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JP4864176B2 - ポリオレフィン製造 - Google Patents

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Description

発明の分野
本発明はポリオレフィン類、特にポリプロピレン類の製造で用いるに適切なメタロセン(metallocene)触媒成分に関する。本発明は、更に、上記メタロセン触媒成分を組み込んだ触媒系および上記ポリオレフィン類の製造方法にも関する。
発明の背景
炭素原子数が3以上のオレフィン類を重合させてイソタクティック立体化学形態を有するポリマーを生じさせることができる。例えば、プロピレンを重合させてポリプロピレンを生じさせる時のイソタクティック構造は、典型的に、相次ぐモノマー単位の第三炭素原子に結合しているメチル基がポリマーの主鎖を通る仮想面の同じ側に存在するとして記述される。これはフィッシャー投影式を用いて下記の如く描写可能である:
Figure 0004864176
上記構造を記述する別の方法はNMR分光測定を用いることによる方法である。イソタクティックペンタド(isotactic pentad)に関するBoveyのNMR命名法は...mmmmであり、ここで、各「m」は「メソ」ダイアド(diad)を表す、即ち相次ぐメチル基が上記面の同じ側に位置することを表す。
シンジオタクティックポリマー類は、イソタクティック構造とは対照的に、鎖内に相次いで存在するモノマー単位の第三炭素原子に結合しているメチル基がポリマー面の交互側に位置するポリマー類である。シンジオタクティックポリマーの構造はフィッシャー投影式を用いて下記の如く描写される:
Figure 0004864176
NMR命名法の場合、シンジオタクティックペンタドは...rrrr...として記述され、ここで、「r」は「ラセミック(racemic)」ダイアドを表し、相次ぐメチル基が上記面の交互側に位置する。
アタクティック(atactic)ポリマーは、イソタクティックおよびシンジオタクティックポリマー類とは対照的に、繰り返し単位の規則的な配列を示さない。アタクティックポリマーは、シンジオタクティックポリマーともイソタクティックポリマーとも異なり、結晶性を示さず、本質的にワックス状の生成物を形成する。
ある触媒は上記3種類全部のポリマーをもたらし得るが、イソタクティックまたはシンジオタクティックポリマーを主にもたらしてアタクティックポリマーをほとんどもたらさない触媒が望まれている。ポリオレフィン類の製造でC2対称メタロセン触媒が用いられることは公知である。例えばC2対称ビスインデニル型ジルコノセン(zirconocenes)類を用いると高い分子量を有する高融点のイソタクティックポリプロピレンが生じ得る。しかしながら、このようなメタロセン触媒の製造は高価で時間を要する。最も重大なことは、最終触媒がラセミ異性体とメソ異性体がしばしば望ましくない比率で入っている混合物で構成される点である。重合反応中にアタクティックポリプロピレンが生じないようにするにはメソ立体異性体を除去しておく必要がある。
ヨーロッパ特許出願公開第0426644号はオレフィン類、例えばプロピレンなどから作られたシンジオタクティックコポリマー類に関し、それは、イソプロピル(フルオレニル)(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライドを触媒成分として用いて入手可能である。シンジオタクティックペンタド、即ちrrrrの量で測定した時のシンジオタクティック性は73−80%であることが確認された。
ヨーロッパ特許第747406号は、オレフィンモノマーの重合でシンジオタクティック/イソタクティックブロックポリオレフィン、特にブロックポリプロピレンを生じさせることに関する。その重合触媒成分は、イソプロピリデンまたはジフェニルメチリデンブリッジを有する3−トリメチルシリルシクロペンタジエニル−9−フルオレニルジルコニウムもしくはハフニウムジクロライドであった。
ヨーロッパ特許出願公開第0537130号にはC1対称メタロセン触媒をイソタクティックポリプロピレンの製造で用いることが開示されている。好適な触媒はイソプロピリデン(3−t−ブチル−シクロペンタジエニル−フルオレニル)ZrCl2である。この触媒は、シクロペンタジエニル環上に位置していてイソプロピリデンブリッジに対して遠位に位置するかさ高いt−ブチル基を有する。この触媒は1種類のみの立体異性体から成る結果として合成の最終段階で異性体メタロセンの分離を行う必要がないと言った利点を有する。そのような触媒を用いてポリプロピレンの製造を行うとイソタクティックポリプロピレンが生じるが、レジオデフェクト(regiodefects)が存在しておりかつ分子量が比較的低いことから、そのポリマー生成物は劣った機械的特性を示す。
レジオデフェクトがポリマー鎖に存在していると、各モノマー単位が次のモノマーに関して頭と尾で位置する完全なイソタクティックポリオレフィンがもたらされる代わりに、モノマー類の誤った挿入が起こる結果として生じる頭と頭または尾と尾の不適当な組み合わせが存在するポリオレフィンがもたらされる。このようないわゆる(2−1)レジオデフェクトが起こると、異性化過程を通していわゆる(1−3)挿入にある程度伝達され、その結果として、ポリプロピレン鎖のバックボーンに4個のCH2基から成る単位が残存することになる。これは、ポリマーの物性および機械的特性に悪影響を与え、その結果として、低い分子量を有する低融点のイソタクティックポリプロピレンが生じてしまう。ヨーロッパ特許出願公開第088236号は、イソプロピリデン(5−メチル−3−t−ブチルシクロペンタジエニルフルオレン)ジルコニウムジクロライドを重合触媒の一部として供給することを通して上記問題を取り扱っている。しかしながら、そのような触媒を用いて得られるポリプロピレン類は213900から458500の範囲の分子量(Mw)を有しかつmmmmペンタドが82.8%から86.8%の範囲であることを特徴とする微細立体規則性を示す。そのようなポリマー類の溶融温度は139.3から143.8の範囲である。
発明の要約
本発明の目的は従来技術の欠点を克服することにある。
本発明は、1番目の面において、モノマー長(monomer length)がC10以下のポリオレフィン類の製造で用いるに適したメタロセン触媒成分を提供するものであり、この成分は、一般式:
