Патент на изобретение №2381236

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2381236 (13) C1
(51) МПК

C08F4/02 (2006.01)
C08F4/16 (2006.01)
C08F4/654 (2006.01)
C08F10/02 (2006.01)
C08F2/18 (2006.01)
C08F4/656 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 17.09.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2008138331/04, 25.09.2008

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

25.09.2008

(46) Опубликовано: 10.02.2010

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2257263 C1, 27.07.2005. SU 812185, 07.03.1981. RU 2315063 C2, 20.01.2008. RU 2047355 C1, 10.11.1995. US 5420220, 30.05.1995. US 5278272, 11.01.1994.

Адрес для переписки:

630090, г.Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 5, Институт катализа им. Г.К. Борескова, патентный отдел, Т.Д. Юдиной

(72) Автор(ы):

Микенас Татьяна Борисовна (RU),
Захаров Владимир Александрович (RU),
Никитин Валентин Евгеньевич (RU),
Ечевская Людмила Геннадьевна (RU),
Мацько Михаил Александрович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской Академии наук (RU),
Общество с ограниченной ответственностью “Тинол” (RU)

(54) КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА И СОПОЛИМЕРОВ ЭТИЛЕНА С АЛЬФА-ОЛЕФИНАМИ С УЗКИМ МОЛЕКУЛЯРНО-МАССОВЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу получения полиэтилена и сополимеров этилена с альфа-олефинами с использованием нанесенного титанмагниевого катализатора. Описан способ получения полиэтилена и сополимеров этилена с альфа-олефинами с узким молекулярно-массовым распределением в режиме суспензии в среде углеводородного растворителя с использованием нанесенного катализатора, содержащего соединение титана на магнийсодержащем носителе, отличающийся тем, что используют катализатор, который получают взаимодействием раствора магнийорганического соединения с соединением, вызывающим превращение магнийорганического соединения в твердый магнийсодержащий носитель, при этом в качестве магнийорганического соединения используют бутилмагнийхлорид в растворе простого эфира R2O, где R = бутил или i-амил, а в качестве соединения, используемого для превращения магнийорганического соединения в твердый магнийсодержащий носитель, используют композицию, включающую в свой состав продукт взаимодействия алкилхлорсилана состава: R’kSiCl4-k, где: R’ – алкил или фенил, k=1, 2, с тетраалкоксидом кремния Si(OEt)4 при мольном соотношении Si(OEt)/SiCl=0-0.25 и диалкилароматический эфир, катализатор применяют в сочетании с сокатализатором-триалкилом алюминия, в качестве регулятора молекулярной массы полимера или сополимера используют водород в количестве 10-50 об.%. Технический результат: высокий выход полиэтилена, имеющего высокие индексы расплава (ИР(5)=8-100) и узкое ММР (Mw/Mn=3.8-5.4) при пониженной концентрации водорода в реакционной среде. 2 з.п., 1 табл.

Изобретение относится к способу получения полиэтилена и сополимеров этилена с альфа-олефинами с узким молекулярно-массовым распределением (ММР) и с возможностью получения полимеров с различной молекулярной массой в суспензионной полимеризации или сополимеризации этилена в углеводородном растворителе с использованием нанесенного катализатора циглеровского типа, содержащего в своем составе соединение титана на магнийсодержащем носителе.

Для получения полиэтилена или сополимера этилена суспензионным методом используют нанесенные катализаторы циглеровского типа, содержащие в своем составе хлориды титана и хлориды магния и получаемые различными способами.

Например, катализатор, содержащий в качестве носителя хлорид магния, получают по методу, описанном в заявке Японии 59-53511, B01J 31/32, 1986, взаимодействием раствора соединения MgCl2·3i-C8H17OH в углеводородном разбавителе с TiCl4 в присутствии электронодонорного соединения (этилбензоат, этиланизат и другие). Катализатор, полученный таким способом, характеризуется размером частиц 5-15 мкм, обладает достаточно высокой активностью (до 35 кг/г ПЭ г Ti ч атм C2H4) и позволяет получать суспензионным методом порошок полиэтилена с узкой гранулометрией и высокой насыпной плотностью и различным индексом расплава. Недостатком этого катализатора является применение низких температур (до -20°С) при его приготовлении, использование в качестве реакционной среды больших количеств жидкого TiCl4, выделение при синтезе катализатора значительного количества хлористого водорода.

