説明

オレフィン重合用の触媒成分とそれから得られる触媒

MgとTiとハロゲン原子を含む触媒成分であって、(a)Ti原子が、該触媒成分の総重量に対して4%を越える量で存在し、(b)MgとTi原子の量が、Ti/Mgモル比が1より小さくなる量であり、(c)エックス線回折スペクトルでは、2θ回折角が47.0°〜52.0°の範囲に、回折角2θが48.0±0.2°と50.2+0.2に少なくとも2個の回折ピークが存在し、最も強い回折ラインが2θが50.0±0.2°のピークであり、他の回折ラインの強度がこの最も強い回折ラインの強度以下であることを特徴とする触媒成分。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オレフィンCH2=CHR(式中、Rは水素または1〜12個の炭素原子をもつ炭化水素基である)の重合用の触媒成分に関する。特に本発明は、広い分子量分布(MWD)をもつエチレンのホモポリマーやコポリマーの製造に好適な触媒成分とそれから得られる触媒に関する。
【0002】
特に本発明は、チタンとマグネシウムとハロゲンとを含む固体触媒成分であって、ブロー成型用途に好適な、特に大きなブロー成型品の製造に好適な一連の性質をもつエチレンポリマーの製造に適当な特定の化学組成を特徴とするものに関する。
【背景技術】
【0003】
この特定の利用分野には、求められる要件が非常に大きい。これは、この用途に適当であるためには、エチレンポリマーが広い分子量分布(MWD)や適当な溶融強度/膨張バランス、ESCRなどの性質を示す必要があるためである。
【0004】
エチレンポリマーの分子量分布(MWD)の広さは、高いメルトフローレ−ト(F/EまたはF/P)値で表すことができる。なお、この値は、ASTM−D−1238により190℃で21.6Kgの荷重下で測定されたメルトインデックス(メルトインデックスF)と、2.16Kgの荷重下で測定されたメルトインデックス(メルトインデックスE)あるいは5Kgの荷重下で測定されたメルトインデックス(メルトインデックスP)の間の比率である。このMWDは流動挙動に影響を与え、また溶融物の加工性や最終のESCRの性質に影響を与える。広いMWDをもつポリオレフィン、特にさらに比較的高い平均分子量をもつポリオレフィンは、MWDが適当でないポリマーなら溶融破壊を引き起こしたり、最終製品に大きな収縮/反りを引き起こす高速押出加工に好適である。しかしながら、広いMWDと適当な溶融強度/膨張バランスをあわせもつポリマーを得るのは極めて難しいことであることが知られている。これは、MWDが溶融強度と膨張に、異なる方向で影響を与えるためである。
【0005】
広いMWDをもつポリマーを得る一つの方法は、単一の工程で異なる分子量のポリマー画分を作り、触媒粒子上に異なる長さの高分子を順次形成していく多段プロセスでこれを製造することである。
【0006】
各工程で得られる分子量の制御は、いろいろな方法で実施可能であり、例えば重合条件または各工程の触媒系の変更や分子量自動調整剤の使用などで行うことができる。液相での取り扱いであっても気相での取り扱いであっても、水素を用いる調整が好ましい方法である。
【0007】
上記の多段プロセスに通常見られる問題は、特に非常に広い分子量分布をもつエチレン(コ)ポリマーを製造する場合に見られる問題は、各工程で用いられる異なった重合条件が、十分に均一といえない生成物を製造する場合があることである。実際、高いF/E比をもつ、例えば100を越えるF/E比をもつ生成物、即ち変換の際に非溶融粒子(ゲル)の生成が少ない生成物を得ることは難しい。この問題を解決するためには、あるいは可能な限り抑制するためには、中程度に広い/広いMWDのポリマーを単一の重合工程で製造可能な触媒を持ち、二つの重合工程中で異なる量の水素を使用することを可能な限り避けることが重要であろう。
【0008】
また、水素の使用は触媒活性に悪影響を及ぼすため、触媒が高重合活性を持つことが非常に重要となるであろう。
【0009】
また触媒が気相重合条件下でうまく作動することが好ましいだろう。これは、この種の方法が、現在最も効果的で有利で信頼性の高い技術であるためである。つまり、これらの触媒は、優れた形状安定性をもっており、不適当な分解や、その結果としての、ホットスポットや反応器の被覆、閉塞などのプラント運転上の問題を引き起す微粉粒子の形成を抑えることのできることが必要がある。
【0010】
広い分子量分布をもつエチレンポリマーを製造できる触媒系が、US4,447,587に記載されている。この触媒は、比較的低温でマグネシウムアルコラートを四塩化チタンと反応させ、このようにして得られた反応混合物を比較的高温で長時間の熱処理してアルキル塩化物を分解除去して得られる。
【0011】
したがって、マグネシウムアルコラートをまず、通常50〜100℃の範囲の温度で過剰モルのTiCl4と反応させ、次いで110℃〜200℃の範囲の温度で10〜100時間の範囲といわれる時間、熱処理にかける。濾過と洗浄の後に得られる固体は、Cl/Ti原子比が3より小さく、Ti/Mgモル比が通常1より大きな組成を示す。
【0012】
このようにして得られる触媒は広い分子量分布を与えることができるが、その不規則な形状を考えると、これを気相重合で使用することはできない。また、共触媒としてのトリイソプレニルアルミニウムと組み合わせることによってのみ、この触媒が、ブロー成型に適した生成物を、特に大きなブロー成型品の製造に適した生成物を与えることができることが明らかとなった。これはプラント運転上で欠点となる。これは、この共触媒が、他の製品の製造に最適のものとは言えず、ポリマーグレードの変更の際に共触媒を取り替える必要でてくることとなり、またかなりの量のスペック外製品が発生することとなるためである。
