可持续高密度聚乙烯及其制备方法与流程

背景技术：

1、高密度聚乙烯聚合物，特别是高分子量聚乙烯聚合物和超高分子量聚乙烯聚合物或线性聚乙烯聚合物，是具有耐磨性、表面润滑性、耐化学性、拉伸强度和冲击强度的独特组合的有价值的工程塑料。高密度聚乙烯聚合物用于众多不同的领域，其中聚合物的性质可以根据特定应用进行定制。

2、例如，可以将某些具有高分子量的高密度聚乙烯颗粒烧结在一起并形成各种不同的过滤装置。过滤装置可以包括过滤漏斗、浸没式过滤器、过滤坩埚、多孔板、笔尖、记号笔头、充气器、扩散器和轻量模制零件。

3、高密度聚乙烯颗粒也可以与一种或多种增塑剂和凝胶组合挤出成薄膜和纤维。例如，高密度聚乙烯聚合物可用于生产多孔膜。由于电动车辆的出现，由高分子量聚乙烯聚合物和超高分子量聚乙烯聚合物制成的多孔膜的重要性和价值显著提高。例如，多孔膜可用于锂离子电池，用作位于负极和正极之间的电池隔膜。由高密度聚乙烯聚合物制成的膜不仅具有最佳的孔隙率特性，而且还提供了为包含膜的电池提供安全性的关闭温度。此外，可以形成具有非常少杂质的常规高分子量聚乙烯聚合物，使得聚合物膜不会以任何方式与电池中包含的化学成分反应。

4、高密度聚乙烯聚合物通常也与生物医学装置一起使用。例如，高密度聚乙烯聚合物，特别是超高分子量聚乙烯聚合物，具有足以用于生物环境的纯度。例如，可以生产具有最小浓度的残留催化剂和其他杂质的聚合物。因此，高密度聚乙烯聚合物可用作人工膝关节、人工髋关节中的承重部件，以及用作人体其他人工置换关节的承载部件。

5、高密度聚乙烯聚合物通常通过在催化剂存在下使乙烯单体聚合来生产。过去，通过催化裂化方法从原油生产乙烯单体。多年来，用于生产乙烯单体的方法已经带来了高纯度单体的生产，该单体在暴露于催化剂并且反应时间较长时非常适合生产高分子量聚乙烯。然而，近年来，许多大大小小的公司都承诺在特定时间段内达到碳中和。为了达到碳中和，公司需要去除与排放到大气中的二氧化碳相同量的二氧化碳，以实现净零碳排放。另一方面，负碳公司从大气中去除的碳比释放的碳还多。

6、考虑到全球公司为碳中和或负碳所做的重大努力，存在对以更可持续的方式生产高密度聚乙烯聚合物，而不会显著改变聚合物内的杂质量或聚合物的其他特性的方法的需求。还存在对由可持续高密度聚乙烯聚合物制成的聚合物组合物和聚合物产品的需求。

技术实现思路

1、总体而言，本公开涉及以产生碳抵消的方式生产高密度聚乙烯聚合物，包括高分子量聚乙烯聚合物和超高分子量聚乙烯聚合物。

2、在一个方面，本公开涉及包含聚合物颗粒的聚合物组合物，聚合物颗粒包含高密度聚乙烯聚合物。高密度聚乙烯聚合物的分子量可以大于约300,000g/mol，并且密度可以大于约0.92g/cm3。高密度聚乙烯聚合物由乙烯单体形成。根据本公开，至少一部分乙烯单体包括由一种或多种碳负或碳中和成分制备的生物基乙烯。在一个实施方式中，可以使用质量平衡方法确定生物基含量。可替代地，可以根据astm测试d6866-21确定生物基含量。由碳负或碳中和成分制备的聚合物的比例可以是至少约1％，例如至少约10％。可替代地，基于总有机碳含量的放射性碳定年法，生物基含量可以是至少约1％，例如至少约10％。

