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特許7683359プロピレン系ブロック共重合体の製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-05-19
(45)【発行日】2025-05-27
(54)【発明の名称】プロピレン系ブロック共重合体の製造方法
(51)【国際特許分類】
   C08L 23/10 20060101AFI20250520BHJP
   C08F 4/655 20060101ALI20250520BHJP
   C08F 4/656 20060101ALI20250520BHJP
【FI】
C08L23/10
C08F4/655
C08F4/656
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2021110477
(22)【出願日】2021-07-02
(65)【公開番号】P2022014443
(43)【公開日】2022-01-19
【審査請求日】2024-02-05
(31)【優先権主張番号】P 2020116221
(32)【優先日】2020-07-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】596133485
【氏名又は名称】日本ポリプロ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104499
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 達人
(74)【代理人】
【識別番号】100101203
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100129838
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 典輝
(72)【発明者】
【氏名】細井 智浩
(72)【発明者】
【氏名】岩井 伸浩
【審査官】中村 英司
(56)【参考文献】
【文献】特開2009-292963(JP,A)
【文献】特開2009-292964(JP,A)
【文献】特表平08-504881(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2021/0317242(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08L 23/10
C08F 4/655
C08F 4/656
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1工程において1または2以上の気相重合反応器を用いて、マグネシウム、チタン、ハロゲン及び内部ドナーとしての電子供与性化合物を含む固体触媒成分及び有機アルミニウム化合物を含有するオレフィン重合用触媒の存在下で結晶性プロピレン系重合体を重合し、続く第2工程において1または2以上の気相重合反応器を用いて、前記結晶性プロピレン系重合体の存在下で非晶性プロピレン・エチレン系共重合体を重合するプロピレン系ブロック共重合体の製造方法において、
一般式(1)で示されるポリオキシアルキレン系化合物と一般式(2)で示されるアルコール化合物の混合物からなる混合反応抑制剤を、下記条件(α)~(γ)を満たしながら供給することを特徴とするプロピレン系ブロック共重合体の製造方法。
[一般式(1)]
HO-[CH-CH-O]-[CH-CH(CH)-O]-[CH-CH-O]‐R
(一般式(1)中、p、q、rは整数であり0≦p≦30、0≦q≦70、0≦r≦30、1≦p+r≦60、及び2≦p+q+rの関係式を全て満たす。Rは水素原子または炭素数1~25の炭化水素基を表す)
[一般式(2)]
HO-R
(一般式(2)中、Rは炭素数1~10の飽和炭化水素基を表す)

(α):前記アルコール化合物100質量部に対し、前記ポリオキシアルキレン系化合物が10~150質量部の割合で混合されている
(β):前記ポリオキシアルキレン系化合物が前記固体触媒成分1gあたり0.1~10gの範囲になるよう供給される
(γ):前記混合反応抑制剤が第2工程における前記気相重合反応器に液化プロピレンとの混合流として供給される
【請求項2】
前記アルコール化合物が、第1工程において供給される前記有機アルミニウム化合物に対して0.5~3.0モル比の範囲になるよう供給されることを特徴とする請求項1に記載のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法。
【請求項3】
前記気相重合反応器が、重合熱の除熱を液化プロピレンの蒸発熱を用いて行い、かつ、内部に水平軸周りに回転する撹拌機を有する横型重合反応器であることを特徴とする請求項1または2に記載のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法。
【請求項4】
第1工程で、前記オレフィン重合用触媒1gあたり40000g以上の結晶性プロピレン系重合体を製造することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法。
【請求項5】
前記プロピレン系ブロック共重合体が(a)~(d)を満たすことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法。
(a)前記プロピレン系ブロック共重合体を厚み2mmの射出シートとした場合に長径300μm以上のゲルの個数が3個/cm以下である
(b)前記プロピレン・エチレン系共重合体の固有粘度[η]が7~12dL/gの範囲である
(c)前記プロピレン・エチレン系共重合体中におけるエチレンの含量が15~90質量%の範囲である。
(d)前記プロピレン系ブロック共重合体を100質量%としたときに、前記プロピレン・エチレン系共重合体が10~30質量%であり、前記結晶性プロピレン系重合体が70~90質量%である。
【請求項6】
前記固体触媒成分が、マグネシウム、チタン、ハロゲン及び内部ドナーとしての電子供与性化合物を含む固体成分、ビニルシラン化合物、有機アルミニウム化合物、並びに、ビニルシラン化合物を除くアルコキシシラン化合物を接触させたものであることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プロピレン系ブロック共重合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
立体規則的触媒下でプロピレンを重合することにより得られる結晶性ポリプロピレンは、熱可塑性樹脂の中でも軽量で剛性、耐熱性に優れ、リサイクルも容易なことから広く一般に用いられている。
一方で、結晶性ポリプロピレンの欠点である耐衝撃性を改良するために、前段重合において結晶性ポリプロピレンを製造し、続く後段重合においてプロピレンと他のαオレフィン例えばエチレンとの共重合を行うことで非晶性のプロピレン・エチレン共重合体を含有させプロピレン系ブロック共重合体とする方法が広く知られている。
こうしたプロピレン系ブロック共重合体の製造には、経済性の観点から多段連続重合法が最も一般的に採用される。しかし、多段連続重合法においては、各段の重合槽において触媒の滞留時間に分布が生じるため各触媒あたりの重合量に分布が発生し、この不均一性が原因となり製品にゲルと呼ばれる外観不良を発生させてしまう問題がある。
また、プロピレン系ブロック共重合体の特性として溶融張力向上、フローマーク改良、表面光沢低下(艶消し)などを持たせるようにプロピレン・エチレン共重合体の固有粘度ηを高くする場合があるが、そうした重合体において特にこのゲルの問題が発生しやすくなることが知られている。
この対策の一つとして、前段の結晶性プロピレン系樹脂の反応器の数を増やすことで滞留時間分布を狭くする方法が知られている。(例えば、特許文献1)
別の対策として、プロピレン系ブロック共重合体を溶融混錬する工程において特定のメッシュを使用することによりゲルを物理的に微細化、または、ろ過除去する方法が知られている(例えば、特許文献2~3)。
また、プロピレン・エチレン共重合を行う後段以降の反応系に、特定の電子供与性化合物を反応抑制剤として添加する方法が知られている(例えば、特許文献4~7)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開昭62-149711
【文献】特開2016-199699
【文献】特表2000-511967
【文献】特開2015-003981
【文献】特開2004-262993
【文献】特開昭63-251411
【文献】特開2001-261720
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記したように、高い固有粘度を有するプロピレン・エチレン共重合体を含有するプロピレン系ブロック共重合体は優れた特性を持つことから、産業用シートや自動車用部材などとして利用される一方で、ゲルの発生による製品外観不良という懸念が存在していた。
特許文献1で開示されている反応器の数の増加させる対応は、プラントの建設費用の増大や、プラント運転管理項目の増加による運営の煩雑さを招くため更なる技術改良が求められていた。
特許文献2~3に開示されるメッシュによる微細化やろ過除去は、タルクや炭素繊維、ガラス繊維などのフィラーを添加する用途においてはメッシュが詰まるため利用困難なケースが存在すること、また、より効果を高めるために使用するメッシュの目開きを細かくするほどメッシュにかかる圧力が増大するため単位時間当たりの生産量を低下させる必要があるなどの経済的に不利な問題があるため、異なる原理による改良方法の開発が望まれていた。
特許文献4~7に開示される電子供与性化合物の添加については、効果的であるものの、電子供与性化合物の種類や、供給方法によって、プロピレン・エチレン共重合における触媒活性を著しく低下させてしまう問題があった。当該問題により、目標とするプロピレン・エチレン共重合体含量を達成するためには前段反応器における平均の単位触媒あたりの重合量を意図的に抑制しなければならないなど、経済的に不利な点があることから、更なる改良が望まれていた。
【0005】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点等に鑑み、プロピレン・エチレン系共重合体を含有するプロピレン系ブロック共重合体を、多段連続重合法において反応器の数を必要以上に増やすことなくゲルを低減させながら、かつ、高い触媒効率で製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、第1工程を短い滞留時間で素抜けた触媒粒子、少量の第1工程生成物を含んだ触媒粒子などの小粒子が第2工程において重合反応することで、分散しにくいプロピレン・エチレン系共重合体を平均より多く含んだ粒子が発生することがゲルの発生の主要因であると予測した。本発明者らは、当該予測に基づき、粒子の比較的浅い深度に偏在する反応制御剤を使用することで、小粒子は粒子全体、大粒子は表面部分のみ重合を抑制することによって、前記小粒子を選択的に重合させないことが可能となり得るという着想の基に鋭意検討を行った。その結果、プロピレン・エチレン系共重合体を含有するプロピレン系ブロック共重合体を連続的に製造する方法において、反応制御剤として一般式(1)で示されるポリオキシアルキレン系化合物と一般式(2)で示されるアルコール化合物を混合した電子供与性混合物をプロピレン・エチレン共重合工程において特定の割合で特定の方法にて供給する場合において、小粒子は粒子全体、大粒子は表面部分のみ重合を抑制することができ、触媒活性の大部分を占める大粒子は残存することによって、触媒活性低下を抑制しつつ、優れたゲル発生抑制効果を示すことを見出し、これらの知見に基づき本発明を完成させるに至った。
【0007】
すなわち、本発明のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法は、第1工程において1または2以上の気相重合反応器を用いて、マグネシウム、チタン、ハロゲン及び内部ドナーとしての電子供与性化合物を含む固体触媒成分及び有機アルミニウム化合物を含有するオレフィン重合用触媒の存在下で結晶性プロピレン系重合体を重合し、続く第2工程において1または2以上の気相重合反応器を用いて、前記結晶性プロピレン系重合体の存在下で非晶性プロピレン・エチレン系共重合体を重合するプロピレン系ブロック共重合体の製造方法において、
一般式(1)で示されるポリオキシアルキレン系化合物と一般式(2)で示されるアルコール化合物の混合物からなる混合反応抑制剤を、下記条件(α)~(γ)を満たしながら供給することを特徴とする。
[一般式(1)]
HO-[CH-CH-O]-[CH-CH(CH)-O]-[CH-CH-O]‐R
(一般式(1)中、p、q、rは整数であり0≦p≦30、0≦q≦70、0≦r≦30、1≦p+r≦60、及び2≦p+q+rの関係式を全て満たす。Rは水素原子または炭素数1~25の炭化水素基を表す)
[一般式(2)]
HO-R
(一般式(2)中、Rは炭素数1~10の飽和炭化水素基を表す)

(α):前記アルコール化合物100質量部に対し、前記ポリオキシアルキレン系化合物が10~150質量部の割合で混合されている
(β):前記ポリオキシアルキレン系化合物が前記固体触媒成分1gあたり0.1~10gの範囲になるよう供給される
(γ):前記混合反応抑制剤が第2工程における前記気相重合反応器に液化プロピレンとの混合流として供給される。
【0008】
本発明のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法においては、前記アルコール化合物が、第1工程において供給される前記有機アルミニウム化合物に対して0.5~3.0モル比の範囲になるよう供給されることがゲルの発生抑制の点から好ましい。
【0009】
本発明のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法においては、前記気相重合反応器が、重合熱の除熱を液化プロピレンの蒸発熱を用いて行い、かつ、内部に水平軸周りに回転する撹拌機を有する横型重合反応器であることが生産性の点から好ましい。
【0010】
本発明のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法においては、第1工程で、前記オレフィン重合用触媒1gあたり40000g以上の結晶性プロピレン系重合体を製造することが生産性の点から好ましい。
【0011】
本発明のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法においては、前記プロピレン系ブロック共重合体が(a)~(d)を満たすことがゲルの発生抑制の点から好ましい。
(a)前記プロピレン系ブロック共重合体を厚み2mmの射出シートとした場合に長径300μm以上のゲルの個数が3個/cm以下である
(b)プロピレン・エチレン系共重合体の固有粘度[η]が7~12dL/gの範囲である
(c)プロピレン・エチレン系共重合体中におけるエチレンの含量が15~90質量%の範囲である。
(d)プロピレン系ブロック共重合体を100質量%としたときに、プロピレン・エチレン系共重合体が10~30質量%であり、結晶性プロピレン系重合体が70~90質量%である。
【0012】
