説明

担持メタロセン触媒、その製造方法及びそれを利用したポリオレフィンの製造方法

本発明は、助触媒が担持された担体とルイス塩基の役割を行える作用基が置換されたメタロセン化合物との間に相互作用によって、担持効率を極大化できる担持メタロセン触媒及びそれを利用したオレフィン重合方法を提供する。本発明に係る担持メタロセン触媒は、メタロセン化合物と助触媒との間にルイス酸−塩基相互作用によって強く結合しているため、重合工程中に表面に遊離する触媒がなくて、スラリあるいは気相重合でポリオレフィンを製造するとき、反応器のファウリングがほとんど無く、製造されるポリマーの粒子形態及び見掛け密度が優秀であって既存のスラリまたは気相重合工程に適している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、担持メタロセン触媒に係り、さらに詳細には、触媒の遊離が顕著に減った担持メタロセン触媒、その製造方法及びそれを利用したポリオレフィンの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
1976年ドイツのカミンスキー教授がトリメチルアルミニウムを部分加水分解して得たメチルアルミノキサン(MAO)化合物を助触媒として使用し、二塩化ジルコノセン化合物を触媒として使用してオレフィン重合に使用できるということを報告した(非特許文献1)。
【0003】
以後、エクソン(Exxon)では、シクロペンタジエニルリガンドに多様な置換体を有しているメタロセン化合物を利用したオレフィン重合について特許(特許文献1)を出願した。
【0004】
このようなメタロセン触媒は、均一な活性点を有するため、重合体の分子量分布(PolyDispersity Index:PDI)が狭く、共重合が容易であり、また、第2単量体の分布が均一であり、プロピレン重合の場合、触媒の対称性によって重合体の立体構造を調節できるという長所がある。特に、既存のチーグラ・ナッタ触媒は、アイソタクチックポリプロピレンのみを製造できるが、メタロセン触媒を利用すれば、アイソタクチック、シンジオタクチック、アタクチックはもとより、へミアイソタクチックなど多様なポリプロピレンを立体規則的に製造できる。例えば、メタロセンを利用して合成したシンジオタクチックポリプロピレンの場合は、結晶度が低く、適当な剛性及び硬度を有し、透明性が良く、かつ耐衝撃性が高いという特徴がある。すなわち、メタロセン触媒を利用すれば、ポリオレフィンの製造時、立体調節が可能であり、高分子の物性調節が容易になるという長所があるため、現在、メタロセン触媒についての研究が活発になされている。
【0005】
しかし、このような均一系触媒を利用したオレフィン重合技術は、気相工程やスラリ工程の場合には、重合体の形状維持が難しく、メタロセン触媒の最大活性を表すために過量のMAOが必要であるという問題点がある。このような問題を解決するために、メタロセン触媒は、適当な担体に担持させて使用せねばならないが、このように触媒を担持させる場合には、生成された重合体の形状を調節できるだけでなく、用途によって分子量の分布を調節でき、得られた高分子の見掛け密度を向上させ、反応器内のファウリング現象を減らせるという利点がある。
【0006】
一般的に、担持メタロセン触媒を製造する方法は、まず担体にメタロセン化合物を物理的・化学的に結合させた後、アルミノキサンを接触させて製造する方法、担体にアルミノキサンを担持した後にメタロセン化合物と反応させる方法、及びメタロセン化合物とアルミノキサンとを先に接触させた後、それを担体に担持する方法が知られている。このような担持触媒が均一系触媒と同じ高活性及び共重合効率を有するためには、担持後にも単一活性点触媒構造が維持されねばならず、反応器のファウリングを防止するためには、重合過程で触媒が担体から分離されてはならない。また、重合体の粒度、粒度分布、見掛け密度は、担持触媒の粒子形状及び機械的な性質に左右される。
【0007】
特許文献2には、シラシクロアルキル置換体を有するメタロセン化合物及びそれを利用した担持触媒が開示されているが、気相工程またはスラリ工程に使用する場合には、触媒が担体から遊離するため、反応器のファウリング現象が発生する恐れがある。
【0008】
一方、特許文献3には、担体の表面に化学結合としてリガンドを先に担持させた後、このリガンドに金属を結合させて担持メタロセン触媒を製造する方法が開示されている。この方法は、触媒を作る過程が非常に複雑であり、担体上に多量の触媒を担持させ難いという短所がある。
【0009】
前記の色々な担持触媒の製造方法のうち、担体にアルミノキサンを担持した後にメタロセン化合物と反応させる方法は、不均一系単一活性点触媒を作る最古の方法である。例えば、シリカをアルミノキサン溶液と反応させて濾液を漉した後、それをトルエンまたは脂肪族炭化水素溶媒に溶解されたジルコノセンと反応させて担持触媒を作るが、これは、気相工程あるいはスラリ工程のエチレン重合または共重合に直接使用され得る。この担持方法は、助触媒が担体の表面に物理的/化学的に固定されており、触媒は、均一系と同様に助触媒とイオン結合の形態で存在するので、相対的に高い活性を示し、重合反応器にアルミノキサンをさらに使用する必要のない単一相触媒を製造できるので、既存のスラリや気相工程に適用し易い。しかし、触媒の遊離を完全に防止できないので、反応器のファウリングが発生する場合があり、シリカに結合されうるアルミノキサンにも限界があるので、それほど結合できるメタロセン化合物も限界があるしかないという問題点があった。
【特許文献1】米国特許第5,324,800号明細書
【特許文献2】韓国特許第10−0404780号明細書
【特許文献3】特開平6−56928号公報
【非特許文献1】A.Anderson,J.G.Corde,J.Herwig,W.Kaminsky,A.Merck,R.Mottweiler,J.Pein,H.Sinn,and H.J.Vollmer,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,15,630,1976
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明が解決しようとする技術的課題は、オレフィンを重合する時に担持された触媒が遊離されずに反応器のファウリングを発生させず、重合活性に優れた担持メタロセン触媒を提供することである。
【0011】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記担持メタロセン触媒の製造方法を提供することである。
【0012】
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、前記担持メタロセン触媒を利用したポリオレフィンの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の技術的課題を達成するために、a)表面にヒドロキシ基を含有する担体にb)13族金属を含む有機金属化合物の助触媒成分、及びc)下記化学式1、2及び3からなる群から選択された何れか一つのメタロセン化合物が担持されており、前記助触媒成分と前記メタロセン化合物との間にルイス酸塩基の相互作用が存在することを特徴とする担持メタロセン触媒を提供する。
【0014】
【化1】

【0015】
【化2】

【0016】
【化3】

【0017】
前記化学式1、2または3で、C及びC´は、相互に同一または異なり、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル及びフルオレニルラジカルからなる群から選択された何れか一つであり、R及びRは、相互に同一または異なり、水素ラジカル、炭素数1〜20のアルキル、シクロアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリール、アリールアルキル、アリールアルケニルラジカルまたはアルキルシリルラジカルであり、R及びRは、相互に同一または異なり、水素または炭素数1〜6のヒドロカルビルラジカルであり、a,a´,b,b´は、それぞれ1〜4の整数であり、Mは、周期律表の第4B族、第5B族または第6B族の遷移金属であり、Qは、ハロゲンラジカルであるか、炭素数1〜20のアルキルラジカル、アルケニルラジカル、アリールラジカル、アルキルアリールラジカル、アリールアルキルラジカル、または炭素数1〜20のアルキリデンラジカルであり、kは、2または3であり、zは、0または1であり、kが3であるとき、zは0であり、Bは、炭素数1〜4のアルキルラジカルまたはシリコン、ゲルマニウム、リン、窒素、ホウ素またはアルミニウムを含有するヒドロカルビルラジカルからなる群から選択された何れか一つであり、前記式3で、Jは、NR、O、PR及びSからなる群から選択された何れか一つであり、前記Rは、炭素数1〜20のアルキルラジカルまたは置換されたアルキルラジカルであり、前記R、R、BまたはRの中に存在する何れか一つの水素ラジカルは、下記式4、5または6の化合物により置換されている。
【0018】
【化4】

