JPH06100612A - シランとモノエーテルとをベースとしたプロピレン重合用共触媒 - Google Patents
シランとモノエーテルとをベースとしたプロピレン重合用共触媒Info
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- JPH06100612A JPH06100612A JP3337597A JP33759791A JPH06100612A JP H06100612 A JPH06100612 A JP H06100612A JP 3337597 A JP3337597 A JP 3337597A JP 33759791 A JP33759791 A JP 33759791A JP H06100612 A JPH06100612 A JP H06100612A
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Abstract
レンまたはC4 〜C12のα−オレフィンとの共重合用の
触媒系で、チタン化合物とハロゲン化マグネシウム上に
担持された内部電子供与体とで構成される触媒成分と組
合せて用いられる有機アルミニウム化合物と外部電子供
与体とをベースとした共触媒。 【構成】 外部電子供与体が、2つのSi−O−C結合
を有する非芳香族シランと、モノエーテルおよび/また
は単一のSi−O−C結合を有するシランとを組み合わ
せたものによって構成される。 【効果】 コストの高いシランの量を減らすことができ
る。
Description
て触媒成分と組み合せて用いられる共触媒に関するもの
である。本発明はさらに、この共触媒と触媒成分とを含
むプロピレンの重合触媒系に関するものである。
系は、遷移金属をベースとした触媒成分と共触媒成分
(一般にはアルミニウム化合物)との2つの分離不可能
な2つの要素で構成されている。触媒成分に電子供与体
を加えることもある。アルミニウム化合物をベースとし
た従来の共触媒には、2つのSi−O−C結合を有する
シランと、単一のC−O−C結合および/または単一の
Si−O−C結合を有する化合物との少なくとも2種類
の有機化合物の混合物が、外部電子供与体(donneurs d'
electrons extrnes)として、組み合わされる。ヨーロッ
パ特許第45,976号および第45,977号に記載の触媒系は、
チタン、マグネシウムおよび塩素をベースとした固体の
触媒成分と、アルミニウム化合物および少なくとも1つ
のSi−OまたはSi−N結合を有する有機シランを有
する共触媒とで構成されている。この触媒系を実際に使
うと、この特許に定義の全てのシランが工業的に所望の
結果を与えるとは限らないということが分かる。例え
ば、いくつかのシランは触媒の生産性および立体選択性
が低いか、極めて悪い。公知の多数の非芳香族シランの
中で、Si−O−C結合を2つ有するシランは良好な結
果を与え、結晶化度の高いプロピレンまたは機械的耐久
性に優れたプロピレン共重合体、例えばランダム共重合
体または耐衝撃性に優れた共重合体を工業的に製造する
ことができる。日本国特願昭61-23802号に記載のオレフ
ィン重合用触媒は (a)塩化マグネシウムと、内部電子供
与体(donneur d'electrons interne) と、ハロゲン化チ
タン化合物とで構成される触媒成分と、(b) アルキルア
ルミニウムと、外部電子供与体となる有機カルボン酸の
エステルおよびシランよりなる共触媒とで構成されてい
る。日本国特願昭60-11924号に記載のオレフィン重合用
触媒は (a)マグネシウム化合物と、エーテルでよい内部
電子供与体と、同じく内部電子供与体の役目をする塩化
シランと、ハロゲン化チタン化合物と、カルボン酸エス
テルの形の他の内部電子供与体とを含む触媒成分と、
(b)アルキルアルミニウムおよび外部電子供与体として
のアルコキシシランよりなる共触媒とで構成されてい
る。チーグラー−ナッタ触媒系に外部電子供与体を導入
する利点は、この触媒系の活性と生産量とを上げること
にあるが、シランはコストの高い製品であるため、経済
的には極めて不利である。
点を解決することにある。
電子供与体を選択的に組み合わせる。すなわち、1つの
外部電子供与体をモノエーテルおよび/またはSi−O
−C結合を1つ有するシランからなる群の中から選択
し、他方の外部電子供与体をSi−O−C結合を2つ有
する非芳香族シランからなる群の中から選択する。
有機アルミニウム化合物と組み合わせた場合、外部電子
