JP2016188203A - α−オレフィン低重合体の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】α−オレフィンの低重合反応によるα−オレフィン低重合体の製造において、触媒活性の経時劣化を抑制して、高いα−オレフィン低重合体選択率及びα−オレフィン低重合体収率で、α−オレフィン低重合体を効率的に製造する。【解決手段】遷移金属原子含有化合物(a)、窒素原子含有化合物(b)、アルキルアルミニウム化合物(c)及び塩素原子含有化合物(d)を含む触媒と、反応溶媒の存在下に、α−オレフィンの低重合反応を行ってα−オレフィン低重合体を製造する。塩素原子含有化合物(d)は、塩素化典型金属原子含有化合物及び塩素化炭化水素化合物から選ばれる少なくとも2種であり、遷移金属原子に対する高塩素原子脱離速度の第1の塩素原子含有化合物(d)−1と低塩素原子脱離速度の第2の塩素原子含有化合物(d)−2の割合が、所定の割合となるように低重合反応系に供給する。【選択図】なし

Description

本発明は、α−オレフィン低重合体の製造方法に関する。
α−オレフィン低重合体は、通常、触媒及び反応溶媒の存在下に、α−オレフィンを低重合反応させる方法で製造される。例えば、クロム化合物、ピロール化合物、アルキルアルミニウム化合物、及びハロゲン含有化合物を含む触媒と反応溶媒の存在下のエチレンの三量化反応により、1−ヘキセンを製造する方法が開示され、ハロゲン含有化合物としては、直鎖状炭化水素類のハロゲン化物(特許文献1)、ハロゲン化ベンジル化合物(特許文献2)、ジエチルアルミニウムクロリド(特許文献3)が例示されている。
また、特許文献4には、クロム化合物、ピロール化合物、アルキルアルミニウム化合物、ハロゲン含有化合物に、更にハロゲン化オレフィンを含む触媒と反応溶媒の存在下に、エチレンの三量化反応で1−ヘキセンを製造する方法が開示されている。
特開平8−134131号公報 特開2011−219474号公報 国際公開第2005/082816号 特開2014−159391号公報
α−オレフィンの低重合反応によるα−オレフィン低重合体の製造においては、α−オレフィン低重合体選択率及びα−オレフィン低重合体収率のさらなる向上と、触媒活性の経時劣化のさらなる改善が望まれている。
本発明は、α−オレフィンの低重合反応によるα−オレフィン低重合体の製造において、触媒活性の経時劣化を抑制して、高いα−オレフィン低重合体選択率及びα−オレフィン低重合体収率で、α−オレフィン低重合体を効率的に製造する方法を提供することを課題とする。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、α−オレフィンの低重合反応の触媒として用いる遷移金属原子含有化合物(a)、窒素原子含有化合物(b)、アルキルアルミニウム化合物(c)及び塩素原子含有化合物(d)のうち、塩素原子含有化合物(d)として、アルキルアルミニウム化合物(c)に対する反応性に係る塩素原子脱離速度の異なる2種以上の化合物をそれぞれ所定の割合で用いることにより、上記課題を解決することができることを見出した。
即ち、本発明の要旨は、以下の[1]〜[7]に存する。
[1] 遷移金属原子含有化合物(a)、窒素原子含有化合物(b)、アルキルアルミニウム化合物(c)及び塩素原子含有化合物(d)を含む触媒と反応溶媒との存在下に、α−オレフィンの低重合反応を行ってα−オレフィン低重合体を製造する方法であって、
前記塩素原子含有化合物(d)が、塩素化炭化水素化合物及び塩素化典型金属原子含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも2種の化合物を含み、ただし、前記塩素原子含有化合物(d)は塩素化炭化水素化合物を必須成分として含み、
前記塩素原子含有化合物(d)に含まれる塩素化炭化水素化合物の下記測定方法で求められる塩素原子脱離速度がいずれも、1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度以上であり、
前記少なくとも2種の化合物を含む塩素原子含有化合物(d)は、第1の塩素原子含有化合物(d)−1と、前記第1の塩素原子含有化合物(d)−1よりも塩素原子脱離速度が小さい第2の塩素原子含有化合物(d)−2とを含み、かつ、
前記低重合反応系内における遷移金属原子に対する前記塩素原子含有化合物(d)の量が2モル倍以上50モル倍以下、及び、前記塩素原子含有化合物(d)の全量に対する前記第2の塩素原子含有化合物(d)−2の量の割合が1モル%以上49モル%以下となるように、前記塩素原子含有化合物(d)を前記低重合反応系に供給する、α−オレフィン低重合体の製造方法。
<塩素化炭化水素化合物からの塩素原子脱離速度の測定方法>
アルキルアルミニウム化合物(c)を反応溶媒で0.15mol/Lに希釈した液60mlに、測定対象の塩素化炭化水素化合物を前記反応溶媒で0.10mol/Lに希釈した液15mlを添加後、80℃で2時間撹拌し、次いで、前記塩素化炭化水素化合物の残存濃度をガスクロマトグラフで分析し、前記塩素化炭化水素化合物の残存量と反応時間から、前記塩素化炭化水素化合物中の塩素原子が前記アルキルアルミニウム化合物(c)により引き抜かれる塩素原子脱離速度を求める。
[2] 前記第1の塩素原子含有化合物(d)−1が塩素化典型金属原子含有化合物を含み、前記第2の塩素原子含有化合物(d)−2が塩素化炭化水素化合物である、前記[1]に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[3] 前記第1の塩素原子含有化合物(d)−1及び前記第2の塩素原子含有化合物(d)−2がともに塩素化炭化水素化合物である、前記[1]に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[4] 前記塩素原子含有化合物(d)が、塩素化飽和炭化水素化合物及び塩素化ベンジル化合物の少なくともいずれか一方を含む、前記[2]又は[3]に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[5] 前記アルキルアルミニウム化合物(c)がトリエチルアルミニウムである、前記[1]〜[4]のいずれか1に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[6] 前記遷移金属原子含有化合物(a)における遷移金属がクロムを含み、前記窒素原子含有化合物(b)がピロール化合物を含む、前記[1]〜[5]のいずれか1に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[7] 前記α−オレフィンがエチレンであり、前記α−オレフィン低重合体が1−ヘキセンである、前記[1]〜[6]のいずれか1に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
本発明によれば、α−オレフィンの低重合反応によるα−オレフィン低重合体の製造において、触媒活性の経時劣化を抑制して、高いα−オレフィン低重合体選択率及びα−オレフィン低重合体収率で、α−オレフィン低重合体を効率的に製造することができる。
図1は、本発明のα−オレフィン低重合体の製造方法の一形態を示すプロセスフロー図である。 図2は、実施例9及び比較例3、4における(d)−2/(d)[モル%]と触媒活性[g/g−Cr]との関係を示すグラフである。 図3は、実施例10〜12及び比較例5、6における(d)−2/(d)[モル%]と触媒活性[g/g−Cr]との関係を示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本発明のα−オレフィン低重合体の製造方法は、遷移金属原子含有化合物(a)、窒素原子含有化合物(b)、アルキルアルミニウム化合物(c)及び塩素原子含有化合物(d)を含む触媒と反応溶媒との存在下に、α−オレフィンの低重合反応を行ってα−オレフィン低重合体を製造する方法であって、前記塩素原子含有化合物(d)は、塩素化炭化水素化合物及び塩素化典型金属原子含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも2種の化合物を含み、ただし、前記塩素原子含有化合物(d)は塩素化炭化水素化合物を必須成分として含む。すなわち、塩素化炭化水素化合物と、塩素化典型金属原子含有化合物及び前記塩素化炭化水素化合物とは異なる別の塩素化炭化水素化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物との、少なくとも2種の化合物を含む。
前記塩素化炭化水素化合物の下記測定方法で求められる塩素原子脱離速度はいずれも、1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度以上であり、前記少なくとも2種の化合物を含む塩素原子含有化合物(d)は、第1の塩素原子含有化合物(d)−1と、前記第1の塩素原子含有化合物(d)−1よりも塩素原子脱離速度が小さい第2の塩素原子含有化合物(d)−2とを含む。
また、前記低重合反応系内における遷移金属原子に対する前記塩素原子含有化合物(d)の量が2モル倍以上50モル倍以下、及び、前記塩素原子含有化合物(d)の全量に対する前記第2の塩素原子含有化合物(d)−2の量の割合が1モル%以上49モル%以下となるように、前記塩素原子含有化合物(d)を低重合反応系に供給する。
<塩素化炭化水素化合物からの塩素原子脱離速度の測定方法>
