JP4629939B2 - 重合用二金属触媒系を用いたオレフィンの重合 - Google Patents
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Description
(発明の分野)
少なくとも1種の重合用触媒と少なくとも1種のエチレンオリゴマー化(oligomerization)用触媒(これを鉄触媒から選択する)を用いた方法で有用ないろいろな特性を有する重合体を生じさせることができる。
【0002】
(技術的背景)
ポリオレフィンの製造は最も頻繁に遷移金属含有触媒系を用いた重合方法で行われている。しばしば、そのような遷移金属触媒は2種類のオレフィン、例えばエチレンとα−オレフィン、特に高級α−オレフィンの共重合で用いられる。そのような共重合体は多種多様な分野で用いるに非常に有用であることが確認されてはいるが、しかしながら、そのような種類の重合体では、そのようなα−オレフィンのコストが安価なオレフィン、例えばエチレンまたはプロピレンなどのみから重合体を製造した時に比較して高いことが否定的要因になっている。
【0003】
エチレンのオリゴマー化と重合を「同時に」起こさせて(大部分のケースで)分枝ポリエチレンを生じさせることに関するいろいろな報告が文献に見られ、例えばWO90/15085、WO99/50318、米国特許第7553785号、米国特許第5856610号、米国特許第5686542号、米国特許第5137994号および米国特許第5071927号;C.Denger他、Makromol.Chem.Rapid Commun.、12巻、697−701頁(1991);そしてE.A.Benham他、Polymer Engineering and Science、28巻、1469−1472頁(1988)を参照のこと。前記文献のいずれにも本明細書に示す方法も結果として生じさせる分枝ポリオレフィンも具体的には全く記述されていない。
【0004】
(発明の要約)
本発明は、
(1)エチレンを含んで成る1番目の単量体成分とエチレンオリゴマー化用触媒を前記エチレンの少なくとも一部がオリゴマー化して一般式R28CH=CH2[式中、R28は炭素原子数が偶数のアルキルである]で表される1種以上の偶数(even)α−オレフィンが生じる条件下で接触させ、そして
(2)共重合用活性遷移金属触媒を段階(1)で生じたα−オレフィンの少なくとも一部とエチレンを含んで成る2番目の単量体成分にこの2番目の単量体成分が共重合する条件下で接触させる、
段階を含んで成る分枝ポリオレフィン製造方法に関し、本方法は、
前記エチレンオリゴマー化用触媒が式(I):
【0005】
【化3】
【0006】
[式中、
R1、R2、R3、R4およびR5は、各々独立して、水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルまたは不活性な官能基であるが、但しR1、R2およびR3のいずれか2つが互いに隣接して位置する時には一緒になって環を形成していてもよいことを条件とし、そして
R6およびR7は、アリールまたは置換アリールである]
で表される配位子の活性Fe錯体を含んで成り、かつ
前記2番目の単量体成分が更に式R18CH=CH2[式中、R18は炭素原子数が奇数のアルキルである]で表される奇数(odd)α−オレフィンも含んで成る、
ことを特徴とする。
【0007】
上述した方法の2つの段階を以下に更に詳細に記述するように個別、逐次的および/または同時に行ってもよい。
【0008】
(好適な態様の詳細な説明)
本明細書では以下に定義する特定の用語を用いる。
【0009】
「ヒドロカルビル」は、炭素と水素のみを含有する一価基を意味する。ヒドロカルビルの例として置換されていないアルキル、シクロアルキルおよびアリールを挙げることができる。特に明記しない限り、本明細書に示すヒドロカルビル基が含む炭素原子の数は1から30、より好適には炭素原子の数は1から20であるのが好適である。
【0010】
本明細書に示す「置換ヒドロカルビル」は、このような基を含有する化合物がさらされる工程条件下で不活性である「不活性な官能基」を1つ以上含むヒドロカルビル基を意味する。前記不活性な官能基は、また、オリゴマー化/重合過程を実質的に妨害しない。例えば、そのような不活性な官能基が錯体を形成している鉄原子の近くに存在し得る場合[例えば、(I)中のR4またはR5、またはR4、R5、R6またはR7上の置換基などの場合]、そのような不活性な官能基は(I)に示した3つのN基(これらが所望の配位基である)が鉄原子に配位するよりも強力に配位すべきでない、即ちそのような官能基は所望の配位するN基の1つ以上を追い出すべきでない。ヒドロカルビルはトリフルオロメチルのように完全に置換されていてもよい。特に明記しない限り、本明細書に示す置換ヒドロカルビル基は炭素原子を1から約30個含むのが好適である。複素環式環も「置換されている」の意味に含まれる。
【0011】
不活性な官能基の例にはハロ(フルオロ、クロロ、ブロモおよびヨード)、エステル、ケト(オキソ)、アミノ、イミノ、カルボキシル、ホスファイト、ホスホナイト、ホスフィン、ホスフィナイト、チオエーテル、アミド、ニトリルおよびエーテルが含まれる。好適な不活性官能基はハロ、エステル、アミノ、イミノ、カルボキシル、ホスファイト、ホスホナイト、ホスフィン、ホスフィナイト、チオエーテルおよびアミドである。ある場合には、米国特許第5955555号、米国特許第6103946号およびWO98/30612(これらは全部引用することによってあたかも詳細に示す如く全目的で本明細書に組み入れられる)を参考にすることで、どのオリゴマー化/重合の時にどの不活性官能基が有用であるかを決定することができる。
【0012】
オリゴマー化もしくは重合用「触媒活性化剤」は、遷移金属化合物と反応して活性化を受けた触媒種を生じさせる化合物を意味する。好適な触媒活性化剤はアルキルアルミニウム化合物、即ちアルミニウム原子に結合しているアルキル基を少なくとも1つ有する化合物である。
【0013】
