JP2022515364A - オレフィン重合のためのビアリールフェノキシiv族遷移金属触媒 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年12月20日に出願された米国仮特許出願第62/782,855号に対する優先権を主張し、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
式(I)の金属-配位子錯体を含む触媒系は、オレフィン重合反応の金属系触媒を活性化するための当該技術分野で既知の任意の技術によって触媒的に活性にされ得る。例えば、式(I)の金属-配位子錯体によるプロ触媒は、錯体を活性化助触媒と接触させるか、または錯体を活性化助触媒と組み合わせることによって、触媒的に活性にされ得る。さらに、式(I)による金属-配位子錯体は、中性であるプロ触媒形態、およびベンジルまたはフェニルなどのモノアニオン配位子の損失によって正に帯電され得る触媒形態の両方を含む。本明細書に使用するのに好適な活性化助触媒としては、アルキルアルミニウム、ポリマーまたはオリゴマーアルモキサン(アルミノキサンとしても知られる)、中性ルイス酸、および非ポリマー、非配位、イオン形成化合物(酸化条件下でのそのような化合物の使用を含む)が挙げられる。好適な活性化技術は、バルク電気分解である。前述の活性化共触媒および技法のうちの1つ以上の組み合わせもまた企図される。「アルキルアルミニウム」という用語は、モノアルキルアルミニウムジヒドリドもしくはモノアルキルアルミニウムジハライド、ジアルキルアルミニウムヒドリドもしくはジアルキルアルミニウムハライド、またはトリアルキルアルミニウムを意味する。ポリマーまたはオリゴマーアルモキサンの例としては、メチルアルモキサン、トリイソブチルアルミニウム修飾メチルアルモキサン、およびイソブチルアルモキサンが挙げられる。
「シャトリング剤」という用語は、重合条件下で、組成物に含まれる触媒の少なくとも2つの活性触媒部位の間でポリメリル交換を引き起こすことができる、本開示の組成物に用いられる化合物または化合物の混合物を指す。すなわち、ポリマー断片の移動は、活性触媒部位のうちの1つ以上に対しておよびそれらからの両方で起こる。シャトリング剤とは対照的に、「連鎖移動剤」は、ポリマー鎖の成長の停止を引き起こし、触媒から移動剤への成長ポリマーの1回の移動に相当する。いくつかの実施形態において、シャトリング剤は、0.01~100、0.1~10、0.5~2.0、または0.8~1.2の活性比RA-B/RB-Aを有する。活性比RA-Bは、シャトリング剤を介した触媒A活性部位から触媒B活性部位へのポリメリル移動速度であり、RB-Aは、逆ポリメリル移動速度であり、これは、シャトリング剤を介した触媒B活性から始まる触媒A活性部位への交換速度である。シャトリング剤とポリメリル鎖との間に形成される中間体は、連鎖停止が比較的まれであるように、十分に安定である。1つ以上の実施形態において、3つの区別可能なポリマーセグメントまたはブロックを達成する前に、シャトル-ポリメリル生成物の90パーセント未満、75パーセント未満、50パーセント未満、または10パーセントよりもが停止される。チェーンシャトリングの速度(ポリマー鎖を触媒部位からチェーンシャトリング剤に、次いで触媒部位に戻して移動させるのに必要な時間によって定義される)は、ポリマー停止の速度と同等、またはそれよりも速く、さらには最大でポリマーの停止速度よりも10倍、またはさらには100倍速い。これにより、ポリマーの伝播と同じ時間スケールでポリマーブロックが形成されるようになる。
前の段落に記載される触媒系は、オレフィン、主にエチレンおよびプロピレンの重合に利用される。いくつかの実施形態では、重合スキーム中に単一種類のオレフィンまたはα-オレフィンのみが存在し、ホモポリマーを生成する。しかしながら、追加のα-オレフィンを重合手順に組み込んでもよい。追加のα-オレフィンコモノマーは、典型的には、20個以下の炭素原子を有する。例えば、α-オレフィンコモノマーは、3~10個の炭素原子、または3~8個の炭素原子を有し得る。例示的なα-オレフィンコモノマーとしては、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセン、および4-メチル-1-ペンテンが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、1つ以上のα-オレフィンコモノマーは、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセン、および1-オクテンからなる群から、または代替的に1-ヘキセンおよび1-オクテンからなる群から選択することができる。
