JP2018080301A - α−オレフィン低重合体の製造方法 - Google Patents

α−オレフィン低重合体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】曇り点が低く、取扱い易く、利用価値が高いα−オレフィン低重合体の製造方法を提供する。
【解決手段】チーグラー系触媒の存在下、有機溶媒中でα−オレフィンの低重合反応を行い、α−オレフィン低重合体混合物を製造し、該混合物中の炭素数n未満のα−オレフィン低重合体を蒸留分離することにより、炭素数n以上のα−オレフィン低重合体を含む蒸留残渣を得て、該蒸留残渣から高分子量体を除去する工程を行う、α−オレフィン低重合体の製造方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、曇り点の低い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、オレフィン系重合体のモノマー原料として、また各種高分子重合体のコモノマーとして、さらには可塑剤や界面活性剤などの原料として広く用いられている有用な物質である。
α−オレフィン低重合体の中でも、エチレン低重合体の製造方法に関しては、種々研究されており、一般的には、チーグラー系触媒を用いてエチレン(C2)を低重合させ、ブテン(C4)、ヘキセン(C6)、オクテン(C8)などC4〜C20、又はC20以上のエチレン低重合体の混合物を得て、次いで、複数の蒸留塔により、炭素数の少ない成分から順番に、個別のエチレン低重合体を蒸留し単離している。具体的には、エチレン低重合体の混合物を蒸留し、C6以下のエチレン低重合体の混合物とC8以上のエチレン低重合体の混合物に分離する。次いで、C6以下のエチレン低重合体の混合物については、蒸留により、C4単品、C6単品にさらに分離する。C8以上のエチレン低重合体の混合物については、蒸留により塔頂からC8単品を単離し、塔底から蒸留残渣としてC10以上のエチレン低重合体の混合物を取り出す。そして、今度は、C10以上のエチレン低重合体の混合物を、より蒸留温度を高めた条件で蒸留を行い、塔頂から、C10単品を単離し、塔底から蒸留残渣としてC12以上の混合物を取り出す。このような蒸留操作を繰り返すことで、炭素数が2ずつ異なるエチレン低重合体を単離できる(特許文献1〜3)。しかしながら、エチレン低重合体の炭素数が大きくなるにつれ、沸点が高くなるため、減圧条件下においても、分解させない温度条件下での蒸留による単離が難しくなる。
例えば、C26のエチレン低重合体を、それ以上の炭素数のエチレン低重合体と分離することは一般に困難であり、さらには、C28以上、C30以上のエチレン低重合体を、それより大きい炭素数のエチレン低重合体と分離することはより困難であることが知られている。
国際公開第2002/051777号 特開2002−255864号公報 特開2002−256007号公報
上記したように、蒸留塔の塔底から取り出す蒸留残渣であるエチレン低重合体の混合物については、ある炭素数を境に、蒸留により各炭素数のエチレン重合体の単離が難しくなる。蒸留残渣であるエチレン低重合体の混合物は、曇り点が高いため、取扱い難く、ワックスとしての利用が困難である。このような理由により、蒸留残渣であるエチレン低重合体の混合物は、接触分解装置(FCC装置)で分解して、ガソリン基材に変換するか、あるいは単に燃料として使用する等しか使用方法がなく、利用価値が低いという問題があった。
特に、塔底から取り出すC26以上のエチレン低重合体の混合物(以下単にC26+と称することもある)、あるいはC28以上又はC30以上の成分の混合物(以下単にC28+又はC30+と称することもある)については、一般にこれ以上の蒸留分離が困難と認識されているため、曇り点の低減が切望されていた。
本発明者らは、上記状況に鑑みて鋭意検討を重ねた結果、蒸留残渣であるエチレン低重合体の混合物に含まれる微量の高分子量体が、曇り点を高くしている原因であることを突きとめた。このような知見に基づき、蒸留残渣であるエチレン低重合体の混合物中の微量の高分子量体を除去することにより、曇り点を低下させ、ワックスとしての取扱い性を改善できることを見出した。
すなわち、本発明は、下記[1]〜[9]に関する。
[1]チーグラー系触媒の存在下、有機溶媒中でα−オレフィンの低重合反応を行い、α−オレフィン低重合体混合物を製造し、該混合物中の炭素数n未満のα−オレフィン低重合体を蒸留分離することにより、炭素数n以上のα−オレフィン低重合体を含む蒸留残渣を得て、該蒸留残渣から高分子量体を除去する工程を行うことを特徴とする、α−オレフィン低重合体の製造方法。
