(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管型反応器に、原料モノマー、重合触媒および必要に応じて不活性媒体を加圧状態で供給して、
該反応器内に供給された前記原料モノマーおよび不活性媒体のうちの一部を気相とするとともに残余を液相として、該反応器内に原料モノマーおよび／または不活性媒体ガスからなる気相と、原料モノマーおよび／または不活性溶媒からなる液相（この液相は生成ポリマーを固体として含有していてもよい）とを存在させ、かつ反応器内の流動方向に連続的な気相を有する気液分離流または気液固分離流を形成し、
反応器内の液相を、該反応器内の気相流によって搬送しながら原料モノマーの重合を重合温度１５５〜２００℃、重合圧力０．１〜１６ｋｇ／ｃｍ2Ｆで行って、反応器出口で
の液相と気相との流量比（液相／気相）を体積流量比で０.００００１〜１０００００と
することを特徴とする重合方法。
【請求項２】
上記分離流が、層状流、波状流、環状流または環状噴霧流であることを特徴とする請求項１に記載の重合方法。
【請求項３】
分離流が、環状流または環状噴霧流であることを特徴とする請求項２に記載の重合方法。
【請求項４】
管型反応器の外周部に熱交換設備を設け、該熱交換設備に熱媒体を流通させて反応器内を加熱または冷却することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の重合方法。
【請求項５】
原料モノマーがオレフィンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の重合方法。
【請求項６】
オレフィン重合用触媒として、周期表第４族から選ばれる遷移金属触媒成分と、助触媒成分とからなり、かつ該遷移金属触媒成分１ｇ当たり５０〜５０００ｇの量でオレフィンが予備重合された予備重合触媒を用いることを特徴とする請求項５に記載の重合方法。
【請求項７】
前記予備重合触媒と、助触媒成分とを反応器内に供給するに際して、該助触媒成分を予め不活性溶媒と混合して該不活性溶媒とともに反応器内に供給することを特徴とする請求項６に記載の重合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、管型反応器内において、気液分離流または気液固分離流を形成させながら原料モノマーの重合を行なわせる分離流による重合方法に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
従来、反応装置としては槽型反応器、管型反応器、塔型反応器、流動層型反応器、特殊反応器などが知られている。
これら各反応器は、反応形態、製造目的物の物性などに応じて選択されるが、反応が重合反応である場合には、重合装置として一般的には槽型反応器または流動層反応器が用いられている。
【０００３】
重合装置として槽型反応器を用いたときには、通常、溶媒を用いて溶液（均一）重合、スラリー重合などの液相重合が行なわれ、このような液相重合では、比較的高品質のポリマーが得られ、また製造されるポリマーの物性および運転条件の制約も少ないという利点がある。
【０００４】
しかしながら上記のような槽型反応器による液相重合では、生成するポリマーを攪拌下に重合溶媒中に溶解または懸濁させ、生成ポリマーの重合液（ポリマー溶液またはスラリー）を形成させているため、重合液が高粘度化するに伴って攪拌動力も大きくなる。特に高粘度（ポリマー）重合液を工業的に製造する際には、巨大な攪拌設備を必要とし、また攪拌エネルギーも膨大化しがちである。
【０００５】
また上記の液相重合では、重合後にポリマーと溶媒とを分離する必要があり、そのための設備およびエネルギーを必要とし、さらには溶媒の精製設備を必要とすることもある。
【０００６】
重合装置として流動層反応器を用いたときには、ガス媒体により固体（触媒、生成ポリマー）を流動化させて流動床を形成させながら重合が行なわれるので、媒体の除去は一般に不要であり、安価にポリマーを製造することができる。反面、流動床を維持できる範囲にガス線速をコントロールする必要があり、反応熱が大きい重合では熱交換量によって重合が制限されたり、またポリマー融点が低い場合には流動床が形成できないこともあり、運転範囲が制限されることが多い。
【０００７】
また上記のような槽型反応器あるいは流動床型反応器では、重合の進行度に合わせて反応器の任意の位置に原材料を追加挿入してポリマーの物性をコントロールすることは困難であり、所望物性の重合体を得るためには複数の反応器を準備することが多い。
【０００８】
また重合装置として管型反応器（チューブ型反応器）を用いた重合も知られており、たとえば反応管内にモノマーガスを高圧で圧縮して超臨界流体で供給し、実質的に液相均一系で高圧反応させる高圧重合反応（高圧ポリエチレンの製造方法）、あるいは液状媒体による均一重合またはスラリー重合が知られている。またこのチューブ型反応器を、上記の槽型反応器あるいは流動床反応器の製造工程の後工程に、ポリマーの物性調整用装置として用いることも知られている。
【０００９】
しかしながら従来のチューブ型反応器を用いる重合方法では、反応管内を搬送しうる重合液の粘度（あるいは濃度）は循環ポンプの能力などにより制約されやすく、高粘度（高濃度）重合液を得ることは困難である。
【００１０】
上記のようにチューブ型反応器に高圧モノマーの超臨界流体を導入して高圧反応を行なう際には、モノマーを圧縮させるために巨大でかつ高価な圧縮装置、高圧を保持するための装置、安全設備などが必要となる。またこの超臨界流体（液）を用いる反応では、反応温度は低く抑えられることが多く、反応器の伝熱面積が広いにもかかわらず反応熱は除熱しにくい。
【００１１】
