本發(fā)明涉及一種用于烯烴聚合特別是乙烯聚合的催化劑體系，以及該催化劑體系的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
眾所周知，寬分子量分布聚乙烯樹(shù)脂，具有綜合良好的物理機(jī)械性能和加工性能，廣泛用于膜料、管材、中空制品及電纜料等。
生產(chǎn)寬分子量分布聚乙烯的聚合工藝主要是采用串聯(lián)的分段加氫多級(jí)反應(yīng)器聚合方式。常見(jiàn)的是雙反應(yīng)器串聯(lián)聚合工藝，包括液相-液相工藝、氣相-氣相工藝和液相-氣相工藝。在雙反應(yīng)器聚合工藝中，主要是依靠調(diào)節(jié)兩個(gè)反應(yīng)器中的氫氣濃度和聚合條件，使在不同反應(yīng)器中生成的聚乙烯具有不同的分子量，從而實(shí)現(xiàn)最終聚合產(chǎn)物分子量的雙峰或?qū)挿宸植肌６嗉?jí)反應(yīng)器聚合工藝要求催化劑具有良好的氫調(diào)敏感性，尤其是在高氫濃度下的氫調(diào)敏感性和較高的聚合活性。同時(shí)，還要求聚合物具有良好的顆粒形態(tài)。在現(xiàn)有的催化劑技術(shù)中，用于雙反應(yīng)器聚合工藝的催化劑主要是Z-N催化劑。為了獲得雙峰樹(shù)脂的低分子量部分(高熔融指數(shù))，在第一個(gè)反應(yīng)器采用高氫濃度，導(dǎo)致催化劑活性低，催化劑用量增加，另外，聚合物的粒形也影響操作的連續(xù)穩(wěn)定性。
日本專(zhuān)利JP49-51378中公開(kāi)了一種Z/N型催化劑的乙烯聚合和共聚合的方法，該催化劑采用烷烴類(lèi)化合物做溶劑，醇類(lèi)化合物與鎂化合物接觸反應(yīng)，由于醇類(lèi)和烷烴類(lèi)溶劑極性差別較大，使得鹵化鎂不能完全被溶解形成均相溶液，僅是生成一種細(xì)粒膠體懸浮液或溶脹的鹵化鎂漿液。從而產(chǎn)生一些與鹵化鎂層狀結(jié)晶特性有關(guān)的缺點(diǎn)，如：所制備的聚合物表觀密度較低，顆粒形態(tài)及分布不好等。專(zhuān)利CN1112373C提出了固體鈦催化劑組分、含鈦組分的乙烯聚合催化劑和乙烯聚合工藝。該催化劑是將鹵化鎂溶解于異辛醇中形成透明溶液后在與過(guò)渡金屬鈦的鹵化物或其衍生物作用而獲得，聚合時(shí)與有機(jī)鋁化合物結(jié)合。該催化劑可以使氯化鎂溶解而形成均勻透明的溶液，所得到的催化劑具有良好的顆粒形態(tài)，用于 乙烯聚合顯示了較高的活性，表觀密度較高，但催化劑對(duì)氫氣的敏感性不夠好。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的催化劑體系存在的不足，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在催化劑體系中引入鹵代烴化合物，可以大幅提高催化活性，而且可以提高所得到的聚合物的拉伸屈服強(qiáng)度，進(jìn)而提高了力學(xué)性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于乙烯聚合的催化劑體系，一種用于乙烯聚合的催化劑體系，包括以下組分：組分A含鈦的固體催化劑組分，其制備包括：將鹵化鎂溶解于含有機(jī)醇化合物的溶劑體系中形成溶液，加入無(wú)活潑氫的有機(jī)硅化合物得到混合溶液，然后將混合溶液與鈦化合物接觸反應(yīng)進(jìn)行載鈦過(guò)程，任選加入或不加入無(wú)活潑氫的有機(jī)硅化合物反應(yīng)，攪拌，然后洗滌；組分B有機(jī)鋁化合物以及組分C鹵代烴化合物。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述鹵代烴化合物的通式為R1HXb，式中R1為C1-C20的烷基或芳香基，且R1中有b個(gè)氫原子被X所取代，b為1、2或3，X為鹵素。其中，優(yōu)選X為F、Cl或Br。