(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記CST−1が、30℃から10℃の間で調節され、前記CST−2が、35℃から20℃の間で調節され、5%から250%減少した前記黄色度指数(YI)を有する前記エチレンインターポリマー生成物を生成する、請求項3に記載のプロセス。
前記CST−1が、30℃から10℃の間で調節され、前記CST−2が、35℃から20℃の間で調節され、5%から20%増加した前記白色度指数(WI)を有する前記エチレンインターポリマー生成物を生成する、請求項5に記載のプロセス。
前記第1の不均一触媒配合物が、第1のインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物または第1のバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物であり、任意選択で、前記第2の不均一触媒配合物が、第2のインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物または第2のバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物である、請求項1または2に記載のプロセス。
【発明を実施するための形態】
【0020】
発明を実施するための最良の形態
用語の定義
実施例以外において、または別段に指定されていない限り、本明細書および特許請求の範囲において使用される成分の量、押出し条件等に関するすべての数字または表現は、すべての場合において、「約」という用語により修飾されるものとして理解されるべきである。しがたって、異なる意味が指定されない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、様々な実施形態が得ようとする所望の特性に依存して変動し得る概数である。少なくとも、特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限しようとすることなく、各数値パラメータは、少なくとも、報告される有効数字の数に照らして、および通常の丸め手法を適用することにより解釈されるべきである。具体例において記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、いかなる数値も、そのそれぞれの試験測定において見出される標準偏差から必然的にもたらされるある特定の誤差を本質的に含有する。
【0021】
本明細書において列挙されるいかなる数値範囲も、それに包含されるすべての部分範囲群を含むことが意図される。例えば、「1から10」の範囲は、挙げられた最小値1および挙げられた最大値10を含むその間のすべての部分範囲群、すなわち1以上の最小値および10以下の最大値を有するすべての部分範囲群を含むことが意図される。開示された数値範囲は連続的であるため、それらは最小値と最大値との間のすべての値を含む。別段に明示的に指定されない限り、本明細書において指定される様々な数値範囲は、概数である。
【0022】
本明細書において表現されるすべての組成範囲は、実際に、全部で100パーセント(体積パーセントまたは重量パーセント)に制限され、それを超えない。組成物中の複数の成分が存在し得る場合、各成分の最大量の合計は100パーセントを超える可能性があるが、当業者には容易に理解されるように、実際に使用されるそれら複数成分の量は、100パーセントの最大値に適合することが理解される。
【0023】
本開示のより完全な理解を形成するために、以下の用語が定義され、添付の図と共に、様々な実施形態の説明全体を通して使用されるべきである。
【0024】
本明細書において、「所望の色指数」(“desired color index”)という用語は、色の測定値、例えば観察者の色の認識に関連する数を定義し、ここでこの観察者は正常な色覚を有する。色指数の限定されない例は、「白色度指数(WI)」および「黄色度指数(YI)」を含み、本開示において、WIおよびYIは、ASTM E313−10に従い測定される。
【0025】
この開示において、「第1の触媒溶液温度」という用語は、「CST−1」という用語と同等であり、
図1および2に示される実施形態を参照すると、CST−1は、プロセスストリーム5eの温度である。「第2の触媒溶液温度」という用語は、「CST−2」という用語と同等であり、
図1および2に示される実施形態を参照し、具体的には、
図1において、CST−2は、プロセスストリーム10fの温度であり、
図2において、CST−2は、プロセスストリーム60eの温度である。任意選択の実施形態において、「第3の触媒溶液温度」という用語は、「CST−3」という用語と同等であり、
図1および2に示される実施形態を参照し、具体的には、
図1の実施形態において、CST−3は、プロセスストリーム10gまたは34eの温度であり、
図2の実施形態において、CST−3は、プロセスストリーム60eまたは90eの温度である。
【0026】
本開示において、「ポリエチレン組成物」という用語は、エチレンインターポリマーの比較例を、具体的には比較例Hおよび比較例Eを指すように使用される。さらに、「第2の全触媒金属」という用語は、ポリエチレン組成物、すなわち比較例における金属触媒残渣の総量を指す。一方、「第1の全触媒金属」という用語は、開示されたエチレンインターポリマー生成物の実施形態における金属触媒残渣の総量を指す。
【0027】
本明細書において使用される場合、「モノマー」という用語は、それ自身または他のモノマーと化学的に反応して化学結合し、ポリマーを形成し得る小分子を指す。
【0028】
本明細書において使用される場合、「α−オレフィン」という用語は、鎖の一方の端部において二重結合を有する3から20個の炭素原子を含有する直鎖炭化水素鎖を有するモノマーを説明するために使用される。
【0029】
本明細書において使用される場合、「エチレンポリマー」という用語は、エチレンポリマーを生成するために使用される特定の触媒または特定のプロセスとは無関係に、エチレンモノマーおよび任意選択で1種以上の追加のモノマーから生成された巨大分子を指す。ポリエチレン技術において、1種以上の追加のモノマーは、「コモノマー(複数種可)」と呼ばれ、しばしばα−オレフィンを含む。「ホモポリマー」という用語は、1種類のみのモノマーを含有するポリマーを指す。一般的なエチレンポリマーは、高密度ポリエチレン(HDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)、極低密度ポリエチレン(VLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、プラストマーおよびエラストマーを含む。エチレンポリマーという用語はまた、高圧重合プロセスにおいて生成されたポリマーを含み、限定されない例は、低密度ポリエチレン(LDPE)、エチレン酢酸ビニルコポリマー(EVA)、エチレンアルキルアクリレートコポリマー、エチレンアクリル酸コポリマーおよびエチレンアクリル酸の金属塩(一般的にアイオノマーと呼ばれる)を含む。エチレンポリマーという用語はまた、2つから4つのコモノマーを含んでもよいブロックコポリマーを含む。エチレンポリマーという用語はまた、上述のエチレンポリマーの組み合わせ、またはブレンドを含む。
【0030】
「エチレンインターポリマー」という用語は、高圧重合プロセスにおいて生成されたポリマーを除く「エチレンポリマー」のグループ内のポリマーの部分集合を指し、高圧プロセスにおいて生成されたポリマーの限定されない例は、LDPEおよびEVA(後者はエチレンおよび酢酸ビニルのコポリマーである)を含む。
【0031】
「不均一エチレンインターポリマー」という用語は、不均一触媒配合物を使用して生成されたエチレンインターポリマーのグループ内のポリマーの部分集合を指し、不均一触媒配合物の限定されない例は、チーグラ−ナッタまたはクロム触媒を含む。
【0032】
「均一エチレンインターポリマー」という用語は、メタロセンまたはシングルサイト触媒を使用して生成されたエチレンインターポリマーのグループ内のポリマーの部分集合を指す。典型的には、均一エチレンインターポリマーは、狭い分子量分布、例えば2.8未満のゲル透過クロマトグラフィー(GPC)M
w/M
n値を有し、M
wおよびM
nは、それぞれ、重量平均分子量および数平均分子量を指す。一方、不均一エチレンインターポリマーのM
w/M
nは、典型的には、均一エチレンインターポリマーのM
w/M
nより大きい。一般に、均一エチレンインターポリマーはまた、狭いコモノマー分布を有し、すなわち、分子量分布内の各巨大分子は、同様のコモノマー含量を有する。多くの場合、コモノマーがどのようにエチレンインターポリマー内に分布しているかを定量化するため、および異なる触媒またはプロセスで生成されたエチレンインターポリマーを区別するために、組成分布幅指数「CDBI」が使用される。「CDBI
50」は、その組成が中央コモノマー組成(median comonomer composition)の50%以内であるエチレンインターポリマーのパーセントとして定義され、この定義は、Exxon Chemical Patents Inc.に譲渡された米国特許第5,206,075号に記載の定義と一致している。エチレンインターポリマーのCDBI
50は、TREF曲線(昇温溶出分別)から計算することができ、TREF法は、Wild et al.,J.Polym.Sci.,Part B, Polym.Phys.,Vol.20 (3),pages 441−455に記載されている。典型的には、均一エチレンインターポリマーのCDBI
50は、約70%超である。一方、α−オレフィンを含有する不均一エチレンインターポリマーのCDBI
50は、一般に、均一エチレンインターポリマーのCDBI
50より低い。
【0033】
均一エチレンインターポリマーは、しばしば、「直鎖均一エチレンインターポリマー」および「実質的に直鎖の均一エチレンインターポリマー」にさらに細分化されることは、当業者に周知である。これらの2つのサブグループは、長鎖分岐の量が異なり、より具体的には、直鎖均一エチレンインターポリマーは、1000個の炭素原子当たり約0.01未満の長鎖分岐を有し、一方実質的に直鎖のエチレンインターポリマーは、1000個の炭素原子当たり約0.01超から約3.0までの長鎖分岐を有する。長鎖分岐は、事実上巨大分子であり、すなわち、長鎖分岐が結合する巨大分子と長さが類似している。以降、本開示において、「均一エチレンインターポリマー」という用語は、直鎖均一エチレンインターポリマーおよび実質的に直鎖の均一エチレンインターポリマーの両方を指す。
【0034】
本明細書において、「ポリオレフィン」という用語は、エチレンポリマーおよびプロピレンポリマーを含み、プロピレンポリマーの限定されない例は、アイソタクチック、シンジオタクチックおよびアタクチックプロピレンホモポリマー、少なくとも1つのコモノマーを含有するランダムプロピレンコポリマー、ならびに耐衝撃ポリプロピレンコポリマーまたはヘテロ相ポリプロピレンコポリマーを含む。
【0035】
「熱可塑性」という用語は、加熱されると液体となり、圧力下で流動し、冷却されると固化するポリマーを指す。熱可塑性ポリマーは、エチレンポリマーおよびプラスチック産業において一般的に使用される他のポリマーを含み、フィルム用途において一般的に使用される他のポリマーの限定されない例は、バリア樹脂(EVOH)、結合樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等を含む。
【0036】
本明細書において使用される場合、「単層フィルム」という用語は、1種以上の熱可塑性物質の単一層を含有するフィルムを指す。
【0037】
本明細書において使用される場合、「ヒドロカルビル」、「ヒドロカルビルラジカル」または「ヒドロカルビル基」という用語は、水素および炭素を含み、1個の水素が不足した直鎖または環式の、脂肪族、オレフィン、アセチレンおよびアリール(芳香族)ラジカルを指す。
【0038】
本明細書において使用される場合、「アルキルラジカル」は、1個の水素ラジカルが不足した直鎖、分岐および環式パラフィンラジカルを含み、限定されない例は、メチル(−CH
3)およびエチル(−CH
2CH
3)ラジカルを含む。「アルケニルラジカル」という用語は、1個の水素ラジカルが不足した少なくとも1つの炭素間二重結合を含有する直鎖、分岐および環式炭化水素を指す。
【0039】
本明細書において使用される場合、「アリール」基という用語は、フェニル、ナフチル、ピリジル、および分子が芳香環構造を有する他のラジカルを含み、限定されない例は、ナフチレン、フェナントレンおよびアントラセンを含む。「アリールアルキル」基は、垂下したアリール基を有するアルキル基であり、限定されない例は、ベンジル、フェネチルおよびトリルメチルを含み、「アルキルアリール」は、垂下した1つ以上のアルキル基を有するアリール基であり、限定されない例は、トリル、キシリル、メシチルおよびクミルを含む。
【0040】
本明細書において使用される場合、「ヘテロ原子」という語句は、炭素および炭素に結合し得る水素以外の任意の原子を含む。「ヘテロ原子含有基」は、ヘテロ原子を含有する炭化水素ラジカルであり、同じまたは異なるヘテロ原子の1つ以上を含有してもよい。一実施形態において、ヘテロ原子含有基は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、窒素、リン、酸素および硫黄からなる群から選択される1から3個の原子を含有するヒドロカルビル基である。ヘテロ原子含有基の限定されない例は、イミン、アミン、オキシド、ホスフィン、エーテル、ケトン、オキソアゾリンヘテロ環式化合物、オキサゾリン、チオエーテル等のラジカルを含む。「ヘテロ環式」という用語は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、窒素、リン、酸素および硫黄からなる群から選択される1から3個の原子を含む炭素骨格を有する環系を指す。
【0041】
本明細書において使用される場合、「非置換」という用語は、非置換という用語に続く分子基に水素ラジカルが結合していることを意味する。「置換」という用語は、この用語に続く基が、基内の任意の位置における1つ以上の水素ラジカルに置き換わった1つ以上の部分を有することを意味し、部分の限定されない例は、ハロゲンラジカル(F、Cl、Br)、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミン基、ホスフィン基、アルコキシ基、フェニル基、ナフチル基、C
1からC
10アルキル基、C
2からC
10アルケニル基、およびそれらの組み合わせを含む。置換アルキルおよびアリールの限定されない例は、アシルラジカル、アルキルアミノラジカル、アルコキシラジカル、アリールオキシラジカル、アルキルチオラジカル、ジアルキルアミノラジカル、アルコキシカルボニルラジカル、アリールオキシカルボニルラジカル、カルボモイルラジカル、アルキル−およびジアルキル−カルバモイルラジカル、アシルオキシラジカル、アシルアミノラジカル、アリールアミノラジカルならびにそれらの組み合わせを含む。
【0042】
本明細書において、「R1」という用語およびその上付き文字の形態「
R1」は、連続溶液重合プロセスにおける第1の反応器を指し、R1は、記号R
1とは明確に異なり、後者は、化学式中で使用され、例えばヒドロカルビル基を表す。同様に、「R2」という用語およびその上付き文字の形態「
R2」は、第2の反応器を指し、「R3」という用語およびその上付き文字の形態「
R3」は、第3の反応器を指す。
【0043】
本明細書において使用される場合、「オリゴマー」とう用語は、低分子量のエチレンポリマー、例えば約2000から3000ダルトンの重量平均分子量(Mw)を有するエチレンポリマーを指す。オリゴマーに対して他に一般的に使用される用語は、「ワックス」または「グリース」を含む。本明細書において使用される場合、「軽質留分不純物」(“light−end impurities”)という用語は、連続溶液重合プロセス内の様々な槽およびプロセスストリームに存在し得る比較的低い沸点を有する化学化合物を指し、限定されない例は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、窒素、CO
2、クロロエタン、HCl等を含む。
【0044】
触媒
オレフィンの重合において効率的な有機金属触媒配合物もまた、当技術分野において周知である。本明細書において開示された実施形態において、連続溶液重合プロセスにおいて少なくとも2種の触媒配合物が使用される。触媒配合物の1つは、均一な第1のエチレンインターポリマーを生成する少なくとも1種のシングルサイト触媒配合物を含む。他の触媒配合物は、不均一な第2のエチレンインターポリマーを生成する少なくとも1種の不均一触媒配合物を含む。任意選択で、第2のエチレンインターポリマーを生成するために使用された不均一触媒配合物を使用して、第3のエチレンインターポリマーが生成されてもよく、または、異なる不均一触媒配合物を使用して、第3のエチレンインターポリマーが生成されてもよい。連続溶液プロセスにおいて、少なくとも1種の均一エチレンインターポリマーおよび少なくとも1種の不均一エチレンインターポリマーが溶液ブレンドされ、エチレンインターポリマー生成物が生成される。
【0045】
シングルサイト触媒配合物
シングルサイト触媒配合物を構成する触媒成分は、特に限定されず、すなわち多様な触媒成分が使用され得る。シングルサイト触媒配合物の1つの限定されない実施形態は、以下の3つまたは4つの成分を含む:かさ高い配位子−金属錯体;アルモキサン共触媒;イオン性活性化剤および任意選択でヒンダードフェノール。本開示の表1A、2A、3Aおよび4Aにおいて、「(i)」は、「成分(i)」、すなわちR1に添加されたかさ高い配位子−金属錯体の量を指し、「(ii)」は、「成分(ii)」、すなわちアルモキサン共触媒を指し、「(iii)」は、「成分(iii)」、すなわちイオン性活性化剤を指し、「(iv)」は、「成分(iv)」、すなわち任意選択のヒンダードフェノールを指す。
【0046】
成分(i)の限定されない例は、式(I)で表される。
【数1】
式中、(L
A)は、かさ高い配位子を表し、Mは、金属原子を表し、PIは、ホスフィンイミン配位子を表し、Qは、脱離基を表し、aは、0または1であり、bは、1または2であり、(a+b)=2であり、nは、1または2であり、(a+b+n)の合計は、金属Mの価数に等しい。
【0047】
式(I)中のかさ高い配位子L
Aの限定されない例は、非置換または置換シクロペンタジエニル配位子またはシクロペンタジエニル型配位子、ヘテロ原子置換および/もしくはヘテロ原子含有シクロペンタジエニル型配位子を含む。追加的な限定されない例は、シクロペンタフェナントレニル配位子、非置換または置換インデニル配位子、ベンズインデニル配位子、非置換または置換フルオレニル配位子、オクタヒドロフルオレニル配位子、シクロオクタテトラエンジイル配位子、シクロペンタシクロドデセン配位子、アゼニル配位子、アズレン配位子、ペンタレン配位子、ホスホイル配位子、ホスフィンイミン、ピロリル配位子、ピロゾリル配位子、カルバゾリル配位子、ボラベンゼン配位子等(それらの水素化型、例えばテトラヒドロインデニル配位子を含む)を含む。他の実施形態において、L
Aは、金属Mへのη結合が可能な任意の他の配位子構造であってもよく、そのような実施形態は、金属Mへのη
3結合およびη
5結合の両方を含む。他の実施形態において、L
Aは、炭素原子と併せて1つ以上のヘテロ原子、例えば、窒素、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウム、硫黄およびリンを含み、開環、非環式、または縮合環もしくは環系、例えばヘテロシクロペンタジエニル補助配位子を形成してもよい。L
Aの他の限定されない実施形態は、かさ高いアミド、ホスフィド、アルコキシド、アリールオキシド、イミド、カルボリド、ボロリド、ポルフィリン、フタロシアニン、コリンおよび他のポリアゾ大環状化合物を含む。
【0048】
式(I)中の金属Mの限定されない例は、4族金属、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムを含む。
【0049】
ホスフィンイミン配位子PIは、式(II)により定義される。
【数2】
式中、R
p基は、水素原子;ハロゲン原子;1つ以上のハロゲン原子で置換された、または置換されていないC
1−20ヒドロカルビルラジカル;C
1−8アルコキシラジカル;C
6−10アリールラジカル;C
6−10アリールオキシラジカル;アミドラジカル;式−Si(R
s)
3(式中、R
s基は、水素原子、C
1−8アルキルもしくはアルコキシラジカル、C
6−10アリールラジカル、C
6−10アリールオキシラジカルから独立して選択される)のシリルラジカル、あるいは式−Ge(R
G)
3(式中、R
G基は、本段落においてR
sが定義されているように定義される)のゲルマニルラジカルから独立して選択される。
【0050】
脱離基Qは、式(I)から取り出されて1種以上のオレフィンを重合させることができる触媒種を形成することができる任意の配位子である。Qに対する同等の用語は、「活性化可能な配位子」であり、すなわち「脱離基」という用語と同等である。いくつかの実施形態において、Qは、Mへのシグマ結合を有するモノアニオン性不安定配位子である。金属の酸化状態に依存して、nについての値は、式(I)が中性のかさ高い配位子−金属錯体を表すように、1または2である。Q配位子の限定されない例は、水素原子、ハロゲン、C
1−20ヒドロカルビルラジカル、C
1−20アルコキシラジカル、C
5−10アリールオキシドラジカルを含み、これらのラジカルは、直鎖、分岐もしくは環式であってもよく、またはハロゲン原子、C
1−10アルキルラジカル、C
1−10アルコキシラジカル、C
6−10アリールもしくはアリールオキシラジカルによりさらに置換されていてもよい。Q配位子のさらなる限定されない例は、アミン等の弱塩基、ホスフィン、エーテル、カルボキシレート、ジエン、1から20個の炭素原子を有するヒドロカルビルラジカルを含む。別の実施形態において、2つのQ配位子が縮合環または環系の一部を形成してもよい。
【0051】
シングルサイト触媒配合物の成分(i)のさらなる実施形態は、上記式(I)において説明されたかさ高い配位子−金属錯体の構造異性体、光学異性体または鏡像異性体(メソおよびラセミ異性体)ならびにそれらの混合物を含む。
【0052】
第2のシングルサイト触媒成分である成分(ii)は、成分(i)をカチオン錯体に活性化するアルモキサン共触媒である。「アルモキサン」に対する同等の用語は、「アルミノキサン」であるが、この共触媒の厳密な構造は不明確であり、主題に関する専門家は、一般に、それが一般式(III)の反復単位を含有するオリゴマー種であることを認めている。
【数3】
式中、R基は、1から20個の炭素原子を含有する同じまたは異なる直鎖、分岐または環式ヒドロカルビルラジカルであってもよく、nは、0から約50である。アルモキサンの限定されない例は、メチルアルミノキサン(またはMAO)であり、式(III)中の各R基は、メチルラジカルである。
