JPS6258612B2 - - Google Patents

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JPS6258612B2
JPS6258612B2 JP58042471A JP4247183A JPS6258612B2 JP S6258612 B2 JPS6258612 B2 JP S6258612B2 JP 58042471 A JP58042471 A JP 58042471A JP 4247183 A JP4247183 A JP 4247183A JP S6258612 B2 JPS6258612 B2 JP S6258612B2
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JP
Japan
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compound
catalyst
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gas
ethylene
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JP58042471A
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Japanese (ja)
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Eritsuku Wagunaa Baakuhaado
Jon Karoru Furederitsuku
Renaado Geeke Jooji
Jeimuzu Yorugensen Robaato
Furiisu Nirusu
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Union Carbide Corp
Original Assignee
Union Carbide Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、MgとTiを含む高活性の錯体触媒を
用いてエチレンを低温気相法で接触単独重合させ
ることにより、0.958〜0.972の密度および22〜32
のメルトフロー比を有するホモポリマーを生成す
ることに係わる。 密度0.96、メルトインデツクス5〜50範囲の
エチレンホモポリマーが、その分子量分布におい
て比較的狭ければ、それは、すぐれた衝撃強度特
性を必要とする射出成形用途で有用となる。而し
て、米国特許第3023203号、同第4003712号および
同第3709853号に記載の触媒および低圧気相法を
用いて、密度0.96、メルトインデツクス20の
エチレンポリマーを製造することができる。しか
しながら、これらの特許に夫々開示された担体付
き酸化クロム、クロム酸シリルおよびクロムセン
触媒を使つて製造されたポリマーは、35のメル
トフロー比によて立証されるように分子量分布が
比較的広い。それ故、すぐれた衝撃強度特性を必
要とする射出成形に上記特許のポリマーを使用す
ることにはかなりの制約がある。従つて、分子量
分布の比較的狭いエチレンポリマーの気相法によ
る容易な製造を可能にする触媒を提供することは
望ましい。 米国特許第3709853号、同第4003712号および同
第4011382号、カナダ国特許第991798号並びにベ
ルギー国特許第839380号の流動層プロセスの如き
気相法において工業上有用であるためには、使用
触媒は活性の高い触媒でなければならない。すな
わち、使用触媒は、該触媒の主要金属1lb(0.45
Kg)につき50000lb(22700Kg)好ましくは
100000lb(45400Kg)のポリマー生産性を示さね
ばならない。これは、かかる気相法が通常、触媒
残留物を除去するためのいかなる手順も用いない
ことからこのようになる。かくして、ポリマー中
の触媒残留物は、それが樹脂の二次加工業者およ
び(又は)最終消費者によけいな問題を何ら引起
すことなくポリマー中に残存しうるよう非常に少
くなければならない。このような流動層プロセス
で高活性触媒が首尾よく用いられるとき、樹脂の
重金属含量は、主要金属で、50000の生産性レ
ベルでは20ppm程度、100000の生産性レベ
ルでは<10ppm程度、そして300000の生産性
レベルでは3ppm程度である。触媒残留物が少
いということはまた、触媒が或る種のいわゆるチ
ーグラー触媒又はチーグラー‐ナツタ触媒に使わ
れる塩化チタン、塩化マグネシウムおよび(又
は)塩化アルミニウムの如き塩素含有物質によつ
てつくられているときに重要となる。なぜなら、
成形用樹脂中の残留塩素値が高いと、成形装置の
金属表面に点蝕ないし腐蝕が生ずるからである。
而して、残留Cl値が200ppm程度になると、工
業上用いられない。 米国特許第3989881号には、2.7〜3.1の比較的
狭い分子量分布(Mw/Mn)を有するエチレン
ポリマーをスラリー重合条件下で製造すべく高活
性触媒を用いることが開示されている。然るに、
米国特許第4011382号およびベルギー国特許第
839380号に用いられたと同様の装置および条件を
使い流動層プロセスでエチレン単独又はエチレン
とプロピレンを気相重合させて分子量分布の狭い
ポリエチレンを製造するために、上記米国特許第
3989881号に記載のものと同様の触媒を用いる試
みがなされたが、これらはいずれも不首尾に終つ
た。また、米国特許第3989881号のスラリー状触
媒系で溶剤の使用を避けるために、Ti/Mg含有
成分が乾燥処理された。しかしながら、この乾燥
物は粘稠なガム質の自然発火性組成物であり、さ
らさらした自由流動形態でないため、反応器に容
易に供給することができなかつた。この流動性を
改善すべくシリカとブレンドし、そのあとで反応
器に装入したときも、工業的に受容される結果は
得られなかつた。すなわち、触媒の生産性は低
く、触媒は自然発火性で取扱いにくく、或はポリ
マー生成物は、流れ特性の非常に低い而して流動
しにくい針状形で得られた。 米国特許第4124532号には、高活性触媒を使つ
たエチレンとプロピレンとの重合が開示されてい
る。この触媒は、マグネシウムとチタンを含みう
る錯体よりなる。かかる錯体は、電子供与体化合
物中でハロゲン化物MX2(ここでMはMgとする
ことができる)と化合物M′Y(ここでM′はTiと
し得、またYはハロゲン又は有機基である)とを
反応させることによつて調製される。そのあと、
錯体は結晶化、溶剤の蒸発又は沈澱によつて単離
される。 重合は、この錯体触媒とアルキルアルミニウム
化合物を使つて実施される。 しかしながら、上記米国特許第4124532号に
は、本発明に記載の望ましい結果を達成する特別
な技法若しくは触媒の製造法が開示されていな
い。この特別な技法を用いずに米国特許第
4124532号に記載の触媒を使つても、ポリエチレ
ンを商業ベースで生産する工業的な流動層プロセ
スにはならない。 米国特許第3922322号および同第4035560号に
は、<1000psi(70.3Kg/cm2)の圧力下気相流動層
プロセスで粒状エチレンポリマーを製造するのに
いくつかのTi―Mg含有触媒を用いることが開示
されている。しかしながら、これらの方法でかか
る触媒を用いることには重大な欠点がある。米国
特許第3922322号の実施例に依れば、該特許の触
媒は、非常に多い残留触媒量すなわち約100ppm
のTiと300ppmより多いClを含むポリマーをもた
らす。なお、この米国特許の実施例に開示される
如く、触媒はプレポリマーの形で用いられるの
で、反応器には非常に多容量の触媒組成物を供給
せねばならない。かくして、この触媒の製造およ
び使用には、これを製造し、貯蔵し、且つ輸送す
るのに可成り大きな装置を用いる必要がある。 米国特許第4035560号の触媒も亦明らかに、残
留触媒の多いポリマーをもたらし、しかも触媒組
成物は、それに用いられる還元剤の種類および量
から明らかに自然発火性である。 然るに、特定の賦活性条件下有機アルミニウム
化合物と不活性担体物質により後述の如く調製し
た高活性マグネシウム‐チタン錯体触媒の存在で
エチレンを単独重合させるなら、0.96〜0.97の密
度範囲および22〜32のメルトフロー比を有し、残
留触媒がかなり低いエチレンホモポリマーが工業
用にかなり高い生産性を以て低圧気相法により製
造しうることが予想外にも発見された。 本発明の一つの目的は、約0.96〜0.97の密度、
約22〜32のメルトフロー比および比較的低い残留
触媒量を有するエチレンホモポリマーを、低圧気
相法でかなり高い生産性を以て製造する方法を提
供することである。 本発明の他の目的は、種々の最終用途に有用な
エチレンホモポリマーを容易に製造することので
きる方法を提供することである。 本発明の更に他の目的は、種々の新規なエチレ
ンホモポリマーとそれより製造される成形品を提
供することである。 以下、本発明の好ましい具体化について説示す
る。 低いメルトフロー比を有する本発明の所期エチ
レンホモポリマーは、下記の如き特定の組合せ作
業条件下、また後述するような特定の高活性触媒
の存在でモノマー装入物を重合させるとき低圧気
相流動層反応で比較的高い生産性を以て容易に製
造することができる。 エチレンホモポリマー 本ホモポリマーは、22〜32好ましくは25〜30の
メルトフロー比を有する。このメルトフロー比の
値はポリマーの分子量分布を示す別の手段でもあ
る。かくして、22〜32範囲のメルトフロー比
(MFR)は約2.7〜4.1範囲のMw/Mn値に相当
し、また25〜30範囲のMFRは2.8〜3.6範囲の
Mw/Mnに相当する。 ホモポリマーは0.958〜0.972好ましくは0.961〜
0.968の密度を有する。 ホモポリマーのメルトインデツクスは分子量に
よつて異なる。分子量の比較的高いポリマーはメ
ルトインデツクスが比較的低い。超高分子量エチ
レンポリマーは約0.0の高荷重メルトインデツク
ス(HLMI)を有し、また非常に高分子量のエチ
レンポリマーは0.0〜1.0の高荷重メルトインデツ
クス(HLMI)を有する。かかる高分子量ポリマ
ーを慣用の射出成形装置で成形することは不可能
でないとしてもむづかしい。他方、本発明の方法
で製造したポリマーは慣用装置で容易に成形する
ことができる。それは、0.0〜50好ましくは0.5〜
35の標準荷重メルトインデツクスおよび11〜950
の高荷重メルトインデツクスを有する。本発明の
方法で製造せるポリマーのメルトインデツクス
は、反応の重合温度および反応系の水素/モノマ
ー比の組合せ関数である。かくして、メルトイン
デツクスは、重合温度を高め、且つ(或は)水
素/モノマー比を高めることによつて上昇せしめ
られる。 本発明のホモポリマーは不飽和基含量として、
炭素原子1000個につき1個通常0.1〜0.3のC=
Cを有し、また約3重量%未満好ましくは約2重
量%未満のシクロヘキサン抽出分を有する。 本発明のホモポリマーは、チタン金属に換算し
た残留触媒量(ppm)として、50000の生産性
では0より多く20ppm以下程度、100000の生
産性では0より多く10ppm以下程度、そして
300000の生産性では0より多く3ppm以下程度を
示す。Cl,Br又はI残分については、本発明の
ホモポリマーは、先駆体のCl,Br又はI含量に
依拠したCl,Br又はI含量を有する。初期先駆
体のTi/Cl,Br又はI比から、チタン残分のみ
に基づく生産性の情報よりCl,Br又はI残分を
算出することができる。触媒系のCl含有成分
(Cl/Ti=7)のみを使つて製造した本発明のホ
モポリマーの多くの場合、50000の生産性では
0より多く140ppm以下のCl残留分、100000の
生産性では0より多く70ppm以下のCl含量、そ
して300000の生産性では0より多く21ppm以
下のCl含量を算出することができる。本発明の
方法では、約300000までの生産性を以て容易にホ
モポリマーが製造される。 本発明のホモポリマーは、直径で約0.005〜
0.06in(0.013〜0.15cm)好ましくは約0.02〜
0.04in(0.05〜0.10cm)程度の平均粒度を有する
粒状物質である。粒度は、後述の如く流動層反応
器でポリマー粒子を容易に流動化させるために重
要である。本発明のホモポリマーは約18〜32lb/
ft3(288〜513Kg/m3)好ましくは25〜32lb/ft3
(401〜513Kg/m3)のかさ密度を有する。 高活性触媒 本発明に用いられる高活性触媒を形成するのに
使われる化合物は、下に定義する如きチタン化合
物少くとも1種、マグネシウム化合物少くとも1
種、電子供与体化合物少くとも1種、活性剤化合
物少くとも1種、不活性担体物質少くとも1種よ
りなる。 チタン化合物は構造 Ti(OR)ab を有する。 式中RはC1〜C14の脂肪族若しくは芳香族炭化
