JP2004514767A - オレフィン重合用触媒およびオレフィン重合方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オレフィン重合用触媒およびそれを用いるオレフィン重合方法に関する。
【0002】
背景技術
従来、オレフィン重合体を製造するため、活性化されたハロゲン化マグネシウム、その上に担持された少なくとも1個のTi−ハロゲン結合を含むチタン化合物および電子供与性化合物からなる固体触媒成分を用いることは、よく知られている。とりわけ、ヨーロッパ特許出願公開第361494号には、上記電子供与性化合物(内部ドナー)としてある種の化合物を用いることにより、他の電子供与性化合物(外部ドナー)を用いなくても、著しく高い活性を与えるということが報告されている。さらに、上記の触媒系に有機ケイ素化合物、ジエーテル化合物、含窒素化合物、カルボン酸エステル化合物などの外部ドナーを添加すると、高活性を維持しながら、非常に高い立体規則性を有する重合体を得ることができる(EP出願公開728769)。
【0003】
また、オレフィン重合用触媒の内部ドナーとしてアルコキシエステル化合物が有効であることはよく知られている(EP出願公開383346)。さらに、アルコキシエステル化合物は、内部ドナーしてフタレート化合物またはケトエステル化合物を用いた触媒系の外部ドナーとして使用することで、ポリマー物性の優れたオレフィン重合体を与えることが報告されている(EP出願公開704424)。
【0004】
しかしながら、重合の間に高い活性と良好な水素応答性を示し、極めて高い立体規則性を有するオレフィンポリマーを製造することのできる、改良された触媒系の必要性が常に述べられている。
【0005】
発明の概要
本発明者らは、驚くべきことに、外部ドナーとしてのある種のアルコキシエステルを内部ドナーとしての特定のジエーテルといっしょに用いることにより、上記の要求を満たすことのできる触媒が得られることを見出した。従って、本発明は、
(A)マグネシウム、チタン、ハロゲン、および少なくとも2個のエーテル基を有し、標準条件下に100gの塩化物当たり60ミリモル未満が無水塩化マグネシウムとの錯体を形成することができ、かつ、TiCl4 との置換反応をしないかまたは50モル%未満しか置換反応をしないエーテル化合物から選択される電子供与性化合物を含む固体触媒成分、
(B)有機アルミニウム化合物および
(C)一般式(I)
(R1 O)i (R2 O)j (R3 O)k −Z−COOR4 (I)
(上式中、R1 、R2 、R3 およびR4 はそれぞれ独立に脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、多環式炭化水素基または複素環化合物基であり、Zは芳香族基または多環式基で置換されていてもよい脂肪族または脂環式炭化水素基であり、i、jおよびkはそれぞれ0〜3の整数であり、ただしi、jおよびkの合計は少なくとも1である)
で表されるアルコキシエステル化合物
を含むオレフィン重合用触媒を提供する。
【0006】
発明の詳細な説明
触媒成分(A)中に用いられる好ましいチタン化合物は、少なくとも1個のTi−ハロゲン結合を含む化合物である。それらのうちではTiCl4 およびTiCl3 が特に好ましく、また式Ti(OR)n−y Xy (ここで、nはチタンの原子価数であり、yは1〜n−1の数であり、Xはハロゲンであり、Rは1〜10個の炭素原子を有する炭化水素基である)のTi−ハロアルコラートを用いることもできる。これらのチタン化合物は、好適には、ハロゲン化マグネシウム上に担持されている。ハロゲン化マグネシウムは、チーグラー・ナッタ触媒用の担体として特許文献から広く知られた、活性型のMgCl2 であるのが好ましい。米国特許4298718および4495338に、これらの化合物をチーグラー・ナッタ触媒中に用いることが最初に開示された。これらの特許から、オレフィン重合用触媒の担体または触媒成分中の補助担体として用いられる活性型のジハロゲン化マグネシウムは、非活性型のハロゲン化物のスペクトルに現れるもっとも強い回折ラインが、強度が減じられ、より強いラインの強度に関してより低い角度に向かって変移されるような最大強度を有するハロにより置き換えられる、X線スペクトルを特徴とするということが知られている。
【0007】
本発明の特定の態様においては、少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物は、下記式(II)
【0008】
【化4】
【0009】
(上式中、RI およびRIIは同一のもしくは相異なる、水素または直鎖もしくは分枝鎖のC1 〜C18炭化水素基であり(これらは1個以上の環式構造を形成することもできる)、RIII 基は同一のもしくは互いに他と異なる、水素またはC1 〜C18炭化水素基であり、RIV基は同一もしくは互いに他と異なり、それらが水素ではあり得ないことを除いて、RIII と同じ意味を有し、RI 〜RIV基はそれぞれハロゲン、N、O、SおよびSiから選ばれるヘテロ原子を含むことができる)
の1,3−ジエーテルのクラスから選ぶことができる。
【0010】
好ましくは、RIVは1〜6個の炭素原子のアルキル基、より具体的にはメチル基であり、一方RIII 基は水素であるのが好ましい。さらに、RI がメチル、エチル、プロピルまたはイソプロピルである場合、RIIはエチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、tert−ブチル、イソペンチル、2−エチルヘキシル、シクロペンチル、シクロヘキシル、メチルシクロヘキシル、フェニルまたはベンジルであってよく、RI が水素である場合、RIIはエチル、ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、2−エチルヘキシル、シクロヘキシルエチル、ジフェニルメチル、p−クロロフェニル、1−ナフチル、1−デカヒドロナフチルンであってよく、RI およびRIIはまた同一であって、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ネオペンチル、フェニル、ベンジル、シクロヘキシル、シクロペンチルであってよい。
【0011】
