JP5567209B2 - オレフィン重合用担持触媒およびこれを用いたポリオレフィンの製造方法 - Google Patents
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Description
通常の不均一系触媒は、エチレン/アルファ−オレフィン共重合時、アルファ−オレフィンの取り込み(incorporation)量が少ないだけでなく、主に分子量が小さいチェーンにのみアルファ−オレフィンが取り込まれるという欠点があった。それに対し、前記均一系触媒は、エチレン/アルファ−オレフィン共重合においてアルファ−オレフィンの取り込み量が多く、アルファ−オレフィンの分布が均一になるという利点がある。
高分子の分子量が小さければ高い強度が要求される製品には適用できないなど、用途開発に制限が生じてしまう。このような理由から、依然として、産業界では通常の不均一系触媒を用いて高分子を製造しており、均一系触媒はいくつかのグレードの高分子にのみ限定的に使用されているのが現状である。
また、本発明は、前記担持触媒を用いたポリオレフィンの製造方法を提供するためのものである。
担体上に、下記化学式1で表示される遷移金属化合物および助触媒化合物が担持されたオレフィン重合用担持触媒を提供する。
[化学式1]
(前記化学式1において、
Mは、第4族遷移金属であり;
Q1およびQ2は、それぞれ独立に、ハロゲン、(C1−C20)アルキル、(C2−C20)アルケニル、(C2−C20)アルキニル、(C6−C20)アリール、(C1−C20)アルキル(C6−C20)アリール、(C6−C20)アリール(C1−C20)アルキル、(C1−C20)アルキルアミド又は(C6−C20)アリールアミドであり;
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9およびR10は、それぞれ独立に、水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C2−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル(C6−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C6−C20)アリール(C1−C20)アルキル;あるいはアセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)シリルであり;前記R1とR2は互いに連結されて環を形成することができ、前記R3とR4は互いに連結されて環を形成することができ、前記R5〜R10のうちの2以上が互いに連結されて環を形成することができ;
R11、R12およびR13は、それぞれ独立に、水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C2−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル(C6−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C6−C20)アリール(C1−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)シリル;(C1−C20)アルコキシ;あるいは(C6−C20)アリールオキシであり;前記R11とR12またはR12とR13は互いに連結されて環を形成することができる。
前記Mは、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)であり;前記Q1およびQ2は、それぞれ独立に、メチルまたは塩素であり;前記R1、R2、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素またはメチルであり;前記R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12およびR13は、それぞれ水素であることが好ましい。
また、前記助触媒化合物は、下記化学式6、化学式7および化学式8で表示される化合物からなる群より選択される1種以上とすることができる。
−[Al(R61)−O]a−
前記化学式6において、
R61は、それぞれ独立に、ハロゲンラジカル、(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンで置換された(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
aは、2以上の整数である。
D(R71)3
前記化学式7において、
Dは、アルミニウムまたはボロンであり;
R71は、それぞれ独立に、ハロゲンラジカル、(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンで置換された(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
[化学式8]
[L−H]+[Z(A)4]−または[L]+[Z(A)4]−
前記化学式8において、
Lは、中性または陽イオン性ルイス酸であり;
Zは、第13族元素であり;
Aは、それぞれ独立に、1以上の水素原子価ハロゲン、(C1−C20)ヒドロカルビル、(C1−C20)アルコキシまたは(C6−C20)アリールオキシラジカルで置換された(C6−C20)アリールまたは(C1−C20)アルキルラジカルである。
[Z(A)4]−は、[B(C6F5)4]−であり;
[L]+は、[(C6H5)3C]+とすることができる。
この時、前記助触媒化合物の含有量は、前記化学式1で表示される遷移金属化合物に含まれている遷移金属1モルに対して、助触媒化合物に含まれている金属のモル比を基準として1:1〜100,000とすることができる。
また、前記担体は、SiO2、Al2O3、MgO、MgCl2、CaCl2、ZrO2、TiO2、B2O3、CaO、ZnO、BaO、ThO2、SiO2−Al2O3、SiO2−MgO、SiO2−TiO2、SiO2−V2O5、SiO2−Cr 2 O 3 、SiO2−TiO2−MgO、ボーキサイト、ゼオライト、starchまたはcyclodextrineとすることができる。
前述した担持触媒の存在下で、少なくとも1種のオレフィン系単量体を重合させるステップを含むポリオレフィンの製造方法を提供する。
