JP2018502046A - メタロセン化合物、メタロセン担持触媒およびこれを用いるポリオレフィンの製造方法 - Google Patents

メタロセン化合物、メタロセン担持触媒およびこれを用いるポリオレフィンの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、新規なメタロセン化合物、メタロセン担持触媒およびこれを用いるポリオレフィンの製造方法に関する。本発明に係るメタロセン担持触媒は、メタロセン化合物を担体に担持の際にも高い重合活性を示し、活性に優れ、高分子量のポリオレフィンを製造することができる。【選択図】なし

Description

[関連出願との相互参照]
本出願は、2014年12月15日付の韓国特許出願第10−2014−0180743号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
[技術分野]
本発明は、新規なメタロセン化合物、メタロセン担持触媒およびこれを用いるポリオレフィンの製造方法に関する。
オレフィン重合触媒系は、チーグラーナッタおよびメタロセン触媒系に分類することができ、これら2つの高活性触媒系はそれぞれの特徴に合わせて発展してきた。チーグラーナッタ触媒は、1950年代に発明されて以来、既存の商業プロセスに幅広く適用されてきたが、活性点が数個混在する多活性点触媒(multi site catalyst)であるため、重合体の分子量分布が広いことが特徴であり、共単量体の組成分布が均一でなく、所望の物性確保に限界がある問題があった。
一方、メタロセン触媒は、遷移金属化合物が主成分の主触媒と、アルミニウムが主成分の有機金属化合物である助触媒との組み合わせからなり、この触媒は、均一系錯体触媒で単一活性点触媒(single site catalyst)であり、単一活性点の特性により分子量分布が狭く、共単量体の組成分布が均一な高分子が得られ、触媒のリガンド構造の変形および重合条件の変更により、高分子の立体規則度、共重合特性、分子量、結晶化度などを変化させられる特性を持っている。
米国特許第5,032,562号(特許文献1)には、2つの相異なる遷移金属触媒を1つの担持触媒上に支持させて、重合触媒を製造する方法が記載されている。これは、高分子量を生成するチタン(Ti)系のチーグラー・ナッタ触媒と低分子量を生成するジルコニウム(Zr)系のメタロセン触媒とを1つの支持体に担持させて、二峰分散(bimodal distribution)高分子を生成する方法であって、担持過程が複雑で、助触媒によって重合体の形状(morphology)が悪くなるという欠点がある。
米国特許第5,525,678号(特許文献2)には、メタロセン化合物と非メタロセン化合物を担体上に同時に担持させて、高分子量の重合体と低分子量の重合体が同時に重合できるオレフィン重合用触媒系を使用する方法を記載している。これは、メタロセン化合物と非メタロセン化合物をそれぞれ別途に担持させなければならず、担持反応のために担体を様々な化合物で前処理しなければならないという欠点がある。
米国特許第5,914,289号(特許文献3)には、それぞれの担体に担持されたメタロセン触媒を用いて高分子の分子量および分子量分布を制御する方法が記載されているが、担持触媒の製造時に使用された溶媒の量および製造時間が多くかかり、使用されるメタロセン触媒を担体にそれぞれ担持させなければならないという煩わしさが伴った。
大韓民国特許出願第2003−12308号(特許文献4)には、担体に二重核メタロセン触媒と単一核メタロセン触媒を活性化剤と共に担持して、反応器内の触媒の組み合わせを変化させて重合することにより、分子量分布を制御する方策を開示している。しかし、この方法は、それぞれの触媒の特性を同時に実現するのに限界があり、また、完成した触媒の担体成分からメタロセン触媒部分が遊離して、反応器にファウリング(fouling)を誘発するという欠点がある。
したがって、上記の欠点を解決するために、簡便に活性に優れた混成担持メタロセン触媒を製造して、所望の物性のポリオレフィンを製造する方法への要求が続いている。
米国特許第5,032,562号明細書 米国特許第5,525,678号明細書 米国特許第5,914,289号明細書 韓国公開第2003−12308号公報
上記の従来技術の問題を解決するために、本発明は、活性に優れ、高分子量のポリオレフィンを生成できるメタロセン化合物、メタロセン担持触媒、これを用いるポリオレフィンの製造方法およびこれを用いて製造されたポリオレフィンを提供する。
特に、担体に担持の際にも高い重合活性を示し、高分子量のポリオレフィンを重合できるメタロセン化合物、これを含む担持触媒、これを用いるポリオレフィンの製造方法およびこれを用いて製造されたポリオレフィンを提供する。
本発明は、下記化学式1で表されるメタロセン化合物を提供する。
Figure 2018502046
前記化学式1において、
Mは、4族遷移金属であり;
Bは、炭素、シリコン、またはゲルマニウムであり;
1およびQ2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、C7〜C20のアリールアルキル基、C1〜C20のアルコキシ基、C2〜C20のアルコキシアルキル基、C3〜C20のヘテロシクロアルキル基、またはC5〜C20のヘテロアリール基であり;
1およびX2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、ニトロ基、アミド基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のアルコキシ基、またはC1〜C20のスルホネート基であり;
1およびC2のうちの1つは、下記化学式2aで表され、他の1つは、下記化学式2bで表され;
Figure 2018502046
Figure 2018502046
前記化学式2aにおいて、
1〜R9は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C1〜C20のアルコキシ基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のシリルアルキル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、またはC7〜C20のアリールアルキル基であり;
前記化学式2bにおいて、
10およびR12〜R15は、水素であり、
11は、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のシリルアルキル基、C1〜C20のアルコキシシリル基、C1〜C20のエーテル基、C1〜C20のシリルエーテル基、C1〜C20のシリルオキシ基、C1〜C20のアルコキシ基、C2〜C20のアルコキシアルキル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、またはC7〜C20のアリールアルキル基である。
また、本発明は、前記化学式1で表されるメタロセン化合物;助触媒化合物;および担体を含むメタロセン担持触媒を提供する。
さらに、本発明は、前記メタロセン担持触媒の存在下、オレフィン系単量体を重合する段階を含むポリオレフィンの製造方法を提供する。
また、本発明は、前記製造方法により製造されたポリオレフィンを提供する。
本発明に係るメタロセン担持触媒は、ポリオレフィンの製造時に使用することができ、活性に優れ、高分子量のポリオレフィンを製造することができる。
特に、本発明のメタロセン触媒化合物は、担体に担持の際にも高い重合活性を示し、高分子量のポリオレフィンを重合することができる。
また、触媒の寿命(life time)が長く、反応器内での長い滞留時間でも活性が維持できる。
本発明において、第1、第2などの用語は、多様な構成要素を説明するのに使用され、前記用語は1つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。