有利に用いることのできるエーテルの特定の例は、2−(2−エチルヘキシル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−sec−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−シクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2−フェニル−1,3−ジメトキシプロパン、2−tert−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−クミル−1,3−ジメトキシプロパン、2−(2−フェニルエチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(2−シクロヘキシルエチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(p−クロロフェニル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(ジフェニルメチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(1−ナフチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(p−フルオロフェニル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(1−デカヒドロナフチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジシクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジエチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジエチル−1,3−ジエトキシプロパン、2,2−ジシクロペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジプロピル−1,3−ジエトキシプロパン、2,2−ジブチル−1,3−ジエトキシプロパン、2−メチル−2−エチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−プロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−ベンジル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−フェニル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−シクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−メチルシクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(p−クロロフェニル)−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(2−フェニルエチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(2−シクロヘキシルエチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−(2−エチルヘキシル)−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(2−エチルヘキシル)−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(p−メチルフェニル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジフェニル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジベンジル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−シクロペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(シクロヘキシルメチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソブチル−1,3−ジエトキシプロパン、2,2−ジイソブチル−1,3−ジブトキシプロパン、2−イソブチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジ−sec−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジ−tert−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジネオペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−イソペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−フェニル−2−ベンジル−1,3−ジメトキシプロパン、2−シクロヘキシル−2−シクロヘキシルメチル−1,3−ジメトキシプロパンを含む。
【0012】
他の特定の態様において、少なくとも2個のエーテル基を有する電子供与体は、2−位置の炭素原子が5、6または7個の炭素原子または5−nまたは6−n’個の炭素原子およびそれぞれn個の窒素原子およびN、O、SおよびSiからなる群から選ばれるn’個のヘテロ原子からなり、nが1または2であり、n’が1、2または3である、環式または多環式構造に属し、前記構造が2または3個の不飽和(シクロポリエン系構造)を含み、場合により他の乾式構造と縮合され、または直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基、シクロアルキル、アリール、アルアルキル、アルカリール基およびハロゲンからなる群から選ばれる1個以上の置換基により置換され、または他の環式構造と縮合されかつ縮合された環式構造にも結合され得る、選択された上記置換基の1個以上により置換されており、上記アルキル、シクロアルキル、アリール、アルアルキルまたはアルカリール基および縮合された環式構造の1個以上が場合により1個以上のヘテロ原子を炭素または水素原子またはその両者に対する置換基として含むシクロポリエン系1,3−ジエーテルのクラスから選ぶことができる。
【0013】
シクロポリエン系1,3−ジエーテル中の上記置換基は、1〜20個の炭素原子を有する直鎖もしくは分枝鎖アルキル基、3〜20個の炭素原子を有するシクロアルキル基、6〜20個の炭素原子を有するアリール基、7〜20個の炭素原子を有するアルアルキル基、7〜20個の炭素原子を有するアルカリール基、ClおよびFからなる群から選ばれる。
