JPS63500176A - アルフア−オレフインを重合させる間のシ−チングの低減方法 - Google Patents
アルフア−オレフインを重合させる間のシ−チングの低減方法Info
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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】
アルファーオレフィンを重合ぢせる間
のシーチングの低減方法
慣用の低密度ポリエチレンは歴史的に厚肉のオートクレーブ或は管形反応装置に
おいて5 Q、 000 psI(4500M4つ程に高い圧力及び300℃ま
で又はそれ以上の温度で重合されてきた。高圧低密度ポリエチレン(HP−LD
PE)の分子構造は極めて複雑である。それらの単純な侮成羊位の配置の順列は
本質的に無限である。HP−LDPRは入シ組んだ長鎖の枝分れ分子構造を特徴
とする。これらの長鎖分枝はこれらの樹脂のメルトレオロジーに対シ顕著な影會
を与える。HP−LDPE はまた短鎖分枝、通常長さ1〜6の炭素原子のスペ
クトルをも有する。これらの短鎖分子は結晶生成を破裂させ及び樹脂密尻を下げ
る。
よ)最近になって、低密度ポリエチレンを低い圧力及び温度の流動床技法によ)
エチレンヲ棟々のアルファーオレフィンと共重合させて作ることができる技術が
提供された。これらの低圧LDPE(LP−LDPE)樹脂は通常長鎖の枝分れ
’に6るとしてもほとんど持っておらず、時には縁状LDPE樹脂と貯ばれる。
低圧LDPE樹脂は分校長に関し短鎖枝分れしておシ及び重合の間に用いるコモ
/マーのタイプ及び飯によって1節することがよくある。
当業者によく知られているように、今、高又は低密度ポリエチレンは流動床プル
七スによシ低密度及び高密度生成物の全範囲を製造するいくつかの触媒系統を用
いて簡便に提供することができる。使用すべき触媒の適当な選定は一部において
所望の最終生成物のタイプ1すなわち高密度、低密度、押出用銘柄、フィルム用
銘柄の樹脂及びその他の基準による。
流動床反応装置においてポリエチレン管製造するのに用いることができる種々の
タイプの触媒は通常下記の通)に類別することができる;
タイプ■、ベーカ−(Bak@r)及びカリツク(CarrIck)に係る米国
特許3,324.101号、カリツク、カラビンカ(Karaplnka)及び
ターベット(Turbot) に係る米国特許4324.095号に開示されて
いるシリルクロメート触媒。シリルクロメート触媒は下記式の基が中に存在する
ことを特徴とする:
(式中、Rは1〜14の炭素原子を有するヒドロカルビル基である)。
好ましいシリルクロメート水媒はビス(トリアリールシ’) ル) クロメート
、一層好ましくはビス(トリフェニルシリル)クロメートである。
この触媒をシリカ、アルミナ、トリア、ジルコニア等の担体←付着させて用い、
及び他の担体、例えばカーボンブラック、微品質セルロース、非スルホン化イオ
ン交換樹脂等を用いてもよい。
W−米国特許3.879.568号に開示されているビス(シクロペンタジェニ
ル)クロム(2)化合物。こレラのビス(シクロペンタジェニル)クロム(9)
化合物は次式〔式中、R1及びR″は同−或は興なるct−cz・(それぞれを
含む)の炭化水素ラジカルにすることができ、n′及びn″ は同−或は異なる
0−5(それぞれt含む)の整数にすることができる〕。R1及びR1炭化水素
ラジカルは飽和でも或は不飽和でもよく及び脂肪族、脂環式、芳香族ラジカル、
例えはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、シクロペンチル、シクロ
ヘキシル、アリル、フェニル及びす7チルラジカルを含むことができる。
これらの触媒を前に説明した通)に担体上に用いる。
J」1」工米国特許4,011,382号に記載する通ルの触媒。これらの触媒
はクロム及びチタン化合物の状態で、及び必要に応じてフッ素、担体上含有する
。触媒は担体と、クロム、チタン、フッ素との総合重量管基準にしてクロム(C
r として計算)を約α05〜五〇重量%、好ましくは約(12〜to重量%、
チタン(TI として計算)を約15〜9.0重量%、好ましくは約4.0〜7
.0重量%、フッ素(Fとして計算)t−α0〜約z5重ff1%、好ましくは
約(L1〜tO重墓%含有する。
タイプ■について用いることができるクロム化合物はCrO3或は採用する活性
化条件下でCr 03 に酸化し得る任意のクロム化合物を含む。担持される活
性化触媒におけるクロムの少なくとも一部は六価の状態でなければならない。使
用することができるCrO3と異なるクローム化合物は米国特許2.82へ72
1号及び同S、622,521号に開示されてお)、及びア七チルア七トン第ニ
クロム1硝酸第ニクロム、酢酸第ニクロム、塩化第ニクロム、硫!gニクDム、
クロム酸アンモニウムを含む。
使用することができるチタン化合物は採用する活性条件下でTl(h に酸化可
能な化合物を全て含み及び米国特許へ622,521号及びオランダ特許出願7
2−10881号に開示されている化合物を含む。
使用することができるフッ素化合物は、HF、或は採用する活性化条件下でHF
’に生ずる任意のフッ素化合物を含む。用いることができるHFと異なるフッ素
化合物はオランダ特許出願72−10881号に開示されているO
触媒組成物において担体として使用することができる無機酸化物材料は、高表面
積、すなわち1グラム当シ約50〜約1000iの範囲の表面積及び平均粒径約
20〜200ミクロンを有する多孔質材料である。用いることができる無機酸化
物はシリカ、アルミナ、トリア、ジルコニア及びその他の匹敵し得る無槌醗化物
、並びにかかる酸化物の混合物を含む。
タイプIV、M媒はエフ、ジエ、力1:l # (F、 J、 Karol )
等の名前、°流動床反応装置におけるエチレンコポリマーの製造°なる名称で1
978年5月31日に出願され及び本出願人と同じ論受入に譲渡された米国特許
出願第892.325号に記載されている。これらの触媒は少なくとも1種のチ
