JP2018012846A - エチレン系重合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1では、特定のメタロセンを用いることにより、重合反応で共重合組成分布を広くする方法が開示されている。また、特許文献2〜4では、特定のメタロセン化合物を触媒成分として用いることにより、ポリエチレンに長鎖分岐を導入し、伸長粘度の歪硬化度が大きなエチレン系重合体が得られることが開示されている。
また、特許文献2〜4のエチレン系重合体は、従来の長鎖分岐型ポリエチレンに比べて成型加工性の改良が見られるものの、長鎖分岐の分岐指数が未だ高圧法低密度ポリエチレンには及ばないため、更なる成型加工性の改良が求められていた。
なお、本発明において、ポリエチレンとは、エチレン単独重合体およびエチレンとα−オレフィンとの共重合体の総称をいい、エチレン系重合体とも言い換えられる。
成分(A)、(B)及び(C)を含む固体触媒成分1重量部に対して、沸点が150〜400℃の炭化水素化合物を0.04〜100重量部含有させ、当該炭化水素化合物は、当該固体触媒成分と重合反応器外部で接触して含有されることによりオレフィン重合触媒を得る工程と、
前記オレフィン重合触媒を用いて、示差屈折計、粘度検出系および光散乱検出器を組み合わせたゲル・パーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定装置により測定される分岐指数g’の分子量10万から100万の間での最低値(gc)が0.35〜0.8である前記エチレン系重合体を得る工程と、を有することを特徴とするエチレン系重合体の製造方法が提供される。
成分(A):遷移金属元素を含む架橋シクロペンタジエニルインデニル化合物
成分(B):成分(A)の架橋シクロペンタジエニルインデニル化合物と反応してカチオン性メタロセン化合物を生成させる化合物
成分(C):無機化合物担体
また、本発明によれば、前記固体触媒は、成分(A)と成分(B)を接触させた後、成分(C)を接触させることにより得られることを特徴とするエチレン系重合体の製造方法が提供される。
本発明のオレフィン重合触媒は、下記の成分(A)、(B)及び(C)を含むオレフィン重合用触媒であって、成分(A)、(B)及び(C)を含む固体触媒成分1重量部に対して、炭化水素化合物を0.04〜100重量部含有させてなることを特徴とする。
成分(A):遷移金属元素を含むメタロセン化合物
成分(B):成分(A)のメタロセン化合物と反応してカチオン性メタロセン化合物を生成させる化合物
成分(C):無機化合物担体
本発明のオレフィン重合触媒は、成分(A)〜(C)を含むことにより、十分な数と長さの長鎖分岐をエチレン系重合体に導入することができる。また、特定量の炭化水素化合物をオレフィン重合触媒に含有させることにより、高結晶成分を多く含むエチレン系重合体を得ることができる。
以下、各成分について、項目ごとに詳細に説明する。
本発明において使用される成分(A)は、下記一般式(1)に示される遷移金属元素を含むメタロセン化合物である。この中でも、下記一般式(2)に示されるメタロセン化合物が好ましく、さらに下記の一般式(3)に示される架橋シクロペンタジエニル化合物(メタロセン化合物)が好ましい。
また、一般式(4)中、X1cおよびX2cとしては、例えば、水素原子、または塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、またはメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、n−プロポキシメチル基、i−プロポキシメチル基、n−ブトキシメチル基、i−ブトキシメチル基、t−ブトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、アセチル基、1−オキソプロピル基、1−オキソ−n−ブチル基、2−メチル−1−オキソプロピル基、2,2−ジメチル−1−オキソ−プロピル基、フェニルアセチル基、ジフェニルアセチル基、ベンゾイル基、2−メトキシフェニル基、3−メトキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、2−フリル基、2−テトラヒドロフリル基、ジメチルアミノメチル基、ジエチルアミノメチル基、ジi−プロピルアミノメチル基、ビス(ジメチルアミノ)メチル基、ビス(ジi−プロピルアミノ)メチル基、(ジメチルアミノ)(フェニル)メチル基、メチルイミノ基、エチルイミノ基、1−(メチルイミノ)エチル基、1−(フェニルイミノ)エチル基、1−[(フェニルメチル)イミノ]エチル基、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、t−ブトキシ基、フェノキシ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジn−プロピルアミノ基、ジi−プロピルアミノ基、ジn−ブチルアミノ基、ジi−ブチルアミノ基、ジt−ブチルアミノ基、ジフェニルアミノ基などが挙げられる。
好ましいX1cおよびX2cの具体例としては、塩素原子、臭素原子、メチル基、n−ブチル基、i−ブチル基、メトキシ基、エトキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、フェノキシ基、ジメチルアミノ基、ジi−プロピルアミノ基が挙げられ、これらの中でも、塩素原子、メチル基、ジメチルアミノ基が特に好ましい。
好ましいR1cの具体例として、Q1cまたは/およびQ2cが炭素原子の場合、水素原子、メチル基、エチル基、フェニル基、エチレン基、シクロブチリデン基が挙げられ、また、Q1cまたは/およびQ2cがケイ素原子の場合、メチル基、エチル基、フェニル基、シラシクロブチル基が挙げられる。
