JP7050055B2 - 改質されたチーグラーナッタ(プロ)触媒および系 - Google Patents

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本分野は、プロ触媒、オレフィン重合触媒、合成方法、オレフィンの重合方法、およびそれにより製造されたポリオレフィンを含む。
オレフィンは、分子触媒またはチーグラーナッタ触媒によって触媒される反応を含む、気相、スラリー相、または液相重合プロセスにおいて重合することができる。分子触媒は、分子プロ触媒をメチルアルミノキサンのようなアルミノキサンまたは(ペル)フルオロフェニルボロン化合物のようなホウ素系活性剤と接触させることによって調製される。
チーグラーナッタ触媒は、塩化マグネシウム担体上のハロゲン化チタンを含むチーグラーナッタプロ触媒を、トリエチルアルミニウム(TEA)、トリイソブチルアルミニウム(TIBA)、塩化ジエチルアルミニウム(DEAC)、ジエチルアルミニウムエトキシド(DEAE)、または二塩化エチルアルミニウム(EADC)などのアルキルアルミニウム活性剤と接触させることによって、調製される。
W.M.Coleman、IIIのUS4,612,300は、比較的狭い分子量分布のオレフィンポリマーを製造するための新規触媒に言及している。チタンおよびバナジウムの両方を含有するチーグラーナッタハロゲン化マグネシウム担持触媒を使用する。触媒は、十分な量のヒドロカルビルアルミニウム、ハロゲン化アルミニウム、またはそれらの組み合わせを含有しなければならない。
T.E.Nowlinら(NOWLIN)のWO95/11264(A1)は、二峰性の分子量分布のポリオレフィンブレンドに言及している。
J.A.DeGrootら(DEGROOT)のWO96/12762(A1)は、耐熱性、低いヘキサン抽出性、および制御された率を示すポリオレフィン組成物に言及している。
J.V.Estrada(ESTRADA)らのUS6,723,677(B1)は、高分子量ポリオレフィン用の高活性チーグラーナッタ触媒に言及している。溶液重合用のアルミニウム、チタンおよびマグネシウム系触媒の成分を混合するための保持時間、濃度および温度を制御することによって、高分子量ポリオレフィンを調製する、高い活性を有する触媒を製造することが可能となる。一般に、高温において、触媒は活性を失い、より低い分子量のポリマーを生成する。触媒は、触媒の調製中に使用される成分の濃度を増加させることによって、より高い触媒活性およびより高い反応温度を伴う同等のポリマーの調製を可能にする。
G.MoriniらのUS7,592,286(B2)は、触媒成分の調製方法およびそれから得られる成分について言及している。触媒成分は、必須化合物として、Mg化合物、Ti化合物、ならびにアルコール、グリコール、エステル、ケトン、アミン、アミド、ニトリル、アルコキシシランおよび脂肪族エーテルから選択される電子供与体化合物(ED)を含み、かかる必須化合物の少なくとも1つを新鮮な反応物質として単独で、またはそれが主要成分となる混合物中で使用することを含む反応の2つ以上の工程を含み、このプロセスは、かかる1つ以上の反応工程の最後において、新鮮な反応物質として使用される必須化合物がED化合物であるという事実によって、特徴付けられる。
L.Richter-LukesovaらのUS2014/0088275(A1)は、エチレンとc1-C12アルファ-オレフィンとの共重合のための混合触媒系の製造プロセスについて言及している。
S.DesjardinsらのUS9,255,160(B2)は、オレフィン重合のための多金属チーグラーナッタプロ触媒およびそれから製造される触媒に言及している。3種以上の遷移金属を含む触媒組成物は、オレフィン、特に、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)重合において使用されるとき、触媒効率を増大し、多分散度を軽減し、そして分子量分布の均一性を増大させる。得られたポリマーは、改善された光学的および機械的特性を示し得るフィルムを形成するために使用されてもよい。
ハイブリッド触媒は、分子触媒を用いて調製されたポリオレフィン高分子と、チーグラーナッタ触媒を用いて調製されたポリオレフィン高分子とを含むポリオレフィン組成物を調製するために、気相およびスラリー相重合プロセス用の単一の反応器中で同時に使用するための、チーグラーナッタ触媒と、担持された分子触媒とを含む。他のものは、チーグラーナッタ触媒上に分子触媒を担持することが必要であることを見出した。これは、プロセスの連続性を確実にするために触媒粒子の形態制御が気相およびスラリー相重合プロセスにとって重要であるためである。しかし、そのような従来の予め形成されたハイブリッド触媒は欠点を有する。ポリオレフィン高分子を形成するためのチーグラーナッタ触媒と担持された分子触媒との相対的寄与は、ハイブリッド触媒では容易に調整することができない。代わりに、目標とする各ポリオレフィン組成物に対して異なるハイブリッド触媒を合成しなければならない。また、ハイブリッド触媒を合成する従来の方法は複雑で時間がかかる。典型的な合成は、非担持分子触媒をメチルアルミノキサンで活性化して非担持分子触媒を得ること、少なくとも一部の非担持分子触媒をチーグラーナッタ触媒粒子上に担持してハイブリッド触媒を得ること、および残存する任意の非担持分子触媒をハイブリッド触媒から除去して、チーグラーナッタ触媒上に担持された分子触媒からなり、かつ非担持分子触媒を含まないハイブリッド触媒を得ること、を含む。そのようなハイブリッド触媒を製造するために使用されるチーグラーナッタ触媒は、ほとんどの場合、シリカ担持チーグラーナッタ触媒に限定されている。
本発明者らは、高温溶液重合には粒子形態制御に関する要件がもはや存在しないので、この高温溶液重合は、同一反応器内で分子触媒およびチーグラーナッタ触媒を同時に使用するためのより適切な方法となり得ることを認識した。分子触媒の触媒活性の少なくとも一部を維持することが可能な、チーグラーナッタプロ触媒と分子(プロ)触媒との予備混合物を含む唯一の触媒供給物を使用する方法を見出すことができれば、チーグラーナッタプロ触媒および分子プロ触媒を用いる液相重合はさらに単純化されることができる。予備混合物は、単一のプロ触媒として使用することができる。予備混合物を使用して調製されたポリオレフィン組成物は、構造または組成が異なるポリオレフィン高分子から構成されてもよく、ポリオレフィン高分子よりも改善された特性と、単一触媒によってもたらされた特性とを有してもよい。
本発明者らは、分子(プロ)触媒および場合により活性剤を用いて初期チーグラーナッタプロ触媒を改質したことによる生成物混合物である、改質されたチーグラーナッタプロ触媒であって、ここで、この改質が、改質されたチーグラーナッタプロ触媒を活性剤で活性化する前、かつ、改質されたチーグラーナッタプロ触媒を重合性オレフィンと接触させる前に行われるものである、改質されたチーグラーナッタプロ触媒を提供する技術的な解決法を見出した。また、それから調製された改質された触媒系、改質されたチーグラーナッタプロ触媒および改質された触媒系を調製する方法、改質された触媒系を使用してオレフィンを重合する方法、ならびにそれにより製造されたポリオレフィン生成物。
概要および要約は参照により本明細書に組み込まれる。実施形態の例は、以下の番号付きの態様を含む。
態様1.(C)飽和または芳香族炭化水素液中の改質されたチーグラーナッタプロ触媒と活性剤との反応の生成物を含む改質された触媒系を使用してオレフィンを重合する方法であって、反応器中の少なくとも1つの重合性オレフィンを有効条件下で改質された触媒系に接触させてポリオレフィン生成物を得ることを含む方法であり、この改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、接触工程の前に、改質されたチーグラーナッタプロ触媒を得るための100℃未満の改質温度および少なくとも1分間の改質時間を含む改質条件下で、(C)飽和または芳香族炭化水素液中で初期チーグラーナッタプロ触媒および分子(プロ)触媒および場合により活性剤を一緒に混合することにより調製されるものである、重合方法。改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、組成、構造、活性、機能の少なくとも1つにおいて、初期(改質されていない)チーグラーナッタ触媒および分子(プロ)触媒、および存在する場合には活性剤の混合物とは異なる。
態様2.(i)初期チーグラーナッタプロ触媒が、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒であって、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒を得るように(C)飽和または芳香族炭化水素液中で(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子を(E)四塩化チタンと接触させることにより調製されるか、(ii)分子(プロ)触媒が、本質的に分子配位子-金属錯体(プロ)触媒からなるか、または(iii)(i)および(ii)の両方である、態様1に記載の方法。(B)が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液は、改質されたチーグラーナッタプロ触媒が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液と同じであってもよく(例えば、ワンポット調製物)、また、改質された触媒系が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液と同じであってもよい。
態様3.改質条件が、(i)0℃~50℃の改質温度、(ii)2時間~3ヶ月の改質時間、(iii)不活性ガス雰囲気(例えば、N、ヘリウム、アルゴン、またはそれらの任意の2つ以上の混合物)、(iv)(i)および(ii)の両方、(v)(i)および(iii)の両方、(vi)(ii)および(iii)の両方、または(vii)(i)、(ii)および(iii)の各々、を含む、態様1または2に記載の方法。
態様4.改質された触媒系がさらに、(G)有機ホウ酸塩または(H)有機ホウ素を含む、態様1または2または3に記載の方法。
態様5.(i)少なくとも1つの重合性オレフィンがエチレンであり、かつポリオレフィン生成物がポリエチレンを含むか、(ii)少なくとも1つの重合性オレフィンが、少なくとも1つの(C-C40)アルファ-オレフィンであり、かつポリオレフィン生成物が、ポリ((C-C40)アルファ-オレフィン)を含むか、または(iii)少なくとも1つの重合性オレフィンが、エチレンと少なくとも1つの(C-C40)アルファ-オレフィンとの組み合わせであり、かつポリオレフィン生成物が、ポリ(エチレン-コ-(C-C40)アルファ-オレフィン)コポリマーを含む、態様1~4のいずれか1つに記載の方法。
態様6.(i)初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が、Alを含まない(Al/Mg=0のモル比)か、(ii)初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が、>0~<0.05のAl/Mgのモル比を特徴とするか、(iii)初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒のハロゲン化マグネシウムが、塩化マグネシウムであるか、(iv)初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒のハロゲン化マグネシウムが、臭化マグネシウムであるか、(v)(i)および(iii)の両方か、(vi)(i)および(iv)の両方か、(vii)(ii)および(iii)の両方か、(viii)(ii)および(iv)の両方である、態様1~5のいずれか1つに記載の方法。
態様7.(i)(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子が、後述されるBET表面積法により測定された場合に1グラムあたり≧200平方メートル(m/g)のBrunauer、Emmett、Teller(BET)表面積を有するか、または(ii)(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子が、(C)飽和または芳香族炭化水素液中に溶解した(F)ジアルキルマグネシウム化合物の溶液を1.95~2.05モル当量のハロゲン化水素と接触させて、(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子の懸濁液を得ることにより調製されたか、または(iii)(i)および(ii)の両方である、態様1~6のいずれか1つに記載の方法。あるいは、(iv)(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子は、(C)飽和または芳香族炭化水素液中に溶解した(F)ジアルキルマグネシウム化合物の溶液を1.95~2.05モル当量のハロゲン化水素(無水物)と接触させることにより、(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子の懸濁液を得ることにより調製され、ここで、ジアルキルマグネシウム化合物は、ジエチルマグネシウム、ジプロピルマグネシウム、ジブチルマグネシウム、ブチル-エチル-マグネシウム、ブチル-オクチル-マグネシウム、またはそれらの組み合わせであり、または(v)(i)および(iv)の両方である。
