはそれらの両方に供給される、上記(2)に記載の方法。
(14) 前記第2のエチレン系成分が、前記第1の溶液重合反応器、前記第3の溶液重合反応器、またはそれらの両方に供給される、上記(2)に記載の方法。
(15) 前記第3のエチレン系成分が、前記第1の溶液重合反応器、前記第2の溶液重合反応器、またはそれらの両方に供給される、上記(2)に記載の方法。

Claims (11)

  1. 溶液重合プロセスでトリモーダルポリマーを生成する方法であって、
    第1の溶液重合反応器に少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、第1のエチレン系成分を含む溶出物を生成することであって、前記第1のエチレン系成分が、0.870~0.910g/ccの密度(ρ)、およびゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定した場合、150~350kg/molの重量平均分子量(Mw(GPC),1)を有する、生成することと、
    前記第1の溶液重合反応器から下流の第2の溶液重合反応器に、前記第1のエチレン系成分、少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、前記第1のエチレン系成分および第2のエチレン系成分を含む溶出物を生成することであって、前記第2のエチレン系成分が、0.895~0.925g/ccの密度(ρ)、および120~170kg/molの重量平均分子量(Mw(GPC),2)を有する、生成することと、
    前記第2の溶液重合反応器から下流の第3の溶液重合反応器に、前記第1のエチレン系成分、前記第2のエチレン系成分、少なくとも1つの触媒、エチレンモノマー、少なくとも1つのC~C12α-オレフィンコモノマー、溶媒、および任意選択で水素を導入し、前記トリモーダルポリマーを含む溶出物を生成することであって、前記トリモーダルポリマーが、前記第1のエチレン系成分、前記第2のエチレン系成分、および第3のエチレン系成分を含み、前記第3のエチレン系成分が、0.920~0.980g/ccの密度(ρ)、および18~60kg/molの重量平均分子量(Mw(GPC),3)を有する、生成することと、を含み、
    前記第1の溶液重合反応器または前記第3の溶液重合反応器が、断熱反応器であり、
    異なる触媒が、前記第1の溶液重合反応器、前記第2の溶液重合反応器、および前記第3の溶液重合反応器で使用され、
    ρ>ρ>ρであり、Mw(GPC),1>Mw(GPC),2>Mw(GPC),3である、方法。
  2. 前記第1のエチレン系成分が、ASTM D1238に従って、190℃および2.16kgの荷重で測定されたメルトインデックス(MI)を有し、前記第2のエチレン系成分が、ASTM D1238に従って、190℃および2.16kgの荷重で測定されたメルトインデックス(MI)を有し、前記第3のエチレン系成分が、ASTM D1238に従って、190℃および2.16kgの荷重で測定されたメルトインデックス(MI)を有し、前記MIが、前記MIよりも小さく、またMIよりも小さい、請求項1に記載の方法。
  3. MI<MI<MIである、請求項2に記載の方法。
  4. 前記第1の溶液重合反応器が断熱反応器である、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第1の溶液重合反応器、前記第2の溶液重合反応器、および前記第3の溶液重合反応器うちの1つ以上が、連続撹拌槽反応器、ループ反応器、またはこれらの組み合わせを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第1の溶液重合反応器が断熱連続撹拌槽反応器であり、前記第2および第3の溶液重合反応器がループ反応器である、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第1の溶液重合反応器、前記第2の溶液重合反応器、および前記第3の溶液重合反応器の下流の管型反応器をさらに含み、前記管型反応器が、前記トリモーダルポリマーの追加の重合を生成させる、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記トリモーダルポリマーが、0.900g/cc~0.960g/ccの密度、および0.1g/10分~10.0g/10分のメルトインデックス(I)を有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記トリモーダルポリマーが、2重量%~45重量%の前記第1のエチレン系成分、2重量%~40重量%の前記第2のエチレン系成分、および30重量%~70重量%の前記第3のエチレン系成分を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記第1の溶液重合反応器、前記第2の溶液重合反応器、またはそれらの両方の前記触媒が、式(I)による触媒であり、


    式中、Mは、チタン、ジルコニウム、またはハフニウムから選択される金属であり、前記金属は、+2、+3、または+4の形式酸化状態にあり、nは0、1、または2であり、nが1である場合、Xは単座配位子または二座配位子であり、nが2である場合、各Xは単座配位子であり、同じかまたは異なり、この金属-配位子錯体は全体的に電荷中性であり、Oは酸素であり、各Zは独立して、-O-、-S-、-N(R)-、または-P(R)-から選択され、Lは(C~C40)ヒドロカルビレンまたは(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンであり、前記(C~C40)ヒドロカルビレンが、式(I)の2つのZ基(Lが結合している)を連結する1炭素原子~10炭素原子のリンカー骨格を含む部分を有するか、または前記(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンが、式(I)の前記2つのZ基を連結する1原子~10原子のリンカー骨格を含む部分を有し、前記(C~C40)ヘテロヒドロカルビレンの前記1原子~10原子のリンカー骨格の1~10原子の各々は独立して、炭素原子またはヘテロ原子含有基のヘテロ原子であり、各ヘテロ原子含有基は独立して、O、S、S(O)、S(O)、Si(R、Ge(R、P(R)、またはN(R)であり、各Rおよび各Rは独立して、非置換(C~C18)ヒドロカルビルまたは-Hであり、各Rは独立して非置換(C~C18)ヒドロカルビルであり、RおよびRは独立して、(C~C40)ヒドロカルビル、(C~C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(R、-Ge(R、-P(R、-N(R、-OR、-SR、-NO、-CN、-CF、RS(O)-、RS(O)-、(RC=N-、RC(O)O-、ROC(O)-、RC(O)N(R)-、(RNC(O)-、ハロゲン、および式(II)、式(III)、または式(IV)を有するラジカルからなる群から選択され、

    式(II)、(III)、および(IV)において、R31~35、R41~48、またはR51~59の各々は独立して、(C~C40)ヒドロカルビル、(C~C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(R、-Ge(R、-P(R、-N(R、-OR、-SR、-NO、-CN、-CF、RS(O)-、RS(O)-、(RC=N-、RC(O)O-、ROC(O)-、RC(O)N(R)-、(RNC(O)-、ハロゲン、または-Hから選択されるが、RまたはRのうちの少なくとも1つが、式(II)、式(III)、または式(IV)を有するラジカルであることを条件とし、
    2~4、R5~7、およびR9~16の各々は独立して、(C~C40)ヒドロカルビル、(C~C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(R、-Ge(R、-P(R、-N(R-OR、-SR、-NO、-CN、-CF、RS(O)-、RS(O)-、(RC=N-、RC(O)O-、ROC(O)-、RC(O)N(R)-、(RNC(O)-、ハロゲン、または-Hから選択される、請求項1~のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記第1の溶液重合反応器、前記第2の溶液重合反応器、および前記第3の溶液重合反応器のうちの少なくとも1つの前記触媒が、不均一系チーグラー・ナッタ触媒である、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
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