JP4023833B2 - オレフィン重合用の触媒成分、触媒、その触媒の製造及びその触媒を利用した重合方法 - Google Patents

オレフィン重合用の触媒成分、触媒、その触媒の製造及びその触媒を利用した重合方法 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、オレフィンCH2=CHR(Rは水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基)の重合用触媒成分と、これら得られた触媒とその触媒の前記オレフィンの重合用への使用に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
活性形のマグネシウムジハライドに支持した触媒が文献上よく知られている。この種の最初の触媒は、米国特許第4,298,718号及び同第4,495,338号に記載されている。
特に球状形体の調整した形態を示す触媒について、触媒作用の裏付の開発がされている。これらの触媒は、触媒の形状を複製し、かつ良好な形態特性を示すことにより、ポリマーの製造及び/又は後処理の工程での簡略化をさせるポリマーを与えることができる。
【0003】
調整された形態を有する触媒の例が米国特許第3,953,414号及び同第4,399,054号に記載されている。この後者の米国特許によれば、触媒成分をMgCl2と約3モルのアルコールとの球状付加物から得ている。この触媒成分の作り方は異なった方法で行うことができ、例えば、付加物のアルコール含量を、真空下の処理で、各MgCl2モル当り2.5〜2モルまで低下させ、次いで得られた支持体をTiCl4と反応させる。または、約3モルのアルコール含有の付加物をAlEt3と処理し、次いでTiCl4と反応させる。各場合に、0.3〜0.4cm3/gの窒素多孔性、300〜500m2/gの表面積と約1.5〜3nmの平均ポアー半径の成分が得られる。
【0004】
EP−B−65700号とEP−B−243327号には、アルコール性塩化マグネシウム溶液のスプレードライ、次いでチタン化合物の支持によりTiCl4と顆粒状MgCl2から作った触媒が開示されている。しかし、これらの触媒から得たポリマーは、興味ある形態学上の特長を示さない。特に嵩密度が十分に高くなく、その上触媒活性も比較的に低い。
【0005】
これらの触媒の活性を増大する方法がEP−A−281524号に記載されている。チタニウムアルコレートを、18〜25重量%のエタノールを含有し、エタノール液を噴霧乾燥で球状にしたMgCl2エタノール付加物に支持させ、次いでEt2AlCl又はEt3Al2Cl3と化学的処理して、触媒が作られている。支持体の製造条件が重要で、得られるポリマーの形態学的安定性に反映される。例えば、アルコール含量が臨界範囲の18〜25重量%でない支持体を用いるか、Et2AlCl及びEt3Al2Cl3以外の化合物を用いると、異質の粉末の形のポリマーが得られる。その上、十分に高い収率を得るには、固形成分中のTi含量は、常に8重量%より高い。
【0006】
MgCl2−アルコール付加物で、一般にMgCl2の各モル当り3モルのアルコールを含むものから得られる触媒は、熱処理により、一般に0.2〜2モルのアルコール値まで脱アルコールし、次いで、任意に溶解した電子供与化合物含有の四塩化チタンの過剰量と反応させたものから得られる触媒が、EP−A−395083号で知られている。
【0007】
これらの触媒は、良好な形態特性、特に高嵩密度を有する球状粒子のポリマーを与える。
前記のEP−A−395083号に記載された触媒の固形成分は、高い表面積と微孔性(ポアー半径の50%以上が10nmより大で80nmより低い)で特徴付けられる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
低い値の表面積(BET法で測定)と同時に高い値の全多孔度(後述のように水銀法で測定)と80nm以上の値にシフトしたポアー(気孔)半径の分布を有する、オレフィン重合用の球状触媒成分を意外にも見出した。
【0009】