態様8.(C)飽和または芳香族炭化水素液が、(i)飽和炭化水素液、または(ii)芳香族炭化水素液、または(iii)飽和炭化水素および芳香族炭化水素液の混合物である、態様1~7のいずれか1つに記載の方法。
態様9.改質されたチーグラーナッタプロ触媒と共に使用される活性剤が、(A)ヒドロカルビルアルミノキサンを含む、態様1~7のいずれか1つに記載の方法。いくつかの態様では、(A)は、アルキルアルミノキサン、ポリメチルアルミノキサン、アリールアルミノキサン、アラルキルアルミノキサン、またはそれらのうちの任意の2つ以上の組み合わせである。
態様10.分子配位子-金属錯体(プロ)触媒が、(i)シクロペンタジエニル配位子-金属錯体(プロ)触媒、(ii)シクロペンタジエニルを含まない配位子-金属錯体(プロ)触媒、または(iii)(i)および(ii)の両方、を含む、態様2~9のいずれか1つに記載の方法。
態様11.接触が、(i)少なくとも1つの重合性オレフィンを収容する反応器中に改質された触媒系を添加すること、(ii)改質された触媒系を収容する反応器中に少なくとも1つの重合性オレフィンを添加すること、または(iii)改質された触媒系の第1供給物を反応器中に添加し、かつ少なくとも1つの重合性オレフィンの第2供給物を反応器中に添加すること、を含む、態様1~10のいずれか1つに記載の方法。第1および第2供給物は、順次もしくは同時に、または部分的に両方添加することができる。
態様12.改質されたチーグラーナッタプロ触媒と活性剤との反応の生成物である改質された触媒系を使用してオレフィンを重合する液相重合プロセスであって、有効条件下で反応器中の少なくとも1つの重合性オレフィンを改質された触媒系と接触させてポリオレフィン生成物を得ることを含むプロセスであり、ここで、改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、接触工程の前に、100℃未満の改質温度および少なくとも1分間の改質時間を含む改質条件下で初期チーグラーナッタプロ触媒および分子配位子-金属錯体プレ触媒および場合により活性剤を一緒に混合することにより調製される、重合プロセス。初期チーグラーナッタ触媒は、(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒であってもよく、ここで、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒を得るように(C)飽和または芳香族炭化水素液中で(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子を(E)四塩化チタンと接触させることによって調製される。分子(プロ)触媒は、本質的に分子配位子-金属錯体(プロ)触媒からなる。
態様13.態様1~12のいずれか1つに記載の重合方法によって製造された、ポリオレフィン生成物。
態様14.態様1~13のいずれか1つに記載の、改質されたチーグラーナッタプロ触媒。
態様15.(A)ヒドロカルビルアルミノキサンをさらに含むか、(ii)有機ホウ酸塩または有機ホウ素をさらに含むか、(iii)トリアルキルアルミニウムをさらに含むか、(iv)トリアルキルアルミニウムを含まないか、(v)(i)および(ii)の両方であるか、(vi)(i)および(iii)の両方であるか、(vii)(i)および(iv)の両方であるか、(viii)(i)、(ii)および(iv)の各々である、態様14に記載の触媒系。
態様16.態様14または15に記載の改質されたチーグラーナッタプロ触媒と活性剤との反応の生成物を含む、改質された触媒系。
態様17.(C)飽和もしくは芳香族炭化水素液、重合性オレフィン、ポリオレフィン、またはそれらの任意の2つ以上の組み合わせをさらに含む、態様16に記載の改質された触媒系。
改質されたチーグラーナッタプロ触媒。改質されたチーグラーナッタプロ触媒はさらに活性剤を含んでもよい。改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、改質された触媒系を用いて製造されるポリオレフィン組成物が初期チーグラーナッタプロ触媒を用いて製造されるポリオレフィン組成物とは異なるように、初期チーグラーナッタプロ触媒が分子(プロ)触媒によって改質される様式で、初期チーグラーナッタプロ触媒と、分子(プロ)触媒と、場合により、改質された触媒系を作成するために改質されたチーグラーナッタプロ触媒と共に用いられた活性剤と同じでも異なっていてもよい活性剤と、を混合した生成物である。組成の違いは、以下の特性:ポリオレフィン密度、ポリオレフィン分子量、コモノマー分布、または短鎖分岐分布のうちの少なくとも1つに見出され得る。初期チーグラーナッタプロ触媒は、混合工程の前に調製される。改質された触媒系は、重合方法で使用される反応器中で、または反応器の外部で調製されてもよい。改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、接触工程の前に、1分~24ヶ月、あるいは2分~12ヶ月、あるいは3分~3ヶ月、あるいは3時間~3ヶ月、あるいは1ヶ月~24ヶ月、あるいは1ヶ月~12ヶ月、あるいは1分~48時間、2分~24時間、あるいは3分~12時間の改質時間にわたって、また、0~100℃、あるいは0~80℃、0~60℃、あるいは10~55℃、あるいは15~50℃の改質温度にて、調製されてもよい。改質温度が高いほど改質時間が短くなり、逆もまた同様であり、または改質温度が低いほど、改質時間は長くなり、逆もまた同様であるというように、改質時間は、使用される改質温度に基づいて調製されてもよく、逆もまた同様である。
分子(プロ)触媒。用語「(プロ)触媒」は、プロ触媒;プロ触媒と少なくとも1つの活性剤とを接触させることによって調製される触媒;またはプロ触媒と触媒の組み合わせ、を意味する。いくつかの態様では、(プロ)触媒は、プロ触媒、あるいは触媒、あるいはプロ触媒と触媒の組み合わせである。オレフィン重合用の分子(プロ)触媒は当該技術分野において周知である。分子(プロ)触媒は、活性剤で活性化するとエチレンおよびアルファ-オレフィンを重合するのに有効である、均質なシングルサイト(プロ)触媒であり得る。分子(プロ)触媒は一般に、活性剤による活性化時および重合条件下で、シングルサイトまたはマルチサイト挙動を示し得る。分子(プロ)触媒は、溶解性、構造および組成において、チーグラーナッタプロ触媒とは異なる。分子(プロ)触媒は、担持されていても、または担持されていなくてもよく、成分(C)飽和または芳香族炭化水素液中に可溶であっても、または不溶であってもよい。いくつかの態様では、分子(プロ)触媒は担持されていない。分子(プロ)触媒は、ランタニドおよびアクチニドを含む、遷移金属が元素周期表の第3~11族の元素である、任意の分子配位子-遷移金属錯体触媒から選択することができる。分子配位子-金属錯体(プロ)触媒は、分子配位子-金属錯体プロ触媒、あるいは分子配位子-金属錯体触媒、あるいは分子配位子-金属錯体プロ触媒と分子配位子-金属錯体触媒との組み合わせであり得る。いくつかの態様では、遷移金属は、Ti、Zr、Hf、V、またはCrである。いくつかの態様では、遷移金属は、Ti、Zr、Hf、V、およびCrのいずれか4つの群から選択される。いくつかの態様では、遷移金属は、Fe、Co、Ni、またはPdである。いくつかの態様では、遷移金属は、Fe、Co、Ni、およびPdのうちのいずれか3つの群から選択される。いくつかの態様では、分子(プロ)触媒は、高温溶液プロセス条件下で溶液中で有用な遷移金属錯体(プロ)触媒である。いくつかの態様では、分子(プロ)触媒は、ビス-フェニルフェノキシ(プロ)触媒、拘束幾何(プロ)触媒、イミノ-アミド型(プロ)触媒、ピリジル-アミド(プロ)触媒、イミノ-エナミド(プロ)触媒、アミノトロポニミナト(プロ)触媒、アミドキノリン(プロ)触媒、ビス(フェノキシ-イミン)(プロ)触媒、ホスフィンイミド(プロ)触媒、およびメタロセン(プロ)触媒の任意の1つ以上から選択され得る。
改質された触媒系を調製するためのいくつかの実施形態において使用される分子プロ触媒は、分子配位子-金属錯体プロ触媒と、(A)ヒドロカルビルアルミノキサンおよび/または(I)トリアルキルアルミニウムおよび/または(G)有機ホウ酸塩および/または(H)有機ホウ素などの活性剤との反応の生成物から本質的になる分子触媒を調製するために使用され得る。分子触媒を調製するための反応において独立して使用される(A)ヒドロカルビルアルミノキサンは、チーグラーナッタプロ触媒からチーグラーナッタ触媒を調製するための反応において使用される(A)ヒドロカルビルアルミノキサンと同じでも異なってもよい。
いくつかの態様では、分子配位子-金属錯体(プロ)触媒は、シクロペンタジエニル(Cp)配位子-金属錯体(プロ)触媒であり、これは、いわゆるメタロセン触媒を調製するのに有用である。適切なシクロペンタジエニル配位子-金属錯体(プロ)触媒の例は、CpZrCl;rac-Et(Ind)ZrCl、式中、racは、ラセミを意味し、かつEt(Ind)は、1,2-ジ(1-インデニル)エタンジアニオンである;iPr(Flu)(Cp)ZrCl、式中、iPr(Flu)(Cp)は、9-(α、α-ジメチルシクロペンタジエニルメチル)-9H-フルオレンジアニオンである;である。
いくつかの態様では、分子配位子-金属錯体(プロ)触媒は、シクロペンタジエニルを含まない配位子-金属錯体(プロ)触媒であり、これは、拘束幾何触媒を含むいわゆるポストメタロセン触媒を調製するのに有用である。適切なシクロペンタジエニルを含まない配位子-金属錯体(プロ)触媒の例は、フェノキシ-イミン配位子-早期遷移金属錯体(プロ)触媒(FI(プロ)触媒)、ピロリド-イミン配位子-第4族遷移金属錯体(プロ)触媒(PI(プロ)触媒)、インドリド-イミン配位子-Ti錯体(II(プロ)触媒)、フェノキシ-イミン配位子-第4族遷移金属錯体(プロ)触媒(IF(プロ)触媒)、フェノキシ-エーテル配位子-Ti錯体(プロ)触媒(FE(プロ)触媒)、イミン-ピリジン配位子-後期遷移金属錯体(プロ)触媒(IP(プロ)触媒)、およびトリス(ピラゾリル)ボレート配位子-Ta錯体(プロ)触媒(PB(プロ)触媒)である。
適切な分子配位子-金属錯体(プロ)触媒のさらなる例は、(TTSi)CpTiCl、式中、(TTSi)Cpは、1,2,3,4-テトラメチル-5-(トリメチルアミノ(ジメチル)シリル)シクロペンタジエニルである;およびUS6,827,976;US2004/0010103(A1);US8,058,373(B2)の第11欄の35行目~第16欄の3行目、のいずれか1つに記載の分子配位子-金属錯体(プロ)触媒;WO2016/003878(A1)に記載されている式(I)の錯体;US6,034,022に記載されている縮合環置換インデニル金属錯体;US6,034,022の背景で参照された拘束幾何金属(プロ)触媒;2015年9月30日に出願されたUS62/234,910に記載されている配位子-金属錯体;2015年9月30日に出願されたUS62/234,791に記載されている配位子-金属錯体;ホスフィニミン;ならびにWO2007/136494にて開示されているビス((2-オキソイル-3-(3,5-ビス-(1,1-ジメチルエチル)フェニル)-5-(メチル)フェニル)-(5-2-メチル)プロパン-2-イル)2-フェノキシ)-1,3-プロパンジイルジルコニウム(IV)ジメチルである。
ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒。いくつかの態様では、初期チーグラーナッタプロ触媒は、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒である。改質された触媒系を製造するために使用されるハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、(B)と、(A)ヒドロカルビルアルミノキサン、(G)有機ホウ酸塩、(H)有機ホウ素、またはトリアルキルアルミニウム化合物である活性剤とを接触させることによって、ハロゲン化マグネシウム担持チタン触媒を得るために、活性化され得る。接触は、(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(B)の懸濁液を含んでもよく、不活性雰囲気(例えば窒素分子、アルゴン、ヘリウム、またはそれらの混合物のガス)中または不活性雰囲気下、0℃~300℃、あるいは15℃~250℃にて、>0分~48時間、あるいは0.1分~24時間、あるいは5~120秒の時間にわたって、行われてもよい。適切なトリアルキルアルミニウム化合物の例は、(C-C20)アルキル)Alであり、式中、各(C-C20)アルキルは独立して、同一であるか、または異なる。いくつかの態様では、トリアルキルアルミニウム化合物は、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、またはそれらのうちの任意の2つ以上の組み合わせである。(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、以下の元素、Cl、Mg、およびTiから本質的になることができ、またはそれらからなることができ;また、(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の懸濁液は、C、H、Cl、Mg、およびTiから本質的になるか、またはそれらからなることができる。(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒を(A)ヒドロカルビルアルミノキサンと接触させる場合、得られるチーグラーナッタ触媒は、強化されたチーグラーナッタ触媒である。
強化されたチーグラーナッタ触媒。いくつかの態様では、チーグラーナッタ触媒は、強化されたチーグラーナッタ触媒である。強化されたチーグラーナッタ触媒は、(B)ハロゲン化マグネシウム担持触媒を活性化し、かつ強化された触媒を得るように、(A)ヒドロカルビルアルミノキサンと、(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の懸濁液とを接触させることにより製造されてもよい。強化された触媒の形成は、重合反応器中のその場で行われてもよいし、または重合反応器に入る直前に行われてもよい。(C)中の(B)懸濁液と(A)との接触は、不活性雰囲気(例えば、窒素分子、アルゴン、ヘリウム、またはそれらの混合物のガス)中または不活性雰囲気下、0℃~300℃、あるいは15℃~250℃にて、>0分~48時間、あるいは0.1分~24時間、あるいは5~120秒の時間にわたって、行われてもよい。強化された触媒の触媒活性は、(B)をトリアルキルアルミニウム化合物と接触させることによって調製されたハロゲン化マグネシウム担持チタン触媒の触媒活性よりも大きい。いくつかの態様では、強化された触媒の触媒活性は、(B)および(A)を(G)有機ホウ酸塩または(H)有機ホウ素とも接触させることによって、さらに強化され得る。強化された触媒は、以下の元素:Al、C、H、Cl、Mg、O、およびTiから本質的になるか、またはそれらからなることができる。
いくつかの態様では、強化されたチーグラーナッタ触媒を製造するために使用される強化された触媒および(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、Ti対ハロゲンのモル比によって独立して特徴付けられる。例えば、0≦(N-80-4*NTi)≦6、あるいは0≦(N-80-4*NTi)≦4、あるいは0≦(N-80-4*NTi)≦2であり、式中、NTi=触媒中のMg 40モル当たりのTiのモル数、およびN=触媒中のMg 40モル当たりのハロゲンのモル数、である。いくつかの態様では、Xは、Cl、あるいはBrである。
(A):ヒドロカルビルアルミノキサンまたはHAO。アルキルアルミノキサンは、(C-C10)アルキルアルミノキサンのポリマー形態またはポリメチルアルミノキサン(PMAO)であり得る。PMAOは、AkzoNobelから市販されている、ポリメチルアルミノキサン-性能改良型(PMAO-IP)であってもよい。(C-C10)アルキルアルミノキサンは、メチルアルミノキサン(MAO)、改質されたメチルアルミノキサン(MMAO)、例えば、改質されたメチルアルミノキサン、3A型(MMAO-3A)、7型(MMAO-7)、または12型(MMAO-12)、エチルアルミノキサン、n-プロピルアルミノキサン、イソプロピルアルミノキサン、ブチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサン、n-ペンチルアルミノキサン、ネオペンチルアルミノキサン、n-ヘキシルアルミノキサン、n-オクチルアルミノキサン、2-エチルヘキシルアルミノキサン、シクロヘキシルアルミノキサン、または1-メチルシクロペンチルアルミノキサンであってもよい。アリールアルミノキサンは、(C-C10)アリールアルミノキサンであり得、これは、フェニルアルミノキサン、2,6-ジメチルフェニルアルミノキサン、またはナフチルアルミノキサンであり得る。アラルキルアルミノキサンは、ベンジルアルミノキサンまたはフェネチルアルミノキサンであり得る。典型的には、化合物(A)は、MAO、MMAO、PMAO、またはPMAO-IPである。ヒドロカルビルアルミノキサンは、周知の方法に従って、トリヒドロカルビルアルミニウム化合物を使用する非加水分解法によってか、またはトリヒドロカルビルアルミニウム化合物の部分加水分解によって、製造されてもよく、あるいは商業的供給源から入手されてもよい。
ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒。ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、活性化するとエチレンおよびアルファ-オレフィンの重合を触媒するのに有効である、任意のチーグラーナッタプロ触媒であり得る。ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、ハロゲン化チタンを塩化マグネシウム担体に添加することによってか、またはチタン化合物(例えば、チタンテトライソプロポキシドなどのチタンテトラアルコキシド)およびマグネシウム化合物(例えば、ジアルキルマグネシウム)をそれぞれのハロゲン化金属形態に変換することによって、調製されてもよい。いくつかの態様では、ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、本発明の(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒である。調製物(B)は、(C)飽和または芳香族炭化水素液中で、(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子を(E)四塩化チタンと接触させて(B)を得る工程を含み得る。調製は、不活性雰囲気(例えば、窒素分子、アルゴン、ヘリウム、またはそれらの混合物のガス)中または不活性雰囲気下、0℃~100℃、あるいは20℃~35℃にて、0.1分~24時間、あるいは5分~12時間の時間にわたって、行われてもよい。(B)を調製するために使用される(D)は、以下のように調製され得る。(C)中の(B)の懸濁液は、互いに分離することなく次の工程に使用することができる。このようにして製造する場合、(B)を(C)から分離する必要はなく、(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(B)の懸濁液は、ワンポット合成において、それぞれハロゲン化マグネシウム担持チタン触媒または強化された触媒を調製するためにトリアルキルアルミニウム化合物または(A)ヒドロカルビルアルミノキサンと共に、直接使用することができる。(対照的に、追加のハロゲン化アルキルアルミニウムまたはハロゲン化アルミニウム化合物(複数可)は、典型的には標準的な(発明的ではない)ハロゲン化物含有チーグラーナッタ触媒を調製するために使用される)。いくつかの態様では、ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、任意の従来のチーグラーナッタプロ触媒であり得る。いくつかの態様では、従来のハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、塩化チタン、MgCl、および場合により1つまたは複数の遷移金属(例えば、元素周期表の第4~13族のいずれか1つの元素)を含むチーグラーナッタプロ触媒であり得る。いくつかの態様では、ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、本発明の(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒であり得る。(B)は、本明細書に記載されるように、(B)がどのように調製されるかによって、従来のハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒とは区別され得る。
標準的なハロゲン化物含有チーグラーナッタ触媒を用いた重合反応によって調製されたポリオレフィンは、より高い残留活性のハロゲン化物内容物を有し得る。実際の内容物は、次のように、対応する標準的なチーグラーナッタプロ触媒中の出発ハロゲン化物内容物に比例して、および/またはそれから調製されるチーグラーナッタ触媒の活性に反比例して、限界内で変化し得る。いくつかの態様では、ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、例えば(B)中で、低い残留活性のハロゲン化物内容物を有するような様式で調製され、したがって、トリアルキルアルミニウム化合物を用いてそれから調製されたハロゲン化マグネシウム担持チタン触媒と、(A)ヒドロカルビルアルミノキサンを用いてそれから調製された強化された触媒とは、同様に低い残留活性のハロゲン化物内容物を有し、したがって、改質された触媒系を使用する重合方法により調製されたポリオレフィン生成物もまた低い残留活性のハロゲン化物内容物を有する。活性ハロゲン化物不純物とは、周囲条件(例えば、25℃および101kPaの圧力)下で水分または水に曝されると、加水分解反応を受けてハロゲン化水素(例えば、HCl)を生じる、金属ハロゲン化物含有化合物を意味する。
いくつかの態様では、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒は、94~100mol%、あるいは96~100mol%、あるいは98~99.5mol%のTiおよびMgの総金属内容物を有する。(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の懸濁液は、以下の元素:C、H、Cl、Mg、およびTiから本質的になるか、またはそれらからなることができる。
(C)飽和または芳香族炭化水素液。化合物(C)飽和または芳香族炭化水素液は、非置換芳香族炭化水素または非置換アルカンのような任意の非置換飽和または芳香族炭化水素液であり得る。非置換芳香族炭化水素は、トルエンまたはキシレン(複数可)であり得る。非置換アルカンは、直鎖アルカン、イソアルカンのような分枝鎖アルカン、またはISOPAR Eのようなイソアルカンの混合物、シクロヘプタンまたはメチルシクロヘキサンのようなシクロアルカン、またはそれらの任意の2つ以上の混合物であり得る。適切な(C)飽和または芳香族炭化水素液は、ExxonMobil Corp.から入手可能なイソアルカンなどのように、商業的供給源から入手可能である。
いくつかの態様では、第1の生成物が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液は、第1の生成物から除去されてもよく、そこから次の生成物を調製する前に、異なる(C)材料を第1の生成物と混合してもよい。除去は、ストリッピング、蒸発、蒸留、濾過、または「溶媒」交換などの方法によってもよい。他の態様では、第1の生成物が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液の少なくとも一部は、第1の生成物と共に、(C)の全部またはいずれかを第1の生成物から除去することなく、第1の生成物から調製される次の生成物の調製に持ち込まれる。この持ち込みは、当技術分野において周知であるワンポット調製法を用いて達成することができる。後者の態様の以下の例(i)~(v)は、ワンポット調製法を使用することができる:(i)(D)固体微粒子が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液(下記参照)は、ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液、例えば、本発明の(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が調製される(C)と同じであり得る;(ii)(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液は、本発明の強化された触媒が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液と同じであり得る;(iii)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒(例えば(B))が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液は、改質されたチーグラーナッタプロ触媒が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液と同じであり得る;(iv)改質されたチーグラーナッタプロ触媒が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液は、改質された触媒系が調製される(C)飽和または芳香族炭化水素液と同じであり得る;あるいは(v)(i)~(iv)のいずれか2つ以上、例えば、(i)および(ii)、(ii)および(iii)、(iii)および(iv)、または(i)~(iv)の全てである。
