JP7466661B2 - 固体状チタン触媒成分、オレフィン重合用触媒、オレフィンの重合方法およびプロピレン重合体 - Google Patents

固体状チタン触媒成分、オレフィン重合用触媒、オレフィンの重合方法およびプロピレン重合体 Download PDF

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Description

本発明は、固体状チタン触媒成分、該固体状チタン触媒成分を含むオレフィン重合用触媒、該オレフィン重合用触媒を用いたオレフィンの重合方法、およびプロピレン重合体に関する。
従来から、エチレン、α-オレフィンの単独重合体あるいはエチレン・α-オレフィン共重合体などのオレフィン重合体を製造するために用いられる触媒として、活性状態のハロゲン化マグネシウムに担持されたチタン化合物を含む触媒が知られている。以下、「単独重合」と「共重合」とをまとめて「重合」と記載する場合がある。
このようなオレフィン重合用触媒としては、チーグラー-ナッタ触媒と称される、四塩化チタンや三塩化チタンを含む触媒や、マグネシウム、チタン、ハロゲンおよび電子供与体からなる固体状チタン触媒成分と有機金属化合物とからなる触媒等が広く知られている。
後者の触媒は、エチレンの他、プロピレン、1-ブテンなどのα-オレフィンの重合に高い活性を示す。また、得られるα-オレフィン重合体は高い立体規則性を有することがある。
上記の触媒の中でも、特に、フタル酸エステルを典型的な例とするカルボン酸エステルから選択される電子供与体が担持された固体状チタン触媒成分と、助触媒成分としてのアルミニウム-アルキル化合物と、少なくとも一つのSi-OR(式中、Rは炭化水素基である)を有するケイ素化合物とからなる触媒を用いた場合に、優れた重合活性と立体特異性が発現されることが報告されている(例えば、特許文献1)。また、フタル酸エステル以外にも、多価エーテル化合物など多くの電子供与体が検討されている。
エステル化合物を電子供与体とする検討としては、2価以上のエステル基を有するカルボン酸エステルを含む触媒も開示されている(例えば、特許文献2)。本出願人も、特殊な環状構造を有するエステル化合物が分子量分布の広いポリオレフィンを高活性で与えることを報告している(特許文献3)。
分子量分布の広いポリオレフィンを与える触媒としては、置換コハク酸エステルを電子供与体とする触媒が報告されている。本出願人も、特殊な環状構造を有する多価カルボン酸エステルを含む触媒を報告している(特許文献4)。
特開昭57-63310号公報 特表2005-517746号公報 国際公開2008/010459号公報 国際公開2006/077945号公報
炭素原子数3以上のオレフィンの重合体の代表格であるポリプロピレン(プロピレン重合体)は、炭化水素の構造を持ちながら、汎用のエンジニアリングプラスチックに匹敵する耐熱性や剛性を示すポテンシャルを有することが知られている。また、炭化水素構造であるポリオレフィンは、燃焼による廃棄やサーマルリサイクル(燃焼熱エネルギーを電力などで回収するリサイクル方法)の際に、有毒ガスの発生が少ない点で環境への負荷が相対的に低い材料でもある。
プロピレン重合体の耐熱性はその立体規則性に大きく依存し、剛性は立体規則性の他に分子量分布による影響があることも知られている。前記の立体規則性は相当高度に制御できる技術が開発されているが、昨今の成形技術の高度化もあり、より高い立体規則性を有する重合体が、予想外の物性を発現する可能性が有ると考えられる。より広い分子量分布を併せ持つことで、物性バランスがさらに向上する可能性も有る。一方、環境保護や経済性の観点からは、より高い活性を示す触媒の開発が求められている。
上記の観点から、本発明の課題は、従来よりも高い立体規則性や優れた分子量分布を有するオレフィン重合体を高活性で製造できる、固体状チタン触媒成分、オレフィン重合用触媒およびオレフィンの重合方法を提供することにある。
本発明者らは鋭意研究した結果、特殊な脂環構造を有する多価エステル化合物を含む固体状チタン触媒成分が、広い分子量分布を持ち、立体規則性が極めて高い重合体を高活性で製造できることを見出し、本発明を完成させた。本発明は、例えば、以下の[1]~[15]に関する。
[1] チタン、マグネシウム、ハロゲンおよび下記式(1)で表される環状多価エステル基含有化合物(a)を含むことを特徴とする固体状チタン触媒成分(I)。
Figure 0007466661000001
[式(1)中、n1~n4はそれぞれ独立に0~2の整数であり、mは0または1であり、xは0~10の整数であり、m+x≧1の関係を満たす。
1およびR2は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数1~20の炭化水素基であり、R3~R16およびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1~20の炭化水素基、またはハロゲン原子であり、R1~R16およびRの水素原子、炭素原子、またはその両方は、窒素原子、酸素原子、リン原子、ハロゲン原子、およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子で置換されていてもよい。R3~R16およびRの2つ以上が互いに結合して単環または多環を形成してもよく、隣接する置換基が直接結合した多重結合を形成してもよい。
a、CbおよびCcは炭素原子であり、Ca、CbおよびCcから形成される環状構造の炭素-炭素結合は、隣り合う炭素に結合するR同士が直接結合して、多重結合を形成してもよい。
Aは単結合か、または二つのフリーラジカルの間に1~3原子の長さの鎖を有する二価の結合基である。]
[2] 前記式(1)において、R3~R16およびRの2つ以上が互いに結合して単環または多環を形成する部位が、炭素-炭素の二重結合を含む構造である、[1]に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
[3] 前記式(1)において、R3~R16およびRの2つ以上が互いに結合して単環または多環を形成する部位が、さらに単環または多環構造を含む、[1]に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
[4] Aが、下記一般式群(2)に示す基から選ばれる二価の基である、[1]に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
Figure 0007466661000002
[群(2)中、R1'~R7'は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基を表し、R2'~R7'は互いに結合して単環または多環を形成していてもよく、隣接する置換基同士が直接結合して多重結合を形成してもよい。]
[5] xが2~6である、[1]に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
[6] n1およびn2が1である、[1]に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
[7] n3およびn4が0である、[1]に記載の固体状チタン触媒成分(I)
[8] R1およびR2が、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基である、[1]に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
[9] R3~R16が、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルケニル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基である、[1]に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
[10] Rが、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルケニル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基である、[1]に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
[11] 前記[1]に記載の固体状チタン触媒成分(I)と、周期表の第1族、第2族及び第13族から選ばれる金属元素を含む有機金属化合物触媒成分(II)とを含むことを特徴とするオレフィン重合用触媒。
[12] さらに電子供与体(III)を含む、[11]に記載のオレフィン重合用触媒。
[13] 前記[11]または[12]に記載のオレフィン重合用触媒の存在下にオレフィンの重合を行うことを特徴とするオレフィン重合方法。
[14] ASTM1238規格に準じ、測定温度が230℃の条件で決定されるメルトフローレート(MFR)が、0.01g/10分以上、1000g/10分以下の範囲であり、
昇温条件が10℃/分での示差走査熱量測定(DSC)での吸熱がゼロとなる最高温度(Tm-maxv)が169.0℃以上、220℃以下であり、
下記要件(p)、(q)および(r)の内、2要件以上を満たすことを特徴とするプロピレン重合体:
(p)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で決定されるMz/Mwが、3.50以上、5.65以下である;
(q)GPCで決定されるMw/MnとMz/Mwとの差が、8.3以下である;
(r)デカン可溶成分含有率(C10sol.)(/重量%)と、MFR(/(g/10分))とが、以下の関係式を満たす。
(C10sol.)-4/3 × Log(MFR)≦2.30
[15] さらに下記要件(s)を満たす、[14]に記載のプロピレン重合体:
(s)昇温条件が10℃/分での示差走査熱量測定(DSC)で得られるチャートのTm以上の温度領域での吸熱曲線の接線とベースラインとの交点の温度(Tm-maxt)が、168.1℃以上、210℃以下である。
本発明によれば、立体規則性が極めて高く、高い融点と融解熱の分子量依存性に特徴のある性質を示し、広い分子量分布を有するオレフィン重合体を、高活性で製造することができる。
また、本発明の固体状チタン触媒成分、オレフィン重合用触媒、およびオレフィンの重合方法を用いれば、たとえば成形性や剛性だけでなく、より高い耐熱性を有するオレフィン重合体が製造可能になると期待できる。
実施例1の重合体のDSC測定(2度目の昇温時条件)チャートである。 実施例1の重合体のDSC測定(降温時条件)チャートである。 実施例2の重合体のDSC測定(2度目の昇温時条件)チャートである。 実施例2の重合体のDSC測定(降温時条件)チャートである。 比較例1の重合体のDSC測定(2度目の昇温時条件)チャートである。 比較例1の重合体のDSC測定(降温時条件)チャートである。 比較例2の重合体のDSC測定(2度目の昇温時条件)チャートである。 比較例2の重合体のDSC測定(降温時条件)チャートである。
以下、本発明に係る固体状チタン触媒成分(I)、オレフィン重合用触媒、オレフィン重合体の製造方法、およびプロピレン重合体について詳細に説明する。
[固体状チタン触媒成分(I)]
本発明に係る固体状チタン触媒成分(I)は、チタン、マグネシウム、ハロゲンおよび特殊な環状構造を有する多価エステル化合物(以下「環状多価エステル基含有化合物(a)」ともいう。)を含むことを特徴としている。
<環状多価エステル基含有化合物(a)>
前記環状多価エステル基含有化合物(a)は、下記式(1)で表される。
Figure 0007466661000003
[式(1)中、n1~n4はそれぞれ独立に0~2の整数であり、mは0または1であり、xは0~10の整数であり、m+x≧1の関係を満たす。
1およびR2は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数1~20の炭化水素基であり、R3~R16およびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1~20の炭化水素基、またはハロゲン原子であり、R1~R16およびRの水素原子、炭素原子、またはその両方は、窒素原子、酸素原子、リン原子、ハロゲン原子、およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子で置換されていてもよい。R3~R16およびRの2つ以上が互いに結合して単環または多環を形成してもよく、隣接する置換基が直接結合した多重結合を形成してもよい。
a、CbおよびCcは炭素原子であり、Ca、CbおよびCcから形成される環状構造の炭素-炭素結合は、隣り合う炭素に結合するR同士が直接結合して、多重結合を形成してもよい。
Aは単結合か、または二つのフリーラジカルの間に1~3原子の長さの鎖を有する二価の結合基である。]
上記のn1~n4は、環状構造のサイズに関わる数値である。好ましくは0~1であり、より好ましくは0である。上記のn1~n4の数値は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。目的に応じて選択することが可能である。n1およびn2は0であることが特に好ましい。また、n3およびn4は0であることが特に好ましい。
上記のmは、主として単環構造部位の連鎖構造に関わる数値であり、上記のxは、エステル基から遠い、いわゆる末端部分の環状構造のサイズに関わる数値である。mは0または1であり、好ましくは0である。xは0~10であり、好ましい上限値は8、より好ましくは6、さらに好ましくは5である。xの下限値は上記の通り0であるが、xが自然数の場合、好ましい下限値は2である。
また、m+x≧1の関係を満たす。これは、mが0の場合、Ca,Cb、Ccの炭素を含む環状構造が必須であることを示すものであり、mが1の場合は、Ca,Cb、Ccの炭素を含む環状構造を持たない構造であってもよいことを指す。なお、Ca,Cb、Ccはいずれも炭素原子を指し、a,b,cは位置を特定するための記号である。m+xの上限値は、好ましくは10であり、より好ましくは8、さらに好ましくは6、特に好ましくは5である。
1およびR2は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数1~20の炭化水素基である。好ましくは、アリール基を有する炭素数6~20の炭化水素であることが好ましく、後述する様なヘテロ原子を含む構造であってもよい。
3~R16およびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素原子数1~20の炭化水素基、またはハロゲン原子である。
上記のR1~R16およびRにおける水素原子、炭素原子またはその両方は、窒素原子、酸素原子、リン原子、ハロゲン原子およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子によって部分的に置換されていてもよい。すなわち、R1~R16およびRは、窒素、酸素、リン、ハロゲンおよびケイ素が含まれる炭化水素基の態様を含む。前記の元素は1か所あるいは複数個所置換されてもよい。
また、上記のR3~R16およびRは、その隣り合う置換基が直接結合して炭素-炭素二重結合や三重結合を形成してもよい。よって、上記式(1)の環状構造は、アリール構造を含む場合もある。
また、R1とR2が互いに結合して環構造を形成してもよい。その他、R1,R2の群から選ばれる置換基と、R3~R16およびRからなる群から選ばれる置換基とが互いに結合して環構造を形成してもよい。
また、上記のRおよびR3~R16の少なくとも1つの置換基は、水素以外の置換基であることが、活性、立体規則性、その他の性能のバランスの観点で好ましい場合がある。さらには環状構造を形成する炭素原子の1つ以上が、4級炭素であることが好ましい場合がある。
また、上記のR3~R16およびRは、互いに結合して環状構造を形成する態様も含む。前記環を形成する部位は、単環構造および多環構造のいずれもとり得る。前記環を形成する部位は、好ましくは二重構造やさらに環状構造を有する構造である。より好ましくは前記更なる環状構造は、二重結合を含む構造であることが好ましい。前記の二重結合は、炭素-炭素二重結合であることがさらに好ましい。また、前記の炭素-炭素二重結合は、芳香族構造を含む。この環を形成する部位の具体的な構造は、後述するAの具体的な構造と同じである。
上記の炭化水素基は、炭素原子数が1~20、好ましくは1~10、より好ましくは2~8、さらに好ましくは4~8、特に好ましくは4~6の1価の炭化水素基である。この炭化水素基としては、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、ヘキシル基、へプチル基、オクチル基、2-エチルヘキシル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、エイコシル基、シクロヘキシル基、フェニル基等の置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のシクロアルケニル基など、脂肪族炭化水素基、脂環族炭化水素基、芳香族炭化水素基が挙げられる。前記の脂環族炭化水素基、芳香族炭化水素基は置換基が含まれていてもよい。これらの中でもn-ブチル基、イソブチル基、ヘキシル基、オクチル基、フェニル基等が好ましく、さらにはn-ブチル基、イソブチル基、フェニル基が好ましい。
1~R16およびRは、窒素、酸素、リン、ハロゲンおよびケイ素が含まれる炭化水素基であってもよい。この様な置換基は公知の構造から選択することができる。より具体的には、カルボン酸エステル基、アルデヒド基やアセチル基、オキシカルボニルアルキル基などのカルボニル構造含有基や、アルコキシ基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基や、シロキシ基等を好適な例として挙げることができる。
上記の中でも、R3~R16およびRは、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルケニル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基であることが好ましい。
上記のAは、単結合か、または二つのフリーラジカルの間に1~3原子の長さの鎖を有する二価の結合基である。Aは、好ましくは下記一般式群(2)に示す基から選ばれる二価の基である。
Figure 0007466661000004
[群(2)中、R1'~R7'は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基を表し、R2'~R7'は互いに結合して単環または多環を形成していてもよく、隣接する置換基同士が直接結合して多重結合(二重結合または三重結合)を形成してもよい。]
上記の水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基は、前記のR1~R16およびRで示した各種の置換基と同様の構造を例示することができる。
前記の通り、R2'~R7'は互いに結合して単環または多環を形成していてもよく、隣接する置換基同士が直接結合して多重結合(二重結合または三重結合)を形成してもよい。多重結合としては、二重結合が好ましい場合があり、さらには炭素-炭素二重結合が好ましい場合がある。このような環を形成する部位としては、以下のような構造を例示することができる。
Figure 0007466661000005
また、R1'~R7'は、前記のR1~R16およびRと結合して環構造を形成することもでき、好ましくは、前記のR3~R16およびRと結合して環構造を形成することができる。
上記のようなAを含む環の骨格として具体的には、ノルボルナン骨格、アドマンチル骨格などが挙げられる。
このような環状多価エステル基含有化合物(a)としては、以下の様な構造を例示することができる。なお、下記例示化合物の構造式は、立体異性体を持つものがあり、一部は異性体構造まで明記しているが、例示していない異性体構造も含む場合がある。
Figure 0007466661000006



