JP2004521161A - 複数触媒重合系用の生産開始工程 - Google Patents

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Abstract

本発明は、
a.2種の異なる金属触媒化合物(A及びB)と少なくとも1種の活性化剤を含有する触媒系の反応器への導入流量に関する軌跡を、触媒非活性化速度定数(kd)を含む要素から計算する段階にして、2種の異なる金属触媒化合物の非活性化速度定数の比kd A/kd Bが1ではないことを特徴とする段階;及び
b.目的の生成流量を達成するまで軌跡に沿って触媒系導入流量を操作するようにして、オレフィンモノマー、触媒系、任意のコモノマー及び任意の連鎖移動又は連鎖停止剤を重合反応器に導入する段階
を包含するオレフィン重合工程の生産開始方法に関する。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、生産開始(start-up)の間に生成される望ましくない生成物の量を低減する複数の触媒化合物を用いた、重合系の生産開始工程に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に高分子は、オレフィン重合体に望ましい機械的特性を与え、オレフィン重合体上での泡の形成を安定させる。しかし高分子は、押し出し成形機内の背圧を高め、膨張した泡にメルトフラクチュアという欠点を起こし、また潜在的には完成したフィルムに過度の配向を与えるということから、押し出し工程を阻害する可能性もある。これを解決するには、第1の高分子と、それより低い分子量の第2の高分子とを組み合わせて、押出し成形機の背圧を低減し、メルトフラクチュアを阻害することが考えられる。この組合せは、これらの重合体を物理的に混合するか又はこれらを同時に生成することで得ることができる。例えばMobil社による特許出願WO99/03899では、メタロセン型触媒とチーグラー・ナッタ型触媒とを同じ反応器内で用い、加工可能な高密度ポリエチレンを生成することが開示されている。
【0003】
他にも2種の触媒を用いた系が、様々な理由から使用されている。例えば、WO98/02247は、ジアルキルマグネシウムとトリアルキルシラノールとを接触させて得られる生成物によって処理した、メタロセン及び非メタロセン(TiCl4+アルコール)の2触媒系について開示している。WO98/02247には、2メタロセン系についての記載があり、2種の異なる遷移金属源は、同じ重合条件及び水素条件下で、異なる水素応答を示すとの考えを示している。(水素応答は、異なる生成物を生じるために水素を重合系に添加するか又は重合系から除去する操作に対する触媒の感度である。)同様に、米国特許第4,935,474号は、それぞれ異なる成長速度定数及び停止速度定数を有する(アルモキサンで活性化された)2種以上のメタロセンの存在下でのオレフィン重合について記載している。米国特許第5,693,727号は、様々な種類の触媒の液体混合物を気相重合に使用することを開示しているが、この特許は1種以上の液体メタロセンの使用を開示している。同様に、EP0 770 629Aは、2個の反応器を直列で用いて、二峰性(bimodal)重合体を生成する方法を開示している。ある状況では、第二の反応器における反応条件とモノマー供給のみを可変としている。別の場合では、第二の異なる触媒を第二の反応器に添加する。
【0004】
【特許文献1】WO99/03899
【特許文献2】WO98/02247
【特許文献3】米国特許第4,935,474号
【特許文献4】米国特許第5,693,727号
【特許文献5】EP0 770 629A
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従って、生産と費用の面で効率のよいことが知られている二峰性重合体を生成する一段重合法が望まれている。しかしこれらの方法では、二種の異なる触媒、時として全く異なる反応性と運動特性を有する触媒が、生産開始の間に安定していなければならないので、生産の開始が容易ではない。安定を得て生産開始する方法の一つでは、第1の触媒を作業工程に入れ、安定させ、次いで第2の触媒を導入し、系全体を安定させる。しかしこの方法では系の安定を得るのにかなりの時間を要し、かつ不要な重合体も多量に生成されるという欠点がある。又、二触媒系では、両方の触媒が同一の支持材料に共沈着するか或いは液体又はスプレードライ調合物として密接に混合されるので、この方法を二触媒系に使用するのは適当ではない。ある場合には、生産開始に先だって、生成しようとする生成物からなる初期重合床で重合反応器を充填する。驚くべきことに、この方法を用いても、生産開始時に生成される望ましくない生成物を充分に排除することはできない。
【0006】
WO99/31142は、チーグラー・ナッタ型触媒を用いた気体重合反応器の生産開始方法を開示している。ここでは、オレフィン分圧の水素に対する比及び他に存在する全てのコモノマーに対する比を保持しつつ、反応器内でのオレフィン分圧と触媒導入流量を増加させている。しかしWO99/31142に記載の方法では、指定されたオレフィン分圧増加速度と触媒導入流量とが、生成される重合体の性質に与える影響について考慮されていないので、二触媒系を使用する一段重合法にその方法を用いることはできない。具体的には、二触媒系を使用する一段重合法の生産開始時に生成される望ましくない生成物の量を最小に抑えるために、重合法の他の特性(初期重合体床組成、目標生成流量、滞留時間など)と併せて、二触媒系を構成する各触媒の反応性又は運動特性(又はその両方)を考慮することが有用である。
【0007】
二触媒系を使用する一段重合法の生産開始時に変化しうる重要な生成特性としては、各触媒成分によって生成された生成物中の重合体の相対質量のスプリット(分離)が挙げられる。このスプリットは狭い規格値範囲が特徴的な生成物、特に二峰性分子量分布を有する生成物に見られるものなので、生産開始及び過渡期を含む、製造工程の全ての段階において生産される重合体の相対量を制御するのが望ましい。
【0008】
本発明は、完全混合反応器において二触媒系を実施する連続一段オレフィン重合方法の生産開始時に生成される、望ましくない生成物(例えば重合体の相対量のスプリットが規格値範囲の外にある生成物)の量を低減する方法を述べる。
【0009】
本発明は好ましくは、所定の軌跡(trajectories)を使用した、生産開始時の重合反応器への触媒の導入流量の操作に関し、触媒系の運動特性と重合法の他の特性とに言及しつつ、これらの軌跡を定義しかつ評価する方法を説明する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、
a.2種の異なる金属触媒化合物(A及びB)と少なくとも1種の活性化剤を含有する触媒系の反応器への導入流量に対する軌跡を、前記2種の異なる金属触媒化合物の非活性化速度定数(kd)の比kd A/kd Bが1ではない触媒非活性化速度定数を含む要素から計算する段階;及び
b.目的の生成流量を達成するまで軌跡に沿って触媒系導入流量を操作して、オレフィンモノマー、触媒系、任意のコモノマー及び任意の連鎖移動又は連鎖停止剤を重合反応器に導入する段階
を包含するオレフィン重合工程の生産開始方法に関する。
【0011】
ここでいう「生産開始時間」の語は、当分野で用いられているように(例えばWO99/31142に記載)、特定の生成物を目標に重合系の変化を始める又はその変化が目的の生成物を最初に生成する時点から、それ以上の実質的な変化が起こらずに重合系が安定して目的の生成物を最大の生成流量で生成するに至るまでの時間の意味で用いる。
【0012】
触媒系の導入流量は好ましくは、下記に述べるように選択した所定の軌跡に沿って制御する。好ましい態様において、圧力や温度等の他の反応器条件を、実質的に一定に保つ。ここでいう「実質的に一定」とは、対象となる反応器条件が生成物を変質させないようにあまり変化しないことを意味し、その程度は一般に10%未満、好ましくは5%未満、好ましくは3%未満、より好ましくは1%未満である。
【0013】
好ましい態様において、本発明は
a.2種の異なる金属触媒化合物(A及びB)と少なくとも1種の活性化剤を含有する触媒系の反応器への導入流量に対する軌跡を、前記2種の異なる金属触媒化合物の非活性化速度定数の比kd A/kd Bが1ではない触媒非活性化速度定数(kd)を含む要素から計算する段階;及び
b.目的の生成流量を達成するまで軌跡に沿って触媒系導入流量を操作して、オレフィンモノマー、触媒系、任意のコモノマー及び任意の連鎖移動又は連鎖停止剤を重合反応器に導入する段階
を包含するオレフィン重合工程の生産開始方法に関する。
【0014】
好ましい態様において、圧力、温度、モノマーのコモノマーに対する比、連鎖移動又は連鎖停止剤のモノマーに対する比などの他の反応器条件は、実質的に一定に保たれる。
【0015】
生成流量
本発明は、連続した完全混合オレフィン重合反応器での生産開始における、二触媒系の動的挙動を分析した結果に基づいている。好ましい完全混合反応器の例としては、気相反応器、スラリー相反応器及び液相反応器が挙げられる。
【0016】
好ましい態様において、触媒A及びBで構成される二触媒系によって予め生成した重合体からなる重量Wb、体積Vの初期重合床で、連続気相重合反応器を充填する。本発明の好ましい態様において、この充填用の初期重合体は製造する生成物と同一であり、その組成は触媒Aにより生成される重合体を100・ST重量%と、触媒Bにより生成される重合体100・(1−ST)重量%とからなるようにする。本発明で用いる触媒系は、望ましい定常状態運転条件下で目的の重合体生成物を生成するように配合される。この配合は従来のように、触媒混合物の単位質量あたりのモル量で表される、触媒A及び触媒Bの配合モル量(A及びBの金属量によって求められる)EC A及びEC Bによって特徴付けることができる。
【0017】
生産開始の前に、望ましいモノマー分圧に調節して、並びにモノマーに対して特定のモル比のコモノマー及び連鎖移動又は連鎖停止剤を任意に添加して、反応器を生成用の条件にしておく。窒素等の希釈剤を添加して、望ましい反応器全圧を得てもよい。反応器の標準的な使用に必要な他の全ての条件も、生産開始前に達成しておく。例えば生産開始に先立って、反応器を望ましい温度にして安定化させておく。
【0018】
重合反応は通常、触媒系を反応器に供給流量qCにて導入することで開始する。この供給流量は生産開始の間に変化しうるが、最終的には望ましい定常状態生成流量PR S及び生成スプリットSTを達成するのに必要な値qC Sに達する。好ましくは、重合反応器内の活性触媒Aの量による生成流量は、下記で表される。
【数1】
Figure 2004521161
これに対し活性触媒Bの存在量による生成流量は、下記で表される。
【数2】
Figure 2004521161
ここでVμO A及びVμO Bは反応器内の活性触媒各種の量であり;
【数3】
Figure 2004521161
は各触媒によって重合された、モノマー1モル当たりに生成される重合体の重量であり;kp1 A及びkp1 Bは、各触媒によるモノマーの重合に関する有効成長速度定数又は活性であり;M1は、気相及びスラリー相工程等の多相重合工程の重合体中に、あるいは溶液重合工程の溶媒中に、溶解しているモノマーの濃度であり;OA及びOBは各触媒についてのモノマー反応次数である。総生成速度は単純に式1.1と1.2との合計として得られる。
【数4】
Figure 2004521161
【0019】
本発明の好ましい態様において、オレフィンモノマー分圧と存在する全てのコモノマー及び連鎖移動又は連鎖停止剤の分圧との比を保持する一方で、オレフィンモノマーの分圧を保持するように、任意に添加するコモノマー及び連鎖移動又は連鎖停止剤と共に、オレフィンモノマーを反応器に導入する。このような態様の場合、M1
【数5】
Figure 2004521161
を定数とみなすことができる。多相重合工程では、当分野で公知の方法、例えばヘンリーの法則や状態に関する様々な式を用いてポリオレフィン中の小炭化水素の溶解度を調べることによって、モノマー分圧からM1の値を得ることができる。
【数6】
Figure 2004521161
の値は、各触媒の特性並びに温度やオレフィンモノマーのコモノマーに対する比といった反応器条件から得ることができ、モノマー消費量又はポリマー特性データから推定することができる。
【0020】
重合反応器内の活性触媒A及びBの量についての変化率は、下記の単純な質量均衡関係から得ることができる。
【数7】
Figure 2004521161
ここでkd A及びkd Bは各触媒の非活性化に関する一次速度定数であり、τは反応器床中での触媒及び重合体の瞬間滞留時間である。
【0021】
本発明の好ましい態様において、反応器内の生成物の体積、レベル又は重量が一定に保たれるように、生成物を連続的又は断続的に重合反応器から取り出す。このような態様では、
【数8】
Figure 2004521161
の関係が得られる。ここでWbは式1.9について述べた通りである。
反応器での生産開始の瞬間には、
【数9】
Figure 2004521161
の関係が得られる。
【0022】
反応器での生産開始を含む過渡的条件下において、連続完全混合一段オレフィン重合工程にて二触媒系によって生成される、重合体の生成流量を計算する手段が、式1.1〜1.7によって提供されることが当業者には理解されよう。
【0023】
生成物組成又はスプリット
完全混合重合反応器から取り出される量産生成物の組成又は累積スプリットは、下記式で得ることができる。
【数10】
Figure 2004521161
ここでWb A及びWb Bは、触媒A及びBによって生成された、反応器内の生成物重量を表す。
【0024】
各触媒によって生成された反応器内の生成物重量における変化率は、下記の質量均衡関係からも得られることは、当業者に容易に理解されよう。
【数11】
Figure 2004521161
【0025】
本発明の一つの態様において、初期重合体充填は製造される生成物と実質的に同一であり、生産開始の瞬間における、反応器内での生成物の体積、レベル又は重量が一定に保たれるように、生成物が連続的又は断続的に重合反応器から取り出される。ここで下記式が成り立つ。
【数12】
Figure 2004521161
【0026】
連続完全混合反応器での生産開始を含む過渡的条件下において、反応器内で行われる一段オレフィン重合工程にて二触媒系により生成される、重合体の組成又はスプリットを計算する手段が、式1.1〜1.13によって提供されることが当業者には理解されよう。二触媒系を構成する各触媒の運動特性(非活性化速度など)を組み込むことで、生産開始時の触媒導入流量を操作するための軌跡を構築・評価する基準が式1.1〜1.13によって提供される。これが本発明の目的である。
【0027】
反応器での生産開始を含む過渡的条件下において、連続完全混合一段オレフィン重合工程にて二触媒系によって生成される、重合体の組成又はスプリットを計算するさらに別の方法として、入手が容易なソフトウェアプログラムを用いて重合工程の動的シミュレーションを行うものがある。ウィスコンシン大学重合反応工学研究所によるPOLYREDなどのプログラムが当分野で公知である。
【0028】
軌跡の定義及び評価
二触媒系を使用する一段重合法の生産開始時に生成される望ましくない生成物の量を低減する、触媒導入流量を操作するための所定の軌跡は、様々な方法で構築することができる。しかし本発明においては、その処理能力の程度に順位がつけられるという点から、定量的基準が軌跡を比較するのに有用である。
簡単な定量法としては、式1.1〜1.13又は好適なソフトウェアプログラム(POLYRED 5.0など)を用いて、生産開始の間に生成される規格外(off−grade)生成物(YOG)の量を計算し、生成される規規格外生成物の量に応じて軌跡を等級付けし、規格外生成物が最も少なくなる軌跡を選択するものが挙げられる。規規格外生成物は、触媒Aにより生成される重合体の重量分画が、規格区間ST±δに収まらない生成物として定義される(ここでδは生成物に要求される性能で決定される)。
【0029】
