JP2002020416A - エチレンプロピレンエラストマーの調製方法 - Google Patents
エチレンプロピレンエラストマーの調製方法Info
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Abstract
用してエチレンプロピレンエラストマーを調製するため
の溶液重合法を提供すること。 【解決手段】 弾性エチレンプロピレン(ジエン)エラ
ストマーを調製するための溶液重合法は、a)シクロペ
ンタジエニル配位子および一置換型窒素配位子を有する
非架橋型触媒と、b)ホウ素活性剤を使用することを特
徴とする。高分子量エラストマーは、この発明の方法に
よって費用をかけずに調製することができる。エラスト
マーは、ゴム状のシートまたは膜と、シール材やベル
ト、ホース、タイヤのサイドウォールなどの自動車部品
の製造に適している。
Description
らない単一部位触媒系を使用してエチレンプロピレンエ
ラストマーを調製するための溶液重合法に関する。本発
明の方法の触媒は、シクロペンタジエニル配位子および
一置換型窒素配位子を有する非架橋型第4族有機金属錯
体である。ホウ素活性剤も必要とされる。
ーは、エチレン、プロピレン、および(最適な場合に
は)少量のジエンモノマーを共重合することによって調
製される広く入手可能な商品である。ランダムに分布し
ているプロピレン単位を少なくとも20重量%含有する
コポリマーは、典型的な熱可塑性のポリエチレンまたは
ポリプロピレンホモポリマーよりも結晶性がかなり低
い。結晶化度が低く分子量が高いという性質を併せ持つ
ことによって、一般にこれらのポリマーには弾性がもた
らされる。これらのエラストマーは、膜(屋根ふき用ま
たはポンド・ライナ用)、「強化」熱可塑性プラスチッ
ク(「強化」ポリプロピレンや強化ナイロンなど)を調
製するための配合成分、特に自動車部品など、多くの適
用例で使用される。エチレンプロピレンエラストマーか
ら作製される自動車部品の例には、ベルト、シール、ホ
ース、およびタイヤのサイドウォールが含まれる。
のジエンを含むこともできる。ジエンが含まれると、
「加硫」または「硬化」化合物を調製するのに有効に使
用することができるエラストマー中に不飽和部分が残
る。このようなエラストマーは、一般に「EPDM」と
呼ばれる。
エラストマーは、自動車の適用分野で使用するのに十分
な引張強さをもたらすために、一般にその重量平均分子
量(「Mw」)が少なくとも60,000であることが
必要である。これらのエラストマーは、スラリおよび溶
液重合プロセスで生成することができる。
のエチレンプロピレン(ジエン)エラストマーを調製す
るのに特に適している。
プロピレン(ジエン)エラストマーを調製するのにあま
り適していないが、その理由は、高分子量エラストマー
の溶液粘度が高いとそのような溶液を取り扱うのが難し
くなるからである。この問題は、溶液温度を上げること
によって多少解決することができる。しかし、より高い
重合温度を使用すると、一般に連鎖停止反応の速度が速
くなり、そのためポリマーの分子量が低下する。
ラストマーは、典型的な場合、第4族または第5族の金
属とアルキルアルミニウム(ハロゲン化物)助触媒を含
むチーグラー(Ziegler)触媒系を用いて調製さ
れる。バナジウムは、高分子量のエラストマーをもたら
すので、一般に好ましい金属である。例示的なバナジウ
ム化合物には、ハロゲン化バナジウム(特に塩化バナジ
ウム)、バナジウムアルコキシド、および酸ハロゲン化
バナジウム(VOCl3など)が含まれる。これらのバ
ナジウム化合物は安価であるが、特に活性ではない。
PDMエラストマーを調製するために、メタロセン触媒
などの「単一部位触媒」を使用することが提案されてい
る。これらの触媒は、一般に、上述の簡単なバナジウム
化合物よりも高価である。特に、有機金属触媒錯体の合
成にかかるコストに起因して、かつ/または大量のアル
モキサン助触媒を使用するときに、触媒にかかるコスト
が高くなる。したがって、これらの新しい触媒がバナジ
ウム化合物に代わる経済的に実現可能な触媒を提供する
ことになる場合は、重合活性が高いこと(ならびに高分
子量のEPポリマーおよびEPDMポリマーを生成でき
る性質)が必要とされる。
メタロセン触媒(すなわち2つのシクロペンタジエニル
またはインデニルまたはフルオレニル配位子に結合した
橋かけ基を有する触媒)が提案されている。例えば、米
国特許(USP)第4,871,705号(Hoel;
Exxon社に譲渡)、第5,229,478号(Fl
oyld他;Exxon社に譲渡)、および第5,49
1,207号(Hoel;Exxon社に譲渡)を参照
されたい。
エチレンプロピレン重合条件下で非架橋型触媒よりも安
定である(すなわち分解する傾向がより少ない)ので、
そのような架橋型メタロセン触媒を使用することが望ま
しいと考えられる。しかし、架橋型メタロセンの合成は
比較的難しく費用がかかる。さらに、そのような触媒
は、エチレンプロピレンポリマー中にアイソタクチック
ポリプロピレンの列を形成する可能性があり、(欧州特