水素基又はCOR′(ここでR′はC1〜C14の脂肪族
若しくは芳香族炭化水素である)であり、 XはCl,Br,I又はこれらの混成物よりなる
群から選ばれ、 aは0、1又は2であり、bは2〜4であり、
そしてa+b=3又は4である。 チタン化合物は別個に又はそれらの混合形で用
いることができ、それにはTiCl3,TiCl4,Ti
(OC6H5)Cl3,Ti(OCOCH3)Cl3およびTi
(OCOC6H5)Cl3が包含される。 マグネシウム化合物は構造 MgX2 (ここでXはCl,Br,I又はこれらの混成物
よりなる群から選ばれる)を有する。かかるマグ
ネシウム化合物は個々に又はそれらの混合形で用
いることができ、それにはMgCl2,MgBr2および
MgI2が包含される。無水のMgCl2が特に好ましい
マグネシウム化合物である。 本発明に用いられる触媒を製造する際、マグネ
シウム化合物の使用量はチタン化合物1モル当り
約0.5〜56モル好ましくは約1〜10モルである。 チタン化合物とマグネシウム化合物は、これら
が電子供与体化合物に容易に溶ける形態で使用さ
れるべきである。電子供与体化合物については以
下に説示する。 電子供与体化合物は、チタン化合物とマグネシ
ウム化合物とが部分的ないし完全に可溶な、25℃
で液体の有機化合物である。電子供与体化合物は
それ自体既知であり、さもなくば、ルイス塩基と
して知られている。 電子供与体化合物には、脂肪族および芳香族カ
ルボン酸のアルキルエステル、脂肪族エーテル、
環状エーテルおよび脂肪族ケトンが包含される。
かかる電子供与体化合物として好ましいものは、
C1〜C4飽和脂肪族カルボン酸のアルキルエステ
ル、C7〜C8芳香族カルボン酸のアルキルエステ
ル、C2〜C8好ましくはC3〜C4脂肪族エーテル、
C3〜C4環状エーテル好ましくはC4環状モノ―又
はジエーテル、C3〜C6好ましくはC3〜C4脂肪族
ケトンである。最も好ましい電子供与体化合物と
して、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、ジオキサン、アセトンおよびメチルイソ
ブチルケトンが包含される。 電子供与体化合物は個々に又はそれらの混合形
で用いることができる。 電子供与体化合物の使用量はTi1モル当り約2
〜85モル好ましくは約3〜10モルである。 活性剤化合物は構造 Al(R″)cX′dHe (ここでX′はCl又はORであり、R″およびR
は同じか又は別異にしてC1〜C14飽和炭化水素
基であり、 dは0〜1.5であり、eは1又は0であり、そ
してc+d+e=3である)を有する。 かかる活性剤化合物は個々に又はそれらの混合
形で用いることができ、それには、Al
(C2H53,Al(C2H52Cl,Al(iso‐C4H93,Al2
(C2H53Cl3,Al(iso‐C4H92H,Al(C6H133
Al(C8H173,Al(C2H52HおよびAl(C2H52
(OC2H5)が包含される。 本発明に用いられる触媒を賦活する際チタン化
合物1モル当りの活性剤化合物の使用量は10〜
400モル好ましくは10〜100モルである。 担体物質は、触媒組成物の他の成分および反応
系の他の活性成分に不活性な多孔質固体の粒状物
質である。これらの担体物質には、酸化けい素お
よび酸化アルミニウムの如き無機物質、モレキユ
ラーシーブ、並びにポリエチレンの如きオレフイ
ンポリマーが含有される。担体物質は、10〜250
μ好ましくは50〜150μの平均粒度を有する乾燥
粉末形状で用いられる。それはまた、好ましくは
多孔質で、3m2/g好ましくは50m2/gの表
面積を有する。担体物質は乾燥状態すなわち吸着
水のない状態にすべきである。担体物質の乾燥
は、これを600℃の温度で加熱することにより
実施される。別法として、200℃の温度で乾燥
した担体物質を上記の1種又は2種以上のアルミ
ニウムアルキル化合物約1〜8重量%で処理する
ことができる。このようなアルミニウムアルキル
化合物による担体の改質によつて、活性の高い触
媒組成物が取得され、また生成せるエチレンポリ
マーの粒子形態が改善される。 触媒の製造 本発明に用いられる触媒は、先ず、チタン化合
物、マグネシウム化合物および電子供与体化合物
から先駆体組成物を下記の如く調製し次いで該先
駆体組成物を担体物質と活性剤化合物で後述の如
き1段法又は2段ないしそれ以上の多段法で処理
することにより製造される。 先駆体組成物は、電子供与体化合物に20℃から
該化合物の沸点範囲の温度でチタン化合物とマグ
ネシウム化合物とを溶解させることによつて形成
される。チタン化合物は、マグネシウム化合物の
添加前ないし添加後或はそれと同時に電子供与体
化合物に加えることができる。チタン化合物とマ
グネシウム化合物の溶解は撹拌によつて促進する
ことができ、また或る場合には、これら両化合物
を電子供与体化合物中で還流させることにより促
進することができる。チタン化合物とマグネシウ
ム化合物とを溶解させたのち、ヘキサン、イソペ
ンタン又はベンゼンの如きC5〜C8脂肪族若しく
は芳香族炭化水素による沈殿又は晶出によつて先
駆体組成物を分離することができる。 この沈殿し又は晶出せる先駆体組成物は、平均
粒度10〜100μ、かさ密度18〜33lb/ft3(228〜
529Kg/m3)の微細な自由流動性粒子形状をなし
て単離されうる。この先駆体組成物の粒度は、晶
出速度又は沈殿速度によつて制御することができ
る。 先駆体組成物を上述の如く製造するとき、それ
は式 MgnTi1(OR)op〔ED〕q を有する。 式中EDは電子供与体化合物であり、 mは0.5〜56好ましくは1.5〜5であり、 nは0又は1であり、 pは2〜116好ましくは〜14であり、 qは2〜85好ましくは4〜11であり、 RはC1〜C14脂肪族若しくは芳香族炭化水素基
又はCOR′(ここでR′はC1〜C14脂肪族若しくは
芳香族炭化水素基)であり、 XはCl,Br,I又はこれらの混成物よりなる
群から選ばれる。 元素チタン(Ti)の右下に記した文字はアラ
ビア数字の1である。 本発明の方法において、完全に賦活された触媒
の重合活性は非常に高く、そのため反応速度を効
果的に制御するには、先駆体組成物を担体物質で
稀釈することが必要である。先駆体組成物の稀釈
は、該組成物をのちに示すように部分的ないし完
全に賦活する前に或はかかる賦活と同時に遂行す
ることができる。また、先駆体組成物の稀釈は、
担体物質1重量部に0.033〜1好ましくは0.1〜
0.33部の先駆体組成物を機械的に混合することに
よつて達成される。 本発明の方法に用いるために、先駆体組成物は
十分に又は完全に賦活されていなければならな
い。すなわち、それは、該先駆体組成物のTi原
子を活性状態に変換させるのに十分な活性剤化合
物で処理されていなければならない。しかしなが
ら、触媒を賦活する方法は、たとえば不活性担体
が存在するときでも活性物質を得るには非常に臨
界的であることがわかつた。而して、米国特許第
3989881号の方法に類似した方法例えば、炭化水
素スラリーをなす先駆体組成物に、触媒を完全に
賦活するのに理論上必要な還元剤全量を添加し次
いでこれを20〜80℃の温度で乾燥して溶剤を除去
することにより該触媒の気相法での使用を容易に
する方法で触媒を賦活しようとしたが、それによ
つて得られた製品は、気相流動層プロセスで工業
用途に用いるには十分高い活性ではなかつた。 有用な触媒を調製するには、少くとも最終賦活
工程を溶剤の不在で行つて、十分に活性な乾燥触
媒を得るのにそれより溶剤を除去せずとも済むよ
うな態様で賦活ないし活性化を行うことが必要と
わかつた。かかる結果を達成するのに二つの方法
が開発されている。その一つの方法では、反応器
外で、先駆体組成物を活性剤化合物とをドライブ
レンデイングすることにより、先駆体組成物が溶
剤の不在で完全に賦活される。このドライブレン
デイング法では、活性剤化合物を担体物質に含浸
せながら用いることが好ましい。しかし、この方
法は、生成せる完全に賦活された乾燥触媒が>10
重量%の活性剤化合物を含むとき自然発火性であ
る点で問題がある。 別の、しかもより好ましい触媒賦活法では、重
合反応器外で、炭化水素スラリー中の活性剤化合
物により先駆体組成物を部分的に賦活し、炭化水
素溶剤を乾燥除去し、そして部分的に賦活された
先駆体組成物を同じか又は別異の追量活性剤化合
物で完全に賦活したのち先駆体組成物を重合反応
器に供給する。 かくして、ドライブレンデイングによる触媒製
造法では、活性剤化合物を吸着させた固体粒状の
多孔質担体物質に、固体粒状先駆体組成物を添加
し、一様にブレンドする。次いで、この担体物質
に、活性剤化合物の炭化水素溶剤溶液から該化合
物を吸着させて、活性剤化合物10〜50重量%が担
体物質90〜50重量%に添加されるようにする。先
駆体組成物、活性剤化合物および担体物質の使用
量は、所望のAl/Tiモル比が得られ、また最終
組成物の先駆体組成物/担体物質重量比が0.50未
満好ましくは0.33未満となるような量とする。か
くして、担体物質の量は、該物質により賦活され
た触媒を稀釈して反応器内の触媒の重合活性を所
望レベルに制御するのに必要な量となる。最終組
成物が>10重量%の活性剤化合物を含むとき、そ
れは自然発火性である。ドライブレンデイング操
作は周囲温度(25℃)又はそれより低い温度で実
施しうるが、その間、乾燥した混合物を十分かき
混ぜて、そのあとの賦活反応(初期発熱性)時い
かなる熱の蓄積も避けるようにする。このように
して得られた触媒は完全に賦活されており、而し
てこれを重合反応器に供給して、そのまゝ用いる
ことができる。それはさらさらした自由流動性の
粒状物質である。 別の、より好ましい触媒賦活法では、少くとも
2工程で賦活が実施される。第1工程では、担体
物質で稀釈した固体の粒状先駆体組成物を十分な
活性剤化合物と反応させて部分的に賦活させ、活
性剤化合物/Tiモル比が1〜10:1好ましくは
3〜6:1の部分活性化先駆体組成物となるよう
にする。この部分賦活反応は好ましくは炭化水素
溶剤のスラリー形で行い、そのあと生成混合物を
20〜80℃好ましくは50〜70℃の温度で乾燥するこ
とによつて溶剤を除去する。この部分的賦活法で
は、活性剤化合物をその稀釈に用いた担体物質に
吸着させながら用いることができる。得られた製
品は、重合反応器に容易に供給することのできる
自由流動性固体粒状物質である。しかしながら、
部分的に賦活された先駆体組成物は、本発明方法
の重合触媒としてはせいぜい弱活性である。依つ
て、この部分的に賦活された先駆体組成物をエチ
レン重合用に高活性とするには、重合反応器に追
量の活性剤化合物を加え、該器内で先駆体組成物
の完全な賦活を行わなければならない。而して、
この追量の活性剤化合物と部分的に賦活された先
駆体組成物とは別個の供給ラインを通して反応器
に供給することが或ましい。追量の活性剤化合物
は、これをイソペンタン、ヘキサン又は鉱油の如
き炭化水素溶剤に溶かしてなる溶液形状で反応器
内に噴霧することができる。この溶液には通常、
2〜30重量%の活性剤化合物が含まれる。また、
活性剤化合物は、これを担体物質に吸着させるこ
とによつて固体形状で反応器に加えることができ
る。担体物質には通常、このために10〜50重量%
の活性剤が含まれる。反応器に追加装入される活
性剤化合物の量は、部分的に賦活された先駆体組
成物と一緒に該器内に供給される活性剤化合物と
チタン化合物との量が全Al/Tiモル比を10〜400
好ましくは5〜60とするような量である。而し
て、反応器に装入された追量の活性剤化合物は該
器内のチタン化合物と反応し、これを完全に賦活
する。 後述の流動層法の如き連続気相法では、部分的
ないし完全に賦活された先駆体組成物の個々の部
分が、連続重合の間、部分的に賦活された先駆体
組成物の賦活を完結させるのに必要な追量の活性
剤化合物の個々の部分とともに反応器に連続供給
されて、反応過程で費やされる活性触媒箇所と置
き代わる。 重合反応 重合反応は、湿気、酸素、CO,CO2およびア
セチレンの如き触媒毒の事実上ない状態で、後述
せる流動層にみられる如く気相法により、重合反
応を開始させるに十分な温度および圧力におい
て、完全に賦活された先駆体組成物(触媒)の触
媒有効量にエチレンの流れを接触させることによ
つて実施される。 本発明の実施に用いることのできる流動層反応
系を第1図に例示する。これを説明するに、反応
器10は反応帯域12と減速帯域14よりなる。 反応帯域12は、この反応帯域に補充供給物態
様で改質用重合性気体成分と循環気体とを連続的
に通すことにより流動化された、生長中のポリマ
ー粒子と形成せるポリマー粒子それに少量の触媒
粒子とからなる量で構成される。生長性流動層を
保持するために、層を通る気体の質量流量は、流
動に必要な最低流量を上回らねばならず、好まし
くはGmfの1.5〜10倍更に好ましくは3〜6倍で
ある。ここに使用せるGmfは、流動化を達成する
のに必要な気体の最低質量流量を意味する〔C.
