JP2018507313A - メタロセン担持触媒の製造方法 - Google Patents

メタロセン担持触媒の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる分子量分布を有することによって、ブローモールディング用などに好ましく使用可能なポリオレフィンをより効果的に製造できるメタロセン担持触媒の製造方法に関する。【選択図】図1

Description

関連出願との相互参照
本出願は、2015年6月15日付の韓国特許出願第10−2015−0084483号および2016年3月11日付の韓国特許出願第10−2016−0029835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。
本発明は、高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる分子量分布を有することによって、ブローモールディング用などに好ましく使用可能なポリオレフィンをより効果的に製造できるメタロセン担持触媒の製造方法に関する。
一般に、ブローモールディングを利用して製造した製品の場合、優れた加工性、機械的物性および耐応力亀裂性が要求される。したがって、以前から大きい分子量、より広い多峰分子量分布および均一な共単量体分布などを満たして、ブローモールディング用などに好ましく使用可能なポリオレフィンの製造に関する技術が要求され続けている。
一方、4族遷移金属を用いたメタロセン触媒は、既存のチーグラーナッタ触媒に比べてポリオレフィンの分子量および分子量分布などを制御しやすく、高分子の共単量体分布を調節可能で、機械的物性および加工性が同時に向上したポリオレフィンなどを製造するのに使用されてきた。しかし、メタロセン触媒を用いて製造されたポリオレフィンは、狭い分子量分布によって加工性が低下する問題がある。
一般に、分子量分布が広いほど剪断速度(shear rate)による粘度低下の程度が大きくなって加工領域で優れた加工性を示すが、メタロセン触媒で製造されたポリオレフィンは、相対的に狭い分子量分布などにより、高い剪断速度で粘度が高くて、押出時に負荷や圧力が多くかかって押出生産性が低下し、ブローモールディング加工時にバブル安定性が大きく低下し、製造されたブローモールディング成形品の表面が不均一になって透明性の低下などを招くという欠点がある。
また、既存のエチレン重合において、テッベ物質(Tebbe reagent)というチタノセン(Titanocen)とアルキルアルミニウム(Alkylaluminium)との複合体を用いて重合に参加してきており、分子量の増大に役割を果たしてきた。テッベ物質(Tebbe reagent)の主な特性は、前記テッベ物質(Tebbe reagent)が塩基(base)によって活性化(activation)されてチタニウムアルキリデン(Titaniumalkylidene)が形成され、それによる二重結合に関連する反応(olefinationやmetathesisなど)をすることが知られているが、ルイス塩基(lewis base)が添加されないエチレン重合におけるテッベ物質(Tebbe reagent)の役割は明らかにされていない。1990年、Petasisグループがテッベ物質(Tebbe reagent)を単に熱だけを加えて閉環メタセシス(Ring Closing metathesis)に成功した前例があった。これにより、テッベ物質(Tebbe reagent)が重合に参加する時、重合温度によってチタニウムアルキリデン(Titaniumalkylidene)を形成し、アルキリデン(alkylidene)特有の反応を利用した重合結果をもたらしてきたと推測される。
そこで、高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる分子量分布を有することによって、機械的物性および加工性などを同時に満たすことができ、ブローモールディング用などに好ましく使用可能なポリオレフィンをより効果的に製造できる技術の開発が要求され続けている。
そこで、本発明は、高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる分子量分布を有することによって、ブローモールディング用などに好ましく使用可能なポリオレフィンをより効果的に製造できるメタロセン担持触媒の製造方法を提供する。
また、本発明は、前記製造方法から製造されたメタロセン担持触媒の存在下で製造され、機械的物性および加工性を同時に満たすことができ、ブローモールディング用などに好ましく使用可能なポリオレフィンを提供する。
本発明は、下記化学式1のシクロペンタジエニル金属化合物と、下記化学式2の有機アルミニウム化合物とを混合し、常温で50〜108時間撹拌して、分子量調節剤組成物を製造する段階と、担体に下記化学式3〜6のうちの1つで表されるメタロセン化合物1種以上と前記分子量調節剤組成物とを担持させる段階とを含むメタロセン担持触媒の製造方法を提供する。
化学式1において、Cp1およびCp2は、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル基、インデニル基、またはフルオレニル基を含むリガンドであり;R1およびR2は、Cp1およびCp2の置換基であって、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数7〜20のアルキルアリール、炭素数7〜20のアリールアルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数1〜20のヘテロアルキル、炭素数2〜20のヘテロアルケニル、炭素数6〜20のヘテロアルキルアリール、炭素数6〜20のヘテロアリールアルキル、または炭素数5〜20のヘテロアリールであり;M1は、4族遷移金属元素であり;Xは、ハロゲンであり、
化学式2において、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、炭素数4〜20のアルキル基またはハロゲンであり、R3、R4およびR5のうちの少なくとも1つは、炭素数4〜20のアルキル基であり、
前記化学式3において、
1は、4族遷移金属であり;
Cp5およびCp6は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
aおよびRb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、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
1は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
nは、1または0であり;
前記化学式4において、
2は、4族遷移金属であり;
Cp7およびCp8は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
cおよびRd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、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
2は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
1は、Cp3c環とCp4d環とを架橋結合させるか、1つのCp4d環をM2に架橋結合させる、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、リンまたは窒素原子含有ラジカルのうちの1つ以上、またはこれらの組み合わせであり;
mは、1または0であり;
前記化学式5において、
3は、4族遷移金属であり;
Cp9は、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
eは、水素、C1〜C20のアルキル、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
3は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
2は、Cp5e環とJとを架橋結合させる、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、リンまたは窒素原子含有ラジカルのうちの1つ以上、またはこれらの組み合わせであり;
Jは、NRf、O、PRf、およびSからなる群より選択されたいずれか1つであり、前記Rfは、C1〜C20のアルキル、アリール、置換されたアルキル、または置換されたアリールであり、
前記化学式6において、
Aは、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;
Dは、−O−、−S−、−N(R)−、または−Si(R)(R’)−であり、ここで、RおよびR’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、またはC6〜C20のアリール基であり;
Lは、C1〜C10の直鎖もしくは分枝鎖アルキレン基であり;
Bは、炭素、シリコン、またはゲルマニウムであり;
Qは、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、またはC7〜C20のアリールアルキル基であり;
Mは、4族遷移金属であり;
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は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、下記化学式7a、化学式7b、または下記化学式7cのうちの1つで表され、ただし、C1およびC2が全て化学式7cの場合は除き;
前記化学式7a、7bおよび7cにおいて、R1〜R17およびR1’〜R9’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、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のアルコキシ基、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R10〜R17のうちの互いに隣接する2個以上が互いに連結されて置換もしくは非置換の脂肪族または芳香族環を形成してもよい。
本発明はまた、メタロセン担持触媒の存在下、オレフィン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。
本発明はまた、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。
以下、発明の実施形態に係るメタロセン担持触媒の製造方法と、これから製造されたメタロセン担持触媒、これを用いたポリオレフィンの製造方法、およびこれから製造されたポリオレフィンについて説明する。
発明の一実施形態によれば、担体にメタロセン化合物と共に特定の分子量調節剤組成物を担持させて、メタロセン担持触媒を製造する。前記メタロセン担持触媒の製造方法は、下記化学式1のシクロペンタジエニル金属化合物と、下記化学式2の有機アルミニウム化合物とを混合し、常温で50〜108時間撹拌して、分子量調節剤組成物を製造する段階と、担体に下記化学式3〜6のうちの1つで表されるメタロセン化合物1種以上と前記分子量調節剤組成物とを担持させる段階とを含む。
