JP2018504486A - 押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセス - Google Patents

押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセス Download PDF

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Abstract

本発明は、フィードゾーンと、溶融ゾーンと、任意には混合ゾーンと、任意にはダイゾーンとを有する押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスに向けられたものであり、(A)オレフィンポリマーの流れを、押出し機のフィードゾーンに導入するステップと、(B)フリーラジカル発生剤の流れを、押出し機のフィードゾーンまたは溶融ゾーンまたは存在するときには混合ゾーンに直接導入するステップと、(C)官能性不飽和化合物の流れを、押出し機のフィードゾーンまたは溶融ゾーンまたは存在するときには混合ゾーンに直接導入するステップと、(D)フリーラジカル発生剤の分解温度およびオレフィンポリマーの融解温度よりも高いが、オレフィンポリマーの分解温度よりも低い温度にて、押出し機中の混合物を押出すことによって、押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するステップと、任意には(G)修飾オレフィンポリマーの溶融物をダイゾーンを通じてペレタイザに送るステップ。【選択図】図1

Description

本発明は、押出しプロセスにおいて増加した溶融強度を有する修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスに向けられたものである。本発明はさらに、本発明に従うプロセスによって得ることができるプロピレン生成物に関する。特に本発明は、反応性押出し処理によって直接、高溶融強度(HMS:high melt strength)、高溶融伸展性、および低ゲル含有量(XHU)を有する修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスに向けられたものである。特に本発明は、修飾オレフィンポリマーを生成するための経済的なプロセスに向けられたものであり、このプロセスは低い出資および動作コストを有しながら、特にたとえば高溶融強度、溶融伸展性およびゲル含有量などの材料特性に関する優秀かつ一貫した生成物品質をなおも生成する。
高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP:High melt strength polypropylenes)は、当該技術分野において一般的に公知である。しかし公知のプロセスは、高溶融強度、高溶融伸展性、および低ゲル含有量を有するポリプロピレンを得るために、いくつかの単位動作(多段階プロセス)を含む。
特許文献1が開示する多段階プロセスにおいては、たとえば過酸化物などの熱分解可能なフリーラジカル形成剤と、不飽和モノマーとがどちらも重合リアクタの下流で気体状態で供給され、その後固体ポリオレフィン粒子に吸着されていた。その後、熱分解可能過酸化物と官能性モノマーとを含有する反応性粉末混合物が、たとえば押出し機などにおける反応段階に送られた。熱的加熱デバイスに加えて、付加的な高周波(HF−:high frequency)および/またはマイクロ波(MW−:micro−wave)場を適用することによって、熱フリーラジカル発生剤の所望の分解を支援できる。
特許文献2が開示するプロセスにおいては、固体ポリプロピレン粉末と、ペルオキシカーボネートと、ブタジエンとを連続的に動作するミキサ内で約10分間の平均滞留時間にわたって混合し、その後反応性粉末混合物を押出し機に移すことによって、修飾ポリプロピレンが生成された。
特許文献3は、(1)固体ポリプロピレン粒子を少なくとも1つの固体有機ベースのペルオキシカーボネートとともに、さらに付加的な結合剤を伴わずに混合するステップと、(2)たとえば押出し機などにおいて、反応性粉末混合物を150℃から300℃の温度にて加熱するステップとによる2段階プロセスにおいて、ポリプロピレンの溶融強度を高めるためのプロセスに関する。ペルオキシカーボネートは120℃、好ましくは150℃の温度において、50%より多く、好ましくは80%存在するべきである。
特許文献4が開示するプロセスにおいては、ミキサ内でポリプロピレンが過酸化物およびジエンまたはジビニルベンゼンと混合されており、滞留時間は約4分間であった。修飾ポリプロピレンを生成するために、過酸化物および二官能性モノマーとともに浸漬された粉末が押出し機に送られた。
特許文献5および対応する特許文献6は図1において、ポリプロピレン粉末と、フリーラジカル発生剤と、多官能性モノマーとを押出し機のフィードポートに導入する前に混合するための連続的プレミキサを有するプロセスを開示している。こうして形成された混合物は、最終的に長鎖分岐ポリプロピレンを得るために、押出し機内でポリプロピレンの融解温度よりも高い温度にて修飾反応を受けていた。
特許文献7が開示するプロセスにおいては、ポリプロピレン発泡体を生成するために、ツインスクリュー押出し機においてポリプロピレン、1,3ブタジエン、およびフリーラジカル発生剤の混合物が押出されていた。この文献は、これらの構成要素がどのようにして押出し機に導入されたのかを開示していなかった。
上述の先行技術プロセスの1つの問題点は、これらのプロセスが過酸化物および二官能性モノマーを浸漬するための予備混合または予備浸漬ステップの存在を必要とすることである。この結果として機器が複雑になり、出資コストが増加する。
先行技術プロセスに関連する別の問題点は、プロセス中に官能性不飽和化合物の一部が失われることである。温度が上昇すると、押出し機の溶融ゾーンのポリマー粒子から官能性不飽和化合物が蒸発し、フィードホッパを通じた逆流によって失われる。それによって効率が低くなる。
よって当該技術分野においては、特許文献6およびその他の先行技術文献におけるプロセスによって達成されるHMS−PPの品質特性に比べて一貫および/または改善した品質の高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)を生成するための、より少ないプロセス段階を有するより単純化された方法がなおも必要とされている。
欧州特許出願公開第792894A号明細書 欧州特許出願公開第1174261A号明細書 国際公開第99/27007A号明細書 米国特許第6077907A号明細書 米国特許第6204348B号明細書 欧州特許出願公開第879830A号明細書 特開09278917A号公報
上述の不利益は、フィードゾーンと、溶融ゾーンと、任意には混合ゾーンと、任意にはダイゾーンとを有する押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスを提供することによって克服されており、
(A)オレフィンポリマーの流れを、押出し機のフィードゾーンに導入するステップと、
(B)フリーラジカル発生剤の流れを、押出し機のフィードゾーンまたは溶融ゾーンまたは存在するときには混合ゾーンに直接導入するステップと、
(C)官能性不飽和化合物の流れを、押出し機のフィードゾーンまたは溶融ゾーンまたは存在するときには混合ゾーンに直接導入するステップと、
(D)フリーラジカル発生剤の分解温度およびオレフィンポリマーの融解温度よりも高いが、オレフィンポリマーの分解温度よりも低い温度にて、押出し機中の混合物を押出すことによって、押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するステップと、
任意には(G)修飾オレフィンポリマーの溶融物をダイゾーンを通じてペレタイザに送るステップ。
1つの変形において、本発明はフィードゾーンと、溶融ゾーンと、混合ゾーンと、ダイゾーンとを有する押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスに向けられたものであり、このプロセスは(A)オレフィンポリマーの流れを、押出し機のフィードゾーンに導入するステップと、(B)フリーラジカル発生剤の流れを、押出し機のフィードゾーンまたは溶融ゾーンに直接導入するステップと、(C)官能性不飽和化合物の流れを、押出し機のフィードゾーンまたは溶融ゾーンに直接導入するステップと、(D)フリーラジカル発生剤の分解温度およびオレフィンポリマーの融解温度よりも高いが、オレフィンポリマーの分解温度よりも低い温度にて、押出し機中の混合物を押出すことによって、押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するステップと、(G)修飾オレフィンポリマーの溶融物をダイゾーンを通じてペレタイザに送るステップとを含む。
別の変形において、本発明は修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスに向けられたものであり、フィードゾーンと、溶融ゾーンと、混合ゾーンと、任意にはダイゾーンとを有する押出し機において第1の押出しプロセスが行われ、第1の押出しプロセスは(A)オレフィンポリマーの流れを、押出し機のフィードゾーンに導入するステップと、(B)フリーラジカル発生剤の流れを、押出し機の溶融ゾーンまたは混合ゾーンに直接導入するステップと、(C)官能性不飽和化合物の流れを、押出し機の溶融ゾーンまたは混合ゾーンに直接導入するステップと、(D)フリーラジカル発生剤の分解温度およびオレフィンポリマーの融解温度よりも高いが、オレフィンポリマーの分解温度よりも低い温度にて、押出し機中の混合物を押出すことによって、押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するステップとを含み、
任意には(E)修飾オレフィンポリマーの溶融物を第2の押出しプロセスに移すステップを含み、第2の押出しプロセスは脱揮発ゾーンおよびダイゾーンを有する押出し機において行われ、こうした第2の押出しプロセスは(F)修飾オレフィンポリマーの溶融物を脱揮発ゾーンを通じて押出すことによって、ポリマー溶融物から揮発性成分を取り出すステップと、(G)修飾オレフィンポリマーの溶融物をダイゾーンを通じてペレタイザに送るステップとを含む。
別様に反対のことが明示的に述べられていない限り、以下においてはすべての変形を含む本発明に従うプロセスの好ましい特徴が記載される。
本発明に従う修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスは、先行技術プロセスよりも低い出資および動作コストを有する。別の利点は、こうしたプロセスによって、環境へのたとえば気体状成分などの化学物質の排出が低減されることである。
修飾ポリオレフィンを生成するための、特許文献5に従う先行技術プロセスを示す図である。 本発明を例示するプロセスを示す図である。 本発明を例示する代替的実施形態を示す図である。 実施例において使用される押出し機のフィードポートの場所を示す概略図である。
オレフィンポリマー
本発明に従うと、本発明のプロセスにおいて原材料として用いられるオレフィンポリマーは、2から10の炭素原子を有するアルファ−オレフィンの任意のホモポリマーまたはコポリマー、およびそれらの混合物であってもよい。好ましくは、オレフィンポリマーは、エチレンのホモポリマーおよびエチレンと3から10の炭素原子を有する1つまたはそれ以上のアルファ−オレフィンとのコポリマー;プロピレンのホモポリマー、ならびにプロピレンとエチレンおよび4から10の炭素原子を有するアルファ−オレフィンより選択される1つまたはそれ以上のコモノマーとのコポリマー;1−ブテンのホモポリマー、ならびに1−ブテンとエチレン、プロピレンおよび6から10の炭素原子を有するアルファ−オレフィンより選択される1つまたはそれ以上のコモノマーとのコポリマー;ならびに4−メチル−1−ペンテンのホモポリマー、ならびに4−メチル−1−ペンテンとエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセンおよび8から10の炭素原子を有するアルファ−オレフィンより選択される1つまたはそれ以上のコモノマーとのコポリマー;ならびにそれらの混合物からなる群より選択される。特に好ましくは、オレフィンポリマーはプロピレンのホモポリマー、またはプロピレンとエチレンおよび4から10の炭素原子を有するアルファ−オレフィンより選択される1つもしくはそれ以上のコモノマーとのコポリマー、またはそれらの混合物である。
