JP6300811B2 - 重合方法 - Google Patents

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Description

本発明は、メタロセン錯体を、アルミノキサンおよび、ホウ素に基づく助触媒と共に含む新しい触媒を使用するプロピレンの重合、特にプロピレンホモポリマーの重合に関する。上記触媒は、固体状であるが、外部担体を含まない。この組合せは注目すべきことに、高められた融点を有するポリプロピレン、特にポリプロピレンホモポリマーの形成を許す。さらに、本発明の方法を使用して、プロピレンホモ重合における高められた融点および比較的低いMFRおよび/または優れた触媒活性の組み合わせが達成され得る。
メタロセン触媒は、長年、ポリオレフィンを製造するために使用されている。無数の研究論文および特許文献が、オレフィン重合におけるこれらの触媒の使用を記載している。メタロセンは現在、工業的に使用され、ポリエチレンおよびポリプロピレンが特に、種々の置換パターンを有する、シクロペンタジエニルに基づく触媒系を使用してしばしば製造される。
これらのメタロセンは、溶液重合において使用され得るが、そのような重合の結果は、一般に不良である。これらのメタロセンはしたがって、慣用的にシリカなどの担体に担持される。研究により、不均一系触媒作用が、均一系触媒作用(溶液中)よりも良好なポリマー生成物を生じることが分かった。したがって、担体の使用は普通である。この触媒技術の数年の開発にもかかわらず、もちろん、改善された活性のための余地がなおもある。
国際公開第03/051934号パンフレットにおいて、発明者らは、固体状で提供されるが、シリカなどの慣用の外部担体を必要としない別の形の触媒を提案した。この発明は、遷移金属の有機金属化合物を含む均一触媒系が、制御されたやり方で、固体の均一な触媒粒子に転化され得るという発見に基づく。上記転化は、最初に、分散相としての均一触媒系の溶液および連続相としてのそれと混和しない溶媒を含む液体/液体エマルジョン系を形成し、次いで上記分散された小滴を固化して上記触媒を含む固体粒子を形成することにより行われる。
国際公開第03/051934号パンフレットに記載された発明は、例えば、従来技術において通常要求されるシリカなどの外部多孔性担体粒子を使用することなく、有機遷移金属触媒の固体球状触媒粒子の形成を可能にした。すなわち、触媒シリカ残渣に関する問題が、この種の触媒によって解決され得る。さらに、改善されたモルホロジーを有する触媒粒子が、複製効果故に、同様に改善されたモルホロジーを有するポリマー粒子を与えるだろうということが分かった。
メタロセン触媒の分野において、慣用の担持された触媒を用いて、および国際公開第03/051934号パンフレットに記載された原則に従って調製された固体触媒を用いて、多くの研究がなされているが、なおもいくつかの問題、特に触媒の生産性または活性に関する問題がなおも残っている。したがって、触媒の生産性または活性を改善することの要求が残っている。さらに、特定の特性、例えばより高い融点(Tm)を有するプロピレンポリマーを得ることの要求がある。さらに、活性または生産性を所望の高いレベルで保持し、同時により高いTmを有するポリマーを製造することの要求がある。
したがって、所望の特性、特に高い融点(Tm)、を有するポリマーを製造することができ、かつ高い活性および/または生産性を有する、オレフィン重合のための新しい触媒を見つけることの要求が残っている。さらに、最終生成物中の無機残渣、例えばシリカ残渣ができるだけ低減されることが多くのポリマー用途において非常に望ましい。
国際公開第03/051934号パンフレット
結果として、本発明者らは、プロピレン重合のためのより高い活性の点で優れた重合性を有し、より高い融点を有するプロピレンポリマーをもたらす方法および上記方法のための触媒を開発することを目指した。
本発明者らは今、以前に記載されていないあるオレフィン重合触媒が上記問題を解決することを見出した。特に、本発明は、ホウ素に基づく助触媒およびアルミノキサン助触媒の使用を、固体であるが外部担体物質を含まない触媒、特に国際公開第03/051934号パンフレットの基本的原則を使用して調製されたものにおけるメタロセンと組み合わせる。
本発明は、上記で定義されているようにシリカ担体物質が使用されていない固体の触媒物質の使用故に、ポリプロピレン融点の顕著な増加を示す方法を提供する。これは、慣用的に担持された触媒、例えばシリカに担持された触媒の使用に関する問題を回避する。
ホウ素に基づく助触媒およびアルミノキサン助触媒の両方は周知であるが、それらは典型的には、代替として使用される。しかし、いくつかの状況では、ホウ素活性剤をアルミノキサンと一緒に使用することも知られている。
欧州特許出願第0574258号明細書は、シングルサイト触媒において、ホウ素化合物をアルミノキサンと一緒に使用することを開示している。上記触媒は均一系であり、均一系の重合で使用され、そこで活性の増加が観察できた。
J Macromol.Chem Phys,199,2409−2416(1998)には、束縛された構造のメタロセン型触媒をメチルアルミノキサンおよびトリスペンタフルオロフェニルホウ素活性剤とともに使用することを開示している。液相ポリエチレン重合の場合には、上記ブレンドが触媒活性を増加させることが分かった。
上記文献には、均一系触媒活性(液相重合)が、ホウ素修飾(modification)を使用することにより改善されたが、不均一系触媒が試されると、すなわち触媒がシリカに担持されると、活性が、MAO活性剤のみを使用して達成されるよりも低かったという他の同様の観察もある。
しかし、国際公開第1998/140418号パンフレットは、特定の型のホウ素化合物、特にアルキルまたはアリールボロン酸(RB(OR’))または環式ホウ素化合物、ボロキサン(boroxanes)、が、アルミノキサンと組み合わされた、シリカ担持されたメタロセン触媒とともに使用されると、エチレン−ブテン重合に関してより高い活性が見られたことを開示している。
米国特許出願公開第2011294972号明細書は、エチレン−ブテン重合において、シリカに担持された、MAOおよびボレート型活性剤と組み合わせた、モノアニオン性の二座配位子トリアゾールリガンドを含む特定の遷移金属錯体の触媒を使用することを開示している。
Macromol.Chem.Phys.200,2127−2135(1999),page 2128には、MAOおよびジメチルアニリウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートの存在下で、架橋されたビシクロペンタジエニル型触媒を使用するプロピレン重合が議論されている。メタロセンが、MAOのみで活性化されると、ポリマーの融点(T)が変わる。この場合には、MAOおよびホウ素活性剤の両方の存在が融点を低下させ、これは、本発明における所望の目的と反対である。したがって、本発明でカバーされる上記組合せが、融点の増加を許すことは驚くべきことである。
本発明者らは、驚くべきことに、ホウ素に基づく助触媒およびアルミノキサン助触媒の両方の使用を、固体であるが担持されていないメタロセンの使用と組み合わせることが、1のみの助触媒の存在によって製造されたものと比べて、生じたプロピレンポリマーの融点における増加を許す触媒の形成を許すことを見出した。さらに、融点におけるこの増加は、非常に高い触媒活性で達成され得、MFRにおける低下を伴い得る。
すなわち、1の局面から見て、本発明は、下記:
(i)族の金属のメタロセン錯体、ここで当該メタロセンが少なくとも2のシクロペンタジエニル型リガンドを含む、
(ii)ホウ素助触媒、および
(iii)アルミノキサン助触媒
を含む触媒の存在下でプロピレンを重合することを含む、プロピレンホモポリマーの製造法であって、上記触媒が、固体状、好ましくは固体粒子形状であり、かつ外部担体を含まないところの方法に関し、好ましくはプロピレンポリマーの融点が、上記ホウ素助触媒の量または性質を調整することによって制御される。
好ましくは、上記ホウ素助触媒が、ボレート型助触媒である。
理想的には、本発明の固体触媒が、
(a)液体/液体エマルジョン系が形成される、ここで、上記液体/液体エマルジョン系は、分散した小滴を形成するように溶媒中に分散された触媒成分(i)〜(iii)の溶液を含む、そして
(b)上記分散した小滴を固化することにより固体粒子が形成される
ところの方法によって得られ得る。
好ましくは、本発明の固体触媒を得る方法が、予備重合工程(c)をさらに含む。上記工程(c)では、工程(b)からの固体触媒が、少なくとも1のC〜C10α−オレフィンモノマーおよび任意的に1以上の別のC〜C10α−オレフィンコモノマーと予備重合される。
別の局面から見て、本発明は、下記:
(i)族の金属のメタロセン錯体、ここで当該メタロセンが少なくとも2のシクロペンタジエニル型リガンドを含む、
(ii)ホウ素助触媒、および
(iii)アルミノキサン助触媒
を含む触媒の存在下でプロピレンを重合することを含む、プロピレンホモポリマーの製造方法であって、上記触媒が固体状、好ましくは固体粒子形状であり、かつ外部担体を含まず、上記プロピレンポリマーの融点が少なくとも152.5℃であるところの方法を提供する。
別の局面から見て、本発明は、上記で定義された方法によって作られたプロピレンポリマーを提供する。
本発明の触媒が、プロピレンホモポリマー、例えばアイソタクチックポリプロピレン、の形成のために使用される場合に、特定の利点が達成される。好ましくは、本発明の方法が、少なくとも1のスラリーおよび/または気相重合段階を含む不均一系重合法である。
定義
本発明の触媒は、固体であるが、外部担体を含まない。外部担体は、その上にメタロセンが担持され得る、シリカまたはアルミナなどの担体を意味する。
メタロセン錯体
本発明は、少なくとも2のシクロペンタジエニル型のリガンドを有する、族金属のメタロセン錯体を用いて行われ得る。
シクロペンタジエニル型のリガンドは、約20年にわたって、科学文献および特許文献に広く記載されている。特に一般構造:

Figure 0006300811

を有するリガンドがここで使用され得る。
シクロペンタジエニル型のリガンドは、置換されていないまたは置換されたおよび/または縮合されたシクロペンタジエニルリガンド、例えば置換されたまたは置換されていないシクロペンタジエニル、置換されたまたは置換されていないインデニル、置換されたまたは置換されていないテトラヒドロインデニル、または置換されたまたは置換されていないフルオレニルリガンドであり得る。
適するリガンドはしたがって、