Известен нанесенный катализатор для суспензионной полимеризации этилена и сополимеризации этилена с альфа-олефинами, содержащий соединение переходного металла (TiCl4, VOCl3, VCl4) на носителе состава MgCl2 mR2O, получаемый путем нанесения соединения переходного металла на носитель (РФ 2064836, B01J 31/38, 10.08.96). При этом носитель получают взаимодействием магнийорганического соединения (МОС) состава: Mg(C6H5)2n MgCl2 mR2O, где: n=0.37-0.7, m=2, R2O – простой эфир с R=i-Am, n-Bu, с четыреххлористым углеродом. Катализаторы, приготовленные этим методом, позволяют получать полимеры с узким регулируемым распределением частиц по размеру и повышенной насыпной плотностью при сохранении высокой активности в процессе суспензионной полимеризации этилена и сополимеризации этилена с -олефинами.

Наиболее близким является способ приготовления нанесенного титанмагниевого катализатора [РФ 2257263, B01J 31/38, 27.07.05], в котором магнийсодержащий носитель получают взаимодействием раствора магнийорганического соединения (МОС) состава: MgPh2·nMgCl2·mR2O, где: Ph = фенил, R2O = простой эфир с R = бутил или i-амил, n=0.37-0.7, m=1-2, с алкихлорсиланом RxSiC4-x, где: R = алкил, фенил, х=1, 2. Катализаторы, приготовленные этим методом, также позволяют получать полимеры с узким регулируемым распределением частиц по размеру и повышенной насыпной плотностью при сохранении высокой активности в процессе суспензионной полимеризации этилена и сополимеризации этилена с -олефинами.

Для производства некоторых марок полиэтилена, например литьевых изделий из полиэтилена, требуются полимеры с высокими индексами расплава (ИР), обладающие узким молекулярно-массовым распределением (ММР). Однако вышеописанные катализаторы имеют ряд существенных недостатков при полимеризации этилена в присутствии водорода в качестве регулятора молекулярной массы полимера.

Основными недостатками этих катализаторов, применяемых в суспензионном процессе получения полиэтилена, являются:

1. Недостаточно эффективное регулирование индекса расплава ПЭ; для получения литьевых марок ПЭ с высокими индексами расплава (ИР при нагрузке 5 кг >10 г/10 мин) необходимо проводить полимеризацию при высоком соотношении Н22Н4 (более 50 об.%)

2. Получение полиэтилена с уширенным ММР в присутствии высокой концентрации водорода, тогда как литьевые марки ПЭ должны иметь узкое ММР.

3. Относительно низкий уровень активности катализатора при использовании высоких концентраций водорода.

Титанмагниевые катализаторы, полученные по способу, описанному в патенте РФ 2064836, B01J 31/38, 10.08.96 и в прототипе (РФ 2257263, B01J 31/38, 27.07.05), позволяют получать ПЭ с узким ММР только при полимеризации этилена в присутствии небольших количеств водорода, когда образуется ПЭ с невысоким индексом расплава менее 5.0 г/10 мин. Увеличение концентрации водорода с целью получения более низкомолекулярных полимеров (литьевых марок) приводит к получению ПЭ с уширенным ММР (Mw/Mn=7-8).

Изобретение решает задачу разработки способа получения полиэтилена с узким молекулярно-массовым распределением (ММР) с высоким индексом расплава и с более высоким выходом за счет использования специальной модификации титанмагниевых катализаторов.