また、本明細書で使用される用語は、単に例示的な実施例を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」、「備える」または「有する」などの用語は、実施された特徴、数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、1つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないことが理解されなければならない。
本発明は、多様な変更を加えられて様々な形態を有し得るが、特定の実施例を例示し、下記で詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物乃至代替物を含むことが理解されなければならない。
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明に係るメタロセン化合物は、下記化学式1で表され、メタロセン担持触媒は、下記化学式1で表されるメタロセン化合物;助触媒化合物;および担体を含むことを特徴とする。
Figure 2018502046
前記化学式1において、
Mは、4族遷移金属であり;
Bは、炭素、シリコン、またはゲルマニウムであり;
1およびQ2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、C7〜C20のアリールアルキル基、C1〜C20のアルコキシ基、C2〜C20のアルコキシアルキル基、C3〜C20のヘテロシクロアルキル基、またはC5〜C20のヘテロアリール基であり;
1およびX2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、ニトロ基、アミド基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のアルコキシ基、またはC1〜C20のスルホネート基であり;
1およびC2のうちの1つは、下記化学式2aで表され、他の1つは、下記化学式2bで表され;
Figure 2018502046
Figure 2018502046
前記化学式2aにおいて、
1〜R9は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C1〜C20のアルコキシ基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のシリルアルキル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、またはC7〜C20のアリールアルキル基であり;
前記化学式2bにおいて、
10およびR12〜R15は、水素であり、
11は、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のシリルアルキル基、C1〜C20のアルコキシシリル基、C1〜C20のエーテル基、C1〜C20のシリルエーテル基、C1〜C20のシリルオキシ基、C1〜C20のアルコキシ基、C2〜C20のアルコキシアルキル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、またはC7〜C20のアリールアルキル基である。
前記メタロセン化合物は、前記化学式1のC1およびC2のうちの1つ以上に特定の置換基を有する化学式2aを使用し、他の1つには化学式2bを適用して、これら化学式2aと2bで表される置換基の組み合わせによって、高分子量のポリオレフィンを生成可能なだけでなく、優れた活性および重合性を維持することができる。
以下、本発明に係るメタロセン担持触媒において、前記化学式1のメタロセン化合物の置換基をより具体的に説明する。
前記C1〜C20のアルキル基としては、直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基を含み、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記C2〜C20のアルケニル基としては、直鎖もしくは分枝鎖のアルケニル基を含み、具体的には、アリル基、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記C6〜C20のアリール基としては、単環もしくは縮合環のアリール基を含み、具体的には、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントレニル基、フルオレニル基などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記C5〜C20のヘテロアリール基としては、単環もしくは縮合環のヘテロアリール基を含み、カルバゾリル基、ピリジル基、キノリン基、イソキノリン基、チオフェニル基、フラニル基、イミダゾール基、オキサゾリル基、チアゾリル基、トリアジン基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記C1〜C20のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、フェニルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、tert−ブトキシヘキシル基などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記4族遷移金属としては、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなどが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記メタロセン化合物において、前記化学式2aのR1〜R9は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、エチレン基、プロピレン基、ブテニル基、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、メトキシ基、エトキシ基、またはtert−ブトキシヘキシル基であることが好ましいが、これにのみ限定されるものではない。
また、前記化学式2bのR11は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、エチレン基、プロピレン基、ブテニル基、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリブチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリメチルシリルメチル基、tert−ブチルジメチルシリルエーテル基、メトキシ基、エトキシ基、またはtert−ブトキシヘキシル基であることが好ましいが、これにのみ限定されるものではない。
前記メタロセン化合物において、前記化学式1のQ1およびQ2は、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、メトキシメチル基、tert−ブトキシメチル基、tert−ブトキシヘキシル基、1−エトキシエチル基、1−メチル−1−メトキシエチル基、テトラヒドロピラニル基、またはテトラヒドロフラニル基であることが好ましく、メチル基、またはtert−ブトキシヘキシル基であることがより好ましいが、これにのみ限定されるものではない。
また、前記メタロセン化合物において、前記化学式1のBは、シリコンであることが好ましいが、これにのみ限定されるものではない。
前記化学式1のメタロセン化合物は、インデノインドール(indeno indole)誘導体とインデン(indene)誘導体とがブリッジによって非対称的に架橋された構造を形成し、リガンド構造にルイス塩基として作用可能な非共有電子対を有することによって、高い重合活性を示す。また、電子的に豊富なインデノインドール誘導体は、窒素原子が成長する高分子鎖のbeta−hydrogenを水素結合によって安定化させてbeta−hydrogen eliminationを抑制して高分子量のオレフィン系重合体を重合することができる。さらに、相対的に立体障害の少ないインデン誘導体を含むことによって高い共重合活性と低い水素反応性を示し、中高分子量のオレフィン重合体を高活性で重合することができる。
