JP2015063495A - メタロセン化合物及びそれを使用する重合触媒によるオレフィン重合体の製造方法 - Google Patents

メタロセン化合物及びそれを使用する重合触媒によるオレフィン重合体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高分子量のゴム成分を製造することができ、ゴム部中のエチレンまたはα−オレフィン含量が高く、所望の含量比のブロック共重合体を効率よく製造可能な触媒及びそれを用いたオレフィン重合体の製造方法を提供する。【解決手段】一般式[I]式で表されるメタロセン錯体。【選択図】なし

Description

本発明は、新規メタロセン錯体及びそれを使用する重合触媒によるオレフィン重合体の製造方法に関し、さらに詳しくは、プロピレンとエチレンとの共重合において、エチレンの取り込み効率が高く、高い分子量のエチレン−プロピレン共重合ゴム成分を製造できるよう特定の位置に置換基を導入した新規メタロセン錯体およびそれを使用する重合触媒によるオレフィン重合体の製造方法に関する。
結晶性ポリプロピレンは、機械的性質、耐薬品性等に優れることから、各種成形分野に広く用いられている。しかしながら、プロピレン単独重合体あるいは少量のα−オレフィンとのランダム共重合体は、剛性は高いが、耐衝撃性が不足する場合がある。
そのため、プロピレン単独重合体に、エチレン−プロピレン共重合体(EPR)等のゴム成分を添加する方法や、プロピレンの単独重合後に、引き続いてプロピレンとエチレンあるいはα−オレフィンを共重合させゴム成分を含有させ、いわゆるインパクトコポリマーを製造することにより、耐衝撃性を改良することが行われてきた。さらに、このインパクトコポリマーのゴム成分の量を増加させることにより、柔軟性や耐衝撃性を向上させることができる。
一方、従来のチーグラー型触媒系とは異なるメタロセン系の触媒を用いて、プロピレンを重合することによりアイソタクチックポリプロピレンが得られることは知られている。また、同様な触媒を用いて、プロピレンの単独重合後に、引き続いてエチレンとプロピレンを共重合させ、インパクトコポリマーを製造することも知られている(例えば、特許文献1、2参照。)。さらに、剛性と衝撃性の良好なインパクトコポリマーについても、開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
特に、インパクトコポリマーにおいては、高い耐衝撃性を発現するためには、例えば、より低いガラス転移温度を示すことが必要であり、これを満足するには、プロピレンとエチレンあるいはα−オレフィンとの共重合を、それぞれの含量がある範囲を満たすように行うことが好ましいとされている(例えば、非特許文献1参照。)。
そして、上記のメタロセン系の触媒を構成する遷移金属化合物は、既に多くの例が知られている。特にインパクトコポリマーの剛性を向上させるために、高い融点を有するホモポリプロピレンを与える遷移金属化合物も既に知られている(例えば、特許文献4参照。)。
しかしながら、こうしたプロピレン系インパクトコポリマーをメタロセン系触媒で製造する際、プロピレンと他のコモノマーとの反応性の相違に伴って、次のような技術的な問題が起こっている。
すなわち、メタロセン系の触媒を用い、従来の製造法により、プロピレン単独重合の後、プロピレンとエチレンあるいはα−オレフィンの共重合を行うと、重合雰囲気中プロピレン/(エチレンまたはα−オレフィン)のガス組成比と、その雰囲気下で重合されたプロピレン量/(エチレン量またはα−オレフィン量)の重合量比が大きく異なり、重合体の(エチレンまたはα−オレフィン)の重合量が少なくなる場合が発生する。つまり、所望のエチレンあるいはα−オレフィンの含量を有する共重合体を得るためには、共重合体中の含量から大きく異なるモノマー比のガスを供給して重合することが必要となり、製造上問題があった。さらに、極端な場合には、重合装置の制約上、所望の含量を有する共重合体が製造できないこともあった。
このように、メタロセン錯体を用いた触媒では、エチレン/プロピレン混合ガスと重合体のエチレン含量の差が大きく、これを解消したエチレンおよびα−オレフィンの取り込み効率の高いメタロセン錯体が好ましい。
加えて、これまで知られているメタロセン触媒を用いた場合には、プロピレンとエチレンあるいはα−オレフィンの共重合を気相で行う場合、得られる共重合体の分子量が低いという問題があった。プロピレン−エチレンブロック共重合体において、高い耐衝撃性を発現するためには、共重合体の分子量がある一定以上の値を有することも必要であり、高い分子量の共重合体を製造できるメタロセン錯体が望まれている。
既に、特許文献5には、インデニル環の5位に置換基を有し、インデニル環の2位に置換基を有していてもよいフリル基またはチエニル基を有するメタロセン錯体が開示されており、高いエチレンの取り込み効率と、高い分子量の共重合体を提供し得るメタロセン錯体を開示している。
また、特許文献6には、インデニル環の5位と6位の間に環状構造を有し、インデニル環の2位にアルキル基などの置換基を有するメタロセン錯体が開示されており、高い活性で、高い分子量の共重合体を提供し得るメタロセン錯体を開示している。
しかし、エチレンおよびα−オレフィンの取り込み効率が高く、さらに高い分子量の共重合体を提供し得る高性能のメタロセン錯体の創出が望まれている。
また、特許文献7には、インデニル環の5位と6位の間に環状構造を有し、更に5員環上に置換基を有しているメタロセン錯体が合成されている。
特開平4−337308号公報 特開平6−287257号公報 特開2003−206325号公報 特開平11−240909号公報 特開2010−163423号公報 特表2008−535799号公報 特表2006−509059号公報
Polymer、2001年、42巻、9611頁
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点に鑑み、従来のメタロセン触媒よりも、プロピレンをモノマーとして含むオレフィンの共重合において、コモノマーであるエチレンおよびα−オレフィンの取り込み効率がよく、高分子量のゴム成分を重合することができるメタロセン錯体およびそれを使用する重合触媒によるオレフィン重合体の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討を行った結果、メタロセン系重合触媒において、メタロセン錯体としての遷移金属化合物の配位子構造について、その基本骨格に起因する対称性、触媒活性点でのポリマー形成のメカニズムや、置換基の立体効果及び電子的効果が配位モノマーや成長ポリマーに与える影響という観点からの経験則を考慮しながら、(i)エチレンおよびα−オレフィンの取り込み効率が高く、かつ(ii)分子量が向上する手法を求めて、多面的に考察し実験的な探索を行ったところ、その過程において、ある特定の立体的な構造を有する遷移金属化合物を形成すると、上述した触媒性能をバランスよく発現する触媒機能が顕現されることを見出し、本発明を完成するに至った。
つまり、本発明者らは、上記課題を解決するため、特定の置換基を有するメタロセン錯体、特にインデニル環の5位と6位の間に環状構造を有しその環上に置換基を配する構造を特徴とし、さらに、インデニル環の2位に、アルキル基や置換基を有していてもよいフリル基または置換基を有していてもよいチエニル基等を有していてもよいメタロセン錯体を見出した。そして、これらの知見に基づき、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第1の発明によれば、下記の一般式[I]式で表されるメタロセン錯体が提供される。
Figure 2015063495
(式中、Mは、Ti、Zr又はHfであり、Qは、炭素、珪素又はゲルマニウムである。XとXは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数1〜6のアルキル基で置換されたアミノ基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基又は炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基である。
とR11は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜18のアリール基、置換基を有していてもよいフリル基又は置換基を有していてもよいチエニル基である。
、R、R、R、R、R、R12、R13、R14、R15、R16及びR19は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルケニル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の炭化水素基を有するシリル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基、又は置換基を有していてもよい5員環若しくは6員環を構成する複素環基であり、また、隣接するR双方で6〜7員環を構成してもよく、6〜7員環が不飽和結合を含んでいてもよい。
各RとR17は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基であって、各Rと各R17のいずれかひとつは、水素原子以外の置換基である。
各RとR18は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜18のアリール基のいずれかである。
10とR20は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルケニル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の珪素含有アルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基、又は置換基を有していてもよい5員環若しくは6員環を構成する複素環基であり、R10とR20で4〜7員環を構成していてもよい。)
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、RとR11の片方または両方は、置換基を有していてもよいフリル基または置換基を有していてもよいチエニル基のいずれかであることを特徴とするメタロセン錯体が提供される。
さらに、本発明の第3の発明によれば、第1又は2の発明において、前記一般式[I]中、各Rと各R17が炭素数1〜6のアルキル基であることを特徴とするメタロセン錯体が提供される。
本発明の第4の発明によれば、第1〜3のいずれかの発明に係るメタロセン錯体を含むことを特徴とするオレフィン重合用触媒が提供される。
また、本発明の第5の発明によれば、第4の発明において、下記の(A)、(B)及び(C)の各成分を含むことを特徴とするオレフィン重合用触媒が提供される。
成分(A):第1〜3のいずれかの発明に係るメタロセン錯体
成分(B):成分(A)と反応してイオン対を形成する化合物又はイオン交換性層状珪酸塩
成分(C):有機アルミニウム化合物
さらに、本発明の第6の発明によれば、第5の発明において、成分(B)がイオン交換性層状珪酸塩であることを特徴とするオレフィン重合用触媒が提供される。
本発明の第7の発明によれば、第4〜6のいずれかの発明に係るオレフィン重合用触媒を使用して、オレフィンの重合または共重合を行うことを特徴とするオレフィン重合体の製造方法が提供される。
また、本発明の第8の発明によれば、(i)全モノマー成分に対して、プロピレンを90〜100重量%、エチレン又はα−オレフィンを0〜10重量%で重合させる工程、及び(ii)全モノマー成分に対して、プロピレンを10〜90重量%、エチレン又は炭素数4以上のα−オレフィンを10〜90重量%で重合させる工程を含むことを特徴とするオレフィン重合体の製造方法が提供される。
さらに、本発明の第9の発明によれば、第8の発明において、(i)全モノマー成分に対して、プロピレンを90〜100重量%、エチレン又はα−オレフィンを0〜10重量%で、プロピレンを溶媒として用いるバルク重合又はモノマーをガス状に保つ気相重合である工程、及び(ii)全モノマー成分に対して、プロピレンを10〜90重量%、エチレン又はα−オレフィンを10〜90重量%で、気相重合させる工程を含むことを特徴とするオレフィン重合体の製造方法が提供される。
本発明のメタロセン錯体を重合触媒として用いることにより、従来のメタロセン化合物に比べて、エチレンまたはα―オレフィンの取り込み効率が高く、高分子量のゴム成分、特にエチレン/プロピレン共重合体成分を得ることができる。
これにより、柔軟性や耐衝撃性に優れるプロピレン系重合体を効率的に製造することができ、本発明の新規メタロセン錯体およびそれを使用する重合触媒によるオレフィン重合体の製造方法は、工業的な観点から、非常に有用である。例えば、ポリプロピレン成分とプロピレン・α−オレフィン共重合体成分とを多段重合して製造されるプロピレン・α−オレフィンブロック共重合体において、α−オレフィンの取り込み効率がよく、高分子量のプロピレン・α−オレフィン共重合体成分が重合できるため、剛性と耐衝撃性のバランスのよいプロピレン・α−オレフィンブロック共重合体が得られる。