さらに液相重合の場合には、前述したように重合後に生成したポリマーを溶媒と分離する必要がある。
本発明者は、上記のような従来技術に鑑みて、優れた熱効率で、かつ少ない動力エネルギーで重合を行うことができ、製造されるポリマーの粘度、融点などの制約が少なく多種多様なポリマーを製造することができ、しかも重合後にポリマーからの溶媒除去工程を簡略化することができるような重合装置および重合方法について研究したところ、管型反応器に、原料モノマー、重合触媒および必要に応じて不活性媒体を加圧状態で供給して、前記原料モノマーおよび不活性媒体のうちの一部を気相とするとともに残余を液相として、反応器内に気相と、液相（固体を含有していてもよい）とを存在させ、かつ反応器内の流動方向に連続的な気相を有する気液分離流または気液固分離流を形成し、反応器内の液相を、該反応器内の気相流によって搬送しながら原料モノマーの重合を行って、反応器出口での液相と気相との流量比（液相／気相）を体積流量比で０.００００１〜１０００００とする分離流による重合方法は、上記のような特性を満たすことを見出して本発明を完成するに至った。
【００１２】
なお管内に導入された、気液二相または気固液三相の流体が、分離流を形成する場合があることは、文献（たとえば気液二相流技術ハンドブック「１流動様式」；日本機械学会編1989年発行）などにより知られているが、このような分離流が形成された管内で重合反応を行うことは知られていなかった。
【００１３】
【発明の目的】
本発明は、簡便な反応装置により、優れた熱効率で、かつ少ない動力エネルギで重合を行うことができ、しかも製造されるポリマーの粘度、融点などの制約が少ない重合方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【発明の概要】
本発明に係る重合方法では、
管型反応器に、原料モノマー、重合触媒および必要に応じて不活性媒体を加圧状態で供給して、
該反応器内に供給された前記原料モノマーおよび不活性媒体のうちの一部を気相とするとともに残余を液相として、該反応器内に原料モノマーおよび／または不活性媒体ガスからなる気相と、原料モノマーおよび／または不活性溶媒からなる液相（この液相は生成ポリマーを固体として含有していてもよい）とを存在させ、かつ反応器内の流動方向に連続的な気相を有する気液分離流または気液固分離流を形成し、
反応器内の液相を、該反応器内の気相流によって搬送しながら原料モノマーの重合を重合温度１５５〜２００℃、重合圧力０．１〜１６ｋｇ／ｃｍ2Ｆで行って、反応器出口で
の液相と気相との流量比（液相／気相）を体積流量比で０.００００１〜１０００００と
することを特徴としている。
【００１５】
上記分離流は、具体的に層状流、波状流、環状流または環状噴霧流であり、これらのうちでも環状流または環状噴霧流であることが好ましい。
管型反応器の外周部に熱交換設備を設け、該熱交換設備に熱媒体を流通させると、反応器内の温度を容易にコントロールすることができる。
本発明では、原料モノマーとしてオレフィンを用いることができる。
【００１６】
本発明では、このようにオレフィンを重合させる際には、周期表第４族から選ばれる遷移金属触媒成分と、助触媒成分とからなるオレフィン重合用触媒を用いることができるが、とくに該遷移金属触媒成分１ｇ当たり５０〜５０００ｇの量でオレフィンを予備重合させた予備重合触媒を用いることが好ましい。
この予備重合される遷移金属触媒成分は、通常粒子状担体化合物に担持されており、該粒子状担体化合物は、ＭｇＣｌ2またはＳｉＯ2であることが好ましい。このような予備重合触媒の粒径は、１０μｍ以上であることが望ましい。
また本発明では、上記のような遷移金属触媒成分または予備重合触媒と、助触媒成分とを反応器内に供給する際には、該助触媒成分を予め不活性溶媒と混合して不活性溶媒とともに反応器内に供給することが好ましい。
【００１７】
【発明の具体的説明】
以下本発明に係る重合方法について具体的に説明する。
なお本発明において、「重合」という語は、単独重合のみならず、共重合を包含した意で用いられることがあり、「重合体」という語は、単独重合体のみならず、共重合体を包含した意で用いられることがある。
【００１８】
図１に本発明に係る重合方法を模式的に示す。
本発明では、管型反応器１に、原料モノマー２、重合触媒３および必要に応じて不活性媒体４を加圧状態で供給して、
該反応器１内に供給された前記原料モノマーおよび不活性媒体のうちの一部を気相とするとともに残余を液相として、該反応器１内に原料モノマーおよび／または不活性媒体ガスからなる気相と、原料モノマーおよび／または不活性溶媒からなる液相（この液相は生成ポリマーを固体として含有していてもよい）とを存在させ、かつ反応器内の流動方向に連続的な気相を有する気液分離流または気液固分離流を形成し、
反応器１内の液相を、該反応器内の気相流によって搬送しながら原料モノマーの重合を行って、反応器出口１ｂでの液相と気相との流量比（液相／気相）を体積流量比で０.００００１〜１０００００としている。
【００１９】
まず上記分離流について説明する。
本明細書において、分離流とは、管型反応器（反応器）内の気液、気固または気液固からなる相の流れが、流動方向にほぼ連続した気相流を有している流れを意味し、液相、固相または固液相は連続流であっても不連続流であってもよい。
【００２０】
本発明では、このような分離流のうちでも、気液分離流、気液固分離流が好ましい。
このような分離流としては、具体的に層状流、波状流、環状流または環状噴霧流を挙げることができる。
【００２１】
