专利名称：一种用于烯烃聚合的催化剂组分及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于烯烃聚合或共聚合的催化剂组分及其催化剂，以及该催化剂组分的制备方法和用途。
背景技术：
近20多年来，伴随烯烃聚合工艺的发展，与聚合工艺相配套的催化剂也取到了长足的进步，其中高效催化剂凭借其优良的聚合性能和成熟的应用技术在聚烯烃催化剂领域中仍占有重要的地位。经过多年的探索研究，Mg-Ti系高效催化剂的制备方法也由共研磨法，悬浮浸渍法发展到了化学反应法。在化学反应法中，许多发明专利涉及采用有机金属镁化合物、氯化剂和过渡金属钛化合物等化学原料，用这类反应物已制备出多种不同类型的催化剂，它们公开在中国专利CN1158136、CN1795213和美国专利US4508843、4921920和 5124296中。在这种类型的Mg-Ti催化剂中，都有一个致命的缺点是难以控制成形步骤，从而难以控制所制备催化剂颗粒的形态，近期的发展是在催化剂前体包含镁/钛化合物的风散体系中，加入一些类似乳化剂的物质，使之形成乳液，然后再反应沉淀出催化剂颗粒，可以改进所得催化剂的颗粒形态，如在Montedison的EP0258089A中采用的全氟聚醚，在中国专利CN1537118A中提到采用全氟辛烷，这些方法成形步骤复杂，很难控制，所得催化剂颗粒形态也不易控制，而且所采用的物质价格高昂，很难取得。尽管在齐格勒-纳塔催化剂领域已经做了大量的研究工作，对于制备更高性能要求的ZN催化剂，仍需要一些新的或改进的方法。本发明人通过反复实验发现，选择合适的改性添加剂，就能使催化剂合成方法简单易行，而且能够获得形态较好，如球形，窄粒度分布的催化剂颗粒，同时具有较高的催化活性和氢调敏感性。
发明内容
本发明人通过大量的实验研究发现，加入一种特殊的改性添加剂，可以得到颗粒形态较好如球形，窄粒度分布、具有较高催化活性和氢调敏感性的催化剂组分，并且该催化剂的制备方法简单易行。本发明的目的之一是提供了一种用于烯烃聚合的催化剂组分，其是包括至少一种有机镁化合物，至少一种含钛化合物，至少一种含羟基类化合物、至少一种含氯有机磷化合物和至少一种改性添加剂的反应产物；本发明一种用于烯烃聚合的催化剂组分，其是包含至少一种有机镁化合物，至少一种含钛化合物，至少一种含羟基类化合物和至少一种含氯有机磷化合物以及至少一种改性添加剂的反应产物；其中(1)有机镁化合物由通式(I)MgR1nClh所示，式中R1是C2 C2Q的烃基，任选为饱和或不饱和的直链、支链或环状链，02 ；(2)含钛化合物由通式(II )Ti(0R2)nCl4_n所示，式中R2是C2 (^的烃基，任选为饱和或不饱和的直链、支链或环状链，0(3)含羟基类化合物由通式(III) HOR3所示，式中R3是C2 C2tl的烃基，任选为饱和或不饱和的直链、支链或环状链；(4)含氯有机磷化合物为PCl5或由通式(IV WpPR4qClh所示的化合物，通式中 R4是C2 C2tl的烷基或烷氧基，0<q<3，p = 0或1;(5)改性添加剂是聚丁二烯嵌段聚环氧乙烷类聚合物，包括二嵌段和三嵌段及其衍生物等，嵌段类型可以是线形的或有支链形式的，在所述的聚丁二烯嵌段聚氧乙烯基醚类聚合物类共聚物中，聚丁二烯的含量为3-97% (wt%)0可以是线形的、有支链的或星形的等其它形式。其中所述的有机镁化合物如通式(I)MgR1nCVn所示，式中R1是仏 C2tl的烃基，可以是饱和或不饱和的直链、支链或环状链，优选为C2 C2tl的烷基；0 < η < 2 ；具体的有机镁化合物如氯化镁、氯化乙基镁、二丁基镁等，反应中使用的有机镁化合物优选二丁基镁、 二异丁基镁、二辛基镁、丁辛基镁、氯化乙基镁和氯化丁基镁中的至少一种。其中所述的含钛化合物如通式(II )Ti(0R2)mCl4_m所示，式中R2是C2 C2tl的烃基，可以是饱和或不饱和的直链、支链或环状链，0 < m < 4 ；优选四价钛化合物，因为四价钛化合物通常在常温下呈液态，而且与一些溶剂的相容性也很好。