【0053】
シングルサイト触媒形成の第3の触媒成分(iii)は、イオン性活性化剤である。一般に、イオン性活性化剤は、カチオンおよびかさ高いアニオンを含み、後者は、実質的に非配位である。イオン性活性化剤の限定されない例は、ホウ素原子に結合した4つの配位子を有する4配位のホウ素イオン性活性化剤である。ホウ素イオン性活性化剤の限定されない例は、以下に示される下記式(IV)および(V)を含む:
【数4】
(式中、Bは、ホウ素原子を表し、R
5は、芳香族ヒドロカルビル(例えばトリフェニルメチルカチオン)であり、各R
7は、フッ素原子、フッ素原子により置換された、または置換されていないC
1−4アルキルまたはアルコキシラジカルから選択される3から5個の置換基で置換された、または置換されていないフェニルラジカル;式−Si(R
9)
3(式中、各R
9は、水素原子およびC
1−4アルキルラジカルから独立して選択される)のシリルラジカルから独立して選択される);ならびに式(V)の化合物:
【数5】
(式中、Bは、ホウ素原子であり、Hは、水素原子であり、Zは、窒素またはリン原子であり、tは、2または3であり、R
8は、C
1−8アルキルラジカル、3つまでのC
1−4アルキルラジカルにより置換された、もしくは置換されていないフェニルラジカルから選択され、または、1つのR
8が、窒素原子と一緒になってアニリニウムラジカルを形成してもよく、R
7は、上記式(IV)において定義された通りである)。
【0054】
式(IV)および(V)の両方において、R
7の限定されない例は、ペンタフルオロフェニルラジカルである。一般に、ホウ素イオン性活性化剤は、テトラ(ペルフルオロフェニル)ホウ素の塩として説明され得、限定されない例は、アニリニウムおよびトリチル(またはトリフェニルメチリウム)によるテトラ(ペルフルオロフェニル)ホウ素のアニリニウム、カルボニウム、オキソニウム、ホスホニウムおよびスルホニウム塩を含む。イオン性活性化剤の追加の限定されない例は、トリエチルアンモニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリプロピルアンモニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリメチルアンモニウムテトラ(p−トリル)ホウ素、トリメチルアンモニウムテトラ(o−トリル)ホウ素、トリブチルアンモニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ホウ素、トリプロピルアンモニウムテトラ(o,p−ジメチルフェニル)ホウ素、トリブチルアンモニウムテトラ(m,m−ジメチルフェニル)ホウ素、トリブチルアンモニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)ホウ素、トリブチルアンモニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ホウ素、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラ(o−トリル)ホウ素、N,N−ジメチルアニリニウムテトラ(フェニル)ホウ素、N,N−ジエチルアニリニウムテトラ(フェニル)ホウ素、N,N−ジエチルアニリニウムテトラ(フェニル)n−ブチルホウ素、N,N−2,4,6−ペンタメチルアニリニウムテトラ(フェニル)ホウ素、ジ−(イソプロピル)アンモニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ホウ素、ジシクロヘキシルアンモニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリフェニルホスホニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリ(メチルフェニル)ホスホニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トロピリウムテトラキスペンタフルオロフェニルボレート、トリフェニルメチリウムテトラキスペンタフルオロフェニルボレート、ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキスペンタフルオロフェニルボレート、トロピリウムテトラキス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルメチリウムテトラキス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボレート、トロピリウムテトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボレート、ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボレート、トロピリウムテトラキス(1,2,2−トリフルオロエテニル)ボレート、トリフェニルメチリウム テトラキス(1,2,2−トリフルオロエテニル)ボレート、ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(1,2,2−トリフルオロエテニル)ボレート、トロピリウムテトラキス(2,3,4,5−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルメチリウムテトラキス(2,3,4,5−テトラフルオロフェニル)ボレート、およびベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(2,3,4,5テトラフルオロフェニル)ボレートを含む。容易に入手可能な市販のイオン性活性化剤は、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキスペンタフルオロフェニルボレートおよびトリフェニルメチリウムテトラキスペンタフルオロフェニルボレートを含む。
【0055】
シングルサイト触媒形成の任意選択の第4の触媒成分は、ヒンダードフェノールである成分(iv)である。ヒンダードフェノールの限定されない例は、ブチル化フェノール酸化防止剤、ブチル化ヒドロキシトルエン、2,4−ジ−tertブチル−6−エチルフェノール、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼンおよびオクタデシル−3−(3’,5’−ジ−tert−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネートを含む。
【0056】
活性シングルサイト触媒配合物を生成するために、3つまたは4つの成分(i)から(iv)の量およびモル比が、以下に説明されるように最適化される。
【0057】
不均一触媒配合物
いくつかの不均一触媒配合物は、当業者に周知であり、限定されない例として、チーグラ−ナッタおよびクロム触媒配合物を含む。
【0058】
本開示において、実施形態は、インライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物およびバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物を含む。「インライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物」という用語は、少量の活性チーグラ−ナッタ触媒の連続合成、およびこの触媒を少なくとも1つの連続操作反応器に即座に注入することを指し、触媒は、エチレンおよび1種以上の任意選択のα−オレフィンを重合させてエチレンインターポリマーを形成する。「バッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物」または「バッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒」という用語は、連続操作溶液重合プロセスの外部の、またはそれとは隔離された1つ以上の混合槽内でのはるかにより大量の触媒または前駆触媒の合成を指す。調製されたら、バッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物、またはバッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒は、触媒貯蔵タンクに移される。「前駆触媒」という用語は、不活性触媒配合物(エチレン重合に関して不活性)を指し、前駆触媒は、アルキルアルミニウム共触媒を添加することにより活性触媒に転化される。必要に応じて、前駆触媒は、貯蔵タンクから少なくとも1つの連続操作反応器にポンピングされ、そこで活性触媒が形成され、エチレンおよび1種以上の任意選択のα−オレフィンを重合させてエチレンインターポリマーを形成する。前駆触媒は、反応器内で、または反応器の外部で活性触媒に転化されてもよい。
【0059】
活性チーグラ−ナッタ触媒配合物を合成するために、多様な化学化合物が使用され得る。以下は、活性チーグラ−ナッタ触媒配合物を生成するために組み合わせることができる様々な化学化合物を説明している。本開示における実施形態は、開示された特定の化学化合物に限定されないことが、当業者に理解される。
【0060】
活性チーグラ−ナッタ触媒配合物は、マグネシウム化合物、クロリド化合物、金属化合物、アルキルアルミニウム共触媒およびアルミニウムアルキルから形成され得る。本開示の表1A、2A、3Aおよび4Aにおいて、「(v)」は、「成分(v)」であるマグネシウム化合物を指し、「(vi)」という用語は、「成分(vi)」であるクロリド化合物を指し、「(vii)」は、「成分(vii)」である金属化合物を指し、「(viii)」は、「成分(viii)」であるアルキルアルミニウム共触媒を指し、「(ix)」は、「成分(ix)」であるアルミニウムアルキルを指す。当業者に理解されるように、チーグラ−ナッタ触媒配合物は、追加の成分を含有してもよく、追加の成分の限定されない例は、電子供与体、例えばアミンまたはエーテルである。
【0061】
活性インライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物の限定されない例は、以下のように調製され得る。第1のステップにおいて、マグネシウム化合物(成分(v))の溶液を、クロリド化合物(成分(vi))の溶液と反応させて、溶液中に懸濁した塩化マグネシウム担体を形成する。マグネシウム化合物の限定されない例は、Mg(R
1)
2を含み、式中、R
1基は、1から10個の炭素原子を含有する、同じまたは異なる、直鎖、分岐または環式ヒドロカルビルラジカルであってもよい。クロリド化合物の限定されない例は、R
2Clを含み、式中、R
2は、水素原子、または、1から10個の炭素原子を含有する、直鎖、分岐もしくは環式ヒドロカルビルラジカルを表す。第1のステップにおいて、マグネシウム化合物の溶液はまた、アルミニウムアルキル(成分(ix))を含有してもよい。アルミニウムアルキルの限定されない例は、Al(R
3)
3を含み、式中、R
3基は、1から10個の炭素原子を含有する、同じまたは異なる、直鎖、分岐または環式ヒドロカルビルラジカルであってもよい。第2のステップにおいて、金属化合物(成分(vii))の溶液が塩化マグネシウムの溶液に添加され、金属化合物が塩化マグネシウム上に担持される。好適な金属化合物の限定されない例は、M(X)
nまたはMO(X)
nを含み、式中、Mは、周期表の4族から8族から選択される金属、または4族から8族から選択される金属の混合物を表し、Oは、酸素を表し、Xは、クロリドまたはブロミドを表し、nは、金属の酸化状態を満足する3から6の整数である。
【0062】
好適な金属化合物の追加の限定されない例は、4族から8族金属アルキル、金属アルコキシド(金属アルキルをアルコールと反応させることにより調製され得る)、ならびにハライド、アルキルおよびアルコキシドリガンドの混合物を含有する混合配位子金属化合物を含む。第3のステップにおいて、アルキルアルミニウム共触媒(成分(viii))の溶液が、塩化マグネシウム上に担持された金属化合物に添加される。式(VI)により表されるような、多様なアルキルアルミニウム共触媒が好適である。
【数6】
式中、R
4基は、同じまたは異なる、1から10個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であってもよく、OR
5基は、同じまたは異なるアルコキシまたはアリールオキシ基であってもよく、R
5は、酸素に結合した1から10個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、Xは、クロリドまたはブロミドであり、(p+q+r)=3であるが、但しpは0より大きい。一般的に使用されるアルキルアルミニウム共触媒の限定されない例は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムメトキシド、ジエチルアルミニウムエトキシド、ジブチルアルミニウムブトキシド、ジメチルアルミニウムクロリドまたはブロミド、ジエチルアルミニウムクロリドまたはブロミド、ジブチルアルミニウムクロリドまたはブロミド、およびエチルアルミニウムジクロリドまたはジブロミドを含む。
【0063】
活性インライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物を合成するための、上記段落において説明されたプロセスは、様々な溶媒中で行うことができ、溶媒の限定されない例は、直鎖または分岐C
5からC
12アルカンまたはそれらの混合物を含む。活性インライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物を生成するために、5つの成分(v)から(ix)の量およびモル比が、以下で説明されるように最適化される。
【0064】
不均一触媒配合物の追加の実施形態は、「金属化合物」がクロム化合物である配合物を含み、限定されない例は、シリルクロメート、酸化クロムおよびクロモセンを含む。いくつかの実施形態において、クロム化合物は、シリカまたはアルミナ等の金属酸化物上に担持される。クロムを含有する不均一触媒配合物はまた、共触媒を含んでもよく、共触媒の限定されない例は、トリアルキルアルミニウム、アルキルアルミノキサンおよびジアルコキシアルキルアルミニウム化合物等を含む。
【0065】
溶液重合プロセス:インライン式不均一触媒配合物
改善された色、すなわち改善された(より高い)白色度指数(WI)および改善された(より低い)黄色度指数(YI)を有するエチレンインターポリマーを生成する連続溶液重合プロセスの実施形態を、
図1に示す。
図1は、単に例として意図され、限定するものとして解釈されるべきではない。
【0066】
連続溶液重合プロセスの一実施形態において、プロセス溶媒、モノマー(複数種可)および触媒配合物は、連続的に反応器に供給され、エチレンインターポリマーが溶液として形成される。
図1において、プロセス溶媒1、エチレン2および任意選択のα−オレフィン3が組み合わされて反応器供給物ストリームRF1を生成し、これが反応器11aに流入する。
図1において、任意選択のストリーム、または任意選択の実施形態が、点線で示されている。組み合わされた反応器供給物ストリームRF1が形成されることは特に重要ではなく、すなわち、反応器供給物ストリームは、すべての可能な組み合わせで組み合わされてもよく、ストリーム1から3が独立して反応器11aに注入される実施形態を含む。任意選択で、水素が、ストリーム4を介して反応器11aに注入されてもよく、水素は、一般に、反応器11a内で生成される第1のエチレンインターポリマーの分子量を制御するために添加される。反応器11aは、反応器の外部のモータおよび反応器内の撹拌器を含む撹拌アセンブリ11bにより連続的に撹拌される。当技術分野において、そのような反応器は、しばしばCSTR(連続撹拌槽反応器)と呼ばれる。
【0067】
シングルサイト触媒配合物は、ストリーム5eを介して反応器11aに注入される。シングルサイト触媒成分ストリーム5d、5c、5bおよび任意選択の5aは、それぞれ、イオン性活性化剤(成分(iii))、かさ高い配位子−金属錯体(成分(i))、アルモキサン共触媒(成分(ii))および任意選択のヒンダードフェノール(成分(iv))を指す。シングルサイト触媒成分ストリームは、すべての可能な構成で配置され得、ストリーム5aから5dが独立して反応器11aに注入される実施形態を含む。各シングルサイト触媒成分は、触媒成分溶媒中に溶解される。成分(i)から(iv)の触媒成分溶媒は、同じまたは異なってもよい。触媒成分溶媒は、触媒成分の組み合わせがいかなるプロセスストリーム中でも沈殿物を生成しないように、例えば、ストリーム5e中にシングルサイト触媒成分の沈殿物を生成しないように選択される。シングルサイト触媒配合物の最適化は、以下で説明される。
【0068】
反応器11aは、プロセス溶媒中に溶解した第1のエチレンインターポリマー、ならびに未反応のエチレン、未反応のα−オレフィン(存在する場合)、未反応の水素(存在する場合)、活性シングルサイト触媒、不活性化シングルサイト触媒、残留した触媒成分および他の不純物(存在する場合)を含有する、第1の出力ストリームであるストリーム11cを生成する。生成された第1のエチレンインターポリマーのメルトインデックス範囲および密度範囲は、以下で説明される。
【0069】
図1に示される連続溶液重合プロセスは、2つの実施形態を含み、反応器11aおよび12aは、直列または並列モードで操作され得る。直列モードでは、ストリーム11c(第1の出力ストリーム)の100%が流量コントローラ11dを通過してストリーム11eを形成し、これが反応器12aに入る。一方、並列モードでは、ストリーム11cの100%が流量コントローラ11fを通過し、ストリーム11gを形成する。ストリーム11gは、反応器12aを迂回し、ストリーム12c(第2の出力ストリーム)と組み合わされて、ストリーム12d(第3の出力ストリーム)を形成する。
【0070】
新鮮な反応器供給物ストリームが反応器12aに注入され、プロセス溶媒6、エチレン7および任意選択のα−オレフィン8が組み合わされて、反応器供給物ストリームRF2が生成される。ストリームRF2が形成されることは重要ではなく、すなわち、反応器供給物ストリームは、すべての可能な組み合わせで組み合わされてもよく、各ストリームを反応器内に独立して注入することを含む。任意選択で、第2のエチレンインターポリマーの分子量を制御するために、水素がストリーム9を介して反応器12aに注入されてもよい。反応器12aは、反応器の外部のモータおよび反応器内の撹拌器を含む撹拌アセンブリ12bにより連続的に撹拌される。
【0071】
インライン式不均一触媒配合物は、ストリーム10fを介して反応器12aに注入され、第2のエチレンインターポリマーが反応器12a内で形成される。インライン式不均一触媒配合物を含む成分は、ストリーム10a、10b、10cおよび10dを介して導入される。ストリーム10a〜10hに関連した導管および流量コントローラにより画定される第1の不均一触媒アセンブリは、以下で説明されるように操作される。チーグラ−ナッタ触媒の場合、第1の不均一触媒アセンブリは、(アルミニウムアルキル)/(マグネシウム化合物)または(ix)/(v);(クロリド化合物)/(マグネシウム化合物)または(vi)/(v);(アルキルアルミニウム共触媒)/(金属化合物)または(viii)/(vii);および(アルミニウムアルキル)/(金属化合物)または(ix)/(vii)のモル比、ならびにこれらの化合物が反応および平衡化しなければならない時間を最適化することにより、効率的なインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物を生成する。
【0072】
ストリーム10a(ストリームS1)は、マグネシウム化合物である成分(v)およびアルミニウムアルキルである成分(ix)のプロセス溶媒中の二元ブレンドを含有する。ストリーム10a中の(アルミニウムアルキル)/(マグネシウム化合物)モル比の上限は、約70、いくつかの場合においては約50、他の場合においては約30であってもよい。(アルミニウムアルキル)/(マグネシウム化合物)モル比の下限は、約3.0、いくつかの場合においては約5.0、他の場合においては約10であってもよい。ストリーム10b(ストリームS2)は、クロリド化合物である成分(vi)のプロセス溶媒中の溶液を含有する。ストリーム10bは、ストリーム10aと組み合わされ、ストリーム10aおよび10bを混合することにより、塩化マグネシウム触媒担体が生成される。効率的なインライン式チーグラ−ナッタ触媒(オレフィン重合において効率的)を生成するために、(クロリド化合物)/(マグネシウム化合物)モル比が最適化される。(クロリド化合物)/(マグネシウム化合物)モル比の上限は、約4、いくつかの場合においては約3.5、他の場合においては約3.0であってもよい。(クロリド化合物)/(マグネシウム化合物)モル比の下限は、約1.0、いくつかの場合においては約1.5、他の場合においては約1.9であってもよい。ストリーム10c(ストリームS3)を介したクロリド化合物の添加と金属化合物(成分(vii))の添加との間の時間は制御されるが、これは以降HUT−1(第1の保持時間)と呼ばれる。HUT−1は、ストリーム10a(ストリームS1)および10b(ストリームS2)が平衡化し、塩化マグネシウム担体を形成するための時間である。HUT−1の上限は、約70秒、いくつかの場合においては約60秒、他の場合においては約50秒であってもよい。HUT−1の下限は、約5秒、いくつかの場合においては約10秒、他の場合においては約20秒であってもよい。HUT−1は、ストリーム10b注入ポートとストリーム10c注入ポートとの間の導管の長さの調節、ならびにストリーム10aおよび10bの流量の制御により制御される。ストリーム10d(ストリームS4)を介した成分(vii)の添加とアルキルアルミニウム共触媒である成分(viii)の添加との間の時間は制御されるが、これは以降HUT−2(第2の保持時間)と呼ばれる。HUT−2は、塩化マグネシウム担体およびストリーム10cが反応および平衡化するための時間である。HUT−2の上限は、約50秒、いくつかの場合においては約35秒、他の場合においては約25秒であってもよい。HUT−2の下限は、約2秒、いくつかの場合においては約6秒、他の場合においては約10秒であってもよい。HUT−2は、ストリーム10c注入ポートとストリーム10d注入ポートとの間の導管の長さの調節、ならびにストリーム10a、10bおよび10cの流量の制御により制御される。添加されるアルキルアルミニウム共触媒の量は、効率的な触媒を生成するように最適化されるが、これは、(アルキルアルミニウム共触媒)/(金属化合物)モル比、または(viii)/(vii)モル比を調節することにより達成される。(アルキルアルミニウム共触媒)/(金属化合物)モル比の上限は、約10、いくつかの場合においては約7.5、他の場合においては約6.0であってもよい。(アルキルアルミニウム共触媒)/(金属化合物)モル比の下限は、0、いくつかの場合においては約1.0、他の場合においては約2.0であってもよい。さらに、反応器12aへのアルキルアルミニウム共触媒(ストリームS4)の添加とインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物の注入との間の時間は制御されるが、これは以降HUT−3(第3の保持時間)と呼ばれる。HUT−3は、ストリーム10dが混合および平衡化し、インライン式チーグラナッタ触媒配合物を形成するための時間である。HUT−3の上限は、約15秒、いくつかの場合においては約10秒、他の場合においては約8秒であってもよい。HUT−3の下限は、約0.5秒、いくつかの場合においては約1秒、他の場合においては約2秒であってもよい。HUT−3は、反応器12aにおけるストリーム10d注入ポートと触媒注入ポートとの間の導管の長さの調節、ならびにストリーム10aから10dの流量の制御により制御される。
