JPS6361322B2 - - Google Patents
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Description
本発明は比較的狭い径分布の丸みをおびた緻密
な粒子であつて、その平均直径が約10ミクロン以
上、好ましくは20ミクロン以上のチーグラー型触
媒の製法に関する。本発明の触媒は特にα−オレ
フインを重合してポリオレフイン粉末を製造する
のに有用である。
プロピレンのようなα−オレフインの立体特異
性重合は業界では周知である。ポリプロピレン樹
脂は世界的市場を獲得したプラスチツクとなつ
た。ポリプロピレン粉末の販売量はまた現在急速
に増大しており、ポリプロピレンペレツトの販売
量よりも急速に増大している。ポリプロピレン粉
末の人気は少くとも一部には、充填剤入りポリプ
ロピレンのグレード、特にガラス又はタルク充填
グレードの使用量が急速に増大してきたことに基
づく。
大部分の需要者はポリプロピレン粉末が通常ペ
レツトの製品において得られる樹脂の品質の全て
を備えているとともに、良好な流動性、低い微粉
含有量及び「塊」(粒子の大きな集合体)がない
という品質をも備えていることを要求している。
適当に高い嵩密度もまた望ましい。
比較的狭い径分布の丸みをおびた緻密な粒子か
らなるポリマー粉末がこれらの望ましい物理的特
性を有することが発見された。また触媒粒子はポ
リマー粒子の生成のための「型」(template)を
提供するものであるので、触媒粒子自身も比較的
狭い径分布の丸みをおびた緻密なものでなければ
ならないことが発見された。さらに、大きな粉末
の粒子を得るために、触媒粒子自身は少くとも10
ミクロン、好ましくは少くとも20ミクロン最も好
ましくは少くとも35ミクロンの平均粒子径を有す
るものでなければならない。従来これらの目的の
全てを同時に満足することはできなかつた。狭い
粒子径範囲の丸みのおびた緻密な粒子の触媒を製
造することはできるが、その生成物の平均粒子直
径は非常に小さい。大きな粒子の触媒を製造する
ことはできるが、そのために緻密さは失われる。
触媒生成物を篩にかけて、比較的大きな粒子と比
較的小さな粒子を分離することにより平均粒子を
大きくすることはできるが、廃出された微粉の用
途がないので、この方法は従来魅力的ではなかつ
た。本発明により廃出された微粉は所望に応じ大
きな粒子を製造するための「種」として使用する
ことができる。
小さいが他の望ましい特性を有する粒子の製造
法は英国特許第1139450号明細書に開示されてい
る。この特許においてはTiCl4をよく混合した状
態で還元する単一段階の方法が用いられている。
TiCl4及び還元剤(例えばジエチル塩化アルムニ
ウム「DEAC」)を低温(例えば−40℃〜+15℃)
において混合し、撹拌しながら25℃〜45℃の熟成
温度まで除々に加熱する。DEACを用いる場合、
温度は−5℃以下でなければならない。試薬は少
くとも2時間熟成温度に維持する。
エチルアルミニウムジクロリド(EADC)を還
元剤として使用することにより、比較的大きな粒
子が得られることが発見された。しかしながら、
そのようにして製造した触媒はAlCl3の割合が比
較的高く、DEACにより製造した触媒と比較して
活性が低い。従つて還元剤の選択は使用者の要求
に依存する。勿論DEACとEADCの混合物もトリ
エチルアルミニウム(TEA)と同様、使用する
ことができる。
本発明は比較的大きな粒子径(例えば粒子の平
均直径が10〜200ミクロン、好ましくは20〜200ミ
クロン、もつとも好ましくは35〜50ミクロン)で
あつて、比較的狭い粒子径範囲の丸みをおびた緻
密な粒子からなるチーグラー型触媒を製造する方
法を提供する。本発明はTiCl4の反応(好ましく
はジエチル塩化アルミニウムとの反応)の際に還
元帯域において微細に分割した既製の触媒の分散
体を固相として使用し、最終生成物を製造する。
このようにして、所望の生成物を得るように結晶
の成長と同様に触媒微粉の凝集を生じさせること
ができる。
本発明により、平均粒子直径が約10〜200ミク
ロンの範囲内にある丸い緻密な粉体状のオレフイ
ン重合触媒TiCl3・nMClm(ただし、nは約0.15
〜0.50は約0.3〜1.0のいずれかの数である)を製
造する方法が提供される。本発明は以下の各段階
を含む。
(a) 前記の触媒生成物とほとんど同一の化学的組
成を有する予め形成した固体「種」触媒であつ
て、前記生成物よりも微細に分割されたもの
と、TiCl4及びR2Mg、RMgX、NaR、MRm
又はRxMXm−xから選ばれた還元剤(ただ
し、RはC1〜C5のアルキル基は置換アルキル
基、Mgはマグネシウム、XはCl、Br又はI、
MはAl又は周期律表の第A、A、B又
はA族の金属、mはMの原子価、xはMの原
子価に等しいか又はそれより小さい整数であ
る。)との混合物を、TiCl4と前記還元剤のい
ずれも可溶であるが前記種触媒は不溶である適
当な不活性希釈剤中において、前記TiCl4の還
元速度が無視できる程十分に低い温度におい
て、形成する。
(b) 前記混合物を混合しながら+25℃に達するま
で0.2℃/分〜2.0℃/分の制御した低速度で加
熱する。
TiCl4からのチーグラー型触媒は、各々が還元
されたTiCl3−nAlCl3触媒を生成する数種の還元
剤により製造するのが好ましい。nの値は使用し
た還元剤により変化する。還元剤としてジエチル
塩化アルミニウム(DEAC)を使用した場合、n
は約0.15〜0.50の範囲であり、理論的にはnは0.5
となりうるが通常は0.28〜0.43である。エチルア
ルミニウムジクロリド(EADC)を使用した場
合、nの値は0.3〜1.0となる。普通AlCl3含有量
が高くなれば、触媒活性(使用した触媒のグラム
数に対するポリマー生成物のグラム数で表わす)
は低下する。還元剤を過剰に使用すればAlCl3含
有量の低下した触媒が得られるが、粒子径は小さ
くなる。
固体触媒は厳密に言えば、結晶生成用の「種」
ではない。何故ならば本発明において「種」とし
てα−体を使用しても、生成物はβ−体を使用し
た場合とちようど同じように、α−及びβ−
TiCl3の混合物となることがデータにより示され
でいるからである。真の結晶種が含まれていれ
ば、生成結晶は種と同一の形態になる。例えばα
−種であればα−生成物が生成する。さらに、使
用量は結晶播種において有効な量よりはるかに多
くなければならない。しかし、用語法の簡略化の
ために、固体触媒を以下において「種」触媒と呼
ぶことにする。
「種」触媒としては粒子径分布の広いか又は狭
い予め調製した触媒又は分級操作による触媒「微
粉」を用い得る。「種」触媒は二段階法における
第一段階において、適当に生成することができ
る。この二段階法は二段階とも同一の反応器を用
いるが、第一段階は、段二段階が始まる前に、実
質的に全部のTiCl4が確実に還元されるような
「保持時間」(holding time)を用いて完了させ
る。所望の平均粒子径が得られるまで、数回の還
元/結晶化段階を繰り返すことができる。種触媒
の存在下における還元は3〜9回行なうのが好ま
しい。
一般に、触媒種の生成には、種触媒を使用する
還元/結晶化段階において使用するのと同一の反
応条件を使用する。これらの条件を以下に述べ
る。
種触媒は最終生成物とほとんど同一の構造式を
有し、広狭いずれの粒子径範囲を有してもよい。
種触媒の例を表に示す。
表
種触媒の例
式: TiCl3・0.37ALCl3
触媒形態: β
平均直径: 18μ
径分布: 15〜21μ
種触媒の使用量は、種触媒を使用する還元/結
晶化段階から得られる触媒の全量を基準とする。
(多段階操作においては、各還元段階の初めに存
在する固体触媒は、たとえその量がその前の播種
した還元/結晶化段階により増大したとしても、
すべてこれを種触媒であるとみなす。)種触媒は
還元/結晶化段階から得られた全触媒(すなわち
種+新たに生成された触媒)の100重量部当り1
〜75重量部、好ましくは20〜40重量部用いる。す
なわち、種触媒の1重量部当り0.33〜99重量部、
好ましくは1.5〜4重量部の新しい触媒が生成す
る。
上記のように、反応条件は一般に本発明により
種触媒が生成されている(すなわち、第一段階と
して生成されている)か否かにかかわらず、又は
それが凝集しているか否か、さらに触媒が生成さ
れているか否かにかかわらず、同一である。
反応条件は新たな結晶核を過度に生成すること
なく結晶の成長を促進するように選定する。僅か
な還元しか起らない低温において試薬を混合し
て、還元量及び速度を試薬の加熱速度により調節
することができる。かくして、温度及び加熱速度
は本発明においては非常に重要な変数である。
混合物は−40℃〜+15℃、好ましくは−5℃〜
−30℃の温度範囲において生成する。還元剤とし
てEADCを用いた場合、25℃もの高さの混合温度
を用いることができる。この温度制限は、15℃以
上(EADCの場合は25℃以上)であると新しい核
の形成が見られ始め、これらの小さな核のために
過量の触媒微粉が生じることによるのである。−
40℃で反応速度が無視できる程であるので、−40
℃より低い温度は必要がない。従つて、反応混合
物は15℃〜40℃(好ましくは約30℃)の保持温度
に達するまで、0.2〜2.0℃/分、好ましくは約0.5
℃/分の速度で加熱する。反応を完全にするため
に、混合物を0〜2時間(好ましくは約30分間)
この温度に保つ。
活性化温度はTiCl3の結晶形をβ体(又はα体
とβ体の混合)からα−TiCl3に変化させるため
に用いる。この活性化段階は以下により詳細に議
論するように、撹拌せずに行なうこともできる。
圧力は臨界的ではない。通常、10〜140psig
(0.7〜9.8mg/cm2)、好ましくは14psig(0.98mg/
cm2)の範囲である。ただ溶媒を液相に維持するた
めに十分な圧力を用いることだけが重要である。
還元/結晶化段階は、TiCl4及び還元剤に対し
ては溶媒として働くが、触媒生成物に対しては溶
媒として働かない不活性反応希釈剤中に種触媒を
懸濁させて行なう。ヘプタン及びイソオクタンの
ような5〜12の炭素数の直鎖又は分岐パラフイン
系炭化水素であつて、実質的に芳香族炭化水素不
純物を含まないものが使用すべき希釈剤として代
表的である。表に本方法に適当なイソオクタン
希釈剤についての検査結果を示す。
表
イソオクタン希釈剤
2,2,4−トリメチル ベンタン78.8vol.%
