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JP2019094514A - ポリオレフィン触媒のための電子供与体としての複素環式有機化合物 - Google Patents

ポリオレフィン触媒のための電子供与体としての複素環式有機化合物 Download PDF

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JP2019094514A JP2019066972A JP2019066972A JP2019094514A JP 2019094514 A JP2019094514 A JP 2019094514A JP 2019066972 A JP2019066972 A JP 2019066972A JP 2019066972 A JP2019066972 A JP 2019066972A JP 2019094514 A JP2019094514 A JP 2019094514A
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Abstract

【課題】複素環式有機化合物を提供すること【解決手段】複素環式有機化合物は、電子供与体として固体チーグラー・ナッタ型触媒とともに、ポリプロピレンなどのポリオレフィンを生産する方法に使用される。上記電子供与体は固体触媒系の調製に使用され、したがって「内部電子供与体」としての機能を果たすものであり得るか、または重合中または重合前に共触媒とともに「外部電子供与体」として使用されるものであり得る。本発明は、重合触媒系の電子供与体として使用され得る複素環式有機化合物、上記複素環式有機化合物が電子供与体として使用された重合触媒系、上記重合触媒系の作製方法、およびフタル酸誘導体を含まないポリオレフィン、特にポリプロピレンを作製するための重合過程に関する。【選択図】なし

Description

(背景)
(発明の分野)
本発明は、重合触媒系の電子供与体として使用され得る複素環式有機化合物、上記複素環式有機化合物が電子供与体として使用された重合触媒系、かかる重合触媒系の作製方法、およびフタル酸誘導体を含まないポリオレフィン、特にポリプロピレンを生産するための重合過程に関する。
(関連技術の記載)
ポリオレフィン重合のためのチーグラー・ナッタ触媒系は当該技術分野でよく知られている。一般的に、この系は、固体チーグラー・ナッタ触媒成分と共触媒成分、通常、有機アルミニウム化合物で構成される。α−オレフィンの重合のための触媒系の活性および立体特異性(sterospecificity)を増大させるため、電子供与化合物が、(1)固体チーグラー・ナッタ触媒成分中の内部電子供与体として、および/または(2)固体チーグラー・ナッタ触媒成分および共触媒成分とともに使用される外部電子供与体として広く使用されている。
プロピレンまたはアイソタクチック性(isotacticity)が生じ得る他のオレフィンを伴う重合のためのチーグラー・ナッタ型触媒の使用では、外部電子供与体を使用することが望ましい場合があり得、外部電子供与体は、内部電子供与体の使用に加えてであってもよく、そうでなくてもよい。許容され得る外部電子供与体としては、O、Si、N、S、および/またはPを含む有機化合物が挙げられる。かかる化合物としては、有機酸、有機酸エステル、有機酸無水物、エーテル、ケトン、アルコール、アルデヒド、シラン、アミド、アミン、アミンオキシド、チオール、種々のリン酸のエステルおよびアミドなどが挙げられる。好ましい外部電子供与体は、Si−O−Cおよび/またはSi−N−C結合を含み、中心原子としてケイ素を有する有機ケイ素化合物である。かかる化合物は、米国特許第4,472,524号;同第4,473,660号;同第4,560,671号;同第4,581,342号;同第4,657,882号;同第5,106,807号;同第5,407,883号;同第5,684,173号;同第6,228,961号;同第6,362,124号;同第6,552,136号;同第6,689,849号;同第7,009,015号;同第7,244,794号;同第7,619,049号;および同第7,790,819号(これらは引用により本明細書に組み込まれる)に記載されている。
固体チーグラー・ナッタ触媒成分中にかかる成分の調製時に組み込まれ、先行技術において知られている一般的な内部電子供与体化合物としては、エーテル、ケトン、アミン、アルコール、フェノール、ホスフィン、およびシランが挙げられる。重合の活性、ならびに得られるポリマーの立体規則性、分子量および分子量分布が、使用される内部電子供与体の分子構造に依存することは当該技術分野でよく知られている。したがって、重合過程および得られるポリマーの特性を向上させるために、種々の内部電子供与体の開発が取り組まれており、所望されている。かかる内部電子供与体化合物およびその触媒系の成分としての使用の例は、米国特許第4,107,414号;同第4,186,107号;同第4,226,963号;同第4,347,160号;同第4,382,019号;同第4,435,550号;同第4,465,782号;同第4,522,930号;同第4,530,912号;同第4,532,313号;同第4,560,671号;同第4,657,882号;同第5,208,302号;同第5,902,765号;同第5,948,872号;同第6,121,483号;同第6,436,864号、同第6,770,586号;同第7,022,640号;同第7,049,377号;同第7,202,314号;同第7,208,435号;同第7,223,712号;同第7,351,778号;同第7,371,802号;同第7,491,781号;同第7,544,748号;同第7,674,741号;同第7,674,943号;同第7,888,437号;同第7,888,438号;同第7,964,678号;同第8,003,558号;および同第8,003,559号(これらは引用により本明細書に組み込まれる)に記載されている。
