CN109400763B - 烯烃聚合催化剂载体及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及烯烃聚合领域,具体地,涉及一种烯烃聚合催化剂载体及其制备方法和应用。
背景技术
众所周知,氯化镁醇合物负载的Ziegler-Natta催化剂用于烯烃(特别是丙烯)聚合时,其性能明显优于其它载体所负载的催化剂。因此,目前用于烯烃聚合的催化剂大多是通过将卤化钛负载于氯化镁醇合物上制备得到的。为了获得球形载体,可通过喷雾干燥、喷雾冷却、高压挤出、高速搅拌、乳化机法及超重力旋转床法等方法制备,如WO99/44009与US4399054等公开了可以通过高温下高速搅拌乳化氯化镁醇合物体系后骤冷形成球形醇合物。
但是,当将由上述已公开的氯化镁醇合物制备的催化剂用于烯烃聚合时,在聚合过程中很容易发生聚合物粒子的破碎现象,从而造成聚合物细粉较多。为了克服这一缺点,人们又尝试将给电子体化合物提前引入到氯化镁醇合物的载体制备中,例如:CN1169840C和CN1286863C将本行业公知的内给电子体邻苯二甲酸酯类化合物引入到氯化镁醇合物载体的合成中,从而得到“氯化镁-醇-邻苯二甲酸酯”球形载体,然后将该载体与四氯化钛反应以形成催化剂。但所述的复合物球形载体在制备过程中容易发粘,难于形成粒径大小适宜的球形颗粒。
此外,上述氯化镁醇合物均是采用低温骤冷固化高温的醇合物熔体制得,不仅对能源的消耗较大、制备工艺复杂、须多个反应器联合制备,而且所制得的醇合物的粒径分布较宽。为了解决该问题,CN102040683A公开了一种通过卤化镁醇合物与环氧乙烷类化合物反应来制备载体的方法,并具体公开了将卤化镁醇合物熔融分散后,加入环氧乙烷类化合物;或者是将卤化镁醇合物熔融分散后直接加入到含环氧乙烷类化合物的反应器中。然而,采用该方法制备催化剂载体存在制备过程不稳定,容易发生载体粘连,且载体成型效果不好的缺点。因此,需要在制备过程中加入其它表面活性剂,如硬脂酸、司盘、季铵化物等。这些物质的加入,不仅增加了成本,而且也对副产物的回收处理产生不利影响,而且会降低所得载体所制备催化剂的活性。
因此,开发一种能够克服现有技术的上述缺陷的新的烯烃聚合用催化剂载体具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的存在的烯烃聚合催化剂载体形态不佳、制备过程繁琐以及得到的催化剂活性差的问题,提供烯烃聚合催化剂载体及其制备方法和应用。
为了实现上述目的,本发明的发明人在研究中意外地发现,在所述烯烃聚合催化剂载体的制备过程中加入含卤化铁化合物,能够得到一种具有新型组成的载体,该载体颗粒形态良好、基本不存在异形粒子,并且,该载体所制备催化剂的活性比较高。
由此,本发明一方面提供一种烯烃聚合催化剂载体,其中,所述烯烃聚合催化剂载体具有式(1)所示的结构:
其中,R1为C1-C8的烷基或C3-C8的环烷基;R2和R3各自独立地为氢、C1-C5的烷基或C1-C5的卤代烷基;R4为C2-C12的烷基或卤代烷基;X’为卤素;Y’为卤素;m为0.1-1.9,n为0.1-1.9,m+n=2,0<j<3,0<k<3,j+k=3,0<q≤0.5。
本发明第二方面提供一种烯烃聚合催化剂载体的制备方法,其中,该制备方法包括:
(1)将卤化铁、通式为MgXY的卤化镁、通式为ROH的醇类化合物和可选的惰性液体介质混合,乳化;
(2)将步骤(1)得到的乳化产物与式(2)所示的环氧乙烷类化合物接触反应;
其中,通式MgXY中,X为卤素,Y为卤素或C1-C6的烷基;通式ROH中,R为C1-C8的烷基或C3-C8的环烷基;式(2)中,R5和R6各自独立为氢、C1-C5的烷基或C1-C5的卤代烷基。
