JP2016540076A - 長い分岐鎖を有するポリプロピレン - Google Patents

長い分岐鎖を有するポリプロピレン Download PDF

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Abstract

本発明は2つのメタロセンベースの活性触媒系の存在下で長い分岐鎖を有するポリプロピレンを製造する方法に関する。本発明方法で得られるポリプロピレンは新規な分子構造と改善された弾性特性とを有している。本発明のポリプロピレンはさらにその13C−NMRスペクトルにおける新規な信号で特徴付けられる。

Description

本発明はポリプロピレンの分野、特に、長い分岐鎖を有するポリプロピレンに関するものである。本発明はさらに、この長い分岐鎖を有するポリプロピレンの製造方法にも関するものである。
ポリプロピレンは多くの用途で使用されている大量製品のポリマーであるが、一般市場に出ているポリプロピレンの主たる欠点の一つは溶融強度が低いことにある。これはポリプロピレンの用途に強く関わっている。すなわち、
(1)インフレーションフィルムのマーケットではバブルの安定性の問題を回避するために高分子量グレードのポリプロピレンが使用されているが、粘度が高くなるため一般に生産性が制限される。
(2)熱成形用途ではシートを加熱したときに弛むという問題点が報告されており、適切なMFI(低MFI値、一般にはMFI=3g/10分)を使用する必要がある。
(3)発泡成形マーケットでのポリプロピレンの使用量は大きく減っている。これは「PPの発泡ビーズ」技術等に極めて特殊で難しいプロセスを必要とするためであり、ポリプロピレンフォーム製品は適切なグレードのポリエチレン製品より硬いということは知られている。
ポリマー構造中に長い分枝鎖を導入して溶融強度を上げることは多くの文献に報告されている。そのためのオプション(選択肢)はいくつか知られており、ラジカル処理や、プロピレンとα、ω−ジエンまたは官能性モノマーとの共重合あるいはメタロセン触媒を用いて特定反応条件下でビニル末端基を有するマクロマーを形成し、得られたマクロマーをプロピレンと共重合して長い分枝鎖のポリプロピレンを得る方法がある。
しかし、上記オプションには大きな制限がある。すなわち、ラジカル処理ではペルオキシジカーボネート化合物のような特定のラジカル開始剤を高い含有量で使用する必要があるため高価になる。α、ω−ジエンを工業的な量で使用することはできず、重合後にフラフ(fluff、綿毛)上に残るα、ω−ジエンを除去し、リサイクルする必要があるが、この操作は困難で、高価な操作を必要とする。
第3のオプション、すなわち、所定のメタロセン触媒を用いてマクロマーを形成し、このマクロマーを第2段階で同じ触媒を使用してプロピレンと共重合することも公知である(Weng et al.の非特許文献1、2)。このWeng et al.に記載の方法では同じ触媒を用いて2段階の合成で長い分枝鎖を作る。得られたポリプロピレンは特定の13CNMR特性を示す(Weng et al. Macromolecules 2002, 35, 3838-3843)。この著者はδ44.88、44.74、44.08および31.74ppmの共鳴を長い分枝鎖に割り当てている。しかし、この文献に開示の実験条件は工業的には使用できない。すなわち、120℃付近の温度でマクロマーを生産し、マクロマーを分離した後にポリプロピレンを導入して鎖をさらに成長させることは一般に最適な方法ではなく、触媒活性にとって有害であり、工業的には簡単に実施できない。
特許文献1(欧州特許第EP2196481号公報)には分岐鎖を有するポリプロピレンの製造方法が開示されている。この方法ではプロピレンを第1の非ブリッジ触媒と接触させて比較的短いマクロマーを形成し(長さ約5単位、この公報のスキーム3参照)、それと同時に第2のブリッジ触媒と接触させて側枝にマクロマーを有するポリプロピレン主鎖を形成する。この方法で製造されるポリプロピレンは比較的短い分枝を有し、絡み合い度が低いため、溶融強度は中程度である。また、第1触媒の量が第2触媒の量よりも多いため逐次重合でのこの触媒系の活性は低い。
特許文献2(ドイツ特許第DE4425787号公報)には非ブリッジメタロセンすなわちCp* 2ZrCl2と、ブリッジしたメタロセンMe2Si−ビス(2−メチルインデニル)ZrCl2との存在下でプロピレンを重合してポリプロピレンを製造する方法が開示されている。この方法で得られるポリプロピレンは融点が低い。
2つの触媒:Cp2ZrCl2およびMe2C(Cp)(Flu)の存在下でのポリマーブレンドの製造はJungling et alからも公知である。しかし、長い分枝鎖を有するポリプロピレンは観察されていない。
特許文献3(欧州特許第EP1422450号公報)にはオレフィンモノマーからマクロマーを形成し、このマクロマーの存在下でプロピレンを重合して分岐鎖を有するポリプロピレンを製造する方法が開示されている。
欧州特許第EP2196481号公報 ドイツ特許第DE4425787号公報 欧州特許第EP1422450号公報
Weng et al., Macromolecular Rapid Communications, 2000, 21, 1103 Weng et al., Macromolecular Rapid Communications, 2001 , 22, 1488
従って、改良された溶融強度特性を有するコスト競争力のあるポリプロピレンの製造方法に対するニーズがある。
本発明の目的は、従来技術の上記欠点のない長い分枝鎖を有するポリプロピレンの製造プロセスを提供することにある。
本発明の第1の観点から、本発明は以下の工程(a)〜(e)を含む長い分枝鎖を有するポリプロピレンの製造方法に関するものである:
(a)アルキル化作用および/またはイオン化作用を有する活性化剤と、下記の式(I)の第1プレ触媒とを含む第1活性触媒系を反応器中に導入し:
Figure 2016540076
[ここで、
MはIV族遷移金属であり、
1とQ2は互いに同一でも異なっていてもよく、アミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6−C20アリール基、アニオン配位子または電子対で配位可能な中性配位子からなる群の中から互いに独立して選択され、
R"は式−[Z(R1)(R2)]n−であり、
nは1〜5の間の整数であり、
Zは炭素またはケイ素であり、
1とR2は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、また、R1とR2がそれらが結合している原子Zと一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよい3〜30員環を形成していてもよく、
3〜R10は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、また、互いに隣接したビシナル位置にある炭素原子に結合した置換基R3〜R6またはR7〜R10の2つがそれらが結合している炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基で置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよい、
ただし、第1プレ触媒は[R(2−R'3Si−Ind)2]MQ2ではない(ここで、R'は1〜6個の炭素原子を有するアルキルであり、Rは2つのインデニル単位間のC−またはSi−ブリッジである)]
(b)工程(a)の前または後またはそれと同時に、プロピレンを注入してポリプロピレンのマクロマーを生成し、
(c)第2プレ触媒とアルキル化作用および/またはイオン化作用を有する活性化剤と含む第2活性触媒系(この第2プレ触媒は第1プレ触媒とは異なり、上記式(I)に定義のただし書きのないものである)を導入し、
(c)重合条件下に維持し、
(e)長い分枝鎖を有するポリプロピレンを取り出す。
本発明において「マクロマー(macromer)」という用語は一般にさらなる重合に関与することかできる官能基を有する任意のポリマーまたはオリゴマーを意味する。ポリプロピレンのマクロマーはビニル末端鎖および/またはビニリデン末端鎖を有するのが好ましい。
第1活性触媒系はプロピレンの存在下でポリプロピレンのマクロマーが生成されるように選択される。第1活性触媒系はアルキル化作用および/またはイオン化作用を有する活性化剤と第1プレ触媒とを接触させることによって調製される。第2活性触媒系はマクロマーを取り込む適性を有するものが選択される。すなわち、第2活性触媒系は、第1活性触媒系によって生成されたポリプロピレンのマクロマーの少なくとも一部を組み入れたポリプロピレンを製造する。
本方法は2つの活性触媒系を併用し、各活性触媒系は本明細書で定義されるプレ触媒(precatalyst)を含む。第1プレ触媒(first precatalyst)は活性化剤で活性化されて不飽和マクロマーを製造するのに使用され、第2プレ触媒(second precatalyst)は活性化剤で活性化され、上記で製造されたマクロマーをポリプロピレン鎖中に組み込むのに使用される。単一の(プレ)触媒を使用する場合と比較した本発明方法によって製造されるポリマーの特徴は線形粘弾性特性が(分岐のない)直鎖グレードとは大きく異なっている点にある。
好ましい実施形態では、工程(a)〜(c)が同時に行われ、反応器中で第1プレ触媒および第2プレ触媒をプロピレンと接触させる。活性化剤も第1プレ触媒および第2プレ触媒と同時に添加できる。従って、第1活性触媒系と第2活性触媒系とを同時に製造することができる。
