JP7508585B2 - オレフィン重合又は共重合用の触媒成分、その製造方法及び使用 - Google Patents

オレフィン重合又は共重合用の触媒成分、その製造方法及び使用 Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
〔技術分野〕
本発明はオレフィン重合触媒に関し、具体的には、オレフィン重合又は共重合用の触媒成分、製造方法、触媒及びその使用に関する。
〔背景技術〕
オレフィン重合用の高性能Ziegler-Natta触媒は、主触媒と助触媒の2つの部分からなることが知られている。主触媒は周期律表の第14族~第18主族の遷移金属の化合物で構成され、助触媒は周期律表の第1族~第13族元素の金属の有機化合物である。通常、主触媒はまた、不活性担体とそれに担持された活性成分との2つの部分に分けることができる。主触媒は一般的にチタンのハロゲン化物と格子欠陥のあるマグネシウムのハロゲン化物を反応させて成形するか、不活性担体に担持して製造する。このうち、マグネシウムの化合物は、格子欠陥のあるマグネシウムのハロゲン化物であることが好ましく、格子欠陥のあるマグネシウムのハロゲン化物は、マグネシウムの化合物で生成してもよいし、マグネシウムのハロゲン化物とアルコール、エーテル、エステルなどの電子ドナーと反応させた後、前記アルコール、エーテル、エステルなどの電子ドナーの一部を除去してもよい。
オレフィンの重合反応では、触媒の性能が重合体の性能に影響を与える。触媒に高い重合活性、良好な水素による分子量調節性、共重合性が要求されることに加えて、気相重合において、重合体微粉末が流動層制御と循環ガスの巻き込みに関する問題を引き起こし、設備の故障、取り扱い性の低下、効率の低下を引き起こすため、重合に不利である。したがって、オレフィンの重合時に重合体微粉末をできるだけ少なくすることが望ましい。このような重合体微粉末を減少させる1つの要因は、重合体微粉末を生成する触媒粒子を除去又は減少させることである。重合体微粉末は、主に触媒中の微粒子、流動衝突時の強度低下による中空触媒粒子の破砕、触媒重合時の活性放出が速すぎることによる破砕によるものである。重合時の重合体粉末の嵩密度を高くすることも望ましく、重合体粉末の嵩密度を適切に高くすることで流動層制御をより円滑にすることができ、反応器の高負荷状態での製造を容易にすることができる。
噴霧乾燥法は、オレフィン重合用の高性能Ziegler-Natta触媒を製造するために有効な方法である。当該方法は、溶解液又は懸濁液を、特別に設計されたノズルから気体を用いて、熱不活性ガスの入れた乾燥室に噴霧して乾燥させ、分散された霧状の微小液滴を乾燥させて粉末又は顆粒状の製品とする方法である。霧状液滴が乾燥キャリアガスと接触すると、急速に形成された液滴表面の飽和蒸気膜上で蒸発が行われる。蒸発中、霧状液滴のサイズ分布が変化し、製品によって異なる特性を示す。蒸発において霧状液滴は膨張、崩壊、破砕又は分裂を起こし、多孔質で不規則な形状となり易い。これは、噴霧プロセスにおいて形成される液滴の特性と関係ある。霧状液滴の組成、体積及び寸法の変化により粒子の構造改造に影響を与えることができる。噴霧乾燥プロセスの条件を調整することにより、大きな粒子、小さな粒子、又は凝集した粒子を得ることができる。
CN1993391Aは、高性能の噴霧乾燥ジーグラー・ナッタ触媒組成物を開示しており、当該触媒は、不活性多孔質フィラー、ハロゲン化マグネシウム、溶媒又は希釈剤、ルイス塩基電子供与性化合物、遷移金属化合物の混合物又は反応生成物を含み、これらのうち、ハロゲン化マグネシウム化合物は、飽和濃度の少なくとも90%の量で溶媒又は希釈剤に存在し、噴霧乾燥によって得られた触媒粒子は、10~70μmの平均直径(D50)を有し、少なくとも5%の粒子は、実質的に又は完全に単一の表面層(シェル)によって囲まれた内部空隙容積を有し、前記層は、30μmを超える粒子径を有する粒子についてSEM技術によって測定された平均シェル厚/粒子の粒子径(厚さ比)が0.2を超えることを特徴とする。当該触媒は、触媒の破砕を減少させたり、破砕後の触媒破片を大きくしたりすることにより、重合体微粒子を減少させる。
CN1668654Aは、不活性多孔質フィラーと、ハロゲン化マグネシウム、溶媒、電子供与性化合物、遷移金属化合物の混合物又は反応生成物の噴霧乾燥組成物とを含む噴霧乾燥重合触媒、及びそれを用いた重合方法を開示しておる。当該触媒はアルコール化合物を電子ドナーとして含有し、平均粒子径が1μm~12μmの球状不活性多孔質フィラーを用いて、触媒中の小さな触媒粒子を減少させ、さらに重合体中の微粒子の含有量を減少させる。
CN1802391Aは、噴霧乾燥プロセスにより製造されたエチレン重合用触媒を開示しており、この触媒は良好な活性を有するが、気相重合では、深刻な破砕が発生し、微粉末含有量の向上をもたらす。
上述の各触媒の中には、オレフィン重合触媒のある方面での性能だけを向上させるものもあれば、いくつかの性能を向上させるが、まだ理想的ではないものもある。そのため、触媒及びその重合粉末の性能パラメータをより包括的に向上させる触媒の開発が必要とされる。
〔発明の概要〕
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の技術に存在する問題を解決するために、本発明は、オレフィン重合又は共重合用の触媒成分、その製造方法及び使用を提供した。当該触媒はオレフィン重合、特にエチレンとα-オレフィンの重合に用いられる場合、活性が高く、水素による分子量調節性や共重合性に優れ、得られた重合体粉体の嵩密度が高く、重合体粉体の微粉末含有量が低いという特徴を有する。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の第1態様により、チタン元素、マグネシウム元素、電子ドナー、有機ケイ素重合体及び無機酸化物担体を含み、前記有機ケイ素重合体の分子組成が[RSiO(4-x)/2(Rはアルキル基、芳香族基、オレフィン基及び水素から選ばれ、xは0以上2以下であり、mの値は前記有機ケイ素重合体の数平均分子量が1×10~1×10g/molであるようにする。)であるオレフィン重合又は共重合用の触媒成分を提供する。
好ましくは、xは1~2である。
好ましくは、Rは炭素数1~6のアルキル基、炭素数6~9の芳香族基、炭素数1~6のオレフィン基及び水素から選ばれ、より好ましくは、Rはメチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基、ビニル基及び水素から選ばれる。
好ましくは、前記有機ケイ素重合体は網目構造又は線形構造である。
好ましくは、前記網目構造の有機ケイ素重合体の数平均分子量が2×10~1×10g/molで、分子量分布が1~9である。
好ましくは、前記線形構造の有機ケイ素重合体の数平均分子量が1×10~1×10g/molで、分子量分布が1~8である。
好ましくは、前記有機ケイ素重合体は一般式RSiCl(4-x)(Rはアルキル基、芳香族基、ビニル基及び水素から選ばれ、xは0~3の整数であり、単量体のR/Siモル比が2以下である。)の1種又は複数種の単量体を加水分解したものである。
好ましくは、前記チタン元素はチタン含有化合物由来である。
好ましくは、前記チタン含有化合物はハロゲン化チタン、ハロゲン化チタンをアルミニウムで還元した生成物及びハロゲン化チタンをマグネシウムで還元した生成物から選ばれる少なくとも1種である。
好ましくは、前記ハロゲン化チタンは臭化チタン及び/又は塩化チタンから選ばれる。
好ましくは、前記ハロゲン化チタンをアルミニウムで還元した生成物の一般式はTiX・nAlX(0<n≦1、0<m≦3、0<p≦3、Xはハロゲンである。)である。
好ましくは、前記ハロゲン化チタンをマグネシウムで還元した生成物の一般式はTiX・qMgXr(0<q≦1、0<m≦3、0<r≦3、Xはハロゲンである。)である。
好ましくは、前記マグネシウム元素はハロゲン化マグネシウム由来である。
好ましくは、前記ハロゲン化マグネシウムはフッ化マグネシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム及びヨウ化マグネシウムから選ばれる少なくとも1種である。
好ましくは、前記ハロゲン化マグネシウムは塩化マグネシウムである。
