JP5562126B2 - 極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法 - Google Patents

極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、極性基を側鎖に有する極性基含有オレフィン系共重合体の新規な製造方法に関する。
ポリオレフィンは機械的物性、成形性、化学的安定性に優れ、コストパフォーマンス上も非常に優秀であることから、最も重要なプラスチック材料の一つとして多くの分野で使用されている。例えば、高い立体規則性を有するポリプロピレンは、優れた機械的強度や熱特性等を有するとして種々の用途への適用が検討されている。
しかしながら、ポリオレフィンは無極性の材料であるために接着性や染色性が十分でなく、また他のプラスチック材料や無機材料との親和性が低いという技術課題を有している。
このため、ポリオレフィンの側鎖に極性基を導入し、極性基含有オレフィン系共重合体に変性することにより、上記技術課題の克服を試みる種々の検討がなされている。
このような状況下、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触媒成分と有機アルミニウム化合物とからなる触媒の存在下、プロピレンモノマーに対し、極性ビニルモノマーである10−ウンデセン酸等とルイス酸との錯化合物を共重合させた例が報告されている(特許文献1(特開昭59−80413号公報)参照)。そして、特許文献1の実施例には、結晶性ポリマー(立体規則性ポリマー)の含有割合を示す沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI)が90.5〜93.1%であり、極性ビニルモノマーの含有割合が0.10〜0.21%である共重合体を、触媒効率341〜545(g/g触媒成分)で作製し得ることが記載されており、特許文献1記載の方法によれば、高い立体規則性を有する極性基含有オレフィン系共重合体を、効率よく製造できるとされている。
特開昭59−80413号公報
しかしながら、本発明者等の検討によれば、引用文献1記載の方法では、結晶性(立体規則性)が不十分で、極性ビニルモノマーの含有割合が極端に低い共重合体しか得られず、また、触媒の重合活性が著しく低下しやすいことが判明した。
このような状況下、本発明は、極性ビニルモノマーの含有割合が高い極性基含有オレフィン系共重合体を高い収率で製造し得るとともに、共重合体を構成するオレフィンがプロピレン等のα−オレフィン類である場合には、極性ビニルモノマーの含有割合が高く、立体規則性の高い極性基含有オレフィン系共重合体を高い収率で製造し得る方法を提供することを目的とするものである。
上記技術課題を解決すべく、本発明者等が鋭意検討を行ったところ、極性基含有オレフィン系共重合体を製造する方法であって、炭素数2〜20のオレフィン(a)と、ビニル基含有アルキルアルミニウム化合物(b)とを、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触媒(x)の存在下に重合反応させて極性基含有オレフィン系共重合体を製造するにあたり、上記ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)とハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)とを予め混合した後、得られた混合物を用いて上記重合反応を行い、極性基含有オレフィン系共重合体を製造することにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
(1)極性基含有オレフィン系共重合体を製造する方法であって、
炭素数2〜20のオレフィン(a)と、下記一般式(I)
CH=CH−(CH−X−AlR (I)
(式中、Xは、O、C(=O)O、S、NHまたはN(−R)を示し、R、Rは炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基であってそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、nは1〜20の整数を示し、Rは炭素数1〜20の炭化水素基を示す。)
で表されるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)とを、
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触媒(x)の存在下に重合反応させて極性基含有オレフィン系共重合体を製造するにあたり、
前記ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と、下記一般式(II)
AlR 3−m (II)
(式中、Yはハロゲン基であって、Yが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基であって、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、mは1〜2の数を示す。)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)を予め混合した後、得られた混合物を用いて前記重合反応を行う
ことを特徴とする極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法、
(2)上記重合反応に供するハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)の量が、上記ビニル基を含有するアルキルアルミニウム化合物(b)1モルに対し、0.1モル〜4.0モルである上記(1)に記載の極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法、
(3)上記固体触媒(x)とともに、外部電子供与体(z)の存在下に前記重合反応を行う上記(1)または(2)に記載の極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法、
(4)上記マグネシウム、チタン、ハロゲンおよび電子供与体からなる固体触媒(x)が、ジアルコキシマグネシウム、電子供与体およびチタン化合物を不活性炭化水素溶媒の共存下で接触させてなるものである上記(1)〜(3)のいずれかに記載の極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法、
(5)上記外部電子供与体(z)が、下記一般式(III)
Si(OR4−q (III)
(式中、Rは炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、ビニル基、アリル基、アラルキル基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、シクロアルキルアミノ基または多環状アミノ基のいずれかであって、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜4のアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、ビニル基、アリル基またはアラルキル基のいずれかであって、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、qは0〜4の整数である。)
で表される有機ケイ素化合物である上記(3)または(4)に記載の極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法、
を提供するものである。
本発明によれば、オレフィン(a)と、ビニル基含有アルキルアルミニウム化合物(b)とを、固体触媒(x)の存在下に重合反応させて極性基含有オレフィン系共重合体を製造するにあたり、上記ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と、ハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)とを予め混合した後、得られた混合物を用いて上記重合反応を行うことにより、極性ビニルモノマーの含有割合が高い極性基含有オレフィン系共重合体を高い収率で製造することができ、上記オレフィン(a)がプロピレン等のα−オレフィン類である場合には、さらに立体規則性の高い極性基含有オレフィン系共重合体を製造することができる。
本発明は、極性基含有オレフィン系共重合体を製造する方法であって、
炭素数2〜20のオレフィン(a)と、下記一般式(I)
CH=CH−(CH−X−AlR (I)
(式中、Xは、O、C(=O)O、S,NHまたはN(−R)を示し、R、Rは炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基であって、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、nは1〜20の整数を示し、Rは炭素数1〜20の炭化水素基を示す。)
で表されるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)とを、
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触媒(x)の存在下に重合反応させて極性基含有オレフィン系共重合体を製造するにあたり、
前記ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と、下記一般式(II)
AlR 3−m (II)
(式中、Yはハロゲン基であって、Yが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基であって、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、mは1〜2の数を示す。)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)を予め混合した後、得られた混合物を用いて前記重合反応を行うことを特徴とするものである。
<オレフィン(a)>
本発明において、オレフィン(a)は、炭素数が2〜20のものであり、炭素数2〜12のものが好ましく、炭素数2〜8のものがより好ましい。
オレフィン(a)として、上記炭素数を有するものを用いることにより、反応を経済的に行うことができるとともに、所望物性を有する極性基含有ポリオレフィンを得ることができる。
炭素数2〜20のオレフィン(a)としては、具体的には、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、4,4−ジメチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ヘキセン、4−メチル−1−ヘキセン、4,4−ジメチル−1−ヘキセン、5−メチル−1−ヘキセン、アリルシクロペンタン、ビニルシクロプロパン、ビニルシクロヘキサン等から選ばれる一種以上を挙げることができる。これ等のオレフィンのうち、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ヘキセン等が好ましく、エチレン、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン等がより好ましい。
本発明において、上記オレフィン(a)として、プロピレン等のα−オレフィンを用いた場合には、高い立体規則性を有する極性基含有ポリオレフィンを得ることができる。
<ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)>
本発明においては、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)として、下記一般式(I)
CH=CH−(CH−X−AlR (I)
(式中、Xは、O、C(=O)O、S、NHまたはN(−R)を示し、R、Rは炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基であってそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、nは1〜20の整数を示し、Rは炭素数1〜20の炭化水素基を示す。)で表されるものが用いられる。
本発明においては、オレフィン(a)とともにビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)を用い、両者を共重合させることにより、オレフィン(a)由来の構成単位からなるポリオレフィン鎖中に、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)由来の構成単位を導入して、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)の極性側鎖を側鎖として含む、極性基含有オレフィン系共重合体を形成することができる。
一般式(I)で表わされるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)において、R、Rは炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基を示す。R、Rは、炭素数1〜10のアルキル基またはアリール基が好ましく、炭素数2〜6のアルキル基またはアリール基がより好ましい。また、R、Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
一般式(I)で表わされるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)において、R、Rとしては、CH基、C基、i−C基、n−C基、i−C基、n−C基、i−C11基、n−C11基、i−C13基、n−C13基、i−C15基、n−C15基、i−C17基、n−C17基、C1020基、C基、C11基、C基から選ばれる一種以上を挙げることができる。
