JP5039351B2 - プロピレン系重合用触媒成分、触媒およびプロピレン系重合体の製造方法 - Google Patents
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Description
ブロック共重合体の品質、特に耐衝撃強度を高める為には、ランダム共重合体成分のMFR及びランダム共重合体成分の含量をある一定の範囲内とすることが必要であり、高い品質を維持した上でブロック共重合体のMFRを高める為には、主としてプロピレンからなる重合体成分のMFRを一層高くすることが望まれている。
その後、触媒性能が格段に進歩するにつれ、現在では気相法プロセスが主流となっている。各種気相法プロセスの中でも、液化プロピレンの潜熱を利用して、重合熱を除去する方法は、小さな設備で大きな除熱能力を持つことができる点で優位性のあるものである。
液化プロピレンの蒸発潜熱を利用して、重合熱を除去する形式のオレフィンの気相重合槽として、水平軸回りに回転する撹拌機を有する横型反応器が知られている。
一般的に、重合反応により触媒粒子は、ポリマー粒子へと徐々に成長していく。横型反応器で重合を行う場合、重合によるポリプロピレンの生成と機械的な撹拌の2つの力により、これらの粒子は、徐々に成長しながら反応器の軸方向に沿って進んでいく。そのため、反応器の上流から下流に向かって、成長度すなわち滞留時間のそろった粒子が経時的に並ぶことになる。すなわち、横型反応器では、フローパターンがピストンフロー型となり、完全混合槽を数台直列に並べた場合と同程度に滞留時間分布を狭くする効果がある。これは、その他の重合反応器には見られない優れた特徴であり、単一の反応器で2個、3個又はそれ以上の反応器と同等な固体混合度を容易に達成することができる点で、経済的に有利である。
プロピレン系ブロック共重合体の製造を行う際には、第一重合工程で、主としてプロピレンからなる重合体成分(a)を製造し、第二重合工程で、プロピレンとその他のモノマーとのランダム共重合体成分(b)を製造することが一般的である。この際、第一重合工程を出て第二重合工程に入るポリマー粒子の滞留時間分布が広いと、第二重合工程を行う反応器でファウリングが生じたり、製品であるブロック共重合体の面衝撃強度が低下したりする問題が発生しやすい。これは、滞留時間分布の広さに起因して、第二重合工程に入ってくるポリマー粒子の持つ活性のばらつきが大きくなり、第二重合工程で過度にランダム共重合体成分を製造してしまう粒子が増加するためであると、考えられている。
故に、プロピレン系ブロック共重合体を製造する場合には、滞留時間分布の狭い製造方法を用いることが望ましく、この観点からも、水平軸回りに回転する撹拌機を有する横型筒状反応器を用いる手法は、その他の方法に比し高い優位性を有していると言える。
故に、液化プロピレンの潜熱を利用する気相法プロセスでは、高MFRのポリプロピレンを製造しようとすると、除熱の問題から生産性が落ちてしまう問題が発生する。また、エチレンなどの露点が低いコモノマーで高コモノマー含量のランダム共重合体成分を製造するときも、同様の問題が発生する。上記に記載した通り、高MFRのプロピレン系ブロック共重合体の製造を行う場合には、第一重合工程において、この問題が大きくなり、高コモノマー含量のプロピレン系ブロック共重合体の製造を行う場合には、第ニ重合工程において、この問題が大きくなる。
また、コモノマーの共重合性を解決する方法としては、Ti−N結合を有するチタン化合物を用いる方法(例えば、特許文献8参照。)、2段階目の重合時に有機ケイ素化合物及び飽和炭化水素を用いる方法(例えば、特許文献9参照。)等が提案されている。
更に、最近ではポリプロピレンの立体規則性の改良の方法として、チタン、マグネシウム、ハロゲンおよび電子供与体を必須成分としてそれを用いる固体成分にハロゲン含有ケイ素化合物を接触させてなる固体触媒成分をオレフィン重合に使用することが提案されている(例えば、特許文献10参照。)。
鋭意研究を重ねた結果、立体規則性やモノマーの関与に係る化合物として、特定の構造を有する有機ケイ素化合物を採用することにより、活性点に対するモノマー挿入反応が制御され、コモノマー共重合性の改善がなされ、また一方で、この有機ケイ素化合物を採用する場合、立体規則性がやや悪くなる欠点が依然として残るものの、更に、特定量のハロゲン含有ケイ素含有化合物を採用することにより、それらの欠点が解決されることが判明した。すなわち、本手法により、ハロゲン化マグネシウム担体表面が規制され、特定の有機ケイ素化合物が効率よく配位され、コモノマーの共重合性だけでなく、重合体の立体規則性と触媒活性も著しく向上され、さらに水素応答性がよい、非常にバランスの取れた触媒を、得ることができた。
更に、この手法に関して、各種プロセスへの応用手法を鋭意検討したところ、主に液化プロピレンの潜熱を用いて除熱を行う気相法プロセスと組み合わせた場合、高MFRであり、ランダム共重合体成分中のコモノマー含量の高いプロピレン系ブロック共重合体の生産性を著しく高め、加えて、プロピレン系ブロック共重合体の製造可能範囲を拡大することができる事実を見出し、これらの知見に基き、本発明を完成するに至った。
成分(A1):チタン、マグネシウム、ハロゲン、及びカルボン酸誘導体又は少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類から選ばれる少なくとも一つの化合物、を必須成分として含有する固体成分。
成分(A2):下記一般式(1)で表わされるハロゲン含有ケイ素化合物。
R1 aSiX4−a …(1)
(式中、R1は、水素原子、飽和脂肪族炭化水素基または芳香族炭化水素基であり、Xは、ハロゲンであり、aは、0≦a<4である。)
成分(A3):ビニルシラン化合物。
成分(A4):下記一般式(2)で表わされる有機ケイ素化合物。
R2R3Si(OR4)2 …(2)
(式中、R2は、2級の炭素原子を有する鎖状炭化水素基であり、R3は、R2と同一もしくは異なる脂肪族炭化水素基又はヘテロ原子含有炭化水素基であり、R4は、炭化水素基である。)
成分(A5):有機アルミニウム化合物。
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、成分(A1)中のマグネシウムは、ジアルコキシマグネシウム由来のものであることを特徴とするプロピレン重合用固体触媒成分(A)が提供される。
さらに、本発明の第3の発明によれば、第1又は2の発明に係るプロピレン重合用固体触媒成分(A)に、有機アルミニウム化合物成分(B)を組み合わせてなることを特徴とするプロピレン重合用触媒が提供される。
また、本発明の第5の発明によれば、第4の発明において、プロピレンとエチレン及び/又はα−オレフィンとを共重合することにより、ポリプロピレンブロック共重合体を得ることを特徴とするポリプロピレンの製造方法が提供される。
また、本発明の第7の発明によれば、第6の発明において、気相法重合プロセスは、攪拌機を有する反応器で重合を行なうことを特徴とするポリプロピレンの製造方法が提供される。
さらに、本発明の第8の発明によれば、第5の発明において、ポリプロピレンブロック共重合体は、主としてプロピレンからなる重合体成分のMFR(試験条件:230℃、2.16kg荷重)が50g/10分以上であり、プロピレンとエチレン及び/又は炭素数4〜10のα−オレフィンとのブロック共重合体であることを特徴とするポリプロピレンの製造方法が提供される。
成分(a):プロピレンの単独重合体、又はエチレン及び炭素数4〜8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーを5重量%以下の含量で含むプロピレンとのランダム共重合体であって、MFR(試験条件:230℃、2.16kg荷重)が50g/10分以上のもの。
成分(b):エチレン及び炭素数4〜8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとプロピレンとのランダム共重合体であって、プロピレンの含量が20〜65重量%であるもの。
また、本発明の第10の発明によれば、第7の発明において、気相法重合プロセスは、内部に水平軸周りに回転する攪拌機を有する横型反応器を用いて重合することを特徴とするポリプロピレンの製造方法が提供される。
さらに、本発明の第11の発明によれば、第4〜10のいずれかの発明において、パーオキサイドを用いないことを特徴とするポリプロピレンの製造方法が提供される。
こうして得られたプロピレン系重合体は、自動車部品や家電部品に代表される射出成形用途に、好適に用いることができる。
本発明においては、プロピレン系重合体用の触媒として、(A1)チタン、マグネシウム、ハロゲン、及びカルボン酸誘導体又は少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類から選ばれる少なくとも一つの化合物、を必須成分として含有する固体成分、(A2)ハロゲン含有ケイ素化合物、(A3)ビニルシラン化合物、(A4)有機ケイ素化合物及び(A5)有機アルミニウム化合物を、接触させてなる固体触媒成分(A)と有機アルミニウム化合物(B)を用いることを特徴とする。
この際、本発明の効果を損なわない範囲で、有機ケイ素化合物(C)、及び、少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)、などの任意成分を用いることができる。
本発明で用いる固体触媒成分(A)は、以下の(A1)〜(A5)を接触させてなるものである。以下に各構成成分を詳述する。
本発明において、固体成分(A1)としては、チタン(A1a)、マグネシウム(A1b)、ハロゲン(A1c)、及び、カルボン酸誘導体(A1d)又は少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類(A1e)から選ばれる少なくとも一つの化合物、を必須成分として含有し、任意成分として電子供与体(A1f)を用いることができる。ここで、「必須成分として含有する」ということは、挙示の四成分以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の成分を任意の形態で含んでも良いということを示すものである。チタン、マグネシウム、ハロゲン、及び、カルボン酸誘導体又は少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類からなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物を、必須成分として含有する固体成分自体は、公知のものであり、以下に詳述する。
チタン源となるチタン化合物としては、任意のものを用いることができる。代表的な例としては、特開平3−234707号公報に開示されている化合物を挙げることができる。チタンの価数に関しては、4価、3価、2価、0価の任意の価数を持つチタン化合物を用いることができるが、好ましくは4価および3価のチタン化合物、更に好ましくは4価のチタン化合物を用いることが望ましい。
この中で、四塩化チタンとテトラブトキシチタンが特に好ましい。
上記のチタン化合物類は、単独で用いるだけではなく、複数の化合物を併用することも可能である。また、上記チタン化合物類の混合物や平均組成式がそれらの混合された式となる化合物(例えば、Ti(OBu)mCl4−m;0<m<4などの化合物)、また、フタル酸エステル等のその他の化合物との錯化物(例えば、Ph(CO2Bu)2・TiCl4などの化合物)、などを用いることができる。
マグネシウム源となるマグネシウム化合物としては、任意のものを用いることができる。代表的な例としては、特開平3−234707号公報に開示されている化合物を挙げることができる。一般的には、塩化マグネシウムに代表されるハロゲン化マグネシウム化合物類、ジエトキシマグネシウムに代表されるアルコキシマグネシウム化合物類、金属マグネシウム、酸化マグネシウムに代表されるオキシマグネシウム化合物類、水酸化マグネシウムに代表されるヒドロキシマグネシウム化合物類、ブチルマグネシウムクロライドに代表されるグリニャール化合物類、ブチルエチルマグネシウムに代表される有機金属マグネシウム化合物類、炭酸マグネシウムやステアリン酸マグネシウムに代表される無機酸及び有機酸のマグネシウム塩化合物類、及びそれらの混合物や平均組成式がそれらの混合された式となる化合物(例えば、Mg(OEt)mCl2−m;0<m<2などの化合物)、などを用いることができる。
この中で好ましいのはハロゲン化マグネシウム化合物類、アルコキシマグネシウム化合物類、グリニャール化合物類等が挙げられる。
