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JP2010168545A - α−オレフィン重合用触媒およびα−オレフィン重合体の製造方法 - Google Patents

α−オレフィン重合用触媒およびα−オレフィン重合体の製造方法 Download PDF

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JP2010168545A
JP2010168545A JP2009269706A JP2009269706A JP2010168545A JP 2010168545 A JP2010168545 A JP 2010168545A JP 2009269706 A JP2009269706 A JP 2009269706A JP 2009269706 A JP2009269706 A JP 2009269706A JP 2010168545 A JP2010168545 A JP 2010168545A
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catalyst component
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carbon atoms
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JP2009269706A
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Yasuki Fujiwara
靖己 藤原
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

【課題】水素による分子量制御性に優れ、高活性で高立体規則性の−オレフィン重合体を製造し得るα−オレフィン重合用触媒およびα−オレフィン重合体の製造方法を提供すること。
【解決手段】下記の成分(A)〜(C)を接触させて得られるα―オレフィン重合用触媒。
(A)チタン原子、マグネシウム原子およびハロゲン原子を必須成分とする固体触媒成分であって、Si−O結合を有するケイ素化合物(i)の存在下において、下記一般式(I)で表されるチタン化合物(ii)を、有機マグネシウム化合物(iii)で還元することにより得られる固体触媒成分前駆体(a)と、ハロゲン含有化合物(b)と、電子供与体(c)と、を接触させて得られる固体触媒成分
【化1】
Figure 2010168545

・・・(I)
(B)有機アルミニウム化合物
(C)下記一般式(II)で表される電子供与性化合物
Si(OEt)・・・(II)
【選択図】なし

Description

本発明は、α−オレフィン重合用触媒およびα−オレフィン重合体の製造方法に関する。
プロピレン、ブテン−1などのα−オレフィンの重合体を製造する方法として、周期表第4〜第6族遷移金属の化合物を用いて調製した固体触媒成分と、周期表第1、2、13族金属の有機金属化合物とからなるいわゆるチーグラー−ナッタ触媒を使用することはよく知られている。
α−オレフィン重合体を製造する際には、通常、工業的に利用価値の高い立体規則性α−オレフィン重合体とともに無定形重合体が副生する。この無定形重合体は工業的に利用価値が低く、α−オレフィン重合体を射出成型品、押出成形品、繊維、その他の加工品に加工して使用する際の機械的物性に大きく悪影響をおよぼす。また、無定形重合体の副生は、原料であるα−オレフィンの損失を招くとともに、無定形重合体を除去するための設備が必要となり、工業的にも極めて大きな不利益を招く。従って、α−オレフィン重合体を製造するための触媒は、このような無定形重合体の副生が全く無いか、あるいは、副生
しても極めて僅かであることが望ましい。
かかるα−オレフィン重合用触媒の具体例としては、ケイ素化合物およびエステル化合物の存在下、チタン化合物を有機マグネシウム化合物で還元して得られるマグネシウム原子、チタン原子およびハイドロカルビルオキシ基を含有する固体成分をエステル化合物で処理したのち、ハロゲン化化合物(例えば四塩化チタン)および電子供与体(例えば、エーテル化合物、エーテル化合物とエステル化合物の混合物)と接触処理することにより得られる3価のチタン化合物含有固体触媒成分と、助触媒の有機アルミニウム化合物と、第三成分の電子供与性化合物との組み合わせにより、α−オレフィンの高立体規則性重合が
実現できることが知られている(特許文献1)。
また、ケイ素化合物およびエステル化合物の存在下、チタン化合物を有機マグネシウム化合物で還元して得られるマグネシウム原子、チタン原子およびハイドロカルビルオキシ基を含有する固体成分を、ハロゲン化化合物(例えば四塩化チタン)、電子供与体(例えば、エーテル化合物、エーテル化合物とエステル化合物の混合物)、および有機酸ハライドと接触処理することにより得られる3価のチタン化合物含有固体触媒成分と、助触媒の有機アルミニウム化合物と、第三成分の電子供与性化合物との組み合わせにおいてもα−オレフィンの高立体規則性重合が実現できることが知られている(特許文献2)。
重合用触媒の高性能化に伴い、立体規則性重合能は飛躍的に向上したが、一方で、工業的に有利な分子量調節剤である水素に対する応答性が十分でないことがあり、その場合にはより高い剛性を発現する低分子量ポリプロピレンの製造において大量の水素が必要となるなど、様々なプロセス上の制約を受けるという問題があった。
このような問題に対して、第三成分として特定のケイ素化合物を使用する方法が開示されている(特許文献3)。
特開平7−216017号公報 特開平10−212319号公報 特開2006−096936号公報
しかしながら、上述のような従来の方法では水素による分子量制御性、重合活性及び立体規則性のバランスは必ずしも十分に満足できるものではなかった。
かかる現状において、本発明の解決すべき課題、即ち本発明の目的は、水素による分子量制御性に優れ、高活性で高立体規則性の−オレフィン重合体を製造し得るα−オレフィン重合用触媒およびα−オレフィン重合体の製造方法を提供することにある。
本発明は、(A)チタン原子、マグネシウム原子およびハロゲン原子を必須成分とする固体触媒成分であって、
Si−O結合を有するケイ素化合物(i)の存在下において、下記一般式(I)で表されるチタン化合物(ii)を、有機マグネシウム化合物(iii)で還元することにより得られる固体触媒成分前駆体(a)と、
ハロゲン含有化合物(b)と、
電子供与体(c)と、
を接触させて得られる固体触媒成分と、(B)有機アルミニウム化合物と、(C)下記一般式(II)で表される電子供与性化合物を互いに接触させて得られるα−オレフィン重合用触媒にかかるものである。
Figure 2010168545

[式(I)中、aは1〜20の数を表し、Rは炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を表す。Xはハロゲン原子又は炭素原子数1〜20のハイドロカルビルオキシ基を表し、全てのXは同一であっても異なっていてもよい。]
Si(OEt) ・・・(II)
[式(II)中、RはSiに結合する炭素原子が2級炭素である炭素原子数3〜20のハイドロカルビル基を表す。]
さらに、本発明は、下記成分(A)、(B)と電子供与性化合物(E)とを接触処理し、該接触処理してなる接触処理物の存在下、オレフィンを予備重合して得られる予備重合触媒成分(F)と、成分(B)と、(C)とを接触させて得られるα―オレフィン重合用触媒にかかるものである。
(A)チタン原子、マグネシウム原子およびハロゲン原子を必須成分とする固体触媒成分であって、
Si−O結合を有するケイ素化合物(i)の存在下において、下記一般式(I)で表されるチタン化合物(ii)を、有機マグネシウム化合物(iii)で還元することにより得られる固体触媒成分前駆体(a)と、
ハロゲン含有化合物(b)と、
電子供与体(c)と、を接触させて得られる固体触媒成分
Figure 2010168545
・・・(I)
