JP7212445B2 - ポリオレフィン生成物の生成 - Google Patents
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- C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
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- C08J2323/08—Copolymers of ethene
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Description
本出願は、次の番号を有する米国仮特許出願、すなわち、2014年2月11日出願のChing-Tai Lue等による第61/938,466号(2014U002.PRV)、2014年2月11日出願のChing-Tai Lue等による第61/938,472号(2014U003.PRV)、2014年4月18日出願のFrancis C.Rix等による第61/981,291号(2014U010.PRV)、2014年4月28日出願のFrancis C.Rix等による第61/985,151号(2014U012.PRV)、2014年8月1日出願のSun-Chueh Kao等による第62/032,383号(2014U018.PRV)、2014年12月5日出願のFrancis C.Rix等による第62/087,905号(2014U035.PRV)、2014年12月5日出願のDaniel P.Zilker,Jr.等による第62/088,196号(2014U036.PRV)、2014年12月5日出願のChing-Tai Lue等による第62/087,911号(2014U037.PRV)、及び2014年12月5日出願のFrancis C.Rix等による第62/087,914号(2014U038.PRV)の利益を主張するものであり、これらの開示は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
(C5HaR1 b)(C5HcR2 d)HfX2
(C5HaR1 b)(C5HcR2 d)HfX2
メタロセン触媒化合物
メタロセン触媒化合物は、少なくとも1つの第3族~第12族の金属原子、及び少なくとも1つの金属原子に結合された1つ以上の脱離基(複数可)に結合された1つ以上のCp配位子(シクロペンタジエニル及びシクロペンタジエニルにイソローバルな配位子)を有する「ハーフサンドイッチ」及び/または「フルサンドイッチ」化合物を含み得る。本明細書で使用されるとき、元素の周期表及びその族に対する全ての参照は、ローマ数字で注記される以前のIUPAC形態に対して参照がなされない限り(同書に表示される)、または別途記載されない限り、HAWLEY´S CONDENSED CHEMICAL DICTIONARY,Thirteenth Edition,John Wiley & Sons,Inc.(1997)(IUPACの許可によりそこに再現される)に公表されるNEW NOTATIONに対してである。
CpACpBMXn (I)
CpA(A)CpBMXn (II)
触媒系は、[(2,3,4,5,6 Me5C6N)CH2CH2]2NHZrBn2(式中、Bnは、ベンジル基である)等の、1つ以上の第15族の金属含有触媒化合物を含み得る。第15族の金属含有化合物は、一般的に、第3~14族の金属原子、第3~7族、または第4~6族の金属原子を含む。多くの実施形態では、第15族の金属含有化合物は、少なくとも1つの脱離基に結合され、また少なくとも2個の第15族原子にも結合され、そのうちの少なくとも1個が別の基を介して第15または16族原子にも結合される、第4族金属原子を含む。
触媒系は、初期触媒化合物を有し得るスラリー中に触媒または触媒構成成分、及びスラリーに添加される添加溶液触媒構成成分を含み得る。初期触媒構成成分スラリーは触媒を有しない場合がある。この場合、2つ以上の溶液触媒をスラリーに添加して、各々を担持させることができる。
本明細書で使用されるとき、用語「担体」及び「キャリア」は、互換的に使用され、タルク、無機酸化物、及び無機塩化物などの多孔質担体材料を含む、あらゆる担体材料を指す。スラリーの1つ以上のシングルサイト触媒化合物は、活性化剤と一緒に同一または別個の担体上で担持され得るか、または活性化剤は非担持形態で使用され得るか、またはシングルサイト触媒化合物とは異なる担体上に付着され得るか、またはこれらの任意の組み合わせであってよい。これは、当該技術分野において一般的に使用される任意の技術により実現することができる。当該技術分野において、シングルサイト触媒化合物を担持するための様々な他の方法がある。例えば、シングルサイト触媒化合物は、ポリマー結合配位子を含有することができる。スラリーのシングルサイト触媒化合物は、噴霧乾燥され得る。シングルサイト触媒化合物を用いた担体は官能化され得る。
本明細書で使用されるとき、用語「活性化剤」は、触媒構成成分のカチオン種を作製するなどによってシングルサイト触媒化合物または構成成分を活性化することができる、担持または非担持された、任意の化合物または化合物の組み合わせを指す場合がある。例えば、これは、シングルサイト触媒化合物/構成成分の金属中心からの少なくとも1つの脱離基(本明細書に記載のシングルサイト触媒化合物中の「X」基)の引抜を含み得る。活性化剤は、「共触媒」とも称される場合がある。
触媒構成成分溶液は、触媒化合物のみを含むか、または触媒化合物に加えて、活性化剤を含み得る。トリムプロセスにおいて使用される触媒溶液は、触媒化合物及び任意の活性化剤を液体溶媒中に溶解することにより調製され得る。液体溶媒は、C5~C30アルカンまたはC5~C10アルカンなどのアルカンであり得る。シクロヘキサンなどの環状アルカン及びトルエンなどの芳香族化合物も使用され得る。加えて、鉱油が溶媒として使用され得る。採用される溶液は、重合の条件下で液体であり、比較的不活性でなくてはならない。一実施形態では、触媒化合物溶液に利用される液体は、触媒構成成分スラリーにおいて使用される希釈剤とは異なる。別の実施形態では、触媒化合物溶液に利用される液体は、触媒構成成分溶液において使用される希釈剤と同じである。
