JP2013523990A - チオフェン−縮合環シクロペンタジエニルリガンドを含む遷移金属化合物を使用したポリプロピレンの製造方法 - Google Patents

チオフェン−縮合環シクロペンタジエニルリガンドを含む遷移金属化合物を使用したポリプロピレンの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、新たな構造の遷移金属化合物を含む触媒の存在下でプロピレンを重合させる段階を含むポリプロピレンの製造方法に関する。
本発明によるポリプロピレンの製造方法は、新たな構造の遷移金属化合物を触媒として用いることによって、重合活性が高くて、工程効率に優れているだけでなく、重合体の微細構造を簡単に制御できるので、所望の物性を有するポリプロピレンを容易に製造することができる。

Description

本発明は、チオフェン−縮合環シクロペンタジエニルリガンドを含む遷移金属化合物を使用してポリプロピレンを製造する方法に関する。
ポリプロピレンは、立体構造によりアイソタクチックポリプロピレン(IsotacticPolypropylene、以下、「iPP」という)、シンジオタクチックポリプロピレン(SyndiotacticPolypropylene、以下、「sPP」という)、およびアタクチックポリプロピレン(AtacticPolypropylene、以下「aPP」という)と分類される。
そのうちの前記iPPとsPPは、優秀な機械的物性と熱的特性によって、これに対する研究が進められてきたことに比べて、前記aPPは、無秩序な立替規則性による物性向上の限界によって、相対的に商業的開発が活発に行われていない。
このようなaPPは、iPPを製造するスラリー工程で副産物として脂肪族溶媒の回収過程で分離されるか、または変性塩化チタン(III)と共触媒または活性化剤としてジエチル塩化アルミニウムのような有機アルミニウム化合物を用いた不均一触媒を使用して製造することができる。しかし、立体規則度が改善されたiPP工程では非結晶性のaPPがそれ以上副産物として生成されず、目的に応じて結晶度の低いPPが生産されても、共単量体を追加することによって得ることができる限界がある。
一方、最近、多様な構造のメタロセン触媒系を利用して分子量分布が狭いaPPを製造する方法が提案されており、このような方法に用いられるメタロセン触媒系は、1)Achiral、unbridged metallocene、stereorigid C2v対称性のメタロセン触媒、2)Meso−異性体のansaメタロセン触媒、3)インデニル環の2、2’−位置に連結橋を有するansa−C2対称性のメタロセン触媒、4)monoCp化合物の触媒などが例として挙げられる。
このようなaPPは分子量によって物性が大きく変わるが、例えば、重量平均分子量が15、000未満のaPPは常温でも粘っこい状態なので、使用に限界があって、高分子材料への活用度が落ちる問題点がある。
しかし、上記で例示した従来のメタロセン触媒系を利用する場合、ポリプロピレンに対する重合活性が低く、高い分子量を有するaPPを得るためには比較的低い温度(例えば、20℃以下)で重合を行わなければならない限界がある。
そこで、本発明の目的は、触媒活性に優れていると共に、高分子量のaPPを製造できる触媒を使用して、ポリプロピレンを製造する方法を提供することにある。
本発明は、下記の化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒の存在下で、プロピレンを重合させる段階を含むポリプロピレンの製造方法を提供する:
[化学式1]
上記化学式1において、
Mは、4族遷移金属であり;
およびQは、それぞれ独立的にハロゲン、(C−C20)アルキル、(C−C20)アルケニル、(C−C20)アルキニル、(C−C20)アリール、(C−C20)アルキル(C−C20)アリール、(C−C20)アリール(C−C20)アルキル、(C−C20)アルキルアミド、(C−C20)アリールアミドまたは(C−C20)アルキリデンであり;
、R、R、R、R、R、R、R、RおよびR10は、それぞれ独立的に水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル(C−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アリール(C−C20)アルキル;またはアセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)シリルであり;前記RとRは互いに連結されて環を形成することができ、前記RとRは互いに連結されて環を形成することができ、前記R乃至R10のうちの2以上が互いに連結されて環を形成することができ;
11、R12およびR13は、それぞれ独立的に水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル(C−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アリール(C−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)シリル;(C−C20)アルコキシ;または(C−C20)アリールオキシであり;前記R11とR12またはR12とR13は互いに連結されて環を形成することができる。
この時、上記化学式1で表される遷移金属化合物において、
前記Mは、チタニウム(Ti)、ジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)であり; 前記QおよびQは、それぞれ独立的にメチルまたは塩素であり;前記R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立的に水素またはメチルであり;前記R、R、R、R、R10、R11、R12およびR13は、それぞれ水素であるのが好ましい。
一方、前記触媒は、下記の化学式6、化学式7および化学式8で表される化合物からなる群より選択される1種以上の助触媒化合物をさらに含むことができる。
[化学式6]
−[Al(R61)−O]
上記化学式6において、
61は、それぞれ独立的にハロゲンラジカル、(C−C20)ヒドロカルビルラジカル、またはハロゲンに置換された(C−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
aは、2以上の整数である;
[化学式7]
D(R71
上記化学式7において、
Dは、アルミニウムまたはボロンであり;
71は、それぞれ独立的にハロゲンラジカル、(C−C20)ヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンに置換された(C−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
[化学式8]
[L−H][Z(A)または[L][Z(A)
上記化学式8において、
Lは、中性または陽イオン性ルイス酸であり;
Zは、13族元素であり;
Aは、それぞれ独立的に1以上の水素原子価ハロゲン、(C−C20)ヒドロカルビル 、(C−C20)アルコキシまたは(C−C20)アリールオキシラジカルに置換された(C−C20)アリールまたは(C−C20)アルキルラジカルである。
前記助触媒化合物において、上記化学式6のR61は、メチル、エチル、n−ブチルまたはイソブチルであり;上記化学式7のDはアルミニウムであり、R71はメチルまたはイソブチルであり、またはDはボロンであり、R71はペンタフルオロフェニルであり;上記化学式8において、[L−H]はジメチルアニリニウム陽イオンであり;[Z(A)は[B(Cであり;[L]は[(CC]とすることができる。
この時、前記助触媒化合物の含有量は、上記化学式1で表される遷移金属化合物に含まれている遷移金属1モルに対して、助触媒化合物に含まれている金属のモル比を基準として1:1〜100、000とすることができる。
また、前記触媒は、化学式1で表される遷移金属化合物がSiO、Al、MgO、MgCl、CaCl、ZrO、TiO、B、CaO、ZnO、BaO、ThO、SiO−Al、SiO−MgO、SiO−TiO、SiO−V、SiO−CrO、SiO−TiO−MgO、ボーキサイト、ゼオライト、スターチおよびシクロデキストリンからなる群より選択される1種以上の担体に担持されたものとすることができる。
一方、前記重合段階は、−50乃至500℃の温度、および1乃至3000気圧の圧力下で行うことができる。
また、前記ポリプロピレンは、重量平均分子量が20、000乃至1、000、000であり;密度が0.8乃至0.9g/mlとすることができる。
また、前記ポリプロピレンは、立体規則度(isotacticity、Pentad I.I、mmmm)が5乃至20%とすることができる。
本発明によるポリプロピレンの製造方法は、新たな構造の遷移金属化合物を触媒として使用することによって、重合活性が高くて、工程効率に優れているだけでなく、重合体の微細構造を簡単に制御できるので、所望の物性を有するポリプロピレンを容易に製造することができる。
以下、本発明の実施形態によるポリプロピレンの製造方法について説明する。
本発明者らは、オレフィン重合用触媒に対する研究を繰り返す過程で、アミドリガンドとオルト−フェニレンが縮合環を形成し、オルト−フェニレンに結合した5員環のパイ−リガンドが、チオフェンヘテロ環によって融合した新たな構造のリガンドを発見した。また、前記リガンドを含む遷移金属化合物は、チオフェンヘテロ環が融合しない遷移金属化合物に比べて、さらに高い触媒活性を示し、分子量の大きい高分子の製造が可能であることを確認した。