(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子。化合物(D)は、上記のようにして調製される。(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子を得るための、(C)飽和または芳香族炭化水素液中に溶解した(F)ジアルキルマグネシウム化合物の溶液と、1.95~2.05モル当量のハロゲン化水素との接触は、不活性雰囲気(例えば、窒素分子、アルゴン、ヘリウム、またはそれらの混合物のガス)中、または不活性雰囲気下で、-25~100℃、あるいは0~50℃で、0.1分~10時間、あるいは1~6時間の時間にわたって、行われてもよい。(C)中の(D)の懸濁液は、互いに分離することなく使用することができる。(C)から(D)を分離する必要はなく、このようにして調製された(D)はコンディショニングされておらず、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒を調製するためにワンポット合成において直接使用することができる。あるいは、コンディショニングされた(D)を形成するために、(D)を、0℃~50℃、あるいは20℃~35℃で、0.1分~24時間、あるいは1~12時間の時間にわたって、V、Zr、またはHfを含有するコンディショニング化合物と接触させることによって、コンディショニングしてもよい。(C)中のコンディショニングされた(D)の懸濁液は、互いに分離することなく使用され得る。(C)からコンディショニングされた(D)を分離する必要はなく、このようにして調製されたコンディショニングされた(D)は、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒を調製するために、ワンポット合成において直接使用されてもよい。このようにして調製される場合、(C)飽和または芳香族炭化水素液中のコンディショニングされていない、またはコンディショニングされた(D)の懸濁液を(E)四塩化チタンと接触させて、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒を得ることができる。
(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子は、≧200m/g、あるいは>250m/g、あるいは>300m/gのBET表面積を有してもよく、また、1,500m/g、あるいは1,000m/g、あるいは500m/g、あるいは300m/gの最大BET表面積を有してもよく、これらの全ての値は、BET表面積法により測定されるようなものである。ハロゲン化物が塩化物の場合、ハロゲン化マグネシウムはMgClであり、ハロゲン化物が臭化物の場合、ハロゲン化マグネシウムはMgBrである。
(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子の懸濁液は、以下の元素:C、H、ClおよびMgから本質的になるか、またはそれらからなることができる。(D)の懸濁液は、1.5~2.5、あるいは1.8~2.2、あるいは1.95~2.05のハロゲン化物対マグネシウム比を有することができる。
(E)四塩化チタンは、式TiClの化合物、または化合物(C)飽和もしくは芳香族炭化水素液と同じもしくは異なるような飽和もしくは芳香族炭化水素液中のTiClの溶液である。TiClおよびその溶液は、商業的供給源から入手可能であるか、または周知の方法によって容易に調製することができる。
(F)ジアルキルマグネシウム化合物は、式(I):RMgR(I)のものであってもよく、式中、RおよびRの各々は、独立して、非置換(C-C20)アルキル基、あるいは非置換(C-C10)アルキル基、あるいは非置換(C-C)アルキル基である。いくつかの態様では、ジアルキルマグネシウム化合物は、非置換(C-C)アルキル基であり、これは、ジメチルマグネシウム、ジエチルマグネシウム、ジプロピルマグネシウム、イソプロピル-メチル-マグネシウム(すなわち、(CHCHMgCH)、ジブチルマグネシウム、ブチル-エチル-マグネシウム(すなわち、CH(CHMgCHCH)、ブチル-オクチル-マグネシウム(すなわち、CH(CHMg(CHCH)、またはそれらの組み合わせである。ジアルキルマグネシウム化合物は市販されているか、または周知の方法により容易に調製することができる。
(G)有機ホウ酸塩。化合物(G)は、エチレンモノマーを用いた重合方法を強化する任意の有機ホウ酸塩であり得る。いくつかの態様では、化合物(G)は、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートのメチルジ((C14-C18)アルキル)アンモニウム塩であり、これは、長鎖トリアルキルアミン(Akzo-Nobel、Inc.から入手可能なArmeen(商標)M2HT))、HClおよびLi[B(C]の反応により調製されてもよい。このような調製は、US5,919,983の実施例2に開示されている。または、ホウ酸塩は、Boulder Scientificから購入する。ホウ酸塩は、本明細書中において、(さらなる)精製なしで使用され得る。
(H)有機ホウ素。化合物(H)は、エチレンモノマーを用いた重合方法を強化させる任意の有機ホウ素であり得る。いくつかの態様では、化合物(E)は、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランなどのトリス(ペルフルオロアリール)ボランである。
(I)トリアルキルアルミニウム。トリアルキルアルミニウムは、式((C-C10)アルキル)Alのものであってもよく、式中、(C-C10)アルキルの各々は独立して同一であるか、または異なる。各(C-C10)アルキルは、メチル、エチル、プロピル、1-メチルエチル、ブチル、1-メチルプロピル、ヘキシル、またはオクチルであり得る。例えば、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、またはトリオクチルアルミニウムである。
(J)コンディショニング化合物。(J)コンディショニング化合物は、ジルコニウム系、ハフニウム系、またはバナジウム系であり得る。例えば、テトラキス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナート)ジルコニウム、ジルコニウムテトライソプロポキシド、テトラキス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナート)ハフニウム、ハフニウムテトラプロポキシド、テトラキス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナート)バナジウム、またはバナジウムテトラプロポキシドである。(J)を欠く重合方法により調製されたポリオレフィン生成物のMz/Mw比に対して、本重合法により調製されたポリオレフィン生成物のMz/Mw比を増大させる機能。
ハロゲン化水素。(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の調製に用いられるハロゲン化水素のハロゲン化物は、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒のハロゲン化マグネシウムのハロゲン化物と同じである。例えば、両方とも塩化物であり、あるいは両方とも臭化物である。無水物。(F)ジアルキルマグネシウム化合物に対するハロゲン化水素のモル当量は、2.00~2.05であり得る。
重合性オレフィン。適切な重合性オレフィンの例には、エチレン(CHCH)および(C-C40)アルファ-オレフィンが含まれる。重合性オレフィンは、エチレンと(C-C40)アルファ-オレフィンとの混合物を含み得る。(C-C40)アルファ-オレフィンは、混合物および残存するエチレンの、0.1重量%~20重量%、あるいは0.1~15重量%、あるいは0.1~10重量%、あるいは0.1~5重量%であり得る。(C-C40)アルファ-オレフィンは、(C-C20)アルファ-オレフィン、あるいは(C-C12)アルファ-オレフィン、あるいは(C-C)アルファ-オレフィンであり得る。(C-C)アルファ-オレフィンの例は、プロペン、1-ブテン、1-ヘキセン、および1-オクテンである。改質されたチーグラーナッタ触媒および/または分子触媒を用いてエチレンを重合してポリエチレンを得ることができる。あるいは、改質されたチーグラーナッタ触媒および/または分子触媒を用いて、(C-C40)アルファ-オレフィンを重合してポリ((C-C40)アルファ-オレフィン)ポリマーを得ることができる。あるいは、改質されたチーグラーナッタ触媒および/または分子触媒を用いて、エチレンと少なくとも1つの(C-C40)アルファ-オレフィンを共重合して、ポリ(エチレン-コ(C-C40)アルファ-オレフィン)コポリマーを得ることができる。重合は、バッチ反応器のような任意の適切な反応器中で、または連続溶液重合反応器のような連続反応器中で行うことができる。
オレフィンの重合方法。重合方法において、改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、活性剤で活性化すると少なくとも1つ(例えば、1、2、またはそれ以上)の重合性オレフィンの重合を触媒する標準的なチーグラーナッタプロ触媒を使用する場合に、使用され得る。分子(プロ)触媒は、改質されたチーグラーナッタプロ触媒を調製するために、標準的なチーグラーナッタプロ触媒を改質するために使用されてもよい。分子(プロ)触媒はまた、活性剤で活性化すると少なくとも1つ(例えば、1、2、またはそれ以上)の重合性オレフィンの重合を触媒する標準的な分子(プロ)触媒を使用する場合に、使用され得る。改質されたチーグラーナッタプロ触媒および分子プロ触媒は、一度活性化されると、独立して、同じまたは異なる重合性オレフィンの重合を触媒することができる。本方法は、0~100℃の温度で行われるスラリー重合プロセスであってもよい。あるいは、本方法は、30~120℃の温度で行われる気相重合プロセスであってもよい。あるいは、典型的には、本方法は、100℃~250℃の温度で行われる液相重合プロセスであってもよい。圧力は、150psi~3,000psi(1メガパスカル(MPa)~21MPa)であり得る。
オレフィンを重合する方法は、少なくとも1つの重合性オレフィンと、改質されたチーグラーナッタプロ触媒を1種以上の活性剤(例えば、(A)と、あるいは(G)と、あるいは(A)および(G)と、あるいは(G)、次いで、(A)と)と接触させることによって調製された改質されたチーグラーナッタ触媒と、を含む反応混合物中で、実施されてもよい。反応混合物は、(C)がポリマー生成物で過飽和になり、それによって触媒効率を低下させることを回避するために、希釈剤または溶媒として、さらなる量の(C)飽和または芳香族炭化水素液を含み得る。いくつかの態様では、反応混合物中のポリマー生成物の量は、30重量%以下である。反応混合物は、激しく攪拌(例えば、攪拌)されてもよく、反応混合物の温度は、重合を最適化するために、生じる反応熱を除去することによって制御することができる。オレフィンを重合する方法において、改質されたチーグラーナッタ触媒は、反応混合物1リットル(L)当たり0.0001~0.1ミリグラムのTi原子のような触媒的に有効な量で使用される。オレフィンの重合方法は、バッチ法、半連続法、連続法のいずれでもよい。連続法は、反応物を反応器に連続的に供給し、かつ反応器からポリマー生成物を除去する。半連続法は、反応物を反応器に定期的に添加し、かつ反応器からポリマー生成物を定期的に除去する。バッチ法は、反応物を反応器に添加し、次いで反応が終了した後に、反応器からポリマー生成物を除去する。