前記化学式3において、
1は、4族遷移金属であり;
Cp5およびCp6は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
aおよびRb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、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
1は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
nは、1または0であり;
前記化学式4において、
2は、4族遷移金属であり;
Cp7およびCp8は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
cおよびRd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、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
2は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
1は、Cp3c環とCp4d環とを架橋結合させるか、1つのCp4d環をM2に架橋結合させる、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、リンまたは窒素原子含有ラジカルのうちの1つ以上、またはこれらの組み合わせであり;
mは、1または0であり;
前記化学式5において、
3は、4族遷移金属であり;
Cp9は、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
eは、水素、C1〜C20のアルキル、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
3は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
2は、Cp5e環とJとを架橋結合させる、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、リンまたは窒素原子含有ラジカルのうちの1つ以上、またはこれらの組み合わせであり;
Jは、NRf、O、PRf、およびSからなる群より選択されたいずれか1つであり、前記Rfは、C1〜C20のアルキル、アリール、置換されたアルキル、または置換されたアリールであり、
前記化学式6において、
Aは、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;
Dは、−O−、−S−、−N(R)−、または−Si(R)(R’)−であり、ここで、RおよびR’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、またはC6〜C20のアリール基であり;
Lは、C1〜C10の直鎖もしくは分枝鎖アルキレン基であり;
Bは、炭素、シリコン、またはゲルマニウムであり;
Qは、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、またはC7〜C20のアリールアルキル基であり;
Mは、4族遷移金属であり;
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は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、下記化学式7a、化学式7b、または下記化学式7cのうちの1つで表され、ただし、C1およびC2が全て化学式7cの場合は除き;
前記化学式7a、7bおよび7cにおいて、R1〜R17およびR1’〜R9’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、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のアルコキシ基、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R10〜R17のうちの互いに隣接する2個以上が互いに連結されて置換もしくは非置換の脂肪族または芳香族環を形成してもよく、
化学式1において、Cp1およびCp2は、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル基、インデニル基、またはフルオレニル基を含むリガンドであり;R1およびR2は、Cp1およびCp2の置換基であって、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数7〜20のアルキルアリール、炭素数7〜20のアリールアルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数1〜20のヘテロアルキル、炭素数2〜20のヘテロアルケニル、炭素数6〜20のヘテロアルキルアリール、炭素数6〜20のヘテロアリールアルキル、または炭素数5〜20のヘテロアリールであり;M1は、4族遷移金属元素であり;Xは、ハロゲンである。特に、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素、メチル、エチル、ブチル、およびt−ブトキシヘキシルからなる群より選択されたものであってもよい。また、M1は、4族遷移金属元素であり、好ましくは、チタニウム、ジルコニウム、およびハフニウムからなる群より選択されるものであってもよい。さらに、Xは、ハロゲンであり、好ましくは、F、Cl、Br、およびIからなる群より選択されるものであってもよい。
化学式2において、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、炭素数4〜20のアルキル基またはハロゲンであり、R3、R4およびR5のうちの少なくとも1つは、炭素数4〜20のアルキル基である。特に、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、イソブチル基であってもよい。
本発明者らの実験の結果、このような特定の分子量調節剤組成物を直ちに触媒前駆体と混合して含むメタロセン触媒を用いると、向上した活性でより大きい分子量およびより広い分子量分布を有するポリオレフィンの製造を可能にすることが確認された。このような分子量調節剤の作用メカニズムは具体的に明らかにされてはいないが、このような特定の分子量調節剤を触媒前駆体と混合すると、3〜7族に属する前遷移金属(early−transition metal)から作られたmetalalkylideneは、金属とアルキルグループとの間の部分電荷量に差が生じるので、部分負電荷を有するalkylideneがアルミニウムアルキルよりもlewis acidicな前遷移金属のmetlloceneと結合してbridge形態の中間体を有し、かつ、分子量の増大により大きい分子量およびより広い分布を有するポリオレフィンの製造を可能にすると予測される。
本発明の具体的な一実施形態によれば、下記反応式1のように、上述のようなメタロセン化合物と共に特定の分子量調節剤組成物を反応させ、担体に担持させて、メタロセン担持触媒を製造することができる。
特に、本発明の場合は、既存のテッベタイプ物質(Tebbe Type reagent)の水素反応性の変化による分子量調節作用の意味をさらに拡張して、前駆体とチタノセン(Titanocene)との直接的な反応を誘導し、少量のチタノセン(Titanocene)を用いて水素反応性を調節して分子量を制御する技術である。不必要な分子量調節剤の使用時、工程中に残った未反応の有機アルミニウムが存在し得、このような化合物は後で工程の不安定性を引き起こす。つまり、最小限の分子量調節剤を用いて効率的な分子量調節を可能にすることを特徴とする。
このような一実施形態の製造方法では、前記分子量調節剤組成物は、前記化学式1のシクロペンタジエニル金属化合物と、前記化学式2の有機アルミニウム化合物とを0.1〜1.0当量(eq.)、好ましくは0.1〜0.5当量で混合し、常温で、例えば、22.5〜25℃で50〜108時間、好ましくは62〜90時間撹拌して生成させることができる。前記分子量調節剤組成物は、前記化学式1のシクロペンタジエニル金属化合物と、前記化学式2の有機アルミニウム化合物との混合物、またはこれらの反応生成物、例えば、化学式1と化学式2の化合物が反応して生成された有機金属錯化合物を含むことができる。
また、前記化学式1のシクロペンタジエニル基、および化学式2の有機官能基などにおける特定の置換基を含む分子量調節剤は、既存に比べて顕著に向上した溶解度を示すことによって、触媒前駆体と優れた一体化特性(homogeneity)で均一に触媒組成物を形成可能で、優れた重合性能を示すことができる。
一実施形態によれば、本発明のメタロセン担持触媒は、より大きい分子量および高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる分子量分布を有することによって、優れた機械的物性および加工性を示すことができ、ブローモールディング用などに好ましく使用可能なポリオレフィンをより効果的に製造することができる。
前記化学式1のシクロペンタジエニル金属化合物、および前記化学式2の有機アルミニウム化合物が反応して生成された分子量調節剤は、下記化学式8、化学式9、化学式10、または化学式11で表されるものであってもよい。
一方、既存の方式でチタノセンを単独使用する時、高分子重合はほとんど起こらず、テッベタイプ物質(tebbe type reagent)も高分子重合に参加しない。有機リチウムや有機マグネシウムは、強塩基として作用するもので、チタノセンカルビン(titanocene carbine)とは全く関係のないメカニズムを持っている。本発明は、有機アルミニウムと結合されたチタノセン(Titanocene)が熱分解によってチタニウムカルベン(Titanium carbene)が形成され、該カルベン(carbene)から生じ得る化学反応に焦点を当てており、高分子の形成時に最も重要な役割を果たすメタロセン前駆体にさらに積極的に化学反応を起こすことで、最小限のチタノセン(titanocene)を用いて最大の分子量調節効果を得られるという利点がある。
一実施形態の製造方法では、このような分子量調節剤組成物は、前記化学式1および2の化合物を互いに反応しない混合物の形態で含むか、前記化学式1および2の化合物の反応生成物、例えば、これら化合物の金属元素がXおよび/またはR1、R2およびR3のうちの1つを介在させて互いに結合されている有機金属錯化合物の形態で含むことができる。この時、前記有機金属錯化合物と共に、一部の未反応の化学式1および/または化学式2の化合物をさらに含んでもよい。
すでに上述のように、前記分子量調節剤は、メタロセン触媒の活性を補助して、相対的に小さい量のメタロセン触媒の存在下でも、大きい活性で重合を進行させることができ、より大きい分子量および高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる分子量分布を有するポリオレフィンの製造を可能にする。