特に、前記新たな構造のリガンドを含む遷移金属化合物をポリプロピレン(好ましくは、aPP)の製造に使用する場合、共重合体の微細構造を簡単に制御できるので、分子量の大きいポリプロピレンの製造が可能であることを確認して、本発明を完成した。
このような、本発明は一実施形態により、
下記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒の存在下で、プロピレンを重合させる段階を含むポリプロピレンの製造方法を提供する。
[化学式1]
上記化学式1において、
Mは、4族遷移金属であり;
およびQは、それぞれ独立的にハロゲン、(C−C20)アルキル、(C−C20)アルケニル、(C−C20)アルキニル、(C−C20)アリール、(C−C20)アルキル(C−C20)アリール、(C−C20)アリール(C−C20)アルキル、(C−C20)アルキルアミド、(C−C20)アリールアミドまたは(C−C20)アルキリデンであり;
、R、R、R、R、R、R、R、RおよびR10は、それぞれ独立的に水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル(C−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アリール(C−C20)アルキル;またはアセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)シリルであり;前記RとRは互いに連結されて環を形成することができ、前記RとRは互いに連結されて環を形成することができ、前記R乃至R10のうちの2以上が互いに連結されて環を形成することができ;
11、R12およびR13は、それぞれ独立的に水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル(C−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アリール(C−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)シリル;(C−C20)アルコキシ;または(C−C20)アリールオキシであり;前記R11とR12またはR12とR13は互いに連結されて環を形成することができる。
最初に、本発明の製造方法に使用される前記触媒について説明する。
前記触媒は、化学式1で表される遷移金属化合物を含む。
上記化学式1の遷移金属化合物は、後述する助触媒化合物によって活性化して、プロピレンの重合反応に活性を付与するようになる。
上記化学式1で表される遷移金属化合物は、アミドリガンドとオルト−フェニレンが縮合環を形成し、前記オルト−フェニレンに結合した5員環のパイ−リガンドがチオフェンヘテロ環によって融合した新たな構造のリガンドを含む。それによって、前記遷移金属化合物はチオフェンヘテロ環が融合しない遷移金属化合物に比べて、プロピレンの重合活性が高いという長所がある。
本発明によれば、上記化学式1で表される化合物において、前記R、R、R、R、R、R、R、R、R9、10、R11、R12およびR13は、それぞれ独立的にアセタール、ケタールまたはエーテル基を含む置換基で置換されたものであってもよく、このような置換基で置換される場合、担体の表面に担持させることにおいてさらに有利である。
また、上記化学式1で表される化合物において、前記Mは、チタニウム(Ti)、ジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)であるのが好ましい。
上記化学式1で表される遷移金属化合物において、前記QおよびQは、それぞれ独立的にハロゲンまたは(C−C20)アルキルであるのが好ましく、さらに好ましくは塩素またはメチルとすることができる。
上記化学式1で表される遷移金属化合物において、前記R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立的に水素または(C−C20)アルキルとすることができ、好ましくは、それぞれ独立的に水素またはメチルとすることができる。さらに好ましくは、前記R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立的に水素またはメチルとすることができ、但し、RおよびRのうちの少なくとも一つはメチルであり、Rはメチルとすることができる。
また、上記化学式1で表される遷移金属化合物において、前記R、R、R、R、R10、R11、R12およびR13は、それぞれ水素であるのが好ましい。
上記化学式1で表される遷移金属化合物は、前記のような置換基を含むことが金属周囲の電子的、立体的環境の制御のために好ましい。
また、上記化学式1で表される遷移金属化合物において、前記QおよびQは、それぞれ独立的にハロゲンまたは(C−C20)アルキルであるのが好ましく、さらに好ましくは塩素またはメチルとすることができる。
上記化学式1で表される遷移金属化合物において、前記R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立的に水素または(C−C20)アルキルとすることができ、好ましくは、それぞれ独立的に水素またはメチルとすることができる。さらに好ましくは、前記R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立的に水素またはメチルとすることができ、但し、RおよびRのうちの少なくとも一つはメチルであり、Rはメチルとすることができる。
上記化学式1で表される遷移金属化合物において、前記R、R、R、R、R10、R11、R12およびR13は、それぞれ水素であるのが好ましい。
上記化学式1で表される遷移金属化合物は、前記のような置換基を含むことが金属周囲の電子的、立体的環境の制御のために好まれる。
一方、上記化学式1で表される遷移金属化合物は、下記化学式2で表される前駆体化合物から得ることができる。
[化学式2]
上記化学式2において、 R、R、R、R、R、R、R、R、R9、10、R11、R12およびR13は、それぞれ上記化学式1で定義した通りである。
ここで、上記化学式2で表される前駆体化合物は、(a)下記化学式3で表されるテトラヒドロキノリン誘導体をアルキルリチウムと反応させた後、二酸化炭素を添加して、化学式4で表される化合物を製造する段階;および(b)上記化学式4で表される化合物とアルキルリチウムを反応させた後、下記化学式5で表される化合物を添加して、酸処理する段階を含む方法によって製造することができる。
[化学式3]
[化学式4]
[化学式5]
上記化学式3、化学式4、および化学式5において、R、R、R、R、R、R、R、R、R9、10、R11、R12およびR13は、それぞれ上記化学式1で定義した通りである。
但し、上記化学式3、化学式4、および化学式5において、前記R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立的に水素または(C−C20)アルキルとすることができ、好ましくは、それぞれ独立的に水素またはメチルとすることができる。さらに好ましくは、前記R、R、R、R、および Rは、それぞれ独立的に水素またはメチルとすることができ、但し、RおよびRのうちの少なくとも一つはメチルであり、Rはメチルとすることができる。また、前記R、R、R、R9、10、R11、R12およびR13は、それぞれ水素であるのが好ましい。これによって、出発物質の接近性および反応性を確保できて、製造される化学式1の遷移金属化合物の電子的および立体的環境を制御することに有利である。
上記(a)段階は、上記化学式3で表されるテトラヒドロキノリン誘導体をアルキルリチウムと反応させた後、二酸化炭素を添加して、上記化学式4で表される化合物に切換する反応であり、これは公知の文献に記述された方法により行うことができる(Tetrahedron Lett.1985,26,5935;Tetrahedron1986,42,2571;J.Chem.SC.Perkin Trans.1989,16.)。
また、上記(b)段階において、上記化学式4で表される化合物にアルキルリチウムを反応させることによって、脱陽子反応を誘発してオルト−リチウム化合物を生成し、これに化学式5で表される化合物を反応させて酸を処理することによって、上記化学式2で表される遷移金属化合物前駆体を得ることができる。
上記化学式4で表される化合物にアルキルリチウムを反応させてオルト−リチウム化合物を生成する反応は、公知の文献を通して把握でき(Organometallics 2007,27,6685;大韓民国公開特許第2008−0065868号)、本発明では、これに上記化学式5で表される化合物を反応させて酸を処理することによって、上記化学式2で表される遷移金属化合物前駆体を得ることができる。
ここで、上記化学式5で表される化合物は、公知の多様な方法によって製造することができる。下記反応式1はそのうちの一例を示し、一段階の反応だけで製造できるだけでなく、安価の出発物質が使用されて、本発明の遷移金属化合物前駆体を容易で、かつ経済的に製造することができるようにする(J.Organomet.Chem.,2005,690,4213)。
[反応式1]
