CN109280111B - 一种用于烯烃聚合的催化剂体系及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于烯烃聚合催化剂领域,具体公开了一种用于烯烃聚合的催化剂体系及其应用。该催化剂体系包含以下组分的反应产物:1)固体催化剂组分:包含镁、钛、卤素和任选的内给电子体化合物;2)助催化剂:选自有机铝化合物;3)外给电子体化合物:选自式(Ⅰ)所示的环三藜芦烃及其衍生物中的至少一种,式(Ⅰ)中M1、M2、M3、M4、M5和M6相同或不同,各自选自氢、羟基、氨基、醛基、羧基、酰基、卤原子、‑R1或‑OR2,其中,R1和R2各自为取代或未取代的C1~C10烃基,取代基选自羟基、氨基、醛基、羧基、酰基、卤原子、烷氧基或杂原子。
Description
技术领域
本发明属于烯烃聚合催化剂领域,具体涉及一种用于烯烃聚合的催化剂体系及其应用。
背景技术
近60年来,随着烯烃聚合催化剂技术的不断发展,Ziegler-Natta型聚烯烃催化剂的活性、氢调敏感度和共聚性能,以及其聚合粉料的堆积密度、熔融指数、分子量分布、细粉含量和共聚单元分布等参数均得到了显著的优化。但是为了能够更好地适应工业生产的需求,生产出性能更优异的产品,则此类催化剂及其聚合粉料的上述参数还需进一步提高。
在现有技术中,通过向催化剂中引入内给电子体可以改善其氢调敏感度,例如:CN1958620A引入了硅氧烷类给电子体;CN1743347A引入了邻位烷氧基取代的苯甲酸酯/羧酸酯(或二醚)复配给电子体;CN102295717A和CN103772536A引入了苯甲酸酯类化合物作为给电子体,从而提高了催化剂的氢调敏感性。也可以通过向催化剂中引入内/外给电子体,以提高催化剂的共聚性能,例如:CN1726230A引入醚、酯、胺、酮或者腈类电子给体化合物;CN1798774A以醇、二醇、酯、酮、胺、酰胺、腈、烷氧基硅烷和脂肪族醚为给电子体化合物;CN101050248A引入了醇、酮、胺、酰胺、腈、烷氧基硅烷、脂肪族醚和脂肪族羧酸酯给电子体。
根据现有技术的记载,在Ziegler-Natta型聚丙烯催化剂的聚合过程中,引入外给电子体以调整聚合物的性质是该领域的公知技术;然而,在Ziegler-Natta型聚乙烯催化剂的聚合过程引入外给电子体的报导则较少。研究表明,如在Ziegler-Natta型聚乙烯催化剂的聚合过程引入外给电子体,则催化剂的活性、氢调敏感度和共聚性能等参数无法全部得到优化,部分性能反而降低。由于上述原因,Ziegler-Natta型聚乙烯催化剂外给电子体技术尚未工业化,且在现有技术中的报导较少。
因此,亟需提供一种外给电子体,其能够同时提高Ziegler-Natta型聚烯烃催化剂的活性、氢调敏感度和共聚性能等参数。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供一种用于烯烃聚合的催化剂体系及其应用,通过在Ziegler-Natta型聚烯烃催化剂中引入具有特殊性质的外给电子体-环三藜芦烃及其衍生物,能够同时提高催化剂的活性、氢调敏感度和共聚性能。
根据本发明的第一方面,本发明提供了一种用于烯烃聚合的催化剂体系,该催化剂体系包含以下组分的反应产物:
1)固体催化剂组分:
包含镁、钛、卤素和任选的内给电子体化合物;
2)助催化剂:
选自有机铝化合物,所述有机铝化合物的通式为AlR1 dX1 3-d,式中R1为氢或Cl~C20烃基,X1为卤原子,0<d≤3;
3)外给电子体化合物:
选自式(Ⅰ)所示的环三藜芦烃及其衍生物中的至少一种,
式(Ⅰ)中M1、M2、M3、M4、M5和M6相同或不同,各自选自氢、羟基、氨基、醛基、羧基、酰基、卤原子、-R1或-OR2,其中,R1和R2各自为取代或未取代的C1~C10烃基,取代基选自羟基、氨基、醛基、羧基、酰基、卤原子、烷氧基或杂原子;
当苯环上相邻的两个基团M1和M2、或者M3和M4、或者M5和M6各自选自-R1或-OR2时,两个相邻基团间可任选地相互成环。
根据本发明的第二方面,本发明提供了上述催化剂体系在烯烃聚合反应中的应用。
本发明的用于烯烃聚合的催化剂体系,通过采用环三藜芦烃及其衍生物作为外给电子体,能够同时提高催化剂的活性、氢调敏感性和共聚性能,另外,使用本发明的催化剂体系制备得到的聚合粉料的堆积密度和共聚单元含量均有所提高。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解,下面将结合具体实施方式来详细说明本发明,这些实施方式仅起说明性作用,并不用于限制本发明。
根据本发明的第一方面,本发明提供了一种用于烯烃聚合的催化剂体系,该催化剂体系包含以下组分的反应产物:
1)固体催化剂组分:
包含镁、钛、卤素和任选的内给电子体化合物;
2)助催化剂:
选自有机铝化合物,所述有机铝化合物的通式为AlR1 dX1 3-d,式中R1为氢或Cl~C20烃基,X1为卤原子,0<d≤3;
3)外给电子体化合物:
选自式(Ⅰ)所示的环三藜芦烃及其衍生物中的至少一种,
式(Ⅰ)中M1、M2、M3、M4、M5和M6相同或不同,各自选自氢、羟基、氨基、醛基、羧基、酰基、卤原子、-R1或-OR2,其中,R1和R2各自为取代或未取代的C1~C10烃基,取代基选自羟基、氨基、醛基、羧基、酰基、卤原子、烷氧基或杂原子;
当苯环上相邻的两个基团M1和M2、或者M3和M4、或者M5和M6各自选自-R1或-OR2时,两个相邻基团间可任选地相互成环。
本发明中,C1~C10烃基可以选自C1~C10烷基、C3~C10环烷基、C2~C10烯基、C2~C10炔基、C6~C10芳基和C7~C10芳烷基。
C1~C10烷基是指C1~C10的直链烷基或C3~C10的支链烷基,其非限制性实例包括:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、正己基、正庚基、正辛基和正癸基。
C3~C10环烷基的实例可以包括但不限于:环丙基、环戊基、环己基、4-甲基环己基、4-乙基环己基、4-正丙基环己基和4-正丁基环己基。
