JP6026716B2 - 触媒活性化剤、それの製造方法および触媒およびオレフィン重合におけるそれの使用 - Google Patents

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Description

加水分解をある程度受けたアルミニウムアルキル化合物はアルミノキサン(AO)として知られ、それらは遷移金属を活性化させてオレフィン重合を活性化させる目的で用いられる。そのような1種の化合物であるメチルアルミノキサン(MAO)が当産業で頻繁に選択されるアルミニウム共触媒(co−catalysts)/活性化剤(activators)である。
オレフィンの重合で触媒系が示す有効性をアルミノキサン、ヒドロキシアルミノキサンまたは修飾アルミノキサンの使用で改善しようとする努力がかなり成されてきた。アルミノキサン使用分野における代表的な特許および出版物には下記が含まれる:特許文献1、2、3、4、5、6、7、非特許文献1、2、特許文献8、9、非特許文献3など。ヒドロキシアルミノキサン組成物が特許文献10、11、12、13および14に開示されている。技術的に進展したにも拘らず、アルミノキサンが基になった数多くの重合触媒用活性化剤は商業的適用性に要求される活性および/または熱安定性がまだ不足していることから、商業的に許容されない高いアルミニウム充填量が必要とされ、高価(特にMAO)でありかつ商業的実施にとって他の障害も有する。
ジアルキル−メタロセンとホウ酸アニオンにプロトリシス(protolysis)を受けさせることで生じさせた双性イオン触媒系が特許文献15に記述されている。上述したホウ酸アニオンが基になった担持カチオン性メタロセン触媒が特許文献16に記述されており、そこでは、ジアルキル−メタロセン化合物およびブレンステッド酸、非配位アニオンを有する第四級アンモニウム化合物、テトラキスペンタフルオロホウ酸塩を無機担体に加えることで前記触媒系を生じさせている。前記担体に前以て修飾をトリアルキルアルミニウム化合物を用いて受けさせている。そのように担体に加える方法の1つの欠点は、その使用したメタロセンが前記担体材料に物理収着(physisorption)で固定化される量が少量のみであることから前記メタロセンが前記担体の表面から脱離する傾向があることで最終的に反応槽の汚れが生じる可能性がある点にある。
活性化剤であるホウ酸アニオンが担体材料と金属酸化物である担体が有する1個の酸素原子を通して直接共有結合している触媒系が特許文献17に記述されている。しかしながら、そのような触媒系が示す重合活性は商業的基準に基づくと低い。そのような触媒系の別の欠点が非特許文献4に記述されている。そのように活性化剤であるホウ酸アニオンを共有結合(担体である金属酸化物、即ちシリカが有する1個の酸素原子によって)させることは触媒を失活させる経路になるばかりでなく担体であるシリカの4員のシロキサン環(シリカにカ焼(calcination)を600℃以上に及んで受けさせると生じる)が反応を起こすことを伴うことも失活経路になることが前記非特許文献4に記述されている。非特許文献4に記述されている失活経路は、活性化剤であるホウ酸アニオンと担体である金属酸化物が有する1個の酸素原子の共有結合を制限することに加えてカ焼の結果として担体である金属酸化物の中に形成される構造を制御することが重要であることを示している。
このように、失活経路に対して安定でありかつ商業的オレフィン重合で高い持続的活性を示す活性化剤組成物が求められている。
Welborn他の米国特許第5,324,800号 Turnerの米国特許第4,752,597号 Crapo他の米国特許第4,960,878号 Crapo他の米国特許第5,041,584号 Dall’occo他のWO 96102580 TurnerのEP 0 277 003 TurnerのEP 0 277 004 HlatkyおよびTurnerの米国特許第5,153,157号 Turner、HlatkyおよびEckmanの米国特許第5,198,401号 米国特許第6,562,991号 米国特許第6,555,494号 米国特許第6,492,292号 米国特許第6,462,212号 米国特許第6,160,145号 米国特許第5,384,299号 WO 91/09882 WO 96/04319
Hlatky、TurnerおよびEckman、J.Am.Chem.Soc.、1989、111、2728−2729 HlatkyおよびUpton、Macromolecules、1996、29、8019−8020. Brintzinger他、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.、1995、34、1143−1170 Basset他、J.Am.Chem.Soc.、128(2006)9361
本発明は、少なくともa)ブレンステッド酸のカチオン[QH][ここで、Hはプロトンであり、mは1または2であり、各Qはルイス塩基であり、かつ各ルイス塩基Qは他のいずれかのルイス塩基Qと同一もしくは異なってもよい]およびb)少なくとも1種の担体と化学的に結合していてアルミン酸アニオン中の大部分のアルミニウム原子の各々が前記担体の表面に存在する少なくとも2個の酸素原子と化学的に結合しているアルミン酸アニオンを含有して成る組成物を提供することで、上述した必要性を満たすものである。また、前記担体がヒドロキシル基を少なくとも2個含有しかつ前記ヒドロキシル基の大部分が水素結合形態である前記組成物も提供する。また、少なくともa)ヒドロキシル基を少なくとも2個有する担体;b)有機アルミニウム化合物;c)Q;およびd)ブレンステッド酸から生じさせた前記組成物も提供する。このように、本発明は、低温カ焼金属酸化物担体と2個のキレート酸素を通して共有結合しているアルミン酸アニオンを少なくとも1個とブレンステッド酸のカチオンを少なくとも1個含有して成る活性化剤組成物を提供する。
本発明は、更に、少なくともa)ヒドロキシル基を少なくとも2個有する担体;b)有機アルミニウム化合物;c)ルイス塩基;およびd)ブレンステッド酸から生じかつ前記ルイス塩基と前記ブレンステッド酸が少なくとも1種のイオン性ブレンステッド酸を形成している組成物および前記ヒドロキシル基の大部分が水素結合形態である前記組成物を提供することでも、上述した必要性を満たす。また、少なくともa)ヒドロキシル基を少なくとも2個有する担体と有機アルミニウム化合物から(前記担体上のOHのミリモル)/(担体のg)と(有機アルミニウム化合物のミリモル)/(担体のg)の比率が約1.80:1から約2.20:1であるような様式で生じた化合物;b)ルイス塩基;およびc)ブレンステッド酸から生じかつ前記ルイス塩基と前記ブレンステッド酸が少なくとも1種のイオン性ブレンステッド酸を形成している組成物も提供する。また、少なくともa)ヒドロキシル基を少なくとも2個有する担体;b)有機アルミニウム化合物;およびc)アミンとアミン1当量当たり少なくとも2当量のフェノールから生じさせたイオン性ブレンステッド酸から生じさせた組成物も提供する。本発明は、また、組成物製造方法も提供し、この方法は、少なくともa)ヒドロキシル基を少なくとも2個有する担体、b)有機アルミニウム化合物、c)ルイス塩基、およびd)ブレンステッド酸を前記ルイス塩基と前記ブレンステッド酸が少なくとも1種のイオン性ブレンステッド酸を形成するように一緒にすることを含んで成る。前記組成物および方法では、前記ヒドロキシル基の大部分が水素結合形態であり得る。本発明は、また、プロトン化でアルキル置換遷移金属成分を活性化させるに適した前記組成物も提供する。
当業者に良く知られているように、本明細書で用いる如き用語“一緒になる(combined)”および“一緒にする(combining)”は、当該成分が互いに“一緒になる”か或は“一緒にする”成分を容器の中に入れることを意味する。同様に、成分を“一緒にすること(combination)”は、当該成分を容器の中で一緒にすることを意味する。本発明は、また、前記組成物が活性化剤組成物であるような組成物および方法も提供する。また、本明細書で用いる如き用語“大部分(majority)”は、約70パーセント以上を意味する。
本図を参照することで本発明がより良好に理解されるであろう。
