JP7538466B2 - Method for producing ethylene-based polymerization catalyst component, method for producing ethylene-based polymerization catalyst, and method for producing ethylene-based polymer - Google Patents
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Description
本発明は、エチレン系重合触媒成分の製造方法、エチレン系重合触媒の製造方法、およびエチレン系重合体の製造方法に関する。さらに詳しくは、超高分子量のエチレン系重合体を製造可能なエチレン系重合触媒成分、エチレン系重合触媒の製造方法、およびエチレン系重合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component, a method for producing an ethylene-based polymerization catalyst, and a method for producing an ethylene-based polymer. More specifically, the present invention relates to an ethylene-based polymerization catalyst component capable of producing an ultra-high molecular weight ethylene polymer, a method for producing an ethylene-based polymerization catalyst, and a method for producing an ethylene-based polymer.
エチレン系重合体は、産業分野におけるプラスチック材料を代表する基幹資材である。エチレン系重合体は、非常に多くの技術分野において汎用されているので、その用途や成形法に応じて要求される、分子量分布や流動性などの特性及び機械的物性や熱的性質などの各種の性能が広範囲にわたっている。
そのようなエチレン系重合体を製造するために、各種の重合触媒が開発され、改良が重ねられている。そのなかで、チーグラー触媒やメタロセン触媒と共に、フィリップス触媒が重用されている。フィリップス触媒は、クロム化合物をシリカ、シリカ-アルミナ、シリカ-チタニアのような無機酸化物担体に担持させ、非還元性雰囲気で賦活することにより担持されたクロム原子の少なくとも一部のクロム原子を6価としたクロム触媒である。フィリップス触媒では、広い分子量分布のエチレン系重合体が得られ、一般に成形性が良好でありブロー成形などに用いられる。
Ethylene-based polymers are key materials that represent plastic materials in industrial fields. Ethylene-based polymers are widely used in a wide variety of technical fields, and therefore require a wide range of properties, such as molecular weight distribution and flowability, as well as mechanical and thermal properties, depending on the application and molding method.
In order to produce such ethylene polymers, various polymerization catalysts have been developed and improved. Among them, Phillips catalysts are used in addition to Ziegler catalysts and metallocene catalysts. Phillips catalysts are chromium catalysts in which a chromium compound is supported on an inorganic oxide carrier such as silica, silica-alumina, or silica-titania, and activated in a non-reducing atmosphere to convert at least some of the supported chromium atoms into hexavalent chromium atoms. Phillips catalysts produce ethylene polymers with a wide molecular weight distribution, and generally have good moldability, making them suitable for blow molding and the like.
大型のブロー成形製品においては、耐クリープ性と耐衝撃性が重要な性能である。従来のフィリップス触媒によって得られる広い分子量分布を有するエチレン系重合体を、大型製品などにブロー成形した場合、成形品は、耐クリープ性と耐衝撃性のバランスが必ずしも十分でない。耐クリープ性と耐衝撃性は、相反する物性であり、耐クリープ性が向上すると、耐衝撃性が低下し、逆に耐衝撃性が向上すると、耐クリープ性が低下するのが一般的である。 In large blow-molded products, creep resistance and impact resistance are important properties. When ethylene polymers with a wide molecular weight distribution obtained using conventional Phillips catalysts are blow-molded into large products, the resulting molded products do not necessarily have a sufficient balance between creep resistance and impact resistance. Creep resistance and impact resistance are contradictory physical properties, and generally, when creep resistance improves, impact resistance decreases, and conversely, when impact resistance improves, creep resistance decreases.
従って、フィリップス触媒において、耐クリープ性などの物性と成形性が共に優れたエチレン系重合体が得られるのであれば、従来のレベルを超えて物性と成形性のバランスに優れた材料になる。ところが、フィリップス触媒を用いて、適当な長さの長鎖分岐を適切な分子量領域に適度な量だけ導入するような精密な触媒制御方法は、現段階の技術では困難なため、物性と成形性をともに向上させる方法については具体的な指針は未だ得られていない。
フィリップス触媒を用いて良好な物性バランスと成形性を持ったエチレン系重合体を得る試みとして、特定の構造を有する担体を用いる検討が行われている。例えば特許文献1、特許文献2には、特定の表面積、平均細孔容積、平均細孔径を有する高多孔質シリカを用いることが開示されている。また、特許文献3には、特定の構造を有するシリカから得られるフィリップス触媒と有機アルミニウム化合物を組み合わせて、ポリマーの分子量分布を広げる技術が開示されている。さらに特許文献4では特異な細孔の構造と結晶性を有するシリカを用いることについて開示されている。
しかしながら、これらの触媒ではポリマーの分子量分布や組成分布を制御することは困難であり、目標とする材料特性を発現するように触媒を設計することは出来ていない。
Therefore, if an ethylene polymer having both excellent physical properties such as creep resistance and moldability can be obtained using the Phillips catalyst, it will be a material having a better balance of physical properties and moldability than the conventional level. However, since it is difficult at the present stage to precisely control the catalyst using the Phillips catalyst to introduce an appropriate amount of long chain branches of an appropriate length in an appropriate molecular weight region, no specific guidelines have yet been obtained for a method of improving both physical properties and moldability.
In an attempt to obtain an ethylene polymer having a good balance of physical properties and moldability using a Phillips catalyst, the use of a carrier having a specific structure has been investigated. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose the use of highly porous silica having a specific surface area, average pore volume, and average pore diameter. Patent Document 3 discloses a technique for broadening the molecular weight distribution of a polymer by combining a Phillips catalyst obtained from silica having a specific structure with an organoaluminum compound. Furthermore, Patent Document 4 discloses the use of silica having a unique pore structure and crystallinity.
However, it is difficult to control the molecular weight distribution and composition distribution of the polymer using these catalysts, and it has not been possible to design a catalyst that will produce the desired material properties.
そこで、高分子量成分と低分子量成分とを別々の触媒により重合させる試みが行われている。例えば、分子量が高くかつ分子量分布が広い高分子量成分を製造し、同時に分子量が低くかつ分子量分布が狭い低分子量成分を製造すれば、高分子量成分を増加させ、低分子量成分を減少させることができ、耐クリープ性及び耐衝撃性を共に向上させることが可能になる。このような観点から、特許文献5では、粘土鉱物を担体として用いたフィリップス触媒により高分子量のポリエチレンが得られることが開示されている。また、特許文献6、特許文献7では、粘土鉱物と通常のシリカを組み合わせることにより、得られるポリマーの分子量分布を制御可能なことが開示されている。
また、特許文献7、特許文献8には、噴霧乾燥造粒により、異なる無機酸化物を混合して噴霧乾燥造粒する技術が開示されている。
このように、種々の触媒が開発され、様々なエチレン系重合体が合成されているが、既存の触媒を用いて製造されたエチレン系重合体では所望の効果が得られない場合もある。そこで、エチレン系重合体のバリエーションの一つとして、超高分子量成分を有するエチレン系重合体が安定して製造できる、粒子性状の良い触媒技術が望まれている。
Therefore, attempts have been made to polymerize high molecular weight components and low molecular weight components using separate catalysts. For example, if a high molecular weight component with a high molecular weight and a wide molecular weight distribution is produced, and a low molecular weight component with a low molecular weight and a narrow molecular weight distribution is produced at the same time, the high molecular weight component can be increased and the low molecular weight component can be decreased, and both creep resistance and impact resistance can be improved. From this perspective, Patent Document 5 discloses that high molecular weight polyethylene can be obtained by a Phillips catalyst using a clay mineral as a carrier. Patent Documents 6 and 7 disclose that the molecular weight distribution of the obtained polymer can be controlled by combining a clay mineral with ordinary silica.
Furthermore, Patent Documents 7 and 8 disclose techniques for mixing different inorganic oxides and spray-drying and granulating them by spray-drying granulation.
As described above, various catalysts have been developed and various ethylene polymers have been synthesized, but the ethylene polymers produced using existing catalysts may not provide the desired effects. Therefore, a catalyst technology with good particle properties that can stably produce an ethylene polymer having an ultra-high molecular weight component as one of the variations of ethylene polymers is desired.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を安定して製造できる、粒子性状の良いエチレン系重合触媒成分を提供することを目的とする。また、本発明は、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を安定して製造できる、粒子性状の良いエチレン系重合触媒の製造方法、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を安定して製造できるエチレン系重合体の製造方法を提供することも目的とする。本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、特定の赤外線吸収スペクトル及び化学組成を有するエチレン系重合触媒成分を噴霧乾燥造粒して得られた造粒粒子に対して所定の溶媒を用いてクロム化合物を含浸させることによって、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を安定して製造できる粒子性状の良い触媒技術を提供できることを見出し、この知見に基づき、本発明を完成するに至った。本発明は、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and aims to provide an ethylene-based polymerization catalyst component with good particle properties that can stably produce an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component. The present invention also aims to provide a method for producing an ethylene-based polymerization catalyst with good particle properties that can stably produce an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component, and a method for producing an ethylene-based polymer that can stably produce an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component. As a result of intensive research to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a catalyst technology with good particle properties that can stably produce an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component can be provided by impregnating granulated particles obtained by spray-drying and granulating an ethylene-based polymerization catalyst component having a specific infrared absorption spectrum and chemical composition with a chromium compound using a specified solvent, and based on this finding, the present invention has been completed. The present invention can be realized in the following forms.
〔1〕下記の工程(1)、(2)、(3)を順に行うことを特徴とする、エチレン系重合触媒成分の製造方法。
工程(1):下記成分Aと下記成分Bの混合比率が、それぞれの重量比で、成分A:成分B=1:99~100:0のスラリーを調製し、得られたスラリーを噴霧乾燥造粒して粒子化し、造粒粒子を得る工程。
工程(2):前記工程(1)から得られた造粒粒子に、25℃における比誘電率(ε0)が50以下である溶媒存在下においてクロム化合物を含浸させ、クロム化合物担持成分を得る工程。
工程(3):前記工程(2)の溶媒を除去することにより、流動性のあるクロム化合物担持成分を得る工程。
成分A:以下の特性1及び特性2を有する無機酸化物。
(特性1)分析の前処理として600℃で24時間焼成した後に測定した赤外線吸収スペクトルにおいて、3600cm-1~3699cm-1の範囲Xで最大となるピーク強度Pxに対する3700cm-1~3799cm-1の範囲Yで最大となるピーク強度Pyの比率Py/Pxが10未満である。
(特性2):SiO2を90重量%以上含有する。
成分B:微粒子無機酸化物。
[1] A method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component, comprising sequentially carrying out the following steps (1), (2), and (3):
Step (1): A step of preparing a slurry of the following component A and the following component B in a mixing ratio by weight of component A:component B=1:99 to 100:0, and spray-drying and granulating the obtained slurry to obtain granulated particles.
Step (2): A step of impregnating the granulated particles obtained in step (1) with a chromium compound in the presence of a solvent having a relative dielectric constant (ε 0 ) at 25° C. of 50 or less to obtain a chromium compound-supported component.
Step (3): A step of removing the solvent of the step (2) to obtain a fluid chromium compound-supported component.
Component A: An inorganic oxide having the following properties 1 and 2.
(Characteristic 1) In an infrared absorption spectrum measured after calcination at 600° C. for 24 hours as a pretreatment for analysis, the ratio Py/Px of the peak intensity Py that is maximum in the range Y of 3700 cm −1 to 3799 cm −1 to the peak intensity Px that is maximum in the range X of 3600 cm −1 to 3699 cm −1 is less than 10.
(Characteristic 2): Contains 90% or more by weight of SiO2 .
Component B: finely divided inorganic oxide.
〔2〕前記成分Aが、さらに以下の特性3を有する無機酸化物であることを特徴とする、〔1〕に記載のエチレン系重合触媒成分の製造方法。
(特性3)粉末X線回折において2θ=23°~29°に半値幅0.2°以上5°以下のピークがある
[2] The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component according to [1], wherein the component A is an inorganic oxide further having the following characteristic 3:
(Characteristic 3) In powder X-ray diffraction, there is a peak with a half-width of 0.2° to 5° at 2θ = 23° to 29°.
〔3〕前記成分Bが、SiO2を90重量%以上含有する微粒子無機酸化物であることを特徴とする、〔1〕または〔2〕に記載のエチレン系重合触媒成分の製造方法。 [3] The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component according to [1] or [2], characterized in that the component B is a fine inorganic oxide containing 90% by weight or more of SiO2 .
〔4〕前記工程(2)で用いる溶媒が、炭素水素化合物並びに酸素原子、水素原子および炭素原子を含む化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種類含む溶媒であることを特徴とする、〔1〕~〔3〕のいずれか1項に記載のエチレン系重合触媒成分の製造方法。 [4] The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component according to any one of [1] to [3], characterized in that the solvent used in the step (2) is a solvent containing at least one selected from the group consisting of hydrocarbon compounds and compounds containing oxygen atoms, hydrogen atoms, and carbon atoms.
〔5〕前記成分Aがさらに以下の特性4を有する無機酸化物であることを特徴とする、〔1〕~〔4〕のいずれか1項に記載のエチレン系重合触媒成分の製造方法。
(特性4)平均粒径が0.01μm~10μm。
[5] The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component according to any one of [1] to [4], wherein the component A is an inorganic oxide further having the following property 4:
(Characteristic 4) Average particle size is 0.01 μm to 10 μm.
〔6〕前記成分Bが、平均粒径が0.01μm~50μmの無機酸化物であることを特徴とする、〔1〕~〔5〕のいずれか1項に記載のエチレン系重合触媒成分の製造方法。 [6] The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component according to any one of [1] to [5], characterized in that component B is an inorganic oxide having an average particle size of 0.01 μm to 50 μm.
