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JP7585296B2 - 高分子量を有するポリエチレンを生成するための重合触媒 - Google Patents

高分子量を有するポリエチレンを生成するための重合触媒 Download PDF

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関連出願の相互参照
本出願は、2019年7月31日に出願された米国仮特許出願第62/881,017号に対する優先権を主張するものであり、この開示全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、概して、エチレン、および任意選択的に1つ以上のα-オレフィンを重合するための触媒組成物、ならびにそのような触媒組成物を利用する重合プロセスに関する。
ポリエチレン、エチレン系ポリマー、ポリプロピレン、およびプロピレン系ポリマーなどのオレフィン系ポリマーは、様々な触媒系によって生成される。オレフィン系ポリマーの重合プロセスに使用されるそのような触媒系の選択は、そのようなオレフィン系ポリマーの特徴および特性に寄与する重要な要因である。
エチレン系ポリマーおよびプロピレン系ポリマーは、多種多様な物品のために製造される。ポリエチレンおよびポリプロピレン重合プロセスは、様々な樹脂を異なる用途での使用に好適なものとする異なる物理的性質を有する、多種多様な結果として生じるポリエチレン樹脂を生成するために、いくつかの点で変更することができる。エチレンモノマーおよび任意選択的に1つ以上のコモノマーは、アルカンまたはイソアルカン、例えば、イソブテンなどの液体希釈剤(溶媒など)中に存在する。水素も反応器に添加することができる。エチレン系ポリマーを生成するための触媒系は、典型的には、クロム系触媒系、チーグラー・ナッタ触媒系、および/または分子(メタロセンもしくは非メタロセンのいずれか)の触媒系を含み得る。希釈剤および触媒系中の反応物は、反応器において高い重合温度で循環し、それによってエチレン系ホモポリマーまたはコポリマーを生成する。定期的または連続的のいずれかで、希釈剤中に溶解したポリエチレン生成物を含む反応混合物の一部は、未反応エチレンおよび1つ以上の任意選択的なコモノマーと一緒に、反応器から取り出される。反応混合物は、反応器から取り出されると、希釈剤および未反応反応物からポリエチレン生成物を取り出すために処理されてもよく、希釈剤および未反応反応物は、典型的には、反応器中に再循環される。代替的に、反応混合物を、第1の反応器に直列に接続された第2の反応器に送ってもよく、ここで第2のポリエチレン画分が生成され得る。
チーグラー・ナッタ触媒によって生成されたポリマーは、ポリマー中のコモノマーの大部分が存在するコポリマー画分と、基本的にコモノマーが存在しないかまたは非常に低レベルのコモノマーが存在する高密度画分(HDF)を含有する。HDFの分子量は、典型的には、コポリマー画分の分子量よりも高い。ポリマーの分子量は、コポリマーの画分を減少させること、および/またはHDFを増加させることによって、増加させることができる。
チーグラー・ナッタ触媒に加えて、従来の低有機分子電子供与体、またはアルコキシドもしくはカルボン酸配位子を含有する金属化合物を含む電子供与体は、HDFを増加させる。しかしながら、電子供与体は、通常、触媒の効率を低下させる。
チタノセン水素化プロ触媒は、(1)メタロセン重合触媒によって生成されたHを除去するために、メタロセン触媒重合反応において、および(2)前の反応器から持ち越されたHを除去するために、連結反応器系のうちの1つの反応器において使用されている。触媒系からHを除去することにより、Hが重合連鎖を終了することができず、それによって、製造されたポリマーの分子量の増加を可能にする。しかしながら、Hを除去するためのチタノセン触媒のこれらの用途は、反応温度が典型的には60℃~120℃の範囲である気相およびスラリー相重合反応に限定される。
高い重合温度(120℃~250℃の温度)で高分子量ポリマーを生成する触媒系またはプロ触媒を作成する継続的な必要性が存在する。加えて、触媒系は、高効率、高反応性、および高分子量(100,000g/mol超)のポリマーを生成する能力を有するべきである。
本開示の実施形態は、触媒系を含む。触媒系は、不均一プロ触媒、電子供与体、および水素化プロ触媒を含む。不均一プロ触媒は、チタン種、アルミニウム種、および塩化マグネシウム成分を含む。水素化プロ触媒は、式CpTiXを有する。式CpTiXにおいて、各Cpは、少なくとも1つのRで置換されたシクロペンタジエニルであり、Rは、(C-C10)アルキルであり、各Xは、独立して、ハロゲン原子である。
本開示のいくつかの実施形態は、重合前処理を含む。ポリオレフィンポリマーを生成するための重合プロセスは、本開示の触媒系の存在下で、溶液中の(C-C12)α-オレフィンを反応させることを含む。
本開示の実施形態は、触媒系を含む。触媒系は、不均一プロ触媒および水素化プロ触媒を含む。不均一プロ触媒は、チタン種、アルミニウム種、および塩化マグネシウム成分を含む。水素化プロ触媒は、式CpTiXを有する。式CpTiXにおいて、各Cpは、少なくとも1つのRで置換されたシクロペンタジエニルであり、Rは、(C-C10)アルキルであり、各Xは、独立して、ハロゲン原子である。
触媒系の実施形態では、不均一プロ触媒は、チタン種を含む。いくつかの実施形態では、不均一プロ触媒のチタン種は、触媒活性を有し得る。いくつかの実施形態では、チタン種は、TiCl4-c(OR)またはTiCl3-d(OR)であり、式中、Rは、(C-C20)ヒドロカルビルであり、下付き文字cは、0、1、2、3、または4であり、下付き文字dは、0、1、2、または3である。いくつかの実施形態では、チタン種は、例えば、四塩化チタン(IV)、三塩化チタン(III)、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナト)チタン(III)、トリクロロトリス(テトラヒドロフラン)チタン(III)、二塩化ジ-n-ブトキシチタン(IV)、二塩化ジエトキシチタン(IV)、二塩化ジイソプロポキシチタン(IV)、二塩化ジイソブトキシチタン(IV)、塩化トリイソプロポキシチタン(IV)、塩化トリ-n-ブトキシチタン(IV)、塩化トリイソブトキシチタン(IV)、チタン(IV)テトライソプロポキシド(Ti(OPr))、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)n-ブトキシド、チタン(IV)イソブトキシド、チタン(IV)2-エチルヘキソキシド、ジクロロビス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナト)チタン(IV)、テトラクロロビス(テトラヒドロフラン)チタン(IV)、三塩化メチルチタン(IV)、またはこれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、チタン種は、四塩化チタン(IV)またはチタン(IV)テトライソプロポキシド(Ti(OPr))であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、チタン種は、ハロゲン化チタン、チタンアルコキシド、またはこれらの組み合わせを含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、チタン種は、四塩化チタン(TiCl)、チタン(IV)テトライソプロポキシド(Ti(OiPr)4)、他のハロゲン化チタン、もしくはチタンアルコキシド、またはそれらの組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。
触媒系の実施形態では、不均一プロ触媒は、アルミニウム種を含む。1つ以上の実施形態では、アルミニウム種は、トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムクロリド、アルキルアルミニウムジクロリド、アルキルアルミニウムアルコキシド、およびアルキルアルミニウムオキサンから選択される。