2,3−ジメチル ペンタン 7.9
2,4−ジメチル ペンタン 6.2
2,5−ジメチル ヘキサン 1.5
2−メチル ヘキサン 1.4
3−メチル ヘキサン 1.1
2,4−ジメチル ヘキサン 1.1
その他のイソパラフイン系化合物 2.0
TiCl4及び還元剤は適当に選定した希釈剤の溶
液とする。
反応物の濃度が減少すると触媒粒子径が大きく
なるが、同時に触媒粒子の緻密さが低下すること
が判明した。EADCをDEACと混合させて使用す
ることもできるが、以下に還元剤の例として
DEACを使用する。EADCを使用する場合、
DEAC3〜4部に対してEADC1部の混合物とする
のが好ましい。
DEAC溶液を最初に調製し、その中に種触媒を
懸濁させるのが好ましい。溶媒中のDEAC濃度は
0.1〜7モル、好ましくは0.5〜1.0モルの範囲であ
る。
TiCl4溶液は0.5〜4モル濃度、好ましくは1.5
〜2.0モル濃度である。その溶液をDEAC溶液の
種触媒懸濁液に、反応帯域を低温に維持しなが
ら、10秒〜4時間、好ましくは約30分間の混合時
間にわたつて、添加する。TiCl4溶液を添加する
ときに種触媒が存在していることが好ましい。
本発明の利益を得るためには、TiCl4を還元す
るときに種触媒が存在していることが重要であ
る。
TiCl4溶液及びDEAC溶液の量は、DEACに対
するTiCl4のモル比が2.0〜0.5、好ましくは約1.3
となるように選定する。
作業変数を表に示す。
The present invention relates to a method for making Ziegler-type catalysts having rounded, dense particles with a relatively narrow size distribution and an average diameter of about 10 microns or more, preferably 20 microns or more. The catalyst of the present invention is particularly useful for polymerizing alpha-olefins to produce polyolefin powders. Stereospecific polymerization of alpha-olefins such as propylene is well known in the art. Polypropylene resin became the plastic that captured the global market. Sales of polypropylene powder are also currently increasing rapidly, even faster than sales of polypropylene pellets. The popularity of polypropylene powder is based, at least in part, on the rapidly increasing usage of filled polypropylene grades, particularly glass- or talc-filled grades. Most customers agree that polypropylene powder has all of the resin qualities normally found in pellet products, with good flow properties, low fines content and no "clumps" (large collections of particles). They also demand quality.
A suitably high bulk density is also desirable. It has been discovered that polymer powders consisting of rounded, compact particles with a relatively narrow size distribution possess these desirable physical properties. It was also discovered that since the catalyst particles provide a "template" for the production of polymer particles, the catalyst particles themselves must be rounded and dense with a relatively narrow size distribution. Ta. Furthermore, in order to obtain large powder particles, the catalyst particles themselves should be at least 10
They should have an average particle size of microns, preferably at least 20 microns and most preferably at least 35 microns. Conventionally, it has not been possible to simultaneously satisfy all of these objectives. Although it is possible to produce catalysts with rounded, compact particles in a narrow particle size range, the average particle diameter of the product is very small. Large particle catalysts can be produced, but this results in a loss of compactness.
Although it is possible to increase the average particle size by sieving the catalyst product to separate larger and smaller particles, this method has traditionally been unattractive because there is no use for the waste fines. Ta. The fines discharged according to the invention can be used as a "seed" for producing larger particles if desired. A method for producing particles that are small but have other desirable properties is disclosed in GB 1139450. In this patent a single step method is used in which TiCl 4 is reduced in a well-mixed state.
TiCl 4 and a reducing agent (e.g. diethyl aluminum chloride "DEAC") at low temperature (e.g. -40 °C to +15 °C)
Mix and gradually heat with stirring to a ripening temperature of 25°C to 45°C. When using DEAC,
The temperature must be below -5°C. Reagents are maintained at aging temperature for at least 2 hours. It has been discovered that relatively large particles can be obtained by using ethylaluminum dichloride (EADC) as a reducing agent. however,
The catalyst thus produced has a relatively high proportion of AlCl 3 and has a lower activity compared to the catalyst produced by DEAC. The choice of reducing agent therefore depends on the requirements of the user. Of course, a mixture of DEAC and EADC can also be used, as can triethylaluminum (TEA). The present invention has relatively large particle diameters (e.g., particles with an average diameter of 10 to 200 microns, preferably 20 to 200 microns, and most preferably 35 to 50 microns) and a rounded particle size range of relatively narrow size. A method for producing a Ziegler-type catalyst consisting of dense particles is provided. The present invention uses a dispersion of finely divided ready-made catalyst as solid phase in the reduction zone during the reaction of TiCl 4 (preferably with diethyl aluminum chloride) to produce the final product.
