JP2000514493A - 吹込成形およびフィルム用途用コモノマー前処理2金属系触媒 - Google Patents
吹込成形およびフィルム用途用コモノマー前処理2金属系触媒Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、2.9cc/gを超える気孔容積と400オングストロームを超える平均気孔直径を有するシリカと、アルモキサンにより活性化される第1遷移金属であるメタロセンと、ジアルキルマグネシウムとトリアルキルシラノールとの接触生成物と、メタロセンとは異なる水素応答を示す第2遷移金属源と、4〜20の炭素原子のオレフィンとを含む試薬の接触生成物である触媒成分に関する。この触媒成分は、アルミニウムアルキル活性剤により活性化される。
Description
【発明の詳細な説明】
吹込成形およびフィルム用途用コモノマー前処理2金属系触媒
本発明は、混合触媒もしくは2金属系触媒に関する。本発明はまた、触媒の存
在下単独の反応器でエチレンの(共)重合で製造される2モードの分子量分布生
成物に明示される、改善された特性を生じる触媒の合成に関する。触媒の合成に
おける最終段階は、3〜10の炭素原子のアルファオレフィンのモノマーとの接
触である。これは、非常に高い密度のエチレンポリマーもしくはコポリマーの製
造を可能とする。
エチレンポリマーおよびコポリマーの2モードの分子量分布生成物および広範
な分子量分布生成物は、異なる分子量の2つの成分を含み、1つの成分は、第2
の成分に比較してやや高い分子量を有し、頭字語HMW(高分子量)で示され、
第2の成分は、HMW成分よりやや低い分子量で、頭字語LMW(低分子量)で
示される。交互に、HMWおよびLMW成分は、変化する分子量分布を有するこ
とができる。2つの異なる分子量の成分の製造は、水素応答、かくして重合もし
くは共重合の工程条件に関連する。比較すると、分子量分布は、触媒それ自体に
依存している。
高分子量ポリエチレンもしくはエチレンコポリマーから製造されるフィルム、
およびHIC(家庭および工業用容器)用途のために、エチレンの樹脂は好まし
くは、分子量分布のためのゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって特徴
づけられる。フィルム用途に適する樹脂は典型的には、LMWおよびHMW成分
がほぼ等しい濃度である2モードの分子量分布をはっきりと示す。HIC樹脂は
、分子量分布が狭く、典型的にHMWショルダーで特徴づけられる。
以下に詳細に説明する本発明の触媒前駆体は、2つの遷移金属からなる。その
合成方法は、触媒重合および共重合で製造されるエチレンポリマーおよびコポリ
マー生成物の特性に直接影響を与える。アルキルアルミニウム化合物との活性化
に先立って、触媒前駆体は、アルファオレフィンである重合性モノマーと50℃
以下の温度条件下で接触させられる。例えば、ヘキセンなど、アルファオレフィ
ンの組み込みは、ヘキセンとの接触後の重量増加により検知される。SEM特性
決定は、その接触の間にヘキセンが重合することを確証しない。
遷移金属の総量は、支持体1gにつき0.2〜1.0mモルの範囲である。チ
タンの量は、グラムシリカにつき0.1〜0.5mモル、好ましくは0.2〜0
.4mモルの範囲である。Zrの量は、グラムシリカにつき0.06〜0.1m
モル、好ましくは0.07〜0.087mモルの範囲である。
図1は、実施例のポリエチレン樹脂のゲル透過クロマトグラムである。
特に、本発明は、試薬の接触生成物である触媒成分に関し、それは 2.9c
c/g以上の気孔容積と、400オングストローム以上の平均気孔径を有するシ
リカ;
アルモキサンにより活性化される第1遷移金属のメタロセン;
ジアルキルマグネシウムとトリアルキルシラノールとの接触生成物;
メタロセンとは異なる水素応答を示す第2遷移金属源;及び