【0014】
アルキル、シクロアルキル、アリール、アルアルキルおよびアルカリール基中および/または縮合環構造中に存在していてもよいヘテロ原子は、好ましくは、N、O、S、P、Siおよびハロゲンからなる群から選ばれ、より好ましくはClおよびFから選ばれる。
【0015】
シクロポリエン系1,3−ジエーテルの特定のサブグループは、下記一般式(III)
【0016】
【化5】
【0017】
(上式中、R基は同一のもしくは相異なる、水素、ハロゲン、好ましくはClおよびF、場合によりN、O、S、P、Siおよびハロゲン、特にClおよびF、からなる群から選ばれる1個以上のヘテロ原子を炭素または水素原子またはその両者に対する置換基として含む、直鎖もしくは分枝鎖のC1 〜C20アルキル基、C3 〜C20シクロアルキル、C6 〜C20アリール、C7 〜C20アルキルアリールまたはC7 〜C20アルアルキル基であり、RI 基は同一のもしくは互いに他と異なる、水素、ハロゲン、好ましくはClおよびF、直鎖もしくは分枝鎖のC1 〜C20アルキル基、C3 〜C20シクロアルキル、C6 〜C20アリール、C7 〜C20アルカリールおよびC7 〜C20アルアルキル基からなる群から選ばれ、RII基は同一のもしくは互いに他と異なる、水素、ハロゲン、好ましくはClおよびF、直鎖もしくは分枝鎖のC1 〜C20アルキル基、C3 〜C20シクロアルキル、C6 〜C20アリール、C7 〜C20アルカリールおよびC7 〜C20アルアルキル基からなる群から選ばれる)
で表される。
【0018】
シクロポリエン系1,3−ジエーテルの特定の例は、9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−2,3,6,7−テトラメチルフルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−2,3,4,5,6,7−ヘキサフルオロフルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−2,3−ベンゾフルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−2,3,6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−2,7−ジイソプロピルフルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−1,8−ジクロロフルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−2,7−ジシクロペンチルフルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−1,8−ジフルオロフルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−1,2,3,4−テトラヒドロフルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−1,2,3,4,5,6,7,8−オクタヒドロフルオレン、9,9−ビス(メトキシメチル)−4−tert−ブチルフルオレン、1,1−ビス(1’−ブトキシエチル)シクロペンタジエン、1,1−ビス(1’−イソプロポキシ−n−プロピル)シクロペンタジエン、メトキシメチル−1−(1’−メトキシエチル)−2,3,4,5−テトラメチルシクロペンタジエン、1,1−ビス(α−メトキシベンジル)インデン、1,1−ビス(フェノキシメチル)−3,6−ジシクロヘキシルインデン、9,9−ビス(α−メトキシベンジル)フルオレン、9,9−ビス(1’−イソプロボキシ−n−ブチル)−4,5−ジフェニルフルオレン、9,9−ビス(1’−メトキシエチル)フルオレン、9−メトキシメチル−9−(1’−メトキシエチル)フルオレン、9−メトキシメチル−9−〔2−(2−メトキシプロピル)〕フルオレン、1,1−ビス(メトキシメチル)−2,5−シクロヘキサジエン、1,1−ビス(メトキシメチル)ベンゾナフテン、7,7−ビス(メトキシメチル)−2,5−ノボルナジネン、9,9−ビス(メトキシメチル)−1,4−メタンジヒドロナフタレンである。
【0019】
本発明の固体触媒成分(A)の製造は、種々の方法で行うことができる。
【0020】
例えば、ハロゲン化マグシウム、チタン化合物および(A)において開示した少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物を、ハロゲン化マグネシウムが活性化される条件下でいっしょに粉砕する。
【0021】
次いで、その粉砕生成物を、所望により前記少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物の存在下に、温度80〜135℃で、過剰のTiCl4 により1回以上処理し、続いて洗浄媒体中に塩素イオンが検出されなくなるまで、炭化水素、例えば、ヘキサン、により繰り返し洗浄する。
【0022】
別の方法では、無水ハロゲン化マグネシウムを先行技術で知られた方法により予め活性化させ、次いで前記少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物および所望により脂肪族、環状脂肪族、芳香族または塩素系炭化水素溶剤(例えば、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、トルエン、エチルベンゼン、クロロベンゼンおよびジクロロエタン)を含む過剰のTiCl4 と反応させる。
【0023】
この場合も、温度80〜135℃で操作する。所望により、TiCl4 との反応を、追加量の少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物の存在下または不存在下で繰り返し、次いで固体をヘキサンで洗浄し、未反応のTiCl4 を除去する。
【0024】
別の方法では、(特に長球状粒子の形の)MgCl2 ・nROH付加物(式中、nは一般に1〜6の数であり、ROHはアルコール、例えば、エタノール、ブタノールまたはイソブタノールの如きアルコールである)を、少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物および上記の炭化水素溶剤の1種を含む過剰のTiCl4 と反応させる。
【0025】