許出願(EPA)第374,695号(Davis他;
Polysar Ltd.に譲渡)に開示されてい
る)、エラストマーとしての使用が意図される生成物に
は望ましくない。
(Schiffino他;Exxon社に譲渡)は、環
状モノシクロペンタジエニル第4族メタロセン触媒(す
なわち架橋(または「環状」)配位子を有する触媒であ
って、シクロペンタジエニル基が、環状配位子の残りの
部分が形成されるようにシクロペンタジエニル配位子と
第4族金属の両方に結合している第15族ヘテロ原子な
どの別の原子と共に、「架橋」(または「環状」)配位
子の一部を形成する触媒)を使用して、溶液プロセスで
EPおよびEPDMを調製することについて教示してい
る。この特許は、架橋型ビスインデニルハフニウム触媒
の使用についても教示している。
ポリマーを調製する方法であって、前記方法は、 1)単一のシクロペンタジエニル配位子および一置換型
窒素配位子を有する非架橋型触媒と、 2)ホウ素活性剤とを含む触媒系の存在下、溶液重合条
件下で行われることを特徴とし、前記触媒は次式で定義
され、
1-20ヒドロカルビル基であって非置換型であるかまたは
ハロゲン原子、C1-8アルコキシ基、C6-10アリール基
またはC6-10アリールオキシ基でさらに置換されたC
1-20ヒドロカルビル基、アミド基、次式のシリル基であ
って、
1-8アルコキシ基、C6-1 0アリール基またはC6-10アリ
ールオキシ基からなる群から選択されたシリル基、およ
び次式のゲルマニル基であって、
1-8アルコキシ基、C6-1 0アリール基またはC6-10アリ
ールオキシ基、およびゲルマニル(germanyl)
基からなる群から選択されたゲルマニル基からなる群か
ら選択されたリン置換基と、 aii)次式で定義される置換基であって、
0個の炭素原子を有するヒドロカルビル、シリル基、ア
ミド基、およびホスフィド基からなる群から選択された
置換基とからなる群から選択される。Cpは、シクロペ
ンタジエニル、置換型シクロペンタジエニル、インデニ
ル、置換型インデニル、フルオレニル、および置換型フ
ルオレニルからなる群から選択された配位子であり、X
は活性化可能な配位子であり、nはMの価数およびXの
価数に応じて1または2であり、Mは、チタン、ハフニ
ウム、およびジルコニウムからなる群から選択された第
4族の金属である。
が少なくとも60,000であり、プロピレン含有量が
少なくとも20重量%である。
剤を使用しなければならない。実施例の中で後で記述し
例示するように、少量の活性剤(特に等モル量の触媒お
よび活性剤)を使用することが特に好ましい。この方法
は、アルモキサン助触媒のモル数が大量に過剰であるよ
り従来型の使用法に比べ、コスト上の利点をもたらすこ
とができる。さらに、理論に拘泥するものではないが、
アルモキサンのモル数が大量に過剰になると、エチレン
プロピレンエラストマーの溶液重合に必要とされる条件
下で本発明の触媒が劣化する可能性があると考えられ
る。(より詳細には、アルモキサンのモル数が大量に過
剰になると、橋かけ基の形成および/または金属−窒素
結合の開裂など、本発明の触媒の金属−窒素結合との望
ましくない相互作用または反応が生じるとみなされ
る。)
配位子、一置換型窒素配位子(ホスフィンイミン配位子
またはケチミド配位子)、および少なくとも1つの活性
化可能な配位子を有することを特徴とする、第4族有機
金属錯体である。これらの配位子のそれぞれについて以
下に詳細に記述する。
含有することが好ましい。この配位子は、式
ハロゲン原子、C1-20ヒドロカルビル基であって非置換
型であるかまたはハロゲン原子、C1-8アルコキシ基、
C6-10アリール基またはC6-10アリールオキシ基でさら
に置換されたC1-20ヒドロカルビル基、アミド基、式
基またはC1-8アルコキシ基、C6-10アリール基または
C6-10アリールオキシ基からなる群から選択されたシリ
ル基、式
キル基またはC1-8アルコキシ基、C6-10アリール基ま
たはC6-10アリールオキシ基、およびゲルマニル基から
なる群から選択されたゲルマニル基からなる群から選択
される。
原子に(二重)結合しているという意味で「一置換型窒
素原子」を含有する。
ドロカルビル基であるものである。特に好ましいホスフ
ィンイミンは、トリ(t−ブチル)ホスフィンイミンで
ある(すなわち各R1が第三ブチル基である)。
(a)金属−窒素原子結合を介して遷移金属に結合さ
れ、(b)窒素原子上に単一の置換基を有し(この単一
の置換基がN原子に二重結合している炭素原子である場
合)、(c)炭素原子に結合した2つの置換基(以下に
記述するSub1およびSub2)を有する配位子を指
す。
原子に(二重)結合しているという意味で一置換型窒素
原子も含有する。
同じでよくまたは異なってよい。例示的な置換基には、
1〜20個の炭素原子を有するヒドロカルビル、シリル
基、アミド基、およびホスフィド基が含まれる。コスト
上および便宜上の理由で、これらの置換基は共にヒドロ
カルビルであることが好ましく、特に単純なアルキルが
好ましく、第三ブチルであることが最も好ましい。
用語は、その従来からの意味を広く伝えることを意味
