Способ получения полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой
Формула / Реферат
1. Способ получения полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой, в котором полимеризацию осуществляют в присутствии каталитической системы, включающей в себя:
I) твердый продукт реакции, полученный взаимодействием:
(a) углеводородного раствора, содержащего:
(1) органическое кислородсодержащее соединение магния,
(2) органическое кислородсодержащее соединение титана,
(3) по меньшей мере одно соединение, содержащее цирконий и/или гафний; и
(b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, где X является галогенидом, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0≤n≤3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0≤m≤2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет ниже 1:1;
II) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода.
2. Способ по п.1, в котором соединение, содержащее цирконий и/или гафний, выбрано из группы органических кислородсодержащих соединений циркония и/или гафния.
3. Способ по п.1 или 2, в котором каталитическая система включает в себя:
I) твердый продукт реакции, полученный взаимодействием:
(a) углеводородного раствора, содержащего:
(1) органическое кислородсодержащее соединение магния,
(2) органическое кислородсодержащее соединение титана и
(3) по меньшей мере одно соединение, содержащее цирконий и/или гафний; и
(b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, где X является галогенидом, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0≤n≤3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0≤m≤2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет ниже 1:1;
(с) с последующей обработкой полученного твердого продукта реакции соединением алюминия формулы AlRnCl3-n, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0≤n≤3;
II) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором соединение металла формулы MeRnX3-n представляет собой соединение алюминия формулы AlRnX3-n, где X является галогенидом, a R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором органическое кислородсодержащее соединение магния представляет собой алкоксид магния.
6. Способ по п.5, в котором алкоксид магния представляет собой этоксид магния.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором органическое кислородсодержащее соединение титана представляет собой алкоксид титана.
8. Способ по любому из пп.1-7, в котором соединение циркония представляет собой алкоксид циркония.
9. Способ по любому из пп.1-8, в котором соединение гафния представляет собой алкоксид гафния.
10. Способ по любому из пп.1-9, в котором каталитическая система включает в себя:
I) твердый продукт реакции, полученный взаимодействием:
(a) углеводородного раствора, содержащего:
(1) органическое кислородсодержащее соединение магния,
(2) органическое кислородсодержащее соединение титана;
(b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, где X является галогенидом, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0≤n≤3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0≤m≤2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет ниже 1:1; и
(c) соединения, содержащего цирконий или гафний;
II) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода.
Текст
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА СО СВЕРХВЫСОКОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССОЙ Изобретение относится к способу получения полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой,в котором полимеризацию осуществляют в присутствии каталитической системы, включающей в себя I) тврдый продукт реакции, полученный взаимодействием (а) углеводородного раствора,содержащего (1) органическое кислородсодержащее соединение магния, (2) органическое кислородсодержащее соединение титана и (3) по меньшей мере одно соединение, содержащее цирконий и/или гафний (b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, гдеX является галогенидом, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0m2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода; причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет ниже 1:1; и II) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода. Способ с использованием указанного катализатора приводит к получению полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой, характеризующегося высокой молекулярной массой,высокой насыпной плотностью порошка, узким распределением частиц по размеру (индексом гомогенности) и средним размером частиц менее 250 мкм. Кроме того, способ демонстрирует высокую каталитическую активность.