含钛化合物优选四价钛化合物及他们的混合物，其中最为常用的是四氯化钛、钛酸四乙酯和钛酸四丁酯。其中所述的含羟基类化合物如通式(III) HOR3所示，式中R3是C2 C2tl的烃基，可以是饱和或不饱和的直链、支链或环状链；含羟基类化合物优选为脂肪醇或芳香醇，更优选正丁醇、正己醇、异辛醇、苯甲醇和苯乙醇中的至少一种。其中所述的含氯有机磷化合物为PCl5或如通式(IV WpPR4qCl3I所示的化合物，通式(IV )中R4是C2 C2tl的烷基或烷氧基，0彡q < 3，p = 0或1 ；具体的所述的含氯有机
磷化合物选自二氯甲基磷、二氯乙基磷、二氯丁基磷、三氯化磷、五氯化磷、三氯氧磷、二氯磷酸甲酯、二氯磷酸乙酯和二氯磷酸丁酯中的至少一种，优选三氯化磷、五氯化磷和三氯氧磷中的至少一种。所述的改性添加剂是聚丁二烯嵌段聚环氧乙烷类聚合物，包括二嵌段和三嵌段及其衍生物等，嵌段类型可以是线形的或有支链形式的，在所述的聚丁二烯嵌段聚氧乙烯基醚类聚合物类共聚物中，聚丁二烯的含量为3-97% (wt% )0优选为10-90% (wt% )0可以是线形的、有支链的或星形的等其它形式。本发明的催化剂组分优选采用下列步骤进行制备(1)将有机镁化合物与含羟基类化合物反应，得到透明溶液；(2)将改性添加剂分散在C4 C20烷烃或芳烃溶剂中，形成溶液，再与步骤(1)得到的透明溶液反应，得到混合液；(3)将含氯有机磷化合物和含钛化合物依次加入到步骤( 得到的混合液中，得到催化剂组分。在催化剂组份的制备过程中，各组份之间的比例在于，其中以每摩尔有机镁化合物计，含钛化合物为0. 01 10摩尔，优选0. 05 5摩尔；含羟基类化合物为0. 1 20摩尔，优选0. 2 10摩尔；含氯有机磷化合物为0. 1 50摩尔，优选0. 5 20摩尔；改性添加剂在反应体系中的浓度控制在0. 001 100克/升，优选0. 01 50克/升。
在步骤(1)中，有机镁化合物和含羟基类化合物的反应温度一般选择在相对较高的温度下进行较为有利，优选在反应物的沸点温度以下，温度通常不高于90°C，一般不高于 70°C。反应的时间取决于反应物的性质和操作条件，所需时间一般在5分钟至2小时，优选 10分钟至1小时。待机镁化合物和含羟基类化合物反应后，形成的溶液可以与惰性稀释剂混合使用，惰性稀释剂通常选自脂肪族烃类，例如异丁烷、戊烷、己烷、庚烷或环己烷及其混合物，一般己烷或庚烷是比较合适的惰性溶剂。在步骤( 中，将改性添加剂分散在C4 (^烷烃或芳烃溶剂中，优选分散在己烷、 庚烷或甲苯及其混合物溶剂中，形成溶液，再与步骤(1)中得到的透明溶液充分混合，根据改性添加剂的种类和性质不同，其C4 C2tl烷烃或芳烃溶液的配置浓度控制在0. 1 100 克/升，优选1 50克/升，加入的量以使改性添加剂在反应体系中的浓度为0. 001 100 克/升，优选0. 01 50克/升。混合温度一般要低于体系的沸点温度，为方便起见，一般选择在0 90°C之间，优选10 50°C之间。两者的混合时间一般选择0. 5分钟至5小时， 优选10分钟至1小时。在步骤(3)中，在一定温度下迅速完成所有物质的均勻混合，首先将前两步得到的溶液体系降低到一定温度，在该温度下溶液依然保持澄清透明，不至于出现混浊或沉淀， 温度可以控制在-90 30°C之间，优选在-70 0°C之间，然后将含氯有机磷化合物和含钛化合物依次逐步缓慢加入，在加料过程中通常进行充分搅拌以利于各种物质的充分混合， 加料速度通常选择以不引起明显反应或体系明显升温为准。充分混合后，可以采用任何已知的合适的方法进行升温，如缓慢、逐步、迅速或程序升温，不同的升温方法，可以得到性能特点迥异的催化剂，在升温过程中，体系会由澄清转变为混浊，析出沉淀，在该沉淀反应步骤中，沉淀步骤的反应时间应该长到足以获得完全的沉淀，反应时间可历时1分钟至10小时，优选3分钟 5小时。