し、すなわちη−5結合を介して金属に結合している炭
素の5員環を有する配位子を意味する。このため「シク
ロペンタジエニル」という用語には、非置換型シクロペ
ンタジエニル、置換型シクロペンタジエニル、非置換型
インデニル、置換型インデニル、非置換型フルオレニ
ル、および置換型フルオレニルが含まれる。シクロペン
タジエニル配位子の置換基の例示的なリストには、C
1-10ヒドロカルビル基(このヒドロカルビル置換基は非
置換型でありまたはハロゲン原子、C1-8アルコキシ
基、C6-10アリール基またはC6-10アリールオキシ基で
さらに置換されている)、非置換型であるかまたは最大
2個のC1-8アルキル基で置換されたアミド基、非置換
型であるかまたは最大2個のC1-8アルキル基で置換さ
れたホスフィド基、式−Si(R)3のシリル基であっ
て各Rが独立に水素、C1-8アルキル基またはC1-8アル
コキシ基、C6-10アリール基またはC6-10アリールオキ
シ基からなる群から選択されるシリル基、式Ge−
(R)3のゲルマニル基であってRがすぐ上で定義され
たものであるゲルマニル基が含まれる。
含有しなければならない。「活性化可能な配位子」とい
う用語は、ホウ素活性剤(またはホウ素活性剤と少量の
アルモキサンの組合せ)で活性化してオレフィン重合を
促進させることができる配位子を指す。例示的な活性化
可能な配位子は、水素原子、ハロゲン原子、C1-10ヒド
ロカルビル基、C1-10アルコキシ基、C5-10アリールオ
キシド基(前記ヒドロカルビル基、アルコキシ基、およ
びアリールオキシド基は非置換型であるかまたはハロゲ
ン原子、C1-8アルキル基、C1-8アルコキシ基、C6-10
アリール基またはC6-10アリールオキシ基でさらに置換
されたものでよい)、非置換型であるかまたは最大2個
のC1-8アルキル基で置換されたアミド基、非置換型で
あるかまたは最大2個のC1-8アルキル基で置換された
ホスフィド基からなる群から独立に選択される。
よびこの活性化可能な配位子の価数に依存する。好まし
い触媒金属は、その最高の酸化状態(すなわち4+)に
ある第4族の金属であり、好ましい活性化可能な配位子
は1価の陰イオン系のものである(ヒドロカルビル基な
ど。特にメチル)。このため好ましい触媒は、第4族の
金属に結合した1つのホスフィンイミン配位子、1つの
シクロペンタジエニル配位子、2個の塩化物(またはメ
チル)配位子を含有する。ある場合には、触媒成分の金
属が最高の酸化状態にない可能性がある。例えば、チタ
ン(III)成分はただ1つの活性可能な配位子しか含
有しないことがある。
ずれも、ホウ素活性剤で活性化したときに驚くほど良好
な活性状態で、溶液重合条件下で高分子量のEPエラス
トマーおよび/またはEPDMエラストマーを提供する
ことが発見された。「ホスフィンイミン」触媒は、その
活性が特に良好であり、また実施例のデータを考慮する
ことによって明らかにされる理由により好ましいもので
ある。より詳細には、最も好ましい触媒は、1つのホス
フィンイミン配位子、1つのシクロペンタジエニル・タ
イプの配位子、および2つの活性化可能な配位子を有す
るその最高の酸化状態にある第4族有機金属錯体であ
る。これらの要件は、好ましい触媒に関する下記の式を
使用して簡潔に記述することができ、
れた金属であり、(b)Plは、式
R1が独立に、水素原子、ハロゲン原子、C1-20ヒドロ
カルビル基であって非置換型であるかまたはハロゲン原
子、C1-8アルコキシ基、C6-10アリール基またはC
6-10アリールオキシ基でさらに置換されたC1-20ヒドロ
カルビル基、アミド基、式
基またはC1-8アルコキシ基、C6-10アリール基または
C6-10アリールオキシ基からなる群から選択されたシリ
ル基、式
キル基またはC1-8アルコキシ基、C6-10アリール基ま
たはC6-10アリールオキシ基、およびゲルマニル基から
なる群から選択されたゲルマニル基であり、(c)Cp
は、シクロペンタジエニル、置換型シクロペンタジエニ
ル、インデニル、置換型インデニル、フルオレニル、置
換型フルオレニルからなる群から選択された配位子であ
り、(d)Xは活性化可能な配位子であり、mは1、n
は1、pは2である。
性剤」ともよばれ、メタロセン触媒と共に使用すること
が周知である。例えば、米国特許第5,198,401
号(HlatkyおよびTurner)と米国特許第
5,132,380号(StevensおよびNeit
hamer)を参照されたい。
活性剤」によって初めに1つまたは複数の活性化可能な
配位子の引抜きが生じ、これは、触媒を陽イオンにイオ
ン化し、次いで陽イオンの形の触媒を安定化するバルク
状の不安定な非配位陰イオンをもたらすような手法で行
われることが、当業者に考えられる。バルク状の非配位
陰イオン(non−coordinating ani
on)により、陽イオン触媒中心でオレフィン重合を進
めることができる(おそらく非配位陰イオンは、触媒に
配位結合するモノマーで置換されるのに十分に不安定で
あるので)。好ましいホウ素活性剤を以下の(i)〜
(iii)に記述するが、このホウ素活性剤は、(i)
