JP2021517201A - プロピレンポリマーの調製方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、好ましくは気相重合工程多段階重合プロセスにおける、ホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒を含む共触媒系と組み合わせて特定のクラスのメタロセン錯体を使用する、プロピレンホモポリマー、プロピレン−エチレンランダムコポリマー又は異相プロピレンコポリマー等のプロピレンポリマーの製造方法に関する。【選択図】なし

Description

本発明は、好ましくは気相重合工程を含む多段階重合プロセスにおける、ホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒を含む共触媒系と組み合わせて特定のクラスのメタロセン錯体を使用するプロピレンホモポリマー、プロピレン−エチレンランダムコポリマー又は異相プロピレンコポリマー等のプロピレンポリマーの製造方法に関する。
本発明はさらに、好ましくは気相重合工程を含む多段階プロセスにおける、プロピレンホモポリマー、プロピレン−エチレンランダムコポリマー又は異相プロピレンコポリマー等のプロピレンポリマーを製造するための、ホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒を含む共触媒系と組み合わせて特定のクラスのメタロセン錯体を含む触媒の使用に関する。
メタロセン触媒は、長年、ポリオレフィンを製造するために使用されてきた。数多くの学術的刊行物及び特許刊行物が、オレフィン重合におけるこれらの触媒の使用を記載する。メタロセンは、現在、工業的に使用されており、特にポリエチレン類及びポリプロピレン類は、様々な置換パターンを有するシクロペンタジエニルベースの触媒系を使用して生産されることが多い。
メタロセン触媒は、いくつかの所望のポリマー特性を成し遂げるために、プロピレン重合において使用される。
しかしながら、とりわけ多段階重合構成において工業規模でメタロセン触媒を使用することにはいくつかの課題がある。
このように、上記プロセス及び上記プロセスにおける触媒挙動を改善する余地がある。
アイソタクチックポリプロピレン(iPP)ホモポリマーの機械的特性は、その熱特性に大きく依存し、これらの特性は、今度は、ポリマー鎖に沿ってランダムに分布する立体欠陥及び位置欠陥の量によって大きく決定される。高ペンタッドイソタクチシチーの場合でさえも、メタロセンi−PPポリマーにおいて低い位置規則性に起因して低融解温度(T)が見いだされうる。
興味深いことに、i−PPポリマーの融解挙動は、ホウ素活性化剤を適用することにより変えることができるということが認められている(欧州特許出願公開第2 722 344号明細書)。共活性化剤(活性化補助剤)としてのボレートを触媒配合物に添加することで、位置欠陥の頻度を低下させることによりhPPのTmが数℃上昇することが見出された。さらには、ボレート活性化剤の使用は、プロピレン単独重合、C3/C2ランダム共重合及び気相工程における触媒活性を改善することが知られている(欧州特許出願公開第2 722 345号明細書、欧州特許出願公開第2 722 346号明細書、欧州特許出願公開第2 829 556号明細書及び欧州特許出願公開第2 829 558号明細書)。
上記のとおり、高性能触媒は、ボレート共活性化剤と共にメタロセン触媒を使用して配合することができる。しかしながら、アルミノキサン共活性化と比べて、ボレート共活性化剤と共に配合された触媒は、とりわけC3/C2共重合において低下した分子量能力を示し、それゆえ異相コポリマーのための触媒の性能を限定する。それゆえ、高Tm、高活性及び高分子量能力を提供し、かつ異相PPの製造に適用することができる高性能触媒を配合することは、課題であり続けている。
欧州特許出願公開第2 722 344号明細書 欧州特許出願公開第2 722 345号明細書 欧州特許出願公開第2 722 346号明細書 欧州特許出願公開第2 829 556号明細書 欧州特許出願公開第2 829 558号明細書
かくして、プロピレン−エチレンコポリマーの製造において改善された性能を有する、例えば高Mwプロピレンランダムコポリマー生成物についての高活性を有するメタロセン触媒系を見出すことが望まれている。
望まれる触媒は、高分子量プロピレンホモポリマー及びプロピレンランダムコポリマー、とりわけプロピレン−エチレンランダムコポリマーの製造において改善された性能も有するべきであり、この際に、このプロピレンホモポリマー及びプロピレンランダムコポリマーは、先行技術のメタロセン触媒系を用いて製造されたホモポリマー及びプロピレンランダムコポリマーと比べて、より高い融点を有するはずである。
メタロセン触媒の分野で多くの研究がなされてきたが、未だいくつかの課題があり、その課題は、主に、特に多段階重合プロセスにおける触媒の生産性又は活性に関連する。というのも、とりわけ低メルトインデックス(MI)(すなわち、高分子量、Mw)のポリマーが製造される場合に、生産性又は活性は、比較的低いことが判明しているからである。
本発明者らは、当該技術分野で公知の系と比べて、より高い融点を有する高分子量プロピレンホモポリマー及びプロピレンランダムコポリマーの製造において改善された重合挙動、より高い触媒生産性、改善された性能を有し、エチレンへの連鎖移動が少なく、高Mwのプロピレン−エチレンコポリマーの製造を可能にし、こうして、高分子量プロピレンホモポリマー、プロピレンランダムコポリマー、とりわけプロピレン−エチレンランダムコポリマー、及び好適には異相プロピレンコポリマーの製造にとって理想的である、ホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒を含む共触媒系と組み合わせた特定のクラスのメタロセン触媒から構成される触媒系を特定した。この特定の触媒系は、先行技術の触媒系よりも高いプロピレンポリマーの設計の柔軟性/自由度を与える。
本発明は、任意にエチレンコモノマーを伴うプロピレンモノマーの重合方法であって、
(i)式(I)の錯体であって、
Figure 2021517201
式中、
Mは、ジルコニウム又はハフニウムであり、
各Xは、独立にσドナー配位子であり、
Lは、−R’C−、−R’C−CR’−、−R’Si−、−R’Si−SiR’−、−R’Ge−から選択される二価のブリッジであり、各R’は、独立に、水素原子若しくは1以上の周期表の14族〜16族のヘテロ原子若しくはフッ素原子を含有していてもよいC−C20−ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つのR’基は一緒になって環を形成することができ、
及びR1’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−CH(Rであり、各Rは、独立に、H又はC−C10ヒドロカルビル基であり、任意にこの2つのRは一緒になって環を形成することができ、
及びR2’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−C(Rであり、各Rは、独立に、H若しくはC1−10ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つ又は3つのR基は一緒になって環を形成することができ、
ただし、少なくともR又はRのうちの1つ及びR1’又はR2’のうちの1つは水素とは異なり、
のうちの1つと共にR、並びにR1’のうちの1つと共にR2’は、上記フェニル環に縮合したさらなる単環式環又は多環式環の一部であることができ、
及びR3’は、それぞれ独立に、直鎖状のC−Cヒドロカルビル基又は分枝状又は環状のC−C10ヒドロカルビル基であるが、ただし、これらの基は、α−位において分枝状ではなく、
及びR4’は、それぞれ独立に、第三級C−C10ヒドロカルビル基であり、
及びR5’は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分枝状のC−C10アルキル基又はC−C10−アリール基である
錯体、並びに
(ii)ホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒を含む共触媒系
を含むシングルサイト触媒の存在下で行う重合方法を提供する。
本発明に係る触媒は、少なくとも1つの気相重合工程を含む直列に接続された少なくとも2つの反応器を備える多段階プロセスにおいてとりわけ好適である。
本発明の触媒は、非担持型で、又は固体形態で使用することができる。本発明の触媒は、均一系触媒又は不均一系触媒として使用されてもよい。
固体形態、好ましくは固体微粒子形態の本発明の触媒は、シリカ又はアルミナのような外部担体材料の上に担持されてもよいし、又は特に好ましい実施形態では、外部担体を含まないが、しかしながらいまだ固体形態にある。例えば、この固体触媒は、
(x)分散した液滴を形成するように溶媒に分散された触媒成分(i)及び(ii)の溶液を含む液体/液体エマルション系が形成されること、及び
(xx)上記分散した液滴を凝固(固化)することにより固体粒子が形成されること
のプロセスによって得ることができる。
別の態様では、本発明は、プロピレンのホモポリマー又はプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーを含む上で又は以降に定義されるとおりの本発明に係る方法から得ることができるプロピレンのポリマーに関する。
最後に、本発明は、上で又は以降に定義されるとおりの本発明に係る方法から得ることができるプロピレンのポリマーの製造のための、
(i)式(I)の錯体であって、
Figure 2021517201
式中、
Mは、ジルコニウム又はハフニウムであり、
各Xは、独立にσドナー配位子であり、
Lは、−R’C−、−R’C−CR’−、−R’Si−、−R’Si−SiR’−、−R’Ge−から選択される二価のブリッジであり、各R’は、独立に、水素原子若しくは1以上の周期表の14族〜16族のヘテロ原子若しくはフッ素原子を含有していてもよいC−C20−ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つのR’基は一緒になって環を形成することができ、
及びR1’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−CH(Rであり、各Rは、独立に、H又はC1−10ヒドロカルビル基であり、任意にこの2つのRは一緒になって環を形成することができ、
及びR2’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−C(Rであり、各Rは、独立に、H若しくはC1−10ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つ又は3つのR基は一緒になって環を形成することができ、
ただし、少なくともR又はRのうちの1つ及びR1’又はR2’のうちの1つは水素とは異なり、
のうちの1つと共にR、並びにR1’のうちの1つと共にR2’は、上記フェニル環に縮合したさらなる単環式環又は多環式環の一部であることができ、
及びR3’は、それぞれ独立に、直鎖状のC−Cヒドロカルビル基又は分枝状又は環状のC−C10ヒドロカルビル基であるが、ただし、これらの基は、α−位において分枝状ではなく、
及びR4’は、それぞれ独立に、第三級C−C10ヒドロカルビル基であり、
及びR5’は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分枝状のC−C10アルキル基又はC−C10−アリール基である
錯体と、
(ii)ホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒を含む共触媒系と
を含むシングルサイト触媒の使用にも関する。
本発明の錯体、従って触媒は、これまでに定義された式(I)に基づき、この式(I)は、とりわけ、2−、4−、5−及び6−位に非H置換基を有するインデニル環構造の使用を組み合わせる。
本発明の錯体は非対称又は対称であることができる。非対称は、単に、メタロセンを形成する2つのインデニル配位子が異なる、つまり、各インデニル配位子が、化学的に異なるか又は他方のインデニル配位子に対して異なる位置に位置する一組の置換基を保有するということを意味する。対称的な錯体は、2つの同一のインデニル配位子に基づく。
好ましくは、本発明に従って使用される錯体は対称的である。
本発明の錯体は、キラル、ラセミの橋架けビスインデニルメタロセンである。本発明のメタロセンはC対称又はC対称のいずれかである。これらの錯体がC対称である場合、それらは依然として擬C対称性を保持する。というのも、それらは、配位子周囲ではC対称ではないが、金属中心のごく近傍ではC対称性を維持するからである。その化学の性質により、メソ(meso)体及びラセミの鏡像異性体対(C対称の錯体の場合)又はアンチ(anti)及びシン(syn)鏡像異性体対(C対称性錯体の場合)の両方が、錯体の合成の際に形成される。本発明の目的のためには、下図に示されるように、ラセミ又はラセミ−アンチは、2つのインデニル配位子が、シクロペンタジエニル−金属−シクロペンタジエニルの面に対して反対方向に配向していることを意味し、一方、メソ又はラセミ−シンは、2つのインデニル配位子が、シクロペンタジエニル−金属−シクロペンタジエニルの面に対して同じ方向に配向していることを意味する。
Figure 2021517201
式(I)は、すべてのこれらの配座を包含することが意図されている。
本発明のメタロセンがラセミ又はラセミ−アンチ異性体として用いられることが好ましい。それゆえ、理想的にはメタロセンの少なくとも95.0mol%、例えば少なくとも98.0mol%、とりわけ少なくとも99.0mol%がラセミ又はラセミ−アンチ異性体である。
本発明の触媒においては、以下のことが好ましい。
Mは、ジルコニウム又はハフニウム、好ましくはジルコニウムである。
下記の定義では、用語「ヒドロカルビル基」は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基,アリール基,アルキルアリール基若しくはアリールアルキル基、又は当然、アルキルで置換されたシクロアルキル等のこれらの基の混合形態を含む。
各Xは、独立にσドナー配位子である。
このように、各Xは、独立に、同じであってもよいし異なっていてもよく、好ましくは水素原子、ハロゲン原子、直鎖状若しくは分枝状の、環状又は非環状のC−C20−アルキル又は−アルコキシ基、C−C20−アリール基、C−C20−アルキルアリール基又はC−C20−アリールアルキル基であり、任意に1以上の周期表の14族〜16族のヘテロ原子を含有する。
用語「ハロゲン」は、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基及びヨード基、好ましくはクロロ基を含む。
用語「周期表の14族〜16族に属するヘテロ原子」は、例えばSi、N、O又はSを含む。
より好ましくは、各Xは、独立に、水素原子、ハロゲン原子、直鎖状若しくは分枝状のC−C−アルキル又はC−C−アルコキシ基、フェニル又はベンジル基である。
さらにより好ましくは、各Xは、独立に、ハロゲン原子、直鎖状若しくは分枝状のC−C−アルキル又はC−C−アルコキシ基、フェニル又はベンジル基である。
最も好ましくは、各Xは、独立に、塩素、ベンジル又はメチル基である。
好ましくは、両方のX基は同じである。
両方のX基についての最も好ましい選択肢は、2つのクロリド基、2つのメチル基又は2つのベンジル基である。
Lは、−R’C−、−R’C−CR’−、−R’Si−、−R’Si−SiR’−、−R’Ge−から選択される二価のブリッジであり、各R’は、独立に、水素原子若しくは1以上の周期表の14族〜16族のヘテロ原子若しくはフッ素原子を含有していてもよいC−C20−ヒドロカルビル基であり、任意に2つのR’基は一緒になって環を形成することができる。
用語「周期表の14族〜16族に属するヘテロ原子」は、例えばSi、N、O又はSを含む。
好ましくは、Lは、ジメチルシリル、メチルシクロヘキシルシリル(すなわちMe−Si−シクロヘキシル)、エチレン又はメチレンである。
及びR1’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−CH(Rであり、各Rは、独立に、H又はC−C10ヒドロカルビル基であり、任意にこの2つのRは一緒になって環を形成することができ、
及びR2’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−C(Rであり、各Rは、独立に、H又はC−C10ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つ又は3つのR基は一緒になって環を形成することができる。
少なくともR又はRのうちの1つ及びR1’又はR2’のうちの1つは水素とは異なる。これは、両方のインデニル配位子の4位にあるフェニル基が、水素とは異なる少なくとも1つの置換基で置換されていることを意味する。
両方のインデニル配位子の4位にあるフェニル基は、それゆえ、水素とは異なる1つ、2つ又は3つの置換基で置換されることができる。
別の実施形態では、Rのうちの1つと共にR、並びにR1’のうちの1つと共にR2’は、上記フェニル環に縮合したさらなる単環式環又は多環式環の一部であることができる。この新しい環は、好ましくは5員環若しくは6員環であるか、又はこれらの基は、好ましくは1つのさらなる5員環及び6員環等の2つの新しい環を形成する。
上記新しい環(1つ又は複数個)は、脂肪族又は芳香族であることができる。
このようにして、2−ナフチル、5−又は6−(インダニル)、5−又は6−(1,1−ジアルキル−1H−インデニル)、6−(1,2,3,4−テトラヒドロナフチル)、6−(1,1,4,4−テトラメチル−1,2,3,4−テトラヒドロナフチル)、5−又は6−(N−アルキル−インドリル)、5−又は6−(N−アルキルインドリニル)、2−又は3−(N−アルキルカルバゾリル)、5−又は6−ベンゾチオフェニル等の基が形成されることができる。
好ましくは、R及びR1’は同じであり、水素又は基−CH(Rのいずれかであり、各Rは、独立に、H又はC1−3ヒドロカルビル基のいずれかである。
より好ましくは、R及びR1’は水素又は基−CH(Rのいずれかであり、各RはHである、すなわちこの基−CH(Rはメチルである。
好ましくは、R及びR2’も同じであり、水素又は基−C(Rのいずれかであり、各RはH又はC−Cヒドロカルビル基のいずれかである。
より好ましくは、R及びR2’は水素又は基−C(Rのいずれかであり、各RはC−アルキル基であり、すなわちこの基−C(Rはtert−ブチル基である。
式(I)の錯体において、R及びR1’又はR及びR2’は水素であることがとりわけ好ましい。
この場合、両方のインデニル配位子の4位にあるフェニル基は、フェニル基の4’位において、又はフェニル基の3’位及び5’位においてともに置換されている。
2つの4−フェニル基が異なる(例えば、1つのインデン上に3,5−ジメチルフェニルがあり、他方のインデン上に3,5−ジ−エチルフェニルがある)か又は同じであることは本発明の範囲内にある。あるいは、各4−フェニル基上の2つの3,5−置換基は、異なっても(例えば、3−メチル−5−プロピル)又は同じであってもよい。
