KR20050088113A - 대형 콘테이너를 위한 폴리에틸렌 취입 성형 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 모드 분자량 분포를 사용한 폴리에틸렌 조성물에 관한 것이며, 바람직하게는 10 ~ 150 dm3 (l) 범위의 부피를 가진 대형 콘테이너의 취입 성형을 위해 적절하다. 조성물은 23℃에서 밀도가 0.949 ~ 0.955 g/cm3 범위이고, MFI190/5가 0.1 ~ 0.3 dg/min이다. 이것은 저분자량 에틸렌 동종중합체 A 38 ~ 45 중량%, 에틸렌 및 4 ~ 8 개의 탄소 원자를 가진 다른 1-올레핀으로 이루어진 고분자량 공중합체 B 30 ~ 40 중량% 및 초고분자량 에틸렌 공중합체 C 18 ~ 26 중량%를 포함한다.
Description
본 발명은, 특히 10 ~ 150 dm3(I)의 범위의 용량을 가진 대형 취입 성형물의 취입 성형을 위해 적절한 다중 모드 분자량 분포를 가진 폴리에틸렌 취입 성형 조성물 및 연속적인 슬러리 중합으로 이루어진 다단계 반응 공정의 의한, Ziegler 촉매 및 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 알킬알루미늄클로라이드 및 알킬알루미늄히드라이드와 같은 부촉매로 이루어진 촉매계의 존재하에 폴리에틸렌 취입 성형 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 사출 취입 성형에 의한 취입성형 조성물로부터 생산된 대형 콘테이너에 관한 것이다.
폴리에틸렌은 특히 높은 기계적 강도, 높은 내부식성 및 절대적 신뢰성있는 장기간 안정성을 가진 물질이 요구되는 모든 유형의 취입 성형물 생산을 위해 광범위하게 사용된다. 폴리에틸렌의 또다른 이점은 내화학성이 우수하고, 고유의 경량 물질인 점이다.
EP-A-603,935는 그것은 우수한 기계적 특성을 가진 성형물의 생산에 적절한, 이중 모드 분자량 분포를 가진 폴리에틸렌계 취입 성형 조성물을 개시하였다.
US-A 5,338,589는 WO 91/18934 에서 공지된 하이-마일리지 (high-mileage) 촉매를 사용하여 제조된 넓은 분자량 분포를 가진 물질을 개시하였으며, 마그네슘 알코올레이트는 겔형 현택액의 형태로 사용된다. 놀랍게도, 성형물에서 이 물질의 사용은 반결정체 열가소성 수지와는 정반대로 관련이 있는, 한편으로는 경성, 다른 한편으로는 내응력 균열성 및 인성과 같은 특성을 동시에 개선시키는 것을 가능케 한다.
그러나, 알려진 이중 모드 생성물은 가공 동안 상대적으로 낮은 용융 강도를 갖는다. 이것은 압출된 용융 예비 성형물이 용융된 상태에서 종종 파손되어 압출 공정이 가공에 대하여 예상밖으로 민감하게 된다는 것을 의미한다. 또한, 특히 두꺼운 막 용기 생산시, 성형물의 상단에서 하단으로 용융물이 흐르기 때문에 막두께가 일정하지 않다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 대형 취입 성형물의 취입 성형에 의한 공정에서 공지의 모든 물질보다 개선된 취입 성형을 위한 폴리에틸렌 조성물을 개발하는 것이다. 특히, 조성물의 높은 용융 강도는 장기간 동안 용융 예비 성형물의 파괴가 없는 압출 공정을 수행할 수 있으며, 정확하게 조절된 조성물의 팽윤비 지수는 막두께 조절의 최적화를 가능하게 한다.
본 출원인은 놀랍게도 이 목적이 개시부에서 언급한 것과 같은 조성물에 의해 성취된다는 것을 발견하였으며, 성형 조성물의 총중량을 기준으로 하여 저분자량 에틸렌 동종중합체 A 38 ~ 45 중량%, 에틸렌 및 4 ~ 8 개의 탄소 원자를 포함한 다른 1-올레핀으로 이루어진 고분자량 공중합체 B 30 ~ 40 중량% 및 초고분자량 에틸렌 공중합체 C 18 ~ 26 중량%를 포함한다.
