JPWO2004081064A1 - 超高分子量エチレン系重合体 - Google Patents
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Abstract
Description
メタロセン系触媒で得られる超高分子量ポリエチレンは、その分子量分布(Mw/Mn)が3以下と狭くなり、耐衝撃性の改良等が期待できるものの、低分子量成分が少ないため、一般に成形加工時に熱溶融しにくく、溶融しなかった部分が完全に融着せず、不均一な成形体となる。そこが物性的に弱い部分となり、本来耐衝撃性の高い材料であるにもかかわらず、その性能を十分に発揮できないという問題があった。可塑剤に対しても均一溶解しにくく未溶解物として残り、製品の強度、フィルム特性に悪影響を起こしやすい。また、分子間の絡み合いが強くなり、繊維のように延伸が必要な場合には、必要な延伸性を出すことが困難である等の問題があった。
一方、チーグラーナッタ系触媒で得られる超高分子量ポリエチレンは、一般に分子量分布が広く、多くの低分子量成分を含んでいるため、成形加工性、可塑剤に対す溶解性、分子間の絡み合いに起因する延伸性等において、優れた性能を発揮している。しかしながら、チーグラーナッタ系触媒で得られる超高分子量ポリエチレン中には残存しているTi量、Cl量が多く、高温での成形加工時に熱劣化が起こりやすい。そのため、せっかくの超高分子量成分も分子鎖切断によって分子量が低下してしまい、本来の超高分子量としての物性が発揮できないこともあった。
また、超高分子量ポリエチレンは、その摩擦係数が小さく、滑り性が良いことから、スキー板ソールにも用いられている。しかし超高分子量ポリエチレンは、結晶性が高く白色不透明であり、薄いシートやフィルム状にしても透明性に劣るため、スキー板ソールのブランド名等の意匠性が損なわれている。そのような現状に鑑み透明性の優れる材料が求められている。この透明性を改善する目的で、特公平05−86803号公報には、エチレンと他のα−オレフィン(コモノマー)とから得られる超高分子量エチレン系共重合体が提案されている。しかし、エチレンとα−オレフィンとを共重合させる場合には、分子量を高めるために重合温度を低くする必要があるが、そのような重合温度の低下は工業プロセスの効率の低下を招く。逆に重合温度が工業プロセスにおいて効率的な70〜100℃で共重合を行う場合、得られる共重合体の分子量が小さくなる。その結果、超高分子量重合体の特徴である耐摩耗性が低下し、摩擦係数も上がるという問題点があった。加えて、そのようなエチレンとα−オレフィンとの共重合において通常のチーグラーナッタ系触媒を用いた場合には、コモノマーであるα−オレフィンが均一にかつ十分に共重合体の分子鎖に挿入されず、板状にした場合には十分な透明性が得られていなかった。
特開平09−291112号公報には、メタロセン系触媒を用いて、分子量分布の非常に狭い超高分子量エチレン(共)重合体が開示されているが、共重合体の場合でも密度や融点が十分に低下せず、透明性も十分に改良されていなかった。メタロセン系触媒を用いて、比較的分子量分布の広いエチレン共重合体が得られることは特開平09−309926号公報に開示されているが、分子量100万以上の超高分子量エチレン共重合体の記載はない。また、メタロセン系触媒を用いて得られた摩耗特性に優れる超高分子量エチレン重合体については特開平11−106417号公報にも記載されているが、分子量が高くても融点が高いため、プレス成形加工時に不均一なプレートになりやすく、成形性に劣る。
一方で、メタロセン系触媒を用いることによって、高活性で、分子量分布が狭く、かつ構成分子の組成分布が均一なエチレン系重合体が得られることが知られている。しかし、このようなメタロセン系触媒を用いた重合におけるプロセス上の問題としては、一般的に初期の重合速度が速く、触媒とエチレンとが接触時に急激な重合反応を起こすため、除熱が追いつかず、重合ポリマーに重合熱による局所的な発熱部位(ヒートスポット)が発生する。その結果粒子状のポリマーの一部が融点以上となり、ポリマー同士が融着して塊状のポリマーが生成するという問題点があった。連続系のプロセスの場合、このような塊状のポリマーが発生すると、重合反応器からのポリマーの抜き取り配管が閉塞し、ポリマーの抜き取りが不能となり、連続運転が阻害されてしまう。
上記問題を解決するため、特開2000−198804号公報、特開2001−302716号公報には、メタロセン系触媒を予め水素と接触させた後、該触媒を重合反応器へ導入することを特徴とするエチレン系重合体の製造方法が提案されている。しかし、連鎖移動剤である水素を使用するため、得られるエチレン系重合体の分子量には限界があった。
本発明の他の目的は、コモノマー挿入により、密度が低下し、透明性に優れ、かつ、柔軟性のある超高分子量エチレン系重合体を提供することである。
本発明のさらなる他の目的は、メタロセンを触媒とした工業プロセスにおいて効率的な温度で、スケールが発生しにくく、長期に渡って上記超高分子量エチレン系重合体を安定的に製造することが可能な製造方法、を提供することである。
本発明者は前記課題を解決するため鋭意検討した結果、エチレン系共重合体の分子量分布が通常のメタロセン系触媒で得られる3より大きく、かつ、チーグラーナッタ系触媒で得られる残存Ti量、残存Cl量よりも少ない超高分子量エチレン系重合体が、成形加工時の成形性と熱安定性のバランスに優れることを見い出した。さらに、コモノマーを挿入した超高分子量エチレン共重合体について詳しく検討した結果、コモノマー挿入量を増加させても超高分子量を維持することができると共に、分子量が大きくなる程コモノマーの挿入量が多く、柔軟性および透明性が大きく改良された超高分子量エチレン共重合体が得られることがわかった。一方、予め水素化剤で処理したメタロセン系触媒と水素添加能を有する化合物を組み合わせることで、工業プロセスにおいて効率的な温度で上記超高分子量エチレン系重合体が製造可能であることを見い出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は次の通りである。
[1]エチレン単独重合体(A);及び
エチレン共重合体(B)であって、
a)エチレン 99.9〜75.0重量%と、
b)炭素数3〜20のα−オレフィン、炭素数3〜20の環状オレフィン、式CH2=CHR(但し、Rは炭素数6〜20のアリール基である。)で表される化合物、及び炭素数4〜20の直鎖状、分岐状または環状のジエンよりなる群から選ばれる少なくとも1種のオレフィンであるコモノマー0.1〜25.0重量%、を共重合して得られる該エチレン共重合体(B);
のいずれか一方であるエチレン系重合体であって、
i)粘度平均分子量が100万以上であり、
ii)分子量分布(Mw/Mn)が3より大きく、かつ、
iii)該ポリマー中のTi含量が3ppm以下、Cl含量が5ppm以下、
である超高分子量エチレン系重合体。
[2]密度ρ(g/cc)と結晶化度X(%)の関係が、下記式(1):
を満足する、上記1項記載の超高分子量エチレン系重合体。
[3]末端ビニル基量が0.02(個/1000C)以下である、上記1又2項に記載の超高分子量エチレン系重合体。
[4]密度ρ(g/cc)と粘度平均分子量Mvの関係が、下記式(2):
を満足する、上記1〜3項のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体。
[5]密度ρが0.850〜0.925g/ccである、上記1〜4項のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体。
[6]ASTM D1003に従って測定した透明性の指標であるHAZEが70%以下である、上記1〜3及び5項のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体。
[7]GPC/FT−IRで測定したコモノマーの挿入量分布において、重合体の分子量が大きくなるほど該コモノマーの挿入量も多くなっている、上記1〜3及び5〜6項のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体。
[8]分子量分布プロファイルが、GPC/FT−IR測定により下記式(3):
(式中、Mtは分子量分布プロファイル上の分子量で表される1地点であって、上記プロファイルが最大強度のピークを示す地点であり、Mcは上記分子量分布プロファイル上の分子量で表される任意点である。)
で定義される範囲内である場合において、
コモノマー濃度プロファイルの最小二乗法による近似直線の傾きが、下記式(4):
(式中、Mc1およびMc2は、式(3)を満足させる分子量で表される2つの異なる任意点Mcであり、C(Mc1)およびC(Mc2)は、それぞれ上記近似直線上のMc1およびMc2に相当するコモノマー濃度である。)
で定義される範囲を満たす、上記7項記載の超高分子量エチレン系重合体。
[9]CFCの測定において、最大抽出量を示す温度よりも10℃以上低い温度で抽出される重合体画分の合計量が全体抽出量を基準にして8重量%以下である、上記1〜3及び5〜8項のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体。
[10]CFCの測定において、最大抽出量を示す第一温度と第一温度より10℃高い第二温度の間の範囲内にある任意温度T(℃)での抽出において、
任意温度T(℃)と、任意温度T(℃)で抽出される重合体画分が示す分子量分布プロファイル上の分子量で表される1地点であって、最大強度のピークを示す分子量で表される地点Mp(T)との間の関係を最小二乗法で処理して近似直線を得るとき、この近似直線が下記式(5):
(式中、T1およびT2は、上記第一温度と上記第二温度の間の範囲内にある2つの異なる任意抽出温度T(℃)であり、Mp(T1)およびMp(T2)は、それぞれ上記近似直線上のT1およびT2に相当する分子量である。)
を満足し、かつ
CFCで測定したとき、上記第一温度より10℃以上低い温度で抽出される重合体画分の合計量が、CFC測定における全範囲の温度で抽出される重合体画分の全量を基準にして8重量%以下である、上記9項記載の超高分子量エチレン系重合体。
[11]上記1〜10項のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体の製造方法であって、1種以上のオレフィンを重合するに際し、予め水素化剤と接触させたメタロセン系触媒(C)と水素添加能を有する化合物(D)を用いる、上記方法。
[12]水素化剤が、水素及び/又は少なくとも一種のRnSiH4−n(式中、0≦n≦1、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基、炭素原子数6〜12のアリール基、炭素原子数7〜20のアルキルアリール基、炭素原子数7〜20のアリールアルキル基、炭素原子数2〜20のアルケニル基からなる群より選ばれる炭化水素基である。)である、上記11項記載の方法。
[13]メタロセン系触媒(C)が、下記式(6):
(式中、Lは、各々独立して、シクロペンタジエニル基、インデニル基、テトラヒドロインデニル基、フルオレニル基、テトラヒドロフルオレニル基、及びオクタヒドロフルオレニル基からなる群より選ばれる環状η結合性アニオン配位子を表し、該配位子は場合によっては1〜8個の置換基を有し、該置換基は各々独立して炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロゲン置換炭化水素基、炭素数1〜12のアミノヒドロカルビル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜12のジヒドロカルビルアミノ基、炭素数1〜12のヒドロカルビルホスフィノ基、シリル基、アミノシリル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシシリル基、及びハロシリル基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する置換基であり、
Mは、形式酸化数が+2、+3または+4の周期表第4族に属する遷移金属群から選ばれる遷移金属であって、少なくとも1つの配位子Lにη5結合している遷移金属を表し、
Wは、1〜50個の非水素原子を有する2価の置換基であって、LとMとに各々1価ずつの価数で結合し、これによりL及びMと共働してメタラサイクルを形成する2価の置換基を表し、
Xは、各々独立して、1価のアニオン性σ結合型配位子、Mと2価で結合する2価のアニオン性σ結合型配位子、及びLとMとに各々1価ずつの価数で結合する2価のアニオン性σ結合型配位子からなる群より選ばれる、1〜60個の非水素原子を有するアニオン性σ結合型配位子を表し、
X’は、各々独立して、1〜40個の非水素原子を有する中性ルイス塩基配位性化合物を表し、
jは1または2であり、但し、jが2である時、場合によっては2つの配位子Lが、1〜20個の非水素原子を有する2価の基を介して互いに結合し、該2価の基は炭素数1〜20のヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のハロヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンオキシ基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンアミノ基、シランジイル基、ハロシランジイル基、及びシリレンアミノ基からなる群より選ばれる基であり、
kは0または1であり、
pは0、1または2であり、但し、Xが1価のアニオン性σ結合型配位子、またはLとMとに結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはMの形式酸化数より1以上小さい整数であり、またXがMにのみ結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはMの形式酸化数より(j+1)以上小さい整数であり、
qは0、1または2である。)
で表される少なくとも1種の化合物を用いて形成されたものである、上記11項記載の方法。
[14]メタロセン系触媒(C)が、下記式(7):
(式中、[L−H]d+はプロトン供与性のブレンステッド酸を表し、但し、Lは中性のルイス塩基を表し、dは1〜7の整数であり;[MmQp]d−は両立性の非配位性アニオンを表し、但し、Mは、周期表第5族〜第15族のいずれかに属する金属またはメタロイドを表し、Qは、各々独立して、ヒドリド、ハライド、炭素数2〜20のジヒドロカルビルアミド基、炭素数1〜30のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜30の炭化水素基、及び炭素数1〜40の置換された炭化水素基からなる群より選ばれ、但し、上記(7)式中で各々独立に選ばれるQの中でハライドであるQの数は0又は1であり、mは1〜7の整数であり、pは2〜14の整数であり、dは上で定義した通りであり、p−m=dである。)
で表される少なくとも1種の化合物を用いて形成されたものである、上記11〜13項のいずれか1項に記載の方法。
[15]水素添加能を有する化合物(D)が、チタノセン化合物単独、ハーフチタノセン化合物単独、又は、有機リチウム、有機マグネシウム、有機アルミニウムから選ばれる1種以上の有機金属化合物とチタノセン化合物又はハーフチタノセン化合物との反応混合物である、上記11項記載の方法。
[16]チタノセン化合物又はハーフチタノセン化合物が、下記式(8):