各フェニル基上の2つの3,5−置換基が同じである場合が好ましい。2つの4−位のフェニル基は同じである場合が好ましい。より好ましくは、それらの4−フェニル基は、両方の配位子上で同じであり、両方の3,5−置換基は同じである。
インデニル配位子の4位にあるフェニル基がともに3,5−ジメチル−フェニル(3,5−MePh)基であるか、又はともに4−tert−ブチル−フェニル(4−tBu−Ph)基であることがさらにより好ましい。
及びR3’は、それぞれ独立に、直鎖状のC−Cヒドロカルビル基又は分枝状又は環状のC−C10ヒドロカルビル基であるが、ただし、これらの基は、α−位において分枝状ではない。
直鎖状のC−Cヒドロカルビルについての好適な例は、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、n−プロピル及びn−ヘキシル等のアルキル基である。
α−位において分枝状ではない分枝状又は環状のC−C10ヒドロカルビル基についての好適な例は、ベンジル、iso−ブチル、イソペンチル、イソヘキシル、2−(シクロヘキシルメチル)等である。
好ましくは、R及びR3’は、直鎖状のC−Cアルキル基、より好ましくはC−Cアルキル基、さらにより好ましくはメチル基である。
及びR3’は、同じであってもよいし異なっていてもよく、好ましくは、それらは同じである。
及びR4’は、それぞれ独立に、第三級C−C10ヒドロカルビル基である。
第三級C−C10ヒドロカルビル基についての好適な例は、tert−ブチル、1−アダマンチル、1,1−ジメチルベンジル等である。
好ましくは、R及びR4’は、第三級C−Cアルキル基、より好ましくはtert−ブチルである。
及びR4’は、同じであってもよいし異なっていてもよく、好ましくはそれらは同じである。
及びR5’は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分枝状のC−C10アルキル基又はC−C10−アリール基である。
好ましくは、R及びR5’は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分枝状のC−Cアルキル基又はフェニル基、より好ましくは直鎖状のC−Cアルキル基である。
さらにより好ましくは、R及びR5’は同じであり、最も好ましくは、R及びR5’はともにメチルである。
本発明の具体的な化合物としては、
rac−MeSi(2−Me−4−(3,5−MePh)−5−OMe−6−tBu−Ind)ZrCl、及び
rac−MeSi(2−Me−4−(4−tBu−Ph)−5−OMe−6−tBu−Ind)ZrCl
が挙げられる。
誤解を避けるために、上で提示された置換基のいずれのより狭義の定義も、いずれの他の置換基のいずれの他のより広義の又は狭義の定義と組み合わせることができる。
上記の開示全体にわたって、置換基のより狭義の定義が提示されている場合、そのより狭義の定義は、本願においては、他の置換基のすべてのより広義の定義及びより狭義の定義と併せて開示されたとみなされる。
合成
本発明の錯体、従って触媒を形成するために必要とされる配位子は、いずれのプロセスによっても合成することができ、有機化学の当業者なら、必要な配位子材料の製造のための種々の合成手順を考案することができよう。例えば、国際公開第2007/116034号パンフレットは、必要な化学を開示する。合成手順は、一般に、国際公開第2002/02576号パンフレット、国際公開第2011/135004号パンフレット、国際公開第2012/084961号パンフレット、国際公開第2012/001052号パンフレット、国際公開第2011/076780号パンフレット及び国際公開第2015/158790号パンフレットにも見出すことができる。実施例の節も当業者に十分な方向付けを与える。
共触媒
活性な触媒種を形成するために、当該技術分野で周知のように、通常は、共触媒を用いることが必要である。
本発明によれば、ホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒を含む共触媒系が、上記の錯体と組み合わせて使用される。
アルミノキサン共触媒は、式(X)のものであることができ、
Figure 2021517201
式中、nは、通常、6〜20であり、Rは、下記の意味を有する。
アルミノキサンは、有機アルミニウム化合物、例えば式AlR、AlRY及びAlの有機アルミニウム化合物の部分加水分解で形成され、上記式中、Rは、例えば、C−C10アルキル、好ましくはC−Cアルキル、又はC−C10−シクロアルキル、C−C12−アリールアルキル若しくはアルキルアリール及び/又はフェニル若しくはナフチルであることができ、Yは、水素、ハロゲン、好ましくは塩素又は臭素、又はC−C10アルコキシ、好ましくはメトキシ又はエトキシであることができる。得られた酸素含有アルミノキサンは、一般には、純粋な化合物ではなく、式(X)のオリゴマーの混合物である。
好ましいアルミノキサンはメチルアルミノキサン(MAO)である。本発明に従って共触媒として使用されるアルミノキサンは、その調製の態様に起因して、純粋な化合物ではないため、以降のアルミノキサン溶液のモル濃度は、そのアルミニウム含有量に基づいている。
本発明によれば、上記アルミノキサン共触媒は、ホウ素含有共触媒と組み合わせて使用される。
注目するホウ素ベースの共触媒としては、式(Z)のものが挙げられ、
BY (Z)
式中、Yは、独立に、同じであり、又は異なることができ、水素原子、炭素原子数1〜約20のアルキル基、炭素原子数6〜約15のアリール基、アルキルラジカルが炭素原子数1〜10でありアリールラジカルが炭素原子数6〜20であるアルキルアリール、アルキルラジカルが炭素原子数1〜10でありアリールラジカルが炭素原子数6〜20であるアリールアルキル、炭素原子数1〜10のハロアルキル又は炭素原子数6〜20のハロアリール、又はフッ素、塩素、臭素若しくはヨウ素である。Yの好ましい例は、メチル、プロピル、イソプロピル、イソブチル又はトリフルオロメチル、フェニル基、トリル基、ベンジル基、p−フルオロフェニル、3,5−ジフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、3,4,5−トリフルオロフェニル及び3,5−ジ(トリフルオロメチル)フェニルのようなアリール又はハロアリール等の不飽和基である。好ましい選択肢は、トリフルオロボラン、トリフェニルボラン、トリス(4−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−フルオロメチルフェニル)ボラン、トリス(2,4,6−トリフルオロフェニル)ボラン、トリス(ペンタ−フルオロフェニル)ボラン、トリス(トリル)ボラン、トリス(3,5−ジメチル−フェニル)ボラン、トリス(3,5−ジフルオロフェニル)ボラン及び/又はトリス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボランである。
トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランが特に好ましい。
しかしながら、ボレート、すなわちボレートアニオンを含有する化合物が使用されることが好ましい。そのようなイオン性共触媒は、好ましくは、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート及びテトラフェニルボレート等の非配位性アニオンを含有する。好適な対イオンは、メチルアンモニウム、アニリニウム、ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、N−メチルアニリニウム、ジフェニルアンモニウム、N,N−ジメチルアニリニウム、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリ−n−ブチルアンモニウム、メチルジフェニルアンモニウム、ピリジニウム、p−ブロモ−N,N−ジメチルアニリニウム又はp−ニトロ−N,N−ジメチルアニリニウム等のプロトン化されたアミン又はアニリン誘導体である。
本発明に従って使用することができる好ましいイオン性化合物としては、
トリエチルアンモニウムテトラ(フェニル)ボレート、
トリブチルアンモニウムテトラ(フェニル)ボレート、
トリメチルアンモニウムテトラ(トリル)ボレート、
トリブチルアンモニウムテトラ(トリル)ボレート、
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)ボレート、
トリプロピルアンモニウムテトラ(ジメチルフェニル)ボレート、
トリブチルアンモニウムテトラ(トリフルオロメチルフェニル)ボレート、
トリブチルアンモニウムテトラ(4−フルオロフェニル)ボレート、
N,N−ジメチル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、
N,N−ジメチルベンジ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(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(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、
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、
トリフェニルホスホニウムテトラキス(フェニル)ボレート、
トリエチルホスホニウムテトラキス(フェニル)ボレート、
ジフェニルホスホニウムテトラキス(フェニル)ボレート、
トリ(メチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(フェニル)ボレート、
トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(フェニル)ボレート、
トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、又は
フェロセニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート
が挙げられる。
トリフェニルカルベニウムテトラキス(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)ボレート又は
N,N−ジメチルベンジルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートが好ましい。
共触媒の好適な量は、当業者にとっては周知であろう。
メタロセンの金属イオンに対するホウ素のモル比は、0.5:1〜10:1mol/mol、好ましくは0.8:1〜10:1、とりわけ1:1〜5:1mol/molの範囲にあってもよい。
メタロセンの金属イオンに対するアルミノキサン中のAlのモル比は、1:1〜2,000:1mol/mol、好ましくは10:1〜1,000:1、より好ましくは50:1〜500:1mol/molの範囲にあってもよい。
触媒製造
本発明の触媒は、担持型又は非担持型で使用することができる。使用される微粒子担持材料は、好ましくは、有機材料、又は無機材料、例えばシリカ、アルミナ若しくはジルコニア、又はシリカ−アルミナ等の混合酸化物、特にシリカ、アルミナ若しくはシリカ−アルミナである。シリカ担体の使用は好ましい。当業者は、メタロセン触媒を担持するために必要とされる手順を認識している。
とりわけ好ましくは、担体は多孔質材料であり、そのため、上記錯体は、例えば国際公開第94/14856号パンフレット(Mobil(モービル))、国際公開第95/12622号パンフレット(Borealis(ボレアリス))及び国際公開第2006/097497号パンフレットに記載されているプロセスと同様のプロセスを使用して、担体の細孔の中へとロード(注入)されてもよい。粒径は重要ではないが、好ましくは5〜200μm、より好ましくは20〜80μmの範囲にある。これらの担体の使用は、当該技術分野で常法である。
別の実施形態では、担体は一切使用されない。そのような触媒は、メタロセン(固体として、又は溶液として)を、予め芳香族溶媒に溶解させた共触媒、例えばメチルアルミノキサンと接触させることにより、溶液の中、例えばトルエンのような芳香族溶媒の中で調製することができるし、又は溶解した触媒成分を重合媒体に逐次的に添加することにより調製することができる。
1つの特に好ましい実施形態では、外部担体は使用されないが、触媒は、まだ固体微粒子形態で提示される。このように、不活性な有機又は無機の担体、例えば上記のとおりシリカ等の外部担持材料は用いられない。
外部担体を使用せずに本発明の触媒を固体形態で提供するために、液体/液体エマルション系が使用される場合が好ましい。このプロセスは、触媒成分(i)及び(ii)を溶媒に形成分散させること、並びにこの分散された液滴を凝固して、固体粒子を形成することを伴う。
特に、上記方法は、1以上の触媒成分の溶液を調製すること、上記溶液を溶媒の中に分散させて、上記1以上の触媒成分が分散相の液滴の中に存在するエマルションを形成することと、分散した液滴の中の触媒成分を、外部微粒子多孔質担体の不存在下で固定化し、上記触媒を含む固体粒子を形成することと、任意に、上記粒子を回収することとを伴う。
このプロセスにより、改善された形態(モルホロジー)、例えば所定の球形、表面特性及び粒径を有する活性触媒粒子を、無機酸化物、例えばシリカ等の加えられた外部多孔質担持材料を何ら用いずに製造することが可能になる。用語「1以上の触媒成分の溶液を調製する(こと)」によって、触媒形成化合物が、非混和性溶媒に分散される1つの溶液において合わされてもよいし、あるいは、触媒形成化合物の各部分についての少なくとも2つの別個の触媒溶液が調製され、それらが、次に連続して溶媒に分散されてもよいということが意図される。
上記触媒を形成するための好ましい方法では、上記触媒の各々又は一部のための少なくとも2つの別個の溶液が調製されてもよく、これらの溶液は、その後、非混和性溶媒へ連続的に分散される。
より好ましくは、遷移金属化合物を含む錯体及び共触媒の溶液は溶媒と合わされて、エマルションが形成され、このエマルションでは、不活性溶媒は連続液相を形成し、触媒成分を含む溶液は、分散した液滴の形態で分散相(不連続相)を形成する。この液滴は、次に、凝固(固化)されて固体触媒粒子が形成され、この固体粒子は、液体から分離され、任意に洗浄及び/又は乾燥される。連続相を形成する溶媒は、少なくとも分散工程の間に使用される条件(例えば温度)において、触媒溶液と非混和性であってもよい。
用語「触媒溶液と非混和性」は、溶媒(連続相)が完全非混和性であること、又は部分的に非混和性、すなわち分散相溶液と完全には混和しないことを意味する。
好ましくは、上記溶媒は、製造される対象の触媒系の化合物に関して不活性である。必要なプロセスの完全開示は、国際公開第03/051934号パンフレットに見出すことができる。
上記不活性溶媒は、少なくとも分散工程の間に使用される条件(例えば温度)において化学的に不活性である必要がある。好ましくは、上記連続相の溶媒は、それに溶解した重要な量の触媒形成化合物を含有しない。従って、上記触媒の固体粒子は、分散相に由来する上記化合物から液滴の中で形成される(すなわち、連続相に分散された溶液の中でエマルションに提供される)。
用語「固定化」及び「凝固」、「固化」は、同じ目的で、すなわち、シリカ等の外部の多孔質の微粒子担体の不存在下で自由流動性固体触媒粒子を形成するために本明細書で互換的に使用される。この凝固は、従って、液滴内で生じる。上記工程は、上記国際公開第03/051934号パンフレットに開示される種々の方法により行うことができる。好ましくは、凝固は、凝固を引き起こすためのエマルション系への外部刺激、例えば温度変化によって引き起こされる。こうして、上記工程では、触媒成分(1又は複数)は、形成された固体粒子内に「固定」されたまま残る。触媒成分のうちの1以上が凝固/固定化反応に関与することも可能である。
従って、所定の粒径範囲を有する固体の、組成的に均一な粒子を得ることができる。
さらには、本発明の触媒粒子の粒径は、溶液の中の液滴のサイズによって制御されることが可能で、均一な粒径分布を有する球形粒子を得ることができる。
このプロセスは、工業的にも有利である。というのも、このプロセスは、上記固体粒子の調製がワンポット手順として実施されることを可能にするからである。上記触媒を製造するために、連続又は半連続プロセスも可能である。
分散相
二相エマルション系を調製するための原理は、化学分野で公知である。従って、二相液系を形成するために、上記触媒成分(1又は複数)の溶液及び連続液相として使用される溶媒は、少なくとも分散工程の間は実質的に非混和性である必要がある。これは、例えば、上記2つの液体及び/又はそれに応じて分散工程/凝固工程の温度を選ぶことにより、公知の様式で成し遂げることができる。
触媒成分(1又は複数)の溶液を形成するために、溶媒が用いられてもよい。この溶媒は、それが上記触媒成分(1又は複数)を溶解するように選ばれる。この溶媒は、好ましくは、置換基を有していてもよい炭化水素、例えば直鎖状若しくは分枝状の脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素又は芳香族炭化水素、例えば直鎖状若しくは環状のアルカン、芳香族炭化水素及び/又はハロゲン含有炭化水素を含む、当該技術分野で使用されるもの等の有機溶媒であることができる。
芳香族炭化水素の例は、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、ブチルベンゼン及びキシレンである。トルエンは好ましい溶媒である。上記溶液は、1以上の溶媒を含んでもよい。従って、そのような溶媒は、エマルション形成を容易にするために使用することができ、通常は、凝固した粒子の一部を形成しないが、例えば凝固工程の後に連続相と一緒に除去される。
あるいは、溶媒が凝固に関与してもよく、例えば40℃超、好適には70℃超、例えば80℃超又は90℃超等の高融点を有する不活性炭化水素(ワックス)が、上記触媒化合物を形成された液滴内に固定化するための分散相の溶媒として使用されてもよい。
別の実施形態では、上記溶媒は、一部が又は完全に、「予備重合」固定化工程で重合されるように設計された液状モノマー、例えば液状オレフィンモノマーからなっている。
連続相
連続液相を形成するために使用される溶媒は、単一溶媒又は異なる溶媒の混合物であり、少なくとも上記分散工程の間に使用される条件(例えば温度)において触媒成分の溶液と非混和性であってもよい。好ましくは、この溶媒は、上記化合物に関して不活性である。
用語「上記化合物に関して不活性」は、本明細書中では、連続相の溶媒が化学的に不活性である、すなわちいずれの触媒形成成分とも化学反応を起こさないということを意味する。このように、上記触媒の固体粒子は、分散相に由来する上記化合物から液滴の中で形成される、すなわち、連続相に分散された溶液の中でエマルションに提供される。
上記固体触媒を形成するために使用される触媒成分が連続液相の溶媒に可溶ではないことが好ましい。好ましくは、上記触媒成分は、上記連続相形成溶媒に実質的に不溶性である。