アルキルアルミニウム化合物(c)を反応溶媒で0.15mol/Lに希釈した液60mlに、測定対象の塩素化炭化水素化合物を前記反応溶媒で0.10mol/Lに希釈した液15mlを添加後、80℃で2時間撹拌し、次いで、前記塩素化炭化水素化合物の残存濃度をガスクロマトグラフで分析し、前記測定対象の化合物の残存量と反応時間から、前記塩素化炭化水素化合物中の塩素原子が前記アルキルアルミニウム化合物(c)により引き抜かれる塩素原子脱離速度を求める。
即ち、測定対象の塩素化炭化水素化合物の仕込量(mol)から測定対象の塩素化炭化水素化合物の残存量(mol)を差し引いて、塩素原子が脱離した化合物量(mol)を求め、これを反応時間で除することにより、塩素原子脱離速度を算出することができる。
[メカニズム]
本発明において、触媒成分のうち、塩素原子含有化合物(d)として、塩素原子脱離速度が1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度以上のものを2種以上用い、高塩素原子脱離速度の第1の塩素原子含有化合物(d)−1と、第1の塩素原子含有化合物(d)−1よりも塩素原子脱離速度が小さい低塩素原子脱離速度の第2の塩素原子含有化合物(d)−2とを併用することにより、触媒活性の経時劣化の抑制、α−オレフィン低重合体の選択率及び収率の向上効果が得られる。そのメカニズムの詳細は明らかではないが、以下の通り推定される。
高塩素原子脱離速度の第1の塩素原子含有化合物(d)−1は塩素原子の脱離性に優れるため、反応系内で塩素原子を速やかに供給して他の触媒成分と共に触媒活性種を形成する。例えば、第1の塩素原子含有化合物(d)−1がヘキサクロロエタンの場合、塩素原子を供給して自らはテトラクロロエチレンとなる。なお、ヘキサクロロエタンの塩素原子脱離速度は、1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度以上であり、前記テトラクロロエチレンの塩素原子脱離速度は、1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度より低い。このように塩素原子の供給により形成された触媒活性種は低重合反応を繰り返すと次第にこの活性種は劣化触媒種となる。
本発明では、第1の塩素原子含有化合物(d)−1と共に、第1の塩素原子含有化合物(d)−1よりも塩素原子脱離速度の遅い第2の塩素原子含有化合物(d)−2を併用することで、第1の塩素原子含有化合物(d)−1が塩素原子を放出して形成された触媒活性種が劣化触媒種となった後、この劣化触媒種に対して第2の塩素原子含有化合物(d)−2から塩素原子が供給され、触媒活性種が再形成される。
このように第2の塩素原子含有化合物(d)−2を併用することで、第1の塩素原子含有化合物(d)−1由来の劣化触媒種を触媒活性種に変換し、触媒活性を長期に亘り維持できるようになる。また、このように、第2の塩素原子含有化合物(d)−2は、第1の塩素原子含有化合物(d)−1により形成された触媒活性種が劣化した触媒種に対して作用するためのものであるため、第1の塩素原子含有化合物(d)−1に対して少ない量で足りる。そのため、本発明では、第2の塩素原子含有化合物(d)−2の量は、塩素原子含有化合物(d)の量に対して1モル%以上49モル%以下とする。
なお、1,1,2,2−テトラクロロエタンよりも塩素原子脱離速度が遅い塩素原子含有化合物では、塩素原子の供給が遅すぎ、上記の改善効果が小さいと推定される。従って、本発明では、塩素原子含有化合物(d)として、塩素原子脱離速度が1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度以上のものを2種以上用いる。
すなわち、1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度未満のものは、本発明における塩素原子含有化合物(d)には含まれない。例えば、前述のヘキサクロロエタンは、塩素原子を供給してテトラクロロエチレンとなるが、テトラクロロエチレンの塩素原子脱離速度は、1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度より低いため本発明における塩素原子含有化合物(d)には含まれない。
本発明における塩素化炭化水素化合物の塩素原子脱離速度の測定方法は、塩素化炭化水素化合物とアルキルアルミニウム化合物(c)との反応による塩素化炭化水素化合物の分解速度に基づいて塩素原子の塩素原子脱離速度を求めるものである。例えば、塩素化炭化水素化合物の塩素原子が、ルイス酸であるトリエチルアルミニウムの空軌道に配位し、その後、塩素原子が脱離する、その際の速度を評価する。
また、化学結合の強さは原子間の結合エネルギーで表され、共有結合>イオン結合である。よって、上記の反応による塩素原子脱離速度は、[塩素化典型金属原子含有化合物]>[塩素化炭化水素化合物]となると定義する。すなわち、塩素原子含有化合物(d)として塩素化典型金属原子含有化合物と塩素化炭化水素化合物が含まれる場合には、塩素化典型金属原子含有化合物が第1の塩素原子含有化合物(d)−1に含まれることとなり、塩素化典型金属原子含有化合物の塩素原子脱離速度を測定する必要はない。
また、後述するように、塩素原子含有化合物(d)として3種以上の化合物が含まれる場合には、前記塩素原子脱離速度の最も遅い塩素原子化合物を(d)−2とし、それより速い2種以上の塩素原子含有化合物を全て(d)−1とする。そのため、塩素原子含有化合物(d)として塩素化典型金属原子含有化合物が2種以上、塩素化炭化水素化合物が1種以上含まれる場合にも、2種以上の塩素化典型金属原子含有化合物はいずれも塩素原子化合物(d)−1となり、塩素原子脱離速度の最も遅い塩素化炭化水素化合物が塩素原子化合物(d)−2となるから、この場合でも塩素化典型金属原子含有化合物の塩素原子脱離速度を測定する必要はない。
従って、塩素化典型金属原子含有化合物を第1の塩素原子含有化合物(d)−1として用い、塩素化炭化水素化合物を第2の塩素原子含有化合物(d)−2として用いるか、或いは、塩素原子脱離速度の異なる塩素化炭化水素化合物を2種以上用いた場合には、上記の塩素化炭化水素化合物の塩素原子脱離速度の測定方法に従って塩素原子脱離速度を求め、塩素原子脱離速度の最も遅い化合物を第2の塩素原子含有化合物(d)−2とし、それ以外の化合物を第1の塩素原子含有化合物(d)−1とすればよい。
前記の塩素原子脱離速度の測定方法において、反応溶媒としては低重合反応に用いる反応溶媒(脱水品)と同じ溶媒を用いることが好ましいが、必ずしも同一である必要はなく、後述の反応溶媒の中から選ばれるものの1種又は2種以上を用いてもよい。
また、 前記の塩素原子脱離速度の測定方法において用いるアルキルアルミニウム化合物(c)としても、低重合反応に用いるアルキルアルミニウム化合物(c)と同じ化合物を用いることが好ましいが、必ずしも同一である必要はなく、後述のアルキルアルミニウム化合物(c)の例示物の中から1種又は2種以上を選択して使用してもよい。アルキルアルミニウム化合物(c)は、空気中の酸素及び水分と容易に反応し形態が変わる為、反応中を含め、酸素、水分を実質含有していない窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で取り扱う。
なお、塩素原子脱離速度の測定における反応温度は80℃とする。ただし、測定対象である塩素原子含有化合物に対して、塩素原子脱離速度の差異が判定し難い場合には、反応温度を変更して測定することも可能である。その場合50℃まで下げるか、140℃まで上げて行ってもよい。
また、塩素原子脱離速度の測定において、塩素原子含有化合物、アルキルアルミニウム化合物(c)及び/又は溶媒が反応器外へ揮散するおそれがある場合には、密閉系の反応器を使用する。
化合物の塩素原子脱離速度の差異は、同一の反応条件(温度、時間、モル濃度、アルキルアルミニウム化合物(c)、溶媒、撹拌回転数等)で判定する。
[原料α−オレフィン]
本発明のα−オレフィン低重合体の製造方法において、原料として使用するα−オレフィンとしては、例えば、炭素数が2〜8の置換又は無置換のα−オレフィンが挙げられる。このようなα−オレフィンの具体例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン等が挙げられる。中でも、本発明の原料のα−オレフィンとしてはエチレンが好適である。
原料のα−オレフィンは1種を単独で用いても、複数用いてもよい。
[α−オレフィン低重合体]
本発明で製造されるα−オレフィン低重合体とは、前記原料α−オレフィンを低重合反応させたものである。α−オレフィンの低重合反応とは、原料α−オレフィンをオリゴマー化することである。
α−オレフィン低重合体とは、原料α−オレフィンが数個結合したオリゴマーを意味し、得られるα−オレフィン低重合体は1種でも複数種が含まれた混合物でもよい。
具体的には、原料であるα−オレフィンが2個〜10個、好ましくは2個〜5個結合したオリゴマーのことである。エチレンを原料とした場合、目的生成物であるα−オレフィン低重合体としては、炭素数4〜10の置換又は無置換の直鎖又は分岐鎖のα−オレフィンが好ましく、炭素数4〜10の無置換の直鎖のα−オレフィンがより好ましい。具体的には、エチレンの二量体である1−ブテン、三量体である1−ヘキセン、四量体である1−オクテン、五量体である1−デセン等が挙げられ、1−ヘキセン又は1−オクテンが好ましく、1−ヘキセンがより好ましい。目的生成物が1−ヘキセンである場合、生成物の混合物中、1−ヘキセンの含有率は90重量%以上が好ましい。
