JP2003261608A - 重合触媒の品質の測定 - Google Patents

重合触媒の品質の測定

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JP2003261608A JP2003039114A JP2003039114A JP2003261608A JP 2003261608 A JP2003261608 A JP 2003261608A JP 2003039114 A JP2003039114 A JP 2003039114A JP 2003039114 A JP2003039114 A JP 2003039114A JP 2003261608 A JP2003261608 A JP 2003261608A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 重合を触媒する多数の触媒試料の品質を迅速
かつ安価に評価できる方法を提供すること。 【解決手段】 a)触媒を供給する工程と、 b)これらの触媒を使用してモノマーの重合を行う工程
と、 c)工程b)で得られたポリマーを単離する工程と、 d)前記ポリマーの特性決定を行う工程と、 を含む重合触媒の品質決定方法であって、前記方法は、
n個の容器の集合体中で実質的に自動的に行われ、工程
a)〜d)のすべては並行して実施されるか、すべてが
逐次実施されるか、工程a)〜d)の一部が並行して実
施され残りが逐次実施されるかであり、nは2以上の自
然数である重合触媒の品質決定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、重合触媒の品質の
測定方法、重合触媒の品質を実質的に自動的に測定する
ための装置、重合触媒の品質の測定装置の使用、ならび
に溶解性および不溶性ポリマー分画を実質的に自動的に
測定するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】重合、特にオレフィンの重合においてメ
タロセン触媒(メタロセン錯体と共触媒の触媒活性混合
物)を使用すると、比較的長時間を要することが知られ
ている。工業的に実施されるほとんどの重合の場合、こ
れらの錯体は、溶解した触媒としては使用されず、担持
材料(例えばシリカゲル)に担持させた触媒として使用
される。
【0003】従来、メタロセン触媒の品質の試験は、触
媒を担持材料に担持させた後、高圧下で1−アルケンな
どの特定のモノマーを重合させ、ポリマーの特定の物理
的パラメーターなどによって触媒の立体選択性などの重
合の品質に関する情報を得ることによって、触媒の品質
を評価することによって実施されてきた。
【0004】例えば、プロピレンの重合にキラルメタロ
セン触媒のラセミ体が使用されると、実質的に所望のイ
ソタクチックポリプロピレンのみが生成し、化学的に同
一のメタロセン触媒のメソ体が使用されると、望ましく
ないアタクチックポリプロピレンが生成する。通常この
ようなメタロセン触媒はラセミ体とメソ体の混合物の形
態であり、ラセミ体とメソ体は特定の比率で存在する。
【0005】このように、メタロセン触媒を使用して生
成されるポリプロピレンなどのポリマーの立体化学(イ
ソタクチシティまたはアタクチシティ)からメタロセン
触媒の品質に関する結論を得ることが可能である。
【0006】プロピレンポリマー中のイソタクチックポ
リプロピレン含有率を測定する方法の1つは、非特許文
献1および非特許文献2によるキシレン溶解性物質の測
定である。特性パラメーターとしてXS値が求められ
る。XS値が大きいと、イソタクチシティが低いことを
示し、したがって触媒品質が低いことを示す。
【0007】触媒品質を測定するための上記試験は、比
較的大型の装置で比較的大量の材料を取り扱う必要があ
るため試験が非常に複雑であるという欠点を有する。重
合および分析は連続的に少ない回数でのみ実施されるこ
とが多く、触媒の品質に関する最終結論が得られるまで
長時間を要する。このことは、工業的な重合中に重合触
媒の品質の迅速かつ確実に試験する必要がある場合には
特に不都合である。
【0008】文献には種々の触媒を使用した並列重合が
記載されているが(例えば、非特許文献3、非特許文献
4、特許文献1を参照されたい)、これらの参考文献で
は特殊な種類の触媒、または担持材料と共有結合する触
媒が使用されている。しかし、記載されている実験で
は、新しい触媒構造の発見にのみ使用することができ
る。
【0009】高い試料処理能力で従来開発された触媒の
品質試験については記載されていない。
【0010】
【特許文献1】国際公開第98/03521号パンフレ
ット
【非特許文献1】ASTM D 5492−98
【非特許文献2】EN ISI 6427
【非特許文献3】Angew.Chem.、Int.E
d.Eng.2000、39、4367
【非特許文献4】Angew.Chem.、Int.E
d.Eng.1998、37、3272
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、重合
を触媒する多数の触媒試料の品質を迅速かつ安価に評価
できる方法であって、従来のように各触媒試料のそれぞ
れで比較的に大規模に重合して得られたポリマーを比較
的大きなバッチで分析を行う必要はない方法を発見する
ことである。
【0012】
【発明を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
が、 a)触媒を供給する工程と、 b)これらの触媒を使用してモノマーの重合を行う工程
と、 c)工程b)で得られたポリマーを単離する工程と、 d)ポリマーの特性決定を行う工程と、 を含む重合触媒の品質決定方法(この方法は、n個の容
