JP4372258B2 - オレフィンの(共)重合用の架橋メタロセン錯体 - Google Patents

オレフィンの(共)重合用の架橋メタロセン錯体 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、オレフィンの(共)重合に用いることのできる架橋メタロセン錯体、に関するものである。
より具体的には、本発明は、遷移金属の特定の架橋メタロセン錯体、及び該錯体を含んでいるか、もしくは該錯体から生成される、必要に応じて適切な助触媒と共に用いる、エチレンと他のα−オレフィンの重合もしくは共重合に適した触媒、に関するものである。本発明はまた、該メタロセン錯体、及び対応するリガンドの製造法の他、これを用いたオレフィンの重合法、に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
通常、エチレンもしくはα−オレフィンは、チーグラー−ナッタタイプの触媒として一般的に知られている遷移金属をベースとする触媒を用いて、低圧、中圧、もしくは高圧での方法により、重合もしくは共重合させることができるということが、当該技術分野に於いて一般的に知られている。オレフィンの重合に於いて有効な触媒の特定のグループは、アルミニウムの有機オキシ誘導体(特に、高分子量のメチルアルミノキサンもしくはMAO)と、元素の周期表(IUPACにより承認された形のもので、1989年に「CRCプレス社」により発行されたもの)の第3〜6族の遷移金属のη −シクロペンタジエニル誘導体(メタロセン)との組み合わせからなるものである。特に、第4族のメタロセンをベースとする触媒、すなわち、それらのより一般的な形のものを以下の式(I)で明示することのできる触媒により、興味深い結果が得られている。
【0003】
【化8】
Figure 0004372258
【0004】
式中、Mは第4族の金属を表し、R はそれぞれ独立して、例えば水素化合物、ハロゲン化物、ホスホネートアニオン、スルホネートアニオン、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミド基、シリル基等のようなアニオン性の基を示し、「w」は、Mの原子価が3であるか4であるかによって、整数1、もしくは2であってよい指数であり、Cpはη −シクロペンタジエニルタイプのリガンドを示し、一般的には、η −シクロペンタジエニル基、η −インデニル基、η −フルオレニル基、もしくはこれらの置換誘導体から選ばれるものであり、R は、他の置換基の性質とは無関係に、CpリガンドとR 基のどちらか一方の定義をもつものである。同一の、もしくは異なる二つのCp基が金属Mに配位していて、しかも二価の有機基によって互いに共有結合している、いわゆる「架橋」メタロセンも、公知技術に於いて特に興味の持たれるものであることが分かっている。上記の化合物の公知の製造法については、H. Sinn と W. Kaminskyによる「Adv. Organomet. Chem. 」、第18巻(1980年)、99頁の記述や、米国特許第4,542,199号明細書を参照するのが良い。
【0005】
これらの触媒は、特定の性質をもつポリオレフィンの製造に用いた場合、特にプロピレンのようなα−オレフィンの重合に於ける立体化学的なコントロールに関して、通常、高い触媒活性度と、或る種の多用性を示すものである。
特に、「架橋」基を導入することにより、シクロペンタジエニルリガンドの二つのペンタハプト−配位環(η )が、ブリッジがない場合よりも厳密に逆の位置に保たれる。この変性により、触媒組成物や重合させようとするオレフィンにもよるが、非架橋メタロセンでは得ることのできない特定の性質をもつポリマーの製造が可能になる。
【0006】
或る種の「架橋」メタロセン触媒はα−オレフィンを重合させることができ、その結果、高い立体特異性が得られるということが分かっている。(Ind)ZrCl 錯体がアイソタクチック指数の低いポリプロピレンをもたらす〔L. Resconi 等、「Macromolecules」、第25巻、6814〜6817頁(1992年)〕のに対して、エチリデンブリッジ、及びジメチルシリルブリッジを(ラセミ異性体の形で)もつ対応する触媒は、例えばドイツ特許第3,743,321号や、ドイツ特許第3,443,087号の各明細書に記載されているように、アイソタクチシティーがそれぞれ99%、及び97%のポリプロピレンをもたらす。
【0007】
ヨーロッパ特許出願第A310,734号明細書では、式(I)をもつ上の錯体の内の少なくとも二つを互いに混合して、分子量分布が大きく(MWD>3)、従って、押出機でより容易に加工できるポリマーを得ている。「Makromoleculare Chemie」、第194巻(1993年) 、1745〜1755頁には、無機の支持体(Al 、MgCl )上に支持された「架橋」錯体が記載されており、またそれが、プロピレンの重合に於いて、MAOではなくトリアルキルアルミニウムAlR の存在下で用いられている。一方、ヨーロッパ特許出願第A418,044号明細書では、重合に於いてMAOがなくても有効なカチオン「架橋」錯体が用いられている。
【0008】
「架橋」触媒についての特許や科学文献は、非常に多様である。検討され、またクレイムされている数多くの構造は、好ましくはZrやHfをベースとするものであって、触媒、及び得られるポリマーの性能を改良する為に、必要に応じて分子骨格の所定の位置で適切な基により置換されているシクロペンタジエニル(Cp)環、インデニル(Ind)環、もしくはフルオレニル(Flu)環を、ペンタハプト−配位リガンドとして含むものである。例えば、W. Spaleck等の「Angewandte Chemie, Int. Ed. Eng.」、第31巻(1992年)、1347〜1349頁には、Me Si(Ind) ZrCl 触媒をインデニル環の2位でメチル置換すれば、より分子量の高いポリプロピレンの製造が可能になるということが述べられている。一方、「Organometallics 」、第13巻(1994年)、954〜963頁によれば、4位をナフトエ基で更に置換することによっても、ポリマーの収率、及びタクチック指数が高くなる。
【0009】
その他の数多くの例が、特許文献、例えばヨーロッパ特許出願第A582,194号、ヨーロッパ特許出願第A537,130号、ヨーロッパ特許出願第A574,370号、及びヨーロッパ特許出願第A581,754号の各明細書に挙げられている。
【0010】
本質的に不均質で多中心性のある、いわゆる「古典的な」チーグラー−ナッタ触媒により代表される公知の先行技術に関する多くの利点にもかかわらず、メタロセンをベースとする触媒には、例えば、特に高温での重合プロセスでは、平均分子量が依然として不十分なポリマーが製造されるといった様々な欠点もある。それに加えて、メタロセンの場合でも、約150〜250℃、及び50〜100MPaの高温、高圧のプロセスでのα−オレフィンの重合に於ける立体選択性を更に改良するのが望ましい。反応器中の滞留時間が短いということを特徴とするプロセスに於いて、触媒系によりもたらされる活性化・重合速度を更に改良するのも好ましい。
【0011】
上の触媒のもう一つのやや満足のゆかない点は、ここでも、数多くの工業的用途に適する十分に高い分子量をもつコポリマーを得るのが難しいということに関しての、低密度ポリエチレンもしくはオレフィンエラストマーを製造する為のエチレンの共重合に於ける、それら触媒の挙動に関係するものである。実際、コポリマーに所望量のコモノマーを挿入するには相当な量のコモノマーを用いて作業する必要があり、その結果、重合と競合する連鎖移動反応の速度が増して、分子量が不十分になることが知られている。この欠点は、コモノマーがなくても連鎖移動反応が既にかなりある高温の重合プロセスで作業する場合には、更に重大になる。この点で、コモノマーブロック配列の形成に注目すれば、挿入するコモノマーの量や、挿入する為の「手段」は、より望ましい統計的な分布にまさるとも劣らず重要である。
【0012】
上記の欠点を克服し、また特定の用途に従って特性を改良する為に、公知技術分野に於いて、種々のタイプの様々に置換されたη −シクロペンタジエニルリガンドが検討されてきたが、これらのリガンド間に「ブリッジ」を形成する基であって、実際には−CH −CH −基、−CMe −基、及び−Si(R )−基(R とR はアルキル基、もしくはアリール基)に基本的に限定される基の、重合プロセスに於ける影響についての出版物は殆ど存在していない。
【0013】
「Makromolekulare Chemie, Rapid Comm. 」、第14巻(1993年)、633〜636頁には、二つのリガンドの間に1,3−フェニレンジメチレン基からなるブリッジをもつビス(η −シクロペンタジエニル)錯体をベースとする、特定の重合触媒が記載されている。これらの錯体は、MAOの存在下でエチレンを重合させることができるものの、芳香族及び/又は脂肪族炭化水素に対する溶解性が低く、また、例えば(η −C ZrCl のような、より一般的なメタロセン錯体よりも活性度がずっと低い。
【0014】
「Acta Chimica Sinica 」、第48巻(1990年)、298〜301頁には、二つのシクロペンタジエニルリガンドの間にフェニレンジメチレンブリッジをもつ、幾つかのジルコニウム及びチタンビス−シクロペンタジエニル錯体の製造について記載されている。しかしながら、この出版物には、これらの錯体の、オレフィンの重合への考えられる使用については述べられていない。
【0015】
本出願人により出願されたヨーロッパ特許出願第A752,428号明細書には、二つのη −シクロペンタジエニル基が、式−CH −(A)−CH −(Aは二価の不飽和炭化水素基)をもつ二価の基によって橋かけ結合されている架橋メタロセン錯体が開示されている。これらの錯体により、オレフィン系のホモポリマーやコポリマーの形成に於いて適度な反応速度が得られるが、エチレンの共重合でのコモノマーを組み入れる能力は、依然として不十分である。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
今回、出願人は、適切な助触媒の存在下で、上記の欠点を示すことなくα−オレフィンの(共)重合に触媒作用を及ぼすことができ、高分子量のポリマーを高収率で生成させることができる、特定の「架橋」基を含むメタロセン錯体の新たな一群を発見した。
【0017】
【課題を解決する為の手段】
従って、本発明の第一の目的は、以下の式(II)をもつメタロセン錯体に関するものである。
【化9】
Figure 0004372258
式中、Mは、チタン、ジルコニウム、もしくはハフニウムから選ばれる金属を示し、
A’とA”はそれぞれ独立して、金属Mに配位している、アニオン性の
η −シクロペンタジエニル環を含む有機基を示し、
R’とR”はそれぞれ独立して、金属Mとσ結合しているアニオン性の基を示し、好ましくは水素化合物、ハロゲン化物、C 〜C20アルキルもしくはアルキルアリール基、C 〜C20アルキルシリル基、C 〜C20シクロアルキル基、C 〜C20アリールもしくはアリールアルキル基、C 〜C20アルコキシルもしくはチオアルコキシル基、C 〜C20カルボキシレートもしくはカルバメート基、C 〜C20ジアルキルアミド基、及びC 〜C20アルキルシリルアミド基から選ばれるものであり、
Bは、水素とは異なる不飽和原子により、A’基のシクロペンタジエニル環、及び−CH −メチレン基とそれぞれ結合している、炭素数が1〜30の二価の不飽和有機基を示す。
【0018】