また、エチレンを原料として用いる場合、99.9mol%以上の高純度エチレンを用いることが望ましいが、原料中にエチレン以外の不純物成分を含んでいても構わない。具体的な不純物成分としては、メタン、エタン、窒素、プロパン、プロピレン、プロパジエン、1,3−ブタジエン、メタノール、プロパノール、水素、酸素、水、アセチレン、二酸化炭素、一酸化炭素、硫化水素、硫化カルボニル、アルシン、オイル、窒素含有化合物類、カルボニル化合物類、酸素含有化合物類、塩素含有化合物類等が挙げられる。
メタン、エタン、窒素については、原料のエチレンに対して0.1mol%以下、プロパン、プロピレンについては、原料のエチレンに対して10molppm以下であることが好ましい。
プロパジエン、1,3−ブタジエン、メタノール、プロパノール、水素、酸素、水、アセチレン、二酸化炭素、アルシン、オイル、窒素含有化合物類、カルボニル化合物類、酸素含有化合物類、塩素含有化合物類、リン含有化合物類については、触媒の被毒を防止するため、原料のエチレンに対して5molppm以下であることが好ましく、1molppm以下であることが更に好ましい。
一酸化炭素、硫化水素、硫化カルボニルは、触媒を強く被毒すると考えられるため、原料のエチレンに対して1molppm以下であることが好ましく、0.2molppm以下であることが更に好ましい。
[触媒]
本発明で使用する触媒は、遷移金属原子含有化合物(a)、窒素原子含有化合物(b)、アルキルアルミニウム化合物(c)及び塩素原子含有化合物(d)を含有する。
<遷移金属原子含有化合物(a)>
本発明の触媒の構成成分として好適に使用される遷移金属原子含有化合物(a)(以下「触媒成分(a)」と称す場合がある。)に含有される金属としては、遷移金属であれば特に限定されないが、中でも、周期表第4〜6族の遷移金属が好ましく用いられる。具体的に、好ましくはクロム、チタン、ジルコニウム、バナジウム及びハフニウムからなる群より選ばれる1種類以上の金属であり、更に好ましくはクロム又はチタンであり、最も好ましくはクロムである。
遷移金属原子含有化合物(a)は、通常一般式MeZで表される1種以上の化合物である。ここで、一般式MeZ中、Meは遷移金属元素であり、Zは任意の有機基又は無機基もしくは陰性原子である。nは1から6の整数を表し、2以上が好ましい。nが2以上の場合、Zは同一又は相互に異なっていても良い。
有機基としては、置換基を有していても良い炭素数1〜30の炭化水素を含有した各種有機基が挙げられ、具体的には、カルボニル基、アルコキシ基、カルボキシル基、β−ジケトナート基、β−ケトカルボキシル基、β−ケトエステル基、アミド基等が挙げられる。
無機基としては、硝酸基、硫酸基等の金属塩形成基が挙げられる。
陰性原子としては、酸素、ハロゲン等が挙げられる。なお、ハロゲンが含まれる遷移金属原子含有化合物(a)は、後述する塩素原子含有化合物(d)には含まれない。
遷移金属がクロムである遷移金属原子含有化合物(a)(以下、「クロム含有化合物」と呼ぶことがある。)の場合、具体例としては、クロム(IV)−tert−ブトキシド、クロム(III)アセチルアセトナート、クロム(III)トリフルオロアセチルアセトナート、クロム(III)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、クロム(III)(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)、Cr(PhCOCHCOPh)(但し、ここでPhはフェニル基を示す。)、クロム(II)アセテート、クロム(III)アセテート、クロム(III)2−エチルヘキサノエート、クロム(III)ベンゾエート、クロム(III)ナフテネート、クロム(III)ヘプタノエート、Cr(CHCOCHCOOCH、塩化第一クロム、塩化第二クロム、臭化第一クロム、臭化第二クロム、ヨウ化第一クロム、ヨウ化第二クロム、フッ化第一クロム、フッ化第二クロム等が挙げられる。
遷移金属がチタンである遷移金属原子含有化合物(a)(以下、「チタン含有化合物」と呼ぶことがある。)の場合、具体例としては、TiCl、TiBr、TiI、TiBrCl、TiBrCl、Ti(OC、Ti(OCCl、Ti(O−n−C、Ti(O−n−CCl、Ti(O−iso−C、Ti(O−iso−CCl、Ti(O−n−C、Ti(O−n−CCl、Ti(O−iso−C、Ti(O−iso−CCl、Ti(O−tert−C、Ti(O−tert−CCl、TiCl(thf)(左記化学式中、thfはテトラヒドロフランを表す。)、Ti((CHN)、Ti((CN)、Ti((n−CN)、Ti((iso−CN)、Ti((n−CN)、Ti((tert−CN)、Ti(OSOCH、Ti(OSO、Ti(OSO、Ti(OSO、TiCpCl、TiCpClBr(左記化学式中、Cpはシクロペンタジエニル基を表す。以下のジルコニウム含有化合物においても同様である。)、Ti(OCOC、Ti(OCOCCl、Ti(OCOC、Ti(OCOCCl、Ti(OCOC、Ti(OCOCCl、Ti(OCOC、Ti(OCOCClなどが挙げられる。
遷移金属がジルコニウムである遷移金属原子含有化合物(a)(以下、「ジルコニウム含有化合物」と呼ぶことがある。)の場合、具体例としては、ZrCl、ZrBr、ZrI、ZrBrCl、ZrBrCl、Zr(OC、Zr(OCCl、Zr(O−n−C、Zr(O−n−CCl、Zr(O−iso−C、Zr(O−iso−CCl、Zr(O−n−C、Zr(O−n−CCl、Zr(O−iso−C、Zr(O−iso−CCl、Zr(O−tert−C、Zr(O−tert−CCl、Zr((CHN)、Zr((CN)、Zr((n−CN)、Zr((iso−CN)、Zr((n−CN)、Zr((tert−CN)、Zr(OSOCH、Zr(OSO、Zr(OSO、Zr(OSO、ZrCpCl、ZrCpClBr、Zr(OCOC、Zr(OCOCCl、Zr(OCOC、Zr(OCOCCl、Zr(OCOC、Zr(OCOCCl、Zr(OCOC、Zr(OCOCCl、ZrCl(HCOCFCOF)、ZrCl(CHCOCFCOCHなどが挙げられる。
遷移金属がハフニウムである遷移金属原子含有化合物(a)(以下、「ハフニウム含有化合物」と呼ぶことがある。)の場合、具体例としては、ジメチルシリレンビス{1−(2−メチル−4−イソプロピル−4H−アズレニル)}ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス{1−(2−メチル−4−フェニル−4H−アズレニル)}ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス〔1−{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4H−アズレニル}〕ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス〔1−{2−メチル−4−(4−フルオロフェニル)−4H−アズレニル}〕ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス〔1−{2−メチル−4−(3−クロロフェニル)−4H−アズレニル}〕ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス[1−{2−メチル−4−(2,6−ジメチルフェニル)−4H−アズレニル}]ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス{1−(2−メチル−4,6−ジイソプロピル−4H−アズレニル)}ハフニウムジクロリド、ジフェニルシリレンビス{1−(2−メチル−4−フェニル−4H−アズレニル)}ハフニウムジクロリド、メチルフェニルシリレンビス{1−(2−メチル−4−フェニル−4H−アズレニル)}ハフニウムジクロリド、メチルフェニルシリレンビス〔1−{2−メチル−4−(1−ナフチル)−4H−アズレニル}〕ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス{1−(2−エチル−4−フェニル−4H−アズレニル)}ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス〔1−{2−エチル−4−(1−アントラセニル)−4H−アズレニル}〕ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス〔1−{2−エチル−4−(2−アントラセニル)−4H−アズレニル}〕ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス〔1−{2−エチル−4−(9−フェナンスリル)−4H−アズレニル}〕ハフニウムジクロリド、ジメチルメチレンビス[1−{2−メチル−4−(4−ビフェニリル)−4H−アズレニル}]ハフニウムジクロリド、ジメチルゲルミレンビス[1−{2−メチル−4−(4−ビフェニリル)−4H−アズレニル}]ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス{1−(2−エチル−4―(3,5−ジメチル−4−トリメチルシリルフェニル−4H−アズレニル)}ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレン[1−{2−メチル−4−(4−ビフェニリル)−4H−アズレニル}][1−{2−メチル−4−(4−ビフェニリル)インデニル}]ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレン{1−(2−エチル−4−フェニル−4H−アズレニル)}{1−(2−メチル−4,5−ベンゾインデニル)}ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス{1−(2−メチル−4−フェニルインデニル)}ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス{1−(2−メチル−4,5−ベンゾインデニル)}ハフニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス〔1−{2−メチル−4−(1−ナフチル)インデニル}〕ハフニウムジクロリド等が挙げられる。
