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JP6946322B2 - 希土類メタロセンを含む触媒系 - Google Patents

希土類メタロセンを含む触媒系 Download PDF

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JP6946322B2 JP2018548279A JP2018548279A JP6946322B2 JP 6946322 B2 JP6946322 B2 JP 6946322B2 JP 2018548279 A JP2018548279 A JP 2018548279A JP 2018548279 A JP2018548279 A JP 2018548279A JP 6946322 B2 JP6946322 B2 JP 6946322B2
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Description

本発明は、エチレンなどの炭化水素モノオレフィンと1,3−ブタジエン、イソプレンまたはそれらの混合物などの共役ジエンとの共重合に使用できる架橋希土類金属メタロセンを含む触媒系に関する。
エチレンと共役ジエンとの共重合のために、希土類メタロセン錯体をベースとする触媒系を使用することが知られている。
この目的のために、特許出願EP1092731に記載されているメタロセンは、以下の一般式AまたはB
Figure 0006946322
(式中、Lnは、ランタニド金属を表し、その原子番号は、57〜71の範囲であり得、
Xは、ハロゲンを表し、塩素、フッ素、臭素またはヨウ素であり得、
Cp1およびCp2はそれぞれ、置換または非置換のシクロペンタジエニル基またはフルオレニル基を含み、Pは式MR12(式中、Mは、元素周期表のIVa族元素であり、R1およびR2は、1〜20個の炭素原子を含むアルキル基を表す)に対応する架橋である)
のうちの1つに対応する。
本出願人等の名義である特許出願WO2004035639に記載されているメタロセンは、以下の式
Figure 0006946322
(式中、Lnは、ランタニド金属を表し、その原子番号は、57〜71の範囲であり得、
Xは、ハロゲンを表し、塩素、フッ素、臭素またはヨウ素であり得、
第1の式において、それぞれ置換または非置換のフルオレニル基からなる2つの同一または異なるリガンド分子Cp1およびCp2は、前記金属Lnに結合しており、
第2の式において、置換または非置換であり、式MR12(式中、Mは、元素周期表のIVa族元素であり、R1およびR2は、1〜20個の炭素原子を含むアルキル基を表す)に対応する架橋Pによって一緒に結合した、2つの同一または異なるフルオレニル基Cp1およびCp2からなるリガンド分子は、前記金属Lnに結合している)
のどちらかによって表される。
本出願人等の名義である特許出願WO2007054224に記載されているメタロセンは、以下の2つの式AおよびB
Figure 0006946322
(式中、Lnは、前記ランタニドを表し、その原子番号は、57と71の間にあり、
式Aにおいて、それぞれ置換または非置換のフルオレニル基からなる2つの同一または異なるリガンド分子Cp1およびCp2が、ランタニドLnに結合しており、
式Bにおいて、置換または非置換であり、式MR12(式中、Mは元素周期表のIVa族元素であり、R1およびR2は、同一または異なり、1〜20個の炭素原子を含むアルキル基を表す)に対応する架橋Pによって一緒に結合した、2つの同一または異なるフルオレニル基Cp1およびCp2からなるリガンド分子は、ランタニドLnに結合しており、
Lは、リチウム、ナトリウムおよびカリウムからなる群から選択されるアルカリ金属を表し、
Nは、エーテルなどの錯化溶媒の分子を表し、
xは0より大きい整数または非整数であり、
pは1または2に等しい整数である)
のどちらかに対応する。
錯体Bは、好ましくは、2つのフルオレニルリガンドからなる錯体B’
Figure 0006946322
である。
特許出願WO2007054223に記載されているメタロセンは、以下の2つの式CおよびD
Figure 0006946322
(式中、Lnは、前記ランタニドを表し、その原子番号は、57と71の間にあり、
式Aにおいて、yが1以上である場合、2つの同一または異なるリガンドCp1およびCp2は、それぞれ、シクロペンタジエニル基からなるか、または置換もしくは非置換のシクロペンタジエニル基もしくはフルオレニル基からなるかいずれかであり、ランタニドLnに結合しており、yが0に等しい場合、2つのリガンドCp1およびCp2は、それぞれ、シクロペンタジエニル基および置換または非置換のフルオレニル基からなり、
式Bにおいて、yが0に等しい場合、置換または非置換であり、式MR12(式中、Mは元素周期表のIVa族元素であり、R1およびR2は、同一または異なり、1〜20個の炭素原子を含むアルキル基を表す)に対応する架橋Pによって一緒に結合した、それぞれ、シクロペンタジエニル基およびフルオレニル基から選択される基からなる、2つの同一または異なるリガンドCp1およびCp2は、ランタニドLnに結合しており、
Lは、リチウム、ナトリウムおよびカリウムからなる群から選択されるアルカリ金属を表し、
Nは、エーテルなどの錯化溶媒の分子を表し、
xは0より大きい整数または非整数であり、
yは0以上の整数であり、
pは1または2に等しい整数である)
のどちらかに対応する。
ランタニドのボロヒドリドタイプのモノシクロペンタジエニル錯体をベースとする他の触媒系は、ジオレフィンのホモ重合についての文献において、特に知られている。
例えば、D.Barbier-Baudry, O.Blacque, A.Hafid, A.Nyassi, H.SitzmannおよびM.Visseauxによる論文、European Journal of Inorganic Chemistry, 2000, 2333-2336を挙げることができ、この論文は、オルガノリチウムタイプの共触媒によるアルキル化後のイソプレンまたはスチレンのホモ重合における、イソプロピル基(iPr)で置換されたモノシクロペンタジエニルリガンドを含む、式(C5H(iPr)4)Ln(BH42(THF)(THFは、テトラヒドロフランである)の錯体を記載している。