Задача решается катализатором для полимеризации этилена, содержащим соединение титана на магнийсодержащем носителе, который получают в результате взаимодействия раствора магнийорганического соединения, в качестве которого используют бутилмагнийхлорид в растворе простого эфира R2O, где: R = бутил или i-амил, с соединением, вызывающим превращение магнийорганического соединения в твердый магнийсодержащий носитель, в качестве которого используют композицию, включающую в свой состав продукт взаимодействия алкилхлорсилана состава R’kSiCl4-k, где: R – алкил или фенил, k=1, 2, с тетраалкоксидом кремния Si(OEt)4 при мольном соотношении Si(OEt)/SiCl=0-0.25, и диалкилароматический эфир.

Взаимодействие раствора магнийорганического соединения с вышеуказанной композицией проводят при мольных соотношениях Si/Mg=1-2.5 и диалкилароматический эфир / Mg=0.05-0.4 и при температуре 10-40°С.

Задача решается процессом получения полиэтилена и сополимеров этилена с альфа-олефинами в присутствии описанного выше катализатора, содержащего в своем составе соединение титана на магнийсодержащем носителе, в сочетании с сокатализатором – триалкилом алюминия в режиме суспензии в среде углеводородного растворителя при температуре 60-100°С, давлении 2-40 атм в присутствии водорода в качестве переносчика цепи – регулятора молекулярной массы полимера.

Предлагаемый катализатор отличается от известного по прототипу тем, что в качестве магнийорганического соединения используют бутилмагнийхлорид в растворе простого эфира R2O, где: R=бутил или изо-амил, а в качестве соединения, используемого для превращения МОС в твердый магнийсодержащий носитель, используют композицию, включающую в свой состав продукт взаимодействия алкилхлорсилана состава R’kSiCl4-k, где: R – алкил или фенил, k=1, 2, с тетраэтоксидом кремния Si(OEt)4, и диалкилароматический эфир.

Предлагаемый способ обеспечивает получение полиэтилена с высоким выходом (70 кг ПЭ/г Ti ч атм С2Н4) с узким молекулярно-массовым распределением (Mw/Mn6) при высоких индексах расплава ПЭ (ИР(5)>5 г/10 мин) в присутствии 10-50 об.% водорода.

Полимеризацию проводят в режиме суспензии в среде углеводородного растворителя (например, гексана, гептана) при температуре 60-100°С и давлении 2-40 атм. В качестве регулятора молекулярной массы полимера используют водород в количестве 10-50 об.%. Катализатор для полимеризации этилена или сополимеризации этилена с -олефинами используют в сочетании с сокатализатором – триалкилом алюминия, преимущественно триизобутилалюминием или триэтилалюминием. При сополимеризации этилена с -олефинами используют пропилен, бутен-1, гексен-1, 4-метил-пентен-1 и другие высшие -олефины.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

100 мл раствора BuMgCl в дибутиловом эфире с концентрацией 0.84 моль/л, полученного взаимодействием металлического магния с хлористым бутилом (BuCl/Mg=1.1) в среде дибутилового эфира (ДБЭ/Mg=5.9), загружают в реактор с мешалкой и при температуре 15°С в течение 15 мин дозируют 0.011 моль (1.5 мл) дибутилфталата (ДБФ) (ДБФ/Mg=0.1), а затем в течение 1.5 ч дозируют в реактор раствор, состоящий из смеси фенилтрихлорсилана PhSiCl3 (24.3 мл) с ДБЭ (12 мл) при мольном соотношении (Si/Mg=1.8). Затем нагревают реакционную смесь до 60°С в течение 30 мин и выдерживают при этой температуре 1 ч. Удаляют маточный раствор и промывают образовавшийся осадок гептаном 4 раза по 250 мл при температуре 20°С. Получают 9.2 г порошкообразного магнийсодержащего носителя в виде суспензии в гептане.

К полученной суспензии магнийсодержащего носителя в 150 мл гептана добавляют 9 мл TiCl4 (TiCl4/Mg=1), нагревают реакционную смесь до 60°С и выдерживают при перемешивании в течение 1 ч, затем твердый осадок отстаивают и промывают гептаном при температуре 50-60°С 5 раз по 350 мл. Получают нанесенный катализатор с содержанием титана 2.6 мас.%. Ti.