図1に示されるように、任意選択で、ストリーム10dであるアルキルアルミニウム共触媒の100%が、ストリーム10hを介して反応器12aに直接注入されてもよい。任意選択で、ストリーム10dの一部は、ストリーム10hを介して反応器12aに直接注入されてもよく、ストリーム10dの残りの部分は、ストリーム10fを介して反応器12aに注入されてもよい。
【0073】
以前に示されたように、反応器12aの同等の用語は「R2」である。R2に添加されるインライン式不均一触媒配合物の量は、反応器溶液中の金属化合物(成分(vii))のパーツパーミリオン(ppm)として表現され、以降「R2(vii)(ppm)」と呼ばれる。R2(vii)(ppm)の上限は、約10ppm、いくつかの場合においては約8ppm、他の場合においては約6ppmであってもよい。R2(vii)(ppm)の下限は、いくつかの場合においては約0.5ppm、他の場合においては約1ppm、さらに他の場合においては約2ppmであってもよい。反応器12a内の(アルミニウムアルキル)/(金属化合物)モル比、または(ix)/(vii)モル比もまた制御される。反応器内の(アルミニウムアルキル)/(金属化合物)モル比の上限は、約2、いくつかの場合においては約1.5、他の場合においては約1.0であってもよい。(アルミニウムアルキル)/(金属化合物)モル比の下限は、約0.05、いくつかの場合においては約0.075、他の場合においては約0.1であってもよい。
【0074】
インライン式不均一触媒配合物を調製し、R2に送達するために使用されるストリーム、すなわちストリーム10aから10h(以下で議論されるストリーム10g(任意選択のR3送達)を含む)のいかなる組み合わせも、加熱または冷却されてもよく、ストリーム10aから10gの温度上限は、いくつかの場合においては約90℃、他の場合においては約80℃、さらに他の場合においては約70℃であってもよく、温度下限は、いくつかの場合においては約20℃、他の場合においては約35℃、さらに他の場合においては約50℃であってもよい。本開示において、「第2の触媒溶液温度」または「CST−2」を有する第1の不均一触媒配合物が調製される。
図1の実施形態を参照すると、CST−2は、プロセスストリーム10fの温度である。
図2の実施形態を参照すると、CST−2は、プロセスストリーム60eの温度である。プロセスストリーム10fまたは60eの流量は、例えば触媒活性および反応器容積に依存して、幅広い範囲にわたり変動し得る。本開示において、プロセスストリーム10fまたは60eの流量は、R2を出るプロセス溶媒の総量のパーセントとして表現され、プロセスストリーム10fまたは60eの流量の上限は、R2を出るプロセス溶媒の総量の約20%、他の場合においては約15%、さらに他の場合においては約10%であってもよく、プロセスストリーム10fまたは60eの流量の下限は、R2を出る全プロセス溶媒の約0.01%、他の場合においては約0.05%、さらに他の場合においては約0.1%であってもよい。
【0075】
反応器12aへのインライン式不均一触媒配合物の注入により、第2のエチレンインターポリマーおよび第2の出力ストリーム12cが生成される。
【0076】
反応器11aおよび12aが直列モードで操作される場合、第2の出力ストリーム12cは、プロセス溶媒中に溶解した第2のエチレンインターポリマーおよび第1のエチレンインターポリマー、ならびに未反応のエチレン、未反応のα−オレフィン(存在する場合)、未反応の水素(存在する場合)、活性触媒、不活性化触媒、触媒成分および他の不純物(存在する場合)を含有する。任意選択で、第2の出力ストリーム12cは、触媒不活性化剤タンク18Aから触媒不活性化剤Aを添加し、不活性化溶液Aであるストリーム12eを形成することにより不活性化され、この場合、
図1は、二重反応器溶液プロセスの初期設定となる。第2の出力ストリーム12cが不活性化されない場合、第2の出力ストリームは管状反応器17に入る。触媒不活性化剤Aは、以下で議論される。
【0077】
反応器11aおよび12aが並列モードで操作される場合、第2の出力ストリーム12cは、プロセス溶媒中に溶解した第2のエチレンインターポリマーを含有する。第2の出力ストリーム12cは、ストリーム11gと組み合わされて第3の出力ストリーム12dを形成し、後者は、プロセス溶媒中に溶解した第2のエチレンインターポリマーおよび第1のエチレンインターポリマー、ならびに未反応のエチレン、未反応のα−オレフィン(存在する場合)、未反応の水素(存在する場合)、活性触媒、不活性化触媒、触媒成分および他の不純物(存在する場合)を含有する。任意選択で、第3の出力ストリーム12dは、触媒不活性化剤タンク18Aから触媒不活性化剤Aを添加し、不活性化溶液Aであるストリーム12eを形成することにより不活性化され、この場合、
図1は、二重反応器溶液プロセスの初期設定となる。第3の出力ストリーム12dが不活性化されない場合、第3の出力ストリーム12dは管状反応器17に入る。
【0078】
「管状反応器」という用語は、その従来の意味を伝達するように、すなわち単純な管を意味し、長さ/直径(L/D)比は、少なくとも10/1である。任意選択で、プロセス溶媒13、エチレン14およびα−オレフィン15の反応器供給物ストリームの1つ以上が、管状反応器17に注入され得る。
図1に示されるように、ストリーム13、14および15が組み合わされて反応器供給物ストリームRF3を形成してもよく、後者は、反応器17に注入される。ストリームRF3が形成されることは特に重要ではなく、すなわち、反応器供給物ストリームは、すべての可能な組み合わせで組み合わされてもよい。任意選択で、水素は、ストリーム16を介して反応器17に注入され得る。任意選択で、インライン式不均一触媒配合物は、触媒ストリーム10gを介して反応器17に注入されてもよく、すなわち、インライン式不均一触媒の一部は、ストリーム10fを介して反応器12aに入り、インライン式不均一触媒の残りの部分は、ストリーム10gを介して反応器17に入る。
【0079】
図1は、第2の不均一触媒アセンブリにおいて生成された第2の不均一触媒配合物が反応器17に供給される追加の実施形態を示す。第2の不均一触媒アセンブリは、ストリーム34a〜34eおよび34hを含む導管および流量コントローラの組み合わせを指す。第1および第2の不均一触媒配合物の化学組成は、同じまたは異なってもよい。チーグラ−ナッタ触媒の場合、第2の不均一触媒アセンブリは、第2のインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物を生成する。例えば、触媒成分((v)から(ix))、モル比および保持時間は、第1および第2の不均一触媒アセンブリにおいて異なってもよい。第1の不均一触媒アセンブリに比べて、第2の不均一触媒アセンブリは、同様の様式で操作され、すなわち、第2の不均一触媒アセンブリは、保持時間、ならびに(アルミニウムアルキル)/(マグネシウム化合物)、(クロリド化合物)/(マグネシウム化合物)、(アルキルアルミニウム共触媒)/(金属化合物)、および(アルミニウムアルキル)/(金属化合物)のモル比を最適化することにより、効率的な触媒を生成する。明確に述べると、ストリーム34aは、プロセス溶媒中のマグネシウム化合物(成分(v))およびアルミニウムアルキル(成分(ix))の二元ブレンドを含有し、ストリーム34bは、プロセス溶媒中のクロリド化合物(成分(vi))を含有し、ストリーム34cは、プロセス溶媒中の金属化合物(成分(vii))を含有し、ストリーム34dは、プロセス溶媒中のアルキルアルミニウム共触媒(成分(viii))を含有する。調製されたら、インライン式チーグラ−ナッタ触媒は、ストリーム34eを介して反応器17に注入され、任意選択で、追加のアルキルアルミニウム共触媒が、ストリーム34hを介して反応器17に注入される。
図1に示されるように、任意選択で、ストリーム34dであるアルキルアルミニウム共触媒の100%が、ストリーム34hを介して反応器17に直接注入されてもよい。任意選択で、ストリーム34dの一部は、ストリーム34hを介して反応器17に直接注入されてもよく、ストリーム34dの残りの部分は、ストリーム34eを介して反応器17に注入されてもよい。
図1において、第1または第2の不均一触媒アセンブリは、触媒の100%を反応器17に供給する。第2の不均一触媒アセンブリを含むストリーム、すなわちストリーム34a〜34eおよび34hのいかなる組み合わせも、加熱または冷却されてもよく、ストリーム34a〜34eおよび34hの温度上限は、いくつかの場合においては約90℃、他の場合において約80℃、さらに他の場合においては約70℃であってもよく、温度下限は、いくつかの場合においては約20℃、他の場合においては約35℃、さらに他の場合においては約50℃であってもよい。本開示の一実施形態において、「第3の触媒溶液温度」または「CST−3」を有する第2の不均一触媒配合物が調製される。
図1の実施形態を参照すると、CST−3は、プロセスストリーム34eの温度である。プロセスストリーム34eの流量は、例えば触媒活性および反応器容積に依存して、幅広い範囲にわたり変動し得る。本開示において、プロセスストリーム34eの流量は、R3を出るプロセス溶媒の総量のパーセントとして表現され、プロセスストリーム34eの流量の上限は、R3を出るプロセス溶媒の総量の約20%、他の場合においては約15%、さらに他の場合においては約10%であってもよく、プロセスストリーム34eの流量の下限は、R3を出る全プロセス溶媒の約0.01%、他の場合においては約0.05%、さらに他の場合においては約0.1%であってもよい。
【0080】
反応器17において、第3のエチレンインターポリマーが形成しても、または形成しなくてもよい。第3のエチレンインターポリマーは、触媒不活性化剤タンク18Aを介して触媒不活性化剤Aが反応器17の上流側に添加された場合には形成しない。第3のエチレンインターポリマーは、触媒不活性化剤タンク18Bを介して触媒不活性化剤Bが反応器17の下流側に添加された場合に形成する。
【0081】
反応器17内で生成された任意選択の第3のエチレンインターポリマーは、様々な操作モードを使用して形成され得るが、但し、触媒不活性化剤Aは、反応器17の上流側に添加されない。操作モードの限定されない例は、以下を含む:(a)反応器17に入る残留したエチレン、残留した任意選択のα−オレフィンおよび残留した活性触媒が反応して、任意選択の第3のエチレンインターポリマーを形成するか、または(b)新鮮なプロセス溶媒13、新鮮なエチレン14および任意選択で新鮮なα−オレフィン15が反応器17に添加され、反応器17に入る残留した活性触媒が任意選択の第3のエチレンインターポリマーを形成するか、または(c)新鮮な第2のインライン式不均一触媒配合物がストリーム10gもしくはストリーム34eを介して反応器17に添加され、残留したエチレンおよび残留した任意選択のα−オレフィンを重合させて、任意選択の第3のエチレンインターポリマーを形成するか、または(d)新鮮なプロセス溶媒13、エチレン14、任意選択のα−オレフィン15および新鮮な第2のインライン式不均一触媒配合物(10gまたは34e)が反応器17に添加され、任意選択の第3のエチレンインターポリマーを形成する。任意選択で、アルキルアルミニウム共触媒の100%が、ストリーム34hを介して反応器17に添加されてもよく、または、アルキルアルミニウム共触媒の一部が、ストリーム10gまたは34hを介して反応器17に添加され、残りの部分がストリーム34hを介して添加されてもよい。任意選択の第3のエチレンインターポリマーの分子量を低減するために、任意選択で、新鮮な水素16が添加されてもよい。
【0082】
直列モードにおいて、反応器17は、第1のエチレンインターポリマー、第2のエチレンインターポリマーおよび任意選択で第3のエチレンインターポリマーを含有する第3の出力ストリーム17bを生成する。
図1に示されるように、触媒不活性化剤Bは、触媒不活性化剤タンク18Bを介して第3の出力ストリーム17bに添加され、不活性化溶液Bであるストリーム19を生成してもよいが、但し、触媒不活性化剤Aが反応器17の上流側に添加された場合、触媒不活性化剤Bは添加されない。不活性化溶液Bはまた、未反応のエチレン、未反応の任意選択のα−オレフィン、未反応の任意選択の水素、および存在する場合には不純物を含有し得る。上述のように、触媒不活性化剤Aが添加される場合、不活性化溶液A(ストリーム12e)は、
図1に示されるように管状反応器17を出る。
【0083】
並列モード操作において、反応器17は、第1のエチレンインターポリマー、第2のエチレンインターポリマーおよび任意選択で第3のエチレンインターポリマーを含有する第4の出力ストリーム17bを生成する。上述のように、並列モードでは、ストリーム12dは第3の出力ストリームである。
図1に示されるように、並列モードでは、触媒不活性化剤Bは、触媒不活性化剤タンク18Bを介して第4の出力ストリーム17bに添加され、不活性化溶液Bであるストリーム19を生成するが、但し、触媒不活性化剤Aが反応器17の上流側に添加された場合、触媒不活性化剤Bは添加されない。
【0084】
図1において、不活性化溶液A(ストリーム12e)または不活性化溶液B(ストリーム19)は、減圧デバイス20、熱交換器21を通過し、不動態化剤がタンク22を介して添加され、不動態化溶液23を形成するが、不動態化剤は以下で説明される。不動態化溶液は、減圧デバイス24を通過し、第1の蒸気/液体分離器25に入る。以降、「V/L」は、蒸気/液体と等価である。第1のV/L分離器において、エチレンインターポリマーに富み、また残留したエチレン、残留した任意選択のα−オレフィンおよび触媒残渣も含有する溶液を含む、第1の底部ストリーム27、ならびに、エチレン、プロセス溶媒、任意選択のα−オレフィン、任意選択の水素、オリゴマーおよび存在する場合には軽質留分不純物を含む、第1のガス状オーバーヘッドストリーム26の2つのストリームが形成される。
【0085】
第1の底部ストリームは、第2のV/L分離器28に入る。第2のV/L分離器において、第1の底部ストリーム27と比較して、エチレンインターポリマーにより富み、プロセス溶媒がより薄い溶液を含む、第2の底部ストリーム30、ならびに、プロセス溶媒、任意選択のα−オレフィン、エチレン、オリゴマーおよび存在する場合には軽質留分不純物を含む、第2のガス状オーバーヘッドストリーム29の2つのストリームが形成される。
【0086】
第2の底部ストリーム30は、第3のV/L分離器31に流入する。第3のV/L分離器において、エチレンインターポリマー生成物、不活性化触媒残渣および5重量%未満の残留したプロセス溶媒を含む、生成物ストリーム33、ならびに、プロセス溶媒、任意選択のα−オレフィンおよび存在する場合には軽質留分不純物を本質的に含む、第3のガス状オーバーヘッドストリーム32の2つのストリームが形成される。
【0087】
生成物ストリーム33は、ポリマー回収操作に進む。ポリマー回収操作の限定されない例は、ペレット化器を通して溶融エチレンインターポリマー生成物を押し出す1つ以上の歯車ポンプ、単軸押出機または二軸押出機を含む。存在する場合には、少量の残留したプロセス溶媒および任意選択のα−オレフィンを除去するために、液化押出機が使用されてもよい。ペレット化されたら、固化したエチレンインターポリマー生成物は、典型的には乾燥され、生成物サイロに運搬される。
【0088】
図1に示される第1、第2および第3のガス状オーバーヘッドストリーム(それぞれストリーム26、29および32)は、蒸留カラムに送られ、そこで溶媒、エチレンおよび任意選択のα−オレフィンがリサイクルのために分離されるか、または、第1、第2および第3のガス状オーバーヘッドストリームは、反応器にリサイクルされるか、または、第1、第2および第3のガス状オーバーヘッドストリームの一部が反応器にリサイクルされ、残りの部分が蒸留カラムに送られる。
【0089】
溶液重合プロセス:バッチ式不均一触媒配合物
改善された色、すなわち改善された(より高い)白色度指数(WI)および改善された(より低い)黄色度指数(YI)を有するエチレンインターポリマーを提供するために使用される連続溶液重合プロセスの追加の実施形態を、
図2に示す。
図2は、単に例として意図され、限定するものとして解釈されるべきではない。
【0090】
図2において、第1のバッチ式不均一触媒アセンブリ(槽およびストリーム60aから60h)、ならびに任意選択の第2のバッチ式不均一触媒アセンブリ(槽およびストリーム90aから90f)が使用される。明確性のために、およびいかなる混乱も回避するために、
図2に示される槽およびストリームの多くは、
図1中のそれぞれの槽およびストリームと同等であり、同等性は、一貫した槽またはストリームの標示、すなわち数字を使用することにより示される。誤解を避けるために、
図2を参照すると、プロセス溶媒は、ストリーム1、6および13を介して、CSTR反応器11a、CSTR反応器12aおよび管状反応器17に注入される。エチレンは、ストリーム2、7および14を介して、反応器11a、12aおよび17に注入される。任意選択のα−オレフィンは、ストリーム3、8および15を介して、反応器11a、12aおよび17に注入される。任意選択の水素は、ストリーム4、9および16を介して、反応器11a、12aおよび17に注入される。シングルサイト触媒配合物は、反応器11aに注入され、第1のエチレンインターポリマーを生成する。シングルサイト触媒成分ストリーム(5aから5e)は、上で説明された。バッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物またはバッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒は、ストリーム60eを介して反応器12aに注入され、第2のエチレンインターポリマーが形成される。
図2に示される反応器11aおよび12aは、上で
図1において説明されたように、直列または並列モードで操作され得る。
【0091】
バッチ式不均一前駆触媒およびバッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒を調製するためのプロセスは、当業者に周知である。連続溶液重合プロセスにおいて有用な限定されない配合物は、以下のように調製され得る。バッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒は、(a)マグネシウム化合物の溶液(マグネシウム化合物に対する同等の用語は「成分(v)」である)、(b)クロリド化合物の溶液(クロリド化合物に対する同等の用語は「成分(vi)」である)、(c)任意選択でアルミニウムアルキルハライド、および(d)金属化合物の溶液(金属化合物に対する同等の用語は「成分(vii)」である)の諸成分を、撹拌混合槽に順次添加することにより調製され得る。アルミニウムアルキルハライドの好適な限定されない例は、式(R
6)
vAlX
3−vにより定義され、式中、R
6基は、1から10個の炭素原子を有する同じまたは異なるヒドロカルビル基であってもよく、Xは、クロリドまたはブロミドであり、vは、1または2である。マグネシウム化合物の好適な限定されない例は、クロリド化合物であり、金属化合物は、本開示において上で説明された。前駆触媒を調製するための好適な溶媒は、直鎖もしくは分岐C
5からC
12アルカンまたはそれらの混合物を含む。個々の混合時間および混合温度が、ステップ(a)から(d)のそれぞれにおいて使用され得る。ステップ(a)から(d)の混合温度の上限は、いくつかの場合においては160℃、他の場合においては130℃、さらに他の場合においては100℃であってもよい。ステップ(a)から(d)の混合温度の下限は、いくつかの場合においては10℃、他の場合においては20℃、さらに他の場合においては30℃であってもよい。ステップ(a)から(d)の混合時間の上限は、いくつかの場合においては6時間、他の場合においては3時間、さらに他の場合においては1時間であってもよい。ステップ(a)から(d)の混合時間の下限は、いくつかの場合においては1分、他の場合においては10分、さらに他の場合においては30分であってもよい。
【0092】
バッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒は、様々な触媒成分モル比を有し得る。(クロリド化合物)/(マグネシウム化合物)モル比の上限は、いくつかの場合においては約3、他の場合においては約2.7、さらに他の場合においては約2.5であってもよく、下限は、いくつかの場合においては約2.0、他の場合においては約2.1、さらに他の場合においては約2.2であってもよい。(マグネシウム化合物)/(金属化合物)モル比の上限は、いくつかの場合においては約10、他の場合においては約9、さらに他の場合においては約8であってもよく、下限は、いくつかの場合においては約5、他の場合においては約6、さらに他の場合においては約7であってもよい。(アルミニウムアルキルハライド)/(マグネシウム化合物)モル比の上限は、いくつかの場合においては約0.5、他の場合においては約0.4、さらに他の場合においては約0.3であってもよく、下限は、いくつかの場合においては0、他の場合においては約0.1、さらに他の場合においては約0.2であってもよい。活性なバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物は、前駆触媒がアルキルアルミニウム共触媒と組み合わされた場合に形成される。好適な共触媒は、本開示において上で説明された。前駆触媒は、反応器の外部で、または反応器内で活性化されてもよく、後者の場合、前駆触媒および適切な量のアルキルアルミニウム共触媒が、R2および任意選択でR3に独立して注入される。
【0093】
調製されたら、バッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒は、