さらに最近では、F.Bonnet, M.Visseaux, A.PereiraおよびD.Barbier-Baudryによる論文、Macromolecules, 2005, 38, 3162-3169では、ジアルキルマグネシウムタイプの共触媒によるアルキル化後のイソプレンの立体特異的1,4−トランス重合における、ペンタ置換モノシクロペンタジエニルリガンドを含む式(C5Me4(nPr))Nd(BH42(THF)2(nPrはn−プロピル基である)の類似の錯体の使用を開示している。
中国特許文献CN1286256は、ポリメタクリレートの合成のための重合触媒として、以下の式
{[(X12(R7)(C51234)(C13656)]MX2(L)nm
(式中、
1は、炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基を表し、
2は、Cl、BH4、H、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基、N[Si(CH332、CH2[Si(CH33]またはテトラヒドロフランを表し、
1、R3およびR4は、HまたはCH3ラジカルを表し、
2は、Hを表し、
5およびR6は、H、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基またはSi(CH33を表し、
7は、Si、C、GeまたはSnを表し、
Mは、ランタニド、イットリウムまたはスカンジウムを表し、
Lは、Si(CH33、Li(THF)4、[クラウンエーテルY]または[クラウンエーテルY]−2,4−エポキシヘキササイクル(epoxyhexacycle)を表し、
nは、0または1を表し、m=1または2(m=2の場合、n=0である)であり、
Yは、一価の金属である)
に対応するフルオレニル基からなるリガンド分子を含む、ランタニドのボロヒドリドメタロセン錯体を開示している。
最近の別の研究経路は、2つのシクロペンタジエニル基をベースとするリガンドを含むランタニドのボロヒドリドメタロセン錯体に関する。例えば、S. M. Cendrowski-Guillaumeらによる研究、Organometallics, 2000, 19, 5654-5660およびMacromolecules, 2003, 36, 54-60を挙げることができ、これらの研究は、ε−カプロラクトンの開環重合を特異的に触媒する、式(C5Me52Sm(BH4)(THF)(式中、Meはメチル基であり、Smはサマリウムである)のようなメタロセン錯体の使用を開示している。
また、M. Visseauxらによる研究、Journal of Organometallic Chemistry, 691 (2006), pages 86-92も挙げることができ、この研究は、Cp*がC5Me5を表す、メタロセンCp* 2Nd(BH4)(THF)は、ブチルエチルマグネシウムと組み合わせて使用した場合、大過剰のTHFの存在下でさえも、エチレンに対する非常に活性な触媒を構成し、化学量論量のブチルエチルマグネシウムの存在下では、イソプレンの立体特異的1,4−トランス重合を可能にすることを開示している。
さらに最近では、特許出願EP2017280およびEP2463313において、スチレンまたはオレフィンなどのビニルモノマーとジエンとの共重合のために使用できる、ランタニドの非架橋ヘミ−メタロセンまたはメタロセンが開示されている。これらの化合物の構造は「インデン」リガンドを含み、触媒は一対のイオンおよびアルキルアルミニウムからなる二成分活性化系を含む。これらの特許出願に記載されているブタジエンとエチレンとのコポリマーは低いエチレン含有量を示し、ブタジエン単位は実質的にcis−1,4の形態である。ヘミ−メタロセンまたはメタロセンの構造は、それぞれ次の、E1、E2およびE3
Figure 0006946322
である。
構造E1の場合、Mは、ランタニド金属LnまたはScまたはYを表し、CpRは、置換または非置換のインデニル基を表し、Ra−Rfは、Hまたは1〜3個の炭素原子を含むアルキル基を表し、Lは中性ルイス塩基を表し、wは、0〜3の範囲の整数を表す。
構造E2の場合、Mは、ランタニド金属Ln、ScまたはYを表し、X’は、水素原子またはハロゲン原子、アルコキシド基、チオレート基、アミド基、シリル基または1〜20個の炭素原子を含む炭化水素基を表し、CpRは、置換または非置換のインデニル基を表し、Lは、中性ルイス塩基を表し、wは、0〜3の範囲の整数を表す。
構造E3の場合、Mは、ランタニド金属Ln、ScまたはYを表し、CpR’は、シクロペンタジエニル基、インデニル基またはフルオレニル基を表し、Lは、中性ルイス塩基を表し、[B]-は、非配位アニオンを表し、Xは、水素原子もしくはハロゲン原子、アルコキシド基、チオレート基、アミド基、シリル基または1〜20個の炭素原子を有する炭化水素基を表し、wは、0〜3の範囲の整数を表す。
これまでに、6個の炭素原子を有する環状単位を含み、ビニル(1,2)、1,4および環状単位のうちの50mol%超を表すtrans−1,4単位の形態で、ブタジエンモノマーをコポリマー中に挿入した、エチレンと1,3−ブタジエンとのコポリマーの合成を可能にする、架橋希土類金属メタロセンを含む触媒系は、知られていない。
本出願人等は、エチレンまたはα−モノオレフィンなどの炭化水素モノオレフィンと、1,3−ブタジエンなどの共役ジエンとの共重合のための触媒系の開発に努力を続け、6個の炭素原子を有する環状単位を含み、ビニル(1,2)、1,4および環状単位のうちの50mol%超を表すtrans−1,4単位の形態で、ブタジエンモノマーをコポリマー中に挿入した、エチレンと1,3−ブタジエンとのコポリマーの合成をもたらす、架橋メタロセン触媒および共触媒、有機金属化合物を含む、新規な触媒系を発見した。
したがって、本発明の第1の主題は、
・式(I)のメタロセン
[{P(Cp1)(Cp2)MetG(L)xp](I)
(− Metは希土類金属の原子であり、
