JP3299318B2 - オレフィン重合用触媒及びオレフィン重合体の製造方法 - Google Patents
オレフィン重合用触媒及びオレフィン重合体の製造方法Info
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Description
らびに該触媒を用いてオレフィン重合体を高い収率で得
る方法に関するものである。
フィンを触媒の存在下に重合してオレフィン重合体を製
造するにあたり、触媒として(1)メタロセン系遷移金
属化合物および(2)アルミノキサンからなるものを用
いる方法が提案されている(特開昭58−019309
号公報、特開平2−167307号公報等、日本化学会
第58春季年会1IIB09(1989))。
ウム化合物あるいはバナジウム化合物と有機アルミニウ
ム化合物からなる従来のチーグラー・ナッタ触媒を用い
る方法と比較して、遷移金属あたりの重合活性が非常に
高く、また、分子量分布の狭い重合体が得られる。しか
しながら、これらの触媒を用いて充分な重合活性を得る
為には多量のアルミノキサンを必要とするため、アルミ
ニウムあたりの重合活性は低く、不経済であるばかりで
なく、生成した重合体から触媒残渣を除去する必要があ
った。
ノキサンの一方あるいは両方をシリカ、アルミナ等の無
機酸化物に担持させた触媒でオレフィンの重合を行う方
法も提案されている(特開昭60−135408号公
報、同61−108610号公報、同61−29600
8号公報、特開平3−74412号公報、同3−744
15号公報等)。また、遷移金属化合物および有機アル
ミニウム化合物の一方あるいは両方をシリカ、アルミナ
等の無機酸化物もしくは有機物に担持させた触媒でオレ
フィンの重合を行う方法も提案されている(特開平1−
101303号公報、同1−207303号公報、同3
−234709号公報、同3−234710号公報、特
表平3−501869号公報等)。しかしながら、これ
らに提案された方法においても、アルミニウムあたりの
重合活性はなお充分とはいえず、生成物中の触媒残渣の
量は無視し得ないものであった。
を解決すべく検討した結果、遷移金属あたり及びアルミ
ニウムあたりの重合活性が充分高い触媒を見いだし、本
発明に到達した。すなわち、本発明は[A]下記一般式
[1]または[2]で表される遷移金属化合物
有していてもよいシクロペンタジエニル基、Mはチタニ
ウム、ジルコニウム、ハフニウムであり、R2 はたがい
に同一または異なっていてもよい水素、ハロゲン、珪素
含有基、ハロゲン置換基を有していてもよい炭素数が1
〜20の炭化水素基、アルコキシ基、アリールオキシ
基、アミド基、チオアルコキシ基を表し、R3 はMに配
位する中性の配位子であり、R4-は、上記一般式[2]
中の金属カチオンを安定化させることのできる対アニオ
ンを示す。) [B]粘土、粘土鉱物またはイオン交換性層状化合物、
及び [C]有機アルミニウム化合物とを接触して得られる生
成物からなるオレフィン重合用触媒ならびに該触媒と必
要に応じて[D]有機アルミニウム化合物の存在下、オ
レフィンを単独重合または共重合させることを特徴とす
るオレフィン重合体の製造方法に関する。
触媒に用いられる遷移金属化合物すなわち[A]成分の
例は、下記一般式[1]または[2]で表される化合物
である。
有していてもよいシクロペンタジエニル基、Mはチタニ
ウム、ジルコニウム、ハフニウムであり、R2 はたがい
に同一または異なっていてもよい水素、ハロゲン、珪素
含有基、ハロゲン置換基を有していてもよい炭素数が1
〜20の炭化水素基、アルコキシ基、アリールオキシ
基、アミド基、チオアルコキシ基を表し、R3 はMに配
位する中性の配位子であり、R4-は、上記一般式[2]
中の金属カチオンを安定化させることのできる対アニオ
ンを示す。)
クロペンタジエニル、エチルシクロペンタジエニル、ブ
チルシクロペンタジエニル、1,2−ジメチルシクロペ
ンタジエニル、ペンタメチルシクロペンタジエニル、ト
リメチルシリルシクロペンタジエニル、インデニル、テ
トラヒドロインデニル、フルオレニル基等の置換基を有
していてもよいシクロペンタジエニル基を示す。
素、フッ素、塩素、臭素、沃素等のハロゲン、トリメチ
ルシリル、トリエチルシリル、トリフェニルシリル基等
の珪素含有基、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イ
ソブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、ヘプチ
ル、オクチル、ノニル、デシル、フェニル、トリル、ク
