JP2018505948A - 触媒組成物およびこれを用いたポリオレフィンの製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、触媒組成物、およびこれを用いたオレフィンオリゴマー化方法に関し、本発明による触媒組成物を用いると、別途にアルファ−オレフィンを製造する工程を行う必要がなく、単一反応器内でオレフィン単量体のオリゴマー化と共重合を高効率で同時に行うことができる。したがって、高価な原料の共単量体の製造または購入原価が節減され、最終製品の生産費用を低減することができ、別途に共単量体を投入しなくてもポリオレフィン中のSCB(short chain branch)およびLCB(long chain branch)の含有量を高めることができて、高品質の線状低密度ポリエチレンを生産することができる。【選択図】なし

Description

[関連出願との相互参照]
本出願は、2015年5月15日付の韓国特許出願第10−2015−0068301号および2015年12月10日付の韓国特許出願第10−2015−0175758号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
[技術分野]
本発明は、触媒組成物、およびこれを用いたポリオレフィンの製造方法に関する。
線状アルファ−オレフィン(Linear alpha−olefin)は、共単量体、洗浄剤、潤滑剤、可塑剤などに使用される重要な物質として商業的に幅広く用いられ、特に、1−ヘキセンと1−オクテンは、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)の製造時、ポリエチレンの密度を調節するための共単量体として多く使用される。
従来のLLDPE(Linear Low−Density Polyethylene、線状低密度ポリエチレン)の製造過程には、エチレンと共に、ポリマー骨格(polymer backbone)に分枝(branch)を形成して密度(density)を調節するために、アルファ−オレフィン、例えば、1−ヘキセン、1−オクテンのような共単量体と共重合が行われるようにした。
したがって、共単量体の含有量が高いLLDPEの製造のためには、共単量体の価格が製造費用の大きな部分を占める問題点があった。この問題点を解決するために、多様な方法への試みがあった。
また、アルファ−オレフィンは、種類によって応用分野や市場規模が異なるため、特定のオレフィンを選択的に生産できる技術は商業的に非常に重要であり、最近、選択的なエチレンオリゴマー化(ethylene oligomerization)により1−ヘキセンまたは1−オクテンを高い選択率で製造するクロム触媒技術に対する研究が多くなされている。
1−ヘキセンまたは1−オクテンを製造する既存の商業的製造方法としては、シェルケミカル(Shell Chemical)のSHOPプロセス(SHOP process)、シェブロンフィリップス(Chevron Philips)のZieglerプロセス(Ziegler Process)などがあり、これを用いると、炭素数C4〜C20の広い分布のアルファ−オレフィンを生成することができる。しかし、前記方法は、Schultz−Flory分布に応じて多様な長さのアルファ−オレフィンが同時に合成されることから、特定のアルファ−オレフィンを得るためには別途の分離工程を経なければならないという煩わしさがあった。
このような問題点を解決するために、エチレンの三量化反応により1−ヘキセンを選択的に合成したり、エチレンの四量化反応により1−オクテンを選択的に合成する方法が提案された。そして、このような選択的なエチレンのオリゴマー化を可能にする触媒システムに対する多くの研究が行われている。
しかし、このような選択的なエチレンのオリゴマー化が可能な触媒システムによる場合にも、オリゴマー化反応により生成されたアルファ−オレフィンを分離した後、これを共単量体としてエチレンと共に共重合工程に投入する方式で工程を行うため、工程が煩わしくて生産費用が高くなる問題点がある。
そのため、本発明の目的は、別途にアルファ−オレフィンを製造する工程を行う必要がなく、単一反応器内でオレフィン単量体のオリゴマー化と共重合を高効率で同時に行うことができる触媒組成物およびこれを用いたポリオレフィンの製造方法を提供することである。
そのため、本発明の一態様によれば、
分子内に下記化学式1で表されるグループを2個以上含み、
前記2個以上のグループの間をそれぞれ4個〜8個の炭素原子で連結するグループ(L)として、炭素数2〜20の脂肪族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂肪族グループ、炭素数2〜20の脂環族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂環族グループ、または前記脂肪族グループ、ヘテロ脂肪族グループ、脂環族グループ、およびヘテロ脂環族グループが2種以上結合されたグループを有する有機クロム化合物1種以上が担体に担持された第1担持触媒;および
メタロセン化合物1種以上が担体に担持された第2担持触媒を含む、触媒組成物を提供する。
Figure 2018505948
前記化学式1において、
*は、前記2個以上のグループの間を連結するグループ(L)と結合する部位であり、
1〜R4は、それぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアリールアルキル基、炭素数7〜20のアルキルアリール基、または炭素数7〜20のアルコキシアリール基であり;
1、Y2およびY3は、それぞれ独立に、ハロゲン、水素、炭素数1〜10のヒドロカルビル基、または炭素数1〜10のヘテロヒドロカルビル基である。
また、本発明の他の態様によれば、前記触媒組成物の存在下、オレフィン系単量体を重合させる段階を含むポリオレフィンの製造方法を提供する。
本発明による触媒組成物を用いると、別途にアルファ−オレフィンを製造する工程を行う必要がなく、単一反応器内でオレフィン単量体のオリゴマー化と共重合を高効率で同時に行うことができる。したがって、高価な原料の共単量体の製造または購入原価が節減され、最終製品の生産費用を低減することができる。
本発明の触媒組成物において、有機クロム化合物が担持された第1担持触媒で一次的にアルファ−オレフィン共単量体が生成され、生成されたアルファ−オレフィン共単量体は反応器内で滞留し、(共)重合触媒のメタロセン化合物が担持された第2担持触媒と接触した時にポリオレフィンの共単量体に混入し、メタロセン化合物との接近性および共単量体転換率(conversion rate)が高くて向上した共重合効率を有する。
また、重合工程でポリオレフィンに混入(incorporation)しない共単量体が少ないことから、それによって引き起こされるファウリング(fouling)現象が減少して工程安定性が高くなり得、別途に共単量体を投入しなくてもポリオレフィン中のSCB(short chain branch)およびLCB(long chain branch)を含む分枝鎖(branch)の含有量を高めることができて、高品質の線状低密度ポリエチレンを生産することができる。
発明を下記の実施例でより詳細に説明する。ただし、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるものではない。
本明細書全体において、明示的な言及がない限り、専門用語は単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。そして、ここで使用される単数形態は、文章がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。また、明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および/または群の存在や付加を除外させるものではない。
以下、発明の具体的な態様による触媒組成物、およびこれを用いたポリオレフィンの製造方法に関してより詳細に説明する。
本発明の一態様によれば、
分子内に下記化学式1で表されるグループを2個以上含み、
前記2個以上のグループの間をそれぞれ4個〜8個の炭素原子で連結するグループ(L)として、炭素数2〜20の脂肪族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂肪族グループ、炭素数2〜20の脂環族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂環族グループ、または前記脂肪族グループ、ヘテロ脂肪族グループ、脂環族グループ、およびヘテロ脂環族グループが2種以上結合されたグループを有する有機クロム化合物1種以上が担体に担持された第1担持触媒;および
メタロセン化合物1種以上が担体に担持された第2担持触媒を含む、触媒組成物を提供する。
Figure 2018505948
前記化学式1において、
*は、前記2個以上のグループの間を連結するグループ(L)と結合する部位であり、
