JP5529533B2 - プロピレン重合のための触媒成分を調製する方法 - Google Patents
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Description
i) R4が有機基であり、Xがハロゲンであり、zが0より大きく2未満である化合物R4 zMgX2-Zを、アルコキシまたはアリールオキシ含有シラン化合物と接触させて、xが0より大きく2未満であり、各R1が独立してアルキル基を表す、化学式Mg(OR1)xCl2-xの固体のマグネシウム含有化合物を得る工程、
ii) 固体のMg(OR1)xCl2-xを、内部電子供与体およびMがTi,Zr,Hf,AlまたはSiであり得、各R2およびR3が、独立して、アルキル、アルケニルまたはアリール基を表し、vがMの価数であり、wがvより小さい、化学式M(OR2)v-w(R3)wの化合物により形成される群から選択される少なくとも1種類の活性化化合物と、不活性分散剤の存在下で接触させて、中間体反応生成物を得る工程、および
iii) その中間体反応生成物を、必要に応じて内部供与体の存在下で、ハロゲン含有Ti化合物と接触させる工程、
を有してなる方法により達成される。
実験I
I.A. グリニャール形成工程
還流凝縮器および漏斗を備えたフラスコにマグネシウム(24.3g、1モル)を入れた。このフラスコを窒素雰囲気下に置いた。マグネシウムを1時間に亘り80℃で加熱し、その後、ジブチルエーテル(170ml)およびクロロベンゼン(60ml)の混合物を加えた。次いで、この反応混合物に、ヨウ素(0.03g)およびn−クロロブタン(3ml)を連続して加えた。ヨウ素の色が消えた後、温度を97℃に上昇させ、クロロベンゼン(220ml)を2.5時間に亘りゆっくりと加えた。この過程で形成された濃い反応混合物を、97℃でさらに8時間に亘り撹拌した。次いで、撹拌と加熱を停止し、固体物質を48時間に亘り沈殿させた。この沈殿物の上の溶液をデカンテーションにより、1.36モルMg/lの濃度の塩化フェニルマグネシウムの反応生成物I.Aの溶液を得た。この溶液を、さらに別の触媒調製に用いた。
工程Iの反応生成物の溶液(200ml、0.272モルMg)および100mlのテトラエトキシシラン(TES)のジブチルエーテル(DBE)溶液(33.4mlのTESおよび66.6mlのDBE)を15℃に冷却し、次いで、撹拌機およびジャケットを備えた、0.45mlの容積の混合装置に同時に添加した。その後、予混した反応生成物I.AおよびTES溶液を反応装置に導入した。この混合装置(ミニミキサ)を、ミニミキサのジャケット内で循環している冷水によって、10℃に冷却した。これらの試薬の接触時間は、ミニミキサおよびミニミキサと反応装置との間の接続管内で13秒であった。ミニミキサ内の撹拌速度は1000rpmであった。ミニミキサ内で形成された混合物を、撹拌しながら、0.7lの反応装置に導入した。この反応装置に100mlのDBEを入れ、5℃に冷却した。添加時間は1時間であった。この反応装置内の撹拌速度は200rpmであった。
0℃での不活性窒素雰囲気内で、機械式撹拌機を備えた250mlのガラスフラスコに、60mlのヘプタン中に分散された5gの反応生成物I.Bのスラリーを注いだ。その後、20mlのヘプタン中の1.57mlのチタンテトラエトキシド(TET)の溶液を1時間に亘り25℃で加えた。TET/Mgの比=0.2。
反応装置を窒素雰囲気下に置き、これに125mlの四塩化チタンを加えた。この反応装置を115℃に加熱し、15mlのヘプタン中に約5.5gの反応生成物I.Cを含有する懸濁液を、撹拌しながらそれに加えた。次いで、反応混合物を15分間に亘り115℃に保持し、2.4mlのフタル酸ジブチルを反応装置に加えた。次いで、反応混合物を105分間に亘り115℃に保持した。次いで、撹拌を停止し、固体物質を沈殿させた。上清を、デカンテーションにより除去し、その後、固体生成物を20分間に亘り100℃でクロロベンゼン(125ml)で洗浄した。次いで、洗浄溶液を、デカンテーションにより除去し、その後、四塩化チタン(62.5ml)およびクロロベンゼン(62.5ml)の混合物を加えた。反応混合物を30分間に亘り115℃に保持し、その後、固体物質を沈殿させ、最後の処理をもう一度繰り返した。得られた固体物質を、60℃で150mlのヘプタンを用いて5回洗浄し、その後、ヘプタン中に懸濁された触媒成分を得た。