− 記号Gは、塩素、ヨウ素および臭素から選択されるハロゲン原子、またはボロヒドリドBH4基、アミド基、アルキル基およびシリルアルキル基から選択される一価のリガンドを表し、
− Lは、錯化溶媒の分子を表し、
− xは、整数であるか、または整数ではない0以上の数であり、
− pは、1または2に等しい整数であり、
− Cp1およびCp2は、同一または異なり、少なくとも2位および5位で置換されたシクロペンタジエニル基、置換フルオレニル基、非置換フルオレニル基および少なくとも2位で置換されたインデニル基からなる群から選択され、
− シクロペンタジエニル基の2位および5位の置換基ならびにインデニル基の2位の置換基は、アルキルまたはアリールであり、
− Pは、Cp1およびCp2を架橋する基であり、式MR12に対応し、Mは、SiまたはC原子を表し、R1およびR2は、同一または異なり、アルキル基を表し、
− ただし、Cp1が非置換フルオレニル基である場合、Cp2は非置換フルオレニル基以外、好ましくは非置換フルオレニル基および置換フルオレニル基以外であるという条件である)、
・アルキルマグネシウム化合物、アルキルリチウム化合物、グリニャール試薬およびアルキルリチウム化合物とアルキルアルミニウム化合物との混合物からなる群から選択される共触媒としての有機金属化合物
を、少なくともベースとする触媒系である。
本発明の別の主題は、本発明による触媒系の存在下で、エチレンモノマーと共役ジエンモノマーとの混合物の共重合を含む、コポリマーの調製プロセスである。
本発明はまた、式(I)のメタロセンに関する。
I.発明の詳細な説明
触媒系の成分を定義するために使用する「をベースとする」という表現は、これらの成分の混合物、またはこれらの成分の一部または全部の相互の反応による生成物を意味すると理解される。
本発明による触媒系の必須成分の1つであるメタロセンは、式(I)
[{P(Cp1)(Cp2)MetG(L)xp](I)
(− Metは、希土類金属の原子であり、
− 記号Gは、塩素、ヨウ素および臭素から選択されるハロゲン原子、またはボロヒドリドBH4基、アミド基、アルキル基およびシリルアルキル基から選択される一価のリガンドを表し、
− Lは、錯化溶媒の分子を表し、
− xは、整数であるか、または整数ではない0以上の数であり、
− pは、1または2に等しい整数であり、
− Cp1およびCp2は、同一または異なり、少なくとも2位および5位で置換されたシクロペンタジエニル基、置換フルオレニル基、非置換フルオレニル基および少なくとも2位で置換されたインデニル基からなる群から選択され、
− シクロペンタジエニル基の2位および5位の置換基ならびにインデニル基の2位の置換基は、アルキルまたはアリールであり、
− Pは、Cp1およびCp2を架橋する基であり、式MR12に対応し、Mは、SiまたはC原子を表し、R1およびR2は、同一または異なり、アルキル基を表し、
− ただし、Cp1が非置換フルオレニル基である場合、Cp2は非置換フルオレニル基以外、好ましくは非置換フルオレニル基および置換フルオレニル基以外であるという条件である)
に対応する本質的特徴を有する。
本特許出願では、メタロセンは、有機金属錯体を意味すると理解され、その金属、好例としては希土類金属が、架橋Pによって一緒に結合した2つのCp1およびCp2基からなるリガンド分子に結合しており、これらのCp1、Cp2およびP基は、本発明の実施形態のいずれか1つに従って定義されるとおりである。希土類金属は、スカンジウム、イットリウムおよびランタニドの元素を示し、その原子番号は57〜71まで変化することを覚えておくべきである。
式(I)において、Met原子は、架橋Pによって一緒に結合した2つのCp1およびCp2基からなるリガンド分子に結合する。好ましくは、Cp1およびCp2基は、少なくとも9個の炭素原子を含む。
本発明の要件に関して使用される置換シクロペンタジエニル基、フルオレニル基およびインデニル基として、好ましくはメチルなどの、1〜6個の炭素原子を有するアルキルラジカルによって、または、好ましくはフェニルなどの、6〜12個の炭素原子を有するアリールラジカルによって置換された、シクロペンタジエニル基、フルオレニル基およびインデニル基を挙げることができる。ラジカルの選択は、置換シクロペンタジエン、置換フルオレンおよび置換インデンである、対応する分子の入手しやすさによっても導かれる。後者は市販されているかまたは容易に合成できるからである。
本特許出願において、シクロペンタジエニル基の場合、2位(または5位)は、下記の図
Figure 0006946322
に示すように、架橋Pが結合している炭素原子に隣接する、炭素原子の位置を示す。
より詳細には、少なくとも2位および5位で置換されたシクロペンタジエニル基として、テトラメチルシクロペンタジエニル基としても知られている2,3,4,5−テトラメチルシクロペンタジエニル基を挙げることができる。
インデニル基の場合、2位は、下記の図
Figure 0006946322
に示すように、架橋Pが結合している炭素原子に隣接する炭素原子の位置を示す。
より詳細には、少なくとも2位で置換されたインデニル基として、2−メチルインデニルまたは2−フェニルインデニルを挙げることができる。
より詳細には、置換フルオレニル基として、2,7−ジ(tert−ブチル)フルオレニル基および3,6−ジ(tert−ブチル)フルオレニル基を挙げることができる。2,3,6および7位はそれぞれ、下記のスキーム
Figure 0006946322
に示す環の炭素原子の位置を示し、9位は、架橋Pが結合している炭素原子に対応する。
本発明の一実施形態によれば、Cp1は、少なくとも2位において、好ましくは、2−メチルインデニルまたは2−フェニルインデニルなどの、メチルまたはフェニルで置換された、インデニル基を表す。
本発明の別の実施形態によれば、Cp1は、少なくとも2位および5位において、好ましくは、テトラメチルシクロペンタジエニルなどの、メチルで置換された、シクロペンタジエニル基を表す。