[2]前記α−オレフィンがエチレンである、上記[1]に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[3]前記炭素数nが26又は30である、上記[1]又は[2]に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[4]前記高分子量体の重量平均分子量が10万以上である、上記[1]〜[3]のいずれかに記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[5]前記蒸留残渣から高分子量体を除去する工程が、蒸留残渣を薄膜蒸留することにより高分子量体を除去する工程である、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[6]前記薄膜蒸留における蒸留温度が150〜320℃であり、圧力が1.0×10−2〜5.0×10−2torrである上記[5]に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[7]前記薄膜蒸留が短行程蒸留である、上記[5]又は[6]に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[8]前記蒸留残渣から高分子量体を除去する工程が、蒸留残渣を加熱下で有機溶媒に溶解させ、その後冷却することにより析出する析出物を除去する工程である、[1]〜[4]のいずれかに記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
[9]前記加熱下における温度が70〜130℃であり、加熱下における保持時間が0.5〜2時間であり、且つ、冷却時における冷却速度が0.1〜5℃/分であり、冷却後の保持時間が0〜1時間である、上記[8]に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
本発明のα−オレフィン低重合体の製造方法により得られるα−オレフィン低重合体は、曇り点が低いため、取り扱い易く、ワックスとしての利用価値が高い。
本発明を実施するための工程の一例を示す概略工程図である。 本発明の蒸留を行う工程の一例を示す概略工程図である。 本発明の蒸留を行う工程の別の一例を示す概略工程図である。
本発明は、チーグラー系触媒の存在下、有機溶媒中でα−オレフィンの低重合反応を行い、α−オレフィン低重合体混合物を製造し、該混合物中の炭素数n未満のα−オレフィン低重合体を蒸留分離することにより、炭素数n以上のα−オレフィン低重合体を含む蒸留残渣を得て、該蒸留残渣から高分子量体を除去する工程を行うことを特徴とする、α−オレフィン低重合体の製造方法である。
以下、本発明のα−オレフィン低重合体の製造方法について説明する。
(α−オレフィン低重合体混合物の製造)
本発明においては、α−オレフィン低重合体混合物はチーグラー系触媒の存在下、α−オレフィンを重合させることによって得られる。このチーグラー系触媒は、(A)遷移金属化合物、(B)有機アルミニウム及び所望に応じて用いられる(C)第三成分の組み合わせから成っており、(A)遷移金属化合物としては、一般式
MX (I)
〔式中、Mはジルコニウム原子又はチタン原子、Xはハロゲン原子(塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子)であり、YはRO−、RN−、−OCOR、−OSOR、R−、−Cp(シクロペンタジエニル)(但しRは炭素数1〜20の直鎖または分岐アルキル基)、または(II)式で表されるβジケトナートである。

(但し、(II)式中、R、R及びRはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基またはハロゲン原子で置換された炭素数1〜20のアルキル基であり、R、R及びRのうち一つはハロゲン原子で置換された炭素数1〜20のアルキル基である。)また、x,y,zは0〜4の整数であり、x+y+z=4である。〕で表される化合物が用いられる。このような化合物の具体例としては、ZrCl,ZrBr,ZrI,ZrBrCl,ZrBrCl,TiCl,TiBr,TiI,TiBrCl,TiBrCl,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,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,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,Zr(OCOC,Zr(OCOCCl,Zr(OCOC,Zr(OCOCCl,Zr(OCOC,Zr(OCOCCl,Zr(OCOC,Zr(OCOCCl,Ti(OCOC,Ti(OCOCCl,Ti(OCOC,Ti(OCOCCl,Ti(OCOC,Ti(OCOCCl,Ti(OCOC,Ti(OCOCCl,ZrCl(HCOCFCOF),ZrCl(CHCOCFCOCHなどを挙げることができる。
(B)有機アルミニウムとしては、一般式
AlY(III)
〔式中、Xはハロゲン原子(塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子)であり、YはRO−、RN−、−OCOR、及びR−(但しRは炭素数1〜20の直鎖又は分岐アルキル基)であり、a、b、c、dは0〜3の整数で、a+b+c+d=3である。〕で表される化合物、及び/又は一般式
Al’X’O’N’(IV)
〔式中、Xはハロゲン原子(塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子)であり、YはRO−、RN−、−OCOR、−RCOCR’COR”、およびR−(但しR、R’、R”は炭素数1〜20の直鎖又は分岐アルキル基)であり、a’、b’、c’、d’は0〜6の整数で、a’+b’+c’+d’=6である。〕で表される化合物を挙げることができる。
