JP7262883B2 - ポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体及びこの製造方法 - Google Patents

ポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体及びこの製造方法 Download PDF

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Description

[関連出願の相互参照]
本出願は、2019年5月17日付韓国特許出願第2019-0058295号及び2019年9月30日付韓国特許出願第2019-0121193号に基づいた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。
本発明は、ポリオレフィン鎖の両末端にポリスチレン鎖が結合された構造のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体及びこの製造方法に関する。
ブロック共重合体は、日常的なプラスチックだけでなく、先端装置にまで広く用いられる素材として研究と開発が活発に進められている。特に、ポリオレフィン系(POs)ブロックとポリスチレン系(PSs)ブロックをいずれも含むスチレン-オレフィン共重合樹脂は、耐熱性、耐光性、弾性力などに優れるという特徴があるため、非常に多様な技術分野で有用に用いられている。
ポリオレフィン-ポリスチレンブロック共重合体、例えば、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene;SEBS)又はスチレン-エチレン-プロピレン-スチレン(Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene;SEPS)は、現在、全世界的に数十万トン規模の市場が形成されている。代表的には、スチレン-オレフィン共重合樹脂中の1つとしてポリスチレン-ブロック-ポリ(エチレン-co-1-ブテン)-ブロック-ポリスチレン(SEBS)三重ブロック共重合体を例示することができる。SEBS三重ブロック共重合体は、構造中の硬質ポリスチレンドメインが軟質ポリ(エチレン-co-1-ブテン)マトリックスから分離されて物理的架橋サイトとして作用するので、熱可塑性エラストマーの特性を示す。このような特性により、SEBSは、ゴム及びプラスチックなどを必要とする製品群でさらに広範囲に用いられており、その利用範囲が徐々に拡大するのに伴い需要が大きく増加している。
一方、共重合体の溶融粘度と弾性率などの物性は、フィルムのような圧出加工条件の設定に多くの影響を及ぼす。共重合体の物性分析のためには、溶融状態での複素粘度、貯蔵弾性率、損失弾性率などを測定して活用しており、高分子の微細構造の変化には貯蔵弾性率-損失弾性率の曲線を用いている。
前記のような背景下に、物性と加工性の間の均衡がとれたより優れた製品の製造が絶えることなく要求されており、特に加工性に優れたポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体の必要性がさらに要求される。
韓国登録特許第10-1657925号公報
本発明の目的は、ポリオレフィン鎖の両末端にポリスチレン鎖が結合された構造のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体を提供することにあり、具体的には、特定範囲のtanδピークの高さ及びtanδピークの半値幅を示して衝撃強度及び引張特性に優れたポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体を提供することにある。
前記課題を解決するため、本発明は、動的機械分析(dynamic mechanical analysis、DMA)で得られた温度(x軸)による損失タンジェント(tanδ)(y軸)の変化量を示したグラフにおいて、-80から40℃の温度範囲で下記(a)及び(b)の条件を満たすポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体を提供する。
(a)tanδピークの高さは、0.20から0.35であること;及び
(b)tanδピークの半値幅は、32.0から50.0℃であること。
本発明で提供するポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体は、引張特性、衝撃強度などの機械的物性に優れるため、多様な産業的用途に有用に活用することができる。
本発明の一実施形態に係るリガンド化合物のH NMR及び13C NMRスペクトルを示した図である。 本発明の一実施形態に係る遷移金属化合物のH NMR及び13C NMRスペクトルを示した図である。 本発明の一実施形態及び比較例の温度(x軸)及び貯蔵モジュラスE’(y軸)のグラフを示した図である。 本発明の一実施形態及び比較例の温度(x軸)及び損失モジュラスE’’(y軸)のグラフを示した図である。 本発明の一実施形態及び比較例の温度(x軸)及びtanδ(y軸)のグラフを示した図である。
以下、本発明に対する理解を助けるために本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の説明及び特許請求の範囲で用いられた用語や単語は、通常的かつ辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるという原則に即し、本発明の技術的思想に適合する意味と概念として解釈されなければならない。
ポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体
本発明のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体は、動的機械分析(dynamic mechanical analysis、DMA)で得られた温度(x軸)による損失タンジェント(tanδ)(y軸)の変化量を示したグラフで、-80から40℃の温度範囲で下記(a)及び(b)の条件を満たすことを特徴とする。
(a)tanδピークの高さは、0.20から0.35であること;及び
(b)tanδピークの半値幅は、32.0から50.0℃であること。
前記損失タンジェント(tanδ)値は、材料の弾性を示す貯蔵モジュラス(storage modulus、E’)に対する材料の粘性を示す損失モジュラス(loss modulus、E’’)の比率(E’’/E’)を意味するものであって、共重合体の粘弾性特性を評価するための指標として用いられる。
前記(a)条件に関し、本発明のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体に対して温度によるtanδ値を測定し、温度をx軸とし、tanδをy軸とするグラフで示したとき、-80から40℃の温度範囲でtanδピークの高さは0.20から0.35である。具体的には、前記tanδピークの高さは、0.20以上、0.22以上、0.25以上、0.27以上であってよく、0.35以下、0.34以下、0.33以下、0.32以下であってよい。
前記tanδピークの高さとは、x軸が-80から40℃である範囲でtanδ値が最大であるときのy値を示すものであって、このとき、前記tanδピークは、-50から-30℃の範囲で1個のピークで表れ得る。
前記tanδピークの高さが0.20未満である場合、貯蔵モジュラスに対して損失モジュラスの値が小さいため、エネルギーを分散させる程度が低下して衝撃強度が低く表れるという問題点があり得、前記tanδピークの高さが0.35超過である場合、共重合体の屈曲強度が低下するという問題点が発生し得る。
前記(b)条件に関し、本発明のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体は、前述したtanδピークの高さを有すると同時に、tanδピークの半値幅が32.0から50.0℃である。具体的には、前記tanδピークの半値幅は、32.0℃以上、33.0℃以上、35.0℃以上、36.0℃以上、37.0℃以上、37.6℃以上であってよく、50.0℃以下、49.5℃以下、49.1℃以下であってよい。
前記tanδピークの半値幅とは、(a)条件で定義したtanδピークの高さの半分の値をtanδ値とする温度をそれぞれT(低い温度)及びT(高い温度)とするとき、前記T及びTの間の温度範囲であるT-Tを称するものであって、共重合体で温度変化によりtanδ値の分布形態がどのように表れるのかを解釈する指標として用いられ得る。tanδピークの半値幅が狭いほどガラス相からゴム相に早く転移され得るとのことを意味するので、tanδピークの半値幅が狭いほど衝撃強度が高いため、衝撃補強剤として効果的に用いられ得る。
