JP2583244B2 - エチレン共重合体の製造法 - Google Patents

エチレン共重合体の製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、エチレン共重合体の製造法に関するもので
ある。更に詳しくは、本発明は、特定の担持触媒の存在
下、エチレンと炭素数3〜10のα−オレフインを気相法
の態様で重合させて密度が0.86〜0.93g/cm3のエチレン
共重合体の製造法に関するものである。
先行技術 最近、ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジ
クロリドとメチルアルモキサンとからなる触媒が、エチ
レンとヘキセンの共重合において非常に高い重合活性が
得られると同時に、水素、コモノマーに対する感度が高
く、又Q値(Mw/Mnの比)で3以下のランダム性に優れ
た共重合体が得られる等の優れた特徴を有していること
が判り、注目をあびている。〔Studies in Surface Sci
ence&Catalysis“Catalytic Polymerization of Olefi
ns"p293−304、Kodansha/Elsevia(1986)、W.Kaminsky
「Preparation of Special Polyolefins from Soluble
Zirconium Compounds With Aluminoxane as Cocatalys
t」〕 この触媒系は重合用溶媒に溶解する均一系触媒であ
り、ポリマー粒子の原型となるべき触媒粒子が存在しな
い為、実質的にポリマー粒子の形成下に重合を行う気相
重合に用いた場合、きれいな粒子形成反応が進行せず、
ポリマーの凝集による塊状ポリマーの生成や、ポリマー
の反応器壁への付着がおこり、長期正常運転は不可能で
ある等の問題がある。
この問題を解決する為に触媒成分をSiO2等の無機酸化
物担体に担持する方法が提案されている(特開昭60−10
8610号、同61−296008号各公報参照)。
しかしながら、この方法では担体触媒成分当りの活性
が低く、さらに本発明者らの知見によれば、活性が発現
する迄に誘導期が存在するという気相法にとつては致命
的な欠点があり、さらに改良が望まれるところである。
気相流動床のように、下方から上方へ流れる反応ガスに
よつてポリマー粒子を流動させて重合を行わせる気相流
動重合法では、重合槽に導入された固体触媒成分が重合
する迄に長い誘導期を有し、反応器に導入されても速や
かに活性を発現することがない場合、流動ガスにより固
体触媒成分が循環系へ同伴され、循環系で重合が進行し
てたちまちのうちに循環系閉塞をおこし、長期安定運転
は全く不可能である。このように気相重合法において誘
導期の存在は工業化適用上致命的欠陥となる。
発明の要旨 本発明は、下記成分(A)および成分(B)を組合せ
た触媒の存在下、エチレンと炭素数3〜10のα−オレフ
インを共重合させて密度が0.86〜0.93g/cm3のエチレン
共重合体を気相法の態様で製造する方法において、成分
(B)のアルモキサンが3w/v%以下の芳香族炭化水素溶
液であることを特徴とするエチレン共重合体の製造法を
提供するものである。
(A):アルモキサンで処理した多孔性無機酸化物担体
に、共役5員環とπ結合したジルコニウム化合物を担持
させた固体成分、 (B):アルモキサン。
発明の効果 本発明の方法によれば、気相重合において最も避ける
べき重合開始時の誘導期の発生が無くなり、かつ固体触
媒成分当りの活性も高い。更に、使用される固体触媒成
分から重合活性成分である共役5員環とπ結合したジル
コニウム化合物が重合系で担体から外れることが無い為
と思われる理由で、重合系でポリマーの凝集による塊状
ポリマーの形成が生ずることもなく、安定した重合(粒
子形成)が進行する。
本発明の上記効果のうち重合開始時の誘導期の発生抑
制には、用いるアルモキサンが3w/v%以下の芳香族炭化
水素溶液であることが重要で、この濃度以上のアルモキ
サンを使用すると重合開始時の誘導期が発生する。
発明の具体的説明 本発明の方法に用いられる触媒は、下記成分(A)及
び成分(B)を組合せたものである。
成分(A) 成分(A)は、アルモキサンで処理した多孔性無機酸
化物担体に、共役5員環とπ結合したジルコニウム化合
物を担持させた固体成分である。
成分(A)に使用される多孔性無機酸化物担体は、シ
リカ、アルミナ、シリカアルミナ、酸化チタン、酸化マ
グネシウムなど公知の無機金属酸化物であり、表面積50
〜500m2/g(BET法)、細孔容積0.2〜2.5C.C./g、平均粒
径10〜80μの粒子が好ましい。これらは通常表面水を吸
着しているので、脱水乾燥(窒素又は空気雰囲気中では
150〜900℃程度で行うことができる)して、表面水を除
去して使用する。
上記無機金属酸化物の中でもシリカ、アルミナが特に
好ましい。
上記多孔性無機酸化物担体の処理に用いられるアルモ
キサンは、後述する触媒成分(B)のアルモキサンから
選んで使用される。
アルモキサンと該酸化物担体との接触は、通常ベンゼ
ン、トルエン等の有機溶媒中に両成分を順次又は同時に
添加して行われ、20〜100℃の温度で30分〜20時間接触
させる。アルモキサンの濃度に特別の制限はなく、アル