好ましい実施形態では、第1プレ触媒および第2プレ触媒は上記定義の式(I)でMがジルコニウム、ハフニウムまたはチタンであり、Q1とQ2がアミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6〜C20アリール基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、R"は式−[Z(R1)(R2)]n−であり、ここで、nは1または2であり、Zは炭素またはケイ素であり、R1とR2は水素、C1−C6アルキル基、1つ以上の置換基で置換されていてもよいフェニル基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよい。
本発明の第2の態様では長い分枝鎖を有するポリプロピレンが提供される。この長い分枝鎖を有するポリプロピレンの13C−NMRスペクトルは44.88、44.74、44.08および31.74ppmの信号と、51.1、49.0、38.9、27.1、26.6、24.0、23.3、23.0、22.9または19.8ppmの少なくとも1つの信号を含む。
好ましい実施形態では、本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンは300Pa以上、好ましくは500Pa以上、より好ましくは1、000Pa以上のG*範囲で複素弾性率(complex modulus)が増加する部分を含む複素弾性率Gの関数として評価される損失角(loss angle)δを有することができる。
本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンの分子量Mnは少なくとも6,000g.mol-1、好ましくは少なくとも7000g.mol-1、より好ましくは少なくとも8000g.mol-1である。この長い分枝鎖を有するポリプロピレンは少なくとも420個の炭素原子、好ましくは少なくとも500個の炭素原子、より好ましくは少なくとも600個の炭素原子を有することができる。
のa〜cは本発明すなわちプレ触媒3c/l(a)、3c/3b(b)および3(c)/3f(c)の存在下で得られるポリプロピレンの13C(H)NMRスペクトルである(125MHz、130℃、2,4−トリクロロベンゼン/C66中で記録)。 は本発明のポリプロピレンと比較例のポリプロピレンのvan Gurp-Palmen plotすなわち複素弾性率(complex modulus)Gを関数とした損失角(loss angle)を表す図である。
本明細書で使用する(それ自体または別の置換基の一部として使用する)「アルキル」という用語は式Cn2n+Iのヒドロカルビル基を意味する(nは1以上の数)。一般に、本発明のアルキル基は1〜30個、好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜10個の炭素原子を含む。この「アルキル」という用語は直鎖または分岐鎖のアルキル基を包含する。「アルキル」という用語は必要に応じて1つ以上の置換基によって置換されていてもよいアルキル基を包含する。本明細書で炭素原子の後に下付き文字を使用した場合、その下付き文字はその基に含まれていてもよい炭素原子数を意味する。従って、例えばC110アルキルは1〜10個の炭素原子を有するアルキル基を意味する。例えば「C1−C10アルキル」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、1−ペンチル、2−ペンチル、3−ペンチル、i−ペンチル、ネオ−ペンチル、t−ペンチル、1−ヘキシル、2−ヘキシル、3−ヘキシル、1−メチルエチル、n−ペンチル、1,1、2−トリメチル−n−プロピル、1、2,2−トリメチル−n−プロピル、3,3−ジメチル−n−ブチル、1−ヘプチル、2−ヘプチル、1−エチル−1、2−ジメチル−n−プロピル、1−エチル−2,2−ジメチル−n−プロピル、1−オクチル、3−オクチル、4−メチル−3−n−ヘプチル、6−メチル−2−n−ヘプチル、2−プロピル−1−N−ヘプチル、2,4,4−トリメチル−1−nペンチル、1−ノニル、2−ノニル、2,6−ジメチル−4−n−ヘプチル、3−エチル−2,2−ジメチル−3−N−ペンチル、3,5,5−トリメチル−1−nヘキシル、1−デシル、2−デシル、4−デシル、3,7−ジメチル−1−nオクチル、3,7−ジメチル−3−N−オクチルを意味するが、これらに限定されるものではない。
本明細書で使用されるアリールという用語は単環(すなわちフェニル)または互いに縮合または共有結合した複数の芳香環(例えばナフチル)を有する多価不飽和芳香族炭化水素基を意味し、一般に6〜40個の炭素原子、好ましくは6〜20個の炭素原子、より好ましくは6〜18個の炭素原子を有し、少なくとも1つの環が芳香族である。アリール基の非限定的な例としてはフェニル、ビフェニリル、ビフェニレニル、テトラリニル、アズレニル、ナフタレニル、インデニル、アセナフテニル、フェナントリル、インダニル、ピレニルが挙げられる。「アリール」という用語は必要に応じて一つ以上の置換基で置換されたアリール基を包含する。
本明細書で使用される「シクロアルケニル」という用語は1つの環中に二重結合を含む不飽和単環式炭化水素を意味する。
本発明で使用される「置換」という用語は「置換された」と表現された原子上の1つ以上の水素を定義した選択基で置換することを意味する。ただし、その原子の通常の原子価を超えず、置換基は化学的に安定な化合物になる(すなわち、反応混合物から有用な純度まで単離するのに十分に頑丈である化合物である)必要がある。この置換基はハロゲン、アミノ、複素環、アミド、エーテル、エステル、シアノ、オキシ誘導体を含む群の中から選択することができる。
本明細書で使用する「ハロゲン」という用語はF、Cl、BrまたはIを表す。本明細書で使用する「シアノ」という用語は−CN基を表す。本明細書で使用する「アミド」という用語は基−C(O)−NRabまたは−N(Ra)−C(O)−Rbを表し、RaおよびRbは互いに独立して水素、C3−CI0シクロアルキル、C6−Ci8アリール、C1−C15のアルキル、C3−Ci0複素環、C2−Ci5アルケニル、C2−C15アルキニルを表すか、RaとRbがそれらが結合している窒素原子と一緒になって3〜10員のN−ヘテロ環を形成することもできる。本明細書中で置換基として使用される「複素環」という用語は炭素環構造を中断させるO、P、Sおよび/またはN原子の少なくとも一つを有する芳香族または非芳香族の環状アルキル基、アルケニル基、アリール基またはアルキニル単位を含むものと定義される。「エステル」という用語は−C(O)−O−RCまたはO−C(O)−RC基を意味し式中、Rcは水素、C3−C10シクロアルキル、C6−C18アリール、C1−C15アルキル、C3−C10複素環、C2−C15アルケニル、C2−C15アルキニルからなる群の中から選択される単位を表す。本明細書で使用する「オキシ誘導体」という用語は−O−RCを意味する。このRCは上記定義のものを表す。「アミノ」という用語(それ自体または別の置換基の一部として)は−N(Ra)(Rb)を表し、式中、RaおよびRbは上記定義のものを表す。「エーテル」という用語は1つ以上の酸素原子によって中断されたC1−C50の直鎖または分枝鎖のアルキル基、C2−C5の直鎖または分枝アルケニルまたはアルキニル基またはこれらの組み合わせを含む。本明細書で使用する「アルケニル」という用語は少なくとも一つの二重結合を有する一価または二価の分枝および非分枝の不飽和炭化水素基を意味する。本明細書で使用する「アルキニル」という用語は少なくとも1つの炭素−炭素三重結合を含む分枝または非分枝の一価の炭化水素基と定義される。本明細書で使用される「3〜30員環」という用語は上記Zによって中断された3〜30員の炭素環式環構造を意味し、Zは炭素またはケイ素である。。
本発明の第1の態様から、以下の(a)〜(e)の工程を含む長い分枝鎖を有するポリプロピレンの製造方法が提供される:
(a)アルキル化作用または電離作用を有する活性化剤と、下記の式(I)の第1プレ触媒と含む第1活性触媒系を反応器中に導入し、
Figure 2016540076
[ここで、
MはIV族遷移金属であり、
1とQ2はアミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6−C20アリール基、アニオン配位子または孤立電子対にって配位可能な中性配位子からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
R"は式−[Z(R1)(R2)]n−であり、
nは1〜5の整数であり、
Zは炭素またはケイ素であり、
1とR2は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、R1とR2はそれらが結合している原子Zと一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよい3〜30員環を形成していてもよく、
3〜R10は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに隣接したビシナルな位置にある炭素原子に結合した置換基R3〜R6またはR7〜R10の2つがそれぞれ結合している炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよく、
ただし、第1プレ触媒は[R(2−R'3Si−Ind)2]MQ2ではない(ここで、R'は1〜6個の炭素原子を有するアルキルであり、Rは2つのインデニル単位の間のC−またはSi−ブリッジである)]
(b)工程(a)の前または後またはそれと同時にプロピレンを注入してポリプロピレンのマクロマーを生成し、