重合方法の一例は、撹拌槽型反応器を使用し、そこに重合性オレフィン(複数可)を任意のさらなる量の(C)(C)飽和または芳香族炭化水素液と共に連続的に導入する。反応器は、実質的にエチレンからなり、場合により、(C40)アルファ-オレフィン、(C)、および溶解したポリマー生成物を含む液相を含む。触媒および/またはそれらのプロ触媒および活性剤は、連続的または断続的に反応器液相またはその任意の再循環部分に導入される。反応器の温度および圧力は、溶媒/オレフィン比、触媒添加速度を調節することによって、および冷却もしくは加熱コイル、ジャケット、またはそれらの両方によって制御され得る。反応の程度は、触媒(複数可)添加速度によって制御され得る。ポリマー生成物中のエチレン内容物は、存在する場合には、反応器内のエチレン対(C-C40)アルファ-オレフィンの比によって決定され、この比は、これらの構成成分の反応器へのそれぞれの供給速度を操作することによって制御される。ポリマー生成物の分子量は、任意に、温度、オレフィン濃度(複数可)などの他の重合変数を制御することによって、または制御された速度で水素分子を反応器に供給することによって制御される。使用される場合、水素分子は、エチレン1モル当たり0.001~1モルパーセントの濃度を有し得る。反応器を出た後、ポリマー生成物(生成物ポリオレフィン組成物)を含有する流出物は、水、蒸気、またはアルコールなどの触媒停止剤と接触され得る。生成物ポリマー混合物は、場合により加熱され、またポリマー生成物は、場合により減圧下でエチレン、アルファオレフィンおよび成分(C)のようなガス状または蒸気状成分を蒸発除去することにより回収される。所望する場合、脱揮押出機でさらに脱揮することができる。連続的プロセスでは、反応器内の触媒と生成物ポリマーの平均滞留時間は、通常、1分間~8時間、または5分間~6時間である。あるいは、US5,977,251、US6,319,989、またはUS6,683,149のような連続ループ反応器、およびそれらに関連する条件を、攪拌槽型反応器の代わりに使用してもよい。
いくつかの態様では、オレフィンを重合する方法は液相プロセスである。
オレフィンを重合する方法によって製造されたポリオレフィン生成物。生成物は、ポリオレフィン高分子を含むポリオレフィン組成物を含む。ポリオレフィン生成物は、ポリマーまたはコポリマーであり得る。ポリマーは、ポリエチレンのようなホモポリマー、ポリプロピレンのようなポリ((C-C40)アルファ-オレフィン)ポリマーであり得る。コポリマーは、ポリ(エチレン-コ-(C-C40)アルファ-オレフィン)コポリマー、例えば、ポリ(エチレン-コ-プロペン)コポリマー、ポリ(エチレン-コ-1-ブテン)コポリマー、ポリ(エチレン-コ-1-ヘキセン)コポリマー、またはポリ(エチレン-コ-1-オクテン)コポリマーであり得る。ポリエチレンは、高密度ポリエチレン(HDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、高溶融強度高密度ポリエチレン(HMS-HDPE)、またはそれらの任意の2つ以上の組み合わせであり得る。
ポリオレフィンポリマーまたはコポリマーは、1種以上の添加剤、例えば、帯電防止剤、色強化剤、染料、滑剤、充填剤、顔料、一次酸化防止剤、二次酸化防止剤、加工助剤、および紫外線(UV)安定剤をさらに含み得る。得られた添加剤含有ポリオレフィン(コ)ポリマーは、添加剤を含有するポリオレフィン(コ)ポリマーの重量に基づいて、0重量%~10重量%の各添加剤を含み得る。Irgafos(商標)168およびIrganox(商標)1010などの酸化防止剤を使用して、ポリオレフィン(コ)ポリマーを熱分解および/または酸化分解から保護することができる。Irganox(商標)1010は、Ciba Geigy Inc.から入手可能なテトラキス(メチレン(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナメート))である。Irgafos(商標)168は、Ciba Geigy Inc.から入手可能なトリス(2,4ジ-tert-ブチルフェニル)ホスファイトである。
この方法によって製造されたポリオレフィン生成物は、第1のポリマーと、第1のポリマーとは異なる第2のポリマーとを含み得る。第1のポリマーは、初期チーグラーナッタプロ触媒を少なくとも1つの活性剤(例えば、(A)、または(G)および(A)の両方)と接触させることによって調製されるチーグラーナッタ触媒によって触媒される第1の反応によって主に製造され得る。第2のポリマーは、分子配位子-金属錯体(プロ)触媒を少なくとも1つの活性剤(例えば、(A)または(I))と接触させることによって調製される分子触媒によって触媒される第2の反応によって主に製造され得る。ポリオレフィン生成物中の第1ポリマーの第2ポリマーに対する比は、分子(プロ)触媒に対する初期チーグラーナッタプロ触媒の選択および相対量を制御することによって、あるいは初期チーグラーナッタ触媒を調製するために使用される活性剤の選択および量を制御し、かつ分子触媒を調製するために使用される活性剤の選択および量を制御することによって、制御され得る。
ポリマー生成物は、50,000~300,000グラム/モル(g/mol)の重量平均分子量(Mw)を有し得る。ポリマー生成物は、0.880~0.970g/cc、あるいは0.890~0.960g/cc(グラム/立方センチメートル)のポリマー密度を有し得る。
ポリオレフィン生成物は、ポリオレフィン生成物からまたはポリオレフィン生成物を含む製品を製造するための成形操作において使用することができる。そのような成形操作の例は、フィルム成形、シート成形、パイプ成形、繊維押出し、繊維共押出し、ブロー成形、射出成形、および回転成形である。それによって製造された製品は、ブローまたはキャストフィルム、例えば、共押出またはラミネート加工によって形成されたフィルム;繊維、例えば、不織布および織布に使用するためのメルトスパン繊維およびメルトブロー繊維;押出物品;ならびに成形品であり得る。フィルムは、シュリンクフィルム、クリングフィルム、ストレッチフィルム、シーリングフィルム、延伸フィルム、スナック包装フィルム、重包装袋、食料品袋、焼成品および冷凍食品用包装、医療用包装、工業用ライナー、農業用フィルム、ならびに食品接触膜および非食品接触膜などのメンブレンとして製造されてもよい。繊維は、おむつ生地、医療用衣類、およびジオテキスタイルで使用するために製造することができる。押出物品は、医療用チューブ、ワイヤーおよびケーブルのコーティング、ジオメンブレン、ならびにポンドライナーを含む。成形品は、ボトル、タンク、大型中空品、剛性食品容器、および玩具として製造することができる。
本明細書の態様は多数の利点を有する。利点の1つは、改質された触媒系が、チーグラーナッタ触媒を単独で使用して得られたポリオレフィン組成物とは異なるポリオレフィン組成物を製造できることである。
別の利点は、液相重合プロセスにおける単一の反応器中の一部における改質された触媒系であり、これにより、別々の触媒供給物、別々の反応器、およびそれらに関連する特殊な装置の必要性が排除される。
別の利点は、改質された触媒系によって製造されたポリオレフィン組成物が以下の改良された特性:ポリマー密度、ポリマー分子量、コモノマー分布、および短鎖分岐分布、の少なくとも1つを有し得ることである。
「活性剤」(場合により、共触媒とも呼ばれる)は、プロ触媒と反応して触媒をもたらすのに有効な、触媒的に活性のある化合物を意味する。活性剤の例は、(A)ヒドロカルビルアルミノキサン、(G)有機ホウ酸塩、(H)有機ホウ素、(I)トリアルキルアルミニウム、およびそれらの任意の2つ以上の組み合わせである。例えば、(A)および(G)、あるいは(A)および(H)、あるいは(A)および(I)、あるいは(G)および(I)の組み合わせである。いくつかの態様では、(G)および(A)の組み合わせが用いられる。いくつかの態様では、(G)が最初に使用され、その後に(A)が使用され、あるいは(A)が使用され、その後に(G)が使用される。
「早期遷移金属」という句は、第3~5族のいずれか1つの元素を意味する。「後期遷移金属」という句は、第8~11族のいずれか1つの元素を意味する。
本明細書で使用されるとき、「プロ触媒」(プレ触媒と呼ばれてもよい)は、活性剤(例えば、(A)、(G)、(H)、および/または(I))の不在下では重合活性を全く示さないか、または低い重合活性しか示さないであろうが(例えば、触媒効率が、0または<1,000であり得る)、活性剤(例えば、(A)、(G)、(H)、および/または(I))で活性化すると、プロ触媒のものよりも少なくとも10倍高い触媒効率を示す触媒をもたらす材料を意味する。
いくつかの態様では、(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子、および(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(D)の懸濁液、および(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子から調製される(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒、および化合物(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の懸濁液、ならびに化合物(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の懸濁液および(A)ヒドロカルビルアルミノキサンから調製された強化された触媒、集合的に「本発明の材料」は、それらの対応する標準的な材料より純粋である。本発明の材料のより高い純度は、前述のように、例えば、より低い活性のハロゲン化物不純物内容物を有するなどの、それらがそれぞれどのようにして調製されるかに一部起因する。例えば、本発明の材料(B)および強化された触媒を調製する本発明のそれぞれの方法は、アルキルアルミニウム化合物およびハロゲン化アルミニウム化合物を使用することを回避しているが、少なくとも一部の対応する標準的な材料は、アルキルアルミニウム化合物およびハロゲン化アルミニウム化合物を用いて調製される可能性があり、これは望ましくない副産物を生じる。また、化合物(C)飽和または芳香族炭化水素液中の(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の本発明の懸濁液と共に(A)ヒドロカルビルアルミノキサンを使用する、強化された触媒の調製は、標準的なハロゲン化アルミニウム化合物調製に対する改良である。本明細書で使用されるとき、「本質的にからなっている」および「本質的にからなる」という句は、より高い純度の本発明の材料を捉える部分的にクローズドエンド型の句であり、この文脈において、この句に続く列挙された材料以外の材料、またはこれらの列挙された材料を調製するために使用された反応物質を、0mol%、あるいは>0mol%~<5mol%、あるいは>0mol%~<3mol%、あるいは>0mol%~<2mol%だけ有することを意味し得る。
Brunauer、Emmett、Teller(BET)表面積法:MicromeriticsによるTristar 3020表面積分析器を用いて表面積を測定する。30mLのMgClスラリーを濾過し、30mLのヘキサン中に再スラリー化し、不活性雰囲気下で再スラリー化物を濾過し、追加のヘキサンで洗浄する。再スラリー化、濾過、および洗浄工程を繰り返して、MgClの濾過ケーキを得る。第1の真空下で、濾過ケーキから残留溶媒を除去する。0.5インチ(1.27cm)の試料管と不活性試料保護用に設計されたTransealストッパーとを用いて、第1に真空乾燥したMgClの試料0.2gを不活性雰囲気下で管に装填し、Transealストッパーで栓をすることにより、MicromeriticsによるVac Prep 061上で濾過ケーキをさらに乾燥する。試料に接しながら、窒素ガスをパージし、管をVac Prep 061ユニットに接続する。Transealストッパーを開け、管の内容物を第2の真空下に置き、真空管をアルミニウム管プロテクターと共に加熱ブロックに入れる。Vac Prep 061上で110℃で3時間、第2の真空下で乾燥させ、窒素ガスを管に導入し、試料を室温まで冷却させた後、管をVac Prep 061から外して、完全に乾燥した試料を得る。不活性雰囲気下で、0.1500~0.2000gの完全に乾燥した試料を清浄な試料管に移し、管用フィラーロッドを管に入れ、管をTransealストッパーで密封し、Tristar 3020に接続し、表面積を測定する。QUICKSTART法を使用して、データを取得する。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)方法。装置:内部IR5検出器、オートサンプラおよびPolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを装備したPolymerChar GPC-IR(バレンシア、スペイン)高温GPCクロマトグラフ。温度:オートサンプラオーブンコンパートメント:160℃、カラムコンパートメント:150℃。クロマトグラフィー溶媒:200百万分率(ppm)のブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含む、窒素パージした1,2,4トリクロロベンゼン。注入量:200マイクロリットル(μL)。流量:1.0μL/分。カラム:3つのAgilent「Mixed B」30センチメートル(cm)×10マイクロメートル(μm)のリニアミックスベッドカラム(複数)および10μmのプレカラム。窒素をスパージしたセプタムキャップを付けたバイアル中の溶媒1ミリリットルあたり2ミリグラム(mg/mL)の試料を標的としてオートサンプラを使用して試料を調製し、バイアルを160℃で2時間低速で振とうする。