R”(Cp123)(Cp’R1’R2’)MQ2 (I)
[式中、
pは、置換もしくは未置換のシクロペンタジエニル環であり、Cp’は、置換フルオレニル環であり、R”は、該成分に立体剛性(stereorigidity)を与える構造ブリッジであり、R1は、該シクロペンタジエニル環上に任意に存在していてもよい置換基であり、これが存在する場合には、該ブリッジに対して遠位に位置し、この遠位の置換基には式XR*3(式中、Xは、IVA族から選択され、そして各R*は、同一もしくは異なり、水素または炭素原子数が1から20のヒドロカルビルから選択される)で表されるかさ高い基が含まれ、R2は、該シクロペンタジエニル環上に任意に存在していてもよい置換基であり、これが存在する場合には、該ブリッジに対して基部に位置して(proximal)いて、該遠位の置換基に隣接して位置せず、そしてこれは式YR#3(式中、Yは、IVA族から選択され、そして各R#は、同一もしくは異なり、水素または炭素原子数が1から7のヒドロカルビルから選択される)で表され、R3は、該シクロペンタジエニル環上に任意に存在していてもよい置換基であり、これが存在する場合には、該ブリッジに対して基部に位置し、そしてこれは水素原子であるか或は式ZR$3(式中、Zは、IVA族から選択され、そして各R$は、同一もしくは異なり、水素または炭素原子数が1から7のヒドロカルビルから選択される)で表され、R1’およびR2’は、各々独立して、該フルオレニル環上の置換基であり、これらの一方は式AR”’3(式中、Aは、IVA族から選択され、そして各R”’は、独立して、水素または炭素原子数が1から20のヒドロカルビルである)で表される基でありそしてもう一方は水素または式AR”’3で表される2番目の基であり、Mは、IVB族の遷移金属またはバナジウムであり、そして各Qは、炭素原子数が1から20のヒドロカルビルであるか或はハロゲンである]
で表される。
本発明のメタロセン触媒成分を用いて製造するポリオレフィン類は、驚くべきことに、特に13C NMRにおけるペンタド分布レベルで測定して非常に良好な微細立体規則性(microtacticity)を示すことを見い出した。また、このポリオレフィン類は実質的にレジオデフェクト(regiodefects)を含まないことも見い出した。従って、それを用いて製造したポリオレフィン類は向上した機械的特性を示し、そのような特性には、重量平均分子量が高く、典型的には500,000を越えることと、融点が従来技術の値に比較して少なくとも10℃高いことが含まれる。
本出願者らは、予想外に、フルオレニル環の特定位置、好適には3位および/または6位に置換基を持たせたメタロセン触媒を用いると生成ポリマーの立体規則性が有意に向上しかつ上記ポリマーのレジオデフェクトが劇的に低下することを見い出した。
本発明に従い、上記フルオレニル環に一般式AR”’3[ここで、Aは、好適には炭素またはケイ素であり、より好適には炭素である]で表される基を置換基として持たせてもよい。Aが炭素である場合、AR”’はアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリールまたはアリールアルキル、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、セチルまたはフェニルなどから選択されるヒドロカルビルであってもよい。Aがケイ素である場合、AR”’3はSi(CH33であり得る。好適には、R1’およびR2’の少なくとも1つをt−ブチルにする。より好適にはR1’およびR2’の両方とも同じにする。
加うるに、本出願者らは、また、本発明の触媒を用いてポリプロピレンを製造するとそれは一般に150℃を越える融点を示し、この融点は165℃に到達することさえあり得ることも見い出し、これは従来技術に対するかなりの改良である。
2つCp環を橋渡しする構造ブリッジR”は、好適には、脂肪もしくは芳香炭素原子を1から20個有するアルキリデン、ジアルキルゲルマニウムまたはケイ素またはシロキサン、アルキルホスフェンまたはアミンである。R”は好適にはイソプロピリデンであり、この場合、このイソプロピリデンの2位の所で2つのCp環の橋渡しが生じる。別法として、R”はジフェニルメチリデンである。
Mは好適にはジルコニウムまたはチタン、最も好適にはジルコニウムである。Qは、ヒドロカルビル、例えばアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリールまたはアリールアルキル、好適にはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、セチルまたはフェニルなどであってもよい。Qは好適にはハロゲンである。
シクロペンタジエニル環の置換様式の選択はポリオレフィン生成物の所望立体化学に依存する。本発明のメタロセン触媒成分はシンジオタクティックポリオレフィン類、イソタクティックポリオレフィン類またはシンジオタクティック/イソタクティックブロックポリオレフィン類の製造で使用可能である。このポリオレフィン類はホモポリマーまたはコポリマーであり得る。シンジオタクティックポリオレフィンが要求される場合には、シクロペンタジエニル環が未置換であるのが好適である。シンジオタクティック/イソタクティックポリオレフィンが要求される場合には、シクロペンタジエニル環に置換基を持たせて、この置換基を上記ブリッジに対して遠位に位置させるのが好適である。従って、R1は水素でなく、その代わりに、シクロペンタジエニル環上の置換基である。R1が遠位のかさ高い置換基であるのが好適である。
この遠位のかさ高い置換基R1におけるXは好適にはCまたはSiである。R*はヒドロカルビル、例えばアルキル、アリール、アルケニル、アルキルアリールまたはアリールアルキル、好適にはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、セチルまたはフェニルなどであってもよい。R1には、シクロペンタジエニル環内の単一の炭素原子に結合しているか或は上記環内の2つの炭素原子に結合していてもよいヒドロカルビルが含まれ得る。好適には、R1はC(CH33、C(CH32Ph、CPh3またはSi(CH33、最も好適にはC(CH33である。