器の集合体中で実質的に自動的に行われ、工程a)〜
d)のすべては並行して実施されるか、すべてが逐次実
施されるか、工程a)〜d)の一部が並行して実施され
残りが逐次実施されるかであり、nは2以上の自然数で
ある)と、A)合成モジュールと、B)溶解性および不
溶性ポリマー分画を測定するための分析モジュールとか
ら実質的になる、重合触媒の品質を実質的に自動的に測
定する装置(ここでA)および/またはB)のそれぞれ
は、少なくとも4つの容器を含み、A)またはB)の容
器のそれぞれの累積容積は各場合で100000ml以
下である)と、重合触媒の品質を測定するこの装置の使
用と、によって実現されることを発見した。
【0013】
【発明の実施の形態】合成モジュールA)は公知であ
り、市販されている。一般にこれらは、通常4〜300
個、好ましくは12〜96個の複数の容器を含み、通常
1〜100bar、好ましくは10〜50barの大気
圧以上の環境下に置くことができる。一般に反応容器は
ガラス製または金属製の円筒形容器であり、後者の場合
ステンレス鋼製が好ましい。モジュールA)の反応容器
の累積容積(反応容器数×個々の反応容器の容積)は1
00000ml以下であり、好ましくは50〜1000
0mlであり、特に200〜2500mlである。モジ
ュールA)の個々の容器のそれぞれの容積は通常5〜1
00mlであり、好ましくは10〜75mlである。さ
らに、一般に、合成モジュールA)は、計量、撹拌、お
よび/または振盪装置、加熱および/または冷却設備、
およびこれらの設備の制御ユニットをさらに含む。この
ような合成モジュールの例は、ケムスピード(Chem
speed)(アウグスト(Augst)、スイス)よ
り供給される自動装置であり、好ましくはASW 20
00モデルであり、特にモデルASW 2000Pであ
る。
【0014】溶解性および不溶性ポリマー分画を実質的
に自動的に測定する装置である分析モジュールB)は、
4〜300個、好ましくは12〜96個の容器を有する
調製ユニットと、調製ユニットが挿入可能なポリマー溶
解用の加熱プレートと、調製ユニットが挿入可能な不溶
性ポリマーを析出させるための冷却プレートと、溶解し
たポリマーを未溶解ポリマーと分離するためのろ過ユニ
ットと、溶解したポリマーを分離するための蒸発ユニッ
トと、溶解した材料の比率を求めるための秤量ユニット
とを含む。
【0015】分析モジュールB)では、好ましくはプロ
ピレンホモポリマーおよび/またはコポリマーのキシレ
ン溶解性分画とキシレン不溶性ポリマー分画が測定され
ることが好ましく、これによってXS値が測定値として
得られる。以下の方法が、この目的に好適であることが
分かった。均一なポリマー溶液を調製するために、空気
冷却器が取り付けられ容量が50〜500ml、好まし
くは150mlである特殊なガラス容器(円錐形で肩付
きの容器)が使用される。空気冷却器は、長さが一般に
少なくとも15cm、好ましくは25cmであり、内径
が一般に5〜25mm、好ましくは10mmである。こ
れは、ガラス、金属、または熱伝導性プラスチックから
作製することができる。試験されるポリマーおよび有機
溶媒(好ましくは芳香族溶媒、特に好ましくはキシレン
(その異性体混合物を含む)およびエチルベンゼン)を
ガラス容器に入れ、磁気撹拌棒を入れ、さらに空気冷却
器をガラス容器に取り付ける。このような実験装置を、
以下ではXSユニットと呼ぶ。
【0016】一般に、複数のこれらのXSユニットが加
熱プレートに挿入される。一般に、すべてのXSユニッ
トの混合は、加熱プレートに組み込まれたマグネチック
スターラーによって行われる。加熱プレートの温度は、
溶媒の沸騰が始まる温度に設定される。適切な時間(通
常10〜360分間、好ましくは20〜40分間)の
後、ポリマーの溶解が完了する。ポリマーを析出させる
ために、XSユニットが冷却プレートに挿入され、この
冷却プレートの温度は、標準的方法では一般に25℃に
設定される。
【0017】あるいは、結晶化を促進するためにXSユ
ニットを0〜10℃、好ましくは5℃に維持されたプレ
ートに取り付けることもできる。XSユニットが設定温
度に到達してから5〜20分後、温度が15〜30℃、
好ましくは19.5〜25.5℃である第3のプレート
に移動させる。
【0018】これらの手順において、XSユニットは、
あるプレートから別のプレートに単純かつ迅速に手で移
動させてもよいし、自動移動装置で移動させてもよい。
10個以上のXSユニットを一度に移動させることが可
能である。分析1回当たりのXSユニット数は、プレー
トの選択された大きさのみによって決定される。
【0019】次のステップでは、冷却された溶液がろ過
され、風袋が測定された容器(例えばガラス容器)にそ
のろ液が入れられる。ろ過は、並行して実施される場合
もあるし逐次的に実施される場合もある。次にそれらの
容器はIRダンサー(IRDancer(ヘト−ラボ
(Hett−Lab AG)製、スイス)に移され、こ
こでIRランプで加熱されながら減圧下(800〜20
0mbar)で並行して(10〜100個の容器、好ま
しくは12〜48個の容器)溶媒が除去される。95%
を超える、好ましくは99%を超える溶媒が除去されて
から、圧力を一般に50mbar未満に設定する。IR
ダンサー中にある間は常に、温度70〜200℃、好ま
しくは100〜130℃に設定される。15〜360分
後、好ましくは20〜30分後、乾燥を停止させ、再び
容器を秤量してXS値が求められる。この重量と容器の
風袋重量の差から溶解性材料の量が求められ、これを試
験に使用したポリマーの質量で割るとXS値がパーセン
ト値で求められる。
【0020】「並行して」とは、工程a)〜d)の充