前記分子量調節剤組成物において、化学式3のシクロペンタジエニル系金属化合物の具体例としては、ビスシクロペンタジエニルチタニウムジクロライド、ビスシクロペンタジエニルジルコニウムジクロライド、ビスシクロペンタジエニルハフニウムジクロライド、ビスインデニルチタニウムジクロライド、またはビスフルオレニルチタニウムジクロライド、ビス(2−エチルシクロペンタ−2,4−ジエン−1−イル)チタニウムジクロライド、ビス(2−ブチルシクロペンタ−2,4−ジエン−1−イル)チタニウムジクロライド、ビス(2−(6−t−ブトキシ−ヘキシル)シクロペンタ−2,3−ジエン−1−イル)チタニウムジクロライド、ビス(2−エチルシクロペンタ−2,4−ジエン−1−イル)ジルコニウムジクロライド、ビス(2−エチルシクロペンタ−2,4−ジエン−1−イル)ハフニウムジクロライドなどが挙げられる。また、化学式4の有機アルミニウム化合物の具体例としては、トリイソブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、ジイソブチルアルミニウムクロライド、ジヘキシルアルミニウムクロライド、またはイソブチルアルミニウムジクロライドなどが挙げられる。
さらに、前記化学式1の化合物と化学式2の化合物は、それぞれ化学式3に含まれている金属元素(M)と、化学式4に含まれているアルミニウム(Al)とのモル比として、約1:0.1〜1:100、あるいは約1:0.5〜1:10のモル比で使用されることが好ましい。
そして、前記分子量調節剤は、前記触媒前駆体の計100重量部を基準として、約0.1〜10重量部、あるいは約0.1〜1重量部の含有量で使用される。また、前記分子量調節剤は、前記触媒前駆体の総量を基準として、約1〜85mol%、好ましくは約3〜70mol%、より好ましくは約5〜55mol%の含有量、あるいは10〜50mol%使用される。当該含有量範囲で使用されることによって、分子量調節剤の添加による作用、効果が最適化されて、高分子溶融指数が低く、分子量分布が広く、分子量が大きく、密度や高分子溶融指数対比の耐応力亀裂性がさらに向上したポリオレフィンが得られる。特に、反応器内に有機アルミニウムなどが過剰存在すると、一般的なアルキルアルミニウムのようにメタロセン触媒と反応をして不活性化(Deactivation)させながら活性低下を起こすようになる。これにより、本発明は、前駆体対比の触媒量の分子量調節剤を最大の効率で反応をさせて既存のメタロセン前駆体自体の活性を阻害しないという利点がある。また、本発明は、メタロセン担持触媒の製造時、担持されるメタロセン前駆体の触媒量程度に相当する少量の分子量調節剤を用いながらも、単独または混成担持触媒の分子量を効果的に調節することができる。既存の従来技術は、単に分子量を増加させることに特徴を示しているが、本発明は、活性低下のない重合条件を維持しながら、分子量調節剤の量に応じて高分子構造を微細調整できるという利点がある。さらに、担持触媒の製造時、前駆体による助触媒、例えば、MAOなどとの相互作用不安定による担持不均一性自体がなくて、触媒安定性に優れた担持触媒を提供することができる。
一方、前記一実施形態の製造方法において、メタロセン担持触媒は、メタロセン化合物と前記分子量調節剤組成物とが担体に担持された担持触媒の形態で使用されるものである。また、前記メタロセン触媒は、互いに異なる2種以上のメタロセン化合物を混成ハイブリッドして共に使用されるか、1種のメタロセン化合物のみを含んで使用されてもよい。
前記化学式3で表されるメタロセン化合物としては、例えば、下記構造式のうちの1つで表される化合物であってもよいが、これにのみ限定されるものではない。
また、化学式4で表される化合物としては、例えば、下記構造式で表される化合物であってもよいが、これにのみ限定されるものではない。
さらに、化学式5で表される化合物としては、例えば、下記構造式で表される化合物であってもよいが、これにのみ限定されるものではない。
前記化学式6において、4族遷移金属(M)としては、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウムなどが挙げられるが、これにのみ限定されるものではない。
前記化学式6のメタロセン化合物において、前記化学式7a、7bおよび7cのR1〜R17および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、フェニル基、ハロゲン基、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、メトキシ基、またはエトキシ基であることがさらに好ましいが、これにのみ限定されるものではない。
前記化学式6のメタロセン化合物において、Lは、C4〜C8の直鎖もしくは分枝鎖アルキレン基であることがさらに好ましいが、これにのみ限定されるものではない。また、前記アルキレン基は、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、またはC6〜C20のアリール基で置換もしくは非置換であってもよい。
前記化学式6のメタロセン化合物において、A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、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いが、これにのみ限定されるものではない。また、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6のメタロセン化合物は、インデノインドール(indeno indole)誘導体および/またはフルオレン(fluorene)誘導体がブリッジによって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できる非共有電子対を有することによって、担体のルイス酸特性を有する表面に担持され、担持の際にも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基および/またはフルオレン基を含むことによって、活性が高く、適切な立体障害とリガンドの電子的な効果によって水素反応性が低いだけでなく、水素が存在する状況でも高い活性が維持される。さらに、インデノインドール誘導体の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、beta−hydrogen eliminationを抑制して、超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。
発明の一実施形態によれば、前記化学式7aで表される構造の具体例としては、下記構造式のうちの1つで表される構造が挙げられるが、これにのみ限定されるものではない。
そして、前記化学式7bで表される構造の具体例としては、下記構造式のうちの1つで表される構造が挙げられるが、これにのみ限定されるものではない。
また、前記化学式7cで表される構造の具体例としては、下記構造式のうちの1つで表される構造が挙げられるが、これにのみ限定されるものではない。
付加して、前記化学式6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。
前記化学式6のメタロセン化合物は、インデノインドール誘導体および/またはフルオレン誘導体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)を行うことにより得られるが、これに制限されるわけではない。
前記一実施形態の製造方法において、上述のようなメタロセン化合物と分子量調節剤組成物は、担体に担持された担持触媒の形態で使用されるものである。前記担持段階は、前記担体とメタロセン触媒、分子量調節剤組成物を混合し、30〜100℃、好ましくは35〜90℃、あるいは40〜80℃の温度で、1hr〜12hr、好ましくは1hr〜4hrの間撹拌して行うことができる。
一方、前記メタロセン担持触媒は、メタロセン化合物および助触媒が担体に担持された担持メタロセン触媒の形態になってもよいし、一例によれば、互いに異なる2種以上のメタロセン化合物と助触媒とを含む混成担持メタロセン触媒になってもよい。
この時、前記担体は、シリカ、シリカ−アルミナ、またはシリカ−マグネシアなどになってもよく、その他メタロセン触媒を担持できると知られた任意の担体になってもよい。また、このような担体は、高温で乾燥した状態で使用されるが、乾燥温度は、例えば、約180〜800℃になってもよい。仮に、乾燥温度が低すぎると、担体上の過剰な水分が助触媒と反応して性能を低下させることがあり、乾燥温度が高すぎると、担体表面にヒドロキシ基の含有量が過度に低くなって、助触媒との反応サイトが減少することがある。
特に、前記担体は、下記化学式12のアルミニウム含有の第1助触媒が担持されたものになってもよい。
化学式12において、R18は、それぞれ独立に、ハロゲン、ハロゲン置換もしくは非置換の炭素数1〜20のヒドロカルビル基であり、nは、2以上の整数である。
本発明において、前記第1助触媒が担持された担体にメタロセン化合物を担持させた直後に、分子量調節剤組成物を担持させることができる。特に、既存の従来技術によれば、MAOに有機アルミニウムおよび前駆体に先に反応をさせた後、シリカに担持させる。まず、MAO溶液にチタノセン(Titanicene)を入れてMAO中に存在するTMAとチタノセン(Titanocene)のテッベ物質(Tebbe reagent)反応をインサイチュ(in−situ)で作り、こうして得られたテッベ物質、つまり、Tebbe reagent in MAOは、シリカ担持の際、高温の影響で前駆体と反応をする問題が発生し得る。しかし、このような担持触媒の製造時には、前駆体とMAOとの間の反応性により、MAO溶液の不均一性から生じる担持触媒の安定性の低下、従来のテッベ物質(Tebbe reagent)反応は、本発明において、約2日〜4日、例えば、3日程度かかるのに対し、反応時間が短いことから生じる触媒特性の再現性の問題があり得る。
特に、本発明は、MAOなどの第1助触媒が担持されたシリカにメタロセン化合物触媒前駆体を投入した直後に、分子量調節剤を投入することとする方法でシリカ−MAO自体の均一性を確保し、投入される分子量調節剤も、前駆体対比の触媒量でも十分に分子量増加効果を奏することができる。また、本発明は、分子量調節剤の量が適期に前駆体固有の活性を阻害する問題の発生を防止することができる。
一方、上述したメタロセン触媒、特に、混成担持メタロセン触媒において、下記化学式13のボレート系の第2助触媒を追加的に含むことができる:
化学式13において、T+は、+1価の多原子イオンであり、Bは、+3酸化状態のホウ素であり、Qは、それぞれ独立に、ヒドリド基、ジアルキルアミド基、ハライド基、アルコキシド基、アリールオキシド基、ヒドロカルビル基、ハロカルビル基、およびハロ−置換されたヒドロカルビル基からなる群より選択され、前記Qは、20個以下の炭素を有するが、ただし、1つ以下の位置において、Qは、ハライド基である。
このような第1および第2助触媒の使用によって、最終的に製造されたポリオレフィンの分子量分布がより均一になり、重合活性が向上できる。
前記化学式12の第1助触媒は、線状、円形または網状形に繰り返し単位が結合されたアルキルアルミノキサン系化合物になってもよく、このような第1助触媒の具体例としては、メチルアルミノキサン(MAO)、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサン、またはブチルアルミノキサンなどが挙げられる。
