JP2009544819A - フルオレニル触媒組成物およびオレフィン重合方法 - Google Patents

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Abstract

式:
B(Cp)(Fl)MQ
[式中、Mは金属を含んで成り、Qはハロゲン、アルキル基またはアリール基またはこれらの組み合わせを含んで成り、Cpはシクロペンタジエニル基を含んで成り、Flはフルオレニル基を含んで成り、Bは一般式−YRH(ここで、YはCまたはSiを含んで成り、そしてRはアルキル基、アリール基、ポリ−アリール基またはこれらの組み合わせを含んで成る)で特徴付け可能な橋渡し基である]
で特徴付けられる触媒成分と1種以上のオレフィンをポリオレフィンが生じるに適切な反応条件下の反応ゾーン内で接触させることを含んで成るオレフィン重合方法。

Description

本開示はオレフィン重合用触媒系に関する。より具体的には、本開示はメタロセン触媒系およびそれを用いて生じさせた重合体に関する。
オレフィンの重合体および共重合体、例えばポリエチレン、ポリプロピレンおよびエチレン−プロピレンなどの製造は、様々な重合用触媒を用いて様々な重合条件下で実施可能である。Cまたはそれ以上のアルファオレフィンの場合、結果としてもたらされる重合体は立体規則性を示す可能性がある。例えば、プロピレンの場合のポリプロピレン生成物はイソタクティック性を示す可能性があり、この場合には、連続単量体単位の第三級炭素原子と結合している各メチル基は重合体主鎖を貫く仮想面の同じ側に位置する。ポリプロピレンはまたシンジオタクテック性を示す可能性もあり、この場合には、連続単量体単位の第三級炭素原子と結合しているメチル基はラセミ型ダイアドとして配列している。言い換えれば、イソタクティックポリプロピレンの中のメチル基は重合体バックボーンの同じ側に存在する一方、シンジオタクテックポリプロピレンの中のメチル基は重合体バックボーンの交互側に存在する。メチル基が重合体バックボーンに関して全く規則的に配列していない重合体はアタクティックである。重合体生成物が示す立体規則性は前記生成物の物理的および機械的両方の特性に影響を与える。
フルオレニル型のメタロセン触媒はオレフィン重合体の重合、例えばエチレン、プロピレンおよびそれより高級のオレフィンまたは他のエチレン系不飽和単量体を重合させてホモ重合体または共重合体を生じさせようとする時などに有効な触媒である。フルオレニル型のメタロセンは、一般に、金属原子への配位子として働くシクロペンタジエニル基とフルオレニル基が橋渡しされていることを特徴とする。あるフルオレニル型のメタロセン触媒が有するフルオレニル基、シクロペンタジエニル基または橋渡し部分上の置換基または置換基の位置を変えると非常に異なる物性を有する重合体がもたらされる可能性がある。例えば、フルオレニル型メタロセン触媒のある異性体を用いるとイソタクティックポリプロピレンがもたらされる可能性がある一方、前記触媒の別の異性体を用いるとシンジオタクテックポリプロピレンがもたらされる可能性がある。加うるに、ポリプロピレン組成物の特性、例えば分子量および融点なども変わる可能性があり、その結果として、重合体の機械特性および有用性も変わる可能性がある。
このように、物性、例えば分子量および融点などが異なる立体規則的ポリプロピレン組成物をもたらし得る触媒が継続して求められている。
いくつかの態様の簡単な要約
本明細書ではオレフィン重合方法を開示し、この方法は、式:
B(Cp)(Fl)MQ
[式中、Mは金属を含んで成り、Qはハロゲン、アルキル基またはアリール基またはこれらの組み合わせを含んで成り、Cpはシクロペンタジエニル基を含んで成り、Flはフルオレニル基を含んで成り、Bは一般式−YRH、ここで、YはCまたはSiを含んで成り、そしてRはアルキル基、アリール基、ポリ−アリール基またはこれらの組み合わせを含んで成る、で特徴付け可能な橋渡し基である]
で特徴付けられる触媒成分と1種以上のオレフィンをポリオレフィンが生じるに適切な反応条件下の反応ゾーン内で接触させることを含んで成る。
この上に以下に示す態様の詳細な説明がより良好に理解され得るようにする目的で本開示の特徴および技術的利点のかなり幅広い概略を示してきた。本開示の請求項の主題を構成する前記態様の追加的特徴および利点を本明細書の以下に記述する。当技術分野の技術者は、本開示の前記目的を実施する目的で修飾を行うか或は他の構造物を考案する基礎としてその開示した概念および具体的態様を容易に利用することができると理解するべきである。また、当技術分野の技術者は、そのような相当する創成は添付請求項に示す如き本開示の精神および範囲から逸脱しないことも理解すべきである。
図1は、触媒の活性を供給材料中のエチレン濃度と対比させてプロットした図である。 図2は、供給材料中のエチレンパーセントを触媒Aを用いて生じさせた重合体が示したメルトフロー温度と対比させてプロットした図である。 図3は、水素濃度を触媒Eが示した触媒活性と対比させてプロットした図である。 図4は、触媒Eが示した触媒活性を重合体の分子量と対比させてプロットした図である。 図5は、水素濃度を触媒Eを用いて生じさせ重合体が示した分子量と対比させてプロットした図である。 図6は、供給材料中のエチレン濃度を触媒Eが示した触媒活性と対比させてプロットした図である。 図7は、供給材料中のエチレン濃度を触媒Eを用いて生じさせた重合体が示した重合体分子量と対比させてプロットした図である。 図8は、供給材料中のエチレン濃度を触媒Eを用いて生じさせた重合体が示した共重合体組成中のエチレン濃度と対比させてプロットした図である。 図9は、異なる数種のメタロセン触媒を用いて生じさせたイソタクティックポリプロピレンが示した溶融温度を比較するプロット図である。 図10は、異なる数種のメタロセン触媒を用いて生じさせたイソタクティックポリプロピレンが示した分子量を比較するプロット図である。 図11は、異なる数種のメタロセン触媒を用いて生じさせたランダムエチレン/プロピレン共重合体が示した分子量を比較するプロット図である。 図12は、異なる数種のメタロセン触媒を用いて生じさせたランダムエチレン/プロピレン共重合体が示した溶融温度を比較するプロット図である。 図13は、供給材料中のエチレン濃度を触媒Hを用いて生じさせたランダムエチレン/プロピレン共重合体に関する触媒活性と対比させてプロットした図である。 図14は、供給材料中のエチレン濃度を触媒Hを用いて生じさせたランダムエチレン/プロピレン共重合体が示した重合体分子量と対比させてプロットした図である。 図15は、供給材料中のエチレン濃度を触媒Hを用いて生じさせたランダムエチレン/プロピレン共重合体が示した重合体溶融温度と対比させてプロットした図である。 図16は、供給材料中のエチレン濃度を触媒Hを用いて生じさせたランダムエチレン/プロピレン共重合体の重合体組成物が示したキシレン可溶物パーセントと対比させてプロットした図である。 図17は、水素濃度が触媒Kを用いて生じさせた重合体が示す融点に対して示した影響をプロットした図である。 図18は、水素濃度が触媒Kを用いて生じさせた重合体が示すメルトフローに対して示した影響をプロットした図である。 図19は、供給材料中のエチレン濃度を触媒Kを用いて生じさせたエチレン/プロピレンランダム共重合体に関する触媒活性と対比させてプロットした図である。 図20は、供給材料中のエチレン濃度を触媒Kを用いて生じさせたエチレン/プロピレンランダム共重合体の重合体組成物が示したメルトフローと対比させてプロットした図である。 図21は、触媒Kを用いて生じさせたエチレン/プロピレンランダム共重合体の重合体組成物中のエチレン濃度をこの重合体の溶融温度と対比させてプロットした図である。 図22は、供給材料中のエチレン濃度を触媒Kを用いて生じさせたエチレン/プロピレンランダム共重合体が示した重合体組成中のエチレン濃度と対比させてプロットした図である。
本明細書で用いる如きいろいろな用語を以下に示す。ある請求項で用いる用語を以下に定義しない場合、その度合で、関係する技術分野の技術者が印刷された出版物および発行された特許に示されているようにその用語に与える最も幅広い定義をそれに与えるべきである。その上、特に明記しない限り、本明細書に記述する化合物は全部置換されているか或は置換されていなくてもよくかつ化合物のリストにはそれらの誘導体も含まれる。
用語“活性”は、一般に、標準的条件のセット下で反応1時間当たりに工程で用いる触媒の重量当たりに生じた生成物の重量(例えば生成物のグラム数/触媒1グラム/時)を指す。
用語“置換”は、化学的化合物の中の水素に置き換わった原子、ラジカルまたは基(group)を指す。
用語“均一重合”は、反応装置内の反応体と同じ相の中に存在する触媒(例えば液相反応内の溶液の状態の触媒)と接触させることによる重合を指す。
用語“タクティシティ(tacticity)”は、重合体の中のペンダント型基の配置を指す。例えば、重合体のペンダント型基が重合体鎖の両側に無作為な様式で位置している時の重合体は“アタクティック”である。それとは対照的に、重合体のペンダント型基の全部が鎖の同じ側に配列している時の重合体は“イソタクティック”であり、そして重合体のペンダント型基が鎖の相対する側に交互に存在する時の重合体は“シンジオタクテック”である。
本明細書で用いる如き“イソタクティック性”はメソペンタドを用いた13C NMR分光法で測定したものであり、それをメソペンタドのパーセント(%mmmm)として表す。本明細書で用いる如き用語“メソペンタド”は、重合体鎖の同じ側に連続的に位置するメチル基を指す。
本明細書で用いる如き“分子量分布”は、重合体が示す数平均分子量に対する重量平均分子量の比率(Mw/Mn)であり、これをまた多分散指数とも呼ぶ。
本明細書で用いる如き“溶融温度”は、ASTM D 3418−99の修飾バージョンを用いた示差走査熱量法で測定した溶融温度である。具体的には、重量が5から10gの範囲のサンプルの場合には下記の標準的試験条件を包含させた:サンプルを50℃から210℃に加熱することで前記サンプルの熱履歴を消去した後に前記サンプルを210℃に5分間保持する。次に、前記サンプルを50℃に冷却することで再結晶化を誘発した後、それに2回目の溶融を50℃から190℃の範囲の温度で受けさせる。このような温度変化の各々で温度を10℃/分の速度で上昇させる。
本明細書では、オレフィン重合用触媒および触媒系を開示する。本明細書に示す触媒系は、反応速度が速くなるように一致協力して働く1種以上の化学物質を指す。前記触媒系はメタロセン触媒を含有して成っていてもよい。メタロセン触媒は、一般に、π結合を通
して遷移金属に配位している1個以上のシクロペンタジエニル(Cp)基(これは置換されているか或は置換されていなくてもよく、各置換基は同じまたは異なってもよい)が組み込まれている配位化合物であるとして特徴付け可能である。
1つの態様におけるオレフィン重合で用いる触媒は、少なくとも1個のシクロペンタジエニル配位子、少なくとも1個のフルオレニル配位子、少なくとも1個の橋渡し配位子および少なくとも1個の金属を含有して成る。そのような触媒を本明細書では集合的にフルオレニルメタロセン触媒(FMC)と呼ぶ。FMCの成分の各々を本明細書により詳細に記述する。このFMCを1種以上の共触媒と一緒に用いることでオレフィン、例えばアルファオレフィンなどから前記オレフィンのホモ重合体または共重合体を生じさせる重合に有効な触媒系を生じさせることができる。この開示する触媒は立体規則的(stereoregular)重合体生成物、例えばイソタクティックポリプロピレンなどの製造で使用可能である。
1つの態様におけるオレフィン重合用FMCは、一般式:
B(Cp)(Fl)MQ
[式中、Mは金属を含んで成り、Qはハロゲン、アルキル基、アリール基またはこれらの組み合わせを含んで成っていてもよく、Cpはシクロペンタジエニル基であり、Flはフルオレニル基であり、そしてBはCpとFlの間に位置していてこの触媒に立体剛性を与える構造ブリッジである]
で表され得る。いくつかの態様において、B、Q、Flまたはこれらの任意組み合わせは置換されていてもよい。他の態様において、B、Q、Flまたはこれらの任意組み合わせは、本明細書の以下に詳細に記述するように、置換されていなくてもよい。