初期の反応温度は0〜25℃であり、次いで80〜135℃に昇温する。反応後、得られた固体を、少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物の存在下または不存在下に、TiCl4 により再度処理し、次いで分離し、溶剤中に塩素イオンが検出されなくなるまで炭化水素で洗浄する。
【0026】
さらに別の方法では、マグネシウムアルコラートおよびマグネシウムクロロアルコラートを、前述した反応条件下に、少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物を含む過剰のTiCl4 と反応させてもよい。
【0027】
さらに別の方法では、ハロゲン化マグネシウムとチタンアルコラートの錯体(代表的な例としてMgCl2 ・2Ti(OC4 H9 )4 錯体がある)を、炭化水素溶液中で、炭化水素溶液中の少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物を含む過剰のTiCl4 と反応させる。固体生成物を分離し、追加の少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物の存在下または不存在下に、さらに過剰のTiCl4 と反応させ、次いで分離し、ヘキサンで洗浄する。
【0028】
TiCl4 との反応は80〜130℃の温度で行われる。
【0029】
また、これに類似した方法では、MgCl2 とチタンアルコラートの錯体を、炭化水素溶液中のポリヒドロシロキサンと反応させ、分離した固体生成物を、50℃で、四塩化ケイ素と反応させる。次いで、得られた固体を、少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物の存在下または不存在下に、過剰のTiCl4 と80〜130℃で反応させる。
【0030】
上記した特定の触媒製造の方法に関係なく、少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物の存在下におけるTiCl4 との最後の反応の後、得られた固体を分離し、次いで過剰のTiCl4 と80〜135℃で反応させてから、炭化水素溶剤で洗浄するのが好ましい。
【0031】
最後に、少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物を含む過剰のTiCl4 を、有機溶剤に可溶なマグネシウム化合物または錯体の溶液を含浸させた、部分的に架橋したスチレン−ジビニルベンゼンの如き多孔質樹脂またはシリカやアルミナのような多孔質の無機酸化物と反応させることができる。
【0032】
有用な多孔質樹脂は、ヨーロッパ特許出願公開第344755号に記載されている。TiCl4 との反応は80〜100℃で行なわれる。過剰のTiCl4 を分離した後、反応を繰り返し、次いで得られた固体を炭化水素で洗浄する。
【0033】
上記の反応に使用するMgCl2 ハロゲン化マグネシウム/少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物のモル比は、一般に、4:1〜12:1であってよい。
【0034】
少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物は、ハロゲン化マグネシウム上に、一般に、1〜20モル重量%の量で固定される。
【0035】
固体触媒成分(A)のMg/Ti比は一般に30:1〜4:1であるが、樹脂または無機酸化物上に担持された成分では、その比は異なっていてよく、一般に20:1〜2:1であってよい。
【0036】
本発明において、重合系における固体触媒成分の量は、Ti原子に換算して、通常0.005〜0.5ミリモル/L、好ましくは0.01〜0.5ミリモル/Lであるのがよい。
【0037】
アルミニウムアルキル助触媒(B)は、下記式(IV)
AlR5 R6 R7 (IV)
(上式中、R5 、R6 およびR7 は同一であっても相異なっていてもよく、それぞれ12個以下の炭素原子を有する炭化水素基、ハロゲン原子または水素原子を表し、ただしR5 、R6 およびR7 の少なくとも1個は炭化水素基である)の化合物から選ぶことができる。
【0038】
式(5)で表される有機アルミニウム化合物のうちの代表的な例は、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウムおよびトリオクチルアルミニウムの如きトリアルキルアルミニウムや、ジエチルアルミニウムハイドライドおよびジイソブチルアルミニウムハイドライドの如きアルキルアルミニウムハイドライド並びにジエチルアルミニウムクロライドおよびジエチルアルミニウムブロマイドの如きのアルキルアルミニウムハライドなどが含まれる。
【0039】
これらの有機アルミニウム化合物のうちでは、優れた結果を与えるトリアルキルアルミニウムが好ましい。
【0040】
オレフィンの重合において、重合系に用いられる有機アルミニウム化合物の量は、一般には10−4ミリモル/L以上であり、好ましくは10−2ミリモル/L以上である。また、固体触媒成分中のチタン原子に対する有機アルミニウム化合物のモル割合は、一般には0.5以上であり、好ましくは2以上、とりわけ10以上である。有機アルミニウム化合物の使用量が少なすぎる場合には、重合活性の大幅な低下を招くことがある。好ましくは、重合系における有機アルミニウム化合物の使用量が20ミリモル/L以上であり、チタン原子に対する有機アルミニウム化合物のモル割合が1000以上である。
【0041】
本発明に用いられるアルコキシエステル化合物は、前記一般式(I)
(R1 O)i (R2 O)j (R3 O)k −Z−COOR4 (I)
で表される。ここで、R1 、R2 、R3 およびR4 はそれぞれ独立に脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、多環式炭化水素基または複素環化合物基である。これらが脂肪族または脂環式炭化水素基である場合、1〜20個の炭素原子を有する前者または4〜12個の炭素原子を有する後者が好ましい。
【0042】
例示される化合物は、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ヘキシル、3−メチルペンチル、tert−ペンチル、ヘプチル、5−ヘキシル、オクチル、ノニル、デシル、2,3,5−トリメチルヘキシル、ウンデシル、ドデシル、ビニル、アリル、2−ヘキセニル、2,4−ヘキサジエニル、イソプロペニル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、テトラメチルシクロヘキシル、シクロヘキセニルおよびノルボルニル基である。これらの基の水素原子はハロゲン原子により置換されていてもよい。
