JP2007505984A - モノカルボン酸エステル内部供与体を有する自己消滅性触媒組成物及びプロピレン重合方法 - Google Patents

モノカルボン酸エステル内部供与体を有する自己消滅性触媒組成物及びプロピレン重合方法 Download PDF

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Abstract

1種又はそれ以上の遷移金属化合物及び1種又はそれ以上の芳香族カルボン酸のモノエステル内部電子供与体を含む1種又はそれ以上のチーグラー−ナッタプロ触媒組成物、1種又はそれ以上のアルミニウム含有共触媒並びに2種又はそれ以上の異なった選択率制御剤の混合物を含む、プロピレンの重合用の触媒組成物であって、前記SCA混合物が、98.0〜99.9モル%の1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体及び2.0〜0.1モル%の1種又はそれ以上のアルコキシシラン化合物を含む触媒組成物。

Description

本件は、2003年9月23日出願の米国仮特許出願第60/505,313号の利益を請求する。
本発明は、注意深く選択された選択率制御剤(selectivity control agent)の混合物の使用により重合活性及び反応器プロセス連続性に関する改良された制御を有する、プロピレンの重合に於いて使用する立体選択的チーグラー−ナッタ触媒組成物に関する。チーグラー−ナッタプロピレン重合触媒組成物は、当該技術分野でよく知られている。典型的には、これらの組成物には、遷移金属化合物、特に内部電子供与体(internal electron donor)と組合せた混合チタン、マグネシウム及びハロゲン化物含有化合物(プロ触媒(procatalyst)という);共触媒、通常有機アルミニウム化合物並びに選択率制御剤(SCA)が含まれる。このようなチーグラー−ナッタ触媒組成物の例は、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7、特許文献8、特許文献9、特許文献10、特許文献11、特許文献12、特許文献13、特許文献14、特許文献15、特許文献16、特許文献17、特許文献18、特許文献19、特許文献20、特許文献21、特許文献22、特許文献23、特許文献24、特許文献25、特許文献26、特許文献27、特許文献28、特許文献29、特許文献30、特許文献31及び特許文献32に示されている。
主としてプロピレン又はプロピレンとエチレンとの混合物の重合用に設計された触媒組成物には、一般的に、ポリマー特性、特にポリマー主鎖のタクチシティ(tacticity)又は立体規則性に影響を与える選択率制御剤が含有されている。タクチシティ、特にポリプロピレンのイソタクチシティのレベルの一つの指標として、キシレン又はタクチックポリマーの非溶媒である類似の液体中に可溶性であるこのようなポリマーの量が、しばしば使用される。キシレン中に可溶性であるポリマーの量は、キシレン可溶物含有量又はXSとして参照される。タクチシティ制御に加えて、得られるポリマーの分子量分布(MWD)、メルトフロー(MF)及びその他の特性も、同様にSCAの使用によって影響を受ける。温度の関数としての触媒組成物の活性が、SCAの選択によって影響を受け得ることが観察された。しかしながら、しばしば、一つのポリマー特性に関して望ましい制御を与えるSCAは、追加の特性又は特徴に関して有効でないか又は有害である。逆に、1種のプロ触媒との組合せで有効であるSCAは、異なったプロ触媒と組合せて使用するとき有効でないかもしれない。
安息香酸エチルによって例示される芳香族モノカルボン酸のモノエステルを含有するチーグラー−ナッタプロ触媒組成物との組合せで、芳香族カルボン酸エステルのある種のアルコキシ誘導体、特にp−エトキシ安息香酸エチル(PEEB)の使用は、より低い総重合活性を有する劣った触媒組成物並びに比較的低いイソタクチシティ及び増加したオリゴマー含有量を有するポリマー(これらの全ては、一般的に望ましくない結果となる)になることが知られている。
しかしながら、都合の悪いことに、ジシクロペンチルジメトキシシラン(DCPDMS)、メチルシクロヘキシルジメトキシシラン(MChDMS)及びn−プロピルトリメトキシシラン(NPTMS)によって例示されるアルコキシシランSCAは、安息香酸エチル内部電子供与体と組合せて使用するとき、一般的に自己消滅性(self-extinguishing)ではない触媒組成物になる。即ち、これらの組成物は、ポリマー粒子を、凝集塊を形成するようにする温度偏位を制御することが困難であるために、重合工程制御問題、特に、シート形成及び大きいポリマーチャンクの形成をもたらし得る。このような触媒組成物は「自己消滅性」ではない。むしろ、適度により高い反応温度で、これらは一層活性であり、工程を制御することが困難になる傾向がある。製造されるポリマーの軟化点又は融点に近い温度で、これらは顕著な活性をなお有し、そうして発熱重合反応から発生した熱が、凝集塊の生成に著しく寄与するようになる。更に、反応器異常又は停電の条件下で、気相重合反応器の正常に流動化した反応床は、反応器の拡散板にまで沈降するかもしれない。この状態で、継続する重合は過度の温度を生じ、反応器内容物全体が固体塊に溶融する結果になり、これはポリマー塊を除去するために、反応器を開くこと及び骨の折れる労力を必要とする。
ポリマー特性を調節するためにSCAの混合物を使用することは公知である。混合したSCA、特にシラン又はアルコキシシランSCAの混合物を使用する触媒組成物の先行技術開示の例には、特許文献33、特許文献34、特許文献35、特許文献36、特許文献37、特許文献38、特許文献39、特許文献40、特許文献41、特許文献42、特許文献43、特許文献44、特許文献45、特許文献46、特許文献47、特許文献48、特許文献49、特許文献50、特許文献51及び特許文献52が含まれる。シランとモノカルボン酸エステル内部電子供与体又は他のSCAとの混合物を一般的に示す文献には、特許文献32、特許文献35、特許文献53及び特許文献54が含まれる。