R2cとR4cの好ましい具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、2−メチルフリル基、トリメチルシリル基が挙げられ、これらの中でも、水素原子、メチル基、n−ブチル基、t−ブチル基、フェニル基、トリメチルシリル基がさらに好ましく、水素原子、メチル基、t−ブチル基、フェニル基、トリメチルシリル基が特に好ましい。
R3cのとしては、例えば、4−トリメチルシリルフェニル基、4−(t−ブチルジメチルシリル)フェニル基、3,5−ビストリメチルシリルフェニル基、4−クロロフェニル基、4−ブロモフェニル基、3,5−ジクロロフェニル基、2,4,6−トリクロロフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−エトキシフェニル基、4−イソプロポキシフェニル基、4−n−ブトキシフェニル基、2−フリル基、2−(5−メチル)フリル基、2−(5−t−ブチル)フリル基、2−(5−トリメチルシリル)フリル基、2−(4,5−ジメチル)フリル基、2−ベンゾフリル基、2−チエニル基、2−(5−メチル)チエニル基、2−(5−t−ブチル)チエニル基、2−(5−トリメチルシリル)チエニル基、2−(4,5−ジメチル)チエニル基などが挙げられる。
表1〜8中の、1c〜10c、12c〜65c、67c〜80c、95c〜143c、144c〜303c等が挙げられる。
また、上記化合物のジルコニウムを、チタニウムまたはハフニウムに代えた化合物等も、好ましい成分(A)として挙げられる。
表1〜8中の、1c〜4c、7c、8c、12c〜38c、44c〜47c、52c〜59c、62c、63c、67c〜80c、116c〜123c、127c〜136c、142c、143c、144c〜146c、148c、152c〜155c、157c、161c〜164c、166c、170c〜173c、175c、179c〜182c、184c、188c〜191c、193c、224c〜226c、228c、232c〜235c、237c、241c〜244c、246c、250c〜253c、255c、259c〜262c、264c、268c〜271c、273c等が挙げられる。
また、上記化合物のジルコニウムを、チタニウムまたはハフニウムに代えた化合物等も、好ましい成分(A)として挙げられる。
表1〜8中の、1c〜8c、12c〜38c、44c〜47c、52c〜63c、67c〜80c、116c〜123c、127c〜136c、142c、143c、144c〜303c等が挙げられる。
また、上記化合物のジルコニウムを、チタニウムまたはハフニウムに代えた化合物等も、好ましい成分(A)として挙げられる。
表1〜8中の、1c〜4c、7c〜10c、12c〜59c、62c〜65c、67c〜80c、95c〜143c、144c〜146c、148c、152c〜155c、157c、161c〜164c、166c、170c〜173c、175c、179c〜182c、184c、188c〜191c、193c、224c〜226c、228c、232c〜235c、237c、241c〜244c、246c、250c〜253c、255c、259c〜262c、264c、268c〜271c、273c等が挙げられる。
また、上記化合物のジルコニウムを、チタニウムまたはハフニウムに代えた化合物等も好ましい成分(A)として挙げられる。
本発明において使用される成分(B)は、成分(A)のメタロセン化合物と反応してカチオン性メタロセン化合物を生成させる化合物である。
以下に各成分について、詳細に説明する。
成分(B)の一つとして、有機アルミニウムオキシ化合物が挙げられる。
上記有機アルミニウムオキシ化合物は、分子中に、Al−O−Al結合を有し、その結合数は通常1〜100、好ましくは1〜50個の範囲にある。このような有機アルミニウムオキシ化合物は、通常、有機アルミニウム化合物と水とを反応させて得られる生成物である。
有機アルミニウムと水との反応は、通常、不活性炭化水素(溶媒)中で行われる。不活性炭化水素としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素及び芳香族炭化水素が使用できるが、脂肪族炭化水素又は芳香族炭化水素を使用することが好ましい。
R6 tAlX3 3−t・・・式(8)
(一般式(8)中、R6は、炭素数1〜18、好ましくは1〜12のアルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基等の炭化水素基を示し、X3は、水素原子又はハロゲン原子を示し、tは、1≦t≦3の整数を示す。)
もちろん、有機アルミニウムオキシ化合物として、上記した各有機アルミニウムオキシ化合物の2種以上を組み合わせて使用することもでき、また、前記有機アルミニウムオキシ化合物を前述の不活性炭化水素溶媒に溶液または分散させた溶液としたものを用いても良い。
また、成分(B)の他の具体例として、ボラン化合物やボレート化合物が挙げられる。上記ボラン化合物をより具体的に表すと、トリフェニルボラン、トリ(o−トリル)ボラン、トリ(p−トリル)ボラン、トリ(m−トリル)ボラン、トリ(o−フルオロフェニル)ボラン、トリス(p−フルオロフェニル)ボラン、トリス(m−フルオロフェニル)ボラン、トリス(2,5−ジフルオロフェニル)ボラン、トリス(3,5−ジフルオロフェニル)ボラン、トリス(4−トリフルオロメチルフェニル)ボラン、トリス(3,5―ジトリフルオロメチルフェニル)ボラン、トリス(2,6−ジトリフルオロメチルフェニル)ボラン、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン、トリス(パーフルオロナフチル)ボラン、トリス(パーフルオロビフェニル)、トリス(パーフルオロアントリル)ボラン、トリス(パーフルオロビナフチル)ボランなどが挙げられる。
[L1−H]+[BR7R8X4X5]−・・・式(9)