モキサン/酸化物担体重量比を0.07〜1.2で処理する。
処理された担体は、上ズミにアルモキサンが検出されな
くなる迄前記有機溶媒で洗浄する。これにより、酸化物
担体中のAl原子をして2〜10重量%の範囲にすることが
でき、この様に調製されたものが好ましい。
かくして得られる担体に担持される、成分(A)の主
たる活性成分である共役5員環とπ結合したジルコニウ
ム化合物は、公知のものが使用でき、例えばビス(シク
ロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(シ
クロペンタジエニル)ジルコニウムクロリドヒドリド、
ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、
ビス(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジク
ロリド、ビス(ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコ
ニウムジクロリド、ビス(ペンタメチルシクロペンタジ
エニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(エチルシクロ
ペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(n−
ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリ
ド、ビスインデニルジルコニウムジクロリド、エチレン
ビスインデニルジルコニウムジクロリド、エチレンビス
(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ジルコニ
ウムジクロリド等のジルコノセン化合物が例示できる。
これらの中でもビス(シクロペンタジエニル)ジルコ
ニウムジクロリド、ビス(メチルシクロペンタジエニ
ル)ジルコニウムジクロリド、ビス(ペンタメチルシク
ロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(n
−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリ
ド等が好ましく使用できる。
上記アルモキサン処理された酸化物担体への共役5員
環とπ結合したジルコニウム化合物の担持は、通常ベン
ゼン、トルエン等の有機溶媒中に両成分を順次又は同時
に添加して行なわれ、20〜100℃の温度で30分〜10時間
接触させる。該ジルコニウム化合物は比較的溶媒にとけ
にくいので、あらかじめ溶解した後、該酸化物担体と接
触させるのがよい。該ジルコニウム化合物濃度には特に
制限はなく、ジルコニウム原子/該酸化物担体重量比0.
002〜0.04で接触する。この接触したものを、前記溶媒
で十分洗浄した後、酸化物担体中の遷移金属原子として
0.1〜0.9重量%に、好ましくは0.1〜0.5重量%にするこ
とができる。このようにして合成された酸化物担体担持
触媒成分は乾燥され窒素下に保存される。
成分(B)のアルモキサンは、トリアルキルアルミニ
ウムと水との反応で得られる公知のものが使用できる。
このアルモキサンの製造法としては、例えばベンゼ
ン、トルエン等の有機溶媒に、トリアルキルアルミニウ
ムを加え、しかるのちに硫酸銅5水塩などの結晶水を有
する塩を入れ、−40〜60℃位の温度条件下で反応させれ
ば目的とするアルモキサンが得られる。通常使用される
水の量は、トリアルキルアルミニウムに対してモル比で
0.5〜1.5である。得られたアルモキサンは、線状又は環
状の重合アルミニウム化合物である。
アルモキサン製造に用いられるトリアルキルアルミニ
ウムとしては、トリメチルアルミニウム、トリエチルア
ルミニウム、トリヘキシルアルミニウム等があるが、ト
リメチルアルミニウムが特に好ましい。
このアルモキサンを、濃度が3w/v%以下、普通は3〜
0.1w/v%、好ましくは3〜1w/v%のベンゼン、トルエン
等の芳香族炭化水素溶液、好ましくはトルエンの溶液が
使用される。この芳香族炭化水素溶液は、他の不活性な
ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素を含んでい
てもよい。これはアルモキサンの合成の段階で3w/v%以
下になるように調製してもよく、アルモキサンの合成後
に希釈してもかまわない。3w/v%を越えるアルモキサン
の芳香族炭化水素溶液を使用した場合、重合は速やかに
開始されず、長い誘導期を有する為、アルモキサンの濃
度は極めて重要である。
成分(B)と成分(A)の使用割合は、Al/Zr原子比
で150〜10000、好ましくは450〜5000である。
エチレンと炭素数3〜10のα−オレフインの重合は、
実質的に重合溶媒を使用しない気相法の態様で実施さ
れ、生成する共重合体が反応系のガスで流動状態を維持
しながら重合が進行する流動床気相法、撹拌翼で流動を
維持しながら重合が進行する撹拌式気相法のいずれでも
実施できる。又、連続重合、回分重合のいずれも可能で
ある。重合圧力及びエチレン分圧は常圧〜50kg/cm2であ
り、重合温度は20〜95℃、好ましくは50〜85℃である。
重合温度は生成するエチレン共重合体の密度と分子量に
