JP3418440B2 - アタクチックポリプロピレン - Google Patents

アタクチックポリプロピレン

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は実質的にアタクチック
構造と高分子量を有する非晶質重合体とその製造法に関
する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】プロピ
レンのホモ重合による生成分が結晶質か非晶質の何れか
でありうることは周知である。アイソタクチック又はシ
ンジオタクチック構造のポリプロピレンが結晶質がある
ので、本質的にアタクチック構造のポリプロピレンは非
晶質とみられる。アタクチックポリプロピレンは、M.Fa
rinaの“Topics Stereochem.,17,(1987),1〜111 ”に記
載のフィシャー式で表され、ポリマー鎖の1端から他端
にカジュアルに配列したメチル基がある。この刊行物に
記載のように、構造の通常の情報はNMR分析で得られ
る。
【0003】市場で入手しうる非晶質ポリプロピレンは
主に接着組成物に及びビチユーメンの添加剤として用い
られる。これは、一般に、チグラー・ナッタ型触媒の存
在下で得られるアイソタクチックポリプロピレン(以下
ポリプロピレンとします)の副生成物である。しかし、
残留物から少量の非晶質ポリプロピレンを分離するの
は、溶剤を用いての分離法が必要で不便である。
【0004】メタロセン型触媒での操作により、一般に
高結晶度のポリプロピレンが得られる。しかし、いくつ
かのメタロセン触媒系はプロピレンを非晶質ポリプロピ
レンに重合できるものである。これらの重合体の欠点
は、これらが低分子量に考案されていることである。米
国特許第4,542,199 号には、ビス(シクロヘンタンジエ
ニル)ジルコニウム化合物とアルモキサンからなるオレ
フィン類重合用の触媒系が記載されている。この触媒下
で行うプロピレンの重合反応から、低分子のアタクチッ
クポリプロピレンが得られる。
【0005】ヨーロッパ特許出願第283,739 号には、部
分置換のビス(シクロペンタジニル)ジルコニウム化合
物とアルモキサンからなるオレフィン類重合用の触媒系
が記載されていおり、この触媒の存在下でのプロピレン
の重合により、低分子のアタクチックポリプロピレンが
得られる。米国特許第4,931,417 号には、2つのシクロ
ペンタジエニル環がシリコン又はゲルマニウム原子を含
む基を介して結合しているメタロセン化合物からなるオ
レフィン類重合用触媒を記載している。シクロペンタジ
エニル環に部分的に置換されたこれらの化合物の存在下
でのプロピレンの重合反応では、アイソタクチックポリ
プロピレンが生じ、ジメチルシランジイルビス(シクロ
ペンタジエニル)ジルマニウムジクロリドを用いると低
分子のアタクチックポリプロピレンが得られる。
【0006】最後に、ヨーロッパ特許出願第399,347 号
には、イソプロピリデン(9−フルオレニル)(3−メ
チルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドの
ような、シクロペンタジエニル環とフルオレン環を有す
るブリッジメタロセンからなる触媒の存在下でのプロピ
レンの重合法を開示している。ここでは非晶質ポリプロ
ピレンが得られ、その構造はアタクチックではなく、シ
ンジオイソブロックとして定義されている。すなわち、
シンジオタクチックシーケンスとアイソタクチックシー
ケンスが交互する構造である。
【0007】従って、唯一の生成物として、プロピレン
の重合によって直接的に得ることができる高分子の非晶
質ポリプロピレンを得ることは非常に有用であり、重合
反応の生成物に存在する他のポリプロピレン成分を分離
するコストが不用となるのである。
