JP2013512995A - ポリプロピレン製造のための触媒における内部供与体としての二原子架橋ジカーボネート化合物 - Google Patents
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Abstract
[R1−O−C(O)−O−]xR2
[式中、
R1はそれぞれ独立に、1から20個の炭素原子を含む脂肪族もしくは芳香族炭化水素または置換炭化水素基であり;
xは2〜4であり;
R2は、1から20個の炭素原子を含む脂肪族もしくは芳香族炭化水素または置換炭化水素基であるが、但し、第1のR1−O−C(O)−O−基と第2のR1−O−C(O)−O−基を接続する最短鎖には2個の原子が存在する]
を有する内部電子供与体をさらに含むオレフィンの重合に有用である固体炭化水素不溶性触媒成分。
Description
[R1−O−C(O)−O−]xR2
[式中、
R1はそれぞれ独立に、1から20個の炭素原子を含む脂肪族もしくは芳香族炭化水素または置換炭化水素基であり;
xは2〜4であり;
R2は、1から20個の炭素原子を含む脂肪族もしくは芳香族炭化水素または置換炭化水素基であるが、但し、第1のR1−O−C(O)−O−基と第2のR1−O−C(O)−O−基を接続する最短鎖には2個の原子が存在する]
を有する化合物を含む内部電子供与体をさらに含む、オレフィンの重合に有用な固体炭化水素不溶性触媒成分である。
本明細書における元素周期表のすべての参照は、CRC Press,Inc.、2003年によって出版され、著作権が所有された元素周期表を指す。また族へのあらゆる言及は、族を番号付けするためにIUPACシステムを使用してこの元素周期表に反映される族への言及とする。文脈から暗示的に、または当該技術分野で慣例的にそうでないことが記載されている場合を除いて、いずれの部および百分率も重量に基づく。米国特許の慣行を目的として、本明細書で参照される特許、特許出願または文献の内容は、特に合成技術の開示、(本明細書に示されるいかなる定義と矛盾しない範囲の)定義、および当該技術分野における一般的な知識に関して、その全体が参照により本明細書に組み込まれている(またはその同等の米国バージョンが参照によりそのように組み込まれている)。
[R1−O−C(O)−O−]xR2
式中、R1はそれぞれ独立に、脂肪族もしくは芳香族炭化水素、または1から20個の炭素原子を含む置換炭化水素基であり;xは2〜4であり;R2は、脂肪族もしくは芳香族炭化水素、または1から20個の炭素原子を含む置換炭化水素基であり、第1のR1−O−C(O)−O−基と第2のR1−O−C(O)−O−基を接続する最短鎖に2個の原子が存在する。
R2(OH)2 + 2Cl−C(O)−OR1 → [R1−O−C(O)−O−]2R2
[式中、R1およびR2は、以上に記載されている通りである]で表すことが可能である。反応中に遊離する塩酸を封鎖するために好適な塩基が存在してもよい。この方法の好適な変型は、最初にジオールと好適な塩基とを反応させて、部分的または完全な脱プロトン化を実施した後に、少なくとも2モル当量の置換クロロホルメートで処理することである。
マグネシウム源は、好ましくは、例えばその開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれている以下の番号:4,540,679;4,612,299;4,866,022;4,946,816;5,034,361;5,066,737;5,082,907;5,106,806;5,146,028;5,151,399;5,229,342および7,491,781の米国特許に記載されている手順のいずれかに従って調製された担持触媒成分前駆体の形である。マグネシウム源は、ハロゲン化マグネシウム、アルキル、アリール、アルカリール、アルコキシド、アルカリールオキシドもしくはアリールオキシド、それらのアルコール付加物、それらの炭酸誘導体またはそれらのスルホン化誘導体であってもよいが、好ましくは、ハロゲン化マグネシウムのアルコール付加物、マグネシウムジアルコキシド、炭酸マグネシウムジアルコキシド、炭酸マグネシウムジアリールオキシドまたは混合ハロゲン化マグネシウム/チタンアルコラートである。1つのアルコキシド基および1つのアリールオキシド基を含むマグネシウム化合物、ならびに1つのアルコキシド基、アルカリールオキシド基またはアリールオキシド基に加えてハロゲンを含むマグネシウム化合物を使用することもできる。アルコキシド基は、存在すれば、最も好適には、1から8個、好ましくは2から6個の炭素原子を含む。アリールオキシド基は、存在すれば、最も好適には、6から10個の炭素原子を含む。ハロゲンが存在するときは、好ましくは塩素である。
