CN116063591B - 一种烯烃聚合用金属有机复合物催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于烯烃聚合催化剂领域,具体涉及一种烯烃聚合用金属有机复合物催化剂,包括有机铝化合物、无机氧化物载体、金属硅氮烷复合物,其中,金属硅氮烷复合物由卤化镁、烷基三硅氮烷类化合物、卤化钛和含氧给电子体反应得到。采用该金属有机复合物催化剂制得的聚合物具有较高的熔融指数、低聚物含量低。
Description
技术领域
本发明属于烯烃聚合催化剂领域,具体涉及一种烯烃聚合用金属有机复合物催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
在乙烯的均聚合反应或乙烯与α-烯烃的共聚合反应中,催化剂的性能影响着聚合物的性能。如今较有代表性的,并正在被广泛使用的气相聚乙烯催化剂有BP公司的钛系聚乙烯高效催化剂、Univation公司的J型淤浆进料聚乙烯高效催化剂。巴塞尔公司的AvantZ型催化剂只在其Spherilene工艺上应用。90年代Univation研制出浆液催化剂—J型催化剂(UCAT-J)代替原M-1型聚乙烯催化剂,并已在海内外推广应用,预计未来几年,J型催化剂将取代M-1型催化剂,成为UNIPOL工艺的一个新的发展方向。J型催化剂是为了克服M-1型催化剂的缺点而研制的,J型催化剂的主要组分与M-1型催化剂基本相同,但在制备工艺上有明显差别。
CN106543303A涉及一种用于烯烃聚合反应的催化剂组分、催化剂及其制备方法。所述催化剂组分包含:1)超细无机氧化物载体,和2)卤化镁、卤代烃、卤化钛和给电子体化合物的反应产物。所述催化剂包含下述组分的反应产物:(A)本发明所述的催化剂组分;和(B)通式为AlRnX3-n的有机铝化合物,式中R为氢或碳原子数为1-20的烃基,X为卤素,优选为氯、溴或碘,0<n≤3的有机铝化合物。本发明的催化剂活性高,所得聚合物的堆积密度更高,且具有更高的熔融指数。
中国专利CN100368440A公开了一种喷雾干燥的聚合催化剂和采用该聚合催化剂的聚合方法,该催化剂包括惰性多孔填料和以下物质反应产物的喷雾干燥组合物:卤化镁、溶剂、含氧给电子体、过渡金属化合物的混合物或反应产物,惰性多孔填料基本是球形的且平均粒度为1~12μm。该催化剂的活性不够高,聚合物中的低聚物多。
中国专利CN1493599A公开了一种改进的用于乙烯聚合的催化剂,通过在催化剂活性组分的母液制备中加入烷基硅酸脂,以改善催化剂活性,并降低了聚合物中的低聚物含量,但是该催化剂的活性不够高。
因此,亟需开发一种用于烯烃聚合的催化剂,具有更高的活性和熔融指数,且聚合物中的低聚物含量低。
发明内容
针对现有技术存在上述不足,本发明提供了一种用于烯烃聚合用金属有机复合物催化剂,包括有机铝化合物、无机氧化物载体、金属硅氮烷复合物,并将该催化剂用于烯烃聚合反应。本发明提供的催化剂活性高,用于聚合反应得到的聚合物具有更高的熔融指数,而且所得聚合物中的低聚物含量低。
本发明的目的之一在于提供一种烯烃聚合用金属有机复合物催化剂,包括有机铝化合物、金属有机/无机复合物,其中,所述的金属有机/无机复合物包括无机氧化物载体、金属硅氮烷复合物。
具体地,所述的有机铝化合物通式为A1RnX3-n,式中R为氢或C1-C20烃基,优选为C1-C8烃基;X为卤素,优选为氯、溴、碘;0<n≤3;
所述的无机氧化物载体可以选用本领域中常用的无机氧化物载体组分,优选选自硅的氧化物、铝的氧化物中的至少一种,更优选选自氧化铝、二氧化硅中的至少一种,最优选选自二氧化硅;所述无机氧化物载体的粒径为0.01~10μm,优选为0.01~5μm,更优选为0.01~1μm。
上述烯烃聚合用金属有机复合物催化剂中,所述金属硅氮烷复合物由金属卤化物、烷基三硅氮烷类化合物和含氧给电子体反应得到,其中,所述的金属卤化物包括卤化镁和卤化钛。
其中,所述的卤化镁选自氯化镁、溴化镁、碘化镁中的至少一种;
所述的卤化钛选自三氯化钛、四氯化钛、三溴化钛、四溴化钛中的至少一种,优选选自三氯化钛、四氯化钛中的至少一种;
所述的含氧给电子体选自酯、醚、酮中的至少一种,优选选自C1~C6饱和脂肪羧酸的烷基酯、C7~C12芳香羧酸烷基酯、C2~C8脂肪醚、C3~C6环醚和C3~C8饱和脂肪酮中的至少一种,更优选选自甲酸酯化合物、乙酸酯化合物、***、丙醚、己醚、四氢呋喃、丙酮、甲基异丁基酮中的至少一种;所述的含氧给电子体的具体实例包括但不限于:甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸异丙酯、甲酸正丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、***、丙醚、己醚、四氢呋喃、丙酮、甲基异丁基酮中的至少一种,优选选自甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、***、己醚、四氢呋喃、丙酮、甲基异丁基酮中的至少一种,更优选为四氢呋喃;