米国特許第4,107,413号明細書 米国特許第4,115,319号明細書 米国特許第4,220,554号明細書 米国特許第4,294,721号明細書 米国特許第4,330,649号明細書 米国特許第4,439,540号明細書 米国特許第4,442,276号明細書 米国特許第4,460,701号明細書 米国特許第4,472,521号明細書 米国特許第4,540,679号明細書 米国特許第4,547,476号明細書 米国特許第4,548,915号明細書 米国特許第4,562,173号明細書 米国特許第4,728,705号明細書 米国特許第4,816,433号明細書 米国特許第4,829,037号明細書 米国特許第4,927,797号明細書 米国特許第4,990,479号明細書 米国特許第5,028,671号明細書 米国特許第5,034,361号明細書 米国特許第5,066,737号明細書 米国特許第5,066,738号明細書 米国特許第5,077,357号明細書 米国特許第5,082,907号明細書 米国特許第5,106,806号明細書 米国特許第5,146,028号明細書 米国特許第5,151,399号明細書 米国特許第5,153,158号明細書 米国特許第5,229,342号明細書 米国特許第5,247,031号明細書 米国特許第5,247,032号明細書 米国特許第5,432,244号明細書 米国特許第5,100,981号明細書 米国特許第5,192,732号明細書 米国特許第5,414,063号明細書 米国特許第5,652,303号明細書 米国特許第5,844,046号明細書 米国特許第5,849,654号明細書 米国特許第5,869,418号明細書 米国特許第6,066,702号明細書 米国特許第6,087,459号明細書 米国特許第6,096,844号明細書 米国特許第6,111,039号明細書 米国特許第6,127,303号明細書 米国特許第6,133,385号明細書 米国特許第6,147,024号明細書 米国特許第6,184,328号明細書 米国特許第6,303,698号明細書 米国特許第6,337,377号明細書 国際特許出願公開第WO95/21203号明細書 国際特許出願公開第WO99/20663号明細書 国際特許出願公開第WO99/58585号明細書 特開昭61/203,105号公報 欧州特許出願公開第490,451号明細書
前記の開示によってもたらされる進歩にもかかわらず、オレフィン、特にプロピレン及びプロピレン含有混合物の重合のための、芳香族モノカルボン酸エステル内部電子供与体含有チーグラー−ナッタ触媒組成物であって、ポリマー特性に関してアルコキシシランSCA含有触媒組成物の利点を保有するが、追加的に改良された温度/活性特性を有する触媒組成物を提供するための、当該技術分野に於けるニーズが存在する。温度の関数として触媒活性に関して固有的に自己消滅性であり、それによって、減少したポリマー凝集塊形成、改良された重合工程制御及び反応器異常又は停電に対する増加した免疫に至る、このような組成物が特に望まれる。
本発明は、プロピレン又はプロピレンと1種若しくはそれ以上の共重合性コモノマーとの混合物の重合用の触媒組成物であって、前記触媒組成物が、1種又はそれ以上の遷移金属化合物及び1種又はそれ以上の芳香族カルボン酸のモノエステル内部電子供与体を含む1種又はそれ以上のチーグラー−ナッタプロ触媒組成物、1種又はそれ以上のアルミニウム含有共触媒並びに2種又はそれ以上の異なった選択率制御剤の混合物からなり、前記SCA混合物が、98.0〜99.9モル%の1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体及び2.0〜0.1モル%の1種又はそれ以上のアルコキシシラン化合物を含む触媒組成物を提供する。
本発明は、また、前記SCAの混合物からなる上記のチーグラー−ナッタ触媒組成物を使用する重合条件下での、プロピレン又はプロピレンと1種若しくはそれ以上の共重合性コモノマーとの混合物の重合方法を提供する。更に特に、この方法は、プロピレン又はプロピレンと1種若しくはそれ以上の共重合性コモノマーとの混合物を、重合条件下で45〜100℃、好ましくは55〜90℃、更に好ましくは60〜85℃の温度で、1種又はそれ以上の遷移金属化合物及び1種又はそれ以上の、芳香族モノカルボン酸のエステルからなる群から選択された内部電子供与体からなる1種又はそれ以上のチーグラー−ナッタプロ触媒組成物、1種又はそれ以上のアルミニウム含有共触媒並びに2種又はそれ以上の異なった選択率制御剤の混合物を含み、前記SCA混合物が、98.0〜99.9モル%の1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体及び2.0〜0.1モル%の1種又はそれ以上のアルコキシシラン化合物からなる触媒組成物と接触させることを含む。
非常に望ましくは、この重合は、ポリマー生成物中に実質的なポリマー凝集塊が形成されず、そして反応器表面のシート形成又は汚染が減少する、好ましくは排除されるような、温度及びSCA含有量の条件下で実施される。更に、本発明の触媒組成物は、実質的に固有的に自己消滅性である。
選択率制御剤として広範囲の化合物が一般的に知られているが、特別の触媒組成物は、それが特に適合性である特定の化合物又は化合物の群を有するであろう。本発明は、混合アルコキシド金属化合物のハロゲン化によって形成されたチーグラー−ナッタプロ触媒組成物で特に有用である、プロピレン又はプロピレンと1種若しくはそれ以上の共重合性コモノマーとの混合物の重合用の触媒組成物を提供する。本発明者らの発見の結果として、混合SCAの前記の運転範囲内で、芳香族モノカルボン酸エステル内部電子供与体と組合せてアルコキシシランを使用することの有利性が、重合触媒の自己消滅特性を同時に改良しながら、大きく保持され得ることが、予想外に見出された。本発明の追加の利点には、狭くなった分子量分布を有するポリマーの製造が含まれる。本発明は、特に、上昇した反応器温度が、ポリマー粒子の粘着及び凝集を容易に生じ得る、エラストマー性エチレン/プロピレン(EP)コポリマー及びエチレン/プロピレン/ジエン(EPDM)コポリマーの製造に於いて使用するのに適合している。