凝固は、実質的に、液滴が形成された後に起こり、すなわち凝固は、例えば液滴の中に存在する化合物の間の凝固反応を引き起こすことにより、液滴内で生じる。さらには、何らかの凝固剤が別個に系に添加される場合であっても、それは、液滴相内で反応し、触媒形成成分は連続相に侵入しない。
本明細書で使用される用語「エマルション」は、二相系及び多相系の両方を包含する。
好ましい実施形態では、上記連続相を形成する溶媒は不活性溶媒であり、その例としては、ハロゲン化有機溶媒又はこれらの混合物、好ましくは、フッ素化有機溶媒、特に半フッ素化、高フッ素化又はパーフルオロ化された有機溶媒及びそれらの官能化誘導体が挙げられる。上記の溶媒の例は、半フッ素化、高フッ素化又はパーフルオロ化された炭化水素、例えばアルカン、アルケン及びシクロアルカン、エーテル、例えばパーフルオロ化エーテル及びアミン、特に第三級アミン、並びにそれらの官能化誘導体である。半フッ素化、高フッ素化又はパーフルオロ化された、特にパーフルオロ化された炭化水素、例えばC−C30、例えばC−C10のパーフルオロ炭化水素等が好ましい。好適なパーフルオロアルカン及びパーフルオロシクロアルカンの具体例としては、パーフルオロヘキサン、パーフルオロヘプタン、パーフルオロオクタン及びパーフルオロ(メチルシクロヘキサン)が挙げられる。半フッ素化された炭化水素は、特に、パーフルオロアルキル−アルカン等の半フッ素化n−アルカンに関する。
「半フッ素化された」炭化水素は、−C−F及び−C−Hのブロックが交互しているこのような炭化水素も含む。「高フッ素化された」は、−C−H単位の大多数が−C−F単位で置き換えられていることを意味する。「パーフルオロ化」は、すべての−C−H単位が−C−F単位で置き換えられていることを意味する。「Chemie in unserer Zeit」,34.Jahrg.2000,Nr.6のA.Enders及びG.Maasの論文、及び「Advances in Colloid and Interface Science」,56(1995)245−287,Elsevier ScienceのPierandrea Lo Nostroの論文を参照のこと。
分散工程
エマルションは、当該技術分野で公知の任意の手段によって形成されてもよい:混合することによる、例えば、上記溶液を連続相を形成する上記溶媒に対して激しく撹拌することによる、又は撹拌ミルによる、又は超音波による、又は最初に均一系を形成し、次いでこれを、系の温度を変えることにより、液滴が形成されるように二相系へと移行させることによりエマルションを調製するためのいわゆる相変化法を用いることによる。
二相状態は、例えば適切な撹拌によって、エマルション形成工程及び凝固工程の間、維持される。
加えて、エマルションの形成及び/又は安定性を容易にするために、乳化剤/エマルション安定剤を、好ましくは当該技術分野で公知のやり方で使用することができる。上記目的のために、例えば界面活性剤、例えば炭化水素(例えば10,000以下の分子量を有し、ヘテロ原子(1又は複数個)が介在していてもよい重合体炭化水素を含む)に基づくクラス、好ましくは、ハロゲン化炭化水素、例えば−OH、−SH、NH2、NR”2、−COOH、−COONH2、アルケンの酸化物、−CR”=CH2(式中、R”は、水素、又はC1−C20アルキル、C2−20−アルケニル若しくはC2−20−アルキニル基である)、オキソ基、環状エーテル及び/若しくはこれらの基の任意の反応性誘導体、例えばアルコキシ、若しくはカルボン酸アルキルエステル基から選択される官能基を有していてもよい半フッ素化若しくは高フッ素化された炭化水素等、又は、好ましくは、官能基化された末端を有する半フッ素化、高フッ素化若しくはパーフルオロ化された炭化水素、を使用することができる。エマルションの形成を容易にし、エマルションを安定化させるために、界面活性剤は、エマルションの分散相を形成する触媒溶液に加えることができる。
あるいは、乳化助剤及び/又はエマルション安定化助剤が、少なくとも1つの官能基を有する界面活性剤前駆体を、その官能基と反応性でありかつ触媒溶液の中又は連続相を形成する溶媒の中に存在する化合物と反応させることにより、形成されることもできる。得られた反応生成物は、形成されたエマルション系において実際の乳化助剤及び/又は安定剤として作用する。
上記反応生成物を形成するために使用できる界面活性剤前駆体の例としては、例えば、例えば−OH、−SH、NH2、NR”2、−COOH、−COONH2、アルケンの酸化物、−CR”=CH2(式中、R”は、水素、又はC1−C20アルキル、C2−20−アルケニル若しくはC2−20−アルキニル基である)、オキソ基、3〜5個の環原子を有する環状エーテル、及び/又はこれらの基の任意の反応性誘導体、例えばアルコキシ又はカルボン酸アルキルエステル基から選択される少なくとも1つの官能基を有する公知の界面活性剤;例えば上記官能基のうちの1以上を有する半フッ素化、高フッ素化又はパーフルオロ化された炭化水素が挙げられる。好ましくは、界面活性剤前駆体は、上で定義されたとおりの末端官能性を有する。
このような界面活性剤前駆体と反応する化合物は、触媒溶液に含有されることが好ましく、さらなる添加剤又は触媒形成化合物のうちの1以上であってもよい。このような化合物は、例えば第13族の化合物(例えばMAO及び/若しくはアルミニウムアルキル化合物並びに/又は遷移金属化合物)である。
界面活性剤前駆体が使用される場合、その界面活性剤前駆体は、上記遷移金属化合物の添加の前に、触媒溶液の化合物と最初に反応することが好ましい。1つの実施形態では、例えば高フッ素化されたC1−n(好適にC4−30又はC5−15)アルコール(例えば高フッ素化されたヘプタノール、オクタノール又はノナノール)、オキシド(例えばプロペンオキシド)又はアクリレートエステルが共触媒と反応し、「実際の」界面活性剤を形成する。次いで、さらなる量の共触媒及び遷移金属化合物がその溶液に添加され、得られた溶液は、連続相を形成する溶媒に分散される。この「実際の」界面活性剤の溶液は、分散工程の前に、又は分散系の中で調製されてもよい。上記溶液が分散工程の前に作製される場合、調製された「実際の」界面活性剤溶液及び遷移金属溶液は、非混和性溶媒に連続的に(例えば最初に界面活性剤溶液)分散されてもよいし、又は分散工程の前に一緒に組み合わされてもよい。
凝固
分散した液滴の中の触媒成分(複数可)の凝固は、種々のやり方で行うことができ、例えば、液滴の中に存在する化合物の上記固体触媒形成反応生成物の形成を引き起こすか又は促進することにより行うことができる。これは、使用される化合物及び/又は所望の凝固速度に応じて、系の温度変化等の外部刺激を用いて又は用いずに、行うことができる。
特に好ましい実施形態では、凝固は、系を温度変化等の外部刺激に供することにより、エマルション系が形成された後で行われる。温度差は、通常、例えば5〜100℃、例えば10〜100℃、又は20〜90℃、例えば50〜90℃である。
分散系において高速凝固を引き起こすために、エマルション系は、急速温度変化に供されてもよい。液滴内の成分(1又は複数)の即座の凝固を成し遂げるために、分散相は、例えば即時の(ミリ秒〜数秒以内の)温度変化に供されてもよい。上記成分の所望の凝固速度のために必要とされる適切な温度変化、すなわちエマルション系の温度の上昇又は下降、は、特定の範囲に限定することはできないが、当然、エマルション系、とりわけ使用される化合物及びその濃度/比率、並びに使用される溶媒に依存し、それに応じて選ばれる。所望の凝固を引き起こすために十分な加熱又は冷却の効果を分散系に提供するためのあらゆる技法が使用されてもよいことも明らかである。
1つの実施形態では、加熱又は冷却の効果は、ある温度を有するエマルション系を、例えば上記のような有意に異なる温度を有する不活性な受入媒体に合わせることにより得られ、この場合、エマルション系の上記温度変化は、液滴の急速凝固を引き起こすのに十分である。この受入媒体は、ガス状、例えば空気、又は液体、好ましくは溶媒、又は2以上の溶媒の混合物であることができ、この際、上記触媒成分(1又は複数)は非混和性であり、この受入媒体は、上記触媒成分(1又は複数)に関して不活性である。例えば、受入媒体は、第1のエマルション形成工程で連続相として使用されるのと同じ非混和性溶媒を含む。
上記溶媒は、単独で、又は他の溶媒、例えば脂肪族炭化水素又は芳香族炭化水素、例えばアルカンとの混合物として使用することができる。好ましくは、受入媒体としてのフッ素化された溶媒が使用され、これは、エマルション形成における連続相と同じ、例えばパーフルオロ化炭化水素であってもよい。
あるいは、上記温度差は、エマルション系を徐々に、例えば毎分10℃以下、好ましくは毎分0.5〜6℃、より好ましくは毎分1〜5℃で、加熱することによりもたらされてもよい。
分散相を形成するために例えば炭化水素溶媒の融液が使用される場合、液滴の凝固は、上記の温度差を使用して系を冷却することによって行われてもよい。
好ましくは、エマルションを形成するために使用することができる「一相」変化は、ここでも分散系において温度変化をもたらすことによって、エマルション系の液滴内の触媒活性な内容物を凝固させるためにも利用することができ、この際、液滴で使用される溶媒は、連続相、好ましくは、上で定義されたフッ素系連続相と混和性になり、その結果、液滴は、溶媒が少なくなり、「液滴」に残る凝固成分が凝固し始める。こうして、凝固工程を制御するために、非混和性は、溶媒及び条件(温度)に関して調整することができる。
例えば有機溶媒とフッ素系溶媒の混和性は、文献から見出すことができ、それに応じて当業者によって選ばれることが可能である。相変化に必要とされる臨界温度も、文献からから入手できるか、又は当該技術分野で公知の方法、例えばHildebrand−Scatchard−Theorieを使用して決定することができる。上で引用されたA.Enders及びG.並びにPierandrea Lo Nostroの論文も参照される。
こうして、本発明によれば、液滴の全体又は一部のみが、固体形態に変換されてもよい。
回収された固体触媒粒子は、任意の洗浄工程の後で、オレフィンの重合プロセスにおいて使用することができる。あるいは、分離され任意に洗浄された固体粒子は、重合工程における使用の前に乾燥されて、粒子の中に存在するあらゆる溶媒を除去することができる。分離及び任意の洗浄工程は、公知の様式で、例えば固形分の濾過及び引き続く好適な溶媒による洗浄によって、行うことができる。
上記粒子の液滴形状は、実質的に維持されてもよい。形成された粒子は、1〜500μm、例えば5〜500μm、有利には5〜200μm又は10〜150μmの平均サイズ範囲を有してもよい。5〜60μmの平均サイズ範囲でさえも可能である。このサイズは、その触媒が使用される重合に応じて選ばれてよい。有利には、この粒子は、形状が実質的に球形であり、それらは低多孔性及び低表面積を有する。
溶液の形成は、0〜100℃、例えば20〜80℃の温度で行うことができる。分散工程は、−20℃〜100℃、例えば約−10〜70℃、例えば−5〜30℃、例えばおよそ0℃で行われてもよい。
液滴形成を改善/安定化するために、得られた分散液に対して、上で定義された乳化剤が加えられてもよい。液滴の中の触媒成分の凝固は、混合物の温度を、例えば0℃温度から100℃まで、例えば60〜90℃まで、徐々に上昇させることにより行われることが好ましい。例えば1〜180分間、例えば1〜90分間又は5〜30分間かけて、又は急速熱変化として。加熱時間は、反応器のサイズに依存する。
好ましくは約60〜100℃、好ましくは約75〜95℃で(溶媒の沸点未満で)で実施される凝固工程の間、溶媒は、好ましくは除去されてもよく、任意に固形分は洗浄溶液で洗浄され、この洗浄溶液は、上で規定され及び/又は当該技術分野で使用されるもの等の任意の溶媒又は溶媒の混合物であってよく、好ましくはペンタン、ヘキサン又はヘプタン等の炭化水素、好適にはヘプタンであってもよい。洗浄された触媒は、乾燥されることもできるし、又はそれは、油中でスラリーにされて、触媒−油スラリーとして重合プロセスにおいて使用されることもできる。
調製工程のすべて又は一部は、連続的に行うことができる。エマルション/凝固法により調製される固体触媒タイプのそのような連続的又は半連続的な調製方法の原理を記載する国際公開第2006/069733号パンフレットを参照されたい。
触媒予備重合(「オフライン予備重合」)
不均一系の非担持型触媒(すなわち「自己担持型(自立型)」触媒)の使用は、重合媒体にある程度は溶解する傾向を欠点として有する可能性があり、すなわちいくらかの活性触媒成分は、スラリー重合の間に触媒粒子から漏出する可能性があり、これにより、上記触媒のもともとの良好なモルホロジー(形態)が失われる可能性がある。これらの漏出した触媒成分は、非常に活性であり、重合の間に問題を引き起こす可能性が高い。それゆえ、漏出した成分の量は最少にされる必要があり、すなわちすべての触媒成分が不均一な形態で保たれる必要がある。
さらには、上記自己担持型触媒は、触媒系の中の大量の触媒活性種に起因して、重合の開始時に高温を発生し、この高温は、生成物材料の融解を引き起こす可能性がある。両方の効果、すなわち触媒系の部分的な溶解及び発熱,は、汚染、被膜生成(sheeting)及びポリマー材料のモルホロジーの悪化を引き起こす可能性がある。
高活性又は漏出に関連する起こりうる問題を最少にするために、その触媒を「予備重合し」た後でそれを重合プロセスで使用することが好ましい。なお、これに関して予備重合は、触媒調製プロセスの一部であり、固体触媒が形成された後に実施される工程である。この触媒予備重合工程は、実際の重合構成の一部ではないが、この実際の重合構成は従来のプロセス予備重合工程も含みうる。触媒予備重合工程の後、固体触媒が得られ、重合で使用される。
触媒「予備重合」は、上記の液体−液体エマルションプロセスの凝固工程の後に行われる。予備重合は、当該技術分野で記載されている公知の方法、例えば国際公開第2010/052263号パンフレット、国際公開第2010/052260号パンフレット又は国際公開第2010/052264号パンフレットに記載されている方法によって行われてもよい。本発明のこの態様の好ましい実施形態は本明細書に記載される。
触媒予備重合工程におけるモノマーとして、好ましくはα−オレフィンが使用される。好ましいC−C10オレフィン、例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、スチレン及びビニルシクロヘキセンが使用される。最も好ましいα−オレフィンはエチレン及びプロピレンである。
触媒予備重合は、気相で、又は不活性な希釈剤、典型的には油若しくはフッ素化された炭化水素の中で、好ましくはフッ素化された炭化水素又はフッ素化された炭化水素の混合物の中で実施されてもよい。好ましくは、パーフルオロ化炭化水素が使用される。そのようなフッ素化(パーフルオロ化)された炭化水素の融点は、通常、0〜140℃、好ましくは30〜120℃、例えば50〜110℃の範囲にある。
触媒予備重合がフッ素化された炭化水素の中で行われる場合、予備重合工程のための温度は、70℃未満、例えば−30〜70℃の範囲、好ましくは0〜65℃、より好ましくは20〜55℃の範囲にある。
触媒容器への空気及び/又は水分の最終的な漏出を最少にするために、予備重合容器の中の圧力は、大気圧よりも高いことが好ましい。好ましくは、この圧力は、少なくとも1〜15bar、好ましくは2〜10barの範囲にある。予備重合容器は、不活性雰囲気、例えば窒素又はアルゴン又は同様の雰囲気の下で保たれることが好ましい。予備重合は、ポリマーマトリクスの重量/予備重合工程前の固体触媒の重量として定義される予備重合度(DP)に到達するまで、継続される。この重合度は、25未満、好ましくは0.5〜10.0、より好ましくは1.0〜8.0、最も好ましくは2.0〜6.0である。
触媒予備重合工程の使用は、触媒成分の漏出、従って局所的な過熱を最少にするという利点をもたらす。
予備重合後、触媒は、単離して保存することができる。
本発明に従って使用されるメタロセン触媒は、優れた触媒活性及び良好なコモノマー応答を保有する。この触媒は、高重量平均分子量Mwの異相プロピレンポリマーを提供することもできる。
さらに、本発明に従って使用されるメタロセン触媒のランダム共重合挙動は、エチレンへの連鎖移動の傾向の低下を示す。本発明のメタロセンを用いて得られるポリマーは、通常の粒子モルホロジーを有する。
それゆえ、一般に、本発明の触媒は、
− 塊状プロピレン重合における高活性、
− 多段階重合における高い生産性、
− 非常に高い分子量までの能力、
− プロピレンコポリマーにおける改善されたコモノマー組み込み、
− 良好なポリマーモルホロジー
を提供することができる。
重合
本発明は、上で又は以降に定義されるとおりの、特定のクラスのメタロセン錯体をホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒と組み合わせて使用する、プロピレンポリマーの製造方法に関する。
上記プロピレンポリマーは、プロピレンホモポリマー又はプロピレン−エチレンランダムコポリマーを含むことができる。
1つの実施形態では、上記プロピレンポリマーはプロピレンホモポリマーである。
別の実施形態では、上記プロピレンポリマーはプロピレン−エチレンコポリマーである。
さらに別の実施形態では、上記プロピレンポリマーは、マトリクス相にあるプロピレンホモポリマー及びこのマトリクス相に分散したエラストマー相にあるエラストマープロピレンコポリマーを含む異相プロピレンコポリマーである。
さらに別の実施形態では、上記プロピレンポリマーは、マトリクス相にあるプロピレン−エチレンランダムコポリマー及びこのマトリクス相に分散したエラストマー相にあるエラストマープロピレンコポリマーを含む異相プロピレンコポリマーである。
当該方法は、プロピレンポリマーが1つの重合反応器の中で重合される一段階プロセスであることができる。
好ましくは、当該方法は、直列に接続された少なくとも2つの反応器を含み、好ましくは気相重合工程を含む多段階重合プロセスである。
本発明の方法における重合は、好ましくは、少なくとも2以上、例えば2つ、3つ又は4つ、の直列に接続された重合反応器で行われてもよく、これらの重合反応器のうち、少なくとも1つの反応器は気相反応器であることが好ましい。当該方法には、予備重合工程が関与してもよい。この予備重合工程は、ポリマー合成において常法的に使用される従来の工程であり、上で論じた触媒予備重合工程から区別されるべきものである。
好ましくは、本発明の方法は、2つの反応器又は3つの反応器を用い、少なくとも1つの反応器は気相反応器である。
プロピレンホモポリマー又はプロピレン−エチレンランダムコポリマーを重合するために、本発明の方法は、好ましくは、単峰性のプロピレンホモポリマー又はプロピレン−エチレンランダムコポリマーを製造するために好適な1つの反応器、又は二峰性のプロピレンホモポリマー又はプロピレン−エチレンランダムコポリマーを製造するために好適な直列に接続された2つの反応器を用い、この2つの反応器において少なくとも1つの反応器は気相反応器である。多峰性のプロピレンホモポリマー又はプロピレン−エチレンランダムコポリマーを製造する場合には、本発明に係る方法は、直列に接続された3つ以上の反応器を採用することもでき、この3つ以上の反応器において、少なくとも1つの反応器は気相反応器である。理想的には、本発明のプロピレンホモポリマー又はプロピレン−エチレンランダムコポリマーの重合方法は、塊状で稼働する第1反応器、及び任意に、気相反応器である第2反応器を用いる。第2反応器の後のいずれの任意のさらなる後続の反応器も、気相反応器であることが好ましい。