In this way, agglomeration of the catalyst fines as well as crystal growth can occur to obtain the desired product. According to the present invention, a round, dense powder olefin polymerization catalyst TiCl 3 nMClm with an average particle diameter in the range of about 10 to 200 microns (where n is about 0.15
~0.50 is any number from about 0.3 to 1.0). The present invention includes the following steps. (a) a preformed solid "seed" catalyst having nearly the same chemical composition as said catalyst product, but more finely divided than said product, and TiCl 4 and R 2 Mg, RMgX; , NaR, MRm
or a reducing agent selected from RxMXm-x (wherein R is a C1 - C5 alkyl group, Mg is magnesium, X is Cl, Br or I,
M is Al or a metal of group A, A, B or A of the periodic table, m is the valence of M, and x is an integer equal to or smaller than the valence of M. ) in a suitable inert diluent in which both TiCl 4 and the reducing agent are soluble, but the seed catalyst is insoluble, at a temperature sufficiently low that the rate of reduction of the TiCl 4 is negligible. In, form. (b) Heat the mixture at a controlled slow rate of 0.2°C/min to 2.0°C/min while mixing until reaching +25°C. Ziegler-type catalysts from TiCl 4 are preferably prepared with several reducing agents, each producing a reduced TiCl 3 -nAlCl 3 catalyst. The value of n varies depending on the reducing agent used. When using diethyl aluminum chloride (DEAC) as the reducing agent, n
ranges from about 0.15 to 0.50, and theoretically n is 0.5
It can be, but it is usually between 0.28 and 0.43. When ethylaluminum dichloride (EADC) is used, the value of n will be 0.3 to 1.0. Usually the higher the AlCl3 content, the higher the catalyst activity (expressed in grams of polymer product relative to the grams of catalyst used)
decreases. If an excess of reducing agent is used, a catalyst with reduced AlCl 3 content can be obtained, but the particle size will be smaller. Strictly speaking, solid catalysts are “seeds” for crystal formation.
isn't it. This is because even if the α-isomer is used as a "species" in the present invention, the product will be produced by α- and β-isomers in the same way as when the β-isomer is used.
This is because the data shows that it will be a mixture of TiCl 3 . If a true crystal seed is included, the resulting crystal will have the same form as the seed. For example α
- species, an α-product is produced. Furthermore, the amount used must be much greater than the amount effective in crystal seeding. However, for simplicity of terminology, the solid catalysts will be referred to as "seed" catalysts below. As the "seed" catalyst, a pre-prepared catalyst with a wide or narrow particle size distribution or a catalyst "fine powder" obtained by a classification operation can be used. A "seed" catalyst can suitably be produced in the first step of a two-step process. This two-stage process uses the same reactor for both stages, but the first stage has a "holding time" to ensure that substantially all of the TiCl 4 is reduced before stage two begins. time) to complete the process. Several reduction/crystallization steps can be repeated until the desired average particle size is obtained. Preferably, the reduction in the presence of a seed catalyst is carried out 3 to 9 times. Generally, the same reaction conditions used in the reduction/crystallization step using the seed catalyst are used to generate the catalyst species. These conditions are described below. The seed catalyst has nearly the same structural formula as the final product and may have a wide or narrow particle size range. Examples of seed catalysts are shown in the table. Example of seed catalyst Formula: TiCl 3 0.37ALCl 3 Catalyst form: β Average diameter: 18μ Size distribution: 15-21μ The amount of seed catalyst used is the total amount of catalyst obtained from the reduction/crystallization step using the seed catalyst Based on.
(In multi-stage operations, the solid catalyst present at the beginning of each reduction stage is
All this is considered to be a seed catalyst. ) seed catalyst per 100 parts by weight of total catalyst obtained from the reduction/crystallization step (i.e. seed + freshly formed catalyst)
~75 parts by weight, preferably 20-40 parts by weight are used. That is, 0.33 to 99 parts by weight per 1 part by weight of seed catalyst,
Preferably 1.5 to 4 parts by weight of fresh catalyst are produced. As noted above, the reaction conditions generally vary according to the present invention, regardless of whether a seed catalyst is being produced (i.e., produced as a first step), or whether it is agglomerated or not, and whether the catalyst is is the same whether or not it is generated. Reaction conditions are selected to promote crystal growth without excessively forming new crystal nuclei. By mixing the reagents at low temperatures where only slight reduction occurs, the amount and rate of reduction can be controlled by the heating rate of the reagents. Thus, temperature and heating rate are very important variables in this invention. The mixture is heated between -40°C and +15°C, preferably between -5°C and
Forms in the temperature range of -30°C. When using EADC as the reducing agent, mixing temperatures as high as 25° C. can be used. This temperature limitation is due to the fact that above 15°C (25°C for EADC) new nuclei begin to form, and these small nuclei generate an excessive amount of catalyst fines. −
Since the reaction rate is negligible at 40℃, −40
Temperatures lower than °C are not required. Therefore, the reaction mixture is heated at 0.2 to 2.0°C/min, preferably about 0.5°C, until reaching a holding temperature of 15°C to 40°C (preferably about 30°C).
Heat at a rate of °C/min. Stir the mixture for 0-2 hours (preferably about 30 minutes) to complete the reaction.
Keep at this temperature. The activation temperature is used to change the crystal form of TiCl 3 from the β form (or a mixture of α form and β form) to α-TiCl 3 . This activation step can also be carried out without stirring, as discussed in more detail below. Pressure is not critical. Typically 10-140 psig
(0.7-9.8 mg/cm 2 ), preferably 14 psig (0.98 mg/cm 2 ), preferably 14 psig (0.98 mg/cm 2 )
cm2 ) range. It is only important that sufficient pressure be used to maintain the solvent in the liquid phase. The reduction/crystallization step is carried out by suspending the seed catalyst in an inert reaction diluent that acts as a solvent for the TiCl 4 and reducing agent, but not for the catalyst product. Typical diluents to be used are linear or branched paraffinic hydrocarbons having 5 to 12 carbon atoms, such as heptane and isooctane, which are substantially free of aromatic hydrocarbon impurities. The table shows test results for isooctane diluents suitable for this method. Table Isooctane diluent 2,2,4-trimethyl bentane 78.8vol.% 2,3-dimethyl pentane 7.9 2,4-dimethyl pentane 6.2 2,5-dimethyl hexane 1.5 2-methyl hexane 1.4 3-methyl hexane 1.1 2,4 -Dimethyl hexane 1.1 Other isoparaffinic compounds 2.0 TiCl 4 and the reducing agent should be a solution in an appropriately selected diluent. It has been found that as the concentration of reactants decreases, the catalyst particle size increases, but at the same time the density of the catalyst particles decreases. EADC can also be used in combination with DEAC, but below are examples of reducing agents:
Use DEAC. When using EADC,
A mixture of 3 to 4 parts DEAC and 1 part EADC is preferred. Preferably, a DEAC solution is first prepared and the seed catalyst is suspended therein. DEAC concentration in solvent is
It ranges from 0.1 to 7 mol, preferably from 0.5 to 1.0 mol. TiCl4 solution is 0.5-4 molar, preferably 1.5
~2.0 molar concentration. The solution is added to the seed catalyst suspension in DEAC solution over a mixing time of 10 seconds to 4 hours, preferably about 30 minutes, while maintaining the reaction zone at a low temperature. Preferably, a seed catalyst is present when adding the TiCl 4 solution. To obtain the benefits of the present invention, it is important that a seed catalyst is present when reducing TiCl4 . The amounts of TiCl4 solution and DEAC solution are such that the molar ratio of TiCl4 to DEAC is between 2.0 and 0.5, preferably about 1.3.
Select so that The working variables are shown in the table.
