以纳米材料为载体的负载茂金属催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种新型负载型茂金属催化剂及其应用。载体包括以蒙脱土、皂石、锂蒙脱石、合成云母、海泡石等为原料经胺盐、氨基酸等处理而成的纳米材料，比表面积为６４０ｍ↑［２］／ｇ～１００ｍ↑［２］／ｇ。由于采用纳米材料为载体，提高了催化剂的负载率、并降低了助催化剂的用量，从而大大减少了催化剂的生产成本。本发明专利技术催化剂适用于烯烃聚合，用本发明专利技术催化剂制备的聚烯烃树脂性能优于同类负载型茂金属催化剂所制得的产品。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及负载型茂金属催化剂及其应用，具体涉及以纳米材料为载体的负载型茂金属催化剂及用于烯烃聚合。负载型茂金属催化剂是指茂金属化合物和助催化剂负载于载体上以非均相体系存在。选用的载体主要有二氧化硅(EP 704461，1996)、氧化铝(kaminakaM，SogaK.Polymer，1992，331105)、氯化镁(USP 5106804，1992)、Al(OH)xOy(WO 9513872，1995)、蒙脱土(张雷等，石油化工，1998，第27卷，P809-894)、粘土(国际公布号PCT099.14247日99.3.25；EP 683180，1995)等。用上述各种载体制备的负载型茂金属催化剂存在以下问题1)催化剂的有效成份在有机溶剂中洗脱率比较高，实际负载量低，负载的活性有效成分低；2)助催化剂用量高(以烷基铝氧烷为例，铝/中心金属原子摩尔比为500)造成催化剂生产成本居高不下；3)用于烯烃聚合时，聚合物物性没有得到明显改善。本专利技术的目的在于提供一种以纳米材料为载体的负载型茂金属催化剂，该催化剂负载率高、活性高而且成本低，并将其用于烯烃聚合。本专利技术以纳米材料为载体的负载茂金属催化剂，由载体、主催化剂和助催化剂构成。适于本专利技术负载茂金属催化剂的载体包括以蒙脱土、皂石、锂蒙脱石、合成云母、海泡石等为原料经胺盐、氨基酸等处理而成的纳米材料，比表面积为640m2/g～100m2/g。适宜的胺盐为C8～C18烷基溴化胺、C8～C18烷基氯化胺，其中最好为C14～C18烷基溴化胺或C14～C16烷基氯化胺，如十二烷基二甲基苄基氯化胺、十六烷基三甲基溴化胺、十六烷基三甲基氯化胺，双十八烷基三甲基氯化胺、十八烷基三甲基氯化胺等；适宜的氨基酸包括C6～C18氨基酸，如ω-氨基酸、十二氨基十二酸、十六氨基十六酸、十八烷基氨基酸等。主催化剂包括非桥链、桥链以及限定几何构型等各种茂金属化合物，如二氯二茂锆、二氯二芴钛、(CH3)2C2ZrCl2、(CH3)2CZrCl2、(CH3)2CTiCl2、rac-Et-2ZrCl2、CpSi(Me)2N(t-Bu)ZrCl2等。助催化剂为作用于主催化剂并使其形成金属阳离子活性中心的化合物，如烷基铝氧烷和硼化物等，其中适宜的烷基铝氧烷包括甲基铝氧烷、乙基铝氧烷、丁基铝氧烷等，最好为甲基铝氧烷；适宜的硼化物包括B(C6F5)3、B(C6F5)4、HNR3B(C6F5)4等。主催化剂的金属原子重量占本专利技术负载茂金属催化剂总重量的比例为0.1-5wt％，由于负载率高而保留了大部分活性组份，因而助催化剂用量降低，以烷基铝氧烷为例，其铝/中心金属原子摩尔比为50-200，即最低可以降到50还可以保持其活性；以硼化物为例，其用量为硼/中心金属原子摩尔比为0.5-1。助催化剂的负载方式有两种一是助催化剂与主催化剂一起直接负载于载体上形成活性中心之后用于催化聚合；二是首先制备仅负载主催化剂的催化剂，用于聚合时再将助催化剂加入反应釜，此时助催化剂先负载于有主催化剂的纳米材料载体上，形成活性中心，然后催化聚合。本专利技术以纳米材料为载体的负载茂金属催化剂可用于烯烃聚合，如乙烯聚合、乙烯与α-烯烃共聚、间规聚丙烯等。生成的聚合物不仅粒子形态好，分子量高而且分子量分布窄。本专利技术以纳米材料为载体的负载茂金属催化剂制备方法有以下两种1)将纳米材料载体置于用金属钠蒸馏处理过的甲苯溶剂中搅拌分散均匀，加入助催化剂，常温下搅拌1-6小时；同时，将主催化剂溶于干燥处理的甲苯中；将主催化剂溶液移至纳米材料分散液中，于20-65℃下继续搅拌1-6小时，抽干甲苯溶剂，洗涤，制得本专利技术负载茂金属催化剂。整个过程必须在氮气保护下，无氧无水操作。