図2に示される前駆触媒貯蔵タンク60aにポンピングされる。タンク60aは、撹拌されても、または撹拌されなくてもよい。貯蔵タンク60cは、アルキルアルミニウム共触媒を含有し、好適なアルキルアルミニウム共触媒の限定されない例は、本開示において上で説明された。オレフィンをポリオレフィンに転化する上で効率的なバッチ式チーグラナッタ触媒配合物ストリーム60eは、バッチ式チーグラナッタ前駆触媒ストリーム60b(ストリームS5)をアルキルアルミニウム共触媒ストリーム60d(ストリームS4)と組み合わせることにより形成される。ストリーム60eは、反応器12aに注入され、そこで第2のエチレンインターポリマーが形成される。操作上、以下の選択肢が使用され得る:(a)アルキルアルミニウム共触媒の100%が、ストリーム60gを介して反応器12aに注入され得る、すなわち、バッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒が、ストリーム60eを介して反応器12aに注入される、または、(b)アルキルアルミニウム共触媒の一部がストリーム60gを介して反応器12aに注入され、残りの部分がストリーム60dを介して送られ、ストリーム60bと組み合わされてバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物を形成し、これがストリーム60eを介して反応器12aに注入される。本開示において、「第2の触媒溶液温度」または「CST−2」を有する第1の不均一触媒配合物が調製される。
図2の実施形態を参照すると、CST−2は、プロセスストリーム60eの温度である。
【0094】
バッチ式不均一触媒配合物が使用される追加の任意選択の実施形態を
図2に示すが、(a)バッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒が、ストリーム60fを介して管状反応器17に注入されるか、または、(b)バッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物が、ストリーム60fを介して管状反応器17に注入される。選択肢(a)の場合、アルキルアルミニウム共触媒の100%が、ストリーム60hを介して反応器17に直接注入される。アルキルアルミニウム共触媒の一部がストリーム60fを介して流動し、残りの部分がストリーム60hを介して流動する、追加の実施形態が存在する。タンクまたはストリーム60aから60hのいかなる組み合わせも、加熱または冷却されてもよい。本開示において、第1の不均一触媒配合物はまた、「第3の触媒溶液温度」または「CST−3」で管状反応器17に注入され得る。この場合、
図2の実施形態を参照すると、CST−3は、プロセスストリーム60fまたは90eの温度である。ストリーム60fまたは90eの流量範囲は、プロセスストリーム60e(上記)に関して列挙された範囲と同様である。
【0095】
図2は、任意選択で第2のバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物または第2のバッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒を反応器17に注入するために、槽およびストリーム90aから90fにより画定される第2のバッチ式不均一触媒アセンブリが使用され得る追加の実施形態を含む。調製されたら、第2のバッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒は、
図2に示される前駆触媒貯蔵タンク90aにポンピングされる。タンク90aは、撹拌されても、または撹拌されなくてもよい。貯蔵タンク90cは、アルキルアルミニウム共触媒を含有する。オレフィンをポリオレフィンに転化する上で効率的なバッチ式チーグラナッタ触媒配合物ストリーム90eは、バッチ式チーグラナッタ前駆触媒ストリーム90b(ストリームS6)をアルキルアルミニウム共触媒ストリーム90d(任意選択でストリームS4)と組み合わせることにより形成される。ストリーム90eは、任意選択で反応器17に注入され、任意選択の第3のエチレンインターポリマーが形成され得る。
図2は、(a)バッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒が、ストリーム90eを介して反応器17に直接注入され、アルミニウム共触媒の100%をストリーム90fを介して反応器17に直接注入することにより、反応器17内で前駆触媒が活性化される、または、(b)アルミニウム共触媒の一部がストリーム90eを介して流動し、残りの部分がストリーム90fを介して流動する、追加の実施形態を含む。タンクまたはストリーム90aから90fのいかなる組み合わせも、加熱または冷却されてもよい。本開示において、「第3の触媒溶液温度」または「CST−3」を有する第2の不均一触媒配合物が調製される。この場合、
図2の実施形態を参照すると、CST−3は、プロセスストリーム90eの温度である。
【0096】
反応器12aへのアルキルアルミニウム共触媒(ストリームS4)の添加とバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物の注入との間の時間は制御されるが、これは以降HUT−4(第4の保持時間)と呼ばれる。
図2を参照すると、HUT−4は、ストリーム60eを介して反応器12aに注入される前に、ストリーム60d(ストリームS4)がストリーム60b(バッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒)と混合および平衡化して、バッチ式チーグラナッタ触媒配合物を形成するための時間である。任意選択で、HUT−4は、ストリーム60fを介して任意選択の第3の反応器17に注入される前に、ストリーム60dがストリーム60bと混合および平衡化して、バッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物を形成するための時間であるか、または、HUT−4は、ストリーム90eを介して反応器17に注入される前に、ストリーム90dがストリーム90bと混合および平衡化して、バッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物を形成するための時間である。HUT−4の上限は、約300秒、いくつかの場合においては約200秒、他の場合においては約100秒であってもよい。HUT−4の下限は、約0.1秒、いくつかの場合においては約1秒、他の場合においては約10秒であってもよい。
【0097】
生成されたバッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒の量および/または前駆触媒貯蔵タンク60aまたは90aのサイズは、本開示に関しては特に重要ではない。しかしながら、大量の前駆体触媒の生成により、長期間にわたり連続溶液重合プラントを操作することができ、この期間の上限は、いくつかの場合においては約3ヶ月、他の場合においては約2ヶ月、さらに他の場合においては約1ヶ月であってもよく、この期間の下限は、いくつかの場合においては約1日、他の場合においては約1週間、さらに他の場合においては約2週間であってもよい。
【0098】
反応器12aに添加されるバッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒またはバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物の量は、「R2(vii)(ppm)」、すなわち、反応器溶液中の金属化合物(成分(vii))のパーツパーミリオン(ppm)として表現される。R2(vii)(ppm)の上限は、約10ppm、いくつかの場合においては約8ppm、他の場合においては約6ppmであってもよい。R2(vii)(ppm)の下限は、約0.5ppm、いくつかの場合においては約1ppm、他の場合においては約2ppmであってもよい。反応器12aに添加されるアルキルアルミニウム共触媒の量は、効率的な触媒を生成するように最適化されるが、これは、(アルキルアルミニウム共触媒)/(金属化合物)モル比を調節することにより達成される。(アルキルアルミニウム共触媒)/(金属化合物)モル比の上限は、約10、いくつかの場合においては約8.0、他の場合においては約6.0であってもよい。(アルキルアルミニウム共触媒)/(金属化合物)モル比の下限は、0.5、いくつかの場合においては約0.75、他の場合においては約1であってもよい。
【0099】
図2を参照すると、不均一触媒配合物がバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物である場合、第3のエチレンインターポリマーは、(a)第1のバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物もしくは第1のバッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒を、ストリーム60fを介して反応器17に注入することにより、または、(b)化学的に異なる第2のバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物もしくは第2のバッチ式チーグラ−ナッタ前駆触媒を、ストリーム90eを介して反応器17に注入することにより、反応器17内で任意選択で形成され得る。
図2に示されるように、第1のバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物は、不活性化剤タンク18Aを介して触媒不活性化剤Aを添加し、不活性化溶液A(ストリーム12e)を形成することにより、反応器17の上流側で不活性化され得るか、または、第1のバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物および任意選択で第2のバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物は、不活性化剤タンク18Bを介して触媒不活性化剤Bを添加し、不活性化溶液B(ストリーム19)を形成することにより、反応器17の下流側で不活性化され得る。次いで、不活性化溶液AまたはBは、減圧デバイス20、熱交換器21を通過し、不動態化剤がタンク22を介して添加されて、不動態化溶液23を形成し得る。残りの槽(24、25、28および31)ならびにストリーム(26、27、29、39、32および33)ならびにプロセス条件は、上で説明されている。エチレンインターポリマー生成物ストリーム33は、ポリマー回収へと進む。
図2に示される第1、第2および第3のガス状オーバーヘッドストリーム(それぞれストリーム26、29および32)は、蒸留カラムに送られ、そこで溶媒、エチレンおよび任意選択のα−オレフィンが後の使用のために分離されるか、または、第1、第2および第3のガス状オーバーヘッドストリームは、反応器にリサイクルされるか、または、第1、第2および第3のガス状オーバーヘッドストリームの一部が反応器にリサイクルされ、残りの部分が蒸留カラムに送られる。
【0100】
シングルサイト触媒配合物の最適化
図1および2に示される実施形態を参照すると、活性なシングルサイト触媒配合物は、4つのシングルサイト触媒成分(i)から(iv)のそれぞれの割合を最適化することにより生成される。「活性」という用語は、シングルサイト触媒配合物が、オレフィンをポリオレフィンに転化する上で非常に効率的であることを意味し、実際には、最適化の目的は、(生成されたエチレンインターポリマー生成物のポンド)/(消費された触媒のポンド)の比を最大化することである。R1に添加されるかさ高い配位子金属錯体である成分(i)の量は、R1内の溶液の全質量における成分(i)のパーツパーミリオン(ppm)として表現され、以降「R1(i)(ppm)」と呼ばれる。R1(i)(ppm)の上限は、約5、いくつかの場合においては約3、他の場合においては約2であってもよい。R1(i)(ppm)の下限は、約0.02、いくつかの場合においては約0.05、他の場合においては約0.1であってもよい。
【0101】
R1に添加される触媒成分(iii)であるイオン性活性化剤の割合は、R1溶液中の(イオン性活性化剤)/(かさ高い配位子−金属錯体)モル比を制御することにより最適化され、この比は以降「R1(iii)/(i)」と呼ばれる。R1(iii)/(i)の上限は、約10、いくつかの場合においては約5、他の場合においては約2であってもよい。R1(iii)/(i)の下限は、約0.1、いくつかの場合においては約0.5、他の場合においては約1.0であってもよい。触媒成分(ii)の割合は、R1溶液中の(アルモキサン)/(かさ高い配位子−金属錯体)モル比を制御することにより最適化され、この比は以降「R1(ii)/(i)」と呼ばれる。アルモキサン共触媒は、一般に、かさ高い配位子−金属錯体に対してモル過剰で添加される。R1(ii)/(i)の上限は、約1000、いくつかの場合においては約500、他の場合においては約200であってもよい。R1(ii)/(i)の下限は、約1、いくつかの場合においては約10、他の場合においては約30であってもよい。
【0102】
R1への触媒成分(iv)であるヒンダードフェノールの添加は、
図1〜2において示される実施形態においては任意選択的である。添加される場合、成分(iv)の割合は、R1中の(ヒンダードフェノール)/(アルモキサン)モル比を制御することにより最適化され、この比は以降「R1(iv)/(ii)」と呼ばれる。R1(iv)/(ii)の上限は、約10、いくつかの場合においては約5、他の場合においては約2であってもよい。R1(iv)/(ii)の下限は、0.0、いくつかの場合においては約0.1、他の場合においては約0.2であってもよい。R2に対する触媒成分(iv)の添加は、
図3に示される比較溶液プロセスであるプロセスAにおいては任意選択的ではない。成分(iv)の割合は、R2中の(ヒンダードフェノール)/(アルモキサン)モル比を制御することにより最適化され、この比は以降「R2(iv)/(ii)」と呼ばれる。R2(iv)/(ii)の上限は、約10、いくつかの場合においては約5、他の場合においては約2であってもよく、R2(iv)/(ii)の下限は、0.01、いくつかの場合においては約0.1、他の場合においては約0.2であってもよい。
【0103】
図1および2におけるシングルサイト触媒成分ストリーム(ストリーム5a〜5e)のいかなる組み合わせも、加熱または冷却されても、またはされなくてもよい。触媒成分ストリーム温度の上限は、約70℃、他の場合においては約60℃、さらに他の場合においては約50℃であってもよい。触媒成分ストリーム温度の下限は、約0℃、他の場合においては約20℃、さらに他の場合においては約40℃であってもよい。本開示において、「第1の触媒溶液温度」または「CST−1」を有するシングルサイト触媒配合物が調製される。
図1および2に示される実施形態を参照すると、CST−1は、プロセスストリーム5eの温度である。プロセスストリーム5eの流量は、例えば触媒活性および反応器容積に依存して、幅広い範囲にわたり変動し得る。本開示において、プロセスストリーム5eの流量は、R1を出るプロセス溶媒の総量のパーセントとして表現され、プロセスストリーム5eの流量の上限は、R1を出るプロセス溶媒の総量の約20%、他の場合においては約15%、さらに他の場合においては約10%であってもよく、プロセスストリーム5eの流量の下限は、R1を出る全プロセス溶媒の約0.01%、他の場合においては約0.05%、さらに他の場合においては約0.1%であってもよい。
【0104】
追加の溶液重合プロセスパラメータ
改善された色を有するエチレンインターポリマーを生成する、
図1および2に示される連続溶液プロセスの実施形態において、プロセス溶媒として様々な溶媒が使用され得、限定されない例は、直鎖、分岐または環式C
5からC
12アルカンを含む。α−オレフィンの限定されない例は、1−プロペン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセンおよび1−オクテンを含む。好適な触媒成分溶媒は、脂肪族および芳香族炭化水素を含む。脂肪族触媒成分溶媒の限定されない例は、直鎖、分岐または環式C
5−12脂肪族炭化水素、例えば、ペンタン、メチルペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、水素化ナフサまたはそれらの組み合わせを含む。芳香族触媒成分溶媒の限定されない例は、ベンゼン、トルエン(メチルベンゼン)、エチルベンゼン、o−キシレン(1,2−ジメチルベンゼン)、m−キシレン(1,3−ジメチルベンゼン)、p−キシレン(1,4−ジメチルベンゼン)、キシレン異性体の混合物、ヘメリテン(1,2,3−トリメチルベンゼン)、プソイドクメン(1,2,4−トリメチルベンゼン)、メシチレン(1,3,5−トリメチルベンゼン)、トリメチルベンゼン異性体の混合物、プレヘニテン(1,2,3,4−テトラメチルベンゼン)、ジュレン(1,2,3,5−テトラメチルベンゼン)、テトラメチルベンゼン異性体の混合物、ペンタメチルベンゼン、ヘキサメチルベンゼンおよびそれらの組み合わせを含む。
【0105】
当技術分野における熟練者には、反応器供給物ストリーム(溶媒、モノマー、α−オレフィン、水素、触媒配合物等)が、本質的に触媒不活性化毒を含まないものでなければならないことが周知であり、毒の限定されない例は、微量の酸素化物、例えば水、脂肪酸、アルコール、ケトンおよびアルデヒドを含む。そのような毒は、標準的な精製手順を使用して反応器供給物ストリームから除去され、精製手順の限定されない例は、溶媒、エチレンおよびα−オレフィン等の精製のための分子篩床、アルミナ床および酸素除去触媒を含む。
【0106】
図1および2における第1および第2の反応器を参照すると、CSTR反応器供給物ストリーム、より具体的にはストリーム1〜4(反応器11a)およびストリーム6〜9(反応器12a)のいかなる組み合わせも、加熱または冷却されてもよい。反応器供給物ストリーム温度の上限は、約90℃、他の場合においては約80℃、さらに他の場合においては約70℃であってもよい。反応器供給物ストリームの下限は、約0℃、他の場合においては約10℃、さらに他の場合においては約20℃であってもよい。
【0107】
管状反応器に供給するストリーム、具体的には
図1および2におけるストリーム13〜16のいかなる組み合わせも、加熱または冷却されてもよい。いくつかの場合において、管状反応器供給物ストリームは調整される、すなわち、管状反応器供給物ストリームは、少なくとも周囲温度超に加熱される。管状反応器供給物ストリームの温度上限は、いくつかの場合においては約200℃、他の場合においては約170℃、さらに他の場合においては約140℃であり、管状反応器供給物ストリームの温度下限は、いくつかの場合においては約60℃、他の場合においては約90℃、さらに他の場合においては約120℃であるが、但し、管状反応器供給物ストリームの温度は、管状反応器に入るプロセスストリームの温度より低い。
【0108】
図1および2に示される実施形態において、溶液重合反応器(槽11a(R1)および12a(R2))の操作温度は、広範囲にわたり変動し得る。例えば、反応器温度の上限は、いくつかの場合においては約300℃、他の場合においては約280℃、さらに他の場合においては約260℃であってもよく、下限は、いくつかの場合においては約80℃、他の場合においては約100℃、さらに他の場合においては約125℃であってもよい。第2の反応器である反応器12a(R2)は、第1の反応器11a(R1)より高い温度で操作される。これらの2つの反応器の間の最大温度差(T
R2−T
R1)は、いくつかの場合においては約120℃、他の場合においては約100℃、さらに他の場合においては約80℃であり、最小(T
R2−T
R1)は、いくつかの場合においては約1℃、他の場合においては約5℃、さらに他の場合においては約10℃である。任意選択の管状反応器である反応器17(R3)は、いくつかの場合においてはR2より約100℃高い温度、他の場合においてはR2より約60℃高い温度、さらに他の場合においてはR2より約10℃高い温度、代替の場合においては0℃高い温度、すなわちR2と同じ温度で操作され得る。任意選択のR3内の温度は、その長さに沿って増加してもよい。R3の入口と出口との間の最大温度差は、いくつかの場合においては約100℃、他の場合においては約60℃、さらに他の場合においては約40℃である。R3の入口と出口との間の最小温度差は、いくつかの場合においては0℃、他の場合においては約3℃、さらに他の場合においては約10℃であってもよい。いくつかの場合においては、R3は断熱様式で操作され、他の場合においては、R3は加熱される。
【0109】
重合反応器内の圧力は、重合溶液を単相溶液として維持するために、および、ポリマー溶液を反応器から熱交換器を通してポリマー回収操作に押し出すための上流側圧力を提供するために十分高くあるべきである。
図1および2に示される実施形態を参照すると、溶液重合反応器の操作圧力は、広範囲にわたり変動し得る。例えば、反応器圧力の上限は、いくつかの場合においては約45MPag、他の場合においては約30MPag、さらに他の場合においては約20MPagであってもよく、下限は、いくつかの場合においては約3MPag、他のいくつかの場合においては約5MPag、さらに他の場合においては約7MPagであってもよい。
【0110】
図1および2に示される実施形態を参照すると、第1のV/L分離器に入る前に、不動態化溶液(ストリーム23)は、いくつかの場合においては約300℃、他の場合においては約290℃、さらに他の場合においては約280℃の最高温度を有してもよく、最低温度は、いくつかの場合においては約150℃、他の場合においては約200℃、さらに他の場合においては約220℃であってもよい。第1のV/L分離器に入る直前に、不動態化溶液は、いくつかの場合においては約40MPag、他の場合においては約25MPag、さらなる場合においては約15MPagの最高圧力を有してもよく、最低圧力は、いくつかの場合においては約1.5MPag、他の場合においては約5MPag、さらに他の場合においては約6MPagであってもよい。
【0111】
第1のV/L分離器(
図1および2における槽25)は、比較的広い温度および圧力範囲にわたり操作され得る。例えば、第1のV/L分離器の最高操作温度は、いくつかの場合においては約300℃、他の場合においては約285℃、さらに他の場合においては約270℃であってもよく、最低操作温度は、いくつかの場合においては約100℃、他の場合においては約140℃、さらに他の場合においては170℃であってもよい。第1のV/L分離器の最高操作圧力は、いくつかの場合においては約20MPag、他の場合においては約10MPag、さらに他の場合においては約5MPagであってもよく、最低操作圧力は、いくつかの場合においては約1MPag、他の場合においては約2MPag、さらに他の場合においては約3MPagであってもよい。
【0112】
第2のV/L分離器(