フェニル)ボレート、トリブチルアンモニウムテトラ(パーフルオロナフチル)ボレート、ジメチルアニリニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジメチルアニリニウムテトラ(2,6−ジトリフルオロメチルフェニル)ボレート、ジメチルアニリニウムテトラ(3,5−ジトリフルオロメチルフェニル)ボレート、ジメチルアニリニウムテト
ラ(2,6−ジフルオロフェニル)ボレート、ジメチルアニリニウムテトラ(パーフルオロナフチル)ボレート、トリフェニルホスホニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルホスホニウムテトラ(2,6−ジトリフルオロメチルフェニル)ボレート、トリフェニルホスホニウムテトラ(3,5−ジトリフルオロメチルフェニル)ボ
レート、トリフェニルホスホニウムテトラ(2,6−ジフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルホスホニウムテトラ(パーフルオロナフチル)ボレート、トリメチルアンモニウムテトラ(2,6−ジトリフルオロメチルフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウムテトラ(2,6−ジトリフルオロメチルフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウムテトラ(パーフルオロナフチル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラ(2,6−ジトリフルオロメチルフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラ(パーフルオロナフチル)ボレート、ジ(1−プロピル)アンモニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジシクロヘキシルアンモニウムテトラフェニルボレートなどを挙げることができる。
[L2]+[BR7R8X4X5]−・・・式(10)
本発明において使用される成分(C)は、無機化合物担体であり、金属、金属酸化物、金属塩化物、金属炭酸塩、炭素質物、またはこれらの混合物が使用可能である。
なお、本願において、上記の式は、分子式ではなく、組成のみを表すものであって、本発明において用いられる複合酸化物の構造および成分比率は特に限定されるものではない。
また、本発明において用いる金属酸化物は、少量の水分を吸収していても差し支えなく、少量の不純物を含有していても差し支えない。
成分(C)として用いられる無機化合物担体の性状としては、特に制限はないが、通常、平均粒径は5〜200μm、好ましくは10〜150μmであり、平均細孔径は20〜1000Å、好ましくは50〜500Åであり、比表面積は150〜1000m2/g、好ましくは200〜700m2/g、細孔容積は0.3〜2.5cm3/g、好ましくは0.5〜2.0cm3/gであり、見掛比重は0.20〜0.50g/cm3、好ましくは0.25〜0.45g/cm3である無機化合物担体を用いるのが好ましい。
これらの中では、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、ベントナイト、テニオライト等のスメクタイト族、バーミキュライト族、雲母族が好ましい。
具体的には、(イ)塩酸、硫酸等を用いて行う酸処理、(ロ)NaOH、KOH、NH3等を用いて行うアルカリ処理、(ハ)周期表第2族から第14族から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または無機酸由来の陰イオンからなる群より選ばれた少なくとも1種の陰イオンからなる塩類を用いた塩類処理、(ニ)アルコール、炭化水素化合物、ホルムアミド、アニリン等の有機物処理等が挙げられる。
これらの処理は、単独で行ってもよいし、2つ以上の処理を組み合わせてもよい。
本発明において使用される炭化水素化合物としては、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素及び芳香族炭化水素、ケイ素含有炭化水素が挙げられ、好ましくは、脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素である。本発明のオレフィン重合触媒は、炭化水素化合物を含有することにより、触媒細孔内部に存在する高共重合性活性種にモノマーが到達するのを阻害して重合活性発現を遅延させることにより、触媒表面の低共重合性活性種が生成する高結晶成分の多いエチレン系重合体を得ることができると考えられる。
これらの中でも、好ましくは、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、テトラリン、ミネラルオイル、流動パラフィン、ポリブテンであり、さらに好ましくは、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、トルエン、テトラリン、ミネラルオイル、流動パラフィン、ポリブテンである。
オレフィン重合触媒に、炭化水素化合物を含有させることにより、高結晶成分が多くなる理由は重合反応機構的に確定された訳ではなく不明であるが、モノマーを接触させる前のオレフィン重合触媒が炭化水素化合物を含有した状態で重合反応器に投入した場合、触媒細孔は該炭化水素化合物で満たされているために、細孔内部に存在する高共重合性活性種にモノマーが到達するのを阻害して重合活性発現を遅延させることにより、触媒表面の低共重合性活性種が生成する高結晶成分の多いエチレン系重合体を得ることができると推定している。この場合、活性種近傍モノマー濃度が低下して初期重合速度が低下し、炭化水素化合物を含有しない場合に比べて触媒細孔内の重合体生成による内圧が小さくなり、通常は生じる触媒担体構造破壊による新たな活性種露出も起りにくくなることも高結晶成分増加に関与しているのではないかと考えられる。なお、本発明において、高結晶成分が多くなる理由としては、上記理由に限定されるものではない。