「比較的配位しない(または弱く配位する)アニオン」は、本技術分野でこの様式で一般に呼ばれる如きアニオンを意味し、そのようなアニオンが配位する能力は知られていて文献に考察されており、例えばW.Beck.他、Chem.Rev.、88巻、1405−1421頁(1988)およびS.H.Stares、Chem.Rev.、93巻、927−942頁(1993)(これらは両方とも引用することによって本明細書に組み入れられる)を参照のこと。そのようなアニオンは、とりわけ、この直ぐ後のパラグラフに記述する如きアルミニウム化合物とX-(以下により詳細に考察する如きアニオン)から作られたアニオンであり、それには(R19)3AlX-、(R19)2AlClX-、R19AlCl2X-およびR19AlOX-[ここで、R19はアルキルである]が含まれる。配位しない他の有用なアニオンには、BAF-{BAF=テトラキス[3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ボレート}、SbF6 -、PF6 -およびBF4 -、トリフルオロメタンスルホネート、p−トルエンスルホネート、(RfSO2)2N-および(C6F5)4B-が含まれる。
【0014】
本明細書に示す「第一炭素基」は、式−CH2−−−[ここで、遊離原子価−−−は他の原子に対するものであり、そして実線で示す結合は、この第一炭素基が結合しているアリールまたは置換アリールの環原子に対するものである]で表される基を意味する。このように、遊離原子価−−−は水素原子、ハロゲン原子、炭素原子、水素原子、硫黄原子などに結合し得る。言い換えれば、遊離原子価−−−は水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルまたは官能基に対するものであり得る。第一炭素基の例には−CH3、−CH2CH(CH3)2、−CH2Cl、−CH2C6H5、−OCH3および−CH2OCH3が含まれる。
【0015】
第二炭素基は、基
【0016】
【化4】
【0017】
を意味し、ここで、実線で示す結合は、この第二炭素基が結合しているアリールまたは置換アリールの環原子に対するものであり、そして破線で示す両方の遊離結合は水素以外の原子1つまたは2つ以上に対するものである。このような原子または基は同じか或は異なっていてもよい。言い換えれば、破線で示す遊離原子価はヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルまたは不活性な官能基に対するものであり得る。第二炭素基の例には−CH(CH3)2、−CHCl2、−CH(C6H5)2、シクロヘキシル、−CH(CH3)OCH3および−CH=CCH3が含まれる。
【0018】
「第三炭素基」は、式
【0019】
【化5】
【0020】
で表される基を意味し、ここで、実線で示す結合は、この第三炭素基が結合しているアリールまたは置換アリールの環原子に対するものであり、そして破線で示す3つの遊離結合は水素以外の原子1つまたは2つ以上に対するものである。言い換えれば、破線で示す結合はヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルまたは不活性な官能基に対するものである。第三炭素基の例には−C(CH3)3、−C(C6H5)3、−CCl3、−CF3、−C(CH3)2OCH3、−C≡CH、−C(CH3)2CH=CH2、アリールおよび置換アリール、例えばフェニルおよび1−アダマンチルなどが含まれる。
【0021】
「アリール」は、遊離原子価が芳香環の炭素原子に対するものである一価芳香族基を意味する。アリールは芳香環を1つ以上持っていてもよく、前記芳香環は縮合していてもよいか、単結合または他の基で連結していてもよい。
【0022】
「置換アリール」は、前記「置換ヒドロカルビル」の定義で挙げたように置換されている一価芳香族基を意味する。置換アリールもアリールと同様に芳香環を1つ以上持っていてもよく、前記芳香環は縮合していてもよいか、単結合または他の基で連結していてもよいが、しかしながら、この置換アリールが複素芳香環を有する時には置換アリール基の遊離原子価が炭素に対するものでなく複素芳香環のヘテロ原子(例えば窒素)に対するものであってもよい。
【0023】
配位子(I)(そしてまたそれらのFe錯体)の好適な式および化合物がこの上で組み入れた米国特許第6103946号に見られ、この出願に示されている好適な基および化合物がまた本明細書でも好適である。
【0024】
より具体的には、好適なオリゴマー化用触媒は、
R1、R2およびR3が各々独立して水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルまたは不活性な官能基であるが、但しR1、R2およびR3のいずれか2つが互いに隣接して位置する時には一緒になって環を形成していてもよいことを条件とし、
R4およびR5が各々独立して水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルまたは不活性な官能基であり、
R6およびR7が各々独立してイミノの窒素に結合している1番目の環原子を有するアリールまたは置換アリールであるが、但し
R6に関して、前記1番目の環原子に隣接して位置する2番目の環原子がハロゲン、第一炭素基、第二炭素基または第三炭素基に結合していることを条件とし、そして更に
R6に関して、前記2番目の環原子がハロゲンまたは第一炭素基に結合している時には前記1番目の環原子に隣接して位置するR6およびR7中の他の環原子の1つまたは2つがハロゲンまたは第一炭素基に結合しているか或は前記他の環原子のいずれもハロゲンにも第一炭素基にも結合していなくて前記1番目の環原子に隣接して位置する前記環原子の残りが水素原子に結合しているか、或は
R6に関して、前記2番目の環原子が第二炭素基に結合している時には前記1番目の環原子に隣接して位置するR6およびR7中の他の環原子の1つまたは2つがハロゲン、第一炭素基または第二炭素基に結合しているか或は前記他の環原子のいずれもハロゲンにも第一炭素基にも第二炭素基にも結合していなくて前記1番目の環原子に隣接して位置する前記環原子の残りが水素原子に結合しているか、或は
R6に関して、前記2番目の環原子が第三炭素基に結合している時には前記1番目の環原子に隣接して位置するR6およびR7中の他の環原子の1つが第三炭素基に結合しているか或は前記他の環原子のいずれも第三炭素基に結合していなくて前記1番目の環原子に隣接して位置する前記環原子の残りが水素原子に結合している、
ことを条件とする、