[式(I)中、aは1〜20の数を表し、Rは炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を表す。Xはハロゲン原子又は炭素原子数1〜20のハイドロカルビルオキシ基を表し、全てのXは同一であっても異なっていてもよい。]
(B)有機アルミニウム化合物
(C)下記一般式(II)で表される電子供与性化合物
Si(OEt)・・・(II)
[式(II)中、RはSiに結合する炭素原子が2級炭素である炭素原子数3〜20のハイドロカルビル基を表す。]
(E)R Si(OR4−n・・・(IV)
式(IV)中、Rは炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基、水素原子またはヘテロ原子含有置換基を表し、Rは炭素原子数が1〜20のハイドロカルビル基を表し、nは1〜3の数を表す。nが2あるいは3の場合、Rは同一でも異なってもよく、nが1あるいは2の場合、Rは同一でも異なってもよい。
また本発明は、該α−オレフィン重合用触媒を用いてα−オレフィンを重合するα−オレフィン重合体の製造方法にかかるものである。
本発明によれば、水素による分子量制御性に優れ、プロセス上の制約を低減した高活性で高立体規則性の−オレフィン重合体を製造し得るα−オレフィン重合用触媒およびα−オレフィン重合体の製造方法が提供される。
本発明のα−オレフィン重合用触媒は、チタン原子、マグネシウム原子およびハロゲン原子を必須成分とする固体触媒成分であって、
Si−O結合を有するケイ素化合物(i)の存在下において、下記一般式(I)で表されるチタン化合物(ii)を、有機マグネシウム化合物(iii)で還元することにより得られる固体触媒成分前駆体(a)と、
ハロゲン含有化合物(b)と、
電子供与体(c)と、
を接触させて得られる固体触媒成分(A)と、(B)有機アルミニウム化合物と、(C)下記一般式(II)で表される電子供与性化合物を互いに接触させて得られるα−オレフィン重合用触媒にかかるものである。
Figure 2010168545

[式(I)中、aは1〜20の数を表し、Rは炭素原子数1〜20の基を表す。Xはハロゲン原子又は炭素原子数1〜20のハイドロカルビルオキシ基を表し、全てのXは同一であっても異なっていてもよい。]
Si(OEt) ・・・(II)
[式(II)中、RはSiに結合する炭素原子が2級炭素である炭素原子数3〜20のハイドロカルビル基を表す。]
本発明において使用する固体触媒成分前駆体(a)は、Si−O結合を有するケイ素化合物(i)の存在下に、下記一般式(I)で表されるチタン化合物(ii)を、有機マグネシウム化合物(iii)で還元して得られる固体成分である。このとき任意成分としてエステル化合物(iv)を共存させると、重合活性や立体規則性重合能がさらに向上するため好ましい。
ここで、式(I)中、aは1〜20の数を表し、Rは炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を表す。Xはハロゲン原子又は炭素原子数1〜20のハイドロカルビルオキシ基を表し、全てのXは同一であっても異なっていてもよい。
Figure 2010168545
Si−O結合を有するケイ素化合物(i)としては、下記の一般式で表わされるものが挙げられる。
Si(OR 4−t
(R SiO)SiR 、または、
(R10 SiO)
ここでRは炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を表し、R、R、R、RおよびR10はそれぞれ独立に、炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基または水素原子を表す。tは0<t≦4を満足する数を表し、uは1〜1000の数を表し、vは2〜1000の数を表す。
かかるケイ素化合物の具体例としては、テトラメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリエトキシエチルシラン、ジエトキシジエチルシラン、エトキシトリエチルシラン、テトライソプロポキシシラン、ジイソプロポキシ−ジイソプロピルシラン、テトラプロポキシシラン、ジプロポキシジプロピルシラン、テトラブトキシシラン、ジブトキシジブチルシラン、ジシクロペントキシジエチルシラン、ジエトキシジフェニルシラン、シクロヘキシロキシトリメチルシラン、フェノキシトリメチルシラン、テトラフェノキシシラン、トリエトキシフェニルシラン、ヘキサメチルジシロヘキサン
、ヘキサエチルジシロヘキサン、ヘキサプロピルジシロキサン、オクタエチルトリシロキサン、ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、メチルヒドロポリシロキサン、フェニルヒドロポリシロキサン等を例示することができる。
これらのケイ素化合物のうち好ましいものは一般式Si(OR 4−tで表わされるアルコキシシラン化合物であり、その場合、tは好ましくは1≦t≦4を満足する数であり、特にt=4のテトラアルコキシシランが好ましく、最も好ましくはテトラエトキシシランである。
チタン化合物(ii)は下記一般式(I)で表されるチタン化合物である。
Figure 2010168545
ここで、式(I)中、aは1〜20の数を表し、Rは炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を表す。Xはハロゲン原子又は炭素原子数1〜20のハイドロカルビルオキシ基を表し、全てのXは同一であっても異なっていてもよい。
の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基等のアルキル基、フェニル基、クレジル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等のシクロアルキル基、プロペニル基等のアリル基、ベンジル基等のアラルキル基等が例示される。
これらのハイドロカルビル基のうち、炭素原子数2〜18のアルキル基または炭素原子数6〜18のアリール基が好ましい。特に炭素原子数2〜18の直鎖状アルキル基が好ましい。
におけるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が例示できる。
特に塩素原子が好ましい。Xにおける炭素原子数1〜20のハイドロカルビルオキシ基は、Rと同様に炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を有するハイドロカルビルオキシ基である。Xとして特に好ましくは、炭素原子数2〜18の直鎖状アルキル基を有するアルコキシ基が好ましい。
上記一般式(I)で表されるチタン化合物におけるaは1〜20の数を表し、好ましくは1≦a≦5を満足する数である。
かかるチタン化合物(ii)の具体例を挙げると、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラn−プロポキシチタン、テトラiso−プロポキシチタン、テトラn−ブトキシチタン、テトラiso−ブトキシチタン、n−ブトキシチタントリクロライド、ジn−ブトキシチタンジクロライド、トリn−ブトキシチタンクロライド、ジn−テトライソプロピルポリチタネート(a=2〜10の範囲の混合物)、テトラn−ブチルポリチタネート(a=2〜10の範囲の混合物)、テトラn−ヘキシルポリチタネート(a=
2〜10の範囲の混合物)、テトラn−オクチルポリチタネート(a=2〜10の範囲の混合物)が挙げられる。また、テトラアルコキシチタンに少量の水を反応して得られるテトラアルコキシチタンの縮合物を挙げることもできる。
チタン化合物(ii)として好ましくは、上記一般式(I)で表されるチタン化合物におけるaが1、2または4であるチタン化合物である。
特に好ましくは、テトラn−ブトキシチタン、テトラn−ブチルチタニウムダイマーまたはテトラn−ブチルチタニウムテトラマーである。
なお、チタン化合物(ii)は単独で用いてもよいし、複数種を混合した状態で用いることも可能である。