4〜20の炭素原子のオレフィンを含む。この触媒成分は、アルミニウムアル
キル活性剤により活性化される。
触媒成分中のオレフィン、オリゴマー、ポリマーおよびその誘導体の存在は、
触媒活性を増進させ、かくして触媒の使用に関連する生産性を増大する。さらに
、この生産性は、HIC生成物に求められる、非常に高い密度のポリエチレンの
製造条件の下ですら強められる。2つの異なる遷移金属源は、異なる水素応答、
かくして異なる連鎖停止速度を示し、したがって、2つの遷移金属源は、少なく
とも2つの異なる分子量のポリエチレンを製造する。ここでの具体的な実施態様
においては、2つの異なる遷移金属源はメタロセン成分および非メタロセン成分
として特徴づけられるが、臨界の区別は、2つの異なる遷移金属源が、同じ重合
および水素条件の下に異なる水素応答を示すという事実である。触媒成分を、以
下好ましい実施態様により説明する。
シリカは、好ましい支持体で、2.9cc/gを超え、好ましくは3cc/g
より大、もっとも好ましくは3.1cc/gより大きい気孔容積を有する。好ま
しくは、平均気孔径は400オングストロームを超える。シリカは、好ましくは
ヒドロキシル基を有する。入手したシリカは、脱水しなければならない。シリカ
を脱水するために、高温が使用される。これは、200〜900℃、好ましくは
200〜300℃の温度で実施される。脱水温度が上がるにつれて、シリカシラ
ノールもしくはヒドロキシル基の数が減る。したがって、シリカに多いヒドロキ
シル基数を望むなら、脱水温度は、例えば、200℃など、これらの範囲の低い
方にある。挿入句的に言うと、高い脱水温度は、シリカのヒドロキシルもしくは
シラノール基含有分を減らす。好ましいシリカPQ988(もしくはPQ MS
3030)も、非常に狭い気孔サイズ分布が特徴である。
シリカの試料にメタロセンを含浸させる。好ましくはメタロセンは、第III
族元素を含む組成物、例えば、硼素化合物もしくはアルモキサンで、含浸に先立
って活性化させられる。
アルモキサンの量は、グラム触媒につき1mモル〜10mモル、好ましくは、
グラム触媒につき4mモル〜7mモルである。本発明の触媒を形成するために、
全触媒成分をアルモキサンに溶解し、キャリヤーに含浸させる。触媒の調製は、
無水条件下酸素不在のもとに実施される。アルモキサンの種類は、オリゴマー線
状および/もしくは環式アルキルアルモキサンからなり、オリゴマー線状アルモ
キサンは、化学式R−(Al(R)−OnO/AlR2で表され、オリゴマー環式
アルモキサンは、(−Al(R)−O−)mで表され、式中nは1〜40、好ま
しくは10〜20であり、mは3〜40、好ましくは3〜20であり、RはC1
〜C8のアルキル基で、好ましくはメチルである。メチルアルモキサン(MAO
)は、非常に広い分子量分布を有し、通常約1200の平均分子量を有するオリ
ゴマーの混合物である。MAOは典型的には、トルエン溶液中に保持される。
アルモキサンおよびそのための溶媒からなる溶液の容積は、製造される触媒によ
り変化する。
メタロセン化合物は、種々の化合物から選択できる。メタロセン化合物は、化
学式CPmMAnBpを有し、式中Cpは、未置換もしくは置換シクロペンタジエ
ニル基およびブリッジされないもしくはブリッジされたインデニルであり、Mは
ジルコニウムもしくはハフニウムであり、AおよびBは、ハロゲン原子、水素、
もしくはアルキル基を含む群に属す。メタロセン化合物の上記化学式において、
好ましい遷移金属原子Mは、ジルコニウムである。メタロセン化合物の上記化学
式において、Cp基は、未置換、モノ−もしくはポリ置換シクロペンタジエニル
基である。シクロペンタジエニル基上の置換基は好ましくは、直鎖もしくは枝分
れ鎖のC1〜C6アルキル基である。シクロペンタジエニル基はまた、インデニル
、テトラヒドロインデニル、フルオレニルもしくは部分的水素化フルオレニルな
どの二環式もしくは三環式部分の一部、並びに置換二環式もしくは三環式部分の