一方、前記方法によって得られた上記化学式2で表される前駆体化合物から、上記化学式1で表される遷移金属化合物を合成するためには、公知の多様な方法を利用することができる。本発明の一実施例によれば、上記化学式2で表される前駆体化合物に約2当量のアルキルリチウムを添加して、脱陽子反応を誘導することによって、シクロペンタジエニル陰イオンとアミド陰イオンのダイリチウム化合物を製造した後、ここに(Q)(Q)MCl2を投入して、約2当量のLiClを除去する方法で製造することができる。
また、本発明の他の実施例によれば、上記化学式2で表される化合物とM(NMe化合物を反応させて、約2当量のHNMEを除去して、QとQが同時にNMeである化学式1で表される遷移金属化合物を得て、ここにMeSiClまたはMeSiClを反応させて、NMeリガンドを塩素リガンドに変えることができる。
一方、本発明の製造方法に使用される前記触媒は、助触媒化合物をさらに含むことができる。
前記助触媒化合物は、上記化学式1で表される遷移金属化合物を活性化させる役割を果たす。したがって、本発明による触媒の活性を低下させずに、前記遷移金属化合物を活性化できる化合物であれば、その構成に制限なしに使用することができる。
但し、本発明の一実施形態によれば、前記助触媒化合物は、下記の化学式6、化学式7および化学式8で表される化合物からなる群より選択される1種以上であるのが好ましい。
[化学式6]
−[Al(R61)−O]
上記化学式6において、
61は、それぞれ独立的にハロゲンラジカル、(C−C20)ヒドロカルビルラジカル、またはハロゲンに置換された(C−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
aは、2以上の整数である;
[化学式7]
D(R71
上記化学式7において、
Dは、アルミニウムまたはボロンであり;
71は、それぞれ独立的にハロゲンラジカル、(C−C20)ヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンに置換された(C−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
[化学式8]
[L−H][Z(A)または[L][Z(A)
上記化学式8において、
Lは、中性または陽イオン性ルイス酸であり;
Zは、13族元素であり;
Aは、それぞれ独立的に1以上の水素原子価ハロゲン、(C−C20)ヒドロカルビル 、(C−C20)アルコキシまたは(C−C20)アリールオキシラジカルに置換された(C−C20)アリールまたは(C−C20)アルキルラジカルである。
ここで、上記化学式6で表される助触媒化合物は、アルキルアルミノキサンであればその構成が特に制限されないが、好ましくは、メチルアルミノキサン(Methylaluminoxane)、エチルアルミノキサン(Ethylaluminoxane)、ブチルアルミノキサン(Butylaluminoxane)、ヘキシルアルミノキサン(Hexylaluminoxane)、オクチルアルミノキサン(Octylaluminoxane)、デシルアルミノキサン(Decylaluminoxane)等とすることができる。
また、上記化学式7で表される助触媒化合物は、トリメチルアルミニウム(Trimethylaluminum)、トリエチルアルミニウム(Triethylaluminum)、トリブチルアルミニウム(Tributylaluminum)、トリヘキシルアルミニウム(Trihexylaluminum)、トリオクチルアルミニウム(Trioctylaluminum)、トリデシルアルミニウム(Tridecylaluminum)等のトリアルキルアルミニウム;ジメチルアルミニウムメトキシド(Dimethylaluminummethoxide)、ジエチルアルミニウムメトキシド(Diethylaluminummethoxide)、ジブチルアルミニウムメトキシド(Dibutylaluminummethoxide)のようなジアルキルアルミニウムアルコキシド(Dialkylaluminum alkoxide);ジメチルアルミニウムクロリド(Dimethylaluminum chloride)、ジエチルアルミニウムクロリド(Diethylaluminumchloride)、ジブチルアルミニウムクロリド(Dibutylaluminum chloride)のようなジアルキルアルミニウムハライド(Dialkylaluminum halide);メチルアルミニウムジメトキシド(Methylaluminum dimethoxide)、エチルアルミニウムジメトキシド(Ethylaluminum dimethoxide)、ブチルアルミニウムジメトキシド(Butylaluminum dimethoxide)のようなアルキルアルミニウムジアルコキシド(Alkylaluminum dialkoxide);メチルアルミニウムジクロリド(Methylaluminum dichloride)、エチルアルミニウムジクロリド(Ethylaluminum dichloride)、ブチルアルミニウムジクロリド(Butylaluminum dichloride)のようなアルキルアルミニウムジハロゲン化合物(Alkylaluminum dihalide);トリメチルボロン、トリエチルボロン、トリイソブチルボロン、トリプロピルボロン、トリブチルボロンのようなトリアルキルボロン;トリスペンタフルオロフェニルボロンなどとすることができる。
また、上記化学式8で表される助触媒化合物は、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)ボレート(Trimethylammonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、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)ボレート(Triethylammonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、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)ボレート(Tripropylammonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、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)ボレート(Tri(n−butyl)ammonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、トリ(sec−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)ボレート(Tri(sec−butyl)ammonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、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(N,N−dimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、N,N−ジメチルアニリニウムn−ブチルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(N,N−dimethylanilinium n−butyltris(pentafluorophenyl)borate)、N,N−ジメチルアニリニウムベンジルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(N,N−dimethylanilinium benzyltris(pentafluorophenyl)borate)、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(4−(t−ブチルジメチルシリル)−2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレート(N,N−dimethylanilinium tetrakis(4−(t−butyldimethylsiiyl)−2,3,5,6−tetrafluorophenyl)borate)、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(4−(t−トリイソプロピルシリル)−2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレート(N,N−dimethylanilinium tetrakis(4−(t−triisopropylsilyl)−2,3,5,6−tetrafluorophenyl)borate)、N,N−ジメチルアニリニウムペンタフルオロフェノキシトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(N,N−dimethylanilinium pentafluorophenoxytris(pentafluorphenyl)borate)、N,N−ジエチルアニリウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(N,N−diethylanilinium tetrakis(pentafluorphenyl)borate)、N,N−ジメチル−2,4,6−トリメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(N,N−dimethyl−2,4,6−trimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、N,N−ジメチルアンモニウムテトラキス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレート(N,N−dimethylammonium