異相プロピレンコポリマーを重合するために、本発明に係る方法は、好ましくは2つ又は3つ、より好ましくは3つの直列に接続された主要反応器を用い、これらの反応器において少なくとも1つの反応器は気相反応器である。理想的には、異相プロピレンコポリマーを重合するための本発明の方法は、塊状で稼働する第1反応器、並びに気相反応器である第2及び第3の反応器を用いる。第2反応器の後のいずれの任意のさらなる後続の反応器も、気相反応器であることが好ましい。
1つの塊状反応器及び2つの気相反応器が用いられる場合、塊状反応器及び第1の気相反応器は、各々、プロピレンポリマー成分を製造してもよく、この場合、塊状反応器及び第1の気相反応器からのこれらの2つのプロピレンポリマー成分は、異相プロピレンコポリマーのマトリクス相(M)を形成する。これにより、マトリクス相(M)は、2つのプロピレンホモポリマー成分、2つのプロピレン−エチレンランダムコポリマー成分、又は1つのプロピレンホモポリマー成分及び1つのプロピレン−エチレンランダムコポリマー成分からなることができる。1つのプロピレンホモポリマー成分及び1つのプロピレン−エチレンランダムコポリマー成分からなる実施形態については、そのプロピレンホモポリマー成分及びプロピレン−エチレンランダムコポリマー成分は、塊状反応器及び第1の気相反応器においていずれの順で重合されてもよい。
エラストマープロピレンコポリマーは、好適には、第2の気相反応器においてマトリクス相(M)の存在下で重合される。
当該方法は、予備重合工程を利用してもよい。塊状反応は、ループ反応器で行われてもよい。
塊状及び気相での共重合反応について、使用される反応温度は、一般に60〜115℃(例えば70〜90℃)の範囲であり、反応器圧力は、気相反応については一般に10〜25barの範囲であり、塊状重合はわずかにより高い圧力で運転される。滞留時間は、一般に0.25〜8時間(例えば0.5〜4時間)である。使用されるガスは、窒素又はプロパン等の非反応性ガスとの混合物であってもよい上記モノマーである。重合が少なくとも60℃の温度で行われることは、本発明の具体的な特徴である。
一般に、使用される触媒の量は、触媒の性質、反応器のタイプ及び条件、並びにポリマー生成物に対して望まれる特性に依ることになる。当該技術分野で周知のように、水素は、ポリマーの分子量を制御するために使用することができる。
種々の反応器間のスプリット(分割量)は様々であってよい。2つの反応器が使用される場合、スプリットは、一般に30〜70重量%対70〜30重量%の塊状対気相、好ましくは40〜60対60〜40重量%の範囲にある。3つの反応器が使用される場合、各反応器が、好ましくはポリマーの少なくとも20重量%、例えば少なくとも25重量%を製造することが好ましい。気相反応器で製造されるポリマーの合計は、好ましくは、塊状で製造される量を超えるべきである。
本発明の1つの実施形態では、当該方法は、
a)プロピレンモノマー単位、任意にエチレンコモノマー単位、及び水素を重合反応器に導入する工程と、
b)このプロピレンモノマー単位、及び任意にエチレン単位を重合して、プロピレンホモポリマー又はプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーから選択されるプロピレンのポリマーを形成する工程と
を備える。
この実施形態は、とりわけ、プロピレンホモポリマー又はプロピレン−エチレンランダムコポリマーの製造に好適である。
上記実施形態では、当該方法は、
c)プロピレンホモポリマー又はプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーから選択されるプロピレンのポリマーを含む工程b)からの重合混合物を第2重合反応器に移す工程と、
d)プロピレンモノマー単位、任意にエチレンコモノマー単位及び水素を上記第2重合反応器に導入する工程と、
e)上記プロピレンモノマー単位、及び任意にエチレンコモノマー単位を重合して、上記シングルサイト触媒の存在下で、プロピレンホモポリマー又はプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーから選択される工程b)のプロピレンのポリマーの存在下で、プロピレンホモポリマー又はプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーから選択されるプロピレンの第2のポリマーを形成する工程と
をさらに備えてもよい。
本発明の別の実施形態では、当該方法は、
(A)少なくとも第1反応器及び任意に第2反応器の中で、水素の存在下で、プロピレンモノマー単位、及び任意にエチレンコモノマー単位を重合して、プロピレンホモポリマー成分及び/又はプロピレン−エチレンランダムコポリマー成分を形成する工程であって、このプロピレンホモポリマー成分及び/又はプロピレン−エチレンランダムコポリマー成分はマトリクス相(M)を形成する工程と、
(B)気相反応器の中で、工程(A)で調製されたマトリクス相(M)の存在下で、プロピレンモノマー単位、及びエチレンコモノマー単位を、上記マトリクス相(M)に分散したエラストマープロピレン−エチレンコポリマー成分を形成するように重合する工程と
を備える。
この実施形態は、とりわけ、異相プロピレンコポリマーの製造に好適である。
好ましくは、上記実施形態の方法は、下記の工程(A’)〜(E’)、
(A’)第1プロピレンホモポリマー画分(hPP1)又はa第1プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP1)を得るために、第1反応器の中で、水素の存在下で、プロピレンモノマー単位、及び任意にエチレンコモノマー単位を重合する工程と、
(B’)上記第1プロピレンホモポリマー画分(hPP1)又は第1プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP1)を第2反応器に移す工程と、
(C’)第2プロピレンホモポリマー画分(hPP2)又は第2プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP2)を得るために、上記第2反応器の中で、水素の存在下で、上記第1プロピレンホモポリマー画分(hPP1)又は第1プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP1)の存在下で、プロピレンモノマー単位、及び任意にエチレンコモノマー単位を重合する工程であって、上記第1プロピレンホモポリマー画分(hPP1)又は第1プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP1)及び上記第2プロピレンホモポリマー画分(hPP2)又は第2プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP2)はマトリクス相(M)を形成する工程と、
(D’)上記マトリクス相(M)を気相反応器である第3反応器に移す工程と、
(E’)エラストマープロピレンコポリマー(E)を得るために、上記第3反応器の中で、マトリクス(M)の存在下で、上記プロピレンモノマー単位及びエチレンコモノマー単位を重合する工程であって、上記マトリクス(M)及び上記エラストマープロピレンコポリマー(E)が異相プロピレンコポリマーを形成する工程と
を備える。
工程(A’)及び工程(C’)の両方において、プロピレンホモポリマー画分(hPP1)及び(hPP2)が重合されることが好ましい。
本発明の方法では、プロピレンポリマーは、水素等の連鎖移動剤の存在下で重合されることが好ましい。
一般に、プロピレンに対する水素のモル比[H/C]は、特に限定されない。
上で工程b)、工程(A)及び工程(A’)において論じた実施形態の第1重合反応器において、プロピレンに対するエチレンのモル比[C/C]が0〜100mol/kmol、より好ましくは0〜75mol/kmolであることがさらに好ましい。
プロピレン−エチレンランダムコポリマーを重合するための任意の後続の重合反応器におけるプロピレンに対するエチレンのモル比[C/C]は、上で論じた第1重合反応器についての範囲と同じ範囲であることができる。
重合の間、上記シングルサイト触媒は、メタロセンに対して求められるメタロセン(MC)活性が、好ましくはメタロセン1gあたり、重合時間1時間あたり少なくとも1,000kg(kg/gMC/h)のプロピレンポリマー、より好ましくは少なくとも1,200kg/gMC/h、最も好ましくは少なくとも14,000kg/gMC/hであることが好ましい。通常、この触媒活性は10,000kg/g非予備重合触媒/hを超えない。
重合の間、上記シングルサイト触媒は、非予備重合触媒に対して求められる触媒活性が、非予備重合触媒1gあたり、重合時間1時間あたり、好ましくは少なくとも50kg(kg/g非予備重合触媒/h)のプロピレンポリマー、より好ましくは少なくとも65kg/g非予備重合触媒/h、最も好ましくは少なくとも70kg/g非予備重合触媒/hであることが好ましい。通常、この触媒活性は500kg/g非予備重合触媒/hを超えない。
重合の間、上記シングルサイト触媒は、非予備重合触媒に対して求められる全体触媒生産性が、非予備重合触媒1gあたり、好ましくは少なくとも50kg(kg/g非予備重合触媒)のプロピレンポリマー、より好ましくは少なくとも75kg/g非予備重合触媒、最も好ましくは少なくとも100kg/g非予備重合触媒であることが好ましい。通常、この全体触媒生産性は、異相プロピレンコポリマーの重合の間、300kg/g非予備重合触媒を超えない。
全体触媒生産性は、すべての重合段階にわたって求められる。
ポリマー
本発明は、上で又は以降に記載される本発明に係る方法から得ることができるプロピレンのポリマーにも関する。
これにより、1つの実施形態では、上記プロピレンのポリマーは、プロピレンのホモポリマーを含むことができる。
本発明の式(I)の錯体及び上記共触媒系を含むシングルサイト触媒を用いてプロピレンのホモポリマーを重合する場合、同じ式(I)の錯体を含むがアルミノキサン共触媒だけを含む(ホウ素含有共触媒なしの)シングルサイト触媒と比べて、この触媒のより高い位置規則性を認めることができ、本発明のプロピレンのホモポリマーのより高い融解温度がもたらされる。
好ましくは、当該プロピレンのホモポリマーは、少なくとも150.0℃、好ましくは少なくとも150.5℃、さらにより好ましくは少なくとも151.0℃、最も好ましくは少なくとも151.5℃の融解温度を有する。通常、当該プロピレンのホモポリマーの融解温度は160.0℃を超えない。
上記実施形態において、上記プロピレンのポリマーが上で又は以降に定義されるとおりのプロピレンのホモポリマーであることが好ましい。
別の実施形態では、上記プロピレンのポリマーは、プロピレン及びエチレンのランダムコポリマーを含むことができる。
本発明の式(I)の錯体及び上記共触媒系を含むシングルサイト触媒を用いてプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーを重合する場合、同じ式(I)の錯体を含むがアルミノキサン共触媒だけを含む(ホウ素含有共触媒なしの)シングルサイト触媒と比べて、この触媒のより高いエチレンコモノマー応答を認めることができ、本発明のプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーのより高いエチレンコモノマー含有量がもたらされる。
上記触媒、式(I)の錯体及び上記共触媒系を含むシングルサイト触媒のより高い位置規則性も、プロピレン及びエチレンのランダムコポリマーについて認めることができ、本発明のプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーのより高いコモノマー含有量において同等の融解温度Tmがもたらされる。
さらに、本発明の式(I)の錯体及び上記共触媒系を含むシングルサイト触媒を用いてプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーを重合する場合、同じ式(I)の錯体を含むがアルミノキサン共触媒だけを含む(ホウ素含有共触媒なしの)シングルサイト触媒と比べて、この触媒のより高い水素応答を認めることができ、本発明のプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーのより低い重量平均分子量がもたらされる。
好ましくは、上記プロピレン及びエチレンのランダムコポリマーは、上記プロピレン及びエチレンのランダムコポリマーの総重量に対して、0.1〜5.0重量%、より好ましくは0.2〜4.0重量%、さらにより好ましくは0.3〜3.0重量%、最も好ましくは0.5〜2.5重量%のエチレンコモノマー含有量を有する。
上記実施形態において、上記プロピレンのポリマーが、上で又は以降に定義されるとおりのプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーであることが好ましい。
さらに別の実施形態では、上記プロピレンのポリマーは、上で又は以降に定義されるとおりのプロピレンホモポリマー成分及びプロピレン及びエチレンのランダムコポリマー成分を含む。
上記実施形態では、上記プロピレンのポリマーは、上記プロピレンホモポリマー成分及び上記プロピレン及びエチレンのランダムコポリマー成分からなることができる。
しかしながら、上記実施形態では、プロピレンのポリマーは、例えばエラストマープロピレンコポリマー等のさらなるプロピレンポリマー成分を含むこともできる。
上で論じたプロピレンのポリマーの実施形態については、以下の特性を見出すことができる。
上記プロピレンのポリマーは、好ましくは0.05〜500g/10分、より好ましくは0.20〜200.0g/10分の範囲、より好ましくは0.50〜150.0g/10分の範囲のメルトフローレートMFRを有する。
さらに、上記プロピレンのポリマーは、重量平均分子量Mw調整剤として使用される水素の使用及び量に依存して、好ましくは少なくとも100kg/mol、好ましくは少なくとも200kg/mol、より好ましくは少なくとも230kg/molから、2,000kg/mol以下、好ましくは1,500kg/mol以下、より好ましくは1,000kg/mol以下、例えば500kg/mol以下の重量平均分子量Mwを有する。
なおさらに、上記プロピレンのポリマーの分子量分布(MWD;GPCを用いて測定されるM/M)は、比較的広いことが可能であり、すなわちM/Mは7.0以下であることができる。M/Mは、好ましくは2.5〜7.0、より好ましくは2.8〜6.8、さらにより好ましくは2.9〜6.5の範囲にある。
さらなる実施形態では、上記プロピレンのポリマーは異相プロピレンコポリマーであることができる。
このような異相プロピレンコポリマー(HECO)は、エラストマープロピレンコポリマー(E)のようなエラストマーコポリマーが分散している(ゴム相)、プロピレンホモポリマー(HECO)であるマトリクス(M)を含む。
別の実施形態では、マトリクス(M)は、5重量%以下の、エチレン及びC−C−αオレフィンから選択され、好ましくはエチレン、ブテン又はヘキセンから選択され、より好ましくはエチレンであるコモノマーを有するプロピレンランダムコポリマーであることができる。この場合、上記異相プロピレンコポリマーはRAHECOと称される。
好ましくは、本発明に従って調製される異相プロピレンコポリマーは、プロピレンホモポリマーマトリクスを含む。
従って、ポリプロピレンマトリクス(M)は、マトリクスの一部ではない(微細に)分散した混在物を含有し、この混在物はエラストマーコポリマー(E)を含有する。用語「混在物」は、従って、マトリクス及びこの混在物が異相性の系内で異なる相を形成することを示し、この混在物は、例えば高分解能顕微鏡法、例えば電子顕微鏡観察又は原子間力顕微鏡法によって見ることができるし、又は動的機械的熱分析(dynamic mechanical thermal analysis:DMTA)によって特定されることが可能である。
具体的には、DMTAにおいて、多相構造の存在は、少なくとも2つの区別可能なガラス転移温度の存在によって特定できる。
従って、本発明に係る方法を用いて製造される上記異相ポリプロピレンコポリマーは、少なくとも
(a1)上で又は以降に定義されるとおりのプロピレンのホモポリマー並びに/又はプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーを含むマトリクス(M)と、
(a2)このマトリクス(M)に分散したエラストマーコポリマー(E)と
を含む。
本明細書で使用される用語「異相ポリプロピレンコポリマー」は、以降でより詳細に規定されるとおり、プロピレンホモポリマー又はプロピレンランダムコポリマーであるマトリクス樹脂と、このマトリクス樹脂に分散したエラストマー性の、すなわち主として非晶性のコポリマー(E)とからなるコポリマーを表す。
本発明では、用語「マトリクス」は、その一般に受け入れられている意味で解釈されるべきであり、すなわち用語「マトリクス」は、孤立したか又は離散的なゴム粒子等の粒子が分散されてもよい連続相(本発明では、連続的なポリマー相)を指す。上記プロピレンホモポリマー又はプロピレンランダムコポリマーは、マトリクスとして作用することができる連続相を形成するような量で存在する。
さらには、用語「エラストマーコポリマー」、「分散相」、「主として非晶性のコポリマー」及び「ゴム相」は同義であり、すなわち本発明において互換的である。
Ad成分(a1(すなわち、マトリクス)):
特定の異相ポリプロピレンコポリマーの成分(a1)は、プロピレンホモポリマー又はプロピレンランダムコポリマー、好ましくはプロピレンホモポリマーである。
マトリクス(M)がプロピレンランダムコポリマーである場合、そのプロピレンランダムコポリマーは、5重量%以下の、エチレン及びC−C−αオレフィンから選択される、好ましくはエチレン、ブテン又はヘキセンから選択される、より好ましくはエチレンであるコモノマーを有することができる。
本発明の触媒系によって製造されるプロピレンホモポリマーは、Mw(重量平均分子量)調整剤として使用される水素の使用及び量に依存して、少なくとも100kg/mol、好ましくは少なくとも200kg/mol、より好ましくは少なくとも230kg/molから、2,000kg/mol以下、好ましくは1,500kg/mol以下、より好ましくは1,000kg/mol以下、例えば500kg/mol以下のMw値を有して製造されることが可能である。
本発明の触媒系は、高融点を有するプロピレンホモポリマーの生成を可能にする。一実施形態では、本発明の方法により生成されるプロピレンホモポリマーは、少なくとも150.0℃、好ましくは少なくとも150.5℃、さらにより好ましくは少なくとも151.0℃、最も好ましくは少なくとも151.5℃の融解温度を有する。通常、当該プロピレンのホモポリマーの融解温度は、160.0℃を超えない。
上記プロピレンホモポリマーマトリクスは、0.20〜500.0g/10分の範囲、好ましくは0.50〜200.0g/10分の範囲、より好ましくは1.00〜150.0g/10分の範囲のメルトフローレートMFR(ISO 1133;230℃;2.16kg)を有する。このマトリクスのMFRは、マトリクスメルトフローレート(MFR)と称される。