気相ポリエチレン生成プロセスにおいて、本明細書に開示されるように、反応器中の静電気レベルの調節に役立つ1つ以上の静電気制御剤を追加で使用することが望ましい場合がある。本明細書で使用される静電気制御剤は、流動床反応器内に導入されたとき、流動床の静電荷(負、正、またはゼロ)に影響を及ばす、またはそれを動かすことができる化学組成物である。使用される特定の背電気制御剤は静電荷の性質に依存し得、静電気制御剤の選択は、生成されるポリマー及び使用されるシングルサイト触媒化合物により変動し得る。
-(CH2-CH2-NH)n-
図1は、気相反応器系100の概略図であり、少なくとも2つの触媒の添加を示し、そのうちの少なくとも1つはトリム触媒として添加される。触媒構成成分スラリー、好ましくは少なくとも1つの担体及び少なくとも1つの活性化剤、少なくとも1つの担持活性化剤、及び任意の触媒化合物を含む鉱油スラリーは、槽または触媒ポット(cat pot)102に設置され得る。一実施形態では、触媒ポット102は、固体濃度を均質に保つように設計された攪拌保持タンクである。好ましくは溶媒と少なくとも1つの触媒化合物及び/または活性化剤とを混合することによって調製された触媒構成成分溶液は、トリムポット104と呼ばれ得る別の槽に設置される。次に、触媒構成成分スラリーは、触媒構成成分溶液とインラインで混合されて最終触媒組成物を形成し得る。シリカ、アルミナ、フュームドシリカ、または任意の他の粒子状物質などの核形成剤106は、インラインでスラリー及び/もしくは溶液に、または槽102もしくは104に添加され得る。同様に、追加の活性化剤または触媒化合物がインラインで添加され得る。例えば、異なる触媒を含む第2の触媒スラリーは、第2の触媒ポットから導入され得る。2つの触媒スラリーは、トリムポットからの溶液触媒を添加して、または添加することなく触媒系として使用され得る。
生成物ポリマーの特性は、上述の溶液、スラリー、及びいずれの任意の添加材料(核形成剤、触媒化合物、活性化剤等)の混合のタイミング、温度、濃度、ならびに順序を調整することにより制御され得る。MWD、組成分布、メルトインデックス、各触媒によって生成されたポリマーの相対量、及び生成されたポリマーの特性は、プロセスパラメータを操作することによっても変更することができる。重合系中の水素濃度の操作、重合系中の第1の触媒の量の変更、重合系中の第2の触媒の量の変更を含む、任意の数のプロセスパラメータ調整され得る。調整され得る他のプロセスパラメータは、重合プロセスにおける触媒の相対比を変更すること(及び任意に、安定した、または一定の樹脂生成速度を維持するために、それらの個々の供給速度を調整すること)を含む。反応器120中の反応物の濃度は、プロセスから引き抜かれる、もしくはパージされる液体またはガスの量を変更する、重合プロセスに戻される回収した液体及び/もしくは回収したガスの量及び/または組成を変更することにより調整することができ、回収した液体または回収したガスは、重合プロセスから排出されたポリマーから回収され得る。更に、調整され得る濃度パラメータは、重合温度の変更、重合プロセスにおけエチレン分圧の変更、重合プロセスにおけるエチレンのコモノマーに対する比率の変更、活性化配列における活性化剤の遷移金属に対する比率の変更を含む。スラリーまたは溶液の相対供給速度の変更、インラインでのスラリー及び溶液の混合の混合時間、温度、及びまたは程度の変更、異なる種類の活性化剤化合物の重合プロセスへの添加、ならびに酸素もしくはフルオロベンゼンまたは他の触媒毒の重合プロセスへの添加などの時間依存パラメータが調整され得る。これらの調整の任意の組み合わせは、最終ポリマー生成物の特性を制御するために使用され得る。
触媒系は、1つ以上のオレフィンを重合して、そこから1つ以上のポリマー生成物をもたらすために使用され得る。高圧、溶液、スラリー、及び/または気相重合プロセスを含むが、これらに限定されない、任意の好適な重合プロセス使用され得る。気相重合以外の他の技術を使用する実施形態では、図1に関して論じられるものと類似する触媒添加系の修正物が使用され得る。例えば、トリム系は、ポリエチレンコポリマーを生成するためのループスラリー反応器に触媒を供給するために使用され得る。
直径6インチの気相反応器における重合実験
表1に示される触媒A~Jは、以下に記載されるように調製された。調製された全ての触媒は、温度制御用のデバイス、触媒供給または注入機器、モノマー及びコモノマーガス供給を監視し、制御するためのガスクロマトグラフィー(GC)分析器、ならびにポリマー試料採取及び回収用の機器を装備した流動床反応器においてスクリーニングされた。反応器は、反応器の頂部で10インチ(25.4cm)に増加する、直径6インチ(15.24cm)の床部からなる。ガスは、床の内容物の流動化を可能にする穴のあいた分配板を通して流入し、ポリマー試料は反応器の頂部で排出される。本明細書の例示的な重合におけるコモノマーは1-ヘキセンである。重合パラメータは下の表1に概説され、図2及び3にプロットされる。
分子量及び分子量分布を制御するために、触媒トリム供給の使用をパイロットプラントにおいて試験し、結果を表5に詳述する。表5において、触媒の種類は、詳述される説明に示される番号付けされた触媒構造に対応する。触媒実行のうちの5つ(A~E)は、トリム触媒を使用せずに行われた対照実行であった。
試験は、(CpPr)2HfMe2(HfP、構造III)を含んだ第1の触媒を用いて実行された。HfPは、活性化剤及び担体、共触媒、またはその両方の存在下でエチレン及びエチレンとコモノマーとの混合物を重合することが可能である。活性化剤及び担体は、同じまたは異なってよい。複数の活性化剤、担体、及びまたは共触媒が同時に使用され得る。共触媒は、成分のいずれかを修飾するために添加され得る。記述子触媒、HfP、活性化剤、担体、及びまたは共触媒は、実際の化合物及び炭化水素溶媒中のこれらの化合物の溶液も指す。