気液分離流を例示して説明すると、層状流（図２(a) 参照）は、水平管内において、重力作用により液相は管底部を流れ、気相は管上部を流れることにより形成され、気液界面がほぼ平滑な面を有する流れをいう。波状流（図２(b) 参照）は、上記層状流において気相流速が増したとき、気液界面に波状を呈する流れをいう。環状流は、管壁に液膜が存在し、管断面中心部に気相が形成される流れ、環状噴霧流（図２(c) 参照）は、この気相部に液滴を含む流れをいう。
【００２２】
本発明では、これらのうちでも特に環状流または環状噴霧流が形成されることが好ましい。
なおこのような流動様式の定義については、気液二相流技術ハンドブック「１流動様式」（日本機械学会編1989年発行）などに詳細が記載されている。
【００２３】
反応器１には、原料モノマー２および重合触媒３とともに必要に応じて不活性媒体４を供給することができるが、この不活性媒体としては、重合に悪影響を及ぼさないものであれば公知の反応不活性な化合物を広く用いることができる。たとえば不活性媒体としては、炭素数１〜２０の飽和炭化水素を用いることができ、具体的にメタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカンなどの脂肪族炭化水素類、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロオクタン、シクロヘキセンなどの脂環族炭化水素を用いることもできる。
また不活性媒体として、たとえば窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを用いることができる。
【００２４】
本発明では、原料モノマーおよび必要に応じて不活性媒体をたとえば加熱器５で加熱することにより加圧状態で反応器１内に供給するが、通常、反応器入口圧力は大気圧〜１００kg／cm2・Ｆ好ましくは５〜５０kg／cm2・Ｆであることが望ましい。なお反応器入口１ａでは、反応器内特に反応器出口１ｂとの差圧により加圧状態となればよく、たとえば反応器入口圧力が大気圧であっても反応器出口１ｂが減圧状態であれば相対的に加圧状態で原料モノマーなどを供給することになる。
【００２５】
反応器内では、供給された原料モノマーおよび不活性媒体のうちの一部を気相とし、残余を液相として、気相と、液相とを形成させる。
反応器に供給される原料モノマーおよび上記不活性媒体のうち、常圧下での沸点が２００℃以下好ましくは１５０℃以下、特に好ましくは１００℃以下のものは、反応器内で気相を形成する場合がある。
【００２６】
具体的に反応器内で気相として存在しうる不活性媒体としては、上記窒素などの不活性ガス、および上記飽和炭化水素のうちでも炭素数１〜２０の飽和炭化水素が挙げられ、好ましくは炭素数３〜１０の飽和炭化水素が挙げられる。
【００２７】
気相は、原料モノマーガスのみ、あるいは不活性ガスから形成されてもよく、これらの混合ガスで形成されてもよい。
気相中には、２種以上の原料モノマーガスまたは２種以上の不活性ガスが含まれていてもよい。また気相中には、他のガス状成分たとえば分子量調節剤としての水素などが含まれていてもよい。
【００２８】
また液相は、上記原料モノマーおよび上記不活性媒体のうち、気相を形成しない残余の原料モノマーおよび／または不活性媒体から形成される。
上記原料モノマーおよび上記不活性媒体のうち、常圧下での沸点が−１５０℃以上好ましくは−４０℃以上で、かつ３５０℃以下であるものは、反応器内で液相で存在しうる。
【００２９】
具体的に、上記飽和炭化水素のうちでも炭素数１〜２０好ましくは３〜１０の炭化水素が挙げられる。
液相中には、２種以上の原料モノマーまたは２種以上の不活性溶媒が含まれていてもよい。
【００３０】
またこの液相は生成するポリマーを固体（スラリー）として含有していてもよい。
なお反応器内で液相を形成しうる原料モノマーまたは不活性媒体は、気相を形成しうる原料モノマーまたは不活性媒体に対して、体積比で０.００００１〜１０００００好ましくは０.００１〜１００００の量で反応器内に供給することが望ましい。
【００３１】
触媒は、気液固のいずれの状態で供給されてもよい。この触媒成分および供給方法については詳細を後述する。
本発明では、供給された諸成分は、反応器内で上述したような気液分離流または気液固分離流を形成し、反応器内の液相または固液相を、該反応器内の原料モノマーおよび／または不活性媒体ガス（以下搬送ガスともいう）からなる気相によって搬送しながら、原料モノマーの重合を行っている。
【００３２】
原料モノマー、触媒および不活性媒体を管型反応器内に供給して上記のような分離流を形成する際には、一般には管内の最もガス線速が遅い部分でのガス線速が、０.５〜５００ｍ／sec 、好ましくは１〜３００ｍ／sec 、特に好ましくは３〜１５０ｍ／sec であることが望ましい。
【００３３】
ガス線速は、反応器出口１ｂでのガス流量（体積）について、温度・圧力補正および気液平衡計算を行い、反応器内のガス流量（体積）に換算した後、反応器内をこのガスのみが流通したものとして換算したときのガス流量を、反応器の流れ断面積で除することにより得られる値である。なお反応器出口１ｂでのガス流量（体積）は、反応器出口１ｂに気液分離器を接続し、気液分離器のガス排出管から排出されるガス流量を体積流量計で測定して求めることができる。
【００３４】
反応器内で上記のような分離流を形成しながら行なわれる重合では、重合圧力が、通常０.１〜１０００kg／cm2Ｆ、好ましくは１.１〜１００kg／cm2Ｆさらに好ましくは１.５〜８０kg／cm2Ｆ特に好ましくは１.７〜５０kg／cm2Ｆであることが望ましい。この重合圧力は、反応器入口１ａでの圧力と反応器出口１ｂでの圧力との平均値である。
【００３５】
また重合温度は、通常−５０〜＋３００℃好ましくは−２０〜＋２５０℃以下特に好ましくは２０〜２００℃であることが望ましい。