特に、前記化学式1のメタロセン化合物は、化学式2bのインデン誘導体化合物の特定の位置に置換基(R11)を有する構造で、非置換のインデン化合物や、他の位置が置換されたインデン化合物を含むメタロセン化合物に比べて、活性に優れた特性を有することができる。
本発明の一実施形態によれば、前記化学式2aで表される化合物の具体例としては、下記構造式のうちの1つで表される化合物が挙げられるが、本発明がこれにのみ限定されるものではない。
Figure 2018502046
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Figure 2018502046
Figure 2018502046
本発明の一実施形態によれば、前記化学式2bで表される化合物の具体例としては、下記構造式のうちの1つで表される化合物が挙げられるが、本発明がこれにのみ限定されるものではない。
Figure 2018502046
本発明の一実施形態によれば、前記化学式1で表されるメタロセン化合物の具体例としては、下記構造式のうちの1つで表される化合物が挙げられるが、これにのみ限定されるものではない。
Figure 2018502046
Figure 2018502046
Figure 2018502046
前記メタロセン化合物は、活性に優れ、中分子量から高分子量のオレフィン系重合体を重合することができる。
また、担体に担持された担持触媒の形態で重合反応を進行させる場合にも、本発明に係るメタロセン化合物は、依然として高い活性で中・高分子量のオレフィン系重合体の重合が可能である。したがって、他の特性を有する触媒と混成で使用する場合にも、活性の低下なく高分子量の特性を満足させるオレフィン系重合体を製造可能で、中高分子量のオレフィン系重合体を含みかつ、広い分子量分布を有するオレフィン系重合体を容易に製造することができる。
前記化学式1のメタロセン化合物は、インデノインドール誘導体と、インデン誘導体とをブリッジ化合物で連結してリガンド化合物に製造した後、金属前駆体化合物を投入してメタレーション(metallation)を行うことによって得られるが、これに制限されるわけではない。
より具体的には、例えば、まず、インデノインドール誘導体をn−BuLiのような有機リチウム化合物と反応させてリチウム塩を製造し、インデノインドールの有機リチウム塩とブリッジ化合物のハロゲン化化合物とを混合反応した後、インデン誘導体をn−BuLiのような有機リチウム化合物と反応させて得られたリチウム塩と反応させてリガンド化合物を製造する。前記リガンド化合物またはそのリチウム塩と金属前駆体化合物とを混合し、反応が完了するまで約12時間〜約24時間前後で反応させた後、反応物をろ過および減圧下で乾燥することによって、前記化学式1で表されるメタロセン化合物を得ることができる。
前記メタロセン化合物の製造方法は、後述する実施例に具体化して説明する。
本発明のメタロセン担持触媒は、前記メタロセン化合物のほか、下記化学式3、化学式4、または化学式5で表される助触媒化合物のうちの1種以上を追加的に含む。
Figure 2018502046
前記化学式3において、
16は、互いに同一または異なっていてもよいし、それぞれ独立に、ハロゲン;炭素数1〜20の炭化水素;またはハロゲンで置換された炭素数1〜20の炭化水素であり;
nは、2以上の整数であり;
Figure 2018502046
前記化学式4において、
17は、前記化学式3で定義された通りであり;
Jは、アルミニウムまたはボロンであり;
Figure 2018502046
前記化学式5において、
Eは、中性または陽イオン性ルイス酸であり;
Hは、水素原子であり;
Zは、13族元素であり;
Aは、互いに同一または異なっていてもよいし、それぞれ独立に、1以上の水素原子が、ハロゲン、炭素数1〜20の炭化水素、アルコキシまたはフェノキシで置換もしくは非置換の炭素数6〜20のアリール基または炭素数1〜20のアルキル基である。
前記化学式3で表される化合物の例としては、メチルアルミノキサン、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサン、ブチルアルミノキサンなどがあり、さらに好ましい化合物は、メチルアルミノキサンである。
前記化学式4で表される化合物の例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、ジメチルクロロアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリ−s−ブチルアルミニウム、トリシクロペンチルアルミニウム、トリペンチルアルミニウム、トリイソペンチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、エチルジメチルアルミニウム、メチルジエチルアルミニウム、トリフェニルアルミニウム、トリ−p−トリルアルミニウム、ジメチルアルミニウムメトキシド、ジメチルアルミニウムエトキシド、トリメチルボロン、トリエチルボロン、トリイソブチルボロン、トリプロピルボロン、トリブチルボロンなどが含まれ、さらに好ましい化合物は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウムの中から選択される。
前記化学式5で表される化合物の例としては、トリエチルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリブチルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリメチルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリメチルアンモニウムテトラ(p−トリル)ボロン、トリメチルアンモニウムテトラ(o,p−ジメチルフェニル)ボロン、トリブチルアンモニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)ボロン、トリメチルアンモニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)ボロン、トリブチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルボロン、N,N−ジエチルアニリニウムテトラフェニルボロン、N,N−ジエチルアニリニウムテトラペンタフルオロフェニルボロン、ジエチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルボロン、トリフェニルホスホニウムテトラフェニルボロン、トリメチルホスホニウムテトラフェニルボロン、トリエチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリブチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラ(p−トリル)アルミニウム、トリプロピルアンモニウムテトラ(p−トリル)アルミニウム、トリエチルアンモニウムテトラ(o,p−ジメチルフェニル)アルミニウム、トリブチルアンモニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)アルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)アルミニウム、トリブチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルアルミニウム、N,N−ジエチルアニリニウムテトラフェニルアルミニウム、N,N−ジエチルアニリニウムテトラペンタフルオロフェニルアルミニウム、ジエチルアンモニウムテトラペンタテトラフェニルアルミニウム、トリフェニルホスホニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルホスホニウムテトラフェニルアルミニウム、トリプロピルアンモニウムテトラ(p−トリル)ボロン、トリエチルアンモニウムテトラ(o,p−ジメチルフェニル)ボロン、トリブチルアンモニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)ボロン、トリフェニルカルボニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)ボロン、トリフェニルカルボニウムテトラペンタフルオロフェニルボロンなどがある。