前記の一般式(III)で表される化合物としては、例えば、Al(CH,Al(C,Al(C,Al(iso−C,Al(C,Al(iso−C,Al(C11,Al(C13,Al(C17,Al(CCl,Al(CBr,Al(CI,Al(C)Cl,Al(C)Br,Al(C)I,AlC(OC,AlC(OC,AlC(OC,Al(OCCl,Al(OCCl,Al(OCCl,Al(OC)Cl,Al(OC)Cl,Al(OC)Cl,AlC(OCOC,AlC(OCOC,AlC(OCOC,Al(OCOCCl,Al(OCOCCl,Al(OCOCCl,Al(OCOC)Cl,Al(OCOC)Cl,Al(OCOC)Cl,Al(COC,Al(COC,Al(COC,Al(C(N(C),Al(C(N(C),Al(CN(Cなどが挙げられ、前記一般式(IV)で表される化合物としては、例えば、Al(CHCl,Al(CHBr,Al(CCl,Al(CBr,Al(C,Al(CBrCl,Al(CCl,Al(iso−CCl,Al(CCl,Al(iso−CCl,Al(C11Cl,Al(C17Cl,Al(C(CH)Cl,Al(OCCl,Al(OCCl,Al(OCCl,Al(OCOCCl,Al(OCOCCl,Al(OCOCClなどが挙げられる。
さらに、所望に応じて用いられる(C)第三成分としては、イオウ化合物、リン化合物および窒素化合物の中から選ばれた少なくとも1種の化合物が使用できる。この第三成分は、製品であるα−オレフィン低重合体の純度向上に寄与するものである。イオウ化合物としては、有機イオウ化合物であればよく、特に制限はないが、例えば、硫化ジメチル、硫化ジエチル、硫化ジプロピル、硫化ジヘキシル、硫化ジシクロヘキシル、ジフェニルチオエーテルなどのチオエーテル類;二硫化ジメチル、二硫化ジエチル、二硫化ジプロピル、二硫化ジブチル、二硫化ジヘキシル、二硫化ジシクロヘキシル、二硫化エチルメチルなどの二硫化ジアルキル化合物;チオフェン、2−メチルチオフェン、3−メチルチオフェン、2,3−ジメチルチオフェン、2−エチルチオフェン、ベンゾチオフェンなどのチオフェン類やテトラヒドロチオフェン、チオピランなどのヘテロ環イオウ化合物;ジフェニルイオウ、二硫化ジフェニル、二硫化メチルフェニル、メチルフェニルイオウなどの芳香族イオウ化合物:チオ尿素;メチルスルフィド、エチルスルフィド、ブチルスルフィドなどのスルフィド類などが好ましく用いられる。
リン化合物としては、有機リン化合物であればよく特に制限はないが、例えば、トリフェニルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリプロピルホスフィン、トリオクチルオスフィン、トリシクロヘキシルホスフィンなどのホスフィン類が好ましく用いられる。また、窒素化合物としては、有機窒素化合物であればよく、特に制限はないが、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、アニリン、ベンジルアミン、ナフチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ジフェニルアミン、メチルフェニルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリフェニルアミン、ピリジン、ピコリンなどの有機アミン類が好ましく用いられる。
本発明においては、前記種々のイオウ化合物、リン化合物、窒素化合物中でも、例えば、二硫化ジメチル、チオフェン、チオ尿素、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、アニリンなどから選ばれた1種または2種以上の化合物を好適に使用することができる。このα−オレフィンの重合反応は、通常、有機溶媒中において行われる。この有機溶媒としては、例えば、シクロヘキサンやデカリンなどの脂環式化合物類、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、エチルベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエンなどの芳香族炭化水素類やそのハロゲン化合物、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンなどの脂肪族炭化水素類、ジクロロエタン、ジクロロブタンなどの脂肪族炭化水素のハロゲン化物などを使用することができる。
本発明における、前記(A)成分、(B)成分、(C)成分および前記有機溶媒の配合割合は、有機溶媒250ミリリットル当たり、通常(A)成分を0.01〜5ミリモル、好ましくは、0.03〜1ミリモル、(B)成分を通常、0.05〜15ミリモル、好ましくは0.06〜3ミリモル、(C)成分を通常、0.05〜20ミリモル、(C)成分として前記イオウ化合物を用いる場合には、好ましくは0.1〜10ミリモル、(C)成分として窒素化合物またはリン化合物を用いる場合には好ましくは0.05〜5ミリモルである。また、前記(A)成分と(B)成分との配合比に関しては、Al/Zr又はTi(モル比)を1〜15の範囲に設定することによって、さらに好ましい結果を得ることができる。