生成にあてられる時間が固定される場合、有利な別法としては 式1.1〜1.13又は好適なソフトウェアプログラム(POLYRED 5.0など)を用いて、生産開始の間に生成される規格外生成物(YOG)の量を上記したように計算し、同時に生成にあてられる総時間内に生成される規格内生成物(YAG)の量を計算して、正味の収率又は値によって軌跡を等級付けするものがある。
【数13】
Figure 2004521161
ここでMAG及びMOGはそれぞれ、規格内生成物及び規格外生成物の、正味の収率差(例えば$/lbで表される)である。
【0030】
上記したような定量的基準を使用する場合、当分野で公知の方法を用いて、触媒導入流量を操作するための軌跡を自動的に構築するする手段が更に提供される。これらの軌跡は、生産開始段階の反応器への触媒導入流量における、円滑で連続的な変動に限定されるものではなく、生産開始段階の反応器への触媒導入流量における、1個以上の断続的停止又は段階変化を含むものであってもよい。このように得られる触媒導入流量を操作するための軌跡は、用いる基準、qCについて考慮されるパラメーター関数の等級、触媒A及び触媒Bの動的特性、規格内生成物を生成するために選択された反応器操作条件に応じて変わりうるということは、当業者には理解されよう。
【0031】
生産開始段階中の反応器への触媒導入流量について、単純で有用なパラメーター関数の例としては、下記に示す線形関数の形態のものが挙げられる。
【数14】
Figure 2004521161
ここでβは反応器への触媒導入流量における増加率、tは生産開始段階の始めから経過した時間である。tSが生産開始段階の長さとすると、下記の関係式が得られる。
【数15】
Figure 2004521161
ここでqC Sは、上述したように、生産開始段階の終わりに望ましい定常状態生成流量及び目標スプリットに達するのに必要な、反応器への触媒導入流量である。式1.4及び1.5におけるqCを式1.15及び1.16に置き換えることができ、様々なtSの値を用いて(qC Sは一定)式1.1〜1.13を解き、例えば上記した2種の方法のうち一つを用いて、結果を等級付けする。
【0032】
更なる文献を以下に挙げる。Debling,J.A.、G.C.Han、F.Kuijpers、J.VerBerg、J.Zacca及びW.H.Ray、“Dynamic Modeling of Product Grade Transitions of Olefin Polymerization Processes”、AIChE J.40、506-520(1994);Hamielec,A.E.、M.Osias、S.Ramanathan、A.Sirohi及びC.-C.Chen、“Polymer property distribution functions methodology and simulators”、米国特許第6,093,211号(2000);Hutchinson,R.A.及びW.H.Ray、“Polymerization of Olefins through Heterogeneous Catalysis. VIII. Monomer Sorption Effects”、J.Appl.Polym.Sci.41、51-81(1990);McAuley,K.B.及びJ.F.MacGregor、“On-Line Inference of Polymer Properties in an Industrial Polyethylene Reactor”、AIChE J.37、825-835(1991);McAuley,K.B.及びJ.F.MacGregor、“Optimal Grade Transitions in Gas Phase Polyethylene Reactors”、AIChE J.、38、1564-1576(1992);Takeda,M.及びW.H.Ray、“Optimal-Grade Transition Strategies for Multistage Polyolefin Reactors”、AIChE J.45、1776-1793(1999)並びに“POLYRED-Computer-Aided Polymerization Reactor Design”、ユーザーマニュアルバージョン5.0、ウィスコンシン大学重合反応工学研究所、ウィスコンシン州マディソン(1999)(ここに参照して説明に代える)。
【0033】
好ましい連鎖移動又は連鎖停止剤の例としては水素など当分野で公知のものが挙げられる。
【0034】
好ましい態様において、本発明を気相重合系、スラリー相重合系、及び液相重合系で実施する。特に、本発明は気相流動層反応器、気相撹拌床反応器、撹拌槽溶液反応器、及びスラリーループ反応器を含む、全ての連続完全混合一段(単一反応器)オレフィン重合工程で実施することができる。
【0035】
気相流動層反応器、気相撹拌床反応器、又はスラリーループ反応器等の多相反応器は、「反応部分の総量(反応器内における全ての相の体積)よりずっと少ないある体積要素を選択しても、重合体粒子が多量に含まれる。その体積要素中の重合体粒子を全体と考え全体として分析する場合、かつ重合体粒子を含む全ての体積要素について組成の分布、分子量及び重合体生成物の他の特性が実質的に同一である場合には、反応器の内容物は完全混合であると見なされる」という操作基準によると、完全混合であるとみなされる。同様に、好ましい態様において、各相内での反応物濃度及び/又は温度も、それらの相を含む全ての体積要素について、実質的に同一である。これと同じ基本原理が液相反応器にもあてはまる。
【0036】
本発明は、非活性化速度定数の比kd A/kd B が1ではない、好ましくは1より大きいか1未満である、より好ましくは2より大きいか0.5未満である、最も好ましくは5より大きいか0.2未満である、2種の触媒を含有する二触媒系を用いた生産開始に、特に有用である。
【0037】
反応器への触媒導入流量の操作が行われる生産開始時間の長さは、好ましくはτSの1〜10倍;より好ましくはτSの2〜8倍;最も好ましくはτSの3〜6倍である(ここでτSは目標とする生成流量における望ましい定常状態滞留時間である)。
【0038】
金属触媒化合物
本発明の工程において有用な触媒化合物の例として、少なくとも1個の金属原子に結合した、1個以上の嵩高い配位子を有するハーフ及び完全なサンドイッチ化合物を含む、従来から用いられている嵩高配位子メタロセン触媒化合物が挙げられる。典型的な嵩高配位子メタロセン化合物は、少なくとも1個の金属原子に結合した、1個以上の嵩高配位子と1個以上の脱離基を含む、と一般的に説明されている。一つの好ましい態様においては、少なくとも1個の嵩高配位子が金属原子にη結合しており、最も好ましくは金属原子にη5結合している。
【0039】
嵩高配位子は一般に、1個以上の、開いているか、非環式か又は縮合した環、或いは環系又はそれらの組合せによって表される。これらの嵩高い配位子、好ましくは環又は環系は、通常、周期表の13族〜16族原子から選択される原子で構成されており、好ましくは原子は、炭素、窒素、酸素、ケイ素、硫黄、リン、ゲルマニウム、ホウ素、アルミニウム又はそれらの組合せからなる群より選択される。最も好ましい環又は環系は、シクロペンタジエニル配位子、シクロペンタジエニル配位子構造を持つもの、或いは他の類似の機能性配位子構造を持つもの(ペンタジエン、シクロオクタテトラエンジイル又はイミド配位子等)など、炭素原子で構成されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。金属原子は好ましくは、周期表の3族〜15族及びランタニド系列又はアクチニド系列から選択される。好ましくは金属は4族〜12族、より好ましくは4族、5族及び6族から選ばれる遷移金属であり、最も好ましくは遷移金属は4族から選ばれる。
【0040】
一つの態様において、本発明の嵩高配位子メタロセン触媒化合物は、下記式で表される。
ABMQn (I)
ここでMは周期表から選択される金属原子であり、周期表の3族〜12族金属及びランタニド系列又はアクチニド系列から選択されてもよく、好ましくはMは4族、5族又は6族の遷移金属、より好ましくはMは4族の遷移金属、さらにより好ましくはMはジルコニウム、ハフニウム又はチタンである。
【0041】
嵩高い配位子LA及びLBは、開いているか、非環式か又は縮合した環あるいは環系であり、非置換の又は置換のシクロペンタジエニル配位子又はシクロペンタジエニル配位子、ヘテロ原子置換の又はヘテロ原子含有のシクロペンタジエニル配位子(あるいはその両方)など、どのような副配位子系であってもよい。嵩高い配位子の例としては、シクロペンタジエニル配位子、シクロペンタフェナントレニル配位子、インデニル配位子、ベンズインデニル配位子、フルオレニル配位子、オクタヒドロフルオレニル配位子、シクロオクタテトラエンジイル配位子、シクロペンタシクロドデセン配位子、アゼニル配位子、アズレン配位子、ペンタレン配位子、フォスフォイル配位子、ホスフィンイミン(WO99/40125及びWO00/05236)、アミノメチルホスフィン配位子(米国特許第6,034,240号及びWO99/46271)、ピロリル配位子、ピロゾリル配位子、カルバゾリル配位子、ボラベンゼン配位子、B−ジケチミネート配位子(米国特許第6,034,258号)、フラーレン(米国特許第6,002,035号)、それらを水素化したもの(例えばテトラヒドロインデニル配位子)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。一つの態様において、LA及びLBはMにη結合することのできる、好ましくはMにη3結合することのできる、最も好ましくはMにη5結合することのできる、他のあらゆる配位子構造をとることができる。更に別の態様において、LA又はLBの原子の分子量(MW)は60a.m.u.を超え、好ましくは65a.m.u.を超える。別の態様において、LA及びLBは1個以上のヘテロ原子、例えば窒素、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウム、硫黄及びリンを含有してもよく、開いているか、非環式か又は好ましくは縮合した環あるいは環系(例えばヘテロ−シクロペンタジエニル副配位子)を炭素原子と共に形成する。
【0042】
嵩高い配位子LA及びLBの他の例としては、嵩高いアミド、リン化物、アルコキシド、アリールオキシド、イミド、カーボリド、ボロリド、ポルフィリン、フタロシアニン、コリン及び他のポリアゾ大環状分子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。LA及びLBはそれぞれ独立に、Mに結合する、同じ型の又は異なる型の嵩高い配位子であってもよい。式(I)の一つの態様においては、LA又はLBのいずれか一つのみが存在する。
【0043】
A及びLBはそれぞれ独立に、複数の置換基Rの組合せで置換されてもよいし、置換されていなくてもよい。置換基Rの例としては、水素、又は直鎖、枝分かれ鎖のアルキル基又はアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基又はアリール基、アシル基、アロイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、ジアルキルアミノ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、アルキル−又はジアルキル−カルバモイル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アロイルアミノ基、直鎖、枝分かれ鎖又は環式のアルキレン基、あるいはそれらの組合せからなる群より選ばれる1種以上が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましい態様において、置換基Rは、50個までの非水素原子を有し、好ましくはハロゲン又はヘテロ原子などで置換することのできる1〜30個の炭素を有する。アルキル置換基Rの例としてはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ベンジル又はフェニル基などと、それらの異性体(例えば第三ブチル、イソプロピル)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0044】
他のヒドロカルビル基の例としてはフルオロメチル、フルオロエチル、ジフルオロエチル、ヨードプロピル、ブロモヘキシル、クロロベンジル;トリメチルシリル、トリメチルゲルミル、メチルジエチルシリルなどのヒドロカルビル置換の有機半金属基;トリス(トリフルオロメチル)−シリル、メチル−ビス(ジフルオロメチル)シリル、ブロモメチルジメチルゲルミルなどのハロカルビル置換の有機半金属基;ジメチルホウ素などの二基置換ホウ素基;ジメチルアミン、ジメチルフォスフィン、ジフェニルアミン、メチルフェニルホスフィンなどの二基置換プニクトゲン(pnictogen)基;メトキシ、エトキシ、プロポキシ、フェノキシ、硫化メチル及び硫化エチルなどのカルコゲン基が挙げられる。非水素置換基Rの例としては、炭素、ケイ素、ホウ素、アルミニウム、窒素、リン、酸素、スズ、硫黄、ゲルマニウムなどの原子、ビニル末端配位子(例えばブタ−3−エニル、プロパ−2−エニル、ヘキサ−5−エニルなど)を含むオレフィン不飽和置換基を含むオレフィンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、少なくとも2個のR基、好ましくは隣接する2個のR基が結合して、炭素、窒素、酸素、リン、ケイ素、ゲルマニウム、アルミニウム、ホウ素又はそれらの組合せから選択される3〜30個の原子を有する環構造を形成する。また、1−ブタニルなどの置換基Rが金属Mと炭素σ結合を形成してもよい。
【0045】
少なくとも1個の脱離基Qなどの、他の配位子が金属Mと結合していてもよい。本発明の明細書及び付属の請求項でいう「脱離基」の語は、嵩高配位子メタロセン触媒化合物から抽出可能で、かつ1種以上のオレフィンを重合することのできる嵩高配位子メタロセン触媒陽イオンを形成することのできるあらゆる配位子のことを言う。一つの態様においてQは、Mに対してσ結合を有する、1価陰イオンの不安定な配位子である。金属の酸化状態に応じて、上記式(I)が中性の嵩高配位子メタロセン触媒化合物を表すように、nは0、1又は2の値をとる。
【0046】
Q配位子の例としては、1〜20個の炭素原子を有するアミン、ホスフィン、エーテル、カルボン酸塩、ジエン、ヒドロカルビル基、水素化物又はハロゲン水素化物又はハロゲンなど又はそれらの組合せなどの弱塩基が挙げられるが、それらに限定されるものではない。別の態様において、2個以上のQが縮合環又は環系の一部を形成する。Q配位子の他の例としては、上記したRの置換基が挙げられ、シクロブチル、シクロヘキシル、ヘプチル、トリル、トリフルオロメチル、テトラメチレン、ペンタメチレン、メチリデン、メトキシ(methyoxy)、エトキシ(ethyoxy)、プロポキシ、フェノキシ、ビス(N−メチルアニリド)、ジメチルアミド、ジメチルリン化物基などが挙げられる。
一つの態様において、本発明の嵩高配位子メタロセン触媒化合物として、式(I)のLA及びLBが少なくとも1個の架橋基Aによって互いが架橋されているものが挙げられ、下記式で表される。
AALBMQn (II)
【0047】
式(II)で表されるこれらの架橋化合物は、架橋した嵩高配位子メタロセン触媒化合物として知られる。LA、LB、M、Q及びnは上で定義した通りである。架橋基Aの例としては、炭素、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、アルミニウム、ホウ素、ゲルマニウム及びスズ原子又はそれらの組合せ(ただしこれらに限定されるものではない)などのしばしば2価部分と称される13族〜16族原子を少なくとも1個有する架橋基が挙げられるが、それらに限定されるものではない。好ましい架橋基Aは炭素、ケイ素又はゲルマニウム原子を含み、最も好ましくはAは少なくとも1個のケイ素原子又は少なくとも1個の炭素原子を含む。架橋基Aは、ハロゲン及び鉄を含むと上で定義した置換基Rをさらに含んでいてもよい。架橋基Aの例としては、式R’2C、R’2Si、R’2SiR’2Si、R’2Ge、R’Pで表されるものが挙げられる(ここでR’はそれぞれ独立に水素化物、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、ハロカルビル、置換ハロカルビル、ヒドロカルビル−置換有機半金属、ハロカルビル−置換有機半金属、二基置換ホウ素、二基置換pnictogen、置換カルコゲン、又はハロゲンの基であり、或いは2個以上のR’は連結して環又は環系を形成してもよい)が、これらに限定されるものではない。一つの態様において、式(II)の架橋した嵩高配位子メタロセン触媒化合物は2個以上の架橋基Aを有してもよいし(例えばEP664 301 B1参照)、又は架橋がヘテロ原子性のものであってもよい(例えば米国特許第5,986,025号参照)。