1つの態様におけるオレフィン重合用FMCはシクロペンタジエニル基(Cp)を含有して成る。1つの態様におけるCp基は置換されておらず、別の態様におけるCpは置換されている。Cp基が置換されている態様におけるCp基は、所望の重合体生成物をもたらし得るように、置換基をいずれかの数で有しそして/またはいずれかの位置に持っていてもよい。特に明記しない限り、Cp上の置換基には、脂肪族基;芳香族基;環式基;これらの任意組み合わせまたはこれらの任意置換誘導体(これには、これらに限定するものでないが、ハロゲン化物、アルコキサイドまたはアミド置換誘導体が含まれ、これらの中のいずれも炭素原子数は1から20である);または水素が含まれ得る。脂肪族基の例には、各場合とも、これらに限定するものでないが、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルカジエニル基、環式基などが含まれ、かつこれらのあらゆる置換、非置換、分枝および直鎖類似物または誘導体が含まれ、これらの炭素原子数は各場合とも1から20である。このように、脂肪族基には、これらに限定するものでないが、ヒドロカルビル、例えばパラフィンおよびアルケニルなどが含まれる。Cpの置換基は同一または異なってもよく、それらには水素基、アルキル(例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル(例えばt−ブチル)、ペンチル、ヘキシル、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、ベンジル、フェニル、メチルフェニル、t−ブチルフェニル、クロロベンジル、ジメチルホスフィンおよびメチルフェニルホスフィン)、アルケニル(例えば3−ブテニル、2−プロペニルおよび5−ヘキセニル)、アルキニル、シクロアルキル(例えばシクロペンチルおよびシクロヘキシル)、アリール(例えばトリメチルシリル、トリメチルゲルミル、メチルジエチルシリル、アシル、アロイル(aroyls)、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)シリルおよびブロモメチルジメチルゲルミル)、アルコキシ(例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシおよびフェノキシ)、アリールオキシ、アルキルチオール、ジアルキルアミン(例えばジメチルアミンおよびジフェニルアミン)、アルキルアミド、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、カルバモイル、アルキル−およびジアルキル−カルバモイル、アシルオキシ、アシルアミノ、アロイルアミノ(aroylamino)、有機半金属(organometalloid)基(例えばジメチルホウ素)、15族および16族の基(例えばメチルスルフィドおよびエチルスルフィド)およびこれらの組み合わせなどが含まれ得る。特定の態様におけるCp基は、3位がt−ブチル基で一置換されている。そのような態様におけるCp基はさらなる置換基を持っていてもよいか或は持っていなくてもよい。
1つの態様におけるオレフィン重合用FMCはフルオレニル基(Fl)を含有して成る。フルオレニル基は式(I):
Figure 2009544819
に示す化学式および番号付けスキームで特徴付け可能である。
この番号付けスキームにおける9はブリッジヘッドの炭素原子を示す。置換基の受け入れで利用可能な残りの炭素原子をフルオレニル配位子が有する一方のフェニル基上の番号1−4およびフルオレニル配位子が有するもう一方のフェニル基上の番号5−8で示す。
1つの態様におけるFl基は置換されておらず、別の態様におけるFl基は置換されている。Fl基が置換されている態様におけるFl基は、所望の重合体生成物をもたらし得るように、置換基をいずれかの数で有しそして/またはいずれかの位置に持っていてもよい。特に明記しない限り、Flに持たせる置換基には、脂肪族基;芳香族基;環式基;これらの任意組み合わせ;これらの任意置換誘導体(これには、これらに限定するものでないが、ハライド、アルコキサイドまたはアミド置換誘導体が含まれ、これらはいずれも炭素原子数が1から20である);または水素が含まれ得る。脂肪族基の例には、各場合とも、これらに限定するものでないが、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルカジエニル基、環式基などが含まれ、かつこれらのあらゆる置換、非置換、分枝および直鎖類似物または誘導体が含まれ、これらの炭素原子数は各場合とも1から20である。このように、脂肪族基には、これらに限定するものでないが、ヒドロカルビル、例えばパラフィンおよびアルケニルなどが含まれる。Flの置換基は同一または異なってもよく、それには水素基、アルキル(例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル(例えばt−ブチル)、ペンチル、ヘキシル、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、ベンジル、フェニル、メチルフェニル、t−ブチルフェニル、クロロベンジル、ジメチルホスフィンおよびメチルフェニルホスフィン)、アルケニル(例えば3−ブテニル、2−プロペニルおよび5−ヘキセニル)、アルキニル、シクロアルキル(例えばシクロペンチルおよびシクロヘキシル)、アリール(例えばトリメチルシリル、トリメチルゲルミル、メチルジエチルシリル、アシル、アロイル、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)シリルおよびブロモメチルジメチルゲルミル)、アルコキシ(例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシおよびフェノキシ)、アリールオキシ、アルキルチオール、ジアルキルアミン(例えばジメチルアミンおよびジフェニルアミン)、アルキルアミド、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、カルバモイル、アルキル−およびジアルキル−カルバモイル、アシルオキシ、アシルアミノ、アロイルアミノ、有機半金属基(例えばジメチルホウ素)、15族および16族の基(例えばメチルスルフィドおよびエチルスルフィド)およびこれらの組み合わせなどが含まれ得る。1つの態様におけるFl基は3,6位が対称的に二置換されており、別の態様では2,7位が対称的に二置換されている。そのような態様における置換基はアルキル基、アリール基またはこれらの組み合わせであってもよい。1つの態様におけるFl基は3位と6位がt−ブチル基で二置換されている。別の態様におけるFl基は2位と7位がt−ブチル基で二置換されている。
1つの態様におけるオレフィン重合用触媒は、以下の化学式(II):
Figure 2009544819
[式中、Cp基とFl基は橋渡し基(B)を通して構造的に連結している]
で表され得る配位子(Y)を含有して成る。
CpおよびFl基は、本明細書の上に開示した種類の基であってもよい。Bは、一般式−YRH[式中、YはCまたはSiを含んで成りそしてRはアルキル基、アリール基、ポリ−アリール基またはこれらの組み合わせを含んで成る]で特徴付けられ得る橋渡し基である。1つの態様におけるRは、アリール基を少なくとも2個含有するポリ−アリール基であり、別の態様におけるRは、グループ1に示す化学的構造で特徴付けられる化合物の中の1つである。
Figure 2009544819
1つの態様におけるオレフィン重合用FMCは金属(M)を含有して成る。このFMCの金属原子“M”には、本明細書および請求項の全体に渡って記述するように、3族から12族の原子およびランタニド族の原子、別法として3族から10族の原子、別法としてSc、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、IrまたはNiが含まれ得る。別法として、Mはジルコニウム、ハフニウムまたはチタンを含んで成る。別法として、Mはジルコニウムを含んで成る。
金属原子“M”の酸化状態は、0から+7の範囲であってもよいか、或は+1、+2、+3、+4または+5などである。金属原子“M”と結合している基を本明細書ではQと
して表示し、そして特に明記しない限り、本明細書に記述する化合物が電気的に中性であるような数で存在させる。1つの態様におけるQはアルキル基、アリール基またはハライドを含んで成り、別の態様におけるQはハライドを含んで成る。
1つの態様におけるオレフィン重合用触媒系はFMCを含有して成る。このFMCはCp基、Fl基、橋渡し基および金属を含有して成っていてもよい。前記Cp基、Fl基、橋渡し基および金属の種類は本明細書に開示する種類であってもよく、かつそれらは一般化学式(III)
Figure 2009544819
で表される錯体を形成し得る。
式III中のR’は、C−Cアルキル基、アリール基またはこれらの組み合わせを含んで成っていてもよく、そしてn’は1から4の範囲であってもよい。Mはチタン、ジルコニウムまたはハフニウムであってもよい。1つの態様におけるQはハロゲン、アルキル基、アリール基またはこれらの組み合わせであってもよく、そしてRおよびRは、同一もしくは異なってもよく、各々が水素、メチル基、イソプロピル基、第三級ブチル基、フェニル基、置換フェニル基またはこれらの組み合わせであってもよい、Rは水素、アルキル基、芳香族基またはこれらの組み合わせであってもよい。Rは、前記橋渡し基の残りを表し、アルキル基、アリール基、ポリ−アリール基またはこれらの組み合わせであってもよい。1つの態様におけるRはアリール基を少なくとも2個含有するポリ−アリール基であり、別の態様におけるRは、グループ1に示す化学構造で表される化合物の中の1つである。
Figure 2009544819
1つの態様におけるオレフィン重合用FMCは表1に示す化学式IV−IXで表されるジルコニウムメタロセン錯体であってもよく、ここで、RおよびR’は式IIIに記述した通りであり得る。
Figure 2009544819
本開示のFMCは担持されているか或は担持されていなくてもよい。典型的な担体材料には、タルク、無機酸化物、粘土および粘土材料、イオン交換を受けた層状化合物、ケイソウ土化合物、ゼオライトまたは樹脂状担体材料、例えばポリオレフィンなどが含まれ得る。
具体的な無機酸化物には、これらに限定するものでないが、シリカ、アルミナ、マグネシア、チタニアおよびジルコニアなどが含まれる。担体材料として用いる無機酸化物が示す平均粒径は30ミクロンから600ミクロンまたは30ミクロンから100ミクロンなどであってもよく、表面積は50m/gから1,000m/gまたは100m/gから400m/gなどであってもよくかつ細孔容積は0.5cc/gから3.5cc/gまたは0.5cc/gから2cc/gなどであってもよい。
メタロセン触媒の担持方法は当技術分野で一般に公知であり、そのような方法が米国特許第5,643,847、6,143,686、6,228,795(これらは各々引用することによって本明細書に組み入れられる)に開示されている。
1つの態様において、本明細書に開示する種類の触媒の合成は、当技術分野の通常の技術者に公知のいずれかの手段を用いて実施可能である。別法として、本触媒の合成を、スキームIに示すように、フルベンを生じさせ、橋渡し用配位子を生じさせそして金属を含
有させることを含んで成る方法に従って実施することも可能である。
Figure 2009544819
このスキームにおける1番目の段階はフルベンの合成を伴う。フルベンの合成では塩基を触媒として用いてシクロペンタジエン(またはこれらの誘導体)とアルデヒドまたはケトンの縮合を起こさせる。その塩基性の縮合剤はアルカリ金属の水酸化物、アルコキサイドまたはアミンであってもよく、これはシクロペンタジエニドイオン(これはカルボニル原子の求核攻撃を行う)を生じさせかつスキームIIに示す如き中間体の脱水に触媒作用を及ぼす両方の働きをする。
Figure 2009544819