担持触媒成分のためのチタン源は、好ましくは、少なくとも2個のハロゲン原子、好ましくは4個のハロゲン原子を含む四価チタン、例えば、Ti(OR9)eX2 4−e(R9は炭化水素であり、X2はハロゲン化物であり、eは0から2である)である。最も好ましくは、これらのハロゲン原子は塩素原子である。2つまでのアルコキシ基、アルカリールオキシ基またはアリールオキシ基を含むチタン化合物を使用することができる。アルコキシ基は、存在すれば、最も好適には、1から8個の炭素原子、好ましくは2から6個の炭素原子を含む。アリールオキシ基またはアルカリールオキシ基は、存在すれば、最も好適には、6から12個の炭素原子、好ましくは6から10個の炭素原子を含む。好適なハロゲン化アルコキシおよびアリールオキシチタンの例としては、二臭化ジエトキシチタン、三臭化イソプロポキシチタン、二塩化ジヘキソキシチタンおよび三塩化フェノキシチタンが挙げられる。最も好ましいチタン源は、TiCl4である。
マグネシウム化合物を、好ましくは、内部電子供与体および任意選択でハロ炭化水素の存在下でハロゲン化四価チタンと反応させる(でハロゲン化させる)。任意選択で、不活性炭化水素希釈剤または溶媒が存在してもよい。担持触媒成分を調製するための様々な方法が当該技術分野で既知である。これらの方法のいくつかは、例えば、以下の番号:4,442,276;4,460,701;4,547,476;4,816,433;4,829,037;4,927,797;4,990,479;5,066,738;5,028,671;5,153,158;5,247,031および5,247,032の米国特許に記載されている。形成方法にかかわらず、本発明の担持触媒成分は、本発明に記載の内部電子供与体材料を含む。
オレフィン重合触媒(または「触媒組成物」)は、上記担持触媒成分、助触媒、および任意選択で選択性制御剤(「SCA」、「外部供与体」または「外部電子供与体」としても知られる)、および任意選択で活性制限剤(activity limiting agent)(または「ALA」)を含む。
助触媒は、オレフィン重合触媒系の既知の活性体のいずれかから選択されてもよいが、有機アルミニウム化合物が好適である。当該助触媒を個別に、またはそれらを組み合わせて使用することができる。好適な有機アルミニウム助触媒は、式Al(R10)fX3 gHh(X3は、F、Cl、Br、IまたはOR10であり、R10は、1から14個の炭素原子を含む飽和炭化水素基であり、当該基は、同一であっても異なっていてもよく、望まれる場合は、重合時に使用される反応条件下で不活性である任意の置換基で置換されており、fは1から3であり、gは0から2であり、hは0または1であり、f+g+h=3である)を有する。トリアルキルアルミニウム化合物、特に、アルキル基の各々が1から6個の炭素原子を含むもの、例えば、Al(CH3)3、Al(C2H5)3、Al(i−C4H9)3およびAl(C6H13)3が特に好適である。
特定の理論に束縛されないが、触媒組成物に1つまたは複数のSCA(選択性制御剤)を供給すると、フォルマントポリマー(formant polymer)の以下の特性、すなわち立体規則度(すなわちキシレン可溶材料)、分子量(すなわちメルトフロー)、分子量分布(MWD)、融点および/またはオリゴマーレベルに影響を及ぼし得ると考えられる。本発明に使用される、外部供与体または外部電子供与体としても知られるSCAは、典型的には当該技術分野で既知のものの1つである。当該技術分野で既知のSCAとしては、珪素化合物、カルボン酸のエステル(特にジエステル)、モノエーテル、ジエーテル(例えば、1,3−ジメトキシプロパンまたは2,2−ジイソブチル−1,3−ジメトキシプロパン)およびアミン(例えばテトラメチルピペリジン)が挙げられるが、それらに限定されない。
触媒組成物は、活性制限剤(ALA)を含んでいてもよい。本明細書に使用されているように、「活性制限剤」(「ALA」)は、高温(すなわち約85℃を超える温度)において触媒活性を低下させる材料である。ALAは、重合反応器の混乱を抑制または防止し、重合プロセスを継続させる。典型的には、チーグラーナッタ触媒の活性は、反応器温度が上昇するに従って高くなる。チーグラーナッタ触媒は、また、典型的には生成するポリマーの融点温度付近で高い活性を維持する。発熱重合反応によって生成する熱は、ポリマー粒子に凝集体を形成させ、究極的にはポリマー生成プロセスの継続性の破壊をもたらし得る。ALAは、高温において触媒活性を低下させることにより、反応器の混乱を防止し、粒子の凝集を低減(または防止)し、重合プロセスを継続させる。