ここで、前記オレフィン系単量体は、(C2−C20)アルファ−オレフィン(α−Olefin)、(C1−C20)ジオレフィン(Diolefin)、(C3−C20)シクロオレフィン(Cyclo−olefin)または(C3−C20)シクロジオレフィン(Cyclo−diolefin)からなる群より選択される1種以上とすることができる。
また、前記ポリオレフィンは、重量平均分子量が1,000,000〜10,000,000のものとすることができる。
特に、前記遷移金属化合物が担持された担持触媒を用いる場合、前記遷移金属化合物を非担持状態で使用するか、あるいは以前の遷移金属化合物を担持または非担持状態で使用する場合に比べて、より高い分子量のポリオレフィンを製造することができる。
本発明者らは、オレフィン重合用触媒に対する研究を重ねる過程において、アミドリガンドとオルト−フェニレンが縮合環を形成し、オルト−フェニレンに結合した5員環パイ−リガンドがチオフェンヘテロ環によって融合した新規な構造のリガンドを見出した。また、前記リガンドを含む遷移金属化合物は、チオフェンヘテロ環が融合しない遷移金属化合物に比べて、より高い触媒活性を示し、分子量が大きい高分子を製造できることを確認した。
特に、前記新規な構造のリガンドを含む遷移金属化合物を助触媒化合物と共に担体に担持させてポリオレフィンの製造工程に使用する場合、前記遷移金属化合物を非担持状態で使用するか、あるいは以前の遷移金属化合物を担持または非担持状態で使用する場合に比べて、より高い分子量を有するポリオレフィンを製造できることを確認し、本発明に至った。
このような本発明は、一実施形態により、
担体上に、下記化学式1で表示される遷移金属化合物および助触媒化合物が担持されたオレフィン重合用担持触媒を提供する。
前記化学式1において、
Mは、第4族遷移金属であり;
Q1およびQ2は、それぞれ独立に、ハロゲン、(C1−C20)アルキル、(C2−C20)アルケニル、(C2−C20)アルキニル、(C6−C20)アリール、(C1−C20)アルキル(C6−C20)アリール、(C6−C20)アリール(C1−C20)アルキル、(C1−C20)アルキルアミド又は(C6−C20)アリールアミドであり;
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9およびR10は、それぞれ独立に、水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C2−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル(C6−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C6−C20)アリール(C1−C20)アルキル;あるいはアセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)シリルであり;前記R1とR2は互いに連結されて環を形成することができ、前記R3とR4は互いに連結されて環を形成することができ、前記R5〜R10のうちの2以上が互いに連結されて環を形成することができ;
R11、R12およびR13は、それぞれ独立に、水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C2−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル(C6−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C6−C20)アリール(C1−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)シリル;(C1−C20)アルコキシ;あるいは(C6−C20)アリールオキシであり;前記R11とR12またはR12とR13は互いに連結されて環を形成することができる。
まず、本発明にかかるオレフィン重合用担持触媒は、前記化学式1で表示される遷移金属化合物を含む。前記化学式1の遷移金属化合物は、後述する担体の表面に担持された状態であって、後述する助触媒化合物によって活性化されてオレフィン重合反応に活性を付与する。
前記化学式1で表示される遷移金属化合物は、アミドリガンドとオルト−フェニレンが縮合環を形成し、前記オルト−フェニレンに結合した5員環パイ−リガンドがチオフェンヘテロ環によって融合した新規な構造のリガンドを含む。それにより、前記遷移金属化合物は、チオフェンヘテロ環が融合しない遷移金属化合物に比べて、オレフィン系単量体の重合活性およびアルファ−オレフィンの共重合活性が高いという利点がある。それだけでなく、前記遷移金属化合物は、以前の均一系触媒または不均一系触媒で期待しにくい多様な物性(特に、高い分子量)を有するポリオレフィンを製造することができる。
また、前記化学式1で表示される化合物において、前記Mは、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)であることが好ましい。
さらに、前記化学式1で表示される遷移金属化合物において、前記Q1およびQ2は、それぞれ独立に、ハロゲンまたは(C1−C20)アルキルであることが好ましく、より好ましくは、塩素またはメチルとすることができる。
また、前記化学式1で表示される遷移金属化合物において、前記R1、R2、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素または(C1−C20)アルキルとすることができ、好ましくは、それぞれ独立に、水素またはメチルとすることができる。より好ましくは、前記R1、R2、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素またはメチルとすることができ、ただし、R3およびR4のうちの少なくとも1つは、メチルであり、R5は、メチルとすることができる。
さらに、前記化学式1で表示される遷移金属化合物において、前記R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12およびR13は、それぞれ水素であることが好ましい。
前記化学式1で表示される遷移金属化合物は、このような置換基を含むことが、金属周囲の電子的、立体的環境制御のために好まれる。