Figure 0007466661000007



Figure 0007466661000008




Figure 0007466661000009



Figure 0007466661000010



Figure 0007466661000011


Figure 0007466661000012


Figure 0007466661000013


Figure 0007466661000014


Figure 0007466661000015


Figure 0007466661000016



Figure 0007466661000017


Figure 0007466661000018


Figure 0007466661000019


Figure 0007466661000020


Figure 0007466661000021



Figure 0007466661000022


Figure 0007466661000023

Figure 0007466661000024



Figure 0007466661000025



Figure 0007466661000026
Figure 0007466661000027



Figure 0007466661000028


Figure 0007466661000029



Figure 0007466661000030



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さらに、上記の様な化合物だけでなく、特殊な多環骨格を有する構造の化合物も好ましい例となる。
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なお、上記の構造式の中でメチル基は「Me」、エチル基は「Et」、プロピル基は「Pr」、ブチル基は「Bu」、フェニル基は「Ph」と表示し、[n]は「normal」、[i]は「iso」、「t」は「tertially」を示している。
上記の中でも環構造に(芳香族構造を含む)二重結合を含む化合物が、例えば、水素による分子量調節機能などの観点も含めて好ましい場合がある。
また、R3~R16およびRが結合する炭素原子が4級炭素を含む構造であることが好ましい場合がある。
上記のような化合物としては、アントラセンの様な環状骨格が3環以上連なった構造を基本骨格とすることが好ましい。その環状構造は、二重結合は含まれている場合が好ましく。さらにはその1個以上が芳香族環であることが好ましい。
また、前記の化合物は、橋頭位の炭素に水素以外の置換基を有する構造が好ましい。前記置換基の好ましい態様は、前記したような炭化水素基、ヘテロ原子含有炭化水素基である。前記ヘテロ原子含有炭化水素基におけるヘテロ原子としては、酸素、硫黄などの周期表の16族元素が好ましい例であり、より好ましくは酸素である。また、ヘテロ原子含有炭化水素基として、好ましくはアルコキシ基である。また、上記の様な置換基としては、電子供与性の置換基であることが好ましい場合がある。
前記の橋頭位の炭素原子とは2つ以上の環を共有する炭素原子を指す。例えば、式(1)の構造式におけるR11とR12が結合する炭素が橋頭位の炭素である。環状多価エステル基含有化合物(a)として、この様な橋頭位に置換基を有する構造の化合物を含む固体状チタン触媒成分を用いてオレフィンの重合を行った場合、メルトフローレートが比較的高い重合体を得やすい傾向がある。また、この際、前記固体状チタン触媒成分の重合活性や立体特異性が低下することが無い場合が多いので好ましい。このような性質は、例えば、前記重合体を射出成型体の原料を製造する際に有利である。
上記のような構造が有する効能が発現する理由は現時点では不明であるが、当該置換基の存在が、相対的にオレフィンよりも水素の活性点へのアタックの割合を高める構造的な要因や、置換基効果による電子的な要因の片方、あるいは両方に起因しているのではないかと本発明者らは考えている。
上記のようなジエステル構造を持つ化合物には、式(1)におけるOCOR1基およびOCOR2基に由来するシス、トランス等の異性体が存在するが、どの構造であっても本発明の目的に合致する効果を有する。より好ましくはシス体である。シス体の含有率が高い方が、活性や得られる重合体の立体規則性がより高い傾向がある。
これらの化合物は、単独で用いてもよく2種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、本発明の目的を損なわない限り、これらの環状多価エステル基含有化合物(a)と後述する触媒成分(b)や触媒成分(c)と組み合わせて用いてもよい。
また、環状多価エステル基含有化合物(a)は、固体状チタン触媒成分(I)を調製する過程で形成されてもよい。たとえば、固体状チタン触媒成分(I)を調製する際に、触媒成分(a)に対応する無水カルボン酸やカルボン酸ハライド等と、対応するポリオールとが実質的に接触する工程を設けることで、環状多価エステル基含有化合物(a)を固体状チタン触媒成分中に含有させることもできる。
本発明のオレフィン重合体の製造方法では、分子量分布が広く、立体規則性の高い重合体を高活性で得やすい傾向がある。この理由は現時点で不明であるが、下記のように推定した。
本発明に用いる環状多価エステル基含有化合物(a)は、上記の通り環が連結した構造を有することから、化合物として適度な剛性を有し、構造の変位が比較的少ないと推定される。そのため、後述するチタン化合物やマグネシウム化合物に環状多価エステル基含有化合物(a)が配位した際に、安定した構造を保ち、オレフィン重合反応中の触媒としての立体特異性や、重合反応活性の変動が少ないと考えられる。これらの観点から高い立体規則性の重合体を高活性で与えると考えられる。
一方、上記の構造の変位が少なく安定な構造の場合、分子量分布が狭くなることが当初懸念されたが、後述の実施例が示す通り、本発明の方法であれば、広い分子量分布の重合体を製造することができる。これは、この環状多価エステル基含有化合物(a)の場合、環状構造の微小な揺らぎや、その各環構造の揺らぎの組合せが、得られる重合体の分子量に与える影響が高い可能性や、複数の環構造を有することで各環が取り得る立体異性体構造(例えば椅子型、舟型など)の組合せが多様になる可能性が要因なのではないかと本発明者は推測している。
上記の化合物の中で、非対称構造のエステル化合物の場合、さらにマグネシウム化合物やチタン化合物と相互作用する場合のコンホメーションが対称型の化合物に比して多いであろうことから、多様なミクロ構造の活性種を形成できる可能性がある。この点は、分子量分布の広い重合体や立体規則性の高い重合体を含む態様を得るのに有利となる可能性があると考えられる。
本発明の固体状チタン触媒成分(I)の調製には、上記の環状多価エステル基含有化合物(a)の他、マグネシウム化合物およびチタン化合物が用いられる。
<マグネシウム化合物>
このようなマグネシウム化合物としては、具体的には、
塩化マグネシウム、臭化マグネシウムなどのハロゲン化マグネシウム;
メトキシ塩化マグネシウム、エトキシ塩化マグネシウム、フェノキシ塩化マグネシウムなどのアルコキシマグネシウムハライド;
エトキシマグネシウム、イソプロポキシマグネシウム、ブトキシマグネシウム、2-エチルヘキソキシマグネシウムなどのアルコキシマグネシウム;
フェノキシマグネシウムなどのアリーロキシマグネシウム;
ステアリン酸マグネシウムなどのマグネシウムのカルボン酸塩
などの公知のマグネシウム化合物を挙げることができる。
これらのマグネシウム化合物は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらのマグネシウム化合物は、他の金属との錯化合物、複化合物あるいは他の金属化合物との混合物であってもよい。
これらの中ではハロゲンを含有するマグネシウム化合物が好ましく。ハロゲン化マグネシウム、特に塩化マグネシウムが好ましく用いられる。他に、エトキシマグネシウムのようなアルコキシマグネシウムも好ましく用いられる。また、該マグネシウム化合物は、他の物質から誘導されたもの、たとえばグリニャール試薬のような有機マグネシウム化合物とハロゲン化チタンやハロゲン化珪素、ハロゲン化アルコールなどとを接触させて得られるものであってもよい。
<チタン化合物>
チタン化合物としては、たとえば一般式;
Ti(OR’)g4-g
(R’は炭化水素基であり、Xはハロゲン原子であり、gは0≦g≦4である。)
で示される4価のチタン化合物を挙げることができる。より具体的には、
TiCl4、TiBr4などのテトラハロゲン化チタン;
Ti(OCH3)Cl3、Ti(OC25)Cl3、Ti(O-n-C49)Cl3、Ti(OC25)Br3、Ti(O-iso-C49)Br3などのトリハロゲン化アルコキシチタン;
Ti(OCH32Cl2、Ti(OC252Cl2などのジハロゲン化アルコキシチタン;
Ti(OCH33Cl、Ti(O-n-C493Cl、Ti(OC253Brなどのモノハロゲン化アルコキシチタン;
Ti(OCH34、Ti(OC254、Ti(OC494、Ti(O-2-エチルヘキシル)4などのテトラアルコキシチタン
などを挙げることができる。
これらの中で好ましいものは、テトラハロゲン化チタンであり、特に四塩化チタンが好ましい。これらのチタン化合物は単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記の様なマグネシウム化合物およびチタン化合物としては、たとえば特許文献1や特許文献2などに詳細に記載されている化合物も挙げることができる。
本発明で用いられる固体状チタン触媒成分(I)の調製には、環状多価エステル基含有化合物(a)を使用する他は、公知の方法を制限無く使用することができる。具体的な好ましい方法としては、たとえば下記(P-1)~(P-4)の方法を挙げることができる。
(P-1) マグネシウム化合物および触媒成分(b)からなる固体状付加物と、環状多価エステル基含有化合物(a)と、液状状態のチタン化合物とを、不活性炭化水素溶媒共存下、懸濁状態で接触させる方法。
(P-2)マグネシウム化合物および触媒成分(b)からなる固体状付加物と、環状多価エステル基含有化合物(a)と、液状状態のチタン化合物とを、複数回に分けて接触させる方法。
(P-3)マグネシウム化合物および触媒成分(b)からなる固体状付加物と、環状多価エステル基含有化合物(a)と、液状状態のチタン化合物とを、不活性炭化水素溶媒共存下、懸濁状態で接触させ、且つ複数回に分けて接触させる方法。
(P-4)マグネシウム化合物および触媒成分(b)からなる液状状態のマグネシウム化合物と、液状状態のチタン化合物と、環状多価エステル基含有化合物(a)とを接触させる方法。
反応温度は、好ましくは-30℃~150℃、より好ましくは-25℃~130℃、更に好ましくは-25~120℃の範囲である。
また、上記の固体状チタン触媒成分の製造には、必要に応じて公知の媒体の存在下に行うこともできる。上記の媒体としては、やや極性を有するトルエンなどの芳香族炭化水素やヘプタン、オクタン、デカン、シクロヘキサンなどの公知の脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素化合物が挙げられるが、これらの中では脂肪族炭化水素が好ましい例として挙げられる。
上記の範囲で反応を行うと、広い分子量分布の重合体を得られる効果と、活性や得られる重合体の立体規則性をより高いレベルで両立することができる。
(触媒成分(b))
上記の固体状付加物や液状状態のマグネシウム化合物の形成に用いられる触媒成分(b)としては、室温~300℃程度の温度範囲で上記のマグネシウム化合物を可溶化できる公知の化合物が好ましく、たとえばアルコール、アルデヒド、アミン、カルボン酸およびこれらの混合物などが好ましい。これらの化合物としては、たとえば特許文献1や特許文献2に詳細に記載されている化合物を挙げることができる。
上記のマグネシウム化合物可溶化能を有するアルコールとして、より具体的には、
メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソブタノール、エチレングリコール、2-メチルペンタノール、2-エチルブタノール、n-ヘプタノール、n-オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノールのような脂肪族アルコール;
シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノールのような脂環族アルコール;
ベンジルアルコール、メチルベンジルアルコールなどの芳香族アルコール;
n-ブチルセルソルブなどのアルコキシ基を有する脂肪族アルコール
などを挙げることができる。
カルボン酸としては、カプリル酸、2-エチルヘキサノイック酸などの炭素数7以上の有機カルボン酸類を挙げることができる。アルデヒドとしては、カプリックアルデヒド、2-エチルヘキシルアルデヒドなどの炭素数7以上のアルデヒド類を挙げることができる。
アミンとしては、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、ラウリルアミン、2-エチルヘキシルアミンなどの炭素数6以上のアミン類を挙げることができる。
上記の触媒成分(b)としては、上記のアルコール類が好ましく、特にエタノール、プロパノール、ブタノール、イソブタノール、ヘキサノール、2-エチルヘキサノール、デカノールなどが好ましい。
上記の固体状付加物や液状状態のマグネシウム化合物を調製する際のマグネシウム化合物および触媒成分(b)の使用量については、その種類、接触条件などによっても異なるが、マグネシウム化合物は、該触媒成分(b)の単位容積あたり、0.1~20モル/リットル、好ましくは、0.5~5モル/リットルの量で用いられる。また、必要に応じて上記固体状付加物に対して不活性な媒体を併用することもできる。上記の媒体としては、ヘプタン、オクタン、デカンなどの公知の炭化水素化合物が好ましい例として挙げられる。
得られる固体状付加物や液状状態のマグネシウム化合物のマグネシウムと触媒成分(b)との組成比は、用いる化合物の種類によって異なるので一概には規定できないが、マグネシウム化合物中のマグネシウム1モルに対して、触媒成分(b)は、好ましくは2.0モル以上、より好ましくは2.2モル以上、さらに好ましくは2.6モル以上、特に好ましくは2.7モル以上であり、好ましくは5モル以下の範囲である。
<芳香族カルボン酸エステルおよび/または複数の炭素原子を介して2個以上のエーテル結合を有する化合物>
本発明の固体状チタン触媒成分(I)は、さらに、芳香族カルボン酸エステルおよび/または複数の炭素原子を介して2個以上のエーテル結合を有する化合物(以下「触媒成分(c)」ともいう。)を含んでいてもよい。本発明の固体状チタン触媒成分(I)が触媒成分(c)を含んでいると活性や立体規則性を高めたり、分子量分布をより広げることができる場合がある。
この触媒成分(c)としては、従来オレフィン重合用触媒に好ましく用いられている公知の芳香族カルボン酸エステルやポリエーテル化合物、たとえば特許文献2や特開2001-354714号公報などに記載された化合物を制限無く用いることができる。
この芳香族カルボン酸エステルとしては、具体的には安息香酸エステルやトルイル酸エステルなどの芳香族カルボン酸モノエステルの他、フタル酸エステル類等の芳香族多価カルボン酸エステルが挙げられる。これらの中でも芳香族多価カルボン酸エステルが好ましく、フタル酸エステル類がより好ましい。このフタル酸エステル類としては、フタル酸エチル、フタル酸n-ブチル、フタル酸イソブチル、フタル酸ヘキシル、フタル酸へプチル等のフタル酸アルキルエステルが好ましく、フタル酸ジイソブチルが特に好ましい。