図1aは、本明細書に記述する如きIBA結晶性材料がC中で示したH NMRスペクトルである。 図1bは、本明細書に記述する如きIBA結晶性材料がC中で示した19F NMRスペクトルである。 図1cは、本明細書に記述する如きIBA結晶性材料が示したORTEPをプロットした図である。 図2は、TEA処理シリカをIBAで処理した後に得た赤外スペクトルである。 図3は、IBAで処理した後のTEA処理シリカとアルキル置換メタロセンを反応させることで生じさせた最終的触媒を用いて得た赤外スペクトルである。
担体(Carriers/Supports)
本発明に従う組成物で用いるに有用な水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個、例えば水素結合ヒドロキシル基を少なくとも1対有する担体は無機担体または有機担体を含んで成る。そのような担体はカ焼を受けていない担体または低温カ焼を受けた担体のいずれかである。本明細書で用いる如き“カ焼を受けていない”担体は、カ焼処理を意図的に受けさせていない担体であり、そして“低温カ焼を受けた”担体は、カ焼を約400℃以下または約100℃から約400℃または約200℃の温度で受けさせた担体である。カ焼時間は約1から約24時間であってもよい。その上、そのようなカ焼は如何なる雰囲気下で実施されてもよく、例えば空気もしくは不活性ガス、例えば窒素などの雰囲気または真空下などで実施可能である。我々は、そのようなカ焼を受けさせていないか或は低温カ焼を受けさせた担体、例えばシリカなどは水素結合したヒドロキシル基の濃度が高くかつ拘束されたシロキサン環の量が無視できるほどであることを観察した。また、M.E.Bartram他、J.Phys.Chem.、1991、95巻、4453−4463頁も参照のこと。
多数の担体を混合物として用いてもよい。本発明の担体は多孔質であってもよく、これの細孔容積はシリカ1g当たり0.1mL以上または1g当たり0.3mL以上である。本発明の担体の細孔容積はシリカ1g当たり約1.6mLであってもよい。本担体の平均粒直径(particle diameter)は約5ミクロメートルから約1000ミクロメートルまたは約10ミクロメートルから約500ミクロメートルであってもよい。
本発明で用いるに有用なある種のシリカは多孔質であり、それの表面積はシリカ1g当たり約10mからシリカ1g当たり約1000m(シリカ1g当たり約10mからシリカ1g当たり約700mの範囲を包含)の範囲内であり、総細孔容積はシリカ1g当たり約0.1ccからシリカ1g当たり約4.0ccの範囲内でありかつ平均粒直径は約10ミクロメートルから約500ミクロメートルの範囲内である。本発明で用いるに有用なシリカの表面積は約50m/gから約500m/gの範囲内であり得、細孔容積は約0.5cc/gから約3.5cc/gの範囲内であり得かつ平均粒直径は約15ミクロメートルから約150ミクロメートルの範囲内であり得る。有用なシリカの表面積は約200m/gから約350m/gの範囲内であり得、細孔容積は約1.0cc/gから約2.0cc/gの範囲内であり得かつ平均粒直径は約10ミクロメートルから約110ミクロメートルの範囲内であり得る。
本発明で用いるに有用な典型的な多孔質二酸化ケイ素担体の平均口直径(pore diameter)は、約10オングストロームから約1000オングストロームまたは約50オングストロームから約500オングストロームまたは約175オングストロームから約350オングストロームの範囲内である。本発明の担体が有する典型的なヒドロキシル基含有量は、トリエチルアルミニウムを用いた滴定で測定して、シリカ1g当たり約2.5ミリモルのOHからシリカ1g当たり約4.0ミリモルのOHである。そのような活性OH基は大部分がトリエチルアルミニウムと容易に反応してエタンが生じ、そしてその反応を用いることで特定のシリカが有する活性OH基の濃度を量化することができる。典型的なヒドロキシル基含有量はシリカ1g当たり約0.10ミリモルのOHからシリカ1g当たり約10ミリモルのOHまたはシリカ1g当たり約1.0ミリモルのOHからシリカ1g当たり約5.0ミリモルのOHまたはシリカ1g当たり約2.5ミリモルのOHからシリカ1g当たり約4.0ミリモルのOHである。
本発明で用いるに有用であり得る無機担体の例には、無機酸化物、マグネシウム化合物、粘土鉱物などが含まれる。そのような無機酸化物にはシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、マグネシア、チアニア、ジルコニアおよび粘土が含まれ得る。本発明で用いるに有用な無機酸化物の例には、これらに限定するものでないが、SiO、Al、MgO、ZrO、TiO、B、CaO、ZnO、BaO、ThOおよびこれらの複合酸化物、例えばSiO−Al、SiO−MgO、SiO−TiO、SiO−TiO−MgOなどが含まれる。本発明で用いるに有用なマグネシウム化合物の例には、加水分解をある程度受けたMgCl、MgCl(OEt)などが含まれる。本発明で用いるに有用であり得る粘土鉱物の例には、カオリン、ベントナイト、木節粘土、ゲイローム粘土(geyloam clay)、アロフェン、ヒシンゲライト(hisingerite)、ピロフィライト(pyrophylite)、タルク、雲母、モントモリロナイト、バーミキュライト、クロライト、パリゴルスカイト、カオリナイト、ナクライト(nacrite)、ディッカイト、ハロイサイトなどが含まれる。
本発明で用いるに有用であり得る有機担体の例には、アクリル系重合体、スチレン系重合体、エチレン重合体、プロピレン重合体などが含まれる。本発明で用いるに有用であり得るアクリル系重合体の例には、アクリル系単量体、例えばアクリロニトリル、アクリル酸メチル、メタアクリル酸メチル、メタアクリロニトリルなどの重合体の誘導体(この誘導体は水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個有する)、および前記単量体と不飽和結合を少なくとも2個有する架橋重合性化合物の共重合体が含まれる。本発明で用いるに有用であり得るスチレン系重合体の例には、スチレン系単量体、例えばスチレン、ビニルトルエン、エチルビニルベンゼンなどの重合体の誘導体(この誘導体は水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個有する)、および前記単量体と不飽和結合を少なくとも2個有する架橋重合性化合物の共重合体が含まれる。不飽和結合を少なくとも2個有する架橋重合性化合物の例には、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルケトン、フタル酸ジアリル、マレイン酸ジアリル、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタアクリレート、ポリエチレングリコールジメタアクリレートなどの誘導体(この誘導体は水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個有する)が含まれる。
本発明で用いるに有用な有機担体は、水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個有することに加えて極性官能基を少なくとも1個有していてもよい。そのような担体の例には、第一級アミノ基、第二級アミノ基、イミノ基、アミド基、イミド基、ヒドラジド基、アミジノ基、ヒドロキシル基、ヒドロペルオキシ基、カルボキシル基、ホルミル基、メチルオキシカルボニル基、カルバモイル基、スルホ基、スルフィノ基、スルフェノ基、チオール基、チオカルボキシル基、チオホルミル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピペリジル基、インダゾリル基およびカルバゾリル基の誘導体(この誘導体は水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個有する)が含まれる。そのような極性有機担体が水素結合ヒドロキシル基を元々少なくとも2個有する場合、そのような有機担体はそのまま使用可能である。
有機アルミニウム化合物
本発明で用いるに有用な有機アルミニウム化合物は、AlR(XR(3−n)[ここで、Alはアルミニウムであり、各Rは水素または炭素原子数が約20以下のヒドロカルビル基であり、そして各Rは他のいずれかのRと同一もしくは異なってもよく、各XRに関して、Xはヘテロ原子であり、そしてRは、Alと前記ヘテロ原子を通して結合している炭素原子数が約20以下の有機基であり、各XRは他のいずれかのXRと同一もしくは異なってもよく、そしてnは1、2または3である]を含んで成っていてもよい。各Rは直鎖もしくは分枝アルキル基であってもよい。Rの非限定例には、炭素原子数が1から約10のアルキル基、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、
