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特表2022-545567ポリエチレンおよびその塩素化ポリエチレン
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  • 特表-ポリエチレンおよびその塩素化ポリエチレン 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-27
(54)【発明の名称】ポリエチレンおよびその塩素化ポリエチレン
(51)【国際特許分類】
   C08F 110/02 20060101AFI20221020BHJP
   C08F 8/20 20060101ALI20221020BHJP
   C08F 4/6592 20060101ALI20221020BHJP
【FI】
C08F110/02
C08F8/20
C08F4/6592
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022513975
(86)(22)【出願日】2021-06-10
(85)【翻訳文提出日】2022-03-01
(86)【国際出願番号】 KR2021007264
(87)【国際公開番号】W WO2021251766
(87)【国際公開日】2021-12-16
(31)【優先権主張番号】10-2020-0070525
(32)【優先日】2020-06-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0075020
(32)【優先日】2021-06-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】500239823
【氏名又は名称】エルジー・ケム・リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100122161
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 崇
(72)【発明者】
【氏名】シ・ジュン・イ
(72)【発明者】
【氏名】スン・ミ・キム
(72)【発明者】
【氏名】チョルファン・ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ボグ・キ・ホン
【テーマコード(参考)】
4J100
4J128
【Fターム(参考)】
4J100AA02P
4J100BB01H
4J100CA01
4J100CA31
4J100DA01
4J100DA04
4J100DA09
4J100DA15
4J100DA41
4J100DA42
4J100DA43
4J100FA03
4J100FA10
4J100HA21
4J100HB04
4J100HC36
4J100HE06
4J100JA11
4J100JA28
4J100JA58
4J128AA02
4J128AC10
4J128AC20
4J128AC28
4J128AD01
4J128AD02
4J128AD07
4J128AD08
4J128AD11
4J128AD13
4J128AD16
4J128AE05
4J128BA01A
4J128BA01B
4J128BB01A
4J128BB01B
4J128BC12B
4J128BC13B
4J128BC15B
4J128BC16B
4J128BC24B
4J128BC25A
4J128CA28A
4J128EA01
4J128EB02
4J128EC01
4J128FA02
4J128FA09
4J128GA01
4J128GA05
4J128GA06
4J128GA07
4J128GA08
(57)【要約】
本発明に係るポリエチレンは、分子構造内の高結晶領域を最適化して、これを塩素と反応させて高速押出時、加工性および寸法安定性に優れた塩素化ポリエチレンと、これを含むCPEコンパウンドを製造することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
MI(190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数)が0.8g/10min~1.4g/10minであり、
溶融流れ指数(MFRR21.6/5、ASTM D1238の方法で190℃、21.6kgの荷重で測定した溶融指数を190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数で割った値)は18~22であり、
温度上昇溶離分別(TREF)グラフ上で、溶離温度105℃以上に相当する高結晶領域のグラフの面積を、全体グラフの面積で割った百分率値を示す高結晶領域の比率が10%以下である、ポリエチレン。
【請求項2】
エチレンホモ重合体である、請求項1に記載のポリエチレン。
【請求項3】
MI2.16(190℃、2.16kgの荷重で測定した溶融指数)が0.01g/10min~0.45g/10minである、請求項1に記載のポリエチレン。
【請求項4】
前記高結晶領域の比率が3%~10%である、請求項1に記載のポリエチレン。
【請求項5】
密度が0.955g/cm~0.960g/cmである、請求項1に記載のポリエチレン。
【請求項6】
分子量分布(Mw/Mn)が5~10である、請求項1に記載のポリエチレン。
【請求項7】
重量平均分子量が110000g/mol~250000g/molである、請求項1に記載のポリエチレン。
【請求項8】
下記化学式1で表される第1メタロセン化合物1種以上;および下記化学式2で表される化合物の中から選択される第2メタロセン化合物1種以上の存在下でエチレンを重合する段階を含み、
前記第1メタロセン化合物および前記第2メタロセン化合物の重量比は40:60~45:55である、ポリエチレンの製造方法:
【化1】
前記化学式1中、
~Rのうちのいずれか1つ以上は-(CH-ORであり、ここで、Rは炭素数1~6の直鎖または分枝鎖アルキルであり、nは2~6の整数であり、
~Rのうちの残りは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、または炭素数7~40のアリールアルキルからなる群より選択される官能基であるか、または互いに隣接する2個以上が互いに連結されて炭素数1~10のヒドロカルビル基で置換または非置換の炭素数6~20の脂肪族または芳香族環を形成することができ、
およびQは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数2~20のアルコキシアルキル、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、または炭素数7~40のアリールアルキルであり;
は炭素(C)、ケイ素(Si)、またはゲルマニウム(Ge)であり;
は4族遷移金属であり;
およびXは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数6~20のアリール、ニトロ基、アミド基、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のアルコキシ、または炭素数1~20のスルホン酸塩基であり;
mは0または1の整数であり、
【化2】
前記化学式2中、
およびQは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数2~20のアルコキシアルキル、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、炭素数7~40のアリールアルキルであり;
は炭素(C)、ケイ素(Si)、またはゲルマニウム(Ge)であり;
は4族遷移金属であり;
およびXは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数6~20のアリール、ニトロ基、アミド基、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のアルコキシ、または炭素数1~20のスルホン酸塩基であり;
およびCのうちの一つは下記化学式3aまたは化学式3bで表され、CおよびCはのうちの残りの一つは下記化学式3c、化学式3d、または化学式3eで表され;
【化3】
【化4】
前記化学式3a、3b、3c、3dおよび3e中、R~R21およびR9’~R21’は互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数1~20のハロアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のシリルアルキル、炭素数1~20のアルコキシシリル、炭素数1~20のアルコキシ、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、または炭素数7~40のアリールアルキルであり、ただし、R17~R21およびR17’~R21’のうちの一つ以上は炭素数1~20のハロアルキルであり;
22~R39は互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数1~20のハロアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のシリルアルキル、炭素数1~20のアルコキシシリル、炭素数1~20のアルコキシ、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、または炭素数7~40のアリールアルキルであるか、あるいはR22~R39のうちの互いに隣接する2個以上が互いに連結されて炭素数1~10のヒドロカルビル基で置換または非置換の炭素数6~20の脂肪族または芳香族環を形成することができ;
はAおよびMと結合する部位を示す。
【請求項9】
前記第1メタロセン化合物は、下記化学式1-1~1-4のうちのいずれか一つで表される、請求項8に記載のポリエチレンの製造方法:
【化5】
【化6】
前記化学式1-1~1-4中、
、Q、A、M、X、X、およびR~Rは請求項8で定義した通りであり、
R’およびR’’は互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~10のヒドロカルビル基である。
【請求項10】
およびRはそれぞれ炭素数1~6のアルキル、または炭素数1~6のアルコキシで置換された炭素数2~6のアルキルである、請求項8に記載のポリエチレンの製造方法。
【請求項11】
前記第2メタロセン化合物は、下記化学式2-1で表される、請求項8に記載のポリエチレンの製造方法:
【化7】
前記化学式2-1中、
、Q、A、M、X、X、R11、およびR17~R29は請求項8で定義した通りである。
【請求項12】
17~R21およびR17’~R21’はそれぞれ、水素、または炭素数1~6のハロアルキルであり、ただし、R17~R21およびR17’~R21’のうちの一つ以上は炭素数1~6のハロアルキルである、請求項8に記載のポリエチレンの製造方法。
【請求項13】
前記重合段階は、エチレン含有量を基準にして水素気体100ppm~150ppmで投入して行われる、請求項8に記載のポリエチレンの製造方法。
【請求項14】
請求項1~7のいずれか一項に記載のポリエチレンと塩素を反応させて製造される、塩素化ポリエチレン。
【請求項15】
121℃の条件下で測定したムーニー粘度(MV、Mooney viscosity)が50~60であり、GB/T53によるShore Aの方法で測定した硬度が50以下であり、残留結晶(DSC 1st heating、30℃~150℃ peak)による融解熱が1.5J/g以下である、請求項14に記載の塩素化ポリエチレン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[関連出願の相互参照]
本出願は、2020年6月10日付の韓国特許出願第10-2020-0070525号および2021年6月9日付の韓国特許出願第10-2021-0075020号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
【0002】
本発明は、分子構造内の高結晶領域を最適化して、高速押出時、加工性および寸法安定性に優れた塩素化ポリエチレンを製造できる、ポリエチレンおよびその塩素化ポリエチレンに関する。
【背景技術】
【0003】
ポリエチレンと塩素を反応させて製造される塩素化ポリエチレンは、ポリエチレンに比べて物理的および機械的特性がより改善されることが知られており、特に苛酷な外部環境にも耐えられるため、各種容器、繊維、パイプなどのパッキング材料と電熱材料として使用される。
【0004】
CPE(Chlorinated Polyethylene)などの塩素化ポリエチレンは無機物添加剤および架橋剤とコンパウンディングにより電線およびケーブルなどの用途に多く使用されるが、通常、ポリエチレンを懸濁液状態で塩素と反応させて製造するか、またはポリエチレンをHCl水溶液で塩素と反応させて製造することができる。このようなCPEコンパウンド製品の場合、優れた引張強度が求められるが、塩素化ポリエチレンの物性によりコンパウンドの強度が異なる。現在よく知られている汎用塩素化ポリエチレンの場合、チーグラ-ナッタ触媒を用いたポリエチレンを適用するので分子量分布が広くてCPEコンパウンドの製造時、引張強度が不足するとい短所がある。メタロセン触媒の適用時、一般に分子量分布が狭くて加工性が不足できるが、優れた塩素分布の均一性でCPEの硬度を下げて加工性を向上させた。
【0005】
しかし、薄い電線およびケーブルなどの製品への加工の際、高速で押出する工程を経るため、ポリエチレンと塩素を反応させて高速押出時にも優れた押出加工性および押出寸法安定性を向上できるように加工負荷を最小化する方案が継続的に研究されてきた。
【0006】
したがって、高速押出時にも押出加工性および寸法安定性を顕著に向上させるためには塩素化ポリエチレンに対して優れた塩素分布の均一性が求められ、そのために高結晶領域が最適化される分子構造を有するポリエチレンを製造できる技術の開発が要求され続けている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、分子構造内の高結晶領域を最適化して、高速押出時、加工性および寸法安定性に優れた塩素化ポリエチレンを製造できる、ポリエチレンおよびその塩素化ポリエチレンを提供する。
【0008】
