JP4864274B2 - ブテン系共重合体、その樹脂組成物およびそれらの成形体並びにそれを製造する固体状チタン触媒およびその製造方法 - Google Patents

ブテン系共重合体、その樹脂組成物およびそれらの成形体並びにそれを製造する固体状チタン触媒およびその製造方法 Download PDF

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Description

技術分野
本発明は、ブテン系共重合体、該共重合体を含有する樹脂組成物および該ブテン系共重合体またはその樹脂組成物からなる成形体並びにそれを製造する固体状チタン触媒およびその製造方法に関し、特に、耐熱性、耐熱クリープ特性および成形後の取扱い易さに優れ、さらに適度な剛性と低温特性に優れる成形体を得ることができるブテン系共重合体、該共重合体を含む樹脂組成物および該ブテン系共重合体またはその樹脂組成物からなる成形体並びにそれを製造する固体状チタン触媒およびその製造方法に関する。
背景技術
従来、給水および給湯用配管材料として、亜鉛めっき鋼管、銅管あるいは鉛管などの金属管が使用されているが、鋼管の場合には、錆による赤水あるいは黒水の発生、銅管の場合には、電蝕によるピンホールの発生あるいは青水の発生などの欠点があった。また、軽量化が困難であり、大口径化も容易ではないという問題もあり、新しい配管材料が求められていた。すでに、一部では錆、電蝕によるピンホールが発生しない、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリ−1−ブテンなどからなる合成樹脂管が使用されつつある。
しかしながら、ポリ塩化ビニルは、樹脂としては可撓性がなく、衛生面、環境面についても問題がある。また、ポリエチレンは、耐圧性、長期耐久性に劣るという問題がある。
ポリ−1−ブテンは、耐圧強度、高温(40〜120℃)での内圧クリープ耐久性、高・低温特性、耐摩耗性などに優れ、可撓性にも優れることから、給水・給湯管用に適した樹脂の一つである。しかしながら、ポリ−1−ブテンには、可撓性と耐熱性のバランス、および剛性と低温特性のバランスにやや不満足な点があり、さらに、ポリ−1−ブテンを溶融成形すると、成形体の物性がゆっくりと変化し、成形体が安定な物性を示すまでに数日から十数日を要するという特徴があり、その取扱いが難しいという問題があった。
そのため、適度の剛性および可撓性を保持しながら、剛性などのバランスに優れ、かつ成形体の取扱い易さを改善した、より高いレベルの特性を有する樹脂の出現が望まれていた。
本発明者らは、先に、プロピレンの含有率、結晶融点、引張弾性率、極限粘度およびn−デカン可溶分量を特定範囲に規定したブテン−プロピレン共重合体またはその共重合体を含有する樹脂組成物からなる成形体が、耐圧性、耐熱性、剛性、低温特性、成形体の取扱い易さと作業性低下の原因となる埃付着性に優れており、ポリ−1−ブテンに代わり得ることを提案した(特開平9−302038号公報)。
該共重合体は、確かに種々の改善が認められるが、耐熱性、剛性、耐熱クリープ特性がまだ十分ではないという問題があった。
また、従来、エチレンまたはα−オレフィンの単独重合体あるいはエチレン・α−オレフィン共重合体などのオレフィン重合体を製造するために用いられる触媒として、活性状態のハロゲン化マグネシウムに担持されたチタン化合物を含む触媒が知られている。例えば、マグネシウム、チタン、ハロゲンおよび電子供与体からなる固体状チタン触媒成分と有機金属化合物触媒成分とからなる触媒が知られている。
このようなマグネシウム、チタン、ハロゲンおよび電子供与体を含有する固体状チタン触媒成分については、すでに多くの提案があり、この固体状チタン触媒成分を用いて、高立体規則性を有する炭素数3以上のα−オレフィンの重合体を高収率で製造することができることも知られている。
例えば、このような固体状チタン触媒成分の製造方法としては、ハロゲン含有マグネシウム化合物の炭化水素溶液と液状のチタン化合物とを接触させて固体生成物を形成させる方法、あるいは、ハロゲン化マグネシウム化合物とチタン化合物を含有する炭化水素溶液から、多価カルボン酸、モノカルボン酸エステル、多価カルボン酸エステル、多価ヒドロキシ化合物エステル、酸無水物、ケトン、脂肪酸エーテル、脂肪酸カーボネート、アルコキシ基含有アルコール、アリールオキシ基含有アルコール、Si−O−C結合を有する有機ケイ素化合物およびP−O−C結合を有する有機リン化合物よりなる群から選ばれた少なくとも1種の電子供与体の共存下に固体生成物を形成させる方法が知られている。
特に電子供与体としてカルボン酸またはその誘導体(例えば、無水フタル酸など:以下、単にカルボン酸誘導体と称することがある。)を用いて得られる固体状チタン触媒からは、粒径が揃い、かつ微粉量が少ないα−オレフィン(共)重合体が得られることが知られている。
さらに、マグネシウム、チタン、ハロゲン、複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する化合物(以下、単にポリエーテルと称することがある。)、炭化水素および該ポリエーテル以外の電子供与体を、特定組成で含有する固体状チタン触媒を用い、より粒径分布が狭く、微粉量が少なく、かつ嵩密度の高いα−オレフィン重合体を得る方法も提案されている(特開平6−336503号公報)。
該固体状チタン触媒により、確かに極めて優れた特性を有するプロピレン重合体を得ることができる。しかし、本発明者らは、該固体状チタン触媒を用いて1−ブテンの重合を行うと、1−ブテンが2−ブテンに異性化する結果重合活性が低下すること、およびカルボン酸誘導体がα−オレフィン重合体中の安定剤の作用を阻害し、長期にわたる強度を不十分なものとする問題点があることを見出した。
発明の開示
従って、本発明の第1の目的は、成形体の剛性、低温特性および耐熱クリープ特性を改善し得るブテン系共重合体(A)および該共重合体(A)を含む樹脂組成物を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、ブテン系共重合体(A)および該共重合体(A)を含む樹脂組成物からなる、剛性、低温特性、さらに耐熱クリープ特性に、より優れるブテン系共重合体(A)の成形体および該共重合体(A)を含む樹脂組成物の成形体を提供することにある。
さらに、本発明の第3の目的は、粒径が揃っており、微粉量が少なく、かつ嵩密度の高い、カルボン酸を実質的に含有しない炭素数4以上のα−オレフィンの重合体または共重合体を製造し得る固体状チタン触媒およびその製造方法を提供することにある。
すなわち、本発明の第1の発明によれば、
(1a)引張弾性率E(測定温度23℃)が345MPa以上および/または
(1b)引張弾性率E(測定温度95℃)が133MPa以上であって、
(2)重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比、Mw/Mnが2〜30、
(3)極限粘度[η](溶媒デカリン、測定温度135℃)が1〜6dl/g、
(4)融点Tm(示差走査型熱量計)が150℃以下であり、かつ、
1−ブテンから導かれる共重合単位(a)99.9〜80モル%と、炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)から導かれる共重合単位(b)0.1〜20モル%とからなるブテン系共重合体(A)が提供される。
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、
上記ブテン系共重合体(A)の引張弾性率E(測定温度23℃)が、下式
E(MPa)>370−6.67×(炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量)を満たすブテン系共重合体(A)が提供される。(ただし、炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量は、共重合体(A)に対するモル百分率である。)
また、本発明の第3の発明によれば、第1または第2の発明において、
上記ブテン系共重合体(A)の1/2結晶転移時間(X線回折法)が、40時間以下であるブテン系共重合体(A)が提供される。
また、本発明の第4の発明によれば、第1ないし第3のいずれかの発明において、
上記ブテン系共重合体(A)の、
13C−NMRにより下式にて求められるB値が、0.92〜1.1であり、
B値=POB/(2P・P
(式中、POBは全連鎖数に占めるブテン−α−オレフィンの連鎖数の割合を示し、Pはブテン成分のモル分率を示し、Pはα−オレフィンのモル分率を示す。)かつ、
アイソタクティックペンタッド分率(13C−NMR)が91%以上であるブテン系共重合体(A)が提供される。
また、本発明の第5の発明によれば、第1ないし第4のいずれかの発明において、
上記ブテン系共重合体(A)の、重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比、Mw/Mnが2〜7.9であるブテン系共重合体(A)が提供される。
また、本発明の第6の発明によれば、第1ないし第5のいずれかの発明において、
上記炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)から導かれる共重合単位(b)がプロピレン単位であるブテン系共重合体(A)が提供される。
また、本発明の第7の発明によれば、第1ないし第6のいずれかの発明において、
示差走査熱量計で測定した上記ブテン系共重合体(A)の吸熱ピーク(融点Tm)が、単一であるブテン系共重合体(A)が提供される。
また、本発明の第8の発明によれば、第1ないし第7のいずれかの発明における上記ブテン系共重合体(A)が、下記成分を含有する触媒系を用いて製造されたものであるブテン系共重合体(A)が提供される。
(c)チタン、マグネシウム、ハロゲンおよび下式で表される2個以上のエーテル結合を有する化合物を含む固体状チタン触媒成分、
Figure 0004864274
(式中、R〜R26は、炭素、水素、酸素、ハロゲン、窒素、イオウ、リン、ホウ素およびケイ素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する置換基であり、任意のR〜R26は、ベンゼン環以外の環を形成していてもよく、また主鎖中には、炭素以外の原子が含まれていてもよい。nは、2≦n≦10の整数である。)並びに、
(d)周期律表の第I族〜第III族金属を含む有機金属化合物触媒成分。
さらに、本発明の第9の発明によれば、
1−ブテンから導かれる共重合単位(a)99.9〜80モル%と、炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)から導かれる共重合単位(b)0.1〜20モル%とからなるブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物であって、該樹脂組成物の、
(1a)引張弾性率E(測定温度23℃)が360MPa以上および/または
(1b)引張弾性率E(測定温度95℃)が138MPa以上であって、
(2)重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比、Mw/Mnが2〜30、
(3)極限粘度[η](溶媒デカリン、測定温度135℃)が1〜6dl/g、
(4)融点Tm(示差走査型熱量計)が110〜150℃であるブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第10の発明によれば、第9の発明において、
上記ブテン系共重合体樹脂組成物の引張弾性率E(測定温度23℃)が、下式
E(MPa)>400−6.67×(炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量)を満たすブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
(ただし、炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量は、組成物全体に対するモル百分率である。)
また、本発明の第11の発明によれば、第9または第10の発明において、
上記ブテン系共重合体樹脂組成物の1/2結晶転移時間(X線回折法)が、40時間以下であるブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第12の発明によれば、第9または第11の発明において、さらに核剤を含んでなるブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第13の発明によれば、第12の発明において、
上記核剤がアミド系化合物であるブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第14の発明によれば、第9ないし第13のいずれかの発明において、
上記ブテン系共重合体樹脂組成物の、
13C−NMRにより下式にて求められるB値が、0.90〜1.08であり、
B値=POB/(2P・P
(式中、POBは全連鎖数に占めるブテン−α−オレフィンの連鎖数の割合を示し、Pはブテン成分のモル分率を示し、Pはα−オレフィンのモル分率を示す。)かつ、
アイソタクティックペンタッド分率(13C−NMR)が91.5%以上であるブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第15の発明によれば、第9ないし第14のいずれかの発明において、
上記ブテン系共重合体樹脂組成物の、重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比、Mw/Mnが2〜7.9であるブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第16の発明によれば、第9ないし第15のいずれかの発明において、
前記ブテン系共重合体(A)を構成する炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)から導かれる共重合単位(b)が、プロピレン単位であるブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第17の発明によれば、第9ないし第16のいずれかの発明において、
上記ブテン系共重合体樹脂組成物が、さらにポリ−1−ブテン(B)を含有するブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第18の発明によれば、第9ないし第17のいずれかの発明において、
前記ブテン系共重合体(A)を40〜90重量%および上記ポリ−1−ブテン(B)を60〜10重量%含有するブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第19の発明によれば、第9ないし第18のいずれかの発明における上記ブテン系共重合体(A)または上記ブテン系共重合体(A)およびポリ−1−ブテン(B)が、下記成分を含有する触媒系を用いて製造されたものであるブテン系共重合体樹脂組成物が提供される。
(c)チタン、マグネシウム、ハロゲンおよび下式で表される2個以上のエーテル結合を有する化合物を含む固体状チタン触媒成分、
Figure 0004864274
(式中、R〜R26は、炭素、水素、酸素、ハロゲン、窒素、イオウ、リン、ホウ素およびケイ素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する置換基であり、任意のR〜R26は、ベンゼン環以外の環を形成していてもよく、また主鎖中には、炭素以外の原子が含まれていてもよい。nは、2≦n≦10の整数である。)並びに、
(d)周期律表の第I族〜第III族金属を含む有機金属化合物触媒成分。
さらに、本発明の第20の発明によれば、
第1ないし第8のいずれかの発明であるブテン系共重合体(A)または第9ないし第19のいずれかの発明であるブテン系共重合体樹脂組成物からなる成形体が提供される。
また、本発明の第21の発明によれば、第20の発明において、
成形体としてのパイプが提供される。
また、本発明の第22の発明によれば、第21の発明において、
パイプの静水圧試験(測定温度95℃、フープストレス6MPa)において、
破壊時間が2万時間以上である成形体が提供される。
また、本発明の第23の発明によれば、第20の発明において、