一般式(I)で表わされるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)において、nは1〜20の整数であり、2〜12の整数であることが好ましく、4〜10の整数であることがより好ましい。
一般式(I)で表わされるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)において、Xは、O、C(=O)O、S、NHまたはN(−R)を示す。
は炭素数1〜20の炭化水素基であり、炭素数1〜12の炭化水素基であることが好ましく、炭素数1〜6の炭化水素基であることがより好ましい。また、Rはアルキル基またはアリール基が好ましい。
としては、具体的には、CH基、C基、i−C基、n−C基、i−C基、n−C基、i−C11基、n−C11基、i−C13基、n−C13基、C基、C11基、C基等から選ばれる一種以上を挙げることができる。
一般式(I)で表わされるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)は、極性ビニルモノマー(b1)とトリアルキルアルミニウム化合物(b2)とを溶媒の存在下または不存在下に接触させる方法により作製することができ、極性ビニルモノマー(b1)とトリアルキルアルミニウム化合物(b2)とを、溶媒の存在下に接触させる方法により作製することが好ましい。
(極性ビニルモノマー(b1))
上記極性ビニルモノマー(b1)としては、下記一般式(IV)で表されるものを使用することができる。
CH=CH−C2n−X (IV)
(式中、Xは、OH、C(=O)OH、SH、NH、NH(−R)の各基を、nは1〜20の整数を、Rは炭素数1〜20の炭化水素基をそれぞれ表す。)
一般式(IV)で表される極性ビニルモノマー(b1)としては、XがOHまたはC(=O)OHであるものが好ましい。
また、一般式(IV)で表されるビニルモノマー(b1)において、nは1〜20の整数であり、2〜12の整数であることが好ましく、4〜10の整数であることがより好ましい。nが上記範囲であることにより、高い重合反応性を得ることができる。
また、一般式(IV)で表される極性ビニルモノマー(b1)において、Rは、炭素数1〜20の炭化水素基であり、炭素数1〜12の炭化水素基であることが好ましく、炭素数1〜6の炭化水素基であることがより好ましい。また、Rはアルキル基またはアリール基が好ましい。
としては、具体的には、メチル基、エチル基、シクロヘキシル基、フェニル基等から選ばれる一種以上を挙げることができる。
一般式(IV)で表される極性ビニルモノマー(b1)として、具体的には、3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1−オール、6−ヘプテン−1−オール、7−オクテン−1−オール、8−ノネン−1−オール、9−デセン−1−オール、10−ウンデセン−1−オール、11−ドデセン−1−オール、4−ペンテン酸、5−ヘキセン酸、6−ヘプテン酸、7−オクテン酸、8−ノネン酸、9−デセン酸、10−ウンデセン酸、11−ドデセン酸、1−チオヒドロ−3−ブテン、1−チオヒドロ−4−ペンテン、1−チオヒドロ−5−ヘキセン、1−チオヒドロ−6−ヘプテン、1−チオヒドロ−7−オクテン、1−チオヒドロ−8−ノネン、1−チオヒドロ−9−デセン、1−チオヒドロ−10−ウンデセン、1−アミノ−3−ブテン、1−アミノ−4−ペンテン、1−アミノ−5−ヘキセン、1−アミノ−6−ヘプテン、1−アミノ−7−オクテン、1−アミノ−8−ノネン、1−アミノ−9−デセン、1−アミノ−10−ウンデセン、1−(N−メチルアミノ)−3−ブテン、1−(N−メチルアミノ)−4−ペンテン、1−(N−メチルアミノ)−5−ヘキセン、1−(N−メチルアミノ)−6−ヘプテン、1−(N−メチルアミノ)−7−オクテン、1−(N−メチルアミノ)−8−ノネン、1−(N−メチルアミノ)−9−デセン、1−(N−メチルアミノ)−10−ウンデセン、1−(N−エチルアミノ)−3−ブテン、1−(N−エチルアミノ)−4−ペンテン、1−(N−エチルアミノ)−5−ヘキセン、1−(N−エチルアミノ)−6−ヘプテン、1−(N−エチルアミノ)−7−オクテン、1−(N−エチルアミノ)−8−ノネン、1−(N−エチルアミノ)−9−デセン、1−(N−エチルアミノ)−10−ウンデセン、1−(N−フェニルアミノ)−3−ブテン、1−(N−フェニルアミノ)−4−ペンテン、1−(N−フェニルアミノ)−5−ヘキセン、1−(N−フェニルアミノ)−6−ヘプテン、1−(N−フェニルアミノ)−7−オクテン、1−(N−フェニルアミノ)−8−ノネン、1−(N−フェニルアミノ)−9−デセン、1−(N−フェニルアミノ)−10−ウンデセン等が挙げられ、これらの中でも3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1−オール、6−ヘプテン−1−オール、7−オクテン−1−オール、8−ノネン−1−オール、9−デセン−1−オール、10−ウンデセン−1−オール、11−ドデセン−1−オール、4−ペンテン酸、5−ヘキセン酸、6−ヘプテン酸、7−オクテン酸、8−ノネン酸、9−デセン酸、10−ウンデセン酸または11−ドデセン酸が好ましく、5−ヘキセン−1−オール、6−ヘプテン−1−オール、7−オクテン−1−オール、8−ノネン−1−オール、9−デセン−1−オール、5−ヘキセン酸、6−ヘプテン酸、7−オクテン酸、8−ノネン酸、9−デセン酸、5−ヘキセン−1−オールまたは9−デセン−1−オールが、重合反応性の面から特に好ましく用いられる。これら一般式(IV)で表される極性ビニルモノマー(b1)は単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
(トリアルキルアルミニウム化合物(b2))
一般式(I)で表わされるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)の構成材料となるトリアルキルアルミニウム化合物(b2)としては、下記一般式(V)
AlR ・・・(V)
(式中、R、RおよびRは、炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基を示し、R、RおよびRは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。)で表されるものが使用できる。
一般式(V)で表わされるトリアルキルアルミニウム化合物(b2)において、R、RおよびRは、炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基であり、炭素数1〜10のアルキル基またはアリール基が好ましく、炭素数2〜6のアルキル基またはアリール基がより好ましい。また、R、RおよびRは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
一般式(V)で表わされるトリアルキルアルミニウム化合物(b2)において、R、RおよびRとしては、CH基、C基、i−C基、n−C基、i−C基、n−C基、i−C11基、n−C11基、i−C13基、n−C13基、i−C15基、n−C15基、i−C17基、n−C17基、C1020基、C基、C11基、C基から選ばれる一種以上を挙げることができる。
一般式(V)で表わされるトリアルキルアルミニウム化合物(b2)として、具体的には、Al(CH、Al(C、Al(i−C、Al(n−C、Al(i−C、Al(n−C、Al(i−C11、Al(n−C11、Al(i−C13、Al(n−C13、Al(i−C15、Al(n−C15、Al(i−C17、Al(n−C17、Al(C1020、Al(C、Al(CH)(i−C、Al(CH)(n−C、Al(CH)(i−C、Al(CH)(n−C、Al(C)(i−C、Al(C)(CH、Al(C)(n−C、Al(C)(i−C、Al(C)(n−C、Al(i−C)(CH、Al(i−C)(C、Al(i−C)(n−C、Al(i−C)(i−C、Al(i−C)(n−C、Al(n−C)(CH、Al(n−C)(C、Al(n−C)(i−C、Al(n−C)(i−C、Al(n−C)(n−C、Al(i−C)(CH、Al(i−C)(C、Al(i−C)(i−C、Al(i−C)(n−C、Al(i−C)(n−C、Al(n−C)(CH、Al(n−C)(C、Al(n−C)(i−C、Al(n−C)(n−C、Al(n−C)(i−C、Al(C)(CH、Al(C)(C、Al(C)(i−C、Al(C)(n−C、Al(C)(i−C、Al(C)(n−C、Al(C(CH)、Al(C(C)、Al(C(i−C)、Al(C(n−C)、Al(C(i−C)、Al(C(n−C)、Al(C)(CH、Al(C)(C、Al(C)(i−C、Al(C)(n−C、Al(C)(i−C、Al(C)(n−C、Al(C(CH)、Al(C(C)、Al(C(i−C)、Al(C(n−C)、Al(C(i−C)、Al(C(n−C)、Al(C11)(CH、Al(C11)(C、Al(C11)(i−C、Al(C11)(n−C、Al(C11)(i−C、Al(C11)(n−C、Al(C11(CH)、Al(C11(C)、Al(C11(i−C)、Al(C11(n−C)、Al(C11(i−C)、Al(C11(n−C)等から選ばれる一種以上が挙げられる。
これらのトリアルキルアルミニウム化合物(b2)の中、Al(C、Al(i−C、Al(n−C、Al(i−C、Al(n−Cが好適に使用することができる。
極性ビニルモノマー(b1)とトリアルキルアルミニウム化合物(b2)とを接触させることにより一般式(I)で表わされるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)を作製することができる。
トリアルキルアルミニウム化合物(b2)の使用量は、極性ビニルモノマー(b1)の使用量に対して等モル以上、すなわちモル比で1以上であることが必要であり、極性ビニルモノマー(b1)の使用量に対して1.0〜1.5モル倍であることが好ましい。トリアルキルアルミニウム化合物(b2)と極性ビニルモノマー(b1)の使用量が上記範囲であることにより、極性ビニルモノマー(b1)とトリアルキルアルミニウム化合物(b2)とを効率よく反応させることができる。
極性ビニルモノマー(b1)とトリアルキルアルミニウム化合物(b2)との接触温度は、特に限定されないが、通常は−50〜150℃であり、0〜80℃であることが好ましい。
また、極性ビニルモノマー(b1)とトリアルキルアルミニウム化合物(b2)との接触時間も、特に限定されない。極性ビニルモノマー(b1)とトリアルキルアルミニウム化合物(b2)とは、接触すると直ちにビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)を生成することから、接触時間の上限は経済的に許容し得る範囲で適宜設定すればよい。
また、上記の極性ビニルモノマー(b1)とトリアルキルアルミニウム化合物(b2)は、反応開始前に上述の条件下に反応槽内で予備接触させておいてもよい。
極性ビニルモノマー(b1)とトリアルキルアルミニウム化合物(b2)との接触は、溶媒の存在下または不存在下に行うことができるが、溶媒の存在下に行うことが好ましい。
溶媒としては、炭素数5〜18の脂肪族、脂環式および芳香族炭化水素化合物、ならびにハロゲン化炭化水素化合物が適当である。
溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、オクタン、デカン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン、キシレン、エチルベンゼン、塩化ベンジル、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン等から選ばれる一種以上が好ましく、接触生成物の溶解性により適宜混合して使用してもよい。
本発明において、上記オレフィン(a)およびビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)以外に重合反応に供し得るモノマーとしては、ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエン類、スチレンなどのスチレン類、1,5−ヘキサジエンなどの非共役ジエン類、ノルボルネンなどの環状オレフィン類、ノルボルナジエンなどの環状ジオレフィン類などを挙げることができる。
<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触媒(x)>
本発明においては、上記オレフィン(a)および一般式(I)で表されるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)を、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触媒(x)の存在下に重合反応させる。
固体触媒(x)は、マグネシウム、チタン、ハロゲンおよび電子供与体を必須成分として含有するものである。このような固体触媒(x)は、下記のようなマグネシウム化合物、チタン化合物および電子供与体を相互に接触させることにより調製される。
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触媒(x)の調製に用いられるチタン化合物としては、例えば、一般式(VI)
Ti(OR4−j ・・・(VI)
(Rは、炭素数1〜10の炭化水素基であって、ORが複数存在する場合、複数のORは同一であっても異なっていてもよく、Xはハロゲン基であって、Xが複数存在する場合、各Xは同一であっても異なっていてもよく、jは0〜4の整数を示す。)で示される4価のチタン化合物を挙げることができる。
一般式(VI)で表わされる4価のチタン化合物において、Rは、炭素数1〜10の炭化水素基であって、炭素数1〜6の炭化水素基であることが好ましく、炭素数1〜4の炭化水素基であることがより好ましい。
一般式(VI)で表わされる4価のチタン化合物において、Rとしては、具体的には、CH基、C基等を挙げることができる。
また、一般式(VI)で表わされる4価のチタン化合物において、Xとしてはクロロ基、ブロモ基等を挙げることができる。