一部であり得る。メタロセン化合物の上記化学式においてmが2に等しい場合は
、シクロペンタジエニル基は、−CH2−、CH2−CH2−、R’およびR”が
短いアルキル基もしくは水素である−CR’R”−および-CR’R”−CR’
R”−、−Si(CH3)2−、−Si(CH3)2−CH2−CH2−Si(CH3
)2−などのエチレンもしくはジアルキルシラン基、および類似のブリッジ基に
よりブリッジすることもできる。メタロセン化合物の上記化学式においてAおよ
びB置換基がハロゲン原子なら、それらは弗素、塩素、臭素もしくはよう素の群
に属す。メタロセン化合物の上記化学式においてAおよびB置換基がアルキル基
なら、それらは好ましくは、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n
−ブチル、イソブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル、もしくはn−オクチルな
どの直鎖もしくは枝分れ鎖のC1〜C8アルキル基である。他の非メタロセン遷移
金属源に対するメタロセンとして供給されるこの遷移金属のモル比は、0.1〜
1.0である。好ましくは、メタロセンは、1,1−エチレン橋架けビス(イン
デニル)ジルコニウムジクロリドである。
好ましい実施態様では、メタロセンは、キャリヤーに溶液を含浸させる前にア
ルモキサン溶液に添加される。Alで表されるアルモキサンにより供給されるア
ルミニウムのM(例、Zr)で表されるメタロセン金属に対するモル比は、50
〜500、好ましくは75〜350、もっとも好ましくは100〜300である
。本発明の追加の利点は、このAl:Zr比を直接制御できることである。好ま
しい実施態様では、アルモキサンおよびメタロセン化合物は、注入段階での使用
に先立って、周囲温度で0.1〜6.0時間混合される。メタロセンおよびアル
モキサンのための溶媒は、べンゼン、トルエン、キシレン、ハロゲン化芳香族炭
化水素、エーテル、環式エーテルもしくはエステルなどの適宜の溶媒である。好
ましくはトルエンである。
上で示すように、好ましくはメタロセンは、活性化された形態で支持体に添加
される。しかし、メタロセンを支持体に添加し、それを活性化する段階は、順次
に実施できる。支持体接触の温度は、20℃〜50℃の範囲である。ここにおけ
る好ましい実施態様では、付着させたメタロセン源は、5〜10の炭素原子を有
する液体アルカン、好ましくはヘプタンおよびイソペンタンと接触させられる。
その後、遷移金属を含む支持体を、不活性条件、周囲温度条件の下窒素中で乾
燥させ、粒状生成物を単離する。
支持体およびメタロセンとして供給される遷移金属は、(a)トリヒドロカル
ビルシラノールおよびジアルキルマグネシウム、および(b)アルコールとチタ
ンとの混合物との接触生成物と、20℃〜60℃の温度範囲で接触させられる。
ヘプタンが、(a)および(b)の接触のための溶媒として使用されるが、いか
なる炭化水素溶媒も使用できる。この(a)と(b)との接触は、20℃〜45
℃の範囲の温度で実施できる。支持メタロセンの単離は、20℃〜60℃で、例
えば、窒素パージなど、不活性条件の下で実施できる。
(a)トリヒドロカルビルシラノールおよびジアルキルマグネシウム中のトリ
ヒドロカルビルシラノールは、実験的化学式AxByCzSiOHにより表される
。A、BおよびCのヒドロカルビルは、アルキルもしくはアリールとなり得る。
A、BもしくはCがアルキルならば、1〜10の炭素原子を含むことができ、好
ましくは1〜6の炭素原子を含み、もっとも好ましくは2つの炭素原子を含む。
A、BもしくはCがアリールならば、未置換フェニルもしくはベンジル、あるい
は置換フェニルもしくはベンジルとなり、好ましくはA、BもしくはCがアリー
ルならば、6〜10、好ましくは6〜8の炭素原子を含む。x、yおよびzのそ