成形体としてのパイプ継ぎ手が提供される。
さらに、本発明の第24の発明によれば、
(a‘)マグネシウム :5〜35重量%
(b‘)チタン :0.3〜10重量%
(c‘)ハロゲン :30〜75重量%
(d‘)複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する化合物
:0.5〜30重量%
(e‘)炭化水素 :0.05〜20重量% および
(f‘)可溶化剤 :0.05〜7重量%
を含有する炭素数4以上のα−オレフィン重合用固体状チタン触媒が提供される。
さらに、本発明の第25の発明によれば、
ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)を溶解し得る可溶化剤(β)と、複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する第1の化合物(δ)とを溶媒(γ)中で接触させて溶液(II)を得、該溶液(II)に液体状態のチタン化合物(ε)を接触させて得る炭素数4以上のα−オレフィン重合用固体状チタン触媒が提供される。
また、本発明の第26の発明によれば、
カルボン酸誘導体を実質的に含有しない第24または第25の発明における炭素数4以上のα−オレフィン重合用固体状チタン触媒が提供される。
本発明におけるカルボン酸誘導体としては、カルボン酸エステル、カルボン酸無水物などが例示できる。また、該カルボン酸誘導体を実質的に含有しないとは、上記α−オレフィン重合用固体状チタン触媒中の、カルボン酸誘導体の含有量が5重量%以下であることをいう。該カルボン酸誘導体の含有量は、1重量%以下であることが好ましく、500ppm以下であることがさらに好ましく、100ppm以下であることが特に好ましい。
さらに、本発明の第27の発明によれば、
(a‘)マグネシウム :5〜35重量%
(b‘)チタン :0.3〜10重量%
(c‘)ハロゲン :30〜75重量%
(d‘)複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する化合物
:0.5〜30重量%
(e‘)炭化水素 :0.05〜20重量% および
(f‘)可溶化剤 :0.05〜7重量%
を含有する固体状チタン触媒(A‘)、周期律表第I族〜第III族から選択される金属を含む有機金属化合物(B’)と、必要に応じて加えられる電子供与体(C‘)の存在下に、炭素数4以上のα−オレフィンを重合または共重合する炭素数4以上のα−オレフィン重合体または共重合体の製造方法が提供される。
さらに、本発明の第28の発明によれば、
ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)を溶解し得る可溶化剤(β)と、複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する第1の化合物(δ)とを溶媒(γ)中で接触させて溶液(II)を得、該溶液(II)に液体状態のチタン化合物(ε)を接触させて得た固体状チタン触媒(A‘)、周期律表第I族〜第III族から選択される金属を含む有機金属化合物(B’)と、必要に応じて加えられる電子供与体(C‘)の存在下に、炭素数4以上のα−オレフィンを重合または共重合する炭素数4以上のα−オレフィン重合体または共重合体の製造方法が提供される。
また、本発明の第29の発明によれば、
カルボン酸誘導体を実質的に含有しない第27または第28の発明における固体状チタン触媒(A‘)、周期律表第I族〜第III族から選択される金属を含む有機金属化合物(B’)と、必要に応じて加えられる電子供与体(C‘)の存在下に、炭素数4以上のα−オレフィンを重合または共重合する炭素数4以上のα−オレフィン重合体または共重合体の製造方法が提供される。
また、本発明の第30の発明によれば、第27ないし第29のいずれかの発明において、
1−ブテンまたは1−ブテンと他の炭素数4以上のα−オレフィンとを重合または共重合する炭素数4以上のα−オレフィン重合体または共重合体の製造方法が提供される。
さらに、本発明の第31の発明によれば、本発明の第27ないし第30のいずれかの発明において、
炭素数4以上のα−オレフィンの重合または共重合により得られるα−オレフィン重合体または共重合体のα−オレフィン含有量が50モル%以上である炭素数4以上のα−オレフィン重合体または共重合体が提供される。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係るブテン系共重合体、その樹脂組成物およびそれらの成形体並びにそれを製造する固体状チタン触媒およびその製造方法について具体的に説明する。
(i)ブテン系共重合体
本発明のブテン系共重合体(A)は、1−ブテンと炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)との共重合体であり、1−ブテンと炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)との組成比がモル比で99.9/0.1〜80/20、好ましくは99/1〜90/10、特に好ましくは99/1〜92/8である。特に好ましいのは1−ブテンとプロピレンの共重合体である。
本発明のブテン系共重合体(A)は、炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)の含有率が異なる2種以上の1−ブテンとα−オレフィンとの共重合体の混合物、例えば、1−ブテン/α−オレフィン共重合体の組成比がモル比で99.9/0.1〜80/20と80/20〜99.9/0.1との混合物であってもよい。また、該共重合体(A)の特性を損なわない範囲内で少量の第三のα−オレフィンをさらに含有する3元〜4元共重合体であってもよい。例えば、1−ブテン/プロピレン共重合体に少量の4−メチル−1−ペンテン、エチレン、ヘキセン、ペンテン、ヘプテン、オクテンを含有する3元〜4元共重合体であってもよい。
本発明のブテン系共重合体(A)は、23℃にて測定した引張弾性率Eが、345MPa以上、好ましくは345〜480MPa、特に好ましくは380〜450MPaである。
また、本発明のブテン系共重合体(A)は、95℃にて測定した引張弾性率Eが、133MPa以上、好ましくは135〜245MPaである。
本発明のブテン系共重合体(A)は、上記の物性である引張弾性率の両者、もしくはいずれかの引張弾性率を有することが必須である。
また、本発明のブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物は、23℃にて測定した引張弾性率Eが、360MPa以上、好ましくは380〜550MPa、特に好ましくは400〜550MPaである。
また、本発明のブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物は、95℃にて測定した引張弾性率Eが、138MPa以上、好ましくは150〜245MPaである。
本発明のブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物は、上記の物性である引張弾性率の両者、もしくはいずれかの引張弾性率を有することが必須である。
さらに、本発明のブテン系共重合体(A)の引張弾性率E(測定温度23℃)は、
E(MPa)>370−6.67×(炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量)、望ましくは、
E(MPa)>390−6.67×(炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量)の関係式を満たすことが好ましい。ただし、炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量は、共重合体(A)に対するモル百分率である。
また、本発明のブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物の引張弾性率E(測定温度23℃)は、
E(MPa)>400−6.67×(炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量)、
望ましくは、
E(MPa)>420−6.67×(炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量)の関係式を満たすことが好ましい。ただし、炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量は、組成物全体に対するモル百分率である。
上記の不等式は、横軸を炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量とし、縦軸を引張弾性率Eとしたグラフに、実施例および比較例の数値をプロットして得られる。
ブテン系共重合体(A)または該ブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物の引張弾性率Eが前記範囲内であると、これらから成形したパイプは、パイプ敷設後、自重による変形を防止するためのサポートが過多にならない適度の硬度を有する。さらに、引張弾性率Eが炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有量との関係において、前記不等式を満足する場合には、例えば、パイプ施工時の可撓性と、施工後のパイプの強度が両立しており、その実用性が高い。
本発明のブテン系共重合体(A)の重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比Mw/Mnは、2〜30、好ましくは2〜20、さらに好ましくは2〜7.9、特に好ましくは2〜6、一層好ましくは2〜5であり、また、成形性を特に重視する立場からは、3〜30、好ましくは3〜20、さらに好ましくは3〜7.9、特に好ましくは3〜6、一層好ましくは3〜5であることが望ましい。また、ブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物のMw/Mnは、2〜30、好ましくは2〜20、さらに好ましくは2〜7.9、特に好ましくは2〜6、一層好ましくは2〜5であり、また、成形性を特に重視する立場からは、3〜30、好ましくは3〜20、さらに好ましくは3〜7.9、特に好ましくは3〜6、一層好ましくは3〜5であることが望ましい。
Mw/Mnが前記範囲内であると、これらから成形したパイプは、加工性に優れ、特にパイプの押出成形性に優れる。
また、本発明のブテン系共重合体(A)または該ブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物は、135℃のデカリン中の極限粘度[η]が、1〜6dl/g、好ましくは2〜4dl/gである。極限粘度[η]が、前記範囲内であると、これらから成形したパイプは、強度が十分であり、パイプの押出成形性に優れる。
本発明のブテン系共重合体(A)または該ブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物の示差走査型熱量計で測定した結晶の融点Tmは、それぞれ150℃以下および110〜150℃である。前記範囲内であると、これらから成形したパイプの加工性と耐熱性とのバランスに優れる。なお、融点Tmとは、以下の方法で測定したTmを意味する。
すなわち、共重合体(A)または該共重合体(A)を含有する樹脂組成物を200℃で融解プレスして5分間保持した後、室温まで約10℃/分の冷却速度で冷却プレスしてシートを成形した。得られたシートを、1週間室温で放置後、示差走査型熱量計を用いて、10℃/分の加熱速度で20℃から200℃まで昇温したときのI型結晶の融解ピーク温度をTmとした。なお、一度、Tmを測定したサンプルは、同様な測定を行っても異なったピークを示すので、Tm測定時には、必ず新たにサンプルを作成する必要がある。例えば、Tm測定後、10分間保持して、200℃から10℃/分の冷却速度で20℃まで降温し、5分間保持した後、さらに、10℃/分の加熱速度で200℃まで昇温したときに現れるTmは、Tmとは異なり、Tmより低温側のII型結晶の融解ピークを示す。
本発明のブテン系共重合体(A)または該ブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物は、示差走査型熱量計で測定したブテン系共重合体(A)または該樹脂組成物の吸熱ピーク(融点Tm)が実質的に単一であることが好ましい。
ここで、「吸熱ピークが実質的に単一」とは、融点付近の吸熱ピークの面積の総計に占める、主ピークの面積の割合が80%以上であることをいう。上記主ピークの面積の割合は、好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上である。
さらに、本発明のブテン系共重合体(A)または該ブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物は、1/2結晶転移時間(X線回折法)が40時間以下、特に30時間以下であることが好ましい。
本発明のブテン系共重合体(A)は、NMR分析により算出したランダム共重合性を示すB値が0.92〜1.1、好ましくは0.93〜1.1であり、かつ、アイソタクティックペンタッド分率(13C−NMR)が91%以上、好ましくは91〜100%、さらに好ましくは92〜100%、特に好ましくは93〜100%であることが望ましい。
また、本発明のブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物は、上記B値が0.90〜1.08であり、好ましくは0.91〜1.08であり、かつ、アイソタクティックペンタッド分率が91.5%以上、好ましくは91.5〜100%、さらに好ましくは92〜100%、特に好ましくは93〜100%であることが望ましい。
なお、ここでいう組成物のB値は、組成物の各構成成分に由来するピーク面積の和から本明細書第63頁に記載の式に従って求められるものである。
B値およびアイソタクティックペンタッド分率が前記範囲にあると、ブテン系共重合体(A)または該ブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物の引張弾性率が増大することになるので好ましい。
本発明のブテン系共重合体(A)、またはブテン系共重合体(A)およびポリ−1−ブテン(B)の製造に用いる触媒としては、下記のチグラー型触媒、メタロセン系触媒などが好適であるが、前者がより好ましい。例えば、
(c)周期律表IVB族金属、ハロゲンおよびマグネシウムを含有する固体IVB族金属触媒成分
(d)周期律表第I族〜第III族金属を含む有機金属化合物触媒成分、
必要ならば、さらに
(e)シクロペンチル基、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基またはこれらの誘導体を含む有機ケイ素化合物触媒成分
から形成されるα−オレフィン重合用触媒。
周期律表IVB族金属はチタン、ジルコニウムまたはハフニウムであるが、チタンが好ましい。周期律表第I族〜第III族金属はアルミニウムが好ましい。
触媒成分(c)の調製に用いられるIVB族金属化合物としては、例えばTi(OR4−g(Rは炭素数1〜10の炭化水素基、Xはハロゲン原子、gは0≦g≦4の数である。)を挙げることができる。
該チタン化合物は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。さらに、該チタン化合物は、炭化水素またはハロゲン化炭化水素などで希釈されていてもよい。
触媒成分(c)の調製に用いられるマグネシウム化合物は、還元性を有していても、いなくてもよい。マグネシウム化合物は、単独で用いることもできるが、後述する有機アルミニウム化合物と錯化合物を形成させて使用してもよい。また、マグネシウム化合物は、液体であっても固体であってもよい。
還元性を有するマグネシウム化合物は、マグネシウム−炭素結合あるいはマグネシウム−水素結合を有するマグネシウム化合物である。