(式中、Lは、各々独立して、シクロペンタジエニル基、インデニル基、テトラヒドロインデニル基、フルオレニル基、テトラヒドロフルオレニル基、及びオクタヒドロフルオレニル基からなる群より選ばれる環状η結合性アニオン配位子を表し、該配位子は場合によっては1〜8個の置換基を有し、該置換基は各々独立して炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロゲン置換炭化水素基、炭素数1〜12のアミノヒドロカルビル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜12のジヒドロカルビルアミノ基、炭素数1〜12のヒドロカルビルホスフィノ基、シリル基、アミノシリル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシシリル基、及びハロシリル基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する置換基であり、
Tiは、形式酸化数が+2、+3または+4であって、少なくとも1つの配位子Lにη5結合しているチタンを表し、
Wは、1〜50個の非水素原子を有する2価の置換基であって、LとTiとに各々1価ずつの価数で結合し、これによりL及びTiと共働してメタラサイクルを形成する2価の置換基を表し、
XおよびX’は、各々独立して、1価の配位子、Tiと2価で結合する2価の配位子、及びLとTiとに各々1価ずつの価数で結合する2価の配位子からなる群より選ばれる配位子であって、水素原子、炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロゲン置換炭化水素基、炭素数1〜12のアミノヒドロカルビル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜12のジヒドロカルビルアミノ基、炭素数1〜12のヒドロカルビルホスフィノ基、シリル基、アミノシリル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシシリル基、及びハロシリル基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する配位子を表し、
jは1または2であり、但し、jが2である時、場合によっては2つの配位子Lが、1〜20個の非水素原子を有する2価の基を介して互いに結合し、該2価の基は炭素数1〜20のヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のハロヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンオキシ基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンアミノ基、シランジイル基、ハロシランジイル基、及びシリレンアミノ基からなる群より選ばれる基であり、
kは0または1であり、
pは0、1または2であり、但し、Xが1価の配位子、またはLとTiとに結合している2価の配位子である場合、pはTiの形式酸化数より1以上小さい整数であり、またXがTiにのみ結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはTiの形式酸化数より(j+1)以上小さい整数であり、
qは0、1または2である。)
で表される少なくとも1種の化合物である、上記15項記載の方法。
[17]上記1〜10項のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体から得られる成形体。
[18]上記1〜10項のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体から得られる繊維。
本発明におけるエチレン単独重合体(A)は、エチレンを主体とするモノマーから得られる重合体であり、エチレン中に不純物として含まれる極微量のオレフィン性二重結合を有する化合物が重合体中に0.1重量%以下含まれていても良い。
本発明におけるエチレン共重合体(B)は、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィン、炭素数3〜20の環状オレフィン、式CH2=CHR(但し、Rは炭素数6〜20のアリール基である。)で表される化合物、及び炭素数4〜20の直鎖状、分岐状または環状のジエンよりなる群から選ばれる少なくとも1種のオレフィンとを共重合させることにより製造できる。
炭素数3〜20のα−オレフィンとは、例えば、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−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、及び1−エイコセンよりなる群から選ばれる。炭素数3〜20の環状オレフィンとは、例えば、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、ノルボルネン、5−メチル−2−ノルボルネン、テトラシクロドデセン、及び2−メチル−1.4,5.8−ジメタノ−1,2,3,4,4a,5,8,8a−オクタヒドロナフタレンよりなる群から選ばれる。一般式CH2=CHR(式中Rは炭素数6〜20のアリール基である。)で表される化合物とは、例えば、スチレン、ビニルシクロヘキサン等であり、炭素数4〜20の直鎖状、分岐状または環状のジエンとは、例えば、1,3−ブタジエン、1,4−ペンタジエン、1,5−ヘキサジエン、1,4−ヘキサジエン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン及びシクロヘキサジエンよりなる群から選ばれる。
エチレンと上記オレフィン(コモノマー)とを共重合させることにより、エチレン共重合体(B)の密度や柔軟性、透明性といった物性を制御することが可能である。
共重合体中のコモノマーの含有量は、0.1〜25.0重量%の範囲が好ましく、より好ましくは、0.1〜20.0重量%の範囲である。コモノマーの含有量が25.0重量%を超えると密度が大きく低下し、懸濁重合法においては、使用する溶剤に溶解するため、あるいは、塊状のポリマーが生成するため、安定な連続運転ができない。また、気相重合法においても、ポリマーがべとつきやすくなり、塊状のポリマーが生成するため、あるいは、リアクター内面にスケールとして付着するため、安定な連続運転ができない。
本発明の超高分子量エチレン系重合体は、懸濁重合法あるいは気相重合法によりエチレンを重合あるいはエチレンとコモノマーを共重合させることによって製造される。懸濁重合法においては、媒体として不活性炭化水素を用いることができ、さらにオレフィン自身を溶媒として用いることもできる。
かか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、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、灯油等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン等の脂環族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;エチルクロライド、クロルベンゼン、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素またはこれらの混合物等を挙げることができる。
重合温度は、通常、60℃以上が好ましく、より好ましくは70℃以上、且つ150℃以下が好ましく、より好ましくは100℃以下の範囲である。重合圧力は、通常、常圧〜10MPaが好ましく、より好ましくは0.2〜5MPa、さらに好ましくは0.5〜3MPaの条件下である。重合反応は、回分式、半連続式、連続式のいずれの方法においても行うことができる。
また、重合を反応条件の異なる2段以上に分けて行うことも可能である。さらに、例えば、西独国特許出願公開第3127133号明細書に記載されているように、得られるオレフィン重合体の分子量は、重合系に水素を存在させるか、あるいは重合温度を変化させることによって調節することもできる。なお、本発明では、上記のような各成分以外にも超高分子量エチレン系重合体の製造に有用な他の成分を含むことができる。
本発明の超高分子量エチレン系重合体の粘度平均分子量(Mv)は、デカリン中に超高分子量エチレン系重合体を異なる濃度で溶解し、135℃で求めた溶液粘度を濃度0に外挿して求めた極限粘度(η(dl/g))から、以下の式により求めることができる。
Mv=5.34×104η1.49
この式より求めた本発明の超高分子量エチレン系重合体の粘度平均分子量は、通常100万以上であり、好ましくは200万以上である。粘度平均分子量が100万を超える超高分子量ポリエチレンは、耐摩耗性、低摩擦性および強度に優れている。そのため、ギヤーなどの摺動部材、軸受部材、人工関節代替品、スキー用滑走面材、研磨材、各種磁気テープのスリップシート、フレキシブルディスクのライナー、防弾部材、電池用セパレータ、各種フィルター、発泡体、フィルム、パイプ、繊維、糸、釣り糸、まな板等の用途の材料としても好適である等の特長を有している。また、本発明の超高分子量エチレン系重合体は、低摩擦性だけでなく、柔軟性や透明性にも優れることから、特に最近になって意匠性を求められるスキー・スノーボード用滑走面材(ソール)に好適である。また、通常の超高分子量エチレン重合体に比べ、強度(耐衝撃性や突き刺し強度)が高くなることから、電池用セパレータや、フィルター用にも好適に用いられる。
本発明の超高分子量エチレン系重合体の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比として定義される分子量分布(Mw/Mn)は、GPC測定により求めることができる。通常の分子量範囲のポリマーの場合には、一般的に約20mgのポリマーを15mlの溶媒(トリクロロベンゼン)に溶解させて140℃で測定する。それに対し、本発明の超高分子量エチレン系重合体の場合は、溶液粘度が高すぎるため、約2mgのポリマーを15mlの溶媒に溶解させて測定した。この方法により求められる本発明の超高分子量エチレン系重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、3より大きく10以下であり、好ましくは3.8以上8以下である。
本発明の超高分子量エチレン系重合体に残存するTi量およびCl量は蛍光X線やICP(イオンカップリングプラズマ)によって定量することができる。その残存量は各々3ppm以下、5ppm以下とチーグラーナッタ系触媒により得られる超高分子量エチレン系重合体に比べて非常に少ない。好ましくは残存Ti量は0.8ppm以下、残存Cl量は3ppm以下である。触媒が高活性であるので、触媒残渣が少ない上に、Clを含まない触媒を使用していることから、実質的にClを含まない超高分子量エチレン系重合体が得られる。このように触媒残渣やClを含まない本発明の超高分子量エチレン系重合体は熱安定性が高く、抗酸化剤等の添加量を少なくすることができる、あるいは添加を必要としない場合もある。
本発明の超高分子量エチレン系重合体の結晶化度(X(%))は、DSCの測定により求めた。サンプルを50℃で1分保持したのち、200℃/分の速度で180℃まで昇温し、180℃で5分間保持した。さらに10℃/分で50℃まで降温した。50℃で5分間保持したのち、10℃/分で180℃まで昇温し、その際に得られる融解曲線において、60℃から145℃に基線を引き融解エンタルピー(ΔH(J/g))を求めた。本発明の超高分子量エチレン系重合体の結晶化度(X(%))は、この融解エンタルピーから以下の式を用いて求めることができる。
X=ΔH×100/293
また、上記により求めた本発明の超高分子量エチレン系重合体の結晶化度(X(%))とASTM D1505に従って測定した密度(ρ(g/cc))とが以下の関係式を満たす。
100X < 630ρ−530
このような低い結晶化度は、本発明の超高分子量エチレン系重合体の特徴であり、公知の超高分子量エチレン系重合体とは明確に区別できる特性である。本発明の超高分子量エチレン系重合体は、コモノマーを導入せずとも低い密度となり、柔軟性のある成形体や繊維が得られる。またコモノマーを導入しないで済むため、重合活性の低下も起こらず、高活性を維持することができる。一方、コモノマーを多く挿入した場合、さらに低い結晶化度により透明性と柔軟性に優れた超高分子量エチレン系重合体が得られる。
本発明の超高分子量エチレン系重合体の末端ビニル基量は超高分子量エチレン系重合体フィルムの赤外吸収スペクトル(IR)を測定することによって求めることができ、ビニル基量は910cm−1のピークの吸光度(ΔA)およびフィルムの厚み(t(mm))より次式に従い、算出される。
ビニル基量(個/1000C)=0.98×ΔA/t
その量が炭素1000個あたり0.02個以下、好ましくは0.005個以下である。このビニル基量が多いと超高分子量エチレン系重合体の製造が困難となる。つまりこの末端ビニル基を生成しやすい触媒を用いた場合、重合温度を低下させて末端ビニル基の生成を抑制しないと、十分に超高分子量化しない。また、微量の水素により分子量の制御をしなくてはならなくなり、製造運転面からも安定生産が困難である。さらに低温で重合すると活性が低下するので、生産レートも低下し、仕上工程、包装工程等に悪影響を及ぼす。
また、本発明の超高分子量エチレン系重合体の密度(ρ(g/cc))と上記粘度平均分子量(Mv)とが以下の関係式を満たす。
ρ≦−9×10−10×Mv+0.937
本発明の超高分子量エチレン系重合体の密度(ρ(g/cc))は0.850以上0.925以下である。好ましくは0.900以上、0.925以下である。
本発明の超高分子量エチレン系重合体の透明性の指標であるHAZEは、ASTM D1003の方法で測定した場合、70%以下であり、好ましくは65%以下である。
本発明の超高分子量エチレン系重合体は、GPC/FT−IRで求められる重合体の分子量分布プロファイルにおいて、最大ピーク位置を示す分子量をMtとし、任意の分子量をMcとしたとき、MtとMcとが、
|log(Mt)−log(Mc)|≦0.5
の範囲内である場合に、重合体中のコモノマー濃度プロファイルの最小二乗法による近似直線の傾きが、
0.0005≦{C(Mc1)−C(Mc2)}/(logMc1−logMc2)≦0.05
(但し、上記式中Mc1、Mc2は任意の分子量を示し、また、C(Mc1)、C(Mc2)は、Mc1、Mc2における最小二乗法による近似直線上のコモノマー濃度を示す。)
の範囲にある。
上記コモノマー濃度プロファイルは、ゲルパーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)とフーリエ変換赤外吸収スペクトル(FT−IR)とを組み合わせることにより求めることが出来る。本発明においては、GPC/FT−IRは150CA LC/GPC装置(Waters社製)を用い、カラムにShodex AT−807S(昭和電工社製)1本およびTSK−gel GMH−H6(東ソー社製)2本を直列に組み合わせて使用した。FT−IRには1760X(PERKIN−ELMER社製)を使用し、試料2mgないし10mgを温度140℃のトリクロロベンゼン15mlに溶解し、そのうち500μlないし1000μlを注入し、測定した。