(c)第2プレ触媒とアルキル化作用および/またはイオン化作用を有する活性化剤とを含む第2活性触媒系を導入し、この第2プレ触媒は第1プレ触媒とは異なり、上記定義の式(I)のただし書きのないものであり、
(d)重合条件下に維持し、
(e)長い分枝鎖を有するポリプロピレンを取り出す。
活性化された第1プレ触媒または第1プレ触媒を含む第1活性触媒系はビニル末端鎖および/またはビニリデン末端鎖を有するポリプロピレンマクロマーを生成できるものである。好ましい実施形態では、活性化された第1プレ触媒または第1活性触媒系はマクロマーの末端鎖の合計量をベースにしたビニル末端鎖および/またはビニリデン末端鎖の含有量が少なくとも10%であるマクロマーを生成することができるのが好ましく、好ましくは少なくとも30%のビニル末端鎖および/またはビニリデン末端鎖、より好ましくは少なくとも40%、最も好ましくは少なくとも50%のビニル末端鎖および/またはビニリデン末端鎖を有するマクロマーを生成できるのが好ましい。
ポリプロピレンマクロマーの分子量Mnは少なくとも6000g.mol-1、好ましくは少なくとも7000g.mol-1、より好ましくは少なくとも8000g.mol-1である。このポリプロピレンマクロマーは少なくとも420個の炭素原子、好ましくは少なくとも500個の炭素原子、より好ましくは少なくとも600個の炭素原子を有することができる。
いかなる理論に束縛されるものではないが、このような長いマクロマーは、プレ触媒分子をリジッドにするブリッジ構造R"によって製造できると考えられる。これに対して特許文献1(欧州特許第EP2196481号公報)では第1(プレ)触媒はブリッジしておらず、そのスキーム3から分かるように側鎖はかなり短く、側鎖は5反復単位以上にはならない。特許文献1(欧州特許第EP2196481号公報)の[0018]には単一ブリッジのプレ触媒[R(2−R' 3Si−Ind)2]MQ2が記載さているが、実際のテストはしていない。さらに、最終ポリマーでのブリッジRの効果については記載がない。この文献にはマクロマーの長さしか記載がない。
本発明の好ましい実施形態では第1プレ触媒は下記の式(IIa−c)にすることができる。
Figure 2016540076
[ここで、
MはIV族遷移金属であり、
1とQ2はアミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6−C20アリール基、アニオン配位子または孤立電子対によって配位可能な中性配位子からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
R"は式−[Z(R1)(R2)]nであり、
nは1〜5の間の整数であり、
Zは炭素またはケイ素であり、
1とR2は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、R1とR2がそれらが結合している原子Zと一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよい3〜30員環を形成していてもよく、
3〜R8、R13〜R28およびR30〜R33は水素、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、れぞれ互いに近接したビシナルに位置する炭素原子に結合した置換基R3〜R8、R13〜R28およびR30〜R33の2つがそれらの炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基により置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよく、
ただし、第1プレ触媒は[R(2−R'3Si−Ind)2]MQ2ではない(ここで、R'は1〜6個の炭素原子を有するアルキルであり、Rは2つのインデニル単位の間のC−またはSi−ブリッジである)]
第1プレ触媒は下記の式(IIa)または(IIb)であるのが好ましい。
Figure 2016540076
(ここで、
MはIV族遷移金属であり、
1とQ2はアミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6〜C20アリール基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
R"は式−[Z(R1)(R2)]n−であり、
nは1〜3の数であり、
Zは炭素またはケイ素であり、
1とR2は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C10アルキル基は、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C10アルケニル基、1つ以上の置換基で置換され同一でもていてもよいC6−C12アリール基の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、R1とR2がそれらが結合している原子Zと一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよい3〜30員環を形成していてもよく、
3〜R8、R13〜R28およびR30〜R33は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに隣接したビシナルな位置の炭素原子にに結合した置換基R3〜R8、R13〜R28およびR30〜R33の2つがそれらが結合した炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基で置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよい)
第1プレ触媒は下記の式(IIa)であるのがより好ましい:
Figure 2016540076
(ここで、
MはIV族遷移金属であり、
1とQ2はアミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6−C20アリール基からなる群から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
R"は式−[Z(R1)(R2)]n−であり、
nは1または2であり、
Zは炭素またはケイ素であり、
1とR2は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C10アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C10アルケニル基、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC6−C12アリール基から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
3〜R8、R13〜R28およびR30〜R33は水素、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC6−C40アリール基の中ら互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに隣接したビシナル位置の炭素原子に結合した置換基R3〜R8、R13〜R28およびR30〜R33の2つがそれらが結合している炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基で置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよい)
第1プレ触媒は下記の式(IIa)であるのが最も好ましい:
Figure 2016540076
(ここで、
Mはジルコニウム、ハフニウムまたはチタンであり、
1とQ2はアミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6−C20アリール基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
R"は式−[Z(R1)(R2n−であり、
nは1または2であり、
Zは炭素またはケイ素であり、
1とR2は水素、C16アルキル基、C1−C6アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいフェニル基からなる群の中から互いに、独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
3〜R6およびR30〜R33は水素、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC1−C10アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C10アルケニル基、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC6−C18アリール基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに接したビシナル位置ある炭素原子に結合した置換基R3〜R6およびR30〜R33の2つがそれらが結合している炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよい)
特に、第1プレ触媒は下記の式(III)である:
Figure 2016540076
(ここで、
Mはジルコニウム、ハフニウムまたはチタンであり、
1とQ2はアミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6−C12アリール基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