本発明のメタロセン錯体が、上記の本発明の効果を奏することについて、以下に考察する。
すなわち、本発明の基本的構成を成すメタロセン錯体は、新規な遷移金属化合物であり、その配位子の電子的かつ立体的な構造に特徴を有し、それによって、エチレンおよびα−オレフィンの取り込み効率がよく、非常に高分子量のゴム成分を重合することができる触媒機能が顕現される。
そのメタロセン錯体は、構造が上記の一般式[I]で表される遷移金属化合物からなるものであって、本発明においてオレフィン重合用触媒の触媒成分として使用され、助触媒などと組み合わされてα−オレフィン重合用触媒を形成する。
かかる本発明の遷移金属化合物をオレフィン重合用触媒成分とすることにより、後述の実施例と比較例の対比により実証されるとおり、エチレンおよびα−オレフィンの取り込み効率がよく、高分子量のゴム成分を重合できるα−オレフィン重合用メタロセン触媒を実現することができる。
その理由は、必ずしも明らかではないが、本発明における一般式[I]で示される遷移金属化合物は、インデニル環の5位と6位の間に5員環構造を配置し、さらに、5員環上に置換基を配するという立体的に特異な構造であることを基本的な特徴としており、さらに好ましい実施形態として、インデニル環の2位に、アルキル基や置換基を有していてもよいフリル基または置換基を有していてもよいチエニル基等を有しており、こうした特徴が本発明の特異性をもたらすものと、推察することができる。
特に、このような構造とすることで、インデニル環の4位に位置する置換フェニル基と5員環構造を含むインデニル環との二面角が適度に調節されるとともに、インデニル環の2位の置換基も角度が調節され、その相乗効果により、配位場に対して最適な立体効果を発現できると考えられる。この結果、インデニル環の4位置換基の立体効果が、ポリマー脱離反応を抑制することで、生成するポリマーの分子量を高める働きをし、優れた効果を奏していると考えられる。
以下、本発明のメタロセン錯体および該メタロセン錯体(又はメタロセン化合物)を用いたプロピレン系重合体の製造方法などについて、項目毎に、詳細に説明する。
1.メタロセン錯体
本発明のメタロセン錯体は、一般式[I]で表される特定の置換基を有するメタロセン錯体である。
Figure 2015063495
(式中、Mは、Ti、Zr又はHfであり、Qは、炭素、珪素又はゲルマニウムである。XとXは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数1〜6のアルキル基で置換されたアミノ基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基又は炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基である。
とR11は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜18のアリール基、置換基を有していてもよいフリル基または置換基を有していてもよいチエニル基である。
、R、R、R、R、R、R12、R13、R14、R15、R16及びR19は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルケニル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の炭化水素基を有するシリル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基、又は置換基を有していてもよい5員環若しくは6員環を構成する複素環基であり、また、隣接するR双方で6〜7員環を構成してもよく、6〜7員環が不飽和結合を含んでいてもよい。
各RとR17は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基であって、各Rと各R17のいずれかひとつは、水素原子以外の置換基である。
各RとR18は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜18のアリール基のいずれかである。
10とR20は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルケニル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の珪素含有アルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基、又は置換基を有していてもよい5員環若しくは6員環を構成する複素環基であり、R10とR20で4〜7員環を構成していてもよい。)
一般式[I]において、炭素数1〜6のアルキル基の具体例としては、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどを挙げることができる。
また、炭素数1〜6のアルコキシ基の具体例としては、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、i−プロポキシ、n−ブトキシ、i−ブトキシ、tert−ブトキシ、フェノキシなどを挙げることができる。
一般式[I]において、フリル基、チエニル基、置換基を有するフリル基または置換基を有するチエニル基の具体例としては、2−フリル、2−(5−メチルフリル)、2−(5−エチルフリル)、2−(5−n−プロピルフリル)、2−(5−i−プロピルフリル)、2−(5−t−ブチルフリル)、2−(5−トリメチルシリルフリル)、2−(5−トリエチルシリルフリル)、2−(5−フェニルフリル)、2−(5−トリルフリル)、2−(5−フルオロフェニルフリル)、2−(5−クロロフェニルフリル)、2−(4,5−ジメチルフリル)、2−(3,5−ジメチルフリル)、2−ベンゾフリル、3−フリル、3−(5−メチルフリル)、3−(5−エチルフリル)、3−(5−n−プロピルフリル)、3−(5−i−プロピルフリル)、3−(5−t−ブチルフリル)、3−(5−トリメチルシリルフリル)、3−(5−トリエチルシリルフリル)、3−(5−フェニルフリル)、3−(5−トリルフリル)、3−(5−フルオロフェニルフリル)、3−(5−クロロフェニルフリル)、3−(4,5−ジメチルフリル)、3−ベンゾフリル、2−チエニル、2−(5−メチルチエニル)、2−(5−エチルチエニル)、2−(5−n−プロピルチエニル)、2−(5−i−プロピルチエニル)、2−(5−t−ブチルチエニル)、2−(5−トリメチルシリルチエニル)、2−(5−トリエチルシリルチエニル)、2−(5−フェニルチエニル)、2−(5−トリルチエニル)、2−(5−フルオロフェニルチエニル)、2−(5−クロロフェニルチエニル)、2−(4,5−ジメチルチエニル)、2−(3,5−ジメチルチエニル)、2−ベンゾチエニル、3−チエニル、3−(5−メチルチエニル)、3−(5−エチルチエニル)、3−(5−n−プロピルチエニル)、3−(5−i−プロピルチエニル)、3−(5−t−ブチルチエニル)、3−(5−トリメチルシリルチエニル)、3−(5−トリエチルシリルチエニル)、3−(5−フェニルチエニル)、3−(5−トリルチエニル)、3−(5−フルオロフェニルチエニル)、3−(5−クロロフェニルチエニル)、3−(4,5−ジメチルチエニル)、3−ベンゾチエニル、などを挙げることができる。
一般式[I]において、ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、フッ素原子を挙げることができ、また、炭素数1〜6のアルケニル基の具体例としては、ビニル、プロペニル、アリル、ブテニル、シクロヘキセニルなどを挙げることができる。
また、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基は、炭素数1〜6のアルキル基の骨格上の水素に、ハロゲンが置換されたものである。具体例としては、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、クロロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル、ブロモメチル、ジブロモメチル、トリブロモメチル、ヨードメチル、2,2,2−トリフルオロエチル、2,2,1,1−テトラフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、ペンタクロロエチル、ペンタフルオロプロピル、ノナフルオロブチル、5−クロロペンチル、5,5,5−トリクロロペンチル、5−フルオロペンチル、5,5,5−トリフルオロペンチル、6−クロロヘキシル、6,6,6−トリクロロヘキシル、6−フルオロヘキシル、6,6,6−トリフルオロヘキシルを挙げることができる。
炭素数1〜6の炭化水素基を有するシリル基とは、異なっていてもよい炭素数1〜6の炭化水素基3個が珪素上に置換されている置換基であり、炭素数1〜6の炭化水素とは、一般式[I]中の炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルケニル基、およびフェニル基を含む。具体的には、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリ−n−ブチルシリル、t−ブチルジメチルシリル、トリビニルシリル、トリアリルシリル、トリフェニルシリルを挙げることができる。
一般式[I]において、炭素数6〜18のアリール基には、炭素数1〜6の炭化水素基が置換されていてもよく、具体例としては、フェニル、トリル、ジメチルフェニル、エチルフェニル、トリメチルフェニル、t−ブチルフェニル、ビフェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、アセナフチル、フェナントリル、アントリルなどを挙げることができる。
また、炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基の具体例とは、前記炭素数6〜18のアリール基の水素原子をハロゲンに置換させたものであり、具体的には、2−,3−,4−置換の各フルオロフェニル、2−,3−,4−置換の各クロロフェニル、2−,3−,4−置換の各ブロモフェニル、2,4−、2,5−、2,6−、3,5−置換の各ジフルオロフェニル、2,4−、2,5−、2,6−、3,5−置換の各ジクロロフェニル、2,4,6−、2,3,4−、2,4,5−、3,4,5−置換の各トリフルオロフェニル、2,4,6−、2,3,4−、2,4,5−、3,4,5−置換の各トリクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、3,5−ジメチル−4−クロロフェニル、3,5−ジクロロ−4−ビフェニルなどが挙げられる。
一般式[I]において、炭素数1〜6のアルキル基で置換されたアミノ基とは、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジノルマルプロピルアミノ、ジイソプロピルアミノ、メチルイソプロピルアミノ、ジシクロヘキシルアミノ、メチルシクロヘキシルアミノなどを挙げることができ、好ましくはジメチルアミノである。
一般式[I]において、炭素数1〜6の珪素含有アルキル基とは、トリメチルシリルメチル、トリメチルシリルエチル、トリメチルシリルプロピルなどが挙げることができ、好ましくはトリメチルシリルメチルである。
一般式[I]において、置換基を有していてもよい5員環若しくは6員環を構成する複素環基とは、ヘテロ原子で直接アルカジエニル基とは結合していないものであり、複素環の具体例としては、ピロリジル、ピリジル、ピリミジル、キノリル、イソキノリル、カルバゾリル、フリル、チエニル、チアノフリル、イミダゾリル、ピラゾリル、ピロリル、オキサゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、イソオキサゾリルであり、これら複素環に、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルケニル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の炭化水素基を有するシリル基、炭素数6〜18のアリール基、または炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基の置換基を有していてもよく、隣接する原子双方で5〜7員環を形成していてもよく、そのなかに不飽和結合を有していてもよく、5〜7員環にヘテロ原子を含んでいてもよい。この中には、前記のフリル基、チエニル基、置換基を有するフリル基または置換基を有するチエニル基も含まれる。
一般式[I]において、Mは、Ti、Zr又はHfであり、好ましくはZr、Hfであり、特に好ましくはZrである。Qは、炭素、珪素又はゲルマニウムであり、好ましくは珪素、ゲルマニウムである。
また、Q上の置換基R10とR20は、好ましくは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数7〜10のアリール基、炭素数2〜10のアルケニル基であり、さらに好ましくは炭素数1〜6のアルキル基である。また、4〜7員環を構成していてもよく、具体例としては、シラシクロブタン、シラシクロペンタン、2,5−ジメチルシラシクロペンタン、シラシクロヘキサン、シラフルオレンを挙げることができる。