(1)固体触媒成分の調製
本発明のオレフィン重合触媒を得る際の成分(A)〜(C)の接触方法としては、特に限定されず、例えば、以下の方法が任意に採用可能である。
(II)成分(A)と、成分(C)とを接触させた後、成分(B)を接触させる。
(III)成分(B)と、成分(C)とを接触させた後、成分(A)を接触させる。
いずれの接触方法においても、通常は窒素またはアルゴンなどの不活性雰囲気中、一般にベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素(通常炭素数は6〜12)、ヘプタン、ヘキサン、デカン、ドデカン、シクロヘキサンなどの脂肪族または脂環族炭化水素(通常炭素数5〜12)等の液状不活性炭化水素の存在下で、撹拌下または非撹拌下に各成分を接触させる方法が採用される。
この接触は、通常−100℃〜200℃、好ましくは−50℃〜100℃、さらに好ましくは−50〜40℃の温度にて、5分〜50時間、好ましくは30分〜24時間、さらに好ましくは30分〜12時間で行うことが望ましい。
これらの中でも、溶媒としては、成分(A)と成分(B)が可溶なベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素を用いることが好ましく、経済性や安全性の観点でトルエンが最も好ましい。これらの溶媒は成分(A)や成分(B)の溶解度の調整等を目的として適宜混合溶媒として使用することも可能である。
また、可溶性溶媒を使用した前段の接触反応後、ある種の成分が不溶もしくは難溶な液状不活性炭化水素(例えば、ペンタン、ヘキサン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素あるいは芳香族炭化水素)を添加して、所望生成物を固形物として回収した後に、あるいは一旦可溶性溶媒の一部または全部を、乾燥等の手段により除去して所望生成物を固形物として取り出した後に、この所望生成物の後段の接触反応を、上記した不活性炭化水素溶媒のいずれかを使用して実施することもできる。
本発明では、各成分の接触反応を複数回行うことを妨げない。
成分(A)、(B)及び(C)を含む固体触媒成分に炭化水素化合物を含有させる方法は、特に限定されず、例えば、以下の方法が任意に採用可能である。
(ii)固体触媒成分に低沸点の炭化水素化合物と高沸点の炭化水素化合物の混合液を添加した後、低沸点の炭化水素化合物を減圧留去する
(iii)炭化水素化合物に固体触媒成分を添加する
(iv)低沸点の炭化水素化合物と高沸点の炭化水素化合物の混合液に固体触媒成分を添加した後、低沸点の炭化水素化合物を減圧留去する
この添加の際、接触は、通常−10℃〜60℃、好ましくは0℃〜40℃の温度にて、1分〜1時間、好ましくは1分〜30分、さらに好ましくは1分〜15分、固体触媒成分と炭化水素化合物の接触を行うことが望ましい。
また、(ii)及び(iv)の減圧留去は、0〜200℃、好ましくは20〜150℃、さらに好ましくは20〜60℃で1分〜50時間、好ましくは10分〜10時間、さらに好ましくは30分〜2時間で行うことが望ましい。
外観性状としてスラリー状、マッド状が必要な場合、前記固体触媒成分1重量部に対して、炭化水素化合物を約1〜100重量部、好ましくは約1.5〜60重量部を含有させることによって、取扱い容易なスラリー状もしくはマッド状の本発明のオレフィン重合触媒を得る。また、より好ましくは約2〜50重量部、更に好ましくは約3〜20重量部を含有させることによって、取扱い容易なスラリー状の本発明のオレフィン重合触媒を得る。
上記したオレフィン重合触媒は、エチレンの単独重合またはエチレンとα−オレフィンとの共重合に、使用可能である。
また、エチレンやα―オレフィン以外のコモノマーを少量使用することも可能であり、この場合、スチレン、4−メチルスチレン、4−ジメチルアミノスチレン等のスチレン類、1,4−ブタジエン、1,5−ヘキサジエン、1,4−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン等のジエン類、ノルボルネン、シクロペンテン等の環状化合物、ヘキセノール、ヘキセン酸、オクテン酸メチル等の含酸素化合物類、等の重合性二重結合を有する化合物を挙げることができる。
スラリー重合の場合、実質的に酸素、水等を断った状態で、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素等から選ばれる不活性炭化水素溶媒の存在下または不存在下で、エチレン等を重合させる。
スラリー重合に用いられる不活性炭化水素溶媒としては、プロパン、イソブタン、イソペンタン、ヘキサン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン等の脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素が好ましく、プロパン、イソブタン、イソペンタン、ヘキサン等の脂肪族炭化水素がより好ましく、イソブタン、イソペンタン等の中沸点脂肪族炭化水素が更に好ましい。
また、液状エチレンや液状プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン等の液体モノマーも溶媒として使用できることは言うまでもない。また、気相重合の場合、エチレンやコモノマーのガス流を導入、流通、または循環した反応器内においてエチレン等を重合させる。重合条件は、温度が0〜250℃、好ましくは20〜110℃、更に好ましくは60〜100℃であり、圧力が常圧〜10MPa、好ましくは常圧〜4MPa、更に好ましくは0.5〜2MPaの範囲にあり、重合時間としては5分〜10時間、好ましくは5分〜5時間が採用されるのが普通である。
期待される触媒活性レベルは、3〜3000g−PE/g−Cat/h、好ましくは5〜2000g−PE/g−Cat/h、より好ましくは7〜1500g−PE/g−Cat/h、更に好ましくは7〜1000g−PE/g−Cat/h、特に好ましくは10〜650g−PE/g−Cat/hである。