この発明の成分は、オレフィンCH2=CHR(Rは水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基)の重合法で高活性で特徴付けられる触媒を与えることができ、価値ある形態特性、特に触媒を形成する固形成分が顕著なマクロな多孔性であるにもかかわらず、高い嵩密度を有するポリマーを与えることができる。従って、触媒の高生産性が形態学的安定性で達成する必要があるオレフィンの最近の気相重合法に、特に適するものである。
【0010】
この発明の球状成分は、ハロゲン化マグネシウムに支持され、1以上のTi−ハロゲン結合を含有し、任意に、チタン各1モル当り0.5モル以下の量のハロゲンとは異なる基を含有するチタン化合物からなり、BET法で測定して表面積が70m2/g以下、水銀法で測定して全多孔度(total porosity)が0.5cm3/g以上で、孔半径が少なくとも50%が80nmより大きな値を有することで特徴付けられる。
【0011】
全多孔度は一般に0.6〜1.2cm3/gの間からなり、表面積は30〜70m2/gからなるのが好ましい。BET法で測定した多孔度は一般に0.25cm3/gより低い。
特に興味のある球状成分は、孔の少なくとも80%が1,500nmまでの半径を有し、多孔度が0.6〜0.9cm3/gの間からなることでさらに特徴付けられる。
【0012】
固形成分の粒子は、実質的に球状の形態で、平均直径が5〜150μmからなる。実質的球状の形態を有する粒子とは、長軸と短軸との比が等しいか1.5以下で、好ましくは1.3以下であることを意味する。
この発明の球状成分を構成するマグネシウムジハライドは活性形で、X線スペクトルで、非活性ハライドのスペクトルに現われる最強回折ラインが、強度で減少し、極大強度が最強ラインのものより低い角度にシフトしているハロで置換されていることが特長である。
【0013】
マグネシウムジハライドはMgCl2が好ましい。
また、この発明の成分は、例えばエーテル類、エステル類、アミン類とケトン類から選択された電子化合物(内部ドナー)からなることができる。この化合物は、この発明の成分をプロピレン、1−ブテン、4−メチルペンテン−1のようなオレフィンの立体規則(共)重合に用いるときに必要である。内部ドナーは、狭い分子量分布を有する線状低密度ポリエチレン(LLDPE)を作るとき有利に用いることができる。
【0014】
特に内部電子供与化合物は、例えばフタル酸やマレイン酸のエステル類、特にn−ブチルフタレート、ジイソブチルフタレート、ジ−n−オクチルフタレートのようなポリカルボン酸のアルキル、シクロアルキル又はアリールエーテルあるいはエステルから選択される。
有利に使用される他の電子供与化合物としては、式
【0015】
【化3】
Figure 0004023833
(RI,RIIは互に同一又は異なって、炭素数1〜18のアルキル、シクロアルキル又はアリール基、RIIIとRIVは互に同一又は異なって炭素数1〜4のアルキル基)
の1,3−ジエーテル類である。
【0016】
電子供与化合物は、一般に、マグネシウムに対して1:4〜1:20の間のモル比で存在する。
好ましいチタン化合物は、式Ti(OR)ny-n〔nは0〜0.5(この値を含めて)の間の数、yはチタンの価、Rは炭素数2−8のアルキル、シクロアルキル又はアリール基又はCOR基、Xはハロゲン〕を有する。特にRはn−ブチル、i−ブチル、2−エチルヘキシル、n−オクチルとフェニルで、Xはクロルが好ましい。
【0017】
yが4のとき、nは0〜0.02が好ましく、yが3のときnは0〜0.015が好ましい。
この発明の成分は、Al−アルキル化合物との反応により、α−オレフィンCH2=CHR(Rは水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基)の重合用の触媒を形成する。特にAl−トリアルキル化合物としては例えば、Al−トリメチル、Al−トリエチル、Al−トリ−n−ブチル、Al−トリイソブチルが好ましい。Al/Ti比は1以上で一般に20〜800である。
【0018】
プロピレンや1−ブテンのようなα−オレフィンの立体規則重合の場合に、内部ドナーとして用いる化合物と同一又は異なる電子供与化合物(外部ドナー)も、触媒の製造に一般に使用できる。