とXは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数1〜6のアルキル基で置換されたアミノ基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基又は炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基であり、XとXで架橋構造をとっていてもよい。具体的には、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、フェニル基、ジメチルアミノ基またはジエチルアミノ基などを挙げることができる。
これらの中でも、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基が好ましく。具体的には、塩素原子、メチル基、i−ブチル基、フェニル基が特に好ましい。
各Rと各R17は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基であって、各Rと各R17のいずれかひとつは、水素原子以外の置換基である。好ましい置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基であり、より好ましくはメチル基であり、特に、すべての各Rと各R17がメチル基であることが好ましい。
各Rと各R18は、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜18のアリール基のいずれかであって、好ましくは、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基であり、より好ましくは、水素原子またはメチル基である。
、R、R、R、R、R12、R13、R14、R15及びR16は、隣接するR双方で6〜7員環を構成してもよく、6〜7員環が不飽和結合を含んでいてもよい。具体的には、インデニル環の4位の置換基として、1−ナフチル、2−ナフチル、5,6,7,8−テトラヒドロ−1−ナフチル、5,6,7,8−テトラヒドロ−2−ナフチル、フェナントリル、アントリルなどを挙げることをできる。
とR11は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜18のアリール基、置換基を有していてもよいフリル基または置換基を有していてもよいチエニル基である。
とR11の置換基として、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、置換基を有していてもよいフリル基か、置換基を有していてもよいチエニル基であり、炭素数1〜6のアルキル基の中で好ましいのは、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、i−プロピル、i−ブチルであり、特に好ましくは、メチル基である。また、RとR11の置換基であるフリル基、チエニル基、置換基を有するフリル基または置換基を有するチエニル基として、特に好ましいものは、下記[II]式であらわすことができる。
Figure 2015063495
(式中、Zは、酸素原子または硫黄原子であり、R31とR32は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルケニル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、トリアルキルシリル基を有する炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6の炭化水素基を有するシリル基、炭素数6〜18のアリール基または炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基である。また、隣接するR双方で6員環を構成してもよく、6員環が不飽和結合を含んでいてもよい。)
式[II]中、R31、R32の置換基として好ましくは、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基であり、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基である。
また、一般式[I]において、RとR11の片方または両方は、置換基を有していてもよいフリル基または置換基を有していてもよいチエニル基のいずれかが好ましい。
とR11としては、好ましくは両方がフリル基、チエニル基、置換基を有するフリル基または置換基を有するチエニル基であり、より好ましくは、エチレンの取り込み効率が高い点で、置換基を有するフリル基または置換基を有するチエニル基であり、さらに好ましくは置換基を有するフリル基である。
インデニル環の4位のフェニル基上の置換基(R、R、R、R、R、R12、R13、R14、R15、R16)としては、R、R、R、R13、R14、R15のいずれか1つ以上が、置換基を有していたほうが好ましく、さらに好ましくはR、R、Rのいずれか1つ以上、かつR13、R14、R15のいずれか1つ以上が置換基を有していた方が好ましい。
好ましい置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の炭化水素基を有するシリル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基であり、より好ましくは、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6の炭化水素基を有するシリル基、炭素数6〜18のアリール基である。
また、ゴム活性が高い点で、R、R14に、置換基を有していた方がよく好ましい。置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、トリアルキルシリル基を有する炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6の炭化水素基を有するシリル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基であり、より好ましくは、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の炭化水素基を有するシリル基、炭素数6〜18のアリール基である。
メタロセン化合物の具体例:
本発明のメタロセン錯体の具体例を以下に示す。
(1)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
・4位置換基の変化したもの:
(2)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(3)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−メチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(4)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−エチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(5)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−メトキシフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(6)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−クロロフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(7)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3−メチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(8)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3−メトキシフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(9)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3−クロロフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(10)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−メチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(11)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−エチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(12)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(13)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−t−ブチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(14)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−ビフェニリル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(15)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−クロロフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(16)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−メトキシフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(17)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−トリフルオロメチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(18)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−トリメチルシリルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(19)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3,5−ジメチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(20)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3,5−ジエチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(21)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3,5−ジ−i−プロピルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(22)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3,5−ジ−t−ブチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(23)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3,5−ジ−メトキシフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(24)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(25)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3,4,5−トリメチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(26)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3,5−ジメチル−4−トリメチルシリルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(27)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(3,5−ジクロロ−4−トリメチルシリルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(28)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(1−ナフチル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(29)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−ナフチル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(30)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(9−フェナンスリル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(31)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−フェナンスリル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