タン化合物と、少なくとも1権のマグネシウム化合物と、少なくとも1種の電子
供与体化合物と、少なくとも1楓の活性剤化合物と、少なくとも1檜のキャリヤ
ー物質とから成る。
チタン化合物は下記の何造を有する:
石(OR)、X。
〔式中、Rは01〜C14の脂肪族又は芳香族炭化水素ラジカル、或はCOR’
(R’はC1〜C14の脂肪族又は芳香族炭化水素ラジカルである)であシ;X
はC11Br 又は工であシ;aは0又は1であ);bは2〜4(それぞれを含
む)であ夛: a + b −5又は4である〕。
チタン化合物は個々に或は組合せて用いることができ、及びTICノj、TIC
j4、TI(OCL)Cjx、Ti(OCsHs)C1g、TI (OCOCs
Hs )C1s 、$I(OCOCHi)Cjn ’k 含す。
マグネシウム化合物は下記の構造を有する:gXs
(式中、XはCI 、Br又は工である)。かかるマグネシウム化合物は個々に
或は組合せて用いることができ及びMgC1t SMgBrz 、Mg1z ’
に含b0無水のMgCl2が好ましいマグネシウム化合物である。
チタン化合物及びマグネジ・ラム化合物は通常電子供与体化合物における溶解を
容易にする形で用いる。
電子供与体化合物は25℃において液体であシ及びチタン化合物及びマグネシウ
ム16合物が一部或は完全に可溶性の有機化合物である。電子供与体化合物はそ
れ自体で或はルュイス堰塞として知られている。
電子供与体化合物は脂肪族及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、脂肪族ケトンのような化合物を含む。
触媒は下記の構造を有するハロゲン化ホウ素化合物で改質することができる:
BReX’3−c
〔式中、Rは1〜14の炭素原子を含有する脂肪族又は芳香族炭化水素ラジカル
或はOR’(R’もまた1〜14の炭素原子を含有する脂肪族又は芳香族炭化水
素ラジカルである)であシ、
xlはC15Br又はこれらの混合物から成る群よ)選び、CはRが脂肪族又は
芳香族炭化水素である場合0又は1であシ、RがOR’である場合0.1又は2
である〕Oハロゲン化ホウ素化合物は個々に或は組合せて用いることができ、及
び次を含む: BCls、BBrssB(CxHs)C1zsB(OCzHs)
C1z 、B (OCz& )zcj 、B(C@HJCj* 、B(OCs
Hi) CIt 。
B (OC@Hs) CIt 、B (C@Htx) C7宜、B(OCsHt
x) C1z 、B(OCaHs)zcj。
三塩化ホウ素が特に好ましいホウ素化合物である。
活性剤化合物は下記の構造を有する:
人j(R”)eX5H。
(式中、XlはCj又はORIであシ;R1及びR1は同一であるか或は異なシ
及びCI”−C14の飽和ラジカルであシ;dは0〜t5であシ:・は1又は0
であシ: c + d + *=3である)。
該活性剤化合物は個々に或は組合せて用いることができる。
キャリヤー物質は固体の粒状物質であル、無機物質、例え・ばケイ素、アルミニ
ウムの酸化物、モレキュラーシーブ及び有機物質、例えばオレフィンポリマー、
例えばポリエチレンを含む。
通常、上記触媒ti合合物物質共に、ストレートサイドのセクションの上部に拡
大セクションを有する反応装置に導入する。サイクルガスが反応装置の底部に入
シ、ガス分配板を上方に通)抜けて容器のストレートサイドセクションに置く流
動床の中に入る。ガス分配板は適当なガス分配を確実にし及びガス流れを停止す
る際に樹脂床を支持する慟1!!をする。
流動床を出るガスは樹脂粒子を同伴する。これらの粒子のほとんどは、ガスが拡
大セクションを通過するにつれてガスの速度が低下されて離脱される。
上述した反応装置において触媒タイプI〜■を利用することに伴なう操作上の困
−は相当に排除されて広範囲の用途含有する低圧、低又は高密度ポリエチレン樹
脂を経済的及び有効に生産するに至った。
エチレン樹脂についての所定の最終用途全満足するために、例えばフィルム射出
成形及び回転成形用途のために、触媒タイプ■が使用されてきた。しかし、多孔
質シリカ支持体に担持したタイプInk媒を所定の流動床反応装置において利用
して所定のエチレン樹脂tS造しようとする試みは実際の商業的見地から完全に
は満足すべきものではなかった。これは主に短かい運転時間の後に反応装置内で
「シート」を生成することによる。「シート」は溶融高分子物質を成すことを特
徴とし得る。
シートは寸法が広く変わるが、はとんどの点において同様である。シートは通常
厚さ約7〜Tインチ(&4〜jams)、長さ約1〜5フイー) (115〜1
5 m )であ)、もつと長い見本もいくつかある。シートは幅が約3インチ(
7,6o11)〜18インチ(46cx)1越える。シートはシートの長さ方向
に配向される溶融ポリマーで構成されるコアーを有し、表面はファーに融着した
粒状樹脂でおおわれる。シートの縁は溶融ポリマーのストランドから毛羽立ち外
観を有する。
重合する間の比較的短い時間の後にシートは反応装置内に出現し始め、これらの
シートは生成物流出系を閉塞し、反応装置を運転停止に押しやる。
よって、現在チタンを基剤とする触媒を流動床反応装置において用いてポリオレ
フィン生成物を製造するのに必要な重合技法を改良する必要が存在することはわ
かるであろう。
従って、本発明の目的はチタンを基剤とする化合物を触媒として用いてアルファ
ーオレフィンを低圧流動床重合させる間に起きるシーチングのNt大きく低減す
る或は排除する方法を提供することである。
別の目的はチタン基剤の触媒或は同様のシーチング現象を生ずる他の触媒を用い
てオレフィン樹脂を製造するのに用いられる流動床反応装kt処理する方法全提
供することである。
これらや他の目的は通常高密度及び低密度ポリオレフィンを製造する代表的な気
相流動床重合プロセスを示す添付図に関連して挙げる下記の説明から容易に明ら
かになるものと思う。
本発明は、広く考えれば、重合の間にシーチングを引き起こしやすいチタンを基
剤とする触媒或は他の触媒を用いて流動床反応装置においてアル7アーオレフイ
ンを重合させる方法の改良であって、該反応装置内のシート生成の起こシ得る場
