JP2006509868A - 担持オレフィン重合触媒 - Google Patents

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Abstract

(a)脱水担体物質、(b)遷移金属化合物、及び(c)活性剤からなり、遷移金属化合物又は活性剤の何れか又は両者と接触させる前に、担体物質が少なくとも二つの異なる有機アルミニウム化合物によって前処理されていることを特徴とする、担持触媒系。望ましい遷移金属化合物はメタロセンであり、そして担持触媒系は広範囲の分子量分布及び改良された溶融強度を有する重合体を調製するために好適である。

Description

発明の詳細な説明
担持触媒
本発明はオレフィンの重合に好適な担持触媒に関し、特に広範囲の分子量分布及び改良された溶融強度を有する重合体を調製するために好適な担持触媒に関する。
近年、遷移金属化合物及び特にメタロセン触媒の導入によってポリオレフィン共重合体の生成において多くの進展がみられる。メタロセン触媒は従来のチーグラー触媒より一般的に高い活性という利点を提供し、事実上シングル−サイトの触媒と通常されている。それらのシングル−サイトの性質によって、メタロセン触媒によって生成されたポリオレフィン共重合体はしばしば分子構造が非常に均一である。例えば、従来のチーグラー生成物質と比較して、それらは比較的狭い分子量分布(MWD)及び狭い短鎖分岐分布(SCBD)を有している。メタロセン生成物の特定の性質は狭いMWDによって強化されるものの、チーグラー生成物質と比較してこれらの物質の実用品及びフィルムへの加工ではしばしば困難に遭遇する。加えて、メタロセン生成物質のSCBDの均一な性質では特定の構造を得ることが容易ではない。
これらの金属錯体ベースのオレフィン重合触媒を使用することが、ここに確立された。該して、メタロセン錯体はビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウム錯体、例えば、ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライド又はビス(テトラメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライドからなっている。そのような錯体の例としては、欧州特許出願公開第129368号明細書、欧州特許出願公開第206794号明細書及び欧州特許出願公開第260130号明細書に見出され得る。
そのような触媒系において、金属錯体は好適な活性剤の存在下で使用される。そのようなメタロセン錯体とともに最も好適に使用される活性剤はアルミノキサン(aluminoxanes)であり、最も好適にはメチルアルミノキサン(MAO)である。その他の好適な活性剤はホウ素化合物であり、特にペルフルオロホウ素化合物である。
近年、シングル又はモノシクロペンタジエニル環を有する錯体が開発されている。そのような錯体は「拘束形状(constrained geometry)」錯体と称されており、これらの錯体の例としては欧州特許出願公開第416815号明細書又は欧州特許出願公開第420436号明細書に見出され得る。そのような錯体において、金属原子、例えばジルコニウム又はチタニウムは最も高い酸化状態にある。
しかしながら、金属原子が低下した酸化状態であり得るその他の錯体が近年開発されている。ビス(シクロペンタジエニル)及びモノ(シクロペンタジエニル)錯体の両者の例が国際公開第96/04290号パンフレット及び国際公開第95/00526号パンフレットの各々に記載されている。
上記モノシクロペンタジエニルメタロセン錯体は共触媒又は活性剤の存在下にて重合に利用される。典型的な活性剤はアルミノキサンであり、特にメチルアルミノキサン又はホウ素化合物をベースとする化合物である。後者の例としては、ボラン、例えばトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン又はホウ酸塩、例えばトリアルキル−置換アンモニウムテトラフェニル−又はテトラフルオロフェニル−ホウ酸塩である。そのようなホウ酸塩活性剤を含む触媒系は欧州特許出願公開第561479号明細書、欧州特許出願公開第418044号明細書及び欧州特許出願公開第551277号明細書に記載されている。
オレフィンの気相重合に使用される場合、メタロセン錯体は典型的には例えばシリカのような無機酸化物に担持されていて良い。そのような担体は典型的には使用前に焼成によって脱水されているか、又は有機アルミニウム化合物で前処理されシリカの表面を不動態化しても良い。
欧州特許出願公開第495849号明細書には、脱水されていない担体中に含まれる水と、トリイソブチルアルミニウム及びトリメチルアルミニウムの混合物とを反応させることにより生成されるシリカ担持触媒系が記載されている。
米国特許第5834393号明細書には、一般論として、有機マグネシウム、有機亜鉛、有機ホウ素又はそれらの混合物を含む1有機アルミニウム化合物による担体物質の処理について記載されている。この文献には脱水された担体と水和された担体の両者の使用について記載されている。
国際公開第91/05810号パンフレットには、トリメチルアルミニウム及びトリスイソブチルアルミニウムの混合物による脱水されていないシリカの処理によって、シリカ−アルミノキサン生成物を生成し、続いてIVB族及び/又はVB族メタロセンによって処理することついて記載されている。
国際公開第97/43323号パンフレットには、実施例7にホウ酸塩活性剤の存在下にトリエチルアルミニウムを焼成シリカへ添加することが記載されている。その結果得られたシリカは次に更にトリヘキシルアルミニウムで処理される。
驚くべきことに、他の如何なる触媒又は共触媒/活性剤成分との接触の前に、脱水された(即ち、実質的に水のない)担体が一つ以上の有機アルミニウム化合物で前処理される場合、その結果得られた担持触媒は広範囲の分子量分布及び改良された溶融強度を有する重合体を調製するために使用され得るということを我々はここに見出した。