Figure 0006300811

を包含し、これらは明らかに置換され得る。インデニルリガンドの使用が好ましい。本発明のメタロセン錯体はしたがって、単一のシクロペンタジエニル型リガンドを含むべきでない。好ましくは、2のそのようなシクロペンタジエニル型リガンドが存在し、理想的には、それらが架橋基によって結合されている。2のリガンド上の置換パターンは、同じでも異なっていてもよい。本発明で使用されるメタロセンはしたがって、対称または非対称であり得る。
本発明の2のシクロペンタジエニルリガンドは、周知であるように、架橋され得、または架橋され得ない。一般に、本発明の原則は、任意のビスシクロペンタジエニル型リガンド系に適用され得ることが意図される。
メタロセン錯体は、周知であるように、少なくとも1の族の金属イオンを含む。これは、シクロペンタジエニル型の環にη結合されるだろう。そのようなη結合された金属は典型的に、Zr、HfまたはTi、特にZrまたはHfである。
好ましい実施態様では、メタロセン錯体が、式(I):
(Cp)MX (I)
の化合物である。上記式中、
各Cpは独立して、置換されていないまたは置換されたおよび/または縮合されたシクロペンタジエニルリガンド、例えば置換されたまたは置換されていないシクロペンタジエニル、置換されたまたは置換されていないインデニル、または置換されたまたは置換されていないフルオレニルリガンドである、
任意の1以上の置換基は独立して、好ましくはハロゲン、ヒドロカルビル(例えば、C1−C20アルキル、C2−C20アルケニル、C2−C20アルキニル、C3−C12シクロアルキル、C6−C20アリール、またはC7−C20アリールアルキル)、環部分に1、2、3または4のヘテロ原子を有するC3−C12シクロアルキル、C6−C20ヘテロアリール、C1−C20ハロアルキル、−SiR”、−OSiR”、−SR”,−PR”、OR”または−NR”から選択される、
各R”は独立して、水素またはヒドロカルビル、例えばC1−C20アルキル、C2−C20アルケニル、C2−C20アルキニル、C3−C12シクロアルキルまたはC6−C20アリールであり、または例えば−NR”の場合には、2の置換基R”が、それらが結合された窒素原子と一緒に、環、例えば5員環または6員環、を形成し得る、
Rは、1〜7の原子の架橋、例えば1〜4のC原子および0〜4のヘテロ原子の架橋であり、上記ヘテロ原子は、例えば、Si、Geおよび/またはO原子であり得、上記架橋原子の各々は独立して、置換基、例えば C1−C20アルキル、トリ(C1−C20アルキル)シリル、トリ(C1−C20アルキル)シロキシまたはC6−C20アリール置換基を有し得;または1〜3、例えば1または2のヘテロ原子、例えばケイ素、ゲルマニウムおよび/または酸素原子の架橋、例えば−SiR10 −(各R10は独立して、C1−C20アルキル、C3−12シクロアルキル、C6−C20アリールまたはトリ(C1−C20アルキル)シリル残基、例えばトリメチルシリルである)である、
Mは3〜10族、好ましくは4〜6族、例えば4族の遷移金属であり、例えばTi、ZrまたはHf、特にZrまたはHfである、
各Xは独立して、シグマリガンド、例えばH、ハロゲン、C1−C20アルキル、C1−C20アルコキシ、C2−C20アルケニル、C2−C20アルキニル、C3−C12シクロアルキル、C6−C20アリール、C6−C20アリールオキシ、C7−C20アリールアルキル、C7−C20アリールアルケニル、−SR”、−PR”、−SiR”、−OSiR”、−NR”または−CH−Y(YはC6−C20アリール、C6−C20ヘテロアリール、C1−C20アルコキシ、C6−C20アリールオキシ、NR”、−SR”、−PR”、−SiR”、または−OSiR”である)である、
上記環部分の各々は、それだけで、またはCp、X、R”またはRのための置換基としての別の部分の一部として、例えば、Siおよび/またはO原子を有し得るC1−C20アルキルでさらに置換され得る、
nは0または1である。
適切には、−CH−Yとしての各Xにおいて、各Yが独立して、C6−C20アリール、NR”、−SiR”または−OSiR”から選択される。最も好ましくは、−CH−YとしてのXがベンジルである。−CH−Y以外の各Xは独立して、ハロゲン、C1−C20アルキル、C1−C20アルコキシ、C6−C20アリール、C7−C20アリールアルケニルまたは上記で定義された−NR”、例えば−N(C1−C20アルキル)である。
好ましくは、各Xがハロゲン、メチル、フェニルまたは−CH−Yであり、各Yが独立して、上記で定義された通りである。
Cpは好ましくは、上記で定義されたように任意的に置換されていてもよい、シクロペンタジエニル、インデニル、テトラヒドロインデニルまたはフルオレニルである。理想的には、Cpがシクロペンタジエニルまたはインデニルである。
式(I)の化合物の適するサブ群において、各Cpが独立して、上記で定義された1、2、3または4の置換基、好ましくは1、2または3、例えば1または2の置換基を有し、上記置換基は好ましくは、C1−C20アルキル、C6−C20アリール、C7−C20アリールアルキル(アリール環は、それだけでまたはさらなる部分の一部として、上記で定義されたようにさらに置換され得る)、−OSiR”(R”は上記で示された通りである)から選択され、好ましくはC1−C20アルキルである。
Rは、存在するならば、好ましくはメチレン、エチレンまたはシリル架橋であり、上記シリルは、上記で定義されたように置換され得、例えば(ジメチル)Si=、(メチルフェニル)Si=、(メチルシクロヘキシル)シリル=または(トリメチルシリルメチル)Si=であり、nは0または1である。好ましくは、R”が水素以外である。
特定のサブ群は、Zr,HfおよびTiの周知のメタロセンを包含し、上記メタロセンは、任意的に例えばシロキシまたは上記で定義されたアルキル(例えばC1−6アルキル)で置換されていてもよい架橋されたまたは架橋されていないシクロペンタジエニルリガンドであり得る2のη5−リガンドを有し、または環部分のいくつかにおいて、例えば2、3、4および/または7位に、任意的に例えばシロキシまたは上記で定義されたアルキルで置換されていてもよい2の架橋されていないまたは架橋されたインデニルリガンドを有する。好ましい架橋はエチレンまたは−SiMeである。
メタロセンの製造は、文献から公知のおよび当業者に知られている方法にしたがってまたは上記方法と同様に行われ得る。すなわち、上記製造に関して、例えば欧州特許出願公開第129368号明細書が参照され、金属原子が−NR”リガンドを有するところの化合物の例は、特に国際公開第9856831号パンフレットおよび同第0034341号パンフレットに見られる。製造に関しては、欧州特許出願公開第260130号明細書、国際公開第9728170号パンフレット、同第9846616号パンフレット、同第9849208号パンフレット、同第9912981号パンフレット、同第9919335号パンフレット、同第9856831号パンフレット、同第00/34341号パンフレット、欧州特許出願公開第423101号明細書および同第537130号明細書も参照される。
より好ましい実施態様では、本発明のメタロセンが、式(II):

Figure 0006300811

によって記載される。
上記式中、
Mは、族の金属、特にジルコニウムまたはハフニウムであり、
各Xはシグマリガンドであり、
Lは −R’C−、−R’C−CR’−、−R’Si−、−R’Si−SiR’−、−R’Ge−から選択される二価の架橋であり、ここで、各R’は独立して、水素原子、C−C20ヒドロカルビル(例えば、C−C20アリール、C−C20アリールアルキルまたはC−C20アルキルアリール)、またはトリ(C−C20アルキル)シリルである、
およびR2’は各々独立して、H、または任意的に1以上の14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよいC−C20ヒドロカルビル基であり、
およびR3’は各々独立して、H、または任意的に1以上の14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよいC−C20ヒドロカルビル基であり、
またはR4’は各々独立して、任意的に1以上の基Rによって置換されていてもよい20までの炭素原子を有するアリールまたはヘテロアリール基であり、
およびR5’は各々独立して、H、または任意的に1以上の14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよく、また任意的に1以上のハロ原子によって置換されていてもよいC1−20ヒドロカルビル基であり、
およびR6’は各々独立して、水素、または任意的に1以上の14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよいC1−20ヒドロカルビル基であり、
およびR7’は各々独立して、水素、または任意的に1以上の14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよいC1−20ヒドロカルビル基であり、
はC1−20ヒドロカルビル基であり、または隣接する炭素原子上の2のR基が一緒になって、RまたはR4’基と共に、縮合した非芳香族の5または6員環を形成し得、上記環は、それ自体が任意的に1以上の基Rで置換されていてもよい、
または、RとRとがおよび/またはR5’とR6’ とが一緒になってインデニル部分のベンゼン環に縮合した4〜7員環を形成し、上記環は任意的に14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよく、上記環を形成する各原子は、任意的に少なくとも1のR基で置換されていてもよい。
式(II)の化合物において、用語C1−20ヒドロカルビル基は、炭素および水素のみを含む任意のC1−20基をカバーする。任意のC1−20ヒドロカルビル基は、好ましくはC1−15ヒドロカルビル基、より好ましくはC1−10ヒドロカルビル基、特にC1−6ヒドロカルビル基である。
したがって、用語C1−20ヒドロカルビル基は、C1−20アルキル、C2−20アルケニル、C2−20アルキニル、C3−20シクロアルキル、C3−20シクロアルケニル、C6−20アリール基、C7−20アルキルアリール基またはC7−20アリールアルキル基を包含する。
特に断らない限り、好ましいC1−20ヒドロカルビル基は、C1−20アルキル基またはC6−20アリール基、特にC1−10アルキル基またはC6−10アリール基、例えばC1−6アルキル基である。特に好ましいヒドロカルビル基は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、t−ブチル、フェニルまたはベンジルである。
錯体の定義に関するとき、用語ハロゲンは、フルオロ、クロロ、ブロモおよびヨード基を包含し、特にクロロ基である。
用語ヘテロアリールは、少なくとも1のヘテロ原子を有する単環式の芳香環構造を意味する。好ましいヘテロアリール基は、O、SおよびNから選択される1〜4のヘテロ原子を有する。好ましいヘテロアリール基は、フラニル、チオフェニル、オキサゾール、チアゾール、イソチアゾール、イソオキサゾール、トリアゾールおよびピリジルを包含する。
「14〜16族に属する1以上のヘテロ原子」を包含する基は好ましくは、Si、O、SまたはNを意味する。N基は、−NH−または−NR11−(R11はC1−10アルキルである)として存在し得る。好ましくは、ヘテロ原子が酸素原子である。ヘテロ原子は、例えばアルコキシ基を形成する鎖において第一の原子を形成し得る。
金属イオンの酸化状態は、係る金属イオンの性質および各金属イオンの個々の酸化状態の安定性によって主に支配される。しかし、典型的には、金属イオンが、3+または4+酸化状態、特に4+であろう。
理解されるように、本発明の錯体において、金属イオンMは、金属イオンの原子価を満足しかつその利用できる配位位置を満たすようにリガンドXによって配位される。これらのσリガンドの性質は、大きく変わり得る。
式(II)の錯体を作る上記2の多環式リガンドが同一であるならば、好ましい。また、1の環上の置換基が他の環の対応する置換基と同じであるならば、好ましい。すなわち、例えばRは好ましくはR2’と同じである。好ましくは、本発明のメタロセン化合物が、そのラセミ体(rac)であり、またはラセミ体のアンチ形である。
式(II)の化合物において、Mは好ましくはHfまたはジルコニウム、特にZrである。各Xは、同じでも異なっていてもよく、好ましくは、水素原子、ハロゲン原子、R、OR、OSOCF、OCOR、SR、NR またはPR 基(Rは直鎖または分岐状の、環式または非環式の、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、C7−C20アルキルアリールまたはC7−C20アリールアルキル基である)であり、任意的に14〜16族に属するヘテロ原子を含んでいてもよく、またはSiR 、SiHR またはSiHである。Rは好ましくは、C1−6アルキル、フェニルまたはベンジル基である。
最も好ましくは、各Xは独立して、水素原子、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ基またはR基、例えば好ましくはC1−6アルキル、フェニルまたはベンジル基である。最も好ましくは、Xが塩素またはメチル基である。好ましくは、両方のX基が同じである。
Lは好ましくは、1または2のヘテロ原子、例えばケイ素原子、を含む架橋であり、例えば−SiR −(各Rは 独立して、C1−C20アルキル、C3−12シクロアルキル、C6−C20アリールまたはトリ(C1−C20アルキル)シリル残基である)、例えばトリメチルシリルである。より好ましくは、RがC1−6アルキルまたはシクロヘキシル、特にメチルである。Lはまた、C1−4アルキレン架橋、例えばエチレン、であり得る。最も好ましくは、Lが1または2の原子の架橋、特にジメチルシリル、メチルシクロヘキシルまたはエチレン架橋である。
およびR2’は好ましくは(独立して)、直鎖または分岐状のC1−10アルキル基、例えば直鎖または分岐状のC1−6アルキル基である。Rは理想的には、直鎖C1−6アルキル基、好ましくはメチルまたはエチル基である。
あるいは、各RおよびR2’が、任意的に14〜16族に属する1以上のヘテロ原子を含んでいてもよい、シクロペンタジエニル環に対するβ原子において分岐したC−C10ヒドロカルビル基、またはシクロペンタジエニル環に対するβ原子において分岐したC3−C20ヒドロカルビル基(ここで、β原子がSi原子である)である。理想的には、この実施態様において、各RおよびR2’がC4−10β分岐アルキル基、例えばイソブチル基である。
およびR3’は好ましくはHである。
およびR4’は好ましくは、任意的に置換されていてもよいフェニル基である。フェニル基は、1、2または3の置換基、好ましくは0、1または2の置換基、例えばC1−6アルキル基、を有し得る。したがって、非常に好ましくは、フェニル環上のR置換基が、直鎖または分岐状のC4−6アルキル基、例えばt−ブチルである。
好ましくは、たった1の置換基が存在する場合には、置換基が、インデニル環への結合に対してパラ位にある。2の置換基がフェニル環上に存在する場合には、置換基が好ましくは、フェニル環上の3および5位(すなわち、インデニルに対して共にメタ位)にあり、例えば3,5−ジ−t−ブチルフェニルである。
およびR5’は好ましくは、H、OC1−20アルキル、PhまたはC1−20アルキル基であり、より好ましくはH、OC1−10アルキルまたはC1−10アルキル基、例えばH、OC1−6アルキルまたはC1−6アルキル基である。RまたはR5’の一方がHであるならば、他方がHでないのが好ましい。R5’は好ましくはHである。
およびR6’は好ましくは、H、C1−10アルキル、例えばC4−10分岐アルキル、または任意的に10までの炭素原子を有するアルキルで置換されていてもよいシクロアルキルである。好ましい選択肢は、t−ブチル、1−アルキルシクロペンチルまたは1−アルキルシクロヘキシルである。RまたはR6’の一方がHであるならば、他方がHでないのが好ましい。
1実施態様では、本発明のメタロセンが非対称である。1実施態様では、R5’およびR6’の両方がHでありかつRおよびRがHでないか、R5’がHでありかつR、R6’およびRがHでない。
あるいは、RとRとがまたはR5’とR6’とが一緒になって、5または6員環、例えば5員環を形成し、上記環は任意的に1または2のC1−6アルキル基で置換されていてもよく、好ましくは置換されていない。
およびR7’は好ましくは、H、OC1−6アルキルまたはC1−4アルキルであり、理想的にはHである。
すなわち、更に好ましいメタロセンは、式(III)のものである。

