JP2008538791A - 射出成形用ポリエチレン成形組成物 - Google Patents

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Abstract

成形組成物の密度が0.940〜0.96g/cm3の範囲にあり、MIが0.5〜10.0g/10minの範囲にあり、多分散度Mw/Mnが3〜20の範囲にあり、1000個の炭素原子あたりの分枝が0.1〜10の範囲にあり、質量平均分子量Mwが50000g/mol〜150000g/molの範囲にあるエチレン重合体に基づく単峰性成形組成物、成形組成物を含む射出成形体並びにスクリュークロージャー(screw closure)。

Description

本発明は、密度が0.940〜0.96g/cm3の範囲にあり、MIが0.5〜10.0g/10minの範囲にあり、多分散度Mw/Mnが〜20の範囲にあり、1000個の炭素原子あたりの分枝が0.1〜10の範囲にあり、質量平均分子量Mwが50000g/mol〜150000g/molの範囲にあるエチレン重合体系単峰性成形組成物に関する。
本発明はさらに、上記成形組成物を含む射出成形体並びにスクリュークロージャー(screw closure)に関する。
エチレンポリマー系混合物(以後、ポリエチレンブレンドという)は、環境応力亀裂抵抗のある成形体を製造するため公知で使用されており、たとえば、ドイツ特許DE−C 34 37 116に記載されている。
最近、ポリエチレンブレンドは、プラスチック射出成形により全タイプのスクリュークロージャー(screw closure)を製造するために用いられるようになっている。スクリュークロージャー(screw closure)にとって、寸法及び形状を維持すること、すなわち射出成形プロセス後、すなわち冷却時に収縮しない(低収縮性)ことは有利である。射出成形プロセスは、ポリエチレン成形組成物が溶融物中に容易に流れる(良好な流動性)場合に、一般により簡易になる。低収縮性及び形状安定性は、プラスチックの重要な特性であり、たとえばこの特性故にプラスチックから正確に嵌合するスクリュークロージャー(screw closure)が製造される。
国際特許出願公開パンフレットWO 00/71615は、0.950〜0.98g/cm3の密度、60〜90%の結晶度を有する二峰性ポリエチレンを含み、異なるモル質量分布を有し且つ少なくとも一方はエチレンコポリマーである少なくとも2種のポリエチレン成分を含む射出成形容器を記載する。このようなポリエチレンブレンドを製造するために、反応器カスケードを用いたか又は2種の成分を溶融押出により混合した。
ポリエチレンを含む成形体の機械的強度は、徐々に厳しくなる要求にも適合しなければならない。同時に、パッケージの内容物を容易に見ることができるように、多くの用途において高度に透明な生成物が望ましい。
公知の成形組成物は、良好な流動性及び高い機械的強度の組み合わせによる属性プロファイルと共に良好な光学的特性の点でいくらかまだ不充分である。
したがって、本発明の目的は、これらの欠点を改善すること、特に、良好な流動性と共に良好な機械的特性及び良好な光学特性を兼備するポリエチレン成形組成物を提供することにある。
したがって、我々は、成形組成物の密度が0.940〜0.96g/cm3の範囲にあり、MIが0.5〜10g/10minの範囲にあり、多分散度Mw/Mnが〜20の範囲にあり、1000個の炭素原子あたりの分枝が0.1〜10の範囲にあり、質量平均分子量Mwが50000g/mol〜150000g/molの範囲にあるエチレン重合体系単峰性成形組成物を知見した。我々は、さらに、このような成形組成物含む射出成形体並びにスクリュークロージャーをも見出した。
本発明の成形組成物は、3〜20、好ましくは3.2〜9、特に好ましくは3.6〜6の範囲にある多分散度Mw/Mnを有する。本発明のポリエチレンの密度は、0.94〜0.96g/cm3、好ましくは0.945〜0.955g/cm3、特に好ましくは0.947〜0.953g/cm3の範囲にある。本発明のポリエチレンの質量平均分子量Mwは、50000g/mol〜150000g/mol、好ましくは70000g/mol〜120000g/mol、特に好ましくは80000g/mol〜110000g/molの範囲にある。MIは、0.5〜10g/10min、好ましくは1〜8g/10min、特に好ましくは2〜6g/10minの範囲にある。
本発明の成形組成物は、1000個の炭素原子あたり0.1〜10個の分枝、好ましくは1000個の炭素原子あたり0.2〜5個の分枝、特に好ましくは1000個の炭素原子あたり0.3〜2個の分枝を有する。1000個の炭素原子あたりの分枝は、James C. Randall, JMS-REV. Macromol. Chem. Phys., C29 (2&3), 201-317 (1989)に記載されているように13C−NMRによって測定され、1000個の炭素原子あたりの総CH3基含量(末端基を含む)に基づく。
本発明の成形組成物は、好ましくは50%未満、特に10〜45%のCDBIを有する。CDBIを測定する方法は、たとえば国際特許出願パンフレットWO 93/03093に記載されている。TREFの方法は、たとえばWild, Advances in Polymer Science, 98, p. 1- 47, 57 p. 153, 1992に記載されている。CDBIは、平均総モルコモノマー含量の±2 5%のコモノマー含量を有するコポリマー分子の質量によるパーセンテージとして定義される。
本願のために、単峰性成形組成物は、モル質量分布が単峰性である成形組成物である。本願のために、単峰性モル質量分布とは、モル質量分布曲線が単一の最大値を有することを意味する。エチレン重合体は、エチレンホモポリマー及び/又はエチレンコポリマーである。本発明の成形組成物のエチレンコポリマー部分におけるエチレンに加えて、別個に又は互いに混合物として、コモノマーが存在してもよいから、3〜12個の炭素原子を有するα−オレフィン、たとえばプロペン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン及び1−デセンをすべて用いることができる。エチレンコポリマーは、好ましくは、コモノマー単位として、4〜9個の炭素原子を有するα−オレフィン、たとえば1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチルペンテン又は1−オクテンを共重合形態で含む。1−ブテン、1−ヘキセン及び1−オクテンからなる群より選択されるα−オレフィンを用いることが特に好ましい。エチレンコポリマーは、好ましくは0.01〜5wt%のコモノマー、特に好ましくは0.1〜2wt%のコモノマーを含む。
密度[g/cm3]は、ISO 1183に従って測定する。モル質量分布及び平均Mn、Mwの測定及びこれらから得られるMw/Mnの決定は、DIN 55672に基づく方法を用いて、下記カラム列:3本のSHODEX AT 806 MS、1本のSHODEX UT 807及び1本のSHODEX AT-Gを有するWATERS 150 Cでの高温ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって、下記条件:溶媒:1,2,4−トリクロロベンゼン(0.025wt%の2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールで安定化された)、流量:1ml/min、500μl注入量、温度:135℃、PE標準を用いての較正で行われる。評価はWIN−GPCを用いて行った。本発明にとって、表現「MI」は公知の態様で「メルト・インデックス」を表し、ISO 1133に準拠して190℃で2.16kgの負荷(190℃/2.16kg)で常に測定される。
本発明の成形組成物は、好ましくは内部トランス二重結合−CH=CH(以後「トランスビニル基」という)が1000個炭素原子あたり少なくとも0.05個トランスビニル基、特に1000個炭素原子あたり0.1〜1個トランスビニル基、特に好ましくは1000個炭素原子あたり0.2〜0.5個トランスビニル基の含有量を有する。測定は、ASTM D 6248−98に準拠して行う。
さらに、本発明の成形組成物は、エチレンポリマーの質量を基準として0〜6wt%、好ましくは0.1〜1wt%の熱可塑性物質に対する慣用の添加剤、たとえば加工安定剤、光及び熱の効果に対する安定剤、潤滑剤、抗酸化剤、ブロッキング防止剤及び帯電防止剤などの慣用の添加剤、さらに適切であれば染料を含んでいてもよい。特に、潤滑剤(Caステアレート);慣用の安定化剤、たとえばフェノール、ホスファイト、ベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール又はチオエーテル;充填材、たとえばTiO2、チョーク又はカーボンブラック;慣用の顔料、たとえばTiO2、群青(ウルトラマリンブルー)を用いることが好ましい。添加剤は、通常、プラスチック技術における慣用の方法、たとえば溶融押出、回転、圧縮又は溶液混合を用いて、成形組成物と混合することによって組み込まれる。溶融押出、たとえばツインスクリューエクストルーダー内での溶融押出を用いることが好ましい。一般に、押出温度は140〜250℃の範囲である。
我々は、成形組成物の密度が0.940〜0.96g/cm3の範囲にあり、HLMIが0.5〜10.0g/10minの範囲にあり、多分散度Mw/Mnが3〜20の範囲にあり、1000個の炭素原子あたりの分枝が0.1〜10の範囲にあり、質量平均分子量Mwが50000g/mol〜150000g/molの範囲にあるエチレン重合体系単峰性成形組成物を含む射出成形体をも知見した。
本発明のポリエチレン及び本発明の射出成形体は、1mmの厚みを有し、好ましくは80%未満、特に10〜78%の範囲、特に好ましくは30〜75%の範囲のヘイズを有する。ヘイズは、BYK Gardener Haze Guard Plus Deviceで少なくとも5枚の10×10cmの寸法を有する膜上でASTM D 1003−00に準拠して測定する。本発明の射出成形体及び1mmの厚みを有するポリエチレンの−20℃での機器落下質量衝撃試験でISO 6603に準拠して測定した耐衝撃性は、好ましくは12Jよりも大きく、特に12.5〜50Jの範囲であり、特に好ましくは13〜30Jの範囲である。
射出成形体は、慣用の射出成形装置で作られる。18〜22Dのスクリュー長さが特に有用である。
処理条件での流特性は、スパイラル試験を用いて測定した。このため、ポリエチレンを規定の温度、圧力及び送り速度でスパイラル金型へ射出する。こうして、特定の壁厚のポリエチレンスパイラルを与える。スパイラルの長さは、用いたポリエチレンの流特性の指標である。スパイラル試験は、100tの閉鎖力及び3mmダイを用いるDemag ET100-310で行う。
本発明のポリエチレンの寸法及び形状安定性を試験するために、プラスチッククロージャーを、ねじ切り工具(ねじ切り直径:28.2mm)を具備する射出成形装置で180〜270℃で製造し、冷却し、50試験種のねじ切り外径を測定し、平均(mm)を計算し、ねじ切り工具直径からの偏差値を決定し、試験種を寸法及び形状安定性について視覚的に評価した。
本発明のポリエチレンは、良好な寸法及び形状安定性(低収縮性)と共に、230℃の溶融温度で測定した40cmを超えるスパイラル長さ、1000barの射出圧力、90mm/sの送り速度、30℃の成形温度及び2mmの壁厚と共に良好な流特性を示す。これらはさらに、特に有利な形態で、特に飲料ボトル又はパイプ取り付け用具用のスクリュークロージャー(screw closures)に加工することができる。
