[发明专利]具有高劲度和高ESCR的双峰聚乙烯树脂

说明书

发明领域

本发明涉及制备聚乙烯，特别是高密度聚乙烯(HDPE)的方法，在一个非限制性实施方式中更具体地涉及制备具有双峰分子量分布，改进的耐环境应力开裂性(ESCR)和改进的劲度的聚烯烃。

发明背景

对于聚乙烯，特别是高密度聚乙烯(HDPE)，分子量分布(MWD)是决定聚合物的许多性质的基本性质，因此在其应用中，本领域一般认识到聚乙烯树脂的MWD可能主要决定了树脂的物理性质，特别是机械性能，对不同分子量的聚乙烯分子的规定明显影响了聚乙烯的整体流变性。

因为分子量增大一般会提高聚乙烯树脂的物理性质，因此对高分子量聚乙烯有较大的需求。对这种应用来说，高分子量聚乙烯的M_n至少为1×10⁵，通常约为1×10⁵至1×10⁷。但是，高分子量分子使聚合物更难以加工。另一方面，分子量分布加宽会使聚合物在高剪切速率下加工时改进聚合物的流动。因此，在需要采用相当高材料挤出量通过模头快速转变的应用中，例如在吹塑和挤出技术中，分子量分布加宽容许高分子量的聚乙烯相对于低熔体指数的聚乙烯改进加工，这是本领域已知的。已知当聚乙烯具有高分子量以及宽分子量分布时，因为低分子量部分和高分子量部分对良好耐冲击性的贡献使聚乙烯的加工更容易。这种类型的聚乙烯能使用较少能量和较高加工产量进行加工。

包含两组不同平均分子量的分子的聚合物可以被认为是双峰的。制备多峰聚合物是材料领域面临的基本挑战，因为这种类型的聚合物使得能够在同一材料中结合构成材料的各组分子的性质。例如，高分子量聚合物能产生良好的机械强度，而低分子量聚合物使材料能在高温下保持良好的流动性，便于材料的加工。

如上面所述，高分子量部分提供高密度聚乙烯良好的机械性能，需要低分子量部分提供高密度聚乙烯良好的加工性。具有相对高粘度的高分子量部分可能导致这类高分子量部分的加工困难。在双峰高密度聚乙烯中，与单峰分布相比较调节高分子量部分和低分子量部分的混合物，使聚合物中的高分子量物质的数量和分子量同时达到最佳。这样可以根据最终用途或用来制造最终用途用品的方法提供改进的机械性能和/或改进的加工性。

因此，本领域认识到高密度聚乙烯具有双峰分子量分布将是理想的。对于双峰分布，只要两种物质的平均分子量具有足够的差异，例如通过凝胶渗透色谱测定的MWD图可能在分子量分布峰的高分子量侧包括“肩峰”。一种树脂可能没有可辨别的肩峰，但仍可能是双峰的。

制备具有改进的性能，例如较高劲度和较高耐环境应力开裂性(ESCR)的聚乙烯是持续的工业目标，这些性能是诸如管材，大型和小型模塑部件以及55加仑桶等应用的重要考虑因素。

发明概述

本发明一个方面，提供在两个串联反应器中制备双峰高密度聚乙烯的方法，该方法包括：在第一反应器中，在氢和齐格勒-纳塔聚合催化剂存在下由乙烯均聚制备第一聚乙烯产物；在串联的下游第二反应器中由乙烯和以乙烯单体总重量为基准的约0-3重量％有3-8个碳原子的α-烯烃共聚单体聚合制备第二聚乙烯产物。该方法还包括回收双峰聚乙烯，该聚乙烯的密度约为0.955-0.959克/厘米³，高负荷熔体指数(HLMI)约为2-30分克/分钟，耐环境应力开裂性(ESCR)约为400-2500小时，0.4％挠曲模量约为180,000-260,000磅/英寸²(psi)(1,200-1,800兆帕(MPa))。

本发明的另一个方面，提供采用以下方法制备的双峰高密度聚乙烯树脂，该方法包括：在第一反应器中，在氢和齐格勒-纳塔聚合催化剂存在下由乙烯均聚制备第一聚乙烯产物；在串联的下游第二反应器中由乙烯和以乙烯单体总重量为基准的约0-3重量％有3-8个碳原子的α-烯烃共聚单体聚合制备第二聚乙烯产物。该方法还包括回收双峰聚乙烯，该聚乙烯的密度约为0.955-0.959克/厘米³，高负荷熔体指数(HLMI)约为2-30分克/分钟，耐环境应力开裂性(ESCR)约为400-2500小时，0.4％挠曲模量约为180,000-260,000磅/英寸²(1,200-1,800兆帕)。