本明細書に於いて、元素の周期表に対する全ての参照は、2001年CRCプレス社(CRC Press,Inc.)によって刊行され、同社が著作権を有する、元素の周期表を参照するものとする。また、族又は族群に対する任意の参照は、番号付け族についてIUPACシステムを使用して、この元素の周期表に於いて反映されるような族又は族群に対するものとする。米国特許プラクティスの目的のために、本明細書中で参照した全ての特許、特許出願又は刊行物の内容を、特に、構造、合成技術及び当該技術分野に於ける一般的知識の開示に関して、それらの全部を本明細書中に参照して含める。用語「芳香族」又は「アリール」は、(4δ+2)個のπ電子(式中、δは1又はそれ以上の整数である)を含有する多原子環式環系を指す。
本明細書中に出てくる用語「含む(又は含んでなる)(comprising)」及びその派生形は、同じものが本明細書中に開示されていても又は開示されていなくても、任意の追加の成分、工程又は手順の存在を排除することを意図しない。如何なる疑念も回避するために、用語「含む(又は含んでなる)」の使用によって本明細書中で特許請求された全ての組成物には、反対に記載されていない限り、任意の追加の添加物、補助物又は化合物が含有されていてよい。反対に、本明細書中に出てくる用語「から本質的になる(consisting essentially of)」は、操作性のために必須でないものを除いて、任意の続く列挙の範囲から、任意の他の成分、工程又は手順を排除する。使用されている場合、用語「のみからなる(consisting of)」は、特に明記されていない又は挙げられていない任意の成分、工程又は手順を排除する。用語「又は」は、他の方法で記載されていない場合、個別に及び任意の組合せで、列挙された員を指す。
反対に記載されていない又は当該技術分野で一般的でない限り、本明細書中に使用された全ての部及びパーセント(%)は、重量基準である。用語「(ポリ)アルキル置換」は、任意的に1つより多いアルキル置換基を意味する。用語「混合物」は、SCAに関して使用するとき、重合の少なくとも一部の間の同時の、2種又はそれ以上のSCA成分の使用を意味する。個々のSCAは、反応器に別々に添加するか又は予備混合しそして所望の混合物の形で反応器に添加することができる。更に、プロ触媒を含む重合混合物の他の成分を、反応器に添加する前に、混合物のSCA並びに/又はプロ触媒、共触媒及び任意に予備重合させたモノマーの一部の1種又はそれ以上と組合せることができる。
本発明の利点は、上昇した反応器温度、特に85〜130℃、好ましくは100〜120℃の反応器温度で、触媒組成物の重合活性を実質的に低下させながら、メルトフロー、分子量分布及び/又はキシレン可溶物含有量、特にMFによって例示される望ましいポリマー特性が大きく保有されるように、アルコキシシラン化合物の限定された利用性の範囲内で運転することによって得られる。
67℃のような標準的温度に比較して上昇した温度、特に100℃よりも高い、更に好ましくは80℃よりも高い温度で、実質的に減少した活性を示す触媒組成物は、自己消滅性であると言われる。更に、実際的標準として、通常のプロセス条件で作動する、重合工程、特に流動床、気相重合が、ポリマー粒子の凝集に関して悪い結果になることなく、遮断可能で、床の崩壊になる場合、その触媒組成物は自己消滅性であると言われる。
(キシレン可溶物又はXSとして測定した)異なったタクチシティを有するポリマーを製造するとき、触媒活性を比較するために、複雑な計算を使用することができる。触媒活性を、4%のXSを含有する標準ポリマーのものに転換するために使用される経験的に誘導された式は、
4=Y+31.52−10.31X+0.61X2
(式中、Y4は、4.0%XSで標準化された活性(kg/プロ触媒g)であり、Yは、測定された触媒活性(kg/プロ触媒g)であり、そしてXは、米国特許第5,539,309号の1H NMR技術によって測定された、%でのポリマー中のXS含有量である)
である。
本発明は、実施の際に、どのような特別の重合条件の使用にも限定されないことが理解されるべきである。実際に、本発明は、反応温度の制御及びポリマー凝集の防止が、特に反応器異常又は停電の条件下で、気相重合に於いて同様に特に重要である、気相重合条件下で使用するとき、特に有利である。
本発明に於けるSCAの混合物中に使用するための適当なアルコキシシランは、一般式:SiRm(OR′)4-m(I)(式中、Rは、それぞれ存在する場合独立に、水素又は任意に1個若しくはそれ以上の、1種若しくはそれ以上の第14族、第15族、第16族若しくは第17族ヘテロ原子を含有する置換基で置換されたヒドロカルビル若しくはアミノ基であり、前記Rは水素及びハロゲンを数えなくて20個以下の原子を含有し、R′はC1〜C20アルキル基であり、そしてmは、0、1、2又は3である)を有する化合物である。好ましくは、RはC6〜C12アリール、アルカリール若しくはアラルキル、C3〜C12シクロアルキル、C3〜C12枝分かれしたアルキル又はC3〜C12環式アミノ基であり、R′はC1〜C4アルキルであり、そしてmは1又は2である。本発明に於いて使用するアルコキシシラン選択率制御剤の例には、ジシクロペンチルジメトキシシラン、ジ−tert−ブチルジメトキシシラン、メチルシクロヘキシルジメトキシシラン、エチルシクロヘキシルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジ−n−プロピルジメトキシシラン、ジイソブチルジメトキシシラン、イソブチルイソプロピルジメトキシシラン、ジ−n−ブチルジメトキシシラン、シクロペンチルトリメトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、シクロペンチルピロリジノジメトキシシラン、ビス(ピロリジノ)ジメトキシシラン及びビス(ペルヒドロイソキノリノ)ジメトキシシランが含まれる。好ましいアルコキシシランは、2個のメトキシ基を含有するものである。更に好ましくは、アルコキシシランは、少なくとも1個のイソプロピル、イソブチル又はC5〜C6シクロアルキル基を含み、特にジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソブチルジメトキシシラン、イソブチルイソプロピルジメトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン及びメチルシクロヘキシルジメトキシシランである。後の2種のシランが、本発明に於いて使用するための特に好ましいアルコキシシランである。