従って、
(a)脱水担体物質、
(b)遷移金属化合物、及び
(c)活性剤
からなり、遷移金属化合物又は活性剤の何れか又は両者と接触させる前に、前記担体物質が少なくとも二つの異なる有機アルミニウム化合物によって前処理されていることを特徴とする、担持触媒系が本発明によって提供される。
脱水担体物質とは、実質的に水のない担体物質を意味している。
本発明において使用される望ましい担体物質は粒子状の固体担体物質である。
担体物質としては如何なる有機又は無機不活性固体であっても良い。しかしながら、タルク、無機酸化物及び樹脂担体物質例えばポリオレフィン、これらは触媒作用において公知の長所を有している、のような特に多孔性の担体が望ましい。使用され得る好適な無機酸化物質としては、2,13,14又は15族の金属酸化物、例えばシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ及びそれらの混合物が挙げられる。
単独で採用されるか或いはシリカ、アルミナ又はシリカ−アルミナと組み合わせて採用されるかのいずれかであって良いその他の無機酸化物としては、マグネシア、チタニア又はジルコニアである。その他の好適な担体物質としては微粉化されたポリオレフィン、例えばポリエチレンが採用されても良い。
担体の好適な容積平均粒子寸法は、1乃至1000μm望ましくは10乃至100μmである。
本発明の方法による担持触媒に使用される最も望ましい担体物質はシリカである。
好適なシリカとしてはイネオスES70及びデビッドソン948シリカが挙げられる。
担体物質は例えば、担体物質の含水量又はヒドロキシル含有量を減少させるために熱処理されても良い。例えば、その使用前に、担体物質は100℃乃至1000℃、望ましくは200乃至850℃にて不活性雰囲気、減圧、例えば5hrsのもと処理されても良い。
最も望ましくは、担体物質は好適な溶媒、例えばヘキサン中にて室温で有機アルミニウム化合物と接触される。
望ましい有機アルミニウム化合物としては、各々のアルキル基中に1乃至20炭素原子を含むトリアルキルアルミニウム化合物である。望ましいトリアルキルアルミニウム化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム及びトリイソブチルアルミニウムである。
本発明の好ましい実施の形態において、担体物質は有機アルミニウム化合物と連続的に接触される。
遷移金属化合物は周期律表(IUPACバージョン)のIIIA乃至IIB族の化合物であって良い。そのような遷移金属化合物の例としては、当技術分野において公知の従来のチーグラーナッタ、バナジウム及びフィリップス型触媒である。
従来のチーグラーナッタ触媒としては、IVA−VIA族の遷移金属化合物が挙げられ、特に式MRx、ここにおいてMはチタン、Rはハロゲン又はヒドロカルビルオキシ(hydrocarbyloxy)基そしてxは金属の酸化状態である、のチタン化合物をベースとした触媒が挙げられる。そのような従来のタイプの触媒としてはTiCl,TiBr,Ti(OEt)Cl,Ti(OEt)Br及びその類似物が挙げられる。従来のチーグラーナッタ触媒としては、詳細にはJ.Boor著、アカデミックプレス、ニューヨーク、1979「チーグラーナッタ触媒及び重合」に記載されている。
バナジウムベース触媒としては、バナジルハロゲン化物、例えばVCl及びアルコキシハロゲン化物並びにアルコキシド例えばVOCl,VOCl(OBu),VCl(OBu)及びその類似物が挙げられる。
フィリップス型触媒と称される従来のクロム触媒化合物としては、CrO,クロモセン(chromocene)、クロム酸シリル及びその類似物が挙げられ、米国特許第4124532号明細書及び米国特許第4302565号明細書に記載されている。
その他の従来の遷移金属化合物としては、例えば、米国特許第4302565号明細書に記載されているマグネシウム/チタン電子供与錯体をベースとしたものがある。
その他の好適な遷移金属化合物としては、VIII族の後期遷移金属(LTM)をベースとしたもの、例えば鉄、ニッケル、マンガン、ルテニウム、コバルト又はパラジウム金属を含有する化合物がある。そのような化合物の例としては国際公開第98/27124号パンフレット及び国際公開第99/12981号パンフレットに記載されており、[2,6−ジアセチルピリジンビス(2,6−イソプロピルアニル)FeCl]、2,6−ジアセチルピリジンビス(2,4,6−トリメチルアニル)FeCl及び[2,6−ジアセチルピリジンビス(2,6−ジイソプロピルアニル)CoCl]によって実証され得る。
その他の遷移金属化合物としては、+2、+3又は+4形式酸化状態であるIIIA族、IVA族又はランタニド金属の誘導体が挙げられる。望ましい化合物としては、1乃至3陰イオン又は中性リガンド基を含有する金属錯体が挙げられ、これは環状又は非環状の非局在化π−結合陰イオンリガンド基であって良い。
そのようなπ−結合陰イオンリガンド基の例としては、共役又は非共役、環状又は非環状ジエニル基、アリル基、ホウ酸塩ベンゼン、ホスホル(phosphole)及びアレーン基である。用語π−結合はリガンド基が部分的に非局在化したπ−結合からの電子を共有することによって金属へ結合することを意味する。
非局在化したπ−結合基中の原子の各々は、水素、ハロゲン、ヒドロカルビル、ハロヒドロカルビル、ヒドロカルビル、置換メタロイドラジカルからなる群より選択されるラジカルと個別に置換され得、ここにおいてメタロイドは周期律表のIVB族から選択される。用語「ヒドロカルビル」中に含まれるものは、C−C20直鎖、分岐及び環状アルキルラジカル、C−C20芳香族ラジカル等である。加えて、二つ以上のそのようなラジカルは互いに縮合環系を形成し得、或いはそれらは金属によってメタロサイクリックを形成し得る。