触媒系の実施形態では、不均一プロ触媒は、塩化マグネシウム成分を含む。触媒系の1つ以上の実施形態では、不均一プロ触媒の塩化マグネシウム成分は、BET法に従って測定された場合、100m/g以上の表面積を有する。いくつかの実施形態では、塩化マグネシウム成分は、150m/g以上、または200m/g以上の表面積を有する。他の実施形態では、塩化マグネシウム成分は、100m/g~800m/g、または200m/g~600m/g、または300m/g~500m/gの表面積を有する。
1つ以上の実施形態では、塩化マグネシウムは、マグネシウム化合物の塩素化から得られ得る高い表面積を含む。そのようなマグネシウム化合物としては、有機マグネシウム、有機マグネシウムハロゲン化物、マグネシウムアルコキシド、炭酸マグネシウムアルコキシド、カルボン酸マグネシウム、およびこれらの組み合わせが挙げられる。実施形態では、塩化マグネシウムは、塩化マグネシウム付加物の変換から得ることができる。好適な塩化マグネシウム付加物としては、アルコールとの塩化マグネシウム付加物およびエーテルとの塩化マグネシウム付加物が挙げられる。いくつかの実施形態では、塩化マグネシウム付加物は、エタノールとの塩化マグネシウム付加物である。いくつかの実施形態では、塩化マグネシウム付加物は、テトラヒドロフランとの塩化マグネシウム付加物である。
1つ以上の実施形態では、塩化マグネシウム成分は、例えば、塩化物源の、炭化水素可溶性ヒドロカルビルマグネシウム化合物または化合物の混合物との反応生成物を含む。例示的な有機マグネシウム化合物としては、ジ(C-C20)アルキルマグネシウムまたはジ(C-C20)アリールマグネシウム化合物、特にジ(n-ブチル)マグネシウム、ジ(sec-ブチル)マグネシウム、ジイソプロピルマグネシウム、ジ-n-ヘキシルマグネシウム、イソプロピル-n-ブチル-マグネシウム、エチル-n-ヘキシルマグネシウム、エチル-n-ブチルマグネシウム、ジ-n-オクチルマグネシウム、およびこれらの組み合わせが挙げられる。例示的な好適なマグネシウムジアリールとしては、ジフェニルマグネシウム、ジベンジルマグネシウム、およびジトリルマグネシウムが挙げられる。有機マグネシウム化合物は、任意選択的に、溶解性の改善、溶液粘度の低下、または溶解性の改善と溶液粘度の低下の両方のために、有機アルミニウム化合物で処理され得る。また、置換フェノール化合物由来の安定剤などの安定剤も存在し得る。追加の好適な有機マグネシウム化合物としては、アルキル-およびアリール-マグネシウムアルコキシド、アリールオキシド、および塩化物、ならびに前述のものの混合物が挙げられる。非常に好ましい有機マグネシウム化合物は、ハロゲンを含まない有機マグネシウム化合物である。
不均一プロ触媒の塩化マグネシウム成分の調製に用いられ得る塩化物源には、有機塩化物および塩化水素を含む、金属塩化物および非金属塩化物が含まれる。金属塩化物の例は、MRy-aClによる式を有し、式中、Mは、元素周期表の第13、14、または15族の金属であり、Rは、一価の有機ラジカルであり、下付き文字yは、Mの原子価に等しい値を有し、下付き文字aは、1~yの値を有する。
様々な実施形態では、塩化マグネシウム成分は、炭化水素可溶性マグネシウム前駆体の溶液の塩素化によって作製されて、マグネシウム前駆体溶液を作製するために使用されるのと同じ炭化水素溶媒中でMgClスラリーをもたらす。
1つ以上の実施形態では、不均一プロ触媒は、最初に塩化マグネシウム成分(MgCl成分)を調製することによって調製され得る。MgCl成分は、有機マグネシウム化合物または有機マグネシウム化合物を含む錯体を選択すること、および有機マグネシウム化合物を塩化化合物と反応させてMgCl成分を作製することによって調製され得る。有機マグネシウム化合物および/または有機マグネシウム錯体の例としては、マグネシウムC-Cアルキルおよびアリール、マグネシウムアルコキシドおよびアリールオキシド、カルボキシル化マグネシウムアルコキシド、ならびにカルボキシル化マグネシウムアリールオキシド、またはこれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、有機マグネシウム化合物は、マグネシウムC-Cアルキル、マグネシウムC-Cアルコキシド、またはこれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、有機マグネシウム化合物は、ブチルエチルマグネシウムであり得る。
塩化マグネシウム成分を調製するために、有機マグネシウム化合物は、炭化水素希釈剤中に分散され得る。炭化水素希釈剤中の有機マグネシウム化合物の濃度は、金属または非金属の塩化化合物と有機マグネシウム化合物を組み合わせる場合、得られるスラリーが0.05mol/L~10mol/Lのマグネシウムの濃度を含み得るのに十分であり得る。炭化水素希釈剤中に分散された有機マグネシウム化合物のスラリーを塩化物と接触させて、MgClを生成し得る。塩化化合物は、金属または非金属の塩化物であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、塩化化合物は、塩酸塩ガスであり得る。いくつかの実施形態では、有機マグネシウム化合物のスラリーおよび塩化化合物は、-25℃~100℃、または0℃~50℃の温度で接触させられ得る。いくつかの実施形態では、有機マグネシウム化合物および金属または非金属塩化物のスラリーは、1時間~12時間、または4時間~6時間の時間にわたって接触させられ得る。
金属または非金属塩化物の有機マゲシウム(organomagesium)化合物との反応は、炭化水素希釈剤中に分散されたMgCl粒子を含むMgClスラリーであり得る、MgCl成分を生成し得る。いくつかの実施形態では、MgClスラリーは、0.05mol/L~10.0mol/L、または0.2mol/L~1.0mol/L、または0.1mol/L~0.3mol/LのMgClの濃度を有し得る。
実施形態では、不均一プロ触媒を生成するためのプロセスは、炭化水素溶媒中でMgClスラリーを調製することを含む。プロセスは、アルミニウム種をMgClスラリーに混合することをさらに含む。アルミニウム種とMgClスラリーとの混合物を加熱し、次いで、チタン種をアルミニウム種とMgClスラリーとの混合物に添加し、これを加熱および攪拌し、次いで炭化水素溶媒中で洗浄して、不均一プロ触媒を形成する。
1つ以上の実施形態では、塩化マグネシウム成分または不均一プロ触媒を調製する場合、炭化水素溶媒は、非ハロゲン化(C-C30)アルキルまたは非ハロゲン化(C-C30)シクロアルキル溶媒から選択され得る。いくつかの実施形態では、炭化水素溶媒は、イソパラフィン系溶媒を含み得る。イソパラフィン系溶媒の例としては、ExxonMobileから入手可能なISOPAR(商標)合成パラフィン系溶媒(例えば、ISOPAR(商標)Eパラフィン系溶媒)、およびShell Chemicals製の特殊沸点(SBP)溶媒(例えば、SBP 100/140高純度脱芳香族化炭化水素溶媒)を挙げることができるが、これらに限定されない。炭化水素溶媒の他の例としては、イソブテン、ペンタン、イソペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、2-メチルペンタン、3-メチルペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン、ヘプタン、2-メチルヘキサン、3-メチルヘキサン、オクタン、2,2,4-トリメチルペンタン、テトラデカン、およびこれらの組み合わせが挙げられ得る。
触媒系の1つ以上の実施形態では、不均一プロ触媒は、非担持バルク触媒である。いくつかの実施形態では、不均一プロ触媒は、制御されていない形態を有する不均一プロ触媒粒子を含む。