前記tanδピークの半値幅の範囲が50.0℃超過の場合、共重合体の衝撃強度が低下し、衝撃補強剤として用いたときに十分な効果が表れないという問題点があり得る。
このように、本発明のポリオレフィン-ポリスチレン系共重合体は、条件(a)及び(b)を同時に満たすことで優れた衝撃強度が表れるため、多様な分野の衝撃補強剤として広く用いられ得る。
本発明のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体は、下記(c)及び(d)の条件をさらに満たすことができる。
(c)-10から-30℃におけるtanδ値は、0.10から0.30であること;及び
(d)15から30℃におけるtanδ値は、0.05から0.50であること。
前記(c)条件及び(d)条件は、それぞれ前述した(a)条件及び(b)条件のように、温度によるtanδ値の変化及び分布を満たしながらも、それぞれ低温及び高温におけるtanδ値を定量的に表したものであって、損失モジュラス値が大きく貯蔵モジュラス値が小さいため、tanδ値が大きいほど、共重合体に衝撃が加えられたときに衝撃から伝えられるエネルギーを効率的に分散させることができ、よって、衝撃に耐えられる程度に優れるため、衝撃補強剤として好適に使用可能であるとのことを意味し得る。
前記(c)条件に関し、-10から-30℃におけるtanδ値は、0.10から0.30、具体的に0.10以上、0.15以上、0.17以上であってよく、0.30以下、0.25以下、0.21以下であってよい。また、前記tanδ値の範囲を満たしながら、貯蔵モジュラスE’(storage modulus)値は50から200MPaであり、損失モジュラスE’’(loss modulus)値は10から100MPaであってよい。
前記(d)条件に関し、15から30℃におけるtanδ値は、0.05から0.50、具体的に0.05以上、0.06以上、0.07以上であってよく、0.50以下、0.40以下、0.30以下、0.20以下、0.10以下であってよい。また、前記tanδ値の範囲を満たすとともに、貯蔵モジュラスE’(storage modulus)値は10から50MPaであり、損失モジュラスE’’(loss modulus)値は1から5MPaであってよい。
前記のように、本発明の共重合体は、(c)条件及び(d)条件のtanδ値を満たすことにより、-10から-30℃の低温及び15から30℃の高温のいずれにおいても優れた衝撃強度を示す。
前記ポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体の重量平均分子量は、40,000から200,000g/molであり、具体的には、50,000g/mol以上、60,000g/mol以上、70,000g/mol以上であってよく、150,000g/mol以下、120,000g/mol以下、110,000g/mol以下であってよい。
また、前記ポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体の分子量分布は、1.0から3.0であり、具体的には、1.5以上、1.6以上であってよく、3.0以下、2.5以下、2.0以下、1.9以下であってよい。
前記重量平均分子量と数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC;gel permeation chromatography)で分析されるポリスチレン換算分子量であり、前記分子量分布は(重量平均分子量)/(数平均分子量)の比から計算されたものである。
前記ポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体は、ポリスチレン-ポリ(エチレン-co-プロピレン)-ポリスチレンブロック共重合体、ポリスチレン-ポリ(エチレン-co-1-ブテン)-ポリスチレンブロック共重合体、ポリスチレン-ポリ(エチレン-co-1-ペンテン)-ポリスチレンブロック共重合体、ポリスチレン-ポリ(エチレン-co-1-ヘキセン)-ポリスチレンブロック共重合体、ポリスチレン-ポリ(エチレン-co-1-ヘプテン)-ポリスチレンブロック共重合体及びポリスチレン-ポリ(エチレン-co-1-オクテン)-ポリスチレンブロック共重合体よりなる群から選択された1種以上であってよい。
また、本発明の共重合体のポリオレフィンブロックは、下記化学式aで表される繰り返し単位を1種以上含むことができる。
Figure 0007262883000001
前記化学式a中、
は、水素;炭素数1から20のアルキル;シリルで置換された炭素数1から20のアルキル;炭素数7から20のアリールアルキル;又はシリルで置換された炭素数7から20のアリールアルキルであり、
nは、1から10,000の整数であってよい。
また、本発明の一実施形態によれば、前記Rは、水素;炭素数3から20のアルキルであってよい。
また、本発明の一実施形態によれば、前記Rは、水素;又は炭素数3から12のアルキルであってよく、具体的に、前記Rは、水素又は炭素数4から12のアルキルであってよい。
また、前記nは、10から10,000の整数であってよく、具体的に、500から7,000の整数であってよい。
一方、本発明の明細書で示した化学式における「*」は、繰り返し単位の末端部位であって、連結部位を示す。
前記ポリオレフィンブロックが前記化学式aで表される繰り返し単位を2種以上含む場合、前記ポリオレフィンブロックは、下記化学式bで表される繰り返し単位を含むことができる。
Figure 0007262883000002
前記化学式b中、
’及びR’’は、それぞれ独立して、水素、炭素数1から20のアルキル;シリルで置換された炭素数1から20のアルキル;炭素数7から20のアリールアルキル;又はシリルで置換された炭素数7から20のアリールアルキルであり;前記R’及びR’’は互いに異なるものであり、
0<p<1であり、
n’は、1から10,000の整数であってよい。
また、本発明の一実施形態によれば、前記R’及びR’’は、それぞれ独立して、水素又は炭素数3から20のアルキルであってよく、具体的に、それぞれ独立して、水素又は炭素数3から12のアルキルであってよく、さらに具体的に、それぞれ独立して、水素又は炭素数4から12のアルキルであってよい。
また、具体的に、n’は、10から10,000の整数であってよく、さらに具体的に、500から7,000の整数であってよい。
本発明の一実施形態によれば、前記化学式b中、R’及びR’’のいずれか1つは水素であり、残りの1つは前述した置換基のうち水素以外の置換基であってよい。
すなわち、前記ポリオレフィンブロックが前記化学式aで表される繰り返し単位を2種以上含む場合、Rが水素である構造とRが水素以外の炭素数1から20のアルキル;シリルで置換された炭素数1から20のアルキル;炭素数7から20のアリールアルキル;又はシリルで置換された炭素数7から20のアリールアルキルである構造がランダム(random)に連結されているものであってよく、具体的に、Rが水素である構造とRが水素以外の炭素数3から20のアルキルである構造がランダムに連結されているものであってよい。
また、さらに具体的に、前記ポリオレフィンブロックは、前記化学式a中、Rが水素である構造とRが炭素数3から12のアルキルである構造がランダムに連結されているものであってよく、さらにより具体的に、前記ポリオレフィンブロックは、前記化学式a中、Rが水素である構造とRが炭素数4から12のアルキルである構造がランダムに連結されているものであってよい。
前記ポリオレフィンブロックが前記化学式aで表される繰り返し単位を2種以上含む場合、前記ポリオレフィンブロックは、前記化学式a中、Rが水素である構造とRが水素以外の置換基を有する構造を30:90から70:10の重量比で含むことができ、具体的に40:60から60:40の重量比で含むことができ、さらに具体的に、45:75から55:25の重量比で含むことができる。
前記ポリオレフィンブロックが、前記化学式a中、Rが水素である構造とRが水素以外の置換基を有する構造を前記範囲で含む場合、製造されるブロック共重合体が構造内に適切な程度でブランチ(branch)を含むので、高い300%モジュラス(modulus)値と破断伸び率(elongation at break)値を有して優れた弾性特性を発揮することができ、また、高い分子量と共に広い分子量分布を示して優れた加工性を有することができる。
また、本発明の共重合体の第1ポリスチレンブロックは、下記化学式cで表される繰り返し単位を1種以上含むことができる。
Figure 0007262883000003
前記化学式c中、
は、炭素数6から20のアリール;又はハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数3から12のシクロアルキル、炭素数1から8のアルコキシ、又は炭素数6から12のアリールで置換された炭素数6から20のアリールであり、