本発明のプロセスにおいて原材料として用いられるオレフィンポリマーは、好ましくは本質的に直鎖状のポリマーである。「本質的に直鎖状」とは、オレフィンポリマーが最大8の炭素原子、好ましくは最大6の炭素原子、たとえば1から4の炭素原子などの長さを有する短鎖分岐を含有してもよいことを意味する。しかし、好ましくは原材料に長鎖分岐は実質的に存在しない。長鎖分岐の存在は、当該技術分野において公知の方法に従って、たとえばレオロジーの使用、GPCによって長鎖分岐パラメータg’を測定することによる長鎖分岐の含有量の分析などによって検出され得る。たとえば、g’の値が少なくとも0.96、たとえば少なくとも0.97または少なくとも0.98などであることは、長鎖分岐が存在しないことを示す。他方で、g’の値が0.9以下であることは、ポリマーが長鎖分岐を含有することを示す。
オレフィンポリマーのメルトフローレートは、比較的広範囲において選択されてもよい。オレフィンポリマーがプロピレンのホモポリマーまたはプロピレンのコポリマーであるとき、メルトフローレート(melt flow rate)MFR2は好ましくは0.1g/10minから50g/10min、より好ましくは0.5g/10minから40g/10minである。メルトフローレートMFR2は、ポリプロピレンに対して2.16kgの荷重および230℃の温度にてISO 1133に従って測定される。
上述のとおり、オレフィンポリマーはホモポリマーまたはコポリマーであってもよい。オレフィンポリマーがコポリマーであるとき、それは一般的に0.1モル%から10.0モル%のコモノマー(類)を含有する。たとえば、オレフィンポリマーがプロピレンのコポリマーであるとき、それは一般的に90.0モル%から99.9モル%、好ましくは92.0モル%から99.5モル%のプロピレン由来の単位と、一般的に0.1モル%から10.0モル%、好ましくは0.5モル%から8.0モル%のコモノマー(類)由来の単位とを含有する。
加えてオレフィンポリマーは、たとえばプロピレンの異相コポリマーなどの異相コポリマーであってもよく、ここでは、たとえば半晶質のプロピレンホモポリマーまたはコポリマーなどの半晶質のオレフィンホモポリマーまたはコポリマーによって形成されたマトリックス相中に、エラストマーコポリマーで構成されたアモルファス相が分散される。
オレフィンポリマーは、粒子またはペレットの形状であってもよい。好ましくは、オレフィンポリマーは粒子の形状である。これらの粒子は典型的に、たとえばスラリー重合プロセスまたは気相重合プロセスなどの重合プロセスにおいて形成され、ここではオレフィンがオレフィン重合触媒の存在下で重合される。重合リアクタから粒子が回収された後、粒子はポリマーから残留炭化水素を除去するための圧力低減およびパージングステップを受ける。
オレフィンポリマーの粒子の特徴は重要ではない。このことは、先行技術プロセスにおいてフリーラジカル発生剤と官能性不飽和化合物とが予備混合されてオレフィンポリマーに浸漬され、一貫した生成物の品質を確実にするためにポリマーが明確な粒子の特徴を有する必要があったことと対照的である。しかし、粒子の特徴は重要ではないが、押出し機における適切な溶融を確実にするためにポリマーの粒径が過度に大きくないこと、および許容できるスループットを確実にするために粉末の容積密度が好適に高いことが望ましい。中央粒径は好適には50μmから2000μm、好ましくは100μmから1500μmである。さらに、好ましくは粉末の容積密度は少なくとも300kg/m、より好ましくは少なくとも350kg/m、特に少なくとも400kg/mである。別様に述べられない限り、本明細書において粒径とは通常、体積表面直径を意味する。
フリーラジカル発生剤
フリーラジカル発生剤は、フリーラジカルを生成できる化合物である。典型的に、フリーラジカル発生剤は分解し、その分解生成物がフリーラジカルである。
一般的に、フリーラジカル発生剤として過酸化物が用いられる。好ましくは、フリーラジカル発生剤はアシルペルオキシド、アルキルペルオキシド、ヒドロペルオキシド、ペルエステル、ペルオキシカーボネート、およびそれらの混合物を含む群より選択される。以下に挙げた過酸化物が特に好ましい。
アシルペルオキシド(ACPER:acyl peroxides):ベンゾイルペルオキシド、4−クロロベンゾイルペルオキシド、3−メトキシベンゾイルペルオキシド、および/またはメチルベンゾイルペルオキシド。
アルキルペルオキシド(ALPER:alkyl peroxides):アリルt−ブチルペルオキシド、2,2−ビス(t−ブチルペルオキシブタン)、1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルペルオキシ)吉草酸、ジイソプロピルアミノメチル−t−アミルペルオキシド、ジメチルアミノメチル−t−アミルペルオキシド、ジエチルアミノメチル−t−ブチルペルオキシド、ジメチルアミノメチル−t−ブチルペルオキシド、1,1−ジ−(t−アミルペルオキシ)シクロヘキサン、t−アミルペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、t−ブチルペルオキシド、および/または1−ヒドロキシブチルn−ブチルペルオキシド。
ペルエステルおよびペルオキシカーボネート(PER:peroxy carbonates):ブチルペルアセテート、クミルペルアセテート、クミルペルプロピオネート、シクロヘキシルペルアセテート、ジ−t−ブチルペルアジペート、ジ−t−ブチルペルアゼレート、ジ−t−ブチルペルグルタレート、ジ−t−ブチルペルタレート、ジ−t−ブチルペルセバケート、4−ニトロクミルペルプロピオネート、1−フェニルエチルペルベンゾエート、フェニルエチルニトロ−ペルベンゾエート、t−ブチルビシクロ−(2,2,1)ヘプタンペルカルボキシレート、t−ブチル−4−カルボメトキシペルブチレート、t−ブチルシクロブタンペルカルボキシレート、t−ブチルシクロヘキシルペルオキシカルボキシレート、t−ブチルシクロペンチルペルカルボキシレート、t−ブチルシクロプロパンペルカルボキシレート、t−ブチルジメチルペルシンナメート、t−ブチル−2−(2,2−ジフェニルビニル)ペルベンゾエート、t−ブチル−4−メトキシペルベンゾエート、t−ブチルペルベンゾエート、t−ブチルカルボキシシクロヘキサン、t−ブチルペルナフトエート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルペルトルエート、t−ブチル−1−フェニルシクロプロピルペルカルボキシレート、t−ブチル−2−プロピルペルペンテン−2−オエート、t−ブチル−1−メチルシクロプロピルペルカルボキシレート、t−ブチル−4−ニトロフェニルペルアセテート、t−ブチルニトロフェニルペルオキシカルバメート、t−ブチル−N−スクシイミドペルカルボキシレート、t−ブチルペルクロトネート、t−ブチルペルマレイン酸、t−ブチルペルメタクリレート、t−ブチルペルオクトエート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルペルイソブチレート、t−ブチルペルアクリレート、および/またはt−ブチルペルプロピオネート。
加えて、上に挙げたこれらのフリーラジカル発生剤の混合物が予期される。よってたとえば、次の組み合わせが可能である。
i)ACPERおよびALPER
ii)ACPERおよびPER
iii)ALPERおよびPER
iv)ACPERおよびALPERおよびPER
当業者は、本発明に従う修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスにおいてフリーラジカルを生成する適切なフリーラジカル発生剤をいかにして選択するかを知っている。
本発明に従う修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスにおいて、オレフィンポリマーは、一般的にオレフィンポリマーの重量に基づいて0.05重量%から3.00重量%のフリーラジカル発生剤と混合され、好ましくはオレフィンポリマーの重量に基づいて0.10重量%から1.5重量%のフリーラジカル発生剤と混合され、より好ましくはオレフィンポリマーの重量に基づいて0.1重量%から1.0重量%のフリーラジカル発生剤と混合される。作業の好ましい態様において、オレフィンポリマーは、オレフィンポリマーの重量に基づいて0.05重量%から1.50重量%のアシルペルオキシド、アルキルペルオキシド、ヒドロペルオキシド、ペルエステル、および/またはペルオキシカーボネートと混合され、好ましくはオレフィンポリマーの重量に基づいて0.05重量%から1.50重量%のアシルペルオキシド、アルキルペルオキシド、ペルエステル、および/またはペルオキシカーボネートと混合される。
特に好ましくは、フリーラジカル発生剤は60秒以下、たとえば1sから60sなどの、160℃における半減期を有する。特に、フリーラジカル発生剤は10sから50s、特に20sから45sの、160℃における半減期を有する。
フリーラジカル発生剤の量は、乾燥オレフィンポリマーの総量に基づいて算出される。
官能性不飽和化合物
官能性不飽和化合物は、次のものから選択される二官能性または多官能性不飽和化合物であってもよい。
二官能性不飽和モノマー、オリゴマー、および/もしくはポリマー、または
多官能性不飽和モノマー、オリゴマー、および/もしくはポリマー、または
(a)および(b)の混合物。
上で用いられている「二官能性不飽和または多官能性不飽和」とは、それぞれ2つまたはそれ以上の非芳香族二重結合の存在を意味する。
一般的には、フリーラジカルの助けによってオリゴマー化または重合できる二官能性または多官能性不飽和化合物のみが使用される。
一般的に、二官能性不飽和モノマーは次のものから選択される。
ジビニル化合物、たとえばジビニルアニリン、m−ジビニルベンゼン、p−ジビニルベンゼン、ジビニルペンタン、およびジビニルプロパンなど、
アリル化合物、たとえばアクリル酸アリル、メタクリル酸アリル、マレイン酸アリルメチル、およびアリルビニルエーテルなど、
ジエン、たとえば1,3−ブタジエン、クロロプレン、シクロヘキサジエン、シクロペンタジエン、2,3−ジメチルブタジエン、ヘプタジエン、ヘキサジエン、イソプレン、および1,4−ペンタジエンなど、
芳香族および/または脂肪族ビス(マレイミド)ビス(シトラコンイミド)、
ならびにこれらの不飽和モノマーの任意のものの混合物。
好ましくは、二官能性不飽和モノマーは1,3−ブタジエン、イソプレン、ジメチルブタジエン、およびジビニルベンゼンである。
二官能不飽和ポリマーとは、一般的に上述の二官能不飽和モノマーの少なくとも1つを含むポリマーである。多官能不飽和ポリマーは、上述の2つ以上の不飽和モノマーを含有する。オリゴマーを含むこうしたポリマーの例は次のとおりである。
ポリブタジエン、特にポリマー鎖中の異なる微細構造、すなわち1,4−シス、1,4−トランスおよび1,2−(ビニル)が主に1,2−(ビニル)構成であるもの。
ポリマー鎖中に1,2−(ビニル)構成を有する、ブタジエンおよびスチレンのコポリマー。
好ましいポリマーはポリブタジエン、特にブタジエンの50.0wt%より多くが1,2−(ビニル)構成であるポリブタジエンである。1,2−(ビニル)構成は、1Hおよび13C NMR分光法によって定められる。
本発明に従う修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスにおいて、任意には官能性不飽和化合物が用いられる。本発明に従う修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスにおいて、通常は3つ以下の異なる官能性不飽和化合物が用いられ、好ましくは1つの官能性不飽和化合物が用いられる。
「官能性不飽和化合物」という用語は、前に定義された官能性不飽和化合物を示す。一般的に官能性不飽和化合物は、オレフィンポリマーの重量に基づいて0.05重量%から2.5重量%の濃度の官能性不飽和化合物が用いられ、好ましくはオレフィンポリマーの重量に基づいて0.05重量%から1.5重量%の濃度の官能性不飽和化合物が用いられ、より好ましくはオレフィンポリマーの重量に基づいて0.1重量%から1.0重量%の濃度の官能性不飽和化合物が用いられる。官能性不飽和化合物の量は、乾燥オレフィンポリマーの総量に基づいて算出される。
押出し機
本発明に従うプロセスは、押出し機において行われる。
オレフィンポリマー、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れは、好適に押出し機に送られる。押出し機は、当該技術分野において公知の任意の押出し機であってもよい。よって押出し機は、シングルスクリュー押出し機;ツインスクリュー押出し機、たとえば共回転ツインスクリュー押出し機もしくは逆回転ツインスクリュー押出し機など;またはマルチスクリュー押出し機、たとえばリング押出し機などであってもよい。特に好ましくは、押出し機は共回転ツインスクリュー押出し機である。こうした押出し機は当該技術分野において周知であり、たとえばコペリオン(Coperion)、日本製鋼所(Japan Steel Works)、クラウス・マッフェイ・ベルストルフ(Krauss Maffei Berstorff)、またはライストリッツ(Leisteritz)などから供給される。