式[R5]+[B(R7)4]-の化合物であり、ただしB
はホウ素原子であり、R5は芳香族ヒドロカルビル(例
えばトリフェニルメチル陽イオン)であり、各R7は独
立に、非置換型であるかまたは3〜5個の置換基で置換
されたフェニル基であって、これらの置換基が、フッ素
原子と、非置換型であるかまたはフッ素原子で置換され
たC1-4アルキル基またはC1-4アルコキシ基とからなる
群から選択されたものであるフェニル基と、式−Si−
(R9)3のシリル基であって、R9が独立に水素原子お
よびC1-4アルキル基からなる群から選択されるシリル
基とからなる群から選択され、(ii)式[(R8)tZ
H]+[B(R7)4]-の化合物であり、ただしBはホウ
素原子であり、Hは水素原子であり、Zは窒素原子また
はリン原子であり、tは2または3であり、R8は、C
1-8アルキル基、非置換型であるかまたは最大3個のC
1-4アルキル基で置換されたフェニル基からなる群から
選択され、1個のR8は窒素原子と一緒になってアニリ
ニウム基を形成することができ、R7は上記定義したも
のであり、(iii)式B(R7)3の化合物であり、R
7は上記定義したものである。(注記:B(R7)3はイ
オン化合物ではない。理論に拘泥するものではないが、
式B(R7)3の化合物は触媒種から活性化可能な配位子
(L)を引き抜き、そのため式[B(R7)3L]-の非
配位陰イオンであってLが本明細書の中で前に述べた活
性化可能な配位子であるものが形成されると考えられ
る。)
ェニル基であり、R5がトリフェニルメチル陽イオンで
あり、Zが窒素原子であり、R8がC1-4アルキル基であ
り、またはR8が窒素原子と一緒になって、2個のC1-4
アルキル基で置換されたアニリニウム基を形成すること
が好ましい。
性剤は、触媒中心を陽イオンにイオン化するがこの触媒
と共有結合しないように、かつ得られる活性部位に重合
性オレフィンが入るのを可能にするのに十分な距離が触
媒とイオン化活性剤との間に設けられるように、1つま
たは複数の活性化可能の配位子を引き抜くことができる
とみなされる。
ニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリプロピルアンモ
ニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリ(n−ブチル)
アンモニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリメチルア
ンモニウムテトラ(p−トリル)ホウ素、トリメチルア
ンモニウムテトラ(o−トリル)ホウ素、トリブチルア
ンモニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ホウ素、
トリプロピルアンモニウムテトラ(o,p−ジメチルフ
ェニル)ホウ素、トリブチルアンモニウムテトラ(m,
m−ジメチルフェニル)ホウ素、トリブチルアンモニウ
ムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)ホウ素、
トリブチルアンモニウムテトラ(ペンタフルオロフェニ
ル)ホウ素、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラ
(o−トリル)ホウ素、N,N−ジメチルアニリニウム
テトラ(フェニル)ホウ素、N,N−ジエチルアニリニ
ウムテトラ(フェニル)ホウ素、N,N−ジエチルアニ
リニウムテトラ(フェニル)n−ブチルホウ素、N,N
−2,4,6−ペンタメチルアニリニウムテトラ(フェ
ニル)ホウ素、ジ(イソプロピル)アンモニウムテトラ
(ペンタフルオロフェニル)ホウ素、ジシクロヘキシル
アンモニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリフェニル
ホスホニウムテトラ(フェニル)ホウ素、トリ(メチル
フェニル)ホスホニウムテトラ(フェニル)ホウ素、ト
リ(ジメチルフェニル)ホスホニウムテトラ(フェニ
ル)ホウ素、トロピリウムテトラキスペンタフルオロフ
ェニルボラート、トリフェニルメチリウムテトラキスペ
ンタフルオロフェニルボラート、ベンゼン(ジアゾニウ
ム)テトラキスペンタフルオロフェニルボラート、トロ
ピリウムフェニルトリスペンタフルオロフェニルボラー
ト、トリフェニルメチリウムフェニルトリスペンタフル
オロフェニルボラート、ベンゼン(ジアゾニウム)フェ
ニルトリスペンタフルオロフェニルボラート、トロピリ
ウムテトラキス(2,3,5,6−テトラフルオロフェ
ニル)ボラート、トリフェニルメチリウムテトラキス
(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボラー
ト、ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(3,4,5
−トリフルオロフェニル)ボラート、トロピリウムテト
ラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボラー
ト、ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(3,4,5
−トリフルオロフェニル)ボラート、トロピリウムテト
ラキス(1,2,2−トリフルオロエテニル)ボラー
ト、トリフェニルメチリウムテトラキス(1,2,2−
トリフルオロエテニル)ボラート、ベンゼン(ジアゾニ
ウム)テトラキス(1,2,2−トリフルオロエテニ
ル)ボラート、トロピリウムテトラキス(2,3,4,
5−テトラフルオロフェニル)ボラート、トリフェニル
メチリウムテトラキス(2,3,4,5−テトラフルオ
ロフェニル)ボラート、およびベンゼン(ジアゾニウ
ム)テトラキス(2,3,4,5−テトラフルオロフェ
ニル)ボラートが含まれる。
−ジメチルアニリニウムテトラキスペンタフルオロフェ
ニルボラート、トリフェニルメチリウムテトラキスペン
タフルオロフェニルボラート、およびトリスペンタフル
オロフェニルボランが含まれる。
ぼ等モルで反応器に添加することが好ましい。0.5/
1から2/1のモル比を使用することができ、1/1か
ら1.2/1が特に好ましい。大量にモル数が過剰なホ
ウ素活性剤を使用して差支えないと考えられる(しかし
不経済で費用がかかる)。
キサンおよび毒捕捉剤 アルモキサンは、本発明の方法で単独の触媒として使用
することができない(実施例で示すように、エチレンプ
ロピレン溶液重合条件下では活性が比較的不十分である
ので)。しかし、アルモキサンは、(第2の)触媒とし
てかつ/または毒捕捉剤として使用することができる。
ルビル基からなる群から選択され、mは0〜50であ
り、好ましくはR4はC1-4アルキル基でありmは5〜3
0である。各Rがメチルであるメチルアルモキサン(ま
たは「MAO」)が好ましいアルモキサンである。
かした溶液として容易に入手可能な商品でもある。
キサンは、アルミニウムと遷移金属(触媒中)のモル比
が20:1〜1000:1になるように添加することが
好ましい。好ましい比は5:1〜250:1である。
本発明の触媒の金属−窒素結合は、本発明の重合条件
下、酸性の毒によって分解/開裂し易いと考えられる。
このような毒は、溶媒、モノマー中、またはアルモキサ
ン溶液中にさえも存在する可能性がある(残留アルキル
アルミニウムなど)。したがって、これらの毒の捕捉剤
として少量の塩基を使用することも好ましい。この塩基
は立体的にバルク状であることが特に好ましい。立体的
にバルク状のアミンおよび/または立体的にバルク状の
アルコールが好ましい。
モキサンをホウ素活性剤と組み合せて使用するときに活
性が驚くほど増大することが示されている(ホウ素のみ
の場合に比べて、また特に、アルモキサンを単独で使用
して得られた不十分な活性に比べて)。しかし、この望
ましい結果が触媒−アルモキサン「活性化」の影響によ
って生じるのか、それとも触媒毒またはそのいくつかの
組合せによる悪影響が緩和されることによって生じるの
か、最終的に確立されていない。
プロセスは、当技術分野で周知である。このプロセス
は、ペンタン、メチルペンタン、ヘキサン、ヘプタン、
オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、水
素化したナフサなど、非置換型であるかまたはC1-4ア
ルキル基で置換されたC5-12炭化水素などの、不活性炭
化水素溶媒の存在下で実行される。市販されている適切
な溶媒の例は、「Isopar E」(C8-12脂肪族溶
媒、Exxon ChemicalCo.)である。
で行う。前に述べたように、より高い重合温度を使用す
ると、一般に溶液粘度が低下する(これは望ましい)
が、分子量も低下する(これは望ましくない可能性があ
る)。好ましい重合温度は100℃未満であり、重合活
性に優れると共に分子量が高いという驚くべき組合せの
ものを得ることができる。
任意選択で1つまたは複数のジエンモノマーの弾性コポ
リマーおよびターポリマーの調製に使用される方法であ
る。一般にそのようなポリマーは、約50重量%〜約8
0重量%のエチレン(好ましくは約50〜60重量%の
エチレン)と、それに対応して50〜20重量%のプロ
ピレンを含有することになる。本発明のエラストマー
は、当業者によく知られるように、エラストマーの架橋
または加硫を促進させるため、少量のジエンモノマーと
共に調製することもできる。ジエンは、ポリマーの最大
10重量%までの量で存在することが好ましく、約3〜
7重量%の量で存在することが最も好ましい。得られる
ポリマーは、エチレン40〜75重量%、プロピレン5
0〜15重量%、ジエンモノマーを最大10重量%含ん
でポリマー100重量%をもたらす組成物を有すること
ができる。2種以上のタイプのジエンモノマーを含める
ことができる。ジエンの好ましい例は、ジシクロペンタ
ジエン、1,4−ヘキサジエン、5−メチレン−2−ノ
ルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、およ
び5−ビニル−2−ノルボルネンであり、特に5−エチ
リデン−2−ノルボルネンおよび1,4−ヘキサジエン
であるが、これらに限定するものではない。
れ、その後、反応器に供給される(または気体状のモノ