更に、本発明において成分(A1b)として好適なジアルコキシマグネシウムは、顆粒状又は粉末状であり、その形状は、不定形あるいは球状のものを使用し得る。例えば、球状のジアルコキシマグネシウムを使用した場合、より良好な粒子形状と狭い粒度分布を有する重合体粉末が得られ、重合操作時の生成重合体粉末の取扱い操作性が向上し、生成重合体粉末に含まれる微粉に起因する閉塞等の問題が解消される。
上記の球状ジアルコキシマグネシウムは、必ずしも真球状である必要はなく、楕円形状あるいは馬鈴薯形状のものを用いることもできる。具体的にその粒子の形状は、長軸径lと短軸径wとの比(l/w)が3以下であり、好ましくは1〜2であり、より好ましくは1〜1.5である。
また、上記ジアルコキシマグネシウムの平均粒径は、1〜200μmのものが使用し得る。好ましくは5〜150μmである。球状のジアルコキシマグネシウムの場合、その平均粒径は、1〜100μm、好ましくは5〜500μmであり、更に好ましくは10〜40μmである。また、その粒度については、微粉及び粗粉の少ない、粒度分布の狭いものを使用することが望ましい。具体的には、5μm以下の粒子が20%以下であり、好ましくは10%以下である。一方、100μm以上の粒子が10%以下であり、好ましくは5%以下である。更にその粒度分布をln(D90/D10)(ここで、D90は、積算粒度で90%における粒径、D10は、積算粒度で10%における粒径である。)で表すと、3以下であり、好ましくは2以下である。
上記の如き球状のジアルコキシマグネシウムの製造方法は、例えば特開昭58−41832号公報、特開昭62−51633号公報、特開平3−74341号公報、特開平4−368391号公報、特開平8−73388号公報などに例示されている。
ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、沃素、及びそれらの混合物を用いることができる。この中で塩素が特に好ましい。
ハロゲンは、上記のチタン化合物類及び/又はマグネシウム化合物から供給されるのが一般的であるが、その他の化合物より供給することも、できる。代表的な例としては、四塩化ケイ素に代表されるハロゲン化ケイ素化合物類、塩化アルミニウムに代表されるハロゲン化アルミニウム化合物類、1,2−ジクロロエタンやベンジルクロライドに代表されるハロゲン化有機化合物類、トリクロロボランに代表されるハロゲン化ボラン化合物類、五塩化リンに代表されるハロゲン化リン化合物類、六塩化タングステンに代表されるハロゲン化タングステン化合物類、五塩化モリブデンに代表されるハロゲン化モリブデン化合物類、などを挙げることができる。これらの化合物は単独で用いるだけでなく、併用することも可能である。この中で、四塩化ケイ素が特に好ましい。
カルボン酸誘導体としては、一般的にカルボン酸のエステル、酸無水物、酸ハライド、アミドなどが挙げられる。またカルボン酸誘導体とはカルボン酸化合物であってもよい。
カルボン酸誘導体として用いることのできるカルボン酸化合物としては、フタル酸に代表される芳香族多価カルボン酸化合物類、安息香酸に代表される芳香族カルボン酸化合物類、2−n−ブチル−マロン酸の様な2位に一つ又は二つの置換基を有するマロン酸や2−n−ブチル−コハク酸の様な2位に一つ又は二つの置換基若しくは2位と3位にそれぞれ一つ以上の置換基を有するコハク酸に代表される脂肪族多価カルボン酸化合物類、プロピオン酸に代表される脂肪族カルボン酸化合物類などを例示することができる。
これらのカルボン酸化合物類は、芳香族・脂肪族に関わらず、マレイン酸の様に分子中の任意の場所に任意の数だけ不飽和結合を有しても良い。
エステルの構成要素であるアルコールとしては、脂肪族及び芳香族アルコールを用いることができる。これらのアルコールの中でも、エチル基、ブチル基、イソブチル基、ヘプチル基、オクチル基、ドデシル基、等の炭素数1〜20の脂肪族の遊離基からなるアルコールが好ましい。更に好ましくは炭素数2〜12の脂肪族の遊離基からなるアルコールが望ましい。また、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、等の脂環式の遊離基からなるアルコールを用いることもできる。
酸ハライドの構成要素であるハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、沃素、等を用いることができる。中でも、塩素が最も好ましい。多価有機酸のポリハライドの場合は複数のハロゲンが同一であっても異なっていても良い。
アミドの構成要素であるアミンとしては、脂肪族及び芳香族アミンを用いることができる。これらのアミンの中でも、アンモニア、エチルアミンやジブチルアミンに代表される脂肪族アミン、アニリンやベンジルアミンに代表される芳香族の遊離基を分子内に有するアミン、などを好ましい化合物として例示することができる。
これらのカルボン酸誘導体は、単独で用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。これらの中で好ましいのは、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジヘプチルに代表されるフタル酸エステル化合物類、フタロイルジクロライドに代表されるフタル酸ハライド化合物類、無水フタル酸に代表されるフタル酸無水物類、安息香酸エチルに代表される安息香酸エステル化合物類、2−n−ブチル−マロン酸ジエチルの様な2位に一つ又は二つの置換基を有するマロン酸エステル化合物類、2−n−ブチル−コハク酸ジエチルの様な2位に一つ又は二つの置換基若しくは2位と3位にそれぞれ一つ以上の置換基を有するコハク酸エステル化合物類などである。
少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類としては、特開平3−294302号公報及び特開平8−333413号公報に開示された化合物等を用いることができる。一般的には、下記式にて表される化合物を用いることが望ましい。
(ここで、R5及びR6は、水素、炭化水素基及びヘテロ原子含有炭化水素基からなる群から選ばれる任意の遊離基を表す。R7は、炭化水素基又はヘテロ原子含有炭化水素基を表す。)
R7として用いることのできる炭化水素基は、一般に炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10のものである。R6として用いることのできる炭化水素基の具体的な例としては、n−プロピル基に代表される直鎖状脂肪族炭化水素基、i−プロピル基やt−ブチル基に代表される分岐状脂肪族炭化水素基、シクロペンチル基やシクロヘキシル基に代表される脂環式炭化水素基、フェニル基に代表される芳香族炭化水素基、などを挙げることができる。より好ましくは、R6として、分岐状脂肪族炭化水素基若しくは脂環式炭化水素基を用いることが望ましく、とりわけ、i−プロピル基、i−ブチル基、i−ペンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、などを用いることが望ましい。
二つのR5は、結合して一つ以上の環を形成しても良い。この際、環構造中に2個又は3個の不飽和結合を含むシクロポリエン系構造を取ることもできる。また、他の環式構造と縮合していても良い。単環式、複環式、縮合の有無に関わらず、環上に炭化水素基を置換基として1つ以上有していても良い。環上の置換基は、一般に炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10のものである。具体的な例としては、n−プロピル基に代表される直鎖状脂肪族炭化水素基、i−プロピル基やt−ブチル基に代表される分岐状脂肪族炭化水素基、シクロペンチル基やシクロヘキシル基に代表される脂環式炭化水素基、フェニル基に代表される芳香族炭化水素基、などを挙げることができる。
式中、R6は、水素、炭化水素基及びヘテロ原子含有炭化水素基からなる群から選ばれる任意の遊離基を表す。具体的には、R6は、R5の例示から選ぶことができる。好ましくは水素である。
式中、R7は、炭化水素基若しくはヘテロ原子含有炭化水素基を表す。具体的には、R7は、R5が炭化水素基である場合の例示から選ぶことができる。好ましくは、炭素数1〜6の炭化水素基であることが望ましく、更に好ましくはアルキル基であることが望ましい。最も好ましくはメチル基である。
R5〜R7がヘテロ原子含有炭化水素基である場合は、ヘテロ原子が、窒素、酸素、硫黄、リン、ケイ素から選ばれることが望ましい。また、R5〜R7が炭化水素基であるかヘテロ原子含有炭化水素基であるかに関わらず、任意にハロゲンを含んでいても良い。R5〜R7がヘテロ原子及び/又はハロゲンを含む場合、その骨格構造は、炭化水素基である場合の例示から選ばれることが望ましい。また、R5〜R7の八個の置換基は、お互いに同一であっても異なっても良い。
中でも、2,2−ジイソプロピル−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−イソブチル−2−イソプロピル−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−ジシクロペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレン、が特に好ましい。
これらの少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類(A1e)は、単独で用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
固体成分(A1)は、任意成分としてカルボン酸誘導体(A1d)や少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類(A1e)以外の電子供与体(A1f)を含有しても、良い。
電子供与体(A1f)の代表的な例としては、特開2004−124090号公報に開示されている化合物を挙げることができる。一般的には、有機酸及び無機酸並びにそれらの誘導体(エステル、酸無水物、酸ハライド、アミド)化合物類、エーテル化合物類、ケトン化合物類、アルデヒド化合物類、アルコール化合物類、アミン化合物類などを用いることが望ましい。
電子供与体として用いることのできる有機酸の誘導体化合物としては、上記有機酸のエステル、酸無水物、酸ハライド、アミド、などを例示することができる。
電子供与体として用いることのできる無機酸化合物としては、炭酸、リン酸、ケイ酸、硫酸、硝酸、などを例示することができる。これらの無機酸の誘導体化合物としては、エステルを用いることが望ましい。テトラエトキシシラン(ケイ酸エチル)、テトラブトキシシラン(ケイ酸ブチル)、などを具体例として挙げることができる。
電子供与体として用いることのできるエーテル化合物としては、ジブチルエーテルに代表される脂肪族エーテル化合物類、ジフェニルエーテルに代表される芳香族エーテル化合物類などを例示することができる。
電子供与体として用いることのできるケトン化合物としては、メチルエチルケトンに代表される脂肪族ケトン化合物類、アセトフェノンに代表される芳香族ケトン化合物類、2,2,4,6,6−ペンタメチル−3,5−ヘプタンジオンに代表される多価ケトン化合物類、などを例示することができる。
電子供与体として用いることのできるアルコール化合物としては、ブタノールや2−エチルヘキサノールに代表される脂肪族アルコール化合物類、フェノール、クレゾールに代表されるフェノール誘導体化合物類、グリセリンや1,1’−ビ−2−ナフトールに代表される脂肪族若しくは芳香族の多価アルコール化合物類、などを例示することができる。
電子供与体として用いることのできるアミン化合物としては、ジエチルアミンに代表される脂肪族アミン化合物類、2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジンに代表される窒素含有脂環式化合物類、アニリンに代表される芳香族アミン化合物類、ピリジンに代表される窒素原子含有芳香族化合物類、1,3−ビス(ジメチルアミノ)−2,2−ジメチルプロパンに代表される多価アミン化合物類、などを例示することができる。
また、電子供与体として用いることのできる化合物として、上記の複数の官能基を同一分子内に含有する化合物を用いることもできる。その様な化合物の例として、酢酸−(2−エトキシエチル)や3−エトキシ−2−t−ブチルプロピオン酸エチルに代表されるアルコシ基を分子内に有するエステル化合物類、2−ベンゾイル−安息香酸エチルに代表されるケトエステル化合物類、(1−t−ブチル−2−メトキシエチル)メチルケトンに代表されるケトエーテル化合物類、N,N−ジメチル−2,2−ジメチル−3−メトキシプロピルアミンに代表されるアミノエーテル化合物類、エポキシクロロプロパンに代表されるハロゲノエーテル化合物類、などを挙げることができる。
これらの電子供与体は、単独で用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