プロピレンの重合を、工程I.Dによる触媒成分、トリエチルアルミニウムおよびプロピルトリメトキシシランを含む触媒系の存在下で、1時間に亘り、70℃の温度、0.7MPaの全圧および水素の存在下(55ml)で、ヘプタン(300ml)中においてステンレス鋼製反応装置(0.7lの容積を持つ)内で行った。触媒成分の濃度は0.033g/lであり、トリエチルアルミニウムの濃度は4.0ミリモル/lであり、プロピルトリメトキシシランの濃度は0.4ミリモル/lであった。
工程I.Cにおいて、それぞれ、0.79mlのチタンテトラエトキシド(Ti/Mg=0.1)、および0.39mlのチタンテトラエトキシド(Ti/Mg=0.05)を用いたことを除いて、実験Iを繰り返した。
工程I.Cを以下のように行ったことを除いて、実験Iを繰り返した:0℃の不活性窒素雰囲気下で、機械式撹拌機を備えた250mlのガラスフラスコに、60mlのヘプタン中に分散した5gの反応生成物I.Bのスラリーを注いだ。その後、20mlヘプタン中の0.33mlのエタノール(EtOH/Mg=0.15)の溶液を1時間で撹拌しながら添加した。この反応混合物を30分間に亘り0℃に維持した後、20mlのヘプタン中の1.18mlのチタンテトラエトキシド(TET/Mg=0.15)の溶液を1時間に亘り0℃で加えた。このスラリーを90分間で30℃までゆっくりと暖まらせ、その温度にさらに2時間保持した。最後に、上清液を固体の反応生成物(約5.5g)からデカンテーションにより除去し、この反応生成物を30℃で90mlのヘプタンで1回洗浄した。
工程I.Cにおいて、0.28mlのエタノール(EtOH/Mg=0.125)および0.79mlのチタンテトラエトキシド(Ti/Mg=0.1);0.22mlのエタノール(EtOH/Mg=0.1)および0.99mlのチタンテトラエトキシド(Ti/Mg=0.125);並びに0.22mlのエタノール(EtOH/Mg=0.1)および0.79mlのチタンテトラエトキシド(Ti/Mg=0.1)をそれぞれ使用したことを除いて、実験IVを繰り返した。
工程I.Cを以下のように行ったことを除いて、実験IVを繰り返した:20℃の不活性窒素雰囲気下で、機械式撹拌機を備えた250mlのガラスフラスコに、60mlのヘプタン中に分散した5gの反応生成物I.Bのスラリーを注いだ。その後、20mlヘプタン中の0.22mlのエタノール(EtOH/Mg=0.1)の溶液を1時間で撹拌しながら添加した。この反応混合物を30分間に亘り20℃に維持した後、20mlのヘプタン中の0.79mlのチタンテトラエトキシド(TET/Mg=0.1)の溶液を1時間に亘り加えた。このスラリーを90分間で30℃までゆっくりと暖まらせ、その温度にさらに2時間保持した。最後に、上清液を固体の反応生成物からデカンテーションにより除去し、この反応生成物を30℃で90mlのヘプタンで1回洗浄した。
工程I.Cを以下のように行ったことを除いて、実験IVを繰り返した:0℃の不活性窒素雰囲気下で、機械式撹拌機を備えた250mlのガラスフラスコに、60mlのヘプタン中に分散した5gの反応生成物I.Bのスラリーを注いだ。その後、20mlヘプタン中の0.22mlのエタノール(EtOH/Mg=0.1)および0.99mlのチタンテトラエトキシド(TET/Mg=0.125)の溶液を1時間で撹拌しながら添加した。このスラリーを90分間で30℃までゆっくりと暖まらせ、その温度にさらに2時間保持した。最後に、上清液を固体の反応生成物(約5.5g)からデカンテーションにより除去し、この反応生成物を30℃で90mlのヘプタンで1回洗浄した。
工程I.Dを以下に記載するように行ったことを除いて、実験VIIを繰り返した。
工程I.Dを以下に記載するように行ったことを除いて、実験VIIを繰り返した。
工程I.Dを行うときに、トルエンの代わりにクロロベンゼンを用いたことを除いて、実験XIを繰り返した。
実験Iを繰り返したが、活性化工程I.Cは行わなかった。
XIII.A. グリニャール形成工程