【0013】
また、好ましい性能が、塩素化アルミニウム化合物を用いて前活性化工程が行われた場合にのみに得られるが、これが触媒製造の全体プロセスをより複雑とする。
【0014】
広いMWDのポリエチレンの製造用の重合プロセスでの使用に適した触媒がWO2008/077770に記載されている。これらの触媒は、(a)アルミニウム化合物、好ましくはAlCl3の存在化で、化合物MgCl2・mRIIOH・tH2O、(式中、0.3≦m≦1.7であり、tは0.01〜0.6であり、RIIは1〜12個の炭素原子をもつアルキル、シクロアルキルまたはアリール基である)を、式Ti(ORIny-n(式中、nは0〜0.5であり、yはチタンの原子価であり、Xはハロゲンであり、RIは好ましくは1〜8個の炭素原子をもつアルキル基である)のチタン化合物と反応させる工程を含む方法で得られている。これらの触媒は、水銀法で測定した1μm以下の気孔による気孔率が、少なくとも0.3cm3/gであり、Cl/Tiモル比が29より小さいことに特徴がある。また、Mg/Alモル比は1〜35の範囲であり、不足係数は0.5より大きい。なお、この不足係数は、固体触媒成分中に存在するカチオンの全モル当量を、固体触媒成分中に存在するアニオンの全モル当量と比較した場合に、不足しているアニオン種のモル当量である。なお、アニオンとカチオンのモル当量はいずれも、Tiモル量当りの値である。上記文書に開示されている触媒は、高収率で広いMWDのポリマーを製造するのに実際効果的であり、また優れた形状安定性を与える。しかしながら、得られるポリマーの溶融強度/膨張バランスがブロー成型用途には適していない。
【0015】
特にポリエチレンがほとんど膨張しない場合は、ブロー成型ボトルのハンドルなどの金型の末端を適度に充填することが難しくなる、あるいは不可能になることがある。溶融強度が、そのパリソンが金型の封鎖とインフレーションの前に形成されて、どれほど変形やたるみを経験するかを決める。溶融物はダイを出ると膨張し、このパリソンたるみが、パリソンの大きさに影響を及ぼす。多くの用途には、高い溶融強度が必要である。高溶融強度と高押出物膨張率の両方が望ましいが、一般的には溶融強度の増加と共に押出物膨張率が減少する。
【0016】
US3,953,414には、溶融状態または水に溶解した状態の水和塩化マグネシウム、特に通常1〜300ミクロン、好ましくは30〜180ミクロンの大きさの溶融MgCl2・6H2Oを噴霧し;次いでその粒子を、塩化マグネシウムの加水分解を避けながらコントロールされた部分的脱水にかけて結晶水含量を、塩化マグネシウムのモルあたり4モル未満の値にまでもっていき;その後この部分脱水後の塩化マグネシウム粒子を、ハロゲン化Ti化合物、特にTiCl4を含む液状媒体と反応させて、通常温度が100℃を越えるまで加熱し、最後に、さらに熱TiCl4との反応により塩化マグネシウム粒子から未反応のTi化合物を除いて製造した形状安定性に優れた触媒成分が記載されている。この文書は、この触媒が広いMWDのポリマーの製造に適当であるかどうか、あるいはこのようなポリマーがブロー成型に適当であるかどうかについては述べていない。しかしながら、その重合活性は十分ではないようである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0017】
驚くべきことに、広い分子量分布をもちブロー成型用途に適した性質を持つエチレンポリマーを製造可能である、より高い重合活性をもつ固体触媒成分が見出された。これらの触媒成分が高い形状安定性を有し気相重合プロセスで好ましく使用できるということに注目する必要がある。このような触媒成分は、MgとTiとハロゲン原子とを含み、(a)Ti原子が、記触媒成分の総重量に対して4%を超える量で存在し、(b)MgとTi原子の量が、Ti/Mgモル比が1より小さくなる量であり、(c)エックス線回折スペクトルによれば、2θ回折角が47.0°〜52.0°の範囲に、少なくとも2個の回折ピークが、回折角2θが48.0±0.2°と50.2±0.2°で存在することを特徴としている。
【0018】
通常、最も強い回折ピークが、2θが50.2±0.2°のピークである。もう一つの回折ラインの強度が、最も強い回折ラインの強度の0.8倍未満であることが好ましい。
【0019】
エックス線回折スペクトルにおいて、2θ回折角が23°〜28°の範囲で、少なくとも一個の回折ピークが、回折角2θとして25.3±0.2°に存在することが好ましい。この強度が、2θ回折角が48.0±0.2°の回折ピークの強度の0.8倍未満であることが最も好ましい。
【0020】
好ましくは2θ回折角が25.3±0.2°の回折ピークの強度の0.9倍未満である低強度のもう一つの回折ピークが、回折角2θが12.5±0.2°のところに存在することがさらに好ましい。
【0021】
好ましくは、Ti/Mgモル比が0.9以下であり、より好ましくは0.85〜0.14の範囲である。チタン原子の量は、好ましくは4.5%より多く、より好ましくは5.5%より、特に7重量%より多い。ある好ましい実施様態においては、チタン原子のうち80%を越えるものが+4の原子価状態にあり、より好ましくは実質的にすべてのチタン原子がこのような原子価状態にある。本出願を通じて、「実質的にすべてのチタン原子の原子価状態が4である」とは、少なくとも95%のTi原子の原子価状態が4であることを意味する。
【0022】
製造プロセスによっては、本発明の触媒が、残存量のOR基(式中、RはC1−C20−炭化水素基である)を含むことがある。
【0023】
