JP5584472B2 - 射出成形用エチレン単峰性コポリマー及びその製造法 - Google Patents

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Description

本発明は、特定の密度、メルトインデックス、重量平均モル質量Mw、多分散性Mw/Mn、及びコモノマー側鎖の特定含量を有するエチレンのコポリマー類に関し、さらに、かかるコポリマー類を少なくとも1種含む成形用組成物類に関する。さらに、本発明は、射出成形物品を製造するためのこれらのコポリマー類の使用、当該コポリマー類を含む射出成形物品、並びに当該コポリマー類の製造法に関する。
発明の背景
総ての種類のキャップ類やクロージャー類のような物品、エンジニアリング部品、並びにガイダー類、ハンドル類、ロールオーバーバルブ類や燃料タンクモジュール部品のような自動車用部品等を射出成形により製造するためのエチレンポリマーに基づく成形用組成物類は公知である。このような物品には多くの要求事項がある。例えば、当該物品は、射出成形処理後(すなわち、冷却時)、その寸法及び形状を維持しなければならない(すなわち、収縮せず(低収縮性)、有意な反りを示さない)。一般的に、ポリエチレン成形用組成物類が溶融状態で容易に流動するとき(良好な流動性)、射出成形処理が容易に成される。低収縮性及び形状安定性は、例えば、装備用エンジニアリング部品を正確に製造しなければならないポリエチレン類の重要な特性である。
上記要求事項に合致する特性を持つエチレンポリマー類は、これまで、ポリマー内に少なくとも1つの相対的に低い分子量ポリマー成分及び少なくとも1つの相対的に高い分子量ポリマー成分を含む多峰性生成物と呼ばれてきた。特に、相対的に低い分子量ポリマー成分のコモノマー含量が可及的に少なく、相対的に高い分子量ポリマー成分可及的に多い時に、特に、良好な特性を得る。
これを達成する最も簡単な方法は、少なくとも2成分を別個に製造し、それらを互いに混合することである。あるいは、各ポリマー成分を、現場で、連続して又は平行して製造することができる。連続法では、第1段階でポリマー成分の1成分を製造し、次の段階で第2成分を製造することによるカスケード法で行う。このためには、チグラー触媒を実質的に使用し、これは、良好な水素制御性が得られ、したがって、これらの段階内で容易にモル質量を調整できる。クロム触媒は、水素制御性が不充分なため、この目的には実質的に不適切である。最終的に、比較的近時、ハイブリッド若しくは混合触媒として知られている触媒を使用して、相対的に高い分子量成分及び相対的に低い分子量成分を製造する試みが成されている。これらは、一般的に、2種以上の触媒成分を含み、当該触媒は、平行して、相対的に高い分子量ポリマー成分及び相対的に低い分子量ポリマー成分を製造できる。
クロム触媒を使用して製造したエチレンポリマー類は、インフレーションフィルムの製造用に及びブロー成形用に特に適している。しかし、クロム触媒により製造した生成物は不適切なコモノマー分布である。これは、殆どのコモノマーがポリマーの低分子量画分内に配合されているからである。この結果のため、生成物特性、特に剛性、衝撃強さ、及び環境応力亀裂抵抗性(ESCR)関係に大きな制限がある。
従来技術
WO 00/71615号公報は、0.950〜0.98g/cmの範囲内の密度、60〜90%の結晶性を有し、異なるモル質量分布を有し、そのうちの少なくとも1種がエチレンコポリマーである、少なくとも2種類のエチレン成分を含む2峰性ポリエチレンを含む射出成形した容器類を記載する。このようなポリエチレンブレンドを製造するために、反応器カスケードを使用するか又は2成分を溶融押出により混合した。
WO 2006/114210号公報は、光学特性を改良した射出成形物品を記載し、当該物品は、メタロセン触媒の使用により製造した単峰性ポリエチレン類を基礎とし、0.5〜10g/10分の範囲の高荷重メルトインデックスMFR21、50,000〜150,000g/モルの範囲の平均モル質量、及び0.94〜0.96g/cmの範囲の密度を有する。
WO 2005/103096号公報は、0.945〜0.965g/cmの範囲の密度、10〜300g/10分の範囲のMFR21、及び50,000〜150,000g/モルの範囲の平均モル質量を有する、単峰性、2峰性及び多峰性ポリエチレン類を記載する。これらのポリエチレン類は、メタロセン類及び特殊鉄錯体からなる触媒系の使用により製造する。このようなポリエチレン類を含む射出成形物品も開示する。
WO 2006/114209号公報は、混合触媒系の使用により製造した2峰性ポリエチレン類を基礎とし、0〜3.5g/10分の範囲のメルトインデックス、0.915〜0.955g/cmの範囲の密度、及び5〜20の範囲の多分散性Mw/Mnを有する成形用組成物類を記載する。これらの成形用組成物類は、高透明性及び高光沢性フィルム類を製造するのに使用される。
独国特許出願DE 102006004672.2号は単峰性エチレンコポリマー類及びクロム触媒を使用するそれらの製造法を記載し、当該エチレンコポリマー類は特殊引っ張り衝撃強さ及びコモノマー側鎖の特殊含量を有する。これらエチレンコポリマーは、3〜12の範囲のMFR21、0.940〜0.955の範囲の密度、及び330,000g/モルの重量平均モル質量を示す。
上記カスケード法又はハイブリッド触媒を使用する方法は、非常に柔軟に特性を調整できるが、これらの方法は、少なくとも2種類のポリマー成分を生成する必要があるので、複雑で且つ高価である。さらに、ポリエチレンを含む造形した物品の機械的応力許容性(stressability)もますます厳しくなる要求事項に合致しなければならず、公知の成形組成物類は、良好な流動性及び高機械的応力許容性の結合した特性プロフィールに関して、依然として、物足りないものがある。特に、自動車用エンジニアリング部品や装備品、特に、燃料タンク等は、多くの要求事項、例えば、応力亀裂抵抗性、衝撃抵抗性、低い反り性及び収縮性等を満足しなければならない。