図4は、共担持重合触媒を作製するための方法400のフローチャートを示す。方法400は、水素/エチレン比対いくつかの触媒の各1つによって生成されたポリマーの分子量の逆数のプロット生成のブロック402で始まる。本明細書において論じられるように、各プロットのスロープは、対応する触媒の水素レベルに対する応答を示す。
触媒
全ての操作は、N2パージされたグローブボックス中で、標準的なまたはSchlenk技術を用いて実施された。全ての無水溶媒はSigma-Aldrichから購入し、脱気し、焼成Al2O3ビーズ上で乾燥せるか、または使用前に分子ふるいにかけた。触媒調製用のトルエンをAl2O3ビーズ上で予め乾燥させ、次いで、使用前にSMAO 757上で乾燥させた。重水素化溶媒はCambridge Isotope Laboratoriesから購入し、脱気し、アルミナビーズ上で乾燥させるか、または使用前に分子ふるいにかけた。Strem Chemicalsから購入したZrCl4 99+%、及びBoulder Scientific(ロット番号BSC3220-8-0002)から購入したビス(n-プロピル-シクロペンタジエニル)ハフニウムジメチル(HfPMe2)を除き、使用された試薬はSigma-Aldrichから購入した。1H NMR測定は、250Mz Bruker及び500Mz Bruker分光器で記録された。
インデニルリチウム。新しく蒸留したインデン(50.43g、434.1mmol)を1Lのペンタンに溶解した。Et2O(25mL)、次いでヘキサン中1.6M n-ブチルリチウム(268.5mL、429.6mmol)を、5分かけて透明な攪拌溶液に添加した。白色の固体が沈殿し、上清は淡黄色を帯びた。一晩攪拌した後、懸濁液を濾過し、次いで真空中で乾燥させ、白色の固体(46.51g、381.0mmol、88.7%)を得た。1H NMR(THF-d8):δ5.91(d、2H)、6.44(m、2H)、6.51(t、1H)、7.31(m、2H)。
7.00g(46.65mmol)の1-エチル-インデニルリチウムを74mLの1、2-ジメトキシエタン(DME)に溶解し、分離溶液を75mLのDME中5.43g(23.30mmol)のZrCl4で作製した。ピペットを介して透明なZrCl4溶液に1-エチル-インデニルリチウムの明るい黄色の溶液を15分間にわたって添加した。最初に添加したときに溶液は黄色を帯び、添加5分後沈殿物が形成され、続いて橙黄色となった。添加10分で、上清は黄色の沈殿物を含む橙色に変わり、全ての1-エチル-インデニルリチウム溶液が添加されると、混合物は黄色に戻った。反応物を一晩攪拌した。スラリーの粗1H NMRスペクトルは、~1.1:1のrac/meso比を示したが、これは、rac異性体がDMEにおいてmeso異性体よりも可溶性であるため誤解を招く可能性がある。異性体比にかかわらず、Et2O中15.61mL(46.83mmol)の3.0M CH3MgBrを1mLに分けて10分にわたって添加した。10回目の添加後、黄色の混合物は橙色に変わった。グリニャール試薬の最終添加後、混合物は褐色に変わり、反応物を一晩攪拌した。粗混合物の1H NMRスペクトルは、1.1:1のmeso/rac比を明らかにした。DMEを蒸発させ、褐色の固体を3×20mLのトルエン、更に追加の10mLで抽出した。溶媒を除去した後に得られた淡褐色の固体を10mLのペンタンで洗浄し、真空中で乾燥させた。87%収率で、8.26g(20.26mmol)のオフホワイト色の固体を得た。
1,2-ジメトキシエタン(DME)中のZrCl4(20.8g;89.3mmol)の溶液(約100mL)に、1,2-ジメトキシエタン(DME)に溶解された1-エチル-インデニルリチウム(26.8g;178mmol)の溶液(約200mL)を約5mLに分けて、15分にわたって添加した。必要に応じてさらなるDMEを添加して、反応物が撹拌するのに濃厚になるのを防いだ。添加の最後の総量は約425mLであった。1-エチル-インデニルリチウム溶液の添加直前及び添加の約半ばで、ペンタン(約10mL)を反応混合物に添加し、温度を下げるために真空下で除去した。室温で約4時間攪拌した後、スラリーのアリコートを取り出し、乾燥させた。このようにして得られた固体の1H NMRをCD2Cl2に取り込み、0.7:1のrac/meso比を示した。
1-エチルインデニルリチウム(1.0g;6.7mmol)をジメトキシエタン(DME)(7.7mL)に溶解し、-20℃に冷却した。固体ZrCl4(0.781g;3.35mmol)を5分にわたって分けて添加し、一晩反応を継続させた。揮発性物質を除去した後、このようにして得た黄色の固体を、黄色の色がなくなるまでCH2Cl2で抽出した。CH2Cl2真空下で除去し、黄色固体を得た。収量=1.14gであり、meso/rac比は19:1であった。
meso-(1-EtInd)2ZrCl2(1:19rac/meso;307mg;0.68mmol)をEt2O(約10mL)中でスラリー化し、MeMgBr(Et2O中3.0M;0.47mL;1.41mmol)を添加した。反応物を乾燥させ、温かいヘキサン(60℃で約18mL)で抽出し、濾過し、乾燥させて、淡黄色の固体(240mg)を得た。1:19のrac/meso比を示したC6D6の1H NMRは維持された。
(1-EtInd)2ZrCl2(1:1 rac/meso;12.2g;27.2mmol)をEt2O(約80mL)中でスラリー化し、MeMgBr(Et2O中2.6M;23.2mL;60.3mmol)を添加した。反応物を一晩攪拌し、反応物を乾燥させ、温かいヘキサン(約300mL)で抽出し、濾過し、約1mLの溶液を乾燥させ、C6D6の1H NMRは、(1-EtInd)2ZrMe2の非常にきれいな1:1のmeso/rac比を示した。