SCA混合物中の前記のアルコキシシランと組合せて使用するための、適当な芳香族モノカルボン酸のエステルには、芳香族モノカルボン酸のC1〜C20アルキル又はシクロアルキルエステルが含まれる。これらの適当な置換誘導体には、芳香族環(群)又はエステル基の両方で、1個又はそれ以上の、1種又はそれ以上の第14族、第15族、第16族又は第17族ヘテロ原子を含有する置換基で置換された化合物が含まれる。このような置換基の例には、(ポリ)アルキルエーテル、シクロアルキルエーテル、アリールエーテル、アラルキルエーテル、アルキルチオエーテル、アリールチオエーテル、ジアルキルアミン、ジアリールアミン、ジアラルキルアミン及びトリアルキルシラン基が含まれる。安息香酸のC1〜C20ヒドロカルビルエステル(但し、ヒドロカルビル基は、置換されていないか又は1種若しくはそれ以上の第14族、第15族、第16族若しくは第17族ヘテロ原子含有置換基で置換されている)及びそれらのC1〜C20(ポリ)ヒドロカルビルエーテル誘導体が好ましく、安息香酸C1〜C4アルキル及びそれらのC1〜C4環アルキル化誘導体が更に好ましく、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、p−メトキシ安息香酸メチル、p−エトキシ安息香酸メチル、p−メトキシ安息香酸エチル及びp−エトキシ安息香酸エチルが特に好ましく、安息香酸エチル又はp−エトキシ安息香酸エチルが最も特に好ましい。
SCA成分の特に好ましい組合せは、p−エトキシ安息香酸エチルとジシクロペンチルジメトキシシラン又はメチルシクロヘキシルジメトキシシランとの混合物である。
本発明に従った好ましいSCA混合物は、98.5〜99.5モル%、更に好ましくは98.6〜99.0モル%の、1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はそれらの置換誘導体と、1.5〜0.5モル%、更に好ましくは1.4〜1.0モル%の、1種又はそれ以上の特定のアルコキシシラン化合物を含む。
SCA混合物中に、より大量のモノエステルが使用される場合、反応の重合活性及び選択率は悪影響を受ける。より大量のアルコキシシランが使用される場合、本発明の自己消滅特性は得られず、そして多分凝集塊形成及び自己消滅特性の低下のような運転困難性に遭遇することなしに、上昇した反応温度、特に65〜120℃、好ましくは80〜100℃の温度を使用することはできない。
遷移金属のモル数基準の、本発明に於いて使用されるSCA混合物の全モル量は、望ましくは0.1〜1000、更に望ましくは0.5〜500、最も好ましくは1〜100である。SCA混合物の全モル数基準の、本発明に於いて使用される共触媒の全モル量は、望ましくは0.1〜1000、更に望ましくは1〜50、最も好ましくは2〜30である。
触媒組成物についての自己消滅特性の一つの尺度は、この組成物の上昇した温度での標準化重合活性が、65℃のような低下した温度で得られるものよりも低くなければならないことである。更に、この組成物の標準化重合活性は、また、問題にする温度で、アルコキシシランを単独で同じ全SCAモル量で使用する、匹敵する触媒組成物のものよりも低くなければならない。
本発明に於いて使用するためのチーグラー−ナッタプロ触媒は、遷移金属化合物、例えばチタン、ジルコニウム、クロム若しくはバナジウムの、ヒドロカルビルオキシド、ヒドロカルビル、ハロゲン化物又はこれらの混合物及び第2族金属化合物、特にハロゲン化マグネシウムから誘導された固体錯体からなる。
従来のチーグラー−ナッタ遷移金属化合物含有プロ触媒の何れも、本発明に於いて使用することができる。従来のチーグラー−ナッタ触媒のプロ触媒成分には、好ましくは、前記の第2族金属化合物と組合せて、一般式TrXx(式中、Trは遷移金属であり、Xはハロゲン又はC1〜C10のヒドロカルボキシル若しくはヒドロカルビル基であり、そしてxは、化合物中のこのようなX基の数である)の遷移金属化合物が含有されている。好ましくは、Trは、第4族、第5族又は第6族金属、更に好ましくは第4族金属、最も好ましくはチタンである。好ましくは、Xは、塩化物、臭化物、C1〜C4アルコキシド若しくはフェノキシド又はこれらの混合物であり、更に好ましくは塩化物である。
チーグラー−ナッタプロ触媒を形成するために使用することができる適当な遷移金属化合物の例示例は、TiCl4、TiCl3、ZrCl4、TiBr4、Ti(OC253Cl、Zr(OC253Cl、Ti(OC253Br、Ti(OC372Cl2、Ti(OC652Cl2、Zr(OC252Cl2及びTi(OC25)Cl3である。このような遷移金属化合物の混合物を、同様に使用することができる。少なくとも1個の遷移金属が存在する限り、遷移金属化合物の数への限定は存在しない。好ましい遷移金属化合物はチタン化合物である。
適当な第2族金属化合物の例には、ハロゲン化マグネシウム、ジアルコキシマグネシウム、アルコキシマグネシウムハライド、マグネシウムオキシハライド、ジアルキルマグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びマグネシウムのカルボン酸塩が含まれる。最も好ましい第2族金属化合物は、二塩化マグネシウムである。