これらの遷移金属原子含有化合物(a)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの遷移金属原子含有化合物(a)の中でも、クロム含有化合物が好ましく、クロム含有化合物の中でも特に好ましくはクロム(III)2−エチルヘキサノエートである。
<窒素原子含有化合物(b)>
本発明において、触媒の構成成分として好適に使用される窒素原子含有化合物(b)(以下「触媒成分(b)」と称す場合がある。)は、特に限定されないが、アミン類、アミド類又はイミド類等が挙げられる。
アミン類としては、例えばピロール化合物、インドール化合物が挙げられる。ピロール化合物の具体例としては、ピロール及び2,4−ジメチルピロール、2,5−ジメチルピロール、2,5−ジエチルピロール、2,4−ジエチルピロール、2,5−ジ−n−プロピルピロール、2,5−ジ−n−ブチルピロール、2,5−ジ−n−ペンチルピロール,2,5−ジ−n−ヘキシルピロール、2,5−ジベンジルピロール,2,5−ジイソプロピルピロール、2−メチル−5−エチルピロール、2,5−ジメチル−3−エチルピロール、3,4−ジメチルピロールのようなアルキルピロール、3,4−ジクロロピロール、2,3,4,5−テトラクロロピロールのようなハロゲン化ピロール、2−アセチルピロールのようなアセチルピロール、2つのピロール環が置換基を介して結合したジピロール等のピロール又はこれらの誘導体が挙げられる。インドール化合物としては、インドール及び2−メチルインドールのようなアルキルインドールが挙げられる。
誘導体としては、例えば、金属ピロライド誘導体が挙げられ、具体例としては、例えば、ジエチルアルミニウムピロライド、エチルアルミニウムジピロライド、アルミニウムトリピロライド、ジエチルアルミニウム(2,5−ジメチルピロライド)、エチルアルミニウムビス(2,5−ジメチルピロライド)、アルミニウムトリス(2,5−ジメチルピロライド)、ジエチルアルミニウム(2,5−ジエチルピロライド)、エチルアルミニウムビス(2,5−ジエチルピロライド)、アルミニウムトリス(2,5−ジエチルピロライド)等のアルミニウムピロライド類、ナトリウムピロライド、ナトリウム(2,5−ジメチルピロライド)等のナトリウムピロライド類、リチウムピロライド、リチウム(2,5−ジメチルピロライド)等のリチウムピロライド類、カリウムピロライド、カリウム(2,5−ジメチルピロライド)等のカリウムピロライド類が挙げられる。なお、アルミニウムピロライド類は、後述のアルキルアルミニウム化合物(c)には含まれない。また、ハロゲンを含有するピロール化合物は、後述の塩素原子含有化合物(d)には含まれない。
また、ビス(ジエチルホスフィノ−エチル)アミン、ビス(ジフェニルホスフィノ−エチル)アミン、N,N−ビス(ジフェニルホスフィノ)メチルアミン、N,N−ビス(ジフェニルホスフィノ)イソプロピルアミン、N,N−ビス(ジフェニルホスフィノ)−1,2−ジメチルプロピルアミンのようなジホスフィノアミン類でもよい。
アミド類としては、例えば、アセトアミド、N−メチルヘキサンアミド、スクシンアミド、マレアミド、N−メチルベンズアミド、イミダゾール−2−カルボキソアミド、ジ−2−テノイルアミン、β−ラクタム、δ−ラクタム、ε−カプロラクタム又はこれらと周期表の第1、2若しくは13族の金属との塩が挙げられる。
イミド類としては、例えば、1,2−シクロヘキサンジカルボキシイミド、スクシンイミド、フタルイミド、マレイミド、2,4,6−ピペリジントリオン、ペルヒドロアゼシン−2,10−ジオン又はこれらと周期表の第1、2若しくは13族の金属との塩が挙げられる。
スルホンアミド類およびスルホンイミド類としては、例えば、ベンゼンスルホンアミド、N−メチルメタンスルホンアミド、N−メチルトリフルオロメチルスルホンアミド、又はこれらと周期表の第1、2若しくは13族の金属との塩が挙げられる。
これらの窒素原子含有化合物(b)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明では、これらの中でも、アミン類が好ましく、中でもピロール化合物がより好ましく、特に好ましくは2,5−ジメチルピロール又はジエチルアルミニウム(2,5−ジメチルピロライド)である。
<アルキルアルミニウム化合物(c)>
本発明の触媒成分として好適に使用されるアルキルアルミニウム化合物(c)(以下「触媒成分(c)」と称す場合がある。)は、特に限定されないが、トリアルキルアルミニウム化合物、アルコキシアルキルアルミニウム化合物、水素化アルキルアルミニウム化合物、アルキルアルミノキサン化合物などが挙げられる。
なお、塩素化アルキルアルミニウム化合物は、アルキルアルミニウム化合物(c)には含まれず、後述の塩素原子含有化合物(d)に含まれるものとする。
トリアルキルアルミニウム化合物としては、1つのアルキル基の炭素数が1〜8であるトリアルキルアルミニウム化合物が挙げられ、例えばトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウムが挙げられる。アルコキシアルミニウム化合物としては、例えばジエチルアルミニウムエトキシドが挙げられる。水素化アルキルアルミニウム化合物としては、例えばジエチルアルミニウムヒドリドが挙げられる。アルキルアミノキサン化合物としては、例えばメチルアルミノキサンが挙げられる。
これらのアルキルアルミニウム化合物(c)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、トリアルキルアルミニウム化合物が好ましく、トリエチルアルミニウムが更に好ましい。
<塩素原子含有化合物(d)>
本発明において、塩素原子含有化合物(d)(以下、「触媒成分(d)」と称す場合がある。)としては、塩素化炭化水素化合物と、塩素化典型金属原子含有化合物及び別の塩素化炭化水素化合物から選ばれる少なくとも1の化合物の、合計少なくとも2種の化合物が好ましい。
このうち、塩素化典型金属原子含有化合物としては、周期表第12族〜15族の典型金属原子を含有する塩素化合物が挙げられ、具体的には、ジエチルアルミニウムクロリド、エチルアルミニウムセスキクロリド、エチルアルミニウムジクロリド、三塩化アルミニウム、エチルアルミニウムエトキシクロリド、塩化錫(II)、塩化錫(IV)、四塩化ゲルマニウム、塩化アンチモン(III)、塩化アンチモン(V)、塩化亜鉛等が挙げられる。
塩素化炭化水素化合物としては、塩素原子脱離速度が1,1,2,2−テトラクロロエタン以上であればよく、例えば、四塩化炭素、アリルクロリド、塩素化飽和炭化水素化合物、塩素化ベンジル化合物、塩素化芳香族多環化合物が挙げられる。中でも、塩素化飽和炭化水素化合物及び塩素化ベンジル化合物の少なくともいずれか一方を含むことがα−オレフィンの低重合反応によるα−オレフィン低重合体の選択率向上の点から好ましく、塩素化飽和炭化水素化合物の炭素数は2以上、10以下がより好ましい。
炭素数2以上10以下の塩素化飽和炭化水素化合物としては、1,1,2,2−テトラクロロエタン、ペンタクロロエタン、ヘキサクロロエタン等が挙げられる。
塩素化ベンジル化合物としては、ベンジルクロリド、(1−クロロエチル)ベンゼン、2−メチルベンジルクロリド、3−メチルベンジルクロリド、4−メチルベンジルクロリド、4−エチルベンジルクロリド、4−イソプロピルベンジルクロリド、4−tert−ブチルベンジルクロリド、4−ビニルベンジルクロリド、α−エチル−4−メチルベンジルクロリド、α,α’−ジクロロ−o−キシレン、α,α’−ジクロロ−m−キシレン、α,α’−ジクロロ−p−キシレン、2,4−ジメチルベンジルクロリド、2,5−ジメチルベンジルクロリド、2,6−ジメチルベンジルクロリド、3,4−ジメチルベンジルクロリド、2,4,5−トリメチルベンジルクロリド、2,4,6−トリメチルベンジルクロリド、2,4,6−トリイソプロピルベンジルクロリド、2,3,5,6−テトラメチルベンジルクロリド、2−クロロベンジルクロリド、3−クロロベンジルクロリド、4−クロロベンジルクロリド、2−ブロモベンジルクロリド、3−ブロモベンジルクロリド、4−ブロモベンジルクロリド、2−フルオロベンジルクロリド、3−フルオロベンジルクロリド、4−フルオロベンジルクロリド、2−ニトロベンジルクロリド、3−ニトロベンジルクロリド、4−ニトロベンジルクロリド、2−シアノベンジルクロリド、3−シアノベンジルクロリド、4−シアノベンジルクロリド、2−メトキシベンジルクロリド、3−メトキシベンジルクロリド、4−メトキシベンジルクロリド、2−フェノキシベンジルクロリド、4−(メチルチオ)ベンジルクロリド、4−(トリフルオロメトキシ)ベンジルクロリド、1−(1−クロロエチル)−4−ニトロベンゼン、2,3−ジクロロベンジルクロリド、2,4−ジクロロベンジルクロリド、2,6−ジクロロベンジルクロリド、3,4−ジクロロベンジルクロリド、2,4−ジフルオロベンジルクロリド、2,6−ジフルオロベンジルクロリド、2−クロロ−4−フルオロベンジルクロリド、2−クロロ−6−フルオロベンジルクロリド、4−ブロモ−2−フルオロベンジルクロリド、2−メチル−3−ニトロベンジルクロリド、4−メチル−3−ニトロベンジルクロリド、5−メチル−2−ニトロベンジルクロリド、2−メチル−2−フェノキシベンジルクロリド、α,α’,2,3,5,6−ヘキサクロロ−p−キシレン、α,α’,2,4,5,6−ヘキサクロロ−m−キシレン等が挙げられる。