有機マグネシウム化合物(iii)は、マグネシウム−炭素の結合を有する任意の型の有機マグネシウム化合物である。特に一般式R11MgX(式中、Mgはマグネシウム原子を、R11は炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を、Xはハロゲン原子を表わす。)で表わされるグリニャール化合物、または一般式R1213Mg(式中、Mgはマグネシウム原子を、R12およびR13はそれぞれ炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を表わす。)で表わされるジハイドロカルビルマグネシウムが好適に使用される。ここでR12およびR13は同一でも異なっていてもよい。R11〜R13の具体例としてはそれぞれ、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、イソアミル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、フェニル基、ベンジル基等の炭素原子数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基が挙げられる。特にR11MgXで表されるグリニャール化合物をエーテル溶液で使用することが重合活性、立体規則性の点から好ましい。
上記の有機マグネシウム化合物(iii)は、ハイドロカルビル溶媒に可溶化するために他の有機金属化合物との錯体として使用することもできる。有機金属化合物の具体例としては、リチウム、ベリリウム、アルミニウムまたは亜鉛の化合物が挙げられる。
エステル化合物(iv)としては、モノまたは多価のカルボン酸エステルが挙げられ、それらの例として飽和脂肪族カルボン酸エステル、不飽和脂肪族カルボン酸エステル、脂環式カルボン酸エステル、芳香族カルボン酸エステルを挙げることができる。具体例としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸フェニル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸エチル、吉草酸エチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、トルイル酸メチル、トルイル酸エチル、アニス酸エチル、コハク酸ジエチル、コハク酸ジブチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジブチル、マレイン酸ジメチ
ル、マレイン酸ジブチル、イタコン酸ジエチル、イタコン酸ジブチル、フタル酸モノエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸メチルエチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジn−プロピル、フタル酸ジイソプロピル、フタル酸ジn−ブチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジペンチル、フタル酸ジn−ヘキシル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジn−オクチル、フタル酸ジ(2−エチルヘキシル)、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジシクロヘキシル、フタル酸ジフェニル等を挙げることができる。
これらのエステル化合物のうち、メタクリル酸エステル、マレイン酸エステル等の不飽和脂肪族カルボン酸エステル、またはフタル酸エステル等の芳香族カルボン酸エステルが好ましく、特にフタル酸のジアルキルエステルが好ましく用いられる。
固体触媒成分前駆体(a)は、ケイ素化合物(i)の存在下、あるいはケイ素化合物(i)およびエステル化合物(v)の存在下、チタン化合物(ii)を有機マグネシウム化合物(iii)で還元して得られる。具体的には、ケイ素化合物(i)、チタン化合物(ii)、必要に応じてエステル化合物(iv)の混合物中に、有機マグネシウム化合物(iii)を投入する方法が好ましい。
チタン化合物(ii)、ケイ素化合物(i)およびエステル化合物(iv)は適当な溶媒に溶解もしくはスラリー状にして使用するのが好ましい。
かかる溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等の脂肪族ハイドロカルビル、トルエン、キシレン等の芳香族ハイドロカルビル、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリン等の脂環式ハイドロカルビル、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソアミルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル化合物が挙げられる。
還元反応温度は、通常−50〜70℃、好ましくは−30〜50℃、特に好ましくは−25〜35℃の温度範囲である。
有機マグネシウム(iii)の投入時間は特に制限はないが、通常30分〜10時間程度である。有機マグネシウムの(iii)の投入に伴い還元反応が進行するが、投入後、さらに20〜120℃の温度で後反応を行ってもよい。
また還元反応の際に、無機酸化物、有機ポリマー等の多孔質担体を共存させ、固体成分を多孔質担体に含浸させることも可能である。用いられる多孔質担体としては、公知のものでよい。具体例としては、SiO、Al、MgO、TiO、ZrO等に代表される多孔質無機酸化物、あるいはポリスチレン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、スチレン−エチレングリコール−ジメタクリル酸メチル共重合体、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、アクリル酸メチル−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチル−ジビニルベンゼン共重合体、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル−ジビニルベンゼン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の有機多孔質ポリマー等を挙げることができる。これらのうち、好ましくは有機多孔質ポリマーが用いられ、なかでもスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、またはアクリロニトリル−ジビニルベンゼン共重合体が特に好ましい。
多孔質担体は、細孔半径20nm〜200nmにおける細孔容量が好ましくは0.3cm/g以上、より好ましくは0.4cm/g以上であり、かつ該細孔半径の範囲における細孔容量は、細孔半径3.5nm〜7500nmにおける細孔容量の好ましくは35%以上、より好ましくは40%以上である。多孔質担体の細孔容量が小さいと触媒成分を有効に固定化することができないことがあり、好ましくない。また、多孔質担体の細孔容量が0.3cm/g以上であっても、それが20nm〜200nmの細孔半径の範囲に十分存在するものでなければ触媒成分を有効に固定化することができない場合があり、好ましくない。
ケイ素化合物(i)の使用量は、チタン化合物(ii)中の総チタン原子に対するケイ素原子の原子数の比で、通常Si/Ti=1〜500、好ましくは1.5〜300、特に好ましくは3〜100の範囲である。
さらに、有機マグネシウム化合物(iii)の使用量は、チタン原子とケイ素原子の和とマグネシウム原子の原子数の比で通常(Ti+Si)/Mg=0.1〜10、好ましくは0.2〜5.0、特に好ましくは0.5〜2.0の範囲である。
また、固体触媒成分前駆体(a)におけるMg/Tiのモル比の値は、通常1〜51、好ましくは2〜31、特に好ましくは4〜26の範囲となるようにチタン化合物(ii)、ケイ素化合物(i)、有機マグネシウム化合物(iii)の使用量を決定する。
また、任意成分のエステル化合物(iv)の使用量は、チタン化合物(ii)のチタン原子に対するエステル化合物のモル比で、通常、エステル化合物/Ti=0.05〜100、好ましくは0.1〜60、特に好ましくは0.2〜30の範囲である。