1〜R4は、それぞれ独立に、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であってもよい。非制限的な例として、前記R1〜R4は、それぞれ独立に、置換もしくは非置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数2〜20のアルケニル基、置換もしくは非置換の炭素数6〜20のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7〜20のアリールアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数7〜20のアルキルアリール基、または置換もしくは非置換の炭素数7〜20のアルコキシアリール基であり;
1、Y2およびY3は、それぞれ独立に、ハロゲン、水素、炭素数1〜10のヒドロカルビル基、または炭素数1〜10のヘテロヒドロカルビル基である。
本明細書において、「触媒組成物」とは、有機クロム化合物1種以上が担体に担持された第1担持触媒、および前記第1担持触媒とは別途に、メタロセン化合物1種以上が担体に担持された第2担持触媒を含み、活性のある触媒組成物として得られる状態のものを意味する。前記触媒組成物は、溶媒および単量体の存在または不在下で反応系に添加され、前記第1および第2担持触媒には、それぞれ独立に、同一または異なる助触媒が追加的に担持されていてよい。
また、本発明で使用する用語「オリゴマー化(oligomerization)」とは、オレフィン系単量体が小重合されることを意味する。小重合されるオレフィン系単量体の個数によって三量化(trimerization)、四量化(tetramerization)と呼ばれ、これを総称して多量化(multimerization)またはオリゴマー化(oligomerization)という。特に、本発明において、オリゴマー化とは、これにのみ限定されるものではないが、エチレンからLLDPEの主要共単量体の1−ヘキセンおよび/または1−オクテンを選択的に製造することを意味する。
このような選択的なオレフィンオリゴマー化反応は、使用する触媒システムと密接な関係がある。オレフィンオリゴマー化反応時に使用される触媒は、リガンドと該リガンドに配位結合する遷移金属とを含むが、この時、前記リガンドの化学構造によって活性触媒の構造を変化させ、これによるアルファ−オレフィンの選択率および活性が異なり得る。
本発明の触媒組成物に含まれる第1担持触媒は、有機クロム化合物1種以上が担体に担持された担持触媒である。
本発明の一態様により、前記有機クロム化合物は、以前に知られていないリガンド化合物を含み、前記リガンド化合物に導入される置換体を適切に調節すると、遷移金属(Cr)周囲の電子的、立体的環境を容易に制御できて、高い触媒活性および選択率でオレフィンのオリゴマー化が可能であることを確認した。
本発明の一態様による有機クロム化合物は、リガンド化合物として2個以上のジホスフィノアミン(diphosphinoamine)官能基(以下、PNP)を含み、前記ジホスフィノアミン官能基は、4個〜8個の炭素原子で連結されるが、このようなジホスフィノアミン官能基を連結するグループ(L)は、炭素数2〜20の脂肪族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂肪族グループ、炭素数2〜20の脂環族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂環族グループ、または前記脂肪族グループ、ヘテロ脂肪族グループ、脂環族グループ、およびヘテロ脂環族グループを有することができる。このような構造的特徴に起因して、前記リガンド化合物を含む有機クロム化合物は、遷移金属(Cr)周囲の電子的、立体的環境によって2個以上のPNP−Crが容易に相互作用して、高いオリゴマー化反応活性を示しながらも、特に、1−ヘキセン、1−オクテンなどに対する高い選択率を示すことができる。
したがって、前記有機クロム化合物は、触媒組成物に適用されて高いオリゴマー化反応活性を示すことができ、特に、1−ヘキセン、1−オクテンなどに対する高い選択率を示すことができる。したがって、これから生成される1−ヘキセン、1−オクテンなどがポリオレフィン重合反応において高効率で共単量体に混入して高品質のポリオレフィンを製造することができる。
前記化学式1の定義において、アリール基(aryl group)は、炭素数6〜20の芳香族環であることが好ましく、具体的には、フェニル、ナフチル、アントラセニル、ピリジル、ジメチルアニリニル、アニソリルなどがあるが、これらに限定されるものではない。
そして、アルキルアリール基は、直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基が1以上置換された炭素数6〜20のアリール基を意味し、前記アリールアルキル基は、炭素数6〜20のアリール基が1以上置換された直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基を意味し、アルコキシアリール基は、アルコキシ基が1以上置換された炭素数6〜20のアリール基を意味する。
また、ヘテロ元素は、N、O、F、S、Pを意味し、ヘテロアリール基は、ヘテロ元素が1以上含まれているアリール基を意味する。
さらに、ハロゲンは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)を意味する。
一方、前記一態様の有機クロム化合物は、前記化学式1で表されるグループを2個以上含み、これらは、4個〜8個の炭素原子で連結するグループ(L)として、炭素数2〜20の脂肪族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂肪族グループ、炭素数2〜20の脂環族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂環族グループ、または前記脂肪族グループ、ヘテロ脂肪族グループ、脂環族グループ、およびヘテロ脂環族グループが2種以上結合されたグループで連結される。
このような連結グループ(L)の具体例は、次の通りである:
Figure 2018505948
上記式において、*は、前記化学式1のNと結合する部位であり、R’は、それぞれ独立に、水素または炭素数1〜5のアルキルであり、pは、1〜6の整数であり、qは、1〜5の整数であり、1つの環(シクロヘキサンまたはフェニル)に結合された複数のR’は、互いに同一または異なっていてもよい。
このように、2個以上の化学式1で表されるグループが4個〜8個の炭素原子で連結される場合、4個〜8個の炭素原子で連結するグループは、連結された2個以上の化学式1の有機クロム複合体化合物(complex)間の相互作用が円滑となるように柔軟な脂肪族グループを含むことが好ましい。
つまり、2個以上の化学式1で表されるグループが4個〜8個の炭素原子で連結されるとしても、シクロヘキサン(cyclohexane)の1番と4番位置に化学式1が置換された場合のように、脂肪族グループを含まず、脂環族グループまたは芳香族グループだけを含んで連結される場合、相互作用が極めて制限されて単位PNP−Crあたりの活性が大きく低下し、1−ヘキセンおよび1−オクテンのような低炭素数のアルファ−オレフィンに対する選択率が低下し得る。
前記化学式1で表されるグループは、ジホスフィノアミン(Diphosphinoamine)がクロムと配位結合してオレフィンのオリゴマー化反応を進行させる触媒前駆体(precursor)になってもよい。前述のように、前記一態様の有機クロム化合物は、2個以上のジホスフィノアミン基が適当な位置に離れてクロム錯体を形成するため、2個のグループの間の相互作用に起因する触媒の活性増加および選択率の向上を後述する実施例から確認した。
本発明の一実施例によれば、前記化学式1のR1〜R4は、互いに同一であってもよく、好ましくは、フェニルであってもよい。
また、前記化学式1のY1、Y2およびY3は、それぞれ独立に、ハロゲン、水素、ヒドロカルビル基、またはヘテロヒドロカルビル基であってもよい。非制限的な例として、前記Y1、Y2およびY3は、それぞれ独立に、アセチルアセトネート基(acetylacetone)、アセテート基(acetate)、テトラヒドロフラン基(tetrahydrofuran)、2−エチルヘキサノエート基(2−ethyl hexanonate)、ブチレート基(butyrate)、ペンタノエート基(pentanoate)、ラウレート基(laurate)、またはステアレート基(stearate)などが挙げられる。
一方、本発明の一実施例によれば、前記有機クロム化合物が前記化学式1で表されるグループを2個含む場合、下記化学式1−1で表される。
Figure 2018505948
前記化学式1−1において、
Lは、窒素(N)原子の間を4個〜8個の炭素原子で連結するグループであって、炭素数2〜20の脂肪族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂肪族グループ、炭素数2〜20の脂環族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂環族グループ、または前記脂肪族グループ、ヘテロ脂肪族グループ、脂環族グループ、およびヘテロ脂環族グループが2種以上結合されたグループであり、
1〜R8は、それぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアリールアルキル基、炭素数7〜20のアルキルアリール基、または炭素数7〜20のアルコキシアリール基であり;