本発明の成形組成物は、本発明の触媒組成物、特に好ましい実施形態の触媒組成物を用いて得ることができる。
本発明は、さらに、少なくとも2種の異なる重合触媒を含み、このうち、少なくとも1種(A)は元素周期表第4族の金属の架橋したメタロセン錯体系重合触媒であり、少なくとも1種(B)は元素周期表第4族の金属の架橋していないメタロセン錯体系重合触媒である触媒組成物を提供する。
本発明は、さらに、本発明の触媒組成物の存在下でのオレフィンの重合プロセスを提供する。
適切な架橋したメタロセン錯体(A)は一般式(I)の錯体である:
(式中、置換基及びインデックスは以下の意味を有する:
1Aは元素周期表第4族の金属、特にZrであり、
1A〜R8Aはそれぞれ互いに独立に、水素、C1〜C22−アルキル、C2〜C22−アルケニル、C6〜C22−アリール、アルキル基中1〜16個の炭素原子及びアリール基中6〜21個の炭素原子を有するアリールアルキル、NR9A 2、N(SiR9A 32、OR9A、OSiR9A 3、SiR9A 3(式中、有機基R1A−R8Aはさらにハロゲンで置換されていてもよく、及び/又は2個の隣接基R1A−R8Aはさらに結合して五員環、六員環又は七員環を形成してもよく、及び/又は2個の隣接基R1A−R8Aは結合してN、P、O及びSからなる群から少なくとも1個の原子を含む五員複素環、六員複素環又は七員複素環を形成してもよく、
9Aは同一又は異なっていて、それぞれC1〜C20−アルキル、C6〜C15−アリール、アルキル基中1〜16個の炭素原子及びアリール基中6〜21個の炭素原子を有するアリールアルキルであり、
10A
=BR11A、=BNR11A12A、=AlR16B、−Ge−、−Sn−、−O−、−S−、=SO、=SO2、=NR11A、=CO、=PR11A又は=P(O)R11Aであり、
11A〜R16Aは同一又は異なっていて、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、トリメチルシリル基、C1〜C10−アルキル基、C1〜C10−フルオロアルキル基、C6〜C10−フルオロアリール基、C6〜C10−アリール基、C1〜C10−アルコキシ基、C6〜C15−アリールオキシ基、C2〜C10−アルケニル基又はC7〜C40−アリールアルキル基又は2個の隣接基はそれらに結合する原子と一緒に4〜15個の炭素原子を有する飽和環又は不飽和環を形成し、
2A〜M4Aはそれぞれケイ素、ゲルマニウム又はスズであり、好ましくはケイ素であり、
Aはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、水素、C1〜C10−アルキル、C2〜C10−アルケニル、C6〜C15−アリール、アルキル基中1〜10個の炭素原子及びアリール基中6〜20個の炭素原子を有するアリールアルキル、−OR17A又は−NR17A18A、OC(O)R17A、−O3SR17A、R17AC(O)−CH−CO−R18A、CO又は2個の基XAは置換又は未置換ジエン配位子、特に1,3−ジエン配位子を形成し、基XAは同一又は異なっていて互いに結合していてもよく、
17A及びR18Aは互いにC1〜C10−アルキル、C6〜C15−アリール、アルキル基中1〜10個の炭素原子及びアリール基中6〜20個の炭素原子を有するアリールアルキル、フルオロアルキル又はフルオロアリールであり、
tは一般式(I)のメタロセン錯体が荷電されないようにM1Aの価数に依存して1又は2である)。
本発明のために、用語「アルキル」とは、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、C1〜C10−アルキル基を置換基として有していてもよい五員環〜十二環シクロアルキル、たとえばシクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン又はシクロドデカンなどの直鎖、環式又は分枝アルキル基をいう。用語「アルケニル」とは、二重結合が内部でも末端でもよい直鎖、環式又は分枝アルケニル、たとえば、ビニル、1−アリル、2−アリル、3−アリル、1−ブテニル、2−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、C1〜C10−アルキル基を置換基として有していてもよい五員〜十二員シクロアルケニル、たとえばシクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテンなどをいう。用語「C6〜C22−アリール」とは、未置換アリール系、アリール基がさらにアルキル基で置換されていてもよい置換又は縮合アリール系、たとえば、フェニル、ナフチル、ビフェニル、アントラニル、o−、m−、p−メチルフェニル、2,3−、2,4−、2,5−又は2,6−ジメチルフェニル、2,3,4−、2,3,5−、2,3,6−、2,4,5−、2,4,6−又は3,4,5−トリメチルフェニルをいう。用語「アリールアルキル」とは、アルキル部分が直鎖、環式又は分枝であってもよく、アリール部分がさらにアルキル基で置換されていてもよいアリール−置換アルキル、たとえば、ベンジル、o−、m−、p−メチルベンジル、1−もしくは2−エチルフェニルをいう。
適切な架橋していないメタロセン錯体(B)は一般式(II)の錯体である:
(式中、置換基及びインデックスは下記意味を有する。
1Bは元素周期表第4族の金属、特にZrであり、
1B
2B
1B、E4Bはそれぞれ互いに独立に、窒素、リン、酸素又は硫黄であり、
mはE1B又はE4Bが酸素又は硫黄である場合に0であり、E1B又はE4Bが窒素又はリンである場合に1であり、
2B、E3B、E5B、E6Bはそれぞれ互いに独立に、炭素、窒素又はリンであり、
nは、E2B、E3B、E5B又はE6Bが窒素又はリンの場合に0であり、E1B又はE4Bが炭素の場合に1であり、
1B〜R14Bはそれぞれ互いに独立に、水素、C1〜C22−アルキル、C2〜C22−アルケニル、C6〜C22−アリール、アルキル基中に1〜16個の炭素原子及びアリール基中に6〜21個の炭素原子を有するアリールアルキル、NR15B 2、N(SiR15B 32、OR15B、OSiR15B 3、SiR15B 3であり、ここで有機基R1B−R14Bはさらにハロゲンで置換されていてもよく、及び/又は2個の隣接基R1B−R14Bは結合して五員環、六員環又は七員環を形成してもよく、及び/又は2個の隣接基R1B−R14Bは結合してN、P、O及びSからなる群から少なくとも1個の原子を含む五員複素環、六員複素環又は七員複素環を形成してもよく、
15Bは同一又は異なっていて、それぞれC1〜C20−アルキル、C6〜C15−アリール、アルキル基中1〜16個の炭素原子及びアリール基中6〜21個の炭素原子を有するアリールアルキルであり、
Bはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、水素、C1〜C10−アルキル、C2〜C10−アルケニル、C6〜C15−アリール、アルキル基中1〜10個の炭素原子及びアリール基中6〜20個の炭素原子を有するアリールアルキルであり、
−OR16B又は−NR16B17B、−OC(O)R16A、−O3SR16B、R16BC(O)−CH−CO−R17B、CO又は2個の基XBは置換又は未置換ジエン配位子、特に1,3−ジエン配位子を形成し、基XBは同一又は異なっていて互いに結合してもよく、
sは一般式(II)のメタロセン錯体が荷電されないようにM1Bの価数に応じて1又は2であり、
16B及びR17Bは互いにC1〜C10−アルキル、C6〜C15−アリール、アルキル基中1〜10個の炭素原子及びアリール基中6〜20個の炭素原子を有するアリールアルキル、フルオロアルキル又はフルオロアリールである)。
置換基R1A〜R8A及びR1B〜R14Bの化学構造は、広い範囲内で変化し得る。可能な炭素有機(carboorganic)置換基は、たとえば、水素;直鎖、環式もしくは分枝でもよいC1〜C22−アルキル、たとえばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル又はn−ドデシル;C1〜C10−アルキル基を置換基として有していてもよい3〜12−員シクロアルキル、たとえばシクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン又はシクロドデカン;直鎖、環式もしくは分枝でもよく二重結合が内部又は末端にあってもよいC2〜C22−アルケニル、たとえばビニル、1−アリル、2−アリル、3−アリル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル、シクロオクテニル又はシクロオクタジエニル;さらなるアルキル基で置換されていてもよいC6〜C22−アリール、たとえばフェニル、ナフチル、ビフェニル、アントラニル、o−、m−、p−メチルフェニル、2,3−、2,4−、2,5−又は2,6−ジメチルフェニル、2,3,4−、2,3,5−、2,3,6−、2,4,5−、2,4,6−又は3,4,5−トリメチルフェニル;又はさらなるアルキル基で置換されていてもよいアリール−置換アルキル基アリールアルキル、たとえばベンジル、o−、m−、p−メチルベンジル、1−もしくは2−エチルフェニル、ここで2個の隣接基R1A〜R8A及び/又はR1B〜R14Bは結合して五員環、六員環−もしくは七員環を形成してもよく、及び/又は隣接基R1A〜R8A及び/又はR1B〜R14Bの2個は結合してN、P、O及びSからなる群から少なくとも1個の原子を含む五員複素環、六員複素環又は七員複素環を形成してもよく、及び/又は有機基R1A〜R8A及びR1B〜R14Bもまたフッ素、塩素もしくは臭素などのハロゲンで置換されていてもよい。さらに、R1A〜R8AはアミノNR9A 2もしくはN(SiR9A 32、アルコキシもしくはアリールオキシOR9Aでもよく、R1B〜R14BはアミノNR15B 2もしくはN(SiR15B 32、アルコキシもしくはアリールオキシOR15B、たとえばジメチルアミノ、N−エチルメチルアミノ、ジエチルアミノ、N−メチルプロピルアミノ、N−メチルイソプロピルアミノ、N−エチルイソプロピルアミノ、ジプロピルアミノ、ジイソプロピルアミノ、N−メチル−ブチルアミノ、N−エチルブチルアミノ、N−メチルtert−ブチルアミノ、ジブチルアミノ、ジ−sec−ブチルアミノ、ジイソブチルアミノ、N−メチルヘキシルアミノ、ジヘキシルアミノ、N−メチルシクロヘキシルアミノ、N−エチルシクロヘキシルアミノ、N−イソプロピルシクロヘキシルアミノ、ジシクロヘキシルアミノ、N−ピロリジニル、ピペリジニル、デカヒドロキノリノ、ジフェニルアミノ、N−メチルアニリン又はN−エチルアニリン、メトキシ、エトキシもしくはイソプロポキシである。有機ケイ素置換基SiR9A 3及びSiR15B 3中の可能な基R9A又はR15Bは、R1A〜R8A及びR1B〜R14Bに関して上述したと同じ炭素有機(carboorganic)基であり、2個の基R9A又はR15Bもまた結合して五員環もしくは六員環を形成し得るものであり、たとえば、トリメチルシリル、トリエチルシリル、ブチルジメチルシリル、トリブチルシリル、トリ−tert−ブチルシリル、トリアリルシリル、トリフェニルシリル又はジメチルフェニルシリルである。基SiR9A 3又はSiR15B 3もまた酸素又は窒素原子を介してシクロペンタジエニル骨格に結合していてもよく、たとえば、トリメチルシリルオキシ、トリエチルシリルオキシ、ブチルジメチルシリルオキシ、トリブチルシリルオキシ又はトリ−tert−ブチルシリルオキシである。
