JP2023516036A - 触媒及びその製造 - Google Patents
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Abstract
本発明は、5~500μmのメディアン粒子サイズ(D50vol)を有する固体粒子の形態の固体チーグラー-ナッタ触媒成分の製造方法に関し、この方法は:下記の工程:I. 固体第2族金属ジハライドを、式ROHの一価アルコール(A1)(Rは3~16個のC原子のヒドロカルビル基から選択される。)、及び、ヒドロキシル基ではない別の酸素含有官能基をヒドロキシル基に加えて有するアルコール(A2)を少なくとも有するアルコール混合物に溶解させることにより、第2族金属ジハライド(IUPAC、無機化学の命名法、2005)の溶液を提供する工程;II. 工程Iの第2族金属ジハライドの上記溶液を、周期表(IUPAC、無機化学の命名法、2005)の第4~10族の遷移金属又はランタニド若しくはアクチニド、好ましくは第4~6族の遷移金属の液体形態の化合物と接触させる工程;及びIII. 上記固体触媒成分を回収する工程;を有し;第2族金属ジハライドに由来する第2族金属の量が、固体チーグラー-ナッタ触媒成分の上記製造方法において使用される上記第2族金属の全量の100%を構成する。【選択図】 なし
Description
本発明は、オレフィンポリマーを製造するための固体チーグラー-ナッタ(Ziegler-Natta)触媒成分及びその製造に関する。さらに、本発明は、当該固体触媒成分、共触媒としての第13族金属化合物及び任意で外部電子供与体を有するチーグラーナッタ触媒に関する。本発明はさらに、C2~C10オレフィンポリマー、及び、2~12個のC原子の他のオレフィンとのその(コ)ポリマー、特にエチレン及びプロピレンポリマー並びにそれらのコポリマーの製造における、当該触媒成分の使用に関する。
チーグラー-ナッタ(ZN)型ポリオレフィン触媒は、オレフィンポリマー、例えば、C2~C10オレフィンポリマー、及び、2~12個のC原子の他のα-オレフィンとのその(コ)ポリマーの製造分野において周知である。一般に、上記の触媒は、周期表(IUPAC、無機化学の命名法(Nomenclature of Inorganic Chemistry)、2005)の第4~10族の遷移金属の又はランタニド若しくはアクチニドの化合物、周期表(IUPAC)の第1~3族の金属の化合物、任意で周期表(IUPAC)の第13族の金属の化合物、及び、任意で内部電子供与体等の内部有機化合物から形成される触媒成分を少なくとも有する。ZN触媒は、共触媒及び任意で外部電子供与体等のさらなる触媒成分を有してもよい。
反応特性における異なる要求を満たし、所望の物理的及び機械的性能を有するポリ(アルファ-オレフィン)樹脂を製造するために、多種多様なチーグラー-ナッタ触媒が開発されてきた。典型的なチーグラー-ナッタ触媒は、粒子支持体上に支持されたマグネシウム化合物、チタン化合物及び任意でアルミニウム化合物を有する。通常使用される粒子支持体は、Mgジハライド、好ましくはMgCl2系支持体、又は、無機酸化物型支持体、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、シリカ-アルミナ又はシリカ-チタニア、典型的にはシリカである。
MgCl2系の典型的な担持チーグラー-ナッタ触媒は、チタン化合物及び任意で第13族化合物、例えばアルミニウム化合物を有する。このような触媒は、EP376936、EP591224、WO2005/118655及びEP810235に開示されており、MgCl2-系支持材料を製造するための噴霧-乾燥(spray-drying)又は噴霧-結晶化(spray-crystallisation)法も開示されている。
EP1042331及びEP0926165は触媒の製造方法を開示しており、この方法においては、in situで製造される供与体(フタル酸供与体)とコンプレックスを形成する化合物として、MgCl2が使用される。触媒は沈殿により製造される。
上記触媒成分は、例えばEP688794及びWO99/51646に記述されているように、無機支持体を上記の化合物と順次接触させることにより製造することができる。あるいは、上記触媒成分は、WO01/55230に記述されているように、上記成分の溶液をまず調製し、次いで、この溶液を支持体と接触させることにより製造してもよい。
固体ZN触媒成分を製造するなお別の方法は、触媒成分原料を溶液中で反応させ、固化又は沈殿法により固体触媒成分を得る方法に基づくものである。このような製造方法は、例えば、公開公報WO2003/000757、WO2003/000754、WO2004/029112、WO2007/137849及びWO2007/137853に記述されており、さらに、公開公報WO2012/007430、WO2013/098149、WO2013/098137及びWO2013098138には、通常内部電子供与体として使用される、いかなるフタル酸化合物も用いずに製造された触媒が開示されている。当該特許において、触媒合成の出発化合物として使用される第2族金属化合物(Mg化合物)は、マグネシウムアルキル及び/又はマグネシウムアルコキシ化合物である。
担持チーグラー-ナッタ触媒の製造にはMgCl2を原料として使用してよい。MgCl2と一価短鎖(C1~C6)アルキルアルコール、典型的にはエタノールのアダクトが形成されることがあり、これを次いで四塩化チタン及びフタレート等の供与体と反応させる。製造法によっては、MgCl2を2-エチルヘキサノール等のアルコール中に溶解してもよく、これによりMgCl2とアルコールのコンプレックスであるマグネシウムジクロリドアルコラートが形成され、これはさらなる触媒製造工程において使用される。MgCl2のアルコールに対する溶解性はかなり低いため、MgCl2を溶解させるためには、通常、大過剰のアルコールが必要とされる。
WO2004007561は、電子供与体化合物を供給してマグネシウムハライド組成物を形成させ、マグネシウムハライド(MgCl2)の溶解性を増大させる方法を開示する。マグネシウムハライドに対する上記電子供与体化合物のモル比は1.9又はそれ未満である。
WO1991005608は、非Grignard反応において、炭化水素可溶性アルコキシ含有マグネシウムハライドコンプレックスを形成する方法を開示する。この方法では、わずかに過剰の所望のアルコキシ基(OR)の親アルコール及び短鎖アルキルアルコール(例えば、約1~4個の炭素原子のアルキル基を有するアルコール)の存在下で、マグネシウムハライド、第2のMg源(例えば、Mgアルコキシド、Mgジアルキル又はMg金属)を合わせることにより、得られるコンプレックスの可溶化を行う。
US20050176900は、エーテルの存在下で、アルコール中のMgCl2から出発する触媒の製造を記載し、これにより触媒支持体及びさらには触媒系が得られる。
上記のZN触媒は、オレフィン重合、例えば、2~10個のC原子のα-オレフィンの、特に、エチレン、プロピレン、1-ブテンのポリマー、又は、エチレン及び/又は3~12個のC原子の他のα-オレフィンとのそれらの(コ)ポリマーを製造するためのオレフィン重合に有用であることが主張されている。
所望の特性と性能を有する触媒を製造するための多くの適切な方法がたとえ開発されても、所望の触媒をより効率的にかつより環境にやさしい方法で製造し、なお、所望の特性と性能を有する触媒を得るための改善された方法を見出す需要が存在する。
オレフィン触媒製造プロセスにおいては、望ましくない化学物質、例えば揮発性炭化水素等の揮発性化学物質が通常使用される。加えて、反応工程によっては、プロセスの副生成物として揮発性炭化水素が形成され、これは環境的な観点からは潜在的リスクである。プロセスによっては、大過剰の化学物質(アルコール等)が必要とされる。従って、過剰のアルコールを除き、処理する追加のプロセス工程が必要とされる。過剰のアルコール及び他の化学物質(例えば内部電子供与体)の使用においては、望ましくない副反応が観察されることもある。さらに、本質的に自然発火性である化学物質の使用量を減らす解決策を見出すことが望まれている。それらは低濃度でさえも高い粘性を有する溶液を形成することがあり、触媒合成においてそれらを使用することは負担となる。今日においては、フタレート等の望ましくない化学物質は、触媒製造プロセスにおけるいかなる化合物としても使用するべきではない。チーグラー-ナッタ触媒製造プロセスにおけるさらなる課題は、望ましくない化合物を含有する廃液流の回収と処理に関するものである。