れぞれは、1となり得るし、x+y+zの合計は3である。
ジアルキルマグネシウムは、アルキル基を含む。アルキル基それぞれは、同じ
かもしくは異なり、1〜10の炭素原子、好ましくは2〜6の炭素原子を含む。
非メタロセンとして供給される第2遷移金属は、好ましくはチタン(IV)源
である。チタン源は、アルコールとチタンテトラクロリドの接触混合物である。
チタン金属(金属基準)に対するアルコールの相対量(モル比)は、0.1〜1
の範囲である。これはついで、45℃で窒素パージの下で乾燥される。
両方の遷移金属を含む単離粒状中間体はついで、3〜10の炭素原子、好まし
くは4〜10の炭素原子の、例えば、ブテン−1、ペンテン、メチルペンテン、
ヘキセン、およびオクテンなどのアルファオレフィンと接触させられる。下記の
実施態様では、担持された2つの遷移金属の接触は、周囲温度条件で不活性(窒
素)雰囲気下で実施される。オレフィンの量は、第2遷移金属源がチタン化合物
の場合は、ヘキセン/Tiモル比2〜60の範囲である。好ましくはこの接触は
、チタン部位のアルキルアルミニウム活性剤もしくは助触媒との活性化の先立っ
て実施される。オレフィンは触媒成分の重量を増加するが、SEM研究は、オレ
フィンが重合したかどうか明らかにしなかったので、そのオレフィンは、オレフ
ィン、そのオリゴマー、その誘導体および/またはそのポリマーであり得る。
触媒は、エチレンの重合もしくは共重合において、スラリー、溶液もしくは気
体相条件(例、流動床気相条件)の下で用いられる。好ましくは温度は、35℃
〜120℃の範囲であり、圧力は1000psi以下、好ましくは400psi
以下である。好ましい実施態様では、触媒は現在スラリー条件で実施される。使
用される活性剤の量は、総Ti遷移金属に基づいて、5〜500のAl/Tiモ
ル比範囲である。
オレフィン、例えばヘキセンの接触段階は、エチレンが3〜10の炭素原子、
好ましくは8までの炭素原子のオレフィンとの共重合に委ねられたときに、ポリ
マーもしくはコポリマーへの少ないアルファオレフィン配合で、高密度生成物を
もたらす。さらに、結果として得られるポリマーの対象FIは、この処理ゆえに
達成できる。作成されるボトルのトップロード強さ特性もしくは剛性も改善され
る。発明の本質を説明する実施例
これらの実施例の目的は、改質2金属系触媒が、HIC製造に求められる非常
に高い密度条件の下で優れた生産性でエチレンを重合できることを示すことであ
る。Zr部位の例外的に高いヘキセン組込みのために、Zr部位を含む2金属系
HIC触媒は、我々の標準スラリ−HIC条件(90℃、H2/C2=0.04
、30mlの1−ヘキセン)の下で、望まれる>0.950g/ccの代わりに
約0.946の密度を有する樹脂を製造する。しかし、生成物密度を上げるため
に1−ヘキセン含有量を20mlに下げると、生産性は半分以下に落ちる。した
がって、我々はこの問題に対して新しい触媒調製手順を開発した。
実施例1:2金属系触媒調製の典型的な方法
a.成分A
フィラデルフィアクォーツ988−1Mシリカを、200℃で16時間脱水し
た。フラスコの中で、O.89gの1,1−エチレンビス(インデニル)ジルコ
ニウムジクロリド(ボールダー・サイエンティフィック・カンパニー製)を、8
6.4mlのメチルアルモキサン(MAO)溶液(4.76M、ウィトコ/シャ
ーリング・カンパニー製)と混合した。別のフラスコの中で、この反応生成物溶
液を、58.4gの200℃脱水シリカと混合し、240mlのヘプタンを添加
してZr/MAO錯体の分散を助けた。スラリーを乾燥して、ヘプタンとトルエ
ンを40℃16時間の窒素パージの下で除去した。82.8gの前駆体が得られ
た。粒子間のMAO分布の均一性は、走査電子鏡検法分析により示されるように
極めて優れており、この前駆体は、95%の粒子が類似量のAlを有し、わずか
5%の粒子が高レベルのAlを有していることを示した。
b.成分B