R1為C1-C6的烷基或C6-C10的芳香基，且R1中有b個(gè)氫原子被X所取代。在一個(gè)具體實(shí)例中，所述的鹵代烴化合物選自但不僅限于：一氯乙烷、一氯丙烷、一氯丁烷、一氯戊烷、一氯己烷、1,2-二氯乙烷、1,3-二氯丙烷、1,4-二氯丁烷、1,5-二氯戊烷、1,6-二氯己烷、三氯甲烷、一氯苯和二氯苯中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明所述的催化劑體系的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述組分C與組分A的摩爾比以鹵代烴化合物與鈦計(jì)為(0.01-50):1，優(yōu)選(0.1-10):1，如(0.2-3.0):1。
根據(jù)本發(fā)明所述的催化劑體系的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述組分B的量為本領(lǐng)域的常規(guī)用量，比如組分B與組分A的摩爾比以鋁與鈦計(jì)為(100-0.001):1，優(yōu)選(10-0.01):1，更優(yōu)選(2-0.1):1。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例，所述組分B有機(jī)鋁化合物為烷基鋁化合物?？捎糜谝蚁┚酆洗呋瘎w系的烷基鋁化合物為已知的技術(shù)。所有可用于此領(lǐng)域的烷基鋁化合物均可用于本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，將鹵化鎂溶解于含有機(jī)醇化合物的溶劑體系中形成均勻溶液。其中在溶劑體系中任選使用或不使用惰性稀釋劑。所述鹵化鎂包括二鹵化鎂、二鹵化鎂的水或醇等絡(luò)合物和二鹵化鎂分子式中其中一個(gè)鹵原子被烴氧基或鹵烴氧基所置換的衍生物中的至少一種。上述二鹵化鎂具體為二氯化鎂、二溴化鎂和 二碘化鎂中的至少一種。其中以二氯化鎂為最好。使用的鹵化鎂顆粒度以攪拌下容易溶解為好，溶解溫度為-10℃至150℃，以50℃至140℃為好。溶解時(shí)任選地加入惰性稀釋劑。所述惰性稀釋劑包括脂肪族烴類(lèi)，如戊烷、己烷、庚烷、辛烷、癸烷、十二烷、十四烷等；脂環(huán)烴如環(huán)戊烷、甲基環(huán)戊烷、環(huán)己烷、甲基環(huán)戊烷、環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、環(huán)辛烷等；芳香烴如苯、甲苯、二甲苯等。其中以癸烷最好。所述有機(jī)醇包括C1-C20的直鏈醇或異構(gòu)醇。包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、2-乙基己醇、正辛醇、十二醇、丙三醇、戊醇、癸醇、十二烷醇、十八烷醇、卞醇和苯乙醇等中的至少一種。以2-乙基己醇為最好。每摩爾鹵化鎂計(jì)，有機(jī)醇的量為0.005-25摩爾，以0.05-10摩爾為好。
將上述步驟得到的鹵化鎂溶液，加入無(wú)活潑氫的有機(jī)硅化合物，然后(優(yōu)選在低溫下)與鈦化合物接觸反應(yīng)。此處所述的低溫為在-35至60℃溫度下，最好-30至10℃。
在一個(gè)具體的實(shí)施例中，在攪拌下將鹵化鎂溶解在有機(jī)醇或有機(jī)醇和惰性溶劑形成的溶劑體系中，形成均勻溶液，加入無(wú)活潑氫的有機(jī)硅化合物，得到混合溶液。(優(yōu)選在-35至60℃溫度下，最好-30至10℃)將鈦化合物滴入混合溶液，或者相反。然后，任選地在-30至120℃(如-30至110℃)再加入或不加入無(wú)活潑氫的有機(jī)硅化合物。之后進(jìn)行攪拌(優(yōu)選在80-120℃的溫度下攪拌1分鐘至10小時(shí))；過(guò)濾、除去母液，用惰性稀釋劑(如甲苯、如己烷)洗滌固體物。當(dāng)采用將混合溶液滴入鈦化合物的方法時(shí)，滴加時(shí)間最好控制在5小時(shí)以?xún)?nèi)，當(dāng)逐漸升溫時(shí)，升溫速度以每小時(shí)升溫4-100℃為好。