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JP7092749B2 - マルチモーダルポリエチレン重合用の反応器システム - Google Patents

マルチモーダルポリエチレン重合用の反応器システム Download PDF

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Description

本発明は、マルチモーダルポリエチレン重合法用の反応器システム、該反応器システムを使用してマルチモーダルポリエチレン組成物を製造する方法、およびこの方法で得られるマルチモーダルポリエチレン組成物に関する。
ポリエチレン樹脂の需要は、種々の用途でますます使用されている。比較的新しいプラスチックについてポリエチレンの高性能が要求されるので、新しいポリマー材料の製造を支援するための重合法技術が開発されてきた。エチレンコポリマーの加工性と物理的特性のバランスをとるために、マルチモーダル重合法における開発が研究されてきた。
先行技術では、マルチモーダルポリエチレン重合を使用して、別々の反応器中で各樹脂画分を作り出すことによって異なる分子量を有するポリマーを製造している。最終ポリマーの優れた加工性を提供するのに適したポリマーの分子量を制御するために、低分子量画分が過剰の水素を用いて反応器中で製造される。物理的特性に影響を及ぼす高分子量画分は、低水素濃度の重合条件下で製造される。低分子量ポリマーが好ましくは第一反応器中で製造されることは当分野で周知である。優れた物理的特性を有するマルチモーダルポリマーを得るために、第一反応器からの全ての水素を除去したのち、重合スラリーポリマーを第二反応器に渡し、ここで高分子量ポリマーの製造が行われる。
米国特許出願第２０１０／００９２７０９号明細書は、バイモーダルポリエチレンコポリマーを調製する方法を記載している。第二反応器中での重合を、低いコモノマー対エチレン比および低い水素対エチレン比で高温で作動して、改善された耐応力亀裂性および溶融強度を有する樹脂を得る。
米国特許第６７１６９３６号明細書は、バイモーダルポリエチレンコポリマーを製造する方法を記載している。ポリエチレンスラリー流を第一反応器から水素除去システムに向けることによって、第二反応器を水素枯渇ポリエチレン重合下で作動する。第一反応器と第二反応器の両方における重合が、軽溶媒としてプロパンまたはイソブタンを使用することによって泡立ち点で作動する。この方法は、高度に均質な高分子量樹脂用のバイモーダルポリエチレンの製造に適している。
米国特許第６２９１６０１号明細書は、比較的高分子量のポリエチレンを含むバイモーダルコポリマーを製造する方法を記載している。水素化触媒を第二反応器に導入して、水素をエタンに変換することによって第一反応器からの残留水素ガスを消費し、第二反応器内の低い水素濃度をもたらす。この技術を使用すると、未反応ガスの変換のために、水素とエチレンの両方の原料消費のコストが増加する。
米国特許出願公開第２００３／０１９１２５１号明細書は、希釈剤として軽溶媒を使用するカスケード反応器の間に配置された２つのフラッシュドラムを使用することによって、ポリマースラリーから残留水素を除去する方法を開示している。スラリー移送ポンプの閉塞を防ぐために、第１のフラッシュドラム出口への補給溶媒の添加が必要である。さらに、スラリーを次のフラッシュドラムに移す前に、温かい補給溶媒が必要である。
欧州特許第１６５５３３４号明細書は、ＭｇＣｌ２系チーグラー・ナッタ触媒を用いて多段階工程で製造されるエチレンポリマーのマルチモーダル製造を開示している。重合段階は、最初に超高分子量ポリマーを達成し、引き続いて低分子量ポリマーを達成し、最後に最終段階で高分子量ポリマーを達成するために以下の順序で行われる。重合触媒を予備重合工程に投入して超高分子量画分を調製する。
国際公開第２０１３／１４４３２８号パンフレットは、成形用途に使用するためのチーグラー・ナッタ触媒を使用して製造されるマルチモーダル高密度ポリエチレンの組成物を記載している。１５重量％未満の少量の超高ポリエチレンが第三反応器中で製造される。
米国特許出願公開第２００９／０１０５４２２号明細書は、マルチモーダルポリエチレンを製造する方法を記載している。重合は３つのカスケード反応器中で行われ、各反応器中のポリマーの分子量が水素の存在によって制御される。その後、各反応器中の水素の濃度は、第一反応器中の最高水素濃度および第三反応器中の最低水素濃度を提供することによって低下する。
国際公開第２０１３／１１３７９７号パンフレットは、第一反応器、第二反応器および第三反応器の順序によってそれぞれ、低分子量エチレンポリマー、第１の高分子量エチレンポリマーおよび第２の高分子量エチレンポリマーを含むポリエチレンを得るための重合したポリエチレンおよび少なくとも１種の他のα－オレフィンの３つの主要なその後の工程を含むポリエチレンを調製する方法を記載している。
マルチモーダルポリエチレンを調製する多くの方法が公知であり、記載されているが、マルチモーダル重合のための、特にポリエチレン組成物の機械的特性をさらに改善するための新しい方法を開発する必要性が依然として存在する。