また、本発明は、前記ポリエチレンを製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一実施形態によれば、MI(190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数)が0.8g/10min~1.4g/10minであり、溶融流れ指数(MFRR21.6/5、ASTM D1238の方法で190℃、21.6kgの荷重で測定した溶融指数を190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数で割った値)は18~22であり、温度上昇溶離分別(TREF)のグラフ上で、溶離温度105℃以上に相当する高結晶領域のグラフの面積を、全体グラフの面積で割った百分率値を示す高結晶領域の比率が10%以下であるポリエチレンが提供される。
【0010】
また、本発明は、前記ポリエチレンを製造する方法を提供する。
【0011】
また、本発明は、前記ポリエチレンと塩素を反応させて製造される塩素化ポリエチレンを提供する。
【発明の効果】
【0012】
本発明に係るポリエチレンは、分子構造内の高結晶領域を最適化して、これを塩素と反応させて高速押出時、加工性および寸法安定性に優れた塩素化ポリエチレンを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の一実施形態による実施例1-1のポリエチレンと、比較例1-1のポリエチレンに対する温度上昇溶離分別(TREF)グラフを示したものある。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明において、第1、第2などの用語は多様な構成要素を説明するために使用され、前記用語は1つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。
【0015】
また、本明細書で使用される用語は単に例示的な実施例を説明するために使用され、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なる意味を示さない限り、複数の表現を含む。本明細書において「含む」、「備える」または「有する」などの用語は実施された特徴、数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するためであり、1つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、構成要素、またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものと理解されなければならない。
【0016】
また、本明細書の全体において使用される程度の用語「約」、「実質的に」などは、言及された意味に固有の製造および物質許容誤差が提示されるとき、その数値でまたはその数値に近接した意味として使用され、本発明の理解を助けるために正確であるかまたは絶対的な数値が言及された開示内容を非良心的な侵害者が不当に利用することを防止するために使用される。
【0017】
また、本明細書において「重量部(part by weight)」とは、ある物質の重量を基準として残りの物質の重量を比で示す相対的な概念を意味する。例えば、A物質の重量が50gであり、B物質の重量が20gであり、C物質の重量が30gである混合物において、A物質100重量部に対してB物質およびC物質の量は、それぞれ40重量部および60重量部である。
【0018】
また、「重量%(% by weight)」とは、全体の重量に対して、ある物質の重量を百分率で示す絶対的な概念を意味する。上記の例の混合物において、混合物の全体重量100%に対してA物質、B物質、およびC物質の含有量はそれぞれ50重量%、20重量%、30重量%である。この時、各成分含有量の総和は100重量%を超えない。
【0019】
本発明は多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるため、特定の実施形態を例示し、下記で詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定するものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物または代替物を含むものとして理解しなければならない。
【0020】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【0021】
本発明の一実施形態によれば、高結晶領域が最適化された分子構造を実現して、高速押出時、加工性および寸法安定性に優れた塩素化ポリエチレンを製造できるポリエチレンが提供される。
【0022】
前記ポリエチレンは、MI(190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数)が0.8g/10min~1.4g/10minであり、溶融流れ指数(MFRR21.6/5、ASTM D1238の方法で190℃、21.6kgの荷重で測定した溶融指数を190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数で割った値)は18~22であり、温度上昇溶離分別(TREF)グラフ上で、溶離温度105℃以上に相当する高結晶領域のグラフの面積を、全体グラフの面積で割った百分率値を示す高結晶領域の比率が10%以下であることを特徴とする。
【0023】
本発明に係るポリエチレンは、分子構造内の高結晶領域を最適化して高速押出時、加工性および寸法安定性に優れた塩素化ポリエチレンを提供することができる。
【0024】
特に、本発明のポリエチレンは、分子構造内の高結晶領域が少なくなることによって、同じ塩素化条件で塩素化ポリエチレンの残留結晶が低くなる。このように塩素化ポリエチレンの残留結晶が低いほど硬度が低く、これを用いた塩素化ポリエチレンコンパウンド中の分散性に優れて、ムーニー粘度で現れる加工性および可塑度で現れる寸法安定性を顕著に向上させることができる。
【0025】
本発明に係るポリエチレンは、別途の共重合体を含まないエチレンホモ重合体であり得る。
【0026】
前記ポリエチレンは、後述するように、特定のメタロセン触媒を最適化して製造することにより、MI(190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数)および溶融流れ指数(MFRR21.6/5、ASTM D1238の方法で190℃、21.6kgの荷重で測定した溶融指数を190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数で割った値)を最適化すると同時に、温度上昇溶離分別(TREF)グラフ上で高結晶領域の比率を最適化して、高速押出時、加工性および寸法安定性に優れた塩素化ポリエチレンを提供し、CPEコンパウンド(Compound)の引張強度および可塑度を向上させることができる。
【0027】
前記ポリエチレンは、上述のようにASTM D1238の方法で温度190℃および荷重5kgの条件下で測定された溶融指数MIは約0.8g/10min~約1.4g/10minである。前記溶融指数MIは、MIが低いほど粘度が高くなり、塩素化のための高温のスラリー状態でポリエチレン粒子形態の変化が少なくて優れた熱安定性を確保する側面から約1.4g/10min以下でなければならない。ただし、より好ましい範囲として、前記溶融指数MIは約1.39g/10min以下、または約1.38g/10min以下、または約1.36g/10min以下、または約1.35g/10min以下、または約1.34g/10min以下、または約1.32g/10min以下、または約1.3g/10min以下であり得る。また、前記溶融指数MIは、MIが高いほど粘度が低くなり、優れた加工性を確保する側面から0.8g/10min以上でなければならない。具体的には、前記溶融指数MIは約0.85g/10min以上、または約0.9g/10min以上、または約0.95g/10min以上、または約1.0g/10min以上、または約1.05g/10min以上、または約1.1g/10min以上であり得る。特に、本発明のポリエチレンは、電線およびケーブルなどの用途として適用の際、高速押出工程でも優れた押出加工性および寸法安定性を確保し、それと同時に引張強度などの機械的物性に優れた側面から、上記の範囲の溶融指数MIを有することが好ましい。
【0028】
また、前記ポリエチレンは、溶融流れ指数(MFRR21.6/5、ASTM D1238の方法で190℃、21.6kgの荷重で測定した溶融指数を190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数で割った値)が約18~約22である。具体的には、前記溶融流れ指数は約18~約21.5、または約18~約21、または約18.5~約21、または約19~約21、または約19~約20.5、または約19~約20であり得る。前記溶融流れ指数は、押出時、加工性の側面から約18以上でなければならないし、CPEのMV(Mooney viscosity)を増加させて優れた機械的物性を確保する側面から約22以下でなければならない。
【0029】
前記溶融流れ指数(MFRR21.6/5)は、ASTM D1238の方法で190℃、21.6kgの荷重で測定した溶融指数を190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数で割った値である。ここで、ASTM D1238の方法で温度190℃および荷重21.6kgの条件下で測定された溶融指数MI21.6は約20g/10min~約30g/10min、または約21g/10min~約28g/10min、または約22g/10min~約26g/10minであり得る。
【0030】
また、前記ポリエチレンは、ASTM D1238の方法で温度190℃および荷重2.16kgの条件下で測定された溶融指数MI2.16は約0.01g/10min~約0.45g/10minであり得る。前記溶融指数MI2.16は、上述のように優れた熱安定性を確保する側面から約0.45g/10min以下であり得る。より好ましい範囲として、前記溶融指数MI2.16は約0.44g/10min以下、約0.43g/10min以下、約0.42g/10min以下、約0.41g/10min以下、または約0.40g/10min以下であり得る。また、前記溶融指数MI2.16は、上述のように優れた加工性を確保する側面から0.01g/10min以上であり得る。具体的には、前記溶融指数MI2.16は約0.02g/10min以上、または約0.05g/10min以上、または約0.1g/10min以上、または約0.15g/10min以上、または約0.18g/10min以上、または約0.2g/10min以上、または約0.22g/10min以上、または約0.24g/10min以上、または約0.26g/10min以上、または約0.28g/10min以上であり得る。特に、本発明のポリエチレンは、電線およびケーブルなどの用途として適用の際、高速押出工程でも優れた押出加工性および寸法安定性を確保し、それと同時に引張強度などの機械的物性に優れた側面から、上記の範囲の溶融指数MI2.16を有することが好ましい。
【0031】
一方、本発明のポリエチレンは、上述のように最適化した溶融指数MIおよび溶融流れ指数(MFRR21.6/5)とともに、温度上昇溶離分別(TREF)グラフ上で高結晶領域の比率が少ないことを特徴とする。
【0032】
前記ポリエチレンは、温度上昇溶離分別(TREF)グラフ上で高結晶領域の比率が約10%以下または約3%~約10%と少なく現れる。具体的には、前記高結晶領域の比率は約9.5%以下または約3%~約9.5%、あるいは約9%以下または約3.5%~約9%、あるいは約8.5%以下または約4%~約8.5%、あるいは約8.0%以下または約5%~約8.0%、あるいは約7.8%以下または約5.5%~約7.8%であり得る。具体的には、前記高結晶領域の比率が低いほど塩素分子が結晶内に浸透しやすいので均一な塩素化反応が起こる側面から約10%以下であり得る。ただし、高結晶領域の比率が低すぎる場合、結晶配列の変化が起こりやすく、塩素化生産性が低下することがあり、強度不足となるのでこれを防止する側面から前記高結晶領域の比率は約3%以上であり得る。
【0033】
前記高結晶領域の比率は、図1に示すように、ポリエチレンに対する温度上昇溶離分別(TREF)グラフから求められる。まず、ポリエチレンに対する温度上昇溶離分別(TREF)グラフを得た後、TREFグラフ上で溶離温度105℃を高結晶領域の基準にして、前記溶離温度105℃地点を基準、縦軸にして前記溶離温度105℃以上の領域を高結晶領域という。これから、前記最小値の部分の溶離温度以上に相当する高結晶領域グラフの面積を測定し、これを全体グラフの面積で割った百分率値を高結晶領域比率(%)で示した。
【0034】
具体的には、ポリエチレンの温度上昇溶離分別(TREF)グラフは、PolymerChar社製のAgilent Technologies 7890A装置により得られる。一例として、20mLの1,2,4-トリクロロベンゼンに1.5mg/mLの濃度にサンプルを溶かした後、30℃から150℃まで40℃/minの速度で温度を上げて溶解した後、35℃まで0.5℃/minの速度で温度を下げて再結晶し、再び140℃まで1℃/minの速度で温度を上げて溶出させる過程を経てグラフを求められる。
【0035】
このようにして得られたポリエチレンの温度上昇溶離分別(TREF)グラフは、図1に示すように、X軸に溶離温度(℃)を示し、Y軸に当該温度での溶出量(dW/dt)を示す。このような温度上昇溶離分別(TREF)グラフ上で溶離温度105℃と同じであるか、またはこれより高い温度に相当するグラフが占める領域を高結晶領域という。つまり、溶離温度105℃地点を縦軸にして、それ以上の温度に相当するグラフの面積を積分した値を、高結晶領域の面積といえる。このような高結晶領域の面積を全体グラフの面積で割った百分率値を高結晶領域の比率といえる。
【0036】
一方、前記ポリエチレンの密度は約0.955g/cm~約0.960g/cm、または約0.9565g/cm~約0.9595g/cm、または約0.956g/cm~約0.959g/cmであり得る。特に、前記ポリエチレンの密度は約0.955g/cm以上で、これはポリエチレンの結晶構造の含有量が高く、緻密であることを意味し、これによって塩素化工程中の結晶構造の変化が起こりにくい特徴を有する。ただし、上述したポリエチレンの密度が約0.960g/cmを超える場合、このようなポリエチレンの結晶構造の含有量が多すぎることになり、TREFの高結晶性領域の面積が増加することによって、CPEの加工時、融解熱が高くなり、加工性が低下することがある。そこで、本発明のポリエチレンは、電線およびケーブルなどの用途に適用時、高速押出工程でも優れた押出加工性および寸法安定性を確保し、それと同時に引張強度などの機械的物性に優れた側面から、上記の範囲の密度を有することが好ましい。