【0008】
【課題を解決するための手段】かくして、この発明は、
(a)固有粘度〔η〕>1dl/g、 (b)%シンジオタクチックダイアド(r)−%アイソ
タクチックダイアド(m)>0、 (c)シーケンス(CH2n(n≧2)中に含有のCH
2基の2%以下、 (d)ベルヌ−イアニティ指数(B)=1±0.2 を有し、プロピレン重合反応で直接得ることができるプ
ロピレン非晶質重合体を提供するものである。
【0009】この発明のプロピレン重合体は、本質的に
結晶度がない。溶融エンタルピー値は一般に20J/℃よ
り低く、好ましくは10J/℃より低い、殆んどの場合0
J/℃の溶融エンタルピー値を有する。この発明の重合
体の固有粘度(instrinsic viscosity)値は、1.5dl/g よ
り大であるのが好ましく、2dl/gより大がより好まし
い。
【0010】この発明のポリプロピレンで行った13C−
NMR分析では、重合鎖のタクチシティーすなわち、第
炭素の配置の分布の情報を与える。この発明の重合体
の構造は実質的にアタクチックである。しかし、シンジ
オタクチックダイアド(diads )(r)がアイソタクチ
ックダイアド(m)より多いと思われるのが観察され
る。すなわち、%(r)−%(m)>0で、好ましくは
%(r)−%(m)>5である。
【0011】ベルヌ−イアニティ指数(Bernoullianity
index)(B)は次のごとく定義される。 B=4〔mm〕〔rr〕/〔mr〕2 一般に0.8 〜1.2 からなり、好ましくは0.9 〜1.1 の範
囲の単位に近い値を有する。
【0012】この発明のポリプロピレンの構造は、非常
にレギオレギュラー(regioregular)であるとみられる。
実際に、13C−NMRでは(CH2n シーケンス(n
≧2)に、CH2基は2%以下、好ましくは1%以下で
ある。この発明のポリプロピレンは、クロロホルム、ヘ
プタン、ジエチルエーテル、トルエンなどの通常の溶剤
に可溶である。
【0013】また、この発明のポリプロピレンは、興味
ある弾性を有する。この発明の重合体の分子量は高いの
に加えて、十分に制限された範囲内に分布している。分
子量分布の指数は比Mw/Mn で表される。そのため、
この発明のさらなる目的は、次の特性: (a)〔η〕>1dl/g、(b)%(r)−%(m)>
0、(c)(CH2n(n≧2)シーケンス中のCH2
基が2%以下、(d)B=1±0.2 、(e)Mw/Mn
5を有するプロピレン非晶質重合体が提供される。
【0014】この発明の重合体は、Mw/Mn<4の値を
有するのが好ましく、より好ましくはMw/Mn<3であ
る。この発明の重合体は、次の方法で作ることができ、
これもこの発明のさらなる目的を構成する。 (A)式(I)の化合物:
【0015】
【化2】 〔式中置換基R1は、互いに同一又は異なって、水素原
子、C1〜C20アルキル基、C3〜C20シクロアルキル
基、C2〜C20アルケニル基、C6〜C20アリール基、C
7〜C20アルキルアリール基又はC7〜C20のアリールア
ルキル基:任意に2つの隣接の置換基R1はC5〜C8
環を形成してもよく、かつ置換基R1はSi又はGe原
子を含有してもよい;MはTi、Zr又はHf;置換基
2は、互いに同一又は異なって、ハロゲン、−OH、
−SH、R1、−OR1、−SR1、−NR2 1又は−PR2
1(R1は前記と同一意味);基R3は>CR2 1、>Si
2 1、>NR1又は>PR1(R1は上記と同一意味)
で、R3が>CR2 1、>SiR2 1又は>GeR2 1のと
き、2つの置換基R1は3〜8の原子の環を形成しても
よい〕と(B)アルモキサン又はメタロセンアルキルカ
チオンを与えする1以上の化合物との反応生成物からな
る触媒の存在下で、プロピレンの重合反応を行うことか