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述無(wú)活潑氫的有機(jī)硅化合物的通式為R1XR2YSi(OR3)Z，其中0≤x≤2，0≤y≤2和0≤z≤4，且x+y+z＝4，R2為鹵素，R1和R3均為烴基，優(yōu)選獨(dú)立地為C1-C4的烴基。具體地，所述有機(jī)硅化合物選自但不僅限于四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四氯化硅和四丁氧基硅中的至少一種。其中，以每摩爾鹵化鎂計(jì)，所述無(wú)活潑氫的有機(jī)硅化合物的量為0.05-5摩爾，優(yōu)選0.05-1摩爾。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，所述鈦化合物為本領(lǐng)域內(nèi)常用的化合物，所述鈦化合物選自四氯化鈦、四溴化鈦、四碘化鈦、四丁氧基鈦、四乙氧基鈦、一氯三乙氧基鈦、二氯二乙氧基鈦和三氯一乙氧基鈦中的至少一種等等。以每摩爾鹵化鎂計(jì)，所述鈦化合物的量為0.5-80摩爾，優(yōu)選3-40摩爾。在另一具體的實(shí)例 中，以每摩爾鹵化鎂計(jì)，所述鈦化合物的量為0.2-20mol。
通過(guò)上述方法制得的本發(fā)明催化劑體系中的組分A，可以以固體物或懸浮液的形式使用。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，還提供了一種所述催化劑體系在乙烯聚合中的應(yīng)用。
本發(fā)明中的聚合反應(yīng)包括均聚和共聚。當(dāng)共聚時(shí)，向體系中加入的共聚單體為α-烯烴，如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基1-戊烯。所述聚合的溫度和壓力為常規(guī)的溫度和壓力。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，聚合溫度為室溫～150℃，以50℃～100℃為好。為了調(diào)節(jié)聚合物的分子量，也可采用氫氣作分子量調(diào)節(jié)劑。
根據(jù)本發(fā)明所述應(yīng)用的一個(gè)具體實(shí)施方式，所述組分C在組分A的制備的過(guò)程中加入。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述組分C在所述載鈦過(guò)程完成后加入。然后，在聚合前或聚合時(shí)，再與組分B混合。
根據(jù)本發(fā)明所述應(yīng)用的另外一個(gè)具體實(shí)施方式，所述組分A、組分B和組分C中的任意兩種組分預(yù)先混合，再與另外一種組分混合。例如，其中就包括了：(1)將組分A與組分C預(yù)先混合，然后再與組分B混合；(2)將組分C與組分B預(yù)先混合，然后再與組分A混合等等。所述預(yù)先混合之后的混合，可以聚合前進(jìn)行或在聚合時(shí)進(jìn)行。當(dāng)組分C與組分B預(yù)先混合時(shí)，優(yōu)選將組分C鹵代環(huán)烷烴化合物在-10至60℃，優(yōu)選0-60℃的溫度下滴加到組分B中。其中，優(yōu)選滴加速度為0.1-0.5ml/min。優(yōu)選組分C在加入前先進(jìn)行稀釋。
根據(jù)本發(fā)明所述應(yīng)用的另外一個(gè)具體實(shí)施方式，在使用時(shí)，所述組分A、組分B和組分C同時(shí)加入?？梢栽诰酆锨?，將組分A、組分B和組分C同時(shí)加入進(jìn)行絡(luò)合，然后再用于聚合反應(yīng)?；蛘咴诰酆蠒r(shí)，將組分A、組分B和組分C同時(shí)加入，用于乙烯聚合。