Y.Wen&Y.H.Yu、「Mechanics of Fluidization
(流動化の機構)」、Chemical Engineering
Progress Symposium Series、Vol.62、p100〜
111(1966)〕。 層は、局部的な「ホツトスポツト」の形成を妨
止しまた粒状触媒を反応帯域に閉じ込めしかも該
帯域全体に分布させるように粒子を常に内蔵する
ことが不可欠である。運転開始時、気体を流し始
める前に通常、反応帯域に粒状ポリマーのベース
材料を装入する。かかる粒状ポリマーは、製造し
ようとするポリマーと種類が同じであつてもよく
或は異なつていてもよい。種類が異なるとき、そ
れは、最初の生成物として形成せる所期ポリマー
粒子と一緒に取出される。結局、始動時の層は、
所期ポリマー粒子の流動層によつて置き代えられ
る。 この流動層に用いられる部分的ないし完全に賦
活された先駆体組成物(触媒)は、使用に備えて
ガスシールされた溜め32に貯蔵されることが好
ましい。而して、該ガスは窒素又はアルゴンのよ
うに、貯蔵物質に対して不活性なものとする。 流動化は、層に流入しそこを通過する多流量
(代表的には補充気体の供給物流量の50倍程度)
の循環気体によつて達成される。流動層は、該層
に気体をゆるやかに通すこと(バーコレーシヨ
ン)によつて創生される可能な渦なし流の稠密な
生長性粒子体という外観を呈する。この層での圧
力降下は、層の質量を断面積で除した値に等しい
か或はそれよりわずかに高い。かくして、それは
反応器の幾何学的形に依拠する。 補充気体は、生成物のポリマー粒子が取出され
る流量に等しい流量で層に供給される。補充気体
の組成は、層より上に位置せる気体分析装置16
によつて測定される。この装置は、再循環させよ
うとする気体の組成を測定する。従つて、補充気
体の組成は、反応帯域内に本質上定常状態の気体
組成物を保持するように調整される。 完全な流動化を確実にするために、循環気体と
所望時には補充気体の一部分が、流動層より下に
位置せる箇所18から反応器内に戻される。而し
て、気体分配プレート20は、層の流動化を助成
するために戻り箇所18より上に存在する。 層で反応しない気体流れ部分は循環気体を構成
する。このものは好ましくは、該層より上に位置
せる減速帯域14に通すことによつて重合帯域か
ら除去され、また減速帯域では、連行された粒子
が、下の層に落ち戻る機会を与えられる。粒子の
戻りは、減速帯域の一部分を構成し得或はその外
部に位置しうるサイクロン22によつて助成され
うる。所望時、循環気体は、微粉が伝熱面や圧縮
機ブレードに接触しないように高い気体流量で、
小粒子を取除くべく設計された過装置24に通
されうる。 次いで、循環気体は圧縮機25で圧縮されたの
ち、熱交換器26に通され、そこで反応熱を除か
れ、しかるのち層に戻される。反応熱を絶えず除
去することによつて、層の上方部分には、何ら目
立つた温度勾配は存在しないように思える。但
し、層底部の6〜12in(15〜30cm)には、流入ガ
ス温度と層の残り部分温度との間に温度勾配が存
在する。かくして、層は、層帯域のこの底部層よ
り上に来た循環気体の温度をほとんど即座に調節
してこれを層残部の温度と同じようにしそれによ
つて定常状態下本質上恒温に保つように機能する
ことが観察されている。而して、循環物は反応器
の基部18から器内に入り、分配プレート20を
通つて流動層に戻される。圧縮機25は、熱交換
器26の上流にも設置することができる。 反応器を操作する際、分配プレート20が果た
す役割は重要である。流動層には、生長中の粒状
ポリマーないし形成せるポリマー粒子と触媒粒子
が含まれる。ポリマー粒子が熱く、恐らくは活性
状態にあるとき、それが沈降しないようにせねば
ならない。なぜなら、もし静止体を存在させるな
ら、そこに含まれる活性触媒は反応し続け、溶融
を引き起こしうるからである。それ故、層の基部
において流動化を保持するのに十分な流量で循環
気体を層内に拡散させることは重要である。分配
プレート20はこのために役立ち、而してそれは
スロツト付きの篩プレート、有孔プレート、泡鍾
型プレート等とすることができる。プレートの部
材は全て固定したものか、或は米国特許第
2298792号に開示された可動型のものであつても
よい。プレートの意匠がどのようなものであれ、
それは、層の基部において循環気体を粒子中に分
散させて該粒子を流動状態に保たねばならず、ま
た反応器が作動中でないときは樹脂粒子の静止層
を支持すべく機能せねばならない。プレートの可
動部材は、プレート内に閉じ込められ或はプレー
ト上に付着せるポリマー粒子を全て追い出し移動
させるのに用いることができる。 本発明の重合反応において、水素を連鎖移動剤
として用いることができる。使用水素/エチレン
比は、気体流れ中エチレンモノマー1モル当り水
素約0〜2.0モルの範囲で変動する。 製造しようとするホモポリマーのメルトインデ
ツクス値を高めるために、分子量調節剤又は連鎖
移動剤として、構造Zn(Ra),(Rb)(ここでRa
およびRbは同一ないし別異のC1〜C14脂肪族若し
くは芳香族炭化水素基である)の化合物を、水素
とともに、本発明の触媒と併用することができ
る。このZn化合物は反応器内の気体流れ中に、
該器内のチタン化合物1モル(Tiとして)当り
0〜50モル好ましくは20〜30モル(Znとして)
量で使用されている。また、このZn化合物は、
好ましくは炭化水素溶剤中の稀薄溶液(2〜30重
量%)形状で或はシリカの如き固体稀釈剤に10〜
50重量%で吸着させた形で反応器に導入されてい
る。而して、これらの組成物は自然発火しやす
い。亜鉛化合物は単独で加えてもよいが、また活
性剤化合物の追量部分と一緒に添加することがで
きる。活性剤化合物は、図示していないが、例え
ばデイスペンサー27の近傍に在つて、該化合物
を気体循環系の最も熱い部分に供給する装置から
反応器に装入されるものである。 気体流れにはまた、触媒および反応体に不活性
な任意の気体を存在させることができる。好まし
くは、活性剤化合物を反応系に循環気体流れの最
も熱い部分で添加する。かくして、熱交換器から
下流の、例えばデイスペンサー2よりライン27
aを経て循環ラインに加えることが好ましい。 流動層反応器をポリマー粒子の焼結温度より低
い温度で作動させることが不可欠である。而し
て、焼結を確実に起こさないようにするには、焼
結温度より低い作業温度が望ましい。本発明の方
法でエチレンホモポリマーを製造するには、30〜
115℃の作業温度が好ましい。密度が0.961より高
く0.968以下の製品をつくるのに、好ましくは90
〜105℃の温度が用いられる。 流動層反応器は1000psi(70.3Kg/cm2)までで
の圧力で作動され、好ましくは150〜350psi
(10.5〜24.6Kg/cm2)の圧力で作動される。かか
る範囲中高い方の圧力を用いることにより、伝熱
が促進される。なぜなら、圧力の上昇は気体の単
位容積熱容量を高めるからである。 部分的ないし完全に賦活された先駆体組成物は
その消費量に等しい流量で、分配プレート20よ
り上に位置せる箇所30から層内に注入される。
分配プレートより上位の箇所から触媒を注入する
ことは本発明の重要な特徴である。本発明の実施
に用いられる触媒は高活性であるため、もし完全
に賦活された触媒を分配プレートより低い領域に
注入するなら、そこで重合が開始し、結局は分配
プレートの目詰りを惹起することになる。それに
代えて、生長性層への注入は、触媒が層全体に分
布するのを助成し、また「ホツトスポツト」の生
成原因ともなりうる局部的な高い触媒濃度箇所の
形成を排除する傾向がある。 部分的ないし完全に賦活された先駆体組成物と
所要の追量活性剤化合物を層内に搬送するのに、
触媒に不活性な窒素又はアルゴンの如き気体が用
いられる。 層の生成速度は触媒の注入速度によつて制御さ
れる。層の生成速度は、触媒の注入速度を唯増加
するだけで高めることができ、また触媒の注入速
度を減少するだけで低めることができる。 触媒の注入速度を変えると、反応熱の発生量も
変化するので、循環気体の温度は、この発熱量を
加減するために上下に調節される。而して、それ
により、層内に本質上一定の温度が確保される。
また、操業者が循環気体の温度を適宜調節できる
ように層内のどんな温度変化をも検出するように
するには、無論、流動層と循環気体冷却系との完
全な機械化が必要である。 所定の組合せ作業条件下、生成物として層の一
部分を粒状ポリマー製品の生成速度に等しい割合
で取出すことにより、流動層は本質上一定の高さ
に保持される。発熱速度と製品の生成速度とは直
接関係があるので、気体速度を一定にするとき、
反応器を横切る気体の温度上昇(流入気体の温度
と流出気体の温度との差)を測定することによつ
て、粒状ポリマーの生成速度が求められる。 粒状ポリマー製品は好ましくは、分配プレート
20又はその近傍の箇所34から連続的に取出さ
れる。その際、粒子がその終局的収集帯域に達し
て更に重合し焼結するのを防ぐため、それが沈降
しないうちに気体流れの一部分に該粒子を懸濁さ
せて排出せしめる。この沈降防止用の気体は、既
述の如く、一つの反応器から別の反応器に製品を
搬送するのにも使用することができる。 粒状ポリマー製品は、凝離(segregation)帯
域40を画成する一対の調時弁36と38の連続
操作によつて簡便且つ好適に引出される。弁38
が閉じている間、弁36は開放されていて弁36
と帯域40との間で気体および製品のプラグを帯
域40へと放ち、次いで弁36が閉じられる。そ
のとき、弁38は開放されて製品を外部の回収帯
域へと送り出す。そのあと、弁38は次の製品回
収操作に備えて閉じられる。 結局、流動層反応器には、始動から停止の間層
を排出させるのに適当な排出系が備えられる。而
して、この反応器は撹拌手段および(又は)壁掻
き手段の使用を必要としない。 本発明の担持された高活性触媒系は、0.005〜
0.06in(0.013〜0.15cm)好ましくは0.02〜0.04in
(0.05〜0.10cm)の平均粒度を有する流動層製品
をもたらし、そしてその中に残留する触媒量は通
常低いよう思われる。 不活性気体稀釈剤を含有し又は含有しない気体
モノマー流れは、2〜10lb/hr/ft3(32−160
Kg/hr/m3)の単位空間(層容積)時間当りの生
成量で反応器に供給される。 本明細書中で使用せる用語「バージン樹脂(又
はポリマー)」は粒状ポリマーで、重合反応器か
ら回収されたときのものを意味する。 本発明の方法を例示するために、後記「例」を
示すが、それによつて本発明の範囲を限定するつ
もりはない。 これらの「例」で製造したポリマーの性質は次
のような試験方法によつて測定した:
The present invention has a density of 0.958 to 0.972 and a density of 22 to 32
It involves producing a homopolymer having a melt flow ratio of . The relatively narrow molecular weight distribution of an ethylene homopolymer with a density of 0.96 and a melt index in the 5-50 range makes it useful in injection molding applications requiring excellent impact strength properties. Thus, an ethylene polymer having a density of 0.96 and a melt index of 20 can be produced using the catalyst and low pressure gas phase method described in US Pat. No. 3,023,203, US Pat. However, the polymers made using the supported chromium oxide, silyl chromate, and chromcene catalysts disclosed in these patents, respectively, have relatively broad molecular weight distributions, as evidenced by a melt flow ratio of 35. Therefore, there are significant limitations to the use of the polymers of this patent in injection molding applications requiring excellent impact strength properties. It would therefore be desirable to provide a catalyst that allows for the easy production by gas phase processes of ethylene polymers with relatively narrow molecular weight distributions. In order to be industrially useful in gas phase processes such as the fluidized bed process of US Pat. No. 3,709,853, US Pat. No. 4,003,712 and US Pat. must be a highly active catalyst. That is, the catalyst used is 1 lb (0.45
50000lb (22700Kg) per Kg) preferably
Must exhibit polymer productivity of 100,000 lb (45,400 Kg). This is so because such gas phase processes typically do not use any procedure to remove catalyst residues. Thus, the catalyst residue in the polymer must be very low so that it can remain in the polymer without causing any significant problems for the resin processor and/or end user. When highly active catalysts are successfully used in such fluidized bed processes, the heavy metal content of the resin is the major metal, on the order of 20 ppm at a productivity level of 50,000, <10 ppm at a productivity level of 100,000, and <10 ppm at a productivity level of 300,000. At the sexual level, it is around 3ppm. Low catalyst residue also means that the catalyst is made of chlorine-containing materials such as titanium chloride, magnesium chloride and/or aluminum chloride used in some so-called Ziegler or Ziegler-Natsuta catalysts. It becomes important when because,
This is because if the residual chlorine value in the molding resin is high, pitting or corrosion will occur on the metal surface of the molding device.
Therefore, if the residual Cl value is about 200 ppm, it cannot be used industrially. U.S. Pat. No. 3,989,881 discloses the use of highly active catalysts to produce ethylene polymers with a relatively narrow molecular weight distribution (Mw/Mn) of 2.7 to 3.1 under slurry polymerization conditions. However,
US Patent No. 4011382 and Belgian Patent No.
U.S. Pat.
Attempts were made to use catalysts similar to those described in No. 3,989,881, but these were all unsuccessful. Also, to avoid the use of solvents in the slurry catalyst system of US Pat. No. 3,989,881, the Ti/Mg-containing components were dried. However, this dry product was a viscous, gummy, pyrophoric composition that was not in a free flowing form and could not be easily fed to the reactor. Even when it was blended with silica to improve its fluidity and then loaded into the reactor, industrially acceptable results were not obtained. That is, the productivity of the catalyst was low, the catalyst was pyrophoric and difficult to handle, or the polymer product was obtained in the form of needles with very poor flow properties and difficult to flow. US Pat. No. 4,124,532 discloses the polymerization of ethylene and propylene using highly active catalysts. The catalyst consists of a complex which may contain magnesium and titanium. Such a complex consists of a halide MX 2 (where M can be Mg) and a compound M'Y (where M' can be Ti and Y is a halogen or an organic group) in an electron donor compound. ) is prepared by reacting with after that,
