JP2021059673A - オレフィン重合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
R3およびR3’ は炭化水素基、ケイ素含有基またはハロゲン含有炭化水素基であり、それぞれ同一でも異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよく、
R4、R4’、R5、およびR5’は水素原子、炭化水素基、ケイ素含有基、ハロゲン原子またはハロゲン含有炭化水素基であり、
R4とR4’とは相互に異なり、
R5とR5’とは相互に異なり、
R4とR5とが相互に異なるか、R4’とR5’とが相互に異なるか、または、R4とR5とが相互に異なり、かつR4’とR5’とが相互に異なる。
Lは炭素あるいはケイ素、Mは、周期表の第4族または第5族金属であり、Qはハロゲン原子、炭化水素基、炭素原子数10以下の中性の共役もしくは非共役ジエン、アニオン配位子または孤立電子対で配位可能な中性配位子であり、Qが複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、jは1〜4の整数である。]
(B)(b−1)有機アルミニウムオキシ化合物、
(b−2)メタロセン化合物(A)と反応してイオン対を形成する化合物、および
(b−3)有機アルミニウム化合物
から選択される少なくとも1種の化合物
をさらに含む〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のオレフィン重合体の製造方法。
本発明に用いるメタロセン化合物(A)は、下記一般式[I]で表される架橋メタロセン化合物である。
R3およびR3’ は炭化水素基、ケイ素含有基またはハロゲン含有炭化水素基であり、それぞれ同一でも異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよく、
R4、R4’、R5、およびR5’は水素原子、炭化水素基、ケイ素含有基、ハロゲン原子またはハロゲン含有炭化水素基であり、
R4とR4’とは相互に異なり、
R5とR5’とは相互に異なり、
R4とR5とが相互に異なるか、R4’とR5’とが相互に異なるか、または、R4とR5とが相互に異なり、かつR4’とR5’とが相互に異なる。
Lは炭素あるいはケイ素、Mは周期表の第4族または第5族金属であり、Qはハロゲン原子、炭化水素基、炭素原子数10以下の中性の共役もしくは非共役ジエン、アニオン配位子または孤立電子対で配位可能な中性配位子であり、Qが複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、jは1〜4の整数である。]
R4、R4’、R5、およびR5’が炭化水素基の場合、特に、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数3〜20の飽和脂環式基、炭素原子数6〜20のアリール基、炭素原子数7〜20のアラルキル基等の炭素原子数1〜20の炭化水素基が好ましい。
好ましくはR4、R4’、R5、およびR5’の少なくとも一つは水素基以外の置換基であり、好ましくは炭化水素基である。
R4およびR5’、またはR4’およびR5が炭化水素基、ケイ素含有基、ハロゲン原子またはハロゲン含有炭化水素基であることが好ましく、R4とR5’とは相互に同じでも異なっていてもよく、R4’とR5とは相互に同じでも異なっていてもよい。
例えば、R4とR5’が水素原子である場合、R4’とR5は、水素以外の置換基であり、R4とR5’が水素原子であり、R4’とR5が炭化水素基であることが好ましい。前記炭化水素基としては、炭素原子数1〜20のアルキル基がより好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、シクロヘキシル基がさらに好ましく、特に好ましくはメチル基である。
Qがハロゲン原子の場合、その具体例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
以上例示した原子および基のうち、Qとしては、特にハロゲン原子、炭素原子数1〜5のアルキル基が好ましい。
一般式[I]中、MQjの具体例としては、ZrCl2、ZrBr2、ZrMe2、Zr(Me)(Et)、Zr(OTs)2、Zr(OMs)2、Zr(OTf)2、TiCl2、TiBr2、TiMe2、Ti(Me)(Et)、Ti(OTs)2、Ti(OMs)2、Ti(OTf)2、HfCl2、HfBr2、HfMe2、Hf(Me)(Et)、Hf(OTs)2、Hf(OMs)2、Hf(OTf)2が挙げられる。Meはメチル基、Etはエチル基、Tsはp−トルエンスルホニル基、Msはメタンスルホニル基、Tfはトリフルオロメタンスルホニル基を示す。