一般式(VI)で表わされる4価のチタン化合物において、jは0〜4の整数であり、0〜2の整数であることが好ましく、0〜1の整数であることがより好ましい。
一般式(VI)で表わされる4価のチタン化合物として、具体的には、TiCl、TiBr、TiI等のテトラハロゲン化チタン、Ti(OCH)Cl、Ti(OC)Cl、Ti(OCH)Br、Ti(OC)Br等のトリハロゲン化アルコキシチタン、Ti(OCHCl、Ti(OCCl、Ti(OCHBr、Ti(OCBr等のジハロゲン化ジアルコキシチタン、Ti(OCHCl、Ti(OCCl、Ti(OCHBr、Ti(OCBr等のモノハロゲン化トリアルコキシチタン、Ti(OCH、Ti(OC、Ti(OC、Ti(OCH(OC等のテトラアルコキシチタン、等を挙げることができる。
これらの中ではハロゲン含有チタン化合物が好ましく、特に四塩化チタン(TiCl)等のテトラハロゲン化チタンが好ましく用いられる。これら一般式(VI)で表わされる4価の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もよい。さらに、これら一般式(VI)で表わされる4価のチタン化合物は、炭化水素化合物あるいはハロゲン化炭化水素化合物等に希釈された状態であってもよい。
本発明において、固体触媒(x)の調製に用いられるマグネシウム化合物としては、還元性を有するマグネシウム化合物および還元性を有しないマグネシウム化合物を挙げることができる。
ここで、還元性を有するマグネシウム化合物としては、例えば、Mg−C結合あるいはMg−H結合を有するマグネシウム化合物を挙げることができ、具体的には、ジメチルマグネシウム、ジエチルマグネシウム、ジプロピルマグネシウム、ジブチルマグネシウム、ジアミルマグネシウム、ジヘキシルマグネシウム、ジデシルマグネシウム、エチルマグネシウムクロライド、プロピルマグネシウムクロライド、ブチルマグネシウムクロライド、ヘキシルマグネシウムクロライド、アミルマグネシウムクロライド、ブチルエトキシマグネシウム、エチルブチルマグネシウム、オクチルブチルマグネシウム等を挙げることができる。これらのマグネシウム化合物は、単独で用いることもできるし、有機アルミニウム化合物と錯化合物を形成してもよい。また、これらの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。
還元性を有さないマグネシウム化合物の具体例としては、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、沃化マグネシウム、弗化マグネシウム等の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等の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等のアリールオキシマグネシウムハライド、ジエトキシマグネシウム、ジイソプロポキシマグネシウム、ジブトキシマグネシウム、ジ(n−オクトキシ)マグネシウム、ジ(2−エチルヘキソキシ)マグネシウム等のジアルコキシマグネシウム、ジフェノキシマグネシウム、ジ(メチルフェノキシ)マグネシウム等のジアリールオキシマグネシウム、ラウリン酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム等のカルボン酸マグネシウム等を挙げることができ、中でも塩化マグネシウム、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、エトキシ塩化マグネシウム、ジエトキシマグネシウム、ジイソプロポキシマグネシウム、ステアリン酸マグネシウムが好ましく、塩化マグネシウム、エトキシ塩化マグネシウム、ジエトキシマグネシウムがより好ましい。
上記還元性を有さないマグネシウム化合物は、上述した還元性を有するマグネシウム化合物、あるいは触媒成分の調製時に誘導した化合物であってもよい。例えば、グリニアール試薬のような有機マグネシウム化合物とハロゲン化チタン、ハロゲン化ケイ素、ハロゲン化アルコールや塩酸等と接触させて得られたものであってもよい。
なお、本発明において、マグネシウム化合物は上記の還元性を有するマグネシウム化合物および還元性を有さないマグネシウム化合物の他に、上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であってもよいし、さらに上記の化合物を2種以上組み合わせた混合物であってもよい。
本発明において、固体触媒(x)の調製に用いられる電子供与体としては、アルコール類、フェノール類、エーテル類、エステル類、ケトン類、酸ハライド類、アルデヒド類、アミン類、アミド類、ニトリル類、イソシアネート類等が挙げられる。
具体的には、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−エチルヘキサノール等のアルコール類、フェノール、クレゾール等のフェノール類、メチルエーテル、エチルエーテル、プロピルエーテル、ブチルエーテル、アミルエーテル、ジフェニルエーテル、9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレン、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−イソプロピル−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−クミル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−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−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−シクロヘキシル−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、2,2−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、2,2−ジ−s−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−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、2,4−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−ジメトキシへキサン、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、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−ジメトキシプロパン、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等のエーテル類、ギ酸メチル、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、p−トルイル酸メチル、p−トルイル酸エチル、p−メトキシ安息香酸エチル、p−エトキシ安息香酸エチル、アニス酸メチル、アニス酸エチル等のモノカルボン酸エステル類、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、マロン酸ジメチル、ジメチルマロン酸ジエチル、ジエチルマロン酸ジエチル、ジ−n−プロピルマロン酸ジエチル、ジイソプロピルマロン酸ジエチル、ジ−n−ブチルマロン酸ジエチル、ジイソブチルマロン酸ジメチル、ジイソブチルマロン酸ジエチル、ジ−sec−ブチルマロン酸ジエチル、アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジプロピル、アジピン酸ジブチル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジイソデシル、フタル酸ジエステル、フタル酸ジエステル誘導体等のジカルボン酸エステル類、シクロへキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、シクロへキサン−1,2−ジカルボン酸ジ−n−ブチル、シクロへキサン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、シクロへキサン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、シクロペンタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、シクロペンタン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、シクロヘプタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、シクロヘプタン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、シクロオクタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、シクロデカン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、4−シクロへキセン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、3−シクロペンテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−シクロペンテン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、4−シクロヘプテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、4−シクロヘプテン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、5−シクロオクテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−メチルシクロへキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、4−メチルシクロへキサン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、4−メチルシクロへキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、5−メチルシクロへキサン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、3,4−ジメチルシクロへキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,6−ジメチルシクロへキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,6−ジメチルシクロへキサン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3,6−ジフェニルシクロへキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−メチル−6−エチルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−メチル−6−エチルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3−メチル−6−n−プロピルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−メチル−6−n−プロピルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3−ヘキシルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,6−ジヘキシルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−ヘキシル−6−ペンチルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3−メチルシクロペンタン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、4−メチルシクロペンタン−1,3−ジカルボン酸ジイソブチル、4−メチルシクロペンタン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、5−メチルシクロペンタン−1,3−ジカルボン酸ジイソブチル、3,4−ジメチルシクロペンタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,5−ジメチルシクロペンタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−ヘキシルシクロペンタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,5−ジシクロヘキシルシクロペンタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−ヘキシル−5−ペンチルシクロペンタン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3−メチル−5−n−プロピルシクロペンタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−メチルシクロヘプタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、4−メチルシクロヘプタン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、4−メチルシクロヘプタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、5−メチルシクロヘプタン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