発熱反応、例えばマグネシウムアルキルとアルコールの間の反応は制御が難しく、適切な冷却システムが必要であり、触媒合成、さらにはその後の工程における触媒の使用において望ましくない反応を引き起こすことがある。
上記の問題は、安全性の観点から問題となるだけではなく、望ましくなく、制御不可能なかかる反応は最終ポリマーの特性にも容易に影響を及ぼし得る。
上記課題の解決は触媒の性能を犠牲にしたり、触媒製造のコストを犠牲にしてなされるべきではない。換言すれば、触媒製造の結果はなお良好なレベルであるべきであり、好ましくは改善されるべきである。従って、先述した問題を減少させ、かつ、触媒製造能をなお維持し、好ましくは増大させる新しい触媒製造原料を見出すことに対する期待は大きい。触媒原料及び製造のコストの減少は、当然ながら、改善され、改変された方法において利点となる。
本発明の要約
従って、本発明の目的は、5~500μmのメディアン粒子サイズ(D50vol)を有する固体粒子の形態の固体チーグラー-ナッタ触媒成分の製造方法を提供することであり、この方法は:
I. 固体第2族金属ジハライドを、式ROHの一価アルコール(A1)(Rは3~16個のC原子のヒドロカルビル基から選択される。)、及び、ヒドロキシル基ではない別の酸素含有官能基をヒドロキシル基に加えて有するアルコール(A2)を少なくとも有するアルコール混合物に溶解させることにより、第2族金属ジハライド(IUPAC、無機化学の命名法、2005)の溶液を提供する工程;
II. 工程Iの第2族金属ジハライドの上記溶液を、周期表(IUPAC、無機化学の命名法、2005)の第4~10族の遷移金属の又はランタニド若しくはアクチニドの、好ましくは第4~6族の遷移金属の液体形態の化合物と接触させる工程;及び
III. 上記固体触媒成分を回収する工程;
を有し;
第2族金属ジハライドに由来する第2族金属の量が、固体チーグラー-ナッタ触媒成分の上記製造方法において使用される上記第2族金属の全量の100%を構成する。
従って、本発明の目的は、5~500μmのメディアン粒子サイズ(D50vol)を有する固体粒子の形態の固体チーグラー-ナッタ触媒成分の製造方法を提供することであり、この方法は:
I. 固体第2族金属ジハライドを、式ROHの一価アルコール(A1)(Rは3~16個のC原子のヒドロカルビル基から選択される。)、及び、ヒドロキシル基ではない別の酸素含有官能基をヒドロキシル基に加えて有するアルコール(A2)を少なくとも有するアルコール混合物に溶解させることにより、第2族金属ジハライド(IUPAC、無機化学の命名法、2005)の溶液を提供する工程;
II. 工程Iの第2族金属ジハライドの上記溶液を、周期表(IUPAC、無機化学の命名法、2005)の第4~10族の遷移金属の又はランタニド若しくはアクチニドの、好ましくは第4~6族の遷移金属の液体形態の化合物と接触させる工程;及び
III. 上記固体触媒成分を回収する工程;
を有し;
第2族金属ジハライドに由来する第2族金属の量が、固体チーグラー-ナッタ触媒成分の上記製造方法において使用される上記第2族金属の全量の100%を構成する。
従って、第2族金属ジハライドは、先に定義した製造プロセスにおいて使用される第2族金属の唯一の供給源である。
態様の1つによれば、本発明のプロセスにより製造される触媒成分は、内部電子供与体を有してもよい。任意の内部供与体は、固体触媒成分の回収前、すなわち工程IIIの前の任意の工程において加えてよい。フタル酸化合物は本発明の製造において使用するべきではない。上記任意の内部電子供与体は、特に適切なものとして、(ジ)カルボン酸の非フタル酸エステル、(ジ)エーテル又は酸素若しくは窒素含有ケイ素化合物、又は、これらの混合物である。本特許出願において、内部供与体、内部電子供与体及び供与体という用語は同義である。好ましくは本発明の触媒製造において内部電子供与体が使用される。
なお別の側面において、本発明は、本明細書に記載する方法により得ることができる、好ましくは得られる、5~500μmのメディアン粒子サイズ(D50vol)を有する固体粒子の形態のチーグラー-ナッタ触媒成分を提供する。
なお別の側面において、本発明は、本明細書に記載するチーグラー-ナッタ触媒成分の存在下で、C2~C10α-オレフィンポリマー、及び、そのC2~C12α-オレフィンコモノマーとのコポリマーを製造する方法を提供する。
さらに、本発明の目的は、C2~C10α-オレフィンポリマー、及び、そのC2~C12α-オレフィンコモノマーとのコポリマーの製造のための、本明細書に記載するチーグラー-ナッタ触媒成分の使用である。
加えて、本発明は、本明細書に記載するチーグラー-ナッタ触媒成分、共触媒及び任意で外部電子供与体を有する触媒、並びに、C2~C10α-オレフィンの(任意でC2~C12α-オレフィンコモノマーとの)重合プロセスにおける当該触媒の使用に関する。
外部電子供与体とは、固体触媒成分の一部ではないが、別個の成分として重合プロセスにフィードされる成分を意味する。
本発明の詳細な記述
上記したように、本明細書に規定する固体触媒成分の製造方法において、第2族金属ジハライドが、第2族金属、好ましくはMgの唯一の原料として使用される。上記第2族金属ジハライドは、式ROHの一価アルコール(A1)(Rは3~16個のC原子のヒドロカルビルから選択される。)、及び、ヒドロキシル基ではない別の酸素含有官能基をヒドロキシル基に加えて有するアルコール(A2)を少なくとも有するアルコール混合物中の溶液として供給される。
上記したように、本明細書に規定する固体触媒成分の製造方法において、第2族金属ジハライドが、第2族金属、好ましくはMgの唯一の原料として使用される。上記第2族金属ジハライドは、式ROHの一価アルコール(A1)(Rは3~16個のC原子のヒドロカルビルから選択される。)、及び、ヒドロキシル基ではない別の酸素含有官能基をヒドロキシル基に加えて有するアルコール(A2)を少なくとも有するアルコール混合物中の溶液として供給される。
上記第2族金属は、好ましくはマグネシウムである。上記ハライドは好ましくは塩素である。従って、本発明で使用される第2族金属ジハライドは好ましくはMgCl2である。
本発明の固体触媒成分の製造において、第2族金属ジハライド、好ましくはMgCl2を第2族金属源、好ましくはMg源として用いることにより、幾つかの利点が得られる。基本的な化学物質であるMgCl2は商業的供給源から容易に入手することができる。MgCl2は有害な物質ではなく、大規模な製造においても扱いが容易である。しかしながら、MgCl2は吸湿性物質であるため、水とのいかなる接触も避けた状態で扱い、貯蔵すべきであることは考慮しなければならない。
市販の無水MgCl2は通常少量の水を含有する。市販の無水MgCl2の水分含量は典型的には最大で2wt%であってよい。本発明の製造方法において使用されるMgCl2中の水分含量は2wt%を超えるべきではない。従って、本発明の方法において使用されるMgCl2中の水分含量は0wt%以上2wt%までである。従って、当該MgCl2は、0.1~2wt%、例えば0.3~2wt%(0.5~2.0wt%等)の水分含量を有してよい。
MgCl2中の水分含量が2wt%を超える場合には、当該MgCl2を本発明の触媒製造プロセスにおいて使用する前に、過剰の水分を除く必要がある。水分量を許容できるレベルに減少させるために、予備乾燥又は適切な炭化水素との共沸蒸留を使用してよい。MgCl2を100%乾燥して完全に無水のMgCl2を得ることは可能であるが、従来の方法では容易ではなく、また本発明の目的においてその必要性はない。
上記したように、MgCl2は吸湿性物質であるため、水分(湿気)との接触を避けた状態で扱い、貯蔵して、MgCl2の水分含量を先に規定した2wt%未満のレベルに保つべきである。