ロロメチル、クロロエチル基等のハロゲン基を有してい
てもよい炭素数1ないし20の炭化水素基、メトキシ、
エトキシ、プロポキシ、ブトキシ基等のアルコキシ基、
フェノキシ、メチルフェノキシ、ペンタメチルフェノキ
シ基等のアリールオキシ基、アミド、ジメチルアミド、
ビス(トリメチルシリル)アミド基等のアミド基、メチ
ルチオアルコキシ、フェニルチオアルコキシ基等のチオ
アルコキシ基等があげられる。
ような配位子の具体例として、C5H4(CH2)n O- (1
≦n≦5)、C5 Me4(CH2)n O- (1≦n≦5)、C
6 H 4(Me2 Si)(t−Bu)N- 、C5 Me4(Me
2 Si)(t−Bu)N- 等があげられる。更に、R2
が相互に結合して二座配位子を形成してもよい。このよ
うなR2 の具体例としては、O- CH2 O- 、O- CH
2 CH2 O- 、O- (o−C6 H4)O- 等があげられ
る。
テル等のエーテル類、アセトニトリル等のニトリル類、
ジメチルホルムアミド等のアミド類、トリメチルホスフ
ィン等のホスフィン類、トリメチルアミン等のアミン類
等のMに配位する中性の配位子であり、R4-は、テトラ
フェニルボレート、テトラ(p−トリル)ボレート、カ
ルバドデカボレート、ジカルバウンデカボレート、ヘキ
サフルオロホスフェート等の上記一般式[2]中の金属
カチオンを安定化させることのできる対アニオンを示
す。
ジエニルチタニウムトリクロライド、シクロペンタジエ
ニルチタニウムトリメチル、シクロペンタジエニルチタ
ニウムトリフェニル、メチルシクロペンタジエニルチタ
ニウムトリクロライド、メチルシクロペンタジエニルチ
タニウムトリメチル、ペンタメチルシクロペンタジエニ
ルジルコニウムトリクロライド、ペンタメチルシクロペ
ンタジエニルチタニウムジメチル、トリメチルシリルシ
クロペンタジエニルチタニウムジルコニウムジメチル、
シクロペンタジエニルチタニウムトリハイドライド、シ
クロペンタジエニルチタニウムトリフルオライド、シク
ロペンタジエニルチタニウムトリス(トリメチルシリ
ル)、シクロペンタジエニルチタニウムトリメトキサイ
ド、シクロペンタジエニルチタニウムトリフェノキサイ
ド、シクロペンタジエニルチタニウムトリス(ジメチル
アミド)、シクロペンタジエニルチタニウムトリス(フ
ェニルチオラート)、3−(2,3,4,5−テトラメ
チルシクロペンタジエニル)プロポキシチタニウムジク
ロライド、エチレン(2,3,4,5−テトラメチルシ
クロペンタジエニル)(t−ブチルアミド)チタニウム
ジクロライド、ジメチルシリレン(2,3,4,5−テ
トラメチルシクロペンタジエニル)(t−ブチルアミ
ド)チタニウムジクロライド、シクロペンタジエニルチ
タニウム−1,2−ベンゼンジオキサイド、インデニル
チタニウムトリクロライド、テトラヒドロインデニルチ
タニウムトリクロライド、1−フルオレニルチタニウム
トリクロライド等があげられる。
ペンタジエニルチタニウムジメチルテトラフェニルボレ
ート、シクロペンタジエニルチタニウムジフェニルテト
ラフェニルボレート、シクロペンタジエニルチタニウム
ジメチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレー
ト、シクロペンタジエニルチタニウムジフェニルテトラ
キス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルシク
ロペンタジエニルチタニウムジメチルテトラフェニルボ
レート、ペンタメチルシクロペンタジエニルチタニウム
ジメチルテトラフェニルボレート、ペンタメチルシクロ
ペンタジエニルチタニウムジメチルテトラキス(ペンタ
フルオロフェニル)ボレート、トリメチルシリルシクロ
ペンタジエニルチタニウムジメチルテトラフェニルボレ
ート、3−(2,3,4,5−テトラメチルシクロペン
タジエニル)プロポキシチタニウムメチルテトラフェニ
ルボレート、エチレン(2,3,4,5−テトラメチル
シクロペンタジエニル)(t−ブチルアミド)チタニウ
ムメチルテトラフェニルボレート、ジメチルシリレン
(2,3,4,5−テトラメチルシクロペンタジエニ
ル)(t−ブチルアミド)チタニウムメチルテトラフェ
ニルボレート、インデニルチタニウムジメチルテトラフ
ェニルボレート、テトラヒドロインデニルチタニウムジ
メチルテトラフェニルボレート、1−フルオレニルチタ
ニウムジメチルテトラフェニルボレート等、またこれら
の化合物のテトラヒドロフラン錯体等があげられる。
合物等の他の金属化合物についても、上記と同様の化合