内部ドナーが、ポリカルボン酸のエステル、特にフタレートであるとき、外部ドナーは、式RI 4-nSi(ORIIIn〔RIは炭素数1〜18のアルキル、シクロアルキル又はアリール基、RIIIは炭素数1〜4のアルキル基、nは1〜3の数〕を有する少なくともSi−OR結合を含有するシラン化合物から選択するのが好ましい。これらのシラン化合物の例としては、メチル−シクロヘキシル−ジメトキシシラン、ジフェニル−ジメトキシシラン、メチル−t−ブチル−ジメトキシシランが挙げられる。
【0019】
上記の式を有する1,3−ジエーテル類も有利に使用することができる。内部ドナーがジエーテル類の1つのとき、触媒の立体特異性が十分に高いので、外部ドナーの使用を避けることができる。
この発明の球状成分の製造に適する方法は、
(a)化合物MgCl2・mROH(0≦m≦0.5、Rは炭素数1〜12のアルキル、シクロアルキル又はアリール基)と
(b)チタン化合物Ti(OR)ny-n(nは0〜0.5、yはチタンの価、Xはハロゲン、Rは炭素数2〜8のアルキル、又はCOR基)
との反応からなる。
【0020】
化合物(a)は付加物MgCl2・qROH(2.5≦q≦3.5)の熱脱アルコール化で得た付加物MgCl2・pROH(0.1≦p≦2)の化学的脱アルコール化で作られる。化合物(b)と化合物(a)との反応で、モル比Ti/Mgは化学当量又はそれ以上で、好ましくは3以上である。
また、方法は、化合物(a)とチタン化合物(b)の反応工程において、前記のタイプの電子供与化合物(内部ドナー)の使用からなる。内部ドナーとハロゲン化マグネシウムのモル比は一般に1:2と1:20の間である。
【0021】
付加物MgCl2・qROHは、溶融付加物を液体炭化水素中で懸濁し、次いで急冷して固化さすことにより球状に作られる。この球状の付加物を製造する代表例は、米国特許第4,469,648号に記載されており、その記載をここに参照として入れる。球状化する他の使用しうる方法としては、米国特許第5,100,849号及び同第4,829,034号に記載の噴霧冷却があり、この記載もここに参照として入れる。このようにして得られる球状化した付加物は、アルコール含量がマグネシウムジハライド1モル当り2モル以下、好ましくは1.5〜0.3モルの値に減少するまで、50〜150℃の温度で熱脱アルコール化に付し、アルコール含量がマグネシウムモル当り0〜0.5モルの値、好ましくは0.3モル以下になるまで、アルコールのOH基と反応しうる化学試薬と処理して脱アルコールをする。
【0022】
化学脱アルコール化剤との処理は、付加物のアルコール中のOHと反応するのに十分な量の剤を用いて行われる。その剤は少過剰を用いるのが好ましく、処理後に得られた支持体とチタン化合物と反応させる前に分離される。
化学脱アルコール化剤の例としては、Al(C25)3、Al(C25)2Cl、Al(i−Bu)3のようなアルキルアルミニウム化合物、SiCl4、SnCl4のようなハロゲン化Si又はSn化合物が挙げられる。
【0023】
好ましいチタン化合物(b)は、チタンテトラハライド、例えばTiCl4がある。この場合、化学脱アルコール化後に得られる化合物は、低温で過剰のTiCl4に懸濁される。次いで懸濁液を80〜135℃の温度で加熱し、0.5〜2時間この温度で保持される。過剰のチタン化合物は、高温で濾過、又は沈降とサイホン吸い出し(高温で)で分離される。TiCl4との処理は、任意に複数回行うことができる。
【0024】
触媒成分が前記の内部電子供与体であると、マグネシウムに対する前記のモル比を用いて、TiCl4との処理中に上記化合物を加えるのが有利である。
チタン化合物がTiCl3のような固体のとき、これを原料の溶融付加物に溶解させて、ハロゲン化マグネシウムに支持できる。
【0025】
付加物MgCl2・pROHの化学脱アルコール化を、アルコールを減少する能力のある剤、例えばトリエチルアルミニウムのようなAl−アルキル化合物で行うと、チタン化合物との反応前に、得られる化合物は、チタン化合物の還元を避けるため、存在しうるAl−アルキル化合物の不活化のため、不活化剤例えばO2又はアルコールと処理することができる。