前記一般式(I)で表される配位子のFe錯体(Fe[II]またはFe[III])である。
【0025】
「イミノの窒素原子に結合しているR6およびR7中の1番目の環原子」は、(I)に示したイミノの窒素に結合している基、例えば
【0026】
【化6】
【0027】
に含まれる環原子を意味し、(III)および(IV)中の環内の1位に示した原子がイミノ炭素原子に結合示している1番目の環原子である(アリール基上の置換基であり得る他の基は示していない)。例えば、(V)および(VI)
【0028】
【化7】
【0029】
に、1番目の環原子に隣接して位置する環原子を示し、ここで、そのような隣接して位置する原子に対する開放原子価を破線で示す[(V)の場合には2,6位で(VI)の場合には2,5位]。
【0030】
特に、式(II):
【0031】
【化8】
【0032】
[式中、
R1、R2、R3、R4、R5、R9、R10、R11、R14、R15およびR16は、各々独立して、水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルおよび不活性な官能基から成る群から選択され、そして
R8は、ハロゲン、第一炭素基、第二炭素基または第三炭素基であるが、但し
R8がハロゲンまたは第一炭素基の時にはR12、R13およびR17の1つまたは2つが独立して第一炭素基、不活性な官能基またはトリハロ第三炭素基であるか或はそれらのいずれも第一炭素基でも不活性な官能基でもトリハロ第三炭素基でもなくそしてR12、R13およびR17の残りが水素であり、
R8が第二炭素基の時にはR12、R13およびR17の1つが第一炭素基、第二炭素基、トリハロ第三炭素基または不活性な官能基であるか或はそれらのいずれも第一炭素基でも第二炭素基でもトリハロ第三炭素基でも不活性な官能基でもなくそしてR12、R13およびR17の残りが水素であり、
R8が第三炭素基の時にはR12、R13およびR17の全部が水素であり、
R1、R2およびR3のいずれか2つが互いに隣接して位置する時には一緒に環を形成していてもよく、そして
R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16およびR17のいずれか2つが互いに隣接して位置する時には一緒に環を形成していてもよい、
ことを条件とする]
で表される配位子が好適である。
【0033】
配位子(II)の1つの好適な態様では、R4およびR5がメチルまたは水素であり、そして/またはR1、R2およびR3の全部が水素であり、そして/またはR9、R10、R11、R14、R15およびR16の全部が水素であり、そして/またはR17がメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ハロおよびトリハロメチルから成る群から選択され、そして/またはR12が水素、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ハロおよびトリハロメチルから成る群から選択される。より好適な特定態様では、R12およびR17の両方がメチルまたはエチルである。そのようなケースの全部でR8は第一炭素基でありそしてR13は水素である。
【0034】
配位子(II)の好適な特定態様では、
R4およびR5がメチルであり、R9、R10、R11、R13、R14、R15およびR16の全部が水素であり、R12が水素またはメチルであり、R17がメチルでありそしてR8が第一炭素基であるか、或は
R4およびR5がメチルであり、R9、R10、R11、R13、R14、R15およびR16の全部が水素であり、R12が水素またはエチルであり、R17がエチルでありそしてR8が第一炭素基であるか、或は
R4およびR5がメチルであり、R9、R10、R11、R13、R14、R15およびR16の全部が水素であり、R12が水素またはイソプロピルであり、R17がイソプロピルでありそしてR8が第一炭素基であるか、或は
R4およびR5がメチルであり、R9、R10、R11、R13、R14、R15およびR16の全部が水素であり、R12が水素またはn−プロピルであり、R17がn−プロピルでありそしてR8が第一炭素基であるか、或は
R4およびR5がメチルであり、R9、R10、R11、R13、R14、R15およびR16の全部が水素であり、R12が水素またはクロロであり、R17がクロロでありそしてR8が第一炭素基であるか、或は
R4およびR5がメチルであり、R9、R10、R11、R13、R14、R15およびR16の全部が水素であり、R12が水素またはトリフルオロメチルであり、R17がトリフルオロメチルでありそしてR8が第一炭素基である。
【0035】
配位子(II)の別の好適な態様では、R1、R2、R3、R4、R5、R9、R10、R11、R14、R15およびR16が正に定義した通りであり、そしてR8が第一炭素基の時にはR12とR17が水素でR13が第一炭素基であるか或はR8が第二炭素基の時にはR12とR17が水素でR13が第一炭素基または第二炭素基である。
【0036】
また、R8が第一炭素基の時には、これを好適にはメチル、エチル、プロピルおよびブチルから選択するのが好適である。
【0037】
この上で組み入れた米国特許第5955555号、米国特許第6103946号およびWO98/30612ばかりでなくWO99/50273(1999年3月29日付けで提出した米国特許出願連続番号08/277910に相当)(また引用することによってあたかも詳細に示す如く全目的で本明細書に組み入れられる)には、配位子(I)およびこれのFe錯体の合成が記述されており、さらなる詳細に関してはそれを参考にすることができる。
【0038】
配位子(I)またはこれのFe錯体[これらの多くはこの上で組み入れた米国特許第5955555号、米国特許第6103946号およびWO98/30612ばかりでなくWO99/50273(1999年3月29日付けで提出した米国特許出願連続番号08/277910に相当)に記述されている]から活性のあるオリゴマー化用触媒を生じさせる方法は多種多様であり、その記述されている方法を本明細書に適用することができる。
【0039】
「純粋な」Fe錯体は式(I)FeXn[式中、各Xはアニオンであり、nは1、2または3であり、その結果として、X基が有する負電荷の総数は純粋なFe錯体に含まれるFeの酸化状態に等しい]で例示可能である。好適には、各Xは一価アニオンであり、より好適にはハライドおよびニトリルから成る群から選択され、特にハライド、例えばクロライドまたはブロマイドである。