본 발명은 또한 단계적 슬러리 중합에서 이 조성물의 제조를 위한 방법 및 이 조성물로부터 10 ~ 150 dm3 (l) 범위의 용량 (=부피) 및 매우 우수한 기계적 강도 특성을 갖는 대형 콘테이너의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 폴리에틸렌 조성물은 23℃에서의 밀도가 0.949 ~ 0.955 g/cm3 범위이고, 넓은 삼중 모드 분자량 분포를 가진다. 고분자량 공중합체 B 는 4 ~ 8 개의 탄소 원자를 가진 다른 1-올레핀 단량체 단위를 소 비율로, 즉 0.1 ~ 0.2 중량%로 포함한다. 공단량체의 예로는 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 또는 4-메틸-1-펜텐이 있다. 초고분자량 에틸렌 동종중합체 또는 공중합체 C는 또한 1 이상의 상기 공단량체를 2 ~ 3 중량% 범위의 양으로 포함한다.
본 발명의 중합체 조성물은 MFI190/5로 표현된 용융 유동 지수 ISO 1133이 0.1 ~ 0.3 dg/min이고 MFR190/21.6으로 표현된 용융 유동 지수 ISO 1133이 4 ~ 6 dg/min이고, 135℃의 데칼린 중에서 ISO/R 1191에 따라 측정한 점성 도수 VNtot가 460 ~ 500 cm3/g이다.
삼중 모드는 3 개의 개개 분자량 분포의 무게 중심 위치에서의 측정치이며, 연속적인 중합 단계에서 형성된 중합체의 ISO/R 1191에 대하여 점성 도수 VN을 사용하여 기술할 수 있다. 반응의 각 단계에서 형성된 중합체에 대한 관련 밴드 폭은 하기와 같다:
제1 중합 단계 후 측정된 중합체의 점성 도수 VN1은 저분자량 폴리에틸렌 A의 점성 도수 VNA와 일치하며 본 발명에 의해 160 ~ 220 cm3/g의 범위내에 있다.
제2 중합 단계 후 측정된 중합체의 점성 도수 VN2는 계산에 의해서 결정이 될 수 있는, 제2 중합 단계에서 형성된 고분자량 폴리에틸렌 B의 VNB와 동일하지 않으나, 중합체 A 및 중합체 B의 혼합물의 점성 도수로 나타낸다. 본 발명에 의하면, VN2는 250 ~ 300 cm3/g의 범위내에 있다.
제3 중합 단계 후 측정된 중합체의 점성 도수 VN3는 계산에 의해서만 결정이 될 수 있는, 제3 중합 단계에서 형성된 초고분자량 공중합체 C의 VNc와 동일하지 않으나, 중합체 A, 중합체 B 및 중합체 C의 혼합물의 점성 도수로 나타낸다. 본 발명에 의하면, VN3는 460 ~ 500 cm3/g의 범위내에 있다.
폴리에틸렌은 압력 0.15 ~ 1 MPa, 60 ~ 90℃ 범위에서 전이 금속 화합물 및 유기 알루미늄 화합물로 구성된 하이-마일리지 Ziegler 촉매의 존재하의 슬러리에서 단량체의 중합에 의해 얻어진다. 중합은 3 단계, 예를 들면, 일련의 3 단계로 수행되며, 각 분자량은 수소 공급의 도움으로 조절된다.
본 발명의 폴리에틸렌 조성물은 폴리에틸렌과 함께 기타의 첨가제를 포함할수 있다. 이러한 첨가제의 예는 혼합물의 총 중량을 기준으로 하여 0 ~ 10 중량%, 바람직하게는 0 ~ 5 중량%의 열 안정화제, 산화방지제, UV 흡수제, 광 안정화제, 금속 불활성제, 과산화물을 분해하는 화합물 및 염기성 공안정화제 및 0 ~ 50 중량%의 총량으로 충전제, 강화제, 가소제, 윤활제, 유화제, 안료, 광학 표백제, 난연제, 대전 방지제, 발포제 또는 이들의 조합물이다.
본 발명의 조성물은 200 ~ 250℃의 온도에서 압출기내에서 폴리에틸렌 조성물의 1차 가소화시킨 후, 다이를 통해 몰드로 압출시키고, 이 몰드 내에서 취입, 냉각 및 고형화시켜 대형 콘테이너를 생산하는 취입 성형 방법에 특히 적절하다.
본 발명의 조성물은 팽윤비 지수가 175 ~ 205%이기 때문에 대형 취입 성형, 예컨대 대형 콘테이너를 얻기 위한 취입 성형 제조 방법에서 우수한 가공 양상을 산출하며, 본 발명의 성형 조성물은 노치드 충격 강도 (ISO)가 30 ~ 60 kJ/m2이기 때문에 생산된 대형 취입 성형물은 특히 높은 기계적 강도를 가진다. 내응력 균열성 (FNCT)은 60 ~ 110 h 이다.