本発明のオレフィン重合触媒を用いて製造されるエチレン系重合体の密度は、好ましくは0.85〜0.97g/cm3であり、より好ましくは0.88〜0.96g/cm3、さらに好ましくは0.89〜0.95g/cm3である。
また、本発明のオレフィン重合触媒を用いて製造されるエチレン系重合体のMFR(メルトフローレート、190℃、2.16kg荷重)は、好ましくは0.001〜1000g/10分であり、より好ましくは0.005〜100g/10分、さらに好ましくは0.01〜20g/10分である。
一般に、ポリエチレンは、フィルム、シート、ブロー成形体、発泡成形体として製品へと加工されるが、この際、ポリエチレンの長鎖分岐構造や結晶構造等が成型加工性に大きな影響を与えることはよく知られている。
すなわち、分子量分布や組成分布が狭い通常のポリエチレンは、溶融強度が低いので成形性が悪いが、一方、高結晶成分や長鎖分岐成分を有するポリエチレンは、溶融伸長時に歪硬化(ストレイン・ハードニング)、すなわち、高歪み側で伸長粘度が急激に上昇する特性を有し、この特性を顕著に示すポリエチレンは、成形性に優れると考えられる。
本発明の触媒は高い活性で長鎖分岐を生成させるだけではなく、更に触媒に炭化水素化合物を含有させることによって、機械的強度に好ましく、成型加工性の改善に寄与する高結晶成分を付与することを可能にした。
なお、本明細書において、高結晶成分とは、昇温溶出分別(TREF)において85℃以上で溶出する成分のことをいう。該成分を5.0wt%以上有していると歪硬化が顕著に表れる。
なお、実施例で用いた測定方法は、以下の通りである。触媒合成工程および重合工程は全て精製窒素雰囲気下で行い、使用した溶媒は脱水および窒素バブリングによる脱酸素を行ったものを用いた。
(1)MFR:
MFRは、JIS K6760に準拠し、190℃、2.16kg荷重で測定した。FR(フローレイト比)は、190℃・10kg荷重の条件で同様に測定したMFRであるMFR10kgとMFRとの比(=MFR10kg/MFR)から算出した。
密度は、JIS K7112に準拠し、MFR測定時に得られるストランドを100℃で1時間熱処理し、更に室温で1時間放置した後に密度勾配管法で測定した。
本発明において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲル・パーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法で測定したものをいう。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0.2mL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。分子量への換算に使用する粘度式[η]=K×Mαは、以下の数値を用いる。
PS:K=1.38×10−4、α=0.7
PE:K=3.92×10−4、α=0.733
PP:K=1.03×10−4、α=0.78
装置:Waters社製GPC(ALC/GPC 150C)
検出器:FOXBORO社製MIRAN 1A IR検出器(測定波長:3.42μm)
カラム:昭和電工社製AD806M/S(3本)
移動相溶媒:o−ジクロロベンゼン
測定温度:140℃
流速:1.0ml/分
注入量:0.2ml
試料の調製:試料は、ODCB(0.5mg/mLのBHTを含む)を用いて、1mg/mLの溶液を調製し、140℃で約1時間を要して溶解させる。なお、得られたクロマトグラムのベースラインと区間は、図1に例示されるように行う。
試料を140℃でオルトジクロロベンゼン(0.5mg/mLBHT入り)に溶解し溶液とする。これを140℃のTREFカラムに導入した後8℃/分の降温速度で100℃まで冷却し、引き続き4℃/分の降温速度で−15℃まで冷却し、60分間保持する。その後、溶媒であるオルトジクロロベンゼン(0.5mg/mLBHT入り)を1mL/分の流速でカラムに流し、TREFカラム中で−15℃のオルトジクロロベンゼンに溶解している成分を10分間溶出させ、次に昇温速度100℃/時間にてカラムを140℃までリニアに昇温し、溶出曲線を得る。この時、85℃以上で溶出する成分量を≧85℃可溶分量(単位wt%)とした。
図3に上記TREFによる解析結果の一例を示した。
(TREF部)
TREFカラム:4.3mmφ×150mmステンレスカラム
カラム充填材:100μm表面不活性処理ガラスビーズ
加熱方式:アルミヒートブロック
冷却方式:ペルチェ素子(ペルチェ素子の冷却は水冷)
温度分布:±0.5℃
温調器:(株)チノー デジタルプログラム調節計KP1000
(バルブオーブン)
加熱方式:空気浴式オーブン
測定時温度:140℃
温度分布:±1℃
バルブ:6方バルブ、4方バルブ
(試料注入部)
注入方式:ループ注入方式 注入量:ループサイズ 0.1ml
注入口加熱方式:アルミヒートブロック
測定時温度:140℃
(検出部)
検出器:波長固定型赤外検出器 FOXBORO社製 MIRAN 1A
検出波長:3.42μm
高温フローセル:LC−IR用ミクロフローセル、光路長1.5mm、窓形状2φ×4mm長丸、合成サファイア窓板
測定時温度:140℃
(ポンプ部)
送液ポンプ:センシュウ科学社製 SSC−3461ポンプ
測定条件
溶媒:オルトジクロロベンゼン(0.5mg/mLBHT入り)
試料濃度:5mg/mL
試料注入量:0.1mL
溶媒流速:1mL/分
(i)GPC−粘度計(GPC−VIS)による分岐構造解析