ポリオレフィン触媒スクリーニングは、ハイスループット並列重合反応器(PPR)システムで行う。PPRシステムは、不活性雰囲気グローブボックス内の48個の単一セル(6×8マトリックス)反応器のアレイで構成されている。各セルは、約5mLの内部作動液体積を有するガラスインサートを備える。各セルは独立した圧力制御を有し、セル内の液体を800rpmで連続的に撹拌する。触媒溶液は、別段の記載がない限り、適切な量のプロ触媒をトルエン中に溶解することによって調製する。すべての液体(例えば、溶媒、1-オクテン、実験に適切なチェーンシャトリング剤溶液、および触媒溶液)を、ロボットシリンジを介して単一セル反応器に添加する。ガス状試薬(すなわち、エチレン、H2)を、ガス注入ポートを介して単一セル反応器に添加する。各実行前に、反応器を80℃に加熱し、エチレンでパージし、通気する。
PPR実験により作成した試料の分子量データは、Symyx/Dowが共同で構築したRobot-Assisted Dilution High-Temperature Gel Permeation Chromatographer(Sym-RAD-GPC)で分析することにより決定した。ポリマー試料を、300百万分率(ppm)のブチル化ヒドロキシルトルエン(BHT)によって安定化された10mg/mLの濃度で、1,2,4-トリクロロベンゼン(TCB)中に160℃で120分間加熱することによって溶解する。250μLアリコートの試料を注入する直前に、各試料を1mg/mLに希釈した。GPCは、160℃で2.0mL/分の流速で2つのPolymer Labs PLgelの10μmの混合-Bカラム(300×10mm)を備える。試料の検出は、PolymerChar IR5検出器を濃縮モードで使用して行う。狭いポリスチレン(PS)標準の従来の較正を、この温度でTCB中のPSおよびPEについての既知のMark-Houwink係数を使用してホモポリエチレン(PE)に調整された見かけの単位を用いて利用する。オクテンの組み込みは、PolymerChar IR5検出器を用いて既知の組成のコポリマーを分析することによって開発された直線較正を使用して決定した。
HT-GPC分析用の試料の実行がIR分析に先行する。場合によっては、オクテンの組み込みは、組成GPC分析から決定され、他の場合には、この個別のIR分析が行われた。IR分析の場合、試料の堆積および1-オクテン組み込みの分析には、48ウェルのHTシリコンウエハを利用する。分析では、試料を160℃まで210分間以下加熱し、試料を再加熱して磁気GPC撹拌棒を取り外し、J-KEM Scientific加熱式ロボット振とう機においてガラス棒の撹拌棒を用いて振とうする。試料をTecan MiniPrepの75堆積ステーションを使用して加熱しながら堆積させ、1,2,4-トリクロロベンゼンを窒素パージ下で160℃でウエハの堆積ウェルから蒸発させる。1-オクテンの分析は、NEXUS 670 E.S.P.FT-IRを使用して、HTシリコンウエハ上で行う。
バッチ反応器の重合反応は、2LのParr(商標)バッチ反応器内で行われる。反応器は、電気加熱マントルによって加熱し、冷却水を含有する内部蛇管冷却コイルによって冷却した。反応器および加熱/冷却システムの両方は、Camile(商標)TGプロセスコンピュータによって制御および監視される。反応器の底部には、反応器の内容物をステンレス鋼のダンプポットに移すダンプ弁が取り付けられている。ダンプポットには、触媒失活溶液(典型的には、5mLのIrgafos/Irganox/トルエン混合液)が事前に充填されている。ポットおよびタンクの両方を窒素でパージして、ダンプポットを30ガロンのブローダウンタンクに通気する。重合または触媒補給のために使用したすべての溶媒を溶媒精製カラムに通過させて、重合に影響を及ぼし得る一切の不純物を除去する。1-オクテンおよびIsoparEを、A2アルミナを含有する第1のカラム、Q5を含有する第2のカラムの2つのカラムに通す。エチレンを、a204アルミナを含有する第1のカラム、Q5を含有する第2のカラムの2つのカラムに通す。移送に使用されるN2を、A204アルミナ、