本発明において、コモノマー濃度は、超高分子量エチレン系重合体に含まれるメチレン基1000個当たりのコモノマーの数を、メチレン基の個数1000個で除した値として定義される。すなわち、メチレン基1000個当たりのコモノマーの数が5個である場合、コモノマー濃度は、0.005である。このようなコモノマー濃度は、具体的には、FT−IRで求められるコモノマーに関わる吸収強度とメチレン基の吸収強度との比より求められる。例えば、コモノマーが直鎖状α−オレフィンの場合、コモノマー濃度は、2960cm−1のメチル基の吸収強度と、2925cm−1のメチレン基の吸収強度の比より求められる。
一般に、上記GPC/FT−IR測定により得られるコモノマー濃度プロファイルは、コモノマー濃度を示す点の集積として表示される。コモノマー濃度プロファイルの測定の精度を高めるためには、同一サンプルを同一条件で数回測定し、コモノマー濃度の測定点数をできるだけ増やすことが望ましい。本発明では、そのようにして得られた測定点を基に、上記範囲内で近似直線を描くことによりコモノマー濃度プロファイルの近似直線を求める。
本発明では、コモノマー濃度プロファイルの近似直線の傾きは以下の式により定義される。
{C(Mc1)−C(Mc2)}/(logMc1−logMc2)
(但し、上記式中Mc1、Mc2は任意の分子量を示し、また、C(Mc1)、C(Mc2)は、Mc1、Mc2における近似直線上のコモノマー濃度を示す。)
コモノマー濃度プロファイルは、分子量に対するコモノマー濃度の変化を表しており、該プロファイルの近似直線の傾きは、分子量の変化に対するコモノマー濃度の変化の程度を表す。
従来、一般に使用されているチーグラーナッタ系触媒より得られるエチレン系重合体では、該近似直線の傾きが負のものしか得られていなかった。すなわち、分子量の増加に伴い、コモノマーの含有量が低下していた。また、コモノマーを導入した場合には、分子量を上げることが困難で、超高分子量の領域のものはほとんど無かった。近年実用化されたメタロセン系触媒による通常分子量範囲のエチレン系重合体においても、その多くは上記コモノマー濃度プロファイルの近似直線の傾きの値はほぼ0であり、測定のばらつきを含めても、その値は0.0001以下であった。
それとは対照的に、本発明の超高分子量エチレン系重合体は、上記範囲において、コモノマー濃度プロファイルの近似直線の傾きが0.0005以上の傾きを示す。このことから、本発明の超高分子量エチレン系重合体は、高分子量成分が低分子量成分よりもコモノマー含有量が多いという傾向を顕著に示し、従来品に比べて耐衝撃性、耐環境応力特性において優れた物性を示す。
さらに好ましくは、本発明の超高分子量エチレン系重合体は、
|log(Mt)−log(Mc)|≦0.5
(但し、Mt、Mcは上記の定義通りである。)
の範囲内において、重合体中のコモノマー濃度プロファイルの最小二乗法による近似直線の傾きが、
0.001≦{C(Mc1)−C(Mc2)}/(logMc1−logMc2)≦0.02
(但し、C(Mc1)、C(Mc2)、Mc1、Mc2は上記の定義通りである。)
の範囲にある。
本発明の超高分子量エチレン系重合体は、交差分別クロマトグラフィー(クロス分別クロマトグラフィー;CFC)測定を行った際に、該超高分子量エチレン系重合体の各抽出温度において最大抽出量が得られる抽出温度(第一温度)以上、該温度より10℃高い温度(第二温度)以下の温度範囲において、該CFCにおける任意の抽出温度T(℃)と、該任意抽出温度で抽出される成分(重合体画分)の分子量分布プロファイル上の分子量で表される1地点であって、最大強度のピークを示す分子量Mp(T)との関係が、該関係を最小二乗法で直線近似したとき、該近似直線の傾きが以下の関係式を満たす。
−1≦{logMp(T1)−logMp(T2)}/(T1−T2)≦−0.005
(式中、T1およびT2は、上記第一温度と上記第二温度の間の範囲内にある2つの異なる任意抽出温度T(℃)であり、Mp(T1)およびMp(T2)は、それぞれ上記近似直線上のT1およびT2に相当する分子量である。)
上記式において、
{logMp(T1)−logMp(T2)}/(T1−T2)
はCFCにおける抽出温度T(℃)と、該抽出温度で抽出される重合体成分の分子量分布の最大ピーク位置の分子量Mp(T)との関係を最小二乗法で直線近似したときの直線の傾きを示している。
本発明におけるCFCは、CFC T−150A(三菱化学製)で測定した。試料は2〜10mgを140℃のジクロルベンセン20mlに溶解して測定する。ガラズビーズが充填されたTREF(Temperature Rising Elution Fractionation)カラム中へ上記試料5mlを注入し、1℃/minで140℃から降温させる。さらに該カラムを逆に1℃/minで140℃まで昇温し、重合体成分を抽出する。抽出された重合体成分はGPCカラム(Shodex AD806MS(昭和電工社製))に導かれ、FT−IR(Nicolet Magna−IR Spectrometer 550)により検出される。
従来、一般に使用されているチーグラーナッタ系触媒により得られるエチレン系重合体では、本発明に定める上記近似直線の傾きは通常ほぼ0または正の値であった。また、近年実用化されたメタロセン系触媒によるエチレン系重合体においても、その傾きの値はほとんど0に近い値であった。それに対し、本発明の如く、超高分子量エチレン系重合体のCFC測定において、抽出温度に対する最大ピーク位置の分子量の関係を最小二乗法で直線近似したときの該直線の傾きが負の値を示すことは、抽出温度の低い成分、すなわち、コモノマー含有量が多い低密度成分ほど高分子量であることを示している。本発明の超高分子量エチレン系重合体は、該傾きが−0.005よりも小さく、かなり大きな負の傾きをしめすことから、高濃度コポリマー含有成分の高分子量化傾向が従来品より強いことが伺える。
しかも、本発明の超高分子量エチレン系重合体は、広い連続した抽出温度範囲にわたり負の傾きを示すことから、低コモノマー濃度低分子量成分、すなわち、高密度低分子量成分から、高コモノマー濃度高分子量成分、すなわち、低密度高分子量成分へと、広い範囲にわたり、連続的に組成が変化していることも示している。
本発明の超高分子量エチレン系重合体のCFC測定において、抽出温度に対する最大ピーク位置の分子量の関係を最小二乗法で直線近似したときの該直線の傾きの好ましい範囲は、
−0.1≦{logMp(T1)−logMp(T2)}/(T1−T2)≦−0.01
(Mp(T1)、Mp(T2)、T1、T2については上記の定義の通りである。)
であり、さらに好ましい範囲は、
−0.08≦{logMp(T1)−logMp(T2)}/(T1−T2)≦−0.02
である。
本発明の超高分子量エチレン系重合体は、CFC測定を行った際に、該超高分子量エチレン系重合体の各抽出温度において、最大抽出量が得られる抽出温度より10℃低い温度以下の温度で抽出される成分の合計量が8重量%以下である。本発明においては、上記抽出成分の量は、前記CFC測定により得られる抽出成分の抽出温度に対する積分曲線より求める。
従来チーグラーナッタ系触媒を用いて得られるエチレン系重合体は、CFC測定を行うと、最大抽出量が得られる抽出温度以下の広い温度範囲にわたって成分の抽出が可能である。これは、すなわち、チーグラーナッタ系触媒により得られるエチレン系重合体の組成分布が広く、低温で抽出可能な低分子量ワックス成分や極めて低い密度成分が含まれていることを示している。近年実用化されたメタロセン系触媒により得られるエチレン系重合体は、一般的に組成分布が狭いとされているが、CFC測定によれば、やはり広い温度範囲にわたり低温抽出成分が多量検出される。
本発明の超高分子量エチレン系重合体は、そのような低温抽出成分が極端に少ない。具体的には、本発明の超高分子量エチレン系重合体のCFC測定を行った場合、最大抽出量が得られる抽出温度より10℃低い温度以下の温度で抽出される成分の合計量が8重量%以下であり、より好ましくは、5重量%以下であり、さらに好ましくは3.5重量%以下である。本発明の超高分子量エチレン系重合体は、このように低温抽出成分が極めて少ないため、ワックス成分や低密度成分の存在による物性に及ぼす悪影響がなく、本質的に高品質である。
次に、本発明における超高分子量エチレン系重合体を製造する方法について述べる。
本発明で使用されるメタロセン系触媒(C)は、少なくともa)環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物及びb)該遷移金属化合物と反応して触媒活性を発現する錯体を形成可能な活性化剤の二つの触媒成分から構成される。
本発明で使用される環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物は、例えば以下の一般式(1)で表すことができる。
(式中、Lは、各々独立して、シクロペンタジエニル基、インデニル基、テトラヒドロインデニル基、フルオレニル基、テトラヒドロフルオレニル基、及びオクタヒドロフルオレニル基からなる群より選ばれる環状η結合性アニオン配位子を表し、該配位子は場合によっては1〜8個の置換基を有し、該置換基は各々独立して炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロゲン置換炭化水素基、炭素数1〜12のアミノヒドロカルビル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜12のジヒドロカルビルアミノ基、炭素数1〜12のヒドロカルビルホスフィノ基、シリル基、アミノシリル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシシリル基、及びハロシリル基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する置換基であり、
Mは、形式酸化数が+2、+3または+4の周期表第4族に属する遷移金属群から選ばれる遷移金属であって、少なくとも1つの配位子Lにη5結合している遷移金属を表し、
Wは、1〜50個の非水素原子を有する2価の置換基であって、LとMとに各各1価ずつの価数で結合し、これによりL及びMと共働してメタラサイクルを形成する2価の置換基を表し、
Xは、各々独立して、1価のアニオン性σ結合型配位子、Mと2価で結合する2価のアニオン性σ結合型配位子、及びLとMとに各々1価ずつの価数で結合する2価のアニオン性σ結合型配位子からなる群より選ばれる、1〜60個の非水素原子を有するアニオン性σ結合型配位子を表し、
X’は、各々独立して、1〜40個の非水素原子を有する中性ルイス塩基配位性化合物を表し、
jは1または2であり、但し、jが2である時、場合によっては2つの配位子Lが、1〜20個の非水素原子を有する2価の基を介して互いに結合し、該2価の基は炭素数1〜20のヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のハロヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンオキシ基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンアミノ基、シランジイル基、ハロシランジイル基、及びシリレンアミノ基からなる群より選ばれる基であり、
kは0または1であり、
pは0、1または2であり、但し、Xが1価のアニオン性σ結合型配位子、またはLとMとに結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはMの形式酸化数より1以上小さい整数であり、またXがMにのみ結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはMの形式酸化数より(j+1)以上小さい整数であり、
qは0、1または2である。)
上記式(1)の化合物中の配位子Xの例としては、ハライド、炭素数1〜60の炭化水素基、炭素数1〜60のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜60のヒドロカルビルアミド基、炭素数1〜60のヒドロカルビルホスフィド基、炭素数1〜60のヒドロカルビルスルフィド基、シリル基、これらの複合基等が挙げられる。
上記式(1)の化合物中の中性ルイス塩基配位性化合物X’の例としては、ホスフィン、エーテル、アミン、炭素数2〜40のオレフィン、炭素数1〜40のジエン、これらの化合物から誘導される2価の基等が挙げられる。
本発明において、環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物としては、前記式(1)(ただし、j=1)で表される遷移金属化合物が好ましい。
前記式(1)(ただし、j=1)で表される化合物の好ましい例としては、下記の式(3)で表される化合物が挙げられる。
(式中、Mは、チタン、ジルコニウム及びハフニウムからなる群より選ばれる遷移金属であって、形式酸化数が+2、+3または+4である遷移金属を表し、
R5は、各々独立して、水素原子、炭素数1〜8の炭化水素基、シリル基、ゲルミル基、シアノ基、ハロゲン原子及びこれらの複合基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する置換基を表し、但し、該置換基R5が炭素数1〜8の炭化水素基、シリル基またはゲルミル基である時、場合によっては2つの隣接する置換基R5が互いに結合して2価の基を形成し、これにより該2つの隣接する該置換基R5にそれぞれ結合するシクロペンタジエニル環の2つの炭素原子間の結合と共働して環を形成し、
X”は、各々独立して、ハライド、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜18のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜18のヒドロカルビルアミノ基、シリル基、炭素数1〜18のヒドロカルビルアミド基、炭素数1〜18のヒドロカルビルホスフィド基、炭素数1〜18のヒドロカルビルスルフィド基及びこれらの複合基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する置換基を表し、但し、場合によっては2つの置換基X”が共働して炭素数4〜30の中性共役ジエンまたは2価の基を形成し、
Y’は、−O−、−S−、−NR*−または−PR*−を表し、但し、R*は、水素原子、炭素数1〜12の炭化水素基、炭素数1〜8のヒドロカルビルオキシ基、シリル基、炭素数1〜8のハロゲン化アルキル基、炭素数6〜20のハロゲン化アリール基、またはこれらの複合基を表し、
ZはSiR* 2、CR* 2、SiR* 2SiR* 2、CR* 2CR* 2、CR*=CR*、CR* 2SiR* 2またはGeR* 2を表し、但し、R*は上で定義した通りであり、
nは1、2または3である。)
本発明において用いられる環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物の具体例としては、以下に示すような化合物が挙げられる。
ビス(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(n−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(インデニル)ジルコニウムジメチル、ビス(1,3−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、
(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、