米国特許出願第２０１０／００９２７０９号明細書 米国特許第６７１６９３６号明細書 米国特許第６２９１６０１号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１９１２５１号明細書 欧州特許第１６５５３３４号明細書 国際公開第２０１３／１４４３２８号パンフレット 米国特許出願公開第２００９／０１０５４２２号明細書 国際公開第２０１３／１１３７９７号パンフレット
そのため、特にこのような反応器に含まれる水素除去ユニットの性能を向上させるための、先行技術の欠点を克服する反応器システムおよびマルチモーダルポリエチレンを調製する方法を提供することが本発明の目的である。
特に改善された機械的特性、例えばシャルピー指数を有する、先行技術の欠点を克服するマルチモーダルポリエチレン組成物を提供することがさらなる目的である。
当分野のこの目的は、独立請求項の主題による本発明によって達成される。好ましい実施形態は従属請求項から生じる。
本目的はまず第一に、マルチモーダルポリエチレン重合法のための反応器システムであって、
（ａ）第一反応器と；
（ｂ）好ましくは真空ポンプ、コンプレッサ、ブロワ、エジェクタまたはこれらの組み合わせから選択される減圧装置に接続された少なくとも１つの容器を備える、第一反応器と第二反応器との間に配置された水素除去ユニットであって、減圧装置が作動圧力を１００～２００ｋＰａ（絶対）の範囲の圧力に調整することを可能にするユニットと；
（ｄ）第二反応器と；
（ｅ）第三反応器と
を備える反応器システムによって達成される。
好ましくは、減圧装置が、水素除去ユニット内の作動圧力を１０３～１４５ｋＰａ（絶対）、好ましくは１０４～１３０ｋＰａ（絶対）、最も好ましくは１０５～１１５ｋＰａ（絶対）の範囲の圧力に調整することを可能にする。
好ましくは、水素除去ユニットが、水素と液体希釈剤を分離するためのストリップ塔をさらに含む。
本目的はさらに、本発明の反応器システムにおいてマルチモーダルポリエチレン組成物を製造する方法であって、
（ａ）チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセンから選択される触媒系および第一反応器中の気相中に存在する全ガスに対して０．１～９５ｍｏｌ％の量の水素の存在下、第一反応器中の不活性炭化水素媒体中でエチレンを重合して、低分子量ポリエチレンまたは中分子量ポリエチレンを得る工程と；
（ｂ）１０３～１４５ｋＰａ（絶対）の範囲の圧力で第一反応器から得られたスラリー混合物中に含まれる水素の９８．０～９９．８重量％を水素除去ユニット中で除去し、得られた残留混合物を第二反応器へ移す工程と；
（ｃ）チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセンから選択される触媒系の存在下、および工程（ｂ）で得られた量の水素の存在下、第二反応器中でエチレンおよび場合によりＣ４～Ｃ１２α－オレフィンコモノマーを重合して、ホモポリマーまたはコポリマーの形態の第１の高分子量ポリエチレンまたは第１の超高分子量ポリエチレンを得て、得られた混合物を第三反応器に移す工程と；
（ｄ）チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセンから選択される触媒系および水素の存在下（第三反応器中の水素の量は第三反応器中の気相中に存在する全ガスに対して０．１～７０ｍｏｌ％、好ましくは１～６０ｍｏｌ％の範囲である）または場合により水素の実質的非存在下、第三反応器中でエチレンおよび場合によりα－オレフィンコモノマーを重合して、第２の高分子量ポリエチレンまたは第２の超高分子量ポリエチレンのホモポリマーまたはコポリマーを得る工程と
を（この順序で）含む方法によって達成される。
この点について「実質的非存在」とは、水素が技術的手段によって回避することができない量でしか第三反応器中に含まれないことを意味する。
第一反応器から得られ、水素除去ユニット中で水素を除去する工程に供されるスラリー混合物は、第一反応器中で得られる固体および液体成分の全て、特に低分子量ポリエチレンまたは中分子量ポリエチレンを含有する。さらに、第一反応器から得られるスラリー混合物は、第一反応器で使用される水素の量にかかわらず、水素で飽和されている。
好ましくは、除去が、水素の９８．０～９９．８重量％、より好ましくは９８．０～９９．５重量％、最も好ましくは９８．０～９９．１重量％の除去である。
好ましくは、水素除去ユニット内の作動圧力が、１０３～１４５ｋＰａ（絶対）、より好ましくは１０４～１３０ｋＰａ（絶対）、最も好ましくは１０５～１１５ｋＰａ（絶対）の範囲である。
好ましくは、工程（ａ）が低分子量ポリエチレンまたは中分子量ポリエチレンをもたらし、工程（ｃ）が高分子量ポリエチレンまたは超高分子量ポリエチレンをもたらし、工程（ｄ）が高分子量ポリエチレンまたは超高分子量ポリエチレンをもたらす、ただし、工程（ｃ）および（ｄ）の一方のみが高分子量ポリエチレンをもたらし、工程（ｃ）および（ｄ）の他方が超高分子量ポリエチレンをもたらす。
本明細書に記載される低分子量ポリエチレン、または中分子量ポリエチレン、高分子量ポリエチレンおよび超高分子量ポリエチレンの重量平均分子量（Ｍｗ）は、それぞれ２０，０００～９０，０００ｇ／ｍｏｌ（低）、９０，０００超～１５０，０００ｇ／ｍｏｌ（中）、１５０，０００超～１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ（高）および１，０００，０００超～５，０００，０００ｇ／ｍｏｌ（超高）である。