また前記ポリエーテル化合物としては、より具体的には以下の式(3)で表わされる化合物が挙げられる。
Figure 0007466661000063
なお、上記式(3)において、mは1≦m≦10の整数、より好ましくは3≦m≦10の整数であり、R11、R12、R31~R36は、それぞれ独立に、水素原子、あるいは炭素、水素、酸素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、窒素、硫黄、リン、ホウ素およびケイ素から選択される少なくとも1種の元素を有する置換基である。
mが2以上である場合、複数個存在するR11およびR12は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。任意のR11、R12、R31~R36、好ましくはR11およびR12は共同してベンゼン環以外の環を形成していてもよい。
この様な化合物の具体例としては、
2-イソプロピル-1,3-ジメトキシプロパン、2-s-ブチル-1,3-ジメトキシプロパン、2-クミル-1,3-ジメトキシプロパン等の1置換ジアルコキシプロパン類;
2-イソプロピル-2-イソブチル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ジシクロヘキシル-1,3-ジメトキシプロパン、2-メチル-2-イソプロピル-1,3-ジメトキシプロパン、2-メチル-2-シクロヘキシル-1,3-ジメトキシプロパン、2-メチル-2-イソブチル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ジイソブチル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ビス(シクロヘキシルメチル)-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ジイソブチル-1,3-ジエトキシプロパン、2,2-ジイソブチル-1,3-ジブトキシプロパン、2,2-ジ-s-ブチル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ジネオペンチル-1,3-ジメトキシプロパン、2-イソプロピル-2-イソペンチル-1,3-ジメトキシプロパン、2-シクロヘキシル-2-シクロヘキシルメチル-1,3-ジメトキシプロパン等の2置換ジアルコキシプロパン類;
,3-ジシクロヘキシル-1,4-ジエトキシブタン、2,3-ジシクロヘキシル-1,4-ジエトキシブタン、2,3-ジイソプロピル-1,4-ジエトキシブタン、2,4-ジフェニル-1,5-ジメトキシペンタン、2,5-ジフェニル-1,5-ジメトキシヘキサン、2,4-ジイソプロピル-1,5-ジメトキシペンタン、2,4-ジイソブチル-1,5-ジメトキシペンタン、2,4-ジイソアミル-1,5-ジメトキシペンタン等のジアルコキシアルカン類;
2-メチル-2-メトキシメチル-1,3-ジメトキシプロパン、2-シクロヘキシル-2-エトキシメチル-1,3-ジエトキシプロパン、2-シクロヘキシル-2-メトキシメチル-1,3-ジメトキシプロパン等のトリアルコキシアルカン類;
,2-ジイソブチル-1,3-ジメトキシ4-シクロヘキセニル、2-イソプロピル-2-イソアミル-1,3-ジメトキシ4-シクロヘキセニル、2-シクロヘキシル-2-メトキシメチル-1,3-ジメトキシ4-シクロヘキセニル、2-イソプロピル-2-メトキシメチル-1,3-ジメトキシ4-シクロヘキセニル、2-イソブチル-2-メトキシメチル-1,3-ジメトキシ4-シクロヘキセニル、2-シクロヘキシル-2-エトキシメチル-1,3-ジメトキシ4-シクロヘキセニル、2-イソプロピル-2-エトキシメチル-1,3-ジメトキシ4-シクロヘキセニル、2-イソブチル-2-エトキシメチル-1,3-ジメトキシ4-シクロヘキセニル等のジアルコキシシクロアルカン類
などを例示することができる。
これらのうち、1,3-ジエーテル類が好ましく、特に、2-イソプロピル-2-イソブチル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ジイソブチル-1,3-ジメトキシプロパン、2-イソプロピル-2-イソペンチル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ジシクロヘキシル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ビス(シクロヘキシルメチル)1,3-ジメトキシプロパンが好ましい。
これらの化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記の様な環状多価エステル基含有化合物(a)、触媒成分(b)、触媒成分(c)は、当該業者では電子供与体と呼ばれる成分に属すると考えても差し支えない。上記の電子供与体成分は、触媒の高い活性を維持したまま、得られる重合体の立体規則性を高める効果や、得られる共重合体の組成分布を制御する効果や、触媒粒子の粒形や粒径を制御する凝集剤効果などを示すことが知られている。
本発明の環状多価エステル基含有化合物(a)は、電子供与体によってさらに分子量分布を制御できる効果があることをも示していると考えられる。
本発明で用いられる固体状チタン触媒成分(I)において、ハロゲン/チタン(原子比)(すなわち、ハロゲン原子のモル数/チタン原子のモル数)は、2~100、好ましくは4~90であることが望ましく、
環状多価エステル基含有化合物(a)/チタン(モル比)(すなわち、環状多価エステル基含有化合物(a)のモル数/チタン原子のモル数)は、0.01~100、好ましくは0.2~10であることが望ましく、
触媒成分(b)や触媒成分(c)は、触媒成分(b)/チタン原子(モル比)が0~100、好ましくは0~10であることが望ましく、触媒成分(c)/チタン原子(モル比)が0~100、好ましくは0~10であることが望ましい。
マグネシウム/チタン(原子比)(すなわち、マグネシウム原子のモル数/チタン原子のモル数)は、2~100、好ましくは4~50であることが望ましい。
また、前述した環状多価エステル基含有化合物(a)以外に含まれてもよい成分、たとえば触媒成分(b)、触媒成分(c)の含有量は、好ましくは環状多価エステル基含有化合物(a)100重量%に対して20重量%以下であり、より好ましくは10重量%以下である。
固体状チタン触媒成分(I)のより詳細な調製条件として、環状多価エステル基含有化合物(a)を使用する以外は、たとえばEP585869A1(欧州特許出願公開第0585869号明細書)や特許文献2等に記載の条件を好ましく用いることができる。
[オレフィン重合用触媒]
本発明に係るオレフィン重合用触媒は、
上記の本発明に係る固体状チタン触媒成分(I)と、
周期表の第1族、第2族および第13族から選ばれる金属元素を含む有機金属化合物触媒成分(II)と
を含むことを特徴としている。
<有機金属化合物触媒成分(II)>
前記有機金属化合物触媒成分(II)としては、第13族金属を含む化合物、たとえば、有機アルミニウム化合物、第1族金属とアルミニウムとの錯アルキル化物、第2族金属の有機金属化合物などを用いることができる。これらの中でも有機アルミニウム化合物が好ましい。
有機金属化合物触媒成分(II)としては具体的には、前記EP585869A1等の公知の文献に記載された有機金属化合物触媒成分を好ましい例として挙げることができる。
<電子供与体(III)>
また、本発明のオレフィン重合用触媒は、上記の有機金属化合物触媒成分(II)と共に、必要に応じて電子供与体(III)を含んでいてもよい。電子供与体(III)として好ましくは、有機ケイ素化合物が挙げられる。この有機ケイ素化合物としては、たとえば下記一般式(4)で表される化合物を例示できる。
S nSi(OR”)4-n ・・・(4)
式(4)中、RSおよびR”は炭化水素基であり、nは0<n<4の整数である。
上記のような一般式(4)で示される有機ケイ素化合物としては、具体的には、ジイソプロピルジメトキシシラン、t-ブチルメチルジメトキシシラン、t-ブチルメチルジエトキシシラン、t-アミルメチルジエトキシシラン、ジシクロヘキシルジメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、t-ブチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、シクロペンチルトリメトキシシラン、2-メチルシクロペンチルトリメトキシシラン、シクロペンチルトリエトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン、ジシクロペンチルジエトキシシラン、トリシクロペンチルメトキシシラン、ジシクロペンチルメチルメトキシシラン、ジシクロペンチルエチルメトキシシラン、シクロペンチルジメチルエトキシシランなどが用いられる。
このうちビニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジシクロヘキシルジメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシランが好ましく用いられる。
また、国際公開第2004/016662号パンフレットに記載されている下記式(5)で表されるシラン化合物も前記有機ケイ素化合物の好ましい例である。
Si(ORa3(NRbc) ・・・(5)
式(5)中、Raは、炭素数1~6の炭化水素基であり、Raとしては、炭素数1~6の不飽和あるいは飽和脂肪族炭化水素基などが挙げられ、特に好ましくは炭素数2~6の炭化水素基が挙げられる。具体例としてはメチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、n-ペンチル基、iso-ペンチル基、シクロペンチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基等が挙げられ、これらの中でもエチル基が特に好ましい。
式(5)中、Rbは、炭素数1~12の炭化水素基または水素であり、Rbとしては、炭素数1~12の不飽和あるいは飽和脂肪族炭化水素基または水素などが挙げられる。具体例としては水素原子、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、n-ペンチル基、iso-ペンチル基、シクロペンチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基等が挙げられ、これらの中でもエチル基が特に好ましい。
式(5)中、Rcは、炭素数1~12の炭化水素基であり、Rcとしては、炭素数1~12の不飽和あるいは飽和脂肪族炭化水素基または水素などが挙げられる。具体例としてはメチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、n-ペンチル基、iso-ペンチル基、シクロペンチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基等が挙げられ、これらの中でもエチル基が特に好ましい。
上記式(5)で表される化合物の具体例としては、ジメチルアミノトリエトキシシラン、ジエチルアミノトリエトキシシラン、ジエチルアミノトリメトキシシラン、ジエチルアミノトリエトキシシラン、ジエチルアミノトリ-n-プロポキシシラン、ジn-プロピルアミノトリエトキシシラン、メチルn-プロピルアミノトリエトキシシラン、t-ブチルアミノトリエトキシシラン、エチルn-プロピルアミノトリエトキシシラン、エチルiso-プロピルアミノトリエトキシシラン、メチルエチルアミノトリエトキシシランが挙げられる。
また、前記有機ケイ素化合物の他の例としては、下記式(6)で表される化合物が挙げられる。
NNSi(ORa3 (6)
式(6)中、RNNは、環状アミノ基であり、この環状アミノ基として、例えば、パーヒドロキノリノ基、パーヒドロイソキノリノ基、1,2,3,4-テトラヒドロキノリノ基、1,2,3,4-テトラヒドロイソキノリノ基、オクタメチレンイミノ基等が挙げられる。
上記式(6)で表される化合物として具体的には、(パーヒドロキノリノ)トリエトキシシラン、(パーヒドロイソキノリノ)トリエトキシシラン、(1,2,3,4-テトラヒドロキノリノ)トリエトキシシラン、(1,2,3,4-テトラヒドロイソキノリノ)トリエトキシシラン、オクタメチレンイミノトリエトキシシラン等が挙げられる。
これらの有機ケイ素化合物は、2種以上組み合わせて用いることもできる。
また、電子供与体(III)として他に有用な化合物としては、前記芳香族カルボン酸エステルおよび/または複数の炭素原子を介して2個以上のエーテル結合を有する化合物(前記触媒成分(c))の例として記載したポリエーテル化合物も好ましい例として挙げられる。
これらのポリエーテル化合物の中でも、1,3-ジエーテル類が好ましく、特に、2-イソプロピル-2-イソブチル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ジイソブチル-1,3-ジメトキシプロパン、2-イソプロピル-2-イソペンチル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ジシクロヘキシル-1,3-ジメトキシプロパン、2,2-ビス(シクロヘキシルメチル)1,3-ジメトキシプロパンが好ましい。
これらの化合物は、単独で用いることも、2種以上を組み合わせて用いることもできる。
なお、本発明のオレフィン重合用触媒は、上記のような各成分以外にも必要に応じてオレフィン重合に有用な他の成分を含んでいてもよい。この他の成分としては、たとえば、シリカなどの担体、帯電防止剤等、粒子凝集剤、保存安定剤などが挙げられる。
[オレフィンの重合方法]
本発明に係るオレフィン重合方法は、本発明のオレフィン重合用触媒を用いてオレフィン重合を行うことを特徴としている。本発明において、「重合」には、ホモ重合の他、ランダム共重合、ブロック共重合などの共重合の意味が含まれることがある。
本発明のオレフィン重合方法では、本発明のオレフィン重合用触媒の存在下にα-オレフィンを予備重合(prepolymerization)させて得られる予備重合触媒の存在下で、本重合(polymerization)を行うことも可能である。この予備重合は、オレフィン重合用触媒1g当り0.1~1000g、好ましくは0.3~500g、特に好ましくは1~200gの量でα-オレフィンを予備重合させることにより行われる。
予備重合では、本重合における系内の触媒濃度よりも高い濃度で触媒を用いることができる。
予備重合における前記固体状チタン触媒成分(I)の濃度は、液状媒体1リットル当り、チタン原子換算で、通常約0.001~200ミリモル、好ましくは約0.01~50ミリモル、特に好ましくは0.1~20ミリモルの範囲とすることが望ましい。
予備重合における前記有機金属化合物触媒成分(II)の量は、固体状チタン触媒成分(I)1g当り0.1~1000g、好ましくは0.3~500gの重合体が生成するような量であればよく、固体状チタン触媒成分(I)中のチタン原子1モル当り、通常約0.1~300モル、好ましくは約0.5~100モル、特に好ましくは1~50モルの量であることが望ましい。
予備重合では、必要に応じて前記電子供与体(III)等を用いることもでき、この際これらの成分は、前記固体状チタン触媒成分(I)中のチタン原子1モル当り、0.1~50モル、好ましくは0.5~30モル、さらに好ましくは1~10モルの量で用いられる。
予備重合は、不活性炭化水素媒体にオレフィンおよび上記の触媒成分を加え、温和な条件下に行うことができる。
この場合、用いられる不活性炭化水素媒体としては、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、灯油などの脂肪族炭化水素;