【0048】
一つの態様において、嵩高配位子メタロセン触媒化合物は、式(I)及び(II)の嵩高い配位子LA及びLB上のR置換基が、各嵩高い配位子上で同じ数の又は異なる数の置換基で置換されている化合物である。別の態様において、式(I)及び(II)の嵩高い配位子LA及びLBが、互いに異なっている。
【0049】
本発明に有用な他の嵩高配位子メタロセン触媒化合物及び触媒系の例としては、下記文献に記載のものが挙げられる:米国特許第5,064,802号、第5,145,819号、第5,149,819号、第5,243,001号、第5,239,022号、第5,276,208号、第5,296,434号、第5,321,106号、第5,329,031号、第5,304,614号、第5,677,401号、第5,723,398号、第5,753,578号、第5,854,363号、第5,856,547号、第5,858,903号、第5,859,158号、第5,900,517号、第5,939,503号、第5,962,718号、第5,965,078号、第5,965,756号、第5,965,757号、第5,977,270号、第5,977,392号、第5,986,024号、第5,986,025号、第5,986,029号、第5,990,033号及び第5,990,331号並びにPCT公開番号WO93/08221、WO93/08199、WO95/07140、WO98/11144、WO98/41530、WO98/41529、WO98/46650、WO99/02540、WO99/14221及びWO98/50392並びに欧州特許公開EP−A−0 578 838、EP−A−0 638 595、EP−B−0 513 380、EP−A1−0 816 372、EP−A2−0 839 834、EP−B1−0 632 819、EP−B1−0 739 361、EP−B1−0 748 821及びEP−B1−0 757 996(全てここに参照して説明に代える)。
【0050】
一つの態様において、本発明に有用な嵩高配位子メタロセン触媒化合物の例としては、架橋ヘテロ原子、単嵩高配位子メタロセン化合物が挙げられる。これらの型の触媒及び触媒系は、 例えばPCT公開番号WO92/00333、WO94/07928、WO91/04257、WO94/03506、WO96/00244、WO97/15602及びWO99/20637並びに米国特許第5,057,475号、第5,096,867号、第5,055,438号、第5,198,401号、第5,227,440号及び第5,264,405号並びに欧州特許公開EP−A−0 420 436に記載がある(全てここに参照して説明に代える)。
この態様において、嵩高配位子メタロセン触媒化合物は下記式で表される:
CAJMQn (III)
ここでMは3族〜16族の金属原子又は周期表のアクチニド及びランタニドから選択される金属、好ましくはMは4族〜12族の遷移金属、より好ましくはMは4族、5族又は6族の遷移金属、最も好ましくはMはあらゆる酸化状態の4族の遷移金属、特にチタンであり;LCはMに結合した置換又は非置換の嵩高い配位子であり;JはMに結合しており;AはLC及びJに結合しており;Jはヘテロ原子副配位子であり;Aは架橋基であり;Qは1価の陰イオン配位子であり;そしてnは0、1又は2の整数である。上記式(III)において、LC、A及びJは縮合環系を形成する。ある態様において、式(III)のLCは、LAについて上で定義した通りであり、式(III)のA、M及びQは、式(I)において上で定義した通りである。
【0051】
式(III)において、Jはヘテロ原子含有配位子であり、周期表の15族のうち配位数3の元素又は16族のうち配位数2の元素である。好ましくはJは窒素、リン、酸素又は硫黄原子を含んでおり、このうち窒素が最も好ましい。
【0052】
別の態様において、嵩高配位子型メタロセン触媒化合物は、金属(好ましくは遷移金属)、嵩高い配位子(好ましくは置換又は非置換π結合配位子)及び1個以上のヘテロアリル基の錯体であり、例えば米国特許第5,527,752号及び第5,747,406号並びにEP−B1−0 735 057に記載がある(全てここに参照して説明に代える)。
【0053】
ある態様において、嵩高配位子メタロセン触媒化合物は下記式で表される。
DMQ2(YZ)Xn (IV)
ここでMは3族〜16族の金属、好ましくは4族〜12族の遷移金属、最も好ましくは4族、5族又は6族の遷移金属であり;LDはMに結合した嵩高配位子であり;Qはそれぞれ独立にMに結合し、Q2(YZ)が1価の多座配位子を形成し;A又はQはMにも結合した1価の陰イオン配位子であり;Xは、nが2の場合は1価の陰イオン基であり、nが2の場合は2価の陰イオン基であり;nは1又は2である。
【0054】
式(IV)において、L及びMは式(I)について定義した通りである。Qは式(I)について上で定義した通りであり、好ましくはQは−O−、−NR−、−CR2−及び−S−からなる群より選択され;YはC又はSのいずれかであり;Zは−OR、−NR2、−CR3、−SR、−SiR3、−PR2、−H及び置換又は非置換アリール基からなる群より選択され(ただしQが−NR−の場合Zは−OR、−NR2、−SR、−SiR3、−PR2及び−Hからなる群より選択される);Rは炭素、ケイ素、窒素、酸素又はリン(またはそれらのあらゆる組合せ)を含む群より選択され、好ましくはRは炭素数1〜20の炭化水素基であり、最も好ましくはアルキル、シクロアルキル又はアリール基であり;nは1〜4の整数、好ましくは1又は2であり;Xは、nが2の場合1価の陰イオン基であり、nが1の場合2価の陰イオン基であり;好ましくはXはQ、Y及びZとの組合せでカルバミン酸塩、カルボン酸塩又は他のヘテロアリル基を表す。
【0055】
本発明の別の態様においては、メタロセン触媒化合物は、複素環式配位子錯体であり、嵩高配位子、環又は環系が1個以上のヘテロ原子またはそれらの組合せを含む。ヘテロ原子の例としては、13族〜16族元素、好ましくは窒素、ホウ素、硫黄、酸素、アルミニウム、ケイ素、リン及びスズが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらメタロセン触媒化合物の例はWO96/33202、WO96/34021、WO97/17379、WO98/22486及びWO99/40095(ジカルバモイル金属錯体)、EP−A1−0 874 005並びに米国特許第5,637,660号、第5,539,124号、第5,554,775号、第5,756,611号、第5,233,049号、第5,744,417号及び第5,856,258号に記載がある(すべてここに参照して説明に代える)。
【0056】
別の態様において新規メタロセン触媒化合物は、例えば米国特許出願第09/103,620号(1998年6月23日出願。ここに参照して説明に代える)に記載されているような、ピリジン又はキノリン部分を含む二座配位子に基づく遷移金属触媒として知られる錯体である。別の態様において、嵩高配位子メタロセン触媒化合物はPCT公開番号WO99/01481及びWO98/42664(ここに参照して説明に代える)に記載されているような化合物である。
【0057】
一つの態様において、これら新規メタロセン触媒化合物は下記式で表される:
((Z)XAt(YJ))qMQn (V)
ここでMは周期表の3族〜13族あるいはランタニド及びアクチニドから選択される金属であり;QはMに結合しており、Qはそれぞれ1価、2価又は3価の陰イオンであり;X及びYはMに結合しており;1個以上のX及びYはヘテロ原子であり、好ましくはXとYが共にヘテロ原子であり;Yは複素環Jに含まれ(ここでJは2〜50個の非水素原子、好ましくは2〜30個の炭素原子を有する);ZはXに結合しており(ここでZは1〜50個の非水素原子、好ましくは1〜50個の炭素原子を有し、好ましくはZは3〜50個の原子、好ましくは3〜30個の炭素原子を含む環式基である);tは0又は1であり;tが1の場合AはX、Y、Jの少なくとも1種、好ましくはX及びJと連結した架橋基であり;qは1又は2であり;nはMの酸化状態に応じて1〜4の整数をとる。一つの態様において、Xが酸素又は硫黄である場合には、Zは任意である。別の態様においては、Xが窒素又はリンである場合には、Zが存在する。ある態様においては、Zは好ましくはアリール基、より好ましくは置換アリール基である。
【0058】
本発明の範囲内として、一つの態様において、新規なメタロセン触媒化合物は、Johnson他、“New Pd(II)- and Ni(II)- Based Catalysts for Polymerization of Ethylene and a-Olefins”、J.Am.Chem.Soc.1995、117、6414-6415及びJohnson他、“Copolymerization of Ethylene and Propylene with Functionalized Vinyl Monomers by Palladium(II) Catalysts”、J.Am.Chem.Soc.1996、118、267-268及びWO96/23010(1996年8月1日公開)、WO99/02472、米国特許第5,852,145号、第5,866,663号及び第5,880,241号(全てここに参照して説明に代える)に記載のNi2+及びPd2+の錯体を含む。これらの錯体は下記に述べる本発明の活性化剤によって陽イオン状態に活性化することのできる、本明細書記載の二ハロゲン化物錯体のジアルキルエーテル付加物又はアルキル化反応生成物のいずれであってもよい。新規な他のメタロセン触媒としては、WO99/50313に記載のニッケル錯体などが挙げられる(ここに参照して説明に代える)。
【0059】
メタロセン触媒の他の例としては、PCT公開番号WO96/23010及びWO97/48735並びにGibson他、Chem.Comm.、pp.849-850(1998)(全てここに参照して説明に代える)に記載の8族〜10族の金属化合物のジイミンを用いた配位子が挙げられる。6族嵩高配位子メタロセン触媒系は、米国特許第5,942,462号に記載がある(ここに参照して説明に代える)。
【0060】
他のメタロセン触媒としては、EP−A2−0 816 384及び米国特許第5,851,945号に記載の5族及び6族金属イミド錯体が挙げられる(ここに参照して説明に代える)。さらに、メタロセン触媒の例として、D.H. McConville他、Organometallics 1195、14、5478-5480に記載の架橋ビス(アリールアミド)4族化合物が挙げられる(ここに参照して説明に代える)。さらに、架橋ビス(アミド)触媒化合物がWO96/27439に記載されている(ここに参照して説明に代える)。他のメタロセン触媒としては、米国特許第5,852,146号に記載のビス(ヒドロキシ芳香族窒素配位子)が挙げられる(ここに参照して説明に代える)。1個以上の15族原子を含む他のメタロセン触媒の例としてはWO98/46651に記載のものが挙げられる(ここに参照して説明に代える)。さらに他のメタロセン触媒の例としては、WO99/20665及び6,010,794に記載の多核性メタロセン触媒並びにEP 0 969 101A2に記載の遷移金属メタアラシル(metaaracyle)構造が挙げられる(ここに参照して説明に代える)。他のメタロセン触媒の例としては、EP 0 950 667A1に記載のもの、二重架橋メタロセン触媒(EP 0 970 074A1)、テザーメタロセン(EP970 963 A2)及び米国特許第6,008,394号に記載のスルホニル触媒が挙げられる(ここに参照して説明に代える)。
【0061】
一つの態様において、上記した本発明の嵩高配位子メタロセン触媒には、構造的又は光学的又は鏡像的な異性体(メゾ及びラセミ異性体、例えば米国特許第5,852,143号参照。ここに参照して説明に代える)及びそれらの混合物が含まれるものと考えられる。
他に有用な触媒化合物の例としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
【化1】
Figure 2004521161
ここで
Mは3−12族遷移金属あるいは13族又は14族典型金属、好ましくは4族、5族又は6族の金属、好ましくはジルコニウム又はハフニウムであり、
各Xはそれぞれ独立に陰イオン脱離基、好ましくは水素、ヒドロカルビル基、ヘテロ原子又はハロゲンであり、
yは0又は1であり、
nはMの酸化状態、好ましくは+3、+4又は+5、好ましくは+4であり、
mはYZL配位子の形式電荷、好ましくは0、−1、−2又は−3、好ましくは−2であり、
Lは15族又は16族元素、好ましくは窒素であり、
Yは15族元素、好ましくは窒素又はリンであり、
Zは15族元素、好ましくは窒素又はリンであり、
1及びR2はそれぞれ独立に、C1〜C20炭化水素基、20個までの炭素原子を有するヘテロ原子含有基、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、リン又はハロゲン、好ましくはC2〜C6炭化水素基、好ましくはC2〜C20アルキル、アリール又はアラルキル基、好ましくは直鎖、枝分かれ鎖又は環式のC2〜C20アルキル基であり、R1及びR2は互いに連結していてもよく、
3は欠損するか、炭化水素基、水素、ハロゲン、ヘテロ原子含有基であり、好ましくは1〜20個の炭素原子を有する直鎖、環式又は枝分かれ鎖アルキル基であり、より好ましくはR3は欠損するか水素であり、
4及びR5はそれぞれ独立に、アリール基、置換アリール基、環式アルキル基、置換環式アルキル基、環式アラルキル基、置換環式アラルキル基又は多重環系であり、好ましくは20個までの炭素原子、好ましくは3〜10個の炭素原子を有し、好ましくはC1〜C20炭化水素基、C1〜C20アリール基又はC1〜C20アラルキル基であり、
6及びR7はそれぞれ独立に欠損するか、水素、ハロゲン、ヘテロ原子又はヒドロカルビル基であり、好ましくは1〜20個の炭素原子を有する直鎖、環式又は枝分かれ鎖アルキル基であり、より好ましくは欠損しており、
*は欠損しているか、水素、14族原子含有基、ハロゲン、ヘテロ原子含有基である
(ただしLが14族原子である場合R3及びR*は欠損していない)。
アラルキル基は、置換アリール基と定義される。
【0062】
好ましい態様において、LはY又はZのいずれかに結合しており、R1又はR2のいずれかはY又はZではなく、Lに結合している。
【0063】
別の態様において、R3及びLは複素環を形成しない。
【0064】
好ましい態様において、R4及びR5はそれぞれ独立して、下記式で表される基である。
【化2】
Figure 2004521161
ここでR8〜R12はそれぞれ独立に水素、C1〜C40アルキル基、ヘテロ原子、40個までの炭素原子を含むヘテロ原子含有基であり、好ましくはC1〜C20直鎖又は枝分かれ鎖アルキル基、好ましくはメチル、エチル、プロピル又はブチル基であり、R基のいずれかの2個が環式基又は複素環式基(又はその両方)を形成してもよい。環式基は芳香族であってもよい。好ましい態様においてR9、R10及びR12はそれぞれ独立にメチル、エチル、プロピル又はブチル基であり、好ましい態様においてR9、R10及びR12はメチル基であり、R8及びR11は水素である。
【0065】
特に好ましい態様においては、R4及びR5は共に下記式で表される基である。
【化3】
Figure 2004521161
【0066】
この態様において、Mは好ましくはジルコニウム又はハフニウム、最も好ましくはジルコニウムであり;L、Y及びZはそれぞれ窒素であり;R1及びR2はそれぞれ−CH2−CH2−であり;R3は水素であり;そしてR6及びR7は欠損している。