物が挙げられる。更にこれら化合物の混合物を用いても
よい。本発明において、[B]成分として粘土、粘土鉱
物またはイオン交換性層状化合物を用いる。粘土は通常
粘土鉱物を主成分として構成される。大部分の粘士鉱物
はイオン交換性層状化合物である。また、イオン交換性
層状化合物は、イオン結合等によって構成される面が互
いに弱い結合力で平行に積み重なった結晶構造をとる化
合物であり、含有するイオンが交換可能なものをいう。
また、これらの粘土、粘土鉱物、イオン交換性層状化合
物の例は天然産のものに限らず、人工合成物も好適に使
用できる。[B]成分の粘土または粘土鉱物の具体例と
しては、カチオン、ベントナイト、木節粘士、ガイロメ
粘土、アロフエン、ヒシンゲル石、パイロフイライト、
タルク、ウンモ群、モンモリロナイト群、バーミキユラ
イト、リョクデイ石群、パリゴルスカイト、カオリナイ
ト、ナクライト、ディッカイト、ハロイサイト等が挙げ
られる。イオン交換性層状化合物の具体例としては、α
−Zr(HAsO4 )2 ・H2 O、α−Zr(HP
O4 )2 、α−Zr(KPO4 )2 ・3H2 O、α−T
i(HPO4 )2 、α−Ti(HAsO4 )2 ・H
2 O、α−Sn(HPO4 )2 ・H2 O、γ−Zr(H
PO4 )2 、γ−Ti(HPO4 )2 、γ−Ti(NH
4 PO4 )2 ・H2 O等の多価金属の結晶性酸性塩が挙
げられる。
た半径20Å以上の細孔容積が0.1cc/g以上、特
には、0.3〜5cc/gのものが好ましい。ここで、
細孔容積の測定は、水銀ポロシメーターを用いた水銀圧
入法により細孔半径として20〜30000Åの範囲で
測定される。本実施例では(株)島津製作所の「Aut
o Pore 9200」を用いて測定した。
好ましい。ここで化学処理とは、表面に付着している不
純物を除去する表面処理と粘土の結晶構造に影響を与え
る処理のいずれも用いることができる。具体的には、酸
処理、アルカリ処理、塩類処理、有機物処理等が挙げら
れる。酸処理は、表面の不純物を取り除くほか、結晶構
造中のAl,Fe,Mg等の陽イオンを溶出させること
によって表面積を増大させる。アルカリ処理では粘土の
結晶構造が破壊され、粘土の構造の変化をもたらす。ま
た、塩類処理、有機物処理では、イオン複合体、分子複
合体、有機誘導体などを形成し、表面積や層間距離を変
えることができる。
ンを別の大きな嵩高いイオンと置換することにより、層
間が拡大した状態の層状物質を得ることも出来る。すな
わち、嵩高いイオンが層状構造を支える支柱的な役割を
担っており、ピラーと呼ばれる。また、層状物質の層間
に別の物質を導入することをインターカレーションとい
う。インターカレーションするゲスト化合物としては、
TiCl4 、ZrCl 4 等の陽イオン性無機化合物、T
i(OR)4 ,Zr(OR)4 ,PO(OR) 3 ,B
(OR)3 [Rは炭化水素基など]等の金属アルコラー
ト、[Al13O4(OH)24]7+, [Zr4(OH)14]
2+ ,[Fe3 O(OCOCH3)6 ]+ 等の金属水酸化物
イオン等があげられる。これらの化合物は、単一で用い
ても、また2種以上共存させて用いてもよい。また、こ
れらの化合物をインターカレーションする際に、Si
(OR)4 , Al(OR)3 ,Ge(OR)4 等の金属
アルコラート等を加水分解して得た重合物、SiO2 等
のコロイド状無機化合物等を共存させることもできる。
また、ピラーの例としては上記水酸化物イオンを層間に
インターカレーションした後に加熱脱水することにより
生成する酸化物等があげられる。
ールミル、ふるい分け等の処理を行った後に用いてもよ
い、また、新たに水を添加吸着させ、あるいは加熱脱水
処理した後用いても良い。さらに、単独で用いても、上
記固体の2種以上を混合して用いても良い。[B]成分
として、好ましいものは粘土または粘土鉱物であり、最
も好ましくは、モンモリロナイトである。
いられる有機アルミニウム化合物の例は、トリメチルア
ルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルア
ルミニウム、トリイソブチルアルミニウム等のトリアル
キルアルミニウム、ジエチルアルミニウムモノクロライ
ド、ジエチルアルミニウムメトキシド等のハロゲンある
いはアルコキシ含有アルキルアルミニウム、メチルアル
ミノキサン等のアルミノキサン等であり、この内特にト
リアルキルアルミニウムが好ましい。
から重合触媒を得るための接触方法については、[A]
成分中の遷移金属と[B]成分中の水酸基および[C]
成分有機アルミニウム化合物中のアルミニウムのモル比