〔7〕前記工程(1)の前記スラリーが、前記成分Aと前記成分Bを合わせてた重量として5重量%~50重量%((前記成分A+前記成分B)/水スラリー×100)で調製されることを特徴とする、〔1〕~〔6〕のいずれか1項に記載のエチレン系重合触媒成分の製造方法。 [7] The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component according to any one of [1] to [6], characterized in that the slurry in step (1) is prepared at a combined weight of component A and component B of 5% by weight to 50% by weight ((component A + component B) / water slurry x 100).
〔8〕前記工程(2)において、クロム原子を0.01重量%~2.0重量%含有する前記クロム化合物担持成分を得ることを特徴とする、〔1〕~〔7〕のいずれか1項に記載のエチレン系重合触媒成分の製造方法。 [8] A method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component according to any one of [1] to [7], characterized in that in the step (2), the chromium compound-supported component containing 0.01% by weight to 2.0% by weight of chromium atoms is obtained.
〔9〕〔1〕~〔8〕のいずれか1項に記載の製造方法により得られるエチレン系重合触媒成分を用いて、さらに下記工程(4)を経ることを特徴とする、エチレン系重合触媒の製造方法。
工程(4):前記クロム化合物担持成分を、非還元性雰囲気下、400℃~900℃で焼成活性化することにより少なくとも一部のクロム原子を6価とする工程。
[9] A method for producing an ethylene-based polymerization catalyst, comprising using an ethylene-based polymerization catalyst component obtained by the production method according to any one of [1] to [8], and further carrying out the following step (4):
Step (4): A step of calcining and activating the chromium compound-supporting component at 400° C. to 900° C. in a non-reducing atmosphere to convert at least a part of the chromium atoms into hexavalent chromium atoms.
〔10〕前記工程(4)において、前記クロム化合物担持成分に含まれるクロム原子のうち50%以上のクロム原子を6価に酸化することを特徴とする、〔9〕に記載のエチレン系重合触媒の製造方法。 [10] The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst according to [9], characterized in that in step (4), 50% or more of the chromium atoms contained in the chromium compound-supported component are oxidized to hexavalent chromium.
〔11〕〔9〕または〔10〕に記載の製造方法により得られるエチレン系重合触媒を用いて、エチレンを少なくとも含むモノマーを重合することを特徴とする、エチレン系重合体の製造方法。 [11] A method for producing an ethylene-based polymer, comprising polymerizing a monomer containing at least ethylene using an ethylene-based polymerization catalyst obtained by the production method described in [9] or [10].
本発明のエチレン系重合触媒成分の製造方法によれば、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を安定して製造でき、粒子性状の良いエチレン系重合触媒を提供できる。
本発明のエチレン系重合体触媒の製造方法によれば、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を安定して製造でき、粒子性状の良いエチレン系重合触媒を製造できる。
本発明のエチレン系重合体の製造方法によれば、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を安定して製造できる。
According to the method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component of the present invention, an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component can be stably produced, and an ethylene-based polymerization catalyst having good particle properties can be provided.
According to the process for producing an ethylene polymer catalyst of the present invention, an ethylene polymer having an ultra-high molecular weight component can be stably produced, and an ethylene polymerization catalyst having good particle properties can be produced.
According to the process for producing an ethylene polymer of the present invention, an ethylene polymer having an ultra-high molecular weight component can be stably produced.
以下、本発明について、項目毎に具体的かつ詳細に説明する。
なお、本明細書において、数値範囲について「~」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「10~20」という記載では、下限値である「10」、上限値である「20」のいずれも含むものとする。すなわち、「10~20」は、「10以上20以下」と同じ意味である。
Hereinafter, the present invention will be described specifically and in detail for each item.
In this specification, when a numerical range is described using "to", the range includes the lower limit and the upper limit unless otherwise specified. For example, the description "10 to 20" includes both the lower limit "10" and the upper limit "20". In other words, "10 to 20" has the same meaning as "10 or more and 20 or less".
1.エチレン系重合触媒成分の製造方法
エチレン系重合触媒成分の製造方法は、下記の工程(1)、(2)、(3)を順に行うことを特徴とする。
工程(1):下記成分Aと下記成分Bの混合比率が、それぞれの重量比で、成分A:成分B=1:99~100:0のスラリーを調製し、得られたスラリーを噴霧乾燥造粒して粒子化し、造粒粒子を得る工程。
工程(2):前記工程(1)から得られた造粒粒子に、25℃における比誘電率(ε0)が50以下である溶媒存在下においてクロム化合物を含浸させ、クロム化合物担持成分を得る工程。
工程(3):前記工程(2)の溶媒を除去することにより、流動性のあるクロム化合物担持成分を得る工程。
成分A:以下の特性1及び特性2を有する無機酸化物。
(特性1)分析の前処理として600℃で24時間焼成した後に測定した赤外線吸収スペクトルにおいて、3600cm-1~3699cm-1の範囲Xで最大となるピーク強度Pxに対する3700cm-1~3799cm-1の範囲Yで最大となるピーク強度Pyの比率Py/Pxが10未満である。
(特性2):SiO2を90重量%以上含有する。
成分B:微粒子無機酸化物。
1. Method for Producing an Ethylene-Based Polymerization Catalyst Component The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component is characterized by sequentially carrying out the following steps (1), (2), and (3).
Step (1): A step of preparing a slurry of the following component A and the following component B in a mixing ratio by weight of component A:component B=1:99 to 100:0, and spray-drying and granulating the obtained slurry to obtain granulated particles.
Step (2): A step of impregnating the granulated particles obtained in step (1) with a chromium compound in the presence of a solvent having a relative dielectric constant (ε 0 ) at 25° C. of 50 or less to obtain a chromium compound-supported component.
Step (3): A step of removing the solvent of the step (2) to obtain a fluid chromium compound-supported component.
Component A: An inorganic oxide having the following properties 1 and 2.
(Characteristic 1) In an infrared absorption spectrum measured after calcination at 600° C. for 24 hours as a pretreatment for analysis, the ratio Py/Px of the peak intensity Py that is maximum in the range Y of 3700 cm −1 to 3799 cm −1 to the peak intensity Px that is maximum in the range X of 3600 cm −1 to 3699 cm −1 is less than 10.
(Characteristic 2): Contains 90% or more by weight of SiO2 .
Component B: finely divided inorganic oxide.
2.工程(1)における造粒粒子の製造方法
造粒粒子は、成分Aと成分Bの混合比率が、成分A:成分B=1:99~100:0のスラリーを調製し、得られたスラリーを噴霧乾燥造粒して粒子化して得られる。成分Aとしては、下記の無機酸化物粒子A1が例示される。成分Bとしては、下記の無機酸化物粒子B1が例示される。
2. Method for producing granulated particles in step (1) The granulated particles are obtained by preparing a slurry in which the mixing ratio of component A and component B is component A:component B=1:99 to 100:0, and spray-drying and granulating the obtained slurry. An example of component A is inorganic oxide particle A1 shown below. An example of component B is inorganic oxide particle B1 shown below.
2.1.成分Aとしての無機酸化物粒子A1
特性1及び特性2を有する無機酸化物として、下記の無機酸化物粒子A1が好適に例示される。無機酸化物粒子A1は特性1及び特性2の他に、特性3、特性4、及びその他の特性を有していてもよい。
2.1. Inorganic oxide particles A1 as component A
The following inorganic oxide particles A1 are suitable examples of inorganic oxides having the properties 1 and 2. In addition to the properties 1 and 2, the inorganic oxide particles A1 may also have properties 3, 4, and other properties.
(1)無機酸化物粒子A1の特性1
特性1は、赤外線吸収スペクトルにおいて、3600cm-1~3699cm-1の範囲Xで最大となるピーク強度Pxに対する3700cm-1~3799cm-1の範囲Yで最大となるピーク強度Pyの比率Py/Pxが10未満であるという特性である。
赤外線吸収スペクトルにおいて、3550cm-1付近に現れるピークは、水素結合性OH基に由来する。また、3650cm-1付近に現れるピークは、他と相互作用できない部位にあるOH基に由来する。他方、3750cm-1付近に現れるピークは、外表面の孤立OH基に由来する。上述の特性1の要件を充足する無機酸化物は、3650cm-1付近のピーク強度が相対的に強くなっている。このことは、無機酸化物粒子A1が、高温に加熱した場合にも、脱水縮合に関与しないOH基を多く含有する構造を有していることを示している。このような構造は、熱的に安定な規則性のある構造と考えられ、構造の規則性がOH基の配列に影響していると推定される。
なお、図1のグラフにおいて、無機酸化物粒子A1の一例(後述する実施例)の赤外線吸収スペクトルを実線で示す。
(1) Characteristics of inorganic oxide particles A1
Property 1 is that in an infrared absorption spectrum, the ratio Py/Px of a peak intensity Py having a maximum in a range Y of 3700 cm -1 to 3799 cm -1 to a peak intensity Px having a maximum in a range X of 3600 cm -1 to 3699 cm -1 is less than 10.
In the infrared absorption spectrum, the peak appearing near 3550 cm −1 is derived from hydrogen-bonded OH groups. The peak appearing near 3650 cm −1 is derived from OH groups at sites that cannot interact with others. On the other hand, the peak appearing near 3750 cm −1 is derived from isolated OH groups on the outer surface. Inorganic oxides that satisfy the requirements of the above-mentioned characteristic 1 have a relatively strong peak intensity near 3650 cm −1 . This indicates that the inorganic oxide particles A1 have a structure that contains many OH groups that are not involved in dehydration condensation even when heated to high temperatures. Such a structure is considered to be a thermally stable regular structure, and it is presumed that the regularity of the structure affects the arrangement of the OH groups.
In the graph of FIG. 1, the infrared absorption spectrum of one example of inorganic oxide particles A1 (Example described later) is shown by a solid line.
(2)無機酸化物粒子A1の特性2
特性2は、SiO2を90重量%以上含有するという特性である。つまり、無機酸化物粒子A1は、主成分がSiO2の無機酸化物である。無機酸化物粒子A1におけるSiO2の含有率は、90重量%以上であればよいが、95重量%以上が好ましく、98重量%以上が更に好ましい。もちろん、SiO2の含有率は、100重量%であってもよい。無機酸化物粒子A1は、主成分がSiO2の粒子であるから、無機酸化物の形状を制御し易く、また触媒性能に優れる。
含有率が100重量%未満の場合、残りの成分は任意の無機酸化物成分であって良いが、周期表(無機化合物命名法の1990年規則による周期律表)の第2,3,4、及び13族金属を含む酸化物が好ましい。具体的には、マグネシア(MgO)、アルミナ(Al2O3)、チタニア(TiO2)、ジルコニア(ZrO2)、及びこれらの複合酸化物、すなわちアルミナ-チタニア(Al2O3-TiO2)、アルミナーマグネシア(Al2O3-MgO)、アルミナ-ジルコニア(Al2O3-ZrO2)、チタニア-マグネシア(TiO2-MgO)、チタニア-ジルコニア(TiO2-ZrO2)等が例示できる。これらの中で、マグネシア、アルミナ、チタニアが好ましく、さらにはアルミナ、チタニアが好ましい。
(2) Characteristics 2 of Inorganic Oxide Particles A1
Characteristic 2 is a characteristic that the inorganic oxide particles A1 contain 90% by weight or more of SiO2. In other words, the inorganic oxide particles A1 are inorganic oxides whose main component is SiO2 . The content of SiO2 in the inorganic oxide particles A1 may be 90% by weight or more, but is preferably 95% by weight or more, and more preferably 98% by weight or more. Of course, the content of SiO2 may be 100% by weight. Since the inorganic oxide particles A1 are particles whose main component is SiO2 , it is easy to control the shape of the inorganic oxide and has excellent catalytic performance.
When the content is less than 100% by weight, the remaining components may be any inorganic oxide components, but are preferably oxides containing metals of Groups 2, 3, 4, and 13 of the Periodic Table (Periodic Table according to the 1990 Rules for the Nomenclature of Inorganic Compounds).Specific examples include magnesia (MgO), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), and composite oxides thereof, i.e., alumina-titania (Al 2 O 3 -TiO 2 ), alumina-magnesia (Al 2 O 3 -MgO), alumina-zirconia (Al 2 O 3 -ZrO 2 ), titania-magnesia (TiO 2 -MgO), titania-zirconia (TiO 2 -ZrO 2 ), etc. Of these, magnesia, alumina and titania are preferred, with alumina and titania being more preferred.
(3)無機酸化物粒子A1の特性3
無機酸化物粒子A1は、粉末X線回折において2θ=23°~29°に半値幅0.2°以上5°以下の結晶性を示すピークを有することが好ましい。無機酸化物粒子A1が結晶性であると、エチレン系重合体が高分子量化する傾向にある。
(3) Characteristics of inorganic oxide particles A1
The inorganic oxide particles A1 preferably have a peak showing crystallinity at 2θ=23° to 29° with a half width of 0.2° to 5° in powder X-ray diffraction. When the inorganic oxide particles A1 are crystalline, the ethylene-based polymer tends to have a high molecular weight.
(4)無機酸化物粒子A1の特性4
無機酸化物粒子A1の平均粒径は、特に限定されない。無機酸化物粒子A1の平均粒径は、噴霧乾燥造粒により造粒粒子を形成する上で、0.01μm~10μmであることが好ましく、0.05μm~6.0μmであることがより好ましく、0.1μm~3.0μmであることが更に好ましい。
なお、クロム触媒A2の粒子の平均粒子径は、レーザー回折法による測定か、20個のクロム触媒A2の粒子径を走査型電子顕微鏡(SEM)で測定し、その測定値を平均化することにより求められる。今回は、平均粒子径が0.1μm以上の粒子についてはレーザー回折法による粒度分布測定装置により平均粒子径(メジアン径)を求め、平均粒子径が0.1μm未満の粒子についてはSEM観察により平均粒子径を求めた。
レーザー回折法による測定方法は、まず、無機酸化物粒子A1を0.05g量りとり、これを蒸留水9.95gにスターラーで撹拌させながら、ゆっくり加え、均一な0.5重量%の無機酸化物粒子A1/水スラリーを調製する。この無機酸化物粒子A1/水スラリーをサンプルとしてレーザー回折散乱式の粒度測定装置(例えば、堀場製作所製レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置LA-920)を用い、分散媒を水、屈折率1.3、形状係数1.0の条件で測定する。
(4) Characteristics of inorganic oxide particles A1
The average particle size of the inorganic oxide particles A1 is not particularly limited. In forming granulated particles by spray drying granulation, the average particle size of the inorganic oxide particles A1 is preferably 0.01 μm to 10 μm, more preferably 0.05 μm to 6.0 μm, and even more preferably 0.1 μm to 3.0 μm.