押出し機は典型的にフィードゾーンと、溶融ゾーンと、混合ゾーンと、任意にはダイゾーンとを含む。ダイを含む場合、ダイを通って押圧された溶融物は、典型的にペレタイザにおいて凝固され切断されてペレットになる。
押出し機が典型的に有する長さ対直径の比(length over diameter ratio)L/Dは、約6:1から約65:1、好ましくは約8:1から60:1である。当該技術分野において周知であるとおり、共回転ツインスクリュー押出し機は通常、逆回転ツインスクリュー押出し機よりも大きいL/Dを有する。
押出し機は、押出し機から気体状成分を除去するための1つまたはそれ以上の排気または通気ポートを有してもよい。こうした気体状成分は、未反応の官能性不飽和化合物、未反応のフリーラジカル発生剤、またはそれらの分解生成物を含んでもよい。フリーラジカル発生剤と、官能性不飽和化合物と、オレフィンポリマーとの十分な反応時間を可能にするために、こうした排気ポートは十分に下流の場所に置かれるべきである。好適には、排気ポートは溶融ゾーンの下流端部内または混合ゾーン内に位置してもよい。
ポリマー溶融物からたとえば未反応の官能性不飽和化合物などの揮発性成分を除去することを助けるために、好適にはたとえば水、蒸気、二酸化炭素、または窒素などのストリッピング剤が押出し機に加えられる。使用されるとき、こうしたストリッピング剤は排気ポートの上流で加えられるか、または複数の排気ポートがあるときには最下流の排気ポートの上流で加えられる。
加えて押出し機は、押出し機にたとえばポリマーおよび添加剤などのさらなる構成要素を供給するための1つまたはそれ以上のフィードポートを有してもよい。こうした付加的なフィードポートの場所は、そのポートを通じて加えられる材料のタイプによって決まる。
フィードゾーン
オレフィンポリマーは、フィードゾーンを通じて押出し機に導入される。フィードゾーンは、オレフィンポリマーを溶融ゾーンに導く。典型的に、フィードゾーンはフィードホッパと、ホッパを溶融ゾーンに接続する接続パイプとで形成される。通常、オレフィンポリマーは重力の作用下で、すなわち一般的に下方にフィードゾーンを流れる。オレフィンポリマー(およびその他の構成要素)のフィードゾーンでの滞留時間は典型的に短く、通常は30秒以下、しばしば20秒以下、たとえば10秒以下などである。典型的に滞留時間は少なくとも0.1秒、たとえば1秒などである。
フリーラジカル発生剤、官能性不飽和モノマーのいずれか一方または両方の流れは、押出し機のフィードゾーンに直接導入され得る。本明細書において「直接」とは、その構成要素が新鮮な反応体としてフィードゾーンに入っており、前の反応または混合ゾーンを経てきていないことを意味する。そこでそれらの構成要素はオレフィンポリマーと混合されただろう。そのため、フリーラジカル発生剤または官能性不飽和モノマーまたはそれらの組み合わせの流れが押出し機のフィードゾーンに送られるとき、フリーラジカル発生剤または官能性不飽和モノマーまたはそれらの組み合わせと、オレフィンポリマーとの接触時間は30秒以下、または20秒以下、または10秒以下である。
溶融ゾーン
ポリマーはフィードゾーンから溶融ゾーンに送られる。溶融ゾーンにおいて、粒子状のオレフィンポリマーが融解する。固体ポリマー粒子は、回転するスクリューによって引き起こされるドラッグによって運搬される。次いで、摩擦熱の放散によってスクリューの長さに沿って温度が上昇し、ポリマーの融解温度よりも高いレベルまで上昇する。それによって、固体粒子は融解し始める。
溶融ゾーンのスクリューが完全に充填されるように、溶融ゾーンのスクリューが設計されることが好ましい。それによって、固体粒子は溶融ゾーン内でコンパクトなベッドを形成する。これは、スクリューチャネルにおいて十分な圧力が発生し、かつスクリューチャネルが完全に充填されるときに起こる。典型的に、溶融ゾーンのスクリューは実質的な逆流を伴わない運搬エレメントを含む。しかし、コンパクトなベッドを達成するために、たとえば溶融ゾーンの下流端部の近くなどの好適な場所に、いくつかのバリアまたは逆混合エレメントを設置する必要があり得る。コンパクトな粒子ベッドを得るためのスクリュー設計は、押出し機産業において周知である。特にChris Rauwendaal:“Polymer Extrusion”,Carl Hanser Verlag,Munich 1986のパラグラフ7.2.2および8.6.2において、この問題が考察されている。
摩擦熱によって、スクリューの長さに沿って温度が上昇し、ポリマーが融解し始める。この融解挙動は、たとえば上述のChris Rauwendaalの本のパラグラフ7.3、特に7.3.1.1および7.3.2などに考察されている。
特に好ましい実施形態において、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和モノマーの流れの少なくとも一方が溶融ゾーンに導入される。好適には、液体形状の流れを溶融ゾーン内に噴霧することによって、流れが溶融ゾーンに導入される。フリーラジカル発生剤または官能性不飽和モノマーを溶融ゾーン内に噴霧することにおいて、好適には噴霧ノズルが用いられてもよい。特に好ましくは、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和モノマーの流れの両方が溶融ゾーンに導入される。それらの流れは次いで組み合わされて1つの流れにされてもよいし、それらは別々の流れとして供給されてもよい。それらが別々の流れとして供給されるときは、官能性不飽和モノマーの流れがフリーラジカル発生剤の流れの下流で押出し機に入ることが好ましい。
フリーラジカル発生剤または好ましくは官能性不飽和モノマーの注入点より上流の溶融ゾーンにおいて形成された、固体ポリマー粒子のコンパクトなベッドがあるとき、フリーラジカル発生剤または官能性不飽和モノマーは、フィードポートを通って押出し機から脱出することができない。特に官能性不飽和モノマーは、押出し機内の高温で蒸発し得る。しかし、官能性不飽和モノマーの注入点より上流に形成されたコンパクトなベッドによって、気化したモノマーがフィードポートに達してそこから脱出することが防止される。
フリーラジカル発生剤もしくは官能性不飽和モノマーまたはそれらの組み合わせの流れが、押出し機の溶融ゾーンに直接送られる(すなわちフィードゾーンを通過しない)とき、反応体はそれが反応すべき環境に直接導入される。ポリマー粒子の形態(たとえば粒径または粒子密度など)によって、反応体がどのようにポリマーに達するかは変わらない。よって、このプロセスは原材料特性の相違には敏感でなく、異なるタイプのポリマーが使用され得る。
混合ゾーン
溶融ゾーンの後、ポリマーは混合ゾーンに送られる。混合ゾーンのスクリューは典型的に、一定の程度の逆流を提供するスクリューエレメントを含む1つまたはそれ以上の混合セクションを含む。混合ゾーンにおいては、均質な混合物を達成するためにポリマー溶融物が混合される。加えて混合ゾーンは、たとえばスロットル弁またはギヤポンプなどの付加的なエレメントを含んでもよい。押出し機の製造者は通常、異なるタイプのポリマー(ポリプロピレンおよびポリエチレンなど)に対して好適な混合ゾーンの設計を提供できる。こうした設計は、一般的に本発明のプロセスに適用可能である。
加えて、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和モノマーの流れの一方または両方を混合ゾーンに導入することも可能である。このフィードは、溶融ゾーンに対して上記で考察されたのと同じやり方で配置されてもよい。
混合ゾーンの温度は、オレフィンポリマーの融解温度よりも高い。さらに、その温度はフリーラジカル発生剤の分解温度よりも高い必要がある。その温度はオレフィンポリマーの分解温度よりも低い必要がある。好適には、その温度はオレフィンポリマーの融解温度よりも約5℃高く、好ましくはオレフィンポリマーの融解温度よりも約10℃高い温度から、好ましくは約300℃、より好ましくは約280℃、特に好ましくは約240℃までである。たとえば、いくつかのプロピレンホモポリマーに対して、その温度は好ましくは少なくとも165℃、より好ましくは少なくとも170℃であるべきである。
もし溶融ゾーンにフリーラジカル発生剤が存在すれば、フリーラジカル発生剤の分解は溶融ゾーンにおいて始まり、混合ゾーンにおいて続く。こうして形成されたフリーラジカルはポリマー鎖、特にその第三級炭素原子および二重結合と反応して、ポリマーラジカルを生じる。これらのポリマーラジカルは官能性不飽和化合物の二重結合と反応して、二重結合を有するポリマー鎖を生じてもよい。ポリマー鎖のこれらの二重結合は、他のポリマーラジカルとさらに反応して長鎖分岐ポリマーを形成してもよい。
押出し機の溶融ゾーンおよび混合ゾーンの組み合わせにおける全体の平均滞留時間は、好ましくは少なくとも約25秒、より好ましくは少なくとも約30秒であるべきである。典型的に、平均滞留時間は60秒を超えず、好ましくは55秒を超えない。平均滞留時間が30秒から45秒の範囲内であったときに、良好な結果が得られている。
上記で考察されたとおり、1つもしくはそれ以上の排気ポート、またはしばしば呼ばれるとおりの通気ポートを介して、押出し機から気体状材料を除去することが好ましい。気体状材料は典型的に、未反応の官能性不飽和化合物またはフリーラジカル発生剤の分解生成物である。押出し機から気体状材料を排出することは当該産業において周知であり、たとえば上述のChris Rauwendaalの本のパラグラフ8.5.2および8.5.3などに考察されている。
2つ以上の排気ポートを用いることが可能である。たとえば、大まかな脱気のための上流ポートと、残りの揮発性材料を除去するための下流ポートとの2つのポートがあってもよい。押出し機内に大量の気体状材料があるとき、こうした配置は有利である。
通気ポートは、好適には混合ゾーンに位置する。しかし、通気ポートは溶融ゾーンの下流端部に位置していてもよい。特に複数の通気ポートがあるときには、最上流のポートを溶融ゾーン内に有し、後のポート(単数または複数)を混合ゾーン内に有することがしばしば有利である。
好ましくは、通気ポートは減圧に接続され、たとえば大気圧から大気圧より0.5バール低い圧力など、より好ましくは大気圧より0.05バール低い圧力から大気圧より0.4バール低い圧力に接続される。
加えて、押出し機にたとえば水、蒸気、CO、またはNなどのストリッピング剤を加えることも可能である。使用されるとき、こうしたストリッピング剤は通気ポートの上流に導入されるか、または複数の通気ポートがあるときには最下流の通気ポートの上流かつ上流通気ポートの下流に導入される。典型的に、ストリッピング剤は混合ゾーン内に導入されるか、または溶融ゾーンの下流端部において導入される。ストリッピングは、特にChris Rauwendaalの本のパラグラフ8.5.2.4に考察されている。
ダイゾーン
ダイゾーンは典型的にダイプレートを含み、これはブレーカープレートと呼ばれることもある、複数の孔を有する厚い金属ディスクである。孔はスクリュー軸に平行である。溶融オレフィンポリマーは、ダイプレートを通って加圧される。こうして溶融ポリマーは多数のストランドを形成する。次いでこれらのストランドがペレタイザに送られる。
ダイプレートの機能は、ポリマー溶融物のらせん状の動きを抑止して、それが一方向に流れるよう強制することである。
加えてダイゾーンは、典型的にダイプレートによって支持された1つまたはそれ以上のスクリーンを含んでもよい。スクリーンは、ポリマー溶融物から異質の材料を除去し、かつポリマーからゲルを除去するために用いられる。ゲルは典型的に非分散高分子量ポリマー、たとえば架橋ポリマーなどである。
多段階押出し
加えて本発明の押出しプロセスを、2つ、任意には3つ以上のカスケード状押出し機における多段階押出し、好ましくは2段階押出しとして行うことも可能である。こうした構成において、上記で定義したとおりの上流押出し機はフィードゾーンと、溶融ゾーンと、好ましくは混合ゾーンとを含む。下流押出し機は混合ゾーンを含んでもよく、かつ通常は1つまたはそれ以上の排気ポートを含む。
本発明において「上流押出し機」および「第1の押出し機」は同義的に用いられる。同様に、「下流押出し機」および「第2の押出し機」は同義的に用いられる。
第2の押出し機は通常、ポリマーの脱揮発を行う目的を有するため、排気ポートが存在する。
第2の押出し機はさらに、溶融物に添加剤を供給するためのフィードポートを含んでもよい。