生成したポリマーは、液相中に溶解してまたは液相中に懸濁した状態で上記搬送ガスにより搬送される。
【００３６】
なお反応器内液相中の原料モノマーは重合により消費されることにより、また不活性媒体は重合熱で加熱されることにより、反応器出口１ｂでは、ポリマーのみからなる液相が形成されることがある。
【００３７】
反応器出口１ｂでの液相（ポリマー液）は、通常、ホッパーなどのポリマー分離器６でポリマーと溶媒とを分離した後得られたポリマーを押出機（図示せず）に供給するが、この反応器出口１ｂでの液相（ポリマー液）は実質的に溶媒を含有していないかまたは極少量しか含有していないので、場合によっては直接押出機に導入することも可能である。
【００３８】
液相中の生成ポリマーの濃度は特に限定されないが、たとえば１００重量％〜３５重量％好ましくは９０〜４０重量％の高濃度であってもよく、それより低濃度であってもよい。
【００３９】
反応器出口１ｂでは、上記のようにしてポリマーのみからなるか、あるいは原料モノマーまたは不活性媒体にポリマーが溶解または懸濁してなる液相が得られる。
本発明では、反応器出口１ｂでのこの液相と気相との流量比（液相／気相）（Ｓ／Ｇ比）を、体積流量比で、０.００００１〜１０００００、好ましくは０.００００１〜１００００、特に好ましくは０.００００１〜１０００としている。
【００４０】
上記Ｓ／Ｇ比（体積流量比）は、反応器入口１ａにおいて流量計により測定した原料モノマーおよび不活性媒体の全供給量について、反応器内の温度、圧力に基づいてvan der Waals式、virial式などの状態方程式を用いた温度・圧力補正およびRoultの法則、Redlich-Kister式などを用いた気液平衡計算することにより、反応器内での液相体積流量および気相体積流量を求める。得られた液相体積流量にポリマーの体積流量を加重した値をＳとし、上記で得られた気相体積流量をＧとして、Ｓ／Ｇ比（体積流量比）を得ることができる。
【００４１】
この反応器出口１ｂでのＳ／Ｇ比は質量流量比であってもよく、質量流量比であるときにはＳ／Ｇ比を、０.００００１〜５０００、好ましくは０.０００１〜５００、特に好ましくは０.０００１〜５０とする。
【００４２】
上記Ｓ／Ｇ比（質量流量比）は、反応器入口１ａにおいて流量計により測定した原料モノマーおよび不活性媒体の全供給量について、反応器内の温度、圧力に基づいてvan der Waals式、virial式などの状態方程式を用いた温度・圧力補正およびRoultの法則、Redlich-Kister式などを用いた気液平衡計算することにより、反応器内での液相質量流量および気相質量流量を求める。得られた液相質量流量にポリマーの質量流量を加重した値をＳとし、上記で得られた気相質量流量をＧとして、Ｓ／Ｇ比（質量流量比）を得ることができる。
【００４３】
反応器内の管長方向単位長さ当たりの圧力損失は、一般に５kg／cm2・ｍ以下、好ましくは２kg／cm2・ｍ以下、特に好ましくは１kg／cm2・ｍ以下であることが望ましい。
【００４４】
本発明では、上記のようにして反応器出口１ｂから得られる液相の粘度は特に限定されず、広範な粘度範囲の重合液を得ることができる。通常、反応器出口１ｂでの液相粘度（反応器出口温度における）がその上限で１００万poise 好ましくは１０万poise 特に好ましくは５万poise であるような高粘度ポリマー液（重合液）を得ることができる。またこの液相粘度の下限は特に限定されるものではなく、通常１ｃｐ以上、好ましくは１０ｃｐ以上であればよい。
【００４５】
より具体的には、反応器出口１ｂでの液相粘度すなわち実質的に本発明で製造されるポリマーの粘度（２３０℃、せん断速度１０sec-1の条件下に測定時）は、１×１０2〜１×１０6poiseであることが望ましく、３×１０2〜１×１０6poiseの高粘度も好ましく、１×１０3poise以上であっても何ら支障がない。
この粘度は、毛細式流れ特性試験機（東洋精機製作所（株）製）を用いて、溶融ポリマーのずり応力を測定し、測定されたずり応力を粘度に換算することにより求められる。すなわち溶融ポリマーをずり速度を変えながらキャピラリーから押し出した時の応力を測定し、測定された応力をずり速度により除することにより求められる。
【００４６】
反応器内に上記のような分離流を形成し、気相流を搬送ガスとして液相（または固液相）を搬送する本発明の重合方法によれば、液相中の生成ポリマー濃度が高く、高粘度となっても、該高粘度液を反応器内を搬送ガスで容易に搬送することができ、搬送ガス以外の搬送動力を特に必要としない。また本発明では、攪拌設備も必要とせず、動力エネルギ面において優れている。
【００４７】
上記重合で用いられる管型反応器は、反応器内に上記のような分離流を形成しうるものであればその断面形状、大きさなどについては特に限定されないが、通常管内径が１〜５０ｃｍ程度、管長が１０〜５００ｍ程度である。管径の異なる反応器を２以上接続してもよい。また管型反応器は、直線状であっても曲線部を有していてもよい。上記管型反応器は、傾斜して設置されてもよいが、通常水平に設置される。
【００４８】
上記のような管型反応器を用いて行なわれる重合は、エネルギ効率に優れており、反応熱は容易に除去することができ、反応によっては自然放熱だけで冷却することも可能であるが、反応器の外周部には、熱交換設備を設けることができ、除熱または加熱を必要とする反応に応じて、該設備に熱媒体を流通させて反応熱の除去あるいは反応系の加熱を行なうことが望ましい。
【００４９】
このような熱交換設備として、たとえばジャケットを設けることができ、反応管の途中での反応温度の変更が可能なように、管型反応器の外周部に必要に応じて複数に分割して設けることができる。