らなる請求項1又は2によるプロピレン非晶質重合体の
製造法。
【0016】成分(B)として用いるアルモキサンは、
水と式AlR3 4又はAl26 4(R4は前記と同一意味、
但し、少なくとも1つのR4はハロゲン以外である)の
アルミニウムの有機金属化合物との反応で得ることがで
きる。この場合、Al/水のモル比が約1:1〜100 :
1の範囲で反応させられる。アルミニウムとメタロセン
化合物の金属のモル比は、約10:1〜約5000:1、好
ましくは約100 :1〜約4000:1の間である。
【0017】式(I)のメタロセン化合物として、M=
Zr、置換基R1が水素、置換基R2がクロル又はメチ
ル、置換基R3が>Si(CH32であるもの、例えば
ジメチルシランジイルビス(フルオレニル)ジルコニウ
ムクロリドが特に適する。 この発明による触媒中のア
ルモキサンは直鎖、分枝又は環状の化合物で、次のタイ
プ:
【0018】
【化3】 (R5は同一又は異なって、R1又は基−O−Al
(R52で、任意にいくつかのR5はハロゲン又は水素
原子)の少なくとも1つの基を含む。特に次式
【0019】
【化4】 (直鎖状化合物の場合、nは0又は1〜40の整数)の
アルモキサン、又は次式
【0020】
【化5】 (環状化合物の場合、nは2〜40の整数)のアルモキ
サンを用いることができる。R1はメチル、エチル、イ
ソブチルが好ましい。この発明により使用が適するアル
モキサンの例は、メチルアルモキサン(MAO)とイソ
ブチルアルモキサン(TIBAO)である。
【0021】AlR3 4又はAl24のアルミニウム化合
物の例としては、次のものが挙げられる。Al(Me)
3,Al(Et)3,AlH(Et)2,Al(iB
u)3,AlH(iBu)2,Al(iHex)3,Al
(C653,Al(CH2653,Al(CH2CM
33,Al(CH2SiMe33,Al(Me)2iB
u,Al(Me)2Et,AlMe(Et)2,AlMe
(iBu)2,Al(Me)2iBu,Al(Me)2
l,Al(Et)2Cl,AlEtCl2,Al2(E
t) 3Cl3,Me=メチル、Et=エチル、iBu=イ
ソブチル、iHex=イソヘキシル。
【0022】上記のアルミニウム化合物中、トリメチル
アルミニウムとトリイソブチルアルミニウムが好まし
い。メタロセンアルキルカチオンを形成しうる化合物の
例としては、式Y+-(Y +は、プロトンを与えかつ式
(I)のメタロセンの置換基R2と不可逆的に反応しう
るブロンステッド酸であり、Z- は一元化(coordinate)
されず、2つの化合物の反応から由来の活性触媒種を安
定化でき、かつオレフィン基体から除去できるのに十分
な適応性(labile)な相容性アニオンである)の化合物で
ある。
【0023】アニオンZ- は1以上の硼素原子からなる
のが好ましく、アニオンZ- は、式BAr(-) 4(Arは
同一又は異なってアリール基、例えばフェニル、ペンタ
フルオロフェニル、ビス(トリフルオロメチル)フェニ
ル)のアニオンであるのがより好ましい。その上、式B
Ar3の化合物が適切に用いられる。この発明の方法に
使用される触媒は、不活性支持体で用いることもでき
る。これは、メタロセン(A)、又はメタロセン(A)
と成分(B)の反応物、又は成分(B)とその後メタロ
セン(A)を、不活性支持体(例えば、シリカ、アルミ
ナ、スチレン−ジビニルベンゼンコポリマー又はポリエ
チレン)に、デポジットをさすことにより得られる。
【0024】このようにして得た固体化合物は、さらに
アルキルアルミニウム化合物をそのまま加えるか、又は
必要により水と予め反応させたものと組合せ、気相重合
に使用するのに有用である。上記の触媒の存在下でのプ
ロピレン重合法は、不活性な脂肪族又は芳香族炭化水素
溶媒(例えばヘキサン又はトルエン)の存在下又は非存