シクロヘプタン、メチルシクロヘプタン、4-シクロヘプタン、メチル4-シクロヘプタンなどの脂環族炭化水素;
ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素;
エチレンクロリド、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素、
あるいはこれらの混合物などを挙げることができる。
これらの不活性炭化水素媒体のうちでは、特に脂肪族炭化水素を用いることが好ましい。このように、不活性炭化水素媒体を用いる場合、予備重合はバッチ式で行うことが好ましい。
一方、オレフィン自体を溶媒として予備重合を行うこともできるし、また実質的に溶媒のない状態で予備重合することもできる。この場合には、予備重合を連続的に行うのが好ましい。
予備重合で使用されるオレフィンは、後述する本重合で使用されるオレフィンと同一であっても、異なっていてもよく、具体的には、プロピレンであることが好ましい。
予備重合の際の温度は、通常約-20~+100℃、好ましくは約-20~+80℃、さらに好ましくは0~+40℃の範囲であることが望ましい。
次に、前記の予備重合を経由した後に、あるいは予備重合を経由することなく実施される本重合(polymerization)について説明する。
本重合(polymerization)において使用することができる(すなわち、重合される)オレフィンとしては、炭素原子数が3~20のα-オレフィン、たとえば、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン、1-オクタデセン、1-エイコセンなどの直鎖状オレフィンや、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ブテン等の分岐状オレフィンを挙げることができ、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ブテンが好ましい。また、剛性の高い樹脂において分子量分布の広い重合体のメリットが発現し易い観点から、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ブテンが特に好ましい。
これらのα-オレフィンと共に、エチレンやスチレン、アリルベンゼン等の芳香族ビニル化合物;ビニルシクロヘキサン、ビニルシクロヘプタン等の脂環族ビニル化合物を用いることもできる。さらに、シクロペンテン、シクロヘプテン、ノルボルネン、テトラシクロドデセン、イソプレン、ブタジエンなどのジエン類などの共役ジエンや非共役ジエンのような多不飽和結合を有する化合物をエチレン、α-オレフィンとともに重合原料として用いることもできる。これらの化合物を1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい(以下、上記のエチレンあるいは「炭素原子数が3~20のα-オレフィン」と共に用いられるオレフィンを「他のオレフィン」ともいう。)。
上記のオレフィンや他のオレフィンは、従来の石油(原油)由来の化合物であっても、天然ガス由来の化合物であってもよい。また、俗にバイオ原料と言われる、自生や栽培された植物等を由来とする化合物であってもよい。前記のバイオ由来の化合物は炭素の同位体である14Cの含有率が石油や天然ガス由来の化合物に比して高い傾向がある。勿論、前記の不活性炭化水素やエステル化合物などの全ての炭素含有化合物も、バイオ由来の化合物であってもよい。
上記他のオレフィンの中では、エチレンや芳香族ビニル化合物が好ましい。また、オレフィンの総量100重量%のうち、少量、たとえば10重量%以下、好ましくは5重量%以下の量であれば、エチレン等の他のオレフィンが併用されてもよい。
本発明では、予備重合および本重合は、バルク重合法、溶解重合、懸濁重合などの液相重合法あるいは気相重合法のいずれにおいても実施できる。
本重合がスラリー重合の反応形態を採る場合、反応溶媒としては、上述の予備重合時に用いられる不活性炭化水素を用いることもできるし、反応温度において液体であるオレフィンを用いることもできる。
本発明の重合方法における本重合においては、前記固体状チタン触媒成分(I)は、重合容積1リットル当りチタン原子に換算して、通常は約0.0001~0.5ミリモル、好ましくは約0.005~0.1ミリモルの量で用いられる。また、前記有機金属化合物触媒成分(II)は、重合系中の予備重合触媒成分中のチタン原子1モルに対し、通常約1~2000モル、好ましくは約5~500モル、より好ましくは10~350モル、更に好ましくは30~350モル、特に好ましくは50~350モルとなるような量で用いられる。前記電子供与体(III)は、使用される場合であれば、前記有機金属化合物触媒成分(II)に対して、0.001~50モル、好ましくは0.01~30モル、特に好ましくは0.05~20モルの量で用いられる。
本発明の固体状チタン触媒成分を含むオレフィン重合用触媒は、高い立体規則性の重合体を得ることができる特徴を有することは前記した通りであるが、前記電子供与体(III)の使用量を調節することで、公知のプロピレン重合体と同様の立体規則性の重合体を得ることも、柔軟なプロピレン重合体を得ることも可能である。つまり、本発明のオレフィン重合用触媒は、汎用レベルのプロピレン重合体を製造することも可能な有用な触媒である。
本重合を水素の存在下に行えば、得られる重合体の分子量を調節することができ、メルトフローレートの大きい重合体が得られる。
本発明における本重合において、オレフィンの重合温度は、通常、約20~200℃、好ましくは約30~100℃、より好ましくは50~90℃である。圧力は、通常、常圧~10MPa、好ましくは0.20~5MPa)に設定される。本発明の重合方法においては、重合を、回分式、半連続式、連続式の何れの方法においても行うことができる。さらに重合を、反応条件を変えて二段以上に分けて行うこともできる。このような多段重合を行えば、オレフィン重合体の分子量分布を更に広げることが可能である。
このようにして得られたオレフィンの重合体は、単独重合体、ランダム共重合体およびブロック共重合体などのいずれであってもよい。
上記のようなオレフィン重合用触媒を用いてオレフィンの重合、特にプロピレンの重合を行うと、デカン不溶成分含有率が70%以上、好ましくは85%以上、特に好ましくは90%以上である立体規則性の高いプロピレン系重合体が得られる。
さらに本発明のオレフィン重合方法によれば、多段重合を行わなくても、少ない段数の重合、例えば単段重合でも、分子量分布の広いポリオレフィン、特にポリプロピレンを得ることができる。本発明のオレフィン重合方法においては、特に、メルトフローレート(MFR)が同等である従来のオレフィン重合体よりも、分子量の高い成分の比率が従来に比して高く、かつ(特にベタ成分と呼ばれる)分子量の低い成分の比率が低いオレフィン重合体が得られる場合が多いことが特徴である。この特徴は、後述するゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により確認することができ、Mw/Mn値およびMz/Mw値の両方が高い重合体を得ることができる。
従来のマグネシウム、チタン、ハロゲンおよび電子供与体を含む固体状チタン触媒成分を用いて得られるポリプロピレンは、たとえばMFRが1~10g/10分の領域では、GPC測定で求められる分子量分布の指標であるMw/Mn値が5以下、Mz/Mw値は3.5未満、好ましくは4未満となることが一般的であったが、本発明のオレフィン重合方法を用いると、上記の同様の重合条件でMw/Mn値が6~30、好ましくは7~20のオレフィン重合体を得ることができる。また好ましくはMz/Mw値が4~15、より好ましくは4.5~10のオレフィン重合体を得ることができる。特に、本発明のオレフィンの重合方法によれば、Mz/Mw値の高い重合体が得られることが多い。
Mw/Mn値が高いポリプロピレンは、成形性や剛性に優れることが当該業者では常識とされている。一方、Mz/Mw値が高いことは、分子量の高い成分の含有比率が高いことを表しており、得られるポリプロピレンの溶融張力が高く、成形性に優れる可能性が高いことが予想される。
本発明のオレフィンの重合方法を用いれば、多段重合を行わなくても分子量分布の広い重合体を得ることができるので、重合体製造装置をよりシンプルにする事ができる可能性がある。また、従来の多段重合法に適用すると、より溶融張力や成形性に優れた重合体を得ることができることが予想される。
分子量分布の広い重合体を得る他の方法としては、分子量の異なる重合体を溶解混合や、溶融混練する方法もあるが、これらの方法により得られる重合体は、作業が比較的煩雑な割には、溶融張力や成形性の向上が充分でない場合がある。これは分子量の異なる重合体は基本的に混ざり難い為と推定されている。一方、本発明のオレフィンの重合方法で得られる重合体は、触媒レベル、即ちナノレベルで、極めて広い範囲の分子量の異なる重合体が混合しているので、溶融張力が高く、成形性に優れていることが予想される。
本発明のオレフィンの重合方法で得られる重合体は、高い立体規則性を有することは前記した通りである。そのため、本発明の方法で得られるオレフィン重合体は、高い融点を有する傾向がある。融点は、通常、示差走査熱量測定(DSC)法で決定される。
前記の通り本発明の方法で得られるオレフィン重合体、特にプロピレン重合体は、分子量分布が広い、特にMzが大きい傾向が有るため、高分子量側に広がる分布を有する傾向がある。オレフィン重合体は、分子量によって分子運動性が異なるため、分子量分布の広い重合体の場合、そのDSC測定で得られるチャートは、単峰性の形状では無く多峰性の形状やブロードな形状となる場合がある。即ち超高分子量体程結晶化し難いため、DSC測定法では低温側に広い形状となるのは超高分子量体起因である可能性が考えられる。また、低分子量側に広がった場合、低分子量重合体は一般的に結晶化度が高くなるが、融解熱量としては低くなる傾向がある。このため、融解熱(結晶化熱量)として計測されるΔHも低くなる傾向を示す場合がある。
一方、本発明の方法を用いて得たプロピレン重合体のDSCチャートは、比較的低温側への広がりが少なくΔHも高い傾向を示すことが分かった。これは、本発明の方法で得た重合体が、特に超高分子量領域の成分が高い立体規則性を有するため、結晶化し易く、低温側への広がりが少ない傾向を示した可能性が有る。
本発明の方法で得られる重合体は、低分子量側にもある程度の広がりを持つ分子量分布を示す。低分子量成分は、低分子量故に結晶構造としては弱く、融点が低い傾向がある。
本発明の方法で得られるプロピレン重合体は、低分子量成分の立体規則性が高いので、低温側の広がりが少ないDSCチャートを示す可能性も考えられる。
その他、結晶化工程での核剤効果発現の可能性など、複数の要因を考えることもできる。
これらの観点から、本発明の方法で得られるプロピレン重合体は、その分子量領域に依らず立体規則性が高い可能性が考えられる。このため、融解熱が高く、相対的に高い結晶化度を示すのであろう。
本発明の方法で得られるプロピレン重合体は公知の各種用途に使用することができる。特にその高い耐熱性、剛性が予想されることから、各種の射出成型体の用途、より具体的には自動車部材、家電製品の部材などに好適である。また、分子量分布の広さから、各種のシートやフィルム等にも用いることができる。特にリチウムイオン電池やキャパシターのセパレーター用途等にも好適である。また、スタンピングモールド成形体、カレンダー成形体、回転成形体などにも公的に使用することができる。
[プロピレン重合体]
本発明のプロピレン重合体は、ASTM1238規格に準じ、測定温度が230℃の条件で決定されるメルトフローレート(MFR)が、0.01g/10分以上、1000g/10分以下の範囲である。
上記の好ましい下限値は、0.05g/10分であり、より好ましくは0.10g/10分であり、さらに好ましくは0.12g/10分である。一方、好ましい上限値は、900g/10分であり、より好ましくは800g/10分であり、さらに好ましくは750g/10分である。上記の下限値を下回る範囲では重合体の溶融流動性が低過ぎて、成形性、生産性が十分でない場合がある。一方、上記の上限値を上回る範囲では、溶融状態での粘度が低過ぎて形状維持性や不十分になったり、成形体の強度や耐熱性が不十分な場合がある。
本発明のプロピレン重合体は、耐熱性が高い傾向にあり、示差走査熱量測定(DSC)で測定した場合、高温側に特徴的なチャートを示す。具体的には、昇温条件が10℃/分での示差走査熱量測定(DSC)での吸熱がゼロとなる最高温度(Tm-maxv)が169.0℃以上、220℃以下である。尚、上記の値は、後述する実施例に記載した融点(Tm)を決定するDSC測定方法、条件で行われる。
本発明のプロピレン系重合体は融点が高い傾向にあるが、それ以上に高温側になだらかに伸びる形状を示す傾向がある。すなわち、高温領域まで溶け難い重合体が存在することを示唆していることから、耐熱性が高い重合体である可能性が高い。この様な特徴を示す理由は不明であるが、本発明者らは以下の様に推測している。
本発明のプロピレン重合体は、後述する様に超高分子量重合体の含有率が多いこと、前記超高分子量体の立体規則性が従来のプロピレン重合体よりも高いため結晶化し易いことや、あるいは前記の超高分子量体が結晶化造核剤としても機能し、従来よりも高い分子量領域(分子運動性が低下するため、結晶化はし難い傾向にある領域)の重合体も結晶化し易くなり、前記の様な高温側にも結晶に基づく融解熱の現象が観測されると考えられる。
上記Tm-maxvの好ましい下限値は、169.5℃、より好ましくは170.0℃、さらに好ましくは170.5℃、特に好ましくは171.0℃である。一方、好ましい上限値は215℃、より好ましくは210℃、さらに好ましくは205℃、特に好ましくは200℃である。
上記の要件を満たすプロピレン重合体は、重合体としての融解熱量が高くなる傾向がある。そのため、本発明のプロピレン重合体は、耐熱性が高いことが期待できる。Tm-maxvの下限値が上記の数値よりも低いと、重合体の耐熱性が低く、例えば熱変形温度(HDT)が低くなる場合がある。一方、Tm-maxvの下限値が上記の数値よりも高いと溶融流動させるために高温が必要となり、成形時に多量のエネルギー(熱量)を必要とする場合がある。
本発明のプロピレン重合体は、下記要件(p)、(q)および(r)の内、2要件以上を満たすことを必須とする。
(p)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で決定されるMz/Mwが、3.50以上、5.65以下である。
(q)GPCで決定されるMw/MnとMz/Mwとの差が、8.3以下である。
(r)デカン可溶成分含有率(C10sol.)(/重量%)と、MFR(/(g/10分))とが、以下の関係式を満たす。
(C10sol.)-4/3 × Log(MFR)≦2.30
以下、それぞれの要件について説明する。
<要件(p)>
本発明のプロピレン重合体は、GPCで決定されるMz/Mwが、3.50以上、5.65以下である。
MzとはZ平均分子量、Mwは重量平均分子量のことを示す。Mz/Mw値が高い重合体は、その分子量分布が、高分子量側への広がり易い傾向があることを示す指標と考えてよい。通常のプロピレン系重合体のMz/Mwは、3.5未満、好ましくは4.0未満の場合が多い。つまり、分子量分布が広いとされるプロピレン重合体であっても低分子量側に広がり易い傾向があった。本発明のプロピレン重合体は、高分子量側に広がりを有する傾向がある。このような超高分子量体の含有率が高いことは、耐衝撃性が高くなる可能性があることを容易に予想できる。加えて、本発明のプロピレン重合体は前記の(Tm-maxv)に記載した理由等から、耐熱性が高くなることがある。