n−ブチル、イソブチル、n−ペンチル、ネオペンチルなどが含まれる。
本発明で用いるに有用なAlR(XR(3−n)の非限定例には、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、ジイソブチルアルミニウムハイドライド、ジエチルアルミニウムハイドライド、ジメチルアルミニウムハイドライド、(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)ジイソブチルアルミニウム、ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)イソブチルアルミニウム、(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)ジエチルアルミニウム、ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)エチルアルミニウム、(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)ジメチルアルミニウムまたはビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)メチルアルミニウム、(ペンタフルオロフェノキサイド)ジメチルアルミニウム、ビス(ペンタフルオロフェノキサイド)メチルアルミニウム、(ペンタフルオロフェノキサイド)ジエチルアルミニウム、ビス(ペンタフルオロフェノキサイド)エチルアルミニウムおよびこれらの混合物が含まれる。ヘテロ原子の例には、窒素原子、酸素原子、燐原子、硫黄原子などが含まれる。
本発明の有機アルミニウム化合物の調製は適切な如何なる方法で実施されてもよく、そのような方法には、当業者に良く知られている如き現在公知の方法または公知になり得るであろう方法が含まれる。
ルイス塩基
ルイス塩基は、第一級アミンNH、第二級アミンNHR または第三級アミンNR またはこれらのいずれかの混合物を含んで成っていてもよく、ここで、Rは、各場合とも、水素または炭素原子数が約20以下のヒドロカルビル基でありそして各Rは他のいずれかのRと同一もしくは異なってもよい。例えば、ルイス塩基はいろいろなアミン[これらに限定するものでないが、NMePh、NMe(CHPh)、NEtPh、NEt(CHPh)を包含]を含んで成っていてもよいか、或はルイス塩基は1種以上の長鎖アミン、例えばNMe(C2p+1)(C2m+1)、NMe(C2p+1)、NEt(C2p+1)(C2m+1)またはNEt(C2p+1)[ここで、pおよびmは独立して約3から約20の整数から選択される]を含んで成っていてもよい。式NMe(C2p+1)(C2m+1)で表される長鎖アミンの例には、これらに限定するものでないが、NMe(C1633、NMe(C1735、NMe(C1837、NMe(C1633)(C1735)、NMe(C1633)(C1837)、NMe(C1735)(C1837)などの如き化合物が含まれる。例えば、典型的にはNMe(C1633が商業的長鎖アミン組成物(通常は数種のアミンの混合物を含有する)に入っている主要な種である。ルイス塩基はNMePh、NMe(CHPh)、NEtPh、NEt(CHPh)、NMe(C1633を含んで成っていてもよい。ルイス塩基はまたホスフィンを含んで成っていてもよい。ルイス塩基はN,N−ジメチルベンジルアミン、トリメチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、トリエチルアミンなどを含んで成っていてもよい。
ブレンステッド酸
本発明で用いるに有用なブレンステッド酸、即ちプロトンを供与し得る化合物は、ROH[ここで、Rは電子求引基を少なくとも1個含有する有機化合物である]を含んで成っていてもよい。そのようなブレンステッド酸は、2,6−ジフルオロフェノール、ペンタフルオロフェノール、4−フルオロフェノール、またはルイス塩基と反応して少なくとも1種のイオン性ブレンステッド酸化合物を生じ得るフェノールのいずれかであってもよい。
イオン性ブレンステッド酸
本発明では、ルイス塩基とブレンステッド酸から少なくとも1種のイオン性ブレンステッド酸を生じさせる。イオン性ブレンステッド酸をルイス塩基とブレンステッド酸から、ブレンステッド酸のプロトンがルイス塩基に移動するような様式で生じさせることができる。そのイオン性ブレンステッド酸は、当業者に良く知られているように、x線結晶構造および導電率測定で測定した時に特徴的なN−H結合を示し得る。
本発明の組成物の製造
本発明に従う活性化剤組成物を少なくとも水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個有する担体、有機アルミニウム化合物、ルイス塩基およびブレンステッド酸から生じさせることができる。前記担体を前記有機アルミニウム化合物と一緒にすることで1番目の生成物を生じさせ、この1番目の生成物の少なくとも一部をイオン性ブレンステッド酸(ルイス塩基とブレンステッド酸を、イオン性ブレンステッド酸が生じるに充分な量および充分な条件下で用いることで生じさせた)と一緒にしてもよい。アミンとアミン1当量当たり少なくとも2当量のフェノールから前記イオン性ブレンステッド酸を生じさせることができる。前記イオン性ブレンステッド酸を、有機アルミニウムで処理した担体に、ブレンステッド酸である活性化剤の生成に特徴的なN−H伸縮振動数、例えば約3250cm−1の所の振動数が赤外スペクトルに生じるような様式で添加してもよい。
前記担体を前記有機アルミニウム化合物と一緒にすることで1番目の生成物を生じさせ、この1番目の生成物の少なくとも一部をブレンステッド酸と一緒にすることで2番目の生成物を生じさせ、そしてその2番目の生成物の少なくとも一部を前記ルイス塩基と一緒にしてもよい。その有機アルミニウム化合物をルイス塩基と一緒にすることで1番目の生成物を生じさせ、その1番目の生成物の少なくとも一部を前記担体と一緒にすることで2番目の生成物を生じさせ、そしてその2番目の生成物の少なくとも一部をイオン性ブレンステッド酸(ルイス塩基とブレンステッド酸をイオン性ブレンステッド酸が生じるに充分な量および充分な条件下で用いることで生じさせた)と一緒にしてもよい。
本発明では、大部分の有機アルミニウム化合物の各々と担体を、担体表面上の1対の水素結合ヒドロキシル基が有する2個の酸素原子(キレート化ドナーとして)を伴うキレート化するアルミニウム中心が生じ得るような様式で反応させることができる。このように、本発明は、水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個有する担体と有機アルミニウム化合物を(前記担体上のOHのミリモル)/(担体のg)と(有機アルミニウム化合物のミリモル)/(担体のg)の比率が約1.80:1から約2.20:1または約1.85:1から約2.05:1または約2:1であるような量で一緒にしてもよい。表面下の不活性なOH基は反応性を示さないと見なす。従って、OH含有量の測定を物理的方法、例えば加熱による重量損失などではなく、化学的方法、例えば有機アルミニウムまたは有機マグネシウム滴定などで行うべきである。
一緒にすることは、不活性ガス雰囲気中で約−80℃から約200℃または約0℃から約120℃の温度で実施可能であり、一緒にする時間は約1分から約36時間または約10分から約24時間であってもよい。活性化剤組成物を生じさせる時に用いる溶媒には、脂肪族溶媒または芳香族溶媒が含まれ得るが、それらはいずれも前記担体、前記有機アルミニウム化合物、前記ルイス塩基、前記ブレンステッド酸および前記イオン性ブレンステッド酸に不活性である。一緒にする操作が完了した後の処理の例には、上澄み液を濾過した後に不活性な溶媒を用いた洗浄を行いそして溶媒を減圧下もしくは不活性ガス流下で蒸発させることが含まれるが、そのような処理は必ずしも必要ではない。結果として得た活性化剤組成物は適切な如何なる状態(流体、乾燥または半乾燥粉末を包含)でも重合で使用可能であり、かつ不活性な溶媒に懸濁している状態でも重合に使用可能である。水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個有する担体と有機アルミニウム化合物を一緒にしようとする時、これは周囲温度で実施可能であり、そしてそれらを一緒にする時間は約15分から約48時間または約15分から約6時間であってもよく、その結果として一緒にしたものをそのまま用いてもよいか或は後で約40℃から約120℃の温度に加熱してもよい。別法として、水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個有する担体と有機アルミニウム化合物を一緒にすることを約40℃から約120℃の温度で行ってもよく、それらを一緒にする時間は約15分から約6時間であってもよい。結果として得た生成物の少なくとも一部をイオン性ブレンステッド酸と一緒にするが、そのイオン性ブレンステッド酸をルイス塩基とブレンステッド酸、例えばアミンとアミン1当量当たり少なくとも2当量のフェノールなどから個別に生じさせておく。