【0019】
前記式で、Zは、酸素原子または硫黄原子であり、R、及びR´は、相互に同一または異なり、水素ラジカル、炭素数1〜20のアルキル、シクロアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリール、アリールアルキル、またはアリールアルケニルラジカルであり、二つのR´は、相互連結されて環を形成してもよく、Gは、炭素数1〜20のアルコキシ、アリールオキシ、アルキルチオ、アリールチオ、フェニル、または置換されたフェニルであり、R´と連結されて環を形成してもよく、Zが硫黄原子であれば、Gは、必ずアルコキシまたはアリールオキシであり、Gがアルキルチオ、アリールチオ、フェニル、または置換されたフェニルであれば、Zは、必ず酸素原子である。
【0020】
【化5】

【0021】
前記式で、Z´は、酸素原子または硫黄原子であり、二つのZ´のうち少なくとも何れか一つは、酸素原子であり、R及びR″は、相互に同一または異なり、水素ラジカル、炭素数1〜20のアルキル、シクロアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリール、アリールアルキル、またはアリールアルケニルラジカルであり、RとR″または二つのR″は、相互連結されて環を形成してもよい。
【0022】
【化6】

【0023】
前記式で、Z″は、酸素、硫黄、窒素、リンまたは砒素原子であり、R´´´は、相互に同一または異なり、水素ラジカル、炭素数1〜40のアルキル、シクロアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリール、アリールアルキルまたはアリールアルケニルラジカルであり、R´´´´は、水素ラジカル、炭素数1〜40のアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリール、アルキルシリル、アリールシリル、フェニルまたは置換されたフェニルであり、nは、1または2であり、Z″が酸素または硫黄であれば、nは1であり、Z″が窒素、リンまたは砒素であれば、nは2である。
【0024】
本発明の他の技術的課題を達成するために、a)表面にヒドロキシ基を含有する担体に13族金属化合物を含む助触媒を反応させて助触媒が担持された担体を製造するステップと、b)前記助触媒が担持された担体に請求項1ないし5のうち何れか1項に記載のメタロセン化合物を担持させることによって、前記メタロセン化合物のルイス塩基と助触媒の金属原子との間のルイス酸−塩基相互作用によって強い結合を維持させるステップと、を含む担持メタロセン触媒の製造方法を提供する。
【0025】
本発明の他の特徴によれば、本発明に係る担持メタロセン触媒の存在下に、50℃ないし150℃の温度でオレフィン系単量体を重合することを特徴とするポリオレフィンの製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る担持メタロセン触媒は、メタロセン触媒の作用基と助触媒との間にルイス酸−塩基相互作用をするため、さらに多くのメタロセンを担持させうる。また、前記メタロセン触媒と助触媒との間のイオン結合に加えて、前記のような相互作用が存在するため、メタロセン化合物がさらに強く結合されているので、オレフィン重合時に担持触媒が遊離せず、これにより、ファウリングの発生を抑制できるということを特徴とする。前記ルイス酸−塩基相互作用は、メタロセン化合物のシクロペンタジエン、シクロペンタジエン誘導体またはブリッジグループにルイス塩基の役割を行える作用基としてアセタル、ケタル、3次アルコキシアルキル、ベンジルオキシアルキル、置換されたベンジルオキシアルキル、モノチオアセタルまたはモノチオケタルが結合されており、助触媒にある金属は、ルイス酸としての役割を行えるため、前記メタロセン化合物と助触媒との間にルイス酸−塩基相互作用が存在できる。
本発明に望ましい実施例によれば、前記化学式1ないし3の化合物で、Mは、チタン、ジルコニウムまたはハフニウムであり、Qは、望ましくはハロゲン、最も望ましくは塩素である。
【0027】
一方、本発明の前記化学式1で示されるメタロセン化合物の代表的な例は、[A−O−(CH−CZrClまたは[A−O−(CH−C]ZrClであり、前記で、aは4〜8の整数であり、Aは、メトキシメチル、t−ブトキシメチル、テトラヒドロピラニル、テトラヒドロフラニル、1−エトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル及びt−ブチルからなる群から選択される何れか一つでありうる(Lee,B.Y.,Oh,J.S.,Organomet.Chem.,552,1998,313)。
【0028】
一方、前記化学式2の化合物において、Bは、触媒内でC環に立体堅固性を付与する2個のC環の間の構造的な架橋であり、メタロセン触媒中のC環は、本質的に相異なる方式で置換されて二つのC環の間に立体的な差を存在させ、Rは、(C)が(C)とは本質的に異なって置換された環となるように選択される。
【0029】
本発明の望ましい実施例によれば、前記化学式2で示されるメタロセン化合物の代表的な例は、[A−O−(CH−C]C(CH[C13]ZrCl、[A−O−(CH−C]Si(CH[C13]ZrCl、[C]C(CH)(A−O−(CH)[C13]ZrClまたは[C]Si(CH)(A−O−(CH)[C13]ZrClであり、前記で、aは、4〜8の整数であり、Aは、メトキシメチル、t−ブトキシメチル、テトラヒドロピラニル、テトラヒドロフラニル、1−エトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル及びt−ブチルからなる群から選択される何れか一つでありうる。
【0030】
本発明の望ましい実施例によれば、前記化学式3で示されるメタロセン化合物の代表的な例は、[(A´−D−(CH)](CH)X(CMe)(NCMe)]TiCl、[(A−D−(CH)](CH)X(CMe)(NCMe)]ZrClであり、前記で、aは、4〜8の整数であり、Xは、メチレン、エチレン、ケイ素であり、Dは、酸素または窒素原子であり、Aは、水素、炭素数1〜20のアルキル、アルケニル、アリール、アルキルアリール、アリールアルキル、アルキルシリル、アリールシリル、メトキシメチル、t−ブトキシメチル、テトラヒドロピラニル、テトラヒドロフラニル、1−エトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル及びt−ブチルからなる群から選択される何れか一つでありうる。
【0031】
本発明のメタロセン化合物の代表的な分子構造を列挙すれば、次の通りであるが、これに限定されるものではない。
【0032】
【化7】

【0033】
【化8】

【0034】
前記例で表示されたA、a及びDの定義は、前記化学式1ないし3で説明した通りである。
【0035】
本発明に使われる担体は、乾燥されて表面に水分を除去した後、反応性の高いヒドロキシ基及びシロキサン基を有している。具体的には、高温で乾燥されたシリカ、シリカ−アルミナ、シリカ−マグネシアなどが使われ、これらは、通常的にNaO、KCO、BaSO、Mg(NOなどの酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩成分が含まれうる。このときの乾燥温度は、200ないし800℃であり、望ましくは、300ないし600℃であり、さらに望ましくは、300ないし400℃である。乾燥温度が200℃未満である時には、水分が過度に多くて表面の水分と助触媒とが反応し、800℃を超える場合には、表面にヒドロキシ基が多く無くなり、シロキサン基のみが残って助触媒との反応場所が縮小するために望ましくない。
【0036】
表面にあるヒドロキシ基の量は、0.1ないし10mmol/gが望ましく、さらに望ましくは、0.5ないし1mmol/gである。前記表面にあるヒドロキシ基の量は、担体の製造方法及び条件または乾燥条件(温度、時間、真空またはスプレイ乾燥のような方法を使用)などによって調節できる。前記ヒドロキシ基の量が10mmol/gを超える時には、シリカ粒子の表面に存在するヒドロキシ基以外に、水分から起因したことである可能性があるために望ましくない。
【0037】
このように乾燥された担体は、下記化学式7で表される助触媒と混合して助触媒が担持された担体を形成してもよい。助触媒は、13族金属を含む有機金属化合物であって、一般的なメタロセン触媒下にオレフィンを重合する時に使われる助触媒と同一である。このような助触媒を担持させれば、担持体にあるヒドロキシ基と前記13族金属との間に結合が生成される。
【0038】
【化9】

