JP6190594B2 - オレフィン重合用触媒の製造方法およびこれにより得られるオレフィン重合用触媒を用いたエチレン系重合体の製造方法 - Google Patents

オレフィン重合用触媒の製造方法およびこれにより得られるオレフィン重合用触媒を用いたエチレン系重合体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、オレフィン重合用固体触媒の製造方法およびこれにより得られるオレフィン重合用固体触媒を用いたエチレン系重合体の製造方法に関する。さらに詳しくは、重合中の塊形成ならびにファウリングを抑制するオレフィン重合用固体触媒の製造方法およびこれにより得られるオレフィン重合用固体触媒を用いたエチレン系重合体の製造方法に関する。
従来から、オレフィン(共)重合体を製造する触媒として、ジルコノセンなどの遷移金属錯体と有機アルミニウムオキシ化合物(アルミノキサン)などの助触媒成分とからなるオレフィン重合用触媒が知られており、中でも、スラリー重合あるいは気相重合を行う場合には、一般に、生成する重合体の粉体性状を良化させるため、遷移金属錯体や有機アルミニウムオキシ化合物をシリカゲルなどの固体状担体に担持させた固体触媒が用いられている(非特許文献1)。
中でも、近年、長鎖分岐鎖の導入や分子量分布を広げることなどを目的として、複数種の遷移金属錯体を同じ固体状担体に担持させた固体触媒の例が開示されている(特許文献1〜3)。
一方、スラリー重合ならびに気相重合プロセスにおける、ポリマー塊形成ならびにファウリング抑制策として、[1]固体触媒にオレフィンを予備重合させる方法(特許文献4)、[2]予備重合触媒に界面活性剤を担持する方法(特許文献5)、[3]重合系内に界面活性剤を添加する方法(特許文献6)、などが報告されている。
特開2002−515521号公報 特開2006−233208号公報 特開2006−321991号公報 特開昭63−152608号公報 特開2000−297114号公報 特開2000−327707号公報
Chem. Rev. 2005, 105, p.4073-4147
上記のように、複数種の遷移金属錯体を同じ固体状担体に担持させた固体触媒の例が開示されているが、これらの固体触媒の存在下にオレフィンを導入し、スラリー重合あるいは気相重合を行なうと、重合器内でのポリマー塊形成ならびにファウリングが確認され、長期間の安定運転が阻害されることがあった。
そして、ポリマー塊形成ならびにファウリング抑制策として報告されている上記の方法のみでは十分な効果が得られないことがあった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、オレフィン(共)重合体の製造において、重合器内でのポリマー塊形成ならびにファウリングを防止できるオレフィン重合用触媒の製造方法を提供することを目的としている。
本発明者らは、上記状況を鑑み鋭意研究した結果、オレフィン重合用触媒の製造工程において、特定の製造方法をとることで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は次の[1]〜[7]に関する。
[1] 下記工程(a)および(b)を含むことを特徴とするオレフィン重合用触媒の製造方法:
工程(a):遷移金属錯体(A)と、固体状担体(S)とを、下記要件(i)
(i)50℃≦Ta≦150℃
を満たす温度Taで接触させて、遷移金属錯体付加担体(Sa)を得る工程;
工程(b):遷移金属錯体(B)と、前記遷移金属錯体付加担体(Sa)とを、下記要件(ii)
(ii)Tb<Ta
を満たす温度Tbで接触させる工程;
ここで、前記遷移金属錯体(B)は、以下の要件(p)を満たす:
(p)遷移金属錯体を含むオレフィン重合用触媒存在下で、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとを共重合させたときに、
当該遷移金属錯体として、前記遷移金属錯体(B)を単独で用いて得られる重合体におけるα−オレフィンのモル含量Xbが、
当該遷移金属錯体として、前記遷移金属錯体(B)に代えて前記遷移金属錯体(A)を単独で用いたことを除き、前記遷移金属錯体(B)を用いたときと同一の共重合条件下で得られる重合体におけるα−オレフィンのモル含量Xaに対して、
Xb<Xa
の関係にある。
[2] 前記温度Tbが、下記要件(ii')および(iii)
(ii') Tb≦Ta−20℃
(iii) Tb≧0℃
をさらに満たすことを特徴とする、前記[1]に記載のオレフィン重合用触媒の製造方法。
[3] 前記温度Taが、下記要件(i')
(i')70℃≦Ta≦150℃
を満たすことを特徴とする、前記[1]または[2]に記載のオレフィン重合用触媒の製造方法。
[4] 前記遷移金属錯体(A)が、下記一般式(I)もしくは(II)で表されることを特徴とする、前記[1]〜[3]のいずれかに記載のオレフィン重合用触媒の製造方法:
Figure 0006190594
[一般式(I)中、
1〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、炭化水素基、ハロゲン含有基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれ、同一でも互いに異なっていてもよく、また隣接する2個の基が互いに連結して環を形成してもよく、
1は、二価の基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、ならびに、ハロゲン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれる基であり、
Xは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、ハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基、酸素含有基、硫黄含有基、窒素含有基およびリン含有基から選ばれる原子または基であり、
Mは周期表第4族遷移金属原子を示す。];
Figure 0006190594
[一般式(II)中、
13〜R24は、それぞれ独立に、水素原子、炭化水素基、ハロゲン含有基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれ、同一でも互いに異なっていてもよく、また隣接する2個の基が互いに連結して環を形成してもよく、
2は、二価の基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、ならびに、ハロゲン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれる基であり、
Xは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、ハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基、酸素含有基、硫黄含有基、窒素含有基およびリン含有基から選ばれる原子または基であり、
Mは周期表第4族遷移金属原子を示す。]。
[5] 前記遷移金属錯体(B)が、下記一般式(III)もしくは(IV)で表されることを特徴とする、前記[1]〜[4]のいずれかに記載のオレフィン重合用触媒の製造方法:
Figure 0006190594
[一般式(III)中、
25〜R32は、それぞれ独立に水素原子、炭化水素基、ハロゲン含有基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、およびスズ含有基から選ばれ、同一でも互いに異なっていてもよいが、すべてが同時に水素原子ではなく、隣接する基が互いに結合して環を形成してもよく、
3は、二価の基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、ならびに、ハロゲン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれる基であり、
Xは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、ハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基、酸素含有基、硫黄含有基、窒素含有基およびリン含有基から選ばれる原子または基であり、
Mは周期表第4族遷移金属原子を示す。];
Figure 0006190594
[一般式(IV)中、
Mは周期律表第4族遷移金属原子を示し、
mは、1〜4の整数を示し、
33は、分岐状または直鎖状脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂環式炭化水素基であり、
34〜R38は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、ヘテロ環式化合物残基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、またはスズ含有基を示し、これらのうちの2個以上が互いに連結して環を形成していてもよく、mが2の場合にはR34〜R38で示される基のうち2個の基が連結されていてもよく(但し、R33同士が結合されることはない)、同一でも互いに異なっていてもよく、
nは、Mの価数を満たす数であり、
Xは、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、酸素含有基、硫黄含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、アルミニウム含有基、リン含有基、ハロゲン含有基、ヘテロ環式化合物残基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、またはスズ含有基を示し、nが2以上の場合は、Xで示される複数の基は同一でも互いに異なっていてもよく、またXで示される複数の基は互いに結合して環を形成してもよい。]。
[6] 前記[1]〜[5]のいずれかに記載の製造方法によって得られるオレフィン重合用触媒。
[7] エチレンの単独重合、または、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとの共重合を、前記[6]に記載のオレフィン重合用触媒の存在下で行うことを特徴とするエチレン系重合体の製造方法。
[8] 前記エチレン系重合体が、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとの共重合体であって、下記要件(1')〜(5')を満たすことを特徴とする、前記[7]に記載のエチレン系重合体の製造方法:
(1')190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)が0.1g/10分以上100g/10分以下である;
(2')密度が875kg/m3以上945kg/m3以下である;
(3')13C−NMRにより測定された炭素原子1000個当たりのメチル分岐数〔Me(/1000C)〕とエチル分岐数〔Et(/1000C)〕との和〔(Me+Et)(/1000C)〕が1.80以下である;
(4')200℃におけるゼロせん断粘度〔η0(P)〕と、GPC-粘度検出器法(GPC-VISCO)により測定された重量平均分子量の6.8乗(Mw6.8)の比、η0/Mw6.8が、0.03×10-30以上7.5×10-30以下である;
(5')135℃デカリン中で測定した極限粘度〔[η](dl/g)〕と、GPC-粘度検出器法(GPC-VISCO)により測定された重量平均分子量の0.776乗(Mw0.776)の比、[η]/Mw0.776が、0.80×10-4以上1.65×10-4以下である。
本発明により製造するオレフィン重合用触媒は、ポリマー塊やファウリングの発生を防止することができ、安定してオレフィン重合を実施できるという利点がある。
測定例1−1、2−1、2−2の重合についての、重合開始直後から30分間のエチレン消費速度の推移を表す図。 測定例1−5、2−3、2−4の重合についての、重合開始直後から30分間のエチレン消費速度の推移を表す図。
以下、本発明に係るオレフィン重合用触媒の製造方法ならびに該触媒を用いたエチレン系重合体の製造方法について具体的に説明する。本発明において「重合」という語は、単独重合のみならず共重合を包含した意で用いられることがあり、また「重合体」という語は単独重合体のみならず共重合体を包含した意で用いられることがある。
<オレフィン重合用触媒の製造方法>
本発明に係るオレフィン重合用触媒の製造方法は、下記工程(a)および(b)を含むことを特徴とする:
工程(a):遷移金属錯体(A)と、固体状担体(S)とを、下記要件(i)
(i)50℃≦Ta≦150℃
を満たす温度Taで接触させて、遷移金属錯体付加担体(Sa)を得る工程;
工程(b):遷移金属錯体(B)と、前記遷移金属錯体付加担体(Sa)とを、下記要件(ii)
(ii)Tb<Ta
を満たす温度Tbで接触させる工程。
ここで、本発明において、前記遷移金属錯体(B)は、以下の要件(p)を満たす:
(p)遷移金属錯体を含むオレフィン重合用触媒存在下で、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとを共重合させたときに、
当該遷移金属錯体として、前記遷移金属錯体(B)を単独で用いて得られる重合体におけるα−オレフィンのモル含量Xbが、
当該遷移金属錯体として、前記遷移金属錯体(B)に代えて前記遷移金属錯体(A)を単独で用いたことを除き、前記遷移金属錯体(B)を用いたときと同一の共重合条件下で得られる重合体におけるα−オレフィンのモル含量Xaに対して、
Xb<Xa
の関係にある。
すなわち、本発明に係るオレフィン重合用触媒の製造方法では、固体状担体(S)に、遷移金属錯体(A)と遷移金属錯体(B)を接触させるにあたり、
遷移金属錯体(A)との接触が特定の温度範囲内で行われ、
遷移金属錯体(A)との接触を行った後、遷移金属錯体(B)との接触が行われ、このとき、
オレフィン重合用触媒としてエチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとの共重合に用いられたときに、遷移金属錯体(A)よりもα−オレフィン含量の低いエチレン・α−オレフィン共重合体を与える遷移金属錯体が、遷移金属錯体(B)として用いられるとともに、
遷移金属錯体(B)との接触が、遷移金属錯体(A)との接触を行う温度よりも低い温度で行われる。
ここで、ある一定以上の分子量を有するエチレン系重合体において、融点はα−オレフィン含量に依存しており、α−オレフィン含量が少ないほど融点は高く、α−オレフィン含量が多いほど融点は低くなる傾向にある。またα−オレフィン含量Xb<Xaの関係は、α−オレフィンの種類、重合温度などエチレン系重合体の製造において維持される。
なお、α-オレフィン含量は、日本分光社製赤外分光光度計FT-IR 410型を用い、以下のように測定する。
[測定条件]
エチレン系重合体約0.3gをテフロン(登録商標)シート(0.1mm厚)、アルミ板(0.1mm厚)、鉄板(2〜3mm厚)の順にはさみ、これを、油圧成形機で加熱温度180℃、加熱時間3分、成形圧力50〜100kg/cm2でプレスし、その後、室温で1分間、圧力0〜50kg/cm2で冷却することにより測定試料を調製する。測定は透過率法により行ない、1−ヘキセン含量の場合はn−ブチル基数を定量する。
以下、本発明に係るオレフィン重合用触媒の製造方法について、詳細に説明する。
本発明者らは、重合器内でポリマー塊形成ならびにファウリングを引き起こす要因として、重合初期における重合体同士もしくは重合器壁との溶融付着に着目した。ここで、本発明において「重合初期」という語は、固体触媒を重合系内へ挿入した直後から、平均滞留時間の1/3以下までの系内滞留時間を示す。