노치드 충격 강도ISO는 23℃에서 ISO 179-1/1eA/DIN 53453에 의해 측정하였다. 검체의 크기는 10 x 4 x 80 mm이고, V 노치는 깊이 2 mm 및 노치 기부 반경 0.25 mm, 각도 45°를 사용하여 삽입한다.
본 발명의 성형 조성물의 내응력 균열성은 내부 테스트 방법으로 결정하였고 h로 나타내었다. 이 실험 방법은 문헌 [M.Fleissner in Kunststoffe 77 (1987), pp. 45 et seq.]에 기술되어 있고, 현재까지 시행되고 있는 ISO/CD 16770에 해당한다. 이 문헌은 원주형 노치를 사용한 검체의 크리프 테스트에서 느린 균열 성장의 결정 및 ISO 1167의 장기간 내부 및 정역학적 압력 테스트의 취성 부분의 관계를 보여준다. 80℃에서 3.5 MPa의 장력을 사용한 응력 균열 촉진 매개물인 에틸렌 글리콜에서, 노치 (1.6 mm/안전 면도날)에 의한 응력 개시 시간의 단축으로 인해 파손 시간이 단축되었다. 검체는 두께 10 mm의 압축된 명판으로부터 10 x 10 mm 치수의 3 개의 검체를 톱질하여 제작한다. 이러한 목적을 위해 구체적으로 제조된 노치 소자 (해당 문헌의 도 5 참조)에서 안전 면도날을 사용하여 중앙 노치를 검체에 제공한다. 노치 깊이는 1.6 mm이다.
실시예 1
에틸렌은 직렬로 배열된 3 개의 반응기에서 연속적인 방법으로 중합된다. 1.0 mol/h의 양은 WO 91/18934, 실시예 2에서 상술한 것과 같이 Ziegler 촉매와 부합하며, WO 91/18934에서 작동 도수 2.2을 가지며, 충분량의 희석액 (헥산), 에틸렌 및 수소뿐 아니라 15 mol/h 트리에틸알루미늄과 함께 제1 반응기에 공급된다. 제1 반응기의 기상에서 측정된 에틸렌 및 수소의 백분율을 각각 33 부피% 및 56 부피%이고, 나머지는 질소와 증기화된 희석액의 혼합물이 되도록 에틸렌의 양 (= 5.3 t/h) 및 수소의 양 (= 2.3 kg/h)을 조절한다.
제1 반응기에서의 중합은 70℃에서 수행된다.
제1 반응기로부터의 슬러리는 그후 제2 반응기로 옮기고, 기상 수소의 비율은 16 부피%로 감소되고, 4.5 t/h 양의 에틸렌과 함께 7 kg/h 양의 1-부텐을 이 반응기에 첨가한다. 수소량을 중간체 H2 감압 방법에 의해 감소시킨다. 에틸렌 67 부피%, 수소 16 부피% 및 1-부텐 0.37 부피%를 제2 반응기의 기상에서 측정하였으며, 나머지는 질소와 증기화된 희석액의 혼합물이 된다.
제2 반응기에서의 중합은 85℃에서 수행된다.
제2 반응기로부터의 슬러리는 제3 반응기의 기상에서 수소양을 < 0.5 부피%로 조절하기 위해 추가의 중간체 H2 감압을 사용하여 제3 반응기로 옮긴다.
69 kg/h 양의 1-부텐을 2.8 t/h 양의 에틸렌과 함께 제3 반응기에 첨가한다. 에틸렌 87 부피%, 수소 < 0.5 부피% 및 1-부텐 1.25 부피%의 비율을은 제3 반응기의 기상에서 측정하고, 나머지는 질소와 증기화된 희석액의 혼합물이 된다.
제3 반응기에서의 중합은 75℃에서 수행하였다.
상기 기술된 단계적 방법에 요구되는 장시간 중합 촉매 활성은 본 명세서의 개시부에서 언급된 WO에서 기술된 바와 같은 하이-마일리지 (high-mileage) Ziegler 촉매에 의해 제공된다. 이 촉매의 유용성의 척도는 극도로 높은 수소 민감도 및 그것의 1 ~ 8 h의 장시간에 걸친 균일한 높은 활성이다.