チタン化合物類(A1a)の使用量は、使用するマグネシウム化合物類の使用量に対してモル比(チタン化合物のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.0001〜1,000の範囲内であり、より好ましくは0.001〜100の範囲であり、特に好ましくは0.01〜50の範囲内が望ましい。
マグネシウム化合物類(A1b)及びチタン化合物類(A1a)以外にハロゲン源となる化合物(すなわち(A1c))を使用する場合は、その使用量は、マグネシウム化合物類及びチタン化合物類の各々がハロゲンを含むか含まないかに関わらず、使用するマグネシウム化合物類の使用量に対して、モル比(ハロゲン源となる化合物のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.01〜1,000の範囲内であり、特に好ましくは0.1〜100の範囲内が望ましい。
カルボン酸誘導体(A1d)の使用量は、使用するマグネシウム化合物の量に対して、モル比(電子供与体のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.001〜10の範囲内であり、特に好ましくは0.01〜5の範囲内が望ましい。
少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A1e)の使用量は、使用するマグネシウム化合物の量に対して、モル比(電子供与体のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.001〜10の範囲内であり、特に好ましくは0.01〜5の範囲内が望ましい。
固体成分(A1)を調製する際に、任意成分として電子供与体(A1f)を用いる場合の使用量は、使用するマグネシウム化合物の量に対して、モル比(電子供与体のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.001〜10の範囲内であり、特に好ましくは0.01〜5の範囲内が望ましい。
接触温度は、−50〜200℃程度、好ましくは0〜100℃である。接触方法としては、回転ボールミルや振動ミルなどによる機械的な方法、並びに、不活性希釈剤の存在下に撹拌により接触させる方法、などを例示することができる。
固体成分(A1)の調製の際には、中間及び/又は最後に、不活性溶媒で洗浄を行っても良い。好ましい溶媒種としては、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素化合物、トルエンなどの芳香族炭化水素化合物、及び、1,2−ジクロロエチレンやクロロベンゼンなどのハロゲン含有炭化水素化合物、などを例示することができる。
必要に応じて電子供与体やハロゲン化ケイ素化合物等の任意成分を接触させても良い。この際、任意成分は、ハロゲンを含有するチタン化合物類と同時に接触させても良いし、別々に接触させても良い。
必要に応じて電子供与体やハロゲン化ケイ素化合物等の任意成分を接触させても良い。この際、任意成分は、ハロゲンを含有するチタン化合物類と同時に接触させても良いし、別々に接触させても良い。
必要に応じて電子供与体等の任意成分を接触させても良い。この際、任意成分は、ハロゲン化剤又はハロゲンを含有するチタン化合物類と同時に接触させても良いし、別々に接触させても良い。
必要に応じて電子供与体やハロゲン化ケイ素化合物等の任意成分を接触させても良い。この際、任意成分は、チタン含有化合物類と同時に接触させても良いし、別々に接触させても良い。
ハロゲンを含有するチタン化合物類と接触させる前に、スプレードライや冷却した炭化水素溶媒等の貧溶媒へ滴下する方法などを用いて粒子形成を行っても良い。また、必要に応じて電子供与体やハロゲン化ケイ素化合物等の任意成分を接触させても良い。この際、任意成分は、ハロゲンを含有するチタン化合物類と同時に接触させても良いし、別々に接触させても良い。
このポリマーケイ素化合物としては、下記一般式(1)で示されるものが適当である。
(ここで、Rは、炭素数1〜10程度の炭化水素基であり、qは、このポリマーケイ素化合物の粘度が1〜100センチストークス程度となるような重合度を示す。)
チタン含有化合物類としては、テトラブトキシチタンに代表されるアルコキシ基含有チタン化合物類や四塩化チタンに代表されるハロゲンを含有するチタン化合物類などを用いることができる。必要に応じて電子供与体、テトラエトキシシランに代表されるアルコキシ基含有ケイ素化合物、及び、ハロゲン化ケイ素化合物等の任意成分を接触させても良い。この際、任意成分は、チタン含有化合物と同時に接触させても良いし、別々に接触させても良い。
本発明に用いられるハロゲン含有ケイ素化合物(A2)としては、下記一般式(1)で表わすことができる。
(式中、R1は、水素原子、飽和脂肪族炭化水素基または芳香族炭化水素基であり、Xはハロゲンであり、aは0≦a<4である。)
一般式(1)中、Xは、ハロゲンであり、好ましくは塩素、臭素、沃素などが挙げられる。
具体的には、SiCl4、CH3SiCl3、HSiCl3、(CH3)2SiCl2、CH3CHClSiCl3、(C2H5)SiCl3、HSi(CH3)2Cl、C3H7SiCl3、CH3(C2H5)SiCl2、SiBr4、(CH3)3SiCl、CH3(CH2)3SiCl3、(C2H6)2SiCl2、CH3(CH2)4SiCl3、CH3(CH2)3(CH3)SiCl2、(C6H5)SiCl3、(C6H5)HSiCl2、(cyc−C6H11)SiCl3、CH3(CH2)5SiCl3、C6H5CH2SiCl3、(C6H5)(CH3)SiCl2、
またハロゲン含有ケイ素化合物(A2)は、単独で用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
(i)カルボン酸誘導体(A1d)又は少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類(A1e)から選ばれる少なくとも一つの化合物を含まない固体成分に対して、ハロゲンケイ素化合物を接触させる場合、このハロゲン化ケイ素化合物は(A2)とは見なさず、(A1c)と見なす。
(ii)カルボン酸誘導体(A1d)又は少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類(A1e)から選ばれる少なくとも一つの化合物を含まない固体成分に対して、電子供与体(A1d)とハロゲンケイ素化合物を同時に接触させる場合、このハロゲン化ケイ素化合物は(A2)とは見なさず、(A1c)と見なす。
(iii)カルボン酸誘導体(A1d)又は少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類(A1e)から選ばれる少なくとも一つの化合物を含む固体成分(A1)に対して、ハロゲンケイ素化合物を接触させる場合、このハロゲン化ケイ素化合物は全て(A2)と見なす。
固体触媒(A1)のハロゲン(A1c)源としてハロゲン化ケイ素化合物を用いる場合、このハロゲン化ケイ素化合物の役割は、固体触媒(A1)にハロゲンを供給して、触媒の土台となるMgCl2を形成することにある。一方で、ハロゲン含有ケイ素化合物(A2)の役割は、一旦形成された固体触媒(A1)の表面を改質することにより有機ケイ素化合物(A4)との相互作用を強化し、また、好ましからざるTi種を抽出除去することにある。
故に、両者の役割は、本質的に異なるものであり、仮に同一化合物を用いる場合であっても、厳密に区別されうるものである。また、カルボン酸誘導体(A1d)及び少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類(A1e)の役割は、固体触媒の土台となるMgCl2の結晶構造及び電子状態を調整することにある為、ハロゲン含有ケイ素化合物(A2)との反応より先立って固体触媒(A1)に担持されていなくてはならない。
従って、カルボン酸誘導体(A1d)又は少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類(A1e)から選ばれる少なくとも一つの化合物を担持する以前に、若しくは、担持処理と同時に、固体触媒(A1)の調製に用いられるハロゲン化ケイ素化合物(A2)とは、見なさない。
ここで、ハロゲン含有ケイ素化合物(A2)の使用量(モル比)が10を超えた場合は、ハロゲン含有ケイ素化合物(A2)により、粒子の崩壊が起こり、微粉が発生し、更に、Tiが抽出除去されすぎて、活性が著しく低下してしまう。また一方、使用量(モル比)が1.0未満では、ハロゲン化マグネシウム担体表面上を規制することができず、立体規則性やコモノマーの共重合性といった触媒性能について充分な向上が認められず、本発明の効果が発現しない。
本発明に用いられるビニルシラン化合物(A3)としては、特開平2−34707号公報及び特開2003−292522号公報に開示された化合物等を用いることができる。これらのビニルシラン化合物は、モノシラン(SiH4)の水素原子の少なくとも一つがビニル基に、そして残りの水素原子のうちのいくつかが、ハロゲン(好ましくはCl)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜12の炭化水素基)、アリール基(好ましくはフェニル基)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜12のアルコキシ基)、その他で置き換えられた構造を示すものである。
ビニルシラン化合物(A3)の使用量は、固体成分(A1)を構成するチタン成分に対するモル比(ビニルシラン化合物(A3)のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.001〜1,000の範囲内であり、特に好ましくは0.01〜100の範囲内である。
本発明で用いられる有機ケイ素化合物(A4)としては、下記一般式(2)にて表される化合物を用いることが望ましい。
(式中、R2は、2級の炭素原子を有する鎖状炭化水素基であり、R3は、R2と同一もしくは異なる脂肪族炭化水素基又はヘテロ原子含有炭化水素基であり、R4は、炭化水素基である。)
R2として用いることのできる2級の炭素原子を有する炭化水素基は、一般に炭素数1〜20、好ましくは炭素数3〜10のものであり、具体的な例としては、とりわけ、i−プロピル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、i−ペンチル基、i−ヘキシル基、2−エチルヘキシル基などを用いることが望ましい。
一般式(2)中、R3は、炭化水素基若しくはヘテロ原子含有炭化水素基を表す。
R3として用いることのできる炭化水素基は、一般に炭素数1〜20、好ましくは炭素数3〜10のものである。R3として用いることのできる炭化水素基の具体的な例としては、n−プロピル基に代表される直鎖状脂肪族炭化水素基、i−プロピル基やt−ブチル基に代表される分岐状脂肪族炭化水素基、シクロペンチル基やシクロヘキシル基に代表される脂環式炭化水素基、フェニル基に代表される芳香族炭化水素基、などを挙げることができる。より好ましくは、R3として分岐状脂肪族炭化水素基若しくは脂環式炭化水素基を用いることが望ましく、とりわけ、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、などを用いることが望ましい。
R3がヘテロ原子含有炭化水素基である場合は、ヘテロ原子が、窒素、酸素、硫黄、リン、ケイ素から選ばれることが望ましく、とりわけ、窒素又は酸素であることが望ましい。R3のヘテロ原子含有炭化水素基の骨格構造としては、R3が炭化水素基である場合の例示から選ぶことが望ましい。とりわけ、N,N−ジエチルアミノ基、キノリノ基、イソキノリノ基、などが好ましい。
一般式(2)中、R4は、炭化水素基を表す。R4として用いることのできる炭化水素基は、一般に炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜5のものである。R4として用いることのできる炭化水素基の具体的な例としては、メチル基やエチル基に代表される直鎖状脂肪族炭化水素基、i−プロピル基やt−ブチル基に代表される分岐状脂肪族炭化水素基、などを挙げることができる。中でも、メチル基とエチル基が最も好ましい。
しかしながら、この有機ケイ素化合物(A4)を採用しても、この化合物を用いるだけでは、立体規則性が必ずしも充分なレベルには到達しない。
本発明は、特定の有機ケイ素化合物(A4)及び特定量のハロゲン含有ケイ素化合物(A2)を使用することに特徴がある。ハロゲン含有ケイ素化合物(A2)の作用として、固体触媒(A1)の表面を改質することにより、有機ケイ素化合物(A4)との相互作用を強化し、また、好ましからざるTi種を抽出除去することができる。この様に、特定の有機ケイ素化合物(A4)と特定量のハロゲン含有ケイ素化合物(A2)を用いることにより、コモノマーの共重合性と立体規則性を高いレベルで両立させることが可能となる。