したがって、本発明の目的は、良好な機械特性と結びついた、特に、流動性に関して、良好な加工性を有し、単一反応器中で有利に製造できる、ポリエチレン類及び成形用組成物を提供することにある。
驚いたことに、DIN EN ISO 1183−1、変法Aに準じて決定して0.938〜0.944g/cmの範囲の密度、ISO 1133に準じ、190℃、荷重21.6kgで決定して12〜17g/10分の範囲のメルトインデックスMFR21、140,000g/モル〜330,000g/モルの範囲の重量平均モル質量Mw、9〜17の範囲の多分散性Mw/Mn、及び式(I)
Figure 0005584472
により定義される値に等しいか、それを超える1000炭素原子当たりのコモノマー側鎖含量Cxを有する、エチレンと少なくとも1種のその他の1−オレフィンとの単峰性コポリマーにより達成できることが見出された。
本発明のコポリマー類は単峰性である。本特許出願目的のため、単峰性コポリマーは、モル質量分布が単峰性であるコポリマーである。本特許出願目的のため、単峰性モル質量分布は、モル質量分布曲線が単一最大を有することを意味する。
したがって、エチレン及び少なくとも1種の他の1−オレフィンとの少なくとも1種の単峰性コポリマーを含む成形用組成物であって、DIN EN ISO 1183−1 変法Aに準拠して決定した密度が0.938〜0.944g/cmの範囲であり、21.6kgの荷重下190℃においてISO 1133に準拠して決定したメルトインデックスMFR21が12〜17g/10分であり、重量平均モル質量Mwが140,000g/モル〜330,000g/モルの範囲であり、多分散性Mw/Mnが9〜17の範囲であり、1000個の炭素原子当たりのコモノマー側鎖含量Cxが式(I)により決定した値を超える成形用組成物を見出した。
さらに、射出成形物品を製造するためのエチレン及び少なくとも1種の他の1−オレフィンからなる該単峰性コポリマーの使用、並びにエチレン及び1種の他の1−オレフィンの該コポリマーを含む射出成形物品、特にこのようなコポリマーを含むエンジニアリング部品及びタンク部品を見出した。
さらに、エチレンと少なくとも1種のC−C121−オレフィンとを共重合させる段階を含む、エチレン及び少なくとも1種の他の1−オレフィンの単峰性コポリマーの製造方法であって、当該単峰性コポリマーが、DIN EN ISO 1183−1 変法Aに準拠して決定した密度が0.938〜0.944g/cmの範囲であり、21.6kgの荷重下190℃においてISO 1133に準拠して決定したメルトインデックスMFR21が12〜17g/10分であり、重量平均モル質量Mwが140,000g/モル〜330,000g/モルの範囲であり、多分散性Mw/Mnが9〜17の範囲であり、1000個の炭素原子当たりのコモノマー側鎖含量Cxが式(I)により決定した値を超える、前記製造方法を見出した。
エチレンコポリマー類は、簡便な方法により低コストで製造できる。当該コポリマー類は、良好な環境応力亀裂抵抗性及び高耐衝撃強さ、と共に良好な加工性を示す。さらに、当該コポリマー類は、加工後の低収縮性及び低反り性及び熱エージング、並びに高破断点伸びを示す。これらの良好な機械特性は、良好な加工性に結びついている。
本発明のエチレンコポリマー類の密度は、0.938〜0.944g/cmの範囲、好ましくは、0.939〜0.943g/cmの範囲、特に〜0.942g/cm、特に好ましくは、0.940〜0.942g/cmの範囲である。発明の詳細な説明及び特許請求の範囲では、密度[g/cm]はDIN EN ISO1183−1、変法Aに準拠して決定する。
高荷重メルトインデックスMFR21は、12〜17g/10分の範囲、好ましくは、13〜16g/10分の範囲、特に好ましくは、14〜16g/10分の範囲である。発明の詳細な説明及び特許請求の範囲では、高荷重メルトインデックスMFR21は、ISO 1133に準拠して21.6kgの荷重下190℃(190℃/21.6kg)で決定する。
本発明の重量平均モル質量Mwは、140,000g/モル〜330,000g/モルの範囲、好ましくは、150,000g/モル〜300,000g/モルの範囲、そして、特に好ましくは、170,000g/モル〜270,000g/モルの範囲である。特に好適な重量平均モル質量Mwの範囲は、175,000g/モル〜220,000g/モルである。
本発明のエチレンホモポリマー類及びコポリマー類の多分散性Mw/Mnは、9〜17の範囲、好ましくは、10〜16の範囲、そして、特に好ましくは、11〜16の範囲である。
モル質量分布及び平均Mn、Mw並びにこれらから誘導されるMw/Mnの決定は、高温ゲル透過クロマトグラフィーにより、WATERS 150Cを用いるDIN55672に基づく方法を使用して行い、当該装置に次のカラム、3×SHODEX AT 806MS、1×SHODEX UT 807及び1×SHODEX AT−Gを結合する。条件は下記の通りである:すなわち、溶媒:1,2,4−トリクロロベンゼン(0.025重量%の2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール)、フロー:1ml/分、500μl注入量、温度:135℃、PE標準品を使用しての較正、の各条件である。
本発明のコポリマー類のメルトインデックスMIは、0.05〜2g/10分の範囲、好ましくは、0.1〜1.5g/10分の範囲、そして、特に好ましくは、0.5〜1g/10分の範囲である。本願の発明の詳細な説明及び特許請求の範囲では、メルトインデックスMIインデックスは、ISO 1133に準拠して、5kgの荷重下190℃(190℃/5kg)で決定する。
本発明の好適な実施態様は、好適な範囲の上記した2種以上の特徴的特性、すなわち、密度、MI21、Mw、Mw/Mn、及び/又はコモノマーの側鎖含量、の組合せを示すエチレンのコポリマー類である。特に、これらのコポリマー類は単峰性である。