溶融付着は、重合中に固体触媒が融点付近あるいは融点以上の温度になることで発生する。特に、重合初期の固体触媒は、重合体をほとんど纏っていないため、熱容量が小さく、温度が上昇しやすいことで、溶融付着が起こりやすいと考えられる。
そして、2種以上の遷移金属錯体を用いた固体触媒系においては、各々の遷移金属錯体に由来する重合体の融点が異なる場合、重合初期に生成する重合体の融点が、最終的に得られる重合体の平均融点に対して低くなることがあり、この時に、重合系内でのポリマー塊形成ならびにファウリングが起こりやすいと推測した。
単一遷移金属錯体の触媒系では、同一の重合環境下において、得られる重合体はほぼ一定の組成を有しており、重合初期に生成する重合体の融点のみが低くなることは起こりえず、本現象は2種以上の遷移金属錯体を用いてなる固体触媒に特有の挙動であると考えられる。
また、本現象は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・α−オレフィン共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体などすべてのポリオレフィン製造においてポリマー塊ならびにファウリングを引き起こす要因になりうる問題と推定される。
本発明者らは、一方の遷移金属錯体の重合初期活性を選択的に抑制することを検討した。そして、オレフィン重合用触媒の製造工程において、2種の遷移金属錯体と固体状担体とをそれぞれ異なる温度で接触させることで、重合器内でのポリマー塊形成ならびにファウリングを抑制できることを見出した。
具体的には、固体状担体との接触温度を高くした遷移金属錯体について、重合初期活性の抑制効果が得られ、その結果、重合開始から終了までの平均活性に対する重合初期の相対活性が、接触温度の上昇とともに低く抑えられることが明らかとなった。さらに、その後、低温での処理を加えても、上記の重合活性抑制効果が維持されることを見出した。本発明では、この知見に基づき、工程(b)を、工程(a)を行う温度Taよりも低い温度Tbで行う。
ここで、接触温度が高いほど重合初期活性の抑制効果が大きいことから、本発明においては、工程(a)における接触を、50℃以上、好ましくは70℃以上で行う。一方、150℃を越える接触温度では、遷移金属錯体の変質などにより十分な触媒性能が発現しない場合があることから、本発明においては、工程(a)における接触を150℃以下の温度で行う。したがって、本発明では、工程(a)における接触は、上記温度範囲で行われる。
そして、2種の遷移金属錯体(A)、(B)を用いた固体触媒の製造工程において、α−オレフィン含量の高い共重合体を重合する遷移金属錯体(A)をより高温で、α−オレフィン含量の低い共重合体を重合する遷移金属錯体(B)をより低温で、固体状担体(S)と接触させることにより、重合系内でのポリマー塊やファウリングの発生を防止しうるオレフィン重合用触媒を製造することができた。
この時、重合初期に生成した重合体中の(遷移金属錯体(A)由来の重合体)/(遷移金属錯体(B)由来の重合体)の成分比と、最終的に得られた重合体中の(遷移金属錯体(A)由来の重合体)/(遷移金属錯体(B)由来の重合体)の成分比とを比較すると、重合初期に生成した重合体の方が、α−オレフィン含量の低い遷移金属錯体(B)由来重合体の割合が高くなると推定される。ここで、ある一定以上の分子量を有するエチレン系重合体において、融点はα−オレフィン含量に依存しており、α−オレフィン含量が少ないほど融点は高く、α−オレフィン含量が多いほど融点は低くなる傾向にあることを考慮すれば、上記の推定によって、重合初期により高融点の殻を形成することにより、溶融付着が抑制できることが示唆される。したがって、本発明では、工程(a)で、α−オレフィン含量の高い共重合体を重合する遷移金属錯体を遷移金属錯体(A)として用いるとともに、工程(b)で、α−オレフィン含量の低い共重合体を重合する遷移金属錯体を遷移金属錯体(B)として用いる。
なお、融点の支配因子としては、上記のα−オレフィン含量だけでなく、低分子量成分含量、立体規則性などが挙げられ、これら因子により、より低融点の重合体を生成する遷移金属錯体の重合初期活性を選択的に抑制することで、溶融付着を防ぐことができる。
即ち、本発明に係るオレフィン重合用触媒の製造方法は、エチレン・α−オレフィン共重合体の製造に用いられるオレフィン重合用触媒に適用できるが、これに限らず、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・α−オレフィン共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体などすべてのオレフィン重合用触媒にも適用できるものである。
また、本発明では、遷移金属錯体(A)および遷移金属錯体(B)を固体状担体(S)と接触させるにあたり、遷移金属錯体(B)との接触を行う温度Tbを、遷移金属錯体(A)との接触を行う温度Taに対して、Tb<Taの関係を満たす温度とすることで、重合系内でのポリマー塊やファウリングの発生を防止しうるという本発明の効果が得られる。ただ、TaとTbの差が大きいほどその効果が大きく、特に(Ta−Tb)が20℃以上であること、すなわち、Tb≦Ta−20℃の関係を満たすことが望ましい。
ただ、Tbが0℃未満の接触温度では、反応速度が遅くなり生産性が低下する場合がある。したがって、本発明では、工程(b)の接触を行う温度Tbが0℃以上であること、すなわち、Tb≧0(℃)であることが好ましい。
遷移金属錯体(A)と固体状担体(S)との接触時間、並びに、遷移金属錯体(B)と固体状担体(S)との接触時間は、いずれも、通常0.1〜10時間、好ましくは0.1〜4時間である。固体状担体(S)に対するこれらの遷移金属錯体の接触量は、固体状担体(S)に対して、遷移金属錯体中の遷移金属原子(M)として、(A)と(B)の和が、通常0.01〜10質量パーセント、好ましくは0.05〜3質量パーセントとなる量である。製造したオレフィン重合用触媒中の全遷移金属原子(M)量は、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により求めることができる。
<遷移金属錯体(A)および(B)の使用量比>
遷移金属錯体(A)および(B)の使用量比は、オレフィン重合体の分子量および分子量分布から任意に決定できるが、好ましい範囲として、遷移金属錯体(A)から生成する重合体と遷移金属錯体(B)から生成する重合体との比率[=遷移金属錯体(B)由来の重合体量/遷移金属錯体(A)由来の重合体量]が、通常30/70〜99.5/0.5、好ましくは40/60〜99/1である。
ここで、遷移金属錯体(A)および(B)由来の重合体生成比率の算出方法について説明する。
後述のGPC測定法により得られる、オレフィン重合体の分子量分布曲線は実質的に2つもしくは3つのピークから構成される。1番低分子量側のピークは遷移金属錯体(B)に由来するピークであり、2番目のピークは遷移金属錯体(A)に由来するピークであり、3番目のピークは、遷移金属錯体(A)と(B)が後述の好ましい例の時に生成するピークであるが、これも遷移金属錯体(A)に由来するピークと見なす。そして、遷移金属錯体(B)に由来するピーク(すなわち、1番低分子量側のピーク)と遷移金属錯体(A)に由来するピーク(すなわち、2番目と3番目のピーク)との比率[=遷移金属錯体(B)に由来するピーク/遷移金属錯体(A)に由来するピーク]を、遷移金属錯体(A)から生成する重合体と遷移金属錯体(B)から生成する重合体との比率[=遷移金属錯体(B)由来の重合体量/遷移金属錯体(A)由来の重合体量]として定義する。
各ピークの比率は、オレフィン重合体の分子量分布曲線(G1)と、遷移金属錯体(B)と固体状担体(S)とからなる固体触媒(すなわち、遷移金属錯体(A)を含まない触媒)を用いたことを除き、オレフィン重合体を得るときと同様の条件にて重合して得られた重合体の分子量分布曲線(G2)と、遷移金属錯体(A)と固体状担体(S)とからなる固体触媒(すなわち、遷移金属錯体(B)を含まない触媒)を用いたことを除き、オレフィン重合体を得るときと同様の条件にて重合して得られた重合体の分子量分布曲線(G3)と、を用いて、下記の方法により実施した。なお、本発明において「分子量分布曲線」という語は、特別の記載がない限り、微分分子量分布曲線を指してよい。また、分子量分布曲線について「面積」というときは、分子量分布曲線とベースラインとの間に形成される領域の面積をいう。
[1](G1)、(G2)、(G3)の各数値データにおいて、Log(分子量)を0.02間隔に分割し、さらに(G1)、(G2)、(G3)のそれぞれについて、面積が1となるように強度[dwt/d(log分子量)]を正規化する。
[2](G2)と(G3)との合成曲線(G4)を作成する。このとき、各分子量における(G1)の強度と(G4)の強度との差の絶対値が概ね0.0005以下となるように、(G2)および(G3)の各分子量における強度を一定の比率で任意に変更する。なお、高分子量側では生成する第3ピークの影響により、(G1)の強度と(G4)の強度との差の絶対値が0.0005より大きくなってしまうことがあるため、より低分子量側で(G1)の強度と(G4)の強度との差の絶対値が0.0005以下となるように、(G2)および(G3)の強度を変更していく。
[3](G1)における最大重量分率での分子量をピークトップとしたときに、当該ピークトップより高分子量側における(G1)と(G4)との重なり合わない部分、すなわち、(G1)と(G4)との差分曲線(G5)を作成したときに、当該差分曲線(G5)において、(G1)における最大重量分率での分子量より高分子量側に現れるピーク部分[(G1)−(G4)]を、上記「3番目のピーク」とする。
[4] 遷移金属錯体(A)に由来するピークの比率Wa、遷移金属錯体(B)に由来するピークの比率Wbを以下の通り算出する。
Wa=S(G3)+S(G5)
Wb=S(G2)
ここで、S(G2)、S(G3)はそれぞれ強度を変更した後の(G2)、(G3)の面積であり、S(G5)は(G5)の面積である。
たとえば、(G4)が、(G2)の強度をx倍したものに、(G3)の強度をy倍したものを加算することにより得られた場合、上記[1]に記載した正規化によって元の(G2)および(G3)の面積は共に1とされていることから、S(G2)、S(G3)、S(G4)、S(G5)は、それぞれx、y、(x+y)、1−(x+y)となる。したがって、上記WaおよびWbは、上記xおよびyを用いて、それぞれ以下のように表すことができる。
Wa=1−x
Wb=x
なお、分子量分布曲線は、ウォーターズ社製ゲル浸透クロマトグラフallianceGPC2000型(高温サイズ排除クロマトグラフ)を用い、以下のようにして算出する。
[使用装置および条件]
解析ソフト;クロマトグラフィデータシステムEmpower(Waters社)
カラム;TSKgel GMH6- HT×2+TSKgel GMH6-HTL×2
(内径7.5mm×長さ30cm,東ソー社)
移動相;o-ジクロロベンゼン(和光純薬 特級試薬)
検出器;示差屈折計(装置内蔵)
カラム温度;140℃
流速;1.0mL/分
注入量;500μL
サンプリング時間間隔;1秒
試料濃度;0.15%(w/v)
分子量較正;単分散ポリスチレン(東ソー社)/分子量495〜分子量2060万
Z. Crubisic, P. Rempp, H. Benoit, J. Polym. Sci., B5, 753 (1967) に記載された汎用較正の手順に従い、ポリエチレン分子量換算として分子量分布曲線を作成する。
<遷移金属錯体(A)、(B)>
次に、本発明で遷移金属錯体(A)、(B)として用いうる具体的な遷移金属錯体について説明する。
本発明において用いられる遷移金属錯体(B)は、遷移金属錯体(A)との関係において、以下の要件(p)を満たす:
(p)遷移金属錯体を含むオレフィン重合用触媒存在下で、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとを共重合させたときに、
当該遷移金属錯体として、前記遷移金属錯体(B)を単独で用いて得られる重合体におけるα−オレフィンのモル含量Xbが、
当該遷移金属錯体として、前記遷移金属錯体(B)に代えて前記遷移金属錯体(A)を単独で用いたことを除き、前記遷移金属錯体(B)を用いたときと同一の共重合条件下で得られる重合体におけるα−オレフィンのモル含量Xaに対して、
Xb<Xa
の関係にある。
遷移金属錯体(A)、(B)は、このような要件(p)を満たすこと以外に何ら限定されるものではないが、好ましい例を以下に示す。
遷移金属錯体(A)
本発明で用いられる遷移金属錯体(A)は、特に限定されるものではないものの、その好適な例として、下記一般式(I)もしくは(II)で表される遷移金属錯体が挙げられる。
(A1)一般式(I)で表される遷移金属錯体
Figure 0006190594
上記一般式(I)中、Mは周期表第4族遷移金属原子を示し、具体的には、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムから選ばれる遷移金属原子であり、好ましくはジルコニウムである。
1〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、炭化水素基、ハロゲン含有基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれ、同一でも互いに異なっていてもよく、また隣接する2個の基が互いに連結して環を形成してもよい。
炭化水素基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基およびアリールアルキル基などが挙げられる。アルキル基としては、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、s−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、ノニル基、ドデシル基およびエイコシル基などが挙げられる。シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基およびアダマンチル基などが挙げられる。アルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基およびシクロヘキセニル基などが挙げられる。アリール基としては、フェニル、トリル、ジメチルフェニル、トリメチルフェニル、エチルフェニル、プロピルフェニル、ビフェニル、α−またはβ−ナフチル、メチルナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ベンジルフェニル、ピレニル、アセナフチル、フェナレニル、アセアントリレニル、テトラヒドロナフチル、インダニルおよびビフェニリルが挙げられる。アリールアルキル基としては、ベンジル、フェニルエチルおよびフェニルプロピルなどが挙げられる。
1〜R12に好ましい基は、水素原子および炭化水素基であり、より好ましくはR1〜R4が水素原子であり、R5〜R12がそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20のアルキル基である。
1は、二つの配位子を結合する二価の基であり、具体的には、二価の基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、ならびにハロゲン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれる基であり、好ましくは、炭素数1〜20の二価の炭化水素基、または二価のケイ素含有基であり、特に好ましくは炭素数1〜10の二価の炭化水素基である。