本発明に用いられる有機アルミニウム化合物(A5)としては、特開2004−124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。一般的には、下記一般式(3)にて表される化合物を用いることが望ましい。
(一般式(3)中、R8は炭化水素基を表す。Xはハロゲン若しくは水素を表す。R9は炭化水素基若しくはAlによる架橋基を表す。c≧1、0≦d≦2、0≦e≦2、c+d+e=3である。)
R8の具体的な例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソブチル基、ヘキシル基、オクチル基、などを挙げることができる。この中で、メチル基、エチル基、イソブチル基、が最も好ましい。
一般式(3)中、Xは、ハロゲン若しくは水素である。Xとして用いることのできるハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、沃素、などを例示することができる。この中で、塩素が特に好ましい。
一般式(3)中、R9は、炭化水素基若しくはAlによる架橋基である。R9が炭化水素基である場合には、R8の炭化水素基の例示と同じ群からR9を選択することができる。また、有機アルミニウム化合物(A5)としてメチルアルモキサンに代表されるアルモキサン化合物類を用いることも可能であり、その場合R9は、Alによる架橋基を表す。
有機アルミニウム化合物(A5)は、単独の化合を用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
有機アルミニウム化合物(A5)の使用量の量比は、本発明の効果を損なわない範囲で任意のものであり得るが、一般的には、次に示す範囲内が好ましい。有機アルミニウム化合物(A5)の使用量は、固体成分(A1)を構成するチタン成分に対するアルミニウムの原子比(アルミニウム原子のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.1〜100の範囲内であり、特に好ましくは1〜50の範囲内が望ましい。
本発明における固体触媒成分(A)は、固体成分(A1)、ハロゲン含有ケイ素化合物(A2)、ビニルシラン化合物(A3)、有機ケイ素化合物(A4)、並びに、有機アルミニウム化合物(A5)を接触させてなるものであるが、本発明の効果を損なわない範囲で他の任意成分を任意の方法で接触させても良い。
この様な任意成分の例として、少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A6)を挙げることができる。本発明で用いられる少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A6)としては、特開平3−294302号公報および特開平8−333413号公報に開示された化合物等を用いることができる。
この際、固体成分(A1)を調製する際に、必須成分として用いられる少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A1e)と固体触媒成分(A)の任意成分として用いられる少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A6)が同一であっても異なっても良い。
少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A6)は、単独の化合を用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A6)の使用量の量比は、本発明の効果を損なわない範囲で任意のものであり得るが、一般的には、次に示す範囲内が好ましい。少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A6)の使用量は、固体触媒成分(A)を構成するチタン成分に対するモル比(少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.01〜10,000の範囲内であり、特に好ましくは0.5〜500の範囲内が望ましい。
本発明における固体触媒成分(A)は、固体成分(A1)、ハロゲン含有ケイ素化合物(A2)、ビニルシラン化合物(A3)、有機ケイ素化合物(A4)、並びに、有機アルミニウム化合物(A5)を接触させてなるものである。この際、本発明の効果を損なわない範囲で、少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A6)等の他の任意成分を任意の方法で接触させても良い。
接触温度は、−50〜200℃程度、好ましくは−10〜100℃、更に好ましくは0〜70℃、とりわけ好ましくは10〜60℃である。接触方法としては、回転ボールミルや振動ミルなどによる機械的な方法、並びに、不活性希釈剤の存在下に撹拌により接触させる方法、などを例示することができる。好ましくは、不活性希釈剤の存在下に撹拌により接触させる方法を用いることが望ましい。
固体成分(A1)、ハロゲン含有ケイ素化合物(A2)、ビニルシラン化合物(A3)、有機ケイ素化合物(A4)、並びに、有機アルミニウム化合物(A5)の接触手順に関しては、任意の手順を用いることができる。具体的な例としては、下記の手順(i)〜手順(v)などが挙げられる。
手順(ii):固体成分(A1)にハロゲン含有ケイ素化合物(A2)を接触させ、次いでビニルシラン化合物(A3)及び有機ケイ素化合物(A4)を接触させ、その後に有機アルミニウム化合物(A5)を接触させる方法。
手順(iii):固体成分(A1)にハロゲン含有ケイ素化合物(A2)及びビニルシラン化合物(A3)及び有機ケイ素化合物(A4)を接触させ、その後に有機アルミニウム化合物(A5)を接触させる方法。
手順(iv):固体成分(A1)にハロゲン含有ケイ素化合物(A2)を接触させ、次いで有機ケイ素化合物(A4)を接触させた後、ビニルシラン化合物(A3)を接触させ、更に有機アルミニウム化合物(A5)を接触させる方法。
手順(v):全ての化合物を同時に接触させる方法。
任意成分として、少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A6)を用いる場合も、上記と同様に、任意の順序で接触させることができる。
また、固体成分(A1)に対して、ハロゲン含有ケイ素化合物(A2)、ビニルシラン化合物(A3)、有機ケイ素化合物(A4)、並びに、有機アルミニウム化合物(A5)のいずれも、任意の回数接触させることもできる。この際、ハロゲン含有ケイ素化合物(A2)、ビニルシラン化合物(A3)、有機ケイ素化合物(A4)、並びに、有機アルミニウム化合物(A5)のいずれも複数回の接触で用いる化合物がお互いに同一であっても異なっても良い。
また、先に各成分の使用量の範囲を示したが、これは1回当たりに接触させる使用量であり、複数回使用するときは、1回の使用量が前述した使用量の範囲内であれば、何回接触させても良い。
固体触媒成分(A)の調製の際には、中間及び/又は最後に、不活性溶媒で洗浄を行っても良い。好ましい溶媒種としては、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素化合物、トルエンなどの芳香族炭化水素化合物、及び、1,2−ジクロロエチレンやクロロベンゼンなどのハロゲン含有炭化水素化合物、などを例示することができる。
(1)有機アルミニウム化合物(B)
本発明においては、触媒として、固体触媒成分(A)及び有機アルミニウム化合物(B)を用いることが必須要件であるが、本発明において用いることのできる有機アルミニウム化合物(B)としては、特開2004−124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。好ましくは、固体触媒成分(A)を調製する際の成分である有機アルミニウム化合物(A5)における例示と同じ群から選択することができる。固体触媒成分(A)を調製する際に、任意成分として用いることのできる有機アルミニウム化合物(A5)と触媒の必須成分として用いることのできる有機アルミニウム化合物(B)が同一であっても異なっても良い。
有機アルミニウム化合物(B)は、単独の化合物を用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
有機アルミニウム化合物(B)の使用量は、固体触媒成分(A)に対するモル比(有機アルミニウム化合物(B)のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは1〜5,000の範囲内であり、特に好ましくは10〜500の範囲内が望ましい。
本発明においては、触媒として、固体触媒成分(A)及び有機アルミニウム化合物(B)を用いることが必須要件であるが、本発明の効果を損なわない範囲で、下記に説明する有機ケイ素化合物(C)、及び、少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)、などの任意成分を用いることができる。
本発明の触媒において、任意成分として用いられる有機ケイ素化合物(C)としては、特開2004−124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。一般的には、下記一般式(5)にて表される化合物を用いることが望ましい。
(一般式(5)中、R10は、炭化水素基若しくはヘテロ原子含有炭化水素基を表す。R11は、水素、ハロゲン、炭化水素基及びヘテロ原子含有炭化水素基からなる群から選ばれる任意の遊離基を表す。R12は、炭化水素基を表す。0≦b≦2,1≦c≦3,b+c=3である。)
R10として用いることのできる炭化水素基は、一般に炭素数1〜20、好ましくは炭素数3〜10のものである。R10として用いることのできる炭化水素基の具体的な例としては、n−プロピル基に代表される直鎖状脂肪族炭化水素基、i−プロピル基やt−ブチル基に代表される分岐状脂肪族炭化水素基、シクロペンチル基やシクロヘキシル基に代表される脂環式炭化水素基、フェニル基に代表される芳香族炭化水素基、などを挙げることができる。より好ましくは、R10として分岐状脂肪族炭化水素基若しくは脂環式炭化水素基を用いることが望ましく、とりわけ、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、テキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、などを用いることが望ましい。
R10がヘテロ原子含有炭化水素基である場合は、ヘテロ原子が、窒素、酸素、硫黄、リン、ケイ素から選ばれることが望ましく、とりわけ、窒素又は酸素であることが望ましい。R10のヘテロ原子含有炭化水素基の骨格構造としては、R10が炭化水素基である場合の例示から選ぶことが望ましい。とりわけ、N,N−ジエチルアミノ基、キノリノ基、イソキノリノ基、などが好ましい。
R11として用いることのできるハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、沃素、などを例示することができる。R11が炭化水素基である場合は、一般に炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10のものである。R11として用いることのできる炭化水素基の具体的な例としては、メチル基やエチル基に代表される直鎖状脂肪族炭化水素基、i−プロピル基やt−ブチル基に代表される分岐状脂肪族炭化水素基、シクロペンチル基やシクロヘキシル基に代表される脂環式炭化水素基、フェニル基に代表される芳香族炭化水素基、などを挙げることができる。中でも、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、i−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、などを用いることが望ましい。
R11がヘテロ原子含有炭化水素基である場合は、R10がヘテロ原子含有炭化水素基である場合の例示から選ぶことが望ましい。とりわけ、N,N−ジエチルアミノ基、キノリノ基、イソキノリノ基、などが好ましい。
bの値が2の場合、二つあるR11は、同一であっても異なっても良い。また、bの値に関わらず、R11とR10は、同一であっても異なっても良い。
有機ケイ素化合物(C)は、単独の化合を用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
また、ここで使用される有機ケイ素化合物(C)は、固体触媒成分に含まれる有機ケイ素化合物(A4)と同一であっても異なってもよい。