本発明におけるα−オレフィン低重合体混合物の重合反応は、通常100〜150℃の温度において、30〜90kg/cm・G(2.94〜8.82MPa)の加圧下で行われる。また反応時間は、温度や圧力によって左右され一律に決めることができないが、通常10分ないし60分程度で十分である。
本発明の製造方法において、原料として用いられるα−オレフィンは、好ましくは炭素数2〜4のα−オレフィンであり、より好ましくはエチレンである。
原料としてエチレンを用いた場合のエチレン低重合体混合物は、炭素数4〜80(C4〜C80)程度のα位に不飽和二重結合を有する線状の各種低重合体の混合物であり、一般的には、エチレン低重合体混合物中には、炭素数C4〜C30程度の比較的炭素数の少ないエチレン低重合体の量が多く、具体的には、1−ブテン(C4)、1−ヘキセン(C6)、1−オクテン(C8)、1−デセン(C10)、1−ドデセン(C12)、1−テトラデセン(14)、1−ヘキサデセン(C16)、1−オクタデセン(C18)、1−エイコセン(C20)、1−ドコセン(C22)、1−テトラコセン(C24)、1−ヘキサコセン(C26)、1−オクタコセン(C28)、1−トリアコンテセン(C30)等である。反応条件を調節することにより、所望の炭素数のエチレン低重合体をより多量に取得することもできる。
本発明においては、α−オレフィンを重合して得られたα−オレフィン低重合体混合物の溶液について、続いて未反応α−オレフィンの回収、触媒の失活および脱灰処理を行う。重合反応終了後の溶液の温度は、好ましくは90〜150℃、より好ましくは100〜130℃であり、有機溶媒および未反応α−オレフィンを蒸留によって分離回収する。回収された未反応α−オレフィンおよび有機溶媒は重合反応系にリサイクルされる。
次いで、処理系を4kg/cm・G(0.39MPa)程度の圧力として失活剤を導入して、触媒の失活処理を行うことが好ましい。この際、用いる失活剤としては、塩基性窒素化合物、水、アルコール、カルボン酸、フェノール類が挙げられ、このうち、塩基性窒素化合物としては、例えば、アンモニアまたはメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、アニリン、ベンジルアミン、ナフチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ジフェニルアミン、メチルフェニルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリフェニルアミン、ピリジン、ピコリンなどのアミン類を挙げることができる。
α−オレフィン低重合体混合物の製造の好適な態様を図1にしたがって説明する。図1は、本発明を実施するための工程図の1例であって、反応器1において得られた、チーグラー系触媒、溶媒、未反応エチレンおよびエチレン低重合体を含有する反応生成液は、制御弁2を介して1段目フラッシュ槽3へ、さらに制御弁5を介して2段目フラッシュ槽6へ供給される。なお、1段目フラッシュ後の生成液は所定温度以上に保つために2段目フラッシュ槽6に供給される前に熱交換器4で加熱される。これらのフラッシュ槽において、反応生成液中に溶存している未反応エチレンが回収される。次に、この反応生成液は、失活機8に送られ、失活剤13により触媒が失活される。また回収エチレン中に僅かに同伴する軽質α−オレフィンはポット10で回収され失活機8に送られる。次に、脱灰機9に送られ、洗浄水14により洗浄後、分離槽15に送られる。この分離槽15において油槽と水槽とに分離され、水槽は排水16として系外に廃棄されると共に、油槽は熱交換器17およびポンプ18を備えた溶解槽19に送られ、加熱されて、その中のポリマーが再び完全に溶解されたのち蒸留系に送られ、溶媒およびエチレン低重合体が分留される。
(蒸留処理)
本発明における目的生成物であるα−オレフィン低重合体は、α−オレフィン低重合体混合物を含む溶液を、混合物を分離するための蒸留工程を少なくとも経ることにより得ることができる。
α−オレフィン低重合体混合物について蒸留処理を行い、炭素数n未満のα−オレフィン低重合体と炭素数n以上のα−オレフィン低重合体とを分離する。蒸留は、多段形式で行うことが好ましい。多段形式で行うことにより、炭素数の少ない順に個別のα−オレフィン低重合体を単離でき、結果、個別のα−オレフィン共重合体をオレフィン系重合体のモノマーやコモノマーとして活用できる。
炭素数nについては、20、22、24、26、28又は30が好ましく、26又は30がより好ましい。一般に、炭素数26以上のα−オレフィン低重合体は、沸点が高いため、減圧下においても、蒸発しにくい。温度を高くすれば蒸発しやすくなるが、α−オレフィンの分解を考慮すると、温度調整にも限界がある。そのため、炭素数26以上のα−オレフィン低重合体(C26+)、炭素数28以上のα−オレフィン低重合体(C28+)、炭素数30以上のα−オレフィン低重合体(C30+)は、それ以上の個別のα−オレフィン重合体の蒸留分離が難しい。なお、C26+については、蒸留条件を調整することにより、C26とC28の混合物を蒸留分離させ、C30+の蒸留残渣を得られることは一応確認されているが、条件の調整が難しい現状がある。