好ましくは、アルモキサンを使用することができ、さらに好ましくは、アルキルアルモキサンであるメチルアルモキサン(MAO)である。
本発明に係るメタロセン担持触媒は、第一の方法として、1)前記化学式1で表されるメタロセン化合物と、前記化学式3または化学式4で表される化合物とを接触させて混合物を得る段階と、2)前記混合物に前記化学式5で表される化合物を添加する段階とを含む方法で製造される。
また、本発明に係るメタロセン担持触媒は、第二の方法として、前記化学式1で表されるメタロセン化合物と、前記化学式3で表される化合物とを接触させる方法で製造される。
前記担持触媒の製造方法のうち、第一の方法の場合に、前記化学式1で表されるメタロセン化合物/前記化学式3または化学式4で表される化合物のモル比率は、1/5,000〜1/2が好ましく、さらに好ましくは1/1,000〜1/10であり、最も好ましくは1/500〜1/20である。前記化学式1で表されるメタロセン化合物/前記化学式3または化学式4で表される化合物のモル比率が1/2を超える場合には、アルキル化剤の量が非常に小さくて金属化合物のアルキル化が完全に進行しない問題があり、モル比率が1/5,000未満の場合には、金属化合物のアルキル化は行われるものの、残っている過剰なアルキル化剤と前記化学式6の活性化剤との間の副反応によってアルキル化された金属化合物の活性化が完全に行われない問題がある。
また、前記化学式1で表されるメタロセン化合物/前記化学式5で表される化合物のモル比率は、1/25〜1が好ましく、さらに好ましくは1/10〜1であり、最も好ましくは1/5〜1である。前記化学式1で表されるメタロセン化合物/前記化学式5で表される化合物のモル比率が1を超える場合には、活性化剤の量が相対的に少なくて金属化合物の活性化が完全に行われず、生成される担持触媒の活性度が低下する問題があり、モル比率が1/25未満の場合には、金属化合物の活性化が完全に行われるものの、残っている過剰な活性化剤で担持触媒のコストが経済的でなかったり、生成される高分子の純度が低下する問題がある。
前記担持触媒の製造方法のうち、第二の方法の場合に、前記化学式1で表されるメタロセン化合物/化学式3で表される化合物のモル比率は、1/10,000〜1/10が好ましく、さらに好ましくは1/5,000〜1/100であり、最も好ましくは1/3,000〜1/500である。前記モル比率が1/10を超える場合には、活性化剤の量が相対的に少なくて金属化合物の活性化が完全に行われず、生成される担持触媒の活性度が低下する問題があり、1/10,000未満の場合には、金属化合物の活性化が完全に行われるものの、残っている過剰な活性化剤で担持触媒のコストが経済的でなかったり、生成される高分子の純度が低下する問題がある。
前記担持触媒の製造時に、反応溶媒として、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどのような炭化水素系溶媒、またはベンゼン、トルエンなどのような芳香族系溶媒が用いられる。
また、前記担持触媒は、前記メタロセン化合物と助触媒化合物を担体に担持された形態で含むことができる。
前記メタロセン化合物と助触媒化合物を担体に担持された形態で用いる時、担体100重量部に対して、前記メタロセン化合物は約0.5〜約20重量部、助触媒は約1〜約1,000重量部含まれる。好ましくは、前記担体100重量部に対して、前記メタロセン化合物は約1〜約15重量部、助触媒は約10〜約500重量部含まれ、最も好ましくは、前記担体100重量部に対して、前記メタロセン化合物は約1〜約100重量部、助触媒は約40〜約150重量部含まれる。
本発明のメタロセン担持触媒において、前記メタロセン化合物に含まれる全体遷移金属に対する担体の質量比は、1:10〜1:1,000であるとよい。前記質量比で担体およびメタロセン化合物を含む時、最適な形状を示すことができる。また、助触媒化合物に対する担体の質量比は、1:1〜1:100であるとよい。前記質量比で助触媒およびメタロセン化合物を含む時、活性および高分子の微細構造を最適化することができる。
一方、この時、担体は通常、担持触媒に使用される金属、金属塩、または金属酸化物の種類であればその構成の限定がない。具体的には、シリカ、シリカ−アルミナ、およびシリカ−マグネシアからなる群より選択されたいずれか1つの担体を含む形態であってもよい。前記担体は高温で乾燥すれば良く、これらは通常、Na2O、K2CO3、BaSO4、およびMg(NO32などのような金属の酸化物、炭酸塩、硫酸塩、または硝酸塩成分を含むことができる。
前記担体表面のヒドロキシ基(−OH)の量は、なるべく少ないほど好ましいが、全てのヒドロキシ基を除去するのは現実的に難しい。前記ヒドロキシ基の量は、担体の製造方法および製造条件および乾燥条件(温度、時間、乾燥方法など)などによって調節することができ、0.1〜10mmol/gが好ましく、より好ましくは0.1〜1mmol/gであり、さらに好ましくは0.1〜0.5mmol/gである。乾燥後に残存する若干のヒドロキシ基による副反応を低減するために、担持に参加する反応性の高いシロキサン基は保存しつつ、このヒドロキシ基を化学的に除去した担体を用いてもよい。
本発明に係るメタロセン担持触媒は、それ自体としてオレフィン系単量体の重合に用られる。また、本発明に係るメタロセン担持触媒は、オレフィン系単量体と接触反応して、予備重合された触媒に製造して使用してもよいし、例えば、触媒を、別途にエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテンなどのようなオレフィン系単量体と接触させて、予備重合された触媒に製造して使用してもよい。
本発明に係るメタロセン担持触媒は、例えば、担体に助触媒化合物を担持させる段階と、前記担体に前記化学式1で表されるメタロセン化合物を担持させる段階とで製造される。このような各担持段階の間には、溶媒を用いた洗浄段階が追加的に行われてもよい。
このようなメタロセン担持触媒の製造時、温度は約0〜約100℃、圧力は常圧の条件で行ってもよいが、これに限定されるものではない。
一方、本発明は、前記メタロセン担持触媒の存在下、オレフィン系単量体を重合するポリオレフィンの製造方法および前記製造方法から製造されるポリオレフィンを提供する。
前記オレフィン系単量体は、エチレン、アルファ−オレフィン、サイクリックオレフィン、二重結合を2個以上有しているジエンオレフィンまたはトリエンオレフィンであってもよい。
前記オレフィン系単量体の具体例として、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−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−ウンデセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−エイコセン、ノルボルネン、ノルボルナジエン、エチリデンノルボルネン、フェニルノルボルネン、ビニルノルボルネン、ジシクロペンタジエン、1,4−ブタジエン、1,5−ペンタジエン、1,6−ヘキサジエン、スチレン、アルファ−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、3−クロロメチルスチレンなどが挙げられ、これらの単量体を2種以上混合して共重合してもよい。
前記重合反応は、1つの連続式スラリー重合反応器、ループスラリー反応器、気相反応器、または溶液反応器などを用いて、1つのオレフィン単量体でホモ重合するか、または2種以上の単量体で共重合して進行させることができる。
前記メタロセン担持触媒は、炭素数5〜12の脂肪族炭化水素溶媒、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ノナン、デカン、およびこれらの異性体と、トルエン、ベンゼンのような芳香族炭化水素溶媒、ジクロロメタン、クロロベンゼンのような塩素原子で置換された炭化水素溶媒などに溶解または希釈して注入することができる。これに使用される溶媒は、少量のアルキルアルミニウム処理することによって、触媒毒として作用する少量の水または空気などを除去して使用することが好ましく、助触媒をさらに用いて実施することも可能である。