供与体の役目をし、プロピレン重合用触媒系では触媒成
分の役目をする。本発明のこの選択的組み合わせを用い
ることによって、通常はSi−O−C結合を2つ有する
シランのみを用いているところを、モノエーテルおよび
/または単一のSi−O−C結合を有するシランで部分
的に置き換えることができる。その結果、触媒系のコス
トが下がるとともに、同じ量で同じ結果を得るようにシ
ランをベースとした触媒系の特性を維持することがで
き、改善することもできる。さらに、本発明の組合せを
用いると触媒活性が上がるため、1回の重合操作で一定
の生産を行う際に消費される固形触媒成分の消費量が減
る。
期できないものである。先ず第1に、プロピレンの重合
触媒系にモノエーテルおよびシランを個別にまたは非選
択的に混合して外部電子供与体として使用しても、重合
体の生産性は本発明の組合せで得られる生産性よりも低
くなる。本発明で選択した2つの化合物が相乗効果によ
って各化合物を単独で使用した場合よりも高い生産性が
得られるということは予測できないことである。他の理
由はヘプタン指数(HI)にある。ヘプタン指数は、沸
騰したヘプタン中に不溶な重合体の割合として定義され
る。この指数はクマガワの装置中で沸騰したヘプタンで
溶解したフラクションを2時間抽出して測定する。ホモ
ポリマーの場合には、HIの値は粗ポリマに含まれるア
イソタクチックポリマーの重量%に相当する。プロピレ
ン重合の場合には、モノエーテルおよび/またはSi−
O−C結合を1つ有するシランを外部電子供与体として
使用すると得られる重合体のアイソタクチック度が極め
て悪くなり、HIが非常に低くなるということは知られ
ている。逆に、シランを単独で用いるとHIの値は良く
なる。従って、これらの条件から考えると、外部電子供
与体としてモノエーテルおよび/または単一のSi−O
−C結合を有するシランと、Si−O−C結合を2つ有
する非芳香族シランとを組み合わせた場合には、HI指
数は低下するはずである。ところが、HIは、外部電子
供与体としてシランを単独で使用した触媒系で得られる
重合体で得られる値とほぼ同じであることが確認され
た。最終重合体のメルトインデックス(MI)は、触媒
系で外部電子供与体として用いるモノエーテルおよび/
または単一のSi−O−C結合を有するシランの比率に
応じて上昇する。本発明では、MIの値が触媒系で外部
電子供与体としてシランを単独で用いた場合よりも高く
なり、しかも、通常商業的に推薦されている値の範囲で
ある1〜40に留まる。なお、このMI値はASTM規格
D1238Lに従って測定する。MI値が上昇すると、重合
時に一般にトランスファー剤として用いられる水素の消
費量が低下する。この点は技術的および/または経済的
に無視できないものである。
い)のモノエーテルおよび/または単一のSi−O−C
結合を有する芳香族シランと>0と、20モル%以上(10
0 %ではない)の2つのSi−O−C結合を有する非芳
香族シランとを組み合せる。5モル%以下のモノエーテ
ルおよび/または単一のSi−O−C結合を有するシラ
ンを使用することも可能であるが、経済的な価値がない
(なお、この場合には2つのSi−O−C結合を有する
シランとの混合効果の影響が重合および得られる重合体
に敏感に表れる)。従って、好ましいモル数の組み合わ
せとしては、モノエーテルおよび/または単一のSi−
O−C結合を有するシランを80〜5モル%、2つのSi
−O−C結合を有するシランを20〜95モル%にするのが
好ましく、さらに好ましくは、前者を75〜30モル%、後
者を25〜70%にする。
のSi−O−C結合を有するシランと2つのSi−O−
C結合を有する非芳香族シランとの組合せは、通常外部
電子供与体を用いる場合の量と条件で、外部電子供与体
として用いられる。モノエーテルおよび/または単一の
Si−O−C結合を有するシランと2つのSi−O−C
結合を有するシランとを組み合わせた合計量は、共触媒
のアルミニウムに対してモノエーテルおよび/または単
一のSi−O−C結合を有するシラン+2つのSi−O
−C結合を有するシランのモル比が 0.2〜0.005 となる
ようにするのが好ましく、さらには 0.1〜0.01となるよ
うにするのが好ましい。
R”で表すことができる。ここでR’およびR”は1〜
12個、好ましくは1〜6個の炭素原子を有する好ましく
は飽和した直鎖または分岐鎖の炭化水素基であり、互い
に同一でも、異なっていてもよい。このモノエーテルは