ここで、本発明で好適に用いることができる二価の炭化水素基として、アルキレン基、置換アルキレン基およびアルキリデン基が挙げられる。すなわち、本発明で好適に用いることができる二価の炭化水素基の具体例としては、メチレン、エチレン、プロピレンおよびブチレンなどのアルキレン基;イソプロピリデン、ジエチルメチレン、ジプロピルメチレン、ジイソプロピルメチレン、ジブチルメチレン、メチルエチルメチレン、メチルブチルメチレン、メチル−t−ブチルメチレン、ジヘキシルメチレン、ジシクロヘキシルメチレン、メチルシクロヘキシルメチレン、メチルフェニルメチレン、ジフェニルメチレン、ジトリルメチレン、メチルナフチルメチレン、ジナフチルメチレン、1−メチルエチレン、1,2−ジメチルエチレンおよび1−エチル−2−メチルエチレンなどの置換アルキレン基;シクロプロピリデン、シクロブチリデン、シクロペンチリデン、シクロヘキシリデン、シクロヘプチリデン、ビシクロ[3.3.1]ノニリデン、ノルボルニリデン、アダマンチリデン、テトラヒドロナフチリデンおよびジヒドロインダニリデンなどのシクロアルキリデン基ならびにエチリデン、プロピリデンおよびブチリデンなどのアルキリデン基などが挙げられる。
また、二価のケイ素含有基としては、シリレン;あるいは、メチルシリレン、ジメチルシリレン、ジイソプロピルシリレン、ジブチルシリレン、メチルブチルシリレン、メチル−t−ブチルシリレン、ジシクロヘキシルシリレン、メチルシクロヘキシルシリレン、メチルフェニルシリレン、ジフェニルシリレン、ジトリルシリレン、メチルナフチルシリレン、ジナフチルシリレン、シクロジメチレンシリレン、シクロトリメチレンシリレン、シクロテトラメチレンシリレン、シクロペンタメチレンシリレン、シクロヘキサメチレンシリレンおよびシクロヘプタメチレンシリレンなどのアルキルシリレン基が挙げられ、特に好ましくは、ジメチルシリレン基およびジブチルシリレン基などのジアルキルシリレン基が挙げられる。
Xは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、ハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基、酸素含有基、硫黄含有基、窒素含有基およびリン含有基から選ばれる原子または基であり、好ましくはハロゲン原子または炭化水素基である。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素が挙げられ、特に好ましくは塩素が挙げられる。
一般式(I)で表される遷移金属錯体(A)の好ましい化合物の具体例として、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタニウムジクロリド、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ハフニウムジクロリド、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(3,6−ジ−t−ブチルフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(オクタメチルオクタヒドリドジベンズフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチルフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(3,6−ジ−t−ブチルフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジブチルメチレン(シクロペンタジエニル)(オクタメチルオクタヒドリドジベンズフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、シクロヘキシリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、シクロヘキシリデン(シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチルフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、シクロヘキシリデン(シクロペンタジエニル)(3,6−ジ−t−ブチルフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、シクロヘキシリデン(シクロペンタジエニル)(オクタメチルオクタヒドリドジベンズフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチルフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3,6−ジ−t−ブチルフルオレニル)ジルコニウムジクロリドおよびジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(オクタメチルオクタヒドリドジベンズフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジーp−トリルメチレン(シクロペンタジエニル)(オクタメチルオクタヒドリドジベンズフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、などが挙げられ、特に好ましい具体例として、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジーp−トリルメチレン(シクロペンタジエニル)(オクタメチルオクタヒドリドジベンズフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、などが挙げられる。
(A2)一般式(II)で表される遷移金属錯体
Figure 0006190594
上記一般式(II)中、Mは上記式(I)中のMと同様のものが挙げられ、好ましくはジルコニウムである。
13〜R24は、それぞれ独立に、水素原子、炭化水素基、ハロゲン含有基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれ、同一でも互いに異なっていてもよく、また隣接する2個の基が互いに連結して環を形成してもよい。ここで、炭化水素基の具体例としては、上記式(I)中のR1〜R12に用いうる炭化水素基と同様のものが挙げられる。
13〜R24に好ましい基として水素原子および炭化水素基が挙げられ、より好ましくはR13〜R24がそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20のアルキル基である。
2は、二つの配位子を結合する二価の基であり、具体的には、二価の基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、ならびにハロゲン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれる基であり、好ましくは、炭素数1〜20の二価の炭化水素基、または二価のケイ素含有基である。ここで、二価の炭化水素基として、アルキレン基、置換アルキレン基およびアルキリデン基が挙げられ、その具体例としては、上記式(I)中のQ1に用いうるアルキレン基、置換アルキレン基およびアルキリデン基と同様のものが挙げられる。また、二価のケイ素含有基として、上記式(I)中のQ1に用いうるケイ素含有基と同様のものが挙げられ、特に好ましい二価のケイ素含有基として、ジメチルシリレン基およびジブチルシリレン基などのジアルキルシリレン基が挙げられる。
Xは、上記式(I)中のXと同様のものが挙げられる。
一般式(II)で表される遷移金属錯体(A)の好ましい化合物の具体例として、エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、エチレンビス(インデニル)チタニウムジクロリド、エチレンビス(インデニル)ハフニウムジクロリド、エチレンビス(インデニル)ジメチルジルコニウム、エチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、エチレンビス(2−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、エチレンビス(4−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、エチレンビス(5−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、エチレンビス(2,4−ジメチル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、エチレンビス(5−メトキシ−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2,4−ジメチル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−メチル−4−シクロヘキシル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−メチル−4−フェニル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジフェニルシリレンビス(2−メチル−4−フェニル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジ(p−トリル)シリレンビス(2−メチル−4−フェニル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジ(p−クロロフェニル)シリレンビス(2−メチル−4−フェニル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−メチル−4,5−ベンゾ−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−メチル−4,5−アセナフトシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(2−メチル−4,5−ベンゾ−1−インデニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、などが挙げられ、特に好ましい具体例として、エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−メチル−4,5−ベンゾ−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−メチル−4−フェニル−1−インデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(2−メチル−4,5−ベンゾ−1−インデニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、などが挙げられる。
遷移金属錯体(B)
本発明で用いられる遷移金属錯体(B)は、上記遷移金属錯体(A)との関係において上記要件(p)を満たすものである限り、特に限定されるものではないものの、その好適な例として、下記一般式(III)もしくは(IV)で表される遷移金属錯体が挙げられる。
(B1)一般式(III)で表される遷移金属錯体
Figure 0006190594
上記一般式(III)中、Mは上記式(I)中のMと同様のものが挙げられ、好ましくはジルコニウムである。
25〜R32は、それぞれ独立に水素原子、炭化水素基、ハロゲン含有基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、およびスズ含有基から選ばれ、互いに同一でも異なっていてもよいが、すべてが同時に水素原子ではない。また、R25〜R32は、隣接する基が互いに結合して脂肪族環などの環を形成してもよい。ここで、炭化水素基として、炭素数1〜20の炭化水素基が好適に用いられる。R25〜R32に用いうる炭化水素基の具体例としては、上記式(I)中のR1〜R12に用いうる炭化水素基と同様のものが挙げられる。
25〜R32に好ましい基として水素原子および炭化水素基が挙げられ、より好ましくはR25〜R32がそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20のアルキル基である。
3は二つの配位子を結合する二価の基であり、具体的には、二価の基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、ならびに、ハロゲン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれる基であり、特に好ましくは二価のケイ素含有基である。
ここで、二価のケイ素含有基として、上記式(I)中のQ1に用いうる二価のケイ素含有基と同様のものが挙げられ、特に好ましい二価のケイ素含有基として、ジメチルシリレン基およびジブチルシリレン基などのジアルキルシリレン基が挙げられる。
Xは、上記式(I)中のXと同様のものが挙げられる。
上記一般式(III)で表される遷移金属錯体(B)の好ましい化合物の具体例として、ジメチルシリレンビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2-メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(3-メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(3-n-ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−エチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−プロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−オクチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジブチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−プロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−オクチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、トリフルオロメチルブチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−プロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、トリフルオロメチルブチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、トリフルオロメチルブチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−オクチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドなどが挙げられ、より好ましい具体例として、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−プロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドおよびジメチルシリレン(3−n−ブチルシクロペンタジエニル)(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドなどが挙げられる。
(B2) 一般式(IV)で表される遷移金属錯体
Figure 0006190594
上記一般式(IV)中、
Mは上記式(I)中のMと同様のものが挙げられ、
mは、1〜4の整数を示す。