オレフィンが重合され、続いてそれによって生成される触媒が重合反応器に導入される系外の好適な反応器にて混合することによって、オレフィン重合触媒の各成分を接触させることができる。予備混合された成分を接触後に乾燥させるか、または接触溶媒に残してもよい。しかし、別法として、触媒成分を重合反応器に個別に導入してもよい。別の選択肢として、成分の2種以上を、重合反応器に導入する前に互いに部分的または完全に混合する(例えばSCAと助触媒とを予備混合するか、またはSCAとALAとを予備混合する)ことができる。別の選択肢は、担持触媒成分を、他の触媒成分との反応の前に有機アルミニウム化合物と接触させることである。別の選択肢は、触媒成分を用いて少量のオレフィンを予備重合するか、またはそれらの成分のいずれかを担体(例えば、シリカまたは非反応性ポリマー)に載せることである。
1つまたは複数のオレフィンモノマーを重合反応器に導入して触媒と反応させ、ポリマー、またはポリマー粒子の流動床を形成することができる。好適なオレフィンモノマーの非限定的な例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセンおよび1−ドデセン等のC4〜20α−オレフィン;1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、ノルボルナジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)およびジシクロペンタジエンなどのC4〜20ジオレフィン;スチレン、o−、m−およびp−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレンを含むC8〜40ビニル芳香族化合物;ならびにクロロスチレンおよびフルオロスチレンなどのハロゲン置換C8〜40ビニル芳香族化合物が挙げられる。
多分散度指数(PDI)は、第2回国際化学工学会議(2nd World Congress of Chemical Eng.)(Montreal、Canada)のZeichner G. R.、Patel P.D.(1981年)「A comprehensive Study of Polypropylene Melt Rheology」Proc.による方法を使用して、TA Instrumentsにより製造された応力制御動的分光器であるAR−G2流動計によって測定される。ETCオーブンを使用して、温度を180℃±0.1℃に制御する。酸素および水分により試料が劣化しないようにオーブン内部をプラント窒素パージする。一対の直径25mmの錐体およびプレート試料ホルダを使用する。試料を50mm×100mm×2mmのプラックに圧縮成形する。試料を19mm平方に裁断し、底板の中央に載せる。上部錐体の幾何学構造は、(1)錐体角度:5:42:20(度:分:秒);(2)直径:25mm;(3)切断隙間:149ミクロンである。底板の幾何学構造は、25mmの円筒形である。試験手順:
(i)錐体&プレート試料ホルダをETCオーブンにて180℃で2時間加熱する。次いで、窒素ガスの層の下で隙間をゼロにする。
(ii)錐体を2.5mmまで持ち上げ、試料を底板の上部に載せる。
(iii)2分間にわたる計時(timing)を開始する。
(iv)法線力(normal force)の観察によって、上部錐体を直ちに下げて、試料の上部にわずかに載せる。
(v)2分後に、上部錐体を下げることによって試料を165ミクロンの隙間まで押し下げる。
(vi)法線力を観察し、法線力が0.05ニュートン未満に低下した場合に、余剰の試料をへらによって錐体およびプレート試料ホルダの縁端部から除去する。
(vii)上部錐体を149ミクロンの切断隙間まで再び下げる。
(viii)発振周波数掃引試験を以下の条件で実施する。
・180℃で5分間の試験遅延
・周波数:628.3r/sから0.1r/s
・データ取得率:10当たり5点
・伸び率:10%
(ix)試験が完了すると、TA Instrumentsによって完成されたレオロジー・アドバンテージ・データ解析プログラムによって、交差弾性率(Gc)を検出する。
(x)PDI=100,000÷Gc(Pa単位)。