Cp1が非置換フルオレニル基を表す場合、本発明によれば、Cp2は非置換フルオレニル基以外のものであることを覚えておくべきである。換言すれば、Cp2は、式C138のフルオレニル基を表さない。さらに好ましくは、Cp1が非置換フルオレニル基を表す場合、Cp2は非置換フルオレニル基でも置換フルオレニル基でもあり得ない。
Cp1が、少なくとも2位および5位で置換された、テトラメチルシクロペンタジエニルなどのシクロペンタジエニル基、または少なくとも2位で置換された、2−メチルインデニルもしくは2−メチルインデニルなどのインデニル基を表す、本発明の特定の実施形態によれば、Cp2は、好ましくは置換または非置換フルオレニル基、より好ましくは非置換フルオレニル基を表す。
本発明の別の実施形態によれば、同一または異なるCp1およびCp2は、それぞれ、少なくとも2位において、好ましくは、2−メチルインデニルまたは2−フェニルインデニルなどのメチルまたはフェニルで、より好ましくは、2−メチルインデニルなどのメチルで置換された、インデニル基を表す。
一価のリガンドとして使用するアミド基は、式N(SiR345)(R3、R4およびR5は同一または異なり、好ましくは1〜6個の炭素原子を有するアルキルを表す)のアミド基であり得る。アミド基として、N(SiMe32を特に挙げることができる。
一価のリガンドとして使用するアルキル基としては、1〜6個の炭素原子を有するアルキル基、特にメチル基を挙げることができる。
一価のリガンドとして使用するシリルアルキル基としては、式C(R6n(SiR789(3-n)を挙げることができ、R6は、水素原子またはアルキル基を表し、R7、R8およびR9は、同一または異なって、好ましくは、メチルなどの1〜6個の炭素原子を有するアルキルを表し、nは1〜2の範囲である。シリルアルキル基として、CH(SiMe32またはCH2SiMe3を特に挙げることができる。
錯化溶媒として、エーテル、好ましくはジエチルエーテルおよびテトラヒドロフラン、より好ましくはテトラヒドロフランを挙げることができる。
架橋Pを構成するアルキル基R1およびR2として、1〜20個の炭素原子を含むアルキル基を挙げることができる。架橋CR12またはSiR12において、アルキル基R1およびR2は同一であり、好ましくはメチルが特に非常に適している。
本発明の好ましい実施形態によれば、記号Gは、好ましくはClまたはBH4を表す。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、記号Metは、原子番号が57〜71の範囲のランタニド原子、好ましくはネオジム(Nd)原子を表す。
本発明のさらに別の好ましい実施形態によれば、xは0または1に等しい。
メタロセンは、結晶性または非結晶性粉末の形態、または単結晶の形態であり得る。メタロセンはモノマーまたはダイマーの形態で提供することができ、これらの形態は、メタロセンの調製方法によって異なる。メタロセンは、通常、文献EP1092731、WO2007054223およびWO2007054224に記載されているプロセスに類似するプロセスにより、特に不活性および無水条件下で、リガンドのアルカリ金属の塩と、希土類金属ハロゲン化物またはボロヒドリドなどの希土類金属の塩とを、例えば、ジエチルエーテルまたはテトラヒドロフランなどのエーテルのような適切な溶媒、または当業者に知られている他の溶媒中で、反応させることによって調製することができる。反応後、メタロセンは、第2の溶媒からの濾過または沈殿など、当業者に公知の技術によって、反応副生物から分離する。最後に、メタロセンを乾燥させ、固体形態で単離する。
好ましくは、メタロセンは、式A1、A2またはA3
Figure 0006946322
のメタロセンであり、式中、記号2−Me−Indは、2位においてメチルで置換されたインデニル基を表し、C5Me4はテトラメチルシクロペンタジエニル基を表し、記号Fluは、フルオレニル基C138を表し、pは1または2に等しい。
本発明による触媒系の他の必須成分は、共触媒、アルキルマグネシウム化合物、アルキルリチウム化合物、グリニャール試薬およびアルキルリチウム化合物とアルキルアルミニウム化合物との混合物からなる群から選択される、有機金属化合物である。
共触媒は、好ましくはアルキルマグネシウム化合物、より好ましくはブチルオクチルマグネシウムである。
本発明の実施形態のいずれか1つによれば、共触媒の金属Metに対するモル比は、好ましくは1〜100、より好ましくは1以上10未満の範囲内である。1〜10未満の範囲の値は、高いモル質量のコポリマーを得るのに、特に、より好ましい。
典型的には、触媒系は、メタロセンと共触媒との反応によって調製する。この段階は、一般にアルキル化としても知られている、メタロセンの活性化に対応している。一般に、メタロセンの活性化は、脂肪族または芳香族炭化水素溶媒の存在下で実施する。このため、触媒系は、シクロヘキサンまたはメチルシクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素溶媒、またはトルエンなどの芳香族炭化水素溶媒を含むことが好ましい。活性化は、一般に、20℃〜80℃の範囲の温度で、5〜60分間の期間実施する。
有機金属化合物の存在下で実施するあらゆる合成と同様に、触媒系の調製は、無水条件下、不活性雰囲気下で実施する。典型的には、これは、溶媒を含む無水化合物から出発して、好ましくは撹拌しながら無水窒素またはアルゴン下で実施される。
本発明の特定の実施形態によれば、メタロセンの活性化は、重合すべきモノマー混合物、特にエチレンと共役ジエンとのモノマー混合物を含む重合媒体中、その場で実施する。その場合、触媒系は重合媒体中、その場で形成されると言われている。溶媒の存在下での共重合の場合、メタロセンの活性化は、重合すべきモノマー混合物および重合溶媒の存在下で実施する。
本発明の別の主題は、本発明による触媒系の存在下で、エチレンと共役ジエンとのモノマー混合物の共重合を含む、コポリマーの調製プロセスである。
本発明による触媒系は、エチレンモノマーおよび共役ジエン、特に1,3−ジエン、好ましくは1,3−ブタジエン、イソプレンまたはそれらの混合物、より好ましくは1,3−ブタジエンモノマーの混合物の共重合に使用することができる。重合は、好ましくは、溶液中にて、連続的にまたはバッチ式で実施する。重合溶媒は、芳香族または脂肪族炭化水素溶媒であり得る。重合溶媒の例としては、トルエン、メチルシクロヘキサンまたはシクロヘキサンを挙げることができる。
