(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒の存在下で１〜100barの絶対圧力下で50〜120℃の温度で直列に接続された２つの液体充満ループ反応器中で、エチレンと精々20モル％の１以上の３〜10の炭素原子のα−アルケンとを重合させるための、平均分子量が規制される方法であり、コモノマーの導入が本質的に第一反応器において実施され、0.01〜10g/10'のHLMIを有するポリマーを生成させるように分子量が第一反応器中で規制され、第一反応器中の滞留時間が全ポリマーの30〜70重量％を製造するように調節され、そして最後のポリマーが1g/10'よりも高いHLMIを有するようなポリマーを生成させるように分子量が第二反応器において規制されるように重合を実施することを含んで成る方法であって、移送のために第一反応器の１以上の沈降脚を使用することから成る改善を含んで成る方法。
【請求項２】
沈降脚の内容物が、それが第一反応器中の固体濃度よりも少なくとも５重量％高い固体濃度を有する時にはいつでも移送される、請求の範囲１記載の方法。
【請求項３】
沈降脚の内容物が、それが第一反応器中の固体濃度よりも少なくとも10重量％高い固体濃度を有する時にはいつでも移送される、請求の範囲２記載の方法。
【請求項４】
沈降脚の内容物が、それが第一反応器中の固体濃度よりも少なくとも20重量％高い固体濃度を有する時にはいつでも移送される、請求の範囲３記載の方法。
【請求項５】
触媒が、有機マグネシウム化合物とチタン化合物との反応生成物である遷移金属成分、有機アルミニウム化合物及び必要に応じて１以上の電子供与体から成り、そして平均分子量が水素によって規制される、請求の範囲１から４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
重合温度が60〜110℃のものである、請求の範囲１から５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
重合圧力が30〜50barのものである、請求の範囲１から６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
第一反応器中で生成されるポリマーが0.01〜5g/10'、好ましくは0.1〜2g/10'のHLMIを有する、請求の範囲１から７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
最後のポリマーが5g/10'よりも高いHLMIを有する、請求の範囲１から８のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、広い分子量分布を有するポリエチレンを製造するための方法に関する。更に特別には、本発明は、広い又は２モードの分子量分布を有する高密度ポリエチレンコポリマーの製造に関する。
本明細書中では以後ポリエチレンと呼ぶ高密度ポリエチレンに関しては、分子量分布（MWD）は、ポリマーの特性、そしてそれ故その最終用途を決定する基本的な特性の一つである。
独立に取られた各々の特性の影響を評価することは困難であろうけれども、分子量が機械的特性を殆ど決定し一方分子量分散が流動学的特性（rheological properties）を殆ど決定するということは一般的に受け入れられている。
分子量の増加は通常は樹脂の物理的特性を改善するので、高分子量ポリエチレンに対する需要が存在する。しかしながら、高分子量はポリマーを加工することを一層難しくする傾向がある。一方、MWDの増加は、加工の間の高い剪断速度での流動性を改善する傾向がある。かくして、MWDを広げることは、吹込及び押出技術におけるようなかなり高いダイスエル（die swell）での速い加工を要求する用途において、高分子量（＝低メルトフローインデックス）ポリエチレンの加工を改善する一つのやり方である。
広いMWDと組み合わせられた高分子量を有するポリエチレンにおいては、比較的低い分子量部分が加工を助け一方比較的高い分子量部分がフィルムの良好な耐衝撃性に寄与し、かくしてこのようなポリエチレンは比較的低いエネルギー要求で比較的高い処理量率で加工されるということが一部に信じられている。
MWDは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって得られる曲線によって完全に述べられるであろう。しかしながら、MWDは、数平均分子量に対する重量平均の比を表し、多分散性指数とも呼ばれ、そして良い評価値である数字によって一般には述べられる。
用途に依存して、必要とされるMWDは10〜30の範囲であろう。