meso-(1-EtInd)2ZrCl2(1:5 rac/meso;244mg;0.54mmol)をEt2O(約5mL)中でスラリー化し、MeLi(Et2O中1.6M;0.69mL;1.10mmol)を添加した。反応物を一晩攪拌し、濾過し、濾過した反応混合物のアリコートを乾燥させた。C6D6の1H NMRは、1:1.24のrac/meso比を示した。
ドライボックス内で、1-メチル-1H-インデン油(1.85g、14.2mmol)を250mlの丸底フラスコ中に量り入れ、25mlの乾燥ジエチルエーテルに溶解した。20mlのニードル/シリンジから滴下してn-ブチルリチウム(ヘキサン中1.6M、12.0ml、19.2mmol)を添加し、黄色の溶液を形成する。室温で60分間攪拌した。
(1-メチルインデニル)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウム二塩化物(4.92g、11.5mmol)を50mLのジエチルエーテル中でスラリー化し、-50℃に冷却した。これに、MeLiの溶液(ジエチルエーテル中14.8mLの1.71M溶液、25.4mmol)をシリンジでゆっくり添加した。混合物を攪拌したままゆっくり室温に温め、ピンク色のスラリーを得た。16時間後、溶媒を真空下で除去し、残留物をトルエンで抽出した。セライトで覆ったフリットを通して濾過により不溶物を除去し、溶媒を除去し、橙色の油状固体を得た。固体をペンタンで洗浄し、真空下で乾燥させた(3.89g、88%収率)。1H NMR δ(C6D6):7.53(d、1H、8-IndH)、7.13-6.99(m、3H、5,6,7-IndH)、5.21(d、1H、2-IndH)、5.11(d、1H、3-IndH)、2.20(s、3H、1-MeInd)、1.69(s、15H、CpMe5)、-0.51(s、3H、ZrMe)、-1.45(s、3H、ZrMe)。
2,3,4,5-テトラメチル-1-トリメチルシリル-シクロペンタ-2,4-ジエン:
ジメチルインデニル)(テトラメチルシクロペンタジエニル)]ジルコニウム二塩化物の合成:
室温で、約300mLのエーテル中のmeso-O-(SiMe2インデニル)2ZrCl2(Sud-Chemie Catalyticaから購入;40.0g;83.2mmol)のスラリーに、54.0mLのMeMgBr(3.0M/エーテル;162mmol)を添加した。スラリーを1.5時間撹拌した後、揮発性物質を除去した。ヘプタン(約300mL)を得られた固体に添加し、30分間80℃に加熱した。スラリーを濾過し、上清を-30℃に冷却し、結晶質の固体の形成をもたらし、これを濾過により単離し、ペンタンで洗浄し、真空下で乾燥させた。収量は26.0gであった。1H NMR δ(C6D6):7.57(m、2H)、7.42(m、2H)、7.02(m、2H)、6.94(m、2H)、6.31(d、2H)、5.82(d、2H)、0.44(s、6H)、0.34(s、6H)、0.00(s、3H)、-2.07(s、3H)。
610℃でシリカの脱水
Ineos ES757シリカ(3969g)を3区間ヒーターを装備した脱水機(長さ6フィート、直径6.25インチ)に充填し、0.12フィート3/秒の流速の乾燥N2ガスで流動化した。後に、温度を2時間の間に200℃に上げた。200℃で2時間維持した後、温度を6時間の間に610℃に上げた。610℃で4時間維持した後、12時間の間にわたって温度を周囲温度に冷却した。N2下でシリカをAPC缶に移し、その後N2圧力(20psig)下で保管した。
典型的な手順において、610℃で脱水されたIneos ES757シリカ(741g)を、トルエン(2L)とトルエン中30重量%のメチルアルミノキサンの溶液(874g、4.52mol)との攪拌(オーバーヘッド機械式円錐形撹拌機)混合物に添加した。シリカをトルエン(200mL)で追跡し、次いで混合物を3時間90℃に加熱した。その後、一晩真空及び軽度の熱(40℃)を適用することにより揮発性物質を除去し、その後固体を室温に冷却した。
N2パージしたドライボックス中で、3.00グラムのSMAO(4.5mmol MAO/g SMAO)を125mlのCel-Stirミキサーに移した。スラリーを作製するためにペンタン(50mL)を添加した。スラリーを周囲温度で攪拌した。メタロセン(0.11mmol)を最小量のトルエン(~2mL)に溶解した。次に、この溶液を攪拌スラリーに添加した。混合物を1時間攪拌した。割り当てられた時間後、混合物をガラスフリット上に濾過し、新しいペンタン(2×10mL)で洗浄し、次いで少なくとも1時間乾燥させた。
N2雰囲気下、2Lのオートクレーブを乾燥塩(200g)及びSMAO(3g)で充填した。2psigの圧力のN2で、乾燥の脱気した1-ヘキセン(表6を参照)をシリンジで反応器に添加した。反応器を密封し、床を攪拌しながら80℃に加熱し、次いでN2で20psigの圧力に充填した。次いで、220psigの圧力でエチレンと共に固体触媒を反応器内に注入した。実行している間エチレンを流した。温度を85℃に上げた。エチレンの流れに対する比(0.08g/g)としてヘキセンを反応器内に供給した。表の説明のように、エチレンの流れに対する比として水素を反応器内に供給した。水素とエチレンの比率は、オンラインGC分析により測定された。反応器を通気することにより、1時間後に重合を中断し、室温に冷却し、空気に曝露した。粗生成物を水中で攪拌することにより、塩を除去した。濾過によりポリマーを得、次いで真空炉で乾燥させた。
5Lの3つ口Mortonフラスコにペンタン(4L)を充填し、次いでSMAO(375g)を充填しながら機械式撹拌機で攪拌した(140rpm)。1時間にわたって、添加漏斗で(1-EtInd)2ZrMe2(IV-A/B)、HfPMe2(III)を含有する溶液、及びトルエンを添加した。スラリーは緑色を帯び、更に1時間攪拌した。次いで、混合物を濾過し、合計8時間真空中で乾燥させた。結果は表8に示される。
