JP3887311B2 - 重合方法 - Google Patents
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Description
本発明は、担持された触媒系の形成において慣用的に用いられている様々な工程を取り除いた態様で形成された触媒組成物を用いる重合方法に関する。
本発明の触媒組成物を形成させるために、任意のタイプの重合触媒又は触媒系を用いることができる。巨大リガンドメタロセン触媒化合物(嵩張ったリガンドを持つメタロセン触媒化合物)及び第15族含有二座又は三座遷移金属触媒が好ましい。しかしながら、液体に充分可溶な触媒化合物又は活性剤が望ましい。
慣用のタイプの遷移金属触媒は、当技術分野においてよく知られている伝統的なチーグラー・ナッタ触媒及びフィリップスタイプのクロム触媒である。慣用のタイプの遷移金属触媒の例は、米国特許第4115639号、同第4077904号、同第4302565号、同第4302566号、同第4482687号、同第4564605号、同第4721763号、同第4879359号及び同第4960741号の各明細書、並びに英国特許第2105355号明細書に議論されているので、必要ならばこれら特許明細書を参照されたい。本発明において用いることができる慣用のタイプの遷移金属触媒化合物には、元素周期表第III〜VIII族、好ましくは第IVB〜VIB族からの遷移金属化合物が包含される。
上記の慣用のタイプの遷移金属触媒化合物のための慣用のタイプの助触媒化合物は、式M3M4 vX2 cR3 b-cによって表わすことができる。ここで、M3は元素周期表第IA、IIA、IIB及びIIIA族からの金属であり、M4は元素周期表第IA族の金属であり、vは0〜1の数であり、各X2はいずれかのハロゲンであり、cは0〜3の数であり、各R3は一価炭化水素基又は水素であり、bは1〜4の数であり、b−cは少なくとも1である。上記の慣用のタイプの遷移金属触媒のためのその他の慣用のタイプの有機金属系助触媒化合物には、式M3R3 kを有するものがある。ここで、M3はリチウム、ナトリウム、ベリリウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、亜鉛、カドミウム及びガリウムのような第IA、IIA、IIB又はIIIA族金属であり、kはM3の原子価に応じて1、2又は3であり、前記原子価は通常それ自体M3が属する族に依存し、各R3は任意の一価炭化水素基であることができる。
一般的に、巨大リガンドメタロセン触媒化合物には少なくとも1個の金属原子に結合した1個以上の巨大リガンドを有する半サンドイッチ及び全サンドイッチ化合物が包含される。典型的な巨大リガンドメタロセン触媒化合物は一般的に、1個以上の巨大リガンド及び1個以上の脱離基を少なくとも1個の金属原子に結合した形で含有すると説明されている。1つの好ましい具体例においては、少なくとも1個の巨大リガンドが前記金属原子にη結合、特に好ましくは前記金属原子にη5結合している。
LALBMQn (I)
ここで、Mは元素周期表からの金属原子であって、元素周期表の第3〜12族金属又はランタニド若しくはアクチニド系列であることができ、Mは第4、5又は6族遷移金属であるのが好ましく、Mは第4族遷移金属であるのがより一層好ましく、Mはジルコニウム、ハフニウム又はチタンであるのがさらにより一層好ましい。LA及びLBは巨大リガンドであり、開環した、環状の、非環状の又は縮合した環又は環系であり、任意の補助的なリガンド系であり、置換若しくは非置換のシクロペンタジエニルリガンド若しくはシクロペンタジエニルタイプのリガンド、又はヘテロ原子で置換され且つ/若しくはヘテロ原子を含有するシクロペンタジエニルタイプのリガンドを包含する。巨大リガンドの非限定的な例には、シクロペンタジエニルリガンド、シクロペンタフェナントレニルリガンド、インデニルリガンド、ベンゾインデニルリガンド、フルオレニルリガンド、オクタヒドロフルオレニルリガンド、シクロオクタテトラエンジイルリガンド、シクロペンタシクロドデセンリガンド、アゼニルリガンド、アズレンリガンド、ペンタレンリガンド、ホスホイルリガンド、ホスフィンイミン(国際出願公開WO99/40125号パンフレット)、ピロリルリガンド、ピロゾリルリガンド、カルバゾリルリガンド、ボラベンゼンリガンド等(それらの対応水素化物、例えばテトラヒドロインデニルリガンドも含む)が包含される。