填、重合、加熱などの1つまたは複数のユニット操作
が、モジュールA)および/またはB)のそれぞれのす
べての容器で実質的に同時に行われることを意味する。
【0021】「逐次的に」とは、工程a)〜d)の充
填、重合、加熱などの1つまたは複数のユニット操作
が、モジュールA)および/またはB)のそれぞれのす
べての容器で逐次的に行われることを意味する。
【0022】本発明の方法の工程b)および/または工
程c)および/または希望するなら工程d)のユニット
操作は、並行して実施されることが好ましい。工程b)
と工程d)のユニット操作が並行して行われることが特
に好ましい。
【0023】以下のプロセス変量が有用である。重合
は、12個反応容器を含み、並列して重合が可能な装置
(以下、並列反応器と呼ぶ)で実施される。活性触媒は
一般に並列反応器中で直接調製されるか、あるいは触媒
前駆体(例えばメタロセン錯体)と好適な活性化剤とを
並列反応器中で反応させることによって生成される。続
いて特定の量の活性触媒が、逐次、あるいは好ましくは
実質的に同時に(並行して)、通常は自動計量ユニット
によってそれぞれの重合反応器に投入される。
【0024】触媒試料は、1種類の触媒の複数のバッチ
で試験されることが好ましいが、1つの試験で種々の触
媒を混合して試験を実施することも可能である。
【0025】続いて、触媒溶液または懸濁液は、モノマ
ー(その物質の状態は重要ではない)と実質的に同時に
(並行して)混合され、必要に応じて加熱と重合が並行
して行われる。好ましいモノマーはエチレンおよび/ま
たはプロピレンである。重合は、大気圧または加圧下の
いずれかで実施することができる。好ましい触媒はポリ
オレフィン調製用の触媒であり、特に好ましくはメタロ
セン触媒である。
【0026】重合後、生成したポリマーは例えばろ過に
よって単離され、乾燥、秤量が行われ、続いて触媒活性
が、ポリマー収量(kg)/(触媒量(mol)×時間
(時))の式より計算される。
【0027】さらに、より重要なポリマーの性質を測定
することもできる。これはポリプロピレン生成の場合に
好ましく、溶解性材料(例えばキシレンへの溶解性)の
比率の測定は、例えばメタロセン触媒のrac/mes
o比が求められるため好ましい。本発明によるXS値測
定(高スループットXS測定)では、好ましくは前述の
装置(モジュールB))およびそこで説明した方法が使
用される。
【0028】重合触媒としてありうる遷移金属成分とし
ては、例えば、WO96/23010号に記載されるニ
ッケル錯体およびパラジウム錯体、WO98/2712
4号、WO98/30612号、WO99/12981
号、およびWO00/50470号に記載される鉄錯体
およびコバルト錯体、WO00/58370号およびW
O01/12641号に記載されるクロム錯体、ならび
にAngewandte Chemie 1999,1
11,p.448、Chem Rev.2000,10
0,1169、Coord.Chem.Rew.200
0,203,325に記載されるその他の遷移金属錯体
が挙げられるが、好ましくはメタロセンである。
【0029】本発明の目的では、メタロセン触媒は、少
なくとも1種類のメタロセン化合物を含むすべての触媒
系である。本発明の目的では、メタロセンは、メタロセ
ニウムイオンを形成可能な化合物と一緒になることで活
性触媒系が得られる有機配位子と遷移金属との錯体すべ
てである。
【0030】本発明の目的に好適なメタロセン触媒は一
般に、活性成分として、A)少なくとも1種類の式
(I)
【0031】
【化1】 のメタロセン錯体を含み、式中、置換基および指数は以
下の意味を有する。
【0032】Mは、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム、バナジウム、ニオブ、またはタンタル、あるいは周
期表の第III族遷移元素、あるいはランタニドであ
り、Xは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、水素、C1−
C10−アルキル、C6−C15−アリール、アルキル
部分に1〜10個の炭素原子を有しアリール部分に6〜
20個の炭素原子を有するアルキルアリール、−OR
6、または−NR6R7であり、nは、1、2、または
3であり、これはMの価数−2に対応しており、R6お
よびR7のそれぞれは、C1−C10−アルキル、C6
−C15−アリール、アルキル基に1〜10個の炭素原
子を有しアリール基に6〜20個の炭素原子をそれぞれ
有するアルキルアリール、アリールアルキル、フルオロ
アルキル、またはフルオロアリールであり、基Xは同一
または異種であり、R1〜R5のそれぞれは、水素、C
1−C10−アルキル、置換基としてC1−C10−ア
ルキルを有する場合がある5〜7員シクロアルキル、隣
接する2つの基が4〜15個の炭素原子を有する飽和ま
たは不飽和環状基を形成しうるC6−C15−アリール
またはアリールアルキル、あるいはSi(R8)であ
り、R8は、C1−C10−アルキル、C3−C10−
シクロアルキル、またはC6−C15−アリールとなる
場合があり、Zは、Xの定義と同様であるか、あるいは
【0033】
【化2】 であり、基R9〜R13のそれぞれは、水素、C1−C
10−アルキル、置換基としてC1−C10−アルキル
を有する場合がある5〜7員シクロアルキル、隣接する
2つの基が4〜15個の炭素原子を有する飽和または不
飽和環状基を形成しうるC6−C15−アリールまたは
アリールアルキル、あるいはSi(R14)であり、
R14は、C1−C10−アルキル、C3−C10−シ
クロアルキル、またはC6−C15−アリールである
か、あるいは基R4とZが一緒になって、−R15−A
−基を形成し、ここで、R15は、=BR16、=Al