イソタクティックポリオレフィンが要求される場合には、R1とR2の両方とも水素でないのが好適である。R2は、シクロペンタジエニル環上に位置していて上記ブリッジに対して基部に位置する置換基であり、好適にはCH3基が含まれる。
イソタクティックポリオレフィンを製造しようとする時には、上記シクロペンタジエニル環にまたR3を置換基として持たせることも可能である。R3は好適にはCH3である。
本発明は、さらなる面において、ポリオレフィン類の製造で用いるに適したメタロセン触媒成分を提供し、この成分に、(i)この上で定義した如き触媒成分および(ii)それのレジオアイソマー(regioisomer)[このレジオアイソマーではR2が上記ブリッジに対して基部に位置していて上記遠位の置換基に隣接して位置する]を含める。
上記レジオアイソマーはしばしば触媒成分(i)の生成をもたらし得る合成ルート中に「副生成物」として生じることからそれの調製は比較的容易である。
驚くべきことに、両方のレジオアイソマーを含有する触媒成分をポリオレフィン類の製造で用いると多頂、特に二頂分子量分布を示すポリオレフィンが生じ得ることを見い出した。
本発明は、さらなる面において、ポリオレフィン類の製造で用いるに適した触媒系を提供し、これに、(a)この上で定義した如き触媒成分および(b)この触媒成分を活性にする能力を有するアルミニウム含有もしくはホウ素含有共触媒を含める。適切なアルミニウム含有共触媒にはアルモキサン(alumoxane)、アルキルアルミニウムおよび/またはルイス酸が含まれる。
本発明の方法で使用可能なアルモキサン類はよく知られており、好適にはオリゴマー状の線状および/または環状アルキルアルモキサンが含まれ、それらは、オリゴマー状の線状アルモキサンの場合には式:
Figure 0004864176
で表され、そしてオリゴマー状の環状アルモキサンの場合には式:
Figure 0004864176
で表され、ここで、nは1−40、好適には10−20であり、mは3−40、好適には3−20であり、そしてRはC1−C8アルキル基、好適にはメチルである。アルモキサン類の調製を例えばアルミニウムトリメチルと水から行う場合には、一般に、線状化合物と環状化合物の混合物が得られる。
適切なホウ素含有共触媒にはホウ酸トリフェニルカルベニウム、例えばヨーロッパ特許出願公開第0427696号に記述されている如きテトラキスペンタフルオロフェニル−ボラト−トリフェニルカルベニウムまたはヨーロッパ特許出願公開第0277004号(6頁の30行から7頁の7行)に記述されている如き一般式
[L’-H] + [B Ar1 Ar2 X3 X4]-
で表されるカルベニウムなどが含まれ得る。
この触媒系は溶液重合方法(これは均一である)またはスラリー方法(これは不均一である)で使用可能である。溶液方法に典型的な溶媒には炭素原子数が4から7の炭化水素、例えばヘプタン、トルエンまたはシクロヘキサンなどが含まれる。スラリー方法の場合には、上記触媒系を不活性な支持体、特に多孔質の固体状支持体、例えばタルク、無機酸化物など、および樹脂状の支持体材料、例えばポリオレフィンなどに固着させておく必要がある。このような支持体材料は、好適には、微細形態の無機酸化物である。
本発明に従って望ましく用いる適切な無機酸化物材料には、2a、3a、4aまたは4b族金属の酸化物、例えばシリカ、アルミナおよびそれらの混合物が含まれる。単独でか或はシリカまたはアルミナと組み合わせて使用可能な他の無機酸化物はマグネシア、チタニア、ジルコニアなどである。しかしながら、他の適切な支持体材料、例えば官能化(functionalized)ポリオレフィン微細物、例えば微細ポリエチレンなどを用いることも可能である。
このような支持体は、好適には、200から700m2/gの範囲から成る表面積および0.5から3ml/gの範囲から成る細孔容積を有するシリカである。
このような固体状支持型(support)触媒の調製で有効に使用するアルモキサンおよびメタロセンの量は幅広い範囲に渡って多様であり得る。アルミニウムと遷移金属のモル比を好適には1:1から100:1の範囲、好適には5:1から50:1の範囲にする。
上記メタロセンおよびアルモキサンを支持体材料に添加する順は多様であり得る。本発明の好適な態様に従い、アルモキサンを適切な不活性炭化水素溶媒に溶解させて、それを同じか或は他の適切な炭化水素液体に入っている支持体材料のスラリーに加えた後、このスラリーにメタロセン触媒成分の混合物を加える。
好適な溶媒には、反応温度で液状でありかつ個々の材料と反応しない鉱油およびいろいろな炭化水素が含まれる。有用な溶媒の説明的例には、アルカン類、例えばペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンおよびノナンなど、シクロアルカン類、例えばシクロペンタンおよびシクロヘキサンなど、そして芳香族、例えばベンゼン、トルエン、エチルベンゼンおよびジエチルベンゼンなどが含まれる。
好適には、上記支持体材料をトルエンに入れてスラリー状にし、そしてメタロセンおよびアルモキサンをトルエンに溶解させて、それを上記支持体材料に添加する。
本発明は、さらなる面において、ポリオレフィン類、好適にはポリプロピレン類の製造でこの上で定義した触媒成分およびこの触媒成分を活性にする共触媒を用いることを提供する。本発明はフルオレニル環の3位および/または6位が置換されているメタロセン触媒の使用を提供するものであるが、多頂分子量分布、好適には二頂分子量分布を示すポリオレフィン類、特にポリプロピレンを製造しようとする場合には(i)上記触媒成分および(ii)R2が上記ブリッジに対して基部に位置していて上記遠位の置換基に隣接して位置するそれのレジオアイソマーを含んで成るメタロセン触媒成分を用いることを特記した。
本発明は、さらなる面において、ポリオレフィン類、特にポリプロピレン類の製造方法を提供し、この方法に、この上で定義した如き触媒系を少なくとも1種のオレフィン、好適にはプロピレンに重合条件下の反応ゾーン内で接触させることを含める。
本触媒成分は本技術分野で公知の適切な如何なる方法で調製されてもよい。本触媒成分の調製に、一般的には、橋状ジシクロペンタジエンの生成および単離を行った後にそれをハロゲン化金属と反応させて橋状メタロセン触媒を生じさせることを含める。