トリアルキルアルミニウム化合物をフェノール、例えばBHTまたはペンタフルオロフェノールなどと一緒にすることで1番目の生成物を生じさせた後にそれを水素結合ヒドロキシル基を少なくとも2個有する担体およびアミン、例えばN,N−ジメチルベンジルアミン、トリメチルアミン、N,N−ジメチルアニリンおよび/またはトリエチルアミンなどと一緒にすることで活性化剤組成物を生じさせることも可能であるが、全部を本活性化剤組成物がフェノールをアミン1当量当たり少なくとも2当量含有するように実施する。
低温カ焼を受けさせておいた担体とトリアルキルアルミニウム化合物を一緒にすることで得た生成物、例えば固体状成分などに入っているアルミニウム原子の量を乾燥状態の固体状成分1gに入っているアルミニウム原子が約0.1ミリモル以上またはアルミニウム原子が約1ミリモル以上になるような量にしてもよい。低温カ焼を受けさせておいた担体とトリアルキルアルミニウム化合物を一緒にすることで得た固体状成分を、活性プロトンを少なくとも1個有するイオン性化合物と一緒にする時、前記固体状成分に入っているトリアルキルアルミニウム化合物のアルミニウム原子に対する活性プロトンのモル比が約0.02から約1または約0.05から約0.5または約0.1から約0.3になるようにしてもよい。
オレフィン重合用触媒
本発明の活性化剤組成物はオレフィン重合用触媒で用いるに有用である。本発明に従う活性化剤組成物と遷移金属成分の各々を個別ではあるが実質的に同時に単量体に添加することで重合に触媒作用を及ぼすことができる。活性化剤組成物と遷移金属成分を一緒にすることで生成物を生じさせそして生成物の少なくとも一部を単量体に添加することで重合に触媒作用を及ぼすことができる。遷移金属成分が有する遷移金属原子に対する活性化剤組成物が有する活性プロトンの比率が0.1から4または0.5から2またはほとんど1になるようにしてもよい。
活性化剤組成物はブレンステッド酸性度、即ちアルキル置換遷移金属成分をプロトン化することによって遷移金属成分を活性化させるに適する。活性化剤組成物は、また、ルイス酸性度、即ち遷移金属成分から電子対を少なくとも1対受け取ることによって遷移金属成分を活性化させるにも適する。遷移金属成分と一緒にする活性化剤組成物の量は、主にブレンステッド酸性度によって遷移金属成分を活性化させるに充分な量であってもよく、例えばブレンステッド酸性度によって活性化の30%以上、70%以上または90%以上を起こさせてもよい。遷移金属成分と一緒にする活性化剤組成物の量は、ブレンステッド酸性度によって実質的に遷移金属成分を活性化させるに充分な量であってもよく、例えばブレンステッド酸性度によって活性化の95%以上または98%以上を起こさせてもよい。活性化剤組成物を遷移金属成分と一緒にする時期はそれを単量体と一緒にする前またはそれを単量体と一緒にすると同時のいずれかであってもよい。活性化剤組成物が既知でありかつ遷移金属成分が既知であるならば、当業者は、ブレンステッド酸性度によって主にまたは実質的に活性化が起こるように遷移金属成分と一緒にする活性化剤組成物の量を決定することができるであろう。
オレフィン重合用触媒−遷移金属成分
遷移金属成分は、オレフィンを重合させる能力を有するアルキル置換遷移金属成分のいずれかを含んで成っていてもよい。例えば、これらに限定するものでないが、遷移金属成分は、1種以上のメタロセン遷移金属成分を含んで成っていてもよい。
遷移金属成分は、アルキル置換触媒前駆体MLq−a(ここで、Mは、元素周期律表(1993、IUPAC)の第4族またはランタニド系列の遷移金属原子を表し、その例には、周期律表の第4族の遷移金属、例えばチタン原子、ジルコニウム原子およびハフニウム原子など、およびランタニド系列の遷移金属、例えばサマリウムなどが含まれ、Lは、シクロペンタジエニル骨格を有する基、またはヘテロ原子を少なくとも1個有する基を表すが、少なくとも1個のLはシクロペンタジエニル骨格を有する基であり、そして複数のLは同一もしくは異なってもよくかつ互いに架橋していてもよく、Rは、炭素原子数が1から約20の炭化水素基を表し、“a”は、式0<aqを満足させる数を表し、そしてqは、遷移金属原子Mの原子価を表す)を含んで成っていてもよい。
遷移金属成分の中のLに関して、シクロペンタジエニル骨格を有する基は、例えばシクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、またはシクロペンタジエニル骨格を有する多環式基などを含んで成っていてもよい。例となる置換シクロペンタジエニル基は、炭素原子数が1から約20の炭化水素基、炭素原子数が1から約20のハロゲン置換炭化水素基、炭素原子数が1から約20のシリル基などを含有する。本発明に従うシリル基にはSiMeなどが含まれ得る。シクロペンタジエニル骨格を有する多環式基の例には、インデニル基、フルオレニル基などが含まれる。ヘテロ原子を少なくとも1個有する基のヘテロ原子の例には、窒素原子、酸素原子、燐原子、硫黄原子などが含まれる。
置換シクロペンタジエニル基の例には、メチルシクロペンタジエニル基、エチルシクロペンタジエニル基、n−プロピルシクロペンタジエニル基、n−ブチルシクロペンタジエニル基、イソプロピルシクロペンタジエニル基、イソブチルシクロペンタジエニル基、s−ブチルシクロペンタジエニル基、t−ブチルシクロペンタジエニル基、1,2−ジメチルシクロペンタジエニル基、1,3−ジメチルシクロペンタジエニル基、1,2,3−トリメチルシクロペンタジエニル基、1,2,4−トリメチルシクロペンタジエニル基、テトラメチルシクロペンタジエニル基、ペンタメチルシクロペンタジエニル基などが含まれる。
シクロペンタジエニル基を有する多環式基の例には、インデニル基、4,5,6,7−テトラヒドロインデニル基、フルオレニル基などが含まれる。
ヘテロ原子を少なくとも1個有する基の例には、メチルアミノ基、t−ブチルアミノ基、ベンジルアミノ基、メトキシ基、t−ブトキシ基、フェノキシ基、ピロリル基、チオメトキシ基などが含まれる。
シクロペンタジエニル骨格を有する1種以上の基もしくはシクロペンタジエニル骨格を有する1種以上の基とヘテロ原子を少なくとも1個有する1種以上の基が(i)アルキレン基、例えばエチレン、プロピレンなど;(ii)置換アルキレン基、例えばイソプロピリデン、ジフェニルメチレンなど;または(iii)シリレン基もしくは置換シリレン基、例えばジメチルシリレン基、ジフェニルシリレン基、メチルシリルシリレン基などによって架橋していてもよい。
遷移金属成分の中のRは、水素または炭素原子数が1から約20の炭化水素基を含んで成る。Rの例には、炭素原子数が1から約20のアルキル基、例えばメチル基、エチル基
、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、ベンジル基などが含まれる。
遷移金属成分MLq−a[ここで、Mはジルコニウムを含んで成る]の例には、ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(インデニル)ジルコニウムジメチル、ビス(4,5,6,7−テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジメチル、ビス(フルオレニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジメチル、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニルフルオレニル)ジルコニウムジメチル、ジフェニルシリレンビス(インデニル)ジルコニウムジメチル、シクロペンタジエニルジメチルアミノジルコニウムジメチル、シクロペンタジエニルフェノキシジルコニウムジメチル、ジメチル(t−ブチルアミノ)(テトラメチルシクロペンタジエニル)シランジルコニウムジメチル、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(3−t−ブチル−5−メチル−2−フェノキシ)ジルコニウムジメチル、ジメチルシリレン(テトラメチルシクロペンタジエニル)(3−t−ブチル−5−メチル−2−フェノキシ)ジルコニウムジメチルなどが含まれる。