【００５０】
重合熱の除去のために気相部あるいは重合液を外部熱交換器で冷却して反応系に循環させてもよい。
本発明では、反応管の管長方向の任意の場所にモノマー供給口などを適宜設けて、共重合モノマーなどを供給することができる。このように反応管途中でモノマーを供給すると、種々の共重合成分を有するポリマーを単独の反応器で製造することができる。
【００５１】
上記のような重合方法では、種々の重合性モノマーを反応させることができ、目的ポリマーに応じた原料モノマーおよび触媒を特に限定されることなく用いることができる。
【００５２】
本発明では、原料モノマーとしてたとえばオレフィンを用いることができる。オレフィン重合では、具体的に、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、ノルボルネン、テトラシクロドデセン、メチルテトラシクロドデセンなどの炭素数２〜２０の直鎖状、分岐状、環状オレフィン類を単独重合あるいは共重合させることができる。またオレフィン類と非共役ジエンとを共重合させてもよく、たとえば5-エチリデン-2-ノルボルネン、5-プロピリデン-2-ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、5-ビニル-2-ノルボルネンなどの環状ジエン、1,4-ヘキサジエン、5-メチル-1,5-ヘプタジエン、6-メチル-1,5-ヘプタジエン、6-メチル-1,7-オクタジエン、7-メチル-1,6-オクタジエンなどの鎖状非共役ジエンを共重合させることができる。
【００５３】
さらにオレフィンと、たとえばスチレンなどのＣＲ2＝ＣＲ−Ｐｈで示されるビニリデン芳香族モノマー類とを共重合させてもよい。（Ｒはそれぞれ独立に水素またはメチルであり、Ｐｈはフェニル基またはp-アルキル置換フェニル基であり、これらはハロゲン置換基を有していてもよい。）
本発明では、上記スチレンなどのビニリデン芳香族モノマー類を重合させてもよい。
また本発明で用いられる触媒は、重合に供されるものであればいずれでもよいが、触媒の一例として上記のようなオレフィン類を重合させる際には、たとえば下記のような遷移金属触媒成分と、助触媒成分とからなるオレフィン重合用触媒が好ましく用いられる。
【００５４】
遷移金属触媒成分としては、周期律表第IVＢ族から選ばれる遷移金属化合物［Ａ］が用いられ、この遷移金属化合物は、たとえば下記式(i) で示される。
ＭＬｘ                …(i)
式中、ＭはＺｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，ＴａおよびＣｒから選ばれる遷移金属である。Ｌは遷移金属に配位する配位子であり、水素原子、ハロゲン原子、酸素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜３０の炭化水素基、アルコキシ基、アリーロキシ基、トリアルキルシリル基、ＳＯ3Ｒ基（ここで、Ｒはハロゲンなどの置換基を有していてもよい炭素数１〜８の炭化水素基）である。ｘは遷移金属の原子価である。
【００５５】
ハロゲンとしてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素などが挙げられる。
炭素数１〜３０の炭化水素基としては、具体的に、
メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基などのアルキル基、
シクロペンチル基、シクロヘキシル基などのシクロアルキル基、
フェニル基、トリル基、シクロペンタジェニル基などのアリール基、
ベンジル基、ネオフィル基などアラルキル基などが挙げられる。
【００５６】
シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基は、その一部がハロゲン原子、アルキル基、トリアルキルシリル基などで置換されていてもよい。
また炭化水素基が、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基であり、かつ複数配位している場合には、エチレン、プロピレンなどのアルキレン基、イソプロピリデン、ジフェニルメチレン基などの置換アルキレン基、シリレン基またはジメチルシリレン、ジフェニルシリレン、メチルフェニルシリレン基などの置換シリレン基などを介して結合されていてもよい。
【００５７】
アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基などが挙げられ、アリーロキシ基としては、フェノキシ基などが挙げられる。
これら化合物を２種以上組み合わせて用いてもよく、また炭化水素あるいはハロゲン化炭化水素に希釈して用いてもよい。
【００５８】
上記のような遷移金属化合物は固体状で重合系に供することができ、たとえば上記遷移金属化合物を粒子状担体化合物と接触させて、粒子状担体化合物とともに用いることができる。担体化合物としては、具体的に、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3，ＭｇＯ、ＺｒＯ2、ＣａＯ、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｚｎ2Ｏ、ＳｎＯ2、ＢａＯ、ＭｇＣｌ2、ＮａＣｌなどの無機化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ-1-ブテン、ポリ4-メチル-1-ペンテン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体などの樹脂を用いることができる。担体は２種以上組み合わせて用いることもできる。なおこの粒子状担体化合物は、遷移金属化合物との接触過程において粒子状に形成されてもよい。これらのうちでも、とくにＭｇＣｌ2、ＳｉＯ2が好ましい。