好適な陰イオン非局在化π−結合基の例としては、シクロペンタジエニル、インデニル、フルオレニル、テトラヒドロインデニル、テトラヒドロフルオレニル、オクタヒドロフルオレニル等のみならず、ホスホル(phosphole)及びホウ酸塩ベンゼン基が挙げられる。
ホスホル(phosphole)はシクロペンタジエニル基のアナログを含むリンである、陰イオンリガンドである。それらは当技術分野において公知であり、国際公開第98/50392号パンフレットに記載されている。
ホウ酸塩ベンゼンは、ベンゼンのアナログを含有するホウ素である陰イオンリガンドである。それらは当技術分野において公知であり、有機金属14,1,471−480(1995)に記載されている。
本発明の望ましい重合触媒は、嵩高のリガンド化合物であり、前述の非局在化π−結合基、特にシクロペンタジエニルリガンドの少なくとも一つを含むメタロセン錯体とも称される。そのようなメタロセン錯体はIVA族金属、例えばチタン、ジルコニウム及びハフニウムをベースとするものである。
メタロセン錯体は一般式:
LxMQn
によって表され得、ここにおいて、Lはシクロペンタジエニルリガンドであり、MはIVA族金属であり、Qは脱離基であり、x及びnは金属の酸化状態に依存する。
典型的には、IVA族金属は、チタン、ジルコニウム又はハフニウムであり、xは1又は2の何れかであり、典型的な脱離基としてはハロゲン又はヒドロカルビルが挙げられる。シクロペンタジエニルリガンドは例えばアルキル又はアルケニル基によって置換されても良く、或いはインデニル又はフルオレニルのような縮合環系からなっていても良い。
好適なメタロセン錯体の例としては、欧州特許出願公開第129368号明細書及び欧州特許出願公開第206794号明細書に開示されている。そのような錯体は架橋されていなくて良く、例えばビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライド、ビス(ペンタメチル)シクロペンタジエニルジクロライドであって良く、或いは架橋されていて良く、例えばエチレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロライド又はジメチルシリル(インデニル)ジルコニウムジクロライドであって良い。
その他の好適なビス(シクロペンタジエニル)メタロセン錯体としては、国際公開第96/04290号パンフレットに記載されているビス(シクロペンタジエニル)ジエン錯体のものがある。そのような錯体の例としては、ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウム(2.3−ジメチル−1,3−ブタジエン)及びエチレンビス(インデニル)ジルコニウム1,4−ジフェニルブタジエンがある。
本発明において好適に使用されるモノシクロペンタジエニル又は置換モノシクロペンタジエニル錯体の例としては、欧州特許出願公開第416815号明細書、欧州特許出願公開第418044号明細書、欧州特許出願公開第420436号明細書及び欧州特許出願公開第551277号明細書に記載されている。好適な錯体は一般式:
CpMXn
によって表され得、ここにおいて、Cpは置換基を介してMと状況に応じて共有結合するシングルシクロペンタジエニル又は置換シクロペンタジエニル基であり、Mは置換シクロペンタジエニル基又はシクロペンタジエニルにη結合モードにて結合したVIA族金属であり、Xは各々のものが水素化物、又は20以下の非水素原子を有するハロ、アルキル、アリール、アリールオキシ、アルコキシ、アルコキシアルキル、アミドアルキル、シロキシアルキル等及び20以下の非水素原子を有する中性ルイス塩基リガンドからなる群より選択される部分であり、或いは状況に応じて一つのXはCpと共にMを備えたメタロサイクルを形成し、nは金属の価数に依存する。
特に、好ましいモノシクロペンタジエニル錯体は式:
Figure 2006509868
を備えており、ここにおいて:
R’は各々のものが個別に水素、ヒドロカルビル、シリル、ゲルミル(germyl)、ハロ、シアノ及びその組合せから選択され、前記R’は20以下の非水素原子を有し、そして状況に応じて二つのR’基は(ここにおいてR’は水素、ハロ又はシアノではない)互いにその二価の誘導体を形成し、シクロペンタジエニル環の隣接部と接続して縮合環構造を形成し;
Xは水素化物、又は20以下の非水素原子を有するハロ、アルキル、アリール、アリールオキシ、アルコキシ、アルコキシアルキル、アミドアルキル、シロキシアルキル等及び20以下の非水素原子を有する中性ルイス塩基リガンドからなる群より選択される部分であり、
Yは−O−、−S−、−NR−、−PR−であり、
Mはハフニウム、チタニウム又はジルコニウムであり、
はSiR 、CR 、SiR SIR 、CR CR 、CR=CR、CR SIR 、又はGeR であり、ここにおいて:
は各々のものが個別に水素又は、ヒドロカルビル、シリル、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アリール及びそれらの組合せから選択される一部分であり、
前記Rは10以下の非水素原子を有し、そして状況に応じてZからの二つのR基は(R基が水素でないとき)、或いは、Zからの一つのR基及びYからの一つのR基は環系を形成し、nは1又は2であり、Mの価数に依存する。
好適なモノシクロペンタジエニル錯体の例としては、(t−ブチルアミド)ジメチル(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)シランチタニウムジクロライド及び(2−メトキシフェニルアミド)ジメチル(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)シランチタニウムジクロライドである。