一方、前記化学式1で表示される遷移金属化合物は、下記化学式2で表示される前駆体化合物から得ることができる。
前記化学式2において、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12およびR13は、それぞれ前記化学式1で定義したとおりである。
ここで、前記化学式2で表示される前駆体化合物は、(a)下記化学式3で表示されるテトラヒドロキノリン誘導体をアルキルリチウムと反応させた後、二酸化炭素を添加し、下記化学式4で表示される化合物を製造するステップと、(b)前記化学式4で表示される化合物とアルキルリチウムを反応させた後、下記化学式5で表示される化合物を添加して酸処理するステップとを含む方法で製造できる。
前記化学式3、化学式4および化学式5において、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12およびR13は、それぞれ前記化学式1で定義したとおりである。
ただし、前記化学式3、化学式4および化学式5において、前記R1、R2、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素または(C1−C20)アルキルとすることができる、好ましくは、それぞれ独立に、水素またはメチルであり。より好ましくは、前記R1、R2、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素またはメチルとすることができる、ただし、R3およびR4のうちの少なくとも1つは、メチルであり、R5は、メチルとすることができる。また、前記R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12およびR13は、それぞれ水素であることが好ましい。これにより、出発物質の接近性および反応性を確保することができ、製造される化学式1の遷移金属化合物の電子的および立体的環境を制御するのに有利である。
また、前記ステップ(b)で前記化学式4で表示される化合物にアルキルリチウムを反応させることにより、脱プロトン反応を誘発してオルト−リチウム化合物を生成し、これに前記化学式5で表示される化合物を反応させて酸を処理することにより、前記化学式2で表示される遷移金属化合物前駆体を得ることができる。
ここで、前記化学式5で表示される化合物は、公知の多様な方法を通じて製造できる。下記反応式1は、その一例を示すものであって、1ステップの反応だけで製造できるだけでなく、価格が割安な出発物質が使用され、本発明の遷移金属化合物前駆体を容易かつ経済的に製造できるようにする(J.Organomet.Chem.,2005,690,4213)。
また、本発明の他の実施例によれば、前記化学式2で表示される化合物とM(NMe2)4化合物を反応させ、約2当量のHNME2を除去してQ1とQ2が同時にNMe2の化学式1で表示される遷移金属化合物を得、これにMe3SiClまたはMe2SiCl2を反応させ、NMe2リガンドを塩素リガンドに変えることができる。
前記助触媒化合物は、前述した化学式1で表示される遷移金属化合物と共に担持され、前記遷移金属化合物を活性化させる役割を果たす。したがって、本発明にかかる担持触媒の活性を低下させることなく前記遷移金属化合物を活性化できる助触媒化合物であればその構成に制限なく使用できる。
ただし、本発明の一実施例によれば、前記助触媒化合物は、下記化学式6、化学式7および化学式8で表示される化合物からなる群より選択される1種以上であることが好ましい。
−[Al(R61)−O]a−
前記化学式6において、
R61は、それぞれ独立に、ハロゲンラジカル、(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンで置換された(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
aは、2以上の整数である。
D(R71)3
前記化学式7において、
Dは、アルミニウムまたはボロンであり;
R71は、それぞれ独立に、ハロゲンラジカル、(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンで置換された(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
[L−H]+[Z(A)4]−または[L]+[Z(A)4]−
前記化学式8において、
Lは、中性または陽イオン性ルイス酸であり;
Zは、第13族元素であり;
Aは、それぞれ独立に、1以上の水素原子価ハロゲン、(C1−C20)ヒドロカルビル、(C1−C20)アルコキシまたは(C6−C20)アリールオキシラジカルで置換された(C6−C20)アリールまたは(C1−C20)アルキルラジカルである。
本発明によれば、前記助触媒化合物の含有量は、前記化学式1で表示される遷移金属化合物に含まれている遷移金属1モルに対して、助触媒化合物に含まれている金属のモル比を基準として1:1〜100,000、好ましくは1:1〜10,000、より好ましくは1:1〜5,000とすることができる。
より具体的には、前記化学式6で表示される助触媒化合物は、前記化学式1で表示される遷移金属化合物に対して、1:1〜100,000、好ましくは1:5〜50,000、より好ましくは1:10〜20,000のモル比で担持できる。
さらに、前記化学式8で表示される助触媒化合物は、前記化学式1で表示される遷移金属化合物に対して、1:1〜100、好ましくは1:1〜10、より好ましくは1:1〜4のモル比で担持できる。
前記担体としては、本発明の属する技術分野における触媒の製造に使用される無機または有機素材の担体が制限なく使用できる。
ただし、本発明の一実施例によれば、前記担体は、SiO2、Al2O3、MgO、MgCl2、CaCl2、ZrO2、TiO2、B2O3、CaO、ZnO、BaO、ThO2、SiO2−Al2O3、SiO2−MgO、SiO2−TiO2、SiO2−V2O5、SiO2−Cr 2 O 3 、SiO2−TiO2−MgO、ボーキサイト、ゼオライト、starch、cyclodextrineまたは合成高分子とすることができる。