1は水素、C1−C6アルキル基、1つ以上の置換基で置換されていてもよいフェニル基であり、
2、R3、R5は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
30、R31、R32、R33は水素、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、R30とR31またはR32とR33はそれらが結合している炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよい)
特に、第1プレ触媒は下記の式(III)にすることができる。
Figure 2016540076
(ここで、
Mはジルコニウム、ハフニウムまたはチタンであり、
1とQ2は同一で、ハロゲンであり、
1は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C6アルキル基またはフェニル基、好ましくは水素であり、
2は1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C6アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C10アリール基または1つ以上の置換基によって置換されていてもよいフェニル基であり、
3とR5の各々は互いに独立して水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C6アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C12アリール基であり、好ましくはR3、R5の各々は互いに独立してC1−C6アルキル基またはC6−C12のアリール基であり、
30、R31、R32、R33はそれぞれ互いに独立して水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C6アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C12アリール基であるか、あるいは、R30とR31またはR32とR33がそれらが結合している炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよいシクロアルケニル基を形成していてもよい)
第1プレ触媒は下記の群の中から選択するのが最も好ましい。
Figure 2016540076
第2プレ触媒は上記の第1プレ触媒と異なるものである。活性化されたこの第2プレ触媒または第2活性触媒系はポリプロピレン鎖中にビニル末端および/またはビニリデン末端のマクロマーを組み込むことができる。
好ましい実施形態では、第2プレ触媒は下記の式(IIa−c)である。
Figure 2016540076
(ここで、
MはIV族遷移金属であり、
1とQ2は互いに同一または異なり、アミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6−C12アリール基、アニオン配位子または孤立電子対によって配位可能な中性配位子からなる群の中から互いに独立して選択され、
R"は式−[Z(R1)(R2)]n−であり、
nは1〜5の整数であり、
Zは炭素またはケイ素であり、
1とR2は独立して水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基は、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基で、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、R1とR2がそれらが結合している原子Zと一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよい3〜30員環を形成していてもよく、
3〜R8、R13〜R28およびR30〜R33は互いに独立して水素、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC1−C30のアルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基であり、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに隣接するビシナルに位置にある炭素原子に結合した置換基R3〜R8、R13〜R28およびR30〜R33の2つがそれらが結合している炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよい)
第2プレ触媒は下記の式(IIa)または(IIb)であるのが好ましい。
Figure 2016540076
(ここで、
MはIV族遷移金属であり、
1とQ2はアミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6〜C20アリール基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
R"式−[Z(R1)(R2)]n−であり、
nは1〜3の整数であり、
Zは炭素またはケイ素であり、
1とR2は互いに独立して水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C10アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C10アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C12アリール基であり、互いに同一でも異なっていてもよく、
3〜R8、R13〜R20およびR30〜R33は互いに独立して水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6〜C40アリール基で、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに隣接したビシナル位置にある炭素原子に結合した置換基R3〜R8、R13〜R20およびR30〜R33の2つがそれが結合した炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよい)
第2プレ触媒は下記の式(IIa)または(IIb)であるのがより好ましい。
Figure 2016540076
(ここで、
Mはジルコニウム、ハフニウムまたはチタンであり、
1とQ2はハロゲンであり、
R"は式−[Z(R1)(R2)]n−であり、
nは1または2であり、
Zは炭素またはケイ素であり、
1とR2は水素、C1−C6アルキル基、C1−C6アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいフェニル基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一または異なっていてもよく、好ましくはR1とR2は水素、メチル、エチルおよび1つ以上の置換基によって置換されていてもよいフェニル基で、互いに同一でも異なっていてもよく、
3〜R8、R13〜R20およびR30〜R33は独立して水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C10アルキル基、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC6−C12アリール基はであり、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに隣接したビシナルにある炭素原子に結合した置換基R3〜R8、R13〜R20およびR30〜R33の2つがそれらが結合している炭素原子と一緒に1つ以上の置換基によって置換されていてもよいシクロアルケニル基を形成していてもよい)
第2プレ触媒は下記の式(III)または(IV)であるのが好ましい。
Figure 2016540076
(ここで、
Mはジルコニウム、ハフニウムまたはチタンで、
1とQ2はハロゲンであり、
R"は式−[Z(R1)(R2)]n−であり、
nは1または2であり、
Zは炭素またはケイ素であり、
1とR2は水素、C1−C6アルキル基、C1−C6アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいフェニル基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、好ましくはR1とR2は水素、メチル、エチルおよびつ以上の置換基によって置換されていてもよいフェニル基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
3、R5、R7、R13、R17およびR30〜R33は水素、1つ以上の置換基により置換されていてもよいC1−C10アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C18アリール基からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに隣接するビシナル位置ある炭素原子に結合している置換基R30〜R33の2つがそれらが結合している炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基により置換されていてもよいシクロアルケニル基を形成していてもよい)
第2のプレ触媒は第1プレ触媒とは異なり、特に、下記の群の中から選択できる。
Figure 2016540076