すなわち、蒸留残渣であるC26+(又はC30+)のエチレン低重合体について、後述する手法により高分子量体を分離させ、曇り点を低減させることで、炭素数26未満(又は炭素数30未満)の個々のエチレン低重合体を、オレフィン系重合体のモノマー原料等として利用でき、その上炭素数26以上(又は炭素数30以上)のエチレン低重合体をワックスとして利用できることとなる。
<蒸留フロー例1(n=26) 図2>
具体的に、α−オレフィンとしてエチレンを用いて重合して得たエチレン低重合体混合物についての多段形式の蒸留処理について図2を用いて説明する。
図2は、エチレン低重合体混合物中の炭素数26未満のエチレン低重合体を蒸留分離することにより、炭素数26以上のα−オレフィン低重合体を含む蒸留残渣を得る方法に関する概略工程図である。
脱灰処理後のα−オレフィン低重合体混合物の溶液は第1蒸留塔20に導入され、塔頂からはC6以下のエチレン低重合体であるα−オレフィンを主成分とする液が抜出され、塔底からはC8以上のエチレン低重合体であるα−オレフィンと有機溶媒を主成分とする液が得られる。第1蒸留塔20塔頂液は、第2蒸留塔21に導入され、塔頂よりオフガスと水を抜出し塔底より得られたC4以上のα−オレフィンは第3蒸留塔22へ導入され、塔頂よりC4、塔底よりC6のα−オレフィンが得られる。第1蒸留塔20塔底液は第4蒸留塔23へ導入され塔頂から有機溶媒を得て、塔底液としてC8以上のエチレン低重合体であるα−オレフィンを主成分とする液が得られる。第4蒸留塔23塔底液は、上記と同様に蒸留塔24、25、26、27、28、29、210へ順次導入し、塔頂よりC8、C10、C12、C14、C16、C18、C20〜C24(混合物)のエチレン低重合体であるα−オレフィン重合体を得て、最終蒸留塔210の塔底からは、C26+のエチレン低重合体を含む蒸留残渣が得られる。
<蒸留フロー例2(n=30) 図3>
図3は、エチレン低重合体混合物中の炭素数30未満のエチレン低重合体を蒸留分離することにより、炭素数30以上のα−オレフィン低重合体を含む蒸留残渣を得る方法に関する概略工程図である。
蒸留塔210からC26+のエチレン低重合体を得るまでは、上記蒸留フロー例1と同様である。蒸留塔210塔底液を蒸留塔211に導入し、塔頂より、C26及びC28(混合物)のエチレン低重合体であるα−オレフィン重合体を得て、最終蒸留塔211の塔底からは、C30+のエチレン低重合体を含む蒸留残渣が得られる。
なお、本発明の蒸留は、上記蒸留フロー例1、2のような態様に限定されず、例えば、蒸留フロー例1、2から蒸留塔の数を適宜増減させてもよいし、多段蒸留でなくともよい。例えば、C26+(又はC30+)とC26未満(又はC30未満)のエチレン低重合体を分離できる蒸留条件による蒸留を1回行うのみでも構わない。しかしながら、蒸留分離されたエチレン低重合体と、蒸留残渣に含まれるエチレン低重合体のそれぞれの有効利用の観点から、蒸留フロー例1又は2のような多段蒸留を行うことが好ましい。
(蒸留残渣から高分子量体を除去する工程)
本発明では、上記した蒸留により得たα−オレフィン低重合体を含む蒸留残渣から高分子量体を除去する工程を行う。
高分子量体を除去する方法は、特に限定されないが、薄膜蒸留、短行程蒸留又はデカンター法が好ましい。
<薄膜蒸留>
薄膜蒸留は、減圧下において、ある一定の温度に加熱された面上に蒸発原料を連続的に供給して均一な薄膜を形成させ、該蒸発原料をその面上にある間だけ加熱し、相対的に沸点の低い成分を瞬間的に蒸発させると共に、相対的に沸点の高い成分を面上から回収する蒸留方法である。薄膜蒸留は、蒸発原料であるα−オレフィン低重合体を薄膜化して蒸発させることができるため、α−オレフィン低重合体の蒸発を促進し精製効率を高めることができ、しかも、α−オレフィン低重合体にかかる熱履歴を小さく抑えることができる。
薄膜蒸留による蒸留分を回収することにより、高分子量体の除去されたα−オレフィン低重合体を得ることができる。
薄膜蒸留装置は、高分子量体を分離(除去)させ易い観点から、蒸留装置内にコンデンサーを内蔵していることが好ましい。
薄膜を形成させる方法は特に限定されないが、例えば、流下式、遠心式、撹拌式、回転式、ブレード式、上昇式等の手法を用いることができ、この中でも、ワイパー等を用いる回転式が好ましい。
薄膜蒸留の蒸留条件は、特に限定されないが、高分子量体を分離(除去)させ易い観点から以下の説明するとおりである。
蒸留温度は150〜320℃が好ましく、230〜320℃がより好ましく、280〜310℃が更に好ましい。
蒸留時の圧力は、1.0×10−2〜5.0×10−2torrが好ましい。
蒸発原料であるα−オレフィン低重合体のフィード量は、300〜600mL/hが好ましく、ワイパーの回転数は、50〜600rpmが好ましい。
ワイパー回転数は、C26+のエチレン低重合体の薄膜蒸留の場合は、350〜450rpmが好ましく、C30+のエチレン低重合体の薄膜蒸留の場合は、60〜220rpmが好ましい。
<短行程蒸留>
薄膜蒸留は、短行程蒸留であることが好ましい。
短行程蒸留は、中真空(例えば10Pa〜10−1Pa程度)でかつ滞留時間が短い(例えば数秒〜1分以内)蒸留が可能であり、バッチ式の短蒸留では困難な高沸点物質の蒸留が可能である。短行程蒸留により、蒸留残渣から、高沸点物質である高分子量体を除去することができる。