【0043】
R1 、R2 、R3 およびR4 のいずれかが芳香族または多環式炭化水素基である場合、6〜18個の炭素原子を有する前者または4〜12個の炭素原子を有する後者が好ましい。
【0044】
特定の例は、フェニル、トリル、エチルフェニル、キシリル、クミル、トリメチルフェニル、テトラメチルフェニル、ナフチル、メチルナフチルおよびアントラニル基である。これらの基の水素原子はハロゲン原子により置換されていてもよい。
【0045】
R1 、R2 、R3 およびR4 のいずれかが複素環化合物基である場合、6〜18個の炭素原子を有するものが好ましい。特定の例は、フリル、テトラヒドロフリル、チエニル、ピロリル、イミダゾリル、インドリル、ピリジルおよびピペリジル基である。これらの基の水素原子はハロゲン原子により置換されていてもよい。
【0046】
R1 、R2 、R3 およびR4 のいずれかが脂肪族炭化水素に連結している芳香族炭化水素、多環式炭化水素または複素環化合物の基である場合、1〜12の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基に連結している、6〜18個の炭素原子を有する芳香族炭化水素または多環式炭化水素の基または4〜18個の炭素原子を有する複素環化合物の基が好ましい。特定の例は、ベンジル、ジフェニルメチル、インデニルおよびフルフリル基である。これらの基の水素原子はハロゲン原子により置換されていてもよい。
【0047】
Zは、好ましくは、その水素原子が6〜18個の炭素原子を有する芳香族基または4〜20個の炭素原子を有する多環式炭化水素基で置換されていてもよい、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基または4〜20個の炭素原子を有する脂環式炭化水素基である。特定の例としては、メチレン、エチレン、エチリデン、トリメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、エテニレン、ビニリデンおよびプロペニレン基を挙げることができる。置換された炭化水素基の例としては、メチルメチレン、n−ブチルメチレン、エチルエチレン、イソプロピルエチレン、tert−ブチルエチレン、sec−ブチルエチレン、tert−アミルエチレン、アダマンタンエチレン、ビシクロ〔2,2,1〕ヘプチルエチレン、フェニルエチレン、トリルエチレン、キシリルエチレン、ジフェニルトリメチレン、1,2−シクロペンチレン、1,3−シクロペンチレン、3−シクロヘキセン−1,2−イレン、ジメチルエチレンおよびインデン−1,2−イレン基を挙げることができる。それらの基の水素原子はハロゲン原子により置換されていてもよい。
【0048】
式(I)のアルキルエステル化合物の特定の例としては、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、メトキシ酢酸フェニル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸フェニル、n−プロポキシ酢酸エチル、イソプロポキシ酢酸エチル、n−ブトキシ酢酸メチル、イソブトキシ酢酸エチル、n−ヘキシルオキシ酢酸エチル、sec−ヘキシルオキシ酢酸オクチル、2−メチルシクロヘキシルオキシ酢酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸n−オクチル、3−エトキシプロピオン酸ドデシル、3−エトキシプロピオン酸ペンタメチルフェニル、3−エトキシプロピオン酸n−オクチル、3−エトキシプロピオン酸ドデシル、3−(i−プロポキシ) プロピオン酸エチル、3−(i−プロポキシ) プロピオン酸ブチル、3−(i−プロポキシ) プロピオン酸アリル、3−(n−ブトキシ)プロピオン酸シクロヘキシル、3−ネオペンチルオキシプロピオン酸エチル、3−(n−オクチルオキシ) プロピオン酸ブチル、3−(2,6−ジメチルヘキシルオキシ)プロピオン酸メチル、3−(3,3−ジメチルデシルオキシ)プロピオン酸オクチル、4−エトキシ酪酸エチル、4−エトキシ酪酸シクロヘキシル、5−(n−プロポキシ)吉草酸オクチル、12−エトキシラウリン酸エチル、3−(1−インデノキシ) プロピオン酸エチル、3−メトキシアクリル酸メチル、2−メトキシアクリル酸メチル、2−エトキシアクリル酸メチル、3−フェノキシアクリル酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−(iso−プロポキシ) 酪酸n−ブチル、2−エトキシイソ酪酸メチル、2−シクロヘキシルオキシイソ吉草酸フェニル、2−エトキシ−2−フェニル酢酸ブチル、3−ネオペンチルオキシ酪酸アリル、3−エトキシ−3−(o−メチルフェニル)プロピオン酸メチルが挙げられる。これらのうちでは、下記一般式(V)
【0049】
【化6】
【0050】
で表されるアルコキシエステル化合物が好ましい。
【0051】
上記の式において、R14およびR16はそれぞれ独立に1〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基を表し、R13およびR15はそれぞれ独立に水素原子または1〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基を表す。
【0052】
Yは、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基もしくは多環式炭化水素基により置換されている、1〜4個の炭素原子を有する、2価の直鎖の炭化水素基、または6〜12個の炭素原子を有する脂環式炭化水素基を表す。
【0053】
もっとも好ましくは、カルボキシル基から数えて第2または第3の位置に少なくとも3個の炭素原子を有する嵩高な置換基を有し、Yが直鎖の炭化水素基であるアルコキシエステルである。
【0054】
また、カルボキシル基から数えて第2または第3の位置に4〜8員のシクロアルカンを有するアルコキシエステルも好ましい。
【0055】