その他の好適なモノシクロペンタジエニル錯体としては、国際公開第99/40125号パンフレット、国際公開第00/05237号パンフレット、国際公開第00/05238号パンフレット、国際公開第00/32653号パンフレットに記載されたホスフィンイミンリガンドからなるものである。そのような錯体の典型的な例としては、シクロペンタジエニルチタン[トリ(第3ブチル)ホスフィンイミン]ジクロライドである。
本発明において好適に使用される重合触媒のその他の種類としては、米国特許第5527752号明細書及び国際公開第99/61486号パンフレットに記載されたジルコニウム(シクロペンタジエニル)トリス(ジエチルカルバメート)のようなヘテロアリル部分からなるモノシクロペンタジエニル錯体である。
本発明の担持触媒の調製において使用される特に望ましいメタロセン錯体は一般式:
Figure 2006509868
によって表され、ここにおいて:
R’は各々のものが個別に水素、ヒドロカルビル、シリル、ゲルミル(germyl)、ハロ、シアノ及びその組合せから選択され、前記R’は20以下の非水素原子を有し、そして状況に応じて二つのR’基は(ここにおいてR’は水素、ハロ又はシアノではない)互いにその二価の誘導体を形成し、シクロペンタジエニル環の隣接部と接続して縮合環構造を形成し;
Xは30以下の非水素原子を有する中性η結合ジエン基であり、π−錯体をMと形成し;
Yは−O−、−S−、−NR−、−PR−であり、
Mは+2形式酸化状態のチタニウム又はジルコニウムであり、
はSiR 、CR 、SiR SIR 、CR CR 、CR=CR、CR SIR 、又はGeR であり、ここにおいて:
は各々のものが個別に水素又は、ヒドロカルビル、シリル、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アリール及びそれらの組合せから選択される一部分であり、
前記Rは10以下の非水素原子を有し、そして状況に応じてZからの二つのR基(R基が水素でないとき)或いは、Zからの一つのR基及びYからの一つのR基は環系を形成する。
好適なX基の例としては、s−トランス−η−1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン、s−トランス−η−3−メチル−1,3−ペンタジエン;s−トランス−η−2,4−ヘキサジエン;s−トランス−η−1,3−ペンタジエン;s−トランス−η−1,4−ジトリル−1,3−ブタジエン;s−トランス−η−1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,3−ブタジエン;s−シス−η−3−メチル−1,3−ペンタジエン;s−シス−η−1,4−ジベンジル−1,3−ブタジエン;s−シス−η−1,3−ペンタジエン;s−シス−η−1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,3−ブタジエンが挙げられ、前記s−シスジエン基は金属とともにここに規定されているようにπ−錯体を形成する。
最も望ましくはR’は水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ベンジル又はフェニルであり、或いは2R’基(水素以外)は互いに連結し、完全なるCR’基はその結果例えばインデニル、テトラヒドロインデニル、フルオレニル、テトラヒドロフルオレニル又はオクタヒドロフルオレニル基である。
非常に好ましいY基は、式−N(R”)−又は−P(R”)−に相当する基を含む窒素又はリン含有基であり、ここにおいてR”はC1−10ヒドロカルビルである。
最も望ましい錯体はアミドシラン−又はアミドアルカンジル(amidoalkanediyl)錯体である。
最も望ましい錯体はMがチタンのものである。
本発明の担持触媒の調製において使用されるのに好適な特定の錯体は国際公開第95/00526号パンフレットに開示されたものであり、ここに引用して組み込まれる。
本発明の担持触媒の調製において使用されるのに特に望ましい錯体は(t−ブチルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)ジメチルシランチタニウム−η−1.3−ペンタジエンである。
本発明の担体とともに使用される好適な活性剤としては、アルミノキサン及び有機ホウ素化合物例えばボランが挙げられる。
アルミノキサンはメタロセン触媒の活性剤として公知である。本発明において使用される好適なアルミノキサンとしては、ポリマーの又はオリゴマーのアルミノキサン、特にメチルアルミノキサン(MAO)が挙げられる。
本発明において好適に使用されるアルミノキサンは市販の物質であって良く、或いは担持触媒組成物の調製において使用する前に、真空下にて乾燥された市販の物質であって良い。
望ましい有機ホウ素化合物はトリアリールホウ素化合物、特にペルフルオロトリアリールホウ素化合物である。
最も望ましい有機ホウ素化合物はトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン(FAB)である。
特に望ましい活性剤成分は有機ホウ素化合物及び有機アルミニウム化合物からなる。
有機アルミニウム化合物は上記のとおりである。望ましい有機アルミニウム化合物はトリエチルアルミニウム又はトリイソブチルアルミニウムである。
従って、本発明の別の態様によると、(a)脱水担体物質、(b)遷移金属化合物、及び(c)(i)有機アルミニウム化合物及び(ii)有機ホウ素化合物よりなる活性剤からなり、遷移金属化合物又は活性剤の何れか又は両者と接触させる前に、前記担体物質が少なくとも二つの異なる有機アルミニウム化合物によって前処理されることを特徴とする、担体触媒系が提供される。
本発明のこの特有の態様に関して、トリアリールホウ素化合物例えばトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン及びトリアルキルアルミニウム化合物例えばトリエチルアルミニウムの組合せは活性剤として望ましい。