本発明の第二の目的は、上記のメタロセン錯体と、当該技術分野で公知のものから選ばれる適切な活性剤(もしくは助触媒)、特に硼素、アルミニウム、ガリウム、及び錫から選ばれる金属M’の有機化合物、もしくはそれらの化合物を組み合わせたものとの組み合わせ(接触、及び反応)により得られる触媒の存在下、圧と温度の適切な条件下で、エチレン、及び/又は一種もしくはそれ以上のα−オレフィンを重合もしくは共重合させることからなる、オレフィンの(共)重合法に関するものである。
【0019】
本発明のその他の考えられる目的は、以下の説明、及び実施例から明らかになるであろう。
【0020】
本発明、及び特許請求の範囲に於いて用いられる「不飽和原子」という語は、他の少なくとも一つの原子と共に、オレフィンタイプ、もしくは芳香族タイプの二重結合を形成する、有機化合物もしくは有機金属化合物の原子を指す。
本発明の触媒中の式(II)をもつ錯体に於いては、−B−CH −基によって二つのシクロペンタジエニル基A’とA”が橋かけ結合されて、分子構造が、この「ブリッジ」固有の非対称性により生じる特定の幾何学的形状となり、またこのB基は、不飽和結合と隣り合う結合によって、式(II)をもつ構造の他の部分と結合している。これは通常、炭素数が1〜30の環状もしくは非環状の不飽和の有機基からなるものであるが、元素の周期表の第4〜7族に含まれる、好ましくはSi、N、O、S、P、Cl、Br、及びFから、より好ましくはSi、N、O、及びFから選ばれる、一種、もしくはそれ以上の非金属ヘテロ原子も含むことができる。特定の態様に於いては、B基は、ヘテロ原子を含んでいないC 〜C20不飽和ヒドロカルビル基である。
【0021】
この不飽和のB基は、例えば、ヘテロ原子を含む−C=C−ビニリデン基、もしくは−C=N−基のような二重結合により特徴付けられる、オレフィン性不飽和基であってよい。このオレフィン性不飽和基は、例えば以下の「架橋」基のように、式(II)をもつ錯体の−A’−基、及び−CH −A”−基と、二重結合の端にある二つの原子によって「Z」状にそれぞれ結合していてよい。
【0022】
【化10】
Figure 0004372258
或いは、オレフィン性不飽和基は、例えば以下の式をもつB基の場合のように、上記の基の両方に結合している単一の炭素原子を含んでいてよい。
【化11】
Figure 0004372258
【0023】
本発明のB基はまた、フェニレン基、好ましくは、必要に応じて環の残りの位置のいずれかで置換されているオルト−フェニレンからなっていてもよい。典型的な置換基は、式(II)をもつ錯体をオレフィンの重合触媒に用いることと矛盾しないもの、すなわち、以下に定義する助触媒と反応することのない基である。これらの置換基の例は、フッ素、塩素、もしくは臭素のようなハロゲン、例えばメチル、エチル、ブチル、イソプロピル、イソアミル、オクチル、ベンジルのようなC 〜C10アルキル基、例えばトリメチルシリル、トリエチルシリル、もしくはトリブチルシリルのようなC 〜C12アルキルシリル基、シクロペンチルやシクロヘキシルのようなシクロアルキル基、フェニルやトルエンのようなC 〜C10アリール基、例えばメトキシ、エトキシ、イソブトキシル、もしくはsec−ブトキシルのようなC 〜C アルコキシル基、又は主環と共に付加的な飽和もしくは不飽和縮合環を形成する基である。フェニレンB基の具体的ではあるが非限定的な例は、o−フェニレン、2,5−ジメチル−o−フェニレン、3,4−ジメチル−o−フェニレン、3−エチル−o−フェニレン、3−オクチル−o−フェニレン、3,4−ジフルオロ−o−フェニレン、2−メトキシ−o−フェニレン、m−フェニレン、4,6−ジメチル−m−フェニレン、5−フェニル−m−フェニレン、1,2−ナフタリン、2,3−ナフタリン、1,3−ナフタリン、2,3−フェナントリレン等である。
【0024】
本発明の範囲に含まれる別の種類の二価のB基は、式(II)の−A’−基と−CH −A”−基の二つの基と結合している原子が隣り合った二つの芳香族環の「ペリ」の位置にある、縮合芳香族基からなるものである。この種類に属する基は、例えば、1,8−ナフタリン、4,5−ジメチル−1,8−ナフタリン、5,6−アセナフチレン等である。
【0025】
本発明によれば、式(II)のR’基とR”基はそれぞれ独立して、金属Mとσ−結合しているアニオン性の基を示す。R’とR”の典型的な例は、水素化合物、ハロゲン化物、好ましくは塩化物や臭化物、メチル、エチル、ブチル、イソプロピル、イソアミル、オクチル、デシル、ベンジルのような線状もしくは枝分かれしたアルキル基、例えばトリメチルシリル、トリエチルシリル、もしくはトリブチルシリルのようなアルキルシリル基、シクロペンチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシルのようなシクロアルキル基、フェニルやトルエンのようなアリール基、メトキシ、エトキシ、イソブトキシル、sec−ブトキシル、エチルスルフィドのようなアルコキシル基、アセテート、トリフルオロアセテート、プロピオネート、ブチレート、ピバレート、ステアレート、ベンゾエートのようなカルボキシレート、ジエチルアミドやジブチルアミドのようなジアルキルアミド基、又はビス(トリメチルシリル)アミドやエチルトリメチルシリルアミドのようなアルキルシリルアミド基である。これらの二つの基R’とR”は互いに化学的に結合して、水素とは異なる4〜7個の原子をもった、金属Mも含む環を形成していてもよい。この態様の典型的な例は、トリメチレン基、テトラメチレン基、もしくはエチレンジオキシ基のような、二価のアニオン基である。R’基とR”基の有効性、及びそれらの基を含む錯体の調製の容易さから特に好ましいR’基とR”基は、塩化メチルと塩化エチルである。
【0026】
本発明によれば、式(II)中のアニオン性のA’基とA”基はそれぞれ、形式的には、H イオンを抜き取ることにより置換もしくは非置換シクロペンタジエニル分子から得られる、金属Mに配位しているη −シクロペンタジエニル環を含んでいる。η −シクロペンタジエニル基を通常二つ含む、チタン、ジルコニウム、もしくはハフニウムのメタロセン錯体の分子構造、及び典型的な電子配置や配位の形態は文献に広く記載されており、また当業者に知られている。
【0027】
本発明のより一般的な態様に於いては、式(II)中の−B−CH −「ブリッジ」は、(もし結合原子価があるならば)A’基、及びA”基のそれぞれのシクロペンタジエニル環のいずれの炭素原子と結合していてもよく、A’及び/又はA”が、例えばインデニルやテトラヒドロインデニルのような縮合二環式基からなっている場合には、1位、もしくは3位の炭素原子と結合しているのが好ましい。
【0028】
上の好ましい錯体のA’基とA”基はそれぞれ、典型的には、以下の式(III)により表されるものである。
【化12】
Figure 0004372258
【0029】
式中、置換基R 、R 、R 、及びR は、それぞれ独立して、水素;ハロゲン、好ましくはF、Cl、もしくはBr;又は炭素、及び水素とは異なる一つ、もしくはそれ以上のヘテロ原子、特にF、Cl、O、S、もしくはSiを必要に応じて含む脂肪族もしくは芳香族C 〜C20ヒドロカルビル基を示すか、或いは置換基R 、R 、R 、及びR は、互いに隣り合ういずれか少なくとも二つが互いに結合して、シクロペンタジエニル環の結合を含む飽和もしくは不飽和C 〜C20環状構造を形成していて、該構造が、上で具体的に述べたヘテロ原子の内の一つ、もしくはそれ以上を必要に応じて含んでいる。
【0030】
好ましいA’基、もしくはA”基である上式(III)に含まれるのは、(シクロペンタジエニル基のある、もしくはない)分子骨格中の一つ、もしくはそれ以上の炭素原子が、ハロゲン、好ましくは塩素や臭素、メチル、エチル、ブチル、イソプロピル、イソアミル、オクチル、デシル、ベンジルような線状もしくは枝分かれしたアルキル基、例えばトリメチルシリル、トリエチルシリル、もしくはトチブチルシリルのようなアルキルシリル基、シクロペンチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシルのようなシクロアルキル基、フェニルやトルエンのようなアリール基、メトキシ、エトキシ、イソブトキシル、sec−ブトキシル、エチルスルフィドのようなアルコキシルもしくはチオアルコキシル基、ジエチルアミドやジブチルアミドのようなジアルキルアミド基、又はビス(トリメチルシリル)アミドやエチルトリメチルシリルアミドのようなアルキルシリルアミド基で置換されている、公知のシクロペンタジエニル基、インデニル基、もしくはフルオレニル基、及びそれらの同族体である。これらのA’基、もしくはA”基は、例えば4,5−ベンゾインデニルの場合のように、縮合芳香族環も幾つか含んでいてよい。特に好ましいA’基、もしくはA”基は、シクロペンタジエニル基、インデニル基、4,5,6,7−テトラヒドロインデニル基、フルオレニル基、及び対応するメチル置換された基である。
【0031】
本発明の目的に適する式(II)をもつ錯体の典型的な例は、以下の化合物である。しかしながら、これらの化合物は、本発明全体の範囲を何等限定するものではない。
1,3−プロペニリデン−(1−Ind) ZrCl
1,3−プロペニリデン−(1−Ind) TiCl
1,8−ナフト−(1−Ind) ZrCl
1,8−ナフト−(1−Ind) Zr(NMe
o−ベンジリデン−〔1(3−メチル)Ind〕 HfCl
o−ベンジリデン−(1−Ind) ZrCl
o−ベンジリデン−(Flu) HfCl、
o−ベンジリデン−(1−Ind) TiCl
o−ベンジリデン−(Flu) ZrBz
o−ベンジリデン−(C Zr(OCOCMe
o−ベンジリデン−(1−Ind) Zr(OCO−CF
o−ベンジリデン−〔(5,6−ジメチル)Ind〕 ZrCl
o−ベンジリデン−〔1−(4,7−ジメチル)Ind〕 TiBr
o−ベンジリデン−〔1−(4,7−ジフェニル)Ind〕 ZrMe
o−ベンジリデン−〔1−(4,5,6,7−THInd) TiCl
o−ベンジリデン−〔1−(3−メチル)Ind〕 TiCl
o−ベンジリデン−〔1−(3,4,7−トリメチル)Ind〕 ZrCl 、o−ベンジリデン−〔3−(5,1−ジメチル)Ind〕 ZrMe
(Flu−o−ベンジリデン−Cp )Ti(NMe
o−ベンジリデン−〔1−(4,7−ジメチル)Ind〕 TiBz
o−ベンジリデン−(1−Ind) Zr(OCO−n−C
【0032】
上の式に於いて、以下の略語を用いた。1,8−ナフト=1,8−ナフタリデンメチリデン、Me=メチル、Bz=ベンジル、Ind=インデニル、Flu=フルオレニル、THInd=4,5,6,7−テトラヒドロインデニル、Cp=テトラメチルシクロペンタジエニル。
【0033】
式(II)をもつ上の錯体の製造は、文献に記載されている、遷移金属の「架橋」ビス−シクロペンタジエニル錯体を製造する為の公知の方法の内の一つにより(所望の錯体の製造に合うようにそれらの方法を修正するということは明白であるが)行うことができる。
【0034】
最も普通に用いられる方法は、金属Mの塩(好ましくは塩化物)を、所望の構造をもつビス−シクロペンタジエニルリガンドのジアニオンをもつアルカリ金属の塩と反応させることからなるものである。より一般的な場合に於いては、このリガンドは以下の一般式(IV)をもつものである。
【化13】
Figure 0004372258
【0035】
式中、A’、A”、及びBは全て、式(II)により表される錯体に関して前に明記した一般的な意味をもっているが、明らかな違いは、この場合には、各シクロペンタジエニル基A’とA”が金属Mとη −配位しておらず、また芳香族性ではなくて、式(IV)に示されているように、隣り合った水素原子をもつ中性の基であるという点である。
