JPS6166705A - プロピレンの連続気相重合方法 - Google Patents

プロピレンの連続気相重合方法

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JPS6166705A
JPS6166705A JP19037684A JP19037684A JPS6166705A JP S6166705 A JPS6166705 A JP S6166705A JP 19037684 A JP19037684 A JP 19037684A JP 19037684 A JP19037684 A JP 19037684A JP S6166705 A JPS6166705 A JP S6166705A
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武 鈴木
Nobutoshi Komori
信敏 小森
Takehiko Takahashi
武彦 高橋
Kazutsune Kikuta
菊田 一恒
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はポリプロピレンの製造方法に関し、更に詳しく
は、改良された予備重合処理をされた触媒を用いたプロ
ピレンの連続気相重合方法に関する。
従来技術とその問題点 三塩化チタン組成物および有機アルミ ラム化合物を含
有する触媒を用い連続気相法によりポリプロピレンを製
造するに際し、反応器中に大量の気体ちるいは液体のプ
ロピレンを注入し、゛このプロピレンの顕然あるいけ潜
熱によって反応熱を除去する方法が工業的に好ましく行
われており、重合器内の大量の未反応プロピレンガスは
重合器の外に抜き出され、冷却され、時にはその一部が
液化されて重合器に循環される。
この場合、生成したプロピレン重合体あるいは触媒の一
部中でも微粉のものが前記未反応プロピレンガスに同伴
されて反応器から流出し、プロピレン循環系の配管や冷
却器等の機器内に沈着し、ついには系を閉塞させる等の
トラブルの原因になる。閉塞にまで到らなくても、沈着
した微粉が剥がれて重合器に循環されることがあり、こ
のようにして得られた重合体はフィッシュアイやプップ
ッの多い成形品しか与えないため商品価値の乏しいもの
となる。このようなフィッシュアイやブツプツは流出し
た微粉のうち極少量が反応器に循環されただけで発生す
ることから、微粉の流出は極力阻止する必要がある。
一般に触媒粒子の大きさが小さいほど微粒ポリマーが発
生し易く、粒径が1ミクロン以下の触媒は皆無であるこ
とが望ましいが現実にはそのような触媒を経済的に得る
ことは困難であり、粒径が1ミクロン以下の粒子t−0
,01wt%以上含有する触媒を使いこなす必要がある
一方、プロピレンの重合に際し得られる重合体の立体規
則性の向上や触媒の粒子形状および活性の向上のため、
触媒に予め少量のプロピレンを接触させる所謂予備重合
処理はよく知られている。予備重合は不活性溶媒中に懸
濁させた触媒に適せのプロピレンを吸込む溶媒法や液化
プロピレン中に触媒をするバルク法のいずれによっても
可能であるが、気相法によるポリプロピレンの製造の場
合には不活性溶媒の存在は好ましくないためバルク法が
採用される。バルク法による予備重合を回分式で実施す
ると、予備重合器内のスラIJ−a度は時間の経過と共
に増加し、後工程の気相重合器への触媒の連続仕込が不
可能となる。バルク法による予備重合を連続式で行うと
上記回分式での問題は回避できるが、この連続式予備重
合を攪拌fi (ContinuousStirrin
g Tank Reactor ) 1個を用いて実施
したのでは後工程のプロピレンの連続気相重合時に前記
の微粉の流出という問題は解決されなかった。
問題を解決するための手段 本発明者らはプロピレンの連続気相重合法における微粉
の流出防止について観意研究の結果、粒径が1ミクロン
以下の粒子を0.01 wt%以上含有するチタン含有
組成物と有機アルミニウム化合物とを主成分とする触媒
を液化プロピレンと接触させて連続予備重合処理し、引
き続いてプロピレンの連続気相重合に使用するに際し、
(4)平均粒径(メジアン径; dc )が7ないし1
00ミクロンであるようなチタン含有組成物を用b1[
F])連続予備重合帯でのチタン含有組成物の滞留時間
分布を、t/i≦0.4の粒子が25wt%以下(ここ
で、t:粒子の滞留時間、i:全粒子の平均滞留時間)
となるようにし、かつ、C)連続予備重合処理における
触媒効率(チタン含有組成分11/当りの重合体y数)
を10〜2000とすることにより所期の目的が達せら
れることを知り本発明を完成するに到った。
作用 本発明で使用する触媒はプロピレンの立体規則性重合反
応に一般的に使用される触媒であり、チタン含有組成物
と有機アルミニウム化合物、更に必襞に応じ電子供与性
化合物とから構成される。ここでチタン含有組成物とし
ては四塩化チタンを種々の方法で還元したものΦこれら
をさらに粉砕して活性化したもの■、■あるいは■の組
成物を電子供与性化合物と共扮砕したもの■、四塩化チ
タンをエーテル化合物の存在下で有機アルミニウム化合
物で還元したもの■、三塩化チタン組成物を錯化剤で処
理しさらに四塩化チタンで活性化処理したもの0、また
三塩化チタンをマグネシウム化合物上に担持させたもの
O等を例示することができる。
従来一般に市販ないし製造されている上記チタン含有組
成物には粒径が1ミクロン以下の微粉が0.01〜0.
