CN112812207A - 一种复合型双峰聚乙烯催化剂及其制备方法 - Google Patents

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蔡祥军
张永波
鲍宁
李明晓
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F110/00Homopolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • C08F110/02Ethene

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Abstract

本发明涉及一种复合型双峰聚乙烯催化剂及其制备方法,包括载体和活性组分,其中载体为多孔型硅胶,活性组分为无色胶状母液和钛基活性组分,该无色胶状母液包括以下重量份组分:有机镁化合物:45~60,有机醇:10~25,惰性溶剂:15~45。利用有机镁化合物与特殊的有机醇在惰性溶剂中充分反应生成无色胶状催化剂母液,将母液与载体充分混合反应后,加入钛基活性组分与有机镁化合物反应生成活性配合物,将惰性溶剂充分蒸干后,活性组分负载于载体上,得到相应的复合型双峰聚乙烯催化剂。与现有技术相比,本发明具有工艺简单、易操作,原料毒性小,工艺操作产生的废液少的优点。

Description

一种复合型双峰聚乙烯催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚乙烯催化剂,具体涉及复合型双峰聚乙烯催化剂及其制备方法。
背景技术
传统的相对高分子质量聚乙烯具有高强度、高韧性等优良的物理机械性能,但其树脂在加工中容易出现困难,所谓双峰相对分子质量分布聚乙烯树脂,在树脂中有两个相对分子质量大小不同的部分,大相对分子质量的部分主要提供树脂的物理机械性能,小相对分子质量的部分则主要改善树脂的加工性能。双峰聚乙烯技术的优势就在于使聚乙烯树脂的物理机械性能得到大幅度提高的同时,保证其加工性能不受影响,使得加工性能和物理机械性能之间得到很好的平衡。
目前实现制备双峰相对分子质量分布聚乙烯的方法分为熔体混合法、分段聚合法和使用双金属(双核)催化剂单反应器聚合法,这三种方法中,第三种方法得到的双峰分布树脂能在一个聚合反应器中生产出双峰或宽峰分布的聚乙烯树脂,而该方法是基于多活性中心理论发展的起来的一种方法,是一种“多级催化剂技术”,不同的催化剂聚合得到的聚乙烯相对分子质量差别很大,实现复合型双峰聚乙烯催化剂的工业化生产,具有很好的经济价值。
在CN1965025A中,涉及一种基于铬基聚乙烯催化剂体系制备的树脂,气双峰树脂用茂金属催化剂或其格勒-纳塔催化剂体系制备,该技术使用到铬基催化剂、茂金属催化剂或其格勒-纳塔催化剂体系,催化剂制备工艺复杂,不利于降低催化剂成本,同时共混物催化剂存在共混不均的问题。
在CN105504127B中,涉及一种负载型双金属聚乙烯催化剂及其应用,该催化剂能够利用乙烯四聚催化性能的Cr配合物结构对水、氧敏感程度较低的后过度金属配合物相结合构建出双功能催化剂,但该技术制备过程中应用到的原料复杂且有剧毒,同时制备工艺使用减压、过滤等过程,过程容易产生大量的废溶剂,不利于工业放大生产和清洁生产。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不存在共混不均、且不会产生废溶剂,成本低、活性高的复合型双峰聚乙烯催化剂及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种复合型双峰聚乙烯催化剂,其特征在于,包括载体和活性组分,其中载体为多孔型硅胶,活性组分为无色胶状母液和钛基活性组分,该无色胶状母液包括以下重量份组分:
有机镁化合物:45~60;
有机醇:10~25;
惰性溶剂:15~45。
所述的载体与无色胶状母液、钛基活性组分的质量比为1:5:0.5。
进一步地,所述的多孔型硅胶的平均粒径在20~50微米,比表面积在200~500平方米/克,多孔型硅胶的孔为3~10nm的介孔。
进一步地,所述的多孔型硅胶使用前需要进行焙烧处理和化学处理剂活化处理,使得SiO2载体表面的硅羟基<1mmol/g。
进一步地,所述的焙烧处理是将多孔型硅胶在550~620℃条件下焙烧3~9小时;
所述的化学处理剂活化处理是将多孔型硅胶置于化学处理剂的稀释液中浸渍3~9小时,所述的化学处理剂包括三乙基铝、一氯二乙基铝等烷基铝化学试剂。
进一步地,所述的有机镁化合物包括丁基镁、丁基庚基镁或辛基镁;优选辛基镁;
所述的有机醇包括乙醇、戊醇或辛醇,优选辛醇;
有机镁化合物与有机醇在惰性气体中发生剧烈反应,生成醇化镁:Mg(OR)nX2-n,其中(OR)为醇类化合物的组分,X为有机镁化合物中的一个基团,生成的母液粘度较大,醇类化合物R中的烷基数越大,母液粘度越大。
所述的钛基活性组分包括氯化钛或碘化钛;
所述的惰性溶剂为C5~C8的烷烃类溶剂,包括戊烷、己烷或庚烷。
复合型双峰聚乙烯催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)母液的配制:在惰性气体保护,将有机镁化合物与有机醇在惰性溶剂中于10~50℃,反应3~9小时,生成无色胶状母液,
(2)催化剂的制备:将步骤(1)得到的无色胶状母液与载体充分混合反应后,加入钛基活性组分,控制反应温度为3~15℃,反应时间为3~12小时,钛基活性组分与有机镁化合物反应生成活性配合物,将惰性溶剂充分蒸干后,活性组分负载于载体上,得到相应的复合型双峰聚乙烯催化剂。
所得催化剂采用聚合物的质量计算催化剂聚合活性为2400gPE·gcat-1·h-1
与现有技术相比,本发明具有以下效果:
本发明技术具有工艺简单、易操作,原料毒性小,工艺操作产生的废液少的优点,该制备技术所使用的有机溶剂可重复利用,是较优的生产工艺,利用该技术生产的催化剂采用聚合物的质量计算催化剂聚合活性为2400gPE·gcat-1·h-1
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种复合型双峰聚乙烯催化剂,通过以下方法制得:
(1)载体的预处理:
选用多孔型硅胶为载体,将多孔硅胶置于550~620℃条件下焙烧3~9小时,焙烧后的硅胶选用一氯二乙基铝处理表面硅羟基,发生的主要化学反应有:
Si-OH+Et2AlCl→Si-OAIEtCl+C2H6
Figure BDA0002277648900000031
上述焙烧处理和化学处理剂处理后的多孔硅胶为载体,该载体的平均粒径在20~50微米,比表面积在200~500平方米/克,载体上的孔为3~10nm的介孔;
(2)母液的配制:在惰性气体保护,将有机镁化合物与有机醇在惰性溶剂中于10~50℃,反应3~9小时,生成无色胶状母液;
母液反应过程选择二丁基镁作为有机镁化合物,辛醇作为醇化合物,发生的主要反应有:
Mg(C4H9)2+C8H17OH→Mg(OC8H17)n(C4H9)2-n(n=1,2);
(3)催化剂的制备:将步骤(2)得到的无色胶状母液与载体充分混合反应后,加入钛基活性组分,控制反应温度为3~15℃,反应时间为3~12小时,钛基活性组分与有机镁化合物反应生成活性配合物,将惰性溶剂充分蒸干后,活性组分负载于载体上,得到相应的复合型双峰聚乙烯催化剂。
母液与载体混合后载钛处理,优选四氯化钛,发生的主要反应有:
TiCl4+Mg(OC8H17)2→Ti(OC8H17)mCl4-m+Mg(OC8H17)nCl2-n(m≤4,n≤2)
(4)催化剂性能检测:
将上述方法制得的复合型双峰聚乙烯催化剂通过以下方法进行性能检测:
钛含量(以Ti计)(质量分数)/%1.8~3.0(分光光度计比色测定)
铝含量(以Al计)(质量分数)/%2.0~3.0(EDTA络合滴定)
镁含量(以Mg计)(质量分数)/%1.5~3.5(EDTA络合滴定)
氯含量(以Cl计)(质量分数)/%10.0~16.0(电位滴定法)。
将所得催化剂用于合成复合型双峰聚乙烯,合成方法为常规复合型双峰聚乙烯合成方法,如分段反应法,所得聚乙烯的分子量分布为20-25,转化率为90-100,催化活性为15000-17000kgPE/kgcat,催化剂寿命为6年。
实施例2
一种复合型双峰聚乙烯催化剂,包括载体和活性组分,其中载体为多孔型硅胶,活性组分为无色胶状母液和钛基活性组分,该无色胶状母液包括以下重量份组分:
有机镁化合物(辛基镁):45重量份
有机醇(辛醇):25重量份
惰性溶剂(戊烷):15重量份。
所述的载体与无色胶状母液、钛基活性组分(四氯化钛)的质量比为1:5:0.5。
上述催化剂通过以下方法制得:
(1)载体的预处理:
选用多孔型硅胶为载体,将多孔硅胶置于550~620℃条件下焙烧9小时,焙烧后的硅胶选用一氯二乙基铝处理表面硅羟基,得到载体;
(2)母液的配制:在惰性气体(氩气)保护,将辛基镁与辛醇在惰性溶剂戊烷中于50℃,反应3小时,生成无色胶状母液;
(3)催化剂的制备:将步骤(2)得到的无色胶状母液与载体充分混合反应后,加入四氯化钛,控制反应温度为3℃,反应时间为12小时,四氯化钛与辛基镁反应生成活性配合物,将惰性溶剂充分蒸干后,活性组分负载于载体上,得到相应的复合型双峰聚乙烯催化剂。
(4)催化剂性能检测:
将上述方法制得的复合型双峰聚乙烯催化剂通过以下方法进行性能检测:
钛含量(以Ti计)(质量分数)/%1.8~3.0(分光光度计比色测定)
铝含量(以Al计)(质量分数)/%2.0~3.0(EDTA络合滴定)
镁含量(以Mg计)(质量分数)/%1.5~3.5(EDTA络合滴定)
氯含量(以Cl计)(质量分数)/%10.0~16.0(电位滴定法)。
将所得催化剂用于合成复合型双峰聚乙烯,合成方法为常规复合型双峰聚乙烯合成方法,如分段反应法,所得聚乙烯的分子量分布为20-25,转化率为90-100,催化活性为15000-17000kgPE/kgcat,催化剂寿命为6年。
实施例3
一种复合型双峰聚乙烯催化剂,包括载体和活性组分,其中载体为多孔型硅胶,活性组分为无色胶状母液和钛基活性组分,该无色胶状母液包括以下重量份组分:
有机镁化合物(丁基庚基镁):60重量份;
有机醇(乙醇):10重量份;
惰性溶剂(己烷):45重量份。
所述的载体与无色胶状母液、钛基活性组分(碘化钛)的质量比为1:5:0.5。
上述催化剂通过以下方法制得:
(1)载体的预处理:
选用多孔型硅胶为载体,将多孔硅胶置于550~620℃℃条件下焙烧3小时,焙烧后的硅胶选用一氯二乙基铝处理表面硅羟基,得到载体;
(2)母液的配制:在惰性气体(氦气)保护,将丁基庚基镁与乙醇在惰性溶剂己烷中于10℃,反应9小时,生成无色胶状母液;
(3)催化剂的制备:将步骤(2)得到的无色胶状母液与载体充分混合反应后,加入碘化钛,控制反应温度为15℃,反应时间为3小时,碘化钛与丁基庚基镁反应生成活性配合物,将惰性溶剂充分蒸干后,活性组分负载于载体上,得到相应的复合型双峰聚乙烯催化剂。
(4)催化剂性能检测:
将上述方法制得的复合型双峰聚乙烯催化剂通过以下方法进行性能检测:
钛含量(以Ti计)(质量分数)/%1.8~3.0(分光光度计比色测定)
铝含量(以Al计)(质量分数)/%2.0~3.0(EDTA络合滴定)
镁含量(以Mg计)(质量分数)/%1.5~3.5(EDTA络合滴定)
氯含量(以Cl计)(质量分数)/%10.0~16.0(电位滴定法)。
将所得催化剂用于合成复合型双峰聚乙烯,合成方法为常规复合型双峰聚乙烯合成方法,如分段反应法,所得聚乙烯的分子量分布为20-25,转化率为90-100,催化活性为15000-17000kgPE/kgcat,催化剂寿命为6年。