【0039】
前記式で、Rは、相互に同一または異なり、ハロゲンラジカル、炭素数1ないし20のヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンに置換された炭素数1ないし20のヒドロカルビルラジカルであり、nは、2以上の整数である。
【0040】
前記化学式7の化合物は、線形、円形または網状に存在可能であり、このような化合物の例は、MAO、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る。
【0041】
一方、前記担持メタロセン触媒内の[13族金属]/[遷移金属]のモル比は、1ないし10,000であり、望ましくは、1ないし1,000であり、さらに望ましくは、10ないし100である。前記モル比が1未満である時には、Al含量が過度に少なくて触媒活性種がほとんど作られず、活性が非常に低く、10,000を超える時には、MAOがかえって触媒毒として作用する恐れがある。
【0042】
本発明の担持メタロセン触媒は、前記化学式1ないし3の化合物を2種、あるいは3種混合して担持して製造され、これを通じて物性及びPDIの調節が容易なポリオレフィンを製造できる。
【0043】
また、本発明の担持メタロセン触媒は、それ自体としてオレフィン重合に使われ、別途に触媒をエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−へキセン、1−オクテンのようなオレフィン系単量体と接触させて予備重合された触媒に製造して使用してもよい。
【0044】
本発明に係るポリオレフィン重合用の担持メタロセン触媒の製造方法は、a)表面にヒドロキシ基を含有する担体に13族金属化合物を含む助触媒を反応させて助触媒が担持された担体を製造するステップと、b)前記助触媒が担持された担体に前記メタロセン化合物を担持させることによって、前記メタロセン化合物のルイス塩基と助触媒の金属原子との間のルイス酸塩基の相互作用によって強い結合を維持させるステップと、を含むことを特徴とする。
【0045】
本発明は、表面にヒドロキシ基を含有する担体に13族金属化合物を含む有機金属化合物の助触媒を反応させた後、酸素ドナーとしてルイス塩基の役割を行えるアルコキシのような作用基がシクロペンタジエン、シクロペンタジエン誘導体、またはブリッジグループに置換されたメタロセン化合物を、前記助触媒と反応させて担持メタロセン触媒を製造することをその特徴とし、それは、下記反応式1で表現できる。下記反応式1に示したように、作用基を有するメタロセン担持触媒は、メタロセン触媒の作用基とアルミニウムとの間にルイス酸−塩基相互作用を行うので、さらに多くのメタロセンを担持させうる。また、作用基を有する前記メタロセン担持触媒は、作用基がないので、助触媒とイオン結合のみを形成している担持メタロセン触媒に比べてさらに強く結合されているので、オレフィンを重合する時に担持された触媒が遊離せずに反応器のファウリングを発生させず、重合活性に優れた担持メタロセン触媒を提供できる。
【0046】
【化10】