Полимеризацию этилена проводят в стальном реакторе объемом 0.8 л, оборудованном мешалкой и термостатирующей рубашкой. В качестве растворителя для полимеризации используют гептан (250 мл) и сокатализатор – триизобутилалюминий (Al(i-Bu)3) с концентрацией 5 ммоль/л. Полимеризацию проводят при температуре 80°С, давлении этилена 4 атм и давлении водорода 1 атм в течение 1 ч. Результаты полимеризации приведены в таблице.

Пример 2

Катализатор получают в условиях примера 1 за исключением того, что взаимодействие компонентов осуществляют при температуре 10°С. Катализатор содержит 3.7 мас.%. Ti. Полимеризацию этилена ведут в условиях примера 1. Результаты полимеризации приведены в таблице.

Пример 3

Катализатор получают в условиях примера 1 за исключением того, что к полученному раствору МОС при температуре 26°С в течение 5 мин дозируют дибутилфталат при соотношении ДБФ/Mg=0.06, а затем к полученной смеси в течение 2 ч дозируют раствор, состоящий из фенилтрихлорсилана PhSiCl3 и Si(OEt)4 при мольном соотношении 3:1 (Si/Mg=1.2) в присутствии ДБЭ. Катализатор содержит 3 мас.% Ti. Полимеризацию этилена ведут в условиях примера 1. Результаты полимеризации приведены в таблице.

Пример 4

Катализатор получают в условиях примера 1 за исключением того, что используют ДБФ/Mg=0.125, а вместо PhSiCl3 используют метилтрихлорсилан MeSiCl3 и к раствору МОС ДБФ и MeSiCl3 дозируют при 30°С. Катализатор содержит 4.6 мас.% титана. Полимеризацию этилена ведут в условиях примера 1. Результаты полимеризации приведены в таблице.

Пример 5

Синтез катализатора осуществляют аналогично примеру 1 за исключением того, что взаимодействие магнийорганического соединения с ДБФ осуществляют при мольном соотношении ДБФ/Mg=0.25, а взаимодействие МОС со смесью PhSiCl3/Si(OEt)4(3:l) осуществляют при соотношении Si/Mg=1.0 и температуре 15°С. Катализатор содержит 4.3 мас.% титана. Полимеризацию этилена ведут в условиях примера 1. Результаты полимеризации приведены в таблице.

Пример 6

Катализатор, полученный в условиях примера 4, используют в сополимеризации этилена с гексеном-1: ТИБА в качестве сокатализатора, давление этилена 2 атм, давление водорода 0.25 атм, температура 80°С, а концентрация гексена-1 – 0.32 М. Результаты полимеризации приведены в таблице.

Пример 7 (сравнительный)

Синтез катализатора осуществляют аналогично примеру 4 за исключением того, что взаимодействие магнийорганического соединения со смесью PhSiCl3/Si(OEt)4 осуществляют в отсутствие ДБФ. Катализатор содержит 3.3 мас.% титана. Полимеризацию этилена ведут в условиях примера 1. Результаты полимеризации приведены в таблице.

Пример 8 (сравнительный)

Катализатор получают в условиях примера 1 за исключением того, что для взаимодействия с магнийорганическим соединением при получении носителя используют PhSiCl3 в отсутствие ДБФ и Si(OEt)4. Катализатор содержит 1.4 мас.% титана. Полимеризацию этилена ведут в условиях примера 1. Результаты полимеризации приведены в таблице.

Из представленных выше примеров видно, что только в случае использования для приготовления магнийсодержащего носителя композиции, включающей в свой состав продукт взаимодействия алкилхлорсилана с тетраалкоксидом кремния и диалкилароматический эфир, например дибутилфталат, взятые в определенных соотношениях, удается получить катализатор, позволяющий достигать высоких выходов полиэтилена, имеющего высокие индексы расплава (ИР(5)>5 г/10 мин) при низкой концентрации водорода в реакционной среде (Н22Н4=0.25-0.5) и узкое ММР (Mw/Mn – 5.0-5.9).