33は、分岐状または直鎖状脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂環式炭化水素基であり、
34〜R38は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基(例えば、炭素数1〜30の炭化水素基)、ヘテロ環式化合物残基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、またはスズ含有基を示し、これらのうちの2個以上が互いに連結して環を形成していてもよく、mが2の場合にはR34〜R38で示される基のうち2個の基が連結されていてもよく(但し、R33同士が結合されることはない)、同一でも互いに異なっていてもよい。
nは、Mの価数を満たす数であり、
Xは、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、酸素含有基、硫黄含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、アルミニウム含有基、リン含有基、ハロゲン含有基、ヘテロ環式化合物残基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、またはスズ含有基を示し、nが2以上の場合は、Xで示される複数の基は互いに同一でも異なっていてもよく、またXで示される複数の基は互いに結合して環を形成してもよい。
ここで、好適なR33として、下記一般式(V)または(VI)で表される炭素数1〜30の炭化水素基が挙げられる:
Figure 0006190594
(上記式(V)中、Raは水素原子、脂肪族炭化水素基または脂環族炭化水素基を示し、Rb、Rcは水素原子あるいはメチル基を示し、互いに同一でも異なっていてもよい);
Figure 0006190594
(上記式(VI)中、破線は2つのC'が直接結合するか、あるいは、炭素数1以上の炭
化水素基により、2つのC'と結合していることを示す)。
33の例としては、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、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ヘキシル、などの直鎖状または分岐状のアルキル基、ビニル、アリル、イソプロペニルなどの直鎖状または分岐状のアルケニル基、エチニル、プロパルギルなどの直鎖状または分岐状のアルキニル基、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、アダマンチルなどの環状飽和炭化水素基、インデニル、インデニル、フルオレニルなどの環状不飽和炭化水素基、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ターフェニル、フェナントリル、アントラセニルなどのアリール基、トリル、イソプロピルフェニル、tert−ブチルフェニル、ジメチルフェニル、ジ-tert−ブチルフェニルなどのアルキル置換アリール基などが挙げられる。
34〜R38の例としては、R33と同様の炭化水素基が挙げられ、炭化水素基は、水素原子がハロゲンで置換されていてもよく、たとえば、トリフルオロメチル、ペンタフルオロフェニル、クロロフェニルなどのハロゲン化炭化水素基が挙げられる。
また、上記炭化水素基は、他の炭化水素基で置換されていてもよく、たとえば、ベンジル、クミル、2,2-ジフェニルエチル、トリフェニルメチルなどのアリール基置換アルキル基等が挙げられる。
さらにまた、上記炭化水素基は、ヘテロ環式化合物残基、アルコキシ、アリーロキシ、エステル、エーテル、アシル、カルボキシル、カルボナート、ヒドロキシ、ペルオキシ、カルボン酸無水物などの酸素含有基、アミノ、イミノ、アミド、イミド、ヒドラジノ、ヒドラゾノ、ニトロ、ニトロソ、シアノ、イソシアノ、シアン酸エステル、アミジノ、ジアゾ、アンモニウム塩などの窒素含有基、ボランジイル、ボラントリイル、ジボラニルなどのホウ素含有基、メルカプト、チオエステル、ジチオエステル、アルキルチオ、アリールチオ、チオアシル、チオエーテル、チオシアン酸エステル、イソチアン酸エステル、スルホンエステル、スルホンアミド、チオカルボキシル、ジチオカルボキシル、スルホ、スルホニル、スルフィニル、スルフェニルなどのイオウ含有基、ホスフィド、ホスホリル、チオホスホリル、ホスファトなどのリン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、またはスズ含有基を有していてもよい。
これらのうち、好ましい例としては、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、sec−ブチル、tert−ブチルなどの炭素原子数1〜30、特に好ましくは1〜20の直鎖状または分岐状のアルキル基、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ターフェニル、フェナントリル、アントラセニルなどの炭素原子数6〜30、特に好ましくは6〜20のアリール基、さらにこれらのアリール基にハロゲン原子、炭素原子数1〜30、特に好ましくは1〜20のアルキル基またはアルコキシ基、炭素原子数6〜30、特に好ましくは6〜20のアリール基またはアリーロキシ基等の置換基が1〜5個置換した置換アリール基などが挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。
ヘテロ環式化合物残基としては、ピロール、ピリジン、ピリミジン、キノリン、トリアジンなどの含窒素化合物、フラン、ピランなどの含酸素化合物、チオフェンなどの含硫黄化合物残基、およびこれらのヘテロ環式化合物残基に炭素原子数が1〜30、好ましくは1〜20のアルキル基、アルコキシ基などが置換した基などが挙げられる。
ケイ素含有基としては、シリル基、シロキシ基、炭化水素置換シリル基、炭化水素置換シロキシ基などが挙げられ、メチルシリル、ジメチルシリル、トリメチルシリル、エチルシリル、ジエチルシリル、トリエチルシリル、ジメチルフェニルシリル、トリフェニルシリルなどが好ましく、特にトリメチルシリル、トリエチルシリル、トリフェニルシリル、ジメチルフェニルシリルが好ましい。
34〜R38は、これらのうちの2個以上の基、好ましくは隣接する基が互いに連結して脂肪環、芳香環または、窒素原子等の異原子を含む炭化水素環を形成していてもよく、これらの環はさらに置換基を有していてもよい。
nはMの価数を満たす数であり、具体的には0〜5、好ましくは1〜4、より好ましくは1〜3の整数である。
以上に、本発明で好適に用いられる遷移金属錯体(A)および(B)の例を示したが、本発明で用いられる遷移金属錯体(A)および(B)は、上記要件(p)を満たす限り、上記に例示した化合物に限定されるものではない。つまり、本発明では、遷移金属錯体を含むオレフィン重合用触媒存在下で、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとを共重合させたときに、
当該遷移金属錯体として、前記遷移金属錯体(B)を単独で用いて得られる重合体におけるα−オレフィンのモル含量Xbが、
当該遷移金属錯体として、前記遷移金属錯体(B)に代えて前記遷移金属錯体(A)を単独で用いたことを除き、前記遷移金属錯体(B)を用いたときと同一の共重合条件下で得られる重合体におけるα−オレフィンのモル含量Xaに対して、
Xb<Xa
の関係が成り立つように、遷移金属錯体(A),(B)となる2つの遷移金属錯体を選択すれば良いのである。
ここで、本明細書において「重合体におけるα−オレフィンのモル含量」とは、実際には、当該重合体におけるα−オレフィン由来の構成単位のモル含量を意味する。
この2つの遷移金属錯体のうち、どちらを遷移金属錯体(A)として用い、どちらを遷移金属錯体(B)として用いるかは、具体的には、例えば、以下の(1)〜(3)に示す手順により決定することができる。
(1)2つの遷移金属錯体のうちの一方を第1の遷移金属錯体とし、後述する固体状担体(S)および、所要により用いられる後述する成分(C)と接触させ、固体触媒成分を得る。このとき、後述する「予備重合触媒成分」の項に記載しているように、固体触媒成分に事前にオレフィンを予備重合させて予備重合触媒成分に導いても良い。そして、得られた固体触媒成分または予備重合触媒成分を用いて、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとを共重合させて重合体を得、この重合体におけるα−オレフィン由来の構成単位のモル含量X1を測定する。ここで、「重合体」とあるのは、共重合反応によって、エチレン・α−オレフィン共重合体が得られる場合に限らず、エチレン単独重合体またはα−オレフィン単独重合体が得られる場合をも包含する趣旨である。
(2)2つの遷移金属錯体のうちのもう一方を第2の遷移金属錯体とし、前記「第1の遷移金属錯体」の代わりに当該「第2の遷移金属錯体」を用いることを除いては、前記(1)に示したのと同様の条件で、固体触媒成分および予備重合触媒成分の調製、並びに、共重合を行い、得られる重合体におけるα−オレフィン由来の構成単位のモル含量X2を測定する。
(3)前記(1)および(2)により求められたモル含量X1とX2を比較し、前記「第1の遷移金属錯体」および「第2の遷移金属錯体」のうち、α−オレフィン由来の構成単位の含量がより多い(共)重合体を与える遷移金属錯体を「遷移金属錯体(A)」と、α−オレフィン由来の構成単位の含量がより少ない(共)重合体を与える遷移金属錯体を「遷移金属錯体(B)」とそれぞれ決定する。
したがって、遷移金属錯体(A)として、上記式(I),(II)に示される遷移金属錯体以外の遷移金属錯体、例えば、上記式(III),(IV)に示される遷移金属錯体を用いることを妨げるものではないし、また、遷移金属錯体(B)として、上記式(III),(IV)に示される遷移金属錯体以外の遷移金属錯体、例えば、上記式(I),(II)に示される遷移金属錯体を用いることを妨げるものではない。ただ、後述する本実施例中の測定例1−1〜1−6に示されるとおり、上記式(I),(II)に示される遷移金属錯体は、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとを共重合させたときに、上記式(III),(IV)に示される遷移金属錯体と比べて、α−オレフィンに由来する構成単位をより多く含む重合体を与えやすい傾向にある。したがって、遷移金属錯体(A)として、上記式(I),(II)に示される遷移金属錯体を採用するとともに、遷移金属錯体(B)として、上記式(III),(IV)に示される遷移金属錯体を採用することが好ましい。
<固体状担体(S)>
次に、本発明で用いられる固体状担体(S)について説明する。
本発明で用いることができる固体状担体(S)は、無機または有機の化合物であって、顆粒状または微粒子状の固体である。
このうち無機化合物としては、多孔質酸化物、無機ハロゲン化物、粘土、粘土鉱物またはイオン交換性層状化合物が挙げられ、後述のような多孔質酸化物、無機塩化物などの無機ハロゲン化物が挙げられる。
多孔質酸化物として、具体的にはSiO2、Al2O3、MgO、ZrO、TiO2、B2O3、CaO、ZnO、BaO、ThO2等、またはこれらを含む複合物または混合物を使用、例えば天然または合成ゼオライト、SiO2-MgO、SiO2-Al2O3、SiO2-TiO2、SiO2-V2O5、SiO2-Cr2O3、SiO2-TiO2-MgO等を使用することができる。これらのうち、SiO2を主成分とするものが好ましい。
なお、上記無機酸化物は、少量のNa2CO3、K2CO3、CaCO3、MgCO3、Na2SO4、Al2(SO4)3、BaSO4、KNO3、Mg(NO3)2 、Al(NO3)3 、Na2O、K2O、Li2O等の炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、酸化物成分を含有していても差し支えない。
このような多孔質酸化物は、種類および製法によりその性状は異なるが、本発明で用いられる固体状担体としては、粒径が通常0.2〜300μm、好ましくは1〜200μmであって、比表面積が通常50〜1200m2/g、好ましくは100〜1000m2/gの範囲にあり、細孔容積が通常0.3〜30cm3/gの範囲にあるものが好ましい。このような担体は、必要に応じて、例えば、100〜1000℃、好ましくは150〜700℃で焼成して用いられる。
無機ハロゲン化物としては、MgCl2、MgBr2、MnCl2、MnBr2等が用いられる。無機ハロゲン化物は、そのまま用いてもよいし、ボールミル、振動ミルにより粉砕した後に用いてもよい。また、アルコール等の溶媒に無機ハロゲン化物を溶解させた後、析出剤によって微粒子状に析出させたものを用いることもできる。
粘土は、通常粘土鉱物を主成分として構成される。また、イオン交換性層状化合物は、イオン結合等によって構成される面が互いに弱い結合力で平行に積み重なった結晶構造を有する化合物であり、含有するイオンが交換可能なものである。大部分の粘土鉱物はイオン交換性層状化合物である。また、これらの粘土、粘土鉱物、イオン交換性層状化合物としては、天然産のものに限らず、人工合成物を使用することもできる。
また、粘土、粘土鉱物またはイオン交換性層状化合物として、粘土、粘土鉱物、また、六方細密パッキング型、アンチモン型、CdCl2型、CdI2型等の層状の結晶構造を有するイオン結晶性化合物等を例示することができる。
このような粘土、粘土鉱物としては、カオリン、ベントナイト、木節粘土、ガイロメ粘土、アロフェン、ヒシンゲル石、パイロフィライト、ウンモ群、モンモリロナイト群、バーミキュライト、リョクデイ石群、パリゴルスカイト、カオリナイト、ナクライト、ディッカイト、ハロイサイト等が挙げられ、イオン交換性層状化合物としては、α-Zr(HAsO4) 2・H2O、α-Zr(HPO4)2、α-Zr(KPO4)2・3H2O、α-Ti(HPO4)2、α-Ti(HAsO4)2・H2O、α-Sn(HPO4)2・H2O、γ-Zr(HPO4)2、γ-Ti(HPO4)2、γ-Ti(NH4PO4)2・H2O等の多価金属の結晶性酸性塩等が挙げられる。
このような粘土、粘土鉱物またはイオン交換性層状化合物は、水銀圧入法で測定した半径20Å以上の細孔容積が0.1cm3/g以上のものが好ましく、0.3〜5cm3/gのものが特に好ましい。ここで、細孔容積は、水銀ポロシメーターを用いた水銀圧入法により、細孔半径20Å〜3×104Åの範囲について測定される。
半径20Å以上の細孔容積が0.1cm3/gより小さいものを担体として用いた場合には、高い重合活性が得られにくい傾向がある。
粘土、粘土鉱物には、化学処理を施すことも好ましい。化学処理としては、表面に付着している不純物を除去する表面処理、粘土の結晶構造に影響を与える処理等、いずれも使用できる。化学処理として具体的には、酸処理、アルカリ処理、塩類処理、有機物処理等が挙げられる。酸処理は、表面の不純物を取り除くほか、結晶構造中のAl、Fe、Mg等の陽イオンを溶出させることによって表面積を増大させる。アルカリ処理では粘土の結晶構造が破壊され、粘土の構造の変化をもたらす。また、塩類処理、有機物処理では、イオン複合体、分子複合体、有機誘導体等を形成し、表面積や層間距離を変えることができる。