【0036】
上の−A’H基とHA”−基は、以下の式(IV−2(bis))により図式的に表すことのできる構造をもっているのが好ましい。
【化14】
Figure 0004372258
【0037】
式中、各置換基R 、R 、R 、及びR は、式(III)に於ける対応する 基R (i=1、2、3、もしくは4)と同じ意味、及び同じ優先基準をもち、
環の中心に示されている水素原子は、シクロペンタジエニル環のどの炭素原子とも同じように結合しており、また、
点で描かれた円は、シクロペンタジエニル環の残りの四つの原子上の二つの共役二重結合を図式的に示す。
【0038】
本発明による式(IV)をもつ化合物の典型的ではあるが非限定的な例は、1−(1−インデニル)−2−(1−インデニル)メチルベンゼン、1−〔1−(4,5,6,7−テトラヒドロ)インデニル〕−2−(1−インデニル)メチルベンゼン、1−〔1−(4,5,6,7−テトラヒドロ)インデニル〕−2−〔1−(4,5,6,7−テトラヒドロ)インデニル〕メチルベンゼン、1−(4,7−ジメチル−1−インデニル)−2−(4,7−ジメチル−1−インデニル)メチルベンゼン、1−(シクロペンタジエニル)−2−(シクロペンタジエニル)メチルベンゼン、1−(1−インデニル)−8−(1−インデニル)メチルナフタリンである。
【0039】
式(II)をもつ錯体の製造は、通常、二つの工程からなっている。第一の工程では、式(IV)をもつリガンドを、好ましくは芳香族炭化水素、もしくはエーテル、特にテトラヒドロフラン、もしくはエチルエーテルからなる不活性溶剤中で、メチルリチウムやブチルリチウムのようなアルキルリチウム、もしくは対応するマグネシウム誘導体と反応させる。二次的な反応が起きるのを防ぐ為に、反応中、温度は室温以下に保つのが好ましい。反応の終わりに、シクロペンタジエニルジアニオンの対応するリチウム塩が得られる。
【0040】
第二の工程では、このシクロペンタジエニルジアニオンの塩を、遷移金属Mの塩、好ましくは塩化物と、ここでも不活性有機溶剤中で、好ましくは室温以下の温度、通常、−50〜0℃の温度で反応させる。この反応後に、このようにして得た式(II)をもつ錯体を、有機金属化学の公知の方法に従って分離、精製する。当業者に知られているように、上の作業は空気の存在下では不安定なので、不活性な雰囲気中で、好ましくは窒素、もしくはアルゴン中で実施しなければならない。
【0041】
一般的なものも特殊なものも含めて、基本的には上記の方法と類似した数多くの方法が、例えば D.J. Cardin著、「Chemistry of Organo Zr and Hf Compounds 」、J. Wiley and Sons 発行、ニューヨーク(1986年); R. Halterman 著、「Chemical Review 」、第92巻(1992年)、965〜994頁; R.O. Duthaler 及び A. Hafner著、「Chemical Review 」、第92巻(1992年)、807〜832頁のような文献に記載されている。
【0042】
本出願人はまた、「ブリッジ」Bがオルト−フェニレン基からなっていて、またA’基がフルオレンもしくは置換フルオレンとは異なる、式(IV)に含まれる、特定の群のビス−シクロペンタジエニルリガンドを作る為の独創的な合成方法を発見した。本発明のもう一つの目的であるこの方法によって、上のリガンドが十分な収率、及び高い純度で得られ、またA’基とA”基が異なった(非対称的な)構造をもつリガンドが容易に得られるようになる。
【0043】
上で具体的に述べた事柄によれば、本発明の更なる目的は、以下の式(V)をもつ化合物
【化15】
Figure 0004372258
(式中、−A’H基とA”H−基はそれぞれ独立して、前式(IV−2)に含まれるシクロペンタジエニル基を示し(但し、A’Hはフルオレニル、もしくは置換フルオレニルではない)、また
Bは、炭素数が6〜30で、ベンゼン芳香族環を一つ含む二価の有機基であって、その二つの原子価が該芳香族環上のオルトの位置(互いに隣り合っている)にあるものを示す。)
の製造法であって、以下の連続した工程からなることを特徴とする方法に関するものである。
【0044】
a)式HO--CH --B’--Br(B’は上記の通り)をもつo−ブロモベンジルアルコールのアルコール基を、触媒量の非プロトン性リュイス酸、好ましくはPOCl の存在下での、炭素数が3〜10のエノールアルキルエーテルR −O−CR =CH (R =C 〜C アルキル、R =水素、もしくはC 〜C アルキル)との反応で、対応するgem−ジエーテルBr−B’−CH −O−CR (CH )−O−R を生成させることにより保護する工程。
【0045】
b)工程(a)に従って得たgem−ジエーテルを、炭素数が1〜10のリチウムもしくはマグネシウムのアルキル化合物、例えばブチルリチウム、もしくはジエチルマグネシウムを用い、非極性溶剤中で0〜30℃の温度で金属化して、臭素原子の置換により、対応するリチウムもしくはマグネシウム塩である(LiもしくはMg)−B’−CH −O−CR (CH )−O−R を得る工程。
【0046】
c)このようにして得た塩と、対応する構造をもつシクロペンテノン(カルボニル酸素は、該マグネシウムもしくはリチウム塩と結合させなければならない環位置の炭素上にある)からなる−A’H基の前駆体、例えば1−インダノン、もしくは2−インダノンとを、THF中で、−30℃未満、好ましくは−50〜 −100℃の温度で縮合させ、その後、反応混合物を加水分解し、水を除去して以下の式(V−2(bis))をもつ化合物を得るか、もしくは、好ましくは、B’に対してアルファの位置にある二重結合に−OH基を付加することにより、対応する二環式スピロ誘導体を得る工程。
【0047】
【化16】
Figure 0004372258
式中、様々な記号B’、R 、R 、R 、及びR は、全て上で定義した通りである。
【0048】
d)工程(c)で得た式(V−2)をもつ化合物、もしくは対応するスピロ誘導体を、50〜130℃の温度、好ましくは混合物の還流温度で、過剰の塩酸もしくは臭素酸の水溶液、好ましくは濃HBr液(>25重量%)と反応させて、式(V−2)をもつ化合物と同じ構造(但し、−OH基が対応する−Clもしくは−Brハロゲン化物で、好ましくはBrハロゲン化物で置換されている)をもつハロゲン化オルト−シクロペンタジエニルベンジルを生成させる工程。
【0049】
e)工程(d)で得たハロゲン化シクロペンタジエニルベンジルを、式HA”(LiもしくはMgR )(A”は前式(V)の通りであり、R はCl、Br、もしくはA”から選ばれるものである)をもつリチウムもしくはマグネシウムの有機金属化合物、例えばインデニルリチウム、フルオレニルリチウム、もしくはシクロペンタジエニルリチウムそのもの、又はそれらを様々に置換したものと、適切な溶剤、好ましくはTHFとヘキサンの混合物中で、10〜40℃の温度で接触させ、反応させて所望のリガンドを形成する工程。
【0050】
従って、本発明の更なる態様は、エチレンと他のα−オレフィンの(共)重合用、すなわちエチレン、及び他のα−オレフィンの単独重合用、エチレンと、例えばα−オレフィン、共役もしくは非共役ジオレフィン、スチレンの誘導体等のような共重合可能な一種、もしくはそれ以上の他のモノマーとの共重合用、α−オレフィン同士、もしくはα−オレフィンとそれらと共重合可能な他のモノマーとの共重合用の触媒に関するものである。この触媒は、少なくとも以下の二つの成分からなるものであるか、もしくはそれらを接触させ、反応させることにより得られるものである。
(i)式(II)をもつ、少なくとも一種のメタロセン錯体、及び
(ii)前に明示した周期表の第2族、第3族、もしくは第4族の元素から選ばれる、炭素ではない元素M’の少なくとも一種の有機化合物からなる助触媒。
【0051】
特に、本発明によれば、該元素M’は、硼素、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、ガリウム、及び錫から、より特に硼素、及びアルミニウムから選ばれるものである。
本発明の好ましい態様に於いては、成分(ii)は、アルミニウム、ガリウム、もしくは錫の有機酸素化誘導体である。これは、M’が少なくとも一つの酸素原子、及び炭素数が1〜6のアルキル基、好ましくはメチルからなる少なくとも一つの有機基と結合しているM’の有機化合物と定義できるものである。
【0052】
本発明のこの態様によれば、成分(ii)は、より好ましくはアルミノキサンである。知られているように、アルミノキサンは様々なO/Al比でAl−O−Al結合を含む化合物であり、当該技術分野に於いては、コントロールされた条件下での、アルキルアルミニウムもしくはハロゲン化アルキルアルミニウムと、水、もしくは有効な水を所定量含むその他の化合物との反応、例えば、トリメチルアルミニウムと硫酸アルミニウム六水和物、硫酸銅五水和物、もしくは硫酸鉄五水和物との反応により得ることができる。本発明の重合触媒の形成に好ましく用いられるアルミノキサンは、以下の式をもつ繰り返し単位が存在していることを特徴とする、環状及び/又は線状のオリゴマーもしくはポリマー化合物である。
【化17】
Figure 0004372258
式中、R はC 〜C アルキル基であって、好ましくはメチルである。
各アルミノキサン分子は、異なったR 基を含んでいてもよい、必ずしも同じではない繰り返し単位を、4〜70個含んでいるのが好ましい。
【0053】
これらのアルミノキサン、特にメチルアルミノキサンは、有機金属化学の公知の方法を用いて、例えば、トリメチルアルミニウムを硫酸アルミニウム水和物のヘキサン懸濁液に添加することにより、得ることができる。
アルミノキサンを本発明の重合触媒の形成に用いる場合、アルミノキサンを式(II)をもつ錯体に、Alと金属Mの原子比が10〜10,000、好ましくは100〜5,000となるような割合で接触させる。錯体(i)とアルミノキサン(ii)を互いに接触させる順序は、重要ではない。
【0054】
上記のアルミノキサンの他に、(上式中で、アルミニウムの代わりにガリウムが存在している)ガロキサン、及びスタノキサンも、本発明の成分(ii)の定義に含まれる。メタロセン錯体の存在下でのオレフィンの共重合に於いて、それらを助触媒として用いることが、例えば米国特許第5,128,295号、及び米国特許第5,258,475号の各明細書に開示されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、該触媒は、少なくとも一種の式(II)をもつ錯体からなる成分(i)を、式(II)をもつ錯体と反応して、この錯体からσ−結合しているR’基もしくはR”基を抜き抜いて、一方で少なくとも一種の中性の化合物を形成し、他方で、金属Mを含むメタロセンカチオンと、金属M’を含む非配位有機アニオンとからなるイオン化合物(負の電荷は多中心構造上に非局在化している)を形成することのできる、M’の少なくとも一種の有機金属化合物、もしくはその混合物からなる成分(ii)と接触させることにより得ることができる。
【0055】
上記のタイプのイオン化系として適切な成分(ii)は、例えば以下の一般式により表されるもののような、硼素、及びアルミニウムの嵩のある有機化合物から選ぶのが好ましい。
【化18】
Figure 0004372258
【0056】
式中、下付文字「x」は0〜3の整数であり、R 基はそれぞれ独立して、炭素数が1〜10のアルキル基、もしくはアリール基を示し、またR 基はそれぞれ独立して、炭素数が6〜20の、部分的に、もしくは全体的(この方が良い)にフッ素化されたアリール基を示す。