・2位フリル基上の置換基の変化したもの:
(32)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−トリメチルシリル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(33)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−フェニル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(34)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(4,5−ジメチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(35)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(4,5−ベンゾフリル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(36)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−チエニル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(37)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−トリメチルシリル−2−フリル)−4−(3,5−ジメチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(38)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−フェニル−2−フリル)−4−(3,5−ジメチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(39)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(4,5−ジメチル−2−フリル)−4−(3,5−ジメチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(40)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(4,5−ベンゾフリル−2−フリル)−4−(3,5−ジメチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(41)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−チエニル)−4−(3,5−ジメチルフェニル)−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
・2位置換基が非対称のもの:
(42)ジクロロジメチルシリレン[4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル][2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(43)ジクロロジメチルシリレン[2−メチル−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル][2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(44)ジクロロジメチルシリレン[2−エチル−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル][2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(45)ジクロロジメチルシリレン[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル][2−(5−エチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(46)ジクロロジメチルシリレン[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル][2−(5−トリメチルシリル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
(47)ジクロロジメチルシリレン[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル][2−(5−メチル−2−チエニル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウム
この他にも、例示した化合物の架橋部がジメチルシリレンの代わりに、ジエチルシリレン、ジフェニルシリレン、ジメチルゲルミレン、ジエチルゲルミレン、ジフェニルゲルミレンの化合物、また、X、Xが例示の塩素の代わりに、片方、もしくは両方が臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、フェニル基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などに代わった化合物も、例示することができる。
メタロセン化合物の合成法:
本発明のメタロセン錯体(化合物)は、置換基ないし結合の様式によって、任意の方法によって合成することができる。代表的な合成経路の一例を下記に示す。
Figure 2015063495
上記合成経路において、化合物1は特表2006−509059などを参考に合成することができる。そして、1とフェニルボロン酸を、パラジウム触媒の存在下でカップリング反応を行うことにより、2が得られる。2から3の臭素化は、文献(J.Org.Chem.1982,47,705−709)記載の方法などにより行うことができ、2にN−ブロモスクシンイミドを水存在下で反応させ、p−トルエンスルホン酸などの酸により脱水することにより得られる。4は、3と5−メチルフリル−2−ボロン酸を、パラジウム触媒の存在下でカップリング反応を行うことにより得られる。5は、ブチルリチウムなどで4をアニオン化したあと、ジメチルジクロロシランとの反応で5が得られる。そして、5を2当量のアルキルリチウムなどでジアニオン化した後、四塩化ジルコニウムとの反応でメタロセン化合物6が得られる。
置換基を導入したメタロセン化合物の合成は、対応した置換原料を使用することにより合成することができ、5−メチルフリル−2−ボロン酸のかわりに、対応するボロン酸、たとえば4,5−ジメチルフリル−2−ボロン酸、2−チエニルボロン酸などを用いることにより、対応する2位置換基(R、R11)を導入することができ、2位置換基(R、R11)にアルキル基を導入する場合は、文献(J.Org.Chem.1984,49,4226)のように、3にグリニャール試薬をNi触媒下で反応させることにより、導入することができる。
2つのインデニル環上の置換基が異なるメタロセン化合物の合成は、異なる置換インデンを、順にMeQClと反応させることにより、架橋することができる。また、架橋時にアミン化合物(例えばメチルイミダゾール)など架橋助剤を存在させておいてもよい。
2.オレフィン重合用触媒
本発明のメタロセン錯体は、オレフィン重合用触媒成分を形成し、該触媒成分は、オレフィン重合用触媒に用いることができる。例えば、該メタロセン錯体を成分(A)として含む、次に説明するオレフィン重合用触媒として、用いることが好ましい。
(1)オレフィン重合用触媒
本発明のオレフィン重合用触媒としては、下記(A)、(B)及び(C)成分を含むものである。
成分(A):一般式[I]で示されるメタロセン錯体
成分(B):成分(A)と反応してイオン対を形成する化合物又はイオン交換性層状珪酸塩
成分(C):有機アルミニウム化合物
(2)各成分について
成分(A):
成分(A)の一般式[I]で示されるメタロセン錯体は、同一又は異なる一般式[I]で示される化合物の二種以上を用いてもよい。
成分(B):
成分(A)と反応してイオン対を形成する化合物又はイオン交換性層状珪酸塩である成分(B)としては、アルミニウムオキシ化合物、ホウ素化合物、イオン交換性層状珪酸塩などを挙げることができ、好ましくはイオン交換性層状珪酸塩である。これら成分(B)は、単独でもよいし、二種以上を用いてもよい。
アルミニウムオキシ化合物においては、アルミニウムオキシ化合物がメタロセン錯体を活性化できることは周知であり、そのような化合物としては、具体的には、次の各一般式で表される化合物が挙げられる。
Figure 2015063495
上記の各一般式中において、Rは、水素原子又は炭化水素基、好ましくは炭素数1〜10、特に好ましくは炭素数1〜6の炭化水素基を示す。また、複数のRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、pは0〜40、好ましくは2〜30の整数を示す。
また、一般式[III]、[IV]で表される化合物は、アルミノキサンとも称される化合物であって、これらの中では、メチルアルミノキサン又はメチルイソブチルアルミノキサンが好ましい。上記のアルミノキサンは、各群内及び各群間で複数種併用することも可能である。そして、上記のアルミノキサンは、公知の様々な条件下に調製することができる。
さらに、一般式[V]で表される化合物は、一種類のトリアルキルアルミニウム又は二種類以上のトリアルキルアルミニウムと、一般式RB(OH)で表されるアルキルボロン酸との10:1〜1:1(モル比)の反応により得ることができる。一般式中、Rは、炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜6の炭化水素基を示す。
また、ホウ素化合物としては、カルボニウムカチオン、アンモニウムカチオンなどの陽イオンと、トリフェニルホウ素、トリス(3,5−ジフルオロフェニル)ホウ素、トリス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素などの有機ホウ素化合物との錯化物、又は種々の有機ホウ素化合物、例えばトリス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素などを挙げることができる。
イオン交換性層状珪酸塩(以下、単に「珪酸塩」と略記する場合がある。)は、イオン結合などによって構成される面が互いに結合力で平行に積み重なった結晶構造を有し、且つ、含有されるイオンが交換可能である珪酸塩化合物をいう。珪酸塩は、各種公知のものが知られており、具体的には、白水春雄著「粘土鉱物学」朝倉書店(1995年)に記載されている。
本発明において、成分(B)として好ましく用いられるものは、スメクタイト族に属するもので、具体的にはモンモリロナイト、ザウコナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイトなどを挙げることができる。中でも、重合活性が高い点でモンモリロナイトが好ましい。
大部分の珪酸塩は、天然には主に粘土鉱物の主成分として産出されるため、イオン交換性層状珪酸塩以外の夾雑物(石英やクリストバライトなど)が含まれることが多く、本発明で用いられるスメクタイト族の珪酸塩に交雑物が含まれていてもよい。
イオン交換性層状珪酸塩の造粒:
珪酸塩は、乾燥状態で用いてもよく、液体にスラリー化した状態で用いてもよい。また、イオン交換性層状珪酸塩の形状については、特に制限はなく、天然に産出する形状、人工的に合成した時点の形状でもよいし、また、粉砕、造粒、分級などの操作によって形状を加工したイオン交換性層状珪酸塩を用いてもよい。このうち造粒された珪酸塩を用いると、良好なポリマー粒子性状を与えるため、特に好ましい。
造粒、粉砕、分級などのイオン交換性層状珪酸塩の形状加工は、酸処理の前に行ってもよいし、酸処理を行った後に形状を加工してもよい。
ここで用いられる造粒法としては、例えば、撹拌造粒法、噴霧造粒法、転動造粒法、ブリケッティング、コンパクティング、押出造粒法、流動層造粒法、乳化造粒法、液中造粒法、圧縮成型造粒法等が挙げられるが、特に限定されない。好ましくは撹拌造粒法、噴霧造粒法、転動造粒法、流動造粒法が挙げられ、特に好ましくは撹拌造粒法、噴霧造粒法が挙げられる。