イオン交換性層状化合物は、イオン交換性を利用し、層間の交換性イオンを別の大きな嵩高いイオンと交換することにより、層間が拡大した状態の層状化合物であってもよい。このような嵩高いイオンは、層状構造を支える支柱的な役割を担っており、通常、ピラーと呼ばれる。また、このように層状化合物の層間に別の物質を導入することをインターカレーションという。インターカレーションするゲスト化合物としては、TiCl4、ZrCl4等の陽イオン性無機化合物、Ti(OR)4、Zr(OR)4、PO(OR)3、B(OR)3等の金属アルコキシド(Rは炭化水素基等)、[Al13O4(OH)24]7+、[Zr4(OH)14]2+、[Fe3O(OCOCH3)6]+等の金属水酸化物イオン等が挙げられる。これらの化合物は単独でまたは2種以上組み合わせて用いられる。また、これらの化合物をインターカレーションする際に、Si(OR)4、Al(OR)3、Ge(OR)4等の金属アルコキシド(Rは炭化水素基等)等を加水分解して得た重合物、SiO2等のコロイド状無機化合物等を共存させることもできる。また、ピラーとしては、上記金属水酸化物イオンを層間にインターカレーションした後に加熱脱水することにより生成する酸化物等が挙げられる。
粘土、粘土鉱物、イオン交換性層状化合物は、そのまま用いてもよく、またボールミル、ふるい分け等の処理を行った後に用いてもよい。また、新たに水を添加吸着させ、あるいは加熱脱水処理した後に用いてもよい。さらに、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
有機化合物としては、粒径が1〜300μmの範囲にある顆粒状あるいは微粒子状固体を挙げることができる。具体的には、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4−メチル−1−ペンテンなどの炭素数2〜14のオレフィンを主成分とする(共)重合体またはビニルシクロヘキサン、スチレン、ジビニルベンゼンを主成分とする(共)重合体、およびそれらの変成体を例示することができる。
<その他の構成成分>
本発明に係るオレフィン重合用触媒の製造方法においては、上記遷移金属錯体(A),(B)および上記固体状担体(S)に加え、必要に応じて、下記に記載の成分をさらに用いることができる。
成分(C)
本発明において、上記遷移金属錯体(A),(B)に加えて、成分(C)をさらに用いることができる。
本発明で用いることができる成分(C)は、下記(c−1)〜(c−3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物である。
(c−1)下記一般式(VII)、(VIII)または(IX)で表される有機金属化合物、
d mAl(ORenpq・・・(VII)
〔一般式(VII)中、RdおよびReは、炭素数が1〜15の炭化水素基を示し、互いに同一でも異なっていてもよく、Xはハロゲン原子を示し、mは0<m≦3、nは0≦n<3、pは0≦p<3、qは0≦q<3の数であり、かつm+n+p+q=3である。〕
aAlRf 4・・・(VIII)
〔一般式(VIII)中、MaはLi、NaまたはKを示し、Rfは炭素数が1〜15の炭化水素基を示す。〕
g rbh st・・・(IX)
〔一般式(IX)中、RgおよびRhは、炭素数が1〜15の炭化水素基を示し、互いに同一でも異なっていてもよく、MbはMg、ZnまたはCdを示し、Xはハロゲン原子を示し、rは0<r≦2、sは0≦s≦1、tは0≦t≦1であり、かつr+s+t=2である。〕
(c−2)有機アルミニウムオキシ化合物、および、
(c−3)遷移金属錯体(A)、(B)と反応してイオン対を形成する化合物、
から選ばれる少なくとも1種の化合物である。
一般式(VII)、(VIII)または(IX)で表される有機金属化合物(c−1)の中では、一般式(VII)で示されるものが好ましく、具体的には、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウムおよびトリオクチルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウム;ならびに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、ジイソプロピルアルミニウムハイドライド、ジ−n−ブチルアルミニウムハイドライド、ジイソブチルアルミニウムハイドライドおよびジイソヘキシルアルミニウムハイドライドなどのアルキルアルミニウムハイドライドなどが挙げられる。これらは、1種単独または2種以上を組み合わせて用いられる。
有機アルミニウムオキシ化合物(c−2)としては、トリアルキルアルミニウムまたはトリシクロアルキルアルミニウムから調製された有機アルミニウムオキシ化合物が好ましく、トリメチルアルミニウムまたはトリイソブチルアルミニウムから調製されたアルミノキサンが特に好ましい。このような有機アルミニウムオキシ化合物は、1種単独または2種以上を組み合わせて用いられる。
遷移金属錯体(A)、(B)と反応してイオン対を形成する化合物(c−3)としては、特開平1−501950号公報、特開平1−502036号公報、特開平3−179005号公報、特開平3−179006号公報、特開平3−207703号公報、特開平3−207704号公報およびUS5321106などに記載されたルイス酸、イオン性化合物、ボラン化合物およびカルボラン化合物や、さらにはヘテロポリ化合物およびイソポリ化合物を制限無く使用することができる。
本発明においては、触媒として用いられる上記遷移金属錯体(A),(B)に加えて、アルミノキサン等の有機アルミニウムオキシ化合物(c−2)を助触媒成分として用いると、非常に高い重合活性を示す。したがって、有機アルミニウムオキシ化合物(c−2)を成分(C)として用いることが好ましい。
成分(C)と固体状担体(S)との接触時間は、通常0.1〜48時間、好ましくは0.1〜20時間であり、接触温度は、通常−50〜200℃、好ましくは−20〜120℃である。また、成分(C)と固体状担体(S)との接触モル比(成分(C)/固体状担体(S))は、通常0.1〜1000、特に好ましくは0.1〜100である。
なお、特開平11−140113号公報、特開2000−38410号公報、特開2000−95810号公報、WO2010/55652A1などに記載された方法で、成分(C)を不溶化させて得られる固体成分を、固体状担体(S)として用いることもできる。
溶媒
本発明に係るオレフィン重合用触媒の製造方法において、上記遷移金属錯体(A),(B)、および、必要により好適に用いられる上記成分(C)を、上記固体状担体(S)と接触させる際に、各接触を溶媒中で行うことが好ましい。
本発明で用いることのできる溶媒として、不活性炭化水素が挙げられる。
不活性炭化水素としては、具体的には、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカンおよび灯油などの脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンおよびメチルシクロペンタンなどの脂環族炭化水素、ベンゼン、トルエンおよびキシレンなどの芳香族炭化水素、ならびにエチレンクロリド、クロロベンゼンおよびジクロロメタンなどのハロゲン化炭化水素またはこれらの混合物などが挙げられる。
<オレフィン重合用触媒の製造方法についての好適な態様>
上述したように、本発明に係るオレフィン重合用触媒の製造方法において、上記遷移金属錯体(A)と上記固体状担体(S)との接触を行ってから、上記遷移金属錯体(B)との接触が行われる。このとき、各接触を上記不活性炭化水素中で行うことが好ましい。
ここで、本発明に係るオレフィン重合用触媒の製造方法では、上記成分(C)を好適に併用することができるが、その場合における好ましい態様として、例えば、以下のものが挙げられる。
(i)固体状担体(S)と成分(C)を混合接触させ、次いで遷移金属錯体(A)を温度Taで接触させて遷移金属錯体付加担体(Sa)を調製し、この遷移金属錯体付加担体(Sa)に遷移金属錯体(B)を温度Tb(ただし、Tb<Ta)で接触させて、オレフィン重合用触媒を調製する方法。
(ii)遷移金属錯体(A)と成分(C)を混合接触させ、次いで固体状担体(S)を温度Taで接触させて遷移金属錯体付加担体(Sa)を調製し、この遷移金属錯体付加担体(Sa)に、遷移金属錯体(B)を温度Tb(ただし、Tb<Ta)で接触させて、オレフィン重合用触媒を調製する方法。
これらのうち、特に好ましい態様として(i)が挙げられる。
<予備重合触媒成分>
本発明におけるオレフィン重合用触媒は、上述したように、2種の遷移金属錯体(A)、(B)と固体状担体(S)とを接触させることにより固体触媒成分として調製することができる。本発明では、このような固体触媒成分をそのまま重合系に挿入して用いてもよいが、固体触媒成分に事前にオレフィンを予備重合させ、予備重合触媒成分を形成させてから用いることもできる。すなわち、本発明のオレフィン重合用触媒は、遷移金属錯体(A)、(B)と固体状担体(S)とを接触させることにより得られる固体触媒成分それ自体であってもよいし、あるいは、この固体触媒成分にオレフィンを予備重合させることによって得られる予備重合触媒成分であってもよい。
予備重合触媒成分は、固体触媒成分の存在下、通常、不活性炭化水素溶媒中、オレフィンを導入させることにより調製することができ、回分式、半連続式および連続式のいずれの方法でも使用することができ、また減圧、常圧または加圧下のいずれでも行うことができる。この予備重合によって、固体状触媒成分1g当たり、通常0.01〜1000g、好ましくは0.1〜800g、より好ましくは0.2〜500gの重合体を生成させる。
不活性炭化水素溶媒中で調製した予備重合触媒成分は、懸濁液から分離した後、再び不活性炭化水素中に懸濁させ、得られた懸濁液中にオレフィンを導入してもよく、また、乾燥させた後オレフィンを導入してもよい。
予備重合に際して、予備重合温度は、通常−20〜80℃、好ましくは0〜60℃であり、また予備重合時間は、通常0.1〜100時間、好ましくは1〜50時間である。
予備重合に使用する固体触媒成分の形態としては、既に述べたものを制限無く利用することができる。また、必要に応じて成分(C)が用いられ、特に(c−1)中の上記式(VII)に示される有機アルミニウム化合物が好ましく用いられる。成分(C)が用いられる場合は、該成分(C)中のアルミニウム原子(Al−C)と遷移金属錯体中の遷移金属原子(M)とのモル比(アルミニウム原子(Al−C)/遷移金属原子(M))で、通常0.1〜10000、好ましくは0.5〜5000の量で用いられる。
予備重合系における固体触媒成分(X)の濃度は、固体触媒成分/重合容積1リットル比で、通常1〜1000g/L、好ましくは5〜500g/Lである。
また、下記の成分(G)を、上記オレフィン重合用触媒の製造におけるいずれの工程に共存させてもよく、接触順序も任意である。また予備重合によって生成した予備重合触媒成分に接触させてもよい。
成分(G)
本発明で所要により用いることができる成分(G)として、下記(g−1)〜(g−6)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物が挙げられる:
(g−1)ポリアルキレンオキサイドブロック、
(g−2)高級脂肪族アミド、
(g−3)ポリアルキレンオキサイド、
(g−4)ポリアルキレンオキサイドアルキルエーテル、
(g−5)アルキルジエタノールアミン、および
(g−6)ポリオキシアルキレンアルキルアミン。
成分(G)は、触媒もしくは重合体の静電付着による重合器内でのファウリングを抑制する、あるいは生成重合体の粒子性状を改善する目的で、オレフィン重合用触媒中に共存させることができる。成分(G)の中では、(g−1)、(g−2)、(g−3)および(g−4)が好ましく、(g−1)および(g−2)が特に好ましい。(g−2)の具体例としては、高級脂肪酸ジエタノールアミドなどが挙げられる。
<エチレン系重合体の製造方法>
以下に、本発明のオレフィン重合用触媒は、エチレン系重合体の製造に限定されるものではないが、例えば、エチレン単独重合体またはエチレンと炭素数4〜20のα−オレフィンとの共重合体の製造に、好適に用いることができる。このようなエチレンの単独重合体や共重合体は、エチレンの単独重合、または、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとの共重合を、本発明のオレフィン重合用触媒の存在下で行うことにより、得ることができる。
以下、本発明に係るエチレン系重合体の製造方法に関して説明する。
本発明に係る製造方法によって得られる好適なエチレン系重合体は、エチレンと炭素数4以上10以下のα−オレフィンとの共重合体、好ましくはエチレンと炭素数6〜10のα−オレフィンとの共重合体である。炭素数4のα−オレフィンを使用する場合には、炭素数6〜10のα-オレフィンもあわせて使用することが好ましい。エチレンとの共重合に用いられる炭素数4〜10のα−オレフィンとしては、1-ブテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン、1-デセンなどが挙げられる。
重合条件は、遷移金属錯体(A)および(B)が、反応容積1リットル当たり、通常10-12〜10-1モル、好ましくは10-8〜10-2モルになる量で用いられる。また、重合温度は、通常−50〜200℃、好ましくは0〜170℃、特に好ましくは30〜170℃の範囲である。重合圧力は、通常、常圧〜100kgf/cm2、好ましくは常圧〜50kgf/cm2の条件下であり、重合反応は、回分式、半連続式および連続式のいずれの方法においても行うことができる。さらに反応条件の異なる2種以上の条件下で多段反応として行うこともできる。
得られるエチレン系重合体の分子量は、重合系に水素を存在させるか、または重合温度を変化させることによって調節することができる。さらに重合系には、触媒もしくは重合体の静電付着による重合器内でのファウリング抑制あるいは粒子性状改善を目的として、上記の成分(G)を共存させることができる。
物性値のばらつきを抑制するため、重合反応により得られたエチレン系重合体粒子および所望により添加される他の成分は、任意の方法で溶融され、混練、造粒などを施される。
上記により製造されるエチレン系重合体の中で、遷移金属錯体(A)と(B)として先述の好ましい例を用いた場合に得られるエチレン系重合体は、下記要件(1')〜(5')に示す特性を有している。
(1')190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)が0.1g/10分以上100g/10分以下である。下限は好ましくは1.0g/10分、より好ましくは4.0g/10分であり、上限は好ましくは50g/10分、より好ましくは30g/10分である。メルトフローレート(MFR)が上記下限値以上の場合、エチレン重合体のせん断粘度が高すぎず、成形性が良好である。メルトフローレート(MFR)が上記上限値以下の場合、エチレン重合体の引張強度やヒートシール強度などの機械的強度が良好になる。
メルトフローレート(MFR)は分子量に強く依存しており、メルトフローレート(MFR)が小さいほど分子量は大きく、メルトフローレート(MFR)が大きいほど分子量は小さくなる。また、エチレン系重合体の分子量は、重合系内における水素とエチレンとの組成比(水素/エチレン)により決定されることが知られている(例えば、曽我和雄他編、「Catalytic Olefin Polymerization」、講談社サイエンティフィク、1990年、p.376)。このため、水素/エチレンを増減させることで、エチレン系重合体のメルトフローレート(MFR)を増減させることが可能である。
メルトフローレート(MFR)は、ASTM D1238-89に従い、190℃、2.16kg荷重の条件下で測定される。
(2')密度が875kg/m3以上945kg/m3以下である。下限は好ましくは885kg/m3、より好ましくは900kg/m3であり、上限は好ましくは935kg/m3、より好ましくは930kg/m3である。密度が上記下限値以上の場合、エチレン重合体から成形されたフィルムの表面べたつきが少なく耐ブロッキング性に優れ、密度が上記上限値以下の場合、フィルムの衝撃強度が良好となり、ヒートシール強度、破袋強度などの機械的強度が良好である。