1つの態様では、橋状メタロセン触媒成分の調製方法に、シクロペンタジエンと置換フルオレンを橋状ジシクロペンタジエンが生じるに充分な反応条件下で接触させることを含める。この方法に、更に、その橋状の置換ジシクロペンタジエンとこの上で定義した如き式MQk[式中、MおよびQは各々この上で定義した通りでありそして0≦k≦4である]で表される金属化合物をこの橋状ジシクロペンタジエンの錯体が生じるに充分な反応条件下で接触させて橋状メタロセンを生じさせることを含める。上記橋状の置換ジシクロペンタジエンと金属化合物を接触させる工程段階は塩化溶媒中で実施可能である。
さらなる態様における方法には、シクロペンタジエンと式R^2Si Hal2[式中、R^は炭素原子数が1から20のヒドロカルビルでありそしてHalはハロゲンである]で表されるアルキルシリルクロライドを接触させることを含める。置換フルオレンの2番目の相当物(equivalent)を添加して、ケイ素で橋渡しされたシクロペンタジエニル−置換フルオレニル配位子を生じさせる。その後の段階はこの上に示した段階と同じであり、Zr、HfおよびTiなどの如き金属に配位する橋状の置換シクロペンタジエニル−フルオレニル配位子が生じる。
さらなる態様における方法には、置換シクロペンタジエンとフルベン生成剤(fulvene producing agent)、例えばアセトンなどを接触させて置換フルベンを生じさせることを含める。その後の第二段階では、上記フルベンを3位および/または6位、好適には3位および6位の両方が置換されているフルオレンと反応させて、炭素で橋渡しされている置換シクロペンタジエニル−フルオレニル配位子を生じさせ、これをMCl4(ここで、MはZr、HfまたはTiである)と反応させると、所望のメタロセン触媒が生じる。
本発明は、さらなる面において、C10以下のモノマー長を有していて13C NMRで測定した時のペンタド分布がmmmmを80%以上、好適には少なくとも87%含むイソタクティックポリオレフィンを提供する。この13C NMRで測定した時のペンタド分布がmmmmを好適には少なくとも90%、より好適には少なくとも95%含むようにする。ポリオレフィンへの2−1および1−3モノマー挿入(monomer insertions)の度合が好適には0.5%未満、より好適には0.2%未満、最も好適には検出不能な度合になるようにする。
本発明は、さらなる面において、C10以下のモノマー長を有していて13C NMRで測定した時のペンタド分布がrrrrを少なくとも85%含むシンジオタクティックポリオレフィンを提供する。この13C NMRで測定した時のペンタド分布がrrrrを好適には少なくとも90%、より好適には少なくとも94%含むようにする。
ここに、単に例としてであるが添付図を参照して本発明を更に詳細に記述し、ここで、
図1から12に、本発明の好適な触媒成分の構造を説明する図を示し、そして
図13に、図1に示した触媒を用いて40℃で製造したイソタクティックポリプロピレンに関して行った示差走査熱量分析の結果を示す。
実施例1
イソプロピリデン[(3−t−ブチル−5−メチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
A. 3,6,6−トリメチルフルベンの製造
反応
Figure 0004864176
手順
磁気撹拌棒とN2入り口が備わっている丸底フラスコにN2下で新しく調製したメチルシクロペンタジエンが入っているメタノールを350ml入れる(−78℃で)。この溶液に、28.6g(0.493モル)のアセトンが50mlのメタノールに入っている溶液を滴下する。その後、ピロリデンを52.5g(0.738モル)加える。この反応混合物を周囲温度で24時間撹拌する。酢酸を用いた中和および有機相の分離を行った後、溶媒を蒸発させ、残存する黄色油状物に蒸留を受けさせる。3,6,6−Me3−Fulと2,6,6−Me3−Fulの混合物を65%の収率で得る。
B. 1−メチル−3−t−ブチルシクロペンタジエンの製造
反応
Figure 0004864176
手順
1リットルのフラスコに3,6,6−Me3−t−Bu−Fulを50g(0.417モル)入れて、これを500mlのジエチルエーテルに溶解させて0℃になるまで冷却した。この溶液に、エーテルに入っているメチルリチウム(1.6モル規定)を260.4ml(0.417モル)滴下する。この反応は数時間後に完了する。水中の飽和NH4Cl溶液を75ml加えた後、有機相を分離してMgSO4で乾燥させる。溶媒を蒸発させることで黄色油状物の単離を行う。蒸留後、1−Me−3−t−Bu−Cpを33.65g(59.28%)得る。
C. 1,6,6−トリメチル−3−t−ブチルフルベンの製造
反応
Figure 0004864176
手順
1リットルのフラスコに1−Me−3−t−Bu−Cpを30g(0.220モル)入れて、これを60mlのメタノールに溶解させる。この混合物を−78℃になるまで冷却する。5.11g(0.088モル)のアセトンを20mlのメタノールに入れてゆっくりと加える。次の段階では、9.4g(0.132モル)のピロリデンを20mlのメタノールに入れて加える。1週間後、酢酸を20ml加えて反応を停止させる。有機相を分離し、乾燥させ、溶媒を蒸発させた後、蒸留を行うことで、オレンジ色の油状物を16.95g得る(収率43.66%)。
D. 2,2−[(3−t−ブチル−5−メチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]−プロパンの製造
反応
Figure 0004864176
手順
100mlの乾燥テトラヒドロフランに入っている1.5g(5.387ミリモル)の3,6−d−t−Bu−FluをN2下で250mlのフラスコに入れた後、この溶液を前以て0℃に冷却しておく。この3,6−d−t−Bu−FluはShoji Kajigaeshi et al.Bull.Chem.Soc.Jpn.59,97−103(1986)or M Bruch et al.Liebigs Ann.Chem.1976,74−88に従って合成可能である。次に、この溶液にメチルリチウム溶液を3.4ml(5.387ミリモル)滴下する。この溶液は赤色であり、これは室温で更に4時間継続する。その後、この溶液に、10mlの乾燥テトラヒドロフランに0.9497g(5.382ミリモル)の1,6,6−Me3−3−t−Bu−Fulが入っている溶液を滴下する。この反応を更に24時間継続する。水中の飽和NH4Cl溶液を40ml加えた後、黄色の有機相を分離して無水MgSO4で乾燥させる。溶媒を蒸発させることでオレンジ色の固体状生成物を2.36g(収率、96.32%)単離する。