マーの場合には、このモノマーは反応混合物中に溶解す
るように反応器に供給することができる)。混合前、一
般に溶媒およびモノマーを精製して、水や酸素、金属不
純物など、存在する可能性のある触媒毒を除去する。供
給材料の精製は、当技術分野での標準的なやり方に従
い、モノマーを精製するには例えばモレキュラ・シー
ブ、アルミナ・ベッド、酸素除去触媒が使用される。溶
媒自体(例えばメチルペンタン、シクロヘキサン、ヘキ
サン、トルエン)も同様の手法で処理することが好まし
い。
合反応器に供給することができる。追加のモノマーおよ
び溶媒を第2の反応器(使用する場合)に添加すること
ができ、これを加熱しまたは冷却することができる。
混合することができ、または各反応器に別個の流れとし
て供給することができる。場合によっては、反応に入る
前に触媒成分に反応時間を与えるためにそれを予備混合
することが望ましいと考えられる。そのような「インラ
イン式混合」技法は、DuPont CanadaIn
c.名義のいくつかの特許に記載されている(例えば1
996年12月31日に発行された米国特許第5,58
9,555号)。
設計および容量に応じて異なる。一般に反応器は、反応
物の完全な混合を実現するための条件下で運転するべき
である。二重反応器重合プロセスを使用する場合、最終
ポリマーの20〜60重量%を第1の反応器内で重合
し、その残分を第2の反応器内で重合することが好まし
い。反応器から離れたら溶媒を除去し、得られるポリマ
ーを従来の手法で仕上げる。
本発明の範囲内である。
PDM) 2リットルの反応器(「Parr」反応器)内で重合反
応を行った。要求に応じて供給したエチレンを除き、全
ての化学薬品(溶媒、モノマー、触媒、および捕捉剤)
を1回分ずつこの反応器に供給した。エチレンの流れ
は、最大速度10slpm(分当たりの標準リットル)
に設定されたHastingの質量流量制御器を使用し
て制御した。供給流は、反応器内に送り込む前に、従来
の精製技法を使用して精製した。全ての反応成分は、精
製済みの窒素またはアルゴン雰囲気中で貯蔵し取り扱っ
た。反応用の溶媒として精製済みのヘキサンを使用し
た。Labtech Notebookソフトウェアを
使用して反応をモニタした。温度制御は自動温度制御シ
ステムを使用することにより行った。
obelから購入した(商標「PMAO−IP」および
「MMAO−7」)。市販のホウ素活性剤、[CP
h3][B(C6F5)4](または「ホウ酸トリチル」)
をAsahi Glass Inc.(旭硝子)から購
入した。ジエンモノマー、5−エチリデン−2−ノルボ
ルネン(ENB)をAldrichから購入し、CaH
2で蒸留した。HPLC(高性能液体クロマトグラフ
ィ)級のヘキサンをAldrichから購入し、様々な
吸収媒質に接触させることによって精製した。
で調査した。反応器内に、プロピレンを1回のインクリ
メント分/バッチ分として77mLの量で添加して、重
合を65℃で完了させ、83mLの量を添加してこの重
合を80℃で完了させた。全反応圧力は、65℃の重合
の場合1平方インチ・ゲージ当たり112ポンド(11
2psig)(約7.87kgf/cm2)であり、8
0℃の重合の場合115psig(約8.09kgf/
cm2)であった。EPDM重合では、ジエンモノマー
(ENB)を、1回分として5mLの量で反応器内に添
加した(6.6mL使用した比較実験61628を除
く)。溶媒としてヘキサンを640mL使用した。触媒
濃度は、表に示すように、1リットル当たり0.5〜1
0マイクロモルの間であった(Tiベースで)。MAO
は、二塩化物の形で提供される触媒をアルキル化するた
めに使用した(Al/Tiの比が20/1)。これは、
ジメチルの形の触媒を必要としなかった。触媒および活
性剤を少量のトルエンに溶解し、加圧下で反応器内に注
入した。(このトルエンはAldrichから購入し、
使用前にモルシーブで精製した。)ホウ素活性剤は、他
に特に示さない限り等モル量添加した(遷移金属、Ti
に対し)。いくつかの実験では、バルク状のヒンダード
フェノール、すなわち2,6−ジ−t−ブチル−4−エ
チルフェノールを添加した(表に示す)。比較実験(単
独の活性剤としてMAOを使用する)は、Al/Ti比
を他に特に示さない限り約300/1として行った。反
応時間は30分であった。この反応は、反応気体をアル
ゴンで希釈し、反応器を冷却することによって終了させ
た。ポリマー溶液をステンレス鋼のボールに収集し、溶
媒を蒸発させてポリマーを残した。生成されたポリマー
の重量、触媒の濃度、および反応時間に基づいて重合活
性を計算した。EPコポリマーを真空炉内で4時間、約
40℃で乾燥し、一方EPDM試料は下記の手順で処理
した。
て、残留するENBを除去した。この手順を以下に示
す。
し、水浴中に浸漬させた銅コイル内を循環させて、この
浴の温度を維持した。加熱中、ポリマーを静かに撹拌し
た。処理済みのポリマーは、浴と接触する表面積を増加
させるためにいくつかの小片に切断した。浴中に試料を
沈めて完全に浸漬させた。典型的な試料の処理時間は約