これらの化合物は一般的には、成分(ii)中の原子M’と、メタロセン錯体中の原子Mの比が0.1〜15、好ましくは0.5〜10、より好ましくは1〜6の範囲に入るような量で用いる。
【0057】
成分(ii)は、単一の化合物、通常、イオン化合物、又はこの化合物とMAO、もしくは好ましくは、例えばAlMe 、AlEt 、Al(i−Bu) のような、各アルキル残基の炭素数が1〜8であるトリアルキルアルミニウムとの組み合わせからなっていてよい。
【0058】
通常、本発明のイオンを含むメタロセン触媒の形成は、不活性な液状媒体中、より好ましくは炭化水素中で行うのが好ましい。組み合わせるのが好ましい成分(i)と成分(ii)の選択、及び用いる特定の方法は、分子構造や、所望の結果に合わせて、当業者が入手することのできる具体的な文献に十分に記載されている内容に従って変更することができる。
【0059】
これらの方法の例を、以下のリストに定性的に系統立てて配列する。しかしながら、それらは本発明の範囲を何等限定するものではない。
【0060】
(m ) 置換基R’とR”の少なくとも一方、好ましくは両方が水素、もしくはアルキル基である上式(II)をもつメタロセンを、カチオンが該置換基の一つと反応して中性の化合物を生成することができ、またアニオンが嵩高く、非配位性であって負の電荷を非局在化させることのできるイオン化合物と接触させることによる方法。
【0061】
(m ) 上式(II)をもつメタロセンを、10/1〜300/1の過剰なモル量のアルキル化剤、好ましくはトリアルキルアルミニウムと反応させた後、実際には理論量の、もしくは金属Mに関してやや過剰な量の、例えばトリス(ペンタフルオロフェニル)硼素のような強リュイス酸と反応させることによる方法。
【0062】
(m ) 上式(II)をもつメタロセンを、10/1〜1,000/1、好ましくは10/1〜500/1の過剰なモル量の、式AlR3−m (Rは線状もしくは枝分かれしたC 〜C アルキル基、もしくはその混合物であり、Xはハロゲン、好ましくは塩素、もしくは臭素であり、「m」は1〜3の小数である)で表すことのできるトリアルキルアルミニウムもしくはハロゲン化アルキルアルミニウムと接触させて反応させ、その後、このようにして得た組成物に、前に具体的に述べたタイプの少なくとも一種のイオン化合物を、BもしくはAlとメタロセン錯体中の原子Mの比が0.1〜15、好ましくは1〜6になるように添加することによる方法。
【0063】
本発明のメタロセン錯体との反応によりイオンを含む触媒系を形成することのできる電離イオン化合物もしくは多成分反応系の例は、以下の特許公報中に記載されている。それらの内容は、参考として本明細書に記載するものである。
【0064】
−− ヨーロッパ特許出願公開第A277,003号、第A277,004号、第A522,581号、第A495,375号、第A520,732号、第A478,913号、第A468,651号、第A427,697号、第A421,659号、第A418,044号。
−− 国際特許出願公開第WO92/00333号、第WO92/05208号、第WO91/09882号。
−− 米国特許第5,064,802号、第2,827,446号、第5,066,739号。
【0065】
本発明のイオンを含む触媒系の製造に適した錯体−助触媒の組み合わせの非限定的な例を、それらを組み合わせによって得ることのできるそれぞれの前駆体を基準として、以下の表(1)に組織的に配列する。各欄の化合物はいずれも、必要ならば示した方法に従って、他の欄のどの化合物とも組み合わせることができる。
【0066】
Figure 0004372258
Figure 0004372258
【0067】
略号:Me=メチル、Et=エチル、Bu=n−ブチル、Bu =イソ−ブチル、Ph=フェニル、Bz=ベンジル、Pr =イソプロピル、Ind=インデニル、THInd=4,5,6,7−テトラヒドロインデニル、Flu=フルオレニル、o−BZD=o−ベンジリデン
【0068】
本発明の範囲には、混合された二種、もしくはそれ以上の式(I)をもつ錯体を含む触媒も含まれる。触媒活性度の異なる錯体の混合物をベースとする本発明の触媒は、得られるポリオレフィンがより広い分子量分布をもつことを望む場合に、都合良く重合に用いることができる。
【0069】
本発明の他の態様によれば、オレフィンの重合触媒を形成する為の固体成分を得る為に、好ましくは、例えばシリカ、アルミナ、もしくはシリコ−アルミネートのような、Si及び/又はAlの酸化物からなる不活性な固体上に、上記の錯体を支持させてもよい。これらの触媒を支持させる為には、場合によっては200℃以上の温度に加熱して活性化させてもよいキャリアと、本発明の触媒の成分(i)と成分(ii)の一方、もしくは両方とを、適切な不活性な液状媒体中で接触させることを一般的に含む、公知の支持手法を用いることができる。本発明の目的には両方の成分を支持させる必要はなく、式(II)をもつ錯体単独か、上で定義したB、Al、Ga、もしくはSnの有機化合物のいずれかを、キャリアの表面上に存在させればよい。後者の場合には、有効な重合触媒を形成する際に、表面上に存在していない成分を、支持されている成分に接触させる。
【0070】
本発明の範囲には、錯体、及び固体を機能化させ、また固体と前式(II)に含まれるメタロセン錯体との間に共有結合を形成させることにより固体上に支持させた、錯体をベースとする触媒系も含まれる。
本発明による支持触媒を形成する為の特定の方法には、触媒の存在下で、モノマー、もしくはモノマーの混合物を比較的少し、それを固体の微小粒子中に組み込む為に予備重合させ、その後、反応機に供給して、付加的なα−オレフィンの存在下でのプロセスを完了させることが含まれる。これにより、得られる高分子粒子の形態、及び寸法をより良くコントロールすることができる。
【0071】
特定の要件を満たすのに適した触媒系を得る為に、本発明の触媒には、成分(i)と(ii)の二つの成分の他に、一種、もしくはそれ以上の他の添加剤、もしくは成分を必要に応じて添加することができる。このようにして得られる触媒系は、本発明の範囲に入る。本発明の触媒の製造及び/又は形成に用いることのできる添加剤、もしくは成分は、例えば脂肪族及び/又は芳香族炭化水素、脂肪族及び芳香族エーテルのような不活性溶剤、例えば非重合性オレフィン、エーテル、第三アミン、及びアルコール類から選ばれる弱く配位している添加剤(リュイス塩基)、ハロゲン化珪素、ハロゲン化炭化水素、好ましくは塩素化されたもののようなハロゲン化剤等、またこれらの他に、当該技術に於いて、エチレンとα−オレフィンの(共)重合用のメタロセンタイプの伝統的な均質触媒の製造に通常用いることのできる他のあらゆる考えられる成分である。
成分(i)と成分(ii)を、好ましくは室温〜60℃の温度で、10秒〜1時間、好ましくは30秒〜10分間、互いに接触させることにより、本発明の触媒が形成される。
【0072】
本発明の触媒は、例えば低圧(0.1〜1.0MPa)、中圧(1.0〜10MPa)、もしくは高圧(10〜150MPa)下、20〜240℃の温度で、必要に応じて不活性な希釈剤を存在させて実施する方法のような、一つ、もしくはそれ以上の工程での連続式、及びバッチ式の、事実上あらゆる公知のα−オレフィンの(共)重合法に用いることができ、良好な結果が得られる。分子量調節剤として、水素を都合良く用いることができる。
これらの方法は、一般的には、炭素数が3〜8の脂肪族もしくは脂環式飽和炭化水素からなる液状希釈剤であるが、例えば、液状のプロピレン中でのエチレンとプロピレンの公知の共重合法に於けるように、モノマーからなっていてもよい液状希釈剤を用いて調製した溶液、もしくは懸濁液中で実施することができる。重合混合物に導入する触媒の量は、金属Mの濃度が10−5〜10−8モル/リットルとなるように選ぶのが好ましい。
或いは、この重合を、気相中、例えば流動床反応器中で、通常0.5〜5MPaの圧下、50〜150℃の温度で行うことができる。
【0073】
本発明の特定の態様によれば、エチレンとα−オレフィンの(共)重合用の触媒は、成分(i)と成分(ii)とを接触させ、その後で重合環境中に導入することにより、別に調製(予備形成)する。この触媒を先ず重合反応器に導入し、次いで、重合させようとするオレフィン、もしくはオレフィンの混合物を含む試剤混合物を導入してもよいし、この試剤混合物が既に入っている反応器に触媒を導入してもよいし、試剤と触媒を同時に反応器に供給してもよい。
【0074】
本発明の他の態様によれば、例えば成分(i)と成分(ii)を、前もって選んだオレフィンモノマーの入っている重合反応器に別々に導入することにより、触媒をin situ で形成する。
本発明の触媒は、線状ポリエチレンを得る為のエチレンの重合に用いて、また具体的な重合条件、及びα−オレフィンそのものの量や構造に関して様々な特性をもつコポリマーを得る為の、エチレンとプロピレン、もしくは好ましくは炭素数が4〜10のより高級なα−オレフィンの共重合に用いて、良好な結果を得ることができる。線状ポリエチレンは、例えば0.880〜0.940の密度で、また10,000〜2,000,000の分子量で得ることができる。(密度によりULPDE、VLDPE、及びLLDPEという略号で知られている)低密度もしくは中密度線状ポリエチレンの製造に、エチレンのコモノマーとして好ましく用いられるα−オレフィンは、1−ブテン、1−ヘキセン、及び1−オクテンである。
【0075】
本発明の触媒はまた、過酸化物で加硫することができ、しかも非常に優れた耐老化性、及び耐分解性をもつ飽和エラストマーコポリマーを生成させる為の、エチレンとプロピレンの共重合プロセスに、もしくはEPDMタイプの加硫可能なゴムを得る為の、エチレン、プロピレン、及び炭素数が5〜20の非共役ジエンの三元共重合に都合良く用いることができる。これら後者のプロセスの場合には、本発明の触媒により、特に高いジエン含有率と平均分子量をもつポリマーを重合条件下で製造できることが確認された。
【0076】
EPDMの製造に対しては、これらのターポリマーの製造に用いることのできるジエンを、以下のものから選ぶのが好ましい。
【0077】
−− 1,4−ヘキサジエンや1,6−オクタジエンのような線状鎖をもつジエン。
−− 5−メチル−1,4−ヘキサジエン、3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン、及び3,7−ジメチル−1,7−オクタジエンのような枝分かれしたジエン。
−− 1,4−シクロヘキサジエン、1,5−シクロオクタジエン、1,5−シクロドデカジエンのような、環を一つ有するジエン。
−− ジシクロペンタジエン;ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタ−2,5−ジエン;5−メチレン−2−ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)、5−プロペニル−2−ノルボルネンのようなアルケニルノルボルネン、アルキリデンノルボルネン、シクロアルケニルノルボルネン、及びシクロアルキリデンノルボルネンのような、架橋縮合環をもつジエン。
【0078】
これらのコポリマーの製造に典型的に用いられる非共役ジエンの中でも、張力環中に二重結合を少なくとも一つ含むジエンが好ましく、より好ましいのは5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)、及び1,4−ヘキサジエンや1,6−オクタジエンである。