上記アルコール混合物は、式ROHの一価アルコール(A1)(Rは2~16個のC原子のヒドロカルビル基から選択される。)、及び、ヒドロキシル基ではない別の酸素含有官能基をヒドロキシル基に加えて有するアルコール(A2)を少なくとも有する。好ましくは、上記アルコール混合物は本明細書に定義するアルコール(A1)及び(A2)からなる。
先に定義した一価アルコール(A1)は、好ましくは、Rが、3~12個のC原子、より好ましくは5~12個のC原子のヒドロカルビル基である式ROHのアルコールである。なおより好ましくは、A1は、直鎖又は分岐したヘキサノール、ヘプタノール及びオクタノールから選択される。特に好ましい一価アルコールは2-エチルヘキサノールである。上記したように、アルコール(A2)はヒドロキシル基ではない官能基、好ましくはエーテル基を有する。上記エーテル部分は、2~18個の炭素原子、好ましくは2~10個の炭素原子、より好ましくは2~6個の炭素原子を有する。最も好ましくは、アルコール(A2)はC2~C4グリコールモノエーテルである。
上記アルコール混合物中のアルコール(A1)/(A2)の重量%比(wt%/wt%)は、5/95~95/5の範囲内、好ましくは20/80~95/5の範囲内、より好ましくは40/60~90/10の範囲内、なおより好ましくは60/40~90/10の範囲内である。態様によっては、上記比は、70/30~90/10の範囲内、好ましくは70/30~85/15wt%/wt%の範囲内であってよい。
使用されるアルコールの比は、アルコールの種類、特にアルコール(A2)の種類に依存する。
本発明によれば、アルコール/Mgのモル比としての、アルコール中の上記第2族金属、好ましくはMgの濃度は、その上限については特に限定されない。ここでのアルコールは、MgCl2の溶解に使用されるすべてのアルコールを包含する。従って、先に定義したアルコール混合物を包含する。上記したように、過剰のアルコールの使用は望ましくない。しかしながら、上記モル比は、所望の溶解性に達するのに十分高くあるべきである。アルコール/Mgの最小モル比は、少なくとも1、好ましくは少なくとも1.5、典型的には少なくとも2.0である。
MgCl2の溶解性は溶解度増加剤(solubility increasing agent)を加えることにより増大させることができる。本発明の方法において適切に使用されるかかる作用剤は、脂肪族又は芳香族炭化水素溶媒である。加えて、触媒製造又は触媒の性能を阻害し又は劣化させることのない他の補助溶媒を使用してよい。かかる補助溶媒は、適切には、触媒製造に使用される内部電子供与体であってよい。
かかる炭化水素溶媒及び/又は他の補助溶媒が使用される場合には、アルコール/Mgの比は、いかなる他の溶媒及び/又は補助溶媒を使用しない場合よりも小さくなることがある。この場合、最小アルコール/Mgモル比が、3未満、又は、2.5未満にさえなることがある。
本発明の触媒の製造に使用される溶媒は、5~20個の炭素原子、より好ましくは5~12個の炭素原子を有する芳香族及び脂肪族直鎖、分岐及び環状炭化水素又はこれらの混合物の中から選択されてよい。適切な溶媒としては、ベンゼン、トルエン、クメン、キシロール、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン及びノナンが挙げられる。トルエン、ヘプタン及びペンタンが特に好ましい。これらの溶媒は、例えば、MgCl2溶解度増加剤として、必要であればTiCl4を有する溶媒として、及び/又は、得られた固体粒子の洗浄液として使用してよい。
第4~10族の遷移金属化合物又はランタニド若しくはアクチニドは、好ましくは第4~6族の化合物、より好ましくは第4族遷移金属化合物又はバナジウム化合物であり、なおより好ましくはチタン化合物である。より好ましくは、上記チタン化合物は式XyTi(OR8)4-y(各R8は、独立に、C1-20アルキル、好ましくはC2-10、より好ましくはC2-8アルキル基であり、Xはハロゲン、好ましくは塩素であり、yは1、2、3又は4、好ましくは2、3又は4、より好ましくは4である。)のハロゲン含有チタン化合物である。
適切なチタン化合物としては、トリアルコキシチタンモノクロリド、ジアルコキシチタンジクロリド、アルコキシチタントリクロリド及び四塩化チタンが挙げられる。最も好ましくは、本発明の方法では四塩化チタンが使用される。TiCl4は、そのまま使用することができ、又は、炭化水素溶媒との混合物として使用してよい。
本発明の方法において好ましく使用される内部供与体は、非フタル酸(ジ)カルボン酸のエステル、1,3-ジエーテル、これらの誘導体及び混合物から適切に選択される。より好ましくは、上記内部電子供与体は、非フタル酸(ジ)カルボン酸のエステル、特に、未置換又は置換マロン酸エステル、未置換又は置換マレイン酸エステル、例えば、シトラコン酸エステル、コハク酸エステル、グルタル酸エステル、シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸エステル及び安息香酸エステル並びにこれらの任意の誘導体及び/又は混合物を有する群に属するエステルである。特に好ましい例は、例えば、置換マレイン酸エステル、より好ましくはシトラコン酸エステル、とりわけシトラコンジ-2-エチルヘキシルである。
本発明の触媒成分又は本発明の方法に従って製造された触媒成分は、5~500μmの、好ましくは5~300μmの範囲内の、より好ましくは5~200μmの範囲内の、なおより好ましくは10~120μmの範囲内のメディアン粒子サイズ(D50vol)を有する。態様によっては、D50volは、好ましくは15~80μmの範囲内、又は、さらには15~60μmの範囲内である。
上記触媒成分の粒子サイズ分布(PSD)は狭いことが好ましい。PSDは、通常、粒子の体積量(volumetric amount)に基づく相対分布として、すなわち体積SPAN(volumetric SPAN)(SPANvol)として定義される。
SPANvol=(D90vol-D10vol)/D50vol
(D90vol=90%累積体積(cumulative volume)における粒子径、
D10vol=10%累積体積における粒子径、
D50vol=50%累積体積における粒子径(メディアン粒子サイズ、vol))
(D90vol=90%累積体積(cumulative volume)における粒子径、
D10vol=10%累積体積における粒子径、
D50vol=50%累積体積における粒子径(メディアン粒子サイズ、vol))
上記触媒成分のPSDは触媒製造プロセスに依存し、広い範囲で変化し得る。しかしながら、狭いPSD、すなわち小さいSPANが、通常、上記固体触媒成分の望ましい特徴である。従って、本発明の好ましい態様によれば、上記固体触媒成分のSPANvolにより定義されるPSDは、最大で1.5、より好ましくは最大で1.3、なおより好ましくは最大で1.1である。具体的な本発明の方法で製造された触媒は1.0未満のSPANvolを有してもよい。
好ましい態様によれば、本発明は、5~200μmのメディアン粒子サイズ(D50vol)を有する固体粒子の形態の固体チーグラー-ナッタ触媒成分の製造方法を提供し、下記の工程:
I. 固体マグネシウムジクロリドを、式ROHの一価アルコール(A1)(Rは2~16個のC原子のヒドロカルビル基から選択される。)、及び、エーテル基であって、エーテル部分が2~18個の炭素原子を有するエーテル基をヒドロキシル基に加えて有するアルコール(A2)を少なくとも有するアルコール混合物に溶解させることにより、マグネシウムジクロリドの溶液を提供する工程;
II. 工程Iのマグネシウムジクロリドの上記溶液を、周期表(IUPAC、無機化学の命名法、2005)の第4~6族の遷移金属の化合物、好ましくはTiCl4と接触させる工程;及び
III. 上記固体触媒成分を回収する工程;
を有し;
を有し;
マグネシウムジクロリドに由来するマグネシウムの量は、固体チーグラー-ナッタ触媒成分の上記製造方法において使用されるマグネシウムの全量の100%を構成し;