在下での液相又は気相で行うことができる。
【0025】重合温度は、一般に0℃〜250 ℃、特に20
℃〜150 ℃、より好ましくは40℃〜90℃である。重合体
の分子量は、単に、重合温度、触媒成分のタイプ又は濃
度を変化させ、又は分子量調整剤例えば水素を用いるこ
とによって変化さすことができる。分子量分布は、異な
るメタロセン化合物の混合物を用いたり、又は重合濃度
及び/又は分子量調整剤の濃度が異なる数段階で重合を
行うことにより変化さすことができる。
【0026】重合収率は、触媒のメタロセン成分の純度
に従属する。そのため、メタロセン化合物は、そのま
ま、または精製処理に付して使用できる。触媒成分は重
合前に、それらを接触できる。接触時間は、一般に1〜
60分、好ましくは5〜20分である。次に、実施例でこの
発明を例証するが、これにより限定されるものではな
い。
【0027】特性付け 固有粘度〔η〕はテトラヒドロナフタレン中135 ℃で測
定した。分子量分布は、ウォーターズ150装置を用
い、オルソジクロロベンゼン中135 ℃で行うGPC分析
で測定した。示差走査熱量測定(DSC)は、パーキン
・エルマー社のDSC−7を用いて行った。その操作
は、約10mgのサンプルを、20℃/分に等しい走査スピー
ドで200 ℃に加熱し、200 ℃で5分間保持し、その後20
℃/分に等しい走査スピードで冷却した。その後、20℃
/分に等しい走査スピードでの第2の走査を、第1の走
査と同様におこなった。報告した値は、第2の走査で得
たものである。
【0028】重合体の13C−NMR分析は、120 ℃で溶
剤としてC2 2Cl4 を用い(約300mgの重合体を
2.5 mlの溶剤に溶解)、50,323 MHzでブルカーAC
200装置により行った。物理−機械的性分に関するデ
ータは、次に示す方法に測定した。 残留伸び ASTM−D412 引張弾性率 ATSM−D4065 引張降状強さ DIN−53455−S3A 降状点伸び DIN−53455−S3A 破断点引張強さ DIN−53455−S3A 破断点伸び DIN−53455−S3A ショア−硬度A ASTM−D2240 曇り度 ASTM−D1003
【0029】実施例1 触媒の合成 (A)ジメチルビス(9−フルオレニル)シラン(CH
3)2 Si(FlU 2の合成 50g(300 ミリモル)のフルオレンを350 mlのテトラヒ
ドロフラン(THF)に溶解した液を0℃で撹拌し、こ
れに2.5 Mの2−ブチルリチウムのヘキサン溶液120 ml
を、0℃に保持しつつ滴下した。添加完了後に溶液を室
温に上げ、ガス発生が上がった後5時間後撹拌を続け
た。
【0030】次いで、得られる溶液を、19.4g(0.15モ
ル)のジメチルジクロロシランの100 mlTHFに溶解し
撹拌した溶液に0℃で滴下した。添加後、溶液を室温に
上げ14時間撹拌した。反応を水でクエンチし、有機相を
集め、MgSO4 で乾燥した。溶媒を減圧で除去し、固
形物をヘキサンから両結晶して37g(63%)のジメチル
ビス(9−フルオレニル)シランを得た。
【0031】(B)ジメチルシランジイルビス(9−フ
ルオレニル)ジルコニウムジクロリド−Me2SiFlU2
r Cl2 の合成。 (A)で得た(CH32Si(Flu)28.5 g(21.9
ミリモル)の150 mlのジエチルエーテル(Et2 O)溶
液に、0℃で急速に撹拌しつつ、メチルリチウムの1.4
モルエーテル溶液32.5mlを加えた。添加後、混合物を室
温に暖め、ガス発生中止後5時間撹拌した。得られる懸
濁液を−78℃に冷却し次いでこれに、5.1 g(21.9ミリ
モル)のZrCl2 の150 mlペンタンのスラリーを−78
℃に冷却し、急速に撹拌しつつ加えた。添加終了後、反
応混合物を徐々に室温に暖め、17時間撹拌した。濾過し