5 wt%含有されており、プロピレンの気相重合時の
トラブルの原因となっていた。本発明では平均粒径(メ
ジアン径)が7〜100ミクロン、好ましくは12〜7
0ミクロンの上記チタン含有組成物を使用する。この範
囲のチタン含有組成物を使用することにより上記微粉に
因るトラブルを解消することが出来る4、平均粒径が7
ミクロン未満のものではプロピレンの連続気相重合時に
触媒や重合体の微粒子の流出によるトラブルを防ぐこと
ができない。
また、平均粒径が100ミクロンを超えると、上記微粉
流出トラブルは減少するが触媒の活性が著しく低下し、
得られる重合体の物性も劣ったものとなるので好ましく
ない。チタン含有組成物が粒径1ミクロン以下の微粉の
含有量が0、01 wt%に達しないものであれば微粉
流出のトラブルがほとんど発生しないので本発明を利用
する必要がない。
有機アルミニウム化合物としては、一般式AtRmXa
−m (Rm水素または炭素数1〜1oの炭化水素基、
特にアルキル基、X−ハロゲンまたは炭素数1〜12の
フルコキシル基、1≦m≦3)で表わされる化合物が適
当であり、具体的には、トリエチルアルミニウム、トリ
ーn −プロピルアルミニウム、トリー1so−ブチル
アルミニウム、ジエチルアルミニウムクロライド、ジー
1so−ブチルアルミニウムクロライド、ジエチルアル
ミニウムアイオダイドなどがあり、これらは混合物で用
いることもできる。これら有機アルミニウム化合物はチ
タン含有組成物11当り1〜500 mmolの割合で
使用するが、ることも各工程に分割使用することも可能
である。
本発明では触媒の性能同上を図るため必要に応じて各種
の電子供与性化合物を予備活性化工程、予備重合工程あ
るいは連続気相重合工程のいずれかのあるいは全ての工
程において使用することができる。そのような電子供与
性化合物としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロ7
ラン等のエーテル類、ギ酸メチル、メタクリル酸メチル
等のカルボン酸エステル類、メチルエチルケトン、アセ
トフェノン等のケトン類、アセトアルデヒド、ベンズア
ルデヒド等のアルデヒド類、ジエチルアミン、アニリン
、アセトニトリル、アクリルアミド、テトラメチル尿素
等の窒素化合物、トリフェニルホスフィン、トリフェニ
ルホスファイト、トリフェニルホスフェート等のリン化
合物、二硫化炭素、メチルフェニルスルホン等の硫黄化
合物、トリフェニルメトキシシラン、フェニルトリエト
キシシラン等のシラン類等が挙げられる。これら電子供
与性化合物はチタン含有組成物1g当り10 〜10”
mmotの割合で使用される。
上記チタン含有組成物、有機アルミニウム化合物および
必要に応じて使用される電子供与性化合物は精製された
不活性溶媒、例えば液化プロパン、液化イソブタンある
いはn−ヘキサン等の中で、通常チタン含有組成物の濃
度が0.1〜10wt%の触媒に調製される。得られた
触媒(M濁液)はそのま\連続予備重合器に供給するこ
とが出来るが、その前に触媒活性を向上させるための予
備活性化処理することも出来る。
予備活性化処理は上記触媒懸濁液に少量のエチレンある
いはプロピレンを供給し、チタン含有組成物1v当り1
0f程度以下の重合物を生成させることで達成される。
上記予備活性化処理を受けたあるいは受けない触媒は一
基又は二基以上の反応器から成る連続予備重合器に供給
され液化プロピレンによる連続予備重合処理される。連
続予備重合は連続予備重合帯でのチタン含有組成物の滞
留時間分布を、t/6≦0.4の粒子が25wt%以下
、好ましくは19wt%以下、さらに好ましくは0wt
%(ここで、t:粒子の滞留時間、i:全粒子の平均滞
留時間)となるように行なう。t/i≦0.4の粒子が