還元反応で得られた固体成分は通常、固液分離し、ヘキサン、ヘプタン、トルエン等の不活性ハイドロカルビル溶媒で数回洗浄を行う。
このようにして得られた固体触媒成分前駆体(a)は3価のチタン原子、マグネシウム原子およびハイドロカルビルオキシ基を含有し、一般に非晶性もしくは極めて弱い結晶性を示す。重合活性および立体規則性の点から、特に非晶性の構造が好ましい。
(b)ハロゲン化化合物
ハロゲン化化合物としては、固体触媒成分前駆体(a)中のハイドロカルビルオキシ基をハロゲン原子に置換し得る化合物が好ましい。なかでも、第4族元素のハロゲン化合物、第13族元素のハロゲン化合物、または第14族元素のハロゲン化合物が好ましく、特に第4族元素のハロゲン化合物または第14族元素のハロゲン化合物が好ましい。
第4族元素のハロゲン化合物としては、一般式M(OR14 4−b(式中、Mは第4族の原子を表し、R14は炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を表し、Xはハロゲン原子を表し、bは0≦b<4を満足する数を表す。)で表されるハロゲン化合物が好ましい。Mの具体例としては、チタン原子、ジルコニウム原子、ハフニウム原子が挙げられ、なかでもチタン原子が好ましい。R14の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、アミル基、イソアミル基、tert−アミル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、クレジル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基等が例示される。これらの中で炭素原子数2〜18のアルキル基または炭素原子数6〜18のアリール基が好ましい。特に炭素原子数2〜18の直鎖状アルキル基が好ましい。また、2種以上の異なるOR14基を有する第4族元素のハロゲン化合物を用いることも可能である。
で表されるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が例示できる。この中で、特に塩素原子が好ましい結果を与える。
一般式M(OR14 4−bで表される第4族元素のハロゲン化合物のbは、0≦b<4を満足する数であり、好ましくは0≦b≦2を満足する数であり、特に好ましくは、b=0である。
一般式M(OR14 4−bで表されるハロゲン化合物として具体的には、四塩化チタン、四臭化チタン、四ヨウ化チタン等のテトラハロゲン化チタン、メトキシチタントリクロライド、エトキシチタントリクロライド、ブトキシチタントリクロライド、フェノキシチタントリクロライド、エトキシチタントリブロマイド等のトリハロゲン化アルコキシチタン、ジメトキシチタンジクロライド、ジエトキシチタンジクロライド、ジブトキシチタンジクロライド、ジフェノキシチタンジクロライド、ジエトキシチタンジブロマイド等のジハロゲン化ジアルコキシチタンが挙げられ、同様にそれぞれに対応したジルコニウム化合物、ハフニウム化合物を挙げることができる。最も好ましくは四塩化チタンである
周期表第13族元素のハロゲン化合物または第14族元素のハロゲン化合物としては、一般式M15 (m−c) (式中、Mは第13族または第14族の原子を、R15は炭素原子数が1〜20のハイドロカルビル基を、Xはハロゲン原子を、mはMの原子価に相当する数を表す。cは0<c≦mを満足する数を表す。)で表される化合物が好ましい。
ここでいう第13族の原子としてはホウ素原子、アルミニウム原子、ガリウム原子、インジウム原子、タリウム原子が挙げられ、ホウ素原子またはアルミニウム原子が好ましく、アルミニウム原子がより好ましい。また、第14族の原子としては炭素原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、錫原子、鉛原子が挙げられ、ケイ素原子、ゲルマニウム原子または錫原子が好ましく、ケイ素原子または錫原子がより好ましい。
mはMの原子価に相当する数であり、例えばMがケイ素原子のときm=4である。
cは0<c≦mを満足する数を表し、Mがケイ素原子のときcは好ましくは3または4である。
で表されるハロゲン原子としてフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、塩素原子が好ましい。
15の具体例としては、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基、クレジル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等のシクロアルキル基、プロペニル基等のアルケニル基、ベンジル基等のアラルキル基等が挙げられる。好ましいR15はアルキル基またはアリール基であり、特に好ましいR15はメチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、フェニル基またはパラトリル基である。
第13族元素のハロゲン化合物として具体的には、トリクロロボラン、メチルジクロロボラン、エチルジクロロボラン、フェニルジクロロボラン、シクロヘキシルジクロロボラン、ジメチルクロロボラン、メチルエチルクロロボラン、トリクロロアルミニウム、メチルジクロロアルミニウム、エチルジクロロアルミニウム、フェニルジクロロアルミニウム、シクロヘキシルジクロロアルミニウム、ジメチルクロロアルミニウム、ジエチルクロロアルミニウム、メチルエチルクロロアルミニウム、エチルアルミニウムセスキクロライド、ガリウムクロライド、ガリウムジクロライド、トリクロロガリウム、メチルジクロロガリウム、エチルジクロロガリウム、フェニルジクロロガリウム、シクロヘキシルジクロロガリウム、ジメチルクロロガリウム、メチルエチルクロロガリウム、インジウムクロライド、インジウムトリクロライド、メチルインジウムジクロライド、フェニルインジウムジクロライド、ジメチルインジウムクロライド、タリウムクロライド、タリウムトリクロライド、メチルタリウムジクロライド、フェニルタリウムジクロライド、ジメチルタリウムクロライド等が挙げられ、これら化合物名のクロロを、フルオロ、ブロモまたはヨードに置き換えた化合物も挙げられる。
第14族元素のハロゲン化合物として具体的には、テトラクロロメタン、トリクロロメタン、ジクロロメタン、モノクロロメタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ノルマルプロピルトリクロロシラン、ノルマルブチルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ベンジルトリクロロシラン、パラトリルトリクロロシラン、シクロヘキシルトリクロロシラン、ジクロロシラン、メチルジクロロシラン、エチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、メチルエチルジクロロシラン、モノクロロシラン、トリメチルクロロシラン、トリフェニルクロロシラン、テトラクロロゲルマン、トリクロロゲルマン、メチルトリクロロゲルマン、エチルトリクロロゲルマン、フェニルトリクロロゲルマン、ジクロロゲルマン、ジメチルジクロロゲルマン、ジエチルジクロロゲルマン、ジフェニルジクロロゲルマン、モノクロロゲルマン、トリメチルクロロゲルマン、トリエチルクロロゲルマン、トリノルマルブチルクロロゲルマン、テトラクロロ錫、メチルトリクロロ錫、ノルマルブチルトリクロロ錫、ジメチルジクロロ錫、ジノルマルブチルジクロロ錫、ジイソブチルジクロロ錫、ジフェニルジクロロ錫、ジビニルジクロロ錫、メチルトリクロロ錫、フェニルトリクロロ錫、ジクロロ鉛、メチルクロロ鉛、フェニルクロロ鉛等が挙げられ、これら化合物名のクロロを、フルオロ、ブロモまたはヨードに置き換えた化合物も挙げられる。
第14族元素のハロゲン化合物として好ましくは、テトラクロロシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ノルマルプロピルトリクロロシラン、ノルマルブチルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、テトラクロロ錫、メチルトリクロロ錫またはノルマルブチルトリクロロ錫が用いられる。