所における静電圧をそれよ)高ければシート生成を引き起こすおそれのある静電
圧レベルよシも低く保つことを含む改良を提供する。
シート生成についての臨界t#電圧レベルは樹脂合体温度と、運転温度と、流動
床内の抗力と、樹脂粒径分布と、循環ガス組成との複雑な関数である。静電圧は
檀々の技法によシ、例えば反応装置表面を処理して静電発生を減小させることに
よシ、静電防止剤を注入して粒子表面の導電性を増大させこうして粒子の放電を
助長することによシ、局部場の強さの高い領域を作って放IEを助長するように
設計した反応装置壁に接続した適当な装置1設置することによシ、樹脂床と反対
の極性のイオン対、イオン或は荷電粒子を注入或は生じて電荷を中和することに
よって低下させることができる。
特に好ましい技法は通常重合の前にクロム含有化合物を反応容器内に非反応雰囲
気において導入することによって反応装置容器を処理することを含む。
特に図面の中の単−図を参照すれば、アルファーオレフィンを重合させる慣用の
流動床反応系は反応域12と速度減小域14とから成る反応装置10を含む。
反応域12は反応域を通るメークアップ原料及び循環ガスの形の重合性及び改質
ガス状成分の連続流れによって流動化される成長ポリマー粒子と、成形ポリマー
粒子と、少量の触媒粒子との床を含む。実行可能な(マ1ablJ流動床を維持
するため、床透通る質量ガスamを通常流動化に必要な最少流量よシ高く、奸ま
しくはGnfの約t5〜約10倍、一層好ましくはGmfの約3〜約6倍に保つ
。Gmfは流動化を達成するのに必要とされる最少ガス流量についての略語とし
て容認される形で用いられている、シー、ワイ、ウエン(C,Y、 Wan )
及びライ。エッチ、ニー(Y、H,Yu)、“流動化の力学°、ナミカルエンジ
ニアリングプログレスシンポジウムシリーズ、62巻、100−111頁(19
66)。
床は局部の「ホットスポット」の形成を防止し、粒状を収容することが極めて望
ましい。始動時、ガス流れを開始する前に通常反応容器に粒状ポリマー粒子のベ
ースを装入する。かかる粒子は生成されるべきポリマーと性質が同じであっても
よく或は異なってもよい。性質が異なる場合、該粒子は所望の成形ポリマー粒子
と共に最初の生成物として抜き出される。終局的には、所望のポリマー粒子の流
動床が始動床に取って代る。
流動床に用いる適当な触媒は好ましくは溜め16において貯蔵する物質に不活性
なガス、例えば窒素又はアルゴンのガスシール下でサービス用に貯蔵する。
流動化は床への及び床を通る高速のガス循環、代表的にはメーク−アップガスの
供給速度の約50倍程度によって達成する。流動床は床を通るガスのパーコレー
ションによって作られる通シの起こシ得る自由渦流における実行し得る粒子の濃
密マスの全般的状況を有する。床による圧力降下は床の質jlを断面積で割った
のに等しいか或はそれよ)わずかに大きい。すなわち、圧力降下は反応装置の形
状寸法による。
メークアップガスは粒状ポリマー生成物を抜き出す速度に等しい速度で床に供給
する。メークアップガスの組ぽは床の上方に位置させるガス分析計18によって
める。ガス分析計は循環させているガスの組成をめ、よってメークガスの組成t
i節して反応域内に本質的に一様なガスの組成を保つ。
完全な流動化を確実にするために、循環ガス及び所望の場合にメークアップガス
の一部或は全部を反応容器の床よシ低いベース20に戻す。戻)の点よシ上に位
置させるガス分配板22は適当なガス分配を確実にし、またガス流れを停止した
際に樹脂床を支持する。
床において反応しないガス流の一部は、好ましくは床よシ上部の速度減小域14
に通しそこで同伴される粒子に落下して床に戻る機金管与えることによって重合
域から去らせる循環ガスを構成する0
次いで、循環ガスを圧縮機24で圧縮した後に熱交換器26の中に通し、そこで
反応熱を取シ失った後に床に戻す。反応熱を絶えず取シ去ることにより、床の上
方部内に顕著な温度勾配が存在するようには見えない。温度勾配は床の底部の約
6〜12インチ(15〜30α)の層に、流入ガスの温度と残シの床の温度との
間に存在する。すなわち、床は未載のこの底部層よ)上の循環ガスの温度をほと
んど直ちに調節して残シの床の温度に一致させる役at−果し、それによ)法自
体を定常条件下で本質的に一定な温度に保つことが観察された。次いで、循環ガ
ス全反応装置のベース20及び分配板22に通して流動床に戻す。また、圧縮機
24を熱交換器26の下流に置くことができる。
水素を本発明で意図するタイプの慣用の重合反応用連鎖移動剤として用いてもよ
い。エチレンをモノマーとして用いる場合、使用する水素/エチレンの比はガス
流中のモノマー1モル当シ水素約0〜約2.0モルの間で変わる。
触媒及び反応体に不活性な任意のガスもまたガス流中に存在することができる。
助pB媒をディスペンサー28から管路30に通す等ガス循堺流に該流の反応容
器との接続よシ上流に加える。
よく知られているように、流動床反応容−全ポリマー粒子の合体温度よシ低い温
度で運転することが必須である。すなわち、合体が起きないこと金確実にするた
め、合体温度よシ低い運転温度が望ましい。エチレンポリY−を製造する場合、
好ましくは約90°〜100℃の運転温度を用いて密度約α94〜α97含有す
る生成物を作シ、他方密度的、91〜.94を有する生成物については温度約7
5°〜95℃が好ましい。
通常、流動床反応装置は約1000 psl (70Kp 7cm”)までの圧
力で運転し、好ましくは圧力的150〜350psI (11〜25KF/3つ
において運転する。圧力の上昇はガスの単位容積熱容量を増大するので、かかる
範囲の一層高い圧力における運転が熱交換に有利である。
触媒はその消費量に等しい速度で床の分配板22よシ上の点32に注入する。p
&媒に対し不活性なガス、例えば窒素或はアルゴンを用いて触媒を床に運ぶ・触
媒を分配板22よシ上の点において注入することが重要な特徴である。通常使用
する触媒は高活性であるので、分配板よシ下の領域に注入すればそこで重合を開
始させ、終局的に分配板の閉塞を引き起こし得る。代シに、実行し得る床に注入