The complex is isolated by crystallization, evaporation of the solvent or precipitation. Polymerization is carried out using this complex catalyst and an alkyl aluminum compound. However, US Pat. No. 4,124,532 does not disclose any particular technique or method of preparing the catalyst to achieve the desired results described in the present invention. Without this special technique, the U.S. patent
The use of the catalyst described in No. 4,124,532 does not result in an industrial fluidized bed process for producing polyethylene on a commercial basis. U.S. Pat. No. 3,922,322 and U.S. Pat. No. 4,035,560 describe the use of several Ti-Mg-containing catalysts to produce granular ethylene polymers in a gas-phase fluidized bed process under pressures <1000 psi (70.3 Kg/cm 2 ). is disclosed. However, there are significant drawbacks to using such catalysts in these processes. According to the example of U.S. Pat. No. 3,922,322, the catalyst of that patent has a very high residual catalyst content, about 100 ppm.
yielding polymers containing more than 300 ppm of Ti and Cl. Furthermore, as disclosed in the examples of this US patent, the catalyst is used in the form of a prepolymer, so that the reactor must be fed with a very large volume of catalyst composition. Thus, the production and use of this catalyst requires the use of fairly large equipment to produce, store, and transport it. The catalyst of US Pat. No. 4,035,560 also clearly results in polymers with high residual catalyst, and the catalyst composition is clearly pyrophoric due to the type and amount of reducing agent used therein. However, if ethylene is homopolymerized in the presence of a highly active magnesium-titanium complex catalyst prepared as described below with an organoaluminium compound and an inert support material under specific activation conditions, a density range of 0.96 to 0.97 and a density range of 22 to 32 It has been unexpectedly discovered that ethylene homopolymers having a melt flow ratio and a fairly low residual catalyst can be produced industrially with fairly high productivity by a low pressure gas phase process. One object of the invention is to have a density of about 0.96 to 0.97;
It is an object of the present invention to provide a process for producing ethylene homopolymers having a melt flow ratio of about 22 to 32 and a relatively low amount of residual catalyst in a low pressure gas phase process with fairly high productivity. Another object of the present invention is to provide a method by which ethylene homopolymers useful for a variety of end uses can be readily produced. Still another object of the present invention is to provide various novel ethylene homopolymers and molded articles made therefrom. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be explained. The desired ethylene homopolymers of the present invention having low melt flow ratios are suitable for low pressure gas phase polymerization when the monomer charge is polymerized under certain combined operating conditions as described below and in the presence of certain highly active catalysts as described below. It can be easily produced with relatively high productivity by fluidized bed reaction. Ethylene Homopolymer The present homopolymer has a melt flow ratio of 22-32 preferably 25-30. This melt flow ratio value is also another means of indicating the molecular weight distribution of the polymer. Thus, a melt flow ratio (MFR) in the range 22-32 corresponds to a Mw/Mn value in the range approximately 2.7-4.1, and an MFR in the range 25-30 corresponds to a Mw/Mn value in the range 2.8-3.6.
Corresponds to Mw/Mn. Homopolymer is 0.958~0.972 preferably 0.961~
It has a density of 0.968. The melt index of homopolymers varies depending on molecular weight. Relatively high molecular weight polymers have relatively low melt indexes. Ultra high molecular weight ethylene polymers have a High Loaded Melt Index (HLMI) of about 0.0, and very high molecular weight ethylene polymers have a High Loaded Melt Index (HLMI) of about 0.0 to 1.0. It is difficult, if not impossible, to mold such high molecular weight polymers with conventional injection molding equipment. On the other hand, the polymers produced by the method of the present invention can be easily molded in conventional equipment. It is 0.0~50 preferably 0.5~
Standard load melt index of 35 and 11 to 950
It has a high load melt index. The melt index of the polymers produced by the process of this invention is a combined function of the polymerization temperature of the reaction and the hydrogen/monomer ratio of the reaction system. Thus, the melt index can be increased by increasing the polymerization temperature and/or increasing the hydrogen/monomer ratio. The homopolymer of the present invention has an unsaturated group content of
1 per 1000 carbon atoms usually 0.1 to 0.3 C=
C and a cyclohexane extractable content of less than about 3% by weight, preferably less than about 2% by weight. The homopolymer of the present invention has a residual catalyst amount (ppm) converted to titanium metal, which is about more than 0 and less than 20 ppm at a productivity of 50,000, more than about 0 and less than 10 ppm at a productivity of 100,000, and
A productivity of 300,000 indicates more than 0 and less than 3 ppm. As for the Cl, Br or I residue, the homopolymers of the invention have a Cl, Br or I content depending on the Cl, Br or I content of the precursor. From the Ti/Cl, Br or I ratio of the initial precursor, the Cl, Br or I residue can be calculated from productivity information based only on the titanium residue. In most cases, the homopolymers of the present invention prepared using only the Cl-containing component of the catalyst system (Cl/Ti = 7) have a Cl residual of greater than 0 and less than 140 ppm at a productivity of 50,000, and 0 at a productivity of 100,000. It is possible to calculate a Cl content of more than 70 ppm, and a Cl content of more than 0 and less than 21 ppm at a productivity of 300,000. In the process of the invention, homopolymers are readily produced with productivity up to about 300,000. The homopolymer of the present invention has a diameter of about 0.005 to
0.06in (0.013~0.15cm) preferably about 0.02~
It is a particulate material with an average particle size on the order of 0.04 in (0.05-0.10 cm). Particle size is important to facilitate fluidization of the polymer particles in a fluidized bed reactor, as discussed below. The homopolymer of the present invention is about 18-32 lb/
ft3 (288-513Kg/ m3 ) preferably 25-32lb/ ft3
It has a bulk density of (401 to 513 Kg/m 3 ). Highly active catalyst The compounds used to form the highly active catalyst used in the present invention include at least one titanium compound and at least one magnesium compound as defined below.
a species, at least one electron donor compound, at least one activator compound, and at least one inert carrier material. Titanium compounds have the structure Ti(OR) a X b . In the formula, R is a C1 to C14 aliphatic or aromatic hydrocarbon group or COR' (where R' is a C1 to C14 aliphatic or aromatic hydrocarbon group), and X is Cl, selected from the group consisting of Br, I or a mixture thereof, a is 0, 1 or 2, b is 2 to 4,
And a+b=3 or 4. Titanium compounds can be used separately or in their mixed forms, including TiCl 3 , TiCl 4 , Ti
(OC 6 H 5 ) Cl 3 , Ti (OCOCH 3 ) Cl 3 and Ti
(OCOC 6 H 5 )Cl 3 is included. Magnesium compounds have the structure MgX 2 (where X is selected from the group consisting of Cl, Br, I, or mixtures thereof). Such magnesium compounds can be used individually or in their mixtures, including MgCl 2 , MgBr 2 and
MgI 2 is included. Anhydrous MgCl2 is a particularly preferred magnesium compound. When producing the catalyst used in the present invention, the amount of the magnesium compound used is about 0.5 to 56 mol, preferably about 1 to 10 mol, per 1 mol of the titanium compound. The titanium and magnesium compounds should be used in a form in which they are readily soluble in the electron donor compound. The electron donor compound will be explained below. The electron donor compound is a titanium compound and a magnesium compound that are partially to completely soluble at 25°C.