第1プレ触媒および第2プレ触媒は同じファミリーの中から選択できるが、互いに異なっている必要がある。既に述したように、第1プレ触媒はマクロマーを製造するのに適するように選択され、第2プレ触媒はそのマクロマーを取り込むことができる特性を有するように選択される。
本発明方法では第1プレ触媒と第2プレ触媒とを同時または連続的に反応器に導入することができる。
本発明の好ましい実施形態では、工程(c)は、工程(b)で形成された生成物の単離を行わずに、工程(b)の後に続いて行われる。好ましくは、工程(c)は工程(b)の後の少なくとも10分後、より好ましくは工程(b)の少なくとも20分後、最も好ましくは工程(b)の少なくとも30分後に行われる。
本発明の別の好ましい実施形態では、反応器に第1および第2の活性触媒系を注入して工程(a)〜(c)を同時に行う。すなわち、本発明の方法は、反応器に上記定義の第1および第2の活性触媒系を入れ、ポリプロピレンと接触させ、重合条件下で維持し、長い分枝鎖を有するプロピレンを取得する。また、第1および第2の活性触媒系をその場(in situe)で調製することもできる。従って、本発明方法は上記定義の第1プレ触媒と第2プレ触媒とを反応器に導入し(ただし、第1プレ触媒と第2プレ触媒は互いに異なる)、第1プレ触媒および第2プレ触媒をアルキル化作用および/またはイオン化作用を有する活性化剤の存在下でプロピレンと接触させ、重合条件下に維持し、長い分枝鎖を有するポリプロピレンを取り出す工程から成ることができる。
第1活性触媒系はビニル−またはビニリデン−末端鎖を有するポリプロピレンマクロマーが製造できる温度でプロピレンと接触させることができる。好ましくは、第1活性触媒系は少なくとも40℃、好ましくは少なくとも60℃、最も好ましくは少なくとも80℃の温度でプロピレンと接触させることができる。特に、第1プレ触媒は40℃〜100℃、好ましくは50℃〜90℃、より好ましくは60℃〜80℃の範囲の温度でプロピレンと接触させることができる。
第1プレ触媒と第2プレ触媒の重量比または第1活性触媒系と第2活性触媒系の重量比は1/2〜100/1、好ましくは1/15〜50/1、より好ましくは2/1〜15/1、最も好ましくは5/1〜10/1である。
本発明の好ましい実施形態では、活性化剤はアルキルアルミニウム、アルモキサンおよびホウ素含有化合物から選択される。第1活性触媒系を調製するために使用される活性化剤と第2活性触媒系を調製するために使用する活性化剤とは同じでも異なっていてもよい。
活性化剤は下記の式で表されるアルキルアルミニウムにすることができる:
AlR* n3-n
(ここで、R*は1〜20個の炭素原子を有するアルキルであり、nは0〜3の整数であり、Xはハロゲンである)
好ましいアルキルアルミニウムはトリイソブチルアルミニウム(TIBAL)またはトリエチルアルミニウム(TEAL)である。アルキルアルミニウムと一緒にパーフルオロボレート、例えば[Ph3C][B(C654]または[Me2NPhH][B(C654]を使用することができる。例えば[Ph3C][B(C654]/TIBALまたは[Me2NPhH][B(C654]/TIBALの組み合わを使用することができる。
プレ触媒系を形成するメタロセン化合物を活性化するためにホウ素含有物質う使用することもできる。その例にはトリフェニルカルベニウムボロネート、例えば欧州特許第EP−A−0427696号公報に記載のテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボロナート−トリフェニルカルベニウムまたは欧州特許第EP−A−0277004号公報(第6頁第30行目、第7頁第7行目)に記載の一般式:[L−H]+[BAr1Ar234-が挙げられる。このホウ素含有活性化剤の量はB/M比が0.5〜5、好ましくは約1となるように選択される。
活性化剤はアルミノキサンにすることができ、下記の式で表されるオリゴマーの直鎖および/または環状のアルキルアルミノキサンにすることができる:
オリゴマーの直鎖アルミノキサン
Figure 2016540076
オリゴマーの環状アルミノキサン
Figure 2016540076
(ここで、nは1〜40、好ましくは1〜20であり、mは3〜40、好ましくは3〜20であり、R*はC1−C8アルキル基、好ましくはメチルまたはイソブチルである)
活性化剤はメチルアルミノキサン(MAO)およびエチルアルミノキサンから選択するのが好ましい。活性化剤はMAOであるのがより好ましい。活性化剤の量はAl/Mの比が10〜10,000、好ましくは100〜10,000、より好ましくは200〜4,000、さらにより好ましくは500〜3000、最も好ましくは1、000〜3000となるように選択される。活性化剤の量はその種類に依存する。
触媒系は式AlR* n3-nで表されるアルキルアルミニウム(ここで、R*は1〜20個の炭素原子を有するアルキルであり、nは0〜3の間の整数、Xはハロゲンである)またはアルミノキサンからなる群の中から選択されるスカベンジャーを含むことができる。このスカベンジャーは例えばトリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリス−N−オクチルアルミニウム、テトライソブチルジアルミノキサン、ジエチル亜鉛、トリス−n−ヘキシルアルミニウム、ジエチルクロロアルミニウムまたはMAOにすることができる。スカベンジャーは一般に活性化剤でプレ触媒を活性化した後に添加される。スカベンジャーは活性化剤とは異なるのが好ましい。
本発明の別の実施形態では、本発明の触媒系が無機担体をさらに含む。この無機担体はタルク、無機酸化物、粘土、粘土鉱物、イオン交換性積層物、珪藻土化合物、ゼオライトにすることができ、また、ポリオレフィン等の樹脂の担体材料にすることもできる。無機酸化物の例としてはシリカ、アルミナ、マグネシア、チタニアおよびジルコニアが挙げらる。無機担体はシリカおよび/またはアルミナを含むのが好ましい。無機担体は10〜100重量%のシリカを含むことができ、および/または、10〜100重量%のアルミナを含むのが好ましい。
無機担体は活性化担体、例えばフッ素化されたアルミナシリカにすることもできる。こうした無機担体の調製方法は国際公開第WO2007/127465号公報または国際公開第WO2005/075525号公報に記載されている。
無機担体にはメタロセン化合物を添加する前にMAOを予備含浸するのが好ましい。
反応器内の圧力は0.5〜50バール、例えば5.104〜5.106Pa、好ましくは5〜25バール、例えば5.105Pa〜2.5.106Paにすることができる。
ポリプロピレンの分子量を制御するために水素を添加することもできる。また、反応器中に必要に応じて防汚剤を添加することもできる。
重合プロセスは溶液中、スラリー中または気相中で行うことができる。スラリー法では第1プレ触媒および/または第2プレ触媒または第1活性触媒系および/または第2活性触媒系は担持させるのが好ましい。スラリープロセスはそれに適した反応器、例えば連続撹拌タンク反応器(CSTR)またはスラリーループ反応器(特に、液体完全ループ反応器)中で実施することができる。
二峰性の共重合体を製造するために2つ以上の反応器を直列に接続することもできる。各反応器内の圧力は0.5〜50バール、すなわち5.104Pa〜5.106Pa、好ましくは5〜25バールすなわち5.105〜2.5.10Pa6、最も好ましくは約20バールすなわち2.106Paにすることができる。各反応器中の水素の量、温度または供給物中のプロピレンの含有量は変えることができる。各反応器で使用する活性触媒系は同一でも異なっていてもよい。各反応器で製造するポリプロピレンの長い分枝鎖含有量および分子量を違えることができる。好ましくは、各反応器で製造されるポリプロピレンの分子量分布はオーバーラップする(重なる)のが好ましい。各反応器で製造するポリプロピレンの分子量分布は1〜7、好ましくは1.5〜4.0の範囲にするのが好ましい。
本発明方法ではヘテロジニアス(担持)触媒系または均一(非担持)触媒系を使用してスラリー中、気相または溶液相中で長い分枝鎖を有するポリプロピレンを得ることができる。本発明方法では希釈剤または溶媒を使用することができる。希釈剤または溶媒は炭化水素、好ましくは4〜12個の炭素原子を有する飽和炭化水素、例えばイソブタンまたはヘキサンにすることができる。あるいは、希釈剤または溶媒を不飽和炭化水素、例えばトルエンにすることもできる。
本発明の第2の態様では、長い分岐鎖のポリプロピレンが提供される。上記Weng et al.によって既に開示されているように、長い分岐鎖を有するポリプロピレンの第1のタイプはδ44.88、44.74、44.08および31.74ppmに13C−NMR信号を有する。本発明による第2のタイプの長い分枝鎖を有するポリプロピレンは長い分枝鎖を有するポリプロピレンに属し、δ51.1、49.0、38.9、27.1、26.6、24.0、23.3、23.0、22.9または19.8ppmの一つまたは複数に13C−NMR信号を有する。好ましい実施形態では、上記長い分岐鎖を有するポリプロピレンはδ51.1、49.0、38.9、27.1、26.6、24.0、23.3、23.0、22.9または19.8ppmの2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、8つ、9つまたは10の13C−NMR信号を有する。特に、上記長い分岐鎖を有するポリプロピレンはδ19.8、22.9、23.0、23.3、24.0、26.6、27.1、31.74、38.9、44.08、44.74、44.88、49.0および51.1ppmに13C−NMR信号を有している。