所述的烷基三硅氮烷类化合物的通式为N(SiR1R2R3)(SiR4R5R6)(SiR7R8R9),其中其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9独立地选自H、C1-C5烷基、C2-C4烯基、C2-C4炔基、C3-C8环烷基或C6-C10芳基,优选选自C1-C5烷基;优选地,所述的烷基三硅氮烷类化合物选自九甲基三硅氮烷、九乙基三硅氮烷中的至少一种。
上述烯烃聚合用金属有机复合物催化剂中:
所述有机铝化合物中的铝与所述金属硅氮烷化合物中钛的摩尔比为5:1~500:1,优选为10:1~200:1;
以质量百分比来计,所述金属有机/无机复合物中钛的含量为0.1~5%,优选为0.5~3%;
所述无机氧化物载体与金属硅氮烷化合物的用量比为1:(1~20),优选为1:(2~10),更优选为1:(3~8);
以每摩尔卤化钛来计,所述卤化镁的用量为0.1~10mol,优选为1~10mol,更优选为2~7mol;所述烷基三硅氮烷类化合物的用量为0.01~10mol,优选为0.1~10mol,更优选为0.1~3mol;所述含氧给电子体的用量为1~600mol,优选为20~200mol,更优选为100~200mol。
本发明的目的之二在于提供一种上述金属有机复合物催化剂的制备方法,包括将包含有所述的无机氧化物载体、金属硅氮烷复合物、有机铝化合物在内的组分混合后,即得所述的金属有机复合物催化剂。所述制备方法具体包括以下步骤:
步骤(1)将包含有卤化镁、卤化钛、烷基三硅氮烷类化合物、含氧给电子体在内的组分搅拌反应后,得到母液;
步骤(2)将步骤(1)得到的母液加入到所述的无机氧化物载体中混合得到淤浆液;
步骤(3)将步骤(2)得到的淤浆液喷雾干燥后,得到复合物;
步骤(4)将步骤(3)得到的复合物加入有机铝化合物中,即得所述的金属有机复合物催化剂。
上述制备方法中:
所述步骤(1)中的反应温度为50~80℃,反应时间为2~5h;
所述步骤(3)中喷雾干燥的条件包括:进口温度为80~240℃,优选为120~200℃;出口温度为60~130℃,优选为90~110℃。
本发明中加入无机氧化物载体,使得金属硅氮烷复合物能够均匀地负载在载体上,充分发挥催化金属的活性,所加入无机氧化物载体在使用时应当是干燥的,即没有吸附的水,将足够数量的无机氧化物载体与母液相混合,形成适合于进行喷雾干燥的淤浆液,喷雾干燥后的复合物和有机铝化合物配合使用,可以应用与烯烃聚合反应,包括烯烃均聚反应或共聚反应,优选地,所述淤浆液中无机氧化物载体的含量为5~50wt%,优选为10~30wt%。
本发明的目的之三在于提供一种上述金属有机复合物催化剂或者由上述制备方法得到的金属有机复合物催化剂的应用,所述的金属有机复合物催化剂用于烯烃聚合反应。将包含有所述的金属有机复合物催化剂在内的组分活化后,引发烯烃聚合反应。所述活化采用的溶剂选自烃类有机溶剂,优选选自异戊烷、己烷、庚烷、甲苯、二甲苯、石油脑、矿物油中的至少一种。
为了使喷雾干燥后得到的固体催化剂组分适用于生产烯烃聚合物,需采用活化剂组分(例如,有机铝化合物)将催化剂组分中的钛原子还原成可使乙烯有效聚合的状态。一般地,在烃类溶剂中,将上述的催化剂组分与活化剂组分进行反应,得到催化剂;也可以在聚合过程中将上述的催化剂组分与活化剂组分在溶剂中进行反应后,引发烯烃聚合反应。本发明的催化剂适用于各种乙烯的均聚合或乙烯与α-烯烃的共聚合,其中α-烯烃可选自丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯和4-甲基戊烯-1中的一种。其聚合工艺可采用气相法、淤浆法和溶液法,更适合于气相流化床聚合。烯烃聚合的条件可根据现有技术进行常规选择,在此不做赘述。
本发明提供了一种烯烃聚合用金属有机复合物催化剂,以特定粒径范围的无机氧化物作为载体,采用含氧给电子体将金属卤化物进行溶解,并加入烷基三硅氮烷类化合物反应制得母液,最后采用喷雾成型的方式制得催化剂组分,再经过活化得到高活性的催化剂,采用该催化剂制得的聚合物具有较高的熔融指数、低聚物含量低的优点。烷基三硅氮烷类化合物中的氮原子含有孤对电子,具有较强的给电子效应,与活性中心配位后能够有效提高催化剂活性中心的聚合效能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述,有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
