本发明涉及聚丙烯催化剂领域，具体涉及一种宽分子量聚丙烯催化剂，还涉及其制备方法以及以其为催化剂制备聚丙烯的方法。
背景技术：
聚丙烯是各种聚烯烃材料中发展最快的一种，在世界范围内的产量仅次于聚乙烯。1954年natta发明ticl3/alr3聚丙烯齐格勒—纳塔(z-n)催化剂，但当时催化剂定向能力低，且活性很低。到20世纪60年代中后期，通过机械研磨或化学方法将某些路易斯碱(称为内给电子体)混入三氯化钛晶体中，使催化剂表面积大幅度增加，得到的聚丙烯等规度达到了90～96％。人们逐步发现，催化剂中引入的给电子体对催化剂性能的改善起了关键的作用，给电子体不但能提高催化剂的活性和定向能力，更重要的是能改变聚合物的分子结构，提高聚丙烯的质量。至此，对聚丙烯z-n催化剂的研究主要精力开始转到了寻找综合性能更好或有特殊性能的给电子体化合物。给电子体化合物的更新，也成为促进催化剂更新换代的主要因素。
二醚类给电子体化合物的应用使得催化剂的催化活性、聚合物的等规度得到了显著地提高。技术人员就二醚类给电子体化合物制备的ziegler-natta烯烃聚合催化剂申请了许多专利，如：us6395670、ep0728724、us4971973、cn1066723、cn99125566等。
在提高ziegler-natta烯烃聚合催化剂的聚合活性，以及改善其氢调性能和立体选择性方面，某些具有特殊结构的二醚化合物被认为是已知的最好的给电子体。例如专利ep0728724中公开的1,3-二醚类化合物，其2位的碳原子在一个特殊的环(5～7元环)上，该环包含两到三个不饱和双键。该类化合物作为给电子体制备的催化剂具有高活性和立构选择性。在专利ep0361494中公布了2位碳原子为非环结构的1,3-二醚化合物做给电子体。通常认为，当1,3-二醚结构中的2位碳原子上的氢被空间位阻的取代基取代时，用其制备的催化剂具有更好的催化性能，其中的可能原因是，这样的1,3-二醚化合物具有相对比较固定的空间构象，在一定程度上决定了mgcl2和ticl4与其配位的方向，从而影响催化剂的性能，尤其是催化剂的立构选择性，ep0728769报道了1,3-二醚类化合物不仅可用作ziegler-natta烯烃聚合催化剂的内给电子体，还可用作外给电子体。
琥珀酸酰胺类作为给电子体，其独特的电子效应和空间效应使得催化剂的综合性能优良，在用于丙烯均聚和共聚时，催化剂聚合活性高，而且立体定向性高，同时催化剂的氢调敏感性也很好，所得聚合物分子量分布较宽，有利于不同聚丙烯牌号开发。有关专利有：cn200710105094.9，cn200910090467.9，cn200810222179.x，cn200810222180.2，cn200810238970.x，cn200910079175.5，cn200910235560.4，cn201010199059.x，cn201010199066.x，cn01803744.5等。为了获得更高的聚合物立构规整性，在给电子体化合物分子骨架基础上不断开发新结构仍有积极的意义和技术前景。
本发明采用7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺类化合物作为内给电子体，由于其限定几何构型的结构，所合成的球形催化剂用于烯烃聚合，特别是丙烯聚合时，不仅保持了酰胺类催化剂的超高聚合活性，而且其分子量分布显著提高。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种聚丙烯催化剂，催化剂包含特定结构的给电子化合物，赋予聚丙烯更高的活性和分子量分布。本发明的另一目的是提供该催化剂的制备方法。
本发明提供的聚丙烯催化剂，以重量百分比计，主要由10％-25％镁、1％-15％钛、40％-60％卤素和1％-20％内给电子体组成，内给电子体是分子骨架中含7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺类化合物，具体符合结构式(i)：
(i)式中取代基r1，r6相同或不同，选自h，c1～c10的直链或支链烷基；r2，r3，r4，r5相同或不同，选自h，卤素，c1～c10的直链或支链烷基，c3～c10的环烷基或芳基；r7选自h，c1～c10的直链或支链烷基，c3～c10的环烷基或芳基。
本发明所述内给电子体化合物中，分子骨架中含有酰亚胺结构和醚类结构，其结构中的酰胺键和醚键，与mgcl2载体表面上的mg2+螯合容易形成稳定的螯合物，有利于给电子在mgcl2载体表面上的吸附，形成多钟活性中心，聚丙烯表现出更高的分子量分布。具体地，内给电子体可选自下述任一化合物：
7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
1-甲基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
1-戊基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
1-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
2-甲基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
2-辛基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
1-异丁基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
2-己基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
2-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
5-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
1-苯基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