マグネシウム(97.2g、4モル)を2時間に亘り90℃の真空下で乾燥させ、漏斗と撹拌機を備えたフラスコ内に入れて窒素雰囲気下に置いた。次いで、280mlのジブチルエーテルおよび70mlのクロロベンゼンの混合物を加え、温度を80℃に上昇させた。次いで、この反応混合物に、0.2gのヨウ素および12mlのn−クロロブタンの混合物を加えた。ヨウ素の色が消えた後、温度を97℃に上昇させ、200mlのジブチルエーテルおよび180mlのクロロベンゼンの混合物を25分間に亘り加え、次いで、800mlのクロロベンゼンおよび200mlのジブチルエーテルを約2.5時間で加えた。この過程で形成された濃い反応混合物を102±2℃でさらに4時間に亘り撹拌した。次いで、撹拌と加熱を停止し、固体物質を48時間に亘り沈殿させた。沈殿物上の溶液をデカンテーションで除去することによって、1.36モルMg/lの濃度の塩化フェニルマグネシウム(PhxMgCl2-x、反応生成物XIII.A)の溶液を得た。これをさらなる触媒の調製に用いた。
約460mlの工程XIII.Aの反応生成物(約0.624モルのMg)の溶液および230mlのジブチルエーテル(DBT)中のテトラエトキシシラン(TES)の溶液(73mlのTESおよび157mlのDBT)を、撹拌機およびジャケットを備えた0.45mlの容積を持つ混合装置に連続的に添加した。その後、予混した反応生成物XIII.AおよびTES溶液を反応装置に導入した。この混合装置(ミニミキサ)およびそこへの供給管を、ミニパイプのジャケット内と供給管の周りを循環する冷水によって、7.5℃に冷却した。これらの試薬の接触時間は、ミニミキサおよびミニミキサと反応装置との間の接続管内で20秒であった。ミニミキサ内の撹拌速度は1000rpmであった。ミニミキサ内で形成された混合物を、撹拌しながら、1.2lの反応装置に導入した。この反応装置に370mlのDBEおよび130mlのクロロベンゼンを予め装填し、35℃に加熱した。添加時間は6時間であった。この反応装置内の平均撹拌速度は415rpmであった。
0℃での不活性窒素雰囲気内で、機械式撹拌機を備えた250mlのガラスフラスコに、60mlのヘプタン中に分散された5gの反応生成物XIII.Bのスラリーを注いだ。その後、20mlのヘプタン中の1.0mlのエタノールの溶液を1時間に亘り25℃で加え、エタノール/Mgの比=0.45を得た。この混合物を30分間に亘り0℃に保持した後、20mlのヘプタン中の0.79mlのチタンテトラエトキシド(TET/Mg=0.1)の溶液を1時間に亘り0℃で加え、その後、スラリーを90分間で30℃にゆっくりと加熱し、その温度にさらに2時間に亘り保持した。最後に、上清液を固体反応生成物(約5.5g)からデカンテーションにより除去し、この反応生成物を30℃で90mlのヘプタンで1回洗浄した。このスラリーをさらに2時間に亘り30℃に保持した。さらに最後に、上清液を固体物質(約5.5g)からデカンテーションにより除去し、この物質を30℃で80mlのヘプタンで1回洗浄した。その結果、15mlのヘプタン中に懸濁された反応生成物XIII.Cを得た。
この工程は、工程I.Dと完全に同じに行い、ヘプタン中に懸濁された触媒成分を得た。
プロピレンの重合を、工程XIII.Dによる触媒成分、トリエチルアルミニウムおよびジイソブチルジメトキシシランを含む触媒の存在下で、1時間に亘り、70℃の温度、0.7MPaの全圧および水素の存在下(頭隙に1.5%v/v)で、ヘプタン(5.5l)中においてステンレス鋼製反応装置(12lの容積を持つ)内で行った。触媒成分の濃度は0.023g/lであり、トリエチルアルミニウムの濃度は1.9ミリモル/lであり、ジイソブチルジメトキシシランの濃度は0.95ミリモル/lであった。
得られた触媒によるプロピレン重合の結果と共に、表2に列記されたような活性化剤のMgに対するモル比で、他の活性化化合物を工程Cに用いたことを除いて、実験XIIIを繰り返した。
1.8リットルの容積を持つステンレス鋼製反応装置内で、エチレンとプロピレンの気相共重合を行った。この重合は2工程からなるものであった:
1) 表3に示した実験の工程Dにおいて得られた触媒成分、トリエチルアルミニウムおよびジイソブチルジメトキシシランを含む触媒系の存在下における、70℃の温度、2.1MPaの全圧および1%(v/v)の水素の存在下での、1時間に亘るプロピレンの単独重合。触媒の量は15mgであり、Al/Tiのモル比は270であり、Si/Tiのモル比は11.3であった。1時間後、反応装置の通気によって、全圧を1.43MPaに減少させた。減圧後、50標準化リットル/時の流量を用いて、酸素と窒素の気体混合物(0.5%のv/vO2)を導入し、次の工程で形成されるコポリマーの量に影響を与えるように、添加時間を10秒と60秒の間で変化させた。