が1:0.1〜100000:0.1〜1000000
0になるように、特に1:0.5〜10000:0.5
〜1000000で接触反応させるのが好ましい。
ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン等の不活性炭
化水素溶媒中で行ってもよい。接触温度は、−20℃〜
溶媒の沸点の間で行い、特に室温から溶媒の沸点の間で
行うのが好ましい。更に、本発明において、必要に応じ
て用いられる有機アルミニウム化合物[D]としては、
[C]成分と同様の化合物が挙げられる。この際に用い
られる有機アルミニウム化合物の量は、触媒成分[A]
中の遷移金属対[D]成分中のアルミニウムのモル比が
1:0〜10000になるように選ばれる。
い。触媒各成分の接触に際し、または接触の後にポリエ
チレン、ポリプロピレン等の重合体、シリカ、アルミナ
等の無機酸化物の固体を共存させ、あるいは接触させて
もよい。上記のような成分[A]、[B]及び[C]及
び必要に応じて[D]の存在下にオレフィンを前重合し
てもよい。前重合温度は−50〜100℃であり、前重
合時間は0.1〜100時間、好ましくは0.1〜50
時間程度である。
機アルミニウム化合物としては、[C]成分と同様な化
合物が挙げられる。この際に用いられる有機アルミニウ
ム化合物の量は、触媒成分[A]中の遷移金属対[D]
成分中のアルミニウムのモル比が1:0〜10000に
なるように選ばれる。前重合に用いられるオレフィン
は、重合時に用いられるオレフィンが好ましいが、他の
オレフィンを用いてもよい。また、オレフィンを混合し
て用いることもできる。
[B]成分1gあたり0.001〜1000g、好まし
くは0.1〜300gの範囲である。前重合時に用いら
れる溶媒は、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、
オクタン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン等、あ
るいは、これらの混合物等である。
に用いてもよく、また洗浄した後に用いてもよい。上記
の様なオレフィンが前重合されたオレフィン重合用触媒
を用いてオレフィンの重合を行うに際して、必要に応じ
て用いられる有機アルミニウム化合物としては、[C]
成分と同様な化合物が挙げられる。この際に用いられる
有機アルミニウム化合物の量は、触媒成分[A]中の遷
移金属対有機アルミニウム化合物中のアルミニウムのモ
ル比が1:0〜10000になるように選ばれる。
重合できるオレフィンとしては、エチレン、プロピレ
ン、1−ブテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテ
ン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペン
テン、ビニルシクロアルカン、スチレンあるいはこれら
の誘導体等が挙げられる。また、重合は単独重合のほか
通常公知のランダム共重合やブロック共重合にも好適に
適用できる。また、ジエン等のポリエンやメタクリル酸
メチル等の官能基含有オレフィン等を重合時に共存させ
てもよい。
ン、ヘプタン、トルエン、シクロヘキサン等の不活性炭
化水素や液化α−オレフィン等の溶媒存在下、あるいは
不存在下に行われる。温度は、−50℃〜250℃であ
り、圧力は特に制限されないが、好ましくは、常圧〜約
2000kgf/cm2 の範囲である。また、重合系内
に分子量調節剤として水素を存在させてもよい。また、
重合温度、分子量調節剤の濃度等を変えて、多段階で重
合させてもよい。
換基を有するシクロペンタジエニル基を含有する遷移金
属化合物、粘土、粘土鉱物またはイオン交換性層状化合
物および有機アルミニウム化合物を含む触媒から得られ
るポリマーの末端には二重結合が存在しており、その部
位を利用して末端修飾やグラフト重合等が可能である。
説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限りこれら
実施例によって制約を受けるものではない。また、図1
は本発明に含まれる技術内容の理解を助けるためのフロ
ーチャート図であり、本発明はその要旨を逸脱しないか
ぎりフローチャート図によって制約を受けるものではな
い。
0g、四塩化チタン12.9g、キシレン53mlを導
入し、混合液を窒素雰囲気以下、140℃で2.5時間
撹拌した。混合液を室温まで放冷した後、上澄み液を除
去し、固体をヘキサンで洗浄した。固体を30mlのト
ルエンに溶解し、塩化水素ガスを導入しながら、活性炭