好ましくは、前記電子ドナーはエステル系化合物、エーテル系化合物及びケトン系化合物から選ばれる少なくとも1種で、より好ましくは、C~C飽和脂肪族カルボン酸のアルキルエステル、C~C芳香族カルボン酸アルキルエステル、C~C脂肪エーテル、C~C環状エーテル及びC~C飽和脂肪ケトンから選ばれる少なくとも1種で、さらに好ましくは、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸イソプロピル、ギ酸n-プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、エチルエーテル、プロピルエーテル、ヘキシルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトン及びメチルイソブチルケトンから選ばれる少なくとも1種である。
好ましくは、前記無機酸化物担体はシリコンの酸化物及び/又はアルミニウムの酸化物から選ばれ、より好ましくはシリカである。
好ましくは、前記無機酸化物担体の粒子径は0.01~10μmで、より好ましくは0.01~5μmで、さらに好ましくは0.1~1μmである。
好ましくは、前記無機酸化物担体と有機ケイ素重合体との重量比が(1~100):1で、より好ましくは(2~80):1である。
好ましくは、全量100wt%を基準に、前記触媒成分は、
チタン元素換算のチタン0.1~5wt%と、
マグネシウム元素換算のマグネシウム0.2~10.2wt%と、
電子ドナー15~40wt%と、
有機ケイ素重合体0.01~15wt%と、
無機酸化物担体1~70wt%とを含む。
より好ましくは、全量100wt%を基準に、前記触媒成分は、
チタン元素換算のチタン0.5~4wt%と、
マグネシウム元素換算のマグネシウム4~8wt%と、
電子ドナー20~35wt%と、
有機ケイ素重合体0.1~10wt%と、
無機酸化物担体10~60wt%とを含む。
本発明の第2態様により、
チタン含有化合物、ハロゲン化マグネシウム、電子ドナー、有機ケイ素重合体及び無機酸化物担体を含む原料を混合し、スラリー懸濁液を得るステップ1と、
噴霧乾燥して、前記触媒成分を得るステップ2とを含む本発明の触媒成分の製造方法を提供する。
好ましくは、ステップ1では、まず、チタン含有化合物、ハロゲン化マグネシウム及び電子ドナーを混合し、母液を得て、前記母液の製造中又は製造後に無機酸化物担体及び有機ケイ素重合体を加えて、前記スラリー懸濁液を得る。
好ましくは、前記電子ドナーとハロゲン化マグネシウムとのモル比が5.0~50:1であり、前記有機ケイ素重合体とハロゲン化マグネシウムとの質量比が0.01~1.0:1であり、前記チタン含有化合物とハロゲン化マグネシウムとのモル比が0.1~1.0:1であり、前記無機酸化物とハロゲン化マグネシウムとのモル比が1.0~5.0:1である。
好ましくは、前記ステップ1の混合は常温~85℃で0.1h以上行われ、前記常温は25±5℃である。
好ましくは、ステップ2では、前記噴霧乾燥の条件は、入口温度100~240℃、出口温度60~130℃である。
本発明の第3態様により、
(A)本発明の前記触媒成分又は本発明の製造方法で得られる触媒成分と、
(B)一般式A1RX’3-b(Rは水素又は炭素数1~20の炭化水素基であり、X’はハロゲンであり、0<b≦3である。)の有機アルミニウム化合物と、を含むオレフィン重合又は共重合用の触媒を提供する。
上記ハロゲンは好ましくは塩素、臭素又はヨウ素である。
上記bの値は好ましくは1<b≦3である。
好ましくは、前記有機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、トリノルマルヘキシルアルミニウム、トリ-N-オクチルアルミニウム及びクロロジエチルアルミニウムから選ばれる少なくとも1種である。
好ましくは、前記有機アルミニウム化合物と前記触媒成分とのモル量の比が5~1000:1で、より好ましくは10~200:1である。
本発明の第4態様により、本発明の触媒のオレフィン重合における使用を提供する。
好ましくは、本発明の触媒のエチレンホモ重合又は共重合反応における使用を提供する。
〔発明の効果〕
上記技術案により、本発明はオレフィン重合又は共重合用の触媒成分、その製造方法及び使用を提供する。当該触媒は、オレフィン重合、特にエチレンとα-オレフィンの重合に用いられる場合、活性が高く、水素による分子量調節性や共重合性に優れ、得られた重合体粉体の嵩密度が高く、重合体粉体の微粉末含有量が低いという特徴を有する。
さらに、従来の技術に比べて、本発明は以下の有益な効果を有する。本発明の前記オレフィン重合又は共重合用の触媒は、電子ドナーを用いてハロゲン化マグネシウムとチタン含有化合物を溶解し、有機ケイ素重合体と無機酸化物担体を充填物としてブレードし、スラリー懸濁液を調製し、噴霧乾燥方法によって成形させるものである。当該触媒は、微細粒子が少なく、エチレン重合の触媒に用いられる場合、活性が高く、水素による分子量調節性が良好であり、得られた重合体粉体の嵩密度が高く、重合体粉体の微粉末含有量が低い。
〔発明を実施するための形態〕
本明細書で開示された範囲の端点と任意の値はこの正確な範囲又は値に限定されるものではなく、これらの範囲又は値はこれらの範囲又は値に近い値を含むものとして理解すべきである。数値の範囲の場合、各範囲の端点値同士、各範囲の端点値と個別の点値、及び個別の点値同士は互いに組み合わせられて1つ又は複数の新しい数値範囲を構成してもよく、これらの数値範囲は本明細書で具体的に開示されたものとみなされるべきである。
本発明の第1態様により、チタン元素、マグネシウム元素、電子ドナー、有機ケイ素重合体及び無機酸化物担体を含み、前記有機ケイ素重合体の分子組成が[RSiO(4-x)/2(Rはアルキル基、芳香族基、ビニル基及び水素から選ばれ、xは0以上2以下であり、mの値は前記有機ケイ素重合体の数平均分子量が1×10~1×10g/molであるようにする。)であるオレフィン重合又は共重合用の触媒成分を提供する。
本発明によれば、前記アルキル基は、好ましくは炭素数1~6のアルキル基で、より好ましくは炭素数1~3のアルキル基で、さらに好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基又はヘキシル基で、よりさらに好ましくはメチル基又はエチル基で、特に好ましくはメチル基である。
前記芳香族基は、好ましくは炭素数6~9の芳香族基で、より好ましくはフェニル基又は置換基を有する炭素数6~9のフェニル基で、さらに好ましくはフェニル基又は置換基を有する炭素数6~7のフェニル基で、特に好ましくはフェニル基である。
前記置換基としては、例えば、メチル基、エチル基又はプロピル基で、好ましくはメチル基又はエチル基で、特に好ましくはメチル基である。
さらに、Rが複数である場合、同一であってもよいし、異なってもよく、好ましくは同一である。
本発明の1つの好ましい実施形態では、Rはメチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基、ビニル基及び水素から選ばれる。
本発明の別の好ましい実施形態では、Rはメチル基及びフェニル基から選ばれる。
xとして、0.1、0.2、0.5、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.8及び2が挙げられる。
本発明によれば、好ましくは、xは1~2である。
本発明によれば、好ましくは、mの値は、前記有機ケイ素重合体の数平均分子量が2×10~1×10g/molで、より好ましくは、5×10~1×10g/molで、さらに好ましくは、5×10~1×10g/molで、特に好ましくは、2×10~5×10g/molであるようにする。
本発明によれば、好ましくは、前記有機ケイ素重合体は網目構造又は線形構造で、より好ましくは、網目構造である。
前記網目構造の有機ケイ素重合体は、数平均分子量が1×10~1×10g/molで、分子量分布が1~10であってもよく、好ましくは、数平均分子量が2×10~1×10g/molで、分子量分布が1~9である。
前記線形構造の有機ケイ素重合体は、数平均分子量が1×10~1×10g/molで、分子量分布が1~10であってもよく、好ましくは、数平均分子量が1×10~1×10g/molで、分子量分布が1~8である。