また、前記化学式13の第2助触媒は、三置換されたアンモニウム塩、またはジアルキルアンモニウム塩、三置換されたホスホニウム塩形態のボレート系化合物になってもよい。このような第2助触媒の具体例としては、トリメチルアンモニウムテトラフェニルボレート、メチルジオクタデシルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリエチルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラフェニルボレート、メチルテトラジシクロオクタデシルアンモニウムテトラフェニルボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラフェニルボレート、N,N−ジエチルアニリニウムテトラフェニルボレート、N,N−ジメチル(2,4,6−トリメチルアニリニウム)テトラフェニルボレート、トリメチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルジテトラデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフェニル)ボレート、メチルジオクタデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウム、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリ(2級−ブチル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジエチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチル(2,4,6−トリメチルアニリニウム)テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリメチルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、ジメチル(t−ブチル)アンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジエチルアニリニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、またはN,N−ジメチル−(2,4,6−トリメチルアニリニウム)テトラキス−(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレートなどの三置換されたアンモニウム塩形態のボレート系化合物;ジオクタデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジテトラデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、またはジシクロヘキシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどのジアルキルアンモニウム塩形態のボレート系化合物;またはトリフェニルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルジオクタデシルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、またはトリ(2,6−ジメチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどの三置換されたホスホニウム塩形態のボレート系化合物などが挙げられる。
一方、上述したメタロセン化合物中の2種以上の第1および第2メタロセン化合物と、第1および第2助触媒などを用いて混成担持メタロセン触媒を製造する場合には、担体に第1メタロセン化合物および第1助触媒を順次担持した後、次に、第2メタロセン化合物および第2助触媒を順次担持することができる。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進行するとよい。
一方、発明の他の実施形態によれば、上述のように、担体にメタロセン化合物と共に特定の分子量調節剤を担持させた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が提供される。
前記オレフィン単量体を重合する段階は、担体に前記化学式3〜6のうちの1つで表されるメタロセン化合物1種以上と、前記化学式1のシクロペンタジエニル金属化合物と下記化学式2の有機アルミニウム化合物とを混合し、常温で、例えば、22.5〜25℃で50〜108時間、好ましくは62〜90時間撹拌して得られた分子量調節剤組成物を共に担持させて得られたメタロセン担持触媒の存在下、オレフィン系単量体をスラリー重合する段階で行われる。
前記一実施形態に係るポリオレフィンの製造方法では、任意のオレフィン系単量体を重合してポリオレフェンを製造することができる。この時使用可能な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−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などがある。ただし、このような製造方法の一例では、エチレンを用いてポリエチレンを製造するか、エチレンと共に、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、または1−ドデセンなどのアルファオレフィンを共重合して、エチレン−アルファオレフィン共重合体を製造することができる。この時、前記アルファオレフィンのような共単量体は、全体オレフィン系単量体の含有量に対して、約30重量%以下、あるいは約0〜20重量%、あるいは約0.1〜15重量%の量で使用されて共重合される。当該含有量のアルファオレフィンが共重合されることによって、最終的に製造されたポリオレフィンがブローモールディング用に適した密度範囲内で優れた耐応力亀裂性を示すことができる。ただし、過度に大きい含有量のアルファオレフィンが使用される場合、重合体の密度を低下させて屈曲強度の低下をもたらすことがある。
付加して、上述した一実施形態の重合方法は、例えば、ヘキサン、ブタン、またはペンタンなどの脂肪族炭化水素系溶媒内でスラリー状に進行するとよい。前記分子量調節剤を含むメタロセン触媒は、このような溶媒に対する優れた溶解度を示すことによって、これらが安定的に溶解および反応系に供給されて前記重合工程が効果的に進行し、大きい分子量およびより広い分子量分布を有するポリオレフィンが効果的に製造される。
一方、上述した一実施形態の重合方法は、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。
本発明によれば、オレフィン重合時、重合体の優れた分子量増加効果を有しながらも、高い活性を維持することができる。特に、本発明のポリオレフィンの製造方法において、単位時間(h)を基準として、使用された触媒の単位重量含有量(g)あたりに生成された重合体の重量(g)の比で計算した触媒活性が1.0kg/gCat・hr以上または1.0〜15.0kg/gCat・hr、好ましくは10.0kg/gCat・hr以上、より好ましくは8.0kg/gCat・hr以上になってもよい。
特に、本発明は、メタロセン担持触媒の製造時、担持されるメタロセン前駆体の触媒量程度に相当する少量の分子量調節剤を用いながらも、単独または混成担持触媒の分子量を効果的に調節することができる。既存の従来技術は、単に分子量を増加させることに特徴を示しているが、本発明は、活性低下のない重合条件を維持しながら、分子量調節剤の量に応じて高分子構造を微細調整できるという利点がある。
一方、発明のさらに他の実施形態によれば、上述した一実施形態の製造方法により製造されたポリオレフィンが提供される。このようなポリオレフィンは、大きい分子量および高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる分子量分布を有することによって、ブローモールディング、インジェクションモールディングなどに好ましく使用可能である。
本発明に係るポリオレフィンは、上述した分子量調節剤などの作用により、約100,000〜2,000,000あるいは約110,000〜1,500,000、約120,000〜700,000、約150,000〜550,000、約200,000〜450,000の大きい分子量を有することができ、高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる分子量分布を有することができる。特に、スラリー重合などによりポリオレフィンを製造する場合には、ポリオレフィンは、約250,000以上、または約280,000以上、約300,000以上、約330,000以上のさらに大きい分子量を有することができる。また、スラリー重合工程などにより製造されたポリオレフィンの溶融指数(MI21.6kg)は、15.0g/10min以下、または0.01〜15g/10min、好ましくは10g/10min以下、より好ましくは1g/10min以下になってもよい。このような大きい分子量および高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる分子量分布によって、優れた機械的物性および加工性を同時に示すことができる。特に、本発明によれば、高い分子量でESCR(Environmental Stress−Cracking Resistance)、低温衝撃強度などの機械的物性に優れたポリオレフィンを製造することができる。このようなポリオレフィンは、ブローモールディング用に使用され、インジェクションモールディング用、フィルム用、パイプ用、またはボトルキャップ用などに使用される。
上述のように、本発明によれば、大きい分子量および高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる分子量分布を有することによって、ブローモールディング用やインジェクションモールディング用などに好ましく使用可能なポリオレフィンをより効果的に製造できるメタロセン担持触媒の製造方法が提供される。
このようなメタロセン担持触媒を用いると、溶融指数が低く、分子量分布が広く、密度や溶融指数対比の耐応力亀裂性(Full Notch Creep Test;FNCT)が高くて、ブローモールディング用やインジェクションモールディング用などに特に適したポリオレフィンが非常に効果的に製造される。
実施例10〜12および比較例4により製造されたメタロセン担持触媒を用いた重合反応に対する高分子の分子量分布を示すグラフである(褐色:試験例10、赤色:試験例11、紫色:試験例12、青色:比較試験例4)。 比較例3、実施例8により製造されたメタロセン担持触媒を用いた重合反応に対する高分子の分子量分布を示すグラフである(赤色:試験例8、緑色:比較試験例3)。 比較例2、実施例5により製造されたメタロセン担持触媒を用いた重合反応に対する高分子の分子量分布を示すグラフである(赤色:試験例5、青色:比較試験例2)。
