JP2010538105A

JP2010538105A - オレフィン重合触媒用球形担体の製造方法

Info

Publication number: JP2010538105A
Application number: JP2010522824A
Authority: JP
Inventors: キム，ウン−イル; リー，ヨン−ジュ; ジョン，フェ−チョル; パク，ジュン−リョ
Original assignee: サムスントータルペトロケミカルズカンパニーリミテッド
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-12-09
Also published as: KR20090071718A; WO2009084799A1; EP2225286A1; US20100172821A1; CN101802024A; TW200927287A

Abstract

本発明は、ポリオレフィン製造工程で使用されるオレフィン重合用触媒の製造時、担体として使用されるジアルコキシマグネシウムの製造方法に関するものであって、より詳しくは、金属マグネシウムとアルコールを反応開始剤の存在下で反応させてジアルコキシマグネシウムを製造する方法において、反応開始剤としてブロムを使用して、球形のジアルコキシマグネシウムを製造する方法に関するものである。

Description

本発明はポリオレフィン製造工程において使用されるオレフィン重合用触媒の製造時、担体として使用されるジアルコキシマグネシウムの製造方法に関するものであって、より詳しくは、反応開始剤の存在下で金属マグネシウムとアルコールを反応させてジアルコキシマグネシウム担体を製造する方法において、反応開始剤としてブロムを使用して金属マグネシウムとアルコールを反応させることにより、球形のジアルコキシマグネシウム担体を製造する方法に関する。

オレフィン重合用触媒としては、塩化マグネシウム担持形チーグラーナッタ(Ziegler-Natta)触媒が現在最も広く使用されている。該塩化マグネシウム担持形チーグラーナッタ触媒は一般的に、マグネシウム、チタン、ハロゲンおよび電子供与性有機化合物で構成された固体触媒成分であり、プロピレンのようなα‐オレフィン重合に使用されるときには、助触媒である有機アルミニウム化合物および立体規則性調節剤である有機シラン化合物と共に適切な割合で混合されて投入されることもある。オレフィン重合用の担持形固体触媒はスラリー重合、バルク重合、気相重合等のように多様な商業化された工程で適用されるため、基本的に要求される触媒の高い活性と立体規則性以外にも、粒子形状に対する要求条件等、即ち、適切な粒子サイズと形状、粒度分布の均一性、巨大粒子および微細粒子の極小化、高い嵩密度等を充足させなければならない。

オレフィン重合触媒用担体の粒子形状を改善するための方法として、今までは再結晶化および再沈澱方法、スプレー乾燥方法、化学的反応を利用した方法等が知られており、この中で化学的反応を利用した方法の一つであるマグネネシウムとアルコールとを反応させて得られるジアルコキシマグネシウムを担体に使用して触媒を製造する方法は、余他の方法等に比べてはるかに高い活性を有する触媒を提供することができ、このような触媒を用いる場合、高い立体規則性を有する重合体を提供することができるため、最近、これに対する関心が大きくなっている。しかし、ジアルコキシマグネシウムを担体として使用する場合には、担体として使用されるジアルコキシマグネシウムの粒子形状、粒度分布、嵩密度等が触媒および重合体の粒子特性に直接的に影響を及ぼすため、マグネシウムとアルコールの反応過程で、サイズが均一で球形でありながら嵩密度が十分に高いジアルコキシマグネシウム担体を製造しなければならない。特に、多量の巨大粒子は、ポリマーの流れ性を悪くして生産工場に適用を難しくすることがある。

均一な形状のジアルコキシマグネシウムを製造するための種々な方法等が従来の技術文献等に開示されている。米国特許第5,162,277号および第5,955,396号では、アモルフアスのジエトキシマグネシウムを二酸化炭素でカルボキシル化させて作ったマグネシウムエチルカーボネートを、多種類の添加物および溶媒を用いて溶液中で再結晶することにより、5〜10μmサイズの担体を製造する方法を提案している。さらに、日本国公開特許平06-87773号では、二酸化炭素によりカルボキシル化されたジエトキシマグネシウムのアルコール溶液をスプレー乾燥し、これを脱カルボキシル化して、球形の粒子を製造する方法を開示している。しかし、このような従来の方法等は、多くの種類の原料を使用する複雑な過程を要求するばかりでなく、担体の粒子サイズおよび形態を満足するほどの水準に提供していない。

一方、日本国公開特許平03-74341号、平04-368391号および平08-73388号によれば、ヨードの存在下で金属マグネシウムをエタノールと反応させて球形または楕円形のジエトキシマグネシウムを合成する方法が提供されている。しかし、この方法は、反応過程で多くの反応熱と共に多量の水素が発生しながら反応が非常に急激に生ずるため、反応速度を適切に調節するのに困難があるばかりでなく、結果物であるジエトキシマグネシウム担体に多量の微細粒子または多数個の粒子が凝集された異形の巨大粒子を多量含んでいる問題がある。このような担体から製造された触媒をオレフィンの重合にそのまま使用する場合、重合体の粒子サイズが過度に大きくなるか重合過程の重合熱による粒子形状の破壊現象によって、工程上に深刻な障害を引き起こすなどの問題がある。