バッチ重合プロセスにより生成したポリマー試料を、赤外線検出器(IR5)およびAgilent PLgel MIXED-Aカラムを備えたPolymerChar GPCを使用した高温GPC分析によって分析した。内部フローマーカーとして使用するために、デカン(10μL)を各サンプルに添加した。まず、試料を、300ppmのブチル化ヒドロキシルトルエン(BHT)で安定化させた1,2,4-トリクロロベンゼン(TCB)中に10mg/mLの濃度に希釈し、160℃で120分間撹拌することにより溶解した。注入前に、サンプルを、BHTで安定化したTCBで2mg/mLの濃度までさらに希釈した。試料(200μL)を、1つのPLgel 20μm(50×7.5mm)ガードカラム、続いて4つのPLgel 20μm(300×7.5mm)MIXED-Aカラムを通して溶出し、1.0ml/分の流速で、BHTで安定化させたTCBにより160℃に維持した。合計実行時間は40分間であった。分子量(MW)を較正するために、Agilent EasiCalポリスチレン標準(PS-1およびPS-2)を、BHTで安定化したTCB1.5mLで希釈し、160℃で15分間撹拌することによって溶解した。PS標準を、PSおよびPEについての既知のMark-Houwink係数(αsty=0.722、logKsty=-3.993、αeth=0.725、logKeth=-3.391)を使用してホモポリエチレン(PE)に調整された見かけの単位を有する3次MW較正曲線を作成するために、さらに希釈することなくシステムに注入した。オクテンの組み込みを、既知の組成物でコポリマーを分析することによって発展した線形較正の使用によって決定した。
触媒効率、つまり特定の触媒から生成された対応するポリマーのMw、コモノマーの組み込み、およびPDIを超えて、新しい触媒の連鎖移動能力を理解することは、Dowで新しいポリオレフィン触媒群を開発するための重要な側面の1つである。触媒の連鎖移動能力は、シャトリング触媒について予想される分子量の低下およびPDIの狭小化を観察するために連鎖移動またはチェーンシャトリング剤(CSA)のレベルを変化させる試みを実行することによって最初に評価される。良好な連鎖移動剤となる可能性のある触媒によって生成されたポリマーの分子量は、機能の劣るシャトリング触媒によって生成されたポリマーの分子量よりもCSAの添加の影響をさらに受けやすい。メイヨー式(式1)は、連鎖移動剤が存在しない場合に、連鎖移動剤が天然の数平均鎖長
1H NMR(400MHz、クロロホルム-d) δ(8.34(s、1H))*、7.12(d、J=3.7Hz、1H)、6.43(d、J=3.7Hz、1H)、5.49(s、1H),(3.72(s、2H))*。13C NMR(101MHz、クロロホルム-d) δ(210.23)*、195.46、160.19、(149.69)*、121.43、(111.65)*、100.24、(37.05)*。
1H NMR(400MHz、クロロホルム-d) δ 7.15(d、J=3.6Hz、1H)、6.61(d、J=3.5Hz、1H)、5.19(s、2H)、3.73(q、J=7.1Hz、2H)、1.22(t、J=7.1Hz、3H)。13C NMR(101MHz、クロロホルム-d) δ 151.51、121.50、103.84、101.55、95.07、64.53、15.05。
1H NMR(500MHz、クロロホルム-d) δ 7.76-7.71(m、3H)、7.28-7.23(m、3H)、6.69(td、J=7.6、1.3Hz、1H)、6.62(dd、J=8.3、1.4Hz、1H)、4.09-4.03(m、2H)、3.81(dd、J=9.3、4.4Hz、1H)、3.74(dd、J=9.3、3.6Hz、1H)、2.38(s、3H)、1.93-1.64(m、6H)、1.46(qd、J=12.1、3.0Hz、1H)、1.28(dd、J=11.3、8.4Hz、3H)。13C NMR(126MHz、クロロホルム-d) δ 157.17、144.65、139.25、132.77、129.80、129.40、127.94、122.43、111.72、86.52、73.15、71.16、38.97、38.61、30.02、29.41、25.81、25.64、21.62。