現在使用されている市販のプロピレン重合用触媒のほとんどは、フタル酸アルキルエステルが内部電子供与体として使用されたものである。しかしながら、最近、ヒトとの接触がある用途におけるフタル酸誘導体の継続使用に関して一部に環境問題が生じている。その結果、このような問題を改善するため、現在では、フタレート無含有ポリプロピレンの生産のためにフタレート無含有プロピレン重合用触媒の使用が必要である。
特に、米国特許第7,491,781号には、フタル酸誘導体を含まないプロピレン重合用触媒成分における内部供与体の使用が教示されている。しかしながら、得られるプロピレン重合用触媒は、フタル酸誘導体を含む触媒よりも水素応答が不充分であり、アイソタクチック性が低い。
また、ポリプロピレン市場では、サイクルタイムを少なくするため、ならびに許容され得る衝撃強度および剛性を維持しつつ軽量化(down−gauging)を達成するために高メルトフローレート(MFR)等級ポリプロピレンの需要が増えてきている。高MFRポリプロピレンは、一般的に上記ポリマーにペルオキシドを添加することにより得られるが、得られるかかるポリプロピレンは、通常、臭気の問題を有し、どういうわけか物性が犠牲となる。そのため、反応器等級の高MFRポリプロピレンの生産には、このような 問題を回避することが必要になる。 ポリオレフィン、特にポリプロピレンを生産するため使用され得るフタル酸誘導体を含まない触媒系が開発される必要性が継続して存在している。さらに、望ましい触媒系はまた、許容され得るアイソタクチック性および高いMFRを有するポリプロピレンが生産される可能性がもたらされるものであるのがよい。
米国特許第4,472,524号明細書 米国特許第4,473,660号明細書 米国特許第4,560,671号明細書 米国特許第4,581,342号明細書 米国特許第4,657,882号明細書 米国特許第5,106,807号明細書 米国特許第5,407,883号明細書 米国特許第5,684,173号明細書 米国特許第6,228,961号明細書 米国特許第6,362,124号明細書 米国特許第6,552,136号明細書 米国特許第6,689,849号明細書 米国特許第7,009,015号明細書 米国特許第7,244,794号明細書 米国特許第7,619,049号明細書 米国特許第7,790,819号明細書 米国特許第4,107,414号明細書 米国特許第4,186,107号明細書 米国特許第4,226,963号明細書 米国特許第4,347,160号明細書 米国特許第4,382,019号明細書 米国特許第4,435,550号明細書 米国特許第4,465,782号明細書 米国特許第4,522,930号明細書 米国特許第4,530,912号明細書 米国特許第4,532,313号明細書 米国特許第4,560,671号明細書 米国特許第4,657,882号明細書 米国特許第5,208,302号明細書 米国特許第5,902,765号明細書 米国特許第5,948,872号明細書 米国特許第6,121,483号明細書 米国特許第6,436,864号明細書、 米国特許第6,770,586号明細書 米国特許第7,022,640号明細書 米国特許第7,049,377号明細書 米国特許第7,202,314号明細書 米国特許第7,208,435号明細書 米国特許第7,223,712号明細書 米国特許第7,351,778号明細書 米国特許第7,371,802号明細書 米国特許第7,491,781号明細書 米国特許第7,544,748号明細書 米国特許第7,674,741号明細書 米国特許第7,674,943号明細書 米国特許第7,888,437号明細書 米国特許第7,888,438号明細書 米国特許第7,964,678号明細書 米国特許第8,003,558号明細書 米国特許第8,003,559号明細書
(発明の概要)
本発明は、重合触媒系の電子供与体として使用され得る複素環式有機化合物、上記複素環式有機化合物が電子供与体として使用された重合触媒系、上記重合触媒系の作製方法、およびフタル酸誘導体を含まないポリオレフィン、特にポリプロピレンを生産するための重合過程に関する。
種々の態様に従い、本発明は、固体チーグラー・ナッタ型触媒成分、共触媒成分、および任意選択で外部電子供与体成分を含むα−オレフィンの重合または共重合のための触媒系に関する。固体チーグラー・ナッタ型触媒成分は少なくとも1種類の本発明の複素環式有機化合物を含むものである。重合触媒系における電子供与体として使用され得る本発明の複素環式有機化合物は、式I:
Figure 2019094514