当技術分野の通常の技術者が理解するであろうように、フルベン合成の収率は数多くの要因に依存し、そのような要因には反応条件などが含まれ、この反応の収率は使用する塩基の種類および濃度または反応温度に応じて変わり得る。フルベン生成中に副反応がいくらか起こる可能性があり、それによって最終生成物の収率が低下しかつ追加的精製段階が必要になる。そのような1種の副生成物はフルベン−メタノールであり、これの生成をスキームIIIに示す:
Figure 2009544819
加うるに、シクロペンタジエンおよびアルデヒド/ケトンもフルベン生成反応の生成物の収率に影響を与える立体的および電子的影響を及ぼす。当技術分野の通常の技術者に公知のように、カルボニル基への求核付加の一般的法則は、電子供与基(これは、スキームIIIにR’およびR’’で表示する置換基であり得る)を用いると電子求引基を置換基として用いて反応を実施した時に比べて反応速度が速くなることにある。理論で範囲を限定することを望むものでないが、立体的要因が理由で前記塩基とアルデヒドの反応の方が塩基とケトンの反応よりも速く進行し得る。従って、シクロペンタジエンにかさ高い置換基を存在(特にメチレンの炭素に近接したアルファ炭素の所に)させるとフルベンの生成量が劇的に減少し得るか或は全く生成しなくなり得る(スキームIV)。
Figure 2009544819
1つの態様では、本触媒の合成をフルベン、例えば6−(1−ナフチル)−3−t−ブチル−5メチル−フルベンおよび関連したフルベンなどを生じさせることで開始してもよい。他のフルベン合成方法は、例えばメチル−t−ブチル−シクロペンタジエンとアセトンをメタノール溶液中でピロリジンを存在させて反応させることなどを伴う。この反応の結果として6,6−ジメチル−メチル−ブチル−フルベンが50%の収率でもたらされる可能性があり、この反応を起こさせるには数日間要し得る。この反応をスキームVに示す。
Figure 2009544819
1つの態様におけるアリール置換フルベンの調製は、強塩基、例えばナトリウムメトキ
サイドなどの反応をスキームVIに示すようにして起こさせることで実施可能である。
Figure 2009544819
別法として、フルベンの製造を相間移動反応(PTR)で実施することも可能である。そのようなPTRは当技術分野の通常の技術者に公知である。例えば、スキームVIIに示すように、t−ブチル−シクロペンタジエンとアセトンの反応をNaOHおよびBuNBrをPTR触媒として存在させて起こさせる結果として相当するフルベンを95%の収率で生じさせる。
Figure 2009544819
メチル−t−ブチル−シクロペンタジエンと1−ナフトアルデヒドの反応をNaOHおよびBuNBrの存在下で起こさせる結果として相当するフルベンを50%の収率で生じさせた(スキームVIII)。
Figure 2009544819
1つの態様では、ナトリウムメトキサイドを塩基として使用する本明細書に開示したフルベン製造方法を異なるフルベンの合成に適用することも可能である。例えば、アリール置換フルベン(アリール=フェニル−But、ビフェニル)の調製は、スキームIXに示すように、この方法を用いて80%以上の収率、別法として90%以上の収率、別法として98%以上の収率で実施可能である。
Figure 2009544819
本明細書に開示する種類の重合用触媒製造方法の例は、反応1−3に概略を示す3段階工程を用いたFMC(1−ナフチル)[(3−ブチル−5−メチル−シクロペンタジエニル)(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライドの調製であり得る。
1番目の反応(反応1)では、フルベンの調製をメチル−t−ブチル−シクロペンタジエンと1−ナフトアルデヒドの反応を塩基であるナトリウムメトキサイドの存在下で起こさせることで達成した。
Figure 2009544819
橋渡し用配位子の付加を3,6−ジ−t−ブチル−フルオレンのリチウム塩と6−(1−ナフチル)−3−t−ブチル−5−メチル−フルベンをエーテル溶液中で反応させることで達成した(反応2)。具体的には、フルオレニル基にブチルリチウムを用いた処理を受けさせる結果としてフルオレニル基の9位がLiで置換されている中間体を生じさせた後、それを更に反応させてその位置にフルベンを置換基として存在させることで橋状配位子を生じさせる。
Figure 2009544819
最後に、前記配位子に2当量のn−ブチルリチウムを用いた二重の脱プロトンをエーテル中で受けさせた後にそのジリチウム塩とZrClをトルエン中で反応させてFMC、
即ち(1−ナフチル)[(3−ブチル−5−メチル−シクロペンタジエニル)(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライドを生じさせることで、前記錯体を金属化させる(反応3)。
Figure 2009544819
1つの態様において、本明細書に開示する如きフルベンの製造で結果としてもたらされる収率は60%から99%、別法として70%から95%、別法として80%から95%であり得る。1つの態様において、本明細書に開示する方法を用いてCpとFlが橋渡しされた基を生じさせる時に結果としてもたらされる収率は50%から95%、別法として60%から90%、別法として60%から95%であり得る。1つの態様において、CpとFlが橋渡しされた配位子に金属を含有させることで本明細書に開示する種類のFMCを生じさせる時にもたらされる収率は60%から90%、別法として50%から90%、別法として40%から90%であり得る。
本開示に従う反応で配位子を生じさせる調製で用いる方法は、安価な出発材料を用いた非常に簡潔で効率の良い方法であり、これの反応段階は単純でありかつ収率も高い。その上、この方法では時間を消費する厄介な精製手順を必要とせず、このように特に大規模製造に適する。
1つの態様におけるオレフィン重合用触媒系は共触媒を含有して成る。本開示の触媒成分(即ちFMC)を重合手順で用いる時、それらを活性化用共触媒と一緒に用いてもよい。適切な活性化用共触媒が取り得る形態は、メタロセンを触媒として用いた重合反応で通常用いられる共触媒の形態であり得る。このように、活性化用共触媒が取り得る形態は、アルミニウム共触媒、例えばこれらに限定するものでないが、アルモキサン共触媒などの形態であり得る。アルモキサン共触媒はまたアルミノキサンまたはポリヒドロカルビルアルミニウムオキサイドとも呼ばれる。そのような化合物には、式X:
Figure 2009544819
[式中、Rは炭素原子数が1から5のアルキル基である]
に示す化学式で表される如き繰り返し単位を有するオリゴマー状もしくはポリマー状の化合物が含まれる。アルモキサンは当技術分野で良く知られており、これの調製は一般に有機アルミニウム化合物と水を反応させることで行われるが、他の合成経路も当技術分野の技術者に公知である。アルモキサンは例えば米国特許第4,404,344号などに開示されているように線状重合体または環状のいずれかであり得る。このように、アルモキサンは、アルミニウム原子と酸素原子が交互に存在する鎖を含有するオリゴマー状もしくはポリマー状のアルミニウムオキシ化合物であり、前記アルミニウムは置換基、例えばアルキル基などを持つ。そのような線状もしくは環状アルモキサンの構造は一般に環状アルモ
キサンの場合には一般式−(Al(R)−O)で表されそして線状化合物の場合にはRAl−O−(Al(R)−O)−AlRで表されると考えており、ここで、各R は独立してC−C10ヒドロカルビル、別法としてアルキル基、ハライドまたはこれらの組み合わせを含んで成っていてもよく、そしてmは1から50の範囲の整数であり、別法としてmは4である。アルモキサンはまたケージまたはクラスター化合物の形態でも存在する。
アルモキサンは典型的に水とアルミニウムアルキル(これはアルキル基に加えてハライドまたはアルコキサイド基も含有していてもよい)の反応生成物である。異なる数種のアルミニウムアルキル化合物、例えばトリメチルアルミニウムおよびトリ−イソブチルアルミニウムなどと水を反応させるといわゆる修飾もしくは混合アルモキサンが生じる。本開示で用いるに適したアルモキサンの例は、メチルアルモキサンおよび少量の他の高級アルキル基、例えばイソブチルなどによる修飾を受けたメチルアルモキサンである。アルモキサンは一般に出発アルミニウムアルキル化合物を少量から実質的な量で含有する。1つの態様における共触媒はポリ(メチルアルミニウムオキサイド)を含有して成り、これの調製はトリメチルアルミニウムまたはトリ−イソブチルアルミニウムのいずれかを用いて実施可能である。ポリ(メチルアルミニウムオキサイド)はまたポリ(イソブチルアルミニウムオキサイド)と呼ばれることもあり得る。
共触媒であるアルキルアルモキサンと遷移FMCをオレフィン重合用触媒がもたらされるに適切ないずれかの量で用いる。適切なアルミニウム:FMCのモル比は10:1から20,000:1の範囲内、別法として50:1から10,000:1の範囲内、別法として100:1から5,000:1の範囲内である。通常は、前記FMC成分とアルモキサンまたは以下に記述する如き他の活性化用共触媒を混合した後に重合反応槽に例えば米国特許第4,767,735号(これは引用することによって全体が本明細書に組み入れられる)などに記述されている如き実施様式で導入する。使用可能な他の適切な活性化用共触媒には、ホウ素原子を1個以上含有して成るアニオンと一緒に触媒カチオンを形成する機能を果たす触媒が含まれる。例として、そのような活性化用共触媒が取り得る形態は、米国特許第5,155,080号に開示されている如きテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素酸トリフェニルカルベニウムの形態であり得る。そこに記述されている如き活性化用共触媒は、遷移金属触媒系中で安定化用アニオンとして機能するアニオンを生じ得る。配位しない適切なアニオンには、[W(PhF)] ̄、[Mo(PhF)] ̄(ここで、PhFはペンタフルオロフェニルである)、[ClO] ̄、[S] ̄、[PF] ̄、[SbR] ̄および/または[AlR] ̄(ここで、各Rは独立してC、C−Cアルキル基、例えばメチル基など、アリール基、例えばフェニルまたは置換フェニル基など、フッ素置換アリール基またはこれらの組み合わせなどである)が含まれる。そのような活性化用共触媒のさらなる説明に関しては、上述した米国特許第5,155,080号(これの開示全体をこの上で引用することによって本明細書に組み入れた)が参考になる。加うるに、本開示で用いるに適した他の活性化用共触媒には、フッ素置換シリカ担体に担持されている触媒も含まれる。そのような触媒はMAOを含有していてもよいか、別法として前記触媒はMAOを含有していなくてもよい。
ある活性化用共触媒を用いることに加えて、捕捉剤または重合用共触媒も存在させて重合反応を実施してもよく、それを重合反応槽に前記触媒成分および活性化用共触媒と一緒に添加する。そのような捕捉剤は一般に元素周期律表の1A、2Aおよび3B族の金属の有機金属化合物であることで特徴付け可能である。実際問題として、通常は有機アルミニウム化合物を重合反応にいれる共触媒として用いる。具体例には、トリエチルアルミニウム、トリ−イソブチルアルミニウム、ジエチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムハイドライドなどが含まれる。通常用いる捕捉用共触媒には、メチルアルモキサン(MAO)、トリエチルアルミニウム(TEAL)、トリ−イソブチルアルミニウム(T
IBAL)またはこれらの組み合わせが含まれ得る。
そのような活性化剤を触媒(例えばFMC)と一緒にか或は触媒成分とは別に担体に結合または拘束させてもよいか或は結合も拘束もさせなくてもよい(例えばGregory
G.Hlatky、Heterogeneous Single−Site Catalysts for Olefin Polymerization 100(4) CHEMICAL REVIEWS 1347−1374(2000)に記述されているように)。
本明細書の中の他の場所に示したように、本明細書に開示する種類のFMCを含有して成る触媒系を用いてアルファオレフィンの重合に触媒作用を及ぼすことができる。その触媒系を生じさせた後、上述しそして/または当技術分野の技術者に公知のように、この触媒系を用いていろいろな工程を実施することができる。ある工程における重合工程で用いる装置、工程条件、反応体、添加剤および他の材料は、生じさせる重合体に望まれる組成および特性に応じて多様である。