本発明の触媒は、さらに他の興味ある特徴を示す。下記の方法で検出できる固体触媒成分上のアニオンの総量は、OR基の存在を考慮に入れるとしても、通常、カチオン(特に限定されないがMgやTiなど)に由来する正原子価の合計を満足させるのに充分ではない。OR基の存在を考慮に入れても。言い換えれば、本発明の触媒中では、カチオン原子価のすべてを満足させるには一定量のアニオンが不足していることが多いことが分っている。本発明では、この不足量を不足係数とよぶ。この不足係数は、固体触媒成分中に存在するカチオンの全モル当量を、固体触媒成分中に存在するアニオンの全モル当量と比較した場合に、不足しているアニオン種のモル当量である。なお、アニオンとカチオンのモル当量はいずれも、Tiモル量当りの値である。
【0024】
この不足係数を決定するには、まず検出可能な全アニオンと全カチオンのモル含量を測定する。次いで、アニオン(特に限定されないがCl-や−ORなど)とカチオン(特に限定されないがMgやTiなど)のすべてのモル含量を、分割して、Tiモル量(これは、したがってモル単位と考えられる)に変換する。その後、満足させるべきカチオンのモル当量の合計を、例えば、Mg++(Ti当りの)のモル量を2倍し、Ti+4(モル単位)のモル量を4倍して計算する。このようにして得られた合計値を、次いで、アニオン由来の、例えばClとOR基由来のモル当量(チタン当りの)の合計と比較する。この比較の結果の差異が、特にアニオンモル当量の不足値が、この不足係数を示すこととなる。この不足係数は、通常0.5より大きく、好ましくは1より大きく、より好ましくは1.5〜6の範囲である。
【0025】
本発明の解釈を限定するものと解釈してはならないが、この不足係数は、2つ以上の金属原子が[−O−]ブリッジで結合している化合物の生成に関係しているようである。
【0026】
本発明の触媒成分が、塩化マグネシウム上に担持された少なくとも一個のTi−ハロゲン結合を有するTi化合物を含むことが好ましい。好ましいチタン化合物は、式Ti(ORIIIn4-n(式中、nは0〜1の数字、RIIIは、2〜8個の炭素原子をもつアルキル、シクロアルキルまたはアリール基であり、Xはハロゲンである)の化学式をもち、これは、好ましくはいくらかの量のTiOCl2化合物と結合しており、このことは、RX測定で検出可能であるか不足係数から推測可能である。特に、RIIIは、n−ブチルやイソブチル、2−エチルヘキシル、n−オクチル、フェニルであり;Xは好ましくは塩素である。好ましいチタン化合物は、TiCl4とTiCl3OEtである。
【0027】
本発明の触媒成分が、他の遷移金属化合物や特にHf誘導体を含むこともできる。ハフニウム化合物は、式Hf(ORVn4-n(式中、nは0〜1の数字であり、RVは、2〜8個の炭素原子をもつアルキル、シクロアルキルまたはアリール基であり、Xはハロゲンである)の化学式をもつことが好ましい。特にRVは、n−ブチル、イソブチル、2−エチルヘキシル、n−オクチル、またはフェニルであってよく、Xは好ましくは塩素である。HfCl4が最も好ましい化合物である。
【0028】
本発明の成分はまた、例えばエーテルやエステル、アミン、ケトンから選ばれる電子供与体化合物(内部供与体)を含むことができる。
【0029】
この固体触媒成分の製造はいろいろな方法で実施できる。
【0030】
ある好ましい一般的な方法では、上記の式のチタン化合物を、式MgCl2・pH2O(式中、pは0.1〜6の数字であり、好ましくは0.5〜3.5、好ましくは1〜3の数字である)の付加物に由来する塩化マグネシウムに反応させて、この固体触媒成分を製造できる。この付加物は、水と塩化マグネシウムを混合し、次いでこの溶液を噴霧冷却法により噴霧して球状のMgCl2・pH2O粒子とし、必要なら水分率を低下するためにこれを部分乾燥させて、球状の形で適当に製造することができる。
【0031】
もう一つの実施様態においては、MgCl2・nEtOH付加物(式中、nは1〜6である)の熱的な脱アルコール化により得られる多孔性のMgCl2の水和により、このMgCl2・pH2O付加物を製造することができる。
【0032】
この種の付加物は、一般的には付加物の溶融温度(100〜130℃)で攪拌条件下で、付加物と混和しない不活性炭化水素の存在下で、アルコールと塩化マグネシウムを混合して製造される。次いでこの乳化物を急冷し、付加物を球状の粒子の形で凝固させる。これらの球状の付加物の代表的な製造方法が、例えばUSP4,469,648やUSP4,399,054、WO98/44009に報告されている。もう一つの有用な球状化方法は、例えばUSP5,100,849やUSP4,829,034に記載されている噴霧冷却である。
【0033】
一般的にはこれらの脱アルコール化された付加物は、また、半径が最大で0.1μmまでの気孔による気孔率(水銀法で測定)が0.15〜2.5cm3/gの範囲にある、好ましくは0.25〜1.5cm3/gの範囲にあることに特徴がある。
【0034】
運動中のこれらの付加物に水を、所望の水/Mg比率が得られるまで徐々に加えることができる。
【0035】
Ti化合物との反応は、適当な量と形のチタン化合物がMgCl2支持体上に残るような条件下で行われることが好ましい。このために、MgCl2・pH2O付加物を冷たいTiCl4(通常、−5〜0℃)中に懸濁させ、次いでこの混合物を120〜140℃に加熱し、この温度で2.5〜10時間維持するプロセスを実施することが好ましいことが分った。その後、温度を約80から100℃に戻し、混合物をさらに1〜100分間反応させる。その後、液相を除き、固体を不活性炭化水素で洗浄する。
【0036】
この方法で得られる触媒の総気孔率は、通常0.15〜1.2cm3/gである。
【0037】