還元性を有しないマグネシウム化合物は、前記した還元性を有するマグネシウム化合物から誘導した化合物あるいは触媒成分(c)の調製時に誘導した化合物であってもよい。還元性を有しないマグネシウム化合物は、例えば、Mg(OR2−h(Rは炭素数1〜10のアルキル基であり、Xはハロゲン、hは0≦h≦2の数である。)、または、還元性を有するマグネシウム化合物を、ポリシロキサン化合物、ハロゲン含有シラン化合物、ハロゲン含有アルミニウム化合物、エステル、アルコールなどの化合物と接触させて製造される。本発明においては、前記のマグネシウム化合物と他の金属との錯化合物、複化合物あるいは他の金属化合物との混合物も使用可能である。さらに、前記マグネシウム化合物を2種以上組み合わせた混合物であってもよい。
還元性を有しないマグネシウム化合物を使用する場合には、還元性を有しない液状のマグネシウム化合物と、液状チタン化合物とを、電子供与体の存在下で反応させて固体状のチタン複合体を析出させることができる。この方法は、例えば、特開昭58−830006号公報に記載されている。
固体触媒成分(c)を調製する際には、さらに電子供与体を用いるが、電子供与体としては、アルコール、フェノール類、ケトン、アルデヒド、カルボン酸、有機酸または無機酸のエステル、エーテル、酸アミド、酸無水物などの含酸素電子供与体、アンモニア、アミン、ニトリル、イソシアネートなどの含窒素電子供与体などを挙げることができる。
好ましい化合物はエーテル、特に好ましい化合物は、下記のジエーテルのような2個以上のエーテル結合を有する化合物である。
Figure 0004864274
(R〜R26は、炭素、水素、酸素、ハロゲン、窒素、イオウ、リン、ホウ素およびケイ素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する置換基であり、任意のR〜R26は、協同してベンゼン環以外の環を形成していてもよく、また主鎖中には、炭素以外の原子が含まれていてもよい。nは2≦n≦10の整数である。)
上記の2個以上のエーテル結合を有する化合物としては、2−(2−エチルヘキシル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−シクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2−(2−シクロヘキシルエチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−シクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソブチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパンなどが挙げられるが、好ましいのは2−イソプロピル−2−イソペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジシクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(シクロヘキシルメチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソブチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパンなどのジエーテルである。
電子供与体がエステルの場合は、下記式で示されるものが好ましい。
Figure 0004864274
(Rは非置換または置換基を有する炭素数1〜10の炭化水素基、R、R、Rは水素または、非置換あるいは置換基を有する炭素数1〜10の炭化水素基、R、Rは水素または、非置換あるいは置換基を有する炭素数1〜10の炭化水素基であり、RとRは互いに連結されていてもよい。)
また、R、Rのその少なくとも一方は、非置換または置換基を有する炭化水素基であるのが好ましい。R〜Rの置換基を有する炭化水素基としては、N、O、Sなどの異原子を含むもので、例えばC−O−C、COOR、COOH、OH、SOH、−C−N−C−、NHなどの基を有するものが挙げられる。好ましい有機酸のエステルは、ジイソブチルフタレートなどである。
さらに、RCOOR(式中、RおよびRは置換基を有していてもよい炭素数1〜10のヒドロカルビル基であって、少なくともいずれかが分岐鎖状(脂環状を含む)または環含有鎖状の基である。)で示されるモノカルボン酸エステルを挙げることができる。また炭酸エステルを選択することもできる。
電子供与体を、固体触媒成分(c)の調製の出発原料として使用する必要はないが、固体触媒成分(c)の調製の過程で電子供与体に変化せしめ得る化合物を用いることもできる。
本発明における固体触媒成分(c)は、前記したようなマグネシウム化合物(金属マグネシウムを含む)、チタン化合物、および電子供与体を接触させることにより製造されるが、マグネシウム化合物、チタン化合物、電子供与体から高活性チタン触媒成分を調製する公知の方法を採用することができる。なお、前記の成分は、例えばケイ素、リン、アルミニウムなどの、他の反応試剤の存在下に接触させてもよい。
固体触媒成分(c)を調製する際に用いられる前述した各成分の使用量は、調製方法によって異なり一概に規定できないが、例えば、マグネシウム化合物1モル当り、電子供与体は約0.01〜10モル、好ましくは0.05〜5モルの比率で、チタン化合物は約0.01〜500モル、好ましくは0.05〜300モルの比率で用いられる。
このように調製された固体触媒成分(c)は、マグネシウム、チタン、ハロゲンと電子供与体とを含有している。
固体触媒成分(c)において、ハロゲン/チタン(原子比)は約4〜200、好ましくは約5〜100であり、電子供与体/チタン(モル比)は約0.1〜10、好ましくは約0.2〜約6であり、マグネシウム/チタン(原子比)は約1〜100、好ましくは約2〜50である。
固体触媒成分(c)は、市販のハロゲン化マグネシウムと比べ、結晶サイズの小さいハロゲン化マグネシウムを含み、比表面積は約50m/g以上、好ましくは約60〜1000m/g、より好ましくは約100〜800m/gである。そして、固体触媒成分(c)は、前記の成分が一体となって触媒成分を形成しているので、ヘキサン洗浄によって実質的にその組成が変わることがない。
固体触媒成分(c)は、単独で使用することもできるが、また、例えば、ケイ素化合物、アルミニウム化合物、ポリオレフィンなどの無機化合物または有機化合物にて希釈して使用することもできる。
高活性チタン触媒成分の調製法などについては、例えば、特開昭50−108385号公報、同50−126590号公報、同51−20297号公報、同51−28189号公報、同51−64586号公報、同51−92885号公報、同51−136625号公報、同52−87489号公報、同52−100596号公報、同52−147688号公報、同52−104593号公報、同53−2580号公報、同53−40093号公報、同53−40094号公報、同53−43094号公報、同55−135102号公報、同55−135103号公報、同55−152710号公報、同56−811号公報、同56−11908号公報、同56−18606号公報、同58−83006号公報、同58−138705号公報、同58−138706号公報、同58−138707号公報、同58−138708号公報、同58−138709号公報、同58−138710号公報、同58−138715号公報、同60−23404号公報、同61−21109号公報、同61−37802号公報、同61−37803号公報などに開示されている。
(d)周期律表の第I族〜第III旅金属を含む有機金属化合物触媒成分は、有機アルミニウム化合物触媒成分が代表的であり、少なくとも分子内に1個のアルミニウム−炭素結合を有する化合物である。例えば、
(i)一般式 R Al(OR
(RおよびRは炭素数1〜15の炭化水素基であり、これらは互いに同一でも異なっていてもよい。Xはハロゲン原子を表わし、jは0<j≦3、kは0≦k<3、mは0≦m<3、pは0≦p<3の数であって、しかもj+k+m+p=3である。)で表わされる有機アルミニウム化合物であり、RおよびRは好ましくは炭素数1〜4の炭化水素基である。
(ii)一般式 MAlR
(MはLi、Na、Kであり、Rは前記と同じである。)で表わされる第I族金属とアルミニウムとの錯アルキル化物である。
(i)に属する有機アルミニウム化合物を例示する。
一般式 R Al(OR
(RおよびRは前記と同じであり、jは1.5≦j≦3、kは0≦k≦1.5の数であり、j+k=3である。)、
一般式 R AlX
(Rは前記と同じであり、Xはハロゲン原子を示し、jは0<j<3、pは0<p<3の数であり、j+p=3である。)、
一般式 R AlH
(Rは前記と同じであり、Hは水素を示し、jは2≦j<3、mは0<m≦1の数であり、j+m=3である)、
一般式 R Al(OR
(RおよびRは前記と同じであり、Xはハロゲン原子を示し、j、k、pは0<j≦3、0≦k<3、0≦p<3の数であり、j+k+p=3である。)。
また、2種以上のアルミニウム化合物が結合したアルキルアルミニウムを用いることもできる。
固体触媒成分(c)、および有機金属化合物触媒成分(d)に、任意に加える有機ケイ素化合物触媒成分(e)は、ジクロペンチル基、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基またはこれらの誘導体を構造中に含む有機ケイ素化合物であり、例えば、下記の一般式で表わされる化合物が挙げられる。
Si(OR3−q
(Rはシクロペンチル基、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基またはこれらの誘導体であり、RおよびRは炭素数1〜10の炭化水素基であり、アルキル基などで架橋されていてもよい。qは0<q≦3の数である。)
およびRは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基などであり、メチル、エチル、イソプロピル、フェニル、シクロペンチル、シクロペンテニル、シクロペンタジエニル基などを例示することができる。RおよびRは同じでも、異なっていてもよい。Rがシクロペンチル基であり、Rがアルキル基またはシクロペンチル基であり、Rがアルキル基、特にメチル基またはエチル基である有機ケイ素化合物を用いることが好ましい。
また、下記の一般式で示される有機ケイ素化合物を用いることもできる。
Si(OR4−r
(RおよびRは前記と同じである。rは0<r<4の数である。)
およびRは特に限定されないが、メチル、エチル、イソプロピル、フェニル、シクロペンチル、シクロペンテニル、シクロペンタジエニル基などを例示することができる。RおよびRは同じでも、異なっていてもよい。
具体的には、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジシクロヘキシルジメトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン、シクロペンチルジメチルメトキシシランなどが例示されるが、好ましいのはシクロヘキシルメチルジメトキシシランなどである。
本発明のブテン系共重合体(A)および該共重合体(A)を含有する樹脂組成物は、前記した触媒の存在下に、1−ブテンとα−オレフィンとの共重合を行って製造されるが、このような共重合(本重合)を行う前に以下に述べるような予備重合を行ってもよい。
予備重合においては、通常、固体触媒成分(c)を有機金属化合物触媒成分(d)の少なくとも一部と組み合わせて用いる。この際、有機ケイ素化合物触媒成分(e)の一部または全部を共存させておくこともできる。
予備重合では、本重合における系内の触媒濃度よりもかなり高濃度の触媒を用いることができる。
予備重合における固体触媒成分(c)の濃度は、例えば、後述する不活性炭化水素媒体1L当り、チタン原子換算で、通常約0.5〜100ミリモル、好ましくは約1〜50ミリモルの範囲である。
有機金属化合物触媒成分(d)の量は、固体触媒成分(c)1g当り0.1〜500g、好ましくは0.3〜300gの重合体が生成するような量であればよく、例えば、固体触媒成分(c)中のチタン原子1モル当り、通常約0.1〜100モル、好ましくは約0.5〜50モルの量である。
予備重合は、不活性炭化水素媒体にα−オレフィンおよび上記の触媒成分を加え、温和な条件下に行うことが好ましい。
予備重合に用いられる不活性炭化水素媒体としては、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、灯油などの脂肪族炭化水素:シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタンなどの脂環族(脂環式)炭化水素:ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素:エチレンクロリド、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素、あるいはこれらの混合物などを挙げることができる。これらの不活性炭化水素媒体のうちでは、特に脂肪族炭化水素を用いることが好ましい。
予備重合で使用されるα−オレフィンは、本重合で使用されるα−オレフィンと同一であっても、異なっていてもよい炭素数が2〜10、好ましくは3〜10のα−オレフィンである。予備重合により、高結晶性のα−オレフィン重合体が得られる。
予備重合の反応温度は、生成する予備重合体が実質的に不活性炭化水素媒体中に溶解しないような温度であればよく、通常約−20〜+80℃、好ましくは約−20〜+60℃、さらに好ましくは0〜+40℃の範囲である。
なお、予備重合においては、水素のような分子量調節剤を用いることもできる。
分子量調節剤は、135℃のデカリン中で測定した予備重合により得られる重合体の極限粘度[η]が、約0.2dl/g以上、好ましくは約0.5〜10dl/gになるような量で用いる。
予備重合は、上記のように、例えば、チタン触媒成分1g当り約0.1〜500g、好ましくは約0.3〜300gの重合体が生成するように行う。
予備重合は、回分式または連続式のいずれにても行うことができる。
上記のようにして予備重合を行った後、あるいは予備重合を行うことなく、前述した固体触媒成分(c)、有機金属化合物触媒成分(d)および有機ケイ素化合物触媒成分(e)から形成されるオレフィン重合用触媒の存在下に、本発明の1−ブテンと炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)との共重合体を製造するための本重合を行うことが好ましい。
本重合は、溶液重合、懸濁重合などの液相重合法あるいは気相重合法のいずれの重合法によってもよい。溶液重合の場合の溶媒は、不活性炭化水素溶媒であることが好ましいが、重合条件で液状のオレフィンを使用することもできる。反応器中の気相におけるα−オレフィンと1−ブテンとのモル比は0.001〜0.1、好ましくは0.002〜0.08である。
重合温度は、生成する重合体が実質的に不活性炭化水素媒体中に溶解しないような温度であればよく、通常約−20〜+100℃、好ましくは約−20〜+80℃、さらに好ましくは0〜+40℃の範囲であり、圧力は通常、常圧〜1×10MPa、好ましくは2×10−1〜5MPaである。
本重合は回分式、半連続式または連続式で行うことができ、また、重合条件を変えて多段重合を行うこともできる。
本発明の共重合体(A)の製造において、例えば、固体触媒成分(c)は、重合容積1L当たりチタン原子に換算して、通常は約0.005〜0.5ミリモル、好ましくは約0.01〜0.5ミリモルの量で用いられる。また、有機金属化合物触媒成分(d)は、例えば、重合系中の固体触媒成分(c)中のチタン原子1モルに対し、有機金属化合物触媒成分(d)中の金属原子が、通常約1〜2000モル、好ましくは約5〜500モルとなるような量で用いられる。さらに、有機ケイ素化合物触媒成分(e)は、有機金属化合物触媒成分(d)中の金属原子1モル当り、有機ケイ素化合物触媒成分(e)中のSi原子換算にて、通常は0.001〜2モル、好ましくは約0.001〜1モル、特に好ましくは約0.001〜0.5モルとなるような量で用いられる。
(ii)樹脂組成物
本発明のブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物は、通常本発明のブテン系共重合体(A)と他の重合体を含有する組成物であるが、共重合体(A)に、別途重合して得たα−オレフィンの単独重合体および/または共重合体を混合した樹脂組成物であることが好ましい。本発明のブテン系共重合体(A)に混合する重合体として好ましいものは、炭素数2〜20のα−オレフィンの単独重合体または共重合体であり、より好ましいものは、炭素数4〜20のα−オレフィンの単独重合体または共重合体である。好ましい組成比は、本発明のブテン系共重合体(A)が40〜90質量%、他の重合体が60〜10質量%であり、より好ましくは、それぞれ60〜90質量%および40〜10質量%である。