本発明の1つの特に好ましい実施形態では、前記有機ケイ素重合体は網目構造の有機ケイ素重合体であり、前記網目構造の有機ケイ素重合体は数平均分子量が2×10~5×10g/molで、分子量分布が2~3であってもよい。
本発明によれば、前記有機ケイ素重合体は一般式RSiCl(4-y)(Rはアルキル基、芳香族基、ビニル基及び水素から選ばれ、yは0~3の整数であり、単量体のR/Siモル比が2以下である。)の1種又は複数種の単量体を加水分解したものであり、Rが複数である場合、同一であってもよいし、異なってもよく、好ましくは同一である。
yとして、例えば1、2又は3が挙げられる。
本発明では、「単量体のR/Siモル比(以下はr/sとも略する。)」とは、1種又は複数種の単量体におけるR置換基の総数とSi原子の総数との比を指す。
本発明では、単量体のR/Siモル比が2より大きい場合、1種又は複数種の単量体の加水分解生成物は低分子量有機ケイ素重合体(オリゴマー)であり、単量体のR/Siモル比が2未満である場合、1種又は複数種の単量体の加水分解生成物は網目構造の有機ケイ素重合体であり、単量体のR/Siモル比が2である場合、1種又は複数種の単量体の加水分解生成物は線形構造の有機ケイ素重合体である。
本発明の1つの好ましい実施形態では、前記有機ケイ素重合体はRSiClを単量体とし、r/sの値が2であり、単量体の加水分解生成物は線形構造の有機ケイ素重合体であり、数平均分子量が2×10~1×10g/molで、分子量分布が1~1.5である。
本発明の別の好ましい実施形態では、前記有機ケイ素重合体はRSiClとRSiClの混合物を単量体とし、r/sの値が2未満で、混合単量体の共加水分解生成物は網目構造の有機ケイ素重合体であり、数平均分子量が2×10~5×10g/molで、分子量分布が2~3であってもよい。
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、R/Siモル比が2を超える場合に比べて、R/Siモル比が2以下であるとき、触媒の重合活性、重合体の嵩密度及びメルトインデックスが高く、重合体中の微粉末含有量(<75μm)が低いことを見出した。すなわち、前記有機ケイ素重合体が網目構造、線形構造である場合、触媒の重合活性、重合体の嵩密度、メルトインデックス及び微粉末含有量などの触媒特性が全て、有機ケイ素重合体が低分子量である場合に得られる触媒より優れている。
その原因としては、R/Siモル比が2を超える有機ケイ素重合体は通常、高温で安定的な高熱容量の熱伝導性媒体のシリコンオイルであり、噴霧乾燥の蒸発時に、霧状液滴の膨張、崩壊、破砕又は分裂を抑制し、多孔質で不規則的な形状の触媒の微細粒子の発生を減少させることが考えられる。本発明に添加されるR/Siモル比が2以下の有機ケイ素重合体は通常シリコン樹脂とシリコンゴムであり、噴霧乾燥の蒸発時に、霧状液滴の膨張、崩壊、破砕又は分裂を抑制することで、多孔質で不規則的な形状の触媒の微細粒子の発生を減少させる以外、バインダとして触媒に均一に分散することができ、これにより、触媒中の無機酸化物担体をより緊密に凝集し、触媒の粒子強度を高め、重合中の触媒の破砕を減少させ、重合体中の微粉末含有量を低下させると同時に、重合体の嵩密度を向上させることができる。一方、触媒の強度は触媒の活性にも影響を与える。触媒粒子の強度が高すぎると、触媒粒子内部の活性中心が露出しにくく、触媒活性が制限され、触媒粒子の強度が不足であると、粒子が破砕されやすく、活性が向上し、重合体の微粉末含有量が高すぎて、重合体の形態が悪くなる。
本発明によれば、前記有機ケイ素重合体の使用量は前記無機酸化物担体の使用量に応じて適宜に選択すればよい。好ましくは、前記無機酸化物担体と有機ケイ素重合体との重量比が1~100:1で、より好ましくは2~80:1で、さらに好ましくは5~65:1である。
本発明では、前記有機ケイ素重合体は、バインダとして機能し、無機酸化物担体の粘着作用を効果的に増強し、触媒担体の強度を高めることができる。無機酸化物担体に対しては、前記有機ケイ素重合体の添加量が少なすぎると、効果的な粘着作用を果たすことができず、触媒担体の強度への影響が少なく、前記有機ケイ素重合体の添加量が多すぎると、骨格として支持作用を果たす無機酸化物担体の含有量が減少し、触媒担体の強度が向上しにくくなる。
本発明によれば、好ましくは、前記チタン元素はチタン含有化合物由来であり、より好ましくは、前記チタン含有化合物はハロゲン化チタン、ハロゲン化チタンをアルミニウムで還元した生成物、ハロゲン化チタンをマグネシウムで還元した生成物から選ばれる少なくとも1種である。
好ましくは、前記ハロゲン化チタンをアルミニウムで還元した生成物の一般式はTiX・nAlX(0<n≦1、0<m≦3、0<p≦3、Xはハロゲンである。)であり、前記ハロゲン化チタンをマグネシウムで還元した生成物の一般式はTiX・qMgXr(0<q≦1、0<m≦3、0<r≦3、Xはハロゲンである。)である
前記ハロゲン化チタンは、好ましくは臭化チタン及び/又は塩化チタンから選ばれ、より好ましくは、三臭化チタン、四臭化チタン、三塩化チタン及び四塩化チタンから選ばれる少なくとも1種であり、さらに好ましくは三塩化チタン及び/又は四塩化チタンから選ばれる。
前記ハロゲン化チタンをアルミニウムで還元した生成物は、好ましくはTiCl・1/3AlClである。
前記ハロゲン化チタンをマグネシウムで還元した生成物は、好ましくはTiCl・1/2MgClである。
本発明によれば、前記マグネシウム元素はハロゲン化マグネシウム由来である。前記ハロゲン化マグネシウムは、好ましくは、フッ化マグネシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム及びヨウ化マグネシウムから選ばれる少なくとも1種で、より好ましくは塩化マグネシウムである。
本発明によれば、好ましくは、前記電子ドナーはエステル系化合物、エーテル系化合物及びケトン系化合物から選ばれる少なくとも1種である。
さらに好ましい実施形態では、前記電子ドナーはC~C飽和脂肪族カルボン酸のアルキルエステル、C~C芳香族カルボン酸アルキルエステル、C~C脂肪エーテル、C~C環状エーテル及びC~C飽和脂肪ケトンから選ばれる少なくとも1種である。
よりさらに好ましい実施形態では、前記電子ドナーはギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸イソプロピル、ギ酸n-プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、エチルエーテル、プロピルエーテル、ヘキシルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトン及びメチルイソブチルケトンから選ばれる少なくとも1種である。
よりさらに好ましい実施形態では、前記電子ドナーはギ酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルエーテル、ヘキシルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトン及びメチルイソブチルケトンから選ばれる少なくとも1種であり、最も好ましくはテトラヒドロフランである。
上記電子ドナーは単独で使用してもよく、混合して使用してもよい。
本発明によれば、好ましくは、前記無機酸化物担体はシリコンの酸化物及び/又はアルミニウムの酸化物から選ばれ、好ましくはシリカである。
さらに好ましい実施形態では、前記無機酸化物担体の粒子径は0.01~10μmで、好ましくは0.01~5μmで、より好ましくは0.1~1μmである。
ここで、シリコンの酸化物又はアルミニウムの酸化物は不活性担体であり、噴霧乾燥に不活性担体が使用されることにより、触媒粒子の形状や組成の制御に役立ち、噴霧成形に有利であり、しかも、生成された触媒は粒子の形態が良好で、強度が高い。
本発明の1つの好ましい実施形態では、全量100wt%を基準に、前記触媒成分は、
チタン元素換算のチタン0.1~5wt%と、
マグネシウム元素換算のマグネシウム0.2~10.2wt%と、
電子ドナー15~40wt%と、
有機ケイ素重合体0.01~15wt%と、
無機酸化物担体1~70wt%と、を含む。
さらに好ましい実施形態では、全量100wt%を基準に、前記触媒成分は、
チタン元素換算のチタン0.5~4wt%と、
マグネシウム元素換算のマグネシウム4~8wt%と、