最後に、本目的は、本発明の方法によって得られるマルチモーダルポリエチレン組成物であって、
（Ａ）３０～６５重量部の低分子量ポリエチレンまたは中分子量ポリエチレンと；
（Ｂ）５～４０重量部の第１の高分子量ポリエチレンまたは第１の超高分子量ポリエチレンと；
（Ｃ）１０～６０重量部の第２の高分子量ポリエチレンのコポリマーまたは第２の超高分子量ポリエチレンと
を含むマルチモーダルポリエチレン組成物によって達成される。
好ましい実施形態では、マルチモーダルポリエチレン組成物が、ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定して、８０，０００～５，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは１５０，０００～３，０００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有する。
さらに、マルチモーダルポリエチレン組成物が、ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定して、５，０００～１００，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは５，０００～８０，０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量を有することが好ましい。
好ましくは、マルチモーダルポリエチレン組成物が、ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定して、７００，０００～１０，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは７００，０００～８，０００，０００ｇ／ｍｏｌのＺ平均分子量を有する。
好ましくは、マルチモーダルポリエチレン組成物が、ＡＳＴＭ Ｄ １５０５による密度０．９３０～０．９６５ｇ／ｃｍ３および／または０．０１～６０ｇ／１０分のメルトフローインデックスＭＩ５、および／または０．０５～８００ｇ／１０分のＭＩ２１、および／またはＩＳＯ１６２８－３によって測定して、１．０～３０、好ましくは１．５～３０の固有粘度を有する。
本発明の反応器システム、本発明の方法および本発明のマルチモーダルポリエチレン組成物の好ましい実施形態では、「を含む」が「からなる」である。
好ましい実施形態では、「重量部」が「重量％」である。
好ましいと述べられた上記の実施形態は、得られたマルチモーダルポリエチレン組成物のさらに改善された機械的特性をもたらした。上記の好ましい態様の２つまたはそれ以上を組み合わせることによって最良の結果が達成された。同様に、より好ましい、または最も好ましいと上述された実施形態は、機械的特性の最良の改善をもたらした。
本発明は、マルチモーダルポリエチレン重合用の反応器システムに関する。このシステムは、第一反応器、第二反応器、第三反応器、および第一反応器と第二反応器との間に配置された水素除去ユニットを備える。
第一反応器からの水素枯渇ポリエチレンは、後続の反応器における高分子量の重合に影響を及ぼす。特に、高分子量は、射出成形、吹込成形および押出を含む種々の製品用途に有利なポリエチレンの改善された機械的特性をもたらす。本発明のマルチモーダルポリエチレン樹脂を製造するための触媒は、チーグラー・ナッタ触媒、メタロセン系触媒および非メタロセン系触媒を含むシングルサイト触媒である、またはクロム系が使用され得、好ましくは従来のチーグラー・ナッタ触媒またはシングルサイト触媒である。触媒は典型的には当分野で周知の助触媒と一緒に使用される。
不活性炭化水素は、好ましくはヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、イソブタンを含む脂肪族炭化水素である。好ましくは、ヘキサン（最も好ましくはｎ－ヘキサン）が使用される。配位触媒、エチレン、水素および場合によりα－オレフィンコモノマーを第一反応器中で重合する。次いで、第一反応器から得られた全生成物を水素除去ユニットに移して、水素の９８．０～９９．８重量％、未反応ガスおよびいくらかの揮発性物質を除去した後、第二反応器に供給して重合を続ける。第二反応器から得られるポリエチレンは、第一反応器から得られる生成物と第二反応器から得られる生成物の組み合わせであるバイモーダルポリエチレンである。次いで、このバイモーダルポリエチレンを第三反応器に供給して重合を続ける。第三反応器から得られる最終マルチモーダル（トリモーダル）ポリエチレンは、第一、第二および第三反応器からのポリマーの混合物である。
第一、第二および第三反応器中の重合は、異なる工程条件下で行われる。これらは、気相中のエチレンおよび水素の濃度、温度または各反応器に供給されるコモノマーの量の変動であり得る。所望の特性、特に所望の分子量のそれぞれのホモポリマーまたはコポリマーを得るための適切な条件は、当分野で周知である。当業者は、自身の一般的な知識に基づいて、これに基づいてそれぞれの条件を選択することが可能になる。結果として、各反応器で得られるポリエチレンは異なる分子量を有する。好ましくは、低分子量ポリエチレンまたは中分子量ポリエチレンは第一反応器中で製造される一方、高分子量または超高分子量ポリエチレンはそれぞれ第二および第三反応器中で製造される。