当業者は、合成されたコポリマーにとって望ましいミクロ構造およびマクロ構造を達成するように共重合条件を調整する。特に、当業者は、共重合を実施するために使用する設備(装置、反応器)に従って、各反応物質(触媒系、モノマー、ストッパーの成分)の濃度を調整する。当業者に知られているように、共重合、およびモノマー、触媒系および重合溶媒の取り扱いは、無水条件下および不活性雰囲気下で実施する。共重合温度は、一般に−20℃〜120℃、好ましくは50℃〜90℃の範囲内で変化する。共重合は、好ましくは1バール〜50バールの範囲の圧力下で、特に変圧下で実施することができる。
共重合は、酸性プロトンを有する化合物(ストッパー)を添加することによって、または重合媒体を冷却することによって停止させることができる。コポリマーは、例えば、沈殿によって、溶媒を減圧下で蒸発させることによって、またはスチームストリッピングによって、当業者に公知の従来技術に従って、回収することができる。
本発明によるプロセスによって、比較的高い平均分子量Mn、特に30,000を超える、より詳細には50,000以上、実際には200,000以上もの平均分子量のコポリマーを得ることができる。例えば、少なくとも50,000(すなわち50,000以上)のMnを有するコポリマーは、5以下の(共触媒/金属Met)モル比で得ることができ、少なくとも200,000(すなわち200,000以上)のMnを有するコポリマーは、少なくとも8バールの重合圧力下において、2以下の(共触媒/金属Met)モル比で得ることができる。
本発明によるプロセスにより得られるエチレンと1,3−ブタジエンとのコポリマーは、1,2−シクロヘキサンジイル単位を含み、コポリマー鎖中に組み込まれる1,3−ブタジエンのうちの50%超を表す、trans−1,4単位のモル含有量を特徴とする。換言すれば、コポリマー鎖中に組み込まれる1,3−ブタジエンのうちの半分超が、trans−1,4単位の形態で組み込まれる。
1,2−シクロヘキサンジイル単位は、下記式(II)
Figure 0006946322
(II)
に、ビニル単位は、式−CH2−CH(CH=CH2)−に、1,4単位は、式−CH2−CH=CH−CH2−に対応する。trans−1,4単位は、そのトランス立体配置の1,4単位である。
コポリマー鎖への1,3−ブタジエンのモル組み込み度は、コポリマー鎖に挿入された1,3−ブタジエンおよびエチレンの合計モル数に対する、コポリマー鎖に挿入された1,3−ブタジエンのモル数の比を意味する。
本発明によるエチレンとブタジエンとのコポリマーは、11.5mol%〜35mol%、好ましくは20mol%〜25mol%の範囲の、1,3−ブタジエンのコポリマー鎖へのモル組み込み度を特徴とし、組み込まれる1,3−ブタジエンのうちの10mol%〜40mol%、好ましくは20mol%〜35mol%が、ビニル単位および1,2−シクロヘキサンジイル単位の形態であることが知られている。
好ましくは、本発明の実施形態のうちのいずれか1つに従って定義されるエチレンと1,3−ブタジエンとのコポリマー中において、組み込まれる1,3−ブタジエンのうちの0.5mol%未満が、cis−1,4単位の形態であり、cis−1,4単位が、そのシス立体配置の1,4単位である。
有利には、本発明によるコポリマーは、3.5未満、より有利には2.5以下の多分散指数(PI)をさらに示す。
本発明によるコポリマーは、好ましくは−10℃未満のガラス転移温度Tgを示す。より具体的には、これらのコポリマーは、例えば、−20℃〜−50℃の温度Tgを示す場合がある。この温度Tgは、示差走査熱量測定(DSC)技術によって、本明細書中で測定する。より具体的には、これらの熱分析は、Setaram131熱量計で実施した。サンプルを、10℃/分の速度で、−100℃〜100℃の、2回の温度上昇にさらした。第2の温度上昇からのデータを使用して、ポリマーの熱特性を測定した。
本発明の上記特徴およびその他の特徴は、非限定的な例として与えられた、本発明の例示的な幾つかの実施形態に関する以下の説明を読むことによって、よりよく理解できるであろう。
II.本発明の例示的な実施形態
以下の実施例全てにおいて、手順はアルゴン下で実施し、使用する溶媒は、ナトリウムと反応させ、次いで蒸留によって、またはアルゴンでフラッシングさせながら3Åのモレキュラーシーブ上で、予め乾燥させた。
以下で合成したメタロセン錯体は全て、Bruker DRX 300スペクトロメーターを300MHzの周波数で使用して、22℃の温度で、d8−THF、d5−ピリジンまたはd2−ジクロロメタン中での1H NMRによって分析した。
これらの実施例で得られた各コポリマーのミクロ構造は、1H NMR法および13C NMR法によって測定した(付属書類3参照)。
II−1)式A1のメタロセンの合成:[Me2Si(2−Me−C95)(C138)NdCl]p
II−1.a)化合物Me2Si(2−Me−C96)(C139)の合成:
1.07gのMe2Si(C139)Cl(4.1mmol)を、50mlのジエチルエーテル中に溶解する。この溶液を、25mlのEt2O中で、0.53gの[2−Me−C96][Li](4.1mmol)を含む懸濁液に加える。混合物を、周囲温度で12時間、次いで還流状態にて2時間、撹拌する。その後、懸濁液を濾過し、濾液を蒸発させる。得られた固体を、低温条件下で15mlのヘプタンで2回洗浄し、次いで真空下にて乾燥させる。1.07gのベージュ色の粉末を、このように回収する。収率=72%。
1 H NMR (d2-ジクロロメタン, 22°C): δ = -0.42 ppm (s, 3H, Si(CH3)2), -0.44 ppm (s, 3H, Si(CH3)2), 2.23 ppm (s, 3H, CH3-C9H6), 3.76 ppm (s, 1H, (2-(CH3)-C9H6)のSi-CH), 4.26 ppm (s, 1H, (C13H9)のSi-CH), 7.3〜7.9 ppm (m, 13H, C9H6およびC13H9の芳香族プロトン).