Figure 0006300811
上記式中、
MはHfまたはZrであり、
各Xは独立して、水素原子、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ基、C1−6アルキル、フェニルまたはベンジル基であり、
Lは、−R’C−または−R’Si−(各R’は独立して、水素原子、C1−20アルキルまたはC3−10シクロルキルである)から選択される二価の架橋であり、
およびR2’は各々独立して、H、直鎖C−Cアルキルまたは分岐状のC4−10アルキル、特にメチルまたはイソブチル、であり、
nは独立して、0、1または2であり、
は独立して、C1−6アルキル基であり、
およびR5’は各々独立して、H、フェニル、C1−10アルキル基またはOC1−10アルキル基であり、
およびR6’は各々独立して、水素またはC1−10アルキル基であり、または
とRとがおよび/またはR5’とR6’ とが一緒になって、任意的に1のR基で置換されていてもよい、インデニル部分のベンゼン環に縮合した5〜6員環を形成する。
さらにより好ましい実施態様では、メタロセン錯体が、式(IV)のものである。

Figure 0006300811
上記式中、
MはHfまたはZrであり、
各Xは独立して、水素原子、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ基、C1−6アルキル、フェニルまたはベンジル基であり、
Lは−R’C−または−R’Si−(各R’は独立して、水素原子、C1−20アルキルまたはC3−10シクロルキルである)から選択される二価の架橋であり、
およびR2’は各々独立して、C1−6アルキル、例えばメチル、であり、
nは独立して、0、1または2であり、
は独立して、C3−6アルキル基であり、
およびR5’は各々独立して、H、C1−6アルキル基またはOC1−6アルキル基あり、
およびR6’は各々独立して、H、C1−6アルキル基であり、または
とRとがおよび/またはR5’とR6’ とが一緒になって、インデニル部分のベンゼン環に縮合した未置換の5員環を形成する。
特に好ましいメタロセンは、国際公開第2002/002576号パンフレット、同第2011/135004号パンフレット、同第2012/084961号パンフレット、同第2012/001052号パンフレット、同第2011/076780号パンフレットまたは同第2006/060544号パンフレットのもの、例えば、f rac−シクロヘキシル(メチル)シランジイルビス[2−メチル−4−(4’−t−ブチルフェニル)インデニル]ジルコニウムジクロライドまたは架橋された2−メチル−4−フェニルインデニルリガンドを包含する。
合成
本発明の触媒を形成するために必要なリガンドは、任意の方法によって合成され得、当業者は、必要なリガンド物質の製造のための種々の合成プロトコルを工夫することができるだろう。国際公開第2007/116034号パンフレットは、必要な化学を記載しており、引用することにより本明細書に組み入れられる。合成プロトコルはまた、一般に、国際公開第200202576号パンフレット、同第2011/135004号パンフレット、同第2012/084961号パンフレット、同第2012/001052号パンフレットおよび同第2011/076780号パンフレットに見ることができる。
例えば、下記の一般的なスキームを使用して、本発明のいくつかの非対称な錯体を合成することができる。

Figure 0006300811
助触媒
活性触媒種を形成するために、通常、周知の助触媒を使用することが必要である。本発明は、アルミノキサン助触媒およびホウ素含有助触媒の両方の使用を必要とする。
アルミノキサン助触媒は、下記式の一つであり得る。