電子ドナー20~35wt%と、
有機ケイ素重合体0.1~10wt%と、
無機酸化物担体10~60wt%と、を含む。
よりさらに好ましい実施形態では、全量100wt%を基準に、前記触媒成分は、
チタン元素換算のチタン1~3.5wt%と、
マグネシウム元素換算のマグネシウム5.5~8wt%と、
電子ドナー23~35wt%と、
有機ケイ素重合体0.6~8wt%と、
無機酸化物担体15~53wt%と、を含む。
本発明では、前記有機ケイ素重合体の含有量は有機ケイ素重合体の実際投入量の触媒製品中の割合によって計算されてもよい。
本発明の1つの好ましい実施形態では、前記触媒成分の粒子径を検出したところ、D10は6.6μmを上回る。ここで、D10は製品中の10%の粒子の平均直径である。
さらに好ましい実施形態では、前記触媒成分の粒子径を検出したところ、粒子径分布は1.77を下回る。
本発明の前記触媒成分は、狭い粒子径分布を有すると同時に、D10が大きい。これは、前記触媒成分中の微細粒子が少ないことを示している。このようにして、後の重合において重合体微粉末の生成を大幅に抑制することができる。
本発明の二つ目の目的は本発明の一つ目の目的である前記触媒成分の製造方法を提供することであり、当該方法は、
チタン含有化合物、ハロゲン化マグネシウム、電子ドナー、有機ケイ素重合体及び無機酸化物担体を含む原料を混合し、スラリー懸濁液を得るステップ1と、
噴霧乾燥して、前記触媒成分を得るステップ2と、を含む。
本発明の1つの好ましい実施形態では、ステップ1で、まず、チタン含有化合物、ハロゲン化マグネシウム及び電子ドナーを混合し、母液を得る。
さらに好ましい実施形態では、前記母液の製造中又は製造後に無機酸化物担体及び有機ケイ素重合体を加えて、前記スラリー懸濁液を得る。これによって、有機ケイ素重合体のバインダとしての作用を十分に発揮し、触媒中の無機酸化物担体をより緊密に凝集させ、触媒の粒子強度を向上させ、重合時の触媒の破砕を減少させ、重合体中の微粉末含有量を低下させると同時に、重合体の嵩密度を向上させることができる。
無機酸化物担体と有機ケイ素重合体とのブレードは母液製造のいずれかの時刻に添加してもよく、例えば、電子ドナーにてハロゲン化マグネシウム、チタン含有化合物、無機酸化物担体及び有機ケイ素重合体をブレードして反応させ、スラリーを得、得たスラリーを噴霧乾燥して、前記触媒成分を得る。
上記製造方法では、十分の量の無機酸化物担体と母液を混合して、噴霧乾燥に適するスラリーを形成すべきである。
本発明の1つの好ましい実施形態では、製造の過程において、前記電子ドナーとハロゲン化マグネシウムとのモル比が5.0~50:1であり、前記有機ケイ素重合体とハロゲン化マグネシウムとの質量比が0.01~1.0:1であり、前記チタン含有化合物とハロゲン化マグネシウムとのモル比が0.1~1.0:1であり、前記無機酸化物とハロゲン化マグネシウムとのモル比が1.0~5.0:1である。
さらに好ましい実施形態では、製造の過程において、前記電子ドナーとハロゲン化マグネシウムとのモル比が10~45:1であり、前記有機ケイ素重合体とハロゲン化マグネシウムとの質量比が0.01~0.5:1であり、前記チタン含有化合物とハロゲン化マグネシウムとのモル比が0.1~0.5:1であり、前記無機酸化物とハロゲン化マグネシウムとのモル比が1.0~4.0:1である。
本発明では、前記電子ドナーは電子供給作用を果たすとともに、系の溶媒として機能する。
本発明の1つの好ましい実施形態では、前記ステップ1の混合は常温~85℃にて0.1h以上行われる。
前記常温は25±5℃である。
さらに好ましい実施形態では、前記ステップ1の混合は45~75℃で1.0~10.0h行われる。
本発明の1つの好ましい実施形態では、ステップ2では、前記噴霧乾燥の条件は入口温度100~240℃、出口温度60~130℃である。
さらに好ましい実施形態では、ステップ2では、前記噴霧乾燥の条件は、入口温度120~160℃、出口温度90~115℃である。
本発明の三つ目の目的は、(A)本発明の一つ目の目的である前記触媒成分又は本発明の二つ目の目的である前記製造方法で得られる触媒成分と、(B)一般式A1RX’3-bの有機アルミニウム化合物(Rは水素又は炭素数1~20の炭化水素基であり、X’はハロゲンであり、0<b≦3である。)とを含むオレフィン重合又は共重合用の触媒を提供することである。
上記ハロゲンは、好ましくは塩素、臭素又はヨウ素である。
上記bの値は好ましくは1<b≦3である。
本発明の1つの好ましい実施形態では、前記有機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、トリノルマルヘキシルアルミニウム、トリ-N-オクチルアルミニウム及びクロロジエチルアルミニウムから選ばれる少なくとも1種である。
本発明の1つの好ましい実施形態では、前記有機アルミニウム化合物と前記触媒成分とのモル量の比が5~1000:1で、好ましくは10~200:1である。
前記有機アルミニウム化合物のモル量はその中のアルミニウム元素のモル量換算であり、前記触媒成分のモル量はその中のチタン元素のモル量換算である。
噴霧乾燥により得られた固体触媒成分がエチレン重合体の生産に適用できるように、活性化剤成分として有機アルミニウム化合物を用いて前記触媒成分を活性化する必要がある。
本発明の1つの好ましい実施形態では、前記触媒成分と前記有機アルミニウム化合物とを炭化水素系溶媒に入れて反応させ、前記触媒を得る。
さらに好ましい実施形態では、前記炭化水素系溶媒はイソペンタン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、ナフサ及び鉱物油から選ばれる少なくとも1種である。
別の好ましい実施形態では、オレフィン重合において前記触媒成分と前記有機アルミニウム化合物を加えて反応させ、これにより、オレフィン重合反応を開始させる。
本発明の四つ目の目的は、本発明の三つ目の目的の前記触媒のオレフィン重合における使用、好ましくはエチレンホモ重合又は共重合反応における使用を提供することである。
本発明の触媒は、各種のエチレンのホモ重合又はエチレンと他のα-オレフィンとの共重合に適用し、α-オレフィンはプロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテン、4-メチルペンテン-1のうちの1種又は複数種の混合物を用いる。その重合プロセスは気相法、スラリー法及び溶液法を用い、気相重合により適用する。
以下、具体的な実施例を参照して本発明について詳細に説明する。なお、以下の実施例は本発明をさらに説明するために過ぎず、本発明の特許範囲を制限するものとして理解できず、当業者が本発明の内容に基づいて本発明について行う非実質的な改良や調整も本発明の特許範囲に属する。
実施例及び比較例に使用される原料は、特に限定されていない限り、全ては従来の技術で開示されたものであり、例えば、直接購入したもの又は従来の技術で開示された製造方法で製造されたものである。
測定方法:
1、活性:触媒1gあたり得られた樹脂の重量で表される。
2、重合体メルトインデックス(MI):ASTM D1238-99を参照して、負荷2.16kg、190℃で決定される。
3、重合体見掛け嵩密度(BD):ASTMD1895-69基準に準じて測定する。
4、ふるい分析数値の根拠:ASTMD-1921基準を参照する。
5、触媒粒子径:MASTERSIZER2000粒度計を用いて測定し、用語D10、D50、D90、即ち、標準対数粒子径分布の特殊な百分率分布で表す。例えば、触媒の粒子径についてD50が24μmである場合、その中間粒子径が24μmであることを意味し、D10が7μmであることは10%の粒子の直径が7μm未満であることを意味する。D90が45μmであることは、90%の粒子の粒子径が45μm未満であることを意味する。
6、チタン、マグネシウムの含有量:Spectrumlab 752s紫外可視分光光度計によって測定し、THF含有量は米国Aglient社製のAglient 7890Aガスクロマトグラフによって測定し、有機ケイ素重合体の含有量は使用量及び生成物の重量から算出され、具体的には、(使用量の重量/触媒製品の重量)*100wt%であり、残りは担体含有量である。
実施例に使用される有機ケイ素重合体の具体的な製造方法は、1999年に中国物資出版社により出版された『有機ケイ素材料』を参照する。