触媒系のいくつかの実施形態では、不均一プロ触媒は、0.1ミクロン~10ミクロンの平均粒子径を有する粒子を含む。1つ以上の実施形態では、平均粒子径は、8ミクロン以下であるか、または6ミクロン以下である。様々な実施形態では、不均一プロ触媒は、不均一プロ触媒粒子を含み、この粒子の10%以上は、1ミクロン以下の粒子径を有する。いくつかの実施形態では、粒子の20%以上、30%以上、または40%以上は、1ミクロン以下の粒子径を有する。
触媒系の実施形態では、水素化プロ触媒は、式CpTiXを有する。式CpTiXにおいて、各Cpは、少なくとも1つのRで置換されたシクロペンタジエニルであり、Rは、(C-C10)アルキルであり、各Xは、独立して、モノアニオン性または中性であり、各Xは、独立して、(C-C40)炭化水素、(C-C40)ヘテロ炭化水素、(C-C40)ヒドロカルビル、(C-C40)ヘテロヒドロカルビル、またはハロゲン原子である。1つ以上の実施形態では、各Cpは、メチル、エチル、プロピル、2-プロピル、n-ブチル、tert-ブチル、イソ-ブチル、n-ペンチル、n-ヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、2-エチルヘキシル、tert-オクチル、n-ノニル、またはn-デシルから選択される少なくとも1つのRで置換される。1つ以上の実施形態では、水素化プロ触媒は、エチル化-CpTiCl、ブチル化-CpTiCl、およびエチル化-CpTiClから選択される。
1つ以上の実施形態では、水素化プロ触媒は、ビス(メチルシクロペンタジエニル)チタンクロリド、ビス(エチルシクロペンタジエニル)チタンクロリド、ビス(ブチルシクロペンタジエニル)チタンクロリドから選択される。
触媒系の実施形態では、水素化プロ触媒の各Xは、共有結合、配位結合、またはイオン結合を介してMと結合する。いくつかの実施形態では、各Xは、同一である。金属-配位子錯体は、6つ以下の金属-配位子結合を有し、全体として電荷中性であり得るか、または金属中心と関連する陽性電荷を有し得る。いくつかの実施形態では、触媒系は、式(I)による金属-配位子錯体を含み、式中、Mは、ジルコニウムまたはハフニウムであり、各Xは、独立して、(C-C20)アルキル、(C-C20)ヘテロアルキル、(C-C20)アリール、(C-C20)ヘテロアリール、(C-C12)ジエン、またはハロゲンから選択される。1つ以上の実施形態では、各Xは、独立して、ベンジル、フェニル、またはクロロである。
いくつかの実施形態では、単座配位子は、モノアニオン性配位子であり得る。モノアニオン性配位子は、-1の正味の形式酸化状態を有する。各モノアニオン性配位子は、独立して、ヒドリド、(C-C40)ヒドロカルビルカルバニオン、(C-C40)ヘテロヒドロカルビルカルバニオン、ハライド、ニトレート、カルボネート、ホスフェート、スルフェート、HC(O)O、HC(O)N(H)、(C-C40)ヒドロカルビルC(O)O、(C-C40)ヒドロカルビルC(O)N((C-C20)ヒドロカルビル)、(C-C40)ヒドロカルビルC(O)N(H)、R、R、R、R、R、またはRSiであり得、式中、各R、R、およびRは、独立して、水素、(C-C40)ヒドロカルビル、もしくは(C-C40)ヘテロヒドロカルビルであるか、または、RおよびRは、一緒になって、(C-C40)ヒドロカルビレンもしくは(C-C20)ヘテロヒドロカルビレンを形成し、Rは、上記に定義したとおりである。
他の実施形態では、少なくとも1つの単座配位子Xは、任意の他の配位子Xとは独立して、中性配位子であり得る。特定の実施形態では、中性配位子は、RNR、ROR、RSR、またはRPRなどの中性ルイス塩基基であり、式中、各Rは、独立して、水素、[(C-C10)ヒドロカルビル]Si(C-C10)ヒドロカルビル、(C-C40)ヒドロカルビル、[(C-C10)ヒドロカルビル]Si、または(C-C40)ヘテロヒドロカルビルであり、各RおよびRは、独立して、以前に定義したとおりである。
加えて、各Xは、任意の他の配位子Xとは独立して、ハロゲン、非置換(C-C20)ヒドロカルビル、非置換(C-C20)ヒドロカルビルC(O)O-、またはRN-である、単座配位子であり得、式中、RおよびRの各々は、独立して、非置換(C-C20)ヒドロカルビルである。いくつかの実施形態では、各単座配位子Xは、塩素原子、(C-C10)ヒドロカルビル(例えば、(C-C)アルキルもしくはベンジル)、非置換(C-C10)ヒドロカルビルC(O)O-、またはRN-であり、式中、RおよびRの各々は、独立して、非置換(C-C10)ヒドロカルビルである。1つ以上の実施形態では、Xは、ベンジル、クロロ、-CHSiMe、またはフェニルである。
さらなる実施形態では、各Xは、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル、1-ブチル、2,2-ジメチルプロピル、トリメチルシリルメチル、フェニル、ベンジル、またはクロロから選択される。いくつかの実施形態では、各Xは、同じである。他の実施形態では、少なくとも2つのXは、互いに異なる。少なくとも2つのXが少なくとも1つのXとは異なる実施形態では、Xは、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル、1-ブチル、2,2,-ジメチルプロピル、トリメチルシリルメチル、フェニル、ベンジル、およびクロロとは異なる。さらなる実施形態では、二座配位子は、2,2-ジメチル-2-シラプロパン-l,3-ジイルまたは1,3-ブタジエンである。
いくつかの実施形態では、式CpTiXにおいて、各Xは、置換ベンジルまたは置換ヘテロアリールベンジルである。他の実施形態では、Xは、以下からなる群から選択される。
触媒系の様々な実施形態では、触媒系は、電子供与体を含む。1つ以上の実施形態では、電子供与体は、VOXまたはVO(ORから選択されるバナジウム化合物であり、式中、各Xは、独立して、ハロゲン原子または(C-C40)ヘテロヒドロカルビルアニオンであり、Rは、(C-C20)ヒドロカルビルまたは-C(O)R11であり、R11は、(C-C30)ヒドロカルビルである。
助触媒成分
いくつかの実施形態では、触媒系は、助触媒をさらに含み得る。本開示による不均一プロ触媒は、助触媒と組み合わされて、チーグラー・ナッタ触媒を形成し得る。不均一プロ触媒を含むチーグラー・ナッタ触媒は、オレフィン重合反応のチーグラー・ナッタ型プロ触媒を活性化するための当該技術分野で既知の任意の技術によって、触媒的に活性にされ得る。限定することを意図するものではないが、一例では、不均一プロ触媒は、プロ触媒を活性化助触媒に接触させるか、またはプロ触媒を活性化助触媒と組み合わせることによって、触媒的に活性にされ得る。本明細書での使用に好適な活性化助触媒には、ポリマーまたはオリゴマーのアルモキサン(アルミノキサンとしても既知)を含む、アルキルアルミニウムが含まれる。また、前述の活性化助触媒のうちの1つ以上の組み合わせも企図される。「アルキルアルミニウム」という用語は、モノアルキルアルミニウムジヒドリドもしくはモノアルキルアルミニウムジハライド、ジアルキルアルミニウムヒドリドもしくはジアルキルアルミニウムハライド、またはトリアルキルアルミニウムを意味する。ポリマーまたはオリゴマーのアルモキサンの例としては、メチルアルモキサン、トリイソブチルアルミニウムで修飾されたメチルアルモキサン、およびイソブチルアルモキサンを挙げることができる。いくつかの実施形態では、助触媒は、アルミニウムのアルキル、アルミニウムのハロアルキル、ハロゲン化アルキルアルミニウム、およびこれらの混合物から選択され得る。いくつかの実施形態では、助触媒は、トリエチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、トリ-n-ブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ-n-ヘキシルアルミニウム、トリ-n-オクチルアルミニウム、ジエチルアルミニウムクロリド、MAO、MMAO、ジエチルアルミニウムエトキシド、およびこれらの混合物から選択され得る。
触媒系の調製