EPDMターポリマーの場合、ジエンモノマーの量は15重量%を越えることはなく、好ましくは2〜10重量%である。一方、プロピレン含有率は、20〜50重量%であるのが都合良い。
【0079】
本発明の触媒はまた、公知技術のα−オレフィンの単独重合法や、共重合法に用いて、式(II)をもつメタロセン錯体の構造や幾何学的形状にもよるが、アタクチックポリマー、アイソタクチックポリマー、もしくはシンジオタクチックポリマーを良好な収率で生成させることができる。この目的に適したα−オレフィンは、例えばプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−デセン、及びスチレンのような、炭素数が3〜20であって、必要に応じてハロゲン、もしくは芳香核も含んでいるものである。
【0080】
本発明を、以下の実施例により更に説明する。しかしながら、これらの実施例は、単に説明の為だけであって、本発明そのものの範囲を何等限定するものではない。
【0081】
【実施例】
この後に列挙し、また簡単に説明する分析手法及び方法を、以下の実施例で用いた。
以下の実施例で述べる H−NMR分光分析法による特性決定は、各サンプルについて、CDCl を溶剤として用いて、Bruker−MSL−300型核磁気共鳴分光分析器で行った。
オレフィンポリマーの分子量の測定は、ゲル透過型クロマトグラフィー(GPC)により行った。サンプルの分析は、検出器としてウォーターズの示差屈折計を用いたWATERS150−CVクロマトグラフを用い、(サントノックスで安定化した)1,2,4−トリクロロベンゼン中で135℃で行った。
三本のカラムの細孔の寸法がそれぞれ10 、10 、10 オングストロームであり、二本のカラムの細孔の寸法が10 オングストロームである一組のμ−Styragel HTカラム(ウォーターズ)を用い、溶離剤の流速を1ml/分として、クロマトグラフィーによる分離を行った。
データを集めて、Maxima820、バージョン3.30(ミリポア)というソフトウェアを用いて処理した。数平均分子量(Mn)、及び重量平均分子量(Mw)の計算は、検量用に6,500,000〜2,000の範囲の分子量をもつ標準ポリスチレンを選んで、一般的な検量を行うことにより行った。
本発明の新しい錯体のX線による構造の決定は、ジーメンスのAED屈折計で行った。
【0082】
生成物の機械的特性は、コポリマーを加硫して測定した。これらの全ての分析に用いた対応する方法を、技術文献に明記されている手法(もしあれば)と共に以下に示す。
プロピレン、及び場合によってはジエンに由来する単位のポリマー中の含有率の測定は、厚さ0.2mmのフィルムとしたポリマーについて、FTIRパーキン−エルマー分光光度計1760型を用いて、IRにより(本出願人の方法に従って)行う。4255cm−1にあるピークを基準として、4390cm−1にあるプロピレンと1688cm−1にあるENBのそれぞれの固有ピークの強度を、標準検量線を用いて得られる量と共に測定する。
ポリマーのフローインデックス(メルトフローインデックス、MFI)は、ASTM D−1238Dの規定に従って測定する。
ムーニー粘度(1+4)は、モンサントの「1500S」粘度計を用い、ASTM1646/68の方法に従って、100℃で測定する。
【0083】
機械的特性に関する限り、これらの分析は、加硫ポリマーについて行った。加硫レシピ(A)、及び本明細書に示す方法に従って実施する動的機械的測定(B)を、以下に具体的に述べる。
【0084】
A)加硫
加硫混合物を、下の表2に示す配合を用いて調製した。
【0085】
Figure 0004372258
ロールミキサーで均質化した混合物を、プレス板の間で18MPaの圧をかけ、165℃に40分間保って加硫する。
【0086】
B)機械的特性決定
加硫コポリマーの機械的な特性を、加硫した薄層から得たダンベルテスト用サンプルについて測定した。
極限引張強度の測定はASTM D412−68の方法に従って、破断点伸びはASTM D412−68の方法に従って、ショアーA硬度はASTM D2240−68の方法に従って実施した。
【0087】
実施例では、以下に列挙する市販の試薬を用いた。
メチルリチウム(MeLi)の
1.6Mジエチルエーテル溶液 アルドリッヒ
ブチルリチウム(BuLi)の
2.5Mヘキサン溶液 アルドリッヒ
四塩化ジルコニウム(ZrCl ) フルカ
インデン フルカ
メチルアルモキサン(MAO)(Eurecene 5100 10T)
(トルエン中のAlは10重量/容積%) ウィトコ
o−ブロモベンジルアルコール アルドリッヒ
2−メトキシプロペン アルドリッヒ
1−インダノン アルドリッヒ
使用はしたが上には示していない試薬及び/又は溶剤は、一般的に用いられているものであって、当該分野での専門的な商業生産者が容易に入手できるものである。
【0088】
実施例1:二塩化o−ベンジリデンビス−(η −1−インデニル)ジルコニウムの合成
1)1−(1−インデニル)−2−メチレン−(1−インデニル)ベンゼン
(式VI)の合成
o−ブロモベンジルアルコール14g(75ミリモル)と2−メトキシプロペン72ml(75ミリモル)の混合物に、触媒として作用するオキシ塩化燐(POCl )を0.4ml添加する。アルコールがゆっくり溶解する。この混合物を、室温で二時間攪拌する。それをトリエチルアミンで中和して乾燥させると、実質的に2−メトキシ−2−(o−ブロモベンジルオキシ)プロパンからなる油状の残留物が、約20g得られる。
この残留物を150mlのヘキサンで希釈して、BuLiの2.5Mヘキサン溶液を30ml添加する。沈殿物が生成する。この混合物を2時間静置した後、濾過してヘキサンで洗浄すると、最後に2−〔(1−メチル−1−メトキシ)エチルオキシメチル〕フェニルリチウム塩が得られる。
【0089】
このリチウム塩を100mlのTHFに溶かしたものに、10g(75ミリモル)の1−インダノンを50mlのTHFに溶かしたものを添加して、−70℃に冷却する。この混合物を、一晩かけて室温にする。その後、それを水に注ぎ入れ、HClの水溶液(1:1)を50ml添加し、混合物を2時間攪拌する。その後、エーテルで抽出し、中性になる迄、抽出物を重炭酸塩で洗浄する。溶剤を蒸発させ、酢酸エチルを10%含む石油エーテルを用いてシリカゲルカラム上で溶離すると、以下の構造式(VI)をもつスピロベンゾフラン誘導体が7.6g得られる。
【0090】
【化19】
Figure 0004372258
【0091】
以下の反応スキーム(I)に従って、HBrの48重量%水溶液50ml中にスピロフラン誘導体(V)を6.5g(29ミリモル)懸濁させ、このようにして形成した混合物を、室温で50時間攪拌する。その後、それを10mlの水で希釈し、エチルエーテルで抽出する。有機相を分離して中和し、エーテルを蒸発させて乾燥させる。半固体の残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより、石油エーテル−塩化メチレンの9:1混合物で溶出させて精製する。溶離剤を蒸発させると最後に、臭化o−(1−インデニル)−ベンジルが6.1g(21ミリモル)単離される。
【0092】
【化20】
Figure 0004372258
反応スキーム(I)
【0093】
THF100mlとヘキサン30mlからなる混合物にインデンを4g(34ミリモル)溶かして得た溶液中に、室温で、ブチルリチウムの2.5Mヘキサン溶液を8ml(20ミリモル)添加する。この混合物を4時間攪拌した後、−80℃に冷却する。その後、この混合物に、上記のようにして得た臭化o−(1−インデニル)−ベンジルを5.7g(20ミリモル)添加し、約2時間かけて温度を室温に上げる。このようにして得た混合物を加水分解し、エチルエーテルで抽出する。中和後に有機相を乾燥させ、エーテルを蒸発させて残留物を得、それをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより、石油エーテルで溶出させて精製する。溶離剤を蒸発させると、最後に白色の固体が5.7g得られる。この固体は、分光器による特性決定により、式(VII)をもつ所望の生成物(17ミリモル)であることが分かる。
【0094】
2)ジルコニウム錯体(式VIII)の合成
上記のようにして得た式(VII)をもつ化合物1.74グラム(5.44ミリモル)を無水エチルエーテル50mlに溶かしたものを、電磁攪拌機を取り付けた100mlの有底試験管に、アルゴン雰囲気中で仕込む。この淡黄色の溶液に、ブチルリチウムの1.6Mヘキサン溶液を8ml(12.8ミリモル)室温で滴下し、混合物を約10時間攪拌する。最後に、反応混合物は黒赤色の溶液の形をとる。この溶液の体積を10mlに減じた後、無水n−ヘキサンを30ml添加する。懸濁液が直ちに形成される。それを濾過して固体を集め、一回に10mlのn−ヘキサンを用いて、三回洗浄する。このようにして得た化合物(VII)の二リチウム誘導体を真空下(約10Pa)で乾燥させ、トルエンを50ml入れた100mlの有底試験管にアルゴン雰囲気中で移して懸濁液を得る。それを0℃に冷却する。別にZrCl を1.5グラム(6.44ミリモル)計り、アルゴン中でトルエン懸濁液に導入する。0℃で約1時間攪拌した後、温度を室温に上げる。更に30分間攪拌を続けた後、混合物を多孔質の隔膜で濾過して所望の錯体を含む母液を集める。残留物を再びトルエンで洗浄し(3×10ml)、洗浄水を母液と合わせる。このようにして得た透明なトルエン溶液を室温で約二日間静置すると、オレンジ色の結晶が形成される。これらの結晶を濾過により分離し、少量のトルエンで洗浄し、NMRとX線により特性決定を行う。初めのリガンドの量に対する収率31%で、所望の錯体(式VIII)が0.82g得られる。
【0095】
【化21】
Figure 0004372258
式(VIII)をもつ錯体のX線構造、及び NMRスペクトル(CCl 、TMSに対するδppm)を、図1、及び図2にそれぞれ示す。
【0096】
実施例2:二塩化o−ベンジリデンビス−(5,6−ジメチル−η −1−インデニル)ジルコニウムの合成
1)5,6−ジメチル−1−インダノン(Xa)、及び5,6−ジメチル−インデン(XIa)の合成
ニトロメタン500mlにAlCl を164g(1.23モル)溶かして得た溶液をアルゴン中に保持し、それに、塩化3−クロロプロピオニル69g(0.543モル)とo−キシレン58g(0.547モル)の混合物を、水浴を用いて冷却しながら(25℃)、1時間かけて添加する。添加後、混合物を5時間攪拌する。その後、この反応塊を、濃HClを100ml含んだ氷500gに注ぎ入れる。それをエチルエーテルで抽出する。中性になる迄、エーテル抽出物を2NのHClで、次いでNaClの飽和水溶液で洗浄する。その後、硫酸ナトリウムを用いて無水化し、溶剤を蒸発させると、化合物(IX)が106.3g得られる(収率98%)。
【0097】
【化22】
Figure 0004372258
【0098】
420mlの濃硫酸に、化合物(IX)を106.3gゆっくり添加する。添加後、混合物を90℃にし、この温度を3時間保った後、氷に注ぎ入れる。それを、エーテルで抽出する。有機性の抽出物をNaHCO の飽和溶液で、最後にNaClの飽和溶液で、中性になる迄洗浄する。その後、この溶液を活性炭で処理して濾過し、硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を蒸発させた後に得られる残留物を石油エーテルで再結晶させると、5,6−ジメチル−1−インダノンXaと6,7−ジメチル−1−インダノンXbの1:1混合物が、25g(156ミリモル)生成する(収率29%)。