非常に望ましくは、本発明に於いて使用されるプロ触媒は、マグネシウムから誘導される。その例には、無水塩化マグネシウム、塩化マグネシウム付加物、マグネシウムジアルコキシド若しくはアリールオキシド又はカルボキシル化マグネシウムジアルコキシド若しくはアリールオキシドが含まれる。好ましい化合物は、マグネシウムジ(C1〜C4)アルコキシド、特にジエトキシマグネシウムである。追加的に、プロ触媒は、望ましくはチタン単位からなる。チタン単位の適当な源泉には、チタンアルコキシド、チタンアリールオキシド及び/又はチタンハライドが含まれる。プロ触媒を製造するために使用される好ましい化合物は、1種又はそれ以上のマグネシウムジ(C1〜C4)アルコキシド、マグネシウムジハライド、マグネシウムアルコキシハライド又はこれらの混合物及び1種又はそれ以上のチタンテトラ(C1〜C4)アルコキシド、チタンテトラハライド、チタン(C1〜C4)アルコキシハライド又はこれらの混合物からなる。
本発明のプロ触媒を製造するために使用される前駆体化合物の種々の製造方法は、当該技術分野で公知である。これらの方法は、特許文献20、特許文献24、特許文献27、特許文献29、特許文献25、特許文献26、特許文献21、特許文献23、特許文献7、特許文献10、特許文献11、特許文献8、特許文献15、特許文献16、特許文献17、特許文献18、特許文献22、特許文献19、特許文献28、特許文献30、特許文献31、その他に記載されている。好ましい方法に於いて、この製造には、前記の混合マグネシウム化合物、チタン化合物又はこれらの混合物の塩素化が含まれ、そして「クリッピング剤(clipping agent)」として参照される、固体/固体メタセシスにより特定の組成物を形成又は可溶化する際に助けになる、1種又はそれ以上の化合物の使用が含まれてよい。適当なクリッピング剤の例には、ホウ酸トリアルキル、特にホウ酸トリエチル、フェノール性化合物、特にクレゾール及びシランが含まれる。
本発明に於いて使用するための好ましい前駆体は、式MgdTi(OReef(式中、Reは、炭素数1〜14の脂肪族若しくは芳香族炭化水素基又はCOR′(式中、R′は、炭素数1〜14の脂肪族又は芳香族炭化水素基である)であり、それぞれのORe基は、同じか又は異なっており、Xは、独立に、塩素、臭素又はヨウ素であり、dは、0.5〜5、好ましくは2〜4、最も好ましくは3であり、eは、2〜12、好ましくは6〜10、最も好ましくは8であり、そしてfは、1〜10、好ましくは1〜3、最も好ましくは2である)の、混合マグネシウム/チタン化合物である。この前駆体は、理想的には、それらの製造に於いて使用された反応混合物からのアルコールの除去による、制御された沈殿によって製造される。特に望ましい反応媒体は、芳香族液体、特に塩素化芳香族化合物、最も好ましくはクロロベンゼンと、アルカノール、特にエタノール及び無機塩素化剤との混合物を含む。適当な無機塩素化剤には、ケイ素、アルミニウム及びチタンの塩素誘導体、特に四塩化チタン又は三塩化チタン、最も特に四塩化チタンが含まれる。塩素化に於いて使用された溶液からのアルカノールの除去は、特に望ましい形態及び表面積を有する、固体前駆体の沈殿になる。更に、得られる前駆体は、特に均一な粒子サイズであり、得られるプロ触媒の粒子崩壊及び分解に対して耐性である。
前駆体は、次に、無機ハロゲン化物化合物、好ましくはハロゲン化チタン化合物との更なる反応(ハロゲン化)及び内部電子供与体の導入によって、固体プロ触媒に転換される。前もって前駆体の中に十分な量で含有されていない場合、電子供与体を、ハロゲン化の前、間又は後に、別に添加することができる。この手順は、任意に追加の添加物又は補助剤の存在下で1回又はそれ以上繰り返すことができ、そして最終固体生成物を脂肪族溶媒で洗浄することができる。固体プロ触媒を製造、回収及び貯蔵する任意の方法が、本発明に於いて使用するために適している。
前駆体のハロゲン化のための一つの適当な方法は、前駆体を、上昇した温度で、任意に炭化水素希釈剤又はハロ炭化水素希釈剤の存在下で、四価のハロゲン化チタンと反応させることによるものである。好ましい四価のハロゲン化チタンは、四塩化チタンである。オレフィン重合プロ触媒の製造に於いて使用される任意の炭化水素又はハロ炭化水素溶媒には、好ましくは、12個以下の炭素原子、更に好ましくは9個以下の炭素原子が含有される。代表的炭化水素には、ペンタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、アルキルベンゼン及びデカヒドロナフタレンが含まれる。代表的脂肪族ハロ炭化水素には、塩化メチレン、臭化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジブロモエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロシクロヘキサン、ジクロロフルオロメタン及びテトラクロロオクタンが含まれる。代表的芳香族ハロ炭化水素には、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ジクロロベンゼン及びクロロトルエンが含まれる。脂肪族ハロ炭化水素の中で、少なくとも2個の塩化物置換基を含有する化合物が好ましく、四塩化炭素及び1,1,2−トリクロロエタンが最も好ましい。芳香族ハロ炭化水素の中で、クロロベンゼン及びo−クロロトルエンが特に好ましい。
本発明に於いて使用することができる適当なチーグラー−ナッタプロ触媒は、特許文献17、特許文献15及び米国特許第4,839,321号明細書の教示に実質的に従って製造することができる。望ましくは、プロ触媒は、(i)常温で液体である芳香族炭化水素又はハロ炭化水素中に、任意的にチタンテトラアルコキシドと混合したジアルコキシマグネシウムを懸濁させる工程、(ii)この懸濁液をハロゲン化チタンと接触させる工程及び更に(iii)得られる組成物を、ハロゲン化チタンと第2回接触させ、そしてこの混合物を、ときには(ii)に於けるハロゲン化チタンによる処理の間に、内部電子供与体と接触させる工程によって得られる。タクチシティ制御及び触媒クリスタリットサイジングを与えるために、本発明の触媒組成物中に使用するための内部電子供与体は、芳香族モノカルボン酸エステル又はその(ポリ)アルキルエーテル誘導体、特に安息香酸のC1〜C4アルキルエステル、特に安息香酸エチルである。このチーグラー−ナッタ遷移金属触媒には、また、所望により不活性担体物質が含有されていてよい。この担体は、遷移金属化合物の触媒性能を不利に変えない不活性固体でなくてはならない。例には、金属酸化物、例えばアルミナ及び半金属酸化物、例えばシリカが含まれる。