1〜Y6は、それぞれ独立に、ハロゲン、水素、炭素数1〜10のヒドロカルビル基、または炭素数1〜10のヘテロヒドロカルビル基である。
本発明の一実施例によれば、前記化学式1−1のR1〜R8は、互いに同一であってもよく、好ましくは、フェニルであってもよい。また、前記化学式1−1のY1〜Y6の具体例は、前記化学式1で説明したY1、Y2およびY3と同一であってもよい。
より具体的には、前記化学式1の有機クロム化合物の具体例は、下記のような化合物が挙げられるが、本発明がこれに制限されるわけではない。
Figure 2018505948
Figure 2018505948
また、前記具体的な有機クロム化合物は、可能な光学異性体を全て含むことができる。
前記化学式1の有機クロム化合物は、下記化学式2のリガンド化合物のクロム錯化合物(complex compound)であって、クロムソースのクロムが下記化学式2で表されるグループのリン原子(P)に配位結合をなした形態を有する。このような有機クロム化合物は、本発明の触媒組成物において優れた触媒活性でオレフィン系単量体に対するオリゴマー化反応を行う役割を果たすことができる。
Figure 2018505948
前記化学式2において、
*は、前記2個以上のグループの間を連結するグループ(L)と結合する部位であり、
1〜R4は、それぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアリールアルキル基、炭素数7〜20のアルキルアリール基、または炭素数7〜20のアルコキシアリール基である。
前記化学式2のリガンド化合物とクロム錯化合物をなす前記クロムソースの具体例としては、クロム(III)アセチルアセトネート、三塩化クロムトリステトラヒドロフラン、クロム(III)−2−エチルヘキサノエート、クロム(III)トリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネート)、クロム(III)ベンゾイルアセトネート、クロム(III)ヘキサフルオロ−2,4−ペンタンジオネート、およびクロム(III)アセテートヒドロキシドからなる群より選択されるいずれか1つ以上であってもよい。
一方、前記化学式2のリガンド化合物は、下記反応式1のような方法で合成することができるが、本発明がこれに限定されるものではない。前記化学式1−1で表されるリガンド化合物を製造する方法は、後述する実施例でより具体化して説明する。
Figure 2018505948
前記反応式1において、
1〜R8およびLの定義は、前記化学式1−1における定義と同じであり、Xは、ハロゲンである。
本発明の触媒組成物に含まれる第2担持触媒は、メタロセン化合物1種以上が担体に担持された担持触媒である。
前記第1担持触媒に担持された有機クロム化合物によるオレフィン系単量体のオリゴマー化反応で生成された1−ヘキセンまたは1−オクテンのようなアルファ−オレフィン共単量体は、本発明の触媒組成物のうち第2担持触媒に担持されたメタロセン化合物の触媒作用によって他のオレフィン系単量体と共重合されてポリオレフィンを生成する。この時、有機クロム化合物が担持された第1担持触媒によって一次的に先に生成されるアルファ−オレフィン共単量体は、反応器内で循環して滞留し、メタロセン化合物が担持された第2担持触媒と接触した時にポリオレフィンの共単量体に混入し、メタロセン化合物との接近性および共単量体転換率(conversion rate)が高くて向上した共重合効率を有する。したがって、別途に高価な原料の共単量体を投入しなくてもポリオレフィン中のSCB(short chain branch)およびLCB(long chain branch)の含有量を高めることができて、高品質の線状低密度ポリエチレンを生産することができる。
本発明の一実施例によれば、前記メタロセン化合物は、下記化学式3〜6で表される化合物の中から選択される1種以上であってもよい。
Figure 2018505948
前記化学式3において、
1は、4族遷移金属であり;
Cp1およびCp2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、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、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
aおよびRbは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、C1〜C20のアルキル、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
1は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
nは、1または0であり;
Figure 2018505948
前記化学式4において、
2は、4族遷移金属であり;
Cp3およびCp4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、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、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
cおよびRdは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、C1〜C20のアルキル、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
2は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
1は、Cp3c環とCp4d環とを架橋結合させるか、1つのCp4d環をM2に架橋結合させる、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、リンまたは窒素原子含有ラジカルのうちの1つ以上、またはこれらの組み合わせであり;
mは、1または0であり;
Figure 2018505948
前記化学式5において、
3は、4族遷移金属であり;
Cp5は、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、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択したいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
eは、水素、C1〜C20のアルキル、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
3は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
2は、Cp5e環とJとを架橋結合させる、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、リンまたは窒素原子含有ラジカルのうちの1つ以上、またはこれらの組み合わせであり;
Jは、NRf、O、PRf、およびSからなる群より選択されたいずれか1つであり、前記Rfは、C1〜C20のアルキル、アリール、置換されたアルキル、または置換されたアリールである。
Figure 2018505948
前記化学式6において、
Aは、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、C7〜C20のアリールアルキル基、C1〜C20のアルコキシ基、C2〜C20のアルコキシアルキル基、C3〜C20のヘテロシクロアルキル基、またはC5〜C20のヘテロアリール基であり;
Dは、−O−、−S−、−N(R)−、または−Si(R)(R’)−であり、ここで、RおよびR’は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、またはC6〜C20のアリール基であり;
Eは、C1〜C10の直鎖もしくは分枝鎖アルキレン基であり;
3は、炭素、シリコン、またはゲルマニウムであり;
Qは、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、またはC7〜C20のアリールアルキル基であり;
Mは、4族遷移金属であり;
1およびX2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、ニトロ基、アミド基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のアルコキシ基、またはC1〜C20のスルホネート基であり;
1およびC2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、下記化学式7a、化学式7b、または下記化学式7cのうちの1つで表され、ただし、C1およびC2が全て化学式7cの場合は除き;
Figure 2018505948
Figure 2018505948
Figure 2018505948
前記化学式7a、7bおよび7cにおいて、