で表されるものであり、
式中、Lは、式II:
Figure 2019094514

で表されるものであるか、または−OR、−SR、−OCOR、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、およびPR からなる群より選択され、ここで、Rは、線状または分枝状のC〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリールまたはC〜C20アリールアルキル基であり、任意選択で、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含有している。AおよびA1は、同一であっても異なっていてもよく、炭素原子であるか、またはSi、N、BおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子である。QおよびQ1は、同一であっても異なっていてもよく、O、N、SおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子である。
1、R、RおよびRは、同一であっても異なっていてもよく、各々は、それぞ
れQ、A、QおよびAに対する炭化水素系置換基である。下付き文字p、q、iおよびjは、Q、A、QおよびAの原子価状態に応じて、独立して0または1であり、これは、本開示の恩恵を受ける当業者にはわかる。R1、R、RおよびRの長さおよ
び構造には一般的に制限はない。本発明の好ましい実施形態では、R1およびRは水素、メチルまたはエチルなどの小型の基である。
式中のR、R、R、RおよびRは、同一であっても異なっていてもよく、Rでは1〜6個の原子であり、R、R、RおよびRでは0〜6個の原子である主鎖鎖長を有する橋かけ基であるが、得られる環構造は3〜8員環であるものとする。これに関する「主鎖鎖長」は、2個の原子QとA間、QとA間、または原子AとL基間の直接連結状態である原子をいう。例えば、−CH−または−CH−CH2−が橋かけ基である場合、それに伴う主鎖鎖長は、それぞれ、2個の原子間に直接連結をもたらす炭素原子を示す1個および2個の原子である。同様に、橋かけ基がイソ構造を有するもの、CHCHCHである場合も、それに伴う主鎖鎖長は2個の原子となる。
橋かけ基の主鎖は脂肪族、脂環式および芳香族原子団からなる群より選択される。好ましくは、橋かけ基の主鎖は、不飽和を有する、または有しない脂肪族原子団からなる群より選択される。橋かけ基は、主鎖の鎖から外れて延在する1つまたは1つより多くのC
〜C20置換基(または側鎖)を有するものであってもよい。上記置換基は分枝状であっても線状であってもよく、飽和であっても不飽和であってもよい。同様に、上記置換基は脂肪族、脂環式、および/または芳香族原子団を含むものであってもよい。
1、R、R、Rならびに橋かけ基R、R、R、RおよびR(その置換
基(あれば)を含む)の炭素原子または水素原子のうちの1個または1個より多くが、O、N、S、P、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択されるヘテロ原子で置き換えられていてもよいが、O、N、SおよびPは上記環構造内またはRの主鎖原子に組み込まれ得るものに限るものとする。
本発明の種々の実施形態において、前記R、R1、R、R、R、R、R、R
またはRのうち2つまたは2つより多くが連結されて1つまたは1つより多くの飽和または不飽和の単環式または多環式の環を形成していてもよい。
本発明の種々の実施形態において、R基の主鎖が単一の炭素原子である場合、AまたはAのいずれかを窒素原子に連結させて炭素窒素二重結合を形成することはできない。
種々の態様に従い、本発明はまた、前述の式の複素環式有機化合物である化合物を含む組成物に関する。種々の態様に従い、本発明はまた、前述の式の複素環式有機化合物の存在下でα−オレフィンを重合させることを含む、α−オレフィンの重合方法に関する。
(好ましい実施形態の説明)
本発明は、重合触媒系の電子供与体として使用され得る複素環式有機化合物、上記複素環式有機化合物が電子供与体として使用された重合触媒系、かかる重合触媒系の作製方法、およびフタル酸誘導体を含まないポリオレフィン、特にポリプロピレンを生産するための重合過程に関する。
種々の実施形態に従い、ポリオレフィン、特にポリプロピレンの生産のための重合触媒系における電子供与体として有用である類型の複素環式有機化合物を開示する。この複素環式有機化合物は、内部電子供与体または外部電子供与体のいずれかとして使用され得る。好ましくは、この複素環式有機化合物は内部電子供与体として使用される。本発明の複素環式有機化合物が使用される重合触媒系は、内部電子供与体、外部電子供与体、または内部電子供与体と外部電子供与体の両方を有するものであり得る。
本発明の複素環式有機化合物は、単独で単一の構成要素として触媒系の電子供与体成分として使用してもよく、1種類または1種類より多くの他の化合物と組み合わせて触媒系の電子供与体成分として使用してもよい。1種類より多くの化合物を電子供与体成分として使用する場合、その構成要素のうち1種類または1種類より多くが本発明の複素環式有機化合物であるのがよい。
重合触媒系における電子供与体として使用され得る本発明の複素環式有機化合物は、式I:
Figure 2019094514

で表されるものであり、
式中、Lは、式II:
Figure 2019094514

で表されるものであるか、または−OR、−SR、−OCOR、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、およびPR からなる群より選択され、ここで、Rは、線状または分枝状のC〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリールまたはC〜C20アリールアルキル基であり、任意選択で、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含有している。AおよびA1は、同一であっても異なっていてもよく、炭素原子であるか、またはSi、N、BおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子である。QおよびQ1は、同一であっても異なっていてもよく、O、N、SおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子である。
1、R、RおよびRは、同一であっても異なっていてもよく、各々は、それぞ
れQ、A、QおよびAに対する炭化水素系置換基である。下付き文字p、q、iおよびjは、Q、A、QおよびAの原子価状態に応じて、独立して0または1であり、これは、本開示の恩恵を受ける当業者にはわかる。R1、R、RおよびRの長さおよ
び構造には一般的に制限はない。本発明の好ましい実施形態では、R1およびRは水素
、メチルまたはエチルなどの小型の基である。
R、R、R、RおよびRは、同一であっても異なっていてもよく、Rでは1〜6個の原子であり、R、R、RおよびRでは0〜6個の原子である主鎖鎖長を有する橋かけ基であるが、得られる環構造は3〜8員環であるものとする。これに関する「主鎖鎖長」は、2個の原子QとA間、QとA間、または原子AとL基間の直接連結状態である原子をいう。例えば、−CH−または−CH−CH2−が橋かけ基である場合、それに伴う主鎖鎖長は、それぞれ、2個の原子間に直接連結をもたらす炭素原子を示す1個および2個の原子である。同様に、橋かけ基がイソ構造を有するもの、CHCHCHである場合も、それに伴う主鎖鎖長は2個の原子となる。
橋かけ基の主鎖は脂肪族、脂環式および芳香族原子団からなる群より選択される。好ましくは、橋かけ基の主鎖は、不飽和を有する、または有しない脂肪族原子団からなる群より選択される。橋かけ基は、主鎖の鎖から外れて延在する1つまたは1つより多くのC〜C20置換基(または側鎖)を有するものであってもよい。上記置換基は分枝状であっ
ても線状であってもよく、飽和であっても不飽和であってもよい。同様に、上記置換基は脂肪族、脂環式、および/または芳香族原子団を含むものであってもよい。
1、R、R、Rならびに橋かけ基R、R、R、RおよびR(その置換
基(あれば)を含む)の炭素原子または水素原子のうちの1個または1個より多くが、O、N、S、P、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択されるヘテロ原子で置き換えられていてもよいが、O、N、SおよびPは上記環構造内またはRの主鎖原子に組み込まれ得るものに限るものとする。
本発明の種々の実施形態において、前記R、R1、R、R、R、R、R、R
またはRのうち2つまたは2つより多くが連結されて1つまたは1つより多くの飽和または不飽和の単環式または多環式の環を形成していてもよい。
本発明の種々の実施形態において、R基の主鎖が単一の炭素原子である場合、AまたはAのいずれかを窒素原子に連結させて炭素窒素二重結合を形成することはできない。
好適な式Iの複素環式有機化合物の例としては、限定されないが:
Figure 2019094514