第一反応器という用語は、低分子量ポリエチレン（ＬＭＷ）または中分子量ポリエチレン（ＭＭＷ）が製造される段階を指す。第二反応器という用語は、第１の高分子量または超高分子量ポリエチレン（ＨＭＷ１）が製造される段階を指す。第三反応器という用語は、第２の高分子量または超高分子量ポリエチレン（ＨＭＷ２）が製造される段階を指す。
ＬＭＷという用語は、２０，０００～９０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する第一反応器中で重合された低分子量ポリエチレンポリマーを指す。
ＭＭＷという用語は、９０，０００超～１５０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する第一反応器中で重合された中分子量ポリエチレンポリマーを指す。
ＨＭＷ１という用語は、１５０，０００超～５，０００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する第二反応器中で重合された高分子量または超高分子量ポリエチレンポリマーを指す。
ＨＭＷ２という用語は、１５０，０００超～５，０００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する第三反応器中で重合された高分子量または超高分子量ポリエチレンポリマーを指す。
ＬＭＷまたはＭＭＷは、ホモポリマーを得るためにコモノマーの非存在下、第一反応器中で製造される。
本発明の改善されたポリエチレン特性を得るために、０．９６５ｇ／ｃｍ３以上の密度およびＬＭＷについて１０～１０００ｇ／１０分およびＭＭＷについて０．１～１０ｇ／１０分の範囲のＭＩ２を有する高密度ＬＭＷまたはＭＭＷポリエチレンを得るために、エチレンをコモノマーの非存在下、第一反応器中で重合する。第一反応器で標的密度およびＭＩを得るために、重合条件を制御および調整する。第一反応器内の温度は７０～９０℃、好ましくは８０～８５℃に及ぶ。ポリエチレンの分子量を制御するために水素を第一反応器に供給する。第一反応器を２５０～９００ｋＰａ、好ましくは４００～８５０ｋＰａの圧力で作動する。第一反応器の気相中に存在する水素の量は、０．０１～９５ｍｏｌ％、好ましくは０．０１～９０ｍｏｌ％の範囲である。
第二反応器に供給する前に、好ましくはヘキサン中のＬＭＷまたはＭＭＷポリエチレンを含有する第一反応器から得られたスラリーを、好ましくは真空ポンプ、コンプレッサ、ブロワおよびエジェクタの１つまたは組み合わせを含む減圧装置と接続したフラッシュドラムを有し得る水素除去ユニットに移し、フラッシュドラム内の圧力を揮発性物質、未反応ガスおよび水素がスラリー流から除去されるように低下させる。水素除去ユニットの作動圧力は、典型的には１０３～１４５ｋＰａ（絶対）、好ましくは１０４～１３０ｋＰａ（絶対）に及び、水素の９８．０～９９．８重量％、好ましくは９８．０～９９．５重量％の水素が除去され得る。
本発明では、水素の９８．０～９９．８重量％が除去され、重合がこれらの水素含量の条件下で行われる場合、極めて高分子量のポリマーがこのようにして達成され得、シャルピー衝撃および曲げ弾性率が改善される。驚くべきことに、水素の９８．０～９９．８重量％の除去の範囲外での作業では、極めて高分子量のポリマーを得る、ならびにシャルピー衝撃および曲げ弾性率を改善するという本発明の効果は、同程度には観察できないことが分かった。この効果は、好ましいと述べられた範囲においてより顕著であった。
第二反応器の重合条件は、第一反応器の条件とは著しく異なる。第二反応器内の温度は６５～９０℃、好ましくは６８～８０℃に及ぶ。水素は第二反応器に供給されないので、水素とエチレンのモル比は制御されない。第二反応器中の水素は、水素除去ユニットでフラッシュされた後にスラリー流中に残っている第一反応器から残った水素である。第二反応器内の重合圧力は１００～３０００ｋＰａ、好ましくは１５０～９００ｋＰａ、より好ましくは１５０～４００ｋＰａに及び、不活性ガス、例えば窒素の添加によって制御される。
水素除去は、水素除去ユニットを通過する前後のスラリー混合物中に存在する水素の量の比較結果である。水素除去の計算は、ガスクロマトグラフィーによる第一および第二反応器中のガス組成の測定によって行われる。
相当量の水素を除去して本発明の濃度を達成した後、水素除去ユニットからのスラリーを第二反応器に移して重合を続ける。この反応器では、第一反応器から得られたＬＭＷまたはＭＭＷポリエチレンの存在下、α－オレフィンコモノマーを用いてまたは用いないでエチレンを重合してＨＭＷ１ポリエチレンを形成することができる。共重合に有用なα－オレフィンコモノマーとしては、Ｃ４～１２、好ましくは１－ブテンおよび１－ヘキセンが挙げられる。
第二反応器中での重合後、得られたスラリーを第三反応器に移して重合を続ける。
ＨＭＷ２は、第一および第二反応器から得られたＬＭＷまたはＭＭＷおよびＨＷＭ１の存在下でエチレンを場合によりα－オレフィンコモノマーと共重合させることによって第三反応器で製造される。共重合に有用なα－オレフィンコモノマーとしては、Ｃ４～１２、好ましくは１－ブテンおよび１－ヘキセンが挙げられる。
第三反応器で標的密度および標的ＭＩを得るために、重合条件を制御および調整する。しかしながら、第三反応器の重合条件は、第一および第二反応器とは著しく異なる。第三反応器内の温度は６８～９０℃、好ましくは６８～８０℃に及ぶ。ポリエチレンの分子量を制御するために水素を第三反応器に供給する。第三反応器内の重合圧力は１５０～９００ｋＰａ、好ましくは１５０～６００ｋＰａに及び、不活性ガス、例えば窒素の添加によって制御される。