押出し機はシングルスクリュー押出し機;ツインスクリュー押出し機、たとえば共回転ツインスクリュー押出し機もしくは逆回転ツインスクリュー押出し機など;またはマルチスクリュー押出し機、たとえばリング押出し機などであってもよい。特に好ましくは、押出し機はシングルスクリュー押出し機である。こうした押出し機は当該技術分野において周知であり、たとえばコペリオン、日本製鋼所、クラウス・マッフェイ・ベルストルフ、またはライストリッツなどから供給される。
第2の押出しプロセスの押出し機は典型的に、脱揮発ゾーンおよびダイゾーンを含む。脱揮発ゾーンにおいては、揮発性化合物が1つまたはそれ以上の排気ポートを通じて上述のとおりに溶融物から除去される。
第2の押出しプロセスの押出し機は典型的に、約6:1から約65:1、好ましくは約8:1から60:1、または約6:1から20:1の長さ対直径の比L/Dを有する。当該技術分野において周知であるとおり、共回転ツインスクリュー押出し機は通常、逆回転ツインスクリュー押出し機よりも大きいL/Dを有する。
第2の押出しプロセスの押出し機に含まれる脱揮発ゾーンは一般的に、修飾オレフィンポリマーの溶融物から気体状成分を除去するための1つまたはそれ以上の排気または通気ポートを含む。こうした気体状成分は、未反応の官能性不飽和化合物、未反応のフリーラジカル発生剤、またはそれらの分解生成物を含んでもよい。
好ましくは、排気ポートは減圧に接続され、たとえば大気圧から大気圧より0.5バール低い圧力など、より好ましくは大気圧より0.05バール低い圧力から大気圧より0.4バール低い圧力に接続される。
好適には、気体状成分の除去を助けるために、第2の押出しプロセスの押出し機にたとえば水、蒸気、または窒素などのストリッピング剤が加えられる。使用されるとき、こうしたストリッピング剤は排気ポートの上流で加えられるか、または複数の排気ポートがあるときには最下流の排気ポートの上流で加えられる。
加えて第2の押出しプロセスの押出し機は、こうした押出し機にたとえばポリマーおよび添加剤などのさらなる構成要素を供給するための1つまたはそれ以上のフィードポートを有してもよい。こうした付加的なフィードポートの場所は、そのフィードポートを通じて加えられる材料のタイプによって決まる。
一般的に、第2の押出しプロセスの脱揮発ゾーンにおける修飾オレフィンポリマーの溶融物の滞留時間は少なくとも15秒、たとえば>15秒などである。
ペレタイザ
溶融ポリマーのストランドは、ダイプレートを通じてペレタイザに送られる。通常、ペレタイザは水浴と、ダイプレートに隣接する回転ナイフの組とを含む。ストランドは水中で冷却および凝固され、回転ナイフがストランドを切断してペレットにする。好適なナイフの数を選択し、かつ好適な回転速度を選択することによって、ペレットのサイズを調整できる。
ペレタイザ内の水の温度は典型的に20℃から90℃、好ましくは30℃から70℃である。ペレットが浮遊する水の流れはペレタイザから取り出される。ペレットは水の流れから分離された後、乾燥されて回収される。水の流れは冷却ステップに送られ、ペレタイザに戻される。任意には、損失を補償するために水の流れに新鮮な水が加えられる。
修飾オレフィンポリマー
修飾オレフィンポリマーは、長鎖分岐を有することを特徴とする。上述のとおり、長鎖分岐はオレフィンポリマーと、フリーラジカル発生剤と、官能性不飽和化合物との反応によって形成される。
好ましくは、30バールのダイ圧力にてISO 16790:2005に従って測定された修飾オレフィンポリマーのF30溶融強度は少なくとも3.4cN、より好ましくは4.0cNから50.0cN、たとえば10.0cNから40.0cNなどである。
好適な下限は3.4cN、好ましくは4.0cN、より好ましくは10.0cNである。好適な上限は50.0cN、好ましくは40.0cNである。示されるF30溶融強度範囲の下側および上側の値は含まれる。
一般的に、本発明に従う修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスによって得ることができるポリプロピレン生成物の、30バールのダイ圧力にてISO 16790:2005に従って測定されたv30溶融伸展性は少なくとも170mm/s、好ましくは少なくとも200mm/s、より好ましくは240mm/sから300mm/sの範囲である。
さらに、修飾オレフィンポリマーのg’は好ましくは0.95以下、より好ましくは0.90以下、さらにより好ましくは0.80以下、たとえば0.75または0.70以下などである。一般的にg’は少なくとも0.5、たとえば少なくとも0.6などである。
本発明のプロセスによって生成される修飾オレフィンポリマーは、増加した溶融強度、向上した溶融伸展性、および低いゲル含有量を有する。
一般的に、本発明に従う修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスによって得ることができるポリプロピレン生成物の、VDA 277に従って測定される残留分解生成物の量は200μg/g未満、好ましくは150μg/g未満、より好ましくは100μg/g未満である。
修飾オレフィンポリマーは、たとえば特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、および特許文献7などによって当該技術分野において周知である。
図面
図1は、修飾ポリオレフィンを生成するために用いられる先行技術プロセスを開示するものである。この図1の参照番号は以下の意味を有する。
1 オレフィンポリマーのための中間貯蔵容器
2 生成物移送チューブ
3 固体のための計量デバイス
4 連続的加熱可能フロースルーミキサ
5 ラジカル発生剤のための投与ポンプ
6 気体圧力制御
7 ツインスクリュー押出し機
8 モノマー計量のための量制御
9 顆粒化機器(ペレタイザ)
10 廃ガス精製
11 気体を供給するための接続部品を有する特殊ハウジング
12 押出し機に粉末状反応混合物を供給するための接続部品を有する特殊ハウジング(フィードホッパ)
13 脱気のための接続部品を有する特殊ハウジング(排気または通気ポート)
14 連行剤を計量して入れるための接続部品を有する特殊ハウジング
15 最終脱気のための接続部品を有する特殊ハウジング(排気または通気ポート)
16 付加的な材料を計量するための接続部品を有する特殊ハウジング
オレフィンポリマーは中間貯蔵容器(1)から生成物移送チューブ(2)および固体計量デバイス(3)を通って連続的加熱可能フロースルーミキサ(4)に送られ、連続的加熱可能フロースルーミキサ(4)は、ポリプロピレン粒子と任意に加えられた熱分解するフリーラジカル発生剤との混合の際に高い均質化効果を有する。
フリーラジカル発生剤は計量ポンプ(5)によって、液体を霧状にするための装置に輸送され、フロースルーミキサ(4)内でポリマー粉末を機械的に混合することによって生成された流動床の上に噴霧され、フロースルーミキサ(4)内で気相中の二官能性不飽和モノマーがオレフィンポリマー粒子に吸収される。
官能性不飽和化合物を含有する気体混合物は量コントローラ(6)で計量され、その設定点は質量圧力またはメルトインデックスの関数として固定される。気体状の官能性不飽和化合物は、ツインスクリュー押出し機(7)の粉末状反応混合物に対するフィードホッパ(12)の上流にある特殊ハウジング(11)に送り込まれ、フィードホッパ(12)を粉末に対して向流的に流れて、連続的加熱可能スルーフローミキサ(4)に入る。フロースルーミキサ(4)の添加パイプ(2)および計量デバイス(3)において、官能性不飽和化合物は粉末とともに運ばれる不活性ガスまたは酸素または不活性ガス/酸素混合物と混合する。気体混合物は圧力制御(6)から廃ガス精製システム(10)に流れる。
官能性不飽和化合物を含有する気体混合物は、任意にはコンプレッサ循環ポンプによって循環されてもよい。
特殊ハウジング(11)において気体を供給するための接続部品に適合されたツインスクリュー押出し機(7)は、接続部品(12)から供給された修飾オレフィンポリマーを官能性不飽和化合物の存在下で接続部品(12)および(13)の間で加熱および融解することを可能にする。
接続部品(13)は、修飾オレフィンポリマーからほとんどの気体を除去する働きをする。ツインスクリュー押出し機は、連行剤を計量して入れるための接続部品(14)を備える。接続部品(14)の下流には、脱気のための第2の接続部品(15)があり、ここで残りの未反応の官能性不飽和化合物が押出し機(7)から取り出される。任意には、たとえば添加剤などのさらなる補助材料がフィードポート(16)から加えられてもよい。下流の顆粒化機器(9)は、溶融押出し物の粉砕をもたらす。
図2は、本発明に従う一実施形態を示す。
12 押出し機にオレフィンポリマーを供給するための特殊ハウジング(フィードホッパ)
13 第1の脱気のための特殊ケーシング(排気ポートまたは通気ポート)
14 ストリッピング剤の制御された投与のための特殊デバイス、たとえば特殊設計スプレーノズルなど
15 第2の微細な脱気のための特殊ケーシング(排気ポートまたは通気ポート)
16 たとえば副流スクリューコンベヤなどによるポリマー添加剤の投与
17 重量流量測定および制御機器を含むポリマー添加剤容器
18 気体状モノマーおよび分解生成物のためのエバポレータ機器
20 希釈剤を含むラジカル発生剤のための投与ポンプ
21 液体/気体状モノマーのための調節機器
22 液体/気体または液体/液体混合のための静的混合エレメント
25 ラジカル形成剤もしくは液体/気体状モノマーまたは両方の液体混合物の制御された投与のための特殊デバイス、たとえば特殊設計水冷スプレーノズルなど
本発明に従うプロセスにおいて、オレフィンポリマーは中間貯蔵容器(1)から生成物移送チューブ(2)および固体計量デバイス(3)を通じて送られ、固体計量デバイス(3)はオレフィンポリマー粉末を押出し機(7)のフィードホッパ(12)に直接供給する。図2に示されるとおり、生成物移送チューブ(2)は回転弁を付加的に含んでもよい。計量デバイス(3)は、好適には重量損失フィーダである。
オレフィンポリマー粉末は、計量デバイスから押出し機(7)のフィードホッパ(12)に送られる。ポリマー溶融物はダイプレートを通ってペレタイザ(9)に押出され、そこで切断されてペレットになる。
フリーラジカル発生剤を含む溶液は、投与ポンプ(20)を用いることによってフィード容器から移される。溶液は静的ミキサ(22)を通して送られ、任意には官能性不飽和化合物と組み合わされる。官能性不飽和化合物は、官能性不飽和化合物を所望の状態に保つための調節ユニットを備えたフィード容器から来る。官能性不飽和化合物とフリーラジカル発生剤とを含む複合フィードは、静的ミキサ(22)を通して送られる。次いで、その流れはスプレーノズル(25)を介して押出し機(7)の溶融ゾーンに通される。代替的に、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れは、2つの別々のスプレーノズル(25)を介して押出し機(7)の溶融ゾーンに別々に送られてもよい。
たとえば抗酸化剤、酸スカベンジャー、核形成剤、スプリット剤、および色素などの粒子形状の添加剤が、質量流測定および制御のための好適な機器を用いた添加剤容器(17)からフィードポート(16)を通じて押出し機(7)に加えられてもよい。
たとえば未反応の官能性不飽和化合物などの気体状材料は、1つまたはそれ以上の排気ポート(13)および(15)を介して押出し機(7)から排出される。上流の排気ポート(13)は、気体状材料の大部分の量を除去する目的を果たす。次いで、残りの未反応の官能性不飽和化合物を除去するために下流の排気ポート(15)が用いられる。こうして回収された気体状材料は1つまたはそれ以上のエバポレータ(18)に通されることによって、回収ラインにおける液体の存在が排除される。加えて、排気ポート(13)および(15)を介して押出し機からすべての気体状副生成物を除去することを助けるために、ポート(14)を介してたとえば蒸気または窒素などの連行剤を供給することも可能である。さらに、粉末フィーダ(3)およびフィードホッパ(12)から過剰な気体が取り出される。気体は廃ガス精製(10)に向けられる。
図3の実施形態は別様には図2の実施形態と類似であるが、フリーラジカル発生剤と官能性不飽和化合物とが押出し機(7)に送られる前に混合されている。混合を容易にするために、両方の流れが気体−液体または液体−液体吸収器(24)に送られる。吸収器(24)はたとえば投与ポンプなどの計量デバイスを備え、この計量デバイスはフリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物を含む混合物をスプレーノズル(26)に移し、このスプレーノズル(26)を介して混合物が押出し機(7)の溶融ゾーンに送られる。
図4は、実施例において用いられる押出し機のフィードポートの場所を示す概略図である。
プロセス