前記オレフィン系単量体の重合は、約25〜約500℃の温度および約1〜約100kgf/cm2で、約1〜約24時間反応させて行うことができる。具体的には、前記オレフィン系単量体の重合は、約25〜約500℃、好ましくは約25〜約200℃、より好ましくは約50〜約100℃の温度で行うことができる。また、反応圧力は、約1〜約100kgf/cm2、好ましくは約1〜約50kgf/cm2、より好ましくは約5〜約40kgf/cm2で行うことができる。
本発明により製造されるポリオレフィンにおいて、前記オレフィン系単量体の具体例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−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−ウンデセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−エイコセンなどがあり、これらを2種以上混合して共重合した共重合体であってもよい。
前記ポリオレフィンは、ポリエチレン重合体であってもよいが、これにのみ限定されるものではない。
前記ポリオレフィンがエチレン/アルファオレフィン共重合体の場合において、前記共単量体であるアルファオレフィンの含有量は特に制限されるわけではなく、ポリオレフィンの用途、目的などに応じて適切に選択することができる。より具体的には、0超過99モル%以下であるとよい。
例えば、本発明のメタロセン担持触媒を用いて製造されたポリオレフィンは、高い分子量を示すことができる。前記メタロセン化合物が担体に担持された形態の担持触媒を用いてポリオレフィンを製造する場合、重量平均分子量が約200,000g/mol以上、例えば、約200,000〜約900,000g/mol、または約400,000〜約900,000g/molの高分子量のポリオレフィンを製造することができる。
また、本発明のメタロセン担持触媒は、優れた活性を示し、本発明のメタロセン担持触媒を用いて製造されたポリオレフィンは、約2.0〜約5.0、または約2.0〜約4.0、または2.0〜約3.0の広い分子量分布(PDI)を示し、優れた加工性を示すことができる。
さらに、本発明の一実施形態によれば、前記ポリオレフィンの密度は、約0.85〜約0.96g/cm3であるとよく、好ましくは、約0.90〜約0.95g/cm3であるとよい。
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されるものに過ぎず、これによって本発明の内容が限定されるものではない。
<実施例>
<メタロセン化合物の製造実施例>
製造例1
Figure 2018502046
1−1 リガンド化合物の製造
乾燥した250mLのschlenk flaskに1.73g(10mmol)のIndenoindoleを入れて、減圧下で40mLのエーテル(ether)を注入した。エーテル溶液を0℃まで冷却した後、flaskの内部をアルゴン(argon)に置換し、4.8mL(12mmol)の2.5M nBuLi hexane solutionをゆっくり滴加した。反応混合物はゆっくり常温に上げてから翌日まで撹拌した。他の250mLのschlenk flaskにエーテル20mLを満たした後、3.6mL(30mmol)のdichlorodimethylsilaneを注入した。このflaskを−78℃まで冷却した後、これにIndenoindoleのlithiated solutionをcannulaを通して注入した。注入が終わった混合物は常温にゆっくり上げてから約5時間撹拌させた後、真空減圧下、溶媒として使用されたエーテルと残っている過剰なdichlorodimethylsilaneを除去した。これをNMRで確認して、約95%以上の純度の10−(chlorodimethylsilyl)−5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indoleを得た。
Indenoindole partの合成が確認された後、乾燥した100mLのschlenk flaskに1.72g(10mmol)のbuthylindeneを注入し、40mLのエーテルに溶解させた。以降、−78℃で4.8ml(12mmol)の2.5M nBuLi hexane solutionをゆっくり滴加し、1日間撹拌した。先に合成したfluorene partを40mLのエーテルに溶かした後、−78℃でbuthylindeneのlithiated solutionを滴加した。約20時間後、flask内に50mLの水を入れてクエンチング(quenching)し、有機層を分離してMgSO4で乾燥した。Filtrationにより得られた混合物は真空減圧条件で溶媒を蒸発させた。その結果、4.7g(10.2mmol、102%)の褐色オイルを得た。
1H NMR(500MHz,CDCl3):0.03(3H,d),0.23(3H,d),1.67(2H,m),2.90(3H,d),3.13(2H,m),4.12(1H,s),4.47(1H,s),4.54(3H,d),5.47(1H,m),5.57(1H,m),6.49(1H,m),6.50,6.73(1H,d),7.65(2H,m),7.67〜8.03(6H,m),8.23(2H,m)。
1−2 メタロセン化合物の製造
オーブンに乾燥した250mLのschlenk flaskにリガンドを入れてエーテルに溶かした後、2.5当量のnBuLi solutionを加えて翌日までlithiationをさせた。グローブボックス(Glove box)内から1当量のZrCl4(THF)2を取って250mLのschlenk flaskに入れて、エーテルまたはトルエンを入れたsuspensionを準備した。前記2つのflaskとも−78℃まで冷却させた後、ligand anionをゆっくりZr suspensionに加えた。注入が終わった後、反応混合物はゆっくり常温まで上げた。この過程でメタレーション(metallation)が成功裏に進んでいる場合、触媒前駆体特有の色である赤紫色が現れることが確認された。これを1日間撹拌した後、混合物中のトルエンまたはエーテルを約1/5のvolumeまで真空減圧により除去し、残っている溶媒の5倍程度のvolumeのヘキサンを加えた。この時、ヘキサンを加える理由は、合成された触媒前駆体のヘキサンに対する溶解度が低下するので、結晶化を促進させるためである。このhexane slurryをアルゴン下でフィルタし、ろ過後、フィルタされた固体とろ過液を全て真空減圧下で蒸発させた。前記で残ったfilter cakeをグローブボックス内で計量し、サンプリングして、合成の有無と収率、純度を確認した。メタレーションの溶媒としてはエーテルを使用し、4.7g(10.2mmol)のリガンドから2.4g(73.5%)の赤紫色固体が得られた。
NMR基準purity(wt%)=73.5%。Mw=621.83。
1H NMR(500MHz,CDCl3):0.72(3H,m),0.82(2H,m),1.19(2H,m),1.23,1.35(3H,s),1.49,1.57(3H,s),2.54(3H,s),3.52,3.84(2H,m),3.95,4.16(3H,s),5.62(1H,s),7.02(2H,m),7.22〜7.61(8H,m),7.82(2H,m)。
製造例2
Figure 2018502046
2−1 リガンド化合物の製造
乾燥した250mLのschlenk flaskに1.73g(10mmol)のIndenoindoleを入れて、減圧下で40mLのエーテルを注入した。エーテル溶液を0℃まで冷却した後、flaskの内部をアルゴンに置換し、4.8mL(12mmol)の2.5M nBuLi hexane solutionをゆっくり滴加した。反応混合物はゆっくり常温に上げてから翌日まで撹拌した。他の250mLのschlenk flaskにエーテル20mLを満たした後、3.6mL(30mmol)のdichlorodimethylsilaneを注入した。このflaskを−78℃まで冷却した後、これにIndenoindoleのlithiated solutionをcannulaを通して注入した。注入が終わった混合物は常温にゆっくり上げてから約5時間撹拌させた後、真空減圧下、溶媒として使用されたエーテルと残っている過剰なdichlorodimethylsilaneを除去した。これをNMRで確認して、約95%以上の純度の10−(chlorodimethylsilyl)−5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indoleを得た。