The average particle size of the particles of chromium catalyst A2 can be determined by measuring the particle size of 20 particles of chromium catalyst A2 using a scanning electron microscope (SEM) and averaging the measured values. In this study, the average particle size (median size) of particles with an average particle size of 0.1 μm or more was determined using a particle size distribution measuring device using the laser diffraction method, and the average particle size of particles with an average particle size of less than 0.1 μm was determined by SEM observation.
In the measurement method using the laser diffraction method, first, 0.05 g of inorganic oxide particles A1 is weighed out and slowly added to 9.95 g of distilled water while stirring with a stirrer to prepare a uniform 0.5 wt% inorganic oxide particles A1/water slurry. This inorganic oxide particles A1/water slurry is used as a sample and measured using a laser diffraction scattering type particle size measuring device (for example, a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device LA-920 manufactured by Horiba, Ltd.) under the conditions of water as a dispersion medium, a refractive index of 1.3, and a shape factor of 1.0.
(5)無機酸化物粒子A1の表面積
無機酸化物粒子A1の表面積は、特に限定されない。クロム原子が分散した状態で担持されるという観点から、表面積が10m2/g以上1000m2/g以下であることが好ましく、20m2/g以上500m2/g以下であることがより好ましく、50m2/g以上400m2/g以下であることが更に好ましい。
(5) Surface Area of Inorganic Oxide Particles A1 The surface area of inorganic oxide particles A1 is not particularly limited. From the viewpoint of supporting chromium atoms in a dispersed state, the surface area is preferably 10 m 2 /g or more and 1000 m 2 /g or less, more preferably 20 m 2 /g or more and 500 m 2 /g or less, and even more preferably 50 m 2 /g or more and 400 m 2 /g or less.
(6)無機酸化物粒子A1の細孔容積
無機酸化物粒子A1の細孔容積は、特に限定されないが、細孔容積が0.05~5mL/gであることが好ましく、0.1~3mL/gであることが更に好ましい。
(6) Pore Volume of Inorganic Oxide Particles A1 The pore volume of the inorganic oxide particles A1 is not particularly limited, but the pore volume is preferably 0.05 to 5 mL/g, and more preferably 0.1 to 3 mL/g.
(7)無機酸化物粒子A1の形状
無機酸化物粒子A1の形状は特に限定されない。例えば、無機酸化物粒子A1は、粒子形状が板状である態様を採用することができる(第1態様)。
または、無機酸化物粒子A1は、板状の無機酸化物粒子A1が凝集した凝集体が含有されている態様を採用することができる(第2態様)。この第2態様の場合には、無機酸化物粒子A1は、凝集体のみから構成されていてもよい。また、この第2態様では、板状の無機酸化物粒子A1が凝集した凝集体と、板状の無機酸化物粒子A1であって凝集していない粒子と、が混在していてもよい。
板状の無機酸化物粒子A1の板厚T(nm)は、特に限定されない。結晶性構造を維持すること、及び重合時のポリマー中への分散性を維持する観点から、無機酸化物粒子A1の板厚T(nm)の平均値が1nm以上100nm以下であることが好ましく、5nm以上50nm以下であることがより好ましく、10nm以上40nm以下であることが更に好ましい。
なお、平面構造を有する結晶性シリカは非晶質シリカとは結晶構造が異なることから非晶質シリカとは違った特有な表面OH基構造を有すると考えられる。Phillips触媒は表面OH基上に6価のクロム原子が担持されたエチレン系重合触媒である。このようなエチレン系重合触媒では、平面構造を有する結晶性シリカ特有のOH基構造の影響により、得られる重合体が高分子量化すると考えられる。
(7) Shape of Inorganic Oxide Particles A1 The shape of the inorganic oxide particles A1 is not particularly limited. For example, the inorganic oxide particles A1 may have a plate-like particle shape (first embodiment).
Alternatively, the inorganic oxide particles A1 may be in a form containing aggregates of plate-like inorganic oxide particles A1 (second form). In this second form, the inorganic oxide particles A1 may be composed only of aggregates. In addition, in this second form, aggregates of plate-like inorganic oxide particles A1 and non-aggregated particles of plate-like inorganic oxide particles A1 may be mixed.
The plate thickness T (nm) of the plate-like inorganic oxide particles A1 is not particularly limited. From the viewpoint of maintaining the crystalline structure and maintaining dispersibility in the polymer during polymerization, the average plate thickness T (nm) of the inorganic oxide particles A1 is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 5 nm or more and 50 nm or less, and even more preferably 10 nm or more and 40 nm or less.
In addition, crystalline silica having a planar structure is different from amorphous silica in crystal structure, and therefore it is considered that it has a unique surface OH group structure different from that of amorphous silica.Phillips catalyst is an ethylene-based polymerization catalyst in which hexavalent chromium atoms are supported on the surface OH group.In such an ethylene-based polymerization catalyst, it is considered that the polymer obtained has a high molecular weight due to the influence of the OH group structure unique to crystalline silica having a planar structure.
2.2.成分Bとしての無機酸化物粒子B1
エチレン系重合触媒成分には、無機酸化物粒子A1以外に無機酸化物粒子B1を含むことができる。
無機酸化物粒子B1は、微粒子無機酸化物である。無機酸化物粒子B1は、非晶質であることが好ましい。
無機酸化物粒子B1は、主成分がシリカ(SiO2)の粒子、主成分がシリカ-チタニア(SiO2-TiO2)の粒子、及び主成分がシリカ-アルミナ(SiO2-Al2O3)の粒子からなる群より選ばれた少なくとも1種以上の粒子から構成されていることが好ましい。ここで、主成分とは、含有率(重量%)が90重量%以上の物質をいう。
主成分がシリカ(SiO2)の粒子におけるシリカ(SiO2)の含有率は、90重量%以上であればよいが、95重量%以上が好ましく、98重量%以上が更に好ましい。もちろん、シリカ(SiO2)の含有率は、100重量%であってもよい。
主成分がシリカ-チタニア(SiO2-TiO2)の粒子におけるシリカ(SiO2)及びチタニア(TiO2)の合計含有率は、90重量%以上であればよいが、95重量%以上が好ましく、98重量%以上が更に好ましい。もちろん、シリカ(SiO2)及びチタニア(TiO2)の合計含有率は、100重量%であってもよい。
主成分がシリカ-アルミナ(SiO2-Al2O3)の粒子におけるシリカ(SiO2)及びアルミナ(Al2O3)の合計含有率は、90重量%以上であればよいが、95重量%以上が好ましく、98重量%以上が更に好ましい。もちろん、シリカ(SiO2)及びアルミナ(Al2O3)の合計含有率は、100重量%であってもよい。
これらの中でも、無機酸化物の粒子形状制御の容易さや触媒性能の観点から、無機酸化物粒子B1は、主成分がシリカ(SiO2)の粒子であることが好ましい。
なお、主成分がシリカ-チタニア(SiO2-TiO2)の粒子を用いる場合には、金属成分として、チタン原子が0.2重量%~40重量%、好ましくは0.5重量%~30重量%、さらに好ましくは1重量%~20重量%含有された粒子が用いられる。
また、主成分がシリカ-ジルコニア(SiO2-ZrO2)の粒子を用いる場合には、金属成分として、ジルコニウム原子が0.2重量%~40重量%、好ましくは0.5重量%~30重量%、さらに好ましくは1重量%~20重量%含有された粒子が用いられる。
また、主成分がシリカ-アルミナ(SiO2-Al2O3)の粒子を用いる場合には、金属成分として、アルミニウム原子が0.2重量%~40重量%、好ましくは0.5重量%~30重量%、さらに好ましくは1重量%~20重量%含有された粒子が用いられる。
2.2. Inorganic oxide particles B1 as component B
The ethylene-based polymerization catalyst component can contain inorganic oxide particles B1 in addition to inorganic oxide particles A1.
The inorganic oxide particles B1 are fine inorganic oxide particles. The inorganic oxide particles B1 are preferably amorphous.
The inorganic oxide particles B1 are preferably composed of at least one type of particles selected from the group consisting of particles whose main component is silica (SiO 2 ), particles whose main component is silica-titania (SiO 2 -TiO 2 ), and particles whose main component is silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ). Here, the main component refers to a substance whose content (by weight) is 90% by weight or more.
The silica (SiO 2 ) content in the particles whose main component is silica (SiO 2 ) may be 90% by weight or more, preferably 95% by weight or more, and more preferably 98% by weight or more. Of course, the silica (SiO 2 ) content may be 100% by weight.
The total content of silica (SiO 2 ) and titania (TiO 2 ) in the particles whose main component is silica-titania (SiO 2 -TiO 2 ) may be 90% by weight or more, preferably 95% by weight or more, and more preferably 98% by weight or more. Of course, the total content of silica (SiO 2 ) and titania (TiO 2 ) may be 100% by weight.
The total content of silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) in the particles whose main component is silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ) may be 90% by weight or more, preferably 95% by weight or more, and more preferably 98% by weight or more. Of course, the total content of silica ( SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) may be 100% by weight.
Among these, from the viewpoints of ease of controlling the particle shape of the inorganic oxide and catalyst performance, it is preferable that the inorganic oxide particles B1 are particles whose main component is silica (SiO 2 ).
When particles whose main component is silica-titania (SiO 2 --TiO 2 ) are used, the particles contain titanium atoms in an amount of 0.2 to 40% by weight, preferably 0.5 to 30% by weight, and more preferably 1 to 20% by weight, as the metal component.
Furthermore, when particles whose main component is silica-zirconia (SiO 2 --ZrO 2 ) are used, the particles contain 0.2 to 40% by weight, preferably 0.5 to 30% by weight, and more preferably 1 to 20% by weight, of zirconium atoms as the metal component.
Furthermore, when particles whose main component is silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ) are used, the particles contain 0.2 to 40% by weight, preferably 0.5 to 30% by weight, and more preferably 1 to 20% by weight, of aluminum atoms as the metal component.
無機酸化物粒子B1の平均粒径は、特に限定されない。無機酸化物粒子B1の平均粒径は、0.01μm~50μmであることが好ましく、0.05μm~30μmであることがより好ましく、0.1μm~20μmであることが更に好ましい。
無機酸化物粒子B1の平均粒径は、無機酸化物粒子A1の平均粒径と同様にして求めることができる。
The average particle size of the inorganic oxide particles B1 is not particularly limited, and is preferably 0.01 μm to 50 μm, more preferably 0.05 μm to 30 μm, and further preferably 0.1 μm to 20 μm.
The average particle size of the inorganic oxide particles B1 can be determined in the same manner as the average particle size of the inorganic oxide particles A1.
無機酸化物粒子B1の表面積は、特に限定されない。クロム原子が分散した状態で担持されるという観点から、表面積が100m2/g以上1000m2/g以下であることが好ましく、150m2/g以上950m2/g以下であることがより好ましく、200m2/g以上900m2/g以下であることが更に好ましい。 The surface area of the inorganic oxide particles B1 is not particularly limited. From the viewpoint of supporting chromium atoms in a dispersed state, the surface area is preferably 100 m 2 /g or more and 1000 m 2 /g or less, more preferably 150 m 2 /g or more and 950 m 2 /g or less, and even more preferably 200 m 2 /g or more and 900 m 2 /g or less.
無機酸化物粒子B1の細孔容積は、特に限定されない。クロム原子が分散した状態で担持され、さらに重合中に粒子が崩壊しながらポリマーが成長しやすいという観点から、細孔容積が0.1mL/g以上5.0mL/g以下であることが好ましく、0.2mL/g以上3.0mL/gであることがより好ましい。 The pore volume of the inorganic oxide particles B1 is not particularly limited. From the viewpoint that the chromium atoms are supported in a dispersed state and that the particles are easily disintegrated during polymerization to allow the polymer to grow, the pore volume is preferably 0.1 mL/g or more and 5.0 mL/g or less, and more preferably 0.2 mL/g or more and 3.0 mL/g or less.
2.3.成分Aと成分Bの混合比率(重量比)
成分Aと成分Bの混合比率は、それぞれの重量比で、成分A:成分B=1:99~100:0である。成分Aと成分Bの混合比率は、成分A:成分B=10:90~90:10であることが好ましく、成分A:成分B=15:85~90:10であることがより好ましく、成分A:成分B=40:60~90:10であることが更に好ましい。
成分Aの配合量は、成分Aと成分Bを合計した重量を100重量部とした場合に、10重量部以上であることが好ましく、15重量部以上であることがより好ましく、40重量部以上であることが更に好ましい。成分Aの配合量の上限は100重量部である。成分Aの配合量が下限以上であれば、高分子量の重合体が得られる。
2.3. Mixing ratio of component A and component B (weight ratio)
The mixing ratio of components A and B, in terms of respective weight ratios, is component A:component B=1:99 to 100:0. The mixing ratio of components A and B is preferably component A:component B=10:90 to 90:10, more preferably component A:component B=15:85 to 90:10, and even more preferably component A:component B=40:60 to 90:10.
The amount of component A is preferably 10 parts by weight or more, more preferably 15 parts by weight or more, and even more preferably 40 parts by weight or more, when the total weight of components A and B is 100 parts by weight. The upper limit of the amount of component A is 100 parts by weight. If the amount of component A is the lower limit or more, a high molecular weight polymer can be obtained.