上記アルコール混合物中のアルコール(A1)/(A2)の重量%比(wt%/wt%)は、5/95~95/5の範囲内、好ましくは20/80~95/5の範囲内であり;
非フタル酸(ジ)カルボン酸のエステル、1,3-ジエーテル、これらの誘導体及び混合物から選択される内部電子供与体が、回収工程IIIの前に加えられる。
工程Iにおいて、さらなる溶媒、例えば脂肪族又は芳香族炭化水素溶媒、又は、他の補助溶媒、例えば先に定義した電子供与体、を加えて、Mgジクロリドの溶解を促進してよい。
より好ましくは、上記内部電子供与体は、非フタル酸(ジ)カルボン酸のエステル、特に、未置換又は置換マロン酸エステル、未置換又は置換マレイン酸エステル、例えば、シトラコン酸エステル、コハク酸エステル、グルタル酸エステル、シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸エステル及び安息香酸エステル並びにこれらの任意の誘導体及び/又は混合物を有する群に属するエステルから選択される。特に好ましい例は、例えば、置換マレイン酸エステル、より好ましくはシトラコン酸エステル、とりわけシトラコン酸ジ-2-エチルヘキシルである。
最も好ましくは、アルコール(A2)は、C2~C4グリコールモノエーテル、特にブトキシプロパノールである。
先に定義したアルコールの混合物の使用により、金属ハライドのアルコール中への溶解が促進される。第2族金属ジハライド、好ましくはMgCl2の、アルコール(A2)、好ましくはグリコールエーテルから選択されるアルコール(A2)への溶解性は、一価アルコール(A1)への溶解性より高いことが見出された。加えて、アルコール(A2)、例えばグリコールモノエーテル、を第2族金属ジハライド、好ましくはMgCl2、の溶媒として使用することにより、得られる溶液の粘性が、一価アルコール(A1)のみを溶媒として使用する場合よりも低くなる。従って、MgCl2溶液の調製において、一価アルコールのみを使用する場合と比較して、他の任意の溶媒、例えば炭化水素溶媒、の量を減らすことができる。さらに、第2族金属ハライド、好ましくはMgCl2、のグリコールモノエーテルへの溶解性の増大により、アルコール混合物中に溶解するMgの量を増大させることができる。上記アルコール混合物において使用されるアルコール(A1)及び(A2)の比の選択により、上記溶液中に溶解したMgの量を調節することが可能になり、従って、触媒製造において、第2族金属源、例えばMg源、として使用する第2族金属ハライド、例えばMgCl2、の量に対するウィンドウが広くなる。従って、第2族金属ハライド、例えばMgCl2、を、異なる供給源から得られる他のMg化合物、例えばMgアルコキシド又はMgアルキル、に由来するMgと置き換えるために使用することは、魅力的な選択肢である。
より好ましい態様によれば、上記アルコール混合物中におけるアルコール(A1)/(A2)の重量%比は、20/80~95/5の範囲内、より好ましくは40/60~90/10の範囲内、なおより好ましくは60/40~90/10の範囲内、特に70/30~90/10の範囲内である。
上記したように、過剰のアルコールの使用は避けることが好ましい。すなわち、アルコール/Mgのモル比が小さい程、過剰のアルコールを除き、処理する後処理の必要性が減少する。しかしながら、所望の溶解性を得るためには、アルコール/Mgの最小モル比は1であり、好ましくは1.5である。アルコール/Mgのモル比は、好ましくは、1.5~10の範囲内、より好ましくは1.5~6の範囲内、なおより好ましくは1.5~4の範囲内である。従って、アルコール/Mgのモル比は、好ましくは最大で6、より好ましくは最大で4、又は、さらには最大で3である。アルコール/Mgのモル比は、少なくとも1、好ましくは少なくとも1.5、例えば、少なくとも1.7又は少なくとも2であり、上記した比のいずれかの上限及び好ましい上限と組み合わせられる。
本発明の手法によれば、上記固体触媒は、物理的条件、特に接触工程IIにおいて使用される温度に応じて、沈殿法(precipitation method)により、又は、エマルジョン-固化法(emulsion-solidification method)により得てよい。エマルジョンは液/液2相系とも呼ばれる。
両方法(沈殿又はエマルジョン-固化)において、触媒化学は同じである。
沈殿法においては、本明細書に定義したアルコールの混合物中の第2族金属ジハライドの溶液を少なくとも1種の遷移金属化合物と合わせ、全反応混合物を、少なくとも50℃に、より好ましくは55℃~110℃の範囲内の温度、より好ましくは70℃~100℃の範囲内の温度に維持して、固体粒子の形態の触媒成分の完全な沈殿を確実なものとする。
エマルジョン-固化法においては、本明細書に定義したアルコールの混合物中の第2族金属ジハライドの溶液を、-10℃以上50℃未満等の低温で、好ましくは-5℃~30℃の範囲内の温度で、少なくとも1種の遷移金属化合物に加え、エマルジョンが形成される。エマルジョンの撹拌の間、温度は、通常、-10℃以上40℃未満、好ましくは-5℃~30℃に維持される。エマルジョンの分散相の液滴が触媒組成物を形成する。液滴の固化は、エマルジョンの70℃~150℃の温度への、好ましくは80℃~110℃への加熱により適切に行われる。
エマルジョン-固化法においては、エマルジョンの液滴の形態の分散相が触媒部を形成し、これが固化工程において固体触媒粒子に変換される。
エマルジョン-固化法により製造される触媒が、本発明において好ましく使用される。
エマルジョン-固化法において、液/液2相系(エマルジョン)の形成を、(さらなる)溶媒及び界面活性剤等の添加剤を加えることにより促進してよい。界面活性剤は乳化剤として作用し、エマルジョンの形成及び/又は安定化を促進するために、当該技術分野において既知の方法で使用される。好ましくは、本発明において使用される界面活性剤はアクリル系又はメタクリル系ポリマーである。特に好ましい界面活性剤は、ポリ(ヘキサデシル)-メタクリレート及びポリ(オクタデシル)-メタクリレート等の分岐のないC12~C20メタクリレート(アクリレート)及びこれらの混合物である。界面活性剤は回収工程IIIの前の任意の工程において加えてよい。界面活性剤は上記沈殿法による触媒成分の製造においても使用してよい。
最後の回収の前に、本発明の方法により製造された固体粒子触媒生成物を、少なくとも1回、好ましくは少なくとも3回、最も好ましくは少なくとも5回、芳香族及び/又は脂肪族炭化水素で、好ましくはトルエン、ヘプタン又はペンタンで、及び/又は、TiCl4で洗浄してよい。当該洗浄溶液も、内部供与体及び/又は第13族の化合物、例えばトリアルキルアルミニウム、ハロゲン化アルキルアルミニウム化合物又はアルコキシアルミニウム化合物を有してよい。アルミニウム化合物は触媒合成の間に加えてもよい。最後の回収の前に、触媒はさらに、例えば、蒸発又は窒素によるフラッシュにより乾燥させることができる。乾燥工程の有無にかかわらず、必要に応じて、触媒成分はスラリー化して油状の液体としてよい。
最終的に得られる本発明のチーグラー-ナッタ触媒成分は、望ましくは、5~200μmの体積メディアン粒子サイズ(D50vol)を有する球状粒子の形態であり、SPANvolは、最大で1.3、より好ましくは最大で1.2、なおより好ましくは最大で1.1である。
上記の方法により製造される触媒粒子は、好ましくは、20m2/g未満の、より好ましくは10m2/g未満の表面積を有する。
エマルジョン-固化法による触媒製造は、低SPANvol及び低表面積の固体触媒を得ることを可能にする。従って、1.2又はそれ未満、好ましくは1.1未満、なおより好ましくは1.0未満のSPANvol、及び、10m2/g未満、好ましくは5m2/g未満の表面積を得ることが可能である。
上記触媒成分中において、通常、Tiの量は1~6wt%の範囲内、好ましくは1.5~5wt%の範囲内であり、Mgの量は10~20wt%の範囲内、好ましくは12~18wt%の範囲内であり、上記内部供与体の量は5~35wt%の範囲内、好ましくは10~25wt%の範囲内である。