上記表に従えば、リガンド構造がα18、β1とγ1の組み合わせからなるものであり、金属部分MQjがZrCl2の場合は、下記式で表される遷移金属化合物を例示している。
前記メタロセン化合物は、非対称なフルオレニル基を有するため、金属成分M廻りの空間の構造は、対称性の高い構造のメタロセン化合物に比して、ややゆがんだ状態になる可能性が高いと推測できる。この歪んだ空間(例えば、若干広い空間)が、オレフィンが挿入し易い状態であると考えると、重合活性が高いことが説明できる。また、空間が広いとすると様々なオレフィンを共重合する上でも有利である可能性が有る。
本発明に用いるオレフィン重合用触媒は、以上説明したメタロセン化合物(A)を少なくとも含む触媒である。さらにオレフィン重合用触媒は、以下に説明する化合物(B)を含むことが好ましい。また、以下に説明する担体(C)をさらに含有し、メタロセン化合物(A)が担体(C)に担持された形態で含有されていても良い。また、以下に説明する有機化合物(D)等の成分をさらに含有していても良い。
本発明において好適に用いられる化合物(B)は、
(B)(b−1)有機アルミニウムオキシ化合物、
(b−2)メタロセン化合物(A)と反応してイオン対を形成する化合物、
(b−3)有機アルミニウム化合物
から選択される少なくとも1種の化合物である。
上記化合物(b−1)〜(b−3)の中でも、特に(b−1)が好ましい。以下、各化合物(b−1)〜(b−3)について説明する。
一般式[B6]中、RaおよびRbは、それぞれ独立に炭素原子数1〜15(好ましくは1〜4)の炭化水素基であり、Xはハロゲン原子であり、mは0<m≦3、nは0≦n<3、pは0≦p<3、qは0≦q<3の数であり、かつm+n+p+q=3である。
一般式[B7]中、M2はLi、NaまたはKであり、Raはそれぞれ独立に炭素原子数1〜15(好ましくは1〜4)の炭化水素基である。
本発明において所望により用いられる担体(C)は、有機化合物または無機化合物であって、顆粒状または微粒子状の固体である。
本発明において所望により用いられる有機化合物(D)は、α−オレフィンの重合反応時の重合性能または得られるオレフィン重合体の物性向上の目的で必要に応じて使用される。有機化合物(D)の具体例としては、アルコール類、フェノール性化合物、カルボン酸、リン化合物、スルホン酸塩が挙げられる。
(1)メタロセン化合物(A)および化合物(B)を任意の順序で重合器に添加する方法。
(2)メタロセン化合物(A)を担体(C)に担持した触媒成分と、化合物(B)とを任意の順序で重合器に添加する方法。
(3)化合物(B)を担体(C)に担持した触媒成分と、メタロセン化合物(A)とを任意の順序で重合器に添加する方法。
(4)メタロセン化合物(A)と化合物(B)とを担体(C)に担持した触媒成分を重合器に添加する方法。
(5)メタロセン化合物(A)、化合物(B)および成分(D)を任意の順序で重合器に添加する方法。
また、担体(C)にメタロセン化合物(A)が担持された固体触媒成分、担体(C)にメタロセン化合物(A)および化合物(B)が担持された固体触媒成分は、オレフィンが予備重合されていてもよく、予備重合された固体触媒成分上に、さらに触媒成分が担持されていてもよい。
本発明のオレフィン重合体の製造方法は、以上説明したオレフィン重合用触媒の存在下に、炭素原子数2以上20以下のα−オレフィンを重合することを特徴とする方法である。ここで「重合」とは、単独重合および共重合を総称する意味で用いる。また「オレフィン重合用触媒の存在下に・・・重合する」とは、上記(1)〜(5)の各方法のように、任意の方法でオレフィン重合用触媒の各成分を重合器に装入してモノマーを重合する態様を包含する。
本発明により製造されるオレフィン重合体のモノマー構成単位の組成は特に限定されない。ただし、そのオレフィン重合体は、プロピレン由来の構成単位を含むことが好ましい。プロピレン由来の構成単位の含量は、好ましくは50モル%以上、より好ましくは55モル%以上、特に好ましくは80モル%以上、最も好ましくは90モル%以上である。オレフィン重合体がプロピレン由来の構成単位と共にプロピレン以外の炭素原子数4〜20のα−オレフィン由来の構成単位を含む場合は、プロピレン由来の構成単位の含量の上限値は、好ましくは99.5モル%、より好ましくは99モル%である(ただし両モノマーの合計を100モル%とする)。
まず、オレフィン重合体の物性・性状を測定する方法について述べる。