GPC法を続けた:Agilent Technologiesからの、分子量(MW)580~8,400,000g/molを有する、各Mwが少なくとも10ずつ離れた6つの「カクテル」混合物中に配合された、21種類の狭い範囲のMWDポリスチレン(PS)標準を使用して、カラムを較正した。分子量≧1,000,000g/molの場合は、50ミリリットル(mL)の溶媒中に0.025gで、分子量<1,000,000g/molの場合は、溶媒1mLあたり0.05gで、PS標準を調製する。WillamsおよびWard、J.Polym.Sci.、Polym.Lett.、1968;6:621に記載されているように、方程式EQ1:Mポリエチレン=A×(MポリスチレンEQ1、式中、Mは分子量であり、Aは0.4315に等しく、かつBは1.0に等しい、を用いて、PS標準ピークMWをポリエチレンMWに変換する。五次多項式tを使用して、各ポリエチレンに相当する較正点をあてはめる。NIST標準NBS1475についてのMWが52,000g/molで得られるように、Aに対して微調整(約0.415~0.44)を行い、カラム分解能およびバンドブロード効果を補正する。(マイクロポンプにより導入された)各試料中の流量マーカー、例えばデカンを用いて、経時的に偏差をモニターし、試料からの流量マーカーピークをPS標準の流量マーカーピークに対して整列させる。各試料の流量マーカーのピークを各PS標準の流量マーカーのピークに対して整列させることにより、流量マーカーを使用して、各試料についての流量を直線補正する。流量マーカーピークの時間における任意の変化は、流量およびクロマトグラフの傾きの線形シフトに関連していると仮定する。流量マーカーピークのRV測定を最も正確に行うために、最小二乗あてはめ法を用いて、流量マーカー濃度クロマトグラムの流量マーカーピークを二次方程式にあてはめる。PolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを使用して、流量マーカーピークを処理する。
GPC法を続けた:50mLのTCBに溶解した0.04gのエイコサンを用いて、GPCカラムの総プレート数(方程式EQ2)および対称性(方程式EQ3)を測定する。EQ2:プレート数=5.54*[(Rvピーク最大)/(1/2の高さにおけるピーク幅)]、式中、RVは保持容量(mL)であり、ピーク幅はmL単位であり、ピーク最大は、ピークの最大高さであり、1/2の高さは、ピーク最大の半分の高さである。EQ3:
Figure 0007050055000001
式中、RVおよびピーク幅は、上記で定義された通りであり、ピーク最大は、ピークの最大位置であり、1/10の高さは、ピーク最大の1/10の高さであり、リアピークは、ピーク最大のものよりも後ろの保持容量にあるピークテールであり、フロントピークは、ピーク最大よりも前の保持容量にあるピークフロントを意味する。プレート数は、>24,000であるべきであり、対称性は>0.98~<1.22であるべきである。
GPC法を続けた:PolymerChar GPC-IR装置の内部IR5検出器(測定チャネル)およびPolymerChar GPCOne(商標)ソフトウェアを使用して得られたGPC結果から、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、およびz平均分子量(Mz)を計算する。等間隔の各データ収集点(i)でIRクロマトグラムをベースライン減算し、EQ1の同じ点(i)について狭い範囲の標準較正曲線からポリエチレン当量Mn、Mw、Mzを取得する。
結晶化溶出分画(CEF)法を、Monrabalら、Macromol.Symp.257、71-79(2007)に従って実施した。CEF装置は、IR-4またはIR-5検出器(例えば、PolymerChar、Spainから市販されているもの)および2角度光散乱検出器モデル2040(例えば、Precision Detectorsから市販されているもの)を備える。50mm×4.6mmの10ミクロンガードカラム(例えば、PolymerLabsから市販されているもの)を、IR-4またはIR-5検出器の前に、検出器オーブン中に取り付ける。オルトジクロロベンゼン(ODCB、99%無水グレード)、および2,5-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)(例えば、Sigma-Aldrichから市販されているもの)、およびシリカゲル40(粒径0.2~0.5mm)(例えば、EMD Chemicalsから市販されているもの)を使用する。シリカゲルを、使用前に真空オーブン内で160℃で少なくとも2時間乾燥させる。使用前にODCBを乾燥窒素(N)ガスで1時間スパージする。5グラムの乾燥シリカを2リットルのODCBに添加することによって、または乾燥シリカを充填した1つまたは複数のカラム中に0.1mL/分~1.0mL/分の流量でODCBをポンプ輸送することによって、さらにODCBを乾燥させる。試料バイアルのパージにNなどの不活性ガスが使用されていない場合は、800ミリグラム(mg)のBHTを2リットルのODCBに添加する。BHTを伴うまたは伴わない乾燥ODCBは、以後、「ODCB-m」と称する。オートサンプラを使用して、160℃で2時間振とうしながら、4mg/mLでODCB-m中にポリマー試料を溶解させることにより、試料溶液を調製する。300μLの試料溶液をカラムに注入する。温度プロファイル:110~30℃、3℃/分で結晶化、5分間、30℃で熱平衡(2分間に設定される可溶性画分溶出時間を含む)、および30~140℃、3℃/分での溶出、を使用する。結晶化中は0.052mL/分の流量、溶離中は0.50mL/分の流量を使用する。1秒あたり1データポイントのIR-4またはIR-5シグナルデータを収集する。
CEF法を続けた。US8,372,931に従って、1/8インチのステンレス管を用いて、125μm±6%でガラスビーズ(例えば、酸洗浄剤と共にMO-SCI Specialty Productsから市販されているもの)をカラムに充填する。CEFカラムの内部液体容積は、2.1ml~2.3mlである。温度較正を、ODCB-m中のNIST標準物質直鎖ポリエチレン1475a(1.0mg/ml)とエイコサン(2mg/ml)との混合物を使用することによって行う。較正は、(1)エイコサンの測定されたピーク溶出温度から30.00℃を差し引いた温度オフセットとして定義される遅延容量を計算すること;(2)溶出温度の温度オフセットをCEF温度生データから減算すること(温度オフセットは、溶出温度、溶出流量などの実験条件の関数である);(3)NIST線状ポリエチレン1475aが101.00℃のピーク温度を有し、かつエイコサンが30.00℃のピーク温度を有するように、30.00~140.00℃の範囲にわたる溶出温度を変換する、線形較正直線を作成すること;(4)30℃の等温で測定された溶出画分について、3℃/分の溶出加熱速度を用いる溶出温度を線形外挿すること、で構成される。報告された溶出ピーク温度は、観察されたコモノマー内容物の較正曲線がUS8,372,931におけるものと一致するように得られる。
パージ画分(PF;Wt1)、低密度コポリマー成分(Wt2)、高密度コポリマー成分(Wt3)、および高密度画分(HDF;Wt4)の重量百分率は、以下の4つの温度範囲、それぞれ、25~33℃、33~68℃、68~92℃、および92~115℃におけるポリマーピークとして定義される。これら4つのパージ画分の重量平均分子量は、それぞれMw1、Mw2、Mw3、およびMw4である。分子触媒による全ポリマーの低密度範囲におけるコポリマーの寄与は、得られた全ポリマー中の高密度コポリマーに対する低密度コポリマーの量の相対比であるWt2/Wt3の増大値を反映した。いくつかの態様では、Wt2/Wt3の比は、0.18~0.9、あるいは0.19~0.81である。
触媒効率(「Cat.Eff.」):ハロゲン化マグネシウム担持チタン触媒中のTi1グラム当たりの、重合中に消費されたエチレンの量(gエチレン/g Ti)に基づいて、触媒効率を計算する。
バッチ反応器。底部弁を有する撹拌型1ガロン反応器。
バッチ反応器共重合試験法。250gの1-オクテンおよび1330gのIsopar Eをバッチ反応器に添加する。反応器内容物を190℃に加熱し、次いで、40ミリモル(mmol)のHの存在下で内容物をエチレンで飽和させる。液体(例えば、(C1))中の触媒(例えば、(B1)または(B2))の懸濁液と、活性剤(例えば、(A1))とを別のフラスコ中で混合し、得られた混合物を直ちにバッチ反応器に添加する。重合中のエチレン消費による圧力降下を補填するためにエチレン流を用いて反応器内の圧力を3100キロパスカル(kPa;450ポンド/平方インチ(psi)に等しい)に維持する。10分の反応時間の後、底部弁を開けて、反応器内容物をガラス製ケトルに移す。ケトル内容物をMylarコーティングしたトレイの上に注ぎ、内容物を冷まし、次いで、トレイを一晩ドラフト内に置き、大部分の液体を蒸発させる。残存する樹脂を真空オーブン中で乾燥して、生成物ポリ(エチレン-コ-1-オクテン)コポリマーを得る。
ヒドロカルビルアルミノキサン(A1)。おおよその分子式[(CH0.7(イソC0.3AlOを有する、改質されたメチルアルミノキサン、3A型(MMAO-3A)。CAS番号146905-79-5。AkzoNobel N.V.からヘプタン中の溶液として入手した。
化合物(C1)。Isopar E液。Exxon Mobil Corporationから入手した、>99.75%~99.9%のナフサ(石油)、軽質アルキレート、CAS 64741-66-8、および0.1~<0.25%のイソオクタン、CAS 540-54-1。沸点範囲114~139℃を有する。
微粒子MgCl(D1)。375~425m/gのBET表面積を有する固体微粒子MgCl。生成物は、ヘプタン中の下記の(F1)の20重量%溶液を、測定した量の(C1)中に希釈して希釈溶液を得ること;30±3℃の温度を維持しながら、Cl対Mgのモル比が2.04:1.00に達するまで、30℃で激しく撹拌しながら、塩化水素(HCl)を希釈溶液にゆっくり添加することで、(C1)中の(D1)の0.20M懸濁液を得ること、により調製した。
四塩化チタン(E1)。Sigma Aldrich Companyから入手したTiCl
ジアルキルマグネシウム(F1)。ブチル-エチル-マグネシウム。ヘプタン中20重量%溶液として使用した。
有機ホウ酸塩(G1)。前述のようにして調製した、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートのメチルジ((C14-C18)アルキル)アンモニウム塩。シクロアルカン中の混合物。
トリアルキルアルミニウム(I1):トリエチルアルミニウム(TEA)。ヘプタン中の(CHCHAl溶液。
分子配位子-金属錯体プロ触媒1:WO2007/136494に開示されているような、ビス((2-オキソイル-3-(3,5-ビス-(1,1-ジメチルエチル)フェニル)-5-(メチル)フェニル)-(5-2-メチル)プロパン-2-イル)2-フェノキシ)-1,3-プロパンジイルジルコニウム(IV)ジメチル。シクロアルカン中の混合物として使用した。
以下の調製物について、Tiローディング、チタンに対する活性剤(例えば、TEA)または活性剤(例えば、(G1))のモル比(「活性剤/Ti」)、プロセス条件およびデータを、後述の表1に列挙する。
調製物1(P1):塩化マグネシウム担持チタンプロ触媒(B1)。(C1)中の(E1)の0.25モル(M)溶液0.80ミリリットル(mL)を(C1)中の(D1)の0.20M懸濁液40mLに添加して、得られた混合物を一晩撹拌して、(C1)中に懸濁した(B1)を得る。