実施例では、触媒中の有機ケイ素重合体の含有量は、有機ケイ素重合体の実際投入量の触媒製品中の割合によって算出される。
製造例1
500ml三つ口フラスコにキシレン100ml、アセトン50ml、ジメチルジクロロシラン11.5g、メチルトリクロロシラン30.8gを加え、激しく撹拌しながら、氷水浴にて、アセトン50mlと水20gからなる溶液をゆっくりと滴下した(r/s値は1.3である)。反応液が25℃にゆっくりと昇温した後、24時間撹拌した。脱イオン水で反応液を中性となるまで洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて24時間乾燥した。乾燥剤を濾過により除去した後、真空乾燥により溶媒を除去し、白色固体として網目構造の有機ケイ素重合体を81%の収率で得た。生成物構造はゲル浸透クロマトグラフィー及び29Si-NMRにより表される。ゲル浸透クロマトグラフィーから分かるように、生成物の数平均分子量は2×10g/molで、分子量分布は2.1であり、29Si-NMRから分かるように、生成物には29.5mol%の-MeSiO-単位、70.5mol%のMeSiO3/2単位が含まれており、分子組成は[RSiO(4-x)/2(xは1.295であり、Rはメチル基であり、mは、得た有機ケイ素重合体の数平均分子量に対応する値である。)である。得た有機ケイ素重合体はS1と命名した。
製造例2
500ml三つ口フラスコにキシレン100ml、アセトン50ml、ジメチルジクロロシラン11.5g、フェニルトリクロロシラン43.6gを加え、激しく撹拌しながら、氷水浴にて、アセトン50mlと水22gからなる溶液をゆっくりと滴下した(r/s値は1.3である)。反応液が25℃にゆっくりと昇温した後、24時間撹拌した。脱イオン水で反応液を中性となるまで洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて24時間乾燥した。乾燥剤を濾過により除去した後、真空乾燥により溶媒を除去し、白色固体としての網目構造の有機ケイ素重合体を82%の収率で得た。生成物構造はゲル浸透クロマトグラフィー及び29Si-NMRによって表される。ゲル浸透クロマトグラフィーから分かるように、生成物の数平均分子量は5×10g/molで、分子量分布は2.5であり、29Si-NMRから分かるように、生成物には29.7mol%の-MeSiO-単位、70.3mol%のPhSiO3/2単位が含まれており、分子組成は[RSiO(4-x)/2(xは1.297であり、Rはメチル基及びフェニル基であり、mは得た有機ケイ素重合体の数平均分子量に対応する値である。)である。得た有機ケイ素重合体はS2と命名した。
製造例3
500ml三つ口フラスコにキシレン100ml、アセトン50ml、ジメチルジクロロシラン36.0gを加え、激しく撹拌しながら、氷水浴にて、アセトン50mlと水22gからなる溶液をゆっくりと滴下した(r/s値は2である)。反応液が25℃にゆっくりと昇温した後、24時間撹拌した。脱イオン水で反応液を中性となるまで洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて24時間乾燥した。乾燥剤を濾過により除去した後、真空乾燥により溶媒を除去し、固体の線形構造の有機ケイ素重合体を86%の収率で得た。生成物構造はゲル浸透クロマトグラフィー及び29Si-NMRによって表される。ゲル浸透クロマトグラフィーから分かるように、生成物の数平均分子量は1×10g/molで、分子量分布は1.3であり、29Si-NMRから分かるように、生成物には100mol%の-MeSiO-単位が含まれており、分子組成は[RSiO(4-x)/2(xは2であり、Rはメチル基であり、mは得た有機ケイ素重合体の数平均分子量に対応する値である。)である。得た有機ケイ素重合体はS3と命名した。
製造例4
500ml三つ口フラスコにキシレン100ml、アセトン50ml、(CH=CH)SiHCl33.6gを加え、激しく撹拌しながら、氷水浴にて、アセトン50mlと水22gからなる溶液をゆっくりと滴下した(r/s値は2である)。反応液が25℃にゆっくりと昇温した後、24時間撹拌した。脱イオン水で反応液を中性となるまで洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて24時間乾燥した。乾燥剤を濾過により除去した後、真空乾燥により溶媒を除去し、固体の線形構造の有機ケイ素重合体を80%の収率で得た。生成物構造はゲル浸透クロマトグラフィー及び29Si-NMRによって表される。ゲル浸透クロマトグラフィーから分かるように、生成物の数平均分子量は2×10g/molで、分子量分布は1.2であり、29Si-NMRから分かるように、生成物には100mol%の-(CH=CH)HSiO-単位が含まれており、分子組成は[RSiO(4-x)/2(xは2であり、R及びRはビニル基と水素であり、mは得た有機ケイ素重合体の数平均分子量に対応する値である。)である。得た有機ケイ素重合体はS4と命名した。
製造例5
500ml三つ口フラスコにキシレン100ml、アセトン50ml、ジメチルジクロロシラン1.8g、メチルトリクロロシラン16.4g、フェニルトリクロロシラン59.2gを加え、激しく撹拌しながら、氷水浴にて、アセトン50mlと水22gからなる溶液をゆっくりと滴下した(r/s値は1.03である)。反応液が25℃にゆっくりと昇温した後、16時間撹拌した。脱イオン水で反応液を中性となるまで洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて24時間乾燥した。乾燥剤を濾過により除去した後、真空乾燥により溶媒を除去し、固体の網目構造の有機ケイ素重合体を83%の収率で得た。生成物構造はゲル浸透クロマトグラフィー及び29Si-NMRによって表される。ゲル浸透クロマトグラフィーから分かるように、生成物の数平均分子量は7.8×10g/molで、分子量分布は6.1であり、29Si-NMRから分かるように、生成物には3.4mol%の-MeSiO-単位、28.0mol%のMeSiO3/2単位、68.6mol%のPhSiO3/2単位が含まれており、分子組成は[RSiO(4-x)/2(xは1.034であり、Rはメチル基及びフェニル基であり、mは、得た有機ケイ素重合体の数平均分子量に対応する値である。)である。得た有機ケイ素重合体はS5と命名した。
実施例1
(1)触媒成分の製造
温度コントローラ、撹拌器、還流コンデンサーを装備した、窒素ガスでパージして保護した250mLの4つ口フラスコに、テトラヒドロフラン(THF)120mL、塩化マグネシウム4.2g及びTiCl1.0mLを撹拌しながら順次に加え、撹拌しながら68℃に昇温し、この温度で保温して4時間還流反応させ、母液を得た。
温度コントローラ、撹拌器、還流コンデンサーを装備した、窒素ガスでパージして保護した250mLの4つ口フラスコに、シリカゲル(Cabot Corporation TS-610、粒子径は1μm未満である)5.5gと有機ケイ素重合体S1 1.0gを加え、シリカゲルと有機ケイ素重合体S1との重量比を5.5とし、上記母液を撹拌しながら加えて、さらに68℃で保温して2時間還流して撹拌し、シリカゲルを母液に完全に分散させ、スラリー懸濁液を得た。
閉回路循環気流式噴霧乾燥器(例えばBUCHI Mini Spray Dryer B-290)に、キャリアガスとして入口温度が145℃である窒素ガスを噴霧乾燥器に導入し、得られた43℃のスラリー懸濁液を循環乾燥器に加えて、スラリー懸濁液の供給速度と室温の噴霧ガス(N)の流量をそれぞれ8mL/minと30m/h程度に調整し、キャリアガス(N)の流量を調整し、出口温度を95℃とし、固体触媒成分を得た。得た触媒成分は期待される粒子径D50=20~23μm程度を有する。計算したところ触媒中の有機ケイ素重合体S1の含有量は5.38wt%であり、ほかの成分の含有量の分析は表1に示されており、残量は担体である。
(2)エチレンのスラリー重合
窒素ガスと水素ガスを用いて順番にパージを行った2L重合釜にヘキサン1Lを加え、トリエチルアルミニウム(1M)1mLと触媒乾燥粉末(つまり、ステップ1)で製造された固体触媒成分)20mgを加え、70℃に昇温して0.28MPaとなるまで水素ガスを加え、水素添加終了後、エチレンを1.03MPaとなるまで加えて、85℃に昇温し、85℃で保温、保圧して2時間反応させた後、降温して取り出した。エチレンのスラリー重合の結果を表2に示す。