lは、独立して、10から1,000の整数である。
前記Rは、フェニル;又はハロゲン、炭素数1から8のアルキル、炭素数3から12のシクロアルキル、炭素数1から8のアルコキシ、又は炭素数6から12のアリールで置換されるか非置換されたフェニルであってよく、また前記Rはフェニルであってよい。
前記lは、10から1,000の整数であり、具体的に、50から700の整数であってよく、前記lが前記範囲である場合、本発明の製造方法により製造されるポリオレフィン-ポリスチレンブロック共重合体の粘度が適切な水準を有することができる。
特に、本発明の共重合体は、前記化学式aで表される繰り返し単位を含むポリオレフィンブロック、及び前記化学式cで表される繰り返し単位を含む第1ポリスチレンブロックが結合して形成された、下記化学式dで表される複合ブロックを形成することができる。
Figure 0007262883000004
前記化学式d中、
は、水素;炭素数1から20のアルキル;シリルで置換された炭素数1から20のアルキル;炭素数7から20のアリールアルキル;又はシリルで置換された炭素数7から20のアリールアルキルであり、
は、炭素数6から20のアリール;又はハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数3から12のシクロアルキル、炭素数1から8のアルコキシ、又は炭素数6から12のアリールで置換された炭素数6から20のアリールであり、
lは、10から1,000の整数であり、
nは、1から10,000の整数である。
また、前記化学式d中、R、R、l及びnは、それぞれ前記化学式a及び化学式cで定義したとおりである。
また、前記ポリオレフィンブロックが前記化学式aで表される繰り返し単位を含むとき、前記化学式cで表される繰り返し単位を含む第1ポリスチレンブロックが結合して形成された複合ブロックは、下記化学式eで表されてよい。
Figure 0007262883000005
前記化学式e中、前記R’、R’’、p、l及びn’は、それぞれ前記化学式a又はcで定義したとおりである。
また、本発明の共重合体の製造時、スチレン系単量体がポリオレフィンブロックを形成するのと同時に、有機亜鉛化合物に前記スチレン系単量体が結合して重合され、別途のスチレン系重合体ブロックを形成することができる。本明細書では、前記別途のスチレン系重合体ブロックを第2ポリスチレンブロックとして示す。前記第2ポリスチレンブロックは、下記化学式fで表される繰り返し単位を含むことができる。
Figure 0007262883000006
前記化学式f中、
は、炭素数6から20のアリール;又はハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数3から12のシクロアルキル、炭素数1から8のアルコキシ、又は炭素数6から12のアリールで置換された炭素数6から20のアリールであり、
mは、独立して、10から1,000の整数である。
また、本発明の一実施形態によれば、前記Rは、フェニル;又はハロゲン、炭素数1から8のアルキル、炭素数3から12のシクロアルキル、炭素数1から8のアルコキシ、又は炭素数6から12のアリールで置換されるか非置換されたフェニルであってよく、また、前記Rはフェニルであってよい。
前記mは、10から1,000の整数であり、具体的に、50から700の整数であってよい。
すなわち、本発明の共重合体は、前記化学式cで表される繰り返し単位を含む第1ポリスチレンブロック、及び前記化学式fで表される第2ポリスチレンブロックをそれぞれ含むことができる。
したがって、前記ブロック共重合体組成物は、下記化学式aで表される繰り返し単位を1種以上含むポリオレフィンブロック;下記化学式cで表される繰り返し単位を含む第1ポリスチレンブロック;及び、下記化学式fで表される繰り返し単位を含む第2ポリスチレンブロックを含むトリブロック共重合体を含むことができる。
Figure 0007262883000007
Figure 0007262883000008
Figure 0007262883000009
前記化学式中、
は、水素;炭素数1から20のアルキル;シリルで置換された炭素数1から20のアルキル;炭素数7から20のアリールアルキル;又はシリルで置換された炭素数7から20のアリールアルキルであり、
及びRは、炭素数6から20のアリール;又はハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数3から12のシクロアルキル、炭素数1から8のアルコキシ、又は炭素数6から12のアリールで置換された炭素数6から20のアリールであり、
nは、10から10,000の整数であり、
l及びmは、それぞれ独立して、10から1,000の整数である。
また、前記化学式中、R、R、R、n、l及びmは、それぞれ前記化学式a、c及びfで定義したとおりである。
ポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体の製造方法
本発明のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体の製造方法は、(S1)下記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒組成物の存在下に、有機亜鉛化合物を鎖移動剤としてオレフィン系単量体を重合してポリオレフィンブロックを形成する段階;及び、(S2)ケイ素原子を含むアルキルリチウム化合物及びトリアミン化合物の存在下に、前記ポリオレフィンブロックとスチレン系単量体を陰イオン重合してポリスチレンブロックを形成する段階;を含むことを特徴とする。
本発明の製造方法は、後述のとおり、オレフィン系単量体の重合に効率的に活用される、化学式1で表される遷移金属化合物を触媒にしてポリオレフィン鎖を形成した後、連続してスチレン陰イオン重合を行ってポリオレフィン-ポリスチレンブロックを形成することにより、特定のtanδピークの高さ及びtanδピークの半値幅を示すポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体を形成できるようにする。
段階(S1)
段階(S1)は、下記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒組成物の存在下に、有機亜鉛化合物を鎖移動剤としてオレフィン系単量体を重合してポリオレフィンブロックを形成する段階である。
Figure 0007262883000010
前記化学式1中、
からR11は、それぞれ独立して、水素;炭素数1から20のアルキル基;炭素数2から20のアルケニル基;炭素数2から20のアルキニル基;炭素数3から20のシクロアルキル基;炭素数6から20のアリール基;炭素数7から20のアリールアルコキシ基;炭素数1から20のアルコキシ基;炭素数7から20のアルキルアリール基;炭素数1から20のアルキルシリル基;又は炭素数7から20のアリールアルキル基であり、
前記RからR11のうち、隣接する2個以上は互いに連結されて炭素数3から20の脂肪族環又は炭素数6から20の芳香族環を形成してよく、
及びXは、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;ヒドロキシ基;アミノ基;チオ基;シリル基;シアノ基;ニトロ基;炭素数1から20のアルキル基;炭素数2から20のアルケニル基;炭素数2から20のアルキニル基;炭素数3から20のシクロアルキル基;炭素数6から20のアリール基;炭素数7から20のアルキルアリール基;炭素数7から20のアリールアルキル基;炭素数5から20のヘテロアリール基;炭素数1から20のアルコキシ基;炭素数6から20のアリールオキシ基;炭素数1から20のアルキルアミノ基;炭素数6から20のアリールアミノ基;炭素数1から20のアルキルチオ基;炭素数6から20のアリールチオ基;炭素数1から20のアルキルシリル基;又は炭素数6から20のアリールシリル基である。
触媒に対して過量の鎖移動剤(例えば、(Et)Zn)の存在下に重合反応を行うと、オレフィン重合体鎖は、亜鉛(Zn)とハフニウム(Hf)との間で迅速なアルキル交換を起こし、ジアルキル亜鉛から均一に成長してリビング重合を具現することができ、これをCCTP(coordinative chain transfer polymerization)と称する。従来に用いられていたメタロセン触媒は、β-脱離(β-elimination)過程でリビング重合することが不可能であり、CCTPに適用可能であると知られている少数の触媒もエチレンの単一重合のみが可能であるだけで、エチレンとアルファ-オレフィンの共重合をCCTPで進行することは非常に困難であったため、一般的な遷移金属化合物を触媒として用いてCCTPによるリビング重合を行い、ブロック共重合体を製造することは極めて大変であった。