【0040】
そのような純粋なFe錯体が自ら本質的に活性のあるオリゴマー化用触媒であり得るか、或はそれらに活性化を受けさせてもよく(またはより高い活性を示すようにしてもよく)、好適には、それらを触媒活性化剤にいろいろな方法で接触させることによるインサイチュー調製で活性化を受けさせてもよい。一般的には、最も高い活性を示す触媒は触媒活性化剤に接触させておいた触媒であることを確認した。
【0041】
本明細書に示すオリゴマー化用触媒を用いてエチレンからオリゴマー(時にはα−オレフィンと呼ぶ)を生じさせることに関する詳細を、一般に、この上で組み入れた米国特許第6103946号ばかりでなく、B.L.Small他、J.Am.Chem.Soc.、120巻、7143−7144頁(1988)(また引用することによってあたかも詳細に示す如く全目的で本明細書に組み入れられる)に見ることができる。
【0042】
エチレンと1番目の化合物W(これはX-を引き抜いてWX-を生じさせる能力を有する中性のルイス酸である)と配位子(I)のハロゲン化鉄錯体[または(I)の他のX-錯体]を接触させることでエチレンをオリゴマーにすることができるが、但し前記生じるアニオンが弱く配位するアニオンであるか或は弱く配位するアニオンである対イオンを伴うカチオン性ルイス酸もしくはブレンステッド酸であることを条件とする。
【0043】
(I)のFe錯体がアルキルもハイドライドも金属に既に結合しているエチレンに置き換わり得る他の基も含まない(即ちXがアルキルでもハイドライドでもない)場合には、また、中性ルイス酸またはカチオン性ルイス酸もしくはブレンステッド酸を用いて金属をアルキル化(alkylate)するか或はハイドライドを金属に付加させてもよい、即ちそれらはアルキル基もしくはハイドライドが金属原子に結合するのを促すようなものであってもよいか、或はアルキルもしくはハイドライド基を付加させる個別の化合物を添加する。
【0044】
金属をアルキル化する能力を有する好適な中性ルイス酸は、選択したアルキルアルミニウム化合物、例えばR20 3Al、R20 2AlCl、R20AlCl2および「R20AlO」(アルキルアルミノキサン)[ここで、R20は、炭素原子数が1から25、好適には炭素原子数が1から4のアルキルである]である。適切なアルキルアルミニウム化合物にはメチルアルミノキサン(これは一般式[MeAlO]nで表されるオリゴマーである)、(C2H5)2AlCl、(C2H5)AlCl2および[(CH3)2CHCH2]3Alが含まれる。ハイドライド基をFeに結合させる目的で金属のハロゲン化物、例えばNaBH4などを用いることも可能である。
【0045】
前記オリゴマー化用触媒を用いて生じさせるオリゴマーは、好適には、式H2C=CHR28[式中、R28は、炭素原子の数が偶数のn−アルキルである]で表される系列の化合物である。この系列のα−オレフィンはR18が含む炭素原子の数が2、4、6、8、10、12、14、16および場合によりそれより大きい数である個々のα−オレフィンを含んで成るのが好適である。このオリゴマー化の生成物は、通常、前記式で表されるオリゴマーの混合物であり、これの数平均分子量を好適には約600以下、より好適には約400以下にする。場合により、他のオレフィンを工程に任意時点で添加してもよく、そのようにすると、それらもまた共重合して最終的に生じるポリオレフィンに組み込まれる。
【0046】
そのようなオレフィンを最初に生じさせ、続いて共重合反応を起こさせ、このようにサンプリングを行うことができる場合には、用いるオレフィン系列(olefin series)をガスクロなどで分析して、そのオレフィン系列が前記組成範囲のいずれも満足させるか否かを確認してもよい。そのようなオレフィン系列を共重合反応と同時にインサイチューで生じさせる場合には、そのようなオレフィン系列の代表的なサンプルを得ることができない可能性がある。一般的には、共重合用触媒の存在なしでも活性を示してエチレンから必要なオレフィンを生じさせるエチレンオリゴマー化用触媒を用いて、そのようなオレフィン系列をインサイチューで生じさせる。この場合には、オリゴマー化を共重合用触媒の存在なしにオリゴマー化/共重合の組み合わせにかなり類似した条件下で起こさせて前記系列のオレフィンのみを生じさせてもよい。次に、このようにして得た系列のオレフィンを分析(ガスクロなどで)してそれが妥当な範囲を満足させるか否かを決定する。そのような系列のオレフィンの典型的な分析をこの上で組み入れた米国特許第6103946号に見ることができる。本明細書では、そのようなα−オレフィンが分枝ポリオレフィンの中に組み込まれる度合はそれらを重合過程に存在させる相対的量に比例すると考えている。このことは、例えば揮発性オレフィン、例えば1−ブテンなどがある程度「失われ」て重合反応に利用されない場合にはあまり正確でない可能性がある。
【0047】
そのような系列のオレフィンをエチレンから生じさせる場合、しばしば、得られるオレフィンの分子量の尺度はSchulz−Flory理論(例えばB.Elvers他編集、Ullmann’s Encyclopeida of Industrial Chemistry、A13巻、VCH Verlagsgesellschaft mbH、Weinheim、1989、243−247頁および275−276頁を参照)による係数Kである。これは
K=n(Cn+2オレフィン)/n(Cnオレフィン)
として定義され、ここで、n(Cnオレフィン)は、炭素原子数がnのオレフィンのモル数でありそしてn(Cn+2オレフィン)は炭素原子数がn+2のオレフィンのモル数である、言い換えれば、Cnオレフィンの次の高級オリゴマーのモル数である。これを用いて、結果として生じるオリゴマー状の反応生成物の混合物に入っているいろいろなオレフィンの重量(質量)分率を決定することができる。K係数が約0.55から約0.90、より好適には0.65から約0.80の範囲になるようにするのが好適である。このK係数は、また、オリゴマー化条件および/またはオリゴマー化用触媒を変えることでも変わり、例えばこの上で組み入れた米国特許第6103946号を参照のこと。生じた重合体の分枝パターンを分析することで、α−オレフィンをもたらすオリゴマー化のK係数をおおざっぱに逆計算することができるが、これは誤差を伴う可能性がある(以下を参照)。