示差走査型熱量計(DSC)としてパーキンエルマー社製DSC Pyris1またはエスアイアイ・ナノテクノロジー社製DSC7020を用い、以下のようにして測定した。
窒素雰囲気下(20mL/min)、試料(約5mg)を230℃まで昇温して230℃で3分間保持し、10℃/分で30℃まで冷却して30℃で1分間保持した後に10℃/分で230℃まで昇温した際の昇温過程における結晶溶融ピークのピーク頂点から融点(Tm)を算出した。なお、複数の結晶溶融ピークが観測された場合は、高温側ピークをオレフィン重合体の融点(Tm)とした。(勿論、得られる重合体の融点によって、上記の測定での昇温範囲は適宜変更できる。)
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)として東ソー社製ゲル浸透クロマトグラフHLC−8321を用い、分離カラムはTSKgel GMH6-HT:2本およびTSKgel GMH6-HTL:2本、カラムサイズはいずれも直径7.5mm、長さ300mm、カラム温度は140℃、移動相にはo−ジクロロベンゼン(0.025重量%BHT含有)を用い、移動相は1.0mL/分で移動させ、試料濃度は30mg/20mLまたは15mg/10mL、試料注入量は400マイクロリットル、検出器として示差屈折計を用いた。標準ポリスチレンは、東ソー社製の単分散ポリスチレンを用いた。重量平均分子量(Mw)は、汎用校正の手順に従い、ポリスチレン分子量換算として計算した。
合成例で得られたメタロセン化合物の構造は、270MHz 1H−NMR(日本電子社製 GSH−270)およびFD−MS(日本電子社製 SX−102A)を用いて、常法により決定した。
本実施例で用いる触媒は、以下の特許公報に記載された方法でも合成できる。具体的には、特開2000−212194号公報、特開2004−168744号公報、特開2004−189666号公報、特開2004−161957号公報、特開2007−302854号公報、特開2007−302853号公報、国際公開第01/027124号パンフレット等である。
下記式(A)で表されるメタロセン化合物(A)を下記の方法で合成した。
窒素雰囲気下、100 mlシュレンクフラスコに2,6−ジメチルフルオレン 567 mg (2.92 mmol)および脱水シクロペンチルメチルエーテル 30 mlを添加した。ドライアイスメタノール浴で冷却しながらn−ブチルリチウム/ヘキサン溶液 (1.57 M) 2.00 ml (3.14 mmol)を徐々に添加し、室温で18時間攪拌した。この溶液をジ−p−トリルジクロロシラン903 mgおよび脱水シクロペンチルメチルエーテル 30 ml を添加しドライアイスメタノール浴で冷却した別の100 mlシュレンクフラスコにキャニュラを用いて添加した。シクロペンチルメチルエーテル 10 mlでフラスコを洗浄した液も添加した。その後、徐々に室温に上げ22時間攪拌した。溶媒を減圧留去した後、ペンタンで洗浄した。得られた固体を減圧下で乾燥し白色固体1110 mgを得た。
目的物の同定は、FD−MSスペクトルで行った。以下にその測定結果を示す。
FD-MS: m/z = 468.2 (M+)
窒素雰囲気下、100 mlシュレンクフラスコに配位子(A)469 mg(1.00 mmol)、ジエチルエーテル40 mlを添加した。ドライアイスメタノール浴で冷却しながらn−ブチルリチウム/ヘキサン溶液 (1.57 M)1.31 ml (2.06 mmol)を徐々に添加し後、徐々に室温に戻しながら19時間撹拌した。ジエチルエーテル15 mlを添加した後、ドライアイスメタノール浴で冷却し四塩化ジルコニウム233 mg (1.00 mmol)を添加し、室温まで徐々に昇温しながら26時間攪拌した。減圧下で溶媒を留去し、セライトを用いてジクロロメタンで抽出した。減圧下で溶媒を留去して、ヘキサンで洗浄した。得られた固体を減圧下で乾燥して目的物であるメタロセン化合物(A)を得た。(収量402 mg、収率64%)
目的物の同定は、1H NMRスペクトルおよびFD−MSスペクトルで行った。以下にその測定結果を示す。
1H NMR (270 MHz, CDCl3)
2.12(s, 3H), 2.43(s, 6H), 2.57(s, 3H), 5.88-5.93(m, 2H), 6.56 (s, 1H), 6.66-6.76(m, 3H), 6.90 (dd, 1H, J = 8.6 Hz, J = 1.3 Hz), 7.33-7.43 (m, 5H), 7.89-8.01 (m, 6H)
FD-MS: m/z = 626.1 (M+)
下記式(B)で表されるメタロセン化合物(B)を下記の方法で合成した。
