JP2023528188A - エチレン系コポリマーを製造するためのゲルマニウム架橋ビス-ビフェニル-フェノキシ有機金属化合物を含有する噴霧乾燥触媒 - Google Patents
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Abstract
本出願の実施形態は、式(Ia)の構造を有する金属-配位子錯体を含む、プロ触媒、及びプロ触媒を含む触媒系に関する。【化1】JPEG2023528188000023.jpg36128【選択図】なし
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2020年5月29日に出願された米国特許仮出願第63/031,638号、及び2021年1月29日に出願された米国特許仮出願第63/143,324号、及び2021年1月29日に出願された米国特許仮出願第63/143,333号に対する優先権を主張し、その各々はその全体が参照により組み込まれる。
本出願は、2020年5月29日に出願された米国特許仮出願第63/031,638号、及び2021年1月29日に出願された米国特許仮出願第63/143,324号、及び2021年1月29日に出願された米国特許仮出願第63/143,333号に対する優先権を主張し、その各々はその全体が参照により組み込まれる。
(発明の分野)
本開示の実施形態は、全体的には、ポリエチレンを製造するためのプロセスに関し、特に、気相重合反応器においてエチレン及び任意の1つ以上のC(C3~C12)α-オレフィンコモノマーをゲルマニウム架橋ビス-フェニルフェノキシ触媒系と接触させるためのプロセスに関する。
本開示の実施形態は、全体的には、ポリエチレンを製造するためのプロセスに関し、特に、気相重合反応器においてエチレン及び任意の1つ以上のC(C3~C12)α-オレフィンコモノマーをゲルマニウム架橋ビス-フェニルフェノキシ触媒系と接触させるためのプロセスに関する。
不均一系オレフィン重合におけるチーグラー及びナッタの発見以来、世界のポリオレフィン生産は2015年に年間約1億5000万トンに達し、市場の需要により増加し続けている。ポリオレフィン重合プロセスにおける触媒系は、そのようなポリオレフィンの特性及び性質に寄与し得る。例えば、ビス-フェニルフェノキシ(BPP)金属-配位子錯体を含む触媒系は、均一又は逆転の短鎖分岐分布(SCBD)、比較的高濃度のコモノマー組み込み、高い固有分子量、及び/又は狭い~中間の分子量分布(MWD)を有する、ポリオレフィンを製造することができる。
しかしながら、気相重合などのいくつかの重合プロセスで利用される場合、BPP金属-配位子錯体を含む触媒系は、一般に低い生産性を示すことがある。すなわち、BPP金属-配位子錯体を含む触媒系は、一般に、使用される触媒系の量に比べて少ないポリマーを製造し得る。したがって、BPP金属-配位子錯体を含む触媒系の使用は、気相重合プロセスにおいて商業的に採算が合わない場合がある。
したがって、気相反応器での使用に好適であり、気相重合プロセスで利用される場合に改善された生産性を有する触媒系が依然として必要である。本開示の実施形態は、気相重合プロセスで利用され得、ケイ素含有架橋のないBPP金属-配位子錯体を含む同様の触媒系と比較した場合に生産性の大幅な上昇を示す、触媒系を提供することによってこれらの必要性に対処する。
更に、エチレン系コポリマー(ポリ(エチレン-コ-1-アルケン)とも呼ばれる)樹脂は、一般に、短鎖分岐分布(SCBD)又はコモノマー分布を有する。多くのエチレン系コポリマーは、エチレン系コポリマーの分子量が増加するにつれてコモノマー重量パーセントが減少する、逆転のSCBD又は逆転のコモノマー分布を有する。しかしながら、ポリマー鎖の分子量(MW)が増加するにつれてコモノマー重量パーセント(重量%)が増加するコポリマーを製造することは、多くの用途において性能を向上させる。
逆転のコモノマー分布は、一般に、二重反応器構成及び単一又は二元触媒プロセスを使用して達成される。二重反応器プロセスでは、単一の触媒を使用して、2つの反応器で独立したプロセス制御により、個々の反応器において、高分子量でより低密度の成分(より高いコモノマー重量%を有する)と、低分子量で高密度(より低いコモノマー重量%)の成分とを作製することができる。その結果、二峰性の分布にわたって正味で逆転のSCBDを有する二峰性樹脂になる。二元触媒単一反応器プロセスの場合、一方の触媒は高分子量低密度の成分を作製するが、他方は低分子量高密度の成分を作製し、その結果、逆転のSCBDを有する二峰性生成物になる。
本開示の実施形態は、逆転のコモノマー分布を有するエチレン系コポリマーを製造するためのプロセスを含む。実施形態では、プロセスは、単一気相重合反応器において触媒系の存在下でエチレン及び1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーを重合することであって、反応器温度が150℃以下であり、かつ1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーのエチレンに対するモル供給比が0.020以下である、ことを含み、触媒系は、式(Ia)による構造を有する活性化金属-配位子錯体を含み、エチレン系コポリマーは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC、例えば、従来のGPC)により決定するとき、単峰性の分子量分布を有し、GPC測定の溶解ポリマーにおいて高速FT-IR分光法により決定するとき、0を超えるコモノマー分子量分布指数を有する。
1つ以上の実施形態では、触媒系は、1つ以上の支持材料上に配置された活性化金属-配位子錯体を含む。活性化金属-配位子錯体は、式(Ia)による構造を有する。
式(I)において、A-は、アニオンである。Mは、チタン、ジルコニウム又はハフニウムであり、(X)nの下付き文字nは、1、2、又は3であり、各Xは、独立して、不飽和(C2~C50)炭化水素、不飽和(C2~C50)ヘテロ炭化水素、(C1~C50)ヒドロカルビル、(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル、(C6~C50)アリール、(C4~C50)ヘテロアリール、ハロゲン、-N(RN)2、及び-N(RN)CORCから選択される単座配位子であり、式(I)の金属-配位子錯体は、全体的に電荷中性である。
式(I)において、各Zは、独立して、-O-、-S-、N(C1~C40)ヒドロカルビル、及びP(C1~C40)ヒドロカルビルから選択される。
式(I)において、R1及びR16は、独立して、(C6~C50)アリール、(C4~C50)ヘテロアリール、(C1~C40)アルキル、(C3~C40)ヘテロアルキル、式(II)を有するラジカル、式(III)を有するラジカル、及び式(IV)を有するラジカルから選択される。
式(II)、(III)、及び(IV)において、R31~35、R41~48、及びR51~59は、独立して、-H、(C1~C50)ヒドロカルビル、(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(RN)-、(RC)2NC(O)-、又はハロゲンから選択される。
式(I)において、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、及びR15は、独立して、-H、(C1~C50)ヒドロカルビル、(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(RN)-、(RC)2NC(O)-、及びハロゲンから選択される。
式(I)において、R19及びR20は、独立して、-(CRC
2)m-から選択され、式中、下付き文字mは、1又は2であり、-(CRC
2)mのRCは、-H、(C1~C10)アルキルである。
式(I)において、R17及びR18は、独立して、直鎖又は分岐鎖(C1~C20)ヒドロカルビルから選択される。
式(I)、(II)、(III)、及び(IV)において、各RC、RP、及びRNは、独立して、-H、(C1~C50)ヒドロカルビル、及び(C1~C50)ヘテロヒドロカルビルから選択される。
本開示の実施形態は、触媒系を製造するための方法を含む。方法は、不活性炭化水素溶媒中で1つ以上の支持材料、1つ以上の活性化剤、及び金属-配位子錯体を接触させて、触媒系を製造することを含む。
本開示の実施形態は、ポリエチレンを製造するためのプロセスを含む。プロセスは、気相重合反応器においてエチレン及び任意の1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーを触媒系と接触させることを含む。触媒系は、1つ以上の支持材料上に配置された金属-配位子錯体を含む。
ここで、プロ触媒、触媒系、触媒系の製造方法、及びポリエチレンの製造プロセスの特定の実施形態について説明する。ただし、本開示の系、方法、及びプロセスは、異なる形態で実施され得、本開示に記載される特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、実施形態は、本開示が、徹底的かつ完全であり、開示される主題の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。
本開示で使用される一般的な略語を以下に列挙する。
Me:メチル;Et:エチル;Ph:フェニル;Bn:ベンジル、i-Pr:イソ-プロピル;t-Bu:tert-ブチル;t-Oct:tert-オクチル(2,4,4-トリメチルペンタン-2-イル);Tf:トリフルオロメタンスルホネート;THF:テトラヒドロフラン;Et2O:ジエチルエーテル;CH2Cl2:ジクロロメタン;CV:カラム体積(カラムクロマトグラフィーで使用される)、EtOAc:酢酸エチル、C6D6:重水素化ベンゼン又はベンゼン-d6、CDCl3:重水素化クロロホルム;Na2SO4:硫酸ナトリウム、MgSO4:硫酸マグネシウム;HCl:塩化水素、n-BuLi:ブチルリチウム;t-BuLi:tert-ブチルリチウム、MAO:メチルアルミノキサン;MMAO:改変メチルアルミノキサン;GC:ガスクロマトグラフィー;LC:液体クロマトグラフィー;NMR:核磁気共鳴;MS:質量分析、mmol:ミリモル;mL:ミリリットル、M:モル、min又はmins:分、h又はhrs:時間;d:日。
「ハロゲン原子」又は「ハロゲン」という用語は、フッ素原子(F)、塩素原子(Cl)、臭素原子(Br)、又はヨウ素原子(I)のラジカルを意味する。「ハロゲン化物」という用語は、ハロゲン原子のアニオン形態(フッ化物(F-)、塩化物(Cl-)、臭化物(Br-)、又はヨウ化物(I-))を意味する。
「独立して選択される」という用語は、R1、R2、及びR3などのR基が同一又は異なり得ることを意味する(例えば、R1、R2、及びR3が全て置換アルキルであってもよく、又はR1及びR2が置換アルキルであり、R3がアリールであってもよい)。R基に関連する化学名は、化学名の化学構造に対応するものとして当該技術分野で認識されている化学構造を伝えることを意図している。したがって、化学名は、当業者に既知の構造的定義を補足及び例示することを意図しており、排除することを意図するものではない。
「プロ触媒」という用語は、活性化剤と組み合わせたときに触媒活性を有する化合物を意味する。「活性化剤」という用語は、プロ触媒を触媒的に活性な化合物に変換するようにプロ触媒と化学的に反応する化合物を意味する。本開示で使用される場合、「助触媒」及び「活性化剤」という用語は、交換可能であり、明確に指定されない限り、同一の意味を有する。
「置換」という用語は、対応する非置換化合物又は官能基の炭素原子に結合した少なくとも1個の水素原子(-H)が、置換基(例えば、RS)によって置換されることを意味する。「-H」という用語は、別の原子に共有結合している水素又は水素ラジカルを意味する。本開示で使用される場合、「水素」及び「-H」という用語は、交換可能であり、明確に指定されない限り、同一の意味を有する。
ある特定の炭素原子を含有する化学基を記載するために使用される場合、「(Cx~Cy)」の形態を有する括弧付きの表現は、化学基の非置換形態がx及びyを含めてx個の炭素原子からy個の炭素原子を有することを意味する。例えば、(C1~C50)アルキルは、その非置換形態で1~50個の炭素原子を有するアルキル基である。いくつかの実施形態及び一般構造において、ある特定の化学基は、RSなどの1つ以上の置換基によって置換され得る。括弧付きの「(Cx~Cy)」を使用して定義されるRS置換化学基は、任意の基RSの同一性に従ってy個を超える炭素原子を含有することができる。例えば、「RSがフェニル(-C6H5)である厳密に1つの基RSで置換された(C1~C50)アルキル」は、7~56個の炭素原子を含有し得る。したがって、括弧付きの「(Cx~Cy)」を使用して定義される化学基が1個以上の炭素原子を含有する置換基RSによって置換されるとき、化学基の炭素原子の最小及び最大合計数は、x及びyの両方に、全ての炭素原子を含有する置換基RS由来の炭素原子の合計数を加えることによって、決定される。