Figure 2019094514

が挙げられる。
本発明の複素環式有機化合物は、チーグラー・ナッタ型触媒系における成分として使用され得る。本発明の複素環式有機化合物を含めること以外、本発明の種々の実施形態に従って使用され得るチーグラー・ナッタ型触媒系およびかかる触媒系の作製方法には一般的に制限はない。本発明に従って使用され得る典型的な許容され得るチーグラー・ナッタ型触媒系は(a)固体チーグラー・ナッタ型触媒成分、および(b)共触媒成分、ならびに任意選択で(c)1種類または1種類より多くの外部電子供与体を含むものである。本発明の種々の実施形態によれば、本発明による少なくとも1種類の複素環式有機化合物は、チーグラー・ナッタ型触媒系における電子供与体として使用される。本明細書において先に開示したように、この複素環式有機化合物は、内部電子供与体または外部電子供与体のいずれかとして使用され得る。好ましくは、この複素環式有機化合物は内部電子供与体として使用される。
好ましい固体チーグラー・ナッタ型触媒成分(a)としては、少なくとも1つのTi−ハロゲン結合を有するチタン化合物と、無水二ハロゲン化マグネシウム担体に担持された内部電子供与体化合物とを含む固体触媒成分が挙げられる。かかる好ましい固体チーグラー・ナッタ型触媒成分(a)としては、四ハロゲン化チタンを含む固体触媒成分が挙げられる。好ましい四ハロゲン化チタンはTiClである。また、ハロゲン化アルコキシも使用され得る。
本発明の複素環式有機化合物を、1種類または1種類より多くの他の化合物と組み合わせて触媒系の内部電子供与体として成分として使用する場合、固体チーグラー・ナッタ型触媒成分(a)の調製に許容され得るさらなる内部電子供与体化合物には一般的に制限はなく、限定されないが、芳香族酸のアルキル、アリールおよびシクロアルキルエステル、特に、安息香酸およびフタル酸のアルキルエステルならびにその誘導体が挙げられる。かかる化合物の例としては、安息香酸エチル、安息香酸n−ブチル、メチル−p−トルエート、およびメチル−p−メトキシベンゾエートおよびフタル酸ジイソブチルが挙げられる。また、他の一般的な内部電子供与体、例えば、アルキルまたはアルキル−アリールエーテル、ケトン、モノ−またはポリアミン、アルデヒド、ならびにP−化合物(ホスフィンおよびホスホルアミドなど)も使用され得る。
固体チーグラー・ナッタ型触媒成分(a)の担体を構成する許容され得る無水二ハロゲン化マグネシウムは、当該技術分野でよく知られた活性形態の二ハロゲン化マグネシウムである。かかる二ハロゲン化マグネシウムは、事前に活性化させてもよく、チタン酸塩化(titanation)の際にインサイチュで活性化させてもよく、適当なハロゲン含有遷移金属化合物で処理すると二ハロゲン化マグネシウムを形成し得るマグネシウム化合物からインサイチュで形成させ、次いで活性化させてもよい。好ましい二ハロゲン化マグネシウムは二塩化マグネシウムおよび二臭化マグネシウムである。上記二ハロゲン化物の含水量は一般的に1重量%未満である。
固体チーグラー・ナッタ型触媒成分(a)は種々の方法によって作製され得る。かかる方法の一例は、二ハロゲン化マグネシウムと内部電子供与体化合物を生成物が20m/gより大きい表面積を示すまで共磨砕し、その後、磨砕生成物をTi化合物と反応させることからなるものである。固体チーグラー・ナッタ型触媒成分(a)の他の調製方法は、米国特許第4,220,554号;同第4,294,721号;同第4,315,835号;同第4,330,649号;同第4,439,540号;同第4,816,433号;および同第4,978,648号に開示されている。これらの方法は引用により本明細書に組み込まれる。
典型的な固体チーグラー・ナッタ型触媒成分(a)では、二ハロゲン化マグネシウムとハロゲン化チタン化合物とのモル比は1〜500であり、前記ハロゲン化チタン化合物と内部電子供与体とのモル比は0.1〜50である。
好ましい共触媒成分(b)としてはアルミニウムアルキル化合物が挙げられる。許容され得るアルミニウムアルキル化合物としては、トリアルキルアルミニウム、例えば、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、およびトリイソプロピルアルミニウムが挙げられる。他の許容され得るアルミニウムアルキル化合物としては、ジアルキルアルミニウムヒドリド、例えば、ジエチルアルミニウムヒドリドが挙げられる。他の許容され得る共触媒成分(b)としては、ヘテロ原子を介して互いに連結された2個または2個より多くのアルミニウム原子を含む化合物、例えば:
(CAl−O−Al(C
(CAl−N(C)−Al(C;および
(CAl−O−SO−O−Al(C
が挙げられる。
許容され得る外部電子供与体成分(c)は、O、Si、N、S、および/またはPを含む有機化合物である。かかる化合物としては、有機酸、有機酸エステル、有機酸無水物、エーテル、ケトン、アルコール、アルデヒド、シラン、アミド、アミン、アミンオキシド、チオール、種々のリン酸のエステルおよびアミドなどが挙げられる。好ましい成分(c
)は、Si−O−Cおよび/またはSi−N−C結合を含む有機ケイ素化合物である。かかる有機ケイ素化合物の特別な例は、トリメチルメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ジシクロヘキシルジメトキシシラン、3−tert−ブチル−2−イソブチル−2メトキシ−[1,3,2]オキサアザシロリジン、3−tert−ブチル−2−シクロペンチル−2−メトキシ−[1,3,2]オキサアザシロリジン、2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル−3−tert−ブチル−2−メトキシ−[1,3,2]オキサアザシロリジン、3−tert−ブチル−2,2−ジエトキシ−[1,3,2]オキサアザシロリジン、4,9−ジ−tert−ブチル−1,6−ジオキサ−4,9−ジアザ−5−シラ−スピロ[4.4]ノナン、ビス(ペルヒドロイソキノリノ)ジメトキシシランなどである。また、有機電子供与体の混合物を使用してもよい。最後に、本発明の複素環式有機化合物は外部電子供与体としても使用され得る。