本発明の触媒は、先に定義した固体触媒成分に加えて、活性剤としても知られる共触媒及び任意で外部電子供与体を有する。
共触媒は、好ましくは第13族金属の有機金属化合物であり、通常、アルミニウム化合物である。これらの化合物としては、例えばアルミニウムアルキル及びアルキルアルミニウムハライドが挙げられる。好ましくは、上記アルキル基は、C1~C8アルキル基、好ましくはC1~C4アルキル基であり、上記ハライドはクロリドである。好ましくは、共触媒(Co)は、トリ(C1-C4)アルキルアルミニウム、ジ(C1-C4)アルキルアルミニウムクロリド又は(C1-C4)アルキルアルミニウムジクロリド又はこれらの混合物である。最も好ましくは、上記アルキル基はエチルである。具体的な態様の1つにおいて、共触媒(Co)はトリエチルアルミニウム(TEAL)である。
外部電子供与体は通常プロピレン重合において使用されるが、エチレン重合において使用されてきたことも知られている。本特許出願において、外部電子供与体及び外部供与体という用語は同義である。
適切な外部電子供与体(ED)としては、特定のシラン、エーテル、エステル、アミン、ケトン、複素環化合物及びこれらのブレンドが挙げられる。一般式(A)のシラン又は一般式(B)のシランから選択されるシランを使用することが特に好ましい。
Ra
pRb
qSi(ORc)(4-p-q) (A)
(式中、Ra、Rb及びRcは、独立に、同じであるか又は異なり、1~12個の炭素原子を有する直鎖の、分岐した又は環状炭化水素基であり、特にアルキル又はシクロアルキル基であり、p及びqは0から3までの範囲の数であり、それらの合計p+qは3であるか又は3未満である。);
(式中、Ra、Rb及びRcは、独立に、同じであるか又は異なり、1~12個の炭素原子を有する直鎖の、分岐した又は環状炭化水素基であり、特にアルキル又はシクロアルキル基であり、p及びqは0から3までの範囲の数であり、それらの合計p+qは3であるか又は3未満である。);
Si(OCH2CH3)3(NR3R4) (B)
(式中、R3及びR4は、同じであるか又は異なることができ、1~12個の炭素原子を有する直鎖の、分岐した又は環状炭化水素基を表す。好ましくは、R3及びR4は、メチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、オクチル、デカニル、イソプロピル、イソブチル、イソペンチル、tert.-ブチル、tert.-アミル、ネオペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、メチルシクロペンチル及びシクロヘプチルからなる群より独立に選択され、より好ましくはエチルである。
(式中、R3及びR4は、同じであるか又は異なることができ、1~12個の炭素原子を有する直鎖の、分岐した又は環状炭化水素基を表す。好ましくは、R3及びR4は、メチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、オクチル、デカニル、イソプロピル、イソブチル、イソペンチル、tert.-ブチル、tert.-アミル、ネオペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、メチルシクロペンチル及びシクロヘプチルからなる群より独立に選択され、より好ましくはエチルである。
最も好ましくは、外部供与体は、式(A)のシランから選択され、特に、(tert-ブチル)2Si(OCH3)2、(シクロヘキシル)(メチル)Si(OCH3)2、(シクロペンチル)2Si(OCH3)2及び(フェニル)2Si(OCH3)2から選択される。
本発明の触媒は、C2~C10オレフィン、好ましくはC2~C6オレフィンを、任意で1又は2種以上のコモノマーとともに重合するために使用される。最もよく製造されるオレフィンポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン及びこれらのコポリマーである。本発明の触媒は、特にポリプロピレン及びそのコポリマーの製造に向いている。よく使用されるコモノマーは、エチレン、及び、好ましくはC4-C20-アルファ-オレフィンから選択されるアルファ-オレフィンコモノマーであり、より好ましくは、エチレン、並びに、1-ブテン、イソブテン、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-ノネン及び1-デセン等のC4-C12-アルファ-オレフィン、及び、ブタジエン、1,7-オクタジエン及び1,4-ヘキサジエン等のジエン、又は、ノルボルネン等の環状オレフィン、並びに、これらの任意の混合物から選択される。最も好ましくは、上記コモノマーは、エチレン、1-ブテン及び/又は1-ヘキセンである。
好ましい態様によれば、本発明の触媒成分は、固体球状粒子の形態であり、シリカ等のいかなる外部支持物質又はいかなる別個に製造されたMgCl2系支持体も有さない。上記固体触媒成分は先に記載したプロセスにより製造される。
好ましい製造法によれば、先に記載したアルコールの混合物中のMgCl2の溶液、少なくとも1種の第4~6族の遷移金属の化合物、最も好ましくはTiCl4、及び、内部電子供与体若しくはその前駆体は、溶液中で接触し、反応し、その後、沈殿、又は、好ましくはエマルジョン形成及び上記エマルジョンの液滴の固化、のいずれかにより固体触媒粒子が形成される。最終的な触媒は、先に定義した当該内部電子供与体、並びに、Ti及びMgを先に示した量で有する。上記好ましい方法により、先に記載した特徴を有する固体粒子の形態の触媒成分となる。加えて、上記固体触媒粒子は、触媒粒子に触媒として活性な部位が均一に分散していることを特徴とする。
重合
本発明の触媒は、ポリオレフィンの製造のための通常用いられるいかなるユニ又はマルチモーダルプロセスにおいても使用できる。重合は、スラリー、溶液若しくは気相反応器又はそれらの組み合わせ内で行われてよい。通常、エチレン及びプロピレン(コ)ポリマーは、商業的スケールにおいてはマルチモーダルプロセスの構成で製造される。当該技術分野において既知のかかるマルチモーダル重合プロセスは少なくとも2つの重合段階を有する。重合段階はカスケードモードで行うことが好ましい。カスケード状に構成されたスラリー及び気相重合段階を有する適切なプロセスは、特に、WO92/12182及びWO96/18662及びWO WO98/58975に開示されている。
本発明の触媒は、ポリオレフィンの製造のための通常用いられるいかなるユニ又はマルチモーダルプロセスにおいても使用できる。重合は、スラリー、溶液若しくは気相反応器又はそれらの組み合わせ内で行われてよい。通常、エチレン及びプロピレン(コ)ポリマーは、商業的スケールにおいてはマルチモーダルプロセスの構成で製造される。当該技術分野において既知のかかるマルチモーダル重合プロセスは少なくとも2つの重合段階を有する。重合段階はカスケードモードで行うことが好ましい。カスケード状に構成されたスラリー及び気相重合段階を有する適切なプロセスは、特に、WO92/12182及びWO96/18662及びWO WO98/58975に開示されている。
マルチモーダル重合の構成において、重合段階は、スラリー及び気相反応器から選択される重合反応器を有する。好ましい態様の1つにおいて、マルチモーダル重合の構成は、少なくとも1つのスラリー反応器、次いで少なくとも1つの気相反応器を有する。
触媒は、当該技術分野で知られているいかなる手段を用いて重合プロセス中に移してもよい。従って、触媒を希釈液中に懸濁し、均一なスラリーとして維持することが可能である。WO-A-2006/063771に開示されているように、20~1500mPa・sの粘度を有するオイルを希釈剤として使用することが特に好ましい。触媒をグリースとオイルの粘性を有する混合物と混合し、得られたペーストを重合ゾーンにフィードすることも可能である。なおさらに、触媒を沈降させ、このようにして得られた触媒泥を、例えばEP-A-428054に開示されている方法で、重合ゾーンに導入することができる。