上述と類似する手順を第2の75/25触媒バッチに採用した。UT-331-142からの204.15g、UT-331-101からの176.17g、UT-331-124からの209.49g、及びUT-331-143からの160.19gから構成されるSMAOの混合物を使用した。第2のバッチに関して、凝集が生じないように、最初に4Lのペンタン、続いてSMAOをMortonフラスコに添加した。20mLのトルエン中2.87g(7.09mmol)の(1-EtInd)2ZrMe2及び8.94g(20.95mmol)のHfPMe2で、2つの別個の溶液を作製した。
第2の75/25触媒のバッチを調製するために使用された同じ手順が両50/50触媒セットに使用された。バッチ1は、UT-331-143からのSMAO、5.75g(14.10mmol)の(1-EtInd)2ZrMe2、及び5.97g(14.11mmol)のHfPMe2を使用した。バッチ2は、UT-331-144からのSMAO、5.75g(14.09mmol)の(1-EtInd)2ZrMe2、及び5.97g(14.11mmol)のHfPMe2を使用した。
2つの75/25バッチを4LのNalgeneボトル中で組み合わせ、手でボトルを回転及び振盪させることにより混合した。2つの50/50バッチも同じ方法で混合した。
噴霧乾燥HfP Low(SD-(III))。最初に10重量%のMAO(24.7lb)、トルエン(35.8lb)、及びCabosil TS-610(3.4lb)を10ガロンの供給タンクに添加することにより、供給原料スラリーを調製した。混合物を室温で一晩攪拌した。HfP(III)(28.75g、0.06798mol)を添加し、次に、噴霧する前に得られたスラリーを~38から40℃で更に1時間混合した。93lb/時間のスラリー供給速度、90%アトマイザー速度、及び80℃の出口温度で、触媒を噴霧乾燥させた。収量は2289g(85%)であった。分析データは表9に報告する。
重合は、直径24インチ(61cm)、長さ約11.75フィート(3.6m)の直線部分、及び長さ10.2フィート(3.1m)及、最大幅が直径4.2フィート(1.3m)の拡張部分を有する連続気相流動床反応器内で行われた。流動床はポリマー顆粒で構成される。液体の1-ヘキセンと一緒にエチレン及び水素のガス状供給流を混合T字配置で一緒に混合し、反応器床の下の再利用ガスライン内に導入した。エチレン、水素、及び1-ヘキセンの個々の流速は、固定組成標的を維持するように制御された。エチレン濃度は、一定のエチレン分圧を維持するように制御された。それら水素は、一定の水素対エチレンのモル比を維持するように制御された。全てのガスの濃度は、再利用ガス流において比較的一定の組成を確実にするために、オンラインガスクロマトグラフィーにより測定された。
重合の実行条件の例を表10に示す。
内径0.35メート及び床高2.3メートルの気相流動床反応器を重合に利用し、表11に結果を示す。流動床はポリマー顆粒で構成され、液体の1-ヘキセンコモノマーと一緒にエチレン及び水素のガス状供給流を反応器床の下の再利用ガスライン内に導入した。エチレン、水素、及び1-ヘキセンの個々の流速は、固定組成標的を維持するように制御された。エチレン濃度は、一定のエチレン分圧を維持するように制御された。水素は、一定の水素対エチレンのモル比を維持するように制御された。全てのガスの濃度は、再利用ガス流において比較的一定の組成を確実にするために、オンラインガスクロマトグラフィーにより測定された。成長ポリマー粒子の反応床は、反応区間を通して補給水及び再利用ガスを継続的に流すことにより流動状態に維持された。これを達成するために、0.6~0.9メートル/秒の空塔ガス速度が使用された。流動床は、粒子状生成物の形成速度と等しい速度で床の一部を引き抜くことにより一定の高さに維持された。ポリマー生成速度は、15~25kg/時間の範囲であった。一連のバルブを介して、半連続的に生成物を固定容量チャンバに取り出した。この生成物をパージして輸送炭化水素を除去し、いずれの微量の残留触媒を不活性化するために少しの加湿窒素流で処理した。
される。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項1.
オレフィンを重合して、多峯性の組成分布を有するポリオレフィンポリマーを生成する方法であって、エチレン及びコモノマーを触媒系と接触させることを含み、前記触媒系が、共担持されて共通担持触媒系を形成する第1の触媒化合物及び第2の触媒化合物を含み、前記第1の触媒化合物が、次の式、
(C5HaR1 b)(C5HcR2 d)HfX2
を含み、式中、各R1が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、各R2が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、a及びcが、≧3であり、a+b=c+d=5であり、少なくとも1つのR1及び少なくとも1つのR2が、ヒドロカルビルまたは置換ヒドロカルビル基であり、隣接する基であるR1及びR2基が結合して環を形成してもよく、各Xが独立して、不安定なヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、もしくはヘテロ原子基から選択される脱離基、またはR1もしくはR2基に連結する二価のラジカルであり、前記第2の触媒化合物が、次の式、
式中、各R3が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、R4が、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテオ原子(heteoatom)基であり、各R5が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、R3、R4、及びR5が、同じであっても異なってもよく、各Xが独立して、不安定なヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、ヘテロ原子基から選択される脱離基、またはR3、R4、もしくはR5基に連結する二価ラジカルである、前記方法。
項2.