【0037】
本発明に係るポリエチレンは、分子量分布が約2~約10であり、あるいは約4~約10、あるいは約5~約9、あるいは約6.5~約8.2、あるいは約7.0~約8.0、あるいは約7.2~約7.6であり得る。特に、本発明のポリエチレンは、このような分子量分布を有するのでCPE MVが50から60であり、かつ加工性に優れた製品を得ることができる。
【0038】
一例として、前記分子量分布(MWD、polydispersity index)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC、gel permeation chromatography、Water社製)を用いてポリエチレンの重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)を測定し、重量平均分子量を数平均分子量で割って算出することができる。
【0039】
具体的には、前記ポリエチレンの重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)は、ポリスチレン検定曲線を用いて測定することができる。一例として、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)装置としてはWaters PL-GPC220装置を用い、Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300mm長さのカラムを用いることができる。この時、測定温度は160℃であり、1,2,4-トリクロロベンゼン(1,2,4-Trichlorobenzene)を溶媒として使用することができ、流速は1mL/minを適用することができる。前記ポリエチレン試料はそれぞれGPC分析装置(PL-GP220)を用いてBHT0.0125%含まれているトリクロロベンゼン(1,2,4-Trichlorobenzene)で160℃、10時間溶かして前処理し、10mg/10mLの濃度に調整した後、200μLの量で供給することができる。ポリスチレン標準試験片を用いて形成された検定曲線を用いてMwおよびMnの値を誘導することができる。ポリスチレン標準試験片の重量平均分子量は、2000g/mol、10000g/mol、30000g/mol、70000g/mol、200000g/mol、700000g/mol、2000000g/mol、4000000g/mol、10000000g/molの9種を使用することができる。
【0040】
前記ポリエチレンは、重量平均分子量が約110000~約250000g/molであり得る。好ましくは、前記ポリエチレンの重量平均分子量は約120000g/mol以上、または約125000g/mol以上、または約130000g/mol以上、または約135000g/mol以上、または約140000g/mol以上、または約145000g/mol以上、または約147000g/mol以上であり得る。また、前記ポリエチレンの重量平均分子量は約220000g/mol以下、または約200000g/mol以下、または約180000g/mol以下、または約170000g/mol以下、または約160000g/mol以下、または約155000g/mol以下、または約153000g/mol以下であり得る。これはCPE MV50~60を得ることができ、かつ強度は優れるように適切な分子量を示す。
【0041】
特に、前記ポリエチレンの重量平均分子量が低すぎる場合、塩素化工程で塩素化生産性が低下することがあり、前記ポリエチレンの重量平均分子量は約110000g/mol以上であり得る。ただし、前記ポリエチレンの重量平均分子量が高すぎる場合加工性が低下することがあり、前記ポリエチレンの重量平均分子量は約250000g/mol以下であり得る。本発明のポリエチレンは、電線およびケーブルなどの用途に適用時、塩素化生産性に優れ、MV、加工性、引張強度、および可塑度(Plasticity)全てのバランスの取れた物性を実現する側面から、上記の範囲の重量平均分子量を有することが好ましい。
【0042】
一方、本発明の他の一実施形態によれば、上述のようなポリエチレンを製造する方法が提供される。
【0043】
本発明に係るポリエチレンの製造方法は、下記化学式1で表される第1メタロセン化合物1種以上;および下記化学式2で表される化合物の中から選択される第2メタロセン化合物1種以上の存在下でエチレンを重合する段階を含み、前記第1メタロセン化合物および前記第2メタロセン化合物の重量比は40:60~45:55であり得る。
【0044】
【化1】
【0045】
前記化学式1中、
~Rのうちのいずれか1つ以上は-(CH-ORであり、ここで、Rは炭素数1~6の直鎖または分枝鎖アルキルであり、nは2~6の整数であり、
~Rのうちの残りは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、または炭素数7~40のアリールアルキルからなる群より選択される官能基であるか、または互いに隣接する2個以上が互いに連結されて炭素数1~10のヒドロカルビル基で置換または非置換の炭素数6~20の脂肪族または芳香族環を形成することができ、
およびQは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数2~20のアルコキシアルキル、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、または炭素数7~40のアリールアルキルであり;
は炭素(C)、ケイ素(Si)、またはゲルマニウム(Ge)であり;
は4族遷移金属であり;
およびXは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数6~20のアリール、ニトロ基、アミド基、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のアルコキシ、または炭素数1~20のスルホン酸塩基であり;
mは0または1の整数であり、
【0046】
【化2】
【0047】
前記化学式2中、
およびQは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数2~20のアルコキシアルキル、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、炭素数7~40のアリールアルキルであり;
は炭素(C)、ケイ素(Si)、またはゲルマニウム(Ge)であり;
は4族遷移金属であり;
およびXは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数6~20のアリール、ニトロ基、アミド基、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のアルコキシ、または炭素数1~20のスルホン酸塩基であり;
およびCのうちの一つは下記化学式3aまたは化学式3bで表され、CおよびCはのうちの残りの一つは下記化学式3c、化学式3d、または化学式3eで表され;
【0048】
【化3】
【化4】
【0049】
前記化学式3a、3b、3c、3dおよび3e中、R~R21およびR9’~R21’は互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数1~20のハロアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のシリルアルキル、炭素数1~20のアルコキシシリル、炭素数1~20のアルコキシ、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、または炭素数7~40のアリールアルキルであり、ただし、R17~R21およびR17’~R21’のうちの一つ以上は炭素数1~20のハロアルキルであり;
22~R39は互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数1~20のハロアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のシリルアルキル、炭素数1~20のアルコキシシリル、炭素数1~20のアルコキシ、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、または炭素数7~40のアリールアルキルであるか、あるいはR22~R39のうちの互いに隣接する2個以上が互いに連結されて炭素数1~10のヒドロカルビル基で置換または非置換の炭素数6~20の脂肪族または芳香族環を形成することができ;
はAおよびMと結合する部位を示す。
【0050】
本明細書で特別な制限がない限り、次の用語は以下のとおり定義される。
【0051】
ハロゲン(halogen)はフッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)であり得る。
【0052】
ヒドロカルビル基は、ハイドロカーボンから水素原子を除去した形態の1価官能基であって、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アラルキル基、アラルケニル基、アラルキニル基、アルキルアリール基、アルケニルアリール基およびアルキニルアリール基などを含み得る。また、炭素数1~30のヒドロカルビル基は、炭素数1~20または炭素数1~10のヒドロカルビル基であり得る。一例として、ヒドロカルビル基は、直鎖、分枝鎖または環状のアルキルであり得る。より具体的には、炭素数1~30のヒドロカルビル基は、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、シクロヘキシル基などの直鎖、分枝鎖または環状のアルキル基;またはフェニル、ビフェニル、ナフチル、アントラセニル、フェナントレニル、またはフルオレニルなどのアリール基であり得る。また、メチルフェニル、エチルフェニル、メチルビフェニル、メチルナフチルなどのアルキルアリールであり、フェニルメチル、フェニルエチル、ビフェニルメチル、ナフチルメチルなどのアリールアルキルであり得る。また、アリル、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニルなどのアルケニルであり得る。
【0053】
また、炭素数1~20のアルキルは、直鎖、分枝鎖または環状のアルキルであり得る。具体的には、炭素数1~20のアルキルは、炭素数1~20の直鎖アルキル;炭素数1~15の直鎖アルキル;炭素数1~5の直鎖アルキル;炭素数3~20の分枝鎖または環状のアルキル;炭素数3~15の分枝鎖または環状のアルキル;または炭素数3~10の分枝鎖または環状のアルキルであり得る。一例として、前記炭素数1~20のアルキルはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチルなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0054】
炭素数2~20のアルケニルとしては、直鎖または分枝鎖のアルケニルを含み、具体的にはアリル、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニルなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0055】
炭素数1~20のアルコキシとしては、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、n-ブトキシ、tert-ブトキシ、シクロヘキシルオキシなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0056】
炭素数2~20のアルコキシアルキル基は、上述したアルキルの1個以上の水素がアルコキシで置換された官能基であり、具体的には、メトキシメチル、メトキシエチル、エトキシメチル、iso-プロポキシメチル、iso-プロポキシエチル、iso-プロポキシプロピル、iso-プロポキシヘキシル、tert-ブトキシメチル、tert-ブトキシエチル、tert-ブトキシプロピル、tert-ブトキシヘキシルなどのアルコキシアルキルが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0057】
炭素数6~40のアリールオキシとしては、フェノキシ、ビフェノキシル、ナフトキシなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0058】
炭素数7~40のアリールオキシアルキル基は、上述したアルキルの1個以上の水素がアリールオキシで置換された官能基であり、具体的には、フェノキシメチル、フェノキシエチル、フェノキシヘキシルなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0059】
炭素数1~20のアルキルシリルまたは炭素数1~20のアルコキシシリル基は、-SiHの1~3個の水素が1~3個の上述のようなアルキルまたはアルコキシで置換された官能基であり、具体的にはメチルシリル、ジメチルシリル、トリメチルシリル、ジメチルエチルシリル、ジエチルメチルシリル基またはジメチルプロピルシリルなどのアルキルシリル;メトキシシリル、ジメトキシシリル、トリメトキシシリルまたはジメトキシエトキシシリルなどのアルコキシシリル;メトキシジメチルシリル、ジエトキシメチルシリルまたはジメトキシプロピルシリルなどのアルコキシアルキルシリルが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0060】
前記炭素数1~20のシリルアルキルは上述のようなアルキルの1以上の水素がシリルで置換された官能基であり、具体的には-CH-SiH、メチルシリルメチル、またはジメチルエトキシシリルプロピルなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0061】
前記炭素数1~20のアルキレンとしては2価の置換基であることを除けば、上述したアルキルと同様であり、具体的にはメチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、へキシレン、ヘプチレン、オクチレン、シクロプロピレン、シクロブチレン、シクロペンチレン、シクロへキシレン、シクロヘプチレン、シクロオクチレンなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0062】