一方、前記化学式1で表されるハフニウム化合物は、1,2,3,4-テトラヒドロ-1,10-フェナントロリン(1,2,3,4-tetrahydro-1,10-phenanthroline)骨格とHf-C(aryl)結合を含む[Namido,N,Caryl]HfMe-型複合体であって、これは、エチレン及びアルファ-オレフィンの重合反応において優れたアルファ-オレフィン混入能を示し、特に、鎖移動剤の含量によってオレフィン重合体の分子量やアルファ-オレフィンの含量が変わるところ、これは、前記化合物がCCTPに成功的に用いられてβ-脱離反応が無視できる程度に殆ど発生していないことを示すものである。すなわち、前記化学式1で表されるハフニウム化合物を用いてエチレン及びアルファ-オレフィン単量体の共重合をCCTPで進行してリビング重合することが可能であり、多様なブロック組成を有するブロック共重合体を成功的に製造することができる。
また、前記ハフニウム化合物を用いたCCTPを陰イオン性スチレン重合反応に転換させて行うことにより、ポリオレフィン-ポリスチレンブロック共重合体を合成することが可能である。このように、前記ハフニウム化合物は、オレフィン重合体の製造のための触媒として有用に用いられてよく、これは、前記化学式1で表されるハフニウム化合物の新規の構造で達成することができる固有の特徴である。
具体的に、前記化学式1中、前記RからR11は、それぞれ独立して、水素;炭素数1から20のアルキル基;炭素数3から20のシクロアルキル基;又は炭素数6から20のアリール基であってよく、好ましくは、RからR10は、水素であり、同時に、R11は、水素;炭素数1から20のアルキル基;又は炭素数6から20のアリール基であってよく、より好ましくは、RからR10は、水素であり、同時に、R11は、水素;又は炭素数1から20のアルキル基であってよい。
又は、前記化学式1中、前記RからR11は、それぞれ独立して、水素;炭素数1から20のアルキル基;又は炭素数6から20のアリール基であってよく、このとき、R及びRは互いに連結されて炭素数5から20の芳香族環、例えば、ベンゼン環を形成してよく、好ましくは、R及びRは互いに連結されてベンゼン環を形成し、同時にR11は炭素数1から20のアルキル基;又は炭素数6から20のアリール基であってよい。
又は、前記化学式1中、前記R、R、及びRからR10は、水素であり、前記R、R及びR11は、それぞれ独立して、水素;又は炭素数1から20のアルキル基であり、前記R及びRは互いに連結されて炭素数5から20の芳香族環、例えばベンゼン環を形成してよい。
一方、前記X及びXは、それぞれ独立して、水素;炭素数1から20のアルキル基;炭素数3から20のシクロアルキル基;又は炭素数6から20のアリール基であってよく、好ましくは、それぞれ独立して、炭素数1から20のアルキル基であってよく、前記X及びXは互いに同一であってよい。
本発明における「アルキル」は、直鎖又は分岐鎖の炭化水素残基を意味する。
本発明における「アルケニル」は、直鎖又は分岐鎖のアルケニル基を意味する。
本発明における「アリール」は、炭素数6から20であることが好ましく、具体的に、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、これらに制限されない。
本発明における「アルキルアリール」は、前記アルキル基により置換されたアリール基を意味する。
本発明における「アリールアルキル」は、前記アリール基により置換されたアルキル基を意味する。
本発明における「アルキルシリル」は、炭素数1から20のアルキルで置換されたシリルであってよく、例えば、トリメチルシリル又はトリエチルシリルであってよい。
本発明における「アルキルアミノ」は、前記アルキル基により置換されたアミノ基を意味し、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などがあるが、これらの例だけに限定されるものではない。
本発明における「ヒドロカルビル」は、他の言及がなければ、アルキル、アリール、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、アルキルアリール又はアリールアルキルなどの、その構造に係わりなく炭素及び水素のみからなる炭素数1から20の1価の炭化水素基を意味する。
より具体的に、前記化学式1で表されるハフニウム化合物は、下記化学式1a又は1bで表されるハフニウム化合物であってよい:
Figure 0007262883000011
Figure 0007262883000012
前記化学式1a及び化学式1b中、
11は、水素;炭素数1から20のアルキル基;炭素数2から20のアルケニル基;炭素数2から20のアルキニル基;炭素数3から20のシクロアルキル基;炭素数6から20のアリール基;炭素数7から20のアリールアルコキシ基;炭素数1から20のアルコキシ基;炭素数7から20のアルキルアリール基;炭素数1から20のアルキルシリル基;又は炭素数7から20のアリールアルキル基であり、
及びXは、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;ヒドロキシ基;アミノ基;チオ基;シリル基;シアノ基;ニトロ基;炭素数1から20のアルキル基;炭素数2から20のアルケニル基;炭素数2から20のアルキニル基;炭素数3から20のシクロアルキル基;炭素数6から20のアリール基;炭素数7から20のアルキルアリール基;炭素数7から20のアリールアルキル基;炭素数5から20のヘテロアリール基;炭素数1から20のアルコキシ基;炭素数6から20のアリールオキシ基;炭素数1から20のアルキルアミノ基;炭素数6から20のアリールアミノ基;炭素数1から20のアルキルチオ基;炭素数6から20のアリールチオ基;炭素数1から20のアルキルシリル基;又は炭素数6から20のアリールシリル基である。
前記ハフニウム化合物は、具体的に、下記化学式1-1から化学式1-5のうち何れか1つで表されるものであってよいが、これに制限されず、化学式1に該当する全てのハフニウム化合物が本発明に含まれる。
Figure 0007262883000013
Figure 0007262883000014
Figure 0007262883000015
Figure 0007262883000016
Figure 0007262883000017
本発明のハフニウム化合物は、下記化学式2で表される化合物及び化学式3で表される化合物を反応させる段階;を含んで製造されてよい。
Figure 0007262883000018
[化学式3]
Hf(X
前記化学式中、
からR11、X及びXの定義は、前述したところと同一である。
一方、前記化学式1で表されるハフニウム化合物を製造するとき、最終的に製造されたハフニウム化合物の構造により、リガンド化合物を製造する段階を下記のように異なるように行うことができる。
例えば、リガンド化合物でR及びRが互いに環を形成せず、R11が水素原子の場合、下記のようにルテニウム触媒下で水素化してリガンド化合物を製造した後、ハフニウム前駆体である化学式3で表される化合物と反応させてハフニウム化合物を製造することができる。
Figure 0007262883000019
また、リガンド化合物構造でR及びRが互いに環を形成せず、R11が水素原子でない置換基の場合、下記反応式2のように、有機リチウム化合物を用いてR11を先ず導入した後、ルテニウム触媒下で水素化してリガンド化合物を製造する。
Figure 0007262883000020
また、リガンド化合物構造でR及びRが互いに連結されて炭素数5から20の芳香族環を形成し、R11が水素原子でない置換基の場合、下記のように有機リチウム化合物を用いてR11を先ず導入した後、ナフチル基のような芳香族環の水素化を防止するため、Pd/C触媒下で水素化してリガンド化合物を製造することができる。
Figure 0007262883000021
すなわち、前記ハフニウム化合物は、リガンド化合物の前駆体である化合物に適切な試薬及び反応条件下でアルキル化及び水素化を介してリガンド化合物を製造した後、これにハフニウムを導入して製造されたものであってよく、具体的なアルキル化試薬の種類、反応温度及び圧力などは、通常の技術者が最終化合物の構造及び実験条件などを考慮して適宜変更することができる。
本発明において、前記有機亜鉛化合物は、鎖移動剤(chain transfer agent)として用いられ、重合反応で製造時に鎖移動がなされるようにして共重合体が製造されるように誘導する物質であって、具体的に、下記化学式4で表される化合物であってよい。
Figure 0007262883000022
前記化学式4中、