2.4.造粒粒子の噴霧乾燥造粒
造粒粒子の噴霧乾燥造粒では、原料スラリーの分散媒として、水あるいはメタノール、エタノール、クロロホルム、塩化メチレン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン等の有機溶媒を用いることができる。好ましくは水を分散媒として用いる。
2.4. Spray drying granulation of granulated particles In the spray drying granulation of granulated particles, water or an organic solvent such as methanol, ethanol, chloroform, methylene chloride, pentane, hexane, heptane, toluene, xylene, etc. can be used as a dispersion medium for the raw material slurry. Water is preferably used as the dispersion medium.
造粒粒子の噴霧乾燥造粒においてスラリーは、成分Aと成分Bを合わせた重量として5重量%~50重量%((成分A+成分B)/水スラリー×100)で調整されることが好ましい。スラリー濃度は、より好ましくは10重量%~45重量%であり、さらに好ましくは15重量%~40重量%である。噴霧乾燥造粒の熱風の入口の温度は、分散媒により異なるが、水を例にとると、80℃~260℃、好ましくは100℃~220℃で行う。
また、造粒の際に有機物、無機溶媒、無機塩、各種バインダーを用いてもよい。用いられるバインダーとしては、例えば砂糖、デキストローズ、コーンシロップ、ゼラチン、グルー、カルボキシメチルセルロース類、ポリビニルアルコール、水ガラス、塩化マグネシウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、アルコール類、グリコール、澱粉、カゼイン、ラテックス、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、タール、ピッチ、アルミナゾル、シリカゲル、アラビアゴム、アルギン酸ソーダ等が挙げられる。
In the spray drying granulation of granulated particles, the slurry is preferably adjusted to 5% by weight to 50% by weight ((Component A+Component B)/water slurry×100) as the combined weight of Components A and B. The slurry concentration is more preferably 10% by weight to 45% by weight, and even more preferably 15% by weight to 40% by weight. The temperature at the inlet of the hot air in the spray drying granulation differs depending on the dispersion medium, but in the case of water, for example, the temperature is 80° C. to 260° C., and preferably 100° C. to 220° C.
In addition, organic substances, inorganic solvents, inorganic salts, and various binders may be used during granulation, such as sugar, dextrose, corn syrup, gelatin, glue, carboxymethylcelluloses, polyvinyl alcohol, water glass, magnesium chloride, aluminum sulfate, aluminum chloride, magnesium sulfate, alcohols, glycol, starch, casein, latex, polyethylene glycol, polyethylene oxide, tar, pitch, alumina sol, silica gel, gum arabic, and sodium alginate.
2.5.造粒粒子の平均粒径
造粒粒子の平均粒径は、特に限定されない。造粒粒子の平均粒径は、1μm~500μmであることが好ましく、2μm~300μmであることがより好ましく、5μm~200μmであることがさらに好ましい。造粒粒子の平均粒径を調整する方法としては、噴霧乾燥造粒時のスラリー濃度や、スラリー供給速度を制御する方法が考えられる。平均粒径が下限以上であれば、工程(2)~工程(4)を行うときに造粒粒子の取り扱いが容易となり、好ましい。平均粒径が上限以下であれば、工程(2)~工程(4)を行うときに造粒粒子が崩壊しにくくなり、好ましい。
2.5. Average particle size of granulated particles The average particle size of granulated particles is not particularly limited. The average particle size of granulated particles is preferably 1 μm to 500 μm, more preferably 2 μm to 300 μm, and even more preferably 5 μm to 200 μm. A method for adjusting the average particle size of granulated particles is to control the slurry concentration during spray-drying granulation or the slurry supply rate. If the average particle size is equal to or greater than the lower limit, the granulated particles are easily handled when steps (2) to (4) are performed, which is preferable. If the average particle size is equal to or less than the upper limit, the granulated particles are less likely to collapse when steps (2) to (4) are performed, which is preferable.
3.工程(2)におけるクロム化合物担持成分F1,F2の生成
クロム化合物担持成分F1,F2は、造粒粒子に、25℃における比誘電率(ε0)が50以下である溶媒存在下においてクロム化合物Dを含浸させて得られる。
このようにしてクロム化合物担持成分F1,F2を得ることによって、仮に水のような比誘電率が大きい溶媒を用いてクロム化合物担持成分を得た場合に比して、造粒粒子の崩壊を抑制することができる。
3. Production of chromium compound-supporting components F1 and F2 in step (2) The chromium compound-supporting components F1 and F2 are obtained by impregnating the granulated particles with a chromium compound D in the presence of a solvent having a relative dielectric constant (ε 0 ) at 25° C. of 50 or less.
By obtaining the chromium compound-supporting components F1 and F2 in this manner, the collapse of the granulated particles can be suppressed compared to the case where the chromium compound-supporting components are obtained using a solvent having a large relative dielectric constant such as water.
3.1.クロム化合物担持成分F1,F2
クロム化合物担持成分F1は、無機酸化物粒子A1(成分A)及び無機酸化物粒子B1(成分B)を含む造粒粒子とクロム化合物Dとを混合して得られる(第1態様)。クロム化合物担持成分F1は、無機酸化物粒子A1(成分A)及び無機酸化物粒子B1(成分B)を含む混合担体にクロム化合物Dが担持された構成である。クロム化合物担持成分F1が非還元性雰囲気で賦活されることによって、クロム触媒G1が製造される。
クロム化合物担持成分F2は、無機酸化物粒子B1(成分B)を含まず、無機酸化物粒子A1(成分A)を含む造粒粒子とクロム化合物Dとを混合して得られる(第2態様)。クロム化合物担持成分F2は、無機酸化物担体である無機酸化物粒子A1(成分A)にクロム化合物Dが担持された構成である。クロム化合物担持成分F2が非還元性雰囲気で賦活されることによって、クロム触媒G2が製造される。なお、クロム触媒G2の製造方法は、造粒粒子が無機酸化物粒子B1(成分B)を含有しない点を除いて、クロム触媒G1の製造方法と同様であり、その説明を省略する。
3.1. Chromium compound-supported components F1 and F2
The chromium compound-supported component F1 is obtained by mixing granulated particles containing inorganic oxide particles A1 (component A) and inorganic oxide particles B1 (component B) with a chromium compound D (first embodiment). The chromium compound-supported component F1 has a configuration in which the chromium compound D is supported on a mixed carrier containing inorganic oxide particles A1 (component A) and inorganic oxide particles B1 (component B). The chromium compound-supported component F1 is activated in a non-reducing atmosphere to produce a chromium catalyst G1.
The chromium compound-supported component F2 is obtained by mixing granulated particles containing inorganic oxide particles A1 (component A) without inorganic oxide particles B1 (component B) with a chromium compound D (second embodiment). The chromium compound-supported component F2 has a structure in which the chromium compound D is supported on inorganic oxide particles A1 (component A), which are an inorganic oxide support. The chromium compound-supported component F2 is activated in a non-reducing atmosphere to produce a chromium catalyst G2. The method for producing the chromium catalyst G2 is the same as the method for producing the chromium catalyst G1, except that the granulated particles do not contain inorganic oxide particles B1 (component B), and therefore a description thereof will be omitted.
ここで、クロム触媒G1について説明する。クロム触媒G1は、無機酸化物粒子A1(成分A)及び無機酸化物粒子B1(成分B)にクロム化合物Eが担持された触媒である。
クロム触媒G1は、少なくとも一部のクロム原子が6価のクロム触媒であり、一般にフィリップス触媒と呼ばれる触媒に分類される。
松浦一雄・三上尚孝編著「ポリエチレン技術読本」81頁 2001年 工業調査会、M.P.McDaniel; Advances in Catalysis Vol.33 p.47(1985)Academic Press Inc.、M.P.McDaniel「Handbook of Heterogeneous Catalysis」p.2400(1997)VCH、M.B.Welch etal.「Handbook of Polyolefins Synthesis and Properties」p.21(1993)Marcel Dekkerなどの文献に、この触媒の概要が記載されている。
Here, the chromium catalyst G1 will be described. The chromium catalyst G1 is a catalyst in which a chromium compound E is supported on inorganic oxide particles A1 (component A) and inorganic oxide particles B1 (component B).
Chromium catalyst G1 is a chromium catalyst in which at least some of the chromium atoms are hexavalent, and is generally classified as a catalyst called a Phillips catalyst.
An outline of this catalyst is described in the literature such as Kazuo Matsuura and Naotaka Mikami (eds.), "Polyethylene Technology Reader," p. 81, 2001, Kogyo Chosakai, M. P. McDaniel; Advances in Catalysis Vol. 33 p. 47 (1985), Academic Press Inc., M. P. McDaniel "Handbook of Heterogeneous Catalysis" p. 2400 (1997) VCH, M. B. Welch et al. "Handbook of Polyolefins Synthesis and Properties" p. 21 (1993) Marcel Dekker.
3.2.クロム化合物E及びクロム化合物D
上記クロム化合物Eは、少なくとも一部のクロム原子が6価であるクロム化合物であれば、特に限定されない。例えば、クロム化合物Eは、酸化クロム、クロムのハロゲン化物、オキシハロゲン化物、クロム酸塩、重クロム酸塩、硝酸塩、カルボン酸塩、硫酸塩、クロム-1,3-ジケト化合物、クロム酸エステル等(以下、ここに列挙された酸化クロム~クロム酸エステル等の3価のクロム化合物を「クロム化合物D」ともいう)に由来する。クロム化合物Dは、無機酸化物粒子A1及び無機酸化物粒子B1に担持された後、非還元性雰囲気で賦活されてクロム化合物Eになる。無機酸化物粒子A1及び無機酸化物粒子B1に、6価のクロム化合物Eを直接担持しても良い。
クロム化合物Dとして、より具体的には、酸化クロム(III)、三塩化クロム、塩化クロミル、クロム酸カリウム、クロム酸アンモニウム、重クロム酸カリウム、硝酸クロム、硫酸クロム、酢酸クロム、トリス(2-エチルヘキサノエート)クロム、クロムアセチルアセトネート、ビス(tert-ブチル)クロメート等が挙げられる。特に、クロム化合物Dとして、酸化クロム(III)、酢酸クロム、クロムアセチルアセトネートが好ましい。
なお、酢酸クロム、クロムアセチルアセトネートのような有機基を有するクロム化合物を用いた場合でも、後に述べる非還元性雰囲気での賦活によって有機基部分は、燃焼し、最終的には、酸化クロム(III)を用いた場合と同様に、無機酸化物担体表面の水酸基と反応し、少なくとも一部のクロム原子は6価となってクロム酸エステルの構造で固定化されることが知られている(V.J.Ruddic etal.;J.Phys.Chem.Vol.100 p.11062(1996)、S.M.Augustin etal.;J.Catal.Vol.161 p.641(1996)参照)。
3.2. Chromium Compound E and Chromium Compound D
The chromium compound E is not particularly limited as long as it is a chromium compound in which at least some of the chromium atoms are hexavalent. For example, the chromium compound E is derived from chromium oxide, chromium halide, oxyhalide, chromate, dichromate, nitrate, carboxylate, sulfate, chromium-1,3-diketo compound, chromate ester, etc. (hereinafter, the trivalent chromium compounds such as chromium oxide to chromate ester listed here are also referred to as "chromium compound D"). The chromium compound D is supported on the inorganic oxide particles A1 and the inorganic oxide particles B1, and then activated in a non-reducing atmosphere to become the chromium compound E. The hexavalent chromium compound E may be directly supported on the inorganic oxide particles A1 and the inorganic oxide particles B1.
More specific examples of the chromium compound D include chromium (III) oxide, chromium trichloride, chromyl chloride, potassium chromate, ammonium chromate, potassium dichromate, chromium nitrate, chromium sulfate, chromium acetate, tris(2-ethylhexanoate)chromium, chromium acetylacetonate, bis(tert-butyl)chromate, etc. In particular, chromium compound D is preferably chromium (III) oxide, chromium acetate, or chromium acetylacetonate.
It is known that even when a chromium compound having an organic group, such as chromium acetate or chromium acetylacetonate, is used, the organic group portion is burned by activation in a non-reducing atmosphere, which will be described later, and ultimately reacts with hydroxyl groups on the surface of the inorganic oxide support, as in the case of using chromium (III) oxide, and at least a part of the chromium atoms becomes hexavalent and is fixed in the form of a chromate ester structure (see V. J. Ruddick et al.; J. Phys. Chem. Vol. 100, p. 11062 (1996); S. M. Augustin et al.; J. Catal. Vol. 161, p. 641 (1996)).
3.3.工程(2)で用いられる溶媒
工程(2)で用いられる溶媒は、25℃における比誘電率(ε0)が50以下である。溶媒の25℃における比誘電率は、好ましくは40以下であり、さらに好ましくは30以下である。
比誘電率は、各物質に固有の値として知られており、改訂4版・化学便覧・基礎編II(日本化学会編)のII-498、「13・3誘電率」に比誘電率に関する記載と、主要な化合物の比誘電率の値が記載されている。
比誘電率が50以下の化合物であれば、任意の化合物が適用可能であるが、触媒製造過程で残留しても触媒性能への影響が少ないという観点から、炭化水素化合物および酸素原子、水素原子および炭素原子を含む化合物を用いることが好ましい。また、流動性の触媒を得るために留去しやすいという観点で、大気圧における沸点が10℃~200℃の化合物が好ましく、さらに好ましくは大気圧における沸点が20℃~150℃の化合物である。比誘電率の下限は、通常、1.5以上である。
比誘電率が50以下の化合物と触媒粒子の粉体性状の関係については、次のように推定される。シリカの造粒粒子は、主に表面OH基の相互作用により形状を維持していると考えられるが、結晶性の異なるシリカ同士を造粒すると、表面OH基の構造(位置)や性質も異なるために相互作用も変化すると考えられる。このような造粒粒子は、比誘電率が50よりも大きい化合物(溶媒)の影響により、表面OH基の相互作用が弱められ、崩壊しやすくなると推定される(「溶液反応の化学」(1977年10月30日、株式会社学会出版センター、大瀧仁志他著)P.75に、溶媒の比誘電率が化合物のイオン解離に影響する旨が記載されている)。一方で、比誘電率が50以下の化合物では、OH基などの極性基の相互作用に対して電荷分離を起こしにくい性質があることから、表面OH基の相互作用が弱められることはなく、崩壊が抑制された結果、粉体性状が良好になると考えられる。
3.3 Solvent used in step (2) The solvent used in step (2) has a relative dielectric constant (ε 0 ) at 25° C. of not more than 50. The relative dielectric constant of the solvent at 25° C. is preferably not more than 40, and more preferably not more than 30.