(3)エチレンスラリーの高水素含有量重合
窒素ガスと水素ガスを用いて順番にパージを行った2L重合釜にヘキサン1Lを加え、トリエチルアルミニウム(1M)1mLと触媒乾燥粉末80mgを加え、70℃に昇温して水素ガスを0.68MPaとなるまで加え、水素添加終了後、エチレンを1.03MPaとなるまで加えて、85℃に昇温し、85℃で保温、保圧して2時間反応させた後、降温して取り出した。エチレンスラリーの高水素含有量重合の結果を表3に示す。
実施例2
実施例1と比較して、ステップ(1)において触媒成分を製造する際には、「シリカゲル(Cabot Corporation TS-610、粒子径は1μm未満である)5.5gと有機ケイ素重合体S1 1.0gを加え、シリカゲルと有機ケイ素重合体S1との重量比を5.5とする」を「シリカゲル(Cabot Corporation TS-610、粒子径は1μm未満である)6.4gと有機ケイ素重合体S1 0.1gを加え、シリカゲルと有機ケイ素重合体S1との重量比を64とする」に変更した以外、残りは実施例1と同様であった。計算したところ触媒中の有機ケイ素重合体S1の含有量は0.585wt%であり、ほかの成分の含有量分析は表1に示されており、残量は担体である。
実施例3
実施例1と比較して、ステップ(1)において触媒成分を製造する際には、「シリカゲル(Cabot Corporation TS-610、粒子径は1μm未満である)5.5gと有機ケイ素重合体S1 1.0gを加え、シリカゲルと有機ケイ素重合体S1との重量比を5.5とする」を「シリカゲル(Cabot Corporation TS-610、粒子径は1μm未満である)6.0gと有機ケイ素重合体S1 0.5gを加え、シリカゲルと有機ケイ素重合体S1との重量比を12とする」に変更した以外、残りは実施例1と同様であった。計算したところ触媒中の有機ケイ素重合体S1の含有量は2.75wt%であり、ほかの成分の含有量分析は表1に示されており、残量は担体である。
実施例4
実施例1と比較して、ステップ(1)において触媒成分を製造する際には、「有機ケイ素重合体S1 1.0g」を「有機ケイ素重合体S2 1.0g」に変更した以外、残りは実施例1と同様であった。計算したところ触媒中の有機ケイ素重合体S2の含有量は5.56wt%であり、ほかの成分の含有量分析は表1に示されており、残量は担体である。
実施例5
実施例1と比較して、ステップ(1)において触媒成分を製造する際には、「有機ケイ素重合体S1 1.0g」を「有機ケイ素重合体S3 1.0g」に変更した以外、残りは実施例1と同様であった。計算したところ触媒中の有機ケイ素重合体S3の含有量は5.56wt%であり、ほかの成分の含有量分析は表1に示されており、残量は担体である。
実施例6
実施例1と比較して、ステップ(1)において触媒成分を製造する際には、「有機ケイ素重合体S1 1.0g」を「有機ケイ素重合体S4 1.0g」に変更した以外、残りは実施例1と同様であった。計算したところ触媒中の有機ケイ素重合体S4の含有量は5.56wt%であり、ほかの成分の含有量分析は表1に示されており、残量は担体である。
実施例7
実施例1と比較して、ステップ(1)において触媒成分を製造する際には、「TiCl1.0mL」を「TiCl・1/3AlCl1.4g」に変更した以外、残りは実施例1と同様であった。有機ケイ素重合体の含有量は6.00wt%である。
実施例8
実施例1と比較して、ステップ(1)において触媒成分を製造する際には、「TiCl1.0mL」を「TiCl・1/2MgCl1.5g」に変更した以外、残りは実施例1と同様であった。有機ケイ素重合体の含有量は5.76wt%である。
実施例9
(1)触媒成分の製造
温度コントローラ、撹拌器、還流コンデンサーを装備した、窒素ガスでパージして保護した250mLの4つ口フラスコに、テトラヒドロフラン(THF)100mL、塩化マグネシウム4.2g及びTiCl4mLを撹拌しながら順次に加え、撹拌しながら85℃に昇温し、この温度で保温して3時間還流反応し、母液を得た。
温度コントローラ、撹拌器、還流コンデンサーを装備した、窒素ガスでパージして保護した250mLの4つ口フラスコに、シリカゲル(Cabot Corporation TS-610、粒子径は1μm未満である)2.65gと有機ケイ素重合体S1 0.21gを加え、シリカゲルと有機ケイ素重合体S1との重量比を12.6とし、上記母液を撹拌しながら加えて、さらに85℃で保温して1時間還流撹拌し、シリカゲルを母液に完全に分散させ、スラリー懸濁液を得た。
閉回路循環気流式噴霧乾燥器(例えばBUCHI Mini Spray Dryer B-290)に、キャリアガスとして入口温度が150℃である窒素ガスを噴霧乾燥器に導入し、得られた43℃のスラリー懸濁液を循環乾燥器に加えて、スラリー懸濁液の供給速度と室温の噴霧ガス(N)の流量をそれぞれ8mL/minと30m/h程度に調整し、キャリアガス(N)の流量を調整し、出口温度を100℃とし、固体触媒成分を得た。
(2)エチレンのスラリー重合
窒素ガスと水素ガスを用いて順番にパージを行った2L重合釜にヘキサン1Lを加え、トリエチルアルミニウム(1M)1mLと触媒乾燥粉末20mgを加え、70℃に昇温して0.28MPaとなるまで水素ガスを加える。水素添加終了後、エチレンを1.03MPaとなるまで加えて、85℃に昇温し、85℃で保温、保圧して2時間反応させた後、降温して取り出した。
実施例10
(1)触媒成分の製造
温度コントローラ、撹拌器、還流コンデンサーを装備した、窒素ガスでパージして保護した500mLの4つ口フラスコに、酢酸エチル160mL、臭化マグネシウム8.1g及びTiCl2.5mLを撹拌しながら順次に加え、撹拌しながら75℃に昇温し、この温度で保温して2時間還流反応させ、母液を得た。
温度コントローラ、撹拌器、還流コンデンサーを装備した、窒素ガスでパージして保護した500mLの4つ口フラスコに、酸化アルミニウム(粒子径は1μm未満である)10.5gと有機ケイ素重合体S1 2.08gを加え、シリカゲルと有機ケイ素重合体S1との重量比を5.04とし、上記母液を撹拌しながら加えて、さらに75℃で保温して1時間還流撹拌し、シリカゲルを母液に完全に分散させ、スラリー懸濁液を得た。
閉回路循環気流式噴霧乾燥器(例えばBUCHI Mini Spray Dryer B-290)に、キャリアガスとして入口温度が160℃である窒素ガスを噴霧乾燥器に導入し、得られた43℃のスラリー懸濁液を循環乾燥器に加えて、スラリー懸濁液の供給速度及び室温の噴霧ガス(N)の流量をそれぞれ8mL/min及び30m/h程度に調整し、キャリアガス(N)の流量を調整し、出口温度を115℃とし、固体触媒成分を得た。
(2)エチレンのスラリー重合
窒素ガスと水素ガスを用いて順番にパージを行った2L重合釜にヘキサン1Lを加え、トリエチルアルミニウム(1M)1mLと触媒乾燥粉末20mgを加え、70℃に昇温して0.28MPaとなるまで水素ガスを加える。水素添加終了後、エチレンを1.03MPaとなるまで加えて、85℃に昇温し、85℃で保温、保圧して2時間反応させた後、降温して取り出した。
実施例11
(1)触媒成分の製造
温度コントローラ、撹拌器、還流コンデンサーを装備した、窒素ガスでパージして保護した250mLの4つ口フラスコに、エチルプロピルエーテル72mL、フッ化マグネシウム2.75g及びTiCl0.5mLを撹拌しながら順次に加え、撹拌しながら50℃に昇温し、この温度で保温して10時間還流反応し、母液を得た。
温度コントローラ、撹拌器、還流コンデンサーを装備した、窒素ガスでパージして保護した250mLの4つ口フラスコに、シリカゲル(Cabot Corporation TS-610、粒子径は1μm未満である)8gと有機ケイ素重合体S1 0.42gを加え、シリカゲルと有機ケイ素重合体S1との重量比を19とし、上記母液を撹拌しながら加えて、さらに50℃で保温して5時間還流撹拌し、シリカゲルを母液に完全に分散させ、スラリー懸濁液を得た。