少なくとも4個(ただし12個以下)の炭素原子が酸素と
ともにリングを作る環状エーテルでもよい。また、リン
グを成す炭素原子の一部が置換炭化水素基に結合してい
てもよい。この場合には、環状エーテルの炭素原子の合
計数は16以下以下にする。このモノエーテル群の中では
以下のようなものを挙げることができる: ジエチルエー
テル、ジ−n−プロピルエーテル、ジイソプロピルエー
テル、ジイソブチルエーテル、メチルイソアミルエーテ
ル、メチルエチルエーテル、メチルプロピルエーテル、
メチルイソプロピルエーテル、メチルn−ブチルエーテ
ル、メチルイソブチルエーテル、メチルターシャルブチ
ルエーテル、エチル−n−プロピルエーテル、エチルイ
ソプロピルエーテル、エチル−n−ブチルエーテル、エ
チルターシャルブチルエーテル、テトラヒドロフラン、
メチル−2−テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラ
ン、メチル−3−テトラヒドロピラン、ジ−n−オクチ
ルエーテル、ジフェニルエーテルおよびジイソオクチル
エーテル。
合を有するシランは下記の式で表される: R1 R2 R3 Si−O−R (ここで、R1 、R2 、R3 は炭素数1〜12の直鎖また
は分岐鎖の飽和または不飽和の炭化水素基で、互いに同
一でも異なっていてもよく、Rはメチル基またはエチル
基である) 。これらのシランの中では以下のものを挙げ
ることができる:トリメチルメトキシシラン、トリメチ
ルプロポキシシラン、トリメチル−t−ブトキシシラ
ン、トリメチルエトキシシラン、ジフェニルメチルエト
キシシラン、ジフェニルビニルエトキシシラン、ジメチ
ルビニルエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン
およびジフェニル−t−ブチルメトキシシラン。
合を有する非芳香族シランは下記の式で表される: R1 R2 Si(OR)2 (ここで、R1 とR2 はヘテロ原子を含まない炭素数が
1〜12の直鎖または分岐鎖の飽和炭化水素基であり、R
はメチル基またはエチル基である)。これらのシランの
中では以下のものを挙げることができる: ジ−n−プロ
ピルジメトキシシラン、ジ−n−プロピルジエトキシシ
ラン、ジ−n−ブチルジメトキシシラン、ジ−n−ブチ
ルジエトキシシラン、ジイソプロピル−ジメトキシシラ
ン、ジイソプロピルジエトキシシラン、ジイソアミルジ
メトキシシラン、ジイソアミルジエトキシシラン、ジイ
ソオクチルジメトキシシラン、ジイソオクチルメチル−
ジエトキシシラン、イソプロピルメチルジエトキシシラ
ン、イソプロピルイソブチルジメトキシシラン、イソオ
クチルメチルジメトキシシラン、イソヘキシルメチルジ
エトキシシラン、シクロヘキシルメチル−ジメトキシシ
ランおよびノルボルニルメチル−ジメトキシシラン。
のSi−O−C結合を有するシランと2つのSi−O−
C結合を有するシランとは、遅くとも重合反応開始時
に、触媒系中の外部電子供与体としての触媒成分および
共触媒に混合される。いずれの場合でも、媒体中に共触
媒が存在しない状態で、モノエーテルを触媒成分と接触
させてはならない。一般に電子供与体は共触媒と錯体(c
omplexe d'association)を形成するので、共触媒を触媒
成分と接触させる前に外部電子供与体を共触媒と初め接
触させて錯体を形成するのが好ましい。すなわち、外部
電子供与体と共触媒とを予め混合するのが有利である。
である。この共触媒は一般に有機アルミニウム化合物、
例えばアルミノキサン、アルミノシロキサン、Al−R−
Al結合を有する化合物 (Rはアルキル基) 、AlX
q R’s で表される化合物(XはClまたはOR’を表
し、R’はC1 〜C16のアルキル基、sは1<s<3 、
qは0<q <2で、q+s=3)の中から選択される。
例としては以下の化合物を挙げることができる: Al(C2
H5)3、 Al(C2H5)2Cl、 Al(C4H9)3、 Al2(C2H5)3Cl3、Al
(C6H13)3、Al(C8H17)3、Al(C2H5)2(OC2H5)。
とも1つのチタン化合物と、活性化されたハロゲン化マ
グネシウム (通常はMgCl2)上に担持された内部電子供与
体とで構成される固体成分である。この固体成分の例は
英国特許第1,559,19 4号およびベルギー国特許第 868,6
82号に記載されている。本発明で使用可能な触媒成分は
公知の任意の電子供与体を含むことができるが、内部電