前記第2の触媒のコモノマー/エチレン取り込み比率の値が、前記第1の触媒のコモノマー/エチレン取り込み比率の大きさの約0.8未満である、項1に記載の前記方法。
項3.
前記第2の触媒のコモノマー/エチレン取り込み比率の値が、前記第1の触媒のコモノマー/エチレン取り込み比率の大きさの約0.25未満である、項1に記載の前記方法。
項4.
触媒を含む溶液を、別の触媒を含むスラリーに添加することを含む、項1に記載の前記方法。
項5.
前記ポリオレフィンポリマーから生成物を形成することを含む、項1に記載の前記方法。
項6.
触媒構成成分スラリーを触媒構成成分溶液と継続的に組み合わせて、前記共通担持触媒系を形成することを含む、項1に記載の前記方法。
項7.
前記触媒構成成分スラリーが、前記第1の触媒化合物を含み、前記触媒構成成分溶液が、前記第2の触媒化合物を含む、項6に記載の前記方法。
項8.
前記ポリオレフィンポリマーの試料を測定して、生成物の初期の特性を得ることと、
プロセスパラメータを変更して、前記生成物の初期の特性に少なくとも一部基づいて、生成物の第2の特性を得ることと、を含む、項1に記載の前記方法。
項9.
前記ポリオレフィンポリマーの試料を測定することが、分子量の関数としてコモノマー取り込みを測定することを含む、項8に記載の前記方法。
項10.
試料を測定することが、プラスチック試料の物理的特性を決定することを含む、項8に記載の前記方法。
項11.
試料を測定することが、フローインデックス、メルトインデックス、2つのメルトインデックスの比率、密度、分子量分布、コモノマー含有量、またはこれらの任意の組み合わせを決定することを含む、項8に記載の前記方法。
項12.
プロセスパラメータを変更することが、触媒構成成分スラリーと組み合わされる触媒構成成分のモル量を調整することを含む、項8に記載の前記方法。
項13.
プロセスパラメータを変更することが、反応器温度を調整することを含む、項8に記載の前記方法。
項14.
プロセスパラメータを変更することが、エチレン分圧を調整することを含む、項8に記載の前記方法。
項15.
前記ポリオレフィンポリマーの組成分布、分子量分布、メルトインデックス(I2)、もしくは2つのメルトインデックスの比率、またはこれらの任意の組み合わせを制御するために、重合反応器内で前記コモノマーのエチレンに対する比率を調整することを含む、項1に記載の前記方法。
項16.
前記ポリオレフィンポリマーの組成分布、分子量分布、メルトインデックス(I2)、もしくは2つのメルトインデックスの比率、またはこれらの任意の組み合わせを制御するために、重合反応器内で前記水素のエチレンに対する比率を調整することを含む、項1に記載の前記方法。
項17.
共担持されて共通担持触媒系を形成する第1の触媒化合物及び第2の触媒化合物を含む、触媒組成物であって、前記第1の触媒化合物が、次の式、
(C5HaR1 b)(C5HcR2 d)HfX2
を含み、式中、各R1が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、各R2が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、a及びcが、≧3であり、a+b=c+d=5であり、少なくとも1つのR1及び少なくとも1つのR2が、ヒドロカルビルまたは置換ヒドロカルビル基であり、隣接する基であるR1及びR2基が結合して環を形成してもよく、各Xが独立して、不安定なヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、もしくはヘテロ原子基から選択される脱離基、またはR1もしくはR2基に連結する二価のラジカルであり、前記第2の触媒化合物が、次の式、
式中、各R3が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、R4が、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテオ原子(heteoatom)基であり、各R5が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、R3、R4、及びR5が、同じであっても異なってもよく、2つのシクロペンタジエニル環を接続する原子の数が≧3である場合、R3、R4、またはR5基が、対向するシクロペンタジエニル構造上のR3、R4、またはR5基と結合して1つ以上の架橋を形成してもよく、各Xが独立して、不安定なヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、ヘテロ原子基から選択される脱離基、またはR3、R4、もしくはR5置換基に連結する二価ラジカルである、前記触媒組成物。
項18.
前記第2の触媒化合物が、次の式、
項19.
前記第2の触媒化合物が、次の式、
項20.
前記第2の触媒化合物が、次の式、
式中、各R4Aが独立して、メチル、エチル、プロピル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、ドデシル、フェネチル、または他のヒドロカルビルである、項17に記載の前記触媒組成物。
項21.
前記第2の触媒化合物が、次の式、
項22.
前記第2の触媒化合物が、次の式、
項23.
前記第2の触媒化合物が、次の式、
項24.
前記第1の触媒化合物が、次の式、
項25.
前記第1の触媒化合物が、次の式、
項26.
前記第1の触媒化合物の前記第2の触媒化合物に対する比率が、約10:1~1:10である、項17に記載の前記触媒組成物。
項27.
前記第1の触媒化合物の前記第2の触媒化合物に対する比率が、約3:1~1:3である、項17に記載の前記触媒組成物。
項28.
弱配位アニオンに由来する酸を含む活性化剤を含む、項17に記載の前記触媒組成物。
項29.
前記活性化剤が、アルミノキサン化合物、有機ホウ素、有機アルミニウム化合物、またはこれらの組み合わせを含む、項28に記載の前記触媒組成物。
項30.
前記活性化剤が、メチルアルミノキサンまたは修飾されたメチルアルミノキサンを含む、項28に記載の前記触媒組成物。
項31.