本発明のプロピレン重合体のMz/Mwの好ましい下限値は3.70、より好ましくは3.80、さらに好ましくは3.90、特に好ましくは4.00である。一方、好ましい上限値は5.63、より好ましくは5.62、さらに好ましくは5.61、特に好ましくは5.60である。前記の下限値を下回ると、前記超高分子量体の含有率が低くなる傾向がある。一方、前記の上限値を超えると、例えばフィルム成形体を得ようとする場合に前記の超高分子量重合体がフィッシュアイ発生の原因となる可能性がある。また、分子量が高過ぎる重合体は、その分子運動が遅くなるので、結晶化し難い傾向があり、すなわち結晶性が低くなり易い傾向がある。つまり、耐熱性が不十分な場合がある。また、結晶化核剤として機能し難い可能性も考えられる。
<要件(q)>
本発明のプロピレン重合体は、GPCで決定されるMw/MnとMz/Mwとの差が、8.3以下である。
Mwは前記の通り、重量平均分子量であり、Mnは数平均分子量である。Mw/Mnは分子量分布の周知の指標であるが、Mz/Mwと比較すると、低分子量側への分布の広がりを示す傾向がある指標と考えることができる。
これらのことから、GPCで決定されるMw/MnとMz/Mwとの差は、分子量分布の低分子量側への広がりと高分子量側への広がりのバランスが適度な範囲であることを示す指標と考えることができる。すなわち、低分子量側の分子量分布の広がりが少ない場合は、高分子量側への広がりも比較的少なく、低分子量側の分子量分布の広がりが多い場合は、高分子量側への広がりも比較的多くなることを示すと考えてよい。
上記の差の好ましい上限値は、8.00であり、より好ましくは7.90であり、さらに好ましくは7.80であり、特に好ましくは7.70である。
通常、Mw/Mn値の方が、Mz/M値よりも大きな数値を示すことが多いので、この要件(q)は、「Mw/Mn-Mz/Mw」の式で計算する。この場合、好ましい下限値は、3.10であり、より好ましくは3.50であり、さらに好ましくは4.00であり、特に好ましくは4.60である。
一方で、Mz/Mwの方がMw/Mnよりも大きな数値を示すことも有り得る。すなわち、「Mw/Mn-Mz/Mw」が負の値を示すことが有り得る。また、両者の数値差が極めて小さい場合もあり得る。このような場合、「Mw/Mn-Mz/Mwの絶対値は0以上、2.0以下」の範囲となることが好ましい。この場合のより好ましい下限値は1.5であり、さらに好ましくは1.0であり、特に好ましくは0.5である。
上記の数値範囲外では、超高分子量体成分の含有率が多過ぎたり、少なくなり過ぎたりして、前述したようなフィッシュアイが発生し易くなることや、後述する様な超高分子量体の結晶化核剤としての効果が発現し難くなる場合がある。
その他、低分子量成分の含有率が多くなり過ぎて、融点や融解熱量が低下する場合がある。換言すると、「Mw/Mn-Mz/Mw」が負の値を示す場合、低分子量体の含有率が少なくなる傾向があり、高耐熱性となり易く、耐衝撃強度の改善を期待することができる。
前記のMw/Mnの値の好ましい範囲は、5.5以上、13.70以下である。より好ましい下限値は5.80であり、さらに好ましくは5.90であり、特に好ましくは6.00である。一方、より好ましい上限値は13.60であり、さらに好ましくは13.50である。
上記要件(p)および(q)におけるMz、Mw、Mnは、後述する実施例のGPCの測定方法によって決定される値である。
<要件(r)>
本発明のプロピレン重合体は、デカン可溶成分含有率(C10sol.)(/重量%)と、MFR(/(g/10分))とが、以下の関係式を満たす。
(C10sol.)-4/3 × Log(MFR)≦2.30
上記のデカン可溶成分含有率は、後述の実施例に記載した測定方法で算出される値である。このデカン可溶成分含有率は、プロピレン重合体などのオレフィン重合体の立体規則性の指標として公知であるが、オレフィン重合体の分子量によってその値が影響を受ける場合がある。例えば、オレフィン重合体の分子量が極端に低い場合は、高い規則性を有する重合体であってもデカンに溶解し易い。このため、『4/3 × Log(MFR)』という項は、主としてこの分子量の影響を緩和する目的で設定したものである。よって、『(C10sol.)-4/3 × Log(MFR)』もオレフィン重合体の立体規則性の指標である。なお、上記のデカン可溶成分含有率の下限値はゼロであるので、『(C10sol.)-4/3 × Log(MFR)』という指標は、負の値にもなり得ることは自明である。
上記『(C10sol.)-4/3 × Log(MFR)』の値の好ましい上限値は、2.2、より好ましくは2.1、さらに好ましくは2.0、特に好ましくは1.9である。この指標の値が2.30を上回ると、粘着性のある成分の副生が多く、この重合体を用いた成形体にベタつき等が生じる場合や、この重合体の結晶性を低下させる場合がある。
分子量分布の広い重合体の場合、低分子量成分の含有率が増える場合があるので、(r)の要件の値が大きくなり易い場合があるが、本発明のプロピレン重合体は、立体規則性が高いことの他、前記の要件(p)や(q)を満たすことも、この値を低く抑制できる要因の一つと考えることができる。
本発明のプロピレン重合体が、上記の要件(p)、(q)、(r)をすべて満たすことが好ましいのは明らかであるが、上記の要件(p)、(q)、(r)の内の2要件を満たすことで、本発明が指向する十分な効果を得ることができることが多い。この際、要件(q)を必須要件とすることがより好ましい。一方で、フィルムなどの様にフィッシュアイ等の外観が品質に大きく影響する用途の場合は、要件(p)を必須要件とすることが好ましい場合もある。つまり、本願発明のプロピレン重合体を利用する用途によって重要性の高い要件が異なる場合がある。
本発明のプロピレン重合体は、前記のDSC測定で決定される要件に類似する下記の要件(s)も満たすことが好ましい。
(s)昇温条件が10℃/分での示差走査熱量測定(DSC)で得られるチャートのTm以上の温度領域での吸熱曲線の接線とベースラインとの交点の温度(Tm-maxt)が、168.1℃以上、210℃以下である。
要件(s)は、例えば、前記の高温領域でも融解熱が発現し易い現象がより顕著なことを示す指標として本発明者らは用いている。換言すると、この指標の本質的な意味は前記のDSCで規定される要件と同様であり、そのような現象が発現する推定理由も同一である。
上記Tm-maxtのより好ましい下限値は168.3℃、さらに好ましくは168.5℃であり、特に好ましくは168.7℃である。一方、より好ましい上限値は205℃であり、さらに好ましくは200℃であり、特に好ましくは195℃である。
本発明のプロピレン重合体は、公知の添加剤や、重合体を併用した組成物とすることもできる。前記の添加剤としては、耐熱安定剤、耐光安定剤、酸成分吸収材、スリップ剤、光揮剤、粘着付与剤、成形助剤、結晶化核剤等を挙げることができる。また、ガラス繊維、タルク 、マイカ、炭素繊維等の充填剤を併用することもできる。その他、アミド系やアルキレンオキシド系の帯電防止剤やカーボンブラック等の色素などの顔料、着色剤を用いることができる。
他の重合体としては、公知のエラストマー成分として、オレフィン系共重合体、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等のポリエン系のゴム、ブチルゴムの他、クロロプレンゴム、シリコーン系のゴム等のヘテロ原子を含むエラストマー成分を挙げることができる。また、 (メタ)アクリレート樹脂などの耐傷付防止剤なども併用することができる。
上記の成分は、勿論、2種以上を併用してもよい。
本発明のプロピレン重合体は、前述の石油(原油)由来のプロピレンや、天然ガス由来、すなわち化石燃料と言われる従来原料由来のプロピレンの他、バイオ原料由来のプロピレンを重合させて得ることが出来る。バイオ原料由来のプロピレンを用いた場合、対応するプロピレン重合体の14C含有率は、従来原料由来のプロピレンを用いて得たプロピレン重合体よりも高くなる傾向がある(これは自明であろう。)。
この様な本発明のプロピレン重合体は、例えば、上述した本発明のオレフィン重合体の製造方法、すなわち本発明のオレフィン重合用触媒を用いて製造することができる。もちろん、他のオレフィン重合用触媒で製造されたプロピレン重合体であってもよい。また、この様な本発明のプロピレン重合体の好ましい用途は、前記した用途と同じである。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
以下の実施例において、プロピレン重合体の嵩比重、メルトフローレート、デカン可溶(不溶)成分量、分子量分布、最終融点、融点、結晶化温度、融解熱量等は下記の方法によって測定した。
(1)嵩比重:
JIS K-6721に従って測定した。
(2)メルトフローレート(MFR):
ASTM D1238Eに準拠し、測定温度はプロピレン重合体の場合、230℃とした。
(3)デカン可溶(不溶)成分量:
ガラス製の測定容器にプロピレン重合体約3グラム(10-4グラムの単位まで測定した。また、この重量を、下式においてb(グラム)と表した。)、デカン500ml、およびデカンに可溶な耐熱安定剤を少量装入し、窒素雰囲気下、スターラーで攪拌しながら2時間で150℃に昇温してプロピレン重合体を溶解させ、150℃で2時間保持した後、8時間かけて23℃まで徐冷した。得られたプロピレン重合体の析出物を含む液を、東京硝子器械(株)製25G-4規格のグラスフィルターにて減圧濾過した。濾液の100mlを採取し、これを減圧乾燥してデカン可溶成分の一部を得て、この重量を10-4グラムの単位まで測定した(この重量を、下式においてa(グラム)と表した。)。この操作の後、デカン可溶成分量を下記式によって決定した。
デカン可溶成分含有率=100 × (500 × a) / (100 × b)
デカン不溶成分含有率=100 - 100 × (500 × a) / (100 × b)
(4)分子量分布:
ゲル浸透クロマトグラフ:東ソー株式会社製 HLC-8321 GPC/HT型
検出器:示差屈折計
カラム:東ソー株式会社製 TSKgel GMH6-HT x 2本およびTSKgel GMH6-HTL x 2本を直列接続した(カラムのサイズ(全て同サイズ):7.5mmI.D.×30cm)。
移動相媒体:o-ジクロロベンゼン(酸化防止剤として0.025%のジブチヒドロキシトルエン(BHT)を含む)
流速:1.0ml/分
測定温度:140℃
検量線の作成方法:東ソー社製標準ポリスチレンサンプルを使用した。
サンプル濃度:0.1%(w/v)
サンプル溶液量:0.4ml
サンプリング間隔:1秒
の条件で測定し、得られたクロマトグラムを公知の方法によって解析することで重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、Z平均分子量(Mz)、および分子量分布(MWD)の指標であるMw/Mn値、Mz/Mw値を算出した。1サンプル当たりの測定時間は60分であった。
(5)重合体の融点(Tm):
本発明における重合体の融点(Tm)、結晶化温度(Tc)、融解熱量(ΔH)は、パーキンエルマー社製DSC8000装置で示差走査熱量計(DSC)により測定した。試料3~10mgをアルミニウムパン中に密封し、室温から100℃/分で200℃まで加熱した。その試料を、200℃で5分間保持し、次いで10℃/分で30℃まで冷却した。この冷却試験で、ピーク温度を結晶化温度(Tc)とした。続いて30℃で5分間置いた後、その試料を10℃/分で200℃まで2度目に加熱した。この2度目の加熱試験で、ピーク温度を融点(Tm)、吸熱量を融解熱量(ΔH)として採用した。また、融解熱量として、前記冷却(降温)時の発熱量も融解熱量(ΔH)として併記した。
(6)昇温条件が10℃/分での示差走査熱量測定(DSC)での吸熱がゼロとなる最高温度(Tm-maxv):
前記2度目の加熱試験の工程で、吸熱曲線とベースラインとの交点の最も高い温度を上記の指標とした。この指標は、例えば超高分子量重合体が高結晶化していることに起因すると考えることができる。超高分子量重合体成分は、分子鎖の動きが遅いため、その成分の結晶性が高い程、DSC測定では高温でも吸熱ピークを示すと考えられることから、本発明ではこの指標を用いている。
(7)昇温条件が10℃/分での示差走査熱量測定(DSC)で得られるチャートのTm以上の温度領域での吸熱曲線の接線とベースラインとの交点の温度(Tm-maxt):
上記(6)での吸熱ピークが終息する領域での吸熱曲線の接線を常法のデータ処理方法で作成し、その接線とベースラインとの交点を上記温度とした。吸熱ピークがなだらかな形状程、この温度は高くなる傾向がある。前記のような形状は、例えば高結晶化した超高分子量体が多いことに起因すると考えることができる。
本発明における重合体の最終融点(Tmf)は、パーキンエルマー社製DSC8000装置で示差走査熱量計(DSC)により測定した。試料3~10mgをアルミニウムパン中に密封し、室温から80℃/分で240℃まで加熱した。その試料を、240℃で1分間保持し、次いで80℃/分で0℃まで冷却した。0℃で1分間保持した後、その試料を80℃/分で150℃まで加熱し、5分間保持した。最後に、試料を1.35℃/分で180℃まで加熱し、この最終加熱試験で得られるピークの高温側の変曲点の接線と、ベースラインとの交点を最終融点(Tmf)として採用した。
Tmfは、結晶化し難い傾向があるとされる超高分子量領域の重合体の結晶化のしやすさや結晶構造等を評価する一つのパラメータと考えることができる。より具体的には、このTmfの値が高い程、超高分子量重合体成分が、強く、耐熱性の高い結晶を形成しやすいと考えることができる。
なお、下記の実施例、比較例で用いた化合物の構造式は、立体異性構造を持つものがある。例示した化合物の構造式は、実施例、比較例で用いた化合物の主たる異性体を示している。
[実施例1]
<固体状チタン触媒成分[α1]の調製>
1Lのガラス容器を十分窒素置換した後、無水塩化マグネシウム85.8g、デカン321gおよび2-エチルヘキシルアルコール352gを入れ、130℃で3時間加熱反応させて均一溶液とした。この溶液241gと安息香酸エチル6.43gをガラス容器に加え、50℃にて1時間攪拌混合を行った。
このようにして得られた均一溶液を室温まで冷却した後、この均一溶液38.3mlを-20℃に保持した四塩化チタン100ml中に攪拌回転数350rpmでの攪拌下45分間にわたって全量滴下装入した。装入終了後、この混合液の温度を3.8時間かけて80℃に昇温し、80℃になったところで混合液中に下記化合物1を0.97g添加した。再び40分かけて120℃に昇温し、35分同温度にて攪拌下保持した。反応終了後、熱濾過にて固体部を採取し、この固体部を100mlの四塩化チタンにて再懸濁させた後、再び120℃で35分、加熱反応を行った。反応終了後、再び熱濾過にて固体部を採取し、100℃デカン、室温のデカンで洗液中に遊離のチタン化合物が検出されなくなるまで充分洗浄した。以上の操作によって調製した固体状チタン触媒成分[α1]はデカンスラリ-として保存したが、この内の一部を、触媒組成を調べる目的で乾燥した。このようにして得られた固体状チタン触媒成分[α1]の組成はチタン0.28質量%、マグネシウム1.7質量%、および2-エチルヘキシルアルコール残基0.12質量%であった。
Figure 0007466661000064
<本重合>