本発明のこの態様におけるホウ素/遷移金属の比率は典型的には0.1乃至10の範囲であり、最も望ましくは1乃至4の範囲である。
活性剤として好適なその他の化合物としては、陽イオン及び陰イオンからなる化合物である。陽イオンは典型的には陽子を提供することが可能なブレンステッド酸であり、そして陰イオンは典型的には陽イオンを安定させることが可能な互換性非−配位嵩高種(compatible non−coordinating bulky species)である。
そのような、活性剤は式:
(L−H) (Ad−
によって表され得、
ここにおいて、
は中性ルイス塩基であり、
(L−H) はブレンステッド酸であり、
d−はdの電荷を有する非−配位互換性陰イオンであり、そして、
dは1乃至3の整数である。
イオン化合物の陽イオンは、酸性陽イオン、カルボニウム陽イオン、シリリウム陽イオン、オキソニウム陽イオン、有機金属陽イオン及び陽イオン酸化剤からなる群より選択され得る。
好適には、望ましい陽イオンとしては、トリヒドロカルビル置換アンモニウムカチオン、例えばトリエチルアンモニウム、トリプロピルアンモニウム、トリ(n−ブチル)アンモニウム及びその類似物が挙げられる。同様に好適なものとしては、N.N−ジアルキルアニリニウム陽イオン、例えばN,N−ジメチルアニリニウム陽イオンがある。
活性剤として使用される望ましいイオン化合物は、イオン化合物の陽イオンがヒドロカルビル置換アンモニウム塩からなり、陰イオンがアリール置換ホウ酸塩からなるものである。
イオン化合物として好適な典型的なホウ酸塩としては:
トリメチルアンモニウムテトラフェニルホウ酸塩
トリエチルアンモニウムテトラフェニルホウ酸塩、
トリプロピルアンモニウムテトラフェニルホウ酸塩、
トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラフェニルホウ酸塩、
トリ(t−ブチル)アンモニウムテトラフェニルホウ酸塩、
N,N−ジメチルアニリニウムテトラフェニルホウ酸塩、
N,N−ジエチルアニリニウムテトラフェニルホウ酸塩、
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)ホウ酸塩、
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)ホウ酸塩、
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)ホウ酸塩、
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)ホウ酸塩、
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)ホウ酸塩、
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)ホウ酸塩、
が挙げられる。
この種の最も望ましい活性剤は陰イオンがホウ素原子からなるものである。
本発明のメタロセン錯体とともに使用されるのに好適な望ましい種類の活性剤は、活性水素を有する部分からなる置換基の少なくとも一つを陰イオンが有する陽イオン及び陰イオンからなるイオン化合物からなる。
この種の好適な活性剤は、国際公開第98/27119号パンフレットに記載されており、関連部分はここに組み込まれる。
この種の陰イオンの例としては、
トリフェニル(ヒドロキシフェニル)ホウ酸塩
トリ(p−トリル)(ヒドロキシフェニル)ホウ酸塩
トリス(ペンタフルオロフェニル)(ヒドロキシフェニル)ホウ酸塩
トリス(ペンタフルオロフェニル)(4−ヒドロキシフェニル)ホウ酸塩
が挙げられる。
活性剤のこの種の好適な陽イオンの例としては、トリエチルアンモニウム、トリイソプロピルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、ジブチルエチルアンモニウム及びその類似体が挙げられる。
特に好適なものは、ジヘキシルデシルメチルアンモニウム、ジオクタデシルメチルアンモニウム、ジテトラデシルメチルアンモニウム、ビス(水素化獣脂アルキル)メチルアンモニウム及びその類似体のようなより長いアルキル鎖を有する陽イオンのものである。
この種類のうち特に望ましい活性剤はアルキルアンモニウムトリス(ペンタフルオロフェニル)4−(ヒドロキシフェニル)ホウ酸塩である。特に望ましい活性剤はビス(水素化獣脂アルキル)メチルアンモニウムトリス(ペンタフルオロフェニル)(4−ヒドロキシフェニル)ホウ酸塩である。
この種類の活性剤に関して、望ましい化合物はアルキルアンモニウムトリス(ペンタフルオロフェニル)−4−(ヒドロキシフェニル)ホウ酸塩及び有機金属化合物例えばトリエチルアルミニウムの反応生成物である。
本発明の担持触媒系は、担持重合触媒を典型的に採用する工程の稼動に最も好適である。
本発明の担持触媒は(a)エチレン、(b)プロピレン(c)エチレン及びプロピレンの混合物、及び(d)(a)、(b)又は(c)の混合物から選択されるオレフィンモノマーの一つ以上のほかのアルファ−オレフィンとの重合に好適であり得る。
従って、本発明の別の態様によると、(a)エチレン、(b)プロピレン(c)エチレン及びプロピレンの混合物、及び(d)(a)、(b)又は(c)の混合物から選択されるオレフィンモノマーの一つ以上の他のアルファ−オレフィンとの重合の工程が提供され、前記工程は前述の担持触媒系の存在下に実施された。
本発明の担持触媒系はしかしながらスラリー又は気相工程において使用することが最も好適である。
スラリー工程は典型的には不活性炭化水素希釈剤と、約0℃から得られた重合体が不活性重合媒体に実質的に可溶性になる温度より低い温度までの温度とを用いる。好適な希釈剤としてはトルエン又は、ヘキサン、プロパン又はイソブタンのようなアルカンが挙げられる。望ましい温度は約30℃から約200℃までであり、望ましくは約60℃から100℃までである。ループ型反応器がスラリー重合工程において広く使用されている。