炭素数6~20のアリールは、単環式、二環式または三環式芳香族炭化水素であり得る。一例として、炭素数6~20のアリールは、フェニル、ビフェニル、ナフチル、アントラセニル、フェナントレニル、フルオレニルなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0063】
炭素数7~20のアルキルアリールは芳香族環の水素中の1以上の水素が上述したアルキルによって置換された置換基を意味する。一例として、前記炭素数7~20のアルキルアリールは、メチルフェニル、エチルフェニル、メチルビフェニル、メチルナフチルなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0064】
前記炭素数7~20のアリールアルキルは、上述したアルキルの1以上の水素が上述したアリールによって置換された置換基を意味する。一例として、前記炭素数7~20のアリールアルキルは、フェニルメチル、フェニルエチル、ビフェニルメチル、ナフチルメチルなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0065】
また、炭素数6~20のアリーレンとしては2価の置換基であることを除けば、上述したアリールと同様であり、具体的にはフェニレン、ビフェニレン、ナフチレン、アントラセニレン、フェナントレニレン、フルオレニレンなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
【0066】
そして、4族遷移金属としては、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、またはラサホージウム(Rf)であり、具体的にはチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、またはハフニウム(Hf)であり、より具体的にはジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)であるが、これらのみに限定されるものではない。
【0067】
また、13族元素は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、またはタリウム(Tl)であり、具体的にはホウ素(B)またはアルミニウム(Al)であるが、これらのみに限定されるものではない。
【0068】
一方、前記第1メタロセン化合物は、下記化学式1-1~1-4のうちのいずれか一つで表される。
【0069】
【化5】
【化6】
【0070】
前記化学式1-1~1-4中、Q、Q、A、M、X、X、およびR~Rは前記化学式1で定義した通りであり、R’およびR’’は互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~10のヒドロカルビル基である。
【0071】
好ましくは、前記第1メタロセン化合物は、ビス-シクロペンタジエニルリガンドを含む構造を有するものであり、より好ましくは、遷移金属を中心にしてシクロペンタジエニルリガンドが対称に構成されたものであり得る。さらに好ましくは、前記第1メタロセン化合物は、前記化学式1-1で表されるものであり得る。
【0072】
前記化学式1および化学式1-1~1-4中、前記R~Rのいずれか一つ以上は-(CH-ORであり、ここで、Rは炭素数1~6の直鎖または分枝鎖アルキルであり、nは2~6の整数である。具体的には、前記Rは炭素数1~4の直鎖または分枝鎖アルキルであり、nは4~6の整数である。例えば、前記R~Rのいずれか一つ以上は炭素数1~6のアルコキシで置換された炭素数2~6のアルキル、または炭素数1~4のアルコキシで置換された炭素数4~6のアルキルであり得る。
【0073】
前記化学式1および化学式1-1~1-4中、R~Rのうちの残りは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、炭素数7~40のアリールアルキルからなる群より選択される官能基であるか、または互いに隣接する2個以上が互いに連結されて炭素数1~10のヒドロカルビル基で置換または非置換の炭素数6~20の脂肪族または芳香族環を形成することができる。
【0074】
具体的には、前記R~Rのうちの残りはそれぞれ水素、または炭素数1~20のアルキル、または炭素数1~10のアルキル、または炭素数1~6のアルキル、または炭素数1~6のアルコキシで置換された炭素数2~6のアルキル、または炭素数1~4のアルコキシで置換された炭素数4~6のアルキルであり得る。あるいは、前記R~Rのうちの互いに隣接する2個以上が互いに連結されて炭素数1~3のヒドロカルビル基で置換された炭素数6~20の脂肪族または芳香族環を形成するものであり得る。
【0075】
好ましくは、前記化学式1および化学式1-1~1-4中、前記RおよびRはそれぞれ炭素数1~6のアルキル、または炭素数1~6のアルコキシで置換された炭素数2~6のアルキルであり、ただし、前記RおよびRのうちの少なくとも一つ以上は炭素数1~6のアルコキシで置換された炭素数2~6のアルキルである。または、前記RおよびRはそれぞれ炭素数4~6のアルキル、または炭素数1~4のアルコキシで置換された炭素数4~6のアルキルであり、ただし、前記RおよびRのうちの少なくとも一つ以上は炭素数1~4のアルコキシで置換された炭素数4~6のアルキルである。一例として、前記RおよびRはそれぞれn-ブチル、n-ペンチル、n-ヘキシル、tert-ブトキシブチル、またはtert-ブトキシヘキシルであり、ただし、前記RおよびRのうちの少なくとも一つ以上はtert-ブトキシブチル、またはtert-ブトキシヘキシルである。好ましくは、前記RおよびRは互いに同一で、tert-ブトキシブチル、またはtert-ブトキシヘキシルであり得る。
【0076】
また、前記化学式1および化学式1-1~1-4中、R、R、R、R、R、およびRは水素であり得る。
【0077】
前記化学式1および化学式1-2、化学式1-4中、QおよびQは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数2~20のアルコキシアルキル、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、炭素数7~40のアリールアルキルである。
【0078】
具体的には、前記QおよびQはそれぞれ炭素数1~12のアルキル、または炭素数1~6のアルキル、または炭素数1~3のアルキルであり得る。好ましくは、前記QおよびQは互いに同一で、炭素数1~3のアルキルであり得る。より好ましくは、前記QおよびQはメチルであり得る。
【0079】
前記化学式1および化学式1-1~1-4中、Aは炭素(C)、ケイ素(Si)、またはゲルマニウム(Ge)である。具体的には、前記Aはケイ素(Si)であり得る。
【0080】
前記化学式1および化学式1-1~1-4中、Mは4族遷移金属である。具体的には、前記Mはジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)であり、好ましくはジルコニウム(Zr)であり得る。
【0081】
前記化学式1および化学式1-1~1-4中、XおよびXは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数6~20のアリール、ニトロ基、アミド基、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のアルコキシ、または炭素数1~20のスルホン酸塩基である。具体的には、前記XおよびXはそれぞれハロゲンであり、それぞれ塩素、またはヨウ素、または臭素であり得る。好ましくは、前記XおよびXは塩素であり得る。
【0082】
前記化学式1中、mは0または1の整数であり、好ましくは、mは0である。
【0083】
前記化学式1で表される化合物としては、例えば、下記構造式のうちの一つで表される化合物であり得るが、これらのみに限定されるものではない。
【0084】
【化7】
【化8】
【0085】
好ましくは、前記第1メタロセン化合物は、下記構造式のうちの一つで表される化合物であり得る。
【0086】
【化9】
【0087】
より好ましくは、前記第1メタロセン化合物は、下記構造式のうちの一つで表される化合物であり得る。
【0088】
【化10】
【0089】
前記構造式で表される第1メタロセン化合物は公知の反応を応用して合成され、より詳細な合成方法は実施例を参照する。
【0090】
本発明に係るポリエチレンの製造方法は、上述した化学式1、または化学式1-1、1-2、1-3、1-4で表される第1メタロセン化合物1種以上を、後述する第2メタロセン化合物1種以上とともに使用することによって、ポリエチレンの溶融指数MIおよび溶融流れ指数(MFRR21.6/5)を最適化すると同時に、温度上昇溶離分別(TREF)分析による高結晶領域の比率を最適化して後述するCPE工程で高速押出時にも優れた押出加工性および寸法安定性を実現し、それと同時に高い生産性とともにCPEコンパウンド(Compound)の引張強度および可塑度を向上させることができる。
【0091】
一方、前記第2メタロセン化合物は、下記化学式2-1で表される。
【0092】
【化11】
【0093】
前記化学式2-1中、Q、Q、A、M、X、X24、R11、およびR17~R29は前記化学式2で定義した通りである。
【0094】
前記化学式2および2-1中、QおよびQは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数2~20のアルコキシアルキル、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、炭素数7~40のアリールアルキルである。具体的には、前記QおよびQはそれぞれ炭素数1~12のアルキル、または炭素数1~8のアルキル、または炭素数1~3のアルキル、または炭素数2~18のアルコキシアルキル、または炭素数2~14のアルコキシアルキル、または炭素数2~12のアルコキシアルキルであり、より具体的には、前記QおよびQはそれぞれ炭素数1~3のアルキル、または炭素数2~12のアルコキシアルキルであり得る。好ましくは、前記QおよびQは互いに異なり、QおよびQのうちの一つは炭素数1~3のアルキルであり、残りは炭素数2~12のアルコキシアルキルであり得る。より好ましくは、前記QおよびQのうちの一つはメチルであり、残りはtert-ブトキシヘキシルであり得る。
【0095】
前記化学式2および2-1中、Aは炭素(C)、ケイ素(Si)、またはゲルマニウム(Ge)である。具体的には、前記Aはケイ素(Si)であり得る。
【0096】
前記化学式2および2-1中、Mは4族遷移金属である。具体的には、前記Mはジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)であり、好ましくは、ジルコニウム(Zr)であり得る。
【0097】
前記化学式2および2-1中、XおよびXは互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数6~20のアリール、ニトロ基、アミド基、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のアルコキシ、または炭素数1~20のスルホン酸塩基である。具体的には、前記XおよびXはそれぞれハロゲンであり、それぞれ塩素、またはヨウ素、または臭素であり得る。好ましくは、前記XおよびXは塩素であり得る。
【0098】
前記化学式2中、CおよびCのうちの一つは前記化学式3aまたは化学式3bで表され、CおよびCのうちの残りの一つは前記化学式3c、化学式3d、または化学式3eで表され、好ましくは、前記化学式3cで表されるものであり得る。
【0099】
前記化学式2および2-1中、R~R21およびR9’~R21’は互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数1~20のハロアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のシリルアルキル、炭素数1~20のアルコキシシリル、炭素数1~20のアルコキシ、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、または炭素数7~40のアリールアルキルであり、ただし、R17~R21およびR17’~R21’のうちの一つ以上は炭素数1~20のハロアルキルである。
【0100】
具体的には、前記化学式2中、R~R10およびR12~R16およびR9’~R10’およびR12’~R16’は水素であり得る。
【0101】
具体的には、前記化学式2および2-1中、前記R11およびR11’はそれぞれ炭素数1~6の直鎖または分枝鎖アルキルであり、あるいは炭素数1~3の直鎖または分枝鎖アルキルであり、好ましくはメチルである。
【0102】
具体的には、前記化学式2および2-1中、前記R17~R21およびR17’~R21’はそれぞれ水素、または炭素数1~6のハロアルキルであり、ただし、R17~R21およびR17’~R21’のうちの一つ以上は炭素数1~6のハロアルキルである。または、前記R17~R21およびR17’~R21’はそれぞれ水素、または炭素数1~3のハロアルキルであり、ただし、R17~R21およびR17’~R21’のうちの一つ以上は炭素数1~3のハロアルキルである。一例として、R17~R20またはR17’~R20’は水素であり、R21またはR21’はトリハロメチル、好ましくは、トリフルオロメチルである。
【0103】
前記化学式2および2-1中、R22~R39は互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数1~20のハロアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数1~20のアルキルシリル、炭素数1~20のシリルアルキル、炭素数1~20のアルコキシシリル、炭素数1~20のアルコキシ、炭素数6~20のアリール、炭素数7~40のアルキルアリール、または炭素数7~40のアリールアルキルであるか、あるいはR22~R39のうちの互いに隣接する2個以上が互いに連結されて炭素数1~10のヒドロカルビル基で置換または非置換の炭素数6~20の脂肪族または芳香族環を形成することができる。
【0104】