实验发现，在沉淀步骤之后，在一定温度下反应一段时间进行熟化处理对催化剂的粒形比较有利，它可以提高催化剂粒子的强度，从而减少催化剂在聚合过程中的粒子破碎现象。熟化处理的温度一般等于或高于沉淀反应的最终温度，熟化反应的时间可以控制在0. 5 10小时，优选1 5小时。在进行熟化处理之后，一般要进行洗涤，以便除去过量的反应物和制备过程中形成的副产物，任何惰性溶剂均可用于这一洗涤步骤，例如可以选择异丁烷、戊烷、己烷、庚烷、环己烷、甲苯或各种芳烃及其混合物等，实验中通常选择用甲苯洗涤两遍后，再用己烷充分洗涤己。在洗涤后，催化剂悬浮液氮气保护下进行干燥，以得到催化剂粉末。另外，本发明还涉及一种用于烯烃聚合或共聚合的催化剂，其包含下述组分的反应产物(a)上述本发明的催化剂组分；(b)至少一种通式为AlR" ’ 3的有机铝化合物，式中R" ’为相同或不相同的CV8 的烷基，其中一个或两个烷基可以被氯取代。可以选用一种或两种以上的烷基铝混合使用， 优选 AlEt3、Al (iso-Bu) 3、Al (n_C6H13) 3、Al (n_C8H17) 3、AlEt2Cl 等本发明所述的催化剂可以按照本领域烯烃聚合齐格勒-纳塔催化剂的熟知方式使用，如与另一种助催化剂或给电子体一起使用，还可以将本发明的催化剂与一种或多种齐格勒-纳塔催化剂或非齐格勒-纳塔催化剂混合使用。
本发明所述的催化剂适用于各种可以进行配位聚合反应的任何烯烃，包括一种烯烃的均聚合或多种烯烃的共聚合，烯烃中优选乙烯、丙烯、丁烯等α-烯烃，或乙烯、丙烯、 丁烯与一种或多种α-烯烃的混合物。较好的共聚单体是是C2-C12烯烃，优选C4-C10烯烃，如1-丁烯、异丁烯、I-戊烯、I-己烯、I-庚烯、I-辛烯、I-壬烯、I-癸烯和4-甲基戊烯-1，二烯如丁二烯，1,4-己二烯和1，7_辛二烯，环烯如降冰片烯，以及它们的混合物。本发明所述的催化剂可以在一个或多个聚合反应器中采用常规聚合技术进行聚合反应，可以是气相、淤浆或本体聚合反应，聚合反应可以是间歇或连续聚合过程。对淤浆或本体反应器，反应温度一般在40-130°C，优选60-110°C，反应器压力一般在0. 2-8MPa,优选l-6MPa，停留时间一般在0. 2-6小时，优选0. 5-3小时。一般选择沸点在-70-100°C范围的脂肪烃作为稀释剂使用，如果需要，聚合反应可以在超临界条件下进行。对于气相反应器，反应温度一般在60-130°C，优选70-110°C，反应器压力一般在 0. 5-4MPa，优选l_3MPa，停留时间一般在0. 5-10小时，优选1_8小时。如果需要，选择合适的脂肪烃作为稀释剂使用，聚合反应可以在冷凝态条件下进行。催化剂用量一般取决于催化剂的性质、反应器类型和操作条件以及对聚合产物性能的要求，可以使用常规催化剂用量。采用本发明所述的催化剂，可获得较高的催化活性和较好的氢调敏感性，聚合产物形态能够较好的复制催化剂的颗粒形态，即所谓的“复制效应”，因此该催化剂具有优良的综合性能。
具体实施例方式给出以下实施例以便更好地说明本发明，并不用来限制本发明的范围。测试方法1、载体和催化剂的粒度分布MASTERSUE粒度分布仪，正己烷作为分散剂，测量范围 0. 02 2000 μ m。2、催化剂体系中金属(主要是钛、镁)的相对重量百分比等离子发射光谱 (ICP)。3、催化剂以及聚合物的形貌扫描电镜(SEM)。4、熔融指数的测定ASTM-D 1238。5、堆积密度的测定DIN_53194。实施例1 依次取30ml己烷、3. 15ml的二丁基镁己烷溶液(IM)和1. Oml异辛醇，升温至 50°C维持搅拌反应半小时，得到透明溶液，然后加入聚丁二烯嵌段聚环氧乙烷共聚物(聚丁二烯含量75wt% )己烷溶液(10g/L) 2ml,降温至_50°C，依次加入0. 6毫升的三氯化磷和 0. 35ml四氯化钛，加完料后，10分钟内快速升温至50°C，并维持反应2小时。