本発明に従って使用され得るオレフィン重合過程には一般的に制限はない。例えば、触媒成分(a)、(b)および使用する場合は(c)は、重合反応器に同時に、または逐次添加され得る。成分(b)と(c)を最初に混合し、次いで、得られた混合物を成分(a)と接触させた後、重合することが好ましい。
オレフィンモノマーは、重合反応器へのチーグラー・ナッタ型触媒系の添加前に添加してもよく、上記添加とともに添加してもよく、上記添加の後に添加してもよい。オレフィンモノマーをチーグラー・ナッタ型触媒系の添加後に添加することが好ましい。
ポリマーの分子量は、既知の様式で好ましくは水素を用いることにより制御され得る。本発明に従って生産される触媒により、分子量は、重合を比較的低い温度、例えば、約30℃〜約105℃で行なうと水素により好適に制御され得る。この分子量の制御は、メルトフローレートの測定可能なプラスの変化によって証拠が示され得る。
重合反応は、スラリー過程、液相過程もしくは気相過程で行なわれ得るか、または別々の反応器を用いて液相過程と気相過程の組合せで行なわれ得、これらはすべてバッチ式または連続式のいずれかで行なわれ得る。慣用的な既知の方法に従い、ポリオレフィンを気相過程により直接得てもよく、スラリー過程により溶媒からの単離および回収によって得てもよい。
本発明の方法によるポリオレフィンの生産のための重合条件、例えば、重合温度、重合時間、重合圧力、モノマー濃度などに対して特に制限はない。重合温度は一般的に40〜90℃であり、重合圧力は一般的に1気圧または1気圧より高い。
本発明のチーグラー・ナッタ型触媒系を少量のオレフィンモノマーと、炭化水素溶媒中で60℃または60℃より低い温度にて、触媒の重量の0.5〜3倍の量のポリマーを生産するのに充分な時間、予め接触させてもよい(当該技術分野では半重合としてよく知られている)。かかる半重合を液状またはガス状のモノマーで行なう場合、得られるポリマーの量は一般的に触媒重量の1000倍までである。
本発明のチーグラー・ナッタ型触媒系は、オレフィンの重合、例えば限定されないが、αオレフィンの単独重合および共重合に有用である。本発明による重合過程に使用され得る好適なα−オレフィンとしては、一般式CH=CHR(式中、Rは、HまたはC1〜10の直鎖または分枝鎖アルキルである)のオレフィン、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1,4−メチルペンテン−1およびオクテン−1が挙げられる。本発明のチーグラー・ナッタ型触媒系をエチレンを重合させる過程に使用してもよいが
、本発明のチーグラー・ナッタ型触媒系をポリプロピレンまたは高級オレフィンを重合させる過程に使用することがより望ましい。プロピレンの単独重合または共重合を伴う過程が好ましい。
前述の論考のより良好な理解が得られるように、以下の非限定的な実施例を提示する。実施例は特定の実施形態に関するものであり得るが、なんら特定の点において本発明を限定するものとみなされるべきでない。表1の活性値(AC)は、使用した固体触媒成分1グラムあたりの生成ポリマーのグラム数によるものである。
以下の解析方法を用いてポリマーを特性評価する。
キシレン可溶成分(XS):5.0gのポリマーを500mlのキシレン(沸点:137〜140℃)に添加し、混合物をその沸点に維持しながら1時間にわたって溶解させた。混合物を氷水浴中で20分以内に5℃まで冷却した。その後、氷水浴を20℃の水浴と交換し、混合物を20℃で30分間平衡化した。可溶分を不溶分と濾過によって分離した。可溶成分を加熱により乾燥させ、かくして得られたポリマーをキシレン可溶成分として測定した(wt%)。
メルトフローレート:ASTM D−1238、230℃、2.16kgの負荷にて測定。
分子量(MnおよびMw):ポリマーの重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分子量分布(Mw/Mn)は、Waters GPCV 2000システム(Polymer Labs Plgel 10um MIXED−B LS 300×7.5mmカラムおよび移動相として1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)を使用)でのゲル浸透クロマトグラフィーにより得る。移動相は1.0ml/分に設定し、温度は145℃に設定する。ポリマー試料を150℃で2時間加熱する。インジェクション容量は299マイクロリットルにする。ポリスチレンナロースタンダード(narrow standard)の外部標準較正を用いて分子量を計算する。
マグネシウムエトキシド(98%)、無水トルエン(99.8%)、TiCl(99.9%)、無水n−ヘプタン(99%)、2,2−ジピリジルアミン(99%)、フタル酸ジイソブチル(99%)、シクロヘキシル(ジメトキシ)メチルシラン(C−供与体)(≧99%)およびトリエチルアルミニウム(93%)はすべて、Milwaukee,WI,USAのSigma−Aldrich Co.から購入した。
2,2’−ジ(2−テトラヒドロフラン)プロパン[>96%(GC)]、2,2’−ジ(2−フリル)プロパン[>98.8%(GC)]および2,2’−ジピロリル(pyrroly)メタン[>97%(GC)]およびテトラヒドロフラン−2−酢酸エチル[>98.0%(GC)]はTCI Americaから購入した。
ジイソプロピルジメトキシシラン(P−供与体)はMorrisville,PA,USAのGelest、Inc.から購入した。
特に記載のない限り、反応はすべて不活性雰囲気下で実施した。
(実施例1)
(A)固体触媒成分の調製:
撹拌器を備えており、窒素を充分にパージした250mlフラスコに、10gのマグネシウムエトキシドと100mlの無水トルエンを仕込み、懸濁液を形成した。この懸濁液に25mlのTiCl4を注入し、次いで90℃の温度まで加熱した。これに1.8gの2,2−ジ(2−テトラヒドロフリル)プロパンを添加した後、110℃までその温度で撹拌しながら2時間加熱した。反応終了後、生成物を100mlの無水トルエン(90℃)および100mlの新鮮無水トルエンで2回洗浄し、これに25mlのTiCl4を添加し、撹拌しながら、110℃でさらに2時間反応させた。反応終了後、生成物を200mlの無水n−ヘプタン(90℃)で8回洗浄し、減圧乾燥させ、固形組成物を得た。