2個の隣接基R1A〜R8A及び/又はR1B〜R14Bは、各場合において、これらに結合している炭素原子と一緒に、窒素、リン、酸素及び硫黄からなる群から少なくとも1個の原子、特に好ましくは窒素及び/又は硫黄を含む複素環、好ましくは複素環式芳香族化合物を形成してもよい。五員環又は六員環原子の環の大きさを有する複素環及び複素環式芳香族化合物が好ましい。炭素原子に加えて1個〜4個の窒素原子及び/又は硫黄もしくは酸素原子を環原子として含み得る五員複素環の例は、1,2−ジヒドロフラン、フラン、チオフェン、ピロール、イソオキサゾール、3−イソチアゾール、ピラゾール、オキサゾール、チアゾール、イミダゾール、1,2,4−オキサジアゾール、1,2,5−オキサジアゾール、1,3,4−オキサジアゾール、1,2,3−トリアゾール及び1,2,4−トリアゾールである。1個〜4個の窒素原子及び/又はリン原子を含み得る六員ヘテロアリール基の例は、ピリジン、ホスファベンゼン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、1,3,5−トリアジン、1,2,4−トリアジン及び1,2,3−トリアジンである。五員及び六員複素環もまた、C1〜C10−アルキル、C6〜C10−アリール、アルキル基中に1〜10個の炭素原子を有しアリール基中に6〜10個の炭素原子を有するアリールアルキル、トリアルキルシリル又はフッ素、塩素もしくは臭素などのハロゲン、ジアルキルアミド、アルキルアリールアミド、ジアリールアミド、アルコキシ又はアリールオキシで置換されていてもよく又は1個以上の芳香族化合物もしくは複素環式芳香族化合物と縮合していてもよい。ベンゾ−縮合五員ヘテロアリール基の例は、インドール、インダゾール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ベンゾチアゾール、ベンズオキサゾール及びベンズイミダゾールである。ベンゾ−縮合六員ヘテロアリール基の例は、クロマン、ベンゾイピラン(benzoypyran)、キノリン、イソキノリン、シンノリン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリン、1,10−フェナントロリン及びキノリジンである。複素環の命名及び番号付けは、Lettau, Chemie der Heterocyclen, 1st edition, VEB, Weinheim 1979から採用した。複素環/複素環式芳香族化合物は、好ましくは複素環/複素環式芳香族化合物のC−C二重結合を介してシクロペンタジエニル骨格に縮合している。ヘテロ原子を有する複素環/複素環式芳香族化合物は、好ましくは2,3−又はb−縮合している。
特に好ましいのは置換基R2Aと一緒の置換基R1A及びR9Aと一緒のR8Aであり、各場合において、当該置換基を有するC5−シクロペンタジエニル骨格の2個の炭素原子と一緒に六員非芳香族化合物置換又は未置換環系を形成する。未置換もしくは置換テトラヒドロインデニル系が特に好ましい。このようなシクロペンタジエニル系の例は、テトラヒドロインデニル、2−メチルテトラヒドロインデニル、2−エチルテトラヒドロインデニル、2−イソプロピルテトラヒドロインデニル、3−メチルテトラヒドロインデニル又は2,4−ジメチル−テトラヒドロインデニルである。縮合環系は同様に、さらにC1〜C20−アルキル、C2〜C20−アルケニル、C6〜C20−アリール、アルキル基中に1〜10個の炭素原子を有しアリール基中に6〜20個の炭素原子を有するアリールアルキル、NR9A 2、N(SiR9A 32、OR9A、OSiR9A 3又はSiR9A 3基を有していてもよく、たとえば、4−メチルテトラヒドロインデニル、4−エチルテトラヒドロインデニル、4−イソプロピルテトラヒドロインデニル、5−メチルテトラヒドロインデニル、4−フェニルテトラヒドロインデニル、5−メチル−4−フェニルテトラヒドロインデニル、2−メチル−4−フェニルテトラヒドロインデニル又は4−ナフチルテトラヒドロインデニルである。
1B及びT2Bはそれぞれシクロペンタジエニル系と一緒に、縮合複素環式芳香族化合物五員環又は縮合芳香族化合物六員環を形成する。E1Bは、R3B又はR1Bを有する炭素原子に隣接する炭素原子上に位置づけられていてもよい。E4Bは、R8B又はR10Bを有する炭素原子に隣接する炭素原子上に位置づけられていてもよい。E1B及びE4Bは好ましくは硫黄又は窒素である。E2B、E3B、E5B及びE6Bは好ましくは炭素である。好ましい系(シクロペンタジエニル系と一緒に)は、たとえば、チアペンタレン、2−メチルチアペンタレン、2−エチルチアペンタレン、2−イソプロピルチアペンタレン、2−n−ブチルチアペンタレン、2−tert−ブチルチアペンタレン、2−トリメチルシリルチアペンタレン、2−フェニルチアペンタレン、2−ナフチルチアペンタレン、3−メチルチアペンタレン、4−フェニル−2,6−ジメチル−1−チアペンタレン、4−フェニル−2,6−ジエチル−1−チアペンタレン、4−フェニル−2,6−ジイソプロピル−1−チアペンタレン、4−フェニル−2,6−ジ−n−ブチル−1−チアペンタレン、4−フェニル−2,6−ジ−トリメチルシリル−1−チアペンタレン、アザペンタレン、1−メチルアザペンタレン、1−エチルアザペンタレン、1−イソプロピルアザペンタレン、1−n−ブチル−アザペンタレン、1−トリメチルシリルアザペンタレン、1−フェニルアザペンタレン、1−ナフチルアザペンタレン、1−フェニル−2,5−ジメチル−1−アザペンタレン、1−フェニル−2,5−ジエチル−1−アザペンタレン、1−フェニル−2,5−ジ−n−ブチル−1−アザペンタレン、1−フェニル−2,5−ジ−tert−ブチル−1−アザペンタレン、1−フェニル−2,5−ジ−トリメチルシリル−1−アザペンタレン、1−tert−ブチル−2,5−ジメチル−1−アザペンタレン、オキサペンタレン、ホスファペンタレン、1−フェニル−2,5−ジメチル−1−ホスファペンタレン、1−フェニル−2,5−ジエチル−1−ホスファペンタレン、1−フェニル−2,5−ジ−n−ブチル−1−ホスファペンタレン、1−フェニル−2,5−ジ−tert−ブチル−1−ホスファペンタレン、1−フェニル−2,5−ジ−トリメチルシリル−1−ホスファペンタレン、1−メチル−2,5−ジメチル−1−ホスファペンタレン、1−tert−ブチル−2,5−ジメチル−1−ホスファペンタレン、7−シクロペンタ[1,2]チオフェノ[3,4]シクロペンタジエン類又は7−シクロペンタ[1,2]ピロロ[3,4]シクロペンタジエン類である。縮合複素環を有するこのようなシクロペンタジエニル系の合成は、たとえば、国際特許出願パンフレットWO 98/22486に記載されている。"Metalorganic catalysts for synthesis and polymerisation" , Springer Verlag 1999, Ewen et al. p.150には、これらのシクロペンタジエニル系のさらに別の合
成が記載されている。
1B及びT2Bは好ましくは、上述のジエン構造であり、これらを有するシクロペンタジエニル骨格と一緒に好ましくはインデニル、2−メチルインデニル、2−エチルインデニル、2−イソプロピルインデニル、3−メチルインデニル、ベンズインデニル又は2−メチルベンズインデニルなどの置換又は未置換インデニル系を形成する。縮合環系は、C1〜C20−アルキル、C2〜C20−アルケニル、C6〜C20−アリール、アルキル基中に1〜10個の炭素原子を有しアリール基中に6〜20個の炭素原子を有するアリールアルキル、NR15B 2、N(SiR15B 32、OR15B、OSiR15B 3又はSiR15B 3基をさらに有していてもよく、たとえば、4−メチルインデニル、4−エチルインデニル、4−イソプロピルインデニル、5−メチルインデニル、4−フェニルインデニル、5−メチル−4−フェニルインデニル、2−メチル−4−フェニルインデニル又は4−ナフチルインデニルである。
2個のシクロペンタジエニル系の間の橋掛け基R10Aは好ましくは、炭素含有橋掛け員及び/又はケイ素含有橋掛け員を含む。R10Aは好ましくは、縮合非芳香族化合物六員環系だけでなく、シクロペンタジエニル骨格にも結合している。六員環系がシクロペンタジエニル骨格の2,3位に縮合している場合には、R10Aは好ましくはシクロペンタジエニル骨格の1又は4位に存在する。
10Aは好ましくは、−CR11A12−、−SiR11A12−、−CR11A12ACR13A14A−又は−SiR11A12ACR13A14A−基であり、特に−SiR11A12A−、−CR11A12ACR13A14A−であり、特に好ましくは−Si(CH32−、−CH2−CH2−又は−C(CH32−C(CH32−である。
配位子XA又はXBは、たとえば、メタロセン錯体(B)の合成に用いられる対応する金属出発化合物の選択により決定されるが、後述するように変化し得る。可能な配位子XA又はXBは、特に、フッ素、塩素、臭素又はヨウ素などのハロゲン、特に塩素である。メチル、エチル、プロピル、ブチル、ビニル、アリル、フェニル又はベンジルなどのアルキル基もまた有利な配位子XA又はXBである。さらに別の配位子XA又はXBとして、純粋に例示のためであって何ら限定するものではないが、トリフルオロアセテート、BF4 -、PF6 -及び弱く配位するかもしくは配位していないアニオン類(たとえば、S. Strauss in Chem. Rev. 1993, 93, 927-942参照)、たとえばB(C654 -を挙げることができる。
アミド類、アルコキシド類、スルホネート類、カルボキシレート類及びβ−ジケトネート類もまた特に有用な配位子XA又はXBである。基R18A又はR16B及びR17Bの変形物は、たとえば溶解度などの物理特性になされるべき微小調節を可能とする。可能な炭素有機(carboorganic)置換基R17A及びR18A又はR16B及びR17Bは、たとえば、直鎖又は分枝でもよいC1〜C20−アルキル、たとえばメチル、エチル、n−プロピル、イソロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル又はn−ドデシル;C6〜C10−アリール基を置換基として有していてもよい3員〜12員シクロアルキル、たとえばシクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン又はシクロドデカン;直鎖、環式又は分枝でもよく、二重結合が内部又は末端にあってもよいC2〜C20−アルケニル、たとえばビニル、1−アリル、2−アリル、3−アリル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル、シクロオクテニル又はシクロオクタジエニル;さらなるアルキル基及び/又はN−もしくはO−含有基で置換されていてもよいC6〜C20−アリール、たとえばフェニル、ナフチル、ビフェニル、アントラニル、o−、m−、p−メチルフェニル、2,3−、2,4−、2,5−もしくは2,6−ジメチルフェニル、2,3,4−、2,3,5−、2,3,6−、2,4,5−、2,4,6−もしくは3,4,5−トリメチルフェニル、2−メトキシフェニル、2−N,N−ジメチルアミノフェニル;又はさらなるアルキル基で置換されていてもよいアリールアルキル、たとえばベンジル、o−、m−、p−メチルベンジル、1−もしくは2−エチルフェニルであり、R17AはさらにR18Aに結合して又はR16BはさらにR17Bに結合して五員環もしくは六員環を形成してもよく、有機基R17A及びR18A又はR16B及びR17Bはさらにフッ素、塩素又は臭素などのハロゲンで置換されていてもよい。置換配位子XA又はXBのいくつかが低廉且つ容易に入手可能な出発物質から得ることができるので特に好ましく用いられる。ゆえに、特に好ましい実施形態は、XA又はXBがジメチルアミド、メトキシド、エトキシド、イソプロポキシド、フェノキシド、ナフトキシド、トリフレート、p−トルエンスルホネート、アセテート又はアセチルアセトネートの場合である。