【００５９】
またオレフィン重合用触媒を形成する助触媒成分としては、
［Ｂ］有機アルミニウム化合物、有機アルミニウムハロゲン化合物、アルミニウムハロゲン化合物、有機ホウ素化合物、有機ホウ素オキシ化合物、有機ホウ素ハロゲン化合物、ホウ素ハロゲン化合物および有機アルミニウムオキシ化合物から選ばれる化合物が用いられる。
【００６０】
このような化合物群［Ｂ］は、上記のうち有機アルミニウムオキシ化合物を除いては具体的に下記式(ii)で示される。
ＢＲｘ                  …(ii)
式中Ｂは、アルミニウム原子あるいはホウ素原子であり、ｘはアルミニウムまたはホウ素の原子価である。
【００６１】
式(ii)で示される化合物が、有機アルミニウム化合物あるいは有機ホウ素化合物の場合には、Ｒは炭素数１〜３０のアルキル基であり、
アルミニウムハロゲン化合物あるいはホウ素ハロゲン化合物の場合には、Ｒはハロゲン原子であり、
有機アルミニウムハロゲン化物あるいは有機ホウ素ハロゲン化物の場合には、Ｒは炭素数１〜３０のアルキル基とハロゲン原子との両者である。
【００６２】
上記ハロゲンとしてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素などが挙げられ、炭素数１〜３０のアルキル基としては、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基などが挙げられる。
また有機アルミニウムオキシ化合物は、具体的には下記式(iii) または(iv)で示される。
【００６３】
【化１】
0003836228.tif 000002
【００６４】
これら式において、Ｒはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などの炭化水素基であり、ｍは２以上、好ましくは５〜４０の整数である。
上記アルミノキサンは、式（ＯＡｌ（Ｒ1））で示されるアルキルオキシアルミニウム単位（Ｒ1は上記Ｒと同様の基）と、式（ＯＡｌ（Ｒ2））で示されるアルキルオキシアルミニウム単位（Ｒ2はＲ1と異なる上記Ｒと同様の基）との混合アルキルオキシアルミニウム単位から形成されていてもよい。
【００６５】
またアルキルオキシアルミニウム単位中のＲは、一部であれば、ハロゲンまたは水素アルコキシ基、アリーロキシ基、水酸基であってもよい。
これら化合物を２種以上組み合わせて用いてもよく、また炭化水素あるいはハロゲン化炭化水素に希釈して用いてもよい。
【００６６】
上記のような遷移金属化合物触媒成分と助触媒とを適宜組合わせたオレフィン重合用触媒としては、具体的に、チーグラー系触媒、メタロセン系触媒、バナジウム系触媒などが挙げられる。
【００６７】
オレフィン重合用触媒は、上記のような遷移金属触媒成分［Ａ］と助触媒成分［Ｂ］とともに必要に応じて電子供与体を含有していてもよい。電子供与体としては、たとえばエーテル化合物、カルボニル化合物、アルコキシ化合物などを用いることができる。
【００６８】
本発明では、上記のような触媒成分にオレフィンを予備重合させて、予備重合触媒を形成して用いることもできる。具体的には、上記のような遷移金属触媒成分と、助触媒成分とからなる触媒に、該遷移金属触媒成分１ｇ当たり５０〜５０００ｇ、好ましくは３００〜３０００ｇの量でオレフィンを予備重合させた予備重合触媒を用いることが好ましい。
予備重合される遷移金属触媒成分は、通常上記したような粒子状担体化合物に担持されていることが好ましい。予備重合時には、必要に応じて電子供与体を用いることもできる。
【００６９】
予備重合されるオレフィンとしては、前述した重合原料（本重合）オレフィンと同様のものを挙げることができ、予備重合オレフィンは本重合オレフィンと同一であっても異なっていてもよい。また２種以上のオレフィンを予備重合させることもできる。
【００７０】
予備重合は、上記のような量でオレフィンを予備重合させること以外、特にその方法は限定されず、公知の予備重合方法を広く利用して行うことができる。
たとえば予備重合はオレフィンが液状となる状態で行うこともできるし、また不活性溶媒の共存下で行うこともでき、さらには気相条件下で行うことも可能である。このうち不活性溶媒の共存下、該不活性溶媒に予備重合オレフィンおよび各触媒成分を加え、比較的温和な条件下で予備重合を行うことが好ましい。この際、生成した予備重合体が重合媒体に溶解する条件下に行なってもよいし、溶解しない条件下に行なってもよいが、溶解しない条件下に行うことが好ましい。
予備重合は、通常約−２０〜＋１００℃好ましくは約−２０〜＋８０℃さらに好ましくは−１０〜＋６０℃で行なうことが望ましい。
また予備重合は、バッチ式、半連続式、連続式のいずれにおいても行うことができる。
【００７１】
予備重合における触媒成分の濃度は、触媒成分の種類によっても異なるが、遷移金属触媒成分の濃度は、重合容積１リットル当り、遷移金属原子換算で、通常約０.００１〜５０００ミリモル好ましくは約０.０１〜１０００ミリモル特に好ましくは０.１〜５００ミリモルであることが望ましい。
助触媒成分は、遷移金属触媒成分中の遷移金属原子１モル当り、通常約０.１〜１０００モル好ましくは約０.５〜５００モル特に好ましくは１〜１００モルの量で用いることができる。
予備重合時には、水素などの分子量調節剤を用いることもできる。
予備重合触媒が懸濁状態で得られる場合には、予備重合触媒を懸濁状態のままで反応器内に供給することもできるし、懸濁液から予備重合触媒を分離して供給することもできる。
【００７２】