そのような化合物の特定の例としては、3−エトキシ−2−フェニルプロピオン酸エチル、3−エトキシ−2−トリルプロピオン酸エチル、3−エトキシ−2−メシチルプロピオン酸エチル、3−ブトキシ−2−(メトキシフェニル)プロピオン酸エチル、3−イソプロポキシ−3−フェニルプロピオン酸メチル、3−エトキシ−3−フェニルプロピオン酸エチル、3−エトキシ−3−tert−ブチルプロピオン酸エチル、3−エトキシ−3−アダマンチルプロピオン酸エチル、3−エトキシ−2−tert−ブチルプロピオン酸エチル、3−エトキシ−2−tert−アミルプロピオン酸エチル、3−エトキシ−2−アダマンチルプロピオン酸エチル、3−エトキシ−2−ビシクロ〔2,2,1〕ヘプチルプロピオン酸エチル、2−エトキシシクロヘキサンカルボン酸エチル、2−(エトキシメチル)シクロヘキサンカルボン酸メチル、3−エトキシノルボルナン−2−カルボン酸メチル、2,2−ジイソブチル−3−メトキシプロピオン酸エチル、2−イソプロピル−2−イソペンチル−3−メトキシプロピオン酸メチル、2−イソプロピル−2−イソペンチル−3−メトキシプロピオン酸エチル、2−イソプロピル−2−シクロペンチル−3−メトキシプロピオン酸メチル、2−イソプロピル−2− シクロペンチル−3− メトキシプロピオン酸エチル、2−シクロペンチル−2−イソペンチル−3−メトキシプロピオン酸メチル、2−シクロペンチル−2−イソペンチル−3−メトキシプロピオン酸エチル、2,2−ジシクロペンチル−2−メトキシプロピオン酸メチルおよび2,2−ジシクロペンチル−3−メトキシプロピオン酸エチルである。
【0056】
本発明に係るオレフィンの重合方法は、本発明の触媒を用い、式CH2 =CHR(ここで、Rは水素または1〜12個の炭素原子を有する炭化水素基である)のオレフィンを重合または共重合する方法である。そのようなオレフィンの代表的な例は、エチレン、プロピレン、ブテン−1、4−メチルペンテン−1、ヘキセン−1およびオクテン−1を含む。本発明の方法は、3個以上の炭素原子を有するオレフィンの立体特異性重合に有利に用いられ、プロピレンの重合に最も好適である。
【0057】
重合方法においては、本発明の固体触媒成分、有機アルミニウム化合物およびアルコキシエステル化合物を重合容器に個別に導入してもよい。あるいは、これらの成分の2種または全部を事前に混合してもよい。典型的には、後述する不活性溶剤と前述した有機アルミニウム化合物およびアルコキシエステル化合物を、内部の空気を窒素で置換した滴下ロート中で混合してもよい。所定時間(約1分以上)の経過後、この混合物を固体触媒成分と接触させてさらに所定時間(約1分以上)反応させ、次いで重合反応容器中へ導入するのが好ましい。この際に使用可能な不活性溶剤の例は、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、シクロヘキサンおよびメチルシクロヘキサンの如き脂肪族炭化水素、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、エチルトルエン、n−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、モノアルキルナフタレンおよびジアルキルナフタレンの如きアルキル芳香族炭化水素、クロロベンゼン、クロロナフタレン、オルトジクロロベンゼン、テトラヒドロナフタレンおよびデカヒドロナフタレンの如きなハロゲン化もしくは水素化芳香族炭化水素、高分子量液状パラフィン、およびそれらの混合物を含む。
【0058】
本発明に従うオレフィンの重合は、大気圧以上の圧力下に実施することができる。気相重合では、モノマー圧力はオレフィンの重合温度における蒸気圧を下回ってはならないけれども、一般にはモノマー圧力は大気圧〜100kg/cm2 、好ましくは約2〜50kg/cm2 の範囲にある。
【0059】
他の特定の態様においては、重合を、不活性溶剤(溶液重合)または希釈剤(スラリーもしくは塊状プロセス)を用いて、液相中で行ってもよい。スラリー重合に好ましい希釈溶剤は、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ノルマルオクタン、シクロヘキサンおよびメチルシクロヘキサンの如きアルカンおよびシクロアルカン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、エチルトルエン、ノルマルプロピルベンゼン、ジエチルベンゼンおよびモノ−もしくははジ−アルキルナフタレンの如きアルキルアリール炭化水素、クロロベンゼン、クロロナフタレン、オルトジクロロベンゼン、テトラヒドロナフタレンおよびデカヒドロナフタレンの如きハロゲン化もしくは水素化芳香族炭化水素、高分子量液状パラフィン、それらの混合物、および他の周知の希釈溶剤を含む。
【0060】
さらに、重合は、2つ以上の連続重合工程により、各工程に対して異なる重合条件を用いて、行うこともできる。
【0061】
分子調整剤(一般には水素)を、実用に適するメルトフローを有するポリマーを得るために併存させてもよい。
【0062】
本発明の実施に有効な気相重合プロセスには、攪拌床反応器、流動床反応器等を、用いてもよい。
【0063】
一般には必要としないが、重合の完了または停止あるいは触媒の不活性化は、触媒を、触媒毒として周知である水、アルコールもしくはアセトンまたは他の適当な触媒不活性化剤と接触させることにより行うことができる。
【0064】
重合温度は、一般には−10℃〜+180℃であるが、良好な触媒性能および高生産速度を得る見地からは20〜100℃が好ましく、50〜80℃がもっとも好ましい。予備重合は必ずしも必要ではないけれども、予備重合を行うことは好ましくもある。予備重合で使用されるオレフィンは、前述した重合で使用されるオレフィンと同一であっても相異なっていてもよいが、プロピレンを用いることが好ましい。予備重合の際の反応温度は、−20℃〜+100℃、好ましくは−20℃〜+60℃の範囲である。
【0065】
予備重合は、オレフィン重合用固体触媒1g当たり0.1〜1000g、好ましくは0.3〜100g、もっとも好ましくは1〜50gの重合体が生成するように行なうのが望ましい。予備重合は、回分式でもまたは連続式でも行うことができる。
【0066】
以下は本発明を説明したその例であるが、これらの例は本発明の範囲を限定するものと解すべきではない。
【0067】
実施例
特定
MgCl 2 によるエーテルの錯化試験
固定ブレードの機械的攪拌機を有する100mlのガラスフラスコに、窒素雰囲気下に、
70mlの無水n−ヘプタン
12ミリモルの、下記のようにして活性化された無水MgCl2
2ミリモルのエーテル
を、記載の順序で導入する。内容物を50℃で4時間(攪拌速度400rpm)反応させる。次いで、濾過し、周囲温度で100mlのn−ヘプタンで洗浄し、その後機械的ポンプにより乾燥する。