「(C1~C50)ヒドロカルビル」という用語は、1~50個の炭素原子を有する炭化水素ラジカルを意味し、「(C1~C50)ヒドロカルビレン」という用語は、1~50個の炭素原子を有する炭化水素ジラジカルを意味し、そこで、各炭化水素ラジカル及び各炭化水素ジラジカルは、芳香族又は非芳香族、飽和又は不飽和、直鎖又は分岐鎖、環式(3つ以上の炭素を有し、単環式及び多環式、縮合及び非縮合の多環式、並びに二環式を含む)又は非環式であり、1つ以上のRSによって置換されているか、又は置換されていない。本開示で使用される場合、(C1~C50)ヒドロカルビルは、非置換又は置換(C1~C50)アルキル、(C3~C50)シクロアルキル、(C3~C25)シクロアルキル-(C1~C25)アルキレン、(C6~C50)アリール、又は(C6~C25)アリール-(C1~C25)アルキレン(ベンジル(-CH2-C6H5)など)であり得る。
「C1~C50アルキル」という用語は、1~50個の炭素原子を含有する飽和した直鎖又は分岐鎖炭化水素ラジカルを意味する。各(C1~C50)アルキルは、非置換であるか、又は1つ以上のRSで置換され得る。実施形態では、炭化水素ラジカル中の各水素原子は、例えばトリフルオロメチルなどのRSで置換され得る。非置換(C1~C50)アルキルの例は、非置換(C1~C20)アルキル、非置換(C1~C10)アルキル、非置換(C1~C5)アルキル、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル、1-ブチル、2-ブチル、2-メチルプロピル、1,1-ジメチルエチル、1-ペンチル、1-ヘキシル、1-ヘプチル、1-ノニル、及び1-デシルである。置換(C1~C50)アルキルの例は、置換(C1~C20)アルキル、置換(C1~C10)アルキル、トリフルオロメチル、及び[C45]アルキルである。「[C45]アルキル」という用語は、置換基を含むラジカル中に最大45個の炭素原子が存在することを意味し、例えば、メチル、トリフルオロメチル、エチル、1-プロピル、1-メチルエチル、又は1,1-ジメチルエチルなどの(C1~C5)アルキルである、1つのRSによって置換されている(C27~C40)アルキルである。
「(C3~C50)シクロアルキル」という用語は、非置換であるか、又は1つ以上のRSで置換されている、3~50個の炭素原子の飽和環状炭化水素ラジカルを意味する。他のシクロアルキル基(例えば、(Cx~Cy)シクロアルキル)は、x~y個の炭素原子を有し、かつ非置換であるか、又は1つ以上のRSで置換されているかのいずれかとして、同様の様式で定義される。非置換(C3~C50)シクロアルキルの例は、非置換(C3~C20)シクロアルキル、非置換(C3~C10)シクロアルキル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、及びシクロデシルである。置換(C3~C50)シクロアルキルの例は、置換(C3~C20)シクロアルキル、置換(C3~C10)シクロアルキル、及び1-フルオロシクロヘキシルである。
「(C6~C50)アリール」という用語は、6~50個の炭素原子を有し、そのうちの少なくとも6~14個の炭素原子が芳香環炭素原子である、非置換又は置換(1つ以上のRSによって)の単環式、二環式、又は三環式芳香族炭化水素ラジカルを意味する。単環式芳香族炭化水素ラジカルは、1つの芳香環を含み、二環式芳香族炭化水素ラジカルは、2つの環を有し、三環式芳香族炭化水素ラジカルは、3つの環を有する。二環式又は三環式芳香族炭化水素ラジカルが存在するとき、そのラジカルの環のうちの少なくとも1つは芳香族である。芳香族ラジカルの他の1つの環又は複数の環は独立して、縮合又は非縮合、及び芳香族又は非芳香族であり得る。非置換(C6~C50)アリールの例としては、非置換(C6~C20)アリール、非置換(C6~C18)アリール、2-(C1~C5)アルキルフェニル、フェニル、フルオレニル、テトラヒドロフルオレニル、インダセニル、ヘキサヒドロインダセニル、インデニル、ジヒドロインデニル、ナフチル、テトラヒドロナフチル、及びフェナントレンが挙げられる。置換(C6~C50)アリールの例としては、置換(C1~C20)アリール、置換(C6~C18)アリール、2,4-ビス([C20]アルキル)-フェニル、ポリフルオロフェニル、ペンタフルオロフェニル、及びフルオレン-9-オン-1-イルが挙げられる。
「ヘテロ原子」という用語は、水素又は炭素以外の原子を指す。1個又は2個以上のヘテロ原子を含有する基の例としては、O、S、S(O)、S(O)2、Si(RC)2、P(RP)、N(RN)、-N=C(RC)2、-Ge(RC)2-、又は-Si(RC)-が挙げられ、各RC及び各RPは、非置換(C1~C18)ヒドロカルビル又は-Hであり、各RNは、非置換(C1~C18)ヒドロカルビルである。「ヘテロ炭化水素」という用語は、炭化水素の1個以上の炭素原子がヘテロ原子で置き換えられている分子又は分子骨格を指す。「(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル」という用語は、1~50個の炭素原子を有するヘテロ炭化水素ラジカルを意味し、「(C1~C50)ヘテロヒドロカルビレン」という用語は、1~50個の炭素原子を有するヘテロ炭化水素ジラジカルを意味する。(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル又は(C1~C50)ヘテロヒドロカルビレンのヘテロ炭化水素は、1個以上のヘテロ原子を有する。ヘテロヒドロカルビルのラジカルは、炭素原子上又はヘテロ原子上に存在し得る。ヘテロヒドロカルビレンの2つのラジカルは、単一の炭素原子上又は単一のヘテロ原子上に存在し得る。加えて、ジラジカルの2つのラジカルのうちの一方は、炭素原子上に存在し得、他方のラジカルは、異なる炭素原子上に存在し得、2つのラジカルのうちの一方は、炭素原子上に存在し得、他方はヘテロ原子上に存在し得るか、又は2つのラジカルのうちの一方は、ヘテロ原子上に存在し得、他方のラジカルは、異なるヘテロ原子上に存在し得る。各(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル及び(C1~C50)ヘテロヒドロカルビレンは、非置換又は置換(1つ以上のRSによって)、芳香族又は非芳香族、飽和又は不飽和、直鎖又は分岐鎖、環式(単環式及び多環式、縮合及び非縮合多環式を含む)又は非環式であってもよい。
「(C4~C50)ヘテロアリール」という用語は、合計4~50個の炭素原子及び1~10個のヘテロ原子を有する、非置換又は置換(1つ以上のRSによって)の単環式、二環式、又は三環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルを意味する。単環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルとしては、1つのヘテロ芳香環が挙げられ、二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、2つの環を有し、三環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、3つの環を有する。二環式又は三環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルが存在する場合、ラジカルにおける環のうちの少なくとも1つは、ヘテロ芳香族である。ヘテロ芳香族ラジカルの他の1つ又は複数の環は、独立して、縮合又は非縮合、及び芳香族又は非芳香族であり得る。他のヘテロアリール基(例えば、(C4~C12)ヘテロアリールなどの(Cx-Cy)ヘテロアリール全般)は、x~y個の炭素原子(4~12個の炭素原子など)を有し、かつ非置換であるか、又は1個又は2個以上のRSで置換されているものとして、同様の様式で定義される。単環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、5員環又は6員環である。5員環は、5マイナスh個の炭素原子を有し、hは、ヘテロ原子の数であり、1、2、3、又は4であり得、各ヘテロ原子は、O、S、N、又はPであり得る。5員環ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例としては、ピロール-1-イル、ピロール-2-イル、フラン-3-イル、チオフェン-2-イル、ピラゾール-1-イル、イソオキサゾール-2-イル、イソチアゾール-5-イル、イミダゾール-2-イル、オキサゾール-4-イル、チアゾール-2-イル、1,2,4-トリアゾール-1-イル、1,3,4-オキサジアゾール-2-イル、1,3,4-チアジアゾール-2-イル、テトラゾール-1-イル、テトラゾール-2-イル、及びテトラゾール-5-イルが挙げられる。6員環は、6マイナスh個の炭素原子を有し、hは、ヘテロ原子の数であり、1又は2であり得、ヘテロ原子は、N又はPであり得る。6員環ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例としては、ピリジン-2-イル、ピリミジン-2-イル、及びピラジン-2-イルが挙げられる。二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、縮合5,6-又は6,6-環系であり得る。縮合5,6-環系二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例は、インドール-1-イル、及びベンズイミダゾール-1-イルである。縮合6,6-環系二環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルの例は、キノリン-2-イル、及びイソキノリン-1-イルである。三環式ヘテロ芳香族炭化水素ラジカルは、縮合5,6,5-、5,6,6-、6,5,6-、又は6,6,6-環系であり得る。縮合5,6,5-環系の例は、1,7-ジヒドロピロロ[3,2-f]インドール-1-イルである。縮合5,6,6-環系の例は、1H-ベンゾ[f]インドール-1-イルである。縮合6,5,6-環系の例は、9H-カルバゾール-9-イルである。縮合6,6,6-環系の例は、アクリジン-9-イルである。
「ポリマー」という用語は、同じ又は異なる種類のモノマーにかかわらず、モノマーを重合することによって調製されたポリマー化合物を指す。したがって、ポリマーという総称は、1つのモノマーのみを重合することによって調製されたポリマーであるホモポリマーと、2つ以上の異なるモノマーを重合することによって調製されたポリマーであるコポリマーとを含む。
「インターポリマー」という用語は、少なくとも2つの異なる種類のモノマーを重合することによって調製されたポリマーを指す。したがって、インターポリマーという総称は、コポリマーと、ターポリマーなどの3つ以上の異なるモノマーを重合することによって調製された他のポリマーとを含む。
「ポリオレフィン」、「ポリオレフィンポリマー」、及び「ポリオレフィン樹脂」という用語は、単純オレフィン(アルケンとも呼ばれ、一般式CnH2nを有する)モノマーを重合することによって調製されたポリマーを指す。したがって、ポリオレフィンという総称は、1つ以上のコモノマーの有無にかかわらずエチレンモノマーを重合することによって調製されたポリマー(ポリエチレンなど)と、1つ以上のコモノマーの有無にかかわらずプロピレンモノマーを重合することによって調製されたポリマー(ポリプロピレンなど)とを含む。
「エチレン系コポリマー」、「ポリエチレン」、及び「エチレン系ポリマー」という用語は、ポリエチレンホモポリマー及びコポリマーを含む、エチレンモノマーに由来している単位を50モルパーセント(%)を超えて含むポリオレフィンを指す。当該技術分野において既知のポリエチレンの一般的な形態としては、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、極低密度ポリエチレン(VLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、及び高密度ポリエチレン(HDPE)が挙げられる。