ハロゲン化化合物(b)として、テトラクロロチタン、メチルジクロロアルミニウム、エチルジクロロアルミニウム、テトラクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ノルマルプロピルトリクロロシランまたはテトラクロロ錫が、重合活性の観点から、特に好ましい。
ハロゲン化化合物(b)として、上記化合物の中から単独で用いてもよいし、複数種を用いてもよい。
(c)電子供与体
電子供与体(c)としては、酸素原子、窒素原子、リン原子または硫黄原子を有する化合物が好ましく、酸素原子または窒素原子を有する化合物がより好ましい。酸素原子を有する化合物としては、エーテル類、ケトン類、アルデヒド類、カルボン酸類、有機酸または無機酸のエステル類、有機酸または無機酸の酸アミド類、酸ハロゲン化物類、酸無水物類等が挙げられ、窒素原子を有する化合物としては、アンモニア類、アミン類、ニトリル類、イソシアネート類等を挙げることができる。これら電子供与体のうち好ましくはフタル酸誘導体(c1)、1,3−ジエーテル化合物(c2)、またはジアルキルエーテル化合物(c3)であり、上記の化合物から少なくともフタル酸誘導体(c1)を用いることが好ましい。
フタル酸誘導体(c1)としては、次の一般式で表される化合物が挙げられる。
Figure 2010168545
(ただし、R16〜R19はそれぞれ独立に水素原子またはハイドロカルビル基、SおよびSはそれぞれ独立にハロゲン原子であるか、または、水素原子、炭素原子、酸素原子およびハロゲン原子のうちの複数を任意に組み合わせて形成される置換基である。)
16〜R19としては、水素原子、または炭素原子数1〜10のハイドロカルビル基が好ましく、R16〜R19の任意の組み合わせは互いに結合して環を形成していてもよい。SおよびSとしては、それぞれ独立に塩素原子、水酸基、または炭素原子数1〜20のアルコキシ基が好ましい。
フタル酸誘導体(c1)の具体例としては、フタル酸、フタル酸モノエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸メチルエチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジノルマルプロピル、フタル酸ジイソプロピル、フタル酸ジノルマルブチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジペンチル、フタル酸ジノルマルヘキシル、フタル酸ジノルマルヘプチル、フタル酸ジイソヘプチル、フタル酸ジノルマルオクチル、フタル酸ジ(2−エチルヘキシル)、フタル酸ジノルマルデシル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジシクロヘキシル、フタル酸ジフェニル、フタル酸ジクロライドが挙げられる。
フタル酸誘導体(c1)として、上記のようなフタル酸エステル以外のものを用いても、この方法においては固体触媒成分の調製過程でフタル酸エステルが生成しうる。固体触媒成分(A)としては、上記一般式においてSおよびSが炭素原子数6以下のアルコキシ基であるフタル酸エステルを含有することが好ましく、少なくともフタル酸ジエチル、フタル酸ジノルマルプロピル、フタル酸ジイソプロピル、フタル酸ジノルマルブチルまたはフタル酸ジイソブチルを含有することがより好ましい。
1,3−ジエーテル化合物(c2)の例としては、下記一般式
Figure 2010168545
(ただし、R20〜R23はそれぞれ独立に炭素原子数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは脂環式のアルキル基、アリール基またはアラルキル基であり、R21およびR22はそれぞれ独立に水素原子であってもよい。)で表されるジエーテル化合物を挙げることができる。
1,3−ジエーテル化合物(c2)の具体例としては、2,2−ジイソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−イソペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ビス(シクロヘキシルメチル)−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−ジメチルオクチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−シクロヘキシルメチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジシクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−イソペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−シクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−シクロペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジシクロペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−ノルマルヘプチル−2−イソペンチル−1,3−ジメトキシプロパン等を挙げることができ、2−イソプロピル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−イソペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、または2,2−ジシクロヘキシル−1,3−ジメトキシプロパンが好ましく用いられる。
ジアルキルエーテル化合物(c3)としては、下記一般式
24−O−R25
(ただし、R24およびR25はそれぞれ独立に炭素原子数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは脂環式のアルキル基である。)で表されるエーテル化合物である。
ジアルキルエーテル化合物(c3)の具体例としては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジn−プロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジn−ブチルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジn−アミルエーテル、ジイソアミルエーテル、メチルエチルエーテル、メチルn−ブチルエーテル、メチルシクロヘキシルエーテル等を挙げることができ、ジn−ブチルエーテルが好ましく用いられる。
本発明の固体触媒成分(A)の調製にあたっては任意成分として有機酸ハライド(d)を用いることもできる。
有機酸ハライド(d)としては、モノまたは多価のカルボン酸ハライドが用いられ、それらの例として脂肪族カルボン酸ハライド、脂環式カルボン酸ハライド、芳香族カルボン酸ハライドを挙げることができる。具体例としては、アセチルクロライド、プロピオン酸クロライド、酪酸クロライド、吉草酸クロライド、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド、安息香酸クロライド、トルイル酸クロライド、アニス酸クロライド、コハク酸クロライド、マロン酸クロライド、マレイン酸クロライド、イタコン酸クロライド、フタル酸クロライド等を挙げることができる。
これらの有機酸ハライド(d)のうち、安息香酸クロライド、トルイル酸クロライド、フタル酸クロライド等の芳香族カルボン酸クロライドが好ましく、さらに好ましくは芳香族ジカルボン酸ジクロライドであり、特にフタル酸クロライドが好ましく用いられる。
固体触媒成分(A)の調製
本発明の固体触媒成分(A)は、Si−O結合を有するケイ素化合物(i)の存在下に、一般式(I)で表されるチタン化合物(ii)を、有機マグネシウム化合物(iii)で還元して得られる固体触媒成分前駆体(a)、ハロゲン化化合物(b)および電子供与体(c)、ならびに任意成分である有機酸ハライド(d)を互いに接触処理させて得られる。これらの接触処理は通常、全て窒素ガス、アルゴンガス等の不活性気体雰囲気下で行われる。