1つ以上の実施形態では、触媒系は、不均一プロ触媒、水素化プロ触媒、および任意選択的に助触媒を炭化水素溶媒中で混合することによって調製される。次いで、触媒系は、重合プロセスに使用され得る。
いくつかの実施形態では、触媒系は、不均一プロ触媒、水素化プロ触媒、および助触媒の各々を、別個の供給ラインを介して反応器に供給し、不均一系プロ触媒、水素化プロ触媒、および助触媒のうちの少なくとも2つを、第3の成分を反応器に添加する前に、周囲温度で0.5分間~60分間混合させることによって調製される。
他の実施形態では、触媒系は、不均一プロ触媒、水素化プロ触媒、および助触媒の各々を、別個の供給ラインを介して反応器に供給し、触媒系を、第3の成分を反応器に添加する前に、周囲温度で0.5分間~60分間混合させることによって調製される。
本開示のいくつかの実施形態は、重合プロセスを含む。ポリオレフィンポリマーを生成するための重合プロセスは、本開示の触媒系の存在下で、溶液中の1つ以上のα-オレフィンモノマーを反応させることを含み、触媒系は、以前に開示されたような不均一プロ触媒および水素化プロ触媒を含む。
重合プロセスの1つ以上の実施形態では、1つ以上のα-オレフィンは、(C-C12)α-オレフィンであり得る。いくつかの実施形態では、単一の種類のオレフィン、エチレンのみが、重合プロセス中に存在する。いくつかの実施形態では、2つ以上の(C-C12)α-オレフィンモノマーが、重合プロセスに組み込まれ得る。様々な実施形態では、(C-C12)α-オレフィンコモノマーには、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセン、および4-メチル-l-ペンテンが含まれるが、それらに限定されない。例えば、1つ以上のα-オレフィンコモノマーは、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセン、および1-オクテンからなる群から、または1-ヘキセンおよび1-オクテンからなる群から選択され得る。
重合プロセスの1つ以上の実施形態では、(C-C12)α-オレフィンを、150℃~350℃の反応温度で、反応器内の溶液中で反応させる。
重合プロセスの例としては、1つ以上の従来の反応器、例えば、ループ反応器、等温反応器、攪拌槽反応器、バッチ式反応器などを並列、直列、またはそれらの任意の組み合わせで使用する溶液重合プロセスが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、重合プロセスは、二重反応器系、例えば、二重ループ反応器系における溶液重合を含み得、ここで、エチレン、および任意選択的に1つ以上のα-オレフィンは、本明細書に記載の触媒系、および任意選択的に1つ以上の助触媒の存在下で重合される。本明細書に記載の触媒系は、任意選択的に1つ以上の他の触媒との組み合わせで、第1の反応器または第2の反応器に存在し得る。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、二重反応器系、例えば二重ループ反応器系における溶液重合によって生成され得、ここで、エチレン、および任意選択的に1つ以上のα-オレフィンは、本明細書に記載の触媒系の存在下で、両方の反応器において重合される。
別の実施形態では、重合プロセスは、単一の反応器系、例えば、単一のループ反応器系または単一の攪拌槽反応器系における溶液重合を含み得、ここで、エチレン、および任意選択的に1つ以上のα-オレフィンは、本開示内に記載の触媒系、任意選択的に先行する段落に記載の1つ以上の助触媒の存在下で、任意選択的に1つ以上の他の触媒との組み合わせで重合される。
試験方法
MgCl担体の比表面積を、ブルナウアー、エメット、テラー(BET)表面積法によって測定する。Micromeritics製のTristar 3020表面積分析器を使用する。30mLの量のMgClのスラリーを濾過して、溶媒を除去し、次いで、30mLのヘキサン中に再スラリー化する。結果として得られたスラリーを、不活性雰囲気下で再度濾過し、追加のヘキサンで洗浄する。このプロセスを1回繰り返して、MgClの濾過ケーキを得る。残留溶媒を、真空下で濾過ケーキから除去する。Micromeritics製のVac Prep 061上で、0.5インチ(1.27cm)の試料管および不活性試料保護のために設計されたTransealストッパを使用して、0.2gの真空乾燥したMgClの試料をTransealストッパを用いて不活性雰囲気下で管に装填することにより、濾過ケーキをさらに乾燥させる。試料管を、窒素パージによりVac Prep 061ユニットに接続する。試料管を、Transealストッパを開くことにより真空処理し、真空にした管を、アルミニウム管プロテクター付きの加熱ブロックに配置する。試料を、Vac Prep 061ユニットの真空下で、110℃で3時間乾燥させる。その後、窒素を試料管に導入する。試料管をVac Prep 061ユニットから外す前に、乾燥した試料を室温に冷却させて、完全に乾燥した試料を得る。不活性雰囲気下で、0.1500g~0.2000gの完全に乾燥した試料を、チューブフィラーロッド付きの清浄な試料管に移す。次いで、試料管をTransealストッパを用いて密封し、表面積測定のためにTristar 3020機器に接続する。データの取得には、QUICKSTART法を使用する。
メルトインデックス(MI)またはIを、ASTM D 1238-10、条件190℃/2.16kg、手順Bに従って測定し、10分当たりの溶出グラム数(g/10分)で報告する。I10を、ASTM D 1238-10、条件190℃/10kg、手順Bに従って測定し、10分当たりの溶出グラム数(g/10分)で報告する。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法
重量平均分子量試験方法:高温ゲル浸透クロマトグラフィー機器(HTGPC、Polymer Laboratories)で得られたクロマトグラムを使用して、M、数平均分子量(M)、およびM/Mを決定する。HTGPCは、移送ライン、示差屈折率検出器(DRI)、および3つのPolymer Laboratories PLgel 10μm Mixed-Bカラムを備え、それらすべてを、160℃に維持したオーブンに収容する。方法は、BHT処理したTCBで構成される溶媒を、1分当たり1.0ミリリットル(mL/分)の基準流量および300マイクロリットル(μL)の基準注入体積で使用する。6グラムのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT、抗酸化剤)を、4リットル(L)の試薬グレードの1,2,4-トリクロロベンゼン(TCB)中に溶解し、得られた溶液を、0.1マイクロメートル(μm)のテフロンフィルターを通して濾過して、溶媒を得ることによって、溶媒を調製する。溶媒がHTGPC機器に入る前に、直列の脱ガス装置を用いて溶媒を脱気する。一連の単分散ポリスチレン(PS)標準を用いてカラムを較正する。別個に、既知の体積の溶媒中の既知の量の試験ポリマーを、160℃で2時間、連続的に振とうしながら加熱して、溶液を得ることによって、溶媒中に溶解させた既知の濃度の試験ポリマーを調製する。すべての量を、重量測定法で測定する。試験ポリマーの溶液濃度cは、1ミリリットルの溶液当たり0.5~2.0ミリグラムのポリマー(mg/mL)を目標とし、高分子量ポリマーには、低濃度のcを使用する。各試料を実行する前に、DRI検出器をパージする。装置内の流量を1.0mL/分に増加させ、最初の試料を注入する前に、DRI検出器を8時間安定させる。カラム較正でのユニバーサル較正関係を使用して、MおよびMを計算する。等式1(等式1)を用いて、各溶出体積でのMWを計算する。
等式1において、下付き文字「X」は、試験試料を表し、下付き文字「PS」は、PS標準を表し、aPS=0.67であり、KPS=0.000175であり、aおよびKは、公開された文献から得られる。ポリエチレンの場合、a/K=0.695/0.000579である。ポリプロピレンの場合、a/K=0.705/0.0002288である。得られたクロマトグラムの各時点で、等式2(等式2)を使用して、ベースラインを差し引いたDRIシグナルIDRIから濃度cを計算する。