図1および2における槽28)は、比較的広い温度および圧力範囲にわたり操作され得る。例えば、第2のV/L分離器の最高操作温度は、いくつかの場合においては約300℃、他の場合においては約250℃、さらに他の場合においては約200℃であってもよく、最低操作温度は、いくつかの場合においては約100℃、他の場合においては約125℃、さらに他の場合においては約150℃であってもよい。第2のV/L分離器の最高操作圧力は、いくつかの場合においては約1000kPag、他の場合においては約900kPag、さらに他の場合においては約800kPagであってもよく、最低操作圧力は、いくつかの場合においては約10kPag、他の場合においては約20kPag、さらに他の場合においては約30kPagであってもよい。
【0113】
第3のV/L分離器(
図1および2における槽31)は、比較的広い温度および圧力範囲にわたり操作され得る。例えば、第3のV/L分離器の最高操作温度は、いくつかの場合においては約300℃、他の場合においては約250℃、さらに他の場合においては約200℃であってもよく、最低操作温度は、いくつかの場合においては約100℃、他の場合においては約125℃、さらに他の場合においては約150℃であってもよい。第3のV/L分離器の最高操作圧力は、いくつかの場合においては約500kPag、他の場合においては約150kPag、さらに他の場合においては約100kPagであってもよく、最低操作圧力は、いくつかの場合においては約1kPag、他の場合においては約10kPag、さらに他の場合においては約25kPagであってもよい。
【0114】
図1および2に示される連続溶液重合プロセスの実施形態は、3つのV/L分離器を示す。しかしながら、連続溶液重合の実施形態は、少なくとも1つのV/L分離器を備える構成を含み得る。
【0115】
連続溶液重合プロセスにおいて生成された、改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物は、当業者に周知の従来の液化システムを使用して回収され得、限定されない例は、フラッシュ液化システムおよび液化押出機を含む。
【0116】
図1および2における反応器11a(R1)および反応器12a(R2)には、任意の反応器形状または設計が使用され得、限定されない例は、非撹拌または撹拌式の球状、円筒状またはタンク型槽、および管状反応器または再循環ループ反応器を含む。商業規模では、R1の最大容積は、いくつかの場合においては約20,000ガロン(約75,710L)、他の場合においては約10,000ガロン(約37,850L)、さらに他の場合においては約5,000ガロン(約18,930L)であってもよい。商業規模では、R1の最小容積は、いくつかの場合においては約100ガロン(約379L)、他の場合においては約500ガロン(約1,893L)、さらに他の場合においては約1,000ガロン(約3,785L)であってもよい。パイロットプラント規模では、反応器容積は、典型的にははるかにより小さく、例えば、パイロット規模でのR1の容積は、約2ガロン未満(約7.6L未満)であってもよい。本開示において、反応器R2の容積は、反応器R1の容積のパーセントとして表現される。R2の容積の上限は、いくつかの場合においてはR1の約600%、他の場合においてはR1の約400%、さらに他の場合においてはR1の約200%であってもよい。明確性のために、R1の容積が5,000ガロンであり、R2がR1の容積の200%である場合、R2は10,000ガロンの容積を有する。R2の容積の下限は、いくつかの場合においてはR1の約50%、他の場合においてはR1の約100%、さらに他の場合においてはR1の約150%であってもよい。連続撹拌タンク反応器の場合、撹拌速度は、広範囲にわたり変動し得、いくつかの場合においては約10rpmから約2000rpmであり、他の場合においては約100から約1500rpmであり、さらに他の場合においては約200から約1300rpmである。本開示において、管状反応器であるR3の容積は、反応器R2の容積のパーセントとして表現される。R3の容積の上限は、いくつかの場合においてはR2の約500%、他の場合においてはR2の約300%、さらに他の場合においてはR2の約100%であってもよい。R3の容積の下限は、いくつかの場合においてはR2の約3%、他の場合においてはR2の約10%、さらに他の場合においてはR2の約50%であってもよい。
【0117】
化学工学分野において一般的に使用されるパラメータである「平均反応器滞留時間」は、反応器滞留時間分布の一次モーメントにより定義され、反応器滞留時間分布は、流体要素が反応器内にある時間の量を説明する確率分布関数である。平均反応器滞留時間は、プロセス流量、ならびに反応器の混合、設計および容量に依存して幅広く変動し得る。R1内の溶液の平均反応器滞留時間の上限は、いくつかの場合においては約600秒、他の場合においては約360秒、さらに他の場合においては約180秒であってもよい。R1内の溶液の平均反応器滞留時間の下限は、いくつかの場合においては約10秒、他の場合においては約20秒、さらに他の場合においては約40秒であってもよい。R2内の溶液の平均反応器滞留時間の上限は、いくつかの場合においては約720秒、他の場合においては約480秒、さらに他の場合においては約240秒であってもよい。R2内の溶液の平均反応器滞留時間の下限は、いくつかの場合においては約10秒、他の場合においては約30秒、さらに他の場合においては約60秒であってもよい。R3内の溶液の平均反応器滞留時間の上限は、いくつかの場合においては約600秒、他の場合においては約360秒、さらに他の場合においては約180秒であってもよい。R3内の溶液の平均反応器滞留時間の下限は、いくつかの場合においては約1秒、他の場合においては約5秒、さらに他の場合においては約10秒であってもよい。
【0118】
任意選択で、追加の反応器(例えば、CSTR、ループまたは管等)が、
図1および2において示される連続溶液重合プロセスの実施形態に追加されてもよい。本開示において、反応器の数は特に重要ではないが、但し、連続溶液重合プロセスは、少なくとも1種のシングルサイト触媒配合物および少なくとも1種の不均一触媒配合物を使用する少なくとも2つの反応器を備える。
【0119】
図1および2に示される連続溶液重合プロセスの実施形態の操作において、プロセスに供給されるエチレンの総量は、3つの反応器R1、R2およびR3の間で分割または分配されてもよい。この操作変数は、エチレン分配(ES)と呼ばれ、すなわち、「ES
R1」、「ES
R2」および「ES
R3」は、それぞれR1、R2およびR3に注入されるエチレンの重量パーセントを指すが、但し、ES
R1+ES
R2+ES
R3=100%である。これは、ストリーム2(R1)、ストリーム7(R2)およびストリーム14(R3)のストリーム群におけるエチレン流量を調節することにより達成される。ES
R1の上限は、いくつかの場合においては約60%、他の場合においては約55%、さらに他の場合においては約50%であり、ES
R1の下限は、いくつかの場合においては約10%、他の場合においては約15%、さらに他の場合においては約20%である。ES
R2の上限は、いくつかの場合においては約90%、他の場合においては約80%、さらに他の場合においては約70%であり、ES
R2の下限は、いくつかの場合においては約20%、他の場合においては約30%、さらに他の場合においては約40%である。ES
R3の上限は、いくつかの場合においては約30%、他の場合においては約25%、さらに他の場合においては約20%であり、ES
R3の下限は、いくつかの場合においては0%、他の場合においては約5%、さらに他の場合においては約10%である。
【0120】
図1および2に示される連続溶液重合プロセスの実施形態の操作において、各反応器内のエチレン濃度もまた制御される。R1エチレン濃度は、反応器1内のエチレンの重量を、反応器1に添加されるすべての総重量で除したものとして定義され、R2エチレン濃度(wt%)およびR3エチレン濃度(wt%)も同様に定義される。反応器内のエチレン濃度は、いくつかの場合において約7重量パーセント(wt%)から約25wt%、他の場合において約8wt%から約20wt%、さらに他の場合において約9wt%から約17wt%で変動し得る。
【0121】
改善された色を有するエチレンインターポリマーを生成する、
図1および2において示される連続溶液重合プロセスの実施形態の操作において、各反応器内で転化されるエチレンの総量が監視される。「Q
R1」という用語は、触媒配合物によりエチレンインターポリマーに転化される、R1に添加されるエチレンのパーセントを指す。同様に、Q
R2およびQ
R3は、それぞれの反応器内でエチレンインターポリマーに転化された、R2およびR3に添加されたエチレンのパーセントを表す。エチレン転化率は、様々なプロセス条件、例えば触媒濃度、触媒配合物、不純物および毒に依存して大きく変動し得る。Q
R1およびQ
R2の両方の上限は、いくつかの場合においては約99%、他の場合においては約95%、さらに他の場合においては約90%であり、Q
R1およびQ
R2の両方の下限は、いくつかの場合においては約65%、他の場合においては約70%、さらに他の場合においては約75%である。Q
R3の上限は、いくつかの場合においては約99%、他の場合においては約95%、さらに他の場合においては約90%であり、Q
R3の下限は、いくつかの場合においては0%、他の場合においては約5%、さらに他の場合においては約10%である。「Q
T」という用語は、連続溶液重合プラント全体にわたる総合または全エチレン転化率を表し、すなわち、Q
T=100×[インターポリマー生成物中のエチレンの重量]/([インターポリマー生成物中のエチレンの重量]+[未反応のエチレンの重量])である。Q
Tの上限は、いくつかの場合においては約99%、他の場合においては約95%、さらに他の場合においては約90%であり、Q
Tの下限は、いくつかの場合においては約75%、他の場合においては約80%、さらに他の場合においては約85%である。
【0122】
任意選択で、α−オレフィンが連続溶液重合プロセスに添加されてもよい。添加される場合、α−オレフィンは、R1、R2およびR3の間で配分または分配され得る。この操作変数は、コモノマー分配(CS)と呼ばれ、すなわち、「CS
R1」、「CS
R2」および「CS
R3」は、それぞれR1、R2およびR3に注入されるα−オレフィンコモノマーの重量パーセントを指すが、但し、CS
R1+CS
R2+CS
R3=100%である。これは、ストリーム3(R1)、ストリーム8(R2)およびストリーム15(R3)のストリーム群におけるα−オレフィン流量を調節することにより達成される。CS
R1の上限は、いくつかの場合においては100%(すなわち、α−オレフィンの100%がR1に注入される)、他の場合においては約95%、さらに他の場合においては約90%である。CS
R1の下限は、いくつかの場合においては0%(R1内で生成されたエチレンホモポリマー)、他の場合においては約5%、さらに他の場合においては約10%である。CS
R2の上限は、いくつかの場合においては約100%(すなわち、α−オレフィンの100%が反応器2に注入される)、他の場合においては約95%、さらに他の場合においては約90%である。CS
R2の下限は、いくつかの場合においては0%、他の場合においては約5%、さらに他の場合においては約10%である。CS
R3の上限は、いくつかの場合においては100%、他の場合においては約95%、さらに他の場合においては約90%である。CS
R3の下限は、いくつかの場合においては0%、他の場合においては約5%、さらに他の場合においては約10%である。
【0123】
触媒不活性化
本開示において説明される連続重合プロセスにおいて、重合は、触媒不活性化剤を添加することにより停止される。
図1および2における実施形態は、(a)触媒不活性化剤タンク18Aから触媒不活性化剤Aを添加することにより管状反応器の上流側で、または、(b)触媒不活性化剤タンク18Bから触媒不活性化剤Bを添加することにより管状反応器の下流側で生じる、触媒不活性化を示す。触媒不活性化剤タンク18Aおよび18Bは、未処理(100%)触媒不活性化剤、溶媒中の触媒不活性化剤の溶液、または溶媒中の触媒不活性化剤のスラリーを含有してもよい。触媒不活性化剤AおよびBの化学組成は、同じまたは異なってもよい。好適な溶媒の限定されない例は、直鎖または分岐C
5からC
12アルカンを含む。本開示において、どのようにして触媒不活性化剤が添加されるかは特に重要ではない。添加されたら、触媒不活性化剤は、活性触媒種を不活性形態に変化させることにより重合反応を実質的に停止する。好適な不活性化剤は、当技術分野において周知であり、限定されない例は、アミン(例えば、Zborilらに対する米国特許第4,803,259号)、カルボン酸のアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩(例えば、Machanらに対する米国特許第4,105,609号)、水(例えば、Bernierらに対する米国特許第4,731,438号)、ハイドロタルサイト、アルコールおよびカルボン酸(例えば、Miyataに対する米国特許第4,379,882号)、またはそれらの組み合わせ(Sibtainらに対する米国特許第6,180,730号)を含む。触媒不活性化剤として好適なカルボン酸は、RCO
2Hを含み、式中、Rは、5から20個の炭素原子を含有する直鎖または分岐ヒドロカルビル基である。本開示において、添加される触媒不活性化剤の量は、0.3≦(触媒不活性化剤)/((全触媒金属)+(アルキルアルミニウム共触媒)+(アルミニウムアルキル))≦2.0の触媒不活性化剤モル比により決定されたが、触媒金属は、(金属A+金属B+任意選択の金属C)の全モルである。触媒不活性化剤モル比の上限は、約2、いくつかの場合においては約1.5、他の場合においては約0.75であってもよい。触媒不活性化剤モル比の下限は、約0.3、いくつかの場合においては約0.35、さらに他の場合においては約0.4であってもよい。一般に、触媒不活性化剤は、触媒が不活性化され、重合反応がクエンチされるような最少量で添加される。
【0124】
溶液不動態化
図1および2に示される実施形態を参照すると、第1のV/L分離器に入る前に、不動態化剤または酸除去剤(スカベンジャー)が不活性化溶液AまたはBに添加されて不動態化溶液、すなわち不動態化溶液ストリーム23を形成する。不動態化剤タンク22は、未処理(100%)不動態化剤、溶媒中の不動態化剤の溶液、または溶媒中の不動態化剤のスラリーを含有し得る。好適な溶媒の限定されない例は、直鎖または分岐C
5からC
12アルカンを含む。本開示において、どのようにして不動態化剤が添加されるかは特に重要ではない。好適な不動態化剤は当技術分野において周知であり、限定されない例は、カルボン酸のアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩、またはハイドロタルサイトを含む。添加される不動態化剤の量は、広範囲にわたり変動し得る。本開示において、添加される不動態化剤のモル量は、溶液プロセスに添加されるクロリド化合物の全モル、すなわち、クロリド化合物である「成分(vi)」プラス金属化合物である「化合物(vii)」により決定された。任意選択で、第1および第2のクロリド化合物ならびに第1および第2の金属化合物が使用されてもよく、すなわち、第1および第2の不均一触媒配合物を形成してもよく、この場合、添加される不動態化剤の量は、すべてのクロリド含有化合物の全モルにより決定される。不動態化剤モル比(不動態化剤のモル)/(全クロリド)モル比の上限は、20、いくつかの場合においては15、他の場合においては10であってもよい。(不動態化剤)/(全クロリド)モル比の下限は、約0.2、いくつかの場合においては約0.4、さらに他の場合においては約0.8であってもよい。一般に、不動態化剤は、不活性化溶液を実質的に不動態化するための最少量で添加される。
【0125】
第1のエチレンインターポリマー
第1のエチレンインターポリマーは、シングルサイト触媒配合物により生成される。
図1および2において示される実施形態を参照すると、任意選択のα−オレフィンが反応器1(R1)に添加されない場合、R1内で生成されたエチレンインターポリマーは、エチレンホモポリマーである。α−オレフィンが添加される場合、((α−オレフィン)/(エチレン))
R1の重量比が、第1のエチレンインターポリマーの密度を制御するための1つのパラメータである。((α−オレフィン)/(エチレン))
R1の上限は、約3、他の場合においては約2、さらに他の場合においては約1であってもよい。((α−オレフィン)/(エチレン))
R1の下限は、0、他の場合においては約0.25、さらに他の場合においては約0.5であってもよい。以降、記号「σ
1」は、R1内で生成された第1のエチレンインターポリマーの密度を指す。σ
1の上限は、約0.975g/cm
3、いくつかの場合においては約0.965g/cm
3、他の場合においては約0.955g/cm
3であってもよい。σ
1の下限は、約0.855g/cm
3、いくつかの場合においては約0.865g/cm
3、他の場合においては約0.875g/cm
3であってもよい。
【0126】
エチレンインターポリマーのCDBI
50(組成分布分岐指数(Composition Distribution Branching Index))を決定するための方法は、当業者に周知である。パーセントとして表現されるCDBI
50は、コモノマー組成が中央コモノマー組成の50%以内であるエチレンインターポリマーのパーセントとして定義される。また、シングルサイト触媒配合物を用いて生成されたエチレンインターポリマーのCDBI
50は、不均一触媒配合物を用いて生成されたα−オレフィン含有エチレンインターポリマーのCDBI
50に比べてより高いことも、当業者に周知である。第1のエチレンインターポリマー(シングルサイト触媒配合物を用いて生成された)のCDBI
50の上限は、約98%、他の場合においては約95%、さらに他の場合においては約90%であってもよい。第1のエチレンインターポリマーのCDBI
50の下限は、約70%、他の場合においては約75%、さらに他の場合においては約80%であってもよい。
【0127】
当業者には周知であるように、シングルサイト触媒配合物を用いて生成されたエチレンインターポリマーのM
w/M
nは、不均一触媒配合物を用いて生成されたエチレンインターポリマーに比べてより低い。したがって、開示された実施形態において、第1のエチレンインターポリマーは、第2のエチレンインターポリマーに比べてより低いM
w/M
nを有し、第2のエチレンインターポリマーは、不均一触媒配合物を用いて生成される。第1のエチレンインターポリマーのM
w/M
nの上限は、約2.8、他の場合においては約2.5、さらに他の場合においては約2.2であってもよい。第1のエチレンインターポリマーのM
w/M
nの下限は、約1.7、他の場合においては約1.8、さらに他の場合においては約1.9であってもよい。
【0128】
第1のエチレンインターポリマーは、使用されたシングルサイト触媒配合物の化学組成を反映する触媒残渣を含有する。当業者には、触媒残渣が、典型的には、第1のエチレンインターポリマー中の金属のパーツパーミリオンにより定量化されることが理解されるが、ここで金属は、成分(i)中の金属、すなわち、「かさ高い配位子−金属錯体」中の金属を指し、以降、この金属は、「金属A」と呼ばれる。本開示において上で列挙されたように、金属Aの限定されない例は、4族金属、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムを含む。第1のエチレンインターポリマー中の金属Aのppmの上限は、約1.0ppm、他の場合においては約0.9ppm、さらに他の場合においては約0.8ppmであってもよい。第1のエチレンインターポリマー中の金属Aのppmの下限は、約0.01ppm、他の場合においては約0.1ppm、さらに他の場合においては約0.2ppmであってもよい。
【0129】
R1に添加される水素の量は、広範囲にわたり変動し得、以降I
21と呼ばれるメルトインデックスが大きく異なる第1のエチレンインターポリマーを生成するための連続溶液プロセスを可能にする(メルトインデックスは、ASTM D1238において概説される手順に従い、2.16kg負荷を使用して190℃で測定される)。これは、ストリーム4中の水素流量を調節することにより達成される(
図1および2に示される通り)。R1に添加される水素の量は、反応器R1中の全質量に対するR1中の水素のパーツパーミリオン(ppm)として表現され、以降H
2R1(ppm)と呼ばれる。いくつかの場合において、H
2R1(ppm)は、約50ppmから0ppm、他の場合においては約25ppmから0ppm、代替の場合においては約10から0、さらに他の場合においては約2ppmから0ppmの範囲である。I
21の上限は、約200dg/分、いくつかの場合においては約100dg/分、他の場合においては約50dg/分、さらに他の場合においては約1dg/分であってもよい。I
21の下限は、約0.01dg/分、いくつかの場合においては約0.05dg/分、他の場合においては約0.1dg/分、さらに他の場合においては約0.5dg/分であってもよい。
【0130】
エチレンインターポリマー生成物中の第1のエチレンインターポリマーの重量パーセント(wt%)の上限は、約60wt%、他の場合においては約55wt%、さらに他の場合においては約50wt%であってもよい。エチレンインターポリマー生成物中の第1のエチレンインターポリマーのwt%の下限は、約15wt%、他の場合においては約25wt%、さらに他の場合においては約30wt%であってもよい。
【0131】
第2のエチレンインターポリマー
図1に示される実施形態を参照すると、任意選択のα−オレフィンが新鮮なα−オレフィンストリーム8を介して反応器12a(R2)に添加されない、または反応器11a(R1)からストリーム11e中に持ち込まれない場合(直列モード)、反応器12a(R2)内で生成されるエチレンインターポリマーはエチレンホモポリマーである。任意選択のα−オレフィンがR2内に存在する場合、((α−オレフィン)/(エチレン))
R2の重量比が、R2内で生成される第2のエチレンインターポリマーの密度を制御するための1つのパラメータである。((α−オレフィン)/(エチレン))
R2の上限は、約3、他の場合においては約2、さらに他の場合においては約1であってもよい。((α−オレフィン)/(エチレン))
R2の下限は、0、他の場合においては約0.25、さらに他の場合においては約0.5であってもよい。以降、記号「σ
2」は、R2内で生成されたエチレンインターポリマーの密度を指す。σ
2の上限は、約0.975g/cm
3、いくつかの場合においては約0.965g/cm
3、他の場合においては約0.955g/cm
3であってもよい。使用される不均一触媒配合物に依存して、σ
2の下限は、約0.89g/cm
3、いくつかの場合においては約0.90g/cm