なお、噴霧造粒を行う場合、原料スラリーの分散媒として、水あるいはメタノール、エタノール、クロロホルム、塩化メチレン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン等の有機溶媒を用いる。好ましくは水を分散媒として用いる。球状粒子が得られる噴霧造粒の原料スラリー液中における成分(B)の濃度は、0.1〜30重量%、好ましくは0.5〜20重量%、特に好ましくは1〜10重量%である。球状粒子が得られる噴霧造粒の熱風の入口温度は、分散媒により異なるが、水を例にとると、80〜260℃、好ましくは100〜220℃で行う。
造粒において、粒子強度の高い担体を得るため、及び、プロピレン重合活性を向上させるためには、珪酸塩を必要に応じ微細化する。珪酸塩は、如何なる方法において微細化してもよい。微細化する方法としては、乾式粉砕、湿式粉砕いずれの方法でも可能である。好ましくは、水を分散媒として使用し、珪酸塩の膨潤性を利用した湿式粉砕であり、例えばポリトロン等を使用した強制撹拌による方法やダイノーミル、パールミル等による方法がある。造粒する前の平均粒径は、0.01〜3μm、好ましくは0.05〜1μmである。
また、造粒の際に有機物、無機溶媒、無機塩、各種バインダーを用いてもよい。用いられるバインダーとしては、例えば、塩化マグネシウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、アルコール類、グリコール等が挙げられる。
上記のようにして得られた球状粒子は、重合工程での破砕や微粉発生を抑制するためには、0.2MPa以上の圧縮破壊強度を有することが好ましい。また、造粒されたイオン交換性層状珪酸塩の粒径は、0.1〜1000μm、好ましくは1〜500μmの範囲である。粉砕法についても特に制限はなく、乾式粉砕、湿式粉砕のいずれでもよい。
酸処理:
本発明で用いられる珪酸塩は、酸処理をして用いるが、その他の化学処理を組み合わせて、処理を行っても良い。その他の化学処理としては、アルカリ処理、塩類処理、有機物処理などが挙げられる。
珪酸塩の酸処理により、固体の酸強度を変えることができる。また、酸処理は、イオン交換や表面の不純物を取り除く効果の他、結晶構造のAl、Fe、Mg、Liなどの陽イオンの一部を溶出させる効果もある。
酸処理で用いられる酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュウ酸、安息香酸、ステアリン酸、プロピオン酸、アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸などが挙げられる。これらは、2種以上を同時に使用してもよい。中でも無機酸が好ましく、硫酸、塩酸、硝酸が好ましく、さらに好ましくは硫酸である。
また、酸処理と塩類処理を組み合わせる方法が特に好ましく、塩類処理を行った後に酸処理を行う方法、酸処理を行った後に塩類処理を行う方法、塩類処理と酸処理を同時に行う方法、塩類処理を行った後に塩類処理と酸処理を同時に行う方法などがある。
酸による処理条件は、通常、酸濃度は0.1〜30重量%、処理温度は室温から使用溶媒の沸点までの温度範囲、処理時間は5分から24時間の条件を選択し、被処理化合物の少なくとも一部を溶出する条件で行うことが好ましい。また、酸は、一般的には水溶液で使用される。たとえば、硫酸を用いた場合、処理温度は80℃〜100℃で、処理時間は0.5時間以上5時間未満にすることが好ましい。
塩類処理を同時に行うことにより、イオン複合体、分子複合体、有機誘導体などを形成することにより、表面積や層間距離を変えることができる。例えば、イオン交換性を利用し、層間の交換性イオンを別の大きな嵩高いイオンと置換することにより、層間が拡大した状態の層状物質を得ることができる。
上記の酸処理を行う場合、処理前、処理の間、処理後に粉砕や造粒などで形状制御を行ってもよい。また、アルカリ処理、有機化合物処理、有機金属処理などの他の化学処理を併用してもよい。
イオン交換に使用する塩類は、1〜14族原子から成る群より選ばれた少なくとも1種の原子を含む陽イオンを含有する化合物であり、好ましくは、1〜14族原子から成る群より選ばれた少なくとも1種の原子を含む陽イオンと、ハロゲン原子、無機酸及び有機酸から成る群より選ばれた少なくとも1種の原子又は原子団より誘導される陰イオンとから成る化合物であり、更に好ましくは、2〜14族原子から成る群より選ばれた少なくとも1種の原子を含む陽イオンと、Cl、Br、I、F、PO、SO、NO、CO、C、ClO、ClO、OOCCH、CHCOCHCOCH、OCl、O(NO、O(ClO、O(SO)、OH、OCl、OCl、OOCH、OOCCHCH、C、Cから成る群より選ばれた少なくとも1種の陰イオンとから成る化合物である。また、これら塩類は、2種以上を同時に使用してもよい。
このようにして得られる珪酸塩としては、水銀圧入法で測定した半径20Å以上の細孔容積が0.1cm/g以上、特に0.3〜5cm/gであることが好ましい。かかる珪酸塩は、水溶液中で処理した場合には、吸着水及び層間水を含む。ここで、吸着水とは、珪酸塩の表面或いは結晶破面に吸着された水であり、層間水とは、結晶の層間に存在する水である。
珪酸塩は、上記の様な吸着水及び層間水を除去してから、使用することが好ましい。脱水方法は、特に制限されないが、加熱脱水、気体流通下の加熱脱水、減圧下の加熱脱水及び有機溶媒との共沸脱水などの方法が使用される。加熱温度は、吸着水及び層間水が残存しない様な温度範囲とされ、通常100℃以上、好ましくは150℃以上とされるが、構造破壊を生じる様な高温条件は好ましくない。加熱時間は、0.5時間以上、好ましくは1時間以上である。その際、脱水乾燥した後の珪酸塩の重量減量は、温度200℃・圧力1mmHgの条件下で2時間吸引した場合の値として、3重量%以下であることが好ましい。本発明においては、重量減量が3重量%以下に調整された珪酸塩を使用する場合、成分(A)及び成分(C)と接触する際にも、同様の重量減量の状態が保持される様に取り扱うことが好ましい。
珪酸塩の酸処理後の組成:
本発明に係る成分(B)である酸処理された珪酸塩は、Al/Siの原子比として、0.01〜0.29のものであり、好ましくは0.03〜0.25、さらに好ましくは0.05〜0.23の範囲のものが、重合触媒の活性、ゴム成分の分子量の点で好ましい。
Al/Si原子比は、粘土部分の酸処理強度の指標となり、Al/Si原子比を制御する方法としては、酸処理を行う酸種、酸濃度、酸処理時間、温度を調整することにより制御することができる。
珪酸塩中のアルミニウム及びケイ素は、JIS法による化学分析による方法で検量線を作成し、蛍光X線で定量するという方法で測定される。
成分(C):
有機アルミニウム化合物の一例は、次の一般式で表される。
AlR3−a
一般式中、Rは、炭素数1〜20の炭化水素基、Xは、水素原子、ハロゲン、アルコキシ基又はシロキシ基を示し、aは0より大きく3以下の数を示す。
一般式で表される有機アルミニウム化合物の具体例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウム、ジエチルアルミニウムモノクロライド、ジエチルアルミニウムモノメトキシドなどのハロゲン又はアルコキシ含有アルキルアルミニウムが挙げられる。これらの中では、トリアルキルアルミニウムが好ましい。また、上記の有機アルミニウム化合物を2種以上併用してもよい。
(3)触媒の調製法
本発明に係るオレフィン重合用触媒の調製法においては、成分(A)、成分(B)および成分(C)の接触方法は、特に限定されないが、次の様な方法を例示することができる。(i)成分(A)と成分(B)とを接触させた後に、成分(C)を添加する方法
(ii)成分(A)と成分(C)とを接触させた後に、成分(B)を添加する方法
(iii)成分(B)と成分(C)とを接触させた後に、成分(A)を添加する方法
(iv)各成分(A)、(B)、(C)を同時に接触させる。
さらに、各成分中で別種の成分を混合物として用いてもよいし、別々に順番を変えて接触させてもよい。なお、この接触は、触媒調製時だけでなく、オレフィンによる予備重合時又はオレフィンの重合時に行ってもよい。
また、成分(B)と成分(C)とを接触させた後、成分(A)と成分(C)の混合物を加えるというように、成分を分割して各成分に接触させても良い。
上記の各成分(A)(B)(C)の接触は、窒素などの不活性ガス中において、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレンなどの不活性炭化水素溶媒中で行うことが好ましい。接触は、−20℃から溶媒の沸点の間の温度で行うことができ、特に室温から溶媒の沸点の間での温度で行うのが好ましい。
本発明に係る重合触媒において、成分(B)が珪酸塩の場合、好ましい成分(A)、成分(B)および成分(C)の使用量は、成分(B)1gに対し、成分(A)のメタロセン化合物0.001〜10mmol、さらに好ましくは0.001〜1mmolの範囲である。成分(C)の使用量としては、Al/メタロセン化合物のモル比0.1以上100,000以下であり、好ましくは1以上10,000以下である。これらの使用比率は、通常の割合例を示すものであって、触媒が本発明の目的に沿うものとなっておれば、上に述べた使用比率の範囲によって、本発明が限定されることにはならない。
成分(A)、(B)、(C)を含む触媒を、オレフィン重合用(本重合)の触媒として使用する前に、必要に応じて、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、ビニルシクロアルカン、スチレンなどのオレフィンを予備的に少量重合する予備重合処理を施してもよい。予備重合方法は、公知の方法が使用できる。
(4)オレフィン
本発明のオレフィン重合用触媒は、エチレン及びα−オレフィンから選ばれる一種の重合モノマーの単独重合、二種以上の重合モノマー間の共重合に供することができる。
α−オレフィンとは、例えば、炭素数3〜20のオレフィンを指し、具体的には、プロピレン、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、1−ドデセン、1−ヘキサデセン、4−メチル−1−ペンテン、スチレン、ビニルシクロヘキサン、ジエン、トリエン、環状オレフィンなどが挙げられる。
3.重合方法
本発明において、重合形態は、前記一般式[I]で示されるメタロセン錯体を含む重合用触媒とモノマーが効率よく接触し、オレフィンの重合または共重合を行うことができるならば、あらゆる様式を採用し得る。
具体的には、不活性溶媒を用いるスラリー法、不活性溶媒を実質的に用いずプロピレンを溶媒として用いるバルク重合法あるいは実質的に液体溶媒を用いず各モノマーをガス状に保つ気相重合法などが採用できる。
重合方式は、連続重合、回分式重合、又は予備重合を行う方法も適用される。
また、重合形式の組み合わせは、特に制限はなく、バルク重合2段、バルク重合後気相重合、気相重合2段といった様式も可能であり、さらには、それ以上の重合段数で製造することも可能である。
特に良好な粒子形状のポリマーを得るためには、第一工程をバルク重合で行い、第二工程を気相重合で行うか、もしくは、第一工程、第二工程共に、気相重合で行うことが好ましい。
本発明の触媒を用いることにより、高分子量の共重合体が製造可能であり、また、剛性と耐衝撃性を有するプロピレン系重合体を製造可能であり、製造方法としては、下記の工程1と工程2を含む重合方法が好ましく、特に好ましくは、工程1に引き続き、工程2の重合を行う重合方法である。また、他の重合条件と組み合わせて、3段以上で製造する多段重合も可能である。
[工程1]:
工程1は、全モノマー成分に対して、プロピレンを90〜100重量%、エチレンまたはα−オレフィンを0〜10重量%で重合させる工程である。
スラリー重合の場合は、重合溶媒として、ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン等の飽和脂肪族又は芳香族炭化水素の単独又は混合物が用いられる。
重合温度は、0〜150℃であり、また、分子量調節剤として、補助的に水素を用いることができる。重合圧力は、0〜3MPaG、好ましくは0〜2MPaGが適当である。
バルク重合法の場合は、重合温度は、0〜90℃であり、好ましくは60〜80℃である。重合圧力は、0〜5MPaG、好ましくは0〜4MPaGが適当である。
気相重合の場合は、重合温度は、0〜200℃であり、好ましくは50〜120℃であり、さらに好ましくは60〜100℃である。重合圧力は、0〜4MPaG、好ましくは0〜3MPaGが適当である。
また、全モノマー成分に対して、ポリマーの形状を悪化させない0〜10%の範囲でエチレンまたはα−オレフィンを共存させることができ、分子量、活性、融点の調整を行うことができる。また、分子量調整剤として、水素を用いても良い。
[工程2]:
工程2は、全モノマー成分に対して、プロピレンを10〜90重量%、エチレンまたはα−オレフィンを10〜90重量%で重合させる工程であり、好適な耐衝撃性を示すゴム成分を製造することができる。モノマー成分に対するプロピレン量は、好ましくは、高い耐衝撃性を有するプロピレン重合体を与える点で、20〜80重量%である。