すれば床全体にわたって触媒を分配させるのを助は及び「ホットスポット」全形
成するに至シ得る高い触媒濃度の局部スポットの形成を排除する傾向にある。
所定の一層の運転条件下で床の一部を生成物として粒状ポリマー生成物の生成速
度に等しい速度で抜き出すことによって流動床を本質的に一定の高さに保つ。熱
生成速度は生成物生成に直接関係されるので、反応装置を通るガスの温度上昇(
入口ガス温度と出口ガス温度との間の差)の尺度は一定のガス速度におけるポリ
マー生成速度の決定因となる。
粒状ポリマー生成物を好ましくは点34で或は分配板22で或はその近くで抜き
出す。粒状ポリマー生成物は分離域40を定める一対の時間調節(timed)
パルプ36及び58のシーケンシャル作動によって簡便にかつ好適に抜き出す。
パルプ58を閉止する間にパルプ36を開けてガス及び生成物のプラグをパルプ
58とパルプ36との間の域40に出し、次いでパルプ36を閉止する。
次いでパルプ38を開けて生成物を外部回収域に排出し、排出した後次いでパル
プ38を閉止して次の生成物回収操作を待つ@
最後に流動床反応装置に適当なベント系を装置して始動及び運転停止の間に床を
ベントすることを可能にする。
反応装置は攪拌手段及び/又は壁掻取シ手段を使用することな必要としない。
反応装置容器は通常炭素鋼で作られ及び上述した運転条件用に設計されている。
タイプ■触媒の利用に付随する問題を一層よく示すために、再び図面を参照する
。チタンを基剤とする触媒(タイプ■)を反応装置100点32において導入す
る。
所定の樹脂についての慣用の運転下で、短時間、すなわち約36〜72時間程度
の後に、反応装置10内の反応装置の壁の近く、流動床のベースからほぼ反応装
置の直径の、半分の距離の場所においてシートが生成し始める。
溶融樹脂のシートが分離域40内に出現し始め、急速に系t−M塞し、反応装置
を運転停止させる。一層特徴的には、フーチングは反応装置10内の樹脂床の重
量の6〜10倍に等しい生産量の後に始まる。
シーチング奮発見し及び排除しようと試みて多くの可能性のある原因を調査した
。調査の過程において、熱電対をガス分配板より反応装置直径の一!−〜1上の
高さの反応装を壁の内側すぐの所に設置した。慣用の運転下で「スキン」熱電対
は流動床の温度に等しい温度を示す。
フーチングが起きる際、これらの熱電対は流動床の温度よシも20℃まで高い温
度の偏倚を示し、これよシシーチングの発生の信頼し得る指標を与える。加えて
、静寛圧計を用いて流動床内の反応装置壁から半径方向1インチ(15cm )
及びガス分配板よシ反応装置直径のI上に配置した1インチ(t 3 aR)球
状電極で1i11Et測定した。
その位置は、シート生成が流動床のベースよシ上の高さで反応装置直径の7〜7
の範囲の帯域において始まるととを観測したことから選んだ。深い流1床につい
てよく知られているように、これは壁の近くの混合強度が最も小さい領域、すな
わち壁の近くの粒子運動が全体的に上方から全体的に下方に変わるゼロ域に相当
する。調査した可能性のある原因は流動床内の混合に影=et−与える要因、反
応装置運転条件、触媒及び樹脂の粒子寸法、粒子寸法分布等を含むものであった
。フーチングと反応装置壁の近くの樹脂粒子における静電荷の蓄積との間に相関
を見出した。流動床反応装置内の反応装置壁近くの特定の部位における樹脂粒子
の静を圧レベルが低ければ反応装置は正常に動き及びシートを生成しない。それ
らの部位においてWI電圧レベルが臨界レベルを越える場合に、管理はずれのフ
ーチングが起こシ、反応装置の運転を停止しなければならない。
驚くべきことに、前にタイプ■島媒を使用していた反応装置において或はタイプ
I−1の触kを使用していた反応装置においてタイプ■触&を使用した樹脂の場
合にフーチングは有意な程度に起きなかった。
更に、流動床内の反応装fii壁に近い場所の静電圧をシート生成についての臨
界レベルよ)低く制御することによってフーチングを相当に低減させ、いくつか
の場合には完全に排除し得ることを見出した。このシート生成についての臨界レ
ベルは固定した値ではなく、樹脂合体温度、運転温度、流動床における抗力、樹
脂粒径分布、循環ガス組成を含む変数に依存する複雑な関数である。
エチレンホモポリマー及びエチレン−ブテンコポリ!−のフーチングについての
臨界電圧レベルVCは、主に樹脂合体温度と、反応装置床温度と、循環ガス中の
水素の濃度との関数である。その関係は下記の通シに表わすことができる:
Vc= −8000−50Ts + 90 〔Hz )+150 T。
〔式中、vc=これよシ低けれはフーチングが起きないところの電圧(ボルト)
;
Ts−反応装置の運転条件下での樹脂の合体温度(℃);To−反応装置の温度
ぐC):
(b)−循環ガス中の水素モル%〕。
反応装置運転条件下の樹脂の合体温度は、樹脂を製造する際に用いる反応装置循
環ガスと同じ組成を有するガスと接触している樹脂の沈降した床が、床t−15
分間沈降させたままにした後に再流動化を試みる際に焼結して凝集物を形成する
温度である。合体温度は、樹脂密度管低くすることによシ、メルトインデックス
を増大するととにより、溶解したモノ!−の量を増大することによって低下され
る。
式中の定数は反応装置の運転中に反応装置が頂度床の温度よシ高いスキン熱を対
温度偏府によシシーチングの徴候を示し始めた際に集めたデータからめた。先に
説明した電圧プローブに示される電圧は流動床のランダム性によシ紅時変化する
。すなわち、臨界電圧Veは時間平均の電圧として表わされる。静電荷のために
形成されるシートが反応装置壁から離れる際に追加の静電荷を発生するため電圧
測定は判断するのが難かしい。加えて、シーチング現象は非常に局部的な現象と
して出発し及び電圧の読みの更に曇った( clouding)判断を広げ得る
。
シーチンクのff1Wを完全には理解しないが、流動床中に発生する静電気が樹
脂粒子を荷電するものと考えられる。粒子における電荷が、荷電粒子を反応装置
壁の近くに保とうとする9電力が粒子tmから離して移動させようとする床内の
抗力t−越えるレベルに達した時に、重合している樹脂粒子を含有する7!9!