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: САУДИ БЕЙСИК ИНДАСТРИЗ КОРПОРЕЙШН (SA) Настоящее изобретение относится к способу получения полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой в присутствии упомянутой каталитической системы. Каталитическое получение полиэтилена очень хорошо известно в данной области техники. Весьма специфический класс полиэтилена представляет собой сверхвысокомолекулярный полиэтилен(UHMWPE) с очень высокой средней молекулярной массой, находящейся в пределах от значения около 1000000 до значения намного выше 6000000 г/моль, в то время как полиэтилен высокой плотности(HDPE), как правило, характеризуется молярной массой от значения около 50000 до 300000 г/моль. Следовательно, указанные линейные полимеры характеризуются средней молекулярной массой, намного более высокой, чем у линейного полиэтилена высокой плотности. Синтез полимера для полученияUHMWPE раскрыт в публикации Journal of Macromolecular Science Part C Polymer Reviews, vol. C42, No 3, p. 355-371, 2002. Более высокая молекулярная масса придат полимеру UHMWPE уникальное сочетание характеристик, делающих его пригодным для областей применения, в которых марки с более низкой молекулярной массой теряют работоспособность. Очень высокая молекулярная масса данного полиэтилена обеспечивает в результате очень хорошие свойства, например очень высокую абразивную стойкость, очень высокую ударопрочность, очень высокую вязкость расплава и низкий динамический коэффициент трения. Вследствие высокой молекулярной массы и высокой вязкости расплава применяют специальные способы переработки, такие как прямое прессование и плунжерная экструзия. В силу высокой молекулярной массы материал UHMWPE демонстрирует низкую текучесть в состоянии расплава, его трудно формовать в гранулы и необходимо выпускать продукт в форме порошка и ещ более важно, его необходимо также подвергать обработке в форме порошка. Следовательно, свойства порошка в значительной мере определяют способ получения, а также способ превращения. Например, указанный порошок необходимо хранить и перемещать, и, следовательно, очень важной характеристикой является насыпная плотность порошка UHMWPE. Более высокая насыпная плотность может приводить к уменьшению закупоривания при его транспортировке и можно увеличивать количество хранения на единицу объма. Повышением насыпной плотности можно увеличить массу полимера UHMWPE на единицу объма мкости для полимеризации и повысить концентрацию порошка материала UHMWPE в упомянутой мкости. Аналогичным образом, при обработке материала UHMWPE также требуется высокая насыпная плотность. Как упомянуто выше, типичными процедурами обработки являются плунжерная экструзия и прямое прессование. В принципе, оба способа включают в себя спекание частиц порошка (Stein в справочнике Engineered Materials Handbook, vol. 2: Engineering Plastics, ASM International, 1999, p. 167-171). В целях эффективности данного спекания очень важно, чтобы достигалась плотная упаковка порошка полимера, которая преобразуется в высокую насыпную плотность. Насыпная плотность полимераUHMWPE должна быть выше 300 кг/м 3 и даже ещ более предпочтительно выше 350 кг/м 3. Кроме того,важной характеристикой является средний размер частиц порошка UHMWPE. Средний размер частиц(D50) составляет предпочтительно меньше 250 мкм, более предпочтительно меньше 200 мкм. В дополнение к этому, распределение частиц по размерам, общеизвестное как индекс гомогенности (или "span"),определяемое соотношением (D90-D10)/D50, должно быть низким, предпочтительно ниже 2 и даже ещ более предпочтительно ниже 1,5. Форма частиц порошка полимера воспроизводит форму частиц катализатора, что также известно как феномен точной копии. В общем случае, если упомянутое воспроизведение имеет место, средний размер частиц полимера пропорционален корню кубическому из производительности катализатора, т.е. количества граммов полимера, производимых на 1 г катализатора. См., например, Dall'Occo et al., в книгеSpringer, 1988, p. 209-222. Вследствие указанной пропорциональности мелкие частицы полимера можно получать при снижении производительности катализатора, но это обусловливает наличие больших остаточных количеств катализатора в полимере, а также высокие расходы катализатора, необходимые для производства полимера. Это обеспечивает предъявление жстких требований к катализатору, поскольку необходима высокая активность катализатора в сочетании с размером частиц полимера ниже 250 мкм,предпочтительно ниже 200 мкм. Катализатор должен обладать способностью производить полимер UHMWPE с достаточно высокой молярной массой экономически эффективным способом. В процессах получения полиолефина отвод тепла полимеризации является решающим моментом, и, следовательно, полимеризацию осуществляют при повышенных температурах с целью достижения максимального выхода из реактора в единицу времени и снижения затрат энергии, связанных с отводом тепла. Таким образом, желательно применять как можно более высокую температуру полимеризации. Однако при повышенных температурах полимеризации катализаторы Циглера проявляют тенденцию к выработке полимеров с более низкой молярной массой. Поэтому на максимально допустимую температуру, которую можно использовать, оказывает влияние наиболее высокая молярная масса полимера, который можно синтезировать в присутствии определнного катализатора Циглера. Таким образом, существует потребность в катализаторах, которые способны производить полиэтилен с очень высокой молярной массой при повышенной температуре