短行程蒸留装置は、蒸発器、凝縮器及び減圧手段(真空ポンプなど)を少なくとも備える。該蒸発器は、蒸発面を備えることが好ましく、蒸発面としては、例えば、矩形板、円板などの板状体、筒状体、有底容器などが挙げられ、板状体の表面、筒状体の内面又は外面、容器内面等が、蒸発面となり得る。蒸発原料であるα−オレフィン低重合体を薄膜化して蒸発させることができる点で、板状体、筒状体などの蒸発器が好ましい。
<デカンター法>
デカンター法を利用して高分子量体を除去することが可能である。
本発明のデカンター法は、α−オレフィン低重合体を含む蒸留残渣を加熱下で有機溶媒に溶解させ、その後冷却することにより析出する析出物を除去する工程を少なくとも含む。
デカンター法における条件は、加熱する際に、蒸留残渣が溶解し冷却する際に、高分子量体が析出すれば、特に限定されないが、高分子量体を分離(除去)させ易い観点から以下に説明するとおりである。
有機溶媒の種類は、α−オレフィン低重合体を含む蒸留残渣が溶解すれば特に限定されないが、例えば、脂肪族系の有機溶媒としては、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカン等、芳香族系の有機溶媒としては、キシレン、エチルベンゼン、トルエン等、オレフィン系の有機溶媒としては、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン等を使用することができ、中でも、トルエンが好ましい。
溶解は加熱下で行い、加熱温度は、好ましくは70〜130℃であり、より好ましくは80〜120℃であり、更に好ましくは90〜110℃である。
加熱下で保持する時間は、α−オレフィン低重合体を含む蒸留残渣が溶解すれば特に限定されないが、好ましくは0.5〜2時間である。
溶解後の冷却温度は、好ましくは20〜60℃であり、より好ましくは30〜50℃であり、更に好ましくは35〜45℃である。
冷却速度は、好ましくは0.1〜5℃/分であり、より好ましくは0.5〜1℃/分である。
冷却後の保持時間は、好ましくは0〜1時間であり、より好ましくは0.05〜0.5時間である。
冷却することにより析出した析出物は、例えば吸引濾過等により除去される。濾過された濾液について、溶媒を減圧留去することにより、高分子量体の除去されたα−オレフィン低重合体を得ることができる。
(高分子量体)
上記した短行程蒸留、薄膜蒸留による蒸留残渣、デカンター法により析出した析出物は、重量平均分子量が10万以上の高分子量体である。
該重量平均分子量はGPCにより求めた値であり、測定方法は実施例に記載のとおりである。
(高分子量体が除去されたα−オレフィン低重合体)
本発明では、上記した手法により、高分子量体が除去されたα−オレフィン低重合体、好ましくは高分子量体が除去されたエチレン低重合体が得られる。
該エチレン低重合体の中でも、好ましくは、高分子量体が除去されたC26+のエチレン低重合体、又は高分子量体が除去されたC30+のエチレン低重合体である。
C26+又はC30+のエチレン低重合体は、本発明の高分子量体を除去する工程を行わない場合は、通常1000〜40000ppm程度の重量平均分子量10万以上の高分子量体が含まれる。一方、本発明の高分子量体を除去する工程を経ることで、重量平均分子量10万以上の高分子量体は500ppm以下に低減される。
このように、高分子量体が除去されたエチレン低重合体の曇り点は、好ましくは100℃以下、より好ましくは40〜90℃、更に好ましくは40〜80℃であるため、ワックスとして利用価値が高く、例えば、ワックス添加剤、化粧品、樹脂滑材、キャンドル、PVC潤滑剤等種々の用途として利用できる。
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
[曇り点の測定]JIS K 2269に則って、これを測定した。
[GPC測定]
ゲルパーミエイションクロマトグラフィ(GPC)法により、重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(Mw/Mn)を求めた。測定には、下記の装置及び条件を使用し、ポリスチレン換算の重量平均分子量を得た。
<GPC測定装置>
カラム :TOSO GMHHR−H(S)HT
検出器 :液体クロマトグラム用RI検出器WATERS 150C
<測定条件>
溶媒 :1,2,4−トリクロロベンゼン
測定温度 :145℃
流速 :1.0mL/分
試料濃度 :2.2mg/mL
注入量 :160μL
検量線 :Universal Calibration
解析プログラム:HT−GPC(Ver.1.0)
実施例1
[触媒の調製]
500ミリリットルの攪拌機付フラスコに、アルゴン雰囲気下で25ミリモルの無水四塩化ジルコニウムと乾燥したシクロヘキサン250ミリリットルを導入し、10分間室温で攪拌した。これにトリエチルアルミニウム[(CAl]を添加し、次いでエチルアルミニウムセスキクロライド[(CAlCl]を添加した。トリエチルアルミニウムとエチルアルミニウムセスキクロライドの量は、(CAlCl/(CAl=3.5(モル比)、[(CAlCl+(CAl]/ZrCl=7(モル比)になるようにした。全て加え終わったらアルゴン雰囲気下で70℃、2時間加熱、攪拌し、錯体を形成させ触媒液を調製した。
[低重合反応]