媒の層が反応装置壁の近くに非流動化層を形成する。壁の近くの非流動化層は床
の流動化部分における粒子程には流動化ガスとの接触を持たないととから、この
層からの熱除去は重合熱を取シ宍るのに十分なものではない。重合の熱は反応装
置壁の近くの非流動化層の温度を上昇させ、ついに粒子は融解し及び融着する。
この点において、流動床からの他の粒子が融着層に粘着し、該層は寸法が大きく
なシ、ついに反応装置壁から放れるようになる。導体からの誘導体の分離(反応
装置壁からのシート)は追加のtfJI電気を発生することが知られておシ、こ
うして絖〈シート形成を助長する。
技楕は静!田を減小式は排除することができる種々のプロセスを教示している。
これらは(1)電荷発生速度な減小させること、(2)II荷の放出速度を増大
させること、(5)電荷の中和を含む。流動床において用いるのに適したいくつ
かのプロセスは、(1)添加剤を用いて粒子の導電性全増大させ、それによ)放
電用路を与えること、(2)流動床内に接地装置を設置して電荷を地面に放電す
る追加面を与えること、(3)放電によシガス或は粒子をイオン化してイオンを
生成し、粒子の静電荷を中和すること、(4)放射性源を用いて放射線を生成し
、該放射線はイオンを生じて粒子の静電荷を中和することを含む。これらの技法
を商業規模の流動床、重合反応装置に適用することは実行し得ないか或は実際的
でない。使用する添加剤は重合触媒に毒として作用してはならず及び生成物の品
質に悪影@を与えてはならない。これよ)、粒子の静電気を減小させるのに鮫も
広く用いられる添加剤である水は、ひどい触媒毒であるので使用することができ
ない。接地手段を設置することは、金属表面上の樹脂粒子のjg!擦が樹脂粒子
に静電荷を生むので、実際追加の静電荷な発生するか本しれない。イオン発生器
及び放射性源を用いることはきびしい規模の問題を持ち出す。放電或は放射線に
よ多発生させるイオンは反応装am及びその他の接地物体に引き寄せられて接地
物体に接触する前に限られた距離しか移動しない。これよシ、イオンはシーチン
グが起きる床の@域を放電するのにイオン発生の場所からそれ程十分には移動し
得ない。流動床内のイオン発生はイオン発生器の周シに生成する荷電粒子のII
(cloud)の抑制作用によってひどく制限される。これより、必要とする
イオン発生源の数が多くなシ、加圧される炭化水素収容反応装置内或は近くの放
射性源或は放電発生器の複雑性及び危険性を増す。調査の過程において、静電荷
発生を低減させるように反応装置容器の瓶を処理する有効な方法は、クロム含有
水*<タイプl−1)であってクロムが反応装置内のその滞留の少なくとも一部
の間に2又は3価の状態にあるものを用いた短い期間、すなわち2週間の反応装
置の運転を含むことを見出した。
しかしながら、驚くべきことに、また重合を開始する前に反応装置容器の携をク
ロム含有化合物であってクロムが反応装置内に2又は3の原子価で存在するもの
で処理するなら、その場合重合の間のシーチングの生成を相当に低減し、いくつ
かの場合には完全に排除することを見出した。
本発明において用いることを意図するクロム含有化合物は前に説明した通シにク
ロムが反応装置内に2又は3の原子価で存在する化合物でちる。単に例として、
下記の化合物が本発明用に適している:
下記式含有するビス(シクロペンタジェニル)クロム(2)化合物:
〔式中、R1及びR1は同−或は異なるCI −C211(それぞれを含′t?
)の炭化水素ラジカルにすることができ、nl及びnlは同−或は異なるO、
−S (それぞれt含む)の整数にすることができる)OR’及びR″炭化水素
ラジカルは飽和でも或は不飽和でもよく及び脂肪族、脂環式、芳香族ラジカル、
例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、シクロペンチル、シクロ
ヘキシル、アリル、フェニル及びナフチルラジカルを含むことができる。
適しているその他の具体的な化合物はア七チルアセトン第ニクロム、硝酸第ニク
ロム、酢酸第一クロム又は第ニクロム、塩化第一クロム又は第ニクロム、臭化第
一クロム又は第ニクロム、フッ化第−クロム又は第ニクロム、硫酸第一クロム又
は第ニクロム、及びクロム化合物から作る重合触媒であってクロムがプラス2又
は5価の状態である本のを含む。
ビス(シクロペンタジェニル)クロム(クロモ七ン)は、優れた結果を達成する
ことから好ましいクロム含有化合物である。
通常、クロム含有化合物は重合する前に反応装置に導入し及び反応装置の壁の表
面にクロム化合物を接触させる任意の方法で導入することができる。
好ましい技法では、クロム化合物を過当な溶媒に溶解し及び不活性な或は非反応
性の雰囲気において反応装置に導入する。樹脂床を用いてクロム化合物を反応装
置の中に分散させることができる。
この目的に適した溶媒はベンゼン、トルエン、イソペンタン、ヘキサン、水を含
み、これらに限定されない。
溶媒の選定及び使用はクロム含有化合物の形態及び選択する適用方法による。溶
媒の機能はクロム含有化合物を運びかつその分散を助けることである。適当な不
活性或は非反応性ガスは窒素、二酸化炭素、メタン、エタン、空気を含み、これ
らに限定されない。
方法において使用するクロム化合物の量は所望の結果を生じる程にすべきで、そ
の量は通常当業者が決めることができる。しかし、通常、処理すべき表面1ft
”当シ少なくとも!L5X10 ポンド% k (t 7 x 1Q−6’P−
mole/m” )のクロムの量、好ましくは処理すべき表面1ft”当シ10
X10’″6〜約5X10−5ポンドモル(4,9x 10−6〜約2.4x
10−’ i#mol*/m” )が好ましい。
本発明が主に指向し及びチタン触媒の存在において上述したシーチングの問題を
引き起こすポリマーはエチレンの線状ホモポリマー或は主モル%(290%)の
エチレンと少モル%(510%)の1棟又はそれ以上のCS〜C,アルファーオ