オレフィンの重合、特にホモ重合及び、エチレンとα−オレフィン例えば1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテンとの共重合の気相工程は当技術分野において公知である。
気相の典型的な稼動条件は20℃乃至100℃、最も望ましくは40℃乃至85℃で、減圧乃至100バールの圧力である。
特に望ましい気相工程は流動床中で稼動させることである。そのような工程の例としては、欧州特許出願公開第89691号明細書及び欧州特許出願公開第699213号明細書に記載されており、後者は本発明の担持触媒の使用に特に望ましい工程である。
特に望ましい重合工程はエチレンの重合又はエチレン及び3乃至10の炭素原子を有するα−オレフィンの共重合からなるものである。
従って、本発明の別の態様によると、エチレンの重合又はエチレン及び3乃至10の炭素原子を有するα−オレフィンの共重合の工程が提供され、前記工程は前述の担持触媒系の存在下にて重合条件のもと実施された。
望ましいα−オレフィンは、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン及び1−オクテンである。
本発明の担持触媒系はまた、例えばポリプロピレン、ポリスチレン等のその他の重合体の調製にも好適であり得る。
ここに記載されている担持触媒系は広い分子量分布及び改良された溶解強度を有する共重合体を調製するために使用され得るということが、驚くべきことに見出された。
分子量分布(Mw/Mn)が>2及び望ましくは>3を示す共重合体が調製され得る。
共重合体はまた、3−12cNの範囲、望ましくは3−9cNの範囲の溶解強度値(16Mpa)を示す。
共重合体は望ましくは前述のような担持メタロセン触媒系を使用することにより調製される。
従って、本発明の別の態様によると、
(a)3−12cNの範囲の溶解強度、及び
(b)Mw/Mnが>2のエチレン及びアルファ−オレフィンの共重合体を調製する方法が提供され、前記方法はエチレン及び一つ以上のアルファ−オレフィンを前述のようなメタロセン触媒系の存在下にて接触させることからなる。
本発明のこの態様に望ましい担持触媒系は、遷移金属化合物が前述のようなモノシクロペンタジエニルメタロセン錯体であるものである。
そのような共重合体の調製に望ましい工程は、気相工程である。
本発明はまた脱水触媒担体物質も包含し、担体物質は、更なる触媒成分の添加の前に、少なくとも二つの異なる有機アルミニウム化合物で処理されることを特徴とする。
本発明の工程は以下の実施例を参照してここに実証される。
実施例
使用される略称
FAB トリスペンタフルオロフェニルボラン
TEA トリエチルアルミニウム
TiBA トリイソブチルアルミニウム(trisobutylaluminum)
イオン活性剤A [N(H)Me(C1837][B(C(p−OHC)]
錯体A (t−ブチルアミド)(テトラメチル−→−シクロペンタジエニル)ジメチル
シランチタニウム−→−1,3−ペンタジエン
全ての触媒調製ステップがグローブボックス中に充満させた不活性雰囲気中にて標準的なシュレンク及びカニューレ技術を用いて実施された。
実施例1
(窒素下にて事前に500℃にて5時間焼成した、細孔容積1.55ml/g)イネオスES70シリカ5gに対し、2.04mlのトリエチルアルミニウム(TEA)ヘキサン溶液を添加し、0.98mol/l(0.4mmolAl/gシリカ)、続いてTiBAのヘキサン溶液1.58mlを添加した、0.95mol/l(0.3mmolAl/gシリカ)。混合物を2時間反応させ、その後真空下にて乾燥させた。
トリスペンタフルオロフェニルボラン(1.5mmol)0.77gへ5mlのトルエンを添加した。1.53mlのトリエチルアルミニウムのヘキサン溶液、1mol/lを次に添加し、溶液を30分間かき混ぜた。
上記トリスペンタフルオロフェニルアラン(trispentafluorophenylalane)をTEA−TiBA処理シリカへ(細孔容積に)添加し、次に85℃にて2時間加熱し、続いて同じ温度にて乾燥させた。
錯体Aのヘプタン溶液1.4ml(9.17重量%)を次にゆっくり添加し(15分)、塊が見えなくなるまで手動にて攪拌した。1時間保持した後、触媒を次に真空下にて乾燥させた。
[Ti]=66μmol/g最終触媒; [Al]=0.908mmol/g最終触媒
重合データ
2.5lの二重ジャケット恒温ステンレス製のオートクレーブを、70℃にて窒素で少なくとも1時間パージした。事前に真空下80℃にて12時間乾燥させたPEペレットを導入し、次に反応器を窒素(7バール乃至大気圧)で3回パージした。〜0.13gのTEA処理シリカ(1.5mmolTEA/g)を圧力下にて添加し、攪拌下にて少なくとも15分間不純物を掃気した。次に(エチレン、1−ヘキセン及び水素を添加して)気相を構成させ担持触媒(〜0.1g)及びシリカ/TEA(〜0.1g)の混合物を導入した。一定の圧力のエチレン及び一定の圧力の比率のエチレン/コモノマーを操業中維持した。反応器のガス抜きをし、次に窒素で反応器を三回パージすることで、操業を終了させた。PE粉末を操業中に生成させ、次にPEシード床から単純な篩い分けにより分離した。
典型的な条件は以下のとおりである:
床としてPEペレット200g
T=70℃
PC2=6.5バール
PC6/PC2=0.0048
スカベンジャーとして含浸され使用されるSiO2/TEA
気相合成中に添加されたH2:150ml
触媒量:200mg
重合時間=60分
重合反応の終わりに、生成され単純な篩い分けにより重合体床から分離された重合体は、以下の特徴を有しているものが得られた。
活性: 24g/ghb
MI(2.16kg) 0.81g/10分
密度 0.926g/ml
Mn 19300g/mol
Mw 114125g/mol
Mw/Mn 5.9
溶解強度(16Mpa) 7.6(cN)
実施例2