フラスコの中で、ヘプタン溶液中の30.9mlの0.736Mジブチルマグ
ネシウム(DBM)を450mlのヘプタンに溶解し、45℃の加熱した。つい
で3.45mlのトリエチルシラノールを徐々に添加し、少なくとも30分間撹
拌した。成分B溶液を82.8gの前駆体を含む成分Aのフラスコに添加し、少
なくとも30分間撹拌した。
c.最終触媒
別のフラスコの中で、ヘプタン溶液中の24.6mlの0.912MのTiC
14を、400mlのヘプタン中で稀釈した。ついで11.3mlの0.829
Mペンタノール/ヘプタン溶液を、室温で撹拌しながら徐々に添加し、0.5ペ
ンタノール/Tiモル比を得た。この改良法は、Ti触媒ポリマーのMWを最適
化生成物性能に調整することを可能とする。この溶液を、成分A/Bのスラリー
に添加した。新しい褐色をおびたスラリー混合物が形成された。スラリーを、4
2℃で16時間窒素パージすることにより固体に乾燥させた。69.2gの薄茶
色の固体が得られた。
実施例2:ヘキセン前処理触媒の調製
1gの実施例1の触媒を、フラスコの中で10mlのヘプタンでスラリー化さ
せた。1mlのヘキセンを添加し、一晩中(16時間)窒素パージの下で撹拌し
た。1.3gの乾燥粉末が得られた。
実施例3:典型的な重合手順
3リットルのヘプタンを2.5ガロンの反応器に移し、ヘプタン中ジイソブチ
ルアルミニウムヒドリド(DIBAH)の1.258M溶液1mlを撹拌の下に
(900RPM)反応器に注入した。1−ヘキセンをついで、反応器に移した。
反応器を90℃に加熱し、7.5psiaの水素を反応器に供給してH2/C2モ
ル比0.04を得た。反応器を200psigのエチレンで飽和させ、エチレン
分圧を182psiaに維持した。0.15gの実施例2の触媒および300m
lのヘプタンを反応器に供給し、反応器の圧力よりやや高いエチレン圧力を用い
て、重合を開始した。
重合は、90℃で1/2時間維持された。ポリマースラリーを、酸化防止パッ
ケージで安定化させ、一晩中室温で乾燥させた。固体生成物を真空炉中に1時間
置いた。ポリマーを計量すると、約2000g/g触媒/時の生産性が計算され
た。乾燥粒状生成物が、ランドキャッスルミニ押出機から押し出された。下記の
メルトフロ一特性が決定された:I2(メルトインデックス)およびI21(フロ
ーインデックス)。押出物についてのGPC分析が、それが稀少HICもしくは
HMWフィルム用途に適するかどうか決定するために使用された。
我々はエチレン重合実験を、実施例2の触媒の上記手順を用いていくつかのレ
ベルの1−ヘキセンで実施し、結果を未処理触媒と比較した。下記の表で示され
るように、この触媒は、低下させたヘキセンレベル(エチレンの単独重合すら)
でのエチレンの重合を可能としただけでなく、触媒活性を著しく改善させた(低
レベルのヘキセン濃度で3倍以上)。90℃、H2/C2=0.04、ヘプタン−スラリー
ヘキセン処理2金属系触媒で製造(低下させたヘキセン濃度の下で、例えば、
20mlの場合)された樹脂は、望まれるMFRおよび稀少HIC用途に求めら
れる2モードのMWDを示した(図1)。
注:上記表中、121はASTM D−1238条件Fにより190℃で測定
し、I2はASTM D−1238条件Eにより190℃で測定し、I21/I2比
率がMFRである。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】平成10年5月22日(1998.5.22)
【補正内容】
請求の範囲
1.2.9cc/gを超える気孔容積と、400オングストロームを超える平
均気孔直径を有するシリカ;
該シリカは、アルモキサンにより活性化される、第1遷移金属のメタロセ
ンで含浸されて粒状生成物を与え;
該粒状生成物は、ジアルキルマグネシウムとトリアルキルシラノールとの
接触生成物と接触して第2接触生成物を形成し;