【0026】
不活化剤との処理は、少なくともチタン化合物を部分的に還元することを望むときは避けられる。反対に、チタン化合物の還元を多く望むときは、この発明成分の製法は、還元剤の使用で有利に行うことができる。
還元剤の例としては、Al−アルキル類、Al−アルキルハライド、ポリヒドロシロキサンのようなシリコン化合物が挙げられる。
【0027】
前述のように、この発明の球状成分及びそれから得られた触媒は、数種のタイプのオレフィンポリマーの製造への応用が見出されている。
例えば、次のものが製造できる。エチレンホモポリマーおよびエチレンと炭素数3〜12のアルファオレフィンとのコポリマーとからなる高密度エチレンポリマー(HDPE、0.940g/cm 3 以上の密度);80%以上のエチレン誘導単位のモル含量を有するエチレンと1以上のアルファオレフィン(3〜12の炭素数)とのコポリマーからなる、線状低密度ポリエチレン(LLDPE、0.940g/cm 3 以下の密度)、及びごく低い密度ポリエチレンと超低密度ポリエチレン(VLDPEとULDPE、0.920g/cm 3 〜0.880g/cm 3 以下の密度);エチレン誘導単位を約30〜70重量%含有するエチレンとプロピレンの弾性コポリマー及びエチレン、プロピレン及び少割合のジエンの弾性ターポリマー;プロピレン誘導単位を85重量%以上有するイソタクチックポリプロピレン及びプロピレン、エチレン及び/又は他のアルファオレフィンの結晶性コポリマー、プロピレン、及びエチレンを30重量%まで含有するプロピレンとエチレンとの混合物の順次の重合で得られる耐衝撃性ポリマー;1−ブテン誘導単位が10〜40重量%であるプロピレンと1−ブテンのコポリマー。
【0028】
オレフィンのこの発明の触媒成分から得た触媒の存在下での重合は、液相又は気相例えば流動床又はポリマーが機械的に撹拌される条件下での公知技術を用いる公知の技法に従って行うことができる。
この発明の球状成分が使用可能な方法の例は、イタリア特許出願MI−91−A−000379及びMI−92−A−000589に記載されている。この方法では、1以上の反応器で、一連の流動床又は機械撹拌床で触媒成分の予備接触、予備重合及び気相重合からなるものである。
【0029】
【実施例】
次にこの発明を実施例で例証するが、これによって限定されるものではない。
性質は次の方法で測定される。
窒素での多孔度と表面積は、B.E.T法(カルロエルバ社のSORPTOMATIC 1900を使用)によって測定される。
【0030】
水銀での多孔度と表面積は、既知量の水銀をダイラトメーター中に浸漬し、次いで油圧ポンプで水銀圧を2000kg/cm2に徐々に上げる。水銀の孔への導入圧は、孔自体の直径に依存する。測定は、カルロエルバ社のポロシメータ“POROSIMETER 2000シリーズ”を用いて行う。多孔度、孔の分布と表面積は、水銀と付加圧の値の容量減少のデータから計算する。
【0031】
触媒粒子の大きさは、“Malvern Instr. 2600"の装置を用い、レーザ単色の光回折の原理による方法で測定される。
MIE フローインデックス:ASTM−D 1238
MIF フローインデックス:ASTM−D 1238
流動性:100gのポリマーが、直径1.25cmの出口穴を有するロートで垂直に対し20°の傾斜壁に対して流れるに要した時間。
嵩密度:DIN−53194
ポリマー粒子の形態と粒度分布:ASTM−D 1921−63
キシレン溶解フラクション:25℃で測定
コモノマー含量:IRスペクトルで測定したコモノマーの重量%
有効密度:ASTM−D 792
球状支持体の合成(MgCl 2 /EtOH付加物)
【0032】
塩化マグネシウムとアルコールの付加物は、10000RPMの代わりに200RPMで操作することを除いて、米国特許4,399,054の実施例2に記載された方法によって合成した。
アルコールが約3モル含まれた付加物は、約60μmの平均サイズを有しており、その分布幅は30〜90μmであった。
【0033】
実施例1
固形成分の合成