本発明の好適な実施態様は、エチレン及び少なくとも1種の他の1−オレフィンからなるコポリマーであって、密度が0.939〜0.943g/cmの範囲であり、メルトインデックスMI21が13〜16g/10分であり、重量平均モル質量Mwが150,000g/モル〜300,000g/モルの範囲であり、多分散性Mw/Mnが10〜16の範囲であり、1000個の炭素原子当たりのコモノマー側鎖含量Cxが式(I)により決定した値と等しいかそれを超えるコポリマーである。
本発明の特に好適な実施態様は、エチレン及び少なくとも1種の他の1−オレフィンからなるコポリマーであって、密度が0.940〜0.942g/cmの範囲であり、メルトインデックスMI21が14〜16g/10分であり、重量平均モル質量Mwが170,000g/モル〜270,000g/モルの範囲、特に、175,000〜220,000g/モルの範囲であり、多分散性Mw/Mnが11〜16の範囲であり、1000個の炭素原子当たりのコモノマー側鎖含量Cxが式(I)により決定した値と等しいかそれを超えるコポリマーである。
本発明の別の実施態様では、コポリマーの密度が0.938〜0.944g/cmの範囲、特に、0.939〜0.942g/cmの範囲であり、メルトインデックスMI21が12〜17g/10分であり、重量平均モル質量Mwが140,000g/モル〜330,000g/モルの範囲であり、多分散性Mw/Mnが9〜17の範囲であり、1000個の炭素原子当たりのコモノマー側鎖含量Cxが式(I)により決定した値と等しいかそれを超えるコポリマーであり、そして、MIが0.05〜2g/10分の範囲、好ましくは、0.1〜1.5g/10分の範囲であり、特に好ましくは、0.5〜1g/10分の範囲である。
本発明の別の実施態様では、エチレンコポリマーの密度が0.940〜0.942g/cmの範囲であり、メルトインデックスMI21が14〜16g/10分であり、重量平均モル質量Mwが170,000g/モル〜270,000g/モルの範囲であり、多分散性Mw/Mnが11〜16の範囲であり、1000個の炭素原子当たりのコモノマー側鎖含量Cxが式(I)により決定した値と等しいかそれを超えるコポリマーであり、そして、MIが0.01〜1.5g/10分の範囲、好ましくは、0.5〜1g/10分の範囲である。
本発明の成形用組成物のエチレンコポリマー部分中のエチレンに加えて存在できるコモノマーとして、個々又は互いの混合物のいずれかで、3〜12個の炭素原子を有する総ての1−オレフィン類を使用できる。好適な1−オレフィン類は、線状又は分枝状C−C10−1−アルケン類、特に、線状C−C10−1−アルケン類、例えば、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン及び1−デセン等である。エチレンコポリマーは、好ましくは、コモノマー単位として、4〜9個の炭素原子を有する1−オレフィン類、例えば、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチルペンテン若しくは1−オクテンを、共重合された形態で含む。特に好適なのは、1−ブテン、1−ヘキセン及び1−オクテンからなる群から選択される1−オレフィン類を使用するものであり、特に、1−ヘキセンが好適である。エチレンコポリマーは、好ましくは、0.01〜5重量%のコモノマー、そして、特に好ましくは、0.1〜2重量%のコモノマーを含む。
本発明の好適な実施態様では、単峰性コポリマーは0.1〜10コモノマー側鎖/1000個の炭素原子、好ましくは、0.2〜5コモノマー側鎖/1000個の炭素原子、そして、特に好ましくは、0.3〜5コモノマー側鎖/1000個の炭素原子を有する。
本発明の別の好適な実施態様では、本発明のコポリマーのコモノマー側鎖/1000個の炭素原子の含量Cxは、式(I)により定義される下限〜式(II)
Figure 0005584472
により定義される上限により限定される範囲である。
本発明では、0.938〜0.944g/cmの範囲、好ましくは、0.939〜0.943g/cm、特に、〜0.912g/cmの範囲、そして、特に好ましくは、0.940〜0.942g/cmの範囲の密度である。
コモノマー側鎖の含量はIR分析により多変量データ解析により決定する。
本発明の、エチレンと少なくとも1つの他の1−オレフィンとのコポリマーの内部トランス二重結合−CH=CH−含量(以下、トランスビニル基と呼ぶ)は、少なくとも0.01トランスビニル基/1000個の炭素原子、特に、0.02〜1トランスビニル基/1000個の炭素原子、そして、特に、0.04〜0.9トランスビニル基/1000個の炭素原子である。ASTM D 6248−98により決定を行う。
本発明の好適な実施態様では、単峰性コポリマーは、少なくとも0.5ppmのクロムを含む。好ましくは、クロム含量は30ppm以下であり、より好ましくは、10ppm以下である。クロム含量は、過酸化物コンプレックスによる測光法で決定できる。
本発明は、上記で詳細に記載した好適な特性の少なくとも1つを示すエチレンの単峰性コポリマーを含む成形用組成物を提供する。特に好適なものは、エチレンと少なくとも1種の他の1−オレフィンからなり、0.939〜0.943g/cmの範囲、特に0.942g/cmまでの密度、13〜16g/10分の範囲のメルトインデックスMI21、150,000g/モル〜300,000g/モルの範囲の重量平均モル質量Mw、10〜16の範囲の多分散性Mw/Mn、及び式(I)により定めた値に等しいかそれを超えるコモノマー側鎖/1000個の炭素原子の含量Cxを示す少なくとも1種のコポリマーを含む成形用組成物である。