て溶媒を除去し、固形物を集めEt2 Oで、次いでペン
タンで撹拌した。鮮明な赤色コンプレックスを室温真空
下で乾燥し、易流動体粉末のMg2 SiFlU2ZrCl
2 13.1gを得た。
【0032】(C)メチルアルモキサン(MAD) 市販のMAOの30%トルエン液(Witce,分子量1
400)を、固形のガラス物質が得られるまで減圧乾燥
し、これを粉砕し、さらに全ての揮発物が除去されるま
で減圧下処理(4〜6時間、0.1 mmHg、40〜50℃)し
て白色の易流動性粉末とした。
【0033】実施例2 プロピレンの重合 ジャケット、スクリュー撹拌器、熱抵抗を備え、温度調
節用のサーモタットに連絡した1リットルのガラスブウ
チ加圧器をAliBu3 のヘキサン液で脱気し、窒素気
流中減圧乾燥し、これに0.4 リットルのn−ヘキサン
(アルミナ上で糖智したもの)を供給し、50℃にした。
【0034】触媒液を次のようにして作った。実施例1
(B)で作ったメタロセン15.8mgとMAO229.3 mgを10
mlのトルエンに溶解し、この液3.8 mlを1.043 mgのMA
O含有トルエン20mlに移し、この液を、プロピレン気流
中加圧器に注入した。加圧器をプロピレンで4−バール
−aに加圧し、重合を90分行った。メタノール中で凝結
し乾燥後に、固有粘度1.41dl/gを有する固形で透明な
ポリプロピレン49gを分離した。これのGPC分析で、
Mn=200,000.Mw/Mn=3.5 を得た。メチル基のシ
グナルについての13C−NMR分析には、3つの組元素
組成物、%mn=16.9、%mπ=48.5、%rr=34.6、
%r−%m=17.7、B=0.99を与えた。シーケンス(C
2 n (n≧2)に関するシグナルは検出されなかっ
た。示差走査熱量測定(DSC)では溶融エンタルピー
(△Hf)によるピークは検出しなかった。物理−機械
特性は表1に示す。
【0035】実施例3−プロピレンの重合 機械撹拌器、35mlのステンレスバイアル、熱抵抗を備
え、温度調節用サーモスタットに結合した、1.4 リット
ルのジャケットステンレス加圧釜を、前もってプロピレ
ン気流中70℃で乾燥し、これに480 gのプロピレンを充
填した。加圧釜を40℃に温度調節した。
【0036】実施例1(B)で得た1.5 mgのMe2Si
Flu2 ZrCl2 を含有するトルエン液11.5mlと実施
例1(C)で得た326 mgのMAOを室温で5分間撹拌
し、これをステンレスバイアルを経て、プロピレン圧に
より加圧釜に注入し、温度を急速に50℃に上げ、重合を
この温度で1時間行った。21gの固形、透明で非晶質ポ
リプロピレンを得た。このものは、2.28dl/gの固有粘度
を有し、温クロロホルムに完全に溶解した。GPC分析
では、Mw=377,00、Mw/Mn=2.64を与えた。
【0037】メチルシグナルの13C−NMR分析では、
次の3つの組元素組成、%mm=19.4、%mr=48.6、%rr
=32.0、%r-%m =12.6、B=1.05を与えた。シーケン
ス(CH2n (n≧2)に関するシグナルは検出され
なかった。示差走査熱量測定では、溶融エンタルピー
(△Hf)に基づく検出可能なピークを示さなかった。
【0038】
【表1】
【0039】
【発明の効果】この発明によれば、高分子の非晶質ポリ
プロピレンを唯一の生成物として得ることができるの
で、従来のように重合反応の生成物中に存在する他のポ
リプロピレン成分と分離するコスト及び製造コストが不
要となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08F 10/00 - 10/14 C08F 4/64 - 4/69

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次の特性 (a)固有粘度〔η〕>1dl/g、 (b)%シンジオタクチックダイアド(r)−%アイソ