好ましくは、前記担体は、表面にヒドロキシ基を含むものであって、シリカ、シリカ−アルミナおよびシリカ−マグネシアからなる群より選択される1種以上の担体とすることができる。このように表面にヒドロキシ基を含む担体を用いる場合、後述する遷移金属化合物および助触媒化合物が担体の表面に化学的に結合して担持できる。それにより、オレフィン重合工程で表面から遊離して出る触媒がほとんどなく、スラリーまたは気相重合でポリオレフィンを製造する場合、反応器の壁面や重合体粒子同士でくっつくファウリング現象を最小化することができて有利である。
前記遷移金属化合物と助触媒化合物を担体上に担持させる工程は、−70〜200℃、好ましくは−50〜150℃、より好ましくは0〜100℃の温度下で行われることが、担持工程の効率の面で有利である。
前述した担持触媒の存在下で、少なくとも1種のオレフィン系単量体を重合させるステップを含むポリオレフィンの製造方法を提供する。
ここで、前記オレフィン系単量体の種類は特に制限されず、本発明の属する技術分野における通常のオレフィン系単量体が使用できる。
ただし、本発明の一実施例によれば、前記オレフィン系単量体は、(C2−C20)アルファ−オレフィン(α−Olefin)、(C1−C20)ジオレフィン(Diolefin)、(C3−C20)シクロオレフィン(Cyclo−olefin)または(C3−C20)シクロジオレフィン(Cyclo−diolefin)、置換または非置換のスチレンからなる群より選択される1種以上とすることができる。
前記重合ステップが液相またはスラリー相で実施される場合には、溶媒またはオレフィン系単量体自体を媒質として使用することができる。
ただし、本発明によれば、前記担持触媒の添加量は、単量体の単位体積(L)あたり、前記遷移金属化合物の中心金属(M)の濃度を基準として10−8mol/L〜1mol/L、好ましくは10−7mol/L〜10−1mol/L、より好ましくは10−7mol/L〜10−2mol/Lとすることができる。
また、前記重合ステップは、バッチ式(Batch Type)、半連続式(Semi−continuous Type)または連続式(Continuous Type)反応で行うことができる。
ただし、本発明によれば、前記重合ステップは、−50〜500℃、好ましくは0〜400℃、より好ましくは0〜300℃の温度下で行うことができる。また、本発明によれば、前記重合ステップは、1〜3000気圧、好ましくは1〜1000気圧、より好ましくは1〜500気圧の圧力下で行うことができる。
つまり、前記方法を通じて製造されるポリオレフィンの重量平均分子量(Mw)は、1,000,000以上、好ましくは1,000,000〜10,000,000、より好ましくは1,000,000〜8,000,000、最も好ましくは1,000,000〜5,000,000とすることができる。
また、前記方法を通じて製造されるポリオレフィンは、分子量分布(Mw/Mn)が2.0〜4.0、好ましくは2.5〜3.5、より好ましくは2.7〜3.0とすることができる。
一方、本発明にかかるポリオレフィンの製造方法は、前述したステップ以外にも、前記ステップの前または後に当業界において通常実施できるステップをさらに含めて行うことができ、上述したステップにより本発明の製造方法が限定されるものではない。
下記i)前駆体化合物の合成およびii)遷移金属化合物の合成過程は、下記反応式2および反応式3により、窒素またはアルゴンなどの不活性雰囲気下で進行し、標準シュレンク(Standard Schlenk)技術とグローブボックス(Glove Box)技術が利用された。
下記反応式2において、各化合物は、置換基の種類を異にするものであって、各置換基の種類は、当該化合物の下端に表としてまとめた(例えば、下記化合物D−2は、Raの位置が水素、RbおよびRcの位置がメチル基で置換された化合物を意味する。)。
また、下記反応式2において、化合物C(C−1、C−2およびC−3)は、公知の方法を参考にして合成した(J.Organomet.Chem.,2005,690,4213)。
(実施例i−1:前駆体化合物D−1の合成)
1,2,3,4−テトラヒドロキノリン(1.00g、7.51mmol)とジエチルエーテル(16mL)溶液が入っているシュレンクフラスコを−78℃の低温槽に浸して温度を下げた後、撹拌下に、n−ブチルリチウム(3.0mL、7.5mmol、2.5Mヘキサン溶液)を窒素雰囲気下に徐々に注入した。−78℃で約1時間撹拌した後、常温に徐々に温度を上げた。淡い黄色の固体が沈殿し、生成されたブタンガスはバブラーを通して除去した。温度を再び−78℃に下げた後、二酸化炭素を注入した。二酸化炭素を注入して直ちにスラリー状態の溶液が透明な均一な溶液となった。−78℃で1時間撹拌した後、−20℃に温度を徐々に上げながら、余分な二酸化炭素をバブラーを通して除去した。白色の固体が再び沈殿した。
−20℃でテトラヒドロフラン(0.60g、8.3mmol)とt−ブチルリチウム(4.9mL、8.3mmol、1.7Mペンタン溶液)を順次に窒素雰囲気下で注入し、約2時間撹拌した。次に、塩化リチウムと前記化合物C−1(1.06g、6.38mmol)が溶けているテトラヒドロフラン溶液(19mL)を窒素雰囲気下に注入した。−20℃で1時間撹拌した後、常温に温度を徐々に上げた。常温で1時間撹拌した後、水(15mL)を注入して反応を終結した。溶液を分液漏斗に移して有機層を抽出した。抽出した有機層を分液漏斗に再び入れた後、追加的に塩酸(2N、40mL)を入れた。約2分間振とうさせた後、炭酸水素ナトリウム水溶液(60mL)を徐々に入れて中和した。有機層を取って無水硫酸マグネシウムで湿気を除去した後、溶媒を除去して粘液性の物質を得た。ヘキサンとエチルアセテートの混合溶媒(v/v、50:1)を用い、シリカゲルカラムクロマトグラフィー方法で化合物を精製し、77.2mgの化合物を得た(収率43%)。
1HNMR分析の結果、2つのシグナルセットが1:1で観察され、これは、フェニレンとシクロペンタジエンを結ぶ炭素−炭素結合(前記反応式2の太くマークした結合)に対する回転が容易でないことに起因する。下記13CNMRデータにおける括弧内の値は、前記回転が容易でないことによって分かれたシグナルのケミカルシフト値である。