具体的には、前記R22~R29はそれぞれ水素、または炭素数1~20のアルキル、または炭素数1~10のアルキル、または炭素数1~6のアルキル、または炭素数1~3のアルキルであり得る。あるいは、前記R22~R29のうちの互いに隣接する2個以上が互いに連結されて炭素数1~3のヒドロカルビル基で置換された炭素数6~20の脂肪族または芳香族環を形成するものであり得る。好ましくは、前記R22~R29は水素であり得る。
【0105】
前記化学式2および2-1中、
具体的には、前記R30~R35はそれぞれ水素、または炭素数1~20のアルキル、または炭素数1~10のアルキル、または炭素数1~6のアルキル、または炭素数1~3のアルキルであり得る。
【0106】
前記化学式2および2-1中、
具体的には、前記R26~R29はそれぞれ水素、または炭素数1~20のアルキル、または炭素数1~10のアルキル、または炭素数1~6のアルキル、または炭素数1~3のアルキルであり得る。
【0107】
前記化学式2で表される化合物としては、例えば、下記構造式で表される化合物であり得るが、これのみに限定されるものではない。
【0108】
【化12】
【0109】
前記構造式で表される第2メタロセン化合物は公知の反応を応用して合成され、より詳細な合成方法は実施例を参照する。
【0110】
前記メタロセン化合物の製造方法については、後述する実施例に具体的に記載する。
【0111】
本発明で使用されるメタロセン触媒は、助触媒化合物とともに担体に担持したものであり得る。
【0112】
本発明に係る担持メタロセン触媒において、前記メタロセン化合物を活性化するために担体にともに担持される助触媒としては13族金属を含む有機金属化合物であって、一般的なメタロセン触媒下でオレフィンの重合時に用いられるものであれば特に限定されるものではない。
【0113】
前記助触媒としては13族金属を含む有機金属化合物であって、一般的なメタロセン触媒下でエチレンの重合時に用いられるものであれば特に限定されるものではない。
【0114】
具体的には、前記助触媒は、下記化学式4~化学式6で表される化合物からなる群より選択される1種以上であり得る:
【0115】
[化学式4]
-[Al(R40)-O]c-
【0116】
前記化学式4中、
40はそれぞれ独立して、ハロゲン、炭素数1~20のアルキルまたは炭素数1~20のハロアルキルであり、
cは2以上の整数であり、
【0117】
[化学式5]
D(R41
【0118】
前記化学式5中、
Dはアルミニウムまたはホウ素であり、
41はそれぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20のヒドロカルビルまたはハロゲンで置換された炭素数1~20のヒドロカルビルであり、
【0119】
[化学式6]
[L-H][Q(E)または[L][Q(E)
【0120】
前記化学式6中、
Lは中性または陽イオン性ルイス塩基であり、
[L-H]はブレンステッド酸であり、
QはB3+またはAl3+であり、
Eはそれぞれ独立して、炭素数6~20のアリールまたは炭素数1~20のアルキルであり、ここで前記炭素数6~20のアリールまたは炭素数1~20のアルキルは非置換、またはハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数1~20のアルコキシおよびフェノキシで構成される群より選択される1つ以上の置換基で置換される。
【0121】
前記化学式4で表される化合物は、例えば、改質メチルアルミノキサン(MMAO)、メチルアルミノキサン(MAO)、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサン、ブチルアルミノキサンなどのアルキルアルミノキサンであり得る。
【0122】
前記化学式5で表されるアルキル金属化合物は、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、ジメチルクロロアルミニウム、ジメチルイソブチルアルミニウム、ジメチルエチルアルミニウム、ジエチルクロロアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリ-t-ブチルアルミニウム、トリシクロペンチルアルミニウム、トリペンチルアルミニウム、トリイソペンチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、エチルジメチルアルミニウム、メチルジエチルアルミニウム、トリフェニルアルミニウム、トリ-p-トリルアルミニウム、ジメチルアルミニウムメトキシド、ジメチルアルミニウムエトキシド、トリメチルボロン、トリエチルボロン、トリイソブチルボロン、トリプロピルボロン、トリブチルボロンなどが挙げられる。
【0123】
前記化学式6で表される化合物は、例えば、トリエチルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリブチルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリメチルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリメチルアンモニウムテトラ(p-トリル)ボロン、トリプロピルアンモニウムテトラ(p-トリル)ボロン、トリエチルアンモニウムテトラ(o,p-ジメチルフェニル)ボロン、トリメチルアンモニウムテトラ(o,p-ジメチルフェニル)ボロン、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)ボロン、トリメ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)ボロン、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ボロン、N,N-ジメチルアニリニウムテトラフェニルボロン、N,N-ジエチルアニリニウムテトラフェニルボロン、N,N-ジエチルアニリニウムテトラペンタフルオロフェニルボロン、ジエチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルボロン、トリフェニルホスホニウムテトラフェニルボロン、トリメチルホスホニウムテトラフェニルボロン、トリエチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリブチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラ(p-トリル)アルミニウム、トリプロピルアンモニウムテトラ(p-トリル)アルミニウム、トリエチルアンモニウムテトラ(o,p-ジメチルフェニル)アルミニウム、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)アルミニウム、トリメ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)アルミニウム、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アルミニウム、N,N-ジメチルアニリニウムテトラフェニルアルミニウム、N,N-ジエチルアニリニウムテトラフェニルアルミニウム、N,N-ジエチルアニリニウムテトラペンタフルオロフェニルアルミニウム、ジエチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルアルミニウム、トリフェニルホスホニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルホスホニウムテトラフェニルアルミニウム、トリフェニルカルボニウムテトラフェニルボロン、トリフェニルカルボニウムテトラフェニルアルミニウム、トリフェニルカルボニウムテトラ(p-トリフルオロメチルフェニル)ボロン、トリフェニルカルボニウムテトラペンタフルオロフェニルボロンなどが挙げられる。
【0124】
このような助触媒の担持量は担体1gを基準にして約5mmol~約20mmolであり得る。
【0125】
本発明に係る担持メタロセン触媒において、前記担体としては表面にヒドロキシ基を含有する担体を使用することができ、好ましくは、乾燥されて表面に水分が除去された、反応性が大きいヒドロキシ基とシロキサン基を有する担体を使用することができる。
【0126】
例えば、高温で乾燥されたシリカ、シリカ-アルミナ、およびシリカ-マグネシアなどが用いられ、これらは通常、NaO、KCO3、BaSO、およびMg(NOなどの酸化物、炭酸塩、硫酸塩、および硝酸塩の成分が含まれる。
【0127】
前記担体の乾燥温度は約200℃~約800℃が好ましく、約300℃~約600℃がより好ましく、約300℃~約400℃が最も好ましい。前記担体の乾燥温度が約200℃未満の場合水分が多すぎて表面の水分と助触媒が反応することになり、約800℃を超える場合には担体表面の気孔が合わさって表面積が減少し、また表面にヒドロキシ基が多くなくなり、シロキサン基のみが残り、助触媒との反応サイトが減少するので好ましくない。
【0128】
前記担体表面のヒドロキシ基の量は約0.1mmol/g~約10mmol/gが好ましく、約0.5mmol/g~約5mmol/gであることがさらに好ましい。前記担体表面にあるヒドロキシ基の量は担体の製造方法および条件または乾燥条件、例えば温度、時間、真空または噴霧乾燥などによって調節することができる。
【0129】
前記ヒドロキシ基の量が約0.1mmol/g未満であれば助触媒との反応サイトが少なく、約10mmol/gを超えれば担体粒子表面に存在するヒドロキシ基以外の水分に起因したものであり得るので好ましくない。
【0130】
本発明に係る担持メタロセン触媒において、メタロセン触媒に含まれる全体遷移金属に対する担体の質量比は1:10~1:1000であり得る。前記質量比で担体およびメタロセン化合物を含む時、最適な形状を示すことができる。また、助触媒化合物に対する担体の質量比は1:1~1:100であり得る。
【0131】
前記エチレン重合反応は、1つの連続式スラリー重合反応器、ループスラリー反応器、気相反応器、または溶液反応器を用いて行うことができる。
【0132】
特に、本発明に係るポリエチレンは、前記化学式1で表される第1メタロセン化合物1種以上;および前記化学式3で表される化合物の中から選択される第2メタロセン化合物1種以上の存在下で、エチレンをホモ重合して製造することができる。
【0133】
前記第1メタロセン化合物と前記第2メタロセン化合物の重量比は、例えば約40:60~約45:55であり得る。具体的には、前記第1メタロセン化合物と第2メタロセン化合物の重量比は、約41:59~約44:56、または約42:58~約43:57であり得る。前記触媒前駆体の重量比は、分子構造内の高結晶領域を最適化して電線やケーブルを製造する工程で高速で押出時にも押出加工性が高いだけでなく、寸法安定に優れた塩素化ポリエチレンおよびCPEコンパウンドを製造できるように、分子構造内の高結晶領域を最適化する側面から上記の範囲の重量比が好ましい。具体的には、前記重量比は、ポリエチレンの高結晶領域の比率が10%以下であり、かつ溶融指数MIが0.8g/10min~1.4g/10minであるとき、MFRR(21.6/5)を18以上に確保する側面から約40:60以上であり、MFRR(21.6/5)を22以下と最適化する側面から約45:55以下であり得る。
【0134】
また、本発明において前記ポリエチレンは、上述したメタロセン触媒下で水素気体を投入しながら製造することができる。この時、水素気体は約100ppm~約150ppm、または約110ppm~約140ppm、または約115ppm~約135ppm、または約120ppm~約130ppmの含有量で投入することができる。前記水素気体の投入量は、重合後得られたポリエチレンの溶融指数MIおよび溶融流れ指数はいずれも最適な範囲で現れ、分子内の高結晶領域を最小化する側面から上記の範囲に維持する。特に、前記ポリエチレンが同じ塩素化条件でCPEの残留結晶を少なくして硬度を下げ、CPEコンパウンド内で優れた分散性で加工性(comp’d MV)および寸法安定性(可塑度)を向上させる側面から前記水素気体を約115ppm以上または約120ppm以上に投入することが好ましい。
【0135】
一方、水素気体を150ppmを超えて投入する場合、重合反応溶媒、例えば、ヘキサン(hexane)中のワックス(wax)含有量が多くなり、塩素化反応時、粒子の塊り現象が発生する問題が生じる。また、本発明の重合工程でワックス(Wax)含有量を20%以下と低く維持し、前記水素投入量を調節することができる。前記ワックス含有量は、重合生成物を遠心分離装置を用いて分離した後、残ったヘキサン(Hexane)溶媒を100mLサンプリングして2時間セトリング(settling)してワックス(wax)が占める体積比で測定することができる。
【0136】
そして、前記重合温度は約25℃~約500℃、好ましくは約25℃~約200℃、より好ましくは約50℃~約150℃であり得る。また、重合圧力は約1kgf/cm~約100kgf/cm、好ましくは約1kgf/cm~約50kgf/cm、より好ましくは約5kgf/cm~約30kgf/cmであり得る。
【0137】
前記担持メタロセン触媒は炭素数5~12の脂肪族炭化水素溶媒、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ノナン、デカン、およびこれらの異性体とトルエン、ベンゼンなどの芳香族炭化水素溶媒、ジクロロメタン、クロロベンゼンなどの塩素原子で置換された炭化水素溶媒などに溶解または希釈して注入することができる。ここで使用される溶媒は少量のアルキルアルミニウムで処理することによって触媒毒として作用する少量の水または空気などを除去して使用することが好ましく、助触媒をさらに使用して実施することも可能である。
【0138】
一方、本発明のさらに他の一実施形態によれば、上述したポリエチレンを使用した塩素化ポリエチレン(CPE)が提供される。
【0139】
本発明に係る塩素化ポリエチレンは、上述した担持メタロセン触媒の存在下でエチレンを重合した後、これを塩素と反応させて製造することができる。
【0140】
前記塩素との反応は、上記で製造したポリエチレンを水、乳化剤および分散剤に分散させた後、触媒と塩素を投入して反応させる。
【0141】
前記乳化剤としてはポリエーテルまたはポリアルキレンオキシドを使用することができる。前記分散剤としては重合体塩または有機酸重合体塩を使用することができ、前記有機酸としてはメタクリル酸またはアクリル酸を使用することができる。
【0142】