特に好適なものは、エチレンと少なくとも1種の他の1−オレフィンからなり、0.940〜0.942g/cmの範囲の密度、14〜16g/10分の範囲のメルトインデックスMI21、170,000g/モル〜270,000g/モルの範囲、特に、175,000g/モル〜220,000g/モルの範囲の重量平均モル質量Mw、11〜16の範囲の多分散性Mw/Mn、及び式(I)により定めた値に等しいかそれを超えるコモノマー側鎖/1000個の炭素原子の含量Cxを示す少なくとも1種のコポリマーを含む成形用組成物である。
コモノマー側鎖/1000個の炭素原子の含量Cxが式(I)により定義される下限〜式(II)により定義される上限により限定される範囲を示す前述の好適な単峰性コポリマー類は成形用組成物に特に適している。
さらに、本発明の成形用組成物類は、エチレンポリマー類の質量を基準に、0〜6重量%、好ましくは、0.1〜1重量%の、熱可塑性物質用の慣用的添加剤、例えば、加工用安定剤、光や熱に対する安定剤、さらに潤滑剤、抗酸化剤、抗ブロッキング剤及び帯電防止剤のような慣用的添加剤、そしてさらに適切な場合、染料をさらに含むことができる。とりわけ、潤滑剤(ステアリン酸Ca);慣用的安定剤、例えば、フェノール類、ホスファイト類、ベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール類やチオエーテル類;充填剤、例えば、TiO、チョークやカーボンブラック;慣用顔料、例えば、TiO、群青を使用するのが好適である。添加剤は、普通、プラスチック類技術の慣用方法、例えば、溶融押出、ローリング、コンパクティングや溶液混合を使用して成形用組成物と混合することにより配合する。例えば、二軸スクリュー押出機中における溶融押出を使用するのが好適である。一般に、押出温度は、140〜250℃の範囲である。
本発明のコポリマーの、射出成形した物品を製造するための使用、並びに、エチレンと少なくとも1種の他の1−オレフィンからなり、0.938〜0.944g/cmの範囲の密度、12〜17g/10分の範囲のメルトインデックスMI21、140,000g/モル〜330,000g/モルの範囲の重量平均モル質量Mw、9〜17の範囲の多分散性Mw/Mn、及び式(I)により定めた値に等しいかそれを超えるコモノマー側鎖/1000個の炭素原子の含量Cxを示すコポリマー類を含む射出成形した物品も見出した。射出成形した物品の好適な実施態様は、前述の詳細に記載したコポリマーの好適な、及び各々、特に好適な実施態様を含む物品である。
本発明のコポリマー類、このようなコポリマー類を含む成形用組成物、及び当該コポリマーから製造された物品は、種々の増強した特性、例えば、衝撃強さ、環境応力亀裂抵抗性、破断点伸び、流動性、並びに加工後の低収縮及び反りさらに熱エージングを示す。
加工条件下の流動特性はスパイラル試験を使用して決定した。この目的のため、コポリマーを、所定の温度、圧力及びスクリュー速度でスパイラルモールド中に注入する。これにより、特定壁圧のコポリマースパイラルを与える。スパイラルの長さは使用したコポリマーの流動特性の尺度である。
特に、14〜16のMI21を有する本発明の単峰性コポリマー類は、溶融温度250℃、射出成形圧力750バール、スクリュー直径3cm、スクリュー速度100/分、成型温度30℃及び壁圧2分において測定して、40cmを超えるスパイラル長さと共に、良好な寸法安定性及び形状安定性(低収縮性)とが組み合わさった良好な特性を示す。
本発明のコポリマー類の寸法及び形状安定性を試験するために、プラスチックプレート(208.1mm×146.1mm×4mm)を、プレートツールを具備した230℃及び80バールの射出成形機中で製造し、得られた標本を室温に冷却した。室温で24時間後、及び80℃で48時間後、各々、標本を測定した。mm単位で平均を算出し、プレートツールからの偏差を決定し、試験標本を寸法及び形状について目視で評価した。
本発明の成形用組成物は、下記に詳細に述べる触媒組成物、特に、これらの触媒組成物の好適な実施態様のものを使用して得ることができる。一般に、全てのクロム触媒を本発明のプロセスに使用できる。好ましくは、担持したクロム触媒を使用する。これらのクロム触媒の多く(フィリップ触媒とも呼ばれる)は、長年知られてきている。
担体は、有機若しくは無機の、不活性固体のいずれか、特にタルク、無機酸化物及び微細に分割したポリマー粉末(例えば、ポリオレフィン類)のような多孔性担体であることができる。有機若しくは無機の不活性固体のいずれかであることのできる微細に分割した担体類を使用することが好適である。特に、担体成分はタルク、シート状シリケート、又は無機酸化物のような多孔性担体である。
担体として適切な無機酸化物は、元素の周期表の2、3、4、5、13、14、15及び16族元素の酸化物の中から見出すことができる。元素カルシウム、アルミニウム、シリコン、マグネシウム又はチタンの酸化物又は混合酸化物,並びに、対応する酸化物混合物が好適である。無機酸化物自身又は上述酸化物系担体と組み合わせた状態で使用できるその他の無機酸化物は、例えば、ZrO又はBである。好適な酸化物類は二酸化珪素、特に、シリカゲル若しくは焼成シリカの形態、又はアルミニウム酸化物である。
好ましくは、使用する担体の表面積は10〜1000m/gの範囲、好ましくは、50〜500m/gの範囲、そして、特に、200〜400m/gの範囲であり、細孔容積は0.1〜5ml/g、好ましくは、0.5〜3.5ml/gの範囲、そして、特に、0.8〜3.0ml/gの範囲である。微細に分割した担体の平均粒径は、一般に、1〜500μmの範囲、好ましくは、5〜350μmの範囲、そして、特に、10〜100μmの範囲である。
無機担体は、例えば、吸着水を除去するために熱処理に付すことができる。このような乾燥処理は、一般に、80〜300℃、好ましくは、100〜200℃で行い、好ましくは、減圧下及び/又は不活性ガス流、例えば、窒素流やアルゴン流中で行う。無機担体をか焼することもでき、この場合、表面のOH基の濃度を調整し、200〜1000℃における処理により固体の構造を変えることができる。担体は、例えば、アルキル金属類、好ましくは、アルキルアルミニウム、クロロシラン類すなわちSiClのような慣用乾燥剤、あるいは、メチル−アルミノキサンを使用して化学的に処理することもできる。適切な処理方法は、例えば、WO00/31090号に記載されている。