90分であった。ポリマーを浴から取り出し、エタノー
ル中に浸漬して水を除去した。焼結ガラスのブフナー
(Buchner)漏斗を用いた減圧濾過によって、ポ
リマーから大量のエタノールを除去した。次いで減圧を
停止し、十分なエタノールを漏斗の上部に入れてポリマ
ーを覆い、再び減圧を行ってこのエタノールを除去し
た。洗浄をもう一度繰り返し、合計で3回洗浄した。次
いでポリマーを、真空炉内で40℃で一晩乾燥し、残留
する微量のエタノールを除去した。
的な較正がなされた1,2,4−トリクロロベンゼン中
140℃で高温GPC−粘度測定法(Waters 1
50−C)により分析した。
NMR分光分析法によって分析した(Bruck−30
0−DPS、1,2,3−トリクロロベンゼン中90
℃)。メチル、メチレン、およびメチン共鳴を使用し
て、エチレンとプロピレンの相対的な量を決定した。E
PDM試料のENB含有量は、ENBの末端二重結合に
基づいて計算した。
ルホスフィンイミン)ジクロライドまたは「CpTiN
PtBu3Cl2」、 2.(シクロペンタジエニル)チタン(トリ−t−ブチ
ルホスフィンイミン)ジメチルまたは「CpTiNPt
Bu3Me2」、および 3.(ペンタフルオロフェニル置換型シクロペンタジエ
ニル)チタン(トリ−t−ブチルホスフィンイミン)ジ
クロライドまたは「CpC6F5TiNPtBu 3C
l2」。 4.(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタン(ジ
−t−ブチルケチミド)ジクロライドまたは「Cp*T
iNCtBu2Cl2」。 5.(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタン(ジ
−t−ブチルケチミド)ジメチルまたは「Cp*TiN
CtBu2Me2」。 6.(ジメチルシリル)(テトラメチルシクロペンタジ
エニル)(t−ブチルアミド)チタンジメチルまたは
「Me2SiC5Me4(N−t−Bu)TiMe2」また
は「拘束型幾何形状の触媒」。
表に示す。
のポリマーのグラム数) 2.Mw=重量平均分子量(×10-3) 3.Mn=数平均分子量(×10-3) 4.Pd=多分散性=Mw/Mn 5.P含有量=ポリマーのプロピレン含有量(重量%) 6.ENB含有量=ポリマーのEMB含有量(重量%) 7.c=比較
Oのみを使用したので)。本発明の実験2は、活性剤と
してMAOの代わりにホウ素活性剤を使用すると、活性
が驚くほど増大することを示す。実験3および4は、ホ
ウ素活性剤とMAOを組み合せて使用することによって
活性がさらに増大することを示す。
施した。このプロセスは、全ての供給材料の流れ(溶
媒、モノマー、および触媒)において、かつ生成物の除
去の際に連続的である。全ての供給材料の流れは、当業
者に知られている水や酸素、極性材料などの触媒の活性
を殺す不純物を除去するために、様々な吸収媒質に接触
させることによって、反応器の前に精製した。全ての成
分は、精製済みの窒素雰囲気中で貯蔵し取り扱った。
cの反応器で実施した。各実験では、反応器への容量供
給を一定に保ち、その結果、反応器の滞留時間も一定に
保たれた。
触媒とは事前に接触させなかった。触媒、活性剤、およ
びMAOのシクロヘキサンへの溶解度が低いので、溶液
は、精製したキシレンに溶かして調製した。2−447
−2から2−447−11まで(触媒と活性剤を、反応
器の外でトルエン中で事前に接触させ、次いで加圧下で
反応器に添加した)を除く全ての実験では、モノマーの
存在下、反応温度でその場で(in−situ)(重合
反応器内で)触媒を活性化した。重合は、圧力1500
psi(約105kgf/cm2)でシクロヘキサン中
で行った。エチレンは、較正された熱質量流量計によっ
て、表に示す速度で反応器に供給し、重合反応器の前に
反応溶媒に溶解した。プロピレンもエチレンと予備混合
し、その後、重合反応器に入れた。これらの条件下、モ
ノマーの転化率は、触媒濃度、反応温度、および触媒活
性などによって制御される従属変数である。
よってモニタし、必要とされる設定点から+/−0.5
℃の範囲内に制御することができた。反応器の下流で
は、圧力を反応圧力1500psiから大気圧まで低下
させた。次いで固体ポリマーを、凝縮した溶媒にスラリ
として回収し、蒸発によって乾燥した後に分析を行っ
た。
るプロパンを基準として、専用のオンライン・ガスクロ
マトグラフィによって決定した。平均重合速度定数は、
反応器の保圧時間、反応器内の触媒濃度、およびエチレ
ン転化率に基づいて計算し、l/(mmol*分)を単
位として表される。
Q))×(1/[M])×(1/HUT)であり、ただ
しQはエチレン転化率パーセント、[M]はmMを単位
として表される反応器内の触媒(金属)濃度、HUTは
分を単位とする反応器の保圧時間である。
スフィンイミンシクロペンタジエニル触媒 重合条件(触媒、活性剤、MAO、およびモノマーの流
量と重合温度を含む)を表B−1に示す。
で(含めて)は比較実験であり、活性剤としてMAOの
み使用したものである。活性定数(表1の「Kp」)は
536〜1336l/mmol/分であることが観察さ