「単峰性」という用語は、単一の最大値を含む分子量分布を意味する。単峰性の分子量分布は、GPCクロマトグラムのx軸のLog(MW)に対するy軸のdW/dLog(MW)のプロットにおいて、1つのピークを特徴とすることができる。
「分子量分布」という用語は、ポリマーの2つの異なる分子量の比を意味する。分子量分布という総称は、ポリマーの重量平均分子量(Mw)対ポリマーの数平均分子量(Mn)の比(「分子量分布(Mw/Mn)」とも称され得る)、及びポリマーのz平均分子量(Mz)対ポリマーの重量平均分子量(Mw)の比(「分子量分布(Mz/Mw)」とも称され得る)を含む。
「組成物」という用語は、組成物を含む材料の混合物、並びに組成物の材料から形成された反応生成物及び分解生成物を意味する。
「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する」という用語、及びそれらの派生語は、それが具体的に開示されているかどうかにかかわらず、任意の追加の成分、ステップ、又は手順の存在を除外することを意図しない。いかなる疑念も避けるために、「含む(comprising)」という用語の使用を通して特許請求される全ての組成物は、別段矛盾する記述がない限り、ポリマー性か又は別のものであるかにかかわらず、任意の追加の添加剤、アジュバント、又は化合物を含み得る。対照的に、「~から本質的になる」という用語は、操作性に必須ではないものを除いて、任意の後続の引用の範囲から、任意の他の成分、ステップ、又は手順を除外する。「~からなる」という用語は、具体的に記述又は列挙されていない任意の成分、ステップ、又は手順を除外する。
本開示のプロセスの実施形態では、触媒系は、プロ触媒を含む。プロ触媒は、金属-配位子錯体を含む。金属-配位子錯体は、式(I)による構造を有し得る。
1つ以上の実施形態において、触媒系は、式(Ia)による構造を有する活性化金属-配位子錯体を含む。
式(Ia)は、活性触媒を例示的に示したものである。式(I)の金属-配位子錯体が活性化剤によって触媒的に活性にされると、金属-配位子錯体の金属は、1つの正の形式電荷(+1)を有し得る。プロ触媒が金属-配位子錯体を含む実施形態では、金属-配位子錯体は、式(I)による構造を有し、全体的に電荷中性である。触媒系が金属-配位子錯体を含む実施形態では、金属-配位子錯体は、式(Ia)による構造を有し得、全体的に1つの正の形式電荷(+1)を有する。
式(I)及び(Ia)において、Mは、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、又はハフニウム(Hf)である。実施形態では、Mは、各々独立して、+2、+3、又は+4の形式酸化状態にあるチタン、ジルコニウム、又はハフニウムである。
式(I)及び(Ia)において、(X)nの下付き文字nは、1、2、又は3であり、各Xは、独立して、不飽和(C2~C50)炭化水素、不飽和(C2~C50)ヘテロ炭化水素、(C1~C50)ヒドロカルビル、(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル、(C6~C50)アリール、(C4~C50)ヘテロアリール、ハロゲン、-N(RN)2、及び-N(RN)CORCから選択される単座配位子である。実施形態では、各Xは、独立して、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル、1-ブチル、2,2,-ジメチルプロピル、トリメチルシリルメチル、フェニル、ベンジル、又はクロロから選択される。いくつかの実施形態では、(X)nの下付き文字nは2であり、各Xは同じである。他の実施形態では、少なくとも2つのXは異なる。例えば、(X)nの下付き文字nは、2であってもよく、各Xは、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル、1-ブチル、2,2,-ジメチルプロピル、トリメチルシリルメチル、フェニル、ベンジル、及びクロロのうちの異なるものであってもよい。実施形態では、(X)nの下付き文字nは、1又は2であり、少なくとも2つのXは、独立して、モノアニオン性単座配位子であり、第3のXは、存在する場合、中性単座配位子である。1つ以上の実施形態では、(X)nの下付き文字nは2である。式(I)において、金属-配位子錯体は、全体的に電荷中性である。
式(I)及び(Ia)において、各Zは、独立して、-O-、-S-、N(C1~C50)ヒドロカルビル、及びP(C1~C50)ヒドロカルビルから選択される。実施形態では、各Zは同じである。例えば、各Zは-O-であってもよい。
式(I)及び(Ia)において、R1及びR16は、独立して、(C6~C50)アリール、(C4~C50)ヘテロアリール、(C1~C50)アルキル、(C3~C40)ヘテロアルキル、式(II)を有するラジカル、式(III)を有するラジカル、及び式(IV)を有するラジカルから選択される。
式(II)において、R31、R32、R33、R34、R35は、独立して、-H、(C1~C50)ヒドロカルビル、(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(RN)-、(RC)2NC(O)-、又はハロゲンから選択される。
式(III)において、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48は、独立して、-H、(C1~C50)ヒドロカルビル、(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(RN)-、(RC)2NC(O)-、又はハロゲンから選択される。
式(IV)において、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、及びR59は、独立して、-H、(C1~C50)ヒドロカルビル、(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(RN)-、(RC)2NC(O)-、又はハロゲンから選択される。
式(I)及び(Ia)の金属-配位子錯体中の基R1及びR16は、互いに独立して選択される。例えば、R1は、式(II)、(III)、若しくは(IV)を有するラジカルから選択されてもよく、R16は、(C4~C50)ヘテロアリールであってもよく、又はR1は、式(II)、(III)、若しくは(IV)を有するラジカルから選択されてもよく、R16は、式(II)、(III)、若しくは(IV)を有するラジカルから選択され、R1のものと同じか又は異なっていてもよい。実施形態では、R1及びR16の両方は、式(II)を有するラジカルであり、その場合、基R31~35は、R1及びR16において同じか又は異なる。いくつかの実施形態では、R1及びR16の両方は、式(III)を有するラジカルであり、その場合、基R41~48は、R1及びR16において同じか又は異なる。他の実施形態では、R1及びR16の両方は、式(IV)を有するラジカルであり、その場合、基R51~59は、R1及びR16において同じか又は異なる。
実施形態では、R1及びR16のうちの少なくとも1つは、式(II)を有するラジカルであり、ここで、R32及びR34のうちの少なくとも1つはtert-ブチルである。いくつかの実施形態では、R1又はR16のうちの少なくとも1つは、式(III)を有するラジカルであり、R43及びR46のうちの一方又は両方はtert-ブチルであり、R41~42、R44~45、及びR47~48は-Hである。他の実施形態では、R42及びR47のうちの一方又は両方はtert-ブチルであり、R41、R43~46、及びR48は-Hである。いくつかの実施形態では、R42及びR47の両方は-Hである。いくつかの実施形態では、R41~48は-Hである。
式(I)及び(Ia)において、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、及びR15は、独立して、-H、(C1~C50)ヒドロカルビル、(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(R)-、(RC)2NC(O)-、及びハロゲンから選択される。
いくつかの実施形態では、R5、R6、R7、及びR8のうちの少なくとも1つは、ハロゲン原子であり、R9、R10、R11、及びR12のうちの少なくとも1つは、ハロゲン原子である。いくつかの実施形態では、R5、R6、R7、及びR8のうちの少なくとも2つは、ハロゲン原子であり、R9、R10、R11、及びR12のうちの少なくとも2つは、ハロゲン原子である。様々な実施形態では、R5、R6、R7、及びR8のうちの少なくとも3つは、ハロゲン原子であり、R9、R10、R11、及びR12のうちの少なくとも3つは、ハロゲン原子である。
実施形態では、R3及びR14は、(C1~C24)アルキルである。様々な実施形態では、R3及びR14は、(C1~C20)アルキルである。いくつかの実施形態では、R3及びR14は、(C4~C24)アルキルである。1つ以上の実施形態では、R3及びR14は、(C8~C12)アルキルである。いくつかの実施形態では、R3及びR14は、1-プロピル、2-プロピル(イソ-プロピルとも呼ばれる)、1,1-ジメチルエチル(tert-ブチルとも呼ばれる)、シクロペンチル、シクロヘキシル、1-ブチル、ペンチル、3-メチル-1-ブチル、ヘキシル、4-メチル-1-ペンチル、ヘプチル、n-オクチル、tert-オクチル(2,4,4-トリメチルペンタン-2-イルとも呼ばれる)、ノニル、及びデシルである。実施形態では、R3及びR14は、-ORCであり、RCは、(C1~C20)炭化水素であり、いくつかの実施形態では、RCは、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル(イソ-プロピルとも呼ばれる)、又は1,1-ジメチルエチルである。
実施形態では、R3及びR14は、メチルである。他の実施形態では、R3及びR14は、(C4~C24)アルキルである。いくつかの実施形態では、R8及びR9は、1-プロピル、2-プロピル(イソ-プロピルとも呼ばれる)、1,1-ジメチルエチル(tert-ブチルとも呼ばれる)、シクロペンチル、シクロヘキシル、1-ブチル、ペンチル、3-メチル-1-ブチル、ヘキシル、4-メチル-1-ペンチル、ヘプチル、n-オクチル、tert-オクチル(2,4,4-トリメチルペンタン-2-イルとも呼ばれる)、ノニル、及びデシルである。
いくつかの実施形態では、R6及びR11は、ハロゲンである。他の実施形態では、R6及びR11は、(C1~C24)アルキルである。いくつかの実施形態では、R6及びR11は、独立して、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル(イソ-プロピルとも呼ばれる)、1,1-ジメチルエチル(tert-ブチルとも呼ばれる)、シクロペンチル、シクロヘキシル、1-ブチル、ペンチル、3-メチルブチル、ヘキシル、4-メチルペンチル、ヘプチル、n-オクチル、tert-オクチル(2,4,4-トリメチルペンタン-2-イルとも呼ばれる)、ノニル、及びデシルから選択される。いくつかの実施形態では、R6及びR11は、tert-ブチルである。実施形態では、R6及びR11は、-ORCであり、RCは、(C1~C20)炭化水素であり、いくつかの実施形態では、RCは、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル(イソ-プロピルとも呼ばれる)、又は1,1-ジメチルエチルである。他の実施形態において、R6及びR11は、-SiRC
3であり、式中、各RCは、独立して、(C1~C20)ヒドロカルビルであり、いくつかの実施形態において、RCは、メチル、エチル、1-プロピル、2-プロピル(イソ-プロピルとも呼ばれる)、又は1,1-ジメチルエチルである。
いくつかの実施形態では、R3及びR14は、メチルであり、R6及びR11は、ハロゲンである。他の実施形態では、R6及びR11は、tert-ブチルである。他の実施形態では、R3及びR14は、tert-オクチル又はn-オクチルである。
式(I)及び(Ia)において、R19及びR20は、独立して、-(CRC
2)m-から選択され、式中、下付き文字mは、1~10である。1つ以上の実施形態において、各下付き文字mは、1又は2である。いくつかの実施形態では、-(CRC
2)m-のRCは、-H及び(C1~C10)アルキルからなる群から選択される。