13C NMR(C6D6) : 151.64 (151.60), 147.74 (147.61), 146.68, 143.06, 132.60, 132.30, 129.85, 125.02, 121.85, 121.72, 119.74, 116.87, 45.86, 42.54, 28.39, 22.89, 16.32, 14.21 ppm
前記化合物C−1の代わりに化合物C−2を用いたことを除き、前記実施例i−1と同様の条件および方法で前駆体化合物D−2を合成した(収率53%)。
1HNMR分析の結果、2つのシグナルセットが1:1で観察され、これは、フェニレンとシクロペンタジエンを結ぶ炭素−炭素結合(反応式2の太くマークした結合)に対する回転が容易でないことに起因する。
13C NMR(C6D6) : 151.60 (151.43), 145.56 (145.36), 143.08, 141.43, 132.90, 132.68, 132.43, 129.70, 121.63, 120.01, 116.77, 46.13, 42.58, 28.42, 22.97, 15.06, 14.19, 14.08, 12.70 ppm
1,2,3,4−テトラヒドロキノリンの代わりにTetrahydroquinaldineを用いたことを除き、前記実施例i−1と同様の条件および方法で前駆体化合物D−3を合成した(収率63%)。
1HNMR分析の結果、あるシグナルの場合、1:1:1:1の比の4個のシグナルに分離されて観察され、これは、フェニレンとシクロペンタジエンを結ぶ炭素−炭素結合(前記反応式2の太くマークした結合)に対する回転が容易でないことと、2つのキラル中心の存在によるアイソメリズムに起因する。
13C NMR(C6D6) : 151.67, 147.68 (147.56, 147.38), 147.06 (146.83, 146.28, 146.10), 143.01 (142.88), 132.99 (132.59), 132.36 (131.92), 129.69, 125.26 (125.08, 124.92, 124.83), 122.03, 121.69 (121.60, 121.28), 119.74 (119.68, 119.46), 117.13 (117.07, 116.79, 116.72), 47.90 (47.73), 46.04 (45.85), 31.00 (30.92, 30.50), 28.00 (27.83, 27.64), 23.25 (23.00), 16.38 (16.30), 14.63 (14.52, 14.18) ppm
1,2,3,4−テトラヒドロキノリンの代わりにTetrahydroquinaldineを用い、前記化合物C−1の代わりに化合物C−2を用いたことを除き、前記実施例i−1と同様の条件および方法で前駆体化合物D−4を合成した(収率63%)。
1HNMR分析の結果、あるシグナルの場合、1:1:1:1の比の4個のシグナルに分離されて観察され、これは、フェニレンとシクロペンタジエンを結ぶ炭素−炭素結合(前記反応式2の太くマークした結合)に対する回転が容易でないことと、2つのキラル中心の存在によるアイソメリズムに起因する。
13C NMR(C6D6) : 151.67 (151.57), 145.58 (145.33, 145.20), 143.10 (143.00, 142.89), 141.62 (141.12), 134.08 (133.04), 132.84 (132.70, 136.60), 132.50 (132.08), 129.54, 121.52 (121.16), 119.96 (119.71), 117.04 (116.71), 47.90 (47.78), 46.29 (46.10), 31.05 (30.53), 28.02 (28.67), 23.37 (23.07), 15.22 (15.04), 14.87 (14.02, 14.21), 12.72 (12.67) ppm
1,2,3,4−テトラヒドロキノリンの代わりにTetrahydroquinaldineを用い、前記化合物C−1の代わりに化合物C−3を用いたことを除き、前記実施例i−1と同様の条件および方法で前駆体化合物D−5を合成した(収率48%)。
1HNMR分析の結果、あるシグナルの場合、1:1:1:1の比の4個のシグナルに分離されて観察され、これは、フェニレンとシクロペンタジエンを結ぶ炭素−炭素結合(前記反応式2の太くマークした結合)に対する回転が容易でないことと、2つのキラル中心の存在によるアイソメリズムに起因する。
13C NMR(C6D6) : 151.51, 145.80, 145.64, 145.45, 144.40, 144.22, 143.76, 143.03, 142.91, 139.78, 139.69, 139.52, 133.12, 132.74, 132.52, 132.11, 129.59, 121.52, 121.19, 120.75, 120.47, 119.87, 119.69, 116.99, 116.76, 47.90, 47.77, 46.43, 46.23, 32.55, 30.98, 30.51, 27.95, 27.67, 23.67, 23.31, 23.06, 16.52, 15.01, 14.44, 14.05 ppm
(実施例ii−1:遷移金属化合物E−1の合成)
ドライボックス内において、前記実施例i−1で合成した化合物D−1(0.10g、0.36mmol)とジエチルエーテルを丸底フラスコに入れた後、−30℃に温度を下げた。フラスコを撹拌しながら、n−ブチルリチウム(2.5Mヘキサン溶液、0.2g、0.71mmol)を徐々に注入し、−30℃の温度で2時間反応させた。温度を常温に上げながら、3時間さらに撹拌して反応させた。再び−30℃の温度に下げた後、メチルリチウム(1.6Mジエチルエーテル溶液、0.33g、0.71mmol)を注入し、引き続き、TiCl4・DME(DME;ジメトキシエタン、0.10g、0.36mmol)を入れた。温度を常温に上げながら、3時間撹拌した後、真空ラインを用いて溶媒を除去した。ペンタンを用いて化合物を抽出した。溶媒を除去して褐色粉末の化合物0.085gを得た(収率60%)。
13C{1H} NMR (C6D6): 161.46, 142.43, 140.10, 133.03, 130.41, 129.78, 127.57, 127.34, 121.37, 120.54, 120.51, 120.34, 112.52, 58.50, 53.73, 49.11, 27.59, 23.27, 13.19, 13.14 ppm