【0068】
固体を、10mlのエタノールで処理したのち、エーテルの固定量の分析のためのガスクロマトグラフ定量分析により特定する。
【0069】
エーテルによる錯化試験に用いる塩化マグネシウムは、下記のようにして調製したものである。
【0070】
直径16mmの鋼球1.8Kgを含む、1リットルの振動ミルジャー(Siebtechnik社製Vibratom)中に、窒素雰囲気下に、50gの無水MgCl2 および6.8mlの1,2−ジクロロエタン(DCE)を導入する。
【0071】
内容物を室温で96時間ミル粉砕し、その後回収した固体を真空下に機械的ポンプ中に50℃で16時間保持する。
【0072】
固体の特定
2θにおける最大強度を有するハロの存在=32.1°
表面積(B.E.T)=125m2 /g
残留DCE=2.5重量%
TiCl 4 との反応の試験
電磁攪拌機を備えた25mlの試験管に、窒素雰囲気下に、10mlの無水n−ヘプタン、5ミリモルのTiCl4 および1ミリモルのドナーを導入する。内容物を70℃で30分間反応させ、その後25℃に冷却し、90mlのエタノールで分解させる。
【0073】
得られた溶液をガスクロマトグラフィーにより分析する。
【0074】
メルトフローレート(MFR)、実施例中に記載するポリプロピレンのそれは、ASTM D1238の条件Lにより測定した。
【0075】
キシレン不溶分の測定
ポリマーのキシレン不溶分(XI%)を測定するために、ポリマーを、135℃の温度で攪拌しながら、250mLのキシレンに溶解させ、次いで20分後に25℃まで放冷した。沈殿したポリマーを30分後にろ過し、真空下に80℃の温度で乾燥させた。
【0076】
実施例1
微小長球形MgCl 2 ・2.1C 2 H 5 OHの調製
タービン攪拌機および吸引パイプを備えた2リットルのオートクレーブ中に、不活性ガス中、常温で、48gの無水MgCl2 、77gの無水C2 H5 OHおよび830mlの灯油を入れた。攪拌しながら内容物を120℃に加熱し、これによりMgCl2 とアルコールの間の付加物が生じ、この付加物は融解し、分散剤と混合した。オートクレーブ内の窒素圧を1.5Paに維持した。オートクレーブの吸引パイプを加熱ジャケットで外部から120℃に加熱した。吸引パイプは内径が1mmで、加熱ジャケットの一端から他端までの長さが3mであった。このパイプを通して混合物を7m/secの速度で流した。パイプの出口で、灯油2.5リットルを含み、初期温度を−40℃に維持したジャケットにより外部から冷却されている5リットルフラスコ中に、分散液を攪拌しながら採取した。分散液の最終温度は0℃であった。エマルジョンの分散相を構成する球状の固体生成物を沈降させ、ろ過して分離し、次いでヘプタンで洗浄して乾燥させた。これらの操作はすべて不活性ガス雰囲気下で行った。最小直径が50ミクロン以下の球状固体粒子形のMgCl2 ・3C2 H5 OHが130g得られた。こうして得られた生成物から、アルコール含有量がMgCl2 1モル当り2.1モルに減少するまで、窒素気流下に、温度を50℃から100℃に徐々に昇温して、アルコールを除去した。
【0077】
固体触媒の調製
ろ過用バリヤーを備えた500mLの円筒形ガラス製反応器に、0℃で、225mlのTiCl4 を入れ、攪拌しながら、15分間で、上記のようにして得られた微小長球形MgCl2 ・2.1C2 H5 OHの10.1g(54ミリモル)を入れた。添加の終わりに、温度を70℃に上げ、9ミリモルの9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレンを入れた。温度を100℃に昇温し、2時間後にTiCl4 をろ過により除去した。200mlのTiCl4 および9ミリモルの9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレンを添加し、120℃で1時間後に内容物を再度ろ過し、さらに200mLのTiCl4 を添加し、120℃でさらに1時間処理を継続し、最後に、内容物をろ過し、ろ液から全ての塩素イオンが消失するまでn−ヘプタンにより60℃で洗浄した。このようにして得られた触媒成分は、3.6重量%のTiおよび16.1重量%の9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレンを含んでいた。
【0078】
重合
予めガス状のプロピレンにより70℃で1時間掃気した6リットルのオートクレーブ中に、常温で、プロピレン流中で、7ミリモルのトリエチルアルミニウム、0.35ミリモルの3−エトキシ−2−tert−ブチルプロピオン酸エチルおよび上記で得られた4mgの個体触媒成分を含む70mlの無水n−ヘキサンを入れた。オートクレーブを閉じ、1.7Nリットルの水素および1.2kgの液体プロピレンを導入し、攪拌機を作動させ、温度を5分間で70℃に昇温した。70℃で2時間後、攪拌を停止し、未重合モノマーを除去し、内容物を常温まで冷却した。
【0079】
重合結果を表1に示す。
【0080】
実施例2
水素の使用量を表1に示す値に変更したことを除き、実施例1に述べたと同様にして、重合を行った。
【0081】
重合結果を表1に示す。
【0082】
比較例1
重合
予めガス状のプロピレンにより70℃で1時間掃気した6リットルのオートクレーブ中に、常温で、プロピレン流中で、7ミリモルのトリエチルアルミニウム、0.35ミリモルのジシクロペンチルジメトキシシランおよび実施例1で得られた4mgの個体触媒成分を含む70mlの無水n−ヘキサンを入れた。オートクレーブを閉じ、1.7Nリットルの水素および1.2kgの液状プロピレンを導入し、攪拌機を作動させ、温度を5分間で70℃に昇温した。70℃で2時間後、攪拌を停止し、未重合モノマーを除去し、内容物を常温まで冷却した。
【0083】
重合結果を表1に示す。
【0084】
比較例2
水素の使用量を表1に示す値に変更したことを除き、比較例1に述べたと同様にして、重合を行った。
【0085】
重合結果を表1に示す。
【0086】
比較例3
重合
予めガス状のプロピレンにより70℃で1時間掃気した6リットルのオートクレーブ中に、常温で、プロピレン流中で、7ミリモルのトリエチルアルミニウム、0.35ミリモルの9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレンおよび実施例1で得られた4mgの個体触媒成分を含む70mlの無水n−ヘキサンを入れた。オートクレーブを閉じ、1.7Nリットルの水素および1.2kgの液状プロピレンを導入し、攪拌機を作動させ、温度を5分間で70℃に昇温した。70℃で2時間後、攪拌を停止し、未重合モノマーを除去し、内容物を常温まで冷却した。