・ Ti質量%は、触媒成分中のチタンの%で表した質量含有量である
・ 活性KgPP/gcatは、触媒成分のグラム当たりに得られたポリプロピレンの量である
・ アタクチック・ポリプロピレン(aPP)の質量パーセントは以下のようにして決定した:ポリプロピレン粉末(xg)およびヘプタンの分離において得られた濾液(yml)の100mlをスチームバスで乾燥させ、次いで、60℃の真空下で乾燥させた。これにより、zgのaPPが生成された。aPP(qg)の総量は:(y/100)×z
aPPの質量パーセントは:(q/(q+x))×100%
・ ポリプロピレン粉末の嵩密度(BD)はASTM D1895にしたがって決定した
・ スパン((d90−d10)/d50)と表されるPP粉末の粒径分布は、ASTM D1921の方法Aにしたがって決定した
・ RCは、ポリマー粉末におけるゴム含有量(プロピレン−エチレンコポリマー)であり、RCC2は、ポリマーのゴム部分におけるC2(エチレン)含有量である。RCおよびRCC2は、公知の手法によりNMRを用いて校正したIR分光法により測定した
・ MFIは、2.16kgの荷重により230℃で測定したメルトフローインデックスである。
Claims (12)
- 重合触媒成分を調製する方法であって、
i) R4が有機基であり、Xが塩化物であり、zが0より大きく2未満である化合物R4 zMgX2-Zを、アルコキシ含有シラン化合物と接触させて、xが0より大きく2未満であり、各R1が独立してアルキル基を表す、化学式Mg(OR1)xCl2-xの固体のマグネシウム含有化合物を得る工程、
ii) 前記固体のMg(OR1)xCl2-xを、MがTi,Zr,Hf,AlまたはSiであり得、各R2およびR3が、独立して、アルキル、アルケニルまたはアリール基を表し、vがMの価数であり、wがvより小さい、化学式M(OR2)v-w(R3)wの活性化化合物と、不活性分散剤の存在下で接触させて、固体の中間体反応生成物を得る工程、および
iii) 前記固体の中間体反応生成物をハロゲン含有Ti化合物と接触させる工程、
を有してなる方法。 - 前記工程ii)において2種類の活性化化合物の混合物が用いられ、該混合物が前記化学式M(OR2)v-w(R3)wの化合物および電子供与化合物の組合せであることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記電子供与化合物が、カルボン酸、無水カルボン酸、カルボン酸エステル、アルコール、エーテル、およびチタンテトラアルコキシドにより形成される群から選択されることを特徴とする請求項2記載の方法。
- 前記R1基の少なくとも1つがエチル基を表すことを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の方法。
- MがTiであり、前記電子供与化合物がカルボン酸エステルであることを特徴とする請求項2記載の方法。
- 前記R2基の少なくとも1つがエチル基を表すことを特徴とする請求項1から5いずれか1項記載の方法。
- 前記分散剤が脂肪族炭化水素であることを特徴とする請求項1から6いずれか1項記載の方法。
- 前記活性化化合物のMg(OR1)xCl2-xに対するモル比が0.05と0.5の間であることを特徴とする請求項1から7いずれか1項記載の方法。
- 請求項1から8いずれか1項記載の方法により得られた触媒成分および共触媒を有してなるオレフィン重合触媒系。
- 前記共触媒が、元素の周期表の1,2,12または13族からの金属を含有する有機金属化合物であり、外部電子供与体をさらに含むことを特徴とする請求項9記載のオレフィン重合触媒系。
- 少なくとも1種類のオレフィンを請求項9または10記載の重合触媒系と接触させることによるポリオレフィンを製造する方法。
- 前記オレフィンがプロピレンまたはプロピレンとエチレンの混合物であることを特徴とする請求項11記載の方法。
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