R16、−Ge−、−Sn−、−O−、−S−、=S
O、=SO2、=NR16、=CO、=PR16、また
は=P(O)R16、
【0034】
【化3】 であり、R16、R17、およびR18は同一または異
種であり、それぞれが、水素原子、ハロゲン原子、C1
−C10−アルキル基、C1−C10−フルオロアルキ
ル基、C6−C10−フルオロアリール基、C6−C1
0−アリール基、C1−C10−アルコキシ基、C2−
C10−アルケニル基、C7−C40−アリールアルキ
ル基、C8−C40−アリールアルケニル基、またはC
7−C40−アルキルアリール基であるか、あるいは2
つの隣接する基とそれらを結合する原子とが一緒になっ
て4〜15個の炭素原子を有する飽和または不飽和環を
形成することができ、M1はケイ素、ゲルマニウム、ま
たはスズであり、Aは、
【0035】
【化4】 であり、R19は、C1−C10−アルキル、C6−C
15−アリール、C3−C10−シクロアルキル、C7
−C18−アルキルアリール、またはSi(R20)
であり、R20は、水素、C1−C10−アルキル、置
換基とそしてC1−C4アルキル基を有しうるC6−C
15−アリール、C3−C10−シクロアルキル、ある
いは基R4と基R12が一緒になって−R15−基を形
成する。
【0036】式(I)中の基Xは好ましくは同一であ
る。
【0037】式(I)の金属錯体の中で、好ましいもの
は、
【0038】
【化5】 である。
【0039】式(Ia)の化合物の中で、特に好ましい
ものは、Mが、チタン、ジルコニウム、またはハフニウ
ムであり、Xが塩素、C1−C4−アルキル、またはフ
ェニルであり、nが2であり、R1〜R5のそれぞれ
が、水素、またはC1−C4−アルキルである化合物で
ある。
【0040】式(Ib)の化合物の中で、特に好ましい
ものは、Mが、チタン、ジルコニウム、またはハフニウ
ムであり、Xが塩素、C1−C4−アルキル、またはフ
ェニルであり、nが2でありR1〜R5のそれぞれが、
水素、C1−C4−アルキル、またはSi(R8)
あり、R9〜R13のそれぞれが、水素、C1−C4−
アルキル、またはSi(R14)である化合物であ
る。
【0041】式(Ib)の特に有用な化合物は、シクロ
ペンタジエニル基が同一である化合物である。
【0042】特に好適な化合物は、ビス(シクロペンタ
ジエニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(ペンタメチ
ルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ビ
ス(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロ
リド、ビス(エチルシクロペンタジエニル)ジルコニウ
ムジクロリド、ビス(n−ブチルシクロペンタジエニ
ル)ジルコニウムジクロリド、およびビス(トリメチル
シリルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリ
ド、ならびに対応するジメチルジルコニウム化合物であ
る。
【0043】式(Ic)の特に好適な化合物は、R1お
よびR9が同一であり、それぞれが、水素またはC1−
C10−アルキル基であり、R5およびR13が同一で
あり、それぞれが、水素、メチル基、エチル基、イソプ
ロピル基、またはtert−ブチル基であり、R3およ
びR11がそれぞれC1−C4−アルキルであり、R2
およびR10がそれぞれ水素であるか、あるいは、隣接
する基R2とR3、および/またはR10とR11が、
それぞれの場合で一緒になったものが、4〜12個の炭
素原子を有する飽和または不飽和環状基を形成し、R1
5が、
【0044】
【化6】 であり、Mが、チタン、ジルコニウム、またはハフニウ
ムであり、Xが塩素、C1−C4−アルキル、またはフ
ェニルである化合物である。
【0045】特に好適な錯体(Ic)の例は、ジメチル
シランジイルビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウ
ムジクロリド、ジメチルシランジイルビス(インデニ
ル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイルビ
ス(テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリ
ド、エチレンビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウ
ムジクロリド、エチレンビス(インデニル)ジルコニウ
ムジクロリド、エチレンビス(テトラヒドロインデニ
ル)ジルコニウムジクロリド、テトラメチルエチレン−
9−フルオレニルシクロペンタジエニルジルコニウムジ
クロリド、ジメチルシランジイルビス(3−tert−
ブチル−5−メチルシクロペンタジエニル)−ジルコニ
ウムジクロリド、ジメチルシランジイルビス(3−te
rt−ブチル−5−エチルシクロペンタジエニル)−ジ
ルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイルビス(2
−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチ
ルシランジイルビス(2−イソプロピルインデニル)ジ
ルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイルビス(2
−tert−ブチルインデニル)ジルコニウムジクロリ
ド、ジエチルシランジイルビス(2−メチルインデニ
ル)ジルコニウムジブロミド、ジメチルシランジイルビ
ス(3−メチル−5−メチルシクロペンタジエニル)−
ジルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイルビス
(3−エチル−5−イソプロピルシクロペンタジエニ
ル)−ジルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイル
ビス(2−エチルインデニル)ジルコニウムジクロリ
ド、ジメチルシランジイルビス(2−メチル−4,5−
ベンズインデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチル
シランジイルビス(2−エチル−4,5−ベンズインデ
ニル)ジルコニウムジクロリド、メチルフェニルシラン
ジイルビス(2−メチル−4,5−ベンズインデニル)
−ジルコニウムジクロリド、メチルフェニルシランジイ
ルビス(2−エチル−4,5−ベンズインデニル)−ジ
ルコニウムジクロリド、ジフェニルシランジイルビス
(2−メチル−4,5−ベンズインデニル)ジルコニウ
ムジクロリド、ジフェニルシランジイルビス(2−エチ
ル−4,5−ベンズインデニル)ジルコニウムジクロリ
ド、およびジフェニルシランジイルビス(2−メチルイ
ンデニル)ハフニウムジクロリド、ならびに対応するジ
メチルジルコニウム化合物である。
【0046】好適な錯体のさらなる例は、特に、ジメチ
ルシランジイルビス(2−メチル−4−フェニルインデ
ニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイル
ビス(2−メチル−4−ナフチルインデニル)ジルコニ
ウムジクロリド、ジメチルシランジイルビス(2−メチ
ル−4−イソプロピルインデニル)ジルコニウムジクロ
リド、ジメチルシランジイルビス(2−メチル−4,6
−ジイソプロピルインデニル)ジルコニウムジクロリ
ド、ジメチルシランジイルビス(2−メチル−4[4’
−tert−ブチルフェニル]インデニル)−ジルコニ
ウムジクロリド、ジメチルシランジイルビス(2−エチ
ル−4[4’−tert−ブチルフェニル]インデニ
ル)−ジルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイル
ビス(2−プロピル−4[4’−tert−ブチルフェ
ニル]インデニル)−ジルコニウムジクロリド、および
ジメチルシランジイル(2−イソプロピル−4[4’−
tert−ブチルフェニル]インデニル)−(2−メチ
ル−4[4’−tert−ブチルフェニル]インデニ
ル)ジルコニウムジクロリド、ならびに対応するジメチ
ルジルコニウム化合物である。
【0047】特に有用な式(Id)の化合物は、Mが、
チタンまたはジルコニウムであり、Xが、塩素、C1−
C4−アルキル、またはフェニルであり、R15が
【0048】
【化7】 であり、Aが
【0049】
【化8】 であり、R1〜R3、およびR5がそれぞれ、水素、C
1−C10−アルキル、C3−C10−シクロアルキ
ル、C6−C15−アリール、またはSi(R8)
あるか、あるいは隣接する基が4〜12個の炭素原子を
有する環状基を形成する、化合物である。
【0050】このような錯体の合成は、それ自体公知の
方法によって行うことができ、適宜置換された環状炭化
水素陰イオンと、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、
バナジウム、ニオブ、またはタンタルのハロゲン化物と
を反応させることによって行われることが好ましい。
【0051】適切な調製方法の例は、例えば、Jour
nal of Organometallic Che
mistry,369(1989),359−370に
記載されている。
【0052】成分A)として種々のメタロセン錯体の混
合物を使用することも可能である。
【0053】さらに、メタロセン触媒は、成分B)とし
てメタロセニウムイオンを形成可能な少なくとも1種類
の化合物をさらに含む。
【0054】メタロセニウムイオンを形成可能である好
適な化合物B)は、例えば、非荷電強ルイス酸、ルイス
酸陽イオンを有するイオン性化合物、または陽イオンと
してブレンステッド酸を有するイオン性化合物である。
【0055】非荷電強ルイス酸としては、式(II) M2X1X2X3 (II) の化合物が好ましく、式中M2は、周期表第III族の
典型元素であり、特にB、Al、またはGaであり、好
ましくはBであり、X1、X2、およびX3のそれぞれ
は、水素、C1−C10−アルキル、C6−C15−ア
リール、それぞれアルキル基に1〜10個の炭素原子を
有しアリール基に6〜20個の炭素原子を有するアルキ
ルアリール、アリールアルキル、ハロアルキル、または
ハロアリール、あるいはフッ素、塩素、臭素、またはヨ
ウ素であり、特にハロアリールであり、好ましくはペン
タフルオロフェニルである。
【0056】X1、X2、およびX3が同一である式
(II)が特に好ましく、好ましくはトリス(ペンタフ
ルオロフェニル)ホウ素である。
【0057】ルイス酸陽イオンを有する好適なイオン性
化合物は、式(III) [Ya+)QiQ2・・・Q2d+ (III) の陽イオンを含有する化合物であり、式中、Yは、周期
表の第I〜VI族の典型元素、または第I〜VIII族
の遷移元素であり、Q1〜Q2は、1価の負に帯電した
基であり、例えば、C1−C28−アルキル基、C6−
C15−アリール基、それぞれアリール基に6〜20個
の炭素原子を有しアルキル基に1〜28個の炭素原子を
有するアルキルアリール基、アリールアルキル基、ハロ
アルキル基、ハロアリール基、置換基としてC1−C1
0アルキルを有することがあるC3−C10−シクロア
ルキル基、ハロゲン基、C1−C28−アルコキシ基、
C6−C15−アリールオキシ基、シリル基、またはメ