特定の態様では、上述した工程に一般にオレフィン単量体を重合させることを包含させる。そのようなオレフィン単量体には、CからC30のオレフィン単量体またはCからC12のオレフィン単量体(例えばエチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、メチルペンテン、ヘキセン、オクテンおよびデセン)などが含まれ得る。他の単量体には、エチレン系不飽和単量体、CからC18ジオレフィン、共役もしくは非共役ジエン、ポリエン、ビニル単量体および環式オレフィンなどが含まれる。他の単量体の非限定例には、ノルボルネン、ノルボルナジエン、イソブチレン、イソプレン、ビニルベンゾシクロブタン、スチレン、アルキル置換スチレン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエンおよびシクロペンテンなどが含まれ得る。生じさせる重合体にはホモ重合体、共重合体または三元重合体などが含まれ得る。
オレフィン重合は溶液相、気相、スラリー相、バルク相、高圧方法またはこれらの組み合わせなどを用いて実施可能である。例えば米国特許第5,525,678、6,420,580、6,380,328、6,359,072、6,346,586、6,340,730、6,339,134、6,300,436、6,274,684、6,271,323、6,248,845、6,245,868、6,245,705、6,242,545、6,211,105、6,207,606、6,180,735および6,147,173(これらは引用することによって本明細書に組み入れられる)を参照のこと。
溶液方法の例が米国特許第4,271,060、5,001,205、5,236,998および5,589,555(これらは引用することによって本明細書に組み入れられる)に記述されている。
気相重合方法の一例には連続サイクルシステムが含まれ、このシステムでは、循環する気体流れ(他の様式では再循環流れまたは流動化用媒体として知られる)を反応槽内で重合熱によって加熱する。反応槽の外部に位置させた冷却装置を用いてその熱をサイクルの別の部分の中を循環している気体流れから除去する。1種以上の単量体を含有する循環する気体流れを触媒存在下の流動床の中に反応条件下で連続的に通して循環させてもよい。その循環している気体流れを一般に前記流動床から取り出した後に反応槽に再循環させて戻す。それと同時に重合体生成物を前記反応槽から取り出してもよく、そして重合した単量体の代わりに新鮮な単量体を添加してもよい。気相工程における反応槽の圧力は100psigから500psig、または200psigから400psig、または250psigから350psigなどに及んで多様であり得る。気相工程における反応槽の温度は30℃から120℃、または60℃から115℃、または70℃から110℃、または70℃から95℃などに及んで多様であり得る。例えば、米国特許第4,543,399、4,588,790、5,028,670、5,317,036、5,352,749、5,405,922、5,436,304、5,456,471、5,462,999、5,616,661、5,627,242、5,665,818、5,677,375および5,668,228(これらは引用することによって本明細書に組み入れられる)を参照のこと。
スラリー相方法は、一般に、固体粒子状の重合体が液状の重合用媒体に入っている懸濁液を生じさせてそれに単量体および場合により水素を触媒と一緒に添加することを包含する。その懸濁液(希釈剤が入っていてもよい)を反応槽から断続的または連続的に取り出してもよく、揮発性成分を重合体から分離してもよく、そして場合により蒸留した後、反応槽に再循環させてもよい。重合用媒体として用いる液化希釈剤には、CからCアルカン(例えばヘキサンまたはイソブテン)などが含まれ得る。その用いる媒体は一般に重合条件下で液体でありかつ比較的不活性である。バルク相方法はスラリー方法のそれと同様である。しかしながら、ある方法はバルク方法、スラリー方法またはバルクスラリー方法などであり得る。
上述したように、水素をいろいろな理由で工程に添加してもよい。例えば、結果としてもたらされる重合体のメルトフローを向上させる目的、触媒の活性を向上させる目的、または結果としてもたらされる重合体の分子量を制御する目的などで水素を添加してもよい。1つの態様では、水素を反応混合物に0から400ppm、別法として5ppmから200ppm、別法として10ppmから150ppmの量で存在させてもよい。
1つの態様で実施する重合はアルファ−オレフィン単量体の共重合である。別の態様における重合方法はエチレンと2番目のアルファ−オレフィン単量体の共重合である。このような態様では、エチレンを供給材料に0から90重量%、別法として0.5重量%から50重量%、別法として0.5重量%から10重量%の量で存在させてもよい。
特定の態様では、スラリー方法またはバルク方法を1基以上のループ反応槽内で連続的に実施してもよい。その反応槽ループに触媒をスラリーまたは乾燥した自由流れする粉末として規則的に注入してもよく、前記反応槽ループ自身は成長する重合体の粒子が希釈剤に入っている状態で循環しているスラリーなどで充たされていてもよい。そのループ反応槽を27バールから45バールの圧力および38℃から121℃の温度などに維持してもよい。反応熱を当技術分野の技術者に公知の方法のいずれか、例えば二重ジャケット付きパイプなどを用いてループ壁を通して取り除いてもよい。
別法として、他の種類の重合方法を用いることも可能であり、例えば撹拌型反応槽を直列、並列またはこれらの組み合わせなどで用いてもよい。重合体を反応槽から取り出した後、重合体回収装置に送ることでさらなる処理、例えば添加剤の添加および/または押出し加工などを実施してもよい。
1つの態様では、開示するFMCおよびFMCを含有して成る触媒系を所望の物性組み合わせ、例えば分子量、溶融温度および立体規則性などの所望の組み合わせを有する立体規則的重合体組成物を製造しようとする時に用いる。1つの態様では、本開示のFMCおよびFMCを含有して成る触媒系をプロピレンと別のアルファ−オレフィンの共重合体を製造しようとする時に用いる。別の態様では、本開示の触媒および触媒系をイソタクティックポリプロピレンを製造しようとする時に用いる。1つの態様におけるイソタクティックポリプロピレンが示す分子量は100,000ダルトン未満、別法として100,000から1,000,000ダルトン、別法として200,000から800,000ダルトンであり得る。1つの態様におけるイソタクティックポリプロピレンが示す溶融温度は120℃から161℃、別法として120℃から145℃、別法として159℃から161℃であり得る。本開示の触媒を用いて製造したイソタクティックポリプロピレンは、更に、97%から99%mmmm、別法として96%から99%、別法として95%から99%の範囲の高いタクティシティを示すことでも特徴付け可能である。1つの態様では、本開示の触媒および触媒系をエチレンと別のアルファ−オレフィン単量体、例えばプロピレンなどの共重合体を製造しようとする時に用いる。そのような態様では、その共重合体生成物に存在させるエチレンのパーセントを0から80重量%、別法として0.5重量%から50重量%、別法として0.5重量%から30重量%の範囲にしてもよい。
本開示の触媒または触媒系を用いて製造した重合体組成物は、当技術分野の技術者に公知の用途、例えば成形操作(例えばフィルム、シート、パイプおよび繊維押出し加工および共押出し加工ばかりでなくブロー成形、射出成形および回転成形)などで用いるに有用であり得る。フィルムには、共押出し加工または積層で成形されたブローンフィルムまたはキャストフィルムが含まれ、それらは食品に接触する用途および食品に接触しない用途における収縮性フィルム、食品包装用フィルム、延伸フィルム、シール性フィルム、配向フィルム、スナック用包装材、じょうぶな袋、買い物袋、焼いた食品および冷凍食品用包装材、医学用包装材、産業用ライナーおよび膜などとして用いるに有用である。繊維には、フィルター、おむつ用布、医学用衣類およびジオテキスタイルなどを製造する目的で織りまたは不織形態で用いられる溶融紡糸、溶液紡糸および溶融ブローン操作による繊維が含まれる。押出し加工品には、医学用管材、ワイヤーおよびケーブル用被覆材、ジオメンブレン(geomembranes)および池の中敷きなどが含まれる。成形品には、ボトル、タンク、大型中空品、硬質食品用容器および玩具などの形態の単層および多層構造物が含まれる。
本開示のFMCを含有して成る触媒系を用いて好ましい物性組み合わせを示すイソタクティックポリプロピレンを製造することができる。1つの態様におけるイソタクティックポリプロピレンは、分子量が400,000から1,000,000ダルトンで溶融温度が159℃から161℃でタクティシティが97%から99%mmmmであることで特徴付け可能である。この種類のイソタクティックポリプロピレンの製造で用いるに有用な触媒は一般式XI:
Figure 2009544819
[式中、R’はHまたはMeを含んで成りそしてRはMeまたは下記のグループ:
Figure 2009544819
から選択される化合物を含んで成る]
で特徴付け可能である。
代替態様において、本開示のFMCを含有して成る触媒系を用いて製造したイソタクティックポリプロピレンは、分子量が100,000から1,000,000ダルトンで溶融温度が120℃から145℃であることで特徴付け可能である。この種類のイソタクティックポリプロピレンの製造で用いるに有用な触媒は一般式XII:
Figure 2009544819
[式中、R’はHまたはMeを含んで成りそしてRはMeまたは下記のグループ:
Figure 2009544819
から選択される化合物を含んで成る]
で特徴付け可能である。
別法として、本開示のFMCを含有して成る触媒系を用いて製造したイソタクティックポリプロピレンは、分子量が100,000ダルトン未満で溶融温度が120℃から145℃であることで特徴付け可能である。この種類のイソタクティックポリプロピレンの製造で用いるに有用な触媒は一般式XIII:
Figure 2009544819
[式中、R’はHまたはMeを含んで成りそしてRはMeまたは下記のグループ:
Figure 2009544819
から選択される化合物を含んで成る]
で特徴付け可能である。
本開示の触媒は、所望の物性組み合わせを示すイソタクティックポリプロピレンを生じさせるプロピレン重合で有利に使用可能である。本開示の触媒が好ましい特徴を有する理由は、本触媒の構造パラメーターとシクロペンタジエニルおよびフルオレニル環の置換の組み合わせが独特であることにある。加うるに、本開示の触媒はプロピレンとオレフィン、例えばエチレンなどを共重合させて低いメルトフロー率を示すランダムもしくは耐衝撃性共重合体を生じさせようとする時にも使用可能である。
[実施例]
触媒である(1−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライド(本明細書では以降触媒Aと呼ぶ)の合成を実施した。この合成をフルベンである6−(1−ナフチル)−5−メチル−3−t−ブチル−フルベンを下記のようにして生じさせることで開始した:メチル−t−ブチルシクロペンタジエン(4.35g、32.0ミリモル)と1−ナフトアルデヒド(5.0g、32.0ミリモル))を無水エタノール(50ml)に入れることで生じさせた溶液を撹拌しながらこれにナトリウムメトキサイドを少量(4.5g)加えた後、その混合物を1時間撹拌した。水で反応を消滅させた後、エーテルを用いた抽出を実施した。溶媒を真空下で蒸発させることでオレンジ色の液体を得た後、それをカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/CHCl=8/1)で精製した(収量4.4g)。H NMRを重水素化クロロホルム(CDCl)中で実施することで得た化学シフトは下記の通りである:δ 8.1、7.9および7.6(m、Naphth)、7.70(s,H、H−6)、6.36および6.02(br s、H、H−Cp)、2.31(s、H、Me)、1.23(s、9H、t−Bu).