、3,4−ジメチルシクロヘプタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,7−ジメチルシクロヘプタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−ヘキシルシクロヘプタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,7−ジヘキシルシクロヘプタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−ヘキシル−7−ペンチルシクロヘプタン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3−メチル−7−n−プロピルシクロヘプタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−メチルシクロオクタン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−メチルシクロデカン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−ビニルシクロへキサン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3,6−ジフェニルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3,6−ジシクロヘキシルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、ノルボルナン−2,3−ジカルボン酸ジイソブチル、テトラシクロデカン−2,3−ジカルボン酸ジイソブチル、1−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、1−シクロへキセン−1,3−ジカルボン酸ジ−n−ブチル、4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、4−シクロへキセン−1,3−ジカルボン酸ジ−n−ブチル、3−メチル−4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、4−メチル−4−シクロへキセン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、4−メチル−4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、5−メチル−4−シクロへキセン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、3,4−ジメチル−4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,6−ジメチル−4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−ヘキシル−4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,6−ジヘキシル−4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−ヘキシル−6−ペンチル−4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3−メチル−3−シクロペンテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、4−メチル−3−シクロペンテン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、4−メチル−3−シクロペンテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、5−メチル−3−シクロペンテン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、3,4−ジメチル−3−シクロペンテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,5−ジメチル−3−シクロペンテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−ヘキシル−3−シクロペンテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3,5−ジヘキシル−3−シクロペンテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、3−ヘキシル−5−ペンチル−3−シクロペンテン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3−メチル−4−シクロヘプテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、4−メチル−4−シクロヘプテン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、4−メチル−4−シクロヘプテン−1,2−ジカルボン酸ジエチル、5−メチル−4−シクロヘプテン−1,3−ジカルボン酸ジエチル、3,6−ジエチルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジイソブチル、3,6−ジエチルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジ−n−ヘキシル、3,6−ジエチルシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸ジ−n−オクチル等の脂環式ジカルボン酸エステル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、アセトフェノン、ベンゾフェノン等のケトン類、フタル酸ジクロライド、テレフタル酸ジクロライド等の酸ハライド類、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、オクチルアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類、メチルアミン、エチルアミン、トリブチルアミン、ピペリジン、アニリン、ピリジン等のアミン類、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド等のアミド類、アセトニトリル、ベンゾニトリル、トルニトリル等のニトリル類、イソシアン酸メチル、イソシアン酸エチル等のイソシアネート類を挙げることができる。
上記電子供与体のうち、安息香酸エチル、p−トルイル酸メチル、p−トルイル酸エチル、p−エトキシ安息香酸エチル、アニス酸エチル等のモノカルボン酸エステル、またはマロン酸ジエステル、マレイン酸ジエステル等のジカルボン酸ジエステル、脂環式ジカルボン酸エステル、フタル酸ジエステル等の芳香族ジカルボン酸ジエステル等のエステル類が好ましく用いられる。
フタル酸ジエステルの具体例としては、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジ−n−プロピル、フタル酸ジイソプロピル、フタル酸ジ−n−ブチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸エチルメチル、フタル酸メチル(イソプロピル)、フタル酸エチル(n−プロピル)、フタル酸エチル(n−ブチル)、フタル酸エチル(イソブチル)、フタル酸ジ−n−ペンチル、フタル酸ジイソペンチル、フタル酸ジ−neo−ペンチル、フタル酸ジヘキシル、フタル酸ジ−n−ヘプチル、フタル酸ジ−n−オクチル、フタル酸ビス(2,2−ジメチルへキシル)、フタル酸ビス(2−エチルヘキシル)、フタル酸ジ−n−ノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ビス(2,2−ジメチルヘプチル)、フタル酸n−ブチル(イソヘキシル)、フタル酸n−ブチル(2−エチルヘキシル)、フタル酸n−ペンチルへキシル、フタル酸n−ペンチル(イソヘキシル)、フタル酸イソペンチル(ヘプチル)、フタル酸n−ペンチル(2−エチルヘキシル)、フタル酸n−ペンチル(イソノニル)、フタル酸イソペンチル(n−デシル)、フタル酸n−ペンチル(ウンデシル)、フタル酸イソペンチル(イソヘキシル)、フタル酸n−ヘキシル(2,2−ジメチルへキシル)、フタル酸n−ヘキシル(2−エチルヘキシル)、フタル酸n−ヘキシル(イソノニル)、フタル酸n−ヘキシル(n−デシル)、フタル酸n−ヘプチル(2−エチルヘキシル)、フタル酸n−ヘプチル(イソノニル)、フタル酸n−ヘプチル(neo−デシル)、フタル酸2−エチルヘキシル(イソノニル)から選ばれる1種以上を挙げることができ、フタル酸ジエチル、フタル酸ジ−n−プロピル、フタル酸ジ−n−ブチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸エチル(n−プロピル)、フタル酸エチル(n−ブチル)、フタル酸エチル(イソブチル)が好ましく用いられる。
また、フタル酸ジエステル誘導体としては、下記一般式(VII)で表されるものが好ましい。
10 4−k(COOR11)(COOR12) (VII)
(式中、R10は炭素数1〜8のアルキル基またはハロゲン原子を示し、R11およびR12は炭素数1〜12のアルキル基を示し、R11とR12は同一であっても異なってもよく、kは1または2である。)
上記一般式(VII)において、R10が炭素数1〜8のアルキル基である場合の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、2,2−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルペンチル基、イソオクチル基、2,2−ジメチルへキシル基であり、R10がハロゲン原子である場合の具体例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子である。R10は好ましくはメチル基、臭素原子またはフッ素原子であり、より好ましくはメチル基または臭素原子である。
また、kは1または2であり、kが2のとき2つのR10は同一であっても異なってもよい。
kが1の場合、R10が上記一般式(VII)のフタル酸エステル誘導体の3位、4位、5位または6位の位置の水素原子と置換してなるものが好ましく、kが2の場合、R10は4位および5位の位置の水素原子と置換してなるものが好ましい。
上記一般式(VII)において、R11およびR12としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、2,2−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルペンチル基、またはイソオクチル基、2,2−ジメチルへキシル基、n−ノニル基、イソノニル基、n−デシル基、イソデシル基、n−ドデシル基である。この中でもエチル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ネオペンチル基、イソヘキシル基、イソオクチル基が好ましく、エチル基、n−ブチル基、ネオペンチル基が特に好ましい。
上記一般式(VII)で表されるフタル酸ジエステル誘導体としては、4−メチルフタル酸ジエチル、4−メチルフタル酸ジ−n−ブチル、4−メチルフタル酸ジイソブチル、4−ブロモフタル酸ジネオペンチル、4−ブロモフタル酸ジエチル、4−ブロモフタル酸ジ−n−ブチル、4−ブロモフタル酸ジイソブチル、4−メチルフタル酸ジネオペンチル、4,5−ジメチルフタル酸ジネオペンチル、4−エチルフタル酸ジネオペンチル、4−メチルフタル酸−t−ブチルネオペンチル、4−エチルフタル酸−t−ブチルネオペンチル、4,5−ジエチルフタル酸ジネオペンチル、4,5−ジメチルフタル酸−t−ブチルネオペンチル、4,5−ジエチルフタル酸−t−ブチルネオペンチル、3−フルオロフタル酸ジネオペンチル、3−クロロフタル酸ジネオペンチル、4−クロロフタル酸ジネオペンチル、4−ブロモフタル酸ジネオペンチルから選ばれる1種以上が挙げられる。
上記のエステル類を2種以上組み合わせて用いる場合、使用する各エステルのアルキル基の炭素数をそれぞれ合計したときに、最も大きな炭素数と最も小さな炭素数の差が4以上になるようにエステル類を組み合わせることが望ましい。
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触媒(x)は、上記チタン化合物、マグネシウム化合物および電子供与体を接触させることにより製造することができる。
なお、上記接触は、例えば、ケイ素、リン、アルミニウム等の他の反応試剤や界面活性剤の共存下に行ってもよい。
固体触媒(x)を製造するには、チタン化合物、マグネシウム化合物および電子供与体から高活性チタン触媒成分を製造する公知の方法を採用することができる。
これらの固体触媒(x)の製造方法を例示すると以下のとおりである。
(1)還元性を有しない固体マグネシウム化合物、電子供与体およびチタン化合物を共粉砕する方法。具体的には、以下の(1−1)〜(1−2)の方法が挙げられる。
(1−1)マグネシウムハロゲン化物と、チタニウムアルコキシド類との共粉砕組成物に、電子供与体を加えて共粉砕した後、得られた固体組成物をチタンハロゲン化物と液相または気相中で接触させ、次いで不活性有機溶剤で洗浄し、固体触媒成分を得る方法。
(1−2)ステアリン酸マグネシウム、オレイン酸マグネシウム等の飽和または不飽和脂肪酸マグネシウムと、電子供与体とを、ボールミル等を用いて共粉砕して得られる固体組成物を、チタンハロゲン化物と接触させてチタンを担持させ、不活性有機溶剤で洗浄することにより、固体触媒成分を得る方法。
(2)アルコール等の付加物を有するハロゲン化マグネシウム化合物、電子供与体およびチタン化合物を不活性炭化水素溶媒共存下、接触させる方法。具体的には、以下の(2−1)〜(2−3)の方法が挙げられる。