本発明のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法においては、マグネシウム、チタン、ハロゲン及び内部ドナーとしての電子供与性化合物を含む固体成分、ビニルシラン化合物、有機アルミニウム化合物、並びに、ビニルシラン化合物を除く有機ケイ素化合物を含有するオレフィン重合用触媒の存在下で製造されることが触媒活性を高くできる点から好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、プロピレン・エチレン系共重合体を含有するプロピレン系ブロック共重合体を、多段連続重合法において反応器の数を必要以上に増やすことなくゲルを低減させながら、かつ、高い触媒効率で製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1図1は、連続式横型気相反応装置の配置の一例を示す概略説明図である。
図2図2は、連続式縦型気相反応装置の配置の一例を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法は、第1工程において1または2以上の気相重合反応器を用いて、マグネシウム、チタン、ハロゲン及び内部ドナーとしての電子供与性化合物を含む固体触媒成分及び有機アルミニウム化合物を含有するオレフィン重合用触媒の存在下で結晶性プロピレン系重合体を重合し、続く第2工程において1または2以上の気相重合反応器を用いて、前記結晶性プロピレン系重合体の存在下で非晶性プロピレン・エチレン系共重合体を重合するプロピレン系ブロック共重合体の製造方法において、
一般式(1)で示されるポリオキシアルキレン系化合物と一般式(2)で示されるアルコール化合物の混合物からなる混合反応抑制剤を、下記条件(α)~(γ)を満たしながら供給することを特徴とする。
[一般式(1)]
HO-[CH-CH-O]-[CH-CH(CH)-O]-[CH-CH-O]‐R
(一般式(1)中、p、q、rは整数であり0≦p≦30、0≦q≦70、0≦r≦30、1≦p+r≦60、及び2≦p+q+rの関係式を全て満たす。Rは水素原子または炭素数1~25の炭化水素基を表す)
[一般式(2)]
HO-R
(一般式(2)中、Rは炭素数1~10の飽和炭化水素基を表す)

(α):前記アルコール化合物100質量部に対し、前記ポリオキシアルキレン系化合物が10~150質量部の割合で混合されている
(β):前記ポリオキシアルキレン系化合物が前記固体触媒成分1gあたり0.1~10gの範囲になるよう供給される
(γ):前記混合反応抑制剤が第2工程における前記気相重合反応器に液化プロピレンとの混合流として供給される
【0016】
本発明のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法は、第1工程において少なくとも1つ以上の気相重合反応器を用いてプロピレン単独重合あるいはプロピレンとエチレンおよび炭素数4~8のα-オレフィンから選ばれる少なくとも1種以上のモノマーとの共重合を行って結晶性プロピレン系樹脂を製造し、続く第2工程において気相重合反応器を用いてプロピレンとエチレンおよび任意で炭素数4~8のα-オレフィンから選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合を行って非晶性プロピレン・エチレン系共重合体を連続的に製造する方法において、前記第2工程において前記特定の混合反応抑制剤を特定の割合で特定の方法にて供給することにより、触媒活性低下を抑制しつつ、優れたゲル発生抑制効果を示すことができる。そのため、本発明のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法は、高固有粘度プロピレン・エチレン系共重合体を含有するプロピレン系ブロック共重合体を、多段連続重合法において反応器の数を必要以上に増やすことなくゲルを低減させながら、かつ、高い触媒効率で製造することができる。
気相-気相重合における前記第2工程において、前記特定の混合反応抑制剤を特定の割合で特定の方法にて供給することにより、触媒粒子などの小粒子は粒子全体、大きいポリプロピレン粒子は表面部分のみ重合を抑制することができる傾向になり、触媒活性の大部分を占める大粒子は残存することによって、触媒活性低下を抑制しつつ、優れたゲル発生抑制効果を示すと推定される。
【0017】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例であり、本発明は、その要旨を超えない限り以下の記載内容に限定されるものではない。
なお、本明細書において数値範囲を示す「~」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
【0018】
I.オレフィン重合用触媒
本発明で用いるオレフィン重合用触媒は、成分(A):マグネシウム、チタン、ハロゲン及び内部ドナーとしての電子供与性化合物を含む固体触媒成分、及び成分(B):有機アルミニウム化合物を構成成分とする、いわゆるチーグラー触媒を用いることが好ましい。
【0019】
1.成分(A):固体触媒成分
マグネシウム、チタン、ハロゲン及び内部ドナーとしての電子供与性化合物を含む固体触媒成分は、公知のものを用いることができる。固体触媒成分は、上記の4成分以外に、本発明の効果を損なわない範囲で任意の成分を任意の形態で含んでいてもよい。
【0020】
(A1a:マグネシウム源)
固体触媒成分のマグネシウム源としては、任意のマグネシウム化合物を用いることができる。マグネシウム化合物の代表的な例としては、特開平3-234707号公報に開示されている化合物を挙げることができる。
一般的には、塩化マグネシウムに代表されるハロゲン化マグネシウム化合物類、ジエトキシマグネシウムに代表されるアルコキシマグネシウム化合物類、金属マグネシウム、酸化マグネシウムに代表されるオキシマグネシウム化合物類、水酸化マグネシウムに代表されるヒドロキシマグネシウム化合物類、ブチルマグネシウムクロライドに代表されるグリニャール化合物類、ブチルエチルマグネシウムに代表される有機マグネシウム化合物類、炭酸マグネシウムやステアリン酸マグネシウムに代表される無機酸及び有機酸のマグネシウム塩化合物類、及びそれらの混合物や平均組成式がそれらの混合された式となる化合物(例えば、Mg(OEt)Cl2-m;0<m<2などの化合物)、などを用いることができる。
これらの中で好ましいのは、塩化マグネシウム、ジエトキシマグネシウム、金属マグネシウム、ブチルマグネシウムクロライドである。
【0021】
(A1b:チタン源)
固体触媒成分のチタン源としては、任意のチタン化合物を用いることができる。
チタン化合物の代表的な例としては、特開平3-234707号公報に開示されている化合物を挙げることができる。チタンの価数に関しては、4価、3価、2価、0価の任意の価数を持つチタン化合物を用いることができるが、好ましくは4価および3価のチタン化合物、更に好ましくは4価のチタン化合物を用いることが好ましい。
4価のチタン化合物の具体例としては、四塩化チタンに代表されるハロゲン化チタン化合物類、テトラブトキシチタンに代表されるアルコキシチタン化合物類、テトラブトキシチタンダイマー(BuO)Ti-O-Ti(OBu)に代表されるTi-O-Ti結合を有するアルコキシチタンの縮合化合物類、ジシクロペンタジエニルチタニウムジクロライドに代表される有機金属チタン化合物類、などを挙げることができる。この中で、四塩化チタンとテトラブトキシチタンが特に好ましい。
3価のチタン化合物の具体例としては、三塩化チタンに代表されるハロゲン化チタン化合物類を挙げることができる。三塩化チタンは、水素還元型、金属アルミニウム還元型、金属チタン還元型、有機アルミニウム還元型など、公知の任意の方法で製造された化合物を用いることができる。
上記のチタン化合物類は単独で用いるだけではなく、複数の化合物を併用することも可能である。また、上記チタン化合物類の混合物や平均組成式がそれらの混合された式となる化合物(例えば、Ti(OBu)Cl4-m;0<m<4などの化合物)、また、フタル酸エステル等のその他の化合物との錯化物(例えば、Ph(COBu)・TiClなどの化合物)、などを用いることができる。
【0022】
(A1c:ハロゲン)
固体触媒成分中のハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素またはこれらの混合物であってもよく、特に塩素が好ましい。
固体触媒成分のハロゲン源としては、上述のマグネシウムのハロゲン化合物、チタンのハロゲン化合物等を用いるのが普通であるが、他のハロゲン源、例えばAlCl、AlBr、AlI等のアルミニウムのハロゲン化物、BCl、BBr、BI等のホウ素のハロゲン化物、SiCl等のケイ素のハロゲン化物、PCl、PCl等のリンのハロゲン化物、WCl等のタングステンのハロゲン化物、MoCl等のモリブデンのハロゲン化物といった公知のハロゲン化合物を用いることもできる。
【0023】
(A1d:内部ドナーとしての電子供与性化合物)
チーグラー触媒を用いた重合技術においては、一般的に、内部ドナーと外部ドナーの働きが異なると考えられている。
内部ドナーは、チタン化合物がマグネシウム化合物に担持され活性点を形成する際に同時に使用されるドナーであり、チタン原子が配位する場所を制御したり、配位するチタン原子の電子状態を変化させたりする。
一方で、外部ドナーは既にできている活性点の性質を変えるものであり、例えば、調製された固体触媒成分に対して、さらに外部ドナーを使用することで、高立体特異的な活性点に変化したり,非晶成分を生成する活性点を被毒したりすることができるため、より高立体規則性及び非晶成分の少ないプロピレン系重合体を生成することが可能である。
電子供与性化合物(内部ドナー)としては、アルコール類、フェノール類、ケトン類、アルデヒド類、カルボン酸類、有機酸または無機酸類のエステル類、エーテル類、酸アミド類、酸無水物類のような含酸素電子供与性化合物、アンモニア、アミン、ニトリル、イソシアネートのような含窒素電子供与性化合物、スルホン酸エステルのような含硫黄電子供与性化合物などを例示することができる。具体例としては、特開2010-70584号公報の段落0037に記載の化合物が挙げられる。
これらの中で好ましいのは、フタル酸ジエチル、フタル酸ジn-ブチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジヘプチルに代表されるフタル酸エステル化合物類、フタロイルジクロライドに代表されるフタル酸ハライド化合物類、2-n-ブチル-マロン酸ジエチルの様な2位に一つまたは二つの置換基を有するマロン酸エステル化合物類、2-n-ブチル-コハク酸ジエチルの様な2位に一つまたは二つの置換基若しくは2位と3位にそれぞれ一つ以上の置換基を有するコハク酸エステル化合物類、2-イソプロピル-2-イソブチル-1,3-ジメトキシプロパンや2-イソプロピル-2-イソペンチル-1,3-ジメトキシプロパンの様な2位に一つまたは二つの置換基を有する1,3-ジメトキシプロパンに代表される脂肪族多価エーテル化合物類、9,9-ビス(メトキシメチル)フルオレンに代表される芳香族の遊離基を分子内に有する多価エーテル化合物類、などである。
これらの電子供与性化合物は、単独で用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
【0024】
本発明の固体触媒成分は、上記のマグネシウム化合物、チタン化合物、ハロゲン化合物及び内部ドナーとしての電子供与性化合物を接触させ、固体成分(A1)を形成させることにより調製することができる。
チタン化合物の使用量は、使用するマグネシウム化合物の使用量に対してモル比(チタン化合物のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.0001~1,000の範囲内であり、特に好ましくは0.01~10の範囲内である。
マグネシウム化合物及びチタン化合物以外にハロゲン化合物を使用する場合は、その使用量はマグネシウム化合物及びチタン化合物の各々がハロゲンを含むか含まないかに関わらず、使用するマグネシウム化合物の使用量に対してモル比(ハロゲン化合物のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.01~1,000の範囲内であり、特に好ましくは0.1~100の範囲内である。
内部ドナーとしての電子供与性化合物の使用量は、使用するマグネシウム化合物の量に対してモル比(電子供与性化合物のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.001~10の範囲内であり、特に好ましくは0.01~5の範囲内である。
【0025】
本発明の固体触媒成分は、固体成分(A1)形成後にさらに有機アルミニウム化合物(A2)、アルコキシシラン化合物(A3)、ビニルシラン化合物(A4)等と接触させたものであってもよい。例えば、固体成分(A1)形成後にさらに有機アルミニウム化合物(A2)及びアルコキシシラン化合物(A3)と接触させること、固体成分(A1)形成後にさらに有機アルミニウム化合物(A2)、アルコキシシラン化合物(A3)及びビニルシラン化合物(A4)と接触させることができる。
【0026】
(A2:有機アルミニウム化合物)
本発明の固体触媒成分で用いる有機アルミニウム化合物(A2)としては、下記の一般式(3)で表される化合物を用いることが好ましい。
[一般式(3)]
AlX(OR
(一般式(3)中、Rは炭化水素基であり、Xはハロゲンまたは水素原子であり、Rは炭素数1~20の炭化水素基またはアルミニウムによる架橋基であり、s、t、uはそれぞれ1≦s≦3、0≦t<2、0≦u≦2、s+t+u=3である。)
【0027】
一般式(3)中、Rは炭化水素基であり、好ましくは炭素数1~10、更に好ましくは炭素数1~8、特に好ましくは炭素数1~6の炭化水素基である。Rの具体的な例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソブチル基、ヘキシル基、オクチル基、などを挙げることができる。この中で、メチル基、エチル基、イソブチル基が最も好ましい。
式中、Xは、ハロゲンまたは水素原子である。Xとして用いることのできるハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、沃素などを例示することができる。この中で、塩素が特に好ましい。
式中、Rは、炭素数1~20の炭化水素基またはアルミニウムによる架橋基である。
が炭化水素基である場合には、Rの炭化水素基の例示と同じ群からRを選択することができる。
また、有機アルミニウム化合物として、メチルアルモキサンに代表されるアルモキサン化合物類を用いることも可能であり、その場合Rは、アルミニウムによる架橋基を表す。
ここで、Alによる架橋基とは、上記一般式(3)からRを取り除いた構造を有する残基の2つ以上を架橋するか、または、上記一般式(3)からRを取り除いた構造を有する残基と炭化水素基を架橋するアルミニウム原子を意味する。
【0028】
有機アルミニウム化合物の具体例としては、(a)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、トリ-n-ヘキシルアルミニウム、トリ-n-オクチルアルミニウム、トリ-n-デシルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウム、(b)ジエチルアルミニウムモノクロライド、ジイソブチルアルミニウムモノクロライド、エチルアルミニウムセスキクロライド、エチルアルミニウムジクロライドなどのアルキルアルミニウムハライド、(c)ジエチルアルミニウムハイドライド、ジイソブチルアルミニウムハイドライドなどのアルキルアルミニウムハイドライド、(d)ジエチルアルミニウムエトキシド、ジエチルアルミニウムフェノキシドなどのアルキルアルミニウムアルコキシドなどが挙げられる。中でも、トリエチルアルミニウムとトリイソブチルアルミニウムが好ましい。