混合する(共)重合体は、例えば、樹脂組成物からパイプを成形することを目的とする場合には、本発明のブテン系共重合体(A)と異なるブテン系共重合体、特にポリ−1−ブテン(B)、とりわけ、ブテン系共重合体(A)製造のための好適な触媒を用いて重合したポリ−1−ブテン(B)が好ましい。ポリ−1−ブテン(B)は、全樹脂の30質量%以下、好ましくは30〜5質量%混合される。また、パイプ中のブテン系共重合体(A)のα−オレフィン含有量は、好ましくはプロピレン含有率が1モル%超10モル%未満となるように混合されると、押出成形性が向上する。
本発明においては、炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有率が1モル%超のブテン系共重合体(A)と、炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)含有率が1モル%以下のポリ−1−ブテン(B)との混合物が特に好ましい。
混合されるポリ−1−ブテン(B)は、分子量が極限粘度[η]で1〜5dl/gであるものが好ましい。さらに、ブテン−プロピレン共重合体(A)とポリ−1−ブテン(B)との組成物を用いる場合、ブテン−プロピレン共重合体(A)とポリ−1−ブテン(B)の分子量は、ポリ−1−ブテン(B)の極限粘度[η]とブテン−プロピレン共重合体(A)の極限粘度[η]BPの比、[η]/[η]BPが0.1〜1.0、好ましくは0.2〜0.9、特に好ましくは0.3〜0.8の関係を有することが望ましい。
本発明のブテン系共重合体(A)または該ブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物には、本発明の物性を損なわない範囲で他の重合体、例えばエチレン−プロピレンランダム共重合体などのエチレン系ランダム共重合体、SEBS、SBS、SEPSなどのスチレン系ブロック共重合体のような柔軟なα−オレフィン共重合体を含有させてもよい。
さらに、本発明のブテン系共重合体(A)または樹脂組成物には、通常添加して使用される各種の配合剤、例えば、耐熱安定剤、耐候安定剤、スリップ剤、核剤、顔料、染料、滑剤などを添加してもよい。
上記核剤としては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン(ポリアミド)、ポリカプロラクトン、タルク、酸化チタン、1,8−ナフタルイミド、フタルイミド、アリザリン、キニザリン、1,5−ジヒドロキシ−9,10−アントラキノン、キナリザリン、2−アントラキノンスルホン酸ナトリウム、2−メチル−9,10−アントロキノン、アントロン、9−メチルアントラセン、アントラセン、9,10−ジヒドロアントラセン、1,4−ナフトキノン、1,1−ジナフチル、ステアリン酸、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、酸化亜鉛、ハイドロキノン、アントラニル酸、エチレンビスステアリルアミド、ソルビトール誘導体、さらには、特開平8−48838号公報に記載のポルカルボン酸系アミド化合物、ポリアミン系アミド化合物およびポリアミノ酸系アミド化合物、特公平5−58019号公報に記載のビニルシクロアルカン重合体などが挙げられる。
これらの中でも、アミド化合物を特に好ましく用いることができる。
本発明の樹脂組成物を調製する方法は、特に限定されないが、例えば、一軸押出機、多軸押出機を用いて、共重合体(A)と混合用重合体を溶融混合する方法、バンバリミキサー、ニーダーなどを用いて溶融混練した後、造粒または粉砕する方法などが挙げられる。また、共重合体(A)と混合用重合体を別途に重合し、それぞれ得られた重合溶液をそのまま攪拌混合する方法などを挙げることもできる。
(iii)成形体
本発明のブテン系共重合体(A)または該ブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物は、例えば、一軸押出機または多軸押出機を用いて常法により成形体に成形される。具体例には、パイプ、パイプ継手、シート、箱体などの多種多様な形状の成形体とすることができる。
本発明のブテン系共重合体(A)または該ブテン系共重合体(A)を含有する樹脂組成物から、例えば、一軸押出機を用いて、常法により成形したパイプの外径と厚みの比は5〜20、好ましくは6〜18の範囲であり、パイプの静水圧試験(測定温度95℃、フープストレス6MPa)における破壊時間は2万時間以上である。これは、パイプが極めて高い耐圧強度を有することを意味する。
(iv)固体状チタン触媒(A‘)
本発明の固体状チタン触媒(A‘)の組成は、(a’)マグネシウム:5〜35質量%、好ましくは8〜30質量%、より好ましくは10〜28質量%、さらに好ましくは12〜25質量%、(b‘)チタン:0.3〜10質量%、好ましくは0.5〜8質量%、より好ましくは0.8〜6質量%、さらに好ましくは1〜5質量%、(c’)ハロゲン:30〜75質量%、好ましくは35〜75質量%、より好ましくは38〜72質量%、さらに好ましくは40〜70質量%、(d‘)複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する化合物:0.5〜30質量%、好ましくは1〜27質量%、より好ましくは3〜25質量%さらに好ましくは5〜23質量%、(e’)炭化水素:0.05〜20質量%、好ましくは0.1〜15質量%、より好ましくは1〜12質量%、さらに好ましくは2〜10質量%、および(f‘)可溶化剤:0.05〜7質量%、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.15〜4質量%、さらに好ましくは0.2〜3質量%である。
固体状チタン触媒(A‘)において、(e’)炭化水素の含有量が20質量%を超えると触媒粒子間の凝集が起こり、触媒の粒子性状が悪化することがあり、また得られるα−オレフィン重合体の粒子性状が悪化することがある。一方、(e’)炭化水素の含有量が0.05質量%未満であると触媒の粒子性状が悪化するとともに、α−オレフィン重合の重合活性が低下し、さらに得られるα−オレフィン重合体の立体規則性も低下することがあり、また嵩密度が低下し、微粉が増加することがある。
さらに、固体状チタン触媒(A‘)は、カルボン酸誘導体を実質的に含有しないことが好ましい。
固体状チタン触媒(A‘)の構造、各成分の結合状態は不明であるが、触媒(A‘)を大量のヘキサンで十分洗浄し、0.1〜1Torr,室温の条件下で2時間以上乾燥した後、ICP(原子吸光分析)、GCなどにより測定して各成分の含有量が決定される。
なお、固体状チタン触媒(A‘)には、成分(a’)〜(f’)以外の他の成分、例えば、担体などが含まれていてもよい。但し、このような他の成分の含有量は50質量%以下、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下である。
[固体状チタン触媒(A‘)の製造]
本発明の固体状チタン触媒(A‘)は、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)と、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)を溶解し得る可溶化剤(β)とを溶媒(γ)中で接触させて溶液(I)を得、該溶液(I)に複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する第1の化合物(δ)を加えて溶液(II)を得、該溶液(II)に液体状態のチタン化合物(ε)を接触させて溶液(III)を得るか、さらに溶液(III)から固体を分離する方法により製造される。ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)、可溶化剤(β)と、第1の化合物(δ)とを溶媒(γ)中で接触させて溶液(II)を調製してもよい。
また、本発明の固体状チタン触媒(A‘)は、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)と、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)を溶解し得る可溶化剤(β)とを溶媒(γ)中で接触させて溶液(I)を得、該溶液(I)に複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する第1の化合物(δ)を加えて溶液(II)を得、該溶液(II)に液体状態のチタン化合物(ε)を接触させて溶液(III)を得、該溶液(III)に複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する第2の化合物(δ’)を加えて溶液(IV)を得るか、さらに溶液(IV)から固体を分離する方法により製造される。この際、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)、可溶化剤(β)と、第1の化合物(δ)とを溶媒(γ)中で接触させて溶液(II)を調製してもよい。
本発明の固体状チタン触媒(A‘)の製造方法の1例を、次に可溶化剤(β)としてアルコールを用いた場合で説明するが、アルコール以外の可溶化剤(β)を用いた場合も本質的に変わるところはない。
炭化水素溶媒(γ)中でハロゲン含有マグネシウム化合物(α)とアルコールとを接触させ、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)が、アルコールと炭化水素溶媒(γ)との混合溶媒中に溶解した均一溶液(ハロゲン含有マグネシウム化合物溶液)(I)を調製する。
この場合、アルコールは、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)1モルに対して1〜40モル、好ましくは1.5〜20モルの割合で用いられ、炭化水素溶媒(γ)は、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)1モルに対して1〜30モル、好ましくは1.5〜15モルの割合で用いられる。
接触温度は、60〜300℃、好ましくは100〜200℃であり、接触時間は、15〜300分、好ましくは30〜120分である。
次に、マグネシウム化合物溶液(I)に、複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する第1の化合物(δ)を加えて均一溶液(マグネシウム−ポリエーテル溶液)(II)を調製する。複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する第1の化合物(δ)は、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)の炭化水素溶媒(γ)への可溶化に寄与する。
この場合、複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する第1の化合物(δ)は、マグネシウム化合物溶液(I)中のハロゲン含有マグネシウム化合物(α)1モルに対して0.01〜1.0モル、好ましくは0.1〜0.5モルの割合で用いられる。
接触温度は、−20〜+300℃、好ましくは20〜200℃であり、接触時間は、5〜240分、好ましくは10〜120分である。
次に、マグネシウム−ポリエーテル溶液(II)と、液体状態チタン化合物(ε)とを接触させ、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)と、液体状態チタン化合物(ε)とを含む混合液(マグネシウム−チタン溶液)(III)を調製する。
この場合、液体状態チタン化合物(ε)は、マグネシウム−ポリエーテル溶液(II)中の、マグネシウム1グラム原子に対し2〜100グラム原子、好ましくは4〜50グラム原子の割合で用いられる。
接触温度は、−70〜+200℃、好ましくは−70〜+50℃であり、接触時間は、5〜300分、好ましくは30〜180分である。
次に、マグネシウム−チタン溶液(III)を20〜300℃、好ましくは50〜150℃に加熱して固体状チタン触媒(A‘)の懸濁液を得る。加熱時間は、10〜360分、好ましくは30〜300分である。
固体状チタン触媒(A‘)の懸濁液を濾過などによって固液分離し、固体(固体状チタン触媒)を採取した後、さらに固体と、液体状態チタン化合物(ε)とを接触させてもよい。
得られた固体状チタン触媒(A‘)を乾燥させて、または炭化水素溶媒(γ)で洗浄して炭素数4以上のα−オレフィン重合用触媒とすることもできるが、炭化水素溶媒(γ)に再懸濁して炭素数4以上のα−オレフィン重合用触媒として用いることもできる。
前記以外の方法として、マグネシウム−ポリエーテル溶液(II)と液体状態チタン化合物(ε)とを接触させてマグネシウム−チタン溶液(III)を得、これに可溶化剤(β)を接触させてもよい。この場合は、マグネシウム−チタン溶液(III)を加熱した後に、可溶化剤(β)を接触させることが好ましい。この製造方法の場合に限り、可溶化剤(β)として複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する第2の化合物(δ‘)を用いることができる。
この場合、可溶化剤(β)は、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)1モルに対して0.01〜5モル、好ましくは0.1〜1モルの割合で用いられる。
[固体状チタン触媒(A‘)の原料]
[ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)]
本発明で用いられるハロゲン含有マグネシウム化合物(α)は、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、フッ化マグネシウムのようなハロゲン化マグネシウム;メトキシ塩化マグネシウム、エトキシ塩化マグネシウム、イソプロポキシ塩化マグネシウム、ブトキシ塩化マグネシウム、オクトキシ塩化マグネシウムのようなアルコキシマグネシウムハライド;フェノキシ塩化マグネシウム、メチルフェノキシ塩化マグネシウムのようなアリロキシマグネシウムハライドなどであるが、該マグネシウム化合物(α)は、他の金属との錯化合物、複化合物あるいは他の金属化合物との混合物であってもよい。さらに、これらの化合物の、2種以上の混合物であってもよい。これらの中では、ハロゲン化マグネシウムが好ましく、特に塩化マグネシウムが好ましい。ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)は、本発明の固体状チタン触媒(A‘)のマグネシウム(a’)、ハロゲン(c‘)を構成する。
[可溶化剤(β)]
本発明で用いられる可溶化剤(β)は、ハロゲン含有マグネシウム化合物(α)を溶媒(γ)に溶解する作用を有するものである。好ましい化合物としては、アルコール、金属酸エステルを含むエステルおよび複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する化合物(δ、δ‘)以外のエーテルが挙げられる。可溶化剤(β)は、本発明の固体状チタン触媒(A‘)を構成する可溶化剤(f’)に相当する。
アルコールとして具体的には、エチレングリコール、メチルカルビトール、2−メチルペンタノール、2−エチルブタノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、テトラデシルアルコール、ウンデセノール、オレイルアルコール、ステアリルアルコールなどの脂肪族アルコール;シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノールなどの脂環族(脂環式)アルコール;ベンジルアルコール、メチルベンジルアルコール、イソプロピルベンジルアルコール、α−メチルベンジルアルコール、α、α−ジメチルベンジルアルコールなどの芳香族アルコール;n−ブチルセロソルブ、1−ブトキシ−2−プロパノールなどのアルコキシ基を含んだ脂肪族アルコールなどを挙げることができる。これらの中では、脂肪族アルコールが好ましく、特に2−エチルヘキサノールが好ましい。