희석액은 제3 반응기로부터 배출되는 중합체 슬러리로부터 제거되고, 이 중합체를 건조한 후 펠렛으로 만든다.
하기 표 1은 실시예 1에서 제조된 폴리에틸렌 조성물의 중합체 A, B 및 C의 점성 도수 및 정량 비율 WA, WB 및 WC를 나타내었다.
[표 1]
표 1에서의 물성 약어는 하기 의미와 같다:
- 190℃에서 원추형 입구 (각도 = 15°)를 갖는 2/2 둥근 부분 다이에서 1440 s-1의 전단 속도로 고압 모세관 유량계로 측정한 SR (= 팽윤비), 단위는 %이다.
- FNCT = 내응력 균열성 (완전 노치 균열 테스트)은 M. Fleissner의 내부 테스트 방법으로 테스트하였으며, 단위는 h 이다.
- NISISO = 노치드 충격 강도는 23℃에서 ISO 179-1/1eA/DIN
53453으로 측정하였으며, 단위는 [kJ/m2]이다.
Claims (10)
- 23℃에서 밀도가 0.949 ~ 0.955 g/cm3 범위이고, MFI190/5가 0.1 ~ 0.3 dg/min 또는 MFI190/21.6가 4 ~ 6 dg/min이고, 성형 조성물의 총중량을 기준으로 하여 저분자량 에틸렌 동종중합체 A 38 ~ 45 중량%, 에틸렌 및 4 ~ 8 개의 탄소 원자를 가진 다른 1-올레핀으로 이루어진 고분자량 공중합체 B 30 ~ 40 중량% 및 초고분자량 에틸렌 공중합체 C 18 ~ 26 중량%를 포함하는 다중 모드 분자량 분포를 갖는 폴리에틸렌 조성물.
- 제1항에 있어서, 고분자량 공중합체 B는 공중합체 B의 중량을 기준으로 하여 4 ~ 8 개의 탄소 원자를 가진 공단량체를 0.1 ~ 0.2 중량%의 소 비율로 포함하고, 초고분자량 에틸렌 공중합체 C는 공중합체 C의 중량을 기준으로하여 공단량체 2 ~ 3 중량% 범위의 양으로 포함하는 것인 폴리에틸렌 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 공단량체로서 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 4-메틸-1-펜텐 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 폴리에틸렌 조성물.
- 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 135℃에서 데칼린 중에서 ISO/R 1191에 따라 측정한 점성 도수 VNtot가 460 ~ 500 cm3/g인 것인 폴리에틸렌 조성물.
- 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 팽윤비 175 ~ 205%이고, 노치드 충격 강도 (ISO)는 30 ~ 60 kJ/m2이고, 내응력 균열성 (FNCT)은 60 ~ 110 시간 범위인 것인 폴리에틸렌 조성물.
- 0.15 ~ 1 MPa 범위의 압력과 60 ~ 90℃ 범위의 온도에서 전이 금속 화합물 및 유기 알루미늄 화합물로 이루어진 하이-마일리지 (high-mileage) Ziegler 촉매의 존재하에 슬러리 중에 단량체를 중합시키고, 3 단계로 중합을 수행하는 것을 포함하며, 각 단계에서 제조된 폴리에틸렌의 분자량은 수소를 사용하여 조절하는 것인 제1항 내지 제5항중 어느 하나의 항의 폴리에틸렌 조성물의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 저분자량 폴리에틸렌 A의 점도 도수 VN1이 160 ~ 220 cm3/g 범위가 되도록 제1 중합 단계에서의 수소 농도를 조절하는 것인 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 중합체 A 및 중합체 B의 혼합물 점도 도수 VN2가 250 ~ 300 cm3/g 범위가 되도록 제2 중합 단계에서 수소 농도를 조절하는 것인 방법.
- 제6항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 중합체 A, 중합체 B 및 중합체 C의 혼합물dml 점도 도수 VN3이 460 ~ 500 cm3/g 범위가 되도록 제3 중합 단계에서 수소 농도를 조절하는 것인 방법.
- 폴리에틸렌 성형 조성물을 200 ~ 250℃에서 압출기 내에서 1차 가소화하고, 그후 다이를 통해 취입 몰드로 압출시키고, 이를 취입, 냉각 및 고형화시키는, 용량이 10 ~ 150 dm3 (l) 범위인 대형 취입 성형 예컨대, 콘테이너를 제조하기 위한 제1항 내지 제5항중 어느 한 항의 폴리에틸렌 조성물의 용도.
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