E. イソプロピリデン[(3−t−ブチル−5−メチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライド(1)の製造
反応
Figure 0004864176
手順
100mlの乾燥テトラヒドロフランにN2下で配位子を2g(4.398ミリモル)溶解させた後、この溶液を前以て0℃に冷却しておく。この溶液にメチルリチウム溶液(1.6モル規定/ジエチルエーテル)を5.5ml(8.796ミリモル)滴下する。3時間後、溶媒を真空下で除去した後、赤色粉末を2x100mlのペンタンで洗浄する。この赤色のジアニオン配位子と100mlのペンタンをN2下で250mlのフラスコに入れる。この懸濁液に四塩化ジルコニウムを1.02g(4.398ミリモル)加える。この反応混合物は赤色−褐色であり、これをグローブボックス内で一晩撹拌する。濾過後、オレンジ色の溶液を真空下40℃で除去することで、オレンジ色の粉末を2.3g(85.18%)得た。このメタロセンは明らかにペンタンに溶解する。この生成物の1H NMRに従い、イソプロピリデン(2(または4)−メチル−3−t−ブチルシクロペンタジエニル−3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)ZrCl2(2)の化学構造を伴う2番目の異性体(これはあまり立体規則的でない)が2番目の生成物として生じたと思われる。
実施例2
イソプロピリデン[(シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
段階Dで配位子を2,2−[(シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]−プロパンに置き換える以外は実施例1に従う合成手順に従う。
A. 2,2−[(シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]−プロパンの製造
手順
この配位子の製造は、1,6,6−トリメチル−3−t−ブチルフルベンを0.5720g(5.387ミリモル)の6,6−ジメチルフルベンに置き換える以外は実施例1の段階Dに記述した通りである。
実施例3
イソプロピリデン[(3−メチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
段階Dで配位子を2,2−[(3−メチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]−プロパンに置き換える以外は実施例1に従う合成手順に従う。
A. 2,2−[(3−メチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]−プロパンの製造
手順
この配位子の製造は、1,6,6−トリメチル−3−t−ブチルフルベンを0.6475g(5.387ミリモル)の3,6,6−トリメチルフルベン(これの合成手順に関しては実施例1の段階Aに記述した)に置き換える以外は段階Dのそれと同じである。
実施例4
イソプロピリデン[(3−t−ブチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
段階Dで配位子を2,2−[(3−t−ブチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]−プロパン(下記の如く調製)に置き換える以外は実施例1に従う合成手順に従う。
A. 2,2−[(3−t−ブチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]−プロパンの製造
手順
この配位子の製造は、1,6,6−トリメチル−3−t−ブチルフルベンを0.8742g(5.387ミリモル)の6,6−ジメチル−3−t−ブチルフルベンに置き換える以外は段階Dのそれと同じである。
B. 6,6−ジメチル−3−t−ブチルフルベンの製造
手順
メチルシクロペンタジエンをt−ブチルペンタジエンに置き換える以外は実施例1の段階Aに従う合成手順に従う。
C. t−ブチルシクロペンタジエンの製造
手順
3,6,6−トリメチルフルベンを6,6−ジメチルフルベンに置き換える以外は実施例1の段階Bに従う合成手順に従う。
実施例5a
イソプロピリデン[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
段階Dで配位子をジフェニル[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メチレンに置き換える以外は実施例1に従う合成手順に従う。
A. 2,2−[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]プロパンの製造
手順
この配位子の製造は、1,6,6−トリメチル−3−t−ブチルフルベンを1.2407g(5.387ミリモル)の6,6−ジメチルフルベンに置き換える以外は実施例1の段階Dに記述した通りである。
B. 2,2−[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]プロパンの製造
反応
Figure 0004864176
手順
最初に、N2下の1lのフラスコ内で300mlのテトラヒドロフランに10g(0.026モル)の2,2−(シクロペンタジエニル)(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)プロパンを溶解させる。次に、この溶液に室温でメチルリチウムを16.25ml(0.026モル)滴下する(このフラスコを水浴で前以て冷却しておく)。1時間撹拌した後、この溶液にクロロトリメチルシランを3.3ml(0.026モル)加える。この反応混合物を更に3時間撹拌する。次に、溶媒を真空下で除去する。オレンジ色の固体状残渣にペンタンを1リットル加える。この反応混合物を40℃に10分間加熱する。オレンジ色の溶液を濾過(LiClを除去して、1.40gの残渣)し、濃縮して100mlにした後、冷却して生成物である2,2−(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)フルオレニル)プロパンを結晶化させる。その粗生成物の色はベージュ色である。結晶化させた生成物の色は白色で、収率は65−70%である。この生成物をN2下で貯蔵した。