tetrakis(2,3,5,6−tetrafluorophenyl)borate)、N,N−ジエチルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート(N,N−diethylammonium tetrakis(2,3,4,6−tetrafluorophenyl)borate)、トリプロピルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート(tripropylammonium tetrakis(2,3,4,6−tetrafluorophenyl)borate)、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート(tri(n−butyl)ammonium tetrakis(2,3,4,6−tetrafluorophenyl)borate)、ジメチル(t−ブチル)アンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート(dimethyl(t−butyl)ammonium tetrakis(2,3,4,6−tetrafluorophenyl)borate)、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート(N,N−dimethylanilinium tetrakis(2,3,4,6−tetrafluorophenyl)borate)、N,N−ジエチルアニリウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート(N,N−diethylanilinium tetrakis(2,3,4,6−tetrafluorophenyl)borate)、N,N−ジメチル2,4,6−トリメチルアニリニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート(N,N−dimethyl−2,4,6−trimethylanilinium tetrakis(2,3,4,6−tetrafluorophenyl)borate)等とすることができる。
上記化学式8で表される助触媒化合物は、ジ−(i−プロピル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(di−(i−propyl)ammonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、ジシクロヘキシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(dicyclohexylammonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)のようなジアルキルアンモニウム;トリフェニルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(Triphenylphosphonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、トリ(o−トリルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(tri(o−tolylphosphoniumtetrakis(pentafluorophenyl)borate)、トリ(2,6−ジメチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(Tri(2,6−dimethylphenyl)phosphonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)のようなトリアルキルホスホニウム;
ジフェニルオキソニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(diphenyloxonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、ジ(o−トリル)オキソニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(di(o−tolyl)oxonium tetrakis(pentafluororphenyl)borate)、ジ(2,6−ジメチルフェニルオキソニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(di(2,6−dimethylphenyl oxonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)のようなジアルキルオキソニウム;ジフェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(diphenylsulfonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、ジ(o−トリル)スルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(di(o−tolyl)sulfonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、ビス(2,6−ジメチルフェニル)スルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(bis(2,6−dimethylphenyl)sulfonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)のようなジアルキルスルホニウム;およびトロピリウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(tropylium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、トリフェニルメチルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(triphenylmethylcarbenium tetrakis(pentafluorophenyl)borate)、ベンゼン(ジアゾニウム)テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(benzene(diazonium)tetrakis(pentafluorophenyl)borate)のようなカルボニウム塩などとすることができる。
特に、本発明によれば、前記助触媒化合物がさらに優れた活性化効果を示すようにするために、上記化学式6において、R61はメチル、エチル、n−ブチルまたはイソブチルであるのが好ましく;上記化学式7において、Dはアルミニウムであり、R71はメチルまたはイソブチルであるか、またはDはボロンであり、R71はペンタフルオロフェニルであるのが好ましく;上記化学式8において、[L−H]はジメチルアニリニウム陽イオンであり、[Z(A)は[B(Cであり、[L]は[(CC]であるのが好ましい。
一方、前記助触媒化合物の添加量は、上記化学式1で表される遷移金属化合物の添加量および前記遷移金属化合物を十分に活性化させるのに必要な量などを考慮して決めることができる。
本発明によれば、前記助触媒化合物の含有量は、上記化学式1で表される遷移金属化合物に含まれている遷移金属1モルに対して、助触媒化合物に含まれている金属のモル比を基準として、1:1〜100、000、好ましくは1:1〜10、000、さらに好ましくは1:1〜5、000とすることができる。
さらに具体的に、上記化学式6で表される助触媒化合物は、上記化学式1で表される遷移金属化合物に対して1:1〜1:100、000、好ましくは1:5〜50、000、さらに好ましくは1:10〜20、000のモル比で含まれる。
また、上記化学式7で表される助触媒化合物において、Dがボロンである場合には、前記遷移金属化合物に対して1:1〜100、好ましくは1:1〜10、さらに好ましくは1:1〜3のモル比で含まれる。
そして、上記化学式7で表される助触媒化合物において、Dがアルミニウムである場合には、重合システム内の水の量によって変わることがあるが、前記遷移金属化合物に対して1:1〜1、000、好ましくは1:1〜500、さらに好ましくは1:1〜100のモル比で含まれる。
また、上記化学式8で表される助触媒化合物は、前記遷移金属化合物に対して1:1〜100、好ましくは1:1〜10、さらに好ましくは1:1〜4のモル比で含まれる。
一方、本発明の製造方法で使用される前記触媒は、上記化学式1で表される遷移金属化合物、または前記遷移金属化合物と助触媒化合物が担体上に担持されたものとすることができる。
ここで、前記担体としては、本発明が属する技術分野で触媒の製造に使用される無機または有機素材の担体が、制限なしに用いられる。
但し、本発明の一実施例によれば、前記担体は、 SiO、Al、MgO、MgCl、CaCl、ZrO、TiO、B、CaO、ZnO、BaO、ThO、SiO−Al、SiO−MgO、SiO−TiO、SiO−V、SiO−CrO、SiO−TiO−MgO、ボーキサイト、ゼオライト、スターチ、シクロデキストリン、または合成高分子とすることができる。