無機担体物質も化学的に修正できる。例えば、シリカゲルをNHSiFで処理することにより、シリカゲル表面のフッ素化をもたらし、シリカゲルを、窒素含有基、フッ素含有基若しくは硫黄含有基を含むシラン類で処理することにより、相応した修正シリカゲル表面をもたらす。
特に適切な担体物質は無機化合物、特に、SiO、Al、MgO、ZrO、B、CaO、ZnOのような多孔性酸化物又はこれらの酸化物の混合物である。担体物質の粒径は、好ましくは、1〜300μm、特に30〜70μmを示す。特に好適な担体の例はスプレードライSiOであり、特に、細孔容積が1.0〜3.0ml/g、好ましくは、1.2〜2.2ml/g、そして、より好ましくは、1.4〜1.9ml/gであり、表面積(BET)が100〜500m/g、好ましくは、200〜400m/gであるスプレードライSiOである。このような製品は市販されており、例えば、Graceにより販売されているSilica XPO 2107である。
クロムを含有する活性成分を用いる触媒担体へのドープは、好ましくは、溶液から、揮発性化合物の場合蒸気相からもたらされる。適切なクロム化合物は、酸化クロム(VI)、クロム塩、例えば、窒化クロム(III)及び酢酸クロム(III)、錯体化合物、例えば、クロム(III)アセチルアセトネートやクロムヘキサカルボニルであり、あるいはクロムの有機金属化合物、例えば、ビス(シクロペンタジエニル)クロム(II)、有機クロム酸エステルやビス(アレン)クロム(0)である。窒化クロム(III)が好適に使用される。
担体は、一般に、溶媒中の担体物質をクロム化合物と接触させ、溶媒を除去し、400〜1100℃の温度で触媒をか焼することにより添加する。この目的のため、担体物質をクロム化合物の溶媒又は溶液中に懸濁させることができる。
クロム活性成分に加えて、その他のドープ用物質を担体系に施用できる。このような適切なドープ用物質の例は、ボロン、フッ素、アルミニウム、シリコン、リン及びチタンの化合物である。これらのドープ用物質は、好ましくは、クロム化合物と共に担体を施用するか、あるいは、クロムの施用の前又は後に別の段階で担体に施用できる。
担体をドープするとき使用するのに適した溶媒の例は、水、アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類及び炭化水素類であり、メタノールが特に適している。
ドープ用溶液の濃度は、一般に、溶媒1リットル当たり0.1〜200g、好ましくは、1〜50gのクロム化合物である。
施用中のクロム化合物対担体の重量比は、一般に、0.001:1から200:1まで、好ましくは、0.005:1から100:1である。
本発明の方法の一実施態様では、クロム触媒は、少量のMgO及び/又はZnOを不活性前駆触媒に加え、次いで、この混合物を慣用法により活性化する。この処理は触媒の静電気特性を改善する。
活性化のため、例えば、酸素を含有する酸化性雰囲気の流動床反応器中で、乾燥前駆触媒を400〜1100℃の温度でか焼する。酸素の吸着を防止するために、不活性ガス雰囲気下で、好ましくは、冷却する。ヘキサフルオロ珪酸アンモニウムのようなフッ素化合物の存在下でこのか焼を行うことが可能であり、これにより触媒表面をフッ素原子で修正する。
好ましくは、蒸気相流動床中で予備段階のか焼を行う。一好適実施態様では、精製不活性ガス、例えば、窒素により流動化しながら該混合物を200〜400℃、好ましくは、250〜350℃に加熱し、次いで、空気と置換し、それから、混合物を所望の最終温度に加熱する。この最終温度に2〜20時間、好ましくは、5〜15時間混合物を維持し、その後、ガス流を不活性ガスに切り替え、該混合物を冷却する。
本発明の方法の好適な実施態様では、担持クロム触媒を使用し、600〜800℃の温度、より好ましくは、650〜750℃の温度で活性化させる。
本発明の共重合法では、エチレンを3〜12個の炭素原子の1−オレフィン類と重合させる。好適な1−オレフィン類は前に詳細に記載した。少なくとも50モル%のエチレンを含むモノマー混合物を使用するのが好ましい。
エチレンと1−オレフィン類との本発明の共重合方法は、−60〜350℃の範囲、好ましくは、0〜200℃の範囲、特に好ましくは、25〜150℃の範囲の温度、0.5〜4000バール、好ましくは、1〜100バール、そして、特に好ましくは、3〜40バールの圧力下、工業的に公知の重合方法を使用して行うことができる。重合は、オレフィン類の重合に使用される慣用反応器中で、バルク、懸濁、気相又は超臨界媒体の公知方法で行うことができる。当該重合は、バッチ式、又は、好ましくは、1又は2段階の連続式で行うことができる。管型反応器又はオートクレーブ中の高圧重合法、或いは、溶液法、懸濁法、攪拌気相法又は気相流動床法総てが可能である。
重合は、通常、−60〜350℃の範囲、好ましくは、20〜300℃の範囲の温度、0.5〜4000バールの圧力下で行う。平均滞留時間は、通常、0.5〜5時間、好ましくは、0.5〜3時間である。重合を行うのに有利な圧力及び温度は、通常、重合方法に依存する。高圧重合法の場合、通常、1000〜4000バール、特に、2000〜3500バールの圧力で行われるが、一般に、高重合温度も設定する。これらの高圧重合法の有利な温度範囲は200〜320℃、特に、220〜290℃である。低圧力重合法の場合、ポリマーの軟化温度より少なくとも数度低い温度を設定する。これらの重合法では、50〜180℃、好ましくは、70〜120℃の温度を設定する。懸濁重合の場合、通常、懸濁媒体中、好ましくは、不活性炭化水素、例えば、イソブタン又は炭化水素類の混合物中、あるいは、モノマー自身中で重合を行う。重合温度は、通常、−20〜115℃の範囲であり、圧力は、通常、1〜100バールの範囲である。懸濁液の固形分は、通常、10〜80%である。重合は、バッチ式、例えば、攪拌オートクレーブ中で、又は連続式、例えば、管型反応器中、好ましくは、ループ式反応器中のいずれかで行う。米国特許第3242150号及び米国特許第3248179号明細書に記載されているようなPhillips PF法を使用するのが好適である。気相重合は、通常、30〜125℃、1〜50バールの圧力で行う。