また、エステルとしては、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ビニル、酢酸プロピル、酢酸オクチル、酢酸シクロヘキシル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、吉草酸エチル、クロル酢酸メチル、ジクロル酢酸エチル、メタクリル酸メチル、クロトン酸エチル、シクロヘキサンカルボン酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸ブチル、安息香酸オクチル、安息香酸シクロヘキシル、安息香酸フェニル、安息香酸ベンジル、トルイル酸メチル、トルイル酸エチル、トルイル酸アミル、エチル安息香酸エチル、アニス酸メチル、アニス酸エチル、エトキシ安息香酸エチル、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、クマリン、フタリド、炭酸エチルなどの炭素数2〜18の有機酸エステルが挙げられる。
また金属酸エステルも有効であり、本発明のエステルに包含される。具体的には、チタン酸エステル、バナジン酸エステル、ニオブ酸エステルおよびジルコニウム酸エステルなどが挙げられる。
チタン酸エステルとしては、オルトチタン酸メチル、オルトチタン酸エチル、オルトチタン酸−n−プロピル、オルトチタン酸イソプロピル、オルトチタン酸−n−ブチル、オルトチタン酸イソブチル、オルトチタン酸−n−アミル、オルトチタン酸−2−エチルヘキシル、オルトチタン酸−n−オクチル、オルトチタン酸フェニルおよびオルトチタン酸シクロヘキシルなどのオルトチタン酸エステル;
ポリチタン酸メチル、ポリチタン酸エチル、ポリチタン酸−n−プロピル、ポリチタン酸イソプロピル、ポリチタン酸−n−ブチル、ポリチタン酸イソブチル、ポリチタン酸−n−アミル、ポリチタン酸−2−エチルヘキシル、ポリチタン酸−n−オクチル、ポリチタン酸フェニルおよびポリチタン酸シクロヘキシルなどのポリチタン酸エステルが挙げられる。
また、バナジン酸エステル、ニオブ酸エステルおよびジルコニウム酸エステルとしては、上記のようなチタン酸エステルのチタンをバナジウム、ニオブまたはジルコニウムに置換えたものが挙げられる。
複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する化合物(δ、δ‘)以外のエーテルとしては、メチルエーテル、エチルエーテル、イソプロピルエーテル、ブチルエーテル、アミルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソール、ジフェニルエーテルなどの炭素数2〜20のエーテルが挙げられる。[複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する化合物(δ、δ‘)]
本発明で用いられる複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する化合物(δ、δ‘)(以下、ポリエーテルと称することがある。)のエーテル結合間に存在する原子(以下、連結基と称することがある。)は、炭素、ケイ素、酸素、窒素、イオウ、リン、ホウ素からなる群から選択される1種以上である。これらの連結基は、比較的嵩高い置換基、具体的には、炭素数2以上、好ましくは3以上の直鎖状、分岐状、環状の置換基、より好ましくは分岐状または環状の置換基が結合しているものが望ましい。また、置換基は、複数の炭素数、好ましくは3〜20、より好ましくは3〜10、特に好ましくは3〜7であることが好ましい。ポリエーテル(δ、δ‘)は、複数種使用してもよい。また、第1のポリエーテル、第2のポリエーテルとして同一のポリエーテルを使用することも、異なるポリエーテルを使用することもできる。ポリエーテル(δ、δ‘)は、本発明の固体状チタン触媒(A‘)を構成する複数の原子を介して存在する2個以上のエーテル結合を有する化合物(d’)に相当する。
ポリエーテル(δ、δ‘)としては、例えば、下記式で示される化合物を挙げることができる。
Figure 0004864274
(式中、nは2≦n≦10の整数であり、R〜R26は炭素、水素、酸素、ハロゲン、窒素、イオウ、リン、ホウ素およびケイ素から選択される少なくとも1種の元素を有する置換基であり、R〜R26、好ましくはR〜R20(n=20)は共同してベンゼン環以外の環を形成していてもよく、また主鎖中には炭素以外の原子が含まれていてもよい。)
ポリエーテル(δ、δ‘)としては、具体的に、
2−(2−エチルヘキシル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−s−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−シクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2−フェニル−1,3−ジメトキシプロパン、2−クミル−1,3−ジメトキシプロパン、2−(2−フェニルエチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(2−シクロヘキシルエチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(p−クロロフェニル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(ジフェニルメチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(1−ナフチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(2−フルオロフェニル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(1−デカヒドロナフチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−(p−t−ブチルフェニル)−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジシクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジシクロペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジエチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−プロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−ベンジル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−エチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−フェニル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−シクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(p−クロロフェニル)−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(2−シクロヘキシルエチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−メチル−2−(2−エチルヘキシル)−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジフェニル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジベンジル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(シクロヘキシルメチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソブチル−1,3−ジエトキシプロパン、2,2−ジイソブチル−1,3−ジブトキシプロパン、2−イソブチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−(1−メチルブチル)−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−(1−メチルブチル)−2−s−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジ−s−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジ−t−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジネオペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−イソペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−フェニル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−フェニル−2−s−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−ベンジル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−ベンジル−2−s−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−フェニル−2−ベンジル−1,3−ジメトキシプロパン、2−シクロペンチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−シクロペンチル−2−s−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−シクロヘキシル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−シクロヘキシル−2−s−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−s−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−シクロヘキシル−2−シクロヘキシルメチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,3−ジフェニル−1,4−ジエトキシブタン、2,3−ジシクロヘキシル−1,4−ジエトキシブタン、2,2−ジベンジル−1,4−ジエトキシブタン、2,3−ジシクロヘキシル−1,4−ジエトキシブタン、2,3−ジイソプロピル−1,4−ジエトキシブタン、2,2−ビス(p−メチルフェニル)−1,4−ジメトキシブタン、2,3−ビス(p−クロロフェニル)−1,4−ジメトキシブタン、2,3−ビス(p−フルオロフェニル)−1,4−ジメトキシブタン、2,4−ジフェニル−1,5−ジメトキシペンタン、2,5−ジフェニル−1,5−ジメトキシヘキサン、2,4−ジイソプロピル−1,5−ジメトキシペンタン、2,4−ジイソブチル−1,5−ジメトキシペンタン、2,4−ジイソアミル−1,5−ジメトキシペンタン、3−メトキシメチルテトラヒドロフラン、3−メトキシメチルジオキサン、1,3−ジイソブトキシプロパン、1,2−ジイソブトキシプロパン、1,2−ジイソブトキシエタン、1,3−ジイソアミロキシプロパン、1,3−ジイソネオペンチロキシエタン、1,3−ジネオペンチロキシプロパン、2,2−テトラメチレン−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ペンタメチレン−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ヘキサメチレン−1,3−ジメトキシプロパン、1,2−ビス(メトキシメチル)シクロヘキサン、2,8−ジオキサスピロ[5,5]ウンデカン、3,7−ジオキサビシクロ[3,3,1]ノナン、3,7−ジオキサビシクロ[3,3,0]オクタン、3,3−ジイソブチル−1,5−オキソノナン、6,6−ジイソブチルジオキシヘプタン、1,1−ジメトキシメチルシクロペンタン、1,1−ビス(ジメトキシメチル)シクロヘキサン、1,1−ビス(メトキシメチル)ビシクロ[2,2,1]ヘプタン、1,1−ジメトキシメチルシクロペンタン、2−メチル−2−メトキシメチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−シクロヘキシル−2−エトキシメチル−1,3−ジエトキシプロパン、2−シクロヘキシル−2−メトキシメチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソブチル−1,3−ジメトキシシクロヘキサン、2−イソプロピル−2−イソアミル−1,3−ジメトキシシクロヘキサン、2−シクロヘキシル−2−メトキシメチル−1,3−ジメトキシシクロヘキサン、2−イソプロピル−2−メトキシメチル−1,3−ジメトキシシクロヘキサン、2−イソブチル−2−メトキシメチル−1,3−ジメトキシシクロヘキサン、2−シクロヘキシル−2−エトキシメチル−1,3−ジエトキシシクロヘキサン、2−シクロヘキシル−2−エトキシメチル−1,3−ジメトキシシクロヘキサン、2−イソプロピル−2−エトキシメチル−1,3−ジエトキシシクロヘキサン、2−イソプロピル−2−エトキシメチル−1,3−ジメトキシシクロヘキサン、2−イソブチル−2−エトキシメチル−1,3−ジエトキシシクロヘキサン、2−イソブチル−2−エトキシメチル−1,3−ジメトキシシクロヘキサン、トリス(p−メトキシフェニル)ホスフィン、メチルフェニルビス(メトキシメチル)シラン、ジフェニルビス(メトキシメチル)シラン、メチルシクロヘキシルビス(メトキシメチル)シラン、ジ−t−ブチルビス(メトキシメチル)シラン、シクロヘキシル−t−ブチルビス(メトキシメチル)シラン、イソプロピル−t−ブチルビス(メトキシメチル)シランなどを挙げることができる。ポリエーテル(δ、δ‘)は、2種以上併用することができる。
上記の化合物中、1,3−ジエーテル類が好ましく、特に2,2−ジイソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−イソペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジシクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(シクロヘキシルメチル)1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−シクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−s−ブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジフェニル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−シクロペンチル−1,3−ジメトキシプロパンが好ましい。
[液体状態のチタン化合物(ε)]
本発明で用いられる液状状態のチタン化合物(ε)としては、例えば、下記式で表される4価のハロゲン含有チタン化合物を挙げることができる。
Ti(OR)4−m
(式中、Rは炭化水素基であり、Xはハロゲン原子であり、mは0≦m<4の数である。)
このようなハロゲン含有チタン化合物として、具体的には、
TiCl、TiBr、TiIなどのテトラハロゲン化チタン;Ti(OCH)Cl、Ti(OC)Cl、Ti(On−C)Cl、Ti(OC)Br、Ti(OisoC)Brなどのトリハロゲン化アルコキシチタン;Ti(OCHCl、Ti(OCCl、Ti(On−CCl、Ti(OCBrなどのジハロゲン化アルコキシチタン;Ti(OCHCl、Ti(OCCl、Ti(On−CCl、Ti(OCBrなどのモノハロゲン化アルコキシチタン;Ti(OCH、Ti(OC、Ti(On−C、Ti(Oiso−C、Ti(O−2−エチルヘキシル)などのテトラアルコキシチタンなどを挙げることができる。これらの中では、テトラハロゲン化チタンが好ましく、特に四塩化チタンが好ましい。
チタン化合物(ε)は単独で用いてもよく、混合物の形で用いてもよい。あるいは下記の溶媒(γ)で希釈して用いてもよい。
[溶媒(γ)]