【表】
還元の場合
[Table] In case of refund
【表】
よる還元の場合
平均粒子径(μ) 20 200 24〜4
7
混 合
種触媒を良く分散させるために、また比較的大
きな丸みをおびた触媒粒子の生成を促進するため
に、還元/結晶化反応をよく混合した反応器中に
おいて行なうことが重要である。英国特許第
1139450号明細書は使用すべき混合条件に対する
良き指針を提供する。混合エネルギーが小さ過ぎ
るか又は大き過ぎると触媒微粉が生成されるの
で、混合エネルギー量は用いる反応器に応じて決
定しなければならない。エネルギー量(ワツト/
で表わす)は反応器の構造、羽根の形状、邪魔
板の配置及び溶液の粘度に依存する。最適値は実
験により決定することができる。一般に100〜
300W/が適当である。
一般に平羽根タービン羽根車が好ましい。1以
上のL/D比を有する容器においては、必要な羽
根車の数はほとんどL/D比に等しい。例えば、
反応器のL/D比が1.9の場合、二つの羽根車が、
反応器全体をよく混合するように離隔して、駆動
軸に取り付けられる。参考として以下に設計の一
例を示す。
内部直径が約18インチ(約46cm)、L/D比が
約1.0のプフアウドラー(Pfaudler)反応器にお
いて、6板羽根タービン羽根車を底から10インチ
(約25cm)の所に取り付けた。各羽根は平坦であ
り、約45゜の角度で取り付けられている。羽根車
全体の直径は約14インチ(約36cm)であつた。
180゜離れて取り付けられた2板の完全な邪魔板を
用い、100〜150rpmで操作したときに良好な結果
が得られた。これらの条件下での混合エネルギー
の入力は約100〜300W/であつた。邪魔板は容
器の壁から内側方向に1インチ(2.54cm)離隔し
て容器の半径方向に約2インチ(5.08cm)延びて
おり、かつ反応器の全長にわたつて垂直方向に延
在していた。
混合は混合、加熱及び保持段階の間続けなけれ
ばならず、活性化の間も続けることができる。
本発明は種触媒の存在下において、1以上(好
ましくは3〜9)の連続的還元/結晶化段階を使
用する。最初の種触媒は英国特許第1139450号明
細書に与えられた指示に従つて、又は本明細書の
還元段階に記載されているように(ただし、種触
媒の添加は省略)、調製することができる。かく
して、混合、加熱及び保持段階を行なつて、狭い
粒子径範囲を有する又は有しない第一の触媒生成
物を得ることができる。保持段階は還元反応を完
全にするために用いなければならない。第一の触
媒生成物は、還元/結晶化段階用の反応物を入れ
る前に、例えば反応液をデイツプレツグ
(dipleg)によりデカンテーシヨンすることによ
り、反応液と分離するのが好ましい。予め生成し
た(「種」)触媒の存在下において二段以上の還
元/結晶化段階を行なう場合には、TiCl4及び
DEACを入れる前にその度毎に液をデカンテーシ
ヨンするのが好ましい。また、反応液をその場に
残しておくこともできる。
いずれの場合においても、反応器の内容物は混
合温度(−40〜+15℃)に冷却し、TiCl4及び
DEACを上記の割合及びそれによる濃度で添加す
る(すなわち、希釈剤が反応器に残つている場合
には、流入液のモル濃度は適当に高くなければな
らない)。所望に応じ希釈剤を追加することもで
きる。新たに追加する反応物流中のTiCl4は最初
に添加したTiCl4のモル当り0.2〜4.0モル(好ま
しくは約1モル)である。
次いで反応混合物を0.2〜2.0℃/分の制御した
速度で約25〜45℃の最終温度まで、好ましくは
0.5℃/分の速度で40℃の保持温度まで加熱する。
保持温度が保持時間の間少くとも40℃でなけれ
ば、上澄み液から触媒微粉が見られる。これを防
止するためには、40℃の最終温度を用いなければ
ならない。この少量の微粉があつてもよい場合に
は、25〜40℃の比較的低い温度範囲を用いること
ができる。保持時間はTiCl4の還元が完全に行な
われるように、2時間の長さにすることができ
る。保持時間は40℃においては少くとも30分間で
あるのが好ましい。撹拌は保持時間の間、混合段
階及び加熱段階の間におけるのと同一の速度に維
持する。保持段階における過剰なエネルギー入力
はその他の場合に得られるより小さな平均径の触
媒粒子の生成をもたらす。
本発明の方法により得られる生成物は大きな粒
子径の実質的に球状で、かつ大きさの分布範囲の
狭い緻密な触媒である。最終的な平均粒子径(及
び、種触媒の粒子径の範囲が広い場合には、大き
さの分布)は触媒が還元/結晶化段階を繰り返え
す回数により決定される。
拡大写真により、本発明の方法において触媒微
粉の凝集が起つていることが示される。かくし
て、本発明においては単純な触媒の成長が与えら
れるのではない。これらの写真によりまたその凝
集により丸みをおびた又は球状の触媒粒子が生成
し、従つてほとんど同一の形状のポリマー粉末が
製造されることが示される。
本発明を説明するために、以下の例を示す。
各々の場合、触媒の生成は以下に述べる装置にお
いて、以下に述べる方法に従つて還元及び結晶化
により行なつた。平羽根撹拌器、温度計及びもう
一つの入口を具備した、邪魔板を有しない500ml
の丸底フラスコをドライアイス/イソオクタン浴
中で−30℃に冷却する。撹拌器は180゜の角度に2
枚の羽根を取り付けたもので全体の直径は6cmで
ある。装置全体及び全触媒材料を不活性気体中に
保持する。冷却したフラスコに、ジエチルアルミ
ニウム又はその他の還元剤(n−ヘプタン中に
1.0〜1.5モル濃度)を加える。ジエチル塩化アル
ミニウム溶液を210〜400rpmの速度で撹拌する。
撹拌速度は製造の間中、特定の値、すなわち250
±10rpmにできる限り近くに維持する。ジエチル
塩化アルミニウム溶液にTiCl4(1.5〜2.0モル濃
度、n−ヘプタン中)を3ミリモル/分の速度で
加える。全TiCl4溶液を加えたとき(ジエチル塩
化アルミニウム1モルに対してTiCl41.33モル)、
混合物を0.5℃/分の速度で+40℃に加熱する。
反応混合物を撹拌しながら1時間この温度に維持
する。この時点で、反応混合物を活性化温度まで
直線加熱してもよく、また高温活性化の時間まで
室温に冷却してもよい。
40℃における熟成の後、触媒を濾過し、ヘプタ
ンで2度洗浄し(全ての洗浄に対してヘプタン中
の0.005%ジエチル塩化アルミニウム溶液を用い
る)、触媒を磁気撹拌器を含有するガラス製重合
管中のヘプタン中に再懸濁させる。洗浄及び再懸
濁に用いるヘプタンの量は通常触媒の体積の3倍
である。
反応混合物を含有する密封した容器を1時間に
わたり160℃に加熱する。160℃において1時間熟
成した後、混合物を2〜4時間にわたり冷却す
る。この加熱の間触媒を撹拌してもしなくてもよ
い。濾過した触媒をヘプタンで2度洗浄し、室温
において減圧下において希釈剤を除去することに
より乾燥する。
本発明の説明において、生成した触媒を反応混
合物から分離し、活性化のために加熱する前に、
還元/結晶化段階を3回(例5及び6)繰り返す
こともできる。本発明の両方の段階を含む全結晶
及び還元反応の間、反応混合物は2枚羽根の6cm
の直径の羽根車により撹拌する。トルク力は10〜
25インチ−オンス(720〜1800g−cm)の範囲を
とることができる。
例 1
n−ヘプタン中の2.274ミリモル/mlの四塩化
チタン溶液を調製し、同様にn−ヘプタン中の
1.6106ミリモル/mlのジエチル塩化アルミニウム
溶液を調製した。TiCl4溶液77c.c.(170.55ミリモ
ル)とジエチル塩化アルミニウム溶液79.42c.c.