フィードゾーンと、溶融ゾーンと、任意には混合ゾーンと、任意にはダイゾーンとを有する押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するための本発明に従うプロセスは、
(A)オレフィンポリマーの流れを、押出し機のフィードゾーンに導入するステップと、
(B)フリーラジカル発生剤の流れを、押出し機のフィードゾーンまたは溶融ゾーンまたは存在するときには混合ゾーンに直接導入するステップと、
(C)官能性不飽和化合物の流れを、押出し機のフィードゾーンまたは溶融ゾーンまたは存在するときには混合ゾーンに直接導入するステップと、
(D)フリーラジカル発生剤の分解温度およびオレフィンポリマーの融解温度よりも高いが、オレフィンポリマーの分解温度よりも低い温度にて、押出し機中の混合物を押出すことによって、押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するステップと、
任意には(G)修飾オレフィンポリマーの溶融物をダイゾーンを通じてペレタイザに送るステップ。
一般的に、オレフィンポリマーの流れは粒子またはペレットの形状でフィードゾーンに導入される。
フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れは、押出し機の異なるゾーンにおいて第1または唯一の押出しプロセスに導入されてもよい。フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物が第1または唯一の押出しプロセスに導入され得るこうしたゾーンは、投与ポートと呼ばれる。ラジカル供給源の望ましくない分解および投与機器の詰まりをもたらし得るオリゴマー化(oliomerization)重合反応の可能性を防ぐために、こうした投与ポート内の温度は一般的に20℃から180℃である。
フリーラジカル発生剤、官能性不飽和モノマーのいずれか一方または両方の流れは、第1または唯一の押出しプロセスに含まれる押出し機の溶融ゾーンおよび/または混合ゾーンに直接導入され得る。本明細書において「直接」とは、その構成要素が新鮮な反応体として溶融ゾーンおよび/または混合ゾーンに入っており、前の反応または混合プロセスを経てきていないことを意味する。そこでそれらの構成要素はオレフィンポリマーと混合されただろう。
一般的には、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れの少なくとも一方が、第1または唯一の押出しプロセスに含まれる押出し機の溶融ゾーンまたは混合ゾーンに導入される。好ましくは、官能性不飽和化合物の流れが、第1または唯一の押出しプロセスに含まれる押出し機の溶融ゾーンに導入される。より好ましくは、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れの両方が、第1または唯一の押出しプロセスに含まれる押出し機の溶融ゾーンに導入される。
一般的に、フリーラジカル発生剤および/または官能性不飽和化合物の流れは、液体形状の流れを押出し機に噴霧することによって、第1または唯一の押出しプロセスに導入される。フリーラジカル発生剤または官能性不飽和化合物を第1または唯一の押出しプロセスに噴霧することにおいて、好適には噴霧ノズルが用いられてもよい。これらの流れは組み合わされて1つの流れにされてもよいし、別々の流れとして供給されてもよい。それらが別々の流れとして供給されるときは、官能性不飽和化合物の流れがフリーラジカル発生剤の流れの下流で押出し機に入ることが好ましい。
フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れの両方が、第1または唯一の押出しプロセスに含まれる押出し機の溶融ゾーンまたは混合ゾーンに導入される(すなわちフィードゾーンを通過しない)とき、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物は、それが反応すべき環境に直接導入される。オレフィンポリマー粒子の形態(たとえば粒径または粒子密度など)によって、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物または組み合わせがどのようにポリマーに達するかは変わらない。よって、このプロセスは原材料特性の相違には敏感でなく、異なるタイプのオレフィンポリマーが使用され得る。
フリーラジカル発生剤が第1または唯一の押出しプロセスに含まれる押出し機に導入されるとき、こうしたラジカル発生剤の分解が始まってフリーラジカルが形成される。形成されたフリーラジカルは一般的にオレフィンポリマー鎖と反応し、特にその第三級炭素原子および二重結合と反応して、オレフィンポリマーラジカルを生じる。これらのオレフィンポリマーラジカルは官能性不飽和化合物の二重結合と反応して、二重結合を有するオレフィンポリマー鎖を生じてもよい。オレフィンポリマー鎖のこれらの二重結合は、他のポリマーラジカルとさらに反応して、オレフィンポリマー鎖に接合された官能性不飽和化合物を主に含む溶融オレフィンポリマーを形成してもよい。
第1または唯一の押出しプロセスに含まれる押出し機の溶融ゾーンにおける押出し温度は、165℃から300℃の範囲、好ましくは170℃から280℃の範囲、より好ましくは170℃から240℃の範囲である。
第1または唯一の押出しプロセスに含まれる押出し機の混合ゾーンにおける押出し温度は、オレフィンポリマーの融解温度よりも高い。さらに、その温度はフリーラジカル発生剤の分解温度よりも高い必要がある。その温度はオレフィンポリマーの分解温度よりも低い必要がある。好適には、その温度はオレフィンポリマーの融解温度よりも約5℃高く、好ましくはオレフィンポリマーの融解温度よりも約10℃高い温度から、好ましくは約260℃、より好ましくは約240℃、特に好ましくは約220℃までである。たとえばプロピレンホモポリマーなどのいくつかのオレフィンポリマーに対して、その温度は好ましくは少なくとも165℃、より好ましくは少なくとも170℃であるべきである。
本発明に従う修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスにおいて、たとえばその他のポリマーおよび/または添加剤などのさらなる構成要素が押出し機(単数または複数)に導入されてもよい。添加剤の例は、たとえば抗酸化剤(たとえば立体障害フェノール、亜リン酸塩/ホスホナイト、硫黄含有抗酸化剤、アルキルラジカルスカベンジャー、芳香族アミン、ヒンダードアミン安定剤、またはそれらの混合物など)、金属不活性化剤(たとえばイルガノックス(Irganox)(登録商標)MD1024など)、またはUV安定剤(たとえばヒンダードアミン光安定剤など)などの安定剤を含むが、それらに限定されない。その他の典型的な添加剤は、修飾因子、たとえば静電気防止剤または防曇剤(たとえばエトキシ化アミンおよびアミド、またはグリセロールエステルなど)など、酸スカベンジャー(たとえばCa−ステアリン酸など)、発泡剤、付着剤(たとえばポリイソブテンなど)、潤滑剤および樹脂(たとえばイオノマーワックス、ポリエチレン−およびエチレンコポリマーワックス、フィッシャー−トロプシュワックス、モンタンベースのワックス、フルオロベースの化合物、またはパラフィンワックスなど)、核形成剤(たとえばタルク、安息香酸塩、リンベースの化合物、ソルビトール、ノニトールベースの化合物、またはアミドベースの化合物など)、ならびに滑剤およびブロッキング防止剤(たとえばエルカ酸アミド、オレアミド、タルク、天然シリカおよび合成シリカ、またはゼオライトなど)、ならびにそれらの混合物である。その他のポリマーの例は、ポリプロピレンおよびポリエチレンのホモポリマーおよびコポリマーを含むが、それらに限定されない。
2つ以上の押出し機が用いられる場合、添加剤は通常第2の押出し機、または存在するときにはその後の押出し機に加えられる。ただ1つの押出し機が用いられる場合、添加剤はこの押出し機に加えられる。
一般的に、本発明に従う修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスの間に押出し機に導入される添加剤の総量は5.0wt%以下、好ましくは1.0wt%以下、より好ましくは0.8wt%以下である。添加剤の量は、乾燥オレフィンポリマーの総量に基づいて算出される。
一般的に、本発明に従う修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスの間に押出し機に導入されるその他のポリマーの総量はwt%以下、好ましくは50wt%以下、たとえば10wt%から30wt%の範囲など、より好ましくは20wt%以下、さらにより好ましくは10wt%以下、特に好ましくは5wt%以下である。その他のポリマーの量は、乾燥オレフィンポリマーの総量に基づいて算出される。
一般的に、添加剤および/またはポリマーは混合ゾーンにおいて押出し機に導入される。
上述のとおり、押出しプロセスにただ1つの押出し機が存在するとき、たとえば600mbarから100mbarの範囲の減圧を加えることなどによって、1つまたはそれ以上の排気ポートまたはしばしば呼ばれるとおりの通気ポートを介して、第1の押出しプロセスの押出し機から気体状材料を除去することが好ましい。気体状成分は、未反応の官能性不飽和化合物、未反応のフリーラジカル発生剤、またはそれらの分解生成物を含んでもよい。押出し機から気体状材料を排出することは当該産業において周知であり、たとえば上述のChris Rauwendaalの本のパラグラフ8.5.2および8.5.3などに考察されている。
2つ以上の排気ポートを用いることが可能である。たとえば、大まかな脱気のための上流ポートと、残りの揮発性材料を除去するための下流ポートとの2つのポートがあってもよい。押出し機内に大量の気体状材料があるとき、こうした配置は有利である。
通気ポートは、好適には混合ゾーンに位置する。しかし、通気ポートは溶融ゾーンの下流端部に位置していてもよい。特に複数の通気ポートがあるときには、最上流のポートを溶融ゾーン内に有し、後のポート(単数または複数)を混合ゾーン内に有することがしばしば有利である。
加えて、押出し機にたとえば水、蒸気、CO、またはNなどのストリッピング剤を加えることも可能である。使用されるとき、こうしたストリッピング剤は通気ポートの上流に導入されるか、または複数の通気ポートがあるときには最下流の通気ポートの上流かつ上流通気ポートの下流に導入される。典型的に、ストリッピング剤は混合ゾーン内に導入されるか、または溶融ゾーンの下流端部において導入される。ストリッピングは、特にChris Rauwendaalの本のパラグラフ8.5.2.4に考察されている。
一般的にフリーラジカル発生剤が分解されて修飾オレフィンポリマーの大部分が一般的に形成される第1の押出しプロセスの後、修飾オレフィンポリマーの溶融物はペレタイザに移されるか、または第2の押出しプロセスに移される。修飾オレフィンポリマーの溶融物が第2の押出しプロセスに移されるとき、第1の押出しプロセスの間に生じた分解生成物および/または気体状材料を単一の押出しプロセスにおいて達成されるレベルよりも低いレベルまで除去するために、こうした溶融物は脱揮発ゾーンを通って押出される。
上述したとおり、脱揮発ゾーンは一般的に、修飾オレフィンポリマーの溶融物から気体状成分を除去するための1つまたはそれ以上の排気または通気ポートを含む。気体状成分の除去は一般的に、たとえば<100mbarの圧力の減圧を加えることなどによって行われる。気体状成分は、未反応の官能性不飽和化合物、未反応のフリーラジカル発生剤、またはそれらの分解生成物を含んでもよい。
2つ以上の排気ポートを用いることが可能である。たとえば、大まかな脱気のための上流ポートと、残りの揮発性材料を除去するための下流ポートとの2つのポートがあってもよい。第2の押出しプロセスの押出し機内に大量の気体状材料があるとき、こうした配置は有利である。
加えて、第2の押出しプロセスの押出し機に、たとえば水、蒸気、二酸化炭素、または窒素などのストリッピング剤を加えることも可能である。使用されるとき、こうしたストリッピング剤は通気ポートの上流に導入されるか、または複数の通気ポートがあるときには最下流の通気ポートの上流かつ上流通気ポートの下流に導入される。ストリッピングは、特にChris Rauwendaalの本のパラグラフ8.5.2.4に考察されている。
特殊な場合には、第1の押出し機からも気体状材料を除去することが可能である。
脱揮発ゾーンの終わりに、溶融物は一般的にダイゾーンに入る。修飾オレフィンポリマーの溶融物がダイを通って加圧された後、溶融物は典型的にペレタイザにおいて凝固され、切断されてペレットになる。
結果として得られる修飾オレフィンポリマーが一般的に有する、VDA 277に従って測定された残留分解生成物の量は200μg/g未満、好ましくは150μg/g未満、より好ましくは100μg/g未満である。