本发明第三方面提供本发明的烯烃聚合催化剂载体和由本发明的制备方法得到的烯烃聚合催化剂载体中的任意一种烯烃聚合催化剂载体在烯烃聚合催化剂中的应用。
本发明的烯烃聚合催化剂载体在制备过程中加入卤化铁,卤化铁能够降低未成型粒子间的碰撞机率、减少载体粒子间的粘连,使得到的载体颗粒形态良好、基本不存在异形粒子,更可贵的是该载体所制备的催化剂在用于烯烃聚合的活性比较高,制备的烯烃聚合物粉料的形态好、堆密度高。
附图说明
图1为制备例1制备的烯烃聚合催化剂载体形貌光学显微镜照片;
图2为制备例2制备的烯烃聚合催化剂载体形貌光学显微镜照片;
图3为对比制备例1制备的烯烃聚合催化剂载体形貌光学显微镜照片。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供一种烯烃聚合催化剂载体,其中,所述烯烃聚合催化剂载体具有式(1)所示的结构:
其中,R1为C1-C8的烷基或C3-C8的环烷基;R2和R3各自独立地为氢、C1-C5的烷基或C1-C5的卤代烷基;R4为C2-C12的烷基或卤代烷基;X’为卤素;Y’为卤素;m为0.1-1.9,n为0.1-1.9,m+n=2,0<j<3,0<k<3,j+k=3,0<q≤0.5。
本发明中,优选地,R1为C1-C8的烷基;R2和R3各自独立地为氢、C1-C3的烷基或C1-C3的卤代烷基;R4为C2-C8的烷基或卤代烷基;X’为氯或溴;Y’为氯或溴。
本发明的烯烃聚合催化剂载体形态分布良好,优选地,所述烯烃聚合催化剂载体的平均颗粒直径优选为10-100微米,粒径分布优选小于1.2;进一步优选地,所述烯烃聚合催化剂载体的平均颗粒直径为40-60微米,粒径分布小于等于0.8;更优选地,所述烯烃聚合催化剂载体的粒径分布为0.2-0.8。在本发明中,所述烯烃聚合催化剂载体的平均颗粒直径和粒径分布可以采用Master Sizer 2000激光粒度仪(由Malvern Instruments Ltd生产制造)测得。
本发明第二方面提供一种烯烃聚合催化剂载体的制备方法,其中,该制备方法包括:
(1)将卤化铁、通式为MgXY的卤化镁、通式为ROH的醇类化合物和可选的惰性液体介质混合,乳化;
(2)将步骤(1)得到的乳化产物与式(2)所示的环氧乙烷类化合物接触反应;
其中,通式MgXY中,X为卤素,Y为卤素或C1-C6的烷基;通式ROH中,R为C1-C8的烷基或C3-C8的环烷基;式(2)中,R5和R6各自独立为氢、C1-C5的烷基或C1-C5的卤代烷基。
本发明中,所述制备方法中原料的用量可以在较大的范围内进行选择和变动,优选情况下,以1mol通式为MgXY的卤化镁为基准,卤化铁的用量为0.01-0.3mol,通式为ROH的醇类化合物的用量为4-30mol,式(2)所示的环氧乙烷类化合物的用量为1-10mol;进一步优选地,以1mol通式为MgXY的卤化镁为基准,卤化铁的用量为0.01-0.15mol,通式为ROH的化合物的用量为6-20mol,结构如式(2)所示的环氧乙烷类化合物的用量为2-6mol。
本发明中,为了进一步提高载体颗粒分布形态以及提高由该载体制备的催化剂的催化效果,优选地,所述卤化铁为三氯化铁或溴化铁,进一步优选为三氯化铁。
本发明中,在通式为MgXY的卤化镁中,X优选为氯或溴,Y优选为氯、溴或C1-C5的烷基。所述C1-C5的烷基,例如可以为甲基、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、叔戊基或新戊基。通式为MgXY的卤化镁可以为一种卤化镁,或者是多种卤化镁的混合物。从原料易得性的角度出发,优选为氯化镁。