3、例如，高密度聚乙烯聚合物可以由化石基乙烯单体和生物基乙烯单体的混合物形成。所得的高密度聚乙烯聚合物的生物基含量或者碳负或碳中和成分的量为至少约20％，例如至少约30％，例如至少约40％，例如至少约50％，例如至少约60％，并且通常小于约90％，例如小于约80％，例如小于约70％。在一个实施方式中，高密度聚乙烯聚合物可以仅由生物基乙烯单体形成，或者可以仅由碳负或碳中和成分形成。

4、高密度聚乙烯聚合物的平均分子量可以大于约500,000g/mol，例如大于约700,000g/mol，例如大于约1,000,000g/mol，例如大于约1,300,000g/mol，例如大于约1,700,000g/mol，例如大于约2,000,000g/mol，例如大于约2,500,000g/mol，例如大于约3,000,000g/mol，例如大于约3,500,000g/mol，例如大于约4,000,000g/mol，例如大于约4,500,000g/mol，例如大于约5,000,000g/mol，例如大于约5,500,000g/mol，例如大于约6,000,000g/mol，例如大于约6,500,000g/mol，例如大于约7,000,000g/mol，例如大于约7,500,000g/mol，例如大于约8,000,000g/mol，并且小于约12,000,000g/mol。出于本说明书的目的，本文提及的分子量根据margolies方程确定(“margolies分子量”)。

5、用于形成聚乙烯聚合物的乙烯单体可以来自各种不同的来源，只要该单体保持高纯度并且不会以其他方式干扰单体聚合成高密度聚乙烯(包括高分子量聚乙烯聚合物和超高分子量聚乙烯聚合物)的能力。例如，生物基乙烯可以由碳负或碳中和成分形成。在一个方面，碳负或碳中和成分包括甲烷，例如源自生物质的甲烷。甲烷可以经历热解或部分氧化过程以形成乙炔。然后将乙炔氢化成乙烯。可替代地，碳负或碳中和成分可包括乙醇，乙醇转化为乙烯。例如，乙醇可以是发酵产品。在又一实施方式中，碳负或碳中和成分可包括植物油或动物脂肪。植物油或动物脂肪可通过加氢脱氧转化为乙烯。在另一实施方式中，碳负或碳中和成分可包括妥尔油(tall oil)，妥尔油可转化为乙烯。

6、高密度聚乙烯聚合物可以是齐格勒-纳塔(ziegler-natta)催化的聚合物。在一个实施方式中，聚合物颗粒的平均粒径d50可以为约10微米至约1000微米。聚合物颗粒的堆积密度可以为约0.2g/cm3至约0.54g/cm3。高密度聚乙烯聚合物的熔体流动速率可以为约0g/10min(不可测量)至约20g/10min。高密度聚乙烯聚合物可以是聚乙烯均聚物或聚乙烯共聚物。例如，聚乙烯聚合物可以是乙烯与至少一种共聚单体的共聚物，至少一种共聚单体包括丁烯、丙烯、己烯或其混合物。丁烯、己烯和/或丙烯也可以是生物基的。

7、可由聚合物组合物制备各种不同的制品。例如，聚合物组合物非常适于生产医疗植入物。在一个实施方式中，聚合物用于生产包括多孔膜的电池隔膜。多孔膜可以可选地包括在膜的一个表面上的涂层。涂层可包括无机涂层或聚合物涂层。电池隔膜可以位于电池内，位于负极和正极之间。

8、在又一实施方式中，聚合物组合物可用于形成烧结制品，例如过滤元件。

9、下面更详细地讨论本公开的其他特征和方面。

技术特征：

1.一种聚合物组合物，包含：

2.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物，其中，所述高密度聚乙烯的平均分子量大于约500,000g/mol，例如大于约700,000g/mol，例如大于约1,000,000g/mol，例如大于约1,300,000g/mol，例如大于约1,700,000g/mol，例如大于约2,000,000g/mol，例如大于约2,500,000g/mol，例如大于约3,000,000g/mol，例如大于约3,500,000g/mol，例如大于约4,000,000g/mol，例如大于约4,500,000g/mol，例如大于约5,000,000g/mol，例如大于约5,500,000g/mol，例如大于约6,000,000g/mol，例如大于约6,500,000g/mol，例如大于约7,000,000g/mol，例如大于约7,500,000g/mol，例如大于约8,000,000g/mol，并且小于约12,000,000g/mol。