1つの具体例において、LA及びLBは、Mにη結合し得る任意のその他のリガンド構造、好ましくはMにη3結合し得る、特に好ましくはη5結合し得る任意のその他のリガンド構造であることができる。さらに別の具体例において、LA又はLBの原子分子量(MW)は60a.m.u.を越え、65a.m.u.より大きいのが好ましい。別の具体例において、LA及びLBは炭素原子と組み合わせて1個以上のヘテロ原子、例えば窒素、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウム、硫黄及びリンを含んで、開環した、環状の、非環状の又は好ましくは縮合した環又は環系、例えばヘテロシクロペンタジエニル補助的リガンドを形成することもできる。その他のLA及びLB巨大リガンドには、巨大アミド類、ホスフィド類、アルコキシド類、アリールオキシド類、イミド類、カルボリド類、ボロリド類、ポルフィリン類、フタロシアニン類、コリン類及びその他のポリアゾマクロサイクル類が包含されるが、これらに限定されるものではない。各LA及びLBは独立的に、Mに結合した同一の又は異なるタイプの巨大リガンドであることができる。式(I)の1つの具体例においては、LA又はLBのいずれか一方のみが存在する。
LAALBMQn (II)
LCAJMQn (III)
{ここで、Mは元素周期表の第3〜16族金属原子又はアクチニド及びランタニド族から選択される金属であり、好ましくはMは第4〜12族遷移金属であり、より一層好ましくはMは第4、5又は6族遷移金属であり、特に好ましくはMは第4族遷移金属(任意の酸化状態のもの)、特にチタンであり、
LCはMに結合した置換又は非置換巨大リガンドであり、
JはMに結合し、
AはLC及びJに結合し、
Jはヘテロ原子補助的リガンドであり、
Aは橋渡し基であり、
Qは一価のアニオン性リガンドであり、
nは整数0、1又は2である。}
上記式(III)において、LC、A及びJは縮合環系を形成する。1つの具体例において、式(III)のLCはLAについて上で定義した通りであり、式(III)のA、M及びQは式(I)において上で定義した通りである。式(III)においてJはヘテロ原子含有リガンドであり、ここでJは元素周期表の第15族からの配位数3の元素又は第16族からの配位数2の元素である。好ましくは、Jは窒素、リン、酸素又は硫黄原子を含有し、窒素が特に好ましい。
LDMQ2(YZ)Xn (IV)
(ここで、Mは元素周期表の第3〜16族金属、好ましくは第4〜12族遷移金属、特に好ましくは第4、5又は6族遷移金属であり、
LDはMに結合した巨大リガンドであり、
各Qは独立的にMに結合し、Q2(YZ)は1荷電の多座リガンドであり、
A又はQはこれもまたMに結合した一価のアニオン性リガンドであり、
Xはnが2である場合には一価のアニオン性基であり、nが1である場合には二価のアニオン性基であり、
nは1又は2である。)
((Z)XAt(YJ))qMQn (V)
(ここで、Mは元素周期表の第3〜13族又はランタニド及びアクチニド系列から選択される金属であり、
QはMに結合し、各Qは一価、二価又は三価アニオンであり、
X及びYはMに結合し、X及びYの1つ以上はヘテロ原子であり、好ましくはX及びYの両方がヘテロ原子であり、
Yはヘテロ環J中に含有され、ここでJは2〜50個の非水素原子、好ましくは2〜30個の炭素原子を有し、
ZはXに結合し、ここでZは1〜50個の非水素原子、好ましくは1〜50個の炭素原子を有し、好ましくはZは3〜50個の原子、好ましくは3〜30個の炭素原子を有する環式基であり、
tは0又は1であり、
tが1である場合、AはX、Y又はJの少なくとも1つ(好ましくはX及びJ)に結合した橋渡し基であり、
qは1又は2であり、
nはMの酸化状態に依存して1〜4の整数である。)
1つの具体例において、Xが酸素又は硫黄である場合、Zは随意である。別の具体例において、Xが窒素又はリンである場合、Zは存在する。1つの具体例において、Zはアリール基であるのが好ましく、置換アリール基であるのがより一層好ましい。