本发明中,在通式为ROH的醇类化合物中,R优选为C1-C8的烷基。所述C1-C8的烷基例如可以为甲基、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、己基、异己基、庚基、异庚基、辛基或异辛基。通式为ROH的化合物的具体实例可以为但不限于:乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、戊醇、异戊醇、正己醇、正辛醇和2-乙基己醇中的一种或多种。
本发明中,在式(2)所示的环氧乙烷类化合物中,R5和R6优选各自独立为氢、C1-C3的烷基或C1-C3的卤代烷基。所述环氧乙烷类化合物的具体实例可以为但不限于:环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷和环氧溴丙烷中的一种或多种。
本发明中,所述惰性液体介质的用量可以根据通式为MgXY的卤化镁的用量来选择。一般地,以1mol通式为MgXY的卤化镁为基准,所述惰性液体介质的用量可以为0.8-10L,优选为2-8L。所述惰性液体介质可以为本领域常用的各种不与反应物和反应产物发生化学相互作用的液体介质。例如:所述惰性液体介质可以为硅油和/或惰性液体烃类溶剂。具体地,所述惰性液体介质可以为煤油、石蜡油、凡士林油、白油、甲基硅油、乙基硅油、甲基乙基硅油、苯基硅油和甲基苯基硅油中的一种或多种。本发明所述惰性液体介质特别优选为白油。
本发明中,步骤(1)中的所述乳化的条件没有特别限定,只要所述乳化的条件能够使得通式为MgXY的卤化镁熔融并与卤化铁充分反应即可。优选地,所述乳化的条件包括:温度为80-120℃,优选为80-100℃;时间为0.5-5小时,优选为0.5-3小时。
本发明中,可以采用本领域技术人员公知的各种方法将步骤(1)得到的混合物乳化。例如,可以将所述混合物进行低速剪切或高速剪切,从而将其乳化。所述低速剪切的搅拌速率通常为400-800转/分钟。所述高速剪切的方法为本领域技术人员所公知,如CN1151183C公开的高速搅拌法(即,将含有液态卤化镁加合物的溶液以2000-5000转/分钟的速度进行搅拌)。此外,还可以参照以下专利公开的方法将所述液态混合物乳化:CN1267508C公开的将含有液态卤化镁加合物的溶液在超重力床中进行旋转分散(旋转的速度可以为100-3000转/分钟);CN1463990A公开的将含有液态卤化镁加合物的溶液在乳化机中以1500-8000转/分钟的速度输出;US6020279公开的通过喷雾法将含有液态卤化镁加合物的溶液乳化。
本发明中,步骤(2)中,所述接触反应的条件优选包括:温度为80-120℃,优选为80-100℃;时间为20-60分钟,优选为20-50分钟。
本发明,所述制备方法还可以包括将所述接触反应得到的产物进行固液分离,将固相产物洗涤并进行干燥。所述固液分离可以是现有的各种能够实现固相与液相分离的方法,例如抽滤、压滤或离心分离,优选情况下,所述固液分离的方法为压滤法。本发明对压滤的条件没有特别地限定,以尽可能充分地实现固相与液相的分离为准。所述洗涤可以采用本领域技术人员公知的方法将得到的固相产物进行洗涤,例如可以采用惰性烃类溶剂(例如:戊烷、己烷、庚烷、石油醚和汽油)对得到的固相产物进行洗涤。本发明对于所述干燥的条件没有特别限定,例如:所述干燥的温度可以为20-70℃,所述干燥的时间可以为0.5-10小时。根据本发明,所述干燥可以在常压或减压条件下进行。
本发明第三方面提供本发明的烯烃聚合催化剂载体和由本发明的制备方法得到的烯烃聚合催化剂载体中的任意一种烯烃聚合催化剂载体在烯烃聚合催化剂中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中,