有機アルミニウム化合物は単独の化合物を用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
有機アルミニウム化合物の使用量は、チタンに対するアルミニウムの原子比(アルミニウム原子のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.1~100の範囲内であり、特に好ましくは1~50の範囲内である。
【0029】
(A3:アルコキシシラン化合物)
本発明の固体触媒成分で用いるアルコキシシラン化合物としては、下記一般式(4)で表される化合物を用いることが好ましい。
[一般式(4)]
Si(OR
(Rは、炭化水素基またはヘテロ原子含有炭化水素基を表す。Rは、水素原子、ハロゲン、炭化水素基またはヘテロ原子含有炭化水素基を表す。Rは、炭化水素基を表す。
f,gは0≦f≦2,1≦g≦3,f+g=3を満たす数値である。)
【0030】
一般式(4)において、Rは、炭化水素基またはヘテロ原子含有炭化水素基を表す。
が炭化水素基である場合は、一般に炭素数1~20、好ましくは炭素数3~10のものである。具体的な例としては、n-プロピル基に代表される直鎖状脂肪族炭化水素基、i-プロピル基やt-ブチル基に代表される分岐状脂肪族炭化水素基、シクロペンチル基やシクロヘキシル基に代表される脂環式炭化水素基、フェニル基に代表される芳香族炭化水素基、などを挙げることができる。より好ましくは、Rとして分岐状脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基を用いることが好ましく、とりわけ、i-プロピル基、i-ブチル基、t-ブチル基、テキシル基(1,1,2-トリメチルプロピル基)、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、などを用いることが好ましい。
がヘテロ原子含有炭化水素基である場合は、ヘテロ原子が、窒素、酸素、硫黄、リン、ケイ素から選ばれることが好ましく、とりわけ、窒素または酸素であることが好ましい。Rのヘテロ原子含有炭化水素基の骨格構造としては、Rが炭化水素基である場合の例示から選ぶことが好ましい。とりわけ、N,N-ジエチルアミノ基、キノリノ基、イソキノリノ基、などが好ましい。
がヘテロ原子含有炭化水素基である場合、当該ヘテロ原子含有炭化水素基は、ヘテロ原子含有炭化水素基を構成している炭素原子及びヘテロ原子のいずれの原子を介してSiと結合していても良い。
【0031】
一般式(4)において、Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基またはヘテロ原子含有炭化水素基を表す。Rとして用いることのできるハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、沃素、などを例示することができる。
が炭化水素基である場合は、一般に炭素数1~20、好ましくは炭素数1~10のものである。具体的な例としては、メチル基やエチル基に代表される直鎖状脂肪族炭化水素基、i-プロピル基やt-ブチル基に代表される分岐状脂肪族炭化水素基、シクロペンチル基やシクロヘキシル基に代表される脂環式炭化水素基、フェニル基に代表される芳香族炭化水素基、などを挙げることができる。中でも、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、テキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、などを用いることが好ましい。
がヘテロ原子含有炭化水素基である場合は、Rがヘテロ原子含有炭化水素基である場合の例示から選ぶことが好ましい。とりわけ、N,N-ジエチルアミノ基、キノリノ基、イソキノリノ基、などが好ましい。
がヘテロ原子含有炭化水素基である場合、当該ヘテロ原子含有炭化水素基は、ヘテロ原子含有炭化水素基を構成している炭素原子及びヘテロ原子のいずれの原子を介してSiと結合していても良い。
fの値が2の場合、二つあるRは、同一であっても異なっても良い。また、fの値に関わらず、Rは、Rと同一であっても異なってもよい。
【0032】
一般式(4)において、Rは炭化水素基を表す。Rは、一般に炭素数1~20、好ましくは炭素数1~10、更に好ましくは炭素数1~5のものである。Rの具体的な例としては、メチル基やエチル基に代表される直鎖状脂肪族炭化水素基、i-プロピル基やt-ブチル基に代表される分岐状脂肪族炭化水素基、などを挙げることができる。中でも、メチル基とエチル基が好ましい。gの値が2以上である場合、複数存在するRは、同一であっても異なってもよい。
【0033】
本発明で用いることのできるアルコキシシラン化合物の好ましい例としては、t-Bu(Me)Si(OMe)、t-Bu(Me)Si(OEt)、t-Bu(Et)Si(OMe)、t-Bu(n-Pr)Si(OMe)、c-Hex(Me)Si(OMe)、c-Hex(Et)Si(OMe)、c-PenSi(OMe)、i-PrSi(OMe)、i-BuSi(OMe)、i-Pr(i-Bu)Si(OMe)、n-Pr(Me)Si(OMe)、t-BuSi(OEt)、(EtN)Si(OMe)、EtN-Si(OEt)、(EtN)(c-Pen)Si(OMe)などを挙げることができる。
ここで、Meはメチル、Etはエチル、t-Buはt-ブチル、n-Prはn-プロピル、i-Prはイソプロピル、c-Hexはシクロヘキシル、c-Penはシクロペンチルを表す。
アルコキシシラン化合物は、単独で用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
【0034】
アルコキシシラン化合物の使用量は、本発明の効果を損なわない範囲で任意のものでありうるが、チタンに対するアルコキシシラン化合物のモル比(アルコキシシラン化合物のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.01~1,000の範囲内であり、より好ましくは0.1~100の範囲内である。
本発明で用いられるアルコキシシラン化合物は、活性中心となり得るチタン原子の近傍、例えばマグネシウム担体上のルイス酸点等、に配位し、触媒活性やポリマーの規則性といった触媒性能を制御していると考えられている。ただし、係る作用機構は本発明の技術的範囲を制限するものではない。
【0035】
(A4:ビニルシラン化合物)
本発明の固体触媒成分で用いるビニルシラン化合物としては、モノシラン(SiH)の水素原子の少なくとも一つがビニル基類で置換され、残りの水素原子の一部ないし全部がその他の遊離基に置き換えられた構造を持つ化合物であり、下記一般式(5)で表される化合物を用いることが好ましい。
[一般式(5)]
[CH=CH-]SiX (OR
(一般式(5)中、Xはハロゲンを表す。Rは水素原子または炭化水素基を表す。Rは水素原子、炭化水素基または有機ケイ素基を表す。1≦m≦4,0≦n≦3,0≦j≦3,0≦k≦2,m+n+j+k=4である。)
【0036】
一般式(5)中、mはビニル基の数を表し、1以上4以下の値を取る。より好ましくは、mの値は1または2である事が望ましく、特に好ましくは2である。
一般式(5)中、Xはハロゲンを表し、フッ素、塩素、臭素、沃素を例示することができる。ハロゲンが複数存在する場合は、互いに同一であっても異なっても良い。この中で、塩素が特に好ましい。nはハロゲンの数を表し、0以上3以下の値を取る。より好ましくは、nの値は0以上2以下であり、特に好ましくは0である。
一般式(5)中、Rは水素原子または炭化水素基を表し、好ましくは水素原子または炭素数1~20の炭化水素基、より好ましくは水素原子または炭素数1~12の炭化水素基である。好ましいRの例としては、水素原子、メチル基やブチル基に代表されるアルキル基、シクロヘキシル基に代表されるシクロアルキル基、フェニル基に代表されるアリール基などを挙げることができる。特に好ましいRの例としては、水素原子、メチル基、エチル基、フェニル基などを挙げることができる。jはRの数を表し、0以上3以下の値を取る。より好ましくは、jの値は1以上3以下であり、更に好ましくは2以上3以下であり、特に好ましくは2である。jが2以上である場合、複数存在するRは互いに同一であっても異なっても良い。
一般式(5)中、Rは水素原子、炭化水素基または有機ケイ素基を表す。Rが炭化水素基である場合は、Rと同一の例示群から選択することができる。Rが有機ケイ素基である場合は、炭素数1~20の炭化水素基を有する有機ケイ素基であることが好ましい。Rとして用いることのできる有機ケイ素基の具体的な例としては、トリメチルシリル基に代表されるアルキル基含有ケイ素基、ジメチルフェニルシリル基に代表されるアリール基含有ケイ素基、ジメチルビニルシリル基に代表されるビニル基含有ケイ素基、およびプロピルフェニルビニルシリル基の様なそれらを組み合わせてなるケイ素基、などを挙げることができる。
kはRの数を表し、0以上2以下の値を取る。ビニルトリエトキシシランの様にkの値が3に相当する化合物の場合では、本発明におけるビニルシラン化合物としての性能は発現せず、本発明におけるアルコキシシラン化合物としての性能を発現するため、ビニルシラン化合物として使用するのは適していない。これは、構造的に近いt-ブチルトリエトキシシランと同じ様に振る舞うためと考えられる(このt-ブチルトリエトキシシランは本発明におけるアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物として有効である)。より好ましくは、kの値は0以上1以下であり、特に好ましくは0である。kの値が2である場合、二つのRは互いに同一であっても異なっても良い。また、kの値に関わらず、RとRは同一であっても異なっても良い。
これらのビニルシラン化合物は、単独で用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
【0037】
ビニルシラン化合物の好ましい化合物の例としては、CH=CH-SiMe、[CH=CH-]SiMe、CH=CH-Si(Cl)Me、CH=CH-Si(Cl)Me、CH=CH-SiCl、[CH=CH-]Si(Cl)Me、[CH=CH-]SiCl、CH=CH-Si(Ph)Me、CH=CH-Si(Ph)Me、CH=CH-SiPh、[CH=CH-]Si(Ph)Me、[CH=CH-]SiPh、CH=CH-Si(H)Me、CH=CH-Si(H)Me、CH=CH-SiH、[CH=CH-]Si(H)Me、[CH=CH-]SiH、CH=CH-SiEt、CH=CH-SiBu、CH=CH-Si(Ph)(H)Me、CH=CH-Si(Cl)(H)Me、CH=CH-Si(Me)(OMe)、CH=CH-Si(Me)(OSiMe)、CHCH-Si(Me)-OSi(Me)-CH=CH、などを挙げることができる。これらの中でも、m=2であるジビニルシラン化合物が好ましく、ジビニルジメチルシラン([CH=CH-]SiMe)が特に好ましい。
ここで、Phはフェニル基を表す。また、その他の記号、例えばMe、Et、Buなどは上記したとおりである。
【0038】
ビニルシラン化合物の使用量は、本発明の効果を損なわない範囲で任意のものでありうるが、チタンに対するビニルシラン化合物のモル比(ビニルシラン化合物のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.001~1000の範囲内であり、特に好ましくは0.01~100の範囲内である。
本発明で用いられるビニルシラン化合物は、炭素-炭素二重結合部の電荷密度は非常に高くなっており、活性中心であるチタン原子への配位は、非常に速いと考えられる。したがって、ビニルシラン化合物には、有機アルミニウム化合物によるチタン原子の過還元や不純物などによる活性点の失活を防ぐ効果があると考えられる。ただし、係る作用機構は本発明の技術的範囲を制限するものではない。
【0039】
(固体触媒成分の調製方法)
本発明に用いられる固体触媒成分は、固体触媒成分を構成する上記各成分を接触させ、固体成分を形成させることにより得られる。
各成分の接触条件は、酸素を存在させないことが必要であるものの、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の条件を用いることができる。一般的には、次の条件が好ましい。
接触温度は、-50~200℃程度、好ましくは0~150℃である。
接触方法としては、回転ボールミルや振動ミルなどによる機械的な方法、及び、不活性希釈剤の存在下に撹拌により接触させる方法、などを例示することができる。
【0040】
固体触媒成分を調製する際には、中間及び/又は最後に不活性溶媒で洗浄を行っても良い。
好ましい不活性溶媒としては、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素化合物、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素化合物、及び、1,2-ジクロロエチレンやクロロベンゼンなどのハロゲン含有炭化水素化合物、などを例示することができる。
【0041】
なお、固体触媒成分の調製方法としては、任意の方法を用いることができるが、具体的には、下記の(i)~(viii)として説明する方法を例示することができる。
【0042】
(i)共粉砕法
共粉砕法は、塩化マグネシウムに代表されるハロゲンを含有するマグネシウム化合物をチタン化合物と共粉砕することにより、マグネシウム化合物上にチタン化合物を担持する方法であり、電子供与性化合物を同時に、又は、別工程で共粉砕しても良い。
溶媒を用いない乾式粉砕法、不活性溶媒共存下で共粉砕する湿式粉砕法などを採用することができる。粉砕には、回転ボールミル、振動ミル等の任意の粉砕機を用いることができる。
【0043】
(ii)加熱処理法
加熱処理法は、塩化マグネシウムに代表されるハロゲンを含有するマグネシウム化合物とチタン化合物を不活性溶媒中で撹拌することにより加熱して接触処理を行い、マグネシウム化合物上にチタン化合物を担持する方法であり、電子供与性化合物を同時に、又は、別工程で接触処理しても良い。
チタン化合物として四塩化チタンなどの液状の化合物を用いる場合は、不活性溶媒なしで接触処理することもできる。
また、必要に応じて、ハロゲン化ケイ素化合物等の任意成分を同時に、又は、別工程で接触させても良い。
接触温度に特に制限はないが、90℃~130℃程度の比較的高い温度で接触処理する方が好ましい場合が多い。
【0044】
(iii)溶解析出法
溶解析出法は、塩化マグネシウムに代表されるハロゲンを含有するマグネシウム化合物を電子供与性化合物と接触させることにより溶解し、生じた溶解液と析出剤を接触させて析出反応を起こすことにより、粒子形成を行う方法である。
上記した電子供与性化合物の中で溶解に用いることができるものとしては、アルコール類、エーテル類などを挙げることができる。
また、析出剤の例としては、ハロゲン化チタン化合物、ハロゲン化ケイ素化合物、塩化水素、ハロゲン含有炭化水素化合物、Si-H結合を有するシロキサン化合物(ポリシロキサン化合物類を含む)、アルミニウム化合物、などを例示することができる。
溶解液と析出剤の接触方法としては、溶解液に析出剤を添加しても良いし、析出剤に溶解液を添加しても良い。
溶解、析出のどちらの工程でも、チタン化合物を用いない場合は、析出反応により形成した粒子を更にチタン化合物と接触させることにより、マグネシウム化合物上にチタン化合物を担持する。