ルカプト基であり、aは、1〜6の整数であり、zは、
0〜5の整数であり、dは、差a−zに対応するが、1
以上である。
【0058】特に有用な陽イオンは、カルボニウム陽イ
オン、オキソニウム陽イオン、スルホニウム陽イオン、
および陽イオン性遷移金属錯体である。特に、トリフェ
ニルメチル陽イオン、銀陽イオン、および1,1’−ジ
メチルフェロセニル陽イオンである。非配位対イオンを
有することが好ましく、特に、WO91/09882号
にも記載されるようなホウ素化合物、好ましくはホウ酸
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)である。
【0059】陽イオンとしてブレンステッド酸を有し、
好ましくは同様に非配位対イオンを有するイオン性化合
物はWO91/09882号に記載されており、好まし
い陽イオンはN,N−ジメチルアニリニウムである。
【0060】非荷電強ルイス酸、ルイス酸陽イオンを有
するイオン性化合物、または陽イオンとしてブレンステ
ッド酸を有するイオン性化合物の量は、メタロセン錯体
A)を基準にすると、好ましくは0.1〜10当量であ
る。
【0061】メタロセニウムイオンを形成可能である特
に有用な化合物B)は、式(IV)または(V)
【0062】
【化9】 の開鎖または環状アルミノキサン化合物であり、式中、
R21は、C1−C4−アルキル基、好ましくはメチル
基またはエチル基であり、mは5〜30の整数であり、
好ましくは10〜25の整数である。
【0063】これらのオリゴマーのアルミノキサン化合
物は、トリアルキルアルミニウム溶液を水と反応させる
ことによって通常は調製され、例えば、欧州特許第28
4708号および米国特許第4794096号に記載さ
れている。
【0064】この方法で得られるオリゴマーアルミノキ
サン化合物は、種々の長さの線状および環状分子鎖の両
方の混合物の形態で一般には存在するため、mは平均値
であると見なすべきである。アルミノキサン化合物は、
他の金属アルキル、好ましくはアルミニウムアルキルと
の混合物として存在してもよい。
【0065】オリゴマーアルミノキサン化合物のアルミ
ニウムとメタロセン錯体の遷移金属との原子比が10:
1〜10:1の範囲内、特に10:1〜10:1の
範囲内となる量で、メタロセン錯体A)と式(IV)ま
たは(V)のオリゴマーアルミノキサン化合物とを使用
すると好都合であることが分かった。
【0066】さらに、米国特許第5391793号に記
載されるアリールオキシアルミノキサン、米国特許第5
371260号に記載されるアミノアルミノキサン、欧
州特許第633264号に記載される塩酸アミノアルミ
ノキサン、欧州特許第621279号に記載されるシロ
キシアルミノキサン、またはそれらの混合物を、式(I
V)または(V)のアルミノキサン化合物の代わりに成
分B)として使用することができる。
【0067】メタロセニウムイオンを形成可能である好
適な化合物B)としては、WO99/06414号に開
示されるホウ素−アルミニウム化合物、例えばジ[ビス
(ペンタフルオロフェニルボロキシ)]メチルアランも
挙げられる。これらのホウ素−アルミニウム化合物は、
有機または無機担持材料上の担持触媒として使用するこ
ともできる。
【0068】メタロセン錯体A)と、メタロセニウムイ
オンを形成可能な化合物B)との両方は、好ましくは溶
液として使用され、特に好ましくは6〜20個の炭素原
子を有する芳香族炭化水素、特にキシレンおよびトルエ
ンが溶媒として使用される。
【0069】好適なメタロセン触媒は、さらなる成分
C)として、式(VI) M3(R22)r(R23)s(R24)t (VI) の金属化合物をさらに含むことができ、式中、M3は、
アルカリ金属、アルカリ土類金属、または周期表の第I
II族の典型金属(すなわち、ホウ素、アルミニウム、
ガリウム、インジウム、またはタリウム)であり、R2
2は、水素、C1−C10−アルキル、C6−C15−
アリール、それぞれアルキル部分に1〜10個の炭素原
子を有しアリール部分に6〜20個の炭素原子を有する
アルキルアリールまたはアリールアルキルであり、R2
3およびR24はそれぞれ、水素、ハロゲン、C1−C
10−アルキル、C6−C15−アリール、それぞれア
ルキル基に1〜10個の炭素原子を有しアリール基に6
〜20個の炭素原子を有するアルキルアリール、アリー
ルアルキル、またはアルコキシであり、rは、1〜3の
整数であり、sおよびtは、0〜2の整数であり、r+
s+tの合計はM3の価数に対応する。
【0070】式(VI)の金属化合物の中では、M3
が、リチウム、マグネシウム、またはアルミニウムであ
り、R23およびR24がそれぞれC1−C10−アル
キルである金属化合物が好ましい。
【0071】特に好ましい式(VI)の金属化合物は、
n−ブチルリチウム、n−ブチル−n−オクチルマグネ
シウム、n−ブチル−n−ヘプチルマグネシウム、トリ
−n−ヘキシルアルミニウム、トリイソブチルアルミニ
ウム、トリエチルアルミニウム、およびトリメチルアル
ミニウムである。
【0072】金属化合物C)が使用される場合、式(V
I)のM3と式(I)の遷移金属Mとのモル比が80
0:1〜1:1、特に500:1〜50:1となる量で
触媒系中に存在することが好ましい。
【0073】特定の実施形態では、担持触媒、特に担持
メタロセン触媒が使用される。
【0074】担持材料としては、粒径が一般に1〜30
0μmの範囲内、特に20〜90μmの範囲内である微
粉砕された多孔質担持材料が使用されることが特に好ま
しい。好適な担持材料は、例えば、ケイ素酸化物、アル
ミニウム酸化物、チタン酸化物、または周期表第I族お
よび第II族の典型金属の酸化物、またはこれらの酸化