窒素雰囲気下、100 mlシュレンクフラスコに2,6−ジメチルフルオレン 595 mg (3.00 mmol)および脱水tブチルメチルエーテル 30 mlを添加した。氷浴で冷却しながらn−ブチルリチウム/ヘキサン溶液(1.55 M) 2.09 ml (3.24 mmol)を徐々に添加し、4時間加熱還流した。氷浴で冷却しながら6,6−ビス(4−メチルフェニル)フルベン853 mgを添加し、徐々に室温に上げ23時間攪拌した。飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて反応を停止し、ジエチルエーテルで抽出した。有機相を水、飽和食塩水で洗浄した。硫酸マグネシウムで乾燥後、濃縮乾固した。得られた固体をメタノールで洗浄し減圧乾燥して白色固体として配位子(B)を1076 mg得た。(収率79%)
目的物の同定は、FD−MSスペクトルで行った。以下にその測定結果を示す。
FD-MS: m/z = 452.2 (M+)
窒素雰囲気下、100 mlシュレンクフラスコに配位子(B)477 mg (1.05 mmol)、ジエチルエーテル60 mlを添加した。氷浴で冷却しながらn−ブチルリチウム/ヘキサン溶液 (1.57 M)1.40 ml (2.20 mmol)を徐々に添加し後、徐々に室温に戻しながら24時間撹拌した。ドライアイスメタノール浴で冷却し四塩化ジルコニウム245 mg (1.05 mmol)を添加し、室温まで徐々に昇温しながら24時間攪拌した。減圧下で溶媒を留去し、セライトを用いてジクロロメタンで抽出した。減圧下で溶媒を留去した後、ヘキサンで抽出した。減圧下で溶媒を留去した後少量のジクロロメタンで溶解し、ヘキサンに滴下した。固体をろ過により除去し、ろ液を得た。ろ液から析出した固体をデカンテーションにより回収し、ヘキサンで洗浄した後、減圧下で乾燥して目的物であるメタロセン化合物(B)を得た。(収量92 mg、収率14%)
目的物の同定は、1H NMRスペクトルおよびFD−MSスペクトルで行った。以下にその測定結果を示す。
1H NMR (270 MHz, CDCl3)
2.12(s, 3H), 2.34(s, 6H), 2.57(s, 3H), 5.74(t, 2H, J = 2.6 Hz), 6.12 (s, 1H), 6.32-6.37(m, 3H), 6.85-6.89 (m, 1H), 7.11-7.23 (m, 4H), 7.35-7.38 (m, 1H), 7.68-7.78 (m, 4H), 7.95 (s, 1H), 8.04 (d, 1H, J = 8.2 Hz),
FD-MS: m/z = 610.1 (M+)
窒素雰囲気下、シュレンク管にメタロセン化合物(A)5.25μmolを入れ、トルエン9.9mLに溶解させた後、修飾メチルアルミノキサン(商品名:TMAO341、東ソー・ファインケム株式会社製)の懸濁液0.54mL(n−ヘキサン溶媒、アルミニウム原子換算で2.93M、1.58mmol)を加え、室温で30分間攪拌を行い、メタロセン化合物(A)の濃度が0.50mmol/Lの触媒溶液を調製した。
重合温度を70℃とした以外は実施例1と同様の操作を行い、0.206gのプロピレン重合体を得た。
メタロセン化合物として公知の下記式(C)で表されるメタロセン化合物(C)を用い、重合時間を20分間とした以外は実施例1と同様の操作を行い、0.263gのプロピレン重合体を得た。
メタロセン化合物としてメタロセン化合物(C)を用い、重合時間を20分間とした以外は実施例2と同様の操作を行い、0.240gのプロピレン重合体を得た。
表4に、実施例1,2および比較例1,2の重合条件および重合活性、ならびにプロピレン重合体の融点(Tm)および重量平均分子量(Mw)を示す。
メタロセン化合物としてメタロセン化合物(B)を用い、重合時間を9分間にした以外は実施例1と同様の操作を行い、0.705gのプロピレン重合体を得た。
メタロセン化合物としてメタロセン化合物(B)を用い、重合時間を9分間にした以外は実施例2と同様の操作を行い、0.632gのプロピレン重合体を得た。
メタロセン化合物として公知の下記式(D)で表されるメタロセン化合物(D)を用い、触媒溶液使用量を0.1mL(メタロセン化合物(D)0.050μmol)とし、重合時間を10分間とした以外は実施例1と同様の操作を行い、0.244gのプロピレン重合体を得た。
メタロセン化合物として公知の下記式(E)で表されるメタロセン化合物(E)を用い、触媒溶液使用量を0.1mL(メタロセン化合物(E)0.050μmol)とした以外は実施例1と同様の操作を行い、0.310gのプロピレン重合体を得た。