閉回路循環気流式噴霧乾燥器(例えばBUCHI Mini Spray Dryer B-290)に、キャリアガスとして入口温度が120℃である窒素ガスを噴霧乾燥器に導入し、得られた43℃のスラリー懸濁液を循環乾燥器に加えて、スラリー懸濁液の供給速度及び室温の噴霧ガス(N)の流量をそれぞれ8mL/min及び30m/h程度に調整し、キャリアガス(N)の流量を調整し、出口温度を90℃とし、固体触媒成分を得た。
(2)エチレンのスラリー重合
窒素ガスと水素ガスを用いて順番にパージを行った2L重合釜にヘキサン1Lを加え、トリエチルアルミニウム(1M)1mLと触媒乾燥粉末20mgを加え、70℃に昇温して0.28MPaとなるまで水素ガスを加える。水素添加終了後、エチレンを1.03MPaとなるまで加えて、85℃に昇温し、85℃で保温、保圧して2時間反応させた後、降温して取り出した。
比較例1
実施例1と比較して、ステップ(1)において触媒成分を製造する際には、「有機ケイ素重合体S1 1.0g」を「有機ケイ素重合体DS1((CHSiClと(CHSiClを混合単量体とし、r/s値を2.5に制御し、単量体を加水分解して、数平均分子量700g/mol、分子量分布1.2の低分子量有機ケイ素重合体を得る)1.0g」に変更した以外、残りは実施例1と同様であった。計算したところ触媒中の有機ケイ素重合体の含有量は5.45wt%であり、ほかの成分の含有量の分析は表1に示されており、残量は担体である。また、エチレンのスラリー重合の結果を表2に示し、エチレンスラリーの高水素含有量重合の結果を表3に示す。
有機ケイ素重合体DS1の製造方法は以下の通りである。
500ml三つ口フラスコにキシレン100ml、アセトン50ml、ジメチルジクロロシラン18.0g、トリメチルモノクロロシラン15.1gを加え、激しく撹拌しながら、氷水浴にて、アセトン50mlと水24gからなる溶液をゆっくりと滴下した(r/s値は2.5である)。反応液が25℃にゆっくりと昇温した後、24時間撹拌した。脱イオン水で反応液を中性となるまで洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて24時間乾燥した。乾燥剤を濾過により除去した後、真空乾燥により溶媒を除去し、液体の低分子量有機ケイ素重合体を85%の収率で得た。生成物構造はゲル浸透クロマトグラフィー及び29Si-NMRによって表される。ゲル浸透クロマトグラフィーから分かるように、生成物の数平均分子量は700g/molで、分子量分布は1.2であり、29Si-NMRから分かるように、生成物には51.0mol%の-MeSiO-単位、49.0mol%のMeSiO単位が含まれている。得た有機ケイ素重合体はDS1と命名した。
比較例2
実施例1と比較して、ステップ(1)において触媒成分を製造する際には、「有機ケイ素重合体S1 1.0g」を「有機ケイ素重合体DS2((CHCH)(CH)SiClと(CHSiClを混合単量体とし、r/s値を2.3に制御し、単量体を加水分解して、数平均分子量800g/mol、分子量分布7.9の低分子量有機ケイ素重合体を得る)1.0g」に変更した以外、残りは実施例1と同様であった。計算したところ触媒中の有機ケイ素重合体の含有量は5.45wt%であり、ほかの成分の含有量分析は表1に示されており、残量は担体である。また、エチレンのスラリー重合の結果を表2に示し、エチレンスラリーの高水素含有量重合結果を表3に示す。
有機ケイ素重合体DS2の製造方法は以下の通りである。
500ml三つ口フラスコにキシレン100ml、アセトン50ml、(CHCH)(CH)SiCl25.2g、トリメチルモノクロロシラン8.2gを加え、激しく撹拌しながら、氷水浴にて、アセトン50mlと水22gとからなる溶液をゆっくりと滴下した(r/s値は2.3である)。反応液が25℃にゆっくりと昇温した後、24時間撹拌した。脱イオン水で反応液を中性となるまで洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて24時間乾燥した。乾燥剤を濾過により除去した後、真空乾燥により溶媒を除去し、液体の低分子量有機ケイ素重合体を86%の収率で得た。生成物構造はゲル浸透クロマトグラフィー及び29Si-NMRによって表される。ゲル浸透クロマトグラフィーから分かるように、生成物の数平均分子量は800g/molで、分子量分布は7.9であり、29Si-NMRから分かるように、生成物には70.1mol%の-RSiO-単位(R及びRはエチル基及びメチル基である)、29.9mol%のMeSiO単位が含まれている。得た有機ケイ素重合体はDS2と命名した。
比較例3
触媒成分を製造する際に有機ケイ素重合体を加えなかった以外、実施例1のプロセスを繰り返した。
(1)触媒成分の製造
温度コントローラ、撹拌器、還流コンデンサーを装備した、窒素ガスでパージして保護した250mLの4つ口フラスコに、テトラヒドロフラン(THF)120mL、塩化マグネシウム4.2g及びTiCl1.0mLを撹拌しながら順次に加え、撹拌しながら68℃に昇温し、この温度で保温して4時間還流反応させ、母液を得た。
温度コントローラ、撹拌器、還流コンデンサーを装備した、窒素ガスでパージして保護した250mLの4つ口フラスコに、シリカゲル(Cabot Corporation TS-610、粒子径は1μm未満である)6.5gを加え、上記母液を撹拌しながら加えて、さらに68℃で保温して2時間還流して撹拌し、シリカゲルを母液に完全に分散させ、スラリー懸濁液を得た。
閉回路循環気流式噴霧乾燥器(例えばBUCHI Mini Spray Dryer B-290)に、キャリアガスとして入口温度が145℃である窒素ガスを噴霧乾燥器に導入し、得られた43℃のスラリー懸濁液を循環乾燥器に加えて、スラリー懸濁液の供給速度及び室温の噴霧ガス(N)の流量をそれぞれ8mL/min及び30m/h程度に調整し、キャリアガス(N)の流量を調整し、出口温度を95℃とし、固体触媒成分を得た。得た触媒成分は所望の粒子径D50=20~23μm程度を有する。得た触媒構造の分析を表1に示す。
(2)エチレンのスラリー重合
窒素ガスと水素ガスを用いて順番にパージを行った2L重合釜にヘキサン1Lを加え、トリエチルアルミニウム(1M)1mLと触媒乾燥粉末20mgを加え、70℃に昇温して0.28MPaとなるまで水素ガスを加える。水素添加終了後、エチレンを1.03MPaとなるまで加えて、85℃に昇温し、85℃で保温、保圧して2時間反応させた後、降温して取り出した。エチレンのスラリー重合の結果を表2に示す。
(3)エチレンスラリーの高水素含有量重合
窒素ガスと水素ガスを用いて順番にパージを行った2L重合釜にヘキサン1Lを加え、トリエチルアルミニウム(1M)1mLと触媒乾燥粉末80mgを加え、70℃に昇温して水素ガスを0.68MPaとなるまで加える。水素添加終了後、エチレンを1.03MPaとなるまで加えて、85℃に昇温し、85℃で保温、保圧して2時間反応させた後、降温して取り出した。エチレンスラリーの高水素含有量重合の結果を表3に示す。
比較例4
実施例4の有機ケイ素重合体の代わりに有機ケイ素単量体(CHSiCl 1.0gを直接加えた以外、実施例4のプロセスを繰り返した。得た触媒構造の分析を表1、エチレンのスラリー重合の結果を表2に示す。
比較例5
実施例1の有機ケイ素重合体の代わりに、シランカップリング剤KH550(アミノプロピルトリエトキシシラン)1.0gを直接加えた以外、実施例1のプロセスを繰り返した。得た触媒構造の分析を表1、エチレンのスラリー重合の結果を表2に示す。
Figure 0007508585000001
表1から分かるように、本発明では、有機ケイ素重合体を添加することにより、触媒担体同士の粘着力を効果的に増強し、触媒成分の粒子のD10を大きくし、微細粒子を減少させ、触媒の粒子径分布を狭くし、また、触媒成分中のテトラヒドロフランの含有量を下げ、テトラヒドロフランの含有量の低下は有機ケイ素重合体の添加と直接関連している。
Figure 0007508585000002
表2から分かるように、本発明では、有機ケイ素重合体を添加することにより、触媒の粒子強度を高め、触媒はエチレン重合の触媒に用いる場合、高い活性を有し、得たポリエチレン粉体は、嵩密度が向上し、微粉末の含有量が低下し、メルトインデックスが向上する。
Figure 0007508585000003