前記触媒は当業界で使用される塩素化触媒を用いることができ、一例としてベンゾイルペルオキシドを使用することができる。前記塩素は単独で使用することもできるが、不活性ガスと混合して使用することができる。
【0143】
前記塩素化反応は約60℃~約150℃、または約70℃~約145℃、または約80℃~約140℃で行うことが好ましく、反応時間は約10分~約10時間、または約1時間~約9時間、または約2時間~約8時間であることが好ましい。
【0144】
上記反応で製造される塩素化ポリエチレンは、中和工程、洗浄工程および/または乾燥工程をさらに適用することができ、これによって粉末形態が得られる。
【0145】
一方、本発明に係る塩素化ポリエチレンは、上述のようにポリエチレンの溶融指数MIと溶融流れ指数MFRR21.6/5およびそれと同時に分子構造内の高結晶領域までを全て最適化して特定のムーニー粘度とともに低い硬度および融解熱を有することによって、電線およびケーブルなどの用途に適用するためのCPEコンパウンドの加工時、MV、加工性、引張強度、可塑度(Plasticity)および塩素化工程で塩素化生産性を全て優れた程度に向上させることができる。
【0146】
特に、前記塩素化ポリエチレンは、ポリエチレンが狭い分子量分布を有することによって塩素化ポリエチレン内の塩素の分布の均一性に優れ、例えばスラリー(水あるいはHCl水溶液)状態で約60℃~約150℃の条件下で塩素を反応させて製造した後、121℃の条件下で測定したムーニー粘度(MV、Mooney viscosity)は約50以上から約60以下までである。具体的には、前記塩素化ポリエチレンのムーニー粘度(MV、Mooney viscosity)は約50.5以上、または約51以上、または約51.5以上、または約52以上であり、かつ約59以下まで、または約58以下まで、または約57以下まで、または約56以下まで、または約55以下まで、または約54以下までであり得る。特に、前記塩素化ポリエチレンは薄い電線用として主に使用され、高速押出時、寸法安定性を確保する側面から上述したムーニー粘度の範囲を示すことができる。また、前記塩素化ポリエチレンのムーニー粘度が高すぎる場合には、後述する無機物添加剤および架橋剤とコンパウンディングにより電線およびケーブルなどの用途のCPEコンパウンド(Compound)の加工の際、表面が滑らかでなく、粗く、光沢が落ちて外観不良の問題が生じる。
【0147】
また、前記塩素化ポリエチレンは、ASTM D412の方法で測定した引張強度(Tensile strength)が約12MPa以上または約12MPa~約30MPa、あるいは約12.5MPa以上または約12.3MPa~約20MPa、あるいは約12.5MPa以上または約12.5MPa~約15MPaであり得る。前記塩素化ポリエチレンは、ASTM D412の方法で測定した引張伸び(Tensile elongation)が約500%以上または約500%~約2000%、あるいは約700%以上または約700%~約1500%、あるいは約900%以上または約900%~約1200%であり得る。
【0148】
具体的には、前記ムーニー粘度(MV、Mooney viscosity)および引張強度、引張伸びは、ポリエチレン約500kg~約600kgをスラリー(水あるいはHCl水溶液)状態で約75℃~約85℃から約120℃~約140℃の最終温度まで約15℃/hr~約18.5℃/hrの速度で昇温した後、約120℃~約140℃の最終温度で約2時間~約5時間気体状塩素で塩素化反応を行い、得られた塩素化ポリエチレンに対して測定した値である。この時、前記塩素化反応は昇温と同時に反応器内圧力を約0.2MPa~約0.4MPaに維持しながら気体状塩素を注入し、前記塩素の総投入量は約650kg~約750kgとして行うことができる。
【0149】
また、前記塩素化ポリエチレンは、GB/T53によるShore Aの方法で測定した硬度が約50以下、または約40以上から約50以下であるか、あるいは約49以下または約40~約49、あるいは約48以下または約40~約48、あるいは約47以下または約41~約47、あるいは約46以下または約42~約46、または約44~約46、または約44~約46であり得る。特に、本発明のポリエチレンは高結晶領域が最適化される分子構造を有するので、塩素化ポリエチレンの硬度を下げて加工性を向上させることができる。
【0150】
具体的には、前記硬度は、ムーニー粘度(MV、Mooney viscosity)の測定時と同じ塩素化反応を行って得られた塩素化ポリエチレンで測定した値である。一例として、塩素化ポリエチレンをロールミル(Roll mill)で135℃で5分間処理した後、プレス(press)140℃で6mmの厚さにシート(sheet)を製作した後、これを用いて測定した値である。
【0151】
また、前記塩素化ポリエチレンは、融解熱(heat of fusion)が1.5J/g以下または約0.1J/g~約1.5J/gであるか、あるいは約1.2J/g以下または約0.2J/g~約1.2J/g、あるいは約1.0J/g以下または約0.3J/g~約1.0J/g、あるいは約0.9J/g以下または約0.4J/g~約0.9J/g、あるいは約0.8J/g以下または約0.4J/g~約0.8J/g、または約0.7J/g~約0.8J/gであり得る。特に、前記塩素化ポリエチレンの融解熱(heat of fusion)は、残留結晶(DSC 1st heating、30℃~150℃ peak)の程度を示すもので、塩素化ポリエチレンの残留結晶が低いほど硬度が低く、CPEコンパウンド内で分酸性に優れて加工性(comp’d MV)および寸法安定性(可塑度)を向上させることができる。
【0152】
具体的には、前記融解熱(heat of fusion)は、ムーニー粘度(MV、Mooney viscosity)の測定時と同じ塩素化反応を行って得られた塩素化ポリエチレンで測定した値である。また、前記融解熱(heat of fusion)は、示差走査熱量計(Differential Scanning Calorimeter、DSC、装置名:DSC 2920、製造会社:TA instrument)を用いて測定することができる。一例として、DSCを-70℃から150℃で分当たり10℃の速度で昇温しながら生成される熱流量(Heat flow)変化データを得た。この時、TA instrument社製のTA Universal Analysisプログラムにより30℃~150℃の間に現れるピークを統合(integrate)して融解熱(heat of fusion)値を得ることができる。
【0153】
前記塩素化ポリエチレンのムーニー粘度(MV、Mooney viscosity)および硬度、融解熱(heat of fusion)などを測定する方法は後述する試験例2に記載された通りであり、具体的な測定方法は省略する。
【0154】
前記塩素化ポリエチレンは、一例として、塩素含有量が約20重量%~約50重量%、約31重量%~約45重量%、あるいは約35重量%~約40重量%であり得る。ここで、前記塩素化ポリエチレンの塩素含有量は、燃焼イオンクロマトグラフィー(Combustion Ion Chromatography、IC)分析法を用いて測定することができる。一例として、前記燃焼イオンクロマトグラフィー分析法は、IonPac AS18(4×250mm)カラムが装着された燃焼IC(ICS-5000/AQF-2100H)装置を用いて、内部装置温度(Inlet temperature)900℃、外部装置温度(Outlet temperature)1000℃の燃焼温度で溶離液(Eluent)としてKOH(30.5mM)を使用して1mL/minの流量条件下で測定することができる。なお、前記塩素含有量を測定する装置条件および測定条件は後述する試験例2に記載された通りであり、具体的な説明は省略する。
【0155】
具体的には、本発明に係る塩素化ポリエチレンは、塩素含有量が35重量%~40重量%の条件下で上述のようなムーニー粘度(MV、Mooney viscosity)が約65~約80であり、引張強度(Tensile strength)が約12.5MPa以上または約12.5MPa~約15MPaであり、引張伸び(Tensile elongation)が約900%以上または約900%~約1200%であり得る。
【0156】
前記塩素化ポリエチレンは一例として、ランダム塩素化ポリエチレンであり得る。
【0157】
本発明により製造された塩素化ポリエチレンは、耐薬品性、耐候性、難燃性、加工性などに優れて電線およびケーブルなどに多く使用される。
【0158】
一方、本発明のさらに他の一実施形態によれば、上述した塩素化ポリエチレンを含む塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドが提供される。
【0159】
特に、本発明の塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドは、ポリエチレンのもつれ分子量(Me)範囲と溶融流れ指数(MFRR21.6/5)を全て最適化し、狭い分子量分布で高い架橋度を実現することによって、高速押出時にも加工性低下を最小化しながらも非常に優れた機械的物性を示す特徴を有する。
【0160】
前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドは電線およびケーブルの用途として主に用いられ、加工性および成形品の表面状態および光沢、架橋コンパウンドの引張強度に優れた特徴を有する。
【0161】
前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドは、上述のような方法で製造された塩素化ポリエチレン約1重量%~約80重量%、約10重量%~約70重量%、約20重量%~約60重量%を含んで構成される。
【0162】
一例として、前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドは、塩素化ポリエチレン100重量部に対して、タルク(Talc)、カーボンブラック(carbon black)などの無機物添加剤100重量部~280重量部および架橋剤1重量部~40重量部を含む。
【0163】
具体的な一例として、前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドは、塩素化ポリエチレン25重量%~50重量%と、タルク(Talc)、カーボンブラック(carbon black)などの無機物添加剤50重量%~70重量%、架橋剤0.5重量%~10重量%を含む。
【0164】
前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドは、一例として、無機物添加剤(例えば、タルク、カーボンブラックなど)、可塑剤、架橋剤の組成でCPEコンパウンドを製造して140℃~200℃の条件で架橋させた後、100℃の条件下でムーニー粘度計(Mooney viscometer)で測定したムーニー粘度(MV、Mooney viscosity)が約30以上~約48までである。具体的には、前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドのムーニー粘度(MV、Mooney viscosity)は約32以上、または約34以上、または約33以上、または約37以上、または約37.5以上、または約38以上、または約38.5以上であり、かつ約45以下、または約46以下、または約45以下、または約43以下、または約41.5以下、または約40以下、または約39.5以下、または約39.2以下であり得る。また、前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドは、ASTM D412の方法で測定した引張強度(Tensile strength)が約9.2以上または約9.2MPa~約30MPa、あるいは約9.4MPa以上または約9.4MPa~約20MPa、あるいは約9.5MPa以上または約9.5MPa~約15MPa、または約9.5MPa~約12MPa、または約9.5MPa~約10MPaであり得る。前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドは、ASTM D412の方法で測定した引張伸び(Tensile elongation)が約500%以上または約500%~約1000%、あるいは約505%以上または約505%~約800%、あるいは約510%以上または約510%~約600%、あるいは約515%以上または約515%~約550%、あるいは約520%以上または約520%~約530%であり得る。
【0165】
また、前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドは、ASTM D926に基づいた方法で測定した可塑度(Plasticity、%)が約42%以上または約42%~約65%、あるいは約43%以上または約43%~約60%、あるいは約44%以上または約44%~約55%、または約44%~約45.2%、または約44%~約44.6%であり得る。前記可塑度は、外力によって変形した物体が外力を取り去っても元の形態に戻らない性質であり、このような可塑性が高いほど加工性および寸法安定性が向上する。前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドは、ケーブル電線用に加工時、優れた押出加工を確保しながら優れた寸法安定性を実現する側面から可塑度は42%以上であり得る。
【0166】
具体的には、前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドの可塑度は70℃、5kgの荷重条件で測定することができる。
【0167】
一例として、前記塩素化ポリエチレン(CPE)コンパウンドの可塑度は、高さ10mmおよび直径16mmのCPEコンパウンド(compound)の試験片を使用して(試験片の高さh)70℃、5kgの荷重条件で測定し、3分間70℃でプレヒーティング(preheating)および5kgの荷重を加えて変形された試験片の高さ(h)を測定した後、荷重を除去し、常温で3分経過後の回復した試験片の高さ(h)を測定して、下記計算式1によりCPEコンパウンド(compound)の可塑度(Plasticity、%)を算出した。
【0168】
[計算式1]
P=(h-h)/(h+h
【0169】
前記計算式1中、
PはCPEコンパウンド(compound)の可塑度(Plasticity、%)を示し、
は可塑度の測定時、変形前の試験片の高さ(mm)を示し、