((1)標準として高純度インジウムを用いて計測器を較正する。
(2)一定の50ml/分の流量の窒素を用いて計測器ヘッド/セルを絶えずパージする。
(3)試料の調製:30−G302H−18−CX Wabash Compression Molder(30トン)を使用して1.5gの粉末試料を圧縮成形する。(a)混合物を230℃で2分間にわたって一定に加熱し;(b)試料を同じ温度にて20トンの圧力で1分間圧縮し;(c)試料を45°Fまで冷却し、20トンの圧力で2分間保持し;(d)板をほぼ同じ大きさの4つのプラックに裁断し、それらを積み重ね、試料を均質にするために工程(a)〜(c)を繰り返す。
(4)試料プラックから試料片(好ましくは5から8mg)を秤量し、それを標準のアルミニウム試料皿内に密封する。試料を含む密封皿を計測器ヘッド/セルの試料側に配置し、空の密封皿を基準側に配置する。自動サンプラーを使用する場合は、いくつかの異なる試料片を秤量し、順番に合わせて装置をセットアップする。
(5)測定
(i)データ保存:オフ
(ii)80.00℃/分の傾斜で240.00℃まで
(iii)1.00分間等温
(iv)80.00℃/分の傾斜で0.00℃まで
(v)1.00分間等温
(vi)80.00℃/分の傾斜で150.00℃まで
(vii)5.00分間等温
(viii)データ保存:オン
(ix)1.25℃/分の傾斜で180.00℃まで
(x)方法の終了
(6)計算:2つの線のインターセプション(interception)によってTMFを求める。高温の基線から1つの線を引く。高温側の曲線の末端に近い曲線の湾曲部から別の線を引く。
窒素下において、3.0gのMagTi(混合ハロゲン化マグネシウム/チタンアルコラート;CAS#173994−66−6、米国特許第5,077,357号明細書参照)、以下の表2に示される量の内部電子供与体および60mLの四塩化チタンとクロロベンゼンとの50/50(vol/vol)混合物を、一体式フィルタを備えた容器に充填する。撹拌しながら115℃で60分間加熱した後、混合物を濾過する。固体を、さらなる60mLの新たな50/50(vol/vol)混合四塩化チタン/クロロベンゼン、および任意選択で(以下の表2に示されるように)内部電子供与体の第2の充填物で、115℃にて30分間にわたって撹拌しながら処理する。混合物を濾過する。固体を、60mLの新たな50/50(vol/vol)混合四塩化チタン/クロロベンゼンで115℃にて30分間にわたって撹拌しながら再び処理する。混合物を濾過する。周囲温度にて、固体を70mLのイソオクタンで3回洗浄し、次いで窒素流の下で乾燥させる。固体の触媒成分を粉末の形で回収し、一部を鉱油と混合して5.4重量%のスラリーを生成する。使用した内部電子供与体の識別情報、それらの量、および添加のタイミングを以下に詳細に示す(表2)。
不活性雰囲気のグローブボックスにおいて、表3〜4に示される量の外部供与体(存在する場合)と、(0.28M溶液としての)トリエチルアルミニウムと、(5.4%鉱油スラリーとしての)担持触媒成分と、5〜10mLのイソオクタン希釈剤(任意選択)とを20分間にわたって予備混合することによって活性触媒混合物を調製する。調製後、空気に曝露することなく、以下に記載されるように活性触媒混合物を重合反応器に注入する。
撹拌された3.8Lのステンレス鋼オートクレーブにて重合を実施する。循環水を使用して一体型反応器ジャケットを加熱または冷却することによって温度制御を維持する。揮発物を排出した後に内容物を空にできるように各処理後に反応器の上部を外す。重合または触媒調製に使用したすべての化学物質を、精製カラムを通じて処理して不純物を除去する。プロピレンおよび溶媒を、アルミナを含む第1のカラムと精製反応体(Engelhard Corporationから入手可能なQ5(商標))を含む第2のカラムとの2つのカラムに通す。窒素ガスおよび水素ガスを、Q5(商標)反応体を含む単一のカラムに通す。
A.本発明のジカーボネート供与体のいずれを使用した触媒からのポリマーのXSも比較のモノカーボネート触媒(Comp2)を使用した場合よりはるかに小さい。
B.NPTMSを外部供与体として使用した場合は、本発明の供与体(ID−1;Cat1〜2)を使用した触媒からのポリマーのTMFは、比較の触媒(Comp1a)を使用した場合より大きい。
C.NPTMSを外部供与体として使用した場合は、本発明の供与体(ID−1)を使用した両触媒からのポリマーのXSは、比較の触媒(Comp1aまたはComp2)を使用した場合より小さい。