    タクチックダイアド(m)>0、 (c)シーケンス(CH2n(n≧2)中に含有のCH
    2基の2%以下 (d)ベルヌーイアニティ指数(B)=1±0.2、及び (e)M w /M n <5 を有するプロピレン非晶質重合体。
  2. 【請求項2】 固有粘度〔η〕>1.5 dl/gを有する請求
    項1によるプロピレン非晶質重合体。
  3. 【請求項3】 次の特性 (a)固有粘度〔η〕>1dl/g、 (b)%シンジオタクチックダイアド(r)−%アイソ
    タクチックダイアド(m)>0、 (c)シーケンス(CH2n(n≧2)中に含有のCH
    2基の2%以下、 (d)ベルヌーイアニティ指数(B)=1±0.2、及び (e)Mw/Mn を有するプロピレン非晶質重合体。
  4. 【請求項4】 固有粘度〔η〕>1.5 dl/gを有する請求
    項3によるプロピレン非晶質重合体。
  5. 【請求項5】 (A)式(I)の化合物: 【化1】 〔式中置換基R1は、互いに同一又は異なって、水素原
    子、C1〜C20アルキル基、C3〜C20シクロアルキル
    基、C2〜C20アルケニル基、C6〜C20アリール基、C
    7〜C20アルキルアリール基又はC7〜C20のアリールア
    ルキル基:任意に2つの隣接の置換基R1はC5〜C8
    環を形成してもよく、かつ置換基R1はSi又はGe原
    子を含有してもよい;MはTi、Zr又はHf;置換基
    2は、互いに同一又は異なって、ハロゲン、−OH、
    −SH、R1、−OR1、−SR1、−NR2 1又は−PR2
    1(R1は前記と同一意味);基R3は>CR2 1、>Si
    2 1、>NR1又は>PR1(R1は上記と同一意味)
    で、かつ任意に、R3が>CR2 1、>SiR2 1又は>G
    eR2 1のとき、2つの置換基R1は3〜8の原子の環を
    形成してもよい〕と(B)アルモキサン又はメタロセン
    アルキルカチオンを与えうる1以上の化合物との反応生
    成物からなる触媒の存在下で、プロピレンの重合反応を
    行うことからなる請求項1又は2によるプロピレン非晶
    質重合体の製造法。
  6. 【請求項6】 式(I)の化合物が、式AlR3 4又はA
    26 4(置換基R4は、同一又は異なって、R1又はハ
    ロゲン)のアルミニウム有機金属化合物と予備反応され
    る請求項5による製造法。
  7. 【請求項7】 アルモキサンが、式AlR3 4又はAl2
    6 4(置換基R4は同一又は異なって前記と同一意味)
    のアルミニウム有機金属化合物と混合される請求項5に
    よる製造法。
  8. 【請求項8】 メタロセンアルキルカチオンを与えうる
    化合物が、式Y+- (Y+はプロトンを与えかつ式
    (I)のメタロセンの置換基R2と不可逆的に反応しう
    るブロンステッド酸;Z-は一元化されず、2つの化合
    物の反応から由来する活性触媒種を安定化でき、かつオ
    レフィン基体から除去できるのに十分な適応性のある相
    容性アニオンである)の化合物である請求項5による製
    造法。
  9. 【請求項9】 アニオンY+が1以上の硼素原子からな
    る請求項8による製造法。
  10. 【請求項10】 触媒が、ジメチルシランジイルビス
    (フルオレニル)ジルコニウムジクロリドと、メチルア
    ルモキサンとイソブチルアルモキサンから選ばれた化合
    物との反応生成物からなる請求項3による製造法。
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