好ましい金属触媒化合物の例としては、
ビス(シクロペンタジエニル)チタンジメチル、
ビス(シクロペンタジエニル)チタンジフェニル、
ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、
ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジフェニル、
ビス(シクロペンタジエニル)ハフニウムメチル及びジフェニル、
ビス(シクロペンタジエニル)チタンジネオペンチル、
ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジネオペンチル、
ビス(シクロペンタジエニル)チタンジベンジル、
ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジベンジル、
ビス(シクロペンタジエニル)バナジウムジメチル、
ビス(シクロペンタジエニル)チタンメチルクロリド、
ビス(シクロペンタジエニル)チタンエチルクロリド、
ビス(シクロペンタジエニル)チタンフェニルクロリド、
ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムメチルクロリド、
ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムエチルクロリド、
ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムフェニルクロリド、
ビス(シクロペンタジエニル)チタンメチルブロミド、
シクロペンタジエニルチタントリメチル、
シクロペンタジエニルジルコニウムトリフェニル、
シクロペンタジエニルジルコニウムトリネオペンチル、
シクロペンタジエニルジルコニウムトリメチル、
シクロペンタジエニルハフニウムトリフェニル、
シクロペンタジエニルハフニウムトリネオペンチル、
シクロペンタジエニルハフニウムトリメチル、
ペンタメチルシクロペンタジエニルチタントリクロリド、
ペンタエチルシクロペンタジエニルチタントリクロリド;
ビス(インデニル)チタンジフェニル又はジクロリド、
ビス(メチルシクロペンタジエニル)チタンジフェニル又はジハリド、
ビス(1,2−ジメチルシクロペンタジエニル)チタンジフェニル又はジクロリド、
ビス(1,2−ジエチルシクロペンタジエニル)チタンジフェニル又はジクロリド、
ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタンジフェニル又はジクロリド;
ジメチルシリルジシクロペンタジエニルチタンジフェニル又はジクロリド、
メチルホスフィンジシクロペンタジエニルチタンジフェニル又はジクロリド、
メチレンジシクロペンタジエニルチタンジフェニル又はジクロリド、
イソプロピル(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
イソプロピル(シクロペンタジエニル)(オクタヒドロフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
ジイソプロピルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
ジイソブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
ジ−t−ブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
シクロヘキシリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
ジイソプロピルメチレン(2,5−ジメチルシクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
イソプロピル(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
ジフェニルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
ジイソプロピルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
ジイソブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
ジ−t−ブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
シクロヘキシリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
ジイソプロピルメチレン(2,5−ジメチルシクロペンタジエニル)(フルオレニル)−ハフニウムジクロリド、
イソプロピル(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
ジフェニルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
ジイソプロピルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
ジイソブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
ジ−t−ブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
シクロヘキシリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
ジイソプロピルメチレン(2,5−ジメチルシクロペンタジエニル フルオレニル)チタンジクロリド、
ラセミ体−エチレンビス(1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−エチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−ジメチルシリルビス(1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−ジメチルシリルビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
エチリデン(1−インデニルテトラメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−ジメチルシリルビス(2−メチル−4−t−ブチル−1−シクロペンタジエニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−エチレンビス(1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−エチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−ジメチルシリルビス(1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−ジメチルシリルビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
エチリデン(1−インデニル−2,3,4,5−テトラメチル−1−シクロペンタジエニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
ラセミ体−エチレンビス(1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
ラセミ体−エチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
ラセミ体−ジメチルシリルビス(1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
ラセミ体−ジメチルシリルビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
エチリデン(1−インデニル−2,3,4,5−テトラメチル−1−シクロペンタジエニル)チタン(IV)ジクロリド、
インデニルジルコニウムトリス(ジエチルカルバマート)、
インデニルジルコニウムトリス(ピバレート)、
インデニルジルコニウムトリス(p−トルエート)、
インデニルジルコニウムトリス(ベンゾアート)、
(1−メチルインデニル)ジルコニウムトリス(ピバレート)、
(2−メチルインデニル)ジルコニウムトリス(ジエチルカルバマート)、
(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムトリス(ピバレート)、
シクロペンタジエニルトリス(ピバレート)及び
(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムトリス(ベンゾアート)
が挙げられる。
【0067】
他に好ましい触媒の例としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
[(2,4,6−Me362)NCH2CH22NHMX2
ここでMは4族の金属であり、Xはそれぞれ独立にハライド又はベンジル基である。
【0068】
金属触媒化合物の活性化剤及び活性方法
上記した触媒化合物は一般的に様々な方法で活性化されて、オレフィンを配位結合し挿入し重合する、空いた配位部位を有する触媒系が得られる。
【0069】
本発明の明細書及び付属の請求項において「活性化剤」の語は、上記した本発明の触媒化合物のいずれかを活性化することのできる、全ての化合物又は成分又は手段を意味する。活性化剤の例としては、ルイス酸又は非配位イオン活性化剤又はイオン化活性化剤又は他のあらゆる化合物(例えば中性のメタロセン触媒化合物を触媒的に活性な嵩高配位子メタロセン陽イオンに変換することのできるルイス塩基、アルミニウムアルキル、公知の助触媒及びそれらの組合せ)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。アルモキサン又は変性アルモキサンを活性化剤として用いること、或いは中性又はイオン性のイオン化活性化剤、例えばトリ(n−ブチル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素、トリスペルフルオロフェニルホウ素半金属前駆物質又はトリスペルフルオロナフチルホウ素半金属前駆物質、ポリハロゲン化ヘテロボラン陰イオン(WO98/43983)、ホウ酸(米国特許第5,942,459号)又は中性のメタロセン触媒化合物をイオン化するそれらのあらゆる組合せを用いることが、本発明の範囲に含まれる。
【0070】
一つの態様において、活性プロトンを含んでいないが触媒陽イオンと非配位陰イオンとの両方を生じることのできる、イオン化イオン化合物を使用する活性化方法も本発明で企図されており、例えばEP−A−0 426 637、EP−A−0 573 403並びに米国特許第5,387,568号に記載がある(全てここに参照して説明に代える)。米国特許第5,602,269号に記載のアルミニウムを用いたイオン化活性化剤、WO99/06414に記載のホウ素及びアルミニウムを用いたイオン化活性化剤が、本発明に有用である(ここに参照して説明に代える)。
【0071】
アルモキサン及び変性アルモキサンの調製については様々な方法が知られている。例えば米国特許第4,665,208号、第4,952,540号、第5,091,352号、第5,206,199号、第5,204,419号、第4,874,734号、第4,924,018号、第4,908,463号、第4,968,827号、第5,308,815号、第5,329,032号、第5,248,801号、第5,235,081号、第5,157,137号、第5,103,031号、第5,391,793号、第5,391,529号、第5,693,838号、第5,731,253号、第5,731,451号、第5,744,656号、第5,847,177号、第5,854,166号、第5,856,256号及び第5,939,346並びに欧州特許公開EP−A−0 561 476、EP−B1−0 279 586、EP−A−0 594−218及びEP−B1−0 586 665並びにPCT公開番号WO94/10180及びWO99/15534(全てここに参照して説明に代える)に記載の方法が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましいアルモキサンは、変性メチルアルモキサン(MMAO)助触媒3A型(米国特許第5,041,584号に基づきAkzo Chemicals,Inc.によりModified Methylalumoxane3A型の製品名で市販)である。
【0072】
活性化剤としての有機アルミニウム化合物の例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ−n−ヘキシルアルミニウム、トリ−n−オクチルアルミニウム等が挙げられる。
【0073】
イオン化化合物は、イオン化化合物中のその他のイオンに配位しないが関連する、又は緩く配位する、活性プロトン又は他の陽イオンを含んでいてもよい。そのような化合物については、欧州特許公開EP−A−0 570 982、EP−A−0 520 732、EP−A−0 495 375、EP−B1−0 500 944、EP−A−0 277 003及びEP−A−0 277 004並びに米国特許第5,153,157号、第5,198,401号、第5,066,741号、第5,206,197号、第5,241,025号、第5,384,299号及び第5,502,124号並びに米国特許出願第08/285,380号(1994年8月3日出願)に記載がある(全てここに参照して説明に代える)。
【0074】
他の活性化剤の例としては、PCT公開番号WO98/07515に記載のフルオロアルミン酸トリス(2,2’,2”−ノナフルオロビフェニル)が挙げられる(ここに参照して説明に代える)。活性化剤の組合せも本発明の企図するところであり、例えばアルモキサンとイオン化活性化剤の組合せが挙げられる(例えばEP−B1 0 573 120、PCT公開番号WO94/07928及びWO95/14044並びに米国特許第5,153,157号及び第5,453,410号参照。全てここに参照して説明に代える)。WO98/09996には、活性化メタロセン触媒化合物と、過塩素酸塩、過ヨウ素酸塩及びヨウ素酸塩並びにそれらの水和物についての記載がある(参照して説明に代える)。WO98/30602及びWO98/30603には、メタロセン触媒化合物の活性化剤としてのリチウム(2,2'−ビスフェニル−ジトリメチルケイ酸塩)・4THFの使用についての記載がある(ここに参照して説明に代える)。WO99/18135には有機ホウ素−アルミニウム活性化剤の使用についての記載がある(ここに参照して説明に代える)。EP−B1−0 781 299にはシリリウム塩と非配位適合性陰イオンとの組み合わの使用についての記載がある。
【0075】
また、放射(EP−B1−0 615 981参照。ここに参照して説明に代える)や電気化学的酸化などを用いる活性化方法も、中性メタロセン触媒化合物又はメタロセン陽イオンの前駆物質にオレフィン重合能を与えるための、活性化方法として考えることができる。メタロセン触媒化合物用の他の活性化剤又は活性化方法については、例えば米国特許第5,849,852号、第5,859,653号及び第5,869,723号並びにWO98/32775、WO99/42467に記載がある[ジオクタデシルメチル−アンモニウム−ビス(トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン)ベンズイミダゾリド](ここに参照して説明に代える)。
【0076】
上記した触媒化合物を、上記式で表される1種以上の触媒化合物に、上記した1種以上の活性化剤又は活性化方法を用いて組み合わせることも、本発明の範囲に含まれる。
好ましい活性化剤の例としては、メチルアルモキサン、変性メチルアルモキサン、トリイソブチルアルモキサン、
テトラフェニルホウ酸トリメチルアンモニウム、
テトラフェニルホウ酸トリエチルアンモニウム、
テトラフェニルホウ酸トリプロピルアンモニウム、