メタロセンとは異なる水素応答を示し、該第2接触生成物と接触して粒状
中間体として単離される第2遷移金属源;並びに
4〜20の炭素原子のオレフィン、オリゴマー、ポリマーおよびその誘導
体、該オレフィンは粒状中間体の重量を増加させるのに有効な量で与えられる;
を含む触媒成分。
2.シリカが、シリカ1gにつき0.7mモルより多いヒドロキシル基を特徴
とする、請求項1に記載の触媒成分。
3.遷移金属の第2源が、チタンテトラクロリドと1〜10の炭素原予を含む
アルコールとの接触生成物であり、オレフィンが、2:60のオレフィン:Ti
モル比を与えるために存在する、請求項1に記載の触媒成分。
4.オレフィンがヘキセンを含む、請求項1に記載の触媒成分。
5.アルコールがペンタノールである、請求項1に記載の触媒成分。
6.メタロセンが、1,1−エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロ
リドである、請求項1に記載の触媒成分。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.2.9cc/gを超える気孔容積と、400オングストロームを超える平 均気孔直径を有するシリカ; アルモキサンにより活性化される、第1遷移金属のメタロセン; ジアルキルマグネシウムとトリアルキルシラノールとの接触生成物; メタロセンとは異なる水素応答を示す第2遷移金属源;並びに 4〜20の炭素原子のオレフィン、オリゴマー、ポリマーおよびその誘導 体を含む試薬の接触生成物である触媒成分。 2.シリカが、シリカ1gにつき0.7mモルより多いヒドロキシル基を特徴 とする、請求項1に記載の触媒成分。 3.遷移金属の第2源が、チタンテトラクロリドと1〜10の炭素原子を含む アルコールとの接触生成物である、請求項1に記載の触媒成分。 4.オレフィンがヘキセンを含む、請求項1に記載の触媒成分。 5.アルコールがペンタノールである、請求項3に記載の触媒成分。 6.メタロセンが、1,1−エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロ リドである、請求項1に記載の触媒成分。 7.トリアルキルアルミニウムおよびジアルキルアルミニウム水素化物からな る群から選ばれるアルキルアルミニウム化合物と、請求項1に記載の触媒成分と を含む担持触媒。 8.シリカが、シリカ1gにつき0.7mモルより多いヒドロキシル基を含む 、請求項7に記載の触媒。 9.遷移金属の第2源が、チタンテトラクロリドと1〜10の炭素原子を含む アルコールとの接触生成物である、請求項7に記載の触媒。 10.オレフィンがヘキセンを含む、請求項7に記載の触媒。 11.アルコールがペンタノールである、請求項9に記載の触媒。 12.メタロセンが、1,1−エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジク ロリドである、請求項7に記載の触媒。 13.トリアルキルアルミニウムおよびジアルキルアルミニウム水素化物より なる群から選ばれるアルキルアルミニウム化合物と、 アルモキサン; ジアルキルマグネシウムとトリアルキルシラノールとの接触生成物; メタロセンとは異なる水素応答を示す第2遷移金属;並びに、 4〜20の炭素原子のオレフィン、オリゴマー、ポリマーおよびその誘導 体とからなる触媒成分とを含む担持触媒。 14.シリカが、グラムシリカにつき0.7mモルより多いヒドロキシル基を 含む、請求項13に記載の触媒成分。 15.遷移金属の第2源が、チタンテトラクロリドと1〜10の炭素原子を含 むアルコールとの接触生成物である、請求項13に記載の触媒成分。 16.オレフィンがヘキセンを含む、請求項13に記載の触媒成分。 17.アルコールがペンタノールである、請求項15に記載の触媒成分。
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