立体規則性やコモノマーの共重合性といった触媒性能は、固体触媒成分に含まれる有機ケイ素化合物(A4)により大きく支配され、ここで用いられる有機ケイ素化合物(C)は、その性能を僅かに高める程度の効果がある。
有機ケイ素化合物(C)を用いる場合の使用量は、固体触媒成分(A)を構成するチタン成分に対するモル比(有機ケイ素化合物(C)のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.01〜10,000の範囲内であり、特に好ましくは0.5〜500の範囲内が望ましい。
本発明の触媒において、任意成分として用いられる少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)としては、特開平3−294302号公報および特開平8−333413号公報に開示された化合物等を用いることができる。好ましくは、固体触媒成分(A)において用いられる少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A6)における例示と同じ群から選択することができる。この際、固体触媒成分(A)を調製する際に任意成分として用いられる少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(A6)と触媒の任意成分として用いられる少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)が同一であっても異なっても良い。
少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)は、単独の化合物を用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)を用いる場合の使用量は、固体触媒成分(A)を構成するチタン成分に対するモル比(少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.01〜10,000の範囲内であり、特に好ましくは0.5〜500の範囲内が望ましい。
本発明の効果を損なわない限り、上記の有機ケイ素化合物(C)、及び、少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)以外の成分を、触媒の任意成分として用いることができる。例えば、特開2004−124090号公報に開示された様に、分子内にC(=O)N結合を有する化合物(E)を用いることにより、CXSの様な非晶性成分の生成を抑制することができる。この場合、テトラメチルウレア、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1−エチル−2−ピロリジノン、などを好まし例として挙げることができる。また、ジエチル亜鉛の様なAl以外の金属原子を持つ有機金属化合物を用いることもできる。
分子内にC(=O)N結合を有する化合物(E)を用いる場合の使用量は、固体触媒成分(A)を構成するチタン成分に対するモル比(分子内にC(=O)N結合を有する化合物(E)のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.001〜1,000の範囲内であり、特に好ましくは0.05〜500の範囲内が望ましい。
本発明における固体触媒成分(A)は、本重合で使用する前に、予備重合されていても良い。重合プロセスに先立って、予め少量のポリマーを触媒周囲に生成させることによって、触媒がより均一となり、微粉の発生量を抑えることができる。
予備重合におけるモノマーとしては、特開2004−124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。具体的な化合物の例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、3−メチルブテン−1、4−メチルペンテン−1、などに代表されるオレフィン類、スチレン、α−メチルスチレン、アリルベンゼン、クロロスチレン、などに代表されるスチレン類似化合物、及び、1,3−ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、1,5−ヘキサジエン、2,6−オクタジエン、ジシクロペンタジエン、1,3−シクロヘキサジエン、1,9−デカジエン、ジビニルベンゼン類、などに代表されるジエン化合物類、などを挙げることができる。
中でも、エチレン、プロピレン、3−メチルブテン−1、4−メチルペンテン−1、スチレン、ジビニルベンゼン類、などが特に好ましい。
固体触媒成分(A)若しくは固体成分(A1)1グラムあたりの基準で、予備重合量は、0.001〜100gの範囲内であり、好ましくは0.1〜50g、更に好ましくは0.5〜10gの範囲内が望ましい。予備重合時の反応温度は、−150〜150℃、好ましくは0〜100℃である。そして、予備重合時の反応温度は、本重合のときの重合温度よりも低くすることが望ましい。反応は、一般的に撹拌下に行うことが好ましく、そのときヘキサン、ヘプタン等の不活性溶媒を存在させることもできる。
予備重合は、複数回行っても良く、この際用いるモノマーは、同一であっても異なっても良い。また、予備重合後にヘキサン、ヘプタン等の不活性溶媒で洗浄を行うこともできる。
プロピレン系ブロック共重合体の製造プロセスとしては、主に液化プロピレンの潜熱を用いて除熱を行う気相法プロセスである限り任意のプロセスを用いることができる。
本発明において、気相法とは、液が全く存在しないことを意味しない。重合を行う相が実質的に気相であれば良く、本発明の効果を阻害しない範囲で液が存在しても良い。この液としては、除熱のための液化プロピレンだけでなく、ヘキサンなどの不活性炭化水素成分を例示することができる。
第一重合工程及び/又は第二重合工程において、複数の反応器を用いる場合には、それぞれ直列に繋いでも良いし、並列に繋いでも良い。この際、第一重合工程を行う少なくとも1個の反応器と、第二重合工程を行う少なくとも1個の反応器が、直列に繋がった並び方にすることが望ましい。
また、第一重合工程及び/又は第二重合工程において、槽数を増やすことなく滞留時間分布を更に狭くする方法として、重合槽の中にパウダーの移動を制限する堰を設けることもできる。堰の形態としては、重合槽に固定された固定堰を用いても良いし、回転軸に固定された回転堰を用いても良い。
重合方法としては、バッチ法と連続法のどちらを用いても良いが、生産性の観点から連続法を用いることが望ましい。特に好まし例としては、2〜4個の重合槽を直列に繋いで連続法で重合する方法を例示することができる。
重合槽からプロピレンを含むガスを抜き出し、そのガスを冷却して少なくとも一部を液化させ、液化した成分の少なくとも一部を重合槽に供給する。この際、液化する成分は、プロピレンを含む必要があるが、ブテンに代表されるコモノマー成分やイソブタンに代表される不活性炭化水素成分を含んでいても良い。
滞留時間は、重合槽の構成や製品インデックスに合わせて任意に調整することができる。一般的には、30分〜5時間の範囲内で設定される。
本発明の触媒は、非常に活性が高いので、希釈した上で重合槽へ供給する方が好ましい。特に、主としてプロピレンからなる重合体成分(a)として、エチレンプロピレンランダム共重合体等を製造する際には、極めて活性が高くなり、希釈が不充分だとファウリング等のトラブルを起こす可能性がある。
この様な場合には、任意成分である有機ケイ素化合物(C)、少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)、及び、分子内にC(=O)N結合を有する化合物(E)から選ばれる化合物、からなる群の少なくとも一つを用いることが有効である。
固体触媒成分を重合槽に供給する前に、これらの任意成分を接触させると、ファウリング防止効果が更に高くなり好ましい。この際、両成分の接触方法は、任意であるが、固体触媒成分を重合槽へ供給するラインへ任意成分を供給するか、若しくは、固体触媒成分を不活性溶媒により希釈した所へ任意成分を添加することが好ましい。
活性抑制剤を添加すると、反応器のファウリングを低減することができる。また、面衝撃強度などの品質を向上させる効果も期待できる。反応器に添加することにより、第二重合工程における活性を添加しない場合の活性より低くすることができる限り、活性抑制剤としては、任意の化合物を用いることができる。この様な活性抑制剤の例として、アルコールやアミンなどの活性水素基を有する化合物、酸素、エーテル、ケトンなどの酸素原子を含む化合物、等を例示することができる。いずれの場合も、官能基は1つ以上であっても良い(ポリアルコール、ポリエーテル、ポリケトン、アルコキシ基を有するアルコール、などでも良い)。好ましくは、アルコール、酸素、ケトン、エーテルである。
この中で最も好ましいのは、酸素である。酸素を用いる場合、窒素やプロピレン等のその他のガスと混合して希釈して用いても良い。酸素の添加量は、本発明の効果を阻害しない限り任意であるが、固体触媒成分(A)に含まれるTi原子に対する酸素のモル比の値として、1〜1000であることが好ましい。更に好ましくは5〜500、最も好ましくは10〜100である。酸素の添加量がこの範囲より少ないと、ファウリング抑制効果が低下して好ましくない。酸素の添加量がこの範囲より多いと、活性が低くなりすぎて成分(b)を必要なだけ重合することができなくなり好ましくない。
すなわち、従来の触媒系と比較して、プロピレンとその他のモノマーとのランダム共重合体成分の含量が高いプロピレン系ブロック共重合体を、安定に製造することが可能になる。
活性抑制剤の添加方法としては、本発明の効果を阻害しない限り任意の方法を用いることができる。酸素を用いる場合は、リサイクルガスラインに添加することが望ましい。
本発明を用いることにより得られるプロピレン系ブロック共重合体は、製造コストが低く、成形性と品質に優れたものである。特に、MFRが高く、ランダム共重合体中のコモノマー含量の高いプロピレン系ブロック共重合体に関して、高品質で安価に製造する方法が、本発明中に開示されている。
また、本発明を用いることにより得られるプロピレン系ブロック共重合体は、第一重合工程で製造される主としてプロピレンからなる重合体成分(a)中の冷キシレン可溶分(CXS)等の指標により表される非晶性成分が少ないため、発煙、目やに、型汚れ、樹脂焼けなどの成形トラブルを起こしにくい特徴がある。
非晶性成分が少ないことにより成形品の結晶性も高く、剛性に優れている。更に、高い融点も示し、耐熱性にも優れている。また第二重合工程で製造されるランダム共重合体中のコモノマー含量を高くすることができるため、ランダム共重合体の脆化温度が低くすることができ耐衝撃強度、とりわけ低温衝撃強度に高めることができる。また、ランダム共重合体中のコモノマー含量、特にエチレン含量が低いと、光沢が高くなる傾向にあるが、必ずしも全ての用途において高光沢が望まれている訳ではない。本発明を用いることにより、ランダム共重合体中のエチレン含量を高くすることができ、結果として光沢を低く制御することが可能となる。
(i)主としてプロピレンからなる重合体成分(a)
本発明における主としてプロピレンからなる重合体成分(a)は、MFR(試験条件:230℃、2.16kg荷重)が50g/10分以上であることが好ましく、より好ましくはMFRが50〜1,000g/10分、更に好ましくは60〜800g/10分、最も好ましくは100〜500g/10分である。CXSは、3重量%以下が好ましく、より好ましくは0.1〜2.5重量%であり、更に好ましくは0.2〜2.0重量%、最も好ましくは0.3〜1.8重量%である。
ここでCXSは、以下の手法で測定された値として定義される。
試料(約5g)を140℃のp−キシレン(300ml)中に一度完全に溶解させる。その後23℃まで冷却し、23℃で12時間ポリマーを析出させる。析出したポリマーを濾別した後、濾液からp−キシレンを蒸発させる。p−キシレンを蒸発させた後に残ったポリマーを100℃で2時間減圧乾燥する。乾燥後のポリマーを秤量し、試料に対する重量%としてCXSの値を得る。
本発明で規定した範囲内で、更にCXSを下げるためには、任意成分である有機ケイ素化合物(C)、少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(D)、及び、分子内にC(=O)N結合を有する化合物(E)から選ばれる化合物、からなる群の少なくとも一つを用いることが有効である。これらの任意成分の使用量が多いほど、CXSの低い、主としてプロピレンからなる重合体成分(a)を得ることができる。
ここで、その他のモノマーの含量は、任意の分析手法により求めることができる。具体的な例としては、赤外分光分析法(IR)、核磁気共鳴分析法(NMR)、などを挙げることができる。