テトラフェニルホウ酸トリ(n−ブチル)アンモニウム、
テトラフェニルホウ酸トリ(t−ブチル)アンモニウム、
テトラフェニルホウ酸N,N−ジメチルアニリニウム、
テトラフェニルホウ酸N,N−ジエチルアニリニウム、
テトラフェニルホウ酸N,N−ジメチル−(2,4,6−トリ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)ホウ酸トリメチルアンモニウム、
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリエチルアンモニウム、
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリプロピルアンモニウム、
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリ(n−ブチル)アンモニウム、
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリ(s−ブチル)アンモニウム、
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸N,N−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)ホウ酸N,N−ジエチルアニリニウム、
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸N,N−ジメチル−(2,4,6−トリメチルアニリニウム)、
テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸トリメチルアンモニウム、
テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸トリエチルアンモニウム、
テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸トリプロピルアンモニウム、
テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸トリ(n−ブチル)アンモニウム、
テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸ジメチル(t−ブチル)アンモニウム、
テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸N,N−ジメチルアニリニウム、
テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸N,N−ジエチルアニリニウム、
テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸N,N−ジメチル−(2,4,6−トリ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)ホウ酸ジ(i−プロピル)アンモニウム、
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸ジシクロヘキシルアンモニウム、
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリフェニルホスホニウム、
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリ(o−トリル)ホスホニウム、及び
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリ(2,6−ジメチルフェニル)ホスホニウム
が挙げられる。
【0077】
従来型の遷移金属触媒
別の態様において、従来型の遷移金属触媒を本発明の実施に用いることができる。従来型の遷移金属触媒とは、当分野で知られる古典的なチーグラー・ナッタ、バナジウム及びフィリップス型触媒などであり、例えばチーグラー・ナッタ触媒については“Ziegler-Natta Catalysts and Polymerizations”John Boor、Academic Press、ニューヨーク(1979)に記載がある。従来型の遷移金属触媒の更なる例としては、米国特許第4,115,639号、第4,077,904号、第4,482,687号、第4,564,605号、第4,721,763号、第4,879,359号及び第4,960,741号に記載がある(全てここに参照して説明に代える)。本発明に使用することのできる従来型の遷移金属触媒化合物の例としては、周期表の3族〜17族、好ましくは4族〜12族、より好ましくは4族〜6族の遷移金属化合物が挙げられる。
【0078】
これら従来型の遷移金属触媒は、式MRxで表すことができる。ここでMは3族〜17族の金属、好ましくは4族〜6族の金属、より好ましくは4族の金属、最も好ましくはチタンであり;Rはハロゲン又はヒドロカルビルオキシ基であり;そしてxは金属Mの酸化状態である。Rの例としてはアルコキシ、フェノキシ、ブロミド、クロリド及びフルオリドが挙げられるが、これらに限定されるものではない。Mがチタンである従来型の遷移金属触媒の例としては、TiCl4、TiBr4、Ti(OC253Cl、Ti(OC25)Cl3、Ti(OC493Cl、Ti(OC372Cl2、Ti(OC252Br2、TiCl3・1/3AlCl3及びTi(OC1225)Cl3が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0079】
本発明に有用な、マグネシウム/チタン電気供与体錯体を用いた従来型の遷移金属触媒化合物については、例えば米国特許第4,302,565号及び第4,302,566号に記載がある(ここに参照して説明に代える)。MgTiCl6(酢酸エチル)4誘導体が特に好ましい。
【0080】
英国特許出願第2,105,355号及び米国特許第5,317,036号(ここに参照して説明に代える)には、様々な従来型のバナジウム触媒化合物についての記載がある。従来型のバナジウム触媒化合物の例としては、三ハロゲン化バナジル、ハロゲン化アルコキシ及びアルコキシド[VOCl3、VOCl2(OBu)(ここでBu=ブチルである)、VO(OC253等];四ハロゲン化バナジウム及びハロゲン化バナジウムアルコキシ[VCl4、VCl3(OBu)等];アセチルアセトナトバナジウム及びバナジル、並びにアセチルアセトナトクロロアセチル[V(AcAc)3、VOCl2(AcAc)(ここで(AcAc)はアセチルアセトナトである)等]が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましい従来型のバナジウム触媒化合物はVOCl3、VCl4、VOCl2−OR[ここでRは炭化水素基、好ましくはC1〜C10脂肪族又は芳香族炭化水素基(エチル、フェニル、イソプロピル、ブチル、プロピル、n−ブチル、イソブチル、第三ブチル、ヘキシル、シクロヘキシル、ナフチル等)である]及びアセチルアセトナトバナジウムである。
【0081】
本発明で使用するのに好適な従来型のクロム触媒化合物(しばしばフィリップス型触媒と称される)の例としては、CrO3、クロモセン、クロム酸シリル、塩化クロミル(CrO2Cl2)、クロム−2−エチル−ヘキサノエート、アセチルアセトナトクロム(Cr(AcAc)3)等が挙げられる。例として米国特許第3,709,853号、第3,709,954号、第3,231,550号、第3,242,099号及び第4,077,904号(ここに参照して説明に代える)に記載のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明に使用するのに好適な更に他の従来型の遷移金属触媒化合物及び触媒系については、米国特許第4,124,532号、第4,302,565号、第4,302,566号、第4,376,062号、第4,379,758号、第5,066,737号、第5,763,723号、第5,849,655号、第5,852,144号、第5,854,164号及び第5,869,585号並びに公開EP−A2 0 416 815A2及びEP−A1 0 420 436に記載がある(全てここに参照して説明に代える)。
【0082】
他の触媒としては、陽イオン性触媒(AlCl3等)、並びに当分野で公知の他のコバルト、鉄、ニッケル及びパラジウム触媒が挙げられる(例えば米国特許第3,487,112号、第4,472,559号、第4,182,814号及び第4,689,437号参照。ここに参照して説明に代える)。
【0083】
通常、これら従来型の遷移金属触媒化合物は、幾つかの従来型のクロム触媒化合物を除き、1種以上の下記の従来型助触媒によって活性化される。
【0084】
従来型の助触媒
上記した従来型の遷移金属触媒化合物に用いる、従来型の助触媒化合物は、式M34 V2 C3 b-cで表すことができる。ここでM3は周期表の1族〜3族及び12族〜13族から選ばれる金属であり;M4は周期表の1族の金属であり;vは0〜1の数字であり;X2はそれぞれハロゲンであり;cは0〜3の数字であり;R3はそれぞれ1価の炭化水素基又は水素であり;bは1〜4の数字であり;b−cが少なくとも1である。上記した従来型の遷移金属触媒に用いる、他の従来型有機金属助触媒化合物は、式M33 kで表すことができる。ここでM3はIA族、IIA族、IIB族又はIIIA族金属(リチウム、ナトリウム、ベリリウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、亜鉛、カドミウム、ガリウムなど)であり;kはM3の原子価によって1、2又は3の値をとり(この原子価は一般にM3の属する族に依存する);そしてR3はぞれぞれどのような1価の炭化水素基であってもよい。
【0085】
上記した従来型の触媒化合物と共に使用するのに有用な従来型の有機金属助触媒化合物の例としては、メチルリチウム、ブチルリチウム、ジヘキシル水銀、ブチルマグネシウム、ジエチルカドミウム、ベンジルカリウム、ジエチル亜鉛、トリ−n−ブチルアルミニウム、ジイソブチルエチルホウ素、ジエチルカドミウム、ジ−n−ブチル亜鉛及びトリ−n−アミルホウ素、並びに特に、アルミニウムアルキル類(トリ−ヘキシル−アルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム及びトリ−イソブチルアルミニウム等)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0086】
他の従来型の助触媒化合物の例としては、2族金属の単オルガノハロゲン化物及び水素化物並びに3族及び13族金属の単又は二−オルガノハロゲン化物及び水素化物が挙げられる。従来型の助触媒化合物の例としては、臭化ジイソブチルアルミニウム、二塩化イソブチルホウ素、塩化メチルマグネシウム、塩化エチルベリリウム、臭化エチルカルシウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、水素化メチルカドミウム、水素化ジエチルホウ素、水素化ヘキシルベリリウム、水素化ジプロピルホウ素、水素化オクチルマグネシウム、水素化ブチル亜鉛、水素化ジクロロホウ素、水素化ジブロモアルミニウム及び水素化ブロモカドミウムが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0087】
従来型の有機金属助触媒化合物は当業者に公知のものであり、これらの化合物に関するより詳しい説明は米国特許第3,221,002号及び第5,093,415号に記載がある(ここに参照して説明に代える)。
【0088】
支持体、担体及び一般的な支持方法
上記した触媒化合物、活性化剤又は触媒系(又はそれらのあらゆる組合せ)は、1種以上の支持材料又は担体と組み合わせて用いてもよい。
【0089】
例えば最も好ましい態様においては、活性化剤を支持体に接触して、活性化剤が支持体又は担体に付着した、接触した、蒸着した、結合した、組み込まれた、吸着された又は吸収された、担持活性化剤を形成する。
【0090】
本発明の支持材料の例としては、無機又は有機支持材料、好ましくは多孔性支持材料が挙げられる。無機支持材料の例としては、無機酸化物及び無機塩化物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。他の担体の例としては、樹脂質支持材料(ポリスチレン等)、機能化又は架橋有機支持体(ポリスチレンジビニルベンゼン等)、ポリオレフィン又は高分子化合物、他の有機又は無機支持材料、又はそれらの混合物が挙げられる。
【0091】
好ましい支持材料は、2族、3族、4族、5族、13族又は14族金属酸化物等の無機酸化物である。好ましい支持体の例としては、シリカ、ヒュームドシリカ、アルミナ(WO99/60033)、シリカ−アルミナ及びそれらの混合物が挙げられる。他に有用な支持体としては、マグネシア、チタニア、ジルコニア、塩化マグネシウム(米国特許第5,965,477号)、モンモリロナイト(EP−B1 0 511 665)、フィロケイ酸塩、ゼオライト、タルク、クレー(6,034,187)などが挙げられる。さらに、これら支持材料の組合せを用いてもよく、例えばシリカ−クロム、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア等の組合せが挙げられる。別の支持材料の例としては、EP0 767 184B1に記載の多孔性アクリル性重合体が挙げられる(ここに参照して説明に代える)。他の支持材料の例としては、PCT WO99/47598に記載のナノ複合材料、WO99/48605に記載のエーロゲル、米国特許第5,972,510号に記載の球晶、及びWO99/50311に記載の高分子ビーズが挙げらる(全てここに参照して説明に代える)。好ましい支持体は、Cabosilという製品名のヒュームドシリカ(TS−610、Cabot Corporation)である。ヒュームドシリカは一般に7〜30ナノメーターの粒径を有するシリカで、ジメチルシリルジクロリドで処理してヒドロキシル基のほとんどがキャップされている。
【0092】
支持材料、最も好ましくは無機酸化物は、表面積が約10〜約700m2/g、細孔容積が約0.1〜 約4.0cc/g、平均粒径が約5〜約500μmであるのが好ましい。より好ましくは支持体の表面積は約50〜約500m2/g、細孔容積は約0.5〜約3.5cc/g、平均粒径は約10〜約200μmである。最も好ましくは支持体の表面積は約100〜約1000m2/g、細孔容積は約0.8〜約5.0cc/g、平均粒径は約5〜約100μmである。本発明の支持材料の平均孔隙径は一般に、10〜1000Å、好ましくは50〜約500Å、最も好ましくは75〜約450Åである。
【0093】
担持活性化剤の作成方法又は活性化剤と支持材料を結合する方法は、様々なものが当分野で公知である。ある態様において支持材料は、触媒化合物、活性化剤又は触媒系或いはそれらのあらゆる組合せと結合する前に、化学的に処理されるか又は脱水される(あるいはその両方の処理がなされる)。
【0094】
一つの態様において、アルモキサンは支持材料、好ましくは多孔性支持材料、より好ましくは無機酸化物、最も好ましくはシリカに接触される。
【0095】
ある態様において、様々な脱水レベルの支持材料、好ましくは200℃〜600℃で脱水したシリカを、有機アルミニウム又はアルモキサン化合物に接触する。具体的には有機アルミニウム化合物を用いる態様において、例えばトリメチルアルミニウムと水との反応の結果、支持材料にその場で活性化剤が形成される。
【0096】
更に別の態様において、ルイス塩基含有支持体基質をルイス酸性活性化剤と反応させて、支持体に結合したルイス酸化合物を形成する。シリカのルイス塩基ヒドロキシル基が、支持体への結合方法を行う金属/半金属酸化物の典型例である。この態様は、米国特許出願第09/191,922号(1998年11月13日出願)に記載がある(参照して説明に代える)。
【0097】