本発明に於いて使用するためのチーグラー−ナッタプロ触媒組成物は、好ましくは、比較的均一なサイズ及び形状の多孔質粒子又はクリスタリットの形状であり、それによって粒子間の密接な向かい合った接触が可能になり、静的状態及び動的(流動)状態の両方で比較的高い嵩密度になる。多孔質であるけれども、この粒子は、望ましくは、実質的に、球、回転楕円体、粒又は多面体、好ましくは10個又はそれ以上の面を有する多面体の形状にある全体形態を有する。望ましくは、粒子の最長軸の最短軸に対する比は、1.2以下である。この粒子は、一般的に表面突起を欠いている。望ましくは、粒子の90%が、長さがその主軸に等しい直径を有する球によって制限されている。このようなプロ触媒粒子は、「形態制御された」プロ触媒として参照される。形態制御された触媒組成物は、高い嵩密度(適切には0.35g/cm3又はそれ以上)を有するポリマーを製造し、そして単位体積当たり大量の熱を発生することができるので、これらは、概念的にはポリマー粒子凝集塊を形成する傾向がある。本発明は、望ましくは、触媒組成物に自己消滅特性を与え、従って、形態制御された触媒組成物で使用するために、特によく適合している。
本発明に従って前記のチーグラー−ナッタ触媒と共に使用するための共触媒には、有機アルミニウム化合物、例えばそれぞれのアルキル基又はアルコキシド基中に1〜10個、好ましくは1〜6個の炭素原子を含有する、トリアルキルアルミニウム化合物、水素化ジアルキルアルミニウム化合物、二水素化アルキルアルミニウム化合物、ハロゲン化ジアルキルアルミニウム化合物、二ハロゲン化アルキルアルミニウム化合物、ジアルキルアルミニウムアルコキシド化合物及びアルキルアルミニウムジアルコキシド化合物が含まれる。好ましい共触媒は、C1〜C4トリアルキルアルミニウム化合物、特にトリエチルアルミニウム(TEA)である。使用される共触媒の量は、広い限界内で変化させることができるが、一般的に、プロ触媒中の遷移金属化合物1モル当たり、1〜100モルの量で使用される。
本発明に従った重合方法を実施する一つの適当な方法は、下記の工程:即ち、
a)チーグラー−ナッタ触媒組成物を重合反応器に供給する工程、
b)有機アルミニウム共触媒化合物を重合反応器に供給する工程、
c)前記の必要条件に適合するSCAの混合物を重合反応器に供給する工程、
d)1種又はそれ以上の、プロピレンを含有する重合性モノマーを反応器に供給する工程及び
e)反応器からポリマー生成物を引き出す工程
を、任意の順序で若しくは任意の組合せで又は個々の工程の下位組合せで実施することを含む。
運転の別の適当な方法に於いて、1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体を、反応器内の重合活性を制御する手段として間欠的に、反応器に添加することができる。運転のこの方法に於いて、アルコキシシランSCAのみを使用して普通に運転することができ、そしてポリマー凝集塊の形成を助成する条件又は暴走反応に遭遇するとき、特に重合温度が80℃を超えるとき、更に詳しくは100℃を超えるとき、本発明の混合SCAを、1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体を、ポリマー凝集、シート形成若しくは汚染を減少するために又は他の方法で重合を安定化するために十分な時間、反応器内容物に添加することによって、その場で(in situ)形成させることができる。
運転の別の適当な方法に於いて、プロ触媒を、アルミニウム化合物共触媒の存在下で、1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体(第一SCA成分)で処理することができる。得られる組成物を、使用する前に貯蔵しそして輸送することができ又は任意に追加量の1種又はそれ以上のモノカルボン酸エステル(群)と組合せて、同じものを1種又はそれ以上のアルコキシシラン(第二SCA成分)と組合せることによって、本発明に従った重合反応に直接使用することができる。この態様に於いて、トリアルキルアルミニウムが好ましい共触媒である。使用するとき、これは、追加的に1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体及びアルミニウムアルキル化合物からなるプロ触媒になり、そして触媒組成物は、任意に追加量の1種若しくはそれ以上のモノカルボン酸エステル(群)及び/又は1種若しくはそれ以上の共触媒と組合せて、同じものを1種又はそれ以上のアルコキシシランと組合せることによって製造される。
運転の別の適当な方法に於いて、プロ触媒を、任意的にアルミニウム共触媒化合物の存在下で、アルコキシシランSCA成分(第二SCA成分)で処理することができる。得られる組成物は、使用する前に貯蔵し、そして輸送することができ又は本発明に従った重合反応に直接使用することができ、ここで、アルキルエステルSCA成分(第一SCA成分)のみを別に添加するか又は任意的に追加量の1種若しくはそれ以上のアルコキシシラン(群)と組合せて添加する。同様にこの態様に於いて、トリアルキルアルミニウムが好ましい共触媒である。
本発明の触媒組成物は、予備重合工程(それによって、触媒を共触媒及び選択率制御剤混合物又はその個々の成分と接触させた後、少量のモノマーを触媒と接触させる)を含有するものを含む、殆ど全ての商業的公知の重合方法で使用することができる。次いで、得られる予備活性化触媒流を、重合反応ゾーンの中に導入し、そして重合すべきモノマーの残量及び任意にSCA成分の1種又はそれ以上と接触させる。使用するとき、これは、追加的に1種又はそれ以上のアルコキシシラン化合物及びアルミニウムアルキル化合物を含むプロ触媒になり、そして触媒組成物は、任意に追加量の1種若しくはそれ以上のアルコキシシラン化合物及び/又は1種若しくはそれ以上の共触媒と組合せて、同じものを、1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体と組合せることによって製造される。
