[发明专利]具有单活性中心的超高分子量聚乙烯催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂科学技术领域，涉及一种具有单活性中心的超高分子量聚乙烯催化剂及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种性能优异的热塑性工程材料，具有抗冲、拉伸强度高、耐磨、耐化学腐蚀、耐低温和自润滑，卫生无毒，不粘，憎水的特性，被人称为“令人惊异的塑料”。超高分子量聚乙烯在国民经济各行业中具有广泛的用途：可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料；用于纺织、造纸、食品机械、运输、陶瓷、煤矿等工业部门；可以节材节能，提高功效，降低噪音，有着十分重要的经济价值。

对于超高分子量聚乙烯而言，不仅产品的分子量大小可影响其机械性能和加工性能，产品的堆积密度和粒子形态也同样有着重要的作用，此外，产品的分子量分布宽度也对产品的机械性能和加工性能有着显著的影响，特别是用于制备高模量的聚乙烯纤维时，超高分子量聚乙烯的分子量分布对高模量的聚乙烯纤维的性能几乎起到决定性的作用。超高分子量聚乙烯的性能主要取决于所使用的催化剂，普通的齐格勒-纳塔催化剂只能制备宽分子量分布的超高分子量聚乙烯。目前对具有单活性中心的超高分子量聚乙烯催化剂的研究主要包括如下方面：(1)提高催化剂的聚合催化活性；(2)通过改进催化剂配方和聚合条件，调节产品的分子量大小和堆积密度；(3)开发单活性中心催化剂，以制备窄分子量分布的超高分子量聚乙烯。

中国专利CN1033703C公开了一种可调节分子量的超高分子量聚乙烯制备方法，是通过在催化剂体系中添加ZnCl₂组分，并通过调节ZnCl₂组分的含量达到有效调节超高分子量聚乙烯产品的分子量，据称该发明方法的聚合反应平稳易控制，聚合产物粒度分布良好，无结块，极少有微粒粉尘。然而通过实施例可知该催化剂制备过程较为复杂，而且并未给出超高分子量聚乙烯和催化剂的具体粒度分布宽度，然而该专利并未给出超高分子量聚乙烯产品的分子量分布。

中国专利CN1034509C公开了一种具有高堆积密度的超高分子量聚乙烯的制备方法，该催化剂是一种混合催化剂，含有有机铝化合物和钛组分，钛组分是从Ti(Ⅳ)化合物还原并用有机铝化合物后处理还原产物的方法制备，该催化剂制备的超高分子量聚乙烯具有0.35-0.46克/毫升的堆积密度。同样该专利也未给出产品的分子量分布，此外该催化剂的催化活性较低。

US6265504B1公开了一种超高分子量聚乙烯的制备方法，所述的超高分子量具有大于300万的平均分子量，分子量分布小于5。其所用的催化剂为含杂原子配体的单活性中心催化剂，且使用非甲基铝氧烷的活化剂，但要求体系在无α-烯烃，芳香族溶剂和氢的条件下进行聚合。然而该专利不仅要求较为严格的聚合条件，且未提及所制备的超高分子量聚乙烯的堆积密度以及催化剂的催化活性。

US2003/0130448A1公开了一种超高分子量聚乙烯的制备过程，该过程是使用负载化的单活性中心催化剂，使用非甲基铝氧烷的活化剂和在无α-烯烃，芳香族溶剂和氢的条件下进行聚合。据称所述的过程显著增加了催化剂的催化活性，所制备的超高分子量聚乙烯具有改进的强度和冲击性能。然而该专利不仅负载过程较为复杂而且仍然要求具有较为苛刻的聚合条件，且不能通过常用的氢调来调节超高分子量聚乙烯的分子量大小。

针对以上现有技术存在的不同缺陷，本发明将提供一种用于制备超高分子量聚乙烯的催化剂，该催化剂为负载的单活性中心催化剂，制备方法简单，原料易得。将本催化剂用于制备超高分子量聚乙烯时，不仅具有较高的催化活性，而且对聚合条件无苛刻要求，所制备的超高分子量聚乙烯具有堆积密度高，分子量分布窄等特点。并能通过氢调来调节超高分子量聚乙烯产品的分子量大小。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足之处而提供一种催化活性高、制备方法简单、原料易得、污染小的具有单活性中心的超高分子量聚乙烯催化剂及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有单活性中心的超高分子量聚乙烯催化剂，其特征在于，该催化剂包括主催化剂和助催化剂，主催化剂中Ti与助催化剂中Al的质量摩尔比为1∶(30～600)；

所述的主催化剂为具有式(1)结构的化合物：

式(1))，其中y＝1，2或3；z＝1或2；X为卤素原子；R为烷基；

所述的助催化剂为烷基铝化合物。

所述的卤素原子为F、Cl、Br或I；所述的烷基为1-10个碳原子的烷基；所述的烷基铝化合物为三乙基铝、三异丁基铝、三正己基铝或其混合物，优选三乙基铝。