实施例中所采用的测试仪器及测试条件如下:
1、催化剂活性:用每克催化剂所得树脂的重量表示;
2、聚合物熔融指数(MI):6932型熔融指数测定仪,意大利CEAST公司;
3、聚合物粉料中己烷可提取物含量(wt%):采用己烷提取干燥的聚合物粉料,具体是用己烷淋洗聚合物4小时,聚合物粉料提取前后的重量差值占提取前聚合物粉料重量的百分数即为聚合物粉料中己烷可提取物含量;
4、催化剂组分中钛含量测定:用1M的硫酸溶解催化剂样品,使用分光光度计测定溶解液,使用工作曲线经计算得到钛含量;
5、超细无机氧化物含量通过其计算投料量和产出催化剂质量比值得到。
实施例中所采用的原料均为市售商品。
实施例1
本实施例用于说明本发明的催化剂组分及其制备方法、催化剂及其应用。
(1)催化剂组分的制备
向一个经过氮气吹排的250mL三口瓶中先后加入2.0gTiCl4,5.3g无水MgCl2,1.8g九甲基三硅氮烷,10mL矿物油和130mL四氢呋喃,搅拌下升温至65℃,在此温度下恒温反应3小时,降温至35℃,得到母液。
向一个经过氮气吹排的250mL三口瓶中加入8克硅胶(CabotCorporation TS-610,粒径为0.02~0.1um),将降温后的母液加入,保持温度35℃,搅拌1小时后,将硅胶掺混后的母液用喷雾干燥器进行喷雾干燥,喷雾条件:进口温度195℃,出口温度110℃,得到催化剂组分,其中钛含量为2.38wt%,二氧化硅含量24wt%。
(2)乙烯淤浆聚合
将经过氮气吹排的2L聚合釜中加入1L己烷,同时加入4mL1M的三乙基铝/己烷和0.01g催化剂,升温至75℃加入氢气0.18Mpa,加氢完毕后加入乙烯0.75Mpa,升温到85℃,反应2小时后,降温出料。聚合结果见表1。
实施例2
(1)催化剂组分的制备
同实施例1,不同之处在于:九甲基三硅氮烷的用量为3.7g,所得催化剂组分的钛含量为2.42wt%,二氧化硅含量23wt%。
(2)乙烯淤浆聚合
同实施例1,聚合结果见表1。
实施例3
(1)催化剂组分的制备
同实施例1,不同之处在于,九甲基三硅氮烷的用量为0.9g,所得催化剂组分的钛含量为2.31wt%,二氧化硅含量25wt%。
(2)乙烯淤浆聚合
同实施例1,聚合结果见表1。
实施例4
(1)催化剂组分的制备
同实施例1,不同之处在于,九甲基三硅氮烷换为九乙基三硅氮烷,用量为1.5g,所得催化剂组分的钛含量为2.37wt%,二氧化硅含量21wt%。
(2)乙烯淤浆聚合
同实施例1,聚合结果见表1。
对比例1
(1)催化剂组分的制备
向一个经过氮气吹排的250mL三口瓶中先后加入2.0gTiC14,5.3g无水MgCl2,10mL矿物油和130mL四氢呋喃,搅拌下升温至65℃,在此温度下恒温反应3小时,降温至35℃,得到母液。
向一个经过氮气吹排的250mL三口瓶中加入8g硅胶(CabotCorporation TS-610,粒径为0.02~0.1微米),将降温后的母液加入,保持温度35℃,搅拌1小时后,将硅胶掺混后的母液用喷雾干燥器进行喷雾干燥,喷雾条件:进口温度195℃,出口温度110℃,得到催化剂组分,其中钛含量为2.2wt%,二氧化硅含量25wt%。
(2)乙烯淤浆聚合
将经过氮气吹排的2L聚合釜中加入1L己烷,同时加入2mL1M的三乙基铝/己烷和0.01g催化剂,升温至75℃加入氢气0.18Mpa,加氢完毕后加入乙烯0.75Mpa,升温到85℃,反应2小时后,降温出料。聚合结果见表1。
表1.实施例和对比例得到的催化剂性能
由表1的聚合数据可知,在同样的聚合条件下,本发明的催化剂活性更高,所得聚合物具有更高的熔融指数,己烷可提取物含量更低。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (14)
1.一种烯烃聚合用金属有机复合物催化剂,包括有机铝化合物、金属有机/无机复合物,其中所述的金属有机/无机复合物包括无机氧化物载体、金属硅氮烷复合物,所述金属硅氮烷复合物由金属卤化物、烷基三硅氮烷类化合物和含氧给电子体反应得到,其中,所述的金属卤化物包括卤化镁和卤化钛;所述的有机铝化合物通式为A1RnX3-n,式中R为氢或C1-C20烃基,X为卤素,0<n≤3;所述的无机氧化物载体选自硅的氧化物、铝的氧化物中的至少一种,所述无机氧化物载体的粒径为0.01~10μm;所述的含氧给电子体选自甲酸酯化合物、乙酸酯化合物、***、丙醚、己醚、四氢呋喃、丙酮和甲基异丁基酮中的至少一种;所述的烷基三硅氮烷类化合物选自九甲基三硅氮烷、九乙基三硅氮烷中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,