The dielectric constant is known to be a value specific to each substance, and information on dielectric constant and the values of the dielectric constant of major compounds are given in II-498, "13.3 Dielectric Constant," of the 4th Revised Edition, Chemistry Handbook, Basics II (edited by the Chemical Society of Japan).
Any compound may be used as long as it has a dielectric constant of 50 or less, but it is preferable to use a hydrocarbon compound and a compound containing an oxygen atom, a hydrogen atom, and a carbon atom, from the viewpoint that the influence on the catalyst performance is small even if the compound remains in the catalyst production process. Also, from the viewpoint that it is easy to distill off in order to obtain a catalyst with flowability, a compound having a boiling point of 10°C to 200°C at atmospheric pressure is preferable, and a compound having a boiling point of 20°C to 150°C at atmospheric pressure is more preferable. The lower limit of the dielectric constant is usually 1.5 or more.
The relationship between the powder properties of the catalyst particles and the compounds with a dielectric constant of 50 or less is presumed as follows. It is believed that the granulated particles of silica maintain their shape mainly due to the interaction of the surface OH groups, but when silicas with different crystallinity are granulated together, the structure (position) and properties of the surface OH groups are different, so the interaction is also thought to change. It is presumed that such granulated particles are easily broken down due to the influence of a compound (solvent) with a dielectric constant greater than 50, which weakens the interaction of the surface OH groups ("Chemistry of Solution Reactions" (October 30, 1977, Academic Press Center, Hitoshi Otaki et al.), p. 75, which describes that the dielectric constant of the solvent affects the ionic dissociation of the compound). On the other hand, compounds with a dielectric constant of 50 or less have a property that is difficult to cause charge separation due to the interaction of polar groups such as OH groups, so the interaction of the surface OH groups is not weakened and the breakup is suppressed, resulting in good powder properties.
工程(2)で用いられる溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ベンゼン、キシレン、スチレン、ビフェニルなどの炭化水素化合物、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、フラン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトン、アセチルアセトン、アセトアルデヒド、アセトフェノン、酢酸、酢酸エチル、エタノール、メタノール、ブタノール、シクロペンタノンなどの酸素原子、水素原子および炭素原子を含む化合物、アニリン、アセトニトリル、キノリン、エチルアミン、エチレンジアミンなどの窒素原子、水素原子および炭素原子を含む化合物、エタンチオール、ジブチルチオエーテルなどの硫黄原子、水素原子および炭素原子を含む化合物、塩化メチレン、塩化エチル、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン、クロロヘプタン、ジクロロエタン、ブロモヘキサン、ヨウ化エチル、トリフルオロ酢酸、フルオロトルエンなどのハロゲン原子と炭素原子を含む化合物などが挙げられる。これらの中でも、炭素水素化合物並びに酸素原子、水素原子および炭素原子を含む化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種類含む溶媒であることが好ましい。これらの化合物は混合して使用することもできる。また、比誘電率が50より大きい化合物と比誘電率が50以下の化合物を混合し、混合物としての比誘電率が50以下となるように調整したものも適用できる。なお、比誘電率が50より大きい化合物としては、ホルムアミド、水、硫酸、ギ酸などがある。 Examples of the solvent used in step (2) include hydrocarbon compounds such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane, benzene, xylene, styrene, and biphenyl; compounds containing oxygen, hydrogen, and carbon atoms such as diethyl ether, dibutyl ether, furan, tetrahydrofuran, dioxane, acetone, acetylacetone, acetaldehyde, acetophenone, acetic acid, ethyl acetate, ethanol, methanol, butanol, and cyclopentanone; compounds containing nitrogen, hydrogen, and carbon atoms such as aniline, acetonitrile, quinoline, ethylamine, and ethylenediamine; compounds containing sulfur, hydrogen, and carbon atoms such as ethanethiol and dibutylthioether; and compounds containing halogen and carbon atoms such as methylene chloride, ethyl chloride, chloroform, carbon tetrachloride, chlorobenzene, chloroheptane, dichloroethane, bromohexane, ethyl iodide, trifluoroacetic acid, and fluorotoluene. Among these, a solvent containing at least one selected from the group consisting of hydrocarbon compounds and compounds containing oxygen, hydrogen, and carbon atoms is preferable. These compounds can also be used in mixture. It is also possible to mix a compound with a dielectric constant of more than 50 with a compound with a dielectric constant of 50 or less, and adjust the mixture so that the dielectric constant is 50 or less. Examples of compounds with a dielectric constant of more than 50 include formamide, water, sulfuric acid, and formic acid.
工程(2)において、クロム原子を0.01重量%~2.0重量%含有するクロム化合物担持成分F1,F2を得てもよい。クロム触媒G1,G2におけるクロム原子の含有量は、特に限定されないが、担持されるクロム原子がクロム原子同士で凝集を起こさず、効率的に活性化される観点から、0.01重量%~2.0重量%であることが好ましく、0.1重量%~2.0重量%であることがより好ましく、0.2重量%~1.5重量%であることが更に好ましい。 In step (2), chromium compound-supported components F1 and F2 containing 0.01% to 2.0% by weight of chromium atoms may be obtained. The content of chromium atoms in chromium catalysts G1 and G2 is not particularly limited, but from the viewpoint of preventing the supported chromium atoms from agglomerating with each other and being efficiently activated, it is preferably 0.01% to 2.0% by weight, more preferably 0.1% to 2.0% by weight, and even more preferably 0.2% to 1.5% by weight.
クロム化合物Dの担持時又は後述する賦活時に、ケイフッ化アンモニウム、一水素二フッ化アンモニウムのようなフッ素化合物、チタンテトライソプロポキシドのようなチタンアルコキシド類、ジルコニウムテトラブトキシドのようなジルコニウムアルコキシド類、アルミニウムトリブトキシドのようなアルミニウムアルコキシド類、トリアルキルアルミニウムに例示される有機アルミニウム類、ジアルキルマグネシウムに例示される有機マグネシウム類等に代表される金属アルコキシド類、又は有機金属化合物を添加して、エチレン重合活性や得られるエチレン系重合体の分子量と分子量分布を調節する公知の方法を、併用してもよい。
これらの金属アルコキシド類又は有機金属化合物では、非還元性雰囲気での賦活によって、有機基部分は燃焼し、チタニア、ジルコニア、アルミナ又はマグネシアのような金属酸化物に酸化されて、触媒中に含まれる。また、フッ素化合物は、賦活時、熱分解することによって、無機酸化物担体をフッ素化する。
これらの方法は、C.E.Marsden;Plastics,Rubber and Composites Processing and Aplications Vol.21 p.193(1994)、T.Pullukat etal.;J.Polym.Sci.,Polym.Chem.Ed.Vol.82 p.118(1980)、M.P.McDaniel etal.;J.Catal.Vol.82 p.118(1983)等の文献に概要又は詳細が記載されている。
During the supporting of chromium compound D or during activation described below, a known method for adjusting the ethylene polymerization activity or the molecular weight and molecular weight distribution of the obtained ethylene polymer by adding a fluorine compound such as ammonium silicofluoride or ammonium hydrogen difluoride, a titanium alkoxide such as titanium tetraisopropoxide, a zirconium alkoxide such as zirconium tetrabutoxide, an aluminum alkoxide such as aluminum tributoxide, an organoaluminum such as trialkylaluminum, an organomagnesium such as dialkylmagnesium, or a metal alkoxide, or an organometallic compound, may be used in combination.
In these metal alkoxides or organometallic compounds, the organic group portion is burned by activation in a non-reducing atmosphere, and is oxidized to a metal oxide such as titania, zirconia, alumina or magnesia, which is contained in the catalyst. In addition, the fluorine compound is thermally decomposed during activation to fluorinate the inorganic oxide support.
These methods are generally or in detail described in documents such as C. E. Marsden; Plastics, Rubber and Composites Processing and Applications Vol. 21 p. 193 (1994), T. Pullukat et al.; J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed. Vol. 82 p. 118 (1980), M. P. McDaniel et al.; J. Catal. Vol. 82 p. 118 (1983).
4.工程(3)における流動性のあるクロム化合物担持成分F1,F2の生成
流動性のあるクロム化合物担持成分F1,F2は、工程(2)の溶媒を除去することにより得られる。
溶媒を除去する方法は、任意の方法を用いることが出来る。例えば、溶媒の沸点以上に加熱して留去する方法、ろ過により除去する方法などがある。これらの方法の中で、クロム化合物を全量担持させるという観点から、溶媒の沸点以上に加熱して留去する方法が好ましい。留去は大気下および減圧下のどちらで行っても良い。
4. Preparation of Flowable Chromium Compound-Supported Components F1 and F2 in Step (3) The flowable chromium compound-supported components F1 and F2 are obtained by removing the solvent in step (2).
Any method can be used to remove the solvent. For example, there is a method of distilling off the solvent by heating to a temperature above the boiling point of the solvent, or a method of removing the solvent by filtration. Among these methods, the method of distilling off the solvent by heating to a temperature above the boiling point of the solvent is preferred from the viewpoint of supporting the entire amount of the chromium compound. The distillation may be performed either under air or under reduced pressure.
5.エチレン系重合触媒の製造方法
エチレン系重合触媒の製造方法は、上記エチレン系重合触媒成分を用いて、さらに下記工程(4)を経る。
工程(4):クロム化合物担持成分F1,F2を、非還元性雰囲気下、400℃~900℃で焼成活性化することにより少なくとも一部のクロム原子を6価とする工程。
5. Method for Producing an Ethylene-Based Polymerization Catalyst The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst uses the above-mentioned ethylene-based polymerization catalyst component and further goes through the following step (4).
Step (4): A step of calcining and activating the chromium compound-supporting components F1 and F2 at 400° C. to 900° C. in a non-reducing atmosphere to convert at least a portion of the chromium atoms into hexavalent chromium atoms.
工程(4)は、工程(3)で得られたクロム化合物Dを担持した造粒粒子を、賦活炉で焼成して賦活を行う。賦活は、水分を実質的に含まない非還元性雰囲気で行う。例えば、酸素又は空気下で行われるが、不活性ガスが共存していてもよい。好ましくは、モレキュラーシーブスなどを流通させ充分に乾燥した空気を用い流動状態下で行う。
賦活の温度は、400℃~900℃であり、430℃~900℃が好ましく、450℃~850℃がより好ましい。賦活を行う時間は、特に限定されない。賦活を行う時間は、30分~48時間が好ましく、1時間~35時間がより好ましく、2時間~30時間が更に好ましい。賦活により、造粒粒子に担持されたクロム化合物Dのクロム原子の少なくとも一部が、6価に酸化され、造粒粒子にクロム化合物Eが化学的に固定される。賦活を400℃未満で行うと重合活性が低下し、さらに900℃を超える温度で行うと、シンタリングが起こり、活性が低下する。
In step (4), the granulated particles carrying chromium compound D obtained in step (3) are fired in an activation furnace to activate the particles. The activation is carried out in a non-reducing atmosphere substantially free of moisture. For example, the activation is carried out in oxygen or air, but an inert gas may also be present. Preferably, the activation is carried out under a fluidized state using air that has been sufficiently dried by passing molecular sieves or the like through the air.
The activation temperature is 400°C to 900°C, preferably 430°C to 900°C, and more preferably 450°C to 850°C. The activation time is not particularly limited. The activation time is preferably 30 minutes to 48 hours, more preferably 1 hour to 35 hours, and even more preferably 2 hours to 30 hours. By the activation, at least a part of the chromium atoms of the chromium compound D supported on the granulated particles is oxidized to hexavalent atoms, and the chromium compound E is chemically fixed to the granulated particles. If the activation is performed at a temperature lower than 400°C, the polymerization activity decreases, and if the activation is performed at a temperature higher than 900°C, sintering occurs and the activity decreases.
工程(4)において、クロム化合物担持成分F1,F2に含まれるクロム原子のうち50%以上のクロム原子を6価に酸化することが好ましい。クロム化合物担持成分F1,F2に含まれるクロム原子のうち6価に酸化されるクロム原子は、60%以上がより好ましい。6価に酸化されるクロム原子の上限値は、100%である。6価に酸化されるクロム原子の割合は、賦活の温度及び時間により調節される。
クロム原子の総量は、通常一般の金属分析法、例えば、プラズマ発光分析、蛍光X線法により測定することができる。クロムの価数は、固体生成物の色変化(一般的には、6価は黄色からオレンジ色、3価は緑色、2価は青色)を肉眼観察することにより、概略を知ることができるが、定量を行うには、簡便な手法として、キレート滴定法や吸光光度法が知られている。具体的には、日本化学会編「実験化学講座15 分析」丸善(1991年)P.246~248に記載がある。例えば、3価のクロムの場合は、酸性溶液中の3価のクロムに対して、過剰の濃度既知のEDTA(エチレンジアミン四酢酸)を加え5~10分煮沸し、3価の鉄の標準液で滴定することにより、定量できる。また、6価のクロムの場合は、アルカリ性溶液ではCrO4
2-として存在することを利用し、366nmの波長の吸光度を測定することにより定量が可能である。
In step (4), it is preferable to oxidize 50% or more of the chromium atoms contained in the chromium compound-supported components F1 and F2 to a hexavalent state. More preferably, 60% or more of the chromium atoms contained in the chromium compound-supported components F1 and F2 are oxidized to a hexavalent state. The upper limit of the chromium atoms oxidized to a hexavalent state is 100%. The ratio of the chromium atoms oxidized to a hexavalent state is adjusted by the activation temperature and time.