It is a liquid organic compound. Electron donor compounds are known per se and are otherwise known as Lewis bases. Electron donor compounds include alkyl esters of aliphatic and aromatic carboxylic acids, aliphatic ethers,
Included are cyclic ethers and aliphatic ketones.
Preferred examples of such electron donor compounds are:
Alkyl esters of C1 - C4 saturated aliphatic carboxylic acids, alkyl esters of C7 - C8 aromatic carboxylic acids, C2 - C8 preferably C3 - C4 aliphatic ethers,
C3 - C4 cyclic ethers, preferably C4 cyclic mono- or diethers, C3 - C6 preferably C3 - C4 aliphatic ketones. The most preferred electron donor compounds include methyl formate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl ether, hexyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, acetone and methyl isobutyl ketone. Electron donor compounds can be used individually or in their mixed form. The amount of electron donor compound used is approximately 2 per mole of Ti.
~85 moles, preferably about 3-10 moles. The activator compound has the structure Al(R″) c X′ d H e (where X′ is Cl or OR and R″ and R
are the same or different C1 - C14 saturated hydrocarbon groups, d is 0-1.5, e is 1 or 0, and c+d+e=3). Such activator compounds can be used individually or in mixtures thereof, including Al
(C 2 H 5 ) 3 , Al(C 2 H 5 ) 2 Cl, Al(iso-C 4 H 9 ) 3 , Al 2
(C 2 H 5 ) 3 Cl 3 , Al(iso-C 4 H 9 ) 2 H, Al(C 6 H 13 ) 3 ,
Al( C8H17 ) 3 , Al( C2H5 ) 2H and Al ( C2H5 ) 2
(OC 2 H 5 ) is included. When activating the catalyst used in the present invention, the amount of activator compound used per 1 mole of titanium compound is 10 to
400 mol, preferably 10-100 mol. The support material is a porous solid particulate material that is inert to the other components of the catalyst composition and other active components of the reaction system. These carrier materials include inorganic materials such as silicon oxide and aluminum oxide, molecular sieves, and olefin polymers such as polyethylene. The carrier material ranges from 10 to 250
μ is preferably used in dry powder form with an average particle size of 50 to 150 μ. It is also preferably porous and has a surface area of 3 m 2 /g, preferably 50 m 2 /g. The carrier material should be dry, ie free of adsorbed water. Drying of the carrier material is carried out by heating it at a temperature of 600°C. Alternatively, the support material dried at a temperature of 200 DEG C. can be treated with about 1 to 8% by weight of one or more of the aluminum alkyl compounds described above. By modifying the support with such an aluminum alkyl compound, a highly active catalyst composition is obtained and the particle morphology of the ethylene polymer produced is improved. Production of Catalyst The catalyst used in the present invention is prepared by first preparing a precursor composition from a titanium compound, a magnesium compound, and an electron donor compound as described below, and then adding the precursor composition to a carrier material and an activator compound as described below. It is produced by processing in a one-stage process or a multi-stage process of two or more stages. The precursor composition is formed by dissolving the titanium compound and the magnesium compound in the electron donor compound at a temperature ranging from 20° C. to the boiling point of the compound. The titanium compound can be added to the electron donor compound before, after, or simultaneously with the addition of the magnesium compound. Dissolution of the titanium and magnesium compounds can be promoted by stirring and, in some cases, by refluxing both of these compounds in an electron donor compound. After dissolving the titanium and magnesium compounds, the precursor composition can be separated by precipitation or crystallization with a C5 - C8 aliphatic or aromatic hydrocarbon such as hexane, isopentane or benzene. The precipitated or crystallized precursor composition has an average particle size of 10-100 microns and a bulk density of 18-33 lb/ft3 (228-33 lb/ ft3) .
529 Kg/m 3 ) in the form of fine, free-flowing particles. The particle size of the precursor composition can be controlled by the crystallization rate or precipitation rate. When the precursor composition is prepared as described above, it has the formula Mg n Ti 1 (OR) o X p [ED] q . In the formula, ED is an electron donor compound, m is 0.5-56, preferably 1.5-5, n is 0 or 1, p is 2-116, preferably ~14, and q is preferably 2-85. is 4 to 11, R is a C1 to C14 aliphatic or aromatic hydrocarbon group or COR' (where R' is a C1 to C14 aliphatic or aromatic hydrocarbon group), and X is Selected from the group consisting of Cl, Br, I, or a mixture thereof. The letter written at the bottom right of the element titanium (Ti) is the Arabic numeral 1. In the process of the invention, the polymerization activity of the fully activated catalyst is very high, so that it is necessary to dilute the precursor composition with a support material to effectively control the reaction rate. Dilution of the precursor composition can be accomplished prior to or concurrently with partially or fully activating the composition as described below. Additionally, the dilution of the precursor composition is
0.033 to 1, preferably 0.1 to 1 part by weight of carrier material
This is achieved by mechanically mixing 0.33 parts of precursor composition. For use in the method of the invention, the precursor composition must be fully or completely activated. That is, it must be treated with sufficient activator compound to convert the Ti atoms of the precursor composition to an active state. However, it has been found that the method of activating the catalyst is very critical for obtaining active substances even in the presence of an inert support, for example. Therefore, U.S. Patent No.
A method similar to that of No. 3989881, for example by adding to the precursor composition forming a hydrocarbon slurry the entire amount of reducing agent theoretically required to fully activate the catalyst and then drying it at a temperature between 20 and 80°C. Attempts have been made to activate the catalyst in a manner that facilitates its use in gas-phase processes by removing the solvent, but the resulting product cannot be used for industrial applications in gas-phase fluidized bed processes. The activity was not high enough. To prepare a useful catalyst, at least the final activation step is carried out in the absence of solvent, and the activation is carried out in such a manner that no further solvent is required to obtain a sufficiently active dry catalyst. I knew it was necessary to do it. Two methods have been developed to achieve such results. In one method, the precursor composition is fully activated in the absence of solvent by dry blending the precursor composition with an activator compound outside the reactor. In this dry blending method, it is preferable to use the active agent compound while impregnating the carrier material. However, this method produces >10 fully activated dry catalysts.
They are problematic in that they are pyrophoric when containing % by weight of activator compounds. Another and more preferred method of catalyst activation is to partially activate the precursor composition with an activator compound in a hydrocarbon slurry, dry out the hydrocarbon solvent, and partially activate the precursor composition outside the polymerization reactor. After complete activation of the precursor composition with the same or a different follow-up activator compound, the precursor composition is fed to the polymerization reactor. Thus, in the dry blending catalyst production method, a solid particulate precursor composition is added to a solid particulate porous carrier material on which an activator compound has been adsorbed and uniformly blended. The carrier material is then adsorbed with the activator compound from a solution of the compound in a hydrocarbon solvent such that 10-50% by weight of the activator compound is added to 90-50% by weight of the carrier material. The amounts of precursor composition, activator compound, and carrier material used are such that the desired Al/Ti molar ratio is obtained and the final composition has a precursor composition/carrier material weight ratio of less than 0.50, preferably less than 0.33. The amount should be as follows. The amount of support material is thus that amount necessary to dilute the catalyst activated by the material and control the polymerization activity of the catalyst in the reactor to the desired level. When the final composition contains >10% by weight of active agent compound, it is pyrophoric. The dry blending operation may be carried out at ambient temperature (25°C) or lower, while ensuring that the dry mixture is thoroughly agitated to avoid any heat build-up during the subsequent activation reaction (initial exothermic). Make it. The catalyst thus obtained is fully activated and can be fed to a polymerization reactor and used as is. It is a free flowing particulate material. In another, more preferred method of catalyst activation, activation is carried out in at least two steps. In the first step, the solid particulate precursor composition diluted with a carrier material is partially activated by reacting with sufficient activator compound to achieve a molar ratio of activator compound/Ti of 1 to 10:1, preferably 3 to 3. A 6:1 partially activated precursor composition is obtained. This partial activation reaction is preferably carried out in the form of a slurry in a hydrocarbon solvent, after which the product mixture is
The solvent is removed by drying at a temperature of 20-80°C, preferably 50-70°C. In this partial activation method, the activator compound can be used while being adsorbed onto the carrier material used for its dilution. The resulting product is a free-flowing solid particulate material that can be easily fed to a polymerization reactor. however,
Partially activated precursor compositions are at best weakly active as polymerization catalysts for the process of the invention. Thus, to make this partially activated precursor composition highly active for ethylene polymerization, additional activator compound is added to the polymerization reactor to completely complete the precursor composition within the reactor. Must be activated. Then,
This additional activator compound and partially activated precursor composition are preferably fed to the reactor through separate feed lines. Additional activator compound can be sprayed into the reactor in the form of a solution in a hydrocarbon solvent such as isopentane, hexane or mineral oil. This solution usually contains
2-30% by weight of activator compound is included. Also,
The activator compound can be added to the reactor in solid form by adsorbing it onto a carrier material. The carrier material typically contains 10-50% by weight for this purpose.
Activators included. The amount of activator compound added to the reactor is such that the amount of activator compound and titanium compound fed into the reactor together with the partially activated precursor composition is equal to the total Al/Ti moles. Ratio 10~400
The amount is preferably 5 to 60. Thus, the additional amount of activator compound charged into the reactor reacts with the titanium compound in the reactor and completely activates it. In continuous gas phase processes, such as the fluidized bed process described below, individual portions of the partially to fully activated precursor composition complete activation of the partially activated precursor composition during continuous polymerization. Additional amounts of individual portions of activator compound are continuously fed into the reactor along with individual portions of the activator compound as needed to replace active catalyst sites expended during the reaction process. Polymerization Reaction The polymerization reaction is carried out in the absence of moisture, oxygen, CO, CO2 , and catalyst poisons such as acetylene by a gas phase method, such as in the fluidized bed described below, at a temperature sufficient to initiate the polymerization reaction. It is carried out by contacting a catalytically effective amount of a fully activated precursor composition (catalyst) with a stream of ethylene at pressure. A fluidized bed reaction system that can be used to carry out the present invention is illustrated in FIG. To explain this, the reactor 10 consists of a reaction zone 12 and a moderation zone 14. Reaction zone 12 contains growing polymer particles, forming polymer particles, and a small amount of polymer particles, fluidized by continuously passing a modifying polymerizable gas component and a recycle gas through the reaction zone in make-up feed manner. and catalyst particles. In order to maintain a vegetative fluidized bed, the mass flow rate of gas through the bed must exceed the minimum flow rate required for flow, preferably 1.5 to 10 times Gmf, more preferably 3 to 6 times Gmf. As used herein, Gmf refers to the minimum mass flow rate of gas required to achieve fluidization [C.