3.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物，其中，所述乙烯单体由所述碳负或碳中和成分形成。

4.根据权利要求3所述的聚合物组合物，其中，所述碳负或碳中和成分包括甲烷，并且其中所述甲烷经历热解或部分氧化过程以形成乙炔，并且其中所述乙炔被氢化成乙烯。

5.根据权利要求3所述的聚合物组合物，其中，所述碳负或碳中和成分包括乙醇，所述乙醇转化为乙烯。

6.根据权利要求3所述的聚合物组合物，其中，所述碳负或碳中和成分包括植物油或动物脂肪，并且其中所述植物油或动物脂肪通过加氢脱氧转化为乙烯。

7.根据权利要求3所述的聚合物组合物，其中，所述碳负或碳中和成分包括妥尔油，并且其中所述妥尔油转化为乙烯。

8.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物，其中，所述聚合物颗粒的平均粒径d50为约10微米至约1000微米。

9.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物，其中，所述高密度聚乙烯聚合物是被齐格勒-纳塔催化的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物，其中，所述高密度聚乙烯聚合物的堆积密度为约0.2g/cm3至约0.54g/cm3。

11.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物，其中，所述高密度聚乙烯聚合物的mfr为约0g/10min至约10g/10min。

12.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物，其中，所述高密度聚乙烯聚合物包括乙烯与至少一种共聚单体的聚乙烯共聚物，所述至少一种共聚单体包括己烯、丁烯、丙烯或其混合物。

13.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物，其中，所述高密度聚乙烯聚合物是交联的。

14.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物，其中，所述高密度聚乙烯聚合物由化石基乙烯单体与生物基乙烯单体的混合物形成。

15.一种医疗植入物，由根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物形成。

16.一种电池隔膜，由根据权利要求1至14中任一项所述的聚合物组合物形成，所述电池隔膜包括多孔膜。

17.根据权利要求16所述的电池隔膜，其中，所述多孔膜包括涂层，所述涂层包括无机涂层或聚合物涂层。

18.一种电池，包括负极、正极和根据权利要求16或17所述的电池隔膜，所述电池隔膜位于所述负极和所述正极之间。

19.一种过滤元件，由根据权利要求1至14中任一项所述的聚合物组合物形成，所述过滤元件包括烧结产品。

20.一种聚合物组合物，包含：

21.根据权利要求20所述的聚合物组合物，其中，所述高密度聚乙烯聚合物具有100％的生物基含量。

22.根据权利要求20所述的聚合物组合物，其中，所述高密度聚乙烯聚合物由化石基乙烯单体与生物基乙烯单体的混合物形成。

23.根据权利要求20或22所述的聚合物组合物，其中，所述高密度聚乙烯聚合物具有至少20％，例如至少30％，例如至少40％，例如至少50％，例如至少60％的生物基含量，并且具有小于约90％，例如小于约80％，例如小于约70％的生物基含量。

技术总结公开了高密度聚乙烯聚合物，包括高分子量和超高分子量聚乙烯聚合物，其至少部分地由生物基原料制成。生物基原料被选择以产生高纯度单体，高纯度单体能够生产用于高纯度应用的高密度聚合物，例如用于生产植入物和用于锂离子电池的多孔膜的高密度聚合物。技术研发人员：R·沃肯霍斯特,D·施罗尔,B·里克特,N·诺德兰德,A·萨米·舒尔特,U·韦特海默,罗俊受保护的技术使用者：国际人造丝公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20