前記フルベンを置換フルオレニル配位子に付加させる合成を継続して実施することで(1−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタンを生じさせた。3,6−ジ−t−ブチル−フルオレン(1.29g、4.67ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(3.0ml、ヘキサン中1.6M、4.8ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に温めて4時間撹拌した。その反応混合物に−40℃で6−(1−ナフチル)−5−メチル−3−t−ブチル−フルベン(1.3g、4.74ミリモル)をエーテル(5ml)に入れて加えた。その反応物を室温で1.5時間撹拌した。その反応混合物の反応を水で消滅させ、エーテルを用いた抽出を実施し、MgSOを用いた乾燥そして真空下の蒸発を実施することで所望の配位子を得た。
その橋状シクロペンタジエニルフルオレニル配位子に金属を含有させることを実施した。(1−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタン(1.05g、1.91ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(2.5ml、1.6M、4.0ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に加熱して反応を2.5時間継続した。溶媒を真空下で除去した。その反応混合物にZrCl(440mg、1.89ミリモル)を加えた。トルエン(15ml)を−40℃で加えた後、その反応物を室温で2日間撹拌した。溶媒を真空下で除去することで(1−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライドを得た。
触媒である(2−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)−3,6−ジ−t−ブチル(フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライド(本明細書では以降触媒Bと呼ぶ)の合成を下記のようにして実施した:メチル−t−ブチルシクロペンタジエン(4.38g、32.2ミリモル)と2−ナフトアルデヒド(5.0g、32.0ミリモル)を無水エタノール(75ml)に入れることで生じさせた溶液を撹拌しながらこれにナトリウムメトキサイドを少量(4.5g)加えた後、その混合物を1時間撹拌した。水で反応を消滅させた後、エーテルを用いた抽出を実施した。溶媒を真空下で蒸発させることでオレンジ色の固体を得て、それをカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/CHCl=8/1)で精製した。H NMRをCDCl中で実施し、その化学シフトは下記の通りである:δ 7.98、7.95(s、1H、Naph)、7.15および7.13(s、1H、Naph)、7.8、7.7および7.5(m、Naph+H)、6.22および6.21(br s、2H、H−Cp)、2.18および2.15(s、3H、Me)、1.20および1.17(s、9H、t−Bu)。橋状Fl−Cp 配位子:(2−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタンを生じさせる合成を進行させた。3,6−ジ−t−ブチル−フルオレン(1.20g、4.35ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(2.8ml、ヘキサン中1.6M、4.48ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に温めて4時間撹拌した。その反応混合物に−40℃で6−(2−ナフチル)−5−メチル−3−t−ブチル−フルベン(1.19g、4.34ミリモル)をエーテル(10ml)に入れて加えた。その反応物を室温で1.5時間撹拌した。その反応混合物の反応を水で消滅させ、エーテルを用いた抽出を実施し、MgSOを用いた乾燥そして真空下の蒸発を実施することで所望の配位子を得た。その配位子をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/CHCl=7/1)で精製した後、熱エタノールで洗浄した。
金属含有触媒である(2−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライドの調製を実施した。(2−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フル
オレニル)]メタン(1.06g、1.93ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(2.5ml、1.6M、4.0ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に加熱して反応を3時間継続した。溶媒を真空下で除去した。その反応混合物にZrCl(460mg、1.97ミリモル)を加えた。トルエン(15ml)を−40℃で加えた後、その反応物を室温で一晩撹拌した。本明細書における一晩は8時間に等しいか或はそれ以上の時間を指す。溶媒を真空下で除去した。
実施例1に示した条件に従って合成したままの触媒AおよびBは、ナフチル基を橋渡し用配位子として有し、フルオレニル基の3,6位がt−ブチルで対称的に置換されておりかつシクロペンタジエニル基が5−メチル、3−t−ブチル置換されていることを特徴とする。これらの触媒の一般式をそれぞれ触媒AおよびBとして以下の構造XIVおよびXVに示す。
Figure 2009544819
これらのFMCが示す重合活性をジメチル橋渡し基と非置換フルオレニル基を有する構造XVIで表される触媒Cが示すそれと比較する。
Figure 2009544819
触媒A−Cを精製無しに用いた均一重合を10XのMulti−Clave反応槽内で多量のプロピレンを用いて20および60℃で実施した。反応を水素の存在無しにFMC/MAOを1/1000にして30分間実施した。重合パラメーターおよび重合体の特性に換算した結果を表2に示す。触媒Aを用いて重合温度を20および60℃にした時にもたらされた重合体が示した融点はそれぞれ161および159℃であった。
Figure 2009544819
その結果は、新規な触媒である触媒AおよびBを用いて生じさせた重合体が示した溶融温度の方が触媒Cを用いて生じさせた重合体が示したそれよりも13°高いことを示している。触媒Bを用いて重合を60℃で実施した時に結果としてもたらされた重合体が示した溶融温度は161℃であった。触媒AおよびBを用いて生じさせた重合体が示した分子量は両方とも665,000−634,000の範囲であった。また、分子量分布がより幅広いことも観察し、これは低分子量画分が存在することによる。
担体であるシリカが本新規な触媒が示す重合活性に対して示す影響を測定した。具体的には、触媒AおよびBを旭硝子株式会社から商標G−952の下で入手可能なシリカである担体に担持させた。G−952シリカに触媒Aまたは触媒Bを2重量%の充填量で充填した後、それに試験を並列に置いた6個の反応槽を用いて受けさせた。反応を表3に示すようにHの存在有り無しにおいて60℃で30分間実施し、表3にまた結果も重合パラメーターおよび重合体に関して示す。比較として、触媒CもG−952シリカに担持させて、試験を同じ条件下で受けさせた。
Figure 2009544819
その結果は、新規な触媒AおよびBの両方が示す活性の方が比較触媒である触媒Cのそれよりも低いことを示している。触媒Aが示す活性の方が2置換類似物である触媒Bが示すそれよりも高い。この新規な触媒AおよびBを用いた時にもたらされた重合体が示した溶融温度は158℃であり、これは触媒Cを用いた時にもたらされた重合体が示したそれよりも12°高い。触媒AおよびBを用いて生じさせた重合体が示す分子量は水素の濃度に依存し、Hを用いない重合の時の400,000からHを20ppm用いた時の290,000−250,000からHを60ppm用いた時の200,000の範囲である。もたらされたポリプロピレンのサンプルが示す立体規則性を測定して、表4に比較を示す。
Figure 2009544819
その結果は、触媒AおよびBを用いた時にもたらされたメソペンタドのパーセント(%mmmm)の方が比較触媒である触媒Cを用いた時に見られたそれよりも高いことを示している。
G−952シリカに担持させた触媒Aを用いたエチレン/プロピレン共重合を2Lのベンチ反応槽および6Xの並列反応槽を用いて初期の水素およびエチレン濃度を変えて60℃で実施した。その結果を表5および6に要約する。
Figure 2009544819
Figure 2009544819
ある水素濃度下で供給材料中のエチレンの濃度を高くすると触媒の活性が高くなる(図1)。初期の水素濃度を60ppmにしかつエチレン濃度を1.5重量%にした時に観察した活性は2,400g/g触媒/時であった。同じ初期水素濃度下でエチレン含有量を高くするとメルトフローが劇的に高くなる(図2)。触媒Aを用い、水素を20ppm用いて重合を実施するとメルトフローが180g/10分でエチレン含有量が4.9重量%で融点が121℃の共重合がもたらされた。水素濃度を60ppmにした時に得た樹脂が示したメルトフローは極めて高かった(MF=1000g/10分)。また、サンプル2および3として生じさせた共重合体が示す立体規則性も測定し、その結果を表7に示す。
Figure 2009544819
13C NMRは、触媒Aを用いて共重合体を生じさせると供給材料の組成に比べて共重合体中のエチレンが劇的に多くなることを示している。EPEトリアドは真にランダムの共重合から予測されるそれよりも多く存在し、従って、触媒Aは、エチレンとプロピレンを交互に共重合させる傾向を有する。
実施例2−4の結果は、本新規な触媒の例である触媒AおよびBは分子量が高くて溶融温度が高くかつ立体規則性が高いイソタクティックポリプロピレンを生じさせようとする時に用いるに有用であることを示している。
メチル基を橋渡し用配位子として含有する触媒である触媒Dを調製して、プロピレンの重合で用いた。この触媒の構造を構造XVIIに示す。プロピレンの重合を実施例2に記述したようにして実施し、その重合の結果を表8に示す。
Figure 2009544819
Figure 2009544819
触媒Dが示した活性の方が触媒AまたはBで観察したそれよりもかなり高く(表3を参照)、かつ比較の目的で用いた触媒Cで観察したそれと同様である。その上、触媒Dを用いて生じさせたポリプロピレン樹脂が示した溶融温度は中程度の154.0℃であることに加えて平均分子量も中程度の507,800ダルトンである。
モノ−フェニルt−ブチル基を橋渡し用配位子として含有する触媒である触媒Eの調製を実施した。用いた触媒の構造を構造XVIIIとして示す。
Figure 2009544819