上記重合プロセス中、気相重合(特に、気相流動床反応器中)、溶液重合及び懸濁重合(特に、ループ反応器や攪拌タンク反応器中)が特に好適である。気相重合は濃縮モードや超濃縮モードでも行うことができ、当該モードでは、循環ガスの一部を露点より低く冷却し、2相混合物として反応器に再循環させる。マルチゾーン反応器も使用することが可能であり、当該反応器中では、2重合領域が互いに連結し、ポリマーをこれらの2つの領域中を交互に多数回通過する。これら2領域は異なる重合条件であることもできる。このような反応器は、例えば、WO97/04015号に記載されている。2又はそれ以上の同一若しくは異なるプロセスを使用する平行反応器配置も可能である。さらに、モル質量調整剤、例えば、水素或いは帯電防止剤のような慣用添加剤も重合に使用できる。
単一反応器中、好ましくは、気相反応器中で重合を行うことができる。本発明のポリエチレンは、エチレンと3〜12個の炭素原子を有する1−オレフィン類との重合において、上述の触媒により、特に、好適な触媒により得る。反応器より直接得られるポリエチレン粉末は非常に高い均一性であり、その結果、カスケードプロセスの場合と異なり、均一製品を得るための次の押出は必要ない。
特に、本発明の単峰性コポリマーは、米国特許第6,849,699号明細書に記載されている方法と同様にして製造する。好ましくは、反応温度は、上述した特性を有するコポリマーを与える特定の範囲である。
したがって、本発明は、上述の単峰性コポリマーの製造のための連続蒸気相流動床方法を提供し、当該方法では、エチレンとC−C121−モノオレフィン類との混合物を、担持クロム触媒の存在下、1〜100バールの範囲の圧力及び30°〜125℃の範囲の温度で、蒸気相流動床反応器の重合領域中で共重合する。粒状ポリマーを含むバルク物質の攪拌床中の蒸気相において、重合で発生した熱を、再循環反応器ガスを冷却することにより除去し、得られたコポリマーを蒸気相流動床反応器から除去し、ここで、本発明の単峰性コポリマーの製造のために、式(III)
Figure 0005584472
により定義される上限、及び式(IV)
Figure 0005584472
により定義される下限により限定される範囲の温度で共重合を行う。式中、変数は下記の意味を有する。すなわち、
は最高反応温度(℃);Tは最低反応温度(℃);d’は合成しようとするコポリマーの密度dの数値である。意図した結果を生じさせる本発明のプロセスについて、特定の密度dのコポリマーを製造するとき、上記式(III)により定義される上限及び上記式(IV)により定義される下限の範囲の温度Tにおいて共重合を行うのが好ましい。これは、さもなければプロセスは成功しないので、この範囲外の温度Tが本発明のプロセス中では使用しないことを意味する。言い換えれば、式(III)及び(IV)は、一定の所望密度dを有するコポリマーが本発明の方法を使用して丁度製造できる最高反応温度T及び最低反応温度Tを示す。
本発明のプロセスは、例えば、EP−A0,004,645号、EP−A0,089,691号、EP−A0,120,503号又はEP−A0,242,947号に詳細に記載されているような、蒸気相流動床反応器中で行うのが好ましい。蒸気相流動床反応器は、一般に、再循環反応器ガスを流動する多少長い管である。再循環反応器ガスを、好ましくは、蒸気相流動床反応器の低端に供給し、好ましくは、その上端で引き抜く。再循環反応器ガスは、エチレン、所望の場合、水素のような分子量調整剤、窒素及のような不活性ガス及び/又はエタン、ブタン若しくはヘキサンのような飽和炭化水素を含む。さらに、反応器ガスは、C−C121−モノオレフィン類、例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプタン及び1−オクテンを含む。エチレンは1−ヘキセンと共重合するプロセスに好適である。反応器ガスの速度は、空隙管速度として測定して、好ましくは、一方で、管中にある粒状ポリマーの攪拌床を流動化させ、重合領域として作用するのに、他方で、有効に重合の熱を取り去るのに充分に高い。
一定反応条件を維持するために、反応器ガスの成分を、蒸気相流動床反応器に直接若しくは再循環反応器ガスのいずれかに供給できる。一般に、前記C−C121−モノオレフィン類を直接蒸気相流動床反応器に流動するのが有利であることが見出された。さらに、担持クロム触媒を直接粒状ポリマー攪拌床中に導入するとき本発明の方法に利点がある。窒素やアルゴンと一緒に一部ずつDE−A−3,544,915号に記載されている方法により触媒をバルク物質の床中に量り込むのが特に有利であることが見出された。
重合領域から気体系への粒状ポリマーの同伴を避けるために、本発明のプロセスに使用する蒸気相流動床反応器は、好ましくは、頂部に、より大きな直径の安定化領域(steadying zone)を有し、再循環ガスの速度を減少させる。この安定化領域中の再循環ガスの速度を、重合領域中の再循環ガスの速度の1/3〜1/6下げるのが好ましい。
好ましくは、蒸気相流動床反応器から出る再循環反応器ガスを再循環させる。再循環反応器ガスをガスコンプレッサー及びガスコンデンサーに供給する。その後、冷却し、圧縮した再循環ガスは、好ましくは、慣用的に使用されている慣用ガス分配板により蒸気相流動床反応器のバルク物質の攪拌床中に、好ましくは、再導入する。これにより、蒸気相の極度に均一な分配をもたらし、バルク物質の床の混合を確実にする。