上記のような予備重合触媒の粒径は、１０μｍ以上、好ましくは５０〜５００μｍであることが望ましい。
本発明では、反応器内に予備重合触媒を供給する際には、予備重合触媒に加えて助触媒成分を供給することができる。またこの助触媒成分を供給しなくてもよいこともある。
【００７３】
前述したように本発明では、反応器内の液相を、該反応器内の気相流によって搬送しながら原料モノマーの重合を行っており、この際上記のような量でオレフィンが予備重合された触媒を用いると、反応器内に供給された触媒を有効に利用することができる。
なお触媒粒径が小さいと、反応器内に供給された触媒が気相流によりショートパスして触媒能力を充分に発現できないことがある。
【００７４】
また本発明では、上記のような遷移金属触媒成分または予備重合触媒と、助触媒成分とからなるオレフィン重合用触媒を反応器内に供給するに際して、該助触媒成分を予め不活性溶媒と混合して不活性溶媒とともに反応器内に供給することが好ましい。
【００７５】
この助触媒成分と混合される不活性溶媒としては、前記反応管内に供給される不活性溶媒と同様のものが挙げられ、これらは同一であることが好ましい。
助触媒成分と不活性溶媒との予備混合は、助触媒成分と不活性溶媒とが均一に混合されるように行われ、具体的に不活性溶媒に助触媒成分を添加して、５〜６０℃の温度で、０.５〜２４時間攪拌して行われる。この予備混合時には、不活性溶媒は助触媒成分１ｇに対して、２５０〜２.５×１０7ｍｌの量で用いられることが望ましい。
この予備混合は、バッチ式あるいは連続式いずれで行ってもよい。
【００７６】
このように助触媒成分を不活性溶媒と予備混合して反応器内に供給すると、助触媒成分が充分に反応系に分散するので、反応器内に供給された助触媒成分を有効的に利用することができる。このため反応に必要な最小限の量（計算値）にほぼ相当するような量を反応器内に供給すればよくなる。
なお助触媒成分を過剰量で反応器内に供給すると、遷移金属触媒成分の活性低下を招いて、遷移金属当たりの重合活性が低下することもある。
【００７７】
本発明では、生成するポリオレフィンの分子量を重合温度などの重合条件、あるいは分子量調節剤（水素など）の使用量を変更することにより調節することができる。
本発明により、たとえばエチレンと炭素数６程度以上のα−オレフィンとを共重合させたときには、分子量分布の広いエチレン・α−オレフィンエラストマーを製造することができる。
【００７８】
上記のような本発明に係る重合方法は、特に密度が、０.８００〜１.１００ｇ／cm3 、好ましくは０.８２０〜１.０８０ｇ／cm3 、さらに好ましくは０.８３０〜１.０５０ｇ／cm3 であるポリマーの製造に適している。
また本発明で得られるポリマーの弾性率は、１〜１×１０4 ＭＰａ、好ましくは２〜５×１０3 ＭＰａ、さらに好ましくは２〜３×１０3 ＭＰａであることが望ましい。
このポリマーの弾性率はいわゆる曲げ弾性率と称されるものであって、ＡＳＴＭ  Ｃ７９０に準拠して、厚さ２ｍｍの試験片を用いて、スパン間３２ｍｍ、曲げ速度５ｍｍ／分の条件下に測定されるものである。
【００７９】
【発明の効果】
上記のように管型反応器内に気液分離流または気液固分離流を形成しながら重合を行なう本発明の重合方法によれば、特に優れた熱効率で重合を行なうことができ、たとえば発熱量の大きい反応であっても反応器ジャケットのみで除熱することも可能である。
【００８０】
また反応器内の流動方向に連続的な気相を有する分離流とし、該気相流により液相を搬送させているので、生成ポリマーが溶解して液相が高粘度溶液となっても、反応器内で管詰まりしにくく、搬送ガスだけで反応管内を搬送させることができる。したがって循環ポンプなどの搬送動力を別途付設する必要がなく、また高粘度溶液を攪拌する必要もないので、少ない動力エネルギで重合を行なうことができる。
【００８１】
さらに反応器出口１ｂでの液相（ポリマー液）は、実質的に溶媒を含有していないかまたは極少量しか含有しておらず、ポリマーの乾燥設備を大幅に簡略化することができ、場合によっては直接押出機に導入することも可能であり、溶媒リサイクル工程を簡略化することもできる。
【００８２】
上記のように本発明では、簡便な反応装置を用いるとともに、大型攪拌機、乾燥設備、高圧圧縮設備などの特に大規模な付帯設備を必要とせず、低い装置コストで上記重合を行うことができるとともに、製造されるポリマーの粘度、融点などの制約が少ない。
【００８３】
また管長方向に対して任意の温度制御が容易に行うことができ、さらに管長方向に対して任意の位置でコモノマーを供給することができるので、単独の管型反応器により種々の物性を有するポリマーを製造することが可能である。
【００８４】
【実施例】
次に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお実施例において、Ｓ／Ｇ比（体積流量比）は下記のように求めた。
反応器にフィードした原材料（モノマー、溶媒を含む）の量、組成をもとに、反応器内の温度、圧力状態における気液平衡を公知のRedlich-Kister状態式により計算することで、原材料の液／ガス体積流量比（Ｓ／Ｇ比）を算出した。
液流量については、反応器出口１ｂからのポリエチレンの流量を加重した後、この値について先のガス流量で除することにより体積流量比によるＳ／Ｇ比とした。
また以下の実施例で得られたポリエチレンのＭＩは、ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８に準拠して、１９０℃、２.１６kg荷重下で測定した値である。
【００８５】
【実施例１】