典型的な追加的遷移金属成分MLq−aには、前記ジルコニウム成分の中のジルコニウムがチタンまたはハフニウムに置き換わっている成分が含まれる。
本発明で用いるに有用な他のアルキル置換触媒前駆体は下記である:rac−ジメチルシリルビス(2−メチル−4−フェニル−インデニル)ジルコニウムジメチル(M1);rac−ジメチルシリルビス(2−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル(M2);rac−ジメチルシリルビス(2−メチル−4,5−ベンゾインデニル)ジルコニウムジメチル(M3);rac−エチレンビス(テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジメチル(M4)およびrac−エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジメチル(M5)。アルキル化剤と触媒前駆体のハロゲン置換体を反応させることでアルキル置換触媒前駆体をインシトゥで生じさせることも可能である。例えば、ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライドをトリイソブチルアルミニウム(TIBA)で処理した後に活性化剤組成物と一緒にしてもよい。
本発明の活性化剤組成物を用いた重合
本発明の活性化剤組成物を重合で用いる時、炭素原子数が2から20のオレフィンもしくはジオレフィンのいずれも重合用単量体として用いることができる。それの具体例には、これらに限定するものでないが、エチレン、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1、ヘプテン−1、オクテン−1、ノネン−1、デセン−1、ヘキサデセン−1、エイコセン−1、4−メチルペンテン−1、5−メチル−2−ペンテン−1、ビニルシクロヘキサン、スチレン、ジシクロペンタジエン、ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネンなどが含まれる。本発明では、2種以上の単量体を同時に用いることで共重合を実施することも可能である。そのような共重合体を構成する単量体の具体例には、これらに限定するものでないが、エチレン/αオレフィン、例えばエチレン/プロピレン、エチレン/ブテン−1、エチレン/ヘキセン−1、エチレン/プロピレン/ブテン−1、エチレン/プロピレン/5−エチリデン−2−ノルボルネン、プロピレン/ブテン−1などが含まれる。
重合方法には制限がなく、液相重合方法および気相重合方法の両方を用いることができる。液相重合で用いる溶媒の例には、脂肪族炭化水素、例えばブタン、ペンタン、ヘプタン、オクタンなど、芳香族炭化水素、例えばベンゼン、トルエンなど、およびハロゲン置換炭化水素、例えば塩化メチレンなどが含まれる。また、重合させるオレフィンの少なくとも一部を溶媒として用いることも可能である。この重合はバッチ式、半バッチ式または連続様式で実施可能であり、かつ重合を反応条件が異なる2段階以上で実施することも可
能である。重合温度は約−50℃から約200℃または0℃から約100℃であってもよい。重合の圧力は大気圧から約100kg/cmまたは大気圧から約50kg/cmであってもよい。必要なオレフィン重合体および反応装置に応じて当業者に公知の手段を用いて適切な重合時間を決定することができるが、それは典型的に約1分から約20時間の範囲内である。本発明では、連鎖移動剤、例えば水素などを添加することで重合で得るべきオレフィン重合体の分子量を調節してもよい。
不純物、例えば水などを除去する目的で有機アルミニウム化合物を重合中に添加してもよい。本明細書で用いるに有用な有機アルミニウム化合物には、いろいろな有機アルミニウム化合物が含まれ得、それには、少なくとも1種の現在公知の有機アルミニウム化合物、例えば有機アルミニウム化合物R AlY3−c(ここで、Rは炭素原子数が1から約20の炭化水素基を表し、Yは水素原子および/またはハロゲン原子を表し、そして“c”は0から3の整数を表す)などが含まれる。Rの具体例には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ヘキシル基などが含まれる。Yのハロゲン原子の具体例には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子が含まれる。有機アルミニウム化合物R AlY3−cの具体例には、トリアルキルアルミニウム、例えばトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリ−n−プロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ−n−ヘキシルアルミニウムなど、ジアルキルアルミニウムクロライド例えば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−n−プロピ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−n−ヘキシルアルミニウムクロライドなど、アルキルアルミニウムジクロライド、例えば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、n−プロピ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、n−ヘキシルアルミニウムジクロライドなど、およびジアルキルアルミニウムハイドライド、例えばジメチルアルミニウムハイドライド、ジエチルアルミニウムハイドライド、ジ−n−プロピルアルミニウムハイドライド、ジイソブチルアルミニウムハイドライド、ジ−n−ヘキシルアルミニウムハイドライドなどが含まれる。
以下の実施例は本発明の原理を例示するものである。本発明を本明細書に例示(例示を本実施例の中に示すか或は本特許出願の残りの中に示すか否かに拘らず)する如何なる具体的な態様にも限定するものでないと理解する。
IBAの製造および構造の決定
1.1 イオン性ブレンステッド酸(IBA)の製造
ドライボックス内で0.189g(1.03ミリモル)のCOH(ペンタフルオロフェノール)と約2gのイソヘキサンを容器内で混合した。約0.125g(1.02ミリモル)のNMePh(N,N−ジメチルアニリン)を計り取って約1gのイソヘキサンと一緒に4mLの瓶に入れた。次に、このNMePh溶液を前記COH溶液に加えた後、充分に混合した。その結果として得た溶液を沈降させた。約2分後に結晶性材料が生じた。数時間後の混合物を濾過し、イソヘキサンで数回洗浄した後、真空下で一定重量になるまで乾燥させた。その結果として得た結晶性材料を重水素化ベンゼン(C)に溶解させた後、Hおよび19F NMR分光法で分析することで、NMePhとCOHの比率を相互参照化合物(CRC)であるビス(4−フルオロフェニル)メタン(これは、Hおよび19F NMRスペクトルのそれぞれの中にプロトンとフッ素のシグナルの両方を示す)を基にして量化した。そのスペクトルにより、前記固体はペンタフルオロフェノールがN,N−ジメチルアニリン1モル当たり2モルの組成を有することが分かった(図1a(H NMR)および図1b(19F NMR))。また、この結晶性材料をX線単結晶回折でも分析することでそのような2:1の構造物であるこ
とを立証した(図1cに示すORTEPプロットを参照)。主要なNMR値: H NMR(400MHz、25℃、C):IBA:δ2.5(s、6H、Me)、δ4.4(s、2H、OおよびN);CRC:δ3.6(s、2H、CH);19F NMR(400MHz、25℃、C):IBA:δ−165(m、4F、C−)、δ−166(m、4F、C−)、δ−170(m、2F、C−);CRC:δ−118(m、2F、F−Ph).