Indenoindole partの合成が確認された後、乾燥した100mLのschlenk flaskに1.7g(10mmol)の3−(but−3−enyl)−1H−indeneを注入し、40mLのエーテルに溶解させた。以降、−78℃で4.8ml(12mmol)の2.5M nBuLi hexane solutionをゆっくり滴加し、1日間撹拌した。先に合成したfluorene partを40mLのエーテルに溶かした後、−78℃でbuthylindeneのlithiated solutionを滴加した。約20時間後、flask内に50mLの水を入れてクエンチングし、有機層を分離してMgSO4で乾燥した。Filtrationにより得られた混合物は真空減圧条件で溶媒を蒸発させた。その結果、4.4g(9.7mmol、96.7%)の赤紫色オイルを得た。
1H NMR(500MHz,CDCl3):0.03(3H,d),0.23(3H,d),1.67(2H,m),2.90(3H,d),3.13(2H,m),4.12(1H,s),4.47(1H,s),4.54(3H,d),5.47(1H,m),5.57(1H,m),6.49(1H,m),6.50,6.73(1H,d),7.65(2H,m),7.67〜8.03(6H,m),8.23(2H,m)。
2−2 メタロセン化合物の製造
オーブンに乾燥した250mLのschlenk flaskにリガンドを入れてエーテルに溶かした後、2.5当量のnBuLi solutionを加えて翌日までlithiationをさせた。グローブボックス内から1当量のZrCl4(THF)2を取って250mLのschlenk flaskに入れて、エーテルまたはトルエンを入れたsuspensionを準備した。前記2つのflaskとも−78℃まで冷却させた後、ligand anionをゆっくりZr suspensionに加えた。注入が終わった後、反応混合物はゆっくり常温まで上げた。この過程でメタレーションが成功裏に進んでいる場合、触媒前駆体特有の色である赤紫色が現れることが確認された。これを1日間撹拌した後、混合物中のトルエンまたはエーテルを約1/5のvolumeまで真空減圧により除去し、残っている溶媒の5倍程度のvolumeのヘキサンを加えた。この時、ヘキサンを加える理由は、合成された触媒前駆体のヘキサンに対する溶解度が低下するので、結晶化を促進させるためである。このhexane slurryをアルゴン下でフィルタし、ろ過後、フィルタされた固体とろ過液を全て真空減圧下で蒸発させた。前記で残ったfilter cakeをグローブボックス内で計量し、サンプリングして、合成の有無と収率、純度を確認した。メタレーションの溶媒としてはエーテルを使用し、4.4g(9.7mmol)のリガンドから4.0g(66.6%)の赤紫色固体が得られた。
NMR基準purity(wt%)=83.1%。Mw=619.81。
1H NMR(500MHz,CDCl3):1.24,1.36(3H,s),1.51,1.58(3H,s),1.68,1.87(1H,m),2.46,2.56(1H,m),2.82(1H,m),3.85(1H,m),3.95,4.16(3H,s),4.84(1H,m),5.56(1H,m),6.55(1H,m),6.98(2H,m),7.00〜7.33(3H,m),7.42(2H,m),7.53(2H,m),7.61(2H,d),7.84(2H,m)。
製造例3
Figure 2018502046
3−1 リガンド化合物の製造
乾燥した250mLのschlenk flaskに2.331g(10mmol)のIndenoindoleを入れて、アルゴン下で40mLのエーテルを注入した。エーテル溶液を0℃まで冷却した後、4.8mL(12mmol)の2.5M nBuLi hexane solutionをゆっくり滴加した。反応混合物はゆっくり常温に上げてから翌日まで撹拌した。他の250mLのschlenk flaskにエーテル20mLを満たした後、3.6mL(30mmol)のdichloromethyl(tertbutoxyhexyl)silaneを注入した。このflaskを−78℃まで冷却した後、これにIndenoindoleのlithiated solutionをcannulaを通して注入した。注入が終わった混合物は常温にゆっくり上げてから約5時間撹拌させた後、1日間撹拌した後、Flask内に50mlの水を入れてクエンチングし、有機層を分離してMgSO4で乾燥した。減圧下、溶媒として使用されたエーテルを除去した。これをNMRで確認して、約95%以上の純度の10−((6−(tert−butoxy)hexyl)chloro(methyl)silyl)−5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indoleを得た。
Indenoindole partの合成が確認された後、乾燥した100mLのschlenk flaskに1.7g(10mmol)の((1H−inden−3−yl)methyl)trimethylsilaneを注入し、40mLのエーテルに溶解させた。以降、−78℃で4.8ml(12mmol)の2.5M nBuLi hexane solutionをゆっくり滴加し、1日間撹拌した。先に合成した10−((6−(tert−butoxy)hexyl)chloro(methyl)silyl)−5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indoleを40mLのエーテルに溶かした後、−78℃で((1H−inden−3−yl)methyl)trimethylsilaneのlithiated solutionを滴加した。約20時間後、flask内に50mLの水を入れてクエンチングし、有機層を分離してMgSO4で乾燥した。Filtrationにより得られた混合物は真空減圧条件で溶媒を蒸発させた。その結果、6.5g(10.2mmol、100%)の10−((6−(tert−butoxy)hexyl)(methyl)(3−((trimethylsilyl)methyl)−1H−inden−1−yl)silyl)−5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indoleの黄色oilを得た。
Mw:634.05、Purity(wt%)=100%
1H NMR(500MHz,CDCl3):−0.40,−0.37(3H,d),0.017(9H,m),1.10(4H,m),1.18(9H,s),1.34(6H,m),2.41(3H,m),3.25(2H,m),3.25(1H,m),3.53(1H,m),4.09(3H,s),5.62,5.82,5.95,5.95,6.11(1H,s),7.04〜7.32(9H,m),7.54(1H,m),7.75(1H,m)。
3−2 メタロセン化合物の製造
オーブンに乾燥した250mLのschlenk flaskにリガンドを入れてエーテルに溶かした後、2.1当量のnBuLi solutionを加えて翌日までlithiationをさせた。グローブボックス内から1当量のZrCl4(THF)2を取って250mLのschlenk flaskに入れて、エーテルまたはトルエンを入れたsuspensionを準備した。前記2つのflaskとも−78℃まで冷却させた後、ligand anionをゆっくりZr suspensionに加えた。注入が終わった後、反応混合物はゆっくり常温まで上げた。この過程でメタレーションが成功裏に進んでいる場合、触媒前駆体特有の色である赤紫色が現れることが確認された。これを1日間撹拌した後、混合物中のトルエンまたはエーテルを約1/5のvolumeまで真空減圧により除去し、残っている溶媒の5倍程度のvolumeのヘキサンを加えた。この時、ヘキサンを加える理由は、合成された触媒前駆体のヘキサンに対する溶解度が低下するので、結晶化を促進させるためである。このhexane slurryをアルゴン下でフィルタし、ろ過後、フィルタされた固体とろ過液を全て真空減圧下で蒸発させた。前記で残ったfilter cakeをグローブボックス内で計量し、サンプリングして、合成の有無と収率、純度を確認した。メタレーションの溶媒としてはエーテルを使用し、6.4g(10mmol)のリガンドから6.08g(76.5%)の赤紫色固体が得られた。