配位子XA又はXBの数t又はsは、遷移金属MA又はMBの酸化状態に依存する。よって、指数t又はsは、一般化することはできない。触媒的に活性な錯体における遷移金属MA又はMBの酸化状態は、通常、当業者に公知である。ジルコニウム及びハフニウムは、酸化状態+4で存在することが非常に多い。しかし、酸化状態が活性触媒の酸化状態に対応しない錯体を用いることも可能である。このような錯体は、次に、適切な活性剤によって適切に酸化させることができる。好ましくは、酸化状態+4のジルコニウム錯体を用いる。
基XA及びXBは好ましくはフッ素、塩素、臭素、C1〜C7−アルキル又はベンジルであり、特に塩素である。
メタロセン錯体はキラルであってもよい。ゆえに、メソもしくはラセミ形態又は2種の形態の混合を用いることができる(シクロペンタジエニル化合物におけるキラリティに関する慣習に関して、R. Halterman, Chem. Rev. 92, (1992), 965-994参照)。ラセミ形態又はラセミ化合物が豊富な形態でのメタロセンを用いることが好ましい。
このような錯体の合成は、それ自身公知の方法で行うことができ、適切な置換環式炭化水素アニオンとジルコニウムのハロゲン化物との反応が特に好ましい。適切な調製方法の例は、とりわけ、Journal of Organometallic Chemistry, 369 (1989), 359-370に記載されている。
特に有用なジルコノセン(A)の例は、とりわけ、ジメチルシランジイルビス(テトラヒドロインデニル)ハフニウムジクロリド、エチレンビス(テトラヒドロインデニル)ハフニウムジクロリド、メチレンビス(テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド、イソプロピリデンビス(テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイルビス(テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイルビス(2−メチルテトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイルビス(2−エチルテトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド、エチレンビス(テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド、エチレンビス(2−メチルテトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド又はエチレンビス(2−イソプロピルテトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリドである。
錯体は、rac(ラセミ)形態、メソ形態又はこれらの混合で用いることができ、好ましくはrac(ラセミ)形態又はラセミが豊富な(rac−enriched)形態で用いられる。
式(II)(式中、シクロペンタジエニル基は同一である)のジルコノセンが特に有用である。
特に適切な触媒(B)のさらなる例は、とりわけ、ビス(インデニル)チタンジクロリド、ビス(フルオレニル)チタンジクロリド、ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−エチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−イソプロピルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−tert−ブチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−メチルインデニル)ジルコニウムジブロミド、ビス(2−メチル−4,5−ベンズインデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−メチル−4−フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−メチル−4−(1−ナフチル)インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−エチル−4−(1−ナフチル)インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−プロピル−4−(1−ナフチル)インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−i−ブチル−4−(1−ナフチル)インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−プロピル−4−(9−フェナントリル)インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−メチル−4−イソプロピルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2,7−ジ−メチル−4−イソプロピルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−メチル−4,6−ジイソプロピルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−メチル−4[p−トリフルオロメチルフェニル]インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−メチル−4−[3’,5’−ジメチルフェニル]インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−メチル−4−[4’−tert−ブチルフェニル]インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−エチル−4−[4’−tert−ブチルフェニル]インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−プロピル−4−[4’−tert−ブチルフェニル]インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−イソプロピル−4−[4’−tert−ブチルフェニル]インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−n−ブチル−4−[4’−tert−ブチルフェニル]インデニル)ジルコニウムジクロリド、ビス(2−ヘキシル−4−[4’−tert−ブチルフェニル]インデニル)ジルコニウムジクロリド、(2−イソプロピル−4−フェニルインデニル)(2−メチル−4−フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(2−イソプロピル−4−(1−ナフチル)インデニル)(2−メチル−4−(1−ナフチル)インデニル)ジルコニウムジクロリド、(2−イソプロピル−4−[4’−tert−ブチルフェニル]インデニル)(2−メチル−4−[1’−ナフチル]インデニル)ジルコニウムジクロリド、及び対応するジメチルジルコニウム、モノクロロモノ(アルキルアリールオキシ)ジルコニウム及びジ(アルキルアリールオキシ)ジルコニウム化合物である。さらなる例は、クロリド配位子の一方又は両方がブロミド又はヨーダイドで置換されている対応するジルコノセン化合物である。
本発明の触媒組成物は、単独でもあるいはオレフィン重合用触媒系としてのさらに別の成分と一緒に用いることができる。さらに、我々は下記を含むオレフィン重合用触媒系を見出した。
(A)元素周期表第4族の金属の架橋したメタロセン錯体系の少なくとも1の重合触媒(A);
(B)元素周期表第4族の金属の架橋していないメタロセン錯体系の少なくとも1の重合触媒(B);
(C)場合によっては1以上の活性化化合物;
(D)場合によっては1以上の有機もしくは無機担体;
(E)場合によっては1以上の周期表第1族、第2族又は第13族の金属を含む金属化合物。
以下において、錯体(A)もしくは(B)又は触媒(A)もしくは(B)とは、メタロセン錯体(A)もしくは(B)を意味する。錯体(A):錯体(B)のモル比は、通常、1:100〜100:1の範囲にあり、好ましくは1:10〜10:1の範囲にあり、特に好ましくは1:5〜5:1の範囲にある。エチレンの単重合もしくは共重合における同じ反応条件下で錯体(A)が単独の触媒として用いられる場合、好ましくは錯体(B)が同じ反応条件下で単独の錯体として用いられる場合の錯体(B)よりも高いMwを産する。錯体(A)及び(B)の好ましい実施形態は、錯体(A)及び(B)の組み合わせにおいても同様に好ましい。
錯体(A)及び/又は(B)のいくつかは、それら自身においてはあまり重合活性を有していないので、良好な重合活性を示すことができるようになるために成分(C)を介して1以上の活性剤と接触させられる。さらに、したがって触媒系は、成分(C)として、1以上の活性化化合物、好ましくは1又は2の活性化化合物(C)を含むこともある。本発明の触媒系は、好ましくは1以上の活性剤(C)を含む。ここで、触媒組み合わせ(A)及び(B)に依存するが、1以上の活性化化合物(C)が有利である。触媒組成物の錯体(A)の活性化及び錯体(B)の活性化のために同じ活性剤又は異なる活性剤の活性剤混合物を用いることが可能である。2つの触媒(A)及び(B)に対して同じ活性剤(C)を用いることがしばしば有利である。
1又は複数の活性剤(C)は、各場合において、本発明の触媒組成物の錯体(A)及び(B)の量を基準として任意の量で用いることができ、好ましくは各場合において、活性化されている錯体(A)又は(B)を基準として過剰又は化学量論量で用いられる。1又は複数の活性化化合物(C)の使用量は、活性剤(C)のタイプに依存する。錯体(A):活性化化合物(C)のモル比は、一般的には1:0.1〜1:10000の範囲、好ましくは1:1〜1:1000の範囲である。錯体(B):活性化化合物(C)のモル比は、通常は1:0.1〜1:10000の範囲であり、好ましくは1:1〜1:2000の範囲である。
錯体(A)又は錯体(B)と反応して触媒的に活性な化合物に変換することができるか又はより活性な化合物に変換することができる適切な化合物(C)は、たとえば、アルミノキサン、強い非荷電ルイス酸(strong uncharged Lewis acid)、ルイス酸(Lewis-acid)カチオンを有するイオン性化合物又はカチオンとしてブロンステッド酸(Bronsted acid)を有するイオン性化合物などの化合物である。
アルミノキサンとして、たとえば国際特許出願パンフレットWO 00/31090に記載されている化合物を用いることもできる。
特に有用なアルミノキサンは、一般式(X)又は(XI):