1H NMR(500MHz、クロロホルム-d) δ 8.13(h、J=1.9Hz、4H)、7.94(ddd、J=7.6、4.1、2.3Hz、2H)、7.49-7.44(m、4H)、7.38-7.34(m、6H)、7.34-7.28(m、2H)、7.08-7.01(m、4H)、4.46(t、J=3.0Hz、4H)、4.30-4.19(m、4H)、2.79(qt、J=7.2、2.7Hz、4H)、2.29-2.20(m、4H)、1.48(s、36H)、0.52(tt、J=7.1、2.9Hz、6H)。13C NMR(126MHz、クロロホルム-d) δ 155.83、147.29、142.72、139.49、131.10、129.37、129.13、124.29、123.66、123.07、121.52、120.61、119.19、115.96、112.07、109.85、96.97、68.36、64.61、34.73、32.06、26.37、14.17。
1H NMR(500MHz、クロロホルム-d) δ 8.12(d、J=1.8Hz、4H)、7.84(dd、J=7.7、1.7Hz、2H)、7.69(dd、J=5.5、3.4Hz、2H)、7.50(dd、J=5.6、3.4Hz、2H)、7.41(dd、J=8.6、1.9Hz、4H)、7.32(d、J=1.2Hz、2H)、7.27-7.22(m、6H)、7.09-7.02(m、4H)、5.33(s、4H)、4.42(s、4H)、2.76(q、J=7.0Hz、4H)、1.49(s、36H)、0.51(t、J=7.0Hz、6H)。13C NMR(126MHz、クロロホルム-d) δ 155.75、147.38、142.71、139.42、135.12、131.45、129.50、129.40、129.28、128.45、124.21、123.75、123.07、121.89、121.06、119.10、115.91、112.86、109.84、96.87、68.89、64.52、34.74、32.07、14.19。
1H NMR(400MHz、クロロホルム-d) δ 7.38(d、J=8.8Hz、2H)、6.65(d、J=8.9Hz、2H)、4.11(q、J=4.3、3.2Hz、4H)、2.11(dt、J=5.4、3.3Hz、4H)。
1H NMR(400MHz、DMSO-d6) δ 7.54(dd、J=8.9、1.5Hz、2H)、6.96(dd、J=8.9、1.8Hz、2H)、4.16(ddt、J=5.9、3.6、2.2Hz、4H)、1.97(dq、J=5.9、2.6Hz、4H)。13C NMR(101MHz、DMSO-d6) δ 158.69、136.57、130.92、130.75、123.17、93.97、70.20、25.87。
1H NMR(500MHz、クロロホルム-d) δ 7.80(s、2H)、6.88(s、2H)、4.12(qd、J=5.6、3.7、3.3Hz、4H)、2.11(dq、J=5.7、2.9Hz、4H)。13C NMR(126MHz、クロロホルム-d) δ 156.81、139.43、133.07、125.07、113.61、84.17、69.50、25.82。
1H NMR(500MHz、クロロホルム-d) δ 7.71(s、1H)、7.10(s、1H)、5.27(s、1H)。
1H NMR(400MHz、クロロホルム-d) δ 7.32(d、J=8.9Hz、1H)、6.86(d、J=8.8Hz、1H)、5.44(s、1H)。13C NMR(101MHz、クロロホルム-d) δ 155.15、136.20、130.76、123.74、113.74、91.99。
1H NMR(500MHz、クロロホルム-d) δ 6.87(s、2H)、4.21-4.08(m、4H)、2.13(dq、J=5.3、3.4、2.7Hz、4H)。13C NMR(126MHz、クロロホルム-d) δ 157.26、139.11、134.26、123.39、111.64、91.01、69.80、25.82。