9〜R25およびR9’〜R17’は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のシリルアルキル基、C1〜C20のアルコキシシリル基、C1〜C20のアルコキシ基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、またはC7〜C20のアリールアルキル基であり、前記R18〜R25の互いに隣接する2個以上が互いに連結されて置換もしくは非置換の脂肪族または芳香族環を形成してもよい。
一方、前記化学式6のメタロセン化合物において、各置換基についてより具体的に説明すれば下記の通りである。
前記C1〜C20のアルキル基としては、直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基を含み、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記C2〜C20のアルケニル基としては、直鎖もしくは分枝鎖のアルケニル基を含み、具体的には、アリル基、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記C6〜C20のアリール基としては、単環もしくは縮合環のアリール基を含み、具体的には、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントレニル基、フルオレニル基などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記C5〜C20のヘテロアリール基としては、単環もしくは縮合環のヘテロアリール基を含み、カルバゾリル基、ピリジル基、キノリン基、イソキノリン基、チオフェニル基、フラニル基、イミダゾール基、オキサゾリル基、チアゾリル基、トリアジン基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記C1〜C20のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、フェニルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記4族遷移金属としては、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなどが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
そして、前記化学式6に含まれるリガンド由来構造の前記化学式7a、7bおよび7cにおいて、R9〜R25およびR9’〜R17’は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、フェニル基、ハロゲン基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリブチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリメチルシリルメチル基、メトキシ基、またはエトキシ基であることがさらに好ましいが、これにのみ限定されるものではない。
また、前記化学式6のEは、C4〜C8の直鎖もしくは分枝鎖アルキレン基であることがさらに好ましいが、これにのみ限定されるものではない。さらに、前記アルキレン基は、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、またはC6〜C20のアリール基で置換もしくは非置換であってもよい。
また、前記化学式6のAは、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、メトキシメチル基、tert−ブトキシメチル基、1−エトキシエチル基、1−メチル−1−メトキシエチル基、テトラヒドロピラニル基、またはテトラヒドロフラニル基であることが好ましいが、これにのみ限定されるものではない。
そして、前記化学式6のB3は、シリコンであることが好ましいが、これにのみ限定されるものではない。
前記メタロセン化合物のうち、化学式6で表されるメタロセン化合物は、主に高いSCB(short chain branch)含有量を有する高分子量の共重合体を作るのに寄与し、化学式3で表されるメタロセン化合物は、主に低いSCB含有量を有する低分子量の共重合体を作るのに寄与することができる。また、化学式4または5で表されるメタロセン化合物は、中間程度のSCB含有量を有する低分子量の共重合体を作るのに寄与することができる。
さらに、本発明の一実施例によれば、前記化学式3〜6の中から選択される互いに異なるメタロセン化合物を少なくとも2種以上含むことによって、高分子量のオレフィン系共重合体であり、同時に、分子量分布が広くて物性に優れているだけでなく、加工性にも優れたポリオレフィンを製造することができる。
前記化学式3で表されるメタロセン化合物としては、例えば、下記構造式で表される化合物であってもよいが、これにのみ限定されるものではない。
Figure 2018505948
Figure 2018505948
Figure 2018505948
前記化学式4で表されるメタロセン化合物としては、例えば、下記構造式で表される化合物であってもよいが、これにのみ限定されるものではない。
Figure 2018505948
Figure 2018505948
Figure 2018505948
また、化学式5で表されるメタロセン化合物としては、例えば、下記構造式で表される化合物であってもよいが、これにのみ限定されるものではない。
Figure 2018505948
Figure 2018505948
前記化学式6で表されるメタロセン化合物の具体例としては、下記構造式のうちの1つで表される化合物が挙げられるが、これにのみ限定されるものではない。
Figure 2018505948
Figure 2018505948
Figure 2018505948
Figure 2018505948
Figure 2018505948
前記触媒組成物は、前述したメタロセン化合物の1種以上と、前記有機クロム化合物のうちの1種以上をそれぞれ担体に別に担持したものである。
本発明の一実施例によれば、前記第1および第2担持触媒は、独立にそれぞれ同一または異なって、下記化学式8のアルミニウム含有第1助触媒、および下記化学式9のボレート系第2助触媒のうちの1つ以上の助触媒をさらに含んでもよい。
Figure 2018505948
前記化学式8において、
26は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲンラジカル、炭素数1〜20のヒドロカルビルラジカル、またはハロゲンで置換された炭素数1〜20のヒドロカルビルラジカルであり、kは、2以上の整数であり、
Figure 2018505948
化学式9において、
+は、+1価の多原子イオンであり、Bは、+3酸化状態のホウ素であり、Gは、それぞれ独立に、ヒドリド基、ジアルキルアミド基、ハライド基、アルコキシド基、アリールオキシド基、ヒドロカルビル基、ハロカルビル基、およびハロ−置換されたヒドロカルビル基からなる群より選択され、前記Gは、20個以下の炭素を有するが、ただし、1つ以下の位置において、Gは、ハライド基である。
このような第1および第2助触媒の使用によって、最終的に製造されたポリオレフィンの分子量分布がより均一になり、重合活性が向上できる。
前記化学式8の第1助触媒は、線状、円形または網状形に繰り返し単位が結合されたアルキルアルミノキサン系化合物になってもよく、このような第1助触媒の具体例としては、メチルアルミノキサン(MAO)、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサン、またはブチルアルミノキサンなどが挙げられる。
また、前記化学式9の第2助触媒は、三置換されたアンモニウム塩、またはジアルキルアンモニウム塩、三置換されたホスホニウム塩形態のボレート系化合物になってもよい。このような第2助触媒の具体例としては、トリメチルアンモニウムテトラフェニルボレート、メチルジオクタデシルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリエチルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラフェニルボレート、メチルテトラジシクロオクタデシルアンモニウムテトラフェニルボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラフェニルボレート、N,N−ジエチルアニリニウムテトラフェニルボレート、N,N−ジメチル(2,4,6−トリメチルアニリニウム)テトラフェニルボレート、トリメチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルジテトラデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフェニル)ボレート、メチルジオクタデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウム、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリ(2級−ブチル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジエチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチル(2,4,6−トリメチルアニリニウム)テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリメチルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、ジメチル(t−ブチル)アンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジエチルアニリニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、またはN,N−ジメチル−(2,4,6−トリメチルアニリニウム)テトラキス−(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレートなどの三置換されたアンモニウム塩形態のボレート系化合物;ジオクタデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジテトラデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、またはジシクロヘキシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどのジアルキルアンモニウム塩形態のボレート系化合物;またはトリフェニルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルジオクタデシルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、またはトリ(2,6−ジメチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどの三置換されたホスホニウム塩形態のボレート系化合物などが挙げられる。
本発明の触媒組成物において、線状アルファ−オレフィンに対する選択率を高め、オリゴマー化および共重合反応活性を高めるために、前記有機クロム化合物:メタロセン化合物のモル比は、遷移金属を基準として、約10:1〜約1:10であってもよく、好ましくは約1:2〜約2:1であってもよいが、本発明がこれに限定されるものではなく、製造しようとするポリオレフィンによってモル比を多様に調節することができる。
前記第1担持触媒において、前記有機クロム化合物に含まれる全体遷移金属に対する担体の質量比は、1:10〜1:10,000であってもよい。前記質量比で担体を含む時、最適な形状を呈することができる。また、前記第1担持触媒において、助触媒化合物に対する担体の質量比は、10:1〜1:100であってもよい。
前記第2担持触媒において、前記メタロセン化合物に含まれる全体遷移金属に対する担体の質量比は、1:10〜1:10,000であってもよい。前記質量比で担体を含む時、最適な形状を呈することができる。また、前記第2担持触媒において、助触媒化合物に対する担体の質量比は、10:1〜1:100であってもよい。
そして、前記ポリオレフィンの製造方法において、前記第1および第2担持触媒に含まれる担体としては、独立にそれぞれ同一または異なって、表面にヒドロキシ基を含有する担体を使用することができ、好ましくは、乾燥して表面に水分の除去された、反応性が高いヒドロキシ基とシロキサン基を有している担体を使用することができる。
例えば、高温で乾燥したシリカ、シリカ−アルミナ、およびシリカ−マグネシアなどが使用され、これらは通常、Na2O、K2CO3、BaSO4、およびMg(NO32などの酸化物、炭酸塩、硫酸塩、および硝酸塩成分を含有することができる。
前記担体の乾燥温度は、約200〜800℃が好ましく、約300〜600℃がさらに好ましく、約300〜400℃が最も好ましい。前記担体の乾燥温度が約200℃未満の場合、水分が多すぎて表面の水分と助触媒とが反応し、約800℃を超える場合には、担体表面の気孔が合わされるにつれて表面積が減少し、また、表面にヒドロキシ基が多く無くなり、シロキサン基だけが残るようになって、助触媒との反応サイトが減少するので、好ましくない。
前記担体表面のヒドロキシ基の量は、約0.1〜10mmol/gが好ましく、約0.5〜1mmol/gの時にさらに好ましい。前記担体表面にあるヒドロキシ基の量は、担体の製造方法および条件または乾燥条件、例えば、温度、時間、真空、またはスプレー乾燥などによって調節することができる。
前記ヒドロキシ基の量が約0.1mmol/g未満であれば、助触媒との反応サイトが少なく、約10mmol/gを超えると、担体粒子の表面に存在するヒドロキシ基の他に水分に起因するものである可能性があるので、好ましくない。
前記第1および第2担持触媒の成分は、独立にそれぞれ同一または異なって、同時にまたは任意の順に順次に、任意の好適な溶媒で単量体の存在または不在下で共に添加され、活性のある触媒として得られる。好適な溶媒としては、ヘプタン、トルエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、1−ヘキセン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼン、メタノール、アセトンなどが含まれ、これらに制限されない。
本発明の一実施例によれば、前記第1担持触媒は、例えば、担体に助触媒化合物を担持させる段階と、前記担体に有機クロム化合物を担持させる段階とで製造される。また、本発明の一実施例によれば、前記第2担持触媒は、例えば、担体に助触媒化合物を担持させる段階と、前記担体にメタロセン化合物を担持させる段階とで製造される。
前記第1および第2担持触媒のそれぞれの製造方法において、前記有機クロム化合物またはメタロセン化合物を担持させる段階、および前記助触媒化合物を担持させる段階の順序は、必要に応じて変化可能である。つまり、前記有機クロム化合物またはメタロセン化合物を担体に先に担持させた後、前記助触媒化合物を追加的に担持して第1および第2担持触媒を製造するか、または前記助触媒化合物を担体に先に担持させた後、前記有機クロム化合物またはメタロセン化合物を追加的に担持して第1および第2担持触媒を製造することもできる。
一方、本発明の他の態様によれば、前述した触媒組成物の存在下、オレフィン系単量体を重合させる段階を含むポリオレフィンの製造方法が提供される。
前記一態様の触媒組成物を用いると、別途にアルファ−オレフィンを製造する工程を行ったり、共単量体を追加的に投入する必要がなく、単一反応器内でオレフィン単量体のオリゴマー化と共重合を高効率で同時に行うことができる。
前記オレフィン系単量体として、好ましくは、エチレンを使用することができる。
本発明によるポリオレフィンの製造は、1つの連続式スラリー重合反応器、ループスラリー反応器、気相反応器、または溶液反応器を用いて、好ましくは、エチレンをオレフィン系単量体として進行させることができる。
また、前記触媒組成物は、炭素数5〜12の脂肪族炭化水素溶媒、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ノナン、デカン、およびこれらの異性体と、トルエン、ベンゼンのような芳香族炭化水素溶媒、ジクロロメタン、クロロベンゼンのような塩素原子で置換された炭化水素溶媒などに溶解または希釈して反応系に注入することができる。ここで使用される溶媒は、少量のアルキルアルミニウム処理することによって、触媒毒として作用する少量の水または空気などを除去して使用することが好ましく、助触媒をさらに使用して実施することも可能である。
前記オレフィン系単量体を重合させる段階は、約5℃〜約200℃の温度、好ましくは約30℃〜約150℃の温度で行われる。また、前記オレフィン系単量体を重合させる段階は、約1bar〜約300barの圧力で、好ましくは約2bar〜約150barの圧力で行われる。
本発明の一実施例によれば、水素気体の存在下、オレフィン系単量体を供給して重合が行われる。
この時、前記水素気体は、重合初期のメタロセン化合物の急激な反応を抑制する役割を果たして、高分子量ポリオレフィンがより多量で生成できるようにする。したがって、このような水素気体の使用によって、より大きい分子量および広い分子量分布を有するポリオレフィンが効果的に得られる。
前記水素気体は、水素気体:オレフィン系単量体のモル比が約1:100〜1:1,000となるように投入される。水素気体の使用量が過度に小さくなると、触媒活性が十分に実現されず、所望の分子量および分子量分布を有するポリオレフィンの製造が困難になり得、過度に多量の水素気体を投入する場合、触媒の活性が十分に実現されないことがある。
前記触媒組成物とエチレンのようなオレフィン系単量体とを反応させると、前記触媒組成物に含まれているそれぞれの第1および第2担持触媒と、オレフィン系単量体との接触により、それぞれオレフィン系単量体の多量化(オリゴマー化反応)およびオレフィン系単量体の重合反応が起こる。この時、本発明のポリオレフィンの製造方法において、前記オリゴマー化反応および重合反応が順次に起こることに制限されるわけではなく、前記触媒組成物に含まれているそれぞれの第1および第2担持触媒とオレフィン系単量体との接触によって、同時に、順次に、またはランダムに起こる。