上記の長い分岐鎖を有するポリプロピレンはアイソタクチックまたはシンジオタクチックにすることができる。この長い分岐鎖を有するポリプロピレンの立体規則性は本発明方法で使用する第1活性触媒および/または第2活性触媒系によって制御できる。第2活性触媒系はポリプロピレンの骨格を作るものであり、本発明の長い分岐鎖を有するポリプロピレンはこの第2活性触媒系によって制御するのが好ましい。第2活性触媒系が式(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f)、(3g)、(3h)、(3i)または(3j)の第2プレ触媒である場合、本発明の長い分岐鎖を有するポリプロピレンはアイソタクチックであるのが好ましい。本発明の長い分岐鎖を有するポリプロピレンの立体規則性(tacticity)はアイソタクチックの長い分枝鎖を有するポリプロピレンにすることで増加させることができる。例えば式(III)の第1プレ触媒(式中、R3とR5は同時に水素にはならない)を含む第1の活性触媒系を用いて例えばアイソタクチックポリプロピレンのマクロマーにすることで増加させることができる。本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンの立体規則性は少なくとも70%mmmm、好ましくは少なくとも80%mmmmにすることができる。特に、本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンの立体規則性は80%〜95%mmmmの範囲にすることができる。あるいは、本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンはシンジオタクチックにすることもできる。本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンは少なくとも70%rrrr、好ましくは少なくとも80%rrrrにすることができる。特に、本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンの立体規則性は80%〜95%rrrの範囲にすることができる。シンジオタクチックの長い分枝鎖を有するポリプロピレンは例えば式(III)のプレ触媒(式中のR3とR5は水素を表す)のようなプレ触媒を含む第2活性触媒系を用いて得ることができる。本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンの立体規則性はシンジオタクチックの長い分枝鎖を有するポリプロピレン、例えば、シンジオタクチックポリプロピレンのマクロマーにすることでさらに増加させることができる。例えば上記の式(III)の第1プレ触媒(式中のR3とR5は同時に水素にはならない)を含む第1の活性触媒系を用いて(ただし、第1プレ触媒と第2プレ触媒は互いに異なる)増加させることができる。
本発明方法の最後に得られる長い分枝鎖を有するポリプロピレンは少なくとも20,000g.mol-1の分子量Mn、好ましくは30,000〜1,000,000g.mol-1、好ましくは30,000〜750,000g.mol-1、より好ましくは30,000〜500,000g.mol-1の範囲の分子量Mnを有することができる。
本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンの多分散性Mw/Mnはテスト方法に記載の方法で求めて1.0〜2.0、好ましくは1.5〜5.0、より好ましくは2.0〜4.0の範囲にすることができる。
本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンの溶融温度は少なくとも115℃、好ましくは135℃、より好ましくは少なくとも140℃にすることができる。
本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンは優れた溶融強度挙動を示す。本発明方法に従った第1プレ触媒および第2プレ触媒を含む第1活性触媒系および第2活性触媒系を使用することで、線形粘弾性が直鎖の場合とは大きく異なるレオロジーを有するポリプロピレンにすることができる。本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンは300Pa以上、好ましくは500Pa以上、より好ましくは1、000Pa以上、さらにより好ましくは5,000Pa以上のG*の範囲で複素弾性率と共に増加する部分を含む複素弾性率G*の関数で変化する損失角δを有することができる。
特に、長い分枝鎖を有するポリプロピレンの損失角δは1000Pa〜10,000Paの複素弾性率G*範囲で70°以下、好ましくは60°以下、より好ましくは55°以下である。
本発明の第1プレ触媒を用いて行われる重合中に作られる鎖は一般に少なくとも6,000g.mol-1、好ましくは少なくとも7,000g.mol-1、より好ましくは少なくとも8,000g.mol-1の分子量Mnを有する。この分岐は少なくとも500個の炭素原子、より好ましくは少なくとも600個の炭素原子、より好ましくは少なくとも420個の炭素原子を有することができる。
本発明の長い分枝鎖を有するポリプロピレンは13C−NMRスペクトルから示唆されるように少なくとも2つの異なるタイプの長い分枝鎖を有している。第1タイプの長い分枝鎖は上記Weng et al.に開示の長い分枝鎖に似ている。このタイプの長い分枝鎖はδ44.88、44.74、44.08と31.74ppmでの13C−NMRスペクトル信号によって特徴付けられる。ポリプロピレン中のこの第1タイプの長い分枝鎖の含有量は10,000C当たり0.2以上、好ましくは10,000C当たり0.3以上、より好ましくは10,000C当たり0.5以上である。従来技術で開示のない第2タイプの特徴は上記の新規な13C−NMR信号にある。ポリプロピレン中のこの第2タイプの長い分枝鎖の含有量は10,000C当たり0.2以上、より好ましくは10,000C当たり0.3以上、より好ましくは10,000C当たり0.5以上である。本発明のポリプロピレンの長い分枝鎖の合計含有量(すなわち、第1タイプ+本明細書に開示の第2タイプ)は10,000C当たり0.2以上、好ましくは10,000C当たり0.5以上、より好ましくは10,000C当たり0.6以上、最も好ましくは10,000C当たり1.0以上である。本発明方法を用いることで従来技術に開示されたものとは異なる新規な長い分枝鎖を有するポリプロピレンを製造することができる。
本発明の別の観点から、本発明は本発明のポリプロピレンを含む物品にも関するものである。
テスト方法
分子量はサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)で、高温(145℃)で求めた。10mgのポリマー試料を10mLのクロロベンゼン(工業グレード)に160℃で1時間かけて溶解した。Polymer Char社のCPVIR5での分析条件は以下の通り:
注入量:+/−400μl
自動サンプル調製/注入器温度:160℃
カラム温度:145℃
検出器温度:160℃
カラムセット:2Shodex AT-806MSおよび1Styragel HT6E
流速:1ml/分
検出器:赤外線検出器(2,800〜3,000cm-1
較正:ポリスチレンの狭標準(市販品)
ポリプロピレン用計算式:マーク・ホーウィンクの関係式に基づく(log10(MPP)=log10(MPS)−0.25323);下側分子量端MPP=1000でカットオフ。
分子量分布(MWD)または多分散性(P)はMW/Mnとして算出w
融解温度Tmeltと結晶化温度TcrystalはTA Instruments社のDSCQ2000機器でISO3146に従って求めた。熱履歴を消去するためにサンプルを最初に200℃に加熱し、3分間200℃に保持した。その後、20℃/分の加熱および冷却速度で融解温度Tmeltと結晶化温度Tcrystalを測定した。
13C−NMR分析はスペクトルの信号強度がサンプル中の炭素原子の寄与の合計数に直接比例するような条件下で、高温、10mm凍結プローブを用いて500メガヘルツのBruker NMR分光計を使用して125メガヘルツの作動周波数で行った。この条件は当業者に公知で、十分な緩和時間を含んでいる、信号強度は積分値すなわち対応面積から得られる。データはプロトンデカップリング、スペクトルあたり240スキャン、11秒のパルス繰返し遅延および130℃の温度、26,000ヘルツのスペクトル幅を用いて得た。サンプルは十分な量のポリマーを130℃の1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB、99%、分光グレード)中に溶解し、ときどき攪拌してサンプルを均質化し、次いで、ヘキサ重水素化ベンゼン(C66、分光グレード)と内部標準として少量のHMDSとヘキサメチルジロキサン(HMDS、99.5+%)を添加して調製した。例えば、約200mgのポリマーを2.0mLのTCBに溶解し、0.5mlのC66と2〜3滴のHMDSとを加えた。感度と分解能を改善するためにローレンツガウス変換(LB=−0.2、GB=0.02)を適用した後にフーリエ変換した。化学シフトは内部標準HMDSの信号(δ2.03ppmの値を割り当てた)を基準にした。
Weng et al.に開示の第1タイプの長い分枝鎖の含有量(10,000個の炭素原子当たり)はCH(δ31.8ppm)の面積を全ピーク面積の合計で割り、10,000を掛けて求めた。本発明の第2タイプの分岐鎖の含有量(10,000個の炭素原子当たり)は追加のピーク(上記の新たに観察されたピーク)面積の平均値を全ピーク面積の合計で割ったものに10,000を面積)掛けて求めた。