また、本発明のプロセスでは、出発物質の割合、特に、エチレン対C−C12の比率が、得られるコポリマーの密度を決定する。
さらに、秤量した触媒量は蒸気相流動床反応器の生産量を決める。その収容能力は、周知のように、再循環反応器ガスの冷却能力により制限される。この冷却能力は、一方において、反応器ガスに及ばされる圧力又は共重合が行われる圧力により調整される。この場合、1〜100バール、好ましくは、10〜80バール、より好ましくは15〜50バールの圧力下で操作するのが好ましい。他方、冷却能力は、共重合が粒状ポリマーの攪拌床で行われる温度により調整される。本発明の操作を30°〜125℃の範囲の温度で操作するのが有利である。
特に、温度/密度関数の下限が式(IV)により与えられるような密度に関連して好ましくは温度を設定するプロセスを使用すると有利であることが見出された。
窒素や炭化水素のような不活性ガスの温度及び含量は凝縮や沈降のリスクに影響する。不活性ガスの高濃度は沈降のリスクを減少させるが同時に時空収率を低下させ、その結果、プロセスは不経済になり得る。本発明のプロセスでは、不活性ガス濃度は、好ましくは、25〜55vol%、より好ましくは、35〜50vol%である(反応ガスの総容量基準)。
本発明のプロセスにより製造したコポリマーは、慣用的な方法で蒸気相流動床反応器から除去できる。本発明のプロセスの特別な利点及びこうして製造した製品のために、この除去は、例えば、単に下方タンクに導く排出パイプ中のボールコックを開くことにより行うことができる。この場合、下方タンクの圧力をできるだけ低く維持し、長距離の移送を可能にし、この除去段階中残留モノマー類のような吸着液からコポリマーが自由になるようにする。次いで、下方タンク中で、例えば、エチレンを用いてパージすることによりコポリマーをさらに精製できる。こうして、脱着させた残留モノマー類、及びパージ用媒体として導入するエチレンを慣用的な濃縮工程に供給でき、そこで、有利には、標準的な圧力及び低温下で互いから分離する。液状残留モノマー類を直接バルク物質床に戻すが、パージ用エチレンや依然として存在することのあるガスを再循環ガス用に慣用的なコンプレッサー中で圧縮でき、次いで、再循環反応器ガスに戻す。
下方タンク中に存在するコポリマーを脱臭タンク又は失活タンクにさらに移送でき、該コポリマーを、窒素及び/又は蒸気で慣用的な処理に付すことができる。
蒸気相流動床反応器からもたらされる重合熱を除去するために冷却手段としてプロパンを用いる凝縮モードで本発明の方法を行うこともできる。
本発明の製造物の特性は、射出成形物品を製造するのに特に適している。特に、有利な応用は、例えば、スクリューキャップ、スクリュークロージャーのような総ての種類のキャップやクロージャー用、チューブショルダー用、エンジニアリング部品用、パイプ装備品用や自動車用部品用、特に、燃料タンクモジュール部品用等である。したがって、本発明は、射出成形品の製造における本発明のコポリマー類の使用の提供、及び当該コポリマーから製造した射出成形品を提供することである。当該物品を製造するために、本発明のコポリマーを溶融し、成形機中の型に射出し、適切な形体を与える。射出成形物品は、慣用射出成形機で製造する。18−22 Dのスクリュー長さが特に有用である。射出成形技術は当業者に周知である。
下記の実施例は本発明を例証するためであり、本発明はこれらに限定されない。
本出願中、記載する比率の総て(%、ppm、等)は、特記しない限り、重量を基準、対応する混合物の総重量を基準とする。
使用するパラメーターは下記の方法により決定する。
密度(g/cm)は、DIN EN ISO 1183−1、変法により決定した。
メルトフローレート(MFR21)は、190℃の温度、21.6kgの荷重(190℃/21.6kg)下、ISO 1133に準じて決定した。
メルトフローレート(MFR)は、190℃の温度、5kgの荷重(190℃/5kg)下、ISO 1133に準じて決定した。
モル質量分布並びに平均Mn、Mw及びそれから誘導されるMw/Mnの決定は、高温ゲル浸透クロマトグラフィーにより、WATERS 150Cと順に連結したカラム:3×SHODEX AT 806MS、1×SHODEX UT 807及び1×SHODEX AT−Gを用い、下記の条件により行った。すなわち、溶媒;1,2,4−トリクロロベンゼン(0.025重量%2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールで安定化)、流量:1ml/分、500μl注入量、温度:135℃、PE標準品を使用して較正した。WIN−GPCを使用して評価した。
環境応力亀裂抵抗性は、4MPaの引張応力下80℃でISO 16770:2004に準じてFNCT(フルノッチクリープ試験)として決定した。試験標本Bを対応するシートのプレスによるペレットから製造した。
衝撃強さは、−30℃でISO 8256(1997)/1Aに準じて、応力衝撃強さatnとして決定した。試験標本をプレスによるペレットから製造した。
スパイラル試験は、溶融温度250℃、射出成形圧力750バール、スクリュー直径3cm、スクリュー速度100/分、金型温度30℃並びに壁圧2mm及び幅6mmで測定したクロージャー力900kN及び2.5mmダイスを使用してKrauss−Maffei機を用いて行った。
室温における引張試験として、極限伸びをISO 527に準じて決定した。
コモノマー側鎖/1000炭素原子の含量は、Perkin Elmer製FTIR2000を使用して赤外線スペクトルにより決定し、末端基を含む総CH基含量/1000炭素原子を基準とする。コモノマー含量を多変量解析により決定した。
略記号は下記の通りである。
Mw 重量平均分子質量
Mn 数平均分子質量
Mw/Mn 多分散指数
MFR21 メルトフローレート(190℃/21.6kg)
MFR5 メルトフローレート(190℃/5kg)
FNCT フルノッチクリープ試験
(実施例1)