Figure 0006300811

上記式中、nは通常、6〜20であり、Rは下記意味を有する。
アルミノキサンは、有機アルミニウム化合物、例えば式AlR、AlRYおよびAl(Rは例えば、C1−C10アルキル、好ましくはC1−C5アルキル、またはC3−10シクロアルキル、C7−C12アラルキルまたはアルカリールおよび/またはフェニルまたはナフチルであり、Yは水素、ハロゲン、好ましくは塩素または臭素、またはC1−C10アルコキシ、好ましくはメトキシまたはエトキシである)のもの、の部分加水分解において形成される。得られる酸素含有アルミノキサンは、一般に純粋な化合物でないが、式(I)のオリゴマーの混合物である。
本発明に従う方法において好ましいアルミノキサンは、メチルアルミノキサン(MAO)である。本発明に従って助触媒として使用されるアルミノキサンは、製造様式故に、純粋な化合物でないので、以降では、アルミノキサン溶液のモル濃度は、そのアルミニウム含量に基づく。
しかし、驚いたことに、触媒が外部担体に担持されていない、または上述したように担持されているところの不均一系触媒作用では、ホウ素に基づく助触媒も助触媒として使用されるならば、より高い活性が達成され得ることが見出された。ホウ素に基づく助触媒が使用される場合には、アルミニウムアルキル化合物、例えばTIBAとの反応によって錯体を予備活性化することが通常であることが当業者によって理解されるだろう。この手法は周知であり、任意の適するアルミニウムアルキル、例えばAl(C1−6アルキル)が使用され得る。
本発明は、このような簡単なアルミニウムアルキルとホウ素助触媒との組み合わせよりもむしろ、ホウ素助触媒の使用をアルミノキサンと組み合わせる。
係るホウ素に基づく助触媒は、ボレート3イオンを含有するホウ素化合物、すなわちボレート化合物を包含する。このような化合物は一般に、下記式(V)の陰イオンを含有する。
(Z) (V)
上記式中、Zは、任意的に置換されていてもよいフェニル誘導体であり、上記置換基は、C1−6アルキル基、ハロC1−6アルキルまたはハロ基である。好ましい選択肢は、メチル、フルオロまたはトリフルオロメチルである。最も好ましくは、フェニル基が、過フッ素化されており、または未置換である。
そのようなイオン性助触媒は好ましくは、配位しない陰イオン、例えばテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートおよびテトラフェニルボレートを含む。
適する対イオンは、プロトン化されたアミンまたはアニリン誘導体またはホスホニウムイオンである。これらは、下記一般式(VI)または(VII)を有し得る。
NQ (VI) または PQ (VII)
上記式中、Qは独立して、H、C1−6アルキル、C3−8シクロアルキル、フェニルC1−6アルキレンまたは任意的に置換されていてもよいPhである。任意的な置換基は、C1−6アルキル、ハロゲンまたはニトロであり得る。これらは、1または1より多くのそのような置換基であり得る。好ましい置換されたPh基は、したがって、パラ置換されたフェニル、好ましくはp−Br−フェニルまたはp−ニトロフェニル、トリルまたはジメチルフェニルを包含する。
少なくとも1のQ基がHであるならば好ましい。すなわち、好ましい化合物は下記式のものである。
NHQ (VI) または PHQ (VII
好ましいフェニルC1−6アルキル基は、ベンジルを包含する。
したがって、適する対イオンは、メチルアンモニウム、アニリニウム、ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、N−メチルアニリニウム、ジフェニルアンモニウム、N,N−ジメチルアニリニウム、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリ−n−ブチルアンモニウム、メチルジフェニルアンモニウム、p−ブロモーN,N−ジメチルアニリニウムまたはp−ニトロ−N,N−ジメチルアニリニウム、特にジメチルアンモニウムまたはN,N−ジメチルアニリニウムを包含する。ピリジニウムをイオンとして使用することはさらなる選択肢である。
係るホスホニウムイオンは、トリフェニルホスホニウム、トリエチエルホスホニウム、ジフェニルホスホニウム、トリ(メチルフェニル)ホスホニウムおよびトリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムを包含する。
より好ましい対イオンは、トリチル(CPh )またはその類似物(Ph基が官能化されて1以上のアルキル基を有するところのもの)である。したがって、本発明における使用に非常に好ましいボレートは、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートイオンを含む。
本発明に従って使用され得る好ましいイオン性化合物は、トリエチルアンモニウムテトラ(フェニル)ボレート、トリブチルアンモニウムテトラ(フェニル)ボレート、トリメチルアンモニウムテトラ(トリル)ボレート、トリブチルアンモニウムテトラ(トリル)ボレート、トリブチルアンモニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラ(ジメチルフェニル)ボレート、トリブチルアンモニウムテトラ(トリフルオロメチルフェニル)ボレート、トリブチルアンモニウムテトラ(4−フルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルシクロヘキシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルベンジルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラ(フェニル)ボレート、N,N−ジエチルアニリニウムテトラ(フェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジ(プロピル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、 ジ(シクロヘキシル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルホスホニウムテトラキス(フェニル)ボレート、トリエチルホスホニウムテトラキス(フェニル)ボレート、ジフェニルホスホニウムテトラキス(フェニル)ボレート、トリ(メチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(フェニル)ボレート、トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(フェニル)ボレート、またはフェロセニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートを包含する。
好ましくは、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルシクロヘキシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルベンジルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートまたは(N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート)である。
驚いたことに、特定のホウ素助触媒が特に好ましいことが見出された。したがって、本発明における使用に好ましいボレートは、トリチルイオンを有する。すなわち、N,N−ジメチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートおよびPhCB(PhFおよびそれらの類似物が好ましい。
助触媒の適する量は、当業者に周知であろう。
供給物におけるホウ素とメタロセンの金属イオンとの比は、1:10〜10:1モル/モル、好ましくは1:5〜5:1、特に1:5〜2:1モル/モルの範囲であり得る。
アルミノキサン中のAlとメタロセンの金属イオンとの比は、1:1〜1200:1モル/モル、好ましくは1:1〜500:1、特に1:1〜250:1モル/モルの範囲であり得る。
触媒の製造
本発明のメタロセン錯体は、オレフィンの重合のための触媒として、助触媒と組み合わせて使用される。本発明の触媒は、固体状、好ましくは担持されていない形態である。すなわち、外部担体は使用されないが、触媒は、なおも固体粒子形状で与えられる。すなわち、外部担体物質、例えば不活性の有機または無機担体、例えばシリカ、が使用されない。
本発明の触媒を、外部担体を使用しないで固体状で提供するために、液体/液体エマルジョン系が使用されるならば好ましい。本発明方法は、触媒成分(i)(錯体)および(ii)+(iii)(助触媒)を溶媒中に分散させ、そして、分散した小滴を固化して固体粒子を形成することにより形成することを含む。
本発明では、ボレートが添加される前にアルミノキサンがメタロセンと接触されるならば、特に好ましい。助触媒成分およびメタロセンの両方が好ましくは、1の溶液中に存在する。
特に、本発明方法は、触媒成分の溶液を調製すること、上記溶液を溶媒に分散させて、1以上の触媒成分が、分散相の小滴中に存在するところのエマルジョンを形成すること、外部粒状多孔性担体の不存在下で触媒成分を、分散した小滴中で固定して、上記触媒を含む固体粒子を形成すること、および任意的に上記粒子を回収することを含む。
この方法は、改善されたモルホロジー、例えば所定の粒子サイズ、球形状、コンパクト構造、優れた表面特性、を有する活性触媒粒子を、外部多孔性担体物質、例えば無機酸化物、例えばシリカを添加することなく製造することを可能にする。上記触媒粒子は、滑らかな表面を有し得、実際にコンパクトであり得、触媒活性成分が触媒粒子全体にわたって均一に分布され得る。
触媒を形成する化合物は、1の溶液中で一緒にされ、それが、混和しない溶媒に分散され得、または触媒を形成する化合物の各部分のための少なくとも2の別個の触媒溶液が調製され、これらが次いで、溶媒に逐次分散され得る。
触媒を形成するための好ましい方法では、上記触媒の各々または一部のための少なくとも2の別個の溶液が調製され、それらが次いで、混和しない溶媒に逐次分散される。
より好ましくは、遷移金属化合物を含む錯体および助触媒の溶液が溶媒と一緒にされて、不活性溶媒が連続液体相を形成し、触媒成分を含む溶液が、分散した小滴の形状の分散相(不連続相)を形成するところのエマルジョンを形成する。次いで、小滴が固化されて、固体触媒粒子を形成し、固体粒子が液体から分離され、任意的に洗浄および/または乾燥される。連続相を形成する溶媒は、少なくとも分散工程中に使用される条件(例えば温度)において、触媒溶液と非混和性であり得る。
用語「触媒溶液と非混和性である」は、溶媒(連続相)が完全に非混和性であるまたは部分的に非混和性である、すなわち分散相溶液と完全には混和しないことを意味する。
好ましくは、上記溶媒が、製造される触媒系の化合物に関して不活性である。必要な方法の完全な開示は、国際公開第03/051934号パンフレットに見出され得る。上記文献は、引用することにより本明細書に組み入れられる。
不活性溶媒は、少なくとも分散工程中に使用される条件(例えば温度)において化学的に不活性でなければならない。好ましくは、上記連続相の溶媒が、その中に溶解されたかなりの量の触媒形成化合物を含まない。すなわち、触媒の固体粒子が、分散相に由来する化合物から小滴の形状で形成される(すなわち、連続相中に分散された溶液の形のエマルジョンに提供される)。
用語「固定」および「固化」は、同じ目的のために、すなわち外部多孔性粒状担体、例えばシリカの不存在下で、自由に流動する固体触媒粒子を形成するために、交換可能に使用される。すなわち、固化は、小滴内で生じる。上記工程は、上記国際公開第03/051934号パンフレットに記載されているように、種々の方法で行われ得る。好ましくは、固化が、エマルジョン系への外部刺激、例えば固化を引き起こすための温度変化によって引き起こされる。すなわち、上記工程では、触媒成分が、形成された固体粒子内で「固定」されたままである。また、触媒成分の1以上が固化/固定反応に加わり得る。
したがって、所定の粒子サイズ範囲を有する固体の、組成的に均一な粒子が得られ得る。
更に、本発明の触媒粒子の粒子サイズは、溶液中での小滴のサイズによって制御され得、均一な粒子サイズ分布を有する球状粒子が得られ得る。
本発明はまた、工業的に有利である。なぜならば、固体粒子の製造がワンポット法として行われることを可能にするからである。触媒を製造するための連続法または半連続法も可能である。
分散相
2相エマルジョン系を製造するための原理は、化学分野において知られている。すなわち、2相液体系を形成するために、触媒成分の溶液および連続液体相として使用される溶媒が、少なくとも分散工程中に、本質的に非混和性でなければならない。これは、公知のやり方で、例えば上記2つの液体および/または分散工程/固化工程の温度を選択することによって、達成され得る。
溶媒は、触媒成分の溶液を形成するために使用され得る。上記溶媒は、上記触媒成分を溶解するように選択される。溶媒は好ましくは、有機溶媒、例えば当該分野で使用されるものであり得、任意的に置換されていてもよい炭化水素、例えば直鎖または分岐状の脂肪族、脂環式または芳香族の炭化水素、例えば直鎖または分岐状のアルカン、芳香族炭化水素および/またはハロゲン含有炭化水素を含む。
芳香族炭化水素の例は、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、ブチルベンゼンおよびキシレンである。トルエンが好ましい溶媒である。上記溶液は、1以上の溶媒を含み得る。そのような溶媒は、すなわち、エマルジョン形成を促進するために使用され得、通常、固化された粒子の一部を形成せず、例えば、固化工程後に連続相とともに除去される。
あるいは、溶媒が固化に加わり得る。例えば高い融点を有する不活性炭化水素(ワックス)、例えば融点が40℃超、適切には70℃超、例えば80℃超または90℃超のものが、触媒化合物を形成された小滴内に固定するために、分散相の溶媒として使用され得る。
別の実施態様では、溶媒が、部分的にまたは完全に、液体モノマー、例えば「予備重合」固定工程において重合されるように設計された液体オレフィンモノマー、から成る。
連続相
連続液体相を形成するために使用される溶媒は、単一溶媒または種々の溶媒の混合物であり、少なくとも分散工程中に使用される条件(例えば温度)において、触媒成分の溶液と非混和性であり得る。好ましくは、上記溶媒が上記化合物に関して不活性である。
用語「上記化合物に関して不活性である」は、連続相の溶媒が、化学的に不活性である、すなわち、触媒形成成分との化学反応を受けないことを意味する。すなわち、触媒の固体粒子は、分散相に由来する化合物から小滴の形で形成される、すなわち、連続相中に分散された溶液の形のエマルジョンに提供される。
固体触媒を形成するために使用される触媒成分が、連続液体相の溶媒中に可溶でないのが好ましい。好ましくは、上記触媒成分が、上記連続相を形成する溶媒に本質的に不溶である。
固化は、小滴が形成された後に本質的に生じる。すなわち、固化は、小滴内で、例えば小滴中に存在する化合物間に固化反応を引き起こすことによって行われる。さらに、何らかの固化剤が系に別個に添加されるとしても、それは、小滴相内で反応し、触媒形成成分は何ら連続相に入らない。
本明細書で使用される用語「エマルジョン」は、二相系および多相系の両方をカバーする。
好ましい実施態様では、連続相を形成する溶媒が、ハロゲン化された有機溶媒またはその混合物、好ましくはフッ素化有機溶媒および特に半フッ素化、高フッ素化または過フッ素化された有機溶媒およびその官能化された誘導体を包含する不活性溶媒である。上記溶媒の例は、半フッ素化、高フッ素化または過フッ素化された炭化水素、例えばアルカン、アルケンおよびシクロアルカン、エーテル、例えば過フッ素エーテルおよびアミン、特に3級アミン、およびその官能化された誘導体である。好ましくは、半フッ素化、高フッ素化または過フッ素化された、特に過フッ素化された炭化水素、例えばパーフルオロ炭化水素、例えばC3−C30のもの、例えばC4−C10のものである。適するパーフルオロアルカンおよびパーフルオロシクロアルカンの特定の例は、パーフルオロヘキサン、パーフルオロヘプタン、パーフルオロオクタン、パーフルオロ(メチルシクロヘキサン)を包含する。半フッ素化炭化水素は、半フッ素化n−アルカン、例えばパーフルオロアルキルアルカンに特に関係する。
「半フッ素化された」炭化水素はまた、−C−Fおよび−C−Hのブロックが交互であるような炭化水素を包含する。「高フッ素化された」は、−C−H単位の大部分が−C−F単位で置き換えられていることを意味する。「過フッ素化された」は、全ての−C−H単位が−C−F単位で置き換えられていることを意味する。A.EndersおよびG.Maasの論文「Chemie in unserer Zeit」,34.Jahrg.2000, Nr.6およびPierandrea Lo Nostroの論文「Advances in Colloid and Interface Science」,56(1995),245−287,Elsevier Scienceを参照。
分散工程
エマルジョンは、公知の任意の手段によって形成され得る。すなわち、混合によって、例えば当該溶媒が連続相を形成するまで当該溶液を激しく撹拌することによって、または混合ミルによって、または超音波によって、またはいわゆる相変化法を使用して、最初に均一系を形成し、次いで系の温度を変えることによって、小滴が形成されるように二相系に変えることによりエマルジョンを調製することによって形成され得る。
二相状態は、エマルジョン形成工程および固化工程の間、例えば適切な撹拌によって、維持される。
さらに、エマルジョンの形成を促進するためおよび/またはエマルジョンの安定性のために、乳化剤/エマルジョン安定剤が、好ましくは公知のやり方で、使用され得る。上記目的のために、例えば界面活性剤、例えば炭化水素に基づく種類(例えば10000までの分子量を有し、任意的にヘテロ原子で中断されていてもよいポリマー状炭化水素を包含する)、好ましくは、ハロゲン化炭化水素、例えば、任意的に例えばOH、−SH、NH、NR”、−COOH、−COONH、アルケンの酸化物、−CR”=CH(R”は水素、またはC1−C20アルキル、C2−20アルケニルまたはC2−20アルキニル基、オキソ基、環式エーテルおよび/またはこれらの基の反応性誘導体、例えばアルコキシ、またはカルボン酸アルキルエステル基である)から選択される官能基を有していてもよい、半フッ素化または高フッ素化された炭化水素、または好ましくは、官能化された末端を有する半フッ素化、高フッ素化または過フッ素化された炭化水素が使用され得る。上記界面活性剤は、エマルジョンの分散相を形成する触媒溶液に添加されて、エマルジョンの形成を促進しかつエマルジョンを安定化することができる。
あるいは、乳化助剤および/またはエマルジョン安定化助剤がまた、少なくとも1の官能基を有する界面活性剤前駆体を、上記官能基と反応性でありかつ触媒溶液または連続相を形成する溶媒中に存在する化合物と反応させることによって形成され得る。得られた反応生成物は、形成されたエマルジョン系において実際の乳化助剤および/または安定化剤として作用する。
上記反応生成物を形成するために使用され得る界面活性剤前駆体の例は、例えば、−OH、−SH、NH、NR”、−COOH、−COONH、アルケンの酸化物、−CR”=CH(R”は水素、またはC1−C20アルキル、C2−20アルケニルまたはC2−20アルキニル基、オキソ基、3〜5の環原子を有する環式エーテルおよび/またはこれらの基の任意の反応性誘導体、例えばアルコキシまたはカルボン酸アルキルエステル基から選択される少なくとも1の官能基を有する公知の界面活性剤、例えば、上記官能基の1以上を有する半フッ素化、高フッ素化または過フッ素化された炭化水素等を包含する。好ましくは、上記界面活性剤前駆体が、上記で定義された末端官能性を有する。
そのような界面活性剤前駆体と反応する化合物は好ましくは、触媒溶液に含まれ、また、さらなる添加剤または上記触媒形成化合物の1以上であり得る。そのような化合物は、例えば、13族の化合物(例えばMAOおよび/またはアルミニウムアルキル化合物および/または遷移金属化合物)である。
界面活性剤前駆体が使用されるならば、好ましくは、遷移金属化合物の添加の前に触媒溶液の化合物と最初に反応させる。1実施態様では、例えば高フッ素化されたC1−n(適切にはC4−30またはC5−15)アルコール(例えば、高フッ素化されたヘプタノール、オクタノールまたはノナノール)、酸化物(例えば、プロペンオキシド)またはアクリレートエステルが、助触媒と反応されて「実際の」界面活性剤を形成する。次いで、追加量の助触媒および遷移金属化合物が上記溶液に添加され、得られた溶液が、連続相を形成する溶媒に分散される。「実際の」界面活性剤溶液は、分散工程の前にまたは分散系中で調製され得る。上記溶液が分散工程の前に作られるならば、調製された「実際の」界面活性剤溶液および遷移金属溶液が、非混和性溶媒に逐次(例えば、界面活性剤溶液が最初に)分散され得るか、または分散工程の前に一緒にされ得る。
固化
分散された小滴における触媒成分の固化は、種々の方法で、例えば小滴中に存在する化合物の固体触媒形成性反応生成物の形成を引き起こす、または上記形成を促進することにより、行われ得る。これは、外部刺激、例えば系の温度変化を伴うまたは伴わないで、使用された化合物および/または所望の固化速度に応じて、行われ得る。