また、塩素化芳香族多環化合物としては、1−(クロロメチル)ナフタレン、1−(クロロメチル)−2−メチルナフタレン、1,4−ビス−クロロメチル−2,3−ジメチルナフタレン、1,8−ビス−クロロメチル−2,3,4,5,6,7−ヘキサメチルナフタレン、9−(クロロメチル)アントラセン、9,10−ビス(クロロメチル)アントラセン、7−(クロロメチル)ベンズアントラセン、7−クロロメチル−12−メチルベンズアントラセン等が挙げられる。
本発明においては、塩素原子含有化合物(d)として、前述の塩素原子脱離速度が1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度以上であり、かつ、互いに塩素原子脱離速度が異なる少なくとも2種の化合物を用いることを特徴とする。また、このうち、塩素原子脱離速度の大きい1種以上の化合物を第1の塩素原子含有化合物(d)−1とし、塩素原子脱離速度が最も小さい化合物を第2の塩素原子含有化合物(d)−2とし、これら化合物を後述の通り、所定の割合で用いることを特徴とする。
1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度未満の塩素原子含有化合物としては、例えば、クロロブタン、1、2−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン(パークロロエチレン)等が挙げられる。これらは、本発明において、塩素原子含有化合物(d)である塩素化炭化水素化合物には包含されない。
第1の塩素原子含有化合物(d)−1と第2の塩素原子含有化合物(d)−2の組み合わせとしては、例えば塩素化典型金属原子含有化合物と塩素化炭化水素化合物の組み合わせや、塩素化炭化水素化合物と塩素化炭化水素化合物の組み合わせといった態様が挙げられる。
以下に、塩素原子含有化合物(d)が2種の化合物からなる場合における、より具体的化合物の組み合わせを例示する。以下においては、第1の塩素原子含有化合物(d)−1+第2の塩素原子含有化合物(d)−2の順に例示する。
<塩素化典型金属原子含有化合物と塩素化炭化水素化合物の組み合わせ>
ジエチルアルミニウムクロリド+ヘキサクロロエタン
ジエチルアルミニウムクロリド+1,1,2,2−テトラクロロエタン
ジエチルアルミニウムクロリド+ベンジルクロリド
塩化錫(IV)+ヘキサクロロエタン
塩化錫(IV)+1,1,2,2−テトラクロロエタン
塩化錫(IV)+ベンジルクロリド
四塩化ゲルマニウム+ヘキサクロロエタン
四塩化ゲルマニウム+1,1,2,2−テトラクロロエタン
四塩化ゲルマニウム+ベンジルクロリド
塩化アンチモン(III)+ヘキサクロロエタン
塩化アンチモン(III)+1,1,2,2−テトラクロロエタン
塩化アンチモン(III)+ベンジルクロリド
<塩素化炭化水素化合物と塩素化炭化水素化合物の組み合わせ>
ベンジルクロリド+アリルクロリド
ベンジルクロリド+ヘキサクロロエタン
ベンジルクロリド+1,1,2,2−テトラクロロエタン
アリルクロリド+ヘキサクロロエタン
アリルクロリド+1,1,2,2−テトラクロロエタン
ヘキサクロロエタン+1,1,2,2−テトラクロロエタン
上記の通り、化合物は第1の塩素原子含有化合物(d)−1及び第2の塩素原子含有化合物(d)−2のどちらか一方に必ずしも特定されるものではなく、ベンジルクロリド、ヘキサクロロエタンのように、組み合わせる他の塩素原子含有化合物により、第1の塩素原子含有化合物(d)−1にも第2の塩素原子含有化合物(d)−2にもなり得る化合物がある。
なお、1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度以上の化合物、即ち塩素原子含有化合物(d)を3種類以上用いた場合、前記塩素原子脱離速度の最も遅い塩素原子化合物を(d)−2とし、それより速い2種以上の塩素原子含有化合物を全て(d)−1とする。そのため、塩素原子含有化合物(d)における第1の塩素原子含有化合物(d)−1の量の割合は、塩素原子脱離速度が最も遅い第2の塩素原子化合物(d)−2以外の他の塩素原子含有化合物の総和となる。
例えば、塩素原子含有化合物(d)がベンジルクロリド、ヘキサクロロエタン及びアリルクロリドの3種の化合物である場合、ベンジルクロリドとアリルクロリドが第1の塩素原子含有化合物(d)−1となり、ヘキサクロロエタンが第2の塩素原子化合物(d)−2となる。
<触媒成分の供給量>
遷移金属原子含有化合物(a)、窒素原子含有化合物(b)、アルキルアルミニウム化合物(c)及び塩素原子含有化合物(d)の各構成成分の比率は、特に限定されないが、通常、遷移金属原子含有化合物(a)1モルに対し、窒素原子含有化合物(b)1モル〜50モル、好ましくは2モル〜30モルであり、アルキルアルミニウム化合物(c)1モル〜200モル、好ましくは10モル〜150モルである。また、遷移金属原子含有化合物(a)1モルに対し、塩素原子含有化合物(d)(第1の塩素原子含有化合物(d)−1と第2の塩素原子含有化合物(d)−2の合計)の下限は通常2モル、好ましくは3モル、更に好ましくは4モル、上限は通常50モル、好ましくは30モル、より好ましくは25モル、更に好ましくは20モルである。なお、遷移金属原子含有化合物(a)1モルに対するモル数とは、低重合反応系内における遷移金属原子に対するモル倍量と同義である。
本発明においてはまた、塩素原子含有化合物(d)(第1の塩素原子含有化合物(d)−1と第2の塩素原子含有化合物(d)−2の合計)に対する第2の塩素原子含有化合物(d)−2のモル比の割合を、通常1%〜49%、好ましくは2%〜45%、更に好ましくは4%〜40%となるように、反応系に塩素原子含有化合物(d)を供給する。
塩素原子含有化合物(d)の供給量が上記上限よりも多いと触媒活性種への塩素原子の配位が多くなりすぎ、原料であるα−オレフィンの配位を阻害する為、反応活性が低下するおそれがある。また塩素原子含有化合物(d)の供給量が上記下限よりも少ないと、前記の通り、反応開始後の触媒活性種が不足し、反応活性が低下するおそれがある。
第2の塩素原子含有化合物(d)−2が上記上限よりも多いと反応活性が低下するおそれがあり、上記下限よりも少ないと前記の通り、第1の塩素原子含有化合物(d)−1により形成された触媒活性種が劣化触媒種になることを抑制することができないおそれがある。すなわち、塩素原子含有化合物(d)並びに第1の塩素原子含有化合物(d)−1及び第2の塩素原子含有化合物(d)−2の含有量を前記範囲とすることによりそれぞれの機能を良好に発揮することができるようになる。
第1の塩素原子含有化合物(d)−1及び第2の塩素原子含有化合物(d)−2は、反応系内の遷移金属原子に対して、第1の塩素原子含有化合物(d)−1を1.5〜25.5モル倍、第2の塩素原子含有化合物(d)−2を0.1〜24.5モル倍となるよう供給することがより好ましく、第1の塩素原子含有化合物(d)−1を2.5〜16.5モル倍、第2の塩素原子含有化合物(d)−2を0.2〜13.5モル倍となるよう供給することが更に好ましく、第1の塩素原子含有化合物(d)−1を3.5〜14.0モル倍、第2の塩素原子含有化合物(d)−2を0.3〜11.0モル倍となるよう供給することが特に好ましい。
本発明において、触媒成分(a)〜(d)からなる触媒の使用量は特に限定されないが、通常、後述する反応溶媒1リットルあたり、遷移金属原子含有化合物(a)の遷移金属元素換算で1.0×10−7モル〜0.5モル、好ましくは5.0×10−7モル〜0.2モル、更に好ましくは1.0×10−6モル〜0.05モルとなる量である。
<触媒成分の供給方法>
本発明において、α−オレフィン(原料α−オレフィン)としてエチレンを用いた場合、エチレンの低重合反応は、遷移金属原子含有化合物(a)としてクロム含有化合物を用い、遷移金属原子含有化合物(a)とアルキルアルミニウム化合物(c)とが予め接触しない態様でエチレンと遷移金属原子含有化合物(a)であるクロム含有化合物とを接触させて行うのが好ましい。
このような接触態様により、選択的にエチレンの三量化反応を行わせ、原料のエチレンから選択率90%以上でエチレンの三量体である1−ヘキセンを得ることができる。さらに、この場合、ヘキセンに占める1−ヘキセンの比率を99%以上にすることができる。
ここで、「遷移金属原子含有化合物(a)とアルキルアルミニウム化合物(c)とが予め接触しない態様」とは、エチレンの低重合反応の開始時に限定されず、その後の追加的なエチレン及び触媒成分の反応器への供給においても、このような態様が維持されることを意味する。また、回分反応形式についても同様の態様を利用するのが望ましい。