полимеризации. Цель настоящего изобретения заключается в разработке способа получения полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой в присутствии катализатора, который обеспечивает получение UHMWPE,характеризующегося высокой молярной массой, высокой насыпной плотностью порошка, узким диапазоном span и средним размером частиц меньше 250 мкм, и к тому же проявляет высокую каталитическую активность. В способе получения полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой в соответствии с изобретением полимеризацию осуществляют в присутствии катализатора согласно изобретению, который характеризуется тем, что каталитическая система включает в себя:(1) органическое кислородсодержащее соединение магния,(2) органическое кислородсодержащее соединение титана и(3) по меньшей мере одно соединение, содержащее цирконий и/или гафний; и(b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, где X представляет собой галогенид, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0m2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет меньше 1:1; иII) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода. Предпочтительными металлами III группы Периодической системы химических элементов Менделеева являются алюминий и бор. Предпочтительно галогенид представляет собой Cl. Сочетание углеводородного раствора, включающего органическое кислородсодержащее соединение магния, органическое кислородсодержащее соединение титана и соединение, содержащее цирконий и/или гафний, и специальной смеси, имеющей в свом составе соединение металла и соединение кремния, приводит в результате к получению катализатора, который обеспечивает синтезирование UHMWPE,характеризующегося высокой молярной массой, высокой насыпной плотностью порошка, узким диапазоном span и средним размером частиц меньше 250 мкм, и к тому же проявляет высокую каталитическую активность. Существенно, что компоненты смеси (b) применяют в виде смеси при взаимодействии с углеводородным раствором (а), вместо их использования по отдельности или последовательно. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения соединения, содержащие цирконий и/или гафний, выбраны из группы органических кислородсодержащих соединений циркония и/или гафния. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения соединение металла из пункта(b), имеющее формулу MeRnX3-n, представляет собой соединение алюминия формулы AlRnX3-n, где X является галогеном, a R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода,и 0n3. Предпочтительно мольное отношение алюминий из (b):титан из (а) ниже чем 1:1. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения мольное отношение титана из пункта 1(а) (2) к органическому кислородсодержащему соединению из пункта 1(а) (3) находится в диапазоне от 1:20 до 10:1. Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения используемая в способе по изобретению каталитическая система включает в себя:(1) органическое кислородсодержащее соединение магния,(2) органическое кислородсодержащее соединение титана и(3) по меньшей мере одно соединение, содержащее цирконий и/или гафний; и(b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, где X является галогеном и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0m2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет меньше чем 1:1;(с) с последующей обработкой полученного тврдого продукта реакции соединением алюминия формулы AlRnCl3-n, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3; иII) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода. Упомянутый катализатор обеспечивает получение полимера, характеризующегося высокой насыпной плотностью порошка, узким диапазоном показателя span и средним размером частиц меньше 250 мкм. Кроме того, катализатор обладает высокой каталитической активностью. Органическое кислородсодержащее соединение магния не содержит связи магний-углерод. Подходящие органические кислородсодержащие соединения магния включают, например, алкоксиды, такие как метилат магния, этилат магния и изопропилат магния, а также алкилалкоксиды, например этилэтилат магния. Предпочтительно органическое кислородсодержащее соединение магния представляет собой алкоксид магния. Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения алкоксид магния является этоксидом магния. Подходящие органические кислородсодержащие соединения титана и цирконий- или гафнийсодержащие соединения можно представить общей формулой [MtOx(OR)4-2x]n, где Mt выбран из группы, состоящей из титана, циркония и гафния, a R представляет собой органический радикал, х находится в диапазоне от 0 до 1 и n находится в диапазоне от 1 до 6. Подходящие примеры органических кислородсодержащих соединений титана формулы [TiOx(OR)42x]n, соединений циркония формулы [ZrOx(OR)4-2x]n и соединений гафния формулы [HfOx(OR)4-2x]n включают алкоксиды, феноксиды, оксиалкоксиды, конденсированные алкоксиды, карбоксилаты и еноляты. Подходящие цирконий- и гафнийсодержащие соединения включают смешанные алкоксихлориды металлов формулы (OR)yZrCl4-y и (OR)yHfCl4-y, где 1y3. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения органическое кислородсодержащее соединение титана представляет собой алкоксид титана. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения органическое кислородсодержащее соединение циркония представляет собой алкоксид циркония. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения органическое кислородсодержащее соединение гафния представляет собой алкоксид гафния. Подходящие алкоксиды включают, например, Ti(OC2H5)4, Ti(OC3H7)4, Ti(OC4H9)4, Ti(OC8H17)4,Zr(OC3H7)4, Zr(OC4H9)4, Zr(OC8H17)4, Hf(OC3H7)4, Hf(OC4H9)4 и Hf(OC8H17)4. Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения алкоксид титана представляет собой Ti(OC4H9)4. Согласно предпочтительному варианту осуществления соединение металла формулы MeRnX3-n представляет собой соединение алюминия формулы AlRnX3-n. Подходящие примеры соединений алюминия формулы AlRnX3-n включают трихлорид алюминия,этилдибромид алюминия, этилдихлорид алюминия, пропилдихлорид алюминия, н-бутилдихлорид алюминия, изобутилдихлорид алюминия, диэтилхлорид алюминия, диизобутилхлорид алюминия, триизобутилалюминий и три-н-гексилалюминий. Согласно предпочтительному варианту осуществления алюминийорганический галогенид в смеси по пункту I (b) представляет собой алюминийорганический хлорид, а более предпочтительно этилдихлорид алюминия. Подходящие примеры алюминийорганических соединений формулы AlR3 включают, например,триэтилалюминий, триизобутилалюминий, три-н-гексилалюминий и триоктилалюминий. Углеводородный раствор органического кислородсодержащего соединения магния и органических кислородсодержащих соединений титана, циркония и гафния можно приготовить по методикам, раскрытым, например, в патенте США 4178300 и документе ЕР-А-876318. В общем случае растворы представляют собой прозрачные жидкости. В случае присутствия каких-либо тврдых частиц их можно удалять фильтрацией перед использованием раствора в каталитическом синтезе. Как правило, углеводород представляет собой насыщенный углеводород C4-C12. Предпочтительно углеводород является насыщенным углеводородом C5-C7. Хотя соединения алюминия, особенно алкилхлориды алюминия, часто используют при получении катализаторов для полиолефинов, неожиданно было обнаружено, что количество соединения алюминия в (b) должно быть непредвиденно низким, как правило, ниже мольного отношения алюминия из (b) к титану из (а), составляющего меньше 1. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения мольное отношение алюминий из (b):титан из (а) составляет меньше чем 1:1. Предпочтительно указанное отношение ниже чем 0,8:1, а более предпочтительно данное отношение ниже 0,6:1. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения мольное отношение хлор из соединения RmSiCl4-m:кислород, присутствующий в углеводородном растворе (а), меньше 3:1, а более предпочтительно меньше 2:1. В предпочтительном варианте осуществления мольное отношение магний:титан меньше 3:1. Предпочтительно мольное отношение магний:титан находится в диапазоне от 0,2:1 до 3:1. Как правило, мольное отношение Al из соединения алюминия в (b+с):Ti находится в диапазоне от 0,05:1 до 1:1. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения мольное отношение Al из соединения алюминия в (b+с):Ti находится в диапазоне от 0,05:1 до 0,8:1. В большинстве случаев средний размер частиц катализатора находится в диапазоне от 3 до 30 мкм. Предпочтительно указанный средний размер частиц находится в диапазоне от 3 до 10 мкм. Обычно критерий распределения частиц по размерам, span составляет меньше 3. Катализатор настоящего изобретения можно получать посредством первой реакции между органическим кислородсодержащим соединением магния, органическим кислородсодержащим соединением титана и органическим кислородсодержащим соединением гафния и/или циркония с последующим разбавлением углеводородным растворителем, приводящей к образованию растворимого комплекса, после которой имеет место взаимодействие между углеводородным раствором упомянутого комплекса и смесью, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n и соединение кремния формулы RmSiCl4-m. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения катализатор получают посредством первой реакции между алкоксидом магния, алкоксидом титана и алкоксидом циркония и/или алкоксидом гафния с последующим разбавлением углеводородным растворителем, приводящей к образованию растворимого комплекса, состоящего из смешанного алкоксида, содержащего магний, титан и цирконий и/или гафний, и после которой имеет место взаимодействие между углеводородным раствором упомянутого комплекса и смесью, содержащей соединение алюминия формулы AlRnX3-n и соединение кремния формулы RmSiCl4-m. Смесь, содержащую соединение алюминия формулы AlRnX3-n и соединение кремния формулыRmSiCl4-m, используют предпочтительно в виде раствора в углеводороде. Возможной является дополнительная стадия последующей обработки в присутствии алкилалюминия или алкилгалогенида алюминия. Последовательность добавления реагентов может заключаться