実施例5b
ジフェニルメチリデン[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
段階Dで配位子をジフェニル[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メチレンに置き換える以外は実施例1に従う合成手順に従う。
A. 1,1,1,1−ジフェニル[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メタンの製造
手順
この配位子の製造は、1,6,6−トリメチル−3−t−ブチルフルベンを1.2407g(5.387ミリモル)の6,6−ジメチルフルベンに置き換える以外は実施例1の段階Dに記述した通りである。
B. ジフェニル[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メタンの製造
反応
Figure 0004864176
手順
最初に、N2下の1lのフラスコ内で300mlのテトラヒドロフランに10g(0.026モル)の2,2−(シクロペンタジエニル)(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)プロパンを溶解させる。次に、この溶液に室温でメチルリチウムを16.25ml(0.026モル)滴下する(このフラスコを水浴で前以て冷却しておく)。1時間撹拌した後、この溶液にクロロトリメチルシランを3.3ml(0.026モル)加える。この反応混合物を更に3時間撹拌する。次に、溶媒を真空下で除去する。オレンジ色の固体状残渣にペンタンを1リットル加える。この反応混合物を40℃に10分間加熱する。オレンジ色の溶液を濾過(LiClを除去して、1.40gの残渣)し、濃縮して100mlにした後、冷却して生成物である2,2−(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)(3,6−ジ−t−ブチルフルオレニル)プロパンを結晶化させる。その粗生成物の色はベージュ色である。結晶化させた生成物の色は白色で、収率は65−70%である。この生成物をN2下で貯蔵した。
実施例6
イソプロピリデン[(3,5−ジメチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
段階Dで配位子を2,2−[(3,5−ジメチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]−プロパンに置き換える以外は実施例1に従う合成手順に従う。
A. 2,2−[(3,5−ジメチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]プロパンの製造
手順
この配位子の製造は、1,6,6−トリメチル−3−t−ブチルフルベンを0.8742g(5.387ミリモル)の1,3,6,6−テトラメチルフルベンに置き換える以外は実施例1の段階Dに記述した通りである。
B. 1,3,6,6−テトラメチルフルベンの製造
メチルシクロペンタジエンを1,3−ジメチルシクロペンタジエンに置き換える以外は実施例1の段階Aに従う合成手順に従う。
C. 1,3−ジメチルシクロペンタジエンの製造
反応
Figure 0004864176
手順
2lのフラスコに、N2下で、195ml(0.585モル)のメチルマグネシウムブロマイド(溶液3.0モル規定/ジエチルエーテル)を200mlの乾燥ジエチルエーテルに入れて入れた後、この溶液を前以て0℃に冷却しておく。次に、この溶液に、0℃で3時間そして10℃で1時間かけて、100mlのジエチルエーテルに47.15g(0.4905モル)の3−メチル−2−シクロペンテノンが入っている溶液を滴下する。この生成物を前以て1lの水を入れておいて0℃に冷却しておいた5lのフラスコに移す。この溶液は黄色である。黄色の有機相を分離した後、溶媒を真空(500ミリバール)下室温で除去する。溶媒を蒸発させることで透明なオレンジ色の溶液を単離する。蒸留で1,3−ジメチルシクロペンタジエンを31.83g(収率65.95%)得る。この生成物は不安定な無色の液体であり、これを1,3,6,6−テトラメチルフルベンの製造で直接用いる。
実施例7
ジフェニルメチリデン[(シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
段階Dで配位子を2,2ジフェニル[(シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メチレンに置き換える以外は実施例1に従う合成手順に従う。
A. 1,1,1,1−ジフェニル[(シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メタンの製造
手順
この配位子の製造は、1,6,6−トリメチル−3−t−ブチルフルベンを1.2407g(5.387ミリモル)の6,6−ジフェニルフルベンに置き換える以外は実施例1の段階Dに記述した通りである。
実施例8
ジフェニルメチリデン[(3−メチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
段階Dで配位子を2,2−ジフェニル[(3−メチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]プロパンに置き換える以外は実施例1に従う合成手順に従う。
A. 1,1,1,1−ジフェニル[(3−メチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メタンの製造
手順
この配位子の製造は、1,6,6−トリメチル−3−t−ブチルフルベンを1.2407g(5.387ミリモル)の3−メチル−6,6−ジフェニルフルベンに置き換える以外は実施例1の段階Dに記述した通りである。
B. 3−メチル−6,6−ジフェニルフルベンの製造
手順
このフルベンの製造は、アセトンを1.3162g(5.387ミリモル)の6,6−ジフェニルフルベンに置き換える以外は実施例1の段階Aに記述した通りである。
実施例9
ジフェニルメチリデン[(3−t−ブチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