c=KDRIDRI/(dn/dc) (等式2)
等式2において、KDRIは、DRIを較正することによって決定される定数であり、「/」は、除算を示し、dn/dcは、ポリマーの屈折率増分である。ポリエチレンの場合、dn/dc=0.109である。溶出体積に対する濃度クロマトグラフィーのクロマトグラムの積分面積と、所定の濃度に注入ループ体積を掛けたものに等しい注入質量との比率から、ポリマーの質量回収率を計算する。特に明記しない限り、すべての分子量を1モル当たりのグラム数(g/mol)で報告する。Mw、Mn、MWDを決定する方法に関するさらなる詳細は、US2006/0173123の24~25頁、段落番号[0334]~[0341]に記載されている。y軸上のdW/dLog(MW)をx軸上のLog(MW)に対してプロットして、GPCクロマトグラムを得る(Log(MW)およびdW/dLog(MW)は、上記で定義したとおりである)。
HDF(高密度画分、またはWt3)およびコポリマー(Wt2)の測定。改善されたコモノマー含有量分布(iCCD)分析を、IR-5検出器(PolymerChar、Spain)および二角光散乱検出器モデル2040(Precision Detectors、現在はAgilent Technologies)を備える結晶化溶出分画機器(CEF)(PolymerChar、Spain)を用いて実施する。10cm(長さ)×1/4インチ(ID)(0.635cm ID)のステンレス中の20~27ミクロンのガラス(MoSCi Corporation、USA)を充填されたガードカラムを、検出器オーブン内のIR-5検出器の前に取り付ける。オルト-ジクロロベンゼン(ODCB、99%の無水グレードまたはテクニカルグレード)を使用する。EMD Chemicals製のシリカゲル40(粒子径0.2~0.5mm、カタログ番号10181-3)を入手する(かつ、使用前にODCB溶媒を乾燥させるために使用し得る)。CEF機器は、Nパージ能力を有するオートサンプラーを備える。ODCBを、使用前に1時間、乾燥窒素(N)でスパージする。試料調製を、160℃で1時間振とうしながら、オートサンプラーを(特に指定のない限り)4mg/mLで用いて行った。注入体積は、300μLである。iCCDの温度プロファイルは、105℃~30℃、3℃/分での結晶化、30℃で2分間の熱平衡(2分に設定した可溶性画分溶出時間を含む)、30℃~140℃、3℃/分での溶出であった。結晶化中の流量は、0.0ml/分である。溶出中の流量は、0.50ml/分である。データは、1つのデータポイント/秒で収集した。
iCCDカラムに、15cm(長さ)×1/4(ID)(0.635cm)のステンレス管中の金でコーティングされたニッケル粒子(Bright 7GNM8-NiS、Nippon Chemical Industrial Co.)を充填する。カラムは、参考文献(Cong,R.;Parrott,A.;Hollis,C.;Cheatham,M.WO2017/040127(A1))に呈示の方法に従うスラリー法を用いて、充填および調整する。TCBスラリー充填の最終圧力は、150バールであった。
カラム温度を、ODCB中の標準物質線形ホモポリマーポリエチレン(コモノマー含有量がゼロ、メルトインデックス(I)が1.0、多分散度M/Mが従来のゲル浸透クロマトグラフィーで約2.6、1.0mg/mL)およびエイコサン(2mg/mL)の混合物によって較正する。iCCD温度較正は、4つの工程:(1)エイコサンの測定されたピーク溶出温度から30.00℃を差し引いた温度オフセットとして定義される、遅延体積を計算する工程、(2)iCCD温度の生データから溶出温度の温度オフセットを差し引く工程。(この温度オフセットは、溶出温度、溶出流量などの実験条件の関数であることに留意する)、(3)線形ホモポリマーポリエチレン標準物質が101.0℃でピーク温度を有し、エイコサンが30.0℃のピーク温度を有するように、30.00℃~140.00℃の範囲にわたる溶出温度を変換する線形較正直線を作成する工程、(4)30℃で等温的に測定された可溶性画分について、参考文献(Cerk and Cong et al.,US9,688,795)に従って3℃/分の溶出加熱速度を使用することによって、30.0℃未満の溶出温度を直線的に外挿する工程を含む。
iCCDのコモノマー含有量対溶出温度を、12の標準物質(エチレンホモポリマーおよびシングルサイトメタロセン触媒で作製されたエチレン-オクテンランダムコポリマー、35,000~128,000の範囲のエチレン当量の重量平均分子量を有する)を使用することによって構築した。これらの標準物質はすべて、4mg/mLで以前に指定したものと同じ方式で分析した。線形回帰を使用したオクテンモル%の関数としての報告された溶出ピーク温度のモデリングにより、等式3(等式3)のモデルを得、式中、Rは、0.978である。
樹脂全体について、23.0℃~115℃の範囲の溶出温度(温度較正は、上記に指定される)ですべてのクロマトグラムを積分するように、積分ウィンドウを設定する。樹脂の高密度画分(HDF、またはWt3)の重量パーセントを、以下の等式4(等式4)によって定義する。
樹脂のコポリマー(Wt2)の重量パーセントを、以下の等式5(等式5)によって定義する。
樹脂のパージ分率(PF、またはWt1)の重量パーセントを、以下の等式6(等式6)によって定義する。
MW1、MW2、およびMW3は、それぞれWt1(パージ分率)、Wt2(コポリマー)、およびWt3(HDF)の平均分子量である。Tp1、Tp2、およびTp3は、それぞれWt1、Wt2、およびWt3のiCCDプロットにおけるピーク温度を指す。
触媒効率触媒効率を、ハロゲン化マグネシウム担持チタンプロ触媒中のTi 1グラム当たりの重合中に消費されるエチレンの量(gエチレン/g Ti)に基づいて、計算する。Tiのグラム数とは、プロ触媒中のチタン種に寄与されるTiのグラム数を指し、電子供与体化合物(金属-配位子錯体)またはアルキル化チタノセン水素化プロ触媒に寄与されるTiを含まない。
溶液バッチ反応器共重合試験方法。バッチ反応器に、指定された量の1-オクテンおよびIsopar Eを充填し、1-オクテンおよびIsopar Eの総量は、1580gである。反応器の内容物を190℃に加熱し、次いで、40mmolの水素分子(H)の存在下で、エチレンで飽和させる。プロ触媒(例えば、液体中のPCAT-1(例えば、(C1))、助触媒トリエチルアルミニウム(TEA)、およびアルキル化CpTiCl溶液(例えば、E1)、ならびに必要に応じて外部供与体の懸濁液を、別個のフラスコ中で混合し、得られた混合物を、バッチ反応器に直ちに注入する。プロ触媒中のTEA対Tiのモル比を、すべてのバッチ反応器の実行において10に保持する。プロ触媒の量を調整して、約25g~100gのポリマーを生成する。反応器内の圧力を、エチレン流で3100キロパスカル(kPa、1平方インチ当たり(psi)450ポンドに等しい)に維持して、その重合中のエチレン消費に起因する圧力降下を補償する。10分間の反応時間の後、底部バルブを開き、反応器の内容物をガラス製ケトルに移す。ケトルの内容物を、マイラーで裏打ちされたトレイ上に注ぎ、冷却させ、ドラフト内に一晩放置して、大部分の液体を蒸発させる。残りの樹脂を真空オーブン中で乾燥させて、生成物ポリ(エチレン-コ-1-オクテン)コポリマーを得る。VO(OPr)/TiおよびCpTiCl/Tiなどのモル比におけるTiは、電子供与体化合物(金属-配位子錯体)およびアルキル化チタノセン水素化プロ触媒由来のTiを含まない、プロ触媒中のTiを指す。
連続溶液反応器共重合試験方法。