上記の連続反応形式における接触態様としては、下記(1)〜(9)が挙げられる。
(1)触媒成分(a)、(b)及び(d)の混合物、触媒成分(c)をそれぞれ同時に反応器に導入する方法。
(2)触媒成分(b)〜(d)の混合物、触媒成分(a)をそれぞれ同時に反応器に供給する方法。
(3)触媒成分(a)及び(b)の混合物、触媒成分(c)及び(d)の混合物をそれぞれ同時に反応器に供給する方法。
(4)触媒成分(a)及び(d)の混合物、触媒成分(b)及び(c)の混合物をそれぞれ同時に反応器に供給する方法。
(5)触媒成分(a)及び(b)の混合物、触媒成分(c)、触媒成分(d)をそれぞれ同時に反応器に供給する方法。
(6)触媒成分(c)及び(d)の混合物、触媒成分(a)、触媒成分(b)をそれぞれ同時に反応器に供給する方法。
(7)触媒成分(a)及び(d)の混合物、触媒成分(b)、触媒成分(c)をそれぞれ同時に反応器に供給する方法。
(8)触媒成分(b)及び(c)の混合物、触媒成分(a)、触媒成分(d)をそれぞれ同時に反応器に供給する方法。
(9)各触媒成分(a)〜(d)をそれぞれ同時かつ独立に反応器に供給する方法。
上述した各触媒成分は、通常、エチレンの低重合反応に使用される後述の反応溶媒に溶解して反応器に供給される。
[反応溶媒]
本発明のα−オレフィン低重合体の製造方法では、α−オレフィンの低重合反応を反応溶媒中で行う。
反応溶媒としては特に限定されないが、飽和炭化水素が好適に使用され、好ましくは、ブタン、ペンタン、3−メチルペンタン、n−ヘキサン、n−へプタン、2−メチルヘキサン、オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、2,2,4−トリメチルペンタン、デカリン等の炭素数が3〜20の、鎖状飽和炭化水素又は脂環式飽和炭化水素である。また、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、メシチレン、テトラリン等の芳香族炭化水素や低重合反応で生成するα−オレフィン低重合体そのもの、具体的には、エチレンを三量化する際に得られる1−ヘキセンやデセン等を用いることもできる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上の混合溶媒として使用することもできる。
これらの溶媒の中でも、ポリエチレン等の副生ポリマーの生成あるいは析出を抑制できるという点、更に、高い触媒活性が得られる傾向にあるという点から、炭素数が4〜10の、鎖状飽和炭化水素又は脂環式飽和炭化水素を用いるのが好ましく、具体的にはn−ヘプタン又はシクロヘキサンが好ましく、最も好ましくはn−ヘプタンである。
反応溶媒の使用量については特に制限はないが、通常、反応器に供給される原料α−オレフィン供給量に対して重量比で0.5〜5.0倍、好ましくは1.0〜2.5倍である。
ここで、前記原料α−オレフィン供給量は、反応器内で反応する原料α−オレフィンの消費量と反応溶媒に溶解する原料α−オレフィンの溶解量の和に等しい。
[低重合反応条件]
本発明におけるα−オレフィンの低重合反応の反応温度としては、特に限定されないが、通常0〜250℃であり、好ましくは50〜200℃、更に好ましくは80〜170℃である。
また、反応圧力としては、特に限定されないが、通常、常圧〜25MPaGであり、好ましくは、0.5〜15MPaG、さらに好ましくは、1〜10MPaGの範囲である。
反応器内での滞留時間は、特に限定されないが、通常1分〜10時間、好ましくは3分〜3時間、更に好ましくは5〜60分の範囲である。
反応形式は、特に限定されず、回分式、半回分式または連続式のいずれであってもよい。
[α−オレフィン低重合体の製造工程]
以下に、本発明のα−オレフィン低重合体の製造方法の一態様を示す図1を参照して、本発明によるα−オレフィン低重合体の製造工程を説明する。
以下の説明では、α−オレフィンとしてエチレンを原料とする1−ヘキセン(エチレンの三量体)の製造方法を例示するが、本発明は何らエチレンからの1−ヘキセンの製造に限定されない。
図1の装置は、エチレンを触媒存在下で重合させる完全混合撹拌型の反応器10と、反応器10から抜き出された反応液から未反応エチレンガスを分離する脱ガス槽20と、脱ガス槽20から抜き出された反応液中のエチレンを留出させるエチレン分離塔30と、エチレン分離塔30から抜き出された反応液中の高沸点物質(以下、「HB(ハイボイラー)」と記すことがある。)を分離する高沸分離塔40と、高沸分離塔40の塔頂から抜き出された反応液を蒸留し、1−ヘキセンを留出させるヘキセン分離塔50とで主として構成される。また、脱ガス槽20及びコンデンサー20Aにおいて分離された未反応エチレンを循環配管21を介して反応器10に循環させる圧縮機60が設けられている。
図1の装置では、エチレン供給管12aから圧縮機60及び第1供給管12を介して、反応器10に原料エチレンが連続的に供給される。この圧縮機60には、脱ガス槽20及びコンデンサー20Aにおいて分離された未反応エチレンが循環配管21を介して導入されると共に、エチレン分離塔30で分離されたエチレンが循環配管31を介して導入され、エチレン供給管12aからのエチレンと共に、原料エチレンとして反応器10に循環される。第1供給管12は、反応器10の手前で複数(例えば2〜8)に分岐して反応器の液相部に導入されてもよい(図示せず)。他方、第2供給管13からは、エチレンの低重合反応に使用する反応溶媒が反応器10に供給される。この反応溶媒は、後段のヘキセン分離塔50で分離回収されたものである。この第2供給管13には、触媒供給管13aを介して触媒成分のうちの遷移金属原子含有化合物(a)及び窒素原子含有化合物(b)が、触媒供給管13bを介して塩素原子含有化合物(d)がそれぞれ供給され、反応溶媒と共に反応器10に導入される。触媒供給管13bは、複数あってもよい(図示せず)。
また、第3供給管14からアルキルアルミニウム化合物(c)が反応器10に直接導入される。アルキルアルミニウム化合物(c)は、触媒供給管13a及び13bから触媒成分が供給される前の第2供給管13の反応溶媒で希釈された後、反応器10に供給されてもよい(図示せず)。
これらの触媒成分は、反応器10内の液相部に供給されることが好ましい。
なお、ヘキセン分離塔50からの反応溶媒を反応器10に循環供給するに際し、触媒供給管13a及び13bから触媒成分が供給される前の第2供給管13の反応溶媒の少なくとも一部を、反応器10の気相部に供給してもよい。
反応器10としては、例えば、撹拌機10a、バッフル、ジャケット等が付設された従来周知の形式のものが挙げられる。撹拌機10aとしては、パドル、ファウドラー、プロぺラ、タービン等の形式の撹拌翼が、平板、円筒、ヘアピンコイル等のバッフルとの組み合わせで用いられる。
反応器10の運転条件は、前述の反応条件の通りである。
エチレンの三量化反応は、反応器10内の反応液中のエチレンに対する1−ヘキセンのモル比((反応液中の1−ヘキセン)/(反応液中のエチレン))が0.05〜1.5、特に0.10〜1.0となるように行うのが好ましい。従って、連続反応の場合には、反応液中のエチレンと1−ヘキセンとのモル比が上記の範囲になるように、触媒濃度、反応圧力、その他の条件を調節し、回分反応の場合には、モル比が上記の範囲にある時点において反応を停止させるのが好ましい。このようにすることにより、1−ヘキセンよりも沸点の高い成分の副生が抑制されて、1−ヘキセンの選択率が更に高められる傾向がある。
反応器10において所定の転化率に達した反応生成液は、反応器10の底部から配管11を介して連続的に抜き出され、脱ガス槽20に供給される。このとき、失活剤供給管11aから供給された2−エチルヘキサノール等の触媒失活剤により、エチレンの三量化反応が停止される。脱ガス槽20で脱ガスされた未反応エチレンは、脱ガス槽20の上部からコンデンサー20A、循環配管21、圧縮機60及び第1供給管12を介して反応器10に循環供給される。また、未反応エチレンが脱ガスされた反応生成液は、脱ガス槽20の槽底から抜き出される。
脱ガス槽20の運転条件は、通常、温度90℃〜140℃、好ましくは100℃〜140℃であり、圧力は1kg/cm(常圧)〜150kg/cm(0〜14.6MPaG)、好ましくは常圧〜90kg/cm(0〜8.7MPaG)である。
脱ガス槽20の槽底から抜き出された反応生成液は、配管22を経てエチレン分離塔30に供給される。エチレン分離塔30では、蒸留により塔頂部からエチレンが留出分離され、このエチレンは、循環配管31及び第1供給管12を介して反応器10に循環供給される。また、塔底部からエチレンが除去された反応生成液が抜き出される。
エチレン分離塔30の運転条件は、通常、塔頂部圧力は常圧〜30kg/cm(0〜2.8MPaG)、好ましくは常圧〜20kg/cm(0〜1.9MPaG)、また、還流比(R/D)は、通常0〜500、好ましくは0.1〜100である。必要な理論段数は、通常2〜20段である。
エチレン分離塔30においてエチレンが留出分離された反応生成液は、エチレン分離塔30の塔底部から抜き出され、配管32により高沸分離塔40に供給される。高沸分離塔40では、蒸留により、塔底部から配管42を経て高沸点成分(HB:ハイボイラー)が抜き出される。また、塔頂部から配管41を経て高沸点成分が分離された留出物が抜き出される。