Y. Wen & Y. H. Yu, “Mechanics of Fluidization
(Mechanism of Fluidization)”, Chemical Engineering
Progress Symposium Series, Vol.62, p100~
111 (1966)]. It is essential that the layer always contain particles to prevent the formation of local "hot spots" and to confine the particulate catalyst to the reaction zone and to distribute it throughout the zone. At start-up, the reaction zone is usually charged with particulate polymeric base material before the gas flow begins. Such particulate polymer may be the same type as the polymer to be produced, or may be different. When the type is different, it is removed together with the desired polymer particles to be formed as the initial product. After all, the starting layer is
It is replaced by a fluidized bed of intended polymer particles. The partially to fully activated precursor composition (catalyst) used in the fluidized bed is preferably stored in a gas-sealed reservoir 32 in preparation for use. Thus, the gas is inert to the storage material, such as nitrogen or argon. Fluidization involves the use of a high flow rate (typically about 50 times the feed flow rate of make-up gas) into and through the bed.
This is achieved by circulating gas. A fluidized bed has the appearance of a dense growing particle body with a possible swirl-free flow created by passing gas gently through the bed (barcolation). The pressure drop across this layer is equal to or slightly greater than the mass of the layer divided by the cross-sectional area. It thus depends on the geometry of the reactor. Makeup gas is supplied to the bed at a flow rate equal to the flow rate at which the product polymer particles are removed. The composition of the make-up gas is determined by a gas analyzer 16 located above the layer.
Measured by This device measures the composition of the gas that is to be recycled. Accordingly, the makeup gas composition is adjusted to maintain an essentially steady state gas composition within the reaction zone. To ensure complete fluidization, the recycle gas and, if desired, a portion of the make-up gas are returned into the reactor from a point 18 located below the fluidized bed. Thus, a gas distribution plate 20 is present above the return point 18 to aid fluidization of the bed. The portion of the gas flow that does not react in the bed constitutes the circulating gas. This is preferably removed from the polymerization zone by passing it through a moderation zone 14 located above the layer, where the entrained particles are given the opportunity to fall back into the layer below. Particle return may be assisted by a cyclone 22 which may form part of the deceleration zone or may be located outside of it. When desired, the circulating gas is supplied at a high gas flow rate to prevent fines from contacting heat transfer surfaces or compressor blades.
It may be passed through a filtration device 24 designed to remove small particles. The circulating gas is then compressed in a compressor 25 and passed through a heat exchanger 26 where the heat of reaction is removed and then returned to the bed. Due to the constant removal of the heat of reaction, there does not seem to be any noticeable temperature gradient in the upper part of the layer. However, within the bottom 6-12 inches (15-30 cm) of the bed, a temperature gradient exists between the inlet gas temperature and the temperature of the remainder of the bed. The bed thus almost immediately adjusts the temperature of the circulating gas that has come above this bottom layer of the bed zone to make it similar to the temperature of the rest of the bed, thereby keeping it essentially isothermal under steady-state conditions. It has been observed to work. The recycle thus enters the reactor from the base 18 and is returned to the fluidized bed through the distribution plate 20. Compressor 25 can also be installed upstream of heat exchanger 26. When operating the reactor, the role played by the distribution plate 20 is important. The fluidized bed contains growing or forming particulate polymer particles and catalyst particles. When the polymer particles are hot and possibly in an active state, they must be prevented from settling. This is because if a stationary body is present, the active catalyst contained therein can continue to react and cause melting. It is therefore important to diffuse the circulating gas into the bed at a flow rate sufficient to maintain fluidization at the base of the bed. The distribution plate 20 serves this purpose, and can be a slotted sieve plate, a perforated plate, a foam plate or the like. All plate members are fixed or
It may also be of the movable type disclosed in No. 2298792. No matter what the design of the plate is,
It must disperse circulating gas into the particles at the base of the bed to keep them in a fluid state, and it must also function to support a static bed of resin particles when the reactor is not in operation. The movable member of the plate can be used to displace and displace any polymer particles that become trapped within or deposited on the plate. In the polymerization reaction of the present invention, hydrogen can be used as a chain transfer agent. The hydrogen/ethylene ratio used varies from about 0 to 2.0 moles of hydrogen per mole of ethylene monomer in the gas stream. In order to increase the melt index value of the homopolymer to be produced, structures Zn (R a ), (R b ) (where R a
and R b is the same or different C 1 -C 14 aliphatic or aromatic hydrocarbon group) can be used together with hydrogen with the catalyst of the present invention. This Zn compound is present in the gas flow inside the reactor.
0 to 50 moles, preferably 20 to 30 moles (as Zn) per mole of titanium compound (as Ti) in the vessel
used in quantity. In addition, this Zn compound is
Preferably in the form of a dilute solution (2-30% by weight) in a hydrocarbon solvent or in a solid diluent such as silica.
It is introduced into the reactor in adsorbed form at 50% by weight. These compositions are therefore prone to spontaneous combustion. The zinc compound may be added alone or together with a further portion of the activator compound. The activator compound is charged to the reactor from a device (not shown), for example near the dispenser 27, which supplies the compound to the hottest part of the gas circulation system. The gas stream may also include any gas that is inert to the catalyst and reactants. Preferably, the activator compound is added to the reaction system in the hottest part of the recycled gas stream. Thus, the line 27 downstream from the heat exchanger, e.g.
Preferably, it is added to the circulation line via a. It is essential to operate the fluidized bed reactor at a temperature below the sintering temperature of the polymer particles. Therefore, to ensure that sintering does not occur, a working temperature lower than the sintering temperature is desirable. To produce ethylene homopolymer by the method of the invention, 30 to
A working temperature of 115°C is preferred. To make products with a density higher than 0.961 and lower than 0.968, preferably 90
Temperatures of ~105°C are used. Fluidized bed reactors are operated at pressures up to 1000 psi (70.3 Kg/cm 2 ), preferably between 150 and 350 psi.
(10.5-24.6Kg/ cm2 ). By using pressures at the higher end of this range, heat transfer is enhanced. This is because an increase in pressure increases the unit volume heat capacity of the gas. The partially to fully activated precursor composition is injected into the layer from a point 30 located above the distribution plate 20 at a flow rate equal to its consumption.
Injecting the catalyst from a point above the distribution plate is an important feature of the invention. Because the catalyst used in the practice of this invention is highly active, if a fully activated catalyst is injected into an area below the distribution plate, polymerization will begin there and eventually cause clogging of the distribution plate. become. Instead, injection into the vegetative layer helps distribute the catalyst throughout the layer and tends to eliminate the formation of localized areas of high catalyst concentration that can also cause the formation of "hot spots." conveying the partially to fully activated precursor composition and the required additional activator compound into the layer;
A gas inert to the catalyst, such as nitrogen or argon, is used. The rate of layer formation is controlled by the catalyst injection rate. The rate of formation of the bed can be increased by simply increasing the catalyst injection rate, and can be decreased by simply decreasing the catalyst injection rate. Since changing the catalyst injection rate also changes the amount of reaction heat generated, the temperature of the circulating gas is adjusted up or down to adjust this amount of heat. Thus, an essentially constant temperature is thereby ensured within the layer.
Also, complete mechanization of the fluidized bed and circulating gas cooling system is of course required to be able to detect any temperature changes within the bed so that the operator can adjust the temperature of the circulating gas accordingly. Under given combined operating conditions, the fluidized bed is maintained at an essentially constant height by withdrawing a portion of the bed as product at a rate equal to the production rate of the particulate polymer product. There is a direct relationship between the rate of heat generation and the rate of product formation, so when the gas velocity is held constant,
By measuring the temperature rise of the gas across the reactor (the difference between the temperature of the incoming gas and the temperature of the outgoing gas), the rate of production of particulate polymer is determined. Particulate polymer product is preferably continuously removed from a point 34 at or near distribution plate 20. The particles are then suspended in a portion of the gas stream and discharged before they settle, in order to prevent them from reaching their final collection zone and further polymerizing and sintering. This antisedimentation gas can also be used to transport the product from one reactor to another, as described above. Particulate polymer product is conveniently and advantageously withdrawn by sequential operation of a pair of timing valves 36 and 38 defining a segregation zone 40. valve 38
is closed while valve 36 is open and valve 36 is closed.
and zone 40 and discharge a plug of gas and product into zone 40, and then valve 36 is closed. Valve 38 is then opened to pump product to an external collection zone. Valve 38 is then closed in preparation for the next product recovery operation. Finally, the fluidized bed reactor is equipped with a suitable discharge system for discharging the bed during start-up and shutdown. Thus, this reactor does not require the use of stirring and/or wall scraping means. The supported highly active catalyst system of the present invention has a
0.06in (0.013~0.15cm) preferably 0.02~0.04in
(0.05-0.10 cm), and the amount of catalyst remaining therein appears to be usually low. The gaseous monomer stream with or without inert gas diluent is 2-10 lb/hr/ft 3 (32-160
Kg/hr/m 3 ) is fed to the reactor at a production rate per unit space (bed volume) time. As used herein, the term "virgin resin (or polymer)" means particulate polymer as it is recovered from the polymerization reactor. The following "Examples" are provided to illustrate the method of the invention, but are not intended to limit the scope of the invention. The properties of the polymers produced in these Examples were determined by the following test method:

【表】【table】

【表】 和濃度および吸光係数に正比例す
る。なお、吸光係数は、R.J.de Kock等
の文献値〓J.Polymer Science、Part
B、2、339(1964)〓を採用。
例 先駆体組成物の製造 機械撹拌機を備えた5フラスコ内で、無水
MgCl216.0g(0.168M)と純テトラヒドロフラン
850mlとを窒素下混合した。この混合物を室温
(〜25℃)でかき混ぜながら、TiCl4 13.05g
(0.069M)を滴加した。滴加しおえたのち、フラ