II−1.b)化合物Me2Si(2−Me−C95)(C138)Li2の合成:
1.0gのMe2Si(2−Me−C96)(C139)(2.8mmol)を、50mlのジエチルエーテル中に溶解する。溶液を0℃に冷却し、次いで3.5mlの1.6M BuLiを流し込む。周囲温度に戻した後、懸濁液を12時間撹拌する。固体を沈降させて溶液から分離し、次いで真空下にて乾燥させる。0.6gの黄色の粉末を、こうして単離する。
1 H NMR (d8-THF, 22°C): δ = 0.80 ppm (s, 6H, Si(CH3)2), 2.48 ppm (s, 3H, (CH3)-C9H5), 5.85 ppm (s, 1H, (CH3)-C9H5), 6.4〜7.9 ppm (m, C9H5およびC13H8の芳香族プロトン).
II−1.c)式A1のメタロセンの合成:[Me2Si(2−Me−C95)(C138)NdCl]p
0.6gの[Me2Si(2−Me−C95)(C138)]Li2(0.8mmol)を、20mlのTHF中に溶解する。この溶液を0.31gのNdCl3(THF)2(0.8mmol)を含む溶液に流し、次いで混合物を周囲温度で60時間撹拌する。溶媒を蒸発させ、次いで残留物をトルエン中に溶解する。濾過して、真空下にて濾液を蒸発させ、乾燥させ、0.7gの緑色の粉末を回収する。メタロセンは、モノマー形態(pは1に等しい)、またはダイマー形態(pは2に等しい)である。
元素分析:%C=56.35および%H=5.87(理論値:%C=55.20および%H=5.02)。
II−2)式A2のメタロセンの合成:[Me2Si(C5Me4)(C138)NdCl]p
II−2.a)化合物Me2Si(C5Me4H)(C139)の合成:
1.1gのMe2Si(C139)Cl(4.2mmol)を、20mlのTHF中に溶解する。溶液を−78℃に冷却する。次いで、20mlのTHF中に1当量の(C5Me4HLi)を含む懸濁液を流し込む。周囲温度に戻した後、混合物を15時間撹拌する。溶媒を蒸発させ、次いで残留物を50mlのヘプタン中に溶解する。濾過して、塩を除去した後、濾液を蒸発させて、1.1gの黄色の油状物を得る。収率=75%。
1 H NMR (d2-ジクロロメタン): δ = -0.36 ppm (s, 6H, Si(CH3)2), 1.80 ppm (s, 6H, C5(CH3)4H), 1.95 ppm (s, 6H, C5(CH3)4H), 3.19 ppm (s, 1H, C5Me4H), 4.12 ppm (s, 1H, C13H9のSi-CH), 7.34 ppm (m, 4H, C13H9のCH), 7.56 ppm (d, JH-H = 7 Hz, 2H, C13H9のCH), 7.87 ppm (d, JH-H = 7 Hz, 2H, C13H9のCH).
II−2.b)化合物Me2Si(C5Me4)(C138)Li2(Et2O)の合成:
1.1gのMe2Si(C5Me4H)(C139)(3.2mmol)を、30mlのジエチルエーテル中に溶解する。溶液を0℃に冷却する。4mlの1.6M BuLi(6.4mmol)を、この溶液にゆっくりと流し込む。得られた懸濁液を、周囲温度で20時間撹拌する。次いで、固体を沈降させて溶液から分離し、次いで、低温条件下で、10mlのEt2Oで2回洗浄する。真空下にて乾燥後、1.15gの黄色の粉末を、回収する。収率=84%。
1 H NMR (d5-ピリジン): δ = 1.14 ppm (t, 6H, Et2OのCH3), 1.35 ppm (s, 6H, Si(CH3)2), 2.29 ppm (s, 6H, C5(CH3)4), 2.53 ppm (s, 6H, C5(CH3)4), 3.38 ppm (q, 4H, Et2OのCH2), 7.08 ppm (t, JH-H = 8 Hz, 2H, C13H8のCH), 7.34 ppm (t, JH-H = 8 Hz, 2H, C13H8のCH), 8.61 ppm (d, JH-H = 8 Hz, 2H, C13H8のCH), 8.74 ppm (d, JH-H = 8 Hz, 2H, C13H8のCH).
II−2.c)式A2のメタロセンの合成:[Me2Si(C5Me4)(C138)NdCl]p
1.15gの[Me2Si(C5Me4)(C138)]Li2(Et2O)(2.7mmol)を、20mlのTHF中に溶解する。この溶液を、周囲温度で、1.06gのNdCl3(THF)2(2.7mmol)を含む30mlのTHF溶液に流す。この赤色の溶液を60時間撹拌し、次いで、溶媒を蒸発させる。次いで残留物をトルエン中に溶解する。濾過して、トルエンを蒸発させて、粘性のある褐色の残留物を得る。この残留物を、高温のトルエン(90℃)で処理すると、明るい緑色の粉末が沈殿し、続いてこの粉末を、真空下にて乾燥させる。メタロセンは、モノマー形態(pは1に等しい)、またはダイマー形態(pは2に等しい)である。
1 H NMR (d5-ピリジン) -10°C: δ = -5.70 ppm (br, 6H), 2.20 ppm (s, 2/3 トルエン, C6H5-CH3), 8.40 ppm (t, 2H, C5(CH3)4), 9.90 ppm (br, 2H, C5(CH3)4), 10.10 ppm (d, 2H, C5(CH3)4), 10.40 ppm (br, 6H), 15.10 ppm (br, 6H), 15.60 ppm (br, 2H, C5(CH3)4).