上記プロピレンホモポリマーマトリクスは、さらに、2.0重量%未満、好ましくは1.0重量%未満のキシレン可溶(XS)部(ISO 16152に従って25℃で測定される)を有する。
さらに、上記プロピレンホモポリマーマトリクスが、0.5〜4.0dl/gの範囲、好ましくは1.0〜4.0dl/gの範囲、より好ましくは2.0〜3.0dl/gの範囲の、DIN ISO 1628/1(デカリン中135℃)に従って測定される固有粘度(iV)を有することが好ましい。
さらには、上記プロピレンホモポリマーの分子量分布(MWD;GPCを用いて測定されるM/M)は、比較的広いことが可能であり、すなわちM/Mは7.0以下であることができる。M/Mは、好ましくは2.5〜7.0、より好ましくは2.8〜6.8、さらにより好ましくは2.9〜6.5の範囲にある。
好ましくは、上記異相プロピレンコポリマーのマトリクス(M)は、上で又は以降に定義されるとおりのプロピレンのホモポリマー並びに/又はプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーを含む。
1つの実施形態では、マトリクス(M)は、上で又は以降に定義されるとおりのプロピレンのホモポリマーを含み、好ましくは上で又は以降に定義されるとおりのプロピレンのホモポリマーからなる。
別の実施形態では、マトリクス(M)は、上で又は以降に定義されるとおりのプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーを含み、好ましくは上で又は以降に定義されるとおりのプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーからなる。
Ad成分(a2)(すなわち、エラストマープロピレン−エチレンコポリマー(E)):
特定の異相ポリプロピレンコポリマーの成分(a2)は、プロピレン及びエチレンの主として非晶性のコポリマー(ii)であるエラストマープロピレン−エチレンコポリマー(E)である。
従って、成分(a2)は、上記マトリクス(M)に分散した(すなわち、分散相)エラストマーコポリマーである。
上記のように、用語「エラストマー(性の)(プロピレン−エチレン)コポリマー」、「分散相」及び「ゴム相」は同義であり、すなわち本発明に関しては互換的である。
成分(a2)、すなわちエラストマープロピレン−エチレンコポリマー(E)は、10.0〜80.0重量%の範囲、好ましくは12.0〜60.0重量%の範囲、より好ましくは15.0〜50.0重量%の範囲の重合した形態のエチレン含有量を有する。
エラストマープロピレン−エチレンコポリマー(E)が、任意に上記エチレンコモノマーに加えて、第2コモノマーを有することも可能である。この任意の第2コモノマーは、1−ブテン又は1−ヘキセンであることができる。
1−ブテンの量は、0.0重量%から、20.0重量%以下、好ましくは15.0重量%以下、より好ましくは10.0重量%以下の範囲であることができる。
1−ヘキセンの量は、0.0重量%から、10.0重量%以下、好ましくは7.0重量%以下、より好ましくは5.0重量%以下の範囲であることができる。
好ましくは、上記エラストマープロピレン−エチレンコポリマー(E)は、さらなるコモノマーを有しない。
さらに、上記エラストマープロピレン−エチレンコポリマー(E)は、1.5〜4.0dl/gの範囲、好ましくは1.6〜3.5dl/gの範囲、より好ましくは1.8〜3.0dl/gの範囲、さらにより好ましくは1.9〜2.5dl/gの、DIN ISO 1628/1(デカリン中135℃)に従って測定される固有粘度(iV)を有する。
上記エラストマープロピレン−エチレンコポリマー(E)は、少なくとも50.0重量%で100.0重量%以下、好ましくは少なくとも80.0重量%で100.0重量%以下、より好ましくは少なくとも95.0重量%で100.0重量%以下のキシレン可溶(XS)部(ISO 16152に従って25℃で測定される)を有する。
上記異相プロピレンコポリマーのエラストマープロピレン−エチレンコポリマー(E)画分は、5.0〜50.0重量%、好ましくは8.0〜45.0重量%、より好ましくは10.0〜40.0重量%の量で存在する。
最終の異相プロピレンコポリマー
上記異相プロピレンコポリマーは、5.0〜50.0重量%の範囲、好ましくは8.0〜40.0重量%の範囲の総キシレン可溶(XS)部(ISO 16152に従って25℃で測定される)を有する。
異相プロピレンコポリマーのDIN ISO 1628/1(デカリン中135℃)に従って測定される固有粘度(iV)は、2.0〜5.0dl/gの範囲、好ましくは2.2〜4.5dl/gの範囲、より好ましくは2.5〜4.0dl/gの範囲にある。
使用
本発明はさらに、上で又は以降に定義されるとおりのプロピレンのポリマーの製造のための、
(i)式(I)の錯体であって、
Figure 2021517201
式中、
Mは、ジルコニウム又はハフニウムであり、
各Xは、独立にσドナー配位子であり、
Lは、−R’C−、−R’C−CR’−、−R’Si−、−R’Si−SiR’−、−R’Ge−から選択される二価のブリッジであり、各R’は、独立に、水素原子若しくは1以上の周期表の14族〜16族のヘテロ原子若しくはフッ素原子を含有していてもよいC−C20−ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つのR’基は一緒になって環を形成することができ、
及びR1’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−CH(Rであり、各Rは、独立に、H又はC1−10ヒドロカルビル基であり、任意にこの2つのRは一緒になって環を形成することができ、
及びR2’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−C(Rであり、各Rは、独立に、H若しくはC1−10ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つ又は3つのR基は一緒になって環を形成することができ、
ただし、少なくともR又はRのうちの1つ及びR1’又はR2’のうちの1つは水素とは異なり、
のうちの1つと共にR、並びにR1’のうちの1つと共にR2’は、上記フェニル環に縮合したさらなる単環式環又は多環式環の一部であることができ、
及びR3’は、それぞれ独立に、直鎖状のC−Cヒドロカルビル基又は分枝状又は環状のC−C10ヒドロカルビル基であるが、ただし、これらの基は、α−位において分枝状ではなく
及びR4’は、それぞれ独立に、第三級C−C10ヒドロカルビル基であり、
及びR5’は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分枝状のC−C10アルキル基又はC−C10−アリール基である
錯体と、
(ii)ホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒を含む共触媒系と
を含むシングルサイト触媒の使用に関する。
これにより、上記プロピレンのポリマーは、上で又は以降に定義されるとおりのプロピレンのホモポリマー、プロピレン及びエチレンのランダムコポリマー又はこれらの混合物であることができる。
さらに、上記プロピレンのポリマーは、上で又は以降に定義されるとおりの異相プロピレンコポリマーであることができる。
これより、本発明を、以下の非限定的な実施例を参照して説明する。
分析試験
測定方法:
Al及びZrの測定(ICP法)
触媒の元素分析を、質量Mの固体試料をとり、ドライアイスで冷却することにより実施した。試料は、硝酸(HNO、65%、既知の体積Vの5%)及び新たに脱イオンした(DI)水(Vの5%)に溶解することにより、既知の体積Vまで希釈した。次いで、この溶液をフッ化水素酸(HF、40%、Vの3%)に加え、DI水で最終体積Vまで希釈し、2時間放置して安定させた。
分析は、Thermo Elemental iCAP 6300誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP−OES)を使用して室温で実行し、この分析装置は、ブランク(DI水中の5% HNO、3% HFの溶液)、並びにDI水中の5% HNO3、3% HFの溶液の中のAlの0.5ppm、1ppm、10ppm、50ppm、100ppm及び300ppm、並びにHf及びZrの0.5ppm、1ppm、5ppm、20ppm、50ppm及び100ppmの6つの標品を使用して較正した。
分析の直前に、ブランク及び100ppm Al、50ppm Hf、Zrの標品を使用して上記較正を「再傾斜」し、品質管理試料(DI水中の5% HNO3、3% HFの溶液の中の20ppm Al、5ppm Hf、Zr)を実行して再傾斜を確認する。このQC試料を、5番目の試料が済むごと、及び予定した分析セットの最後にも実行する。
ハフニウムの含有量は、282.022nm及び339.980nmの線を使用してモニタリングし、ジルコニウムの含有量は、339.198nmの線を使用してモニタリングした。アルミニウムの含有量は、ICP試料の中のAl濃度が0〜10ppm(100ppmだけに較正する)である場合は、167.079nmの線を介してモニタリングし、10ppm超のAl濃度に対しては396.152nmの線を介してモニタリングした。
報告値は、同じ試料から採取した3つの連続するアリコートの平均であり、試料のもとの質量及び希釈体積をソフトウェアに入力することにより、もとの触媒に関連づけられる。
予備重合触媒の元素組成を分析する場合は、元素が酸によって自由に溶解されることができるように、重合体部分を灰化により消化する。総含有量は、予備重合触媒に対する重量%に対応するように算出する。
GPC:分子量平均値、分子量分布、及び多分散指数(M、M、M/M
分子量平均値(Mw、Mn)、分子量分布(MWD)及び多分散指数、PDI=Mw/Mn(式中、Mnは数平均分子量であり、Mwは重量平均分子量である)によって記述される分子量分布の広さは、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)により、ISO 16014−4:2003及びASTM D 6474−99に従って測定した。
赤外(IR)検出器を備えたPolymerChar GPC装置を、Polymer Laboratories(ポリマーラボラトリー)製の3本のOlexisカラム及び1本のOlexis Guardカラム並びに溶媒としての1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB、250mg/L 2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチル−フェノールで安定化したもの)とともに、160℃、1mL/分の一定流量で使用した。1回の分析あたり200μLの試料溶液を注入した。上記カラムセットは、0.5kg/mol〜11,500kg/molの範囲の少なくとも15個の狭いMWDのポリスチレン(PS)標品を用いたユニバーサルキャリブレーション(ISO 16014−2:2003に従う)を使用して較正した。使用したPS、PE及びPPについてのMark Houwink定数は、ASTM D 6474−99に記載されたとおりである。すべての試料を、5.0〜9.0mgのポリマーを8mL(160℃)の安定化TCB(移動相と同じ)に、GPC装置のオートサンプラーの中で連続的にゆっくりと振盪しながら最高160℃で、PPについて2.5時間又はPEについて3時間溶解することにより調製した。
NMR分光法によるコポリマー微細構造の定量化
定量的13C{H}NMRスペクトルは、H及び13Cについてそれぞれ400.15MHz及び100.62MHzで動作するBruker Advance III 400 NMR分光計を使用して、溶液状態で記録した。すべてのスペクトルを、125℃の13Cに最適化した10mm拡張温度プローブヘッドを使用し、すべての空圧について窒素ガスを使用して記録した。およそ200mgの物質を、G.Singh,A.Kothari,V.Gupta,Polymer Testing 2009,28(5),475に記載されているように、溶媒中の緩和剤の65mM溶液を与えるクロム(III)アセチルアセトナート(Cr(acac))と共に3mLの1,2−テトラクロロエタン−d(TCE−d)に溶解した。
均一溶液を確保するために、ヒートブロック中での最初の試料調製のあと、そのNMRチューブを回転式オーブンの中で少なくとも1時間さらに加熱した。磁石の中へ挿入したあと、チューブを10Hzで回転させた。正確なエチレン含有量の定量のために必要である高分解能及び定量性を主な理由としてこの設定を選んだ。最適化した先端角(tip angle)、1sの繰り返し時間(recycle delay)、及びZ.Zhou,R.Kuemmerle,X.Qiu,D.Redwine,R.Cong,A.Taha,D.Baugh,B.Winniford,J.Mag.Reson. 187(2007)225及びV.Busico,P.Carbonniere,R.Cipullo,C.Pellecchia,J.Severn,G.Talarico,Macromol.Rapid Commun. 2007,28,1128に記載されているように、バイレベルWALTZ16デカップリングスキームを使用して、NOEを伴わない標準的なシングルパルス励起を採用した。1スペクトルあたり全部で6144(6k)の過渡信号を取得した。
定量的13C{H}NMRスペクトルを処理し、積分し、関連の定量的特性を積分値から求めた。すべての化学シフトは、溶媒の化学シフトを使用して、30.00ppmのエチレンブロック(EEE)の中央のメチレン基を間接的に基準とした。このアプローチにより、この構造単位が存在しない場合でも比較可能な基準設定が可能になった。
(L.Resconi,L.Cavallo,A.Fait,F.Piemontesi,Chem.Rev.2000,100(4),1253、Cheng,H.N. Macromolecules 1984,17,1950、及びW−J.Wang及びS.Zhu, Macromolecules 2000,33 1157に記載されているように)2,1エリスロ位置欠陥に対応する特徴的なシグナルが観察された場合、測定された特性に対するその位置欠陥の影響についての補正を必要に応じて実施した。他の種類の位置欠陥に対応する特徴的なシグナルは認められなかった。
(Cheng,H.N, Macromolecules 1984,17,1950に記載されているように)エチレンの組み込みに対応する特徴的なシグナルを観察し、コモノマー分率を、ポリマー中のすべてのモノマーに対するポリマー中のエチレンの分率として算出した。
fE=(E/(P+E)
コモノマー分率は、13C{H}スペクトルのスペクトル領域全体にわたる複数のシグナルの積分により、Wang,W−J.,Zhu,S.,Macromolecules 2000,33 1157の方法を使用して定量した。この方法を、そのロバスト性、及び必要な場合には位置欠陥の存在を考慮できることが理由で選んだ。積分領域は、直面するコモノマー含有量の全範囲にわたる適用性を高めるためにわずかに調整した。
モルパーセントでのコモノマー組み込みはモル分率から算出した。
E[mol%]=100×fE
重量パーセントでのコモノマー組み込みはモル分率から算出した。
E[重量%]=100×(fE×28.06)/((fE×28.06)+((1−fE)×42.08))
メルトフローレート(MFR)
メルトフローレート(MFR)又はメルトインデックス(MI)は、ISO 1133に従って測定する。異なる荷重が使用できる場合は、荷重は、通常、添え字として、例えばMFRと示され、MFRは2.16kg荷重であることを示す。温度は、具体的なポリマーに対してISO 1133に従って選択され、例えばポリプロピレンについては230℃である。従って、ポリプロピレンについては、MFRは、230℃の温度で2.16kgの荷重下で測定し、MFR21は、230℃の温度で21.6kgの荷重下で測定する。
融解温度(T
融解温度Tmは、5〜10mgの試料に対してMettler TA820示差走査熱量測定(DSC)を用いて測定する。DSCは、ISO 3146/パート3/方法C2に従い、+23〜+210℃の温度範囲の10℃/分の走査速度(加熱及び冷却)での加熱/冷却/加熱のサイクルにおいて実行する。融解温度は、2回目の加熱サイクルから決定する。融解温度は、吸熱のピークと解釈した。
キシレン可溶部(XS)
本発明で定義され記載されるキシレン可溶(XS)部は、ISO 16152に即して以下のとおり測定する:2.0gのポリマーを250mLのp−キシレンに撹拌下、135℃で溶解させた。30分後、この溶液を常温で15分間冷却し、次いで25±0.5℃で30分間静置した。この溶液を、濾紙を通して2つの100mLフラスコへと濾過した。第1の100mL容器からの溶液を窒素フローの下でエバポレーションし、残渣を、真空下、90℃で、一定の重量に到達するまで乾燥した。このあと、キシレン可溶部(パーセント)は、以下のとおりに求められる。
XS%=(100・m・Vo)/(mo・v);mo=最初のポリマー量(g);m=残渣の重量(g);Vo=最初の体積(mL);v=分析した試料の体積(mL)。
固有粘度(IV)
固有粘度(IV)値は、ポリマーの分子量と共に上昇する。IV値は、ISO 1628/1に従ってデカリン中、135℃で測定した。
触媒活性
触媒活性は、下記式に基づいて算出した。
Figure 2021517201
生産性
全体生産性は、下記のように算出した。
Figure 2021517201
触媒活性及び生産性の両方について、触媒投入量は、非予備重合(アンプレップト(unprepped))触媒のグラム数である。
メタロセン活性
メタロセン活性(MC活性)は、下記式に基づいて算出した。
Figure 2021517201
式中、触媒投入量は、触媒の中に存在するメタロセン(MC)のグラム数を指す。
予備重合度(DP):ポリマーの重量/予備重合工程前の固体触媒の重量
(オフライン予備重合工程の前の)触媒の組成は、上記のとおりのICPによって決定した。予備重合触媒のメタロセン含有量は、ICPデータから以下のとおりに算出した。
Figure 2021517201
実施例
メタロセン合成
錯体調製のために使用した材料:
2,6−ジメチルアニリン(Acros(アクロス))、1−ブロモ−3,5−ジメチルベンゼン(Acros)、1−ブロモ−3,5−ジ−tert−ブチルベンゼン(Acros)、ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミダゾリウム塩化物(Aldrich(アルドリッチ))、トリフェニルホスフィン(Acros)、NiCl(DME)(Aldrich)、ジクロロジメチルシラン(Merck(メルク))、ZrCl(Merck)、ホウ酸トリメチル(Acros)、Pd(OAc)(Aldrich)、NaBH(Acros)、2.5M nBuLiヘキサン溶液(Chemetal(ケメタル))、CuCN(Merck)、マグネシウム(削り状)(Acros)、シリカゲル60、40〜63μm(Merck)、臭素(Merck)、96%硫酸(Reachim(レアチム))、亜硝酸ナトリウム(Merck)、銅粉末(Alfa(アルファ))、水酸化カリウム(Merck)、KCO(Merck)、12M HCl(Reachim)、TsOH(Aldrich)、MgSO(Merck)、NaCO(Merck)、NaSO(Akzo Nobel(アクゾノーベル))、メタノール(Merck)、ジエチルエーテル(Merck)、1,2−ジメトキシエタン(DME、Aldrich)、95%エタノール(Merck)、ジクロロメタン(Merck)、ヘキサン(Merck)、THF(Merck)、及びトルエン(Merck)は、入手したままで使用した。有機金属合成用のヘキサン、トルエン及びジクロロメタンは、モレキュラーシーブ4A(Merck)で乾燥した。有機金属合成用のジエチルエーテル、THF、及び1,2−ジメトキシエタン(Aldrich)は、ナトリウムベンゾフェノンケチル上で蒸留した。CDCl(Deutero GmbH(ジューテロ))及びCDCl(Deutero GmbH)は、モレキュラーシーブ4Aで乾燥した。4−ブロモ−6−tert−ブチル−5−メトキシ−2−メチルインダン−1−オンは、国際公開第2013/007650号パンフレットに記載されているようにして得た。
下に示す以下の錯体を、実施例のための触媒を調製する際に使用した。
Figure 2021517201
メタロセンMC1の合成
4−(4−tert−ブチルフェニル)−1−メトキシ−2−メチル−1,2,3,5,6,7−ヘキサヒドロ−s−インダセン
Figure 2021517201
前駆体4−ブロモ−1−メトキシ−2−メチル−1,2,3,5,6,7−ヘキサヒドロ−s−インダセンは、国際公開第2015/158790A2号パンフレット(26〜29頁)に記載されている手順に従って作製した。
1.5g(1.92mmol、0.6mol%)のNiCl(PPh)IPr及び89.5g(318.3mmol)の4−ブロモ−1−メトキシ−2−メチル−1,2,3,5,6,7−ヘキサヒドロ−s−インダセンの混合物に、500mL(500mmol、1.57当量)の1.0M 4−tert−ブチルフェニルマグネシウムブロミドTHF溶液を加えた。得られた溶液を3時間還流させ、次いで室温まで冷却し、1000mLの0.5M HClを加えた。さらに続けて、この混合物を1000mLのジクロロメタンで抽出し、有機層を分離し、水層を250mLのジクロロメタンで抽出した。合わせた有機抽出液を乾固するまでエバポレーションし、緑色がかった油状物を得た。標題の化合物を、シリカゲル60(40〜63μm;溶離液:ヘキサン−ジクロロメタン=3:1、体積比、次いで1:3、体積比)でのフラッシュクロマトグラフィーによって単離した。この手順により107g(約100%)の1−メトキシ−2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,3,5,6,7−ヘキサヒドロ−s−インダセンを白色固体塊として得た。
分析:C2430Oについての計算値:C,86.18;H,9.04。実測値:C,85.99;H,9.18。
H NMR(CDCl),syn−異性体: δ 7.42−7.37(m,2H),7.25−7.20(m,3H),4.48(d,J=5.5Hz,1H),3.44(s,3H),2.99−2.47(m,7H),2.09−1.94(m,2H),1.35(s,9H),1.07(d,J=6.9Hz,3H);anti−異性体: δ 7.42−7.37(m,2H),7.25−7.19(m,3H),4.39(d,J=3.9Hz,1H),3.49(s,3H),3.09(dd,J=15.9Hz,J=7.5Hz,1H),2.94(t,J=7.3Hz,2H),2.78(tm,J=7.3Hz,2H),2.51−2.39(m,1H),2.29(dd,J=15.9Hz,J=5.0Hz,1H),2.01(quin,J=7.3Hz,2H),1.36(s,9H),1.11(d,J=7.1Hz,3H)。13C{H} NMR(CDCl)、syn−異性体: δ 149.31,142.71,142.58,141.46,140.03,136.71,135.07,128.55,124.77,120.02,86.23,56.74,39.41,37.65,34.49,33.06,32.45,31.38,25.95,13.68;anti−異性体: δ 149.34,143.21,142.90,140.86,139.31,136.69,135.11,128.49,124.82,119.98,91.53,56.50,40.12,37.76,34.50,33.04,32.40,31.38,25.97,19.35。
4−(4−tert−ブチルフェニル)−6−メチル−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセン
Figure 2021517201
700mLのトルエン中の107gの1−メトキシ−2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,3,5,6,7−ヘキサヒドロ−s−インダセン(上記のように調製した)の溶液に、600mgのTsOHを加え、得られた溶液を、ディーン−スタークヘッドを使用して10分間還流させた。室温まで冷却した後、この反応混合物を200mLの10% NaHCOで洗浄した。有機層を分離し、水層を2×100mLのジクロロメタンでさらに抽出した。合わせた有機抽出液を乾固するまでエバポレーションし、赤色油状物を得た。この生成物をシリカゲル60(40〜63μm;溶離液:ヘキサン、次いでヘキサン−ジクロロメタン=5:1、体積比)でのフラッシュクロマトグラフィーによって精製し、次いで真空蒸留した。沸点210〜216℃/5〜6mmHg。この手順により77.1g(80%)の4−(4−tert−ブチルフェニル)−6−メチル−1,2,3,5−テトラヒドロ−s−インダセンを黄色がかったガラス状物質として得た。
分析:C2326についての計算値:C,91.34;H,8.66。実測値:C,91.47;H,8.50。
H NMR(CDCl): δ 7.44−7.37(m,2H),7.33−7.26(m,2H),7.10(s,1H),6.45(br.s,1H),3.17(s,2H),2.95(t,J=7.3Hz,2H),2.78(t,J=7.3Hz,2H),2.07(s,3H),2.02(quin,J=7.3Hz,2H),1.37(s,9H)。13C{H} NMR(CDCl): δ 149.37,145.54,144.79,142.91,139.92,138.05,137.15,134.06,128.36,127.02,124.96,114.84,42.11,34.53,33.25,32.16,31.41,25.96,16.77。
ビス[2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)−5−メトキシ−6−tert−ブチル−1H−インデン−1−イル]ジメチルシラン
Figure 2021517201
20.6mL(50.06mmol)の2.43M nBuLiヘキサン溶液を、300mLのエーテル中の17.43g(50.01mmol)の2−メチル−5−tert−ブチル−7−(4−tert−ブチルフェニル)−6−メトキシ−1H−インデンの溶液に、−50℃で一度に加えた。この混合物を室温で一晩撹拌し、次いで、得られた大量の黄色沈殿物を伴う黄色溶液を−60℃に冷却し、225mgのCuCNを加えた。得られた混合物を、−25℃で30分間撹拌し、次いで3.23g(25.03mmol)のジクロロジメチルシランを一度に加えた。さらに続けて、この混合物を常温で一晩撹拌した。この溶液をシリカゲル60(40〜63μm)のパッドを通して濾過し、このシリカゲル60を2×50mLのジクロロメタンでさらに洗浄した。合わせた濾液を減圧下でエバポレーションし、残渣を高温で真空中で乾燥した。この手順により18.76g(約100%、純度約85%)のビス[2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)−5−メトキシ−6−tert−ブチル−1H−インデン−1−イル]ジメチルシラン(ジアステレオマーの約7:3混合物)を白色粉末として得た。
1H NMR(CDCl3): δ 7.50−7.39(m,4H),7.32及び7.25(2s,合計1H),6.48及び6.46(2s,合計1H),3.61及び3.58(2s,合計1H),3.21(s,3H),2.12及び2.06(2s,合計3H),1.43,1.42,1.39及び1.38(4s,合計18H),−0.18及び−0.19(2s,合計3H)。13C{1H} NMR(CDCl3): δ 155.50,149.45,147.55,147.20,143.70,139.37,137.09,135.22,135.19,129.74,127.26,126.01,125.94,125.04,120.58,120.36,60.48,47.42,47.16,35.15,34.56,31.47,31.27,31.20,17.75,−4.92,−5.22,−5.32。
rac−ジメチルシランジイル−ビス[2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)−5−メトキシ−6−tert−ブチル−インデン−1−イル]ジルコニウムジクロリド
Figure 2021517201
19.0mL(46.17mmol)の2.43M nBuLiヘキサン溶液を、−60℃に冷却した320mLのエーテル中の17.3g(22.97mmol)のビス[2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)−5−メトキシ−6−tert−ブチル−1H−インデン−1−イル]ジメチルシランの溶液に一度に加えた。この混合物を室温で一晩撹拌し、次いで、得られた大量の黄色沈殿物を伴う黄色溶液を−60℃に冷却し、5.36g(23.0mmol)のZrCl4を加えた。この反応混合物を室温で24時間撹拌し、大量の橙色沈殿物を伴う橙色溶液を得た。この沈殿物を濾別し(G4)、300mLのメチルシクロヘキサンと共に加熱し、生成した懸濁液を、ガラスフリット(G4)を通して熱いうちにLiClから濾過した。この濾液から室温で一晩沈殿した黄色粉末を濾別し(G3)、次いで真空中で乾燥した。この手順により、約3%のmeso−体が混入したrac−錯体を3.98g得た。この混合物を40mLの熱トルエンに溶解させ、生成した溶液を真空中で約10mLまで蒸発させた。室温で沈殿した黄色粉末を濾別し(G3)、次いで真空中で乾燥し、3.41g(16%)の純粋なrac−ジメチルシランジイル−ビス[2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)−5−メトキシ−6−tert−ブチル−インデン−1−イル]ジルコニウムジクロリド(meso−体の含有量<1%)を得た。エーテル母液を乾固するまでエバポレーションし、残渣を100mLの温トルエンに溶解した。この溶液をガラスフリット(G4)を通して濾過し、得られた濾液を約40mLまで蒸発させた。この溶液から室温で沈殿した黄色粉末を直ちに濾別し、真空中で乾燥し、2.6gのrac−及びmeso−ジルコノセンの約5:1混合物(rac−が優勢)を得た。すべての母液を合わせ、体積約20mLまで蒸発させ、残渣を100mLのn−ヘキサンで粉末にした。生成した橙色粉末を集め、真空中で乾燥した。この手順により5.8gのrac−及びmeso−ジルコノセンの混合物を得た。従って、この合成で単離したrac−及びmeso−ジルコノセンの全体収率は11.81g(56%)であった。
rac−ジメチルシランジイル−ビス[2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)−5−メトキシ−6−tert−ブチル−インデン−1−イル]ジルコニウムジクロリド。
分析:C52H66Cl2O2SiZrについての計算値:C,68.39;H,7.28。実測値:C,68.70;H,7.43。
1H NMR(CDCl3): δ 7.63−7.52(m,2H),7.50(s,1H),7.44(d,J=8.1Hz,2H),6.63(s,1H),3.39(s,3H),2.16(s,3H),1.38(s,9H),1.33(s,9H),1.29(s,3H)。13C{1H} NMR(CDCl3): δ 160.00,150.16,144.25,135.07,133.79,133.70,129.25,127.08,125.39,123.09,121.32,120.81,81.57,62.61,35.78,34.61,31.39,30.33,18.37,2.41。
メタロセンMC2の合成
4−ブロモ−2,6−ジメチルアニリン
Figure 2021517201
159.8g(1.0mol)の臭素を、500mLのメタノール中の121.2g(1.0mol)の2,6−ジメチルアニリンの撹拌した溶液にゆっくりと(2時間かけて)加えた。得られた暗赤色の溶液を室温で一晩撹拌し、次いで1100mLの水の中の140g(2.5mol)の水酸化カリウムの冷溶液の中へと注ぎ込んだ。有機層を分離し、水層を500mLのジエチルエーテルで抽出した。合わせた有機抽出液を1000mLの水で洗浄し、KCOで乾燥し、真空中で蒸発させて、202.1gの4−ブロモ−2,6−ジメチルアニリン(純度約90%)を暗赤色油状物として得た。この油状物は、室温で放置しているうちに結晶化した。この材料を、さらなる精製なしでさらに使用した。
H NMR(CDCl): δ 7.04(s,2H),3.53(br.s,2H),2.13(s,6H)。
1−ブロモ−3,5−ジメチルベンゼン
Figure 2021517201
97mL(1.82mol)の96%硫酸を、−10℃に冷却した1400mLの95%エタノール中の134.7g(約673mmol)の4−ブロモ−2,6−ジメチルアニリン(上記のように調製した、純度約90%)の溶液に、反応温度を7℃未満に維持するような速度で滴下した。添加が終了した後、この溶液を室温で1時間撹拌した。次いで、この反応混合物を氷浴中で冷却し、150mLの水の中の72.5g(1.05mol)の亜硝酸ナトリウムの溶液を約1時間かけて滴下した。生成した溶液を同じ温度で30分間撹拌した。次いで、冷却浴を取り除き、18gの銅粉末を加えた。窒素の急速な発生が完結したら、追加の分量(それぞれ約5g、全体で約50g)の銅粉末を、気体発生が完全に止まるまで、10分間隔で加えた。反応混合物を室温で一晩撹拌し、次いでガラスフリット(G3)を通して濾過し、2倍量の水で希釈し、この粗生成物を4×150mLのジクロロメタンで抽出した。合わせた抽出液をKCOで乾燥し、乾固するまでエバポレーションし、次いで真空中で蒸留し(沸点60〜63℃/5mmHg)、黄色がかった液体を得た。この生成物を、シリカゲル60(40〜63μm;溶離液:ヘキサン)でのフラッシュクロマトグラフィーによってさらに精製し、もう一度蒸留し(沸点51〜52℃/3mmHg)、63.5g(51%)の1−ブロモ−3,5−ジメチルベンゼンを無色の液体として得た。
H NMR(CDCl): δ 7.12(s,2H),6.89(s,1H),2.27(s,6H)。13C{H} NMR(CDCl): δ 139.81,129.03,128.61,122.04,20.99。
(3,5−ジメチルフェニル)ボロン酸
Figure 2021517201
1000mLのTHF中の190.3g(1.03mol)の1−ブロモ−3,5−ジメチルベンゼンの溶液及び32g(1.32mol、28%過剰)のマグネシウム(削り状)から得た3,5−ジメチルフェニルマグネシウムブロミドの溶液を−78℃まで冷却し、104g(1.0mol)のホウ酸トリメチルを一度に加えた。得られた不均一な混合物を室温で一晩撹拌した。このボロン酸エステルを、1200mLの2M HClを慎重に加えることにより加水分解した。500mLのジエチルエーテルを加え、有機層を分離し、水層を2×500mLのジエチルエーテルでさらに抽出した。合わせた有機抽出液をNaSOで乾燥し、次いで乾固するまでエバポレーションし、白色塊を得た。この白色塊を200mLのn−ヘキサンで粉末にし、ガラスフリット(G3)を通して濾過し、沈殿物を真空中で乾燥した。この手順により114.6g(74%)の(3,5−ジメチルフェニル)ボロン酸を得た。
分析:C11BOについての計算値:C,64.06;H,7.39。実測値:C,64.38;H,7.72。
H NMR(DMSO−d): δ 7.38(s,2H),7.00(s,1H),3.44(very br.s,2H),2.24(s,6H)。
6−tert−ブチル−4−(3,5−ジメチルフェニル)−5−メトキシ−2−メチルインダン−1−オン
Figure 2021517201
49.14g(157.9mmol)の4−ブロモ−6−tert−ブチル−5−メトキシ−2−メチルインダン−1−オン、29.6g(197.4mmol、1.25当量)の(3,5−ジメチルフェニル)ボロン酸、45.2g(427mmol)のNaCO、1.87g(8.3mmol、5mol%)のPd(OAc)、4.36g(16.6mmol、10mol%)のPPh、200mLの水、及び500mLの1,2−ジメトキシエタンの混合物を6.5時間還流させた。DMEをロータリー・エバポレーターで蒸発させ、600mLの水及び700mLのジクロロメタンを残渣に加えた。有機層を分離し、水層を200mLのジクロロメタンでさらに抽出した。合わせた抽出液をKCOで乾燥し、次いで乾固するまでエバポレーションし、黒色油状物を得た。この粗生成物をシリカゲル60(40〜63μm、ヘキサン−ジクロロメタン=1:1、体積比、次いで、1:3、体積比)でのフラッシュクロマトグラフィーによって精製し、48.43g(91%)の6−tert−ブチル−4−(3,5−ジメチルフェニル)−5−メトキシ−2−メチルインダン−1−オンを茶色がかった油状物として得た。
分析:C2328についての計算値:C,82.10;H,8.39。実測値:C,82.39;H,8.52。
H NMR(CDCl): δ 7.73(s,1H),7.02(s,1H),7.01(s,2H),3.32(s,3H),3.13(dd,J=17.5Hz,J=7.8Hz,1H),2.68−2.57(m,1H),2.44(dd,J=17.5Hz,J=3.9Hz),2.36(s,6H),1.42(s,9H),1.25(d,J=7.5Hz,3H)。13C{H} NMR(CDCl): δ 208.90,163.50,152.90,143.32,138.08,136.26,132.68,130.84,129.08,127.18,121.30,60.52,42.17,35.37,34.34,30.52,21.38,16.40。
5−tert−ブチル−7−(3,5−ジメチルフェニル)−6−メトキシ−2−メチル−1H−インデン
Figure 2021517201