(B)重合:
ベンチスケールの2リットル反応器を使用した。反応器をまず、窒素パージ下で少なくとも100℃まで予備加熱し、残留している湿気および酸素を除去した。その後、反応器を50℃まで冷却した。
窒素下、1リットルの乾燥ヘプタンを反応器内に導入した。反応器の温度が約50℃になったとき、4.3mlのトリエチルアルミニウム(0.58M、ヘキサン中)、0.40mlのシクロヘキシル(ジメトキシ)メチルシラン(C−供与体)(ヘプタン中0.5M)、次いで上記で調製した30mgの固体触媒成分を反応器に添加した。窒素を導入することにより反応器の圧力は50℃で28.5psigまで上昇した。150ccの容器内の8psiの水素をプロピレンを有する反応器内にフラッシングした。
次いで、反応器の温度を70℃まで上昇させた。プロピレンを反応器内に連続的に導入することにより反応器の全圧を90psigまで上昇させてこの値に制御し、重合を1時間進行させた。重合後、反応器をガス抜きして0psigまで減圧し、反応器の温度を50℃まで冷却した。
次いで、反応器を開けた。500mlのメタノールを反応器に添加し、得られた混合物を5分間撹拌し、次いで濾過し、ポリマー生成物を得た。得られたポリマーを80℃で6時間真空乾燥させた。このポリマーをメルトフローレート(MFR)、キシレン可溶(%XS)、および分子量分布(Mw/Mn)について評価した。また、触媒の活性(AC)も測定した。結果を表1に示す。
(実施例2)
固体触媒成分の調製は、0.85gの2,2−ジ(2−フリル)プロパンを2,2−ジ(2−テトラヒドロフリル)プロパンの代わりに使用したこと以外は実施例1と同じ条件下で行なった。
プロピレンの重合は、実施例1に記載のものと同じ様式で行なった。結果を表1に示す。
(実施例3)
固体触媒成分の調製は、1.03gの2,2’−ジピロリルメタンを2,2−ジ(2−テトラヒドロフリル)プロパンの代わりに使用したこと以外は実施例1と同じ条件下で行なった。
プロピレンの重合は、代わりに8.6mlのトリエチルアルミニウム(0.58M)、0.80mlのシクロヘキシル(ジメトキシ)メチルシラン(C−供与体)(ヘプタン中0.5M)、次いで、60mgの固体触媒成分を反応器に添加したこと以外は実施例1に記載のものと同じ様式で行なった。結果を表1に示す。
(実施例4)
固体触媒成分の調製は、1.7gの2,2’−ジピリジルアミンを2,2−ジ(2−テトラヒドロフリル)プロパンの代わりに使用したこと以外は実施例1と同じ条件下で行なった。
プロピレンの重合は、実施例1に記載のものと同じ様式で行なった。結果を表1に示す。
(実施例5)
固体触媒成分の調製は、マグネシウムエトキシド(6.0g)および1.38gの2,2−ジ(2−チオフェニル)プロパン[>98.0%(GC),Journal of the American Chemical Society 1951,73,1377に記載の手順に従って調製]を10gのマグネシウムエトキシドおよび1.8gの2,2−ジ(2−テトラヒドロフリル)プロパンの代わりに使用したこと以外は実施例1と同じ条件下で行なった。
プロピレンの重合は、実施例1に記載のものと同じ様式で行なった。結果を表1に示す。
(実施例6)
固体触媒成分の調製は、2.0gのテトラヒドロフラン−2−酢酸エチルを2,2−ジ(2−テトラヒドロフリル)プロパンの代わりに使用したこと以外は実施例1と同じ条件下で行なった。
プロピレンの重合は、0.4mlのジイソプロピルジメトキシシラン(P−供与体)(ヘプタン中0.5M)をシクロヘキシル(ジメトキシ)メチルシラン(C−供与体)の代わりに使用したこと以外は実施例1に記載のものと同じ様式で行なった。結果を表1に示す。
(比較例1)
固体触媒成分の調製は、2.7mlのフタル酸ジイソブチルを2,2−ジ(2−テトラヒドロフリル)プロパンの代わりに使用したこと以外は実施例1と同じ条件下で行なった。
プロピレンの重合は、実施例1に記載のものと同じ様式で行なった。結果を表1に示す。
(比較例2)
ここでは、比較例1で調製した固体触媒成分をプロピレン重合に使用し、上記重合は、0.4mlのジイソプロピルジメトキシシラン(P−供与体)(ヘプタン中0.5M)をシクロヘキシル(ジメトキシ)メチルシラン(C−供与体)の代わりに使用したこと以外は実施例1に記載のものと同じ様式で行なった。結果を表1に示す。
Figure 2019094514
上記の結果に示されるように、本発明の触媒系を、フタル酸誘導体を含まないポリオレフィン、特にポリプロピレンを生産するために使用し得る。さらに、本発明の触媒系は、許容され得るアイソタクチック性および高いMFRを有するポリプロピレンを生産可能性ももたらす。
したがって、本発明は、記載の目的および利点ならびにその固有に内在するものが得られるように充分に適合されたものである。本発明は修正され得、本明細書における教示の恩恵を受ける当業者に自明の、異なるが等価な様式で実施され得るため、上記に開示した具体的な実施形態は例示にすぎない。さらに、以下の特許請求の範囲に記載のこと以外、本明細書に示した構成または設計の詳細に対する制限は意図しない。したがって、上記に開示した具体的な例示的実施形態は改変または修正され得、かかる変形例はすべて、本発明の範囲および精神に含まれるとみなされることは明白であろう。下限と上限を有する数値範囲を開示している場合はいつでも、上記範囲に含まれる任意の数値が具体的に開示されている。さらに、不定冠詞「a」または「an」は、特許請求の範囲で用いる場合、本明細書では、上記不定冠詞が導入された1つまたは1つより多くの要素を意味していると規定する。
本発明の好ましい実施形態によれば、例えば、以下が提供される。
(項1)
チタン、マグネシウム、ハロゲンおよび:
Figure 2019094514