The total amount of chromium atoms can be measured by a general metal analysis method, such as plasma emission spectrometry or X-ray fluorescence spectrometry. The valence of chromium can be roughly known by visually observing the color change of the solid product (generally, hexavalent chromium is yellow to orange, trivalent chromium is green, and divalent chromium is blue), but for quantitative analysis, chelate titration and absorptiometry are known as simple methods. Specifically, it is described in "Experimental Chemistry Lecture 15 Analysis" edited by the Chemical Society of Japan, Maruzen (1991), pp. 246-248. For example, in the case of trivalent chromium, an excess of EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) of a known concentration is added to trivalent chromium in an acidic solution, boiled for 5-10 minutes, and titrated with a standard solution of trivalent iron to quantitatively determine the amount. In addition, in the case of hexavalent chromium, it is possible to quantitatively determine the amount by measuring the absorbance at a wavelength of 366 nm, taking advantage of the fact that it exists as CrO 4 2- in an alkaline solution.
クロム触媒G1の表面積は、特に限定されないが、通常、10m2/g以上1000m2/g以下であり、20m2/g以上950m2/g以下であることが好ましく、50m2/g以上900m2/g以下であることが更に好ましい。
クロム触媒G1の細孔容積は、特に限定されないが、通常、細孔容積が0.05以上5.0mL/g以下であり、0.1以上3.0mL/g以下であることが好ましく、0.1以上2.5mL/g以下であることが更に好ましい。
クロム触媒G1の粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、取扱い上の観点から、平均粒子径は、1μm以上500μm以下であることが好ましく、2μm以上300μm以下であることがより好ましく、5μm以上200μm以下であることが更に好ましい。
The surface area of the chromium catalyst G1 is not particularly limited, but is usually from 10 m 2 /g to 1000 m 2 /g, preferably from 20 m 2 /g to 950 m 2 /g, and more preferably from 50 m 2 /g to 900 m 2 /g.
The pore volume of the chromium catalyst G1 is not particularly limited, but is usually from 0.05 to 5.0 mL/g, preferably from 0.1 to 3.0 mL/g, and more preferably from 0.1 to 2.5 mL/g.
The average particle size of the particles of the chromium catalyst G1 is not particularly limited, but from the viewpoint of handling, the average particle size is preferably 1 μm or more and 500 μm or less, more preferably 2 μm or more and 300 μm or less, and even more preferably 5 μm or more and 200 μm or less.
6.エチレン系重合触媒
エチレン系重合触媒は、予め溶媒の存在下または不存在下、あるいは有機金属化合物の存在下または不存在下で、重合反応器に導入して用いることができる。
エチレン系重合触媒は、本発明の作用効果を阻害しない限り、クロム触媒G1,G2以外の他の成分を含有していてもよい。
他の成分は、特に限定されない。他の成分の含有率(重量%)は、5重量%以下が好ましい。
6. Ethylene-Based Polymerization Catalyst The ethylene-based polymerization catalyst can be used by being introduced into a polymerization reactor in advance in the presence or absence of a solvent, or in the presence or absence of an organometallic compound.
The ethylene-based polymerization catalyst may contain components other than the chromium catalysts G1 and G2, so long as they do not impair the effects of the present invention.
The other components are not particularly limited, and the content (wt%) of the other components is preferably 5 wt% or less.
上述のようにして得られたエチレン系重合触媒によってエチレン系重合体を得た場合、エチレン系重合体のポリマーBD(bulk density、嵩密度)を向上させることができる。これは、工程(2)及び工程(3)を経て得られたクロム化合物担持成分F1,F2を用いることによりエチレン系重合触媒成分の微粒子成分の発生が抑制され、得られるエチレン重合体の粒子性状が良くなったためと考えられる。微粒子成分の発生が抑制されるのは、比誘電率(ε0)が小さい溶媒を用いてクロム化合物担持成分F1,F2を得ることによって、造粒粒子の粒子崩壊が抑制されたためと考えられる。さらに、クロム化合物担持成分F1,F2を用いたエチレン系重合触媒によってエチレン系重合体を得た場合、成分Aの混合比率が多くなるにつれて高分子量のエチレン重合体が得られる。これは、成分Aから得られる重合活性種は超高分子量のエチレン重合体を生成させるためであり、成分Bから得られる重合活性種に対して、明らかに高分子量のエチレン重合体となっているためである。 When an ethylene-based polymer is obtained by using the ethylene-based polymerization catalyst obtained as described above, the polymer BD (bulk density) of the ethylene-based polymer can be improved. This is considered to be because the generation of fine particle components of the ethylene-based polymerization catalyst component is suppressed by using the chromium compound-supported components F1 and F2 obtained through steps (2) and ( 3 ), and the particle properties of the obtained ethylene polymer are improved. The generation of fine particle components is suppressed because the particle collapse of the granulated particles is suppressed by obtaining the chromium compound-supported components F1 and F2 using a solvent with a small relative dielectric constant (ε 0 ). Furthermore, when an ethylene-based polymer is obtained by using an ethylene-based polymerization catalyst using the chromium compound-supported components F1 and F2, a higher molecular weight ethylene polymer is obtained as the mixing ratio of component A increases. This is because the polymerization active species obtained from component A produces an ultra-high molecular weight ethylene polymer, and is clearly a high molecular weight ethylene polymer compared to the polymerization active species obtained from component B.
7.エチレン系重合体の製造方法
本発明のエチレン系重合体の製造方法は、上述のエチレン系重合触媒を用いて、エチレンを少なくとも含むモノマーを重合する。
7. Method for Producing Ethylene-Based Polymer In the method for producing an ethylene-based polymer of the present invention, a monomer containing at least ethylene is polymerized using the above-mentioned ethylene-based polymerization catalyst.
7.1.重合方法
本発明のエチレン系重合体の製造方法は、スラリー重合や溶液重合等の液相重合法又は気相重合法等で実施できる。
液相重合法は、通常には炭化水素溶媒中で実施される。炭化水素溶媒としては、プロパン、n-ブタン、イソブタン、n-ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の不活性炭化水素の単体又は混合物が用いられる。
また、気相重合法では、不活性ガス共存下にて、流動床や撹拌床などの通常知られている重合法を採用できる。気相重合法では、場合により重合熱除去の媒体を共存させる、いわゆるコンデンシングモードを採用できる。
重合方法としては、反応器を一つ用いてエチレン系重合体を製造する単段重合だけでなく、少なくとも二つの反応器を連結させて多段重合を行うこともできる。多段重合の場合、二つの反応器を連結させ、第一段の反応器で重合して得られた反応混合物を、続いて第二段の反応器に連続して供給する二段重合が好ましい。第一段の反応器から第二段の反応器への移送は、連結管を通して行う。この移送は、第二段反応器からの重合反応混合物の連続的排出による差圧を利用して行うことが好ましい。
7.1 Polymerization Method The process for producing an ethylene polymer of the present invention can be carried out by a liquid phase polymerization method such as slurry polymerization or solution polymerization, or a gas phase polymerization method.
The liquid phase polymerization method is usually carried out in a hydrocarbon solvent, such as propane, n-butane, isobutane, n-pentane, isopentane, hexane, heptane, octane, decane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, or a mixture of such inert hydrocarbons.
In the gas phase polymerization method, a commonly known polymerization method such as a fluidized bed or a stirred bed can be used in the presence of an inert gas. In the gas phase polymerization method, a so-called condensing mode can be used in which a medium for removing polymerization heat is optionally used.
As a polymerization method, not only single-stage polymerization in which an ethylene polymer is produced using one reactor, but also multi-stage polymerization can be carried out by connecting at least two reactors. In the case of multi-stage polymerization, two reactors are connected, and a reaction mixture obtained by polymerization in the first reactor is then continuously fed to the second reactor, in a two-stage polymerization method. The transfer from the first reactor to the second reactor is carried out through a connecting pipe. This transfer is preferably carried out by utilizing the pressure difference caused by the continuous discharge of the polymerization reaction mixture from the second reactor.
7.2.重合条件
液相又は気相重合法における重合温度は、一般的には0℃~300℃であり、実用的には20℃~200℃、好ましくは50℃~180℃、さらに好ましくは70℃~150℃である。
反応器中の触媒濃度及びエチレン濃度は、重合を進行させるのに充分な濃度であれば任意の濃度でよい。例えば、触媒濃度は、液相重合の場合には反応器内容物の重量を基準にして、約0.0001重量%~約5重量%の範囲とすることができる。同様にエチレン濃度は、気相重合の場合、全圧として0.1MPa~10MPaの範囲とすることができる。
また、必要に応じて水素を重合反応器に導入して、分子量を調節することもできる。
7.2. Polymerization Conditions The polymerization temperature in the liquid phase or gas phase polymerization method is generally 0°C to 300°C, practically 20°C to 200°C, preferably 50°C to 180°C, and more preferably 70°C to 150°C.
The catalyst concentration and ethylene concentration in the reactor can be any concentration sufficient to drive the polymerization. For example, the catalyst concentration can range from about 0.0001% by weight to about 5% by weight, based on the weight of the reactor contents, for liquid phase polymerization. Similarly, the ethylene concentration can range from 0.1 MPa to 10 MPa total pressure for gas phase polymerization.
If necessary, hydrogen can be introduced into the polymerization reactor to adjust the molecular weight.
7.3.共重合
本発明のエチレン系重合体の製造方法において、エチレン単独重合以外に、必要に応じて、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン等のα-オレフィンを単独又は2種類以上重合反応器に導入して、共重合させることもできる。
得られるエチレン系共重合体中のα-オレフィン含量は、15mol%以下、好ましくは10mol%以下が望ましい。
7.3. Copolymerization In the process for producing an ethylene-based polymer of the present invention, in addition to ethylene homopolymerization, α-olefins such as propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-octene, etc. may be introduced into a polymerization reactor alone or in combination to be copolymerized, if necessary.
The α-olefin content in the resulting ethylene copolymer is desirably 15 mol % or less, preferably 10 mol % or less.
7.4.有機金属化合物
重合に際しては、エチレン系重合体の分子量又は分子量分布を微調整する目的、又はスカベンジャーとして重合系内の不純物を除去する目的で、助触媒として有機金属化合物を導入して、エチレン系重合触媒と接触させることもできる。
特に、有機金属化合物は、エチレン系重合触媒に対しては、触媒活性を向上させる効果、分子量調節剤としての水素をより効きやすくするという効果を有する。
有機金属化合物としては、周期律表第1族、2族、13族の有機金属化合物、具体的には有機リチウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機アルミニウム化合物、有機ホウ素化合物が好ましく用いられる。更には、有機アルミニウム化合物、有機ホウ素化合物が好ましい。
7.4. Organometallic Compounds In the polymerization, an organometallic compound may be introduced as a co-catalyst and brought into contact with the ethylene-based polymerization catalyst for the purpose of finely adjusting the molecular weight or molecular weight distribution of the ethylene-based polymer or for the purpose of removing impurities in the polymerization system as a scavenger.
In particular, organometallic compounds have the effect of improving the catalytic activity of ethylene-based polymerization catalysts and the effect of making hydrogen more effective as a molecular weight regulator.
As the organometallic compound, organometallic compounds of Groups 1, 2, and 13 of the periodic table, specifically organolithium compounds, organomagnesium compounds, organoaluminum compounds, and organoboron compounds are preferably used, with organoaluminum compounds and organoboron compounds being more preferred.
有機リチウム化合物としては、アルキルリチウム、具体的には、メチルリチウム、n-ブチルリチウム等が挙げられる。
有機マグネシウム化合物としては、ジアルキルマグネシウム、具体的には、ブチルエチルマグネシウム、ジブチルマグネシウムが挙げられる。
有機アルミニウム化合物としては、トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムアルコキシド、具体的には、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、ジエチルアルミニウムエトキシドが挙げられる。
有機ホウ素化合物としては、トリアルキルボラン、具体的には、トリエチルボランが挙げられる。
接触させる有機金属化合物の量としては、金属原子とクロム原子のモル比が0.2~1000、好ましくは0.5~100となる量が好ましい。
The organolithium compound includes alkyllithium, specifically, methyllithium, n-butyllithium, and the like.
The organomagnesium compound includes dialkylmagnesium, specifically, butylethylmagnesium, and dibutylmagnesium.
The organoaluminum compound includes trialkylaluminum and dialkylaluminum alkoxides, specifically, trimethylaluminum, triethylaluminum, triisobutylaluminum, and diethylaluminum ethoxide.
The organoboron compound includes trialkylboranes, specifically triethylborane.
The amount of the organometallic compound to be contacted is such that the molar ratio of metal atoms to chromium atoms is 0.2 to 1,000, preferably 0.5 to 100.
得られたエチレン系重合体は、次いで、混練することが好ましい。混練は、単軸又は二軸の押出機又は連続式混練機を用いて行うことができる。次いで、得られたエチレン系重合体は、常法によりブロー成形等の成形をすることができる。 The resulting ethylene-based polymer is then preferably kneaded. Kneading can be carried out using a single-screw or twin-screw extruder or a continuous kneader. The resulting ethylene-based polymer can then be molded, such as by blow molding, by a conventional method.
