JP2013507491A - オレフィン重合のための触媒組成物及びそれを含む触媒 - Google Patents
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Abstract
【化1】
Description
本願は、2009年10月16日に出願された中国特許出願第200910235562.3号、中国特許出願第200910235563.8号、中国特許出願第200910235564.2号、及び、中国特許第200910235565.7号に基づく優先権を主張し、その全ての内容及び全ての目的を本願に援用する。
本発明は、オレフィン重合のための球状の触媒組成物、それを含む触媒、及び、オレフィン(CH2=CHR:Rは水素又はC1−12アルキル)重合における触媒の使用方法に関する。特に、本発明は、球状のマグネシウム含有化合物担体と、チタン化合物及び任意の電子供与体化合物との反応により得られる触媒組成物、並びに、その触媒組成物の使用方法に関する。
活性ハロゲン化マグネシウム担体に支持された、チタン化合物及び電子供与体化合物を含む触媒組成物が、本技術分野において知られている。一般的な活性ハロゲン化マグネシウム担体は、ハロゲン化マグネシウム及びアルコールの付加体であり、一般的に、球状粒子の形態である。球状の触媒は、ハロゲン化マグネシウム−アルコール付加体担体と、ハロゲン化チタンのようなチタン化合物及び電子供与体化合物との反応により得られるものである。この触媒をオレフィン重合(特に、プロピレンの重合)において使用する場合、この触媒は高い重合活性、及び、高い立体特異性を示し、結果として得られるポリマーは良好な粒子形態を備える。
入念な研究の末、本発明者は、新規の粒子状マグネシウム化合物を、ハロゲン化マグネシウム−アルコール付加体溶液と、エポキシ化合物との反応により得ることができることを見出した。上記の粒子状マグネシウム化合物は、チタン化合物及び任意の内部電子供与体と反応させ、オレフィン重合のための触媒組成物を得るための担体として用いられ得る。本発明は上記の原理に基づき成り立つ。
図1は、実施例1にて得られる担体のDSC曲線を示している。
本明細書で用いられている「重合」という用語は、単独重合及び共重合を含むことを示している。本明細書で用いられている「重合体」という用語は、単独重合体、共重合体及び三元重合体を含むことを示している。
(1)球状の担体、
(2)チタン化合物、及び、
(3)任意の電子供与体、
そして、上記の球状の担体は、少なくとも以下の組成の反応生成物を含む:
(a)MgX2−nRnの一般化学式で表されるハロゲン化マグネシウム(Xは独立してCl又はBr、Rは独立してC1−C14アルキル基、C6−C14アリル基、C1−C14アルコキシ基、又は、C6−C14アリルオキシ基、そして、nは0又は1である)、
(b)アルコール化合物、好ましくは、一般化学式R1OHで表されるアルコール化合物(R1は独立してC1−C12アルキル基、C3−C10シクロアルキル基、C7−C12アラルキル基、又は、C6−C10アリル基であり、好ましくはC1−C8アルキル基である)、及び、
(c)以下の一般化学式(I)で表されるエポキシ化合物:
a)容器内にて(好ましくは密閉容器内にて)、一般化学式MgX2−nRnで表されるハロゲン化マグネシウム、アルコール化合物、任意の不活性液体媒体を混合し、得られた混合物を30℃〜160℃の温度に加熱し、反応させ、ハロゲン化マグネシウム−アルコール付加体溶液を形成する工程、
b)上記のハロゲン化マグネシウム−アルコール付加体溶液と、以下の一般化学式(I)で表されるエポキシ化合物とを30℃〜160℃の温度で反応し、球状の担体を形成する工程:
1)密閉容器内にて、ハロゲン化マグネシウム、アルコール及び不活性液体媒体の混合物を30℃〜160℃の温度で、好ましくは60℃〜120℃の温度で、撹拌しながら加熱することにより、ハロゲン化マグネシウム−アルコール付加体溶液を生成する工程、及び、
2)撹拌しながら、エポキシ化合物をハロゲン化マグネシウム−アルコール付加体溶液に加え、こうして得られる混合物を30℃〜160℃の温度で、好ましくは60℃〜120℃の温度で反応させることにより、粒子状のマグネシウムを含有する球状の担体を形成する工程。
1)密閉容器内にて、ハロゲン化マグネシウム、アルコール及び不活性液体媒体の混合物を30℃〜160℃の温度で、好ましくは60℃〜120℃の温度で、撹拌しながら加熱することにより、ハロゲン化マグネシウム−アルコール付加体溶液を生成する工程、及び、
2)撹拌しながら、ハロゲン化マグネシウム−アルコール付加体溶液を、エポキシ化合物及び不活性液体媒体の混合物に加え、こうして得られる混合物を30℃〜160℃の温度で、好ましくは60℃〜120℃の温度で反応させることにより、粒子状のマグネシウムを含有する球状の担体を形成する工程。