ビス(フルオレニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(4−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(5−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、
エチレンビス(6−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(7−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(5−メトキシ−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(2,3−ジメチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(4,7−ジメチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス−(4,7−ジメトキシ−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、メチレンビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、
イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル−フルオレニル)ジルコニウムジメチル、
シリレンビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]チタニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、
[(N−メチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−フェニルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−ベンジルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(η5−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]チタニウムジメチル、
[(N−t−ブチルアミド)(η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−メチルアミド)(η5−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]チタニウムジメチル、[(N−メチルアミド)(η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(η5−インデニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−ベンジルアミド)(η5−インデニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、
ジブロモビストリフェニルホスフィンニッケル、ジクロロビストリフェニルホスフィンニッケル、ジブロモジアセトニトリルニッケル、ジブロモジベンゾニトリルニッケル、ジブロモ(1,2−ビスジフェニルホスフィノエタン)ニッケル、ジブロモ(1,3−ビスジフェニルホスフィノプロパン)ニッケル、ジブロモ(1,1’−ジフェニルビスホスフィノフェロセン)ニッケル、ジメチルビスジフェニルホスフィンニッケル、ジメチル(1,2−ビスジフェニルホスフィノエタン)ニッケル、メチル(1,2−ビスジフェニルホスフィノエタン)ニッケルテトラフルオロボレート、(2−ジフェニルホスフィノ−1−フェニルエチレンオキシ)フェニルピリジンニッケル、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム、ジクロロジベンゾニトリルパラジウム、ジクロロジアセトニトリルパラジウム、ジクロロ(1,2−ビスジフェニルホスフィノエタン)パラジウム、ビストリフェニルホスフィンパラジウムビステトラフルオロボレート、ビス(2,2’−ビピリジン)メチル鉄テトラフルオロボレートエーテラート等。
本発明において用いられる環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物の具体例としては、さらに、上に挙げた各ジルコニウム及びチタン化合物の名称の「ジメチル」の部分(これは、各化合物の名称末尾の部分、すなわち「ジルコニウム」または「チタニウム」という部分の直後に現れているものであり、前記式(3)中のX”の部分に対応する名称である)を、以下に掲げる任意のものに替えてできる名称を持つ化合物も挙げられる。
「ジクロル」、「ジブロム」、「ジヨード」、「ジエチル」、「ジブチル」、「ジフェニル」、「ジベンジル」、「2−(N,N−ジメチルアミノ)ベンジル」、「2−ブテン−1,4−ジイル」、「s−トランス−η4−1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン」、「s−トランス−η4−3−メチル−1,3−ペンタジエン」、「s−トランス−η4−1,4−ジベンジル−1,3−ブタジエン」、「s−トランス−η4−2,4−ヘキサジエン」、「s−トランス−η4−1,3−ペンタジエン」、「s−トランス−η4−1,4−ジトリル−1,3−ブタジエン」、「s−トランス−η4−1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,3−ブタジエン」、
「s−シス−η4−1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η4−3−メチル−1,3−ペンタジエン」、「s−シス−η4−1,4−ジベンジル−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η4−2,4−ヘキサジエン」、「s−シス−η4−1,3−ペンタジエン」、「s−シス−η4−1,4−ジトリル−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η4−1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,3−ブタジエン」等。
本発明において用いられる環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物は、一般に公知の方法で合成できる。これら遷移金属化合物は単独で使用してもよいし組み合わせて使用してもよい。
次に本発明において用いられる遷移金属化合物と反応して触媒活性を発現する錯体を形成可能な活性化剤(本発明において以下単に「活性化剤」と称することがある)について説明する。
本発明における活性化剤として例えば、以下の一般式(2)で定義される化合物が挙げられる。
(式中、[L−H]d+はプロトン供与性のブレンステッド酸を表し、但し、Lは中性のルイス塩基を表し、dは1〜7の整数であり;[MmQp]d−は両立性の非配位性アニオンを表し、但し、Mは、周期表第5族〜第15族のいずれかに属する金属またはメタロイドを表し、Qは、各々独立して、ヒドリド、ハライド、炭素数2〜20のジヒドロカルビルアミド基、炭素数1〜30のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜30の炭化水素基、及び炭素数1〜40の置換された炭化水素基からなる群より選ばれ、但し、上記(2)式中で各々独立に選ばれるQの中でハライドであるQの数は0又は1であり、mは1〜7の整数であり、pは2〜14の整数であり、dは上で定義した通りであり、p−m=dである。)
非配位性アニオンの具体例としては、例えば、テトラキスフェニルボレート、トリ(p−トリル)(フェニル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(フェニル)ボレート、トリス(2,4−ジメチルフェニル)(ヒドフェニル)ボレート、トリス(3,5−ジメチルフェニル)(フェニル)ボレート、トリス(3,5−ジ−トリフルオロメチルフェニル)(フェニル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(シクロヘキシル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(ナフチル)ボレート、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(ヒドロキシフェニル)ボレート、ジフェニル−ジ(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリフェニル(2,4−ジヒドロキシフェニル)ボレート、トリ(p−トリル)(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリス(2,4−ジメチルフェニル)(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリス(3,5−ジメチルフェニル)(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリス(3,5−ジ−トリフルオロメチルフェニル)(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(2−ヒドロキシエチル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(4−ヒドロキシブチル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(4−ヒドロキシ−シクロヘキシル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(4−(4’−ヒドロキシフェニル)フェニル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(6−ヒドロキシ−2−ナフチル)ボレート等が挙げられる。
他の好ましい非配位性アニオンの例としては、上記例示のボレートのヒドロキシ基がNHR基で置き換えられたボレートが挙げられる。ここで、Rは好ましくは、メチル基、エチル基またはtert−ブチル基である。
また、プロトン付与性のブレンステッド酸の具体例としては、例えば、トリエチルアンモニウム、トリプロピルアンモニウム、トリ(n−ブチル)アンモニウム、トリメチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム及びトリ(n−オクチル)アンモニウム等のようなトリアルキル基置換型アンモニウムカチオンが挙げられ、また、N,N−ジメチルアニリニウム、N,N−ジエチルアニリニウム、N,N−2,4,6−ペンタメチルアニリニウム、N,N−ジメチルベンジルアニリニウム等のようなN,N−ジアルキルアニリニウムカチオンも好適である。
さらに、ジ−(i−プロピル)アンモニウム、ジシクロヘキシルアンモニウム等のようなジアルキルアンモニウムカチオンも好適であり、トリフェニルフォスフォニウム、トリ(メチルフェニル)ホスホニウム、トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウム等のようなトリアリールホスホニウムカチオン、またはジメチルスルホニウム、ジエチルフルホニウム、ジフェニルスルホニウム等も好適である。
また本発明において活性化剤として次の式(4)で表されるユニットを有する有機金属オキシ化合物も用いることができる。
(但し、M2は周期律表第13族〜第15族の金属またはメタロイドであり、Rは各々独立に炭素数1〜12の炭化水素基又は置換炭化水素基であり、nは金属M2の価数であり、mは2以上の整数である。)
本発明の活性化剤の好ましい例は、例えば次式(5)で示されるユニットを含む有機アルミニウムオキシ化合物である。
(但し、Rは炭素数1〜8のアルキル基であり、mは2〜60の整数である。)
本発明の活性化剤の更に好ましい例は、例えば次式(6)で示されるユニットを含むメチルアルモキサンである。
(但し、mは2〜60の整数である。)
本発明においては、活性化剤成分を単独で使用してもよいし組み合わせて使用してもよい。
本発明に於いて、これらの触媒成分は、固体成分に担持して担持型触媒としても用いることができる。このような固体成分としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはスチレンジビニルベンゼンのコポリマー等の多孔質高分子材料、或いは例えばシリカ、アルミナ、マグネシア、塩化マグネシウム、ジルコニア、チタニア、酸化硼素、酸化カルシウム、酸化亜鉛、酸化バリウム、五酸化バナジウム、酸化クロム及び酸化トリウム等のような周期律表第2、3、4、13及び14族元素の無機固体材料、及びそれらの混合物、並びにそれらの複合酸化物から選ばれる少なくとも1種の無機固体材料が挙げられる。
シリカの複合酸化物としては、例えばシリカマグネシア、シリカアルミナ等のようなシリカと周期律表第2族または第13族元素との複合酸化物が挙げられる。また、上記二つの触媒成分の他に、必要に応じて有機アルミニウム化合物を触媒成分として用いることができる。本発明において用いることができる有機アルミニウム化合物とは、例えば次式(7)で表される化合物である。
(但し、Rは炭素数1〜12までのアルキル基、炭素数6〜20のアリール基であり、Xはハロゲン、水素またはアルコキシル基であり、アルキル基は直鎖状、分岐状または環状であり、nは1〜3の整数である。)
本発明の有機アルミニウム化合物は、上記一般式(7)で表される化合物の混合物であっても構わない。例えば上記一般式中のRとして、メチル基、エチル基、ブチル基、イソブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、フェニル基、トリル基等が挙げられ、またXとしては、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、クロル等が挙げられる。
本発明で用いられる有機アルミニウム化合物の具体例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリデシルアルミニウム等、或いはこれらの有機アルミニウムとメチルアルコール、エチルアルコール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、オクチルアルコール、デシルアルコール等のアルコール類との反応生成物、例えばジメチルメトキシアルミニウム、ジエチルエトキシアルミニウム、ジブチルブトキシアルミニウム等が挙げられる。
次に本発明において用いられる水素化剤について説明する。
水素化剤としては例えば、水素、Rr−n(Mt)αHn(式中、Mtは周期律表第1〜3族及び14、15族に属する原子であり、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基、炭素原子数6〜12のアリール基、炭素原子数7〜20のアルキルアリール基、炭素原子数7〜20のアリールアルキル基、炭素原子数2〜20のアルケニル基からなる群より選ばれる炭化水素基であり、n>0、r−n≧0、rはMtの原子価)が挙げられる。