示差屈折計(RI)および粘度検出器(Viscometer)を装備したGPC装置として、Waters社のAlliance GPCV2000を用いた。また、光散乱検出器として、多角度レーザー光散乱検出器(MALLS)Wyatt Technology社のDAWN−Eを用いた。検出器は、MALLS、RI、Viscometerの順で接続した。移動相溶媒は、1,2,4−trichlorobenzene(酸化防止剤Irganox1076を0.5mg/mLの濃度で添加)である。流量は1mL/分である。カラムは、東ソー社GMHHR−H(S) HTを2本連結して用いた。カラム、試料注入部および各検出器の温度は、140℃である。試料濃度は1mg/mLとした。注入量(サンプルループ容量)は0.2175mLである。MALLSから得られる絶対分子量(M)、慣性二乗半径(Rg)およびViscometerから得られる極限粘度([η])を求めるにあたっては、MALLS付属のデータ処理ソフトASTRA(version4.73.04)を利用し、以下の文献を参考にして計算を行った。
1.Developments in polymer characterization,vol.4. Essex:Applied Science;1984.Chapter1.
2.Polymer,45,6495−6505(2004)
3.Macromolecules,33,2424−2436(2000)
4.Macromolecules,33,6945−6952(2000)
分岐指数(g’)は、サンプルを上記Viscometerで測定して得られる極限粘度(ηbranch)と、別途、線形ポリマーを測定して得られる極限粘度(ηlin)との比(ηbranch/ηlin)として算出する。
ポリマー分子に長鎖分岐が導入されると、同じ分子量の線形のポリマー分子と比較して慣性半径が小さくなる。慣性半径が小さくなると極限粘度が小さくなることから、長鎖分岐が導入されるに従い同じ分子量の線形ポリマーの極限粘度(ηlin)に対する分岐ポリマーの極限粘度(ηbranch)の比(ηbranch/ηlin)は小さくなっていく。したがって分岐指数(g’=ηbranch/ηlin)が1より小さい値になる場合には分岐が導入されていることを意味し、その値が小さくなるに従い導入されている長鎖分岐が増大していくことを意味する。特に本明細書では、MALLSから得られる絶対分子量として、分子量10万から100万における上記g’の最低値を、gcとして算出する。
図2に上記GPC−VISによる解析結果の一例を示した。図2の左は、MALLSから得られる分子量(M)とRIから得られる濃度を元に測定された分子量分布曲線を、図1の右は、分子量(M)における分岐指数(g’)を表す。ここで、線形ポリマーとしては、直鎖ポリエチレンStandard Reference Material 1475a(National Institute of Standards & Technology)を用いた。
1−(a)メタロセン化合物の合成
メタロセン化合物A:特開2013−227271号公報に開示されている方法に従って、メタロセン錯体として、ジメチルシリレン(4−(4−トリメチルシリル−フェニル)−インデニル)(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドを合成した。
(1)触媒の調製
窒素雰囲気下、500ml三口フラスコにシリカ30gを入れ、脱水トルエンを195mlでスラリー化した。別途用意した200mlナスフラスコに窒素雰囲気下でメタロセン化合物A410mgを入れ、脱水トルエン49.7mlで溶解した。室温でメタロセン化合物Aのトルエン溶液にアルベマール社製の20%メチルアルミノキサン/トルエン溶液82.8mlを加え30分間撹拌した。シリカのトルエンスラリーの入った300ml三口フラスコを40℃のオイルバスで加熱および撹拌しながら、メタロセン化合物Aとメチルアルミノキサンの反応物のトルエン溶液を全量加えた。40℃で1時間撹拌した後、40℃に加熱したままトルエン溶媒を減圧留去し、120分間減圧乾燥することで固体触媒成分を得た。得られた固体触媒成分53.8gに脱水テトラリン(関東化学(株)、鹿特級)を12.2ml添加し、テトラリン含有触媒を得た。
上記(1)触媒の調製で得られた触媒を用いてエチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。
すなわち、誘導撹拌装置付き2Lオートクレーブに1−ヘキセン30ml、トリエチルアルミニウム0.20mmol、水素2000ml、イソブタン800mLを加え、75℃に昇温し、エチレンを導入してエチレン分圧を1.4MPaに保った。次いで、上記(1)の触媒の調製で得られた触媒0.08gを窒素で圧入し、エチレン分圧1.4MPa、温度75℃を保って60分間重合を継続した。なお、重合反応中、エチレン消費速度に比例した供給速度にて1−ヘキセンの追加供給を実施した。追加供給した1−ヘキセン量は0.5mLであった。こうして得られたエチレン・1−ヘキセン共重合体は21.6gであった。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
実施例1と同じ合成法によって調製した固体触媒成分に、脱水トリデカン(関東化学(株)、鹿特級)を15.7ml添加し、ドリデカン含有触媒を得た。この触媒を0.078g使用した以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、23.5gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
実施例1と同じ合成法によって調製した固体触媒成分に、脱水ヘキサンを18.3ml添加し、ヘキサン含有触媒を得た。この触媒を0.081g使用し、追加供給した1−ヘキセン量が1.5mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、30.4gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