(窒素下にて事前に250℃にて5時間焼成した)グレース948シリカ10gに対し、7.8mlのトリエチルアルミニウム(TEA)ヘキサン溶液を添加し、1.027mol/l(0.8mmolAl/gシリカ)、続いてトリイソブチルアルミニウム(TiBA)のヘキサン溶液8.4mlを添加した、0.952mol/l(0.8mmolAl/gシリカ)。混合物を2時間反応させ、その後シリカをデカントし、三回洗浄し、そして真空下にて乾燥させた。
[Al]=1.35mmol/g(ICP測定)
イオン性活性剤Aの溶液1.48ml(11.1重量%トルエン)を0.25mlのTEAのトルエンと(0.25mol/l)反応させた(モル比率Al/B=0.5)。上記不動態化されたシリカ4gをイオン性活性剤溶液にゆっくり含浸し(15分)、塊が見えなくなるまで手動にて攪拌し、続いて30分保持した。
錯体Aのヘプタン溶液70ml(9.17重量%)を次にゆっくり添加し(15分)、塊が見えなくなるまで手動にて攪拌し、続いて30分保持した。10mlのヘキサンを添加し、懸濁液を15分間かき混ぜた。触媒を20mlのエッセンスで3回洗浄し、次に真空下にて乾燥させた。
[Ti]= 31μmol/g;[Al]=1.28mmol/g
重合データ
上記実施例1に記載されているのと同じ手順を使用した。
操業条件
床としてPEペレット116g
T=70℃
PC2=6.5バール
容積%C6/PC2=0.74
スカベンジャーとして含浸され使用されるSiO2/TEA
気相合成中に添加されたH2:50ml
触媒量:103mg
重合時間=90分
重合反応の終わりに、生成された重合体(77g)は単純な篩い分けにより重合体床から分離された。
活性: 88g/ghb
MI(2.16kg) 1.02g/10分
MI(21.6kg) 25.02
MFR 25
密度 0.917g/ml
Mn 37000g/mol
Mw 114000g/mol
Mw/Mn 3.1
溶解強度(16Mpa) 3.6(cN)
生成物の特徴を以下の分析手段を用いて測定した:
メルトフロー比率(2.16kg)
重合体のメルトフロー比率(MFR)をISO1133(1991)及びBS2782:PART720A:1979手順に従った条件の下で測定した。190℃の温度にて、600秒の時間の間に、標準的な負荷である2.16kgの下で、直径2.095mmの金型を通過させて押出された重合体の重量を記録する。
分子構造特徴
様々な技術(例えば、13CNMR、GPC/LALLS、GPC/固有粘度、GPC/オンライン粘度測定法及びレオロジー流れ活性化エネルギー等)が重合体中の長鎖分岐の存在を確認するために開発されている。
分子量分布(Mw/Mn)
ウォーターズGPCV2000を用いたゲル透過クロマトグラフィーによって、分子量分布及び関連した平均値を測定した。ウォーターズにより提供されたミレニアムバージョン3.05.01ソフトウェアをデータ処理のために使用した、使用された溶媒は、0.05%BHTによって安定化された150℃の1,2,4トリクロロベンゼンであった。公称流速は1ml/分であった。およそ0.1重量%の濃度の溶液を150℃にて2時間ホットプレートにて調製し、公称射出容量を217.5mlに設定した。2ショーデックスAT806M/S及び1ウォーターズHT2カラムを典型的には28,000の平板計数と共に(半分の高さにて)使用した。重合体研究所によって提供された12ポリスチレン標準品を用いて系を調整した。
長鎖分岐について修正していない見掛けの分子量分布及び関連した平均値を、示差屈折率検出器のみを用いて測定した。マークハウインクパラメータKps=1.75×10−4dl/g,□ps=0.67を用いてPs標準品の分子量をポリエチレン分子量に転換した。
pe=4.1×10−4dl/g,□pe=0.706[重合体ハンドブックJ.Bandrup及びE.H.Immergut、第三版]
この検定はNIST標準ポリエチレンSRM1475に対して確認され、得られた値はMwについては54,100g/molであり、そしてMnについては17,300g/molである。
溶解強度
ロザンドRH7キャピラリレオメータと共に、Goettfert Rheotens外延性レオメータを用いて、重合体の溶解強度を190℃にて測定した。これは一定の圧力(P)にて直径1.5mm、長さ30mm、90°の入射角の金型を通過して重合体を押出すことによって実施される。ひとたび所定の押出圧力が選択されると、圧力を一定に維持するために十分な速度にてキャピラリレオメータのピストンがその15mmの直径の胴部を通過して移動する。所定の押出し圧力での公称の壁剪断速度(γ)は、従ってレオメータの一定の圧力比率系を用いて選択された圧力にて重合体について算定することが可能である。
押出物は加速度(V)にて一対の大歯車で押出される。加速度は、試験下では重合体の流動性に依存して0.12乃至1.2cm/sの範囲である。押出物によって発見される延伸力(F)は変換機で測定され、チャートレコーダに押出しスピードとともに記録される。切断時の最大力は一定の押出し圧力(P)での溶解強度(MS)、或いは、その関連する押出し速度(γ)にて規定される。3又は4押出し圧力(6,8,12,16MPa)が典型的にはその流動特性に依存する各重合体のために選択される。各押出し圧力に関して、3MS測定値の最小値が達成され、平均MS値が次に得られる。
各重合体あたりの押出圧力の微分関数(derivative function)依存溶解強度δ(MS)/δ(P)は、圧力に対する平均MSのプロットの(最小二乗線適合によって)勾配から算出される。16MPa、MS(16MPa)の押出圧力での平均溶解強度がプロットから算出可能である。

Claims (21)

  1. (a)脱水担体物質、
    (b)遷移金属化合物、及び
    (c)活性剤
    からなる担持触媒組成物系であって、
    遷移金属化合物又は活性剤の何れか又は両者と接触させる前に、前記担体物質が少なくとも二つの異なる有機アルミニウム化合物によって前処理されている、担持触媒組成物系。