Aは、炭素数1から20のアルキレン;炭素数6から20のアリーレン;又はハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数3から12のシクロアルキル、炭素数1から8のアルコキシ、又は炭素数6から12のアリールで置換された炭素数6から20のアリーレンであり、
Bは、炭素数2から12のアルケニルで置換された炭素数6から12のアリールである。
また、前記Aは、炭素数1から12のアルキレン;炭素数6から12のアリーレン;又は、ハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数3から12のシクロアルキル、炭素数1から8のアルコキシ、又は炭素数6から12のアリールで置換された炭素数6から12のアリーレンであってよく、
前記Bは、炭素数2から8のアルケニルで置換された炭素数6から12のアリールであってよい。
前記化学式4は、化学式の両末端が二重結合である構造を有することができ、例えば、前記Bがアルケニルで置換されたアリールであるとき、前記アリールが前記Aと連結され、前記アリールに置換されたアルケニルの二重結合が前記化学式4で最も外側の部分に位置することができる。
前記有機亜鉛化合物を触媒組成物の存在下にオレフィン系単量体1種以上と反応させる場合、前記有機亜鉛化合物の亜鉛(Zn)と有機基(A)の間に前記オレフィン系単量体が挿入されながら重合がなされるようになり得る。
前記有機亜鉛化合物は、前記化学式1の遷移金属化合物1当量に対して1から200当量の量で混合されてよく、具体的に、前記化学式1の遷移金属化合物1当量に対して10から100当量の量で混合されてよい。
前記有機亜鉛化合物は、THF及び多量のマグネシウム塩などの不純物を含んでいないため高純度で提供することが可能であり、これにより鎖移動剤として用いることができ、オレフィン重合に用いるのに有利である。
前記触媒組成物は、助触媒化合物をさらに含むことができる。このとき、前記助触媒化合物は、化学式1で表される遷移金属化合物を活性化させる役割を担い、助触媒は、当該技術分野に公知のものを用いることができ、例えば、助触媒として下記化学式5から7の中から選択される1つ以上を用いることができる。
[化学式5]
-[Al(R)-O]
[化学式6]
D(R
[化学式7]
[L-H][Z(A)又は[L][Z(A)
前記式中、
は、それぞれ独立して、ハロゲン基;炭素数1から20のヒドロカルビル基;又はハロゲンで置換された炭素数1から20のヒドロカルビル基であり、
mは、2以上の整数であり、
Dは、アルミニウム又はホウ素であり、
Lは、中性又は陽イオン性のルイス酸であり、
Zは、13族元素であり、
Aは、それぞれ独立して、1以上の水素原子が置換基で置換され得る炭素数6から20のアリール;又は炭素数1から20のアルキルであり、
前記Aの置換基は、ハロゲン;炭素数1から20のヒドロカルビル;炭素数1から20のアルコキシ;又は炭素数6から20のアリールオキシである。
前記化学式5で表される化合物は、アルキルアルミノキサンであれば特に限定されない。好ましい例としては、メチルアルミノキサン、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサン、ブチルアルミノキサンなどがあり、特に好ましい化合物は、メチルアルミノキサンである。
前記化学式6で表される化合物は特に限定されないが、好ましい例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、ジメチルクロロアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリ-s-ブチルアルミニウム、トリシクロペンチルアルミニウム、トリペンチルアルミニウム、トリイソペンチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、エチルジメチルアルミニウム、メチルジエチルアルミニウム、トリフェニルアルミニウム、トリ-p-トリルアルミニウム、ジメチルアルミニウムメトキシド、ジメチルアルミニウムエトキシド、トリメチルホウ素、トリエチルホウ素、トリイソブチルホウ素、トリプロピルホウ素、トリブチルホウ素などが含まれ、特に好ましい化合物は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウムの中から選択される。
前記化学式7で表される化合物の例としては、Zがホウ素の場合、例えば、ジオクタデシ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[(C1837N(H)Me][B(C、ジオクタデシルメチルアンモニウムテトラキス(フェニル)ボレート、ジオクタデシルメチルアンモニウムテトラキス[3, 5-ビス(トリフルオロメチル)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、トリブチルアンモ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、トリメチルアンモニウムテトラ(p-トリル)ボレート、トリメチルアンモニウムテトラ(o,p-ジメチルフェニル)ボレート、トリブチルアンモニウムテトラ(p-トリフルオロメチルフェニル)ボレート、トリメチルアンモニウムテトラ(p-トリフルオロメチルフェニル)ボレート、トリブチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルボレート、N,N-ジエチルアニリジウムテトラフェチルボレート、N,N-ジエチルアニリジ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ペンタフルオロフェニルボレート、ジエチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルボレート、トリフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリメチルホスホ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(p-トリル)ボレート、トリエチルアンモニウムテトラ(o,p-ジメチルフェニル)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、トリフェニルカルボニウムテトラ(p-トリフルオロメチルフェニル)ボレート、トリフェニルカルボニウムテトラペンタフルオロフェニルボレート、又はこれらの組み合わせであってよく、Zがアルミニウムの場合、例えば、トリエチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリブチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラ(p-トリル)アルミニウム、トリプロピルアンモニウムテトラ(p-トリル)アルミニウム、トリエチルアンモニウムテトラ(o,p-ジメチルフェニル)アルミニウム、トリブチルアンモニウムテトラ(p-トリフルオロメチルフェニル)アルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラ(p-トリフルオロメチルフェニル)アルミニウム、トリブチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルアルミニウム、N,N-ジエチルアニリニウムテトラフェニルアルミニウム、N,N-ジエチルアニリニウムテトラペンタフルオロフェニルアルミニウム、ジエチルアンモニウムテトラペンタテントラフェニルアルミニウム、トリフェニルホスホニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルホスホニウムテトラフェニルアルミニウム、又はこれらの組み合わせであってよいが、これらに制限されない。
特に、本発明で用いられる助触媒は、前記化学式7で表される化合物であってよく、具体的に、ジオクタデシ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)ボレートであってよい。
また、本発明で用いられる助触媒は、無水炭化水素溶媒中で製造されたものであってよい。例えば、前記炭化水素溶媒は、ブタン、ペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン及びエチルベンゼンよりなる群から選択された1種以上が用いられてよいが、これらに制限されず、当該技術分野で使用可能な全ての炭化水素溶媒が無水(anhydrous)形態で用いられてよい。