管型反応器（1/2Ｂ×４０ｍの鋼管）内に、原料モノマー、チタン系チーグラー系予備重合触媒（遷移金属化合物触媒成分１ｇあたり２０００ｇのエチレンを予備重合した触媒）、アルキルアルミニウムおよびn-デカンを供給して、下記の条件下に原料モノマーであるエチレンと炭素数６のα−オレフィン（4-メチル-1-ペンテン）とを共重合させた。
【００８６】
エチレン／α−オレフィン／n-デカン＝８３／１１／６（モル比）
ガス線速（反応器入口）＝３０ｍ／sec 、
反応温度＝１７０℃、
反応圧力＝１６kg／cm2・Ｆ
Ｓ／Ｇ比（体積流量比）＝１.３×１０-3
Ｓ／Ｇ比（質量流量比）＝０.０５
液相（ポリマー液）濃度（反応器出口）＝８０重量％
液相（ポリマー液）粘度（反応器出口）＝１０００poise
上記重合では、反応管中に気液分離流が形成されていた。
【００８７】
上記の重合により、反応器出口において、予備重合触媒中の遷移金属化合物触媒成分１ｇあたりの重合量が１９００００ｇであり、品質の良好なポリエチレンが０.５kg／hrの流量で得られた。
得られたポリエチレンのＭＩは５ｇ／10分であり、密度は０.９５ｇ／cm3 であった。
【００８８】
上記重合では、反応器ジャケットによる冷却のみで反応熱を除去することができた。
また生成したポリエチレンから重合溶媒を除去するために反応器とは別に装置設備を用いる必要はなかった。
【００８９】
【実施例２】
重合条件を下記のように変えた以外は実施例１と同様にして重合を行なった。
エチレン／α−オレフィン／n-デカン＝７１／２２／６（モル比）
ガス線速（反応器入口）＝５ｍ／sec 、
反応温度＝１５５℃、
反応圧力＝１１kg／cm2・Ｆ
Ｓ／Ｇ比（体積流量比）＝１.０×１０-4
Ｓ／Ｇ比（質量流量比）＝０.００５
液相（ポリマー液）濃度（反応器出口）＝８０重量％
液相（ポリマー液）粘度（反応器出口）＝１００poise
上記重合では、反応管中に気液分離流が形成されていた。
【００９０】
上記の重合により、反応器出口において、遷移金属化合物触媒成分１ｇあたりの重合量が４０００００ｇであり、品質の良好なポリエチレンが０.１kg／hrの流量で得られた。
得られたポリエチレンのＭＩは３５ｇ／10分であり、密度は０.８９ｇ／cm3 であった。
【００９１】
上記重合では、反応器ジャケットによる冷却のみで反応熱を除去することができた。
また生成したポリエチレンから重合溶媒を除去するために反応器とは別に装置設備を用いる必要はなかった。
【００９２】
【実施例３】
管型反応器（1/2Ｂ×２５ｍ＋5/6Ｂ×１５ｍの鋼管）内に、原料モノマー、実施例１と同様の予備重合触媒、アルキルアルミニウムおよびn-デカンを供給して、下記の条件下に原料モノマーであるエチレンを重合させた。
【００９３】
エチレン／n-デカン＝８１／１９（モル比）
ガス線速（反応器入口）＝１５ｍ／sec 、
反応温度＝１６０℃、
反応圧力＝８kg／cm2・Ｆ
Ｓ／Ｇ比（体積流量比）＝３.５×１０-5
Ｓ／Ｇ比（質量流量比）＝０.００３５
液相（ポリマー液）濃度（反応器出口）＝８０重量％
液相（ポリマー液）粘度（反応器出口）＝５００poise
【００９４】
上記重合では、反応管中に気液分離流が形成されていた。
上記の重合により、反応器出口において、遷移金属化合物触媒成分１ｇあたりの重合量が１４６０００ｇのポリエチレンが得られた。
得られたポリエチレンのＭＩは１.０ｇ／10分であり、密度は０.９６ｇ／cm3 であった。
【００９５】
上記重合では、反応器ジャケットによる冷却のみで反応熱を除去することができた。
また生成したポリエチレンから重合溶媒を除去するために反応器とは別に装置設備を用いる必要はなかった。
【００９６】
【実施例４】
実施例３において、アルキルアルミニウムと、該アルキルアルミニウム１ｍｇに対して、９０ｍｌの量のn-デカンとを、室温で１時間（滞留時間）で予備混合して反応器に供給した以外は、実施例３と同様にしてエチレンを重合させた。
すなわち管型反応器（1/2Ｂ×２５ｍ＋5/6Ｂ×１５ｍの鋼管）内に、原料モノマー、実施例１と同様の予備重合触媒、およびアルキルアルミニウムとn-デカンとの予備混合物を供給して、下記の条件下に原料モノマーであるエチレンを重合させた。
【００９７】
エチレン／n-デカン＝８１／１９（モル比）
ガス線速（反応器入口）＝１５ｍ／sec 、
反応温度＝１６０℃、
反応圧力＝８kg／cm2・Ｆ
Ｓ／Ｇ比（体積流量比）＝３.５×１０-5
Ｓ／Ｇ比（質量流量比）＝０.００３５
液相（ポリマー液）濃度（反応器出口）＝８０重量％
液相（ポリマー液）粘度（反応器出口）＝５００poise
上記重合では、反応管中に気液分離流が形成されていた。
【００９８】
上記の重合により、反応器出口において、遷移金属化合物触媒成分１ｇあたりの重合量が２９３０００ｇでかつ品質の良好なポリエチレンが、０.８kg／hrの流量で得られた。
得られたポリエチレンのＭＩは２ｇ／10分であり、密度は０.９６ｇ／cm3 であった。
【００９９】
上記重合では、反応器ジャケットによる冷却のみで反応熱を除去することができた。
また生成したポリエチレンから重合溶媒を除去するために反応器とは別に装置設備を用いる必要はなかった。
【０１００】
【比較例１】
従来の液相流のチューブ型（管型）反応器では、製品品質を維持するために重合液の混合性を確保する必要がありポリマー濃度を２０重量％以下とした。
そのため、反応器の下流には重合溶媒を除去するための設備が必要となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る重合方法の態様例を模式的に示す。
【図２】本発明において、反応器内で形成される気液分離流の流動様式を示す。
【図１】
0003836228.tif 000003
【図２】
0003836228.tif 000004