最後の一般的な方法で得られた触媒の、BET法で求めた表面積は、通常150m2/gより小さく、特に30〜70m2/gである。BET法で求めた気孔率は、通常0.1〜0.5cm3/gであり、好ましくは0.15〜0.4cm3/gである。
【0038】
また、最後の一般的な方法で得られた場合、固体成分の粒子は、実質的に球状の形状をもち、その平均径は5〜150μmである。実質的に球状の形状を持つ粒子とは、長軸と短軸の比率が1.5以下であるもの、好ましくは1.3以下であるものを意味する。これにより、スラリー重合に有用な小平均粒度(5〜20μmの範囲)の成分と気相重合に特に好適な中大粒度(30μmより大)の成分の両方の製造が可能となる。また、粒度分布が狭く、触媒粒子のSPANは0.7から1.3であり、好ましくは0.8〜1.2である。このSPANは、比率(P90−P10)/P50の値である。なお、P90は、全粒子の90%がこの値より小さな直径を持つ値であり、P10は、全粒子の10%がこの値より小さな直径を持つ値であり、P50は、全粒子の50%がこの値より小さな直系を持つ値である。
【0039】
本発明の触媒成分は、有機Al化合物との反応によりα−オレフィンCH2=CHRVIII(式中、RVIIIは、水素または1〜12個の炭素原子を持つ炭化水素基である)を重合するための触媒を形成する。Al−トリアルキル化合物やAl−トリアルケニル化合物などのAl−トリヒドロカルビル化合物が特に好ましい。非制限的な例としては、Al−トリメチルやAl−トリエチル、Al−トリ−n−ブチル、Al−トリイソブチル、イソプロピルアルミニウム、トリイソプレニルアルミニウムがあげられる。Al/Ti比は、通常20〜800である。
【0040】
必要なら、触媒系の製造中に外部供与体を使用することができ、重合器内に直接添加することもできる。
【0041】
この外部供与体は、好ましくは下記式の化合物から選ばれる。
【0042】
【化1】

【0043】
式中、R2は、同一であっても相互に異なっていてもよく、水素原子またはC1−C20−炭化水素基で、必要なら元素周期律表の13〜17族のヘテロ原子を含むもの、または式−OR1のアルコキシ基であり、2個以上のR2基は相互に連結して環を形成していてもよく;R1は、C1−C20−炭化水素基で、必要なら元素周期律表の13〜17族のヘテロ原子を含むものである)。
【0044】
好ましくは、R2のうち少なくとも一つが−OR1である。
【0045】
一般に、二個の−OR1基が相互にオルト位置にあることが好ましい。従って、1,2−ジアルコキシベンゼンや2,3−アルキルジアルコキシベンゼンまたは3,4−アルキルジアルコキシベンゼンが好ましい。他のR2基は、水素とC1−C5−アルキル基とOR1基から選ばれることが好ましい。二個のR2がアルコキシ基OR1である場合、トリアルコキシベンゼン誘導体が得られる。この場合に第三のアルコキシは、他の二つのアルコキシの隣であっても、最も近いアルコキシ基に対してメタ位置であってもよい。好ましくは、R1は、C1−C10−アルキル基から選ばれ、より好ましくはC1−C5−直鎖又は分岐鎖アルキル基から選ばれる。鎖状アルキル基が好ましい。好ましいアルキルは、メチルとエチル、n−プロピル、n−ブチル、n−ペンチルである。
【0046】
一個以上のR2がC1−C5−の直鎖又は分岐鎖アルキル基である場合、アルキルアルコキシベンゼンが得られる。R2はメチルまたはエチルから選ばれることが好ましい。好ましい実施様態に置いては、R2の一つがメチルである。
【0047】
好ましいサブクラスの一つが、ジアルコキシトルエンであり、この中では、2,3−ジメトキシトルエンや3,4−ジメトキシトルエン、3,4−ジエトキシトルエン、3,4,5−トリメトキシトルエンが好ましい。
【0048】
本発明の成分、好ましくは球状成分と、これから得られる触媒は、いろいろな種類のオレフィンポリマーの製造プロセスで使用される。
【0049】
例えば以下のポリマーが製造できる:高密度エチレンポリマー(HDPE、密度:>0.940g/cm3)、(エチレンホモポリマーとエチレンと3〜12炭素原子のα−オレフィンとのコポリマーを含む);低密度線状ポリエチレン(LLDPE、密度:<0.940g/cm3)と非常に低密度および超低密度のポリエチレン(VLDPEとULDPE、密度:<0.920g/cm3〜0.880g/cm3)で、エチレンと一種以上の3〜12炭素原子をもつα−オレフィンのコポリマーで、エチレン由来単位のモル含量が80%を越えるものからなるもの;エチレンとプロピレンの弾性コポリマー、エチレンとプロピレンと少量のジエンとからなる弾性三元重合体で、エチレン由来単位の含量(重量)が約30〜70%であるの、アイソタクチックポリプロピレン、プロピレンとエチレン及び/又は他のα−オレフィンからなる結晶性コポリマーで、プロピレン由来単位の含量が>85重量%であるもの;プロピレンと、プロピレンとエチレンの混合物の逐次の重合で得られる耐衝撃性のプロピレンポリマーで、エチレンの含量が最大で30重量%あるもの;プロピレンと1−ブテンのコポリマーで、1−ブテン由来単位の量が10〜40重量%であるもの。
【0050】
しかしながら上述のように、これらは特に広いMWDのポリマーの製造に適しており、特に広いMWDのエチレンホモポリマーと、最大で20モル%の高級α−オレフィン(例えば、プロピレンや1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン)を含むコポリマーの製造に好適である。
【0051】