本発明のマルチモーダルポリエチレン組成物中に存在するＬＭＷまたはＭＭＷの量は３０～６５重量部である。本発明のポリエチレン中に存在するＨＭＷ１は５～４０重量部であり、本発明のポリエチレン中に存在するＨＭＷ２は１０～６０重量部である。使用される重合条件に応じて、ＨＭＷ１＞ＨＭＷ２またはＨＭＷ１＜ＨＭＷ２であることが可能である。
最終（自由流動）マルチモーダルポリエチレン組成物は、第三反応器から排出されたスラリーからヘキサンを分離することによって得られる。
得られたポリエチレン粉末を直接使用してもよく、または次いで抗酸化剤および場合により添加剤と混合した後、押出してペレットに造粒してもよい。
ＭＩ ５ およびＭＩ ２１ ：それぞれ、５ｋｇおよび２１．６ｋｇの負荷で１９０℃での試験条件下でポリマーの流動性を決定するポリエチレンのメルトフローインデックス（ＭＩ）を、ＡＳＴＭ Ｄ １２３８によって測定し、ｇ／１０分で示す。
密度：ポリエチレンの密度は、公知の密度の標準と比較して、液柱傾斜管内でペレットが沈むレベルを観察することによって測定した。この方法は、ＡＳＴＭ Ｄ １５０５に準拠した１２０℃でアニーリングした後の固形プラスチックの測定である。
分子量および多分散指数（ＰＤＩ）：重量平均分子量（Ｍｗ）、数平均分子量（Ｍｎ）およびＺ平均分子量（ＭＺ）（ｇ／ｍｏｌ）をゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって分析した。多分散指数は、Ｍｗ／Ｍｎによって計算した。
試料約８ｍｇを１，２，４－トリクロロベンゼン８ｍｌに１６０℃で９０分間溶解した。次いで、試料溶液２００μｌを、ＩＲ５、赤外検出器（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｈａｒ、スペイン）を備える高温ＧＰＣに、カラムゾーン１４５℃、検出器ゾーン１６０℃で流量０．５ｍｌ／分で注入した。データを、ＧＰＣ Ｏｎｅ（登録商標）ソフトウェア、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｈａｒ、スペインによって処理した。
固有粘度（ＩＶ）
試験方法は、１３５℃でのＨＤＰＥまたは１５０℃でのＵＨＭＷＰＥの希溶溶液粘度の測定を包含する。ポリマー溶液は、ポリマーを０．２％ｗｔ／ｖｏｌ安定剤（Ｉｒｇａｎｏｘ １０１０または同等物）と共にデカリンに溶解することによって調製した。詳細は、ＡＳＴＭ Ｄ ２５１５によってＩＶの決定について与えられる。
結晶化度：結晶化度は、ＡＳＴＭ Ｄ ３４１８に準拠する示差走査熱量測定（ＤＳＣ）による特性評価のために頻繁に使用される。試料をピーク温度およびエンタルピーにより識別すると同時に、結晶化度％をピーク面積から計算した。
シャルピー衝撃強度：シャルピー衝撃強度を、２３℃でＩＳＯ１７９によって決定し、単位ｋＪ／ｍ２で示す。
曲げ弾性率：標本を調製し、ＩＳＯ１７８によって試験を行った。曲げ試験は、三点曲げ器具を備えた万能試験機を使用して行った。
実験および実施例
中密度または高密度ポリエチレンの調製を３つの反応器中で連続して行った。エチレン、水素、ヘキサン、触媒およびＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）助触媒を表１に示される量で第一反応器に供給した。市販のチーグラー・ナッタ触媒を使用した。適切な触媒調製は、例えばハンガリー特許出願番号第０８００７７１Ｒ号明細書に記載されている。第一反応器中での重合を行って低分子量または中分子量ポリエチレンを調製した。次いで、第一反応器からの重合スラリーポリマーの全てを水素除去ユニットに移して、未反応ガスおよびヘキサンのいくらかをポリマーから除去した。水素除去ユニット内の作動圧力を１００～１１５ｋＰａ（絶対）の範囲で変化させ、残留水素をヘキサンから９８重量％超かつ９９．８重量％以下除去した後、第二重合反応器に移した。いくらかの新鮮なヘキサン、エチレンおよび／またはコモノマーを第二反応器に供給して、第１の高分子量ポリエチレン（ＨＭＷ１）を製造した。第二反応器からの重合ポリマーの全てを、第２の高分子量ポリエチレン（ＨＭＷ２）を製造する第三反応器に供給した。エチレン、コモノマー、ヘキサンおよび／または水素を第三反応器に供給した。
比較実施例１（ＣＥ１）
ホモポリマーを第一反応器中で製造して低分子量部分を得た後、このようなポリマーを水素除去ユニットに移した。反応混合物を水素除去ユニットに導入して、ポリマーから未反応混合物を分離した。水素除去ユニットを１５０ｋＰａ（絶対）の圧力で作動すると、残留水素は９７．６重量％除去された。次いで、低分子量ポリマーを第二反応器に移して、第１の高分子量ポリマーを製造した。最後に、第二反応器からの製造したポリマーを第三反応器に移して、第２の高分子量ポリマーを調製した。第三に、コモノマーとして１－ブテンを供給することによって、共重合を行った。
実施例１（Ｅ１）
水素除去ユニットを１１５ｋＰａ（絶対）の圧力で作動したことを除いて、比較実施例１と同様に実施例１を行った。第一反応器からの水素の残りを９８．０重量％除去した。これらのマルチモーダルポリマーの特徴的な特性を表２に示す。分かるように、比較実施例１の特性と比較して、除去された水素の残りの割合が増加すると、剛性－衝撃バランスの改善が観察された。