内容積2リットルの重合器に、室温で500gのプロピレンおよび水素1NLを加えた後、ヘプタン7mlトリエチルアルミニウム0.5ミリモル、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン0.10ミリモル、および固体状チタン触媒成分[α1]0.004ミリモル(チタン原子換算)を25℃で10分間混合した混合液を加え、速やかに重合器内を70℃まで昇温した。70℃で1.5時間重合した後、少量のメタノールにて反応停止し、プロピレンをパージした。さらに得られた重合体粒子を80℃で一晩、減圧乾燥した。活性、嵩比重、MFR、デカン可溶成分量、Tm、Tm-maxv、Tm-maxt、Tmf、MWD(Mw/MnとMz/Mwとの差)等を表1、表2に示す。
[実施例2]
<固体状チタン触媒成分[α2]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに0.91gの下記化合物2を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α2]を得た。
Figure 0007466661000065
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α2]を用いた以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例3]
<固体状チタン触媒成分[α3]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.10gの下記化合物3を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α3]を得た。
Figure 0007466661000066
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α3]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例4]
<固体状チタン触媒成分[α4]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.19gの下記化合物4を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α4]を得た。
Figure 0007466661000067
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α4]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例5]
<固体状チタン触媒成分[α5]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.11gの下記化合物5を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α5]を得た。
Figure 0007466661000068
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α5]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例6]
<固体状チタン触媒成分[α6]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.12gの下記化合物6を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α6]を得た。
Figure 0007466661000069
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α6]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例7]
<固体状チタン触媒成分[α7]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに0.91gの下記化合物6を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α7]を得た。
Figure 0007466661000070
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α7]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例8]
<固体状チタン触媒成分[α8]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.07gの下記化合物8を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α8]を得た。
Figure 0007466661000071
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α8]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例9]
<固体状チタン触媒成分[α9]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.13gの下記化合物9を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α9]を得た。
Figure 0007466661000072
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α9]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例10]
<固体状チタン触媒成分[α10]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.13gの下記化合物10を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α10]を得た。
Figure 0007466661000073
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α10]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例11]
<固体状チタン触媒成分[α11]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.07gの下記化合物11を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α11]を得た。
Figure 0007466661000074
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α11]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例12]
<固体状チタン触媒成分[α12]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.85gの下記化合物12を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α12]を得た。
Figure 0007466661000075
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α12]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1に示す。
[実施例13]
<固体状チタン触媒成分[α13]の調製>
1Lのガラス容器を十分窒素置換した後、無水塩化マグネシウム85.8g、デカン321gおよび2-エチルヘキシルアルコール352gを入れ、130℃で3時間加熱反応させて均一溶液とした。この溶液241gと安息香酸エチル6.43gをガラス容器に加え、50℃にて1時間攪拌混合を行った。
このようにして得られた均一溶液を室温まで冷却した後、この均一溶液30.7mlを-20℃に保持した四塩化チタン80ml中に攪拌回転数350rpmでの攪拌下45分間にわたって全量滴下装入した。装入終了後、この混合液の温度を3.8時間かけて80℃に昇温し、80℃になったところで混合液中に下記化合物13を1.88g添加した。再び40分かけて120℃に昇温し、35分同温度にて攪拌下保持した。反応終了後、熱濾過にて固体部を採取し、この固体部を80mlの四塩化チタンにて再懸濁させた後、再び120℃で35分、加熱反応を行った。反応終了後、再び熱濾過にて固体部を採取し、100℃デカン、室温のデカンで洗液中に遊離のチタン化合物が検出されなくなるまで充分洗浄した。以上の操作によって調製した固体状チタン触媒成分[α13]はデカンスラリ-として保存した。
Figure 0007466661000076
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α13]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1に示す。
[実施例14]
<固体状チタン触媒成分[α14]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.01gの下記化合物14を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α14]を得た。
Figure 0007466661000077
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α14]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例15]
<固体状チタン触媒成分[α15]の調製>
下記の操作以外は、実施例13と同様にして固体状チタン触媒成分[α15]を調製した。
・化合物13の代わりに化合物12を80℃で0.77g添加した。
・80℃から40分かけて120℃に昇温する代わりに、80℃から20分かけて100℃に昇温した。
・四塩化チタンで再懸濁して120℃で35分加熱する代わりに、四塩化チタンで再懸濁して100℃で35分加熱した。
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α15]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1に示す。
[比較例1]
<固体状チタン触媒成分[β1]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.51gの下記化合物-c1を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[β1]を得た。
Figure 0007466661000078
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[β1]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[比較例2]
<固体状チタン触媒成分[β2]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.51gの下記化合物-c2を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[β2]を得た。
Figure 0007466661000079
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[β2]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[比較例3]
<固体状チタン触媒成分[β3]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.61gの下記化合物-c3を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[β3]を得た。
Figure 0007466661000080
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[β3]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[比較例4]
<固体状チタン触媒成分[β4]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.64gの下記化合物-c4を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[β4]を得た。
Figure 0007466661000081
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[β4]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[比較例5]
<固体状チタン触媒成分[β5]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.64gの下記化合物-c5を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[β5]を得た。
Figure 0007466661000082
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[β5]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例16]
<固体状チタン触媒成分[α16]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.13gの下記化合物16を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α16]を得た。
Figure 0007466661000083
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α16]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例17]
<固体状チタン触媒成分[α17]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.16gの下記化合物17を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α17]を得た。
Figure 0007466661000084
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α17]0.0028ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.35ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.07ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例18]
<固体状チタン触媒成分[α18]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.20gの下記化合物18を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α18]を得た。
Figure 0007466661000085