子供与体が下記の化合物群の中から選択したエステルで
あるような触媒成分が好ましい: (1) 不飽和ポリカルボン酸のモノエステルまたはポリエ
ステルで、2つのカルボキシル基が二重結合に隣りの位
置(en position vicinale)で連結され且つCOOR4 基
の少なくとも一つの炭化水素基R4 が3〜20個の炭素原
子を有する飽和または不飽和の分岐鎖であるか、あるい
は6〜20個の炭素原子を有するアリル基あるいはアリル
アルキル基であるもの (2) オルト位にCOOH基を有する芳香族ジカルボン酸
のモノエステルおよびジエステルで、COOR基の炭化
水素基が1〜20個の炭素原子を有するもの (3) オルト位に少なくとも2つの水酸基を有するヒドロ
キシル化された芳香族化合物のモノエステルおよびポリ
エステル (4) 少なくとも1つの水酸基がカルボキシル基に対して
オルト位にあるヒドロキシル化された芳香族酸のエステ
ル。 これらのエステルの中ではマレイン酸、フマル酸、安息
香酸、メタクリル酸のエステルが好ましく、特にフタル
酸のエステルが好ましい。
ン重合時に、触媒成分のチタンに対する共触媒中に含ま
れるアルミニウム成分のモル比が 0.5〜2000、好ましく
は1〜1000となるような比率で組合せられる。
される。プロピレンの重合という用語には、プロピレン
とエチレンまたはC4 〜C12、特にC4 〜C6 のαオレ
フィンとの共重合も含まれる。プロピレンの比率が高い
ブロック共重合体の場合にはプロピレンは使用するモノ
マの総量の少なくとも75モル%存在する。
たは共重合は不活性液体媒体、特にn−ヘプタン、n−
ヘキサン、イソヘキサンまたはイソブタンのような脂肪
族炭化水素中で溶液重合または懸濁重合で行うことがで
き、さらには、液体状態または超臨状態に維持された少
なくとも1種類の重合させるオレフィン中で塊重合で行
うことができる。液相での重合の操作条件、特に温度、
圧力、触媒系の量は従来のチーグラー−ナッタ触媒系を
用いた類似のケースで通常採用さているものである。例
えば、不活性な液体媒体中で溶液重合または懸濁重合す
る場合には、250 ℃以下の温度で、大気圧から 250バー
ルの範囲の圧力下で行うことができる。液体プロピレン
媒体中で重合を行う場合には温度を臨界温度まで上げる
ことができ、圧力は大気圧から臨界圧までにすることが
できる。
上記定義で選択した外部電子供与体とを組み合わせて得
られる触媒系は、プロピレンまたはプロピレンと少なく
とも1種類の上記オレフィンとの混合物の気相重合でも
使用することができる。特に、プロピレンと1種または
複数のC2 〜C12オレフィン、例えばエチレン、ブテン
−1、ヘキセン−1、メチル−4−ペンテン−1、オク
テン−1との混合物を上記触媒系と接触させて気相重合
することができる。この場合には、触媒系と接触する際
に、C2 〜C12コモノマのモル比が 0.1%〜25%、好ま
しくは1〜20%となるようにする。
は気相重合を行うことができる任意の反応器、特に、撹
拌床および/または流動床式の反応器で行うことができ
る。気相重合を行う条件、特に温度、圧力、撹拌床およ
び/または流動床へのオレフィンの注入量、温度調節条
件および圧力調節条件等は、公知のオレフィンの気相重
合法の条件と同じである。一般には、合成される重合体
および共重合体の融点MP以下の温度、特に、+2℃か
ら(MP−5)℃の間の温度で且つ反応器中のオレフィ
ン、場合によってはその他の炭化水素モノマが実質的に
気体状態で存在するような圧力下で行う。溶液重合、懸
濁重合、塊重合、気相重合を連鎖移動剤の存在下で行う
ことによって生成する重合体および共重合体のメルトイ
ンデックスは調節することができる。好ましい連鎖移動
剤は水素である。この水素は反応器に導入するオレフィ
ンおよび水素の総量の90%以下、好ましくは 0.1〜60%
にする。
造にも用いることができる。この活性プレポリマは、プ
ロピレンまたはその上記定義の混合物を、触媒系の触媒
成分1g当たりオレフィンが2から 500g、好ましくは
2〜200 gとなるような比率で触媒系と接触させること
によって得られる。以下、本発明の実施例を説明する
が、以下の実施例は単なる例であって、本発明が以下の
実施例に限定されるものではない。
ンとを窒素パージした8リットルのステンレス鋼の反応
器に導入した。トリエチルアルミニウム(TEA)の3
mol /リットル濃度のヘプタン溶液20mlに、2つのSi
−O−C結合を有するシラン(E1 )と、モノエーテル