【0048】
共重合用触媒はオリゴマー化用触媒とは化学的に異なっていてエチレンといろいろなα−オレフィンを共重合させる能力を有する触媒、例えば良く知られたいろいろなチーグラー・ナッタ型(Ziegler−Natta−type)またはメタロセン型(metallocene−type)触媒のいずれか1つまたは任意組み合わせなどである。他の適切な種類の共重合用触媒には、アミジミデート(amidimidates)の遷移金属錯体および(I)の特定の鉄もしくはコバルト錯体が含まれる。
【0049】
本明細書に示す本発明に従う分枝共重合体の合成で生じ得る重合体は特殊であるが、この理由は前記2種類の触媒の性質による。好適な態様(以下に考察)では、オリゴマー化と共重合を同時に実施しそして/またはオリゴマー化と共重合を匹敵する速度で起こさせることでいろいろな特殊な共重合体を生じさせる。
【0050】
1つの好適な形態では、特に結晶性重合体が望まれる場合、本方法を気相中で実施する。気相重合では、重合を起こさせる時に用いる両方の触媒を同じ粒子内に存在させる[例えば元々支持型触媒(supported catalyst)を用いる]と、多くの場合、α−オレフィンが特に有効に用いられる(重合して結果として生じる重合体の中に組み込まれる)と考えている。また、特に非晶質または結晶性が低い共重合体が望まれる場合には、本方法を液状スラリーまたは溶液中で実施することも可能である。
【0051】
正に示したように、本発明に従う方法を用いて新規なポリエチレンを生じさせることができる。この場合の「ポリエチレン」は、エチレンが重合体に含まれる繰り返し単位の少なくとも約50モルパーセント、より好適には少なくとも約80モルパーセント、より好適には少なくとも約90モルパーセントの源になる重合で生じた重合体を意味する。しかしながら、その生じた重合体はエチレン単独の直接的重合で生じた重合体でなく、エチレンとインサイチューで生じた偶数α−オレフィンと炭素原子数が奇数(1種以上)の奇数α−オレフィン1種または2種以上の共重合で生じた重合体であると理解する。その生じた重合体には一般に−R18分枝が存在しており、言い換えれば、炭素原子数が奇数の分枝を含む重合体が存在する。そのような奇数分枝の量は重合混合物に含めた奇数α−オレフィンの量に関係するであろう。
【0052】
加うるに、その生じた重合体は式−(CH2CH2)nH(末端基を除く)[式中、nは1以上である]で表される分枝を含むであろう。この重合体はそのような分枝をメチレン原子1000個当たり好適には1から100、より好適には1から30個含む。通常は、ある範囲の「n」を示す分枝が重合体中に存在するであろう。重合体中に存在するそのような分枝の量(総メチル基で測定)は、重合体に含まれるメチレン基1000個当たり好適には約2から約200、特に好適には約5から約175、より好適には約10から約150、特に好適には約20から約150の範囲の分枝数である[測定および計算方法に関しては米国特許第5880241号(また引用することによって本明細書に組み入れられる)を参照]。そのような分枝の別の好適な範囲はメチレン炭素原子1000個当たり約50から約200個のメチル基である。また、そのような分枝重合体に各々がエチルおよびn−ヘキシルまたはそれより長い分枝である分枝がメチレン基1000個当たり少なくとも2個とn−ブチルが少なくとも1個、より好適には各々がエチルおよびn−ヘキシルまたはそれより長い分枝である分枝がメチレン基1000個当たり少なくとも4個とn−ブチル分枝が少なくとも2個、特に好適には各々がエチルおよびn−ヘキシルまたはそれより長い分枝である分枝がメチレン基1000個当たり少なくとも10個とn−ブチル分枝が少なくとも5個存在するようにするのも好適である(単独またはこの上に示した他の好適な特徴と組み合わせて)。また、このようなポリエチレンに存在するブチル分枝よりもエチル分枝の方が多くなるようにするのも好適である。
【0053】
この上に示した分枝パターンのいずれかと組み合わせて、また、前記ポリマーが−R18分枝をメチレン基1000個当たり好適には1から100、より好適には2から20個持つようにする。また、好適には、前記−R18分枝はメチル(プロペンに由来)および/またはプロピル(1−ペンテンに由来)分枝である。
【0054】
前記重合の条件、特にオリゴマー化用触媒の条件はこの上で組み入れた米国特許第6103946号に見られる条件である。簡単に述べると、重合を実施する時の温度は約−100℃から約+200℃、好適には約−20℃から約+80℃である。エチレン使用時に用いる重合圧力はあまり重要でなく、大気圧から約275MPaまたはそれ以上の圧力が適切な範囲である。このような重合はバッチ式、半バッチ式または連続式方法であってもよく、液状媒体中または気相中で実施可能である。
【0055】
本発明に従う重合では、結果として生じる重合体が好適には少なくとも50、より好適には少なくとも200、特に好適には少なくとも400の平均重合度を示すようにする。
【0056】
数多くの種類の触媒が共重合用触媒として用いるに有用である。例えば、いわゆるチーグラー・ナッタおよび/またはメタロセン型の触媒を用いてもよい。このような種類の触媒はポリオレフィン分野で良く知られており、メタロセン型触媒の情報に関しては例えばAngew.Chem.、Int.Ed.Engl.、34巻、1143−1170頁(1995)、ヨーロッパ特許出願公開第0416815号および米国特許第5198401号が参考になりそしてチーグラー・ナッタ型触媒の情報に関してはJ.Boor Jr.、Ziegler−Natta Catalysts and Polymerizations、Academic Press,New York、1979が参考になり、これらは全部引用することによって本明細書に組み入れられる。このような種類の触媒に有用な重合条件とオリゴマー化用触媒に有用な重合条件は多くが一致し、このように、本方法の条件は容易に受け入れられる。メタロセンまたはチーグラー・ナッタ型重合ではしばしば「共触媒」または「活性化剤」が必要であり、例えばオリゴマー化用触媒では時としてWが必要である。この目的で、多くの場合、両方の種類の触媒に同じ化合物、例えばアルキルアルミニウム化合物などを用いてもよい。