将催化剂悬浮液温度降至室温，静置，沉降，用己烷洗涤三次，每次己烷的用量为50毫升，洗涤完成后，干燥得棕色固体流动性粉末，其平均粒径为15. 7微米。元素分析(ICP)=Ti 9. 35% (重量)，Mg :13. 14% (重量)。乙烯聚合评价A 将IL己烷、Immol三乙基铝和一定量的催化剂加入到2L不锈钢搅拌釜中，然后将温度提高到85°C，一次性加入0. 5MPa的氢气，然后用乙烯将体系的总压力维持在1.03MPa进行聚合反应，反应2小时后，停止加入乙烯，降温，泄压，聚乙烯粉料称重，计算催化剂的活性，测试聚乙烯粉料的堆积密度和在2. 16Kg负荷下的熔融指数，结果如表1所示。乙烯聚合评价B 将IL己烷、Immol三乙基铝和一定量的催化剂加入到2L不锈钢搅拌釜中，然后将温度提高到85°C，一次性加入0. ISMPa的氢气，然后用乙烯将体系的总压力维持在1. 03MPa进行聚合反应，反应2小时后，停止加入乙烯，降温，泄压，聚乙烯粉料称重，计算催化剂的活性，测试聚乙烯粉料的堆积密度和在2. 16Kg负荷下的熔融指数，结果如表1所示。实施例2将催化剂制备过程中的加入聚丁二烯嵌段聚环氧乙烷共聚物(聚丁二烯含量 75wt%)己烷溶液(10g/L)aiil，改为加入聚丁二烯嵌段聚环氧乙烷共聚物(聚丁二烯含量 75wt% )己烷溶液(10g/L)6ml，同时将0. 6毫升的三氯化磷改为0. 6毫升的三氯氧磷，其他条件同实施例1，其平均粒径为7. 56微米。元素分析(ICP)=Ti 11. 37% (重量)，Mg :13. 24% (重量)。催化剂的乙烯淤浆聚合评价条件同实施例1，聚合结果见表1。实施例3将催化剂制备过程中的1. Oml异辛醇改为3. Oml异辛醇，将10分钟内快速升温至50°C，改为自然缓慢升温至室温，然后加热至50°C，其他条件同实施例1，其平均粒径为 14. 6微米。元素分析(ICP)=Ti 10. 75% (重量)，Mg :14. 18% (重量)。催化剂的乙烯淤浆聚合评价条件同实施例1，聚合结果见表1。对比例1将催化剂制备过程中的加入聚丁二烯嵌段聚环氧乙烷共聚物(聚丁二烯含量 75wt% )己烷溶液(10g/L)去掉，其他条件同实施例1，其平均粒径为64. 76微米，粒径分布是比较宽的多峰分布。元素分析(ICP)=Ti 10. 07% (重量)，Mg :13. 16% (重量)。催化剂的乙烯淤浆聚合评价条件同实施例1，聚合结果见表1。表 权利要求
1.一种用于烯烃聚合的催化剂组分，其是包含至少一种有机镁化合物，至少一种液态含钛化合物，至少一种含羟基类化合物和至少一种含氯有机磷化合物以及至少一种改性添加剂的反应产物；其中(1)有机镁化合物由通式(I)MgR1nCVn所示，式中R1是C2 C2(1的烃基，任选为饱和或不饱和的直链、支链或环状链，0 <n^2；(2)含钛化合物由通式(II)Ti(0R2)nCl4_n所示，式中R2是C2 C20的烃基，任选为饱和或不饱和的直链、支链或环状链，0(3)含羟基类化合物由通式(III)HOR3所示，式中R3是C2 C2tl的烃基，任选为饱和或不饱和的直链、支链或环状链；(4)含氯有机磷化合物为PCl5或由通式(IV)OpPR4qCl3I所示的化合物，通式中R4是 C2 C2tl的烷基或烷氧基，0彡q<3，p = 0或1;(5)改性添加剂是聚丁二烯嵌段聚环氧乙烷类聚合物，包括二嵌段和三嵌段及其衍生物，嵌段类型任选为线形的或有支链的或星形的形式，在所述的聚丁二烯嵌段聚氧乙烯基醚类聚合物类共聚物中，聚丁二烯的含量为3-97% (wt% )。
2.根据权利要求1所述的用于烯烃聚合的催化剂组分，其中所述的有机镁化合物通式 (I)中，R1是C2 C^1的烷基。
3.根据权利要求2所述的用于烯烃聚合的催化剂组分，其中所述的有机镁化合物选自二丁基镁、二异丁基镁、二辛基镁、丁辛基镁、氯化乙基镁和氯化丁基镁中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于烯烃聚合的催化剂组分，其中所述的含钛化合物为四价钛化合物。