(式中、R1D〜R4Dはそれぞれ互いに独立に、C1〜C6−アルキル基、好ましくはメチル、エチル、ブチル又はイソブチル基であり、lは1〜40、好ましくは4〜25の整数である)
の直鎖(open-chain)又は環式アルミノキサン化合物である。
特に有用なアルミノキサン化合物はメチルアルミノキサンである。
これらのオリゴマー性アルミノキサン化合物は、トリアルキルアルミニウムの溶液と水との制御反応、特にトリメチルアルミニウムと水との制御反応によって通常は調製される。一般に、この方法で得られるオリゴマー性アルミノキサン化合物は、種々の長さの直鎖及び環式鎖分子の混合物の形態であり、lは平均と考えられるべきである。アルミノキサン化合物もまた、他の金属アルキル、通常はアルミニウムアルキルとの混合物中に存在し得る。成分(C)として適切なアルミノキサン製剤は市販されている。
さらに、炭化水素基のいくつかが水素原子又はアルコキシ基、アリールオキシ基、シロキシ基又はアミド基で置換されている修飾アルミノキサンもまた、一般式(X)又は(XI)のアルミノキサン化合物の代わりに、成分(C)として用いることができる。
まだ存在しているアルミニウムアルキルを含むアルミノキサン化合物からのアルミニウム:メタロセン錯体(A)からの遷移金属の原子比が1:1〜2000:1の範囲、好ましくは10:1〜500:1の範囲、特に20:1〜400:1の範囲となるような量で、錯体(A)又は(B)及びアルミノキサン化合物を用いることが有利であることを知見した。まだ存在しているアルミニウムアルキルを含むアルミノキサン化合物からのアルミニウム:メタロセン錯体(B)からの遷移金属の原子比は、通常1:1〜2000:1の範囲、好ましくは10:1〜500:1の範囲、特に20:1〜400:1の範囲である。
適切な活性化成分(C)の別の分類は、ヒドロキシアルミノキサンである。これらは、たとえば、アルミニウムの当量あたり0.5〜1.2当量の水、好ましくは0.8〜1.2当量の水をアルキルアルミニウム化合物、特にトリイソブチルアルミニウムに、低温、通常は0℃以下で添加することによって調製することができる。このような化合物及びこれらのオレフィン重合における使用は、たとえば国際特許出願パンフレットWO 00/24787に記載されている。ヒドロキシアルミノキサン化合物からのアルミニウム:メタロセン錯体(A)又は(B)からの遷移金属の原子比は、通常1:1〜100:1の範囲、好ましくは10:1〜50:1の範囲、特に20:1〜40:1の範囲である。メタロセンジアルキル化合物(A)又は(B)、特にジルコノセンジアルキル化合物(A)又は(B)を用いることが好ましい。
強い非荷電ルイス酸(strong, uncharged Lewis acid)として、一般式(XII)
2D1D2D3D (XII)
(式中、
2Dは元素周期表第13族の元素、特にB、Al又はGa、好ましくはBであり、
1D、X2D及びX3Dはそれぞれ水素、C1〜C10−アルキル、C6〜C15−アリール、それぞれアルキル基中1〜10個の炭素原子を有しアリール基中6〜20個の炭素原子又はフッ素、塩素、臭素もしくはヨウ素を有するアルキルアリール、アリールアルキル、ハロアルキルもしくはハロアリール、特にハロアリール、好ましくはペンタフルオロフェニルである)
の化合物が好ましい。
強い非荷電ルイス酸(strong, uncharged Lewis acid)のさらに別の例は、国際特許出願パンフレットWO 00/31090に記載されている。
成分(C)として特に有用なこのタイプの化合物は、トリアルキルボラン、トリアリールボラン又はトリメチルボロキシンなどのボラン及びボロキシンである。少なくとも2個のパーフルオロ化アリール基を有するボランを用いることが特に好ましい。一般式(XII)(式中、X1D、X2D及びX3Dは同じである)の化合物、たとえば、トリフェニルボラン、トリス(4−フルオロフェニル)ボラン、トリス(3,5−ジフルオロフェニル)ボラン、トリス(4−フルオロメチルフェニル)ボラン、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン、トリス(トルイル)ボラン、トリス(3,5−ジメチルフェニル)ボラン、トリス(3,5−ジフルオロフェニル)ボラン又はトリス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボランが特に好ましい。トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを用いることが特に好ましい。
適切な化合物(C)は、好ましくは式(XII)のアルミニウムもしくはホウ素化合物と、水、アルコール類、フェノール誘導体、チオフェノール誘導体又はアニリン誘導体との反応により調整され、ハロゲン化、特にパーフルオロ化アルコール類及びフェノール類が特に重要である。特に有用な化合物の例は、ペンタフルオロフェノール、1,1−ビス(ペンタフルオロフェニル)メタノール及び4−ヒドロキシ−2,2’,3,3’,4’,5,5’,6,6’−ノナフルオロビフェニルである。式(XII)の化合物とブロンステッド酸(Bronsted acid)との組み合わせの例は、特に、トリメチルアルミニウム/ペンタフルオロフェノール、トリメチルアルミニウム/1−ビス(ペンタフルオロフェニル)メタノール、トリメチルアルミニウム/4−ヒドロキシ−2,2’,3,3’,4’,5,5’,6,6’−ノナフルオロビフェニル、トリエチルアルミニウム/ペンタフルオロフェノール及びトリイソブチルアルミニウム/ペンタフルオロフェノール及びトリエチルアルミニウム/4,4’−ジヒドロキシ−2,2’,3,3’,5,5’,6,6’−オクタフルオロビフェニルハイドレートである。
さらに別の適切な式(XII)のアルミニウム及びホウ素化合物において、R1Dはたとえばボロン酸及びボリン酸におけるOH基であり、パーフルオロ化アリール基を有するボリン酸、たとえば(C652BOHが特に言及する価値があるものである。
活性化化合物(C)として適切な強い非荷電ルイス酸(Strong uncharged Lewis acid)は、ボロン酸と2当量のトリアルキルアルミニウムとの反応生成物又はトリアルキルアルミニウムと2当量の酸性フルオロ化炭素化合物、特にパーフルオロ化炭素化合物、たとえばペンタフルオロフェノール又はビス(ペンタフルオロフェニル)ボリン酸などを挙げることができる。
ルイス酸(Lewis-acid)カチオンを有する適切なイオン性化合物としては、一般式(XIII):
[((M3Da+)Q12・・・・・・QZd+ (XIII)
(式中、M3Dは元素周期表第1〜16族の元素であり、
1〜Qzは、C1〜C28−アルキル、C6〜C15−アリール、それぞれアリール基中6〜20個の炭素原子を有しアルキル基中1〜28個の炭素原子を有するアルキルアリール、アリールアルキル、ハロアルキル、ハロアリール、置換基としてC1〜C10−アルキル基を有していてもよいC3〜C10−シクロアルキル、ハロゲン、C1〜C28−アルコキシ、C6〜C15−アリールオキシ、シリル又はメルカプチル(mercaptyl)基などの単一負荷電基であり、
aは1〜6の整数であり、
zは0〜5の整数であり、
dは差a−zに対応するが、1以上である)
のカチオンの塩様化合物を挙げることができる。
特に有用なカチオンは、カルボニウムカチオン類、オキソニウムカチオン類及びスルホニウムカチオン類、さらにカチオン性遷移金属錯体、特にトリフェニルメチルカチオン、銀カチオン及び1,1’−ジメチルフェロセニルカチオンである。これらは、好ましくは非配位対イオンを有し、特に国際特許出願パンフレットWO 91/09882に言及されているようなホウ素化合物、好ましくはテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートを有する。
非配位アニオンを有する塩は、ホウ素又はアルミニウム化合物、たとえばアルミニウムアルキルと、2以上のホウ素又はアルミニウム原子と反応して結合することができる第2の化合物、たとえば水と、ホウ素又はアルミニウム化合物とイオン化するイオン性化合物を形成する第3の化合物、たとえばトリフェニルクロロメタン、又は場合によっては塩基、好ましくは有機窒素含有塩基、たとえばアミン、アニリン誘導体又は窒素複素環と、を組み合わせることによって調製することができる。さらに、ホウ素又はアルミニウム化合物と同様に反応する第4の化合物、たとえばペンタフルオロフェノールを添加してもよい。
カチオンとしてブロンステッド酸(Bronsted acids)を有するイオン性化合物は、好ましくは同様に非配位対イオンを有する。ブロンステッド酸として、プロトン化したアミン又はアニリン誘導体が特に好ましい。好ましいカチオンは、N,N−ジメチルアニリニウム、N,N−ジメチルシクロヘキシルアンモニウム及びN,N−ジメチルベンジルアンモニウムであり、後者2種の誘導体もまた好ましい。
国際特許出願パンフレットWO 9736937に記載されているようなアニオン性ホウ素複素環を含む化合物、特にジメチルアニリニウムボラータベンゼン(dimethylanilinium boratabenzene)又はトリチルボラータベンゼン(trityl boratabenzen)は成分(C)としても適切である。
好ましいイオン性化合物(C)は、少なくとも2個のパーフルオロ化アリール基を有するボレートを含む。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)ボレート、特にN,N−ジメチル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)ボレート、N,N−ジメチルベンジルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート又はトリチルテトラキスペンタフルオロフェニルボレートが特に好ましい。
ジアニオン[(C652B−C64−B(C6522-におけるように、2以上のボレートアニオンを互いに結合させることも可能であり、又はボレートアニオンを適切な官能基に又は担体表面上に架橋を介して結合させることもできる。
さらに別の適切な活性化化合物(C)は国際特許出願パンフレットWO 00/31090に列挙されている。
強い非荷電ルイス酸(strong, uncharged Lewis acid)、ルイス酸カチオンを有するイオン性化合物又はカチオンとしてブロンステッド酸を有するイオン性化合物の量は、メタロセン錯体(A)又は(B)を基準として好ましくは0.1〜20当量、好ましくは1〜10当量、特に好ましくは1〜2当量である。
適切な活性化化合物(C)として、ジ[ビス(ペンタフルオロフェニル)ボロキシ]メチルアラン(methylalane)などのホウ素−アルミニウム化合物を挙げることもできる。このようなホウ素−アルミニウム化合物の例は、国際特許出願パンフレットWO 99/06414に開示されている。
上述の活性化化合物(C)の全ての混合物を用いることも可能である。好ましい混合物は、アルミノキサン、特にメチルアルミノキサン、及びイオン性化合物、特にテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートアニオン及び/又は強い非荷電ルイス酸(strong uncharged Lewis acid)、特にトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン又はボロキシンを含むイオン性化合物を含む。