特に、本発明の触媒は、単一重合工程で、上に定義した高いF/E比で示されるように、広い分子量分布をもつエチレンポリマーを与えることができ、またブロー成型用途に好適な一連の性質を与える。本発明の触媒は、液相プロセスであろうが気相プロセスであろうがいかなる種類の重合プロセスでも使用可能である。小さな平均粒度の、例えば30μm未満、好ましくは5〜20μmの範囲の平均粒度の固体触媒成分を含む触媒は、特に不活性媒体中でのスラリー重合に適しており、この重合は、攪拌槽反応器またはループ反応器中で連続的に実施可能である。ある好ましい実施様態においては、上述の平均粒度が小さい固体触媒成分は、それぞれの反応器で異なる分子量及び/又は異なる組成のポリマーを製造している2器以上の直列に繋がったループまたは攪拌槽反応器での使用に特に適している。小さな平均粒度の、例えば30μm未満、好ましくは5〜20μmの範囲の平均粒度の固体触媒成分を含む触媒は、特に気相重合プロセスに適しており、これは攪拌または流動床気相反応器中で実施可能である。
【0052】
以下に実施例を示すが、これは本発明の説明のためのものであって、本発明をなんら制限するものではない。
【0053】
下に示す特性は以下の方法で測定した:
−窒素での気孔率と表面積:B.E.T.法で測定(使用装置:カルロエルバ社製ソープトマチック1900)
−水銀での気孔率と表面積:
カルロエルバ社製「ポロシメーター2000シリーズ」を用いて測定する。気孔率は、加圧下での水銀の吸収で測定する。この測定のために、水銀貯槽と高真空ポンプ(1×10-2mbar)につながった校正済の膨張計(直径:3mm)CD3(カルロエルバ社製)を用いる。重量を測定した試料をこの膨張計に入れる。次いで、この装置を高真空(<0.1mmHg)とし、その条件下で20分間維持する。次いで膨張計を水銀貯槽に連結し、膨張計の高さが10cmのところにマークしたレベルに達するまで、ゆっくりと水銀を流入させる。膨張計と真空ポンプにつなぐ弁を閉じ、次いで、窒素を用いて水銀圧力を徐々に140kg/cm2にまで上げる。圧力の影響で水銀が気孔中に浸入し、材料の気孔率に応じてこのレベルが低下する。
【0054】
気孔率(cm3/g)(総気孔率と1μumまでの気孔による気孔率の両方)と気孔分布曲線と平均孔径は、水銀の体積減少と印加圧力の関数である気孔分布の積分曲線から直接計算する(これらのデータはすべて、ポロシメーターに付属のカルロエルバ社製「マイルストーン200/2.04」プログラムを備えたコンピューターで得られたものである)。
−MIEフローインデックス:ASTM−D1238
−MIFフローインデックス:ASTM−D1238
−MIPフローインデックス:ASTM−D1238
−嵩密度:DIN−53194
−有効密度:ASTM−D792
【0055】
X線回折スペクトル
X線回折スペクトルは、ブルカーD8アドバンス粉末回折計を用いて測定した。このスペクトルは、CuKα1(λ=1.5405Å)を用い、2θが5°〜60°の範囲で増分を0.2°とし、また測定時間を12秒間として記録した。この装置は、ASTM27−1402の標準ケイ素を用いて校正した。エックス線パターンを得るために、粉末をN2雰囲気中に保持可能な特注の気密試料ホルダーに試料を入れた。
【0056】
膨張率の測定
実質的にランド長がゼロのダイを通過して押し出された試料の押出物膨張の程度を表すのに、ゼロランドのダイ膨張率(So)を用いる。Soを測定するため、試料をインストロン3211毛細管レオメーターに入れ、190℃で溶融させ、次いでせん断速度が1025s-1で、円筒形ダイ(直径=0.034”;長さ=0.0”)から押し出す。押し出されたストランドの直径を、ダイ出口の近くに取り付けたレーザーマイクマイクロメータ(192−10型)で測定する。ダイ膨張率は、オリフィスの直径に対するこのストランドの直径の増加の%として報告される。
【0057】
溶融強度
溶融強度は流動学的に測定し、複素弾性率が2×104dyn/cm2で温度が190℃での複素粘性率(ETA*、単位:ポイズ)の値として報告する(J.M. Dealy and K.F. Wissburn、“メルトレオロジーとそのプラスチック加工における役割”、Van Nostrand Reinhold、New York、1990)。
【0058】
一般的なエチレン(HDPE)のスラリー重合方法
2流下70℃で脱気した4リットルのステンレス製オートクレーブに、1600ccの無水ヘキサンと、0.1gの球状成分と0.3gのトリイソブチルアルミニウム(TIBA)を投入した。全体を攪拌し、75℃にまで加熱し、次いで7barのH2と7barのC24を供給した。エチレンを供給して圧力を一定に維持しながらこの重合を2時間行った。
【0059】
一般的なエチレン(HDPE)の気相重合方法
ガス循環系とサイクロン分離器、熱交換器、温度と圧力の指示器、エチレンとプロパンと水素の供給ラインを備えた15.0リットルのステンレス製流動化反応器と、触媒の前重合及び/又は触媒系の流動床反応器への投入用の1Lのスチール製反応器。
【0060】
40℃で純窒素を12時間流してこの気相装置を浄化した後、0.2gのTIBAを含むプロパン(10bar、分圧)混合物を、80℃で30分間循環させた。放圧後、この反応器を純粋なプロパンで洗い、85℃に加熱し、最後にプロパン(16bar、分圧)とエチレン(3.5bar、分圧)と水素(3.5bar、分圧)を投入した。
【0061】
100mLの三口ガラスフラスコに、20mLの無水ヘキサンと1.5gのTIBAと0.19gの上記触媒成分をこの順序で投入した。これらを室温で5分間混合攪拌し、次いでプロパン流中に置かれた上記1Lの反応器に投入した。
【0062】
プロパンの過圧により、この気相反応器に活性化した触媒を注入した。最終圧力は約23barであり、85℃で120分間の重合中、エチレンを供給してその圧力を一定に維持した。