式(I)及び(Ia)において、R17及びR18は、独立して、直鎖又は分岐鎖(C1~C20)アルキルから選択される。いくつかの実施形態では、R17及びR18は、独立して、直鎖又は分岐鎖(C2~C20)アルキル又は(C3~C7)アルキルから選択される。
式(I)、(Ia)、(II)、(III)、及び(IV)において、各RC、RP、及びRNは、独立して、-H、(C1~C50)ヒドロカルビル、及び(C1~C50)ヘテロヒドロカルビルから選択される。
実施形態では、プロ触媒は、プロ触媒を活性化剤と接触させるか又は組み合わせることによって、触媒的に活性にすることができる。活性化剤と接触させるか又は組み合わせることによって触媒的に活性にされたプロ触媒は、「触媒系」と称され得る。すなわち、本開示で使用される場合、触媒系は、プロ触媒及び1つ以上の活性化剤を含み得る。「活性化剤」という用語は、遷移金属化合物がオレフィンなどの不飽和モノマーをオリゴマー化又は重合する速度を上昇させる試薬の任意の組み合わせを含み得る。活性化剤はまた、オリゴマー又はポリマーの分子量、分岐の程度、コモノマー含有量、又は他の特性に影響を及ぼし得る。遷移金属化合物は、配位又はカチオン性オリゴマー化及び/若しくは重合を可能にするのに十分な任意の様式で、オリゴマー化及び/又は重合触媒作用のために活性化され得る。
アルモキサン活性化剤は、1つ以上の触媒組成物に対して活性化剤として利用され得る。アルモキサン(複数可)又はアルミノキサン(複数可)は、一般に、--Al(R)--O--サブユニットを含有するオリゴマー化合物であり、式中、Rはアルキル基である。アルモキサンの例としては、メチルアルモキサン(MAO)、修飾メチルアルモキサン(MMAO)、エチルアルモキサン、及びイソブチルアルモキサンが挙げられる。アルキルアルモキサン及び修飾アルキルアルモキサンは、特に分離可能な(abstractable)配位子がハロゲン化物である場合、触媒活性化剤として好適である。また、異なるアルモキサン及び修飾アルモキサンの混合物を使用してもよい。更なる説明に関しては、米国特許第4,665,208号、同第4,952,540号、同第5,041,584号、同第5,091,352号、同第5,206,199号、同第5,204,419号、同第4,874,734号、同第4,924,018号、同第4,908,463号、同第4,968,827号、同第5,329,032号、同第5,248,801号、同第5,235,081号、同第5,157,137号、同第5,103,031号、及び欧州特許第0561476号、欧州特許第0279586号、欧州特許第0516476号、欧州特許第0594218号、及び国際公開第94/10180号を参照されたい。
活性化剤がアルモキサン(修飾又は未修飾)である場合、活性化剤の最大量は、触媒前駆体に対して(金属触媒部位当たり)5000倍モル過剰のAl/Mになるように選択され得る。あるいは、又は加えて、活性化剤対触媒前駆体の最小量は、1:1のモル比に設定され得る。
活性化剤(又は捕捉剤)として利用され得るアルミニウムアルキル又は有機アルミニウム化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ-n-ヘキシルアルミニウム、トリ-n-オクチルアルミニウムなどが挙げられる。
実施形態では、金属-配位子錯体、活性化剤、又はその両方は、1つ以上の支持材料上に配置されてもよい。例えば、金属-配位子錯体は、1つ以上の支持材料に堆積、接触、気化、結合、又は組み込み、吸着若しくは吸収され得る。金属-配位子錯体、活性化剤、又はその両方は、当該技術分野で周知又は以下に記載の支持方法のうちの1つを使用して、1つ以上の支持材料と組み合わされてもよい。本開示で使用される場合、金属-配位子錯体、活性化剤、又はその両方は、例えば、1つ以上の支持材料に堆積、接触、又は組み込み、吸着若しくは吸収されているとき、支持形態であってもよい。
無機酸化物などの好適な支持材料としては、IUPAC周期表の第2、3、4、5、13、又は14族の金属の酸化物が挙げられる。実施形態では、支持材料としては、シリカ(無水でも無水でなくてもよい)、ヒュームドシリカ、アルミナ(例えば、国際出願第1999/060033号に記載のもの)、シリカ-アルミナ、及びこれらの混合物が挙げられる。ヒュームドシリカは、親水性(未処理)、あるいは疎水性(処理済み)であり得る。実施形態では、支持材料は、疎水性ヒュームドシリカであり、これは、未処理のヒュームドシリカを、ジメチルジクロロシラン、ポリジメチルシロキサン流体、又はヘキサメチルジシラザンなどの処理剤で処理することによって調製することができる。いくつかの実施形態では、支持材料としては、マグネシア、チタニア、ジルコニア、塩化マグネシウム(例えば、米国特許第5,965,477号に記載のもの)、モンモリロナイト(例えば、欧州特許第0511665号に記載のもの)、フィロケイ酸塩、ゼオライト、タルク、粘土(例えば、米国特許第6,034,187号に記載のもの)、及びこれらの混合物が挙げられる。他の実施形態では、これらの支持材料の組み合わせ、例えば、シリカ-クロム、シリカ-アルミナ、シリカ-チタニア、及びこれらの組み合わせなどを使用してもよい。更なる支持材料としては、欧州特許第0 767 184号に記載の多孔質アクリルポリマーも挙げられ得る。他の支持材料としては、国際出願第1999/047598号に記載のナノ複合材料、国際出願第1999/048605号に記載のエアロゲル、米国特許第5,972,510号に記載の球晶、及び国際出願第1999/050311号に記載のポリマービーズも挙げられ得る。
実施形態では、支持材料は、10平方メートル/グラム(m2/g)~700m2/gの表面積、0.1立方メートル/グラム(cm3/g)~4.0cm3/gの細孔容積、及び5マイクロメートル(μm)~500μmの平均粒径を有する。いくつかの実施形態では、支持材料は、50m2/g~500m2/gの表面積、0.5cm3/g~3.5cm3/gの細孔容積、及び10μm~200μmの平均粒径を有する。他の実施形態では、支持材料は、100m2/g~400m2/gの表面積、0.8cm3/g~3.0cm3/gの細孔容積、及び5μm~100μmの平均粒径を有し得る。支持材料の平均細孔径は、典型的には、10オングストローム(Å)~1,000Å、例えば、50Å~500Å、又は75Å~350Åである。
本開示の触媒系を製造するために、様々な好適な方法が存在する。1つ以上の実施形態では、触媒系を製造するための方法は、不活性炭化水素溶媒中で1つ以上の支持材料、1つ以上の活性化剤、及び金属-配位子錯体を接触させて、触媒系を製造することを含む。いくつかの実施形態では、触媒系を製造するための方法は、1つ以上の活性化剤を1つ以上の支持材料上に配置して、支持活性化剤を製造することと、支持活性化剤を不活性炭化水素溶媒中の金属-配位子錯体の溶液(多くの場合に「トリム触媒」又は「トリム供給物」と称される)と接触させることとを含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、触媒系を製造するための方法は、噴霧乾燥した支持活性化剤(すなわち、噴霧乾燥によって製造された支持活性化剤)を不活性炭化水素溶媒中の金属-配位子錯体の溶液と接触させることを含む。いくつかの実施形態では、支持活性化剤は、例えば鉱油スラリーなどのスラリーに含まれていてもよい。
いくつかの実施形態では、触媒系を製造するための方法は、1つ以上の支持材料、1つ以上の活性化剤、及び金属-配位子錯体を混合して、触媒系前駆体を製造することを含み得る。方法は、触媒系前駆体を乾燥させて触媒系を製造することを更に含み得る。より具体的には、方法は、金属-配位子錯体、1つ以上の支持材料、1つ以上の活性化剤、又はこれらの組み合わせ、及び不活性炭化水素溶媒の混合物を作製することを含み得る。次いで、不活性炭化水素溶媒を混合物から除去して、1つ以上の支持材料上に配置された金属-配位子錯体、1つ以上の活性化剤、又はこれらの組み合わせを製造してもよい。実施形態では、除去ステップは、従来的に混合物から不活性炭化水素溶媒を蒸発させること(すなわち、従来の濃縮方法)によって達成されてもよく、これにより、蒸発/支持された触媒系が得られる。他の実施形態では、除去ステップは、混合物を噴霧乾燥することによって達成されてもよく、これにより、噴霧乾燥粒子が製造される。乾燥及び/又は除去ステップは、得られた触媒系から液体を完全に除去しなくてもよいことを理解されたい。すなわち、触媒系は、不活性炭化水素溶媒の残留量(すなわち、1重量%~3重量%)を含み得る。
上記のように、本開示の触媒系は、エチレンなどのオレフィンを重合することによってポリエチレンなどのポリマーを製造するためのプロセスに利用され得る。実施形態では、1つ以上のオレフィンを、気相流動床重合反応器などの気相重合反応器において本開示の触媒系と接触させてもよい。例示的な気相系は、米国特許第5,665,818号、同第5,677,375号、及び同第6,472,484号、並びに欧州特許第0517868号及び同第0794200号に記載されている。例えば、いくつかの実施形態では、エチレン及び任意の1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーを、気相重合反応器において本開示の触媒系と接触させてもよい。触媒系は、未溶解形態で(すなわち、乾燥固体として)、溶液として、又はスラリーとして、気相重合反応器に供給され得る。例えば、いくつかの実施形態では、触媒系の噴霧乾燥粒子は、気相重合反応器に直接供給され得る。他の実施形態では、不活性炭化水素又は鉱油などの溶媒中の触媒系の溶液又はスラリーを反応器に供給してもよい。例えば、プロ触媒は、不活性炭化水素溶液で反応器に供給されてもよく、活性化剤は、鉱油スラリーで反応器に供給されてもよい。
実施形態では、気相重合反応器は、流動床反応器を含む。流動床反応器は、「反応域」及び「減速域」を含み得る。反応域は、反応域を通して重合熱を除去するために、ガス状モノマー及び希釈剤の連続流によって流動化される成長ポリマー粒子、形成されたポリマー粒子、及び少量の触媒系の床を含むことができる。任意に、再循環ガスの一部は、冷却され圧縮されて液体を形成することができ、それは反応域に再入された際に、循環ガス流の熱除去能力を増大させる。好適なガス流量は、簡単な実験によって容易に決定することができる。循環ガス流へのガス状モノマーの補給は、粒状ポリマー生成物及びそれに関連したモノマーが反応器から抜き出され、反応器を通過するガスの組成物が本質的に反応域内の定常状態のガス状組成物を維持するように調整され得る速度に等しい速度であってもよい。反応域を出るガスは、減速域に送られてもよく、そこで同伴粒子が除去される。より微細な同伴粒子及びダストは、サイクロン及び/又は微細フィルタ内で除去することができる。ガスは、熱交換器を通過してもよく、そこで重合熱が除去され、圧縮機内で圧縮され、次いで反応域に戻されてもよい。更なる反応器の詳細及び反応器を操作するための手段は、例えば、米国特許第3,709,853号、同第4,003,712号、同第4,011,382号、同第4,302,566号、同第4,543,399号、同第4,882,400号、同第5,352,749号、及び同第5,541,270号、欧州特許第0802202号、及びベルギー特許第839,380号に記載されている。
実施形態では、気相重合反応器の反応器温度は、150℃以下である。例えば、気相重合反応器の反応器温度は、30℃~120℃、30℃~110℃、30℃~100℃、30℃~90℃、30℃~50℃、30℃~40℃、40℃~150℃、40℃~120℃、40℃~110℃、40℃~100℃、40℃~90℃、40℃~50℃、50℃~150℃、50℃~120℃、50℃~110℃、50℃~100℃、50℃~90℃、90℃~150℃、90℃~120℃、90℃~110℃、90℃~100℃、100℃~150℃、100℃~120℃、100℃~110℃、110℃~150℃、110℃~120℃、又は120℃~150℃であり得る。一般に、気相重合反応器は、反応器内のポリマー生成物の焼結温度を考慮して、実行可能な最高温度で操作され得る。ポリエチレンを作製するために使用されるプロセスに関係なく、反応器温度は、ポリマー生成物の融点又は「焼結」温度未満であるべきである。その結果、上限温度は、ポリマー生成物の融点であり得る。