段階Dで配位子をジフェニル[(3−t−ブチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メチレンに置き換える以外は実施例1に従う合成手順に従う。
A. 1,1,1,1−ジフェニル[(3−t−ブチル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メタンの製造
手順
この配位子の製造は、6,6−ジメチル−3−t−ブチルフルベンを3−t−ブチル−6,6−ジフェニルフルベンに置き換える以外は実施例4の段階Aに記述した通りである。
B. 3−t−ブチル−6,6−ジフェニルフルベンの製造
手順
このフルベンの製造は、アセトンをベンゾフェノンに置き換えそしてメチルシクロペンタジエンをt−ブチルシクロペンタジエン(これの合成手順に関しては実施例4の段階Cに記述した)に置き換える以外は実施例1の段階Aに記述した通りである。
実施例10
ジフェニルメチリデン[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]ジルコニウムジクロライドの製造
段階Dで配位子を2,2−ジフェニル[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]プロパンに置き換える以外は実施例1に従う合成手順に従う。
A. 1,1,1,1−ジフェニル[(3−トリメチルシリル−シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]メタンの製造
手順
この配位子の製造は、2,2−[(シクロペンタジエン)(フルオレニル)]プロパンを2,2−ジフェニル[(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)]プロパンに置き換える以外は実施例5の段階Bに記述した通りである。
B. 2,2−ジフェニル[(シクロペンタジエニル)−(3,6−ジ−t−ブチル−フルオレニル)]プロパンの製造
手順
この配位子の製造は、1,6,6−トリメチル−3−t−ブチルフルベンを6,6−ジフェニルフルベンに置き換える以外は実施例1の段階Dに記述した通りである。
実施例11
重合手順
各重合を高純度プロピレンを用いて4リットルのベンチ反応槽内で実施した。メタロセン(0.5から5mg)を前以て1mlのMAO(メチルアルミノキサン)(WITCOから入手したトルエン中30%溶液)に3分間接触させた後、それを反応槽に導入することで、重合を開始させた。
表1aに、実施例2に記述した成分を触媒成分として用いたシンジオタクティックポリプロピレン製造の数値を示す。表1bに、実施例7に記述したメタロセンを用いた場合の相当する数値を示す。
Figure 0004864176
Figure 0004864176
表2に、実施例1に従う触媒を表1に記入した相当事項で定義する如き重合条件下で用いて得たポリマーの微細立体規則性を示す。この結果は13C NMR分光測定法を用いて得た結果である。このポリプロピレンは純粋にイソタクティック形態のペンタド(mmmm)を95%以上含むことは明らかであろう。このポリプロピレンの分子量(Mw)は530,000で融点は153℃であった。図13に示す如きDSC分析で融点を測定した。サンプルを25℃に1分間保持し、25℃から220℃に20℃/分で加熱した後、220℃に5分間保持した。次に、このサンプルを220℃から25℃に20℃/分で冷却し、25℃に3分間保持した後、25℃から220℃に20℃/分で加熱した。
Figure 0004864176
本発明の好適な実施の態様は次のとおりである。
1. モノマー長がC10以下のポリオレフィン類の製造で用いるに適したメタロセン触媒成分であって、一般式
R”(Cp123)(Cp’R1’R2’)MQ2 (I)
[式中、
pは、置換もしくは未置換のシクロペンタジエニル環であり、Cp’は、置換フルオレニル環であり、R”は、該成分に立体剛性を与える構造ブリッジであり、R1は、該シクロペンタジエニル環上に任意に存在していてもよい置換基であり、これが存在する場合には、該ブリッジに対して遠位に位置し、この遠位の置換基には式XR*3(式中、Xは、IVA族から選択され、そして各R*は、同一もしくは異なり、水素または炭素原子数が1から20のヒドロカルビルから選択される)で表されるかさ高い基が含まれ、R2は、該シクロペンタジエニル環上に任意に存在していてもよい置換基であり、これが存在する場合には、該ブリッジに対して基部に位置していて、該遠位の置換基に隣接して位置せず(non−vicinal)、そしてこれは式YR#3(式中、Yは、IVA族から選択され、そして各R#は、同一もしくは異なり、水素または炭素原子数が1から7のヒドロカルビルから選択される)で表され、R3は、該シクロペンタジエニル環上に任意に存在していてもよい置換基であり、これが存在する場合には、該ブリッジに対して基部に位置し、そしてこれは水素原子であるか或は式ZR$3(式中、Zは、IVA族から選択され、そして各R$は、同一もしくは異なり、水素または炭素原子数が1から7のヒドロカルビルから選択される)で表され、R1’およびR2’は、各々独立して、該フルオレニル環上の置換基であり、これらの一方は式AR”’3(式中、Aは、IVA族から選択され、そして各R”’は、独立して、水素または炭素原子数が1から20のヒドロカルビルである)で表される基でありそしてもう一方は水素または式AR”’3で表される2番目の基であり、Mは、IVB族の遷移金属またはバナジウムであり、そして各Qは、炭素原子数が1から20のヒドロカルビルであるか或はハロゲンである]
で表される触媒成分。
2. R1’およびR2’が該フルオレニル環上の3位および6位に位置する上記第1項記載の触媒成分。
3. Aが炭素またはケイ素である上記第1または2項記載の触媒成分。
4. AR”’3が炭素原子を1から20個有するヒドロカルビルである上記第3項記載の触媒成分。
5. AR”’3がC(CH33である上記第4項記載の触媒成分。
6. AR”’3がSi(CH33である上記第2項記載の触媒成分。
7. R1’とR2’が同じである上記いずれか1項記載の触媒成分。
8. R”が炭素原子を1から20個有するアルキリデン、ジアルキルゲルマニウムまたはケイ素またはシロキサン、アルキルホスフィンまたはアミンである上記いずれか1項記載の触媒成分。
9. R”がイソプロピリデン、ジメチルシランジイルまたはジフェニルメチリデンである上記第8項記載の触媒成分。