一般的な方法で合成した球状支持体に、約35%の残留アルコール(MgCl21モル当たり1.1モルのアルコール)からなる球状粒子が得られるまで、窒素気流下で、50〜150℃の温度範囲中で熱処理を施した。
【0034】
この支持体2700gを、38リットルの無水ヘキサンと共に、60リットルのオートクレーブに移した。攪拌下、室温で、100g/リットルのAlEt3を含む11.6リットルのヘキサン溶液を60分かけて加えた。温度を60分かけて50℃に上げ、攪拌しながら更に30分間この温度を保った。液相を傾しゃによって除去し、吸い上げた。同じ条件下で2回AlEt3での処理を繰り返した。球状生成物を無水ヘキサンで3回洗い、真空下50℃で乾燥させた。
【0035】
このようにして得られた支持体の特徴を以下に示した:
多孔度(Hg) 1.144g/cm3
表面積(Hg) 15.2 m2/g
残留OEt 5.5 (重量%)
残留Al 3.6 (重量%)
Mg 20.4 (重量%)
【0036】
72リットルの攪拌機を備えたスチール製反応器中に、40リットルのTiCl4を導入し、室温で、攪拌しながら1900gの上記支持体を導入した。全体を60分かけて100℃に加熱し、この状態で更に60分間保った。攪拌を中止し、30分後に液相を沈殿物から分離させた。1回目の熱処理を120℃で行うことと2回目の熱処理を135℃で行うことのみを異ならせて、更に2回同じ条件で処理を行った。その後、60℃で3回、室温で4回の計7回無水ヘキサン(約19リットル)で洗浄を行った。真空下、50℃で乾燥させた後、2400gの球状の成分が得られた。その特徴を以下に示した:
全チタン 6 (重量%)
TiIII 4.9(重量%)
Al 3 (重量%)
Mg 12.2(重量%)
Cl 68.2(重量%)
OEt 0.3(重量%)
多孔度(B.E.T.) 0.208cm3/g、そのうち50%は30nm以上の半径の孔を有する。
表面積(B.E.T.) 56.2m2/g
全多孔度(Hg) 0.674cm3/g、そのうち50%は125nm以上の半径の孔を有する。91%は1500nmまでの孔を有する。
表面積(Hg) 21 m2/g
【0037】
エチレンの重合(HDPE)
70℃で窒素気流下で脱ガスされた2.4リットルのステンレススチール製オートクレーブに、2000cm 3 の無水ヘキサン、0.0095gの球状成分及び0.5gのAl−トリイソブチルを導入した。全体を攪拌し、75℃に加熱し、その後4バールのH2及び7バールのエチレンを供給した。重合は3時間行い、その間エチレンの圧力を一定に保った。以下に示す特徴を有する350gのポリマーが得られた:
Figure 0004023833
【0038】
実施例2
実施例1と同じオートクレーブに、30℃で0.5gのAl−トリイソブチルと0.0122gの球状成分を供給した後、7バールのエチレンと4バールのH2を供給した。約5gのエチレンを系が吸収するまで30℃でこの状態を維持した。それから全体を75℃に加熱し、一定の圧力を保つためにエチレンを供給しながら3時間重合させた。以下に示す特徴を有する290gのポリマーが得られた:
Figure 0004023833
【0039】
実施例3
実施例1により得られた80gの支持体を、AlEt3で処理した後、40℃で4時間、流動床で乾燥空気により処理した。この処理のあと、支持体を室温に保たれた800cm 3 のTiCl4で反応器中に供給した。完全な攪拌下、混合物をゆっくり100℃に加熱し、その後60分間この状態を維持した。攪拌を止め、傾しゃするために固体を析出させたのち、液相を吸い上げにより分離した。1回目の熱処理を120℃で行うことと2回目の熱処理を135℃で行うことのみを異ならせて、更に2回同じ条件で処理を行った。その後、60℃で3回、室温で4回の計7回約100g/リットルの濃度の無水ヘキサンで洗浄を行った。
【0040】
球形の成分を真空下50℃で乾燥させ、特徴を以下に示した:
全チタン 3.1(重量%)
TiIII <0.1(重量%)
Mg 19.1(重量%)
Cl 67.9(重量%)
残留OEt 0.6(重量%)
Al 3.5(重量%)
多孔度(B.E.T.) 0.155cm3/g、そのうち50%は30nm以上の半径の孔を有する。
【0041】