第二工程の重合条件として、スラリー重合、バルク重合は、第一工程と同じであるが、気相重合の場合は、モノマー組成が第一工程と異なることから、重合温度は、0〜200℃であり、好ましくは20〜90℃であり、さらに好ましくは30〜80℃である。重合圧力は、0〜4MPaG、好ましくは1〜3MPaGが適当である。また、分子量調節剤として、水素を用いてもよい。
工程2で、エチレンをモノマーとして用いている場合、本発明の重合方法で得られるプロピレン系重合体は、CFC−IRにおいて、100℃可溶分にエチレンを含む部位が観測される。このエチレンを含む部位によって、耐衝撃性や透明性の改良が予想される。
[重合モノマー]
本発明において、「α−オレフィン」とは、前記のように、炭素数3〜20のオレフィンを指し、具体的には、プロピレン、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、1−ドデセン、1−ヘキサデセン、4−メチル−1−ペンテン、スチレン、ビニルシクロヘキサン、ジエン、トリエン、環状オレフィンなどが挙げられる。
プロピレンと共に用いられるモノマーとして、好ましくはエチレン、1−ブテンであり、さらに好ましくはエチレンである。また、これらモノマーを組み合わせて用いても良い。
[重合したオレフィンポリマーの特性値の解析]
本発明に係る触媒を用いて得られるプロピレン系重合体中の第二工程で得られた共重合体成分(ゴム成分であり、以下、「CP」と称す。)の含有量、CP中のエチレン、またはα−オレフィン重合割合は、以下の方法により求める。
なお、以下の例は、CP中のエチレンを用いた場合のものであるが、エチレン以外のα−オレフィンでも、以下の例に準じた方法を用いて求めるものとする。
(1)使用する分析装置
(i)クロス分別装置:
・ダイヤインスツルメンツ社製CFC T−100
(ii)フーリエ変換型赤外線吸収スペクトル分析(FT−IR):
・パーキンエルマー社製1760X
CFC(クロス分別クロマトグラフィー)の検出器として取り付けられていた波長固定型の赤外分光光度計を取り外して、代わりにFT−IRを接続し、このFT−IRを検出器として使用する。
CFCから溶出した溶液の出口からFT−IRまでの間のトランスファーラインは、1mの長さとし、測定の間を通じて140℃に温度保持する。FT−IRに取り付けたフローセルは、光路長1mm、光路幅5mmφのものを用い、測定の間を通じて140℃に温度保持する。
(iii)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC):
CFCの後段に、GPCカラム(昭和電工社製AD806MS)を3本直列に接続して使用する。
(2)CFCの測定条件
(i)溶媒:オルトジクロルベンゼン(ODCB)
(ii)サンプル濃度:4mg/mL
(iii)注入量:0.4mL
(iv)結晶化:140℃から40℃まで約40分かけて降温する。
(v)分別方法:
昇温溶出分別時の分別温度は、40、100、140℃とし、全部で3つのフラクションに分別する。
なお、40℃以下で溶出する成分(フラクション1)、40〜100℃で溶出する成分(フラクション2)、100〜140℃で溶出する成分(フラクション3)の溶出割合(単位:重量%)を各々W40、W100、W140と定義する。W40+W100+W140=100である。また、分別した各フラクションは、そのままFT−IR分析装置へ自動輸送される。
(vi)溶出時溶媒流速:1mL/分
(3)FT−IRの測定条件
CFC後段のGPCから試料溶液の溶出が開始した後、以下の条件でFT−IR測定を行い、上述した各フラクション1〜3について、GPC−IRデータを採取する。
(i)検出器:MCT
(ii)分解能:8cm−1
(iii)測定間隔:0.2分(12秒)
(iv)一測定当たりの積算回数:15回
(4)測定結果の後処理と解析
各温度で溶出した成分の溶出量と分子量分布は、FT−IRによって得られる2945cm−1の吸光度をクロマトグラムとして使用して求める。溶出量は、各溶出成分の溶出量の合計が100%となるように規格化する。保持容量から分子量への換算は、予め作成しておいた標準ポリスチレンによる検量線を用いて行う。使用する標準ポリスチレンは、何れも東ソー(株)製の以下の銘柄である。
(F380、F288、F128、F80、F40、F20、F10、F4、F1、A5000、A2500、A1000)
各々が0.5mg/mLとなるようにODCB(0.5mg/mLのBHTを含む)に溶解した溶液を0.4mL注入して較正曲線を作成する。較正曲線は、最小二乗法で近似して得られる三次式を用いる。分子量への換算は、森定雄著「サイズ排除クロマトグラフィー」(共立出版)を参考に汎用較正曲線を用いる。その際使用する粘度式([η]=K×Mα)には、以下の数値を用いる。
(i)標準ポリスチレンを使用する較正曲線作成時:
K=0.000138、α=0.70
(ii)プロピレン系ブロック共重合体のサンプル測定時:
K=0.000103、α=0.78
各溶出成分のエチレン含有量分布(分子量軸に沿ったエチレン含有量の分布)は、GPC−IRによって得られる2956cm−1の吸光度と2927cm−1の吸光度との比を用い、ポリエチレンやポリプロピレンや13C−NMR測定などによりエチレン含有量が既知となっているエチレン−プロピレン−共重合体(EPR)及びそれらの混合物を使用して予め作成しておいた検量線により、エチレン重合割合(モル%)に換算して求める。
(5)CP含有量
本発明におけるプロピレン系ブロック共重合体のCP含有量は、下記式(I)で定義され、以下のような手順で求められる。
CP含有量(重量%)=W40×A40/B40+W100×A100/B100 ・・・(I)
式(I)中、W40、W100は、上述した各フラクションでの溶出割合(単位:重量%)であり、A40、A100は、W40、W100に対応する各フラククションにおける実測定の平均エチレン含有量(単位:重量%)であり、B40、B100は、各フラクションに含まれるCPのエチレン含有量(単位:重量%)である。A40、A100、B40、B100の求め方は、後述する。
また、式(I)の意味は、以下の通りである。
すなわち、式(I)右辺の第一項は、フラクション1(40℃に可溶な部分)に含まれるCPの量を算出する項である。フラクション1がCPのみを含み、PPを含まない場合には、W40がそのまま全体の中に占めるフラクション1由来のCP含有量に寄与するが、フラクション1には、CP由来の成分のほかに少量のPP由来の成分(極端に分子量の低い成分及びアタクチックポリプロピレン)も含まれるため、その部分を補正する必要がある。そこで、W40に、A40/B40を乗ずることにより、フラクション1のうち、CP成分由来の量を算出する。例えば、フラクション1の平均エチレン含有量(A40)が30重量%であり、フラクション1に含まれるCPのエチレン含有量(B40)が40重量%である場合、フラクション1の30/40=3/4(即ち75重量%)はCP由来、1/4はPP由来ということになる。このように、右辺第一項でA40/B40を乗ずる操作は、フラクション1の重量%(W40)からCPの寄与を算出することを意味する。右辺第二項も同様であり、各々のフラクションについて、CPの寄与を算出して加え合わせたものがCP含有量となる。
フラクション1〜3の平均エチレン含有量A40、A100、A140は、2945cm−1の吸光度のクロマトグラムにおける各データポイント毎の重量割合と各データポイント毎のエチレン含有量(2956cm−1の吸光度と2927cm−1の吸光度との比から得られる)の積の総和によって得られる。
フラクション1の微分分子量分布曲線におけるピーク位置に相当するエチレン含有量をB40とする(単位は重量%である)。
フラクション2については、ゴム部分が40℃ですべて溶出してしまうと考えられ、同様の定義で規定することができないので、本発明では、B100=100と定義する。B40、B100は、各フラクションに含まれるCPのエチレン含有量であるが、この値を分析的に求めることは実質的には不可能である。その理由は、フラクションに混在するPPとCPを完全に分離分取する手段がないからである。
種々のモデル試料を使用して検討を行った結果、B40は、フラクション1の微分分子量分布曲線のピーク位置に相当するエチレン含有量を使用すると、材料物性の改良効果を合理的に説明することができることが判った。また、B100は、エチレン連鎖由来の結晶性を持つこと、及び、これらのフラクションに含まれるCPの量がフラクション1に含まれるCPの量に比べて相対的に少ないことの2点の理由により、100と近似する方が、実態にも近く、計算上も殆ど誤差を生じない。そこで、B100=100として解析を行うこととしている。
したがって、下記式(II)に従い、CP含有量を求めることができる。
CP含有量(重量%)=W40×A40/B40+W100×A100/100 ・・・(II)
つまり、式(II)右辺の第一項であるW40×A40/B40は、結晶性を持たないCP含有量(重量%)を示し、第二項であるW100×A100/100は、結晶性を持つCP含有量(重量%)を示す。
共重合体成分中のエチレン含量は、式(II)で求めた共重合体成分の含有量を用いて、下記の式(III)で求められる。
共重合体成分中のエチレン含量(重量%)=(W40×A40+W100×A100+W140×A140)/[共重合体成分含有量(重量%)] ・・・(III)
なお、上記3種類の分別温度を設定した意義は次の通りである。
本発明に係るCFC分析においては、40℃とは、結晶性を持たないポリマー(例えば、CPの大部分、又はプロピレン重合体成分(PP)の中でも極端に分子量の低い成分及びアタクチックな成分)のみを分別するのに必要十分な温度条件である意義を有する。100℃とは、40℃では不溶であるが100℃では可溶となる成分(例えばCP中、エチレン及び/又はプロピレンの連鎖に起因して結晶性を有する成分、及び結晶性の低いPP)のみを溶出させるのに必要十分な温度である。140℃とは、100℃では不溶であるが140℃では可溶となる成分(例えば、PP中特に結晶性の高い成分、及びCP中の極端に分子量が高くかつ極めて高いエチレン結晶性を有する成分)のみを溶出させ、かつ分析に使用するプロピレン系ブロック共重合体の全量を回収するのに必要十分な温度である。
なお、W140には、CP成分は全く含まれないか、存在しても極めて少量であり実質的には無視できることから、CP含有量やエチレン含量の計算からは排除する。
(6)エチレン重合割合
CP中のエチレン含有量は、次式によって求める。
CP中のエチレン含有量(重量%)=(W40×A40+W100×A100)/[CP]
但し、[CP]は、先に求めたCP含有量(重量%)である。
ここで得られたCP中のエチレン含有量(重量%)の値から、エチレン及びプロピレンの分子量を使用して、最終的にモル%に換算する。
以下、本発明をより具体的にかつ明確に説明するために、本発明を実施例及び比較例の対照において説明し、本発明の構成要件の合理性と有意性及び従来技術に対する卓越性を実証する。
なお、以下の諸例において、錯体合成工程、触媒合成工程及び重合工程は、全て精製窒素雰囲気下で行い、溶媒は、脱水した後に精製窒素でバブリングして脱気して使用した。
また、実施例における物性測定、分析等は、前述した方法と下記の方法に従ったものである。
(1)MFRの測定:
ポリマー6gに熱安定剤(BHT)のアセトン溶液(0.6重量%)6gを添加した。
次いで、上記のポリマーを乾燥した後、メルトインデクサー(230℃)に充填し、2.16Kg荷重の条件下に5分間放置した。その後、ポリマーの押し出し量を測定し、10分間当たりの量に換算し、MFRの値とした(単位はg/10分)。
(2)融点(Tm)の測定:
DSC(デュポン社製のTA2000型、又はセイコー・インスツルメンツ社製のDSC6200型)を使用し、10℃/分で20〜200℃までの昇降温を1回行った後、10℃/分で2回目の昇温時の測定値により求めた。
(3)CFCの測定:
上記明細書中に、詳述した方法による。
[実施例1]
メタロセン錯体Aの合成:ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウムの合成
(1−1)5,5,7,7−テトラメチル−3,5,6,7−テトラヒドロ−2H−s−インダセン−1−オンの合成
塩化アルミニウム(32g)のニトロメタン(150mL)の溶液に1,1,3,3−テトラメチルインダン(34.3g)と3−クロロプロピオニルクロライド(25g)の混合液を氷浴上で滴加した。室温に昇温し5時間攪拌した後、反応溶液を1N塩酸−氷水に流し込み攪拌した。有機層を分取し、1N塩酸、水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウム上で乾燥し減圧下溶媒を留去した。そこに硫酸(150mL)を加えて、80℃で3時間加熱攪拌した。反応終了後、反応溶液を氷水に流し込み、ジエチルエーテル抽出し、有機層を水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウム上で乾燥させた。減圧下溶媒を留去して、5,5,7,7−テトラメチル−3,5,6,7−テトラヒドロ−2H−s−インダセン−1−オンの粗生成物27.5gを得た。
H−NMR(400MHz,CDCl)δ 1.33(s,6H),1.35(s,6H),1.97(s,2H),2.69(t,2H),3.10(t,2H),7.19(s,1H),7.53(s,1H).