実施例２（Ｅ２）
水素除去ユニットを１０５ｋＰａ（絶対）の圧力で作動したことを除いて、比較実施例１と同様に実施例２を行った。第一反応器からの残留水素を９９．１重量％程度除去した。この圧力下での水素除去ユニットの作動はポリマー特性範囲の拡大をもたらす。表２に見られるように、Ｅ２の最終メルトフローレートはＣＥ１の最終メルトフローレートよりも低く、依然として曲げ弾性率を維持しながらシャルピー衝撃の改善をもたらした。
比較実施例２（ＣＥ２）
水素除去ユニットを１０２ｋＰａ（絶対）の圧力で作動したことを除いて、比較実施例１と同様に比較実施例２を行った。第一反応器からの水素の残りを９９．９重量％程度除去した。この圧力下での水素除去ユニットの作動はポリマー特性範囲の拡大をもたらす。表２に見られるように、ＣＥ２の最終メルトフローレートおよび密度は、Ｅ２の最終メルトフローレートおよび密度と非常に類似していた。Ｅ２と比較してシャルピー衝撃の減衰がＣＥ２において示された。
比較実施例３（ＣＥ３）
ホモポリマーを第一反応器中で製造して低分子量部分を得た後、ポリマーを水素除去ユニットに移した。反応混合物を水素除去ユニットに導入して、ポリマーから未反応混合物を分離した。水素除去ユニットを１５０ｋＰａ（絶対）の圧力で作動すると、水素残留は９７．９重量％程度除去された。次いで、低分子量ポリマーを第二反応器に移して、第１の高分子量ポリマーを製造した。第二反応器で、コモノマーとして１－ブテンを供給することによって、共重合を行った。最後に、第二反応器からのインサイツバイモーダルコポリマーを第三反応器に移して、第２の高分子量コポリマー部分を調製した。このマルチモーダルポリマーの特徴的な特性を表２に示す。第二反応器と第三反応器の両方でコポリマーを製造すると、最終ポリマーの密度を低下させることによって、室温でのシャルピー衝撃における有意な改善を得ることができた。
実施例３（Ｅ３）
水素除去ユニットを１０５ｋＰａの圧力で作動したことを除いて、比較実施例３と同様に実施例３を行った。第一反応器からの水素の残りを９８．８重量％程度除去した。この工程操作によって得られたポリマーは、ＣＥ３から得られた値よりも低い０．１９５ｇ／１０分（５ｋｇ負荷）のメルトフローレートを有していた。表２に見られるように、比較実施例３の特性と比較して、除去された水素の残りの割合が増加すると、剛性－衝撃バランスの改善が明らかになった。
実施例４（Ｅ４）
ホモポリマーを第一反応器中で製造して中分子量部分を得た後、このようなポリマーを水素除去ユニットに移した。水素除去ユニットを１０５ｋＰａ（絶対）の圧力で作動してポリマーから未反応混合物を分離した。第一反応器からの水素の残りを９８．９重量％程度除去した。次いで、中分子量ポリマーを第二反応器に移して、第１の超高分子量ポリマーを製造した。最後に、第二反応器からの製造したポリマーを第三反応器に移して、第２の超高分子量ポリマーを調製した。第二および第三反応器を水素枯渇ポリエチレン重合下で作動した。この方法操作によって製造された加工可能なインサイツ超高分子量ポリエチレンは、曲げ弾性率を依然として維持しながら、シャルピー衝撃強度の優れた改善をもたらす。極めて高いＩＶを有する従来のＵＨＭＷＰＥは、ＭＩ２１を測定することができないことが知られていた。ＩＶが９ｄｌ／ｇである発明実施例Ｅ４は、公知の技術を超える優れたメルトフロー能力を示す。
比較実施例４（ＣＥ４）
ホモポリマーを第一反応器中で製造して低分子量部分を得た後、このようなポリマーを水素除去ユニットに移した。反応混合物を水素除去ユニットに導入して、ポリマーから未反応混合物を分離した。水素除去ユニットを１５０ｋＰａ（絶対）の圧力で作動すると、残留水素は９７．６重量％除去された。次いで、低分子量ポリマーを第二反応器に移して、第１の高分子量ポリマーを製造した。最後に、第二反応器からの製造したポリマーを第三反応器に移して、第２の高分子量ポリマーを調製した。第三に、コモノマーとして１－ブテンを供給することによって、共重合を行った。表２および表３に見られるように、ＣＥ４の最終メルトフローレートはＥ５の最終メルトフローレートと非常に類似していた。Ｅ５のより低い密度を示した場合でさえ、Ｅ５と比較してＣＥ４においてシャルピー衝撃および曲げ弾性率の減衰が示された。
実施例５（Ｅ５）
水素除去ユニットを１１５ｋＰａ（絶対）の圧力で作動したことを除いて、比較実施例４と同様に実施例５を行った。第一反応器からの水素の残りを９８．５重量％程度除去した。この工程操作によって得られたポリマーは、ＣＥ３から得られた値よりも低い４８ｇ／１０分（５ｋｇ負荷）のメルトフローレートを有していた。表２に見られるように、比較実施例４の特性と比較して、除去された水素の残りの割合が増加すると、剛性－衝撃バランスの改善が明らかになった。
実施例６（Ｅ６）
コモノマーを第３の超高分子量ポリエチレンに供給することを除いて、実施例４と同様に実施例６を行った。この方法によって製造されたポリマーは、曲げ弾性率を依然として維持しながら、シャルピー衝撃強度の優れた改善をもたらす。表２に示されるように、ＩＶが２３ｄｌ／ｇの発明実施例６は、比較試料と比較して高い衝撃強度（破断なしの１ノッチ付き衝撃）および曲げ弾性率を示すが、高い粘度および高いＭｗのためにメルトフローインデックスは測定不可能である。