レフィンとの線状コポリマーである。
C3〜C$アルフアーオレフインは第4炭素原子よ)近い炭素原子のいずれかに
枝分れを含有すべきでない0好ましい03〜cm アル7アーオレフインはプロ
ピレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1,4−メチルペンテン−1、
ヘプテン−1、オクテン−1である。この記載はエチレンがモノマーでないアル
ファーオレフィンホモポリマー及びコポリマー樹脂に関して本発明を用いること
を排除するつもシではない。
ホモポリマー及びコポリマーは約(L97〜α91の範囲の密度を有する。所定
のメルトインデックスレベルにおいてコポリマーの密度は主にエチレンと共重合
させるC3〜Csコモノマーの鼠によってv8節する。すなわち、コモノV−の
漸増量をコポリマーに加えればコポリマーの密度を漸減することになる。同じ結
果を達成するのに必要とする種々のc、 −Cmコモノマーの各々の童は同じ反
応条件下でモノマーからモノマーに変わる。コモノマーの存在しない場合、エチ
レンは単独重合する。
ホモポリマー又はコポリマーのメルトインデックスはその分子量の反映である。
比較的高い分子量を有するポリw−は比較的高い詰度及び低いメルトインデック
スを有する。
主題の発明を用いてシーチングを低減させる代表的な様式において、第1図に示
すような及びタイプ■触媒を用いて上述した物質を重合させることによってシー
チングの問題を受けやすい反応装置容器に一部粒状ポリエチレン樹脂を充填して
窒素等の非反応性ガスでパージし、該非反応性ガスを反応装置の中に粒状ポリエ
チレンの最少流動化速度((hnf)よ)高い速度、灯ましくは3〜5Grnf
で循環させて流動化する。樹脂の流動床を用いることは該方法の便宜であって方
法に必須でないことは理解すべきである。非反応性ガスを循環させている間に、
クロム含有化合物、例えばクロモセンを純粋か或は好ましくはトルエン等の不活
性溶媒に溶解して反応装置に導入する。
不活性溶媒中のクロム含有薬品の濃度は方法にと)臨界的なものでなく、当業者
であればクロム含有薬品を溶媒中に完全に溶解することを確実にするように選ぶ
ことができる。好ましい場合について、トルエン中にクロモセン6〜8重量%を
含有する溶液が代表的でちる。反応装置に処理すべき表面1 ft” (IIL
o 93m”)についてクロム含有薬品およそ4.0X10 ポンドモル(ta
xto−59モル)を注入する。非反応性ガスを循環させてクロム含有薬品を系
内の金属表面に接触させる。処理は所望の結果を達成する程の時間、代表的には
数時間〜数日行なう。他の処理様式では、薬品溶液を金属表面に塗装、吹付け、
或はその他の当業番に知られている適用方法によって適用することができよう。
処理した後に、反応装置は今通常の方法で重合を開始する準備ができている。
発明の全般的性質を記述したが、下記の例は発明のいくつかの特定の実施態様を
示す。しかし、発明は槌々の変更態様を用いることによって実施し得るので、本
発明は実旌例に限定されなりことは理解すべきである。
例1−8は第1図に記載する通シの流動床反応装置において行なった。使用した
触媒は先にタイプ■として説明した通シにして作った多孔質シリカに担持したチ
ーグラータイプのチタンを基剤とする触媒であった。使用した助触媒はトリエチ
ルアルミニウムであった。例において作った生成物はエチレンと1−ブテンとの
コポリマーであった。水素を連鎖移動剤として用いてポリマーのメルトインデッ
クスを1部節した。例1及び2の反応装置は、先にタイプ■として説明したタイ
プの触媒の外の触媒によ)ポリエチレンを製造するのに用いなかった。
例 1
密度Q、918、メルトインテックスto及び貼着温度104°Cを有するフィ
ルム用銘柄の低密度エチレンコポリマー生成物t−S造するように設計した運転
条件において流動床反応装aを始動した。作るべき生成物に類似の粒状の樹脂層
を予備装入した反応装置に触媒を供給して反応を開始した。触媒は付着させる前
に800°Cにおいて脱水し及びトリエチルアルミニウム4部で処理シておいた
ダビソン(Davlson )銘柄952シリ力100部に付着させた四層化チ
タン5.5部と、塩化マグネシウムF3.5部と、テトラヒドロ7ラン14部と
の混合物であシ及び付着させた後にトリーn−ヘキシルアルミニウム35部で活
性化した。触媒供給を開示する前に、反応装置及び樹脂床を運転温度85°Cに
まで持たらし、窒素を樹脂床に通して循環させて不純物をパージした。エチレン
、ブテン及び水素濃度をそれぞれ55.24及び11%に設定した。助触媒を触
媒1部当シトリエチルアルミニウム03部の比率で供給した。
反応装置の始動は正常であった。29時間及び流動床の重置の6・−1倍に等し
い生成物を製造した後に、ガス分配板よ)上反応装置直径の1の高さの反応装置
壁の円側直ぐの所に置いた熱電対を用いて床の温度よシ1〜2℃高い温度偏倚を
観測した。前の経験は、かかる温度偏倚は樹脂のシートが流動床内に形成されて
いる明確な指標であることを示してきた。同時に、床の電圧(ガス分配板の上反
応装置直径の上の高さで反応装置壁から1インチ(2,5x )の所に置いた直
径下インチ(t5cx)の球状電極に接続した静電電圧計を用いて測定した)は
およそ+t500〜+2,000ボルトの読みから十へ000ボルトを越える読
みに増大し、次いで3分の期間にわたって下がって+2,000ボルトにもどっ
た。温度及び電圧偏置はおよそ12時間続き、振動数及び大きさが増大した。こ
の期間中、溶融ポリエチレン樹脂のシートが樹脂生成物中に現われ始めた。フー
チングの証拠は一層ひどくなった、すなわち、温度偏倚は増大して床の温度よシ
20°C程も高くなシ及び長時間高いままであシ、また電圧偏置も一層頻繁にな
った。フーチングが広がったため反応装置の運転を停止した。
lL」=
例1で使用した流動床反応装置t始動し及び運転して押出し及び回転成形に適し