либо в добавлении углеводородного раствора, содержащего органическое кислородсодержащее соединение магния и органическое кислородсодержащее соединение титана, к смеси, содержащей соединение алюминия формулы AlRnX3-n и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, либо наоборот. Предпочтительно углеводородный раствор, содержащий органическое кислородсодержащее соединение магния и органическое кислородсодержащее соединение титана, добавляют порциями к перемешиваемому углеводородному раствору, содержащему соединение алюминия формулы AlRnX3-n и соединение кремния формулы RmSiCl4-m. Температура данной реакции может иметь любое значение ниже температуры кипения используемого углеводорода. Однако целесообразно использовать температуры ниже 60C, предпочтительно ниже 50C. Как правило, продолжительность добавления составляет предпочтительно более 10 мин и предпочтительно более 30 мин. В реакции углеводородного раствора, содержащего соединение магния, предпочтительно органическое кислородсодержащее соединение магния и органическое кислородсодержащее соединение титана,циркония или гафния, со смесью галогенсодержащего соединения кремния и соединения алюминия,тврдый осадок и полученную после реакции осаждения смесь нагревают до завершения реакции. По окончании реакции осадок отфильтровывают и промывают углеводородом. Можно также использовать и другие способы отделения тврдых частиц от разбавителя и последующих операций промывки, как, например, многоступенчатую декантацию. Все стадии следует выполнять в инертной атмосфере азота или другого подходящего инертного газа. Последующую обработку соединением алюминия можно осуществлять либо до стадий фильтрации и промывки, либо после упомянутой процедуры. Преимущество катализатора согласно изобретению заключается в том, что производительность катализаторов является высокой, и, следовательно, остаточные количества катализатора в полимере очень малы. Дополнительное преимущество катализатора состоит в том, что синтез с целью получения катализатора является относительно простым и дешвым, основанным на легкодоступных и относительно удобных в обращении соединениях. Согласно другому варианту осуществления изобретения каталитическая система включает в себя:(1) органическое кислородсодержащее соединение магния и(2) органическое кислородсодержащее соединение титана; и(b) смеси, содержащей в свом составе соединение металла формулы MeRnX3-n, где X является галогенидом, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0m2 и R представляет собой углеводородный радикал,содержащий 1-10 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет меньше 1:1; иII) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода. Согласно настоящему изобретению катализатор используют в способе получения полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой. Настоящее изобретение относится к способу получения полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой, характеризующемуся тем, что полимеризацию проводят в присутствии каталитической системы, включающей в себя:(1) органическое кислородсодержащее соединение магния,(2) органическое кислородсодержащее соединение титана и(3) по меньшей мере одно вещество, содержащее соединения циркония и/или гафния; и(b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, где X является галогенидом, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0m2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет меньше 1:1; иII) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода. Предпочтительно вещество, содержащее соединения циркония и/или гафния, представляет собой соединение, выбранное из группы органических кислородсодержащих соединений циркония и/или гафния. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения соединением металла является соединение алюминия формулы AlRnX3-n, где X является галогенидом, а R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, и 0n3. Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения способ выполняют в присутствии каталитической системы, включающей в себя:(1) органическое кислородсодержащее соединение магния,(2) органическое кислородсодержащее соединение титана и(3) по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы органических кислородсодержащих соединений циркония и/или гафния; и(b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, где X является галогенидом, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0m2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет меньше 1:1; и(с) с последующей обработкой полученного тврдого продукта реакции соединением алюминия формулы AlRnCl3-n, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3; иII) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода. Согласно предпочтительному варианту осуществления соединение металла из (b) представляет собой соединение алюминия формулы AlRnX3-n, где X является галогенидом, a R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, и 0n3. Способ приводит к получению полиэтилена, обладающего требуемыми свойствами и высокой насыпной плотностью. Способ является весьма подходящим для получения UHMWPE. Кроме UHMWPE, в присутствии катализатора согласно изобретению также можно получать полиэтилен высокой плотности и линейный полиэтилен низкой плотности. Получаемая морфология частиц является очень хорошей, что будет целесообразным для всех процессов полимеризации с формированием частиц. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения способ полимеризации этилена в присутствии катализатора согласно изобретению предназначен для получения UHMWPE. Как правило, насыпная плотность порошка UHMWPE составляет от 350 до 600 кг/м 3 и предпочтительно составляет от 350 до 550 кг/м 3. Насыпную плотность порошка полимера UHMWPE определяют измерением объмной плотности порошка полимера согласно процедуре, изложенной в общих чертах в стандарте ASTMD 1895/А. Гомополимер и/или сополимер этилена со сверхвысокой молекулярной массой, полученный в присутствии катализатора согласно настоящему изобретению, представляет собой порошок, имеющий следующие характеристики: средняя молекулярная масса выше 280000 г/моль и ниже 10000000 г/моль,средний размер частиц (D50) в диапазоне от 50 до 250 мкм и насыпная плотность в диапазоне от 350 до 600 кг/м 3. Реакцию полимеризации можно осуществлять в газовой фазе или в массе в отсутствие органического растворителя или проводить е в жидкой суспензии в присутствии органического разбавителя. Полимеризацию можно выполнять периодическим способом или в непрерывном режиме. Упомянутые реакции осуществляют в отсутствие кислорода, воды или любых других соединений, которые могут действовать как каталитический яд. Подходящие растворители включают, например, алканы и циклоалканы,такие, например, как пропан, изобутан, пентан, гексан, гептан, н-октан, изооктан, циклогексан и метилциклогексан, а также алкилароматические углеводороды, такие, например, как толуол, ксилол, этилбензол, изопропилбензол, этилтолуол, н-пропилбензол и диэтилбензол. Температура полимеризации может находиться в диапазоне от 20 до 200C, а предпочтительно от 20 до 120C. Давление мономера в ходе полимеризации соответствует атмосферному давлению, а более предпочтительно составляет 2-40 бар (1 бар=100000 Па). При необходимости, полимеризацию можно проводить в присутствии внешних доноров с целью дополнительного модифицирования характеристик катализатора. Подходящими внешними донорами являются, например, органические соединения, содержащие гетероатомы, которые имеют по меньшей мере одну неподелнную пару электронов, доступную для координации с компонентами катализатора или алкилами алюминия. Примеры подходящих внешних доноров включают спирты, простые эфиры,сложные эфиры, силаны и амины. Полимеризацию можно осуществлять в присутствии антистатического реагента или предохраняющего от обрастания агента в количестве, находящемся в диапазоне, например,от 1 до 500 ч./млн относительно суммарного количества содержимого реактора. Молекулярную массу полимера можно регулировать любыми способами, известными в данной области техники, как, например, регулированием температуры полимеризации или добавлением регуляторов молекулярной массы, например водорода или алкилов цинка. Вследствие очень высокой молекулярной массы полимера UHMWPE трудно анализировать его молярную массу, например, методом гельпроникающей хроматографии (ГПХ) или эксклюзионной хроматографии (ЭХ). Поэтому общепринято измерять вязкость разбавленного раствора полимера UHMWPE, например, в декалине при 135C. Полученное значение вязкости можно затем преобразовать в величину молекулярной массы. Полимер UHMWPE можно использовать в весьма разнообразных областях, где требуются высокая ударопрочность и абразивная износостойкость. В медицинских целях UHMWPE используют в составе коленных, плечевых и бдерных имплантатов, волокна высокой прочности, изготовленные из полимераUHMWPE, можно обнаружить в баллистической ткани, рыболовных лесках и сетях, а также в горнодобывающей промышленности. Полимер UHMWPE можно использовать в качестве футеровочных материалов для загрузочных ковшей или бункеров. В заявке на европейский патент ЕР 86481 A раскрыт катализатор полимеризации олефинов, содержащий не растворимый в углеводородах продукт, полученный взаимодействием соединения кремния,соединения переходного металла групп IVa, Va и VIa с образованием реакционной смеси и дополнительным взаимодействием полученной реакционной смеси с галогенсодержащим магнийорганическим соединением, имеющим в своей структуре связь магний-углерод, для приготовления промежуточного продукта и контактированием данного промежуточного продукта с алюминийорганическим галогенидом с образованием не растворимого в углеводородах продукта. В заявке ЕР 86481 A не описана смесь, содержащая соединение металла формулы MeRnX3-n и соединение кремния. В заявке ЕР 86481 A не раскрыто получение полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой. В патенте США 4226964 раскрыт способ полимеризации олефина в присутствии каталитической системы, сочетающей в себе алюминийорганическое соединение с не растворимым в