担持クロム触媒の製造
使用した担体はスプレードライSiO担体であり、表面積(BET)が300m/g及び細孔容積が1.60ml/gだった。このような担体は、例えば、商標名XPO2107でGraceから商業的に入手できる。
135kgの担体に192リットルのCr(NO9HOのメタノール溶液(17g/リットル)を加え、1時間後、減圧下蒸留により溶媒を除去した。得られた中間体は0.3wt%のクロムを含有した。この中間体生成物を蒸気相流動床中でか焼した。混合物を、先ず、精製窒素により流動化しながら、300℃に加熱し、続いて、空気と入れ換え、混合物を所望の最終温度700℃に達するまで加熱した。10時間にわたってこの最終温度に混合物を維持し、その後、ガスを窒素に切り替えて戻し、混合物を冷却した。
(実施例2)
蒸気相重合
流動床反応器中で重合を行った。反応温度は113〜114℃、反応器中の圧力は21バールだった。反応器ガスは下記の組成を示した:すなわち、49.7vol%エチレン、0.22vol%1−ヘキセン、2.6vol%ヘキサン及び45vol%窒素だった。使用した触媒は実施例1の触媒だった。反応条件及び重合特性を表1に示す。
反応器からのポリマー粉末を二軸スクリュー押出機により222℃〜240℃の範囲の温度のペレットに変換した。環境応力亀裂抵抗性及び衝撃強さを決定するための試験をプレスドシートで行った。このシートは、4分間90バールで180℃に加熱してプレスした後、冷却速度15K/分で室温に冷却して上記ペレットから得た。ポリマー特性を決定するためのその他の全ての試験はペレットで行った。
(実施例3)
射出成形部品の製造
慣用法により製造したコポリマーと比較するために、3種の慣用的使用されている市販製品(comp1〜3)を本発明のコポリマーと平行して同一条件で処理した。ここで、comp1はエチレンホモポリマーであり、comp2及び3はエチレンコポリマーである。表1にポリマー特性を示す。
Figure 0005584472
プロセス条件下の流動特性をスパイラル試験を使用して決定した。この目的のため、コポリマーを所定の温度、圧力及びスクリュー速度でスパイラルモールド中に射出した。これにより、特定の壁圧のコポリマースパイラルを得る。スパイラル長さを使用したコポリマーの流動特性の尺度である。
クロージャー力900kN及び2.5mmダイスを使用し、250℃の溶融温度、射出圧力750バール、スクリュー直径3cm、スクリュー速度100/分、金型温度30℃、壁圧20mm及び幅6mmを使用してKrauss−maffeiを用いて行った。
本発明のコポリマーの寸法及び形状安定性を試験するために、208.1mm×146.1mmの寸法のプレートツールを使用し、230℃、射出成形圧力80バールの射出成形機の使用によりプラスチックプレートを製造し、室温に冷却し、それぞれ、48時間80℃に保存し、最終的に室温に冷却し、標本の外形プレート寸法を測定し、mmの平均を算出し、プレートツール寸法からの偏差を決定し、試験標本を目視で寸法及び形状について評価した。データを表2に示す。
本発明のコポリマーは、溶融温度250℃、射出成形圧力750バール、スクリュー直径3cm、スクリュー速度100/分、金型温度30℃及び壁圧2cmで測定してMFR14〜15.6において40cmを超えるスパイラル長さの良好な流動特性と共に良好な寸法及び形状安定性(低収縮)を示す。
Figure 0005584472

Claims (10)

  1. エチレンと少なくとも1種のC〜C121−オレフィンとの単峰性コポリマーであって、DIN EN ISO 1183−1、変法Aに準じて決定して0.940〜0.942g/cmの範囲の密度、ISO 1133に準じ、190℃、荷重21.6kgで決定して12〜17g/10分の範囲のメルトインデックスMFR21、140,000g/モル〜330,000g/モルの範囲の重量平均モル質量Mw、9〜17の範囲の多分散性Mw/Mn及び式(I)
    Cx=128.7−134.62×d’ (I)
    (式中、d’はコポリマーの密度の数値(g/cm)である)
    により定義される値に等しいか、それを超える1000炭素原子当たりのコモノマー側鎖含量Cxを有する、前記エチレンと少なくとも1種のC〜C121−オレフィンとの単峰性コポリマー。
  2. 少なくとも0.5ppmのクロムを含む、請求項1に記載のコポリマー。
  3. コモノマー側鎖/1000個の炭素原子の含量Cxが、式(I)により定義される下限及び式(II)
    Cx=129.7−134.86×d’ (II)
    (式中、d’はコポリマーの密度の数値(g/cm)である)
    により定義される上限により限定される範囲である、請求項1又は2に記載のコポリマー。
  4. −30℃におけるISO 8256(1997)/1Aに準じて測定した引張衝撃強さatnが140kJ/mより大きいか等しい、請求項1〜3のいずれかに記載のコポリマー。
  5. 4MPaの応力下、ISO 16770:2004に準じて測定したFNCTが25時間を超えるか等しい、請求項1〜4のいずれかに記載のコポリマー。
  6. ISO 527に準じて測定した極限伸びが400を超えるか等しい、請求項1〜5のいずれかに記載のコポリマー。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載のコポリマーを含む成形用組成物。
  8. 射出成形物品を製造するための請求項1〜6のいずれかに記載のコポリマーの使用。
  9. 請求項1〜6のいずれかに記載のコポリマーを含む射出成形物品。
  10. 物品がキャップ、クロージャー、スクリューキャップ、スクリュークロージャー、チューブショルダー、エンジニアリング部品、パイプ装備品用又は燃料タンクモジュール部品である、請求項9に記載の射出成形物品。
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