Figure 0006026716
1.2 IBAの導電率試験
表1に、いくつかのサンプルが示した導電率を示す。
Figure 0006026716
サンプル3および4が示した導電率が高い(サンプル1および2が示したそれに比べて)ことはイオン種が生成したことを立証している。サンプル3では、追加的アミンによって導電率が増加したが、実質的ではない。アミンを1:1の追加的量で仕込んだサンプル(サンプル3)ではイオン性化合物が有意により多くは生じない。従って、前記2種類の成分を1:1で仕込んだ時に生じるイオン種は0.5当量のみであり、0.5当量は余分なアミンである。この導電率の結果は、固体形態のIBAの基本的2対1の構造がIBAを溶媒に溶解させた時にもそのままであることを示している。
IBAから生じさせた担持活性化剤で活性化させたメタロセン
2.1 シリカ上のOH含有量を基にして化学量論的量未満の仕込み量で有機アルミニウムを用いて処理したシリカ
不活性雰囲気のドライボックス内で250mLの3つ口丸底フラスコに機械的撹拌機を取り付けた後、オイルバスの中に置いた。カ焼を200℃で4時間受けさせておいたGr
ace 952シリカ(21.3g、TEA滴定によるOH=3.26ミリモル/g、実施例4.2−1を参照、総TEA反応性OH=21.3x3.26=69.4ミリモル)を前記フラスコに室温で91gのトルエンと一緒に仕込んだ。トリエチルアルミニウム(“TEA”)(4.2g、36.8ミリモル、シリカ上のOHの53モル%を基にして)およびトルエン(12g)を4mLの瓶に仕込んだ。次に、そのTEA溶液を前記シリカのスラリーにゆっくり加えた。その結果として得た混合物を周囲条件下で30分間撹拌した後、その混合物を70℃に加熱してその温度に2時間保持した。次に、その混合物を濾過し、10gのトルエンと20gのイソヘキサンで3回洗浄した後、真空下で3時間乾燥させた。収量は23.9gであった(ICP:Al4.15%;活性プロトンはNMR−グリニヤール滴定で検出されなかった;気体発生によるAl:Al−Et=1:1.17)。トリメチルアルミニウム(“TMA”)およびトリイソブチルアルミニウム(“TIBA”)で処理したシリカのサンプルもまた同様な手順で調製し、その結果を表2.1に示す。含有するAl:Al−Rの比率が1:1.2(モル:モル)に及ぶ有機アルミニウム処理シリカを用いて生じさせたPE用およびPP用両方の触媒が示した性能およびそれらを用いて得た重合体の形態を表2.2に示す。
Figure 0006026716
2.2 担持触媒製造手順
ドライボックス内で、ペンタフルオロフェノール(0.244g、1.32ミリモル)とN,N−ジメチルアニリン(0.081g、0.66ミリモル)と1gのトルエンを4mLの瓶に入れて混合することでイオン性ブレンステッド酸(“IBA”)を生じさせた。20mLの瓶に1.05gのTEA処理シリカ[2.1−1(表2.1)による]を4gのトルエンと一緒に仕込んだ。次に、そのIBA溶液を前記TEA処理シリカのスラリーにゆっくり加えた。次に、その結果として得た混合物を周囲条件下の振とう器で30分間振とうした後、オイルバスで70℃に加熱してその温度に30分間保持した。次に、その混合物を濾過し、3gのトルエンで洗浄した後、真空下で30秒間乾燥させた。次に、その湿った状態のスラリーをトルエン(4g)と一緒にして再びスラリー状にした後、rac−エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジメチル(M5)(0.025g、66.2マイクロモル)を加えた。次に、その混合物を1時間振とうし、濾過し、3gのトルエンと5gのイソヘキサンで3回洗浄した後、真空下で1時間乾燥させた。収量は1.13gであった(ICP:Zr:0.46%;Al:3.2%)。触媒のデータおよびプロピレン重合の結果を表2.2の中の項目2.2−1に示す。他の触媒の調製を同様な手順を用いて実施し、そして収率、分析および性能データを表2.2の中の項目2.2−2から2.2−9に示す。
Figure 0006026716
比較実施例
以下の実施例を用いて、高温でカ焼を受けさせたシリカ(結果として表面上の孤立したヒドロキシル基と拘束された環の両方の含有量が高くなる)およびAlR仕込み量が理想的な1:2のAl:OH比よりも有意に高い(結果として非キレートアルミニウム中心の含有量が有意に高くなる)の両方から生じさせた配位子骨格がより小さい担持メタロセンM5は劣った生産性を示すか或はそれがもたらす重合体の形態が劣る一方で担体表面に存在する触媒力を低下させる種に対する感受性がより低くて配位子骨格がより大きい担持メタロセンM1類似物の方が良好な性能を示すかつそれがもたらす重合体の形態の方が良好であることを示す。
3.1 カ焼を600℃で受けさせたシリカを用いて生じさせたPE用触媒
このサンプルの製造手順はカ焼を600℃で受けさせたシリカを用いる以外は実施例2に示した手順と同じであった。カ焼を600℃で受けさせた後のシリカ上のOH含有量は
カ焼前のそれに比べて有意に低く、従って、有機アルミニウム化合物を用いた処理を受けさせた後のアルミニウム充填率もより低かった。
ドライボックス内で表2.1中の項目2.1−7によるAlMe処理シリカ(1.0g)とトルエン(3g)を20mLの瓶の中で混合し、COH(0.244g)とPhNMe(0.081g)からトルエン(2g)中で生じさせておいたIBAを前記アルミニウムアルキル処理シリカのスラリーにゆっくり加えた後、振とう器上で1時間激しく振とうした。次に、その混合物を濾過し、3gのトルエンで2回洗浄した後、真空下で30秒間乾燥させた。次に、その湿った状態の固体を3gのトルエンで再びスラリー状にした。rac−エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジメチル(M5)(0.024g)を加えた後の混合物を1時間振とうした。最初に色が黄色から赤色に変わった。その赤色が時間に伴って褪せた。1時間後に明黄色になった。その混合物を濾過し、3gのトルエンと6gのイソヘキサンで2回洗浄した後、真空下で1時間乾燥させた。収量:1.13g(ICP:Al:1.28%;Zr:0.27%)。この材料を用いた重合の試験を4Lの反応槽中で実施した結果、全く活性がないことが分かった(表2.2、項目3.1)。
そのような活性化挙動(赤色から明黄色)は、触媒前駆体M5が活性化されはするが表面に存在する触媒力を低下させる部位と急速に相互作用することで不活性になることを示しており、その理由は、恐らくは、触媒力を低下させる拘束環構造物が高温カ焼で生じたことによるものであろう。
3.2 Al:Al−R比が1:1.4になるように有機アルミニウムで処理したシリカを用いて生じさせたPE用触媒
ドライボックス内で、表2.1中の項目2.1−6によるAlMe処理シリカ(1.0g)とトルエン(3g)を20mLの瓶の中で混合し、COH(0.230g)とPhNMe(0.075g)からトルエン(2g)中で生じさせておいたIBAを前記アルミニウムアルキル処理シリカのスラリーにゆっくり加えた後、振とう器上で1時間激しく振とうした。次に、その混合物を濾過し、3gのトルエンで2回洗浄した後、真空下で30秒間乾燥させた。次に、その湿った状態の固体を3gのトルエンで再びスラリー状にした。M5(0.014g)を加えた後の混合物を1時間振とうした後、周囲条件下に一晩置いた。色が黄色から赤色に変わった。その混合物を濾過し、3gのトルエンと6gのイソヘキサンで2回洗浄した後、真空下で2時間乾燥させた。収量:1.20g(ICP:Al:3.48%;Zr:0.28%)。この材料を用いた重合の試験を4Lの反応槽中で実施することで生産率は1,000g/1gの触媒/時であることが分かったが、反応槽がひどく汚れていた(表2.2、項目3.2)。
3.2 Al:Al−R比が1:1.4になるように有機アルミニウムで処理したシリカを用いて生じさせたPP用触媒