C6~C10芳基的实例可以包括但不限于:苯基、4-甲基苯基和4-乙基苯基。
C2~C10烯基的实例可以包括但不限于:乙烯基和烯丙基。
C2~C10炔基的实例可以包括但不限于:乙炔基和炔丙基。
C7~C10芳烷基的实例可以包括但不限于:苯基甲基、苯基乙基、苯基正丙基、苯基正丁基、苯基叔丁基和苯基异丙基。
本发明中,“取代的C1~C10的烃基”是指“C1~C10的烃基”上的氢原子(优选一个氢原子)或碳原子被所述的取代基取代。
所述杂原子是指除了卤原子、碳原子和氢原子以外的其它环三藜芦烃及其衍生物的分子结构上通常包含的原子,例如O、N、S、P、Si和B等。
根据本发明,所述内给电子化合物可以选自内给电子体a和/或内给电子体b。
其中,所述内给电子体a选自式(Ⅰ)所示的环三藜芦烃及其衍生物中的至少一种;所述内给电子体a和所述外给电子体化合物可以相同或不同。
所述内给电子体b为本领域常规使用的内给电子体,其可以选自有机醇、有机酸、有机酸酯、有机酰基卤、有机酸酐、醚、酮、胺、磷酸酯、酰胺、碳酸酯、酚、吡啶和带有极性基团的高分子化合物等。
具体地,所述内给电子体b可选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸正辛酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丁酯、苯甲酸己酯、对甲基苯甲酸乙酯、萘甲酸甲酯、萘甲酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、乙醚、丁醚、四氢呋喃、2,2-二甲基-1,3-二乙氧基丙烷、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异辛醇、辛胺、三乙胺、丙酮、丁酮、环戊酮、2-甲基环戊酮、环己酮、苯酚、对苯二酚、环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三己酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚环氧氯丙烷和聚环氧乙烷中的至少一种。
优选地,式(Ⅰ)中,M1、M2、M3、M4、M5和M6相同或不同,各自选自羟基、氨基、醛基、卤原子、-R1或-OR2,且R1和R2各自选自被卤原子取代或未取代的C1~C10烃基。
更优选地,所述环三藜芦烃及其衍生物选自以下化合物中的至少一种:
化合物A:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH3;
化合物B:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH2CH3;
化合物C:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH2CH2CH3;
化合物D:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH(CH3)2;
化合物E:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH2CH2CH2CH3;
化合物F:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=OCH2CH3;
化合物G:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=OCH2CH2CH3;
化合物H:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=OCH2CH2CH2CH3;
化合物I:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OH;
化合物J:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=OH;
化合物K:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=NH2;
化合物L:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=Cl;
化合物M:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=Br;
化合物N:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=I;
化合物O:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=CHO;
化合物P:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=OCH2CH2CH2Br;
化合物Q:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH2CH2Cl;
化合物R:M1=M3=M5=OH,M2=M4=M6=OCH2CH3。
另外,当M1=M3=M5=X,M2=M4=M6=Y(X、Y分别表示本发明上述M1、M3、M5和M2、M4、M6可选择的基团,且X与Y不同)时,所述环三藜芦烃及其衍生物可能存在以下异构体:M1=M4=M5=X,M2=M3=M6=Y。然而所述异构体也在本发明的保护范围内。
本发明中,所述环三藜芦烃及其衍生物可以按照以下的方法之一进行制备:
方法1:在酸性物质以及任选的卤代烃存在下,将式(Ⅱ)所示的苯环类衍生物A与甲醛或其衍生物进行反应,从而得到所述环三藜芦烃及其衍生物;
方法2:在酸性物质存在下,催化式(Ⅲ)所示苯环类衍生物B进行缩合反应,从而得到所述环三藜芦烃及其衍生物;
方法3:在路易斯酸存在下,在卤代烃中,催化式(Ⅱ)所示的苯环类衍生物A与甲醛或其衍生物进行反应,从而得到所述环三藜芦烃及其衍生物;