広い分布の利点を得るために、異なる分子量を有するポリエチレンをブレンドすることによって広いMWDを有するポリエチレンを製造することがまず提案された。しかしながら、ブレンドはその場で製造されたポリエチレンの密接な混合物のようには振る舞わないので、結果は満足ではなかった。
１つの反応器中で２ステップ反応を使用することもまた提案された。このような方法の例は、GB−1174542−Ａ、GB−2020672−Ａ及びBE−883687−Ａ中に述べられている。
直列に接続された数個の反応器を使用することも更に提案された。
この目的のためには、エチレンがハロゲン含有有機アルミニウム化合物、遷移金属化合物及び各々の段階で異なる量の水素の存在下で２段階で重合される多モードのエチレンポリマーの製造のための方法が知られている（GB  1233599）。
更にまた、低いH2/C2H4比で第一段階において高分子のポリマーが製造されそして高いH2/C2H4比で第二段階において低分子のポリマーが製造される、２段階重合によるオレフィンポリマーの製造のための方法が知られている。（EP−Ａ  57,352）。使用される触媒は、なかんずく、両方とも溶液中にある、酸素含有有機マグネシウム化合物及び酸素含有有機チタン化合物の反応生成物と一緒のハロゲン含有有機アルミニウム化合物、並びにハロゲン化アルミニウムである。類似の方法はEP−57420−Ａ中に開示されている。
第二反応器中の圧力が第一反応器におけるよりも低く保持される、２段階でエチレンを重合する方法もまた提案された。この重合は、通常のチーグラー−ナッタ触媒、例えば固体担体の上に支持された遷移金属触媒、及び有機アルミニウム化合物の存在下で実施される。このような方法の例は米国特許第4,414,369号及び第4,338,424号中に述べられている。
しかしながら、このような方法によって得られるエチレンポリマーは、その機械的特性に関しては非常に好都合ではない。直列に接続された２つの液体充満（liquid−full）ループ反応器を含む先行技術の方法を改善することができることがここに見い出された。
それ故、本発明の目的は、良好な加工性、良好な物理的特性及び多様な応用性を有するエチレンコポリマーを生成させるエチレンの共重合のための方法に対する改善を提供することである。
この目的は、移送のために第一反応器の１以上の沈降脚（settling  legs）を使用することから成る改善を含んで成る、直列に接続された液体充満ループ反応器を含む２段階方法によって達成することができることが見い出された。
広い分子量分布及び非常に良好な均一性を有するポリアルケンが、触媒の存在下で１〜100barの絶対圧力下で50〜120℃、好ましくは60〜110℃の温度で直列に接続された２つの液体充満ループ反応器中で、エチレンと、精々20モル％の１以上の３〜10の炭素原子の他のα−アルケンとを重合させるための、平均分子量が規制される方法であり、コモノマーの導入が本質的に第一反応器において実施され、0.01〜10g/10'の高荷重メルトインデックス（HLMI;ASTM−D1238、190℃/21.6kg）を有するポリマーを生成させるように分子量が第一反応器中で規制され、そして第一反応器中の滞留時間が全ポリマーの30〜70重量％を製造するように調節され、一方最後のポリマーが1g/10'よりも高いHLMIを有するようなポリマーを生成させるように分子量が第二反応器において規制されるように重合を実施することを含んで成る方法であって、移送のために第一反応器の１以上の沈降脚を使用することから成る改善を含んで成る方法によって得ることができることがここに見い出された。
エチレンは、触媒システム（即ち共触媒と予備接触された触媒）と一緒に第一ループ反応器中にコモノマーと共に注入される。
エチレンのスラリー重合は、直列に接続された２つの液体充満ループ反応器中で実施される。ループ反応器は、当該技術において知られているのでここで説明する必要はない。例えば米国特許US−3,152,872−Ａ、US−3,242,150−Ａ及びUS−4,613,484−Ａが引用される。
既に指示したように、α−オレフィンコモノマーは、本質的に第一反応器中に導入されそして共重合されねばならない。本方法において使用して良いコモノマーとして、３〜10の炭素原子を有するα−オレフィン、好ましくは１−ヘキセンが使用される。
重合は、50〜120℃、好ましくは60〜110℃の温度で、そして１〜100bar、好ましくは30〜50barの圧力で実施される。