(127.91ミリモル)の混合物を−30℃において調
製した。この混合物のジエチル塩化アルミニウム
に対するTiCl4のモル比は約1.33であつた。これ
に微細に分割したTiCl3・1/2AlCl30.70gを加え
たが、それは最終的に製造される全触媒に対して
2重量%に当る無視できる程僅かな割合であつ
た。
混合物はTiCl4溶液をジエチル塩化アルミニウ
ム溶液に0.8c.c./分の速度で添加することにより
生成した。
添加の間及び残りの反応の間中、撹拌速度は約
250rpmに維持した。温度は約0.5℃/分の速度で
約40℃の最終温度まで上昇させ、その温度で加熱
を終了する。触媒を濾過し、n−ヘプタンで洗浄
し、ヘプタン中で再懸濁させた。触媒を調べた結
果、約13〜31μの粒子径分布を有することが判明
した。それは粒子径分布が広く、不規則な形状で
かつ黒色であつた。
これは本発明において単一の還元段階しか使用
しない場合には、約2重量%の予め生成した触媒
を用いるのでは不十分であることを示している。
例 2
本例においても例1において与られた濃度の四
塩化チタンのn−ヘプタン溶液及びジエチル塩化
アルミニウムのn−ヘプタン溶液を用いた。
TiCl4溶液75c.c.(170.6ミリモル)とジエチル塩化
アルミニウム溶液79.4c.c.(127.9ミリモル)及び
追加のn−ヘプタン79.4c.c.の混合物をジエチル塩
化アルミニウム溶液に四塩化チタン溶液を1.6
c.c./分の速度で−30℃の温度において添加するこ
とにより調製した。撹拌速度は300rpmにした。
還元反応は例1と同様に行なつた。+40℃に昇
温して30分間熟成することにより結晶生成物を得
た後で、溶液を再び−30℃に冷却し、四塩化チタ
ン溶液70.0c.c.及びジエチル塩化アルミニウム79.4
c.c.を加えた。温度を再び0.5℃/分の速度で+40
℃の最終温度まで上昇させ、1時間熟成した。
この還元反応から得た触媒生成物は平均直径
28μであり、粒子径分布の狭い球状黒色のもので
あつた。触媒構造は本発明の他の生成物と同様に
全く緻密であるようには見えなかつたが、構造上
の「ゆるみ」はなかつた。
次にこの生成物を本明細書中において既に記載
したように活性化し、これをプロピレンを重合す
るために用いたが、反応希釈剤としてのn−ヘプ
タン中において65℃において2時間重合し、触媒
1g当り27gのポリプロピレンを得たので、ポリ
プロピレンの重合に対して優れた触媒であること
が判明した。生成物は沸騰n−ヘプタンに不溶な
物質を96重量%含有していた。これは結晶度の高
いことを示す。固有粘度は2.74であつた。
例 3
予め生成した触媒の使用について説明するため
に、本例は粒子径の小さい、径分布範囲の広い不
規則な形状の触媒を例2に記載した還元/結晶化
の第二段階における供給原料として用いる方法を
述べる。本例においては、式TiCl3・0.33AlCl3の
予め生成した三塩化チタン触媒4.16gを例1に記
載したジエチル塩化アルミニウム溶液86.05ミリ
モル(53.5c.c.)中に54c.c.の追加のn−ヘプタンを
加えて、懸濁させた。この混合物に例1に記載の
四塩化チタン溶液50c.c.(113ミリモル)を0.8c.c./
分の速度で追加した。混合物は最初240rpmの速
度で撹拌しながら−30℃の温度にした。次に混合
物を0.5℃/分の速度で約+40℃に加熱し、その
後約1時間40℃において熟成した。
もとの触媒は広い粒子径分布を示し多量の触媒
微粉を有していたが、この実験による生成物は約
16μの平均粒子径を有し、粒子径分布の狭い、不
規則な形状でかつ黒色のものであつた。構造は緻
密であつた。触媒粒子の形状は不規則であつた
が、それはもとの触媒ほど不規則ではなく、この
段階を繰り返すことにより、大きな平均直径の規
則的な形状の生成物が得られると予想される。種
物質及び溶媒を混合の間+5℃以下、好ましくは
−15℃以下に維持する。またジエチル塩化アルミ
ニウムが最適の還元剤であるが、少量のエチルア
ルミニウムジクロリドの添加により大きな粒子径
が得られることが発見された。従つて、エチルア
ルミニウムジクロリドが還元剤の25%以上でな
く、その他はジエチル塩化アルミニウムであるこ
とが好ましいが、還元剤が0〜100%のジエチル
塩化アルミニウムを含むことも可能である。その
他の場合、好ましい還元剤をジエチルアルミニウ
ムに対する比が0〜0.25の範囲である量のトリエ
チルアルミニウムと混合することができる。
例 4
本例においては、触媒を最初に調製し、別々に
再生し、次いで上記の本発明の第二段階で処理す
る。
例1に記載の四塩化チタンにn−ヘプタン溶液
25c.c.(2.27モル濃度)を1.61c.c./分の速度で上記
のように調製し分離した20gの触媒を含有する
160c.c.のジエチル塩化アルミニウム溶液(ヘプタ
ン中、0.8モル濃度)に加えた。全反応混合物を
TiCl4溶液を添加しながら、−30℃において、
250rpmの速度で撹拌した。添加の後で、反応混
合物を反応温度が+40℃に達するまで0.5℃/分
の制御した速度で加熱する。分離した触媒の量が
98%の理論的収率に達した後1時間混合物を+40
℃において撹拌する。触媒粒子径の分布は狭い。
例 5
本例においては、以下に記載するような多段原
料投入(multiple shot)技術により触媒を調製
した。例1に与えられた濃度のTiCl4のn−ヘプ
タン溶液及びAlEt2Clのn−ヘプタン溶液を本例
においても同様に用いた。AlEt2Cl溶液79.4c.c.
(127.9ミリモル)と追加のn−ヘプタン79.4c.c.の
混合物を調製した(その結果、AlEt2Clの濃度は
約0.8ミリモル/mlの濃度となる)。AlEt2Cl溶液
に約75c.c.のTiCl4(170.6ミリモル)を−20℃の温
度において1.6c.c./分の速度で加えた。TiCl4/ジ
エチル塩化アルミニウムのモル比は約1.33であつ
た。撹拌速度は250rpmにした。還元反応は例1
と同様に行ない、+40℃に昇温して30分間熟成す
ることにより結晶生成物を得た後で、溶液を再び
−30℃に冷却した。この触媒生成物が本発明に使
用する予め生成した触媒である。反応混合物に追
加の濃度AlEt2Cl溶液17.9c.c.(n−ヘプタン中に
7.155モル濃度)を加えた。次に、撹拌した反応
混合物に−30℃において20分間にわたり、37.6c.c.
の濃度TiCl4(n−ヘプタン中に4.55モル濃度)を
加えた。温度を再び0.5℃/分の速度で+40℃の
最終温度まで上昇させ、30分間熟成した。
TiCl4/ジエチル塩化アルミニウムのモル比は約
0.75であつた。前の段階を二回以上繰り返した。
最後の還元反応から得た触媒生成物は24μの平均
直径を有し、黒色球状であつた。連続反応による
触媒粒子径の変化は以下の表に示す。
例 6
75c.c.のTiCl4のn−ヘプタン溶液(2.274モル濃
度)を調製し、それに135c.c.のAlEtCl2のヘプタ
ン溶液(1.89モル濃度)を加えた。混合温度は−
20℃、若魔板付き反応器内での撹拌速度は
240rpmであつた。還元は実験1と同様に行なつ
た。還元反応は例1と同様に行ない、−40℃に昇
温して30分間熟成することにより結晶生成物を得
た後、溶液を再び−20℃に冷却し、その溶液に
135c.c.の追加のAlEtCl2溶液(n−ヘプタンに1.89
モル濃度)を加えた。次いで、37.6c.c.のTiCl4の
n−ヘプタン溶液(4.55モル)を20分間にわたり
加えた。温度を再び0.5℃/分の速度で+40℃の
最終温度に上昇させ、この温度において1時間熟
成した。
すぐ前に記載した第二の反応を2回以上繰り返
した。第四の還元反応から得た触媒生成物は47μ
の平径直径を有し、その粒子径分布は狭く、黒色
球状であつた。触媒構造は緻密であつた。各々の
連続的な還元の結果の触媒直径における変化を以
下の表に示し、本発明を説明する。[Table] Average particle diameter (μ) 20 200 24~4
7
Mixed It is important to perform the reduction/crystallization reaction in a well-mixed reactor to achieve good dispersion of the seed catalyst and to promote the production of relatively large, rounded catalyst particles. UK patent no.
No. 1139450 provides good guidance on the mixing conditions to be used. The amount of mixing energy must be determined depending on the reactor used, since catalyst fines will be produced if the mixing energy is too small or too large. Energy amount (watts/
) depends on the structure of the reactor, the shape of the blades, the arrangement of baffles, and the viscosity of the solution. The optimum value can be determined by experiment. Generally 100~
300W/ is appropriate. Flat blade turbine impellers are generally preferred. In vessels with L/D ratios greater than 1, the number of impellers required is approximately equal to the L/D ratio. for example,
When the L/D ratio of the reactor is 1.9, the two impellers are
The reactor is spaced apart and mounted on a drive shaft to provide good mixing throughout the reactor. An example of the design is shown below for reference. A six-blade turbine impeller was mounted 10 inches from the bottom in a Pfaudler reactor with an internal diameter of about 18 inches and an L/D ratio of about 1.0. Each vane is flat and mounted at an approximately 45° angle. The entire diameter of the impeller was approximately 14 inches (approximately 36 cm).