更に必要に応じて、上記の方法により形成した粒子をハロゲン化チタン化合物やハロゲン化ケイ素化合物などの任意成分と接触させても良く、電子供与性化合物と接触させても良い。この際、電子供与性化合物は、溶解に用いるものとは異なっていても良いし、同じであっても良い。
これらの任意成分の接触順序については、特に制限はなく、独立工程として接触させても良いし、溶解、析出、チタン化合物類との接触の際に一緒に接触させることもできる。
また、溶解、析出、任意成分との接触、のいずれの工程においても、不活性溶媒が存在しても良い。
【0045】
(iv)造粒法
造粒法は、溶解析出法と同様に、塩化マグネシウムに代表されるハロゲンを含有するマグネシウム化合物を電子供与性化合物と接触させることにより溶解し、生じた溶解液を主に物理的な手法により造粒する方法である。溶解に用いる電子供与性化合物の例は、溶解析出法の例と同じである。
造粒手法の例としては、高温の溶解液を低温の不活性溶媒中に滴下する方法、高温の気相部に向かって溶解液をノズルから噴き出して乾燥する方法、低温の気相部に向かって溶解液をノズルから噴き出して冷却する方法、などを挙げることができる。
造粒により形成した粒子をチタン化合物と接触させることにより、マグネシウム化合物上にチタン化合物を担持する。
更に、必要に応じて、ハロゲン化ケイ素化合物、電子供与性化合物、などの任意成分と接触させても良い。この際、電子供与性化合物は溶解に用いるものとは異なっていても良いし、同じであっても良い。
これらの任意成分の接触順序については、特に制限はなく、独立工程として接触させても良いし、溶解やチタン化合物との接触の際に一緒に接触させることもできる。
また、溶解、チタン化合物との接触、任意成分との接触、のいずれの工程においても、不活性溶媒が存在しても良い。
【0046】
(v)マグネシウム(Mg)化合物のハロゲン化法
マグネシウム(Mg)化合物のハロゲン化法は、ハロゲンを含有しないマグネシウム化合物に対して、ハロゲン化剤を接触させてハロゲン化する方法であり、電子供与性化合物を同時に、又は、別工程で接触処理しても良い。
ハロゲンを含有しないマグネシウム化合物の例としては、ジアルコキシマグネシウム化合物、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、脂肪酸のマグネシウム塩、などを挙げることができる。
ジアルコキシマグネシウム化合物を用いる場合は、金属マグネシウムとアルコールとの反応により系中で調製したものを用いることもできる。この調製法を用いる場合は、出発原料であるハロゲンを含まないマグネシウム化合物の段階で造粒等により粒子形成を行うのが一般的である。
ハロゲン化剤の例としては、ハロゲン化チタン化合物、ハロゲン化ケイ素化合物、ハロゲン化リン化合物、などを挙げることができる。
ハロゲン化剤として、ハロゲン化チタン化合物を用いない場合は、ハロゲン化により形成したハロゲン含有マグネシウム化合物を更にチタン化合物と接触させることにより、マグネシウム化合物上にチタン化合物を担持する。
更に必要に応じて、上記の方法により形成した粒子をハロゲン化チタン化合物やハロゲン化ケイ素化合物などの任意成分と接触させても良く、電子供与性化合物と接触させても良い。
これらの任意成分の接触順序については、特に制限はなく、独立工程として接触させても良いし、ハロゲンを含まないマグネシウム化合物のハロゲン化やチタン化合物との接触の際に一緒に接触させることもできる。
また、ハロゲン化チタン化合物との接触、任意成分との接触、のいずれの工程においても、不活性溶媒が存在しても良い。
【0047】
(vi)有機マグネシウム化合物からの析出法
有機マグネシウム化合物からの析出法は、ブチルマグネシウムクロライドに代表されるグリニャール試薬、ジアルキルマグネシウム化合物、などの有機マグネシウム化合物の溶液に、析出剤を接触させる方法であり、電子供与性化合物を同時に、又は、別工程で接触処理しても良い。
析出剤の例としては、チタン化合物、ケイ素化合物、塩化水素、などを挙げることができる。
析出剤として、チタン化合物を用いない場合は、析出反応により形成した粒子を更にチタン化合物と接触させることにより、マグネシウム化合物上にチタン化合物を担持する。
更に必要に応じて、上記の方法により形成した粒子をハロゲン化チタン化合物やハロゲン化ケイ素化合物などの任意成分と接触させても良く、電子供与性化合物と接触させても良い。
これらの任意成分の接触順序については特に制限はなく、独立工程として接触させても良いし、析出やチタン化合物との接触の際に一緒に接触させることもできる。
また、析出、チタン化合物との接触、任意成分との接触、のいずれの工程においても、不活性溶媒が存在しても良い。
【0048】
(vii)含浸法
含浸法は、有機マグネシウム化合物の溶液、又は、マグネシウム化合物を電子供与性化合物で溶解した溶液を、無機化合物の担体、又は、有機化合物の担体に含浸させる方法である。
有機マグネシウム化合物の例は、有機マグネシウム化合物からの析出法の例に同じである。マグネシウム化合物の溶解に用いるマグネシウム化合物は、ハロゲンを含んでいても含んでいなくても良く、電子供与性化合物の例は、溶解析出法の例に同じである。
無機化合物の担体の例としては、シリカ、アルミナ、マグネシア、などを挙げることができる。
有機化合物の担体の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、などを挙げることができる。
含浸処理後の担体粒子は、析出剤との化学反応や乾燥等の物理的処理によりマグネシウム化合物を析出させて固定化する。
析出剤の例は、溶解析出法の例に同じである。
析出剤としてチタン化合物を用いない場合は、こうして形成した粒子を更にチタン化合物と接触させることにより、マグネシウム化合物上にチタン化合物を担持する。更に必要に応じて、こうして形成した粒子をハロゲン化チタン化合物やハロゲン化ケイ素化合物などの任意成分と接触させても良く、電子供与性化合物と接触させても良い。
これらの任意成分の接触順序については、特に制限はなく、独立工程として接触させても良いし、含浸、析出、乾燥、チタン化合物との接触の際に一緒に接触させることもできる。また、含浸、析出、チタン化合物との接触、任意成分との接触、のいずれの工程においても、不活性溶媒が存在しても良い。
【0049】
(viii)複合法
上記(i)~(vii)に記載した方法を組み合わせて、用いることもできる。組み合わせの例としては、「塩化マグネシウムを電子供与性化合物と共粉砕した後にハロゲン化チタン化合物と加熱処理する方法」、「塩化マグネシウム化合物を電子供与性化合物と共粉砕した後に別の電子供与性化合物を用いて溶解し、更に析出剤を用いて析出する方法」、「ジアルコキシマグネシウム化合物を電子供与性化合物により溶解し、ハロゲン化チタン化合物類と接触させることにより析出させると同時にマグネシウム化合物をハロゲン化する方法」、「ジアルコキシマグネシウム化合物に二酸化炭素を接触させることにより、炭酸エステルマグネシウム化合物を生成すると同時に溶解し、形成した溶解液をシリカに含浸させ、その後塩化水素と接触させることによりマグネシウム化合物をハロゲン化すると同時に析出固定化し、更にハロゲン化チタン化合物と接触させることによりチタン化合物を担持する方法」、などを挙げることができる。
【0050】
固体触媒成分が、固体成分(A1)形成後にさらに有機アルミニウム化合物(A2)、アルコキシシラン化合物(A3)、ビニルシラン化合物(A4)等と接触させたものである場合には、各成分の接触方法は、特に制約されないが、一般的には、上記各成分を不活性溶媒の存在下で撹拌しながら接触させることができる。
不活性溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、流動パラフィン等の液状飽和炭化水素、ジメチルポリシロキサンの構造を持ったシリコンオイルなどを挙げることができる。これらの不活性溶媒は、1種または2種以上の混合溶媒のいずれでもよい。不活性溶媒は、重合に悪影響を及ぼす酸素、水分、イオウ化合物等の不純物を取り除いた後で使用することが好ましい。
接触条件は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の条件を採用することができる。
接触温度は、通常、-50℃~200℃程度、好ましくは-10℃~100℃、より好ましくは0℃~70℃、さらに好ましくは10℃~60℃である。
【0051】
固体触媒成分が、固体成分(A1)形成後にさらに有機アルミニウム化合物(A2)及びアルコキシシラン化合物(A3)と接触させたものである場合、固体成分(A1)、有機アルミニウム化合物(A2)及びアルコキシシラン化合物(A3)の接触手順に関しては、任意の手順を用いることができる。具体的な例としては下記の手順(i)~(iv)などが挙げられるが、この中でも手順(i)及び手順(ii)が好ましい。
手順(i):固体成分(A1)とアルコキシシラン化合物(A3)を接触させ、次いで有機アルミニウム化合物(A2)と接触させる方法。
手順(ii):固体成分(A1)と有機アルミニウム化合物(A2)を接触させ、次いでアルコキシシラン化合物(A3)を接触させる方法。
手順(iii):アルコキシシラン化合物(A3)と有機アルミニウム化合物(A2)を接触させ、次いで固体成分(A1)と接触させる方法。
手順(iv):全ての成分を同時に接触させる方法。
【0052】
また、固体成分(A1)と、有機アルミニウム化合物(A2)、アルコキシシラン化合物(A3)との接触回数は、いずれも、任意の回数行うこともできる。この際に複数回用いる各成分は、互いに同一であっても異なっていても良い。
また、先に各成分の使用量の好ましい範囲を示したが、これは1回あたりに接触させる使用量であり、複数回接触させる際は、1回の使用量が前述した使用量の範囲内を目安として、何回接触させても良い。
固体触媒成分が、その他の成分と接触させる場合、いかなる接触方法、接触条件および接触手順も採用することができる。
【0053】
固体触媒成分が、固体成分(A1)形成後にさらに有機アルミニウム化合物(A2)、アルコキシシラン化合物(A3)及びビニルシラン化合物(A4)と接触させたものである場合、固体成分(A1)、有機アルミニウム化合物(A2)、アルコキシシラン化合物(A3)及びビニルシラン化合物(A4)の接触手順に関しては、任意の手順を用いることができる。具体的な例としては下記の手順(iv)~(vii)などが挙げられるが、この中でも手順(iv)及び手順(v)が好ましい。
手順(iv):固体成分(A1)とビニルシラン化合物(A4)を接触させ、次いでアルコキシシラン化合物(A3)を接触させ、次いで有機アルミニウム化合物(A2)を接触させる方法。
手順(v):アルコキシシラン化合物(A3)とビニルシラン化合物(A4)を接触させ、次いで固体成分(A1)を接触させ、次いで有機アルミニウム化合物(A2)を接触させる方法。
手順(vi):固体成分(A1)とビニルシラン化合物(A4)を接触させ、次いでアルコキシシラン化合物(A3)及び有機アルミニウム化合物(A2)を接触させる方法。
手順(vii):全ての成分を同時に接触させる方法。
【0054】
また、固体成分(A1)と、有機アルミニウム化合物(A2)、アルコキシシラン化合物(A3)、ビニルシラン化合物(A4)との接触回数は、いずれも、任意の回数行うこともできる。この際に複数回用いる各成分は、互いに同一であっても異なっていても良い。
また、先に各成分の使用量の好ましい範囲を示したが、これは1回あたりに接触させる使用量であり、複数回接触させる際は、1回の使用量が前述した使用量の範囲内を目安として、何回接触させても良い。
固体触媒成分が、その他の成分と接触させる場合、いかなる接触方法、接触条件および接触手順も採用することができる。
【0055】
(固体触媒成分の予備重合)
固体触媒成分は、予備重合されていてもよい。固体触媒成分の存在下で、エチレン性二重結合を有する化合物をモノマー(予備重合モノマー)として温和な条件で少量重合することにより、予備重合モノマーの一部又は全部が重合してエチレン性二重結合を有する化合物のポリマー(予備重合ポリマー)となり、プロピレン系ブロック共重合体の重合に適した固体触媒成分とすることができる。
【0056】
予備重合モノマーとしては、エチレン、プロピレン、1-ブテン、3-メチルブテン-1、4-メチルペンテン-1、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン、1-オクタデセン、1-エイコセン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテンなどに代表されるオレフィン類、スチレン、α-メチルスチレン、アリルベンゼン、クロロスチレンなどに代表されるスチレン類似化合物類、1,3-ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、1,5-ヘキサジエン、2,6-オクタジエン、ジシクロペンタジエン、1,3-シクロヘキサジエン、1,9-デカジエン、ジビニルベンゼン類などに代表されるジエン化合物類などを挙げることができる。中でも、エチレン、プロピレン、3-メチルブテン-1、4-メチルペンテン-1、スチレン、ジビニルベンゼン類などが好ましい。これらは1種でも2種以上の混合物であってもよい。
また、予備重合により生成するポリマーの分子量を調節するために水素等の分子調節剤を併用することもできる。
予備重合して得られる固体触媒成分には、エチレン性二重結合を有する化合物のポリマー(予備重合ポリマー)を含有している。この固体触媒成分を用いてプロピレンを単独重合又は共重合すると、予備重合ポリマーが殻として機能するため、本重合において触媒粒子の割れによる微粉発生を抑制する効果が得られる。
予備重合モノマーの使用量は、予備重合のプロセスにおいて充分な量の予備重合ポリマーを生成させる観点から、予備重合前の固体触媒成分1質量部当たり、好ましくは予備重合モノマー0.1質量部以上、より好ましくは0.2質量部以上、さらに好ましくは0.4質量部以上、よりさらに好ましくは0.5質量部以上である。
予備重合モノマーの使用量の上限は限定されないが、予備重合ポリマーの生成量を必要以上に大きくさせない観点から、予備重合前の固体触媒成分1質量部当たり、好ましくは予備重合モノマー20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下である。
上記予備重合後の固体触媒成分に含まれる予備重合ポリマーの量、すなわち予備重合量は、予備重合前の固体触媒成分1質量部当たり、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.2質量部以上、さらに好ましくは0.4質量部以上、よりさらに好ましくは0.5質量部以上である。予備重合量が前記の範囲内である場合、触媒粒子の割れによる微粉発生を抑制する効果が得られる。
予備重合量の上限は限定されないが、生産性、経済性の観点から、予備重合前の固体触媒成分1質量部当たり、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下である。予備重合量を上記範囲より大きくしても触媒の性能は頭打ちになるからである。
【0057】
予備重合の方法は特に制約されないが、一般的には、不活性溶媒の存在下で撹拌しながら予備重合を行う。不活性溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、流動パラフィン等の液状飽和炭化水素、ジメチルポリシロキサンの構造を持ったシリコンオイルなどを挙げることができる。これらの不活性溶媒は、1種または2種以上の混合溶媒のいずれでもよい。不活性溶媒は、重合に悪影響を及ぼす酸素、水分、イオウ化合物等の不純物を取り除いた後で使用することが好ましい。