在上述的應(yīng)用方式中，包含了將所述催化劑體系中的組分A、B和C分別加入到反應(yīng)體系中；以及將組分A、B和C先預(yù)絡(luò)合后加入反應(yīng)體系中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例，聚合時(shí)可采用液相聚合，也可采用氣相聚合。在進(jìn)行液相聚合時(shí)，可以使用丙烷、己烷、庚烷、環(huán)己烷、異丁烷、異戊烷、石腦油、抽余油、加氫汽油、煤油、苯、甲苯、二甲苯等飽和脂肪烴或芳香烴等惰性稀釋劑作反應(yīng)介質(zhì)，聚合前可以先進(jìn)行預(yù)聚合。聚合方式可以采用間歇式、 半連續(xù)式或連續(xù)式。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)催化劑體系中的各組分的共同作用，本發(fā)明所述的催化劑體系用于乙烯的聚合，尤其是淤漿聚合時(shí)，不僅體現(xiàn)出較高的催化活性，而且所得到的聚合物具有較高的拉伸屈服強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
下面的實(shí)施例用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。但本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1：
催化劑A組分的制備：在經(jīng)高純N2充分置換的反應(yīng)器中，依次加入4.0g無(wú)水MgCl2、28mL癸烷、24mL2-乙基己醇，攪拌下升溫130℃，并維持3小時(shí)，降溫到50℃，加入3ml四乙氧基硅烷，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，得到混合液。將混合液冷卻至室溫。在另一個(gè)經(jīng)高純N2充分置換的反應(yīng)器中加入四氯化鈦100ml，攪拌下將其冷卻到-5℃，向四氯化鈦液體中緩慢滴加上述制備好的混合液中，滴完后用3小時(shí)緩慢升溫到110℃，再在該溫度下反應(yīng)2小時(shí)。除去母液，用己烷清洗固體數(shù)次，得到固體催化劑組分A。
乙烯聚合J1：容積為2升的不銹鋼釜經(jīng)H2充分置換后，在其中加入己烷1000mL，計(jì)量的含0.5mmolTi的上述所制備的固體催化劑組分A，三乙基鋁1.0mmol。加入1,2-二氯乙烷使其與催化劑Ti摩爾比為1.5,升溫至70℃加氫0.26MPa，再通入乙烯使釜內(nèi)達(dá)0.72MPa(表壓)，在85℃下，聚合2小時(shí)。
乙烯聚合J2：容積為2升的不銹鋼釜經(jīng)乙烯充分置換后，在其中加入己烷1000mL，催化劑B組分三乙基鋁2.0mmol，計(jì)量的含0.5mmolTi的上述所制備的固體催化劑組分A，加入1,2-二氯乙烷使其與催化劑Ti摩爾比為1.5，升溫至70℃加氫0.15MPa(表壓)，再通入乙烯使釜內(nèi)達(dá)0.25MPa(表壓)，在85℃下，聚合2小時(shí)。
實(shí)施例2
催化劑組分A同實(shí)施例1，僅將聚合1和2中分別加入1,2-二氯乙烷且使其與催化劑中Ti的摩爾比改為1.0。
實(shí)施例3
催化劑組分A同實(shí)施例1，僅將聚合1和2中分別加入1,2-二氯乙烷且使其與催化劑中Ti的摩爾比改為2.0。
實(shí)施例4
催化劑組分A同實(shí)施例1，將聚合1和2中分別加入三氯甲烷且使其與催化劑中Ti的摩爾比為1.0。
實(shí)施例5
催化劑組分A同實(shí)施例1，將聚合1和2中分別加入三氯甲烷且使其與催化劑中Ti的摩爾比改為1.5。
實(shí)施例6
催化劑A組分同實(shí)施例1，將聚合1和2中分別加入三氯甲烷且使其與催化劑中Ti的摩爾比改為2.0。
實(shí)施例7
催化劑A組分同實(shí)施例1，將聚合1和2中分別加入三氯甲烷且使其與催化劑Ti的摩爾比改為2.5。
實(shí)施例8
催化劑A組分同實(shí)施例1，將聚合1和2中分別加入三氯甲烷且使其與催化劑中Ti的摩爾比改為3.0。
實(shí)施例9