所述的有机铝化合物通式为A1RnX3-n,式中R为C1-C8烃基;X为氯、溴、碘;0<n≤3;和/或,
所述的无机氧化物载体选自氧化铝、二氧化硅中的至少一种;和/或,
所述无机氧化物载体的粒径为0.01~5μm。
3.根据权利要求2所述的催化剂,其特征在于,
所述的无机氧化物载体选自二氧化硅;和/或,
所述无机氧化物载体的粒径为0.01~1μm。
4.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,
所述的卤化镁选自氯化镁、溴化镁、碘化镁中的至少一种;和/或,
所述的卤化钛选自三氯化钛、四氯化钛、三溴化钛、四溴化钛中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的催化剂,其特征在于,
所述的卤化钛选自三氯化钛、四氯化钛中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,
所述的含氧给电子体选自甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸异丙酯、甲酸正丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、***、丙醚、己醚、四氢呋喃、丙酮、甲基异丁基酮中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,
所述有机铝化合物中的铝与所述金属硅氮烷复合物中钛的摩尔比为5:1~500:1;和/或,
以质量百分比来计,所述金属有机/无机复合物中钛的含量为0.1~5%;和/或,
所述无机氧化物载体与金属硅氮烷复合物的用量比为1:(1~20);和/或,
以每摩尔卤化钛来计,所述卤化镁的用量为0.1~10mol;所述烷基三硅氮烷类化合物的用量为0.01~10mol;所述含氧给电子体的用量为1~600mol。
8.根据权利要求7所述的催化剂,其特征在于,
所述有机铝化合物中的铝与所述金属硅氮烷复合物中钛的摩尔比为10:1~200:1;和/或,
以质量百分比来计,所述金属有机/无机复合物中钛的含量为0.5~3%;和/或,
所述无机氧化物载体与金属硅氮烷复合物的用量比为1:(2~10);和/或,
以每摩尔卤化钛来计,所述卤化镁的用量为1~10mol;所述烷基三硅氮烷类化合物的用量为0.1~10mol;所述含氧给电子体的用量为20~200mol。
9.根据权利要求8所述的催化剂,其特征在于,
所述无机氧化物载体与金属硅氮烷复合物的用量比为1:(3~8);和/或,
以每摩尔卤化钛来计,所述卤化镁的用量为2~7mol;所述烷基三硅氮烷类化合物的用量为0.1~3mol;所述含氧给电子体的用量为100~200mol。
10.一种权利要求1~9任一项所述的金属有机复合物催化剂的制备方法,包括将包含有所述的无机氧化物载体、金属硅氮烷复合物、有机铝化合物在内的组分混合后,即得所述的金属有机复合物催化剂。
11.根据权利要求10所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法具体包括以下步骤:
步骤(1)将包含有卤化镁、卤化钛、烷基三硅氮烷类化合物、含氧给电子体在内的组分搅拌反应后,得到母液;
步骤(2)将步骤(1)得到的母液加入到无机氧化物载体中混合得到淤浆液;
步骤(3)将步骤(2)得到的淤浆液喷雾干燥后,得到金属有机/无机复合物;
步骤(4)将步骤(3)得到的金属有机/无机复合物加入有机铝化合物中,即得所述的金属有机复合物催化剂。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,
所述步骤(1)中的反应温度为50~80℃,反应时间为2~5h;和/或,
所述步骤(3)中喷雾干燥的条件包括:进口温度为80~240℃;出口温度为60~130℃。
13.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,
所述步骤(3)中喷雾干燥的条件包括:进口温度为120~200℃;出口温度为90~110℃。
14.一种权利要求1~9任一项所述的金属有机复合物催化剂或者由权利要求10~13任一项所述的制备方法得到的金属有机复合物催化剂用于烯烃聚合反应。
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