固体触媒成分(A)を得る接触処理の具体的な方法としては、
・(a)に(b)、(c)(投入順序任意)を投入し、接触処理する方法、
・(a)に(b)と(c)と(d)の混合物を投入し、接触処理する方法、
・(a)に(b)と(c)の混合物、(d)(投入順序任意)を投入し、接触処理する方法、
・(a)に(c)を投入し、接触処理した後、(b)を投入し、接触処理する方法、
・(a)に(c)を投入し、接触処理した後、(b)、(c)(投入順序任意)を投入し、接触処理する方法、
・(a)に(c)を投入し、接触処理した後、(b)と(c)の混合物を投入し、接触処理する方法、
・(b)に(a)、(c)(投入順序任意)を投入し、接触処理する方法、
・(b)に(a)、(c)、(d)(投入順序任意)を投入し、接触処理する方法、
等が挙げられ、また、これら接触処理の後、さらに(b)で1回以上接触処理する方法、(b)と(c)の混合物で1回以上接触処理する方法が挙げられる。
これらのうち、(a)に(b)と(c)の混合物、(d)(投入順序任意)を投入する方法、(a)に(b)と(c)の混合物、(d)(投入順序任意)を投入し、接触処理した後、(b)と(c)の混合物を投入し、1回以上接触処理する方法、(a)に(c)を投入し、接触処理した後、(b)と(c)の混合物で1回以上接触処理する方法が好ましく、(a)に(b)と(c)の混合物、(d)の順序でそれぞれを投入し、接触処理する方法、(a)に(b)と(c)の混合物、(d)の順序でそれぞれを投入し、接触処理した後、(b)と(c)の混合物を投入し、1回以上接触処理する方法、もしくは(a)に(c)を投入し、接触処理した後、(b)と(c)の混合物で1回以上接触処理する方法がより好ましい。特に好ましくは、(a)に(b)と(c3)の混合物、(d)の順序でそれぞれを投入し、接触処理した後、(b)と(c1)と(c3)の混合物を投入し、接触処理を行い、さらに(b)と(c3)の混合物で1回以上接触処理する方法、もしくは(a)に(c1)を投入し、接触処理した後、(b)と(c1)と(c3)の混合物を投入し、接触処理を行い、さらに(b)と(c3)の混合物で1回以上接触処理する方法である。
接触処理は、スラリー法やボールミルなどによる機械的粉砕手段など、各成分を接触させうる公知のいかなる方法によっても行なうことができるが、機械的粉砕を行なうと固体触媒成分に微粉が多量に発生し、粒度分布が広くなる場合があり、連続重合を安定的に実施する上で好ましくない。よって、溶媒の存在下で両者を接触させるのが好ましい。
また、接触処理後は、そのまま次の操作を行うことができるが、余剰物を除去するため、溶媒により洗浄処理を行うのが好ましい。
溶媒としては、処理対象成分に対して不活性であることが好ましく、具体例としてペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族ハイドロカルビル、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族ハイドロカルビル、シクロヘキサン、シクロペンタンなどの脂環式ハイドロカルビル、1,2−ジクロロエタン、モノクロロベンゼン等のハロゲン化ハイドロカルビルが使用できる。
接触処理における溶媒の使用量は、一段階の接触処理につき、固体触媒成分前駆体(a)1gあたり通常0.1ミリリットル〜1000ミリリットルである。好ましくは1gあたり1ミリリットル〜100ミリリットルである。また、一回の洗浄操作における溶媒の使用量も同程度である。洗浄処理における洗浄操作の回数は、一段階の接触処理につき通常1〜5回である。
接触処理および/または洗浄処理温度はそれぞれ通常−50〜150℃であるが、好ましくは0〜140℃であり、さらに好ましくは60〜135℃である。
接触処理時間は特に制限はないが、好ましくは0.5〜8時間であり、さらに好ましくは1〜6時間である。洗浄操作時間は特に限定されないが、好ましくは1〜120分であり、さらに好ましくは2〜60分である。
電子供与体(c)の使用量は、固体触媒成分前駆体(a)1gに対し、通常0.01〜100ミリモル、好ましくは0.05〜50ミリモル、さらに好ましくは0.1〜20ミリモルである。
電子供与体(c)の使用量が過度に多い場合には、固体触媒成分前駆体(a)の粒子の崩壊が起こることがある。
特にフタル酸誘導体(c1)の使用量としては、固体触媒成分(A)中におけるフタル酸誘導体の含有量が、固体触媒成分(A)全体を100重量%としたときに1〜25重量%となるように用いることが好ましく、2〜20重量%となるように用いることがより好ましい。固体触媒成分前駆体(a)1gに対し、通常0.1〜100ミリモル、好ましくは0.3〜50ミリモル、さらに好ましくは0.5〜20ミリモルである。また、固体触媒成分前駆体(a)中のマグネシウム原子1モルあたりのフタル酸誘導体(c1)の使用量は、通常0.01〜1.0モル、好ましくは0.03〜0.5モルである。
1,3−ジエーテル化合物(c2)の使用量は、固体触媒成分(A)中における1,3−ジエーテル化合物の含有量が、固体触媒成分(A)全体を100重量%としたときに0.5〜20重量%となるように用いることが好ましく、0.8〜15重量%となるように用いることがより好ましい。1,3−ジエーテル化合物(c2)の使用量は、固体触媒成分前駆体(a)1gに対し、通常0.01〜100ミリモル、好ましくは0.015〜50ミリモル、さらに好ましくは0.02〜10ミリモルである。また、固体触媒成分前駆体(a)中のマグネシウム原子1モルあたりの1,3−ジエーテル化合物(c2)の使用量は、通常0.001〜1.0モル、好ましくは0.002〜0.5モルである。
フタル酸誘導体(c1)および1,3−ジエーテル化合物(c2)の両方を用いる場合、それぞれの使用量は、固体触媒成分(A)中のフタル酸誘導体に対する1,3−ジエーテル化合物のモル比が0.1以上、3以下となるように調整されることが好ましい。より好ましくは0.13以上、2以下であり、さらに好ましくは0.15以上、1.5以下である。またこの場合、固体触媒成分(A)中のフタル酸誘導体と1,3−ジエーテル化合物の含有量の合計は、固体触媒成分(A)全体を100重量%としたときに5〜30重量%であることが、立体規則性重合能の観点から好ましく、6〜25重量%であることがより好ましい。
ハロゲン化化合物(b)の使用量は、固体触媒成分前駆体(a)1gに対し、通常0.5〜1000ミリモル、好ましくは1〜200ミリモル、さらに好ましくは2〜100ミリモルである。
また、ハロゲン化化合物(b)の使用に際しては、ジアルキルエーテル化合物(c3)を共に用いることが好ましい。その場合の(b)1モルに対する(c3)の使用量は、通常1〜100モル、好ましくは1.5〜75モル、さらに好ましくは2〜50モルである。
有機酸ハライド(d)の使用量は、固体成分(a)1gに対し、通常0.1〜100ミリモル、好ましくは0.3〜50ミリモル、さらに好ましくは0.5〜20ミリモルである。また、固体成分(a)中のマグネシウム原子1モル当たりの有機酸ハライド(d)の使用量は、通常0.01〜1.0モル、好ましくは0.03〜0.5モルである。(c)や(d)の使用量が過度に多い場合には粒子の崩壊が起こることがある。
なお、それぞれの化合物を複数の回数にわたって使用して接触処理をする場合には、以上に述べた各化合物の使用量はそれぞれ一回ごとかつ一種類の化合物ごとの使用量を表す。
得られた固体触媒成分(A)は、不活性な溶媒と組合せてスラリー状で重合に使用してもよいし、乾燥して得られる流動性の粉末として重合に使用してもよい。乾燥方法としては、減圧条件下揮発成分を除去する方法、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性気体の流通下で揮発成分を除去する方法が挙げられる。乾燥時の温度は0〜200℃であることが好ましく、50〜100℃であることがより好ましい。乾燥時間は、0.01〜20時間であることが好ましく、0.5〜10時間であることがより好ましい。