Использование для приготовления магнийсодержащего носителя только алкилхлорсиланов или смеси алкилхлорсилана с тетраалкоксидом кремния не позволяет достичь поставленных целей: приготовление магнийсодержащего носителя только со смесью алкилхлорсилана с тетраалкоксидом кремния (сравнительный пример 7) приводит к снижению активности катализатора, а использование только алкилхлорсилана приводит как к снижению уровня активности, так и к снижению индексов расплава ПЭ (сравнительный пример 8).

Условия синтеза титанмагниевых катализаторов и каталитические свойства в полимеризации этилена
пр. X.a1). M2) Si/Mg D3)/Mg Тхл, °С Ti, мас. % Выход, кг/г кат. А4) кг ПЭ/г Ti ч ат С2Н4 ИР(5), г/10 мин ИР(5)/ИР(2) Mw·10-3, г/моль Mw/Mn
1 PhSiCl3 1.8 0.1 15 2.6 6.5 63 5.4 2.8 110 5.5
2 PhSiCl3 1.8 0.1 10 3.7 4.5 30.1 3.8 3.2
3 PhSiCl3 Si(OEt)4 1.2 0.06 26 3.0 7.3 61 6.5 3.0 99 5.0
4 MeSiCl3 Si(OEt)4 1.2 0.125 30 4.6 12.9 70 15.0 3.0 83 5.5
5 PhSiCl3 Si(OEt)4 1.0 0.25 15 4.3 9.7 56 9.0 3.1 94 5.9
65) PhSiCl3 Si(OEt)4 1.0 0.25 15 4.3 13.1 153 3.5 3.0 140 4.0
76) PhSiCl3 Si(OEt)4 1.0 15 3.3 4.3 33 13.0 2.8 86 5.1
86) PhSiCl3 1.8 15 1.4 1.7 31 1.0 3.3
Условия полимеризации: давление этилена 4 атм, давление водорода 1 атм, температура полимеризации 80°С, [ТИБА] = 5 ммоль/л, время полимеризации 1 ч
1) Хлорирующий агент
2) Модификатор
3) Электронодонорная добавка – дибутилфталат
4) Активность катализатора
5) Полимеризация в присутствии гексена-1 (0.32М)
6) Сравнительные примеры

Формула изобретения

1. Способ получения полиэтилена и сополимеров этилена с альфа-олефинами с узким молекулярно-массовым распределением в режиме суспензии в среде углеводородного растворителя с использованием нанесенного катализатора, содержащего соединение титана на магнийсодержащем носителе, отличающийся тем, что используют катализатор, который получают взаимодействием раствора магнийорганического соединения с соединением, вызывающим превращение магнийорганического соединения в твердый магнийсодержащий носитель, при этом в качестве магнийорганического соединения используют бутилмагнийхлорид в растворе простого эфира R2O, где R = бутил или i-амил, а в качестве соединения, используемого для превращения магнийорганического соединения в твердый магнийсодержащий носитель, используют композицию, включающую в свой состав продукт взаимодействия алкилхлорсилана состава: R’kSiCl4-k, где R’ – алкил или фенил, к=1, 2, с тетраалкоксидом кремния Si(OEt)4 при мольном соотношении Si(OEt)/SiCl=0-0,25 и диалкилароматический эфир, катализатор применяют в сочетании с сокатализатором-триалкилом алюминия, в качестве регулятора молекулярной массы полимера или сополимера используют водород в количестве 10-50 об.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие раствора магнийорганического соединения с вышеуказанной композицией проводят при мольных соотношениях Si/Mg=1-2,5 и диалкилароматический эфир/Mg=0,05-0,4, при температуре 10-30°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимеризацию и сополимеризацию проводят в режиме суспензии при температуре 60-100°С в среде углеводородного растворителя, например гексана, гептана, и давлении 2-40 атм.

Categories: BD_2381000-2381999