本発明で用いられる溶媒(γ)として、具体的には、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、灯油などの脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタンなどの脂環族(脂環式)炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素;エチレンクロリド、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素、あるいはこれらの混合物などを挙げることができる。これらの中では、脂肪族炭化水素が好ましく、特にデカンが好ましい。溶媒(γ)は、本発明の固体状チタン触媒(A‘)の炭化水素(e’)に相当する。
[重合触媒]
固体状チタン触媒(A‘)は、周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B’)からなる触媒成分と組み合わせて炭素数4以上のα−オレフィンの重合に供される。例えば、固体状チタン触媒(A‘)と、有機アルミニウム化合物(B’)と、必要に応じて、電子供与体(C‘)とから形成される第一の重合触媒を用いて、α−オレフィンが重合される。また固体状チタン触媒(A’)と、有機アルミニウム化合物(B‘)の存在下にα−オレフィンを予備重合してなる予備重合触媒(D’)と、必要に応じて、有機アルミニウム化合物(B‘)および/または電子供与体(C’)とから形成される第二の重合触媒を用いても、該α−オレフィンが重合される。
[周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B‘)]
本発明の重合に使用される周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B‘)としては、例えば、下記式で示される有機アルミニウム化合物を例示することができる。
nAlX3−n
(式中、Rは炭素数1〜12の炭化水素基であり、Xはハロゲンまたは水素であり、nは1〜3の数である。)
上記式において、Rは炭素数1〜12の炭化水素基、例えば、アルキル基、シクロアルキル基またはアリール基であるが、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、イソブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、フェニル基、トリル基などである。
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、トリイソプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリ 2−エチルヘキシルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウム;イソプレニルアルミニウムなどのアルケニルアルミニウム;ジメチルアルミニウムクロリド、ジエチルアルミニウムクロリド、ジイソプロピルアルミニウムクロリド、ジイソブチルアルミニウムクロリド、ジメチルアルミニウムブロミドなどのジアルキルアルミニウムハライド;メチルアルミニウムセスキクロリド、エチルアルミニウムセスキクロリド、イソプロピルアルミニウムセスキクロリド、ブチルアルミニウムセスキクロリド、エチルアルミニウムセスキブロミドなどのアルキルアルミニウムセスキハライド;メチルアルミニウムジクロリド、エチルアルミニウムジクロリド、イソプロピルアルミニウムジクロリド、エチルアルミニウムジブロミドなどのアルキルアルミニウムジハライド;ジエチルアルミニウムハイドライド、ジイソブチルアルミニウムハイドライドなどのアルキルアルミニウムハイドライドなどが例示される。
また有機アルミニウム化合物として、下記式で示される化合物を用いることもできる。
nAlY3−n
(式中、Rは前記と同様であり、Yは−OR基、−OSi(R基、−OAlR 基、−NR 基、−SiR 基または−N(R)AlR 基であり、nは1〜2の数であり、R、R、RおよびRはメチル基、エチル基、イソプロピル基、イソブチル基、シクロヘキシル基、フェニル基などであり、Rは水素、メチル基、エチル基、イソプロピル基、フェニル基、トリメチルシリル基などであり、RおよびRはメチル基、エチル基などである。)
このような有機アルミニウム化合物として、具体的には、以下のような化合物が挙げられる。
nAl(OR3−nで表される化合物で、例えば、ジメチルアルミニウムメトキシド、ジエチルアルミニウムエトキシド、ジイソブチルアルミニウムメトキシドなど;
nAl(OSiR 3−nで表される化合物で、例えば、EtAl(OSiMe)、(iso−Bu)Al(OSiMe)、(iso−Bu)Al(OSiEt)など;
nAl(OAlR 3−nで表される化合物で、例えば、EtAlOAlEt、(iso−Bu)AlOAl(iso−Bu)など;
nAl(NR −nで表される化合物で、例えば、MeAlNEt、EtAlNHMe、MeAlNHEt、EtAlN(MeSi)、(iso−Bu)AlN(MeSi)など;
nAl(SiR −nで表される化合物で、例えば、(iso−Bu)AlSiMeなど;
nAl(N(R)AlR −nで表される化合物で、例えば、EtAlN(Me)AlEt、(iso−Bu)AlN(Et)Al(iso−Bu)などである。
好適なのはR Al、RnAl(OR3−n、RnAl(OAlR 3−nで表わされる有機アルミニウム化合物である。
これらの有機アルミニウム化合物で代表される周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B‘)は、予備重合触媒を製造する際にも使用される。
[電子供与体(C‘)]
本発明に使用される電子供与体(C‘)としては、例えば、固体状チタン触媒成分(A’)を調製する際に用いた可溶化剤(β)および下記式(i)で示されるケイ素化合物を挙げることができる。
nSi(OR−n … (i)
(式中、nは1、2または3であり、nが1のとき、Rは2級または3級の炭化水素基であり、nが2または3のとき、Rの少なくとも1つは2級または3級の炭化水素基であり、Rは同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜4の炭化水素基であって、4−nが2または3であるとき、Rは同一であっても異なっていてもよい。)
上記式(i)で示されるケイ素化合物において、2級または3級の炭化水素基としては、シクロペンチル基、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、置換基を有するこれらの基あるいはケイ素に隣接する炭素が2級または3級である炭化水素基が挙げられる。
置換シクロペンチル基としては、2−メチルシクロペンチル基、3−メチルシクロペンチル基、2−エチルシクロペンチル基、2−n−ブチルシクロペンチル基、2,3−ジメチルシクロペンチル基、2,4−ジメチルシクロペンチル基、2,5−ジメチルシクロペンチル基、2,3−ジエチルシクロペンチル基、2,3,4−トリメチルシクロペンチル基、2,3,5−トリメチルシクロペンチル基、2,3,4−トリエチルシクロペンチル基、テトラメチルシクロペンチル基、テトラエチルシクロペンチル基などのアルキル基を有するシクロペンチル基を例示することができる。
置換シクロペンテニル基としては、2−メチルシクロペンテニル基、3−メチルシクロペンテニル基、2−エチルシクロペンテニル基、2−n−ブチルシクロペンテニル基、2,3−ジメチルシクロペンテニル基、2,4−ジメチルシクロペンテニル基、2,5−ジメチルシクロペンテニル基、2,3,4−トリメチルシクロペンテニル基、2,3,5−トリメチルシクロペンテニル基、2,3,4−トリエチルシクロペンテニル基、テトラメチルシクロペンテニル基、テトラエチルシクロペンテニル基などのアルキル基を有するシクロペンテニル基を例示することができる。
置換シクロペンタジエニル基としては、2−メチルシクロペンタジエニル基、3−メチルシクロペンタジエニル基、2−エチルシクロペンタジエニル基、2−n−ブチルシクロペンタジエニル基、2,3−ジメチルシクロペンタジエニル基−2,4−ジメチルシクロペンタジエニル基、2,5−ジメチルシクロペンタジエニル基、2,3−ジエチルシクロペンタジエニル基、2,3,4−トリメチルシクロペンタジエニル基、2,3,5−トリメチルシクロペンタジエニル基、2,3,4−トリエチルシクロペンタジエニル基、2,3,4,5−テトラメチルシクロペンタジエニル基、2,3,4,5−テトラエチルシクロペンタジエニル基、1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル基、1,2,3,4,5−ペンタエチルシクロペンタジエニル基などのアルキル基を有するシクロペンタジエニル基を例示することができる。
またケイ素に隣接する炭素が2級炭素である炭化水素基としては、イソプロピル基、s−ブチル基、s−アミル基、α−メチルベンジル基などを例示することができ、ケイ素に隣接する炭素が3級炭素である炭化水素基としては、t−ブチル基、t−アミル基、α,α’−ジメチルベンジル基、アドマンチル基などを例示することができる。
上記式(i)で示されるケイ素化合物は、nが1である場合には、シクロペンチルトリメトキシシラン、2−メチルシクロペンチルトリメトキシシラン、2,3−ジメチルシクロペンチルトリメトキシシラン、シクロペンチルトリエトキシシラン、iso−ブチルトリエトキシシラン、t−ブチルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、2−ノルボルナントリメトキシシラン、2−ノルボルナントリエトキシシランなどのトリアルコキシシランが例示される。
nが2である場合には、ジシクロペンチルジエトキシシラン、t−ブチルメチルジメトキシシラン、t−ブチルメチルジエトキシシラン、t−アミルメチルジエトキシシラン、ジシクロヘキシルジメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジエトキシシラン、2−ノルボルナンメチルジメトキシシランなどのジアルコキシシランが例示される。
nが2である場合には、式(i)で示されるケイ素化合物は、下記式(ii)で示されるジメトキシ化合物であることが好ましい。
Figure 0004864274
(式中、R‘およびR‘’は、それぞれ独立に、シクロペンチル基、置換シクロペンチル基、シクロペンテニル基、置換シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、あるいはケイ素に隣接する炭素が2級炭素または3級炭素である炭化水素基を示す。)
上記式(ii)で示されるケイ素化合物としては、例えば、ジジクロペンチルジメトキシシラン、ジシクロペンテニルジメトキシシラン、ジシクロペンタジエニルジメトキシシラン、ジ−t−ブチルジメトキシシラン、ジ(2−メチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(3−メチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(2−エチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(2,3−ジメチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(2,4−ジメチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(2,5−ジメチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(2,3−ジエチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,4−トリメチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,5−トリメチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,4−トリエチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(テトラメチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(テトラエチルシクロペンチル)ジメトキシシラン、ジ(2−メチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(3−メチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(2−エチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(2−n−ブチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3−ジメチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(2,4−ジメチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(2,5−ジメチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,4−トリメチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,5−トリメチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,4−トリエチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(テトラメチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(テトラエチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(2−メチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(3−メチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(2−エチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(2−n−ブチルシクロペンテニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3−ジメチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(2,4−ジメチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(2,5−ジメチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3−ジエチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,4−トリメチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,5−トリメチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,4−トリエチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,4,5−テトラメチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(2,3,4,5−テトラエチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ(1,2,3,4,5−ペンタエチルシクロペンタジエニル)ジメトキシシラン、ジ−t−アミル−ジメトキシシラン、ジ(α,α’−ジメチルベンジル)ジメトキシシラン、ジ(アドマンチル)ジメトキシシラン、アドマンチル−t−ブチルジメトキシシラン、シクロペンチル−t−ブチルジメトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジ−s−ブチルジメトキシシラン、ジ−s−アミルジメトキシシラン、イソプロピル−s−ブチルジメトキシシランなどが挙げられる。