実施例1と同様に調製し、溶媒として用いたトルエンを減圧留去した固体触媒成分を、そのまま触媒として0.082g使用し、追加供給した1−ヘキセン量が4.0mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、53.7gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
アルベマール社製の20%メチルアルミノキサン/トルエン溶液78.7mlを加えた以外は実施例1と同様に固体触媒成分を調整した。200mlナスフラスコに窒素バブリングによって脱水処理をした流動パラフィン(モレスコ社製、商品名:モレスコホワイトP−120、平均分子量:365、密度:0.853g/cm3)を7.7mlと脱水ヘキサン195mlを加え、室温で5分間撹拌した。別途用意した500ml三口フラスコに窒素雰囲気下で得られた固体触媒成分30gを入れ、撹拌しながら流動パラフィンとヘキサンの混合溶液を全量加えた。10分間撹拌した後、40℃に加熱してヘキサンを減圧留去することで流動パラフィン含有触媒を得た。この触媒を0.102g使用し、追加供給した1−ヘキセン量が4.0mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、45.3gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
流動パラフィンの代わりに、窒素バブリングによって脱水処理をしたポリブテン(JX日鉱日石エネルギー社製、商品名:LV−7、平均分子量:300、密度:0.830g/cm3)を14.3ml使用した以外は、実施例4と同様に触媒を調製した。この触媒を0.115g使用し、追加供給した1−ヘキセン量が3.5mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、44.9gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
実施例4と同様に調製した固体触媒成分0.08gに、実施例5と同様に調製した脱水ポリブテン0.3mlとヘキサン6mlを加えポリブテン/ヘキサン含有触媒を調製した。この触媒を全量使用し、追加供給した1−ヘキセン量が5.0mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、52.0gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
脱水ポリブテンを0.87ml加えた以外は、実施例6と同様にポリブテン/ヘキサン含有触媒を調製した。この触媒を全量使用し、追加供給した1−ヘキセン量が2.0mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、34.9gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
脱水ポリブテンを5.12ml加えた以外は、実施例6と同様にポリブテン/ヘキサン含有触媒を調製した。この触媒を全量使用し、追加供給した1−ヘキセン量が0.5mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、16.5gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
実施例4と同様に調製し、溶媒として用いたトルエンを減圧留去した固体触媒成分を、そのまま触媒として0.08g使用し、追加供給した1−ヘキセン量が5.0mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、59.2gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
アルベマール社製の20%メチルアルミノキサン/トルエン溶液31.0mlを加えた以外は実施例1と同様に固体触媒成分を調整した。得られた固体触媒成分27.7gに脱水トルエンを1.6ml加えトルエン含有触媒を調製した。この触媒を0.083g使用し、追加供給した1−ヘキセン量が0.5mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、16.2gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
アルベマール社製の20%メチルアルミノキサン/トルエン溶液38.3mlを加えた以外は実施例1と同様に固体触媒成分を調整した。得られた固体触媒成分32.9gに脱水トルエンを1.9ml加えトルエン含有触媒を調製した。この触媒を0.083g使用し、追加供給した1−ヘキセン量が1.0mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、25.2gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
実施例1と同様に調製した固体触媒成分に、脱水トルエンを0.2ml加えトルエン含有触媒を調製した。この触媒を0.082g使用し、追加供給した1−ヘキセン量が3.0mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、49.4gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
メタロセン化合物A410mgの代わりに、ジメチルシリレンビスインデニルジルコニウムジクロライド(メタロセン化合物B)334mgを用いた以外は、実施例1と同様に、触媒を調製した。追加供給した1−ヘキセン量が5.5mLであった以外は、実施例7と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、75.9gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
(比較例4)