は3分間、70℃のプレヒーティング(preheating)および5kgの荷重を加えて変形された試験片の高さ(mm)を測定した値であり、
は荷重を除去した後、常温で3分経過後の測定した試験片の高さ(mm)を示す。
【0170】
また、本発明に係る塩素化ポリエチレンで成形品を製造する方法は、当業界における通常の方法を適用することができる。一例として、前記塩素化ポリエチレンをロール-ミルによるコンパウンディングし、これを押出加工して成形品を製造することができる。
【0171】
以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されたものに過ぎず、これによって本発明の内容が限定されるものではない。
【0172】
<実施例>
[触媒前駆体の製造]
合成例1:第1メタロセン化合物の製造
【0173】
【化13】
【0174】
6-クロロヘキサノールを使用して文献(Tetrahedron Lett.2951(1988))に記載された方法でt-ブチル-O-(CH-Clを製造し、そこにシクロペンタジエニルナトリウム(NaCp)を反応させてt-ブチル-O-(CH-Cを得た(収率60%、b.p.80℃/0.1mmHg)。
【0175】
また、-78℃でt-ブチル-O-(CH-Cをテトラヒドロフラン(THF)に溶かし、n-ブチルリチウム(n-BuLi)を徐々に加えた後、室温まで昇温させた後、8時間反応させた。前記溶液を再び-78℃でZrCl(THF)(170g、4.50mmol)/THF(30mL)のサスペンション溶液に上記で合成されたリチウム塩溶液を徐々に加え、室温で6時間さらに反応させた。すべての揮発性物質を真空乾燥して除去し、得られたオイル性液体物質にヘキサンを加えてろ過した。ろ過溶液を真空乾燥した後、ヘキサンを加えて低温(-20℃)で沈殿物を誘導した。得られた沈殿物を低温でろ過して白い固体形態の[t-ブチル-O-(CH-CZrCl]を得た(収率92%)。
【0176】
H-NMR(300MHz、CDCl):6.28(t、J=2.6Hz、2H)、6.19(t、J=2.6Hz、2H)、3.31(t、6.6Hz、2H)、2.62(t、J=8Hz)、1.7-1.3(m、8H)、1.17(s、9H)
【0177】
13C-NMR(CDCl):135.09、116.66、112.28、72.42、61.52、30.66、30.31、30.14、29.18、27.58、26.00
【0178】
合成例2:第2メタロセン化合物の製造
【0179】
【化14】
【0180】
2-1 リガンド化合物の製造
8-メチル-5-(2-(トリフルオロメチル)ベンジル)-5,10-ジヒドロインデノ[1,2-b]インドール(8-methyl-5-(2-(trifluoromethyl)benzyl)-5,10-dihydroindeno[1,2-b]indole) 2.9g(7.4mmol)を100mLのヘキサン(Hexane)と2mL(16.8mmol)のMTBE(methyl tertialry butyl ether)に溶かして2.5M n-ブチルリチウム(n-BuLi)ヘキサン(Hexane)溶液3.2mL(8.1mmol)をドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴下して常温で一晩攪拌した。別の250mLシュレンクフラスコ(schlenk flask)に(6-tert-ブトキシヘキシル)ジクロロ(メチル)シラン((6-tert-butoxyhexyl)dichloro(methyl)silane) 2g(7.4mmol)をヘキサン(hexane)50mLに溶かした後、ドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴下して8-メチル-5-(2-(トリフルオロメチル)ベンジル)-5,10-ジヒドロインデノ[1,2-b]インドール(8-methyl-5-(2-(trifluoromethyl)benzyl)-5,10-dihydroindeno[1,2-b]indole)のリチウム化スラリー(lithiated slurry)をカニューレ(cannula)を通じて滴下(dropwise)で添加した。注入が終わった混合物は常温に徐々に上げた後、常温で一晩攪拌した。これと同時にフルオレン(fluorene)1.2g(7.4mmol)をTHF100mLに溶かして2.5M n-BuLi ヘキサン溶液(hexane solution)3.2mL(8.1mmol)をドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴下して常温で一晩攪拌した。
【0181】
8-メチル-5-(2-(トリフルオロメチル)ベンジル)-5,10-ジヒドロインデノ[1,2-b]インドール(8-methyl-5-(2-(trifluoromethyl)benzyl)-5,10-dihydroindeno[1,2-b]indole)と(6-(tert-ブトキシ)ヘキシル)ジクロロ(メチル)シラン((6-(tert-butoxy)hexyl)dichloro(methyl)silane)との反応溶液(Si溶液)をNMRサンプリングして反応完了を確認した。
【0182】
H NMR(500MHz、CDCl):7.74-6.49(11H、m)、5.87(2H、s)、4.05(1H、d)、3.32(2H、m)、3.49(3H、s)、1.50-1.25(8H、m)、1.15(9H、s)、0.50(2H、m)、0.17(3H、d)
【0183】
上記合成を確認した後、前記Si溶液にフルオレン(fluorene)のリチウム化溶液(lithiated solution)をドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で徐々に滴下して常温で一晩攪拌した。反応後、エーテル/水(ether/water)で抽出(extraction)して有機層の残留水分をMgSOで除去後、真空減圧条件で溶媒を除去してオイル状のリガンド化合物5.5g(7.4mmol)を得て、H-NMRで確認することができた。
【0184】
H NMR(500MHz、CDCl):7.89-6.53(19H、m)、5.82(2H、s)、4.26(1H、d)、4.14-4.10(1H、m)、3.19(3H、s)、2.40(3H、m)、1.35-1.21(6H、m)、1.14(9H、s)、0.97-0.9(4H、m)、-0.34(3H、t)
【0185】
2-2 メタロセン化合物の製造
前記2-1で合成したリガンド化合物5.4g(Mw 742.00g/mol、7.4mmol)をトルエン80mL、MTBE3mL(25.2mmol)に溶かして2.5M n-BuLi ヘキサン溶液(hexane solution)7.1mL(17.8mmol)をドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴下して常温で一晩攪拌した。ZrCl(THF) 3.0g(8.0mmol)をトルエン80mLを入れてスラリーに準備した。ZrCl(THF)の80mLトルエンスラリーをドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)でリガンド-Li溶液をトランスファー(transfer)して常温で一晩攪拌した。
【0186】
反応混合物をろ過してLiClを除去した後、ろ過液(filtrate)のトルエンを真空乾燥して除去した後、ヘキサン100mLを入れて1時間超音波処理(sonication)した。これをろ過してろ過された固体(filtered solid)である紫色のメタロセン化合物3.5g(収率52mol%)を得た。
【0187】
H NMR(500MHz、CDCl):7.90-6.69(9H、m)、5.67(2H、s)、3.37(2H、m)、2.56(3H、s)、2.13-1.51(11H、m)、1.17(9H、s)
【0188】
合成例3:第2メタロセン化合物の製造
【0189】
【化15】
【0190】
常温で50gのMg(s)を10L反応器に加えた後、THF300mLを加えた。I 0.5gを加えた後、反応器温度を50℃に維持した。反応器温度が安定化した後、250gの6-t-ブトキシヘキシルクロリドをフィーディングポンプを用いて5mL/minの速度で反応器に加えた。6-t-ブトキシヘキシルクロリドを加えることによって反応器温度が4℃~5℃程度上昇することを観察した。継続して6-t-ブトキシヘキシルクロリドを加えながら12時間攪拌して黒い色の反応溶液を得た。生成された黒い色の溶液2mLを取った後、水を加えて有機層を得てH-NMRにより6-t-ブトキシヘキサンであることを確認し、これからグリニャール反応がよく進んだことが分かった。よって、6-t-ブトキシヘキシルマグネシウムクロリド(6-t-buthoxyhexyl magnesium chloride)を合成した。
【0191】
MeSiCl 500gと1LのTHFを反応器に加えた後、反応器温度を-20℃まで冷却した。合成した6-t-ブトキシヘキシルマグネシウムクロリド中の560gをフィーディングポンプを用いて5mL/minの速度で反応器に加えた。グリニャール試薬のフィーディングが終わった後、反応器温度を徐々に常温に上げながら12時間攪拌して白いMgCl塩が生成されることを確認した。ヘキサン4Lを加えてラブドリ(labdori)を通じて塩を除去してろ過溶液を得た。得られたろ過溶液を反応器に加えた後、70℃でヘキサンを除去して薄い黄色の液体を得た。得られた液体をH-NMRによりメチル(6-t-ブトキシヘキシル)ジクロロシラン[Methyl(6-t-buthoxyhexyl)dichlorosilane]であることを確認した。
【0192】
H-NMR(CDCl):3.3(t、2H)、1.5(m、3H)、1.3(m、5H)、1.2(s、9H)、1.1(m、2H)、0.7(s、3H)
【0193】
テトラメチルシクロペンタジエン1.2mol(150g)と2.4LのTHFを反応器に加えた後、反応器温度を-20℃に冷却した。n-BuLi 480mLをフィーディングポンプを用いて5mL/minの速度で反応器に加えた。n-BuLiを加えた後、反応器温度を徐々に常温に上げながら12時間攪拌した。次いで、当量のメチル(6-t-ブトキシヘキシル)ジクロロシラン(326g、350mL)を迅速に反応器に加えた。反応器温度を徐々に常温に上げながら12時間攪拌した後、再び反応器温度を0℃に冷却させた後、2当量のt-BuNHを加えた。反応器温度を徐々に常温に上げながら12時間攪拌した。次いで、THFを除去し、4Lのヘキサンを加えてラブドリを通じて塩を除去したろ過溶液を得た。ろ過溶液を再び反応器に加えた後、ヘキサンを70℃で除去して黄色の溶液を得た。これをH-NMRによりメチル(6-t-ブトキシヘキシル)(テトラメチルCpH)-t-ブチルアミノシラン[methyl(6-t-butoxyhexyl)(tetramethylCpH)t-butylaminosilane]であることを確認した。
【0194】
n-BuLiとリガンドジメチル(テトラメチルCpH)t-ブチルアミノシラン(Dimethyl(tetramethylCpH)t-Butylaminosilane)からTHF溶液で合成した-78℃のリガンドのジリチウム塩にTiCl(THF)(10mmol)を迅速に加えた。反応溶液を徐々に-78℃から常温に上げながら12時間攪拌した。次いで、常温で当量のPbCl(10mmol)を加えた後、12時間攪拌して、青色を帯びる濃厚な黒い色の溶液を得た。生成された反応溶液でTHFを除去した後、ヘキサンを加えて生成物をろ過した。得られたろ過溶液からヘキサンを除去した後、H-NMRにより[tBu-O-(CH](CH)Si(C(CH(tBu-N)TiCl]であることを確認した。
【0195】
H-NMR(CDCl):3.3(s、4H)、2.2(s、6H)、2.1(s、6H)、1.8-0.8(m)、1.4(s、9H)、1.2(s、9H)、0.7(s、3H)
【0196】
[担持触媒の製造]
製造例1:担持触媒の製造
20Lステンレスチール(sus)高圧反応器にトルエン溶液5.0kgを入れ、反応器温度を40℃に維持した。600℃の温度で12時間真空を加えて脱水させたシリカ(Grace Davison社製、SP948)1000gを反応器に投入してシリカを十分に分散させた後、合成例1のメタロセン化合物84gをトルエンに溶かして投入し、40℃で200rpmで2時間攪拌して反応させた。その後、攪拌を中止し30分間セトリングし、反応溶液をデカンテーションした。
【0197】
反応器にトルエン2.5kgを投入し、10wt%メチルアルミノキサン(MAO)/トルエン溶液9.4kgを投入した後、40℃で200rpmで12時間攪拌した。反応後、攪拌を中止し30分間セトリングし、反応溶液をデカンテーションした。トルエン3.0kgを投入し10分間攪拌した後、攪拌を中止し30分間セトリングし、トルエン溶液をデカンテーションした。
【0198】
反応器にトルエン3.0kgを投入し、合成例2のメタロセン化合物116gをトルエン溶液1Lに溶かして反応器に投入し、40℃で200rpmで2時間攪拌して反応させた。この時、前記合成例1のメタロセン化合物と合成例2のメタロセン化合物との比率は重量基準で42:58であった。反応器温度を常温に下げた後、攪拌を中止し30分間セトリングし、反応溶液をデカンテーションした。
【0199】
反応器にトルエン2.0kgを投入して10分間攪拌した後、攪拌を中止し30分間セトリングし、反応溶液をデカンテーションした。
【0200】
反応器にヘキサン3.0kgを投入し、ヘキサンスラリーをフィルタードライヤに移送してヘキサン溶液をろ過した。40℃で4時間減圧下で乾燥して1kg-SiO混成担持触媒を製造した。
【0201】
比較製造例1:担持触媒の製造
前記製造例1と同様の方法で製造し、合成例1のメタロセン化合物と合成例2のメタロセン化合物との比率を重量基準で35:65と異にして、混成担持触媒を製造した。
【0202】
比較製造例2:担持触媒の製造
前記製造例1と同様の方法で製造し、合成例1のメタロセン化合物と合成例2のメタロセン化合物との比率を重量基準で60:40と異にして、混成担持触媒を製造した。
【0203】
比較製造例3:担持触媒の製造
前記製造例1と同様の方法で製造し、合成例2のメタロセン化合物の代わりに合成例3のメタロセン化合物を使用して混成担持触媒を製造した。
【0204】
[ポリエチレンの製造]
実施例1-1
前記製造例1で製造された担持触媒を単一のスラリー重合工程に投入して高密度ポリエチレンを製造した。
【0205】