(式中、Lは:
Figure 2019094514

で表されるものであるか、または−OR、−SR、−OCOR、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、およびPR からなる群より選択され:
は、線状または分枝状のC〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリールおよびC〜C20アリールアルキルからなる群より選択され;
AおよびA1は、同一であっても異なっていてもよく、炭素原子であるか、またはSi、N、BおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子であり;
QおよびQ1は、同一であっても異なっていてもよく、O、N、SおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子であり;
1、R、RおよびRは、同一であっても異なっていてもよく、脂肪族、脂環式
または芳香族基であり;
下付き文字p、q、iおよびjは独立して、0または1から選択され;
Q、A、QおよびAに直接連結されている結合は独立して、単結合または二重結合であり;
R、R、R、RおよびRは、同一であっても異なっていてもよく、Rでは1〜6個の原子であり、R、R、RおよびRでは0〜6個の原子である主鎖鎖長を有する橋かけ基であり、得られる環構造は3〜8員環である)
の複素環式有機化合物から選択される少なくとも1種類の内部電子供与体を含むα−オレフィンの重合または共重合のための固体触媒成分。
(項2)
が、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含む、上記項1に記載の固体触媒成分。
(項3)
前記橋かけ基の主鎖が、脂肪族、脂環式および芳香族原子団からなる群より選択される、上記項1に記載の固体触媒成分。
(項4)
R基の主鎖が単一の炭素原子である場合、AまたはAのいずれかを窒素原子に連結させて炭素窒素二重結合を形成することはできない、上記項1に記載の固体触媒成分。
(項5)
1とRが水素、メチルおよびエチルからなる群より選択される、上記項1に記載の固
体触媒成分。
(項6)
R、R、R、RおよびRが独立して、C〜C20の線状および/または分枝状の置換基を含むものである、上記項1に記載の固体触媒成分。
(項7)
前記R、R1、R、R、R、R、R、RおよびRのうち2つまたは2つよ
り多くが連結されて1つまたは1つより多くの飽和または不飽和の単環式または多環式の環を形成したものであり得る、上記項1に記載の固体触媒成分。
(項8)
Rの炭素原子または水素原子のうち少なくとも1個がO、N、S、P、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択されるヘテロ原子で置き換えられていてもよく、ここで、O、N、SおよびPは前記橋かけ基の主鎖内に限って組み込まれ得る、上記項1に記載の固体触媒成分。
(項9)
1、R、R、R、R、RおよびRの炭素原子または水素原子のうち
少なくとも1個がO、N、S、P、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択されるヘテロ原子で置き換えられていてもよく、ここで、O、N、SおよびPは前記環構造内に限って組み込まれ得る、上記項1に記載の固体触媒成分。
(項10)
(1)チタン、マグネシウム、ハロゲンおよび:
Figure 2019094514

