制备聚乙烯树脂的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月19日向韩国知识产权局递交的第10-2017-0135928号韩国专利申请以及于2018年10月12日向韩国知识产权局递交的第10-2018-0121995号韩国专利申请的申请日权益，所述申请的全部内容通过引用并入本文。

本发明提供一种制备聚乙烯树脂的方法，其中，在用于制备用于显示器保护膜的聚乙烯树脂的制备聚乙烯树脂的方法中，通过控制在每个反应器中的反应条件等极大地减少了凝胶或鱼眼的形成。

背景技术：

用作it保护膜(如显示器的保护膜)的主要原料的高附加值低密度聚乙烯树脂通常是在2200巴以上的压力下在150℃以上的温度下通过乙烯单体的高压聚合来制备的。这种低密度聚乙烯树脂的聚合反应可以通过自由基聚合来进行，并且氧气、有机过氧化物等可以用作反应引发剂。

更具体地，可以在两个管式反应器中使乙烯单体和反应引发剂在高温和高压下反应而制备聚乙烯树脂，并且未反应的乙烯单体可以被回收并再次引入到反应器中。在两个反应器组合的情况下，这个过程中的最大转化率已知约为30％。

然而，通过这样的方法制备的聚乙烯树脂含有在聚合过程中由高温氧化反应引起的一些凝胶，这样的凝胶会在成膜过程中在膜的表面引起鱼眼的产生。随着这些鱼眼变大，会在要保护的显示器表面引起划痕，或者由于膜本身的缺陷而发生撕裂从而不能起到保护膜的作用。因此，在上述聚乙烯树脂的制备中，降低在聚合过程中由高温氧化导致的凝胶(即，“氧化聚乙烯凝胶”)的生成已经成为重要任务之一。

作为降低这些氧化聚乙烯凝胶生成的常规技术之一，已经开发了一种数次注入有机过氧化物引发剂而不使用氧气作为反应引发剂的方法。

然而，这种方法的优点在于，可以在某种程度上抑制因高温氧化导致的凝胶和/或鱼眼的产生。然而，这种方法难以应用，这是因为需要进行设施(如高压注射设备)的强化，并且在控制聚合温度的过程中可能生成碳化物。

技术实现要素：

【技术问题】

本发明提供一种制备聚乙烯树脂的方法，其中，在用于制备用于显示器保护膜的聚乙烯树脂的制备聚乙烯树脂的方法中，通过控制在每个反应器中的反应条件等，即使不改变引发剂或改变现有设施，也极大地减少了凝胶或鱼眼的形成。

【技术方案】

根据本发明的一个实施方式，提供一种制备聚乙烯树脂的方法，该方法包括在向第一聚合反应器和第二聚合反应器供给含有氧气和有机过氧化物的引发剂以及乙烯单体的同时通过进行自由基聚合来制备聚乙烯树脂的步骤，其中所述自由基聚合在以下式1至3的聚合条件下进行：

[式1]

0.4<s/r<0.5

在式1中，r表示供给到第一聚合反应器和第二聚合反应器的乙烯单体的总流量，s表示供给到第一聚合反应器的乙烯单体的流量，

[式2]

θ1>0.5

其中，θ1表示“(第一反应器中的最高温度-第一反应器中形成的含聚乙烯树脂的产物和新引入的乙烯单体进行混合的混合区域的温度)/第一反应器中的最高温度”，

[式3]

θ2>0.8

其中，θ2表示“(第二反应器中的最高温度-第一反应器中形成的含聚乙烯树脂的产物和新引入的乙烯单体进行混合的混合区域的温度)/所述混合区域的温度”。

在下文中，将详细描述根据本发明实施方式的制备聚乙烯树脂的方法。

根据一个实施方式的上述制备方法，在应用多个反应器的制备聚乙烯树脂的过程中，控制各种反应条件，如单体向每个反应器的供给流量比，每个反应器的温度范围，和混合区域的温度范围以同时满足式1至3。

在更具体的实例中，在一个实施方式的制备方法中，可以在进一步满足以下式4和式1至3的反应条件下进行制备聚乙烯树脂的聚合步骤：

[式4]

θ3>0.95

其中，θ3表示“(第一反应器中的最高温度-第一反应器的入口温度)/第一反应器的入口温度”。

在这些各种反应条件中，式1可以定义各反应器的单体供给流量比和反应比。式2可以定义第一反应器的除热部分的温度条件。另外，式3和式4可分别定义在第二反应器和第一反应器中的聚合部分的温度条件。