1、烯烃聚合催化剂载体的平均颗粒直径和粒径分布采用Masters Sizer2000粒度仪(由Malvern Instruments Ltd生产制造)进行测定;
2、烯烃聚合催化剂载体和聚烯烃粉料的表观形貌通过商购自Nikon公司的型号为Eclipse E200的光学显微镜进行观察;
3、聚烯烃粉料的堆密度采用GB/T 1636-2008规定的方法进行测定。
制备例1
在0.6L的反应釜中,加入0.08mol氯化镁、0.96mol乙醇、2g无水三氯化铁(0.012mol),在搅拌下升温至90℃,恒温反应2小时后,加入环氧氯丙烷0.48mol(38ml),反应半个小时后压滤,将压滤产物用已烷洗涤5次,真空干燥,得到烯烃聚合用催化剂载体Z1。
所述烯烃聚合催化剂载体Z1的平均颗粒直径(D50)为47微米,粒径分布((D90-D10)/D50)为0.8。采用光学显微镜观察的粒子形貌如图1所示,从图中可以看出,烯烃聚合催化剂载体Z1的颗粒形态比较规整,表面光滑,基本上都是球形的,颗粒尺寸分布比较集中,且基本上没有异形(非球形)粒子存在。
经元素分析及核磁共振测定,所述烯烃聚合催化剂载体Z1的结构式如下式(3)表示(R1为乙基,R2为氢,R3为氯代甲基,R4为氯代丙烷,X’为氯,Y’为氯,m=1,n=1,j=2,k=1,q=0.06):
制备例2
在0.6L的反应釜中,加入300mL白油、0.08mol氯化镁、0.48mol乙醇、1g(0.006)三氯化铁,在搅拌下升温至100℃,恒温反应1小时后,加入0.16mol环氧氯丙烷,反应20分钟后压滤,将压滤产物用已烷洗涤5次,最后将产物真空干燥,得到烯烃聚合催化剂载体Z2。
所述烯烃聚合催化剂载体Z2的平均颗粒直径(D50)为48微米,粒径分布((D90-D10)/D50)为0.7。采用光学显微镜观察的粒子形貌如图2所示,从图中可以看出,烯烃聚合催化剂载体Z2的颗粒形态比较规整,表面光滑,基本上都是球形的,颗粒尺寸分布比较集中,且基本上没有异形粒子存在。
制备例3
在0.6L的反应釜中,加入200mL白油、0.08mol氯化镁、1.6mol乙醇、0.004mol三氯化铁,在搅拌下升温至80℃,恒温反应3小时后,加入0.32mol环氧氯丙烷,反应50分钟后压滤,将压滤产物用已烷洗涤5次,最后将产物真空干燥,得到烯烃聚合催化剂载体Z3。
所述烯烃聚合催化剂载体Z3的平均颗粒直径(D50)为49微米,粒径分布((D90-D10)/D50)为0.7。采用光学显微镜观察的粒子,烯烃聚合催化剂载体Z3的颗粒形态比较规整,表面光滑,基本上都是球形的,颗粒尺寸分布比较集中,且基本上没有异形粒子存在。
制备例4
按照制备例1的方法制备烯烃聚合催化剂载体,不同的是,采用相同摩尔数的溴化铁代替三氯化铁。得到烯烃聚合用催化剂载体Z4。
所述烯烃聚合催化剂载体Z4的平均颗粒直径(D50)为52微米,粒径分布((D90-D10)/D50)为0.8。采用光学显微镜观察的粒子,烯烃聚合催化剂载体Z4的颗粒形态比较规整,表面光滑,基本上都是球形的,颗粒尺寸分布比较集中,且基本上没有异形粒子存在。
对比制备例1
按照制备例1的方法制备烯烃聚合催化剂载体,不同的是,制备过程中没有使用三氯化铁。得到烯烃聚合用催化剂载体D-Z1。
所述烯烃聚合用催化剂载体D-Z1的平均颗粒直径(D50)为100微米,粒径分布((D90-D10)/D50)为1.6。采用光学显微镜观察的粒子形貌如图3所示,从图中可以看出,烯烃聚合用催化剂载体D-Z1中存在大量的异形粒子,且表面较为粗糙。
实施例1