反応は完全混合槽タイプ(内容積1リットル)反応器を用いて連続的に行った。触媒液は前記触媒液とアルゴン雰囲気下で乾燥したシクロヘキサンを混合し、四塩化ジルコニウムの濃度を0.08ミリモル/L−シクロヘキサンに調整し、さらにチオフェンを四塩化ジルコニウムに対して3倍モルになるように添加したものを反応器に一定量(700cc/時間)供給した。反応器のレベルは500ccとして滞留時間は溶媒基準で約43分とした。反応は120℃、65kg/cm・G(6.4MPa)で行い、500rpmの攪拌回転数とした。また、高純度のエチレンガスを反応圧力65kg/cm・Gに維持するように連続的に供給した。条件と結果を表1に示す。
[触媒の失活処理]
上記重合反応において得られた反応生成液をシクロヘキサン546g/時間(700cc/時間)、エチレン低重合体225g/時間、合計量771g/時間で、連続的に失活槽に供給し、触媒の失活処理を行った。失活剤は10重量%濃度のアンモニア水を用い28g/時間で供給した。失活槽は圧力4kg/cm・G(0.39MPa)、温度100℃とし、700rpmで攪拌した。
失活処理後の生成液は、ろ紙でワックス分をろ別した。ろ液は2倍量のイオン交換水で2回洗浄し、次いで無水炭酸カリウムで乾燥した。このようにして得られた無色透明の反応生成液をガスクロマトグラフィーで分析し、製品エチレン低重合体の分布と純度を求めた。製品分布は操作上の損失からC10以上のガスクロマトグラフィーの分析結果からSchultz・Flory分布より計算により求めた。
[蒸留操作1]
以上のようにして得た触媒失活済みの低重合反応液を以下のように蒸留分離を行った。
低重合反応液をオルダーショウ蒸留装置(第1蒸留塔20)に導入した。塔頂圧力は常圧とし、塔頂温度66.1℃、塔底温度90.7℃で運転した。塔頂からはC6以下のエチレン低重合体を主成分とする液が抜き出され、塔底からはシクロヘキサンの大部分とC8以上のエチレン低重合体を主成分とする液が得られた。
第1蒸留塔20からの塔底液をオルダーショウ蒸留装置(第4蒸留塔23)に導入した。塔頂圧力は常圧とし、塔頂温度80.0℃、塔底温度170.9℃で運転した。塔頂からはシクロヘキサンを主成分とする液が抜き出され、塔底からはC8以上のエチレン低重合体を主成分とする液が得られた。
第4蒸留塔23からの塔底液をオルダーショウ蒸留装置(第5蒸留塔24)に導入した。塔頂からはC8を主成分とする液が抜き出され、塔底からはC10以上のエチレン低重合体を主成分とする液が得られた。
第5蒸留塔24からの塔底液をオルダーショウ蒸留装置(第6蒸留塔25)に導入した。塔頂からはC10を主成分とする液が抜き出され、塔底からはC12以上のエチレン低重合体を主成分とする液が得られた。
第6蒸留塔25からの塔底液をオルダーショウ蒸留装置(第7蒸留塔26)に導入した。塔頂からはC12を主成分とする液が抜き出され、塔底からはC14以上のエチレン低重合体を主成分とする液が得られた。
第7蒸留塔26からの塔底液をオルダーショウ蒸留装置(第8蒸留塔27)に導入した。塔頂からはC14を主成分とする液が抜き出され、塔底からはC16以上のエチレン低重合体を主成分とする液が得られた。
第8蒸留塔27からの塔底液をオルダーショウ蒸留装置(第9蒸留塔28)に導入した。塔頂からはC16を主成分とする液が抜き出され、塔底からはC18以上のエチレン低重合体を主成分とする液が得られた。
第9蒸留塔28からの塔底液をオルダーショウ蒸留装置(第10蒸留塔29)に導入した。塔頂からはC18を主成分とする液が抜き出され、塔底からはC20以上のエチレン低重合体を主成分とする液が得られた。
第10蒸留塔29からの塔底液をオルダーショウ蒸留装置(第11蒸留塔210)に導入した。塔頂からはC20、C22及びC24を主成分とする液が抜き出され、塔底からはC26以上のエチレン低重合体(C26+)を主成分とする液が得られた。
該C26以上のエチレン低重合体(C26+)を主成分とする液から、溶媒を蒸発させ固体状のC26以上のエチレン低重合体(C26+)を得て、曇り点を測定した結果、120℃以上であった。
[C26+の薄膜蒸留]
上記蒸留操作1によって得たC26+を主成分とする溶液を内部コンデンサー付き薄膜蒸留器(フィンテック株式会社製「KDL5型」)にフィード速度450mL/時間で導入した。C26+を主成分とする溶液をワイパー(回転数400rpm)により蒸留器本体の内面に塗布し、薄膜を形成させた。次いで減圧下(1.6〜1.8×10−2torr)で、形成させた薄膜をヒーターで170℃に加熱させた。蒸発分は内部コンデンサーにより冷却され、蒸留分受器に流れ落ちた。一方蒸留残渣は本体内面を伝って、残渣受器により回収された。蒸留分は111.5gで蒸留残渣は109.5gであった(表2)。蒸留分について回収し、溶媒を除去した後、曇り点を測定した結果、85℃以下であった。また、蒸留分についてはGPC測定により、重量平均分子量10万以上の高分子量成分は500ppm以下であった。
実施例2〜9
上記蒸留操作1によって得たC26+を主成分とする溶液を内部コンデンサー付き薄膜蒸留器(フィンテック株式会社製「KDL5型」)によって、表2の通り、フィード速度、ワイパー回転数、圧力、温度条件を変更した以外は上記実施例1にしたがって薄膜蒸留を行った。蒸留分について曇り点を測定した結果、すべて85℃以下であった。蒸留分、蒸留残渣については表2に示すとおりである。