得られた固体触媒成分(A)は、工業的観点からその重量平均粒子径が13〜100μmであることが好ましく、15〜80μmであることがより好ましく、17〜60μmであることがさらに好ましい。特に微細粉子の割合が多い場合は、気相重合等における塊等の発生や、飛散粒子によるライン閉塞を引き起こし、生産を不安定にすることがあるため、10μm以下の粒子の割合が6重量%以下であることが好ましく、4重量%以下であることがより好ましい。
固体触媒成分(A)として、このような化合物を用いることで、剛性の高いポリプロピレンを効率良く得ることができる。
有機アルミニウム化合物(B)とは、分子内に少なくとも一つのAl−炭素結合を有する化合物のことである。有機アルミニウム化合物(B)としては、例えば、下記一般式(b−1)及び下記式(b−2)で表される化合物が挙げられる。
24 AlY3‐w ・・・(b−1)
2526Al−O−AlR2728 ・・・(b−2)
なお、式(b−1)および(b−2)中、R24〜R28は炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を表し、Yはハロゲン原子、水素原子又はアルコキシ基を表し、wは2≦w≦3を満足する数である。
下記一般式(b−1)又は下記式(b−2)で表される化合物としては、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、トリヘキシルアルミニウム等のトリアルキルアルミニウム、ジエチルアルミニウムハイドライド、ジイソブチルアルミニウムハイドライド等のジアルキルアルミニウムハイドライド、ジエチルアルミニウムクロライド等のジアルキルアルミニウムハライド、トリエチルアルミニウムとジエチルアルミニウムクロライドとの混合物のようなトリアルキルアルミニウムとジアルキルアルミニウムハライドとの混合物、テトラエチルジアルモキサン、テトラブチルジアルモキサン等のアルキルアルモキサンが挙げられる。
有機アルミニウム化合物(B)は、重合活性と重合体の立体規則性の観点からは、トリアルキルアルミニウム、トリアルキルアルミニウムとジアルキルアルミニウムハライドとの混合物、または、アルキルアルモキサンが好ましく、とりわけトリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリエチルアルミニウムとジエチルアルミニウムクロライドとの混合物またはテトラエチルジアルモキサンであることが好ましい。
本発明では、電子供与性化合物(C)として下記一般式で表される化合物を用いる。
Si(OEt)・・・(II)
(式中、RはSiに結合する炭素原子が2級炭素である炭素原子数3〜20のハイドロカルビル基を表す。)
上記式中、RはSiに結合する炭素原子が2級炭素である炭素原子数3〜10のハイドロカルビル基であることが好ましい。
Siに結合する炭素原子が2級炭素である炭素原子数3〜20のハイドロカルビル基としては、例えば、イソプロピル基、sec−ブチル基、sec−ヘキシル基、sec−イソアミル基、等の分岐鎖状アルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、シクロペンテニル基等のシクロアルケニル基が挙げられる。
このような化合物の具体例としては、イソプロピルトリエトキシシラン、sec−ブチルトリエトキシシラン、sec−ヘキシルトリエトキシシラン、sec−アミルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、2−メチルシクロヘキシルトリエトキシシラン、2−エチルシクロヘキシルトリエトキシシラン、2,6−ジメチルシクロヘキシルトリエトキシシラン、2,6−ジエチルシクロヘキシルトリエトキシシラン、シクロペンチルトリエトキシシラン、2−メチルシクロペンチルトリエトキシシラン、2−エチルシクロペンチルトリエトキシシラン、2,5−ジメチルシクロペンチルトリエトキシシラン、2,5−ジエチルシクロペンチルトリエトキシシラン、が挙げられ、好ましくは、sec−ブチルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、シクロペンチルトリエトキシシランである。
本発明では上記触媒成分(A)〜(C)に加えて−C−O−C−O−C−結合基を有する化合物(D)を使用してもよい。
上記の−C−O−C−O−C−結合基を有する化合物(D)としては、次の一般式(III)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2010168545
(R29〜R36はそれぞれ水素原子、炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基もしくは炭素原子数1〜20のハイドロカルビルオキシ基であり、それらの任意の組み合わせは互いに結合していてもよく、それらの任意の2つが存在せず上記一般式中で該存在しないものが結合している炭素原子同士が直接結合していてもよい。)
29〜R36の具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ノルマルペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、ノルマルヘキシル基、イソヘキシル基、シクロヘキシル基、ノルマルヘプチル基、ノルマルオクチル基、2−エチルヘキシル基、ノルマルデシル基、イソデシル基、フェニル基、メトキシ基、エトキシ基、ノルマルプロポキシ基、イソプロポキシ基、ノルマルブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基、ノルマルペントキシ基、イソペントキシ基、ネオペントキシ基、ノルマルヘキソキシ基、イソヘキソキシ基等が挙げられる。
29〜R36がそれぞれ独立した置換基である化合物としては、ジメチルアセタール、ジエチルアセタール、プロピレンアルデヒドジメチルアセタール、ノルマルオクチルアルデヒドジメチルアセタール、ベンズアルデヒドジメチルアセタール、2,2−ジメトキシプロパン、3,3−ジメトキシヘキサン、2,6−ジメチル−4,4−ジメトキシヘプタン等が挙げられる。
29〜R36の任意の組み合わせが互いに結合した化合物、または、R29〜R36の任意の2つが存在せず上記一般式中で該存在しないものが結合している炭素原子同士が直接結合した化合物としては、1,1−ジメトキシシクロペンタン、1,1−ジメトキシシクロヘキサン、1,1−ジエトキシシクロペンタン、1,1−ジエトキシシクロヘキサン、2−メトキシトリメチレンオキシド、2−エトキシトリメチレンオキシド、2,4−ジメトキシトリメチレンオキシド、2,4−ジエトキシトリメチレンオキシド、2−メトキシテトラヒドロフラン、2−エトキシテトラヒドロフラン、2,5−ジメトキシテトラヒドロフラン、2,5−ジエトキシテトラヒドロフラン、2−メトキシテトラヒドロピラン、2−エトキシテトラヒドロピラン、2,6−ジメトキシテトラヒドロピラン、2,6−ジエトキシテトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、2−メチル−1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン、2,4−ジメチル−1,3−ジオキソラン、2−メトキシ−1,3−ジオキソラン、4−メトキシ−1,3−ジオキソラン、2,2−ジメトキシ−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン、2−メチル−1,3−ジオキサン、4−メチル−1,3−ジオキサン、2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン、2,4−ジメチル−1,3−ジオキサン、2−メトキシ−1,3−ジオキサン、4−メトキシ−1,3−ジオキサン、2,2−ジメトキシ−1,3−ジオキサン、2,4−ジメトキシ−1,3−ジオキサン、1,3−ジオキセパン、2−メチル−1,3−ジオキセパン、4−メチル−1,3−ジオキセパン、5−メチル−1,3−ジオキセパン、2,4−ジメチル−1,3−ジオキセパン、2,5−ジメチル−1,3−ジオキセパン、2−メトキシ−1,3−ジオキセパン、4−メトキシ−1,3−ジオキセパン、5−メトキシ−1,3−ジオキセパン、s−トリオキサン等が挙げられる。