元素分析:%C=51.52および%H=5.47([{Me2Si(C5Me4)(C138)}NdCl]+2LiCl+2/3トルエンの理論値:%C=51.54および%H=4.72)。
II−3)式A3のメタロセンの合成:[Me2Si(2−Me−C952NdCl]p
II−3.a)化合物Me2Si(2−Me−C962の合成:
1.71gの[2−Me−C96][Li](12.5mmol)を、100mlのTHF中に溶解する。この溶液を−20℃に冷却し、次いで0.81gのMe2SiCl2(6.25mmol)を、ピペットを使用して加える。周囲温度に戻した後、混合物を12時間撹拌する。続いて溶液を60℃に加熱し、次いで、溶媒を、真空下にて蒸発させる。この残留物をヘプタン中に溶解する。濾過して、塩を除去した後、濾液を蒸発させて、1.90gの黄色の固体を得る。収率=95%。
II−3.b)化合物Me2Si(2−Me−C952Li2の合成:
1.90gのMe2Si(2−Me−C962(6mmol)を、100mlのトルエン中に溶解する。この溶液を−20℃に冷却し、次いで8.2gの1.6M BuLi(13.2mmol)を、ピペットを使用して加える。周囲温度に戻した後、混合物を、周囲温度で12時間、次いで80℃で2時間、撹拌する。固体を溶液から分離し、次いで、低温条件下で、30mlのヘプタンで2回洗浄する。真空下にて乾燥後、1.97gの黄色の粉末を得る。収率=100%。
1 H NMR (d8-THF, 22°C): 0.70 ppm (s, 6H, Si(CH3)2), 2.45 ppm (s, 6H, (2-(CH3)-C9H5)), 5.85 ppm (s, 2H, C9H5のCH), 6.40 ppm (m, 4H, C9H5のCH), 7.17 ppm (m, 2H, C9H5のCH), 7.63 ppm (m, 2H, C9H5のCH).
II−3.c)式A3のメタロセンの合成:[Me2Si(2−Me−C952NdCl]p
0.30gのNdCl3(1.2mmol)を含む35mlのTHF溶液を、一晩還流させる。次いで、0.39gの[Me2Si(2−Me−C952]Li2(1.2mmol)を、35mlのTHF中に溶解し、周囲温度で先の溶液に加える。次いで、混合物を60℃に加熱し、次いでこの温度で12時間保持する。溶媒を蒸発させ、生成物をトルエンで抽出する。濾過して、溶媒を真空下にて蒸発させ、乾燥させ、0.58gの緑色の固体を単離する。メタロセンは、モノマー形態(pは1に等しい)、またはダイマー形態(pは2に等しい)である。
II−4)最先端の「制御」メタロセンBの合成[Me2Si(C1382]NdCl:
1090mgのMe2SiFlu2Li2(2.8mmol)を、50mlのTHF中に溶解して、周囲温度で、620mgのNdCl3(2.5mmol)を含む100mlのTHF溶液に流した(NdCl3懸濁液は、予熱して12時間還流した)。混合物を12時間還流して、次いで溶媒を蒸発させた。生成物をトルエンで抽出し、塩を濾過により除去した。濾液を蒸発させた後、式[Me2SiFlu2]NdClおよびモル質量M=566.27g/molの、粗錯体、クロロ(μ−ジメチルシリル)ビス(η5−フルオレニル)ネオジム1390mg(2.4mmol)を得た。
II−5)低圧共重合試験(初期圧力=4バール):
エチレンとブタジエンとの共重合において、メタロセンA1、A2、A3およびBのそれぞれを、アルキル化共触媒としてのブチルオクチルマグネシウム(BOMAGと略記する)と組み合わせて使用する。触媒系は、(Mg共触媒/Nd錯体)のモル比5により、活性化時間は15分で、BOMAG共触媒によるメタロセンの予備活性化を実施することによって調製する。
重合は、250mlのガラス製反応器中の200mlのトルエン中にて、80℃の温度で、4バールの初期圧力で実施する。モノマーは、10mol%および20mol%のブタジエンを含むガス混合物の形態で、媒体中に導入する。反応時間t(分)後、反応器を冷却し、脱気することにより共重合を停止させた後、次いで、メタノールからの沈殿によってコポリマーを得る。乾燥後、1質量w(g)のコポリマーを得る。
異なる試験の結果を表I〜IIIに示す。kg.mol-1.h-1で表す値は、メタロセン1モル当たりおよび1時間当たりに得られるコポリマーのグラム数を示し、したがってこれは、触媒活性の指標を構成する。数平均モル質量および多分散度は、付属書類1に記載した方法に従って測定する。付属書類2に記載した方法に従って測定した、コポリマーのミクロ構造は、表IVおよびVに示す。
Figure 0006946322
Figure 0006946322
Figure 0006946322
Figure 0006946322
Figure 0006946322
付属書類1:
サイズ排除クロマトグラフィーによるコポリマーの分析:
a)周囲温度でテトラヒドロフラン(THF)に可溶なコポリマーについては、THF中でのサイズ排除クロマトグラフィーにより、モル質量を測定した。サンプルを、Waters 717インジェクターおよびWaters 515 HPLCポンプを使用して、1ml.min-1の流量で、一連のPolymer Laboratoriesカラムに注入した。
45℃でサーモスタット制御したチャンバ内に配置したこの一連のカラムは、
− 1本のプレカラムPL Gel 5μm
− 2本のカラムPL Gel 5μm Mixed−C
− 1本のカラムPL Gel 5μm−500Å
で構成される。
検出は、Waters 410屈折計を使用して実施した。
モル質量は、Polymer Laboratoriesによって認証されたポリスチレン標準を使用する相対較正法によって測定した。
絶対的方法ではないが、SECにより、ポリマーの分子量分布を理解することが可能になる。市販の標準製品から、種々の数平均モル質量(Mn)および質量平均モル質量(Mw)を測定することができ、多分散度(PI=Mw/Mn)を計算することができる。
b)周囲温度でテトラヒドロフランに不溶なコポリマーについては、モル質量は、1,2,4−トリクロロベンゼン中で測定した。コポリマーを、まず、高温条件下で全て溶解し(150℃で4時間00分)、次いで、150℃で、3本のStyragelカラム(2本のHT6Eカラムと1本のHT2カラム)を備えたWaters Alliance GPCV 2000クロマトグラフ中に、1ml.min-1の流量で注入した。