(1)烯烃聚合催化剂的制备
在300mL的玻璃反应瓶中,加入100mL的四氯化钛,冷却至-20℃,将40克的由制备例1得到的所述烯烃聚合催化剂载体Z1加入其中,并在-20℃下搅拌30min。之后,开始缓慢升温至110℃,在升温过程中加入1.5mL的邻苯二甲酸二异丁酯,在110℃下维持30min后滤去液体。然后,加入四氯化钛洗涤2次,最后用已烷洗3次,干燥后得到烯烃聚合催化剂组分C1。
(3)丙烯聚合反应
在一个5L的不锈钢高压反应釜中,采用氮气气流进行吹扫,然后在氮气气流中引入1mmol的三乙基铝的己烷溶液(三乙基铝的浓度为0.5mmol/mL)、0.05mmol的甲基环己基二甲氧基硅烷、10mL的无水己烷和10mg的由步骤(1)得到的烯烃聚合催化剂C1、1.5L(标准体积)的氢气和2.5L的液体丙烯。升温至70℃,并在该温度下反应1小时,降温,放压,出料干燥得到聚丙烯粉料。
催化剂的催化活性为37.1kgPP/g·cat,该聚丙烯粉料的堆密度为0.45g/cm3,此外,该聚丙烯粉料颗粒形态良好,基本不存在异形(非球型)料。
实施例2
按照实施例1的方法制备聚丙烯粉料,不同的是,采用制备例2得到的所述烯烃聚合催化剂载体Z2代替Z1,得到聚丙烯粉料。
催化剂的催化活性为36.8kgPP/g·cat,该聚丙烯粉料的堆密度为0.45g/cm3,此外,该聚丙烯粉料颗粒形态良好,基本不存在异形料。
实施例3
按照实施例1的方法制备聚丙烯粉料,不同的是,采用制备例3得到的所述烯烃聚合催化剂载体Z3代替Z1,得到聚丙烯粉料。
催化剂的催化活性为36.5kgPP/g·cat,该聚丙烯粉料的堆密度为0.44g/cm3,此外,该聚丙烯粉料颗粒形态良好,基本不存在异形料。
实施例4
按照实施例1的方法制备聚丙烯粉料,不同的是,采用制备例4得到的所述烯烃聚合催化剂载体Z4代替Z1,得到聚丙烯粉料。
催化剂的催化活性为35.8kgPP/g·cat,该聚丙烯粉料的堆密度为0.43g/cm3,此外,该聚丙烯粉料颗粒形态良好,基本不存在异形料。
对比例1
按照实施例1的方法制备聚丙烯粉料,不同的是,采用对比制备例1得到的所述烯烃聚合催化剂载体D-Z1代替Z1,得到聚丙烯粉料。
催化剂的催化活性为32.2kgPP/g·cat,该聚丙烯粉料的堆密度为0.38g/cm3,此外,该聚丙烯粉料颗粒中都是异形料,流动性不好。
由以上制备例、实施例和对比例的结果比较可以看出,本发明的以含有卤化铁的原料制备的烯烃聚合催化剂载体颗粒形态良好、基本不存在异形粒子,并且由该载体所制备的催化剂在用于烯烃聚合时的催化活性比较高,得到的聚丙烯粉料的形态好、堆密度高。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (25)
2.根据权利要求1所述的烯烃聚合催化剂载体,其中,R1为C1-C8的烷基;R2和R3各自独立地为氢、C1-C3的烷基或C1-C3的卤代烷基;R4为C2-C8的烷基或卤代烷基;X’为氯或溴;Y’为氯或溴。
3.根据权利要求1或2所述的烯烃聚合催化剂载体,其中,所述烯烃聚合催化剂载体的平均颗粒直径为10-100微米,粒径分布小于1.2。
4.根据权利要求3所述的烯烃聚合催化剂载体,其中,所述烯烃聚合催化剂载体的平均颗粒直径为40-60微米,粒径分布小于等于0.8。
5.根据权利要求3所述的烯烃聚合催化剂载体,其中,所述烯烃聚合催化剂载体的粒径分布为0.2-0.8。