並列重合反応器(PPR)ならびにセミバッチ反応器を使用して、触媒効率(gポリマー収率/g金属)および得られたポリマー特性を、プロ触媒1~34について評価した。バッチ反応器の重合反応は、最初はジエチル亜鉛(DEZ)を使用せずに、次いで3つの異なるDEZ使用量(0、50、および200μmol)を追加して、2-L半バッチ反応器で実施した。活性化剤は、1.5モル当量のビス(水素化タローアルキル)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)ボレートであった。
Claims (20)
- 式(I)による金属-配位子錯体を含む触媒系であって、
Mが、チタン、ジルコニウム、またはハフニウムから選択される金属であり、前記金属が、+2、+3、または+4の形式酸化状態を有し、
各Xが、不飽和(C2-C20)炭化水素、不飽和(C2-C50)ヘテロ炭化水素、(C1-C50)ヒドロカルビル、(C6-C50)アリール、(C6-C50)ヘテロアリール、シクロペンタジエニル、置換シクロペンタジエニル、(C4-C12)ジエン、ハロゲン、-ORC、-N(RN)2、および-NCORCから独立して選択される単座または二座の配位子であり、
nが、1または2であり、
Yが、酸素、硫黄、または-N(RN)-であり、
各R1が独立して、-H、(C1-C40)ヒドロカルビル、(C1-C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(R)-、(RC)2NC(O)-、ハロゲン、式(II)を有するラジカル、式(III)を有するラジカル、および式(IV)を有するラジカルからなる群から選択され、
Qが、(C1-C12)アルキレン、(C1-C12)ヘテロアルキレン、(-CH2Si(RQ)2CH2-)、(-CH2CH2Si(RQ)2CH2CH2-)、(-CH2Ge(RQ)2CH2-)、または(-CH2CH2Ge(RQ)2CH2CH2-)であり、式中、RQが、(C1-C20)ヒドロカルビルであり、
各z1およびz2が独立して、硫黄、酸素、-N(RC)-、および-C(RC)-からなる群から選択され、ただし、基z1およびz2を含有する各個々の環において、z1およびz2のうちの少なくとも1つが硫黄であることを条件とし、
R4a、R5a、R6a、R7a、R4b、R5b、R6b、およびR7bが独立して、(C1-C50)ヒドロカルビル、(C1-C50)ヘテロヒドロカルビル、(C6-C50)アリール、(C4-C50)ヘテロアリール、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、-P(O)(RP)2、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(R)-、(RC)2NC(O)-、ハロゲン、および-Hから選択され、任意にR4aとR5a、またはR5aとR6a、またはR6aとR7a、またはR4bとR5b、またはR5bとR6b、またはR6bとR7bが、共有結合して、芳香環または非芳香環を形成し得、
式(I)における各RC、RN、およびRPが独立して、(C1-C20)ヒドロカルビル、(C1-C20)ヘテロヒドロカルビル、および-Hからなる群から選択され、
ただし、Qが-CH2CH2CH2CH2-であるとき、
(1)各R1が3,6-ジ-tert-ブチルカルバゾール-9-イルであり、z2が硫黄であり、各Xがベンジルであるとき、R5aおよびR5bは、-OMe、フッ素、またはtert-オクチルではないか、または
(2)R4a、R5a、R6a、およびR7aのうちの少なくとも1つが、ハロゲンであり、R4b、R5b、R6b、およびR7bのうちの少なくとも1つが、ハロゲンであるか、または
(3)R4a、R5a、R6a、R7a、R4b、R5b、R6b、およびR7bのうちの少なくとも1つが、(C1-C50)ヒドロカルビル、(C1-C50)ヘテロヒドロカルビル、(C6-C50)アリール、(C4-C50)ヘテロアリール、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、-P(O)(RP)2、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(R)-、および(RC)2NC(O)-からなる群から選択されることを条件とする、触媒系。 - 各z1が、硫黄である、請求項1に記載の触媒系。