【0047】
前記担体と助触媒との反応a)は、溶媒が使われ、溶媒なしに反応させてもよい。使用可能な溶媒は、へキサン、ペンタンのような脂肪族炭化水素溶媒、トルエンのような芳香族炭化水素溶媒である。
【0048】
前記a)ステップの反応温度は、−20℃ないし100℃であるが、反応溶媒が液状に存在する範囲が前記温度範囲内であるためであり、望ましくは、−10℃ないし60℃であり、さらに望ましくは、0℃ないし40℃であるが、前記温度範囲で反応が最適に進められうるためである。一方、前記反応時間は、10分ないし24時間でありうる。
【0049】
このように製造された助触媒担持触媒は、濾過または減圧蒸留を通じて反応溶媒を除去してそのまま使用でき、必要ならば、トルエンのような芳香族炭化水素でソックスレーフィルタリングして使用できる。
【0050】
助触媒が担持された担体とメタロセン触媒との反応b)で使われうる溶媒は、へキサン、ペンタンのような脂肪族炭化水素溶媒、トルエン、ベンゼンのような芳香族炭化水素溶媒、ジクロロメタンのような塩素原子に置換された炭化水素溶媒、ジエチルエーテル、THFのようなエーテル系溶媒、アセトン、エチルアセテートなどほとんど有機溶媒であり、へキサン、へプタン、トルエンが望ましい。
【0051】
前記b)ステップの反応温度は、0℃ないし100℃であり、反応時間は、5分ないし24時間であることが望ましい。
【0052】
このように製造されたメタロセン担持触媒は、濾過または減圧蒸留を通じて反応溶媒を除去してそのまま使用でき、必要ならば、トルエンのような芳香族炭化水素でソックスレーフィルタリングして使用できる。
【0053】
本発明の担持メタロセン触媒を利用したポリオレフィンの重合工程は、溶液工程をはじめとして、スラリまたは気相工程、及びスラリと気相との混合工程を何れも使用できるが、望ましくは、スラリまたは気相工程による。
【0054】
本発明の担持メタロセン触媒は、オレフィン重合工程に適した炭素数5ないし12の脂肪族炭化水素溶媒、例えば、ペンタン、へキサン、へプタン、ノナン、デカン及びこれらの異性質体及びトルエン、ベンゼンのような芳香族炭化水素溶媒、ジクロロメタン、クロロベンゼンのような塩素原子に置換された炭化水素溶媒にスラリ状に稀釈して注入可能である。これに使われる溶媒は、少量のアルキルアルミニウム処理を行うことによって、触媒毒として作用する少量の水、空気などを除去して使用することが望ましく、助触媒をさらに使用して実施することも可能である。
【0055】
本発明の担持メタロセン触媒を利用して重合可能なオレフィン系単量体は、エチレン、プロピレン、アルファオレフィン、環状オレフィンなどがあり、二重結合を2個以上有しているジエンオレフィン系単量体またはトリエンオレフィン系単量体も重合が可能である。このような単量体の例としては、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−へキセン、1−へプテン、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、1−アイコセン、ノボネン、ノボナジエン、エチリデンノボネン、ビニルノボネン、ジシクロペンタジエン、1,4−ブタジエン、1,5−ペンタジエン、1,6−ヘキサジエン、スチレン、アルファ−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、3−クロロメチルスチレンなどがあり、これら単量体を2種以上混合して共重合してもよい。
【0056】
以下、望ましい実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明がこれに制限されるものではない。
【0057】
下記の実施例において、触媒の製造及び重合に必要な有機試薬及び溶媒は、Aldrich社製品で標準方法によって精製し、エチレンは、Applied Gas Technology社の高純度製品を水分及び酸素濾過装置を通過させた後に重合し、触媒合成、担持及び重合の全ステップで、空気と水分との接触を遮断して実験の再現性を高めた。
【0058】
一方、触媒の構造を立証するために、300MHz NMR(Bruker)を利用してスペクトルを得、分子量及びPDIは、Waters社製の150CV+を利用してGPC(Gel Permeatin Chromatography)分析して得た。分析温度は140℃であり、トリクロロベンゼンを溶媒として使用し、ポリスチレンで標準化して、数平均分子量(M)及び重量平均分子量(M)を求めた。また、PDIは、重量平均分子量を数平均分子量で割って求めた。
【0059】
高分子の溶融指数(Melt Index:MI)は、ASTM D−1238(条件E、F、190℃)で測定し、条件Eによって測定された値はI、条件Fによって測定された値はI21で表記した。また、他のMIとして、Iは、前記のような条件で5Kgの荷重下で測定した。
【0060】
高分子の融点(Tm)は、TA instrumentで製造したDSC(Differential Scanning Carloimeter)2920を利用して得た。温度を200℃まで上昇させた後、5分間その温度で維持させた後に30℃まで下降させ、再び温度を上昇させてDSC曲線のピークを融点とした。このとき、温度の上昇及び下降の速度は10℃/minであり、融点は、2番目に温度が上昇する間に得られる。
【0061】
一方、担持触媒の分析のためにGBC社で製造したXMP integraというモデルの誘導結合プラズマ−原子発光分光計(ICP−AES:Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometer))を使用した。このようなICP分析を通じて、担持触媒と反応した後の濾液のジルコニウム及びアルミニウムの含量が分かった。
[実施例1]
【0062】
1−(1)[Bu−O−(CH−CZrClの製造(A化合物の製造)
【0063】
6−クロロヘキサノールを使用して文献(Tetrahedron Lett.2951(1988))に提示された方法でBu−O−(CH−Clを製造した。この化合物(5.87g、30.46mmole)に無水THF 100mlを入れて氷低温槽で2Nシクロペンタジエン化ナトリウム(NaCp)17mlを混入した後、3時間後に水200mlを入れてへキサン100mlで抽出した。次いで、前記へキサンを減圧して除去し、減圧蒸留(78℃/0.2torr)してBu−O−(CH−C 4.2gを得た(収率60%、b.p.80℃/0.1mmHg)。次いで、前記で得た結果物(4.06g、18.9mmol)を20ml THFに溶かした後、−78℃で空気接触なしに固体のn−ブチルリチウム(1.6Mへキサン溶液11.4ml)を入れた。次いで、温度を常温に上げた後に2時間攪拌した後、全ての揮発性物質を真空ポンプで除去した後、THF 20mlを再び入れた。最後に、ZrCl(THF)(3.6g、9.5mmole)を入れて50℃で12時間攪拌してから、全ての揮発性物質を真空ポンプを利用して除去した後、へキサンを利用して再結晶することによって白色の固体を得た(収率90%)。
【0064】
H NMR(300MHz、CDCl):6.28(t,J=2.6Hz,2H)、6.19(t,J=2.6Hz,2H),3.31(t,6.6Hz,2H),2.62(t,J=8Hz),1.7−1.3(m,8H),1.17(s、9H)、13C NMR(CDCl):135.09,116.66,112.28,72.42,61.52,30.66,30.61,30.14,29.18,27.58,26.00。
【0065】
1−(2)担持メタロセン触媒の製造
【0066】
(担体乾燥)
シリカ(Grace Davison社製、XPO 2412)を300℃の温度で12時間真空を加えた状態で脱水、乾燥した。
【0067】
(助触媒担持担体の製造)
乾燥されたシリカ20gをガラス反応器に入れてトルエン溶液中に13mmolのアルミニウムが入っているMAO溶液を加えて40℃で1時間攪拌してゆっくり反応させた後、反応しないアルミニウム化合物を完全に除去するまで十分な量のトルエンで数回洗浄した。次いで、50℃で減圧して残っているトルエンを除去し、その結果、32gの助触媒担持担体を製造し、得られたMAO/SiOは、17% Alを含んでいた。
【0068】
(担持メタロセン触媒の製造)
担持メタロセン触媒を製造するために、助触媒が担持された担体1.6gをガラス反応器に入れた後、トルエン10mlを加えて攪拌させた。前記1−(1)で製造されたメタロセン化合物165μmol(ジルコニウム基準)が溶けているトルエン溶液をそれぞれのガラス反応器に加えて40℃で1時間攪拌して反応させた後、十分な量のトルエンで洗浄した後に真空乾燥して固体粉末を得た。このように製造されたメタロセン担持触媒をICP分析した結果、[Zr]=0.88%、[Al]=15.3%であり、[Al]/[Zr]のモル比=59であった。特に、メタロセン担持触媒中のZrの含量は、担持する時に入れたメタロセンが何れも検出されて、入れたメタロセン化合物が何れも担持されたということを示した。さらに正確な分析のために、メタロセン担持触媒を製造する時に洗浄したトルエン溶液を集めてICP分析した結果、Alは、数ppm単位で検出され、Zrは、検出されなかった。
[実施例2]
【0069】
2−(1)[Bu−O−(CH(CH)Si(C)(9−C13)]ZrClの製造(B化合物の製造)
ジエチルエーテル(EtO)溶媒下でBu−O−(CHCl化合物とMg(O)との間の反応から、グリニヤール試薬であるBu−O−(CHMgCl溶液(0.14mol)を得た。ここに、−100℃の状態でMeSiCl化合物(24.7ml、0.21mol)を加え、常温で3時間以上攪拌させた後、漉した溶液を真空乾燥してBu−O−(CHSiMeClの化合物を得た(収率84%)。次いで、−78℃でへキサン(50ml)に溶けているBu−O−(CHSiMeCl(7.7g、0.028mol)溶液にフルオレニルリチウム(4.82g、0.028mol)/へキサン(150ml)溶液を2時間にわたってゆっくり加えた。次いで、白色の沈殿物(LiCl)を漉し、へキサンで所望の生成物を抽出して、全ての揮発性物質を真空乾燥して薄い黄色オイル状のBu−O−(CH)SiMe(9−C1310)の化合物を得た(収率99%)。ここに、THF溶媒(50ml)を加え、常温でCLi(2.0g、0.028mol)/THF(50ml)溶液と3時間以上反応させた後、全ての揮発性物質を真空乾燥し、へキサンで抽出して最終リガンドであるオレンジオイル状のBu−O−(CH)(CH3)Si(C)(9−C1310)化合物を得た(収率95%)。リガンドの構造は、H NMRを通じて確認された。
【0070】