本発明において、前記助触媒が無水炭化水素溶媒下で製造される場合、H NMRスペクトルでは、1.75ppmから1.90ppmの範囲及び1.90ppmから2.00ppmの範囲でそれぞれ少なくとも1個のピークが現われる。これは、Lに含まれた窒素、硫黄又はリンに隣接したα-炭素に結合された陽子がそれぞれ異なるピークを示すものである。例えば、化学式1で表される化合物が[(C1837N(H)Me][B(Cである場合、このH NMRスペクトルで、NCHに存在する陽子2個はそれぞれ異なる信号を現し得る。
また、前記化学式1で表されるハフニウム化合物と助触媒は、担体に担持された形態でも用いることができる。担体としては、シリカやアルミナが用いられてよいが、これに制限されない。
前記段階(S1)で反応物質として投入するオレフィン単量体は、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-ウンデセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン及び1-エイコセン又はこれらの混合物に形成された単量体などを例示することができる。前記オレフィン単量体は、1種を単独で用いることができ、2種以上を混合して用いることもできる。
前記段階(S1)は、例えば、均一溶液の状態で行われてよい。このとき、溶媒としては、炭化水素溶媒又はオレフィン単量体自体を媒質として用いることもできる。前記炭化水素溶媒としては、炭素数4から20の脂肪族炭化水素溶媒、具体的に、イソブタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどを例示することができる。前記溶媒は1種を単独で用いることができ、2種以上を混合して用いることもできる。
段階(S1)の重合温度は、反応物質、反応条件などにより異なり得るが、具体的に、70から170℃、具体的に、80から150℃、又は90から120℃で行われてよい。前記範囲内で、高分子の溶解度を高めながらも、触媒を熱的に安定させることができる。
段階(S1)の重合は、バッチ式、半連続式又は連続式で行われてよく、または、異なる反応条件を有する2つ以上の段階で行われてもよい。
前述した段階(S1)により製造された化合物は、後述する段階(S2)の陰イオン重合反応により、本発明のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体を製造するための前駆体の役割を担うことができる。
段階(S2)
前記段階(S2)は、段階(S1)に連続してケイ素原子を含むアルキルリチウム化合物及びトリアミン化合物の存在下に、前記ポリオレフィンブロックとスチレン系単量体を陰イオン重合してポリスチレンブロックを形成し、ポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体を製造する段階である。
前記段階(S2)では、前述した段階(S1)により形成された化合物が含んでいる(ポリオレフィン)Znの亜鉛-炭素結合の間にスチレン系単量体を連続的に挿入してよく、また同時に、段階(S1)により形成された化合物の末端基に存在するスチレン基がスチレン系単量体との共重合部位に参加してポリスチレン鎖に連結されてよい。さらに、前記工程を介して生成された多重ブロック共重合体は、末端基が水、酸素又は有機酸と反応して容易にクエンチングされてよく、これを介して産業的に有用なポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体に転換される。
前記スチレン系単量体は、炭素数6から20のスチレン系単量体であってよい。さらに具体的に、炭素数6から20のアリール基が置換されたエチレン、フェニル基が置換されたエチレンなどを含むスチレン系単量体、例えばスチレンであってよい。
前記ケイ素原子を含むアルキルリチウム化合物は、下記化学式8で表される化合物であってよい。
[化学式8]
(CHSi(CH)Li
このようなケイ素原子を含むアルキルリチウム化合物は、陰イオン重合の開始剤として広く用いられる物質であって、入手が容易なので本発明に活用するのに容易である。
前記トリアミン化合物は、下記化学式9で表される化合物であってよい。
Figure 0007262883000023
前記トリアミン化合物は、リチウムに容易に配位するので、前記アルキルリチウム化合物の塩基としての反応性又は求核体としての反応性を向上させる目的で用いられる化合物であって、入手が容易であり、単価が安い。
本発明は、前記化学式8及び9の化合物(例えば、MeSiCHLi・(PMDETA))を段階(S2)の開始剤として新たに用いることにより、ポリスチレンホモポリマー、ポリオレフィンホモポリマー、ポリオレフィン-ポリスチレンの二重ブロック共重合体の生成量を抑制しつつ、本発明の目的であるポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体の生成を最大化することができる。
前記化学式8で表されるケイ素原子を含むアルキルリチウム化合物と化学式9で表されるトリアミン化合物は、脂肪族炭化水素溶媒で混合して投入してもよく、又は、反応器に化学式8で表されるケイ素原子を含むアルキルリチウム化合物と化学式9で表されるトリアミン化合物を順次投入してもよい。
前記段階(S2)の陰イオン重合の温度は、反応物質、反応条件などにより異なり得るが、具体的に、40から170℃、60から150℃、又は90から100℃で行われてよい。
前記段階(S2)の陰イオン重合は、バッチ式、半連続式又は連続式で行われてよく、また、異なる反応条件を有する2つ以上の段階で行われてもよい。
前記段階(S2)の陰イオン重合の時間は、反応物質、反応条件などにより異なり得るが、具体的に、0.5から10時間、1から8時間、2から7時間、又は4から6時間であってよい。前記範囲内で、投入されるスチレン系単量体全量を多重ブロック共重合体に転換するのに有利である。
このように、本発明の製造方法では、前述した化学式4で表される有機亜鉛化合物を用いて、オレフィン重合を介しポリオレフィン鎖を成長させた後、連続してスチレン陰イオン重合を行う方法を介してポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体を製造し、これを介して従来より向上された物理的特性を有して産業上の活用が容易なポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体を効率的に製造することができる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。しかし、下記実施例は本発明を例示するためのものであって、これらだけに本発明の範囲が限定されるものではない。
<遷移金属化合物の製造>
製造例1
(i)リガンド化合物の製造
-10℃でトルエン(8mL)中の2-ナフチル-1,10-フェナントロリン(0.789g、2.58mmol)にイソプロピルリチウム(0.45mL、0.36mmol、ペンタン中の0.79M)を徐々に添加した。室温で3時間の間撹拌した後、ガスを除去したHO(3mL)を添加した。水性層をN下で注射器で除去した。真空ラインを用いて溶媒を除去し、ガスを除去したエタノール(15mL)及びTHF(5mL)中に残留物を溶解させた。溶液をN下でPd/C(0.242mmol、10mol%)を含有するボム反応器(bomb reactor)に移した。H気体を5barで充填した後、室温で12時間の間撹拌した。H気体を放出して触媒残留物をセライト上で濾過させて除去した。溶媒を除去し、酢酸エチル/ヘキサン(1/3、v/v)を用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィで残留物を精製した。淡黄色の粘った固体を収得した(0.085g、73%)。H NMR及び13C NMRスペクトルを図1に示した。
H NMR(C):δ8.58(d,J=7.8Hz,H),7.75(d,J=9.0Hz,H),7.70(d,J=9.6Hz,H),7.66(d,J=7.2Hz,H),7.63(d,J=6.6Hz,H),7.32(m,4H),7.18(d,J=8.4Hz,H),6.99(d,J=7.8Hz,H),6.39(s,H,NH),2.93(m,H),2.79(m,H),2.70(dt,J=4.8Hz,H),1.70(m,H),1.63(m,H),1.47(m,H),0.81(d,J=7.2Hz,3H,CH(CH),0.76(d,J=7.2Hz,3H,CH(CH)ppm.
13C{H}NMR(C):δ18.34,18.77,24.43,26.78,32.52,56.73,112.78,116.67,122.62,125.59,126.10,126.51,126.61,126.86,128.14,128.69,129.03,129.28,132.20,134.71,136.41,137.64,139.79,141.75,155.92ppm.