本発明におけるプロピレンとその他のモノマーとのランダム共重合体成分(b)は、エチレン及び炭素数4〜8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとプロピレンとのランダム共重合体である。好ましくは、プロピレン以外のモノマーは、エチレン及び/又は1−ブテンであることが望ましく、最も望ましいのはエチレンである。
炭素数9以上のα−オレフィンでは、触媒活性が著しく低下して好ましくない。成分(b)中のプロピレンの含量は、20〜65重量%である。プロピレンの含量がこの範囲より低く外れると、ランダム共重合体成分(b)が硬くなりすぎてしまう為に、耐衝撃強度が著しく低下してしまい、一方、高く外れてしまうと、ランダム共重合体成分(b)のガラス転移温度が高くなり、低温における耐衝撃強度が低下してしまう。プロピレンの含量は、より好ましくは30〜60重量%であり、特に好ましくは35〜55重量%である。
成分(b)のMFR(試験条件:230℃、2.16kg荷重)は、任意の値とすることができるが、好ましくは0.001〜100g/10分、より好ましくは0.01〜50g/10分、更に好ましくは0.1〜10g/10分、最も好ましくは0.5〜5g/10分である。成分(b)のMFRが上記の範囲より高すぎると、ブロック共重合体がべたつく様になり好ましくない。成分(b)のMFRが上記の範囲より低すぎると、分散が悪くなる為にゲルが増加し、ブロック共重合体を成形した際の外観が著しく悪化して好ましくない。
成分(b)のMFRは、成分(a)のMFRと同様の手法により、調整することができる。
成分(a)と成分(b)の重量比を調節する為には、成分(a)を製造する第一重合工程と成分(b)を製造する第二重合工程の製造量比を制御すればよい。重合温度や滞留時間を変化させることにより、両者の製造量比を制御できることは、当該事業者には良く知られたことである。
成分(a)と成分(b)の重量比は、任意の公知の方法により求めることができる。具体的には、第一重合工程と第二重合工程の生産量の割合から求めることができる。また、成分(a)と成分(b)の結晶性の差を利用して、TREF(昇温溶出分別法)により分析することもできる。
また、プロピレン系ブロック共重合体のMFRは、主としてプロピレンからなる重合体成分(a)のMFR、プロピレンとその他のモノマーとのランダム共重合体成分(b)のMFR、成分(a)と成分(b)の量比、の3つの因子により一義的に決まる。従って、ブロック共重合体のMFRはこの3つの因子を調整することにより制御することができる。品質と成形性とのバランスを良くするには、このうち成分(a)のMFRを高くすることにより、ブロック共重合体のMFRを高くすることが望ましい。
故に、CR処理を行うことなく、高MFRのプロピレン系ブロック共重合体を高い生産性で製造することができる本発明は、従来技術に比して高い優位性を示すものである。
本発明により得られるポリマー粒子は、ポリマー嵩密度が、0.35〜0.55g/mlの範囲内、好ましくは、0.40〜0.50g/mlの範囲内である。ポリマー粒子の大きさは、任意の値を取ることができるが、平均粒径が、好ましくは1,000〜3,000μmの範囲内、特に好ましくは1,100〜2,000μmであることが望ましい。
本発明を用いて製造されたプロピレン系ブロック共重合体は、任意の用途に用いることができる。中でも、高MFRでランダム共重合体中のコモノマー含量の高いプロピレン系ブロック共重合体は、望ましい分野に対して好適に用いることができる。特に好ましい例としては、射出成形、射出圧縮成形、などの成形分野を挙げることができる。
より具体的な用途としては、雑貨品に代表される一般射出用材料、バンパーやインストルメンタルパネル等に代表される自動車用材料、冷蔵庫や掃除機の筐体等に代表される家電用材料、ヨーグルト容器等に代表される耐衝撃性食品包装材料、カップ麺容器等に代表される耐熱食品包装材料、衛生製品用不織布等に代表される繊維用材料、サポーター等に代表される伸縮性繊維用材料、などに好ましく用いることができる。
(1)MFR(メルトマスフローレート):タカラ社製メルトインデクサーを用い、JIS K7210の「プラスチック―熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR)の試験方法」の試験条件:230℃、2.16kg荷重に準拠して、測定し評価した。
パウダー試料の粒径分布をJIS Z8801の「試験用ふるい」に準拠して、篩い分け法により測定した。得られた粒径分布において、重量基準で積算50重量%となる粒径を平均粒径とした。
(i)サンプルの調製
試料を加熱加圧プレスにより厚さ500μmのシートに成形した。プレス条件は、温度190℃、予熱時間2分、加圧圧力50MPa、加圧時間2分とした。
(ii)赤外分光光度計による吸光度の測定
上記にて得られたシートを用い、以下の条件にて、吸収量を測定した。
装置:島津FTIR−8300
分解能:4.0cm−1
測定範囲:4,000〜400cm−1
吸光度ピーク面積算出範囲:700〜760cm−1
(iii)エチレン含量の計算
予めNMRでエチレン含量を定量してあるサンプルを用いて検量線を作成し、この検量線に基づいてエチレン含量を計算した。
プロピレン単独重合体を製造する第1重合工程と、プロピレンエチレンランダム共重合体成分を製造する第2重合工程の生産量の値から計算して、重量%として値を得た。
(8)プロピレンエチレンランダム共重合体成分中のエチレン含量の計算
プロピレンエチレンブロック共重合体中のエチレン含量、及び、プロピレンエチレンブロック共重合体中のプロピレンエチレンランダム共重合体成分の含量の値から計算して、値を得た。
プロピレン単独重合体のMFR、プロピレンエチレンブロック共重合体のMFR、及び、プロピレンエチレンブロック共重合体中のプロピレンエチレンランダム共重合体成分の含量の値を用いて、下記に示す粘度の混合則に基づき計算した。
100xLN(ブロック共重合体のMFR)=(プロピレン単独重合体の含量)xLN(プロピレン単独重合体のMFR)+(ランダム共重合体成分の含量)xLN(ランダム共重合体のMFR)
(11)ケイ素化合物含量:試料を精確に秤量し、メタノールで分解した。ガスクロマトグラフィーを用いて標準サンプルと比較することにより、得られたメタノール溶液中のケイ素化合物濃度を求めた。メタノール中のケイ素化合物濃度と試料の重量から、試料に含まれるケイ素化合物の含量を計算した。予備重合後の試料については、予備重合ポリマーを除いた重量を用いて含量を計算した。
[固体触媒成分(A)の調製]
撹拌装置を備えた容量10Lのオートクレーブを充分に窒素で置換し、精製したトルエン2Lを導入した。ここに、室温で、Mg(OEt)2を200g、TiCl4を1L添加した。温度を90℃に上げて、フタル酸ジ−n−ブチルを50ml導入した。その後、温度を110℃に上げて3hr反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで充分に洗浄した。
次いで、精製したトルエンを導入して全体の液量を2Lに調整した。室温でTiCl4を1L添加し、温度を110℃に上げて2hr反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで充分に洗浄した。更に、精製したn−ヘプタンを用いて、トルエンをn−ヘプタンで置換し、固体成分(A1)のスラリーを得た。このスラリーの一部をサンプリングして乾燥した。分析したところ、固体成分(A1)のTi含量は2.7重量%であった。
その後、精製したn−ヘプタンを導入して液レベルを4Lに調整した。ここに、成分(A3)としてジメチルジビニルシランを30ml、成分(A4)として(i−Pr)2Si(OMe)2を30ml、成分(A5)としてEt3Alのn−ヘプタン希釈液をEt3Alとして80g添加し、40℃で2hr反応を行った。反応生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄し、得られたスラリーの一部をサンプリングして乾燥した。分析したところ、固体成分にはTiが1.2重量%、(i−Pr)2Si(OMe)2が8.8重量%含まれていた。
上記で得られた固体触媒成分を用いて、以下の手順により予備重合を行った。上記のスラリーに精製したn−ヘプタンを導入して、固体成分の濃度が20g/Lとなる様に調整した。スラリーを10℃に冷却した後、Et3Alのn−ヘプタン希釈液をEt3Alとして10g添加し、210gのプロピレンを4hrかけて供給した。プロピレンの供給が終わった後、更に30min反応を継続した。
次いで、気相部を窒素で充分に置換し、反応生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄した。得られたスラリーをオートクレーブから抜き出し、真空乾燥を行って固体触媒成分(A)を得た。この固体触媒成分(A)は、固体成分1gあたり2.0gのポリプロピレンを含んでいた。分析したところ、この固体触媒成分(A)のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが1.0重量%、(i−Pr)2Si(OMe)2が8.2重量%含まれていた。
撹拌及び温度制御装置を有する内容積3.0リットルのステンレス鋼製オートクレーブを真空下で加熱乾燥し、室温まで冷却してプロピレン置換した後、成分(B)としてEt3Alを400ミリグラム、及び水素を10000ミリリットル導入し、次いで液体プロピレンを750グラム導入して、内部温度を70℃に合わせた後に、上記の固体触媒成分(A)を10ミリグラム圧入して、プロピレンを重合させた。1時間後にプロピレン及び水素を充分パージして第1段階での重合を終わらせた。第1段階でのポリマー収量は、310(g)であった。精製窒素流通下で20g抜き出した。
ここで抜き出したサンプルのMFRは122g/10min、CXSは1.4重量%であった。
次いで攪拌しながら75℃まで昇温し、昇温後にプロピレンガスとエチレンガスを全重合圧力が2.0MPaになるよう装入し、第2段階の重合開始とした。全重合圧力が2.0MPaで一定になるようプロピレンとエチレンの混合ガスを供給しながら、75℃で30分重合を行った。ここでエチレン濃度のプロピレン濃度に対する比が0.25であった。
最終的に得られたプロピレン系ブロック共重合体を分析した所、MFRは28g/10minであった。また、プロピレン系ブロック共重合体中のプロピレンエチレンランダム共重合体成分の含量は28重量%、プロピレンエチレンランダム共重合体成分中のエチレン含量は43重量%であった。ポリプロピレン粒子は、さらさらしており、ポリマー嵩密度(BD)は0.44g/mlであった。結果を表1に示す。
実施例1のプロピレンの重合において、エチレン濃度のプロピレン濃度に対する比が0.55にした以外は、全く同様に行った。結果を表1に示す。
実施例1の固体触媒成分(A)の調製において、成分(A3)の(i−Pr)2Si(OMe)2の代わりに、t−Bu(Me)Si(OMe)2を使用した以外は、全く同様に行った。この固体触媒成分(A)のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが1.8重量%、t−Bu(Me)Si(OMe) 2 が9.0重量%含まれていた。また、重合は、実施例1と同様の方法で行った。結果を表1に示す。
比較例1の触媒を用いて、実施例2の条件で、プロピレンの重合を行った。結果を表1に示す。
実施例1の固体触媒成分(A)の調製において、成分(A2)のSiCl 4 を使用しなかった以外は、全く同様に行った。この固体触媒成分(A)のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが1.7重量%、(i−Pr)2Si(OMe)2が6.6重量%含まれていた。また重合は、実施例1と同様の方法で行った。結果を表1に示す。
実施例1の固体触媒成分(A)の調整において、成分(A2)のSiCl4の使用量を80mlとした以外は、全く同様に行った。この固体触媒成分(A)のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが0.8重量%、(i−Pr)2Si(OMe)2が7.2重量%含まれていた。また重合は、実施例1と同様の方法で行った。結果を表1に示す。
[プロピレンの重合]
撹拌及び温度制御装置を有する内容積3.0リットルのステンレス鋼製オートクレーブを真空下で加熱乾燥し、室温まで冷却してプロピレン置換した後、成分(C)としてt−Bu(Me)Si(OMe)2を57.0mg、成分(B)としてEt3Alを400mg、及び水素を10000ml導入し、次いで液化プロピレンを750g導入して、内部温度を70℃に合わせた後に、実施例1で調製した固体触媒成分(A)を10mg圧入して、プロピレンを重合させた。