実施例10
触媒の調製、重合反応、触媒の失活処理は実施例1と同様に行った。このようにして得た触媒失活済みの低重合反応液を以下のように蒸留分離を行った。
[蒸留操作2]
第11蒸留塔210から塔底液を得るまでは、蒸留操作1と同様に行った。
第11蒸留塔210からの塔底液をオルダーショウ蒸留装置(第12蒸留塔211)に導入した。塔頂からはC26及びC28を主成分とする液が抜き出され、塔底からはC30以上のエチレン低重合体(C30+)を主成分とする液が得られた。
該C30+を主成分とする液から、溶媒を蒸発させ固体状のC30+を得て、曇り点を測定した結果、120℃以上であった。
[C30+の薄膜蒸留]
上記蒸留操作2によって得たC30+を主成分とする溶液を内部コンデンサー付き薄膜蒸留器(フィンテック株式会社製「KDL5型」)にフィード速度450mL/時間で導入した。C30+を主成分とする溶液をワイパー(回転数200rpm)により蒸留器本体の内面に塗布し、薄膜を形成させた。次いで減圧下(4.3〜4.5×10−2torr)で、形成させた薄膜をヒーターで240℃に加熱させた。蒸発分は内部コンデンサーにより冷却され、蒸留分受器に流れ落ちた。一方蒸留残渣は本体内面を伝って、残渣受器により回収された。蒸留分は117.1gで蒸留残渣は107.3gであった(表3)。蒸留分について回収し、溶媒を除去した後、曇り点を測定した結果、85℃以下であった。また、蒸留分についてはGPC測定により、重量平均分子量10万以上の高分子量成分は500ppm以下であった。
実施例11〜12
上記蒸留操作2によって得たC30+を主成分とする溶液を内部コンデンサー付き薄膜蒸留器(フィンテック株式会社製「KDL5型」)によって、表3の通り、圧力、温度条件を変更した以外は上記実施例10にしたがって薄膜蒸留を行った。蒸留分について曇り点を測定した結果、すべて85℃以下であった。蒸留分、蒸留残渣については表3に示すとおりである。
実施例13
実施例1の蒸留操作1により得られた20.4gのC26+を300mLのトルエンに加え、100℃に加熱し、C26+を完全に溶解させた。次いで、ゆっくりと(0.6℃/分の降温速度で)オイルバス中で40℃まで温度を下げた。40℃で5分保持し、生じた析出物をメンブランフィルター(3μm)を使用し吸引濾過した。濾過後の濾液中のトルエンをエバポレーター及び窒素を吹き付けることにより除去し、19.7gの高分子量体が除かれたC26+が得られた。該高分子量体が除かれたC26+の曇り点は約80℃であった。
1:反応器
3,6:フラッシュ槽
7,11,18:ポンプ
8:失活機
9:脱灰機
10:ポット
4,17:熱交換器
19:溶解槽
20〜29,210,211:蒸留塔

Claims (9)

  1. チーグラー系触媒の存在下、有機溶媒中でα−オレフィンの低重合反応を行い、α−オレフィン低重合体混合物を製造し、該混合物中の炭素数n未満のα−オレフィン低重合体を蒸留分離することにより、炭素数n以上のα−オレフィン低重合体を含む蒸留残渣を得て、該蒸留残渣から高分子量体を除去する工程を行うことを特徴とする、α−オレフィン低重合体の製造方法。
  2. 前記α−オレフィンがエチレンである、請求項1に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  3. 前記炭素数nが26又は30である、請求項1又は2に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  4. 前記高分子量体の重量平均分子量が10万以上である、請求項1〜3のいずれかに記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  5. 前記蒸留残渣から高分子量体を除去する工程が、蒸留残渣を薄膜蒸留することにより高分子量体を除去する工程である、請求項1〜4のいずれかに記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  6. 前記薄膜蒸留における蒸留温度が150〜320℃であり、圧力が1.0×10−2〜5.0×10−2torrである請求項5に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  7. 前記薄膜蒸留が短行程蒸留である、請求項5又は6に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  8. 前記蒸留残渣から高分子量体を除去する工程が、蒸留残渣を加熱下で有機溶媒に溶解させ、その後冷却することにより析出する析出物を除去する工程である、請求項1〜4のいずれかに記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
  9. 前記加熱下における温度が70〜130℃であり、加熱下における保持時間が0.5〜2時間であり、且つ、冷却時における冷却速度が0.1〜5℃/分であり、冷却後の保持時間が0〜1時間である、請求項8に記載のα−オレフィン低重合体の製造方法。
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