連続溶液重合プロセスは、断熱性の連続攪拌槽反応器(CSTR)を含む。反応器は、すべての溶媒、モノマー、コモノマー、水素、および触媒系成分供給物の独立制御を含んだ。溶媒、モノマー、コモノマー、および水素を含む、反応器への総供給流は、総供給流を反応器に導入する前に、総供給流を熱交換器に通すことによって温度制御する。反応器への総供給流は、1か所で反応器に注入する。触媒系成分を、他の供給物とは別個に重合反応器に注入する。反応器内の攪拌機を使用して、反応物を連続的に混合する。油浴により、反応器温度制御の追加の微調整を提供する。
エチレンモノマー、1-オクテンコモノマー、およびプロセス溶媒(Shell Chemicals製のSBP100/140)を、反応器に導入する前にモレキュラーシーブを用いて精製する。モノマー、溶媒、およびコモノマーの供給流を、反応圧力よりも高い圧力に加圧する。モノマー流、コモノマー流、溶媒流、および水素流を組み合わせ、次いで反応器に導入する。触媒系の個々の成分を、精製された溶媒/希釈剤を用いて手動でバッチ式に希釈し、反応圧力よりも高い圧力に加圧した。プロ触媒(PCAT)、助触媒、電子供与体(使用する場合)、およびアルキル化CpTiCl水素化プロ触媒(使用する場合)の供給ラインを単一のラインに統合し、成分を、反応器に入れる前に約2分間、互いに混合する。すべての反応供給流は、質量流量計で測定し、計量ポンプで独立して制御する。
水の添加および水との反応により触媒系を不活性化させるゾーンに、最終反応器流出物を送る。触媒の不活性化に続いて、エチレン系ポリマーが非ポリマー流(例えば、過剰のモノマーまたはコモノマー、溶媒、触媒など)から除去される二段階脱揮発系に、反応器流出物を送る。非ポリマー流を系から除去し、単離されたポリマー溶融物をペレット化して収集する。
以下の実施例は、本開示に記載された実施形態を説明するために提供され、本開示またはその添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
プロ触媒の調製
化合物(C1)。Exxon Mobil Corporationから入手し、114℃~139℃の沸騰範囲を有する、99.75重量%超~99.9重量%のナフサ(石油)、軽質アルキレート、CAS 64741-66-8、および0.1重量%~0.25重量%未満のイソオクタンCAS 540-54-1(イソアルカン混合物)を含有するIsopar E流体。
微粒子状MgCl(D1)。375m/g~425m/gのBET表面積を有する固体微粒子状MgCl。ヘプタン中のブチルエチルマグネシウムの20重量%溶液を、測定された量の(C1)中に希釈して、希釈溶液を得、温度を30℃±3℃に維持しながら、Cl対Mgのモル比が2.04:1.00に達するまで、30℃で攪拌しながら、塩化水素(HCl)を希釈溶液にゆっくり添加して、(C1)中の(D1)の0.20M懸濁液を得ることによって調製した生成物。
不均一プロ触媒(「PCAT」)の調製
ヘプタン中の15重量%の二塩化エチルアルミニウム(EADC)の溶液を、EADC/Mg比が0.3に達するまで、攪拌しながら30℃で前述のMgCl微粒子状スラリー(D1)にゆっくりと添加する。添加中、反応混合物の温度を30±3℃に維持する。混合物を、30℃で4時間エージングさせる。続いて、ヘプタン中の51重量%のチタン(IV)イソプロポキシドの溶液を、Ti/Mg比が0.075に達するまで、攪拌しながら30℃で混合物にゆっくりと添加する。添加中、反応混合物の温度を30±3℃に維持する。混合物を、30℃で少なくとも8時間エージングさせる。触媒配合の正確さを確実にするために、すすぎには、Isopar E溶媒(C1)を使用する。完成したプロ触媒の最終Ti濃度は、0.12Mである。
修飾された不均一プロ触媒の調製
修飾されたプロ触媒-1(「MPCAT-1」)。PCAT-1の0.12M溶液20.0mLを、2オンスのボトルに移した。PCAT-1溶液に、Isopar E(C1)中の0.25MのVO(OnPr)の溶液1.04mLを、攪拌しながら添加した。混合物を60分間攪拌した後、3.90mLのエチル化CpTiCl(E1)を、攪拌しながらゆっくりと添加した。完成した触媒のモル比、Ti(PCAT-1):VO(OPr):CpTiClは、1:1:3であった。修飾されたプロ触媒を、重合プロセスで使用する前に少なくとも24時間エージングさせた。
修飾されたプロ触媒-2(「MPCAT-2」)。PCAT-1の0.12M溶液20.0mLを、2オンスのボトルに移した。PCAT-1溶液に、Isopar E(C1)中の0.25MのVO(OPr)の溶液1.56mLを、攪拌しながらゆっくりと添加した。混合物を60分間攪拌した後、1.30mLのエチル化CpTiCl(E1)を、攪拌しながらゆっくりと添加した。完成した触媒のモル比、Ti(PCAT-1):VO(OPr):CpTiClは、1:1.5:1であった。修飾されたプロ触媒を、重合プロセスで使用する前に少なくとも24時間エージングさせた。
修飾されたプロ触媒-3(「MPCAT-3」)。PCAT-1の0.12M溶液800mLを、1Lのボトルに移した。PCAT-1溶液に、Isopar E(C1)中の0.5MのVO(OPr)の溶液20.8mLを、攪拌しながら添加した。完成した触媒のモル比は、Ti(PCAT-1):VO(OPr)=1:1であった。修飾されたプロ触媒を、重合プロセスで使用する前に少なくとも24時間エージングさせた。
修飾されたプロ触媒-4(「MPCAT-4」)。PCAT-1の0.12M溶液800mLを、1Lのボトルに移した。PCAT-1溶液に、Isopar E(C1)中の1.0MのTi(OPr)の溶液15.6mLを、攪拌しながらゆっくりと添加した。完成した触媒のモル比は、Ti(PCAT-1):Ti(OPr)=1:1.5である。修飾されたプロ触媒を、重合プロセスで使用する前に少なくとも24時間エージングさせた。
水素化プロ触媒の調製
実施例1:ビス(エチルシクロペンタジエニル)チタンクロリド(E1)。1.000gのCpTiClおよび攪拌棒を、2オンスのボトル内に配置する。ヘプタン中の1.0Mのトリエチルアルミニウム(TEA)の溶液20.1mLを、攪拌しながら約10分間にわたってゆっくりと添加する。固体であるCpTiClは可溶性になり、青色の溶液を形成する。
(1)ポリマー分子量(Mw)とH量との関係、(2)Mw/MnとMwとの関係、および(3)Mz/MwとMwとの関係を確立するために、異なる量のHの存在下でエチレンを重合し、得られたポリマーおよび触媒系の特性を表1~4に記録した。
表1に記録した結果は、以下の反応条件で得た:エチレン450psi、250gの1-オクテン、トレイチルアルミニウム(treithylalumnium)助触媒、190℃、1350gのISOPAR-E、実行時間10分。
表1の結果は、外部電子供与体または水素化プロ触媒の量が増加するにつれて、得られるポリマーの分子量も増加することを示す。例えば、実行CE4の触媒系は、3:1のモル比のCpTiCl/Tiを有する水素化プロ触媒を含み、水素化プロ触媒を欠くCE1の触媒系によって生成されたポリマーよりも34%大きい分子量を有するポリマーを生成した。第2の実施例として、実行CE7の触媒系は、電子供与体VO(OPr)を含み、実行CE1で生成されたポリマーよりも16%大きい分子量を有するポリマーを生成した。
表2、4、および8には、改善されたコモノマー含有量分布(iCCD)の結果を記録する。前述したように、Wt1は、ポリマーのパージ分率の重量パーセントであり、等式6に示すように、23℃~35℃の溶出ウィンドウの積分面積を23℃~115℃の溶出ウィンドウ全体の面積で割ったものとして定義する。Wt2は、ポリマーのコポリマー画分の重量パーセントであり、等式5に示すように、35℃~95℃の溶出ウィンドウの積分面積を23℃~115℃の溶出ウィンドウ全体の面積で割ったものとして定義する。Wt3は、ポリマーの高密度画分の重量パーセントであり、等式4に示すように、23℃~25℃の溶出ウィンドウの積分面積を95℃~115℃の溶出ウィンドウ全体の面積で割ったものとして定義する。