まず、100m容量の反応器にヘキサン25ton/hr、エチレン10ton/hr、水素120ppm(エチレンに対して)、トリエチルアルミニウム(TEAL)10kg/hrの流量でそれぞれ注入し、また、製造例1による混成担持メタロセン触媒を0.5kg/hr注入した。そこに、前記エチレンは反応器温度82℃、圧力7.0kg/cm~7.5kg/cmでヘキサンスラリー状態で連続反応させた後、溶媒除去およびドライ工程を経て粉末形態の高密度ポリエチレンを製造した。
【0206】
実施例1-2
前記実施例1-1と同様の方法で製造し、水素の投入量を125ppmと異にして、粉末形態の高密度ポリエチレンを製造した。
【0207】
実施例1-3
前記実施例1-1と同様の方法で製造し、水素の投入量を130ppmと異にして、粉末形態の高密度ポリエチレンを製造した。
【0208】
比較例1-1
チーグラーナッタ触媒を使用して製造し、MI(190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数)が1.7g/10minである高密度ポリエチレン(HDPE)市販製品(Z/N-1、CE2030K、LG Chem社製)を準備した。
【0209】
比較例1-2
チーグラーナッタ触媒を使用して製造し、MI(190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数)が1.2g/10minである高密度ポリエチレン(HDPE)市販製品(Z/N-2、CE2080、LG Chem社製)を準備した。
【0210】
比較例1-3
チーグラーナッタ触媒を使用して製造し、MI(190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数)が1.5g/10minである高密度ポリエチレン(HDPE)パイロット製品(Z/N-3、LG Chem社製)を準備した。
【0211】
比較例1-4
前記実施例1-2と同様の方法で製造し、製造例1で製造された担持触媒の代わりに比較製造例1で製造された担持触媒を使用して粉末形態の高密度ポリエチレンを製造した。
【0212】
比較例1-5
前記実施例1-2と同様の方法で製造し、製造例1で製造された担持触媒の代わりに比較製造例2で製造された担持触媒を使用して粉末形態の高密度ポリエチレンを製造した。
【0213】
比較例1-6
前記実施例1-1と同様の方法で製造し、製造例1で製造された担持触媒の代わりに比較製造例3で製造された担持触媒を使用して粉末形態の高密度ポリエチレンを製造した。
【0214】
試験例1
実施例1-1~1-3および比較例1-1~1-6で製造したポリエチレンに対して下記の方法で物性を測定し、その結果を下記表1に示す。
【0215】
1)溶融指数(MI、g/10分):
ASTM D1238の方法で温度190℃でそれぞれ荷重2.16kg、5kg、および21.6kgの条件下で溶融指数(MI、MI21.6)を測定し、10分間溶融した重合体の重量(g)で表した。
【0216】
2)溶融流れ指数(MFRR):
ASTM D1238の方法で190℃、21.6kgの荷重で測定した溶融指数を、190℃、5kgの荷重で測定した溶融指数で割った値で溶融流れ指数(MFRR、MI21.6/5)を求めた。
【0217】
3)密度:
ASTM D1505の方法でポリエチレンの密度(g/cm)を測定した。
【0218】
4)高結晶領域の比率(%):
ポリエチレンに対して測定して温度上昇溶離分別(TREF)グラフを得た後、TREFグラフ上で溶離温度105℃を高結晶領域が始まる縦軸を基準にして、前記溶離温度105℃以上に相当する高結晶領域のグラフの面積を測定し、これを全体グラフの面積で割った百分率値を高結晶領域の比率(%)で示した。ここで、ポリエチレンの温度上昇溶離分別(TREF)グラフは、PolymerChar社製のAgilent Technologies 7890A装置により得られた。より具体的には、20mLの1,2,4-トリクロロベンゼンに1.5mg/mLの濃度にポリエチレンサンプルを溶かした後、30℃から150℃まで40℃/minの速度で温度を上げながら溶解した後、35℃まで0.5℃/minの速度で温度を下げて再結晶し、再び140℃まで1℃/minの速度で温度を上げながら溶出させる過程を経てグラフが得られた。
【0219】
5)分子量分布(MWD、polydispersity index):
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC、gel permeation chromatography、Water社製)を用いてポリエチレンの重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)を測定し、重量平均分子量を数平均分子量で割って分子量分布(MWD)を計算した。
【0220】
具体的には、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)装置としてはWaters PL-GPC220装置を用い、Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300mm長さのカラムを使用した。この時、測定温度は160℃であり、1,2,4-トリクロロベンゼン(1,2,4-Trichlorobenzene)を溶媒として使用し、流速は1mL/minとした。実施例および比較例によるポリエチレン試料はそれぞれGPC分析装置(PL-GP220)を用いてBHT0.0125%含まれているトリクロロベンゼン(1,2,4-Trichlorobenzene)で160℃、10時間溶かして前処理し、10mg/10mLの濃度に調整した後、200μLの量で供給した。ポリスチレン標準試験片を用いて形成された検定曲線を用いてMwおよびMnの値を誘導した。ポリスチレン標準試験片の重量平均分子量は、2000g/mol、10000g/mol、30000g/mol、70000g/mol、200000g/mol、700000g/mol、2000000g/mol、4000000g/mol、10000000g/molの9種を使用することができる。
【0221】
【表1】
【0222】
まず、前記表1において重合時のH投入量(ppm)は、エチレン投入量を基準にして水素気体含有量を示したものである。
【0223】
上記表1に示すように、比較例に比べて実施例ではMI、MFRRおよび分子構造によってCPE MVが50~60と全てが最適化され、電線およびケーブルなどの用途に適用時、高速押出工程でも優れた押出加工性および寸法安定性とともに引張強度などの機械的物性に優れていることが分かった。
【0224】
試験例2
実施例1-1~1-3および比較例1-1~1-6で製造したポリエチレンを使用して塩素化ポリエチレンを製造した。
【0225】
[塩素化ポリエチレンの製造]
反応器に水5000Lと実施例1-1で製造された高密度ポリエチレン550kgを投入した後、分散剤としてポリメタクリル酸ナトリウム、乳化剤としてオキシプロピレンおよびオキシエチレンコポリエーテル、触媒としてベンゾイルペルオキシドを入れて、80℃から132℃まで17.3℃/hrの速度で昇温した後、最終温度132℃で3時間気体状塩素で塩素化した。この時、昇温と同時に反応器内圧力を0.3MPaに維持しながら気体状塩素を注入し、前記塩素の総投入量は610kgであった。前記塩素化された反応物をNaOHに投入して4時間中和し、これを再び流水で4時間洗浄した後、最後に120℃で乾燥させて粉末形態の塩素化ポリエチレンを製造した。
【0226】
また、実施例1-2および実施例1-3並びに比較例1-1~比較例1-6で製造されたポリエチレンも、前記と同様の方法でそれぞれ粉末形態の塩素化ポリエチレンを製造した。
【0227】
上述のように、実施例1-1および実施例1-3並びに比較例1-1~比較例1-6で製造したポリエチレンを使用して、実施例2-1~実施例2-3および比較例2-1~比較例2-6の塩素化ポリエチレンに対して下記の方法で物性を測定し、その結果を下記表2に示す。
【0228】
1)CPEのMV(Mooney viscosity):
ムーニー粘度計(Mooney viscometer)内ローター(Rotor)をCPEサンプルで覆いダイ(Die)を閉じる。121℃で1分間予熱した後、ローター(Rotor)を4分間回転させてMV(Mooney viscosity、121℃、ML1+4)を測定した。
【0229】
2)CPEの硬度:
GB/T53によるShore Aの方法でCPEの硬度を測定した。具体的には、塩素化ポリエチレン(CPE)パウダー製品をロールミル(Roll mill)で135℃で5分間処理した後、プレス(press)140℃で6mm厚さのシート(sheet)を製作した後、これを用いてGB/T53によるShore Aの方法で硬度を測定した。
【0230】
3)CPEの融解熱(heat of fusion、J/g):
示差走査熱量計(Differential Scanning Calorimeter、DSC、装置名:DSC 2920、製造会社:TA instrument社)を用いてCPEの融解熱(heat of fusion)を測定した。
【0231】
具体的には、前記融解熱(heat of fusion、J/g)は、残留結晶(DSC 1st heating、30℃~150℃ peak)の程度を示したもので、DSCを-70℃から150℃で分当たり10℃の速度で昇温しながら生成される熱流量(Heat flow)変化データを得た。この時、TA instrument社製のTA Universal Analysisプログラムにより30℃~150℃の間に現れるピークを統合(integrate)して融解熱(heat of fusion)値を得た。この時、温度の上昇および下降の速度は10℃/minであり、融解熱は最初の温度が上昇する区間で測定した結果を使用した。
【0232】
【表2】
【0233】
前記表2に示すように、比較例に比べて実施例ではCPEのMV(Mooney viscosity)が52~54であり、融解熱(heat of fusion)は0.7J/g~0.8J/gであって、残留結晶(DSC 1st heating、30℃~150℃ peak)が少なく、塩素分布が均一であるので、硬度が44~46と低く示すことが分かった。特に、実施例と同等程度のMVを有する比較例2-3に比べて、CPEの融解熱が実施例2-1および2-3は約63%より低く現れ、実施例2-2では約68%より低く現れ、優れた加工性を実現することができる。また、比較例2-6では高結晶領域の比率が少なくて硬度または融解熱が低くならなければならないが、ポリエチレンの分子量が低すぎるので硬度と融解熱が顕著に増加し、塩素化生産性が大きく低下して、均一に塩素化反応がうまく行われないことを確認した。
【0234】
試験例3
実施例1-1~1-3および比較例1-1~1-5で製造したポリエチレンを使用して製造した塩素化ポリエチレン25~50重量%と、タルク(Talc)、カーボンブラック(carbon black)などの無機物添加剤50~70重量%、架橋剤0.5~10重量%を配合した後、加工して、実施例3-1~3-3および比較例3-1~3-5のCPEコンパウンド試験片を製造した。
【0235】
上述のように、実施例1-1~1-3および比較例1-1~1-5で製造したポリエチレンで製造した塩素化ポリエチレンを含む、実施例3-1~3-3および比較例3-1~3-5のCPEコンパウンドに対して下記の方法で物性を測定し、その結果を下記表3に示す。
【0236】
1)CPEコンパウンド(compound)のMV(Mooney viscosity):
MV装置内ローター(Rotor)をCPEコンパウンドサンプルで覆いダイ(Die)を閉じる。100℃で1分間予熱した後、ローター(Rotor)を4分間回転させてMV(Mooney viscosity、100℃、ML1+4)を測定した。
【0237】
2)CPEコンパウンド(compound)の引張強度(Tensile strength、MPa)および引張伸び(Tensile elongation、%):
ASTM D412に基づいた方法で500mm/minの条件下でCPEコンパウンド(compound)の引張強度(Tensile strength、MPa)および引張伸び(Tensile elongation、%)を測定した。
【0238】
3)CPEコンパウンド(compound)の可塑度(Plasticity、%):
ASTM D926に基づいた方法で70℃、5kgの荷重の条件でCPEコンパウンド(compound)の可塑度(Plasticity、%)を測定した。
【0239】
具体的には、高さ10mmおよび直径16mmのCPEコンパウンド(compound)試験片を使用して(試験片の高さh)70℃、5kgの荷重の条件で測定し、3分間、70℃でプレヒーティング(preheating)および5kgの荷重を加えて変形された試験片の高さ(h)を測定した後、荷重を除去し、常温で3分間経過した後、回復した試験片の高さ(h)を測定して、下記計算式1によりCPEコンパウンド(compound)の可塑度(Plasticity、%)を算測した。
【0240】
[計算式1]
P=(h-h)/(h+h
【0241】
前記計算式1中、
PはCPEコンパウンド(compound)の可塑度(Plasticity、%)を示し、
は可塑度の測定時、変形前の試験片の高さ(mm)を示し、
は3分間、70℃のプレヒーティング(preheating)および5kgの荷重を加えて変形された試験片の高さ(mm)を測定した値であり、
は荷重を除去した後、常温で3分経過後の測定した試験片の高さ(mm)を示す。
【0242】
【表3】
【0243】
前記表3に示すように、比較例に比べて実施例ではCPEコンパウンドのMV(Mooney viscosity)が38.5~39.2であり、引張強度および引張伸びも9.5MPa~10MPaおよび520%~530%と非常に優れ、可塑度(Plasticity)は44.1%~44.6%と非常に優れていることが分かった。したがって、本発明に係る実施例は塩素化生産性、MV、加工性、引張強度、可塑度(Plasticity)が全てバランスの取れた製品スペックを有することが分かった。
【0244】
反面、比較例3-1、3-3、3-4のCPEコンパウンドは引張強度が低く、電線およびケーブルの用途に加工時、機械的物性が良くないことがある。特に、比較例3-4のCPEコンパウンドはCPE MVが低くて引張強度が低く、比較例3-2および3-5のCPEコンパウンドはCPE MVが高くて電線およびケーブルなどの用途に適用時、高速押出工程で押出加工性が低下することがある。
図1
【国際調査報告】