1つの具体例において、巨大リガンド触媒化合物が下記文献に記載されたNi2+及びPd2+の錯体を含むことも本発明の範囲内である:Johnsonら、''New Pd(II)- and Ni(II)- Based Catalysts for Polymerization of Ethylene and a-Olefins''、J. Am. Chem. Soc.、1995、117、6414-6415及びJohnsonら、''Copolymerization of Ethylene and Propylene with Functionalized Vinyl Monomers by Palladium(II) Catalysts''、J. Am. Chem. Soc.、1996、118、267-268、並びに1996年8月1日発行の国際出願公開WO96/23010号パンフレット、国際出願公開WO99/02472号パンフレット、米国特許第5852145号、同第5866663号及び同第5880241号の各明細書。必要ならばこれら刊行物を参照されたい。これらの錯体は、前記のジハライド錯体のジアルキルエーテル付加物又はアルキル化反応生成物のいずれかであることができ、これは以下に記載する本発明の活性剤によってカチオン性の状態に活性化することができる。
上記の巨大リガンドメタロセン及び他の巨大リガンド触媒化合物は典型的には様々な態様で活性化されて空いた配位部位を有する触媒化合物を生成し、この配位部位が配位し、挿入され、オレフィンを重合させる。
本発明の触媒組成物は、担体を含む。用語「担体」には、任意の担体材料が包含され、多孔質担体材料が好ましい(無機又は有機担体材料を包含する)。無機担体材料の非限定的な例には、無機酸化物及び無機塩化物が包含される。その他の担体には、ポリスチレンのような担体材料、ポリスチレンジビニルベンゼンポリオレフィン若しくはポリマー化合物のような官能化された若しくは架橋された有機担体、又は任意のその他の有機若しくは無機担体材料等、或はそれらの混合物が包含される。
上記の触媒化合物、活性剤及び担体を液体中で一緒にして、本発明の触媒組成物が形成される。本発明の触媒組成物を形成させるための様々な方法がある。本発明の方法として、任意の組合せ添加順序等が可能である。
上記の本発明の触媒組成物は、任意の予備重合及び/又は重合方法において広範な温度及び圧力にわたって用いるのに好適である。温度は、−60℃〜約280℃の範囲であってよく、50℃〜約200℃の範囲であるのが好ましく、採用される圧力は1気圧〜約500気圧の範囲又はそれ以上であってよい。
本発明の方法によって製造されるポリマーは、広範な製品及び末端用途に用いることができる。本発明の方法によって製造されるポリマーには、線状低密度ポリエチレン、エラストマー、プラストマー、高密度ポリエチレン、中庸密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリプロピレンコポリマーが包含される。
5マイクロモル/ミリリットルDMSP(ジメチルシリルビス(n−プロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド)溶液0.15ミリリットル、7重量%AlMMAO(米国ルイジアナ州所在のAkzo社から入手できる変性メチルアルモキサン)0.40ミリリットル及びトルエン1.5ミリリットルを互いに混合する。得られた混合物を、触媒送出管中に含有させたシリカゲル(米国メリーランド州ボルチモア所在のW.R. Grace社Davison Divisionから入手できるDavison 948、平均粒子寸法=55μm、600℃において乾燥させたもの)450mgに添加する。得られた混合物を周囲温度に20分間保つ。
0.75マイクロモルのビス(n−プロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド溶液0.75ミリモルのMMAO(上記の通り)及びトルエンを互いに混合する。得られた混合物を、触媒送出管中に含有させたシリカゲル(Davison 948、平均粒子寸法=55μm、600℃において乾燥させたもの)(上記の通り)450mgに添加する。得られた混合物を周囲温度に20分間保つ。例1におけるようにエチレンの重合を実施する。ポリマー92gが得られ、触媒活性は21638gPE/ミリモルZr/hr/atmだった。