8.本実施形態の作用効果
本実施形態のエチレン系重合触媒成分、エチレン系重合体触媒の製造方法によれば、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を安定して製造できる、粒子性状の良いエチレン系重合触媒を得ることができる。本実施形態のエチレン系重合体の製造方法によれば、耐久性と流動性のバランスに優れるHDPE材料(高密度ポリエチレン材料)の設計が可能になる。
8. Effects of the Present Embodiment According to the ethylene-based polymerization catalyst component and the method for producing an ethylene-based polymer catalyst of the present embodiment, an ethylene-based polymerization catalyst having good particle properties and capable of stably producing an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component can be obtained. According to the method for producing an ethylene-based polymer of the present embodiment, it becomes possible to design an HDPE material (high density polyethylene material) having an excellent balance between durability and fluidity.
以下において、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、これらの実施例によって制約を受けるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples as long as they do not deviate from the gist of the invention.
1.物性の測定方法
実施例及び比較例において使用した物性の測定方法等は、以下の通りである。
(1)無機酸化物粒子A1の赤外線吸収スペクトルのピーク強度の測定(赤外分光法)
無機酸化物を高純度アルゴンで置換されたグローブボックス内で、拡散反射IR用のサンプルホルダーに充填し、サンプル表面を平滑にした。その後、窓のついた蓋で試料を密封し、IR測定装置に設置して測定した。
測定条件は以下の通りである。
装置:日本分光株式会社製 FT/IR-6600
検出器:TGS
測光方法:拡散反射法
波長範囲:1000~4000cm-1
分解能:4cm-1
測定回数:512回
雰囲気:アルゴン
(2)粉末X線回折(XRD):粉末X線回折は、以下の装置および条件で測定した。
装置:リガク社製X-ray Diffractometer Smartlab
X線源:Cu-Kα線(Kβ吸収板使用)、管電圧40kV、管電流30mA
光学系:集中法
発散スリット2/3度、散乱スリット2/3度、受光スリット0.300mm
スキャンモード:2θ/θスキャン
2θスキャン範囲:3.0000~55.0000度
角度ステップ幅:0.0200度
スキャン速度:4.0000度/分
検出器:シンチレーションカウンタ
(3)表面積および細孔容積
シリカの各試料は加熱、減圧下で十分な乾燥を行った後、カンタークローム社製・オートソーブ3B型を用いて、液体温度下における窒素の吸着等温線測定を行った。得られた吸着等温線の相対圧0.95での吸着量から細孔容積を、BET多点法解析を実施して比表面積を算出した。更に、細孔構造を円筒と仮定することで、式(1)に従い平均細孔径を算出した。この式でDaveは平均細孔径を、Vtotalは細孔容積を、SBETはBET多点法による比表面積を示す。
Dave=4Vtotal/SBET 式(1)
更にBJH法解析によりメソ孔分布を求め、指定範囲の細孔容積を算出した。
(4)SEM観察:SEM観察は、以下の装置および条件で実施した。
装置:日立製FE-SEM
加圧電圧:1kV
装置倍率:20k
WD:4mm
(5)HLMI:ASTM-D-1238-57Tに準拠し、190℃、21.6kg荷重で測定した。
(6)6価のクロムの含有量:NaOH水溶液(0.1M)を触媒成分に添加し、6価のクロムを溶解させ、溶液の一部をとり波長366nmの吸光度を測定することにより定量した。
(7)平均粒径:堀場製作所社製レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置LA-920を用い、分散溶媒をエタノール、屈折率1.0、形状係数1.0の条件で測定し、メジアン径の値を平均粒径とした。
1. Methods for Measuring Physical Properties The methods for measuring physical properties used in the examples and comparative examples are as follows.
(1) Measurement of peak intensity in infrared absorption spectrum of inorganic oxide particles A1 (infrared spectroscopy)
The inorganic oxide was filled into a sample holder for diffuse reflection IR in a glove box purged with high-purity argon, and the sample surface was smoothed.Then, the sample was sealed with a lid with a window and placed in an IR measurement device for measurement.
The measurement conditions are as follows.
Apparatus: FT/IR-6600 manufactured by JASCO Corporation
Detector: TGS
Photometry method: Diffuse reflection method Wavelength range: 1000 to 4000 cm -1
Resolution: 4 cm
Number of measurements: 512 Atmosphere: Argon (2) Powder X-ray Diffraction (XRD): Powder X-ray diffraction was measured using the following apparatus and conditions.
Equipment: Rigaku X-ray Diffractometer Smartlab
X-ray source: Cu-Kα rays (using Kβ absorption plate), tube voltage 40kV, tube current 30mA
Optical system: focusing method, divergence slit 2/3 degrees, scattering slit 2/3 degrees, receiving slit 0.300 mm
Scan mode: 2θ/θ scan 2θ scan range: 3.0000-55.0000 degrees Angle step width: 0.0200 degrees Scan speed: 4.0000 degrees/min Detector: scintillation counter (3) Surface area and pore volume After each silica sample was heated and thoroughly dried under reduced pressure, a nitrogen adsorption isotherm was measured at liquid temperature using a Quantachrome Autosorb 3B. The pore volume was calculated from the amount of adsorption at a relative pressure of 0.95 of the obtained adsorption isotherm, and the specific surface area was calculated by performing a BET multipoint analysis. Furthermore, the average pore diameter was calculated according to formula (1) by assuming the pore structure to be cylindrical. In this formula, D ave indicates the average pore diameter, V total indicates the pore volume, and S BET indicates the specific surface area by the BET multipoint method.
D ave =4V total /S BET formula (1)
Furthermore, the mesopore distribution was determined by BJH analysis, and the pore volume in a specified range was calculated.
(4) SEM Observation: SEM observation was carried out using the following equipment and conditions.
Equipment: Hitachi FE-SEM
Pressurizing voltage: 1 kV
Equipment magnification: 20k
WD: 4mm
(5) HLMI: Measured in accordance with ASTM-D-1238-57T at 190° C. and a load of 21.6 kg.
(6) Hexavalent chromium content: An aqueous NaOH solution (0.1 M) was added to the catalyst component to dissolve hexavalent chromium, and a portion of the solution was sampled and the absorbance at a wavelength of 366 nm was measured to determine the content.
(7) Average particle size: Measurement was performed using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device LA-920 manufactured by Horiba, Ltd. under the conditions of a dispersion solvent of ethanol, a refractive index of 1.0, and a shape factor of 1.0, and the median diameter was taken as the average particle size.
2.実施例及び比較例
(1)実施例1~6
(1.1)無機酸化物粒子A1の赤外線吸収スペクトル
無機酸化物粒子A1である「サンラブリー」(AGCエスアイテック社製)の赤外線吸収スペクトルを図1において実線で示す。この赤外線吸収スペクトルにおいて、範囲Xの最大ピークは3660cm-1であり、ピーク強度Pxは1.25であった。また、範囲Yの最大ピークは3747cm-1であり、ピーク強度Pyは0.82であった。ピーク強度比Py/Pxは0.66であった。
(1.2)無機酸化物粒子A1の構造解析データ
無機酸化物粒子A1の構造解析データは、以下の通りである。
<無機酸化物粒子A1の構造解析データ>
XRD:2θ=25.8°にピーク、半値幅1.6°
BET法:表面積82m2/g
細孔容積:0.2mL/g
SiO2純度:99%以上(重量基準)
平均粒径:4.4μm
(1.3)無機酸化物粒子B1の赤外線吸収スペクトル
無機酸化物粒子B1の赤外線吸収スペクトルを図1において破線で示す。この赤外線吸収スペクトルにおいて、範囲Xの最大ピークは3698cm-1であり、ピーク強度Pxは0.40であった。また、範囲Yの最大ピークは3747cm-1であり、ピーク強度Pyは5.80であった。ピーク強度比Py/Pxは14.5であった。
(1.4)無機酸化物粒子B1の構造解析データ
なお、無機酸化物粒子B1の構造解析データは、以下の通りである。
<無機酸化物粒子B1の構造解析データ>
XRD:2θ=22°付近に非晶質特有のブロードなピーク
BET法:表面積312m2/g
細孔容積:1.6mL/g
SiO2純度:99%以上(重量基準)
平均粒径:11.7μm
(1.5)クロム触媒G1,G2の調製
無機酸化物粒子A1(成分A)と無機酸化物粒子B1(非晶質シリカ凝集体、成分B)の混合比率が、それぞれの重量比で表1の比率となるように配合した。表1の成分比の欄において、左側の数字が成分Aの比率であり、右側の数字が成分Bの比率である。つまり、実施例1は無機酸化物粒子A1(成分A)と無機酸化物粒子B1(成分B)の混合比率が20:80であり、実施例1は無機酸化物粒子A1(成分A)と無機酸化物粒子B1(成分B)の混合比率が100:0である。実施例1,3~6はクロム触媒G1に対応し、実施例2はクロム触媒G2(成分A:成分B=100:0)に対応する。
配合した無機酸化物粒子A1と無機酸化物粒子B1の合計150gを蒸留水600mL中でスラリー化した。このスラリーを、噴霧乾燥造粒装置(大川原化工機社「L-8」)を使用し、次の条件下で上記の無機酸化物粒子/水スラリーの噴霧乾燥造粒を行った。
アトマイザー形式:M type ロータリーディスク
アトマイザー回転数:10,000rpm
スラリー供給速度:1.0L/h
入口温度:150℃
造粒の結果、造粒粒子を本体下から回収した。
2. Examples and Comparative Examples (1) Examples 1 to 6
(1.1) Infrared Absorption Spectrum of Inorganic Oxide Particle A1 The infrared absorption spectrum of "Sun Lovely" (manufactured by AGC Si-Tech Co., Ltd.), which is the inorganic oxide particle A1, is shown by a solid line in Figure 1. In this infrared absorption spectrum, the maximum peak in range X was 3660 cm -1 , and the peak intensity Px was 1.25. The maximum peak in range Y was 3747 cm -1 , and the peak intensity Py was 0.82. The peak intensity ratio Py/Px was 0.66.
(1.2) Structural Analysis Data of Inorganic Oxide Particles A1 Structural analysis data of inorganic oxide particles A1 are as follows.
<Structural Analysis Data of Inorganic Oxide Particle A1>
XRD: Peak at 2θ=25.8°, half width 1.6°
BET method: Surface area 82m 2 /g
Pore volume: 0.2 mL / g
SiO2 purity: 99% or more (weight basis)
Average particle size: 4.4 μm
(1.3) Infrared Absorption Spectrum of Inorganic Oxide Particles B1 The infrared absorption spectrum of inorganic oxide particles B1 is shown by a dashed line in Figure 1. In this infrared absorption spectrum, the maximum peak in range X was 3698 cm -1 , and the peak intensity Px was 0.40. The maximum peak in range Y was 3747 cm -1 , and the peak intensity Py was 5.80. The peak intensity ratio Py/Px was 14.5.
(1.4) Structural Analysis Data of Inorganic Oxide Particles B1 The structural analysis data of inorganic oxide particles B1 is as follows.
<Structural Analysis Data of Inorganic Oxide Particles B1>
XRD: A broad peak characteristic of amorphous material at around 2θ=22° BET method: Surface area 312 m 2 /g
Pore volume: 1.6 mL / g
SiO2 purity: 99% or more (weight basis)
Average particle size: 11.7μm
(1.5) Preparation of Chromium Catalysts G1 and G2 Inorganic oxide particles A1 (component A) and inorganic oxide particles B1 (amorphous silica aggregate, component B) were mixed so that their mixing ratios in weight ratio were as shown in Table 1. In the column of component ratio in Table 1, the number on the left side indicates the ratio of component A, and the number on the right side indicates the ratio of component B. That is, in Example 1, the mixing ratio of inorganic oxide particles A1 (component A) and inorganic oxide particles B1 (component B) was 20:80, and in Example 1, the mixing ratio of inorganic oxide particles A1 (component A) and inorganic oxide particles B1 (component B) was 100:0. Examples 1 and 3 to 6 correspond to chromium catalyst G1, and Example 2 corresponds to chromium catalyst G2 (component A:component B=100:0).
A total of 150 g of the blended inorganic oxide particles A1 and inorganic oxide particles B1 was slurried in 600 mL of distilled water, and the slurry was spray-dried and granulated using a spray-drying granulator (Okawahara Kakoki Co., Ltd. "L-8") under the following conditions:
Atomizer type: M type rotary disc Atomizer rotation speed: 10,000 rpm
Slurry supply rate: 1.0 L / h
Inlet temperature: 150°C
As a result of granulation, the granulated particles were collected from the bottom of the main body.
実施例1~5については、得られた造粒粒子10gを、酢酸クロム0.22gをエタノール(EtOH)50mlに溶解させた溶液でスラリー化し10分間攪拌した。エタノールの25℃における比誘電率(ε0)は24.3である。その後、エタノールを留去することによりクロム含量0.5重量%のクロム含有シリカ(クロム化合物担持成分)を得た。得られたクロム含有粒子の平均粒径(メジアン径)を表1のレーザー粒径の欄に表す。
実施例6については、得られた造粒粒子10gを、クロモセン0.18gをヘキサン70mlに溶解させた溶液でスラリー化し10分間攪拌した。ヘキサンの25℃における比誘電率(ε0)は1.90である。その後、ヘキサンを留去することによりクロム含量0.5重量%のクロム含有シリカ(クロム化合物担持成分)を得た。得られたクロム含有粒子の平均粒径(メジアン径)を表1のレーザー粒径の欄に表す。
その後、実施例1~6において得られたクロム含有シリカを、乾燥空気雰囲気下、730℃、12時間の条件で賦活して、クロム触媒G1,G2(Phillipsタイプ触媒)を得た。賦活により、クロム含有シリカは薄い青色から薄いオレンジ色へ色が変化した。このことからクロム原子が6価に変換したことが判る。3価クロムは、実質的に99重量%が6価に変換されていた。
For Examples 1 to 5, 10 g of the obtained granulated particles were slurried in a solution in which 0.22 g of chromium acetate was dissolved in 50 ml of ethanol (EtOH) and stirred for 10 minutes. The relative dielectric constant (ε 0 ) of ethanol at 25° C. is 24.3. Thereafter, the ethanol was distilled off to obtain chromium-containing silica (chromium compound-supporting component) with a chromium content of 0.5% by weight. The average particle size (median diameter) of the obtained chromium-containing particles is shown in the column of laser particle size in Table 1.