調製物2(P2):塩化マグネシウム担持チタンプロ触媒(B2)。(C1)中の(E1)の0.25M溶液2.40mLを(C1)中の(D1)の0.20M懸濁液40mLに添加して、得られた混合物を一晩撹拌して、(C1)中に懸濁した(B2)を得る。
調製物3A(P3A):強化されたチーグラーナッタ触媒。ヘプタン中の(A1)MMAO-3Aの0.125M溶液0.40mLをP1の懸濁液に添加して、(C1)中に懸濁したP3の強化されたチーグラーナッタ触媒を得る。
調製物3B(P3B):強化されたチーグラーナッタ触媒。ヘプタン中の(A1)MMAO-3Aの0.125M溶液0.24mLおよびメチルシクロヘキサン中の(G1)の0.003M溶液0.24mLをP1の懸濁液に添加して、(C1)中に懸濁したP3Bの強化されたチーグラーナッタ触媒を得る。
調製物3C(P3C):強化されたチーグラーナッタ触媒。ヘプタン中の(A1)MMAO-3Aの0.125M溶液0.50mLをP1の懸濁液に添加して、(C1)中に懸濁したP3の強化されたチーグラーナッタ触媒を得る。
調製物3D(P3D):強化されたチーグラーナッタ触媒。ヘプタン中の(A1)MMAO-3Aの0.125M溶液0.98mLをP1の懸濁液に添加して、(C1)中に懸濁したP3の強化されたチーグラーナッタ触媒を得る。
調製物4A(P4A):強化されたチーグラーナッタ触媒。ヘプタン中の(A1)MMAO-3Aの0.125M溶液0.57mLをP2の懸濁液に添加して、(C1)中に懸濁したP4Aの強化されたチーグラーナッタ触媒を得る。
調製物4B(P4B)(予測的):強化されたチーグラーナッタ触媒。P1の懸濁液の代わりにP2の懸濁液を使用することを除いてP3Bの手順を繰り返し、(C1)中に懸濁したP4Bの強化されたチーグラーナッタ触媒を得る。
調製物4C(P4C):強化されたチーグラーナッタ触媒。ヘプタン中の(A1)MMAO-3Aの0.125M溶液1.42mLをP2の懸濁液に添加して、(C1)中に懸濁したP4Cの強化されたチーグラーナッタ触媒を得る。
調製物4D(P4D):強化されたチーグラーナッタ触媒。ヘプタン中の(A1)MMAO-3Aの1.77M溶液0.20mLをP2の懸濁液に添加して、(C1)中に懸濁したP4Dの強化されたチーグラーナッタ触媒を得る。
調製物5(P5):ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒。(C1)中のEADCの1.0M溶液2.40mLを(C1)中の0.20MのMgCl(D1)の撹拌懸濁液40mLに添加した。得られた混合物を室温で一晩撹拌した。(C1)中のチタンテトライソプロポキシドの0.25M溶液2.40mLを添加した。得られた混合物を一晩撹拌して、(C1)中に懸濁したP5のハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒を得た。
調製物6(P6)。プロ触媒P5の懸濁液を0.0050Mの濃度に希釈して、(C1)中のP6のハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の懸濁液を得た。
調製物7(P7):(C1)中の分子配位子-金属錯体プロ触媒1の0.0050M溶液を調製した。
調製物8(P8)。(C1)中の分子配位子-金属触媒1。分子配位子-金属錯体プロ触媒1のZr金属に対する(G1)のモル比が2.4となるような相対量で、メチルシクロヘキサン中の(G1)の溶液をプロ触媒P7の溶液に添加した。5分間撹拌して、P8の(C1)中の分子配位子-金属触媒1を得た。
本発明の実施例A(IEA):改質されたチーグラーナッタプロ触媒1(MZN1):(C1)中のプロ触媒P6の懸濁液を(C1)中のP8の分子配位子-金属触媒1に添加して、(C1)中の改質されたチーグラーナッタプロ触媒1を得た。
本発明の実施例B(IEB):改質されたチーグラーナッタプロ触媒2(MZN2):(C1)中のプロ触媒P5の懸濁液をP7のプロ触媒1の溶液に添加して、(C1)中の改質されたチーグラーナッタプロ触媒2を得た。
本発明の実施例A1(IEA1):改質された触媒系1(MCS1)の調製活性剤(I1)をIEAの改質されたチーグラーナッタプロ触媒1に添加して、(C1)中のIEA1の改質された触媒系1を得た。
本発明の実施例A2(IEA2):改質された触媒系2(MCS2)の調製活性剤(A1)を(C1)中のIEAの改質されたチーグラーナッタプロ触媒1に添加して、(C1)中のIEA2の改質された触媒系2を得た。
本発明の実施例A3(IEA3):改質された触媒系3(MCS3)の調製活性剤(I1)(IEA1中に添加された量の2倍)をIEAの改質されたチーグラーナッタプロ触媒1に添加して、(C1)中のIEA3の改質された触媒系3を得た。
本発明の実施例A4(IEA4):改質された触媒系4(MCS4)の調製活性剤(A1)(IEA2中に添加された量の2倍)をIEAの改質されたチーグラーナッタプロ触媒1に添加し、(C1)中のIEA4の改質された触媒系4を得た。
本発明の実施例B1(IEB1):改質された触媒系5(MCS5)の調製活性剤(I1)および(G1)をIEBの改質されたチーグラーナッタプロ触媒2に添加して、(C1)中のIEB1の改質された触媒系5を得た。
本発明の実施例B2(IEB2):改質された触媒系6(MCS6)の調製活性剤(A1)および(G1)をIEBの改質されたチーグラーナッタプロ触媒2に添加して、(C1)中のIEB2の改質された触媒系6を得た。
本発明の実施例B3(IEB3):改質された触媒系7(MCS7)の調製活性剤(I1)(IEB1に添加された量の2倍)および(G1)をIEBの改質されたチーグラーナッタプロ触媒2に添加して、(C1)中のIEB3の改質された触媒系7を得た。
本発明の実施例B4(IEB4):改質された触媒系8(MCS8)の調製活性剤(A1)(IEB2に添加された量の2倍)および(G1)をIEBの改質されたチーグラーナッタプロ触媒2に添加し、(C1)中のIEB4の改質された触媒系8を得た。
比較例1(CE1):プロ触媒P6に活性剤(I1)を添加して、比較用のチーグラーナッタ触媒を得た。
比較例2(CE2):プロ触媒P6に活性剤(G1)および(A1)を添加して、比較用チーグラーナッタ触媒を得た。
比較例3(CE3):プロ触媒P7に活性剤(I1)および(G1)を添加して、比較用チーグラーナッタ触媒を得た。
比較例4(CE4):プロ触媒P7に活性剤(G1)および(A1)を添加して、比較用チーグラーナッタ触媒を得た。
IEA1~IEA4およびIEB1~IEB4の異なる改質された触媒系、ならびにCE1~CE4の異なる改質されていない触媒を用いた、本発明の重合実施例。別の実験において、以下のように、バッチ反応器共重合試験方法を再現する。250gの1-オクテンおよび1330gのIsopar Eをバッチ反応器に添加する。反応器内容物を190℃に加熱し、次いで、40ミリモル(mmol)の水素分子の存在下で内容物をエチレンで飽和させる。異なる実験ごとに、IEA1~IEA4およびIEB1~IEB4の改質された触媒系1~8(MCS1~MCS8)ならびに触媒CE1~CE4の異なる1つを、それぞれバッチ反応器に添加する。重合中のエチレン消費による圧力降下を補填するためにエチレン流を用いて反応器内の圧力を3100kPaに維持する。10分の反応時間の後、底部弁を開けて、反応器内容物をガラス製ケトルに移す。ケトル内容物をMylarコーティングしたトレイの上に注ぎ、内容物を冷まし、次いで、トレイを一晩ドラフト内に置き、大部分の液体を蒸発させる。残存する樹脂を真空オーブン中で乾燥して、それぞれIEA1~IEA4、IEB1~IEB4およびCE1~CE4を用いた重合から、生成物ポリ(エチレン-コ-1-オクテン)コポリマーを得る。
改質された触媒系組成物および重合特性データは、それぞれ下記の表1および下記の表2において報告される。
Figure 0007050055000002
液相重合プロセスで使用された、IEA1~IEA4およびIEB1~IEB4の改質された触媒系1~8の各々、ならびにCE1~CE4の比較用プロ触媒1~4の各々は、効率がよく、下記表2に示されるCEF組成分析結果を有するポリオレフィンをもたらした。分子触媒による全ポリマーの低密度範囲におけるコポリマーの寄与は、得られた全ポリマー中の高密度コポリマーに対する低密度コポリマーの量の相対比であるWt2/Wt3の増大値を反映した。
Figure 0007050055000003
表2に示すように、IEA1およびIEA3の改質された触媒系1および3を調製するためにそれぞれ使用された、初期チーグラーナッタプロ触媒および分子(プロ)触媒および有機ホウ酸塩活性剤(G1)を改質することによって製造された、改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、トリアルキルアルミニウムを用いた調製において、首尾よく活性化され、また、得られた改質された触媒系1および3は、2つの異なる種類:チーグラーナッタ触媒によって製造された第1のポリオレフィンおよび分子触媒によって製造された第2のポリオレフィンのポリオレフィン高分子のポリオレフィン組成物をもたらす重合反応中、まるで単一の触媒成分であるかのように、首尾よく使用された。改質されたチーグラーナッタプロ触媒はまた、2つの異なる種類のポリオレフィン高分子(例えば、改質された触媒系IEA2およびIEA4を用いて製造された)のポリオレフィン組成物の混合物をもたらす活性剤として(A)ヒドロカルビルアルミノキサンを用いる重合反応中、まるで単一のプロ触媒成分であるかのように、使用された。IEB2およびIEB4の改質された触媒系6および8を調製するために使用された、初期チーグラーナッタプロ触媒および分子(プロ)触媒を改質することによって製造された、別の改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、2つの異なる種類の高分子のポリオレフィン混合物ももたらす(A1)および(G1)活性剤の組み合わせを用いた調製において、首尾よく活性化された。同じ改質されたチーグラーナッタプロ触媒も、2つの異なる種類のポリオレフィン高分子(例えば、改質された触媒系IEB5およびIEB7を用いて製造された)のポリオレフィン組成物の混合物をもたらす活性剤として(I1)および(G1)活性剤の組み合わせを用いた重合反応中、まるで単一のプロ触媒成分であるかのように、使用された。IEA1とIEA3またはIEA2とIEA4の比較は、より高い量の活性剤、例えば(A1)または(I1)が、生成物ポリオレフィン組成物中、分子触媒を用いて製造されるポリオレフィンの量を増加させることを示した。同様に、生成物ポリオレフィン組成物中の分子触媒を用いて製造されたポリオレフィン高分子の量の増加は、活性剤の量、例えば、IEB1対IEB3については(I1)および(G1)、ならびにIEB2およびIEB4については活性剤(A1)および(G1)の量を増加させることによっても、成し遂げられた。前述の利点は、先に記載され、かつ以下に請求される、本発明の方法およびポリオレフィンの実施形態を特徴付けることができる。

本出願は、例えば以下の発明も提供する。
[1] (C)飽和または芳香族炭化水素液中の改質されたチーグラーナッタプロ触媒と活性剤との反応の生成物を含む改質された触媒系を使用してオレフィンを重合する方法であって、反応器中の少なくとも1つの重合性オレフィンを有効条件下で前記改質された触媒系に接触させてポリオレフィン生成物を得ることを含む方法であり、前記改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、前記接触工程の前に、前記改質されたチーグラーナッタプロ触媒を得るための100℃未満の改質温度および少なくとも1分間の改質時間を含む改質条件下で、(C)飽和または芳香族炭化水素液中で初期チーグラーナッタプロ触媒および分子(プロ)触媒および場合により活性剤を一緒に混合することにより調製されるものである、重合方法。
[2] (i)前記初期チーグラーナッタプロ触媒が、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒であって、前記(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒を得るように(C)飽和または芳香族炭化水素液中で(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子を(E)四塩化チタンと接触させることにより調製されるか、(ii)前記分子(プロ)触媒が、本質的に分子配位子-金属錯体(プロ)触媒からなるか、または(iii)(i)および(ii)の両方である、[1]に記載の方法。
[3] 前記改質条件が、(i)0℃~50℃の改質温度、(ii)3時間~3ヶ月の改質時間、(iii)不活性ガス雰囲気(例えば、窒素分子、ヘリウム、アルゴン、またはそれらの任意の2つ以上の混合物)、(iv)(i)および(ii)の両方、(v)(i)および(iii)の両方、(vi)(ii)および(iii)の両方、または(vii)(i)、(ii)および(iii)の各々、を含む、請求項1または2に記載の方法。