特に好ましい実施態様では、系を外部刺激、例えば温度変化に付すことによってエマルジョン系が形成された後に、固化が行われる。温度差は、例えば5〜100℃、例えば10〜100℃、または20〜90℃、例えば50〜90℃である。
エマルジョン系は、急速な温度変化に付されて、分散した系に速い固化を引き起こし得る。小滴内での成分の即時の固化を達成するために、分散相が、例えば即時(ミリ秒〜数秒内)の温度変化に付され得る。成分の所望の固化速度のために必要な適切な温度変化、すなわちエマルジョン系の温度の増加または低下は、特定の範囲に限定されないが、当然、エマルジョン系に、特に使用された化合物およびその濃度/比ならびに使用された溶媒に依存し、それに従って選択される。また明らかなように、分散した系に十分な加熱または冷却効果を付与して所望の固化を引き起こすために、任意の方法が使用され得る。
1実施態様では、加熱または冷却効果が、例えば上述したように、特定の温度を有するエマルジョン系を、有意に異なる温度を有する不活性の受け入れ媒体にもたらすことにより得られる。ここで、エマルジョン系の上記温度変化は、小滴の急速な固化を引き起こすのに十分である。上記受け入れ媒体は、気体、例えば空気、または液体、好ましくは溶媒、または2以上の溶媒の混合物であり得、上記媒体は、触媒成分が非混和性であるところのものであり、かつ触媒成分に関して不活性である。例えば、受け入れ媒体が、最初のエマルジョン形成工程における連続相として使用されたのと同じ非混和性溶媒を含む。
上記溶媒は、単独で、または他の溶媒、例えば脂肪族または芳香族炭化水素、例えばアルカンとの混合物として、使用され得る。好ましくは、上記受け入れ媒体として、フッ素化された溶媒が使用される。それは、エマルジョン形成における連続相、例えば過フッ素化された炭化水素、と同じであり得る。
あるいは、温度差が、エマルジョン系を徐々に、例えば1分につき10℃までで、好ましくは1分につき0.5〜6℃で、より好ましくは1分につき1〜5℃で、加熱することにより行われ得る。
例えば炭化水素溶媒の溶融物が分散相の形成に使用される場合には、小滴の固化が、上述した温度差を使用して系を冷却することにより行われ得る。
好ましくは、エマルジョンを形成するために使用され得る「1の相」変化がまた、再び分散系において温度変化をもたらすことによりエマルジョン系の小滴内の触媒的に活性な中身を固化するために使用され得る。ここで、小滴において使用される溶媒は、小滴が溶媒に乏しくなりかつ「小滴」に残っている固化成分が固化し始めるように、連続相、好ましくは上記で定義されたフッ素含有連続相、と混和性になる。すなわち、非混和性が、溶媒および条件(温度)に関して調整されて固化工程を制御することができる。
例えば有機溶媒のフッ素含有溶媒との混和性は、文献に見ることができ、当業者によって選択され得る。相変化に必要な臨界温度は、文献から入手でき、または公知の方法、例えばHildebrand−Scatchard−Theorieを使用して決定され得る。また、上記で引用したA.EndersおよびG.の論文およびPierandrea Lo Nostroの論文も参照される。
すなわち、本発明によれば、小滴の全体または一部のみが、固体状に転化され得る。「固化された」小滴のサイズは、例えば予備重合のために使用されたモノマーの量が比較的多いならば、当初の小滴よりも小さくあり得、または大きくあり得る。
回収された固体触媒粒子は、任意的な洗浄工程の後に、オレフィンの重合プロセスにおいて使用され得る。あるいは、分離され、そして任意的に洗浄された固体粒子は、重合工程での使用の前に粒子に存在する溶媒を除去するために乾燥され得る。分離および任意的な洗浄工程は、公知のやり方、例えば濾過および続く、適する溶媒による固体の洗浄によって、行われ得る。
粒子の小滴形状は、実質的に維持され得る。形成された粒子は、1〜500μm、例えば5〜500μm、有利には5〜200μmまたは10〜150μmの平均サイズ範囲を有し得る。5〜60μmの平均サイズ範囲さえも可能である。上記サイズは、触媒が使用されるところの重合に依存して選択され得る。有利には、粒子が本質的に球形であり、低い多孔性および小さい表面積を有する。
溶液の形成は、0〜100℃、例えば20〜80℃の温度で行われ得る。分散工程は、−20℃〜100℃、例えば約−10〜70℃、例えば−5〜30℃、例えば約0℃で行われ得る。
小滴形成を改善しおよび/または安定化するために、得られた分散物に、上記で定義された乳化剤が添加され得る。小滴中の触媒成分の固化は、好ましくは、混合物の温度を例えば0℃〜100℃まで、例えば60〜90℃まで、徐々に、例えば1〜180分で、例えば1〜90または5〜30分で、または急速な熱変化として、上げることにより行われる。加熱時間は、反応器のサイズに依存する。
約60〜100℃、好ましくは約75〜95℃(溶媒の沸点より下)で好ましくは行われる固化工程の間に、溶媒が好ましくは除去され得、任意的に固体が洗浄溶液によって洗浄される。上記洗浄溶液は、任意の溶媒または溶媒の混合物、例えば上記で定義されたおよび/または当該分野で使用されるもの、好ましくは炭化水素、例えばペンタン、ヘキサンまたはヘプタン、適切にはヘプタンであり得る。洗浄された触媒は、乾燥され得、または油中にスラリー化され、そして重合プロセスにおいて触媒−油スラリーとして使用され得る。
製造工程の全部または一部が、連続的に行われ得る。エマルジョン/固化法によって製造される固体触媒型の連続的または半連続的製造法の原則を記載した国際公開第2006/069733号パンフレットが参照される。
形成された触媒は好ましくは、反応の寿命、高い活性、および低い灰分を可能にする触媒の点において良好な安定性/動力学を有する。
50kgのポリマー/触媒g/h、好ましくは少なくとも60kgのポリマー/g/hの活性が達成され得る。
触媒動力学も良好である。触媒は、少なくとも30分間、好ましくは少なくとも1時間、性能の低下を有しないべきである。
触媒の調製/予備重合
不均一系の、担持されていない触媒(すなわち「自己担持された」触媒)の使用は、欠点として、重合媒体にある程度溶解する傾向を有し得、すなわち、幾つかの活性触媒成分が、スラリー重合の間に触媒粒子から浸出し得、それによって、触媒の初期の良好なモルホロジーが失われ得る。このような浸出した触媒成分は非常に活性であり、恐らく重合中に問題を引き起こす。したがって、浸出成分の量が最少にされるべきである。すなわち、全ての触媒成分は、不均一な状態で保持されるべきである。
更に、自己担持された触媒は、触媒系における触媒的に活性な種の高い量故に、重合開始時に高い温度を生じ、それは、生成物物質の溶融を引き起こし得る。両方の効果、すなわち、触媒系の部分的な溶解および熱の発生は、付着(fouling)、被覆(sheeting)およびポリマー物質モルホロジーの悪化を引き起こし得る。
高い活性または浸出に伴うありうる問題を最少にするために、触媒を重合プロセスで使用する前に「予備重合する」ことが好ましい。これに関する予備重合は、触媒調製法の一部であり、固体触媒が形成された後に行われる工程であることが記されなければならない。この触媒予備重合工程は、実際の重合の一部でない。実際の重合は、慣用プロセスの予備重合工程を含み得る。したがって、触媒予備重合工程の後、固体触媒が得られ、そして重合で使用される。
触媒「予備重合」は、先に記載された液体−液体エマルジョン法の固化工程の後に行われる。予備重合は、公知文献、例えば国際公開再2010/052263号パンフレット、同第2010/052260号パンフレットまたは同第2010/052264号パンフレットに記載された公知の方法によって行われ得る。本発明のこの局面の好ましい実施態様がここに記載される。
触媒予備重合工程におけるモノマーとして、好ましくは、α−オレフィンが使用される。好ましいC−C10オレフィン、例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、 1−ノネン、1−デセン、スチレンおよびビニルシクロヘキセンが使用される。最も好ましいα−オレフィンは、エチレンおよびプロピレンである。触媒予備重合は、気相中、または不活性希釈剤中、典型的には油またはフッ素化炭化水素、好ましくはフッ素化炭化水素またはフッ素化炭化水素の混合物中で行われ得る。好ましくは過フッ素化炭化水素が使用される。そのような(過)フッ素化炭化水素の融点は、典型的に0〜140℃、好ましくは30〜120℃、例えば50〜110℃の範囲である。
触媒予備重合がフッ素化炭化水素中で行われる場合には、予備重合工程の温度が70℃より下、例えば−30〜70℃、好ましくは0〜65℃、より好ましくは20〜55℃の範囲である。
予備重合容器内の圧力は好ましくは、空気および/または水分の触媒溶液への起こり得る浸出を最少にするために大気圧より高い。好ましくは、圧力が少なくとも1〜15バール、好ましくは2〜10バールである。予備重合容器は好ましくは、不活性雰囲気中、例えば窒素またはアルゴンまたは同様の雰囲気中で保持される。
予備重合は、ポリマーマトリックスの重量/予備重合工程前の固体触媒の重量として定義される予備重合度が達成されるまで続けられる。予備重合度は、25未満、好ましくは0.5〜10.0、より好ましくは1.0〜8.0、最も好ましくは2.0〜6.0である。
触媒予備重合工程の使用は、触媒成分の浸出およびしたがって局所過熱を最少にするという利点を提供する。
予備重合の後、触媒は、単離されそして貯蔵され得る。理解されるように、この触媒は、プロピレンモノマーが触媒調製工程で使用されなくても、プロピレンホモポリマーを形成するために使用され得る。しかし、プロピレンが予備重合工程で使用されるならば、好ましい。
重合
本発明の触媒を使用して重合されるオレフィンはプロピレンである。特に、形成されるポリマーがプロピレンホモポリマーである。最も特に、上記触媒が、アイソタクチックポリプロピレンを製造するために使用される。ホウ素化合物の性質または量の操作によって、生じるプロピレンホモポリマーの融点を高めることができることが分かった。
本発明の方法での重合は、1以上、例えば1、2または3の重合反応器中、理想的には1の反応器中で、慣用の重合法、例えば気相、スラリーまたはバルク重合、を使用して行われ得る。触媒が反応媒体に溶解しないので、重合は不均一系である。
一般に、スラリー(またはバルク)および少なくとも1の気相反応器の組合せがしばしば好ましく、特に反応器の順序がスラリー(またはバルク)、次いで1以上の気相反応器であるのが好ましい。
スラリー反応器の場合のプロピレン重合では、反応温度が一般に、60〜110℃(例えば60〜90℃)の範囲、反応器圧力が一般に5〜80バール(例えば20〜60バール)の範囲、および滞在時間が一般に0.1〜5時間(例えば0.3〜2時間)の範囲であろう。上記モノマーが通常、反応媒体として使用される。
気相反応器の場合には、使用される反応温度が一般に、60〜115℃(例えば70〜110℃)の範囲、反応器圧力が一般に10〜25バールの範囲、および滞在時間が一般に0.5〜8時間(例えば0.5〜4時間)であろう。使用される気体はモノマーであり、任意的に非反応性気体、例えば窒素またはプロパンとの混合物としてであろう。実際の重合工程および反応器に加えて、本発明方法は、任意の追加の重合工程、例えば予備重合工程および、従来公知の任意のさらなる後反応器対処工程(after reactor handling steps)を含み得る。
一般に、使用される触媒の量は、触媒の性質、反応器の種類および条件ならびに、ポリマー生成物に望ましい特性に依存するだろう。周知であるように、水素が、ポリマーの分子量を制御するために使用され得る。
特許請求の範囲に記載された触媒が、高い触媒活性を使用して、著しく高い融点を有するポリマーの形成を可能にすることが本発明の特徴である。
これらの特徴は、商業的に興味深い重合温度、例えば60℃以上、で達成され得る。本発明の触媒が、少なくとも60℃、好ましくは少なくとも65℃、例えば少なくとも70℃の温度でプロピレンを重合するために使用されることが本発明の好ましい特徴である。
本発明の方法によって製造されるポリプロピレンホモポリマーの融点は、152.5℃以上、例えば153℃以上、特に154℃以上であり得る。ポリプロピレンの融点は、149〜152℃(アルミノキサンのみを使用)から154〜157℃(両方の助触媒を使用)までに高められ得る。融点はしたがって、基本の参照ポリマー特性に依存して、驚くべく4〜7℃高められ得る。
ホウ素およびアルミノキサン助触媒の存在はまた、MFRを低下させることが観察された。我々は、実施例において、両方の助触媒が使用されると、MAOのみの使用に対して約7〜8g/10分だけMFRが低下することを示している。
2の助触媒の存在は、しかし、ポリマーの全結晶性に影響を及ぼさない。
さらに、これらの利点は、より高い触媒活性で達成される。我々は、MAOのみの存在下で行われた実験と比べて、6%超、さらには20%以上の活性の増加を観察した。いくつかの場合には、活性が、2の助触媒を使用することにより、二倍にすらなった。
本発明のメタロセンによって製造されるポリプロピレンは、関心のある全範囲のMFR値、すなわち、非常に高い値(2000g/10分と高い、例えば1000または500g/10分)から非常に低い値(分数値(<1))までを有して製造され得る。水素は、周知のように、MFRを操作するために使用され得る。1〜30、例えば5〜20g/10分のMFR値が、多くの用途のための典型的な値である。これらの値は、ホウ素助触媒の不存在下で製造されたこと以外は同じポリマーと比べて、約4〜10g/10分だけ低下され得る。しかし、周知であるように、種々の用途は、非常に低いMFR値または非常に高いMFR値を有するポリマーを必要とし得る。
用途
本発明の触媒によって作られたポリマーは、あらゆる種類の最終製品、例えばパイプ、フィルム(キャストフィルム、インフレーションフィルムまたはBOPPフィルム、例えばキャパシターフィルムのためのBOPP)、繊維、成形品(例えば射出成形品、ブロー成形品、回転成形品)、押出コーティングなどにおいて有用である。
本発明を、下記の非限定的実施例を参照して説明する。
化学薬品
化学薬品および化学反応は全て、不活性気体雰囲気下でシュレンク(Schlenk)およびグローブボックス技術を使用して、オーブン乾燥されたガラス製品、注入器、針またはカニューレを用いて操作された。
MAOは、Albermarle社から購入され、トルエン中の30重量%溶液として使用された。
界面活性剤として使用されたパーフルオロアルキルエチルアクリレートエステルの混合物(CAS 65605−70−1)は、Cytonix社から購入され、活性化された分子ふるいで乾燥され(2回)、そして使用の前にアルゴンの通気によって脱気された。
パーフルオロ−1,3−ジメチルシクロヘキサン(PFC、CAS 335−27−3)が、活性化された分子ふるいで乾燥され(2回)、使用の前にアルゴンの通気によって脱気された。
トリエチルアルミニウムがCrompton社から購入され、純粋な形で使用された。水素がAGA社によって提供され、使用前に精製された。
プロピレンがBorealis社によって提供され、使用前に十分精製された。
トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(別名トリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート)(CAS 136040−19−2)がAcros社から購入された。
N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートはCAS no 118612−00−3を有する。
測定法
ICP分析
触媒の元素分析が、質量mの固体サンプルを採取することにより行われた。最初に消極的に針によって、および積極的にサンプリング容器に減圧を3回適用することにより、不活性の貯蔵条件を環境空気で置き換えることにより、触媒が不活性化された。サンプルは、最初にドライアイスで冷却し、一方で、新しく脱イオンされた水(Vの5%)および硝酸(HNO、65%、Vの5%)を添加することにより体積Vまで溶解された。サンプルが、脱イオン水を使用し、そしてサンプリング容器を洗浄することにより、メスフラスコに全部移された。フッ化水素酸(HF、40%、Vの3%)がメスフラスコに添加され、新しく脱イオンされた水の添加により体積Vが得られた。調製されたサンプル溶液が2時間放置されて安定化された。
分析が、Thermo Elemental iCAP 6300 Inductively Coupled Plasma−Optical Emission Spectrometer(ICP−OES)を使用して室温で行われた。この分光計は、ブランク(脱イオン水中の5%HNO、5%HFの溶液)、および脱イオン水中の5%HNO、3%HFの溶液中の0.5ppm、1ppm、10ppm、50ppm、100ppmおよび300ppmのAlおよび0.5ppm、1ppm、5ppm、20ppm、50ppmおよび100ppmのBおよびPの6基準によって較正された。
分析の直前に、較正が、上記ブランクおよび100ppmのAl、50ppmのB、P基準を使用して「再傾斜され(resloped)」、品質管理(quality control)サンプル(DI水中の5%HNO、3%HFの溶液中の20ppm Al、5ppm B、P)が、再傾斜を確認するために測定される。QCサンプルがまた、5回目のサンプリング後ごとにおよび計画された分析の組の終わりに測定される。
ホウ素の含量が、249.773nmラインを使用してモニターされ、そして177.495nmおよび178.284nmラインを使用してリンの含量がモニターされた。アルミニウムの含量は、ICPサンプル中のAl濃度が0〜10ppm(100ppmまでのみ較正された)である場合には167.079nmラインによって、Al濃度が10ppm超の場合には396.152nmラインによってモニターされた。
報告された値は、同じサンプルから採取された3つの連続するアリコートの平均であり、サンプルの初期質量mおよび希釈体積Vをソフトウエアに入力することにより、初期触媒に戻って関連付けられる。
ハフニウムの含量が、282.022nmおよび339.980nmラインを使用してモニターされ、そして339.198nmラインを使用してジルコニウムの含量がモニターされた。
報告された値は、同じサンプルから採取された3つの連続するアリコートの平均であり、サンプルの初期質量mおよび希釈体積Vをソフトウエアに入力することにより、初期触媒に戻って関連付けられる。
DSC分析
融点(T)および結晶化温度(T)が、DSC200 TA機器において、5〜7mgのポリマーサンプルを、閉じたDSCアルミニウムパンに入れ、サンプルを−10℃から210℃に10℃/分で加熱し、210℃で5分間保持し、210℃から−10℃に冷却し、−10℃で5分間保持し、−10℃から210℃に10℃/分で加熱することにより、決定された。報告されたTは、第二加熱スキャンからの曲線の最大値であり、Tは冷却スキャンの曲線の最大値である。
メルトフローレート
メルトフローレート(MFR)は、ISO 1133に従って決定され、g/10分で示される。MFRは、ポリマーの流動性およびしたがって加工性の指標である。メルトフローレートが高いほど、ポリマーの粘度が低い。MFRは、230℃で測定され、2.16kg(MFR)または21.6kg(MFR21)などの種々の荷重で測定され得る。
GPC:分子量平均、分子量分布および多分散度(M 、M 、M /M
分子量平均(Mw、Mn)、分子量分布(MWD)およびその広さ(多分散度PDI= Mw/Mn(Mnは数平均分子量であり、Mwは重量平均分子量である)によって記載される)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によってISO16014−4:2003およびASTM D 6474−99にしたがって決定された。示差屈折計およびオンライン粘度計を備えたWaters GPCV2000機器が、Tosoh Bioscience社の2xGMHXL−HTおよび1xG7000HXL−HT TSK−ゲルカラムおよび、溶媒としての1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB、250mg/Lの2,6−ジt−ブチル−4−メチルフェノールで安定化された)とともに、140℃および1mL/分の一定の流速で使用された。分析ごとに、209.5μLのサンプル溶液が注入された。カラムセットは、普遍の較正(ISO 16014−2:2003に従う)を使用して、1kg/モル〜12000kg/モルの範囲の少なくとも15の狭いMWDポリスチレン(PS)標準を用いて較正された。使用されたPS、PEおよびPPのためのMark Houwink定数は、ASTM D 6474−99の通りである。全てのサンプルが、0.5〜4.0mgのポリマーを4mL(140℃)の安定化されたTCB(移動相と同じ)に溶解し、そして、GPC機器へのサンプリングの前に最高160℃で最大3時間、静かに攪拌を続けながら保持することにより調製された。
アンチ-ジメチルシリレン(2-メチル-4-フェニル-5-メトキシ-6-tert-ブチル-インデニル)(2-メチル-4-(4-tert-ブチル-フェニル)インデニル)ジルコニウムジクロライド(MC錯体A)の合成
4/7-(4-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-3/1H-インデン