nが3である場合には、トリシクロペンチルメトキシシラン、トリシクロペンチルエトキシシラン、ジシクロペンチルメチルメトキシシラン、ジシクロペンチルエチルメトキシシラン、ジシクロペンチルメチルエトキシシラン、シクロペンチルジメチルメトキシシラン、シクロペンチルジエチルメトキシシラン、シクロペンチルジメチルエトキシシランなどのモノアルコキシシランなどが挙げられる。
(v)α−オレフィンの製造方法
[本重合]
本発明の、炭素数4以上のα−オレフィンの重合は、固体状チタン触媒(A‘)、周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B’)、必要に応じて、電子供与体(C‘)とから形成される第一の重合触媒を用いて実施される。
本重合において、固体状チタン触媒(A‘)は、仕込み容積1リットル当りチタン原子に換算して、通常は約0.001〜0.5ミリモル、好ましくは約0.005〜0.1ミリモルの量で用いられる。周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B’)は、重合系中の固体状チタン触媒(A‘)中のチタン原子1モルに対し、金属原子が、通常約1〜2000モル、好ましくは約5〜500モルとなるような量で用いられる。電子供与体(C’)は、周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B‘)の金属原子1モルに対し、通常約0.001モル〜10モル、好ましくは0.01モル〜2モルとなるような量で用いられる。
本重合に用いられる炭素数4以上のα−オレフィンとしては、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、1−エイコセン;炭素数が5〜20の環状オレフィン、例えば、シクロペンテン、シクロヘプテン、ノルボルネン、5−メチル−2−ノルボルネン、テトラシクロドデセン、2−メチル1,4,5,8−ジメタノ−1,2,3,4,4a,5,8,8a−オクタヒドロナフタレンなどを挙げることができる。これらは併用することもできる。さらにスチレン、ビニルシクロヘキサン、ジエン、エチレン、プロピレンなどをコモノマーとして使用することもできる。特に1−ブテンとプロピレンを共重合して得られる共重合体は汎用性があり、好ましい組合せである。α−オレフィンの含有量は50モル%以上であり、本発明の重合触媒の特性を十分に発揮するのは70〜100モル%の場合であり、特には80〜100モル%の場合である。
重合の際に、水素などの分子量調節剤を用いれば、得られる炭素数4以上のα−オレフィン重合体の分子量を調節することができ、メルトフローレートの大きい重合体が得られる。
重合温度は、通常、約20〜200℃、好ましくは約50〜150℃に、圧力は、通常、常圧〜10MPa、好ましくは約2×10−1〜5MPaに設定される。
重合は、回分式、半連続式、連続式のいずれの方法においても行うことができる。さらに重合を、反応条件を変えて2段以上に分けて行うこともできる。
本発明の、炭素数4以上のα−オレフィンの重合は、懸濁重合などの液相重合法あるいは気相重合法のいずれによってもよい。
本重合が液相重合の場合、溶媒としては、下記の予備重合の際に用いる不活性炭化水素と同様の不活性炭化水素を用いることもできるし、重合条件において液状の炭素数4以上のα−オレフィンを用いることもできる。
[予備重合]
本発明の、炭素数4以上のα−オレフィンの重合は、固体状チタン触媒(A‘)と、周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B’)の存在下にα−オレフィンを予備重合してなる予備重合触媒(D‘)と、必要に応じて、周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B’)および/または電子供与体(C‘)とから形成される第二の重合触媒を用いても実施することができる。次に、第二の重合触媒(予備重合触媒)の調製方法と第二の重合方法を具体的に説明する。第一の重合触媒の調製方法、第一の重合触媒を用いる重合方法と本質的には変わるところはない。
予備重合は、不活性炭化水素媒体を用い、固体状チタン触媒(A‘)、周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B’)、電子供与体(C‘)などを反応させ、次いで、炭素数4以上のα−オレフィンを加えて、通常約−20〜+100℃、好ましくは約−20〜+80℃、さらに好ましくは0〜+40℃の温和な条件下に実施される。
予備重合における固体状チタン触媒(A‘)の濃度は、不活性炭化水素媒体1リットル当り、チタン原子換算で通常約0.001〜200ミリモル、好ましくは約0.01〜50ミリモル、特に好ましくは0.1〜20ミリモルの範囲であるのが望ましい。予備重合では、本重合における触媒濃度よりも高い濃度を採ることができる。
予備重合における周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B‘)の量は、固体状チタン触媒(A’)1g当り0.1〜1000g、好ましくは0.3〜500gの炭素数4以上のα−オレフィン重合体が生成するような量であればよく、固体状チタン触媒(A‘)中のチタン原子1モル当り、通常約0.1〜300モル、好ましくは約0.5〜100モル、特に好ましくは1〜50モルの量であることが望ましい。
予備重合において、必要に応じて、電子供与体(C‘)を加えてもよい。予備重合に使用される電子供与体(C’)は、窒素含有化合物、酸素含有化合物、リン含有化合物などである。電子供与体(C‘)は、固体状チタン触媒(A’)のチタン原子1モル当り0.1〜50モル、好ましくは0.5〜30モル、さらに好ましくは1〜10モルの量で用いられる。
窒素含有化合物としては、例えば、以下に示すような化合物が挙げられる。
Figure 0004864274
Figure 0004864274
などの2,6−置換ピペリジン類:
Figure 0004864274
などの2,5−置換ピロリジン類:N,N,N’,N’−テトラメチルメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラエチルメチレンジアミンなどの置換メチレンジアミン類:1,3−ジベンジルイミダゾリジン、1,3−ジベンジル−2−フェニルイミダゾリジンなどの置換イミダゾリジン類などが挙げられる。
リン含有化合物としては、以下に示すような亜リン酸エステル類が好ましい。具体的には、トリエチルホスファイト、トリ−n−プロピルホスファイト、トリイソプロピルホスファイト、トリ−n−ブチルホスファイト、トリイソブチルホスファイト、ジエチル−n−ブチルホスファイト、ジエチルフェニルホスファイトなどの亜リン酸エステル類などである。
酸素含有化合物としては、以下に示すような化合物を用いることができる。
Figure 0004864274
などの2,6−置換テトラヒドロピラン類;2,5−置換テトラヒドロフラン類などである。
予備重合の媒体である不活性炭化水素としては、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、灯油などの脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタンなどの脂環族(脂環式)炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素;エチレンクロリド、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素、あるいはこれらの混合物などを挙げることができる。この中では、脂肪族炭化水素を用いることが好ましい。不活性炭化水素媒体を用いる場合は、予備重合をバッチ式で行うことが好ましい。また、炭素数4以上のα−オレフィン自体を溶媒として予備重合を行うこともできるし、実質的に溶媒のない状態で予備重合を行うこともできる。
予備重合においては、水素のような分子量調節剤を用いることもできる。分子量調節剤は、予備重合により得られるα−オレフィン重合体の135℃のデカリン中で測定した極限粘度[η]が約0.2dl/g以上、好ましくは約0.5〜10dl/gになるような量で用いることが望ましい。
予備重合で使用されるα−オレフィンは、本重合で使用される炭素数4以上のα−オレフィンと同一であっても、異なっていてもよく、具体的には、プロピレンであることが好ましい。
予備重合は、固体状チタン触媒(A‘)1g当り、α−オレフィン重合体が0.1〜1000g、好ましくは0.3〜500g、特に好ましくは1〜200gの量の生成程度で停止される。
予備重合に使用される固体状チタン触媒(A‘)および周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B’)は、本重合に使用される固体状チタン触媒(A‘)および周期律表第I族〜第III族金属の有機金属化合物(B’)と同一である。
本発明の固体状チタン触媒(A‘)は、実質的にカルボン酸誘導体を含有しない。該カルボン酸誘導体としては、カルボン酸エステル、カルボン酸無水物などが例示できる。また、該カルボン酸誘導体を実質的に含有しないとは、固体状チタン触媒(A‘)中の、カルボン酸誘導体の含有量が5重量%以下であることをいう。該カルボン酸誘導体の含有量は、1重量%以下であることが好ましく、500ppm以下であることがさらに好ましく、100ppm以下であることが特に好ましい。
従って、本発明の重合で得られる炭素数4以上のα−オレフィンの重合体または共重合体は、電子供与性化合物(C‘)であるカルボン酸誘導体の含有量が少なく、かつα−オレフィンの異性化により得られるオレフィンの含有量が少ない。
該重合体または共重合体の極限粘度[η]は0.01〜100dl/g、好ましくは0.1〜50dl/gである。
以下、本発明の実施例により、さらに本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
実施例1
〔固体チタン触媒成分(c−1)の調製〕
無水塩化マグネシウム6.0kg(63モル)、デカン26.6Lおよび2−エチルヘキシルアルコール29.2L(189モル)を、140℃で4時間加熱反応させ、均一溶液とした。その後、溶液に2−イソプロピル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパン1.59kg(7.88モル)を添加し、110℃でさらに1時間攪拌混合した。
得られた均一溶液を室温まで冷却した後、−24℃に保持された四塩化チタン120L(1080モル)に、2.5時間にわたって、前記の方法で得た溶液37.0kgを滴下した。その後、得られた溶液の温度を6時間かけて昇温し、110℃に到達した時に2−イソプロピル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパン0.68kg(3.37モル)を添加した。
さらに、溶液を110℃で2時間攪拌し、反応させた。その後、反応混合物から熱濾過にて固体を採取し、固体を132Lの四塩化チタンに入れ、再スラリー化した後、再びスラリーを110℃で2時間、加熱し、反応させた。
その後、再び反応混合物から熱濾過にて固体部を採取し、90℃のデカンおよびヘキサンを用いて洗浄した。洗浄液中にチタン化合物が検出されなくなった時点で洗浄を止め、固体チタン触媒成分(c−1)を得た。
固体チタン触媒成分(c−1)のヘキサンスラリーの一部を採取して乾燥させ、乾燥物を分析した。固体チタン触媒成分(c−1)の質量組成は、チタン3.0%、塩素57%、マグネシウム17%および2−イソプロピル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパン18.0%であった。
〔1−ブテンとプロピレンとの共重合〕
内容積200Lの連続式重合器に、ヘキサンを毎時73L、1−ブテンを毎時16kg、プロピレンを毎時0.07kg、水素を毎時10NL、前記固体チタン触媒成分(c−1)をチタン原子に換算して毎時0.38ミリモル、トリエチルアルミニウムを毎時38ミリモルおよびシクロヘキシルメチルジメトキシシランを毎時1.3ミリモル供給しながら、1−ブテンとプロピレンの共重合を行い、毎時4.8kgの共重合体を得た。なお、共重合温度は60℃、平均滞留時間は0.8時間、全圧は3×10−1MPa・Gであった。得られた共重合体の物性(プロピレン含有量、極限粘度[η]、分子量分布Mw/Mn、融点Tm、アイソタクティックペンタッド分率、1/2結晶転移時間、引張弾性率E、B値)を第1表に示す。
〔樹脂組成物の製造〕
上記で得られたブテン−プロピレン共重合体とポリ−1−ブテン(融点124℃、極限粘度1.2、Mw/Mn3.6、1/2結晶転移時間15時間、アイソタクチックペンタッド分率94.1%)とを質量比4:1にて混合し、核剤としての高密度ポリエチレン(MFR:13g/10min、密度:965kg/m)を該樹脂組成物100重量部に対し0.2重量部並びに耐熱安定剤を加えて、スクリュー径40mmφの一軸押出機を用いて溶融混合し、樹脂組成物を製造した。該樹脂組成物の物性を第1表に示す。
[パイプの製造]
上記で得られた樹脂組成物に、耐熱安定剤(フェノール系、ベンゾトリアゾール系、金属石鹸)を加え、一軸押出機を用いてペレットに造粒した。得られたペレットを、スクリュー径90mmφのパイプ成形機にて、設定温度180℃、冷却水温度11℃、成形速度3m/分の条件で、内径27mm、肉厚2.4mmのパイプに押出成形した。
パイプの静水圧試験の結果を合わせて第1表に示す。
[測定法]
ブテン−プロピレン共重合体、該共重合体を含有する樹脂組成物およびパイプの物性などの測定法を下記する。
(1)ブテン−プロピレン共重合体のプロピレン含有量
共重合体30〜50mgをヘキサクロルブタジエン0.5cmに溶解し、超伝導型NMR(日本電子(株)製、GSH−270)を使用して、測定温度115〜120℃、測定範囲180ppm、積算回数500〜10000、パルス間隔4.5〜5秒、パルス幅45°の条件にて測定した。
(2)融点Tm
共重合体を、厚さ0.1mmの金枠を用い、厚さ50μmのポリエステルシート、厚さ100μmのアルミ板、厚さ1mmの鉄板で挟み、190℃で5分間保持後、5MPaで空気抜きし、さらに、5MPaで5分間保持した。ついで、20℃に水冷されている冷却プレスによって、5MPaで5分間冷却してシートを得た。
その後、7日間室温で放置したシートを4〜5mg、示差走査型熱量計(パーキン・エルマー社製、DSC−2型)のサンプルパンに入れ、20℃から10℃/分のスピードで200℃まで昇温した。昇温時の融解ピーク頂点の温度をTmとした。融点は耐熱性の尺度となる。
(3)引張弾性率E
厚さ2mmの金枠を用いた以外は、融点の測定の場合と同様に、共重合体から厚さ2mmのシートを作成し、7日間経過したものを測定用試料とした。該試料を、インストロン社製の万能試験機ASTM IV号を使用して、チャック間の距離64mm、引張速度50mm/分にて測定を行った。
なお、23℃における引張弾性率Eは、使用条件での硬さを示し、パイプの耐圧強度の尺度となる。また、95℃における引張弾性率Eは、高温での硬さを示し、耐熱性の尺度となる。
(4)分子量分布Mw/Mn
(i)分子量が知られている標準ポリスチレン(単分散ポリスチレン、東洋曹達(株)製)を用いて、ポリスチレンの分子量Mに対応するGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)のカウントを測定し、分子量MとEV(Elution Volume:溶出体積)との較正曲線を作成した。
(ii)GPCにより、測定試料のゲルバーミエーションクロマトグラムを測定し、上記(i)で作成した較正曲線を用いて、下記一般式で規定される数平均分子量(Mn=ΣMiNi/ΣNi)および重量平均分子量(Mw=ΣMiNi/ΣMiNi)を計算し、Mw/Mnを決定した。
分子量分布は可撓性、押出成形性の尺度となる。
(5)極限粘度[η]
アトランテイック型粘度計を用いて135℃で、試料のデカリン溶液の比粘度を測定し、比粘度から極限粘度[η]を算出した。
極限粘度は強度、押出成形性の尺度となる。
(6)1/2結晶転移時間
X線回折装置(理学電機(株)製 RU−300、Cuターゲット、50kv、300mA)を用い、I型結晶の(100)面反射ピーク強度のII型結晶の(200)面反射ピーク強度に対する比を測定し、時間経過に伴う強度比の飽和値の1/2に達する時間を測定した。
1/2結晶転移時間は成形後の養生時間の尺度となる。
(7)B値