5-苯基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-甲基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-异丁基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-苯基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-甲基-1-乙基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-乙基-2-丙基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-己基-1,2-二甲基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-甲基-1-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-甲基-1-乙基-4-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-甲基-1-乙基-5-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-丁基-1-乙基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-丁基-1-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-乙基-1-甲基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
n-甲基-1-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
通式(i)内给电子体化合物可以采取任何呋喃类化合物和任意马来酰亚胺在加热回流下一步反应合成。
催化剂中所述的镁由粒度分布为50～250μm，结构通式为mg(or’)mx(2-m)·n(r2oh)的卤化镁醇合物提供。通式中r’为c1～c20的烷基、芳烷基或芳基；x为卤素；m为0≦m<2的整数；n为0<n<5的小数或整数；r2为c1～c20的烷基、芳烷基或芳基。卤化镁醇合物中的卤化镁选自氯化镁、溴化镁、氯代甲氧基镁或氯代乙氧基镁其中的一种，优选氯化镁。所用的醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇或异丁醇其中的一种，优选乙醇。
卤化镁醇合物采用卤化镁与醇共加热溶解后，高压喷出或高速搅拌，在冷却介质中固化成微球颗粒的方法得到，具体步骤参见专利公布号cn1110281(申请号cn94103454.2，专利名称：烯烃聚合载体催化剂体系及制备法)中的相关描述。
催化组分钛由通式为ti(or)px(4－p)的卤化钛提供，式中r为c1～c20的烷基、芳基或芳烷基；x为卤素；p为0≦p<4的整数。具体选自四乙氧基钛、四丁氧基钛、氯代三烷氧基钛、二氯二烷氧基钛、三氯烷氧基钛、四氯化钛或四溴化钛其中的一种，优选四氯化钛。
本发明进一步提出负载型催化剂的制备方法，具体过程包括：
(1)将球型卤化镁醇合物颗粒加入到-50～20℃，最好是-30～0℃的卤化钛液体中，反应10分钟～5小时，最好为1～4小时，镁与钛的摩尔比为1：5～1：100，最好为1：10～1：50；
(2)升温至0～80℃，最好为30～60℃，加入内给电子体化合物，镁与内给电子体化合物的摩尔比为2：1～20：1，最好为2：1～12：1；
(3)再升温至100～150℃，最好为110～130℃，反应1～6小时，最好为1～4小时；
(4)过滤后再加入卤化钛液体，于110～130℃反应1～4小时，最好为1～2小时，再经过滤，洗涤，干燥后得到催化剂。
上述负载型催化剂在催化丙烯聚合时，还根据需加入烷基铝化合物和烷氧基硅烷类化合物。
其中所述烷基铝化合物选自三甲基铝、三乙基铝、三异丁基铝、一氯二乙基铝或一氯二异丁基铝其中的一种，优选三乙基铝或三异丁基铝。
所述的烷氧基硅烷类化合物选自二甲氧基二甲基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷或二甲氧基二苯基硅烷，优选二甲氧基二苯基硅烷。
催化剂用于聚合时，钛与铝的摩尔比为1：1～1：2000，最好为1：1～1：500；钛与硅的摩尔比为1：1～1：50，最好为1：1～1：20。
关于催化剂催化丙烯聚合可以采用现有技术中的各种方法，没有特别的限定。此处以丙烯本体聚合为例，简要说明催化剂基本的使用过程：在经真空干燥处理并用氮气、丙烯气充分置换的反应器中，按即定配比加入负载型催化剂、烷基铝和烷氧基硅烷，聚合温度为0～80℃，优选20～70℃，聚合反应1小时后放空剩余的丙烯，得到干燥聚合物。
本发明与现有技术相比，内给电子体化合物分子骨架中含有酰胺结构和醚类结构，其结构中的酰胺键和醚键，与mgcl2载体表面上的mg2+络合容易形成稳定的络合物，有利于给电子在mgcl2载体表面上的吸附，减少形成无规活性中心，催化剂具有高催化活性和立构规整性，且内给电子体很容易通过一步反应制得，反映出该化合物作为内给电子体的应用优势。催化剂用于烯烃聚合，特别是丙烯聚合时，不仅保持了醚类催化剂的超高聚合活性，而且聚丙烯分子量分布显著提高。
术语：
本发明中的给电子体，又称为lewis碱。根据加入方式的不同，可分为内给电子体和外给电子体，内给电子体在固体催化剂制备过程中加入，外给电子体在烯烃聚合工程中加入。对本发明催化剂的组成、制备方法等相关的描述中，给电子体与内电子体含义相同，而在对催化丙烯聚合中烷基铝化合物和烷氧基硅烷类化合物的描述中，给电子体与外电子体含义相同。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但足本领域技术人员将会理解，下列实施例仅于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
一部分内给电子体的制备方法