8.2g(217mmol)のNaBHを、5℃に冷却した300mLのTHFの中の48.43g(143.9mmol)の6−tert−ブチル−4−(3,5−ジメチルフェニル)−5−メトキシ−2−メチルインダン−1−オンの溶液に加えた。次いで、150mLのメタノールをこの混合物に、5℃で約7時間、激しく撹拌しながら滴下した。得られた混合物を乾固するまでエバポレーションし、残渣を500mLのジクロロメタンと500mLの2M HClとの間で分配した。有機層を分離し、水層を100mLのジクロロメタンでさらに抽出した。合わせた有機抽出液を乾固するまでエバポレーションし、わずかに黄色がかった油状物を得た。600mLのトルエン中のこの油状物の溶液に400mgのTsOHを加え、この混合物を、ディーン−スタークヘッドを用いて10分間還流させ、次いで水浴を使用して室温まで冷却した。生成した溶液を10% NaCOによって洗浄し、有機層を分離し、水層を150mLのジクロロメタンで抽出した。合わせた有機抽出液をKCOで乾燥し、次いで短層のシリカゲル60(40〜63μm)に通した。このシリカゲル層を100mLのジクロロメタンによってさらに洗浄した。合わせた有機溶離液を乾固するまでエバポレーションし、得られた油状物を真空中、高温で乾燥した。この手順により45.34g(98%)の5−tert−ブチル−7−(3,5−ジメチルフェニル)−6−メトキシ−2−メチル−1H−インデンを得て、これをさらなる精製なしでさらに使用した。
分析:C2328Oについての計算値:C,86.20;H,8.81。実測値:C,86.29;H,9.07。
H NMR(CDCl): δ 7.20(s,1H),7.08(br.s,2H),6.98(br.s,1H),6.42(m,1H),3.25(s,3H),3.11(s,2H),2.36(s,6H),2.06(s,3H),1.43(s,9H)。13C{H} NMR(CDCl): δ 154.20,145.22,141.78,140.82,140.64,138.30,137.64,131.80,128.44,127.18,126.85,116.98,60.65,42.80,35.12,31.01,21.41,16.65。
ビス[6−tert−ブチル−4−(3,5−ジメチルフェニル)−5−メトキシ−2−メチル−1H−インデン−1−イル]ジメチルシラン
Figure 2021517201
28.0mL(70mmol)の2.5M BuLiヘキサン溶液を、−50℃の350mLのエーテルの中の22.36g(69.77mmol)の5−tert−ブチル−7−(3,5−ジメチルフェニル)−6−メトキシ−2−メチル−1H−インデンの溶液に一度に加えた。この混合物を室温で一晩撹拌し、次いで、得られた大量の黄色沈殿物を伴う橙色溶液を−60℃まで冷却し(この温度で沈殿物はほぼ完全に消失した)、400mgのCuCNを加えた。得られた混合物を−25℃で30分間撹拌し、次いで4.51g(34.95mmol)のジクロロジメチルシランを一度に加えた。この混合物を室温で一晩撹拌し、次いでシリカゲル60(40〜63μm)のパッドを通して濾過し、このシリカゲルを2×50mLのジクロロメタンによってさらに洗浄した。合わせた濾液を減圧下でエバポレーションし、残渣を高温で真空中で乾燥した。この手順により24.1g(99%)のビス[6−tert−ブチル−4−(3,5−ジメチルフェニル)−5−メトキシ−2−メチル−1H−インデン−1−イル]ジメチルシラン(NMRによる>90%純度、立体異性体のおよそ3:1混合物)を黄色がかったガラス状物としてを得て、これをさらなる精製なしでさらに使用した。
H NMR(CDCl): δ 7.49,7.32,7.23,7.11,6.99(5s,合計8H),6.44及び6.43(2s,合計2H),3.67,3.55(2s,合計2H),3.27,3.26(2s,合計6H),2.38(s,12H),2.13(s,6H),1.43(s,18H),−0.13,−0.18,−0.24(3s,合計6H)。13C{H} NMR(CDCl): δ 155.29,147.57,147.23,143.63,139.37,139.26,138.19,137.51,137.03,128.24,127.90,127.47,126.01,125.89,120.53,120.34,60.51,47.35,47.16,35.14,31.28,31.20,21.44,17.94,17.79,−4.84,−4.89,−5.84。
rac−ジメチルシランジイル−ビス[2−メチル−4−(3,5−ジメチルフェニル)−5−メトキシ−6−tert−ブチル−インデン−1−イル]ジルコニウムジクロリド(MC2)
Figure 2021517201
27.7mL(69.3mmol)の2.5M BuLiヘキサン溶液を、−50℃に冷却した350mLのジエチルエーテルの中の24.1g(34.53mmol)のビス[6−tert−ブチル−4−(3,5−ジメチルフェニル)−5−メトキシ−2−メチル−1H−インデン−1−イル]ジメチルシラン(上記のように調製した)の溶液に一度に加えた。この混合物を室温で一晩撹拌し、次いで、得られた大量の黄色沈殿物を伴う黄色溶液を−50℃まで冷却し、8.05g(34.54mmol)のZrClを加えた。この反応混合物を室温で24時間撹拌し、いくらかの沈殿物を含む赤色がかった橙色溶液を得た。この混合物を乾固するまでエバポレーションした。残渣を200mLのトルエンとともに加熱し、生成した懸濁液を熱いうちにガラスフリット(G4)に通して濾過した。濾液を70mLまで蒸発させ、次いで50mLのヘキサンを加えた。この溶液から室温で一晩沈殿した結晶を集め、25mLのヘキサンで洗浄し、真空中で乾燥した。この手順により4.01gの純粋なrac−ジルコノセンを得た。母液を約50mLまで蒸発させ、50mLのヘキサンを加えた。この溶液から室温で一晩沈殿した橙色結晶を集め、次いで真空中で乾燥した。この手順により2.98gのrac−ジルコノセンを得た。再度、母液をほとんど乾固するまで蒸発させ、50mLのヘキサンを加えた。この溶液から−30℃で一晩沈殿した橙色結晶を集め、真空中で乾燥した。この手順により3.14gのrac−ジルコノセンを得た。従って、この合成で単離したrac−ジルコノセンの全体収率は10.13g(34%)であった。
rac−MC2。
分析:C4858ClSiZrについての計算値:C,67.26;H,6.82。実測値:C,67.42;H,6.99。
H NMR(CDCl): δ 7.49(s,1H),7.23(very br.s,2H),6.96(s,1H),6.57(s,1H),3.44(s,3H),2.35(s,6H),2.15(s,3H),1.38(s,9H),1.27(s,3H)。13C{H} NMR(CDCl): δ 159.78,144.04,137.87,136.85,134.89,133.86,128.85,127.39,127.05,122.91,121.18,120.80,81.85,62.66,35.76,30.38,21.48,18.35,2.41。
メタロセンMC3(比較)の合成
メタロセンMC3(rac−anti−ジメチルシランジイル(2−メチル−4−フェニル−5−メトキシ−6−tert−ブチル−インデニル)(2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)インデニル)ジルコニウムジクロリド)は、国際公開第2013/007650号パンフレットに記載されているようにして合成した。
触媒調製例
MAOはChemtura(ケムチュラ)から購入し、30重量%トルエン溶液として使用した。
トリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(Boulder Chemicals(ボルダーケミカルズ))は、購入したまま使用した。
界面活性剤として、Unimatec(ユニマテック)から購入し、使用に先立って活性化モレキュラーシーブで乾燥し(2回)、アルゴンバブリングによって脱気した1H,1H−パーフルオロ(2−メチル−3−オキサヘキサン−1−オール)(CAS26537−88−2)(S1)を使用した。
ヘキサデカフルオロ−1,3−ジメチルシクロヘキサン(PFC)(CAS番号335−27−3)は、商業的供給源から得て、使用に先立って活性化モレキュラーシーブで乾燥し(2回)、アルゴンバブリングによって脱気した。
プロピレンは、Borealis(ボレアリス)によって提供され、使用前に十分に精製した。
トリエチルアルミニウムは、Chemturaから購入し、純粋な形態で使用した。
水素はAGAによって提供され、使用前に精製した。
すべての化学物質及び化学反応は、オーブンで乾燥したガラス容器、シリンジ、針又はカニューレを用いて、シュレンク及びグローブボックス技法を使用して不活性ガス雰囲気下で取り扱った。
比較の触媒CC1(Al/S1=167mol/mol)
グローブボックス内で、86.4mgの乾燥し脱気したS1を、セプタムボトルの中で2mLの30重量% Chemtura MAOと混合し、一晩反応させた。翌日、別のセプタムボトルの中で69.3mgのメタロセンMC1(0.076mmol、1当量)を4mLの上記30重量% Chemtura MAO溶液を用いて溶解し、グローブボックス内で撹拌しながら放置した。
60分後、1mLの上記MAO/界面活性剤溶液及び4mLの上記MAO−メタロセン溶液を、40mLの−10℃のPFCが入っておりオーバーヘッド撹拌機(撹拌速度=600rpm)を備える50mL乳化ガラス反応器に連続的に加えた。赤色のエマルションが直ちに生成し、これを−10℃/600rpmで15分間撹拌した。次いで、このエマルションを、2/4テフロン(登録商標)チューブを介して100mLの90℃の熱PFCに移し、移動が完了するまで600rpmで撹拌し、次いで速度を300rpmに下げた。15分間撹拌した後、オイルバスを取り除き、撹拌機を止めた。触媒をPFCの上に静置させ、35分後に溶媒を吸い出した。残った触媒を、アルゴンフローのもとで50℃で2時間乾燥した。0.75gの赤色の自由流動性粉末を得た。
比較の触媒CC2(Al/S1=167mol/mol)
グローブボックス内で、86.2mgの乾燥し脱気したS1を、セプタムボトルの中で2mLの30重量% Chemtura MAOと混合し、一晩反応させた。翌日、別のセプタムボトルの中で65.1mgのメタロセンMC2(0.076mmol、1当量)を4mLの上記30重量% Chemtura MAO溶液を用いて溶解し、グローブボックス内で撹拌しながら放置した。
60分後、1mLの上記MAO/界面活性剤溶液及び4mLの上記MAO−メタロセン溶液を、40mLの−10℃のPFCが入っておりオーバーヘッド撹拌機(撹拌速度=600rpm)を備える50mL乳化ガラス反応器に連続的に加えた。赤色のエマルションが直ちに生成し、これを−10℃/600rpmで15分間撹拌した。次いで、このエマルションを、2/4テフロン(登録商標)チューブを介して100mLの90℃の熱PFCに移し、移動が完了するまで600rpmで撹拌し、次いで速度を300rpmに下げた。15分間撹拌した後、オイルバスを取り除き、撹拌機を止めた。触媒をPFCの上に静置させ、35分後に溶媒を吸い出した。残った触媒を、アルゴンフローのもとで50℃で2時間乾燥した。0.79gの赤色の自由流動性粉末を得た。
本発明の触媒IC1(Al/S1=250mol/mol、B/Zr=1mol/mol)
グローブボックス内で、S1界面活性剤溶液(0.2mLのトルエン中の28.8mgの乾燥し脱気したS1の希釈液)を5mLの30重量% Chemtura MAOに滴下した。この溶液を撹拌しながら10分間放置した。次いで、104.0mgのメタロセンMC1を、MAO/界面活性剤に加えた。60分後、105.0mgのトリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートを加えた。この混合物をグローブボックス内で、室温で60分間反応させた。
次いで、上記界面活性剤−MAO−メタロセン−ボレート溶液を、40mLの−10℃のPFCが入っておりオーバーヘッド撹拌機(撹拌速度=600rpm)を備える50mL乳化ガラス反応器に加えた。黄色のエマルションが直ちに生成し、これを−10℃/600rpmで15分間撹拌した。次いで、このエマルションを、2/4テフロン(登録商標)チューブを介して100mLの90℃の熱PFCに移し、移動が完了するまで600rpmで撹拌した。次いで、速度を300rpmに下げた。15分間撹拌した後、オイルバスを取り除き、撹拌機を止めた。触媒をPFCの上に静置させ、35分後に溶媒を吸い出した。残った触媒を、アルゴンフローのもとで50℃で2時間乾燥した。0.6gの赤色の自由流動性粉末を得た。
本発明の触媒IC2(Al/S1=250mol/mol、B/Zr=1mol/mol)
グローブボックス内で、S1界面活性剤溶液(0.2mLトルエン中の29.2mgの乾燥し脱気したS1の希釈液)を5mLの30重量% Chemtura MAOに滴下した。この溶液を撹拌しながら10分間放置した。次いで、97.7mgのメタロセンMC2を、MAO/界面活性剤に加えた。60分後、105.0mgのトリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートを加えた。この混合物をグローブボックス内で、室温で60分間反応させた。
次いで、上記界面活性剤−MAO−メタロセン−ボレート溶液を、40mLの−10℃のPFCが入っておりオーバーヘッド撹拌機(撹拌速度=600rpm)を備える50mL乳化ガラス反応器に加えた。黄色のエマルションが直ちに生成し、これを−10℃/600rpmで15分間撹拌した。次いで、このエマルションを、2/4テフロン(登録商標)チューブを介して100mLの90℃の熱PFCに移し、移動が完了するまで600rpmで撹拌した。次いで、速度を300rpmに下げた。15分間撹拌した後、オイルバスを取り除き、撹拌機を止めた。触媒をPFCの上に静置させ、35分後に溶媒を吸い出した。残った触媒を、アルゴンフローのもとで50℃で2時間乾燥した。0.70gの赤色の自由流動性粉末を得た。
比較の触媒CC3
比較の触媒CC3は、メタロセンMC3を使用して国際公開第2014/060541A1号パンフレットの中の実施例1のようにして製造した。触媒CC3における共触媒系として、MAO及びトリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートを使用した。このボレートは、1.84mol/molのB/Zr比で合成に添加した。
比較の触媒CC4
比較の触媒CC4は、メタロセンMC3を使用して、国際公開第2014/060541A1号パンフレットに記載される比較例1のようにして製造した。共触媒系として、触媒CC4はMAOを含むがボレート共触媒は含まない。
オフライン予備重合(「プレッピング(prepping)」)手順
触媒IC1、IC2、CC1及びCC2を、以下の手順に従って予備重合した。オフライン予備重合実験を、ガス供給ライン及びオーバーヘッド撹拌機を備える125mL耐圧反応器の中で行った。乾燥し脱気したパーフルオロ−1.3−ジメチルシクロヘキサン(15cm)及び予備重合することになる所望の量の上記触媒をグローブボックス内で反応器に投入し、この反応器を密封した。次いでこの反応器をグローブボックスから取り出し、25℃に保った水冷浴の中に置いた。オーバーヘッド撹拌機及び供給ラインを接続し、撹拌速度を450rpmに設定した。実験を、反応器へのプロピレン供給を開くことにより開始した。反応器の中の全圧を約5bargに上昇させ、目標重合度に到達するまで、質量流量調節器を介したプロピレン供給により一定に保持した。揮発性成分を放出することにより反応を停止した。グローブボックス内で、この反応器を開け、内容物をガラス容器の中へと注ぎ込んだ。一定重量が得られるまでパーフルオロ−1,3−ジメチルシクロヘキサンを蒸発させ、予備重合触媒を得た。
Figure 2021517201
ICP分析
表2に、メタロセンMC1及びMC2の触媒についてのAl(重量%)、Zr(重量%)の量、非予備重合触媒のMC(重量%)、予備重合触媒のMC(重量%)及びAl/Zr比を示す。
Figure 2021517201
重合例
1. 塊状プロピレン単独重合
a)IC1及びCC1
撹拌機、モノマー及び水素用のライン、排気ライン並びに触媒及びスカベンジャー用の供給システムを備える5リットルのジャケット付きステンレス鋼反応器の中で重合を行った。
触媒フィーダーは、2つのステンレス鋼シリンダーを直列に含む。グローブボックス内で、所望の量の予備重合していない(非予備重合、unprepped)触媒(表3参照)をフィーダーの下側の鋼鉄シリンダーに投入し、5mLの乾燥パーフルオロ−1,3−ジメチルシクロヘキサンが入っている第2シリンダーを上に取り付けた。スカベンジャーフィーダーの鋼鉄シリンダーに200μLのトリエチルアルミニウム及び5mLの乾燥ペンタンを充填した。グローブボックスの外で、このフィードシリンダーを反応器に取り付け、接続部に窒素を流した。反応器温度を20℃に制御した。スカベンジャーフィーダーの内容物を、圧力をかけて窒素を用いて反応器に注ぎ込んだ。次いで、所望の量の水素(表3参照)、続いて1,100gの液体プロピレンを反応器に供給した。撹拌速度を400rpmに設定した。反応器温度を20℃に安定させ、最低でも5分後に、以下に記載のとおり、触媒を反応器に注入することにより重合を開始した。触媒フィーダーの2つのシリンダーの間にあるバルブを開き、次いで直後に触媒を、圧力をかけて窒素を用いて反応器に注ぎ込んだ。フィーダーを窒素で3回加圧し、反応器に注ぎ込んだ。反応器への総窒素投入量は約0.42molであった。
5分間の20℃での予備重合の後、反応器温度を15分間にわたって70℃まで上昇させた。重合を70℃で60分間続け、次いで反応器を標準圧力に開放することにより停止した。反応器を窒素で数回洗い流した後にポリマーを集め、一定質量に到達するまで風乾し、次いで秤量し、収量を記録した。
触媒活性を、この60分間に基づき、上で定義した式に従って算出した。
b)CC3及びCC4
触媒CC3及びCC4を使用して、国際公開第2014/060541号パンフレットの重合例P2及びCP2について記載されているようにして、重合を実施した。この重合は5Lの反応器の中で実施した。200μLのトリエチルアルミニウムをスカベンジャーとして、5mLの乾燥し脱気したペンタン溶液で供給した。次いで所望の量の水素を投入し(mmol単位で測定した)、1,100gの液体プロピレンを反応器に供給した。温度を30℃に設定した。5mLのPFCの中の所望の量の触媒(3〜15mg)を、圧力をかけて窒素を用いて反応器に注ぎ込む。次いで、温度を15分間にわたって70℃に上昇させる。重合を、30分後に反応器をベントし、窒素を用いて洗い流すことにより停止させ、その後、ポリマーを集める。
触媒活性を、この30分間に基づき、上で定義した式に従って算出した。
2. C3/C2ランダム共重合
a)IC1、IC2、CC1及びCC2
撹拌機、モノマー及び水素用のライン、排気ライン並びに触媒及びスカベンジャー用の供給システムを備える5リットルのジャケット付きステンレス鋼反応器の中で重合を行った。
触媒フィーダーは、2つのステンレス鋼シリンダーを直列に含む。グローブボックス内で、所望の量の予備重合していない(非予備重合)触媒(表5参照)をフィーダーの下側の鋼鉄シリンダーに投入し、5mLの乾燥パーフルオロ−1,3−ジメチルシクロヘキサンが入っている第2シリンダーを上に取り付けた。スカベンジャーフィーダーの鋼鉄シリンダーに200μLのトリエチルアルミニウム及び5mLの乾燥ペンタンを充填した。グローブボックスの外で、このフィードシリンダーを反応器に取り付け、接続部に窒素を流した。反応器温度を30℃に制御した。スカベンジャーフィーダーの内容物を、圧力をかけて窒素を用いて反応器に注ぎ込んだ。次いで、所望の量の水素(6mmol)、続いて1,100gの液体プロピレン及び所望の量のエチレン(表5参照)を反応器に供給した。撹拌速度を400rpmに設定した。反応器温度を30℃に安定させ、最低でも5分後に、以下に記載のとおり、触媒を反応器に注入することにより重合を開始した。触媒フィーダーの2つのシリンダーの間にあるバルブを開き、次いで直後に触媒を、圧力をかけて窒素を用いて反応器に注ぎ込んだ。フィーダーを窒素で3回加圧し、反応器に注ぎ込んだ。反応器への総窒素投入量は0.38〜0.42molであった。