表3から分かるように、本発明では、有機ケイ素重合体を添加することにより、触媒の水素による分子量調節の感受性を向上させ、触媒は、エチレンの触媒に用いられる場合、水素/エチレンの比の高い条件下で重合するとき、得たポリエチレン粉体のメルトインデックスが大幅に向上し、水素による分子量調節に対する応答性もより優れていた。
以上は本発明の各実施例を説明したが、上記説明は例示的なものに過ぎず、網羅的なものではなく、開示された各実施例に限定されるものではない。説明された各実施例の範囲及び主旨を逸脱しない限り、多くの修正や変更は全て当業者にとって明らかなことである。

Claims (25)

  1. チタン元素、マグネシウム元素、電子ドナー、有機ケイ素重合体及び無機酸化物担体を含むオレフィン重合又は共重合用の触媒成分であって、
    前記有機ケイ素重合体の分子組成が[RSiO(4-x)/2(Rはアルキル基、芳香族基、オレフィン基及び水素から選ばれ、xは0以上2未満であり、mの値は前記有機ケイ素重合体の数平均分子量が1×10~1×10g/molであるようにする。)であり、且つ前記有機ケイ素重合体は網目構造であることを特徴とするオレフィン重合又は共重合用の触媒成分。
  2. 量100wt%に対して、前記有機ケイ素重合体の含有量が0.01~15wt%である請求項1に記載の触媒成分。
  3. Rは炭素数1~6のアルキル基、炭素数6~9の芳香族基、炭素数1~6のオレフィン基及び水素から選ばれる求項1に記載の触媒成分。
  4. Rはメチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基、ビニル基及び水素から選ばれる請求項1に記載の触媒成分。
  5. 前記網目構造の有機ケイ素重合体の数平均分子量が2×10~1×10g/molで、分子量分布が1~9である請求項1~4のいずれか1項に記載の触媒成分。
  6. 前記有機ケイ素重合体は一般式RSiCl(4-y)(Rはアルキル基、芳香族基、ビニル基及び水素から選ばれ、yは0~3の整数である。)の1種又は複数種の単量体を加水分解、重縮合したものであり、単量体のR/Siモル比が2未満である請求項1~のいずれか1項に記載の触媒成分。
  7. 前記チタン元素はチタン含有化合物由来であり、
    前記チタン含有化合物はハロゲン化チタン、ハロゲン化チタンをアルミニウムで還元した生成物及びハロゲン化チタンをマグネシウムで還元した生成物から選ばれる少なくとも1種である請求項1~6のいずれか1項に記載の触媒成分。
  8. 前記ハロゲン化チタンは臭化チタン及び/又は塩化チタンから選ばれ、及び/又は、
    前記ハロゲン化チタンをアルミニウムで還元した生成物の一般式はTiX ・nAlX (0<n≦1、0<m≦3、0<p≦3、Xはハロゲンである。)であり、及び/又は、
    前記ハロゲン化チタンをマグネシウムで還元した生成物の一般式はTiX ・qMgXr(0<q≦1、0<m≦3、0<r≦3、Xはハロゲンである。)である請求項7に記載の触媒成分。
  9. 前記マグネシウム元素はハロゲン化マグネシウム由来であり
    前記ハロゲン化マグネシウムはフッ化マグネシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム及びヨウ化マグネシウムから選ばれる少なくとも1種であり、及び/又は
    前記電子ドナーはエステル系化合物、エーテル系化合物及びケトン系化合物から選ばれる少なくとも1種である請求項1~8のいずれか1項に記載の触媒成分。
  10. 前記ハロゲン化マグネシウムは塩化マグネシウムであり、及び/又は
    前記電子ドナーはC ~C 飽和脂肪族カルボン酸のアルキルエステル、C ~C 芳香族カルボン酸アルキルエステル、C ~C 脂肪エーテル、C ~C 環状エーテル及びC ~C 飽和脂肪ケトンから選ばれる少なくとも1種である請求項9に記載の触媒成分。
  11. 前記電子ドナーはギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸イソプロピル、ギ酸n-プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、エチルエーテル、プロピルエーテル、ヘキシルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトン及びメチルイソブチルケトンから選ばれる少なくとも1種である請求項10に記載の触媒成分。
  12. 前記無機酸化物担体はシリコンの酸化物及び/又はアルミニウムの酸化物から選ばれ及び/又は、
    前記無機酸化物担体の粒子径は0.01~10μmであり、及び/又は、
    前記無機酸化物担体と有機ケイ素重合体との重量比が(1~100):1でる請求項1~11のいずれか1項に記載の触媒成分。
  13. 前記無機酸化物担体はシリカであり、及び/又は、
    前記無機酸化物担体の粒子径は0.1~1μmであり、及び/又は、
    前記無機酸化物担体と有機ケイ素重合体との重量比が(2~80):1である請求項1~11のいずれか1項に記載の触媒成分。
  14. 全量100wt%を基準に、
    チタン元素換算のチタン0.1~5wt%と、
    マグネシウム元素換算のマグネシウム0.2~10.2wt%と、
    電子ドナー15~40wt%と、
    有機ケイ素重合体0.01~15wt%と、
    無機酸化物担体1~70wt%とを含む請求項1~1のいずれか1項に記載の触媒成分。
  15. 全量100wt%を基準に、
    チタン元素換算のチタン0.5~4wt%と、
    マグネシウム元素換算のマグネシウム4~8wt%と、
    電子ドナー20~35wt%と、
    有機ケイ素重合体0.1~10wt%と、
    無機酸化物担体10~60wt%とを含む請求項1に記載の触媒成分。
  16. チタン含有化合物、ハロゲン化マグネシウム、電子ドナー、有機ケイ素重合体及び無機酸化物担体を含む原料を混合し、スラリー懸濁液を得るステップ1と、
    噴霧乾燥して、前記触媒成分を得るステップ2とを含むことを特徴とする請求項1~1のいずれか1項に記載の触媒成分の製造方法。
  17. ステップ1で、まず、チタン含有化合物、ハロゲン化マグネシウム及び電子ドナーを混合し、母液を得て、前記母液の製造中又は製造後に無機酸化物担体及び有機ケイ素重合体を加えて、前記スラリー懸濁液を得る請求項1に記載の製造方法。
  18. 前記電子ドナーとハロゲン化マグネシウムとのモル比が5.0~50:1であり、前記有機ケイ素重合体とハロゲン化マグネシウムとの質量比が0.01~1.0:1であり、前記チタン含有化合物とハロゲン化マグネシウムとのモル比が0.1~1.0:1であり、前記無機酸化物とハロゲン化マグネシウムとのモル比が1.0~5.0:1である請求項1に記載の製造方法。
  19. 前記ステップ1の混合は常温~85℃で0.1h以上行われ、前記常温は25±5℃であり、及び/又は
    ステップ2では、前記噴霧乾燥の条件は、入口温度100~240℃、出口温度60~130℃である請求項1~1のいずれか1項に記載の製造方法。
  20. (A)請求項1~1のいずれか1項に記載の触媒成分と
    (B)一般式A1RX’3-b(Rは水素又は炭素数1~20の炭化水素基であり、X’はハロゲンであ、0<b≦3である。)の有機アルミニウム化合物とを含むことを特徴とするオレフィン重合又は共重合用の触媒。
  21. X’は塩素、臭素又はヨウ素であり、1<b≦3である請求項20に記載の触媒。
  22. 前記有機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、トリノルマルヘキシルアルミニウム、トリ-N-オクチルアルミニウム及びクロロジエチルアルミニウムから選ばれる少なくとも1種であり、及び/又は
    前記有機アルミニウム化合物と前記触媒成分とのモル量の比が5~1000:1でる請求項20に記載の触媒。
  23. 前記有機アルミニウム化合物と前記触媒成分とのモル量の比が10~200:1である請求項22に記載の触媒。
  24. 請求項20~23のいずれか1項に記載の触媒のオレフィン重合における使用。
  25. 請求項20~23のいずれか1項に記載の触媒のエチレンホモ重合又は共重合反応における使用。
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