[4] 前記改質された触媒系がさらに、(G)有機ホウ酸塩または(H)有機ホウ素を含む、[1]または[2]に記載の方法。
[5] (i)前記少なくとも1つの重合性オレフィンがエチレンであり、かつ前記ポリオレフィン生成物がポリエチレンを含むか、(ii)前記少なくとも1つの重合性オレフィンが、少なくとも1つの(C -C 40 )アルファ-オレフィンであり、かつ前記ポリオレフィン生成物が、ポリ((C -C 40 )アルファ-オレフィン)を含むか、または(iii)前記少なくとも1つの重合性オレフィンが、エチレンと少なくとも1つの(C -C 40 )アルファ-オレフィンとの組み合わせを含み、かつ前記ポリオレフィン生成物が、ポリ(エチレン-コ-(C -C 40 )アルファ-オレフィン)コポリマーを含む、[1]~[4]のいずれか1項に記載の方法。
[6] (i)前記初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が、Alを含まない(Al/Mg=0のモル比)か、(ii)前記初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が、>0~<0.05のAl/Mgのモル比を有するか、(iii)前記初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の前記ハロゲン化マグネシウムが、塩化マグネシウムであるか、(iv)前記初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の前記ハロゲン化マグネシウムが、臭化マグネシウムであるか、(v)(i)および(iii)の両方か、(vi)(i)および(iv)の両方か、(vii)(ii)および(iii)の両方か、(viii)(ii)および(iv)の両方である、[1]~[5]のいずれか1項に記載の方法。
[7] (i)前記(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子が、Brunauer、Emmett、Teller(BET)表面積法により測定された場合に1グラムあたり≧200平方メートル(m /g)のBrunauer、Emmett、Teller(BET)表面積を有するか、または(ii)前記(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子が、前記(C)飽和または芳香族炭化水素液中に溶解した(F)ジアルキルマグネシウム化合物の溶液を1.95~2.05モル当量のハロゲン化水素と接触させて、前記(C)飽和または芳香族炭化水素液中の前記(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子の懸濁液を得ることにより調製されたか、または(iii)(i)および(ii)の両方である、[1]~[6]のいずれか1項に記載の方法。
[8] 前記改質されたチーグラーナッタプロ触媒と共に使用される前記活性剤が、(A)ヒドロカルビルアルミノキサンを含む、[1]~[7]のいずれか1項に記載の方法。
[9] 前記分子配位子-金属(プロ)触媒が、(i)シクロペンタジエニル配位子-金属錯体(プロ)触媒、(ii)シクロペンタジエニルを含まない配位子-金属錯体(プロ)触媒、または(iii)(i)および(ii)の両方、を含む、[1]~[8]のいずれか1項に記載の方法。
[10] 前記接触が、(i)前記少なくとも1つの重合性オレフィンを収容する前記反応器中に前記改質された触媒系を添加すること、(ii)前記改質された触媒系を収容する前記反応器中に前記少なくとも1つの重合性オレフィンを添加すること、または(iii)前記改質された触媒系の第1供給物を前記反応器中に添加し、かつ前記少なくとも1つの重合性オレフィンの第2供給物を前記反応器中に添加すること、を含む、[1]~[9]のいずれか1項に記載の方法。
[11] 改質されたチーグラーナッタプロ触媒と活性剤との反応の生成物である改質された触媒系を使用してオレフィンを重合する液相重合プロセスであって、有効条件下で前記反応器中の少なくとも1つの重合性オレフィンを前記改質された触媒系と接触させてポリオレフィン生成物を得ることを含むプロセスであり、前記改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、前記接触工程の前に、100℃未満の改質温度および少なくとも1分間の改質時間を含む改質条件下で初期チーグラーナッタプロ触媒および分子配位子-金属錯体(プロ)触媒および場合により活性剤を一緒に混合し、前記改質されたチーグラーナッタプロ触媒を得ることにより調製される、重合プロセス。
[12] [1]~[11]のいずれか1項に記載の重合方法によって製造された、ポリオレフィン生成物。
[13] [1]~[12]のいずれか1項に記載の、改質されたチーグラーナッタプロ触媒。
[14] (i)(A)ヒドロカルビルアルミノキサンをさらに含むか、(ii)有機ホウ酸塩または有機ホウ素をさらに含むか、(iii)トリアルキルアルミニウムをさらに含むか、(iv)トリアルキルアルミニウムを含まないか、(v)(i)および(ii)の両方であるか、(vi)(i)および(iii)の両方であるか、(vii)(i)および(iv)の両方であるか、(viii)(i)、(ii)および(iv)の各々である、[13]に記載の改質されたチーグラーナッタプロ触媒。
[15] [13]または[14]に記載の改質されたチーグラーナッタプロ触媒と活性剤との反応の生成物を含む、改質された触媒系。

Claims (11)

  1. (C)飽和または芳香族炭化水素液中の改質されたチーグラーナッタプロ触媒と活性剤との反応の生成物を含む改質された触媒系を使用してオレフィンを重合する方法であって、反応器中の少なくとも1つの重合性オレフィンを前記改質された触媒系に接触させてポリオレフィン生成物を得ることを含む方法であり、前記改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、前記接触工程の前に、前記改質されたチーグラーナッタプロ触媒を得るための100℃未満の改質温度および少なくとも1分間の改質時間を含む改質条件下で、(C)飽和または芳香族炭化水素液中で初期チーグラーナッタプロ触媒および分子(プロ)触媒および場合により活性剤を一緒に混合することにより調製されるものであり、前記改質された触媒系がさらに(G)有機ホウ酸塩を含む、重合方法。
  2. (i)前記初期チーグラーナッタプロ触媒が、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒であって、前記(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が、(B)ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒を得るように(C)飽和または芳香族炭化水素液中で(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子を(E)四塩化チタンと接触させることにより調製されるか、
    (ii)前記分子(プロ)触媒が、本質的に分子配位子-金属錯体(プロ)触媒からなるか、または
    (iii)(i)および(ii)の両方である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記改質条件が、
    (i)0℃~50℃の改質温度、
    (ii)3時間~3ヶ月の改質時間、
    (iii)不活性ガス雰囲気、
    (iv)(i)および(ii)の両方、
    (v)(i)および(iii)の両方、
    (vi)(ii)および(iii)の両方、または
    (vii)(i)、(ii)および(iii)の各々、
    を含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記不活性ガス雰囲気が、窒素分子、ヘリウム、アルゴンまたはそれらの任意の2つ以上の混合物である、請求項3に記載の方法。
  5. (i)前記少なくとも1つの重合性オレフィンがエチレンであり、かつ前記ポリオレフィン生成物がポリエチレンを含むか、
    (ii)前記少なくとも1つの重合性オレフィンが、少なくとも1つの(C-C40)アルファ-オレフィンであり、かつ前記ポリオレフィン生成物が、ポリ((C-C40)アルファ-オレフィン)を含むか、または
    (iii)前記少なくとも1つの重合性オレフィンが、エチレンと少なくとも1つの(C-C40)アルファ-オレフィンとの組み合わせを含み、かつ前記ポリオレフィン生成物が、ポリ(エチレン-コ-(C-C40)アルファ-オレフィン)コポリマーを含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  6. (i)前記初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が、Alを含まない(Al/Mg=0のモル比)か、(ii)前記初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒が、>0~<0.05のAl/Mgのモル比を有するか、(iii)前記初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の前記ハロゲン化マグネシウムが、塩化マグネシウムであるか、(iv)前記初期ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒の前記ハロゲン化マグネシウムが、臭化マグネシウムであるか、(v)(i)および(iii)の両方か、(vi)(i)および(iv)の両方か、(vii)(ii)および(iii)の両方か、(viii)(ii)および(iv)の両方である、請求項に記載の方法。
  7. (i)前記(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子が、Brunauer、Emmett、Teller(BET)表面積法により測定された場合に1グラムあたり≧200平方メートル(m/g)のBrunauer、Emmett、Teller(BET)表面積を有するか、または(ii)前記(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子が、前記(C)飽和または芳香族炭化水素液中に溶解した(F)ジアルキルマグネシウム化合物の溶液を1.95~2.05モル当量のハロゲン化水素と接触させて、前記(C)飽和または芳香族炭化水素液中の前記(D)本質的にハロゲン化マグネシウムからなる固体微粒子の懸濁液を得ることにより調製されたか、または(iii)(i)および(ii)の両方である、請求項に記載の方法。
  8. 前記改質されたチーグラーナッタプロ触媒と共に使用される前記活性剤が、(A)ヒドロカルビルアルミノキサンを含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記分子配位子-金属(プロ)触媒が、(i)シクロペンタジエニル配位子-金属錯体(プロ)触媒、(ii)シクロペンタジエニルを含まない配位子-金属錯体(プロ)触媒、または(iii)(i)および(ii)の両方、を含む、請求項に記載の方法。
  10. 前記接触が、
    (i)前記少なくとも1つの重合性オレフィンを収容する前記反応器中に前記改質された触媒系を添加すること、
    (ii)前記改質された触媒系を収容する前記反応器中に前記少なくとも1つの重合性オレフィンを添加すること、または
    (iii)前記改質された触媒系の第1供給物を前記反応器中に添加し、かつ前記少なくとも1つの重合性オレフィンの第2供給物を前記反応器中に添加すること、
    を含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 改質されたチーグラーナッタプロ触媒と活性剤との反応の生成物である改質された触媒系を使用してオレフィンを重合する液相重合プロセスであって、前記反応器中の少なくとも1つの重合性オレフィンを前記改質された触媒系と接触させてポリオレフィン生成物を得ることを含むプロセスであり、前記改質されたチーグラーナッタプロ触媒は、前記接触工程の前に、100℃未満の改質温度および少なくとも1分間の改質時間を含む改質条件下で初期チーグラーナッタプロ触媒および分子配位子-金属錯体(プロ)触媒および場合により活性剤を一緒に混合し、前記改質されたチーグラーナッタプロ触媒を得ることにより調製され、前記改質された触媒系がさらに(G)有機ホウ酸塩を含む、重合プロセス。
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