【0099】
【化23】
Figure 0004372258
【0100】
上記のようにして得た1−インダノンXaとXbの混合物25g(156ミリモル)をTHFに溶かして得た溶液を不活性な雰囲気中で10℃に保ち、それに、硼水素化ナトリウム3.8g(101ミリモル)を分割して添加する。添加後、温度を室温に上げて、混合物を1時間攪拌する。その後、反応混合物を水と氷に注ぎ入れ、エチルエーテルで抽出する。以下のスキームに示す還元生成物XIaとXIbの両方を含む混合物が得られる。中性になる迄、エーテル抽出物を水で洗浄し、硫酸ナトリウム上で無水化する。溶剤を蒸発させて得られる残留物を石油エーテルで再結晶させると、単一の異性体である5,6−ジメチル−1−インダノール(XIa)が6.5g生成する(収率26%)。
【0101】
【化24】
Figure 0004372258
【0102】
5,6−ジメチル−1−インダノール(XIa)6.5g(0.401モル)、シリカ(メルク)10g、トルエン70ml、及びヘプタン70mlをマークソン装置に仕込んで混合し、加熱して還流させ、生成する水を共沸により除去する。16時間後に、反応が完了する。この混合物を濾過し、エチルエーテルで希釈して水で洗浄し、有機相を硫酸ナトリウム上で乾燥させる。溶剤を蒸発させた後に、5,6−ジメチル−1−インデンが5.2g得られる(収率90%)。
2)1−(5,6−ジメチル−1−インデニル)−2−(5,6−ジメチル−1−インデニル)メチルベンゼン(XIV)の合成
【0103】
【化25】
Figure 0004372258
反応スキーム(II)
【0104】
120mlのヘキサンに上記の実施例1のパラグラフ1で得た2−メトキシ−2−(o−ブロモベンジルオキシ)プロパン18.2g(0.07モル)を溶かして得た溶液に、n−BuLiの2.5Mヘキサン溶液を27ml(0.067モル)添加する。この混合物を2時間攪拌した後、ヘキサン溶液をデカントする。固体の残留物を再度、デカントによりヘキサンで洗浄し、その後、THFに溶かす。
【0105】
この混合物を−80℃に冷却し、30mlのTHFに4,7−ジメチル−1−インダノン(式Xa)を11.0g(0.068モル)溶かして得た溶液を添加する。温度を一晩かけて室温に上げた後、混合物を水と氷に注ぎ入れ、それにHCl水溶液(1:1)を50ml添加する。この混合物を、0℃で2時間攪拌する。それをエチルエーテルで抽出した後、中性になる迄、先ずNaHCO の飽和溶液で、次に水で洗浄する。有機相を硫酸ナトリウム上で無水化した後、溶剤を蒸発させる。残留物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより、ヘキサンと酢酸エチルの9:1混合物で溶出させて精製する。溶離剤を蒸発させると、式(XII)をもつスピロフラン誘導体が7.0g(0.028モル)集まる(スキームIIを参照のこと、収率42%)。
上記のスピロフラン誘導体を48mlの48%HBrに入れ、反応塊を還流温度に16時間保つ。最後に、水で希釈してからエチルエーテルで抽出し、中性になる迄、エーテル相を重炭酸ナトリウムの飽和溶液で、次いで水で洗浄する。有機相を硫酸ナトリウム上で無水化した後、溶剤を蒸発させ、得られた残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより、ヘキサンと酢酸エチルの9:1混合物で溶出させて精製する。このようにして、臭化o−〔1−(5,6−ジメチル)−インデニル〕−ベンジルが5.3g(0.0168モル)得られる(式XIII、スキームIII、収率60%)。
【0106】
THF100mlとヘキサン50mlの混合物に、上記のようにして得た5,6−ジメチル−インデン(式XIa)を5.2g(0.0388モル)溶かしたものに、n−BuLiの2.5Mヘキサン溶液を14.4ml(36.1ミリモル)添加する。添加が終了してから2時間後に混合物を−70℃に冷却し、50mlのTHFに臭化o−〔1−(5,6−ジメチル)−インデニル〕−ベンジル(式XIII)を5.3g(0.0168モル)溶かしたものを添加する。添加後、混合物を室温にして3時間攪拌する。それを、HClでやや酸性にした水に注ぎ入れ、その後、エチルエーテルで抽出する。有機相を水で洗浄して中和し、硫酸ナトリウム上で無水化してから溶剤を蒸発させる。溶離剤として石油エーテルを用いてシリカゲルカラム上で残留物を精製すると、固体が60g得られる。分光器による特性決定により、この固体が所望のリガンド、すなわち1−(5,6−ジメチル−1−インデニル)−2−(5,6−ジメチル−1−インデニル)メチルベンゼン(XIV)であることが分かる。
【0107】
【化26】
Figure 0004372258
反応スキーム(III)
【0108】
3)ジルコニウム錯体の合成
実施例1のパラグラフ2に記載されているのと同じ手順を用いて、同じモル量のビス−インデニルリガンドと四塩化ジルコニウムとを、同じプロセス条件下で反応させる。従って、式(XIV)をもつ化合物1.95グラム(5.2ミリモル)を、7.5mlのブチルリチウム溶液と、その後、1.45gのZrClと反応させて、最終的に以下の式(XV)をもつ所望の錯体を0.8g得る。
【0109】
【化27】
Figure 0004372258
図3は、式(XV)をもつ錯体の H−NMRスペクトル(C Cl 、TMSに対するδppm)を示すものである。
【0110】
実施例3:二塩化o−ベンジリデンビス−(4,7−ジメチル−η −1−インデニル)ジルコニウムの合成
1)4,7−ジメチル−1−インダノン(XVII)、及び4,7−ジメチル−−インデン(XVIII)の合成
スキーム(IV)に示す手順に従う。70mlの塩化メチレンにAlCl を16g(0.120モル)入れた懸濁液を不活性な雰囲気中で0℃に保ち、それに、塩化3−クロロプロピオニル10mlをp−キシレン14.5g(0.136モル)に溶かして得た溶液を約1時間かけて滴下する。滴下後、温度を10℃に上げ、10〜20℃に約2時間保つ。この反応混合物を氷に注ぎ入れ、塩化メチレンで抽出する。中性になる迄、有機抽出物を水で洗浄し、有機相を分離して硫酸ナトリウム上で無水化する。溶剤を蒸発させると、以下のスキーム(IV)に示す式(XVI)をもつ化合物から実質的になる残留物が得られる。
【0111】
上記の残留物を、温度が20〜30℃に保たれるような速度で濃硫酸90mlに添加する。添加後、温度を80℃に上げて混合物を2時間攪拌する。その後、それを氷に注ぎ入れ、エチルエーテルで抽出する。このエーテル溶液を、中性になる迄、重炭酸ナトリウムの飽和溶液で、その後、水で洗浄し、最後に硫酸ナトリウム上で無水化する。エーテルを蒸発させて得られる固体を、石油エーテルで洗浄して乾燥させる。このようにして、4,7−ジメチル−1−インダノン(以下のスキームIV中の式XVII)が20g得られる(二つの反応に於ける収率91%)。
【0112】
【化28】
Figure 0004372258
反応スキーム(IV)
【0113】
30mlのエチルエーテルにLiAlH を0.350g(0.0692モル)入れて得た懸濁液を不活性な雰囲気中で−30℃に保ち、それに、上記のようにして得た4,7−ジメチル−1−インダノン(式XVII)を2.9g(0.0181モル)、ゆっくりと添加する。30分後に反応が終了する。酸性化する迄、氷と2NのHClを注意深く添加した後、混合物をエチルエーテルで抽出する。その後、有機相を分離して、中性になる迄洗浄する。それを硫酸ナトリウム上で無水化して蒸発させ、実質的に4,7−ジメチル−1−インダノールからなる残留物を得る。この残留物を10mlのTHFに溶解し、p−トルエンスルホン酸を一つまみ添加し、混合物を還流温度に1時間保つ。その後、固体のNaHCO とNa SO を添加する。この混合物を濾過し、溶剤を蒸発させると、4,7−ジメチル−1−インデン(XVIII)が2.4g(収率91%)得られる。
【0114】
2)1−(4,7−ジメチル−1−インデニル)−2−(4,7−ジメチル−1−インデニル)メチルベンゼン(XXI)の合成
【0115】
【化29】
Figure 0004372258
反応スキーム(V)
【0116】
実施例1.1のようにして得た2−メトキシ−2−(o−ブロモベンジルオキシ)プロパン20g(77.22ミリモル)をヘキサン150mlに溶かして得た溶液に、n−BuLiの2.5Mヘキサン溶液を30ml(75ミリモル)添加する。添加後、混合物を2時間攪拌する。前に実施例1で記載したように、対応するリチウム塩の沈殿が生じる。ヘキサンをデカントして、固体を再度ヘキサンで洗浄し、その後、100mlのTHFに溶かす。混合物を−70℃に冷却した後、上記のようにして得た4,7−ジメチル−1−インダノン12.12g(75.75ミリモル)を十分な量のTHFに溶かしたものをゆっくり添加する。一晩かけて温度を室温に上げ、反応塊を氷に注ぎ入れ、HClの1/1水溶液50mlで酸性化して2時間攪拌する。それをエチルエーテルで抽出し、中性になる迄、有機相を重炭酸ナトリウム溶液と水で洗浄し、硫酸ナトリウム上で無水化する。溶剤を蒸発させた後、残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより、ヘキサン/酢酸エチルの9:1混合物を用いて溶出させて精製する。溶離剤を蒸発させると、式(XIX)をもつアルコールが10g得られる。(スキームV、収率53%)。
【0117】
【化30】
Figure 0004372258
反応スキーム(VI)
【0118】
式(XIX)をもつアルコール6.0g(24ミリモル)を塩化メチレン50mlに溶解して得た溶液を0℃に保ち、これにPBr を少量添加する。反応の動向を、アルコールが消失する迄、薄層クロマトグラフィー(TLC)により管理する。最後に、NaHCO の飽和溶液を0℃で滴下する。その後、混合物を100mlの塩化メチレンで抽出し、中性になる迄、抽出物を洗浄する。無水化させ、溶剤を蒸発させた後に得られる残留物を、シリカゲルクロマトグラフィーにより、ヘキサン/酢酸エチルの9:1混合物で溶出させて精製する。溶離剤を蒸発させると、スキーム(VI)中の式(XX)をもつ臭素化化合物が4.0g得られる。(収率52%)。
【0119】
THF−ヘキサンの2/1混合物55mlに4,7−ジメチルインデン(XVIII)を1.48g(10.3ミリモル、上記のようにして得たもの)溶かして得た溶液に、n−BuLiの2.5Mヘキサン溶液を4.12ml(10.3ミリモル)添加する。添加後、混合物を1時間攪拌する。その後、−70℃に冷却し、THF/ヘキサンに式(XX)をもつ臭素化化合物を2.3g(7.37ミリモル)溶かして得た溶液を滴下する。この混合物の温度を室温に上げて、6時間静置する。それを水に注ぎ入れ、エチルエーテルで抽出する。中性になる迄有機相を洗浄して、硫酸ナトリウム上で脱水する。溶剤を蒸発させて得られる残留物を、シリカゲルクロマトグラフィーにより、石油エーテルで溶出させて精製する。溶離剤を蒸発させると、以下に示す式(XXI)をもつビス−インデニルリガンドが2.0g得られる。(収率72%)。
【0120】
【化31】
Figure 0004372258
【0121】
3)ジルコニウム錯体(式XXII)の合成
実施例1のパラグラフ2に記載されているのと同じ手順を用いて、同じモル量のビス−インデニルリガンドと四塩化ジルコニウムとを、同じプロセス条件下で反応させる。従って、式(XXI)をもつ化合物1.95グラム(5.2ミリモル)を、7.5mlのブチルリチウム溶液と、その後、1.45gのZrClと反応させて、最終的に、以下の式(XXII)をもつ所望の錯体を0.9g得る。