【0087】
重合結果を表1に示す。
【0088】
実施例3、4
表1に示す重合条件下に重合を行ったことを除き、実施例1に述べたと同様にして、触媒の調製、重合および評価を行った。
【0089】
重合結果を表1に示す。
【0090】
実施例5〜10
実施例1で用いた3−エトキシ−2−tert−ブチルプロピオン酸エチルの代わりに表1に示す化合物を用いた。
【0091】
重合結果を表1に示す。
【0092】
【表1】
Claims (14)
- (A)マグネシウム、チタン、ハロゲン、および少なくとも2個のエーテル基を有し、標準条件下に100gの塩化物当たり60ミリモル未満が無水塩化マグネシウムとの錯体を形成することができ、かつ、TiCl4 との置換反応をしないかまたは50モル%未満しか置換反応をしないエーテル化合物から選択される電子供与性化合物を含む固体触媒成分、
(B)有機アルミニウム化合物および
(C)一般式(I)
(R1 O)i (R2 O)j (R3 O)k −Z−COOR4 (I)
(上式中、R1 、R2 、R3 およびR4 はそれぞれ独立に脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、多環式炭化水素基または複素環化合物基であり、Zは芳香族基または多環式基で置換されていてもよい脂肪族または脂環式炭化水素基であり、i、jおよびkはそれぞれ0〜3の整数であり、ただしi、jおよびkの合計は少なくとも1である)で表されるアルコキシエステル化合物を含むオレフィン重合用触媒。 - 固体触媒成分Aが、ハロゲン化マグネシウム上に担持された、少なくとも1個のTi−ハロゲン結合を含むチタン化合物である、請求項1に記載の触媒。
- 少なくとも1個のTi−ハロゲン結合を有するTi化合物が、TiCl4 、TiCl3 または式Ti(OR)n−y Xy (ここで、nはチタンの原子価数であり、yは1〜n−1の数であり、Xはハロゲンであり、Rは1〜10個の炭素原子を有する炭化水素基である)のTi−ハロアルコラートである、請求項2に記載の触媒。
- 固体触媒成分Aにおいて、少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物が、下記式(II)
の1,3−ジエーテルのクラスに属する、請求項1に記載の触媒。 - 固体触媒成分Aにおいて、少なくとも2個のエーテル基を有するエーテル化合物が、2−位置の炭素原子が5、6または7個の炭素原子または5−nまたは6−n’個の炭素原子およびそれぞれn個の窒素原子およびN、O、SおよびSiからなる群から選ばれるn’個のヘテロ原子からなり、nが1または2であり、n’が1、2または3である、環式または多環式構造に属し、前記構造が2または3個の不飽和(シクロポリエン系構造)を含み、場合により他の乾式構造と縮合され、または直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基、シクロアルキル、アリール、アルアルキル、アルカリール基およびハロゲンからなる群から選ばれる1個以上の置換基により置換され、または他の環式構造と縮合されかつ縮合された環式構造にも結合され得る、選択された上記置換基の1個以上により置換されており、上記アルキル、シクロアルキル、アリール、アルアルキルまたはアルカリール基および縮合された環式構造の1個以上が場合により1個以上のヘテロ原子を炭素または水素原子またはその両者に対する置換基として含むシクロポリエン系1,3−ジエーテルのクラスに属する、請求項1に記載の触媒。
- シクロポリエン系1,3−ジエーテルが、下記式(III)
に属する、請求項5に記載の触媒。 - ジエーテルが9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレンである、請求項6に記載の触媒。
- アルミニウムアルキル助触媒(B)が、下記式(IV)
AlR5 R6 R7 (IV)
(上式中、R5 、R6 およびR7 は同一であっても相異なっていてもよく、それぞれ12個以下の炭素原子を有する炭化水素基、ハロゲン原子または水素原子を表し、ただしR5 、R6 およびR7 の少なくとも1個は炭化水素基である)の化合物に属する、請求項1に記載の触媒。 - アルミニウムアルキルがトリアルキルアルミニウムである、請求項8に記載の触媒。
- アルコキシエステルが、カルボキシル基から数えて第2または第3の位置に少なくとも3個の炭素原子を有する嵩高な置換基を有し、Yが直鎖の炭化水素基である、請求項10に記載の触媒。
- アルコキシエステルが、カルボキシル基から数えて第2または第3の位置に4〜8員のシクロアルカンを有する、請求項10に記載の触媒。
- アルコキシエステルが、3−エトキシ−2−tert−ブチルエチルプロピオネート、3−エトキシエチルプロピオネート、3−エトキシ−2−iso−プロピルエチルプロピオネート、3−エトキシ−2−フェニルエチルプロピオネート、3−メトキシ−2−tert−ブチルエチルプロピオネート、4−エトキシエチルブチレートまたは4−エトキシエチルシクロヘキサンカルボキシネートである、請求項1または10に記載の触媒。
- (A)マグネシウム、チタン、ハロゲン、および少なくとも2個のエーテル基を有し、標準条件下に100gの塩化物当たり60ミリモル未満が無水塩化マグネシウムとの錯体を形成することができ、かつ、TiCl4 との置換反応をしないかまたは50モル%未満しか置換反応をしないエーテル化合物から選択される電子供与性化合物を含む固体触媒成分、
(D)有機アルミニウム化合物および
(E)一般式(I)
(R1 O)i (R2 O)j (R3 O)k −Z−COOR4 (I)
(上式中、R1 、R2 、R3 およびR4 はそれぞれ独立に脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、多環式炭化水素基または複素環化合物基であり、Zは芳香族基または多環式基で置換されていてもよい脂肪族または脂環式炭化水素基であり、i、jおよびkはそれぞれ0〜3の整数であり、ただしi、jおよびkの合計は少なくとも1である)
で表されるアルコキシエステル化合物
を含む触媒の存在下に行う、式CH2 =CHR(ここで、Rは水素または1〜12個の炭素原子を有する炭化水素基である)のオレフィンの重合方法。
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