2)助催化剂先不加入纳米材料分散液中，而是于烯烃聚合时加入反应釜，其它工艺过程与第一种方法相同。本专利技术由于采用了纳米材料为载体制备茂金属负载型催化剂，大大降低了在有机溶剂中的洗脱率，因而负载率高、催化活性高，用其制备的聚烯烃树脂各种物理性能均有不同程度的改善，降低了助催化剂的用量，从而从根本上降低了茂金属催化剂的成本，为茂金属催化剂的工业化奠定了良好的基础。实施例1取3.50g用蒙脱土经十六烷基三甲基溴化胺处理得到的纳米材料载体，比表面积为450m2/g，加入甲苯(以下所提到的甲苯均为用金属钠蒸馏处理过的)，40℃下搅拌2小时，然后再加入甲苯、MAO溶液，常温下继续搅拌2小时；称取0.22g二氯二茂锆(购自Aldrich公司，未经纯化，Zr含量为30.1％)加入甲苯制成溶液，然后将主催化剂溶液转移至纳米材料的甲苯分散液中，于60℃下搅拌4小时，抽干甲苯溶剂，甲苯洗涤，制得负载茂金属催化剂。助催化剂与主催化剂用量之比(铝锆比)为200。整个过程必须在惰性气体保护下严格操作。用偶氮砷法，通过分光光度计测定其主催化剂的金属原子锆占负载茂金属催化剂总重量的比例(简称载锆量)为1.32wt％。用同样的方法制备以二氧化硅为载体的催化剂作对比实验(以下实施例均以二氧化硅为载体做对比实验)。用该催化剂在小聚合实验装置上做乙烯淤浆均聚(聚合压力0.6Kpa、聚合温度为60℃、聚合时间为4小时)，得到的聚合物形态好。该催化剂活性为2.71×107g/(mol·h)-1。以二氧化硅为载体的催化剂的聚合活性为6.60×106g/(mol·h)-1。聚合物的各种物性经测试如下聚合物物性 Mw×10-4Mn×10-4MDW熔点(℃)以纳米材料为载体的催化剂8.854.501.97123以二氧化硅为载体的催化剂6.913.312.09121实施例23.50g以锂蒙脱石用ω-氨基酸处理制成纳米材料，其比表面积为390m2/g，0.70g二丁基茂二氯锆(北京石科院自制，Zr含量为17.0％)，助催化剂为MAO，其余同实施例1。测定催化剂载锆量为2.70wt％。铝锆比为100。用该催化剂作乙烯与己烯-1的淤浆共聚(己烯含量为15％，聚合压力0.6Kpa、聚合温度为60℃、聚合时间4小时)，其活性为3.11×107g/(mol·h)-1，以二氧化硅为载体的催化剂的聚合活性为9.15×106g/(mol·h)-1。聚合物的各种物性经测试如下聚合物物性 Mw×10-4Mn×10-4MDW熔点(℃)以纳米材料为载体的催化剂8.04 3.912.06 119以二氧化硅为载体的催化剂6.65 3.142.12117实施例3将实施例2催化剂用于乙烯与辛烯-1的淤浆共聚(辛烯含量为15％，聚合压力0.6Kpa、聚合温度为60℃、聚合时间4小时)，其活性为3.19×107g/(mol·h)-1，以二氧化硅为载体的催化剂的聚合活性为9.03×106g/(mol·h)-1。聚合物的各种物性经测试如下聚合物物性 Mw×10-4Mn×10-4MDW熔点(℃)以纳米材料为载体的催化剂8.043.93 2.05120以二氧化硅为载体的催化剂6.933.03 2.29117实施例4取3.50g以蒙脱土经十二氨基十二酸处理而成纳米材料，其比表面积为460m2/g，rac-Et-(Ind)2ZrCl2主催化剂0.18g(Zr含量为19.8％)，助催化剂为EAO，用实施例1方法得到催化剂。测定其载锆量为0.65％。铝锆比为50。用制得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载型茂金属催化剂，由主催化剂、助催化剂、载体构成，主催化剂包括非桥链、桥链以及限定几何构型的茂金属化合物，助催化剂为作用于主催化剂，并使其形成金属阳离子活性中心的化合物，其特征在于所述的载体为纳米材料，比表面积为６４０ｍ↑［２］／ｇ～１００ｍ↑［２］／ｇ，主催化剂的金属原子重量占催化剂总重量的比例为０．１－５ｗｔ％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾军纪，朱博超，李林青，王德平，冯玉涛，徐晓敏，韦少义，魏红，杨涛，刘燕，陈雪蓉，郝萍，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司，中国石油兰州石化公司化工研究院，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]