10. Mがジルコニウムまたはチタンである上記いずれか1項記載の触媒成分。
11. Qがハロゲンである上記いずれか1項記載の触媒成分。
12. R1がC(CH33、C(CH32Ph、CPh3またはSi(CH33である上記いずれか1項記載の触媒成分。
13. R1がC(CH33である上記第12項記載の触媒成分。
14. Yが炭素である上記いずれか1項記載の触媒成分。
15. Zが炭素である上記いずれか1項記載の触媒成分。
16. R2がCH3である上記いずれか1項記載の触媒成分。
17. R3がCH3である上記いずれか1項記載の触媒成分。
18. イソタクティックポリオレフィン類の製造で用いるに適したメタロセン触媒成分であって、イソプロピリデン−3−t−ブチル−5−メチル−シクロペンタジエニル3,6−ジt−ブチルフルオレニルZrCl2を含んで成るメタロセン触媒成分。
19. モノマー長がC10以下のポリオレフィン類の製造で用いるに適したメタロセン触媒成分であって、(i)上記いずれか1項記載の触媒成分および(ii)R2が該ブリッジに対して基部に位置していて該遠位の置換基に隣接して位置するそれのレジオアイソマーを含んで成るメタロセン触媒成分。
20. ポリオレフィン類の製造で用いるに適したメタロセン触媒成分であって、イソプロピリデン−(3−t−ブチル−5−メチル−シクロペンタジエニル−3,6ジt−ブチルフルオレニル)ZrCl2およびイソプロピリデン−(3−t−ブチル−2−メチルシクロペンタジエニル−3,6ジt−ブチルフルオレニル)ZrCl2を含んで成るメタロセン触媒成分。
21. ポリオレフィン類の製造で用いるに適した触媒系であって、(a)上記いずれか1項記載の触媒成分および(b)該触媒成分を活性にする能力を有するアルミニウム含有もしくはホウ素含有共触媒を含んで成る触媒系。
22. 不活性な支持体を更に含んで成る上記第17項記載の触媒系。
23. モノマー長がC10以下のシンジオタクティックポリオレフィンを製造するための上記第1から11項いずれか1項記載の触媒成分および該触媒成分を活性にする共触媒の使用。
24. Cpが置換されていない上記第23項記載の使用。
25. モノマー長がC10以下のシンジオタクティック/イソタクティックブロックポリオレフィンを製造するための、R1が該シクロペンタジエニル環上の置換基である上記第1から13項いずれか1項記載の触媒成分および該触媒成分を活性にする共触媒の使用。
26. モノマー長がC10以下のイソタクティックポリオレフィンを製造するための、R1およびR2の両方が該シクロペンタジエニル環上の置換基である上記第1から17項いずれか1項記載の触媒成分および該触媒成分を活性にする共触媒の使用。
27. C10以下のモノマー長を有していて多頂分子量分布を示すイソタクティックポリオレフィン類を製造するための、上記第19または20項記載の触媒成分および該触媒成分を活性にする共触媒の使用。
28. モノマー長がC10以下のポリオレフィン類を製造する方法であって、上記第21または22項記載の触媒系を少なくとも1種のオレフィンに重合条件下の反応ゾーン内で接触させることを含む方法。
29. 該オレフィンがプロピレンである上記第28項記載の方法。
30. 該反応ゾーン内にオレフィン類を2種以上存在させてポリオレフィンコポリマーを生じさせる上記第28項記載の方法。
31. C10以下のモノマー長を有していて13C NMRで測定した時のペンタド分布がmmmmを少なくとも87%含むイソタクティックポリオレフィン。
32. 13C NMRで測定した時のペンタド分布がmmmmを少なくとも95%含む上記第31項記載のポリオレフィン。
33. 上記第31または32項記載のポリオレフィンであって、該ポリオレフィンへの2−1および1−3モノマー挿入が検出不能な度合であるポリオレフィン。
34. C10以下のモノマー長を有していて13C NMRで測定した時のペンタド分布がrrrrを80%以上含むシンジオタクティックポリオレフィン。
35. 13C NMRで測定した時のペンタド分布がrrrrを少なくとも85%含む上記第34項記載のシンジオタクティックポリオレフィン。
36. ポリプロピレンを含んで成る上記第31から35項いずれか1項記載のポリオレフィン。

Claims (2)

  1. ポリプロピレンの製造で用いるに適したメタロセン触媒成分であって、一般式
    R”(Cp123)(Cp’R1’R2’)MQ2 (1)
    [式中、
    pは、置換シクロペンタジエニル環であり、Cp’は、置換フルオレニル環であり、R”は、該成分に立体剛性を与える構造ブリッジであり、R1は、該シクロペンタジエニル環上に存在する置換基であって該ブリッジに対して遠位に位置し、この遠位の置換基はC(CH 3 ) 3 、C(CH 3 ) 2 Ph、CPh 3 またはSi(CH 3 ) 3 であり、2は、該シクロペンタジエニル環上に存在する置換基であり、該ブリッジに対して基部に位置していて、該遠位の置換基に隣接して位置せず(non−vicinal)、そしてこれは式YR#3(式中、YはC及びSiから選択され、そして各R#は、同一もしくは異なり、水素または炭素原子数が1から7のヒドロカルビルから選択される)で表され、R3は、該シクロペンタジエニル環上に任意に存在していてもよい置換基であり、これが存在する場合には、該ブリッジに対して基部に位置し、そしてこれは式ZR$3(式中、ZはC及びSiから選択され、そして各R$は、同一もしくは異なり、水素または炭素原子数が1から7のヒドロカルビルから選択される)で表され、R1’およびR2’は、各々独立して、該フルオレニル環上の3位および6位に位置する置換基であり、これらの一方は式AR”’3(式中、AはC及びSiから選択され、そして各R”’は、独立して、水素または炭素原子数が1から20のヒドロカルビルである)で表される基でありそしてもう一方は水素または式AR”’3で表される2番目の基であり、Mは、Zr、Ti又はHfであり、そして各Qは、炭素原子数が1から20のヒドロカルビルであるか或はハロゲンである]
    で表される触媒成分。
  2. イソタクティックポリプロピレンを製造するための、 2 該シクロペンタジエニル環上の置換基である請求項1に記載の触媒成分および該触媒成分を活性にする共触媒の使用方法。
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