6.根据权利要求4所述的烯烃聚合催化剂载体,其中,所述烯烃聚合催化剂载体的粒径分布为0.2-0.8。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其中,R为C1-C8的烷基;R5和R6各自独立地为氢、C1-C3的烷基或C1-C3的卤代烷基;X为氯或溴;Y为氯、溴或C1-C5的烷基。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其中,以1mol通式为MgXY的卤化镁为基准,卤化铁的用量为0.01-0.3mol,通式为ROH的醇类化合物的用量为4-30mol,式(2)所示的环氧乙烷类化合物的用量为1-10mol。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其中,以1mol通式为MgXY的卤化镁为基准,卤化铁的用量为0.01-0.15mol,通式为ROH的化合物的用量为6-20mol,结构如式(2)所示的环氧乙烷类化合物的用量为2-6mol。
11.根据权利要求8所述的制备方法,其中,以1mol通式为MgXY的卤化镁为基准,卤化铁的用量为0.01-0.3mol,通式为ROH的醇类化合物的用量为4-30mol,式(2)所示的环氧乙烷类化合物的用量为1-10mol。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其中,以1mol通式为MgXY的卤化镁为基准,卤化铁的用量为0.01-0.15mol,通式为ROH的化合物的用量为6-20mol,结构如式(2)所示的环氧乙烷类化合物的用量为2-6mol。
13.根据权利要求7所述的制备方法,其中,所述卤化铁为三氯化铁或溴化铁。
14.根据权利要求13所述的制备方法,其中,所述卤化铁为三氯化铁。
15.根据权利要求8所述的制备方法,其中,所述卤化铁为三氯化铁或溴化铁。
16.根据权利要求15所述的制备方法,其中,所述卤化铁为三氯化铁。
17.根据权利要求7所述的制备方法,其中,步骤(1)中,所述乳化的条件包括:温度为80-120℃,时间为0.5-5小时。
18.根据权利要求17所述的制备方法,其中,步骤(1)中,所述乳化的条件包括:温度为80-100℃,时间为0.5-3小时。
19.根据权利要求8所述的制备方法,其中,步骤(1)中,所述乳化的条件包括:温度为80-120℃,时间为0.5-5小时。
20.根据权利要求19所述的制备方法,其中,步骤(1)中,所述乳化的条件包括:温度为80-100℃,时间为0.5-3小时。
21.根据权利要求7所述的制备方法,其中,步骤(2)中,所述接触反应的条件包括:温度为80-120℃,时间为20-60分钟。
22.根据权利要求21所述的制备方法,其中,步骤(2)中,所述接触反应的条件包括:温度为80-100℃,时间为20-50分钟。
23.根据权利要求8所述的制备方法,其中,步骤(2)中,所述接触反应的条件包括:温度为80-120℃,时间为20-60分钟。
24.根据权利要求23所述的制备方法,其中,步骤(2)中,所述接触反应的条件包括:温度为80-100℃,时间为20-50分钟。
25.由权利要求1-6中任意一项所述的烯烃聚合催化剂载体和由权利要求7-24中任意一项所述的制备方法得到的烯烃聚合催化剂载体中的任意一种烯烃聚合催化剂载体在烯烃聚合催化剂中的应用。
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CN201710711016.7A CN109400763B (zh) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | 烯烃聚合催化剂载体及其制备方法和应用 |
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