-m/z 計算値(calcd)([M]C2524)352.4800.実測値(Found):352.1942.
(ii)遷移金属化合物の製造
Figure 0007262883000024
-78℃でトルエン(8mL)中のHfClの撹拌された懸濁液(0.300g、0.938mmol)にMeMgBr(1.24mL、ジエチルエーテル中の3.11M)を滴下した。-40℃及び-35℃の温度範囲で1時間の間撹拌した後、溶液を再び-78℃に冷却させた。トルエン(4mL)中のリガンド化合物(0.366g、1.00mmol)の溶液(0.24g、0.94mmol)を滴下した。生成された溶液を-40℃及び-35℃の範囲内の調節された温度で2時間の間撹拌し、その後、室温で一晩中撹拌した。真空ラインを用いて溶媒を除去し、残留物をトルエン(50mL)で抽出した。ヘキサンで粉砕して濃い茶色の粉末を収得した(0.226g、47%)。H NMR及び13C NMRスペクトルを図2に示した。
H NMR(C):δ8.66(d,J=7.8Hz,H),8.50(d,J=7.8Hz,H),7.92(d,J=9.0Hz,H),7.83(d,J=7.2Hz,H),7.76(d,J=8.4Hz,H),7.62(d,J=7.8Hz,H),7.40(td,J=7.2Hz,H),7.32(m,H),7.14(d,J=7.8Hz,H),6.77(d,J=7.2Hz,H),4.02(m,H),2.80(m,H),2.62(dt,J=6.0Hz,H),2.55(m,H),1.88(m,H),1.72(m,H),1.09 and 1.04(d,J=6.6Hz,6H,CH(CH),0.82(s,3H,HfCH),0.81(s,3H,HfCH)ppm.
13C{H}NMR(C):δ18.55,21.28,23.07,25.44,32.58,60.98,63.06,66.88,112.37,119.64,120.21,124.55,125.48,126.81,126.97,129.31,129.97,130.26,131.25,133.82,135.51,140.97,141.44,143.94,150.14,164.58,209.13ppm.
-Anal.計算値(Calcd.)(C2728HfN):C,58.01;H,5.05;N,5.01%.
-実測値(Found):C,57.91;H,5.01;N,5.11%.
<助触媒の製造>
過量のK[B(C(0.633g、0.881mmol、純粋なものと仮定)は、トルエン(無水、10mL)中の[(C1837N(H)Me][Cl](0.404g、0.705mmol)の溶液と1時間の間室温でグローブボックス内で反応させた。セライト上で濾過した後、真空ラインを用いて溶媒を除去した。残留物をメチルシクロヘキサン(4mL)に溶解させてセライト上で再び濾過した。溶媒を除去して黄色の油性化合物を生成し、これをさらに精製することなく用いた(0.797g、93%)。
H NMR(C):δ3.15(br,H,NH),1.97(m,2H,NCH),1.80(m,H、NCH),1.51(d,J=6.0Hz,3H,NCH),1.45-1.29(m,48H),1.26(quintet,J=7.2Hz,4H),1.13(五重線(quintet),J=7.2Hz,4H),0.94(t,J=7.8Hz,6H),0.88(quintet,J=7.8Hz,4H),0.81(m,4H)ppm.
19F NMR(C):δ-132.09,-161.75,-165.98.
<有機亜鉛化合物の製造>
Figure 0007262883000025
ボランジメチルスルフィド(1.6mL、3.2mmol)を撹拌中にあるトリエチルボラン(0.6g)に徐々に投入した後、90分間反応させた。-20℃に冷却されている無水ジエチルエーテル(10mL)に溶かしたジビニルベンゼン(3.8g)に徐々に投入した後、一晩中撹拌した。真空ポンプで溶媒を除去した後、ジエチル亜鉛(0.8g)を添加した。5時間の間0℃で減圧蒸溜を介して生成されるトリエチルボランを除去しながら反応を進めた。40℃で余分のジビニルベンゼン及びジエチル亜鉛を減圧蒸溜で除去した。メチルシクロヘキサン(150mL)を添加して生成物を再び溶解した後、副生成物として生成された固体化合物をセライトを用いて濾過して除去し、前記化学式で表される有機亜鉛化合物を製造した。
<ポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体の製造>
実施例1
パー反応器(Parr reactor、600mL)を120℃で2時間の間真空乾燥した。メチルシクロヘキサン(200g)中のOcAl(349.0mg、238μmol-Al)溶液を反応器に添加した。マントルを用いて120℃で1時間の間混合物を撹拌し、その後、カニューレを用いて溶液を除去した。
反応器に捕捉剤(スカベンジャー)としてOcAl(349.0mg、238μmol-Al/25wt% in ヘキサン)を含有するメチルシクロヘキサン(200g)を満たし、オレフィン単量体として1-ヘキセン(34g)を満たした後、温度は90℃に設定した。鎖移動剤としてメチルシクロヘキサン(1.58)中の前記有機亜鉛化合物(639μmol)の溶液を満たし、次いで、メチルシクロヘキサン中の[(C1837N(H)Me][B(C(1.0eq)で活性化させた前記製造例1の遷移金属化合物(10.0μmol-Hf)を含有するメチルシクロヘキサン溶液(2.33g)を注入した。エチレンタンクのバルブを開いて反応器内の圧力が20barとなるように維持させながら重合を40分間行った。温度は、90~120℃の範囲内で調節し、残りのエチレンガスを排出した。
温度が90℃に到達すると、MeSiCHLi(64.6mg、0.686mmol)及びPMDETA(130.7mg、0.755mmol)をメチルシクロヘキサン(3.85g)に混合して製造したMeSiCHLi (PMDETA)溶液を添加した。撹拌しながら温度を90℃に30分間維持した後、スチレン(12g)を注入し、温度はヒーティングジャケットを用いて90~100℃の範囲で調節した。
分取物のH NMR分析からスチレンが全て転換されたことを確認し、2-エチルヘキサン酸(2-ethylhexanoic acid)及びエタノールを連続的に注入した。収得した重合体の塊を80℃(29g)の真空オーブンで一晩中乾燥させた。
実施例2から6
反応条件を下記表1のように変更したことを除いては、前記実施例1と同一の方法で製造した。
比較例1
商業的に入手したSEBSであって、Kraton社製のG1652を用いた。
比較例2
商業的に入手したSEBSであって、Asahi Kasei社製のH1051を用いた。
比較例3
遷移金属化合物として下記化合物を用いて、次のような方法で製造した。
Figure 0007262883000026
メチルシクロヘキサン(17g)に溶解したトリメチルアルミニウム(14.4mg、200umol-Al)溶液を高圧反応器に注入した。100℃で1時間の間高圧反応器内の触媒毒を浄化し、カニューレを用いて溶液を除去した。
前記有機亜鉛化合物(49.1mg、150μmol)をメチルシクロヘキサン(40g)に溶かして高圧反応器に投入し、温度を80℃に上げた。前記遷移金属化合物と(C1837)N(Me)H[B(C(4.0μmol)をベンゼンで2時間の間撹拌させた溶液を、トリオクチルアルミニウム(50μmol、18.3mg)をメチルシクロヘキサン(15g)に溶かした溶液(1.0g)と混合して希釈させた。触媒溶液を高圧反応器に注入した後、直ちにエチレン-プロピレン混合ガスを20barの圧力で注入した。温度を95~115℃の範囲で調節した。単量体の消費で圧力が徐々に減少しており、45℃で60分間重合工程を行った後、残りのガスを排出した。
MeSiCHLi(150μmol、14.1mg)とPMDETA(150μmol、26mg)をメチルシクロヘキサン(1.0g)に混合して前記反応器に注入した後、30分間撹拌させた。撹拌の温度は、90℃から100℃に維持させた。スチレン(7.8g)を高圧反応器に注入した後、90℃から100℃の間に維持し、5時間にかけて反応させてスチレン単量体を全て転換させた。スチレン単量体が完全に転換された後、酢酸及びエタノールを連続的に注入した。重合体を収得した後、180℃の真空オーブンで一晩中乾燥させた。
Figure 0007262883000027
実験例1