其中,对M7、M8、M9、M10的定义与M1~M6的相同,在此不再赘述。
所述酸性物质可以选自盐酸、高氯酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、焦硫酸、亚硫酸、磷酸、焦磷酸,亚磷酸、硼酸、甲酸、乙酸、苯甲酸、三氟乙酸、磺酸和苯磺酸中的至少一种。
所述卤代烃可以选自四氯化碳、三氯甲烷、二氯甲烷、溴代甲烷、一氯乙烷、一氯丙烷、一氯丁烷、一氯戊烷、一氯己烷、溴代乙烷、1,2-二氯乙烷、1,3-二氯丙烷、1,4-二氯丁烷、1,5-二氯戊烷、1,6-二氯己烷、氯代环戊烷、氯代环己烷、一氯苯、二氯苯和溴代苯中的至少一种。
所述路易斯酸可选自三氟化硼乙醚、三氯化铁、三氯化铝和四氯化钛中的至少一种。
甲醛的衍生物可以选自多聚甲醛,例如为三聚甲醛。
以上各方法中,各种原料的用量可以参照常规技术选择,本文在此不再赘述。
本发明中,所述固体催化剂组分可以是现有技术中包含镁、钛、卤素和任选的内给电子体化合物的任何固体催化剂组分。
优选地,所述固体催化剂组分包含负载于卤化镁上的具有至少一个Ti-卤素键的钛化合物。
其中,所述卤化镁属于Ziegler-Natta型聚烯烃催化剂的公知催化剂,优选为活性状态的氯化镁,该类载体的X射线衍射(XRD)图谱中,在32°和50°处分别存在无精细结构的宽峰。
所述钛化合物选自三卤化钛或通式为Ti(OR2)nX2 4-n的化合物,其中,R2为C1~C8烃基,优选为C1~C8烷基;X2为Cl、Br或I,0≤n<4。
具体地,所述钛化合物可以选自TiCl3、TiCl4、TiBr4、TiI4、Ti(OC2H5)Cl3、Ti(OCH3)Cl3、Ti(OC4H9)Cl3、Ti(OC2H5)Br3、Ti(OC2H5)2Cl2、Ti(OCH3)2Cl2、Ti(OCH3)2I2、Ti(OC2H5)3Cl、Ti(OCH3)3Cl、Ti(OC2H5)3I、Ti(OC2H5)4、Ti(OC3H7)4和Ti(OC4H9)4中的至少一种。
优选地,所述钛化合物选自TiCl3、TiCl4、TiBr4、Ti(OC2H5)Cl3、Ti(OC2H5)2Cl2和Ti(OC2H5)3Cl中的至少一种。更优选地,所述钛化合物选自TiCl4和/或TiCl3。
优选地,上述固体催化剂组分中,以每摩尔卤化镁计,所述内给电子体化合物的用量为0~1mol。
本发明中,所述固体催化剂组分可以按照现有技术中的任意一种方法制备得到。
具体地,所述固体催化剂组分可以采用以下方法制备:
方法1
1)在能活化卤化镁的条件下,将卤化镁和任选的内给电子体化合物混合研磨;
2)采用过量的钛化合物将混合研磨后的产物处理一次或多次;
3)处理后的产物用烃类溶剂洗涤,得到所述固体催化剂组分。
此方法具体可参见CN1726230A,其公开的相关内容全部引入本发明作为参考。
方法2
1)在惰性溶剂存在下,使卤化镁与醇类化合物和任选的内给电子体化合物进行反应;
2)再加入有机硅类化合物进行接触反应;
3)将步骤2)体系与钛化合物进行接触反应;
4)除去未反应物和溶剂,洗涤沉淀物,得到所述固体催化剂组分。
方法3
1)将卤化镁、卤化钛和任选的内给电子体化合物溶解并进行反应,制得母液;
2)掺混超细载体与所述母液,制得淤浆液;
3)将所述淤浆液进行喷雾干燥,得到所述固体催化剂组分。
可采用任意的所述有机铝化合物作为所述固体催化剂组分的活化剂组分,将所述固体催化剂组分中的钛原子还原成可使乙烯等烯烃有效聚合的状态,得到预还原的固体催化剂组分。
方法4
1)在惰性溶剂存在下,将卤化镁与有机环氧化合物、有机磷化合物、醇类化合物和任选的内给电子体化合物进行反应;
2)将步骤1)所得反应溶液与钛化合物和有机硅类化合物接触反应,并高温处理;
3)除去未反应物和溶剂,洗涤沉淀物,得到所述固体催化剂组分。
该方法具体可参照CN1958620A进行,其全文通过参考并入本文。
方法5
1)在惰性溶剂存在下,使卤化镁与有机环氧化合物、有机磷化合物、有机醇进行反应,得到溶液;
2)将上述溶液与钛化合物接触反应;
3)任选地,在反应体系中加入内给电子体化合物,进行反应;
4)除去未反应物和溶剂,洗涤沉淀物,得到所述固体催化剂组分。
方法6
1)在惰性溶剂存在下,使卤化镁与有机环氧化合物、有机磷化合物进行反应,任选地,加入有机酸酐类化合物继续反应,得到溶液;
2)将上述溶液与钛化合物接触反应;
3)任选地,在反应体系中加入内给电子体化合物,进行反应;
4)除去未反应物和溶剂,洗涤沉淀物,得到所述固体催化剂组分。
方法7
1)将卤化镁醇合物分散在惰性溶剂中,得到悬浮液;
2)将所述悬浮液与有机铝化合物和任选的内给电子体化合物接触反应,然后除去未反应物,并用惰性溶剂洗涤;
3)在惰性溶剂存在下,使步骤2)得到的沉淀物与所述钛化合物接触反应,然后除去未反应物和溶剂,洗涤沉淀物,得到所述固体催化剂组分。
步骤2)中,所述的有机铝化合物具体可选自Al(CH3)3、Al(CH2CH3)3、Al(i-Bu)3、Al(n-C6H13)3、AlH(CH2CH3)2、AlH(i-Bu)2、AlCl(CH2CH3)2、AlCl1.5(CH2CH3)1.5、AlCl(CH2CH3)2、AlCl2(CH2CH3)等烷基铝化合物。另外,所述有机铝化合物优选为Al(CH2CH3)3、Al(n-C6H13)3和Al(i-Bu)3中的至少一种,进一步优选为Al(CH2CH3)3。
该方法具体可参照CN102807638A进行,其全文作为参考并入本文。
方法8
1)将卤化镁醇合物分散在惰性溶剂中,得到悬浮液;
2)将所述悬浮液与钛化合物在低温(如-5℃以下)下进行接触反应,再高温(如50℃以上)处理,然后除去未反应物,并用惰性溶剂洗涤;
3)在惰性溶剂存在下,使步骤2)得到的沉淀物与钛化合物和任选的内给电子体化合物接触反应,然后除去未反应物和溶剂,洗涤沉淀物,得到所述固体催化剂组分。
方法9
1)将烷基镁/烷氧基镁/烷氧基卤化镁化合物分散在惰性溶剂中,得到悬浮液;