予備重合の条件は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の条件を採用することができる。
予備重合の反応温度は、通常、-50℃~200℃程度、好ましくは-10℃~100℃、更に好ましくは0℃~70℃である。
【0058】
予備重合は、有機アルミニウム化合物の存在下で行っても良い。有機アルミニウム化合物としては、上述の有機アルミニウム化合物(A2)と同様のものを挙げることができる。
予備重合工程における有機アルミニウム化合物の量は、固体触媒成分のチタン原子1モルに対して有機アルミニウム化合物を0.1~40モル、好ましくは0.3~20モルの範囲とすることが好ましい。
予備重合は、アルコキシシラン化合物の存在下で行っても良い。アルコキシシラン化合物としては、上述のアルコキシシラン化合物(A3)と同様のものを挙げることができる。予備重合工程におけるアルコキシシラン化合物の量は、固体触媒成分中に含まれるチタン1モルに対して0.01~10モルの範囲とすることが好ましい。
予備重合は複数回に分けて行っても良く、この際用いる予備重合モノマーは同一であっても異なっていても良い。また、予備重合後にヘキサン、ヘプタン等の不活性溶媒で洗浄を行うこともできる。予備重合を終了した後に、触媒の使用形態に応じ、そのまま使用することが可能であるが、乾燥を行ってもよい。
さらに、本発明の効果を損なわない限り、予備重合後の洗浄や乾燥の途中、または洗浄や乾燥の後などに任意成分を添加しても良い。任意成分としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの重合体やシリカ、チタニアなどの無機酸化物固体等が挙げられる。
【0059】
2.成分(B):有機アルミニウム化合物
本発明において本重合時のオレフィン重合用触媒に用いることのできる有機アルミニウム化合物(B)としては、特開2004-124090号公報に開示された化合物等を挙げることができる。好ましくは、固体触媒成分(A)を調製する際の成分として掲げる有機アルミニウム化合物(A2)における例示と同じ群から選択することができる。
有機アルミニウム化合物(B)は、固体触媒成分(A)を調製する際に用いる有機アルミニウム化合物(A2)と、同一であっても異なっていてもよい。
有機アルミニウム化合物(B)は、一種の化合物を用いることも、二種以上の化合物を併用することもできる。
有機アルミニウム化合物(B)の使用量は、固体触媒成分(A)を構成するチタン成分に対するモル比(有機アルミニウム化合物のモル数/固体触媒成分中のチタン原子のモル数)で、好ましくは1~5,000の範囲内であり、特に好ましくは10~500の範囲内である。
【0060】
3.外部ドナーとしての電子供与性化合物
本発明において、オレフィン重合用触媒は、構成成分に外部ドナーとしての電子供与性化合物を含んでいてもよい。
チーグラー触媒を用いた重合技術において、外部ドナーは、前述のように、既にできている活性点の性質を変えるものであり、例えば、調製された固体触媒成分に対して、さらに外部ドナーを使用することで、高立体特異的な活性点に変化したり,非晶成分を生成する活性点を被毒したりすることができるため、より高立体規則性及び非晶成分の少ないプロピレン系重合体を生成することが可能である。
電子供与性化合物(外部ドナー)としては、有機ケイ素化合物(C)、少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)、分子内にC(=O)N結合を有する化合物(E)、亜硫酸エステル化合物(F)などを挙げることができる。電子供与性化合物は一種または二種以上の組み合わせを用いることができる。
【0061】
(有機ケイ素化合物(C))
有機ケイ素化合物(C)としては、特開2004-124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。好ましくは、固体触媒成分(A)を調製する際に用いるアルコキシシラン化合物(A3)における例示と同じ群から選択することができる。
有機ケイ素化合物(C)は、固体触媒成分(A)を調製する際に用いるアルコキシシラン化合物(A3)と、同一であっても異なっていてもよい。
有機ケイ素化合物(C)は、一種の化合物を用いることも、二種以上の化合物を併用することもできる。
【0062】
(少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D))
少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)としては、特開平3-294302号公報及び特開平8-333413号公報に開示された化合物等を用いることができる。一般的には、下記式にて表される化合物を用いることが望ましい。
[一般式(6)]
13O-C(R12-C(R11-C(R12-OR13
(一般式(6)中、R11及びR12は、水素原子、炭化水素基またはヘテロ原子含有炭化水素基から選ばれる任意の遊離基を表す。R13は、炭化水素基またはヘテロ原子含有炭化水素基を表す。)
少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物は、具体的には、例えば、2,2-ジイソプロピル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ジイソブチル-1,3-ジメトキシプロパン、2-イソブチル-2-イソプロピル-1,3-ジメトキシプロパン、2-イソプロピル-2-イソペンチル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ジシクロペンチル-1,3-ジメトキシプロパン、9,9-ビス(メトキシメチル)フルオレンなどが挙げられる。少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物は、単独で用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
【0063】
(分子内にC(=O)N結合を有する化合物(E))
分子内にC(=O)N結合を有する化合物としては、特開2004-124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。好ましくはテトラメチルウレア、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、1-エチル-2-ピロリジノンなどを挙げることができる。
【0064】
(亜硫酸エステル化合物(F))
亜硫酸エステル化合物としては、特開2006-225449号公報に開示された化合物等を用いることができる。好ましくは亜硫酸ジメチル、亜硫酸ジエチルなどを挙げることができる。
【0065】
電子供与性化合物(外部ドナー)の使用量は、固体触媒成分を構成するチタンに対するモル比(電子供与性化合物のモル数/固体触媒成中のチタン原子のモル数)で、好ましくは0.01~10,000の範囲内であり、特に好ましくは0.5~500の範囲内である。
【0066】
II.プロピレン系ブロック共重合体の製造方法
1.重合工程
本発明の製造方法では、第1工程において1または2以上の気相重合反応器を用いて、固体触媒成分(A)及び有機アルミニウム化合物(B)を含むオレフィン重合用触媒の存在下で結晶性プロピレン系重合体を重合し、続く第2工程において1または2以上の気相重合反応器を用いて、前記結晶性プロピレン系重合体の存在下で非晶性プロピレン・エチレン系共重合体を重合することによりプロピレン系ブロック共重合体を製造する。
本発明において、前記結晶性プロピレン系重合体とは、立体規則性を持ちラメラを形成することができるものを意味し、(共)重合体中においてコモノマー含量が比較的少ないプロピレンを基本骨格とする重合体を意味する。コモノマーとしてはエチレン及び炭素数が4~8の直鎖または分岐α-オレフィンからなる群から選ばれる少なくとも一種を用いることができ、一般的にエチレンまたは1-ブテンが好ましい。コモノマー含量としては、好ましくは0~10質量%の範囲であり、より好ましくは0~3質量%、更に好ましくは0~0.3質量%の範囲である。この範囲を外れると結晶性を失うおそれがある。結晶性プロピレン系重合体は、好ましくはコモノマー含量が0~10質量%のプロピレン単独重合体またはプロピレン・α-オレフィン共重合体、より好ましくはコモノマー含量が0~3質量%のプロピレン単独重合体またはプロピレン・α-オレフィン共重合体、さらに好ましくはコモノマー含量が0~0.3質量%のプロピレン単独重合体またはプロピレン・α-オレフィン共重合体である。
一方で、本発明において前記非晶性プロピレン・エチレン系重合体とは、後述するCFC-IR等のオレフィン系重合体を溶媒で各温度区分に分離する各種の手法において、前記結晶性プロピレン系重合体の溶解する温度区分よりも低い温度で溶解抽出される成分を意味する。すなわち、(共)重合体中においてコモノマー含量が比較的多いプロピレン共重合体が該当し、コモノマーとしてはエチレン及び炭素数が4~8の直鎖または分岐α-オレフィンからなる群から選ばれる少なくとも一種を用いることができ、一般的にエチレンまたはブテンが選択される。コモノマー含量としては、好ましくは15~90質量%の範囲であり、より好ましくは20~80質量%の範囲である。非晶性プロピレン・エチレン系重合体は、好ましくはコモノマー含量が15~90質量%のプロピレン・エチレン系共重合体、より好ましくはコモノマー含量が20~80質量%のプロピレン・エチレン系共重合体である。
【0067】
本発明の製造方法の重合様式は、オレフィン重合用触媒とモノマーが効率良く接触し、触媒当たりの生産効率を良好にするように、実質的に液体溶媒を用いず各モノマーをガス状に保つ気相重合法が採用される。重合方式は、連続式、回分式が適用される。
重合反応器の数は、第1工程、第2工程とも1つでも2以上の複数でも良い。第1工程が1または2以上の気相重合反応器で行われ、第2工程が1または2以上の気相重合反応器で行われる。重合反応器が複数の場合には、直列に繋いでも良く、並列に繋いでも良い。
気相重合反応器としては、流動床反応器、内部に水平軸回りに回転する撹拌機を有する横型反応器等が挙げられる。中でも、前記気相重合反応器が、重合熱の除熱を液化プロピレンの蒸発熱を用いて行い、かつ、内部に水平軸周りに回転する撹拌機を有する横型重合反応器であることが、生産性の点から好ましい。
【0068】
重合温度は、好ましくは0~90℃であり、より好ましくは30~85℃であり、さらに好ましくは45~80℃である。重合圧力は好ましくは0.1~5MPaG、より好ましくは0.5~4MPaGである。
一般的に、より高い温度、より高い圧力を選択することで、触媒1gあたりの生産性を高めることが可能であるが、その反面、局所的な発熱を除去できなくなり、成長粒子の崩壊による微粉の発生や、融着により凝集物や塊を生成してしまう。そのため、触媒1gあたりの生産性と局所的発熱の除去のバランスを考慮し、上記の温度範囲、圧力範囲とする。
滞留時間は、重合槽の構成に合わせて任意に調整することができ、一般的には、30分~10時間の範囲内で設定される。好ましい滞留時間は4時間以内であり、さらに好ましくは3時間以内である。一般的により長い滞留時間を選択することで、触媒1gあたりの生産性を高めることが可能であるが、滞留時間が過大な場合は、滞留時間の増加に対する触媒1gあたりの生産性の増加割合が低下する。そのため、触媒1gあたりの生産性を考慮し、上記の滞留時間範囲とする。
本発明のプロピレン系ブロック共重合体の製造方法においては、第1工程で、前記オレフィン重合用触媒1gあたり40000g以上の結晶性プロピレン系重合体を製造することが、生産性の点から好ましく、前記オレフィン重合用触媒1gあたり45000g以上、さらに50000g以上の結晶性プロピレン系重合体を製造することがより好ましい。
【0069】
2.混合反応抑制剤
(1)ポリオキシアルキレン系化合物
本発明の混合反応抑制剤に用いられるポリオキシアルキレン系化合物は、下記一般式(1)で表される化合物である。
[一般式(1)]
HO-[CH-CH-O]-[CH-CH(CH)-O]-[CH-CH-O]‐R
(一般式(1)中、p、q、rは整数であり0≦p≦30、0≦q≦70、0≦r≦30、1≦p+r≦60、及び2≦p+q+rの関係式を全て満たす。Rは水素原子または炭素数1~25の炭化水素基を表す)
ポリオキシエチレン骨格が親水性であるが故にポリプロピレン粒子に対する低い浸透性や界面活性剤としての表面電位抵抗の低下作用を生み出すと考えらえるため、1≦p+rとする。親水性の機能の点からp+rの範囲として好ましくは2≦p+r、より好ましくは3≦p+rである。
一方で、ポリオキシエチレン骨格は親水性が高いため、pまたはrを大きくすると有機溶剤への溶解性が低下や常温で固体化してしまうなど、製造時の取り扱い上に制限が発生するおそれがある。そのため、p≦30及びr≦30である。また、p+rの範囲として好ましくはp+r≦30、より好ましくはp+r≦20、更に好ましくはp+r≦10である。
ポリオキシプロピレン骨格は、疎水基として機能するため、後述するアルコール化合物に対する溶解性乃至相溶性を向上したり、ポリプロピレン粒子に対して低い浸透性や界面活性剤としての表面電位抵抗低下などの特性を生み出す。qは0であってもよく、0≦q≦70であるが、粘性の増加など製造時の取り扱い上に制限が発生する恐れがある点から、好ましくはq≦69、より好ましくはq≦50、更に好ましくはq≦40である。q≦30であってもよい。
また、ポリプロピレン粒子に対して低い浸透性や界面活性剤としての表面電位抵抗低下などの特性を備えかつ製造時の取り扱い上の不都合を発生させない点から、p+q+rの範囲としては、2≦p+q+rであり、好ましくは3≦p+q+rである。一方で、p+q+rが大きすぎると常温で固体になる、粘度が高くなってしまうなどの製造時の取り扱い上の不都合を発生させるおそれがある。そのため、p+q+rの範囲として好ましくはp+q+r≦120、より好ましくはp+q+r≦100、更に好ましくはp+q+r≦80である。p+q+r≦40であってもよい。
前記一般式(1)におけるRは水素原子または炭素数1~25の炭化水素基を表す。
は、好ましくは炭素数5~20の炭化水素基であり、より好ましくは炭素数5~20の飽和炭化水素基であり、さらに好ましくは炭素数10~20の炭化水素基であり、よりさらに好ましくは炭素数10~20の飽和炭化水素基である。Rがこの範囲にある場合、疎水基として機能するためにポリプロピレン粒子に対して低い浸透性や界面活性剤としての表面電位抵抗低下などの特性を生み出しやすい。
【0070】
本発明で用いることのできるポリオキシアルキレン系化合物の具体的な例としては、ポリオキシエチレン(3)ラウリルエーテル、ポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテル、ポリオキシエチレン(5)ラウリルエーテル、ポリオキシエチレン(3)ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン(4)ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン(5)ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン(4)オレイルエーテル、ポリオキシエチレン(6)オレイルエーテル、ポリオキシエチレン(1)ポリオキシプロピレン(16)ポリオキシエチレン(1)、ポリオキシエチレン(2)ポリオキシプロピレン(16)ポリオキシエチレン(2)、ポリオキシエチレン(2)ポリオキシプロピレン(30)ポリオキシエチレン(2)、ポリオキシエチレン(6)ポリオキシプロピレン(35)ポリオキシエチレン(6)、ポリオキシエチレン(5)ポリオキシプロピレン(69)ポリオキシエチレン(5)、ポリオキシエチレン(3)ポリオキシプロピレン(2)ポリオキシエチレン(3)ラウリルエーテル、ポリオキシエチレン(3)ポリオキシプロピレン(3)ラウリルエーテルなどが挙げられる。なお、括弧内の数値はポリオキシアルキレンの重合度を表す。