以下、発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は発明を例示するものに過ぎず、発明の範囲が下記の実施例に限定されるものではない。
[実施例]
<メタロセン触媒前駆体の製造実施例>
合成例1
[t−Bu−O(CH 2 6 −C 5 4 2 ZrMe 2 の合成
6−クロロヘキサノール(6−chlorohexanol)を用いて、文献(Tetrahedron Lett.2951(1988))に提示された方法でt−butyl−O−(CH26−Clを製造し、これにNaC55を反応させて、t−butyl−O−(CH26−C55を得た(収率60%、b.p.80℃/0.1mmHg)。
前記t−butyl−O−(CH26−C55 2.0g(9.0mmol)を−78℃でTHFに溶かし、これにノルマルブチルリチウム(n−BuLi)1.0当量をゆっくり加えた後、室温に昇温させた後、8時間反応させた。この反応溶液を−78℃でZr(CH32(THF)2(1.70g、4.50mmol)/THF(30mL)のサスペンション(suspension)溶液にゆっくり加えた後、室温で6時間さらに反応させて、最終反応生成液を得た。
前記反応生成液を真空乾燥させて揮発性物質を全て除去した後、残りのオイル性液体物質にヘキサン(hexane)を加えた後、シュレンクガラスフィルタ(schlenk glass filter)を用いてろ過した。ろ過した溶液を真空乾燥させてヘキサンを除去した後、これに再びヘキサンを加えて、低温(−20℃)で沈殿を誘導した。得られた沈殿物を低温でろ過して、白色固体の[t−Bu−O(CH26−C542ZrCl2化合物を92%の収率で得た。得られた[t−Bu−O(CH26−C542ZrCl2の測定された1H NMRおよび13C NMRデータは次の通りであった。
1H NMR(300MHz,CDCl3):6.28(t,J=2.6Hz,2H),6.19(t,J=2.6Hz,2H),3.31(t−J=6.6Hz,2H),2.62(t,J=8Hz,2H),1.7−1.3(m,8H),1.17(s,9H)
13C NMR(CDCl3):135.09,116.66,112.28,72.42,61.52,30.66,30.61,30.14,29.18,27.58,26.00。
合成例2
2(t−Bu−O−(CH 2 6 )(CH 3 )Si(C 5 (CH 3 4 )(tBu−N)TiCl 2 )の合成
常温で50gのMg(s)を10L反応器に加えた後、THF300mLを加えた。
2 0.5g程度を加えた後、反応器の温度を50℃に維持した。反応器の温度が安定化された後、250gの6−t−ブトキシヘキシルクロライド(6−t−buthoxyhexyl chloride)を、供給ポンプ(feeding pump)を用いて5mL/minの速度で反応器に加えた。6−t−ブトキシヘキシルクロライドを加えることによって、反応器の温度が4〜5度程度上昇するのを観察した。引き続き、6−t−ブトキシヘキシルクロライドを加えながら12時間撹拌した。
反応12時間後、黒色の反応溶液を得ることができた。生成された黒色の溶液2mLを取った後、水を加えて有機層を得て、1H−NMRを通して6−t−ブトキシヘキサン(6−t−butoxyhexane)を確認することができ、6−t−ブトキシヘキサンからグリニャール(Grignard)反応がうまく進行したことが分かった。かくして、6−t−ブトキシヘキシルマグネシウムクロライド(6−t−buthoxyhexyl magnesium chloride)を合成した。
MeSiCl3 500gと1LのTHFを反応器に加えた後、反応器の温度を−20℃まで冷却した。合成した6−t−ブトキシヘキシルマグネシウムクロライド中の560gを、供給ポンプを用いて5mL/minの速度で反応器に加えた。
グリニャール試薬の供給が終わった後、反応器の温度をゆっくり常温に上げながら12時間撹拌した。
反応12時間後、白色のMgCl2塩が生成されるのを確認した。ヘキサン4Lを加えて、labdoriを通して塩を除去して、フィルタ溶液を得ることができた。
得られたフィルタ溶液を反応器に加えた後、70℃でヘキサンを除去して、薄黄色の液体を得ることができた。
得られた液体を1H−NMRを通して所望のメチル(6−t−ブトキシヘキシル)ジクロロシラン(methyl(6−t−butoxyhexyl)dichlorosilane)化合物であることを確認することができた。
1H−NMR(CDCl3):δ=3.3(t,2H),1.5(m,3H),1.3(m,5H),1.2(s,9H),1.1(m,2H),0.7(s,3H)。
テトラメチルシクロペンタジエン1.2mole(150g)と2.4LのTHFを反応器に加えた後、反応器の温度を−20℃に冷却した。n−BuLi480mLを、供給ポンプを用いて5mL/minの速度で反応器に加えた。n−BuLiを加えた後、反応器の温度をゆっくり常温に上げながら12時間撹拌した。反応12時間後、当量のメチル(6−t−ブトキシヘキシル)ジクロロシラン(326g、350mL)を速やかに反応器に加えた。反応器の温度をゆっくり常温に上げながら12時間撹拌した。反応12時間後、THFを除去し、4Lのヘキサンを加えてlabdoriを通して塩を除去したフィルタ溶液を得ることができた。フィルタ溶液を再び反応器に加えた後、ヘキサンを70℃で除去し、黄色の溶液を得ることができた。得られた黄色の溶液を、1H−NMRを通してメチル(6−t−ブトキシヘキシル)(テトラメチルCpH)t−ブチルアミノシラン(methyl(6−t−butoxyhexyl)(tetramethylCpH)t−butylaminosilane)化合物であることを確認することができた。
n−BuLiとリガンドジメチル(テトラメチルCpH)t−ブチルアミノシラン(dimethyl(tetramethylCpH)t−butylaminosilane)からTHF溶液で合成した、−78℃のリガンドのジリチウム塩に、TiCl3(THF)3(10mmol)を速やかに加えた。反応溶液をゆっくり−78℃から常温に上げながら12時間撹拌した。
12時間撹拌後、常温で当量のPbCl2(10mmol)を反応溶液に加えた後、12時間撹拌した。12時間撹拌後、青色を呈する暗黒色の溶液を得ることができた。生成された反応溶液からTHFを除去した後、ヘキサンを加えて生成物をろ過した。得られたフィルタ溶液からヘキサンを除去した後、1H−NMRを通して所望の[メチル(6−t−ブトキシヘキシル)シリル(η5−テトラメチルCp)(t−ブチルアミド)]TiCl2([methyl(6−t−butoxyhexyl)silyl(η5−tetramethylCp)(t−butylamido)]TiCl2)化合物であることを確認することができた。
1H−NMR(CDCl3):δ=3.3(s,4H),2.2(s,6H),2.1(s,6G),1.8〜0.8(m),1.4(s,9H),1.2(s,9H),0.7(3,3H)。
合成例3
3−1リガンド化合物の製造
fluorene2gを5mL MTBE、hexane100mLに溶かして、2.5M n−BuLi hexane solution5.5mLをdry ice/acetone bathで滴加して、常温で一晩撹拌した。(6−(tert−butoxy)hexyl)dichloro(methyl)silane3.6gをヘキサン(hexane)50mLに溶かして、dry ice/acetone bath下、fluorene−Liスラリーを30分間transferして、常温で一晩撹拌した。これと同時に、5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indole(12mmol、2.8g)もTHF60mLに溶かして、2.5M n−BuLi hexane solution5.5mLをdry ice/acetone bathで滴加して、常温で一晩撹拌した。fluoreneと(6−(tert−butoxy)hexyl)dichloro(methyl)silaneとの反応溶液をNMRサンプリングして反応完了を確認した後、5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indole−Li solutionをdry ice/acetone bath下でtransferした。常温で一晩撹拌した。反応後、ether/waterで抽出(extraction)して有機層の残留水分をMgSO4で除去後、リガンド化合物(Mw597.90、12mmol)を得て、異性体(isomer)2つが生成されたことを1H−NMRで確認することができた。
1H NMR(500MHz,d6−benzene):−0.30−−0.18(3H,d),0.40(2H,m),0.65−1.45(8H,m),1.12(9H,d),2.36−2.40(3H,d),3.17(2H,m),3.41−3.43(3H,d),4.17−4.21(1H,d),4.34−4.38(1H,d),6.90−7.80(15H,m)。
3−2メタロセン化合物の製造
前記3−1で合成したリガンド化合物7.2g(12mmol)をdiethylether50mLに溶かして、2.5M n−BuLi hexane solution11.5mLをdry ice/acetone bathで滴加して、常温で一晩撹拌した。真空乾燥して、褐色(brown color)のsticky oilを得た。トルエンに溶かしてスラリーを得た。ZrCl4(THF)2を準備し、トルエン50mLを入れてスラリーとして準備した。ZrCl4(THF)2の50mLトルエンスラリーをdry ice/acetone bathでtransferした。常温で一晩撹拌することによって、紫色(violet color)に変化した。反応溶液をフィルタしてLiClを除去した。ろ過液(filtrate)のトルエンを真空乾燥して除去した後、ヘキサンを入れて1時間sonicationした。スラリーをフィルタしてろ過した固体(filtered solid)の暗紫色(dark violet)のメタロセン化合物6g(Mw758.02、7.92mmol、yield66mol%)を得た。1H−NMR上で2つのisomerが観察された。
1H NMR(500MHz,CDCl3):1.19(9H,d),1.71(3H,d),1.50−1.70(4H,m),1.79(2H,m),1.98−2.19(4H,m),2.58(3H,s),3.38(2H,m),3.91(3H,d),6.66−7.88(15H,m)。
<分子量調節剤の製造実施例>
合成例4:分子量調節剤の製造
250mL丸底フラスコに、ビス(2−ブチルシクロペンタ−2,4−ジエン−1−イル)チタニウム(IV)クロライド(bis(2−butylcyclopenta−2,4−dien−1−yl)titanium(IV)chloride)1.08g(3mmol)を入れて、ヘキサン50mLを入れた後、撹拌した。これにトリイソブチルアルミニウム(triisobutyl aluminum、1M in hexane)6mL(6mmol)を投入し、常温で3日間撹拌した。溶媒を真空で除去した後、青色の液状混合物を得ており、この混合物はチタニウムが還元された状態であって、酸化したり色が変化しなかった。以下、前記青色混合物は精製過程なしにそのまま使用された。
1H NMR(CDCl3,500MHz):6.1−6.6(br m,8H),2.2(m,4H),1.0−1.8(br m,16H),0.4(br s,24H)。