Figure 0006300811
500mlのTHF中の110g (0.518mol)の1-ブロモ-4-tert-ブチルベンゼンおよび12.6g (0.518mol)の削りくず状マグネシウムから得られた4-tert-ブチルフェニルマグネシウムブロミドの溶液に、0.65g (0.83mmol)の(IPr)NiCl2PPh3および、50mlのTHF中の77.6g (0.371mol)の4/7-ブロモ-2-メチル-3/1H-インデンの溶液が添加された。この混合物が、還流下で30分間撹拌され、次いで室温で20分間撹拌された。最後に、150mlの水および次いで70mlの4M HClが添加された。生成物が200mlのエーテルで、次いで2x100mlのジクロロメタンで抽出された。一緒にされた有機抽出物がK2CO3上で乾燥され、シリカゲル60を有する短カラムを通され、そして蒸発乾固された。残渣(b.p.163-171℃/5mmHg)の精留により、93.8g (96%)の、標記異性体インデンの混合物が黄色粘性油状物として得られ、これはゆっくり結晶化された。
分析:C20H22のための計算値: C, 91.55; H, 8.45. 実験値: C, 91.62; H, 8.52.
1H NMR (CDCl3): δ 7.62 (m, 両方の異性体のC6H4), 7.46 (m, 4- および 7-アリールインデン中の 5- および 6-H), 7.40 (m, 4- および 7-アリールインデン中の 7- および 4-H), 7.31 (m, 4- および7-アリールインデン中の 6- および 5-H), 6.88 (m, 4/7-アリールインデン中の 3-H),6.68 (m, 7/4-アリールインデン中の 3-H), 3.55 (m, 7/4-アリールインデン中の 1-CH2), 3.49 (m, 4/7-アリールインデン中の 1-CH2), 2.28 (4/7-アリールインデン中の 2-Me), 2.27 (7/4-アリールインデン中の 2-Me), 1.54 (s, 4- および 7-アリールインデン中の tBu).
(6-tert-ブチル-5-メトキシ-2-メチル-4-フェニル-1H-インデン-1-イル)[4-(4-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-1H-インデン-1-イル]ジメチルシラン