分子量規制は、当該技術において知られているので更に説明する必要はない。チーグラー−ナッタタイプの触媒を使用する時には、好ましくは水素が使用され、水素圧力が高ければ高いほど結果としてそれだけ低い平均分子量をもたらす。かくして、水素は、第一反応器中では低い濃度、例えば０〜0.1容量％から成る濃度で、そして第二反応器中では非常に高い濃度、例えば0.5〜2.4容量％で維持される。クロムタイプの触媒が使用される時には、分子量を規制するために好ましくは重合温度が使用される。第一反応器の後では、HLMIは、好ましくは0.01〜5g/10'、最も好ましくは0.1〜2g/10'であるべきである。最後のポリマーのHLMIは、いずれにしても第一反応器の後で得られるポリマーのものよりも高く、好ましくは5g/10'よりも高い。
第一反応器において得られるエチレンポリマー流れは、第一反応器の１以上の沈降脚を通して、例えば２つの沈降脚を使用して（各々の１つは独立に反応器スラリーで満たされ、固体は重力沈降によって濃縮され、そして排出される）第二反応器中に移送される。ループ反応器は通常は25〜45重量％の固体で運転され、そして沈降脚が反応器中の固体濃度よりも少なくとも５重量％高い、更に好ましくは少なくとも10％高い、最も好ましくは少なくとも20％高い濃度で固体によって満たされている時に沈降脚の内容物を移送することが好ましい。第二反応器に移送されるスラリーは、通常は40〜65重量％の固体を含む。固体と液体の付加的な分離は、本発明の方法を変えないであろう。
移送（transfer）のための沈降脚の使用は改善された特性を有するポリマーを結果としてもたらすことが驚くべきことに見い出された。これは、異なる条件下で逐次運転される１つの反応器又はそれらの間でスラリーが移送される２つの液体充満反応器を心に描く先行技術を凌いで本当に非常に驚くべきことであった。
重合条件下では、ポリマーの高分子量部分（HMW）は第一反応器中で生成されることが見い出された。一般に、この部分は、２モードのポリマーの10〜90重量％そして好ましくは30〜70重量％に相当する。
本発明の方法によれば、反応器の間の移送は、第一反応器の１以上の沈降脚を使用して実施される。ループ反応器の沈降脚は、当該技術において知られているのでここで説明する必要はない。例えば米国特許US−3,152,872−Ａ、US−3,242,150−Ａ及びUS−4,613,484−Ａが引用される。
本発明の好ましい実施態様によれば、有機マグネシウム化合物とチタン化合物との反応生成物である遷移金属成分（成分Ａ）、有機アルミニウム化合物（化合物Ｂ）、及び必要に応じて１以上の電子供与体から成る触媒Ｃが使用される。
成分Ａの製造のために適切な遷移金属化合物としては、四価のハロゲン化チタン化合物、好ましくは一般式TiXn（OR）4-n［式中、ｎは１〜４であり、Ｘは塩素又は臭素を表し、そしてＲは同一の又は異なる炭化水素基、殊に１〜18、好ましくは１〜10の炭素原子を有する直鎖の又は分岐したアルキル基を表す］のチタン化合物を使用して良い。これらの例は、TiCl4、Ti（OC2H5）2Cl2、Ti（OC2H5）3Cl、Ti（OC3H7）2Cl2、Ti（OC3H7）3Cl、Ti（OiC3H7）2Cl2、Ti（OiC3H7）3Cl、Ti（OiC4H9）2Cl2及びTi（OiC4H9）3Clである。
ある場合においては、それぞれのオルトチタン酸エステルをTiCl4と対応する割合で反応させることによってその場で上の式のハロゲノオルトチタン酸エステルを製造することが有利であろう。
この反応は有利には０〜200℃の温度で実施され、上方温度限度は使用される四価のハロゲン化チタン化合物の分解温度によって決定される。それは有利には60〜120℃の温度で実施される。
この反応は、不活性希釈剤、例えば低圧法のために現在使用されている樹脂族又は脂環式炭化水素例えばプロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン並びに芳香族炭化水素例えばベンゼン又はトルエン中で行われて良い。酸素、硫黄化合物及び水分を注意深く除いた水素化ジーゼルオイル留分もまた有用である。
引き続いて、炭化水素中に不溶性であるマグネシウムアルコラート及び四価のハロゲン化チタン化合物の反応生成物から、使用されたチタン（IV）化合物がその中に容易に可溶性である上の不活性希釈剤の１つで反応生成物を数回洗浄することによって未反応チタン化合物を除く。
成分Ａを製造するためには、マグネシウムアルコラート、好ましくは一般式Mg（OR'）２［式中、R'は同一の又は異なる炭化水素基、好ましくは１〜10の炭素原子を有する直鎖の又は分岐したアルキル基を表す］のものを使用して良い。１〜４の炭素原子のアルキル基を有するマグネシウムアルコラートが好ましい。これらの例は、MG（OCH3）２、MG（OC2H5）２、MG（OC3H7）２、Mg（OiC3H7）２、Mg（OC4H9）２、Mg（OiC4H9）２及びMg（OCH2−CH2−C6H5）２である。