で脱色し、15分間還流した。反応液を熱時濾過し、濾
液に塩化水素ガスを流通させたまま黄橙色固体が析出す
るまで濃縮した。反応液を室温まで放冷した後、さらに
氷浴で冷却した。析出した結晶を濾別し、真空乾燥する
ことにより、シクロペンタジエニルチタニウムトリクロ
ライド3.6gを得た。
た半径20Å以上の細孔容積が1.044cc/gであ
るモンモリロナイト5.20gを採取し、フラスコ内を
窒素置換した後、ヘプタン41mlを添加し、スラリー
とした。別途、トリメチルアルミニウム1.66gをヘ
プタン14mlに溶解した。トリメチルアルミニウム溶
液を激しく撹はんしながらこれに室温でモンモリロナイ
トスラリーを滴下した。ガスの発生をともなって発熱し
た。滴下終了後2時間撹はんし、緑灰色スラリーを得
た。別途、上記(1)で合成した触媒成分[A]3.5
0mgを室温で、窒素雰囲気下、17.2mMトリメチ
ルアルミニウムのヘプタン溶液9.3mlと30分間予
備接触させ、さらに上記によって製造された触媒成分ス
ラリー18.8mlと予備接触させた。
ートクレーブに、窒素気流下、室温でn−ヘキサン30
0ml、上記触媒スラリーを順次導入した。更に液体プ
ロピレン600mlを導入した。混合液を70℃に昇温
した後エチレン分圧が17.6kgf/cm2 となるよ
うにエチレンを導入し、1時間重合を行った。そののち
エチレンの供給をとめ、エタノールを導入して重合を停
止させた。その後オートクレーブ内容物を30℃まで降
温してから内部のガスをパージした。その結果、分子量
分布(MW /MN )が2.2であるエチレン−プロピレ
ン共重合体134gを得た。チタン1gあたりの共重合
体生成量は、1.8×10 5 gであった。また、トリメ
チルアルミニウムに由来するアルミニウム1gあたりの
共重合体生成量は600gであった。
ジエニルチタニウムトリクロライドを室温で、窒素雰囲
気下、メチルアルミノキサン(分子量1232;東ソー
・アクゾ製)Al原子換算23.9mmolのトルエン
溶液と30分間予備接触させた。精製窒素で置換された
2リットルの誘導撹はん式オートクレーブに、窒素気流
下、室温でトルエン300ml、シクロペンタジエニル
チタニウムトリクロライドとメチルアミノキサンの混合
溶液を添加した。更に液体プロピレン600mlを導入
した。混合物を70℃に昇温した後エチレン分圧が1
7.6kgf/cm 2 となるようにエチレンを導入し、
1時間重合を行った。そののちエチレンの供給をとめ、
エタノールを導入して重合を停止させた。その後、オー
トクレーブ内容物を30℃まで降温してから内部のガス
をパージし、エチレン−プロピレン共重合体23.7g
を得た。チタン1gあたりのポリエチレン生成量は、
3.1×104 gであった。また、メチルアルミノキサ
ンに由来するアルミニウム1gあたりの共重合体生成量
は37gであった。
くしかも二種以上のオレフィンの共重合に適用した場合
には、実施例のように分子量分布および組成分布が狭い
オレフィン重合体を高い重合活性で得ることができるた
め工業的に有用である。
Claims (2)
- 【請求項1】[A]下記一般式[1]または[2]で表
される遷移金属化合物 【化1】 R1 MR2 3 [1] [R1 MR2 3R3 ]+ R4- [2] ([1]及び[2]式中、R1 は置換基を有していても
よいシクロペンタジエニル基、Mはチタニウム、ジルコ
ニウム、ハフニウムであり、R2 はたがいに同一または
異なっていてもよい水素、ハロゲン、珪素含有基、ハロ
ゲン置換基を有していてもよい炭素数が1〜20の炭化
水素基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミド基、
チオアルコキシ基を表し、R3 はMに配位する中性の配
位子であり、R4-は、上記一般式[2]中の金属カチオ
ンを安定化させることのできる対アニオンを示す。) [B]粘土、粘土鉱物またはイオン交換性層状化合物、
及び [C]有機アルミニウム化合物とを接触して得られる生
成物からなることを特徴とするオレフィン重合用触媒。 - 【請求項2】 請求項1に記載の触媒及び必要に応じて
[D]有機アルミニウム化合物の存在下、オレフィンを
単独重合または共重合させることを特徴とするオレフィ
ン重合体の製造方法。
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JPH06136047A (ja) | 1994-05-17 |
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