ＷＡは第一反応器中のポリマーの重量％を意味する。
ＷＢは第二反応器中のポリマーの重量％を意味する。
ＷＣは第三反応器中のポリマーの重量％を意味する。
Figure 0007092749000001
Figure 0007092749000002
前記説明および特許請求の範囲に開示される特徴は、別々にも任意の組み合わせでも、本発明をその多様な形態で実現するための材料となり得る。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項１．
マルチモーダルポリエチレン重合法のための反応器システムであって、
（ａ）第一反応器と；
（ｂ）好ましくは真空ポンプ、コンプレッサ、ブロワ、エジェクタまたはこれらの組み合わせから選択される減圧装置に接続された少なくとも１つの容器を備える、第一反応器と第二反応器との間に配置された水素除去ユニットであって、前記減圧装置が作動圧力を１００～２００ｋＰａ（絶対）の範囲の圧力に調整することを可能にする、ユニットと；
（ｃ）第二反応器と；
（ｄ）第三反応器と
を備える反応器システム。
項２．
前記減圧装置が、前記水素除去ユニット内の作動圧力を１０３～１４５ｋＰａ（絶対）、好ましくは１０４～１３０ｋＰａ（絶対）、最も好ましくは１０５～１１５ｋＰａ（絶対）の範囲の圧力に調整することを可能にする、項１に記載の反応器システム。
項３．
前記水素除去ユニットが、水素と液体希釈剤を分離するためのストリップ塔をさらに含む、項１または２に記載の反応器システム。
項４．
項１から３のいずれか一項に記載の反応器システムにおいてマルチモーダルポリエチレン組成物を製造する方法であって、
（ａ）チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセンから選択される触媒系および前記第一反応器中の気相中に存在する全ガスに対して０．１～９５ｍｏｌ％の量の水素の存在下、前記第一反応器中の不活性炭化水素媒体中でエチレンを重合して、低分子量ポリエチレンまたは中分子量ポリエチレンを得る工程と；
（ｂ）１０３～１４５ｋＰａ（絶対）の範囲の圧力で前記第一反応器から得られたスラリー混合物中に含まれる水素の９８．０～９９．８重量％を前記水素除去ユニット中で除去し、得られた残留混合物を前記第二反応器へ移す工程と；
（ｃ）チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセンから選択される触媒系の存在下、および工程（ｂ）で得られた量の水素の存在下、前記第二反応器中でエチレンおよび場合によりＣ４～Ｃ１２α－オレフィンコモノマーを重合して、ホモポリマーまたはコポリマーの形態の第１の高分子量ポリエチレンまたは第１の超高分子量ポリエチレンを得て、得られた混合物を前記第三反応器に移す工程と；
（ｄ）チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセンから選択される触媒系および水素の存在下（前記第三反応器中の水素の量は前記第三反応器中の気相中に存在する全ガスに対して１～７０ｍｏｌ％、好ましくは１～６０ｍｏｌ％の範囲である）または場合により水素の実質的非存在下、前記第三反応器中でエチレンおよび場合によりα－オレフィンコモノマーを重合して、第２の高分子量ポリエチレンまたは第２の超高分子量ポリエチレンのホモポリマーまたはコポリマーを得る工程と
を含む方法。
項５．
前記除去が水素の９８．０～９９．７％、より好ましくは９８．０～９９．５％、最も好ましくは９８．０～９９．１％の除去である、項４に記載の方法。
項６．
前記水素除去ユニット内の作動圧力が、１０３～１４５ｋＰａ（絶対）、より好ましくは１０４～１３０ｋＰａ（絶対）、最も好ましくは１０５～１１５ｋＰａ（絶対）の範囲である、項４または５に記載の方法。
項７．
項４から６のいずれか一項に記載の方法によって得られるマルチモーダルポリエチレン組成物であって、
（Ａ）３０～６５重量部の前記低分子量ポリエチレンまたは前記中分子量ポリエチレンと；
（Ｂ）５～４０重量部の前記第１の高分子量ポリエチレンまたは前記第１の超高分子量ポリエチレンと；
（Ｃ）１０～６０重量部の前記第２の高分子量ポリエチレンまたは前記第２の超高分子量ポリエチレンのコポリマーと
を含むマルチモーダルポリエチレン組成物。
項８．
ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定して、80,000～5,000,000ｇ／ｍｏｌ、好ましくは150,000～3,000,000ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有する、項７に記載のマルチモーダルポリエチレン組成物。
項９．
ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定して、5,000～100,000ｇ／ｍｏｌ、好ましくは5,000～80,000ｇ／ｍｏｌの数平均分子量を有する、項７または８に記載のマルチモーダルポリエチレン組成物。
項１０．
ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定して、700,000～10,000,000ｇ／ｍｏｌ、好ましくは700,000～8,000,000ｇ／ｍｏｌのＺ平均分子量を有する、項７から９のいずれか一項に記載のマルチモーダルポリエチレン組成物。