スラリー中での重合は、不活性希釈剤、典型的には、メタン、エタン、プロパン、n-ブタン、イソブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等又はこれらの混合物等の炭化水素希釈剤中で起こってよい。好ましくは、上記希釈剤は、プロパン等の1~4個の炭素原子を有する低沸点炭化水素又はかかる炭化水素の混合物である。プロピレン重合においては、プロピレンモノマーが通常反応媒体として使用される。
スラリー重合の温度は、通常、40~115℃、好ましくは60~110℃、特に70~100℃、例えば70~90℃である。圧力は、1~150bar、好ましくは10~100barである。
スラリー重合は、スラリー重合に使用される任意の既知の反応器中で行ってよい。かかる反応器としては、連続撹拌型タンク反応器及びループ反応器が挙げられる。ループ反応器内での重合を行うことが特に好ましい。当該技術分野で知られているように、任意で反応器中に水素をフィードして、ポリマーの分子量を制御する。さらに、1又は2種以上のアルファ-オレフィンコモノマーを反応器中に加えてよい。かかる水素及びコモノマーフィードの実際の量は、得ようとするポリマーの所望のメルトインデックス(又は分子量)、密度又はコモノマー含量による。
気相における重合は、流動床反応器内で、高速流動床反応器内で、若しくは、固定床反応器内で、又は、これらの任意の組み合わせ中で行ってよい。
典型的には、流動床又は固定床の重合反応器は、50~100℃、好ましくは65~90℃の範囲内の温度で操作される。圧力は、10~40bar、好ましくは15~30barであることが適切である。
必要に応じて、帯電防止剤をスラリー及び/又は気相反応器中に導入してもよい。上記プロセスはさらにプレ及びポスト反応器を有してよい。
実際の重合工程に先立って予備重合工程を行ってよい。予備重合工程は、スラリー又は気相中で行ってよい。好ましくは、予備重合は、スラリー中で、特にループ反応器中で行われる。予備重合工程の温度は、通常、0℃~90℃、好ましくは20℃~80℃、より好ましくは30℃~70℃である。
圧力は重要ではなく、通常、1~150bar、好ましくは10~100barである。
重合は連続的に又はバッチ式で行ってよく、好ましくは、重合は、商業的スケールの重合においては連続的に行われる。
実験の項
測定方法
化学組成
同様の触媒量を有する約100mgの乾燥触媒又は触媒スラリー試料を、GCの内部標準として~15mgのヘキサデカン、及び、5mLのペンタンをも加えた後、超音波バス中にて、ICP OESの内部標準として200mg/LのYを含む5w%H2SO4 5mLで加水分解する。完全に加水分解した後、遠心を行い、ペンタン相を除く。水相を5mLのペンタンでさらに2回抽出する。ペンタン溶液をすべて合わせ、1mLを、0.45μmフィルターを通して、その後の供与体のGC分析用GCバイアルに移す。その後のMg及びTiのICP OES測定用に、有機性物質を含まない残った水相を5w%H2SO4溶液を用いて100mLに希釈する。
測定方法
化学組成
同様の触媒量を有する約100mgの乾燥触媒又は触媒スラリー試料を、GCの内部標準として~15mgのヘキサデカン、及び、5mLのペンタンをも加えた後、超音波バス中にて、ICP OESの内部標準として200mg/LのYを含む5w%H2SO4 5mLで加水分解する。完全に加水分解した後、遠心を行い、ペンタン相を除く。水相を5mLのペンタンでさらに2回抽出する。ペンタン溶液をすべて合わせ、1mLを、0.45μmフィルターを通して、その後の供与体のGC分析用GCバイアルに移す。その後のMg及びTiのICP OES測定用に、有機性物質を含まない残った水相を5w%H2SO4溶液を用いて100mLに希釈する。
ICP OES分析
ガラス製同軸型マイクロミストネブライザ(glass concentric micromist nebuliser)及びガラス製サイクロニックスプレーチャンバ(glass cyclonic spray chamber)を用いて、任意のICP OESで、Mgは279.079nmで、Tiは336.121nmで、内部標準Yは371.030nmで分析する。すべてのシークエンスを、ブランク、低標準及び高標準を用いて直線的に重みづけせずに校正する。
ガラス製同軸型マイクロミストネブライザ(glass concentric micromist nebuliser)及びガラス製サイクロニックスプレーチャンバ(glass cyclonic spray chamber)を用いて、任意のICP OESで、Mgは279.079nmで、Tiは336.121nmで、内部標準Yは371.030nmで分析する。すべてのシークエンスを、ブランク、低標準及び高標準を用いて直線的に重みづけせずに校正する。
GC-FID分析
1μLの上記ペンタン溶液を、100:1のスプリット比で、グラスウールを有するテーパーライナーを用いて、任意のGC-FIDのスプリット/スプリットレスインレット内に275℃にて注入する。GC分離は、使用した白色鉱油(the used white oil)から供与体を分離するのに適切な任意のカラム、例えばDB-5 30m、0.32mm ID、0.1μm膜厚で行う。定量はFIDを用いて行い、ヘキサデカンを内部標準として用い、低標準及び高標準を用いて直線的に重みづけせずに校正を行う。
1μLの上記ペンタン溶液を、100:1のスプリット比で、グラスウールを有するテーパーライナーを用いて、任意のGC-FIDのスプリット/スプリットレスインレット内に275℃にて注入する。GC分離は、使用した白色鉱油(the used white oil)から供与体を分離するのに適切な任意のカラム、例えばDB-5 30m、0.32mm ID、0.1μm膜厚で行う。定量はFIDを用いて行い、ヘキサデカンを内部標準として用い、低標準及び高標準を用いて直線的に重みづけせずに校正を行う。
粒子サイズ分布-自動画像解析
乾燥触媒粉末又は白色鉱油中の触媒スラリーからなる試料を、白色鉱油で希釈して約1w%の濃度とし、均一化する。このスラリーをウェットセル(wet cell)内に注入し、それを沈降後に自動化顕微鏡(automated microscope)(Malvern 3G)により倍率5で解析する。アーティファクト、不純物及び接触している粒子は、評価ソフトウェアにおいて真球度フィルタ(sphericity filter)を用いて除外される。
乾燥触媒粉末又は白色鉱油中の触媒スラリーからなる試料を、白色鉱油で希釈して約1w%の濃度とし、均一化する。このスラリーをウェットセル(wet cell)内に注入し、それを沈降後に自動化顕微鏡(automated microscope)(Malvern 3G)により倍率5で解析する。アーティファクト、不純物及び接触している粒子は、評価ソフトウェアにおいて真球度フィルタ(sphericity filter)を用いて除外される。
粒子径は円相当(circular equivalent)(CE)径として計算される。分布に含まれる粒子サイズ範囲は、5~200μmである。上記分布は、少なくとも60000粒子について、数値分布に基づき計算された数値モーメント比密度関数分布及び統計記述子として算出される。数値分布は、各ビンサイズについて、体積変換分布の推定値に対して再計算することができる。
下記の粒子サイズ及び粒子サイズ分布の指標が実験において使用された:
D90vol=90%累積体積における粒子径;
D10vol=10%累積体積における粒子径;
D50vol=50%累積体積における粒子径(メディアン粒子サイズ、vol)
SPANvol=(D90vol-D10vol)/D50vol
D90vol=90%累積体積における粒子径;
D10vol=10%累積体積における粒子径;
D50vol=50%累積体積における粒子径(メディアン粒子サイズ、vol)
SPANvol=(D90vol-D10vol)/D50vol
メルトフローレート
MFR2: 230℃、2.16kg荷重
メルトフローレートはISO 1133に従って測定され、g/10minとして記載する。
MFR2: 230℃、2.16kg荷重
メルトフローレートはISO 1133に従って測定され、g/10minとして記載する。
実施例
原料