、密度l1954、メルトインデックス5及び粘着温度118℃を有する線状低
密度エチレンコポリマーを製造した。作るべき生成物に類似した粒状樹脂の床を
予備充填した反応装置に、)ソー11−ヘキシルアルミニウ428部で活性化し
た他は例1における触媒と同様の触媒を供給して反応を開始した。触媒供給を開
始する前に、反応装置及び樹脂床を運転温度85°Cにもたらし及び窒素で不純
物をパージした。エチレン(52≦)、ブテン(14%)、水素(21%)の濃
度を反応装置に導入した。助触媒トリエチルアルミニウムを触媒1部当ルα5部
で供給した。反応装置は連続48時間運転し及びその期間中に床内に収容される
樹脂の量の9倍に等しい樹脂を生産した。この48時間の円滑な運転期間の後に
、散着樹脂のシートが正常の粒状生成物と共に反応装置から出て来始めた。この
時に、分装置
板よ)反応装置直径のi上で測定した電圧は平均+2,000ボルトで、0〜+
ICLOOOボルトの範囲であシ、他方、同じ高さにおけるスキン熱電対は床温
度よ)〉15℃高い偏Ptを示した。反応装置からの生成物において最初のシー
トに気付いて2時間した後に、シートが樹脂排出系を閉塞していたことから、樹
脂止M速度を低下するために触媒及び助触媒を反応装置に供給することを停止す
ることが必要でおった。1時間後に触媒及び助触媒の供給を再開始した。シート
の産出がvcき、2時間後に触媒及び助触媒の供給を再び停止し、−酸化炭素を
注入して反応を停止させた。この時における電圧は>+12,000ボルトであ
シ及び熱を圧の偏倚は毒を注入するまで政いた。合計で反応装置は55時間運転
し、フーチングによシ反応を停止する前に樹脂の床容量の10−7倍を生産した
つ
例 3
例1及び2の反応装置を次の通〕に処理した:処理は粒状樹脂の床を装入し、床
を為純度の窒素でパージ及び乾燥して蒸気水濃度f 10 ppmマよシ低くす
ることから成るものであった。その後、窒素を循環して床を流動化シタ。クロモ
セン〔ビス(シクロペンタジエニ、ph ) p aム〕のトルエン中溶液を床
に注入した。系内のスチール表面1 ft”(1095m”)につきクロモセン
4.!1X10−5ボンドモル(2,0X10−5Qモル)を加えた。床を92
℃に加熱し及び窒素を24時間循環した。処理全完了した後に床に40℃に冷却
し及び樹it反応装置から取り出す前に系内のクロモセン1ボンド((L45〜
)当シ空気20標準ft’(as7標準tn”i注入した。
次いで、処理した反応装置に例1に記載したのと同様の樹脂床を入れた。床を8
5°Cにもたらし、パージし、エチレン、ブテン、水素及び助触媒濃度を例1の
同じ濃度に確立した後に例1と同じ触媒を注入した。反応装置は例1の場合のよ
うに密度191B、メルトインデックス10及び合体温度104°Cを有するフ
ィルム銘柄の低密度ポリエチレンコポリマー生成物t−i造するように設計する
運転条件において始動した。反応装置は90時間運転して例1の生成物の量のお
よそ3倍管生産した後に定期検査及び保全のために運転を停止した。温度偏倚は
見ら匹ず、樹脂シートを生成しなかった。運転の終シにガス分配板の上反応装置
直径の1の高さの壁近くで測定した電圧は一100ボルトにおいて安定していて
運転中のいずれの時間においても主要な寛圧偏峙ヲ観測しなか例3について用い
た反応装置に次いで例2に記載したのと同様の樹脂床を装入した。床を90”C
に加熱し、パージし、エチレン(51%)、ブテン(13%)、水素(18%)
及び助触媒1に謀1部当シa5部)を確立した後に触媒を注入した。反応は円滑
に開始し、密度α954、メルトインデックス5及び合体温度118℃を有する
線状低密度ポリエチレンを生産した。
反応装置は連続して80時間運転し、樹脂床の重量の20倍に等しい樹脂を生産
した後に、別の生成物銘柄に変換した。分配板よシ反応装置直径の1〜工上の反
応装fGC&の表面近くに配置した熱電対はわずかな時間(1分)の温度偏倚を
示した。ガス分配板より上反応装置直径の、(7)為さの壁近くで測定した電圧
は平均+$200ポルトであ)及び0から+aoooボルト程の高さまでの電圧
振動を示した。いくつかの樹脂の片、代表的には合体した微細粒子の外観を有す
る−2−x1x1インチ(α6×L 5 X 2.53 )の片、が生成物排出
タンク内に現われて製造しfc樹脂の≦(LO1パーセントを構成した。これら
は反応系の生産速度を低下させず、製造した樹脂の品質を害さなかった。
上記かられかるように、下記のデータが先に表わしたvc 式に該当する:
Vc = −8000−50(合体温度)+90(水素濃度)−ZSO(運転温
度)
=−aooo−so(11a℃)+90(18%)+150(90℃)−+’L
220ボルト
例1及び2の反応装置及び手順を用いて4つの運転を行なって臨界電圧をめた。
楓々のエチレン、ブテン−1コポリマー及び/又はエチレンホモポリマーヲ各運
転について表Iに示す通)に用いた。
臨界電圧、Vc は、反応装置がシーチングの始まる徴候(通常、スキン熱電対
の床温度を趣える小さい偏部)を示す際の反応壁(分配板よシ反応装fIL直径
の手分上)の近くで測定した電位レベルであった。粘i温度は反応を停止し、床
を15分間沈降させ、次いで再流動化する試験から推定した。
結果を下記の表Iに示す。
表Iかられかるように、例5の場合、シーチングは+zoooボルトを越えて起
き始める。その上、上記表Iから、臨界電圧は樹脂合体温度と、運転温度と、循
環ガス中の水素濃度とによることがわかるものと思う。
手続補正書(方式)
昭和62年10月22日
特許辰官小用邦夫殿
発明0名称 ア27アーオ、フイアヶ!1n−t16r’、5゜シーチングの低
減方法
補正をする者
事件との関係 特許出願人
名称ユニオン カーバイド フーボレーション
Claims (19)