2)将所述悬浮液与钛化合物和任选的内给电子体化合物接触反应,然后除去未反应物,并用惰性溶剂洗涤;
3)在惰性溶剂存在下,使步骤2)得到的沉淀物与所述钛化合物接触反应,然后除去未反应物和溶剂,洗涤沉淀物,得到所述固体催化剂组分。
方法10
1)将烷氧基镁化合物与钛化合物和任选的内给电子体化合物进行反应,形成透明溶液,再加入惰性溶剂稀释;
2)向上述稀释溶液中加入有机铝化合物,反应后除去未反应物和溶剂,洗涤沉淀物,得到所述固体催化剂组分。
以上各制备方法中所采用的化合物均属于本领域常规的选择,例如,有机环氧化合物、有机磷化合物、醇类化合物和有机硅类化合物等均可参照现有技术进行选择,在此不作特殊限定。各方法中所选用的惰性溶剂可以相同或不同,并可参照现有技术进行选择,例如,所述惰性溶剂为甲苯和/或己烷。
另外,以上制备方法是对本发明固体催化剂组分更为详细的举例描述,但本发明并不局限于这些制备方法。
根据本发明,所述有机铝化合物可以选自Al(CH3)3、Al(CH2CH3)3、Al(i-Bu)3、Al(n-C6H13)3、AlH(CH2CH3)2、AlH(i-Bu)2、AlCl(CH2CH3)2、AlCl1.5(CH2CH3)1.5、AlCl(CH2CH3)2和AlCl2(CH2CH3)中的至少一种。
优选地,所述有机铝化合物选自Al(CH2CH3)3和/或Al(i-Bu)3。
根据本发明,所述有机铝化合物中的铝与所述固体催化剂组分中的钛的摩尔比可以为5︰1~500︰1,优选为20︰1~200︰1。
根据本发明,所述外给电子体化合物与所述固体催化剂组分中钛的摩尔比为0.05︰1~50︰1。
根据本发明的第二方面,本发明提供了上述催化剂体系在烯烃聚合反应中的应用。
本发明中,所述烯烃聚合反应包括烯烃的均聚合反应和共聚合反应。
具体地,本发明的催化剂体系可以用于乙烯的均聚合;乙烯与丁烯、戊烯、己烯、辛烯或4-甲基-1-戊烯的共聚合,优选为乙烯与丁烯的共聚合。
另外,所述催化剂体系适用于各种条件下的聚合反应,例如,所述烯烃聚合反应可以在液相或气相中进行,或者也可以在液相与气相聚合阶段组合的操作下进行。聚合的温度可以为0~150℃,优选为60~90℃。
液相聚合所采用的介质可以选自异丁烷、己烷、庚烷、环己烷、石脑油、抽余油、加氢汽油、煤油、苯、甲苯、二甲苯等饱和脂肪烃或芳香烃等惰性溶剂,优选为甲苯、正己烷或环己烷。
另外,为了调节最终聚合物的分子量,采用氢气作分子量调节剂。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
在以下实施例和对比例中:
1、固体催化剂组分中钛元素的相对重量百分比:采用分光光度法。
2、固体催化剂组分的组成:采用液体核磁1H-NMR。
3、聚合物熔融指数(MI):根据ASTM D1238-99,载荷2.16kg、190℃下测定。
4、聚合物粉料中共聚单元含量:采用液体核磁13C-NMR确定。
5、聚合物粉料中己烷可提取物的重量百分数:将聚合所得的全部粉料浆液用氮气转移至标准圆柱形容器内,在通风条件彻底干燥,得到块状粉料,垂直切取所得块状粉料20g,粉碎后将其置于容器中,在50℃用300mL己烷提取2小时,随后抽取20mL提取液,将其置于精确称重过的表面皿中,将完全干燥的该表面皿称重,表面皿的质量增重为m1g,并由此推算己烷可提取物的重量百分数为75m1%。
6、聚合反应中,釜内的压力均为绝对压力。
制备例1~4用于说明所述环三藜芦烃及其衍生物的制备方法。
制备例1
在冰浴条件下,将1,2-邻苯二甲醚(1.0g)滴加到甲醛水溶液(4mL/38%)/0.1mL三氯甲烷/浓盐酸(6mL)的混合物中,进行反应,30分钟后,溶液变成浆糊状,室温下继续搅拌4小时。过滤收集固体,冰水洗涤,彻底干燥后得到0.5g式(Ⅳ)所示的化合物A。
制备例2
将1,2-邻苯二乙醚(3.3g)和三聚甲醛(0.63g)溶于干燥的二氯甲烷(30mL)中,冰浴下搅拌,缓慢滴入三氟化硼乙醚(4.25g),滴加完毕后,撤去冰水浴,常温下搅拌3h,TLC跟踪反应直至反应完全,停止反应,混合物用水洗涤3次,分出有机层,旋干有机溶剂,得到油状物,加入少量丙酮将油状物溶解,再向其中加入大量甲醇,静置于冰箱中使其析出白色固体。抽滤,彻底干燥后,得到1.5g式(Ⅴ)所示的化合物B。
制备例3
在冰浴条件下,将3-甲氧基-4-乙氧基-苯甲醇(3g)溶于30mL甲醇,在冰浴及搅拌下滴加65%的高氯酸15mL。在氮气保护下,冰浴搅拌18h。向反应产物中缓慢加入30mL水,随后使用二氯甲烷萃取有机相。将有机相用氢氧化钠水溶液仔细洗涤后,再用去离子水洗涤,干燥。将有机相彻底抽干后使用柱层析法提纯,得到1g如式(Ⅵ)所示的化合物F。
制备例4
在冰浴条件下,将3-甲氧基-4-溴-苯甲醇(3.6g)溶于30mL甲醇,在冰浴及搅拌下滴加65%的高氯酸15mL。在氮气保护下,冰浴搅拌18h。向反应产物中缓慢加入30mL水,随后使用二氯甲烷萃取有机相。将有机相用氢氧化钠水溶液仔细洗涤后,再用去离子水洗涤,干燥。彻底抽干后使用柱层析法提纯,得到0.8g式(Ⅶ)所示的化合物M。
实施例1~6用于说明本发明的催化剂体系以及催化剂体系在烯烃聚合反应中的应用。
实施例1
(1)固体催化剂组分的制备
将4.0g氯化镁、50mL甲苯、3.0mL环氧氯丙烷、9mL磷酸三正丁酯、乙醇4.4mL加入到反应釜内,在温度为70℃的条件下,反应2小时。将该体系降温至-10℃,缓慢滴加四氯化钛70mL,随后加入5mL四乙氧基硅,逐渐升温至85℃,恒温1小时。停止搅拌,静置,悬浮液很快分层,抽除上层清液,经惰性稀释剂甲苯及有机溶剂己烷多次洗涤后干燥,得到流动性好的固体催化剂组分a。固体催化剂组分a的组成见表1。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
容积为2L的不锈钢反应釜,经高纯氮气充分置换后,加入1L己烷、1.0mL浓度为1M的三乙基铝和0.02mmol的化合物A,再加入通过上述方法制备的固体催化剂组分a(含0.6mg钛),升温至70℃,通入氢气使釜内压力达到0.28MPa,再通入乙烯使釜内总压达到0.73MPa,在80℃条件下聚合2小时,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