H NMR (400MHz,CDCl):1.17,1.15(t−BuO,9H,s),−0.15,−0.36(MeSi,3H,s),0.35、0.27(CH,2H,m),0.60,0.70(CH,2H,m),1.40,1.26(CH,4H,m),1.16,1.12(CH,2H,m),3.26(tBuOCH,2H,t,3JH−H=7Hz),2.68(methylene CpH,2H,brs),6.60,6.52,6.10(CpH,3H,brs),4.10,4.00(FluH,1H,s),7.86(FluH,2H,m),7.78(FluH,1H,m),7.53(FluH,1H,m),7.43−7.22(FluH,4H,m)。
【0071】
次いで、前記で製造されたBu−O−(CH)(CH)Si(C)(9−C1310)(12g、0.028mol)/THF(100mol)溶液を−78℃で2当量のn−ブチルリチウム(n−BuLi)を加えた後、室温に上げつつ4時間以上反応させて、オレンジ固体形態のBu−O−(CH)(CH)Si(CLi)(9−C1310Li)の化合物を得た(収率81%)。
【0072】
最後に、−78℃でZrCl(1.05g、4.50mmol)/エーテル(30ml)のサスペンション溶液に、前記で得られたBu−O−(CH)(CH)Si(CLi)(9−C1310Li)(2.0g、4.5mmol)/エーテル(30ml)溶液を徐々に加えて、室温で3時間ほどさらに反応させた。全ての揮発性物質を真空乾燥し、得られたオイル性液体物質にジクロロメタン溶媒を加えて漉した。このように、漉した溶液を真空乾燥した後、へキサンを加えて沈殿物を誘導した後、得られた沈殿物を数回へキサンで洗浄して赤色の固状のラセミック−(Bu−O−(CH)(CH)Si(C)(9−C13)ZrCl化合物を得た(収率54%)。
【0073】
H NMR (400MHz、CDCl):1.19(t−BuO,9H,s),1.13(MeSi,3H,s),1.79(CH,4H,m),1.60(CH,4H,m),1.48(CH,2H,m),3.35(tBuOCH,2H,t,3JH−H=7Hz),6.61(CpH,2H,t,3JH−H=3Hz),5.76(CpH,2H,d,3JH−H=3Hz),8.13(FluH,1H,m),7.83(FluH,1H,m),7.78(FluH,1H,m),7.65(FluH,1H,m),7.54(FluH,1H,m),7.30(FluH,2H,m),7.06(FluH,1H,m)。
【0074】
13C NMR(400MHz,CDCl):27.5(MeCO,q,1JC−H=124Hz),−3.3(MeSi,q,1JC−H=121Hz),64.6,66.7,72.4,103.3,127.6,128.4,129.0(7C,s),61.4(MeCO,t,1JC−H=135Hz),14.5(ipsoSiCH,t,1JC−H=122Hz),33.1,30.4,25.9,22.7(4C,t,1JC−H=119Hz),110.7,111.4,125.0,125.1,128.8,128.1,126.5,125.9,125.3,125.1,125.0,123.8(Flu and Cp,12C,d,1JC−H=171Hz,3JC−H=10Hz)。
【0075】
2−(2)担持メタロセン触媒の製造
【0076】
前記実施例1−(1)で製造されたメタロセン化合物の代りに、前記実施例2−(1)で製造されたメタロセン化合物を使用したことを除いては、前記実施例1−(2)と同じ方法で担持メタロセン触媒を製造した。
[実施例3]
【0077】
3−(1)[(CHSi(Bu−O−(CH−(C)(9−C13))ZrClの製造(C化合物の製造)
へキサン下でフルオレニルリチウムとMeSiClとの反応からMeSiCl(9−C1310)化合物を得た後、常温でTHF溶媒(50ml)に溶けているMeSiCl(9−C1310)溶液にBu−O−(CH−CLi(0.016mol、THF下でBu−O−(CH−Cとn−BuLiとの反応で得るもの)溶液を付加した後、反応温度を室温に徐々に上げた。前記混合物を室温で3時間以上反応させた後、全ての揮発性物質を真空乾燥して得られたオイル性液体にへキサンを加えた後、漉したへキサン溶液を真空乾燥して薄い黄色のオイル状の((CHSi(Bu−O−(CH−(C)(9−C1310))リガンドを得た(収率99%)。リガンドの構造は、H NMRを通じて確認された。
【0078】
H NMR (400MHz,C):1.09(t−BuO,9H,s),−0.13,−0.32,−0.61(MeSi,6H,s),1.25(CH,2H,m),1.24(CH,2H,m),1.41(CH,4H,m),2.25(Cp−CH,2H,m),3.23(tBuOCH,2H,doft,3JH−H=7Hz),6.35,6.05,5.70(CpH,5H,m,m,brs),3.05(methylene CpH,2H,brs),4.20,4.00,3.85(FluH,1H,s),7.80(FluH,2H,m),7.45(FluH,2H,m),7.29−7.20(FluH,4H,m)。
【0079】
以下は、前記実施例2−(1)と同じ方法でジリチウム塩を得た後、これとZrCl化合物との反応を通じてオレンジ色の固状のラセミック−(CHSi(Bu−O−(CH−(C)(9−C13)ZrCl化合物を得た(収率25%)。
【0080】
H NMR(400MHz,CDCl):1.16(t−BuO,9H,s),1.11(MeSi,3H,s),1.13(MeSi,3H,s),1.43(CH,4H,m),1.25(CH,4H,m),2.45(Cp−CH,2H,m),3.26(tBuOCH,2H,t,3JH−H=7Hz),5.41(CpH,1H,t,3JH−H=3Hz),5.70(CpH,1H,t,3JH−H=3Hz),6.28(CpH,1H,t,3JH−H=3Hz),8.13(FluH,2H,m),7.67−7.49(FluH,4H,m),7.29(FluH,2H,m)。
【0081】
13C NMR(400MHz,CDCl):27.5(MeCO,q,1JC−H=125Hz),−3.3(MeSi,q,1JC−H=121Hz),27.6,66.3,72.4,102.6,113.8,128.8,129.1,141.9(9C,s),61.5(MeCO,t,1JC−H=141Hz),30.5,30.2,30.0,29.2,25.9(5C,t,1JC−H=124Hz),111.6,112.0,119.7,123.8,123.9,125.0,126.3,126.5,128.0,128.1,128.7(Flu and Cp,11Cd,1JC−H=161Hz,3JC−H=10Hz)。
3−(2)担持メタロセン触媒の製造
前記実施例1−(1)で製造されたメタロセン化合物の代りに前記実施例3−(1)で製造されたメタロセン化合物を使用したことを除いては、前記実施例1−(2)と同じ方法で担持メタロセン触媒を製造した。
[実施例4]
【0082】
4−(1)[(Bu−O−(CH)(CH)C(C)(9−C13)]ZrClの製造(D化合物の製造)
無水メタノール溶媒(200ml)下に8−ブトキシ−2−オクタノン(13.5g、0.067mol)とシクロペンタジエン単量体(9.0g、0.14mol)との混合物にピロリジン(12.5ml、0.15mol)を室温で加えて12時間反応させた。前記反応溶液にアセト酸(12g、0.2mol)/ウォータ(200ml)溶液を加えて1時間攪拌した後、エーテル溶媒(300ml)で有機層を抽出した後、得た液体を減圧蒸留(100℃、500mtorr)して薄い黄色のオイル状の6−メチル−6−t−ブトキシへキシルフルベン化合物を得た(収率40%)。
【0083】
−78℃でTHF溶媒(50ml)に前記6−メチル−6−t−ブトキシへキシルフルベン(6.5g、0.026mol)を溶解させ、この溶液にフルオレニルリチウム(4.48g、0.026mol)/THF(100ml)溶液を徐々に加えた後、室温で12時間攪拌させた。次いで、前記反応溶液に飽和されたNHCl/ウォータ溶液とエーテル溶媒とを加えて有機層を抽出し、クロマトグラフィ法で黄色のオイル状のBu−O−(CH)(CH)C(C)(9−C1310)リガンドを得た(収率97%)。
【0084】
H NMR(400MHz,CDCl):1.19(t−BuO,9H,s),0.58,0.89(MeC,3H,s),1.90(CH,2H,m),1.49(CH,2H,m),1.30(CH,4H,m),1.27(CH,2H,m),3.31(tBuOCH,2H,t,3JH−H=7Hz),6.88,6.62,5.87(CpH,3H,brs),3.07(methylenen CpH,2H,brs),4.15(FluH,1H,s),7.72(FluH,1H,m),7.67(FluH,1H,m),7.55(FluH,1H,m),7.36(FluH,1H,m),7.28(FluH,1H,m),7.24(FluH,1H,m),7.04(FluH,1H,m),6.76(FluH,1H,m)。
【0085】
−78℃で、前記で得られた(Bu−O−(CH)(CH)C(C)(9−C1310)(3.2g、0.008mol)/THF(50ml)溶液に2当量のn−BuLi(1.6M inへキサン)を加えた後、室温で5時間攪拌して赤色の固状の(Bu−O−(CH)(CH)C(CLi)(9−C13
【0086】
i)化合物を得た(収率88%)。
最後に、前記で得られたジリチウム塩(2.5g、4.4mmol)/へキサン(50ml)溶液を−78℃でZrCl(1.02g、4.5mmol)/へキサン(50ml)サスペンション溶液に徐々に加えた後、室温で12時間攪拌した後、全ての揮発性物質を真空乾燥した後、トルエン(100ml)溶媒で所望の生成物を抽出し、へキサンで数回洗浄して赤色の固状のラセミック−(Bu−O−(CH)(CH)C(C)(9−C13)ZrCl化合物を得た(収率31%)。
【0087】
H NMR(400MHz,CDCl):1.18(t−BuO,9H,s),2.39(MeC,3H,s),1.82(CH,2H,m),1.59(CH,4H,m),1.46(CH,2H,m),1.22(CH,2H,m),3.34(tBuOCH,2H,t,3JH−H=7Hz),6.33(CpH,2H,t,3JH−H=2Hz),5.80−5.75(CpH,2H,m),7.27(FluH,2H,m),7.56(FluH,2H,m),7.63(FluH,1H,d,3JH−H=9Hz),7.82(FluH,1H,d,3JH−H=9Hz),8.14(FluH,2H,m)。
13C NMR(400MHz,CDCl):27.5(MeCO,q,1JC−H=124Hz),−3.3(MeSi,q,1JC−H=121Hz),64.6,66.7,72.4,103.3,127.6,128.4,129.0(7C,s),61.4(MeCO,t,1JC−H=135Hz),14.5(ipsoSi CH2,t,1JC−H=122Hz),33.1,30.4,25.9,22.7(4C,t,1JC−H=119Hz),110.7,111.4,125.0,125.1,128.8,128.1,126.5,125.9,125.3,125.1,125.0,123.8(Flu and Cp,12C,d,1JC−H=171Hz,3JH−H=10Hz)。