項１１．
ＡＳＴＭ Ｄ １５０５による密度０．９３０～０．９６５ｇ／ｃｍ３および／または０．０１～６０ｇ／１０分のメルトフローインデックスＭＩ５、および／または０．０５～８００ｇ／１０分のＭＩ２１、および／またはＩＳＯ１６２８－３によって測定して、１．０～３０、好ましくは１．５～３０の固有粘度を有する、項７から１０のいずれか一項に記載のマルチモーダルポリエチレン組成物。

Claims (7)

  1. 反応器システムにおいてマルチモーダルポリエチレン組成物を製造する方法によって得られるマルチモーダルポリエチレン組成物であって、
    前記反応器システムは以下を備え、
    （ａ１）第一反応器；
    （ｂ１）減圧装置に接続された少なくとも１つの容器を備える、第一反応器と第二反応器との間に配置された水素除去ユニットであって、前記減圧装置が作動圧力を１００～２００ｋＰａ（絶対）の範囲の圧力に調整することを可能にする、ユニット；
    （ｃ１）第二反応器；そして、
    （ｄ１）第三反応器；
    前記方法は以下の工程を含み、
    （ａ２）チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセンから選択される触媒系および前記第一反応器中の気相中に存在する全ガスに対して０．１～９５ｍｏｌ％の量の水素の存在下、前記第一反応器中の不活性炭化水素媒体中でエチレンを重合して、低分子量ポリエチレンまたは中分子量ポリエチレンを得る工程；
    （ｂ２）１０３～１４５ｋＰａ（絶対）の範囲の圧力で前記第一反応器から得られたスラリー混合物中に含まれる水素の９８．０～９９．１重量％を前記水素除去ユニット中で除去し、得られた残留混合物を前記第二反応器へ移す工程；
    （ｃ２）チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセンから選択される触媒系の存在下、および工程（ｂ２）で得られた量の水素の存在下、前記第二反応器中でエチレンおよび場合によりＣ ４ ～Ｃ １２ α－オレフィンコモノマーを重合して、ホモポリマーまたはコポリマーの形態の第１の高分子量ポリエチレンまたは第１の超高分子量ポリエチレンを得て、得られた混合物を前記第三反応器に移す工程；そして、
    （ｄ２）チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセンから選択される触媒系および水素の存在下（前記第三反応器中の水素の量は前記第三反応器中の気相中に存在する全ガスに対して１～７０ｍｏｌ％の範囲である）または場合により水素の実質的非存在下、前記第三反応器中でエチレンおよび場合によりα－オレフィンコモノマーを重合して、第２の高分子量ポリエチレンまたは第２の超高分子量ポリエチレンのホモポリマーまたはコポリマーを得る工程；
    前記マルチモーダルポリエチレン組成物は、
    （Ａ）３０～６５重量部の前記低分子量ポリエチレンまたは前記中分子量ポリエチレンと；
    （Ｂ）５～４０重量部の前記第１の高分子量ポリエチレンまたは前記第１の超高分子量ポリエチレンと；
    （Ｃ）１０～６０重量部の前記第２の高分子量ポリエチレンまたは前記第２の超高分子量ポリエチレンのコポリマーと
    を含む、マルチモーダルポリエチレン組成物。
  2. 前記減圧装置が、前記水素除去ユニット内の作動圧力を１０３～１４５ｋＰａ（絶対）の範囲の圧力に調整することを可能にする、請求項１に記載のマルチモーダルポリエチレン組成物。
  3. 前記水素除去ユニットが、水素と液体希釈剤を分離するためのストリップ塔をさらに含む、請求項１または２に記載のマルチモーダルポリエチレン組成物。
  4. ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定して、80,000～5,000,000ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のマルチモーダルポリエチレン組成物。
  5. ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定して、5,000～100,000ｇ／ｍｏｌの数平均分子量を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のマルチモーダルポリエチレン組成物。
  6. ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定して、700,000～10,000,000ｇ／ｍｏｌのＺ平均分子量を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のマルチモーダルポリエチレン組成物。
  7. ＡＳＴＭ Ｄ １５０５による密度０．９３０～０．９６５ｇ／ｃｍ３、および／または０．０１～６０ｇ／１０分のメルトフローインデックスＭＩ５、および／または０．０５～８００ｇ／１０分のＭＩ２１、および／またはＩＳＯ１６２８－３によって測定して、１．０～３０の固有粘度を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のマルチモーダルポリエチレン組成物。
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