一方、第1担持触媒とオレフィン系単量体との接触によって生成されたプロピレン、1−ブテン、1−オクテン、1−ヘキセンのようなアルファ−オレフィンは、反応器の内部に滞留し、第2担持触媒と接触した時に共重合反応に参加してポリオレフィンに混入する。したがって、別途に高価な共単量体を投入しなくてもポリオレフィン中のSCB(short chain branch)およびLCB(long chain branch)の含有量を高めることができて、高品質の線状低密度ポリエチレンを生産することができる。また、第1担持触媒では高分子のポリオレフィンが生成されないため、反応器内に滞留時間が長くてより長い間循環できるため、ポリオレフィン重合反応が進行する間にアルファ−オレフィン共単量体の生産および供給が連続的に可能になる。
以下、発明の実施例により本発明について詳細に説明する。しかし、このような実施例は多様な形態に変形可能であり、発明の範囲が以下に詳述する実施例によって限定されるように解釈されてはならない。
<化合物の合成>
全ての反応は、Schlenk techniqueやglove boxを用いて、アルゴン下で進行した。合成された化合物は、Varian 500MHz spectrometerを用いて、1H(500MHz)と31P(202MHz)NMR spectraを撮って分析した。Shiftは、residual solvent peakをreferenceとしてTMSからdownfieldでppmで表した。Phosphorous probeは、aqueous H3PO4でcalibrationした。
有機クロム化合物の合成実施例
合成例1
1−1>リガンド化合物の合成
Figure 2018505948
アルゴン下、3−(aminomethyl)−3,5,5−trimethylcyclohexanamine(5mmol)とtriethylamine(3〜10equiv.to amine)をdichloromethane(80mL)に溶かした。フラスコをwater bathに浸漬した状態で、chlorodiphenylphosphine(20mmol、4equiv.to amine)をゆっくり入れて、一晩撹拌した。真空状態で溶媒を飛ばした後、THFを入れて十分に撹拌して、air−free glass filterでtriethylammonium chloride saltを除去した。ろ過液から溶媒を除去してproductを得た。
31P NMR(202MHz,CDCl3):45.6(br s),56.2(br s)。
1−2>有機クロム化合物の合成
アルゴンガス下、クロム(III)アセチルアセトネート(Cr(acac)3)(244.5mg、0.7mmol)と、前記合成例1により製造されたリガンド化合物(クロム(Cr)に対して0.5当量)をフラスコに入れた。トルエン(toluene)65mLを入れて、11mMの有機クロム化合物溶液(Cr基準)を製造した。
メタロセン化合物の合成実施例
合成例2:(tBu−O−(CH 2 6 −C 5 4 2 ZrCl 2
6−クロロヘキサノール(6−chlorohexanol)を用いて、文献(Tetrahedron Lett.2951(1988))に提示された方法でt−Butyl−O−(CH26−Clを製造し、これにNaCpを反応させてt−Butyl−O−(CH26−C55を得た(収率60%、b.p.80℃/0.1mmHg)。
また、−78℃で、t−Butyl−O−(CH26−C55をTHFに溶かし、ノルマルブチルリチウム(n−BuLi)をゆっくり加えた後、室温に昇温させた後、8時間反応させた。その溶液を再び、−78℃で、ZrCl4(THF)2(1.70g、4.50mmol)/THF(30mL)のサスペンション(suspension)溶液に予め合成されたリチウム塩(lithium salt)溶液をゆっくり加えて、室温で6時間さらに反応させた。
全ての揮発性物質を真空乾燥し、得られたオイル性液体物質にヘキサン(hexane)溶媒を加えてろ過した。ろ過した溶液を真空乾燥した後、ヘキサンを加えて、低温(−20℃)で沈殿物を誘導した。得られた沈殿物を低温でろ過して、白色固体形態の[tBu−O−(CH26−C542ZrCl2化合物を得た(収率92%)。
1H NMR(300MHz,CDCl3):6.28(t,J=2.6Hz,2H),6.19(t,J=2.6Hz,2H),3.31(t,6.6Hz,2H),2.62(t,J=8Hz),1.7−1.3(m,8H),1.17(s,9H)。
13C NMR(CDCl3):135.09,116.66,112.28,72.42,61.52,30.66,30.61,30.14,29.18,27.58,26.00。
合成例3:(tBu−O−(CH 2 6 )(CH 3 )Si(C 5 (CH 3 4 )(tBu−N)TiCl 2
常温で、50gのMg(s)を10L反応器に加えた後、THF300mLを加えた。I2 0.5g程度を加えた後、反応器の温度を50℃に維持した。反応器の温度が安定化された後、250gの6−t−ブトキシヘキシルクロライド(6−t−buthoxyhexyl chloride)を、フィーディングポンプ(feeding pump)を用いて5mL/minの速度で反応器に加えた。6−t−ブトキシヘキシルクロライドを加えることによって、反応器の温度が4〜5℃程度上昇することを観察した。継続して、6−t−ブトキシヘキシルクロライドを加えながら12時間撹拌した。反応12時間後、黒色の反応溶液を得た。生成された黒色の溶液2mLを取った後、水を加えて有機層を得て、1H−NMRにより6−t−ブトキシヘキサン(6−t−buthoxyhexane)を確認した。前記6−t−ブトキシヘキサンからグリニャール(Gringanrd)反応がよく進行したことが分かった。かくして、6−t−ブトキシヘキシルマグネシウムクロライド(6−t−buthoxyhexyl magnesium chloride)を合成した。
MeSiCl3 500gと1LのTHFを反応器に加えた後、反応器の温度を−20℃まで冷却した。合成した6−t−ブトキシヘキシルマグネシウムクロライド中の560gを、フィーディングポンプを用いて5mL/minの速度で反応器に加えた。グリニャール試薬(Grignard reagent)のフィーディング(feeding)が終わった後、反応器の温度をゆっくり常温に上げながら12時間撹拌した。反応12時間後、白色のMgCl2塩が生成されることを確認した。ヘキサン4Lを加えて、ラブドリ(labdori)を通して塩を除去してフィルタ溶液を得た。得られたフィルタ溶液を反応器に加えた後、70℃でヘキサンを除去して薄黄色の液体を得た。得られた液体を1H−NMRにより所望のメチル(6−t−ブトキシヘキシル)ジクロロシラン{Methyl(6−t−buthoxy hexyl)dichlorosilane}化合物であることを確認した。
1H−NMR(CDCl3):3.3(t,2H),1.5(m,3H),1.3(m,5H),1.2(s,9H),1.1(m,2H),0.7(s,3H)
テトラメチルシクロペンタジエン(tetramethylcyclopentadiene)1.2mol(150g)と2.4LのTHFを反応器に加えた後、反応器の温度を−20℃に冷却した。n−BuLi480mLを、フィーディングポンプを用いて5mL/minの速度で反応器に加えた。n−BuLiを加えた後、反応器の温度をゆっくり常温に上げながら12時間撹拌した。反応12時間後、当量のメチル(6−t−ブトキシヘキシル)ジクロロシラン(Methyl(6−t−buthoxy hexyl)dichlorosilane)(326g、350mL)を速やかに反応器に加えた。反応器の温度をゆっくり常温に上げながら12時間撹拌した後、再び反応器の温度を0℃に冷却させた後、2当量のt−BuNH2を加えた。反応器の温度をゆっくり常温に上げながら12時間撹拌した。反応12時間後にTHFを除去し、4Lのヘキサンを加えて、ラブドリを通して塩を除去したフィルタ溶液を得た。フィルタ溶液を再び反応器に加えた後、ヘキサンを70℃で除去して黄色の溶液を得た。得られた黄色の溶液を1H−NMRによりメチル(6−t−ブトキシヘキシル)(テトラメチルCpH)t−ブチルアミノシラン(Methyl*(6−t−buthoxyhexyl)(tetramethylCpH)t−Butylaminosilane)化合物であることを確認した。
n−BuLiとリガンドジメチル(テトラメチルCpH)t−ブチル アミノシラン(Dimethyl(tetramethylCpH)t−Butylaminosilane)からTHF溶液で合成した−78℃のリガンドのジリチウム塩にTiCl3(THF)3(10mmol)を速やかに加えた。反応溶液をゆっくり−78℃から常温に上げながら12時間撹拌した。12時間撹拌後、常温で当量のPbCl2(10mmol)を反応溶液に加えた後、12時間撹拌した。12時間撹拌後、青色を呈する暗黒色の溶液を得た。生成された反応溶液からTHFを除去した後、ヘキサンを加えて生成物をフィルタした。得られたフィルタ溶液からヘキサンを除去した後、1H−NMRから所望の([methyl(6−t−buthoxyhexyl)silyl(η5−tetramethylCp)(t−Butylamido)]TiCl2)の(tBu−O−(CH26)(CH3)Si(C5(CH34)(tBu−N)TiCl2であることを確認した。
1H−NMR(CDCl3):3.3(s,4H),2.2(s,6H),2.1(s,6H),1.8〜0.8(m),1.4(s,9H),1.2(s,9H),0.7(s,3H)。
第1担持触媒の製造実施例
製造例1
シリカを、200℃の温度で10時間真空を加えた状態で脱水、乾燥した。