25wt%を超すような条件で予備重合を行なうと、こ
のようにして得られた予備重合触媒を用いた連続気相重
合において重合器からの微粉の流出を阻止することが出
来ず、本発明の目的が達成されない。連続予備重合帯は
連続予備重合器の入口から出口までと実質的に一致する
一般に反応器内の流体は押出し流れと完全混合流れとの
間の挙動を示し、反応器の混合特性に応じて滞留時間分
布が変化する。反応器の混合特性を知る方法としては、
反応器入口でトレーサーを注入し、出口での濃度変化を
経時的に測定すれば良く、これにはステップ応答法とパ
ルス応答法とがあることは化学工学の教える所であり(
岩波全舊255r化学工学璽第6章」、「化学便覧」改
訂囲板tg20章等)、本発明におけるチタン含有組成
物の連続予備重合帯における滞留時間分布を上記範囲に
納めることは反応器の渋式、攪拌の程度等を変化させな
がらその混合特性を実測することによシ達成できる。
連続予備重合器の好ましい例として等しい容積の攪拌槽
型反応器あるいは管型反応器を被数個直列に用いた重合
器(g1図、B−L)を示すことができる。また1個の
攪拌槽型反応器を用い、流出する予備重合触媒スラリー
を液化プロピレンによる向流洗浄塔あるいは液体サイク
ロンで処理し、該スラリー中の微粒子を分離し元の反応
器に還流させる方法も好ましく用いる ・ことができる
。連続予備重合器として管型反応器を用いる場合には、
予備重合触媒スラリーの沈降を防ぐために、管内の液化
プロピレンの線速度を20CMl東以上、好ましくは3
01/武以上に保つことが好Iしい。連続予備重合器が
管型反石器のみから成る場合には、該反応器の長さと直
径の比(L/D )を100以上とすることが好ましい
。L/Dが100未満では、上記の液化プロピレンの線
速度では予備重合に必要な滞留時間が得られず、かつ、
液化プロピレンの使用量が増大し、後工程の連続気相重
合器に必要以上の液、化プロピレンが供給されることに
なり気相重合の実施が困難となるので好ましくない。
本発明では液化プロピレンによる触媒の連続予備重合処
理は触媒効率(チタンぎ有組成吻1f当りの重合体のL
数)が10〜2000の範囲、好ましくは50〜150
0の範囲で行われる。連続予備重合処理における触媒効
率が10未満では後工程のプロピレンの連続気相重合工
程における未反応ガス流への微粉の流出を防止すること
ができない。触媒効率が2000を超ばならず、反応器
の大形化を招き、大量の液化プロピレンを取扱わねばな
らなくなる等の不都合を生ずる。
液化プロピレンによる連続予備重合の温度、圧力および
時間には一界的な制限はなく、20〜80℃、15〜4
0 kg/cd −G、 30秒〜30分間の範囲で実
施することができる。また連続予備重合器から排出され
るプロピレン重合体を含有する触媒のスラリー4度は3
〜55重量%、なかでも5〜40重量%の範囲から選定
することが取扱い易く好適である。連続予備重合に際し
、水素を添加して重合体の分子iを制御することが可能
であり、エチレン、ブテン−1等の他のα−オレフィン
を5重合%以下含有する液化プロピレンを用いることも
可能である。
連続予備重合によって得られる重合体の量は、後工程の
連続気相重合終了時の重合体量の20%以下、更には1
0%以下とすることが好ましい。予備重合体の量が全体
の20%を超すと予備重合の設備が大型化し過ぎて好ま
しくない。
液化プロピレンによる連続予備重合処理を受けた触媒は
プロピレンの連続気相重合器に連続的に供給される。連
続気相重合器への供給は、予備重合触媒スラリーを重合
器内にスプレーする方法、あるいは予備重合触媒スラリ
ーを連続的に加熱および/または減圧することにより液
化プロピレンの全量を気化させ気−固混−相流として重