好ましくは、前記担体は、表面にヒドロキシ基を含むもので、シリカ、シリカ−アルミナ、およびシリカ−マグネシアからなる群より選択される1種以上の担体とすることができる。
このような担体に前記遷移金属化合物および助触媒化合物を担持させる方法は、水分が除去された(dehydrated)担体に前記遷移金属化合物を直接担持させる方法;前記担体を前記助触媒化合物に前処理した後、遷移金属化合物を担持させる方法;前記担体に前記遷移金属化合物を担持させた後、助触媒化合物で後処理する方法;前記遷移金属化合物と助触媒化合物を反応させた後、担体を添加して反応させる方法等が用いられる。
また、本発明の一実施形態によれば、このような担持方法に使用可能な溶媒としては、ペンタン(Pentane)、ヘキサン(Hexane)、ヘプタン(Heptane)、オクタン(Octane)、ノナン(Nonane)、デカン(Decane)、ウンデカン(Undecane)、ドデカン(Dodecane)等の脂肪族炭化水素系溶媒;ベンゼン(Benzene)、モノクロロベンゼン(Monochlorobenzene)、ジクロロベンゼン(Dichlorobenzene)、トリクロロベンゼン(Trichlorobenzene)、トルエン(Toluene)等の芳香族炭化水素系溶媒;ジクロロメタン(Dichloromethane)、トリクロロメタン(Trichloromethane)、ジクロロエタン(Dichloroethane)、トリクロロエタン(Trichloroethane)等のハロゲン化脂肪族炭化水素系溶媒;またはこれらの混合物が例として挙げられる。
また、前記遷移金属化合物と助触媒化合物を担体上に担持させる工程は、−70乃至200℃、好ましくは−50乃至150℃、さらに好ましくは0乃至100℃の温度下で行われるのが担持工程の効率面で有利である。
一方、本発明によるポリプロピレンの製造方法は、上述した触媒の存在下で、プロピレンを重合させる段階を含む。
ここで、前記プロピレンは、本発明が属する技術分野における通常的なものを用いることができるので、その構成を特に限定しない。
そして、前記重合段階は、スラリー相(Slurry Phase)、液相(Solution Phase)、気相(Gas Phase)またはバルク相(Bulk Phase)で実施することができる。
前記重合段階が、液相またはスラリー相で実施される場合には、溶媒またはオレフィン系単量体自体を媒質として使用することができる。
また、前記重合段階に使用可能な溶媒は、ブタン(Butane)、イソブタン(Isobutane)、ペンタン(Pentane)、ヘキサン(Hexane)、ヘプタン(Heptane)、オクタン(Octane)、ノナン(Nonane)、デカン(Decane)、ウンデカン(Undecane)、ドデカン(Dodecane)、シクロペンタン(Cyclopentane)、メチルシクロペンタン(Methylcyclopentane)、シクロヘキサン(Cyclohexane)等の脂肪族炭化水素系溶媒;ベンゼン(Benzene)、モノクロロベンゼン(Monochlorobenzene)、ジクロロベンゼン(Dichlorobenzene)、トリクロロベンゼン(Trichlorobenzene)、トルエン(Toluene)、キシレン(Xylene)、クロロベンゼン(Chlorobenzene)等の芳香族炭化水素系溶媒;ジクロロメタン(Dichloromethane)、トリクロロメタン(Trichloromethane)、クロロエタン(Chloroethane)、ジクロロエタン(Dichloroethane)、トリクロロエタン(Trichloroethane)、1,2−ジクロロエタン(1,2−Dichloroethane)等のハロゲン化脂肪族炭化水素溶媒;またはこれらの混合物とすることができる。
一方、前記重合段階において、前記触媒の添加量はスラリー相、液相、気相またはバルク相の工程によって、単量体の重合反応が十分に起こられる範囲内で決定されるので、特に制限しない。
但し、本発明によれば、前記触媒の添加量は、単量体の単位体積(L)当り前記遷移金属化合物の中心金属(M)の濃度を基準として、10−8mol/L乃至1mol/L、好ましくは10−7mol/L乃至10−1mol/L、さらに好ましくは10−7mol/L乃至10−2mol/Lとすることができる。
また、前記重合段階は、バッチ式(Batch Type)、半連続式(Semi−continuous Type)または連続式(Continuous Type)反応で行うことができる。
一方、前記重合段階の温度および圧力条件は、適用しようとする反応の種類および反応基の種類によって、重合反応の効率を考慮して決定することができるので、特に制限しない。
但し、本発明によれば、前記重合段階は、−50乃至500℃、好ましくは0乃至400℃、さらに好ましくは0乃至300℃の温度下で行うことができる。
また、本発明によれば、前記重合段階は、1乃至3000気圧、好ましくは、1乃至1000気圧、さらに好ましくは1乃至500気圧の圧力下で行うことができる。
一方、本発明によるポリプロピレンの製造方法は、上述した触媒を用いることによって、共重合体の微細構造を簡単に制御できるので、分子量が大きく、密度が低いポリプロピレンを製造することができる。
つまり、前記ポリプロピレンは、重量平均分子量(Mw)が20、000乃至1、000、000、好ましくは50、000乃至900、000、さらに好ましくは50、000乃至800、000とすることができる。
また、前記ポリプロピレンは、密度が0.8乃至0.9g/ml、好ましくは0.82乃至0.9g/ml、さらに好ましくは0.82乃至0.89g/mlとすることができる。
また、前記ポリプロピレンは、立体規則度(isotacticity、Pentad I.I、mmmm)が5乃至20%、好ましくは5乃至18%、さらに好ましくは5乃至15%とすることができる。
そして、前記ポリプロピレンは、分子量分布(Mw/Mn)が1乃至10、好ましくは1.5乃至8、さらに好ましくは2乃至6とすることができる。
以下、本発明の理解のために、好ましい実施例を提示する。しかし、下記実施例は本発明を例示するためのものであり、本発明をこれらだけで限定することではない。
下記i)前駆体化合物の合成、およびii)遷移金属化合物の合成過程は、下記反応式2および反応式3により、窒素またはアルゴンなどの不活性雰囲気下で行われて、標準シュレンク(Standard Schlenk)技術とグローブボックス(Glove Box)技術が利用された。
下記反応式2において、各化合物は置換基の種類を異にするものであって、各置換基の種類は当該化合物の下段に表でまとめた(例えば、下記化合物D−2は、Rの位置が水素、RおよびRの位置がメチル基で置換された化合物を意味する。)。
また、下記反応式2において、化合物C(C−1、C−2およびC−3)は、公知の方法を参照して合成した(J.Organomet.Chem.,2005,690,4213)。
[反応式2]
i)前駆体化合物の合成
[実施例i−1: 前駆体化合物D−1の合成]
1,2,3,4−テトラヒドロキノリン(1.00g、7.51mmol)とジエチルエーテル(16mL)溶液が入っているシュレンクフラスコを−78℃低温槽に浸して、温度を低くした後、攪拌してn−ブチルリチウム(3.0mL、7.5mmol、2.5Mヘキサン溶液)を窒素雰囲気下でゆっくり注入した。−78℃で約一時間攪拌した後、常温にゆっくり温度を上げた。淡い黄色の固体が沈殿しており、生成されたブタンガスはバブラーを通して除去した。温度をさらに−78℃に低くした後、二酸化炭素を注入した。二酸化炭素を注入すると、すぐスラリー状態の溶液が透明でかつ均一な溶液となった。−78℃で一時間攪拌した後、−20℃に温度をゆっくり上げながら、余分の二酸化炭素をバブラーを通して除去した。白い色の固体がさらに沈殿した。
−20℃でテトラヒドロフラン(0.60g、8.3mmol)と、t−ブチルリチウム(4.9mL、8.3mmol、1.7Mペンタン溶液)を順次に窒素雰囲気下で注入して、約二時間攪拌した。次に、塩化リチウムと前記化合物C−1(1.06g、6.38mmol)が溶けているテトラヒドロフラン溶液(19mL)を窒素雰囲気下に注入した。−20℃で一時間攪拌した後、常温に温度をゆっくり上げた。常温で一時間攪拌した後、水(15mL)を注入して反応を終結した。溶液を分別漏斗に移して、有機層を抽出した。抽出した有機層を分別漏斗にさらに入れた後、追加的に塩酸(2N、40mL)を入れた。約2分間揺動した後、炭酸水素ナトリウム水溶液(60mL)をゆっくり入れて中和した。有機層を取って、無水硫酸マグネシウムで湿気を除去した後、溶媒を除去して粘液性の物質を得た。ヘキサンと酢酸エチルとの混合溶媒(v/v、50:1)を利用して、シリカゲルカラムクロマトグラフィー方法によって化合物を精製して、77.2mgの化合物を得た(収率43%)。
H NMR分析結果、二つのシグナルセットが1:1と観察されており、これはフェニレンとシクロペンタジエンを結ぶ炭素−炭素結合(前記反応式2において、太くマークした結合)に対する回転が容易でないことに起因する。下記13C NMRデータで括弧中の値は、前記回転が容易でないことによって、分かれたシグナルのケミカルシフト値である。