容积为2L的不锈钢反应釜,经高纯氮气充分置换后,加入1L己烷、1.0mL浓度为1M的三乙基铝和0.02mmol的化合物A,再加入通过上述方法制备的固体催化剂组分a(含0.6mg钛),升温至70℃,通入氢气使釜内压力达到0.58MPa,再通入乙烯使釜内总压达到0.73MPa,在80℃条件下聚合2小时,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
首先在配气罐中配置乙烯/丁烯的混合气,混合气的摩尔比例为乙烯/丁烯=0.90/0.10。
容积为2L的不锈钢反应釜,经高纯氮气充分置换后,加入1L己烷、1.0mL浓度为1M的三乙基铝和0.02mmol的化合物A,再加入通过上述方法制备的固体催化剂组分a(含0.6mg钛),升温至70℃,通入氢气使釜内压力达到0.28MPa,再通入乙烯/丁烯混合气使釜内总压达到0.73MPa,在80℃条件下聚合2小时,聚合结果见表3。
实施例2
(1)固体催化剂组分的制备
将4.8g氯化镁、30mL癸烷、20mL异辛醇加入到反应釜内,在搅拌速率300rpm且温度为130℃的条件下反应3小时。将体系降温至50℃,加入3.5mL四乙氧基硅,继续搅拌2小时。将该体系降温至室温,将其缓慢滴入已经降至0℃的200mL四氯化钛中,滴加完成后恒温1h。将体系逐渐升温至110℃,恒温2小时。停止搅拌,静置,悬浮液很快分层,抽除上层清液,经惰性稀释剂甲苯及有机溶剂己烷多次洗涤后干燥,得到流动性好的固体催化剂组分b。固体催化剂组分b的组成见表1。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.03mmol的化合物M,且再加入的是固体催化剂组分b,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.03mmol的化合物M,且再加入的是固体催化剂组分b,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.03mmol的化合物M,且再加入的是固体催化剂组分b,聚合结果见表3。
实施例3
(1)固体催化剂组分的制备
将4.0g氯化镁、90mL甲苯、8.0mL环氧氯丙烷、16.0mL磷酸三正丁酯加入到反应釜内,在搅拌转速450rpm、温度为60℃的条件下,反应2小时,加入3g邻苯二甲酸酐,继续恒温1小时,降温至-40℃,滴加四氯化钛70mL,逐渐升温至95℃,恒温1小时。滤去母液,经惰性稀释剂甲苯及有机溶剂己烷多次洗涤后干燥,得到流动性好的固体催化剂组分c。固体催化剂组分c的组成见表1。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
容积为2L的不锈钢反应釜,经高纯氮气充分置换后,加入1L己烷、1.0mL浓度为1M的三乙基铝和0.03mmol的化合物A,再加入通过上述方法制备的固体催化剂组分c(含0.6mg钛),升温至75℃,通入氢气使釜内压力达到0.28MPa,再通入乙烯使釜内总压达到1.03MPa,在85℃条件下聚合2小时,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
容积为2L的不锈钢反应釜,经高纯氮气充分置换后,加入1L己烷、1.0mL浓度为1M的三乙基铝和0.03mmol的化合物A,再加入通过上述方法制备的固体催化剂组分c(含0.6mg钛),升温至75℃,通入氢气使釜内压力达到0.68MPa,再通入乙烯使釜内总压达到1.03MPa,在85℃条件下聚合2小时,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的加入量改变为0.03mmol,且再加入的是固体催化剂组分c,聚合结果见表3。
实施例4
(1)固体催化剂组分的制备
向一个经过氮气吹排的250mL三口瓶中先后加入1.5g TiCl4,4.4g无水MgCl2,0.1g化合物M和100mL四氢呋喃,搅拌下升温至65℃,在此温度下恒温反应3h,降温至35℃,得到母液。
向一个经过氮气吹排的250mL三口瓶中加入6g硅胶(Cabot Corporation TS-610,粒径为0.02~0.1μm),将降温后的母液加入,保持温度35℃,搅拌1h后,将硅胶掺混后的母液用喷雾干燥器进行喷雾干燥,喷雾条件:进口温度180℃,出口温度110℃,得到固体催化剂组分d,组成见表1。
(2)预还原处理
向一个经过氮气吹排的250mL三口瓶中先后加入100mL己烷,5g固体催化剂组分和4mL三正己基铝(1M),搅拌下升温至50℃,在此温度下恒温1h,再加入9mL一氯二乙基铝(1M),继续恒温1h,滤去母液,经己烷多次洗涤后干燥,得到流动性良好的预还原的固体催化剂组分d。
(3)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例3,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.02mmol的化合物M,且再加入的是预还原的固体催化剂组分d,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例3,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.02mmol的化合物M,且再加入的是预还原的固体催化剂组分d,聚合结果见表2。
(4)共聚合反应
同实施例1,但是混合气的摩尔比例为乙烯/丁烯=0.85/0.15,将外给电子体的种类和加入量改变为0.02mmol的化合物M,且再加入的是预还原的固体催化剂组分d,聚合结果见表3。
实施例5
(1)固体催化剂组分的制备