本発明の混合反応抑制剤に用いられるポリオキシアルキレン系化合物は、単一の成分であっても複数の成分が混在していても良い。
【0071】
(2)アルコール化合物
本発明の混合反応抑制剤に用いられるアルコール化合物は、下記一般式(2)で表される化合物である。
[一般式(2)]
HO‐R
(一般式(2)中、Rは炭素数1~10の飽和炭化水素基を表す)
前記一般式(2)で表されるアルコール化合物において、Rは、炭素数1~10の飽和炭化水素基である。Rは、より好ましくは炭素数2~8の飽和炭化水素基であり、さらに好ましくは炭素数2~3の飽和炭化水素基である。
の炭素数が10超過である場合、乾燥除去が困難になり最終製品において臭気などの問題を発生させる可能性が出てくる。
最も好適なアルコール化合物は炭素数2のエタノールである。炭素数1のメタノールにおいては、人体への有害性に注意が必要である。
【0072】
(3)混合反応抑制剤の混合割合
本発明で用いられる混合反応抑制剤において、前記ポリオキシアルキレン系化合物と前記アルコール化合物は、前記アルコール化合物100質量部に対し、前記ポリオキシアルキレン系化合物が10~150質量部の割合で混合されて用いられる(条件(α))。
前記アルコール化合物100質量部に対し、前記ポリオキシアルキレン系化合物の下限値は好ましくは20質量部以上、より好ましくは50質量部以上、さらに好ましくは70質量部以上であり、前記ポリオキシアルキレン系化合物の上限値は140質量部以下であってもよく、130質量部以下であってもよい。
ポリオキシアルキレン系化合物とアルコール化合物を上記のような適切な比率で共存させることにより、それぞれが独立して反応抑制剤として作用するのとは異なり、アルコールがポリオキシアルキレン系化合物の疎水相互作用によるミセルなどの自己凝集を防止/阻害することができ、供給したポリオキシアルキレン系化合物がより効率的にポリプロピレン粒子表面で存在するようになるため、特定の混合比率範囲の場合において特異なゲル抑制効果が得られると推定される。ただし、係る作用機構は本発明の技術的範囲を制限するものではない。
【0073】
(4)混合反応抑制剤の供給
前記ポリオキシアルキレン系化合物とアルコール化合物とは重合反応器に供給される前に予め混合し、混合反応抑制剤となって供給ラインを通して第2工程における前記気相重合反応器に供給される。アルコール化合物とポリオキシアルキレン系化合物との混合物を供給ラインに供給してもよく、アルコール化合物とポリオキシアルキレン系化合物を別々に供給ラインに供給して供給ライン中でアルコール化合物とポリオキシアルキレン系化合物との混合物を形成させてもよく、これらの組み合わせでもよい。
また、混合反応抑制剤は、第2工程における前記気相重合反応器に液化プロピレンとの混合流として供給される(条件(γ))。液化プロピレンとの混合流として供給することにより、高沸点や有機溶媒に難溶性のポリオキシアルキレン系化合物を、重合温度がその沸点以下の温度であっても気相重合反応器へ均一に供給可能になるという効果がある。
混合反応抑制剤を供給する気相重合反応器の位置は、気相重合反応器が混合槽型反応器では任意であり、プラグフロー型反応器では上流側であることが好ましい。
混合反応抑制剤は、ポリオキシアルキレン系化合物が、第1工程に供給される前記固体触媒成分(A)1gあたり0.1~10gの範囲になるよう供給される(条件(β))。上記割合を満たすことにより触媒活性を低下させることなくゲルの発生を抑制できるメリットがある。混合反応抑制剤は、ポリオキシアルキレン系化合物が、第1工程に供給される前記固体触媒成分(A)1gあたり好ましくは0.5g以上であり、より好ましくは1g以上であり、さらに好ましくは3g以上であり、8g以下であってもよく、5g以下であってもよい。
また、混合反応抑制剤は、ポリオキシアルキレン系化合物が、第1工程に供給される前記固体触媒成分(A)中のチタンに対して、10~90000重量%の範囲になるように供給されることが好ましく、2000~85000重量%の範囲になるように供給されることが好ましい。本発明においては、気相-気相重合プロセスの第2工程において、混合反応抑制剤が特定の方法で供給されることから、触媒活性低下を抑制しやすい。そのため、本発明においては、ポリオキシアルキレン系化合物を固体触媒成分(A)のチタンに対して比較的多く添加することができ、アルコール化合物との作用により、ゲルの発生抑制効果を高くすることができる。
混合反応抑制剤は、アルコール化合物が第1工程に供給される有機アルミニウム化合物(B)に対して好ましくは0.5~3.0モル比の範囲になるよう供給される。上記割合を満たすことにより触媒活性を低下させることなくゲルの発生を抑制できるメリットがある。混合反応抑制剤は、アルコール化合物が第1工程に供給される有機アルミニウム化合物(B)に対してより好ましくは0.6モル比以上であり、0.8モル比以上であってもよく、より好ましくは2.0モル比以下であり、さらに好ましくは1.5モル比以下である。
【0074】
3.製造されるプロピレン系ブロック共重合体
本発明により製造されるプロピレン系ブロック共重合体は、第1工程で製造されるプロピレン単独重合あるいはプロピレンと他のα-オレフィンとの共重合において、水素などの分子量調節剤を重合工程中で用いることにより、結晶性プロピレン系重合体のメルトフローレート(MFR)を制御することができる。結晶性プロピレン系重合体のMFRは、成形方法や用途により設定されるが、測定条件を230℃、2.16kg荷重として測定したMFR値(単位:g/10分)は、通常、0.1以上、好ましくは0.5以上、さらに好ましくは1以上であり、500以下、好ましくは100以下、さらに好ましくは50以下である。MFRが過小な場合は、ポリマーの流動性が著しく低下し成形が困難となり、また過大な場合は、引張り特性の低下などが発生する。
【0075】
第2工程において、水素などの分子量調節剤を重合工程中で用いることにより、前記プロピレン・エチレン共重合体の固有粘度[η]を制御することができる。溶融張力向上、フローマーク改良といった特性の点、及びゲルの個数の抑制により製品外観を良好にする点から、前記プロピレン・エチレン共重合体の固有粘度[η]は7~12dL/gの範囲が好ましく、8~11dL/gの範囲がより好ましい。
また、耐衝撃性を良好にする点、及びゲルの個数の抑制により製品外観を良好にする点から、前記プロピレン・エチレン系共重合体中におけるエチレンの含量は15~90質量%の範囲であることが好ましく、20~80質量%の範囲であることがより好ましい。これよりエチレン含量が少ない場合、非晶性が失われるため製品の耐衝撃性が損なわれる恐れがあり好ましくない。これよりエチレンが多い場合、結晶性プロピレンとの相溶化度が低下することによりゲルの個数が多くなり、製品外観を損なう恐れがあり好ましくない。
また、ゲルの発生抑制の点から、プロピレン系ブロック共重合体を100質量%としたときに、前記プロピレン・エチレン系共重合体が10~30質量%であり、結晶性プロピレン系樹脂が70~90質量%であることが好ましく、前記プロピレン・エチレン系共重合体が12~28質量%であり、結晶性プロピレン系樹脂が72~88質量%であることがより好ましく、前記プロピレン・エチレン系共重合体が14~26質量%であり、結晶性プロピレン系樹脂が74~86質量%であることがさらに好ましい。
更に、製品外観を良好にする点から、前記プロピレン系ブロック共重合体を厚み2mmの射出シートとした場合に長径300μm以上のゲルの個数が3個/cm以下であることが好ましく、0~2個/cm以下であることがより好ましい。
前記プロピレン系ブロック共重合体を厚み2mmの射出シートとする方法としては、例えば、後述の実施例に記載した方法が挙げられる。
【実施例
【0076】
以下、実施例を用いて、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本発明における各物性値の測定方法を以下に示す。
[各種物性の測定]
(1)MFR
実施例で得られたプロピレン系重合体について、JIS K7210(230℃、2.16kg荷重)に準拠した条件で評価した。
【0077】
(2)プロピレン系ブロック共重合体の分析方法
プロピレン系ブロック共重合体におけるプロピレン・エチレン系共重合体部分の比率(Wc)、エチレン含量(Gv)、および、固有粘度(η)の測定は、以下の装置、条件にて測定した。
【0078】
(2-1)使用する分析装置
(i)クロス分別装置
ダイヤインスツルメンツ社製CFC T-100(CFCと略す)
(ii)フーリエ変換型赤外吸収スペクトル分析
FT-IR、パーキンエルマー社製 1760X
CFCの検出器として取り付けられていた波長固定型の赤外分光光度計を取り外して代わりにFT-IRを接続し、このFT-IRを検出器として使用する。CFCから溶出した溶液の出口からFT-IRまでの間のトランスファーラインは1mの長さとし、測定の間を通じて140℃に温度保持する。FT-IRに取り付けたフローセルは光路長1mm、光路幅5mmφのものを用い、測定の間を通じて140℃に温度保持する。
(iii)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)
CFC後段部分のGPCカラムは、昭和電工社製AD806MSを3本直列に接続して使用する。
【0079】
(2-2)CFCの測定条件
(i)溶媒:オルトジクロルベンゼン(ODCB)
(ii)サンプル濃度:4mg/mL
(iii)注入量:0.4mL
(iv)結晶化:140℃から40℃まで約40分かけて降温する。
(v)分別方法:
昇温溶出分別時の分別温度は40、100、140℃とし、全部で3つのフラクションに分別する。なお、40℃以下で溶出する成分(フラクション1)、40~100℃で溶出する成分(フラクション2)、100~140℃で溶出する成分(フラクション3)の溶出割合(単位:質量%)を各々W40、W100、W140と定義する。W40+W100+W140=100である。また、分別した各フラクションは、そのままFT-IR分析装置へ自動輸送される。
(vi)溶出時溶媒流速:1mL/分
【0080】
(2-3)FT-IRの測定条件
CFC後段のGPCから試料溶液の溶出が開始した後、以下の条件でFT-IR測定を行い、上述した各フラクション1~3について、GPC-IRデータを採取する。
(i)検出器:MCT
(ii)分解能:8cm-1
(iii)測定間隔:0.2分(12秒)
(iv)一測定当たりの積算回数:15回
【0081】
(2-4)測定結果の後処理と解析
各温度で溶出した成分の溶出量と分子量分布は、FT-IRによって得られる2945cm-1の吸光度をクロマトグラムとして使用して求める。溶出量は各溶出成分の溶出量の合計が100%となるように規格化する。保持容量から分子量への換算は、予め作成しておいた標準ポリスチレンによる検量線を用いて行う。
使用する標準ポリスチレンは何れも東ソー(株)製の以下の銘柄である。
F380、F288、F128、F80、F40、F20、F10、F4、F1、A5000、A2500、A1000。
各々が0.5mg/mLとなるようにODCB(0.5mg/mLのBHTを含む)に溶解した溶液を0.4mL注入して較正曲線を作成する。較正曲線は最小二乗法で近似して得られる三次式を用いる。分子量への換算は森定雄著「サイズ排除クロマトグラフィー」(共立出版)を参考に汎用較正曲線を用いる。その際使用する粘度式([η]=K×Mα)には以下の数値を用いる。
(i)標準ポリスチレンを使用する較正曲線作成時
K=0.000138、α=0.70
(ii)プロピレン系ブロック共重合体のサンプル測定時
K=0.000103、α=0.78
各溶出成分のエチレン含有量分布(分子量軸に沿ったエチレン含有量の分布)は、FT-IRによって得られる2956cm-1の吸光度と2927cm-1の吸光度との比を用い、ポリエチレンやポリプロピレンや13C-NMR測定等によりエチレン含有量が既知となっているエチレン-プロピレンラバー(EPR)及びそれらの混合物を使用して予め作成しておいた検量線により、エチレン含有量(質量%)に換算して求める。
【0082】
(2-5)プロピレン・エチレンランダム共重合体部分の比率(Wc)
本発明におけるプロピレン系ブロック共重合体中のプロピレン・エチレンランダム共重合体部分の比率(Wc)は、下記式(I)で理論上は定義され、以下のような手順で求められる。
Wc(質量%)=W40×A40/B40+W100×A100/B100 …(I) 式(I)中、W40、W100は、上述した各フラクションでの溶出割合(単位:質量%)であり、A40、A100は、W40、W100に対応する各フラククションにおける実測定の平均エチレン含有量(単位:質量%)であり、B40、B100は、各フラクションに含まれるプロピレン・エチレンランダム共重合体部分のエチレン含有量(単位:質量%)である。A40、A100、B40、B100の求め方は後述する。
【0083】
式(I)の意味は以下の通りである。すなわち、式(I)右辺の第一項はフラクション1(40℃に可溶な部分)に含まれるプロピレン・エチレンランダム共重合体部分の量を算出する項である。フラクション1がプロピレン・エチレンランダム共重合体のみを含み、結晶性プロピレン系重合体部分を含まない場合には、W40がそのまま全体の中に占めるフラクション1由来のプロピレン・エチレンランダム共重合体部分含有量に寄与するが、フラクション1にはプロピレン・エチレンランダム共重合体由来の成分のほかに少量の結晶性プロピレン系重合体部分由来の成分(極端に分子量の低い成分及びアタクチックポリプロピレン)も含まれるため、その部分を補正する必要がある。そこでW40にA40/B40を乗ずることにより、フラクション1のうち、プロピレン・エチレンランダム共重合体成分由来の量を算出する。例えば、フラクション1の平均エチレン含有量(A40)が30質量%であり、フラクション1に含まれるプロピレン・エチレンランダム共重合体のエチレン含有量(B40)が40質量%である場合、フラクション1の30/40=3/4(即ち75質量%)はプロピレン・エチレンランダム共重合体由来、1/4は結晶性プロピレン系重合体部分由来ということになる。このように右辺第一項でA40/B40を乗ずる操作は、フラクション1の質量%(W40)からプロピレン・エチレンランダム共重合体の寄与を算出することを意味する。右辺第二項も同様であり、各々のフラクションについて、プロピレン・エチレンランダム共重合体の寄与を算出して加え合わせたものがプロピレン・エチレンランダム共重合体部分の含有量となる。
【0084】
(i)上述したように、CFC測定により得られるフラクション1~2に対応する平均エチレン含有量をそれぞれA40、A100とする(単位はいずれも質量%である)。平均エチレン含有量の求め方は後述する。