Good results were obtained using two complete baffles mounted 180° apart and operating at 100-150 rpm. The mixing energy input under these conditions was approximately 100-300 W/. The baffle extends 1 inch (2.54 cm) inwardly from the vessel wall, extends approximately 2 inches (5.08 cm) radially of the vessel, and extends vertically the entire length of the reactor. Ta. Mixing must continue during the mixing, heating and holding stages, and may continue during activation. The present invention uses one or more (preferably 3 to 9) sequential reduction/crystallization steps in the presence of a seed catalyst. The initial seed catalyst can be prepared according to the instructions given in GB 1139450 or as described in the reduction step herein (but omitting the addition of the seed catalyst). can. Thus, the mixing, heating and holding steps can be performed to obtain a first catalyst product with or without a narrow particle size range. A holding step must be used to complete the reduction reaction. Preferably, the first catalyst product is separated from the reaction liquid, for example by decanting the reaction liquid with a dipleg, before introducing the reactants for the reduction/crystallization step. TiCl 4 and
It is preferable to decant the liquid before each addition of DEAC. Alternatively, the reaction solution can be left in place. In either case, the contents of the reactor are cooled to the mixing temperature (-40 to +15 °C) and the TiCl 4 and
DEAC is added in the proportions and concentrations indicated above (ie, if diluent remains in the reactor, the molar concentration of the influent must be suitably high). Diluents can also be added if desired. The newly added TiCl 4 in the reactant stream is 0.2 to 4.0 moles (preferably about 1 mole) per mole of TiCl 4 initially added. The reaction mixture is then heated at a controlled rate of 0.2-2.0°C/min to a final temperature of about 25-45°C, preferably
Heat at a rate of 0.5°C/min to a holding temperature of 40°C.
Catalyst fines will be seen in the supernatant unless the holding temperature is at least 40°C during the holding time. To prevent this, a final temperature of 40°C must be used. If this small amount of fines is acceptable, a relatively low temperature range of 25-40°C can be used. The holding time can be as long as 2 hours to ensure complete reduction of TiCl 4 . Preferably, the holding time is at least 30 minutes at 40°C. Agitation is maintained at the same speed during the hold time as during the mixing and heating stages. Excessive energy input in the holding stage results in the production of catalyst particles with a smaller average diameter than would otherwise be obtained. The product obtained by the process of the invention is a compact catalyst that is substantially spherical with large particle size and a narrow size distribution. The final average particle size (and size distribution if the seed catalyst has a wide particle size range) is determined by the number of times the catalyst undergoes the reduction/crystallization step. The enlarged photograph shows that agglomeration of catalyst fines occurs in the method of the invention. Thus, simple catalyst growth is not provided in the present invention. These photographs also show that the agglomeration produces rounded or spherical catalyst particles, thus producing polymer powders of almost identical shape. The following examples are provided to illustrate the invention.
In each case, catalyst formation was carried out by reduction and crystallization in the apparatus described below and according to the method described below. 500ml without baffle with flat blade stirrer, thermometer and another inlet
Cool the round bottom flask to −30° C. in a dry ice/isooctane bath. The stirrer is placed at an angle of 180°.
It is equipped with two blades and has a total diameter of 6 cm. The entire apparatus and all catalyst materials are kept under inert gas. Add diethylaluminum or other reducing agent (in n-heptane) to a cooled flask.
1.0-1.5 molar concentration). Stir the diethyl aluminum chloride solution at a speed of 210-400 rpm.
The stirring speed was kept at a certain value throughout the production, i.e. 250
Keep it as close to ±10rpm as possible. TiCl4 (1.5-2.0 molar, in n-heptane) is added to the diethyl aluminum chloride solution at a rate of 3 mmol/min. When total TiCl 4 solution is added (1.33 mol TiCl 4 per 1 mol diethyl aluminum chloride),
The mixture is heated to +40°C at a rate of 0.5°C/min.
The reaction mixture is maintained at this temperature for 1 hour with stirring. At this point, the reaction mixture may be heated linearly to the activation temperature or cooled to room temperature until time for high temperature activation. After aging at 40°C, the catalyst is filtered, washed twice with heptane (using 0.005% diethyl aluminum chloride solution in heptane for all washes), and transferred to a glass polymerization tube containing a magnetic stirrer. Resuspend in medium heptane. The amount of heptane used for washing and resuspension is usually three times the volume of catalyst. The sealed vessel containing the reaction mixture is heated to 160° C. for 1 hour. After aging for 1 hour at 160°C, the mixture is cooled for 2-4 hours. The catalyst may or may not be stirred during this heating. The filtered catalyst is washed twice with heptane and dried by removing the diluent under reduced pressure at room temperature. In the description of the invention, the produced catalyst is separated from the reaction mixture and before heating for activation:
The reduction/crystallization step can also be repeated three times (Examples 5 and 6). During the total crystallization and reduction reactions involving both stages of the present invention, the reaction mixture was
The mixture is stirred by an impeller with a diameter of . Torque force is 10~
It can range from 25 inch-ounces (720 to 1800 g-cm). Example 1 A solution of titanium tetrachloride at 2.274 mmol/ml in n-heptane was prepared;
A 1.6106 mmol/ml diethyl aluminum chloride solution was prepared. TiCl 4 solution 77c.c. (170.55 mmol) and diethyl aluminum chloride solution 79.42cc
(127.91 mmol) was prepared at -30°C. The molar ratio of TiCl 4 to diethyl aluminum chloride in this mixture was about 1.33. To this was added 0.70 g of finely divided TiCl 3 .1/2AlCl 3 , which was in a negligibly small proportion of 2% by weight based on the total catalyst finally produced. The mixture was produced by adding the TiCl 4 solution to the diethyl aluminum chloride solution at a rate of 0.8 cc/min. During the addition and throughout the remainder of the reaction, the stirring speed was approximately
It was maintained at 250 rpm. The temperature is increased at a rate of about 0.5°C/min to a final temperature of about 40°C, at which point heating is terminated. The catalyst was filtered, washed with n-heptane and resuspended in heptane. The catalyst was examined and found to have a particle size distribution of approximately 13-31μ. It had a wide particle size distribution, an irregular shape, and a black color. This indicates that using about 2% by weight of preformed catalyst is insufficient if only a single reduction stage is used in the present invention. Example 2 In this example as well, a solution of titanium tetrachloride in n-heptane and a solution of diethyl aluminum chloride in n-heptane having the concentrations given in Example 1 were used.
A mixture of 75 c.c. (170.6 mmol) of TiCl 4 solution, 79.4 cc (127.9 mmol) of diethyl aluminum chloride solution and an additional 79.4 cc of n-heptane was added to the diethyl aluminum chloride solution and 1.6 c.c.
It was prepared by addition at a temperature of -30°C at a rate of cc/min. The stirring speed was 300 rpm. The reduction reaction was carried out in the same manner as in Example 1. After obtaining a crystalline product by raising the temperature to +40°C and aging for 30 minutes, the solution was cooled again to -30°C and 70.0 cc of titanium tetrachloride solution and 79.4 cc of diethyl aluminum chloride were added.
Added cc. Increase the temperature again to +40 at a rate of 0.5°C/min
The temperature was increased to a final temperature of 0.degree. C. and aged for 1 hour. The catalytic product obtained from this reduction reaction has an average diameter of
It was spherical and black in size with a narrow particle size distribution of 28μ. Although the catalyst structure did not appear to be quite dense like other products of the invention, there was no structural "looseness". This product was then activated as previously described herein and used to polymerize propylene, which was polymerized for 2 hours at 65°C in n-heptane as the reaction diluent and the catalyst It was found to be an excellent catalyst for the polymerization of polypropylene, since 27 g of polypropylene was obtained per gram. The product contained 96% by weight of material insoluble in boiling n-heptane. This indicates high crystallinity. The intrinsic viscosity was 2.74. Example 3 To illustrate the use of a preformed catalyst, this example uses a small particle size, irregularly shaped catalyst with a wide size distribution as a feedstock in the second stage of the reduction/crystallization described in Example 2. We will describe the method used as In this example, 4.16 g of a preformed titanium trichloride catalyst of formula TiCl3.0.33AlCl3 was dissolved in 86.05 mmol (53.5 cc) of the diethyl aluminum chloride solution described in Example 1 with 54 c.c. of additional n-heptane. was added and suspended. To this mixture was added 0.8 cc/50 c.c. (113 mmol) of the titanium tetrachloride solution described in Example 1.