【0122】
【化32】
Figure 0004372258
図4は、式(XXII)をもつ錯体の H−NMRスペクトル(C Cl 、TMSに対するδppm)を示すものである。
【0123】
実施例4〜9:エチレン/プロピレン/エチリデンノルボルネンの三元共重合
実施例4〜9は、一方で、前に実施例1に記載したようにして得た二塩化o−ベンジリデンビス−(η −1−インデニル)ジルコニウムメタロセン錯体を、他方で、助触媒としてメチルアルミノキサン(MAO)を含む予め形成した触媒系を用いて行う、エチレン/プロピレン/エチリデンノルボルネンをベースとするEPDMタイプのエラストマーコポリマーの製造についての、一連の三元共重合テストに関係するものである。各実施例の具体的な重合条件、及び得られた結果を、以下の表3に示す。この表には順に、実施例の参照番号、ジルコニウムの使用量、MAO中のアルミニウムとジルコニウムの原子比、重合圧、液状プロピレン中のエチリデンノルボルネン(ENB)の初期モル濃度、ジルコニウムに基づく触媒系の活性度、ポリマー中のC 、C モノマー単位、及びENBの重量に基づく相対的な量、重量平均分子量M 、並びにM /M 分子量分布が示されている。
【0124】
重合は、サーモスタット制御された、磁気抵抗攪拌機の取り付けられた0.5リットルの加圧反応器中で実施する。MAOのトルエン希釈溶液(Alは約0.1M)で洗浄して、真空下で(0.1パスカルで数時間)乾燥させる一般的なやり方で、予め反応器をフラッシュする。
「重合等級」の液状プロピレンを120g、所望の濃度とするのに必要な量のENBと共に、室温で反応器に仕込む。その後、反応器を40℃の重合温度とし、軽く攪拌している液体混合物の平衡圧が所望の圧(22〜28ate)に達する迄、投げ込み管を用いて気体のエチレンを導入する。これらの条件下では、液相中のエチレンのモル濃度は、系の全体の圧により異なるが、適切な気−液平衡表を用いて簡単に計算できるように、12〜24%である。
【0125】
窒素中に保持した適切な有底試験管にトルエンを10ml仕込み、成分(i)と成分(ii)を、所望の触媒組成物を得るのに適した量、添加する。特に、所望の量の上記のメタロセン錯体を、約1×10−3モルのトルエン溶液として導入し、その後、MAOを1.5モル(Alとして)のトルエン溶液(ウィトコの市販品 Eurecene 5100 10T)として、表3に示すように、得られる触媒混合物中のアルミニウム/ジルコニウムのモル比が3,700〜4,000となるような量で添加する。このようにして形成された触媒溶液を室温で数時間保持した後、不活性ガスの流れの中で、金属の容器中に注ぎ入れる。その容器から、窒素の過剰な圧を用いて、触媒溶液を反応器に移す。
【0126】
反応した部分を補う為にエチレンを連続的に供給して圧を一定に保つよう配慮しながら、重合反応を40℃で行う。5分後にエチレンの供給を中断してモノマーを抜き、依然として存在しているモノマーを真空(約1,000Pa)下、60℃で脱蔵した後、ポリマーを回収する。このようにして得た固体の重量を測定し、1時間についての金属ジルコニウム1グラムに対するポリマーのキログラム(Kgpol./gZr・h)として、触媒の活性度を計算する。乾燥させて均質化した固体について、重量平均分子量M と数平均分子量M を測定し、また様々なC モノマー単位(プロピレン)、及びENBの含有率を、IR分光分析法に基づく公知の方法を用いて測定する。結果を、表3に示す。
【0127】
【表1】
Figure 0004372258
【0128】
実施例10〜14:エチレン/プロピレンの共重合、及びENBとの三元共重合
前の実施例4〜9と同じ予め形成した触媒系を用いて、エチレン/プロピレンの共重合テスト、及びENBとの三元共重合テストを行った。各実施例の具体的な重合条件、及び得られた結果を下の表4に示す。この表には順に、実施例の参照番号、ジルコニウムの使用量、MAO中のアルミニウムとジルコニウムの原子比、重合圧、液状プロピレン中のエチリデンノルボルネン(ENB)の初期モル濃度、初めに導入した水素の量、ジルコニウムに基づく触媒系の活性度、ポリマー中のC 、C モノマー単位、及びENBのモルに基づく相対的な量、100℃で測定したポリマーのムーニー粘度、加硫後のポリマー(EPDMについてのみ)の機械的特性(極限引張強度C.R.、破断点伸びA.R.、160℃でのショアーA硬度)が示されている。
【0129】
重合は、サーモスタット制御された、磁気抵抗攪拌機の取り付けられた3リットルの加圧反応器中で実施する。反応器を、トリイソブチルアルミニウム(TIBA)を約2g含む液状プロピレン約500gで洗浄してフラッシュする。この混合物を放出し、新たなプロピレンを少量用いて反応器を再度洗浄してから空にする。
「重合等級」の液状プロピレンを約800g、所望の濃度とするのに必要な量のENBと共に反応器に仕込んでから、スキャベンジャーとしてのみ作用するTIBAの0.3モルヘキサン溶液を約1ml導入する。分子量調節剤として、少量の水素を必要に応じて添加する。反応器を45℃の重合温度とし、軽く攪拌している液体混合物の平衡圧が所望の圧(22〜28ate)に達する迄、投げ込み管を用いて気体のエチレンを導入する。これらの条件下では、液相中のエチレンのモル濃度は、系の全体の圧により異なるが、約12〜20%である。
【0130】
窒素中に保持した適切な有底試験管にトルエンを10ml仕込み、成分(i)と成分(ii)を、所望の触媒組成物を得るのに適した量、添加する。特に、実施例1に記載したようにして得た上記のメタロセン錯体を、約1×10−3モルのトルエン溶液として所望量、導入し、その後、MAOを、表4に示すように、得られる触媒混合物中のアルミニウム/ジルコニウムのモル比が6,000〜7,000となるような量で添加する。このようにして形成した触媒溶液を室温で数分間保持し、その後、不活性ガスの流れの中で、金属の容器中に注ぎ入れる。その容器から、窒素の過剰な圧を用いて、触媒溶液を反応器に移す。
【0131】
反応した部分を補う為にエチレンを連続的に供給して圧を一定に保つよう配慮しながら、重合反応を45℃で行う。1時間後にエチレンの供給を中断し、残存しているモノマーを抜き、オートクレーブを急激に室温に冷却する。ポリマーを回収し、約80℃でカレンダー圧延することにより、モノマーの脱蔵を完了させる。このようにして得た固体ポリマーの重量を測定し、1時間についての金属ジルコニウム1グラムに対するポリマーのキログラム(Kgpol./gZr・h)として、触媒の活性度を計算する。
IR分光分析法で測定したモノマー単位の含有率、及び加硫後に上記の方法で測定した様々な機械的特性により、これらのコポリマーの特性決定を行う。この特性決定の結果、及び重合条件を、以下の表4に示す。
これらの実施例により、本発明のメタロセン錯体から出発して得られる触媒系が、エチレン−プロピレンエラストマーコポリマー、及び高いムーニー粘度をもつエチレン−プロピレン−ジエンターポリマーの製造に有効であることが実証される。
【0132】
実施例15(比較例)
前の実施例10と同じ装置、及び手順を用いて、但し触媒系の一成分として、本発明の二塩化o−ベンジリデンビス−(η −1−インデニル)ジルコニウム錯体の代わりに、二塩化1,2−エチレンビス(η −1−インデニル)ジルコニウム錯体(ウィトコの市販品)を用い、下の表4に具体的に示すプロセス条件下で重合テストを行った。このようにして得たコポリマーについて、上記のように特性決定を行った。得られた結果を、下の表4にまとめる。
【0133】
【表2】
Figure 0004372258
【0134】
実施例16〜19:エチレン/プロピレンの共重合、及びENBとの三元共重合一連のエチレン/プロピレン/ENBの共重合及び三元共重合テストを、サーモスタット制御された水循環ジャケット、機械的攪拌機、及び得られたポリマーを脱蔵する為の600リットルのストリッパーと底の部分でバルブにより接続されているモノマー連続供給系の取り付けられた、60リットルの反応器中で実施する。より効果的に温度を調節する為に、気相の一部を連続的に抜き取る為の特別な部分を、反応器に付加的に設ける。抜き取った気相は、濃縮して、液体として反応器に再び導入する。
気−液平衡に保たれている反応混合物の組成を、クロモソルブ102 60/80カラムを取り付けた COMBUSTION ENGINEERING プロセス・ガスクロマトグラフ3100型気相自動分析装置で、6分毎に測定する。
【0135】
モノマーとプロパンを、液体の体積が35リットルになる迄、45℃にサーモスタット制御された反応器に導入する。モノマーとプロパンのそれぞれの量は、気相の組成が下の表5に示されている組成と一致するように調節する。これらの条件下では、全体の圧は通常、1.5〜2.0MPaである。
表5に示す割合を守って、所望量のMAO(10重量%トルエン溶液で)と、二塩化o−ベンジリデンビス(η −1−インデニル)ジルコニウム錯体(0.1重量/容積%トルエン溶液で)とを混合することにより、触媒をトルエン溶液として別個に調製する。
【0136】
トリイソブチルアルミニウム約4.3g(28ミリモル)のヘキサン溶液(13重量/容積%)を反応器に導入して、スキャベンジャーとして作用させる。この混合物を数分間攪拌した後、反応器に接続した、無水窒素で加圧した特別の容器を用いて、触媒溶液を導入する。
その後、温度を45℃に一定に保ちつつ、また液体と平衡状態にある気相の組成が、表5に示す値で一定となるようにモノマーを更に連続的に供給しつつ、重合を1時間行う。最後に、反応器の内容物を、水が約300リットル入っているストリッパー中に室温で放出し、残存しているモノマーとプロパンを蒸発させて除去する。残った水性懸濁液を濾過し、得られたポリマーをカレンダー中で乾燥させて特性決定を行う。結果を表5に示す。
【0137】
表5 − エチレンの共重合、及び三元共重合

実施例番号 16 17 18 19
触媒Zrミリモル 0.004 0.02 0.01 0.01
Al/Zr 5000 6000 6000 6000
エチレン(モル%) 33.0 30.1 28.3 29.5
プロピレン(モル%) 16.0 16.6 15.4 18.5
プロパン(モル%) 51.0 53.2 54.0 47.1
ENB(初期)(ml) − 150 150 250
(初期)(ミリモル) 0.07 0.15 0.08 0.17
活性度(kgpol /gZr・h) 1900 1000 1515 700
C3pol (重量%) 27 31 29 27
ENBpol (重量%) − 3.7 3.5 7.6
固有粘度(dl/g) 1.6 1.4 2.0 −
ムーニー粘度(ML1+4) 57 40 82( ) 31
):125℃で測定
【0138】
実施例20:エチレン/1−ヘキセンの共重合
I)触媒の調製
前の実施例1に従って調製した式(VIII)をもつ錯体23mg(0.048ミリモル)を50mlの無水トルエンに溶解し、この混合物に、MAOの10重量%トルエン溶液(Alの力価=1.57M)を3ml、Al/Zr原子比が大体100となるように室温で添加することにより、本発明の重合触媒の溶液を別個に調製する。この溶液を、重合混合物に導入する前に、室温で30分間攪拌して熟成させる。
【0139】
II)重合
トルエン900ml(金属ナトリウム上で予め蒸留したもの)、1−ヘキサン60ml(水素化カルシウムCaH 上で予め蒸留したもの)、及び上記のMAOの10%トルエン溶液を、プロペラ攪拌機、及びサーモスタット制御されたジャケットの取り付けられた、2リットルのガラス製反応器をもつBUCHIオートクレーブに仕込み、真空下で少なくとも2時間保持する。その間に、窒素を用いて三回洗浄を行う。オートクレーブをエチレンで0.2MPaに加圧し、40℃に加熱する。