高沸分離塔40の運転条件は、通常、塔頂部圧力0.1〜10kg/cm(−0.09〜0.9MPaG)、好ましくは0.5〜5kg/cm(−0.05〜0.4MPaG)、また、還流比(R/D)は、通常0〜100、好ましくは0.1〜20である。必要な理論段数は、通常3〜50段である。
続いて、高沸分離塔40の塔頂部から抜き出された留出液は、配管41によりヘキセン分離塔50に供給される。ヘキセン分離塔50では、蒸留により塔頂部から1−ヘキセンが配管51を経て留出される。また、ヘキセン分離塔50の塔底部からは、反応溶媒、例えば、n−ヘプタンが抜き出され、溶媒循環配管52、ポンプ13c、第2供給管13を介して反応溶媒として反応器10に循環供給される。
ヘキセン分離塔50の運転条件は、通常、塔頂部圧力0.1〜10kg/cm(−0.09〜0.9MPaG)、好ましくは0.5〜5kg/cm(−0.05〜0.4MPaG)、また、還流比(R/D)は、通常0〜100、好ましくは0.2〜20である。必要な理論段数は、通常5〜100段である。
以下、実施例に基づき本発明をさらに具体的に説明する。尚、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例において、遷移金属原子含有化合物(a)として用いたクロム(III)−2−エチルヘキサノエートは、クロム原子を化合物中に1個有するものであり、遷移金属原子含有化合物(a)に対する第1の塩素原子含有化合物(d)−1、第2の塩素原子含有化合物(d)−2のモル比がそのまま反応系内の遷移金属原子に対する第1の塩素原子含有化合物(d)−1、第2の塩素原子含有化合物(d)−2のモル比となる。
[実施例1]
<触媒液の調製>
140℃で2時間以上加熱乾燥させた、撹拌機を有する500mlのガラス製三つ口フラスコに、窒素雰囲気下で2,5−ジメチルピロールを0.37g(3.9mmol)とn−ヘプタンを234ml仕込み、これにn−ヘプタンで50g/Lに希釈したトリエチルアルミニウムを8.9ml(3.9mmol)添加した。その後、フラスコをオイルバスに浸した後に昇温し、窒素雰囲気下でn−ヘプタンの還流を98℃で3時間行うことで、窒素原子含有化合物であるジエチルアルミニウム(2,5−ジメチルピロライド)(b)を調製した。その後、80℃まで冷却した。続いて、n−ヘプタンで50g/Lに希釈したクロム(III)−2−エチルヘキサノエート(a)を6.3ml(0.65mmol)添加した。添加後、窒素雰囲気下で80℃で、30分間加熱、撹拌し、触媒液を調製した。その後、クロム(III)−2−エチルヘキサノエート(a)の濃度が0.88g/Lとなるよう、触媒液をn−ヘプタンで希釈した。尚、n−ヘプタンは、モレキュラーシーブ4Aで脱水されたものを使用した。(後述のn−ヘプタンも脱水品を使用した。)
<ヘキセンの製造>
次に、140℃で2時間以上加熱乾燥させた500mlオートクレーブ一式を熱いうちに組み立て、真空窒素置換を行った。以後の操作は、窒素雰囲気下で実施し、酸素及び水分の混入を防止した。このオートクレーブには耐圧の破裂板を備えた触媒フィード管を取り付けた。フィード管には、予め上記のように調製した触媒液を2ml仕込んだ。オートクレーブの胴側には、n−ヘプタン及びトリエチルアルミニウム(c)、ジエチルアルミニウムクロリド(d)−1、1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2の各n−ヘプタン希釈液を表1のモル比になるように仕込んだ。反応溶媒であるn−ヘプタンはオートクレーブの胴側で計168ml(各触媒成分を希釈したn−ヘプタンを含む)になり、更に、ガスクロマトグラフィーで組成分析する際の内部標準として使用するn−ウンデカン(モレキュラーシーブ4A 脱水品)をオートクレーブの胴側に5ml仕込んだ。
オートクレーブを140℃まで加温した後、触媒フィード管よりエチレンを導入し、エチレンの低重合反応を開始した。反応中はオートクレーブ内の温度を140℃、全圧を7MPaGに保持した。
60分後、エチレンの導入と撹拌を停止し、オートクレーブを素早く冷却した後すぐに、気相ノズルよりガスを全量サンプリングした。そして反応液をサンプリングし、ガスクロマトグラフィーでそれぞれの組成分析を行った。また、反応液を濾過して乾燥後、反応液中に含まれるポリマー重量の測定を行った。そして、得られた生成物中の炭素原子数6の脂肪族炭化水素成分の量(C6、重量%)及びこのC6中に含まれる1−ヘキセンの量(重量%)を求めた。
触媒活性は、60分の反応により得られた反応生成物の重量(単位:g)を、反応に使用した遷移金属触媒成分(a)中の遷移金属原子量(単位:g)で除して求めた。
各触媒成分のモル比、及び、結果を表1に示した。
表1中、「(d)−2/(d)」の「(d)」とは、(d)−1と(d)−2の総和を表す。表2〜5においても同様である。
[実施例2]
実施例1において、オートクレーブの胴側に仕込む1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のモル比をクロム(III)2−エチルヘキサノエート(a)1モルに対して1モルとした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表1に示した。
[実施例3]
実施例1において、オートクレーブの胴側に仕込む1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のモル比をクロム(III)2−エチルヘキサノエート(a)1モルに対して2モルとした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表1に示した。
[比較例1]
実施例1において、オートクレーブの胴側に1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2を仕込まなかった以外は、全て同様の方法で行った。結果を表1に示した。
Figure 2016188203
[実施例4]
実施例1において、オートクレーブの胴側に仕込む1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2をヘキサクロロエタン(d)−2に変え、モル比をクロム(III)2−エチルヘキサノエート(a)1モルに対して1モルとした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表2に示した。
[実施例5]
実施例4において、オートクレーブの胴側に仕込むヘキサクロロエタン(d)−2のモル比をクロム(III)2−エチルヘキサノエート(a)1モルに対して2モルとした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表2に示した。
なお、表2には、比較例1の結果を併記した。
Figure 2016188203
[実施例6]
実施例1において、オートクレーブの胴側に仕込むトリエチルアルミニウム(c)をクロム(III)2−エチルヘキサノエート(a)1モルに対して54モルにし、ジエチルアルミニウムクロリドをヘキサクロロエタン(d)−1に変え、クロム(III)2−エチルヘキサノエート(a)1モルに対して6モルとした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表3に示した。
[実施例7]
実施例6において、オートクレーブの胴側に仕込む1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のモル比をクロム(III)2−エチルヘキサノエート(a)1モルに対して1モルとした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表3に示した。
[実施例8]
実施例6において、オートクレーブの胴側に仕込む1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のモル比をクロム(III)2−エチルヘキサノエート(a)1モルに対して2モルとした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表3に示した。
[比較例2]
実施例6において、オートクレーブの胴側に1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2を仕込まなかった以外は、全て同様の方法で行った。結果を表3に示した。
<塩素原子脱離速度の測定>
トリエチルアルミニウム(c)をn−ヘプタンで0.15mol/Lに希釈した液60mlに、ヘキサクロロエタンをn−ヘプタンで0.10mol/Lに希釈した液15mlを添加後、80℃で2時間撹拌し、次いで、ヘキサクロロエタンの残存濃度をガスクロマトグラフで分析し、ヘキサクロロエタンの残存量と反応時間から、ヘキサクロロエタンの塩素原子がトリエチルアルミニウム(c)により引き抜かれる塩素原子脱離速度を求めた。
ヘキサクロロエタンの仕込量1.5mmolからヘキサクロロエタンの残存量1.14mmolを差し引き、塩素原子が脱離したヘキサクロロエタン量が0.36mmolとなった。これを反応時間2時間で除することにより、ヘキサクロロエタンの塩素原子脱離速度は0.18mmol/hとなった。
同様にして、1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度を求めた結果、0mmol/hとなった。(参考:同様の操作で、温度を80℃から140℃に変えると、1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度は、0.6mmol/hに上昇した。)