スコの内容物を0.5〜1時間加熱還流して固形分
を溶解させた。系を室温に冷却し、純n―ヘキサ
ン3を15分間にわたつて緩徐に加えた。黄色の
固体が沈殿した。上澄液をデカンテーシヨンした
のち、固形分をn―ヘキサン1×3で洗浄し
た。固形分を過し、回転させた蒸発フラスコ中
40〜60℃で乾燥して固体の先駆体組成物55gを得
た。 先駆体組成物の分離時Mg化合物と(又は)Ti
化合物が或る程度減損していることがあるので、
Mg―Ti含量についてはこの時点で分析してもよ
い。本明細書中先駆体組成物を記録するのに使用
せる実験式は、MgとTiが、電子供与体化合物に
最初に添加した化合物形状で依然存在すると仮定
しまた先駆体化合物の他の残留分が電子供与体化
合物に依ると仮定して誘導されている。 固体の分析から、Mg6.1%、Ti4.9%とわかつ
た。これはTiMg2.45 Cl8.9 (THF)7.0(ここで
THFはテトラヒドロフランを意味する)に相当
する。 賦活法 方法A―この方法は先駆体組成物の多段式賦活
に関する。この方法では、先駆体組成物が唯部分
的にのみ賦活されるように賦活を行い、そのあと
該組成物を重合反応器に導入し、該器内で賦活の
残り部分を遂行する。 混合溶器ないし槽に、乾燥した不活性担体物質
の所望重量を装入する。此処に記載の「例」で
は、不活性担体の量をシリカで500g、ポリエチ
レン担体で1000gとする。次いで、不活性担体物
質をスラリー系にするのに十分量の、イソペンタ
ンの如き無水脂肪族炭化水素希釈剤に不活性担体
物質を混合する。これに要する希釈剤量は通常、
不活性担体1g当り4〜7mlである。上記の混合
容器に、先駆体組成物の所望重量を装入し、スラ
リー組成物と十分に混合する。「例」の触媒製造
法で用いる先駆体組成物の量は80〜135gであ
り、その元素状チタン含量は、先駆体組成物1g
につき1±0.1mMとする。 先駆体組成物を部分的に賦活するのに必要な活
性剤化合物の所望量を混合容器の内容物に加え
て、先駆体組成物が部分的に賦活されるようにす
る。このとき用いる活性剤化合物の量によつて、
部分的に賦活された先駆体組成物のAl/Ti比は
10〜400好ましくは10〜100となる。活性剤化合物
は、不活性脂肪族炭化水素溶剤(「例」はヘキサ
ン)に20重量%の活性剤化合物(「例」ではトリ
エチルアルミニウム)を含ませてなる溶液形状で
混合容器に加えられる。而して、この活性剤化合
物と先駆体組成物とを十分に混合接触させること
により、賦活が遂行される。上記の作業は全て、
不活性雰囲気において大気圧下室温で実施され
る。 次いで、得られたスラリーを、窒素又はアルゴ
ンの如き乾燥した不活性気体のパージ下大気圧、
60℃の温度で乾燥して炭化水素稀釈剤を除去す
る。この方法には通常3〜5時間を要する。生成
物は、賦活された先駆体組成物が不活性担体に均
一ブレンドされた乾燥せる自由流動性粒状物質の
形状をなしている。この乾燥生成物を不活性気体
下に貯蔵する。 先駆体組成物を完全に賦活するために、この
「方法A」の重合反応器に追量の活性剤化合物を
供給するときは、該化合物を先ず、シリカ又はポ
リエチレンの如き不活性担体物質に吸着させるこ
とができる。或は更に好ましい態様として、活性
剤化合物をイソペンタンの如き炭化水素溶剤中の
稀薄溶液として反応帯域内に噴射することができ
る。 活性剤化合物をシリカ担体上に吸着させようと
するときは、これら二つの物質を、担体1g当り
4mlのイソペンタンの入つた容器内で混合する。
生成したスラリーを次いで窒素パージ下大気圧、
65±10℃の温度で3〜5時間乾燥して炭化水素稀
釈剤を除去する。 活性剤化合物を稀薄溶液として重合反応系に注
入しようとするとき、5〜10重量%の濃度が好ま
しい。 先駆体組成物の賦活を完結させる目的で活性剤
化合物を重合反応器に導入するのに用いられる方
法とは無関係に、該活性剤化合物は、重合反応器
内のAl/Ti比を10〜400好ましくは10〜100程度
に保つような流量で加えられる。 シリカは、ここで使用する前に200℃で4
時間乾燥される。 方法B―この方法では、不活性担体物質に吸着
させた活性剤化合物に先駆体組成物を混合接触さ
せることによつて、先駆体組成物の完全な賦活が
遂行される。 先ず、活性剤化合物を不活性炭化水素溶剤中の
担体物質でスラリー化したのち、このスラリーを
乾燥して溶剤を除去することにより、活性剤化合
物を不活性担体物質に吸着させ、これによつて活
性剤化合物含量10〜50重量%の組成物を得る。か
くして、予め脱水(800℃で4時間)したシリカ
500gを混合容器に装入する。次いで、この容器
に、所望量の活性剤化合物をヘキサンの如き炭化
水素溶剤中20重量%の溶液として加え、容器内の
不活性担体と大気圧下室温で混合(スラリー化)
する。得られたスラリーを、窒素の如き乾燥した
不活性気体の流れ中大気圧、65±10℃で3〜5時
間乾燥することにより、溶剤を除去する。乾燥し
た組成物は、担体物質の寸法を有する自由流動性
の粒子形状をなしている。 このシリカに担持され乾燥された活性剤化合物
(シリカ/活性剤化合物=50/50重量%)約500g
を混合容器に加える。また、この混合容器に、所
望量(80〜135g)の先駆体組成物を加える。次
いで、これらの物質を、窒素又はアルゴンの如き
乾燥した不活性気体下大気圧、室温で1〜3時間
十分に混合する。得られた組成物は、10〜150μ
オーダの寸法を有する乾燥した自由流動性粒子の
物理的混合物形状をなす。この混合操作の間、担
体に支持された活性剤化合物を先駆体組成物と接
触させ、これを完全に賦活する。生起する発熱反
応の間、触媒のいかなる有意な失活をも避けるよ
うに、触媒組成物の温度を50℃より上げるべきで
ない。それによつて賦活された組成物はAl/Ti
比として10〜50を示す。この組成物が>10重量%
の活性剤化合物を含有するとき、それは自然発火
性となりうる。反応器注入する前に、これは窒素
又はアルゴンの如き乾燥した不活性気体のもとで
貯蔵される。 例 1〜3 これら3例の各々において、既述の如く形成し
且つ前記賦活方法Aのようにして賦活した触媒を
使つてエチレンを単独重合させた。シリカで稀釈
された先駆体組成物には18.4±1重量%の先駆体
組成物が含まれた。各々の場合、部分的に賦活さ
れた先駆体組成物のAl/Tiモル比は4.52±0.03で
あつた。重合反応器内での先駆体組成物の完全な
賦活は、該器内の完全に賦活された触媒のAl/
Tiモル比を30とするように、シリカに吸着させ
たトリエチルアルミニウム(両物質の重量比=
50/50)を用いて実施した。 平衡状態に達したのち、流動層反応器系におい
て、300psig(21Kg/cm2)の圧力下、3〜4×Gn
の気体速度、3〜6lb/hr/ft3(48〜96Kg/hr/
m2)(層空間)の単位空間時間当りの生産量で各
反応を>1時間連続的に実施した。反応系は図面
に示した通りとする。それは、高さ10ft(3.05
m)、内径13.5in(34.3cm)の下方区域と高さ16ft
(4.88m)、内径23.5in(59.7cm)の上方区域によ
りなつた。 表に、例1〜3の各々で用いたH2/エチレ
ンモル比、エチレン容量%、並びに各例で製造し
た粒状ポリマーの各種特性を掲載する。
[Table] Directly proportional to the sum concentration and extinction coefficient.
Ru. In addition, the extinction coefficient is calculated by RJde Kock et al.
Literature value〓J.Polymer Science, Part
B, 2, 339 (1964).
Example Preparation of Precursor Composition In 5 flasks equipped with a mechanical stirrer, anhydrous
MgCl 2 16.0g (0.168M) and pure tetrahydrofuran
850 ml was mixed under nitrogen. While stirring this mixture at room temperature (~25°C), add 13.05 g of TiCl 4
(0.069M) was added dropwise. After the dropwise addition had cooled, the contents of the flask were heated to reflux for 0.5 to 1 hour to dissolve the solids. The system was cooled to room temperature and pure n-hexane 3 was added slowly over 15 minutes. A yellow solid precipitated. After decanting the supernatant, the solids were washed with 1×3 n-hexane. Strain the solids into a rotating evaporation flask.
Drying at 40-60°C yielded 55 g of solid precursor composition. Mg compound and/or Ti during separation of precursor composition
Since the compound may be impaired to some extent,
The Mg-Ti content may be analyzed at this point. The empirical formula used herein to record the precursor composition assumes that the Mg and Ti are still present in the compound form originally added to the electron donor compound and that other residual components of the precursor compound are is derived on the assumption that it depends on the electron donor compound. Analysis of the solid revealed that it contained 6.1% Mg and 4.9% Ti. This is TiMg 2.45 Cl 8.9 ( THF ) 7.0 ( where
THF means tetrahydrofuran). Activation Methods Method A - This method involves multistage activation of precursor compositions. In this method, activation is carried out such that the precursor composition is only partially activated, after which the composition is introduced into a polymerization reactor in which the remainder of the activation is carried out. A mixing vessel or vessel is charged with the desired weight of dry, inert carrier material. In the "Example" described here, the amount of inert carrier is 500 g of silica and 1000 g of polyethylene carrier. The inert carrier material is then mixed with a sufficient amount of anhydrous aliphatic hydrocarbon diluent, such as isopentane, to form a slurry system of the inert carrier material. The amount of diluent required for this is typically
4 to 7 ml per gram of inert carrier. The desired weight of precursor composition is charged to the mixing vessel described above and thoroughly mixed with the slurry composition. The amount of precursor composition used in the "example" catalyst preparation method is between 80 and 135 g, and the elemental titanium content is 1 g of precursor composition.
1±0.1mM per sample. The desired amount of activator compound necessary to partially activate the precursor composition is added to the contents of the mixing vessel so that the precursor composition is partially activated. Depending on the amount of activator compound used at this time,
The Al/Ti ratio of the partially activated precursor composition is
10 to 400, preferably 10 to 100. The activator compound is added to the mixing vessel in the form of a solution comprising 20% by weight of the activator compound (triethylaluminum in the Example) in an inert aliphatic hydrocarbon solvent (hexane in the Example). Activation is accomplished by thoroughly mixing and contacting the activator compound with the precursor composition. All of the above work
It is carried out at room temperature under atmospheric pressure in an inert atmosphere. The resulting slurry is then heated to atmospheric pressure under a purge of dry inert gas such as nitrogen or argon.
Remove the hydrocarbon diluent by drying at a temperature of 60°C. This method usually requires 3 to 5 hours. The product is in the form of a drying, free-flowing particulate material in which the activated precursor composition is homogeneously blended into an inert carrier. The dry product is stored under inert gas. When feeding additional activator compound to the polymerization reactor of this "Method A" in order to fully activate the precursor composition, the compound is first adsorbed onto an inert support material such as silica or polyethylene. can be done. Alternatively, in a more preferred embodiment, the activator compound can be injected into the reaction zone as a dilute solution in a hydrocarbon solvent such as isopentane. When the activator compound is to be adsorbed onto a silica support, the two materials are mixed in a container containing 4 ml of isopentane per gram of support.
The resulting slurry was then heated to atmospheric pressure under a nitrogen purge,
The hydrocarbon diluent is removed by drying at a temperature of 65±10°C for 3-5 hours. When the activator compound is to be injected into the polymerization reaction system as a dilute solution, a concentration of 5 to 10% by weight is preferred. Regardless of the method used to introduce the activator compound into the polymerization reactor for the purpose of completing activation of the precursor composition, the activator compound increases the Al/Ti ratio in the polymerization reactor from 10 to 400. It is preferably added at a flow rate of about 10 to 100%. The silica was heated to 200°C for 4 hours before use.
Dry for an hour. Method B--In this method, complete activation of the precursor composition is accomplished by admixture contacting the precursor composition with an activator compound adsorbed on an inert carrier material. The activator compound is adsorbed onto the inert carrier material by first slurrying the activator compound with a carrier material in an inert hydrocarbon solvent and then drying the slurry to remove the solvent. A composition with an activator compound content of 10-50% by weight is obtained. Thus, pre-dehydrated (4 hours at 800°C) silica
Charge 500g to the mixing container. The desired amount of activator compound is then added to the vessel as a 20% by weight solution in a hydrocarbon solvent such as hexane and mixed (slurried) with the inert carrier in the vessel at atmospheric pressure and room temperature.
do. The solvent is removed by drying the resulting slurry at atmospheric pressure and 65±10° C. for 3 to 5 hours in a stream of dry, inert gas such as nitrogen. The dried composition is in the form of free-flowing particles having the dimensions of the carrier material. Approximately 500 g of the activator compound supported on this silica and dried (silica/activator compound = 50/50% by weight)
Add to the mixing container. Also, add the desired amount (80-135 g) of precursor composition to the mixing vessel. The materials are then thoroughly mixed under a dry inert gas such as nitrogen or argon at atmospheric pressure and room temperature for 1 to 3 hours. The resulting composition is 10-150μ
It is in the form of a physical mixture of dry, free-flowing particles having dimensions of the order of magnitude. During this mixing operation, the carrier-supported activator compound is brought into contact with the precursor composition and is fully activated. During the exothermic reaction that occurs, the temperature of the catalyst composition should not rise above 50°C to avoid any significant deactivation of the catalyst. The activated composition is Al/Ti
The ratio is 10 to 50. >10% by weight of this composition
activator compounds, it can become pyrophoric. Prior to reactor injection, it is stored under a dry inert gas such as nitrogen or argon. Examples 1-3 In each of these three examples, ethylene was homopolymerized using a catalyst formed as described above and activated as in Activation Method A above. The silica diluted precursor composition contained 18.4±1% by weight of precursor composition. In each case, the Al/Ti molar ratio of the partially activated precursor composition was 4.52±0.03. Complete activation of the precursor composition in the polymerization reactor is due to Al/
Triethylaluminum was adsorbed on silica so that the Ti molar ratio was 30 (weight ratio of both substances =
50/50). After reaching equilibrium, 3-4× G n under a pressure of 300 psig (21 Kg/cm 2 ) in a fluidized bed reactor system.
f gas velocity, 3-6 lb/hr/ft 3 (48-96 Kg/hr/
Each reaction was carried out continuously for >1 hour with a production rate of m 2 ) (layer space) per unit space time. The reaction system is as shown in the drawing. It is 10ft high (3.05
m), 13.5in (34.3cm) inner diameter lower area and 16ft height
(4.88 m), with an upper area of 23.5 in (59.7 cm) inside diameter. The table lists the H2 /ethylene molar ratio and ethylene volume percent used in each of Examples 1-3, as well as various properties of the particulate polymer produced in each example.