【0140】
オートクレーブを減圧し、上記のようにして調製した触媒溶液を1.1ml、錯体中のジルコニウムとMAO中に含まれる全アルミニウム(触媒溶液と共に導入されるアルミニウムと、オートクレーブに直接導入されたアルミニウムとの合計)の原子比が2,500となるように、エチレン気流中で導入する。オートクレーブを再度、エチレンを用いて2ateの圧とし、温度を40℃にサーモスタット制御しながら、またテスト中ずっと圧を一定に保つ為にエチレンを連続的に供給しながら、重合を30分間行う。最後に、酸性化したメタノールを5ml添加して反応を中断させ、オートクレーブを減圧し、酸性化したメタノールを3リットル用いて沈殿させてポリマーを回収し、アセトンで洗浄する。乾燥後に、以下の特性をもつエチレン/1−ヘキセンコポリマー(LLDPE)が15g得られる。
数平均分子量(M ):122,000、
重量平均分子量(M ):327,000、
分子量分布(MWD=M /M ):2.7
1−ヘキセン由来のモノマー単位
(1−ヘキセンの挿入されたもの):8%
モノマーの反応性比(r ・r ):0.64
収量:330kgPOL /(gZr・h)
【0141】
実施例21:エチレン/1−オクテンの共重合
前の実施例20と全く同じ手順、及び物質を用いて、但し、60mlの1−ヘキセンの代わりに75mlの1−オクテンを用いて、エチレン/1−オクテンの共重合テストを行う。
乾燥させた後、最後に、以下の特性をもつエチレン/1−オクテンコポリマー(LLDPE)が11g得られる。
数平均分子量(M ):164,000、
重量平均分子量(M ):362,000、
分子量分布(MWD=M /M ):2.2
1−オクテン由来のモノマー単位
(1−オクテンの挿入されたもの):7.3%
モノマーの反応性比(r ・r ):0.45
収量:242kgPOL /(gZr・h)
【0142】
実施例22:高温重合
約100MPa迄の圧、及び160〜220℃の温度で運転できる1リットルのスチール製断熱反応器中で、重合テストを行う。
モノマーと触媒溶液をそれぞれ含む二つの流れを、反応器に供給する。流量は、滞留時間が約40秒となるような値に保持する。一回通す毎の転化率、従って温度を、ポリマーの生成が3〜4kg/hの範囲に保たれるよう、触媒溶液の流量によりコントロールして調節する。
90mlのトルエンに、上の実施例1に従って調製した二塩化o−ベンジリデンビス−(η −1−インデニル)ジルコニウム錯体を550mg(1.14ミリモル)溶解し、MAOのトルエン溶液(Al力価=4.5M)を150ml添加して触媒溶液を調製する(Al/Zr比=600)。この溶液を室温で約1時間攪拌した後、反応器に導入する前に、アイソパーLを1,800ml添加して希釈する。供給する溶液中のZrの濃度は、0.507mMである。モノマーを含んでいる気流は、エチレン64容量%と1−ブテン46容量%とからなるものである。重合温度は約160℃の一定の値に保ち、また圧は80MPaに設定する。
【0143】
これらの条件下で、以下の特性をもつエチレン−ブテンコポリマー(LLDPE)が得られる。
=42,000、M =115,000、MWD=2.7、
(MFI)=0.42g/10分、密度=0.9218g/cm
短い枝分かれ鎖の数=8.3(1000 C)、
融点=120.1℃
触媒活性度は9,200kgポリマー/gZrであることが分かった。
【0144】
実施例23:イオン型の触媒
馬蹄形攪拌機、及びサーモスタット制御された液体循環ジャケットが取り付けられた、2リットルのスチール製の反応器をもつ、予めフラッシュして少なくとも2時間、真空(0.1Pa)下で乾燥させたBUCHIタイプのオートクレーブに、ヘプタン1リットルとプロピレン250gを順に導入する。この混合物を50℃に加熱し、全体の圧が1.3MPaに達する迄、攪拌しながら、投げ込み管を用いてエチレンを導入する。
【0145】
トリイソブチルアルミニウムの1.2Mトルエン溶液を1.0mlと、上の実施例1に従って得た二塩化o−ベンジリデンビス(η −1−インデニル)ジルコニウムの7.5×10−4M溶液を4ml、窒素中に保持した適切な有底試験管に別々に導入する。溶液を室温で15分間攪拌した後、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 [Ph C] ・ [B(C] の1.8×10−3Mトルエン溶液を3ml添加し、得られた溶液を直ちに、オートクレーブの上に置いた適切な容器に移す。その容器から、溶液を窒素で加圧して反応器中に押し込む。殆ど即座に重合が始まり、30分間続く。温度は50℃に、また圧は、エチレンを連続的に供給することで1.3MPaに保つ。最後に、残っているモノマーを抜き取ってから、メタノールを1リットル添加して凝固させてポリマーを回収し、濾過して乾燥させる。このようにして、プロピレン単位の含有率が26.9重量%、数平均分子量(M )が100,000、分子量分布(M /M )が1.8のエチレン/プロピレンコポリマーが90.5g得られる。触媒の活性度は、332kgポリマー/gZr・hであった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1における、式(VIII)をもつ錯体のX線構造を示す。
【図2】 実施例1における、式(VIII)をもつ錯体の NMRスペクトル(C Cl 、TMSに対するδppm)を示す。
【図3】 実施例2における、式(XV)をもつ錯体の H−NMRスペクトル(C Cl 、TMSに対するδppm)を示す。
【図4】 実施例3における、式(XXII)をもつ錯体の H−NMRスペクトル(C Cl 、TMSに対するδppm)を示す。

Claims (12)

  1. エチレンとα−オレフィンの(共)重合用の触媒の形成に用いることのできる、以下の式(II)をもつメタロセン錯体:
    Figure 0004372258
    [式中、Mは、チタン、ジルコニウム、もしくはハフニウムから選ばれる金属を示し、
    A’とA”はそれぞれ独立して、金属Mに配位している、アニオン性のη −シクロペンタジエニル環を含む有機基を示し、
    R’とR”はそれぞれ独立して、金属Mとσ結合しているアニオン性の基を示し、
    Bは、不飽和原子により、A’基の環、及び−CH −メチレン基とそれぞれ結合している、炭素数が1〜30の二価の不飽和有機残基を示す]。
  2. 該二価の有機残基「B」が、炭素数が6〜20のオルト−フェニレン基、もしくは炭素数が10〜20のペリ−ナフタリン基から選ばれるものである、請求項1に記載の錯体。
  3. 式(II)のR’基とR”基のそれぞれが独立して、水素原子、ハロゲン原子、 〜C20アルキルもしくはアルキルアリール基、C 〜C20アルキルシリル基、C 〜C20シクロアルキル基、C 〜C20アリールもしくはアリールアルキル基、C 〜C20アルコキシルもしくはチオアルコキシル基、C 〜C20カルボキシレートもしくはカルバメート基、C 〜C20ジアルキルアミド基、及び C 〜C20アルキルシリルアミド基から選ばれるものである、請求項1または2に記載の錯体。
  4. 互いに接触している少なくとも以下の二つの成分からなる、エチレンと他のα−オレフィンの(共)重合用の触媒:
    (i)請求項1〜3のいずれか一項に記載の、少なくとも一種のメタロセン錯体、及び
    (ii)周期表の第2族、第3族、もしくは第4族の元素から選ばれる、炭素ではない
    元素M’の少なくとも一種の有機化合物からなる助触媒。
  5. 成分(ii)中の該元素M’が、硼素、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、ガリウム、及び錫ら選ばれるものである、請求項4に記載の触媒。
  6. 該成分(ii)が高分子量のアルミノキサンであって、式(II)をもつ錯体中の金属Mとアルミノキサン中のAlの原子比が100〜5,000である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の触媒。
  7. 該成分(ii)が、式(II)をもつ錯体と反応して、この錯体からσ−結合しているR’基、もしくはR”基を引き抜いて、一方で少なくとも一種の中性の化合物を生成し、他方で、金属Mを含むメタロセンカチオンと、金属M’を含む非配位有機アニオンとからなるイオン化合物(負の電荷は多中心構造上に非局在化している)を生成することができる、M’の少なくとも一種の有機金属化合物、もしくはその混合物からなるものである、請求項4または5に記載の触媒。
  8. 成分(ii)中の金属M’と成分(i)中の金属Mの原子比が1〜6である、請求項7に記載の触媒。
  9. 該成分(ii)が、以下の式の内の一つをもつ化合物の群から選ばれるイオン電離化合物からなるものである、請求項7または8に記載の触媒。
    Figure 0004372258
    式中、下付文字「x」は0〜3の整数であり、
    基はそれぞれ独立して、炭素数が1〜10のアルキル基、もしくはアリール基を示し、また
    基はそれぞれ独立して、炭素数が6〜20の、部分的に、もしくは全体的にフッ素化されたアリール基を示す。
  10. 低圧(0.1〜1.0MPa)、中圧(1.0〜10MPa)、もしくは高圧(10〜150MPa)で、20〜240℃の温度で、必要に応じて不活性希釈剤の存在下で、一つ、もしくはそれ以上の工程で、連続的に、またバッチでエチレン、もしくはα−オレフィンを(共)重合させる方法であって、少なくともエチレン、もしくは少なくとも一種のα−オレフィンを、上記の内の一つの条件下で、請求項4〜9のいずれか一項に記載の触媒と接触させることを特徴とする方法。
  11. エチレンを、炭素数が3〜10の少なくとも一種のα−オレフィンと共重合させる、請求項10に記載の方法。
  12. 請求項1に於ける式(II)をもつ錯体の形成にリガンドとして用いることのできる、以下の一般式(IV)をもつビス−シクロペンタジエニル化合物:
    Figure 0004372258
    [ 式中、Bは、不飽和原子により、A’基の環、及び−CH −メチレン基とそれぞれ結合している、炭素数が1〜30の二価の不飽和有機残基を示し、また A’H基とA”H基はそれぞれ独立して、以下の式(IV−2(bis))により表すことのできるシクロペンタジエニル環を含む中性の有機基を示す]、
    Figure 0004372258
    [式中、置換基R 、R 、R 、及びR は、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;又は炭素及び水素とは異なる一種もしくはそれ以上のヘテロ原子を必要に応じて含む脂肪族もしくは芳香族C 〜C20ヒドロカルビル基を示すか、或いは
    置換基R 、R 、R 、及びR は、互いに隣り合ういずれか少なくとも二つが互いに結合して、シクロペンタジエニル環の結合を含む飽和もしくは不飽和C 〜C 環状構造を形成していて、該構造が炭素及び水素とは異なるヘテロ原子の内の一つ、もしくはそれ以上を必要に応じて含み、
    環の中心に示されている水素原子は、シクロペンタジエニル環のどの炭素原子とも同じように結合しており、また
    点で描かれた円は、シクロペンタジエニル環の残りの四つの原子上の二つの共役二重結合を図式的に示す]。
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