(1−2)1,1,3,3−テトラメチル−4−ブロモ−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセンの合成
5,5,7,7−テトラメチル−3,5,6,7−テトラヒドロ−2H−s−インダセン−1−オンの粗生成物(27.5g)を塩化アルミニウム(37g)とクロロホルム(150mL)の懸濁溶液に加え0.5時間攪拌後、氷浴冷却下臭素(6.2mL)のクロロホルム溶液(20mL)を滴加し、室温で4時間反応させた。反応終了後、1N塩酸−氷水に流し込み攪拌した。有機層を分液し、1N塩酸、水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウム上で乾燥した。減圧下溶媒を留去し、ジエチルエーテルとヘキサンにより再結晶化精製を行い、黄色固体(18g)を得た。続いて、得られた固体をメタノール(120mL)に懸濁させ、氷浴冷却下水素化ホウ素ナトリウム(2.2g)を加えて室温で2時間攪拌した。反応後、減圧下溶媒を約半分留去し、1N塩酸を加えてクエンチ後ジエチルエーテル抽出した。有機層を1N塩酸、水、飽和食塩水と続けて洗浄し硫酸マグネシウム上で乾燥させ、減圧下溶媒を留去した。さらに得られた黄色固体(18g)とp−トルエンスルホン酸(0.1g)のトルエン(150mL)溶液を加熱還流した。1時間後、水を加えて有機層を分取し、飽和食塩水で洗浄後硫酸マグネシウム上で乾燥した。溶媒を留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、1,1,3,3−テトラメチル−4−ブロモ−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセン(15g)を得た。
H−NMR(400MHz,CDCl)δ 1.31(s,6H),1.52(s,6H),1.99(s,2H),3.36(s,2H),6.54(d,1H),6.86(d,1H),7.10(s,1H).
(1−3)1,1,3,3−テトラメチル−4−フェニル−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセンの合成
フェニルボロン酸(3.2g,26mmol)をジメトキシエタン(80mL)に溶解させ、炭酸セシウム(11.3g)の水溶液(30mL)、1,1,3,3−テトラメチル−4−ブロモ−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセン(5.06g,17.4mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.8g)を順に加えた。加熱還流下で13時間反応させた後、反応溶液を1N塩酸−氷水に流し込み、攪拌後ジエチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウム上で乾燥後、減圧下溶媒を留去して粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、目的の1,1,3,3−テトラメチル−4−フェニル−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセン(3.8g,収率77%)を得た。
(1−4)1,1,3,3−テトラメチル−4−フェニル−6−(5−メチル−2−フリル)−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセンの合成
得られた1,1,3,3−テトラメチル−4−フェニル−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセン(3.8g,13.2mmol)をジメチルスルホキシド(100mL)に溶解させ、水(4mL)を加えた。0℃でN−ブロモスクシンイミド(3g)を添加し、室温で昼夜攪拌した。氷浴上で水を加えてクエンチし、トルエンを加えて有機層を抽出した。有機層にp−トルエンスルホン酸・一水和物(0.1g)を加え、加熱還流下で1時間反応させた後、反応溶液に水を加えて有機層を分取した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウム上で乾燥後、減圧下溶媒を留去して粗生成物を得た。
一方、2−メチルフラン(1.8mL,19.8mmol)をジメトキシエタン(50mL)に溶解させ、n−ブチルリチウムのn−ヘキサン溶液(1.64M,12.1mL)を氷浴下滴加し1時間攪拌した後、氷浴冷却したままトリメトキシボラン(2.5mL,22mmol)を滴加し室温で16時間攪拌した。水(10mL)を加え、1時間攪拌した後減圧下溶媒を留去した。そこに、炭酸ナトリウム(2.8g,26.4mmol)の水溶液(30mL)、上記合成した粗生成物のジメトキシエタン(25mL)溶液、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.38g)を順に加え、加熱還流下で3時間反応させた。反応溶液に水を加えて有機層を分取し、飽和食塩水で洗浄して硫酸マグネシウム上で乾燥後、減圧下溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、目的の1,1,3,3−テトラメチル−4−フェニル−6−(5−メチル−2−フリル)−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセン(2.25g)を得た。
(1−5)ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダセニル]ジルコニウムの合成
1,1,3,3−テトラメチル−4−フェニル−6−(5−メチル−2−フリル)−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセン(2.25g,6.1mmol)をジエチルエーテル(40mL)に溶解させ、n−ブチルリチウムのn−ヘキサン溶液(1.64M,3.7mL)を−20℃で滴加した。室温で2時間攪拌した後N−メチルイミダゾール(0.02mL)、ジクロロジメチルシラン(0.37mL,3.1mmol)を−20℃で滴加し、室温で1.5時間攪拌した。水を加えて有機層を分取し、硫酸マグネシウム上で乾燥後、減圧下溶媒を留去し、ジメチルビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−5,5,7,7−テトラメチル−1,5,6,7−テトラヒドロ−s−インダセニル]シランの粗生成物を得た(2.6g)。それをジエチルエーテル(40mL)に溶解させ、n−ブチルリチウムのn−ヘキサン溶液(1.64M,3.7mL)を氷浴上で滴加した。室温で2時間攪拌した後、減圧下溶媒を留去した。
ジエチルエーテル(4mL)、トルエン(80mL)を加え、−72℃に冷却し、四塩化ジルコニウム(0.76g,3.3mmol)を添加し室温で2時間攪拌した。得られた反応溶液を一度濃縮し、n−へキサンで抽出して再び濃縮乾固した。n−ヘキサンで洗浄、ジエチルエーテル洗浄を繰り返したのち、トルエン抽出を行い溶解性の低い不純物を除いた。それにより、目的のジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)}−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−5,5,7,7−テトラメチル−s−インダゼニル]ジルコニウムのラセミ体0.2g得た。
H−NMR(400MHz,CDCl)δ 0.98(s,6H),1.09(s,12H),1.16(s,6H),1.20(s,6H),1.76(s,4H),2.36(s,6H),5.94(s,2H),6.16(s,2H),6.26(s,2H),6.7−7.7(12H).