- 各z2が、硫黄である、請求項1に記載の触媒系。
- 各Yが、酸素である、請求項1~3のいずれか一項に記載の触媒系。
- 1つ以上の助触媒をさらに含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の触媒系。
- 各R1が、式(III)を有するラジカルであり、R41~48のうちの少なくとも1つが、(C1-C40)ヒドロカルビル、(C1-C40)ヘテロヒドロカルビル、-Si(RC)3、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、またはハロゲンから選択される、請求項1~5のいずれか一項に記載の触媒系。
- 各R1が、式(III)を有するラジカルであり、
(1)R42およびR47が独立して、(C1-C20)アルキル、-Si(RC)3、-CF3、またはハロゲンから選択され、R43およびR46は、-Hであるか、または
(2)R43およびR46が独立して、(C1-C20)アルキル、-Si(RC)3、-CF3、またはハロゲンから選択され、R42およびR47が、-Hである、請求項1~6のいずれか一項に記載の触媒系。 - 各R1が、式(IV)を有するラジカルであり、R51~59のうちの少なくとも1つが、(C1-C40)ヒドロカルビル、(C1-C40)ヘテロヒドロカルビル、Si(RC)3、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、またはハロゲンから選択される、請求項1~6のいずれか一項に記載の触媒系。
- 各R1が、式(IV)を有するラジカルであり、R51~59が、-Hである、請求項1~6のいずれか一項に記載の触媒系。
- Qが(C3-C4)アルキレンであるとき、R4a、R5a、R6a、R7a、R4b、R5b、R6b、およびR7bのうちの少なくとも2つが、(C6-C50)アリール、(C4-C50)ヘテロアリール、-Si(RC)3、-Ge(RC)3、-P(RP)2、-N(RN)2、-ORC、-SRC、-NO2、-CN、-CF3、RCS(O)-、-P(O)(RP)2、RCS(O)2-、(RC)2C=N-、RCC(O)O-、RCOC(O)-、RCC(O)N(RN)-、(RC)2NC(O)-、およびハロゲンからなる群から選択される、請求項1~9のいずれか一項に記載の触媒系。
- R4a、R5a、R6a、R7aのうちの少なくとも1つが、ハロゲンであり、R4b、R5b、R6b、およびR7bのうちの少なくとも1つが、ハロゲンである、請求項1~10のいずれか一項に記載の触媒系。
- R4a、R5a、R6a、R7aのうちの少なくとも2つが、ハロゲンであり、R4b、R5b、R6b、およびR7bのうちの少なくとも2つが、ハロゲンである、請求項1~10のいずれか一項に記載の触媒系。
- R4a、R5a、R6a、R7aのうちの少なくとも3つが、ハロゲンであり、R4b、R5b、R6b、およびR7bのうちの少なくとも3つが、ハロゲンである、請求項1~10のいずれか一項に記載の触媒系。
- Qが、(-CH2Si(RQ)2CH2-)、(-CH2CH2Si(RQ)2CH2CH2-)、(-CH2Ge(RQ)2CH2-)、または(-CH2CH2Ge(RQ)2CH2CH2-)であり、式中、RQは、(C1-C5)アルキルである、請求項1~10のいずれか一項に記載の触媒系。
- Qが、ベンゼン-1,2-ジイルまたはシクロヘキサン-1,2-ジイルである、請求項1~10のいずれか一項に記載の触媒系。
- Qが、(-CH2Si(RQ)2CH2-)または(-CH2Si(RQ)2CH2-)であり、式中、RQが、エチルまたは2-プロピルである、請求項1~10のいずれか一項に記載の触媒系。
- Qが、ベンゼン-1,2-ジイルジメチルである、請求項1~10のいずれか一項に記載の触媒系。
- 前記触媒系が、連鎖移動剤をさらに含む、請求項1~17のいずれか一項に記載の触媒系。
- オレフィンを重合するためのプロセスであって、請求項1~17のいずれか一項に記載の触媒系の存在下で、エチレンと任意に1つ以上の(C3-C12)α-オレフィンとを接触させることを含む、プロセス。
- 前記プロセスが、連鎖移動剤をさらに含む、請求項18に記載のプロセス。
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