表面積(B.E.T.) 57.8m2/g
全多孔度(Hg) 0.751cm3/g、そのうち50%は160nm以上の半径の孔を有する。90%は1500nmまでの孔を有する。
表面積(Hg) 26 m2/g
エチレンの重合(HDPE)0.0106gの球形成分を実施例1に記載したのと同じ条件でエチレンの重合に使用した。
【0042】
以下に特徴を示した380gのポリマーが得られた:
Figure 0004023833
【0043】
実施例4(参考例)
実施例1により得られた100gの支持体を、AlEt3で処理した後、攪拌機を備えた1リットルのガラス反応器に導入した。続いて500cm3の無水ヘプタンと70gのTiCl4を約10分かけて供給した。混合物を室温で30分間攪拌した。100cm3のAl2Et3Cl3と100cm3の無水ヘキサン含む200cm3の混合物をゆっくりと加えた。攪拌下、混合物をゆっくり98℃に加熱し、その後2時間この状態を維持した。攪拌を止め、沈降と吸い上げにより液相を除去した。その後、60℃で2回、室温で2回の計4回、それぞれ800cm3の無水ヘキサン使用して洗浄を行った。
【0044】
以下に示した特徴を有する117gの球形の成分が得られた:
全チタン 9.75(重量%)
TiIII 9.25(重量%)
Al 2.5 (重量%)
Mg 13.9 (重量%)
Cl 67.6 (重量%)
OEt 0.6 (重量%)
多孔度(B.E.T.) 0.182cm 3 /g、そのうち50%は15nm以上の半径の孔を有する。
【0045】
表面積(B.E.T.) 59 m2/g
全多孔度(Hg) 1.093cm 3 /g、そのうち50%は300nm以上の半径の孔を有する。
表面積(Hg) 30 m2/g
エチレンの重合(HDPE)
0.075gの球形成分を実施例1に記載したのと同じ条件でエチレンの重合に使用した。
【0046】
以下に特徴を示した390gのポリマーが得られた:
Figure 0004023833
【0047】
【発明の効果】
この発明の触媒成分によれば、オレフィンCH2=CHR(Rは水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基)の重合法における、高活性な触媒を得ることができる。また、価値ある形態特性、特に触媒を形成する固形成分が顕著かつマクロな多孔性であるにもかかわらず、高い嵩密度を有するポリマーを与えることができる。従って、触媒の高生産性が形態学的安定性で達成する必要があるオレフィンの最近の気相重合法に、特に適するものである。

Claims (5)

  1. 二塩化マグネシウムに支持された式Ti(OR) n y-n (nは0〜0.02、yはチタンの価、Xはクロル、Rは炭素数2〜8のアルキル基)のチタン化合物からなり、BET法で測定した表面積が30〜70m2/gで、水銀法で測定した全多孔度が0.6〜0.9cm3/gで、孔半径が少なくとも50%が80nm以上の値を有することで特徴付けられるオレフィンCH2=CHR(Rは水素原子又は炭素数1〜12のアルキル基)の重合用の球状触媒成分。
  2. 少なくとも80%の孔が1500nmまでの半径である請求項1に記載の球状触媒成分。
  3. 請求項1に記載の成分とAl−アルキル化合物との反応生成物からなるオレフィン類の重合用触媒。
  4. 前記Al−アルキル化合物がAl−トリアルキルである請求項記載の重合用触媒。
  5. 請求項1に記載の球状触媒成分の製法であって、(a)MgCl2・mROH(0≦m≦0.5、Rは炭素数1〜12のアルキル基
    (b)式Ti(OR)ny-n(nは0〜0.02、yはチタンの価、Xはクロル、Rは炭素数2〜8のアルキル基)のチタン化合物との反応からなり、
    前記(a)は付加物MgCl2・qROH(2.5≦q≦3.5)の熱脱アルコール化で得られた付加物MgCl2・pROH(0.1≦p≦2)の化学的脱アルコール化で作られる、
    オレフィン類CH2=CHR(Rは水素原子又は炭素数1〜12のアルキル基)の重合用の球状触媒成分の製法。
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