【表】 例 4〜16 これら一連の13の各例において、既述の如く形
成し且つ前記賦活方法Aのようにして賦活せる触
媒を使つてエチレンを単独重合させた。各々の場
合、部分的に賦活された先駆体組成物のAl/Ti
モル比は4.71±0.01であつた。重合反応器内での
先駆体組成物の完全な賦活は、該器内の完全に賦
活された触媒のAl/Tiモル比を13〜62とするよ
うに、2.6〜5重量%のイソペンタン溶液形状を
なすトリエチルアルミニウムを用いて実施した。 各反応を例1〜3のようにして行つた。下記表
に例4〜16の反応条件、反応器内で保持せる
Al/Tiモル比、先駆体組成物をシリカで稀釈し
てなる混合物の先駆体組成物量(重量%)を掲載
する。また表には、例4〜16で製造したポリマ
ーの各種特性を掲載する。 例5、例6および例9の各々において、反応器
内のZn/Ti比を30に保つため、ジエチル亜鉛を
2.6重量%のイソペンタン溶液として反応器に加
えた。また、活性剤化合物も、これらの例で2.6
重量%のイソペンタン溶液として反応器に加え
た。
TABLE Examples 4-16 In each of these series of 13 examples, ethylene was homopolymerized using a catalyst formed as described above and activated as in Activation Method A above. In each case, the partially activated precursor composition Al/Ti
The molar ratio was 4.71±0.01. Complete activation of the precursor composition in the polymerization reactor is carried out in the form of a 2.6-5 wt% isopentane solution such that the Al/Ti molar ratio of the fully activated catalyst in the vessel is 13-62. The experiment was carried out using triethylaluminum with the following properties. Each reaction was carried out as in Examples 1-3. The reaction conditions for Examples 4 to 16 are shown in the table below and are maintained in the reactor.
The Al/Ti molar ratio and the amount (wt%) of the precursor composition of the mixture obtained by diluting the precursor composition with silica are listed. The table also lists various properties of the polymers produced in Examples 4-16. In each of Examples 5, 6 and 9, diethylzinc was added to maintain a Zn/Ti ratio of 30 in the reactor.
It was added to the reactor as a 2.6% by weight solution in isopentane. The activator compound is also 2.6 in these examples.
It was added to the reactor as a wt% isopentane solution.

【表】【table】

【表】【table】 【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明方法を例示するフローシートで
ある。第2図は、本発明の触媒系を用いることの
できる気相流動層反応器を示す。第2図中主要な
部分を表わす符号の説明は以下の通りである。 10:反応器、12:反応帯域、14:減速帯
域、16:気体分析装置、18:気体導入箇所、
20:気体分配プレート、22:サイクロン、2
4:過装置、26:熱交換器、27:デイスペ
ンサー、30:不活性気体導入箇所、32:含浸
先駆体組成物用溜め、34:生成物排出箇所。
FIG. 1 is a flow sheet illustrating the method of the present invention. FIG. 2 shows a gas phase fluidized bed reactor in which the catalyst system of the present invention can be used. Explanations of the symbols representing the main parts in FIG. 2 are as follows. 10: reactor, 12: reaction zone, 14: deceleration zone, 16: gas analyzer, 18: gas introduction point,
20: Gas distribution plate, 22: Cyclone, 2
4: filtration device, 26: heat exchanger, 27: dispenser, 30: inert gas introduction point, 32: reservoir for impregnated precursor composition, 34: product discharge point.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 気相において、1000psi(70.3Kg/cm2)より
低い圧力下、Ti含有触媒により、Ti1lb(0.45
Kg)当り50000lb(22700Kg)以上のポリマー生産
性で0.958〜0.972の密度および22〜32のメルトフ
ロー比を有する粒状エチレンホモポリマーを製造
する接触方法であつて、 MgX2 (ここでXはCl、Br、I又はこれらの混合物
よりなる群から選ばれる) の構造を有するマグネシウム化合物少くとも1種
とTi(OR)ab〔ここでRはC1〜C14の脂肪族若
しくは芳香族炭化水素基又はCOR′(R′はC1
C14の脂肪族若しくは芳香族炭化水素基である)
であり、aは0又は1であり、bは2〜4であ
り、a+b=3又は4である〕の構造を有するチ
タン化合物少くとも1種とを、これらマグネシウ
ム化合物およびチタン化合物が可溶な液体有機化
合物にして脂肪族および芳香族カルボン酸のアル
キルエステル、脂肪族エーテル、環状エーテルお
よび脂肪族ケトンよりなる群から選ばれる電子供
与体化合物少くとも1種に溶かすことにより形成
される、該電子供与体化合物を溶媒とした、式 MgnTi1(OR)op〔ED〕q (ここでRおよびXは先に定義した通りであ
り、EDは電子供与体化合物であり、mは0.5〜56
であり、nは0又は1であり、pは6〜116であ
り、そしてqは2〜85である) の先駆体組成物の溶液(但し、前記マグネシウム
化合物、前記チタン化合物および前記電子供与体
化合物はn,m,pおよびqの値を満たすような
量で用いられるものとする)から前記先駆体組成
物を回収することによつて取得される前記式の先
駆体組成物をその1重量部当り1〜10重量部の不
活性担体物質少くとも1種で稀釈し、次いで該組
成物のTi1モル当り400モルまでの、式 Al(R″)cX′dHe (式中X′はCl又はORであり、R″およびR
は同じか又は別異にしてC1〜C14の飽和炭化水素
基であり、dは0〜1.5であり、eは1又は0で
あり、そしてc+d+e=3である)を有する活
性剤化合物で部分的ないし完全に賦活する(但
し、部分的賦活は、前記先駆体組成物のTi1モル
につき0より多く10モル未満の前記活性剤化合物
を以て実施され、また 完全な賦活は、前記先駆体組成物のTi1モルに
つき10〜400モルの前記活性剤化合物を以て実施
されるものとする)ことにより製せられた触媒粒
子に、気相反応帯域中、エチレンモノマー装入物
を、該エチレン1モル当り水素0〜2.0モルの存
在で接触させることによつて30〜115℃の温度で
エチレンを単独重合させることを包含する方法。 2 流動層で実施される特許請求の範囲第1項記
載の方法。 3 部分的に賦活された触媒が反応帯域に供給さ
れ該帯域で完全に賦活される特許請求の範囲第1
項記載の方法。 4 取得される粒状のエチレンホモポリマーが、
0より多く10ppm以下のTi含量、0より多く
70ppm以下の1種又は2種以上のCl、Br又はI
含量、炭素原子1000個当り1以下の不飽和基(C
=C)含量を有する特許請求の範囲第1項記載の
方法。 5 取得される粒状のエチレンホモポリマーが更
に、18〜32 1b/ft3(288〜513Kg/m3)のかさ密
度を有する特許請求の範囲第4項記載の方法。 6 取得される粒状のエチレンホモポリマーが更
に、0〜50のメルトインデツクスを有する特許請
求の範囲第5項記載の方法。
[Claims] 1. In the gas phase, Ti 1 lb (0.45
A catalytic process for producing particulate ethylene homopolymers having a density of 0.958 to 0.972 and a melt flow ratio of 22 to 32 with a polymer productivity of greater than 50,000 lb (22,700 Kg) per kg (MgX 2 (where X is Cl, At least one magnesium compound having the structure selected from the group consisting of Br , I , or a mixture thereof) and Ti( OR ) a group or COR′ (R′ is C 1 ~
C14 aliphatic or aromatic hydrocarbon group)
, a is 0 or 1, b is 2 to 4, and a + b = 3 or 4], and at least one titanium compound having the structure: The electron is formed by dissolving the liquid organic compound in at least one electron donor compound selected from the group consisting of alkyl esters of aliphatic and aromatic carboxylic acids, aliphatic ethers, cyclic ethers, and aliphatic ketones. With the donor compound as the solvent, the formula Mg n Ti 1 (OR) o X p [ED] q (where R and X are as defined above, ED is the electron donor compound, and m is 0.5 ~56
, n is 0 or 1, p is 6 to 116, and q is 2 to 85), provided that the magnesium compound, the titanium compound, and the electron donor 1 weight of the precursor composition of the above formula obtained by recovering the precursor composition from diluted with 1 to 10 parts by weight of at least one inert carrier material and then up to 400 moles per mole of Ti of the composition, with the formula Al(R″) c X′ d H e (where X′ is Cl or OR, R″ and R
are the same or different C1 - C14 saturated hydrocarbon groups, d is 0-1.5, e is 1 or 0, and c+d+e=3). Partial to complete activation (with the proviso that partial activation is carried out with more than 0 and less than 10 moles of said activator compound per mole of Ti of said precursor composition; and complete activation is carried out with more than 10 moles of said activator compound per mole of Ti of said precursor composition; A charge of ethylene monomer is added in a gas phase reaction zone to catalyst particles prepared by using 10 to 400 moles of said activator compound per mole of Ti, at a concentration of hydrogen per mole of said ethylene. A process comprising homopolymerizing ethylene at a temperature of 30 to 115°C by contacting in the presence of 0 to 2.0 moles. 2. The method according to claim 1, which is carried out in a fluidized bed. 3. Claim 1 in which a partially activated catalyst is fed to a reaction zone and is fully activated therein.
The method described in section. 4 The obtained granular ethylene homopolymer is
Ti content of more than 0 and less than 10ppm, more than 0
70ppm or less of one or more Cl, Br or I
Content, not more than 1 unsaturated group per 1000 carbon atoms (C
=C) The method according to claim 1. 5. The method of claim 4, wherein the granular ethylene homopolymer obtained further has a bulk density of 18 to 32 lb/ ft3 (288 to 513 Kg/ m3 ). 6. The method according to claim 5, wherein the granular ethylene homopolymer obtained further has a melt index of 0 to 50.
JP4247183A 1978-03-31 1983-03-16 Polymerization catalyst, manufacture and use for ethylene monopolymerization Granted JPS58222105A (en)

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US892037 1978-03-31
US14412 1979-02-27

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3168484A (en) * 1960-05-20 1965-02-02 Shell Oil Co Production of polymerization catalyst
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