実施形態では、気相重合反応器の反応器圧力は、690kPa(100psig)~3,448kPa(500psig)である。例えば、気相重合反応器の反応器圧力は、690kPa(100psig)~2,759kPa(400psig)、690kPa(100psig)~2,414kPa(350psig)、690kPa(100psig)~1,724kPa(250psig)、690kPa(100psig)~1,379kPa(200psig)、1,379kPa(200psig)~3,448kPa(500psig)、1,379kPa(200psig)~2,759kPa(400psig)、1,379kPa(200psig)~2,414kPa(350psig)、1,379kPa(200psig)~1,724kPa(250psig)、1,724kPa(250psig)~3,448kPa(500psig)、1,724kPa(250psig)~2,759kPa(400psig)、1,724kPa(250psig)~2,414kPa(350psig)、2,414kPa(350psig)~3,448kPa(500psig)、2,414kPa(350psig)~2,759kPa(400psig)、又は2,759kPa(400psig)~3,448kPa(500psig)であり得る。
実施形態では、ポリエチレンの最終特性を制御するために、重合中に水素ガスを使用してもよい。重合における水素の量は、例えば、エチレン又はエチレンと1-ヘキセンとのブレンドなどの、全重合性モノマーに対するモル比として表され得る。重合プロセスで使用される水素の量は、例えば、メルトフローレート(MFR)などの、ポリエチレンの所望の特性を達成するのに必要な量であってもよい。実施形態では、水素対全重合性モノマーのモル比(H2:モノマー)は、0.0001を超える。例えば、水素対全重合性モノマーのモル比(H2:モノマー)は、0.0001~10、0.0001~5、0.0001~3、0.0001~0.10、0.0001~0.001、0.0001~0.0005、0.0005~10、0.0005~5、0.0005~3、0.0005~0.10、0.0005~0.001、0.001~10、0.001~5、0.001~3、0.001~0.10、0.10~10、0.10~5、0.10~3、3~10、3~5、又は5~10であり得る。
1つ以上の実施形態では、プロセスは、1時間につき触媒系1グラム当たり2,500グラム(gpoly/gcat・時間)以上のポリエチレンを製造する。いくつかの実施形態では、プロセスは、3,000gpoly/gcat・時間、4,000gpoly/gcat・時間、又は5,000gpoly/gcat・時間以上を製造する。
実施形態では、本開示の触媒系を利用して、1種類のみのオレフィンを重合し、ホモポリマーを製造することができる。しかしながら、他の実施形態では、追加のα-オレフィンを重合スキームに組み込んでもよい。追加のα-オレフィンコモノマーは、典型的には、20個以下の炭素原子を有する。例えば、本開示の触媒系は、エチレン及び1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーを重合するために利用され得る。例示的なα-オレフィンコモノマーとしては、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセン、及び4-メチル-1-ペンテンが挙げられるが、それらに限定されない。例えば、1つ以上のα-オレフィンコモノマーは、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセン、及び1-オクテンからなる群から、又は代替として、1-ヘキセン及び1-オクテンからなる群から選択され得る。
1つ以上の実施形態では、プロセスは、エチレン系コポリマーの重量平均分子量の、エチレン系コポリマーのコモノマー重量パーセント含有量に対する比が10,000、20,000、又は30,000以上である、エチレン系コポリマーを製造する。
いくつかの実施形態では、プロセスは、500,000g/molを超える分子量を更に含む、エチレン系コポリマーを製造する。いくつかの実施形態では、製造されたエチレン系コポリマーの分子量は、600,000g/mol超、700,000g/mol超、又は750,000g/mol超である。
様々な実施形態では、反応器温度が85℃~105℃である場合、コモノマー分子量分布は0を超える。1つ以上の実施形態では、分子量が200,000g/molを超える場合、コモノマー分子量分布は0を超える。
実施形態では、エチレン系コポリマーはまた、GPC測定の一部として高速FT-IR(フーリエ変換赤外)分光法により決定するとき、30重量%未満のコモノマー組み込みを含む。いくつかの実施形態では、コモノマー組み込みは20重量%未満である。
ほとんどのエチレン系コポリマーは、その構成高分子の分子量によって変化するコモノマー含有量(すなわち、コポリマー中に存在する1-アルケン由来の構成単位の重量画分量)を有する。基本的に、高分子のより高い分子量画分がより低いコモノマー重量%含有量を有する場合、これは、通常の分子量に対するコモノマー分布である。通常のコモノマー分布は、通常の短鎖分岐分布(通常のSCBD)又は通常のコモノマー分子量分布指数(通常のMWCDI)とも称され得る。MWCDIが0未満である場合、通常のMWCDI又は通常のSCBDが存在する。MWCDI=0の場合、均一のMWCDI又は均一のSCBDが存在する。MWCDI値は、Log(重量平均分子量)(Log(Mw)に対する1000個の炭素原子当たりのSCBのプロットから決定される。米国特許出願公開第2017/008444(A1)号を参照されたい。
より高い分子量画分がより高いコモノマー重量%含有量を有する場合、逆転の分子量に対するコモノマー分布を有すると言われるであろう。この現象は、逆転の短鎖分岐分布(逆転のSCBD)、逆転のコモノマー分子量分布指数(逆転のMWCDI)、又は広い直交組成分布(BOCD)とも呼ばれる。MWCDIが0を超える場合、逆転のコモノマー分布又は逆転のSCBDが存在する。
これらの分子量にわたるコモノマー含有量分布は、x軸のLog(M)に対するy軸のコモノマー重量パーセント(重量%)含有量の線形回帰をプロットすることによって示される。コモノマー重量%含有量は、赤外線検出器を用いたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定での溶解コポリマーにおいて高速フーリエ変換赤外(FT-IR)分光法によって決定される。Mは、GPCで測定するとき、フローリー分布の分子量の特定のx軸分子量点(10^[Log(M)])である。そのようなプロットでは、通常のコモノマー分布は、負の勾配を有する(すなわち、より低いLog(M)値からより高いLog(M)値へ(x軸の左から右へ)進むデータ点にはめ込まれた線が下向きに傾斜する)。
実施形態では、1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーは、プロピレンに由来しなくてもよい。すなわち、1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーは、プロピレンを実質的に含まなくてもよい。化合物を「実質的に含まない」という用語は、物質又は混合物が1.0重量%未満の化合物を含むことを意味する。例えば、プロピレンを実質的に含まない1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーは、1.0重量%未満のプロピレン、例えば、0.8重量%未満のプロピレン、0.6重量%未満のプロピレン、0.4重量%未満のプロピレン、又は0.2重量%未満のプロピレンを含み得る。
実施形態では、製造されたポリエチレン、例えば、エチレン及び任意の1つ以上のコモノマーのホモポリマー及び/又はインターポリマー(コポリマーを含む)は、少なくとも50モルパーセント(mol%)のエチレン由来のモノマー単位を含み得る。例えば、ポリエチレンは、少なくとも60mol%、少なくとも70mol%、少なくとも80mol%、又は少なくとも90mol%のエチレン由来のモノマー単位を含み得る。実施形態では、ポリエチレンは、50mol%~100mol%のエチレン由来のモノマー単位を含む。例えば、ポリエチレンは、50mol%~90mol%、50mol%~80mol%、50mol%~70mol%、50mol%~60mol%、60mol%~100mol%、60mol%~90mol%、60mol%~80mol%、60mol%~70mol%、70mol%~100mol%、70mol%~90mol%、70mol%~80mol%、80mol%~100mol%、80mol%~90mol%、又は90mol%~100mol%のエチレン由来のモノマー単位を含み得る。
実施形態では、製造されたポリエチレンは、少なくとも90mol%のエチレン由来のモノマー単位を含む。例えば、ポリエチレンは、少なくとも93mol%、少なくとも96mol%、少なくとも97mol%、又は少なくとも99mol%のエチレン由来のモノマー単位を含み得る。実施形態では、ポリエチレンは、90mol%~100mol%のエチレン由来のモノマー単位を含む。例えば、ポリエチレンは、90mol%~99.5mol%、90mol%~99mol%、90mol%~97mol%、90mol%~96mol%、90mol%~93mol%、93mol%~100mol%、93mol%~99.5mol%、93mol%~99mol%、93mol%~97mol%、93mol%~96mol%、96mol%~100mol%、96mol%~99.5mol%、96mol%~99mol%、96mol%~97mol%、97mol%~100mol%、97mol%~99.5mol%、97mol%~99mol%、99mol%~100mol%、99mol%~99.5mol%、又は99.5mol%~100mol%のエチレン由来のモノマー単位を含み得る。
実施形態では、製造されたポリエチレンは、50mol%未満の追加のα-オレフィン由来のモノマー単位を含む。例えば、ポリエチレンは、40mol%未満、30mol%未満、20mol%未満、又は10mol%未満の追加のα-オレフィン由来のモノマー単位を含み得る。実施形態では、ポリエチレンは、0mol%~50mol%の追加のα-オレフィン由来のモノマー単位を含む。例えば、ポリエチレンは、0mol%~40mol%、0mol%~30mol%、0mol%~20mol%、0mol%~10mol%、0mol%~5mol%、0mol%~1mol%、1mol%~50mol%、1mol%~40mol%、1mol%~30mol%、1mol%~20mol%、1mol%~10mol%、1mol%~5mol%、5mol%~50mol%、5mol%~40mol%、5mol%~30mol%、5mol%~20mol%、5mol%~10mol%、10mol%~50mol%、10mol%~40mol%、10mol%~30mol%、10mol%~20mol%、20mol%~50mol%、20mol%~40mol%、20mol%~30mol%、30mol%~50mol%、30mol%~40mol%、又は40mol%~50mol%の追加のα-オレフィン由来のモノマー単位を含み得る。
実施形態では、製造されたポリエチレンは、1つ以上の添加剤を更に含む。かかる添加剤としては、帯電防止剤、色増強剤、染料、潤滑剤、顔料、一次酸化防止剤、二次酸化防止剤、加工助剤、紫外線(UV)安定剤、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。ポリエチレンは、任意の量の添加剤を含み得る。実施形態では、製造されたポリエチレンは、充填剤を更に含み、これには、例えば、炭酸カルシウム、タルク、又はMg(OH)2などの有機又は無機充填剤が挙げられ得るが、これらに限定されない。
製造されたポリエチレンは、多種多様な製品及び最終用途に使用することができる。製造されたポリエチレンはまた、任意の他のポリマーとブレンド及び/又は共押出しされてもよい。他のポリマーの非限定的な例としては、直鎖低密度ポリエチレン、エラストマー、プラストマー、高圧低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。製造されたポリエチレン及び製造されたポリエチレンを含むブレンドは、様々な他の最終用途の中でもブロー成形部品又は製品を製造するために使用され得る。製造されたポリエチレン及び製造されたポリエチレンを含むブレンドは、フィルム、シート、及び繊維の押出及び共押出、並びにブロー成形、射出成形、及び回転成形などの形成作業に有用であり得る。フィルムは、収縮フィルム、粘着フィルム、延伸フィルム、封止フィルム、配向フィルム、軽食包装、重包装袋、食料品袋、焼成食品及び冷凍食品包装、医療用包装、工業用ライナ、並びに食品接触及び非食品接触用途における膜として有用な、共押出又は積層によって形成されるブロー又は流延フィルムを含み得る。繊維は、フィルタ、おむつ布地、医療用衣類、及びジオテキスタイルを作製するための織布又は不織布の形態で使用するための溶融紡糸、溶液紡糸、及びメルトブロー繊維操作を含み得る。押出物品は、医療用チューブ、ワイヤ及びケーブルのコーティング、パイプ、ジオメンブレン、及び池用ライナを含み得る。成形物品は、ボトル、タンク、大型中空物品、硬質食品容器、及び玩具の形態の単層及び多層構造を含み得る。