【0057】
共重合用触媒に適切な触媒には、また、米国特許第5324800号およびヨーロッパ特許出願公開第0129368号に記述されている如きメタロセン型の触媒も含まれ、特に例えば米国特許第5145819号およびヨーロッパ特許出願公開第0485823号に記述されている如き橋状ビス−インデニルメタロセンが有利である。別の種類の適切な触媒には、ヨーロッパ特許出願公開第0416815号、ヨーロッパ特許出願公開第0420436号、ヨーロッパ特許出願公開第0671404号、ヨーロッパ特許出願公開第0643066号、WO91/04257に記述されている如き良く知られた拘束幾何(constrained geometry)触媒が含まれる。また、例えばWO98/30609、米国特許第5880241号、米国特許第5955555号、米国特許第6060569号および米国特許第5714556号に記述されている種類の遷移金属錯体を用いることも可能である。活性非共役ジエンの共重合で用いるに適することが既に知られているメタロセン触媒が米国特許第5229478号、WO88/04674、WO99/18135およびWO99/01460そしてそれらに記述されている文献に記述されている。上述した出版物は全部引用することによってあたかも詳細に示す如く全目的で本明細書に組み入れられる。
【0058】
本明細書に示した触媒の全部を固体状支持体、例えばシリカまたはアルミナなどに被覆するか或は他の様式で付着させることを通して、「不均一にする(heterogenized)」ことができる(例えば重合触媒成分を生じさせる目的で)。アルキルアルミニウム化合物の如き化合物との反応で活性触媒種を生じさせる場合には、支持体を最初に前記アルキルアルミニウム化合物で被覆するか或は他の様式で付着させた後にこれを遷移金属化合物(またはこれの前駆体)に接触させることで、活性重合触媒が前記固体状支持体に「付着している(attached)」触媒系を生じさせる。このような支持型触媒を有機液中で行う重合で用いてもよい。また、それらをいわゆる気相重合で用いることも可能であり、このような気相重合では、重合させるべきオレフィン1種または2種以上を気体として重合に加え、液状の支持相(supporting phase)を存在させない。また、遷移金属化合物を支持体、例えばポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレンなど)支持体などに場合により他の必要な触媒成分、例えば1種以上のアルキルアルミニウム化合物などと一緒に被覆することも可能である。
【0059】
前記オリゴマー化用触媒を用いて生じさせるオリゴマーと前記重合用触媒を用いて生じさせる重合体を次々に生じさせてもよい、即ち2基の槽を直列に連結させて用いることなどでオリゴマー化の後に重合を起こさせてもよい。例えば、1番目の反応槽内でエチレンをオリゴマー化用触媒の存在下でオリゴマーにすることでオリゴマー混合物を生じさせた後、これを2番目の反応槽に移すと共に奇数α−オレフィン(それまで1番目の単量体混合物に存在させなかった場合には、その度合まで)および追加的エチレン/α−オレフィン供給材料(必要な度合まで)および共重合用触媒を所望の最終生成物が生じるに必要な量および重合条件下で供給する。
【0060】
しかしながら、本方法の全体を同じ槽1基または2基以上中で実施する、即ち段階(1)と(2)を逐次的または同時に実施するのが好適である。ほとんどの場合、前記オリゴマー化/重合用触媒および条件は互いに匹敵することから前記が可能になる。
【0061】
そのような好適な1つの方法は、エチレンとオリゴマー化用触媒をエチレンの一部がオリゴマー化してα−オレフィンが生じるに充分な時間接触させた後に共重合用触媒を槽に添加する方法である。この工程中の任意段階で前記奇数α−オレフィンおよび追加的エチレンを必要に応じて添加してもよくかつ他のα−オレフィンも所望に応じて添加してもよい。
【0062】
別の好適な方法は、全ての成分を槽に同じ時に添加、即ちエチレンと奇数α−オレフィンとオリゴマー化用触媒と共重合触媒を同じ時に添加してオリゴマー化/共重合を同時に起こさせる方法である。この場合には、α−オレフィン(奇数および偶数の両方)が重合体に組み込まれることによって生じる分枝の量を、オリゴマー化用触媒と共重合触媒の比率を用いて調節することができる。結果として生じる共重合体が有する分枝の量はオリゴマー化用触媒の比率を高くすればするほど多くなる。
【0063】
このような方法の全部で、この工程に添加する単量体として本質的にエチレンと奇数α−オレフィンのみを用いるのが好適である。勿論、他の単量体/オリゴマーをインサイチューで生じさせて最終的な共重合体の中に組み込ませることも可能であるが、このような方法を実施してそのような生成物を生じさせるに必要な単量体はエチレンと奇数α−オレフィンのみである。
【0064】
このような方法の特に好適な面では、添加する単量体としてエチレンと奇数α−オレフィンのみを用いることで最終共重合体に組み込まれる偶数α−オレフィンがエチレンのインサイチューオリゴマー化の結果として生じた偶数α−オレフィンのみであるようにする
本実施例に示す圧力は全部ゲージ圧(gauge pressure)である。
【0065】
本実施例に示すPMAO−IPは、トルエンに入っている溶液の状態のままの形態のメチルアルミノキサンであり、これは商業的に入手可能である。本実施例に示す圧力は全部ゲージ圧である。本実施例では下記の化合物を用いる:
【0066】
【化9】
【0067】
本実施例では下記の省略形を用いる:
DSC−示差走査熱量測定
GPC−ゲル浸透クロマトグラフィー
MAO−メチルアルミノキサン
MI−メルトインデックス
Mn−数平均分子量
PE−ポリエチレン
RT−室温
TCE−テトラクロロエタン
イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(9−フルオレニル)ジルコニウムジクロライド(B、1.0mg)、ビフェニル中0.1重量%のAを109.2mg(溶液の重量)、シリカに担持されているメチルアルミノキサン(Alが18重量%)を0.35gおよびトルエンを15mL用いて生じさせた混合物を撹拌することを通して、本実施例で用いる支持型触媒を生じさせた。振とうを30分間行った後、固体を濾過して3x5mLのトルエンで洗浄した後、真空下で1時間乾燥させた。次に、これを冷凍庫に入れて貯蔵した後、次の日に用いた。