【0088】
4−(2)担持メタロセン触媒の製造
前記実施例1−(1)で製造されたメタロセン化合物の代りに前記実施例4−(1)で製造されたメタロセン化合物を使用したことを除いては、前記実施例1−(2)と同じ方法で担持メタロセン触媒を製造した。
[実施例5]
【0089】
5−(1)[(CHC(Bu−O−(CH−(C)(9−C13))ZrClの製造(E化合物の製造)
前記実施例4−(1)と同じ方法でt−ブトキシへキシルシクロペンタジエンと無水アセトンとを使用して、6,6−ジメチル−3−(6−t−ブトキシへキシル)フルベン化合物を得た(収率59%)。ここに、フルオレニルリチウム化合物を適用して黄色のオイル状の(CHC(Bu−O−(CH−(C)(9−C1310)リガンドを得た(収率70%)。
【0090】
H NMR (400MHz,CDCl):1.19,1.20(t−BuO,9H,s),1.06,1.05,1.02(MeC,6H,s),1.27(CH,2H,m),1.41(CH,2H,m),1.58(CH,4H,m),2.50,2.46,2.36(Cp−CH,2H,t,3JH−H=7Hz),3.36(tBuOCH,2H,doft,3JH−H=7Hz),6.53,6.10,6.00,5.97,5.69(CpH,5H,brs),3.07(methylene CpH,2H,brs),4.14,4.11,4.10(FluH,1H,s),7.70(FluH,2H,m),7.33(FluH,2H,m),7.23−7.10(FluH,4H,m)。
【0091】
また、前記実施例4−(1)と同じ方法でジリチウム塩とZrCl化合物との反応を通じてオレンジ色の固状のラセミック−(CHC(Bu−O−(CH−(C)(9−C13)ZrCl化合物を得た(収率63%)。
【0092】
H NMR(400MHz,CDCl):1.16(t−BuO,9H,s),2.35(MeC,3H,s),2.40(MeC,3H,s)1.46(CH,4H,m),1.27(CH,4H,m),1.20(CH,2H,m),2.52(Cp−CH,2H,m),3.27(tBuOCH,2H,t,3JH−H=7Hz),5.43(CpH,1H,t,3JH−H=3Hz),5.67(CpH,1H,t,3JH−H=3Hz),6.01(CpH,1H,t,3JH−H=3Hz),8.15(FluH,2H,m),7.80(FluH,2H,m),7.54(FluH,2H,m),7.26(FluH,2H,m)。
13C NMR(400MHz,CDCl):27.5(MeCO,q,1JC−H=124Hz),15.3(MeC,q,1JC−H=124Hz),40.4(Me,s),25.9(Me,s),68.1,72.4,78.8,113.8,122.6,136.4,142.0(7C,s),61.5(MeCO,t,1JC−H=140Hz),65.8(Cp,t,1JC−H=138Hz),30.5,29.7,29.2,27.6(4C,t,1JC−H=124Hz),103.0,103.1,117.2,128.9,128.2,125.3,124.9,124.8,123.4,123.2,123.1(Flu and Cp,11Cd,1JC−H=171Hz,3JC−H=10Hz)。
【0093】
5−(2)担持メタロセン触媒の製造
前記実施例1−(1)で製造されたメタロセン化合物の代りに、前記実施例5−(1)で製造されたメタロセン化合物を使用したことを除いては、前記実施例1−(2)と同じ方法で担持メタロセン触媒を製造した。
[実施例6]
【0094】
6−(1)Bu−O−(CH)(CH)Si(C(CH)(NCMe)TiClの製造(F化合物の製造)
EtO溶媒下でBu−O−(CHCl化合物とMg(0)との反応からグリニャール試薬であるBu−O−(CHMgCl溶液0.14molを得た。ここに、−100℃の状態でMeSiCl化合物(24.7ml、0.21mol)を加え、常温で3時間以上攪拌させた後、漉した溶液を真空乾燥してBu−O−(CHSiMeCl化合物を得た(収率84%)。
【0095】
一方、n−ブチルリチウム(26ml、0.042mol)を1,2,3,4−テトラメチルシクロペンタジエン(5g、0.041mol)の100mlのTHF溶液に−78℃で徐々に加えた後、室温で2時間を攪拌する。反応溶媒を除去した後、へキサンで洗浄して乾燥すれば、テトラメチルシクロペンタジエニルリチウムを76%収率で得た。
【0096】
前記で製造されたテトラメチルシクロペンタジエニルリチウム(4.0g、0.031mol)の100mlのTHF溶液をBu−O−(CHSiMeCl(0.12mol)の100mlのTHF溶液に−78℃で徐々に加えた後、室温で1時間を攪拌した後、反応溶媒を減圧して余分のBu−O−(CHSiMeClを除去し、へキサン150mlで抽出して溶媒を除去し、Bu−O−(CHSiClMeC(CHの黄色液体を得た。
【0097】
最後に、t−BuNHLi(2.5g、0.031mol)の50mlのTHF溶液を、前記で得られたBu−O−(CHSiClMe(C(CH)(6.67g、0.031mol)の50mlのTHF溶液に−78℃で徐々に加えた後、室温に上げて1時間を攪拌した後、反応溶媒を除去した後に150mlのへキサンで抽出し、黄色のBu−O−(CHSi(NHt−Bu)Me(C(CH)を得た。
【0098】
n−ブチルリチウム(39ml、0.062mol)へキサン溶液を、前記で得られたBu−O−(CHSi(NHt−Bu)Me(C(CH)(0.31mol)の100mlのへキサン溶液に−78℃で徐々に加えた後、室温に上げて24時間を攪拌した後、反応溶媒を完全に除去した後、100mlのトルエンに溶かした後にこの溶液をTiCl(THF)(14.1g、0.038mol)の100mlのトルエン溶液に−78℃で徐々に加えた後、室温に上げて12時間を攪拌した。次いで、PbCl(9.0g、0.032mol)を入れ、1.5時間をさらに攪拌した後に反応溶媒を除去する。へキサン100mlを入れて所望の生成物を抽出した後、へキサンを真空乾燥して濃い緑色の粘着性のあるBu−O−(CH(CH)Si(C(CH)(NCMe)TiClを54%の収率で得た。
【0099】
H NMR (400MHz,CDCl):0.67(Si−CH,3H,s),1.16(t−BuO,9H,s),1.45(NC(CH,9H,s),1.14〜1.55(CH,8H,m),2.05〜2.18(CH,2H,m),2.13(C(CH,6H,s),2.24(C(CH,6H,s),3.35(OCH,2H,t)
【0100】
6−(2)担持メタロセン触媒の製造
前記実施例1−(1)で製造されたメタロセン化合物(A化合物)の代りに、前記実施例6−(1)で製されたメタロセン化合物(F化合物)を使用したことを除いては、前記実施例1−(2)と同じ方法で担持メタロセン触媒を製造した。
[実施例7]
【0101】
[混合担持メタロセン触媒の製造]
担持メタロセン触媒を製造するために、助触媒が担持された担体1.6gをガラス反応器に入れた後にトルエン10mlを加えて攪拌させた後、前記実施例1−(1)で製造された化合物(A化合物)16.5umol(ジルコニウム基準)が溶けているトルエン溶液をガラス反応器に加えて40℃で1時間攪拌して反応させた後、濾液を除去する。次いで、前記実施例2−(1)によって製造された化合物(B化合物)148.5umol(ジルコニウム基準)が溶けているトルエン溶液をガラス反応器に再び加えて40℃で1時間攪拌して反応させた後、十分な量のトルエンで洗浄した後に乾燥して固体粉末を得た。
[実施例8]
【0102】
[混合担持メタロセン触媒の製造]
実施例1−(1)で製造された化合物(A化合物)16.5μmol(ジルコニウム基準)を担持した後、実施例6−(1)で製造された化合物(F化合物)148.5μmol(チタン基準)を反応させたことを除いては、前記実施例7と同じ方法で混合担持メタロセン触媒を製造した。このように製造されたメタロセン担持触媒をICP分析した結果、[Al]=15.1%、[Zr]=870ppm、[Ti]=4000ppmが検出された。この結果は、実施例1−(1)の化合物は、99%、実施例6−(1)の化合物は、96%以上担持されたということを示す。
【0103】
[実施例9〜16]
[エチレン重合]
前記実施例1〜8で製造したそれぞれの担持触媒をドライボックスで定量して50mlのガラス瓶に入れた後、ゴム隔膜で密封してドライボックスから取り出して注入する触媒を準備した。重合は、機械式攪拌器が装着された温度調節が可能であり、かつ高圧で利用される2lの反応器で行った。この反応器に1.0mmolのトリエチルアルミニウムが入っているへキサン1lと準備した担持触媒とを反応器に空気接触なしに投入した後、80℃で気体エチレン単量体を9kgf/cmの圧力で加え続けて1時間ほど重合した。重合の終結は、まず攪拌を停止した後に未反応のエチレンを排気させて除去することによって完了させた。この結果から得られた重合体は、重合溶媒を濾過させてほとんどを除去した後に80℃の真空オーブンで4時間ほど乾燥させ、それぞれの担持触媒に対するエチレン重合活性、重合体の分子量及びPDI、MI、融点を下記の表2に示した。
【0104】
本実施例によって製造されたそれぞれの担持触媒を使用してエチレン重合を実施した場合、反応器の壁面や重合体粒子同士で絡み合うファウリング現象が全くなく、見掛け密度が0.34ないし0.45g/ccで優秀であった。
【0105】
[比較例1〜6]
[エチレン重合]
担体を使用せず、前記実施例1〜6の(1)ステップで製造されたメタロセン化合物(A〜F)及び助触媒としてMAOを使用して、トルエン溶媒下に40psiのエチレン圧力で溶液重合を実施した。すなわち、機械的攪拌器の圧力調節装置が備えられた500mlのガラス材質の反応器にトルエンに溶解された前記実施例1〜6の(1)ステップで製造されたメタロセン化合物それぞれ0.5μmol(ジルコニウム基準)を入れ、メチルアルミノキサン(4.0%のAlトルエン溶液)1.9mlを入れた。このとき、[Al]/[M]のモル比=5000であった。重合は、トルエン溶媒250mlで実施し、反応器を60℃の恒温槽に浸漬して5分間攪拌した後、40psiのエチレン圧力で10分間攪拌しつつ重合した。エチレン注入を中断し、攪拌を停止した後、反応していない未反応のエチレンを蒸発させ、メタノールを加えることによって前記重合を終了した。このように製造されたポリエチレンは、1Nの塩酸(HCl)溶液を加えて攪拌した後にフィルタリングして真空乾燥し、GPCで分析し、活性、重量平均分子量、PDI及び融点を下記の表1に示した。
【0106】
[比較例7〜9]
[エチレン重合]
触媒としてそれぞれ(C13−CZrCl、(CHC(C)(C13)ZrCl、(CHSi[C(CH]NC(CH]TiClを使用したことを除いては、前記比較例1と同じ方法でエチレン重合を行い、その活性、重量平均分子量、PDI及び融点を下記の表1に示した。
【0107】
【表1】