前記化合物D−1の代わりに化合物D−2を用いたことを除き、前記実施例ii−1と同様の条件および方法で遷移金属化合物E−2を合成した(収率53%)。
1H NMR (C6D6):δ 7.10 (d, J = 7.2Hz, 1H), 6.91 (d, J = 7.2Hz, 1H), 6.81 (t, J = 7.2Hz, 1H), 4.58 (dt, J = 14, 5.2Hz, 1H, NCH2), 4.42 (dt, J = 14, 5.2Hz, 1H, NCH2), 2.50 - 2.38 (m, 2H, CH2), 2.32 (s, 3H), 2.11 (s, 3H), 2.00 (s, 3H), 1.71 (s, 3H), 1.67 (quintet, J = 5.2Hz, CH2), 0.72 (s, 3H, TiMe), 0.38 (s, 3H, TiMe) ppm
13C{1H} NMR (C6D6): 161.58, 141.36, 138.41, 137.20, 132.96, 129.70, 127.53, 127.39, 126.87, 121.48, 120.37, 120.30, 113.23, 56.50, 53.13, 49.03, 27.64, 23.34, 14.21, 13.40, 12.99, 12.94 ppm
計算値(Anal. Calc.) (C22H27NSTi): C, 68.56; H, 7.06; N, 3.63
実測値(Found: C), 68.35 H, 7.37 N, 3.34%
前記化合物D−1の代わりに化合物D−3を用いたことを除き、前記実施例ii−1と同様の条件および方法で遷移金属化合物E−3を合成した(収率51%)。チオフェン環の方向とテトラヒドロキノリンについたメチル基の方向による1:1の割合の混合物で得られた。
13C{1H} NMR (C6D6): 159.58, 159.28, 141.88, 141.00, 139.63, 138.98, 134.45, 130.85, 130.50, 129.59, 129.50, 129.47, 127.23, 127.20, 127.17, 127.11, 120.77, 120.70, 120.40, 120.00, 119.96, 119.91, 118.76, 118.57, 113.90, 110.48, 59.61, 56.42, 55.75, 51.96, 50.11, 49.98, 27.41, 27.11, 21.89, 20.09, 19.67, 12.94, 12.91, 12.65 ppm
前記化合物D−1の代わりに化合物D−4を用いたことを除き、前記実施例ii−1と同様の条件および方法で遷移金属化合物E−4を合成した(収率57%)。チオフェン環の方向とテトラヒドロキノリンについたメチル基の方向による1:1の割合の混合物で得られた。
13C{1H} NMR (C6D6): 160.13, 159.86, 141.33, 140.46, 138.39, 137.67, 136.74, 134.83, 131.48, 129.90, 129.78, 127.69, 127.65, 127.60, 127.45, 126.87, 126.81, 121.34, 121.23, 120.21, 120.15, 119.15, 118.93, 114.77, 111.60, 57.54, 55.55, 55.23, 51.73, 50.43, 50.36, 27.83, 27.67, 22.37, 22.31, 20.53, 20.26, 14.29, 13.51, 13.42, 13.06, 12.80 ppm
前記化合物D−1の代わりに化合物D−5を用いたことを除き、前記実施例ii−1と同様の条件および方法で遷移金属化合物E−5を合成した(収率57%)。チオフェン環の方向とテトラヒドロキノリンについたメチル基の方向による1:1の割合の混合物で得られた。
13C{1H} NMR (C6D6): 159.83, 159.52, 145.93, 144.90, 140.78, 139.93, 139.21, 138.86, 135.26, 131.56, 129.69, 129.57, 127.50, 127.46, 127.38, 127.24, 121.29, 121.16, 120.05, 119.96, 118.90, 118.74, 117.99, 117.74, 113.87, 110.38, 57.91, 55.31, 54.87, 51.68, 50.27, 50.12, 34.77, 27.58, 27.27, 23.10, 22.05, 20.31, 19.90, 16.66, 14.70, 13.11, 12.98, 12.68 ppm
下記反応式3によって遷移金属化合物E−6を合成した。
[反応式3]
メチルリチウム(1.63g、3.55mmol、1.6Mジエチルエーテル溶液)を、−30℃で化合物D−4(0.58g、1.79mmol)が溶けているジエチルエーテル溶液(10mL)に滴加した。溶液を一晩中常温で撹拌した後、−30℃に温度を下げた後、Ti(NMe2)2Cl2(0.37g、1.79mmol)を一度に添加した。溶液を3時間撹拌した後、すべての溶媒を真空ポンプを用いて除去した。生成された固体をトルエン(8mL)に溶かした後、Me2SiCl2(1.16g、8.96mmol)を加えた。溶液を80℃で3日間撹拌した後、溶媒を真空ポンプを用いて除去した。赤色の固体化合物が得られた(0.59g、収率75%)。1HNMRスペクトルにおいて、2つの立体化合物が2:1で存在することを確認した。
13C{1H} NMR (C6D6): 162.78, 147.91, 142.45, 142.03, 136.91, 131.12, 130.70, 130.10, 128.90, 127.17, 123.39, 121.33, 119.87, 54.18, 26.48, 21.74, 17.28, 14.46, 14.28, 13.80, 13.27 ppm
(実施例iii−1)