触媒Eの合成を実施例1に記述した一般的方法を用いて実施した。具体的には、6−(4−t−ブチル−フェニル)−5−メチル−3−t−ブチル−フルベン)の合成を下記のようにして実施した:メチル−t−ブチルシクロペンタジエン(4.42g、32.5ミリモル)と4−t−ブチル−ベンズアルデヒド(5.15g、31.8ミリモル)を無水エタノール(50ml)に入れることで生じさせた溶液を撹拌しながらこれにナトリウムメトキサイドを少量(4.5g)加えた後、その混合物を2時間撹拌した。水で反応を消滅させた後、エーテルを用いた抽出を実施した。溶媒を真空下で蒸発させることでオレンジ色の液体を得て、それをカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/CHCl=8/1)で精製した。この反応の結果としてフルベンを8.0g、即ち90%の収率で得た。H NMRを実施しそして化学シフトは下記の通りである:δ 7.55および7.46各々(d、J=4Hz、2H、Ph)、7.03(s、1H、H−ブリッジ)、6.27および6.22(br s、2H、Cp)、6.29および6.26(br s、Cp−異性体)、2.18(s、3H、Me)、1.39(s、9H、t−Bu(Ph))、1.23(s、9H、t−Bu(Cp))。
(4−t−ブチル−フェニル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタンの合成を下記のようにして実施した:3,6−ジ−t−ブチル−フルオレン(1.03g、3.73ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(2.4ml、ヘキサン中1.6M、3.84ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に温めて3時間撹拌した。その反応混合物に−40℃で6−(4−t−ブチル−フェニル)−5−メチル−3−t−ブチル−フルベン(1.05g、3.74ミリモル)をエーテル(5ml)に入れて加えた。その反応物を室温で2.5時間撹拌した。その反応混合物の反応を水で消滅させ、エーテルを用いた抽出を実施し、MgSOを用いた乾燥そして真空下の蒸発を実施することで所望の配位子を得た。この配位子を熱エタノールで洗浄することで橋状配位子を2.0g、即ち95%の収率で得た。
(4−t−ブチル−フェニル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライドの合成を下記のようにして実施した:(4−t−ブチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタン(0.71g、1.27ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(1.7ml、1.6M、2.72ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に加熱して反応を2.5時間継続した。溶媒を真空下で除去した。その反応混合物にZrCl(296mg、1.27ミリモル)を加えた。トルエン(15ml)を−40℃で加えた後、その反応物を室温で一晩撹拌した。溶媒を真空下で除去した。
担持されていない触媒Eを用いたバルクプロピレン重合を2Lのベンチ反応槽を用いて60℃で実施した。その結果を表9に要約する。
Figure 2009544819
触媒Eを用いると立体規則性が96%mmmm(表10)で溶融温度が166−167℃(表11)で分子量が670,000のイソタクティックポリプロピレンがもたらされた。初期水素濃度を20ppmにした時に観察した活性は74,000g/g触媒/時であった。
Figure 2009544819
Figure 2009544819
触媒EをG−952シリカに2重量%の充填率で担持させた後、それに試験を並列に置いた6個の反応槽を用いて受けさせた。その結果を重合パラメーターおよび重合体の特性に関して表12に示す。
Figure 2009544819
前記担持触媒を用いると立体規則性が97%mmmmで溶融温度が156−157℃の高度にイソタクティック性のポリプロピレンがもたらされた。触媒G/G−952を用いて生じさせた重合体が示す分子量は水素の濃度に依存し、それぞれ図3および4に示すように、Hを88−100ppm用いて重合を実施した時の分子量は370,000−200,000の範囲である。Hを88ppm用いた時に前記触媒が示した活性は600g/g/触媒であり、これを図5に示す。
G−952シリカに担持させた触媒Eを用いたエチレン/プロピレン共重合を6Xの並列反応槽内で初期の水素およびエチレン濃度を表13に示す濃度にして60℃で実施した。その結果もまた表13に要約する。
Figure 2009544819
その結果は、ある水素濃度下で供給材料中のエチレンの濃度を高くすると触媒の活性が高くなることを示している(図6)一方、供給材料中のエチレン含有量を高くすると分子量が低くなった(図7)。初期の水素濃度を88ppmにしかつエチレン濃度を1.5重量%にした時に観察した活性は733g/g触媒/時であった。Hを60ppm用いた重合で供給材料中のエチレン含有量を0から1.0重量%にまで高くするとメルトフローが16g/10分から200g/10分まで高くなった。触媒Eを用いて水素を60ppmにしかつ供給材料中のエチレンを1.0重量%にして重合を実施するとエチレン含有量
が4.3重量%で融点が136℃のランダム共重合体(RCP)がもたらされた(図8)。生じたRCPのいくつかのサンプルが示す立体規則性を測定し、結果を表14に示す。
Figure 2009544819
プロピレンのホモ重合をHの濃度を60−70ppmにして60℃で実施してイソタクティックポリプロピレン(iPP)を生じさせることに関して触媒Eが重合で示した挙動を触媒A、触媒Bおよび触媒Cが示したそれと比較した。触媒Eを用いて生じさせたiPPが示した溶融温度は156.4℃であった。これは触媒Gを用いて生じさせたiPPが示した溶融温度に近く、かつ触媒Cを用いて生じさせたiPPが示したそれ(143℃)よりも高かった(図9)。触媒Gは、Fl基の3,6位が対称的に置換されていてCp基とナフチル橋渡し基が置換されていないことを特徴とする。3,6−フルオレニル置換基を有する触媒の全部がもたらした立体規則性は96−97%mmmmである。Hを60ppmにして生じさせたiPPに関して分子量を比較した結果、触媒Eを用いて生じさせたiPPが示した分子量(267,700)が触媒A(194,000)、触媒G(93,000)および触媒C(181,000)で例示される種類の触媒を用いた時のそれと比較して最も高いことが分かる。触媒Eが示した活性は600g/g触媒/時(Hが88ppmの時)であり、これは触媒A−Cが示したそれよりも低かった。触媒Aを用いて生じさせたランダム共重合体が示す分子量は供給材料中のエチレン含有量を高くすると低くなり、このことは触媒である触媒GおよびCを用いた時と同様である(表15および図10を参照)。エチレンが2.5重量%になるようにして生じさせたRCPが示す分子量は、触媒Eを用いて生じさせた時のそれ(Mw=136,000)が触媒Gを用いて生じさせた時(82,200)および触媒Cを用いて生じさせた時のそれに比べて最も高い(図11を参照)。触媒Eを用いた時にもたらされたRCPが示した溶融温度も、また、エチレン含有量を同じにして触媒Aおよび触媒Cを用いた時にもたらされたそれよりも高い(図12を参照)。
Figure 2009544819
ビフェニルで置換されている橋渡し用配位子を有する触媒の合成を実施した。具体的には、3,6−ジ−t−ブチル−フルオレン(1.62g、5.87ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(3.8ml、ヘキサン中1.6M、6.08ミリモル)を添加することを通して、(ビフェニル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタンの合成を実施した。その反応混合物を室温に温めて5時間撹拌した。その反応混合物に−40℃でビフェニル−5−メチル−3−t−ブチル−フルベン(1.76g、5.87ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて加えた。その反応物を室温で一晩撹拌した。その反応混合物の反応を水で消滅させ、エーテルを用いた抽出を実施し、MgSOを用いた乾燥そして真空下の蒸発を実施することで所望の配位子を得た。その配位子を熱エタノールで洗浄した後、ヘキサン/塩化メチレンを用いて結晶化させた。反応収量は1.2g(35%)であった。(ビフェニル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−(フルオレニル)]メタン(0.87g、1.51ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(2.0ml、1.6M、3.20ミリモル)を添加することを通して、金属含有生成物である(ビフェニル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライド(本明細書では以降触媒Fと呼ぶ)の製造を実施した。その反応混合物を室温に加熱して反応を5時間継続した。溶媒を真空下で除去した。その反応混合物にZrCl(352mg、1.51ミリモル)を加えた。トルエン(15ml)を−40℃で加えた後、その反応物を室温で一晩撹拌した。溶媒を真空下で除去した。
G−952シリカに担持させた触媒Fを28mgの触媒量で用いたエチレン/プロピレン共重合を6Xの並列反応槽内で以下に示す水素およびエチレン濃度にして60℃の重合温度で実施した。その結果を重合活性および重合体の特性に関して表16に示す。
Figure 2009544819
その結果は、Fl基の3位と6位にt−ブチル置換基を有しかつ一置換されている橋渡し用配位子を有する本明細書に開示する種類のFMC触媒を用いると置換されていないFMC(例えば触媒C)を含んで成るFMCと比べても3位と6位にt−ブチル置換基を有しかつ二置換されている橋渡し用配位子を有するFMC(例えば触媒AおよびB)と比べても分子量が高くかつ立体規則性が高い重合体生成物がもたらされることを示している。その結果を表16aに要約する。
Figure 2009544819
分子量が高くて溶融温度が中程度であるイソタクティックポリプロピレンを生じさせようとする時に用いるに有用な触媒の合成を実施した。触媒HおよびIは、ナフチル基を橋渡し用配位子として有し、フルオレニル基の2,7位がt−ブチルで対称的に置換されておりかつシクロペンタジエニル基が5−メチル、3−t−ブチル置換されていることを特徴とする。触媒HおよびIの構造をそれぞれ以下に構造XIXおよびXXで示す。並列に置いた6個の反応槽を用い、G−952シリカに担持させた前記触媒を用いて、プロピレンの重合を実施例2に記述したようにして実施した。表17に、その結果をG−952シリカに担持させた触媒HおよびIが示した重合パラメーターおよび重合体の特性に関して示し、それらを触媒Aを同様な条件下で用いた時に観察した結果(表18に示す)と比較することができる。
Figure 2009544819
Figure 2009544819
Figure 2009544819