将10g Mg(OEt)2、55mL甲苯加入到反应釜内,在搅拌速率300rpm的条件下形成悬浮液。将体系降温至0℃,缓慢加入40mL四氯化钛,滴加完成后缓慢升温至90℃,恒温1小时。停止搅拌,静置,悬浮液很快分层,抽除上层清液。再加入60mL甲苯、30mL四氯化钛和0.2g化合物F,升温至90℃,恒温1小时。停止搅拌,静置,抽除上层清液。经惰性稀释剂甲苯及有机溶剂己烷多次洗涤后干燥,得到流动性好的固体催化剂组分e,组成见表1。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的化合物B,且再加入的是固体催化剂组分e,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的化合物B,且再加入的是固体催化剂组分e,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的化合物B,且再加入的是固体催化剂组分e,聚合结果见表3。
实施例6
(1)固体催化剂组分的制备
在经过高纯氮气充分置换过的反应器中,依次加入6.0g球形载体MgCl2·2.6C2H5OH,甲苯120mL,搅拌下降温至-10℃,滴加45mL三正己基铝的己烷溶液(三正己基铝:1.0M),然后升温至60℃,并且维持反应3小时。停止搅拌,静置,悬浮液很快分层,抽除上层清液,沉淀物用甲苯和己烷先后洗涤数次。加入120mL己烷,将该体系冷却至0℃,缓慢滴加四氯化钛8mL,之后升温至60℃,反应2小时。停止搅拌,静置,悬浮液很快分层,抽除上层清液,沉淀物用己烷洗涤两遍后,通过己烷将其转移至层析漏斗中,用高纯氮气吹干,得到流动性好的球形固体催化剂组分f。固体催化剂组分f的组成见表1。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例3,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的化合物A,且再加入的是固体催化剂组分f,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例3,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的化合物A,且再加入的是固体催化剂组分f,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的化合物A,且再加入的是固体催化剂组分f,聚合结果见表3。
对比例1
(1)固体催化剂组分的制备
如实施例1所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
容积为2L的不锈钢反应釜,经高纯氮气充分置换后,加入1L己烷和1.0mL浓度为1M的三乙基铝,再加入通过上述方法制备的固体催化剂组分a(含0.6mg钛),升温至70℃,通入氢气使釜内压力达到0.28MPa,再通入乙烯使釜内总压达到0.73MPa,在80℃条件下聚合2小时,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
容积为2L的不锈钢反应釜,经高纯氮气充分置换后,加入1L己烷和1.0mL浓度为1M的三乙基铝,再加入通过上述方法制备的固体催化剂组分a(含0.6mg钛),升温至70℃,通入氢气使釜内压力达到0.58MPa,再通入乙烯使釜内总压达到0.73MPa,在80℃条件下聚合2小时,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
首先在配气罐中配置乙烯/丁烯的混合气,混合气的摩尔比例为乙烯/丁烯=0.90/0.10。
容积为2L的不锈钢反应釜,经高纯氮气充分置换后,加入1L己烷和1.0mL浓度为1M的三乙基铝,再加入通过上述方法制备的固体催化剂组分a(含0.6mg钛),升温至70℃,通入氢气使釜内压力达到0.28MPa,再通入乙烯/丁烯混合气使釜内总压达到0.73MPa,在80℃条件下聚合2小时,聚合结果见表3。
对比例2
(1)固体催化剂组分的制备
如实施例1所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.02mmol的苯甲酸乙酯,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.02mmol的苯甲酸乙酯,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.02mmol的苯甲酸乙酯,聚合结果见表3。
对比例3
(1)固体催化剂组分的制备
如实施例2所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同对比例1,但是再加入的是固体催化剂组分b,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同对比例1,但是再加入的是固体催化剂组分b,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同对比例1,但是再加入的是固体催化剂组分b,聚合结果见表3。
对比例4
(1)固体催化剂组分的制备
如实施例2所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例2,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.03mmol的乙酸丁酯,且再加入的是固体催化剂组分b,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例2,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.03mmol的乙酸丁酯,且再加入的是固体催化剂组分b,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.03mmol的乙酸丁酯,且再加入的是固体催化剂组分b,聚合结果见表3。