合成例5:分子量調節剤の製造
250mL丸底フラスコに、ビス(2−エチルシクロペンタ−2,4−ジエン−1−イル)チタニウム(IV)クロライド(bis(2−ethylcyclopenta−2,4−dien−1−yl)titanium(IV)chloride)0.91g(3mmol)を入れて、ヘキサン50mLを入れた後、撹拌した。これにトリイソブチルアルミニウム(triisobutyl aluminum、1M in hexane)6mL(6mmol)を投入し、常温で3日間撹拌した。溶媒を真空で除去した後、青色の液状混合物を得ており、この混合物はチタニウムが還元された状態であって、酸化したり色が変化しなかった。以下、前記青色混合物は精製過程なしにそのまま使用された。
1H NMR(CDCl3,500MHz):6.2−6.6(br m,8H),1.0−1.8(br m,7H),0.8(br s,24H)。
合成例6:分子量調節剤の製造
250mL丸底フラスコに、ビス(2−(6−t−ブトキシ−ヘキシル)シクロペンタ−2,3−ジエン−1−イル)チタニウムクロライド(bis(2−(6−t−butoxy−hexyl)cyclopenta−2,4−dien−1−yl)titanium(IV)chloride)1.68g(3mmol)を入れて、ヘキサン50mLを入れた後、撹拌する。これにトリイソブチルアルミニウム(triisobutyl aluminum、1M in hexane)6mL(6mmol)を投入し、常温で3日間撹拌した。溶媒を真空で除去した後、青色の液状混合物を得ており、この混合物はチタニウムが還元された状態であって、酸化したり色が変化しなかった。以下、前記青色混合物は精製過程なしにそのまま使用された。
1H NMR(CDCl3,500MHz):6.31(br m,8H),3.5(m,4H),1.1−1.9(br m,28H),0.9(br s,18H),0.3(br s,18H)。
合成例7:分子量調節剤の製造
250mL丸底フラスコ(round bottom flask)に、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド(bis(cyclopentadienyl)−titanium dichloride)0.83gおよびヘキサン50mLを順次に投入した後、撹拌した。これにトリイソブチルアルミニウム(triisobutylalunium、1M in hexane)6mLを投入し、常温で3日間撹拌した後、溶媒を真空で除去して緑色混合物を得ており、この混合物はチタニウムが還元された状態であって、酸化したり色が変化しなかった。以下、前記緑色混合物は精製過程なしにそのまま使用された。
1H NMR(CDCl3,500MHz):6.3−6.6(br m,10H),1.2−1.8(br m,4H),0.8(br s,18H)。
<メタロセン担持触媒の製造実施例>
実施例1:メタロセン担持触媒の製造
まず、シリカ(Grace Davison社製SYLOPOL948)は、400℃の温度で15時間真空を加えた状態で脱水した。
ガラス反応器に、10wt%メチルアルミノキサン(MAO)/トルエン溶液を49.7mLで投入し、40℃でシリカ(Grace Davison社製SYLOPOL948)9.1gを投入した後、反応器の温度を80℃に上げながら撹拌した。以降、温度を80℃に維持した後、前記合成例1で製造された触媒前駆体550mg(0.1mmol/gSiO2)をトルエン20mLに溶かした後、前記合成例4で製造された分子量調節剤を53mg(前駆体の10mol%)を一緒に入れて、直ちに反応器に投入した。2時間撹拌後、アニリニウムボレート(N,N−dimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate、AB)948mg(0.12mmol/gSiO2)をトルエン20mLに予め溶かした後、溶液状態で投入し、40℃で2時間撹拌した。反応が終わった後、撹拌を止めて、トルエン層を分離して除去した後、40℃で減圧して残っているトルエンを除去して、メタロセン担持触媒を製造した。
実施例2および3:メタロセン担持触媒の製造
下記表1に示しているように、分子量調節剤の含有量をそれぞれ160mg(30mol%)および270mg(50mol%)で投入したことを除けば、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。
実施例4:メタロセン担持触媒の製造
下記表1に示しているように、前記合成例2で製造された触媒前駆体465mg(0.1mmol/gSiO2)を用いたことを除けば、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。
実施例5および6:メタロセン担持触媒の製造
下記表1に示しているように、分子量調節剤の含有量をそれぞれ160mg(30mol%)および270mg(50mol%)で投入したことを除けば、実施例4と同様の方法でメタロセン担持触媒を製造した。
実施例7:メタロセン担持触媒の製造
下記表1に示しているように、前記合成例3で製造された触媒前駆体690mg(0.1mmol/gSiO2)を用いたことを除けば、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。
実施例8および9:メタロセン担持触媒の製造
下記表1に示しているように、分子量調節剤の含有量をそれぞれ160mg(30mol%)および270mg(50mol%)で投入したことを除けば、実施例7と同様の方法でメタロセン担持触媒を製造した。
実施例10:メタロセン担持触媒の製造
まず、シリカ(Grace Davison社製SYLOPOL948)は、400℃の温度で15時間真空を加えた状態で脱水した。
ガラス反応器に10wt%メチルアルミノキサン(MAO)/トルエン溶液を49.7mLで投入し、40℃でシリカ(Grace Davison社製SYLOPOL948)9.1gを投入した後、反応器の温度を80℃に上げながら撹拌した。以降、温度を80℃に維持した後、前記合成例3で製造された触媒前駆体520mg(0.075mmol/gSiO2)をトルエン20mLに溶かした後、前記合成例4で製造された分子量調節剤を53mg(10mol%)を一緒に入れて、直ちに反応器に投入した。2時間撹拌後、前記合成例1で製造された触媒前駆体550mg(0.1mmol/gSiO2)を40℃で2時間反応させた後、アニリニウムボレート(N,N−dimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate、AB)948mg(1.2mmol/gSiO2)をトルエン20mLに予め溶かした後、溶液状態で投入し、40℃で2時間撹拌した。反応が終わった後、撹拌を止めて、トルエン層を分離して除去した後、40℃で減圧して残っているトルエンを除去して、メタロセン担持触媒を製造した。
実施例11および12:メタロセン担持触媒の製造
下記表1に示しているように、分子量調節剤の含有量をそれぞれ160mg(30mol%)および270mg(50mol%)で投入したことを除けば、実施例10と同様の方法でメタロセン担持触媒を製造した。
比較例1:メタロセン担持触媒の製造
まず、シリカ(Grace Davison社製SYLOPOL948)は、400℃の温度で15時間真空を加えた状態で脱水した。
ガラス反応器に、10wt%メチルアルミノキサン(MAO)/トルエン溶液を49.7mLで投入し、40℃でシリカ(Grace Davison社製SYLOPOL948)9.1gを投入した後、反応器の温度を80℃に上げながら撹拌した。以降、温度を80℃に維持た後、前記合成例1で製造された触媒前駆体550mg(0.1mmol/gSiO2)をトルエン20mLに溶かして、直ちに反応器に投入した。2時間撹拌後、アニリニウムボレート(N,N−dimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate、AB)948mg(1.2mmol/gSiO2)をトルエン20mLに予め溶かした後、溶液状態で投入し、40℃で2時間撹拌した。反応が終わった後、撹拌を止めて、トルエン層を分離して除去した後、40℃で減圧して残っているトルエンを除去して、メタロセン担持触媒を製造した。
比較例2〜3:メタロセン担持触媒の製造
下記表1に示しているように、前記合成例2で製造された触媒前駆体465mg(0.1mmol/gSiO2)および前記合成例3で製造された触媒前駆体690mg(0.1mmol/gSiO2)をそれぞれ用いたことを除けば、比較例1と同様の方法でメタロセン担持触媒を製造した。
比較例4:メタロセン担持触媒の製造
まず、シリカ(Grace Davison社製SYLOPOL948)は、400℃の温度で15時間真空を加えた状態で脱水した。
ガラス反応器に、10wt%メチルアルミノキサン(MAO)/トルエン溶液を49.7mLで投入し、40℃でシリカ(Grace Davison社製SYLOPOL948)9.1gを投入した後、反応器の温度を80℃に上げながら撹拌した。以降、温度を80℃に維持した後、前記合成例3で製造された触媒前駆体520mg(0.075mmol/gSiO2)をトルエン20mLに溶かし、反応器に投入して2時間撹拌後、前記合成例1で製造された触媒前駆体550mg(0.1mmol/gSiO2)を40℃で2時間反応後、アニリニウムボレート(N,N−dimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate、AB)948mg(0.12mmol/gSiO2)をトルエン20mLに予め溶かした後、溶液状態で投入し、40℃で2時間撹拌した。反応が終わった後、撹拌を止めて、トルエン層を分離して除去した後、40℃で減圧して残っているトルエンを除去して、メタロセン担持触媒を製造した。
<スラリー重合試験例>
重合試験例1
パール(Parr)反応器を用い、アルゴンで満たされた孤立したシステムにヘキサン400mLを入れた後、トリメチルアルミニウム1gを入れて、反応器の内部を乾燥させてヘキサンを捨てた。再びヘキサン400mLを反応器に満たした後、トリイソブチルアルミニウム(triisobutylaluminium)0.5gを入れた。前記実施例1で製造された担持触媒を、アルゴンで満たされたグローブボックスから10mg改良して反応器内に入れた後、アルゴンベントした後、78℃でエチレン30barの圧力を作って1時間重合を進行させた。
重合試験例2〜12
下記表1に示しているように、前記実施例2〜12で製造された担持触媒をそれぞれ用いたことを除けば、重合試験例1と同様の方法でスラリー重合を進行させた。
重合比較試験例1〜4
下記表1に示しているように、前記比較例1〜4で製造された担持触媒をそれぞれ用いたことを除けば、重合試験例1と同様の方法でスラリー重合を進行させた。
重合比較試験例5〜8
下記表1に示しているように、前記比較例1〜4で製造された担持触媒をそれぞれ用い、前記合成例4で製造された分子量調節剤を1.5mg(0.6mmol/gSiO2)を追加的に反応器に投入したことを除けば、重合試験例1と同様の方法でスラリー重合を進行させた。
<実験例>
重合体の物性評価実験例