合器に供給する方法が使用できる。特に後者の方法によ
ればチタン含有組成物に対する有機アルミニウム化合物
の添加量を大巾に低下させても気相重合における充分な
触媒活性が得られるので好ましい実施態様である。
プロピレンの連続気相重合器としては、触媒や重合体粉
体を機械的に攪拌する攪拌機付反応器あるいは流動床式
反応器を使用することができ、複数の反応器を直列に結
合して使用することも可能である。
本発明に係る連続気相重合方法によって得られる重合体
は、プロピレンの単独重合体の他プロピレンを主成分と
しエチレンおよび炭素数4〜8のa−オレフィンから選
ばれた共重合成分とから成る二元系あるいは三元系のラ
ンダム共重合体およびブロック共重合体が挙げられる。
重合温度は5〜90’C,好ま゛しくは40〜80°C
1さらに好ましくは50〜75°Cであり、重合圧力と
しては1〜4oH7t−tt−a、重合時間は10分間
〜10時間、好ましくは30分間〜5時間である。重合
器に水素を供給することにより重合体の分子量をMFR
−0,01〜1000の範囲に制御することができる。
重合器に供給されるモノマーは液状またはガス状のいず
れでも良い。反応熱はモノマーの顕熱あるいは蒸発潜熱
により除去することが可能であり、反応器にジャケット
を設けて冷却することもできる。
重合器から流出した未反応上ツマ−は加圧、5冷却後重
合器にリサイクルされるが、部分的に凝縮させる場合に
は気相部と液相部を別々のルートで重合器にリサイクル
することが好ましい態様である。重合器内で生成した重
合体は小蓋の未反応モノマーを同伴して減圧槽に抜出さ
れ次工程に送られる。
以下、実施例、比較例により本発明を説明する。
実施例、比較例にて使用するチタン含有組成物は窒素雰
囲気下に保存した。
チタン含有組成物囚の調製 容t15gのかくはん機付き反応器(回転数200 r
Pm )の内部を窒素雰囲気に保ち、ノルマルヘキサン
2.71と四塩化チタン0.69#を投入し、O″Cに
冷却した、つづいてn−ヘキサン3.41とジエチルア
ルミニウムクロライド(以下DEACと略す)0.78
1′ft:0℃で4時間にわたり添加した。その後1時
間かきまぜ、さらに65゛Cで1時間攪拌して反応を行
った後、室温まで冷却して静置した。上層の液相部を分
離し沈降層の固体をn−ヘキサンで5回洗浄した。つぎ
に該固体にn−ヘキサン9.81およびジイソアミルエ
ーテル1.371を加え、35℃で100分間攪拌して
反応させた。反応後装置して上澄液を分離して残った沈
降層の固体生成物をn−ヘキサンで洗浄した後、n−ヘ
キサン3.91および四塩化チタン1.01を60分間
にわたり加え、65℃で2時間攪拌し、静置後上澄液を
除き、得られた沈殿物をn−へキサンで洗浄し、減圧下
に乾燥させてチタン含有組成物(A) 1 kliを得
た。
チタン含有組成物の)の調製 窒素置換されたガラス製2001反応器に四塩化チタン
40グラムモル(以下単にモルであられす)を入れ加熱
して35°Cに保持した。この四塩化チタンに、つぎの
反応液すなわちn −ヘキサン6.01!、DEAC5
モルおよびジイソアミルエーテル12モルの混合物を2
5℃で1分間で混合し、さらに5分間反応させた反応生
成物(ジインアミルエーテル/D g A Cモル比:
2.4/1)を35°Cで30分間滴下しながら添加し
た。この四塩化チタンの反応混合物は、その後30分3
5°Cに保ち、ついで75°Cに昇温させて1時間反応
させ、固体の沈澱物を生じた。該混合物を室温(20°
C)まで冷却して静置し、沈澱物と上澄液に分離させ、
反応器を傾斜させて上澄液を除去した。ついで上澄液除
去〈操作を4回繰り返した。かかる処理後の該沈澱物を
、共存するn−ヘキサンを減圧蒸発乾固させて固体生成
物1.9 &9を得た。ついで、この固体生成物の全量