【0108】
[比較例10〜12]
比較例10〜12は、本発明で使われるメタロセン化合物の代りに、前記比較例7〜9で使用した(C13−CZrCl、(CHC(C)(C13)ZrCl、(CHSi[C(CH]N(C(CH)]TiClを使用したことを除いては、前記実施例1−(2)と同じ方法で担持触媒を製造し、ポリオレフィンの重合は、前記実施例9と同じ方法で行い、その結果を下記の表2に示した。
【0109】
【表2】

【0110】
比較例10:SiO/MAO/(C13−CZrCl
比較例11:SiO/MAO/(CHC(C)(C13)ZrCl
比較例12:SiO/MAO/(CHSi[C(CH]NC(CH]TiCl
【0111】
まず、表1の結果を参照すれば、比較例1(化合物A)と作用基のないメタロセン化合物である比較例7((C13−CZrCl)とを、担体を全く使用しない状態でポリエチレン溶液を重合した場合であるが、この場合、両者の活性を比較すれば、ルイス塩基としての役割を行う作用基のある化合物Aの活性が、比較例7に比べて約2倍ほど優秀であるということが分かる。しかし、表2を参照すれば、前記比較例1(化合物A)及び比較例7に該当するメタロセン化合物をそのまま使用し、ここに、担体を利用して担持させた触媒についてのデータを羅列している。ここで、比較例1は、実施例9に対応し、比較例7は、比較例10に対応する。その結果を参照すれば、前記実施例9(SiO/MAO/)[Bu−O−(CH−CZrCl)の担持触媒の活性(8,330g PE/g cata)が比較例10(SiO/MAO/(C13−CZrCl)の担持触媒の活性(740g PE/g cata)に比べて、約10倍以上優秀であるということを確認できる。すなわち、本発明に係る担持メタロセン触媒の活性が非常に優秀であることは、単に、前記担持メタロセン触媒に使われるメタロセン化合物自体の活性のためだけでなく、それに加えて、前記メタロセン化合物と助触媒との間に存在するルイス酸−塩基相互作用に起因する比率がさらに大きいということが分かる。
【0112】
前記の比較例10〜12で製造された担持触媒を使用して重合した結果、何れもファウリングが甚だしく、生成された粒子状も良くなく、かつ見掛け密度が0.1g/ml以下である重合体が得られた。
【0113】
特に、このように製造された比較例10の担持触媒をICP分析した結果、[Zr]=0.40%、[Al]=10.8%であり、[Al]/[Zr]のモル比=91であった。これは、担持メタロセン触媒の製造時に入れたZrの45%のみが担持されたことに過ぎなかった。また、実施例1の担持メタロセン触媒のICP結果と比較すれば、比較例10による担持メタロセン触媒は、担持量が顕著に減少し、実施例1と同じ助触媒担持担体を使用したにも拘わらず、Alの含量も減少したということが分かる。これは、作用基のないメタロセン触媒は、担体表面から遊離するということを意味し、このような現象は、温度が高ければ、さらに頻繁に発生し、したがって、重合時には、ファウリングが甚だしく発生しうる。
【0114】
しかし、本発明に係る担持触媒の場合には、前述したように、メタロセン化合物が助触媒とルイス酸−塩基相互作用を行うため、へキサンのような溶媒が存在するスラリ重合で活性触媒が担体から遊離せず、担持触媒に堅く固定され、ファウリングのような問題を起こさないということが分かる。したがって、これを利用して製造されたポリマーの粒子形態や見掛け密度が優秀である。
【0115】
一方、前記実施例8によって製造された担持触媒を利用して、ポリオレフィンを重合した実施例16を参照すれば、これらの重合結果、活性は、実施例6によって製造された化合物のみを使用したもの(実施例14)より2倍ほど増加し、分子量は減少し、PDIは広くなる傾向を示した。このような混合担持メタロセン触媒でそれぞれのメタロセン触媒の組成比率を調整すれば、触媒の活性を調節でき、多様な物性及びPDIを有する重合体を製造でき、これは、結局、単一反応器でPDIを調節できるメタロセン担持触媒を製造できるということを意味する。
【産業上の利用可能性】
【0116】
本発明に係る担持メタロセン触媒は、メタロセン化合物と助触媒との間にルイス酸−塩基相互作用が存在するため、さらに多くのメタロセンを担持させ、重合工程で表面から遊離される触媒がほとんどなくて、スラリまたは気相重合でポリオレフィンを製造する時に反応器の壁面や重合体粒子同士で絡み合うファウリングがなく、製造されるポリマーの粒子形態及び見掛け密度が優秀であって、従来のスラリまたは気相重合工程に好適に使用可能である。
【0117】
また、1種や2種以上のメタロセン触媒を担持させて製造された担持触媒を通じて製造されるポリオレフィンは、多様な物性及び分子量の分布を有し、回転成形製品、射出製品、フィルム、容器、パイプ、ファイバなどポリオレフィン全盤にわたって多様な商品に成形されて使われうる。特に、高い重合活性によって、単一反応器を通じて低いコストでPDIが調節可能であるので、経済的な側面でも有利である。