活性化剤を支持する他の態様については、米国特許第5,427,991号にトリスペルフルオロフェニルホウ素から誘導された担持化非配位陰イオンについての記載があり;米国特許第5,643,847号には13族ルイス酸化合物と金属酸化物との反応(シリカなど)についての記載があり、トリスペルフルオロフェニルホウ素とシラノール基(ケイ素のヒドロキシル基)との反応を行い、遷移金属有機金属触媒化合物をプロトン化することのできる結合陰イオンが、結合した陰イオンによって平衡の保たれた陽イオンを触媒的に活性化することが例証されており;米国特許第5,288,677号にはカルボカチオン重合に好適な固定化IIIA族ルイス酸触媒についての記載があり;James C.W.Chien、Jour.Poly.Sci.:Pt A:Poly.Chem、Vol.29、1603-1607(1991)にはシリカ(SiO2)及びメタロセンに反応させたメチルアルモキサン(MAO)の、オレフィン重合における有用性についての記載があり、シリカ表面ヒドロキシル基の酸素原子を介した、アルミニウム原子とシリカとの共有結合について記載している。
【0098】
一つの態様において、担持活性化剤としてWitcoにより市販されているものを使用する。
【0099】
好ましい態様において、担持活性化剤は以下のように作成することができる。活性化剤と好適な溶媒との温度と圧力を制御した容器内で撹拌して溶液を調製し、0℃〜100℃で支持材料を添加し、支持体を活性化剤溶液に最長24時間接触させ、加熱と圧力の組合せによって溶媒を除去し、動作が自在な粉末を得る。温度範囲は40〜120℃をとることができ、圧力範囲は5psia〜20psia(34.5〜138kPa)をとることができる。不活性ガスによる掃き出しを用いて、溶媒の除去を補助することもできる。添加の順序を変えて行ってもよい。例えば、支持材料を適当な溶媒でスラリー化してから、活性化剤を添加してもよい。
【0100】
ある態様において、活性化剤の支持材料に対する重量%は、約10重量%〜約70重量%、好ましくは20重量%〜約60重量%、より好ましくは約30重量%〜約50重量%、最も好ましくは30重量%〜約40重量%である。
【0101】
触媒化合物、活性化剤及び触媒系を、乾燥粉末、液体、溶液、懸濁液、乳濁液及びスラリーとして反応器に導入してもよい。本発明の工程に用いるスラリーは通常、活性化剤、触媒化合物(又はその両方)を希釈液に懸濁することによって調製する。希釈液は通常、3〜7個の炭素原子を有するアルカン、好ましくは枝分かれ鎖アルカン又は有機成分(例えば鉱油)である。用いる希釈液は、重合条件下で液体であり、比較的不活性のものでなければならない。スラリー中の成分の濃度は、望ましい触媒化合物対活性化剤比、又は触媒化合物対触媒化合物比(又はその両方)が反応器に供給されるように制御される。成分は一般に鉱油スラリーとして重合反応器に供給される。油中の固体濃度は約10〜15重量%、好ましくは11〜14重量%である。幾つかの態様において、実験室規模のBuchi噴霧乾燥機による噴霧乾燥粒子は<〜10ミクロメーターの大きさであり、増大回転噴霧器を用いると〜25ミクロメーターの粒子が得られる(これに対して従来の担持触媒は〜50ミクロメーターである)。好ましい態様において、粒子状フィラーの平均粒径は0.001〜1ミクロン、好ましくは0.001〜0.1ミクロンである。
【0102】
本発明の工程に用いる溶液は通常、活性化剤又は触媒化合物(又はその両方)を液体溶媒に溶解することによって調製する。用いる溶液は、重合条件下で液体であり、比較的不活性なものでなければならない。溶液中の成分濃度は、望ましい触媒化合物対活性化剤比又は触媒化合物対触媒化合物比(又はその両方)が反応器に供給されるように制御される。幾つかの態様においては、好ましいスラリーは担持活性化剤を含有し、別の態様においては、好ましいスラリーは、式A及びBで表される1種以上の担持又は非担持触媒化合物を含有する。
【0103】
噴霧乾燥
特に好ましい態様において、スラリー希釈液と組み合わせる前に、1種以上の触媒化合物を活性化剤又は支持材料(又はその両方)と結合して、噴霧乾燥することもできる。次いで金属化合物又は活性化剤(又はその両方)を、好ましくは粒子状フィラー材料等の支持材料と組み合わせてから、噴霧乾燥して、好ましくは動作が自在な粉末を形成する。噴霧乾燥は当分野で公知の手段によって行うことができる。担持触媒の噴霧乾燥については、EPA 0 668 295B1、US5,674,795及びUS5,672,669が参照できる。
【0104】
一般に触媒の噴霧乾燥は、触媒化合物と任意に添加する活性化剤とを溶液に入れ(望ましい場合には、触媒化合物と活性化剤とを反応させ)、シリカやCabosil(登録商標)等の充填材料を添加し、溶液を高圧にてノズルに通過させることで行う。溶液は、表面上に噴霧してもよいし、小滴が空中で乾燥するように噴霧してもよい。一般的に用いる方法は、シリカをトルエン中に分散し、活性化剤溶液内で撹拌し、次いで触媒化合物溶液内で撹拌するものである。典型的なスラリー濃度は約5−8wt%である。この配合は噴霧乾燥の前に懸濁状態を保つために、緩く撹拌して又は手動で振動して、30分間はスラリーの状態におく。一つの好ましい態様において、乾燥材料の組成は、活性化剤(好ましくはアルモキサン)が約40−50wt%、SiO2が50−60wt%、触媒化合物が約〜2wt%である。
【0105】
簡単な触媒化合物混合物として、最終段階で2種以上の触媒化合物を望ましい比で添加することができる。別の態様においては、特定の反応時間tをかけて第1の触媒化合物を活性化剤/フィラー混合物に添加し、次いで特定時間xをかけて第2の触媒化合物溶液を添加し、得られる混合物を共に噴霧するなど、より複雑な工程も可能である。さらに、第1の金属触媒化合物を添加する前に、約10vol%の1−ヘキセン等の別の添加物が活性化剤/フィラー混合物に存在してもよい。
【0106】
別の態様において、嵩高配位子メタロセン型化合物と任意に添加する活性化剤との溶液を、本発明のスラリー化噴霧乾燥触媒と組合せ、反応器に導入することができる。
【0107】
別の態様において、結合材が混合物に添加される。これらは粒子形状を改善する目的で、例えば粒子径分布を狭くし、粒子の間隙性を低くし、(結合材として作用する)アルモキサンの量を低減させるために、添加することができる。
【0108】
噴霧乾燥した粒子は一般に、鉱油スラリーとして重合反応器に供給される。油中の固体濃度は約10〜15重量%、好ましくは11〜14重量%である。幾つかの態様において、実験室規模のBuchi噴霧乾燥機による噴霧乾燥粒子は<〜10ミクロメーターの大きさであり、増大回転噴霧器を用いると〜25ミクロメーターの粒子が得られる(これに対して従来の担持触媒は〜50ミクロメーターである)。好ましい態様において、支持体の平均粒径は0.001〜1ミクロン、好ましくは0.001〜0.1ミクロンである。
【0109】
好ましい態様において、複数の触媒金属化合物は、同じ金属、好ましくは4族金属、好ましくはZr、Hf又はTi、好ましくはZrを用いるものである。
【0110】
触媒/活性化剤/触媒系は、重合反応器内で、又は反応器内に導入する前に、組み合わせることができる。また、金属化合物の1種を活性化し、すでに活性化した重合混合物にその他の金属化合物を添加することもできる。同様に、1種以上の触媒系を有機又は無機支持体上に支持することができる。一般的な支持体の例としては、シリカ、クレー、タルク、塩化マグネシウム等が挙げられる。活性化剤との組合せの有無に関わらず、金属化合物は別々の支持体上に適用してもよいし、同じ支持体上に適用してもよい。同様に、活性化剤を金属化合物と同じ支持体上に適用してもよいし、別々の支持体上に適用してもよい。金属化合物/触媒系又はそれらの成分(又はそれらのあらゆる組合せ)は同じ方法で反応器に供給する必要はない。例えば、金属化合物の1種又はその成分を反応器内の支持体上でスラリー化する一方で、残りの金属化合物又はその成分を溶液で供給してもよい。
【0111】
一般に、第1の及び第2の金属触媒化合物は、モル比1:1000〜1000:1、好ましくは1:99〜99:1、好ましくは10:90〜90:10、より好ましくは20:80〜80:20、より好ましくは30:70〜70:30、より好ましくは40:60〜60:40で組み合わされる。選択される特定の比は、目的とする最終生成物又は活性化の方法(又はその両方)に応じて異なる。目的の高分子を得るのにどの比が最適であるかを調べるには、1:1の比から始めて、生成物における望ましい性質を測定し、それに従って比を調節するという方法が実用的である。
【0112】
好ましい態様において、反応器の水素濃度は約200−2000ppm、好ましくは250−1900ppm、好ましくは300−1800ppm、好ましくは350−1700ppm、好ましくは400−1600ppm、好ましくは500−1500ppm、好ましくは500−1400ppm、好ましくは500−1200ppm、好ましくは600−1200ppm、好ましくは700−1100ppm、より好ましくは800−1000ppmである。
【0113】
別の態様において、単独で用いたとき高重量平均分子量重合体(例えば100,000を超える、好ましくは150,000を超える、更に好ましくは200,000を超える、更に好ましくは250,000を超える、より好ましくは300,000を超える重量平均分子量の重合体など)を生成するという理由から第1の金属化合物が選択され、単独で用いたとき低分子量重合体(例えば80,000未満、好ましくは70,000未満、更に好ましくは60,000未満、より好ましくは50,000未満、より好ましくは40,000未満、より好ましくは30,000未満、より好ましくは20,000未満かつ5,000を超える、より好ましくは20,000未満かつ10,000を超える分子量の重合体など)を生成するという理由から第2の金属化合物が選択される。
【0114】
一般に、金属化合物と活性化剤とは、約1000:1〜約0.5:1の比で組み合わされる。好ましい態様において、金属化合物と活性化剤は、約300:1〜約1:1、好ましくは約150:1〜約1:1の比で、ボラン、ホウ酸塩及びアルミン酸塩の場合は好ましくは約1:1〜約10:1の比で、アルキルアルミニウム化合物(例えば塩化ジエチルアルミニウムと水)の場合は好ましくは約0.5:1〜約10:1の比で、組み合わされる。
【0115】
本発明の重合工程
一つの態様において本発明は、2〜30個の炭素原子、好ましくは2〜12個の炭素原子、より好ましくは2〜8個の炭素原子を有する1個以上のモノマーの重合を行う、液相、スラリー相又は気相重合反応に関する。好ましいモノマーとしては、エチレン、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、4−メチル−ペンテン−1、ヘキセン−1、オクテン−1、デセン−1、3−メチルペンテン−1、4−メチルペンテン−1及び環式オレフィン又はそれらの組合せの1種以上が挙げられる。他のモノマーの例としては、ビニルモノマー、ジオレフィン(ジエン、ポリエン、ノルボルネン及びノルボルナジエン等)のモノマーが挙げられる。好ましくはエチレンのホモポリマーを生成する。別の態様において、エチレンと上記した1種以上のモノマーとの共重合体を生成する。
【0116】
別の態様において、エチレン又はプロピレンを少なくとも2種の異なるコモノマーと重合してターポリマーを形成する。好ましいコモノマーは、4〜10個の炭素原子、好ましくは4〜8個の炭素原子を有し、更に任意に少なくとも1個のジエンモノマーを有してもよい、α−オレフィンモノマーの組合せである。好ましいターポリマーの例としては、エチレン/ブテン−1/ヘキセン−1、エチレン/プロピレン/ブテン−1、プロピレン/エチレン/ヘキセン−1、エチレン/プロピレン/ノルボルネンなどの組合せが挙げられる。
【0117】
特に好ましい態様において、本発明の工程は、エチレンと、4〜8個の炭素原子、好ましくは4〜7個の炭素原子を有する少なくとも1個のコモノマーとの重合に関する。具体的には、コモノマーはブテン−1、4−メチル−ペンテン−1、3−メチル−ペンテン−1、ヘキセン−1及びオクテン−1であり、このうち最も好ましいのはヘキセン−1である。
【0118】
気相重合工程では通常、反応器系サイクルの一部分(サイクリング気体流、再循環流又は流動媒体)が重合熱によって反応器内で加熱される、連続サイクルが用いられる。この熱はサイクルの別の部分で反応器外にある冷却系によってリサイクル成分から除去される。一般に、重合体を生成する気体流動層工程において、1種以上のモノマーを含む気体流が反応性条件下、触媒の存在下で流動層内を連続的に循環する。気体流を流動層から引き出し、反応器に再循環する。同時に、重合体生成物を反応器から引き出し、未反応のモノマーを新たに添加して、重合化モノマーと置き換える[例えば米国特許第4,543,399号、第4,588,790号、第5,028,670号、第5,317,036号、第5,352,749号、第5,405,922号、第5,436,304号、第5,453,471号、第5,462,999号、第5,616,661号及び第5,668,228号参照。全てここに参照して説明に代える]。
【0119】
気相工程の反応器圧力は、約10psig(69kPa)〜約500psig(3448kPa)、好ましくは約200psig(1379kPa)〜約400psig(2759kPa)、より好ましくは約250psig(1724kPa)〜約350psig(2414kPa)の範囲に渡ってもよい。
【0120】
気相工程の反応器温度は、約30℃〜約120℃、好ましくは約60℃〜約115℃、より好ましくは約75℃〜110℃、最も好ましくは約85℃〜約105℃の範囲に渡ってもよい。
【0121】
気相系における触媒又は触媒系の生産性は、主要なモノマーの分圧による影響を受ける。主要なモノマーであるエチレン又はプロピレン、好ましくはエチレンの好ましいモル%は、約25〜90モル%であり、モノマー分圧は約75psia(517kPa)〜約300psia(2069kPa)である。これは気相重合工程における典型的な条件である。
【0122】
好ましい態様において、本発明の工程に用いられる反応器は、1時間あたり500 lbs(227kg/時)〜約200,000 lbs/時(90,900kg/時)以上の、好ましくは1,000 lbs/時(455kg/時)を超える、より好ましくは10,000 lbs/時(4,540kg/時)を超える、更により好ましくは25,000 lbs/時(11,300kg/時)を超える、更により好ましくは35,000 lbs/時(15,900kg/時)を超える、更により好ましくは50,000 lbs/時(22,700kg/時)を超える、最も好ましくは65,000 lbs/時(29,000kg/時)〜100,000 lbs/時(45,500kg/時)を超える重合体を生成することのできるものである。
【0123】
本発明の工程に企図される他の気相工程の例としては、米国特許第5,627,242号、第5,665,818号及び第5,677,375号、並びに欧州特許公開EP−A−0 794 200、EP−A−0 802 202及びEP−B−634 421に記載のものが挙げられる(全てここに参照して説明に代える)。
【0124】
好ましい態様において、重合工程が生成するのと同じ生成物の層で、相重合反応器の層を充填する。
【0125】
スラリー重合工程では一般に、約1〜約50気圧及びそれ以上の気圧、0℃〜約120℃の温度が用いられる。スラリー重合において、エチレン、コモノマー及び触媒が添加される液体重合希釈媒体中で、固体(粒状重合体)の懸濁が形成される。希釈液を含む懸濁液は断続的に又は連続的に反応器から除去され、揮発性成分は重合体から分離されて(任意に蒸留を行った後)反応器に再循環される。重合媒体に用いられる希釈液は一般に3〜7個の炭素原子を有するアルカン、好ましくは枝分かれ鎖アルカンである。用いる媒体は、重合条件下で液体であり、比較的不活性なものでなければならない。プロパン媒体が用いられる場合には、反応希釈液の臨界温度及び臨界圧より上で工程が行われる。好ましくは、ヘキサン又はイソブタン媒体が用いられる。
【0126】
一つの態様において、本発明の好ましい重合法は、重合体が溶液に導入される温度未満に温度が保持された、粒子形状重合又はスラリー工程である。このような技術は当分野で公知のものであり、例えば米国特許第3,248,179号(ここに参照して説明に代える)に記載がある。粒子形状工程における好ましい温度は、約185°F(85℃)〜約230°F(110℃)である。スラリー工程の好ましい重合方法2種として、ループ反応器を用いるものと、複数の撹拌反応器を直列でまたは並列で或いはそれらを組合せて用いるものがある。スラリー工程の例としては連続ループ又は撹拌槽工程が挙げられるが、これらに限定されるものではない。スラリー工程の更に他の例は、米国特許第4,613,484号に記載がある(ここに参照して説明に代える)。