密度はエチレン系重合体のα-オレフィン含量に依存しており、α-オレフィン含量が少ないほど密度は高く、α-オレフィン含量が多いほど密度は低くなる。また、エチレン系重合体中のα-オレフィン含量は、重合系内におけるα-オレフィンとエチレンとの組成比(α-オレフィン/エチレン)により決定されることが知られている(例えば、Walter Kaminsky, Makromol.Chem. 193, p.606(1992))。このため、α-オレフィン/エチレンを増減させることで、上記範囲の密度を有するエチレン系重合体を製造することができる。
密度の測定は、測定サンプルを120℃で1時間熱処理し、1時間かけて直線的に室温まで徐冷した後、密度勾配管により行う。
(3')13C−NMRにより測定された炭素原子1000個当たりのメチル分岐数〔Me(/1000C)〕とエチル分岐数〔Et(/1000C)〕との和〔(Me+Et)(/1000C)〕が1.80以下、好ましくは1.30以下、より好ましくは0.80以下、さらにより好ましくは0.50以下である。なお、本発明で定義したメチル分岐数およびエチル分岐数は、後述するように1000カーボン当たりの数で定義される。
エチレン系重合体中にメチル分岐、エチル分岐などの短鎖分岐が存在すると、短鎖分岐が結晶中に取り込まれ、結晶の面間隔が広がってしまうため、樹脂の機械的強度が低下することが知られている(例えば、大澤善次郎他監修、「高分子の寿命予測と長寿命化技術」、(株)エヌ・ティー・エス、2002年、p.481)。そのため、メチル分岐数とエチル分岐数との和〔(Me+Et)(/1000C)〕が1.8以下の場合、の機械的強度が良好である。
エチレン系重合体中のメチル分岐数、エチル分岐数はエチレン系重合体の重合方法に強く依存し、高圧ラジカル重合により得られたエチレン系重合体は、チーグラー型触媒を用いた配位重合により得られたエチレン系重合体に比べ、メチル分岐数、エチル分岐数が多い。配位重合の場合、エチレン系重合体中のメチル分岐数、エチル分岐数は、重合系内におけるプロピレン、1−ブテンとエチレンとの組成比(プロピレン/エチレン、1−ブテン/エチレン)に強く依存する。このため、1−ブテン/エチレンを増減させることで、エチレン系重合体のメチル分岐数とエチル分岐数の和〔(Me+Et)(/1000C)〕を増減させることが可能である。
13C-NMRにより測定されたメチル分岐数およびエチル分岐数は下記のように決定される。測定は日本電子(株)製ECP500型核磁気共鳴装置(1H:500MHz)を用い、積算回数1万〜3万回にて測定した。なお、化学シフト基準として主鎖メチレンのピーク(29.97ppm)を用いた。直径10mmの市販のNMR測定石英ガラス管中に、サンプル250〜400mgと和光純薬工業(株)製特級o-ジクロロベンゼン:ISOTEC社製ベンゼン-d6=5:1(体積比)の混合液3mlを入れ、120℃にて加熱、均一分散させることにより行った。NMRスペクトルにおける各吸収の帰属は、化学領域増刊141号 NMR−総説と実験ガイド[I]、p.132〜133に準じて行った。1,000カーボン当たりのメチル分岐数、すなわち、エチレン系重合体の重合体鎖を構成する炭素原子1000個当たりのメチル分岐数は、5〜45ppmの範囲に現れる吸収の積分総和に対する、メチル分岐由来のメチル基の吸収(19.9ppm)の積分強度比より算出する。また、エチル分岐数は、5〜45ppmの範囲に現れる吸収の積分総和に対するエチル分岐由来のエチル基の吸収(10.8ppm)の積分強度比より算出する。
(4')200℃におけるゼロせん断粘度〔η0(P)〕と、GPC-粘度検出器法(GPC-VISCO)により測定された重量平均分子量の6.8乗(Mw6.8)の比、η0/Mw6.8が、0.03×10-30以上7.5×10-30以下である。すなわち、η0とMwが下記式(Eq-1)
0.03×10-30≦η0/Mw6.8≦7.5×10-30 --------(Eq-1)
を満たす。ここで、下限値は好ましくは0.05×10-30、より好ましくは0.8×10-30であり、上限値は好ましくは5.0×10-30、より好ましくは3.0×10-30である。
η0/Mw6.8が、0.03×10-30以上7.5×10-30以下であることは、η0とMwを両対数プロットした際に、log(η0)とlogMwが下記式(Eq-1')で規定される領域に存在することと同義である。
6.8Log(Mw) -31.523≦Log(η0)≦6.8Log(Mw) -29.125 --------(Eq-1')
重量平均分子量(Mw)に対してゼロせん断粘度〔η0(P)〕を両対数プロットしたとき、長鎖分岐がなく直鎖状で、伸長粘度がひずみ硬化性を示さないエチレン系重合体は、傾きが3.4のべき乗則に則る。一方、比較的短い長鎖分岐を数多く有し、伸長粘度がひずみ速度硬化性を示すエチレン系重合体は、べき乗則よりも低いゼロせん断粘度〔η0(P)〕を示し、さらにその傾きは3.4よりも大きな値となることが知られており(C Gabriel, H.Munstedt, J.Rheol., 47(3), 619(2003)、H. Munstedt, D.Auhl, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 128, 62-69, (2005) )、傾き6.8は経験的に選択しうる。η0とMw6.8との比をとることについては特開2011-1545号公報にも開示されている。
エチレン系重合体の200℃におけるゼロせん断粘度〔η0(P)〕が7.5×10 -30 ×Mw6.8以下の場合、引取サージングの発生が抑制される。
ゼロせん断粘度〔η0(P)〕と重量平均分子量(Mw)との関係は、エチレン系重合体中の長鎖分岐の含量および長さに依存していると考えられ、長鎖分岐含量が多いほど、また長鎖分岐の長さが短いほどゼロせん断粘度〔η0(P)〕は請求範囲下限に近い値を示し、長鎖分岐含量が少ないほど、また長鎖分岐の長さが長いほどゼロせん断粘度〔η0(P)〕は請求範囲上限に近い値を示すと考えられる。
ここで、長鎖分岐とはエチレン系重合体中に含まれる絡み合い点間分子量(Me)以上の長さの分岐構造と定義され、長鎖分岐の導入によりエチレン系重合体の溶融物性、及び成形加工性は著しく変化することが知られている(例えば、松浦一雄他編、「ポリエチレン技術読本」、工業調査会、2001年、p.32, 36)。
本発明のエチレン系重合体が生成する機構において、本発明者らは、遷移金属錯体(B)と固体状担体(S)を含むオレフィン重合用触媒成分の存在下で、エチレンと炭素数4以上10以下のα−オレフィンとを共重合させることによって数平均分子量4000以上20000以下、好ましくは4000以上15000以下の末端ビニルを有する重合体である「マクロモノマー」を生成させ、次いで、遷移金属錯体(A)と固体状担体(S)を含むオレフィン重合用触媒成分により、エチレンおよび炭素数4以上10以下のα−オレフィンの重合と競争的に該マクロモノマーを共重合させることにより、エチレン系重合体中に長鎖分岐が生成すると推定している。
重合系中のマクロモノマーとエチレンとの組成比([マクロモノマー]/[エチレン])が高いほど長鎖分岐含量が多くなる。オレフィン重合用触媒中の遷移金属錯体(B)の比率、すなわち、遷移金属錯体(A)および遷移金属錯体(B)の合計に対する、遷移金属錯体(B)のモル比([B]/[A+B])を高くすることで[マクロモノマー]/[エチレン]を高くできることから、([B]/[A+B])を高くすることで長鎖分岐含量は多くなる。また、重合系中の水素とエチレンとの組成比(水素/エチレン)を高くするとマクロモノマーの分子量が小さくなる為、エチレン系重合体中に導入される長鎖分岐の長さは短くなる。
このことから、[B]/[A+B]、及び水素/エチレンを増減させることで、上記範囲のη0/Mw6.8を有するエチレン系重合体を製造することができる。
これらのほか、長鎖分岐量を制御する重合条件について例えば国際公開第2007/034920号パンフレットに開示されている。
200℃におけるゼロせん断粘度〔η0(P)〕は以下のようにして求める。測定温度200℃におけるせん断粘度(η*)の角速度〔ω(rad/秒)〕分散を0.02512≦ω≦100の範囲で測定する。測定にはレオメトリックス社製ダイナミックストレスレオメーターSR-5000を用いる。サンプルホルダーは25mmφのパラレルプレートを用い、サンプル厚みは約2.0mmとした。測定点はω一桁当たり5点とする。歪み量は、測定範囲でのトルクが検出可能で、かつトルクオーバーにならないよう、3〜10%の範囲で適宜選択する。せん断粘度測定に用いたサンプルは、神藤金属工業所製プレス成形機を用い、予熱温度190℃、予熱時間5分間、加熱温度190℃、加熱時間2分間、加熱圧力100kgf/cm2、冷却温度20℃、冷却時間5分間、冷却圧力100kgf/cm2の条件にて、測定サンプルを厚さ2mmにプレス成形することで調製する。
ゼロせん断粘度η0は、下記数式(Eq-2)のCarreauモデルを非線形最小二乗法により実測のレオロジー曲線〔せん断粘度(η*)の角速度(ω)分散〕にフィッティングさせることで算出する。
η*=η0〔1+(λω)a(n-1)/a --- (Eq-2)
ここで、λは時間の次元を持つパラメーター、nは材料の冪法則係数(power law index)を表す。なお、非線形最小二乗法によるフィッティングは下記数式(Eq-3)におけるdが最小となるよう行われる。
Figure 0006190594
ここで、ηexp(ω)は実測のせん断粘度、ηcalc(ω)はCarreauモデルより算出したせん断粘度を表す。
GPC-VISCO法による重量平均分子量(Mw)はウォーターズ社製GPC/V2000を用い、以下のようにして測定する。ガードカラムはShodex AT-G、分析カラムはAT-806を2本使用し、カラム温度は145℃とし、移動相にはo-ジクロロベンゼンおよび酸化防止剤としてBHT0.3重量%を用い、1.0ml/分で移動させ、試料濃度は0.1重量%とし、検出器として示差屈折計、3キャピラリー粘度計を用いる。標準ポリスチレンは、東ソー社製を用いた。分子量計算は、粘度計と屈折計から実測粘度を算出し、実測ユニバーサルキャリブレーションより重量平均分子量(Mw)を算出する。
(5')135℃デカリン中で測定した極限粘度〔[η](dl/g)〕と、GPC-粘度検出器法(GPC-VISCO)により測定された重量平均分子量の0.776乗(Mw0.776)の比、[η]/Mw0.776が、0.80×10-4以上1.65×10-4以下である。すなわち、[η]とMwが下記式(Eq-4)
0.80×10-4≦[η]/Mw0.776≦1.65×10-4 --------(Eq-4)
を満たす。ここで、下限値は好ましくは0.90×10-4、であり、上限値は好ましくは1.55×10-4、より好ましくは1.40×10-4である。
[η]/Mw0.776が、0.80×10-4以上1.65×10-4以下であることは、[η]とMwを両対数プロットした際に、log([η])とlog(Mw)が下記式(Eq-4')で規定される領域に存在することと同義である。
0.776Log(Mw) -4.097≦Log([η])≦0.776Log(Mw) -3.783 --------(Eq-4')
エチレン系重合体中に長鎖分岐が導入されると、長鎖分岐の無い直鎖型エチレン系重合体に比べ、分子量の割に極限粘度[η](dl/g)が小さくなることが知られている(例えばWalther Burchard, ADVANCES IN POLYMER SCIENCE, 143, Branched PolymerII, p.137(1999))。
また、Mark-Houwink-桜田式に基づき、ポリエチレンの[η]はMvの0.7乗、ポリプロピレンの[η]はMwの0.80乗、ポリ−4−メチル−1−ペンテンの[η]はMnの0.81乗に比例することが報告されている(例えばR. Chiang, J. Polym. Sci., 36, 91 (1959): P.94、R. Chiang, J. Polym. Sci., 28, 235 (1958): P.237、A. S. Hoffman, B. A. Fries and P. C. Condit, J. Polym. Sci. Part C, 4, 109 (1963): P.119 Fig. 4)。
そして、エチレンと炭素数4以上10以下のα−オレフィンとの共重合体の代表的な指標としてMwの0.776乗を設定することとし、従来のエチレン系重合体に比べて分子量の割に[η]が小さいことを表したのが前記した要件(5')であり、この考え方は国際公開第2006/080578号パンフレットに開示されている。
よって、エチレン系重合体の[η]/Mw0.776が上記上限値以下、特に1.65×10-4以下の場合は多数の長鎖分岐を有しており、成形性、流動性が優れる。
前述のようにオレフィン重合用触媒中の遷移金属錯体(B)の比率([B]/[A+B])を高くすることで長鎖分岐含量は多くなることから、[B]/[A+B]を増減させることで、上記範囲の極限粘度[η]を有するエチレン系重合体を製造することができる。
なお、極限粘度[η] (dl/g)はデカリン溶媒を用い、以下のように測定した。サンプル約20 mgをデカリン15 mlに溶解し、135℃のオイルバス中で比粘度ηspを測定する。このデカリン溶液にデカリン溶媒を5 ml追加して希釈後、同様にして比粘度ηspを測定する。この希釈操作をさらに2回繰り返し、濃度(C)を0に外挿した時のηsp/C値を極限粘度[η]とした。(下式(Eq-5)参照)
[η]=lim(ηsp/C) (C→0) ---------- (Eq-5)
エチレン系重合体は、上記要件(1')〜(5')に加えて、下記要件(6')をさらに満たすことが好ましい。
(6')190℃における溶融張力〔MT (g)〕と、200℃、角速度1.0rad/秒におけるせん断粘度〔η*(P)〕との比〔MT/η*(g/P)〕が1.0×10-4以上7.0×10-4以下である。すなわち、MTとη*が下記式(Eq-6)
1.0×10-4≦MT/η*≦7.0×10-4 --------(Eq-6)
を満たすことが好ましい。ここで、上限値は好ましくは5.0×10-4、より好ましくは3.0×10-4である。
〔MT/η*(g/P)〕は単位せん断粘度あたりの溶融張力を示し、この値が大きいと、せん断粘度の割に溶融張力が大きくなる。すなわち〔MT/η*(g/P)〕が下限値以上の場合、押出特性とバブル安定性あるいはネックインとのバランスが良好となる。また、〔MT/η*(g/P)〕が上限値以下の場合、高速成形性が良好となる。
MT/η*はエチレン系重合体の長鎖分岐含量に依存すると考えられており、長鎖分岐含量が多いほどMT/η*は大きく、長鎖分岐含量が少ないほどMT/η*は小さくなる傾向がある。
前述のようにオレフィン重合用触媒中の遷移金属錯体(B)の比率([B]/[A+B])を高くすることで長鎖分岐含量は多くなることから、[B]/[A+B]を増減させることで、上記範囲のMT/η*を有するエチレン系重合体を製造することができる。
溶融張力(MT)は、以下の方法で測定したときの値である。溶融張力(MT)は、溶融されたポリマーを一定速度で延伸したときの応力を測定することにより決定される。測定には東洋精機製作所製、MT測定機を用いる。条件としては、樹脂温度190℃、溶融時間6分、バレル径9.55mmφ、押し出し速度15mm/分、巻取り速度24m/分(溶融フィラメントが切れてしまう場合には、巻取り速度を5m/分ずつ低下させる)、ノズル径2.095mmφ、ノズル長さ8mmで行う。