一般化学式(IV)で表されるジオールのエステルにおいて、RI、RII、RV及びRVIは、同時に、水素を示さないことが好ましく、RI、RII、RV及びRVIのうち少なくとも一つが水素であることがより好ましく、RI及びRIIのうち一方が水素であることがなお好ましく、RI及びRIIのうち他方は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、フェニル基、又は、ハロフェニル基であることが好ましい。RV及びRVIのうち一方が水素であることが好ましく、RV及びRVIのうち他方は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、フェニル基、又は、ハロフェニル基であることが好ましい。
(1)本発明に係るマグネシウムを含有する球状の担体を生成する工程、
(2)上記のマグネシウムを含有する球状の担体を、チタン化合物及び任意の内部電子供与体の化合物に接触させ、触媒組成物を形成する工程、
(3)上記の触媒組成物を回収する工程。
a)本発明に係るチタン含有触媒組成物、
b)共触媒としてのアルキルアルミニウム化合物、及び、
c)任意の、外部電子供与体の化合物。
以下の実施例は、本発明をさらに説明するために提供するものであり、本発明の範囲を制限することを意図するものではない。
1.重合体のメルト・インデックス:ASTM D1238−99(230℃、且つ、2.16kgの荷重)により測定した。
2.重合体のイソタクチック性:以下に基づき実行されるヘプタン抽出法により測定した(乾燥重合体サンプル2gを、6時間、抽出装置内で沸騰ヘプタンを用いて抽出した。そして、残留物質を一定の重量になるまで乾燥し、2gに対する残留重合体の質量の比をイソタクチック性と見なした)。
3.粒子サイズ分布:粒子状のハロゲン化マグネシウムの付加体の平均粒子サイズ及び粒子サイズ分布をMasters Sizer Model 2000(Malvern Instruments Co., Ltd.製)により測定した。
4.DSC曲線:パーキンエルマー社より販売されているDSC7装置により得られるものである(窒素雰囲気下、10℃/分の速度で25℃〜300℃に昇温)。
5.X線回析像:フィリップス社(オランダ)より販売されている黒鉛単色光分光器及びシンチレーション計数管を備えたX'Pert MPD Model多機能X線回析計を用いて以下の条件下により得られるものである(CuKα(λ=1.5406Å)、管電圧が40kV、管電流が40mA、DS=SS=1°スロットシステム、受像スロットが0.3mm、スキャン速度が3°(2θ)/分、且つ、スキャン範囲が5°〜80°(2θ))。
(A.球状のマグネシウムを含む化合物の生成)
500mLの反応装置に、二塩化マグネシウム7.2g、ホワイト油180mL、及び、エタノール82mLを連続的に投入し、この内容物を90℃まで撹拌しながら加熱した。この内容物を90℃で1時間反応させ、その後、エポキシクロロプロパン24mLを反応装置に加え、そして、90℃で0.5時間、反応させ続けた。ろ過することにより液体を除去した後、残留固体をヘキサンで五回洗浄し、その後、減圧下で乾燥し、球状のマグネシウムを含む化合物を得た。
四塩化チタン100mLを300mLのガラス製反応装置に加え、−20℃に冷却した。次に、上記の球状のマグネシウムを含む化合物を反応装置に加え、そして、その内容物を加熱しながら、フタル酸ジイソブチル(DIBP)1.5mLを反応装置に加え、110℃まで加熱した。ろ過することにより液体を除去し、その後、残留固体を四塩化チタンで二回洗浄し、ヘキサンで三回洗浄し、その後、真空条件下で乾燥し、球状の触媒組成物を得た。
プロピレンの液相バルク重合は、以下の方法により、5Lのステンレス鋼のオートクレーブ内で行った。窒素雰囲気下でオートクレーブに、プロピレン2.5L、1mmolのトリエチルアルミニウムのヘキサン溶液10mL、0.05mmolのメチルシクロヘキシルジメトキシシラン(CHMMS)のヘキサン溶液1mL、上記で得られた触媒組成物10mg、水素ガス1.5L(標準体積)を連続的に投入した。この内容物を70℃まで加熱し、70℃で1時間、重合反応を続けた。オートクレーブを冷却し、その後、圧力をベントした。オートクレーブを開け、そして、得られたプロピレン重合体を回収した。
四塩化チタン100mLを300mLのガラス製反応装置に加え、−20℃に冷却した。次に、実施例1の工程Aに基づく方法で得られた球状の担体8gを、反応装置に加え、そして、内容物を110℃に加熱し、当該温度を0.5時間維持した。液体をろ過して除き、四塩化チタン80mL及びフタル酸ジイソブチル(DIBP)1.5mLを反応装置に加え、内容物を120℃に加熱した。0.5時間の反応後、濾過することで液体を除去し、残留固体を四塩化チタンで二回洗浄し、ヘキサンで三回洗浄し、その後、真空条件下で乾燥し、球状の触媒組成物を得た。