との混合物または単一のSi−O−C結合を有するシラ
ン(E2 )を所望のモル比TEA/(E1 +E2 )で加
える。こうして調製した混合物を撹拌しながら室温に10
分間放置する。次いで、混合物を反応器に注入し、撹拌
しながら室温で10分間接触させる。マグネシウム、塩
素、チタンおよびジブチルフタレートを含む触媒成分 7
0 mgを 10 mlのヘプタンに懸濁させて反応器に注入し
た。この触媒成分は、公知の方法で粉砕した活性塩化マ
グネシウムにジブチルフタレートを含浸し、次いで、塩
化チタンを浸透させて調製した。チタン、マグネシウ
ム、塩素の重量%はそれぞれ3、16、56%である。10分
間、温度を70℃にし、その後、反応を1時間継続させ
た。最後に反応器を脱気しながら温度を室温まで下げ
た。その他の条件と得られた結果は下記の〔表1〕〔表
2〕に示す。実施例16〜25と32〜34は比較例である。表
中の記号は下記のものを表す: CMDMS シクロヘキシルメチルジメトキシシラン DBDMS ジイソブチルジメトキシシラン DEE ジエチルエーテル EDIA ジイソアミルエーテル THF テトラヒドロフラン MTBE メチルターシャルブチルエーテル ETBE エチルターシャルブチルエーテル DPMMS ジフェニルメチルメトキシシラン TMMS トリメチルメトキシシラン TMES トリメチルエトキシシラン P 触媒1g当たりの重合体生成量(g)
Claims (10)
- 【請求項1】 プロピレンの重合あるいはプロピレンと
エチレンまたはC4 〜C12のα−オレフィンとの共重合
用の触媒系で、チタン化合物と、ハロゲン化マグネシウ
ム上に担持された内部電子供与体とで構成される触媒成
分と組み合わせて用いられる有機アルミニウム化合物と
外部電子供与体とをベースとした共触媒において、 外部電子供与体が2つのSi−O−C結合を有する非芳
香族シランと、モノエーテルおよび/または単一のSi
−O−C結合を有するシランとを組み合わせたものによ
って構成されていることを特徴とする共触媒。 - 【請求項2】 80〜5モル%のモノエーテルおよび/ま
たは単一のSi−O−C結合を有するシランが、20〜95
モル%の2つのSi−O−C結合を有するシランと組み
合わされる請求項1に記載の共触媒。 - 【請求項3】 共触媒の有機アルミニウムに対するモノ
エーテルおよび/または単一のSi−O−C結合を有す
るシラン+2つのSi−O−C結合を有するシランのモ
ル比が 0.2〜0.005 である請求項2または3に記載の共
触媒。 - 【請求項4】 モノエーテルが下記〔化1〕で表される
化合物の中から選択される請求項1〜3のいずれか一項
に記載の共触媒: 〔化1〕 R’OR” (ここで、R’およびR”は互いに同一または異なる炭
素数1〜10の直鎖または分岐鎖の炭化水素基あるいは4
〜12の炭素原子が酸素とともにリングを形成した環状
基) 。 - 【請求項5】 単一のSi−O−C結合を有するシラン
が下記〔化2〕で表される化合物の中から選択される請
求項1〜4のいずれか一項に記載の共触媒: 〔化2〕 R1 R2 R3 Si−O−R (ここで、R1 、R2 、R3 は炭素数1〜12の直鎖また
は分岐鎖の飽和または不飽和の炭化水素基で、互いに同
一でも異なっていてもよく、Rはメチル基またはエチル
基である) 。 - 【請求項6】 2つのSi−O−C結合を有するシラン
が下記〔化3〕で表される化合物の中から選択される請
求項1〜5のいずれか一項に記載の共触媒: 〔化2〕 R1 R2 Si(OR)2 (ここで、R1 とR2 はヘテロ原子を含まない炭素数が
1〜12の直鎖または分岐鎖の飽和炭化水素基であり、R
はメチル基またはエチル基である)。 - 【請求項7】 内部電子供与体としてエステルを有する
触媒成分と組合される請求項1〜6のいずれか一項に記
載の共触媒: - 【請求項8】 チタン化合物と、ハロゲン化マグネシウ
ム上に担持された内部電子供与体と、共触媒とを主成分
とする触媒系において、共触媒が請求項1〜7のいずれ
か一項に記載の共触媒である触媒系。 - 【請求項9】 内部電子供与体がエステルである請求項
12に記載の触媒系。 - 【請求項10】 エステルがマレイン酸、フマル酸、安
息香酸、メタクリル酸またはフタル酸のエステルである
請求項9に記載の触媒系。
Applications Claiming Priority (2)
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