对比例5
(1)固体催化剂组分的制备
如实施例3所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
容积为2L的不锈钢反应釜,经高纯氮气充分置换后,加入1L己烷和1.0mL浓度为1M的三乙基铝,再加入通过上述方法制备的固体催化剂组分c(含0.6mg钛),升温至75℃,通入氢气使釜内压力达到0.28MPa,再通入乙烯使釜内总压达到1.03MPa,在85℃条件下聚合2小时,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
容积为2L的不锈钢反应釜,经高纯氮气充分置换后,加入1L己烷和1.0mL浓度为1M的三乙基铝,再加入通过上述方法制备的固体催化剂组分c(含0.6mg钛),升温至75℃,通入氢气使釜内压力达到0.68MPa,再通入乙烯使釜内总压达到1.03MPa,在85℃条件下聚合2小时,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同对比例1,但是再加入的是固体催化剂组分c,聚合结果见表3。
对比例6
(1)固体催化剂组分的制备
如实施例3所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例3,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.03mmol的苯甲酸乙酯,且再加入的是固体催化剂组分c,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例3,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.03mmol的苯甲酸乙酯,且再加入的是固体催化剂组分c,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.03mmol的苯甲酸乙酯,且再加入的是固体催化剂组分c,聚合结果见表3。
对比例7
(1)固体催化剂组分的制备及预还原处理
如实施例4所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同对比例5,但是再加入的是预还原的固体催化剂组分d,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同对比例5,但是再加入的是预还原的固体催化剂组分d,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同对比例1,但是混合气的摩尔比例为乙烯/丁烯=0.85/0.15,且再加入的是预还原的固体催化剂组分d,聚合结果见表3。
对比例8
(1)固体催化剂组分的制备及预还原处理
如实施例4所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例3,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.02mmol的2,2-二甲基-1,3-二乙氧基丙烷,且再加入的是预还原的固体催化剂组分d,聚合结果见表2。
②低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例3,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.02mmol的2,2-二甲基-1,3-二乙氧基丙烷,且再加入的是预还原的固体催化剂组分d,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同实施例4,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.02mmol的2,2-二甲基-1,3-二乙氧基丙烷,且再加入的是预还原的固体催化剂组分d,聚合结果见表3。
对比例9
(1)固体催化剂组分的制备
如实施例5所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同对比例1,但是再加入的是固体催化剂组分e,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同对比例1,但是再加入的是固体催化剂组分e,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同对比例1,但是再加入的是固体催化剂组分e,聚合结果见表3。
对比例10
(1)固体催化剂组分的制备
如实施例5所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的1,2-邻苯二甲醚,且再加入的是固体催化剂组分e,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的1,2-邻苯二甲醚,且再加入的是固体催化剂组分e,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的1,2-邻苯二甲醚,且再加入的是固体催化剂组分e,聚合结果见表3。
对比例11
(1)固体催化剂组分的制备
如实施例6所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同对比例5,但是再加入的是固体催化剂组分f,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同对比例5,但是再加入的是固体催化剂组分f,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同对比例1,但是再加入的是固体催化剂组分f,聚合结果见表3。
对比例12
(1)固体催化剂组分的制备
如实施例6所示。
(2)均聚合反应