メタロセン化合物としてメタロセン化合物(E)を用い、触媒溶液使用量を0.1mL(メタロセン化合物(E)0.050μmol)とした以外は実施例2と同様の操作を行い、0.260gのプロピレン重合体を得た。
表5に、実施例3,4および比較例3〜5の重合条件および重合活性、ならびにプロピレン重合体の融点(Tm)および重量平均分子量(Mw)を示す。
窒素雰囲気下、シュレンク管にメタロセン化合物(A)5.25μmolを入れ、トルエン9.9mLに溶解させた後、修飾メチルアルミノキサン(商品名:TMAO341、東ソー・ファインケム株式会社製)の懸濁液0.54mL(n−ヘキサン溶媒、アルミニウム原子換算で2.93M、1.58mmol)を加え、室温で30分間攪拌を行い、メタロセン化合物(A)の濃度が0.50mmol/Lの触媒溶液を調製した。
メタロセン化合物としてメタロセン化合物(C)を用いた以外は実施例5と同様の操作を行い、0.062gのエチレン重合体を得た。
表6に、実施例5および比較例6の重合条件および重合活性、ならびにエチレン重合体の融点(Tm)および重量平均分子量(Mw)を示す。
メタロセン化合物としてメタロセン化合物(B)を用いた以外は実施例5と同様の操作を行い、0.183gのエチレン重合体を得た。
メタロセン化合物として公知のメタロセン化合物(D)を用い、触媒溶液使用量を0.20mL(メタロセン化合物(D)0.10μmol)とし、重合時間を15分間とした以外は実施例6と同様の操作を行い、0.105gのエチレン重合体を得た。
メタロセン化合物として公知のメタロセン化合物(E)を用い、触媒溶液使用量を0.15mL(メタロセン化合物(E)0.075μmol)とし、重合時間を30分間とした以外は実施例6と同様の操作を行い、0.211gのエチレン重合体を得た。
表7に、実施例6および比較例7,8の重合条件および重合活性、ならびにエチレン重合体の融点(Tm)および重量平均分子量(Mw)を示す。
Claims (6)
- 下記一般式[I]で表されるメタロセン化合物(A)を含むオレフィン重合用触媒の存在下に、炭素原子数2以上20以下のα−オレフィンを重合することを特徴とするオレフィン重合体の製造方法。
R3およびR3’ は炭化水素基、ケイ素含有基またはハロゲン含有炭化水素基であり、それぞれ同一でも異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよく、
R4、R4’、R5、およびR5’は水素原子、炭化水素基、ケイ素含有基、ハロゲン原子またはハロゲン含有炭化水素基であり、
R4とR4’とは相互に異なり、
R5とR5’とは相互に異なり、
R4とR5とが相互に異なるか、R4’とR5’とが相互に異なるか、または、R4とR5とが相互に異なり、かつR4’とR5’とが相互に異なる。
Lは炭素あるいはケイ素、Mは、周期表の第4族または第5族金属であり、Qはハロゲン原子、炭化水素基、炭素原子数10以下の中性の共役もしくは非共役ジエン、アニオン配位子または孤立電子対で配位可能な中性配位子であり、Qが複数ある場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、jは1〜4の整数である。] - 一般式[I]において、R4およびR5’、またはR4’およびR5が炭化水素基、ケイ素含有基、ハロゲン原子またはハロゲン含有炭化水素基であり、R4とR5’とは相互に同じでも異なっていてもよく、R4’とR5とは相互に同じでも異なっていてもよい請求項1に記載のオレフィン重合体の製造方法。
- 一般式[I]において、R4およびR5’、またはR4’およびR5が炭化水素基であり、R4とR5’とは相互に同じでも異なっていてもよく、R4’とR5とは相互に同じでも異なっていてもよい請求項1に記載のオレフィン重合体の製造方法。
- 一般式[I]において、R4およびR5’が炭化水素基である場合、R4’およびR5が水素原子であり、R4’およびR5が炭化水素基である場合、R4およびR5’が水素原子である請求項3に記載のオレフィン重合体の製造方法。
- 前記オレフィン重合用触媒が、
(B)(b−1)有機アルミニウムオキシ化合物、
(b−2)メタロセン化合物(A)と反応してイオン対を形成する化合物、および
(b−3)有機アルミニウム化合物
から選択される少なくとも1種の化合物
をさらに含む請求項1〜4のいずれかに記載のオレフィン重合体の製造方法。 - 40℃以上200℃以下の温度で炭素原子数2以上20以下のα−オレフィンを重合する請求項1〜5のいずれかに記載のオレフィン重合体の製造方法。
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