【0127】
別の態様において、スラリー工程はループ反応器内で連続的に実施される。イソブタン中にスラリーの形状で含まれる触媒または乾燥した動作が自在な粉末の形状の触媒を、反応器ループに規則的に注入する。この反応器内は、モノマーとコモノマーとを含むイソブテン希釈液内で成長する、重合体粒子の循環スラリーで充填されている。分子量を調節するものとして、水素を任意に添加してもよい。目的の重合体密度に応じて、反応器を約525psig〜625psig(3620kPa〜4309kPa)の圧力、約140°F〜約220°F(約60℃〜約104℃)の温度に保持する。反応器の大部分が2重被覆構造の形状をしているので、ループ壁を通じて反応熱を除去する。スラリーを規則的間隔でまたは連続的に反応器から引き出して、直列に並んだ加熱された低圧フラッシュ容器、回転乾燥機、窒素パージカラムに送り、イソブタン希釈液と全ての未反応のモノマー及びコモノマーを除去する。それにより得られる動作が自在な炭化水素粉末を、様々な用途向けに調合する。
【0128】
別の態様において、本発明のスラリー工程で用いる反応器は、1時間あたり2000 lbs(907kg/時)を超える、より好ましくは5000 lbs/時(2268kg/時)を超える、最も好ましくは10,000 lbs/時(4540kg/時)を超える、重合体を生成できるものである。別の態様において、本発明の工程で用いるスラリー反応器は、1時間あたり15,000 lbs(6804kg/時)を超える、好ましくは25,000 lbs/時(11,340kg/時)を超え、約100,000 lbs/時(45,500kg/時)までの重合体を生成するものである。
【0129】
本発明のスラリー工程中の別の態様において、反応器全圧は400psig(2758kPa)〜800psig(5516kPa)、好ましくは450psig(3103kPa)〜約700psig(4827kPa)、より好ましくは500psig(3448kPa)〜約650psig(4482kPa)、最も好ましくは約525psig(3620kPa)〜625psig(4309kPa)である。
【0130】
本発明のスラリー工程中の更に別の態様において、反応器液体媒体中のエチレン濃度は、約1〜10重量%、好ましくは約2〜約7重量%、より好ましくは約2.5〜約6重量%、最も好ましくは約3〜約6重量%である。
【0131】
本発明の好ましい工程は、補足剤(トリエチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、トリ−イソブチルアルミニウム、トリ−n−ヘキシルアルミニウム、塩化ジエチルアルミニウム、ジブチル亜鉛など)の非存在下又は実質的に存在しない状態で実施される工程、好ましくはスラリー又は気相工程である。この好ましい工程は、PCT公開番号WO96/08520及び米国特許第5,712,352号に記載がある(ここに参照して説明に代える)。
【0132】
別の好ましい態様において、触媒、あらゆる支持体及びステアリン酸塩の重量基準で10重量%までの、好ましくは2〜6重量%のステアリン酸金属(好ましくはステアリン酸アルミニウム、より好ましくはジステアリン酸アルミニウム)を、1種以上の担持触媒と組み合わせる。別の態様において、ステアリン酸金属の溶液又はスラリーを反応器に供給する。これらの作用物質は、担持触媒と共に回転乾燥してもよいし、反応器内の、触媒系又はその成分を含んでいる又は含んでいない溶液又はスラリーに供給してもよい。好ましい態様において、ステアリン酸塩は鉱油中のスラリーとして、好ましくは約10重量%で反応器に供給する。
【0133】
ステアリン酸アルミニウム型添加剤の使用に関する更なる記述については、USSN09/113,261(1998年7月10日出願)を参照できる(ここに参照して説明に代える)。
【0134】
生成する重合体の分子量(及び他の特徴)は、下記のように重合系を操作することによって変化させることができる。
1)重合系中の第1の触媒の量を変化させる;
2)重合系中の第2の触媒の量を変化させる;
3)重合工程に存在する水素の量を変化させる;
4)工程から引き出される又はパージされる(又はその両方の)液体又は気体(又はその両方)の量を変化させる;
5)重合工程から取り出された重合体から回収して重合工程に戻される、回収液体又は回収気体(又はその両方)の量又は組成(又はその両方)を変化させる;
6)重合工程で水素化触媒を用いる;
7)重合温度を変化させる;
8)重合工程のエチレン分圧を変化させる;
9)重合工程のエチレン対コモノマー比を変化させる;
10)活性化手順での活性化剤対遷移金属比を変化させる;
11)コモノマーを変える;
12)触媒活性化手順を変える;又は
上記のあらゆる組合せ。
【0135】
好ましい態様において、回収されるポリオレフィンは通常、ASTM D−1238、条件E、190℃で測定したメルトインデックスが10g/10分以下、好ましくは1g/10分以下、好ましくは0.01〜0.5g/10分である。好ましい態様において、ポリオレフィンはエチレンのホモポリマー又は共重合体である。コモノマーは好ましくはC3〜C20直鎖、枝分かれ鎖又は環式モノマーであり、一つの態様においてはC3〜C12直鎖又は枝分かれ鎖α−オレフィン、好ましくはプロピレン、ヘキセン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ドデセン、4−メチル−ペンテン−1、3−メチルペンテン−1、3,5,5−トリメチルヘキセン−1等である。
【0136】
好ましい態様において、上記した方法はポリオレフィンを生成するのに用いられる。特に好ましい態様において、上記した方法は、0.89〜0.970g/cm3の密度(ASTM2839にて測定)、好ましくは100g/10分以下のメルトインデックス(ASTM D−1238、条件E、190℃にて測定)を有するポリエチレンを生成するのに用いられる。
【0137】
次いでポリオレフィンを用いて薄膜、成形品、パイプ、ワイヤー、ケーブル被覆、シートなどを作成することができる。被覆の作成には、押出し成形、共押し出し成形、積層、ブロー成形、注入成形など、当分野で知られるあらゆる従来法を用いることができる。薄膜の作成は、まず平面薄膜又は管状工程を用い、次いで薄膜平面上の1軸方向に又は2つの互いに直交する方向に(後者の場合は両方向について同じ程度又は異なる程度であってもよい)に配向することによって達成することができる。重合体を薄膜に成形する特に好ましい方法は、インフレートフィルム又はキャストフィルムライン上での押出し成形又は共押出し成形である。
【0138】
作成される薄膜は、更に滑剤、粘着防止剤、酸化防止剤、顔料、フィラー、かぶり防止剤、紫外線安定剤、静電防止剤、重合体加工補助剤、中和剤、潤滑剤、界面活性剤、顔料、染料、核剤等の添加剤を含んでいてもよい。好ましい添加剤の例としては、二酸化ケイ素、合成シリカ、二酸化チタン、ポリジメチルシロキサン、炭酸カルシウム、金属ステアリン酸塩、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、タルク、BaSO4、珪藻土、蝋、カーボンブラック、難燃性添加物、低分子量樹脂、ガラスビーズが挙げられる。添加剤は、当分野で知られる一般的な有効量、例えば0.001重量%〜10重量%をとることができる。
【実施例】
【0139】
以下の実施例において、OA及びOBは、共に1に等しいものとする。
【0140】
触媒Aは[(2,4,6−Me362)NCH2CH22NHZrBz2とした(ここでMeはメチル、Bzはベンジルである)。触媒Bはインデニルジルコニウムトリスピバレートとした。
【0141】
標準的な200リットル反応区間を有する気相流動層反応器を、120 lbsの高分子量高密度二峰性エチレン−1−ヘキセン共重合体で充填した。この充填粉末は、生成するのと同一の共重合体からなり、密度が0.948g/cc、重量平均分子量が320,000、多分散性(Mw/Mn)が26であり、触媒Aにより生成された高分子共重合体50重量%と、触媒Bにより生成された低分子量共重合体50重量%とから構成される。生成物中の高分子共重合体の重量分画を、0.50を目標として、0.49−0.51の範囲に常に保持するのが望ましい。
【0142】
反応器を窒素でパージし、次いでエチレン、1−ヘキセン、水素及び窒素を含有する気体混合物で充填し、全圧を350psi(2.4MPa)、エチレン分圧を220psi(1.5MPa)、1−ヘキセン分圧対エチレン分圧比と水素分圧対エチレン分圧比とをそれぞれ0.005及び0.0013とし、生産開始段階と開始後に渡って、一定に保持した。流動気体速度を毎秒1.65フィート(0.5m/秒)とし、流動層の温度を85℃に設定した。反応器に触媒を導入して生産を開始した。反応器に触媒を導入するのに使用した不活性な炭化水素の導入が原因で、上記した圧力と比を除いて、反応器内の気体組成が経時的に変化した。
【0143】
例1は、生産開始段階に渡って3.4g/時間の一定流量で触媒が導入される従来技術を例示する。この流量は、目的の最終生成流量30 lbs/時及び滞留時間4時間を達成するのに充分である。生産開始段階と開始後に渡って床重量が実質的に一定の120 lbsに保持されるように、断続的に生成物を取り出した。驚くべきことに、生成される共重合体と同じ共重合体からなる粉末を充填したにも関わらず、反応器から取り出された生成物中の、触媒Aにより生成された重合体分画が、9時間以上に渡りこの変数の上限値を超えかなり上回る値に迅速に増加したことを図1は示している。
【0144】
この例の二触媒系は、目的の最終生成流量30 lbs/時及び滞留時間4時間にて、4,000gm(PE)/gm(触媒)の生産性を有した。半減期が20分の触媒Aは二触媒の67モル%を構成し、半減期が2時間の触媒Bは二触媒の33モル%を構成した。全触媒量は〜4.3×10-5モル(金属)/gm(触媒)であった。本例の共重合体が0.5モル%未満の1−ヘキセンを含む高密度ポリエチレンなので、28.013gm/モルという値を
【数16】
Figure 2004521161
に用いるのが適当である。触媒A及び触媒Bについての非活性化速度定数kd A及びkd B(半減期により定義)はそれぞれ5.78×10-4-1及び9.63×10-5-1である。エチレン分圧220psi(1.5MPa)及び85℃にて2.929×10-4モル/cm3の値を取るM1は、スターンの相関及びヘンリーの法則を用いて得た。kp1 A及びkp1 Bに用いた値(それぞれ5.398×106cm3−モル-1−秒-1及び2.765×106cm3−モル-1−秒-1)は、定常状態パイロットプラント生成流量データから、OA=OB=1と仮定し、当分野で公知の方法を用いて得た。
【0145】
例1及び2について図1に示した結果は、ソフトウェアプログラムPOLYRED5.0を用いた動的計算から得た。この結果は、当分野で公知の数値的方法を用いて、式1.1〜1.13を解くことで得ることもできる。
【0146】
例2は、式1.15及び1.16の線形パラメーター関数を用いて、生産開始間の反応器への触媒導入流量についての望ましい軌跡を得た本発明を例示する。様々なtsの数値について複数の動的計算を行って、結果を評価した。生産開始段階における反応器への触媒導入流量の増加率0.142gm/時/時に相当する、24時間という値が用いられる場合、例1の二触媒系を用いて、目的の最終生産流量は実質的に24時間以内に達成され、図1に示すように、反応器から取り出された生成物中の、触媒Aにより生成された重合体の重量分画は、生産開始段階の間に望ましい特定の範囲内にとどまっていた。
【0147】
例1及び2において、触媒反応速度定数をパイロットプラントデータから得て、供給流量軌跡の構築に用いた。このデータは一連のパイロット規模の運転を行って得たもので、ここでは当分野で公知の方法を用いて、本例の二触媒系を溶液として流動層反応器に導入した。本例の触媒反応速度定数の決定に用いたデータは、反応器の総生成流量、床重量、滞留時間、反応器温度、モノマー分圧である。これらのデータは全て定常状態反応器操作の間に得た。重合体生成物の定常状態Zr金属含有率に関するデータ、SECによって得た生成物スプリットに関するデータ、及び反応器に供給する二重触媒溶液のモル組成に関するデータも用いた。触媒A及び触媒Bの半減期は経験的に認められている値であり、反応器への触媒導入を行う間の生成流量損失に関するデータは一様でなかった。触媒反応速度定数を決定する標準的な実験を行う際、当分野で公知のどの方法を選択して速度定数を計算するかは、関係する全ての触媒について同じ方法を用いている限りは、重要ではない。例1及び例2については、パイロットプラント実験で用いた二触媒系溶液の触媒総生産能力[単位:gm(PE)/cm3(触媒)]を任意の値4000gm(PE)/gm(触媒)に変換し、反応器に導入する触媒A及び触媒Bのモル/分が定常状態条件下でのこれらの例とパイロットプラント実験とで同じになるように、触媒量[単位:モル(金属)/gm(触媒)]を調節した。この変換は、これらの例の結果を単純化するためだけのものであり、物質的な影響を結果に与えるものではない。
【0148】
上述の一般的な説明及び特異的な態様から明らかなように、本発明の特定の形態を例示し記載してきたが、本発明の精神及び範囲から離れることなく様々な改変が可能である。従って、ここに例及び記載した特定の形態によってまたはそれらのみに、本発明が限定されることは企図していない。
【図面の簡単な説明】
【0149】
【図1】図1は、反応器から取り出された生成物中の、触媒Aにより生成された重合体の重量分画が、生産開始段階中に望ましい規格値内にとどまっていることを示すグラフである。

Claims (20)

  1. a.2種の異なる金属触媒化合物(A及びB)と少なくとも1種の活性化剤を含有する触媒系の反応器への導入流量に対する軌跡を、これら2種の異なる金属触媒化合物の非活性化速度定数(kd)の比kd A/kd Bが1ではない触媒非活性化速度定数を含む要素から計算する段階;及び
    b.目的の生成流量を達成するまで軌跡に沿って触媒系導入流量を操作して、オレフィンモノマー、触媒系、任意のコモノマー及び任意の連鎖移動又は連鎖停止剤を重合反応器に導入する段階、
    を包含するオレフィン重合工程の生産開始方法。
  2. d A/kd Bが1未満である請求項1に記載の方法。
  3. d A/kd Bが0.5未満である請求項1に記載の方法。
  4. d A/kd Bが1より大きい請求項1に記載の方法。
  5. d A/kd Bが2より大きい請求項1に記載の方法。
  6. τSが目標の生産流量における定常状態での望ましい滞留時間であるとして、反応器への触媒導入流量の操作が行われている生産開始時間の長さがτSの1〜10倍であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  7. τSが目標の生産流量における定常状態での望ましい滞留時間であるとして、反応器への触媒導入流量の操作が行われている生産開始時間の長さがτSの3〜6倍であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  8. 連鎖停止剤のモノマーに対する比が生産開始時間の間に実質的に一定に保たれることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  9. 反応器の温度と圧力が実質的に一定に保たれることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  10. 反応器内のモノマー分圧が実質的に一定に保たれることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  11. 連鎖停止剤が存在し、水素を含有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  12. コモノマーが存在することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  13. モノマーのコモノマーに対する比が重合の間に実質的に一定に保たれることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