(一)7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
在100ml的圆底烧瓶中加入6.8g(0.1mol)呋喃和9.7g(0.1mol)马来酰亚胺，50ml溶剂甲苯、装回流冷凝管,在磁力搅拌下加热回流反应6小时。反应完成后纯结晶，得到产品为白色固体，产率为72％。1hnmr(400mhz,cdcl3)δ：3.07(2h)，4.64(2h)，5.78(2h)，4.33(1h)，ms(ei)m/z:165(m+)。
(二)n-乙基-1-甲基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
在100ml的圆底烧瓶中加入8.2g(0.1mol)1-甲基呋喃和12.5g(0.1mol)n-乙基马来酰亚胺，50ml溶剂甲苯、装回流冷凝管,在磁力搅拌下加热回流反应6小时。反应完成后纯结晶，得到产品为白色固体，产率为61％。1hnmr(400mhz,cdcl3)δ：1.20(3h)，1.41(3h)，3.06(1h)，3.07(1h)，3.52(2h)，4.64(1h)，5.78(2h)，ms(ei)m/z:207(m+)。
(三)n-甲基-1-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺
在100ml的圆底烧瓶中加入10.25g(0.1mol)1-氯呋喃和11.3g(0.1mol)n-甲基马来酰亚胺，50ml溶剂甲苯、装回流冷凝管,在磁力搅拌下加热回流反应6小时。反应完成后纯结晶，得到产品为白色固体，产率为67％。1hnmr(400mhz,cdcl3)δ：3.16(3h)，3.07(1h)，3.38(1h)，4.64(1h)，5.78(2h)，ms(ei)m/z:213(m+)。
(四)2-苯基呋喃-3,4-(n，n，n’，n’-四乙基)二酰胺的合成方法来自cn101671408(cn200810222179.x，丙烯聚合固体催化剂组成)。
(五)n，n，n’，n’-四甲基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二酰胺的合成方法来自cn101628951(cn200910090467.9，烯烃聚合用固体催化组分及其催化剂)。
二催化剂的制备
实施例1
在无水无氧条件下，将5.0克微球形氯化镁醇合物颗粒，平均粒度为50μm，比表面为150—300m2/g，醇与氯化镁含量的摩尔比值为2.76：1，分子式：mgcl2·2.76ch3ch2oh，加入到-20℃的30毫升四氯化钛液体中，反应1小时后，逐渐升温至60℃；加入0.75g7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺，逐渐升温至120℃，反应2小时，过滤；再加入四氯化钛30毫升，于120℃反应1小时并过滤。用20毫升己烷在60℃洗涤5次，在室温下用10ml己烷洗涤一次，真空干燥后得到氯化镁负载型催化剂。
催化剂中各组分的含量见表1。
对照例1
催化剂的制备方法同实施例1，只是在催化剂制备过程中用2-苯基呋喃-3,4-(n，n，n’，n’-四乙基)二酰胺代替7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺。
催化剂中各组分的含量见表1。
对照例2
催化剂的制备方法同实施例1，只是在催化剂制备过程中用分别用n，n，n’，n’-四甲基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二酰胺代替7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺。
催化剂中各组分的含量见表1。
实施例2～9
负载型催化剂的制备：除内给电子体化合物分别采用n-乙基-1-甲基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺，n-甲基-1-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺，1-戊基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺，1-苯基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺，n-甲基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺，n-丁基-1-乙基-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺，n-丁基-1-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺，n-甲基-1-氯-7-氧杂二环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺，其余同实施例1。催化剂中各组分的含量见表1。
表1催化剂中各组分的含量
三催化剂催化聚合
本体聚合：在10升经真空干燥处理并用氮气和丙烯气充分置换的反应釜中，首先加入0.5kg丙烯，加入50mg对照例1、2和实施例1-9的负载型催化剂，加入5毫升三乙基铝，加入二甲氧基二苯基硅烷，钛与硅的摩尔比为1：6。然后继续加入1.5kg丙烯。反应釜温度升到70℃，聚合反应1小时，放空没有反应完的丙烯，得到聚合物。
按照常规方法测定和计算催化剂活性及产物聚合物的mη和分子量分布，结果见表2。
表2实施例1～9及对照例1～2的聚合结果
从表2可以看出，实施例1-9催化剂的活性明显高于对照例1-2。以实施例1-9的催化剂制备的聚丙烯分子量分布明显大于对照例1-2。
尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，本领域技术人员将会理解。根据已经公开的所有教导，可以对那些细节进行各种修改和替换，这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。