Figure 0006300811
300mlのエーテル中の11.5g (43.8mmol)の7-(4-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-1H-インデンの溶液に、ヘキサン中の2.5MnBuLiの17.0ml (42.5mmol)が−78℃で一度に添加された。この混合物が室温で一夜撹拌され、次いで-60℃に冷却され、150mgのCuCNが添加された。得られた混合物が、-20℃で1時間撹拌され、次いで-70°Cに冷却され、150mlのエーテル中の16.2gの(6-tert-ブチル-5-メトキシ-2-メチル-4-フェニル-1H-インデン-1-イル)(クロロ)-ジメチルシラン(42.08mmol)が添加された。さらに、この混合物が環境温度で一夜撹拌され、次いで0.5mlの水が添加された。この溶液が、シリカゲル60 (40〜63um)のパッドにより濾過され、さらにジクロロメタンで洗浄された。一緒にされた有機溶離液が蒸発乾固され、得られた黄色油状物がフラッシュクロマトグラフィーによりシリカゲル60 (40〜63um;溶離液:ヘキサン−ジクロロメタン,10:1〜3:1,体積)上で精製された。この手順により、23.4g (91%)の標記化合物が黄色ガラス状物質として得られた。
分析:C43H50OSiのための計算値: C, 84.54; H, 8.25%. 実験値: C, 84.70; H, 8.33%.
1H NMR (CDCl3): δ 7.59-7.18 (m), 6.89 (m), 6.83 (m), 6.51(m), 6.48 (m), 3.77 (m), 3.73 (m), 3.68-3.70 (m), 3.31 (s), 3.29 (s), 2.25 (s),2.23 (s), 2.16 (s), 2.10 (s), 1.50 (s), 1.48 (s), 1.45 (s), 1.44 (s), 0.00 (s),-0.09 (s), -0.11 (s), -0.12 (s).
アンチ-およびシン-ジメチルシリレン(2-メチル-4-フェニル-5-メトキシ-6-tert-ブチル-インデニル)(2-メチル-4-(4-tert-ブチル-フェニル)インデニル)ジルコニウムジクロライド(MC錯体A)

Figure 0006300811
-78℃に冷却された300mlのエーテル中の15.3g (25.0mmol)の(6-tert-ブチル-5-メトキシ-2-メチル-4-フェニル-1H-インデン-1-イル)[4-(4-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-1H-インデン-1-イル]ジメチルシランの溶液に、ヘキサン中の2.5M nBuLiの20.0ml (50.0mmol)が一度に添加された。この混合物が室温で一夜撹拌され、次いで-60℃に冷却され、9.43g (25.0mmol)のZrCl4(THF)2が添加された。得られた混合物が24時間撹拌され(有意な量の析出物を有する淡橙色の溶液が形成された)、次いで蒸発乾固され、350mlのトルエンが添加された。80℃に温められた得られた溶液がガラスフリット(G4)により濾過されて、アンチ−およびシン−ジルコニウムの約1:1の混合物(NMR分光法の証拠に基づく)が形成された。この溶液から室温で一夜に析出した結晶が集められ、2x10mlの冷トルエンで洗浄され、そして減圧乾燥された。この手順により、3.50gの純粋なシン−ジルコノセンが淡橙色の微結晶性粉末として得られた。母液が約100mlまで蒸発された。この溶液から室温で一夜に析出した結晶が集められ、10mlの冷トルエンで洗浄され、そして減圧乾燥された。この手順により、追加量(4.10g)の純粋なシン-ジルコノセンが得られた。こうして、純粋なシン−ジルコノセンの一緒にされた収量は、淡橙色の微結晶性粉末として7.60g (39%)であった。室温で3日後に析出した結晶が集められ、10mlの冷トルエンで洗浄され、そして減圧乾燥された。この手順により、2.95gの純粋なアンチ−ジルコノセンがわずかに橙色の微結晶性粉末として得られた。約35mlに蒸発された母液から同様にして、追加量のこの生成物が得られた。こうして、アンチ−ジルコノセンの一緒にされた収量は5.65g (29%)であった。
アンチ-MC A
分析:C43H48Cl2OSiZrのための計算値: C, 66.98;H, 6.27%. 実験値: C, 67.00; H, 6.31%
1H NMR (CDCl3): δ 7.61-7.63 (m, 3H, C6H4中の2,6-H およびIのインデニル中の 5-H), 7.54(s, 1H, II のインデニル中の7-H), 7.46-7.48 (m, 2H, IのC6H4中の3,5-H), 7.42 (m, 2H, II のPh 中の3,5-H), 7.37 (d, J = 7.1 Hz, 1H, Iのインデニル中の 7-H), 7.32 (m, 1H, II のPh 中の4-H), 7.09 (dd, J= 8.6 Hz, J = 7.1 Hz, 1H, Iのインデニル中の 6-H), 7.02 (s, 1H, II のインデニル中の3-H), 6.57 (s, 1H, Iのインデニル中の3-H), 3.39 (s, 3H, OMe), 2.25 (s, 3H, I中の2-Me), 2.17 (s,3H, II 中の2-Me), 1.39 (s, 9H, II中の 6-tBu),1.33 (s, 9H, I 中の4-tBu), 1.31 (s, 6H, SiMe2); ここで、Iは4-(4-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-1H-インデン-1-イルであり、IIは 6-tert-ブチル-5-メトキシ-2-メチル-4-フェニル-1H-インデン-1-イルである。
シン-MC A
分析:実験値: C, 66.12; H, 6.35%
1H NMR (CDCl3): δ 7.64 (m, 1H, Iのインデニル中の5-H),7.56-7.58 (m, 2H, IのC6H4中の2,6-H), 7.54 (s,1H, II のインデニル中の7-H), 7.44-7.46 (m, 2H, IのC6H4中の3,5-H), 7.41 (m,2H, II のPh 中の3,5-H), 7.30 (m, 1H, II のPh 中の4-H), 7.15 (d, J= 7.1 Hz, 1H, Iのインデニル中の7-H), 6.91 (s, 1H, II のインデニル中の3-H), 6.87(dd, J = 8.6 Hz, J = 7.1 Hz, 1H, Iのインデニル中の6-H), 6.47(s, 1H, Iのインデニル中の3-H), 3.20 (s, 3H, OMe), 2.44 (s, 3H, I中の2-Me), 2.37 (s,3H, II中の 2-Me), 1.44(s, 3H, SiMeMe’), 1.34 (s, 9H, II中 の6-tBu), 1.33 (s, 9H, I中の4-tBu),1.22 (s, 3H, SiMeMe’); ここで、Iは4-(4-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-1H-インデン-1-イルであり、IIは6-tert-ブチル-5-メトキシ-2-メチル-4-フェニル-1H-インデン-1-イルである。
触媒調製例
実施例1(Ex1):MC錯体Aを用いたホウ素修飾された触媒合成-rac-アンチ-Me2Si(2-Me-4-(p-tBuPh)-Ind)(2-Me-4-Ph-5-OMe-6-tBu-Ind)ZrCl2
グローブボックス内で、80μLの乾燥した脱気された界面活性剤が2mLのMAOとセプタムびん(septum bottle)中で混合された。次いで、別のセプタムびん中で、58.68mgのMC錯体A (0,076mmol, 1当量)が4mLの上記MAO溶液と混合された。上記混合物が60分間撹拌され、次いで129,1mgのトリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートが添加された(B/Zr(mol/mol)=1.84)。上記2つの混合物が、上記グローブボックス内で室温で一夜反応された。
次の日に、4mLの上記MAO-メタロセン溶液および1mLの上記界面活性剤溶液が逐次、40mLのPFCを含む50mLの乳化ガラス反応器に-10℃で添加され、そしてオーバーヘッド撹拌機を供えられた(撹拌速度=600rpm)。MAOの全量は5mL (300当量)である。赤色のエマルジョンが直ちに形成され(測定されたエマルジョン安定性=17秒)、そして15分間、-10℃/600rpmで撹拌された。次いで、エマルジョンが、2/4テフロン(登録商標)管を介して100mLの熱PFCに90℃で移され、そして移動が完了するまで600rpmで撹拌された後、速度が300rpmに低下された。15分の撹拌後に、油浴が除去され、撹拌機が止められた。触媒を上記PFCの上部に沈殿させ、35分後に溶媒がサイホン除去された。残った赤色触媒が50℃で2時間、アルゴン流上で乾燥され、0.55gの赤色の自由に流動する粉末が得られた。
比較例1(Cex1):ボレート修飾なし
グローブボックス内で、80μLの乾燥した脱気された界面活性剤が2mLのMAOとセプタムびん中で混合され、一夜反応された。次の日に、別のセプタムびん中で、58,9mgのMC錯体A (0,076mmol, 1当量)が4mLの上記MAO溶液と混合され、上記グローブボックス内で撹拌された。
60分後に、1mLの上記界面活性剤溶液および4mLの上記MAO-メタロセン溶液が逐次、40mLのPFCを含む50mLの乳化ガラス反応器に-10℃で添加され、そしてオーバーヘッド撹拌機を供えられた(撹拌速度=600rpm)。MAOの全量は5mL(300当量)である。赤橙色のエマルジョンが直ちに形成され(測定されたエマルジョン安定性=15秒)、そして15分間、-10℃/600rpmで撹拌された。次いで、エマルジョンが、2/4テフロン(登録商標)管を介して100mLの熱PFCに90℃で移され、そして移動が完了するまで600rpmで撹拌された後、速度が300rpmに低下された。15分の撹拌後に、油浴が除去され、撹拌機が止められた。触媒を上記PFCの上部に沈殿させ、35分後に溶媒がサイホン除去された。残った赤色触媒が50℃で2時間、アルゴン流上で乾燥された。0.62gの赤色の自由に流動する粉末が得られた。