物の混合物であり、これらの中では酸化アルミニウム、
酸化マグネシウム、層状ケイ酸塩が好ましく、特にシリ
カゲルである。
【0075】モノマーの品質は重要ではない。線状、分
岐、または環状となりうるC2−C40−オレフィン、
好ましくはC2−C10−アルカ−1−エン、例えばエ
チレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−
オクテンなどのオレフィン、ビニル芳香族化合物、好ま
しくはC8−C20−ビニル芳香族、例えば、スチレ
ン、p−メチルスチレン、またはp−メトキシスチレン
が通常使用される。
【0076】前述の触媒の存在下でのこのようなモノマ
ーの重合に関する工程条件も重要ではなく、一般的には
公知である。1〜3000barの範囲内の圧力、好ま
しくは5〜80barの範囲内の圧力、0〜300℃の
範囲内の温度、好ましくは60〜120℃の範囲内の温
度が有用である。
【0077】多数の触媒またはポリマー試料に対して短
時間で関連する性質を測定できる(高スループット法)
という点で、最初に述べた目的を本発明が実現する。こ
の方法で得られる結果から、触媒品質に関する結論を統
計的に引き出すことが可能である。
【0078】この方法により得られる情報力は、より時
間を消費しより大量の材料を必要とする従来の類似した
個別の重合試験では実現不可能である。したがって本発
明は、例えば、前述の触媒を使用したポリマーの大規模
な製造、またはそのようなポリマー製造におけるこれら
の触媒の遊離などの触媒品質に関して信頼できるデータ
を短時間で得る必要がある場合に使用される。
【0079】
【実施例】すべての実験は、空気および湿気を排除して
実施し、すべての装置および試薬の準備はそれに対応す
るように実施した。ポリプロピレンのキシレン溶解性分
画(XS)はASTM D5492−98と類似の方法
で測定した。
【0080】触媒の担持材料への適用(一般的方法) a)担持材料の処理 250mlのフラスコ中で、10.5gのシリカゲル
(シロポル(Sylopol)2107(グレース(G
race)製)、180℃および1mbarで8時間加
熱処理した)を50mlのトルエンに懸濁させた。1
0.5mlのMAO溶液(トルエン中の力価30%)を
30分間かけて滴下した。1時間撹拌した後、混合物を
ろ過して、その残留物をトルエンで洗浄した。続いて、
流動性となるまで乾燥させた。収量:14g。
【0081】b)充填 365mg(600μmol)のジメチルシリル(ビス
(2−メチルベンズ[e]インデニル))ジルコニウム
ジクロリドを43mlのトルエンと21mlMAO溶液
(トルエン中の力価30%)に溶解した溶液を、容器に
メタロセンを入れ、続いてトルエンを加え、さらに続い
てMAO溶液を加えることによって調製した。次にこの
混合物を1時間撹拌した。フリット上に置いたa)の予
備処理したシリカゲルにこの溶液を加え、シリカゲルを
30分間含浸させた。次に、溶媒を排出し、溶媒表面が
シリカゲル表面に達してからフリット上の材料をスパチ
ュラで撹拌した。撹拌後、材料を1時間静置し、窒素に
よって残留溶媒を押し出し、窒素気流中で固形分を一定
重量になるまで乾燥させた。収量:22gのオレンジ色
固体(1gのSiO当たり60μmolのZr)。
【0082】この一般的方法を使用して、メタロセン錯
体のバッチOP346〜OP350から、5種類の担持
触媒バッチ(OP346〜OP350)を製造した。
【0083】プロピレンの重合(一般的方法):「大規
模」の比較実験 4mmolのトリイソブチルアルミニウム(ヘプタン中
に2M)を1Lのステンレス製オートクレーブに入れ
た。続いて600mlのプロピレンを室温で凝縮させ
た。撹拌装置のスイッチを入れた。続いて、b)に記載
のように調製した触媒60mgを、ロックからアルゴン
によって吹き込んだ。続いて、6mgのアトマー(At
mer)163(チバ(Ciba)製)(力価10%の
ヘプタン溶液)を同様にロックから加えた。
【0084】混合物65℃に加熱した。60分後、通気
して重合反応を停止させ、白色粉末のポリプロピレンを
単離した。ASTM D 5492−98に従って50
0mlのバッチによる従来方法でXS値を求めた。これ
に要した時間は1試料当たりで60分間であった。
【0085】上記一般的方法を使用して、5種類の担持
触媒バッチOP346〜OP350(上記参照)を重合
に使用した(結果は後出の表を参照)。
【0086】メタロセン(ジメチルシリル(ビス(2−
メチルベンズ[e]インデニル))ジルコニウムジクロ
リド)バッチ試験:1Lのオートクレーブ中で担持触媒
を使用した重合
【0087】
【表1】
【0088】ケムスピード反応器(ASW 2000)
による均一重合(一般的手順) 通常の実験では、還流冷却器を取り付けた4×75ml
の二重壁反応器を有する3つの反応器ブロックを使用し
た。試薬を投入する前に、自動手順で反応器を加熱処理
し、アルゴンを流し込んだ。以降のステップは空気およ
び湿気は排除して実施した。
【0089】実験を実施するための手順を以下に示す。
試験中の他の実験は実質的に同時に(並行して)実施す
る。
【0090】15000μlのトルエンを反応器に投入
した後、力価30%のMAOトルエン溶液42μl、メ
タロセンとMAO(5μmol/lまたは1500μm
ol/l)のトルエン溶液200mlを続けて加えた。
反応混合物を50℃に加熱した。
【0091】短時間減圧し、気体プロピレンを導入して
重合を開始した。10分間の反応時間の間、消費された
モノマーは連続的に追加した。続いて、15000μm
olのメタノール性HCl溶液を加えて反応を停止させ
た。
【0092】以下の手動によるユニット操作は実質的に