触媒組成物を、実施例2に記載の手順により得た。プロピレンの重合を、水素ガスの量を3.0L(標準体積)に変更した以外は、実施例1に記載の手順に基づいて行った。
触媒組成物を、実施例2に記載の手順により得た。プロピレンの重合を、水素ガスの量を5.0L(標準体積)に変更した以外は、実施例1に記載の手順に基づいて行った。
触媒組成物を、実施例2に記載の手順により得た。プロピレンの重合を、水素ガスの量を8.0L(標準体積)に変更した以外は、実施例1に記載の手順に基づいて行った。
触媒組成物を、内部電子供与体としてのフタル酸ジイソプロピルを、二安息香酸2,4−ペンチレングリコール(PDB)2.0mLに変更した点以外は、実施例2に記載の手順により得た。プロピレンの重合を、実施例1に記載の手順に基づいて行った。
触媒組成物を、内部電子供与体としてのフタル酸ジイソプロピルを、2−イソペンチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン(PPDE)2.0mLに変更した点以外は、実施例2に記載の手順により得た。プロピレンの重合を、実施例1に記載の手順に基づいて行った。
四塩化チタン100mLを300mLのガラス製反応装置に加え、−20℃に冷却した。次に、実施例1の工程Aに基づく方法で得られた球状の担体8gを、反応装置に加え、そして、内容物を加熱しながら、二安息香酸2,4−ペンチレングリコール(PDB)1.0mL及びフタル酸ジイソブチル(DIBP)0.5mLを加え、110℃に加熱した。ろ過することで、液体を除去し、その後、残留固体を四塩化チタンで二回洗浄し、ヘキサンで三回洗浄し、その後、真空条件下で乾燥し、球状の触媒組成物を得た。
触媒組成物を、実施例8に記載の手順により得た。プロピレンの重合を、水素ガスの量を5.0L(標準体積)に変更した以外は、実施例1に記載の手順に基づいて行った。
触媒組成物を、実施例8に記載の手順により得た。プロピレンの重合を、水素ガスの量を8.0L(標準体積)に変更した以外は、実施例1に記載の手順に基づいて行った。
Claims (17)
- 以下の反応生成物を含み:
(1)球状の担体、
(2)チタン化合物、及び、
任意で、(3)電子供与体、
上記の球状の担体は、少なくとも以下の組成物の反応生成物を含むことを特徴とするオレフィン重合のための触媒組成物:
(a)MgX2−nRnの一般化学式で表されるハロゲン化マグネシウム(Xは独立してCl又はBr、Rは独立してC1−C14アルキル基、C6−C14アリル基、C1−C14アルコキシ基、又は、C6−C14アリルオキシ基、且つ、nは0又は1である)、
(b)アルコール化合物、及び、
(c)以下の一般化学式(I)で表されるエポキシ化合物:
- 上記のアルコール化合物は、一般化学式R1OH(R1は独立してC1−C12アルキル基、C3−C10シクロアルキル基、C7−C12アラルキル基、又は、C6−C10アリル基である)で表されるアルコール化合物であることを特徴とする請求項1に記載の触媒組成物。
- 上記のハロゲン化マグネシウムは、二塩化マグネシウムであることを特徴とする請求項1又は2に記載の触媒組成物。
- R1がC1−C8アルキル基であることを特徴とする請求項1に記載の触媒組成物。
- R2及びR3は、単独で又は個別で、水素、C1−C3アルキル基又はC1−C3ハロアルキル基を示していることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の触媒組成物。
- 上記の球状の担体のX線回析像は、5°〜15°の2θ角度の範囲内に少なくとも二つの回析線を有し、
最も強い回析線が10.0°±0.4°の2θ回析角度の範囲内に現れ、
最も強い二次回析線が10.5°〜12.5°の2θ回析角度の範囲内に現れ、且つ、
最も強い二次回析線は最も強い回析線の強度に対して少なくとも0.2倍の強度を有し、
X線回析像は、15°〜32°の2θ角度の範囲内で幅広い回析ピークを有し、
20°〜21°の2θ角度の範囲内にピーク最大値を有し、
16.5°±0.4°及び/又は25.6°±0.4°の2θ角度にショルダーピークを有することを特徴とする請求項1に記載の触媒組成物。 - 上記の球状の担体のDSC曲線は、70℃〜250℃の温度の範囲内に明確な発熱ピークを有し、
上記の発熱ピークは100℃〜220℃の温度でピーク最大値を有し、且つ、40J/g以上の大きさの発熱エンタルピーに相当することを特徴とする請求項1に記載の触媒組成物。 - 上記のチタン化合物は、化学式Ti(OR5)4−mXm(R5はC1−C14脂肪族ヒドロカルビル基、XはF、Cl、Br、又はI、mは1〜4の範囲の整数である)で表される化合物であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の触媒組成物。