前記製造されたシリカ担体7gを40℃のガラス反応器に入れて、トルエン溶液に70mmolのアルミニウムが含まれているメチルアルミノキサン(MAO)溶液を加えて担持した。
次に、前記合成例1で製造された有機クロム化合物のトルエン溶液をガラス反応器に入れて2時間撹拌して反応させた後、撹拌を止めて、ろ液を除去した。十分な量のトルエンで洗浄し、ヘキサン(hexane)100mLでもう一度洗浄した。2wt%の帯電防止剤(antistatic agent)3.1mLを入れて撹拌した後、スラリー溶液をアルゴン置換されたフラスコに移した後、ろ液を除去し、真空乾燥して、固体粉末状の第1担持触媒を得た。
第2担持触媒の製造実施例
製造例2
シリカ(Grace Davision社製SP952)を、200℃の温度で10時間真空を加えた状態で脱水、乾燥した。
前記製造されたシリカ担体10gを40℃のガラス反応器に入れて、トルエン溶液に10wt%メチルアルミノキサン(MAO)/トルエン溶液91mLを入れて、12時間以上撹拌して担持した。
次に、トルエン100mLを投入した後、前記合成例3で製造されたメタロセン化合物0.0689mmol/g・SiO2を投入して1時間撹拌した。次に、前記合成例2で製造されたメタロセン化合物0.618mmol/g・SiO2を投入した後、1時間追加的に反応させた。
反応が終わって撹拌を止めて、トルエン層を分離して除去した後、減圧してトルエンを除去して、第2担持触媒を得た。
ポリオレフィン重合実施例
実施例1
オリゴマー化は、機械式撹拌機付きの、温度調節が可能で高圧で駆動可能な600mL金属合金反応器で行った。
前記製造例1で製造した第1担持触媒19mgと、前記製造例2で製造した第2担持触媒6.6mgをドライボックスで定量して50mLのガラス瓶に入れた後、ゴム隔膜で密封し、ドライボックスから取り出して、反応器に注入する担持触媒を準備した。
反応器にヘキサン400mLと前記準備された担持触媒を空気の接触なく投入した後、気体エチレン単量体を30barの圧力で継続して加えながら1時間反応を行った。反応は、先に撹拌を止めた後、未反応エチレンを排気させて除去することにより終結させた。
以降、反応器の液体部分を2〜3mL取って水でクエンチングし、有機層をPTFEシリンジフィルタでフィルタリングして、GC分析を行った。残った溶液をフィルタリングして重合体を得ており、この重合体を60℃の真空オーブンにて12時間以上乾燥させた後、重量を測定した。また、乾燥した重合体のNMR分析によりポリオレフィン中のbranch含有量を分析した。
比較例1
前記実施例1において、触媒組成物として、第1担持触媒を用いず、第2担持触媒6.6mgだけを用いたことを除けば、実施例1と同様の方法でポリオレフィン重合を実施した。
比較例2
前記比較例1において、触媒組成物として、第2担持触媒9.5mgだけを用い、共単量体として1−ヘキセン(1−hexene)20mLを反応器内に追加的に注入したことを除けば、比較例1と同様の方法でポリオレフィン重合を実施した。
前記実施例および比較例で重合活性、得られたポリオレフィンの物性などを下記表1に示した。
Figure 2018505948
実施例1のポリオレフィンにおいて、共重合体の含有量は、1H NMRスペクトルにおいて主鎖(main chain)のintegration値を1000にnormalizeした後、各試料の分枝鎖(branch)のモル比を計算する方式で確認した。より詳細には、共重合されたポリオレフィンで他の構造の末端を有する分析値が出ると、二重結合を有する構造(つまり、共重合に用いられないアルファ−オレフィン)の末端を除く残りは共重合されたポリオレフィンを推定し、主鎖を1000として相対的な末端の比率で計算した。この時、末端に二重結合を有する構造が同一の分子量を有して同一のモル比で生成されると仮定した。
前記表1を参照すれば、比較例1は、メタロセン化合物が担持された担持触媒のみを用いて、共単量体なしにエチレンだけで共重合して共重合チェーンがないことを確認した。
比較例2は、メタロセン担持触媒だけを用い、共単量体として1−ヘキセンを投入して重合し、その結果、1−ヘキセンが共重合されたポリオレフィンが生成されたことを確認した。一方、比較例2では、1−ヘキセンを20mLに投入したが、合成後に残ったろ液には13g(19.3mL)程度の1−ヘキセンが残っていることが確認され、相当量の1−ヘキセンが共重合時に混入せずに残存することが明らかになった。
一方、有機クロム化合物が担持された第1担持触媒と、メタロセン化合物が担持された第2担持触媒を用い、エチレンだけで共重合工程を実施した実施例1では、共単量体を用いていないにもかかわらず、ポリオレフィンの末端にC4以上のbranchが比較例2と類似水準のモル比率で共重合されたことを確認した。したがって、第1担持触媒によってエチレンがオリゴマー化されて1−ヘキセンのようなアルファ−オレフィン共単量体が生成され、このように生成された共単量体が成功裏に共重合工程に混入したことが分かる。
追加的に、実施例1における合成後に残ったろ液には2.5gの1−ヘキセンおよび1.3gの1−オクテン(1−octene)が存在することをGC分析により確認して、1−ヘキセンだけでなく、1−オクテンのような多様な共単量体が生成されたことを確認した。特に、実施例1でポリオレフィン内に混入したアルファ−オレフィンの量は比較例2と類似していながらも、重合後に残存するアルファ−オレフィンの量は比較例2の場合より少ないことから、反応システム内で低い共単量体の濃度でも同一水準の共単量体が混入したと解され、したがって、本発明の触媒システムが共単量体に対する高い混入率を示したことが分かった。

Claims (14)

  1. 分子内に下記化学式1で表されるグループを2個以上含み、
    前記2個以上のグループの間をそれぞれ4個〜8個の炭素原子で連結するグループ(L)として、炭素数2〜20の脂肪族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂肪族グループ、炭素数2〜20の脂環族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂環族グループ、または前記脂肪族グループ、ヘテロ脂肪族グループ、脂環族グループ、およびヘテロ脂環族グループが2種以上結合されたグループを有する有機クロム化合物1種以上が担体に担持された第1担持触媒;および
    メタロセン化合物1種以上が担体に担持された第2担持触媒を含む、触媒組成物。
    Figure 2018505948
    前記化学式1において、
    *は、前記2個以上のグループの間を連結するグループ(L)と結合する部位であり、
    1〜R4は、それぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアリールアルキル基、炭素数7〜20のアルキルアリール基、または炭素数7〜20のアルコキシアリール基であり;
    1、Y2およびY3は、それぞれ独立に、ハロゲン、水素、炭素数1〜10のヒドロカルビル基、または炭素数1〜10のヘテロヒドロカルビル基である。
  2. 前記2以上のグループの間をそれぞれ4個〜8個の炭素原子で連結するグループ(L)は、下記化学式からなる群より選択されるグループである、請求項1に記載の触媒組成物。
    Figure 2018505948
    上記式において、
    *は、前記化学式1のNと結合する部位であり、
    R’は、それぞれ独立に、水素または炭素数1〜5のアルキルであり、pは、1〜6の整数であり、qは、1〜5の整数であり、1つの環に結合された複数のR’は、互いに同一または異なっていてもよい。
  3. 前記有機クロム化合物は、下記化学式2で表されるものである、請求項1に記載の触媒組成物。
    Figure 2018505948
    前記化学式2において、
    Lは、窒素(N)原子の間を4個〜8個の炭素原子で連結するグループであって、炭素数2〜20の脂肪族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂肪族グループ、炭素数2〜20の脂環族グループ、炭素数2〜20のヘテロ脂環族グループ、または前記脂肪族グループ、ヘテロ脂肪族グループ、脂環族グループ、およびヘテロ脂環族グループが2種以上結合されたグループであり、
    1〜R8は、それぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアリールアルキル基、炭素数7〜20のアルキルアリール基、または炭素数7〜20のアルコキシアリール基であり;
    1〜Y6は、それぞれ独立に、ハロゲン、水素、炭素数1〜10のヒドロカルビル基、または炭素数1〜10のヘテロヒドロカルビル基である。
  4. 前記化学式1のR1〜R4は、フェニルである、請求項1に記載の触媒組成物。
  5. 前記有機クロム化合物は、下記化学式からなる群より選択されるものである、請求項1に記載の触媒組成物。
    Figure 2018505948

    Figure 2018505948
  6. 前記メタロセン化合物は、下記化学式3〜6で表される化合物の中から選択される1種以上を含む、請求項1に記載の触媒組成物:
    [化学式3]
    (Cp1an(Cp2b)M11 3-n