作为本发明人进行持续实验的结果，已经发现，通过控制这些反应器中每个反应器中的反应比以及在聚合部分和除热部分的温度条件，可以大大降低由于在聚合过程中的高温氧化导致的凝胶(即“氧化聚乙烯凝胶”)的生成，结果，可以抑制鱼眼的产生。推测这是因为，当在各反应器中由最高温度触发各反应器中的聚合反应时，在除热部分中的热量去除进行良好，因此，可以抑制聚乙烯树脂的高温氧化。

特别地，根据一个实施方式的方法，即使直接使用氧气作为反应引发剂以及没有对如高压注射装置的设施进行增强，仍能大大抑制氧化聚乙烯凝胶和鱼眼的生成。因此，以简化的工艺和低的单位价格，就能够以高品质来制备用于显示器的保护膜的聚乙烯树脂。

在下文中，将对一个实施方式的制备方法的每个步骤进行更详细地描述。

在上述实施方式的制备方法中，可以将式1至4的各自的反应条件控制在特定范围内。

在更具体的实例中，在式1中定义的s/r可以是大于0.4且小于0.5，或0.42以上且0.49以下，或0.43以上且0.48以下。此外，式2中定义的θ1可以是大于0.5，或大于0.5且0.6以下，或0.51以上且0.58以下，或0.52以上且0.56以下，式3中定义的θ2可以是大于0.8，或大于0.8且小于1，或0.83以上且0.99以下，或0.85以上且0.98以下，式4中定义的θ3可以是大于0.95，或大于0.95且小于1.2，或0.97以上且1.15以下，或0.98以上且1.1以下。

通过将式1至4的各种反应条件控制在上述范围内，可以进一步抑制氧化聚乙烯凝胶和鱼眼的产生，同时保持优异的聚乙烯树脂的转化率。

另一方面，一个实施方式的制备方法包括包含第一反应器和第二反应器的多个反应器，并且可以在包括混合区域的反应装置中进行，所述混合区域位于第一反应器和第二反应器之间。供参考，图1是说明一反应装置的示意性构造的示意图，在所述反应装置中进行根据一个实施方式的制备聚乙烯树脂的方法。

在这样的反应装置中，在第一反应器和第二反应器中，可以在连续供应包括氧气和有机过氧化物的反应引发剂和气态的乙烯单体的同时进行自由基聚合。通过这样的自由基聚合，可以在第一反应器和第二反应器中分别制备含聚乙烯树脂的产品。更具体地，如图1所示，将供给到第一反应器的乙烯单体等部分分出并供给，并在第一反应器中进行自由基聚合。将剩余的分出的乙烯单体等供给到在第一反应器后面阶段的混合区域。

另一方面，将作为第一反应器的自由基聚合的结果所产生的含聚乙烯树脂的产物排出到混合区域，并且在混合区域中，其可与在第一反应器前面阶段分出的乙烯单体等混合。由此混合的含聚乙烯树脂的产物和乙烯单体等被供给到第二反应器，并在第二反应器中再次进行自由基聚合。

结果，由第二反应器形成最终的含聚乙烯树脂的产物，并且可以分离/回收包含在该产物中的未反应的乙烯单体，然后将其重新引入聚合反应器中再利用。

并且，根据用于制备用于显示器保护膜的聚乙烯树脂的常规聚合反应条件，可在150℃以上，150℃至350℃的温度下在2200巴以上，或2200巴至3000巴的压力下，通过高温/高压聚合方法进行在第一反应器和第二反应器中的自由基聚合。

在该聚合反应步骤中，为了满足上述式1的反应条件，供给到第一聚合反应器中的单体的流量可以是20,000至30,000千克/小时，或22,000至28,000克/小时，或24,000至28,000千克/小时，供给到第二聚合反应器的单体和聚乙烯树脂的总流量可以是48,000至62,000千克/小时，或50,000至60,000千克/小时，或52,000至58,000千克/小时。

此外，为了满足上述式2至式4的各自的反应条件，可将第一反应器中的最高温度控制在270℃至340℃，或280℃至330℃，或290℃至310℃，将第二反应器中的最高温度控制在260℃至320℃，或270℃至310℃，或275℃至300℃。可将第一反应器的入口温度控制在140℃至170℃，或145℃至165℃，或147℃至160℃，可将第二反应器的入口温度控制在170℃至220℃，或170℃至210℃，或180℃至210℃。另外，将在第一反应器中形成的含聚乙烯树脂的产物和新引入的乙烯单体进行混合的混合区域的温度控制在140℃至180℃，140℃至180℃，或140℃至160℃。