(式中、Lは:
Figure 2019094514

で表されるものであるか、または−OR、−SR、−OCOR、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、およびPR からなる群より選択され:
は、線状または分枝状のC〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリールおよびC〜C20アリールアルキルからなる群より選択され;
AおよびA1は、同一であっても異なっていてもよく、炭素原子であるか、またはSi、N、BおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子であり;
QおよびQ1は、同一であっても異なっていてもよく、O、N、SおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子であり;
1、R、RおよびRは、同一であっても異なっていてもよく、脂肪族、脂環式
または芳香族基であり;
下付き文字p、q、iおよびjは独立して、0または1から選択され;
Q、A、QおよびAに直接連結されている結合は独立して、単結合または二重結合であり;
R、R、R、RおよびRは、同一であっても異なっていてもよく、Rでは1〜6個の原子であり、R、R、RおよびRでは0〜6個の原子である主鎖鎖長を有する橋かけ基であり、得られる環構造は3〜8員環である)
の複素環式有機化合物から選択される少なくとも1種類の内部電子供与体を含むα−オレフィンの重合または共重合のための固体触媒成分;
(2)共触媒成分
を含む、α−オレフィンの重合または共重合のための触媒系。
(項11)
さらに1種類または1種類より多くの外部電子供与体成分を含む、上記項10に記載の触媒系。
(項12)
が、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含む、上記項10に記載の触媒系。
(項13)
前記橋かけ基の主鎖が、脂肪族、脂環式および芳香族原子団からなる群より選択される、上記項10に記載の触媒系。
(項14)
R基の主鎖が単一の炭素原子である場合、AまたはAのいずれかを窒素原子に連結させて炭素窒素二重結合を形成することはできない、上記項10に記載の触媒系。
(項15)
1とRが水素、メチルおよびエチルからなる群より選択される、上記項10に記載の
触媒系。
(項16)
R、R、R、RおよびRが独立して、C〜C20の線状および/または分枝状の置換基を含むものである、上記項10に記載の触媒系。
(項17)
前記R、R1、R、R、R、R、R、RおよびRのうち2つまたは2つよ
り多くが連結されて1つまたは1つより多くの飽和または不飽和の単環式または多環式の環を形成したものであり得る、上記項10に記載の触媒系。
(項18)
Rの炭素原子または水素原子のうち少なくとも1個がO、N、S、P、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択されるヘテロ原子で置き換えられていてもよく、ここで、O、N、SおよびPは前記橋かけ基の主鎖内に限って組み込まれ得る、上記項10に記載の触媒系。
(項19)
1、R、R、R、R、RおよびRの炭素原子または水素原子のうち
少なくとも1個がO、N、S、P、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択されるヘテロ原子で置き換えられていてもよく、ここで、O、N、SおよびPは前記環構造内に限って組み込まれ得る、上記項10に記載の触媒系。
(項20)
α−オレフィンを:
(1)チタン、マグネシウム、ハロゲンおよび:
Figure 2019094514

(式中、Lは:
Figure 2019094514
で表されるものであるか、または−OR、−SR、−OCOR、−COOR、−NH、−NHR、−NR 、およびPR からなる群より選択され:
は、線状または分枝状のC〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキルアリールおよびC〜C20アリールアルキルからなる群より選択され;
AおよびA1は、同一であっても異なっていてもよく、炭素原子であるか、またはSi、N、BおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子であり;
QおよびQ1は、同一であっても異なっていてもよく、O、N、SおよびPからなる群より選択されるヘテロ原子であり;
1、R、RおよびRは、同一であっても異なっていてもよく、脂肪族、脂環式
または芳香族基であり;
下付き文字p、q、iおよびjは独立して、0または1から選択され;
Q、A、QおよびAに直接連結されている結合は独立して、単結合または二重結合であり;
R、R、R、RおよびRは、同一であっても異なっていてもよく、Rでは1〜6個の原子であり、R、R、RおよびRでは0〜6個の原子である主鎖鎖長を有する橋かけ基であり、得られる環構造は3〜8員環である)
の複素環式有機化合物から選択される少なくとも1種類の内部電子供与体を含むα−オレフィンの重合または共重合のための固体触媒成分、(2)共触媒成分の存在下で重合させることを含む、α−オレフィンの重合方法。
(項21)
さらに1種類または1種類より多くの外部電子供与体成分を含む、上記項20に記載の方法。
(項22)
が、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含む、上記項20に記載の方法。
(項23)
前記橋かけ基の主鎖が、脂肪族、脂環式および芳香族原子団からなる群より選択される、上記項20に記載の方法。
(項24)
R基の主鎖が単一の炭素原子である場合、AまたはAのいずれかを窒素原子に連結させて炭素窒素二重結合を形成することはできない、上記項20に記載の方法。
(項25)
1とRが水素、メチルおよびエチルからなる群より選択される、上記項20に記載の
方法。
(項26)
R、R、R、RおよびRが独立して、C〜C20の線状および/または分枝状の置換基を含むものである、上記項20に記載の方法。
(項27)
前記R、R1、R、R、R、R、R、RおよびRのうち2つまたは2つよ
り多くが連結されて1つまたは1つより多くの飽和または不飽和の単環式または多環式の環を形成したものであり得る、上記項20に記載の方法。
(項28)
Rの炭素原子または水素原子のうち少なくとも1個がO、N、S、P、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択されるヘテロ原子で置き換えられていてもよく、ここで、O、N、SおよびPは前記橋かけ基の主鎖内に限って組み込まれ得る、上記項20に記載の方法。
(項29)
1、R、R、R、R、R、RおよびRの炭素原子または水素原子のうち
少なくとも1個がO、N、S、P、B、Siおよびハロゲン原子からなる群より選択されるヘテロ原子で置き換えられていてもよく、ここで、O、N、SおよびPは前記環構造内に限って組み込まれ得る、上記項20に記載の方法。

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  1. ポリオレフィン触媒のための電子供与体としての複素環式有機化合物
JP2019066972A 2012-06-28 2019-03-29 ポリオレフィン触媒のための電子供与体としての複素環式有機化合物 Pending JP2019094514A (ja)

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