マグネシウムアルコラートは、既知の方法によって、例えばマグネシウムをアルコール、殊に一価の脂肪族アルコールと反応させることによって製造することができる。
一般式Ｘ−Mg−OR'［式中、Ｘはハロゲン、（SO4）1/2、カルボキシレート、殊にアセテート、又はOHを表し、そしてR'は上の意味を有する］のマグネシウムアルコラートもまた使用して良い。
これらの化合物は、例えば、対応する無水酸のアルコール性溶液をマグネシウムと反応させることによって得られる。
成分Ａチタン含量は、1.5〜20重量％の範囲内で良い。それは、反応時間、反応温度、及び使用される四価のハロゲン化チタン化合物の濃度によって制御することができる。
マグネシウム化合物の上に固定されたチタン成分の濃度は、有利には、１リットルの分散剤又は反応器容積あたり0.005〜1.5ミリモル、好ましくは0.03〜0.8ミリモルの範囲にある。
使用される有機アルミニウム化合物は、１〜16の炭素原子を有するアルキル基を有するアルミニウムトリアルキル又は水素化アルミニウムジアルキル、好ましくはAl（iBu）３（Bu＝ブチル）又はAl（iBu）2H、及び４〜20の炭素原子を含むジオレフィン、好ましくはイソプレンの反応生成物、例えばアルミニウムイソプレニルで良い。
更にまた、成分Ｂとして適切なのは、塩素化有機アルミニウム化合物、例えば式R"2AlClの一塩化ジアルキルアルミニウム又は式R"3Al2Cl3の三塩化アルキル二アルミニウム［式中、式R"は同一の又は異なる炭化水素基、好ましくは１〜16の炭素原子、好ましくは２〜12の炭素原子を有するアルキル基を表す］、例えば（C2H5）2AlCl、（iC4H9）2AlCl、（C2H5）3Al2Cl3である。
成分Ｂとしては、式AlR'"3
のアルミニウムトリアルキル又は式AlR'"2Hの水素化アルミニウムジアルキル［式中、式R'"は、同一の又は異なる炭化水素、好ましくは１〜16、好ましくは２〜６の炭素原子を有するアルキル基を表す］、例えばAl（C2H5）３、Al（C2H5）2H、Al（C3H7）３、Al（C3H7）2H、Al（iC4H9）３、又はAl（iC4H9）2Hを使用することが有利である。
成分Ｂは、１リットルの反応器容積あたり0.1〜10ミリモル、好ましくは0.5〜５ミリモルの濃度で使用して良い。
触媒Ｃは必要に応じて１以上の通常の電子供与体を含んで良く、加えて、これらの電子供与体は内部及び／又は外部タイプのもので良い。電子供与体は当該技術において知られている。通常の電子供与体はエステル化合物例えばイソアルキルフタレート、ジエーテル化合物及びシラン化合物である。
本発明の他の実施態様によれば、他のタイプの触媒システム、例えばメタロセン触媒（通常はアルミノキサン共触媒と共に）又はクロムタイプの触媒を使用しても良い。これらのタイプの触媒は当該技術において良く知られているのでここで説明する必要はない。
以下の実施例は、本発明の範囲を限定することなく本発明の方法を例示するために与えられる。
実施例１
エチレンと１−ヘキセンとの共重合を、本明細書中で上で述べた重合方法に従って表１中に明記された条件下で直列に接続された２つの液体充満ループ反応器中で実施した。
反応器の間の移送は、第一反応器の沈降脚を通して、脚がポリマーが約60重量％に相当するスラリーによって満たされた各々の時に行われた。触媒は米国特許第4,816,433号の実施例１に従って製造された。トリイソブチルアルミニウムを共触媒として使用した。イソブタン（iC4;35kg/h）を希釈剤として使用した。
最後の生成物に関する物理的及び機械的特性もまた表１中に要約する。
比較例Ａ
エチレンと１−ヘキセンとの共重合を、表１中に指示した以外はそして第一反応器からのスラリーを移送ラインを使用して第二反応器に連続的に移送した以外は、実施例１におけるのと同じ触媒システムを使用してそして同じ反応条件下で２つの液体充満ループ反応器中で実施した。得られた樹脂の特性もまた同じ表中に述べられている。
本発明の方法を使用することによって、１−ヘキセンが高分子量部分中で優先的に重合されることが観察されるが、これはポリマーにより良い特性を賦与することが知られている（Narumi  Ishikawaら,Proc.10th  Plastic  Fuel  Gas  Pipe  Symposium,Oct.27〜29,1987,175〜183頁）。
0003553069.tif 000002