通过满足这些条件的每一个，在各反应器中的自由基聚合变得有效，并且在聚乙烯树脂的转化率得以优异地保持的同时，能够进一步抑制氧化聚乙烯凝胶和鱼眼的生成。

另一方面，除了上述的各种反应条件，根据用于制备用于显示器的保护膜的聚乙烯树脂的方法的常规设置，可以通过进行如纯化等的步骤最终获得聚乙烯树脂，从而能够获得用于具有优异的物理性质等的显示器保护膜的低密度聚乙烯树脂。

通过该实施方式的方法获得的含聚乙烯树脂的产物可包含聚乙烯树脂、未反应的乙烯单体和氧化聚乙烯凝胶。在整个产品中氧化聚乙烯凝胶的数目小于10，或小于7，或1至5，并且能够表现出优异的物理性质。

另一方面，可以通过将含聚乙烯树脂的产物形成薄膜状态来确认氧化聚乙烯凝胶的数量，然后，用激光分析仪和光学检测器视觉上观察这种薄膜，其具体的鉴定/测量方法在后面提供的实施例中进行说明。

通过上述一个实施方式的方法获得的聚乙烯树脂可以非常优选地用于显示器保护膜等同时大大降低由于膜本身的缺陷而导致的在要保护的显示器表面引起划痕和撕裂的风险。

【有益效果】

如上所述，本发明能够提供一种制备聚乙烯树脂的方法，其中，在用于制备用于显示器保护膜的聚乙烯树脂的制备聚乙烯树脂的方法中，通过控制在每个反应器中的反应条件等，即使不改变引发剂或改变现有设施，也极大地减少了凝胶或鱼眼的形成。

附图说明

图1是说明一反应装置的示意性构造的示意图，在所述反应装置中进行一个实施方式的制备聚乙烯树脂的方法。

具体实施方式

在下文中，将呈现优选实施例以方便对本发明的理解。然而，给出以下实施例仅用于说明的目的，并且本发明的范围不旨在限于这些实施例或由这些实施例限制。

实施例1至4，对比实施例1和2：制备聚乙烯

在一反应装置中制备聚乙烯树脂，所述反应装置具有第一反应器和第二反应器的管式反应器，并且具有连接到这些第一反应器和第二反应器的混合区域，在混合区域中，在各自的第一反应器和第二反应器中形成的含聚乙烯树脂的产物得以混合。

首先，将通过压缩机压缩的乙烯单体预热到每个反应器的入口温度，然后分别注入到第一反应器和第二反应器中。氧气和有机过氧化物(过氧化新戊酸叔丁酯)与这些单体一起注入到各反应器中，并且所用总量为氧气：0.5kg/h，有机过氧化物：40l/h。

在第一反应器和第二反应器中，如在下面的表1中所总结的来控制供给到第一反应器和第二反应器的乙烯单体的流量，第一反应器和第二反应器的入口温度，第一反应器和第二反应器中的最高温度和混合区域的温度。由此计算的式1至4的反应条件在下表1中总结示出。

由此，分别在第一反应器和第二反应器中进行自由基聚合，并且该聚合反应的进行压力为2300巴。通过对这些反应条件的控制，在每个反应器中进行聚合反应以得到含有未反应的单体、聚乙烯树脂和凝胶的产物。将这些产物在混合区域中混合然后排出。包含在来自排出产物的总产物中的氧化聚乙烯凝胶(鱼眼)的数目是以下方法计算：形成聚乙烯树脂样品的膜，然后通过使用光学检测器和激光分析仪来计数。结果如下表1所示。

更具体地说，使用单螺杆挤出机(dr.collinco.teachlinee20t)，将含有聚乙烯树脂的产品的颗粒制成流延膜(54mm×33μm；厚度：500μm)，用于在190℃下凝胶分析10分钟。除膜的边缘外，用连接在挤出机上的光学检测器和激光分析仪测量在1m²区域(约30mm×约33m)中产生的凝胶数。重复此方法三次，并且将其平均值作为凝胶的数量。此时，凝胶用光学检测器视觉证实，同时在激光分析仪中，将与膜的剩余部分产生折射率差异的区域定义为凝胶。计数粒径为250μm以上且小于350μm的凝胶的数量。

另一方面，在高温和减压过程中通过挥发单体的方法将未反应的乙烯单体从聚合产物中分离，将其重新引入到第一反应器和第二反应器中并再利用。通过上述反应过程得到的聚乙烯树脂的转化率示于下表1中。

【表1】

参照表1，确认了在反应条件得到优化的实施例的聚合方法中，氧化聚乙烯凝胶(鱼眼)的生成能被最小化。