試験方法
重合活性
別段の指示がない限り、本開示の全ての重合活性(生産性とも呼ばれる)は、反応器に添加された触媒の量に対する製造されたポリマーの比として決定され、ポリマーのグラム数/触媒のグラム数/時間(gPE/gcat/時間)で報告される。
重合活性
別段の指示がない限り、本開示の全ての重合活性(生産性とも呼ばれる)は、反応器に添加された触媒の量に対する製造されたポリマーの比として決定され、ポリマーのグラム数/触媒のグラム数/時間(gPE/gcat/時間)で報告される。
コモノマー含有量
別段の指示がない限り、本開示の全てのコモノマー含有量(すなわち、ポリマーに組み込まれたコモノマーの量)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定での溶解ポリマーにおいて高速FT-IR分光法によって決定され、重量パーセント(重量%)で報告される。ポリマーのコモノマー含有量は、赤外線検出器の使用によってポリマー分子量に対して決定することができ、これには、LeeらのToward absolute chemical composition distribution measurement of polyolefins by high-temperature liquid chromatography hyphenated with infrared absorbance and light scattering detectors,86 Anal.Chem.8649(2014)に記載されているような、GPC測定におけるIR5検出器などが挙げられる。
別段の指示がない限り、本開示の全てのコモノマー含有量(すなわち、ポリマーに組み込まれたコモノマーの量)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定での溶解ポリマーにおいて高速FT-IR分光法によって決定され、重量パーセント(重量%)で報告される。ポリマーのコモノマー含有量は、赤外線検出器の使用によってポリマー分子量に対して決定することができ、これには、LeeらのToward absolute chemical composition distribution measurement of polyolefins by high-temperature liquid chromatography hyphenated with infrared absorbance and light scattering detectors,86 Anal.Chem.8649(2014)に記載されているような、GPC測定におけるIR5検出器などが挙げられる。
取り込み比
別段の指示がない限り、本開示の全ての取り込み比は、エチレン由来のモノマー単位の量に対するコモノマー(例えば、(C3~C12)α-オレフィンコモノマー)由来のモノマー単位の量の比として決定された。
別段の指示がない限り、本開示の全ての取り込み比は、エチレン由来のモノマー単位の量に対するコモノマー(例えば、(C3~C12)α-オレフィンコモノマー)由来のモノマー単位の量の比として決定された。
分子量
別段の指示がない限り、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及びz平均分子量(Mz)を含む、本明細書に開示される全ての分子量は、従来のGPCを使用して測定され、1モル当たりのグラム数(g/mol)で報告される。
別段の指示がない限り、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及びz平均分子量(Mz)を含む、本明細書に開示される全ての分子量は、従来のGPCを使用して測定され、1モル当たりのグラム数(g/mol)で報告される。
クロマトグラフィーシステムは、示差屈折率検出器(DRI)を備えた、High Temperature Gel Permeation Chromatography(Polymer Laboratories)で構成された。3つのPolymer Laboratories PLgel 10μm Mixed-Bカラムを使用した。公称流量は1.0mL/分であり、公称注入量は300μLであった。種々の移送ライン、カラム、及び示差屈折計(DRI検出器)を、160℃に維持されたオーブンに収容した。試験用の溶媒は、4リットルのAldrich試薬グレードの1,2,4-トリクロロベンゼン(TCB)に、酸化防止剤として6グラムのブチル化ヒドロキシトルエンを溶解することによって調製した。次いでTCB混合物を、0.1μmのテフロンフィルタを通して濾過した。次いでTCBを、GPC機器に入れる前に直列の脱ガス装置を用いて脱気した。
ポリマー溶液は、乾燥ポリマーをガラスバイアルに入れ、所望の量のTCBを添加し、次いで混合物を連続振盪しながら160℃で約2時間加熱することによって調製した。全ての量を、重量測定法で測定した。注入濃度は0.5~2.0mg/mLであり、高分子量の試料には低濃度を用いた。各試料を実行する前に、DRI検出器をパージした。次いで、装置内の流量を1.0mL/分に増加させ、最初の試料を注入する前に、DRIを8時間安定化させた。分子量は、一連の単分散ポリスチレン(PS)標準を用いて実施されるカラム較正と汎用較正関係を組み合わせることによって決定した。各溶出体積におけるMWを、以下の等式を用いて計算した。
クロマトグラムの各点における濃度cを、以下の式を使用して、ベースラインを差し引いたDRI信号であるIDRIから計算した。
濃度クロマトグラフィーの溶出量に対する積分面積と、予め決められた濃度に注入ループ容積を乗じた値に等しい注入質量との比から、質量回収率を計算した。
実施例は、配位子の中間体、配位子、及び単離プロ触媒の合成手順、並びにプロ触媒(金属-配位子錯体とも呼ばれる)を含む重合プロセスを含む。本開示の1つ以上の特徴は、以下の実施例を考慮して例示される。
金属-配位子錯体1(MLC-1)の合成
脱気トルエン(15mL)及び脱気水(5mL)を、3,6-ジ-tert-ブチル-9-[2-テトラヒドロピラン-2-イルオキシ-5-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)-3-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェニル]カルバゾール(4.14g、5.97mmol)、ビス[(2-ブロモ-4-tert-ブチル-フェノキシ)メチル]-ジイソプロピル-ゲルマン(1.6g、2.49mmol)、tBu3P-PdG2(0.05g、0.1mmol)、及びNaOH(0.5g、12.4mmol)を加えた40mLバイアルに添加した。反応物を50℃に加温し、この温度で18時間維持した。この時間の後、反応物を室温まで冷却した。混合物を分液漏斗に移し、Et2O(20mL)及びH2O(10mL)を加え、層を分離させた。水相を追加のEt2O(10mL)で抽出した。合わせた有機物をブライン(10mL)で洗浄し、乾燥させ(Na2SO4)、100mL丸底フラスコ内に濾過した。溶媒を減圧下で除去した。粗残留物をMeOH/THF(1:1、20mL)に溶解し、濃HCl(ガラスピペットから5滴)を添加し、還流凝縮器をフラスコに取り付け、次いで溶液を撹拌しながら70℃に加温した。18時間後、溶媒を減圧下で除去した。黄色の油をMeOH(3×3mL)から回転蒸発させ、黄褐色の固体を形成した。MeOH(20mL)を固体に添加し、次いで濾過によって収集した。固体をMeOH(2×8mL)で洗浄した。アセトン(10mL)をフィルタ漏斗内の固体に添加し、不均一な溶液を得た。不均一な混合物をスパチュラを使用して撹拌し、次いでアセトンを真空を用いてフィルタを通して吸引した。アセトン(10mL)を再度フィルタ内の固体に添加した。不均一な混合物をスパチュラを使用して撹拌し、次いでアセトンを真空を用いてフィルタを通して吸引した。材料を真空下で乾燥させて、2.1g(58%)の所望の生成物を黄褐色の固体として得た。
1H NMR(400MHz,クロロホルム-d)δ8.22(br s,4H),7.47-7.30(m,4H),7.26(d,J=2.5Hz,2H),7.22(d,J=2.4Hz,2H),7.11-6.86(m,6H),6.72(br s,2H),5.78-5.19(m,4H),3.80-3.44(m,4H),1.66(s,4H),1.45(s,36H),1.30(s,12H),1.24-1.11(m,20H),0.87(d,J=7.4Hz,12H),0.76(s,18H)。
(MLC-1)の合成
Et2O(1.96mL)中の3M MeMgBrを、トルエン(30mL)中のテトラクロロハフニウム(0.46g、1.43mmol)の-30℃混合物に添加した。3分間撹拌した後、固体の2-[5-tert-ブチル-2-[[[4-tert-ブチル-2-[3-(3,6-ジtert-ブチルカルバゾール-9-イル)-2-ヒドロキシ-5-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェニル]フェノキシ]メチル-ジイソプロピル-ゲルミル]メトキシ]フェニル]-6-(3,6-ジtert-ブチルカルバゾール-9-イル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール(2.05g、1.42mmol)を添加した。
18時間後、追加のEt2O(200μL)中の3M MeMgBrを添加し、反応物を1時間撹拌した。この時間の後、溶媒を減圧下で除去して、暗色の固体を得た。
ヘキサン/トルエン(2:1、30mL)を広口瓶に加え、溶液を室温で5分間撹拌し、次いでこの材料をフリット漏斗CELITEプラグに通した。フリットをヘキサン/トルエン(2:1、15mL)で抽出した。合わせた有機物を真空下で乾燥させて、MLC-1(2.10g、収率:89%)をオフホワイトの固体として得た。
1H NMR(400MHz,ベンゼン-d6)δ8.71(t,J=1.3Hz,2H),8.37(dd,J=2.0,0.7Hz,2H),7.70-7.62(m,6H),7.53(dd,J=7.4,2.5Hz,4H),7.47(dd,J=8.7,0.6Hz,2H),7.30(dd,J=8.7,1.9Hz,2H),7.19-7.11(m,2H),5.29(d,J=8.7Hz,2H),4.52(d,J=12.2Hz,2H),3.52(d,J=12.2Hz,2H),1.81(d,J=14.5Hz,2H),1.64(d,J=14.5Hz,2H),1.58(s,18H),1.42(s,6H),1.36(s,6H),1.30(s,18H),1.22(s,18H),0.93(s,18H),0.74-0.61(m,8H),0.59(d,J=6.6Hz,6H),-1.20(s,6H)。
金属-配位子錯体2(MLC-2)の合成
脱気THF(3mL)及び脱気水(1mL)を、9-[5-メチル-2-テトラヒドロピラン-2-イルオキシ-3-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェニル]カルバゾール(国際公開第2016/003879(A1)号に記載されている:0.72g、1.49mmol)、ビス[(2-ブロモ-4-フルオロ-フェノキシ)メチル]-ジイソプロピル-ゲルマン(0.36g、0.64mmol)、tBu3P-PdG2(0.013g、0.03mmol)、及びNaOH(0.13g、3.18mmol)を加えた40mLバイアルに添加した。得られた混合物を50℃に加温し、この温度で18時間維持した。この時間の後、反応物を室温まで冷却した。Et2O(10mL)及びブライン(3mL)を混合物に添加した。得られた溶液を振盪し、層が沈降した後、有機相をピペットを使用して除去し、40mLバイアルに移した。MeOH(6mL)を添加し、続いて濃HCl(ガラスピペットから5滴)を添加した。得られた溶液を室温で3時間撹拌した後、溶媒を減圧下で除去した。