Added at a rate of minutes. The mixture was initially brought to a temperature of -30°C while stirring at a speed of 240 rpm. The mixture was then heated to about +40°C at a rate of 0.5°C/min and then aged at 40°C for about 1 hour. The original catalyst had a wide particle size distribution and a large amount of catalyst fines, but the product from this experiment was approximately
It had an average particle size of 16μ, a narrow particle size distribution, an irregular shape, and a black color. The structure was precise. Although the shape of the catalyst particles was irregular, it was not as irregular as the original catalyst, and repeating this step would be expected to yield a regularly shaped product with a large average diameter. The seed material and solvent are maintained below +5°C, preferably below -15°C during mixing. It has also been discovered that although diethylaluminum chloride is the reducing agent of choice, large particle sizes can be obtained by adding small amounts of ethylaluminum dichloride. Therefore, it is preferred that ethylaluminum dichloride does not account for more than 25% of the reducing agent and the rest is diethylaluminum chloride, although it is also possible for the reducing agent to contain 0 to 100% diethylaluminum chloride. In other cases, the preferred reducing agent can be mixed with triethylaluminum in an amount having a ratio to diethylaluminum ranging from 0 to 0.25. Example 4 In this example, the catalyst is first prepared, separately regenerated, and then processed in the second stage of the invention described above. n-heptane solution in titanium tetrachloride as described in Example 1
(2.27 molar concentration) containing 20 g of catalyst prepared and separated as above at a rate of 1.61 cc/min.
Added to 160 c.c. of diethyl aluminum chloride solution (0.8 molar in heptane). total reaction mixture
at −30 °C while adding TiCl4 solution.
Stirred at a speed of 250 rpm. After the addition, the reaction mixture is heated at a controlled rate of 0.5°C/min until the reaction temperature reaches +40°C. The amount of separated catalyst is
After reaching 98% theoretical yield, the mixture was heated to +40°C for 1 hour.
Stir at ℃. The catalyst particle size distribution is narrow. Example 5 In this example, a catalyst was prepared by a multiple shot technique as described below. TiCl 4 in n-heptane and AlEt 2 Cl in n-heptane solutions of the concentrations given in Example 1 were used in this example as well. AlEt 2 Cl solution 79.4cc
(127.9 mmol) and an additional 79.4 cc of n-heptane (resulting in a concentration of AlEt 2 Cl of approximately 0.8 mmol/ml) was prepared. Approximately 75 c.c. of TiCl 4 (170.6 mmol) was added to the AlEt 2 Cl solution at a rate of 1.6 cc/min at a temperature of -20°C. The TiCl 4 /diethyl aluminum chloride molar ratio was about 1.33. The stirring speed was 250 rpm. Example 1 is the reduction reaction.
In the same manner as above, the temperature was raised to +40°C and aged for 30 minutes to obtain a crystalline product, and then the solution was cooled again to -30°C. This catalyst product is the preformed catalyst used in the present invention. Add 17.9 cc of concentrated AlEt 2 Cl solution (in n-heptane) to the reaction mixture.
7.155 molar concentration) was added. The stirred reaction mixture was then charged with 37.6 cc at −30°C for 20 min.
A concentration of TiCl 4 (4.55 molar in n-heptane) was added. The temperature was increased again at a rate of 0.5°C/min to a final temperature of +40°C and aged for 30 minutes.
The molar ratio of TiCl 4 /diethyl aluminum chloride is approximately
It was 0.75. The previous step was repeated two more times.
The catalyst product obtained from the final reduction reaction was black and spherical with an average diameter of 24μ. Changes in catalyst particle size due to continuous reactions are shown in the table below. Example 6 A solution of 75 c.c. of TiCl4 in n-heptane (2.274 molar) was prepared and to it was added a solution of 135 c.c. of AlEtCl2 in heptane (1.89 molar). The mixing temperature is -
At 20℃, the stirring speed in the reactor with a young plate is
It was hot at 240 rpm. Reduction was performed in the same manner as in Experiment 1. The reduction reaction was carried out in the same manner as in Example 1, and after obtaining a crystalline product by raising the temperature to -40°C and aging for 30 minutes, the solution was cooled again to -20°C, and the solution was
Add 135 c.c. of AlEtCl 2 solution (1.89 in n-heptane)
molar concentration) was added. Then 37.6 cc of TiCl 4 in n-heptane (4.55 mol) was added over 20 minutes. The temperature was increased again at a rate of 0.5°C/min to a final temperature of +40°C and aged at this temperature for 1 hour. The second reaction described immediately above was repeated two more times. The catalyst product obtained from the fourth reduction reaction is 47μ
The particle size distribution was narrow, and the particle size was black and spherical. The catalyst structure was dense. The change in catalyst diameter as a result of each successive reduction is shown in the table below to illustrate the invention.
【表】
表から、本発明により比較的大きな触媒粒子
が得られ、予め生成した触媒の粒子径分布が広い
場合でもその粒子径分布が狭くなることが明らか
となる。
AlEt2Cl、AlEtCl2及びAlEt3又はこれらの混合
物は好ましい有機金属還元剤であるが、適当な有
機金属還元剤としてR2Mg、RMgX、NaR、
MRm又はRxMXm−x(ただし、RはC1〜C5の
アルキル基又は置換アルキル基、Mgはマグネシ
ウム、XはCl、Br、又はI、MはAl又は周期律
表の第A、A、B又はA族の金族、mは
Mの原子価、xはMの原子価と等しいか又はそれ
よりも小さい整数である。)がある。
さらに、好ましい活性化温度及び時間は表に
掲載されているが、広範な活性化の操作可能な範
囲は20分〜5時間の時間に対しては90〜185℃で
ある。
さらに、20〜200μの範囲内の平均粒子直径が
標準であるが、まれではあるが10〜30μほどの小
さな平均粒子直径が例外的に有用となるような場
合もある。
これはTiCl4を第一段階でAlET3により還元す
るときに生ずるが、これは極めて小さな触媒粒子
すなわち約3μの平均直径の粒子が生成する通常
でない場合の例である。しかし、これらの比較的
小さな粒子の触媒は極めて活性である。またそれ
らを本発明の技術により、満足すべき大きさにま
で大きくすることができる。
かくして、TiCl4のAlET2Clによる第一段階の
還元により約3μの範囲の平均粒子径の触媒粒子
が生成する。
これらの3μの大きさの粒子を、本発明の技術
により一連の還元/結晶化段階、例えば多数操作
により満足な平均粒子直径すなわち、少くとも
10μの大きさにすることができる。
本発明の実施態様の例をさらに以下に記載す
る。
(1) 還元剤がジエチル塩化アルミニウム、エチル
アルミニウムジクロリド、トリエチルアルミニ
ウム及びこれらの混合物から選ばれたものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の方法。
(2) 平均粒子直径範囲が20〜200μであることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。
(3) 前記平均粒子直径範囲が10〜50μであること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の方
法。
(4) 還元段階を、前段の還元段階の間に「予め生
成した触媒」として生成された触媒を用いて、
連続的に少くとも2回行うことを特徴とする特
許請求の範囲第1項及び上記(1)乃至(3)項に記載
の方法。
(5) 一以上の段階における反応条件が−40℃〜+
15℃の開始温度、0.2〜2.0℃/分の加熱速度及
び25〜45℃の保持温度を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第1項及び上記(1)乃至(4)項に記
載の方法。
(6) 段階A、Bを少くとも2回繰り返し、その最
後の繰り返しの終了後、前記触媒生成物を90〜
185℃の温度において、20分〜5時間活性化す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項及び
上記(1)乃至(5)項に記載の方法。
(7) 前記温度が145〜185℃であり、前記時間が30
〜120分であるとを特徴とする上記(6)項に記載
の方法。
(8) 前記還元剤がジエチル塩化アルミニウムであ
ることを特徴とする上記(1)乃至(7)項に記載の方
法。
(9) 前記還元剤がエチルアルミニウムジクロリド
であることを特徴とする上記(1)乃至(7)項に記載
の方法。
(10) 前記還元剤がトリエチルアルミニウムである
ことを特徴とする上記(1)乃至(7)項に記載の方
法。
(11) 前記還元剤がジエチル塩化アルミニウム及び
エチルアルミニウムジクロリドの混合物である
ことを特徴とする上記(1)乃至(7)項に記載の方
法。
(12) 希釈剤がn−ヘプタン、TiCl4の濃度が約
4.55モル濃度、ジエチル塩化アルミニウムの濃
度が約7.15モル濃度であり、最初にジエチル塩
化アルミニウムを前記追加の希釈剤と混合して
3〜5モル濃度に希釈し、次いで前記希釈した
ジエチル塩化アルミニウムに比較的遅い添加速
度でTiCl4溶液を添加することを特徴とする特
許請求の範囲第2項に記載の方法。
(13) 混合温度が約−20℃、加熱速度が約0.5℃/
分、保持温度が約+40℃、保持時間が約30分間
であり、混合物を、3〜9回行なう還元、加熱
及び保持段階を繰り返す前に、約−30℃に冷却
することを特徴とする上記(12)項に記載の方
法。
(14) TiCl4溶液を約20分間にわたり添加し、全
体の混合エネルギー入力が100〜300W/とな
るようにすることを特徴とする上記(13)項に
記載の方法。[Table] It is clear from the table that relatively large catalyst particles are obtained according to the present invention, and that the particle size distribution is narrow even when the preformed catalyst has a wide particle size distribution. Although AlEt 2 Cl, AlEtCl 2 and AlEt 3 or mixtures thereof are preferred organometallic reducing agents, suitable organometallic reducing agents include R 2 Mg, RMgX, NaR,
MRm or RxMXm-x (where R is a C1 - C5 alkyl group or substituted alkyl group, Mg is magnesium, X is Cl, Br, or I, M is Al or A, A, B of the periodic table) or a metal group of Group A, m is the valence of M, and x is an integer equal to or smaller than the valence of M). Additionally, although preferred activation temperatures and times are listed in the table, a broad operational range of activation is 90-185°C for times of 20 minutes to 5 hours. Furthermore, although average particle diameters in the range of 20-200μ are standard, there are rare cases where average particle diameters as small as 10-30μ may be exceptionally useful. This occurs when TiCl 4 is reduced in the first stage with AlET 3 , which is an unusual case in which very small catalyst particles are produced, ie particles with an average diameter of about 3μ. However, these relatively small particle catalysts are extremely active. Moreover, they can be enlarged to a satisfactory size by the technique of the present invention. Thus, the first stage reduction of TiCl 4 with AlET 2 Cl produces catalyst particles with an average particle size in the range of about 3μ. These 3μ sized particles are reduced to a satisfactory average particle diameter, i.e., by a series of reduction/crystallization steps, e.g.