また、200℃、角速度1.0rad/秒におけるせん断粘度(η*)は、測定温度200℃におけるせん断粘度(η*)の角速度〔ω(rad/秒)〕分散を0.02512≦ω≦100の範囲で測定することにより決定される。測定にはレオメトリックス社製ダイナミックストレスレオメーターSR-5000を用いる。サンプルホルダーは25mmφのパラレルプレートを用い、サンプル厚みは約2.0mmとする。測定点はω一桁当たり5点とする。歪み量は、測定範囲でのトルクが検出可能で、かつトルクオーバーにならないよう、3〜10%の範囲で適宜選択する。せん断粘度測定に用いたサンプルは、神藤金属工業所製プレス成形機を用い、予熱温度190℃、予熱時間5分間、加熱温度190℃、加熱時間2分間、加熱圧力100kgf/cm2、冷却温度20℃、冷却時間5分間、冷却圧力100kgf/cm2の条件にて、測定サンプルを厚さ2mmにプレス成形することで調製する。
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
<エチレン系重合体中のα−オレフィン含量測定(表1)>
遷移金属錯体を単独で用いて、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとを共重合させて得られる重合体中のα−オレフィン含量の測定例を次に示す。
[測定例1−1]
固体状担体の調製
内容積270リットルの攪拌機付き反応器に、窒素雰囲気下、シリカゲル(富士シリシア株式会社製:平均粒径70μm、比表面積340m2/g、細孔容積1.3cm3/g、250℃で10時間乾燥)10kgを77リットルのトルエンに懸濁させた後0〜5℃に冷却した。この懸濁液にメチルアルミノキサンのトルエン溶液(Al原子換算で3.5mmol/mL)19.4リットルを30分間かけて滴下した。この際、系内温度を0〜5℃に保った。引き続き0〜5℃で30分間接触させた後、約1.5時間かけて系内温度を95℃まで昇温して、引き続き95℃で4時間接触させた。その後常温まで降温して、上澄み液をデカンテーションにより除去し、さらにトルエンで2回洗浄した後、全量115リットルのトルエンスラリーを調製した。得られたスラリー成分の一部を採取し濃度を調べたところ、スラリー濃度:122.6g/L、Al濃度:0.62mol/Lであった。
固体触媒成分の調製
内容積200ミリリットルの攪拌機付き反応器に、窒素雰囲気下、トルエンを30ミリリットル、および上記で得られた固体状担体8.2ミリリットル(Al原子換算で5.1mmol)を装入した。次に、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド(錯体番号:X−1)のトルエン溶液をZr原子換算で0.025mmol滴下し、系内温度20〜25℃で1時間接触させた。上澄み液をデカンテーションにより除去し、さらにヘキサンを用いて2回洗浄した後、ヘキサンを加えて全量100ミリリットルとし、固体触媒成分のスラリーを調製した。
重合
内容積1リットルのSUS製オートクレーブに、窒素雰囲気下、ヘプタン500ミリリットルを添加した後に、エチレンを流通させ液相および気相をエチレンで飽和させた。次に、1−ヘキセン10ミリリットル、トリイソブチルアルミニウム0.375mmol、および固体触媒成分を固体分として20mg装入した後、80℃、0.8MPaGに昇温、昇圧し、90分間重合反応を行った。得られたポリマーをろ過後、80℃で10時間真空乾燥し、エチレン系重合体63.5gを得た。得られた重合体中の1−ヘキセン含量は2.6mol%であった。
[測定例1−2〜1−6]
測定例1−2〜1−6については、表1に記載の遷移金属錯体を用いて、測定例1−1と同様の触媒調製ならびに重合を実施した。得られたエチレン系重合体中の1−ヘキセン含量を表1に示す。
Figure 0006190594
<遷移金属錯体と固体状担体との接触温度による重合初期活性測定(表2、図1,2)>
遷移金属錯体を単独で用いて、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとを共重合させたときの重合初期活性の測定例を以下に示す。
[測定例2−1]
固体触媒成分の調製
内容積200ミリリットルの攪拌機付き反応器に、窒素雰囲気下、トルエンを30ミリリットル、および測定例1−1に記載の固体状担体8.2ミリリットル(Al原子換算で5.1mmol)を装入した。次に、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド(錯体番号:X−1)のトルエン溶液をZr原子換算で0.025mmol滴下し、系内温度20〜25℃で1時間接触させた後、系内温度を75℃に昇温し、さらに2時間接触させた。降温後、上澄み液をデカンテーションにより除去し、さらにヘキサンを用いて2回洗浄した後、ヘキサンを加えて全量100ミリリットルとし、固体触媒成分のスラリーを調製した。
重合
固体触媒成分を固体分として30mg用いて、測定例1−1と同様の方法で重合を行ない、エチレン系重合体62.6gを得た。
測定例1−1、2−1の重合に関して、重合開始直後から30分間のエチレン消費速度の推移を図1に示す。ただし固体触媒成分の量を合わせるため、計測値に対して、測定例1−1との固体触媒成分添加量比で割った値を用いている。
なお、「エチレン消費速度」とは、オートクレーブ内の圧力を一定に維持するために供給されるエチレンの供給速度を示し、STEC社製マスフローメーター(SEF−410)を用いて計測した。
測定例2−1は、測定例1−1に比べて、重合初期におけるエチレン消費速度が低く、すなわち、重合初期活性が抑制されていることがわかる。
[測定例2−2]
固体触媒成分の調製
内容積200ミリリットルの攪拌機付き反応器に、窒素雰囲気下、トルエンを30ミリリットル、および測定例1−1に記載の固体状担体8.2ミリリットル(Al原子換算で5.1mmol)を装入した。次に、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド(錯体番号:X−1)のトルエン溶液をZr原子換算で0.025mmol滴下し、系内温度20〜25℃で1時間接触させた後、系内温度を95℃に昇温し、さらに2時間接触させた。降温後、上澄み液をデカンテーションにより除去し、さらにヘキサンを用いて2回洗浄した後、ヘキサンを加えて全量100ミリリットルとし、固体触媒成分のスラリーを調製した。
重合
固体触媒成分を固体分として30mg用いて、測定例1−1と同様の方法で重合を行ない、エチレン系重合体60.2gを得た。(表2)
重合開始直後から30分間のエチレン消費速度の推移を、測定例2−1と同様に図1に示す。測定例2−2は、測定例2−1よりもさらに、重合初期におけるエチレン消費速度が低く、すなわち、重合初期活性が抑制されていることがわかる。
[測定例2−3]
固体触媒成分の調製
遷移金属錯体をジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−プロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(錯体番号:X−5)に変えた以外は、測定例2−1と同様の条件にて固体触媒成分のスラリーを調製した。
重合
固体触媒成分を固体分として10mg用いて、測定例1−1と同様の方法で重合を行ない、エチレン系重合体76.5gを得た。
測定例1−5、2−3、2−4の重合に関して、重合開始直後から30分間のエチレン消費速度の推移を図2に示す。ただし、固体触媒成分の量を合わせるため、実施例8−1、8−2については、計測値に対して測定例1−5の固体触媒成分添加量比で割った値を用いている。
測定例2−3は、測定例1−5に比べて、重合初期におけるエチレン消費速度が低く、すなわち、重合初期活性が抑制されていることがわかる。
[測定例2−4]
固体触媒成分の調製
遷移金属錯体をジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(3−n−プロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(錯体番号:X−5)に変えた以外は、測定例2−2と同様の条件にて固体触媒成分のスラリーを調製した。
重合
固体触媒成分を固体分として15mg用いて、測定例1−1と同様の方法で重合を行ない、エチレン系重合体77.1gを得た。
重合開始直後から30分間のエチレン消費速度の推移を、測定例2−3と同様に図2に示す。測定例2−4は、測定例2−3よりもさらに、重合初期におけるエチレン消費速度が低く、すなわち、重合初期活性が抑制されていることがわかる。
Figure 0006190594
<接触温度による重合時の運転安定性比較(表3)>
[実施例1]
固体触媒成分の調製
内容積200ミリリットルの攪拌機付き反応器に、窒素雰囲気下、トルエンを30ミリリットル、および測定例1−1に記載の固体状担体8.2ミリリットル(Al原子換算で5.1mmol)を装入した。次に、遷移金属錯体(A)として、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド(錯体番号:X−1)のトルエン溶液を、Zr原子換算で0.020mmol滴下し、系内温度20〜25℃で1時間接触させた後、系内温度を95℃に昇温し、さらに2時間接触させた。30℃まで降温後、遷移金属錯体(B)として、(3−n−ブチルシクロペンタジエニル)(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(錯体番号:X−5)のトルエン溶液を、Zr原子換算で0.0048mmol滴下し、系内温度20〜30℃で1時間接触させた。上澄み液をデカンテーションにより除去し、さらにヘキサンを用いて2回洗浄した後、ヘキサンを加えて全量50ミリリットルとし、固体触媒成分のスラリーを調製した。
予備重合触媒成分の調製
上記で得られた固体触媒成分スラリーを10℃まで冷却した後、ジイソブチルアルミニウムヒドリド(DiBAl−H)2.5mmolを添加した。さらに常圧下でエチレンを系内に連続的に数分間供給した。この間系内の温度は10〜15℃に保持し、次いで1−ヘキセン0.36ミリリットルを添加した。1−ヘキセン添加後、系内温度を35℃に昇温し、固体触媒成分に対して重量換算で3等量分のエチレンを重合させた。その後、上澄み液をデカンテーションにより除去し、ヘキサンを用いて4回洗浄した後、ヘキサンを加えて全量を50ミリリットルとした。次に、系内温度を35℃に昇温した後、成分(G)として、ケミスタット2500(三洋化成工業株式会社製)40mgのヘキサン溶液を添加し、2時間接触させた。その後、上澄み液をデカンテーションにより除去し、ヘキサンを用いて4回洗浄した。次に、内容積100mLのガラス製シュレンク管に上記ヘキサンスラリーを移し、減圧下25℃にてヘキサンを減圧留去させることで、予備重合触媒成分4.0gを得た。得られた予備重合触媒の組成を調べたところ、予備重合触媒成分1g当たり、Zr原子が0.52mg含まれていた。
オレフィン重合体の製造
内容積1.0m3の流動層型気相重合反応器を用いて、以下の重合条件にて反応器内に上記予備重合触媒成分、エチレン、1−ヘキセンなどを連続的に供給し、エチレン・1−ヘキセン共重合体の製造を行った。
[重合条件]
予備重合触媒成分;4g/h、エチレン;5.5Nm3/h、1−ヘキセン;0.80kg/hr、水素/エチレン比;18m.r.(×10^−4)、重合圧力;1.4MPa・G、エチレン分圧;1.0MPa・A、重合温度;80℃、ガス線速;80cm/sec、ケミスタット2500添加量;0.5g/L、滞留時間;6h、重合体収量;4.0kg/hr
(ここで、上記「m.r.」は、モル比であることを示す。)
重合反応中、局所的なヒートスポットなどの発生なく120時間運転が継続し、安定的に重合を停止した。重合後の反応器内には、ポリマー塊などが存在しなかった。
[比較例1]
固体触媒成分の調製
内容積200ミリリットルの攪拌機付き反応器に、窒素雰囲気下、トルエンを30ミリリットル、および測定例1−1に記載の固体状担体8.2ミリリットル(Al原子換算で5.1mmol)を装入した。次に、遷移金属錯体(A)として、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド(錯体番号:X−1)のトルエン溶液を、Zr原子換算で0.020mmol滴下し、系内温度20〜25℃で1時間接触させた後、続けて遷移金属錯体(B)として(3−n−ブチルシクロペンタジエニル)(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(錯体番号:X−5)のトルエン溶液を、Zr原子換算で0.0048mmol滴下し、系内温度20〜30℃で1時間接触させた。上澄み液をデカンテーションにより除去し、さらにヘキサンを用いて2回洗浄した後、ヘキサンを加えて全量50ミリリットルとし、固体触媒成分のスラリーを調製した。
予備重合触媒成分の調製
上記で得られた固体触媒成分スラリーを10℃まで冷却した後、ジイソブチルアルミニウムヒドリド(DiBAl−H)2.5mmolを添加した。さらに常圧下でエチレンを系内に連続的に数分間供給した。この間系内の温度は10〜15℃に保持し、次いで1−ヘキセン0.36ミリリットルを添加した。1−ヘキセン添加後、系内温度を35℃に昇温し、固体触媒成分に対して重量換算で3等量分のエチレンを重合させた。その後、上澄み液をデカンテーションにより除去し、ヘキサンを用いて4回洗浄した後、ヘキサンを加えて全量を50ミリリットルとした。次に、系内温度を35℃に昇温した後、成分(G)として、ケミスタット2500(三洋化成工業株式会社製)40mgのヘキサン溶液を添加し、2時間接触させた。その後、上澄み液をデカンテーションにより除去し、ヘキサンを用いて4回洗浄した。次に、内容積100mLのガラス製シュレンク管に上記ヘキサンスラリーを移し、減圧下25℃にてヘキサンを減圧留去させることで、予備重合触媒成分4.0gを得た。得られた予備重合触媒の組成を調べたところ、予備重合触媒成分1g当たり、Zr原子が0.51mg含まれていた。
オレフィン重合体の製造
上記予備重合触媒成分を用いて、実施例1と同様の条件で運転した結果、重合器壁面温度計の温度が急上昇し、重合開始から12時間で運転が継続できなくなった。重合後の重合器内を確認すると、ポリマー塊が約2kg存在していた。
実施例1及び比較例1の結果を表3に示す。
Figure 0006190594
<接触温度による重合初期重合体中の成分比較(表4)>
重合初期の重合体中と最終的に得られる重合体中とで、遷移金属錯体(A)、(B)それぞれに由来する重合体の比率(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)を比較することで、接触温度による重合初期活性の変化を比較した。
[実施例2]
重合
内容積1リットルのSUS製オートクレーブに、窒素雰囲気下、ヘプタン500ミリリットルを添加した後に、エチレンを流通させ液相および気相をエチレンで飽和させた。次に、1−ヘキセン10ミリリットル、トリイソブチルアルミニウム0.375mmol、および実施例1の予備重合触媒成分111mgを装入した後、80℃、0.8MPaGに昇温、昇圧し、90分間重合反応を行った。得られたポリマーをろ過後、80℃で10時間真空乾燥し、エチレン系重合体60.1gを得た。得られた重合体のGPCピーク面積計算を行なったところ、(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)=60/40であった。
[実施例3]
重合
本実施例においては、実施例1の予備重合触媒成分の量を増やして重合を行った。
実施例1の予備重合触媒成分を410mg装入し、実施例2と同様の条件で20分間重合反応を行ない、エチレン系重合体45.0gを得た。得られた重合体のGPCピーク面積計算を行なったところ、(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)=62/38であり、実施例2に対し、遷移金属錯体(B)由来の重合体の割合が増加した。
[実施例4]
固体触媒成分、予備重合触媒成分の調製