【0063】
最後に反応器を放圧し、温度を30℃にまで下げた。
【実施例】
【0064】
実施例1
球状のMgCl2−H20付加物の調整
球状の塩化マグネシウム二水和物錯体の試料を、150mm径のガラス流動床反応器中で製造した。このガラスジャケット付きの反応器は、流動用窒素と反応器本体の両方を加熱するための専用の加熱システムを備えていた。この流動用窒素流を1200l/hで流して、出発原料として用いた球状のMgCl2・nEtOH支持体をよく流動させた。化学組成が45.1重量%のエチルアルコール、1.7重量%の水、53.2重量%の塩化マグネシウムであるこの支持体を、流動床反応器(5949g)に入れ、3時間かけて60℃から110℃へ加熱し、次いで110℃でさらに1時間維持した。その後(約40重量%エタノールの組成で)、この反応器に、校正量の水(1198g)を、供給量が約100ml/hの速度の容積ペリスタポンプで添加した。この水を直接、流動用(ジャケット付き)窒素ライン中に入れ、104〜106℃に加熱し、次いで流動化された反応器中に導いた。この湿窒素流の温度を、85℃〜94℃で運転している流動化グリッドのすぐ下で測定し記録した。この水蒸気濃度の増加した窒素は、支持体からエタノールを除去し、これをその水で置換した。約11.5時間連続的に水を反応器に供給して、所望量の水の全量を供給した。この間にエタノールは流動用窒素により反応器から追い出された。凝縮したエタノールの一部は、反応器下流の窒素ラインのサイクロン部で捕集した(選択した流動化条件では。サイクロン中に微粉または固体は見られず、520mLのエタノールがトラップされて回収された)。塩化マグネシウムと水の反応が発熱反応であるため、支持体からエタノールが除かれ水が導入される間に、温度(流動床の内部温度)が、特に製造の最後の部分で97〜108℃の範囲にまで上昇した。水付加の終了後に支持体を室温まで放冷して排出した(4212g、理論的期待重量と比較して96.9%のマグネシウの収率/回収率)。化学分析の結果、残留エタノール含量が0.3重量%であり、水が27.3重量%、元素状マグネシウムが18%であった。
【0065】
固体成分の調整
攪拌器を備えた40Lのスチール製オートクレーブに、0℃の温度で、35LのTiCl4を、1760gの上述のようにして得た球状支持体と共に投入した。
【0066】
このスラリーを4.5時間、135℃で加熱攪拌した。その後攪拌しながら温度を80℃にまで下げ、さらに30分間一定に保った。
【0067】
次いで攪拌を停止し、この液体を反応器からサイホンで取り出した。六回ヘキサンで洗浄した(2回は60℃で、4回は25℃)。
【0068】
この球状の固体成分を排出し真空下約50℃で乾燥させた(1.855gのきれいな触媒が回収された)。
【0069】
この固体の組成は次の通りであった:
Ti:11.5重量%
Mg:15.5重量%
Cl:60.8重量%
溶媒:2.90重量%
不足係数:2.2
【0070】
実施例で得た触媒のエックス線パターン回折(上記のテキストに記載の方法により記録)の結果、2θ値が48.3°と50.0°に二つの異なるピークと、2θ値が25.3°に一つのピークが観測された。
【0071】
気孔率の測定は、上記テキストに記載の方法で行い、その結果をここに報告する。

【0072】
このようにして得られた触媒を一般的なスラリー法でHDPEの重合を行って評価したところ、100gの次の特徴をもつポリマーが得られた。
MIF:1.3g/10’
Bdp:0.381(形状:球状)
【0073】
また、一般的な気相重合を行ったところ、135gの次の特徴を持つポリマーが得られた。
【0074】
ポリマー嵩密度:0.490g/cc(形状:球状)
MIE:0.86g/10’
MIP:3.6g/10’
MIF:48.5g/10’
膨張率(So@1025l/sec):345
溶融強度(ETA*、G*:2kPa):1.1E+05ポイズ
【0075】
実施例2
球状のMgCl2−H2O付加物の調整
MgCl2と水からなる球状の支持体を、実施例1に開示の方法で調整した。
【0076】
固体成分の調整
攪拌器を備えた40Lのスチール製オートクレーブに、0℃の温度で、35LのTiCl4を、1760gの上述のようにして得た球状支持体と共に投入した。
このスラリーを4.5時間135℃で加熱攪拌した。その後攪拌しながら温度を90℃にまで下げ、さらに30分間一定に保った。
【0077】
次いで攪拌を停止し、この液体を反応器からサイホンで取り出した。六回ヘキサンで洗浄した(2回は60℃で、4回は25℃)。
【0078】
この球状の固体成分を排出し、真空下約50℃で乾燥させた(1.670gのきれいな触媒が回収された)。
【0079】
この固体の組成は次の通りであった:
Ti:11.2重量%
Mg:15.2重量%
Cl:58.3重量%
溶媒:3.10重量%
不足係数:2.3
【0080】
実施例で得た触媒のエックス線パターン回折の結果、2θ値が48.3°と50.0°の二つの異なるピークと、2θ値が25.3°の一つのピークが観測された。
【0081】
このようにして得られた触媒を一般的なスラリー法でHDPE重合を行って評価したところ、170gの次の特徴をもつポリマーが得られた。
MIF:1.3g/10’
MIP:0.13g/10’
Bdp:0.346(形状:球状)
【0082】
また、20mLの無水ヘキサンと、0.75gのTIBA、0.18gの触媒をこの順で入れた以外は上記の一般的な気相重合でこれを用いた。これらを室温で5分間混合攪拌し、次いでプロパン流中に置かれた上記1Lの反応器に投入した。
【0083】