前記有機ホウ素化合物が、BAraRbまたはAlAraRbを含み、式中、a+b=3、a≧2であり、Arが、アリール基、またはフッ素を含有する置換基を含むヘテロアリール基であり、各Rが独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基である、項29に記載の前記触媒組成物。
項32.
Arが、C6F5、C10F7、またはC6H3(CF3)2である、項31に記載の前記触媒組成物。
項33.
前記弱配位アニオンが、BArcRd-もしくはAlArcRd-またはその両方を含み、式中、c+d=4、c≧2であり、Arが、アリール基、またはフッ素を含有する置換基を含むヘテロアリール基であり、各Rdが独立して、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基である、項28に記載の前記触媒組成物。
項34.
Arが、C6F5、C10F7、またはC6H3(CF3)2である、項33に記載の前記触媒組成物。
項35.
鉱物、粘土、金属酸化物、半金属酸化物、混合金属酸化物、混合半金属酸化物、混合金属-半金属酸化物、ポリマー、またはこれらの任意の組み合わせを含む担体を含む、項17に記載の前記触媒組成物。
項36.
前記担体が、ポリオレフィンまたはポリオレフィン誘導体である、項35に記載の前記触媒組成物。
項37.
前記担体が、酸、有機シラン、有機アルミニウム、フッ素化物剤(fluoriding agent)、またはこれらの任意の組み合わせで熱処理及び/または化学処理されている、項35に記載の前記触媒組成物。
項38.
前記担体が、熱処理されている、項35に記載の前記触媒組成物。
項39.
前記担体が、シリカ、アルミナ、アルミノシリケート、チタン酸シリカ(titanated silica)もしくはチタン酸アルミナ(titanated alumina)、またはこれらの任意の組み合わせを含む、項35に記載の前記触媒組成物。
項40.
シリカ担体及びメチルアルミノキサン活性化剤を含む、項17に記載の前記触媒組成物。
項41.
次の式、ER6 nR7 V-nの化合物を含む有機金属剤(organometallic agent)を含み、式中、Eが、Al、B、Mg、Ca、Zn、Si、Ti、Zr、Hfであり、各R6が独立して、Hまたはヒドロカルビルであり、各R7が独立して、H、C1~C20炭化水素基、または最大20個の炭素原子、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、もしくはリンを有するヘテロ原子含有基であり、Vが、Eの原子価であり、nが、1-Vである、項17に記載の前記触媒組成物。
項42.
ER6 nR7 V-nが、構造においてオリゴマーまたはポリマーである、項41に記載の前記触媒組成物。
項43.
ランタニド、アクチニド、Ti、Zr、Hf、V、Cr、Fe、Ru、Co、Rh、Ni、もしくはPdの無機または有機金属錯体を含む第3の触媒化合物を含む、項17に記載の前記触媒組成物。
項44.
CpA(A)CpBM’X’n、CpA(A)QM’X’nまたはCpAM’QqX’nの式を含む第3の触媒化合物を含み、式中、CpA及びCpBが各々独立して、シクロペンタジエニル配位子またはシクロペンタジエニルにイソローバルな配位子であってもよく、CpA及びCpBのいずれかまたは両方が、ヘテロ原子を含有してよく、CpA及びCpBのいずれかまたは両方が、1つ以上のR8基によって置換されてよく、M’が、第3~12族原子及びランタン族原子からなる群から選択され、X’が、アニオン性離脱基であり、nが、0または1~4の整数であり、Aが、二価のアルキル、二価の低級アルキル、二価の置換アルキル、二価のヘテロアルキル、二価のアルケニル、二価の低級アルケニル、二価の置換アルケニル、二価のヘテロアルケニル、二価のアルキニル、二価の低級アルキニル、二価の置換アルキニル、二価のヘテロアルキニル、二価のアルコキシ、二価の低級アルコキシ、二価のアリールオキシ、二価のアルキルチオ、二価の低級アルキルチオ、二価のアリールチオ、二価のアリール、二価の置換アリール、二価のヘテロアリール、二価のアラルキル、二価のアラルキレン、二価のアルカリル(alkaryls)、二価のアルカリレン、二価のハロアルキル、二価のハロアルケニル、二価のハロアルキニル、二価のヘテロアルキル、二価の複素環、二価のヘテロアリール、二価のヘテロ原子含有基、二価のヒドロカルビル、二価の低級ヒドロカルビル、二価の置換ヒドロカルビル、二価のヘテロヒドロカルビル、二価のシリル、二価のボリル、二価のホスフィノ、二価のホスフィン、二価のアミノ、二価のアミン、二価のエーテル、二価のチオエーテルからなる群から選択され、R8基が、アルキル、低級アルキル、置換アルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、低級アルケニル、置換アルケニル、ヘテロアルケニル、アルキニル、低級アルキニル、置換アルキニル、ヘテロアルキニル、アルコキシ、低級アルコキシ、アリールオキシ、アルキルチオ、低級アルキルチオ、アリールチオ、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、アラルキル、アラルキレン、アルカリル、アルカリレン、ハロアルキル、ハロアルケニル、ハロアルキニル、ヘテロアルキル、複素環、ヘテロアリール、ヘテロ原子含有基、ヒドロカルビル、低級ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、ヘテロヒドロカルビル、シリル、ボリル、ホスフィノ、ホスフィン、アミノ、アミン、エーテル、チオエーテルからなる群から選択され、Qが、ヘテロ原子含有配位子、ROO-、RO-、R(O)-、-NR-、-CR2-、-S-、-NR2、-CR3、-SR、-SiR3、-PR2、-H、ならびに置換及び非置換アリール基からなる群から選択され、qが、0~3から選択される、項17に記載の前記触媒組成物。
項45.