グローブボックス(Glove Box)内において、実施例ii−4による遷移金属化合物E−4(0.030g、75μmol)をシュレンクフラスコ(Schlenk Flask)に入れてグローブボックスの外に取り出した後、10℃でメチルアルミノキサン約5.1ml(トルエン中のメチルアルミノキサン10重量%溶液、Al基準7.5mmol、製造会社:Albemarle)を徐々に滴加した。その後、10℃で10分間撹拌した後、25℃で60分間追加的に撹拌した。
これとは別途に、グローブボックス内において、他のシュレンクフラスコ(100ml)にシリカ(製造会社:Grace、製品名:XPO−2412、0.5g)を入れた後、これに前記遷移金属化合物およびメチルアルミノキサンを含む溶液を徐々に加えた。その後、0℃で約1時間撹拌し、65℃に昇温させて再び約1時間撹拌した後、25℃で冷やして約24時間撹拌した。
以降、得られた反応結果物を真空で乾燥させ、自由流動(Free Flowing)の担持触媒0.85gを得た。
実施例ii−5による遷移金属化合物E−5(0.029g、75μmol)を用いたことを除き、実施例iii−1と同様の条件および方法で担持触媒を製造した。
遷移金属化合物E−4の代わりにビスインデニルジルコニウムジクロライド(0.029g、75μmol)を担体に担持させたことを除き、実施例iii−1と同様の条件および方法で担持触媒を製造した。
下記すべての重合反応は、外部空気と完全に遮断された高圧反応器(Autoclave)内で水分が除去された重合用溶媒、遷移金属化合物、助触媒化合物および共重合用モノマーなどを注入した後、一定のエチレン圧力を維持しながら進行した。
重合後生成された重合体の分子量と分子量分布は、GPC(Gel Permeation Chromatography、装置名:PL−GPC220、製造会社:Agilent)分析法で測定し、融点は、DSC(Differential Scanning Calorimetry、装置名:Q200、製造会社:TA Instruments)分析法で測定した。測定された各重合体の物性は、下記表1に示した。
実施例iii−1による担持触媒0.1gをn−ヘキサン(n−Hexane)20mlと共にフラスコで撹拌しながら、エチレンを0.05g/minの速度で10分間投入し、予備重合を実施した。
これとは別途に、高圧反応器(内部容量:2L、ステンレススチール)の内部を窒素で置換した後、重合用溶媒(n−ヘキサン)1Lを満たし、トリイソブチルアルミニウム(triisobutylaluminum、製造会社:Aldrich)2mmolと前記予備重合された担持触媒を順に注入した。以降、昇温して70℃になった時、エチレンガスを注入し、エチレン分圧7barを維持しながら、1時間重合反応を実施した。
前記のように重合反応を進行させた後、温度を常温に下げてから、余分なエチレンガスを排出させた。次に、溶媒中に分散しているポリエチレンパウダーをろ過して得た後、真空オーブン内で80℃に加熱しながら、15時間以上乾燥させ、ポリエチレン(141g)を得た。
実施例iv−1で担持触媒の予備重合を実施せずに直ちに用いたことを除き、実施例iv−1と同様の条件および方法でポリエチレン(130g)を得た。
実施例iii−2による担持触媒を用いたことを除き、実施例iv−1と同様のな条件および方法でポリエチレン(112g)を得た。
比較例iii−1による担持触媒を用いたことを除き、実施例iv−1と同様の条件および方法でポリエチレン(101g)を得た。
高圧反応器(内部容量:2L、ステンレススチール)の内部を窒素で置換した後、重合用溶媒(n−ヘキサン)1Lを満たし、メチルアルミノキサン10ml(トルエン中のメチルアルミノキサン10重量%溶液、Al基準7.5mmol、製造会社:Albemarle)を加えた。
その後、実施例ii−4による遷移金属化合物E−4(0.031g、75μmol)が溶解したトルエン溶液を前記高圧反応器に添加し、70℃まで昇温させた。
高圧反応器の温度が70℃に達した時、エチレン(分圧基準7bar)を加え、30分間重合反応を実施した。
前記のように重合反応を進行させた後、温度を常温に下げてから、余分なエチレンガスを排出させた。次に、溶媒中に分散しているポリエチレンパウダーをろ過して得た後、真空オーブン内で80℃に加熱しながら、15時間以上乾燥させ、ポリエチレン(110g)を得た。
高圧反応器(内部容量:2L、ステンレススチール)の内部を窒素で置換した後、重合用溶媒(n−ヘキサン)1Lを満たし、メチルアルミノキサン10ml(トルエン中のメチルアルミノキサン10重量%溶液、Al基準7.5mmol、製造会社:Albemarle)を加えた。
その後、ビスインデニルジルコニウムジクロライド(0.029g、75μmol)が溶解したトルエン溶液を前記高圧反応器に添加し、70℃まで昇温させた。
高圧反応器の温度が70℃に達した時、エチレン(分圧基準7bar)を加え、30分間重合反応を実施した。
前記のように重合反応を進行させた後、温度を常温に下げてから、余分なエチレンガスを排出させた。次に、溶媒中に分散しているポリエチレンパウダーをろ過して得た後、真空オーブン内で80℃に加熱しながら、15時間以上乾燥させ、ポリエチレン(95g)を得た。
(ただし、前記表1において、触媒活性の単位は、(1)担持触媒(実施例iv−1、実施例iv−2、実施例iv−3および比較例iv−1)の場合、単位時間あたり(kg of PE)/(g of Catalyst)であり、(2)非担持触媒(比較例iv−2および比較例iv−3)の場合、単位時間あたり(kg of PE)/(mmol of Metal)である。)
それに対し、比較例iv−1および比較例iv−3のように、他の遷移金属化合物を使用する場合においては、担持の有無に関係なく製造される重合体の分子量が低いことが分かった。
また、実施例iv−1および実施例iv−2から明らかなように、本発明にかかる担持触媒は、オレフィン重合反応前に予備重合の有無に関係なく高分子量の重合体を製造できることを確認した。
Claims (10)
- 担体上に、下記化学式1で表示される遷移金属化合物および助触媒化合物が担持されていることを特徴とするオレフィン重合用担持触媒。
[化学式1]
(前記化学式1において、
Mは、第4族遷移金属であり;
Q1およびQ2は、それぞれ独立に、ハロゲン、(C1−C20)アルキル、(C2−C20)アルケニル、(C2−C20)アルキニル、(C6−C20)アリール、(C1−C20)アルキル(C6−C20)アリール、(C6−C20)アリール(C1−C20)アルキル、(C1−C20)アルキルアミド又は(C6−C20)アリールアミドであり;