(1)貯蔵モジュラス(storage modulus、E’)、損失モジュラス(loss modulus、E’’)及びtanδ値
DMA(Dynamic mechanical anaylsis)機器を用いて周波数1Hz、変形量(strain)0.1%で-90℃から100℃まで分当たり5℃ずつ昇温しながら測定した。
温度による貯蔵モジュラス値を示したグラフを図3に表示し、温度による損失モジュラス値を示したグラフを図4に表示し、温度によるtanδ値を示したグラフを図5に表示した。
(2)tanδピークの高さ
前記図5のグラフでtanδ値が最大であるときのy値を測定した。
(3)tanδピークの半値幅
tanδピークの高さの半値を有する温度をそれぞれT、Tとし、TとTの間の幅(T-T)を計算した。
Figure 0007262883000028
実験例2
(1)重量平均分子量(Mw、g/mol)及び分子量分布(polydispersity index、PDI)
ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC:gel permeation chromatography)を用いて、重量平均分子量(Mw、g/mol)及び数平均分子量(Mn、g/mol)をそれぞれ測定し、重量平均分子量を数平均分子量で割って分子量分布(polydispersity index、PDI)を計算した。
- カラム:PL Olexis
- 溶媒:TCB(トリクロロベンゼン:trichlorobenzene)
- 流速:1.0ml/分
- 試料濃度:1.0mg/ml
- 注入量:200μl
- カラム温度:160℃
- 検出器(Detector):Agilent High Temperature RI detector
- 標準(Standard):ポリスチレン(Polystyrene)
- マルク-ホウインク(Mark-Houwink)の式を用いて(K=40.8×10-5、α=0.7057)、ユニバーサルキャリブレーション(Universal Calibration)で分子量を計算
(2)衝撃強度
二軸スクリュー押出機(Twin-screw extruder)を用いて、ポリプロピレンホモ重合剤90重量%及び前記実施例又は比較例の共重合体10重量%を混合し、これを試片に製造した。
標準測定ASTM D256に基づき、それぞれ-30℃、25℃の温度における衝撃強度(Notched Izod,J/m)を測定した。
Figure 0007262883000029
前記表3に示したとおり、本発明で定義した条件を満たす実施例等の共重合体は、比較例に比べて低温及び常温のいずれでも衝撃強度が優秀に表れることを確認した。

Claims (8)

  1. 動的機械分析(dynamic mechanic alanalysis、DMA)で得られた温度(x軸)による損失タンジェント(tanδ)(y軸)の変化量を示したグラフで、-80から40℃の温度範囲で下記(a)及び(b)の条件を満たし、
    ポリスチレン-ポリ(エチレン-co-1-ブテン)-ポリスチレンブロック共重合体、ポリスチレン-ポリ(エチレン-co-1-ペンテン)-ポリスチレンブロック共重合体、ポリスチレン-ポリ(エチレン-co-1-ヘキセン)-ポリスチレンブロック共重合体、ポリスチレン-ポリ(エチレン-co-1-ヘプテン)-ポリスチレンブロック共重合体及びポリスチレン-ポリ(エチレン-co-1-オクテン)-ポリスチレンブロック共重合体よりなる群から選択された1種以上であって、
    ポリオレフィンブロックは、下記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒組成物の存在下に、下記化学式4で表される有機亜鉛化合物を鎖移動剤としてオレフィン系単量体を重合して形成される、ポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体:
    (a)tanδピークの高さは、0.20から0.35であること;及び
    (b)tanδピークの半値幅は、32.0から50.0℃であること
    Figure 0007262883000030
    (前記化学式1中、
    からR 11 は、それぞれ独立して、水素;炭素数1から20のアルキル基;炭素数2から20のアルケニル基;炭素数2から20のアルキニル基;炭素数3から20のシクロアルキル基;炭素数6から20のアリール基;炭素数7から20のアリールアルコキシ基;炭素数1から20のアルコキシ基;炭素数7から20のアルキルアリール基;炭素数1から20のアルキルシリル基;又は炭素数7から20のアリールアルキル基であり、
    前記R からR 11 のうち、隣接する2個以上は互いに連結されて炭素数3から20の脂肪族環又は炭素数6から20の芳香族環を形成してよく、
    及びX は、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;ヒドロキシ基;アミノ基;チオ基;シリル基;シアノ基;ニトロ基;炭素数1から20のアルキル基;炭素数2から20のアルケニル基;炭素数2から20のアルキニル基;炭素数3から20のシクロアルキル基;炭素数6から20のアリール基;炭素数7から20のアルキルアリール基;炭素数7から20のアリールアルキル基;炭素数5から20のヘテロアリール基;炭素数1から20のアルコキシ基;炭素数6から20のアリールオキシ基;炭素数1から20のアルキルアミノ基;炭素数6から20のアリールアミノ基;炭素数1から20のアルキルチオ基;炭素数6から20のアリールチオ基;炭素数1から20のアルキルシリル基;又は炭素数6から20のアリールシリル基である)
    Figure 0007262883000031
    (前記化学式4中、
    Aは、炭素数1から20のアルキレン;炭素数6から20のアリーレン;又はハロゲン、炭素数1から12のアルキル、炭素数3から12のシクロアルキル、炭素数1から8のアルコキシ、又は炭素数6から12のアリールで置換された炭素数6から20のアリーレンであり、
    Bは、炭素数2から12のアルケニルで置換された炭素数6から12のアリールである)
  2. 前記(a)条件におけるtanδピークは、-50から-30℃の範囲で1個のピークで表れる、請求項1に記載のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体。
  3. 前記(b)条件におけるtanδピークの半値幅は、32.5から49.5℃である、請求項1又は2に記載のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体。
  4. 下記(c)及び(d)の条件をさらに満たす、請求項1~3のいずれか一項に記載のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体:
    (c)-10から-30℃におけるtanδ値は、0.10から0.30であること;及び
    (d)15から30℃におけるtanδ値は、0.05から0.50であること。
  5. -10から-30℃における貯蔵モジュラスE’(storage modulus)値は50から200MPaであり、損失モジュラスE’’(loss modulus)値は10から100MPaである、請求項4に記載のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体。
  6. 15から30℃における貯蔵モジュラスE’(storage modulus)値は10から50MPaであり、損失モジュラスE’’(loss modulus)値は1から5MPaである、請求項4又は5に記載のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体。
  7. 重量平均分子量は、40,000から200,000g/molである、請求項1~6のいずれか一項に記載のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体。
  8. 分子量分布は、1.0から3.0である、請求項1~7のいずれか一項に記載のポリオレフィン-ポリスチレン系多重ブロック共重合体。
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