これらの中で、好ましいものは水素またはRnSiH4−n(式中、0≦n≦1、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基、炭素原子数6〜12のアリール基、炭素原子数7〜20のアルキルアリール基、炭素原子数7〜20のアリールアルキル基、炭素原子数2〜20のアルケニル基からなる群より選ばれる炭化水素基である。)で表されるシラン化合物であり、特に水素が好ましい。
水素化剤の具体例としては、例えば、水素、ナトリウムハイドライド、カルシウムハイドライド、水素化リチウムアルミニウム、SiH4、メチルシラン、エチルシラン、n−ブチルシラン、オクチルシラン、オクタデシルシラン、フェニルシラン、ベンジルシラン、ジメチルシラン、ジエチルシラン、ジn−ブチルシラン、ジオクチルシラン、ジオクタデシルシラン、ジフェニルシラン、ジベンジルシラン、エテニルシラン、3−ブテニルシラン、5−ヘキセニルシラン、シクロヘキセニルシラン、7−オクテニルシラン、17−オクタデセニルシラン、等が挙げられ、好ましくは水素またはオクチルシランまたはフェニルシランである。
本発明においては、これらの水素化剤を単独で使用してもよいし組み合わせて使用してもよい。
メタロセン系触媒(C)は予め水素化剤と接触させてから重合に使用する。メタロセン系触媒を重合反応器に導入する前に水素化剤とを接触させる方法としては、例えば1)触媒移送用の媒体に水素化剤を含有させ、触媒を重合反応器に移送中に触媒と水素化剤とを接触させる方法、2)触媒を移送する前の段階、例えば触媒貯槽等に水素化剤を導入し、触媒と水素化剤とを接触させる方法、等が挙げられる。
上記1)の方法としては、例えば、重合反応器に触媒を導入するために設けられた触媒移送ラインに、水素化剤の供給ラインを接続し、水素化剤を該ラインに供給することにより、該媒体に水素化剤を含有させることができる。或いは、重合反応器に触媒を導入するために設けられた重合反応器内部の触媒供給ノズルに、水素化剤の供給ラインを接続し、水素化剤を該ラインに供給することにより該媒体に水素化剤を含有させることができる。また、触媒を重合反応器へ移送する媒体に予め水素化剤を含有させておき、触媒を該水素化剤含有触媒移送用の媒体を用いて重合反応器へ移送してもよい。
上記2)の方法の場合は、接触時間は特に限定されるものではないが、好ましくは10分以内、より好ましくは5分以内、さらに好ましくは1分以内、さらにまた好ましくは30秒以内、最も好ましくは20秒以内である。
本発明で、メタロセン系触媒と接触させる水素化剤の量は、該触媒に含まれる遷移金属化合物の0.5倍モル以上且つ50000倍モル以下である。水素化剤の量が0.5倍モル未満であると、塊状のポリマーが生成し、安定運転が困難となる。また、水素化剤の量が50000倍モルよりも多ければ、重合活性と分子量の低下を招く。水素化剤の量は、好ましくは1倍モル以上且つ30000倍モル以下であり、より好ましくは10倍モル以上且つ1000倍モル以下である。
次に、本発明において用いられる水素添加能を有する化合物(D)について説明する。水素添加能を有する化合物としては、水素と反応し、系内のエチレンまたはα−オレフィンを水素添加し、結果的に重合反応リアクター内の水素濃度を低下させることのできる化合物であり、好ましくは重合触媒活性を低下させない化合物であればよい。メタロセン化合物や白金、パラジウム、パラジウム−クロム、ニッケル、ルテニウムを含有する化合物を使用することができる。その中でも水素添加活性能の高いメタロセン化合物が好ましく、とりわけ重合温度付近で水素添加活性能を発現できるチタノセン化合物あるいはハーフチタノセン化合物が特に好ましい。
これらのチタノセン化合物あるいはハーフチタノセン化合物は単独でも水素添加活性能があるが、有機リチウム、有機マグネシウム、有機アルミニウム等の有機金属化合物と混合・反応させることによって水素添加活性能が高くなり、好ましい。
上記有機金属化合物とチタノセン化合物あるいはハーフチタノセン化合物との混合・反応は、重合リアクター内にフィードする前に行っても良いし、重合リアクター内に別々にフィードし、重合リアクター系内で行っても良い。
本発明において使用されるチタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物は、例えば以下の一般式(8)で表すことができる。
(式中、Lは、各々独立して、シクロペンタジエニル基、インデニル基、テトラヒドロインデニル基、フルオレニル基、テトラヒドロフルオレニル基、及びオクタヒドロフルオレニル基からなる群より選ばれる環状η結合性アニオン配位子を表し、該配位子は場合によっては1〜8個の置換基を有し、該置換基は各々独立して炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロゲン置換炭化水素基、炭素数1〜12のアミノヒドロカルビル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜12のジヒドロカルビルアミノ基、炭素数1〜12のヒドロカルビルホスフィノ基、シリル基、アミノシリル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシシリル基、及びハロシリル基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する置換基であり、
Tiは、形式酸化数が+2、+3または+4であって、少なくとも1つの配位子Lにη5結合しているチタンを表し、
Wは、1〜50個の非水素原子を有する2価の置換基であって、LとTiとに各々1価ずつの価数で結合し、これによりL及びTiと共働してメタラサイクルを形成する2価の置換基を表し、
XおよびX’は、各々独立して、1価の配位子、Tiと2価で結合する2価の配位子、及びLとTiとに各々1価ずつの価数で結合する2価の配位子からなる群より選ばれる配位子であって、水素原子、炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロゲン置換炭化水素基、炭素数1〜12のアミノヒドロカルビル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜12のジヒドロカルビルアミノ基、炭素数1〜12のヒドロカルビルホスフィノ基、シリル基、アミノシリル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシシリル基、及びハロシリル基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する配位子を表し、
jは1または2であり、但し、jが2である時、場合によっては2つの配位子Lが、1〜20個の非水素原子を有する2価の基を介して互いに結合し、該2価の基は炭素数1〜20のヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のハロヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンオキシ基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンアミノ基、シランジイル基、ハロシランジイル基、及びシリレンアミノ基からなる群より選ばれる基であり、
kは0または1であり、
pは0、1または2であり、但し、Xが1価の配位子、またはLとTiとに結合している2価の配位子である場合、pはTiの形式酸化数より1以上小さい整数であり、またXがTiにのみ結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはTiの形式酸化数より(j+1)以上小さい整数であり、
qは0、1または2である。)
本発明において用いられるチタノセン化合物の具体例としては、環状η結合性アニオン配位子をシクロペンタジエニル基とした場合、以下に示すような化合物が挙げられる。
ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジメチル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジエチル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジイソプロピル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−n−ブチル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−sec−ブチル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジヘキシル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジオクチル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジメトキシド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジエトキシド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジイソプロポキシド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジブトキシド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジフェニル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−m−トリル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−p−トリル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−m,p−キシリル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−4−エチルフェニル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−4−ヘキシルフェニル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−4−メトキシフェニル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−4−エトキシフェニル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジフェノキシド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジフルオライド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジブロマイド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジブロマイド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジアイオダイド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムクロライドメチル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムクロライドエトキサイド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムクロライドフェノキシド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジベンジル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−ジメチルアミド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−ジエチルアミド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−ジイソプロピルアミド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−ジ−sec−ブチルアミド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−ジ−tert−ブチルアミド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−ジトリメチルシリルアミド等。
本発明において用いられるチタノセン化合物の具体例としては、さらに、上に挙げた「シクロペンタジエニル」の部分を、以下に掲げる任意の環状η結合性アニオン配位子に替えてできる名称を持つ化合物も挙げられる。
「メチルシクロペンタジエニル」、「n−ブチルシクロペンタジエニル」、「1,3−ジメチルシクロペンタジエニル」、「ペンタメチルシクロペンタジエニル」、「テトラメチルシクロペンタジエニル」、「トリメチルシリルシクロペンタジエニル」、「1,3−ビストリメチルシリルシクロペンタジエニル」、「インデニル」、「4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル」、「5−メチル−1−インデニル」、「6−メチル−1−インデニル」、「7−メチル−1−インデニル」、「5−メトキシ−1−インデニル」、「2,3−ジメチル−1−インデニル」、「4,7−ジメチル−1−インデニル」、「4,7−ジメトキシ−1−インデニル」、「フルオレニル」等。
さらに、チタノセン化合物を構成する2つの環状η結合性アニオン配位子は、上に示した配位子から任意に組み合わせることができる。任意に組み合わせた具体例としては、(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(フルオレニル)(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(フルオレニル)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(インデニル)(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(インデニル)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(インデニル)(フルオレニル)チタニウムジクロライド、(テトラヒドロインデニル)(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(テトラヒドロインデニル)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(テトラヒドロインデニル)(フルオレニル)チタニウムジクロライド、(シクロペンタジエニル)(1,3−ビストリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(1,3−ビストリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(フルオレニル)(1,3−ビストリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(インデニル)(1,3−ビストリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、(テトラヒドロインデニル)(1,3−ビストリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド等が挙げられる。また、これらの化合物の「ジクロライド」の部分を以下に掲げる任意のものに替えてできる名称を持つ化合物も挙げられる。