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9およびR10は、それぞれ独立に、水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C2−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル(C6−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C6−C20)アリール(C1−C20)アルキル;あるいはアセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)シリルであり;前記R1とR2は互いに連結されて環を形成することができ、前記R3とR4は互いに連結されて環を形成することができ、前記R5〜R10のうちの2以上が互いに連結されて環を形成することができ;
R11、R12およびR13は、それぞれ独立に、水素;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C2−C20)アルケニル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)アルキル(C6−C20)アリール;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C6−C20)アリール(C1−C20)アルキル;アセタール、ケタールまたはエーテル基を含むまたは含まない(C1−C20)シリル;(C1−C20)アルコキシ;あるいは(C6−C20)アリールオキシであり;前記R11とR12またはR12とR13は互いに連結されて環を形成することができる。) - 前記Mは、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)であり;
前記Q1およびQ2は、それぞれ独立に、メチルまたは塩素であり;
前記R1、R2、R3、R4およびR5は、それぞれ独立に、水素またはメチルであり;
前記R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12およびR13は、それぞれ水素である請求項1に記載のオレフィン重合用担持触媒。 - 前記R3およびR4のうちの少なくとも1つは、メチルであり、前記R5は、メチルである請求項1又は2に記載のオレフィン重合用担持触媒。
- 前記助触媒化合物は、下記化学式6、化学式7および化学式8で表示される化合物からなる群より選択される1種以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載のオレフィン重合用担持触媒。
[化学式6]
−[Al(R61)−O]a−
(前記化学式6において、
R61は、それぞれ独立に、ハロゲンラジカル、(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンで置換された(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;
aは、2以上の整数である;)
[化学式7]
D(R71)3
(前記化学式7において、
Dは、アルミニウムまたはボロンであり;
R71は、それぞれ独立に、ハロゲンラジカル、(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンで置換された(C1−C20)ヒドロカルビルラジカルであり;)
[化学式8]
[L−H]+[Z(A)4]−または[L]+[Z(A)4]−
(前記化学式8において、
Lは、中性または陽イオン性ルイス酸であり;
Zは、第13族元素であり;
Aは、それぞれ独立に、1以上の水素原子価ハロゲン、(C1−C20)ヒドロカルビル、(C1−C20)アルコキシまたは(C6−C20)アリールオキシラジカルで置換された(C6−C20)アリールまたは(C1−C20)アルキルラジカルである。) - 前記化学式6のR61は、メチル、エチル、n−ブチルまたはイソブチルであり;
前記化学式7のDは、アルミニウムであり、R71は、メチルまたはイソブチルであり、あるいは、Dは、ボロンであり、R71は、ペンタフルオロフェニルであり;
前記化学式8において、[L−H]+は、ジメチルアニリニウム陽イオンであり;
[Z(A)4]−は、[B(C6F5)4]−であり;
[L]+は、[(C6H5)3C]+である請求項4に記載のオレフィン重合用担持触媒。 - 前記助触媒化合物の含有量は、前記化学式1で表示される遷移金属化合物に含まれている遷移金属1モルに対して、助触媒化合物に含まれている金属のモル比を基準として1:1〜1:10,000である請求項1〜5のいずれか1項に記載のオレフィン重合用担持触媒。
- 前記担体は、SiO2、Al2O3、MgO、MgCl2、CaCl2、ZrO2、TiO2、B2O3、CaO、ZnO、BaO、ThO2、SiO2−Al2O3、SiO2−MgO、SiO2−TiO2、SiO2−V2O5、SiO2−Cr 2 O 3 、SiO2−TiO2−MgO、ボーキサイト、ゼオライト、スターチ(starch)またはシクロデキストリン(cyclodextrine)である請求項1〜6のいずれか1項に記載のオレフィン重合用担持触媒。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の担持触媒の存在下で、少なくとも1種のオレフィン系単量体を重合させるステップを含むポリオレフィンの製造方法。
- 前記オレフィン系単量体は、(C2−C20)アルファ−オレフィン(α−Olefin)、(C1−C20)ジオレフィン(Diolefin)、(C3−C20)シクロオレフィン(Cyclo−olefin)または(C3−C20)シクロジオレフィン(Cyclo−diolefin)からなる群より選択される1種以上である請求項8に記載のポリオレフィンの製造方法。
- 前記ポリオレフィンは、重量平均分子量(Mw)が1,000,000〜10,000,000である請求項8又は9に記載のポリオレフィンの製造方法。
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