It can be made as large as 10μ. Further examples of embodiments of the invention are described below. (1) A method according to claim 1, characterized in that the reducing agent is selected from diethylaluminum chloride, ethylaluminum dichloride, triethylaluminum and mixtures thereof. (2) The method according to claim 1, wherein the average particle diameter range is from 20 to 200μ. (3) The method according to claim 1, wherein the average particle diameter range is 10 to 50μ. (4) performing the reduction step using a catalyst produced as a "pre-formed catalyst" during the previous reduction step;
The method according to claim 1 and items (1) to (3) above, characterized in that the method is carried out successively at least twice. (5) Reaction conditions in one or more steps range from -40℃ to +
Claim 1 and items (1) to (4) above, characterized in that the method includes a starting temperature of 15°C, a heating rate of 0.2 to 2.0°C/min and a holding temperature of 25 to 45°C. Method. (6) Repeat steps A and B at least twice, and after the completion of the last repetition, the catalyst product is
The method according to claim 1 and items (1) to (5) above, characterized in that activation is carried out at a temperature of 185° C. for 20 minutes to 5 hours. (7) The temperature is 145-185℃ and the time is 30℃.
The method according to item (6) above, characterized in that the heating time is 120 minutes. (8) The method described in items (1) to (7) above, wherein the reducing agent is diethyl aluminum chloride. (9) The method described in items (1) to (7) above, wherein the reducing agent is ethylaluminum dichloride. (10) The method described in items (1) to (7) above, wherein the reducing agent is triethylaluminum. (11) The method according to items (1) to (7) above, wherein the reducing agent is a mixture of diethyl aluminum chloride and ethyl aluminum dichloride. (12) The diluent is n-heptane and the concentration of TiCl 4 is approximately
4.55 molar, the concentration of diethyl aluminum chloride is about 7.15 molar, and the diethyl aluminum chloride is first mixed with said additional diluent to dilute to 3-5 molar and then compared to said diluted diethyl aluminum chloride. 3. Process according to claim 2, characterized in that the TiCl 4 solution is added at a relatively slow addition rate. (13) Mixing temperature is approximately -20℃, heating rate is approximately 0.5℃/
minutes, a holding temperature of about +40°C, a holding time of about 30 minutes, and the mixture is cooled to about -30°C before repeating the reduction, heating and holding steps 3 to 9 times. The method described in paragraph (12). (14) The method according to item (13) above, characterized in that the TiCl 4 solution is added over about 20 minutes so that the total mixing energy input is 100 to 300 W/.
第1図は本願発明に記載された触媒の調製工程
を示すフローチヤート図である。
FIG. 1 is a flowchart showing the steps for preparing the catalyst described in the present invention.
Claims (1)
緻密な粒子であるTiCl3・nAlCl3オレフイン重合
触媒生成物(ただしnはそれ自身公知のように
0.15〜0.50又は0.3〜1.0のいずれかである。)の製
造方法にして以下の工程からなる方法: (1) 上記望ましい触媒生成物と本質的に同一の化
学組成を有する微細に分割された予生成固体触
媒1重量部を、四塩化チタン濃度が0.5〜4モ
ル濃度である四塩化チタンの希釈剤溶液、式
AlRpX3-p(式中RはC1〜C5のアルキル基又は置
換アルキル基を示し、pは3以下の正の整数を
示す。)で表わされる1種以上の還元剤の濃度
が0.1〜7モル濃度である希釈剤溶液(ただし
前記四塩化チタンの希釈剤溶液及び前記還元剤
の希釈剤溶液の希釈剤は前記四塩化チタン及び
前記還元剤は可溶であるが前記触媒は不溶であ
る不活性希釈剤であり、前記四塩化チタン対前
記還元剤のモル比は0.5〜2.0である。)、及び C5〜C12パラフイン炭化水素及びそれらの混
合物より選択される付加的希釈剤と−40℃〜−
5℃の温度で良好に混合する工程、 (2) 25〜45℃の保持温度に達するまで良好に混合
しながら前記混合物を0.2〜2.0℃/分の調整し
た低速度で加熱する工程、 (3) 前記混合物を良好に混合しながら前記保持温
度に0〜120分保持し、還元反応を実質的に完
了させ、前記予生成固体触媒1重量部当り1.5
〜4重量部の触媒生成物を生成する工程、 (4) 必要に応じて工程(1)〜(3)を繰り返し行なう工
程、及び (5) 得られた触媒生成物を90〜185℃で30〜120分
間加熱することにより活性化する工程。[Scope of Claims] 1 TiCl 3 .nAlCl 3 olefin polymerization catalyst product which is rounded and dense particles having an average particle size of 10 to 200μ (where n is as known per se)
It is either 0.15-0.50 or 0.3-1.0. ), which comprises the following steps: (1) One part by weight of a finely divided preformed solid catalyst having essentially the same chemical composition as the desired catalyst product is added to a titanium tetrachloride concentration. A diluent solution of titanium tetrachloride with a concentration of 0.5 to 4 molar, formula
The concentration of one or more reducing agents represented by AlR p A diluent solution having a molar concentration of 0.1 to 7 molar (however, the diluent of the titanium tetrachloride diluent solution and the reducing agent diluent solution is a diluent solution in which the titanium tetrachloride and the reducing agent are soluble, but the catalyst is insoluble). and an additional diluent selected from C5 to C12 paraffin hydrocarbons and mixtures thereof. and −40℃〜−
(2) heating said mixture at a controlled low rate of 0.2-2.0°C/min with good mixing until a holding temperature of 25-45°C is reached; (3) ) The mixture is held at the holding temperature for 0 to 120 minutes with good mixing to substantially complete the reduction reaction, and 1.5 parts by weight of the preformed solid catalyst is maintained at the holding temperature for 0 to 120 minutes.
(4) repeating steps (1) to (3) as necessary, and (5) heating the resulting catalyst product at 90 to 185°C for 30 minutes. Activation process by heating for ~120 minutes.
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