[发明专利]多峰聚乙烯聚合物以及所述聚合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有多峰分子量分布的聚乙烯，其包含：(i)20-70重量％的较低分子量的乙烯聚合物；(ii)20-70重量％的第一较高分子量的乙烯共聚物；和(iii)0.5-9.5重量％的第二较高分子量的乙烯共聚物。本发明还涉及所述聚乙烯的制备方法、包含所述聚乙烯的组合物、以及使用所述聚乙烯或其组合物来制备制品的方法。所述制品(特别是管道)本身是本发明的进一步的方面。

背景技术

聚乙烯(PE)是用于制造用于水和气体输送、经常处于压力下的管道的最常用材料。关注的主要领域是用于HDPE管道的聚乙烯。这些采用在中等压力下、使用配位催化剂聚合的聚乙烯。

用于制造HDPE管道的聚乙烯必须符合一些要求。它们经常在高内压下使用且经历外部机械力。尽管总压力通常远低于聚合物的屈服应力，但是，几乎总是在聚合物化学降解之前发生机械破坏。通常认为：这是由于在聚乙烯管道中存在微米尺度的局部不均匀性，导致在所述缺陷周围的超过屈服应力的强的局部应力分布。这样的应力集中引起由银纹纤丝的裂开导致的银纹的形成和生长。这显然是脆性破坏模式，所谓的慢速裂缝生长(SCG)，因此，其被观察到并限制聚乙烯管道的寿命。

由于聚乙烯管道的柔韧性、可变形性以及在长的长度方面的可得性，它们特别适用于非常规的管道安装。现代换衬技术的广泛使用以及快速管道安装实践需要高的材料要求和性能保证，所述性能特别是与这些技术所固有的且促进SCG的刮痕、凹口、缺口和碰撞的影响有关的性能。当通过现代的非开挖或无沟槽安装法(例如管道爆裂、水平方向钻孔)安装管道时，将管道水平地拖曳通过场地。虽然在场地(例如道路和其它装置)的表面无需被干扰且安装成本显著降低方面经常是高度有利的，但是，另一方面，所述非开挖方法产生了高倾向地发生如下问题的缺点——突出的石头、岩石等在纵向方向上刮擦管道外表面。此外，当在管道的内部施加压力时，在这样的纵向刮痕的底部，将存在非常高的局部切向应力。因此，不幸地，这样的刮痕是非常有害的，因为它们经常引起在整个壁上的裂缝蔓延(否则，所述裂缝蔓延是完全不会被引起的)。另外，HDPE管道有时用于传导研磨浆料，例如在采矿操作中。对于这样的应用，重要的是管道具有高耐磨性。

对于裂缝的引发以及由任何所引发的裂缝的SCG导致的蔓延具有优异耐受性的聚乙烯将容许更好且更耐久的管道，而且，用于管道生产的聚乙烯体积将甚至更为增多。具有耐磨性的管道是特别吸引人的。

对于在使用中具有内压的HDPE管道来说，另一重要的潜在破坏模式是快速裂缝蔓延(RCP)。如果在不降低具有高RCP的管道中的气体压力的情况下引发纵向裂缝，则裂缝将倾向于进一步打开，非常快且在长的距离上使管道裂开。然而，在具有低RCP性质的管道中，管道的开裂将在短的距离后停止。因此，对于管道制造来说，具有优异耐RCP性的聚乙烯是特别期望的。

对于压力管道应用，存在聚乙烯应当具有的若干重要性质：

1)耐慢速裂缝生长(SCG)性

2)耐快速裂缝蔓延(RCP)性

3)使得能够管道挤出的可加工性(例如，如由MFR₅所示的)

4)对于刮痕/凹陷的耐受性(例如，如由硬度、刮擦和耐磨性所示的)

5)对于具有后续管道爆裂的延展性膨胀的耐受性

耐SCG和RCP性意味着裂缝不太可能从现有缺陷蔓延，同时，对于刮痕和凹陷的耐受性意味着不太可能出现能够引起裂缝的缺陷。

文献说明：SCG的改善通常导致RCP的相伴劣化。这是因为共聚单体的含量提高(通常对应于降低的密度)有利于SCG，而共聚单体的含量降低通常据称是有利于RCP和延展性膨胀。而且，已知的是，如果MFR₅降低，则这提高了FNCT。然而，这是不可接受的，因为为了将聚合物挤出成管道，MFR₅必须保持在典型地采用的用于可加工性的范围内。对于刮痕的磨损耐受性也必须保持为最大值，以便使提高裂缝发展倾向的缺陷最少化。出于同样的理由，应当使聚合物的硬度最大化。聚乙烯的硬度通常随着结晶度的提高和晶片厚度的提高而提高。另一方面，耐SCG性已知随着结晶度的降低而提高。

这些抵消因素使得开发用于制造具有必要的性质平衡(例如改善的SCG且不有害地影响RCP、硬度、耐磨性及可加工性)的管材的聚乙烯是非常具有挑战性的。

HDPE对SCG的耐受性通常通过测量其耐环境应力开裂性(ESCR)而测得。HDPE对RCP的耐受性通常通过测量其抗冲击性而测得。

目前用于HDPE管道的聚合物主要为两类：