TiCl4(CAS7550-45-90)は商業的供給源より入手した。
Cromptonより入手したトルエン中のブチルエチルマグネシウム(Mg(Bu)(Et))の20%溶液、
Merck Chemicalsより入手した2-エチルヘキサノール、
Sigma-Aldrichより入手した3-ブトキシ-2-プロパノール、
Contract Chemicalsより入手したシトラコン酸ビス(2-エチルヘキシル)、
Evonikより入手したViscoplex(登録商標)1-254、
Chevronより入手したヘプタン、
Magnesia GmbH(ドイツ)より入手した無水MgCl2、最大で1.0%の含水量。
原料
TiCl4(CAS7550-45-90)は商業的供給源より入手した。
Cromptonより入手したトルエン中のブチルエチルマグネシウム(Mg(Bu)(Et))の20%溶液、
Merck Chemicalsより入手した2-エチルヘキサノール、
Sigma-Aldrichより入手した3-ブトキシ-2-プロパノール、
Contract Chemicalsより入手したシトラコン酸ビス(2-エチルヘキシル)、
Evonikより入手したViscoplex(登録商標)1-254、
Chevronより入手したヘプタン、
Magnesia GmbH(ドイツ)より入手した無水MgCl2、最大で1.0%の含水量。
比較例1 CE1
a) 可溶性Mg-アルコキシドの調製
3.4リットルの2-エチルヘキサノール(アルコールA1)及び810mlのプロピレングリコールブチルモノエーテル(アルコールA2)を(4/1のモル比A1/A2で)20lのスティール反応器に加えた。次いで、トルエン中のBEM(ブチルエチルマグネシウム)の20%溶液、7.8リットルを、よく撹拌したアルコール混合物にゆっくりと加えた。添加の間、温度を10℃に維持した。添加後、反応混合物の温度は60℃に上昇し、この温度で撹拌を30分間続けた。最後に、室温に冷やした後、得られたMg-アルコキシドを貯蔵容器に移した。ICPによるMg含量は2.75wt%であった。BEMに対するアルコールのモル比は2.2であった。
a) 可溶性Mg-アルコキシドの調製
3.4リットルの2-エチルヘキサノール(アルコールA1)及び810mlのプロピレングリコールブチルモノエーテル(アルコールA2)を(4/1のモル比A1/A2で)20lのスティール反応器に加えた。次いで、トルエン中のBEM(ブチルエチルマグネシウム)の20%溶液、7.8リットルを、よく撹拌したアルコール混合物にゆっくりと加えた。添加の間、温度を10℃に維持した。添加後、反応混合物の温度は60℃に上昇し、この温度で撹拌を30分間続けた。最後に、室温に冷やした後、得られたMg-アルコキシドを貯蔵容器に移した。ICPによるMg含量は2.75wt%であった。BEMに対するアルコールのモル比は2.2であった。
b) Mgコンプレックスの調製
工程a)で調製した21.2gのMgアルコキシドを、4.0mlの電子供与体(シトラコン酸ビス(2-エチルヘキシル))と5分間混合した。撹拌後、得られたMgコンプレックスを触媒成分の製造に速やかに使用した。
工程a)で調製した21.2gのMgアルコキシドを、4.0mlの電子供与体(シトラコン酸ビス(2-エチルヘキシル))と5分間混合した。撹拌後、得られたMgコンプレックスを触媒成分の製造に速やかに使用した。
c) 触媒成分の製造
触媒成分の製造は、傾斜翼インペラ(pitched blade impeller)を備えたジャケットサーモスタット100mLガラス製反応器内で行った。反応器に13.0mlのTiCl4を仕込み、15℃に調節した。混合速度は500rpmに調節した。工程b)で調製した16.8gのMgコンプレックスを20分以内にTiCl4に加え、温度を15℃に維持した。次いで、0.7mlのViscoplex(登録商標)1-254及び21.0mlのヘプタンを加え、それによりエマルジョンが形成された。混合(700rpm)を15℃で30分間続け、その後、反応器温度を45分以内に90℃に上昇させた。反応混合物を90℃、700rpmにてさらに30分間撹拌した。その後、撹拌を止め、反応混合物を90℃にて15分間沈降させた。固形物を5回洗浄した。洗浄は、トルエン、TiCl4/供与体混合物、トルエン及びヘプタン(2回)を用いて、撹拌下、20分間、500rpmで80℃にて行った。撹拌を停止した後、反応混合物を10~30分間沈降させ、次いで洗浄の間にサイフォン吸引を行った。
触媒成分の製造は、傾斜翼インペラ(pitched blade impeller)を備えたジャケットサーモスタット100mLガラス製反応器内で行った。反応器に13.0mlのTiCl4を仕込み、15℃に調節した。混合速度は500rpmに調節した。工程b)で調製した16.8gのMgコンプレックスを20分以内にTiCl4に加え、温度を15℃に維持した。次いで、0.7mlのViscoplex(登録商標)1-254及び21.0mlのヘプタンを加え、それによりエマルジョンが形成された。混合(700rpm)を15℃で30分間続け、その後、反応器温度を45分以内に90℃に上昇させた。反応混合物を90℃、700rpmにてさらに30分間撹拌した。その後、撹拌を止め、反応混合物を90℃にて15分間沈降させた。固形物を5回洗浄した。洗浄は、トルエン、TiCl4/供与体混合物、トルエン及びヘプタン(2回)を用いて、撹拌下、20分間、500rpmで80℃にて行った。撹拌を停止した後、反応混合物を10~30分間沈降させ、次いで洗浄の間にサイフォン吸引を行った。
最後の洗浄後に、温度を70℃に下げ、その後サイフォン吸引を行い、次いでN2で60分間パージして、空気感受性の粉末(air sensitive powder)を得た。
発明実施例1-IE1
触媒は、下記の本発明の製造方法に従って製造してよい:
1.86gの無水MgCl2(Mg含量0.47g)(Magnesia GmbHから入手した状態で使用)を、撹拌器を備えた300mlのガラス製反応器内に入れる。4,96g(80wt%)の2-エチルヘキサノール(A1)及び1,24g(20wt%)のブトキシプロパノール(A2)を含有する6,18gのアルコール混合物を加える際に、反応器を冷却バス中に維持することにより、温度を25℃に保つ。アルコール混合物を加えた後、反応器の温度を130~140℃に上昇させ、撹拌して、MgCl2を溶解させる。温度を100℃に冷却する。1.8gのトルエン及び7.0gのヘプタンを混合物に加える。得られた溶液を室温に冷まし、2.7gの供与体(シトラコン酸ビス(2-エチルヘキシル))を加える。その結果、明澄な溶液(溶液1)が得られる。
触媒は、下記の本発明の製造方法に従って製造してよい:
1.86gの無水MgCl2(Mg含量0.47g)(Magnesia GmbHから入手した状態で使用)を、撹拌器を備えた300mlのガラス製反応器内に入れる。4,96g(80wt%)の2-エチルヘキサノール(A1)及び1,24g(20wt%)のブトキシプロパノール(A2)を含有する6,18gのアルコール混合物を加える際に、反応器を冷却バス中に維持することにより、温度を25℃に保つ。アルコール混合物を加えた後、反応器の温度を130~140℃に上昇させ、撹拌して、MgCl2を溶解させる。温度を100℃に冷却する。1.8gのトルエン及び7.0gのヘプタンを混合物に加える。得られた溶液を室温に冷まし、2.7gの供与体(シトラコン酸ビス(2-エチルヘキシル))を加える。その結果、明澄な溶液(溶液1)が得られる。
触媒成分の製造
19.0gの溶液1を20.00gのTiCl4に加える。ヘプタン中の1.15gのViscoplex(50wt%)、次いで11.5gのヘプタンを加える。形成されたエマルジョンを室温(21℃)から90℃に加熱する(0.8℃/min)。
19.0gの溶液1を20.00gのTiCl4に加える。ヘプタン中の1.15gのViscoplex(50wt%)、次いで11.5gのヘプタンを加える。形成されたエマルジョンを室温(21℃)から90℃に加熱する(0.8℃/min)。