Claims (8)

1.一种复合型双峰聚乙烯催化剂,其特征在于,包括载体和活性组分,其中载体为多孔型硅胶,活性组分为无色胶状母液和钛基活性组分,该无色胶状母液包括以下重量份组分:
有机镁化合物:45~60;
有机醇:10~25;
惰性溶剂:15~45。
2.根据权利要求1所述的复合型双峰聚乙烯催化剂,其特征在于,所述的载体与无色胶状母液、钛基活性组分的质量比为1:5:0.5。
3.根据权利要求1所述的复合型双峰聚乙烯催化剂,其特征在于,所述的多孔型硅胶的平均粒径在20~50微米,比表面积在200~500平方米/克,多孔型硅胶的孔为3~10nm的介孔。
4.根据权利要求1所述的复合型双峰聚乙烯催化剂,其特征在于,所述的多孔型硅胶使用前需要进行焙烧处理和化学处理剂活化处理,使得SiO2载体表面的硅羟基<1mmol/g。
5.根据权利要求4所述的复合型双峰聚乙烯催化剂,其特征在于,所述的焙烧处理是将多孔型硅胶在550~620℃条件下焙烧3~9小时;
所述的化学处理剂活化处理是将多孔型硅胶置于化学处理剂的稀释液中浸渍3小时,所述的化学处理剂包括三乙基铝或一氯二乙基铝。
6.根据权利要求1所述的复合型双峰聚乙烯催化剂,其特征在于,所述的有机镁化合物包括丁基镁、丁基庚基镁或辛基镁;
所述的有机醇包括乙醇、戊醇或辛醇;
所述的钛基活性组分包括氯化钛或碘化钛;
所述的惰性溶剂为C5~C8的烷烃类溶剂,包括戊烷、己烷或庚烷。
7.一种如权利要求1所述的复合型双峰聚乙烯催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)母液的配制:在惰性气体保护,将有机镁化合物与有机醇在惰性溶剂中于10~50℃,反应3~9小时,生成无色胶状母液,
(2)催化剂的制备:将步骤(1)得到的无色胶状母液与载体充分混合反应后,加入钛基活性组分,控制反应温度为3~15℃,反应时间为3~12小时,钛基活性组分与有机镁化合物反应生成活性配合物,将惰性溶剂充分蒸干后,活性组分负载于载体上,得到相应的复合型双峰聚乙烯催化剂。
8.根据权利要求7所述的复合型双峰聚乙烯催化剂的制备方法,其特征在于,所得催化剂采用聚合物的质量计算催化剂聚合活性为2400gPE·gcat-1·h-1
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