0.19マイクロモルDMSP溶液、1.31マイクロモルの[(2,4,6−Me3C6H2NCH2CH2)2−NH]ZrBz2溶液(米国ルイジアナ州バトンルージュ所在のAlbemarle社から入手できる)、0.5ミリモルのMMAO(上記の通り)及びトルエンを互いに混合する。得られた混合物を、触媒送出管中に含有させたシリカゲル(Davison 948、平均粒子寸法=55μm、600℃において乾燥させたもの)(上記の通り)450mgに添加する。得られた混合物を周囲温度に20分間保つ。例1におけるようにエチレンの重合を実施する。ポリマー50gが得られ、触媒活性は5880gPE/ミリモルZr/hr/atmだった。このポリマーは2モードの分子量分布を有し、分子量分布は7.52で、メルトインデックス比は417だった。
0.75マイクロモルのビス(n−プロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド溶液及びトルエンを互いに混合する。得られた混合物を、触媒送出管中に含有させた担持された活性剤、特定的には担持されたメチルアルモキサン(SMAO)(24重量%Al)(Crompton Knowles社(以前はWitco社)から入手できる)42.2mgに添加する。Al/Zr比は500である。得られた混合物を周囲温度に20分間保つ。例1におけるようにエチレンの重合を実施する。ポリマー132gが得られ、触媒活性は31046gPE/ミリモルZr/hr/atmだった。
標準的な担持方法を用いて調製された、シリカ(Davison 948、平均粒子寸法=55μm、600℃において乾燥させたもの)上に担持されたビス(n−プロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド50mgを用いる。触媒化合物は、触媒化合物及びメチルアルモキサンのトルエン中の溶液を調製することによって、担持させる。この溶液をほぼ1時間保つ。この溶液を次いでシリカ担体上に付着させる。得られた触媒スラリーを約70℃において真空下に数時間保つ。高温における溶剤の窒素パージ又は真空除去による乾燥工程を行なった。TIBALの代わりにトリエチルアルミニウム(TEAL、1.6ミリモルAl/cm3)0.03ミリリットルを用いたことを除いて、例1におけるようにエチレンの重合を実施する。触媒活性は6800gPE/ミリモルZr/hr/atmだった。
Claims (8)
- 反応器中で触媒組成物の存在下で単独のエチレン又は1種以上のα−オレフィンと組み合わされたエチレンを重合させてポリマー生成物を生成させるためのスラリー又は気相重合方法であって、次の工程:
(a)触媒化合物、活性剤及び担体を、前記担体の孔容積の4倍未満の総容量の液体中で一緒にする工程;
(b)反応器に1種以上のモノマーを導入する工程;
(c)液体中で触媒化合物、活性剤及び担体を一緒にした後に1分〜5時間以内に触媒組成物を前記反応器に導入する工程(ここで、この触媒組成物は前記液体を何ら蒸発させたり脱水したりすることなくそのままで用いる);
(d)反応器からポリマーを取り出す工程:
を含む、重合方法。 - 前記触媒組成物を反応器に導入する時間が1分〜2時間以内である、請求項1に記載の方法。
- 前記担体及び前記活性剤を一緒にして担持された活性剤を形成させる、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記触媒化合物と一緒にする前に前記担体及び前記活性剤を一緒にする、請求項3に記載の方法。
- 前記活性剤がアルモキサンである、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記液体が芳香族炭化水素である、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 前記触媒組成物中に存在させる液体の総容量が担体の孔容積の75%より多くしかし400%より少ない、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 前記触媒化合物がメタロセン化合物又は第15族二座若しくは三座触媒化合物である、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
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