遷移金属錯体(A)と固体状担体との接触温度を95℃から75℃に変えた以外は、実施例1と同様の条件にて固体触媒成分及び予備重合触媒成分の調製を行い、予備重合触媒成分4.0gを得た。得られた予備重合触媒の組成を調べたところ、予備重合触媒成分1g当たり、Zr原子が0.51mg含まれていた。
重合
実施例1の予備重合触媒成分に代えて、上記予備重合触媒成分を109mg装入した以外は、実施例2と同様の条件で90分間重合反応を行ない、エチレン系重合体64.5gを得た。得られた重合体のGPCピーク面積計算を行なったところ、(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)=63/37であった。
[実施例5]
重合
実施例1の予備重合触媒成分に代えて、実施例4の予備重合触媒成分を405mg装入した以外は、実施例2と同様の条件で20分間重合反応を行ない、エチレン系重合体57.8gを得た。得られた重合体のGPCピーク面積計算を行なったところ、(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)=64/36であり、実施例4に対し、遷移金属錯体(B)由来の重合体の割合が増加した。
[比較例2]
固体触媒成分、予備重合触媒成分の調製
遷移金属錯体(A)と固体状担体との接触温度を95℃から25℃に変えた以外は、実施例1と同様の条件にて固体触媒成分のスラリーを調製した。
そして、得られた固体触媒成分のスラリーを、実施例1と同様の条件にて予備重合触媒成分に導き、予備重合触媒成分4.0gを得た。得られた予備重合触媒の組成を調べたところ、予備重合触媒成分1g当たり、Zr原子が0.51mg含まれていた。
重合
実施例1の予備重合触媒成分に代えて、上記予備重合触媒成分を89mg装入した以外は、実施例2と同様の条件で90分間重合反応を行ない、エチレン系重合体49.2gを得た。得られた重合体のGPCピーク面積計算を行なったところ、(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)=64/36であった。
[比較例3]
重合
実施例1の予備重合触媒成分に代えて、比較例2の予備重合触媒成分を313mg装入した以外は、実施例2と同様の条件で20分間重合反応を行ない、エチレン系重合体50.2gを得た。得られた重合体のGPCピーク面積計算を行なったところ、(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)=50/50であり、実施例比較例2に対し、遷移金属錯体(B)由来の重合体の割合が減少した。
[実施例6]
固体触媒成分の調製
内容積200ミリリットルの攪拌機付き反応器に、窒素雰囲気下、トルエンを30ミリリットル、および測定例1−1に記載の固体状担体8.2ミリリットル(Al原子換算で5.1mmol)を装入した。次に、遷移金属錯体(A)として、エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド(錯体番号:X−3)のトルエン溶液を、Zr原子換算で0.022mmol滴下し、系内温度20〜25℃で1時間接触させた後、系内温度を70℃に昇温し、さらに2時間接触させた。30℃まで降温後、遷移金属錯体(B)として、下記式に示すジルコニウム錯体(錯体番号:X−6)のトルエン溶液を、Zr原子換算で0.0025mmol滴下し、系内温度20〜30℃で1時間接触させた。上澄み液をデカンテーションにより除去し、さらにヘキサンを用いて2回洗浄した後、ヘキサンを加えて全量50ミリリットルとし、固体触媒成分のスラリーを調製した。
Figure 0006190594
重合
本実施例においては、上記固体触媒成分を、対応する予備重合触媒成分に導くことなくそのまま重合反応に使用した。
実施例1の予備重合触媒成分に代えて、上記固体触媒成分のスラリーを固体分として20mg装入した以外は、実施例2と同様の条件で90分間重合反応を行ない、エチレン系重合体59.2gを得た。得られた重合体のGPCピーク面積計算を行なったところ、(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)=41/59であった。
[実施例7]
重合
実施例1の予備重合触媒成分に代えて、実施例6で得られた固体触媒成分のスラリーを固体分として80mg装入した以外は、実施例2と同様の条件で20分間重合反応を行ない、エチレン系重合体54.8gを得た。得られた重合体のGPCピーク面積計算を行なったところ、(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)=48/52であり。実施例6に対し、遷移金属錯体(B)由来の重合体の割合が増加した。
[比較例4]
固体触媒成分の調製
遷移金属錯体(A)と固体状担体との接触温度を70℃から25℃に変えた以外は、実施例6と同様の条件にて、固体触媒成分のスラリーを調製した。
重合
実施例1の予備重合触媒成分に代えて、上記固体触媒成分のスラリーを固体分として20mg装入した以外は、実施例2と同様の条件で90分間重合反応を行ない、エチレン系重合体76.2gを得た。得られた重合体のGPCピーク面積計算を行なったところ、(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)=11/89であった。
[比較例5]
重合
実施例1の予備重合触媒成分に代えて、比較例で得られた固体触媒成分のスラリーを固体分として40mg装入した以外は、実施例2と同様の条件で20分間重合反応を行ない、エチレン系重合体73.8gを得た。得られた重合体のGPCピーク面積計算を行なったところ、(遷移金属錯体(B)由来の重合体量)/(遷移金属錯体(A)由来の重合体量)=5/95であり、上記各実施例および比較例に対し、遷移金属錯体(B)由来の重合体の割合が減少した。
Figure 0006190594
<本発明により得られるオレフィン重合体物性(表5)>
[実施例8]
実施例1により得られたエチレン系重合体パウダーに耐熱安定剤としてスミライザーGP(住友化学社製)850ppm、ステアリン酸カルシウム(日東化成工業社製)210ppmを加え、株式会社東洋精機製作所製の二軸異方向20mmφ押出機を用い、設定温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で溶融混練した後、ストランド状に押し出し、カットしてエチレン系重合体のペレットを得た。得られたペレットを測定用試料として物性測定を行った。結果を表5に示す。
Figure 0006190594

Claims (8)

  1. 下記工程(a)および(b)を含むことを特徴とするオレフィン重合用触媒の製造方法:
    工程(a):遷移金属錯体(A)と、固体状担体(S)とを、下記要件(i)
    (i)50℃≦Ta≦150℃
    を満たす温度Taで接触させて、遷移金属錯体付加担体(Sa)を得る工程;
    工程(b):遷移金属錯体(B)と、前記遷移金属錯体付加担体(Sa)とを、下記要件(ii)
    (ii)Tb<Ta
    を満たす温度Tbで接触させる工程;
    ここで、前記遷移金属錯体(B)は、以下の要件(p)を満たす:
    (p)遷移金属錯体を含むオレフィン重合用触媒存在下で、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとを共重合させたときに、
    当該遷移金属錯体として、前記遷移金属錯体(B)を単独で用いて得られる重合体におけるα−オレフィンのモル含量Xbが、
    当該遷移金属錯体として、前記遷移金属錯体(B)に代えて前記遷移金属錯体(A)を単独で用いたことを除き、前記遷移金属錯体(B)を用いたときと同一の共重合条件下で得られる重合体におけるα−オレフィンのモル含量Xaに対して、
    Xb<Xa
    の関係にある。
  2. 前記温度Tbが、下記要件(ii') および(iii)
    (ii') Tb≦Ta−20℃
    (iii) Tb≧0℃
    をさらに満たすことを特徴とする、請求項1に記載のオレフィン重合用触媒の製造方法。
  3. 前記温度Taが、下記要件(i')
    (i')70℃≦Ta≦150℃
    を満たすことを特徴とする、請求項1または2に記載のオレフィン重合用触媒の製造方法。
  4. 前記遷移金属錯体(A)が、下記一般式(I)もしくは(II)で表されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のオレフィン重合用触媒の製造方法:
    Figure 0006190594
    [一般式(I)中、
    1〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、炭化水素基、ハロゲン含有基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれ、同一でも互いに異なっていてもよく、また隣接する2個の基が互いに連結して環を形成してもよく、
    1は、二価の基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、ならびに、ハロゲン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれる基であり、
    Xは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、ハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基、酸素含有基、硫黄含有基、窒素含有基およびリン含有基から選ばれる原子または基であり、
    Mは周期表第4族遷移金属原子を示す。];
    Figure 0006190594
    [一般式(II)中、
    13〜R24は、それぞれ独立に、水素原子、炭化水素基、ハロゲン含有基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれ、同一でも互いに異なっていてもよく、また隣接する2個の基が互いに連結して環を形成してもよく、
    2は、二価の基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、ならびに、ハロゲン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれる基であり、
    Xは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、ハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基、酸素含有基、硫黄含有基、窒素含有基およびリン含有基から選ばれる原子または基であり、
    Mは周期表第4族遷移金属原子を示す。]。
  5. 前記遷移金属錯体(B)が、下記一般式(III)もしくは(IV)で表されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のオレフィン重合用触媒の製造方法:
    Figure 0006190594
    [一般式(III)中、
    25〜R32は、それぞれ独立に水素原子、炭化水素基、ハロゲン含有基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、およびスズ含有基から選ばれ、同一でも互いに異なっていてもよいが、すべてが同時に水素原子ではなく、隣接する基が互いに結合して脂肪族環を形成してもよく、
    3は、二価の基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、ならびに、ハロゲン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基およびスズ含有基から選ばれる基であり、
    Xは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、ハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基、酸素含有基、硫黄含有基、窒素含有基およびリン含有基から選ばれる原子または基であり、
    Mは周期表第4族遷移金属原子を示す。];
    Figure 0006190594
    [一般式(IV)中、
    Mは周期律表第4族遷移金属原子を示し、
    mは、1〜4の整数を示し、
    33は、分岐状または直鎖状脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂環式炭化水素基であり、
    34〜R38は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、ヘテロ環式化合物残基、酸素含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、硫黄含有基、リン含有基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、またはスズ含有基を示し、これらのうちの2個以上が互いに連結して環を形成していてもよく、mが2の場合にはR34〜R38で示される基のうち2個の基が連結されていてもよく(但し、R33同士が結合されることはない)、同一でも互いに異なっていてもよく、
    nは、Mの価数を満たす数であり、
    Xは、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、酸素含有基、硫黄含有基、窒素含有基、ホウ素含有基、アルミニウム含有基、リン含有基、ハロゲン含有基、ヘテロ環式化合物残基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、またはスズ含有基を示し、nが2以上の場合は、Xで示される複数の基は同一でも互いに異なっていてもよく、またXで示される複数の基は互いに結合して環を形成してもよい。]。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法によって得られるオレフィン重合用触媒。
  7. エチレンの単独重合、または、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとの共重合を、請求項6に記載のオレフィン重合用触媒の存在下で行うことを特徴とするエチレン系重合体の製造方法。
  8. 前記エチレン系重合体が、エチレンと炭素数4以上20以下のα−オレフィンとの共重合体であって、下記要件(1')〜(5')を満たすことを特徴とする、請求項7に記載のエチレン系重合体の製造方法:
    (1')190℃における2.16kg荷重でのメルトフローレート(MFR)が0.1g/10分以上100g/10分以下である;
    (2')密度が875kg/m3以上945kg/m3以下である;
    (3')13C−NMRにより測定された炭素原子1000個当たりのメチル分岐数〔Me(/1000C)〕とエチル分岐数〔Et(/1000C)〕との和〔(Me+Et)(/1000C)〕が1.80以下である;
    (4')200℃におけるゼロせん断粘度〔η0(P)〕と、GPC-粘度検出器法(GPC-VISCO)により測定された重量平均分子量の6.8乗(Mw6.8)の比、η0/Mw6.8が、0.03×10-30以上7.5×10-30以下である;
    (5')135℃デカリン中で測定した極限粘度〔[η](dl/g)〕と、GPC-粘度検出器法(GPC-VISCO)により測定された重量平均分子量の0.776乗(Mw0.776)の比、[η]/Mw0.776が、0.80×10-4以上1.65×10-4以下である。
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