- 電子供与体は、モノカルボン酸のエステル及びポリカルボン酸のエステル、ジオールのエステル及び1,3−ジエーテルのエステルの中から選ばれることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の触媒組成物。
- 上記のモノカルボン酸のエステル及び上記のポリカルボン酸のエステルは、安息香酸エステル、フタル酸エステル、マロン酸エステル、コハク酸エステル、グルタル酸エステル、ピバリン酸エステル、アジピン酸エステル、セバシン酸エステル、マレイン酸エステル、ナフタレンジカルボン酸エステル、トリメリット酸エステル、ベンゼン−1,2,3−トリカルボン酸エステル、及び、ピロメリット酸エステルであることを特徴とする請求項9に記載の触媒組成物。
- 上記のジオールのエステルは、以下の一般化学式(IV)で表されるエステルであることを特徴とする請求項9に記載の触媒組成物:
- 上記の一般化学式(IV)におけるRI、RII、RV及びRVIは、同時に水素を示さないことを特徴とする請求項11に記載の触媒組成物。
- 上記の一般化学式(IV)における、
RI及びRIIのうち一方が水素であり、
RI及びRIIのうち他方は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、フェニル基、又は、ハロフェニル基であり、且つ、
RV及びRVIのうち一方が水素であり、
RV及びRVIのうち他方は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、フェニル基、又は、ハロフェニル基であることを特徴とする請求項11に記載の触媒組成物。 - 以下の工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の触媒組成物を得るためのプロセス:
a)容器内にて、MgX2−nRn(X及びRは請求項1にて定義されたもの)の一般化学式で表されるハロゲン化マグネシウム、アルコール化合物、及び、任意で不活性液体媒体を混合し、こうして得られる混合物を30℃〜160℃の温度に加熱し、且つ、反応させることにより、ハロゲン化マグネシウム−アルコール付加体溶液を形成する工程、
b)上記のハロゲン化マグネシウム−アルコール付加体溶液と、以下の一般化学式(I)で示されるエポキシ化合物とを30℃〜160℃の温度条件下で反応させ、球状の担体を形成する工程、
c)球状の担体をチタン化合物及び任意で電子供与体と接触させることにより触媒組成物を形成する工程、
d)上記の触媒組成物を回収する工程。 - 以下の反応組成物を含むことを特徴とする化学式CH2=CHR(Rは水素又はC1−12アルキル基)で表されるオレフィン重合のための触媒:
(1)請求項1〜13の何れか1項に記載の触媒組成物、
(2)アルキルアルミニウム化合物、及び、
(3)任意の外部電子供与体化合物。 - 以下の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項15に記載の触媒:
−上記のアルキルアルミニウム化合物が、一般化学式AlRa 3−nXnで表される化合物のうち少なくとも一つである(Raは、独立して水素又はC1−C20ヒドロカルビル基であり、特に、C1−C8アルキル基である。Xは、独立してハロゲンであり、特にClである。且つ、nは0〜2の数値範囲である)。
−上記のアルキルアルミニウム化合物を、触媒組成物(1)中のチタンに対する化合物中のアルミニウムのモル比が、5〜5000の範囲内であり、好ましくは20〜1000の範囲内であり、そして、より好ましくは50〜500の範囲内である量を用いる。
−上記の外部電子供与体は、カルボン酸無水物、カルボン酸エステル、ケトン、エーテル、ラクトン、有機リン化合物、及び、化学式R1 xR2 ySi(OR3)zで表される有機シリコン化合物(x及びyは独立して0〜2の範囲の整数であり、zは1〜3の範囲の整数であり、(x+y+z)の合計は4である。R1、R2及びR3は、独立して、C1−C18ヒドロカルビル基であり、好ましくは、C1−C4直鎖アルキル基、若しくは、分枝鎖アルキル基、又は、C5−C6シクロアルキル基であり、任意でヘテロ原子を含んでいる)。
−外部電子供与体を、アルキルアルミニウム化合物1モルあたり0.005モル〜0.5モルの範囲内の量で用い、好ましくはアルキルアルミニウム化合物1モルあたり0.01モル〜0.25モルの範囲内の量で用いる。
−上記のアルキルアルミニウム化合物(2)、及び、任意の外部電子供与体化合物(3)を、触媒組成物(1)に分離して又は混合して接触し且つ反応させる。 - CH2=CHR(Rは水素又はC1−12アルキル基)で表されるオレフィン及び任意のコモノマーを、重合条件下で、請求項15に記載の触媒に接触させオレフィン重合体を形成する工程、及び、
こうして得られる重合体を回収する工程、を含むことを特徴とするオレフィンを重合するプロセス。
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