錯体(A)又は(B)及び活性化化合物(C)の両者は、溶媒、好ましくは6〜20個の炭素原子を有する芳香族炭化水素、特にキシレン、トルエン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン又はこれらの混合物中で用いられることが好ましい。
さらに、担体(D)としても同時に使用することができる活性化化合物(C)を用いることもできる。このような系は、たとえば無機酸化物のジルコニウムアルコキシドによる処理、続く塩素処理、たとえば四塩化炭素による処理によって得られる。このような系の調製は、たとえば国際特許出願パンフレットWO 01/41920に記載されている。
(C)の好ましい実施形態と(A)及び/又は(B)の好ましい実施形態の組み合わせもまた好ましい。
触媒成分(A)及び(B)に対する共同結合剤(C)としてアルミノキサンを用いることが好ましい。
さらに、式(XII)のアルミニウム化合物とパーフルオロ化アルコール類及びフェノール類との反応生成物は、共同結合剤(C)として特に有用である。
気相又は懸濁中重合プロセスにおいて用いることができるメタロセン錯体(A)及び(B)にとって、固体形態で錯体を用いることがしばしば有利であり、すなわち固体担体(D)に適用されるべきことが有利である。さらに、担持錯体は、高い生産性を有する。したがって、錯体(A)及び/又は(B)もまた場合によっては、有機もしくは無機担体(D)上に固定されていてもよく、重合において担持された形態で用いられてもよい。これにより、たとえば、反応器中での堆積を避けることができ、重合体モホロジーを制御することができる。担体材料として、シリカゲル、塩化マグネシウム、酸化アルミニウム、メソ多孔性材料、アルミノシリケート、ヒドロタルサイト及び有機重合体、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレンもしくは極性基で官能基化された重合体、たとえばエテンとアクリル酸エステル、アクロレイン又はビニルアセテートとの共重合体などを用いることが好ましい。
少なくとも1のメタロセン錯体(A)、少なくとも1のメタロセン錯体(B)、少なくとも1の活性化化合物(C)及び少なくとも1の担体成分(D)を含む触媒系が特に好ましい。
本発明による好ましい触媒組成物は、1以上の担体成分を含む。触媒成分(A)及び触媒成分(B)の両者ともが担持されていてもよいし、2種の成分の一方のみが担持されていてもよい。好ましい実施形態において、成分(A)及び(B)の両者が担持されている。この場合、2種の成分(A)及び(B)は、異なる担体に塗布されていても、あるいは一緒に共同担体に塗布されていてもよい。異なる触媒中心の相対的空間的近接性を確保し、こうして、形成された異種重合体の良好な混合を達成するために、成分(A)及び(B)は好ましくは共同担体に塗布される。
本発明の触媒系を調製するために、成分(A)の1種及び成分(B)の1種及び/又は活性剤(C)を物理吸着又は化学反応、すなわち担体表面上の反応性基との成分の共有結合によって、担体(D)上に固定化することが好ましい。
担体成分(D)、錯体(A)、錯体(B)及び活性化化合物(C)を組み合わせる順番は、原則的に重要ではない。個々の処理工程の後、種々の中間体を脂肪族もしくは芳香族炭化水素などの適切な不活性溶媒で洗浄してもよい。
メタロセン錯体(A)、メタロセン錯体(B)及び活性化化合物(C)を互いに独立に、すなわち、連続的に又は同時に固定化してもよい。よって、担体成分(D)を最初に1又は複数の活性化化合物(C)と接触させてもよいし、又は担体成分(D)を最初にメタロセン錯体(A)及び/又はメタロセン錯体(B)と接触させてもよい。担体(D)と混合する前に、1以上の活性化化合物(C)によって錯体(A)を予備活性化させてもよい。メタロセン錯体(B)は、たとえばメタロセン錯体(A)及び活性化化合物(C)と同時に反応してもよいし、あるいは活性化化合物(C)によって別個に活性化されてもよい。予備活性化された錯体(B)は、予備活性化された錯体(A)の前又は後に担体に塗布することもできる。可能な一実施形態において、メタロセン錯体(A)及び/又は(B)は、担体材料の存在下で調製されてもよい。固定化するさらに別の方法は、担体への前塗布の有無にかかわらず、触媒系の予備重合である。
固定化は、固定化の後で濾過又は蒸発によって取り除くことができる不活性溶媒中で一般に行われる。個々の処理工程の後、溶媒を脂肪族もしくは芳香族炭化水素などの適切な不活性溶媒で洗浄し、乾燥してもよい。しかし、まだ湿気のある担持触媒を使用することもまた可能である。
担持された触媒系を調製する好ましい方法において、少なくとも1のメタロセン錯体(A)及びメタロセン錯体(B)を一緒に活性化化合物(C)と接触させ、続いて脱水素もしくは不動態化された担体材料(D)と混合してもよい。次いで、この方法で得られた製剤から溶媒を完全にもしくは部分的に取り除く。得られた担持された触媒系は、好ましくは乾燥されていない。なぜなら、この方法で得られた触媒はあまり自然発火性ではないからである。担持された触媒は、好ましくは流動自在な粉体として得られる。さらに別の好ましい実施形態は、最初に活性化化合物(C)を担体成分(D)上に製造し、続いて、この担持された化合物を錯体(A)及び錯体(B)と接触させることを含む。
担体成分(D)として、任意の有機もしくは無機固体でよい微細分割担体を用いることが好ましい。特に、担体成分(D)は、タルクなどの多孔性担体、モンモリロナイトなどのシート状シリケート、マイカ、無機酸化物又は微細分割重合体粉末(たとえば、ポリオレフィン又は極性官能基を有する重合体)でよい。
用いられる担体材料は、好ましくは10〜1000m2/gの範囲にある比表面積、0.1〜5ml/gの範囲にある細孔容積及び1〜500μmの範囲にある平均粒径を有する。50〜700m2/gの範囲にある比表面積、0.4〜3.5ml/gの範囲にある細孔容積及び5〜350μmの範囲にある平均粒径を有する担体が好ましい。200〜550m2/gの範囲にある比表面積、0.5〜3.0ml/gの範囲にある細孔容積及び10〜150μmの平均粒径を有する担体が特に好ましい。
メタロセン錯体(A)は、担体(D)1グラムあたり最終的な触媒系中メタロセン錯体(A)からの遷移金属の濃度が1〜200μmol、好ましくは5〜100μmol、特に好ましくは10〜70μmolとなる量で塗布されることが好ましい。錯体(B)は、担体(D)1グラム当たり最終的な触媒系中メタロセン錯体(B)からの遷移金属の濃度が1〜200μmol、好ましくは5〜100μmol、特に好ましくは10〜70μmolとなる量で塗布されることが好ましい。
無機担体は、たとえば吸着された水を取り除くために熱処理に供されてもよい。このような乾燥処理は、一般に50〜1000℃、好ましくは100〜600℃の範囲にある温度で行われ、100〜200℃での乾燥は好ましくは減圧下及び/又は不活性ガス(たとえば窒素)のブランケット下で行われ、又は無機担体を200〜1000℃の温度でか焼してこの固体の所望の構造体を製造してもよく、及び/又は表面上に所望のOH濃度を設定してもよい。担体は、さらに金属アルキルなどの慣用のデシカント、好ましくはアルミニウムアルキル、クロロシラン又はSiCl4、あるいはメチルアルミノキサンを用いて化学的に処理されてもよい。適切な処理方法は、たとえば国際特許出願パンフレットWO 00/31090に記載されている。
無機担体材料は、化学的に修飾されてもよい。たとえば、シリカゲルをNH4SiF6又は他のフルオロ化剤で処理するとシリカゲル表面のフルオロ化をもたらし、シリカゲルを窒素含有基、フッ素含有基もしくは硫黄含有基で処理すると対応する修飾シリカゲル表面をもたらす。
微細分割ポリオレフィン粉末(たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリスチレン)などの有機担体材料もまた用いることができ、これらは同様に好ましくは付着水分、溶媒残渣又は他の不純物が適切な精製操作及び乾燥操作によって使用前に除かれている。官能基化重合体担体、たとえばポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系又はポリブチレン系を用いることもでき、これらの官能基、たとえばアンモニウム基又はヒドロキシ基を介して、触媒成分の少なくとも1種を固定化することができる。重合体ブレンドを用いることもまた可能である。
担体成分(D)として適切な無機酸化物は、元素周期表の第2族、第3族、第4族、第5族、第13族、第14族、第15族及び第16族の元素の酸化物の中に見いだすことができる。担体として好ましい酸化物の例としては、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム及び元素カルシウム、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム又はチタンの混合酸化物さらに対応する酸化物混合物を挙げることができる。単独又は上述の好ましい酸化担体との組み合わせで用いることができる他の無機酸化物は、たとえば、MgO、CaO、AlPO4、ZrO2、TiO2、B23又はこれらの混合物である。
さらに別の好ましい無機担体材料は、MgCl2などの無機ハライド、又はNa2CO3、K2CO3、CaCO3、MgCO3などの炭酸塩、Na2SO4、Al2(SO43、BaSO4などの硫酸塩、KNO3、Mg(NO32又はAl(NO33などの硝酸塩である。
オレフィン重合触媒用固体担体材料(D)として、シリカゲルを用いることが好ましい。なぜなら、この材料から、オレフィン重合用担体として適切な寸法及び構造の粒子が調製され得るからである。一次粒子として公知の小さな顆粒粒子の球形凝集体である噴霧乾燥シリカゲルは、特に有用であることが見出されている。シリカゲルは使用前に、乾燥されても及び/又はか焼されてもよい。
さらに別の好ましい担体(D)は、ヒドロタルサイト及びか焼ヒドロタルサイトである。鉱物学において、ヒドロタルサイトは、理論式:
Mg6Al2(OH)16CO3・4H2
を有する天然鉱物であり、その構造はブルース石Mg(OH)2の構造から誘導される。ブルース石は、八面ホールの第2層ごとに1個が占めている緻密充填ヒドロキシルイオンの2層の間で八面ホール(hole)内に金属イオンを有するシート構造に結晶化する。ヒドロタルサイトにおいて、いくつかのマグネシウムイオンは、アルミニウムイオンによって置換されていて、その結果、層のパケット(packet)は正電荷を得る。これは、間の層内に結晶水と一緒に位置づけられているアニオンによって補償される。
このようなシート構造は、マグネシウム−アルミニウムヒドロキシドばかりでなく、シート構造を有する一般式:
M(II)2x 2+M(III)2 3+(OH)4x+4・A2/n n-・zH2
の混合された金属ヒドロキシドにも一般に見出される。式中、M(II)はMg、Zn、Cu、Ni、Co、Mn、Ca及び/又はFeなどの二価金属であり、M(III)はAl、Fe、Co、Mn、La、Ce及び/又はCrなどの三価金属であり、xは0.5間隔で0.5〜10であり、Aは格子間アニオンであり、nは1〜8であってもよく、通常は1〜4の格子間アニオンの電荷であり、zは1〜6の整数、特に2〜4の整数である。可能な格子間アニオンは、アルコキシドアニオン、アルキルエーテル硫酸塩、アリールエーテル硫酸塩又はグリコールエーテル硫酸塩などの有機アニオン、特に炭酸塩、炭酸水素塩、硝酸塩、塩化物、硫酸塩又はB(OH)4 -などの無機アニオン、又はMo724 6-又はV1028 6-などのポリオキソ金属アニオンである。しかし、このようなアニオンの複数の混合物もまた存在していてもよい。