- 1.重合の間にシーチングを引き起こしやすいチタンを基剤とする触媒或は他の 触媒を用いて流動床反応装置においてアルフアーオレフインを重合させる方法の 改良であって、該反応装置内のシート生成の起こり得ろ場所における静電圧をそ れより高ければシート生成を引き起こすおそれのりある静電圧レベルよりも低く 保つことを含む改良。
- 2.前記静電圧レベルを下記式: V4=−8000−50Ts+90〔H2〕+150To〔式中、Vc=これよ り低ければシーチングが起きむいところの電圧(ボルト); Ts=反応装置の運転条件下での樹脂の合体温度(℃);To=反応装置の温度 (℃); 〔H2〕=循環ガス中の水素モル%〕 によって表わされる通りの臨界電圧レベルより低く保つ特許請求の範囲第1項記 載の改良。
- 3.前記反応装置内の前記静電荷を、前記流動床に或は該流動床内の反応に該流 動床と反対の極性のイオン対、イオン或は荷電粒子を注入することによってそれ より高ければシート生成を引き起こすおそれのある静電圧より低く保つ特許請求 の範囲第1項記載の改良。
- 4.前記反応装置内の前記静電荷を、該反応装置に接続した装置であって局部場 の強さの高い領域を作って地面への放電を助長するよりに設計したもりによって それより高ければシート生成を引き起こすおそれのある静電圧レベルより低く保 つ特許請求の範囲第1項記載の改良。
- 5.前記反応装置内の前記静電荷を、クロム含有化合物を該反応容器内に導入す ることによってそれより高ければシート生成を引き起こすおそれりある静電圧レ ベルより低く保ち、該クロム含有化合物は2又は3の原子価状態で存在する特許 請求の範囲第1項記載の改良。
- 6.チタンを基剤とする重合触媒を用いてアルファーオレフインを重合させるこ とによってポリオレフインを製造する間のシーチングを低減させる方法てあって 、該重合が行なわれる反応容器の表面にクロム含有化合物を接触させ、該クロム は該化合物中に2又は3の原子価状態で存在し、該クロム含有化合物を該重合の 間に形成されるシーチングの量を減少させる程の量で用いることを含む方法。
- 7.前記クロム含有化合物が不活性溶媒中に含有される特許請求の範囲第6項記 載の方法。
- 8.前記不活性溶媒がトルエンである特許請求の範囲第7項記載の方法。
- 9.前記不活性溶媒を前記反応容器に不活性雰囲気において導入する特許請求の 範囲第7項記載の方法。
- 10.前記クロム含有化合物がビス(シクロベンタジエニル)クロムである特許 請求の範囲第6項記載の方法。
- 11.前記ポリオレフインがエチレンの線状ホモポリマー、或はエチレンの主モ ル%(≧90%)と1種又はそれ以上のC3〜C4アルフアーオレフインの少モ ル%(≦10%)との線状コポリマーである特許請求の範囲第6項記載の方法。
- 12.前記ポリオレフインがプロピレン、ブテン−1、ベンテン−1、ヘキセン −1、4−メチルベンチン−1、ヘブテン−1或はオクテン−1のホモポリマー 或はコポリマーである特許請求の範囲第11項記載の方法。
- 13.チタンを基剤とする重合触媒を用いてアルフアーオレフインを重合させて エチレンの線状ホモポリマー或は主モル%(≧90%)のエチレンと少モル%( ≦10%)の1種又はそれ以上のC3〜C4アルフアーオレフインとの線状コポ リマーを製造する間のシーチングを低減させる方法であって、重合の前に該反応 容器にクロム含有化合物を導入し、該クロムは該化合物中に2又は3の原子価状 態で存在し、該クロム化合物を不活性溶媒に溶解し及び該反応容器に不活性雰囲 気において導入することを含む方法。
- 14.前記チタン触媒が少なくとも1種のチタン化合物と、少なくとも1種のマ グネシウム化合物と、少なくとも1種の電子供与体化合物と、少なくとも1種の 活性剤化合物と、少なくとも1種の不活性なキヤリヤー物質とを含む特許請求の 範囲第13項記載の方法。
- 15.前記チタン化合物が下記の構造:Ti(OR)2Xb 〔式中、RはC1〜C14の脂肪族又は芳香族炭化水素ラジカル、或はCOR′ (R′はC1〜C14の脂肪族又は芳香族炭化水素ラジカルである)であり;X はCl、Br又は1であり;aは0又は1であり;bは2〜4(それぞれを含む )であり;a+b=3又は4である〕を有する特許請求の範囲第14項記載の方 法。
- 16.前記クロム含有化合物が下記式:▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、R′及びR′′は同一或は異なるC1−C20(それぞれを含む)の炭 化水素ラジカルにすることができ、n′及びn′′は同一或は異なる0−5(そ れぞれを含む)の整数にすることがてきる〕 を有する特許請求の範囲第15項記載の方法。
- 17.前記クロム含有化合物がビス(シクロベンタジエニル)クロムである特許 請求の範囲第16項記載の方法。
- 18.少なくとも1種のチタン化合物と、少なくとも1種のマグネシウム化合物 と、少なくとも1種の電子供与体化合物と、少なくとも1種の活性剤化合物と、 少なくとも1種の重合用不活性キヤリヤ一物質とを含むチタンを基剤とする触媒 を用いてアルファーオレフインを重合させてエチレンの線状ホモポリマー或は主 モル%(≧90%)のエチレンと少モル%(≦10%)の1種又はそれ以上のC 3〜C4アルフアーオレフインとの線状コポリマーを製造する間のシーチングを 低減させる方法であって、重合の前に該反応容器に不活性溶媒中のビス(シクロ ベンタジエニル)クロムを導入し、該溶媒を該反応装置に不活性雰囲気において 導入することを含む方法。
- 19.前記チタン化合物が下記の構造:Ti(OR)2Xb 〔式中、RはC1〜C14の脂肪族又は芳香族炭化水素ラジカル、或はCOR′ (R′はC1〜C14の脂肪族又は芳香族炭化水素ラジカルである)であり;X はCl、Br又はIであり;aは0又は1であり;bは2〜4(それぞれを含む )であり;a+b=3又は4である〕を有する特許請求の範囲第18項記載の方 法。
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