をガラスg2oo1反応器に入れ、n−ヘキサン301
を加えて攪拌して懸濁させ、20°Cでジインアミルエ
ーテル1.61gと四塩化チタン351を加えて65°
Cで1時間反応させた。この反応後室温まで冷却し、静
置して沈澱物(以下第2沈澱物)t−分離させた上澄液
を傾斜させて除去した。、ついで上澄液除去後の第2沈
澱物にn−ヘキサン401を加えて10分間攪拌混合後
デカンテーションにより上澄液を除く操作を4回繰返し
た。ついで、この固体生成物を減圧下で乾燥させチタン
含有組成物(B) 1. s tgを得九。
チタン含有組成物■の調製 攪拌機付反応器(容量10(1)にn−ヘキサン301
.無水塩化マグネシウム4.8kq、無水塩化アルミニ
ウム470gおよび2−エチル−1−ヘキサノール19
.4 kQを投入し、130℃に加熱しながら1時間攪
拌して溶解させた。
この溶液を70°Cに冷却し、安息香酸エテル8、2 
kgを加え1時間反応させた後、攪拌しながら四塩化ケ
イ素52に9を2時間かけて添加し、更に1時間攪拌し
た。析出した固体生成物(1)を戸別し、n−ヘキサン
各1001で5回洗浄し、熱器3により液化プロピレン
の全量を気化させて気−固混合相流として重合器に供給
した。プロピレンガスを重合器の下部の多数の吹込口6
から供給して攪拌羽根4による粉体床の流動化を助ける
と共に、液化プロピレンを重合器の上部の多数の注入ロ
アから供給してその気化熱により反応熱を除した。重合
器より流出する未反応プロピレンは同伴する微粉をサイ
クロン8で除去した後、圧j!M@C図示せず)で加圧
し、凝縮器9で冷却してその一部を凝縮させた。セパレ
ーター10で分離された凝縮部は重合器上部へ、非凝縮
部は重合器下部へそれぞれ再供給した。得られた重合体
は重合体抜出口11より連続的に抜き出した。重合体の
分子fは気相中の水素濃度によって、重合時間(−1’
均滞留時間)は粉体床の深さによってそれぞれ制御した
実施例1〜7および比較例1〜7はプロピレンの単独重
合を行った。実施例8.9はプロピレンとエチレンの、
実施例10,114プロピレン・エチレン・フ゛テン−
1のそれぞれう/ダム共重合を行った。実施例12.1
3はプロピレンとエチレンのブロック共重合を行った。
ブロック共重合では、第1段として前記の横型重合器(
L/D−6、内容8101)Cプロピレンの単独重合を
行い、得られた重合体を攪拌羽根を有オる横型重合器(
L/D−6、内容積501、回転数4 Orpm ) 
(図示せず)に移してエチレンとプロピレンの連続気相
共重合を行った。
これら実施例および比較例における反応条件、微粉の流
出量ならびに重合体の性状を第2表に示した。なお第1
表および#I2表中に示されたデータの測定方法ならび
く用語、記号の定義を以下に示す。
有機アルミニウム化合物(Org、 Ag :DEAC
= ジエチルアルミニウムクロライドTEA−)リエチ
ルアルミニウム TIBA−)リインブチルアルミニウムTEA−)ジエ
チルアルミニウム 電子供与性化合物(Else、 Donner ) :
G■ジエチレングリコールジメチルエーテルHIII+
メチルメタクリレート I−エチルパラアニセート J−硫化水素/γ・コリジン(モル比1/1混合物) K−ジフェニル・ジメトキシ・シラン チタン含有組成物の粒度分布:セイシン企業■喪のミク
ロンフォトサイザーを用いて測定した。
連続予備重合器内の滞留時間分布ニドレーサーを用いた
パルス応答試験により測定した。
触媒効率:チタン含有組成物1 kg当りの重合体収量
(kq ) MFR:ASTM  D1238(230”C)による
流動指数 水素9度:を合器気相部の濃度、ガスクロマトグラフで
測定した。
微粉生成量:全生成重合体骨に対するサイクロン8で捕