したがって、本発明の目的にとって、シート構造を有するこのような混合金属ヒドロキシドの全てをヒドロタルサイトとして考えるべきである。
か焼ヒドロタルサイトは、ヒドロタルサイトからか焼、すなわち加熱によって、調製することができ、これによって、所望のヒドロキシル基含有率を設定することができる。さらに、結晶構造もまた変化する。本発明に従って用いられるか焼ヒドロタルサイトの調製は、通常、180℃を超える温度で行われる。3〜24時間の時間、250℃〜1000℃、特に400℃〜700℃の温度でのか焼が好ましい。この工程の間、空気又は不活性ガスを固体上に通過させるか又は真空を与えることもできる。
加熱時に、天然又は合成のヒドロタルサイトから最初に水が除かれる、すなわち乾燥が生じる。さらなる加熱時、実際のか焼時に、金属ヒドロキシドはヒドロキシル基及び格子間アニオン類の脱離によって金属酸化物に変換される。OH基又は炭酸塩などの格子間アニオンは、か焼されたヒドロタルサイト内にまだ存在していてもよい。この測定は、強熱減量である。これは、最初に30分間200℃での乾燥炉内での工程、次に1時間950℃でのマッフル炉内での工程の2工程にて加熱されるサンプルが被る質量損失である。
よって、成分(D)として用いられるか焼されたヒドロタルサイトは、二価及び三価金属M(II)及びM(III)の混合酸化物であり、M(III)に対するM(II)のモル比は一般に0.5〜10の範囲、好ましくは0.75〜8、特に1〜4の範囲である。さらに、不純物、たとえばSi、Fe、Na、Ca又はTi及び塩化物及び硫酸塩の通常の量が存在していてもよい。
好ましいか焼されたヒドロタルサイト(D)は、M(II)がマグネシウムでありM(III)がアルミニウムである混合酸化物である。このようなアルミニウム−マグネシウム混合酸化物は、Condea Chemie GmbH(現Sasol Chemie),Hamburgから商標Puralox Mgとして入手可能である。
構造変換が完全又は実質的に完全であるか焼されたヒドロタルサイトが好ましい。か焼、すなわち構造の変換は、たとえばX線回折パターンによって確認することができる。
用いられるヒドロタルサイト、か焼されたヒドロタルサイトもしくはシリカゲルは、一般に、5〜200μm、好ましくは10〜150μm、特に好ましくは15〜100μm、特に20〜70μmの平均粒径D50を有し、通常は0.1〜10cm3/g、好ましくは0.2〜5cm3/gの細孔容積及び30〜1000m2/g、好ましくは50〜800m2/g、特に100〜600m2/gの比表面積を有する微細分割粉末として用いられる。メタロセン錯体(A)又は(B)は、好ましくは、最終的な触媒系中メタロセン錯体(A)又は(B)からの遷移金属の濃度が担体(D)1グラム当たり1〜100μmol、好ましくは5〜80μmol、特に好ましくは10〜60μmolの量で適用される。
触媒系は、追加の成分(E)として、一般式(XX):
(式中、MGは、Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、亜鉛、特にLi、Na、K、Mg、ホウ素、アルミニウム又はZnであり、
1Gは、水素、C1〜C10−アルキル、C6〜C15−アリール、それぞれアルキル基中1〜10個の炭素原子を有しアリール基中6〜20個の炭素原子を有するアルキルアリール又はアリールアルキルであり、
2G及びR3Gは、それぞれ水素、ハロゲン、C1〜C10−アルキル、C6〜C15−アリール、それぞれアルキル基中1〜20個の炭素原子を有しアリール基中6〜20個の炭素原子を有するアルキルアリール、アリールアルキル又はアルコキシ、又はC1〜C10−アルキル又はC6〜C15−アリールを含むアルコキシであり、
Gは、1〜3の整数であり、
G及びtGは0〜2の整数であり、合計rG+sG+tGはMGの価数に対応する)
の金属化合物をさらに含んでいてもよい。ここで、成分(E)は、通常は成分(C)と同一ではない。式(XX)の種々の金属化合物の混合物を用いることもできる。
式(XX)の金属化合物の中でも、MGがリチウム、マグネシウム、ホウ素又はアルミニウムであり、R1GがC1〜C20−アルキルであるものが好ましい。
特に好ましい式(XX)の金属化合物は、メチルリチウム、エチルリチウム、n−ブチルリチウム、メチルマグネシウムクロリド、メチルマグネシウムブロミド、エチルマグネシウムクロリド、エチルマグネシウムブロミド、ブチルマグネシウムクロリド、ジメチルマグネシウム、ジエチルマグネシウム、ジブチルマグネシウム、n−ブチル−n−オクチルマグネシウム、n−ブチル−n−ヘプチルマグネシウム、特にn−ブチル−n−オクチルマグネシウム、トリ−n−ヘキシルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ−n−ブチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムクロリド、ジメチルアルミニウムフルオライド、メチルアルミニウムジクロリド、メチルアルミニウムセスキクロリド、ジエチルアルミニウムクロリド及びトリメチルアルミニウム及びこれらの混合物である。アルミニウムアルキルのアルコールによる部分加水分解生成物も用いることができる。
金属化合物(E)が用いられる場合には、式(XX)からのMG:メタロセン錯体(A)及びメタロセン錯体(B)からの遷移金属の合計のモル比が3000:1〜0.1:1の範囲、好ましくは800:1〜0.2:1、特に好ましくは100:1〜1:1の量で触媒系内に存在することが好ましい。
一般に、一般式(XX)の金属化合物(E)は、オレフィン類の重合もしくは共重合用触媒系の成分として用いられる。ここで、金属化合物(E)は、たとえば、担体(D)を含む触媒固体を調製するために用いられてもよく、及び/又は重合中もしくは重合の直前に添加されてもよい。用いられる金属化合物(E)は、同一又は異なっていてよい。特に触媒固体がいかなる活性化成分(C)をも含まない場合、触媒系は、触媒固体に加えて、触媒固体中に存在する任意の化合物(E)と同一又は異なっている1以上の活性化化合物(C)を含むことも可能である。
成分(E)は、同様に、成分(A)、(B)及び場合によっては(C)及び(D)と任意の順番で反応し得る。成分(A)は、たとえば、重合されるべきオレフィン類と接触する前又は後のいずれかで、1又は複数の成分(C)及び/又は(D)と接触してもよい。オレフィン類と混合する前の1以上の成分(C)による予備活性化及びこの混合物がオレフィンと接触した後での同一又は他の成分(C)及び/又は(D)のさらなる添加もまた可能である。予備活性化は、一般に、10〜100℃、好ましくは20〜80℃の温度で行われる。
別の好ましい実施形態において、触媒固体は、成分(A)、(B)、(C)及び(D)から上述のように調製され、これは重合中、重合の初期又は重合の直前に成分(E)と接触する。最初に(E)を重合されるべきα−オレフィンと接触させ、続いて上述のように成分(A)、(B)、(C)及び(D)を含む触媒固体を添加することが好ましい。
さらに別の好ましい実施形態において、担体(D)は最初に成分(E)と接触し、次いで、成分(A)及び(B)及びさらなる活性剤(C)が上述のように扱われる。
触媒系にとって、最初にα−オレフィン類、好ましくは直鎖C2〜C10−1−アルケン類、特にエチレンもしくはプロピレンと予備重合され、次いで、得られる予備重合された触媒固体を実際の重合で用いることも可能である。予備重合で用いられる触媒固体:重合されるモノマーの質量比は、通常、1:0.1〜1:1000の範囲、好ましくは1:1〜1:200の範囲である。
さらに、少量のオレフィン、好ましくはα−オレフィン、たとえばビニルシクロヘキサン、スチレン又はフェニルジメチルビニルシランを改質された成分として、帯電防止剤又はワックスもしくはオイルなどの適切な不活性化合物を添加剤として、触媒系の調製中又は調製後に添加してもよい。添加剤:メタロセン錯体(A)及びメタロセン錯体(B)の合計のモル比は、通常、1:1000〜1000:1の範囲、好ましくは1:5〜20:1の範囲にある。
本発明の触媒組成物又は触媒系は、有利な用途及び処理特性を有する本発明のポリエチレンの調製に適切である。
本発明のポリエチレンを調製するために、エチレンは、上述のように3〜12個の炭素原子を有するα−オレフィンと重合される。
本発明の共重合プロセスにおいて、エチレンは、3〜12個の炭素原子を有するα−オレフィンと重合される。好ましいα−オレフィン類は、直鎖もしくは分枝C2〜C10−1−アルケン類、特にエテン、プロペン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセンなどの直鎖C2〜C10−1−アルケン類、又は4−メチル−1−ペンテンなどの分枝C2〜C10−1−アルケン類である。特に好ましいα−オレフィン類は、C4〜C10−1−アルケン類、特に直鎖C6〜C8−1−アルケン類である。種々のα−オレフィン類の混合物を重合することも可能である。エテン、プロペン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン及び1−デセンからなる群より選択される少なくとも1のα−オレフィンを重合することが好ましい。少なくとも50mol%のエテンを含むモノマー混合物を用いることが好ましい。
本発明のα−オレフィンとのエチレンの重合プロセスは、−60〜350℃、好ましくは0〜200℃、特に好ましくは25〜150℃の範囲の温度、0.5〜4000bar、好ましくは1〜100bar、特に好ましくは3〜40barの圧力下のすべての産業上公知の重合プロセスを用いて行うことができる。重合は、オレフィン類の重合に用いられる慣用の反応器内でのバルク中、懸濁中、気相中又は臨界媒体中での公知の態様で行うことができる。バッチで行うこともできるし、又は好ましくは1以上の工程で連続的に行うこともできる。管状反応器又はオートクレーブ内での高圧重合プロセス、溶液プロセス、懸濁プロセス、撹拌気相プロセス又は気相流動床プロセスはすべて可能である。
重合は、通常は、−60〜350℃の範囲、好ましくは20〜300℃の範囲の温度、0.5〜4000barの圧力下で行われる。平均滞留時間は、通常0.5〜5時間、好ましくは0.5〜3時間である。重合を行うに有利な圧力及び温度範囲は、通常、重合方法に依存する。1000〜4000bar、特に2000〜3500barの圧力で行われる高圧重合プロセスの場合、高重合温度が一般に設定される。これらの高圧重合プロセスに有利な温度範囲は、200〜320℃、特に220〜290℃である。低圧重合プロセスの場合、ポリマーの軟化温度よりも少なくとも数度低い温度が一般に設定される。特に、50〜180℃、好ましくは70〜120℃の温度がこれらの重合プロセスに設定される。懸濁重合の場合、重合は、通常、懸濁媒体中、好ましくはイソブタンなどの不活性炭化水素中もしくは炭化水素の混合物又はモノマー自身中で行われる。重合温度は一般に−20〜115℃の範囲であり、圧力は一般に1〜100barの範囲である。懸濁の固体含有率は、一般に10〜80%の範囲である。重合は、たとえば撹拌オートクレーブ内などでのバッチ態様もしくは管状反応器内、好ましくはループ反応器内などの連続態様で行われてもよい。米国特許US−A 3242150及びUS−A 3248179に記載されているようなPhillips PFプロセスを用いることが特に好ましい。気相重合は、一般に30〜125℃、1〜50barの圧力で行われる。