プロパンの過圧により、この気相反応器に活性化した触媒を注入した。最終圧力は約23barであり、95℃で120分間の重合中、エチレンを供給してその圧力を一定に維持した。
【0084】
最後に反応器を放圧し、温度を30℃にまで下げた。捕集したポリマーを70℃で窒素流下で乾燥した(140gが得られた)ところ、以下の性質を持っていた。
ポリマー嵩密度:0.456g/cc(形状:球状)
MIE:0.36g/10’
MIP:1.4g/10’
MIF:24.8g/10’
ダイ膨張率(So@1025l/sec):336
溶融強度(ETA*、G*=2kPa):2.90E+05ポイズ
【0085】
実施例3
球状のMgCl2−H20付加物の調整
MgCl2と水からなる球状の支持体を、実施例1に開示の方法で調整した。
固体成分の調整
攪拌器を備えた40Lのスチール製オートクレーブに、0℃の温度で、32LのTiCl4を、1200gの上述のようにして得た球状支持体と共に投入した。
【0086】
このスラリーを4.5時間135℃で加熱攪拌した。その後攪拌しながら、温度を90℃にまで下げ、さらに30分間一定に保った。
【0087】
次いで攪拌を停止し、この液体を反応器からサイホンで取り出した。六回ヘキサンで洗浄した(2回は60℃で、4回は25℃)。
【0088】
この球状の固体成分を排出し、真空下で約50℃で乾燥させた(1.670gのきれいな触媒が回収された)。
【0089】
この固体の組成は次の通りであった:
Ti:6.7重量%
Mg:18.6重量%
Cl:64.0重量%
溶媒:1.8重量%
不足係数:2.0
【0090】
実施例で得た触媒のエックス線パターン回折の結果、2θ値が48.3°と50.0°の二つの異なるピークが観測された。
【0091】
このようにして得られた触媒を一般的なスラリー法でHDPE重合を行って評価したところ、170gの次の特徴をもつポリマーが得られた。
MEF:3.4g/10’
MIP:0.22g/10’
Bdp:0.346 (形状:球状)
【0092】
実施例4
固体成分の製造
平均径が約46μmの式MgCl2・3EtOHの球状支持体を、N2流下で50〜150℃の温度範囲で熱処理して、残留アルコール含量が約24%(1モルのMgCl2当り0.7モルのアルコール)の球状粒子を得た。
【0093】
攪拌器を備えた2Lのスチール製オートクレーブに、0℃の温度で、0.9LのTiCl4を、60gの支持体と45ccのTi(iPrO)4とともにゆっくりと投入した。
【0094】
全体を150分かけて135℃まで加熱し、この条件にさらに5時間維持した。攪拌を停止して30分経過後に、液相を固体から分離した。その後6回無水ヘキサンで洗浄し(0.9l)た。そのうち二回は60℃で、四回は室温で行った。
【0095】
真空下約50℃で乾燥後、103gの自由に流動する粒子が回収された。
【0096】
この固体は以下の性質を示した。
−Ti:18.5重量%
−Mg:10.3重量%
−Cl:53.7重量%
−OEt:0.9重量%
−Oi−Pr:<0.1重量%
【0097】
実施例で得た触媒のエックス線パターン回折の結果、2θ値が48.3°と50.0°に二つの異なるピークが観測された。
【0098】
テキスト中に記載の方法により気孔率の測定を行った。その結果を下に示す。

【0099】
このようにして得られた触媒を、下に報告する試験によりHDPE重合を行って評価した。
【0100】
エチレンの重合(HDPE)
一般的な方法で試験を行ったところ、120gの以下の性質を持つポリマーが得られた。
【0101】
MIF:3.3g/10’
MIP:0.16g/10’
Bdp:0.314(形状:球状)
【0102】
実施例5
球状のMgCl2−H2O付加物の調整
MgCl2と水からなる球状の支持体を、実施例1に開示の方法で調整した。
【0103】
固体成分の製造
攪拌器を備えた40Lのスチール製オートクレーブに、0℃の温度で、35LのTiCl4を、1750gの上述のようにして得た球状支持体と共に投入した。次いで、上記温度を維持しながら、210gのハフニウムテトラクロライドをこの反応器に入れた。このスラリーを4.5時間135℃で加熱攪拌した。
【0104】
次いで攪拌を停止し、この液体を反応器からサイホンで取り出した。六回ヘキサンで洗浄した(2回は60℃で、4回は25℃)。
【0105】
この球状の固体成分を排出し、真空下約50℃で乾燥させた(1.670gのきれいな触媒が回収された)。
【0106】
この固体の組成は次の通りであった:
Ti:4.5重量%
Hf:5.9重量%
Mg:17.5重量%
Cl:60.0重量%
溶媒:1.4重量%
不足係数:2.1
【0107】
実施例で得た触媒のエックス線パターン回折(上記のテキストに記載の方法により記録)の結果、2θ値が48.3°と50.0°に二つの異なるピークが観測された。
【0108】
一般的な方法でスラリー重合試験を行ったところ、130gの以下の性質を持つポリマーが得られた。
【0109】
MF:2.8g/10’
Bdp:0.423(形状:球状)
【0110】
気相でのエチレンの重合(HDPE)
一般的な方法で試験を行ったところ、140gの以下の性質を持つポリマーが得られた。
【0111】
ポリマー嵩密度:0.472g/cc(形状:球状)
MIE:0.29g/10’
MIP:1.5g/10’
MIF:23.8g/10’
膨張率(So@1025l/sec):287
溶融強度(ETA*、G*=2kPa):2.30E+05ポイズ
【0112】
実施例6
直列型重合プロセスでの広いMWDのPEの製造