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α18]0.0028ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.35ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.07ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例19]
<固体状チタン触媒成分[α19]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.01gの下記化合物19を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α19]を得た。
Figure 0007466661000086
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α19]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例20]
<固体状チタン触媒成分[α20]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに0.86gの下記化合物20を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α20]を得た。
Figure 0007466661000087
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α20]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例21]
<固体状チタン触媒成分[α21]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに0.93gの下記化合物21を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α21]を得た。
Figure 0007466661000088
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α21]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例22]
<固体状チタン触媒成分[α22]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに2.16gの下記化合物22を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α22]を得た。
Figure 0007466661000089
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α22]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例23]
<固体状チタン触媒成分[α23]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.05gの下記化合物23を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α23]を得た。
Figure 0007466661000090
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α23]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例24]
<固体状チタン触媒成分[α24]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.28gの下記化合物24を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α24]を得た。
Figure 0007466661000091
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α24]0.0028ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.35ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.07ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例25]
<固体状チタン触媒成分[α25]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.56gの下記化合物25を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α25]を得た。
Figure 0007466661000092
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α25]0.002ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.25ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.05ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例26]
<固体状チタン触媒成分[α26]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.56gの下記化合物26を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α26]を得た。
Figure 0007466661000093
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α26]0.002ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.25ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.05ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例27]
<固体状チタン触媒成分[α27]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.43gの下記化合物27を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α27]を得た。
Figure 0007466661000094
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α27]0.002ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.25ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.05ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例28]
<固体状チタン触媒成分[α28]の調製>
1Lのガラス容器を十分窒素置換した後、無水塩化マグネシウム85.8g、デカン321gおよび2-エチルヘキシルアルコール352gを入れ、130℃で3時間加熱反応させて均一溶液とした。この溶液241gと安息香酸エチル6.43gをガラス容器に加え、50℃にて1時間攪拌混合を行った。
このようにして得られた均一溶液を室温まで冷却した後、この均一溶液30.7mlを-20℃に保持した四塩化チタン80ml中に攪拌回転数350rpmでの攪拌下45分間にわたって全量滴下装入した。装入終了後、この混合液の温度を3.8時間かけて80℃に昇温し、80℃になったところで混合液中に下記化合物28を1.08g添加した。再び40分かけて120℃に昇温し、35分同温度にて攪拌下保持した。反応終了後、熱濾過にて固体部を採取し、この固体部を80mlの四塩化チタンにて再懸濁させた後、再び120℃で35分、加熱反応を行った。反応終了後、再び熱濾過にて固体部を採取し、100℃デカン、室温のデカンで洗液中に遊離のチタン化合物が検出されなくなるまで充分洗浄した。以上の操作によって調製した固体状チタン触媒成分[α28]はデカンスラリ-として保存した。
Figure 0007466661000095
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α28]0.002ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.25ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.05ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例29]
<固体状チタン触媒成分[α29]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに0.97gの下記化合物29を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α29]を得た。
Figure 0007466661000096
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α29]0.0032ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.4ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.08ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例30]
<固体状チタン触媒成分[α30]の調製>
1Lのガラス容器を十分窒素置換した後、無水塩化マグネシウム85.8g、デカン321gおよび2-エチルヘキシルアルコール352gを入れ、130℃で3時間加熱反応させて均一溶液とした。この溶液241gと安息香酸エチル6.43gをガラス容器に加え、50℃にて1時間攪拌混合を行った。
このようにして得られた均一溶液を室温まで冷却した後、この均一溶液28.7mlを-20℃に保持した四塩化チタン75ml中に攪拌回転数350rpmでの攪拌下45分間にわたって全量滴下装入した。装入終了後、この混合液の温度を3.8時間かけて80℃に昇温し、80℃になったところで混合液中に下記化合物30を0.83g添加した。再び40分かけて120℃に昇温し、35分同温度にて攪拌下保持した。反応終了後、熱濾過にて固体部を採取し、この固体部を75mlの四塩化チタンにて再懸濁させた後、再び120℃で35分、加熱反応を行った。反応終了後、再び熱濾過にて固体部を採取し、100℃デカン、室温のデカンで洗液中に遊離のチタン化合物が検出されなくなるまで充分洗浄した。以上の操作によって調製した固体状チタン触媒成分[α30]はデカンスラリ-として保存した。
Figure 0007466661000097
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α30]0.0028ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.35ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.07ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1に示す。
[実施例31]
<固体状チタン触媒成分[α31]の調製>
1Lのガラス容器を十分窒素置換した後、無水塩化マグネシウム85.8g、デカン321gおよび2-エチルヘキシルアルコール352gを入れ、130℃で3時間加熱反応させて均一溶液とした。この溶液241gと安息香酸エチル6.43gをガラス容器に加え、50℃にて1時間攪拌混合を行った。
このようにして得られた均一溶液を室温まで冷却した後、この均一溶液28.7mlを-20℃に保持した四塩化チタン75ml中に攪拌回転数350rpmでの攪拌下45分間にわたって全量滴下装入した。装入終了後、この混合液の温度を3.8時間かけて80℃に昇温し、80℃になったところで混合液中に下記化合物31を0.83g添加した。再び40分かけて120℃に昇温し、35分同温度にて攪拌下保持した。反応終了後、熱濾過にて固体部を採取し、この固体部を75mlの四塩化チタンにて再懸濁させた後、再び120℃で35分、加熱反応を行った。反応終了後、再び熱濾過にて固体部を採取し、100℃デカン、室温のデカンで洗液中に遊離のチタン化合物が検出されなくなるまで充分洗浄した。以上の操作によって調製した固体状チタン触媒成分[α31]はデカンスラリ-として保存した。
Figure 0007466661000098
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α31]0.0028ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.35ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.07ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
[実施例32]
<固体状チタン触媒成分[α32]の調製>
0.97gの化合物1の代わりに1.33gの下記化合物32を用いた以外は実施例1と同様にして固体状チタン触媒成分[α32]を得た。
Figure 0007466661000099
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α1]の代わりに固体状チタン触媒成分[α32]0.0028ミリモル(チタン原子換算)を用い、トリエチルアルミニウムの使用量を0.5ミリモルから0.35ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランの使用量を0.10ミリモルから0.07ミリモルに変更した以外は実施例1と同様にプロピレンの重合を行った。結果を表1、表2に示す。
Figure 0007466661000100
表1中、1)~3)の意味は以下のとおりである。
1)左側:メイン融点ピーク、右側:サブ融点ピーク
2)DSC測定における降温時の発熱量(結晶化エネルギーの指標)
3)DSC測定における、2回目の昇温(10℃/分)時の吸熱量(融解熱の指標)
以下の表2は、前記課題の解決手段の(14)項の内容に対応する実験結果の表である。
表2中、1)~4)の意味は以下のとおりである。
1)左側:メイン融点ピーク、右側:サブ融点ピーク
2)DSC測定における降温時の発熱量(結晶化エネルギーの指標)
3)DSC測定における、2回目の昇温(10℃/分)時の吸熱量(融解熱の指標)
4)(Mw/Mn)-(Mz/Mw)の値
[実施例33]
<本重合>
固体状チタン触媒成分[α7]を0.0032ミリモル(チタン原子換算)から0.0024ミリモル(チタン原子換算)に変更し、トリエチルアルミニウムの使用量を0.4ミリモルから0.3ミリモルに変更し、シクロヘキシルメチルジメトキシシランを用いなかった以外は実施例7と同様にプロピレンの重合を行った。結果は以下の通りであった。
重合活性: 123.1Kg/g-触媒
MFR : 2.4g/10分
デカン可溶成分含有率: 8.33重量%
上記の通り、本願発明の固体状チタン触媒成分を含むオレフィン重合用触媒は、重合条件によって重合活性の低下無しに得られる重合体の立体規則性を調整することも可能であることが分かる。