言及した重合プロセスの中でも、特に気相流動床反応器内での気相重合、特にループ反応器内及び撹拌槽反応器内での溶液重合及び懸濁重合が特に好ましい。気相重合は、循環ガスの一部が露点以下まで冷却され、二相混合物として反応器に再循環される凝縮モードもしくは過凝縮(supercondensed)モードで行われてもよい。2つの重合ゾーンが互いに結合されている多重ゾーン反応器を用いることもでき、ポリマーはこれら2つのゾーンを多数回通過する。2つのゾーンは、異なる重合条件を有していてもよい。このような反応器は、たとえば国際特許出願パンフレットWO 97/04015に記載されている。2以上の同一又は異なるプロセスを用いる平行な反応器配列もまた可能である。さらに、モル質量調節剤、たとえば水素、又は帯電防止剤などの慣用の添加剤を重合に用いることもできる。
重合は、好ましくは単独反応器内で、特に1の気相反応器内で行われる。本発明のポリエチレンは、本発明の触媒の結果として、3〜10個の炭素原子を有するα−オレフィンとのエチレンの重合により得られる。反応器から直接得られるポリエチレン粉末は、非常に高い均質性を有しているので、カスケードプロセスとは異なり、均質生成物を得るための続いての押出が必要ではない。
個々の成分を念入りに混合するか又はエクストルーダー又はニーダーによる溶融押出によるポリマーブレンドの製造(たとえば、"Polymer Blends" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition, 1998, Electronic Release参照)は、特に困難性を伴うことが多い。二峰性ポリエチレンブレンドの高分子量成分及び低分子量成分の溶融粘度は極端に異なる。低分子量成分は約190〜210℃のブレンドの製造のための慣用の温度で完全に流体になるが、高分子量成分はわずかに軟化するだけである(「平豆のスープ」)。よって2種の成分の均質混合は、非常に困難である。加えて、エクストルーダー内での熱応力及び剪断力により高分子量成分は容易に損傷を受けやすく、ブレンドの特性が劣化することが知られている。したがって、このようなポリエチレンブレンドの混合物の品質は満足できないことが多い。
反応器から直接得られるポリエチレン粉末の混合の品質は、光学顕微鏡でサンプルの薄片(「マイクロトーム切片」)を評価することによって試験することができる。不均質さは、しみ、すなわち「白色スポット」の形態で現れる。しみ、すなわち「白色スポット」は、主に、低粘度マトリックス中の高分子量高粘度粒子である(たとえば、U. Burkhardt et al. in "Aufbereiten von Polymeren mit neuartigen Eigenschaften", VDI-Verlag, Dusseldorf 1995, p 71参照)。このような内包物は300μm以下の寸法に達し得るので、応力破壊を引き起こし、結果的に成分の脆性破壊をもたらす。ポリマーの混合の品質が良好であるほど、これらの内包物は少なく小さい。ポリマーの混合の品質は、ISO 13949に準拠して定量的に決定される。測定方法は、ポリマーのサンプルからマイクロトーム切片を作り、これらの内包物の数及び寸法を計測/測定し、ポリマーの混合の品質のグレードを規定の評価スキームに準拠して割り当てる。
本発明の反応器内でのポリエチレンの直接調製は、エネルギー消費を削減し、続くブレンドプロセスを不要とし、種々のポリマーの分子量分布及び分子量分画の簡易制御を可能とする。加えて、ポリエチレンの良好な混合が達成される。
以下の実施例は本発明の範囲を制限することなく本発明を説明する。
記載されている計測値は以下の方法で決定した。
NMRサンプルを不活性ガス下で分散させ、適切な場合には火炎をシールドした。溶媒信号は、1H−及び13C−NMRスペクトルでの内部標準として作用し、次いで化学シフトをTMSに対する化学シフトに変換した。
1000個の炭素原子あたりの分枝は、James C Randall, JMS-REV Macromol Chem Phys , C29 (2&3), 201-317 (1989)に記載されているような13C−NMRにより決定し、1000個の炭素原子あたりの末端基を含む総CH3基含有量に基づいている。1000個の炭素原子あたりのCH3よりも長い側鎖は、同様に決定する(末端基を除く)。
1000個炭素原子当たりの内部トランス二重結合−CH=CH−(以後、トランスビニル基という)の含有量はASTM D 6248−98に準拠して決定する。
密度[g/cm3]は、ISO 1183に準拠して決定した。
モル質量分布及び平均Mn、Mwの決定及びこれらから誘導されるMw/Mnは、DIN 55672に基づく方法を用いて、直列カラム:3×SHODEX AT 806 MS、1×SHODEX UT 807及び1×SHODEX AT-Gを有するWATERS 150 Cで、溶媒:1,2,4−トリクロロベンゼン(0.025wt%の2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールで安定化した)、流量:1ml/min、500μl注入量、温度:135℃、PE標準を用いる較正の条件で、高温ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって行った。評価は、WIN−GPCを用いて行った。
本発明のために、「MI」とは公知の態様で「メルト・インデックス」を意味し、ISO 1133に準拠して、常に190℃、負荷2.16kg(190℃/2.16kg)で決定される。
スパイラル試験は、閉鎖力100t及び3mmダイを用いるDemag ET100-310で行い、溶融温度230℃、射出圧力1000bar、送り速度90mm/s、型温度30℃、壁厚2mmで測定した。
光沢測定用の種は、ねじ直径30mm及び射出圧力2200barを用いるEngel射出成形装置ES 330/80 HLで製造した。ローラー温度は225℃、射出速度は50mm/s、保持時間は20秒間、冷却時間は30秒間、保持圧力は687bar、送り速度は116rpmであった。種は5.8cm×5.8cm×1mmの寸法であった。
ヘイズは、ASTM D 1003−00に準拠して、BYK Gardener Haze Guard Plus Deviceで、10×10cmの寸法及び厚さ1mmを有する少なくとも5枚のプレート上で測定した。
−20℃での器具落下質量衝撃テストとして決定される耐衝撃性は、ISO 6603に準拠して行う。
下記表中の略号:
Cat.:触媒
T(poly):重合温度
w:質量平均分子量
n:数平均分子量
Density:ポリマー密度
Prod.:1時間あたり使用された触媒1gあたりに得られるポリマー(g)で示される触媒の生産率
CH3/1000Cは、1000個の炭素原子当たりのCH3基(末端基を含む)の総含有量に基づく。
t-Vinyl/1000Cは、1000個の炭素原子あたり内部トランス二重結合の含有量に基づく。
Polymer ex.は実施例からのポリマーを意味する。
[個々の成分の調製]
ビスインデニルジルコニウムジクロリド及びエチレンビス(テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリドは、Cromptonから入手可能である。
[担体の調製]
XPO−2107、すなわちGraceからの噴霧乾燥シリカゲルを600℃で6時間かけて焼いた。
[実施例1]
混合触媒系の調製
39.2gのビスインデニルジルコニウムジクロリド及び51.2gのエチレンビス(テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリドの混合物を5.2リットルのMAOトルエン溶液(トルエン中4.75M、Albermarle)中に溶解し、60分間撹拌した。溶液を4gのシリカゲル(XPO 2107、600℃で6時間か焼した)に30分間撹拌しながら噴霧した。ラインを0.5リットルのトルエンでリンスした。さらに1時間、室温で撹拌した後、触媒をパッケージした。9.45kgの触媒系が得られた。残留水分量は最終触媒(総量に基づき、全成分を担体に塗布したものを基準として計算した)を基準として44.7wt%、Al含有量は6.1g/100g最終触媒、Zr含有量は0.23g/100g最終触媒であった。
[重合]
エチレン−ヘキセンコポリマーを、1時間あたり30.1kg生成物の生産量を有する連続運転の気相流動床反応器内で、実施例1からの触媒系を用いて、反応器圧力20bar、反応器温度95℃で調製した。35.5kg/hourの速度でエチレンを反応器に供給し、1時間あたり177gの1−ヘキセン及び1時間あたり25リットルの水素を反応に導入した。さらに、1時間あたり4.8kgのプロパン、1時間あたり0.32kgの窒素、1時間あたり0.5gのトリイソブチルアルミニウム及び1時間あたり0.22gのCostelan AS100をヘプタン溶液として計量した。実施例1からの担持された触媒系を固体として1時間あたり10.78gの量で反応器に計量した。得られたポリマーの特性はtable 1にまとめた。
[比較例1]
欧州特許出願公開EP−A−739937に記載されているようなチーグラー(Ziegler)触媒を懸濁カスケード反応器内での1−ブテンによるエチレンの重合に用いた。エチレンと水素との混合物だけをカスケードの第1反応器内で重合し、0.8wt%の1−ブテンを含むエチレン/1−ブテン混合物を第2反応器内で共重合した。生成物データをtable 1に示す。
各場合において、ツインスクリューエクストルーダー(Werner & Pfleiderer、screw combination 54B付ZSK 40)を用いて、ポリマー粉末を均質化しペレット化した。処理温度は220℃、スクリューの回転速度は300rpm、最大処理量80kg/hourであった。1500ppmのIrganox B215をポリマー粉末に混合して安定化させた。
ポリマー粉末をスパイラル試験に供し、さらに別の部分を処理して機械的試験及び光学的試験のためのプレートを得た。
本発明の触媒系を用いて調製したポリエチレンは、良好な光学的特性と良好な流れ特性を示す。

Claims (8)

  1. 成形組成物の密度が0.940〜0.96g/cm3の範囲にあり、MIが0.5〜10g/10minの範囲にあり、多分散度Mw/Mnが〜20の範囲にあり、1000個の炭素原子あたりの分枝が0.1〜10の範囲にあり、質量平均分子量Mwが50000g/mol〜150000g/molの範囲にある、エチレン重合体系単峰性成形組成物。
  2. 1000個の炭素原子あたりの分枝は0.2〜5の範囲にある、請求項1に記載の単峰性成形組成物。
  3. 多分散度Mw/Mnは3.2〜9の範囲にある、請求項1又は2に記載の単峰性成形組成物。
  4. 50%未満のCDBIを有する、請求項1〜3のいずれかに記載の単峰性成形組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の単峰性成形組成物を含む射出成形体。
  6. ASTM D 1003−00に準拠するヘイズが80%未満である請求項5に記載の射出成形体。
  7. スクリュークロージャー又はパイプ取り付け用具の形態である請求項5又は6に記載の射出成形体。
  8. 請求項1〜4のいずれかに記載の単峰性成形組成物を含むスクリュークロージャー(screw closure)。
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