同時に(並行して)実施した。試料をD4フリットでろ
過し、アセトンで2回洗浄し、減圧オーブン中80℃/
1mbarで3時間乾燥させた。
【0093】これによって2.03gの白色粉末が得ら
れた。
【0094】担持触媒バッチOP346〜OP350を
使用した。
【0095】重合のさらなる詳細は以下の表に示す。
【0096】メタロセン(ジメチルシリル(ビス(2−
メチルベンズ[e]インデニル))ジルコニウムジクロ
リド)バッチ試験、ケムスピード反応器によるトルエン
/MAO中の均一重合、Zr1μm、Al/Zr:50
0、重合時間:10分間
【0097】
【表2】
【0098】XS値は、本発明の装置B)で本発明の高
スループット法を使用して測定した。工業グレードのキ
シレンを溶媒として使用し、15分間かけて130℃か
ら5℃まで試料を冷却して結晶化を誘導し、さらに前述
のように試験を行った。XS測定に要した時間は1試料
当たり10分間であった。
【0099】さらなる実験として、メタロセン((ジメ
チルシリル(ビス(2−メチル−4−フェニルインデニ
ル))ジルコニウムジクロリド)の種々のrac/me
so混合物のXS値を測定した。rac/meso比は
1H−NMR分光法により測定した。重合は前述のケム
スピード反応器で実施し、XS値は本発明の装置B)で
本発明の高スループット法を使用して測定した。
【0100】
【表3】 x:機械的な問題により値が求められなかった XS値の単位は%
【0101】例えば、XS値および/または触媒の生産
性は、本発明の方法を使用すれば迅速に測定可能である
ことが分かる。さらに、本発明の方法によって、XS値
や触媒生産性などの有意義なパラメータを統計的に評価
するためのより大きなデータセットが得られる。このよ
うにして、触媒品質に関する統計的な情報を得ることが
できる(触媒の迅速な品質制御が可能である)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター、アイベック ドイツ、67061、ルートヴィッヒスハーフ ェン、プランクシュトラーセ、18 (72)発明者 ハイケ、グレゴリウス ドイツ、56075、コブレンツ、ヴィッテン ベルクシュトラーセ、1 (72)発明者 ディーター、リルゲ ドイツ、67117、リムブルガーホーフ、マ クス−プランク−シュトラーセ、7 Fターム(参考) 4J128 AA01 AB00 AB01 AC01 AC10 AC28 AD05 AD06 AD08 AD11 AD13 AD19 BA00A BB00A BB00B BB01B BC01B BC04B BC12B BC15B BC25B EA01 EB02 EB04 EB05 EB07 EB09 EB21 GA21 GB01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a)触媒を供給する工程と、 b)これらの触媒を使用してモノマーの重合を行う工程
    と、 c)工程b)で得られたポリマーを単離する工程と、 d)前記ポリマーの特性決定を行う工程と、を含む重合
    触媒の品質決定方法であって、前記方法は、n個の容器
    の集合体中で実質的に自動的に行われ、工程a)〜d)
    のすべては並行して実施されるか、すべてが逐次実施さ
    れるか、工程a)〜d)の一部が並行して実施され残り
    が逐次実施されるかであり、nは2以上の自然数である
    方法。
  2. 【請求項2】 nが12以上である請求項1に記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 前記工程b)および/またはc)および
    /または必要に応じてd)が並行して実施される請求項
    1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記重合触媒が、オレフィンまたはビニ
    ル芳香族化合物の重合用の触媒である請求項1から3の
    いずれか1項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記工程d)が、キシレン溶解性材料の
    比率の測定(XS測定)および/または重合活性の測定
    を行う工程である請求項1から4のいずれか1項に記載
    の方法。
  6. 【請求項6】 前記触媒がメタロセン触媒である請求項
    1から5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 A)合成モジュールと、B)溶解性およ
    び不溶性ポリマー分画を測定するための分析モジュール
    とから実質的になる、重合触媒の品質を実質的に自動的
    に測定する装置であって、A)および/またはB)のそ
    れぞれは、少なくとも4つの容器を含み、A)または
    B)の容器のそれぞれの累積容積は各場合で10000
    0ml以下である装置。
  8. 【請求項8】 キシレン溶解性およびキシレン不溶性ポ
    リマー分画を測定する分析モジュールB)を含む請求項
    7に記載の装置。
  9. 【請求項9】 重合触媒の品質を測定するための請求項
    7または8に記載の装置の使用法。
  10. 【請求項10】 溶解性および不溶性ポリマー分画を実
    質的に自動的に測定するための装置であって、少なくと
    も4つの容器の集合体、計量装置、撹拌および/または
    振盪装置、前記容器のそれぞれの加熱および/または冷
    却設備、および前記機能の制御ユニットを含み、前記容
    器の累積容積が100000ml以下である装置。
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