重合試験例1〜12および重合比較試験例1〜4で製造されたポリエチレンの特性を下記の方法で測定し、その結果を下記の表1に示した。
a)分子量(Mw):ゲル透過クロマトグラフィー(GPC:gel permeation chromatography)を用いて重量平均分子量で測定した。
b)分子量分布(PDI):ゲル透過クロマトグラフィー(GPC:gel permeation chromatography)を用いて重量平均分子量を数平均分子量で割った値で測定した。
c)触媒活性(Activity):反応器内にTMA0.5gを入れて乾燥させた後、ヘキサン400mLに担持触媒約100mgをアルキルアルミニウム、分子量調節剤(MWE)と一緒に入れた後、80度でエチレン9bar下で重合を1時間進行させた後、重合体を得て、フィルタ後、一晩乾燥させて重量を測定した後、単位時間(hr)あたりの触媒活性を算測した。
また、実施例10〜12および比較例4により製造されたメタロセン担持触媒を用いた重合反応に対する高分子の分子量分布グラフを図1に示し(褐色:試験例10、赤色:試験例11、紫色:試験例12、青色:比較試験例4)、比較例3、実施例8により製造されたメタロセン担持触媒を用いた重合反応に対する高分子の分子量分布グラフを図2に示し(赤色:試験例8、緑色:比較試験例3)、比較例2、実施例5により製造されたメタロセン担持触媒を用いた重合反応に対する高分子の分子量分布グラフを図3に示した(赤色:試験例5、青色:比較試験例2)。ここで、x軸はdlogwf/dlogMであり、y軸はlogMであり、縦軸は高分子のIntensity軸であり、横軸は高分子の分子量軸である。
このような高分子の分子量分布グラフによれば、本発明は、従来技術に比べて活性変動が少なく、分子量の変動幅が調節剤の量に応じて変動するのを確認することができ、これによって、担持触媒の製造時、微細調整が可能な技術であることが分かる。特に、図2の場合は、既存の分子量調節剤を重合中に投入時、活性低下が激しく、分子量増加する部分が大きくなかったものの、担持触媒化することにより、分子量増加および活性がある程度維持されることを確認することができた。また、分子量調節剤の変化によって高分子の峰が高分子側に動き、双峰をなす高分子の概形が単一峰に狭まることを確認することができる。これは、ブローモールディングで重要とされる高分子弾性が増加してスウェル(swell)が良くなる模型に変更されることを確認できるため、物性的に良い方向の高分子を作っていることが分かる。
前記表1に示しているように、本発明によれば、オレフィン重合時、重合体の優れた分子量増加効果を有しながらも、活性や共重合性などの低下を起こさない優れた効果を得ることができる。特に、過剰な分子量調節剤が入ると、未反応の調節剤が回収工程で再び反応器に入りながら発現する場合がある。この場合、望まない重合工程によって工程が狂う場合が生じるので、反応器内に分子量調節剤を投入することは商業的に適切な方法ではない。
さらに、比較試験例5〜8のように、重合工程中に分子量調節剤を用いる場合は、反応効率の面で良くなく、実際の量産工場の場合、原副原料のrecycleを通して反応をさせるが、未反応の分子量調節剤が他の反応工程に意図せぬ作用をすると、望まない重合工程をもたらすことがある。つまり、重合中に投入する分子量調節剤は、全体的な重合工程に不安定を有し得るので、実験室レベルでは分子量調節効果があるかも知らないが、実際の量産scaleのsystemでは工程不安定をもたらすことがある。本発明は、このような問題点を積極的に解決すべく、前駆体対比の触媒量レベルの分子量調節剤を用い、実際の工場適用時、分子量調節剤に起因する副作用をほとんど無くすという利点がある。
化学式1において、Cp1およびCp2は、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル基、インデニル基、またはフルオレニル基を含むリガンドであり;R1およびR2は、Cp1およびCp2の置換基であって、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数7〜20のアルキルアリール、炭素数7〜20のアリールアルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数1〜20のヘテロアルキル、炭素数2〜20のヘテロアルケニル、炭素数6〜20のヘテロアルキルアリール、炭素数6〜20のヘテロアリールアルキル、または炭素数5〜20のヘテロアリールであり; 4 は、4族遷移金属元素であり;Xは、ハロゲンであり、
化学式1において、Cp1およびCp2は、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル基、インデニル基、またはフルオレニル基を含むリガンドであり;R1およびR2は、Cp1およびCp2の置換基であって、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数7〜20のアルキルアリール、炭素数7〜20のアリールアルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数1〜20のヘテロアルキル、炭素数2〜20のヘテロアルケニル、炭素数6〜20のヘテロアルキルアリール、炭素数6〜20のヘテロアリールアルキル、または炭素数5〜20のヘテロアリールであり; 4 は、4族遷移金属元素であり;Xは、ハロゲンである。特に、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素、メチル、エチル、ブチル、およびt−ブトキシヘキシルからなる群より選択されたものであってもよい。また、 4 は、4族遷移金属元素であり、好ましくは、チタニウム、ジルコニウム、およびハフニウムからなる群より選択されるものであってもよい。さらに、Xは、ハロゲンであり、好ましくは、F、Cl、Br、およびIからなる群より選択されるものであってもよい。
本発明者らの実験の結果、このような特定の分子量調節剤組成物を直ちに触媒前駆体と混合して含むメタロセン触媒を用いると、向上した活性でより大きい分子量およびより広い分子量分布を有するポリオレフィンの製造を可能にすることが確認された。このような分子量調節剤の作用メカニズムは具体的に明らかにされてはいないが、このような特定の分子量調節剤を触媒前駆体と混合すると、3〜7族に属する前遷移金属(early−transition metal)から作られたmetalalkylideneは、金属とアルキルグループとの間の部分電荷量に差が生じるので、部分負電荷を有するalkylideneがアルミニウムアルキルよりもlewis acidicな前遷移金属のmetalloceneと結合してbridge形態の中間体を有し、かつ、分子量の増大により大きい分子量およびより広い分布を有するポリオレフィンの製造を可能にすると予測される。
一方、既存の方式でチタノセンを単独使用する時、高分子重合はほとんど起こらず、テッベタイプ物質(tebbe type reagent)も高分子重合に参加しない。有機リチウムや有機マグネシウムは、強塩基として作用するもので、チタノセンカルビン(titanocene carbene)とは全く関係のないメカニズムを持っている。本発明は、有機アルミニウムと結合されたチタノセン(Titanocene)が熱分解によってチタニウムカルベン(Titanium carbene)が形成され、該カルベン(carbene)から生じ得る化学反応に焦点を当てており、高分子の形成時に最も重要な役割を果たすメタロセン前駆体にさらに積極的に化学反応を起こすことで、最小限のチタノセン(titanocene)を用いて最大の分子量調節効果を得られるという利点がある。
前記分子量調節剤組成物において、化学式3のシクロペンタジエニル系金属化合物の具体例としては、ビスシクロペンタジエニルチタニウムジクロライド、ビスシクロペンタジエニルジルコニウムジクロライド、ビスシクロペンタジエニルハフニウムジクロライド、ビスインデニルチタニウムジクロライド、またはビスフルオレニルチタニウムジクロライド、ビス(2−エチルシクロペンタ−2,4−ジエン−1−イル)チタニウムジクロライド、ビス(2−ブチルシクロペンタ−2,4−ジエン−1−イル)チタニウムジクロライド、ビス(2−(6−t−ブトキシ−ヘキシル)シクロペンタ−2,3−ジエン−1−イル)チタニウムジクロライド、ビス(2−エチルシクロペンタ−2,4−ジエン−1−イル)ジルコニウムジクロライド、ビス(2−エチルシクロペンタ−2,4−ジエン−1−イル)ハフニウムジクロライドなどが挙げられる。また、化学式4の有機アルミニウム化合物の具体例としては、トリイソブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、ジイソブチルアルミニウムクロライド、ジヘキシルアルミニウムクロライド、またはイソブチルアルミニウムジクロライドなどが挙げられる。
本発明において、前記第1助触媒が担持された担体にメタロセン化合物を担持させた直後に、分子量調節剤組成物を担持させることができる。特に、既存の従来技術によれば、MAOに有機アルミニウムおよび前駆体に先に反応をさせた後、シリカに担持させる。まず、MAO溶液にチタノセン(Titanocene)を入れてMAO中に存在するTMAとチタノセン(Titanocene)のテッベ物質(Tebbe reagent)反応をインサイチュ(in−situ)で作り、こうして得られたテッベ物質、つまり、Tebbe reagent in MAOは、シリカ担持の際、高温の影響で前駆体と反応をする問題が発生し得る。しかし、このような担持触媒の製造時には、前駆体とMAOとの間の反応性により、MAO溶液の不均一性から生じる担持触媒の安定性の低下、従来のテッベ物質(Tebbe reagent)反応は、本発明において、約2日〜4日、例えば、3日程度かかるのに対し、反応時間が短いことから生じる触媒特性の再現性の問題があり得る。
前記一実施形態に係るポリオレフィンの製造方法では、任意のオレフィン系単量体を重合してポリオレフェンを製造することができる。この時使用可能な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−アイトセン、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、および3−クロロメチルスチレンなどがある。ただし、このような製造方法の一例では、エチレンを用いてポリエチレンを製造するか、エチレンと共に、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、または1−ドデセンなどのアルファオレフィンを共重合して、エチレン−アルファオレフィン共重合体を製造することができる。この時、前記アルファオレフィンのような共単量体は、全体オレフィン系単量体の含有量に対して、約30重量%以下、あるいは約0〜20重量%、あるいは約0.1〜15重量%の量で使用されて共重合される。当該含有量のアルファオレフィンが共重合されることによって、最終的に製造されたポリオレフィンがブローモールディング用に適した密度範囲内で優れた耐応力亀裂性を示すことができる。ただし、過度に大きい含有量のアルファオレフィンが使用される場合、重合体の密度を低下させて屈曲強度の低下をもたらすことがある。