実行CE5、CE6、およびCE7にわたって、不均一プロ触媒中の電子供与体対Tiのモル比が増加した。モル比が増加するにつれて、コポリマー含有量(Wt2)が減少、かつHDF(Wt3)が増加し、これにより、CE5、CE6、およびCE7のより大きなWt3/Wt2比がもたらされた。HDF(Wt3)は、コポリマー含有量(Wt2)よりも大きい分子量を有する。したがって、Wt3/Wt2比の増加は、生成されるポリマーの全体的な分子量の増加に有意に寄与する。
実行CE2およびCE4では、触媒系は、アルキル化CpTiCl水素化プロ触媒を含有し、電子供与体を欠いた。触媒系CE2およびCE4によって生成されたポリマーのHDF(Wt3)およびコポリマー含有量(Wt2)は、水素化プロ触媒なしでCE1の触媒系によって生成されたポリマーのHDF(Wt3)およびコポリマー含有量(Wt2)とほぼ同一であった。したがって、水素化プロ触媒は、ポリマーのHDFおよびコモノマー含有量に影響を与えなかったと考えられる。
表3および4に記録した結果は、以下の反応条件で得た:エチレン450psi、250gの1-オクテン、トリエチルアルミニウム助触媒、190℃、1350gのISOPAR-E、実行時間10分。
表3では、Mw(計算値)を、以下の3つの値:(1)Mw(0)、(2)同一の比率の電子供与体対Tiを有する実行について表1に報告されているMw/Mw(0)比、および(3)同一の比率の水素化プロ触媒対Tiを有する実行について表1に報告されているMw/Mw(0)比を乗算することによって計算する。すべての計算の値Mw(0)は、104,182g/molであり、すなわち、電子供与体なしで、かつ水素化プロ触媒なしで実行CE1の触媒系によって生成されたポリマーの分子量である。計算例として、IE4の触媒系は1:1のモル比のVO(OPr)/Tiおよび2:1のモル比のCpTiCl/Tiを有した。したがって、表1の対応する実行は、VO(OPr)/Ti比に関してはCE6であり、CpTiCl/Ti比に関してはCE3である。したがって、IE4のMw(計算値)は、Mw(0)×実行CE6のMw/Mw(0)×実行CE3のMw/Mw(0)に等しく、すなわち、104,182g/mol×1.15×1.17=139,568g/molである。
水素化プロ触媒および外部電子供与体は、高温溶液重合条件下でさえ、生成されたポリマーの分子量を増加させるそれらの能力に関して互いに干渉しなかった。不均一プロ触媒、水素化プロ触媒、および電子供与体を有する触媒系によって生成されたポリマーの分子量は、電子供与体または水素化プロ触媒を欠いた比較触媒系で生成されたポリマーと比較した場合よりも実質的に大きい。
表5に記録した結果は、以下の反応条件で得た:エチレン450psi、25gの1-オクテン、トリエチルアルミニウム助触媒、190℃、1350gのISOPAR-E、実行時間10分。
前述したように、不均一プロ触媒と電子供与体の組み合わせであるバナジウム化合物は、生成されたポリマーのHDF(Wt3)を増加させる。生成されたポリマー中のコモノマーの量も、分子量に影響を与え得る。表5の結果を得るための反応条件は、少量の低1-オクテンを含んだ。結果は、表1の結果に観察されるように、重合条件でのオクテンの減少が傾向に影響を与えなかったことを示した。
表6に記録した結果は、以下の反応条件で得た:エチレン450psi、250gの1-オクテン、トリエチルアルミニウム助触媒、190℃、1350gのISOPAR-E、実行時間10分。
水素化プロ触媒および電子供与体を不均一プロ触媒に添加することにより、以下:不均一プロ触媒および水素化プロ触媒、または不均一プロ触媒および電子供与体、または不均一プロ触媒を有する触媒系によって生成されたポリマーの分子量よりも大きい分子量を有するポリマーを生成した。
表7に記録した結果は、以下の反応条件で得た:エチレン450psi、250gの1-オクテン、トリエチルアルミニウム助触媒、190℃、1350gのISOPAR-E、実行時間10分。
MPCAT-1は、1:1のモル比のVO(OPr):Tiを有する電子供与体であるVO(OPr)、および3:1のモル比のCpTiCl:Tiを有する水素化プロ触媒であるエチル化CpTiCl(E2)で前処理された、PCAT-1である。エチレンおよび250gの1-オクテンを、MPCAT-1を含有する触媒系の存在下で重合する場合、未処理のPCAT-1によって生成されたポリマーと比較して、生成されたポリマーの分子量の大幅な増加が観察された。前処理された触媒(MPCAT-1)によって生成されたポリマーの分子量は、VO(OPr)エチル化CpTiCl(E1)および不均一プロ触媒PCAT-1を有する触媒系によって生成されたポリマーの分子量よりも大きかった。例えば、実行IE5で生成されたポリマーは、187,384g/molの分子量を有した。
PCAT-1をVO(OPr)で前処理して、1:1のモル比のVO(OPr)/Tiを得、かつ得られたプロ触媒、MPCAT-3を、CpTiCl/Tiのモル比3:1でCpTiCl(E1)と組み合わせた場合、電子供与体と水素化プロ触媒の比率がまったく同じであっても、実行IE18の生成されたポリマーよりも、ポリマーの分子量がさらに増加する(IE20対IE18)。
表7に記録した結果は、以下の反応条件で得た:エチレン450psi、250gの1-オクテン、トリエチルアルミニウム助触媒、190℃、1350gのISOPAR-E、実行時間10分。
表9に記録した結果は、以下の反応条件で得た:エチレンpsi、25gの1-オクテン、トリエチルアルミニウム助触媒、190℃、1475gのISOPAR-E、実行時間10分。
前述したように、ポリマー中のコモノマーの量は、ポリマーの分子量に影響を与え得る。エチレン重合反応を、少量の1-オクテンを有する重合条件で前処理された触媒系の存在下で行った。触媒系は、電子供与体および水素化プロ触媒で前処理した不均一プロ触媒(IE21およびIE22)、または重合反応において水素化プロ触媒が添加されている電子供与体のみで前処理した不均一プロ触媒(IE23)を含んだ。実行IE21、IE22、およびIE23で生成されたポリマーの各々は、不均一触媒のみを有する触媒系によって生成されたポリマーよりも大きい分子量を有した。
MPCAT-4は、Ti(OPr)を用いて前処理されたPCAT-1であり、1.5:1のモル比のTi(OPr):Tiを有する。実行IE24では、MPACT-4を1:1のモル比のCpTiCl/TiでCpTiCl E2と組み合わせ、生成されたポリマーは、実行CE19においてPCAT-1によって生成されたポリマーの2.48倍の分子量を有した。
連続反応プロセスでは、実行CE17(PCAT-1)、実行IE29(MPCAT-3)、および実行IE30(MPCAT-4)の触媒系の存在下でエチレンを重合した。エチル化CpTiCl水素化プロ触媒E1を、別個の供給ラインで反応器に導入した。結果は、電子供与体と水素化プロ触媒との組み合わせが、生成されたポリマーの分子量の実質的な増加をもたらすことを実証した。IE29およびIE30のポリマー密度の増加は、CE17のベースラインポリマーと比較して、ポリマー中のHDFの含有量が高いことを示した。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項1.
触媒系であって、
チタン種、アルミニウム種、および塩化マグネシウム成分を含む不均一プロ触媒と、
電子供与体と、
式CpTiXTiCpまたはCpTiXを有する水素化プロ触媒と、を含み、
式中、
各Cpが、少なくとも1つの(C-C10)アルキルで置換されたシクロペンタジエニルであり、
各Xが、独立して、モノアニオン性または中性であり、各Xが、独立して、(C-C40)炭化水素、(C-C40)ヘテロ炭化水素、(C-C40)ヒドロカルビル、(C-C40)ヘテロヒドロカルビル、またはハロゲン原子であり、
nが、1または2である、触媒系。
項2.
前記電子供与体が、VOXまたはVO(ORから選択されるバナジウム化合物であり、式中、各Xが、独立して、ハロゲン原子または(C-C40)ヘテロヒドロカルビルアニオンであり、各Rが、独立して、(C-C20)ヒドロカルビルまたは-C(O)R11であり、R11が、(C-C30)ヒドロカルビルである、項1に記載の触媒系。
項3.