Claims (16)

  1. チタン、マグネシウム、ハロゲンおよび下記式(1)で表される環状多価エステル基含有化合物(a)を含むことを特徴とする固体状チタン触媒成分(I)。
    Figure 0007466661000102
    [式(1)中、n1~n4はそれぞれ独立に0~2の整数であり、mは0または1であり、xは0~10の整数であり、m+x≧1の関係を満たす。
    1およびR2は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数1~20の炭化水素基であり、R3~R16およびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1~20の炭化水素基、またはハロゲン原子であり、R1~R16およびRの水素原子、炭素原子、またはその両方は、窒素原子、酸素原子、リン原子、ハロゲン原子、およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子で置換されていてもよい。R3~R16およびRの2つ以上が互いに結合して単環または多環を形成してもよく、隣接する置換基が直接結合した多重結合を形成してもよい。
    a、CbおよびCcは炭素原子であり、Ca、CbおよびCcから形成される環状構造の炭素-炭素結合は、隣り合う炭素に結合するR同士が直接結合して、多重結合を形成してもよい。
    Aは単結合か、または二つのフリーラジカルの間に1~3原子の長さの鎖を有する二価の結合基である。]
  2. 前記式(1)において、R3~R16およびRの2つ以上が互いに結合して単環または多環を形成する部位が、炭素-炭素の二重結合を含む構造である、請求項1に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
  3. 前記式(1)において、R3~R16およびRの2つ以上が互いに結合して単環または多環を形成する部位が、さらに単環または多環構造を含む、請求項1に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
  4. Aが、下記一般式群(2)に示す基から選ばれる二価の基である、請求項1に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
    Figure 0007466661000103
    [群(2)中、R1'~R7'は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基を表し、R2'~R7'は互いに結合して単環または多環を形成していてもよく、隣接する置換基同士が直接結合して多重結合を形成してもよい。]
  5. xが2~6である、請求項1に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
  6. n1およびn2が1である、請求項1に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
  7. n3およびn4が0である、請求項1に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
  8. 1およびR2が、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基である、請求項1に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
  9. 3~R16が、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルケニル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基である、請求項1に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
  10. Rが、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルケニル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のシクロアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基である、請求項1に記載の固体状チタン触媒成分(I)。
  11. 請求項1に記載の固体状チタン触媒成分(I)と、周期表の第1族、第2族及び第13族から選ばれる金属元素を含む有機金属化合物触媒成分(II)とを含むことを特徴とするオレフィン重合用触媒。
  12. さらに電子供与体(III)を含む、請求項11に記載のオレフィン重合用触媒。
  13. 請求項11または12に記載のオレフィン重合用触媒の存在下にオレフィンの重合を行うことを特徴とするオレフィン重合方法。
  14. ASTM1238規格に準じ、測定温度が230℃の条件で決定されるメルトフローレート(MFR)が、0.01g/10分以上、1000g/10分以下の範囲であり、
    昇温条件が10℃/分での示差走査熱量測定(DSC)での吸熱がゼロとなる最高温度(Tm-maxv)が169.0℃以上、220℃以下であり、
    下記要件(p)、(q)および(r)の内、2要件以上を満たすことを特徴とするプロピレン重合体:
    (p)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で決定されるMz/Mwが、3.50以上、5.65以下である;
    (q)GPCで決定されるMw/MnとMz/Mwとの差が、8.3以下である;
    (r)下記測定方法で求められるデカン可溶成分含有率(C10sol.)(/重量%)と、MFR(/(g/10分))とが、以下の関係式を満たす(下記関係式中のLogは常用対数である。):
    (C10sol.)-4/3 × Log(MFR)≦2.30
    <デカン可溶成分含有率(C10sol.)の測定方法>
    プロピレン重合体約3グラムを10 -4 グラムの単位まで測定し、この重量をb(グラム)とし、ガラス製の測定容器に前記プロピレン重合体bグラム、デカン500ml、およびデカンに可溶な耐熱安定剤を少量装入し、窒素雰囲気下、スターラーで攪拌しながら2時間で150℃に昇温してプロピレン重合体を溶解させ、150℃で2時間保持した後、8時間かけて23℃まで徐冷し、得られたプロピレン重合体の析出物を含む液を、25G-4規格のグラスフィルターにて減圧濾過し、濾液の100mlを採取し、これを減圧乾燥してデカン可溶成分の一部を得て、この重量を10 -4 グラムの単位まで測定した値をa(グラム)とし、下記式によって算出する。
    デカン可溶成分含有率=100 × (500 × a) / (100 × b)
  15. さらに下記要件(s)を満たす、請求項14に記載のプロピレン重合体:
    (s)昇温条件が10℃/分での示差走査熱量測定(DSC)で得られるチャートのTm以上の温度領域での吸熱曲線の接線とベースラインとの交点の温度(Tm-maxt)が、168.1℃以上、210℃以下である。
  16. 前記要件(p)、(q)および(r)のすべてを満たす、請求項14または15に記載のプロピレン重合体。
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