D.DCPDMSを外部供与体として使用した場合は、本発明の供与体のいずれを使用した触媒からのポリマーのMFは、比較の触媒(Comp1a)を使用した場合より大きい。
E.本発明の触媒の効率は高い(≧14kgPP/g触媒)。
F.本発明の供与体(ID−2またはID−3)を使用した本発明の触媒の効率は、比較の触媒(Comp1aまたはComp2)を使用した場合より高い。
A.本発明の供与体(ID−1;Cat1−2)を使用した触媒からのポリマーのXSは、比較の触媒を使用した場合より小さい。
B.本発明の供与体(ID−1)を使用した触媒からのポリマーのPDIは、比較の触媒を使用した場合より狭い。
C.本発明の供与体のいずれを使用した触媒からのポリマーのMF増加も、比較の触媒を使用した場合と比較してかなり大きい。したがって、亀裂を生じさせずにより大きなMFのポリマー樹脂を製造することが可能である。
D.本発明の触媒の効率は、非常に高い(>29kgPP/g触媒)
Claims (15)
- マグネシウム、チタンおよびハロゲンを含み、構造:
[R1−O−C(O)−O−]xR2
[式中、
R1はそれぞれ独立に、1から20個の炭素原子を含む脂肪族もしくは芳香族炭化水素または置換炭化水素基であり;
xは2〜4であり;
R2は、1から20個の炭素原子を含む脂肪族もしくは芳香族炭化水素または置換炭化水素基であるが、但し、第1のR1−O−C(O)−O−基と第2のR1−O−C(O)−O−基を接続する最短鎖には2個の原子が存在する]
を有する内部電子供与体をさらに含む、オレフィンの重合に有用な固体炭化水素不溶性触媒成分。 - 各R1が脂肪族炭化水素である、請求項1に記載の触媒成分。
- 各R1が芳香族炭化水素である、請求項1に記載の触媒成分。
- R2が1,2−置換フェニル部分である、請求項1に記載の触媒成分。
- R2が1,2−または3,4−置換ナフチル部分である、請求項1に記載の触媒成分。
- R2が直鎖または分岐アルキル部分であるが、但し、第1のR1−O−C(O)−O−基と第2のR1−O−C(O)−O−基を接続する最短鎖には2個の原子が存在する、請求項1に記載の触媒成分。
- 各R1が脂肪族または芳香族炭化水素基である、請求項4から6に記載の触媒成分。
- 各R1がエチルまたはフェニルである、請求項4から6に記載の触媒成分。
- 前記内部電子供与体が、以下の化合物:5−tert−ブチル−3−メチル−1,2−フェニレンジエチルジカーボネート、5−tert−ブチル−3−メチル−1,2−フェニレンジフェニルジカーボネートまたは3,5−ジイソプロピル−1,2−フェニレンジエチルジカーボネートの1つを含む、請求項1に記載の触媒成分。
- 単一成分SCA、混合成分SCAまたは活性制限剤と任意選択で組み合わされている、請求項1から9のいずれかに記載の触媒成分。
- 前記混合成分SCAが、活性制限剤または有機エステルを成分として含む、請求項10に記載の触媒成分。
- 有機アルミニウム化合物と任意選択で組み合わされている、請求項11に記載の触媒成分。
- オレフィンと、マグネシウム、チタンおよびハロゲンを含む触媒成分を含みかつ構造:
[R1−O−C(O)−O−]xR2
[式中、
R1はそれぞれ独立に、1から20個の炭素原子を含む脂肪族もしくは芳香族炭化水素または置換炭化水素基であり;
xは2〜4であり;
R2は、1から20個の炭素原子を含む脂肪族もしくは芳香族炭化水素または置換炭化水素基であるが、但し、第1のR1−O−C(O)−O−基と第2のR1−O−C(O)−O−基を接続する最短鎖には2個の原子が存在する]
を有する内部電子供与体をさらに含む触媒成分とを接触させることを含むオレフィンの重合方法。 - オレフィンと、請求項2から12のいずれかに記載の触媒成分とを接触させることを含むオレフィンの重合方法。
- 構造:
[R1−O−C(O)−O−]xR2
[式中、
R1は、それぞれ独立に、1から20個の炭素原子を含む脂肪族もしくは芳香族炭化水素または置換炭化水素基であり;
xは2〜4であり;
R2は、1から20個の炭素原子を含む置換フェニル基またはナフチル基(置換基は追加的な縮合芳香族環ではない)であるが、但し、第1のR1−O−C(O)−O−基と第2のR1−O−C(O)−O−基を接続する最短鎖には2個の原子が存在する]
を有する内部電子供与体としての使用に好適な化合物。
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