(2−1)塩化マグネシウムをテトラアルコキシチタンに溶解させ、ポリシロキサンを接触させ、固体成分を得た後、該固体成分に四塩化チタンを反応させ、次いでフタル酸クロライドを接触反応させ、再度四塩化チタンを反応させて、固体触媒成分を調製する方法。
(2−2)無水塩化マグネシウムおよびアルコールを反応させ、均一溶液とした後、この溶液に無水フタル酸を接触させる。次いでこの溶液に、四塩化チタンおよび電子供与体を接触反応させ、固体成分を得、該固体成分にさらに四塩化チタンを接触させ、固体触媒成分を調製する方法。
(2−3)無水塩化マグネシウムおよびアルコールを反応させ、均一溶液とした後、この溶液から、スプレードライまたは貧溶媒を用いた析出により固体成分を得る。次いでこの固体成分に、四塩化チタンおよび電子供与体を接触反応させ、固体成分を得、該固体成分にさらに四塩化チタンを接触させ、固体触媒成分を調製する方法。
(3)ジアルコキシマグネシウム、電子供与体およびチタン化合物を不活性炭化水素溶媒共存下で接触させる方法。具体的には、以下の(3−1)〜(3−3)の方法が挙げられる。
(3−1)ジエトキシマグネシウム等のジアルコキシマグネシウムを芳香族または脂肪族炭化水素あるいはハロゲン化炭化水素溶媒中に懸濁させ、四塩化チタンまたは四塩化ケイ素を接触させ、昇温し、次いで、電子供与体を接触反応させ固体成分を得る。該固体成分を芳香族または脂肪族炭化水素で洗浄した後、芳香族または脂肪族炭化水素の存在下、再度四塩化チタンを接触させ、固体触媒成分を調製する方法。さらに該固体触媒成分を炭化水素溶媒の存在下または不存在下、加熱処理して固体触媒成分を得る方法。
(3−2)ジエトキシマグネシウム等のジアルコキシマグネシウムおよび電子供与体をアルキルベンゼン中に懸濁させ、その懸濁液を四塩化チタン中に添加し、反応させ、固体成分を得る。該固体成分をアルキルベンゼンで洗浄した後、アルキルベンゼンの存在下、再度四塩化チタンを接触させ、固体触媒成分を調製する方法。
(3−3)ジエトキシマグネシウム等のジアルコキシマグネシウム、ケイ素化合物および、必要に応じて塩化カルシウムを共粉砕し、該粉砕固体物を芳香族炭化水素に懸濁させ、四塩化チタンおよび芳香族ジカルボン酸のジエステルと接触反応させ、さらに四塩化チタンを接触させることにより固体触媒成分を調製する方法。
(4)還元性を有するマグネシウム化合物、電子供与体およびチタン化合物を接触させて、固体触媒を析出させる方法。具体的には、以下の(4−1)の方法が挙げられる。
(4−1)ジブチルマグネシウム等の有機マグネシウム化合物と、有機アルミニウム化合物を、炭化水素溶媒の存在下、アルコールと接触させ、均一溶液とする。この溶液にケイ素化合物を接触させ、固体成分を得る。次いで、この固体成分に、芳香族炭化水素溶媒の存在下、四塩化チタンおよび電子供与体を接触反応させ、さらに四塩化チタンを接触させ、固体触媒成分を得る方法。
この中でも、高アイソ特異性固体触媒が得られる、(2)または(3)の方法が好ましく、(2−2)、(3−1)および(3−2)の方法が特に好ましい。
本発明における固体触媒(x)中のチタン、マグネシウム、ハロゲン原子、電子供与体の含有量は特に規定されないが、チタン含有量が、1.0〜8.0質量%であることが好ましく、1.0〜6.0質量%であることがより好ましく、1.0〜4.0質量%であることがさらに好ましい。また、マグネシウム含有量が10〜70質量%であることが好ましく、10〜50質量%であることがより好ましく、15〜40質量%であることがさらに好ましく、15〜25質量%であることが特に好ましい。また、ハロゲン原子の含有量が、20〜85質量%であることが好ましく、30〜85質量%であることがより好ましく、40〜80質量%であることがさらに好ましく、45〜75質量%であることが特に好ましい。また、電子供与体の含有量が0.5〜30質量%であることが好ましく、1〜25質量%であることがより好ましく、2〜20質量%であることがさらに好ましい。
<外部電子供与体(z)>
本発明においては、上記固体触媒(x)とともに、外部電子供与体(z)の存在下に、オレフィン(a)とビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)との重合反応を行うことが好ましい。
上記固体触媒(x)とともに外部電子供与体(z)の存在下に上記重合反応を行うことにより、オレフィン(a)がプロピレン等のα−オレフィン類である場合に、立体規則性の高い極性基含有オレフィン系共重合体を製造することができる。
外部電子供与体(z)としては、酸素原子あるいは窒素原子を含有する有機化合物を挙げることができ、例えばアルコール類、フェノール類、エーテル類、エステル類、ケトン類、酸ハライド類、アルデヒド類、アミン類、アミド類、ニトリル類、イソシアネート類、Si−O−C結合を含む有機ケイ素化合物等が挙げられる。
外部電子供与体(z)として、具体的には、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−エチルヘキサノール等のアルコール類、フェノール、クレゾール等のフェノール類、メチルエーテル、エチルエーテル、プロピルエーテル、ブチルエーテル、アミルエーテル、ジフェニルエーテル、9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレン、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等のエーテル類、ギ酸メチル、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、p−メトキシ安息香酸エチル、p−エトキシ安息香酸エチル、p−トルイル酸メチル、p−トルイル酸エチル、アニス酸メチル、アニス酸エチル等のモノカルボン酸エステル類、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジプロピル、アジピン酸ジブチル、アジピン酸ジイソデシル、アジピン酸ジオクチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジペンチル、フタル酸ジヘキシル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジノニル、フタル酸ジデシル等のジカルボン酸エステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、アセトフェノン、ベンゾフェノン等のケトン類、フタル酸ジクロライド、テレフタル酸ジクロライド等の酸ハライド類、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、オクチルアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類、メチルアミン、エチルアミン、トリブチルアミン、ピペリジン、アニリン、ピリジン等のアミン類、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド等のアミド類、アセトニトリル、ベンゾニトリル、トルニトリル等のニトリル類、イソシアン酸メチル、イソシアン酸エチル等のイソシアネート類、等を挙げることができる。
上記外部電子供与体(z)の中でも、特に安息香酸エチル、p−メトキシ安息香酸エチル、p−エトキシ安息香酸エチル、p−トルイル酸メチル、p−トルイル酸エチル、アニス酸メチル、アニス酸エチル等のモノカルボン酸エステル類が好ましい。
また、外部電子供与体(z)としては、有機ケイ素化合物も好ましく用いることができ、上記有機ケイ素化合物としては、下記一般式(III)
Si(OR4−q (III)
(式中、Rは炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、ビニル基、アリル基、アラルキル基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、シクロアルキルアミノ基、または多環状アミノ基のいずれかであって、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜4のアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、ビニル基、アリル基またはアラルキル基のいずれかであって、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、qは0〜4の整数である。)で表される有機ケイ素化合物を挙げることができる。
このような有機ケイ素化合物としては、アルコキシシラン、フェニルシラン、ビニルシラン、アリルシラン、アミノアルキルシラン、アミノアルコキシシラン等を挙げることができる。
具体的には、メチルトリメトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、t−ブチルメチルジメトキシシラン、t−ブチルエチルジメトキシシラン、ジ−t−ブチルジメトキシシラン、ビス(2−エチルヘキシル)ジメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリシクロヘキシルメトキシシラン、シクロペンチルトリメトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン、ジシクロペン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、シクロヘキシルシクロペンチルジメトキシシラン、ビス(3−メチルシクロヘキシル)ジメトキシシラン、ビス(3,5−ジメチルシクロヘキシル)ジメトキシシラン、シクロペンチルメチ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、シクロヘキシルエチルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシランなどのアルコキシシラン;
ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルエチルジメトキシシランなどのフェニルシラン;ジビニルジメチルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ジビニルジエトキシシランなどのビニルシラン;アリルジメチルビニルシラン、ジアリルジメチルシラン、ジアリルジビニルシラン、ジ−3−ブテニルジメチルシラン、ジアリルジクロロシラン、アリルトリエチルシランなどのアリルシラン;テトラキス(エチルアミノ)シラン、トリス(シクロヘキシルアミノ)エチルシラン、トリス(メチルアミノ)(エチルアミノ)シラン、ビス(エチルアミノ)ビス(ジ−t−ブチルアミノ)シラン、ビス(メチルアミノ)ビス(パーヒドロイソキノリノ)シラン、ビス(エチルアミノ)ビス(シクロオクタメチレンイミノ)シラン、ビス(エチルアミノ)メチルエチルシラン、t−ブチルメチルビス(エチルアミノ)シラン、ビス(メチルアミノ)ジデカヒドロナフチルシラン、ビス(エチルアミノ)ジシクロヘキシルシラン、ジシクロペンチルビス(エチルアミノ)シラン、ビス(エチルアミノ)メチルシクロペンチルシラン、ビス(メチルアミノ)(メチルエチルアミノ)メチルシラン、ビス(メチルアミノ)(ジエチルアミノ)メチルシラン、ビス(メチルアミノ)(エチルシクロペンチルアミノ)メチルシラン、トリス(シクロヘキシルアミノ)フェニルシランなどのアミノアルキルシラン;ジエチルアミノトリメトキシシラン、ジエチルアミノトリエトキシシラン、ビス(t−ブチルアミノ)ジメトキシシラン、メチル−(t−ブチルアミノ)トリメトキシシラン、エチル(ジエチルアミノ)ジメトキシシラン、シクロヘキシル(ジエチルアミノ)ジメトキシシラン、エチル(ジ−t−ブチルアミノ)ジメトキシシラン、ジシクロヘキシルアミノトリメトキシシラン、ビス(シクロヘキシルアミノ)ジメトキシシラン、エチル(イソキノリノ)ジメトキシシラン、ビス(パーヒドロイソキノリノ)ジメトキシシラン、ビス(パーヒドロキノリノ)ジメトキシシランなどのアミノアルコキシシラン等を挙げることができる。
上記有機ケイ素化合物の中でも、t−ブチルトリメトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ビス(2−エチルヘキシル)ジメトキシシラン、t−ブチルメチルジメトキシシラン、t−ブチルエチ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、ジシクロペン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、シクロヘキシルシクロペンチ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、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、ジアリルジメチルシラン、ジアリルジビニルシラン、ジアリルジクロロシラン、ジビニルジメチルシラン、ビス(エチルアミノ)メチルエチルシラン、t−ブチルメチルビス(エチルアミノ)シラン、ビス(エチルアミノ)ジシクロヘキシルシラン、ジシクロペンチルビス(エチルアミノ)シラン、ビス(メチルアミノ)(メチルシクロペンチルアミノ)メチルシラン、ジエチルアミノトリエトキシシラン、ビス(シクロヘキシルアミノ)ジメトキシシラン、ビス(パーヒドロイソキノリノ)ジメトキシシラン、ビス(パーヒドロキノリノ)ジメトキシシラン、エチル(イソキノリノ)ジメトキシシラン、が好ましく用いられ、上記有機ケイ素化合物は1種あるいは2種以上組み合わせて用いることができる。
本発明においては、固体触媒(x)とともに外部電子供与体(z)を用いて両者の存在下に重合反応を行うことが好ましく、固体触媒(x)および外部電子供与体(z)の存在下に重合反応を行うことにより、立体特異性の高い共重合体が得やすくなる。
<ハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)>