検出は、Waters屈折計を使用して実施した。
数平均モル質量およびPIは、Polymer Laboratoriesによって認証されたポリスチレン標準を使用する相対較正法によって測定した。
付属書類2
1Hおよび13CNMRによる、エチレンとブタジエンとのコポリマーに挿入された、ブタジエン単位のミクロ構造の測定
高分解能NMR分光分析は、Bruker DRX 400分光計により、1Hの観測においては400MHzの周波数で、13Cの観測においては100.6MHzの周波数で実施した。1Dスペクトルは、5−mm QNPプローブにより363Kの温度で得た。2Dスペクトルについては、z軸に沿って磁場勾配を有する広帯域プローブを使用した。1H−1H相関は、gs−COSYシーケンスによって測定し、1H−13C相関は、gs−HMQCおよびgs−HMBCシーケンスによって測定した。テトラクロロエチレン(TCE)とペルジュウテロベンゼン(perdeuterobenzene)(C66)との混合物(2/1容量比)を溶媒として使用した。分析のためのポリマー濃度は、10〜15%(w/w)である。化学シフト(δ)は、テトラメチルシラン(TMS)を内部参照として使用して、ppmで示し、TMSが存在しない場合、ポリエチレン(δ=30.06ppmでの「PE」)の共鳴を、内部参照として使用する。
表記法
以下の記号を、この付属書類の全てのスキームおよび表において使用している。
T:trans−1,4として挿入したブタジエンまたはイソプレン単位、
C:cis−1,4として挿入したブタジエンまたはイソプレン単位、
L:cis−またはtrans−1,4として挿入したブタジエン単位、
V:1,2(ビニル)として挿入したブタジエン単位、
E:エチレン単位、
B:ブタジエン単位(ミクロ構造の区別なし)、
Cy−1,2−T:trans−1,2−シクロヘキサン単位、
Cy−1,2−C:cis−1,2−シクロヘキサン単位、
Cy−1,4−C:1,4−シクロヘキサン単位。
1,2(V)およびtrans−1,4(T)およびtrans−1,2−シクロヘキサン(Cy−1,2−T)単位に由来する記号の配置に関しては、論文"Investigation of Ethylene/Butadiene Copolymers Microstructure by 1H and 13C NMR": M.F.Llauro, C.Monnet, F.Barbotin, V.Monteil, R.Spitz and C.Boisson, Macromolecules, 2001, 34, 6304を参照すべきである。
スキーム1:コポリマー鎖中で単離した形態で、1,2−シクロヘキサン単位の種々の炭素を示すのに使用する表記法。
Figure 0006946322
Figure 0006946322
Figure 0006946322
スキーム2:コポリマー鎖中で単離した形態で、1,4−シクロヘキサン単位の種々の炭素を示すのに使用する表記法。
Figure 0006946322
Figure 0006946322

Claims (9)

  1. ・式(I)のメタロセン
    [{P(Cp1)(Cp2)MetG(L)xp](I)
    (− Metは、希土類金属の原子であり、
    − 記号Gは、塩素、ヨウ素および臭素から選択されるハロゲン原子、またはボロヒドリドBH4基、アミド基、アルキル基およびシリルアルキル基から選択される一価のリガンドを表し、
    − Lは、錯化溶媒の分子を表し、
    − xは、整数であるか、または整数ではない0以上の数であり、
    − pは、1または2に等しい整数であり、
    − Cp1およびCp2は、同一または異なり、少なくとも2位および5位で置換されたシクロペンタジエニル基、置換フルオレニル基、非置換フルオレニル基および少なくとも2位で置換されたインデニル基からなる群から選択され、
    − 前記シクロペンタジエニル基の2位および5位の置換基ならびに前記インデニル基の2位の置換基は、アルキルまたはアリールであり、
    − Pは、Cp1およびCp2を架橋する基であり、式MR12に対応し、MはSiまたはC原子を表し、R1およびR2は、同一または異なり、アルキル基を表し、
    − ただし、Cp1が非置換フルオレニル基である場合、Cp2は非置換フルオレニル基以外であるという条件である)、
    ・アルキルマグネシウム化合物、アルキルリチウム化合物、グリニャール試薬およびアルキルリチウム化合物とアルキルアルミニウム化合物との混合物からなる群から選択される、共触媒としての有機金属化合物
    を、少なくともベースとする触媒系。
  2. 前記シクロペンタジエニル基の2位および5位の置換基ならびに前記インデニル基の2位の置換基であるアルキルまたはアリールが、それぞれ1〜6個の炭素原子、および6〜12個の炭素原子を含、請求項1に記載の触媒系。
  3. Metが、ランタニド原子Lnであり、その原子番号が57〜71の範囲である、請求項1又は2に記載の触媒系。
  4. Metが、ネオジム原子である、請求項1から3までのいずれか1項に記載の触媒系。
  5. Cp1が、少なくとも2位で置換されたインデニル基を表す、請求項1から4までのいずれか1項に記載の触媒系。
  6. Cp1が、少なくとも2位および5位で置換されたシクロペンタジエニル基を表す、請求項1から5までのいずれか1項に記載の触媒系。
  7. Cp2が、置換または非置換フルオレニル基を表す、請求項5および6のいずれか1項に記載の触媒系。
  8. 同一または異なるCp1およびCp2が、少なくとも2位において置換されたインデニル基をそれぞれ表す、請求項1から5までのいずれか1項に記載の触媒系。
  9. エチレンモノマーと共役ジエンモノマーとの混合物の共重合を含む、エチレンと共役ジエンとのコポリマーの調製プロセスであって、前記共重合が、請求項1から8までのいずれか1項に定義された、前記触媒系の存在下で実施され、前記共役ジエンが1,3−ブタジエンである、前記プロセス。
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