得られた黄色の油をCH3CN(3×3mL)から回転蒸発させ、黄褐色の固体を形成した。CH3CN(6mL)を固体に添加し、次いで濾過によって収集した。固体をCH3CN(2×3mL)で洗浄した。材料をEt2O(4mL)に溶解し、シリカのプラグに通した。プラグを追加のEt2O(20mL)で洗浄した。合わせたEt2Oを濃縮乾固させて、2-カルバゾール-9-イル-6-[2-[[[2-(3-カルバゾール-9-イル-2-ヒドロキシ-5-メチル-フェニル)-4-フルオロ-フェノキシ]メチル-ジイソプロピル-ゲルミル]メトキシ]-5-フルオロ-フェニル]-4-メチル-フェノール(0.430g、収率:71%)を白色の固体として得た。
1H NMR(400MHz,クロロホルム-d)δ8.20(ddd,J=7.7,1.3,0.7Hz,4H),7.34(ddd,J=8.1,7.2,1.4Hz,4H),7.29(td,J=7.4,1.2Hz,4H),7.18(d,J=2.2Hz,2H),7.14-7.10(m,4H),7.04(dd,J=2.2,0.7Hz,2H),6.92(dd,J=8.8,3.1Hz,2H),6.50-6.36(m,2H),5.95-5.81(m,2H),5.49(s,2H),3.60(s,4H),2.31(s,6H),1.13(h,J=7.3Hz,2H),0.81(d,J=7.5Hz,12H)。
19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-123.49。
グローブボックス内で、ジエチルエーテル中のMeMgBr(3M、0.37mL)を、無水トルエン(5mL)中のZrCl4(0.06g、0.27mmol)の-30℃懸濁液に添加した。得られた混合物を3分間撹拌した後、2-カルバゾール-9-イル-6-[2-[[[2-(3-カルバゾール-9-イル-2-ヒドロキシ-5-メチル-フェニル)-4-フルオロ-フェノキシ]メチル-ジイソプロピル-ゲルミル]メトキシ]-5-フルオロ-フェニル]-4-メチル-フェノール(0.25g、0.26mmol)を、トルエン/CH2Cl2(2:1、3mL)中の溶液として添加した。得られた混合物を4時間撹拌した後、溶媒を真空下で除去して、暗色の残留物を得た。ヘキサン(4mL)を暗色の残留物に添加し、次いでこの混合物をCELITEパッドに通した。残留物を追加のヘキサン(4mL)で洗浄した。新しい収集バイアルを配置し、次いで残留物をトルエン(3×8mL)で抽出した。合わせたトルエン抽出物を濃縮乾固させて、黄褐色の半固体を得た。固体をペンタン(3×2mL)から蒸発させて、金属-配位子錯体(0.150g、収率:53%)を黄褐色の固体として得た。
1H NMR(400MHz,ベンゼン-d6)δ8.12(dt,J=7.7,0.9Hz,2H),8.03(dt,J=7.7,1.0Hz,2H),7.48(dq,J=8.3,1.0Hz,4H),7.36(ddd,J=8.2,7.1,1.3Hz,2H),7.25(ddd,J=8.4,7.2,1.2Hz,4H),7.20-7.11(m,2H),7.03(dd,J=2.4,0.8Hz,2H),6.88-6.80(m,4H),6.66(ddd,J=9.0,7.3,3.2Hz,2H),4.91(dd,J=9.0,4.8Hz,2H),4.30(d,J=12.1Hz,2H),3.26(d,J=12.1Hz,2H),2.07(s,6H),1.31-1.15(m,1H),0.61-0.48(m,14H),-0.93(s,6H)。
19F NMR(376MHz,C6D6)δ-117.32。
金属-配位子錯体5(MLC-5)の合成
脱気トルエン(6mL)及び脱気水(3mL)を、2,7-ジtert-ブチル-9-[2-テトラヒドロピラン-2-イルオキシ-5-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)-3-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェニル]カルバゾール(1.62g、2.33mmol)、ビス[(2-ブロモ-4-tert-ブチル-フェノキシ)メチル]-ジイソプロピル-ゲルマン(国際公開第2018/183056(A1)号に記載されている:0.6g、0.93mmol)、tBu3P-PdG2(0.02g、0.04mmol)、及びNaOH(0.19g、4.67mmol)を加えた40mLバイアルに添加した。得られた混合物を75℃に加温し、この温度で18時間維持した。この時間の後、反応物を室温まで冷却した。混合物を分液漏斗に移し、Et2O(20mL)及びH2O(10mL)を加え、層を分離させた。水相を追加のEt2O(10mL)で抽出した。合わせた有機物をブライン(10mL)で洗浄し、乾燥させ(Na2SO4)、100mL丸底フラスコ内に濾過した。溶媒を減圧下で除去した。粗残留物をMeOH/THF(1:1、20mL)に溶解し、濃HCl(ガラスピペットから5滴)を添加し、還流凝縮器をフラスコに取り付け、次いで溶液を撹拌しながら70℃に加温した。4時間後、溶媒を減圧下で除去した。黄色の油をCH3CN(3×5mL)から回転蒸発させ、黄褐色の固体を形成した。CH3CN(15mL)を固体に添加し、次いで濾過によって収集した。固体をCH3CN(2×4mL)で洗浄した。固体を単離し、真空下で乾燥させて、6’,6’’’-(((ジイソプロピルゲルマンジイル)ビス(メチレン))ビス(オキシ))ビス(3’-(tert-ブチル)-3-(2,7-ジ-tert-ブチル-9H-カルバゾール-9-イル)-5-(2,4,4-トリメチルペンタン-2-イル)-[1,1’-ビフェニル]-2-オール)(0.7g、収率:52%)を黄褐色の粉末として得た。
1H NMR(400MHz,クロロホルム-d)δ8.05(d,J=8.2Hz,4H),7.35-7.29(m,6H),7.24(d,J=2.5Hz,2H),7.21-7.10(m,6H),6.71(d,J=8.6Hz,2H),6.25(d,J=7.2Hz,2H),5.35(s,2H),3.78(s,4H),1.67(s,4H),1.33(s,12H),1.30(s,36H),1.23-1.12(m,20H),0.79(d,J=7.4Hz,12H),0.77(s,18H)。
グローブボックス内で、ジエチルエーテル中のMeMgBr(3M、0.30mL)を、無水トルエン(8mL)中のZrCl4(0.05g、0.22mmol)の-30℃懸濁液に添加した。得られた混合物を3分間撹拌した後、トルエン(2mL)中の6’,6’’’-(((ジイソプロピルゲルマンジイル)ビス(メチレン))ビス(オキシ))ビス(3’-(tert-ブチル)-3-(2,7-ジ-tert-ブチル-9H-カルバゾール-9-イル)-5-(2,4,4-トリメチルペンタン-2-イル)-[1,1’-ビフェニル]-2-オール)(0.3g、0.21mmol)の-30℃溶液を添加した。得られた混合物を2時間撹拌した後、溶媒を真空下で除去して、暗色の残留物を得た。ヘキサン(10mL)をバイアルに添加し、溶液を室温で数分間振盪し、次いでこの材料をフリット漏斗CELITEプラグに通した。フリットをヘキサン(5mL)で抽出し、バイアルを交換し、CELITEプラグをトルエン(2×10mL)で抽出した。トルエンを真空を用いて除去して、金属-配位子錯体(0.18g、収率:55%)を黄褐色の粉末として得た。
1H NMR(400MHz,ベンゼン-d6)δ8.40(d,J=8.2Hz,2H),8.09(dd,J=8.2,0.6Hz,2H),7.75(d,J=1.6Hz,2H),7.68-7.63(m,4H),7.61-7.55(m,4H),7.50(d,J=2.5Hz,2H),7.29(dd,J=8.3,1.7Hz,2H),7.09(dd,J=8.7,2.6Hz,2H),5.19(d,J=8.6Hz,2H),4.64(d,J=12.2Hz,2H),3.67(d,J=12.2Hz,2H),1.79-1.61(m,4H),1.48-1.43(m,24H),1.40(s,6H),1.22(s,18H),1.16(s,18H),0.94(s,20H),0.75(d,J=7.4Hz,6H),0.64(d,J=7.5Hz,6H),-1.01(s,6H)。
金属-配位子錯体6(MLC-6)の合成
グローブボックス内で、ジエチルエーテル中のMeMgBr(3M、0.30mL)を、無水トルエン(8mL)中のHfCl4(0.07g、0.21mmol)の-30℃懸濁液に添加した。得られた混合物を3分間撹拌した後、トルエン(2mL)中の6’,6’’’-(((ジイソプロピルゲルマンジイル)ビス(メチレン))ビス(オキシ))ビス(3’-(tert-ブチル)-3-(2,7-ジ-tert-ブチル-9H-カルバゾール-9-イル)-5-(2,4,4-トリメチルペンタン-2-イル)-[1,1’-ビフェニル]-2-オール)(0.3g、0.21mmol)の-30℃溶液を添加した。得られた混合物を18時間撹拌した後、溶媒を真空下で除去して、暗色の残留物を得た。ヘキサン(5mL)をバイアルに添加し、溶液を室温で数分間振盪し、次いでこの材料をフリット漏斗CELITEプラグに通した。フリットをヘキサン(3mL)で抽出し、バイアルを交換し、CELITEプラグをトルエン(2×10mL)で抽出した。トルエンを真空を用いて除去して、金属-配位子錯体(0.14g、収率:41%)を黄褐色の粉末として得た。
1H NMR(400MHz,ベンゼン-d6)δ8.41(d,J=8.4Hz,2H),8.10(dd,J=8.2,0.6Hz,2H),7.75(d,J=1.6Hz,2H),7.66(d,J=2.5Hz,2H),7.63-7.60(m,4H),7.57(dd,J=8.3,1.7Hz,2H),7.49(d,J=2.5Hz,2H),7.29(dd,J=8.3,1.7Hz,2H),7.10(dd,J=8.2,2.1Hz,2H),5.19(d,J=8.7Hz,2H),4.74(d,J=12.3Hz,2H),3.74(d,J=12.4Hz,2H),1.78-1.60(m,4H),1.47-1.44(m,24H),1.40(s,6H),1.21(s,18H),1.15(s,18H),0.93(s,20H),0.75(d,J=7.4Hz,6H),0.63(d,J=7.5Hz,6H),-1.23(s,6H)。
金属-配位子錯体7(MLC-7)の合成
グローブボックス内で、ジエチルエーテル中のMeMgBr(メチルマグネシウムブロミド)(3.0M、0.88mmol、4.4当量)を、無水トルエン(6.0mL)中のHfCl4(64mg、0.2mmol、1.0当量)の-30℃懸濁液に添加した。得られた混合物を2分間撹拌した後、配位子(国際公開第2018/183056(A1)号に記載されている:0.254g、0.2mmol、1.0当量)を少しずつ添加した。得られた混合物を一晩撹拌した後、溶媒を真空下で除去して暗色の残留物を得て、これをヘキサン(12mL)で抽出し、続いてトルエン(12mL)で抽出した。ヘキサン抽出物を約3~4mLに濃縮し、次いで冷凍庫に1日保存した後、上部溶液をデカントし、白色の固体を真空下で乾燥させて、白色の固体(150mg)を得た。トルエン抽出物を真空下で乾燥させて、白色の固体(60mg)を得た。次いで、ヘキサン抽出物及びトルエン抽出物を合わせ、金属-配位子錯体(210mg、収率:71%)を白色の粉末として得た。
1H NMR(400MHz,C6D6)δ8.14(br s,2H),7.80(t,J=1.8Hz,2H),7.65(br s,2H),7.58(d,J=2.5Hz,2H),7.42-7.29(m,4H),7.22(dd,J=8.6,2.5Hz,2H),5.71(d,J=8.6Hz,2H),4.97(d,J=11.8Hz,2H),3.78(d,J=11.8Hz,2H),2.74-2.53(m,4H),1.75-1.61(m,4H),1.59-1.20(m,74H),0.94-0.88(m,6H),0.82-0.78(m,2H),0.70-0.60(m,12H),-0.23(s,6H)。
本発明の噴霧乾燥有効触媒の調製:
触媒系の製造
様々な触媒系を噴霧乾燥によって製造した。具体的には、ヒュームドシリカ(Cabot CorporationからCAB-O-SIL(登録商標)として市販され、W.R.Graceから入手した)及びメチルアルミノキサン(トルエン中10重量%)をトルエンでスラリー化し、15分間混合した。得られたスラリーに金属-配位子錯体を添加し、更に30~60分間混合した。次いで、得られた触媒系前駆体を、噴霧乾燥機(BUCHI CorporationからMini Spray Dryer B-290として市販されている)を用いて、185℃の入口温度、100℃の出口温度、95回転/分(rpm)の吸引器速度、及び150rpmのポンプ速度で乾燥させた。
触媒系の製造