5.根据权利要求4所述的用于烯烃烯聚合的催化剂组分，其中所述的含钛化合物选自四氯化钛、钛酸四乙酯和钛酸四丁酯中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的用于烯烃烯聚合的催化剂组分，其中所述的含钛化合物为四氯化钛。
7.根据权利要求1所述的用于烯烃聚合的催化剂组分，其中所述的含羟基类化合物选自正丁醇、正己醇、异辛醇、苯甲醇和苯乙醇中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的用于烯烃聚合的催化剂组分，其中所述的含氯有机磷化合物选自二氯甲基磷、二氯乙基磷、二氯丁基磷、三氯化磷、五氯化磷、三氯氧磷、二氯磷酸甲酯、 二氯磷酸乙酯和二氯磷酸丁酯中至少一种。
9.根据权利要求8所述的用于烯烃聚合的催化剂组分，其中所述的含氯有机磷化合物为三氯化磷、五氯化磷和三氯氧磷中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的用于烯烃聚合的催化剂组分，其中所述的聚丁二烯嵌段聚环氧乙烷类聚合物中聚丁二烯的含量为10-90% (wt% )。
11.权利要求1-10之一所述催化剂组分的制备方法，包括如下步骤(1)将有机镁化合物与含羟基类化合物反应，得到透明溶液；(2)将改性添加剂分散在C4 C20烷烃或芳烃溶剂中，形成溶液，再与步骤(1)得到的透明溶液反应，得到混合液；(3)将含氯有机磷化合物和含钛化合物依次加入到步骤( 得到的混合液中，得到催化剂组分。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其中以每摩尔有机镁化合物计，含钛化合物为 0. 01 10摩尔；含羟基类化合物为0. 1 20摩尔；含氯有机磷化合物为0. 1 50摩尔； 改性添加剂在反应体系中的浓度控制在0. 001 100克/升。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其中以每摩尔有机镁化合物计，含钛化合物为 0. 05 5摩尔；含羟基类化合物为0. 2 10摩尔；含氯有机磷化合物为0. 5 20摩尔；改性添加剂在反应体系中的浓度控制在0. 01 50克/升。
14.一种用于烯烃聚合或共聚合反应的催化剂，其包含下述组分的反应产物(a)权利要求1-10之一所述的用于烯烃聚合的催化剂组分；(b)至少一种通式为AlR"‘ 3的有机铝化合物，式中R"‘为相同或不相同的CV8的烷基，其中一个或两个烷基可以被氯取代。
15.权利要求13所述催化剂在a-烯烃均聚合或共聚合反应中的应用。
16.根据权利要求14所述催化剂在a-烯烃均聚合或共聚合反应中的应用，所述的烯烃为乙烯、丙烯、丁烯、己烯和/或辛烯。
全文摘要
本发明提供了一种用于烯烃聚合的催化剂组分及其制备方法和用途，它包含至少一种有机镁化合物，至少一种含钛化合物，至少一种含羟基类化合物和至少一种含氯有机磷化合物以及至少一种改性添加剂的反应产物，该改性添加剂为聚丁二烯嵌段聚环氧乙烷共聚物。制备的催化剂除具有良好的氢调性能，同时还具有良好的颗粒形态及分布，从而更有利于催化剂在气相、淤浆等聚合工艺装置上的使用。
文档编号C08F10/06GK102453132SQ20101051140
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月19日 优先权日2010年10月19日
发明者刘东兵, 吕新平, 周俊领, 张磊, 张长礼, 毛炳权, 王世波, 王丽莎, 邢宝泉, 黄廷杰 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院