1時間後にプロピレン及び水素を充分パージして第1段階での重合を終わらせた。第1段階でのポリマー収量は280(g)であった。精製窒素流通下で20g抜き出した。ここで抜き出したサンプルのMFRは、98g/10min、CXSは、1.0重量%であった。
最終的に得られたプロピレン系ブロック共重合体を分析した所、MFRは、30g/10minであった。また、プロピレン系ブロック共重合体中のプロピレンエチレンランダム共重合体成分の含量は24重量%、プロピレンエチレンランダム共重合体成分中のエチレン含量は40重量%であった。結果を表1に示す。
[予備重合]
実施例1で得られた固体成分(A1)を用いて、以下の手順により予備重合を行った。
撹拌装置を備えた容量10Lのオートクレーブを充分に窒素で置換した。ここに、室温で固体成分(A1)100gを導入し、精製したn−ヘプタンを導入して、固体成分の濃度が20g/Lとなる様に調整した。スラリーを10℃に冷却した後、Et3Alのn−ヘプタン希釈液をEt3Alとして10g添加し、210gのプロピレンを4hrかけて供給した。プロピレンの供給が終わった後、更に30min反応を継続した。
次いで、気相部を窒素で充分に置換し、反応生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄した。得られたスラリーをオートクレーブから抜き出し、真空乾燥を行って固体触媒成分(A)を得た。この固体触媒成分(A)は、固体成分1gあたり2.0gのポリプロピレンを含んでいた。分析したところ、この固体触媒成分(A)のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが2.3重量%含まれていた。
撹拌及び温度制御装置を有する内容積3.0リットルのステンレス鋼製オートクレーブを真空下で加熱乾燥し、室温まで冷却してプロピレン置換した後、成分(C)として(i−Pr)2Si(OMe)261.9mg、成分(B)としてEt3Alを400mg、及び水素を10000ml導入し、次いで液体プロピレンを750g導入して、内部温度を70℃に合わせた後に、上記の固体触媒成分(A)を10mg圧入して、プロピレンを重合させた。
1時間後にプロピレン及び水素を充分パージして第1段階での重合を終わらせた。第1段階でのポリマー収量は220(g)であった。精製窒素流通下で20g抜き出した。
ここで抜き出したサンプルのMFRは、65g/10min、CXSは、2.0重量%であった。
次いで攪拌しながら75℃まで昇温し、昇温後にプロピレンガスとエチレンガスを全重合圧力が2.0MPaになるよう装入し、第2段階の重合開始とした。全重合圧力が2.0MPaで一定になるようプロピレンとエチレンの混合ガスを供給しながら、75℃で30分重合を行った。ここでエチレン濃度のプロピレン濃度に対する比が0.55であった。
最終的に得られたプロピレン系ブロック共重合体を分析したところ、MFRは、17g/10minであった。また、プロピレン系ブロック共重合体中のプロピレンエチレンランダム共重合体成分の含量は、29重量%、プロピレンエチレンランダム共重合体成分中のエチレン含量は、56重量%であった。結果を表1に示す。
[固体触媒成分(A)の調製]
撹拌装置を備えた容量10Lのオートクレーブを充分に窒素で置換し、精製したn−ヘプタン2Lを導入した。更に、MgCl2を250g、Ti(O−n−Bu)4を1.8L添加して、95℃で2hr反応を行った。反応生成物を40℃に冷却し、メチルハイドロジェンポリシロキサン(20センチストークスのもの)を500ml添加した。40℃で5hr反応を行った後、析出した固体生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄した。
次いで、精製したn−ヘプタンを導入して、上記固体生成物の濃度が200g/Lとなる様に調整した。ここに、SiCl4を300ml添加して、90℃で3hr反応を行った。反応生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄し、反応生成物の濃度が100g/Lとなる様に精製したn−ヘプタンを導入した。フタル酸ジクロライド30mlを精製したn−ヘプタン270mlに混合した液を事前に調製しておき、その混合液をオートクレーブへ添加し、90℃で1hr反応を行った。反応生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄し、反応生成物の濃度が200g/Lとなる様に精製したn−ヘプタンを導入した。
ここへ、TiCl4を1L添加し、95℃で3hr反応を行った。反応生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄し、固体成分(A1)のスラリーを得た。このスラリーの一部をサンプリングして乾燥した。分析したところ、固体成分(A1)のTi含量は2.5重量%であった。
その後、精製したn−ヘプタンを導入して液レベルを4Lに調整した。ここに、成分(A3)としてジメチルジビニルシランを30ml、成分(A4)として(i−Pr)2Si(OMe)2を30ml、成分(A5)としてEt3Alのn−ヘプタン希釈液をEt3Alとして80g添加し、40℃で2hr反応を行った。反応生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄し、得られたスラリーの一部をサンプリングして乾燥した。分析したところ、固体成分にはTiが0.8重量%、(i−Pr)2Si(OMe)2が7.6重量%含まれていた。
上記で得られた固体成分を用いて、以下の手順により予備重合を行った。上記のスラリーに精製したn−ヘプタンを導入して、固体成分の濃度が20g/Lとなる様に調整した。スラリーを10℃に冷却した後、Et3Alのn−ヘプタン希釈液をEt3Alとして10g添加し、280gのプロピレンを4hrかけて供給した。プロピレンの供給が終わった後、更に30min反応を継続した。
次いで、気相部を窒素で充分に置換し、反応生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄した。得られたスラリーをオートクレーブから抜き出し、真空乾燥を行って固体触媒成分(A)を得た。この固体触媒成分(A)は、固体成分1gあたり2.5gのポリプロピレンを含んでいた。分析したところ、この固体触媒成分(A)のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが0.7重量%、(i−Pr)2Si(OMe)2が7.3重量%含まれていた。
撹拌及び温度制御装置を有する内容積3.0リットルのステンレス鋼製オートクレーブを真空下で加熱乾燥し、室温まで冷却してプロピレン置換した後、成分(B)としてEt3Alを400ミリグラム、及び水素を10000ミリリットル導入し、次いで液体プロピレンを750グラム導入して、内部温度を70℃に合わせた後に、上記の固体触媒成分(A)を10ミリグラム圧入して、プロピレンを重合させた。
1時間後にプロピレン及び水素を充分パージして第1段階での重合を終わらせた。第1段階でのポリマー収量は、300(g)であった。精製窒素流通下で20g抜き出した。ここで抜き出したサンプルのMFRは、205g/10min、CXSは、0.8重量%であった。
次いで攪拌しながら75℃まで昇温し、昇温後にプロピレンガスとエチレンガスを全重合圧力が2.0MPaになるよう装入し、第2段階の重合開始とした。全重合圧力が2.0MPaで一定になるようプロピレンとエチレンの混合ガスを供給しながら、75℃で30分重合を行った。ここでエチレン濃度のプロピレン濃度に対する比が0.25であった。
最終的に得られたプロピレン系ブロック共重合体を分析したところ、MFRは、79g/10minであった。また、プロピレン系ブロック共重合体中のプロピレンエチレンランダム共重合体成分の含量は16重量%、プロピレンエチレンランダム共重合体成分中のエチレン含量は39重量%であった。ポリプロピレン粒子は、さらさらしており、ポリマー嵩密度(BD)は、0.45g/mlであった。結果を表2に示す。
実施例4の固体触媒成分(A)の調整において、成分(A2)のSiCl4を使用しなかった以外は、全く同様に行った。この固体触媒成分(A)のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが1.0重量%、(i−Pr)2Si(OMe)2が8.0重量%含まれていた。また重合は実施例1と同様の方法で行った。結果を表2に示す。
[固体触媒成分(A)の調製]
窒素で置換した内容積1リットルの攪拌機付の三つ口フラスコに、エタノール約480g、ヨウ素3.2gおよび金属マグネシウム32gを投入し、攪拌しながら還流条件下で系内から水素ガスの発生がなくなるまで、加熱下で反応させ、固体状反応生成物を得た。この固体状反応生成物を減圧下に乾燥させることによりマグネシウム化合物を得た。
次に、窒素で置換した内容積0.5Lの攪拌機付の三つ口フラスコに、上記で調製したマグネシウム化合物16gと、脱水処理したオクタン80mlを加えた。これを40℃に加熱し、四塩化ケイ素2.4ml(23ミリモル)を加えて20分間攪拌した後、フタル酸ジ−n−ブチル3.4ml(13ミリモル)を加えた。この溶液を80℃まで昇温し、引き続き、滴下ロートを用いて、四塩化チタン77ml(0.70モル)を滴下し、内温125℃で1時間攪拌し、担持操作を行った。その後、脱水オクタンを用いて十分洗浄を行った。その後、さらに四塩化チタン122ml(1.11モル)を加え、内温125℃で2時間攪拌し、2回目の担持操作を行った。その後、脱水オクタンを用いて十分洗浄を行い、固体成分(A1)を得た。
次に、窒素で置換した内容積0.5リットルの攪拌機付の三つ口フラスコに、上記固体成分(A1)4gを導入した。精製したn−ヘプタンを導入して、固体成分(A1)の濃度が25g/Lとなる様に調整した。成分(A2)としてSiCl4を2.0ml加え、90℃で1hr反応を行った。
その後、精製したn−ヘプタンを導入して液レベルを200mlに調整した。ここに、成分(A3)としてジメチルジビニルシランを1.2ml、成分(A4)として(i−Pr)2Si(OMe)2を1.2ml、成分(A5)としてEt3Alのn−ヘプタン希釈液をEt3Alとして3.2g添加し、40℃で2hr反応を行った。反応生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄し、得られたスラリーの一部をサンプリングして乾燥した。分析したところ、固体成分にはTiが2.0重量%、(i−Pr)2Si(OMe)2が6.2重量%含まれていた。
上記で得られた固体成分を用いて、以下の手順により予備重合を行った。上記のスラリーに精製したn−ヘプタンを導入して、固体成分の濃度が20g/Lとなる様に調整した。スラリーを10℃に冷却した後、Et3Alのn−ヘプタン希釈液をEt3Alとして10g添加し、280gのプロピレンを4hrかけて供給した。プロピレンの供給が終わった後、更に30min反応を継続した。次いで、気相部を窒素で充分に置換し、反応生成物を精製したn−ヘプタンで充分に洗浄した。得られたスラリーをオートクレーブから抜き出し、真空乾燥を行って固体触媒成分(A)を得た。
この固体触媒成分(A)は、固体成分1gあたり2.5gのポリプロピレンを含んでいた。分析したところ、この固体触媒成分(A)のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが1.8重量%、(i−Pr)2Si(OMe)2が5.8重量%含まれていた。
撹拌及び温度制御装置を有する内容積3.0リットルのステンレス鋼製オートクレーブを真空下で加熱乾燥し、室温まで冷却してプロピレン置換した後、成分(B)としてEt3Alを400ミリグラム、及び水素を10000ミリリットル導入し、次いで液体プロピレンを750グラム導入して、内部温度を70℃に合わせた後に、上記の固体触媒成分(A)を10ミリグラム圧入して、プロピレンを重合させた。
1時間後にプロピレン及び水素を充分パージして第1段階での重合を終わらせた。第1段階でのポリマー収量は210(g)であった。精製窒素流通下で20g抜き出した。
ここで抜き出したサンプルのMFRは、80g/10min、CXSは、2.0重量%であった。
次いで攪拌しながら75℃まで昇温し、昇温後にプロピレンガスとエチレンガスを全重合圧力が2.0MPaになるよう装入し、第2段階の重合開始とした。全重合圧力が2.0MPaで一定になるようプロピレンとエチレンの混合ガスを供給しながら、75℃で30分重合を行った。ここでエチレン濃度のプロピレン濃度に対する比が0.43であった。