様々な触媒系を噴霧乾燥によって製造した。具体的には、ヒュームドシリカ(Cabot CorporationからCAB-O-SIL(登録商標)として市販され、W.R.Graceから入手した)及びメチルアルミノキサン(トルエン中10重量%)をトルエンでスラリー化し、15分間混合した。得られたスラリーに金属-配位子錯体を添加し、更に30~60分間混合した。次いで、得られた触媒系前駆体を、噴霧乾燥機(BUCHI CorporationからMini Spray Dryer B-290として市販されている)を用いて、185℃の入口温度、100℃の出口温度、95回転/分(rpm)の吸引器速度、及び150rpmのポンプ速度で乾燥させた。
気相バッチ反応器試験:
上記で調製した噴霧乾燥触媒を、2Lのセミバッチオートクレーブ重合反応器において気相で行うエチレン/1-ヘキセン共重合に使用した。これらの実験における個々の実験条件及び製造されたポリマーの特性を、特性の試験結果にまとめた。
上記で調製した噴霧乾燥触媒を、2Lのセミバッチオートクレーブ重合反応器において気相で行うエチレン/1-ヘキセン共重合に使用した。これらの実験における個々の実験条件及び製造されたポリマーの特性を、特性の試験結果にまとめた。
気相バッチ反応器の触媒試験手順:
使用する気相反応器は、機械的撹拌機を備えた2リットルのステンレス鋼オートクレーブである。試験運転では、反応器を最初に1時間乾燥させ、200gのNaClを投入し、窒素下100℃で30分間加熱することにより乾燥させた。この反応器のベークアウトプロセス後、3gのSDMAO(支持されたメチルアルミノキサン)(sd-Cat1のみ5gのSDMAOを使用)を捕捉剤として窒素圧下で導入した。SDMAOを添加した後、反応器を密閉し、成分を撹拌した。次いで、エチレンで加圧した水素及び1-ヘキセンを反応器に投入した。系が定常状態に達したら、触媒を80℃で反応器に投入して重合を開始した。反応器温度を所望の反応温度にして、この温度で維持し、1時間の運転を通してエチレン、1-ヘキセン、及び水素の供給比を維持した。運転の終わりに、反応器を冷却し、排気し、開けた。得られた生成物混合物を水及びメタノールで洗浄し、次に、乾燥させた。重合生産性(ポリマーのグラム数/触媒のグラム数-時間)を、反応器に添加された触媒の量に対する製造されたポリマーの比として決定した。
使用する気相反応器は、機械的撹拌機を備えた2リットルのステンレス鋼オートクレーブである。試験運転では、反応器を最初に1時間乾燥させ、200gのNaClを投入し、窒素下100℃で30分間加熱することにより乾燥させた。この反応器のベークアウトプロセス後、3gのSDMAO(支持されたメチルアルミノキサン)(sd-Cat1のみ5gのSDMAOを使用)を捕捉剤として窒素圧下で導入した。SDMAOを添加した後、反応器を密閉し、成分を撹拌した。次いで、エチレンで加圧した水素及び1-ヘキセンを反応器に投入した。系が定常状態に達したら、触媒を80℃で反応器に投入して重合を開始した。反応器温度を所望の反応温度にして、この温度で維持し、1時間の運転を通してエチレン、1-ヘキセン、及び水素の供給比を維持した。運転の終わりに、反応器を冷却し、排気し、開けた。得られた生成物混合物を水及びメタノールで洗浄し、次に、乾燥させた。重合生産性(ポリマーのグラム数/触媒のグラム数-時間)を、反応器に添加された触媒の量に対する製造されたポリマーの比として決定した。
ポリエチレンの製造
各実験で使用した反応条件を表2、4、及び6に報告する。各実験の反応器データを表4に報告する。各実験で製造されたポリ(エチレン-コ-1-ヘキセン)コポリマー(エチレン系コポリマー)の特性を表3、5、及び7に報告する。
各実験で使用した反応条件を表2、4、及び6に報告する。各実験の反応器データを表4に報告する。各実験で製造されたポリ(エチレン-コ-1-ヘキセン)コポリマー(エチレン系コポリマー)の特性を表3、5、及び7に報告する。
ポリマー鎖の分子量(MW)の増加に応じてコモノマー重量パーセント(重量%)が増加するポリマーは、多くの用途で改善された性能を有する。これは、広い直交組成分布(BOCD)を有するポリマーとも呼ばれる。定量的には、「逆転状態」又は「BOCD状態」の尺度は、コモノマー分子量分布指数(MWCDI)である。ポリマーは、MWCDIが0を超える場合、BOCDであるか又は逆転のコモノマー分布を有すると言われ、一方で0未満であるMWCDIを有するポリマーは、通常(又はチーグラーナッタ)型のコモノマー分布を有すると言われ、MCDWIが0に等しい場合、コモノマー分布は均一であると言われる。特定のポリマー特性は、典型的には、コモノマー分布が通常~均一~逆転になるにつれて改善される。
表3の結果は、気相重合バッチ反応器で製造された実施例1~11のエチレン系コポリマーが、独立して逆転のコモノマー分布及び単峰性の分子量分布を有することを示す。分子量分布(MWD)及びMWCDIは、前述の従来のGPC分析によって決定した。本発明の実施例6及び8のMWCDI及びMWDを図1にグラフで示す。実施例7及び10を図2に示す。図1及び図2は、エチレン系コポリマーが、MWD曲線の単一の最大値に基づいて単峰性であることを更に示す。更に、図1~図2に示すように、MWCDIの線は、0を超えるスロップ(slop)を有し、したがって逆転のコモノマー組み込みがあることを示す。
Claims (19)
- 逆転のコモノマー分布を有するエチレン系コポリマーを製造するためのプロセスであって、単一気相重合反応器において触媒系の存在下でエチレン及び1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーを重合することであって、前記反応器温度が60℃~150℃以下であり、かつ前記1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーの前記エチレンに対するモル供給比が0.020以下である、ことを含み、
前記触媒系は、1つ以上の支持材料上に配置された活性化金属-配位子錯体を含み、前記金属-配位子錯体は、式(Ia)による構造を有し、
A-は、アニオンであり、
Mは、チタン、ジルコニウム又はハフニウムであり、
nは、1、2、又は3であり、
各Xは、独立して、不飽和(C2~C50)炭化水素、不飽和(C2~C50)ヘテロ炭化水素、(C1~C50)ヒドロカルビル、(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル、(C6~C50)アリール、(C4~C50)ヘテロアリール、ハロゲン、-N(RN)2、及び-N(RN)CORCから選択される単座配位子であり、
R1及びR16は、独立して、(C6~C50)アリール、(C4~C50)ヘテロアリール、(C1~C40)アルキル、(C3~C40)ヘテロアルキル、式(II)を有するラジカル、式(III)を有するラジカル、及び式(IV)を有するラジカルから選択され、
R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、及びR15は、独立して、-H、(C1~C50)ヒドロカルビル、(C1~C50)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(RN)-、(RC)2NC(O)-、及びハロゲンから選択され、
R19及びR20は、独立して、-(CRC 2)m-から選択され、式中、下付き文字mは、1又は2であり、RCは、-H又は(C1~C10)ヒドロカルビルであり、
R17及びR18は、独立して、直鎖又は分岐鎖(C1~C20)アルキルから選択され、
各RC、RP、及びRNは、独立して、-H、(C1~C50)ヒドロカルビル、及び(C1~C50)ヘテロヒドロカルビルから選択され、
前記エチレン系コポリマーは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により決定するとき、単峰性の分子量分布を有し、前記ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定の高速フーリエ変換赤外(FT-IR)分光法により決定するとき、0を超えるコモノマー分子量分布指数を有する、プロセス。 - R1及びR16が同じである、請求項1に記載のプロセス。
- R1及びR16のうちの少なくとも1つが、式(II)を有するラジカルであり、R32及びR34のうちの少なくとも1つが、tert-ブチルである、請求項2又は3に記載のプロセス。
- R1及びR16のうちの少なくとも1つが、式(III)を有するラジカルである、請求項1~3のいずれか一項に記載のプロセス。
- R42、R43、R46、及びR47のうちの少なくとも1つが、tert-ブチルである、請求項4に記載のプロセス。
- R41~R48が-Hである、請求項5に記載のプロセス。
- 前記1つ以上の支持材料が、ヒュームドシリカを含む、請求項1~6のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記触媒系が、噴霧乾燥粒子の形態であり、前記噴霧乾燥粒子は、前記金属-配位子錯体を前記1つ以上の支持材料上で噴霧乾燥することによって作製される、請求項1~7のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、1時間につき前記触媒系1グラム当たり2,500グラム以上の前記エチレン系コポリマーを製造する、請求項1~8のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記エチレン系コポリマーの重量平均分子量の、前記エチレン系コポリマーのコモノマー重量パーセント(重量%)対する比が、10,000以上であるか、又は20,000以上であるか、又は30,000以上である、請求項1~9のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記重量分子量平均が200,000g/molを超える場合、前記コモノマー分子量分布が0を超える、請求項1~10のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記エチレン系ポリマーが、500,000g/molを超える重量分子量平均を更に含む、請求項1~11のいずれか一項に記載のプロセス。
- 逆転のコモノマー分布を有するエチレン系コポリマーを製造するためのプロセスであって、単一気相重合反応器において触媒系の存在下でエチレン及び1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーを重合することであって、前記反応器温度が150℃以下であり、かつ前記1つ以上の(C3~C12)α-オレフィンコモノマーの前記エチレンに対するモル供給比が0.020以下である、ことを含み、
前記触媒系が、第IV族金属中心、少なくとも1つのジアニオン性ヘテロヒドロカルビル配位子、及び1つ以上のモノアニオン性ヒドロカルビル配位子を有する、活性化金属-配位子錯体を含み、ただし、前記配位子はシクロペンタジエニルではなく、前記触媒系は、支持材料を含まず、
前記エチレン系コポリマーは、単峰性の分子量分布及び0を超えるコモノマー分子量分布指数を有する、プロセス。 - 前記触媒系が、1つ以上の活性化剤を更に含む、請求項13に記載のプロセス。
- 前記1つ以上の活性化剤が、メチルアルモキサン(MAO)を含む、請求項13又は14に記載のプロセス。
- 前記触媒系が、未溶解形態で、溶液として、スラリーとして、又はそれらの組み合わせで、前記気相重合反応器に供給される、請求項13~15のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記反応器温度が120℃以下であるか、又は前記反応器温度が75℃~105℃であるか、又は前記反応器温度が80℃~100℃であるか、又は前記反応器温度が85℃~95℃である、請求項13~16のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記エチレン系コポリマーの前記分子量平均が、200,000g/molを超えるか、又は前記エチレン系コポリマーが、500,000g/molを超える分子量平均を含む、請求項13~17のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記エチレン系コポリマーが、GPC測定の溶解ポリマーにおいて高速FT-IR分光法により決定するとき、30重量%未満のコモノマー組み込みを更に含む、請求項13~18のいずれか一項に記載のプロセス。
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