3、他の場合においては約0.91g/cm
3であってもよい。本段落において開示された範囲はまた、
図2に示される実施形態にも適用される。
【0132】
不均一触媒配合物は、第2のエチレンインターポリマーを生成するために使用される。第2のエチレンインターポリマーがα−オレフィンを含有する場合、第2のエチレンインターポリマーのCDBI
50は、シングルサイト触媒配合物を用いて生成された第1のエチレンインターポリマーのCDBI
50に比べてより低い。本開示の一実施形態において、第2のエチレンインターポリマー(α−オレフィンを含有する)のCDBI
50の上限は、約70%、いくつかの場合においては約65%、さらに他の場合においては約60%であってもよい。本開示の一実施形態において、第2のエチレンインターポリマー(α−オレフィンを含有する)のCDBI
50の下限は、約45%、他の場合においては約50%、さらに他の場合においては約55%であってもよい。α−オレフィンが連続溶液重合プロセスに添加されない場合、第2のエチレンインターポリマーは、エチレンホモポリマーである。α−オレフィンを含有しないホモポリマーの場合でも、TREFを使用してCDBI
50を測定することができる。ホモポリマーの場合、第2のエチレンインターポリマーのCDBI
50の上限は、約98%、他の場合においては約96%、さらに他の場合においては約95%であってもよく、CDBI
50に対する下限は、約88%、他の場合においては約89%、さらに他の場合においては約90%であってもよい。第2のエチレンインターポリマー中のα−オレフィン含量がゼロに近づくにつれて、第2のエチレンインターポリマー(α−オレフィンを含有する)の列挙されたCDBI
50の限界と、エチレンホモポリマーである第2のエチレンインターポリマーの列挙されたCDBI
50限界との間に滑らかな移行が存在することが、当業者には周知である。典型的には、第1のエチレンインターポリマーのCDBI
50は、第2のエチレンインターポリマーのCDBI
50より高い。
【0133】
第2のエチレンインターポリマーのM
w/M
nは、第1のエチレンインターポリマーのM
w/M
nより高い。第2のエチレンインターポリマーのM
w/M
nの上限は、約4.4、他の場合においては約4.2、さらに他の場合においては約4.0であってもよい。第2のエチレンインターポリマーのM
w/M
nの下限は、約2.2であってもよい。2.2のM
w/M
nは、第2のエチレンインターポリマーのメルトインデックスが高い場合、またはエチレンインターポリマー生成物のメルトインデックスが高い場合、例えば10dg/分超である場合に観察される。他の場合において、第2のエチレンインターポリマーのM
w/M
nの下限は、約2.4、さらに他の場合においては約2.6であってもよい。
【0134】
第2のエチレンインターポリマーは、不均一触媒配合物の化学組成を反映する触媒残渣を含有する。当業者には、不均一触媒残渣が、典型的には、第2のエチレンインターポリマー中の金属のパーツパーミリオンにより定量化されることが理解されるが、ここで金属は、成分(vii)に由来する金属、すなわち、「金属化合物」を指し、以降、この金属は、「金属B」と呼ばれる。本開示において上で列挙されたように、金属Bの限定されない例は、周期表の4族から8族から選択される金属、または4族から8族から選択される金属の混合物を含む。第2のエチレンインターポリマー中の金属Bのppmの上限は、約12ppm、他の場合においては約10ppm、さらに他の場合においては約8ppmであってもよい。第2のエチレンインターポリマー中の金属Bのppmの下限は、約1ppm、他の場合においては約2ppm、さらに他の場合においては約3ppmであってもよい。いかなる具体的な理論にも束縛されることを望まないが、直列モードの操作において、第2の反応器内の化学環境は、シングルサイト触媒配合物を不活性化する、または、並列モードの操作において、ストリーム12d内の化学環境は、シングルサイト触媒形成を不活性化する。
【0135】
図1および2に示される実施形態を参照すると、R2に添加される水素の量は、広範囲にわたり変動し得、これにより、連続溶液プロセスは、以降I
22と呼ばれるメルトインデックスが大きく異なる第2のエチレンインターポリマーを生成することができる。これは、ストリーム9における水素流量を調節することにより達成される。添加される水素の量は、反応器R2中の全質量に対するR2中の水素のパーツパーミリオン(ppm)として表現され、以降H
2R2(ppm)と呼ばれる。いくつかの場合において、H
2R2(ppm)は、約100ppmから0ppm、いくつかの場合においては約50ppmから0ppm、他の場合においては約20ppmから0ppm、さらに他の場合においては約2ppmから0ppmの範囲である。I
22の上限は、約1000dg/分、いくつかの場合においては約750dg/分、他の場合においては約500dg/分、さらに他の場合においては約200dg/分であってもよい。I
22の下限は、約0.3dg/分、いくつかの場合においては約0.4dg/分、他の場合においては約0.5dg/分、さらに他の場合においては約0.6dg/分であってもよい。
【0136】
エチレンインターポリマー生成物中の第2のエチレンインターポリマーの重量パーセント(wt%)の上限は、約85wt%、他の場合においては約80wt%、さらに他の場合においては約70wt%であってもよい。エチレンインターポリマー生成物中の第2のエチレンインターポリマーのwt%の下限は、約30wt%、他の場合においては約40wt%、さらに他の場合においては約50wt%であってもよい。
【0137】
第3のエチレンインターポリマー
図1に示される実施形態を参照すると、触媒不活性化剤Aが触媒不活性化剤タンク18Aを介して反応器17の上流側に添加される場合、第3のエチレンインターポリマーは反応器17(R3)内で生成されない。触媒不活性化剤Aが添加されず、かつ、新鮮なα−オレフィンストリーム15を介して任意選択のα−オレフィンが反応器17に添加されないか、または反応器12a(R2)からストリーム12c(直列モード)もしくはストリーム12d(並列モード)に持ち込まれない場合、反応器17内で生成されるエチレンインターポリマーは、エチレンホモポリマーである。触媒不活性化剤Aが添加されず、任意選択のα−オレフィンがR3内に存在する場合、((α−オレフィン)/(エチレン))
R3の重量比が第3のエチレンインターポリマーの密度を決定する。連続溶液重合プロセスにおいて、((α−オレフィン)/(エチレン))
R3は、所望の密度を有する第3のエチレンインターポリマーを生成するために使用される制御パラメータの1つである。((α−オレフィン)/(エチレン))
R3の上限は、約3、他の場合においては約2、さらに他の場合においては約1であってもよい。((α−オレフィン)/(エチレン))
R3の下限は、0、他の場合においては約0.25、さらに他の場合においては約0.5であってもよい。以降、記号「σ
3」は、R3内で生成されたエチレンインターポリマーの密度を指す。σ
3の上限は、約0.975g/cm
3、いくつかの場合においては約0.965g/cm
3、他の場合においては約0.955g/cm
3であってもよい。使用される不均一触媒配合物に依存して、σ
3の下限は、約0.89g/cm
3、いくつかの場合においては約0.90g/cm
3、他の場合においては約0.91g/cm
3であってもよい。任意選択で、第2の不均一触媒配合物は、R3に添加されてもよい。本段落において開示された範囲はまた、
図2に示される実施形態にも適用される。
【0138】
典型的には、任意選択の第3のエチレンインターポリマー(α−オレフィンを含有する)のCDBI
50の上限は、約65%、他の場合においては約60%、さらに他の場合においては約55%であってもよい。任意選択の第3のα−オレフィン含有エチレンインターポリマーのCDBI
50は、シングルサイト触媒配合物を用いて生成された第1のエチレンインターポリマーのCDBI
50より低い。典型的には、任意選択の第3のエチレンインターポリマー(α−オレフィンを含有する)のCDBI
50の下限は、約35%、他の場合においては約40%、さらに他の場合においては約45%であってもよい。α−オレフィンが連続溶液重合プロセスに添加されない場合、任意選択の第3のエチレンインターポリマーは、エチレンホモポリマーである。エチレンホモポリマーの場合、CDBI
50の上限は、約98%、他の場合においては約96%、さらに他の場合においては約95%であってもよく、CDBI
50の下限は、約88%、他の場合においては約89%、さらに他の場合においては約90%であってもよい。典型的には、第1のエチレンインターポリマーのCDBI
50は、第3のエチレンインターポリマーおよび第2のエチレンインターポリマーのCDBI
50より高い。
【0139】
任意選択の第3のエチレンインターポリマーのM
w/M
nの上限は、約5.0、他の場合においては約4.8、さらに他の場合においては約4.5であってもよい。任意選択の第3のエチレンインターポリマーのM
w/M
nの下限は、約2.2、他の場合においては約2.4、さらに他の場合においては約2.6であってもよい。任意選択の第3のエチレンインターポリマーのM
w/M
nは、第1のエチレンインターポリマーのM
w/M
nより高い。互いにブレンドされたら、第2および第3のエチレンインターポリマーは、第2のエチレンインターポリマーのM
w/M
nより広くない第4のM
w/M
nを有する。
【0140】
任意選択の第3のエチレンインターポリマーにおける触媒残渣は、使用される不均一触媒配合物(複数種可)、すなわち、第1および任意選択の第2の不均一触媒配合物の化学組成を反映する。第1および第2の不均一触媒配合物の化学組成は、同じまたは異なってもよく、例えば、第1の成分(vii)および第2の成分(vii)が、第1および第2の不均一触媒配合物を合成するために使用されてもよい。上で列挙されたように、「金属B」は、第1の成分(vii)に由来する金属を指す。以降、「金属C」は、第2の成分(vii)に由来する金属を指す。金属Bおよび任意選択の金属Cは、同じまたは異なってもよい。金属Bおよび金属Cの限定されない例は、周期表の4族から8族から選択される金属、または4族から8族から選択される金属の混合物を含む。任意選択の第3のエチレンインターポリマー中の(金属B+金属C)のppmの上限は、約12ppm、他の場合においては約10ppm、さらに他の場合においては約8ppmであってもよい。任意選択の第3のエチレンインターポリマー中の(金属B+金属C)のppmの下限は、約0.5ppm、他の場合においては約1ppm、さらに他の場合においては約3ppmであってもよい。
【0141】
図1および2に示される実施形態を参照すると、任意選択の水素は、ストリーム16を介して管状反応器(R3)に添加され得る。R3に添加される水素の量は、広範囲にわたり変動し得る。以降H
2R3(ppm)と呼ばれるR3内の水素の量を調節することにより、連続溶液プロセスは、以降I
23と呼ばれるメルトインデックスが広く異なる任意選択の第3のエチレンインターポリマーを生成することができる。R3に添加される任意選択の水素の量は、約50ppmから0ppm、いくつかの場合においては約25ppmから0ppm、他の場合においては約10から0、さらに他の場合においては約2ppmから0ppmの範囲である。I
23の上限は、約2000dg/分、いくつかの場合においては約1500dg/分、他の場合においては約1000dg/分、さらに他の場合においては約500dg/分であってもよい。I
23の下限は、約0.5dg/分、いくつかの場合においては約0.6dg/分、他の場合においては約0.7dg/分、さらに他の場合においては約0.8dg/分であってもよい。
【0142】
エチレンインターポリマー生成物中の任意選択の第3のエチレンインターポリマーの重量パーセント(wt%)の上限は、約30wt%、他の場合においては約25wt%、さらに他の場合においては約20wt%であってもよい。エチレンインターポリマー生成物中の任意選択の第3のエチレンインターポリマーのwt%の下限は、0wt%、他の場合においては約5wt%、さらに他の場合においては約10wt%であってもよい。
【0143】
エチレンインターポリマー生成物
エチレンインターポリマー生成物の密度の上限は、約0.975g/cm
3、いくつかの場合においては約0.965g/cm
3、他の場合においては約0.955g/cm
3であってもよい。エチレンインターポリマー生成物の密度の下限は、約0.869g/cm
3、いくつかの場合においては約0.879g/cm
3、他の場合においては約0.889g/cm
3であってもよい。
【0144】
エチレンインターポリマー生成物のCDBI
50の上限は、約97%、他の場合においては約90%、さらに他の場合においては約85%であってもよい。97%のCDBI
50を有するエチレンインターポリマー生成物は、α−オレフィンが連続溶液重合プロセスに添加されない場合に生じ得、この場合、エチレンインターポリマー生成物は、エチレンホモポリマーである。エチレンインターポリマーのCDBI
50の下限は、約20%、他の場合においては約40%、さらに他の場合においては約60%であってもよい。
【0145】
エチレンインターポリマー生成物のM
w/M
nの上限は、約25、他の場合においては約15、さらに他の場合においては約9であってもよい。エチレンインターポリマー生成物のM
w/M
nの下限は、2.0、他の場合においては約2.2、さらに他の場合においては約2.4であってもよい。
【0146】
エチレンインターポリマー生成物中の触媒残渣は、R1内で使用されるシングルサイト触媒配合物、R2内で使用される第1の不均一触媒配合物、ならびに、任意選択で、R3内で使用される第1の、または任意選択で第1および第2の不均一触媒配合物の化学組成を反映する。本開示において、触媒残渣は、エチレンインターポリマー生成物中の触媒金属のパーツパーミリオンを測定することにより定量化された。さらに、マグネシウム、塩素およびアルミニウムの元素量(ppm)を定量化した。触媒金属は、2つまたは任意選択で3つの源に由来し、具体的には、1)「金属A」は、シングルサイト触媒配合物を形成するために使用された成分(i)に由来し、(2)「金属B」は、第1の不均一触媒配合物を形成するために使用された第1の成分(vii)に由来し、また(3)「金属C」は、任意選択の第2の不均一触媒配合物を形成するために使用された第2の成分(vii)に由来する。金属A、BおよびCは、同じまたは異なってもよい。本開示において、「全触媒金属」という用語は、触媒金属A+B+Cの合計に等しい。さらに、本開示において、「第1の全触媒金属」および「第2の全触媒金属」という用語は、本開示の第1のエチレンインターポリマー生成物と、異なる触媒配合物を使用して生成された比較「ポリエチレン組成物」とを区別するために使用される。
【0147】
エチレンインターポリマー生成物中の金属Aのppmの上限は、約0.6ppm、他の場合においては約0.5ppm、さらに他の場合においては約0.4ppmであってもよい。エチレンインターポリマー生成物中の金属Aのppmの下限は、約0.001ppm、他の場合においては約0.01ppm、さらに他の場合においては約0.03ppmであってもよい。エチレンインターポリマー生成物中の(金属B+金属C)のppmの上限は、約11ppm、他の場合においては約9ppm、さらに他の場合においては約7ppmであってもよい。エチレンインターポリマー生成物中の(金属B+金属C)のppmの下限は、約1ppm、他の場合においては約2ppm、さらに他の場合においては約3ppmであってもよい。
【0148】
いくつかの実施形態において、エチレンインターポリマーは、触媒金属(金属A、金属Bおよび金属C)が同じ金属である場合に生成され得、限定されない例は、チタンである。そのような実施形態において、エチレンインターポリマー生成物中の(金属B+金属C)のppmは、以下の式(VII)を使用して計算される。
【数7】
式中、ppm
(B+C)は、エチレンインターポリマー生成物中の(金属B+金属C)の計算されたppmであり、ppm
(A+B+C)は、実験的に測定されるようなエチレンインターポリマー生成物中の触媒残渣の全ppm、すなわち、(金属Aのppm+金属Bのppm+金属Cのppm)であり;f
Aは、エチレンインターポリマー生成物中の第1のエチレンインターポリマーの重量分率を表し、f
Aは、約0.15から約0.6までで変動し得、ppm
Aは、第1のエチレンインターポリマー中の金属Aのppmを表す。式(VII)において、ppm
Aは、0.35ppmであると仮定される。
【0149】
本明細書において開示されたエチレンインターポリマー生成物の実施形態は、米国特許第6,277,931号に記載のポリエチレンポリマーに比べてより低い触媒残渣を有する。米国特許第6,277,931号におけるより高い触媒残渣は、連続溶液重合プロセスの複雑性を増加させ、増加した複雑性の例は、ポリマーから触媒残渣を除去するための追加の精製ステップを含む。一方、本開示において、触媒残渣は除去されない。本開示において、エチレンインターポリマー生成物中の触媒残渣(金属A+金属B+任意選択の金属C)の全ppmの上限は、約12ppm、他の場合においては約9ppm、さらに他の場合においては約7であってもよく、エチレンインターポリマー生成物中の触媒残渣(金属A+金属B+任意選択の金属C)の全ppmの下限は、約1ppm、他の場合においては約2ppm、さらに他の場合においては約3ppmであってもよい。
【0150】
エチレンインターポリマー生成物のメルトインデックスの上限は、約500dg/分、いくつかの場合においては約400dg/分、他の場合においては約300dg/分、さらに他の場合においては約200dg/分であってもよい。エチレンインターポリマー生成物のメルトインデックスの下限は、約0.3dg/分、いくつかの場合においては約0.4dg/分、他の場合においては約0.5dg/分、さらに他の場合においては約0.6dg/分であってもよい。
【0151】
表9は、本明細書において開示されたエチレンインターポリマーの一実施形態のコンピュータシミュレーションを要約している。表9に示されるシミュレーション例13は、本開示の実験の項において説明される溶液パイロットプラントの構成に基づいていた。シミュレーション例13では、R1においてシングルサイト触媒配合物(PIC−1)が使用され、R2においてインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物が使用された。表9は、3つの反応器(R1、R2およびR3)内で生成された、第1、第2および第3のエチレンインターポリマーの密度、メルトインデックスおよび分子量の限定されない例を開示しており、これらの3種のインターポリマーは、シミュレーション例13(エチレンインターポリマー生成物)を生成するために組み合わされる。明確に述べると、シミュレーション例13は、0.9169g/cm
3の密度、1.0dg/分のメルトインデックス、12.1の分岐頻度(1000個の炭素原子当たりのC
6分岐の数(1−オクテンコモノマー))および3.11のM
w/M
nを有する。シミュレーション例13のシミュレートされた生成率は、90.9kg/時間であり、R3出口温度は217.1℃であった。
【0152】
改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物
表1Aから1Cは、例51〜55および比較例2を生成するために使用された連続溶液プロセス条件を要約している。例51〜55の生成率は、比較例2に比べて少なくとも17%高かった。例51〜55においては、エチレンインターポリマー生成物が94.4から98.5kg/時間の最大生成率で生成されるように、シングルサイト触媒配合物およびインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物をそれぞれ反応器1および2において使用した。一方、比較例2において、エチレンインターポリマー生成物が80.6kg/時間で生成されるように、シングルサイト触媒配合物を反応器1および2の両方において使用した。例51〜55および比較例2において、反応器1および2は直列で構成され、すなわち、反応器1からの流出物は、直接反応器2に流入した。
【0153】
例51〜55を生成する実験において、「第1の触媒溶液温度、CST−1」および「第2の触媒溶液温度、CST−2」は、表1Cに示されるように変動し、R1リンクライン、すなわちR1およびR2を接続するプロセスラインの温度もまた変動した。これらの実験の目的は、すべての他の反応パラメータ、例えば、溶媒流量、エチレン濃度、エチレン分配(R1およびR2へのエチレンの分配率)、オクテン/エチレンモル比、エチレン転化率、生成率、触媒不活性化剤モル比、パシファイヤ(pacifier)モル比および添加剤の量を一定に保持しながら、CST−1およびCST−2を変更することである。
【0154】
これらの実験、すなわちエチレンインターポリマー例51〜55の結果は、表2に要約される。表2は、触媒溶液温度CST−1およびCST−2が低下すると、白色度指数(WI)が改善(増加)し、黄色度指数(YI)が改善(減少)することを示している。
図3および4は、それぞれCST−1が低下した際のWIおよびYIの改善を示し、
図5は、CST−1とCST−2との相関を示し、
図3〜5に示される線形回帰関係は以下で要約される。
【数8】
【数9】
【数10】
【0155】
表3は、触媒溶液温度CST−1およびCST−2を低下させる、すなわちCST−1を26℃から13.5℃に低下させ、CST−2を31℃から25.8℃に低下させることにより、エチレンインターポリマー生成物のWIおよびYIが、それぞれ約16%および250%改善され得ることを示している。
【0156】
表4は、触媒残渣が増加するにつれて、例51〜55の色(WIおよびYIの両方)が改善すること、例えば、5.9ppmのチタンを含有する例51は51のWIおよび−1.6のYIを有し、一方7.1ppmのチタンを含有する例55は、57のWI(改善)および−3.5のYI(改善)を有することを示している。触媒残渣の増加と共に改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物のこの傾向は、当業者により予測されることとは反している。例えば、米国特許第3,773,743号は、触媒残渣を除去することによりチーグラ−ナッタポリマーの色を改善するためのプロセスを開示しており、TiCl
4が触媒金属として使用された。別の例として、「着色されたTi
4+(フェノール酸化防止剤)錯体の形成が、チーグラ−ナッタポリエチレンにおける変色の主要な原因である。」(Allen et al.Journal of Vinyl&Additive Technology (2009) 15(4):234−243を参照されたい。)
【0157】