本発明においては、オレフィン(a)とビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)とを重合させて極性基含有オレフィン系共重合体を製造するにあたり、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と、下記一般式(II)
AlR 3−m (II)
(式中、Yはハロゲン基であって、Yが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基であって、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、mは1〜2の数を示す。)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)とを予め混合した後、得られた混合物を用いて上記重合反応を行う。
一般式(II)で表わされるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)において、Yはハロゲン基であって、具体的には、フロロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基が挙げられる。Yが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
一般式(II)で表わされるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)において、Rは炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基であり、炭素数1〜10のアルキル基またはアリール基であることが好ましく、炭素数1〜6のアルキル基またはアリール基であることがより好ましい。
一般式(II)で表わされるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)において、Rの炭素数が上記範囲であることにより、重合触媒の活性を効果的に高めることができる。
一般式(II)で表わされるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)において、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
一般式(II)で表わされるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)において、mは1〜2の数であり、m=1であることがより好ましい。
一般式(II)で表わされるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)としては、具体的には、ジメチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムクロライド、ジイソブチルアルミニウムクロライド、ジオクチルアルミニウムクロライド、ジフェニルアルミニウムクロライド、メチルエチルアルミニウムクロライド、エチルイソブチルアルミニウムクロライド、ジメチルアルミニウムブロマイド、ジエチルアルミニウムブロマイド、ジイソブチルアルミニウムブロマイド、ジオクチルアルミニウムブロマイド、ジフェニルアルミニウムブロマイド、メチルエチルアルミニウムブロマイド、エチルイソブチルアルミニウムブロマイド、ジメチルアルミニウムアイオダイド、ジエチルアルミニウムアイオダイド、ジイソブチルアルミニウムアイオダイド、ジオクチルアルミニウムアイオダイド、ジフェニルアルミニウムアイオダイド、メチルエチルアルミニウムアイオダイド、エチルイソブチルアルミニウムアイオダイド、ジメチルアルミニウムフロライド、ジエチルアルミニウムフロライド、ジイソブチルアルミニウムフロライド、ジオクチルアルミニウムフロライド、ジフェニルアルミニウムフロライド、メチルエチルアルミニウムフロライド、エチルイソブチルアルミニウムフロライド、メチルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムジクロライド、イソブチルアルミニウムジクロライド、オクチルアルミニウムジクロライド、フェニルアルミニウムジクロライド、メチルアルミニウムジブロマイド、エチルアルミニウムジブロマイド、イソブチルアルミニウムジブロマイド、オクチルアルミニウムジブロマイド、フェニルアルミニウムジブロマイド、メチルアルミニウムジアイオダイド、エチルアルミニウムジアイオダイド、イソブチルアルミニウムジアイオダイド、オクチルアルミニウムジアイオダイド、フェニルアルミニウムジアイオダイド、メチルアルミニウムジフロライド、エチルアルミニウムジフロライド、イソブチルアルミニウムジフロライド、オクチルアルミニウムジフロライド、フェニルアルミニウムジフロライド、メチルアルミニウムセスキクロライド、メチルアルミニウムセスキブロマイド、メチルアルミニウムセスキアイオダイド、メチルアルミニウムセスキフロライド、エチルアルミニウムセスキクロライド、エチルアルミニウムセスキブロマイド、エチルアルミニウムセスキアイオダイド、エチルアルミニウムセスキフロライド、ブチルアルミニウムセスキクロライド、ブチルアルミニウムセスキブロマイド、メチルアルミニウムセスキアイオダイド、メチルアルミニウムセスキフロライド、オクチルアルミニウムセスキクロライド、オクチルアルミニウムセスキブロマイド、オクチルアルミニウムセスキアイオダイド、オクチルアルミニウムセスキフロライド、フェニルアルミニウムセスキクロライド、フェニルアルミニウムセスキブロマイド、フェニルアルミニウムセスキアイオダイド、フェニルアルミニウムセスキフロライド等を挙げることができ、ジメチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムクロライド、ジイソブチルアルミニウムクロライド、メチルエチルアルミニウムクロライド、エチルイソブチルアルミニウムクロライド、ジメチルアルミニウムブロマイド、ジエチルアルミニウムブロマイド、ジイソブチルアルミニウムブロマイド、が好ましく、ジエチルアルミニウムクロライドが特に好ましく用いられる。
本発明においては、オレフィン(a)とビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)とを重合させて極性基含有オレフィン系共重合体を製造するにあたり、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と、一般式(II)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)とを予め混合した後、得られた混合物を用いて上記重合反応を行うことにより、極性ビニルモノマーの含有割合が高い極性基含有オレフィン系共重合体を高い収率で製造することができる。
ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)は二量体を形成し易い化合物であるが、予め一般式(II)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)と混合しておくことにより、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)の二量体化を抑制して、極性ビニルモノマーの含有割合が高い極性基含有オレフィン系共重合体を得やすくなると考えられ、また、固体チタン触媒(x)の触媒活性を向上させて極性基含有オレフィン系共重合体の収率を向上させることができると考えられる。
本発明においては、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と一般式(II)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)とを予め混合して混合物を形成する。
一般式(II)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)の混合量は、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)1モル当たり、0.1〜4.0モルであることが好ましく、0.3〜2.0モルであることがより好ましく、0.5〜1.5モルであることがさらに好ましく、0.5〜1.3モルであることが一層好ましく、0.9〜1.1モルであることがより一層好ましい。
ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)1モルに対する一般式(II)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)の混合量が上記範囲内にあることにより、極性基の含有量が高い共重合体を重合収率よく製造することができる。
一般式(II)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)の混合量が上記範囲内にあることにより、極性ビニルモノマーの含有割合が高い極性基含有オレフィン系共重合体を高い収率で容易に製造することができる。
本発明においては、上記ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と一般式(II)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)との混合物を、固体触媒(x)および場合によりさらに外部電子供与体(z)の存在下に、オレフィン(a)と混合して、重合反応させる。
例えば、上記ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と一般式(II)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)との混合物を固体触媒(x)と混合するか、または、上記混合物を外部電子供与体(z)と混合した後、固体触媒(x)と混合することが望ましい。
あるいは、上記ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と一般式(II)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)との混合物を、外部電子供与体(z)と固体触媒(x)との混合物と混合することが好ましい。このように外部電子供与体(z)と固体触媒(x)とを予め接触混合した状態で上記ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と一般式(II)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)との混合物に混合することにより、固体触媒(x)の重合活性を向上させ、得られる共重合体の結晶性(立体規則性)をより向上させ易くなる。
上記オレフィン(a)とビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)は、オレフィン(a)の使用量:ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)の使用量が、モル比で、100:1〜1:200なるように混合することが好ましく、10:1〜1:20となるように混合することがより好ましく、5:1〜1:10となるように混合することがさらに好ましい。
本発明において、反応系に供するオレフィン(a)の量とビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)の量は、その全使用量の比が上記範囲内にあればよい。すなわち、反応系中のオレフィン(a)の量およびビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)の量の比は経時的に一定である必要はなく、オレフィン(a)とビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)とを一定の混合比で供給することもできるし、オレフィン(a)とビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)との混合比を経時的に変化させることもでき、また、共重合反応比を考慮してオレフィン(a)とビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)のいずれかを分割添加することもできる。
また、固体触媒(x)の使用量は、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)1モル当たり、0.0001〜0.1モル−チタン(0.0001〜0.1モルのチタンを含有する量)であることが好ましく、0.0005〜0.05モル−チタン(0.0005〜0.05モルのチタンを含有する量)であることがより好ましく、0.001〜0.01モル−チタン(0.001〜0.01モルのチタンを含有する量)であることがさらに好ましい。
上記外部電子供与体(z)の使用量は、固体触媒(x)を構成するチタン原子1モル当たり、0.002〜20000モルであることが好ましく、0.01〜10000モルであることがより好ましく、0.5〜2000モルであることがさらに好ましい。
上記外部電子供与体(z)の使用量が上記範囲内にあることにより、オレフィン(a)がプロピレン等のα−オレフィン類である場合に、立体規則性の高い極性基含有オレフィン系共重合体を得易くなる。
本発明において、重合様式としては、オレフィン(a)、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)、固体触媒(x)等が効率よく接触する限りあらゆる様式を採用することができる。
具体的には、不活性溶媒を用いるスラリー重合法、不活性溶媒を実質的に用いずにプロピレンを溶媒として用いるバルク重合法、あるいは極性基含有モノマーを溶媒とするスラリー重合法、または、実質的に液体溶媒を用いない気相重合法等が採用できる。さらに、連続重合法、回分式重合法、または予備重合を行う重合法も適用される。
スラリー重合法の場合には、重合溶媒としてヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン等の飽和脂肪族または芳香族炭化水素の単独または混合物を用いることができる。