For Example 6, 10 g of the obtained granulated particles were slurried with a solution in which 0.18 g of chromocene was dissolved in 70 ml of hexane, and the slurry was stirred for 10 minutes. The relative dielectric constant (ε 0 ) of hexane at 25° C. is 1.90. Thereafter, the hexane was distilled off to obtain chromium-containing silica (a chromium compound-supporting component) with a chromium content of 0.5% by weight. The average particle size (median diameter) of the obtained chromium-containing particles is shown in the column of laser particle size in Table 1.
Thereafter, the chromium-containing silica obtained in Examples 1 to 6 was activated under dry air atmosphere at 730° C. for 12 hours to obtain chromium catalysts G1 and G2 (Phillips type catalysts). Upon activation, the chromium-containing silica changed color from light blue to light orange. This indicates that the chromium atoms were converted to hexavalent chromium. Substantially 99% by weight of trivalent chromium was converted to hexavalent chromium.
(1.6)エチレン重合
充分に窒素置換した1.5Lの重合槽に、(1.5)で得られた各々のクロム触媒を表1に記載の量にて、1-ヘキセン7g、イソブタン700mLを導入し、内温を100℃まで昇温した。
次いでエチレンを圧入し、エチレン分圧を1.4MPaとなるように保ちながら、重合温度100℃で重合を行った。次いで内容ガスを系外に放出することにより、重合を停止した。
各重合条件と結果を、表1にまとめた。
(1.6) Ethylene polymerization Into a 1.5 L polymerization vessel thoroughly purged with nitrogen, the respective chromium catalysts obtained in (1.5) in the amounts shown in Table 1, 7 g of 1-hexene, and 700 mL of isobutane were introduced, and the internal temperature was raised to 100° C.
Then, ethylene was injected and polymerization was carried out at a polymerization temperature of 100° C. while maintaining the ethylene partial pressure at 1.4 MPa. The polymerization was then terminated by discharging the content gas outside the system.
The polymerization conditions and results are summarized in Table 1.
(2)比較例1~5
(2.1)比較例に係るクロム触媒の調製
得られた造粒粒子を、酢酸クロム0.22gを蒸留水50mlに溶解させた水溶液でスラリー化した他は実施例と同様にして、比較例に係るクロム触媒を調製した。蒸留水の25℃における比誘電率(ε0)は78.54である。各比較例は、同じ番号が付された実施例と成分Aと成分Bの混合比率が同じである。つまり、比較例1は実施例1と成分Aと成分Bの混合比率が同じであり、比較例2は実施例2と成分Aと成分Bの混合比率が同じである。なお、比較例4は実施例6とも成分Aと成分Bの混合比率が同じである。比較例1,3~5は、クロム触媒G1において25℃における比誘電率(ε0)が50より大きい溶媒存在下においてクロム化合物を含浸させたクロム触媒に相当し、比較例2はクロム触媒G2(成分A:成分B=100:0)において25℃における比誘電率(ε0)が50より大きい溶媒存在下においてクロム化合物を含浸させたクロム触媒に相当する。
(2) Comparative Examples 1 to 5
(2.1) Preparation of Chromium Catalyst According to Comparative Example A chromium catalyst according to a comparative example was prepared in the same manner as in the examples, except that the obtained granulated particles were slurried with an aqueous solution in which 0.22 g of chromium acetate was dissolved in 50 ml of distilled water. The relative dielectric constant (ε 0 ) of distilled water at 25° C. was 78.54. Each comparative example has the same mixing ratio of component A and component B as the examples assigned the same numbers. That is, comparative example 1 has the same mixing ratio of component A and component B as example 1, and comparative example 2 has the same mixing ratio of component A and component B as example 2. It should be noted that comparative example 4 and example 6 have the same mixing ratio of component A and component B. Comparative Examples 1 and 3 to 5 correspond to chromium catalyst G1 obtained by impregnating a chromium compound in the presence of a solvent having a relative dielectric constant (ε 0 ) at 25° C. of greater than 50, and Comparative Example 2 corresponds to chromium catalyst G2 (component A:component B=100:0) obtained by impregnating a chromium compound in the presence of a solvent having a relative dielectric constant (ε 0 ) at 25° C. of greater than 50.
(2.2)エチレン重合
実施例の(1.6)において、クロム触媒を表1に記載のようにした以外は、同様にしてエチレン重合を行った。
各重合条件と結果を、表1にまとめた。ただし、比較例においては、HLMFR測定は、得られた重合体が塊状であったことから、実施することができず、表1では「-」と記した。また、同様にポリマーBDについても測定することができず、表1では「(塊状)」と記した。
(2.2) Ethylene Polymerization Ethylene polymerization was carried out in the same manner as in Example (1.6) except that the chromium catalyst was changed as shown in Table 1.
The polymerization conditions and results are summarized in Table 1. However, in the comparative examples, the HLMFR measurement could not be performed because the obtained polymer was in a block form, and is indicated as "-" in Table 1. Similarly, the measurement could not be performed for polymer BD, and is indicated as "(block form)" in Table 1.
3.実施例及び比較例の結果の考察
実施例及び比較例において、重合結果、得られたエチレン系重合体のHLMFR、ポリマーBDを表1に示す。
3. Consideration of the Results of Examples and Comparative Examples In the examples and comparative examples, the polymerization results, HLMFR of the obtained ethylene polymers, and polymer BD are shown in Table 1.
実施例1~6は、比誘電率が50以下の溶媒を用いてクロム化合物を含浸させたクロム化合物担持成分を用いたクロム触媒である。一方、比較例1~5は、比誘電率が50より大きい溶媒を用いてクロム化合物を含浸させたクロム化合物担持成分を用いたクロム触媒である。これらのクロム化合物担持成分のメジアン径を実施例と比較例で比較すると、成分Aと成分Bの重量比が同じ場合、比較例の方がメジアン径は小さくなった。これは、クロム化合物を含浸させる過程で造粒粒子が崩壊し小粒径化したことが原因であると考えられる。さらに、比較例1~5のクロム触媒を用いて重合をした場合、得られたポリマーが塊状であった。これは、崩壊して小粒径化または微粉化したクロム触媒からできたポリマーであるためにポリマーが凝集し塊状となったと考えられ、この結果も比較例のクロム化合物担持成分において造粒粒子の崩壊が起こっていることを支持する。一方で、実施例1~6はいずれも、ポリマーBDを有しており良好な粒子性状を示した。これは、触媒調製過程及び重合過程において、クロム触媒が粒子性状を維持したことによると考えられる。
また、クロム触媒中の成分Aの重量比率が多い方が、得られるポリマーのHLMFRは小さくなった。このことは、成分Aに由来する活性点から得られるポリマーは、成分Bに由来する活性点から得られるポリマーより、明らかに高分子量体となったことを示している。
以上の結果から、ピーク強度の比率Py/Pxが10未満であり、SiO2を90重量%以上含有する板状シリカ凝集体(平面状シリカ凝集体)を含有するエチレン系重合触媒において、25℃における比誘電率(ε0)が50以下である溶媒存在下においてクロム化合物を含浸させた場合に、超高分子量成分を有し、粒子性状の良いエチレン系重合体を製造できることが確認された。
Examples 1 to 6 are chromium catalysts using a chromium compound-supported component impregnated with a chromium compound using a solvent having a relative dielectric constant of 50 or less. On the other hand, Comparative Examples 1 to 5 are chromium catalysts using a chromium compound-supported component impregnated with a chromium compound using a solvent having a relative dielectric constant of more than 50. When comparing the median diameters of these chromium compound-supported components between the Examples and the Comparative Examples, when the weight ratio of component A to component B is the same, the median diameter is smaller in the Comparative Examples. This is thought to be due to the collapse of the granulated particles and the reduction in particle size during the process of impregnating the chromium compound. Furthermore, when polymerization was performed using the chromium catalysts of Comparative Examples 1 to 5, the obtained polymer was in a lump form. This is thought to be due to the polymer being made from the chromium catalyst that was collapsed and reduced in particle size or finely powdered, so the polymer aggregated and became in a lump form, and this result also supports the fact that the collapse of the granulated particles occurs in the chromium compound-supported component of the Comparative Examples. On the other hand, all of Examples 1 to 6 had polymer BD and showed good particle properties. This is thought to be due to the chromium catalyst maintaining its particle properties during the catalyst preparation process and polymerization process.
Furthermore, the higher the weight ratio of component A in the chromium catalyst, the smaller the HLMFR of the resulting polymer. This indicates that the polymer obtained from the active sites derived from component A clearly has a higher molecular weight than the polymer obtained from the active sites derived from component B.
From the above results, it was confirmed that, in an ethylene-based polymerization catalyst containing plate-like silica aggregates (planar silica aggregates) having a peak intensity ratio Py/Px of less than 10 and containing 90% by weight or more of SiO2 , when the catalyst is impregnated with a chromium compound in the presence of a solvent having a relative dielectric constant (ε 0 ) at 25° C. of 50 or less, an ethylene-based polymer having an ultrahigh molecular weight component and good particulate properties can be produced.
本発明は上記で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形または変更が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments detailed above, and various modifications and variations are possible within the scope of the claims of the present invention.
本発明によれば、超高分子量成分を有するエチレン系重合体を製造できる。このエチレン系重合体は、幅広い用途に適用することができるため、工業的に非常に利用価値が高い。 According to the present invention, an ethylene-based polymer having an ultra-high molecular weight component can be produced. This ethylene-based polymer can be used in a wide range of applications, and is therefore of great industrial value.
Claims (10)
工程(1):下記成分Aと下記成分Bの混合比率が、それぞれの重量比で、成分A:成分B=1:99~100:0のスラリーを調製し、得られたスラリーを噴霧乾燥造粒して粒子化し、造粒粒子を得る工程。
工程(2):前記工程(1)から得られた造粒粒子に、25℃における比誘電率(ε0)が50以下である溶媒存在下においてクロム化合物を含浸させ、クロム化合物担持成分を得る工程。
工程(3):前記工程(2)の溶媒を除去することにより、流動性のあるクロム化合物担持成分を得る工程。
成分A:以下の特性1及び特性2を有する無機酸化物。
(特性1)分析の前処理として600℃で24時間焼成した後に測定した赤外線吸収スペクトルにおいて、3600cm-1~3699cm-1の範囲Xで最大となるピーク強度Pxに対する3700cm-1~3799cm-1の範囲Yで最大となるピーク強度Pyの比率Py/Pxが10未満である。
(特性2):SiO2を90重量%以上含有する。
成分B:平均粒径が0.01μm~50μmの微粒子無機酸化物であって、主成分がシリカ(SiO 2 )の粒子、主成分がシリカ-チタニア(SiO 2 -TiO 2 )の粒子、及び主成分がシリカ-アルミナ(SiO 2 -Al 2 O 3 )の粒子からなる群より選ばれた少なくとも1種以上の粒子から構成されている(ここで、主成分とは、含有率(重量%)が90重量%以上の物質である。)。 A method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component, comprising sequentially carrying out the following steps (1), (2), and (3):
Step (1): A step of preparing a slurry of the following component A and the following component B in a mixing ratio by weight of component A:component B=1:99 to 100:0, and spray-drying and granulating the obtained slurry to obtain granulated particles.
Step (2): A step of impregnating the granulated particles obtained in step (1) with a chromium compound in the presence of a solvent having a relative dielectric constant (ε 0 ) at 25° C. of 50 or less to obtain a chromium compound-supported component.
Step (3): A step of removing the solvent of the step (2) to obtain a fluid chromium compound-supported component.
Component A: An inorganic oxide having the following properties 1 and 2.
(Characteristic 1) In an infrared absorption spectrum measured after calcination at 600° C. for 24 hours as a pretreatment for analysis, the ratio Py/Px of the peak intensity Py that is maximum in the range Y of 3700 cm −1 to 3799 cm −1 to the peak intensity Px that is maximum in the range X of 3600 cm −1 to 3699 cm −1 is less than 10.
(Characteristic 2): Contains 90% or more by weight of SiO2 .
Component B: A fine particle inorganic oxide having an average particle size of 0.01 μm to 50 μm , which is composed of at least one type of particle selected from the group consisting of particles whose main component is silica (SiO 2 ), particles whose main component is silica-titania (SiO 2 -TiO 2 ), and particles whose main component is silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ) (here, the main component is a substance whose content (weight %) is 90% or more).
(特性3)粉末X線回折において2θ=23°~29°に半値幅0.2°以上5°以下のピークがある。 2. The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component according to claim 1, wherein the component A is an inorganic oxide further having the following characteristic 3:
(Characteristic 3) In powder X-ray diffraction, there is a peak having a half-width of 0.2° or more and 5° or less at 2θ=23° to 29°.
(特性4)平均粒径が0.01μm~10μm。 The method for producing an ethylene-based polymerization catalyst component according to any one of claims 1 to 4, wherein the component A is an inorganic oxide further having the property 4.
(Characteristic 4) Average particle size is 0.01 μm to 10 μm.
工程(4):前記クロム化合物担持成分を、非還元性雰囲気下、400℃~900℃で焼成活性化することにより少なくとも一部のクロム原子を6価とする工程。 A method for producing an ethylene-based polymerization catalyst, comprising using an ethylene-based polymerization catalyst component obtained by the production method according to any one of claims 1 to 7 , and further subjecting the catalyst to the following step (4):
Step (4): A step of calcining and activating the chromium compound-supporting component at 400° C. to 900° C. in a non-reducing atmosphere to convert at least a part of the chromium atoms into hexavalent chromium atoms.
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