アイソタクティシティーは全ポリマーで13C−NMR分析で求めた。メチル基のスペクトル領域ではペンタッドmmmm、mmmr、rmmr、mmrr、rmrr+mrmm、mrmr、rrrr、mrrrおよびmrrmに対応する信号を公表データ、例えばA. Razavip、 Macromol.SYMP., 1995、 vol.89, page 345-367に記載のデータを使用して割り当てた。2,1−挿入、1、3−付加、n−プロピル鎖端に関連する信号とオーバーラップする場合等のいくつかの領域は補正した。mmmmペンタッドの割合は%mmmm=面積mmmm/(面積mmmm+面積mmmr+面積mmrr+面積mrrm)*100に従ってメチルペンタッド領域の正規化で計算した、上記条件での13C−NMRの検出限界は約0.6/10,000Cである。
G'(貯蔵弾性率)およびG''(損失弾性率)はTA、WATERSブランチのARES−G2機器で20%歪み掃引周波数の動的レオメーターを用い、230℃の温度で測定した。
実施例
比較例を単一のプレ触媒の存在下で行った。すなわち、重合試験をサーモスタット付き外部循環水浴付き二重マントルで加熱した機械的撹拌機(ペルトンタービン)を備えた300mLの高圧ガラス反応器中で行った。反応器にトルエン(150mL)とMAO(トルエン中の30重量%溶液1.5mL、Albermarle)を入れ、プロピレン(5バール、Air Liquid、99.99%)を導入した。反応器30分間、所望の温度(60℃)で熱的に平衡化した。プロピレンの圧力を1バールに下げ、プレ触媒の溶液、例えば、トルエン(約2mL)中の[PhCH−(3,6−tBu2−Flu)(3−tBu−5−Et−CP)]ZrCl2(3B)(1.0mg)をシリンジで加えた。プロピレンの圧力を直ちに5バールまで上昇させ(その後、重合反応全体を通してバック・レギュレータで一定に保つ)、溶液を所望時間(30分間)撹拌した。反応器内の温度は熱電対を用いてモニターした。重合は容器を排気し、メタノール中の10重量%HCl水溶液(約3mL)で急冷して停止させた。ポリマーをメタノール(約200mL)中で沈殿させ、35重量%HCl水溶液(約1mL)を加えて残留するプレ触媒を溶解させた。。ポリマーを濾過して回収し、メタノール(約200mL)で洗浄し、真空下で一晩乾燥させた。
本発明方法に従った実施例は上記比較例と同じ反応器で行った。反応器にトルエン(150mL)とMAO(トルエン中30重量%溶液、1.5mL、Albermarle)を入れ、プロピレン(5バール、Air Liquid、99.99%)を導入した。反応器30分間、所望の温度(80℃)で熱的に平衡化した後にプロピレンの圧力を1バールに下げた。第1プレ触媒の溶液、例えばのトルエン(3mL)中の9[PhCH−(3,6−tBu2−Flu)(3−tBu−5−Ph−CP)]ZrCl2(3c)(10mg)溶液をシリンジを用いて加えた。プロピレン圧力は5バールに設定した。30分間反応した後、反応器を60℃に冷却し、脱気し、その後に第2プレ触媒、例えば[PhCH−(3,6−tBu2−Flu)(3−tBu−5−Et−CP)]ZrCl2(3b)(1.0mg)のトルエン(約1mL)溶液を加えた。プロピレンの圧を5バールまで上昇させ、溶液をさらに30分間撹拌した。反応器を脱気させ、反応を急冷し(メタノール中のHClの10重量%水溶液、3ml)、反応器を25℃に冷却した。ポリマーをメタノール(約200mL)中で沈殿させ、35重量%HCl水溶液(約1mL)を加えて残った触媒を溶解させた。ポリマーを濾過して回収し、メタノール(約200mL)で洗浄し、真空下で一晩乾燥させた。オリゴマー画分の抽出は熊川反応器中でn−ヘキサンを用いて行った。不溶性画分の特性はレオロジー的な方法で分析した。本発明方法は上記の2つのプレ触媒を同時に反応器に導入して行うこともできまる。
本発明の利点を以下の代表的実施例で示す。[表1]は比較例と上記プレ触媒3j、3b、3cおよび3fを用いた本発明実施例との実験条件を示したものである。[表1]には得られたポリプロピレンの物理特性も示してある。結果は2つのプレ触媒を使用することで長い分枝鎖を有するポリプロピレンが形成されることを明らかに示している。それに対して単一プレ触媒の存在下で実施したプロセスでは長い分岐を有するポリプロピレンはできない。
Figure 2016540076
ラン(run)5(プレ触媒部3b)で得られたポリプロピレンの13C{1H}NMRスペクトルは長い分枝鎖を有するアイソタクチックポリプロピレンの特性として上記Weng et al.(Macromolecular Rapid Communications, 2002,35,3838-3843)に記載のδ44.88、44.74、44.08および31.74ppmでの共振を示していないことに注目されたい。この例は2つの触媒系を用いた本発明に従って製造したポリプロピレンではない。本発明の場合には13C{1H}NMRスペクトルにδ44.88、44.74、44.08および31.74ppmに明確な共鳴が表れる。
本発明では長い分枝鎖が得られるが、特定の13C−NMR信号を有する第2タイプの分岐が得られたことは全く予想外のことである。
[表2]は本発明で得られたポリプロピレン中の第1タイプと第2タイプの分岐の含有量を示している。
Figure 2016540076
本発明方法に従って得られたポリプロピレンの長い分枝鎖の含有量の合計は10,000C当たり5以上である。この予想外の高い長い分枝鎖含有量によって本発明に従って得られたポリプロピレンは特徴的な粘弾性特性を示す。
[図1]の1a〜cはラン3、8および10、すなわち、それぞれプレ触媒3c/3h、3c/3bおよび3c/3fの存在下で得られたポリプロピレンの13C{1H}NMRスペクトルを表す。上記Weng et al. に記載の第1タイプの長い分枝鎖に対応する信号は白い三角形で示されている(δ44.88、44.74、44.08および31.74ppm)。一方、第2タイプの長い分枝鎖に対応する新規な信号は黒い菱形で示されている(δ51.1、49.0、38.9、27.1、26.6、24.0、23.3、23.0、22.9および19.8ppm)。
本発明のポリプロピレンのレオロジー特性も評価した。[図2]はGurp−Palmenプロット(δ=f(G*)すなわち本発明のポリプロピレンと比較例のポリプロピレンの複素弾性率G*を関数とする損失角を表している。こらの曲線はT=190℃、剪断速度=0.1〜320rad.s-1の範囲で測定したものである。[図2]の太い実線は直鎖ポリプロピレン(Total社から商品名:MR2001で市販)に対応し、斜線は高溶融強度ポリプロピレン(Lyondel Basell社から商品名PF814で市販)に対応し、破線はプレ触媒(3b)の存在で調製したポリプロピレンで、比較例に相当し、点線は第1プレ触媒と第2プレ触媒3bおよび3cの存在下で調製した長い分岐鎖を有する本発明のポリプロピレンに対応する。
本発明のポリプロピレンの複素弾性率G*を関数とする損失角δのGurp−Palmenレオロジー曲線はS字状の変化を示すことに留意されたい。すなわち、損失角はG*値が低い所で最初に減少し、G*値が高くなると最大値まで増加する。このS字カーブは従来のポリプロピレンで測定された他のいずれの連続減少曲線とも全く異なっている。
従って、本発明のポリプロピレンは二種類の長い分枝鎖で構成される新規な分子構造を有し、プレ触媒3bのみを用いて得られる比較例のポリプロピレンと比較して弾性特性が向上する。本発明のポリプロピレンは本明細書で定義した第1プレ触媒と第2プレ触媒または第1活性触媒系と第2活性触媒系を組み合わせた本発明方法によって得ることができる。
本明細書で使用した用語および説明は単なる例示のためで、本発明を限定するためのものではない。特に断りのない限り、当業者は本発明の精神の範囲内で多くの変形が可能で、下記の特許請求の範囲およびその均等物の定義の全ての用語はその最も広い意味で理解される。従って、上記の説明を読み、理解して得られる全ての変形および変更は本発明の範囲に含まれる。特に、上記説明で与えた寸法、材料および他のパラメータは用途の必要に応じて変えることができる。

Claims (17)

  1. 以下の工程(a)〜(e)を含む長い分岐鎖を有するポリプロピレンの製造方法:
    (a)反応器中にアルキル化作用および/またはイオン化作用を有する活性化剤と、式(I)の第1プレ触媒(precatalyst)とを含む第1活性触媒系を入れ:
    Figure 2016540076
    [ここで、
    MはIV族遷移金属、
    1とQ2はアミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6−C20アリール基、アニオン配位子または孤立電子対によって配位可能な中性配位子からなる群の中から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
    R"は式−[Z(R1)(R2)]n−であり、
    nは1〜5の間の整数であり、
    Zは炭素またはケイ素であり、
    1とR2は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基から互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、R1とR2はそれらが結合している原子Zと一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよい3〜30員環を形成してもよく、
    3Rと10は水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリールから互いに独立して選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに隣接するビシナル位置にある炭素原子に結合したR3〜R6またはR7〜R10の置換基の2つがそれらがそれぞれ結合した炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよく、