集された重合体の枡 FE:得られンを重合体を厚さ4oミクaンのフィルム
とし、1m当りに出現するフィッシュアイの数 共重合体組成:赤外分光光度法により測定した。
発明の効果 上記各課に示されたデータからも明らかなように、本発
明の方法を実施することによシ、1ミクロン以下の粒子
’fr O,01wt%以上含有するようなチタン含有
組成物を触媒成分として用いても連続気相重合器からの
微粉の流出を防ぐことができ、このような微粉の流出に
起因するプロセス上のトラブルを解消して長期間の安定
した運転が可能となった。本発明のM2の効果は、フィ
ッシュアイやプツの少い優れた成形品を与える重合体を
得ることが可能になった。本発明の第3の効果は、連続
予備重合処理を受けた触媒を気−固混合相流として連続
気相重合器に供給することにより、有機アルミニウム化
合物の使用椙−を大巾に低下させることを可能とした。
【図面の簡単な説明】
第1図は連続予備重合に用いた各種型式の重合器の模式
図。第2図は連続気相重合装置の系総図。 1:予備重合器、3:加熱器、5:重合器、8:サイク
ロン、10:セパレーター、ll:重合体抜出口 以上

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)粒径が1ミクロン以下の粒子を0.01wt%以
    上含有するチタン含有組成物と有機アルミニウム化合物
    とを主成分とする触媒を液化プロピレンと接触させて連
    続予備重合処理し、引き続いてプロピレンの連続気相重
    合に使用するに際し、 (A)平均粒径(メジアン径;dc)が7ないし100
    ミクロンであるようなチタン含有組成物を用い、 (B)連続予備重合帯でのチタン含有組成物の滞留時間
    分布を、t/@θ@≦0.4の粒子が25wt%以下(
    ここで、t:粒子の滞留時間、@θ@:全粒子の平均滞
    留時間)となるようにし、かつ、 (C)連続予備重合処理における触媒効率(チタン含有
    組成分1g当りの重合体のg数)を10〜2000とす
    ることを特徴とするプロピレンの連続気相重合方法。
  2. (2)チタン含有組成物の平均粒径(メジアン径)が1
    2〜70ミクロンであり、該チタン含有組成物の連続予
    備重合帯での滞留時間分布がt/@θ@≦0.4の粒子
    が19wt%以下であり、かつ、該連続予備重合処理に
    おける触媒効率が50〜1500である特許請求の範囲
    第1項記載の連続気相重合方法。
  3. (3)チタン含有組成物の連続予備重合帯での滞留時間
    分布がt/@θ@≦0.4の粒子が実質的に零である特
    許請求の範囲第1項もしくは第2項記載の連続気相重合
    方法。
  4. (4)触媒の連続予備重合処理をL/D(長さ/直径)
    が100以上の管状重合器を用い、かつ、液化プロピレ
    ンの線速度が20cm/sec以上で行う特許請求の範
    囲第3項記載の連続気相重合方法。
  5. (5)触媒を連続予備重合処理して得られるスラリーを
    共存する液化プロピレンの実質的に全量を気化させた後
    連続気相重合に供する特許請求の範囲第1項記載の連続
    気相重合方法。
  6. (6)触媒の連続予備重合処理時のスラリー濃度が5〜
    40wt%である特許請求の範囲第5項記載の連続気相
    重合方法。
  7. (7)触媒の連続予備重合処理時のプロピレンの重合量
    が、全重合量(後工程の連続気相重合工程を含めた、触
    媒の単位重量当りの重合体の重量)の10%以下である
    特許請求の範囲第1項記載の連続気相重合方法。
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