H NMR(C):δ7.22and7.17(br d、J=7.2Hz、1H)、6.88(s、2H)、6.93(d、J=7.2Hz、1H)、6.73(br t、J=7.2Hz、1H)、3.84and3.80(s、1H、NH)、3.09and2.98(q、J=8.0Hz、1H、CHMe)、2.90−2.75(br、2H、CH)、2.65−2.55(br、2H、CH)、1.87(s、3H、CH)、1.70−1.50(m、2H、CH)、1.16(d、J=8.0Hz、3H、CH)ppm
13C NMR(C):151.64(151.60)、147.74(147.61)、146.68、143.06、132.60、132.30、129.85、125.02、121.85、121.72、119.74、116.87、45.86、42.54、28.39、22.89、16.32、14.21ppm
[実施例i−2: 前駆体化合物D−2の合成]
前記化合物C−1の代わりに化合物C−2を使用したことを除いて、前記実施例i−1と同一な条件および方法で前駆体化合物D−2を合成した(収率53%)。
H NMR分析結果、二つのシグナルセットが1:1と観察されており、これはフェニレンとシクロペンタジエンを結ぶ炭素−炭素結合(反応式2において、太くマークした結合)に対する回転が容易でないことに起因する。
H NMR(C):δ7.23(d、J=7.2Hz、1H)、6.93(d、J=7.2Hz、1H)、6.74(br t、J=7.2Hz、1H)、4.00and3.93(s、1H、NH)、3.05(br q、J=8.0Hz、1H、CHMe)、3.00−2.80(br、2H、CH)、2.70−2.50(br、2H、CH)、2.16(s、3H、CH)、2.04(br s、3H、CH)、1.91(s、3H、CH)、1.75−1.50(m、2H、CH)、1.21(d、J=8.0Hz、3H、CH)ppm
13C NMR(C):151.60(151.43)、145.56(145.36)、143.08、141.43、132.90、132.68、132.43、129.70、121.63、120.01、116.77、46.13、42.58、28.42、22.97、15.06、14.19、14.08、12.70ppm
[実施例i−3: 前駆体化合物D−3の合成]
1,2,3,4−テトラヒドロキノリンの代わりにTetrahydroquinalineを使用したことを除いて、前記実施例i−1と同一な条件および方法で前駆体化合物D−3を合成した(収率63%)。
H NMR分析結果、あるシグナルの場合、1:1:1:1比の4個のシグナルに分離されて観察されており、これはフェニレンとシクロペンタジエンを結ぶ炭素−炭素結合(前記反応式2において、太くマークした結合)に対する回転が容易でないことと、二つのカイラルセンターの存在によるアイソマリズムに起因する。
H NMR(C):δ7.33、7.29、7.22、and7.17(d、J=7.2Hz、1H)、6.97(d、J=7.2Hz、1H)、6.88(s、2H)、6.80−6.70(m、1H)、3.93and3.86(s、1H、NH)、3.20−2.90(m、2H、NCHMe、CHMe)、2.90−2.50(m、2H、CH)、1.91、1.89、and1.86(s、3H、CH)、1.67−1.50(m、1H、CH)、1.50−1.33(m、1H、CH)、1.18、1.16、and1.14(s、3H、CH)、0.86、0.85、and0.80(d、J=8.0Hz、3H、CH)ppm
13C NMR(C):151.67、147.68(147.56、147.38)、147.06(146.83、146.28、146.10)、143.01(142.88)、132.99(132.59)、132.36(131.92)、129.69、125.26(125.08、124.92、124.83)、122.03、121.69(121.60、121.28)、119.74(119.68、119.46)、117.13(117.07、116.79、116.72)、47.90(47.73)、46.04(45.85)、31.00(30.92、30.50)、28.00(27.83、27.64)、23.25(23.00)、16.38(16.30)、14.63(14.52、14.18)ppm
[実施例i−4: 前駆体化合物D−4の合成]
1,2,3,4−テトラヒドロキノリンの代わりにtetrahydroquinalineを使用し、前記化合物C−1の代わりに化合物C−2を使用したことを除いて、前記実施例i−1と同一な条件および方法で前駆体化合物D−4を合成した(収率63%)。
H NMR分析結果、あるシグナルの場合、1:1:1:1比の4個のシグナルに分離されて観察されており、これはフェニレンとシクロペンタジエンを結ぶ炭素−炭素結合(前記反応式2において、太くマークした結合)に対する回転が容易でないことと、二つのカイラルセンターの存在によるアイソマリズムに起因する。
H NMR(C):δ7.32、7.30、7.22、and7.19(d、J=7.2Hz、1H)、6.97(d、J=7.2Hz、1H)、6.85−6.65(m、1H)、4.10−3.90(s、1H、NH)、3.30−2.85(m、2H、NCHMe、CHMe)、2.85−2.50(m、2H、CH)、2.15(s、3H、CH)、2.02(s、3H、CH)、1.94、1.92、and1.91(s、3H、CH)、1.65−1.50(m、1H、CH)、1.50−1.33(m、1H、CH)、1.22、1.21、1.20、and1.19(s3H、CH)、1.10−0.75(m、3H、CH)ppm
13C NMR(C):151.67(151.57)、145.58(145.33、145.20)、143.10(143.00、142.89)、141.62(141.12)、134.08(133.04)、132.84(132.70、136.60)、132.50(132.08)、129.54、121.52(121.16)、119.96(119.71)、117.04(116.71)、47.90(47.78)、46.29(46.10)、31.05(30.53)、28.02(28.67)、23.37(23.07)、15.22(15.04)、14.87(14.02、14.21)、12.72(12.67)ppm
[実施例i−5: 前駆体化合物D−5の合成]
1,2,3,4−テトラヒドロキノリンの代わりにtetrahydroquinalineを使用し、前記化合物C−1の代わりに化合物C−3を使用したことを除いて、前記実施例i−1と同一な条件および方法で前駆体化合物D−5を合成した(収率48%)。
H NMR分析結果、あるシグナルの場合、1:1:1:1比の4個のシグナルに分離されて観察されており、これはフェニレンとシクロペンタジエンを構成する炭素−炭素結合(前記反応式2において、太くマークした結合)に対する回転が容易でないことと、二つのカイラルセンターの存在によるアイソマリズムに起因する。
H NMR(C):δ7.32、7.29、7.22and7.18(d、J=7.2Hz、1H)、6.96(d、J=7.2Hz、1H)、6.84−6.68(m、1H)、6.60(d、J=7.2Hz、1H)、4.00−3.92(s、1H、NH)、3.30−2.90(m、2H、NCHMe、CHMe)、2.90−2.55(m、2H、CH)、2.27(s、3H、CH)、1.94、1.91and1.89(s、3H、CH)、1.65−1.54(m、1H、CH)、1.54−1.38(m、1H、CH)、1.23、1.22、and1.20(s、3H、CH)、1.00−0.75(m、3H、CH)ppm
13C NMR(C):151.51、145.80、145.64、145.45、144.40、144.22、143.76、143.03、142.91、139.78、139.69、139.52、133.12、132.74、132.52、132.11、129.59、121.52、121.19、120.75、120.47、119.87、119.69、116.99、116.76、47.90、47.77、46.43、46.23、32.55、30.98、30.51、27.95、27.67、23.67、23.31,23.06、16.52、15.01、14.44、14.05ppm
ii)遷移金属化合物の合成
[実施例ii−1: 遷移金属化合物E−1の合成]
ドライボックス中で前記実施例i−1で合成した化合物D−1(0.10g、0.36mmol)とジエチルエーテルを丸底フラスコに入れた後、−30℃に温度を低くした。フラスコを攪拌しながらn−ブチルリチウム(2.5Mヘキサン溶液、0.2g、0.71mmol)をゆっくり注入して、−30℃温度で二時間反応させた。温度を常温に上げながら、三時間さらに攪拌して反応させた。さらに−30℃温度に下げた後、メチルリチウム(1.6Mジエチルエーテル溶液、0.33g、0.71mmol)を注入し、次いでTiCl4・DME(DME;ジメトキシエタン、0.10g、0.36mmol)を入れた。温度を常温に上げながら、三時間攪拌した後、真空ラインを利用して溶媒を除去した。ペンタンを利用して化合物を抽出した。溶媒を除去して、茶色粉末の化合物0.085gを得た(収率60%)。
H NMR(C):δ7.09(d、J=7.2Hz、1H)、6.91(d、J=7.2Hz、1H)、6.81(t、J=7.2Hz、1H)、6.74(s、2H)、4.55(dt、J=14、5.2Hz、1H、NCH)、4.38(dt、J=14、5.2Hz、1H、NCH)、2.50−2.30(m、2H、CH)、2.20(s、3H)、1.68(s、3H)、1.68(quintet、J=5.2Hz、CH)、0.72(s、3H、TiMe)、0.38(s、3H、TiMe)ppm