催化劑A組分同實(shí)施例1，將聚合1和2中分別加入1-氯苯且使其與催化劑中Ti的摩爾比改為2.0。
實(shí)施例10
組分制備：
在經(jīng)高純N2充分置換的反應(yīng)器中，依次加入4.0g無(wú)水MgCl2、28mL癸烷、24mL2-乙基己醇，攪拌下升溫130℃，并維持3小時(shí)，降溫到50℃，加入3ml四乙氧基硅烷，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，得到混合溶液。將混合溶液冷卻至室溫。在另一個(gè)經(jīng)高純N2充分置換的反應(yīng)器中加入四氯化鈦100ml，攪拌下將其冷卻到-5℃，向四氯化鈦液體中緩慢滴加上述制備好的混合溶液，滴完后再加入20ml的1,2-二氯乙烷(1,2-二氯乙烷與鎂的摩爾比為6)，用3小時(shí)緩慢升溫到110℃，再在該溫度下反應(yīng)2小時(shí)。除去母液，用己烷清洗固體數(shù)次，得到固體物。
乙烯聚合J1：容積為2升的不銹鋼釜經(jīng)H2充分置換后，在其中加入己烷 1000mL，計(jì)量的含0.5mmolTi的上述所制備的固體物，三乙基鋁1.0mmol。升溫至70℃加氫0.26MPa(表壓)，再通入乙烯使釜內(nèi)達(dá)0.72MPa(表壓)，在85℃下，聚合2小時(shí)。
乙烯聚合J2：容積為2升的不銹鋼釜經(jīng)乙烯充分置換后，在其中加入己烷1000mL，催化劑B組分2.0mmol，計(jì)量的含0.5mmolTi的上述所制備的固體物，升溫至70℃加氫0.15MPa(表壓)，再通入乙烯使釜內(nèi)達(dá)0.25MPa(表壓)，在85℃下，聚合2小時(shí)。
比較例1：催化劑合成同實(shí)施例1中的A組分，
乙烯聚合J1：容積為2升的不銹鋼釜經(jīng)H2充分置換后，在其中加入己烷1000mL，計(jì)量的含0.5mmolTi的上述所制備的固體催化劑組分，三乙基鋁1.0mmol。升溫至70℃加氫0.26MPa(表壓)，再通入乙烯使釜內(nèi)達(dá)0.72MPa(表壓)，在85℃下，聚合2小時(shí)。
乙烯聚合J2：容積為2升的不銹鋼釜經(jīng)乙烯充分置換后，在其中加入己烷1000mL，催化劑B組分2.0mmol，計(jì)量的含0.5mmolTi的上述所制備的固體催化劑組分，升溫至70℃加氫0.15MPa(表壓)，再通入乙烯使釜內(nèi)達(dá)0.25MPa(表壓)，在85℃下，聚合2小時(shí)。
測(cè)試聚乙烯的拉伸屈服強(qiáng)度：按聚合J1粉料53％、聚合J2粉料47％的比例稱(chēng)取聚乙烯粉料，均勻混合后進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1乙烯聚合結(jié)果
從表1的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的催化劑體系用于聚合反應(yīng)，尤其是淤漿聚合時(shí)，不僅體現(xiàn)出較高的催化活性，而且所得到的聚合物具有較高的拉伸屈服強(qiáng)度。
應(yīng)當(dāng)注意的是，以上所述的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。通過(guò)參照典型實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解為其中所用的詞語(yǔ)為描述性和解釋性詞匯，而不是限定性詞匯?？梢园匆?guī)定在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明作出修改，以及在不背離本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修訂。盡管其中描述的本發(fā)明涉及特定的方法、材料和實(shí)施例，但是并不意味著本發(fā)明限于其中公開(kāi)的特定例，相反，本發(fā)明可擴(kuò)展至其他所有具有相同功能的方法和應(yīng)用。