「ジブロマイド」、「ジアイオダイド」、「メチルクロライド」、「メチルブロマイド」、「ジメチル」、「ジエチル」、「ジブチル」、「ジフェニル」、「ジベンジル」、「ジメトキシ」、「メトキシクロライド」、「ビス−2−(N,N−ジメチルアミノ)ベンジル」、「2−ブテン−1,4−ジイル」、「s−トランス−η4−1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン」、「s−トランス−η4−3−メチル−1,3−ペンタジエン」、「s−トランス−η4−1,4−ジベンジル−1,3−ブタジエン」、「s−トランス−η4−2,4−ヘキサジエン」、「s−トランス−η4−1,3−ペンタジエン」、「s−トランス−η4−1,4−ジトリル−1,3−ブタジエン」、「s−トランス−η4−1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η4−1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η4−3−メチル−1,3−ペンタジエン」、「s−シス−η4−1,4−ジベンジル−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η4−2,4−ヘキサジエン」、「s−ジス−η4−1,3−ペンタジエン」、「s−シス−η4−1,4−ジトリル−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η4−1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,3−ブタジエン」等。
この2つの環状η結合性アニオン配位子は以下に掲げる基を介して結合していても良い。
−SiR* 2−、−CR* 2−、−SiR* 2SiR* 2−、−CR* 2CR* 2−、−CR*=CR*−、−CR* 2SiR* 2−、−GeR* 2−等。但し、R*は、水素原子、炭素数1〜12の炭化水素基、炭素数1〜8のヒドロカルビルオキシ基、シリル基、炭素数1〜8のハロゲン化アルキル基、炭素数6〜20のハロゲン化アリール基、またはこれらの複合基を表す。
2つの環状η結合性アニオン配位子が結合している具体例としては、エチレンビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(テトラメチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(インデニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(4−メチル−1−インデニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(5−メチル−1−インデニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(6−メチル−1−インデニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(7−メチル−1−インデニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(5−メトキシ−1−インデニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(2,3−ジメチル−1−インデニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(4,7−ジメチル−1−インデニル)チタニウムジクロライド、エチレンビス(4,7−ジメトキシ−1−インデニル)チタニウムジクロライド、メチレンビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、イソプロピリデンビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタニウムジクロライド、シリレンビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(テトラメチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(メチルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(インデニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(テトラメチルシクロペンタジエニル)(フルオレニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(テトラメチルシクロペンタジエニル)(インデニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(テトラメチルシクロペンタジエニル)(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(フルオレニル)(インデニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(テトラメチルシクロペンタジエニル)(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(テトラメチルシクロペンタジエニル)(3,5−ビストリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(テトラメチルシクロペンタジエニル)(3,5−ビストリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(フルオレニル)(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(フルオレニル)(3,5−ビストリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(インデニル)(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ジメチルシリレン(インデニル)(3,5−ビストリメチルシリルシクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド等が挙げられる。
本発明において用いられるハーフチタノセン化合物の具体例としては、環状η結合性アニオン配位子をシクロペンタジエニル基とした場合、以下に示すような化合物が挙げられる。
シクロペンタジエニルチタニウムトリメチル、シクロペンタジエニルチタニウムトリエチル、シクロペンタジエニルチタニウムトリイソプロピル、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−n−ブチル、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−sec−ブチル、シクロペンタジエニルチタニウムトリメトキシド、シクロペンタジエニルチタニウムトリエトキシド、シクロペンタジエニルチタニウムトリイソプロポキシド、シクロペンタジエニルチタニウムトリブトキシド、シクロペンタジエニルチタニウムトリフェニル、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−m−トリル、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−p−トリル、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−m,p−キシリル、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−4−エチルフェニル、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−4−ヘキシルフェニル、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−4−メトキシフェニル、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−4−エトキシフェニル、シクロペンタジエニルチタニウムトリフェノキシド、シクロペンタジエニルチタニウムトリフルオライド、シクロペンタジエニルチタニウムトリブロマイド、シクロペンタジエニルチタニウムトリクロライド、シクロペンタジエニルチタニウムトリブロマイド、シクロペンタジエニルチタニウムトリアイオダイド、シクロペンタジエニルチタニウムメチルジクロライド、シクロペンタジエニルチタニウムジメチルクロライド、シクロペンタジエニルチタニウムエトキサイドジクロライド、シクロペンタジエニルチタニウムジエトキサイドクロライド、シクロペンタジエニルチタニウムフェノキシドジクロライド、シクロペンタジエニルチタニウムジフェノキシドクロライド、シクロペンタジエニルチタニウムトリベンジル、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−ジメチルアミド、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−ジエチルアミド、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−ジイソプロピルアミド、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−ジ−sec−ブチルアミド、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−ジ−tert−ブチルアミド、シクロペンタジエニルチタニウムトリ−ジトリメチルシリルアミド等。
本発明において用いられるハーフチタノセン化合物の具体例としては、さらに、上に挙げた「シクロペンタジエニル」の部分を、チタノセン化合物の具体例で掲げたのと同様に任意の環状η結合性アニオン配位子に替えてできる名称を持つ化合物も挙げられる。
さらに、以下に掲げるハーフチタノセン化合物も挙げられる。
[(N−tert−ブチルアミド)(テトラメチルシクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]チタニウムジクロライド、[(N−tert−ブチルアミド)(テトラメチルシクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジクロライド、[(N−メチルアミド)(テトラメチルシクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジクロライド、[(N−フェニルアミド)(テトラメチルシクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジクロライド、[(N−ベンジルアミド)(テトラメチルシクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジクロライド、[(N−tert−ブチルアミド)(シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]チタニウムジクロライド、[(N−tert−ブチルアミド)(シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジクロライド、[(N−メチルアミド)(シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]チタニウムジクロライド、[(N−メチルアミド)(シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジクロライド、[(N−tert−ブチルアミド)(インデニル)ジメチルシラン]チタニウムジクロライド、[(N−ベンジルアミド)(インデニル)ジメチルシラン]チタニウムジクロライド等。
また、これらのハーフチタノセン化合物の「ジクロライド」の部分をチタノセン化合物で掲げた任意のものに替えてできる名称を持つ化合物も挙げられる。
これらのチタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物は単独であるいは組み合わせて用いることができる。これらの中で水素添加活性が高く、好ましい化合物としては、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロライド、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−m−トリル、ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジ−p−トリルが挙げられる。
また、上記チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物は有機リチウム、有機マグネシウム、有機アルミニウムと混合・反応させることで、水素添加活性をさらに向上させることができるので好ましい。
チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物と混合・反応させうる有機リチウムとして、RLi(式中、Rは炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基またはアルキルアミド基、炭素数6〜12のアリール基、アリロオキシ基またはアリールアミド基、炭素数7〜20のアルキルアリール基、アルキルアリロオキシ基またはアルキルアリールアミド基、炭素数7〜20のアリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルアミド基、炭素数2〜20のアルケニル基からなる群より選ばれる炭化水素基である。)で表される化合物が挙げられる。
このような有機リチウムの具体例としては、メチルリチウム、エチルリチウム、イソプロピルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、メトキシリチウム、エトキシリチウム、イソプロポキシリチウム、ブトキシリチウム、ジメチルアミドリチウム、ジエチルアミドリチウム、ジイソプロピルアミドリチウム、ジブチルアミドリチウム、ジフェニルアミドリチウム、フェニルリチウム、m−トリルリチウム、p−トリルリチウム、キシリルリチウム、メトキシフェニルリチウム、フェノキシリチウム、4−メチルフェノキシリチウム、2,6−ジイソプロピルフェノキシリチウム、2,4,6−トリイソプロピルフェノキシリチウム、ベンジルリチウム等のモノリチウム化合物が挙げられる。
また、上記のモノリチウム化合物を開始剤として少量のモノマーを付加させた末端リビング活性を有するオリゴマー、例えば、ポリブタジエニルリチウム、ポリイソプレニルリチウム、ポリスチリルリチウム等も挙げられる。また、一分子内に2個以上のリチウムを有する化合物、例えば、ジイソプロペニルベンゼンとsec−ブチルリチウムの反応生成物であるジリチウム化合物、ジビニルベンゼンとsec−ブチルリチウムと少量の1,3−ブタジエンの反応生成物であるマルチリチウム化合物等も挙げられる。これらの有機リチウムは単独で、あるいは組み合わせて使用することもできる。チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物に対する添加量としては、Li/Ti(モル比)で0.1〜10の範囲が好ましい。さらに好ましくは、0.2〜5の範囲である。
チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物と混合・反応させうる有機マグネシウムとしては、ジアルキルマグネシウムやグリニャール試薬に代表されるアルキルハロゲンマグネシウム等が挙げられる。その具体例としては、ジメチルマグネシウム、ジエチルマグネシウム、ジブチルマグネシウム、エチルブチルマグネシウム、ジヘキシルマグネシウム、メチルマグネシウムブロマイド、メチルマグネシウムクロライド、エチルマグネシウムブロマイド、エチルマグネシウムクロライド、ブチルマグネシウムブロマイド、ブチルマグネシウムクロライド、ヘキシルマグネシウムブロマイド、シクロヘキシルマグネシウムブロマイド、フェニルマグネシウムブロマイド、フェニルマグネシウムクロライド、アリルマグネシウムブロマイド、アリルマグネシウムクロライド等が挙げられる。
これらの有機マグネシウムは単独で、あるいは組み合わせて使用することもできる。チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物に対する添加量としては、Mg/Ti(モル比)で0.1〜10の範囲が好ましい。さらに好ましくは、0.2〜5の範囲である。
チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物と混合・反応させうる有機アルミニウムとしては、トリアルキルアルミニウムやジアルキルアルミニウムクロライド、アルキルマグネシウムジクロライド等が挙げられる。その具体例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリデシルアルミニウム、ジメチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムクロライド、メチルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムジクロライド、ジエチルエトキシアルミニウム等が使用できる。
これらの有機アルミニウムは単独で、あるいは組み合わせて使用することもできる。チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物に対する添加量としては、Al/Ti(モル比)で0.1〜10の範囲が好ましい。さらに好ましくは、0.2〜5の範囲である。
これらの組み合わせの中でも、チタノセン化合物と有機アルミニウムとの混合・反応物はとりわけ水素添加能が高く、本発明において好適に使用できる。この場合、チタノセン化合物と有機アルミニウムとでメタラサイクルな化合物を形成し、Tebbe型錯体となっているものと推定される。チタノセン化合物としてチタノセンジクロライド、有機アルミニウムとしてトリメチルアルミニウムを選び、1:2(モル比)で混合・反応させて得られるTebbe型錯体も水素添加能が高い。このTebbe型錯体は、反応混合物から単離して得られたものを用いても、反応混合物をそのまま用いても良いが、反応混合物をそのまま用いる方法が単離する煩雑な作業を省略できるので工業的に有利である。
このようなチタノセン化合物と有機アルミニウムの反応は比較的ゆっくりとした反応であるため、十分な時間をかける必要がある。具体的には、チタノセン化合物を不活性溶媒中に分散または溶解し、有機アルミニウム化合物を加えて0℃から100℃の温度で十分に攪拌して反応させる。反応温度は低すぎると時間がかかりすぎ、一方高すぎると副反応が起こりやすく、水素添加能が低下する。好ましくは10℃から50℃の温度である。又反応は2段階で進むため、好ましくは室温で1日以上の時間が必要である。
これらのチタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物の水素添加能をさらに高めるために、アルコール類、エーテル類、アミン類、ケトン類、りん化合物等を第2成分あるいは第3成分として添加することもできる。
チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物の水素添加能を高めるためのアルコール類の例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、フェノールや、エチレングリコール等のグリコール類が挙げられる。
チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物の水素添加能を高めるためのエーテル類の例としては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジフェニルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル等のアルキルエーテル類、ビストリメチルシリルエーテル等のシリルエーテル類が挙げられる。
チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物の水素添加能を高めるためのアミン類の例としては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジフェニルアミン等の2級アミンや、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリフェニルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン等の3級アミン等が挙げられる。
チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物の水素添加能を高めるためのケトン類の例としては、ジメチルケトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルフェニルケトン、エチルフェニルケトン等が挙げられる。
チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物の水素添加能を高めるためのりん化合物の例としては、チタノセンに配位可能なりん化合物が挙げられ、例えば、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリフェニルホスフィン等が挙げられる。
これらのチタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物の水素添加能を高めるための化合物は単独で、あるいは組み合わせて使用することもできる。チタノセン化合物またはハーフチタノセン化合物に対する添加量としては、Tiに対するモル比で0.01〜10の範囲である。好ましくは、0.02〜5の範囲である。さらに好ましくは、0.02〜1の範囲である。
本発明の水素添加能を有する化合物(D)としては、上記のチタノセン化合物の他に、白金、パラジウム、パラジウム−クロム、ニッケル、ルテニウムを含有する化合物も使用することができる。好ましくは、Tebbe試薬またはTebbe型錯体である。
本発明において、水素添加能を有する化合物(D)は、予めメタロセン系触媒(C)と接触させてから重合に使用しても良いし、別々に重合反応器に導入しても良い。各成分の使用量、使用量の比は特に制限されないが、メタロセン系触媒(C)中の遷移金属に対する水素添加能を有する化合物(D)中の金属のモル比は、0.01〜1000が好ましく、より好ましくは0.1〜10である。水素添加能を有する化合物(D)の量が少ないと、分子量が向上せず、また多すぎると重合活性の低下を招く。
本発明の超高分子量エチレン系重合体は、通常の超高分子量ポリエチレンと同じ成形加工方法を用いて成形が可能である。例えば、金型に超高分子量ポリエチレン粉末を入れ、長時間加熱下圧縮成形する方法やラム押出機による押出し成形等の各種公知成形法により本発明の超高分子量エチレン系重合体の成形体を得ることができる。
また、本発明の超高分子量エチレン系重合体の成形体には、超高分子量エチレン系重合体を適当な溶剤あるいは可塑剤と混合し、フィルム状に押し出し、延伸させた後、使用した溶剤あるいは可塑剤を抽出することによって製造される微多孔質のフィルムも含まれる。このフィルムは電池用セパレータ等に使用できる。この場合、シリカ等の無機材料と混合したフィルムにすることもできる。
さらに、本発明の超高分子量エチレン系重合体粉体を適当な溶剤あるいは可塑剤に溶解あるいは混合してゲル状混合物を調製し、公知のゲル紡糸技術により超高弾性率高強度繊維を得ることもできる。
実施例1〜9及び比較例1〜4
以下、本発明を実施例、比較例を用いてさらに具体的に説明する。本発明はこれらの実施例によって一切限定されるものではない。なお、各実施例、比較例で用いた測定方法は次の通りである。
[Mw/Mnの測定]
150−CA LC/GPC装置(Waters社製)、カラムとしてShodex AT−807S(昭和電工社製)とTSK−gel GMH−H16(東ソー社製)を直列にして用い、溶媒に10ppmのイルガノクス1010を含むトリクロロベンゼンを用いて140℃で測定した。なお、標準物質として市販の単分散ポリスチレンを用い、検量線を作成した。
[粘度平均分子量の測定]
20mlのデカリンにポリマー2mgをいれ、150℃、2時間攪拌してポリマーを溶解させた。その溶液を135℃の高温糟で、ウベローデタイプの粘度計を用いて、標線間の落下時間(ts)を測定した。なお、ブランクとしてポリマーを入れていない、デカヒドロナフタレンのみの落下時間(tb)を測定した。以下の式に従いポリマーの比粘度(ηsp/C)をプロットし、濃度0に外挿した極限粘度(η)を求めた。
ηsp/C = (ts/tb−1)/0.1
この極限粘度(η)から以下の式に従い、粘度平均分子量(Mv)を求めた。
Mv=5.34×104η1.49
[密度の測定]
ASTM D1505に従って測定した。試験片としては、プレスシートから切り出した切片を120℃で1時間アニーリングし、その後1時間かけて室温まで冷却したものを使用した。
[HAZEの測定]
厚さ0.7mmのプレスシートを作製し、23℃±1℃で24時間放置した試験片を用いて、ASTM D1003の方法で測定した。<測定機器(村上色彩技術研究所製、グレード名HM−100)試料の大きさ50mm(w)*10mm(t)*50mm(h)、光学系ASTM D1003に準拠>
[結晶化度の測定]
示差走査型熱量計DSC7(パーキンエルマー社製)を用い、50℃で1分保持したのち、200℃/分の速度で180℃まで昇温し、180℃で5分間保持したのち、10℃/分で50℃まで降温した。50℃で5分間保持したのち、10℃/分で180℃まで昇温し、その際に得られる融解曲線において、60℃から145℃に基線を引き融解エンタルピー(J/g)を求めた。これを293(J/g)で除した値に100を乗じた値を結晶化度(%)とした。
[末端ビニル基量の測定]
超高分子量ポリエチレンパウダーを180℃でプレスし、フィルムを作成した。このフィルムの赤外吸収スペクトル(IR)をFT−IR5300A(日本分光社製)を用いて測定した。ビニル基は910cm−1のピークの吸光度(ΔA)およびフィルム厚み(t(mm))より次式に従い算出した。
ビニル基量(個/1000C)=0.98×ΔA/t
[残存Ti量およびCl量の測定]
超高分子量エチレン系重合体パウダーを適当量採取し、硝酸を添加し分解させた。この分解物に純水を加えて測定試料を調製した。市販されている原子吸光分析用標準液を硝酸水溶液で希釈し、標準液として用いた。ICP測定をJY138(理学社製)を用いて測定した。
[計算値1の計算式]
計算値1は、上記粘度平均分子量Mvから以下の式により求めた。
計算値1=−9×10−10×Mv+0.937
[計算値2の計算式]
計算値2は、上記密度ρ(g/cc)から以下の式により求めた。
計算値2=630ρ−530
和光純薬製チタノセンジクロリド30mmolの3wt%ヘキサン懸濁液とトリメチルアルミニウムの1Mヘキサン溶液60mmolを、室温で100時間攪拌し、Tebbe試薬を調整した。
(エチレンの重合:エチレン単独重合体(A)の調製)
イソブタン、エチレン、水素、メタロセン系触媒及びTebbe試薬を連続的に攪拌装置が付いたベッセル型重合反応器に供給し、ポリエチレン(エチレン単独重合体)を10kg/Hrの速度で製造した。水素は、モレキュラーシーブスとの接触により精製された99.99モル%以上のものを使用した。メタロセン系触媒としては、[(N−t−ブチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウム−1,3−ペンタジエンとビス(水素化タロウアルキル)メチルアンモニウム−トリス(ペンタフルオロフェニル)(4−ヒドロキシフェニル)ボレート及びトリエチルアルミニウムの混合物をトリエチルアルミニウムで処理されたシリカに担持したものを用いた。溶媒としてのイソブタンは32L/Hr供給した。メタロセン系触媒は、上記溶媒イソブタンを移送液とし、水素10NL/Hr(NLはNormal Liter(標準状態に換算した容積))と共に、製造速度が10kg/Hrとなるように供給された。Tebbe試薬は、メタロセン系触媒とは別のラインによって、0.13mmol/Hrで供給した。重合スラリーは、重合反応器のレベルが一定に保たれるように連続的に抜き取られ、抜き取られたスラリーは、乾燥工程へ送られた。塊状のポリマーの存在も無く、スラリー抜き取り配管も閉塞することなく、安定して連続運転ができた。触媒活性は5000gPE/g触媒であった。こうして得られたポリエチレンのデカリン(135℃)中における極限粘度から求めた平均分子量は920万、密度は0.9272g/cc、結晶化度は46%であった。その他の値も含めて、本実施例に関する測定結果を表1に示す。
比較例1
メタロセン系触媒の代わりに、特公昭52−36788号報に記載の方法に従って調製したチーグラー系触媒(表1の中でZN触媒と記載)を使用した以外は実施例1と同様にして、エチレンの重合を行った。触媒活性は7000gPE/g触媒であった。得られたポリエチレンのデカリン(135℃)中における極限粘度から求めた粘度平均分子量は200万、密度は0.939g/cc、結晶化度は64%であった。その他の値も含めて、本比較例に関する測定結果を表1に示す。
比較例2
実施例1でメタロセン系触媒として、特開平09−291112号公報の実施例1に記載の方法に従って調製したメタロセン系触媒を使用し、Tebbe試薬をフィードせずにエチレンの重合を行った。得られたポリエチレンは超高分子量とならず、190℃、2.16kg荷重で測定したメルトインデックス(Melt Index)の値は1.0g/10minであった。その他の値も含めて、本比較例に関する測定結果を表1に示す。
また、分子量を上げるために水素フィード量を10NL/Hrより減少させる実験を試みたが、スラリー抜き取り配管が閉塞し、運転を停止した。