Figure 0006300811
重合例P1, P2 および CP1, CP2
プロピレンホモ重合
重合が、5L反応器中で行われた。200μlのトリエチルアルミニウムがスカベンジャーとして、5mLの乾燥した脱気されたペンタン中に供給された。所望量の水素が次いで充填され(mmolで測定される)、1100gの液体プロピレンが上記反応器に供給された。温度が30℃に設定された。5mLのPFC中の所望量の触媒(3〜15mg)が上記反応器中に窒素過圧によってフラッシュされた。温度が次いで15分間にわたって70℃に上げられた。30分後に重合が、反応器を通気し、窒素でフラッシュすることにより停止された後、ポリマーが集められた。
触媒活性が、上記30分間に基づいて下記式に従って計算された。

Figure 0006300811

Figure 0006300811
上記結果からわかるように、Alに基づく助触媒およびBに基づく助触媒の混合物を有する触媒によって製造されたポリマーの融点が、Bに基づく助触媒を用いない場合よりも少なくとも5℃高い。さらに、活性の増加が認められ得る。
触媒調製例2〜5 (Ex2〜Ex5): MC錯体Bによるホウ素修飾された触媒の合成:rac-シクロヘキシル(メチル)シランジイルビス[2-メチル-4-(4’-tert-ブチルフェニル)インデニル]ジルコニウムジクロライド(CAS no888227-55-2, 国際公開第2006/060544号パンフレット, 市販の源から得られた)
グローブボックス内で、0,08mL(80μL)の界面活性剤が2mLのMAOとセプタムびん中で混合された。グローブボックス内で、10mgのt rac-シクロヘキシル(メチル)シランジイルビス[2-メチル-4-(4’-tert-ブチルフェニル)インデニル]ジルコニウムジクロライド(MC錯体B) (CAS no888227-55-2, 国際公開第2006/060544号パンフレット, 市販の源から得られた)がセプタムびん中で2mLの30重量%MAOとともに溶解された。これが、30分間撹拌された。1,6mlのMAOが別のセプタムびんに入れられ、次いで0,4mlの上記MAO/メタロセン錯体混合物が、上記で定義された界面活性剤27μLが添加されるちょうど30分前に添加された。これがグローブボックス内で一夜放置された。
グローブボックス内で、61,5mgのMC Bおよび4mlのMAOの混合物がセプタムびん中で調製された。ボレート助触媒が添加され、室温で一夜反応された。ボレートの種類および調製におけるB/Zr(mol/mol)比としての量が表3に開示される。
50mLの(「オープンバッフル」およびオーバーヘッド撹拌機を備えた)乳化ガラス反応器中で、液体-液体2相系が-10℃で40mLの(少なくとも30分間アルゴンで脱気された)パーフルオロ-1,3-ジメチルシクロヘキサン(PFC)から生じた。エマルジョン反応器が-10℃に低下され、錯体+MAO+ボレート、次いで1mlのMC B+MAO+界面活性剤混合物が添加された。反応混合物が3分間撹拌され、撹拌が約-10℃および600rpmでさらに15分続けられ、その後、エマルジョンが2/4テフロン(登録商標)管によって撹拌下で100mLの熱パーフルオロ-1,3-ジメチルシクロヘキサン(90℃で油浴を用いて加熱され、600rpmで撹拌された)に移された。撹拌が15分間続けられ、油浴が取り外され、混合速度が300rpmに低下され、最後にスイッチが切られた。触媒が、35分間浮かばされ、サイホンによりPFCを良好に分離した。触媒が、50℃でアルゴン流上で2時間乾燥された。0,44gの良好な赤色触媒が得られた。
比較触媒2 (Cex 2):
比較触媒 2が触媒調製Ex2と同様に調製されたが、合成においてホウ素は使用されなかった。
重合例 P3 〜 P6 および CP3
PPホモ重合
重合が15 mmol の水素量を用いて上記のように行われた。

Figure 0006300811
本発明の触媒がホモ重合で使用されたとき、Tmが高められた。さらに、活性の増加が見られ得る。
触媒調製例6 (Ex6)
触媒が触媒調製例Ex3と同様にして調製されたが、メタロセンとして、rac-ジメチルシランジイルビス(2-メチル-4-フェニルインデニル)ジルコニウムジクロライド(MC錯体C)が使用された。
比較触媒調製例3 (Cex3)
C7がEx6と同様にして調製されたが、ホウ素化合物を使用しなかった。
プロピレンホモ重合例P7およびCP4
ホモ重合が上記のように行われたが、触媒Ex6およびCex3を使用した。

Figure 0006300811
ボレート助触媒の存在下では、ポリマーのTmがホモ重合において6℃上昇した。さらに、触媒活性が二倍になった。

Claims (15)

  1. (i)族の金属のメタロセン錯体、ここで該メタロセンが少なくとも2のシクロペンタジエニル型リガンドを含む、
    (ii)ホウ素助触媒、および
    (iii)アルミノキサン助触媒
    を含む触媒の存在下でプロピレンを重合することを含む、プロピレンホモポリマーの製造方法であって、上記触媒が固体状であり、かつ外部担体を含まず、形成されたプロピレンポリマーの融点が少なくとも154℃であるところの方法。
  2. 記プロピレンポリマーの融点が、上記ホウ素助触媒の量または性質を調整することによって制御される、請求項1に記載の方法。
  3. 上記ホウ素助触媒が、ボレート型助触媒である、請求項1または2に記載の方法。
  4. 上記触媒が、
    (a)液体/液体エマルジョン系が形成される、ここで、上記液体/液体エマルジョン系は、分散した小滴を形成するように溶媒中に分散された触媒成分(i)〜(iii)の溶液を含む、そして
    (b)上記分散した小滴を固化することにより固体粒子が形成される
    ところの方法によって得られる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 工程(b)の後に上記固体触媒が工程(c)で予備重合される、ここで、上記工程(c)では、工程(b)からの固体触媒が、少なくとも1のC〜C10α−オレフィンモノマーおよび任意的に1以上の別のC〜C10α−オレフィンコモノマーと予備重合される、請求項4に記載の方法。
  6. 上記メタロセン触媒が式(II)のものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法、
    Figure 0006300811
    上記式中、
    Mは、族の金属であり、
    各Xはシグマリガンドであり、
    Lは −R’C−、−R’C−CR’−、−R’Si−、−R’Si−SiR’−、−R’Ge−から選択される二価の架橋であり、ここで、各R’は独立して、水素原子、C−C20ヒドロカルビル(例えば、C−C20アリール、C−C20アリールアルキルまたはC−C20アルキルアリール)、またはトリ(C−C20アルキル)シリルである、
    およびR2’は各々独立して、H、または任意的に1以上の14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよいC−C20ヒドロカルビル基であり、
    およびR3’は各々独立して、H、または任意的に1以上の14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよいC−C20ヒドロカルビル基であり、
    またはR4’は各々独立して、任意的に1以上の基Rによって置換されていてもよい、20までの炭素原子を有するアリールまたはヘテロアリール基であり、
    およびR5’は各々独立して、H、または任意的に1以上の14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよく、また任意的に1以上のハロ原子によって置換されていてもよいC1−20ヒドロカルビル基であり、
    およびR6’は各々独立して、水素、または任意的に1以上の14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよいC1−20ヒドロカルビル基であり、
    およびR7’は各々独立して、水素、または任意的に1以上の14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよいC1−20ヒドロカルビル基であり、
    はC1−20ヒドロカルビル基であり、または隣接する炭素原子上の2のR基が一緒になって、RまたはR4’基と共に、縮合した非芳香族の5または6員環を形成し得、上記環は、それ自体が任意的に1以上の基Rで置換されていてもよい、
    または、RとRとがおよび/またはR5’とR6’とが一緒になってインデニル部分のベンゼン環に縮合した4〜7員環を形成し、上記環は任意的に14〜16族のヘテロ原子を含んでいてもよく、上記環を形成する各原子は、任意的に少なくとも1のR基で置換されていてもよい。
  7. 上記メタロセン触媒が式(III)のものである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法、
    Figure 0006300811
    上記式中、
    MはHfまたはZrであり、
    各Xは独立して、水素原子、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ基、C1−6アルキル、フェニルまたはベンジル基であり、
    Lは、−R’C−または−R’Si−(各R’は独立して、水素原子、C1−20アルキルまたはC3−10シクロルキルである)から選択される二価の架橋であり、
    およびR2’は各々独立して、H、直鎖C−Cアルキルまたは分岐状のC4−10アルキルであり、
    nは、0、1または2であり、
    は、C1−6アルキル基であり、
    およびR5’は各々独立して、H、フェニル、C1−10アルキル基またはOC1−10アルキル基であり、
    およびR6’は各々独立して、水素またはC1−10アルキル基であり、または
    とRとがおよび/またはR5’とR6’とが一緒になって、任意的に1のR基で置換されていてもよい、インデニル部分のベンゼン環に縮合した5〜6員環を形成する。
  8. 上記メタロセン触媒が式(IV)のものである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法、
    Figure 0006300811
    上記式中、
    MはHfまたはZrであり、
    各Xは独立して、水素原子、ハロゲン原子、C1−6アルコキシ基、C1−6アルキル、フェニルまたはベンジル基であり、
    Lは−R’C−または−R’Si−(各R’は独立して、水素原子、C1−20アルキルまたはC3−10シクロルキルである)から選択される二価の架橋であり、
    およびR2’は各々独立して、C1−6アルキル、例えばメチル、であり、
    nは、0、1または2であり、
    は、C3−6アルキル基であり、
    およびR5’は各々独立して、H、C1−6アルキル基またはOC1−6アルキル基であり、
    およびR6’は各々独立して、HまたはC1−6アルキル基であり、または
    とRとがおよび/またはR5’とR6’とが一緒になって、インデニル部分のベンゼン環に縮合した未置換の5員環を形成する。
  9. 60℃以上の温度で行われる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 上記アルミノキサンがMAOである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 上記ホウ素助触媒が、下記式:
    (Z) (V)
    (式中、Zは、任意的に置換されていてもよいフェニル誘導体であり、該置換基は、C1−6アルキル基、ハロC1−6アルキルまたはハロ基である)の陰イオンを含有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 上記重合が不均一系である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 上記プロピレンホモポリマーがアイソタクチックである、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 上記触媒が固体粒子形状である、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 上記ホウ素助触媒が、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルシクロヘキシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルベンジルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートまたは(N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートである、請求項11に記載の方法。
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