最終的に得られたプロピレン系ブロック共重合体を分析した所、MFRは、25g/10minであった。また、プロピレン系ブロック共重合体中のプロピレンエチレンランダム共重合体成分の含量は24重量%、プロピレンエチレンランダム共重合体成分中のエチレン含量は42重量%であった。ポリプロピレン粒子は、さらさらしており、ポリマー嵩密度(BD)は0.45g/mlであった。結果を表2に示す。
実施例5の固体触媒成分(A)の調整において、成分(A2)のSiCl4を使用しなかった以外は、全く同様に行った。この固体触媒成分(A)のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが2.3重量%、(i−Pr)2Si(OMe)2が6.2重量%含まれていた。また重合は、実施例1と同様の方法で行った。結果を表2に示す。
[プロピレンの重合]
添付した図1に示したフローシートによって説明する。
2台の重合槽を用いる気相重合反応器を用いた。2台の重合器1及び10は、内径D:340mm、長さL:1260mm、回転軸の径:90mm、内容積:110dm3の攪拌機を備えた連続式横型気相重合器(長さ/直径=3.7)である。
重合器1内を置換後、500μm以下の重合体粒子を除去したポリプロピレン粉末(平均粒径1500μm)を25kg導入し、実施例1で得られた固体触媒成分(A)をn−ヘキサンスラリーとして重合器1内に連続的に供給した。固体触媒成分(A)の供給速度は、ポリプロピレンの生産レートが一定の値となる様に調節した。またトリエチルアルミニウムの15重量%n−ヘキサン溶液を触媒成分(A)中のTi原子1モルに対し、モル比が100となるように連続的に供給した。また、重合器1内の水素濃度のプロピレン濃度に対する比が0.08となるように水素を、重合器1内の圧力が2.2MPa、温度が65℃を保つようにプロピレンモノマーをそれぞれ重合器1内に供給した。重合器1から排出される未反応ガスは、未反応ガス抜き出し配管4を通して反応器系外に抜き出し、冷却・凝縮させて液化プロピレンと混合ガスに分離した。混合ガスはリサイクルガス配管2を通して重合器1に戻した。また、プロピレン重合体の分子量を調節するための水素ガスも配管2より供給した。反応器系外で凝縮させた液化プロピレンは、フレッシュな原料プロピレンと一緒に原料混合ガス供給配管3から供給した。重合熱は、この配管3から供給する液化プロピレンの気化熱により除去した。
重合器10内に、第1重合工程からの重合体、プロピレンガスを連続的に供給し、プロピレンエチレンランダム共重合を行った。反応条件は、温度60℃、圧力2.0MPaとした。重合器10から排出される未反応ガスは、未反応ガス抜き出し配管8を通して反応器系外に抜き出し、冷却・凝縮させて液化プロピレンと混合ガスに分離した。混合ガスはリサイクルガス配管7を通して重合器10に戻した。また、エチレンガスと水素ガスも配管7より供給し、重合器10内のエチレン濃度のプロピレン濃度に対する比が0.32、水素濃度のエチレン濃度に対する比が0.1、となる様に調節した。反応器系外で凝縮させた液化プロピレンは、フレッシュな原料プロピレンと一緒に原料混合ガス配管6から供給した。重合熱は、この配管6から供給する液化プロピレンの気化熱により除去した。更に、重合器1に供給する固体触媒成分(A)に含まれるTi原子に対して、モル比が30となる様に、活性抑制剤として酸素を配管7より供給した。
ポリプロピレン系ブロック共重合体の生産レートは15kg/hr、重合器1内の平均滞留時間は1.6hr、重合器10内の平均滞留時間は1.0hrであった。生産レートを固体触媒成分(A)の供給速度(ただし予備重合ポリマーは除く)で割った値として活性を求めた所、50,000g−PP/g−触媒であった。
上記で得られたポリプロピレンパウダーに、酸化防止剤としてテトラキス{メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート}メタン500ppm及びトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト500ppm、並びに、中和剤としてステアリン酸カルシウム500ppmを添加し、充分に撹拌混合した。
次に、以下の条件を用いて造粒を行った。
押出機:テクノベル社製KZW−15−45MG2軸押出機、スクリュ:口径15mm、L/D=45、押出機設定温度:(ホッパ下から)40,80,160,200,200,200(ダイ℃)、スクリュ回転数:400rpm、吐出量:スクリュフィーダーにて約1.5kg/hrに調整、ダイ:口径3mm、ストランドダイ、穴数2個。
規格番号:JIS K7152(ISO 294−1)「プラスチック−熱可塑性プラスチック材料の射出成形試験片」、参考成型機:東芝機械社製EC20P射出成型機、成型機設定温度:(ホッパ下から)80,210,210,200,200℃、金型温度:40℃、射出速度:52mm/s(スクリュの速度)、保持圧力:30MPa、保圧時間:8秒、金型形状:平板(厚さ4mm、幅10mm、長さ80mm)2丁取り。
比較例1の固体触媒成分を用いて、実施例6の重合プロセスにて重合を行った。結果を表3に示す。
比較例5で得られた固体触媒成分(A)を用いて、実施例6の重合プロセスにて重合を行った。この際、重合器1内に(i−Pr)2Si(OMe)2をトリエチルアルミニウム1モルに対し、モル比が0.05となるように連続的に供給した。結果を表3に示す。
具体的には、実施例1,2は、比較例1,2と比較することで、特定の構造の有機ケイ素化合物により同一エチレン濃度でプロピレンエチレンランダム共重合体中のエチレン含量を増加させることができている。また、触媒活性も高く、同一水素濃度で高いMFRのプロピレンエチレンブロック共重合体を製造することができている。
次に実施例1と比較例3,4と比較することで、ハロゲン含有ケイ素化合物に使用量について議論することができる。ハロゲン含有ケイ素化合物の使用量が少ない場合(比較例3)、プロピレン単独重合体の規則性が悪化し、CXSも高くなってしまう。さらに、プロピレンエチレンランダム共重合体中のエチレン含量も低下してしまう。逆にハロゲン含有ケイ素化合物の使用量が多い場合(比較例4)、嵩密度が悪化し、更に活性が低下してしまう。このようにハロゲン含有ケイ素化合物には、適切な使用量範囲があることが明らかである。
実施例3は、実施例1の触媒の重合時に、成分(C)としてt−Bu(Me)Si(OMe)2を添加したものであるが、プロピレン単独重合体の規則性が更に向上し、CXS成分も更に削減されていることがわかる。また、プロピレンエチレンランダム共重合体中のエチレン含量には、ほとんど変化を与えていないこともわかる。このことから、成分(C)を加えることにより、規則性などの性能を向上することができるが、エチレン効率を変化させないことが明白となる。立体規則性とランダム共重合体中のエチレン含量のバランスを重視する場合は、本手法が有効である。
比較例5では、固体触媒成分(A)中にハロゲン含有ケイ素化合物(A2)、ビニルシラン化合物(A3)、有機ケイ素化合物(A4)が含まれない触媒を用いている。実施例2と比較することで、プロピレン単独重合体の立体規則性が低く、MFRも低くなってしまうことがわかる。更にプロピレンエチレンランダム共重合体中のエチレン含量も低下しており、全体的に触媒性能のバランスが悪いことがわかる。
実施例4、5は、それぞれ、実施例1とは製造方法の異なる固体成分(A1)を用いて評価を行っている。比較例6、7と比較することにより、前述の結果と同様に、プロピレン単独重合体の立体規則性が高く、プロピレンエチレンランダム共重合体中のエチレン含量も向上しており高い触媒性能を示していることがわかる。
実施例6、比較例8では、横型の気相重合プロセスに、実施例1、比較例1の固体触媒成分を使用したものであるが、実施例1、比較例1の比較と同様に、プロピレンエチレンランダム共重合体中のエチレン含量を増加させることができ、触媒活性も高く、同一水素濃度で高いMFRのプロピレンエチレンブロック共重合体を製造することができている。更に、材料物性として低温IZOD衝撃強度、曲げ弾性率についても良化していることが明らかである。
従って、実施例は、高MFRであり、高エチレン含量のプロピレンエチレンブロック共重合体の製造という観点で、生産性、触媒活性、立体規則性、粒子性状といった触媒性能の全般にわたり、比較例に比して、優れた結果が得られていると言える。
より具体的な用途としては、雑貨品に代表される一般射出用材料、バンパーやインストルメンタルパネル等に代表される自動車用材料、冷蔵庫や掃除機の筐体等に代表される家電用材料、ヨーグルト容器等に代表される耐衝撃性食品包装材料、カップ麺容器等に代表される耐熱食品包装材料、衛生製品用不織布等に代表される繊維用材料、サポーター等に代表される伸縮性繊維用材料、などに好ましく用いることができる。
2 リサイクルガス配管
3 原料混合ガス配管
4 未反応ガス抜き出し配管
5 重合体抜き出し配管
6 原料混合ガス配管
7 リサイクルガス配管
8 未反応ガス抜き出し配管
9 重合体抜き出し配管
10 重合器(第2重合工程)
11 活性抑制剤添加用配管
12 ガス回収機
13 バグフィルター
Claims (11)
- 下記の成分(A1)、(A2)、(A3)、(A4)および成分(A5)を接触してなり、且つ、成分(A2)の使用量が成分(A1)のチタン成分に対するモル比で1.0〜10であることを特徴とするプロピレン重合用固体触媒成分(A)。
成分(A1):チタン、マグネシウム、ハロゲン、及びカルボン酸誘導体又は少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物類から選ばれる少なくとも一つの化合物、を必須成分として含有する固体成分。
成分(A2):下記一般式(1)で表わされるハロゲン含有ケイ素化合物。
R1 aSiX4−a …(1)
(式中、R1は、水素原子、飽和脂肪族炭化水素基または芳香族炭化水素基であり、Xは、ハロゲンであり、aは、0≦a<4である。)
成分(A3):ビニルシラン化合物。
成分(A4):下記一般式(2)で表わされる有機ケイ素化合物。
R2R3Si(OR4)2 …(2)
(式中、R2は、2級の炭素原子を有する鎖状炭化水素基であり、R3は、R2と同一もしくは異なる脂肪族炭化水素基又はヘテロ原子含有炭化水素基であり、R4は、炭化水素基である。)
成分(A5):有機アルミニウム化合物。 - 成分(A1)中のマグネシウムは、ジアルコキシマグネシウム由来のものであることを特徴とする請求項1に記載のプロピレン重合用固体触媒成分(A)。
- 請求項1又は2に記載のプロピレン重合用固体触媒成分(A)に、有機アルミニウム化合物成分(B)を組み合わせてなることを特徴とするプロピレン重合用触媒。
- 請求項3に記載のプロピレン重合用触媒を用いることを特徴とするポリプロピレンの製造方法。
- プロピレンとエチレン及び/又はα−オレフィンとを共重合することにより、ポリプロピレンブロック共重合体を得ることを特徴とする請求項4に記載のポリプロピレンの製造方法。
- 重合プロセスは、反応熱を主として液化プロピレンの気化熱により除去する気相法重合プロセスであることを特徴とする請求項4又は5に記載のポリプロピレンの製造方法。
- 気相法重合プロセスは、攪拌機を有する反応器で重合を行なうことを特徴とする請求項6に記載のポリプロピレンの製造方法。
- ポリプロピレンブロック共重合体は、主としてプロピレンからなる重合体成分のMFR(試験条件:230℃、2.16kg荷重)が50g/10分以上であり、プロピレンとエチレン及び/又は炭素数4〜10のα−オレフィンとのブロック共重合体であることを特徴とする請求項5に記載のポリプロピレンの製造方法。
- ポリプロピレンブロック共重合体は、下記の成分(a)及び成分(b)を10:90〜90:10の重量比で含むプロピレン系ブロック共重合体であることを特徴とする請求項5に記載のポリプロピレンの製造方法。
成分(a):プロピレンの単独重合体、又はエチレン及び炭素数4〜8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーを5重量%以下の含量で含むプロピレンとのランダム共重合体であって、MFR(試験条件:230℃、2.16kg荷重)が50g/10分以上のもの。
成分(b):エチレン及び炭素数4〜8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとプロピレンとのランダム共重合体であって、プロピレンの含量が20〜65重量%であるもの。 - 気相法重合プロセスは、内部に水平軸周りに回転する攪拌機を有する横型反応器を用いて重合することを特徴とする請求項7に記載のポリプロピレンの製造方法。
- パーオキサイドを用いないことを特徴とする請求項4〜10のいずれか1項に記載のポリプロピレンの製造方法。
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