  2. 担体が粒子状の固体物質である請求項1記載の担持触媒系。
  3. 担体がシリカである請求項2記載の担持触媒系。
  4. 有機アルミニウム化合物がトリアルキルアルミニウム化合物である請求項1乃至3の何れか一項に記載の担持触媒系。
  5. 有機アルミニウム化合物が担体物質と連続的に接触される請求項1乃至4の何れか一項に記載の担持触媒系。
  6. 遷移金属化合物がメタロセンである請求項1乃至5の何れか一項に記載の担持触媒系。
  7. メタロセンが式:
    CpMXn
    を有し、
    ここにおいて、Cpは置換基を介してMと状況に応じて共有結合する置換シクロペンタジエニル又はシングルシクロペンタジエニルであり、Mは置換シクロペンタジエニル基又はシクロペンタジエニルにη結合モードにて結合したVIA族金属であり、Xは各々のものが水素化物、又は20以下の非水素原子を有するハロ、アルキル、アリール、アリールオキシ、アルコキシ、アルコキシアルキル、アミドアルキル、シロキシアルキル等及び20以下の非水素原子を有する中性ルイス塩基リガンドからなる群より選択される部分であり、或いは状況に応じて一つのXはCpと共にMを備えたメタロサイクルを形成し、nは金属の価数に依存する、請求項6に記載の担持触媒系。
  8. メタロセンが一般式:
    Figure 2006509868

    によって表され、
    ここにおいて:
    R’は各々のものが個別に水素、ヒドロカルビル、シリル、ゲルミル(germyl)、ハロ、シアノ及びそれらの組合せから選択され、前記R’は20以下の非水素原子を有し、そして状況に応じて二つのR’基は(ここにおいてR’は水素、ハロ又はシアノではない)互いにその二価の誘導体を形成し、シクロペンタジエニル環の隣接部と接続して縮合環構造を形成し;
    Xは30以下の非水素原子を有する中性η結合ジエン基であり、π−錯体をMと形成し;
    Yは−O−、−S−、−NR−、−PR−であり、
    Mは+2形式酸化状態のチタニウム又はジルコニウムであり、
    はSiR 、CR 、SiR SIR 、CR CR 、CR=CR、CR SIR 、又はGeR であり、ここにおいて:
    は各々のものが個別に水素又は、ヒドロカルビル、シリル、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アリール及びそれらの組合せであり、
    前記Rは10以下の非水素原子を有し、そして状況に応じてZからの二つのR基は(R基が水素でないとき)或いは、Zからの一つのR基及びYからの一つのR基は環系を形成する、請求項6に記載の担持触媒系。
  9. 活性剤がアルミノキサン又はボランである請求項1乃至8の何れか一項に記載の担持触媒系。
  10. 活性剤が式:
    (L−H) (Ad−
    によって表され得、
    ここにおいて、
    は中性ルイス塩基であり、
    (L−H) はブレンステッド酸であり、
    d−はdの電荷を有する非−配位互換性陰イオンであり、そして、
    dは1乃至3の整数である、請求項1乃至8の何れか一項に記載の担持触媒系。
  11. 陰イオンがホウ素金属からなる請求項10に記載の担持触媒系。
  12. 活性剤が陽イオン及び陰イオンからなり、陰イオンが活性水素を有する部分からなる少なくとも一つの置換体を有する請求項10に記載の担持触媒系。
  13. (a)脱水担体物質、
    (b)遷移金属化合物、及び
    (c)(i)有機アルミニウム化合物及び(ii)有機ホウ素化合物よりなる活性剤
    からなる担持触媒系であって、
    遷移金属化合物又は活性剤の何れか又は両者と接触させる前に、前記担体物質が少なくとも二つの異なる有機アルミニウム化合物によって前処理される、担持触媒系。
  14. 活性剤がトリアルキルアルミニウム化合物及びトリアリールホウ素化合物からなる請求項13に記載の担持触媒系。
  15. (a)エチレン、(b)プロピレン(c)エチレン及びプロピレンの混合物、及び(d)(a)、(b)又は(c)の混合物から選択されるオレフィンモノマーの一つ以上の他のアルファ−オレフィンとの重合方法であって、前記方法が請求項1乃至14の何れか一項に記載の担持触媒系の存在下にて重合条件のもと実施されるオレフィンモノマーの重合方法。
  16. エチレンの重合又はエチレン及び3乃至10の炭素原子を有するα−オレフィンの共重合方法であって、前記方法が請求項1乃至14の何れか一項に記載の担持重合触媒系の存在下重合条件のもと実施されるエチレンの重合又はエチレン及び3乃至10炭素原子を有するα−オレフィンの共重合方法。
  17. α−オレフィンが1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン又は1−オクテンである請求項15又は16に記載の方法。
  18. 溶液、スラリー又は気相において実施される請求項15乃至17の何れか一項に記載の方法。
  19. 流動床気相反応器において実施される請求項15乃至18の何れか一項に記載の方法。
  20. (a)3−12cNの範囲において溶解強度(16Mpa)及び(b)分子量分布(Mw/Mn)が>2を有するエチレン及び一つ以上のアルファ−オレフィンの共重合体の調製方法であって、前記方法がエチレン及び一つ以上のアルファ−オレフィンを請求項1乃至14の何れか一項に記載の担持メタロセン触媒系の存在下にて接触させることからなるエチレン及び一つ以上のアルファ−オレフィンの共重合体の調製方法。
  21. 脱水触媒担体物質であって、前記担体物質が更なる触媒成分の添加の前に、少なくとも二つの異なる有機アルミニウム化合物で前処理される脱水触媒担体物質。
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