れた。本発明の実験2−447−2から2−447−1
1までを含めたものによれば、活性剤としてホウ酸トリ
チルを使用したときに活性がかなり増大したことを示し
ている。
媒」−(ジメチルシリル)(テトラメチルシクロペンタ
ジエニル)(t−ブチルアミド)チタンジメチル(また
は「Me2SiC5Me4(N−t−Bu)TiMe2」)
を使用したエチレンプロピレン重合 重合条件を表B2に示す。重合活性は、上記表B1に示
される本発明の実験の重合活性よりもかなり低い。
ニル触媒を使用したエチレンプロピレン(ジエン)重合 重合条件(ENBの流量を含む)を表B3に示す。本発
明の実験(MMAO−7と共にホウ酸トリチル活性剤を
使用する)は、比較実験(MAOを唯一の活性剤として
使用する)の活性よりもかなり大きい活性であることを
示している。
実際の活性の数字は、他の点では同様な実施例B1での
EP実験の活性の数字よりも非常に低いことにも留意さ
れたい。したがってこれらのデータによれば、この実施
例の重合温度では、ジエンモノマーが存在すると実質上
の失活作用が生じることが示される。したがって、より
低い重合温度である(パートAで示した)ことが好まし
い。
を使用したエチレンプロピレン(ジエン)重合 ENB流量を含む重合条件を表B4に示す。ポリマーの
データは表B4bに示す。
らの条件下で良好であるが、ホスフィンイミン触媒の活
性(B3に示す)よりもかなり低い。
Claims (8)
- 【請求項1】 弾性エチレンプロピレンポリマーを調製
するための方法であって、 1)単一のシクロペンタジエニル配位子、および一置換
型の1価の陰イオン系窒素配位子を有する非架橋型触媒
と、 2)ホウ素活性剤とを含む触媒系の存在下、溶液重合条
件下で行われることを特徴とし、前記触媒が次式で定義
され、 【化1】 上式でYは、 ai)次式で定義されるリン置換基であって、 【化2】 上式で、各R1が独立に、水素原子、ハロゲン原子、C
1-20ヒドロカルビル基であって非置換型であるかまたは
ハロゲン原子、C1-8アルコキシ基、C6-10アリール基
またはC6-10アリールオキシ基でさらに置換されたC
1-20ヒドロカルビル基、アミド基、次式のシリル基であ
って、 【化3】 上式で、各R2が独立に水素、C1-8アルキル基またはC
1-8アルコキシ基、C6-1 0アリール基またはC6-10アリ
ールオキシ基からなる群から選択されたシリル基、およ
び次式のゲルマニル基であって、 【化4】 上式で、R2′が独立に水素、C1-8アルキル基またはC
1-8アルコキシ基、C6-1 0アリール基またはC6-10アリ
ールオキシ基、およびゲルマニル基からなる群から選択
されたゲルマニル基からなる群から選択されたリン置換
基と、 aii)次式で定義される置換基であって、 【化5】 上式で、Sub1とSub2のそれぞれが独立に、1〜2
0個の炭素原子を有するヒドロカルビル、シリル基、ア
ミド基、およびホスフィド基からなる群から選択された
置換基とからなる群から選択され、 Cpは、シクロペンタジエニル、置換型シクロペンタジ
エニル、インデニル、置換型インデニル、フルオレニ
ル、および置換型フルオレニルからなる群から選択され
た配位子であり、 Xは、活性化可能な配位子であり、nはMの価数および
Xの価数に応じて1または2であり、 Mは、チタン、ハフニウム、およびジルコニウムからな
る群から選択された第4族の金属である方法。 - 【請求項2】 前記弾性エチレンプロピレンコポリマー
の重量平均分子量が少なくとも60,000であり、プ
ロピレン含有量が少なくとも20重量%であることを特
徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 Mがチタンであり、nが2であり、各活
性化可能な配位子が塩素とメチルからなる群から選択さ
れ、配位子−N=Xが次式で定義されるホスフィンイミ
ン配位子であり、 【化6】 上式で、各R1がC1-20ヒドロカルビル基であるホスフ
ィンイミン配位子である請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 各R1が第三ブチルである請求項3に記
載の方法。 - 【請求項5】 前記ホウ素活性剤が、前記ホウ素に結合
された4つの過フッ素化フェニル配位子であることを特
徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 ホウ素と遷移金属Mのモル比が0.5/
1〜3/1であることを条件としてアルモキサンが存在
することをさらに特徴とする請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記アルミノキサンが、アルミニウムと
遷移金属Mのモル比が2/1〜100/1になるような
量のアルミニウムを含有する請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 10℃〜150℃の温度で行われる請求
項1に記載の方法。
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