従って、(d)−1は、ヘキサクロロエタンとなり、(d)−2は1,1,2,2−テトラクロロエタンとなる。
Figure 2016188203
[実施例9]
実施例1において、<触媒液の調製>を実施せず、耐圧の破裂板を備えた触媒フィード管に、クロム(III)2−エチルヘキサノエート(a)のn−ヘプタン希釈液(1.84g/L、クロム原子として0.199g/L)を0.95ml、ヘキサクロロエタン(d)−1のn−ヘプタン希釈液(5.16g/L)を1.0ml及び1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のn−ヘプタン希釈液(3.66g/L)を0.5ml仕込んだ。
オートクレーブの胴側には、n−ヘプタン及び2,5−ジメチルピロール(b)、トリエチルアルミニウム(c)の各n−ヘプタン希釈液を表4のモル比になるように仕込んだ。反応溶媒であるn−ヘプタンはオートクレーブの胴側で計167.55mlにした。上記以外は、実施例1と同様の方法で行った。結果を表4に示した。
[比較例3]
実施例9において、オートクレーブの破裂板を備えた触媒フィード管へ1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のn−ヘプタン希釈液(3.66g/L)を仕込まず、反応溶媒であるn−ヘプタンの仕込量をオートクレーブの胴側で計168.05mlにした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表4に示した。
[比較例4]
実施例9において、オートクレーブの破裂板を備えた触媒フィード管への1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のn−ヘプタン希釈液(3.66g/L)の仕込量を1.5mlにし、反応溶媒であるn−ヘプタンの仕込量をオートクレーブの胴側で計166.55mlにした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表4に示した。
上記実施例9及び比較例3、4における(d)−2/(d)[モル%]と触媒活性[g/g−Cr]との関係を図2に示す。
Figure 2016188203
[実施例10]
実施例1において、<触媒液の調製>を実施せず、耐圧の破裂板を備えた触媒フィード管に、クロム(III)2−エチルヘキサノエート(a)のn−ヘプタン希釈液(1.84g/L、クロム原子として0.199g/L)を0.95ml及び1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のn−ヘプタン希釈液(3.68g/L)を0.1ml仕込んだ。
オートクレーブの胴側には、n−ヘプタン及び2,5−ジメチルピロール(b)、トリエチルアルミニウム(c)、ジエチルアルミニウムクロリド(d)−1の各n−ヘプタン希釈液を表5のモル比になるように仕込んだ。反応溶媒であるn−ヘプタンはオートクレーブの胴側で計168.95mlにした。上記以外は、実施例1と同様の方法で行った。結果を表5に示した。
[実施例11]
実施例10において、オートクレーブの破裂板を備えた触媒フィード管への1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のn−ヘプタン希釈液(3.68g/L)の仕込量を1.0mlにし、反応溶媒であるn−ヘプタンの仕込量をオートクレーブの胴側で計168.05mlにした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表5に示した。
[実施例12]
実施例10において、オートクレーブの破裂板を備えた触媒フィード管への1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のn−ヘプタン希釈液(3.68g/L)の仕込量を1.6mlにし、反応溶媒であるn−ヘプタンの仕込量をオートクレーブの胴側で計167.45mlにした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表5に示した。
[比較例5]
実施例10において、オートクレーブの破裂板を備えた触媒フィード管へ1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のn−ヘプタン希釈液(3.68g/L)を仕込まず、反応溶媒であるn−ヘプタンの仕込量をオートクレーブの胴側で計168.95mlに対して計169.05mlにした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表5に示した。
[比較例6]
実施例10において、オートクレーブの破裂板を備えた触媒フィード管への1,1,2,2−テトラクロロエタン(d)−2のn−ヘプタン希釈液(3.68g/L)の仕込量を2.5mlにし、反応溶媒であるn−ヘプタンの仕込量をオートクレーブの胴側で計166.55mlにした以外は、全て同様の方法で行った。結果を表5に示した。
上記実施例10〜12及び比較例5、6における(d)−2/(d)[モル%]と触媒活性[g/g−Cr]との関係を図3に示す。
Figure 2016188203
以上の結果から、触媒成分のうち、塩素原子含有化合物(d)として、第1の塩素原子含有化合物(d)−1と第2の塩素原子含有化合物(d)−2とを所定の割合で用いることにより、触媒活性を高め、α−オレフィン低重合体の収率及び選択率を向上させることができることが分かる。
10 反応器
10a 撹拌機
20 脱ガス槽
30 エチレン分離塔
40 高沸分離塔
50 ヘキセン分離塔
60 圧縮機

Claims (7)

  1. 遷移金属原子含有化合物(a)、窒素原子含有化合物(b)、アルキルアルミニウム化合物(c)及び塩素原子含有化合物(d)を含む触媒と反応溶媒との存在下に、α−オレフィンの低重合反応を行ってα−オレフィン低重合体を製造する方法であって、
    前記塩素原子含有化合物(d)が、塩素化炭化水素化合物及び塩素化典型金属原子含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも2種の化合物を含み、ただし、前記塩素原子含有化合物(d)は塩素化炭化水素化合物を必須成分として含み、
    前記塩素原子含有化合物(d)に含まれる塩素化炭化水素化合物の下記測定方法で求められる塩素原子脱離速度がいずれも、1,1,2,2−テトラクロロエタンの塩素原子脱離速度以上であり、
    前記少なくとも2種の化合物を含む塩素原子含有化合物(d)は、第1の塩素原子含有化合物(d)−1と、前記第1の塩素原子含有化合物(d)−1よりも塩素原子脱離速度が小さい第2の塩素原子含有化合物(d)−2とを含み、かつ、
    前記低重合反応系内における遷移金属原子に対する前記塩素原子含有化合物(d)の量が2モル倍以上50モル倍以下、及び、前記塩素原子含有化合物(d)の全量に対する前記第2の塩素原子含有化合物(d)−2の量の割合が1モル%以上49モル%以下となるように、前記塩素原子含有化合物(d)を前記低重合反応系に供給する、α−オレフィン低重合体の製造方法。
    <塩素化炭化水素化合物からの塩素原子脱離速度の測定方法>
    アルキルアルミニウム化合物(c)を反応溶媒で0.15mol/Lに希釈した液60mlに、測定対象の塩素化炭化水素化合物を前記反応溶媒で0.10mol/Lに希釈した液15mlを添加後、80℃で2時間撹拌し、次いで、前記塩素化炭化水素化合物の残存濃度をガスクロマトグラフで分析し、前記塩素化炭化水素化合物の残存量と反応時間から、前記塩素化炭化水素化合物中の塩素原子が前記アルキルアルミニウム化合物(c)により引き抜かれる塩素原子脱離速度を求める。
  2. 前記第1の塩素原子含有化合物(d)−1が塩素化典型金属原子含有化合物を含み、前記第2の塩素原子含有化合物(d)−2が塩素化炭化水素化合物である、請求項1に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  3. 前記第1の塩素原子含有化合物(d)−1及び前記第2の塩素原子含有化合物(d)−2がともに塩素化炭化水素化合物である、請求項1に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  4. 前記塩素原子含有化合物(d)が、塩素化飽和炭化水素化合物及び塩素化ベンジル化合物の少なくともいずれか一方を含む、請求項2又は3に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  5. 前記アルキルアルミニウム化合物(c)がトリエチルアルミニウムである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  6. 前記遷移金属原子含有化合物(a)における遷移金属がクロムを含み、前記窒素原子含有化合物(b)がピロール化合物を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  7. 前記α−オレフィンがエチレンであり、前記α−オレフィン低重合体が1−ヘキセンである、請求項1〜6のいずれか1項に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
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