ガラス反応器に、10wt%メチルアルミノキサン(MAO)/トルエン溶液を49.7mLで投入し、40℃でシリカ(Grace Davison社製SYLOPOL948)9.1gを投入した後、反応器の温度を80℃に上げながら撹拌した。以降、温度を80℃に維持した後、前記合成例1で製造された触媒前駆体550mg(0.1mmol/gSiO2)をトルエン20mLに溶かして、直ちに反応器に投入した。2時間撹拌後、アニリニウムボレート(N,N−dimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate、AB)948mg(1.2mmol/gSiO2)をトルエン20mLに予め溶かした後、溶液状態で投入し、40℃で2時間撹拌した。反応が終わった後、撹拌を止めて、トルエン層を分離して除去した後、40℃で減圧して残っているトルエンを除去して、メタロセン担持触媒を製造した。

Claims (15)

  1. 下記化学式1のシクロペンタジエニル金属化合物と、下記化学式2の有機アルミニウム化合物とを混合し、常温で50〜108時間撹拌して、分子量調節剤組成物を製造する段階と、
    担体に下記化学式3〜6のうちの1つで表されるメタロセン化合物1種以上と前記分子量調節剤組成物とを担持させる段階とを含むメタロセン担持触媒の製造方法:
    [化学式1]
    (R1−Cp1)(R2−Cp2)M42
    化学式1において、Cp1およびCp2は、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル基、インデニル基、またはフルオレニル基を含むリガンドであり;R1およびR2は、Cp1およびCp2の置換基であって、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数7〜20のアルキルアリール、炭素数7〜20のアリールアルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数1〜20のヘテロアルキル、炭素数2〜20のヘテロアルケニル、炭素数6〜20のヘテロアルキルアリール、炭素数6〜20のヘテロアリールアルキル、または炭素数5〜20のヘテロアリールであり;M4は、4族遷移金属元素であり;Xは、ハロゲンであり、
    [化学式2]
    345Al
    化学式2において、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、炭素数4〜20のアルキル基またはハロゲンであり、R3、R4およびR5のうちの少なくとも1つは、炭素数4〜20のアルキル基であり、
    [化学式3]
    (Cp5an(Cp6b)M11 3-n
    前記化学式3において、
    1は、4族遷移金属であり;
    Cp5およびCp6は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
    aおよびRb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、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
    1は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
    nは、1または0であり;
    [化学式4]
    (Cp7cm1(Cp8d)M22 3-m
    前記化学式4において、
    2は、4族遷移金属であり;
    Cp7およびCp8は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
    cおよびRd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、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
    2は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
    1は、Cp3c環とCp4d環とを架橋結合させるか、1つのCp4d環をM2に架橋結合させる、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、リンまたは窒素原子含有ラジカルのうちの1つ以上、またはこれらの組み合わせであり;
    mは、1または0であり;
    [化学式5]
    (Cp9e)B2(J)M33 2
    前記化学式5において、
    3は、4族遷移金属であり;
    Cp9は、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
    eは、水素、C1〜C20のアルキル、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
    3は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
    2は、Cp5e環とJとを架橋結合させる、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、リンまたは窒素原子含有ラジカルのうちの1つ以上、またはこれらの組み合わせであり;
    Jは、NRf、O、PRf、およびSからなる群より選択されたいずれか1つであり、前記Rfは、C1〜C20のアルキル、アリール、置換されたアルキル、または置換されたアリールであり、
    前記化学式6において、
    Aは、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;
    Dは、−O−、−S−、−N(R)−、または−Si(R)(R’)−であり、ここで、RおよびR’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、またはC6〜C20のアリール基であり;
    Lは、C1〜C10の直鎖もしくは分枝鎖アルキレン基であり;
    Bは、炭素、シリコン、またはゲルマニウムであり;
    Qは、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、またはC7〜C20のアリールアルキル基であり;
    Mは、4族遷移金属であり;
    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は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、下記化学式7a、化学式7bまたは下記化学式7cのうちの1つで表され、ただし、C1およびC2が全て化学式7cの場合は除き;
    前記化学式7a、7bおよび7cにおいて、R1〜R17およびR1’〜R9’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、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のアルコキシ基、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R10〜R17のうちの互いに隣接する2個以上が互いに連結されて置換もしくは非置換の脂肪族または芳香族環を形成してもよい。
  2. 前記担持段階は、前記担体とメタロセン触媒、分子量調節剤組成物を混合し、30〜100℃の温度で1〜12時間撹拌することによって行われる、請求項1に記載のメタロセン担持触媒の製造方法。
  3. 前記分子量調節剤組成物は、メタロセン化合物の総量を基準として、約1〜85mol%の含有量で担持させる、請求項1に記載のメタロセン担持触媒の製造方法。
  4. 前記化学式1において、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素、メチル、エチル、ブチル、およびt−ブトキシヘキシルからなる群より選択されたものである、請求項1に記載のメタロセン担持触媒の製造方法。
  5. 前記化学式2において、R3、R4、およびR5は、それぞれ独立に、イソブチル基である、請求項1に記載のメタロセン担持触媒の製造方法。
  6. 前記化学式1において、M4は、チタニウム、ジルコニウム、およびハフニウムからなる群より選択されるものである、請求項1に記載のメタロセン担持触媒の製造方法。
  7. 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−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−アイトセン、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、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1に記載のメタロセン担持触媒の製造方法。
  8. 前記分子量調節剤組成物は、下記化学式8、化学式9、化学式10、または化学式11で表される化合物を含むものである、請求項1に記載のメタロセン担持触媒の製造方法。
  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ものである、請求項1に記載のメタロセン担持触媒の製造方法。
  10. 前記担体は、下記化学式12のアルミニウム含有の第1助触媒が担持されたものである、請求項1に記載のメタロセン担持触媒の製造方法:
    [化学式12]
    −[Al(R18)−O−]n
    化学式12において、R18は、それぞれ独立に、ハロゲン、ハロゲン置換もしくは非置換の炭素数1〜20のヒドロカルビル基であり、nは、2以上の整数である。
  11. 前記第1助触媒が担持された担体にメタロセン化合物を担持させた直後に、分子量調節剤組成物を担持させる、請求項10に記載のメタロセン担持触媒の製造方法。
  12. 下記化学式13のボレート系の第2助触媒を追加的に担持させる、請求項1に記載のメタロセン担持触媒の製造方法。
    [化学式13]
    +[BQ4-
    化学式13において、T+は、+1価の多原子イオンであり、Bは、+3酸化状態のホウ素であり、Qは、それぞれ独立に、ヒドリド基、ジアルキルアミド基、ハライド基、アルコキシド基、アリールオキシド基、ヒドロカルビル基、ハロカルビル基、およびハロ−置換されたヒドロカルビル基からなる群より選択され、前記Qは、20個以下の炭素を有するが、ただし、1つ以下の位置において、Qは、ハライド基である。
  13. 請求項1〜12のいずれか1項により製造されるメタロセン担持触媒の存在下、オレフィン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。
  14. 前記オレフィン単量体を重合する段階は、担体にメタロセン化合物およびシクロペンタジエニル金属化合物と有機アルミニウム化合物との反応生成物を含む分子量調節剤組成物が担持されたメタロセン担持触媒の存在下、オレフィン系単量体をスラリー重合する段階で行われる、請求項13に記載のポリオレフィンの製造方法。
  15. 請求項13に記載のポリオレフィンの製造方法により製造されたポリオレフィン。
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