前記不均一プロ触媒が、非担持バルク触媒である、項1に記載の触媒系。
項4.
前記不均一プロ触媒が、0.1ミクロン~10ミクロンの平均粒子径を有する粒子を含む、項1~3のいずれか一項に記載の触媒系。
項5.
前記不均一プロ触媒が、制御されていない形態を有する不均一プロ触媒粒子を含む、項1~4のいずれか一項に記載の触媒系。
項6.
前記不均一プロ触媒が、不均一プロ触媒粒子を含み、前記粒子の10%以上が、1ミクロン以下の粒子径を有する、項1~5のいずれか一項に記載の触媒系。
項7.
構造Al(Rを有するアルキルアルミニウム助触媒をさらに含み、式中、各Rが、独立して、(C-C20)アルキルまたはハロゲン原子である、項1~6のいずれか一項に記載の触媒系。
項8.
トリアルキルアルミニウム化合物、ジアルキルアルミニウムクロリド、アルキルアルミニウムジクロリド、アルキルアルミニウムアルコキシド、およびアルキルアルミノキサンからなる群から選択されるアルキルアルミニウム助触媒をさらに含む、項1~8のいずれか一項に記載の触媒系。
項9.
触媒系の存在下で、溶液中の(C-C12)α-オレフィンを反応させることを含む、重合プロセスであって、前記触媒系が、
チタン種および塩化マグネシウム成分を含む不均一プロ触媒と、
電子供与体と、
式CpTiXTiCpまたはCpTiXを有する水素化プロ触媒と、を含み、
式中、
各Cpが、少なくとも1つの(C-C10)アルキルで置換されたシクロペンタジエニルであり、
各Xが、独立して、モノアニオン性または中性であり、各Xが、独立して、(C-C40)炭化水素、(C-C40)ヘテロ炭化水素、(C-C40)ヒドロカルビル、(C-C40)ヘテロヒドロカルビル、またはハロゲン原子であり、
nが、1または2である、重合プロセス。
項10.
構造Al(Rを有するアルキルアルミニウム助触媒をさらに含み、式中、各Rが、独立して、(C-C20)アルキルまたはハロゲン原子である、項10に記載の重合プロセス。
項11.
トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムクロリド、アルキルアルミニウムジクロリド、アルキルアルミニウムアルコキシド、またはアルキルアルミノキサンをさらに含む、項10または項11に記載の重合プロセス。
項12.
前記電子供与体が、VOXまたはVO(ORから選択されるバナジウム化合物であり、式中、各Xが、独立して、ハロゲン原子または(C-C40)ヘテロヒドロカルビルアニオンであり、Rが、(C-C20)ヒドロカルビルまたは-C(O)R11であり、R11が、(C-C30)ヒドロカルビルである、項9に記載の重合プロセス。
項13.
前記不均一プロ触媒が、バルク触媒である、項9~12のいずれか一項に記載の重合プロセス。
項14.
前記不均一プロ触媒が、不均一プロ触媒粒子を含み、前記粒子の10%以上が、1ミクロン以下の粒子径を有する、項9~13のいずれか一項に記載の重合プロセス。
項15.
前記プロ不均一触媒が、制御されていない粒子形態を有する不均一プロ触媒粒子を含む、項9~14のいずれか一項に記載の重合プロセス。
項16.
前記溶液中の(C-C12)α-オレフィンを、150℃~350℃の反応温度で反応器内で反応させる、項9~16のいずれか一項に記載の重合プロセス。

Claims (14)

  1. 触媒系であって、
    チタン種、アルミニウム種、および塩化マグネシウム成分を含む不均一プロ触媒と、
    電子供与体と、
    式CpTiXTiCpまたはCpTiXを有する水素化プロ触媒と、を含み、
    式中、
    各Cpが、少なくとも1つの(C-C10)アルキルで置換されたシクロペンタジエニルであり、
    各Xが、独立して、モノアニオン性または中性であり、各Xが、独立して、(C-C40)炭化水素、(C-C40)ヘテロ炭化水素、(C-C40)ヒドロカルビル、(C-C40)ヘテロヒドロカルビル、またはハロゲン原子であり、
    nが、1または2であり、
    前記不均一プロ触媒が、0.1ミクロン~10ミクロンの平均粒子径を有する粒子を含む、触媒系。
  2. 前記電子供与体が、VOXまたはVO(ORから選択されるバナジウム化合物であり、式中、各Xが、独立して、ハロゲン原子または(C-C40)ヘテロヒドロカルビルアニオンであり、各Rが、独立して、(C-C20)ヒドロカルビルまたは-C(O)R11であり、R11が、(C-C30)ヒドロカルビルである、請求項1に記載の触媒系。
  3. 前記不均一プロ触媒が、非担持バルク触媒である、請求項1に記載の触媒系。
  4. 前記不均一プロ触媒が、制御されていない粒子形態を有する不均一プロ触媒粒子を含む、請求項1に記載の触媒系。
  5. 前記不均一プロ触媒が、不均一プロ触媒粒子を含み、前記粒子の10%以上が、1ミクロン以下の粒子径を有する、請求項1に記載の触媒系。
  6. 構造Al(Rを有するアルキルアルミニウム助触媒をさらに含み、式中、各Rが、独立して、(C-C20)アルキルまたはハロゲン原子である、請求項1に記載の触媒系。
  7. トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムクロリド、アルキルアルミニウムジクロリド、アルキルアルミニウムアルコキシド、およびアルキルアルミノキサンからなる群から選択されるアルキルアルミニウム助触媒をさらに含む、請求項1に記載の触媒系。
  8. 触媒系の存在下で、溶液中の(C-C12)α-オレフィンを150℃~350℃の反応温度で反応器内で反応させることを含む、重合プロセスであって、前記触媒系が、
    チタン種、アルミニウム種、および塩化マグネシウム成分を含む不均一プロ触媒と、
    電子供与体と、
    式CpTiXTiCpまたはCpTiXを有する水素化プロ触媒と、を含み、
    式中、
    各Cpが、少なくとも1つの(C-C10)アルキルで置換されたシクロペンタジエニルであり、
    各Xが、独立して、モノアニオン性または中性であり、各Xが、独立して、(C-C40)炭化水素、(C-C40)ヘテロ炭化水素、(C-C40)ヒドロカルビル、(C-C40)ヘテロヒドロカルビル、またはハロゲン原子であり、
    nが、1または2であり、
    前記不均一プロ触媒が、0.1ミクロン~10ミクロンの平均粒子径を有する粒子を含む、重合プロセス。
  9. 構造Al(Rを有するアルキルアルミニウム助触媒をさらに含み、式中、各Rが、独立して、(C-C20)アルキルまたはハロゲン原子である、請求項8に記載の重合プロセス。
  10. トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムクロリド、アルキルアルミニウムジクロリド、アルキルアルミニウムアルコキシド、およびアルキルアルミノキサンからなる群から選択されるアルキルアルミニウム助触媒をさらに含む、請求項8に記載の重合プロセス。
  11. 前記電子供与体が、VOXまたはVO(ORから選択されるバナジウム化合物であり、式中、各Xが、独立して、ハロゲン原子または(C-C40)ヘテロヒドロカルビルアニオンであり、が、独立して、(C-C20)ヒドロカルビルまたは-C(O)R11であり、R11が、(C-C30)ヒドロカルビルである、請求項8に記載の重合プロセス。
  12. 前記不均一プロ触媒が、非担持バルク触媒である、請求項8に記載の重合プロセス。
  13. 前記不均一プロ触媒が、不均一プロ触媒粒子を含み、前記粒子の10%以上が、1ミクロン以下の粒子径を有する、請求項8に記載の重合プロセス。
  14. 前記不均一プロ触媒が、制御されていない粒子形態を有する不均一プロ触媒粒子を含む、請求項8に記載の重合プロセス。
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