以下の条項には、本発明の好ましい特徴が記載されている。
1.フィードゾーンと、溶融ゾーンと、混合ゾーンと、ダイゾーンとを有する押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスであって、このプロセスは(A)オレフィンポリマーの流れを、押出し機のフィードゾーンに導入するステップと、(B)フリーラジカル発生剤の流れを、押出し機のフィードゾーンまたは溶融ゾーンに直接導入するステップと、(C)官能性不飽和化合物の流れを、押出し機のフィードゾーンまたは溶融ゾーンに直接導入するステップと、(D)フリーラジカル発生剤の分解温度およびオレフィンポリマーの融解温度よりも高いが、オレフィンポリマーの分解温度よりも低い温度にて、押出し機中の混合物を押出すことによって、押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するステップと、(E)修飾オレフィンポリマーの溶融物をダイゾーンを通じてペレタイザに送るステップとを含む。
2.条項1に従うプロセスであって、フリーラジカル発生剤または官能性不飽和化合物の流れの少なくとも一方が押出し機のフィードゾーンに導入される。
3.条項1に従うプロセスであって、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れの少なくとも一方が押出し機の溶融ゾーンに導入される。
4.条項3に従うプロセスであって、官能性不飽和化合物の流れは押出し機の溶融ゾーンに導入される。
5.条項3または条項4に従うプロセスであって、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れの両方が押出し機の溶融ゾーンに導入される。
6.条項5に従うプロセスであって、官能性不飽和化合物の流れはフリーラジカル発生剤の流れの下流に導入される。
7.先行する条項のいずれか一項に従うプロセスであって、オレフィンポリマーは、プロピレンのホモポリマー;プロピレンとエチレンおよび4から10の炭素原子を有するアルファ−オレフィンより選択される1つまたはそれ以上のコモノマーとのコポリマー;ならびにそれらの混合物からなる群より選択される。
8.条項7に従うプロセスであって、押出し機の溶融ゾーン内の温度は165℃から300℃の範囲内であり、好ましくは170℃から280℃、特に好ましくは170℃から240℃である。
9.先行する条項のいずれか一項に従うプロセスであって、フリーラジカル発生剤はアシルペルオキシド、アルキルペルオキシド、ヒドロペルオキシド、ペルエステル、ペルオキシカーボネート、およびそれらの混合物からなる群より選択される。
10.条項9に従うプロセスであって、フリーラジカル発生剤はベンゾイルペルオキシド、4−クロロベンゾイルペルオキシド、3−メトキシベンゾイルペルオキシド、メチルベンゾイルペルオキシド、アリルt−ブチルペルオキシド、2,2−ビス(t−ブチルペルオキシブタン)、1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルペルオキシ)吉草酸、ジイソプロピルアミノメチル−t−アミルペルオキシド、ジメチルアミノメチル−t−アミルペルオキシド、ジエチルアミノメチル−t−ブチルペルオキシド、ジメチルアミノメチル−t−ブチルペルオキシド、1,1−ジ−(t−アミルペルオキシ)シクロヘキサン、t−アミルペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、t−ブチルペルオキシド、1−ヒドロキシブチルn−ブチルペルオキシド、ブチルペルアセテート、クミルペルアセテート、クミルペルプロピオネート、シクロヘキシルペルアセテート、ジ−t−ブチルペルアジペート、ジ−t−ブチルペルアゼレート、ジ−t−ブチルペルグルタレート、ジ−t−ブチルペルタレート、ジ−t−ブチルペルセバケート、4−ニトロクミルペルプロピオネート、1−フェニルエチルペルベンゾエート、フェニルエチルニトロ−ペルベンゾエート、t−ブチルビシクロ−(2,2,1)ヘプタンペルカルボキシレート、t−ブチル−4−カルボメトキシペルブチレート、t−ブチルシクロブタンペルカルボキシレート、t−ブチルシクロヘキシルペルオキシカルボキシレート、t−ブチルシクロペンチルペルカルボキシレート、t−ブチルシクロプロパンペルカルボキシレート、t−ブチルジメチルペルシンナメート、t−ブチル−2−(2,2−ジフェニルビニル)ペルベンゾエート、t−ブチル−4−メトキシペルベンゾエート、t−ブチルペルベンゾエート、t−ブチルカルボキシシクロヘキサン、t−ブチルペルナフトエート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルペルトルエート、t−ブチル−1−フェニルシクロプロピルペルカルボキシレート、t−ブチル−2−プロピルペルペンテン−2−オエート、t−ブチル−1−メチルシクロプロピルペルカルボキシレート、t−ブチル−4−ニトロフェニルペルアセテート、t−ブチルニトロフェニルペルオキシカルバメート、t−ブチル−N−スクシイミドペルカルボキシレート、t−ブチルペルクロトネート、t−ブチルペルマレイン酸、t−ブチルペルメタクリレート、t−ブチルペルオクトエート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルペルイソブチレート、t−ブチルペルアクリレート、t−ブチルペルプロピオネート、およびそれらの混合物からなる群より選択される。
11.先行する条項のいずれか一項に従うプロセスであって、官能性不飽和化合物は二官能性不飽和モノマーまたはポリマーである。
12.条項11に従うプロセスであって、二官能性不飽和モノマーはジビニル化合物、アリル化合物、ジエン、芳香族または脂肪族ビス(マレイミド)、芳香族または脂肪族ビス(シトラコンイミド)、およびそれらの混合物からなる群より選択される。
13.条項12に従うプロセスであって、二官能性不飽和モノマーはジビニルアニリン、m−ジビニルベンゼン、p−ジビニルベンゼン、ジビニルペンタン、ジビニルプロパン、アクリル酸アリル、メタクリル酸アリル、マレイン酸アリルメチル、アリルビニルエーテル、1,3ブタジエン、クロロプレン、シクロヘキサジエン、シクロペンタジエン、2,3ジメチルブタジエン、ヘプタジエン、ヘキサジエン、イソプレン、1,4ペンタジエン、およびそれらの混合物からなる群より選択される。
14.条項1から10に従うプロセスであって、官能性不飽和化合物は多官能性不飽和ポリマーである。
15.条項14に従うプロセスであって、多官能性不飽和ポリマーはポリブタジエン、ブタジエンおよびスチレンのコポリマー、ならびにそれらの混合物からなる群より選択される。
16.先行する条項のいずれか一項のプロセスによって得ることができるポリプロピレン生成物であって、少なくとも3.4cN、より好ましくは4.0cNから50.0cN、特に好ましくは10.0cNから40.0cNのF30溶融強度と、少なくとも170mm/s、好ましくは少なくとも200mm/s、特に好ましくは240mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性とを特徴とする。
17.先行する条項のいずれか一項のプロセスによって得ることができるポリオレフィン生成物であって、少なくとも3.4cN、より好ましくは4.0cNから50.0cN、特に好ましくは10.0cNから40.0cNのF30溶融強度と、少なくとも170mm/s、好ましくは少なくとも200mm/s、特に好ましくは240mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性とを特徴とする。
以下の条項には、本発明のさらに好ましい特徴が記載されている。
1.修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスであって、フィードゾーンと、溶融ゾーンと、混合ゾーンと、任意にはダイゾーンとを有する押出し機において第1の押出しプロセスが行われ、第1の押出しプロセスは(A)オレフィンポリマーの流れを、押出し機のフィードゾーンに導入するステップと、(B)フリーラジカル発生剤の流れを、押出し機の溶融ゾーンまたは混合ゾーンに直接導入するステップと、(C)官能性不飽和化合物の流れを、押出し機の溶融ゾーンまたは混合ゾーンに直接導入するステップと、(D)フリーラジカル発生剤の分解温度およびオレフィンポリマーの融解温度よりも高いが、オレフィンポリマーの分解温度よりも低い温度にて、押出し機中の混合物を押出すことによって、押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するステップとを含む。
2.条項1に従うプロセスであって、(E)修飾オレフィンポリマーの溶融物を第2の押出しプロセスに移すステップを含み、第2の押出しプロセスは脱揮発ゾーンおよびダイゾーンを有する押出し機において行われ、こうした第2の押出しプロセスは(F)修飾オレフィンポリマーの溶融物を脱揮発ゾーンを通じて押出すことによって、ポリマー溶融物から揮発性成分を取り出すステップと、(G)修飾オレフィンポリマーの溶融物をダイゾーンを通じてペレタイザに送るステップとを含む。
3.条項2に従うプロセスであって、第2の押出しプロセスの脱揮発ゾーンにおける修飾オレフィンポリマーの溶融物の滞留時間は>15秒である。
4.条項2または3のいずれか一項に従うプロセスであって、結果として得られる修飾オレフィンポリマーが有する、VDA 277に従って測定された残留分解生成物の量は100μg/g未満である。
5.先行する条項のいずれか一項に従うプロセスであって、第1の押出しプロセスにおいて、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れの少なくとも一方を押出し機の混合ゾーンに導入するステップを含む。
6.条項1から4または5のいずれか一項に従うプロセスであって、第1の押出しプロセスにおいて、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れの少なくとも一方を押出し機の溶融ゾーンに導入するステップを含む。
7.条項6に従うプロセスであって、第1の押出しプロセスにおいて、官能性不飽和化合物の流れを押出し機の溶融ゾーンに導入するステップを含む。
8.条項7に従うプロセスであって、第1の押出しプロセスにおいて、フリーラジカル発生剤および官能性不飽和化合物の流れの両方を押出し機の溶融ゾーンに導入するステップを含む。
9.条項8に従うプロセスであって、第1の押出しプロセスにおいて、官能性不飽和化合物の流れをフリーラジカル発生剤の流れの下流に導入するステップを含む。
10.先行する条項のいずれか一項に従うプロセスであって、オレフィンポリマーは、プロピレンのホモポリマー;プロピレンとエチレンおよび4から10の炭素原子を有するアルファ−オレフィンより選択される1つまたはそれ以上のコモノマーとのコポリマー;ならびにそれらの混合物からなる群より選択される。
11.条項10に従うプロセスであって、第1の押出しプロセスにおける押出し機の溶融ゾーン内の温度は165℃から300℃の範囲内であり、好ましくは170℃から280℃、特に好ましくは170℃から240℃である。
12.先行する条項のいずれか一項に従うプロセスであって、フリーラジカル発生剤はアシルペルオキシド、アルキルペルオキシド、ヒドロペルオキシド、ペルエステル、ペルオキシカーボネート、およびそれらの混合物からなる群より選択される。
13.先行する条項のいずれか一項に従うプロセスであって、官能性不飽和化合物は二官能性不飽和モノマーまたはポリマーである。
14.条項12に従うプロセスであって、二官能性不飽和モノマーはジビニル化合物、アリル化合物、ジエン、芳香族または脂肪族ビス(マレイミド)、芳香族または脂肪族ビス(シトラコンイミド)、およびそれらの混合物からなる群より選択される。
15.先行する条項のいずれか一項のプロセスによって得ることができるポリプロピレン生成物であって、少なくとも3.4cN、より好ましくは4.0cNから50.0cN、特に好ましくは10.0cNから40.0cNのF30溶融強度と、少なくとも170mm/s、好ましくは少なくとも200mm/s、特に好ましくは240mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性とを特徴とし、結果として得られる修飾ポリプロピレン生成物が有する、VDA 277に従って測定された残留分解生成物の量は100μg/g未満である。
ここで、以下の非限定的実施例によって本発明を説明する。
測定方法
別様に定義されない限り、以下の用語の定義および判定方法は、上記の本発明の一般的説明および以下の実施例にも適用される。