ドライボックス内で、表2.1中の項目2.1−6によるAlMe処理シリカ(1.0g)とトルエン(3g)を20mLの瓶の中で混合し、COH(0.210g)とPhNMe(0.10g)からトルエン(2g)中で生じさせておいたIBAを前記アルミニウムアルキル処理シリカのスラリーにゆっくり加えた後、振とう器上で1時間激しく振とうした。次に、その混合物を濾過し、3gのトルエンで2回洗浄した後、真空下で30秒間乾燥させた。次に、その湿った状態の固体を3gのトルエンで再びスラリー状にした。M1(0.020g)を加えた後の混合物を1時間振とうした後、周囲条件下に一晩置いた。色が黄色から赤色に変わった。その混合物を濾過し、3gのトルエンと6gのイソヘキサンで3回洗浄した後、真空下で1時間乾燥させた。収量:1.14g(ICP:Al:3.62%;Zr:0.28%)。この材料を用いたPP重合の試験を4Lの反応槽中で実施することで生産率は17,000g/1gの触媒/時で形態も良好であることが分かった(表2.2、項目3.3)。
シリカ上のブレンステッド酸性アルミン酸塩が有するキレート構造の証拠
4.1 中間的有機アルミニウム処理シリカが示すAl対Al−R比の量化
シリカ表面上のSi−OH種は主に孤立(C)および水素結合(D)形態であり、それらはそれぞれ赤外(IR)分光法で同定可能である:
Figure 0006026716
低温カ焼シリカの場合には水素結合構造(D)が主流である(Bartram他を参照)。1対の水素結合シロキシ基が1個のトリアルキルアルミニウムと反応するとキレート構造が生じる。AlRを化学量論的未満の量で仕込むとそのような構造が生じ得る。AlRをAl対OH比が1:2未満になるように仕込むと残存OH(未反応)が存在し得る。残存OH含有量が大きくなると触媒の失活が起こる可能性がある。従って、孤立したOH基(C、主要でない種)の各々もまた1個の有機アルミニウム化合物を消費することを考慮して、使用するAlR対OHの比率が1:2より若干高くなるようにすることで残存OHが残らないことを確保する。1個のAlR(含有するAl:Al−Rの比率は1:3)とシリカ上の1対の水素結合シロキシ基の反応が完了した後に結果としてもたらされる材料が示すAl:Al−R比は1:1に非常に近く、例えば1:1.1から1.2(表2.1の項目2.1−1、2.1−2および2.1−4)であり得るが、その理由は、大部分のAlR化合物の各々が有する2個のR基が失われたことによるものである。Al−R:Al比は分析方法で測定可能であり、例えばAl含有量の量化に関してはICPを用いそしてAl−Et含有量の量化に関してはNMR−CFCOOHを用いて測定可能である。
4.1−1 NMR−CF COOH滴定方法
上方のチャンバとテフロン製キャップで構成させた特殊なデザインのNMR管を用いた。前記上方のチャンバをデザインする時、CFCOOH溶液をそのチャンバに充填した時にそのCFCOOH溶液と有機アルミニウム処理シリカのスラリーがNMR管の下方部分で接触しないようなデザインにする。次に前記管を逆さにすると2種類の反応体が接触して反応を起こすようにする。
ドライボックス内で、トリアルキルアルミニウム処理シリカおよび内部標準、例えば1,2−ジフェニルエタン(DPE)などの両方をそれぞれを正確な量で計り取ってNMR管の下方部分に入れる。次に、重水素化溶媒、例えばCなどを前記NMR管に当該溶液から気体が出て塔頂空間部に行くことによって引き起こされる誤差が最小限になるような様式で入れて充填することで、生じる可能性のある塔頂空間部が小さくなるようにする。次に、過剰量のCFOOHを同じ重水素化溶媒に入れることで生じさせた溶液を前記上方のチャンバに充填する。次に、そのNMR管をテフロン製キャップで密封した。次に、そのNMR管を逆さにすることで前記2種類の反応体を接触させた後、激しい振とうを10分間実施しそして次に沈降を60分間起こさせる。この時間の間、H−NMRを時折検査することで、アルカン(例えばTEA処理シリカの場合にはエタン)が追加的に生じないことを確かめる。有機アルミニウム処理シリカと内部標準の両方を既知量で用いることでAl−R含有量を計算することができる。そのような分析方法によって、シリカ上のAl−EtおよびAl−BuフラグメントのそれぞれがCFCOOHと反応することによって放出されるエタンおよびイソブタンに関する信頼度は95%以上である。
我々は、担体表面上の活性プロトンが起こす反応は方法が異なると異なり、反応体の立体的かさ高さが異なると異なりかつ反応体の反応性が異なると異なることを確認した。例えばLOI(強熱減量)方法、即ちシリカを加熱する過程で失われる水を測定する標準的方法などでは反応体を用いない。このように、それを用いた時に得られる活性プロトンの数は化学的方法、例えばTEA滴定、グリニヤール滴定またはアルキル置換メタロセン滴定(実施例5を参照)を用いた時に得られる数よりも多いが、その理由は、恐らくは、化学品が孔径が異なる所、表面下に隠れている所などに存在する活性プロトンに近づくことが制限されることによるものであろう。従って、シリカ上に活性化剤部位を生じさせる目的でトリアルキルアルミニウム(例えばTEA、TMAまたはTIBA)を用いていることから、活性プロトン含有量を測定する時にTEA滴定方法を用い、それをTEA反応性OHと呼ぶ(実施例4.2−1cを参照)。
我々は、また、残存する活性プロトンを測定する目的でグリニヤール試薬であるo−MePhCH2MgClも用いたが、グリニヤールと激しく反応するプロトンが存在しないことが確保されるように有機アルミニウムで処理した後にそれを用いた。それによって、起こり得る活性メタロセンの失活が防止され得る。グリニヤール滴定方法を用いる理由は、一部として、グリニヤール試薬が示す孔径応答がTEAが示すそれとメタロセンが示すそれの中間であると思われることを考慮したことと主に便利さ(TEA滴定よりも手順が簡単である)と費用効果(アルキル置換メタロセンよりも安価である)の両方を考慮したことによるものである。表2.1中の項目2.1−3は、トリメチルアルミニウム(TMA)を化学量論的量未満の仕込み量で用いてシリカをTMAで処理するとシリカが含有する残存活性プロトンの量が少なくなることを示している。しかしながら、そのトリアルキルアルミニウム処理シリカから生じさせた触媒はそれでも非常に高い活性を示す可能性がある(表2.2中の項目2.2−3、−4、−5および-6)。
4.1−2 有機アルミニウム処理シリカ上の残存活性プロトン量を測定するグリニヤール滴定
ドライボックス内で、有機アルミニウムで処理したシリカを正確な量で計り取って、撹拌子を入れておいた20mLの瓶の中に入れた。Cをその20mLの瓶に加えることでスラリーを生じさせた。p−キシレン(グリニヤール試薬と活性プロトンの反応の生成物)の含有量に関して較正を受けさせておいたo−MePhCHMgClを過剰量でTHFに入れて前記スラリーに加えた後の前記瓶に蓋をした。その結果として得た混合物を1時間撹拌した。最終的なp−キシレン含有量と較正p−キシレン含有量の間の差を前記有機アルミニウム処理シリカ上に残存する活性プロトン含有量からミリモル/g単位として計算することができる。結果を表2.1に示す。
4.2 シリカ上の2個の酸素原子と化学的に結合したキレートアルミニウム中心
4.2−1 カ焼を200℃で受けさせた後のGrace952シリカの表面に存在するTEA反応性OHの量化
4.2−1a 過剰量のTEAで処理したシリカの調製
カ焼を200℃で受けさせた後のシリカGrace952(2.50g)を計り取って20mLの瓶に入れた後、無水トルエン(5g)と混合した。そのスラリーを撹拌した。トリエチルアルミニウムを計り(TEAを1.003gまたは8.78ミリモル、1gのSiO当たり3.52ミリモルの仕込みを基にして)取って小瓶に入れた後、無水トルエン(2g)と混合した。次に、そのTEA溶液を前記シリカのスラリーにゆっくり加えた。撹拌を周囲条件下で一晩行った後の反応混合物を濾過し、トルエン(2g)とイソヘキサン(4g)で2回洗浄した後、真空下で一定重量になるまで乾燥させた。その乾燥させた自由流れする粉末は3.2688g(固体A)であり、そして濾液および洗浄液の溶媒を一緒にした重量は14.057g(溶液B)であった。
4.2−1b TEA処理シリカ中のAl−Et:Al比の測定
a)TEA処理シリカ上のAl含有量の測定
溶液B中のTEA含有量を定量NMR分析で測定した値は3.48ミリモルであった。シリカが消費したTEAは2.50gのシリカに対して8.78-3.48=5.30ミリモルまたは5.30/2.50=2.12ミリモルのAl/(1gのシリカ)であった。固体A上のAl含有量をICPで測定した値は4.22%であり、これは3.26884.22%/(272.50)=2.04ミリモルのAl/(1gのシリカ)に相当する。NMRの結果とICPの結果は互いに一致していた。