参考例11と同様に調製し、溶媒として用いたトルエンを減圧留去した固体触媒成分を、そのまま触媒として0.058g使用し、供給した1−ヘキセン量が10.2mLであった以外は、実施例1と同様に、エチレン・1−ヘキセン共重合体を製造した。その結果、99.5gのエチレン・1−ヘキセン共重合体が生成した。重合条件等を表9に、重合結果を表10にまとめた。
実施例1〜2、参考例3、9、10は、同じ固体触媒成分および使用比率(成分(B)/成分(C)=0.0048モル/g)を有する固体触媒成分に、種々の炭化水素化合物を含有させたものである。いずれの実施例においても、TREFによる≧85℃可溶分量が、同様の固体触媒成分をそのまま触媒として用いた比較例1の4.4wt%と比較して、5.3〜7.6wt%(5.0wt%以上)に増加しており、十分な数と長さの長鎖分岐が導入され、かつ、共重合組成分布が広がり、高結晶成分の多いエチレン系重合体が得られたことが明かである。
同様に、実施例4〜7は、同じ固体触媒成分および使用比率(成分(B)/成分(C)=0.0076モル/g)を有する固体触媒成分に、炭化水素化合物である流動パラフィンまたはポリブテンを含有させたものであるが、TREFによる≧85℃可溶分量が、同様の固体触媒成分をそのまま触媒として用いた比較例3の3.8wt%と比較して、5.2〜7.5wt%(5.0wt%以上)に増加しており、十分な数と長さの長鎖分岐が導入され、かつ、共重合組成分布が広がり、高結晶成分の多いエチレン系重合体が得られたことが明かである。
また、実施例1〜2、4〜7、参考例3、8〜10では、成分(A)としてメタロセン化合物Aを用いているが、成分(A)としてメタロセン化合物Bを用いた参考例11においても、炭化水素化合物を添加しない以外は同様の条件で評価した比較例4と比べて、≧85℃可溶分量が1.1wt%(比較例4)から5.3wt%(参考例11)に増加し、本発明の効果が示された。
参考例8は、参考例9と同じ炭化水素化合物を同量含有させたものであるが、成分(B)/成分(C)が、参考例8の方が小さいため、≧85℃可溶分量がより大きくなっており、炭化水素化合物の含有効果がより顕著となった。
また、特に、炭化水素化合物としてポリブテン/ヘキセンを用いた実施例6、7、比較例2を比べると、ポリブテンが増えるに従い、≧85℃可溶分量が増加する傾向が見られた。しかし、炭化水素化合物量が100重量部を超えた比較例2は重合活性の低下が著しかった。
成分(A)、(B)及び(C)を含む固体触媒成分1重量部に対して、沸点が150〜400℃の炭化水素化合物を0.04〜100重量部含有させ、当該炭化水素化合物は、当該固体触媒成分と重合反応器外部で接触して含有されることによりオレフィン重合触媒を得る工程と、
前記オレフィン重合触媒を用いて、示差屈折計、粘度検出系および光散乱検出器を組み合わせたゲル・パーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定装置により測定される分岐指数g’の分子量10万から100万の間での最低値(gc)が0.35〜0.85である前記エチレン系重合体を得る工程と、を有することを特徴とするエチレン系重合体の製造方法が提供される。
成分(A):遷移金属元素を含む架橋シクロペンタジエニルインデニル化合物
成分(B):成分(A)の架橋シクロペンタジエニルインデニル化合物と反応してカチオン性メタロセン化合物を生成させる化合物
成分(C):無機化合物担体
Claims (7)
- 下記の成分(A)、(B)及び(C)を含むオレフィン重合用触媒を用いたエチレン系重合体の製造方法であって、
成分(A)、(B)及び(C)を含む固体触媒成分1重量部に対して、沸点が150〜400℃の炭化水素化合物を0.04〜100重量部含有させ、当該炭化水素化合物は、当該固体触媒成分と重合反応器外部で接触して含有されることによりオレフィン重合触媒を得る工程と、
前記オレフィン重合触媒を用いて、示差屈折計、粘度検出系および光散乱検出器を組み合わせたゲル・パーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定装置により測定される分岐指数g’の分子量10万から100万の間での最低値(gc)が0.35〜0.8である前記エチレン系重合体を得る工程と、を有することを特徴とするエチレン系重合体の製造方法。
成分(A):遷移金属元素を含む架橋シクロペンタジエニルインデニル化合物
成分(B):成分(A)の架橋シクロペンタジエニルインデニル化合物と反応してカチオン性メタロセン化合物を生成させる化合物
成分(C):無機化合物担体 - 成分(B)は、アルモキサンであることを特徴とする請求項1に記載のエチレン系重合体の製造方法。
- 成分(C)は、シリカであることを特徴とする請求項1又は2に記載のエチレン系重合体の製造方法。
- 前記炭化水素化合物は、炭素数1〜40の炭化水素化合物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のエチレン系重合体の製造方法。
- 成分(C)1グラムに対する成分(B)の金属のモル数の割合は、0.001〜0.010(モル/グラム)であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のエチレン系重合体の製造方法。
- 前記固体触媒成分は、成分(A)と成分(B)を接触させた後、成分(C)を接触させることにより製造されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のエチレン系重合体の製造方法。
- 前記固体触媒成分1重量部に対して、炭化水素化合物を1〜100重量部含有させてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のエチレン系重合体の製造方法。
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