13C{H}NMR(C):161.46、142.43、140.10、133.03、130.41、129.78、127.57、127.34、121.37、120.54、120.51、120.34、112.52、58.50、53.73、49.11,27.59、23.27、13.19、13.14ppm
[実施例ii−2: 遷移金属化合物E−2の合成]
前記化合物D−1の代わりに化合物D−2を使用したことを除いて、前記実施例ii−1と同一な条件および方法で遷移金属化合物E−2を合成した(収率53%)。
H NMR(C):δ7.10(d、J=7.2Hz、1H)、6.91(d、J=7.2Hz、1H)、6.81(t、J=7.2Hz、1H)、4.58(dt、J=14、5.2Hz、1H、NCH)、4.42(dt、J=14、5.2Hz、1H、NCH)、2.50−2.38(m、2H、CH)、2.32(s、3H)、2.11(s、3H)、2.00(s、3H)、1.71(s、3H)、1.67(quintet、J=5.2Hz、CH)、0.72(s、3H、TiMe)、0.38(s、3H、TiMe)ppm
13C{H}NMR(C):161.58、141.36、138.41、137.20、132.96、129.70、127.53、127.39、126.87、121.48、120.37、120.30、113.23、56.50、53.13、49.03、27.64、23.34、14.21、13.40、12.99、12.94ppm
計測値(Anal.Calc.)(C2227NSTi):C、68.56;H、7.06;N、3.63
実測値(Found):C、68.35 H、7.37 N、3.34%
[実施例ii−3: 遷移金属化合物E−3の合成]
前記化合物D−1の代わりに化合物D−3を使用したことを除いて、前記実施例ii−1と同一な条件および方法で遷移金属化合物E−3を合成した(収率51%)。チオフェン環の方向とテトラヒドロキノリンについたメチル基の方向による1:1比率の混合物で得られた。
H NMR(C):δ7.11and7.08(d、J=7.2Hz、1H)、6.96and6.95(d、J=7.2Hz、1H)、6.82and6.81(t、J=7.2Hz、1H)、6.77and6.76(d、J=7.2Hz、1H)、6.74and6.73(d、J=7.2Hz、1H)、5.42(m、1H、NCH)、2.75−2.60(m、1H、CH)、2.45−2.25(m、1H、CH)、2.24and2.18(s、3H)、1.73and1.63(s、3H)、1.85−1.50(m、2H、CH)、1.17and1.15(d、J=4.8Hz、3H)、0.76and0.70(s、3H、TiMe)、0.42and0.32(s、3H、TiMe)ppm
13C{H}NMR(C):159.58、159.28、141.88、141.00、139.63、138.98、134.45、130.85、130.50、129.59、129.50、129.47、127.23、127.20、127.17、127.11、120.77、120.70、120.40、120.00、119.96、119.91、118.76、118.57、113.90、110.48、59.61、56.42、55.75、51.96、50.11、49.98、27.41、27.11,21.89、20.09、19.67、12.94、12.91、12.65ppm
[実施例ii−4: 遷移金属化合物E−4の合成]
前記化合物D−1の代わりに化合物D−4を使用したことを除いて、前記実施例ii−1と同一な条件および方法で遷移金属化合物E−4を合成した(収率57%)。チオフェン環の方向とテトラヒドロキノリンについたメチル基の方向による1:1比率の混合物で得られた。
H NMR(C):δ7.12and7.10(d、J=7.2Hz、1H)、6.96and6.94(d、J=7.2Hz、1H)、6.82and6.81(t、J=7.2Hz、1H)、5.45(m、1H、NCH)、2.75−2.60(m、1H、CH)、2.45−2.20(m、1H、CH)、2.34and2.30(s、3H)、2.10(s、3H)、1.97(s、3H)、1.75and1.66(s、3H)、1.85−1.50(m、2H、CH)、1.20(d、J=6.8Hz、3H)、0.76and0.72(s、3H、TiMe)、044and0.35(s、3H、TiMe)ppm
13C{H}NMR(C):160.13、159.86、141.33、140.46、138.39、137.67、136.74、134.83、131.48、129.90、129.78、127.69、127.65、127.60、127.45、126.87、126.81、121.34、121.23、120.21、120.15、119.15、118.93、114.77、111.60、57.54、55.55、55.23、51.73、50.43、50.36、27.83、27.67、22.37、22.31、20.53、20.26、14.29、13.51、13.42、13.06、12.80ppm
[実施例ii−5: 遷移金属化合物E−5の合成]
前記化合物D−1の代わりに化合物D−5を使用したことを除いて、前記実施例ii−1と同一な条件および方法で遷移金属化合物E−5を合成した(収率57%)。チオフェン環の方向とテトラヒドロキノリンについたメチル基の方向による1:1比率の混合物で得られた。
H NMR(C):δ7.12and7.09(d、J=7.2Hz、1H)、6.96and6.94(d、J=7.2Hz、1H)、6.82and6.80(t、J=7.2Hz、1H)、6.47and6.46(d、J=7.2Hz、1H)、6.45and6.44(d、J=7.2Hz、1H)、5.44(m、1H、NCH)、2.76−2.60(m、1H、CH)、2.44−2.18(m、1H、CH)、2.28and2.22(s、3H)、2.09(s、3H)、1.74and1.65(s、3H)、1.88−1.48(m、2H、CH)、1.20and1.18(d、J=7.2Hz、3H)、0.77and0.71(s、3H、TiMe)、0.49and0.40(s、3H、TiMe)ppm
13C{H}NMR(C):159.83、159.52、145.93、144.90、140.78、139.93、139.21、138.86、135.26、131.56、129.69、129.57、127.50、127.46、127.38、127.24、121.29、121.16、120.05、119.96、118.90、118.74、117.99、117.74、113.87、110.38、57.91、55.31、54.87、51.68、50.27、50.12、34.77、27.58、27.27、23.10、22.05、20.31、19.90、16.66、14.70、13.11、12.98、12.68ppm
[実施例ii−6: 遷移金属化合物E−6の合成]
下記反応式3によって、遷移金属化合物E−6を合成した。
[反応式3]
メチルリチウム(1.63g、3.55mmol、1.6Mジエチルエーテル溶液)を、−30℃で化合物D−4(0.58g、1.79mmol)が溶けているジエチルエーテル溶液(10mL)に滴加した。溶液を夜を通して常温で攪拌した後、−30℃に温度を低くした後、Ti(NMeCl(0.37g、1.79mmol)を一度に添加した。溶液を3時間攪拌した後、全ての溶媒を真空ポンプを利用して除去した。生成された固体をトルエン(8mL)に溶かした後、MeSiCl(1.16g、8.96mmol)を加えた。溶液を80℃で3日間攪拌した後、溶媒を真空ポンプを利用して除去した。赤色固体化合物が得られた(0.59g、収率75%)。H NMRスペクトルで二つの立体化合物が2:1に存在することを確認した。
H NMR(C):δ7.10(t、J=4.4Hz、1H)、6.90(d、J=4.4Hz、2H)、5.27and5.22(m、1H、NCH)、2.54−2.38(m、1H、CH)、2.20−2.08(m、1H、CH)、2.36and2.35(s、3H)、2.05and2.03(s、3H)、1.94and1.93(s、3H)、1.89and1.84(s、3H)、1.72−1.58(m、2H、CH)、1.36−1.28(m、2H、CH)、1.17and1.14(d、J=6.4、3H、CH3)ppm
13C{H}NMR(C):162.78、147.91、142.45、142.03、136.91、131.12、130.70、130.10、128.90、127.17、123.39、121.33、119.87、54.18、26.48、21.74、17.28、14.46、14.28、13.80、13.27ppm
iii)ポリプロピレンの製造
下記全ての重合反応は、外部空気と完全に遮断された高圧反応器(Autoclave)内で、必要量の溶媒、助触媒化合物、重合しようとする単量体などを注入した後に、遷移金属化合物を入れて進行した。
重合後に生成された重合体の分子量と分子量分布は、GPC(Gel Permeation Chromatography、装置名:PL−GPC220、製造会社:Agilent)分析法で測定しており、融点はDSC(Differential Scanning Calorimetry、装置名:Q200、製造会社:TA Instruments)分析法で測定した。
また、ポリプロピレンの立体規則度(アイソタクティシティー、isotacticity、Pentad I.I、mmmm)は、製造されたポリプロピレンをトリクロロベンゼン(Trichlorobenzen)とベンゼン−d(Benzene−d6、C)に溶かした後、100℃で13C NMR(装置名:Avance 400 Spectrometer、製造会社:Bruker)で分析した。