この重合プロセスは、触媒成分を混合して触媒系を形成するための小型反応器(前接触ポット)と、先工程からの触媒系を受け取る、混合手段を備えた第二の容器と、さらにはプロパンにより流動条件下に置かれている二個の流動床反応器(重合器)をもつ連続運転中のプラントで実施した。この前接触ポットに、以下の反応物を供給する:
−実施例3で調整した固体触媒成分
−希釈剤としての液体プロパン
−アルミニウムアルキル化合物の溶液
【0113】
この温度は10〜60℃の範囲であり、滞留時間(第1及び第2の容器)は15分間〜2時間の範囲である。実施例3で調整した触媒の試験に用いた具体的な実験条件を、表1にまとめて示す。
【0114】
このようにして得られた触媒系を、前接触部(第1及び第2の容器)から直接、表2に示す条件下で運転中の第一の気相流動床反応器に供給した。第一の気相反応器で生産されたポリマーを次いで、表3に示す条件下で運転中の第二の気相反応器に移した。
【0115】
最後の反応器から排出されるポリマーを、まず水蒸気処理部に移し、次いで70℃で窒素流中で乾燥させて、重量を測定した。このポリマーの性質を表4に示す。
【0116】
【表1】

【0117】
【表2】

【0118】
【表3】

【0119】
【表4】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
MgとTiとハロゲン原子とを含む触媒成分であって、(a)Ti原子が、前記触媒成分の総重量に対して4%を超える量で存在し、(b)MgとTi原子の量が、Ti/Mgモル比が1より小さくなる量であり、(c)エックス線回折スペクトルによれば、2θ回折角が47.0°〜52.0°の範囲で、48.0±0.2°、及び50.2±0.2°の2θの回折角で、少なくとも2個の回折ピークが存在することを特徴とする触媒成分。
【請求項2】
最も強い回折ピークが、2θが50.0±0.2°であるピークである請求項1に記載の触媒。
【請求項3】
48.0±0.2°の回折ラインの強度が、最も強い回折ラインの強度の0.8倍より小さい請求項1または2に記載の触媒。
【請求項4】
Ti/Mgモル比が0.9以下である前記請求項のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項5】
チタン原子の量が4.5%より多い前記請求項のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項6】
上記チタン原子のうち80%より多くが、+4の原子価状態にある前記請求項のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項7】
不足係数(但し、この不足係数は、固体触媒成分中に存在するアニオンの合計モル当量によって満たされていない、固体触媒成分中に存在するカチオンの全モル当量を満たすために不足しているアニオン種のモル当量であり、アニオンとカチオンのモル当量はいずれも、Tiモル量当りの値である)が0.5より大きい前記請求項のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項8】
上記Ti化合物が、式Ti(ORIIIn4-n(式中、nは0〜1の数字であり、RIIIは、2〜8個の炭素原子をもつアルキル、シクロアルキルまたはアリール基であり、Xはハロゲンである)をもつ前記請求項のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項9】
上記Ti化合物Ti(ORIIIn4-nが、所定の量のTiOCl2と混合されている前記請求項のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項10】
さらに、式Hf(ORvn4-n(式中、nは0〜1の数字であり、Rvは2〜8個の炭素原子を持つアルキル、シクロアルキルまたはアリール基であり、Xはハロゲンである)のHf誘導体を含む前記請求項のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項11】
請求項1〜10のいずれか一項に記載の触媒成分と有機Al化合物との反応により得られるオレフィン重合用の触媒系。
【請求項12】
上記有機Al化合物がAlトリヒドロカルビル化合物である請求項11に記載の触媒系。
【請求項13】
さらに外部供与体を含む前記請求項のいずれか一項に記載の触媒系。
【請求項14】
上記外部供与体が、下記式
【化1】

(式中、R2は、相互に同一であるか異なって、水素原子、または必要なら元素周期律表の13〜17族に属すヘテロ原子を含んでいてもよいC1−C20−炭化水素基、または式−OR1のアルコキシ基であり、2つ以上のR2基は相互に結合して環を形成していてもよい;R1は、必要なら元素周期律表の13〜17族に属すヘテロ原子を含んでいてもよいC1−C20−炭化水素基である)の化合物から選ばれる請求項13に記載の触媒系。
【請求項15】
請求項11〜14のいずれか一項に記載の触媒系の存在化で行うエチレンの重合方法。

【公表番号】特表2013−515798(P2013−515798A)
【公表日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−545250(P2012−545250)
【出願日】平成22年12月17日(2010.12.17)
【国際出願番号】PCT/EP2010/070033
【国際公開番号】WO2011/076675
【国際公開日】平成23年6月30日(2011.6.30)
【出願人】(506126071)バーゼル・ポリオレフィン・イタリア・ソチエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータ (138)
【Fターム(参考)】