重合温度は、0〜200℃が好ましく、20〜100℃がより好ましく、40〜80℃がさらに好ましい。重合圧力は10MPa以下が好ましく、5MPa以下がより好ましい。また、重合反応時に、分子量調節剤として水素を用いることが好ましい。
また、重合反応終了後に、得られた共重合体を構成する、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)由来の構成単位において、側鎖である極性基(−X)に付加したアルキルアルミニウム基(−AlR)は、水やアルコール等の化合物と接触させることで分解・除去することが好ましい。また、上記の水やアルコール等に、塩酸等の酸や水酸化ナトリウム等の塩基を加えてもよい。
本発明においては、このようにして目的とする極性基含有オレフィン系共重合体を得ることができる。
本発明においては、オレフィン(a)とビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)とを高活性に共重合することができることから、目的とする共重合体を、通常、固体触媒(x)1g当り2〜2000g得ることができ、好適には固体触媒(x)1g当り2〜1000gで得ることができ、より好適には固体触媒(x)1g当り2〜500gで得ることができる。
また、本発明の方法で得られる共重合体において、アルキルアルミニウム化合物(b)由来の構成単位の含有割合を示す極性基含有率は、0.1〜50モル%が好ましく、0.1〜10モル%がより好ましく、0.5〜5モル%がさらに好ましい。なお、極性基含有率の測定方法の詳細は後述するとおりである。
本発明の方法で得られる共重合体は、示差走査熱量測定(DSC)による融点が60〜200℃であるものが好ましく、80〜180℃であるものがより好ましく、100〜160℃であるものがさらに好ましい。なお、融点の測定方法の詳細は後述するとおりである。
本発明の方法で得られる共重合体は、立体規則性(結晶性)の程度を表わす沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI)が80〜99.9質量%であるものが好ましく、90〜99質量%であるものがより好ましく、95〜98.5質量%であるものがさらに好ましい。なお、HIの測定方法の詳細は後述するとおりである。
本発明の方法で得られる共重合体は、質量平均分子量(Mw)が5000〜1000000であるものが好ましく、20000〜700000であるものがより好ましく、50000〜500000であるものがさらに好ましい。なお、Mwの測定方法の詳細は後述するとおりである。
また、本発明の方法で得られる共重合体は、分子量分布(質量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn))が2〜20であるものが好ましく、2〜18であるものがより好ましく、2〜15であるものがさらに好ましい。なお、Mw/Mnの測定方法の詳細は後述するとおりである。
本発明によれば、極性ビニルモノマーの含有割合が高い極性基含有オレフィン系共重合体を高い収率で製造することができ、上記オレフィン(a)がプロピレン等のα−オレフィン類である場合には、さらに立体規則性の高い極性基含有オレフィン系共重合体を製造することができる。
次に、実施例および比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の例により何ら制限されるものではない。
なお、以下の実施例および比較例において、得られた重合体の、極性基含有率、融点、沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI)、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)はそれぞれ以下の方法により測定したものである。
(極性基含有率)
重合体中の極性基含有率は、重合体を構成するコモノマー(ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)由来の構成単位)の含有率と等しいことから、コモノマーの含有率を、13C−NMRを使用して得られるスペクトルから算出した。
具体的には、プロピレン系共重合体の場合、13C−NMRスペクトルの40〜50ppmに観測される主鎖中のメチレン炭素に由来する3種類のピークの面積値を用いて、下式により極性基含率を求めた。
コモノマー含有率=1/2[HP]+[HH]
[HP]=I(HP)/{I(HH)+I(HP)+I(PP)}
[HH]=I(HH)/{I(HH)+I(HP)+I(PP)}
ここで、[HP]および[HH]は、それぞれ、(コモノマー)−(プロピレン)連鎖の含有率および(コモノマー)−(コモノマー)連鎖の含有率を示す。また、I(HH)、I(HP)およびI(PP)は、それぞれ(コモノマー)−(コモノマー)連鎖、(コモノマー)−(プロピレン)連鎖、(プロピレン)−(プロピレン)連鎖に帰属されるメチレン炭素ピークの面積値を示す。
一方、エチレン系共重合体の場合、10〜50ppmに観測される主鎖中のメチレン炭素に由来する、I(A)〜I(E)の5種類のピーク範囲の面積値を用いて、下式により極性基の含有率を求めた。
コモノマー含有率=[EHE]+[HHE]+[HHH]
[EHE]=I(B)/{(−3/2)I(A)+2I(E)+(1/2)I(D)+(−1/2)I(C)}
[HHE]=2{I(E)−I(B)−I(A)}/{(−3/2)I(A)+2I(E)+(1/2)I(D)+(−1/2)I(C)}
[HHH]={2I(A)+I(B)−I(E)}/{(−3/2)I(A)+2I(E)+(1/2)I(D)+(−1/2)I(C)}
ここで、[EHE]、[HHE]および[HHH]は、それぞれ、(エチレン)−(コモノマー)−(エチレン)連鎖の含有率、(コモノマー)−(コモノマー)−(エチレン)連鎖の含有率および(コモノマー)−(コモノマー)−(コモノマー)連鎖の含有率を示す。また、I(A)は40〜42ppm、I(B)は38〜39ppm、I(C)は27〜28ppm、I(D)は29〜31ppm、I(E)は23〜24ppmの範囲で観測されるピークの面積値を示す。
なお、13C−NMR測定は、日本電子社製JNM−ECA400を用いて以下の条件で行ったものである。
<13C−NMR測定条件>
測定モード : プロトンデカップリング法
パルス幅 : 7.25μsec
パルス繰り返し時間 : 7.4sec
積算回数 : 10,000回
溶媒 : テトラクロロエタン−d2
試料濃度 : 200mg/3.0ml
(融点)
示差走査熱量測定(DSC)の吸熱曲線における最大ピークの位置の温度を、重合体の融点(Tm)とした。
測定では、試料をアルミパンに詰め、示差走査熱量測定(DSC)(SII社製、EXSTAR6000)により、10℃/分で200℃まで昇温し、200℃で5分保持した後、20℃/分で室温まで降温し、次いで10℃/分で昇温する際の吸熱曲線を求めた。
(沸騰n−ヘプタン不溶分(HI)の割合(立体規則性の評価))
重合体中の沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI)は、重合体を沸騰n−ヘプタンで6時間抽出したときのn−ヘプタンに溶解しない重合体の割合(質量%)とした。
(質量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn))
重合体の質量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)(GPCV2000 Waters社製)により求めた。
カラムとして、UT−806M(Shodex社製)を3本用い、o−ジクロロベンゼンを溶媒とし、1mg/1mL濃度のサンプルを導入して、140℃で測定を行った。Shodex社製標準ポリスチレンを用いて、検量線を作成した。
(固体触媒(x)の調製)
特開昭63−3010号公報等に開示されている方法に従い、アルコキシ含有マグネシウム化合物、ハロゲン化チタン化合物および電子供与性化合物から高アイソ特異性を発揮する固体触媒(x1)を調製した。
撹拌機を具備し、窒素ガスで充分に置換された、容積500mlの丸底フラスコに、平均粒子径35μmの球状ジエトキシマグネシウム粉末20gとトルエン140mlを導入して懸濁液を形成し、5℃に冷却した。この懸濁液に、四塩化チタン5mlを添加し、5℃で30分間撹拌し第1段階のハロゲン化反応を行った。次いでフタル酸ジ−n−ブチル5.6mlを添加し、5℃で30分撹拌した後、四塩化チタン55mlを加え100℃に昇温して6時間撹拌し、第2段階のハロゲン化反応を行った。
反応終了後、生成物を90℃のトルエン170mlで4回洗浄(中間洗浄)し、新たに四塩化チタン60mlを加えて、撹拌しながら100℃で2時間の反応処理(第2処理)を行った。次いで、生成物を90℃のヘプタンで8回洗浄し、濾過、乾燥して、粉末状の固体触媒(x1)を得た。この固体触媒(x1)中のチタン含有量を測定したところ、3.4質量%であり、Mg含有量は16.8質量%、ハロゲン含有量は63.1質量%であった。
(ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)の調製)
ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)として、Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry,Vol42,52(2004)、および特開平6−172447に記載の方法に従い、以下の方法により、ジエチル(5−ヘキセン−1−オキシル)アルミニウム、ジエチル(9−デセン−1−オキシル)アルミニウム、ジエチル(10−ウンデセン−1−カルボキシル)アルミニウムおよびジイソブチル(5−ヘキセン−1−オキシル)アルミニウムを調製した。
内部を窒素で充分に置換し、撹拌機を具備したフラスコに、ヘプタン200ml、極性ビニルモノマー(b1)として5−ヘキセン−1−オールを100ミリモル、トリアルキルアルミニウム化合物(b2)としてトリエチルアルミニウム100ミリモルを加え、0℃で1時間攪拌し、ジエチル(5−ヘキセン−1−オキシル)アルミニウムを得た。
また、極性ビニルモノマー(b1)として5−ヘキセン−1−オールに代えて9−デセン−1−オールおよび10−ウンデセン−1−カルボン酸をそれぞれ用いた以外は上記と同様の条件で反応させることにより、ジエチル(9−デセン−1−オキシル)アルミニウムおよびジエチル(10−ウンデセン−1−カルボキシル)アルミニウムを調製した。
さらに、トリアルキルアルミニウム化合物(b2)としてトリエチルアルミニウムに代えてジイソブチルアルミニウムを用いた以外は上記と同様の条件にて、ジイソブチル(5−ヘキセン−1−オキシル)アルミニウムを調製した。
(実施例1)
撹拌機を具備した容積2000mLの丸底フラスコに、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)として上記方法で得られたジエチル(5−ヘキセン−1−オキシル)アルミニウム100ミリモルを加えるとともに、ハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)としてジエチルアルミニウムクロライド100ミリモルを加え、さらに全体の体積が500mLとなるようにヘプタンを加えて攪拌した。
上記丸底フラスコ内の温度を70℃とした後、内圧が1atmとなるように、オレフィン(a)としてプロピレンを溶解させた。
次に、外部電子供与体(z)としてジシクロヘキシルジメトキシランを2ミリモルを加えるとともに、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触媒(x)として、上記方法で得られた固体触媒(x1)をチタン当り0.2ミリモル(0.2ミリモル−チタン)となるように添加し、1時間撹拌することにより、プロピレンとジエチル(5−ヘキセン−1−オキシル)アルミニウムとを重合させた。上記重合反応中は、プロピレンの内圧を1atmで維持した。1時間後、少量のエタノール・塩酸を直接添加することにより重合反応を終了させた。
反応生成物をろ別し、60℃で6時間減圧乾燥させることにより、目的とする極性基含有プロピレン系共重合体を得た。
得られた極性基含有プロピレン系共重合体の収量(g)、極性基含有率(モル%)、融点(℃)、沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI(重量%))、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、重合収率(固体触媒(x)1g当りの共重合体の収量(g);(g/g触媒))を測定した。結果を表1に示す。
なお、プロピレン系共重合体中の極性基含有率は、共重合体中のビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)に由来する構成単位の含有率と等しいことから、魚住らによってMakromol.Chem.,193,823(1992)に発表されている方法を応用して、5−ヘキセン−1−オール含有率を13C−NMRを使用して得られるスペクトルから算出した。
具体的には、40〜50ppmに観測される主鎖中のメチレン炭素に由来する3種類のピークの面積値を用いて、下式により5−ヘキセン−1−オール含有率を求めた。
5−ヘキセン−1−オール含率=1/2[HP]+[HH]
[HP]=I(HP)/{I(HH)+I(HP)+I(PP)}
[HH]=I(HH)/{I(HH)+I(HP)+I(PP)}
ここで、I(HH)、I(HP)およびI(PP)は、それぞれ(5−ヘキセン−1−オール)−(5−ヘキセン−1−オール)連鎖、(5−ヘキセン−1−オール)−(プロピレン)連鎖、(プロピレン)−(プロピレン)連鎖に帰属されるメチレン炭素ピークの面積値を示す。
(実施例2〜実施例4)