【特許請求の範囲】
【請求項1】
a)表面にヒドロキシ基を含有する担体に、
b)13族金属を含む有機金属化合物の助触媒成分及び、
c)下記式1、2及び3からなる群から選択された何れか一つのメタロセン化合物が担持されており、前記助触媒成分と前記メタロセン化合物との間にルイス酸塩基の相互作用が存在することを特徴とする担持メタロセン触媒:
【化1】

【化2】

【化3】

前記式1、2または3において、
及びC´は、相互に同一または異なり、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル及びフルオレニルラジカルからなる群から選択された何れか一つであり、
及びRは、相互に同一または異なり、水素ラジカル、炭素数1〜20のアルキル、シクロアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリール、アリールアルキル、アリールアルケニルラジカルまたはアルキルシリルラジカルであり、
及びRは、相互に同一または異なり、水素または炭素数1〜6のヒドロカルビルラジカルであり、
a,a´,b,b´は、それぞれ1〜4の整数であり、
Mは、周期律表の第4B族、第5B族または第6B族の遷移金属であり、
Qは、ハロゲンラジカルであるか、炭素数1〜20のアルキルラジカル、アルケニルラジカル、アリールラジカル、アルキルアリールラジカル、アリールアルキルラジカル、または炭素数1〜20のアルキリデンラジカルであり、
kは、2または3であり、
zは、0または1であり、
kが3であるとき、zは0であり、
Bは、炭素数1〜4のアルキルラジカルまたはシリコン、ゲルマニウム、リン、窒素、ホウ素またはアルミニウムを含有するヒドロカルビルラジカルからなる群から選択された何れか一つであり、
前記式3において、Jは、NR、O、PR及びSからなる群から選択された何れか一つであり、前記Rは、炭素数1〜20のアルキルラジカルまたは置換されたアルキルラジカルであり、
前記R、R、BまたはRの中に存在する何れか一つの水素ラジカルは、下記式4、5または6の化合物により置換されている。
【化4】

前記式において、
Zは、酸素原子または硫黄原子であり、
R、及びR´は、相互に同一または異なり、水素ラジカル、炭素数1〜20のアルキル、シクロアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリール、アリールアルキル、またはアリールアルケニルラジカルであり、二つのR´は、相互連結されて環を形成してもよく、
Gは、炭素数1〜20のアルコキシ、アリールオキシ、アルキルチオ、アリールチオ、フェニル、または置換されたフェニルであり、R´と連結されて環を形成してもよく、
Zが硫黄原子であれば、Gは、必ずアルコキシまたはアリールオキシであり、
Gがアルキルチオ、アリールチオ、フェニル、または置換されたフェニルであれば、Zは、必ず酸素原子である:
【化5】

前記式において、
Z´は、酸素原子または硫黄原子であり、二つのZ´のうち少なくとも何れか一つは、酸素原子であり、
R及びR″は、相互に同一または異なり、水素ラジカル、炭素数1〜20のアルキル、シクロアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリール、アリールアルキル、またはアリールアルケニルラジカルであり、
RとR″または二つのR″は、相互連結されて環を形成してもよい:
【化6】

前記式において、
Z″は、酸素、硫黄、窒素、リンまたは砒素原子であり、
R″´は、相互に同一または異なり、水素ラジカル、炭素数1〜40のアルキル、シクロアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリール、アリールアルキルまたはアリールアルケニルラジカルであり、
R″″は、水素ラジカル、炭素数1〜40のアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリール、アルキルシリル、アリールシリル、フェニルまたは置換されたフェニルであり、
nは、1または2であり、Z″が酸素または硫黄であれば、nは1であり、Z″が窒素、リンまたは砒素であれば、nは2である。
【請求項2】
Mは、チタン、ジルコニウムまたはハフニウムであり、Qはハロゲンであり、kは2であることを特徴とする請求項1に記載の担持メタロセン触媒。
【請求項3】
前記式1で示される化合物は、[A−O−(CH−CZrClまたは[A−O−(CH−C]ZrClであり、ここで、aは4〜8の整数であり、Aはメトキシメチル、t−ブトキシメチル、テトラヒドロピラニル、テトラヒドロフラニル、1−エトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル及びt−ブチルからなる群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項1に記載の担持メタロセン触媒。
【請求項4】
前記式2で示される化合物は、[A−O−(CH−C]C(CH[C13]ZrCl、[A−O−(CH−C]Si(CH[C13]ZrCl、[C]C(CH)(A−O−(CH)[C13]ZrClまたは[C]Si(CH)(A−O−(CH)[C13]ZrClであり、前記で、aは4〜8の整数であり、Aはメトキシメチル、t−ブトキシメチル、テトラヒドロピラニル、テトラヒドロフラニル、1−エトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル及びt−ブチルからなる群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項1に記載の担持メタロセン触媒。
【請求項5】
前記式3で示される化合物は、[(A´−D−(CH)](CH)X(CMe)(NCMe)]TiClであり、Xはメチレン、エチレンまたはケイ素であり、Dは酸素または窒素原子であり、A´は水素、炭素数1〜20のアルキル、アルケニル、アリール、アルキルアリール、アリールアルキル、アルキルシリル、アリールシリル、メトキシメチル、t−ブトキシメチル、テトラヒドロピラニル、テトラヒドロフラニル、1−エトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル及びt−ブチルからなる群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項1に記載の担持メタロセン触媒。
【請求項6】
前記担体は、200℃ないし800℃で乾燥されて表面に反応性の高いヒドロキシ基を含有することを特徴とする請求項1に記載の担持メタロセン触媒。
【請求項7】
前記担体は、シリカ、シリカ−アルミナ、またはシリカ−マグネシアであることを特徴とする請求項1に記載の担持メタロセン触媒。
【請求項8】
前記担体の表面のヒドロキシ基の量は、0.1ないし10mmol/gであることを特徴とする請求項1に記載の担持メタロセン触媒。
【請求項9】
前記助触媒は、下記式7で示される化合物であることを特徴とする請求項1に記載の担持メタロセン触媒:
【化7】

前記式において、
は、相互に同一または異なり、ハロゲンラジカル、炭素数1ないし20のヒドロカルビルラジカルまたはハロゲンに置換された炭素数1ないし20のヒドロカルビルラジカルであり、
nは2以上の整数である。
【請求項10】
前記式7で示される化合物は、メチルアルミノキサン(MAO)、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサンまたはブチルアルミノキサンであることを特徴とする請求項9に記載の担持メタロセン触媒。
【請求項11】
前記助触媒の担持量は、助触媒に含まれた13族金属のモル数が、メタロセン化合物に含まれた遷移金属1モルに対して1ないし10,000モルとなる量であることを特徴とする請求項1に記載の担持メタロセン触媒。
【請求項12】
a)表面にヒドロキシ基を含有する担体に13族金属化合物を含む助触媒を反応させて助触媒が担持された担体を製造するステップと、
b)前記助触媒が担持された担体に請求項1ないし5のうち何れか1項に記載のメタロセン化合物を担持させることによって、前記メタロセン化合物のルイス塩基と助触媒の金属原子との間のルイス酸塩基の相互作用によって強い結合を維持させるステップと、を含む担持メタロセン触媒の製造方法。
【請求項13】
前記b)ステップは、相異なる2種以上のメタロセン化合物を順次にまたは同時に担持させることを特徴とする請求項12に記載の担持メタロセン触媒の製造方法。
【請求項14】
前記担体は、シリカ、シリカ−アルミナ、またはシリカ−マグネシアであることを特徴とする請求項12に記載の担持メタロセン触媒の製造方法。
【請求項15】
前記助触媒は、メチルアルミノキサン(MAO)、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサンまたはブチルアルミノキサンであることを特徴とする請求項12に記載の担持メタロセン触媒の製造方法。
【請求項16】
請求項1に記載の担持メタロセン触媒の存在下で、オレフィン系単量体を重合することを特徴とするポリオレフィンの製造方法。
【請求項17】
前記担持メタロセン触媒は、オレフィン系単量体と接触反応して予備重合された触媒であることを特徴とする請求項16に記載のポリオレフィンの製造方法。
【請求項18】
前記重合は、スラリ工程または気相工程で実施されることを特徴とする請求項16に記載のポリオレフィンの製造方法。
【請求項19】
前記担持メタロセン触媒は、炭素数5ないし12の脂肪族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒、塩素原子に置換された炭化水素溶媒に希釈させて製造されたスラリ状態でオレフィン系単量体に注入されることを特徴とする請求項16に記載のポリオレフィンの製造方法。
【請求項20】
前記オレフィン系単量体は、アルファオレフィン、環状オレフィン、ジエンオレフィン系単量体及びトリエンオレフィン系単量体からなる群から選択された1種以上であることを特徴とする請求項16に記載のポリオレフィンの製造方法。

【公表番号】特表2007−519781(P2007−519781A)
【公表日】平成19年7月19日(2007.7.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−549157(P2006−549157)
【出願日】平成17年9月2日(2005.9.2)
【国際出願番号】PCT/KR2005/002913
【国際公開番号】WO2006/025709
【国際公開日】平成18年3月9日(2006.3.9)
【出願人】(500239823)エルジー・ケム・リミテッド (1,221)
【Fターム(参考)】