углеводородах тврдым компонентом катализатора, приготовленной обработкой углеводородого раствора, содержащего соединение магния, соединение титана и соединение циркония, галогенидом алюминия. Соединение титана и соединение циркония являются галогенсодержащими соединениями. В патенте США 4226964 не раскрыта смесь, включающая в себя соединение металла формулы MeRnX3-n и соединение кремния. В патенте США 4226964 не описано получение полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой. Данное изобретение будет пояснено посредством следующих неограничительных примеров. Примеры Все примеры осуществляли в защитной атмосфере азота. Содержание тврдых частиц в суспензии катализатора определяли трижды высушиванием 10 мл суспензии катализатора в потоке азота с последующей откачкой в течение 1 ч, а затем взвешиванием полученного количества сухого катализатора. Средний размер частиц (D50) катализатора определяли так называемым методом рассеивания лазерного излучения в образцах, разбавленных гексанами, при помощи анализатора Malvern Mastersizer. Средний размер частиц и распределение по размерам ("span") частиц порошков полимера определяли методами ситового анализа по стандартам DIN 53477. В качестве альтернативы так называемое напряжение при удлинении можно определять согласно стандартам DIN 53493. Указанное напряжение при удлинении, иногда также называемое "интенсивностью потока", можно затем преобразовать в молекулярную массу, как раскрыто, например, авторами J.Berzen et al. в статье, опубликованной в The British Polymer Journal, Vol. 10, December 1978, p. 281-287. Пример I. Приготовление углеводородного раствора, содержащего органическое кислородсодержащее соединение магния, органическое кислородсодержащее соединение титана и органическое кислородсодержащее соединение циркония, 40 г гранулированного Mg(OC2H5)2, 60 мл Ti(OC4H9)4 и 76 мл Zr(OC4H9)4 помещали в круглодонную колбу мкостью 1 л, снабжнную обратным холодильником и мешалкой. При осторожном перемешивании смесь нагревали до 180C и затем перемешивали в течение 2,5 ч. В ходе этого получали прозрачную жидкость. Данную жидкость охлаждали до 120C и затем разбавляли 593 мл гексана. После добавления гексана смесь дополнительно охлаждали до 67C. Затем смесь охлаждали до комнатной температуры. Полученный прозрачный раствор хранили в атмосфере азота и использовали в приготовленном виде. Пример II. Приготовление катализатора. В круглодонную колбу, снабжнную холодильником, мешалкой и капельной воронкой, помещали 400 мл гексана. К нему добавляли 1,73 мл 50%-ного раствора дихлорида этилалюминия (EADC) в гексане (8,8 ммоль Al), а затем 12,9 мл SiCl4. Смесь охлаждали до 0C и включали мешалку со скоростью 2000 об/мин. Через капельную воронку добавляли 100 мл раствора, полученного в примере I, в течение периода времени, равного 2 ч. Затем слабо окрашенную суспензию кипятили с обратным холодильником в течение 2 ч, после чего смесь становилась оранжевой. Затем суспензию охлаждали до температуры окружающей среды, отфильтровывали и промывали 3 раза гексаном. В заключение тврдые частицы размещали в гексане и хранили в атмосфере азота. Размер частиц катализатора составлял 7,4 мкм. Пример III. Полимеризация в присутствии катализаторов по примеру II. Полимеризацию осуществляли в 10-литровом автоклаве с использованием 5 л очищенных гексанов в качестве разбавителя. 8 ммоль триизобутилалюминия добавляли к 5 л очищенных гексанов. Смесь нагревали до 75C и создавали повышенное давление этиленом. Затем порциями прибавляли суспензию,содержащую заданное количество катализатора по примеру II. Температуру поддерживали при 75C, а давление сохраняли постоянным, равным 4 бар (0,4 МПа), подачей этилена. Реакцию прекращали после подачи 1000 г этилена в реактор. Остановку осуществляли сбрасыванием давления и охлаждением реактора. Содержимое реактора пропускали через фильтр, собирали влажный порошок полимера, затем сушили, взвешивали и анализировали. Производительность катализатора составляла 24,1 кг полиэтилена на 1 г катализатора. Активность катализатора составляла 3,9 кг полиэтилена на 1 г катализатора на бар в 1 ч. Насыпная плотность была равна 379 кг/м 3. Величина D50 составляла 172 мкм. Величина span была равна 1,1. Величина напряжения при удлинении, показательная для молекулярной массы, составляла 0,457 МПа. Сравнительный пример А. Приготовление углеводородного раствора, включающего в себя органическое кислородсодержащее соединение магния и органическое кислородсодержащее соединение титана, 100 г гранулированногоMg(OC2H5)2 и 150 мл Ti(OC4H9)4 помещали в круглодонную колбу мкостью 2 л, снабжнную обратным холодильником и мешалкой. При осторожном перемешивании смесь нагревали до 180C и затем перемешивали в течение 1,5 ч. В ходе этого получали прозрачную жидкость. Данную жидкость охлаждали до 120C и затем разбавляли 1480 мл гексана. После добавления гексана смесь дополнительно охлаждали до 67C. Смесь поддерживали при указанной температуре в течение 2 ч, а затем охлаждали до комнатной температуры. Полученный прозрачный раствор