イソブタン、エチレン、ヘキセン−1、水素、メタロセン系触媒及びTebbe試薬を連続的に攪拌装置が付いたベッセル型重合反応器に供給し、超高分子量エチレン共重合体を10kg/Hrの速度で製造した。水素は、モレキュラーシーブスとの接触により精製された99.99モル%以上のものを使用した。メタロセン系触媒としては、[(N−t−ブチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウム−1,3−ペンタジエンとビス(水素化タロウアルキル)メチルアンモニウム−トリス(ペンタフルオロフェニル)(4−ヒドロキシフェニル)ボレート及びトリエチルアルミニウムの混合物をトリエチルアルミニウムで処理されたシリカに担持したものを用いた。溶媒としてのイソブタンは30L/Hr供給した。メタロセン系触媒は、上記溶媒イソブタンを移送液とし、水素10NL/Hrと共に、製造速度が10kg/Hrとなるように供給された。Tebbe試薬は、メタロセン系触媒とは別のラインによって、45μmol/Hrで供給した。ヘキセン−1はモレキュラーシーブスとの接触により精製されたものを0.35L/Hrで供給した。重合スラリーは、重合反応器のレベルが一定に保たれるように連続的に抜き取られ、抜き取られたスラリーは、乾燥工程へ送られた。塊状のポリマーの存在も無く、スラリー抜き取り配管も閉塞することなく、安定して連続運転ができた。触媒活性は4000gPE/g触媒であった。こうして得られたポリエチレンのデカリン(135℃)中における極限粘度から求めた平均分子量は480万、密度は0.919g/cc、結晶化度は37%であった。透明性の指標となるHAZEは42%であった。その他の値も含めて、本実施例に関する測定結果を表2に示す。
ヘキセン−1の代わりにブテン−1を使用し、ブテン−1を1.00L/hr、Tebbe試薬を45μmol/Hrで供給した以外は実施例5と同様に行った。得られたポリエチレンのデカリン(135℃)中における極限粘度から求めた平均分子量は510万、密度は0.916g/cc、結晶化度は35%であった。透明性の指標となるHAZEは32%であった。その他の値も含めて、本実施例に関する測定結果を表2に示す。
比較例3
メタロセン系触媒の代わりに、特公昭52−36788号報に記載の方法に従って調製したチーグラー系触媒(表2の中でZN触媒と記載)を使用し、Tebbe触媒を用いない以外は実施例5と同様にして、エチレンの重合を行った。触媒活性は7000gPE/g触媒であった。得られたポリエチレンのデカリン(135℃)中における極限粘度から求めた平均分子量は300万、密度は0.930g/cm3と密度が実施例5に比べ高く、結晶化度は45%、透明性の指標となるHAZEは56%と実施例5に比べ透明性に劣っていた。その他の値も含めて、本比較例に関する測定結果を表2に示す。
比較例4
Tebbe触媒を用いない以外は実施例5と同様にして、エチレンの重合を行った。触媒活性は4000gPE/g触媒であった。得られたポリエチレンのデカリン(135℃)中における極限粘度から求めた平均分子量は15万と実施例5に比べ非常に低く、密度は0.946g/cm3と実施例5に比べ高かった。結晶化度は40%、透明性の指標となるHAZEは45%であった。その他の値も含めて、本比較例に関する測定結果を表2に示す。
Claims (18)
- エチレン単独重合体(A);及び
エチレン共重合体(B)であって、
a)エチレン 99.9〜75.0重量%と、
b)炭素数3〜20のα−オレフィン、炭素数3〜20の環状オレフィン、式CH2=CHR(但し、Rは炭素数6〜20のアリール基である。)で表される化合物、及び炭素数4〜20の直鎖状、分岐状または環状のジエンよりなる群から選ばれる少なくとも1種のオレフィンであるコモノマー0.1〜25.0重量%、を共重合して得られる該エチレン共重合体(B);
のいずれか一方であるエチレン系重合体であって、
i)粘度平均分子量が100万以上であり、
ii)分子量分布(Mw/Mn)が3より大きく、かつ、
iii)該ポリマー中のTi含量が3ppm以下、Cl含量が5ppm以下、
である超高分子量エチレン系重合体。 - 末端ビニル基量が0.02(個/1000C)以下である、請求項1又は2に記載の超高分子量エチレン系重合体。
- 密度ρが0.850〜0.925g/ccである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体。
- ASTM D1003に従って測定した透明性の指標であるHAZEが70%以下である、請求項1〜3及び5のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体。
- GPC/FT−IRで測定したコモノマーの挿入量分布において、重合体の分子量が大きくなるほど該コモノマーの挿入量も多くなっている、請求項1〜3及び5〜6のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体。
- 分子量分布プロファイルが、GPC/FT−IR測定により下記式(3):
(式中、Mtは分子量分布プロファイル上の分子量で表される1地点であって、上記プロファイルが最大強度のピークを示す地点であり、Mcは上記分子量分布プロファイル上の分子量で表される任意点である。)
で定義される範囲内である場合において、
コモノマー濃度プロファイルの最小二乗法による近似直線の傾きが、下記式(4):
(式中、Mc1およびMc2は、式(3)を満足させる分子量で表される2つの異なる任意点Mcであり、C(Mc1)およびC(Mc2)は、それぞれ上記近似直線上のMc1およびMc2に相当するコモノマー濃度である。)
で定義される範囲を満たす、請求項7記載の超高分子量エチレン系重合体。 - CFCの測定において、最大抽出量を示す温度よりも10℃以上低い温度で抽出される重合体画分の合計量が全体抽出量を基準にして8重量%以下である、請求項1〜3及び5〜8のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体。
- CFCの測定において、最大抽出量を示す第一温度と第一温度より10℃高い第二温度の間の範囲内にある任意温度T(℃)での抽出において、
任意温度T(℃)と、任意温度T(℃)で抽出される重合体画分が示す分子量分布プロファイル上の分子量で表される1地点であって、最大強度のピークを示す分子量で表される地点Mp(T)との間の関係を最小二乗法で処理して近似直線を得るとき、この近似直線が下記式(5):
(式中、T1およびT2は、上記第一温度と上記第二温度の間の範囲内にある2つの異なる任意抽出温度T(℃)であり、Mp(T1)およびMp(T2)は、それぞれ上記近似直線上のT1およびT2に相当する分子量である。)
を満足し、かつ
CFCで測定したとき、上記第一温度より10℃以上低い温度で抽出される重合体画分の合計量が、CFC測定における全範囲の温度で抽出される重合体画分の全量を基準にして8重量%以下である、請求項9記載の超高分子量エチレン系重合体。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体の製造方法であって、1種以上のオレフィンを重合するに際し、予め水素化剤と接触させたメタロセン系触媒(C)と水素添加能を有する化合物(D)を用いる、上記方法。
- 水素化剤が、水素及び/又は少なくとも一種のRnSiH4−n(式中、0≦n≦1、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基、炭素原子数6〜12のアリール基、炭素原子数7〜20のアルキルアリール基、炭素原子数7〜20のアリールアルキル基、炭素原子数2〜20のアルケニル基からなる群より選ばれる炭化水素基である。)である、請求項11記載の方法。
- メタロセン系触媒(C)が、下記式(6):
(式中、Lは、各々独立して、シクロペンタジエニル基、インデニル基、テトラヒドロインデニル基、フルオレニル基、テトラヒドロフルオレニル基、及びオクタヒドロフルオレニル基からなる群より選ばれる環状η結合性アニオン配位子を表し、該配位子は場合によっては1〜8個の置換基を有し、該置換基は各々独立して炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロゲン置換炭化水素基、炭素数1〜12のアミノヒドロカルビル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜12のジヒドロカルビルアミノ基、炭素数1〜12のヒドロカルビルホスフィノ基、シリル基、アミノシリル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシシリル基、及びハロシリル基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する置換基であり、
Mは、形式酸化数が+2、+3または+4の周期表第4族に属する遷移金属群から選ばれる遷移金属であって、少なくとも1つの配位子Lにη5結合している遷移金属を表し、
Wは、1〜50個の非水素原子を有する2価の置換基であって、LとMとに各各1価ずつの価数で結合し、これによりL及びMと共働してメタラサイクルを形成する2価の置換基を表し、
Xは、各々独立して、1価のアニオン性σ結合型配位子、Mと2価で結合する2価のアニオン性σ結合型配位子、及びLとMとに各々1価ずつの価数で結合する2価のアニオン性σ結合型配位子からなる群より選ばれる、1〜60個の非水素原子を有するアニオン性σ結合型配位子を表し、
X’は、各々独立して、1〜40個の非水素原子を有する中性ルイス塩基配位性化合物を表し、
jは1または2であり、但し、jが2である時、場合によっては2つの配位子Lが、1〜20個の非水素原子を有する2価の基を介して互いに結合し、該2価の基は炭素数1〜20のヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のハロヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンオキシ基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンアミノ基、シランジイル基、ハロシランジイル基、及びシリレンアミノ基からなる群より選ばれる基であり、
kは0または1であり、
pは0、1または2であり、但し、Xが1価のアニオン性σ結合型配位子、またはLとMとに結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはMの形式酸化数より1以上小さい整数であり、またXがMにのみ結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはMの形式酸化数より(j+1)以上小さい整数であり、
qは0、1または2である。)
で表される少なくとも1種の化合物を用いて形成されたものである、請求項11記載の方法。 - メタロセン系触媒(C)が、下記式(7):
(式中、[L−H]d+はプロトン供与性のブレンステッド酸を表し、但し、Lは中性のルイス塩基を表し、dは1〜7の整数であり;[MmQp]d−は両立性の非配位性アニオンを表し、但し、Mは、周期表第5族〜第15族のいずれかに属する金属またはメタロイドを表し、Qは、各々独立して、ヒドリド、ハライド、炭素数2〜20のジヒドロカルビルアミド基、炭素数1〜30のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜30の炭化水素基、及び炭素数1〜40の置換された炭化水素基からなる群より選ばれ、但し、上記(7)式中で各々独立に選ばれるQの中でハライドであるQの数は0又は1であり、mは1〜7の整数であり、pは2〜14の整数であり、dは上で定義した通りであり、p−m=dである。)
で表される少なくとも1種の化合物を用いて形成されたものである、請求項11〜13のいずれか1項に記載の方法。 - 水素添加能を有する化合物(D)が、チタノセン化合物単独、ハーフチタノセン化合物単独、又は、有機リチウム、有機マグネシウム、有機アルミニウムから選ばれる1種以上の有機金属化合物とチタノセン化合物又はハーフチタノセン化合物との反応混合物である、請求項11記載の方法。
- チタノセン化合物又はハーフチタノセン化合物が、下記式(8):
(式中、Lは、各々独立して、シクロペンタジエニル基、インデニル基、テトラヒドロインデニル基、フルオレニル基、テトラヒドロフルオレニル基、及びオクタヒドロフルオレニル基からなる群より選ばれる環状η結合性アニオン配位子を表し、該配位子は場合によっては1〜8個の置換基を有し、該置換基は各々独立して炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロゲン置換炭化水素基、炭素数1〜12のアミノヒドロカルビル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜12のジヒドロカルビルアミノ基、炭素数1〜12のヒドロカルビルホスフィノ基、シリル基、アミノシリル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシシリル基、及びハロシリル基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する置換基であり、
Tiは、形式酸化数が+2、+3または+4であって、少なくとも1つの配位子Lにη5結合しているチタンを表し、
Wは、1〜50個の非水素原子を有する2価の置換基であって、LとTiとに各々1価ずつの価数で結合し、これによりL及びTiと共働してメタラサイクルを形成する2価の置換基を表し、
XおよびX’は、各々独立して、1価の配位子、Tiと2価で結合する2価の配位子、及びLとTiとに各々1価ずつの価数で結合する2価の配位子からなる群より選ばれる配位子であって、水素原子、炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロゲン置換炭化水素基、炭素数1〜12のアミノヒドロカルビル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜12のジヒドロカルビルアミノ基、炭素数1〜12のヒドロカルビルホスフィノ基、シリル基、アミノシリル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシシリル基、及びハロシリル基からなる群より選ばれる、1〜20個の非水素原子を有する配位子を表し、
jは1または2であり、但し、jが2である時、場合によっては2つの配位子Lが、1〜20個の非水素原子を有する2価の基を介して互いに結合し、該2価の基は炭素数1〜20のヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のハロヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンオキシ基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンアミノ基、シランジイル基、ハロシランジイル基、及びシリレンアミノ基からなる群より選ばれる基であり、
kは0または1であり、
pは0、1または2であり、但し、Xが1価の配位子、またはLとTiとに結合している2価の配位子である場合、pはTiの形式酸化数より1以上小さい整数であり、またXがTiにのみ結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはTiの形式酸化数より(j+1)以上小さい整数であり、
qは0、1または2である。)
で表される少なくとも1種の化合物である、請求項15記載の方法。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体から得られる成形体。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の超高分子量エチレン系重合体から得られる繊維。
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