NMR基準purity(wt%)=100%。Mw=794.17。
1H NMR(500MHz,CDCl3):−0.23,−0.16(9H,d),0.81(3H,m),1.17(9H,m),1.20〜1.24(3H,m),1.31(2H,s),1.62〜1.74(5H,m),1.99〜2.11(2H,m),2.55(3H,d),3.33(2H,m),3.95,4.13(3H,s),5.17,5.21,5.32(1H,s),6.89〜7.07(3H,m),7.12〜7.21(3H,m),7.29(1H,m),7.36(1H,m),7.44(1H,m),7.84(1H,m)。
製造例4
Figure 2018502046
4−1 リガンド化合物の製造
indoleを入れて、アルゴン下で40mLのエーテルを注入した。エーテル溶液を0℃まで冷却した後、4.8mL(12mmol)の2.5M nBuLi hexane solutionをゆっくり滴加した。反応混合物はゆっくり常温に上げてから翌日まで撹拌した。他の250mLのschlenk flaskにエーテル20mLを満たした後、3.6mL(30mmol)のdichloromethyl(tertbutoxyhexyl)silaneを注入した。このflaskを−78℃まで冷却した後、これにIndenoindoleのlithiated solutionをcannulaを通して注入した。注入が終わった混合物は常温にゆっくり上げてから約5時間撹拌させた後、1日間撹拌した後、Flask内に50mlの水を入れてクエンチングし、有機層を分離してMgSO4で乾燥した。減圧下、溶媒として使用されたエーテルを除去した。これをNMRで確認して、約95%以上の純度の10−((6−(tert−butoxy)hexyl)chloro(methyl)silyl)−5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indoleを得た。
Indenoindole partの合成が確認された後、乾燥した100mLのschlenk flaskに1.7g(10mmol)の3−(but−3−en−1−yl)−1H−indeneを注入し、40mLのエーテルに溶解させた。以降、−78℃で4.8ml(12mmol)の2.5M nBuLi hexane solutionをゆっくり滴加し、1日間撹拌した。先に合成した10−((6−(tert−butoxy)hexyl)chloro(methyl)silyl)−5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indoleを40mLのエーテルに溶かした後、−78℃でbuthylindeneのlithiated solutionを滴加した。約20時間後、flask内に50mLの水を入れてクエンチングし、有機層を分離してMgSO4で乾燥した。Filtrationにより得られた混合物は真空減圧条件で溶媒を蒸発させた。その結果、5.8g(9.7mmol、97.1%)の10−((3−(but−3−en−1−yl)−1H−inden−1−yl)(6−(tert−butoxy)hexyl)(methyl)silyl)−5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indoleを得た。
1H NMR(500MHz,CDCl3):−0.71,−0.23(3H,d),0.82(2H,s),1.17(9H,s),1.23 1.39(7H,m),1.51(1H,s),2.26(2H,m),2.48(2H,m),2.61(2H,m),3.25(2H,m),3.50(1H,s),3.82(1H,s),4.09(3H,m),5.03(2H,m),5.89(1H,m),7.08(1H,s),7.15〜7.75(11H,m)。
4−2 メタロセン化合物の製造
オーブンに乾燥した250mLのschlenk flaskにリガンドを入れてエーテルに溶かした後、2.1当量のnBuLi solutionを加えて翌日までlithiationをさせた。グローブボックス内から1当量のZrCl4(THF)2を取って250mLのschlenk flaskに入れて、エーテルまたはトルエンを入れたsuspensionを準備した。前記2つのflaskとも−78℃まで冷却させた後、ligand anionをゆっくりZr suspensionに加えた。注入が終わった後、反応混合物はゆっくり常温まで上げた。この過程でメタレーションが成功裏に進んでいる場合、触媒前駆体特有の色である赤紫色が現れることが確認された。これを1日間撹拌した後、混合物中のトルエンまたはエーテルを約1/5のvolumeまで真空減圧により除去し、残っている溶媒の5倍程度のvolumeのヘキサンを加えた。この時、ヘキサンを加える理由は、合成された触媒前駆体のヘキサンに対する溶解度が低下するので、結晶化を促進させるためである。このhexane slurryをアルゴン下でフィルタし、ろ過後、フィルタされた固体とろ過液を全て真空減圧下で蒸発させた。前記で残ったfilter cakeをグローブボックス内で計量し、サンプリングして、合成の有無と収率、純度を確認した。メタレーションの溶媒としてはエーテルを使用し、5.8g(9.7mmol)のリガンドから2.5g(30.5%)の赤紫色固体が得られた。
NMR基準purity(wt%)=90%。Mw=762.06。
1H NMR(500MHz,CDCl3):0.81(3H,m),1.19(10H,m),1.55〜1.78(10H,m),1.97(2H,m),2.26(2H,m),2.54(3H,s),3.36(2H,m),3.94(3H,s),4.16(1H,d),4.85(1H,m),5.64(1H,s),6.53(1H,s),6.97(2H,m),7.10〜7.45(5H,m),7.52〜7.87(4H,m)。
<担持触媒の製造実施例>
実施例1
1−1 担持体の乾燥
シリカ(Grace Davison社製XPO2410)を、300℃の温度で12時間真空を加えた状態で脱水した。
1−2 担持触媒の製造
乾燥したシリカ20gをガラス反応器に入れて、13mmolのアルミニウム(Al)が入っているメチルアルミノキサン(MAO)を含むトルエン溶液を加えて、40℃で1時間撹拌してゆっくり反応させた。この後、十分な量のトルエンで洗浄して、反応しないアルミニウム化合物を除去した。次に、40℃に減圧して、残っているトルエンを除去した結果、メチルアルミノキサンが担持された担体32gを得た。得られた担体には17重量%のアルミニウムが含まれていた。
前記メチルアルミノキサンが担持された担体12gをガラス反応器に入れて、トルエン70mLを投入した後、前記製造例1で製造されたメタロセン化合物1mmol(zirconium基準)が溶けているトルエン溶液をガラス反応器に加えて、40℃で1時間撹拌して反応させた。反応が終わった後、十分な量のトルエンで洗浄し、真空乾燥して、固体粉末形態のメタロセン担持触媒を製造した。
実施例2〜4
前記製造例1のメタロセン化合物の代わりに、それぞれ前記製造例2〜4のメタロセン化合物を用いたことを除けば、前記実施例1と同様の方法でメタロセン担持触媒を製造した。
<ポリオレフィン重合の実施例>
実施例5
前記実施例1で製造したそれぞれの担持触媒をドライボックスで定量して50mLのガラス瓶に入れた後、ゴム隔膜で密封してドライボックスから取り出し、注入する触媒を準備した。重合は、機械式撹拌機付きの、温度調節可能で高圧で用いられる600mLの金属合金反応器で行った。