G−952シリカに担持させた触媒Hを用いたエチレン/プロピレン共重合を6Xの並列反応槽を用いて触媒量を30mgにしかつ反応時間を30分にして多量のプロピレンを用いて60℃で実施した。初期の水素濃度、エチレン濃度および結果を表19に要約する。
Figure 2009544819
一般に、触媒Hが示す活性は水素濃度を同じにして供給材料中のエチレン濃度を高くするにつれて高くなる。初期水素濃度を60ppmにしかつエチレン濃度を1.0重量%にした時に観察した活性は1,100g/g触媒/時であった(図13を参照)。初期水素濃度を同じにしてエチレン含有量を高くすると分子量が若干低下した(図14を参照)。触媒Hを用い、水素濃度を40ppm未満にして重合を実施すると、メルトフローが15g/10分以下でエチレン含有量が3.0重量%以下で融点が111℃以上の共重合体がもたらされた(図15を参照)。ホモ重合体に含まれるキシレン可溶画分のパーセントは1%未満であるが、共重合体中のエチレン含有量を1.5−2.0%以上にまで高くすると劇的に上昇した(図16を参照)。
触媒Hを用いて生じさせた共重合体に対して13C NMRを実施し、その結果を表20aおよび20bに示す。
Figure 2009544819
Figure 2009544819
13C NMRは、触媒Hを用いて共重合体を生じさせると供給材料の組成に比べて共重合体中のエチレンが劇的に多くなることを示している。EPEトリアドは真にランダムの共重合から予測されるそれよりも多く存在し、従って、触媒Hは、エチレンとプロピレンを交互に共重合させる傾向を有する(表20aを参照)。
触媒Hを用いた時に得た結果を触媒J(これの構造を構造XXIに示す)を用いた時のそれと比較することができ、エチレンとプロピレンの共重合の結果を触媒Jの重合活性および重合体の特性に関して表21に示す。
Figure 2009544819
Figure 2009544819
分子量が高から中程度で溶融温度が低いイソタクティックポリプロピレンの製造で用いるに有用な触媒の合成を実施した。そのような触媒の例である触媒Kは、ナフチル基を橋渡し用配位子として有し、フルオレニル基が置換されておらずかつシクロペンタジエニル基が5−メチル、3−t−ブチル置換されていることを特徴とする。触媒Kの調製を以下に示すようにして実施した:
メチル−t−ブチルシクロペンタジエン(4.35g、32.0ミリモル)と1−ナフトアルデヒド(5.0g、32.0ミリモル))を無水エタノール(50ml)に入れることで生じさせた溶液を撹拌しながらこれにナトリウムメトキサイドを少量(4.5g)加えた後、その混合物を1時間撹拌することを通して、フルベンである6−(1−ナフチル)−5−メチル−3−t−ブチル−フルベンの調製を実施した。水で反応を消滅させた後、エーテルを用いた抽出を実施した。溶媒を真空下で蒸発させることでオレンジ色の液体を得た後、それをカラムクロマトグラフィーで精製した。H NMRで得た化学シフトデータは下記の通りである:(シリカゲル、ヘキサン/CHCl=8/1)(収量4.4g).H NMR(CDCl):δ 8.1、7.9および7.6(m、Naphth)、7.70(s,1H、H−6)、6.36および6.02(br s、2H、H−Cp)、2.31(s、3H、Me)、1.23(s、9H、t−Bu)。前記フルベンを生じさせる2回目の反応を実施した。この反応では、メチル−t−ブチルシクロペンタジエン(4.64g、34.1ミリモル)と1−ナフトアルデヒド(5.32g、34.1ミリモル))を無水エタノール(70ml)に入れることで生じさせた溶液を撹拌しながらこれにナトリウムメトキサイドを少量(3.0g、55.5ミリモル)加えた後、その混合物を18時間撹拌した。水で反応を消滅させた後、エーテルを用いた抽出を実施した。溶媒を真空下で蒸発させることでオレンジ色の液体を得た後、それをカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/CHCl=8/1)で精製した(収量8.6g、91%)。
前記フルベンを生じさせた後、このフルベンを置換フルオレニル配位子に付加させて(1−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)(フルオレニル)]メタンを生じさせることを実施した。この反応では、フルオレン(1.44g、8.67ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(5.5ml、ヘキサン中1.6M、8.8ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に温めて3時間撹拌した。その反応混合物に−40℃で6−(1−ナフチル)−5−メチル−3−t−ブチル−フルベン(2.39g、8.66ミリモル)をエーテル(5ml)に入れて加えた。その反応物を室温で2時間撹拌した。その反応混合物の反応を水で消滅させ、エーテルを用いた抽出を実施し、MgSOを用いた乾燥そして真空下の蒸発を実施することで所望の配位子を得た。その配位子をカラムクロマトグラフィー(SiO、ヘキサン/塩化メチレン)で精製した。この橋状フルベンフルオレニル配位子を生じさせる2回目の反応を実施した。この反応では、フルオレン(1.94g、11.69ミリモル)をエーテル(50ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(7.6ml、ヘキサン中1.6M、12.2ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に温めて4時間撹拌した。その反応混合物に−40℃で6−(1−ナフチル)−5−メチル−3−t−ブチル−フルベン(3.23g、11.7ミリモル)をエーテル(10ml)に入れて加えた。その反応物を室温で3時間撹拌した。その反応混合物の反応を水で消滅させ、エーテルを用いた抽出を実施し、MgSOを用いた乾燥そして真空下の蒸発を実施することで所望の配位子を得た。その配位子をカラムクロマトグラフィー(SiO、ヘキサン/塩化メチレン)で精製した(3.8g、75%)。H NMRをCDCl中で実施し、その化学シフトデータは下記の通りである:d 8.1−6.6(m、Flu、Naphth)、6.11および5.91(s、1H、H−Cp)、4.8(m、2H、H9−FluおよびH−ブリッジ)、2.8(多重 br s、2H、CH2−Cp)、1.69および1.65(s、3H、Me)、1.16および1.13(s、2.31(s、3H、Me)、1.23(s、9H、t−Bu)。
前記橋状シクロペンタジエニルフルオレニル配位子に金属を含有させて(1−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル−シクロペンタジエニル)(フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライドを生じさせることを実施した。この反応では、(1−ナフチル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)(フルオレニル)]メタン(1.07g、2.42ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(3.1ml、1.6M、4.96ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に加熱して反応を3時間継続した。溶媒を真空下で除去した。その反応混合物にZrCl(563mg、2.42ミリモル)を加えた。トルエン(15ml)を−40℃で加えた後、その反応物を室温で一晩撹拌した。溶媒を真空下で除去した。触媒Kの構造を構造XXIIで示す。
Figure 2009544819
触媒Kを用いた均一重合反応を多量のプロピレンを用いて60℃の10X Multi−Clave反応槽内で実施した。前記触媒を精製無しに用いた。触媒Kが重合で示した挙動を表22に示す。
Figure 2009544819
触媒Kを用いると融点が131℃で分子量が333,000の重合体がもたらされた。
触媒KをG−952シリカに2重量%の充填量で担持させた後、それに試験を並列に置いた6個の反応槽を用いて受けさせた。触媒J/G−952が示した重合データを表23に示す。
Figure 2009544819
前記触媒を用い、水素濃度を0−60ppmにして重合を60℃で実施すると、溶融温度が132−142℃の範囲内の重合体がもたらされた。その重合体の融点は水素濃度を高くするにつれて高くなることが観察される(図17を参照)。水素濃度を高くするとメルトフロー率が高原部に到達する(図18を参照)と思われる一方、表23に示すように分子量は水素濃度を高くするにつれて低下する。最も高いH濃度である60ppmの時にもたらされた重合体が示したメルトフロー率は16g/10分であった。このような条件下で観察した活性は約1,300g/g触媒/時であった。この触媒を用いると表24に示すように%mmmmが80−83のイソタクティックポリプロピレンがもたらされ
た。
Figure 2009544819
G−952シリカに担持させた触媒Kを用いたエチレン/プロピレン共重合を6Xの並列反応槽内で初期の水素およびエチレン濃度を変えて60℃で実施した。その結果を表25に要約する。
Figure 2009544819
その結果は、水素濃度を同じにして供給材料中のエチレン濃度を高くするにつれて一般
に触媒の活性が高くなることを示している。初期水素濃度を10ppmにして供給材料中のエチレン濃度を0から1.0重量%にまで高くすると活性が3倍高くなる。初期水素濃度を60ppmにしかつエチレン濃度を1.0重量%にした時に観察した活性は1,700g/g触媒/時であった(図19を参照)。初期水素濃度を同じにしてエチレン含有量を高くするとメルトフローが若干高くなった(図20を参照)。この触媒を用いるとメルトフローが14g/10分以下でエチレン含有量が3.3重量%以下で融点が112℃以上の共重合体がもたらされた(それぞれ図21および22を参照)。
触媒Kを用いて製造した共重合体の中のいくつかに対して13C NMRを実施し、その結果を表26に示す。
Figure 2009544819
その13C NMRは、触媒Kを用いて共重合体を生じさせると共重合体中のエチレンが供給材料の組成に比べて劇的に多くなることを示している(表25および図28を参照)。触媒Kを用いて製造したPE共重合体が示す配列分布の分析値を表26に示す。EPEトリアドは真にランダムの共重合で予測されるよりも多い量で存在し、従って、触媒Kはエチレンとプロピレンを交互に共重合させる傾向を有する。同じ効果が他のCp−Flu触媒にも観察された(Angew.Chem.、Int.Ed.Engl.、1998、37、922;Macromol.Rapid Commun.、1998、19、337;J.Am.Chem.Soc.、2001、123、9555を参照)。
これらの結果を触媒J(この触媒の構造を構造XXIIIに示す)を用いた時に得た結果と比較することができる。
Figure 2009544819
触媒Jの合成を(4−ビフェニル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)(フルオレニル)]メタンを生じさせることで開始した。具体的には、フルオレン(1.63g、9.