適切には、重合は、45〜100℃、更に好ましくは60〜85℃の温度で実施される。上記の温度は、反応器壁で測定した反応混合物の平均温度である。反応器の分離した領域は、上記の限界を超える局在化した温度になるかもしれない。
本発明が特に適合している好ましい重合方法には、1個又はそれ以上の反応器内で運転される、気相、スラリー、溶液及び塊状重合方法が含まれる。適当な気相重合方法には、添加した不活性低沸点化合物を含む気体成分が、熱除去の目的のために、液体形にある反応器の中に注入される、凝縮モード及び超凝縮モードの使用が含まれる。複数個の反応器を使用するとき、これらは直列で運転すること、即ち、第一反応器からの排出物を第二反応器に装入し、そして追加のモノマー又は異なったモノマーを添加して、重合を続けることが望ましい。追加の触媒又は触媒成分(即ち、プロ触媒又は共触媒)、同様に追加量のSCA混合物、他のSCA混合物又は現在のSCA混合物を構成する個々のSCAを添加することができる。非常に望ましくは、SCAの混合物を、直列の第一反応器にのみ添加する。他の好ましい態様に於いて、重合方法又はその少なくとも1個の工程は、溶液又はスラリー重合である。
更に好ましくは、本発明の方法は2個の反応器内で実施され、その場合、2種のオレフィン、最も好ましくはプロピレンとエチレンとが接触して、コポリマーを製造する。このような一つの方法に於いて、ポリプロピレンを第一反応器内で製造し、そしてエチレンとプロピレンとのコポリマーを、第二反応器内で、第一反応器内で製造されたポリプロピレンの存在下に製造する。使用する重合技術に関係なく、反応器に添加する前に、使用すべきSCA及び触媒組成物の混合物又は少なくともそのプロ触媒成分を、他の重合成分、特にモノマーの不存在下で接触させることができることを理解されたい。
下記の態様は、特許請求の範囲のための具体的な可能性を示す。
1.プロピレン又はプロピレンと1種若しくはそれ以上の共重合性コモノマーとの混合物の重合用の触媒組成物であって、前記触媒組成物が、1種又はそれ以上の遷移金属化合物及び1種又はそれ以上の芳香族カルボン酸のモノエステル内部電子供与体を含む1種又はそれ以上のチーグラー−ナッタプロ触媒組成物、1種又はそれ以上のアルミニウム含有共触媒並びに2種又はそれ以上の異なった選択率制御剤の混合物を含み、前記SCA混合物が、98.0〜99.9モル%の1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体及び2.0〜0.1モル%の1種又はそれ以上のアルコキシシラン化合物を含む触媒組成物。
2.内部電子供与体が安息香酸エチルである態様1に記載の触媒組成物。
3.SCA混合物がp−エトキシ安息香酸エチル及び2個又は3個のメトキシ基を含有するアルコキシシランを含む態様1に記載の触媒組成物。
4.アルコキシシランがジシクロペンチルジメトキシシラン又はメチルシクロヘキシルジメトキシシランである態様3に記載の触媒組成物。
5.使用する選択率制御剤の全量が遷移金属基準で1〜100のモル比を与えるように制限される態様1に記載の触媒組成物。
6.SCA混合物が、98.5〜99.5モル%の、1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はそれらの置換誘導体及び1.5〜0.5モル%の1種又はそれ以上の特定のアルコキシシラン化合物を含む態様1〜5のいずれか1項に記載の触媒組成物。
7.プロピレン又はプロピレンと1種若しくはそれ以上の共重合性コモノマーとの混合物を、重合条件下で45〜100℃の温度で、1種又はそれ以上の遷移金属化合物及び1種又はそれ以上の、芳香族モノカルボン酸のエステルからなる群から選択された内部電子供与体を含む1種又はそれ以上のチーグラー−ナッタプロ触媒組成物、1種又はそれ以上のアルミニウム含有共触媒並びに2種又はそれ以上の異なった選択率制御剤の混合物からなり、前記SCA混合物が、98.0〜99.9モル%の1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体及び2.0〜0.1モル%の1種又はそれ以上のアルコキシシラン化合物を含む触媒組成物と接触させることを含んでなる重合方法。
8.60〜85℃の温度で実施する態様7に記載の方法。
9.内部電子供与体が安息香酸エチルである態様7に記載の方法。
10.SCA混合物がp−エトキシ安息香酸エチル及びジメトキシシランを含む態様7に記載の方法。
11.アルコキシシランがジシクロペンチルジメトキシシラン又はメチルシクロヘキシルジメトキシシランである態様7に記載の方法。
12.気相重合条件下で実施する態様7〜11のいずれか1項に記載の方法。
13.直列で運転する1個より多い反応器内で実施する態様7〜11のいずれか1項に記載の方法。
本発明を、本発明の限定として見なすべきではない以下の実施例によって更に例示する。反対に記載するか又は当該技術分野で一般的でない限り、全ての部及び%は重量基準である。
例1
チタン含有チーグラー−ナッタ触媒組成物を使用して、ポリプロピレンホモポリマーを製造する。この触媒組成物は、TiCl4/モノクロロベンゼン(MCB、15.9mL/前駆体g)の50/50(体積/体積)混合物中に、(実質的に特許文献23に従って製造した)式Mg3Ti(OC258Cl2に相当する前駆体を含むマグネシウムジエトキシド及びチタンエトキシド/クロリドと安息香酸エチル(0.10mL/前駆体g)との混合物をスラリー化することによって製造したプロ触媒化合物を含有している。この混合物を70℃で30分間加熱した後、これを濾過する。得られる湿った塊を50/50TiCl4/MCB混合物(15.9mL/前駆体g)及び塩化ベンゾイル(0.056mL/前駆体g)中に、99℃で10分間スラリー化し、そして濾過する。最後の工程を、0.10mL/前駆体gで95℃で10分間、1回繰り返す。得られる固体をイソペンタンで洗浄し、次いで温窒素を流しながら乾燥させる。