  14. 連鎖停止剤が存在し、水素を含有することを特徴とする、請求項12に記載の方法。
  15. 該触媒系が、
    ビス(シクロペンタジエニル)チタンジメチル、
    ビス(シクロペンタジエニル)チタンジフェニル、
    ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、
    ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジフェニル、
    ビス(シクロペンタジエニル)ハフニウムメチル及びジフェニル、
    ビス(シクロペンタジエニル)チタンジネオペンチル、
    ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジネオペンチル、
    ビス(シクロペンタジエニル)チタンジベンジル、
    ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジベンジル、
    ビス(シクロペンタジエニル)バナジウムジメチル、
    ビス(シクロペンタジエニル)チタンメチルクロリド、
    ビス(シクロペンタジエニル)チタンエチルクロリド、
    ビス(シクロペンタジエニル)チタンフェニルクロリド、
    ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムメチルクロリド、
    ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムエチルクロリド、
    ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムフェニルクロリド、
    ビス(シクロペンタジエニル)チタンメチルブロミド、
    シクロペンタジエニルチタントリメチル、
    シクロペンタジエニルジルコニウムトリフェニル、
    シクロペンタジエニルジルコニウムトリネオペンチル、
    シクロペンタジエニルジルコニウムトリメチル、
    シクロペンタジエニルハフニウムトリフェニル、
    シクロペンタジエニルハフニウムトリネオペンチル、
    シクロペンタジエニルハフニウムトリメチル、
    ペンタメチルシクロペンタジエニルチタントリクロリド、
    ペンタエチルシクロペンタジエニルチタントリクロリド;
    ビス(インデニル)チタンジフェニル又はジクロリド、
    ビス(メチルシクロペンタジエニル)チタンジフェニル又はジハリド、
    ビス(1,2−ジメチルシクロペンタジエニル)チタンジフェニル又はジクロリド、
    ビス(1,2−ジエチルシクロペンタジエニル)チタンジフェニル又はジクロリド、
    ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタンジフェニル又はジクロリド;
    ジメチルシリルジシクロペンタジエニルチタンジフェニル又はジクロリド、
    メチルホスフィンジシクロペンタジエニルチタンジフェニル又はジクロリド、
    メチレンジシクロペンタジエニルチタンジフェニル又はジクロリド、
    イソプロピル(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
    イソプロピル(シクロペンタジエニル)(オクタヒドロフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
    ジイソプロピルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
    ジイソブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
    ジ−t−ブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
    シクロヘキシリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
    ジイソプロピルメチレン(2,5−ジメチルシクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
    イソプロピル(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
    ジフェニルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
    ジイソプロピルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
    ジイソブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
    ジ−t−ブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
    シクロヘキシリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、
    ジイソプロピルメチレン(2,5−ジメチルシクロペンタジエニル)(フルオレニル)−ハフニウムジクロリド、
    イソプロピル(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
    ジフェニルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
    ジイソプロピルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
    ジイソブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
    ジ−t−ブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
    シクロヘキシリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタンジクロリド、
    ジイソプロピルメチレン(2,5−ジメチルシクロペンタジエニル フルオレニル)チタンジクロリド、
    ラセミ体−エチレンビス(1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−エチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−ジメチルシリルビス(1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−ジメチルシリルビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
    エチリデン(1−インデニルテトラメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−ジメチルシリルビス(2−メチル−4−t−ブチル−1−シクロペンタジエニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−エチレンビス(1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−エチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−ジメチルシリルビス(1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−ジメチルシリルビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ハフニウム(IV)ジクロリド、
    エチリデン(1−インデニル−2,3,4,5−テトラメチル−1−シクロペンタジエニル)ハフニウム (IV) ジクロリド、
    ラセミ体−エチレンビス(1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−エチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−ジメチルシリルビス(1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−ジメチルシリルビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
    ラセミ体−1,1,2,2−テトラメチルシラニレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)チタン(IV)ジクロリド、
    エチリデン(1−インデニル−2,3,4,5−テトラメチル−1−シクロペンタジエニル)チタン(IV)ジクロリド、
    インデニルジルコニウムトリス(ジエチルカルバマート)、
    インデニルジルコニウムトリス(ピバレート)、
    インデニルジルコニウムトリス(p−トルエート)、
    インデニルジルコニウムトリス(ベンゾアート)、
    (1−メチルインデニル)ジルコニウムトリス(ピバレート)、
    (2−メチルインデニル)ジルコニウムトリス(ジエチルカルバマート)、
    (メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムトリス(ピバレート)、
    シクロペンタジエニルトリス(ピバレート)、
    (ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムトリス(ベンゾアート)、及び
    式[(2,4,6−Me362)NCH2CH22NHMX2で表される化合物(ここでMは4族の金属であり、Xはそれぞれ独立にハリド又はベンジル基である)
    よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属触媒化合物を含有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  16. 該触媒系が、
    メチルアルモキサン、
    変性メチルアルモキサン、
    トリイソブチルアルモキサン、
    テトラフェニルホウ酸トリメチルアンモニウム、
    テトラフェニルホウ酸トリエチルアンモニウム、
    テトラフェニルホウ酸トリプロピルアンモニウム、
    テトラフェニルホウ酸トリ(n−ブチル)アンモニウム、
    テトラフェニルホウ酸トリ(t−ブチル)アンモニウム、
    テトラフェニルホウ酸N,N−ジメチルアニリニウム、
    テトラフェニルホウ酸N,N−ジエチルアニリニウム、
    テトラフェニルホウ酸N,N−ジメチル−(2,4,6−トリ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)ホウ酸トリメチルアンモニウム、
    テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリエチルアンモニウム、
    テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリプロピルアンモニウム、
    テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリ(n−ブチル)アンモニウム、
    テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリ(s−ブチル)アンモニウム、
    テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸N,N−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)ホウ酸N,N−ジエチルアニリニウム、
    テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸N,N−ジメチル−(2,4,6−トリメチルアニリニウム)、
    テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸トリメチルアンモニウム、
    テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸トリエチルアンモニウム、
    テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸トリプロピルアンモニウム、
    テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸トリ(n−ブチル)アンモニウム、
    テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸ジメチル(t−ブチル)アンモニウム、
    テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸N,N−ジメチルアニリニウム、
    テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸N,N−ジエチルアニリニウム、
    テトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ホウ酸N,N−ジメチル−(2,4,6−トリ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)ホウ酸ジ(i−プロピル)アンモニウム、
    テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸ジシクロヘキシルアンモニウム、
    テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリフェニルホスホニウム、
    テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリ(o−トリル)ホスホニウム、及び
    テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリ(2,6−ジメチルフェニル)ホスホニウム
    よりなる群から選ばれる少なくとも1種の活性化剤を含有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  17. 該重合反応器が、製造される生成物と同じ物質を初期重合体充填物として充填した連続気相重合反応器であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  18. 反応器内の生成物の体積、レベル又は重量が一定に保たれるように、生成物が連続的又は断続的に重合反応器から取り出されることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
  19. 該モノマーが、エチレン、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、4−メチル−ペンテン−1、ヘキセン−1、オクテン−1、デセン−1、3−メチル−ペンテン−1、4−メチルペンテン−1、ノルボルネン及びノルボルナジエンの1種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  20. 該モノマーが、2〜30個の炭素原子を有するモノマーからなる群より選ばれることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
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