    ただし、第1プレ触媒は[R(2−R'3Si−Ind)2]MQ2ではなく(ここで、R'は1〜6個の炭素原子を有するアルキルであり、Rは2つのインデニル単位間のC−またはSi−ブリッジである)]
    (b)工程(a)の前または後またはそれと同時にプロピレンを注入してポリプロピレンのマクロマーを生成し好ましくは、第1触媒がポリプロピレンのマクロマーを生成し、
    (c)第2プレ触媒と、アルキル化作用および/またはイオン化作用を有する活性化剤とを含む第2活性触媒系を導入し、この第2プレ触媒は第1触媒とは相違し且つ上記定義の式(I)のただし書きのないものであり、第1プレ触媒と第2プレ触媒との重量比は1/2〜100/1であり、
    (d)重合条件下に維持し、
    (e)長い分枝鎖を有するポリプロピレンを取り出す。
  2. ポリプロピレンのマクロマーが少なくとも6,000グラムモル-1以上の分子量Mnを有するか、少なくとも420個以上、好ましくは少なくとも500個以上、より好ましくは少なくとも600個の炭素原子を有する請求項1に記載の方法。
  3. (a)〜(c)の工程を同時に実施するか、工程(b)の後に形成されたポリプロピレンマクロマーを単離せずに工程(c)を連続して実行する請求項1または2に記載の方法。
  4. 第2活性触媒系がポリプロピレンのマクロマーを組み込んだポリプロピレンを生成できるものである請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 第1プレ触媒および第2プレ触媒が下記の式(IIa)または(IIb)または(II−c)で表される請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法:
    Figure 2016540076
    [ここで、
    MはIV族遷移金属、好ましくは、Mはジルコニウム、ハフニウムまたはチタンであり、
    1とQ2は互いに独立してアミド、ハロゲン、C1−C10アルキル基、C6−C20アリール基、アニオン配位子または配位可能な孤立電子対を有する中性配位子からなる群の中から選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
    R"は式−[Z(R1)(R2)]n−であり、
    nは1〜5の間の整数、好ましくは1または2であり、
    Zは炭素またはケイ素であり、
    1とR2は互いに独立して水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルケニル基、1つ以上の置換基により置換されていてもよいC6−C40アリール基からなる群の中から選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、R1とR2はそれらが結合している原子Zと一緒になって1つ以上の置換基によって置換されていてもよい3〜30員環を形成していてもよく、好ましくは、R1とR2は互いに独立して水素、C1−C6アルキル基、1つ以上の置換基で置換されていてもよいフェニル基からなる群の中から選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、
    3〜R8、R13〜R28およびR30〜R33は互いに独立して水素、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルキル基は、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC1−C30アルケニル基、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいC6−C40アリール基からなる群の中から選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに隣接したビシナ位置にある炭素原子に結合した各置換基R3〜R8、R13〜R28およびR30〜R33の2つがそれらが結合している炭素原子と一緒に1つ以上の置換基で置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基が形成していてもよく、
    ただし、第1プレ触媒は[R(2−R'3Si−Ind)2]MQ2体ではない(ここで、R'は1〜6個の炭素原子を有するアルキルであり、Rは二つのインデニル単位間のC−またはSiブリッジである)]
  6. 第1プレ触媒が下記の式(III)で表される請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法:
    Figure 2016540076
    (ここで、
    1は水素または1〜20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、
    2、R3、R5の各々は互いに独立して水素、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC1−C30アルキル、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC1−C30アルケニル基、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC6−C40アリール基であり、
    30、R31、R32、R33の各々は互いに独立して水素、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC1−C30アルキル、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC6−C40アリール基であるか、R30とR31またはR32とR33はそれらが結合している炭素原子と一緒に1つ以上の置換基で置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよい)
  7. 第2プレ触媒式が下記の式(IIa)または(IIb)である請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法:
    Figure 2016540076
    (ここで、
    3〜R8、R13〜R20およびR30〜R33は互いに独立して水素、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC1−C30アルキル基、1つ以上の置換基で置換されていてもよいC6〜C40アリール基からなる群の中から選択され、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、互いに隣接したビシナル位置にある炭素原子に結合した置換基R3〜R8、R13〜R20およびR30〜R33の2つがそれらが結合している炭素原子と一緒になって1つ以上の置換基で置換されていてもよいシクロアルケニル基またはアリール基を形成していてもよい)
  8. 第1プレ触媒と第2プレ触媒との重量比が1/1〜50/1、好ましくは2/1〜15/1である請求項1〜7のいずれか一項に記載方法。
  9. 工程(b)を60℃以上の温度、好ましくは少なくとも80℃で実行する請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 第1プレ触媒を下記の式(3h)、(3j)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f)のプレ触媒からなる群の中から選択し、第2プレ触媒は第1プレ触媒とは相違させ、第2プレ触媒を式(3j)、(3h)、(3i)、(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f)、(3g)のプレ触媒からなる群の中から選択する請求項1〜9のいずれか一項に記載方法。
    Figure 2016540076
  11. δ44.88、44.74、4.08お31.74ppmに13C−NMR信号を有し、さらにδ51.1、49.0、38.9、27.1、26.6、24.0、23.3、23.0、22.9または19.8ppmの所に少なくとも一つの13C−NMR信号をさらに有する長い分岐鎖を有するポリプロピレン。
  12. 分子量MNが少なくとも20,000g.mol-1、好ましくは30,000〜1、000,000g.mol-1、好ましくは30,000〜750,000g.mol-1、より好ましくは30,000〜500,000g.mol-1の範囲内にあることを特徴とする請求項11に記載の長い分岐鎖を有するポリプロピレン。
  13. 長い分岐鎖の含有量の総量(Total)が1、000C当り3以上である請求項11または12に記載の長い分岐鎖を有するポリプロピレン。
  14. 複素弾性率G*の関数としてた損失角δの変化が1,000Pa以上のG*範囲の複素弾性率で増加する部分を有する請求項11〜13のいずれか一項に記載の長い分岐鎖を有するポリプロピレン。
  15. ポリプロピレン融解温度が135℃以上である請求11〜14のいずれか一項に記載の長い分岐鎖を有するポリプロピレン。
  16. 長い分枝鎖が少なくとも420個の炭素原子を有する請求項11〜15のいずれか一項に記載のポリプロピレン。
  17. 請求項11〜15のいずれか一項に記載のポリプロピレンからなる物品。
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