そして、測定された各物性は、下記表1に示した。
[実施例iii−1]
常温で高圧反応器(内部容量:2L、ステンレススチール)の内部を窒素に置き換えた。前記反応器にメチルアルミノキサントルエン溶液約4.0ml(トルエン中、メチルアルミノキサン10重量%溶液、Al基準6mmol、製造会社:Albemarle)を加えた後、プロピレン500gを加えて、70℃に昇温させた。次に、前記反応器に実施例ii−6による遷移金属化合物E−6をトルエンに溶かした溶液(1.5ml、3.0μmol of Ti)を注入し、1時間重合を実施した。
前記のように重合反応を行った後、温度を常温に下げた後、余分のプロピレンを除去して、重合体を回収した。得られた重合体を真空オーブン内で80℃で加熱しながら4時間以上乾燥させて、ポリプロピレン(137.9g)を得た。
[実施例iii−2]
常温で高圧反応器(内部容量:2L、ステンレススチール)の内部を窒素に置き換えた。前記反応器にn−ヘキサン900mlを満たして、メチルアルミノキサントルエン溶液約13.3ml(トルエン中、メチルアルミノキサン10重量%溶液、Al基準20mmol、製造会社:Albemarle)を加えた後、プロピレン100gを加えており、70℃に昇温させた。次に、前記反応器に実施例ii−6による遷移金属化合物E−6をトルエンに溶かした溶液(5ml、10.0μmol of Ti)を注入し、1時間重合を実施した。
前記のように重合反応を行った後、温度を常温に下げた後、余分のプロピレンを除去して、重合体を回収した。得られた重合体を真空オーブン内で80℃で加熱しながら4時間以上乾燥させて、ポリプロピレン(55.5g)を得た。
[実施例iii−3]
重合温度180℃で15分間の重合反応を実施したことを除いて、実施例iii−2と同一な条件および方法でポリプロピレン(35.6g)を得た。
[比較例iii−1]
触媒として、実施例ii−6による遷移金属化合物E−6の代わりにビスインデニルジルコニウムジクロリド(bisindenylzirconium dichloride、IndZrCl、製造会社:Strem)を使用したことを除いて、実施例iii−1と同一な条件および方法でポリプロピレン(40g)を得た。
[比較例iii−2]
触媒として、実施例ii−6による遷移金属化合物E−6の代わりにラセミビスインデニルジルコニウムジクロリド(racemic ethylenebisindenylzirconium dichloride、製造会社:Strem)を使用したことを除いて、実施例iii−1と同一な条件および方法でポリプロピレン(80g)を得た。
[表1]
(但し、前記表1において、前記N.O.は、重合体物性の特性上プレス試片の製作が不可能で、測定できないことを意味する)
前記表1から分かるように、比較例iii−1および比較例iii−2のように、従来の遷移金属化合物を使用した場合に比べて、実施例iii−1乃至実施例iii−3は、本発明による触媒を使用してプロピレンを単独重合することによって、融点がなく、高い分子量を有するアタクチックポリプロピレンの製造が可能であることを確認した。

Claims (10)

  1. 下記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒の存在下で、プロピレンを重合させる段階を含むポリプロピレンの製造方法:
    [化学式1]
    上記化学式1において、
    Mは、4族遷移金属であり;
    およびQは、それぞれ独立的にハロゲン、(C−C20)アルキル、(C−C20)アルケニル、(C−C20)アルキニル、(C−C20)アリール、(C−C20)アルキル(C−C20)アリール、(C−C20)アリール(C−C20)アルキル、(C−C20)アルキルアミド、(C−C20)アリールアミドまたは(C−C20)アルキリデンであり;
    、R、R、R、R、R、R、R、RおよびR10は、それぞれ独立的に水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル(C−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アリール(C−C20)アルキル;またはアセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)シリルであり;前記RとRは互いに連結されて環を形成することができ、前記RとRは互いに連結されて環を形成することができ、前記R乃至R10のうちの2以上が互いに連結されて環を形成することができ;
    11、R12およびR13は、それぞれ独立的に水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アルキル(C−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)アリール(C−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むかまたは含まない(C−C20)シリル;(C−C20)アルコキシ;または(C−C20)アリールオキシであり;前記R11とR12またはR12とR13は互いに連結されて環を形成することができる。
  2. 前記Mは、チタニウム(Ti)、ジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)であり;
    前記QおよびQは、それぞれ独立的にメチルまたは塩素であり;
    前記R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立的に水素またはメチルであり;
    前記R、R、R、R、R10、R11、R12およびR13は、それぞれ水素である、請求項1に記載のポリプロピレンの製造方法。
  3. 前記RおよびRのうちの少なくとも一つはメチルであり、前記Rはメチルである、請求項2に記載のポリプロピレンの製造方法。
  4. 前記触媒は、下記化学式6、化学式7および化学式8で表される化合物からなる群より選択される1種以上の助触媒化合物をさらに含む、請求項1に記載のポリプロピレンの製造方法。
    [化学式6]
    −[Al(R61)−O]
    上記化学式6において、
    61は、それぞれ独立的にハロゲンラジカル、(C−C20)ヒドロカルビルラジカル、またはハロゲンに置換された(C−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
    aは、2以上の整数である;
    [化学式7]
    D(R71
    上記化学式7において、
    Dは、アルミニウムまたはボロンであり;
    71は、それぞれ独立的にハロゲンラジカル、(C−C20)ヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンに置換された(C−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
    [化学式8]
    [L−H][Z(A)または[L][Z(A)
    上記化学式8において、
    Lは、中性または陽イオン性ルイス酸であり;
    Zは、13族元素であり;
    Aは、それぞれ独立的に1以上の水素原子価ハロゲン、(C−C20)ヒドロカルビル 、(C−C20)アルコキシまたは(C−C20)アリールオキシラジカルに置換された(C−C20)アリールまたは(C−C20)アルキルラジカルである。
  5. 上記化学式6のR61は、メチル、エチル、n−ブチルまたはイソブチルであり;
    上記化学式7のDはアルミニウムであり、R71はメチルまたはイソブチルであり、またはDはボロンであり、R71はペンタフルオロフェニルであり;
    上記化学式8において、[L−H]はジメチルアニリニウム陽イオンであり;[Z(A)は[B(Cであり;[L]は[(CC]である、請求項4に記載のポリプロピレンの製造方法。
  6. 前記助触媒化合物の含有量は、上記化学式1で表される遷移金属化合物に含まれている遷移金属1モルに対して、助触媒化合物に含まれている金属のモル比を基準として、1:1〜100、000である、請求項4に記載のポリプロピレンの製造方法。
  7. 前記触媒は、化学式1で表される遷移金属化合物がSiO、Al、MgO、MgCl、CaCl、ZrO、TiO、B、CaO、ZnO、BaO、ThO、SiO−Al、SiO−MgO、SiO−TiO、SiO−V、SiO−CrO、SiO−TiO−MgO、ボーキサイト、ゼオライト、スターチおよびシクロデキストリンからなる群より選択される1種以上の担体に担持されたものである、請求項1に記載のポリプロピレンの製造方法。
  8. 前記重合段階は、−50乃至500℃の温度、および1乃至3000気圧の圧力下で行われる、請求項1に記載のポリプロピレンの製造方法。
  9. 前記ポリプロピレンは、重量平均分子量が20、000乃至1、000、000であり;密度が0.8乃至0.9g/mlである、請求項1に記載のポリプロピレンの製造方法。
  10. 前記ポリプロピレンは、立体規則度(isotacticity、Pentad I.I、mmmm)が5乃至20%である、請求項1に記載のポリプロピレンの製造方法。
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