(1−6)スメクタイト族イオン交換性層状珪酸塩の酸処理および塩処理
酸処理:
ゼパラブルフラスコに蒸留水(1130g)と96%硫酸(750g)を加え、内温を90℃に保ち、そこに造粒モンモリロナイトである水澤化学社製ベンクレイSL(平均粒径19μm、300g)を添加し2時間反応させた。懸濁液を1時間で室温まで冷却し、蒸留水でpH=4まで洗浄した。このときの洗浄倍率は1/10000以下であった。
塩処理:
ゼパラブルフラスコで硫酸リチウム1水和物(210g)を蒸留水(520g)に溶かし、そこに、濾過した酸処理粘土を加え室温で120分撹拌した。このスラリーを濾過し、得られた固体に蒸留水(3000mL)を加え5分間室温で撹拌した。このスラリーを濾過した。得られた固体に蒸留水(2500mL)を加え5分撹拌後再び濾過した。この操作をさらに4回繰り返し、得られた固体を窒素気流下130℃で2日間予備乾燥後、53μm以上の粗大粒子を除去し、さらに200℃で2時間減圧乾燥することにより、化学処理モンモリロナイトを得た。
(1−7)メタロセン錯体Aを用いた触媒調製(触媒A)
内容積1Lのフラスコに、上記で得た化学処理モンモリロナイト(5.0g)を秤量し、ヘプタン32ml、トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(17mL,12.5mmol)を加え、室温で1時間撹拌した。その後、ヘプタンで残液率1/100まで洗浄し、最後にスラリー量を50mLに調製した。ここに、トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(1.0mL)を加えて10分間、室温で撹拌した。さらに、メタロセン錯体A(100mg,105μmol)のトルエン(30mL)溶液を加えて室温で60分間撹拌した。
次に、上記スラリーにヘプタン(240mL)を加え、内容積1Lの撹拌式オートクレーブに導入し、40℃でプロピレンを5g/時の一定速度で120分間供給した。
プロピレン供給終了後、50℃に昇温して3時間そのまま維持した。その後、残存ガスをパージして予備重合触媒スラリーをオートクレーブより回収した。回収した予備重合触媒スラリーを静置し、上澄み液を抜き出した。残った固体にトリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(4.3mL,3.0mmol)を室温にて加え、室温で5分間撹拌した後、減圧乾燥して固体触媒(触媒A)を7.8g回収した。予備重合倍率(予備重合ポリマー量を固体触媒量で除した値)は0.52であった。
(1−8)触媒Aによるプロピレン−プロピレン・エチレンブロック共重合
第一工程:
内容積3Lの撹拌式オ−トクレ−ブ内をプロピレンで充分置換した後に、トリイソブチルアルミニウムのn−ヘプタン溶液(2.76mL,2.02mmol)を加え、水素(540mL)、続いて液体プロピレン(750g)を導入し、65℃に昇温し、その温度を維持した。そこへ、n−ヘプタンでスラリー化した触媒Aを40mg(予備重合ポリマーの重量は除く)圧入し重合を開始した。槽内温度を65℃に維持し、触媒投入1時間経過後に、残モノマーのパージを行い、アルゴンにて槽内を置換した。撹拌を停止させ、アルゴンをフローさせながら、テフロン(登録商標)管を槽内に差し込み、ポリプロピレンを少量抜き出した。
第二工程:
その後、内温を60℃でプロピレンとエチレンを、ガスmol組成で、プロピレン/エチレン=50/50となるように1.8MPaまで導入し、内温を80℃に昇温した。その後、予め調製しておいたプロピレンとエチレンの混合ガスを導入しながら、内圧を2.0MPaとなるように調整しながら、1時間重合反応を制御した。
その結果、粒子性状の良い69gのプロピレン−プロピレン・エチレンブロック共重合体が得られた。プロピレンとエチレン重合時の槽内の平均ガスmol組成は、プロピレン/エチレン=52/48であった。
上記で得られたブロック共重合体は、CFC−IRの結果から、ゴム含有量(CP含有量)は46wt%、ゴム(CP)中のエチレン含有量は35mol%であり、CP部の重量平均分子量(Mw)は1,097,000であった。また、ゴム重合活性(CP活性)は1,000(g−CP/g−Cat/hr)であった。また、別途第1工程で採取したプロピレンホモポリマーのTmは157℃であった。
結果を表1にまとめる。
[実施例2]触媒Aによるプロピレン−プロピレン・エチレンブロック共重合
使用した触媒を70mgとし、プロピレン/エチレン重合時の槽内の平均ガスmol組成をプロピレン/エチレン=42/58となるように調整し、第二工程の重合時間を25分間とした以外は、[実施例1][1−8]と同様に操作した。その結果、174gのプロピレン−プロピレン・エチレンブロック共重合体を得た。
上記で得られたブロック共重合体は、CFC−IRの結果から、ゴム含有量(CP含有量)は51wt%、ゴム(CP)中のエチレン含有量は55mol%であり、CP部の重量平均分子量(Mw)は656,000であった。また、ゴム重合活性(CP活性)は4,000(g−CP/g−Cat/hr)であった。また、別途第1工程で採取したプロピレンホモポリマーのTmは157℃であった。
結果を表1にまとめる。
[比較例1]
(比1−1)メタロセン錯体X:ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−s−インダセニル]ジルコニウムの合成の合成
メタロセン錯体Xの合成は、特開2012−121882号公報、実施例1に記載の方法を参考に合成し、ラセミ体を得た。
(比1−2)メタロセン錯体Xを用いた触媒調製(触媒X)
メタロセン錯体Aの代わりに、メタロセン錯体Xを63mg(75μmol)用いた他は、実施例1と同様の操作により固体触媒(触媒X)7.3gを得た。
そのときの予備重合倍率(予備重合ポリマー量を固体触媒量で除した値)は0.44であった。
(比1−3)触媒Xによるプロピレン−プロピレン・エチレンブロック共重合
プロピレン/エチレン重合時の槽内の平均ガスmol組成をプロピレン/エチレン=57/43となるように調整した以外は、[実施例1]と同様に操作した。その結果、156gのプロピレン−プロピレン・エチレンブロック共重合体を得た。
上記で得られたブロック共重合体は、CFC−IRの結果から、ゴム含有量(CP含有量)は8wt%、ゴム(CP)中のエチレン含有量は32mol%であり、CP部の重量平均分子量(Mw)は321,000であった。また、ゴム重合活性(CP活性)は3000(g−CP/g−Cat/hr)であった。また、別途第1工程で採取したプロピレンホモポリマーのTmは160℃であった。
結果を表1にまとめる。
[比較例2]
触媒Xによるプロピレン−プロピレン・エチレンブロック共重合
プロピレン/エチレン重合時の槽内の平均ガスmol組成をプロピレン/エチレン=41/59となるように調整した以外は、[実施例1]と同様に操作した。その結果、105gのプロピレン−プロピレン・エチレンブロック共重合体を得た。
上記で得られたブロック共重合体は、CFC−IRの結果から、ゴム含有量(CP含有量)は17wt%、ゴム(CP)中のエチレン含有量は52mol%であり、CP部の重量平均分子量(Mw)は513,000であった。また、ゴム重合活性(CP活性)は2100(g−CP/g−Cat/hr)であった。
結果を表1にまとめる。
[比較例3]
(比3−1)メタロセン錯体Y:ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニルインデニル]ジルコニウムの合成
メタロセン錯体Yの合成は、特開2002−128832号公報、実施例1に記載の方法を参考に合成しラセミ体を得た。
(比3−2)メタロセン錯体Yを用いた触媒調製(触媒Y)
メタロセン錯体Aの代わりに、メタロセン錯体Yを111mg(147μmol)用いた他は、[実施例1](1−7)記載の触媒調製と同様の操作により固体触媒(触媒D)14.3gを得た。
そのときの予備重合倍率(予備重合ポリマー量を固体触媒量で除した値)は1.80であった。
(比3−3)触媒Yによるプロピレン−プロピレン・エチレンブロック共重合
触媒Aの代わりに、触媒Yを30mg使用し、プロピレン/エチレン重合時の槽内の平均ガスmol組成をプロピレン/エチレン=43/57となるように調整した以外は、[実施例1]と同様に操作した。その結果、173gのプロピレン−プロピレン・エチレンブロック共重合体を得た。
上記で得られたブロック共重合体は、CFC−IRの結果から、ゴム含有量(CP含有量)は9wt%、ゴム(CP)中のエチレン含有量は51mol%であり、CP部の重量平均分子量(Mw)は121,000であった。また、ゴム重合活性(CP活性)は1,200(g−CP/g−Cat/hr)であった。別途採取したプロピレンホモポリマーのTmは154℃、MFRは162(dg/min)であった。
結果を表1にまとめる。
Figure 2015063495
・メタロセン錯体A:ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−5,5,7,7−テトラメチル−1,5,6,7−テトラヒドロ−s−インダセニル]ジルコニウム
・メタロセン錯体X:ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−1,5,6,7−テトラヒドロ−s−インダセニル]ジルコニウム
・メタロセン錯体Y:ジクロロジメチルシリレンビス[2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニルインデニル]ジルコニウム
表1の重合結果から、本発明のメタロセン錯体とそれを含む触媒は、従来のメタロセン触媒よりも、高いエチレンの取り込み効率を維持しつつ、高分子量のゴム成分を重合することができることが明らかである。
本発明のメタロセン錯体およびそれを含む触媒およびオレフィンの重合方法により、高分子量のゴム成分を製造することができ、ゴム部中のエチレンまたはα−オレフィン含量の高いブロック共重合体を効率よく製造でき、産業上、非常に有用である。

Claims (9)

  1. 下記の一般式[I]で表されるメタロセン錯体。
    Figure 2015063495
    (式中、Mは、Ti、Zr又はHfであり、Qは、炭素、珪素又はゲルマニウムである。XとXは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数1〜6のアルキル基で置換されたアミノ基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基又は炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基である。
    とR11は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜18のアリール基、置換基を有していてもよいフリル基又は置換基を有していてもよいチエニル基である。
    、R、R、R、R、R、R12、R13、R14、R15、R16及びR19は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルケニル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の炭化水素基を有するシリル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基、又は置換基を有していてもよい5員環若しくは6員環を構成する複素環基であり、また、隣接するR双方で6〜7員環を構成してもよく、6〜7員環が不飽和結合を含んでいてもよい。
    各RとR17は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基であって、各Rと各R17のいずれかひとつは、水素原子以外の置換基である。
    各RとR18は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数6〜18のアリール基のいずれかである。
    10とR20は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルケニル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の珪素含有アルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数6〜18のハロゲン含有アリール基、又は置換基を有していてもよい5員環若しくは6員環を構成する複素環基であり、R10とR20で4〜7員環を構成していてもよい。)
  2. 前記一般式[I]中、RとR11の片方または両方は、置換基を有していてもよいフリル基または置換基を有していてもよいチエニル基のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のメタロセン錯体。
  3. 前記一般式[I]中、各RとR17が炭素数1〜6のアルキル基であることを特徴とする請求項1又は2に記載のメタロセン錯体。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のメタロセン錯体を含むことを特徴とするオレフィン重合用触媒。
  5. 下記の(A)、(B)及び(C)の各成分を含むことを特徴とする請求項4に記載のオレフィン重合用触媒。
    成分(A):請求項1〜3のいずれかに記載のメタロセン錯体
    成分(B):成分(A)と反応してイオン対を形成する化合物又はイオン交換性層状珪酸塩
    成分(C):有機アルミニウム化合物
  6. 成分(B)がイオン交換性層状珪酸塩であることを特徴とする請求項5に記載のオレフィン重合用触媒。
  7. 請求項4〜6のいずれかに記載のオレフィン重合用触媒を使用して、オレフィンの重合または共重合を行うことを特徴とするオレフィン重合体の製造方法。
  8. (i)全モノマー成分に対して、プロピレンを90〜100重量%、エチレン又はα−オレフィンを0〜10重量%で重合させる工程、及び
    (ii)全モノマー成分に対して、プロピレンを10〜90重量%、エチレン又は炭素数4以上のα−オレフィンを10〜90重量%で重合させる工程を含むことを特徴とする請求項7に記載のプロピレン系重合体の製造方法。
  9. (i)全モノマー成分に対して、プロピレンを90〜100重量%、エチレン又はα−オレフィンを0〜10重量%で、プロピレンを溶媒として用いるバルク重合又はモノマーをガス状に保つ気相重合である工程、及び
    (ii)全モノマー成分に対して、プロピレンを10〜90重量%、エチレン又はα−オレフィンを10〜90重量%で、気相重合させる工程を含むことを特徴とする請求項8に記載のプロピレン系重合体の製造方法。
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