хранили в атмосфере азота и использовали в приготовленном виде. Сравнительный пример В. Приготовление катализатора без соединения циркония. В круглодонную колбу, снабжнную холодильником, мешалкой и капельной воронкой, помещали 300 мл гексана. К нему добавляли 4,4 ммоль дихлорида этилалюминия (EADC) в гексане, а затем 4,7 млSiCl4 (40 ммоль). Включали мешалку со скоростью 750 об/мин. Через капельную воронку добавляли смесь 75 мл раствора, полученного в сравнительном примере А, в течение периода времени, равного 2 ч. Затем суспензию бледно-розового цвета кипятили с обратным холодильником в течение 2 ч, после чего смесь становилась красной. Затем суспензию охлаждали до температуры окружающей среды, отфильтровывали и промывали 3 раза гексаном. В заключение тврдые частицы размещали в гексане и хранили в атмосфере азота. Сравнительный пример С. Полимеризация с катализатором, приготовленным в сравнительном примере В. Полимеризацию осуществляли согласно процедуре, описанной в примере III. Данный полимер характеризовался величиной напряжения при удлинении, равной 0,395 МПа, что значительно ниже по сравнению с величиной, полученной в случае катализатора согласно изобретению. Это означает, что молекулярная масса полимера со сверхвысокой молекулярной массой, полученного без соединения циркония, значительно ниже. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой, в котором полимеризацию осуществляют в присутствии каталитической системы, включающей в себя:(1) органическое кислородсодержащее соединение магния,(2) органическое кислородсодержащее соединение титана,(3) по меньшей мере одно соединение, содержащее цирконий и/или гафний; и(b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, где X является галогенидом, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0m2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет ниже 1:1;II) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода. 2. Способ по п.1, в котором соединение, содержащее цирконий и/или гафний, выбрано из группы органических кислородсодержащих соединений циркония и/или гафния. 3. Способ по п.1 или 2, в котором каталитическая система включает в себя:(1) органическое кислородсодержащее соединение магния,(2) органическое кислородсодержащее соединение титана и(3) по меньшей мере одно соединение, содержащее цирконий и/или гафний; и(b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, где X является галогенидом, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0m2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет ниже 1:1;(с) с последующей обработкой полученного тврдого продукта реакции соединением алюминия формулы AlRnCl3-n, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3;II) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором соединение металла формулы MeRnX3-n представляет собой соединение алюминия формулы AlRnX3-n, где X является галогенидом, a R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором органическое кислородсодержащее соединение магния представляет собой алкоксид магния. 6. Способ по п.5, в котором алкоксид магния представляет собой этоксид магния. 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором органическое кислородсодержащее соединение титана представляет собой алкоксид титана. 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором соединение циркония представляет собой алкоксид циркония. 9. Способ по любому из пп.1-8, в котором соединение гафния представляет собой алкоксид гафния. 10. Способ по любому из пп.1-9, в котором каталитическая система включает в себя:(1) органическое кислородсодержащее соединение магния,(2) органическое кислородсодержащее соединение титана;(b) смеси, содержащей соединение металла формулы MeRnX3-n, где X является галогенидом, Me представляет собой металл III группы Периодической системы химических элементов Менделеева, R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода, а 0n3, и соединение кремния формулы RmSiCl4-m, где 0m2 и R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 110 атомов углерода, причем мольное отношение металл из (b):титан из (а) составляет ниже 1:1; и(c) соединения, содержащего цирконий или гафний;II) алюминийорганическое соединение формулы AlR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий 1-10 атомов углерода.
МПК / Метки
МПК: C08F 4/656, C08F 10/00
Метки: сверхвысокой, получения, массой, полиэтилена, способ, молекулярной
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/10-20797-sposob-polucheniya-polietilena-so-sverhvysokojj-molekulyarnojj-massojj.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ получения полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой</a>
Предыдущий патент: Устройство внутрискважинное для герметизации скважины
Следующий патент: Способ получения кристаллической формы 1-хлор-4-(β-d-глюкопираноз-1-ил)-2-[4-((s)-тетрагидрофуран-3-илокси)бензил]бензола
Случайный патент: Цементная композиция, которая содержит допа-меланин в качестве добавки, со значительно улучшенными физико-химическими и бактериологическими свойствами