(ii)フラクション1の微分分子量分布曲線におけるピーク位置に相当するエチレン含有量をB40とする(単位は質量%である)。フラクション2については、プロピレン・エチレンランダム共重合体部分が40℃ですべて溶出してしまうと考えられ、同様の定義で規定することができないので、本発明では実質的にB100=100と定義する。B40、B100は各フラクションに含まれるプロピレン・エチレンランダム共重合体部分のエチレン含有量であるが、この値を分析的に求めることは実質的には不可能である。その理由はフラクションに混在するプロピレン単独重合体とプロピレン・エチレンランダム共重合体を完全に分離・分取する手段がないからである。種々のモデル試料を使用して検討を行った結果、B40はフラクション1の微分分子量分布曲線のピーク位置に相当するエチレン含有量を使用すると、材料物性の改良効果をうまく説明することができることがわかった。また、B100はエチレン連鎖由来の結晶性を持つこと、および、これらのフラクションに含まれるプロピレン・エチレンランダム共重合体の量がフラクション1に含まれるプロピレン・エチレンランダム共重合体の量に比べて相対的に少ないことの2点の理由により、100と近似する方が、実態にも近く、計算上も殆ど誤差を生じない。そこでB100=100として解析を行うこととしている。
【0085】
(iii)上記の理由からプロピレン・エチレンランダム共重合体部分の比率(Wc)を以下の式に従い、求める。
Wc(質量%)=W40×A40/B40+W100×A100/100 …(II) つまり、(II)式右辺の第一項であるW40×A40/B40は結晶性を持たないプロピレン・エチレンランダム共重合体含有量(質量%)を示し、第二項であるW100×A100/100は結晶性を持つプロピレン・エチレンランダム共重合体部分含有量(質量%)を示す。
ここで、B40およびCFC測定により得られる各フラクション1および2の平均エチレン含有量A40、A100は、次のようにして求める。
微分分子量分布曲線のピーク位置に対応するエチレン含有量がB40となる。また、測定時にデータポイントとして取り込まれる、各データポイントの質量割合と各データポイントのエチレン含有量の積の総和がフラクション1の平均エチレン含有量A40となる。
フラクション2の平均エチレン含有量A100も同様に求める。
【0086】
なお、上記3種類の分別温度を設定した意義は次の通りである。本発明のCFC分析においては、40℃とは結晶性を持たないポリマー(例えば、プロピレン・エチレンランダム共重合体の大部分、もしくは結晶性プロピレン系重合体部分の中でも極端に分子量の低い成分およびアタクチックな成分)のみを分別するのに必要十分な温度条件である意義を有する。100℃とは、40℃では不溶であるが100℃では可溶となる成分(例えばプロピレン・エチレンランダム共重合体中、エチレン及び/またはプロピレンの連鎖に起因して結晶性を有する成分、および結晶性プロピレン系重合体部分)のみを溶出させるのに必要十分な温度である。140℃とは、100℃では不溶であるが140℃では可溶となる成分(例えば、結晶性プロピレン系重合体部分中特に結晶性の高い成分、およびプロピレン・エチレンランダム共重合体中の極端に分子量が高くかつ極めて高いエチレン結晶性を有する成分)のみを溶出させ、かつ分析に使用するプロピレン系ブロック共重合体の全量を回収するのに必要十分な温度である。なお、W140にはプロピレン・エチレンランダム共重合体成分は全く含まれないか、存在しても極めて少量であり実質的には無視できることからプロピレン・エチレンランダム共重合体の比率やプロピレン・エチレンランダム共重合体のエチレン含有量の計算からは排除する。
【0087】
(2-6)プロピレン・エチレンランダム共重合体部分のエチレン含量
本発明におけるプロピレン系ブロック共重合体におけるプロピレン・エチレンランダム共重合体部分のエチレン含有量は、上述で説明した値を用い、次式から求められる。
プロピレン・エチレンランダム共重合体部分のエチレン含量(質量%)=(W40×A40+W100×A100)/Wc
但し、Wcは先に求めたプロピレン・エチレンランダム共重合体部分の比率(質量%)である。
【0088】
(2-7)固有粘度の測定
本発明におけるプロピレン系ブロック共重合体における結晶性プロピレン系重合体部分とプロピレン・エチレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]pは、ウベローデ型粘度計を用いてデカリンを溶媒として温度135℃で測定する。
まず、結晶性プロピレン系重合体部分の重合終了後、一部を重合槽よりサンプリングし、固有粘度[η]pを測定する。次に、結晶性プロピレン系重合体部分を重合した後、プロピレン・エチレンランダム共重合体を重合して得られた最終重合物(F)の固有粘度[η]Fを測定する。[η]cは、以下の関係から求める。
[η]F=(100-Wc)/100×[η]p+Wc/100×[η]c
【0089】
(3)ゲルの評価方法
プロピレン系ブロック共重合体の造粒体100質量部に対して、青色顔料0.5部をドライブレンドし、型締め圧30トンの(株)新潟鐵工所製NN30-H4000射出成型機、および、幅2mmのフィルムゲートを持つ金型を用いて、成型温度240℃、射出圧力1次圧=55kgf/cm、2次圧=45kgf/cmにて50mm四方×厚み2mmの射出シートを成形する。
成形した10枚のシートの一面に対し、透過型光学顕微鏡を用いて目視にてゲルのサイズ測定、および、ゲルの個数のカウントを行う。
全ての目視カウントされたゲルのうちで、長径が50μm以上のゲルを「総ゲル」として、1平方cm当たりの個数に換算する。なお、ここでの長径とは、観察されるゲルの外周の2点を結ぶ直線のうち最大の長さのことをいう。
長径が300μm以上のゲルを「大ゲル」として、1平方cm当たりの個数に換算して評価する。
【0090】
(4)プロピレン系ブロック共重合体中のポリオキシアルキレン系化合物の定性方法
プロピレン系ブロック共重合体試料5.0gにアセトニトリル70mlを加え、30℃で1時間、含有成分を超音波抽出する。そのアセトニトリル溶液を濾紙(ADVANTEC社製 5C濾紙)で濾過して濾液を回収し、エバポレーターと真空乾燥(25℃で1時間)によって、アセトニトリルを除去する。そして、乾燥した濾過物にオルトジクロロベンゼン/重水素化臭化ベンゼン=2/1(体積比)1.0mlを添加し溶液を作製する。
その溶液をNMR試料管に入れ、NMR測定を実施し、H-NMRスペクトルで3.8~3.2ppmに検出される、ポリオキシエチレン(POE)に由来するピークの有無により、ポリオキシアルキレン系化合物の存在有無を確認する。
<装置>JEOL RESONANCE社製 JNM-ECS400 FT NMR
<Probe>:5mm FG/THオートチューンプローブ
<測定温度>室温
H-NMR測定>:溶媒の事前飽和消去、フリップ角=45°、spin on、フリップ角=45°、パルス間隔=9.8秒、積算回数=256回
【0091】
[触媒製造例]
(1)プロピレン重合用固体触媒成分の調製
固体成分の調製撹拌装置を備えた容量10Lのオートクレーブを充分に窒素で置換し、精製したトルエン2Lを導入した。ここに、室温で、Mg(OEt)を200g、TiClを1L添加した。温度を90℃に上げて、フタル酸ジ-n-ブチルを40ml、フタル酸ジエチルを10ml導入した。その後、温度を110℃に上げて3hr反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで充分に洗浄した。次いで、精製したトルエンを導入して全体の液量を2Lに調整した。室温でTiClを1L添加し、温度を110℃に上げて2hr反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで充分に洗浄した。次いで、精製したトルエンを導入して全体の液量を2Lに調整した。室温でTiClを1L添加し、温度を110℃に上げて2hr反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで充分に洗浄した。更に、精製したn-ヘプタンを用いて、トルエンをn-ヘプタンで置換し、固体成分のスラリーを得た。このスラリーの一部をサンプリングして乾燥し分析したところ、固体成分のTi含量は1.7質量%であった。次に、撹拌装置を備えた容量20Lのオートクレーブを充分に窒素で置換し、上記固体成分のスラリーを固体成分として100g(0.036molTi)導入した。精製したn-ヘプタンを導入して、固体成分の濃度が25g/Lとなるように調整した。SiClを50ml加え、90℃で1hr反応を行った。反応生成物を精製したn-ヘプタンで充分に洗浄した後、精製したn-ヘプタンを導入して液レベルを4Lに調整した。ここに[CH=CH-]SiMeを25ml、(i-Pr)Si(OMe)を18ml、トリエチルアルミニウムのn-ヘプタン希釈液をトリエチルアルミニウムとして40g(0.35mol)添加し、40℃で2hr反応を行った。反応生成物を精製したn-ヘプタンで充分に洗浄した。
得られたスラリーの一部をサンプリングして乾燥し分析したところ、固体触媒成分には、Tiが1.2質量%、(i-Pr)Si(OMe)が6.7質量%含まれていた。
【0092】
(2)プロピレン重合用予備重合触媒の調製
上記で得られた固体触媒成分100g(0.025molTi)を用いて、以下の手順により予備重合を行った。上記のスラリーに精製したn-ヘプタンを導入して、固体触媒成分の濃度が20g/Lとなるように調整した。スラリーを10℃に冷却した後、トリエチルアルミニウムのn-ヘプタン希釈液をトリエチルアルミニウムとして15g(0.132mol)を添加し、280gのプロピレンを4hrかけて供給した。プロピレンの供給が終わった後、更に30min反応を継続した。次いで、気相部を窒素で充分に置換し反応生成物を精製したn-ヘプタンで充分に洗浄した。得られたスラリーをオートクレーブから抜き出し、真空乾燥を行って予備重合された固体触媒成分(予備重合触媒)を得た。この予備重合された固体触媒成分(予備重合触媒)を分析したところ、固体触媒成分1gあたり2.0gのポリプロピレンを含んでおり、この固体触媒成分のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが1.2質量%、(i-Pr)Si(OMe)が6.4質量%含まれていた。
【0093】
(実施例1)
内径D:300mm、長さL:1540mm、内容積:0.10mの水平方向に撹拌機を備えた連続式横型気相重合器である横型気相反応器を2個連結してなる反応装置を用いてプロピレン系ブロック共重合体を製造した。
図1は、連続式横型気相反応装置の配置の一例を示す概略説明図である。以下、図1に示したフローシートによって説明する。
横型重合反応器(第1反応器)100を窒素ガスで置換後、シーズパウダーを29kg導入し、窒素ガスを3時間流通させた。その後、プロピレン、および水素を導入しながら昇温し、重合条件が整った時点で、触媒成分供給配管101より上記触媒製造例で得られた予備重合触媒(予備重合された固体触媒成分)を、プロピレン系重合体の重合速度が10kg/hrとなるように固体触媒成分として0.125g/hrで供給するとともに、触媒成分供給配管102よりトリエチルアルミニウムの7質量%n-ヘキサン希釈溶液をトリエチルアルミニウムとしての供給量が27mmol/hrで連続的に供給した。
第1反応器の隔壁100aの位置を反応器の上流側末端としたときに上流側末端からの距離がリサイクルガス供給配管108-1~5と同じ位置に設置してある各温度計が上流より59℃、59℃、62℃、64℃、65℃になるよう液化モノマー含有液供給配管107-1~5よりそれぞれ液化プロピレンを供給することで制御を行い、プロピレン分圧を2.0MPaに、分子量制御剤としての水素を水素/プロピレンのモル比で0.017mol/molになるよう原料水素供給配管104-1より供給することで制御し、横型反応器100内部における粉体質量が23kgを保つように重合されたホモプロピレン重合体を10kg/hrの速度で抜出配管113より連続的にベッセル114へ抜き出し、移送配管201を通じて第2反応器200に連続的に移送した。
得られたホモプロピレン重合体の一部を抜出し分析した結果、MFR=30g/10minであった。
【0094】
第2反応器200において重合温度を60℃、プロピレン分圧を1.5MPa、エチレン分圧を0.38MPa、分子量制御剤としての水素を水素/(エチレン+プロピレン)のモル比で0.00036mol/molになるよう原料水素供給配管204-1より供給することで制御し、反応ガス中のエチレンとプロピレンの比率が0.253mol/molになるよう原料エチレン供給配管204-2よりエチレンを供給することで制御した。
また、エタノール200gに対してポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテル(シグマアルドリッチより購入、商標名:ブリッジL4(Brij L4))を200g投入し、全体容積が10Lになるようヘキサンにて希釈することで、エタノール100質量部に対してポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテルが100質量部の割合である混合反応抑制剤を調製した。ポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテルが第1反応器に供給するプロピレン重合触媒(プロピレン重合用予備重合触媒からポリプロピレンを除いたもの)1gあたり7.69gの比率になるよう反応抑制剤供給配管215より混合反応抑制剤のヘキサン溶液を供給した。すなわち、前記混合反応抑制剤は、液化モノマー含有液供給配管207において液化プロピレンとの混合流として、第2工程における前記気相重合反応器(第2反応器200)に供給される。また、エタノールは第1反応器に供給されるトリエチルアルミニウムに対するモル比として0.77mol/molにて供給されることになる。
重合されたパウダーを、第2反応器200内部でパウダー質量が20kgを保つようにプロピレン系ブロック共重合体を11.6kg/hrの速度で抜出配管213より連続的に抜き出し、水分を含んだ窒素ガスを供給して反応を停止させることでプロピレン系ブロック共重合体-1を製造した。
得られたプロピレン系ブロック共重合体を分析した結果、MFR=3.5g/10min、プロピレン・エチレン系ランダム共重合体部分の比率(Wc)=14質量%、プロピレン・エチレン系ランダム共重合体部分のエチレン含量=30質量%であり、アセトニトリル抽出物のH-NMRスペクトルで3.8~3.2ppmにブリッジL4に由来するピークが観測された。
【0095】
(実施例2)
実施例1から、下記の通り変更することでプロピレン系ブロック共重合体-2を得た。
第1反応器へ供給する予備重合触媒を、プロピレン系重合体の重合速度が8kg/hrとなるように固体成分として0.133g/hrで供給するとともに、トリエチルアルミニウムの7質量%n-ヘキサン希釈溶液をトリエチルアルミニウムとしての供給量が25mmol/hrで連続的に供給するよう変更した。
プロピレン分圧を1.9MPaに変更し、第1反応器における水素/プロピレンのモル比を0.016mol/molに変更した。得られたホモプロピレン重合体の一部を抜出し分析した結果、MFR=16g/10minであった。
第2反応器において水素を水素/(エチレン+プロピレン)のモル比で0.00030mol/molになるよう変更した。
また、使用する混合反応抑制剤を、エタノール100gに対してポリオキシエチレン(2)ポリオキシプロピレン(16)ポリオキシエチレン(2)(アデカ社より購入可能なアデカプルロニック(登録商標)L-31)150g投入し、全体容積が10Lになるようヘキサンにて希釈してなる、エタノール100質量部に対してポリオキシアルキレン化合物が150質量部の割合である混合反応抑制剤に変更した。該混合反応抑制剤中に含まれるポリオキシアルキレン化合物が第1反応器に供給するプロピレン触媒1gに対して7.84gの比率になるように混合反応抑制剤を供給した。このとき、エタノールは第1反応器に供給されるトリエチルアルミニウムに対するモル比として0.61mol/molにて供給されることになる。