    前記化学式3において、
    1は、4族遷移金属であり;
    Cp1およびCp2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、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、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
    aおよびRbは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、C1〜C20のアルキル、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
    1は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
    nは、1または0であり;
    [化学式4]
    (Cp3cm1(Cp4d)M22 3-m
    前記化学式4において、
    2は、4族遷移金属であり;
    Cp3およびCp4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、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、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
    cおよびRdは、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、C1〜C20のアルキル、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
    2は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
    1は、Cp3c環とCp4d環とを架橋結合させるか、1つのCp4d環をM2に架橋結合させる、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、リンまたは窒素原子含有ラジカルのうちの1つ以上、またはこれらの組み合わせであり;
    mは、1または0であり;
    [化学式5]
    (Cp5e)B2(J)M33 2
    前記化学式5において、
    3は、4族遷移金属であり;
    Cp5は、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、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか1つであり、これらは炭素数1〜20の炭化水素で置換されていてもよいし;
    eは、水素、C1〜C20のアルキル、C1〜C10のアルコキシ、C2〜C20のアルコキシアルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C10のアリールオキシ、C2〜C20のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C8〜C40のアリールアルケニル、またはC2〜C10のアルキニルであり;
    3は、ハロゲン原子、C1〜C20のアルキル、C2〜C10のアルケニル、C7〜C40のアルキルアリール、C7〜C40のアリールアルキル、C6〜C20のアリール、置換されているか置換されていないC1〜C20のアルキリデン、置換されているか置換されていないアミノ基、C2〜C20のアルキルアルコキシ、またはC7〜C40のアリールアルコキシであり;
    2は、Cp5e環とJとを架橋結合させる、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、リンまたは窒素原子含有ラジカルのうちの1つ以上、またはこれらの組み合わせであり;
    Jは、NRf、O、PRf、およびSからなる群より選択されたいずれか1つであり、前記Rfは、C1〜C20のアルキル、アリール、置換されたアルキル、または置換されたアリールであり;
    Figure 2018505948
    前記化学式6において、
    Aは、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、C7〜C20のアリールアルキル基、C1〜C20のアルコキシ基、C2〜C20のアルコキシアルキル基、C3〜C20のヘテロシクロアルキル基、またはC5〜C20のヘテロアリール基であり;
    Dは、−O−、−S−、−N(R)−、または−Si(R)(R’)−であり、ここで、RおよびR’は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、またはC6〜C20のアリール基であり;
    Eは、C1〜C10の直鎖もしくは分枝鎖アルキレン基であり;
    3は、炭素、シリコン、またはゲルマニウムであり;
    Qは、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、またはC7〜C20のアリールアルキル基であり;
    Mは、4族遷移金属であり;
    1およびX2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C6〜C20のアリール基、ニトロ基、アミド基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のアルコキシ基、またはC1〜C20のスルホネート基であり;
    1およびC2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、下記化学式7a、化学式7b、または下記化学式7cのうちの1つで表され、ただし、C1およびC2が全て化学式7cの場合は除き;
    Figure 2018505948
    Figure 2018505948
    Figure 2018505948
    前記化学式7a、7bおよび7cにおいて、
    9〜R25およびR9’〜R17’は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、C1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C1〜C20のアルキルシリル基、C1〜C20のシリルアルキル基、C1〜C20のアルコキシシリル基、C1〜C20のアルコキシ基、C6〜C20のアリール基、C7〜C20のアルキルアリール基、またはC7〜C20のアリールアルキル基であり、前記R18〜R25の互いに隣接する2個以上が互いに連結されて置換もしくは非置換の脂肪族または芳香族環を形成してもよい。
  7. 前記第1および第2担持触媒は、独立にそれぞれ同一または異なって、下記化学式8のアルミニウム含有第1助触媒、および下記化学式9のボレート系第2助触媒のうち1つ以上の助触媒をさらに含む、請求項1に記載の触媒組成物:
    [化学式8]
    −[Al(R26)−O]k−
    前記化学式8において、
    26は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲンラジカル、炭素数1〜20のヒドロカルビルラジカル、またはハロゲンで置換された炭素数1〜20のヒドロカルビルラジカルであり、kは、2以上の整数であり、
    [化学式9]
    +[BG4-
    化学式9において、
    +は、+1価の多原子イオンであり、Bは、+3酸化状態のホウ素であり、Gは、それぞれ独立に、ヒドリド基、ジアルキルアミド基、ハライド基、アルコキシド基、アリールオキシド基、ヒドロカルビル基、ハロカルビル基、およびハロ−置換されたヒドロカルビル基からなる群より選択され、前記Gは、20個以下の炭素を有するが、ただし、1つ以下の位置において、Gは、ハライド基である。
  8. 前記担体は、シリカ、シリカ−アルミナ、およびシリカ−マグネシアからなる群より選択される、請求項1に記載の触媒組成物。
  9. 請求項1に記載の触媒組成物の存在下、オレフィン系単量体を重合させる段階を含むポリオレフィンの製造方法。
  10. 前記オレフィン系単量体は、エチレンである、請求項9に記載のポリオレフィンの製造方法。
  11. オレフィン系単量体を重合させる段階は、前記オレフィン系単量体を多量化(oligomerization)反応させてエチレンオリゴマーを得る段階と、前記多量化反応で生成されたエチレンオリゴマーと前記オレフィン系単量体とを重合して(polymerization)ポリオレフィンを得る段階とを含む、請求項9に記載のポリオレフィンの製造方法。
  12. 前記エチレンオリゴマーを得る段階;および前記ポリオレフィンを得る段階は、同一の反応器で連続的にまたは同時に行われる、請求項11に記載のポリオレフィンの製造方法。
  13. 前記オレフィン系単量体を重合させる段階は、5〜200℃の温度で行われる、請求項9に記載のポリオレフィンの製造方法。
  14. 前記オレフィン系単量体を重合させる段階は、1〜300barの圧力で行われる、請求項9に記載のポリオレフィンの製造方法。
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