プロピレン重合を、3.6Lのジャケット付き攪拌式ステンレススチール反応器内で実施する。使用する前に、全ての溶媒及び反応器内部を乾燥させる。使用した反応器条件は、3.0標準LのH2、2.7Lのプロピレン、2.5mLの、ヘプタン中のトリエチルアルミニウム(TEA)の5%溶液、0.35ミリモルの全量についてSCAの測定した量(70/1のSCA/Ti比及び2.0のAl/SCAモル比を得るように計算した)及び16.43mgの、5.0%鉱油スラリーとしてのプロ触媒の初期装入物である。触媒成分は、60℃で反応器の中に注入する。重合は67℃で1時間実施する。重合が完結して、反応器を環境圧力まで排気し、そして大気に開ける。
試験したSCA混合物は、ジシクロペンチルジメトキシシラン(DCPDMS)/PEEB、メチルシクロヘキシルジメトキシシラン(MChDMS)/PEEB、ジイソブチルジメトキシシラン(DiBDMS)/PEEB及びn−プロピルトリメトキシシラン(NPTMS)/PEEBを含む。種々のSCA組合せ、量及び温度についての標準化活性(Y4)を、表Iに記載する。
Figure 2007505984
表Iの結果を参照することによってわかるように、本発明に従ったSCAのある種の混合物を使用することによって、カルボン酸エステル化合物単独の使用に比較して、改良された重合活性(標準XP含有量に対して標準化した)を得ることができる。最良の結果は、C5〜C6環式基を含有するシランを含有するSCA混合物の使用によって得られる。
更に、本発明に従ったSCAのある種の混合物を使用することによって、シランSCA化合物単独の使用に比較して又はより低い重合温度での同じSCA混合物の使用に比較して、上昇した重合温度で、減少した重合活性を得ることができる。この減少は、シランSCA単独の使用により得ることができるものよりも実質的に低い又は67℃で同じSCA混合物で得ることができる活性よりも実質的に低い活性レベルを得ることができるように、使用するシラン及び第二SCAの量を調節することによって制御することができる。これらの例示した組成物は、自己消滅性重合特性を有する。より大量のアルコキシシランを使用すると、より高い触媒活性を生じ得るが、この触媒系の自己消滅性特性は、アルコキシシランの量の増加と共に低下する。高度の自己消滅性特性を必要とする方法のために、少量のアルコキシシランを含有する混合物が有利である。従って、このようなSCA混合物を使用することによって、反応の制御されない加速並びに凝集塊形成及び反応器のシート形成又は汚染に至る、ポリマー粒子の軟化又は溶融を減少又は回避することができる。

Claims (13)

  1. プロピレン又はプロピレンと1種若しくはそれ以上の共重合性コモノマーとの混合物の重合用の触媒組成物であって、前記触媒組成物が、1種又はそれ以上の遷移金属化合物及び1種又はそれ以上の芳香族カルボン酸のモノエステル内部電子供与体を含む1種又はそれ以上のチーグラー−ナッタプロ触媒組成物、1種又はそれ以上のアルミニウム含有共触媒並びに2種又はそれ以上の異なった選択率制御剤の混合物を含み、前記SCA混合物が98.0〜99.9モル%の1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体及び2.0〜0.1モル%の1種又はそれ以上のアルコキシシラン化合物を含んでなる触媒組成物。
  2. 内部電子供与体が安息香酸エチルである請求項1に記載の触媒組成物。
  3. SCA混合物がp−エトキシ安息香酸エチル及び2個又は3個のメトキシ基を含有するアルコキシシランを含む請求項1に記載の触媒組成物。
  4. アルコキシシランがジシクロペンチルジメトキシシラン又はメチルシクロヘキシルジメトキシシランである請求項3に記載の触媒組成物。
  5. 使用する選択率制御剤の全量が遷移金属基準で1〜100のモル比を与えるように制限される請求項1に記載の触媒組成物。
  6. SCA混合物が98.5〜99.5モル%の、1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はそれらの置換誘導体及び1.5〜0.5モル%の1種又はそれ以上の特定のアルコキシシラン化合物を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の触媒組成物。
  7. プロピレン又はプロピレンと1種若しくはそれ以上の共重合性コモノマーとの混合物を、重合条件下で45〜100℃の温度で、1種又はそれ以上の遷移金属化合物及び1種又はそれ以上の、芳香族モノカルボン酸のエステルからなる群から選択された内部電子供与体を含む1種又はそれ以上のチーグラー−ナッタプロ触媒組成物、1種又はそれ以上のアルミニウム含有共触媒並びに2種又はそれ以上の異なった選択率制御剤の混合物からなり、前記SCA混合物が、98.0〜99.9モル%の1種若しくはそれ以上の芳香族モノカルボン酸の1種若しくはそれ以上のエステル又はこれらの置換誘導体及び2.0〜0.1モル%の1種又はそれ以上のアルコキシシラン化合物を含む触媒組成物と接触させることを含んでなる重合方法。
  8. 60〜85℃の温度で実施する請求項7に記載の方法。
  9. 内部電子供与体が安息香酸エチルである請求項7に記載の方法。
  10. SCA混合物がp−エトキシ安息香酸エチル及びジメトキシシランを含んでなる請求項7に記載の方法。
  11. アルコキシシランがジシクロペンチルジメトキシシラン又はメチルシクロヘキシルジメトキシシランである請求項7に記載の方法。
  12. 気相重合条件下で実施する請求項7〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 直列で運転する1個より多い反応器内で実施する請求項7〜11のいずれか1項に記載の方法。
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