表4はまた、例51〜55の白色度指数(WI)および黄色度指数(YI)を、比較例HおよびEと比較しており、本開示において、比較例HおよびEは、比較「ポリエチレン組成物」とも呼ばれる。比較例HおよびEは、Dow Chemical Company(Midland、Michigan、USA)製の市販のエチレン/1−オクテンコポリマーであり、具体的には、それぞれElite 5100GおよびElite 5500Gである。比較例HおよびEは、反応器1内でシングルサイト触媒配合物を、および反応器2内でバッチ式チーグラ−ナッタ触媒を使用した溶液重合プロセスにおいて生成されたが、2つの反応器は、直列で構成される。本開示の表4は、例51〜55が、比較例HおよびEと比べて大幅に改善された色、WIおよびYIの両方を有することを示している。例51〜55は、比較例HおよびEの32.5の平均WIと比べて64%改善された53.2の平均WIを有する。同様に、例51〜55は、比較例HおよびEの4.7の平均YIと比べて149%改善された−2.28の平均YIを有する。さらに、6.6ppmの平均チタン含量を有する例51〜55は、1.8ppmの平均チタン含量を有する比較例HおよびEに比べて改善された色を有し、ここでも、改善された色およびより高い触媒残渣を有するエチレンインターポリマー生成物のこの傾向は、当業者により予測されることとは反している。
【0158】
触媒不活性化剤モル比を変更しながらエチレンインターポリマー生成物が生成される一連の実験を行った。触媒不活性化剤モル比は、(触媒不活性化剤のモル)/(触媒金属の全モル+アルミニウムアルキルの全モル+アルキルアルミニウム共触媒の全モル)のように定義された。本開示において、使用された触媒不活性化剤は、P&G Chemicals(Cincinnati、OH、U.S.A)から市販されているオクタン酸(カプリル酸)であった。表5Aに示されるように、エチレンインターポリマー生成物(例41〜44)は、すべての他の溶液プロセスパラメータを一定に保持することを試みながら、触媒不活性化剤モル比が0.04から0.82に変更された際に生成された。例41〜44についての追加の溶液プロセスパラメータを、表5Bおよび5Cに示す。
【0159】
表6は、触媒不活性化剤モル比が減少するにつれて、エチレンインターポリマー生成物の色、すなわちWIおよびYIの両方が改善することを示している。触媒不活性化剤モル比の減少と共にWIおよびYIを改善するこの傾向はまた、
図6および7に示されるが、
図6および7に示される線形回帰関係は以下で要約される。
【数11】
【数12】
【0160】
これらの回帰関係に基づいて、不活性化剤モル比が0.9から0.036に低減すると、WIは12%増加(改善)し、同様にYIは76%低減(改善)した。
【0161】
触媒不動態化剤モル比を変更しながらエチレンインターポリマー生成物が生成される一連の実験を行った。不動態化剤モル比は、(不動態化剤のモル)/(クロリドの全モル)のように定義されたが、本開示において、クロリド源は、四塩化チタンおよび塩化tert−ブチルであった。表7Aに示されるように、エチレンインターポリマー生成物(例31〜34)は、すべての他の溶液プロセスパラメータを一定に保持することを試みる一方で、不動態化剤モル比を0.47から1.98に変更しながら生成された。例31〜34についての追加の溶液プロセスパラメータを、表7Bおよび7Cに示す。
【0162】
表8は、不動態化剤モル比が減少するにつれて、エチレンインターポリマー生成物の色(WIおよびYI)の両方が改善することを示している。不動態化剤モル比の減少と共にWIおよびYIを改善するこの傾向もまた、
図6および7に示されるが、
図6および7に示される線形回帰関係は以下で要約される。
【数13】
【数14】
【0163】
回帰関係に基づいて、不動態化剤モル比が2.2から0.42に低減すると、WIは15%増加(改善)し、同様にYIは280%低減(改善)した。
【0164】
可撓性の製造品
改善された(より高い)白色度指数(WI)および改善された(より低い)黄色度指数(YI)を有する、本明細書において開示されたエチレンインターポリマー生成物は、多様な可撓性の製造品に転化され得る。限定されない例は、単層または複数層フィルムを含み、そのようなフィルムは当業者に周知である。そのようなフィルムを調製するためのプロセスの限定されない例は、インフレーションフィルムプロセスおよび無延伸フィルムプロセスを含む。
【0165】
最終用途に依存して、改善された色を有する開示されたエチレンインターポリマー生成物は、広範な厚みにわたるフィルムに転化され得る。限定されない例は、厚みが約0.5ミル(13μm)から約4ミル(102μm)の範囲となり得る食品包装フィルムを含み、重袋(heavy duty sack)用途においては、フィルム厚は約2ミル(51μm)から約10ミル(254μm)の範囲となり得る。
【0166】
改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物は、単層フィルムにおいて使用されてもよく、単層は、改善された色および/または追加の熱可塑性物質を有する2種以上のエチレンインターポリマー生成物を含有してもよく、熱可塑性物質の限定されない例は、エチレンポリマーおよびプロピレンポリマーを含む。単層フィルム中の改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物の重量パーセントの下限は、約3wt%、他の場合においては約10wt%、さらに他の場合においては約30wt%であってもよい。単層フィルム中の改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物の重量パーセントの上限は、100wt%、他の場合においては約90wt%、さらに他の場合においては約70wt%であってもよい。
【0167】
本明細書において開示された改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物はまた、複数層フィルムの1つ以上の層において使用されてもよく、複数層フィルムの限定されない例は、3、5、7、9、11またはそれ以上の層を含む。複数層フィルム内の特定の層(改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物を含有する)の厚みは、全複数層フィルム厚の約5%、他の場合においては約15%、さらに他の場合においては約30%であってもよい。他の実施形態において、複数層フィルム内の特定の層(改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物を含有する)の厚みは、全複数層フィルム厚の約95%、他の場合においては約80%、さらに他の場合においては約65%であってもよい。複数層フィルムのそれぞれの個々の層は、改善された色を有する2種以上のエチレンインターポリマー生成物、および/または追加の熱可塑性物質を含有してもよい。
【0168】
追加の実施形態は、積層およびコーティングを含み、改善された色を有する開示されたエチレンインターポリマー生成物を含有する単層または複数層フィルムが、押出積層または接着積層または押出コーティングされている。押出積層または接着積層では、2つ以上の基板が、それぞれ熱可塑性物質または接着剤により互いに結合される。押出コーティングでは、熱可塑性物質が基板の表面に添加される。これらのプロセスは、当業者に周知である。
【0169】
エチレンインターポリマーから製造された物品の色を改善する必要がある。製造品の色は重要な属性であり、しばしば、色は顧客による品質の第一印象であることが多い。製造品の色が、顧客の期待を満足させることが不可欠である。本明細書において開示された改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物は、広範な製造品において、例えば1つ以上のフィルム(単層または複数層)を備える物品において使用され得る。そのような製造品の限定されない例は、食品包装フィルム(生鮮および冷凍食品、液体、および粒状食品)、スタンディングパウチ、レトルト包装およびバッグインボックス包装;バリアフィルム(酸素、水分、芳香、油等)および調整雰囲気包装;軽包装および重包装用伸縮性フィルムおよびラップ、コレーション伸縮性フィルム、パレット伸縮性フィルム、伸縮性の袋、伸縮性結束および伸縮性シュラウド;軽包装および重包装用ストレッチフィルム、ハンドストレッチラップ、機械ストレッチラップおよびストレッチフードフィルム;高透明度フィルム;重包装用袋;家庭用ラップ、オーバーラップフィルムおよびサンドイッチ袋;工業用および研究用フィルム、ゴミ袋、缶ライナー、雑誌用オーバーラップ、新聞袋、郵便袋、サックおよび封筒、バブルラップ、カーペットフィルム、家具用の袋、衣類用の袋、硬貨用の袋、オートパネルフィルム;医療用途、例えば白衣、掛け布および手術用衣;建築用フィルムおよびシート類、アスファルトフィルム、断熱袋、マスキングフィルム、造園用フィルムおよび袋;都市廃棄物処理および鉱業用途のジオメンブレンライナー;バッチ包装袋;農業用フィルム、マルチフィルムおよび温室用フィルム;店内包装、セルフサービスの袋、洋品店用の袋、買い物袋、持ち帰り用の袋およびTシャツ袋;配向フィルム、縦方向および二軸配向フィルム、ならびに配向ポリプロピレン(OPP)フィルムにおける機能性フィルム層、例えばシーラントおよび/または強靭性層を含む。改善された色を有する少なくとも1種のエチレンインターポリマー生成物を含有する1つ以上のフィルムを備える追加的な製造品は、積層および/または複数層フィルム;複数層フィルムおよび複合材におけるシーラントおよびタイ層;紙との積層;アルミニウム箔積層、または真空蒸着アルミニウムを含有する積層;ポリアミド積層;ポリエステル積層;押出コーティングされた積層;ならびにホットメルト接着剤配合物を含む。本段落において要約された製造品は、改善された色を有する開示されたエチレンインターポリマー生成物の少なくとも1つの実施形態を含む、少なくとも1つのフィルム(単層または複数層)を含有する。
【0170】
所望のフィルムの物理学的特性(単層または複数層)は、典型的には対象となる用途に依存する。所望のフィルム特性の限定されない例は、光学特性(光沢、ヘーズおよび透明性)、落槍衝撃強度、エルメンドルフ引裂度、弾性率(1%および2%割線係数)、穿刺伝播引裂き抵抗、引張特性(降伏強度、破断強度、破断時伸び、強靭性等)、ならびにヒートシール特性(ヒートシール開始温度および高温粘着力)を含む。市販製品(液体、固体、ペースト、パーツ等)をパウチ様包装内に投入およびシールする高速の垂直製袋充填プロセスおよび水平製袋充填プロセスにおいては、特定の高温粘着およびヒートシール特性が望ましい。
【0171】
この項において説明される製造品において使用されるフィルムは、その使用目的に依存して、任意選択で添加剤およびアジュバント(adjuvants)を含んでもよい。添加剤およびアジュバントの限定されない例は、ブロッキング防止剤、一次酸化防止剤、二次酸化防止剤、熱安定剤、スリップ剤、加工助剤、帯電防止添加剤、着色剤、染料、充填材料、光安定剤、光吸収剤、潤滑剤、顔料、可塑剤、核形成剤およびそれらの組み合わせを含む。好適な一次酸化防止剤の限定されない例は、共にBASF Corporation(Florham Park、NJ、U.S.A)から入手可能なIrganox 1010[CAS Reg.No.6683−19−8]およびIrganox 1076[CAS Reg.No.2082−79−3]を含む。好適な二次酸化防止剤の限定されない例は、BASF Corporation(Florham Park、NJ、U.S.A.)から入手可能なIrgafos 168[CAS Reg.No.31570−04−4];Addivant(Danbury CT、U.S.A.)から入手可能なWeston 705[CAS Reg.No.939402−02−5]、およびDover Chemical Corporation(Dover OH、U.S.A.)から入手可能なDoverphos Igp−11[CAS Reg.No.1227937−46−3]を含む。
【0172】
硬質製造品
改善された(より高い)白色度指数(WI)および改善された(より低い)黄色度指数(YI)を有する、本明細書において開示されたエチレンインターポリマー生成物は、多様な硬質製造品に転化され得る。限定されない例は、惣菜用容器、マーガリン入れ、飲料カップおよび農産物用トレイ;家庭用および工業用容器、カップ、ボトル、ペール、クレート、タンク、ドラム、バンパー、蓋、工業用バルク容器、工業用槽、材料取扱い容器、ボトルキャップライナー、ボトルキャップ、一体丁番閉鎖部(living hinge closures);玩具、遊び場の器具、レクリエーション器具、ボート、舶用および安全器具;ワイヤおよびケーブル用途、例えば電力ケーブル、通信ケーブルおよび導管;可撓性の管およびホース;圧力パイプおよび非圧力パイプ市場の両方を含むパイプ用途、例えば天然ガス分配、水道本管、室内配管、雨水管、下水管、波形管および導管;発泡シートまたはバンフォームから製造された発泡物品;軍用包装(器具および携帯食料);パーソナルケア包装、おむつおよび生理用品;化粧、製薬および医療包装;ならびにトラック荷台ライナー、パレットおよび自動車荷敷きを含む。本段落において要約される硬質製造品は、改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物の1種以上、または改善された色を有する本明細書において開示されたエチレンインターポリマー生成物の少なくとも1種と、少なくとも1種の他の熱可塑性物質とのブレンドを含有する。
【0173】
そのような硬質製造品は、以下の制限されないプロセスを用いて製造され得る:射出成形、圧縮成形、ブロー成形、回転成形、異形押出、パイプ押出し、シート熱成形、および化学的または物理的発泡剤を使用した発泡プロセス。
【0174】
硬質製造品の所望の物理的特性は、対象となる用途に依存する。所望の特性の限定されない例は、曲げ弾性率(1%および2%割線係数);引張強靭性;環境応力亀裂抵抗(ESCR);遅い亀裂成長抵抗性(PENT);耐摩耗性;ショア硬度;負荷下たわみ温度;VICAT軟化点;IZOD衝撃強度;ARM耐衝撃性;シャルピー耐衝撃性;色(白色度および/または黄色度指数)を含む。
【0175】
本開示のさらなる目的は、比較エチレンインターポリマーから形成された硬質製造品に比べて少なくとも1つの所望の物理学的特性の改善を有する、改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物を含む硬質製造品を提供することである。
【0176】
この項において説明される硬質製造品は、その使用目的に依存して、任意選択で添加剤およびアジュバントを含んでもよい。添加剤およびアジュバントの限定されない例は、酸化防止剤、スリップ剤、加工助剤、帯電防止添加剤、着色剤、染料、充填材料、熱安定剤、光安定剤、光吸収剤、潤滑剤、顔料、可塑剤、核形成剤およびそれらの組み合わせを含む。
【0177】
試験方法
試験の前に各検体を23±2℃および50±10%相対湿度で少なくとも24時間調整し、その後の試験を23±2℃および50±10%相対湿度で行った。本明細書において、「ASTM条件」という用語は、23±2℃および50±10%相対湿度で維持される実験室を指し、試験される検体は、試験前にこの実験室内で少なくとも24時間調整された。ASTMは、米国材料試験協会を指す。
【0178】
エチレンインターポリマー生成物の密度は、ASTM D792−13(2013年11月1日)を用いて決定した。
【0179】
エチレンインターポリマー生成物のメルトインデックスは、ASTM D1238(2013年8月1日)を用いて決定した。メルトインデックス、I
2、I
6、I
10およびI
21は、それぞれ2.16kg、6.48kg、10kgおよび21.6kgの重りを使用して190℃で測定した。本明細書において、「応力指数」(“stress exponent”)またはその頭字語「S.Ex.」という用語は、以下の関係により定義される。
【数15】
式中、I
6およびI
2は、それぞれ6.48kgおよび2.16kgの負荷で190℃で測定されたメルトフローレートである。
【0180】
エチレンインターポリマー生成物の分子量M
n、M
wおよびM
z、ならびに多分散性(M
w/M
n)は、ASTM D6474−12(2012年12月15日)を用いて決定した。この方法は、高温ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)により、エチレンインターポリマー生成物の分子量分布を明確化する。この方法は、GPCの較正に市販のポリスチレン標準を使用する。
【0181】
開示された例および比較例の「組成分布分岐指数」または「CDBI」は、Polymer ChAR(Valencia、Spain)から市販されている結晶−TREFユニットを使用して決定した。「TREF」という頭字語は、昇温溶出分別を指す。エチレンインターポリマー生成物の試料(80から100mg)をPolymer ChAR結晶−TREFユニットの反応器内に入れ、反応器に35mlの1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)を充填し、150℃に加熱し、この温度で2時間保持して、試料を溶解させた。次いで、TCB溶液のアリコート(1.5mL)を、ステンレス鋼ビーズを充填したPolymer ChAR TREFカラムに投入し、カラムを110℃で45分間平衡化した。次いで、0.09℃毎分の冷却速度を用いてTREFカラムを110℃から30℃に徐々に冷却することにより、カラム内でエチレンインターポリマー生成物をTCB溶液から結晶化させた。次いで、TREFカラムを30℃で30分間平衡化した。次いで、0.25℃毎分の加熱速度でカラムの温度を30℃から120℃に徐々に増加させながら、0.75mL/分の流速で純TCB溶媒をカラムに通過させることにより、結晶化したエチレンインターポリマー生成物をTREFカラムから溶出した。Polymer ChARソフトウェアを使用して、エチレンインターポリマー生成物がTREFカラムから溶出した際のTREF分布曲線が生成されたが、すなわち、TREF分布曲線は、TREF溶出温度の関数としてのカラムから溶出したエチレンインターポリマーの量(または強度)のプロットである。CDBI
50は、分析された各エチレンインターポリマー生成物のTREF分布曲線から計算した。「CDBI
50」は、組成が中央コモノマー組成の50%以内である(中央コモノマー組成の両側で25%)エチレンインターポリマーのパーセントとして定義され、これは、TREF組成分布曲線およびTREF組成分布曲線の正規化積算積分から計算される。当業者には、TREF溶出温度をコモノマー含量、すなわち、特定温度において溶出するエチレンインターポリマー分画中のコモノマーの量に変換するには、較正曲線が必要であることが理解される。そのような較正曲線の生成は、先行技術において、例えば、参照により本明細書に完全に組み込まれる、Wild et al.,J.Polym.Sci.,Part B,Polym.Phys.,Vol.20(3),pages 441−455において説明されている。
【0182】
以降N.A.A.と呼ばれる中性子放射化分析を使用して、エチレンインターポリマー中の触媒残渣を決定し、以下のように行った。放射バイアル(超高純度ポリエチレンで構成、7mL内容積)に、エチレンインターポリマー生成物試料を充填し、試料重量を記録した。空圧式移送システムを使用して、試料をSLOWPOKE(商標)核反応器(Atomic Energy of Canada Limited、Ottawa、Ontario、Canada)内に設置し、短半減期元素(例えばTi、V、Al、Mg、およびCl)に関しては30から600秒、または長半減期元素(例えばZr、Hf、Cr、FeおよびNi)に関しては3から5時間照射した。反応器内の平均熱中性子束は、5×10
11/cm
2/秒であった。照射後、試料を反応器から取り出してエージングし、放射能を崩壊させたが、短半減期元素は300秒エージングし、または長半減期元素は数日間エージングした。エージング後、ゲルマニウム半導体ガンマ線検出器(OrtecモデルGEM55185、Advanced Measurement Technology Inc.、Oak Ridge、TN、USA)およびマルチチャネル分析器(OrtecモデルDSPEC Pro)を使用して、試料のガンマ線スペクトルを記録した。試料中の各元素の量を、ガンマ線スペクトルから計算し、エチレンインターポリマー試料の総重量と比べてパーツパーミリオンで記録した。N.A.A.システムは、Specpure標準(所望の元素(純度99%超)の1000ppm溶液)を用いて較正した。1mLの溶液(対象元素)を15mm×800mmの矩形濾紙上にピペットで滴下し、空気乾燥させた。次いで、濾紙を1.4mLのポリエチレン照射バイアル内に設置し、N.A.A.システムにより分析した。標準を使用して、N.A.A.手順の感度を決定する(カウント/μg)。
【0183】
ぺレット形態のエチレンインターポリマー生成物の白色度指数(WI)および黄色度指数(YI)は、BYK Gardner Color−View比色計を使用して、ASTM E313−10(2010年に承認)に従って測定した。
【実施例】
【0184】
重合
以下の例は、本開示の選択された実施形態を例示することを目的として示されており、示された例は、添付の特許請求の範囲を限定しないことが理解される。
【0185】
改善された白色度指数(WI)および改善された黄色度指数(YI)を有するエチレンインターポリマー生成物の実施形態を、直列構成で配置された反応器を備える連続溶液重合パイロットプラントで生成した。プロセス溶媒としてメチルペンタン(市販のメチルペンタン異性体のブレンド)を使用した。第1のCSTR反応器(R1)の容積は3.2ガロン(12L)であり、第2のCSTR反応器(R2)の容積は5.8ガロン(22L)であり、管状反応器(R3)の容積は4.8ガロン(18L)であった。エチレンインターポリマー生成物の例は、約14MPaから約18MPaのR1圧力を使用して生成したが、R2は、R1からR2への連続流動を促進するために、より低い圧力で操作した。R1およびR2は、R1からの第1の出力ストリームがR2に直接流入する直列モードで操作した。両方のCSTRは、反応器内容物が十分に混合される条件を与えるように撹拌した。プロセスは、新鮮なプロセス溶媒、エチレン、1−オクテンおよび水素を反応器に供給することにより、連続的に操作した。
【0186】
使用されたシングルサイト触媒成分は、成分(i)、シクロペンタジエニルトリ(tert−ブチル)ホスフィンイミンチタンジクロリド、(Cp[(t−Bu)
3PN]TiCl