表1に示すように、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)として、ジエチル(5−ヘキセン−1−オキシル)アルミニウムに代えて、上記方法で得られたジエチル(9−デセン−1−オキシル)アルミニウム、ジイソブチル(5−ヘキセン−1−オキシル)アルミニウム、ジエチル(10−ウンデセン−1−カルボキシル)アルミニウムにそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様にして極性基含有プロピレン系共重合体を得た。
得られた極性基含有プロピレン系共重合体の収量(g)、極性基含有率(モル%)、融点(℃)、沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI(重量%))、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、重合収率(固体触媒(x)1g当りの共重合体の収量(g);(g/g触媒))を測定した。結果を表1に示す。
Figure 0005562126
(実施例5)
実施例1において、ハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)であるジエチルアルミニウムクロライドの使用量を100ミリモルから50ミリモルに変更した以外は、実施例1と同様にして極性基含有プロピレン系共重合体を得た。
得られた極性基含有プロピレン系共重合体の収量(g)、極性基含有率(モル%)、融点(℃)、沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI(重量%))、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、重合収率(固体触媒(x)1g当りの共重合体の収量(g);(g/g触媒))を測定した。結果を表2に示す。
(実施例6)
実施例1において、ハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)であるジエチルアルミニウムクロライドの使用量を100ミリモルから150ミリモルに変更した以外は、実施例1と同様にして極性基含有プロピレン系共重合体を得た。
得られた極性基含有プロピレン系共重合体の収量(g)、極性基含有率(モル%)、融点(℃)、沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI(重量%))、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、重合収率(固体触媒(x)1g当りの共重合体の収量(g);(g/g触媒))を測定した。結果を表2に示す。
(実施例7)
プロピレンガスで完全に置換された内容量1.5リットルの撹拌機付オートクレーブに、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)として上記方法で得られたジエチル(5−ヘキセン−1−オキシル)アルミニウム64.5ミリモルを加えるとともに、ハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)としてジエチルアルミニウムクロライド64.5ミリモルを加え、さらに全体の体積が700mLとなるようにヘプタンを加えて攪拌した。
上記オートクレーブ内の温度を20℃とした後、外部電子供与体(z)としてジシクロヘキシルジメトキシランを0.85ミリモル加えるとともに、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触媒(x)として、上記方法で得られた固体触媒(x1)をチタン当り0.085ミリモル添加した後、直ちに水素を100ml加え、プロピレンの圧力を0.05MPaに昇圧し、さらにオートクレーブ内の温度を70℃に昇温した。2時間重合反応を行った後、少量のエタノール・塩酸を直接添加することにより重合反応を終了させた。
反応生成物をろ別し、60℃で6時間減圧乾燥させることにより、目的とする極性基含有プロピレン系共重合体を得た。
得られた極性基含有プロピレン系共重合体の収量(g)、極性基含有率(モル%)、融点(℃)、沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI(重量%))、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、重合収率(固体触媒(x)1g当りの共重合体の収量(g);(g/g触媒))を測定した。結果を表2に示す。
(実施例8)
表1に示すように、オレフィン(a)として、プロピレンに代えて、エチレンを用いた以外は、実施例1と同様にして極性基含有エチレン系共重合体を得た。
得られた極性基含有プロピレン系共重合体の収量(g)、極性基含有率(モル%)、融点(℃)、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、重合収率(固体触媒(x)1g当りの共重合体の収量(g);(g/g触媒))を測定した。結果を表2に示す。
なお、エチレン系共重合体中の極性基含有率については、RandallらによってMacromolecules,15,1402(1982)に発表されている方法を応用して、13C−NMRを使用して得られるスペクトルからコモノマー含率を算出した。具体的には、10〜50ppmに観測される主鎖中のメチレン炭素に由来する、I(A)〜I(E)の5種類のピーク範囲の面積値を用いて、下式により5−ヘキセン−1−オール含率を求めた。
5−ヘキセン−1−オール含率=[EHE]+[HHE]+[HHH]
[EHE]=I(B)/{(−3/2)I(A)+2I(E)+(1/2)I(C)+(−1/2)I(D)}
[HHE]=2{I(E)−I(B)−I(A)}/{(−3/2)I(A)+2I(E)+(1/2)I(C)+(−1/2)I(D)}
[HHH]={2I(A)+I(B)−I(E)}/{(−3/2)I(A)+2I(E)+(1/2)I(C)+(−1/2)I(D)}
ここで、I(A)は40〜42ppm、I(B)は38〜39ppm、I(C)は27〜28ppm、I(D)は29〜31ppm、I(E)は23〜24ppmの範囲で観測されるピークの面積値を示す。
Figure 0005562126
(比較例1)
実施例1において、ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)を添加せず、ハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)であるジエチルアルミニウムクロライドに代えてトリエチルアルミニウムを100ミリモル加えた以外は、実施例1と同様の操作を行うことにより、プロピレン単独重合体を得た。
得られたプロピレン単独重合体の収量(g)、極性基含有率(モル%)、融点(℃)、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、重合収率(固体触媒(x)1g当りの重合体の収量(g);(g/g触媒))を測定した。結果を表3に示す。
(比較例2)
実施例1において、ハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)であるジエチルアルミニウムクロライドに代えてトリエチルアルミニウムを100ミリモル加えた以外は、実施例1と同様の操作を行うことにより、極性基含有プロピレン系共重合体を得た。
得られたプロピレン系共重合体の収量(g)、極性基含有率(モル%)、融点(℃)、沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI(重量%))、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、重合収率(固体触媒(x)1g当りの共重合体の収量(g);(g/g触媒))を測定した。結果を表3に示す。
(比較例3)
実施例1において、ハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)であるジエチルアルミニウムクロライドを添加しなかった以外は実施例1と同様の操作を行ったが、共重合体は得られなかった。
(比較例4)
比較例2において、オレフィン(a)として、プロピレンに代えて、エチレンを用いた以外は、比較例2と同様の操作を行うことにより、極性基含有エチレン系共重合体を得た。
得られたプロピレン系共重合体の収量(g)、極性基含有率(モル%)、融点(℃)、重合収率(固体触媒(x)1g当りの共重合体の収量(g);(g/g触媒))を測定した。結果を表3に示す。なお、得られた共重合体の質量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)については、分子量が大き過ぎたためか、測定中に装置が閉塞してしまい、評価することができなかった。
Figure 0005562126
表1および表2より、実施例1〜実施例8においては、極性基の含有率が0.6〜2.0モル%と高い極性基含有オレフィン系共重合体を、12〜500(g/g触媒)という高い収率で製造できたことが分かる。また、表1より、実施例1〜実施例7においては、立体規則性の程度を示す沸騰n−ヘプタン不溶分の割合(HI)が97.6〜98.1質量%と高い極性基含有オレフィン系共重合体が製造できたことが分かる。
これに対して、表3より、プロピレンを単独で重合反応させた比較例1においては、重合収率が1.0(g/g触媒)と低いことが分かる。また、ハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)を用いないで重合反応を行った比較例2〜比較例4においては、極性基の含有率が0.2〜0.3モル%と低い極性基含有オレフィン系共重合体を、1〜1.4(g/g触媒)という低い収率でしか製造できなかったり(比較例2および比較例4)、共重合物が得られない(比較例3)ことが分かる。
本発明によれば、極性ビニルモノマーの含有割合が高い極性基含有オレフィン系共重合体を高い収率で製造でき、上記オレフィン(a)がプロピレン等のα−オレフィン類である場合には、さらに立体規則性の高い極性基含有オレフィン系共重合体を製造し得る方法を提供することができる。

Claims (5)

  1. 極性基含有オレフィン系共重合体を製造する方法であって、
    炭素数2〜20のオレフィン(a)と、下記一般式(I)
    CH=CH−(CH−X−AlR (I)
    (式中、Xは、O、C(=O)O、S、NHまたはN(−R)を示し、R、Rは炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基であってそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、nは1〜20の整数を示し、Rは炭素数1〜20の炭化水素基を示す。)
    で表されるビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)を、
    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触媒(x)の存在下に重合反応させて極性基含有オレフィン系共重合体を製造するにあたり、
    前記ビニル基を有するアルキルアルミニウム化合物(b)と、下記一般式(II)
    AlR 3−m (II)
    (式中、Yはハロゲン基であって、Yが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜20のアルキル基またはアリール基であって、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、mは1〜2の数を示す。)で表されるハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)とを予め混合した後、得られた混合物を用いて前記重合反応を行う
    ことを特徴とする極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法。
  2. 前記重合反応に供するハロゲン含有アルキルアルミニウム化合物(y)の量が、前記ビニル基を含有するアルキルアルミニウム化合物(b)1モルに対し、0.1モル〜4.0モルである請求項1に記載の極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法。
  3. 前記固体触媒(x)とともに、外部電子供与体(z)の存在下に前記重合反応を行う請求項1または請求項2に記載の極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法。
  4. 前記マグネシウム、チタン、ハロゲンおよび電子供与体からなる固体触媒(x)が、ジアルコキシマグネシウム、電子供与体およびチタン化合物を不活性炭化水素溶媒の共存下で接触させてなるものである請求項1〜請求項3のいずれかに記載の極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法。
  5. 前記外部電子供与体(z)が、下記一般式(III)
    Si(OR4−q (III)
    (式中、Rは炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、ビニル基、アリル基、アラルキル基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、シクロアルキルアミノ基または多環状アミノ基のいずれかであって、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜4のアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、ビニル基、アリル基またはアラルキル基のいずれかであって、Rが複数存在する場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、qは0〜4の整数である。)
    で表される有機ケイ素化合物である請求項3または請求項4に記載の極性基含有オレフィン系共重合体の製造方法。
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