反応混合物を、90℃、700rpmにてさらに30分間撹拌し、次いで反応混合物を90℃にて15分間沈降させる。固形物を5回洗浄する:洗浄は、トルエン(30ml)、TiCl4(15ml)、トルエン(30ml)、その後ヘプタン(2回)を用いて、撹拌下、20分間、500rpmで80℃にて行う。撹拌を停止した後、反応混合物を10~30分間沈降させ、次いで洗浄の間にサイフォン吸引を行う。
最後の洗浄後に、温度を70℃に下げ、その後サイフォン吸引を行い、次いでN2で60分間パージして、空気感受性の粉末を得る。
発明実施例2-IE2
メカニカルスターラーを備えたガラスライニング圧力反応器に、ヘプタン(7.7kg)、無水MgCl2(2.55kg)(入手した状態で)、2-エチルヘキサノールA1(5.9kg)及びブトキシプロパノールA2(1.5kg)を仕込んだ。次いで、混合物を140~145℃に加熱し、12時間撹拌した。内容物を室温に冷却し、明澄な溶液(溶液2)を得た。
メカニカルスターラーを備えたガラスライニング圧力反応器に、ヘプタン(7.7kg)、無水MgCl2(2.55kg)(入手した状態で)、2-エチルヘキサノールA1(5.9kg)及びブトキシプロパノールA2(1.5kg)を仕込んだ。次いで、混合物を140~145℃に加熱し、12時間撹拌した。内容物を室温に冷却し、明澄な溶液(溶液2)を得た。
14.2gの溶液2をシトラコン酸2-エチルヘキシル(3.0g)と混合し、撹拌下、15℃にて20分にわたって14mLのTiCl4にフィードした。次に、Viscoplex1-254(0.7mL)を加え、次いでヘプタン(11ml)を加えた。混合物を15℃にてさらに30分間撹拌した。次いで、混合物の温度を、45分間の間にわたって徐々に90℃に上昇させた。撹拌を90℃にて30分間続けた。次いで、固形物を沈降させ、液体をサイフォン吸引して除き、廃棄した。次に、温度を80℃に維持しながら、固形物を、順次、トルエン(40mL)、四塩化チタン(15ml)及びトルエン(30ml)で洗浄した。得られた固形物をヘプタンで2回、60℃にて洗浄し、N2気流内で乾燥して、固体球状触媒を得た。
触媒の分析結果を表1に示す。
本発明の方法に従う触媒製造法においては、過剰のアルコールを回避することができた。マグネシウムの量を増大させることができ、反応が円滑に進んだ。
重合
5リットルのステンレス鋼反応器をプロピレン重合に使用した。
5リットルのステンレス鋼反応器をプロピレン重合に使用した。
共触媒としての約0.9mlのトリエチルアルミニウム(TEA)(Witco製、受け取った状態で使用)、外部供与体としての約0.13mlのジシクロペンチルジメトキシシラン(DCDS)(Wacker製、モレキュラーシーヴで乾燥)及び30mlのn-ペンタンを混合し、5分間反応させた。次いで、混合物の半量を重合反応器に加え、残りの半量を約20mgの触媒と混合した。さらに5分後、触媒/TEA/供与体/n-ペンタン混合物を反応器に加えた。Al/Ti比は250mol/molであり、Al/DCDS比は10mol/molであった。200mmolの水素及び1400gのプロピレンを反応器に導入し、温度を約20分のうちに重合温度(80℃)に上昇させた。重合温度に達した後の重合時間は60分であり、その後、形成されたポリマーを反応器から取り出した。重合結果を表2に示す。
Claims (15)
- 5~500μmのメディアン粒子サイズ(D50vol)を有する固体粒子の形態の固体チーグラー-ナッタ触媒成分の製造方法であって、下記の工程:
I. 固体第2族金属ジハライドを、式ROHの一価アルコール(A1)(Rは3~16個のC原子のヒドロカルビル基から選択される。)、及び、ヒドロキシル基ではない別の酸素含有官能基をヒドロキシル基に加えて有するアルコール(A2)を少なくとも有するアルコール混合物に溶解させることにより、第2族金属ジハライド(IUPAC、無機化学の命名法、2005)の溶液を提供する工程;
II. 工程Iの第2族金属ジハライドの上記溶液を、周期表(IUPAC、無機化学の命名法、2005)の第4~10族の遷移金属又はランタニド若しくはアクチニド、好ましくは第4~6族の遷移金属の液体形態の化合物と接触させる工程;及び
III. 上記固体触媒成分を回収する工程;
を有し;
第2族金属ジハライドに由来する第2族金属の量が、固体チーグラー-ナッタ触媒成分の上記製造方法において使用される上記第2族金属の全量の100%を構成する;方法。 - 内部供与体であって、非フタル酸(ジ)カルボン酸のエステル、エーテル、ジエーテル及び酸素若しくは窒素含有ケイ素化合物から選択される、好ましくは、非フタル酸(ジ)カルボン酸のエステル、1,3-ジ-エーテル、これらの誘導体及び混合物から選択される、内部供与体が、回収工程IIIの前に前記方法に加えられる、請求項1に記載の方法。
- 第2族金属ジハライドがMgCl2である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記遷移金属化合物が、第4~6族遷移金属化合物、好ましくは第4族遷移金属化合物、最も好ましくは四塩化チタンである、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- アルコール(A2)において、ヒドロキシル基ではない前記別の酸素含有官能基がエーテル基であり、上記エーテル部分が2~18個の炭素原子を有し、好ましくは前記アルコール(A2)がC2~C4グリコールモノエーテルである、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アルコール混合物中のアルコール(A1)/(A2)の重量%比(wt%/wt%)が、5/95~95/5の範囲内、好ましくは20/80~95/5の範囲内、より好ましくは40/60~90/10の範囲内、なおより好ましくは60/40~90/10の範囲内である、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アルコール/Mgのモル比が、少なくとも1、好ましくは少なくとも1.5、より好ましくは1.5~10の範囲内であり、前記アルコールが、前記アルコール混合物中で使用されるすべてのアルコールを含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- 他の溶解度増加剤が工程Iにおいて加えられる、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記溶解度増加剤が、脂肪族又は芳香族炭化水素溶媒及び内部電子供与体を包含する他の補助溶媒を包含する、請求項8に記載の方法。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載の方法により得ることができる、好ましくは得られる、5~500μm、好ましくは2~200μmのメディアン粒子サイズ(D50vol)を有する固体粒子の形態のチーグラー-ナッタ触媒成分。
- 前記触媒成分中において、Tiの量が1~6wt%の範囲内であり、Mgの量が10~20wt%の範囲内であり、前記内部供与体の量が5~35wt%の範囲内である、請求項10に記載のチーグラー-ナッタ触媒成分。
- 前記触媒成分が、20m2/g未満の、好ましくは10m2/g未満の表面積、及び、1.1未満のSPANvolを有する、請求項9又は10に記載のチーグラー-ナッタ触媒成分。
- 請求項11若しくは12に記載の、又は、請求項1~9のいずれか1項の方法に従って製造されたチーグラー-ナッタ触媒成分、第13族化合物、好ましくはアルミニウム化合物である共触媒及び任意で外部電子供与体を有する、チーグラー-ナッタ触媒。
- 請求項13に記載のチーグラー-ナッタ触媒の存在下において、2~10個のC原子のα-オレフィンのポリマー又はそのC2~C12α-オレフィンコモノマーとのコポリマーを製造する方法。
- C2~C10オレフィンポリマー及びそのC2~C12オレフィンコモノマーとのコポリマーを製造するための、請求項10~12のいずれか1項に記載の又は請求項1~9のいずれか1項に従って製造されたチーグラー-ナッタ触媒成分の使用。
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