また、プロピレン系ブロック共重合体を9.4kg/hrの速度で抜出配管より連続的に抜き出した。
上記以外は実施例1と同様の方法でプロピレン系ブロック共重合体-2を製造した。
得られたプロピレン系ブロック共重合体を分析した結果、MFR=4.25g/10min、プロピレン・エチレン系ランダム共重合体部分の比率(Wc)=15質量%、プロピレン・エチレン系ランダム共重合体部分のエチレン含量=24質量%であり、アセトニトリル抽出物のH-NMRスペクトルで3.8~3.2ppmにL-31に由来するピークが観測された。
【0096】
(実施例3)
実施例1から下記の通り変更することでプロピレン系ブロック重合体-3を得た。
第1反応器へ供給する予備重合触媒を、プロピレン系重合体の重合速度が10kg/hrとなるように固体成分として0.204g/hrで供給するとともに、トリエチルアルミニウムの7質量%n-ヘキサン希釈溶液をトリエチルアルミニウムとしての供給量が39.9mmol/hrで連続的に供給するよう変更した。
プロピレン分圧を1.7MPaに変更し、第1反応器における水素/プロピレンのモル比を0.127mol/molに変更した。得られたホモプロピレン重合体の一部を抜出し分析した結果、MFR=310g/10minであった。
第2反応器においてプロピレン分圧を1.3MPa、エチレン分圧を0.61MPa、水素を水素/(エチレン+プロピレン)のモル比で0.00064mol/mol、反応ガス中のエチレンとプロピレンの比率が0.463mol/molになるよう変更した。
また、使用する混合反応抑制剤を、実施例2と同様の混合反応抑制剤の使用に変更した。該混合反応抑制剤中に含まれるポリオキシアルキレン化合物が第1反応器に供給するプロピレン重合触媒1gあたり9.95gの比率になるように混合反応抑制剤を供給した。このとき、エタノールは第1反応器に供給されるトリエチルアルミニウムに対するモル比として0.74mol/molにて供給されることになる。
また、プロピレン系ブロック共重合体を12.8kg/hrの速度で抜出配管より連続的に抜き出した。
上記以外は実施例1と同様の方法でプロピレン系ブロック共重合体-3を製造した。
得られたプロピレン系ブロック共重合体を分析した結果、MFR=39.1g/10min、プロピレン・エチレン系ランダム共重合体部分の比率(Wc)=22質量%、プロピレン・エチレン系ランダム共重合体部分のエチレン含量=37質量%であり、アセトニトリル抽出物のH-NMRスペクトルで3.8~3.2ppmにL-31に由来するピークが観測された。
【0097】
(比較例1)
使用する混合反応抑制剤をエタノール100gに対してポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテルを200g投入し、全体容積が10Lになるようヘキサンにて希釈することで、エタノール100質量部とポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテルが200質量部の割合である混合反応抑制剤に変更した。また、エタノールはトリエチルアルミニウムに対するモル比として0.39mol/molにて供給した。
また、プロピレン系ブロック共重合体を11.8kg/hrの速度で抜出配管より連続的に抜き出した。
これら以外は実施例1と同様の方法でプロピレン系ブロック共重合体-C1を製造した。
得られたプロピレン系ブロック共重合体を分析した結果、MFR=3.5g/10min、プロピレン・エチレン系ランダム共重合体部分の比率(Wc)=15質量%、プロピレン・エチレン系ランダム共重合体部分のエチレン含量=30質量%であり、アセトニトリル抽出物のH-NMRスペクトルで3.8~3.2ppmにポリオキシエチレン鎖に由来するピークが観測された。
【0098】
(比較例2)
図2は、連続式縦型気相反応装置の配置の一例を示す概略説明図である。図2に示したフローシートによって説明する。
内容積2000Lの流動床式反応器を2個連結してなる連続反応装置を用いて重合を行った。第1反応器300で、重合温度75℃、プロピレン分圧1.8MPa(絶対圧)、分子量制御剤としての水素を水素/プロピレンのモル比で0.028mol/molとなるように連続的に原料をプロピレンは306配管より水素は308配管より供給するとともに、プロピレン系重合体の重合速度が23kg/hrとなるように前記触媒製造例の触媒を0.55g/hrにて配管301より供給するとともに、トリエチルアルミニウムの7質量%n-ヘキサン希釈溶液を46mmol/hrで配管310より連続的に供給した。第1反応器で重合したポリプロピレン重合体は、反応器内のパウダー保有量を60kgとなるように23kg/hrの速度で311より連続的に抜き出し、401を通じて第2反応器400に連続的に移送した。
【0099】
第2反応器400で、重合温度70℃で、プロピレン分圧を1.5MPa、エチレン分圧を0.38MPaになるように、プロピレンとエチレンをエチレン/プロピレンのモル比で0.253となるように連続的にガスプロピレンを406配管よりガスエチレンを407配管より供給し、分子量制御剤としての水素を水素/プロピレンのモル比で0.00020となるように408配管より連続的に供給すると共に、ポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテル(商標名:ブリッジL4)の濃度が100g/L、エタノールの濃度20g/Lになるようヘキサンで希釈した混合反応抑制剤をポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテルが第1反応器に供給するプロピレン重合触媒1gあたり13.34gの比率になるよう配管409より循環ガスラインへ供給した。すなわち供給されるエタノールは、第1反応器に供給されるトリエチルアルミニウムに対するモル比として0.69mol/molとなる。
重合されたパウダーを、第2反応器内部でパウダーが占める容積が60kgを保つようにプロピレン系ブロック共重合体を27kg/hrの速度で配管410より連続的に抜き出し、水分を含んだ窒素ガスを供給して反応を停止させることでプロピレン系ブロック共重合体-C2を製造した。
得られたプロピレン系ブロック共重合体を分析した結果、MFR=3.5g/10min、プロピレン・エチレン系ランダム共重合体部分の比率(Wc)=14質量%、プロピレン・エチレン系ランダム共重合体部分のエチレン含量=30質量%であり、アセトニトリル抽出物のH-NMRスペクトルで3.8~3.2ppmにポリオキシエチレン鎖に由来するピークが観測されなかった。
【0100】
(比較例3)
比較例2において、第1反応器100の重合温度を61℃に、触媒供給量を0.66g/hrに変更し、また、第2反応器のプロピレン分圧を1.4MPaに変更し、エチレン/プロピレンのモル比を0.295に変更した。さらに第2反応器200に供給する反応制御剤の濃度をエタノール20g/Lのヘキサン希釈液に変更し第1反応器に供給するトリエチルアルミニウムの量に対して1.49モル比となるよう供給した。上記以外は比較例2と同様の方法でプロピレン系ブロック共重合体-C3を製造した。
【0101】
(比較例4)
比較例2において、第2反応器200の温度を60℃に、プロピレン分圧を1.2MPaに変更し、エチレン/プロピレンのモル比を0.266に変更した。さらに第2反応器に供給する反応制御剤をシグマアルドリッチより購入できる商標名:L-121(ポリオキシエチレン(5)-ポリオキシプロピレン(69)-ポリオキシエチレン(5))に変更し、L-121を触媒に対して1.32g/gになるように投入した。上記以外は比較例2と同様の方法でプロピレン系ブロック共重合体-C4を製造した。
【0102】
(比較例5)
実施例1において、使用する反応抑制剤をエタノール濃度が10g/Lのヘキサン希釈液に変更し、第1反応器に供給するトリエチルアルミニウムの量に対して1.06モル比となるよう供給し、プロピレン系ブロック共重合体を11.3kg/hrの速度で抜出配管より連続的に抜き出した以外は実施例1と同様の方法でプロピレン系ブロック共重合体-C5を製造した。
【0103】
(比較例6)
実施例3において、第1反応器へ供給する予備重合触媒を、プロピレン系重合体の重合速度が10kg/hrとなるように固体成分として0.222g/hrで供給するとともに、トリエチルアルミニウムの7質量%n-ヘキサン希釈溶液をトリエチルアルミニウムとしての供給量が41mmol/hrで連続的に供給するよう変更し、プロピレン分圧を2.0MPaに変更し、第1反応器における水素/プロピレンのモル比を0.140mol/molに変更した。また、使用する反応抑制剤をエタノール濃度10g/Lのヘキサン希釈液に変更し、第1反応器に供給するトリエチルアルミニウムの量に対して1.28モル比となるよう供給するよう変更した。得られたホモプロピレン重合体の一部を抜出し分析した結果、MFR=360g/10minであった。
第2反応器においてプロピレン分圧を1.4MPa、エチレン分圧を0.57MPa、水素を水素/(エチレン+プロピレン)のモル比を0.00077mol/mol、反応ガス中のエチレンとプロピレンの比率が0.422mol/molになるよう変更し、プロピレン系ブロック共重合体を11.0kg/hrの速度で抜出配管より連続的に抜き出した以外は実施例3と同様の方法でプロピレン系ブロック共重合体-C6を製造した。
【0104】
[造粒工程]
上記実施例、比較例で得られたプロピレン系ブロック共重合体それぞれ100質量部に対して、酸化防止剤として、1,3,5-トリス(4-t-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)-トリオン (日本サイテックインダストリーズ株式会社製、商品名:サイアノックス1790)0.1質量部、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト (チバガイギー社製、商品名:イルガホス168)0.09質量部、3,9-ビス(2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノキシ)-2,4,8,10-テトラオキサ-3,9-ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン (株式会社ADEKA社製、商品名:アデカスタブPEP-36)0.05質量部、N,N‐ビス(オクタデシル)ヒドロキシルアミン (チバガイギー社製、商品名:イルガスタブFS042)0.09質量部、中和剤としてステアリン酸カルシウム0.03質量部を添加し、スーパーミキサー(川田製作所製)で5分間混合、ブレンドした。得られたブレンド物を用いて、以下の装置、条件下で水中カット造粒法によりプロピレン系ブロック共重合体の造粒体を得た。
混錬押出機:内径110mm 単軸押出機
ダイス:TiC、φ2.5mm、20穴、ヒートチャンネル式
カッター刃:TiC、4枚、掬い角50°
造粒処理レート:200kg/hr
スクリーンパックフィルター:無し
【0105】
重合結果及び評価結果を表1及び表2に示す。
【0106】
【表1】
【0107】
【表2】
【0108】
比較例2及び4の結果より、混合反応抑制剤又はポリオキシアルキレン系化合物を循環ガスラインに供給し、重合反応反応器に液化プロピレンとの混合流として供給しなかった場合は、プロピレン系ブロック共重合体粒子中にポリオキシアルキレン系化合物の存在が観測されなかった。一般的なポリプロピレンのガス重合反応条件下では本発明で使用するポリオキシアルキレン系化合物は気化し難いため、混合反応抑制剤をモノマーガス流に同伴させて反応器に供給しようとしても重合パウダーまで到達し難く、効果を発揮しなかったと推定される。
実施例1~3、及び比較例1~6との対比より、ポリオキシアルキレン系化合物がプロピレン系ブロック共重合体粒子中に含まれる場合は、そうでない場合と比較してゲルの個数が低下することが示されている。また、混合反応抑制剤を循環ガスラインに供給し、重合反応反応器に液化プロピレンとの混合流として供給した実施例1~3、比較例1では、触媒1g当たりの製品の生産効率を高めることが可能なことが示されている。
更に、実施例1と比較例1の対比より、比較例1では、ポリオキシアルキレン系化合物が存在していても、特定の比率でアルコールが共存しない場合には、ゲル発生抑制の効果は劣ることが示されている。
それに対して、本発明の実施例1~3では、混合反応抑制剤が特定の割合で、第2工程における重合反応槽に液化プロピレンとの混合流として供給されることにより、高固有粘度プロピレン・エチレン系共重合体を含有するプロピレン系ブロック共重合体を、多段連続重合法において反応器の数を必要以上に増やすことなくゲルを低減させながら、かつ、高い触媒効率で製造することができることが示されている。
実施例3及び比較例6のように水素/プロピレンのモル比を多くして流動性の高いプロピレン系ブロック共重合体を製造するとゲルがより多く発生する傾向がみられるが、そのような場合でも、混合反応抑制剤が特定の割合で、第2工程における重合反応槽に液化プロピレンとの混合流として供給されることにより、長径300μm以上の特に外観を悪化させるゲルを低減させながら、かつ、高い触媒効率で製造することができることが示されている。
【符号の説明】
【0109】
100 横型重合反応器(第1反応器)
100a,100b 隔壁
101 触媒成分供給配管
102 触媒成分供給配管
103 原料モノマー供給配管
104-1、104-2 原料水素供給配管
105,106 配管
107、107-1、107-2、107-3、107-4、107-5 液化モノマー含有液供給配管
108、108-1、108-2、108-3、108-4、108-5 リサイクルガス供給配管
109 撹拌機
109a 水平軸
109b 攪拌翼
110 未反応ガス抜出し配管
111 リサイクルドラム
112 圧縮機
113 重合体抜出し配管
114 ベッセル
201 移送配管
200 第2反応器
210a,210b 隔壁
202 触媒成分供給配管
203 原料モノマー供給配管
204-1 原料水素供給配管
204-2 原料エチレン供給配管
205,206 配管
207、207-1、207-2、207-3、207-4、207-5 液化モノマー含有液供給配管
208、208-1、208-2、208-3、208-4、208-5 リサイクルガス供給配管
209 撹拌機
209a 水平軸
209b 攪拌翼
210 未反応ガス抜出し配管
211 リサイクルドラム
212 圧縮機
213 重合体抜出し配管
214 酸素供給配管
215 反応抑制剤供給配管
300 第1反応器
301 触媒成分供給配管
302 ガス分散板
303 サイクルガス抜出配管
304 サイクルガスコンプレッサー
305 サイクルガスクーラー
306 プロピレン供給配管
307 エチレン供給配管
308 水素供給配管
309 外部電子供与体供給配管
310 配管
311 パウダーディスチャージケース
400 第2反応器
401 レジントランスファーケース
402 ガス分散板
403 サイクルガス抜出配管
404 サイクルガスコンプレッサー
405 サイクルガスクーラー
406 ガスプロピレン供給配管
407 ガスエチレン供給配管
408 水素供給配管
409 混合反応抑制剤供給配管
410 重合体抜出し配管
図1
図2