本発明の目的は、上記のような問題点を解決するために、スラリー重合、バルク重合、気相重合等のような常用のオレフィン重合工程で要求する粒子特性を十分に満足させ得る触媒を製造するのに使用するのが適合になるように、均一なサイズの表面が滑らかな球形の粒子形状を有するオレフィン重合触媒用球形担体の製造方法を提供することである。

本発明の担体の製造方法は、金属マグネシウムとアルコール(ROH)を反応させる段階を含むオレフィン重合触媒用ジアルコキシマグネシウム担体の製造方法において、反応開始剤としてブロムを使用することを特徴とする。

本発明の担体の製造方法において使用される上記金属マグネシウムは粒子の形態には大きく制限がないが、そのサイズにおいては、平均粒径が10〜300μmの粉末状のものが好ましく、50〜200μmの粉末状のものがより好ましいが、金属マグネシウムの平均粒径が10μm未満であると生成物である担体の平均粒子サイズが余り微細になり、300μmを超えると担体の平均粒子サイズが余り大きいので好ましくなく、担体の形状が均一な球形の形態になり難いので好ましくない。

本発明の担体の製造方法において使用される上記アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、ノーマルプロパノール、イソプロパノール、ノーマルブタノール、イソブタノール、ノーマルペンタノール、イソペンタノール、ネオペンタノール、シクロペンタノール、およびシクロヘキサノール等のように、一般式ROH(ここで、Rは炭素数1〜6のアルキル基である)で表示される脂肪族アルコールまたはフエノールのような芳香族アルコールから選ばれる1種またはそれ以上のアルコールを単独または混合して使用するのが好ましく、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールから選ばれた1種または2種以上のアルコールを単独または混合して使用することがより好ましく、エタノールを使用することが最も好ましく、上記2種以上のアルコールの混合割合には特別な制限がない。

本発明の担体製造方法において使用される上記金属マグネシウムに対する上記アルコールの使用比は、金属マグネシウム重量：アルコール体積で1：5〜1：50であることが好ましく、1：7〜1：20であることがより好ましいが、上記使用比が1：5未満であるとスラリーの粘度が急激に増加して均一な攪拌が難しくなり好ましくなく、1：50を超えると生成される担体の嵩密度が急激に減少するか粒子表面が荒くなる問題が発生し好ましくない。

本発明の担体の製造方法において反応開始剤として使用されるブロムは、使用される金属マグネシウム100重量部に対し0.1〜20重量部が使用されることが好ましいが、0.1重量部未満であると反応速度が余り遅くなり、20重量部を超えると生成物の粒子サイズが余り大きくなるか、微細粒子が多量生成され得るので好ましくない。

本発明の担体の製造方法において、上記ブロム存在下に金属マグネシウムとアルコールを反応させるときの反応温度は25〜110℃であることが好ましく、25〜75℃であることがさらに好ましいが、反応温度が25℃未満であれば反応が余り遅くなり好ましくなく、110℃を超えると反応が余り急激に起こり微細粒子の量が急激に増加し好ましくなく、また粒子の固まる現象が生じ、望むサイズの均一な球形担体を得ることができないので好ましくない。また、アルコールの沸点温度で冷却還流させながら反応させることもできる。

本発明の担体の製造方法で製造された担体は球形の粒子形状を有することにより商業的に利用可能である。

反応開始剤としてヨードを使用した担体のSEM写真である。反応開始剤としてブロムを使用した担体のSEM写真である。

以下実施例および比較例によって本発明を詳しく説明するが、これによって本発明が限定されるものではない。

（実施例１）
攪拌機、オイルヒーターおよび冷却還流器が装着された５Lサイズの硝子反応器を窒素で十分に換気させた後、ブロム2.1g(13mmol)、金属マグネシウム(平均粒径100μmの粉末製品)30g(1238mmol)、無水エタノール130mlを常温で投入し、攪拌速度を240rpmに作動しながら反応器の温度を徐々に78℃に上げて、エタノールが還流される状態を維持した。約5分が経過後、金属マグネシウム(平均粒径100μmの粉末製品)30gとエタノール200mlを投入し20分間反応させた。反応が始まりながら水素が発生するので、発生される水素が抜け出るように反応器の出口を開けた状態にして、反応器の圧力を常圧に維持した。水素発生が終わると、金属マグネシウム(平均粒径が100μmの粉末形製品)10gとエタノール150mlを3回さらに投入し、各々20分間反応させた。金属マグネシウムとエタノールの注入が全て終わると、反応器の温度および攪拌速度を還流状態に2時間維持した(熟成処理)。熟成処理が終わった後、50℃で洗浄1回当りノーマルヘキサン1,000mlを使用して結果物を3回洗浄した。洗浄された結果物を流れる窒素下で24時間乾燥させて、流れ性が良い白色粉末状の固体生成物269.7g(収率95.5％)を得た。