【0068】
実施例1
600mLのParr(商標)オートクレーブを奇麗にした後、充分に焼いたNaClを150g仕込んだ。これを最大真空下120℃で2時間乾燥させた。次に、これがまだ熱いうちに窒素を690kPa仕込んだ。熱水浴を85℃に加熱することでそれの調製を行った。ドライボックス内でトルエン中13.5重量%のMAO[処理を向上させた(improved processing)]溶液(0.66mL)を4mLのトルエンと混合した。これを5mLのシリンジに移した。これを前記ドライボックスから取り出して、前記溶液を正の窒素圧下の前記オートクレーブに注入した。この混合物を690kPaの窒素下で30分間撹拌(600RPM)した。撹拌を止めた。ドライボックス内で120mgの新しく生じさせたシリカ支持触媒を4.5mLのシクロヘキサンと混合した。これを5mLの気密シリンジに移した。これを前記ドライボックスから持ち出した。次に、この混合物を正の窒素圧下の前記オートクレーブに注入した。次に、この混合物を690kPaの窒素下で15分間撹拌(600RPM)した。撹拌を止めた。窒素を放出させて14kPaにした。このオートクレーブに真空排気を最大真空下で15分間受けさせて、撹拌を最後の5分間伴わせた。これに1.17MPaの窒素を仕込んだ後に放出させて14kPaにすることを2回受けさせた。前記混合物を500RPMで撹拌した。エチレンを加えた(350kPa)。次に、これをプロペンで全体が690kPaになるまで加圧した(350kPaのプロペン)。最後にエチレンを供給することで反応槽の全圧を2.41MPaに調整した。この反応槽を85℃の水浴に入れた。前記混合物を80℃から90℃で2時間撹拌した。このオートクレーブの排気を行った後、重合体を単離した。1HNMR(TCE−d2、120℃):65Me/1000CH2。GPC(PE標準、135℃):Mw=31,744;Mn=5,464;PD=5.81。この重合体の融点はDSCを基にして124℃(13.0J/g)であった。MI=6.3。密度はIRを基にして0.891g/mLであった。13C NMRは、Meが1000個のCH2当たり61.7個存在しそして分枝分布(1000個のCH2基当たり)が下記であることを示していた:Me=41.3;Et=5.5;pr=0.0;Bu=3.9、Am=0.0;Hex+=11.5。
【0069】
実施例2
600mLのParr(商標)オートクレーブを奇麗にした後、真空下で加熱しそして次に窒素下で冷却した。次に、これをドライボックスの中に持って行った。このドライボックス内で、Hoke(商標)シリンダーにトルエンを5mLおよびMAO(13.5重量%のトルエン溶液)を1.0mL入れた。20mLのびんにBを4.0mgおよびトルエンを16mL入れた。この溶液のほんの2mLをピペットで前記600mLのオートクレーブに移した。次に、前記オートクレーブにまたビフェニル中0.1重量%のA(固体)溶液を57.2mg(溶液の重量)加えた後、2,2,4−トリメチルペンタンを250mLおよび1−ペンテンを25g加えた。前記オートクレーブを密封した。前記Hoke(商標)シリンダーと前記オートクレーブの両方を前記ドライボックスから取り出した。前記オートクレーブを高圧ラインに組み込んだ。次に、前記Hoke(商標)シリンダーを前記オートクレーブにつなげた。このオートクレーブを窒素で加圧した。このオートクレーブを85℃に加熱した後、窒素を放出させて21kPaにした。次に、これを690kPaのエチレンで2回加圧(各場合とも排気を伴わせて)した後、撹拌を行いながら最終的に830kPaのエチレンに加圧した。前記MAO溶液を若干高い圧力下の前記Hoke(商標)シリンダーから加えた。次に、この反応槽のエチレン圧を1.24MPaに調整した。この反応混合物を88℃−99℃で60分間撹拌した。加熱源を取り外した。エチレンを排出させて約210kPaにした。このオートクレーブに1.38MPaの窒素を逆充填した後、210kPaになるまで排気した。これを繰り返した。次に、反応混合物をRTになるまで冷却した。この反応混合物を400mLのメタノールにゆっくり注ぎ込んだ後、濃HClを6mL加えた。撹拌をRTで25分間行った後、重合体を濾過してメタノールで6回洗浄し、真空下で乾燥させた。白色の重合体(24.87g)を得た。
本発明の好適な実施の態様は次のとおりである。
1. (1)エチレンを含んで成る1番目の単量体成分とエチレンオリゴマー化用触媒を前記エチレンの少なくとも一部がオリゴマー化して一般式R28CH=CH2[式中、R28は炭素原子数が偶数のアルキルである]で表される1種以上の偶数α−オレフィンが生じる条件下で接触させ、そして
(2)共重合用活性遷移金属触媒を段階(1)で生じたα−オレフィンの少なくとも一部とエチレンを含んで成る2番目の単量体成分にこの2番目の単量体成分が共重合する条件下で接触させる、
段階を含んで成る分枝ポリオレフィン製造方法であって、
前記エチレンオリゴマー化用触媒が式(I):
【化1】
[式中、
R1、R2、R3、R4およびR5は、各々独立して、水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルまたは不活性な官能基であるが、但しR1、R2およびR3のいずれか2つが互いに隣接して位置する時には一緒になって環を形成していてもよいことを条件とし、そして
R6およびR7は、アリールまたは置換アリールである]
で表される配位子の活性Fe錯体を含んで成り、かつ
前記2番目の単量体成分が更に式R18CH=CH2[式中、R18は炭素原子数が奇数のアルキルである]で表される奇数α−オレフィンも含んで成る、
ことを特徴とする方法。
2. 前記オリゴマー化用触媒が、
R1、R2およびR3が各々独立して水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルまたは不活性な官能基であるが、但しR1、R2およびR3のいずれか2つが互いに隣接して位置する時には一緒になって環を形成していてもよいことを条件とし、
R4およびR5が各々独立して水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルまたは不活性な官能基であり、