①低氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例3,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的苯甲酸乙酯,且再加入的是固体催化剂组分f,聚合结果见表2。
②高氢气/乙烯比的聚合反应
同实施例3,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的苯甲酸乙酯,且再加入的是固体催化剂组分f,聚合结果见表2。
(3)共聚合反应
同实施例1,但是将外给电子体的种类和加入量改变为0.01mmol的苯甲酸乙酯,且再加入的是固体催化剂组分f,聚合结果见表3。
表1
*:不包含环三藜芦烃及其衍生物中的乙氧基基团。
表2
由表2的数据可知:
1、本发明催化剂体系通过添加环三藜芦烃及其衍生物作为外给电子体,与不添加外给电子体的催化剂体系相比,在均聚合反应中,均能够同时提高聚乙烯催化剂体系的活性、氢调敏感度,以及聚合粉料的堆积密度;
2、将其它化合物(所列化合物仅起示例性的作用,如苯甲酸乙酯、1,2-邻苯二甲醚、2,2-二甲基-1,3-二乙氧基丙烷和乙酸丁酯)作为外给电子体加入催化剂体系后,催化剂体系的活性、氢调敏感度,以及聚合粉料的堆积密度却均有所降低。
表3
由表3的数据可知:
1、本发明通过将环三藜芦烃及其衍生物作为外给电子体引入催化剂体系后,聚合粉料的共聚单元含量提高,且己烷可提取物减少。这说明随着聚合粉料中共聚单元含量的提高,低分子量组分中的共聚单元含量减少,而中/高分子量组分中的共聚单元含量提高。由此可知,环三藜芦烃及其衍生物提高了催化剂体系的共聚性能,从而有利于产品综合性能的提高。
2、将其它化合物(所列化合物仅起示例性的作用,如苯甲酸乙酯、1,2-邻苯二甲醚、2,2-二甲基-1,3-二乙氧基丙烷和乙酸丁酯)作为外给电子体引入催化剂体系后,聚合粉料的共聚单元含量和己烷可提取物均降低。这说明上述外给电子体降低了共聚单体的加成概率,虽然己烷可提取物也随之降低,但这并非是催化剂体系共聚性能的提高。
以上已经描述了本发明的实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (12)
2.根据权利要求1所述的催化剂体系,其中,所述环三藜芦烃及其衍生物选自以下化合物中的至少一种:
化合物A:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH3;
化合物B:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH2CH3;
化合物C:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH2CH2CH3;
化合物D:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH(CH3)2;
化合物E:M1=M2=M3=M4=M5=M6=OCH2CH2CH2CH3;
化合物F:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=OCH2CH3;
化合物G:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=OCH2CH2CH3;
化合物H:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=OCH2CH2CH2CH3;
化合物L:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=Cl;
化合物M:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=Br;
化合物N:M1=M3=M5=OCH3;M2=M4=M6=I。
3.根据权利要求1所述的催化剂体系,其中,所述固体催化剂组分包含负载于卤化镁上的具有至少一个Ti-卤素键的钛化合物。
4.根据权利要求3所述的催化剂体系,其中,所述钛化合物选自三卤化钛和/或通式为Ti(OR2)nX2 4-n的化合物,其中,R2为C1~C8烃基,优选为C1~C8烷基;X2为Cl、Br或I,0≤n<4。
5.根据权利要求4所述的催化剂体系,其中,所述钛化合物选自TiCl3、TiCl4、TiBr4、Ti(OC2H5)Cl3、Ti(OC2H5)2Cl2和Ti(OC2H5)3Cl中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的催化剂体系,其中,以每摩尔卤化镁计,所述内给电子体化合物的用量为0~1mol。
7.根据权利要求1所述的催化剂体系,其中,所述有机铝化合物选自Al(CH3)3、Al(CH2CH3)3、Al(i-Bu)3、AlH(CH2CH3)2、AlCl(CH2CH3)2、AlH(i-Bu)2、AlCl1.5(CH2CH3)1.5、AlCl(CH2CH3)2、和AlCl2(CH2CH3)中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的催化剂体系,其中,所述有机铝化合物为Al(CH2CH3)3和/或Al(i-Bu)3。
9.根据权利要求1所述的催化剂体系,其中,所述有机铝化合物中的铝与所述固体催化剂组分中的钛的摩尔比为5︰1~500︰1。
10.根据权利要求9所述的催化剂体系,其中,所述有机铝化合物中的铝与所述固体催化剂组分中的钛的摩尔比为20︰1~200︰1。
11.根据权利要求1所述的催化剂体系,其中,所述外给电子体化合物与所述固体催化剂组分中钛的摩尔比为0.05︰1~50︰1。
12.权利要求1~11中任意一项所述的催化剂体系在烯烃聚合反应中的应用。
Priority Applications (9)
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