82ミリモル)をエーテル(50ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(6.3ml、ヘキサン中1.6M、10.1ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に温めて4時間撹拌した。その反応混合物に−40℃で6−(4−ビフェニル)−5−メチル−3−t−ブチル−フルベン(2.95g、9.83ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて加えた。その反応物を室温で2時間撹拌した。その反応混合物の反応を水で消滅させ、エーテルを用いた抽出を実施し、MgSOを用いた乾燥そして真空下の蒸発を実施することで所望の配位子を得た。次に、その配位子を熱エタノールで洗浄した(4.0g、87%)。
次に、(4−ビフェニル)−[(5−メチル−3−t−ブチル−シクロペンタジエニル)(フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライドの合成を実施した。具体的には、(4−ビフェニル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)(フルオレニル)]メタン(1.15g、2.47ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(3.2ml、1.6M、5.12ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に加熱して反応を3時間継続した。溶媒を真空下で除去した。その反応混合物にZrCl(570mg、2.44ミリモル)を加えた。トルエン(15ml)を−40℃で加えた後、その反応物を室温で一晩撹拌した。溶媒を真空下で除去することで粗錯体(1.5g)を得た。最後に、FMCである(4−ビフェニル)−[(5−メチル−3−t−ブチル−シクロペンタジエニル)(フルオレニル)]メタンジルコニウムジクロライドの調製を実施した。具体的には、(4−ビフェニル)−[(5−メチル−3−t−ブチル)(フルオレニル)]メタン(1.17g、2.51ミリモル)をエーテル(20ml)に入れて、これに−78℃でブチルリチウム(3.3ml、1.6M、5.28ミリモル)を加えた。その反応混合物を室温に加熱して反応を一晩継続した。溶媒を真空下で除去した。その反応混合物にZrCl(584mg、2.51ミリモル)を加えた。エーテル(20ml)を−60℃で加えた後、その反応物を室温で5時間撹拌した。その溶液を濃縮した後、その溶液を濾過することで固体を得た。その固体をヘキサンで洗浄した後、塩化メチレン/ヘキサンで結晶化させることで所望のオレンジ色の錯体を得た(0.65g、37%)。
G−952シリカに担持させた触媒Jを用いたエチレン/プロピレン共重合を触媒の使用量を30mgにして6Xの並列反応槽内で初期の水素およびエチレン濃度を表27に示す濃度にして60℃で30分間実施した。その結果もまた表27に要約する。
Figure 2009544819
これらの結果は、置換されていないFl基または2位と7位がt−ブチル置換基で置換されているFl基のいずれかを有しかつ一置換されている橋渡し基を有する本明細書に開
示する種類のFMC触媒を用いると分子量が高くてメルトフローが低いエチレン/プロピレン共重合体がもたらされることを示している。
本態様を一般的に記述してきたが、前記実施例はそれの実施および利点を立証する目的で特定の態様として示したものである。本実施例は例として示したものであり、決して本請求項の明細事項を制限することを意図するものでないと理解する。
態様を示しかつ記述してきたが、当技術分野の技術者は本開示の精神および教示から逸脱することなくそれの修飾を行うことができるであろう。本明細書に記述する態様は単に例示であり、限定を意図するものでない。本明細書に開示した態様のいろいろな変形および修飾形が可能であり、それらも本開示の範囲内である。数値の範囲および限界を明らかに示す場合、そのような明らかな範囲または限界はその明らかに示した範囲または限界の範囲内に入る同様な大きさの反復的範囲または限界を包含すると理解されるべきである(例えば1から10には2、3、4などが含まれ;0.10以上には0.11、0.12、0.13などが含まれる)。用語“場合により”をある請求項のいずれかの要素に関して用いる場合、その主題の要素が必要であるか或は別法として必要ではないことを意味することを意図する。両方の代替をその請求項の範囲内に入れることを意図する。幅広い用語、例えば含んで成る、包含する、有するなどの使用は、より狭い用語、例えばから成る、から本質的に成る、で実質的に構成されるなどを支持する目的で示すものであると理解されるべきである。
従って、保護する範囲をこの上に示した説明で限定するものでなく、限定されるのは本請求項によってのみであり、その範囲は本請求項の主題事項の相当物の全部を包含する。請求項の各々および全てを本開示の態様として本明細書の中に組み入れる。このように、本請求項は本開示の態様のさらなる記述でありかつそれに付け加える事項である。本明細書に示した引用文献、特に本出願の優先日の後の公開日付を有する可能性のある如何なる文献に関する考察も、それが本開示に対する従来技術であることを認めるものでない。本明細書に引用した特許、特許出願および公開の開示は全部それらが本明細書に示す詳細を補う典型的、手順的または他の詳細を与える度合で引用することによって本明細書に組み入れられる。

Claims (20)

  1. オレフィン重合方法であって、式:
    B(Cp)(Fl)MQ
    [式中、Mは金属を含んで成り、Qはハロゲン、アルキル基またはアリール基またはこれらの組み合わせを含んで成り、Cpはシクロペンタジエニル基を含んで成り、Flはフルオレニル基を含んで成り、Bは一般式−YRH、ここで、YはCまたはSiを含んで成り、そしてRはアルキル基、アリール基、ポリ−アリール基またはこれらの組み合わせを含んで成る、で特徴付け可能な橋渡し基である]
    で特徴付けられる触媒成分と1種以上のオレフィンをポリオレフィンが生じるに適切な反応条件下の反応ゾーン内で接触させることを含んで成る方法。
  2. 前記ポリオレフィンがポリプロピレン、ポリエチレン、プロピレンの共重合体またはエチレンの共重合体である請求項1記載の方法。
  3. 更に共触媒も含める請求項1記載の方法。
  4. 前記触媒成分および前記共触媒が担持されている請求項3記載の方法。
  5. 更にメタロセン触媒、メタロセン以外の触媒またはこれらの組み合わせであってもよい2番目の触媒成分も含める請求項1記載の方法。
  6. 前記触媒成分が更に式:
    Figure 2009544819
    [式中、R’はC−Cアルキル基、環式基、アリール基またはこれらの組み合わせを含んで成り、n’は1から4の範囲であってもよく、Mはチタン、ジルコニウムまたはハフニウムを含んで成り、Qはハロゲン、アルキル基、アリール基またはこれらの組み合わせを含んで成り、そしてR、R、R’またはR’は、同一または異なってもよく、各々が水素、メチル基、イソプロピル基、第三級ブチル基、フェニル基、置換フェニル基またはこれらの組み合わせを含んで成っていてもよく、Rは水素、アルキル基、芳香族基またはこれらの組み合わせを含んで成り、そしてRはアルキル基、アリール基、ポリ−アリール基またはこれらの組み合わせを含んで成る]
    で特徴付けられる請求項1記載の方法。
  7. Rがメチル基、フェニル基、2−メチル−フェニル基、4−メチル−フェニル基、2,6−ジメチル−フェニル基、2,4,6−トリメチル−フェニル基、4−t−ブチル−フェニル基、2,6−ジメチル−4−t−ブチル−フェニル基、2,6−ジイソプロピル−フェニル基、2,6−ジイソプロピル−4−t−ブチル−フェニル基、1−ナフチル基、アルキルおよびアリール置換基を含有する1−ナフチル基、アルキルおよびアリール置換基を含有する2−ナフチル基、4−ビフェニル基、2−ビフェニル基、1−アントラセニル基、9−アントラセニル基またはフェナントレニル基を含んで成る請求項6記載の方法。
  8. 前記触媒成分が更に下記の式A−F:
    Figure 2009544819
    の中の1つで特徴付けられる請求項6記載の方法。
  9. 前記触媒成分が式Aで特徴付けられ、かつR’が水素またはメチル基を含んで成り、そしてRがメチル基、フェニル基、2−メチル−フェニル基、4−メチル−フェニル基、2,6−ジメチル−フェニル基、2,4,6−トリメチル−フェニル基、4−t−ブチル−フェニル基、2,6−ジメチル−4−t−ブチル−フェニル基、2,6−ジイソプロピル−フェニル基、2,6−ジイソプロピル−4−t−ブチル−フェニル基、1−ナフチル基、アルキルおよびアリール置換基を含有する1−ナフチル基、アルキルおよびアリール置換基を含有する2−ナフチル基、4−ビフェニル基、2−ビフェニル基、1−アントラセニル基、9−アントラセニル基またはフェナントレニル基を含んで成る請求項8記載の方法。
  10. 前記触媒成分が式Cで特徴付けられ、かつR’が水素、メチル基を含んで成り、そしてRがメチル基、フェニル基、2−メチル−フェニル基、4−メチル−フェニル基、2,6−ジメチル−フェニル基、2,4,6−トリメチル−フェニル基、4−t−ブチル−フェニル基、2,6−ジメチル−4−t−ブチル−フェニル基、2,6−ジイソプロピル−フェニル基、2,6−ジイソプロピル−4−t−ブチル−フェニル基、1−ナフチル基、アルキルおよびアリール置換基を含有する1−ナフチル基、アルキルおよびアリール置換基を含有する2−ナフチル基、4−ビフェニル基、2−ビフェニル基、1−アントラセニル基、9−アントラセニル基またはフェナントレニル基を含んで成る請求項8記載の方法。
  11. 前記触媒成分が式Eで特徴付けられ、かつR’が水素、メチル基を含んで成り、そしてRがメチル基、フェニル基、2−メチル−フェニル基、4−メチル−フェニル基、2,6−ジメチル−フェニル基、2,4,6−トリメチル−フェニル基、4−t−ブチル−フェニル基、2,6−ジメチル−4−t−ブチル−フェニル基、2,6−ジイソプロピル−フェニル基、2,6−ジイソプロピル−4−t−ブチル−フェニル基、1−ナフチル基、アルキルおよびアリール置換基を含有する1−ナフチル基、アルキルおよびアリール置換基を含有する2−ナフチル基、4−ビフェニル基、2−ビフェニル基、1−アントラセニル基、9−アントラセニル基またはフェナントレニル基を含んで成る請求項8記載の方法。
  12. 前記触媒成分が式Aで特徴付けられる請求項8記載の方法で作られたポリオレフィンであって、100,000から1,000,000ダルトンの分子量、159℃から161℃の溶融温度および97%から99%mmmmのタクティシティを示す高度にイソタクティック性のポリプロピレンを含んで成るポリオレフィン。
  13. 前記触媒成分が式B、DまたはFで特徴付けられる請求項8記載の方法で作られたポリオレフィンであって、100,000から800,000ダルトンの分子量および135℃から160℃の溶融温度を示すシンジオタクテックポリプロピレンを含んで成るポリオレフィン。
  14. 前記触媒成分が式Cで特徴付けられる請求項8記載の方法で作られたポリオレフィンであって、100,000から1,000,000ダルトンの分子量および120℃から145℃の溶融温度を示すイソタクティックポリプロピレンを含んで成るポリオレフィン。
  15. 前記触媒成分が式Eで特徴付けられる請求項8記載の方法で作られたポリオレフィンであって、100,000から800,000ダルトンの分子量および120℃から145℃の溶融温度を示すイソタクティックポリプロピレンを含んで成るポリオレフィン。
  16. 請求項8記載の方法で作られたポリオレフィンであって、触媒成分Aを用いて作られた10g/10分から1000g/10分のメルトフロー率を示すランダムプロピレン−エチレン共重合体であるポリオレフィン。
  17. 請求項8記載の方法で作られたポリオレフィンであって、触媒成分CおよびEを用いて作られた0.1g/10分から500g/10分のメルトフロー率を示すランダムプロピレン−エチレン共重合体であるポリオレフィン。
  18. 請求項8記載の方法で作られたポリオレフィンであって、触媒成分CおよびEを用いて作られたエチレン含有量が1重量%から50重量%で0.1g/10分から500g/10分のメルトフロー率を示すプロピレン−エチレンゴムであるポリオレフィン。
  19. 請求項8記載の方法で作られたポリオレフィンであって、97%mmmmから99%mmmmのタクティシティを示すポリオレフィン。
  20. 橋状シクロペンタジエニル−フルオレニル配位子を形成するフルベンを調製しそして前記橋状シクロペンタジエニル−フルオレニル配位子を金属化させることで金属化錯体を生じさせる時に、前記フルベンを60%から99%の収率で生じさせ、前記橋状シクロペンタジエニル−フルオレニル配位子を50%から95%の収率で生じさせそして前記金属化錯体を60%から90%の収率で生じさせることで触媒成分を生じさせたものである請求項1記載の方法。
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