R6およびR7が各々独立してイミノの窒素に結合している1番目の環原子を有するアリールまたは置換アリールであるが、但し
R6に関して、前記1番目の環原子に隣接して位置する2番目の環原子がハロゲン、第一炭素基、第二炭素基または第三炭素基に結合していることを条件とし、
そして更に
R6に関して、前記2番目の環原子がハロゲンまたは第一炭素基に結合している時には前記1番目の環原子に隣接して位置するR6およびR7中の他の環原子の1つまたは2つがハロゲンまたは第一炭素基に結合しているか或は前記他の環原子のいずれもハロゲンにも第一炭素基にも結合していなくて前記1番目の環原子に隣接して位置する前記環原子の残りが水素原子に結合しているか、或は
R6に関して、前記2番目の環原子が第二炭素基に結合している時には前記1番目の環原子に隣接して位置するR6およびR7中の他の環原子の1つまたは2つがハロゲン、第一炭素基または第二炭素基に結合しているか或は前記他の環原子のいずれもハロゲンにも第一炭素基にも第二炭素基にも結合していなくて前記1番目の環原子に隣接して位置する前記環原子の残りが水素原子に結合しているか、
或は
R6に関して、前記2番目の環原子が第三炭素基に結合している時には前記1番目の環原子に隣接して位置するR6およびR7中の他の環原子の1つが第三炭素基に結合しているか或は前記他の環原子のいずれも第三炭素基に結合していなくて前記1番目の環原子に隣接して位置する前記環原子の残りが水素原子に結合している、
ことを条件とする、
一般式(I)で表される配位子のFe錯体であることを特徴とする上記1記載の方法。
3. 前記オリゴマー化用触媒が式(II):
【化2】
[式中、
R1、R2、R3、R4、R5、R9、R10、R11、R14、R15およびR16は、各々独立して、水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルおよび不活性な官能基から成る群から選択され、そして
R8は、ハロゲン、第一炭素基、第二炭素基または第三炭素基であるが、但し
R8がハロゲンまたは第一炭素基の時にはR12、R13およびR17の1つまたは2つが独立して第一炭素基、不活性な官能基またはトリハロ第三炭素基であるか或はそれらのいずれも第一炭素基でも不活性な官能基でもトリハロ第三炭素基でもなくそしてR12、R13およびR17の残りが水素であり、
R8が第二炭素基の時にはR12、R13およびR17の1つが第一炭素基、第二炭素基、トリハロ第三炭素基または不活性な官能基であるか或はそれらのいずれも第一炭素基でも第二炭素基でもトリハロ第三炭素基でも不活性な官能基でもなくそしてR12、R13およびR17の残りが水素であり、
R8が第三炭素基の時にはR12、R13およびR17の全部が水素であり、
R1、R2およびR3のいずれか2つが互いに隣接して位置する時には一緒に環を形成していてもよく、そして
R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16およびR17のいずれか2つが互いに隣接して位置する時には一緒に環を形成していてもよい、
ことを条件とする]
で表される配位子の活性Fe錯体を含んで成ることを特徴とする上記2記載の方法。
4. 前記共重合用触媒がメタロセン型の触媒であることを特徴とする上記1記載の方法。
5. 前記共重合用触媒がメタロセン型の触媒であることを特徴とする上記2記載の方法。
6. 段階(1)および(2)を同じ反応槽内で逐次的または同時に実施することを特徴とする上記1記載の方法。
7. 段階(1)および(2)を同じ反応槽内で同時に実施することを特徴とする上記6記載の方法。
8. 前記オリゴマー化および共重合を匹敵する速度で起こさせることを特徴とする上記7記載の方法。
9. 前記奇数α−オレフィンをプロペンおよびペンテンから成る群から選択することを特徴とする上記1記載の方法。
10. 前記1番目の単量体成分を本質的にエチレンと場合により奇数α−オレフィンで構成させそして前記2番目の単量体成分を本質的にエチレンと段階(1)で生じたα−オレフィンの少なくとも一部と奇数α−オレフィンで構成させることを特徴とする上記1記載の方法。
11. 段階(1)および(2)を同じ反応槽内で同時に実施し、前記オリゴマー化用触媒および共重合用触媒が支持型触媒であり、前記方法を気相中で実施し、前記オリゴマー化および共重合を匹敵する速度で起こさせ、前記1番目の単量体成分を本質的にエチレンと場合により奇数α−オレフィンで構成させそして前記2番目の単量体成分を本質的にエチレンと段階(1)で生じたα−オレフィンの少なくとも一部と奇数α−オレフィンで構成させることを特徴とする上記5記載の方法。
12. 前記オリゴマー化用触媒および共重合用触媒が支持型触媒であることを特徴とする上記1−11のいずれか1項記載の方法。
13. 気相中で実施する上記12記載の方法。
Claims (1)
- (1)エチレンを含んで成る1番目の単量体成分とエチレンオリゴマー化用触媒を前記エチレンの少なくとも一部がオリゴマー化して一般式R28CH=CH2[式中、R28は炭素原子数が偶数のアルキルである]で表される1種以上の偶数α−オレフィンが生じる条件下で接触させ、そして
(2)共重合用活性遷移金属触媒を段階(1)で生じたα−オレフィンの少なくとも一部とエチレンを含んで成る2番目の単量体成分にこの2番目の単量体成分が共重合する条件下で接触させる、
段階を含んで成る分枝ポリオレフィン製造方法であって、
前記エチレンオリゴマー化用触媒が式(I):
R1、R2、R3、R4およびR5は、各々独立して、水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビルまたは不活性な官能基であるが、但しR1、R2およびR3のいずれか2つが互いに隣接して位置する時には一緒になって環を形成していてもよいことを条件とし、そして
R6およびR7は、アリールまたは置換アリールである]
で表される配位子の活性Fe錯体を含んで成り、かつ
前記2番目の単量体成分が更に式R18CH=CH2[式中、R18は炭素原子数が奇数のアルキルである]で表される奇数α−オレフィンも含んで成る、
ことを特徴とする方法。
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