よつて変更され、低密度である程ポリマーの融着防止の
為に低い温度が採用され、又高分子である程、連鎖移動
を低くする為に低い重合温度が採用される。
本発明の方法において、得られるエチレン共重合体の
分子量、密度は、共役5員環に付加する炭化水素基を変
更することにより変更することができる。
本発明の方法において、重合時間は30分〜10時間好ま
しくは2〜5時間である。
本発明に使用される炭素数3〜10のα−オレフインと
してはプロピレン、ブテン、ヘキセン、4−メチルペン
テン−1、オクテン、デセン及びこれらの混合物であ
る。密度0.86〜0.93g/cm3のエチレン共重合体を生成す
る為に、これらのα−オレフインは一般に約1〜25モル
%の割合でエチレン共重合体中に含まれる。
重合に際してのこれらエチレン共重合体の分子量調節
は公知の手段、例えば水素、重合温度等により行うこと
ができ、水素を増加する又は重合温度を上げる等により
容易に分子量を低下することができる。
実験例 実施例−1 (アルモキサンの調製) トリメチルアルミニウム48.2gを含むトルエン溶液565
mlに、撹拌下硫酸銅5水塩50gを0℃で、5gづつ5分間
隔で投入する。終了後ゆつくりと25℃に昇温し、25℃で
2時間、さらに35℃に昇温して2日間反応させる。残存
する硫酸銅の固体を分離し、アルモキサンのトルエン溶
液を得る。メチルアルモキサンの濃度は27.3mg/ml(2.7
w/v%)であつた。
(シリカとメチルアルモキサンの反応) 窒素気流中、600℃で4時間乾燥したデビソン社製「9
52」シリカ10gを上記アルモキサン−トルエン溶液120ml
(アルモキサン3.3g)に添加し、60℃で1時間反応させ
た後、トルエンで十分に洗浄し、未反応アルモキサンを
除去する。
(上記メチルアルモキサン処理シリカとビスシクロペン
タジエニルジルコニウムジクロリドの反応) 上記メチルアルモキサン処理シリカ−トルエンスラリ
ーに0.25gのビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウ
ムジクロリドを加え、25℃で2時間反応させた後、トル
エンで洗浄し、40℃で減圧乾燥する。得られた固体触媒
を窒素下で保存する。固体触媒1g中に57mlのAl、2.4mg
のZrを含む。
(エチレンとブテンの共重合) 種ポリマーとしてメルトインデツクス1.2g/10分、密
度0.920g/cm3のカサ密度0.40g/C.C.のリニヤローデンシ
テイポリエチレン粒子30gを入れた内容積1.5のオート
クレーブに、60℃で前記アルモキサン溶液7.1ml(アル
モキサン193mg)を加え10分間分散させる。前記固体触
媒0.19gを加えさらに5分間分散させた。液化ブテン6C.
C.を圧入し、ブテン2.5モル%含有するエチレンで9kg/c
m2−Gまで昇圧した。重合はただちに開始し、前記ブテ
ン含有エチレンで吸収を補いながら2時間重合した。そ
の結果、84gのポリマーを得た。この重合の固体触媒当
りの収率は440、ジルコニウム原子当りの収率は17.9万
である。ポリマー全体のメルトインデツクス1.1g/10
分、密度0.922g/cm3、ポリマーカサ密度0.41g/C.C.であ
つた。加成性が成立するとした計算によれば(メルトイ
ンデツクスは対数表現加成性を使用)、生成したポリマ
ーのメルトインデツクスは1.1g/10分、密度0.923g/cm3
と予想できる。
比較例−1 実施例−1で使用した固体触媒成分(A)を0.77g使
用し、外部からアルモキサンを追加しないで固体触媒成
分(A)のみを使用したこと以外は実施例−1と同様に
エチレンとブテンの共重合を行つた。その結果、17gの
ポリマーを得た。固体触媒当りの収率はわずかに12で、
ジルコニウム原子当りの収率は5000と低かつた。
比較例−2 前記アルモキサンのトルエン溶液を濃縮し、アルモキ
サン74.4mg/ml(7.4w/v%)の溶液を調製した。この高
濃度アルモキサン溶液2.6ml(アルモキサン193mg)と、
実施例−1で使用した固体触媒を0.18g使用する以外は
実施例−1と全く同様にエチレンとブテンの共重合を行
つた。その結果、74g(固体触媒当りの収率は410)のポ
リマーを得たが、全圧9kg/cm2に昇圧後も重合はただち
に開始せず、エチレンの吸収が始まるまでに10分間を要
した。
【図面の簡単な説明】
第1図は、チーグラー触媒に関する本発明の技術内容の
理解を助けるためのものである。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記成分(A)および成分(B)を組合せ
    た触媒の存在下、エチレンと炭素数3〜10のα−オレフ
    インを共重合させて密度が0.86〜0.93g/cm3のエチレン
    共重合体を気相法の態様で製造する方法において、成分
    (B)のアルモキサンが3w/v%以下の芳香族炭化水素溶
    液であることを特徴とするエチレン共重合体の製造法。 (A):アルモキサンで処理した多孔性無機酸化物担体
    に、共役5員環とπ結合したジルコニウム化合物を担持
    させた固体成分、 (B):アルモキサン。
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