メルトフローレート
メルトフローレート(MFR)またはメルトインデックス(MI:melt index)は、ISO 1133に従って測定される。異なる荷重が用いられ得るとき、荷重は通常下付き文字として示され、たとえばMFRは2.16kgの荷重を示す。温度は特定のポリマーに対してISO 1133に従って選択され、たとえばポリプロピレンに対しては230℃、ポリエチレンに対しては190℃などである。よってポリプロピレンに対するMFRは、230℃の温度および2.16kgの荷重にて測定される。
SEC/VISC−LSによって定められる分子量平均、分子量分布、長鎖分岐指数(Mn、Mw、MWD、g’)
分子量平均(Mw、Mn)、分子量分布(MWD:Molecular weight distribution)、および多分散指数(polydispersity index)PDI=Mw/Mn(ここでMnは数平均分子量、Mwは重量平均分子量である)によって記載される分子量分布の幅広さは、ISO 16014−4 2003に従うゲル浸透クロマトグラフィ(GPC:Gel Permeation Chromatography)によって定められた。屈折率(RI:refractive index)、オンライン4キャピラリブリッジ粘度計(PL−BV 400−HT)、ならびに15°および90°の角度を有するデュアル光散乱検出器(PL−LS 15/90光散乱検出器)を備えたPL 220(ポリマー・ラボラトリーズ(Polymer Laboratories))GPCを用いた。160℃および1mL/minの一定の流速において、固定相としてポリマー・ラボラトリーズの3xオレキシス(Olexis)および1xオレキシス・ガード(Olexis Guard)カラムを、移動相として1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB(trichlorobenzene)、250mg/Lの2,6−ジtertブチル−4−メチル−フェノールによって安定化)を適用した。分析毎に200μLのサンプル溶液を注入した。132900g/molのモル質量および0.4789dl/gの粘度を有するナローPS標準物質(MWD=1.01)によって、対応する検出器定数および検出器間遅延体積を定めた。TCBにおける使用されたPS標準物質に対する対応するdn/dcは0.053cm/gである。
2つの角度15°および90°の組み合わせを用いた光散乱によって、各溶出スライスにおけるモル質量を定めた。シルス・マルチ−オフライン(Cirrus Multi−Offline)SEC−ソフトウェア・バージョン3.2(ポリマー・ラボラトリーズ・バリアン社(Polymer Laboratories a Varian Inc. Company))を用いて、すべてのデータ処理および算出を行った。シルス・ソフトウェアにおけるフィールド「『サンプル算出オプション』サブフィールド『スライスMWデータ』(sample calculation options subfield slice MW data from)」内の「LS角度の組み合わせを用いる(use combination of LS angles)」というオプションを用いて、分子量を算出した。
G.Saunders,P.A.G:Cormack、S.Graham;D.C.Sherrington,Macromolecules,2005,38,6418−6422には、データ処理が詳細に記載されている。この文献において、各スライスのMwは90°の角度によって次の等式によって定められる。
Figure 2018504486
90°の角度のレイリー比R(θ)90°はLS検出器によって測定され、RはRI検出器の応答である。粒子散乱関数P(θ)は、C.JacksonおよびH.G.Barth(C.JacksonおよびH.G.Barth、「Molecular Weight Sensitive Detectors」:Handbook of Size Exclusion Chromatography and related techniques、C.−S.Wu、2nded.,Marcel Dekker、ニューヨーク(New York)、2004、p.103)に記載されるとおり、両方の角度(15°および90°)の使用によって定められる。それぞれLS検出器またはRI検出器から得られる信号が少なくなる低分子および高分子領域に対して、溶出体積を対応する分子量に相関させるために線形適合を用いた。
等式に用いられるdn/dcは、RI検出器の検出器定数、サンプルの濃度c、および分析したサンプルの検出器応答の範囲から算出される。
分岐ポリマーサンプルのg’指数を用いて、分岐の相対量が定められる。長鎖分岐(LCB:long chain branching)指数は、g’=[η]br/[η]linと定義される。g’値が増加すれば分岐含有量が減少することが周知である。[η]は特定の分子量のポリマーサンプルのTCB中の160℃における固有粘度であり、オンライン粘度および濃度検出器によって測定される。ソロモン−ゲーツマン(Solomon−Gatesman)等式を用いて、シルス・マルチ−オフラインSEC−ソフトウェア・バージョン3.2のハンドブックに記載されるとおりに固有粘度を測定した。
RI検出器によって、各溶出スライスの必要濃度を定める。
[η]linは直鎖サンプルの固有粘度であり、[η]brは同じ分子量および化学組成の分岐サンプルの粘度である。数平均のg’および重量平均のg’は次のとおりに定義される。
Figure 2018504486
ここでaはフラクションiのdW/dlogMであり、Aはフラクションiまでのポリマーの累積dW/dlogMである。オンライン粘度検出器によって、その分子量における直鎖参照(直鎖アイソタクチックPP)の[η]linを測定した。続いて、logM=4.5〜6.1の分子量範囲における直鎖参照からKおよびα値を得た(K=30.68*10−3およびα=0.681)。次の関係、[η]lin,i=K*M αによって、g’算出のためのスライス分子量毎の[η]linを算出した。オンライン粘度および濃度検出器によって、各々の特定のサンプルに対する[η]br,iを測定した。
gpcBR指数:
gpcBR指数は、次の式を用いることによって算出される。
Figure 2018504486
ここではシルス・マルチ−オフラインSEC−ソフトウェア・バージョン3.2および次のアプローチを用いることによって、Mw(LS15)は15°の角度の光散乱溶出範囲から算出され、[η](バルク(bulk))は対応する粘度検出器溶出範囲から算出される。
Figure 2018504486
ここでKLSは15°の角度の光散乱定数であり、dn/dcはRI検出器の検出器定数から算出される屈折率増分であり、KIVは粘度計の検出器定数であり、Spは各クロマトグラフィスライスにおける比粘度であり、Cは対応するg/dlの濃度である。
最初に、分子量および固有粘度の両方に対して直鎖PP(「直鎖」)に対して対応するマークホーウィンク定数を適用した普遍的較正アプローチを用いて、直鎖ポリプロピレン標準サンプルに対する分子量および固有粘度を、対応する等式を用いた溶出体積の関数として定める。
Figure 2018504486
ゲル含有量
約2gのポリマー(m)を計量して金属のメッシュに入れ、ポリマーとメッシュとの複合重量を定める(m+m)。メッシュ内のポリマーを、ソックスレー装置内で沸騰したキシレンによって5時間抽出する。次いで溶離剤を新鮮なキシレンに交換し、さらに1時間沸騰を続ける。その後、メッシュを乾燥して再び計量して、高温キシレン不溶性ポリマー(XHU)とメッシュとの複合質量を得る(mXHU+m)。式(mXHU+m)−m=mXHUによって得たキシレン高温不溶性ポリマーの質量(mXHU)を、ポリマーの重量(m)と関係付けて、キシレン不溶性ポリマーのフラクションmXHU/mを得る。次いで、このキシレン不溶性ポリマーのフラクションをゲル含有量として取得する。
30 およびF 200 溶融強度ならびにv 30 およびv 200 溶融伸展性
本明細書に記載されるテストはISO 16790:2005に従う。ISO 16790:2005の図1に従う装置を用いる。
論文「Rheotens−Mastercurves and Drawability of Polymer Melts」、M.H.Wagner,Polymer Engineering and Sience,Vol.36,925頁から935頁に記載される方法によって、歪み硬化挙動を定める。ポリマーの歪み硬化挙動をレオテンス(Rheotens)装置(ゴットフェルト(Goettfert),ジーメンス通り(Siemensstr.)2,74711 ブーヘン(Buchen),ドイツ(Germany)の製品)によって分析し、この装置においては、定められた加速で引き下げることによって溶融ストランドを伸長させる。
レオテンスの実験は、工業的紡績および押出しプロセスをシミュレートするものである。原則として、円形ダイを通じて溶融物を押圧または押出し、得られたストランドを引き出す。押出し物における応力を、溶融特性および測定パラメータ(特に出力と引き出し速度との比率、実際には伸展速度の尺度)の関数として記録する。以下に提供する結果については、実験用押出し機HAAKEポリラブ(Polylab)システムと、円筒形ダイ(L/D=6.0/2.0mm)を有するギヤポンプとによって材料を押出した。F30溶融強度およびv30溶融伸展性を測定するために、押出しポリマーの一部をバイパスさせることによって、押出し機出口(=ギヤポンプ入口)における圧力を30バールに設定する。F200溶融強度およびv200溶融伸展性を測定するために、押出しポリマーの一部をバイパスさせることによって、押出し機出口(=ギヤポンプ入口)における圧力を200バールに設定する。
5mm/sのストランド押出し速度に対してギヤポンプを予め調整し、融解温度を200℃に設定した。ダイとレオテンスホイールとの間のスピンラインの長さは80mmであった。実験の初めに、レオテンスホイールの巻取り速度を押出されるポリマーストランドの速度に調整した(張力0)。次いで実験を開始し、ポリマーフィラメントが切れるまでレオテンスホイールの巻取り速度をゆっくりと増加させた。張力が準定常条件下で測定されるように、ホイールの加速を十分に小さくした。引き下げた溶融ストランドの加速は、120mm/sec2である。レオテンスを、PCプログラムEXTENSと組み合わせて動作させた。これはリアルタイムデータ取得プログラムであり、張力および引き下げ速度の測定データを表示および保存する。ポリマーストランドが破断するレオテンス曲線(力対プーリー回転速度)の終点を、それぞれF30溶融強度およびv30溶融伸展性の値、またはF200溶融強度およびv200溶融伸展性の値として取得する。
粒径および粒径分布
ポリマーサンプルに対して、段階テストを行った。ふるい分析は、以下のサイズを有するワイヤメッシュスクリーンを有するふるいの入れ子カラムを伴った。>20μm、>32μm、>63μm、>100μm、>125μm、>160μm、>200μm、>250μm、>315μm、>400μm、>500μm、>710μm、>1mm、>1.4mm、>2mm、>2.8mm。最大のスクリーン開口部を有する頂部のふるいにサンプルを注ぎ入れた。カラムの下側のふるいの各々は、上のものよりも小さい開口部を有する(上に示すサイズを参照)。底部には受器がある。カラムを機械式振とう機に入れた。振とう機はカラムを振とうした。振とうが完了した後、各ふるい上の材料を計量した。次いで、各ふるいのサンプルの重量を総重量で割って、各ふるいに保持されたパーセンテージを与えた。
実施例においては、次の過酸化物溶液を用いた。
過酸化物溶液1:75重量%の、160℃における25秒から45秒の半減期を有するフリーラジカル発生剤(密度約0.90g/ml)。
過酸化物溶液2:67重量%の過酸化物溶液1と、33重量%のイソドデカンとを含む溶液。
実施例においては、次のポリマーを用いた。
ポリマー1:0.6g/10minのMFRと、0.23mmの中央粒径とを有する、粉末形状のポリプロピレンホモポリマー。
ポリマー2:0.8g/10minのMFRと、約3.9〜3.7mmのペレットサイズとを有する、ペレット形状のポリプロピレンホモポリマー。
ポリマー3:0.22g/10minのMFRと、1.69mmの中央粒径とを有する、粉末形状のプロピレンおよびエチレンのランダムコポリマー。
ポリマー4:0.8g/10minのMFRと、1.55mmの中央粒径とを有する、粉末形状のポリプロピレンホモポリマー。
ポリマー5:2.0g/10minのMFRと、約0.55mmの中央粒径とを有する、粉末形状のポリプロピレンホモポリマー。
17%のCa−ステアリン酸、17%の合成ヒドロタルサイト、および残部(reminder)のイルガノックス(登録商標)B225を含有する添加剤パッケージをポリマーに混合し、これはすべての実施例においてフィードポートに導入した。