この反応器に1.0mmolのトリエチルアルミニウム(triethylaluminum)が入っているヘキサン400mLと、前記準備した担持触媒を反応器に空気の接触なく投入した後、80℃で気体エチレン単量体を30Kgf/cm2の圧力で継続して加えながら1時間重合した。重合の終結は、先に撹拌を止めた後、未反応エチレンを排気させて除去することにより完了させた。
これから得られた重合体は、重合溶媒をろ過させて大部分を除去した後、80℃の真空オーブンで4時間乾燥させた。
実施例6〜8
前記実施例1で製造されたメタロセン担持触媒の代わりに、前記実施例2〜4で製造した担持触媒を用いたことを除けば、実施例5と同様の方法で重合を実施した。
前記で製造したそれぞれの触媒について担持条件、触媒活性、得られた重合体の物性などを下記表1に示した。
Figure 2018502046
前記表1を参照すれば、本発明のメタロセン担持触媒は、担体に担持された状態でオレフィン重合を実施しても高活性を維持し、高分子量のポリオレフィンを重合することができる。

Claims (16)

  1. 下記化学式1で表されるメタロセン化合物。
    Figure 2018502046
    前記化学式1において、
    Mは、4族遷移金属であり;
    Bは、炭素、シリコン、またはゲルマニウムであり;
    1およびQ2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、C7〜C20のアリールアルキル基、C1〜C20のアルコキシ基、C2〜C20のアルコキシアルキル基、C3〜C20のヘテロシクロアルキル基、またはC5〜C20のヘテロアリール基であり;
    1およびX2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、ニトロ基、アミド基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のアルコキシ基、またはC1〜C20のスルホネート基であり;
    1およびC2のうちの1つは、下記化学式2aで表され、他の1つは、下記化学式2bで表され;
    Figure 2018502046
    Figure 2018502046

    前記化学式2aにおいて、
    1〜R9は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C1〜C20のアルコキシ基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のシリルアルキル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、またはC7〜C20のアリールアルキル基であり;
    前記化学式2bにおいて、
    10およびR12〜R15は、水素であり、
    11は、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のシリルアルキル基、C1〜C20のアルコキシシリル基、C1〜C20のエーテル基、C1〜C20のシリルエーテル基、C1〜C20のシリルオキシ基、C1〜C20のアルコキシ基、C2〜C20のアルコキシアルキル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、またはC7〜C20のアリールアルキル基である。
  2. 前記化学式2aのR1〜R9は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、エチレン基、プロピレン基、ブテニル基、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、メトキシ基、エトキシ基、またはtert−ブトキシヘキシル基であり、前記化学式2bのR11は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、エチレン基、プロピレン基、ブテニル基、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリブチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリメチルシリルメチル基、tert−ブチルジメチルシリルエーテル基、メトキシ基、エトキシ基、またはtert−ブトキシヘキシル基である、請求項1に記載のメタロセン化合物。
  3. 前記化学式1のQ1およびQ2は、メチル基、またはtert−ブトキシヘキシル基である、請求項1に記載のメタロセン化合物。
  4. 前記化学式2aで表される化合物は、下記構造式のうちの1つである、請求項1に記載のメタロセン化合物。
    Figure 2018502046

    Figure 2018502046

    Figure 2018502046
    Figure 2018502046
  5. 前記化学式2bで表される化合物は、下記構造式のうちの1つである、請求項1に記載のメタロセン化合物。
    Figure 2018502046
  6. 前記化学式1で表される化合物は、下記構造式のうちの1つである、請求項1に記載のメタロセン化合物。
    Figure 2018502046
    Figure 2018502046
    Figure 2018502046
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のメタロセン化合物;
    助触媒化合物;および
    担体を含むメタロセン担持触媒。
  8. 前記助触媒化合物は、下記化学式3、化学式4、または化学式5で表される化合物のうちの1種以上を含む、請求項7に記載のメタロセン担持触媒:
    [化学式3]
    −[Al(R16)−O]n
    前記化学式3において、
    16は、互いに同一または異なっていてもよいし、それぞれ独立に、ハロゲン;炭素数1〜20の炭化水素;またはハロゲンで置換された炭素数1〜20の炭化水素であり;
    nは、2以上の整数であり;
    [化学式4]
    J(R173
    前記化学式4において、
    17は、前記化学式3で定義された通りであり;
    Jは、アルミニウムまたはボロンであり;
    [化学式5]
    [E−H]+[ZA4-または[E]+[ZA4-
    前記化学式5において、
    Eは、中性または陽イオン性ルイス酸であり;
    Hは、水素原子であり;
    Zは、13族元素であり;
    Aは、互いに同一または異なっていてもよいし、それぞれ独立に、1以上の水素原子が、ハロゲン、炭素数1〜20の炭化水素、アルコキシまたはフェノキシで置換もしくは非置換の炭素数6〜20のアリール基または炭素数1〜20のアルキル基である。
  9. 前記担体は、シリカ、シリカ−アルミナ、およびシリカ−マグネシアからなる群より選択される1種以上である、請求項7に記載のメタロセン担持触媒。
  10. 前記メタロセン化合物の遷移金属に対する担体の質量比は、1:10〜1:1,000である、請求項7に記載のメタロセン担持触媒。
  11. 前記助触媒化合物に対する担体の質量比は、1:1〜1:100である、請求項7に記載のメタロセン担持触媒。
  12. 請求項7に記載のメタロセン担持触媒の存在下、オレフィン系単量体を重合する段階を含むポリオレフィンの製造方法。
  13. 前記重合は、溶液重合工程、スラリー工程、または気相工程によって行われる、請求項12に記載のポリオレフィンの製造方法。
  14. 前記オレフィン系単量体は、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、ノルボルネン、エチリデンノルボルネン、スチレン、アルファ−メチルスチレン、および3−クロロメチルスチレンからなる群より選択された1種以上の単量体を含む、請求項12に記載のポリオレフィンの製造方法。
  15. 請求項12に記載の製造方法により製造されたポリオレフィン。
  16. 重量平均分子量が200,000〜900,000g/molである、請求項15に記載のポリオレフィン。
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