b)TEA処理シリカ上のAl−Et含有量の測定
TEA処理シリカ上のAl−Et基含有量の量化をNMR−CFCOOH滴定を用いて密封型装置内で実施した結果は2.19ミリモルのエタン/(1gのTEA処理シリカ)であり、これは(2.19)(3.2688)/2.50=2.86ミリモルのエタン/(1gのシリカ)に相当する。
4.2−1c カ焼を200℃で受けさせたシリカ上のOH含有量の測定
過剰量のTEAで処理したシリカは2.04ミリモルのAl/(1gのシリカ)および2.86ミリモルのAl−Et/(1gのシリカ)を含有しかつAlの全部がTEAに由来することから、Al−EtがOHと反応することによって起こるそれの損失は計算可能である。従って、TEA反応性OHの含有量は下記であると導き出すことができる:
TEA反応性OH=2.04x3-2.86=3.26ミリモルのOH/(1gのシリカ)
従って、カ焼を200℃で受けさせたGrace952シリカの表面に存在するTEA反応性OHの含有量は3.26ミリモルのOH/(1gのシリカ)である。
4.2−2 Al:Al−O比の計算
表面上のキレートAl中心と2個の酸素原子は1:2のAl:Al−O比を与えるべきである。最終的触媒、例えば表2.2中の項目2.2−1のAl充填量は3.2%または1.18ミリモル/gである。この数値は総サンプル重量が基になった数値である。それをシリカを基にした値に変換すると、それは1.18/(74%)=1.59ミリモルのAl/(1gのシリカ)になり、ここで、74%は最終的触媒に入っているシリカのパーセントである。従って、Al:O−Al比=1.59:3.26は1:2の比率に非常に近い。同じ計算を項目2.2−2から2.2−9(これらのAl充填率は3.0に近くかつ3.2未満である)に関して行うことで得られ得るO−Al:Al比も2:1に近く、このことは、Al原子の大部分がキレート構造であることを示している。
実施例4.1および4.2は、キレートAl構造が中間的有機アルミニウム処理シリカから最終的触媒組成物に持ち込まれることを示している。
ブレンステッド酸のカチオンおよびブレンステッド酸活性化機構の証拠
5.1 赤外(IR)分光法によるブレンステッド酸カチオンの証拠
図2のIRスペクトルはIBAで処理した後のTEA処理シリカから得たスペクトルである。N−H伸縮振動数が3250cm−1の所に存在することが明らかに分かり、このことは、ブレンステッド酸のカチオン[HNPhMeが存在することを示している
5.2 赤外(IR)分光法によるブレンステッド酸活性化の証拠
図3のIRスペクトルはIBAで処理した後のTEA処理シリカとアルキル置換メタロセンを反応させることで生じさせた最終的触媒から得たスペクトルであり、そのスペクトルではN−H伸縮振動数が消失している。この実施例を以下に示す実施例5.3と一緒にすることでブレンステッド酸の活性化機構が分かる。
5.3 メタン滴定によるブレンステッド酸活性化の証拠
実施例4.1に記述したNMR滴定方法を改変してメチル化メタロセン(M5)と担持活性化剤(IBAで処理した後のTEA処理シリカ)の反応を量することができるようにした。担持活性化剤を重水素化溶媒Cに入れることで生じさせたスラリーをNMR管の下方部分に仕込んだ。M5をZrの充填量が0.45%であることに基づいて前記NMR管の上方チャンバの中に充填した。混合後に反応によって放出されたメタンの量は、0.0164ミリモルのM5仕込み量に対して0.0160ミリモルであり、このことは、ブレンステッド酸のカチオンとの反応で活性化されたM5は90%以上であることを示している。
本明細書または本請求項のどこかで化学名または化学式を用いて反応体および成分を言及する場合、この言及が単数であるか或は複数であるかに拘らず、それらが別の物質[化学名または化学タイプで言及する](例えば別の反応体、溶媒など)と一緒になるか或は接触する前にそれらが存在するようにそれらを同定すると理解されるべきである。結果として生じる混合物または溶液または反応媒体中でどんな化学変化、変換および/または反応(もしあれば)が起ころうとも問題でない、と言うのは、そのような変化、変換および/または反応は特定の反応体および/または成分を本開示に従って要求する条件下で一緒にする結果として自然に起こる事であるからである。このように、所望の化学反応の実施に関連してか或は所望の反応の実施で用いるべき混合物を生じさせる時に一緒にすべき材料であるとして反応体および成分を同定する。従って、本明細書の以下に示す請求項で物質、成分および/または材料を現在時制(「含んで成る」、「である」など)で言及することがあり得るかもしれないが、そのような言及は、本開示に従ってそれを他の1種以上の物質、成分および/または材料と最初に接触させるか、一緒にするか、ブレンドするか或は混合する直ぐ前の時間にそれが存在していたように当該物質、成分または材料を言及するものである。反応を実施する時に如何なる変換がインシトゥで起ころうとも、そのような変換は本請求項で保護することを意図する事項である。このように、ある物質、成分または材料がこれを接触させるか、一緒にするか、ブレンドするかまたは混合する操作を行っている過程中に化学的反応もしくは変換を通してそれの元々の同定を失う可能性はあるが、それを化学者の常識および通常の技術を適用して本開示に従って実施するならば、従って、そのことは本開示および本請求項の真の意味および内容の正確な理解および認識にとって全く重要でない。
本発明を1つ以上の好適な態様に関して記述してきたが、以下の請求項に示す本発明の範囲から逸脱しない限り他の修飾を成してもよいと理解されるべきである。

Claims (8)

  1. a)ブレンステッド酸のカチオン[QmH]+[ここで、Hはプロトンであり、mは1または2であり、各Qはルイス塩基であり、かつ各ルイス塩基Qは他のいずれかのルイス塩基Qと同一もしくは異なってもよい];および
    b)少なくとも1種の担体と化学的に結合していアルミン酸アニオンであって、アルミン酸アニオン中の大部分の各々のアルミニウム原子が前記担体の表面に存在する少なくとも2個の酸素原子と化学的に結合して、キレート化するアルミニウム中心を形成している、アルミン酸アニオン
    を含有して成る組成物。
  2. 少なくとも、
    a)大部分が水素結合形態であるヒドロキシル基を有する担体;
    b)有機アルミニウム化合物;
    c)ルイス塩基;および
    d)ブレンステッド酸
    から生じ、前記ルイス塩基と前記ブレンステッド酸が少なくとも1種のイオン性ブレンステッド酸を形成し、担体上のヒドロキシル基と大部分の有機アルミニウム化合物中のアルミニウム原子がキレート化するアルミニウム中心を形成している
    組成物。
  3. 担体が、カ焼を100℃から400℃の温度で受けたシリカである請求項2に記載の組成物。
  4. 有機アルミニウム化合物がAlR n (XR 1 (3-n) [ここで、
    Alはアルミニウムであり;
    各Rは水素または炭素原子数が20以下のヒドロカルビル基であり、かつ各Rは他のいずれかのRと同一もしくは異なってもよく;
    各XR 1 に関して、Xはヘテロ原子でありそしてR 1 は前記ヘテロ原子を通してAlと結合している炭素原子数が20以下の有機基であり;
    各XR 1 は他のいずれかのXR 1 と同一もしくは異なってもよく;そして
    nは1、2または3である]
    を含んで成る請求項2に記載の組成物
  5. (担体上のOHのミリモル)/(担体のg)と(有機アルミニウム化合物のミリモル)/(担体のg)の比率が1.80:1から2.20:1である請求項2に記載の組成物。
  6. ルイス塩基が第三級アミンNR 2 3 [ここで、各R 2 は水素または炭素原子数が20以下のヒドロカルビル基であり、かつ各R 2 は他のいずれかのR 2 と同一もしくは異なってもよい]を含んで成る請求項2に記載の組成物。
  7. オレフィン重合用触媒組成物であって、少なくとも請求項2に記載の組成物とアルキル置換遷移金属成分を一緒にすることで生じさせた触媒組成物。
  8. 単量体を重合させる方法であって、請求項2に記載の組成物、アルキル置換遷移金属成分および単量体を一緒にすることを含んで成る方法
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