NMR分析装置(日本電子(株)製 LA−500 FT−NMR)を用い測定温度:120℃、溶媒:o−ジクロロベンゼン、内部標準:重水素化ベンゼン、パルスモード:プロトン完全デカップリング、パルス幅:45度、パルス間隔:5.5秒の条件にて測定して得られるNMRスペクトルから、40.2ppm(BBダイアッド由来)、43.3ppm(BPダイアッド由来)、46.4ppm(PPダイアッド由来)の骨格メチレンのピーク面積を計測し、BB、BPおよびPPのダイアッドモル分率を求めた。ついで、ダイアッドモル分率より式 B=BB+BP/2、および式 P=PP+BP/2により、B(1−ブテン)およびP(プロピレン)の含有量を求め、さらに、式 B値=BP/(2×B×P)によりB値を算出した。なお、BBは1−ブテン連鎖、BPは1−ブテンとプロピレンの結合、PPはプロピレン連鎖を示す。
B値は共重合体のランダム性の尺度であり、これが大きいほど1−ブテン連鎖またはプロピレン連鎖が短くなり、1−ブテンおよびプロピレンの分布が一様であることを示す。
(8)アイソタクティックペンタッド分率
NMR分析装置(日本電子(株)製 LA−500 FT−NMR)を用い測定温度:120℃、溶媒:ヘキサクロロブタジエン、内部標準:重水素化ベンゼンの条件にて測定を行った。
アイソタクティックペンタッド分率は(共)重合体の立体規則性を示す。
(9)パイプの静水圧強度
パイプの静水圧強度は、ISO 167に従って、95℃、フープストレス=6MPaの条件にて測定した。結果を第1表に合わせて示した。実施例の場合は、2万時間を超えており、十分な実用的強度を有している。
実施例2
〔固体チタン触媒成分(c−2)の調製〕
無水塩化マグネシウム4.28kg(45モル)、デカン26.6Lおよび2−エチルヘキシルアルコール21.1L(135モル)を、140℃で5時間加熱反応させ、均一溶液とした。この溶液に無水フタル酸1kg(6.78モル)を添加し、130℃でさらに1時間攪拌混合し、均一溶液とした。
得られた均一溶液を室温まで冷却した後、−20℃に保持された四塩化チタン120L(1080モル)に、2時間にわたって滴下した。その後、得られた溶液の温度を4時間かけて昇温し、110℃に到達した時にジイソブチルフタレート3.02L(11.3モル)を添加した。
さらに、溶液を110℃で2時間攪拌し、反応させた。その後、反応混合物から熱濾過にて固体を採取し、固体を165Lの四塩化チタンに入れた。得られたスラリーを110℃で2時間、加熱反応させた。
その後、再び反応混合物から熱濾過にて固体部を採取し、110℃のデカンおよびヘキサンを用いて洗浄した。洗浄液中にチタン化合物が検出されなくなった時点で洗浄を止め、固体チタン触媒成分(c−2)を得た。
固体チタン触媒成分(c−2)のヘキサンスラリーの一部を採取して乾燥させ、乾燥物を分析した。固体チタン触媒成分(c−2)の質量組成は、チタン2.5%、塩素58%、マグネシウム18%およびジイソブチルフタレート13.8%であった。
〔1−ブテンとプロピレンとの共重合〕
有機ケイ素化合物触媒成分(e)として、シクロヘキシルメチルジメトキシシランに代えてジシクロペンチルジメトキシシランを使用し、かつ共重合温度を57.5℃としたこと以外は、実施例1と同様にして共重合を行い、ブテン−プロピレン共重合体を製造した。共重合条件を第1表に示す。
〔樹脂組成物およびパイプの製造〕
上記で得られた共重合体について、実施例1と同様にしてポリ−1−ブテン、核剤および添加剤を混合して樹脂組成物を調製し、さらに、パイプを成形した。
得られた共重合体および樹脂組成物の物性並びにパイプの静水圧試験の結果を第1表に示す。
実施例3
実施例2のブテン−プロピレン共重合体の製造において、有機金属化合物触媒成分(d)として、トリエチルアルミニウムに代えてトリイソブチルアルミニウムを用い、ジシクロペンチルジメトキシシランに代えてシクロヘキシルメチルジメトキシシランを使用し、かつ、第1表に示す重合条件にて実施例2の重合を繰り返し、第1表に示す物性を有するポリ−1−ブテンを製造した。
該重合体について、核剤を高密度ポリエチレン0.2重量部からエチレンビスステアリルアミド0.05重量部としたこと以外は、実施例1と同様にしてポリ−1−ブテンを混合して樹脂組成物を調製し、パイプを成形した。
得られた重合体および樹脂組成物の物性並びにパイプの静水圧試験の結果を第1表に示す。
比較例1
実施例2のブテン−プロピレン共重合体の製造において、共重合成分としてのプロピレンを用いずに、有機金属化合物触媒成分(d)として、トリエチルアルミニウムに代えてトリイソブチルアルミニウムを用い、ジシクロペンチルジメトキシシランに代えてシクロヘキシルメチルジメトキシシランを使用し、かつ、第1表に示す重合条件にて実施例2の重合を繰り返し、第1表に示す物性を有するポリ−1−ブテンを製造した。
該重合体について、実施例1と同様にしてポリ−1−ブテンを混合して樹脂組成物を調製し、パイプを成形した。
得られた重合体および樹脂組成物の物性並びにパイプの静水圧試験の結果を第1表に示す。
比較例2
実施例2のブテン−プロピレン共重合体の製造において、有機金属化合物触媒成分(d)として、トリエチルアルミニウムに代えてトリイソブチルアルミニウムを用い、ジシクロペンチルジメトキシシランに代えてシクロヘキシルメチルジメトキシシランを使用し、かつ、第1表に示す共重合条件で実施例2の共重合を繰り返し、第1表に示す物性を有するブテン−プロピレン共重合体を製造した。
該共重合体について、実施例1と同様にしてポリ−1−ブテンを混合して樹脂組成物を調製し、パイプを成形した。
得られた共重合体および樹脂組成物の物性並びにパイプの静水圧試験の結果を第1表に示す。
Figure 0004864274
実施例4
[固体状チタン触媒成分(A‘−1)の調製]
無水塩化マグネシウム6.0kg(63モル)、デカン26.6Lおよび2−エチルヘキサノール29.2L(189モル)を、140℃で4時間加熱反応させ、均一なマグネシウム化合物溶液(I)とした。その後、溶液(I)に2−イソプロピル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパン1.59kg(1.88モル)を添加し、さらに110℃で1時間攪拌混合した。
得られた均一なマグネシウム−ポリエーテル溶液(II)を室温まで冷却し、溶液(II)37.0kgを−24℃に保持された四塩化チタン120L(1080モル)に2.5時間にわたって滴下した。得られたマグネシウム−チタン溶液(III)の温度を6時間かけて昇温し、110℃に到達した時に、2−イソプロピル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパン0.68kg(3.37モル)を添加し、得られた溶液(IV)を110℃で2時間攪拌し、反応させた。その後、反応生成液から熱濾過にて採取した固体を132Lの四塩化チタンに入れ、再懸濁させた後、再び懸濁液を110℃で2時間加熱し、反応させた。
その後、再び反応生成液から熱濾過にて固体を採取し、110℃のデカンおよびヘキサンを用いて洗浄した。洗浄液中にチタン化合物が検出されなくなったら、洗浄を止め、固体状チタン触媒(A‘−1)を得た。
固体状チタン触媒(A‘−1)のヘキサン懸濁液の一部を採取して乾燥し、乾燥物を分析した。固体状チタン触媒(A‘−1)の質量組成はチタン3.0%、マグネシウム17%、塩素57%および2−イソプロピル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパン18.0%であった。ジイソブチルフタレートは検出されなかった。
[重合]
内容積200Lの連続式重合器に、毎時ヘキサンを73L、1−ブテンを16kg、プロピレンを0.07kg、水素を10NL、固体状チタン触媒(A‘−1)をチタン原子に換算して0.38ミルモル、トリエチルアルミニウム(B’)38ミリモルおよびシクロヘキシルメチルジメトキシシラン(CMMS)(C‘)を1.3ミリモル供給しながら、1−ブテンとプロピレンの共重合を行い、毎時4.8kgの共重合体を得た。共重合温度は60℃、平均滞留時間は0.8時間、全圧は3×10−1MPa・gであった。得られた共重合体の物性(プロピレン含有量、融点、極限粘度[η]、分子量分布)を第2表に示した。
(1)ブテン−プロピレン共重合体中のプロピレン含有量の測定は下記によった。
得られた共重合体30〜50mgをヘキサクロルブタジエン0.5cmに溶解し、超伝導型NMR(日本電子(株)製、GSH−270)を使用して、測定温度115〜120℃、測定範囲180ppm、積算回数500〜10000、パルス間隔4.5〜5秒、パルス幅45°の条件にて測定した。
(2)融点Tmの測定は下記によった。
共重合体を厚さ0.1mmの金枠を用い、厚さ50μmのポリエステルシート、厚さ100μmのアルミ板、厚さ1mmの鉄板で挟み、190℃で5分間保持後、5MPaで空気抜きし、さらに5MPaで5分間保持した。次に、20℃に水冷されている冷却プレスによって5MPaで5分間冷却してシートを得た。その後、7日間室温で放置したシートを4〜5mg、示差走査型熱量計(パーキン・エルマー社製、DSC−2型)のサンプルパンに入れ、20℃から10℃/分のスピードで200℃まで昇温した。昇温時の、融解ピークの頂点の温度をTmとした。融点は耐熱性の尺度となる。
(3)極限粘度〔η〕の測定は下記によった。
アトランテイック型粘度計を用いて135℃で、試料のデカリン溶液の比粘度を測定し、比粘度から極限粘度〔η〕を算出した。
極限粘度は強度、押出成形性の尺度となる。
(4)2−ブテン生成量の測定は下記によった。
重合中に生成する2−ブテン量は、重合器内気相部に含まれる2−ブテン量を、ガスクロマトグラフ法により測定した。
比較例3
[固体状チタン触媒成分(A‘−2)の調製]
無水塩化マグネシウム4.28kg(45モル)、デカン22.5Lおよび2−エチルヘキサノール21.1L(135モル)を、140℃で5時間加熱反応させ、均一なマグネシウム化合物溶液(I)とした。その後、溶液(I)に無水フタル酸1kg(6.78モル)を添加し、さらに130℃で1時間攪拌混合し、無水フタル酸を溶解させた。
得られた均一なマグネシウム−無水フタル酸溶液を室温に冷却した後、この均一溶液75Lを−20℃に保持された四塩化チタン120L(1080モル)に2時間にわたって滴下した。その後、得られたマグネシウム−チタン溶液の温度を4時間かけて昇温し、110℃に到達した時に、ジイソブチルフタレート3.02L(11.3モル)を添加した。この溶液を110℃で2時間攪拌し、反応させた。その後、反応生成液から熱濾過にて固体を採取し、該固体を165Lの四塩化チタンに入れ、再懸濁させた後、再び懸濁液を110℃で2時間加熱し、反応させた。
再び反応生成液から熱濾過にて固体を採取し、110℃のデカンおよびヘキサンを用いて洗浄した。洗浄液中にチタン化合物が検出されなくなったら、洗浄を止め、固体状チタン触媒(A‘−2)を得た。
固体状チタン触媒(A‘−2)のヘキサン懸濁液の一部を採取して乾燥させ、乾燥物を分析した。固体状チタン触媒(A’−2)の質量組成はチタン2.4%、マグネシウム20%、塩素60%、ジイソブチルフタレート13.0%であった。従って、カルボン酸誘導体の含有量は13.0%である。
なお、フタル酸誘導体の含有量はガスクロマトグラフ法により測定した。すなわち、50mlのメスフラスコへ試料約0.5gを秤量し、アセトンを加えて溶解させた。内部標準物質を添加して攪拌後、13%アンモニア水を滴下し、分解させた。静置分離後、上層部を供試料とした。分離カラムとして溶融シリカキャピラリーカラムを使用して各成分を分離し、内部標準法で定量した。
[重合]
固体状チタン触媒(A‘−2)を用いたこと以外は、実施例4の共重合を繰り返し、ブテン−プロピレン共重合体を製造した。結果を第2表に示す。
Figure 0004864274
本発明のブテン系共重合体または該ブテン系共重合体を含有する樹脂組成物からは、耐熱性、低温特性、取扱い易さに優れ、耐熱クリープ特性が一段と優れる成形体を得ることができる。従って、本発明の成形体、特にパイプは、耐熱性、低温特性、取り扱い易さに加えて耐熱クリープ特性に優れている。
また、本発明の固体状チタン触媒およびα−オレフィンの製造方法によれば、粒径が揃い、微粉量が少なく、かつ嵩密度の高い、カルボン酸を実質的に含有しない上記のブテン系共重合体を含む炭素数4以上のα−オレフィンの重合体または共重合体を高い重合活性にて、容易に製造し得る。
産業上の利用可能性
本発明のブテン系共重合体または該ブテン系共重合体を含有する樹脂組成物からは、耐熱性、低温特性、取扱い易さに優れ、耐熱クリープ特性が一段と優れる成形体を得ることができる。従って、本発明の成形体、特にパイプは、耐熱性、低温特性、取り扱い易さに加えて耐熱クリープ特性に優れており産業上の利用可能性が高い。
また、本発明の固体状チタン触媒およびα−オレフィンの製造方法によれば、粒径が揃い、微粉量が少なく、かつ嵩密度の高い、カルボン酸を実質的に含有しない上記のブテン系共重合体を含む炭素数4以上のα−オレフィンの重合体または共重合体を高い重合活性にて、容易に製造し得るので産業上の利用可能性が高い。

Claims (10)

  1. 1−ブテンから導かれる共重合単位(a)99.9〜80モル%と、炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)から導かれる共重合単位(b)0.1〜20モル%とからなるブテン系共重合体(A)40〜90重量%とポリ−1−ブテン(B)60〜10重量%を含有する樹脂組成物であって、該樹脂組成物の、
    (1a)引張弾性率E(測定温度23℃)が360MPa以上、および/または
    (1b)引張弾性率E(測定温度95℃)が138MPa以上であって、
    (2)重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比、Mw/Mnが2〜30、
    (3)極限粘度[η](溶媒デカリン、測定温度135℃)が1〜6dl/g、
    (4)融点Tm(示差走査型熱量計)が110〜150℃
    であることを特徴とするブテン系共重合体樹脂組成物。
  2. 上記ブテン系共重合体(A)、または上記ブテン系共重合体(A)およびポリ−1−ブテン(B)が、下記成分を含有する触媒系を用いて製造されたものであることを特徴とする請求項1に記載のブテン系共重合体樹脂組成物。
    (c)チタン、マグネシウム、ハロゲンおよび下式で表される2個以上のエーテル結合を有する化合物を含む固体状チタン触媒成分、
    Figure 0004864274
    (式中、R1〜R26は、炭素、水素、酸素、ハロゲン、窒素、イオウ、リン、ホウ素およびケイ素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する置換基であり、任意のR1〜R26は、ベンゼン環以外の環を形成していてもよく、また主鎖中には、炭素以外の原子が含まれていてもよい。nは、2≦n≦10の整数である。)並びに、(d)周期律表の第I族〜第III族金属を含む有機金属化合物触媒成分。
  3. 上記ブテン系共重合体樹脂組成物において、さらに核剤を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のブテン系共重合体樹脂組成物。
  4. 核剤を上記ブテン系共重合体樹脂組成物100重量部に対して0.05〜0.2重量部含むことを特徴とする請求項3に記載のブテン系共重合体樹脂組成物。
  5. 上記核剤がアミド系化合物であることを特徴とする請求項3または4に記載のブテン系共重合体樹脂組成物。
  6. 前記ブテン系共重合体(A)を構成する炭素数2〜10のα−オレフィン(ただし、1−ブテンを除く)から導かれる共重合単位(b)が、プロピレン単位であることを特徴とする請求項ないしのいずれか1項に記載のブテン系共重合体樹脂組成物。
  7. 求項ないしのいずれか1項に記載のブテン系共重合体樹脂組成物からなることを特徴とする成形体。
  8. 成形体がパイプであることを特徴とする請求項に記載の成形体。
  9. パイプの静水圧試験(測定温度95℃、フープストレス6MPa)において、破壊時間が2万時間以上であることを特徴とする請求項に記載の成形体。
  10. 成形体がパイプ継ぎ手であることを特徴とする請求項に記載の成形体。
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