乾燥された生成物の粒子形状は電子顕微鏡で観察し(図2)、嵩密度を測定し、レーザー粒子分析器で粒子サイズを測定して粒子サイズの累積分布度を得、これから粒子の平均粒径および粒度分布指数を下記のように決定した。
（１）平均粒径(D₅₀)：累積重量50％に該当される粒子のサイズ
（２）粒度分布指数＝(D₉₀-D₁₀)/D₅₀(ここで、D₉₀は累積重量90％に該当される粒子のサイズであり、D₁₀は累積重量10％に該当される粒子のサイズである)。

上記の観察、測定および決定された結果を表1に示した。

（実施例２）
攪拌機、オイルヒーターおよび冷却還流器が装着された5Lサイズの硝子反応器を窒素で十分に換気させた後、ブロム2.1g(13mmol)、金属マグネシウム(平均粒径100μmの粉末製品)30g(1238mmol)、無水エタノール330mlを常温で投入し、攪拌速度を240rpmに作動しながら反応器の温度を徐々に78℃に上げて20分間反応させた。反応が始まりながら水素が発生するので、発生される水素が抜け出るように反応器の出口を開いた状態にして、反応器の圧力を常圧に維持した。水素の発生が終わると、金属マグネシウム(平均粒径が100μmの粉末形製品)10gとエタノール150mlを3回さらに投入し、各々20分間反応させた。金属マグネシウムとエタノールの注入がすべて終わると、反応器温度および攪拌速度を還流状態に2時間維持した(熟成処理)。熟成処理が終わった後、50℃で洗浄1回当りノーマルヘキサン1,000mlを使用して結果物を3回洗浄した。洗浄された結果物を流れる窒素下で24時間乾燥させて、流れ性が良い白色粉末状の固体生成物274.2g(97.1％)を得た。

得られた生成物に対し、実施例1と同一に粒子形状を観察し、嵩密度を測定し、平均粒径および粒度分布指数を決定して、その観察、測定および決定された結果を表1に示した。

（比較例１）
攪拌機、オイルヒーターおよび冷却還流器が装着された5Lサイズの硝子反応器を窒素で十分に換気させた後、ヨード3g、金属マグネシウム(平均粒径100μmの粉末製品)15g、無水エタノール240mlを投入し、攪拌機を240rpmに作動しながら反応器の温度を78℃に上げて、エタノールが還流される状態を維持した。次に、エタノールが還流されている反応器に金属マグネシウム(平均粒径が100μmの粉末形製品)15gとエタノール240mlを20分間隔で3回に分けて投入した。金属マグネシウムが全部投入された後には、エタノールが還流される条件で2時間同一な攪拌速度を維持した(熟成処理)。熟成処理が終わった後、50℃で洗浄1回当りノーマルヘキサン1,000mlを使用して結果物を3回洗浄した。洗浄された結果物を流れる窒素下で24時間乾燥させて、白色粉末状の固体生成物270g(収率95.6%)を得た。

得られた生成物に対し、実施例1と同一に粒子形状を観察し(図１)、嵩密度を測定し、平均粒径および粒度分布指数を決定して、その観察、測定および決定された結果を表1に示した。

表1に示されたように、実施例1および2の粒子形状は比較例1の粒子形状よりさらに球形であり、表面が滑らかなものに表われていることが分かる。また実施例1および2の嵩密度は比較例1と同等以上でありながら、粒度分布は顕著に均一なことがわかる。

本発明の担体製造方法によれば、均一なサイズの表面が滑らかな球形の担体を得ることができ、このような担体は常用のオレフィン重合工程で要求される粒子特性を十分に満足させ得る触媒を製造するのに適合である。

Claims

反応開始剤の存在下で、金属マグネシウムとアルコールとを反応させる段階を含むオレフィン重合触媒用担体の製造方法において、上記反応開始剤としてブロムを使用することを特徴とするオレフィン重合触媒用球形担体の製造方法。
上記ブロムは金属マグネシウム100重量部に対し0.1〜20重量部を使用することを特徴とする請求項1に記載のオレフィン重合触媒用球形担体の製造方法。
上記アルコールは一般式ROH(ここで、Rは炭素数1〜6のアルキル基である)で表示される脂肪族アルコールまたは芳香族アルコールから選ばれた1種または2種以上のアルコールを単独にまたは混合して使用することを特徴とする請求項1に記載のオレフィン重合触媒用球形担体の製造方法。
上記金属マグネシウムに対する上記アルコールの使用比は、金属マグネシウムの重量：アルコール体積で1：5〜1：50であることを特徴とする請求項1に記載のオレフィン重合触媒用球形担体の製造方法。