実施例1
以下のとおりの反応性押出しのために、L/D38を有するZSK 30共回転ツインスクリュー押出し機を用いた。スクリューの上流端部からL/D1.5の距離において粉末を供給した。過酸化物および/またはブタジエンのフィード点は、スクリューの上流端部からL/D8および12であった。付加的なフィードはL/D24であり、減圧ポートはL/D33であった。L/D9から24の範囲において、スクリューは混合エレメントを含み、一方で1から9および24から38には運搬エレメントを含んだ。バレル温度は、溶融ゾーンの上流端部において約110℃、混合ゾーンにおいて180℃から200℃、ダイにおいて約220℃であった。減圧を−0.25バールgに設定した。
ポリマー1を押出し機のフィードポートに導入した。上述のとおり、L/D8における液体フィードポートに1,3−ブタジエンおよび過酸化物溶液1を導入して、過酸化物溶液およびブタジエンのフィード比率が、プロピレンホモポリマーとブタジエンと過酸化物溶液との複合フィードのそれぞれ0.72重量%および0.23重量%になるようにした。ポリマーフィード速度は8kg/hであった。
結果として得られたポリマーは、2.0g/10minのMFR、35cNのF30、249mm/sのv30、および0.42%の高温キシレン不溶性材料のフラクションを有した。このデータは、ポリマーが長鎖分岐を含んだ(高い値のF30およびv30)が、架橋材料の量は低かった(低い値のXHU)ことを示す。このデータを表1にまとめている。
実施例2
ポリマー原材料としてポリマー5を用いたことを除き、実施例1の手順を繰り返した。過酸化物溶液1および1,3−ブタジエンのフィード比率は、表1に示すとおりであった。
実施例3
ポリマー原材料としてポリマー2を用いたこと、およびブタジエンをL/D12のフィードポートに導入したことを除き、実施例1の手順を繰り返した。過酸化物溶液1および1,3−ブタジエンのフィード比率は、表1に示すとおりであった。
実施例4
過酸化物溶液1の代わりに過酸化物溶液2を用いたことを除き、実施例1の手順を繰り返した。過酸化物溶液2および1,3−ブタジエンのフィード比率は、表1に示すとおりであった。
Figure 2018504486
実施例5
ポリマー原材料としてポリマー3を用いたことを除き、実施例1の手順を繰り返した。過酸化物溶液1および1,3−ブタジエンのフィード比率は、表1に示すとおりであった。
実施例6
過酸化物溶液および1,3−ブタジエンのフィード比率を表1に示すとおりにしたことを除き、実施例1の手順を繰り返した。
実施例7
実施例1に記載される押出し機を、次のことを除いては実施例1に記載されるとおりに動作させた。
ポリマー4を、過酸化物溶液1とともに押出し機のフィードポートに導入した。1,3−ブタジエンを、L/D8の液体フィードポートに導入した。過酸化物溶液およびブタジエンのフィード比率は、プロピレンホモポリマーとブタジエンと過酸化物溶液との複合フィードのそれぞれ0.74重量%および0.22重量%であった。ポリマーフィード速度は8kg/hであった。
結果として得られたポリマーは、1.6g/10minのMFR、32cNのF30、239mm/sのv30、および0.74%の高温キシレン不溶性材料のフラクションを有した。このデータは、ポリマーが長鎖分岐を含んだ(高い値のF30およびv30)が、架橋材料の量は低かった(低い値のXHU)ことを示す。このデータを表2にまとめている。
実施例8
1,3−ブタジエンをL/D12の液体フィードポートに導入したことを除き、実施例7の手順を繰り返した。過酸化物溶液1および1,3−ブタジエンのフィード比率は、表2に示すとおりであった。さらに、ポリマー原材料としてポリマー2を用いた。
参照実施例1
ポリマー原材料としてポリマー1を用いることによって、特許文献4の実施例1のプロセスを繰り返した。過酸化物および1,3−ブタジエンの量は、それぞれ0.09重量%および0.28重量%であった。そのデータを表2に示す。
Figure 2018504486

Claims (19)

  1. フィードゾーンと、溶融ゾーンと、任意には混合ゾーンと、任意にはダイゾーンとを有する押出し機において修飾オレフィンポリマーを生成するためのプロセスであって、
    (A)オレフィンポリマーの流れを、前記押出し機の前記フィードゾーンに導入するステップと、
    (B)フリーラジカル発生剤の流れを、前記押出し機の前記フィードゾーンまたは前記溶融ゾーンまたは存在するときには前記混合ゾーンに直接導入するステップと、
    (C)官能性不飽和化合物の流れを、前記押出し機の前記フィードゾーンまたは前記溶融ゾーンまたは存在するときには前記混合ゾーンに直接導入するステップと、
    (D)前記フリーラジカル発生剤の分解温度および前記オレフィンポリマーの融解温度よりも高いが、前記オレフィンポリマーの分解温度よりも低い温度にて、前記押出し機中の混合物を押出すことによって、前記押出し機において前記修飾オレフィンポリマーを生成するステップと、
    任意には
    (G)前記修飾オレフィンポリマーの溶融物を前記ダイゾーンを通じてペレタイザに送るステップと
    を含む、プロセス。
  2. 前記フリーラジカル発生剤または前記官能性不飽和化合物の前記流れの少なくとも一方が前記押出し機の前記フィードゾーンに直接導入される、請求項1に記載のプロセス。
  3. 前記フリーラジカル発生剤および前記官能性不飽和化合物の前記流れの少なくとも一方が、前記押出し機の前記溶融ゾーンまたは存在するときには前記混合ゾーンに直接導入される、請求項1に記載のプロセス。
  4. 前記官能性不飽和化合物の前記流れは、前記押出し機の前記溶融ゾーンまたは存在するときには前記混合ゾーンに直接導入される、請求項3に記載のプロセス。
  5. 前記フリーラジカル発生剤および前記官能性不飽和化合物の前記流れの両方が、前記押出し機の溶融ゾーンまたは存在するときには前記混合ゾーンに直接導入される、請求項3または請求項4に記載のプロセス。
  6. 前記官能性不飽和化合物の前記流れは前記フリーラジカル発生剤の前記流れの下流に導入される、請求項5に記載のプロセス。
  7. 前記オレフィンポリマーは、プロピレンのホモポリマー;プロピレンとエチレンおよび4から10の炭素原子を有するアルファ−オレフィンより選択される1つまたはそれ以上のコモノマーとのコポリマー;ならびにそれらの混合物からなる群より選択される、請求項1〜6のいずれか一項に記載のプロセス。
  8. 前記押出し機の前記溶融ゾーン内の温度は165℃から300℃の範囲内であり、好ましくは170℃から280℃、特に好ましくは170℃から240℃である、請求項7に記載のプロセス。
  9. 前記フリーラジカル発生剤はアシルペルオキシド、アルキルペルオキシド、ヒドロペルオキシド、ペルエステル、ペルオキシカーボネート、およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項1〜8のいずれか一項に記載のプロセス。
  10. 前記フリーラジカル発生剤はベンゾイルペルオキシド、4−クロロベンゾイルペルオキシド、3−メトキシベンゾイルペルオキシド、メチルベンゾイルペルオキシド、アリルt−ブチルペルオキシド、2,2−ビス(t−ブチルペルオキシブタン)、1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルペルオキシ)吉草酸、ジイソプロピルアミノメチル−t−アミルペルオキシド、ジメチルアミノメチル−t−アミルペルオキシド、ジエチルアミノメチル−t−ブチルペルオキシド、ジメチルアミノメチル−t−ブチルペルオキシド、1,1−ジ−(t−アミルペルオキシ)シクロヘキサン、t−アミルペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、t−ブチルペルオキシド、1−ヒドロキシブチルn−ブチルペルオキシド、ブチルペルアセテート、クミルペルアセテート、クミルペルプロピオネート、シクロヘキシルペルアセテート、ジ−t−ブチルペルアジペート、ジ−t−ブチルペルアゼレート、ジ−t−ブチルペルグルタレート、ジ−t−ブチルペルタレート、ジ−t−ブチルペルセバケート、4−ニトロクミルペルプロピオネート、1−フェニルエチルペルベンゾエート、フェニルエチルニトロ−ペルベンゾエート、t−ブチルビシクロ−(2,2,1)ヘプタンペルカルボキシレート、t−ブチル−4−カルボメトキシペルブチレート、t−ブチルシクロブタンペルカルボキシレート、t−ブチルシクロヘキシルペルオキシカルボキシレート、t−ブチルシクロペンチルペルカルボキシレート、t−ブチルシクロプロパンペルカルボキシレート、t−ブチルジメチルペルシンナメート、t−ブチル−2−(2,2−ジフェニルビニル)ペルベンゾエート、t−ブチル−4−メトキシペルベンゾエート、t−ブチルペルベンゾエート、t−ブチルカルボキシシクロヘキサン、t−ブチルペルナフトエート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルペルトルエート、t−ブチル−1−フェニルシクロプロピルペルカルボキシレート、t−ブチル−2−プロピルペルペンテン−2−オエート、t−ブチル−1−メチルシクロプロピルペルカルボキシレート、t−ブチル−4−ニトロフェニルペルアセテート、t−ブチルニトロフェニルペルオキシカルバメート、t−ブチル−N−スクシイミドペルカルボキシレート、t−ブチルペルクロトネート、t−ブチルペルマレイン酸、t−ブチルペルメタクリレート、t−ブチルペルオクトエート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルペルイソブチレート、t−ブチルペルアクリレート、t−ブチルペルプロピオネート、およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項9に記載のプロセス。
  11. 前記官能性不飽和化合物は二官能性不飽和モノマーまたはポリマーである、請求項1〜10のいずれか一項に記載のプロセス。
  12. 前記二官能性不飽和モノマーはジビニル化合物、アリル化合物、ジエン、芳香族または脂肪族ビス(マレイミド)、芳香族または脂肪族ビス(シトラコンイミド)、およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項11に記載のプロセス。
  13. 前記二官能性不飽和モノマーはジビニルアニリン、m−ジビニルベンゼン、p−ジビニルベンゼン、ジビニルペンタン、ジビニルプロパン、アクリル酸アリル、メタクリル酸アリル、マレイン酸アリルメチル、アリルビニルエーテル、1,3ブタジエン、クロロプレン、シクロヘキサジエン、シクロペンタジエン、2,3ジメチルブタジエン、ヘプタジエン、ヘキサジエン、イソプレン、1,4ペンタジエン、およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項12に記載のプロセス。
  14. 前記官能性不飽和化合物は多官能性不飽和ポリマーである、請求項1〜10のいずれか一項に記載のプロセス。
  15. 前記多官能性不飽和ポリマーはポリブタジエン、ブタジエンおよびスチレンのコポリマー、ならびにそれらの混合物からなる群より選択される、請求項14に記載のプロセス。
  16. (E)前記修飾オレフィンポリマーの前記溶融物から揮発性成分を取り出すステップをさらに含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載のプロセス。
  17. (G)前記修飾オレフィンポリマーの前記溶融物を下流押出し機に送るステップを含み、前記修飾オレフィンポリマーの前記溶融物から揮発性成分を取り出すステップは、前記下流押出し機において行われる、請求項1〜15のいずれか一項に記載のプロセス。
  18. 前記修飾オレフィンポリマーの前記溶融物を前記下流押出し機から前記ダイゾーンを通じて前記ペレタイザに送るステップをさらに含む、請求項17に記載のプロセス。
  19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載のプロセスによって得ることができるポリプロピレン生成物であって、少なくとも3.4cN、より好ましくは4.0cNから50.0cN、特に好ましくは10.0cNから40.0cNのF30溶融強度と、少なくとも170mm/s、好ましくは少なくとも200mm/s、特に好ましくは240mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性とを特徴とする、ポリプロピレン生成物。

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