反応器温度を15分間にわたって70℃まで上昇させた。重合を70℃でおよそ30分間続け、次いで反応器を標準圧力に開放することにより停止した。反応器を窒素で数回洗い流した後にポリマーを集め、一定質量に到達するまで風乾し、次いで秤量し、収量を記録した。
触媒活性は、70℃での上記時間(24〜30分間、表5)に基づき、上で定義した式に従って算出した。
b)CC3及びCC4
重合を、触媒CC3及びCC4を使用して、国際公開第2014/060540号パンフレットの重合例P2及びCP2に記載されているように実施した。
この重合は5Lの反応器の中で実施した。200μLのトリエチルアルミニウムをスカベンジャーとして、5mLの乾燥し脱気したペンタン溶液で供給した。次いで所望の量の水素(6mmol)を投入し(mmol単位で測定した)、1,100gの液体プロピレン(銅触媒、モレキュラーシーブ及びSelexsorb COSを充填したカラムによって精製)を反応器に供給した。所望の量のエチレンを反応器に供給した。温度を30℃に設定した。5mLのPFC中の所望の量の触媒(3〜30mg)を、圧力をかけて窒素を用いて反応器に注ぎ込んだ。次いで、温度を15分間にわたって70℃に上昇させる。重合を、30分後に反応器をベントし、窒素を用いて洗い流すことにより停止させ、その後、ポリマーを集める。
触媒活性を、この30分間に基づき、上で定義した式に従って算出した。
3. 塊状プロピレン重合(予備重合触媒)
全容積20.9dmで0.2bar−gのプロピレンが入っている(リボン撹拌機を備える)撹拌したオートクレーブにさらなる4.45kgのプロピレンを充填する。0.8mLのトリエチルアルミニウム溶液(n−ヘプタン中の0.62モル濃度溶液)を250gのプロピレンの流れを使用して加えた後、この溶液を20℃、250rpmで少なくとも20分間撹拌する。その後、触媒を、以下に記載するようにして注入する。
所望の量の固形分、予備重合した(予備重合)触媒をグローブボックス内で5mLステンレス鋼バイアルに投入し、次いで4mLのn−ヘプタンが入っており10barの窒素で加圧した第2の5mLバイアルをその上に加えた。この二重フィーダーシステムをオートクレーブの蓋のポートに載置した。選んだ量のH2を流量調節器を介して反応器に投入する。2つのバイアルの間にあるバルブを開き、上記固体触媒をN2圧力の下で2秒間n−ヘプタンと接触させ、次いで250gのプロピレンと共に反応器に注ぎ込む。撹拌速度を250rpmに保持し、予備重合を20℃で10分間実行する。次いで、重合温度を75℃まで上昇させる。反応器温度を重合全体にわたって一定に保持する。温度が設定した重合温度よりも2℃低い温度になった時に開始して重合時間を測る。60分の重合時間が経過すると、反応を、5mLのエタノールを注入し、反応器を冷却し、揮発性成分を解放することにより停止する。反応器をN2で3回洗い流し、1回の真空/N2サイクルの後、反応器を開け、ポリマー粉末を取り出し、換気フードの中で一晩乾燥する。100gのこのポリマーに0.5重量%のIrganox B225(アセトンに溶解した)を添加し、次いで換気フードの中で一晩乾燥し、60℃の真空乾燥オーブンの中でさらに1時間乾燥する。結果を表4に示す。
4. 3工程の塊状(hPP)+気相(hPP)+気相(C2/C3)重合(異相プロピレンコポリマー)
工程1:予備重合及び塊状単独重合
0.4bargのプロピレンが入っている21.2Lのステンレス鋼反応器に3,950gのプロピレンを充填した。トリエチルアルミニウム(0.80mLの、ヘプタン中の0.62mol/L溶液)を、さらなる240gのプロピレンによって反応器に注入した。この溶液を、20℃、250rpmで少なくとも20分間撹拌した。触媒を、以下に記載するようにして注入した。所望の量の固形分、予備重合した(予備重合)触媒をグローブボックス内で5mLステンレス鋼バイアルに投入し、4mLのn−ヘプタンが入っており10barの窒素で加圧した第2の5mLバイアルを上記第1バイアルの上に加えた。この触媒フィーダーシステムを反応器の蓋のポートに載置した。2つのバイアルの間にあるバルブを開き、上記固体触媒を窒素圧力下で2秒間ヘプタンと接触させ、次いで240gのプロピレンと共に反応器に注ぎ込んだ。予備重合を10分間実行した。予備重合工程の最後で、温度を80℃まで上昇させた。反応器内部温度が71℃に到達すると、1.5NL(CE5)又は2.0NL(IE5)を、質量流量調節器を介して1分間かけて加えた。反応器温度を重合全体にわたって80℃で一定に保持した。反応器内部温度が設定した重合温度よりも2℃低い温度になった時に開始して重合時間を測定した。
工程2:気相単独重合
塊状工程が完了した後、撹拌機速度を50rpmに下げ、圧力を、モノマーをベントすることにより所望の気相圧力(=目標圧力−0.5bar)に下げた。その後、撹拌機速度を180rpmに設定し、反応器温度を80℃に設定し、圧力を24bar−gに設定した。流量調節器を介して4分間かけて水素を加えた。気相単独重合の間、圧力及び温度の両方を、質量流量調節器(プロピレンを供給する)及びサーモスタットを介して40分間一定に保持した。
工程3:気相エチレン−プロピレン共重合
気相単独重合工程が完了した後、撹拌機速度を50rpmに下げ、圧力を、モノマーをベントすることにより0.3bar−gに下げた。次いで、トリエチルアルミニウム(0.80mLの、ヘプタン中の0.62mol/L溶液)を、さらなる250gのプロピレンによって、鋼鉄バイアルを通して反応器に注入した。次いで、圧力を、モノマーをベントすることにより再度0.3bar−gまで下げた。撹拌機速度を180rpmに設定し、反応器温度を70℃に設定した。次いで、C3/C2ガス混合物(すべてについてC2/C3=0.56重量/重量)を供給することにより、反応器圧力を20bar−gまで上昇させた。この工程について設定した継続時間が経過するまで、上記温度をサーモスタットによって一定に保持し、圧力を、質量流量調節器を介して目標のポリマー組成物に対応する組成のC3/C2ガス混合物を供給することにより一定に保持した。
次いで、反応器を約30℃まで冷却し、揮発性成分を解放した。反応器をN2で3回パージし、1回の真空/N2サイクルの後、生成物を取り出し、換気フードの中で一晩乾燥した。100gのこのポリマーに0.5重量%のIrganox B225(アセトン溶液)を添加し、フードの中で一晩、その後60℃の真空乾燥オーブン中で2時間乾燥した。結果を表6及び表7に示す。
結果
下記の表3〜表7から、ボレート共触媒及びMAO共触媒を含む共触媒系を伴う触媒(IC1、IC2及びCC3)は、プロピレンホモポリマー及びプロピレン−エチレンランダムコポリマーを重合する場合に、同じメタロセンを使用するがMAO共触媒だけを含む触媒(CC1、CC2及びCC3)と比べて、より高いMC活性、触媒活性及び触媒生産性を示すことが分かる。本発明に係るメタロセン錯体並びにボレート共触媒及びMAO共触媒を含む共触媒系を有する触媒(IC1及びIC2)は、プロピレンホモポリマー及びプロピレン−エチレンランダムコポリマーを重合する場合に、同じ共触媒系を有するが比較のメタロセン錯体を有する触媒(CC3)と比べて、より高い触媒活性を示す。
さらに、表3及び表4から、触媒IC1及びIC2の存在下で重合されたプロピレンホモポリマーは、触媒CC1及びCC2の存在下で重合されたプロピレンホモポリマーと比べて、より高い融解温度を示すことが分かる。
なおさらに、表5から、触媒IC1及びIC2の存在下で重合したプロピレンランダムコポリマーは、触媒CC1及びCC2の存在下で重合したプロピレンランダムコポリマーと比べて、同等の融解温度においてより高いコモノマー含有量を示す。
表6及び表7から、本発明に係る触媒(IC2)は、異相プロピレンコポリマーのための3工程重合プロセスに対する恩恵も示すことが分かる。XS画分における約23重量%という同様のエチレン(C2)含有量において、本発明の触媒IC2(すなわちボレート変性触媒)は、塊状重合及び気相単独重合の両方において有意に高い活性を有し、第2の気相工程(共重合)においても非常に良好な活性を維持する。
Figure 2021517201
Figure 2021517201
Figure 2021517201
Figure 2021517201
Figure 2021517201

Claims (14)

  1. 任意にエチレンコモノマーを伴うプロピレンモノマーの重合方法であって、
    (i)式(I)の錯体であって、
    Figure 2021517201
    式中、
    Mは、ジルコニウム又はハフニウムであり、
    各Xは、独立にσドナー配位子であり、
    Lは、−R’C−、−R’C−CR’−、−R’Si−、−R’Si−SiR’−、−R’Ge−から選択される二価のブリッジであり、各R’は、独立に、水素原子若しくは1以上の周期表の14族〜16族のヘテロ原子若しくはフッ素原子を含有していてもよいC−C20−ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つのR’基は一緒になって環を形成することができ、
    及びR1’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−CH(Rであり、各Rは、独立に、H又はC−C10ヒドロカルビル基であり、任意に前記2つのRは一緒になって環を形成することができ、
    及びR2’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−C(Rであり、各Rは、独立に、H若しくはC1−10ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つ又は3つのR基は一緒になって環を形成することができ、
    ただし、少なくともR又はRのうちの1つ及びR1’又はR2’のうちの1つは水素とは異なり、
    のうちの1つと共にR、並びにR1’のうちの1つと共にR2’は、前記フェニル環に縮合したさらなる単環式環又は多環式環の一部であることができ、
    及びR3’は、それぞれ独立に、直鎖状のC−Cヒドロカルビル基又は分枝状又は環状のC−C10ヒドロカルビル基であるが、ただし、前記基は、α−位において分枝状ではなく
    及びR4’は、それぞれ独立に、第三級C−C10ヒドロカルビル基であり、
    及びR5’は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分枝状のC−C10アルキル基又はC−C10−アリール基である
    錯体、並びに
    (ii)ホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒を含む共触媒系
    を含むシングルサイト触媒の存在下で行う方法。
  2. 前記アルミノキサン共触媒が式(X)のものであり、
    Figure 2021517201
    式中、nは、通常、6〜20であり、Rは、C−C10アルキル、好ましくはC−Cアルキル、又はC−C10−シクロアルキル、C−C12−アリールアルキル若しくはアルキルアリール及び/又はフェニル若しくはナフチルであることができる請求項1に記載の方法。
  3. 前記ホウ素ベースの共触媒が式(Z)のものであり、
    BY (Z)
    式中、Yは、独立に、同じであり、又は異なることができ、水素原子、炭素原子数1〜約20のアルキル基、炭素原子数6〜約15のアリール基、アルキルラジカルが炭素原子数1〜10でありアリールラジカルが炭素原子数6〜20であるアルキルアリール、アルキルラジカルが炭素原子数1〜10でありアリールラジカルが炭素原子数6〜20であるアリールアルキル、炭素原子数1〜10のハロアルキル又は炭素原子数6〜20のハロアリール、又はフッ素、塩素、臭素若しくはヨウ素である請求項1又は請求項2に記載の方法。
  4. 前記ホウ素ベースの共触媒が、ボレートアニオンを含有する化合物のうちの1つである請求項1又は請求項2に記載の方法。
  5. 前記式(I)の錯体の中の前記金属イオンMに対する前記ホウ素含有共触媒の中のホウ素のモル比が、0.5:1〜10:1mol/mol、好ましくは1:1〜10:1、とりわけ1:1〜5:1mol/molの範囲にある請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記式(I)の錯体の中の前記金属イオンMに対する前記アルミノキサン共触媒の中のアルミニウムのモル比が、1:1〜2,000:1mol/mol、好ましくは10:1〜1,000:1、とりわけ50:1〜500:1mol/molの範囲にある請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。
  7. a)プロピレンモノマー単位、任意にエチレンコモノマー単位及び水素を重合反応器に導入する工程と、
    b)前記プロピレンモノマー単位、及び任意にエチレン単位を重合して、プロピレンホモポリマー又はプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーから選択されるプロピレンのポリマーを形成する工程と
    を備える請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記シングルサイト触媒が、少なくとも1,000kg/(g・h)のメタロセン(MC)活性を有する請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の方法。
  9. (A’)第1プロピレンホモポリマー画分(hPP1)又は第1プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP1)を得るために、第1反応器の中で、水素の存在下で、プロピレンモノマー単位、及び任意にエチレンコモノマー単位を重合する工程と、
    (B’)前記第1プロピレンホモポリマー画分(hPP1)又は第1プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP1)を第2反応器に移す工程と、
    (C’)第2プロピレンホモポリマー画分(hPP2)又は第2プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP2)を得るために、前記第2反応器の中で、水素の存在下で、前記第1プロピレンホモポリマー画分(hPP1)又は第1プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP1)の存在下で、プロピレンモノマー単位、及び任意にエチレンコモノマー単位を重合する工程であって、前記第1プロピレンホモポリマー画分(hPP1)又は第1プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP1)及び前記第2プロピレンホモポリマー画分(hPP2)又は第2プロピレン−エチレンランダムコポリマー画分(cPP2)はマトリクス相(M)を形成する工程と、
    (D’)前記マトリクス相(M)を気相反応器である第3反応器に移す工程と、
    (E’)エラストマープロピレンコポリマー(E)を得るために、前記第3反応器の中で、前記マトリクス(M)の存在下で、プロピレンモノマー単位及びエチレンコモノマー単位を重合する工程であって、前記マトリクス(M)及び前記エラストマープロピレンコポリマー(E)が異相プロピレンコポリマーを形成する工程と
    を備える請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 少なくとも1つの重合反応器が気相反応器である請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の方法から得ることができるプロピレンのポリマーであって、プロピレンのホモポリマー又はプロピレン及びエチレンのランダムコポリマーを含むプロピレンのポリマー。
  12. 前記プロピレンのホモポリマーが少なくとも150.0℃の融解温度Tmを有する請求項11に記載に記載のプロピレンのポリマー。
  13. 前記プロピレンのポリマーが、前記プロピレンのホモポリマー及び/又は前記プロピレン及びエチレンのランダムコポリマーを含むマトリクス(M)と、前記マトリクス(M)に分散したエラストマーコポリマー(E)とを含む異相プロピレンコポリマーである請求項11又は請求項12に記載のプロピレンのポリマー。
  14. 請求項11から請求項13のいずれか一項に記載のプロピレンのポリマーの製造のための、
    (i)式(I)の錯体であって、
    Figure 2021517201
    式中、
    Mは、ジルコニウム又はハフニウムであり、
    各Xは、独立にσドナー配位子であり、
    Lは、−R’C−、−R’C−CR’−、−R’Si−、−R’Si−SiR’−、−R’Ge−から選択される二価のブリッジであり、各R’は、独立に、水素原子若しくは1以上の周期表の14族〜16族のヘテロ原子若しくはフッ素原子を含有していてもよいC−C20−ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つのR’基は一緒になって環を形成することができ、
    及びR1’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−CH(Rであり、各Rは、独立に、H又はC1−10ヒドロカルビル基であり、任意にこの2つのRは一緒になって環を形成することができ、
    及びR2’は、それぞれ独立に、水素、C−C10−アリール又は基−C(Rであり、各Rは、独立に、H若しくはC1−10ヒドロカルビル基であるか、又は任意に2つ又は3つのR基は一緒になって環を形成することができ、
    ただし、少なくともR又はRのうちの1つ及びR1’又はR2’のうちの1つは水素とは異なり、
    のうちの1つと共にR、並びにR1’のうちの1つと共にR2’は、前記フェニル環に縮合したさらなる単環式環又は多環式環の一部であることができ、
    及びR3’は、それぞれ独立に、直鎖状のC−Cヒドロカルビル基又は分枝状又は環状のC−C10ヒドロカルビル基であるが、ただし、前記基は、α−位において分枝状ではなく
    及びR4’は、それぞれ独立に、第三級C−C10ヒドロカルビル基であり、
    及びR5’は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分枝状のC−C10アルキル基又はC−C10−アリール基である
    錯体と、
    (ii)ホウ素含有共触媒及びアルミノキサン共触媒を含む共触媒系と
    を含むシングルサイト触媒の使用。
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