2)(以降PIC−1と呼ばれる);成分(ii)、メチルアルミノキサン(MAO−07);成分(iii)、トリチルテトラキス(ペンタフルオロ−フェニル)ボレート;および成分(iv)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノールであった。使用されたシングルサイト触媒成分溶媒は、成分(ii)および(iv)に対してはメチルペンタンであり、成分(i)および(iii)に対してはキシレンであった。R1に添加されたPIC−1の量、「R1(i)(ppm)」を表1Aに示すが、明確に述べると、表1A中の例51において、R1内の溶液は、0.11ppmの成分(i)、すなわちPIC−1を含有していた。例51を生成するために使用されたシングルサイト触媒成分のモル比は、R1(ii)/(i)モル比=100.03、すなわち[(MAO−07)/(PIC−1)]であり;R1(iv)/(ii)モル比=0.0、すなわち[(2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール)/(MAO−07)]であり;R1(iii)/(i)モル比=1.1、すなわち[(トリチルテトラキス(ペンタフルオロ−フェニル)ボレート)/(PIC−1)]であった。シングルサイト触媒配合物は、プロセス溶媒を使用してR1に注入され、この触媒含有溶媒の流速は約30kg/時間であり、このラインの温度(第1の触媒溶液温度、CST−1)が調節された。
【0187】
インライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物は、成分(v)、ブチルエチルマグネシウム;成分(vi)、塩化tert−ブチル;成分(vii)、四塩化チタン;成分(viii)、ジエチルアルミニウムエトキシド;および成分(ix)、トリエチルアルミニウムの諸成分から調製した。触媒成分溶媒として、メチルペンタンを使用した。以下のステップを用いて、インライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物を調製した。ステップ1において、トリエチルアルミニウムおよびジブチルマグネシウム((トリエチルアルミニウム)/(ジブチルマグネシウム)モル比は20)の溶液を塩化tert−ブチルの溶液と組み合わせ、約30秒間(HUT−1)反応させ;ステップ2において、四塩化チタンの溶液を、ステップ1で形成された混合物に添加し、約14秒間(HUT−2)反応させ;ステップ3において、ステップ2で形成された混合物をさらに3秒間(HUT−3)反応させてから、R2に注入した。プロセス溶媒を使用して、インライン式チーグラ−ナッタ前駆触媒配合物をR2に注入したが、触媒含有溶媒の流速は約49kg/時間であり、このラインの温度(第2の触媒溶液温度、CST−2)を調節した。ジエチルアルミニウムエトキシドの溶液をR2に注入することにより、インライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物をR2内で形成した。反応器2(R2)に添加された四塩化チタンの量「R2(vii)(ppm)」を表1Aに示すが、明確に述べると、例51において、R2内の溶液は、3.67ppmのTiCl
4を含有していた。インライン式チーグラ−ナッタ触媒成分のモル比、具体的には、R2(vi)/(v)モル比、すなわち[(塩化tert−ブチル)/(ブチルエチルマグネシウム)];R2(viii)/(vii)モル比、すなわち[(ジエチルアルミニウムエトキシド)/(四塩化チタン)];およびR2(ix)/(vii)モル比、すなわち[(トリエチルアルミニウム)/(四塩化チタン)]もまた、表1Aに示す。明確に述べると、例51において、インライン式チーグラ−ナッタ触媒を合成するために、R2(vi)/(v)モル比=2.07;R2(viii)/(vii)モル比=1.35;およびR2(ix)/(vii)モル比=0.35のモル比を使用した。
図1を参照すると、開示された例のすべてにおいて、ストリーム10d中のジエチルアルミニウムエトキシドである成分(viii)の100%が、ストリーム10hを介して反応器12aに添加された。
【0188】
比較例2において、反応器1および反応器2の両方にシングルサイト触媒配合物を使用した。比較例2と比べて、R1においてシングルサイト触媒配合物が使用され、R2において不均一触媒配合物が使用された例51〜55の最大エチレンインターポリマー生成物生成率(kg/時間)は、少なくとも17.1%高かった。例えば、例52(R1におけるシングルサイト触媒配合物+R2におけるインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物)では、エチレンインターポリマー生成物は94.4kg/時間の生成率で生成され、一方、比較例2(R1およびR2の両方におけるシングルサイト触媒配合物)では、比較エチレンインターポリマー生成物の最大生成率は、80.6kg/時間であった。
【0189】
反応器内の溶媒の平均滞留時間は、主に、各反応器を通って流動する溶媒の量、および溶液プロセスを通して流動する溶媒の総量により影響され、以下は、表1A〜1Cに示される例についての代表的または典型的な値である:平均反応器滞留時間は、R1において約61秒、R2において約73秒、R3において約50秒であった(R3の容積は、約4.8ガロン(18L)であった)。
【0190】
連続溶液重合プロセスにおける重合は、管状反応器(R3)から出る第3の出力ストリームに触媒不活性化剤を添加することにより停止した。使用された触媒不活性化剤は、P&G Chemicals(Cincinnati、OH、U.S.A)から市販されているオクタン酸(カプリル酸)であった。触媒不活性化剤は、添加される脂肪酸のモルが、重合プロセスに添加されるチタンおよびアルミニウムの全モル量の50%となるように添加されたが、明確に説明すると、添加されるオクタン酸のモル=0.5×(チタンのモル+アルミニウムのモル)であり、このモル比はすべての例において一貫して使用された。
【0191】
二段階脱揮プロセスを使用して、プロセス溶媒からエチレンインターポリマー生成物を回収し、すなわち、2つの蒸気/液体分離器を使用し、(第2のV/L分離器からの)第2の底部ストリームを歯車ポンプ/ペレット化器の組み合わせに通過させた。Kyowa Chemical Industry Co.LTD(東京、日本)により供給されたDHT−4V(ハイドロタルサイト)を、連続溶液プロセスにおいて不動態化剤または酸除去剤として使用した。プロセス溶媒中のDHT−4Vのスラリーを、第1のV/L分離器の前に添加した。添加されたDHT−4Vのモル量は、プロセスに添加されたクロリドのモル量より約10倍高かったが、添加されたクロリドは、四塩化チタンおよび塩化tert−ブチルであった。
【0192】
ペレット化の前に、エチレンインターポリマー生成物の重量に基づいて、500ppmのIrganox 1076(一次酸化防止剤)および500ppmのIrgafos 168(二次酸化防止剤)を添加することにより、エチレンインターポリマー生成物を安定化した。酸化防止剤をプロセス溶媒中に溶解し、第1および第2のV/L分離器の間に添加した。
【0193】
例51〜55および比較例2の場合、表1Bおよび1Cは、追加のプロセスパラメータ、例えば、反応器間のエチレンおよび1−オクテン分配、反応器温度およびエチレン転化率等を開示している。表1A〜1Cにおいて、標的エチレンインターポリマー生成物は、1.0メルトインデックス(I
2)(ASTM D1239、2.16kg負荷、190℃)および0.917g/cm
3(ASTM D792)であった。比較例2では、シングルサイト触媒配合物が反応器R1および反応器R2の両方に注入され、ES
R1は50%であり、ES
R2は50%であった。例51では、シングルサイト触媒配合物がR1に注入され、インライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物がR2に注入され、ES
R1は40%であり、ES
R2は60%であった。
【0194】
改善された白色度指数(WI)および改善された黄色度指数(YI)を有するエチレンインターポリマー生成物の追加の実施形態を、表5A〜5Cおよび表7A〜7Cに示す。
【0195】
表1A
1.0I
2および0.917g/cm
3のエチレンインターポリマー生成物を標的とした、例51〜55および比較例2についての連続溶液プロセス触媒パラメータ。
【表1】
【0196】
表1B
例51〜55および比較例2についての追加の溶液プロセスパラメータ。
【表2】
【0197】
表1C
例51〜55および比較例2についての追加の溶液プロセスパラメータ。
【表3】
【0198】
表2
例51〜55の密度、メルトインデックスおよび色。
【表4】
【0199】
表3
触媒溶液温度CST−1およびCST−2が調節された際のエチレンインターポリマー生成物の白色度指数(WI)および黄色度指数(YI)の改善パーセント。
【表5】
【0200】
表4
例51〜55ならびに比較例HおよびEにおける色および触媒残渣。
【表6】
【0201】
表5A
1.0I
2および0.917g/cm
3のエチレンインターポリマー生成物を標的とした、例41〜44についての連続溶液プロセス触媒パラメータ。
【表7】
【0202】
表5B
例41〜44についての追加の溶液プロセスパラメータ。
【表8】
【0203】
表5C
例41〜44についての追加の溶液プロセスパラメータ。
【表9】
【0204】
表6
触媒不活性化剤モル比の関数としてのエチレンインターポリマー生成物の色;表4A〜4Cにおける追加の溶液プロセスパラメータを参照されたい。
【表10】
【0205】
表7A
1.0I
2および0.917g/cm
3のエチレンインターポリマー生成物を標的とした、例31〜34についての連続溶液プロセス触媒パラメータ。
【表11】
【0206】
表7B
例31〜34についての追加の溶液プロセスパラメータ。
【表12】
【0207】
表7C
例31〜34についての追加の溶液プロセスパラメータ。
【表13】
【0208】
表8
不動態化剤モル比の関数としてのエチレンインターポリマー生成物の色;表4A〜4Cに示される追加の溶液プロセスデータを参照されたい。
【表14】
【0209】
表9
本明細書において開示されたエチレンインターポリマー生成物のコンピュータ生成シミュレーション。コンピュータ生成シミュレーション例13は、R1においてシングルサイト触媒配合物(PIC−1)を、R2においてインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物を使用して生成され、R3は4.8ガロン(18L)であり、生成率は90.9kg/時間であり、R3出口温度は217.1℃であった。
【表15】
【0210】
産業上の利用可能性
本開示の産業上の利用可能性は、改善された色指数を有するエチレンインターポリマーを製造するためのプロセスである。これらの開示されたエチレンインターポリマーは、広範な用途において、例えば可撓性フィルム包装および硬質成形物品に使用可能である。
本発明に包含され得る諸態様は、以下のとおりである。
[態様1]
改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物を提供するための連続溶液重合プロセスであって、
i)所望の色指数値を選択することと、
ii)第1の触媒溶液温度(CST−1)を有する第1の触媒溶液中のシングルサイト触媒配合物を調製することと、
iii)前記CST−1を調節することと、
iv)前記第1の触媒溶液、エチレン、プロセス溶媒、任意選択で1種以上のα−オレフィン、および任意選択で水素を、第1の反応器内に注入して、前記プロセス溶媒中に第1のエチレンインターポリマーを含有する第1の出力ストリームを生成することと、
v)第2の触媒溶液温度(CST−2)を有する第2の触媒溶液中の第1の不均一触媒配合物を調製することと、
vi)前記CST−2を調節することと、
vii)前記第1の出力ストリームを第2の反応器内に通し、前記第2の反応器内に、前記第2の触媒溶液、エチレン、前記プロセス溶媒、任意選択で1種以上のα−オレフィン、および任意選択で水素を注入して、前記プロセス溶媒中に第2のエチレンインターポリマーおよび前記第1のエチレンインターポリマーを含有する第2の出力ストリームを生成することと、
viii)任意選択で、第3の触媒溶液温度(CST−3)を有する第3の触媒溶液中の第2の不均一触媒配合物を調製することと、
ix)任意選択で、前記CST−3を調節することと、
x)前記第2の出力ストリームを第3の反応器内に通し、任意選択で、前記第3の反応器内に、前記第3の触媒溶液、エチレン、前記プロセス溶媒、1種以上のα−オレフィン、および水素を注入して、前記プロセス溶媒中に任意選択の第3のエチレンインターポリマー、前記第2のエチレンインターポリマーおよび前記第1のエチレンインターポリマーを含有する第3の出力ストリームを生成することと、
xi)前記第3の出力ストリームを相分離して、前記第1のエチレンインターポリマー、前記第2のエチレンインターポリマーおよび任意選択で前記第3のエチレンインターポリマーを含む前記エチレンインターポリマー生成物を回収することと、
xii)前記エチレンインターポリマー生成物の観察される色指数値を測定し、前記所望の色指数値を達成するためにCST−1およびCST−2、ならびに任意選択でCST−3を調節することと
を含むプロセス。
[態様2]
改善された色を有するエチレンインターポリマー生成物を提供するための連続溶液重合プロセスであって、
i)所望の色指数値を選択することと、
ii)第1の触媒溶液温度(CST−1)を有する第1の触媒溶液中のシングルサイト触媒配合物を調製することと、
iii)前記CST−1を調節することと、
iv)前記第1の触媒溶液、エチレン、プロセス溶媒、任意選択で1種以上のα−オレフィン、および任意選択で水素を、第1の反応器内に注入して、前記プロセス溶媒中に第1のエチレンインターポリマーを含有する第1の出力ストリームを生成することと、
v)第2の触媒溶液温度(CST−2)を有する第2の触媒溶液中の第1の不均一触媒配合物を調製することと、
vi)前記CST−2を調節することと、
vii)前記第2の触媒溶液、エチレン、前記プロセス溶媒、任意選択で1種以上のα−オレフィン、および任意選択で水素を、第2の反応器内に注入して、前記プロセス溶媒中に第2のエチレンインターポリマーを含有する第2の出力ストリームを生成することと、
viii)前記第1および前記第2の出力ストリームを組み合わせて、第3の出力ストリームを形成することと、
ix)任意選択で、第3の触媒溶液温度(CST−3)を有する第3の触媒溶液中の第2の不均一触媒配合物を調製することと、
x)任意選択で、前記CST−3を調節することと、
xi)前記第3の出力ストリームを第3の反応器内に通し、任意選択で、前記第3の反応器内に、前記第3の触媒溶液、エチレン、前記プロセス溶媒、1種以上のα−オレフィン、水素を注入して、前記プロセス溶媒中に任意選択の第3のエチレンインターポリマー、前記第2のエチレンインターポリマーおよび前記第1のエチレンインターポリマーを含有する第4の出力ストリームを生成することと、
xii)前記第4の出力ストリームを相分離して、前記第1のエチレンインターポリマー、前記第2のエチレンインターポリマーおよび任意選択で前記第3のエチレンインターポリマーを含む前記エチレンインターポリマー生成物を回収することと、
xiii)前記エチレンインターポリマー生成物の観察される色指数値を測定し、前記所望の色指数値を達成するために前記CST−1および前記CST−2、ならびに任意選択で前記CST−3を調節することと
を含むプロセス。
[態様3]
前記所望の色指数値が、黄色度指数(YI)である、上記態様1または2に記載のプロセス。
[態様4]
前記CST−1が、30℃から10℃の間で調節され、前記CST−2が、35℃から20℃の間で調節され、5%から250%減少した前記黄色度指数(YI)を有する前記エチレンインターポリマー生成物を生成する、上記態様3に記載のプロセス。
[態様5]
前記所望の色指数値が、白色度指数(WI)である、上記態様1または2に記載のプロセス。
[態様6]
前記CST−1が、30℃から10℃の間で調節され、前記CST−2が、35℃から20℃の間で調節され、5%から20%増加した前記白色度指数(WI)を有する前記エチレンインターポリマー生成物を生成する、上記態様5に記載のプロセス。
[態様7]
a)任意選択で、前記第2の反応器の下流側で、前記第2の出力ストリームに触媒不活性化剤Aを添加し、不活性化溶液Aを形成することと、
b)前記第3の反応器の下流側で、前記第3の出力ストリームに触媒不活性化剤Bを添加し、不活性化溶液Bを形成すること(ただし、ステップa)において前記触媒不活性化剤Aが添加される場合にはこのステップb)は省略される)と、
c)前記不活性化溶液AまたはBを相分離して、前記エチレンインターポリマー生成物を回収することと
をさらに含む、上記態様1または2に記載のプロセス。
[態様8]
a)前記不活性化溶液AまたはBに不動態化剤を添加して、不動態化溶液を形成することと、
b)前記不動態化溶液を相分離して、前記エチレンインターポリマー生成物を回収することと
をさらに含む、上記態様7に記載のプロセス。
[態様9]
前記第1の不均一触媒配合物が、第1のインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物または第1のバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物であり、任意選択で、前記第2の不均一触媒配合物が、第2のインライン式チーグラ−ナッタ触媒配合物または第2のバッチ式チーグラ−ナッタ触媒配合物である、上記態様1または2に記載のプロセス。
[態様10]
前記第1、第2および第3の反応器が、80℃から300℃の温度および3MPagから45MPagの圧力で動作する、上記態様1または2に記載のプロセス。
[態様11]
前記任意選択の1種以上のα−オレフィンが、C3からC10α−オレフィンである、上記態様1または2に記載のプロセス。
[態様12]
前記任意選択のα−オレフィンが、1−ヘキセン、1−オクテンまたは1−ヘキセンおよび1−オクテンの混合物である、上記態様1または2に記載のプロセス。
[態様13]
前記触媒不活性化剤が、カルボン酸RCO2H(式中、Rは、5から20個の炭素原子を有する直鎖または分岐ヒドロカルビル基である)である、上記態様7に記載のプロセス。
[態様14]
2.5ppm超の第1の全触媒金属を含み、2.5ppm未満の第2の全触媒金属を有するポリエチレン組成物に比べて改善された所望の色指数を有する、エチレンインターポリマー生成物。
[態様15]
前記所望の色指数値が、黄色度指数(YI)である、上記態様14に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様16]
前記黄色度指数(YI)が、前記ポリエチレン組成物に比べて−5から−150%改善(低減)されている、上記態様15に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様17]
前記所望の色指数値が、白色度指数(WI)である、上記態様14に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様18]
前記白色度指数(WI)が、前記ポリエチレン組成物に比べて5から65%改善(増加)されている、上記態様17に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様19]
0.3dg/分から500dg/分のメルトインデックスおよび0.869g/cm3から0.975g/cm3の密度をさらに有し、メルトインデックスは、ASTM D1238(2.16kg負荷および190℃)に従い測定され、密度は、ASTM D792に従い測定される、上記態様14に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様20]
2から25のMw/Mnをさらに有する、上記態様14に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様21]
20%から97%のCDBI50をさらに有する、上記態様14に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様22]
(i)0.01dg/分から200dg/分のメルトインデックスおよび0.855g/cm3から0.975g/cm3の密度を有する、15重量パーセントから60重量パーセントの第1のエチレンインターポリマーと、
(ii)0.3dg/分から1000dg/分のメルトインデックスおよび0.89g/cm3から0.975g/cm3の密度を有する、30重量パーセントから85重量パーセントの第2のエチレンインターポリマーと、
(iii)任意選択で、0.5dg/分から2000dg/分のメルトインデックスおよび0.89g/cm3から0.975g/cm3の密度を有する、0重量パーセントから30重量パーセントの第3のエチレンインターポリマーと
をさらに含み、
重量パーセントは、前記第1の、または前記第2の、または前記第3のエチレンポリマーの重量を、前記エチレンインターポリマー生成物の総重量で除したものである、
上記態様14に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様23]
前記第1のエチレンインターポリマーが、第1のMw/Mnを有し、前記第2のエチレンインターポリマーが、第2のMw/Mnを有し、前記任意選択の第3のエチレンが、第3のMw/Mnを有し、前記第1のMw/Mnは、前記第2のMw/Mnおよび前記任意選択の第3のMw/Mnより低い、上記態様22に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様24]
前記第2のエチレンインターポリマーおよび前記第3のエチレンインターポリマーをブレンドすることにより、第4のMw/Mnを有する不均一エチレンインターポリマーブレンドが生成され、前記第4のMw/Mnは、前記第2のMw/Mnより広くない、上記態様23に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様25]
前記第2のMw/Mnおよび前記任意選択の第3のMw/Mnが、4.0未満である、上記態様23に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様26]
前記第1のエチレンインターポリマーが、第1のCDBI50を有し、前記第2のエチレンインターポリマーが、第2のCDBI50を有し、前記任意選択の第3のエチレンインターポリマーが、第3のCDBI50を有し、前記第1のCDBI50は、前記第2のCDBI50および前記任意選択の第3のCDBI50より高い、上記態様22に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様27]
前記第1の全触媒金属が、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムまたはクロムの1つ以上から選択される、上記態様14に記載のエチレンインターポリマー生成物。
[態様28]
上記態様1または2に記載のプロセスに従い作製されるエチレンインターポリマー生成物。