次の式、
R9が、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、各R9が、一緒に結合して環を形成してもよく、各R10が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基である、項17に記載の前記触媒組成物。
項46.
次の式、
式中、Mが、第4、5、または6族の金属であり、
yが、0または1であり、yが0であるとき、基L’が不在であり、
nが、酸化状態のMであり、
mが、YZL及びYZL’によって表される配位子の形式電荷であり、
L、L’、Y、及びZが各々、第15族元素であり、
各R11及びR12が独立して、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、
各R13が、不在であるか、またはH、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、もしくはヘテロ原子基であり、
各R14及びR15が独立して、ヒドロカルビル基、アリール基、置換アリール基、環状アルキル基、置換環状アルキル基、環状アリールアルキル基、置換環状アリールアルキル基、または多環系であり、
各R16及びR17が独立して、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、
各R*が、不在であるか、または水素、第14族原子含有基、ハロゲン、もしくはヘテロ原子含有基である、項17に記載の触媒組成物。
項47.
次の式、
式中、各R18が独立して、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヘテロ原子基であり、各R19が独立して、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、ヘテロ原子基、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、アラルキル、アラルキレン、アルカリル、アルカリレン、ハロゲン化物、ハロアルキル、ハロアルケニル、ハロアルキニル、ヘテロアルキル、複素環、ヘテロアリール、ヘテロ原子含有基、シリル、ボリル、ホスフィノ、ホスフィン、アミノ、またはアミンである、項17に記載の前記触媒組成物。
Claims (8)
- オレフィンを重合して、多峯性の組成分布を有するポリオレフィンポリマーを生成する方法であって、エチレン及びコモノマーを触媒系と接触させることを含み、前記触媒系が、共担持されて共通担持触媒系を形成する第1の触媒化合物及び第2の触媒化合物を含み、前記第2の触媒化合物についての、Corrによって決定されるMe/1000Cの量に等しい短鎖分岐(SCB)の量が、前記第1の触媒化合物についてのSCBの量の0.8未満であり、前記第1の触媒化合物が、次の式、
(C5HaR1 b)(C5HcR2 d)HfX2
を含み、式中、各R1が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、または、メトキシラジカルおよびジメチルアルミニウムラジカルからなるヘテロ原子基であり、各R2が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、または、メトキシラジカルおよびジメチルアルミニウムラジカルからなるヘテロ原子基であり、a及びcが、≧3であり、a+b=c+d=5であり、少なくとも1つのR1及び少なくとも1つのR2が、ヒドロカルビルまたは置換ヒドロカルビル基であり、隣接する基であるR1及びR2基が結合して環を形成してもよく、各Xが独立して、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、もしくはヘテロ原子基から選択される脱離基、またはR1もしくはR2基に連結する二価のラジカルであり、前記第2の触媒化合物が、次の式、
式中、各R3が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、または、メトキシラジカルおよびジメチルアルミニウムラジカルからなるヘテロ原子基であり、R4が、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、または、メトキシラジカルおよびジメチルアルミニウムラジカルからなるヘテロ原子基であり、各R5が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、または、メトキシラジカルおよびジメチルアルミニウムラジカルからなるヘテロ原子基であり、R3、R4、及びR5が、同じであっても異なってもよく、2つのシクロペンタジエニル環において、R3、R4、またはR5基が、対向するシクロペンタジエニル構造上のR3基と結合して1つ以上の架橋を形成してもよく、各Xが独立して、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、またはヘテロ原子基から選択される脱離基である、前記方法。 - エチレン及びコモノマーを触媒組成物と接触させることにより、オレフィンを重合して、多峯性の組成分布を有するポリオレフィンポリマーを生成するための、共担持されて共通担持触媒系を形成する第1の触媒化合物及び第2の触媒化合物を含む、触媒組成物であって、前記第2の触媒化合物についての、Corrによって決定されるMe/1000Cの量に等しい短鎖分岐(SCB)の量が、前記第1の触媒化合物のSCBの量の0.8未満であり、前記第1の触媒化合物が、次の式、
(C5HaR1 b)(C5HcR2 d)HfX2
を含み、式中、各R1が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、または、メトキシラジカルおよびジメチルアルミニウムラジカルからなるヘテロ原子基であり、各R2が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、または、メトキシラジカルおよびジメチルアルミニウムラジカルからなるヘテロ原子基であり、a及びcが、≧3であり、a+b=c+d=5であり、少なくとも1つのR1及び少なくとも1つのR2が、ヒドロカルビルまたは置換ヒドロカルビル基であり、隣接する基であるR1及びR2基が結合して環を形成してもよく、各Xが独立して、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、もしくはヘテロ原子基から選択される脱離基、またはR1もしくはR2基に連結する二価のラジカルであり、前記第2の触媒化合物が、次の式、
式中、各R3が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、または、メトキシラジカルおよびジメチルアルミニウムラジカルからなるヘテロ原子基であり、R4が、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、または、メトキシラジカルおよびジメチルアルミニウムラジカルからなるヘテロ原子基であり、各R5が独立して、H、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、または、メトキシラジカルおよびジメチルアルミニウムラジカルからなるヘテロ原子基であり、R3、R4、及びR5が、同じであっても異なってもよく、2つのシクロペンタジエニル環において、R3、R4、またはR5基が、対向するシクロペンタジエニル構造上のR3基と結合して1つ以上の架橋を形成してもよく、各Xが独立して、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、またはヘテロ原子基から選択される脱離基である、前記触媒組成物。 - 前記第1の触媒化合物の前記第2の触媒化合物に対するモル比率が、10:1~1:10である、請求項2に記載の前記触媒組成物。
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