[发明专利]经改善加工性能的聚乙烯

说明书

                    发明领域

使用使乙烯和α-烯烃共聚的催化剂由乙烯和一系列α-烯烃制造的聚乙烯通常具有优异的熔融加工特性，尤其是在希望零剪切粘度高且高剪切粘度低的用途中。本文所描述的这些聚乙烯特别适合于吹塑成型、挤出或者制造挤吹薄膜。

                    技术背景

聚乙烯是重要的商品，它们比任何其它聚合物生产规模更大。已经生产了许多不同级别的这类聚合物，这些不同的级别在许多性能包括成本方面有变化。关于聚乙烯的综述，见B.Elvers等人编的Ullmann工业化学百科全书(Ullmann′s Encyclopedia of IndustrialChemistry)，第五版，A21卷，VCH Verlagsgesellschaft，Weinheim，1992年，第488-518页；和H.Mark等人编的聚合物科学与工程百科全书(Encyclopedia of Polymer Science and Engineering)，第6卷，John Wiley & Sons，New York，1986，第383-489页。除了成本以外，大多数用户(聚合物加工商)关心的两个主要性能是最终的聚合物物理性能(即聚合物是否具有适合于最终用途的物理性能)，和它在最终制品中形成聚合物的难易程度，这通常称为加工性能。聚合物用户常常必须在更好的物理性能与更好的加工性能之间采取折衷。

例如，具有最高拉伸强度和最高使用温度(因为其较高的熔点)的聚乙烯通常是高密度聚乙烯(HDPE)，其最简单的形式是由乙烯获得的基本为线性的聚合物。它一般在中等的压力(数MPa)和温度(一般为50-150℃)下通过乙烯的配位聚合来制造。但是，其熔融加工性能相当差。

在聚乙烯类型的另一端是低密度聚乙烯(LDPE)，它在非常高的压力(一百或更高MPa)和高温(约200℃)下制造，必须使用非常昂贵的制造设备和高操作成本，以压缩乙烯来进行聚合。LDPE具有较差的物理性能，因为它是高度分支的，这些支链被认为同时包括长链支链(LCB，约100个碳原子或更多)和短链支链(SCB，＜＜100个碳原子)。但是，认为支链，尤其是LCB的存在使得LDPE变成一般为最佳加工性能类型的聚乙烯。

已经有许多尝试来组合HDPE和LDPE的最佳性能。其中之一产生了线性低密度聚乙烯(LLDPE)，这是乙烯和较低的α-烯烃如1-丁烯、1-己烯或1-辛烯的共聚物。其加工性能比HDPE更好，但是不如LDPE，而其物理性能比LDPE更好，但是不如HPDE。同样在加工性能与物理性能之间进行了(在单一的聚合物中)折衷。

对于低成本、大规模聚合物如聚乙烯，使其以最低加工成本形成成型制品是关键的，因为加工成本是最终成型制品成本的重要部分。这意味着具有高生产率的方法是特别重要的，因为它们使成本最低化。在这些方法中包括生产所谓型材制品的挤出、吹塑薄膜挤出(在某种意义上是挤出的一种特殊形式)、和可以用于生产空心制品如瓶和其它容器的吹塑成型。使这些方法运转越快，所生产的制品就会越便宜。在这些方法的每一种中的第一部分熔融成型中，聚合物在较高剪切下通过模具挤出。聚合物在高剪切速率下的粘度越低，在适当的模具压力且没有熔体断裂的情况下，聚合物可以挤出越快。在这些方法的每一种中，在聚合物从模具中出来之后到凝固之前，重要的是聚合物不会变形(除了在希望变形时，例如在吹制薄膜或用吹塑成型中吹制空心形状时)，以便保持希望的形状。对于该方法的这部分中，人们更喜欢有在低剪切下高熔体粘度的聚合物。LDPE通常恰好具有这些性能，这被认为是它如此容易加工的原因。另外，在现有技术中认为，这些性能是该聚合物中支化，特别是LCB的结果。

如上所述，LDPE在建造和操作是特别昂贵的设备中制造，所以LDPE往往比其它级别的PE更昂贵。现在制造了可以在比LDPE更低的压力下制造的PE，它具有LDPE的加工性能，所以是有利的。此外，如果该聚合物具有比LDPE更好的物理性能，将是更有利的。

US 6103946描述了使用某些铁催化剂进行的乙烯的低聚作用形成α-烯烃。WO99/50318描述使用所选的铁催化剂和所选的能够使乙烯和α-烯烃共聚的聚合催化剂，通过乙烯的反应制造支化的聚乙烯。上述参考文献在本文中引作参考，如同全文阐述一样。