これらの中でも化合物(D)としては、R29とR36とが互いに結合しているか、または、R29およびR36が存在せず上記一般式中でそれらが結合している炭素原子同士が直接結合している化合物、すなわち−C−O−C−O−C−結合基を閉環構造中に有する化合物が好ましい。特に好ましいのは、1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン、1,3−ジオキセパン、およびs−トリオキサンである。
重合用触媒を得る場合の、固体触媒成分(A)と、有機アルミニウム化合物(B)と、電子供与性化合物(C)と、任意成分である化合物(D)の接触方法は、特に限定されないが、例えば、下記(6)〜(9)の方法が挙げられる。
(6)重合槽に供給する前に上記各成分を混合して接触させる方法。
(7)上記各成分を別々に重合槽に供給して重合槽中で接触させる方法。
(8)重合槽に供給する前に上記各成分の一部を混合して接触させ、それと残りの成分を接触させる方法。
(9)重合槽に供給する前に上記各成分の一部を混合して接触させ、それと残りの成分を別々に重合槽に供給して接触させる方法。
なお、(A)〜(D)の各成分を溶媒で希釈してから接触させてもよく、希釈せずに接触させてもよい。
また、上記の方法(6)における重合槽への触媒の供給や、方法(7)、(8)及び(9)における重合槽への成分の供給は、通常、窒素やアルゴンのような不活性ガス雰囲気下、かつ、水分のない状態で実施される。
重合用触媒は、上述のように(A)〜(D)の各成分をそのまま接触させる方法により準備してもよいが、固体触媒成分(A)及び有機アルミニウム化合物(B)の存在下、少量のオレフィンを予備重合させて予備重合触媒成分(F)を得た後に、必要量の(A)〜(D)成分と、当該予備重合触媒成分(F)と、を接触させる方法によって準備することが好ましい。
予備重合の方法は特に限定されないが、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、ベンゼン及びトルエンのような不活性ハイドロカルビルを溶媒とするスラリー重合法を用いることが好ましい。なお、当該溶媒の一部または全部を、液状のオレフィンに変えてもよい。
予備重合における有機アルミニウム化合物(B)の使用量は、固体触媒成分(A)中のチタン原子1モル当たり、通常0.5〜700モル、好ましくは0.8〜500モル、特に好ましくは1〜200モルである。
予備重合されるオレフィンの量は、固体触媒成分(A)1g当たり通常0.01〜1000g、好ましくは0.05〜500g、特に好ましくは0.1〜200gである。
上記スラリー重合法におけるスラリー濃度は、好ましくは1〜500g−固体触媒成分(A)/リットル−溶媒、特に好ましくは3〜300g−固体触媒成分(A)/リットル−溶媒である。予備重合温度は、好ましくは−20〜100℃、特に好ましくは0〜80℃である。予備重合における気相部のオレフィンの分圧は、好ましくは0.01〜2MPa、特に好ましくは0.1〜1MPaであるが、予備重合の圧力や温度において液状であるオレフィンについては、この限りではない。予備重合時間は特に制限されず、好ましくは通常、2分間から15時間である。
予備重合において、固体触媒成分(A)、有機アルミニウム化合物(B)及びオレフィンを重合槽へ供給する方法としては、固体触媒成分(A)と有機アルミニウム化合物(B)とを供給した後、オレフィンを供給する方法や、固体触媒成分(A)とオレフィンとを供給した後、有機アルミニウム化合物(B)を供給する方法を例示することができる。オレフィンを重合槽へ供給する方法としては、重合槽内の圧力を所定の圧力に維持するようにオレフィンを順次供給する方法や、オレフィンの所定量の全量を一括して供給する方法を例示することができる。なお、予備重合で得られるオレフィン重合体の分子量を調節するために、水素のような連鎖移動剤を用いてもよい。
また、予備重合時に、下記一般式(IV)で表されるケイ素化合物である電子供与性化合物(E)や化合物(D)を反応系に添加することが好ましい。
nSi(OR4−n・・・(IV)
式(IV)中、Rは炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基、水素原子またはヘテロ原子含有置換基を表し、Rは炭素原子数が1〜20のハイドロカルビル基を表し、nは1〜3の数を表す。nが2あるいは3の場合、Rは同一でも異なってもよく、nが1あるいは2の場合、Rは同一でも異なってもよい。
一般式(IV)で表されるケイ素化合物としては、下記一般式(V)で表される化合物が好ましい。
3738Si(OMe)・・・(V)
(式中、R37、R38は炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基、水素原子またはヘテロ原子含有置換基を表す。R37およびR38は同一であっても異なっていてもよい。)
式中、R37は炭素原子数3〜7の環状ハイドロカルビル基を表し、R38は炭素原子数1〜10の直鎖状または分枝状ハイドロカルビル基を表す電子供与性化合物(E)が特に好ましい。
電子供与性化合物(E)として一般式(V)で表される化合物を用いると、立体規則性がより一層高いα−オレフィン重合体を製造することができる。
一般式(V)で表されるアルコキシケイ素化合物の具体例としては、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソブチルジメトキシシラン、ジ−tert−ブチルジメトキシシラン、tert−ブチルメチルジメトキシシラン、tert−ブチルエチルジメトキシシラン、tert−ブチル−n−プロピルジメトキシシラン、tert−ブチル−n−ブチルジメトキシシラン、tert−アミルメチルジメトキシシラン、tert−アミルエチルジメトキシシラン、tert−アミル−n−プロピルジメトキシシラン、tert−アミル−n−ブチルジメトキシシラン、イソブチルイソプロピルジメトキシシラン、tert−ブチルイソプロピルジメトキシシラン、ジシクロブチルジメトキシシラン、シクロブチルイソプロピルジメトキシシラン、シクロブチルイソブチルジメトキシシラン、シクロブチル−tert−ブチ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、シクロペンチルイソプロピルジメトキシシラン、シクロペンチルイソブチルジメトキシシラン、シクロペンチル−tert−ブチルジメトキシシラン、ジシクロヘキシ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、シクロヘキシルエチルジメトキシシラン、シクロヘキシルイソプロピルジメトキシシラン、シクロヘキシルイソブチルジメトキシシラン、シクロヘキシル−tert−ブチルジメトキシシラン、シクロヘキシルシクロペンチルジメトキシシラン、シクロヘキシルフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルイソプロピルジメトキシシラン、フェニルイソブチルジメトキシシラン、フェニル−tert−ブチルジメトキシシラン、フェニルシクロペンチルジメトキシシラン、2−ノルボルナンメチルジメトキシシラン、ビス(パーヒドロキノリノ)ジメトキシシラン、ビス(パーヒドロイソキノリノ)ジメトキシシラン、(パーヒドロキノリノ)(パーヒドロイソキノリノ)ジメトキシシラン、(パーヒドロキノリノ)メチルジメトキシシラン、(パーヒドロイソキノリノ)メチルジメトキシシラン、(パーヒドロキノリノ)エチルジメトキシシラン、(パーヒドロイソキノリノ)エチルジメトキシシラン、(パーヒドロキノリノ)(n−プロピル)ジメトキシシラン、(パーヒドロイソキノリノ)(n−プロピル)ジメトキシシラン、((パーヒドロキノリノ)(tert−ブチル)ジメトキシシラン、(パーヒドロイソキノリノ)(tert−ブチル)ジメトキシシランが挙げられる。
中でも、重合活性と重合体の立体規則性の観点からは、シクロブチルイソプロピルジメトキシシラン、シクロブチルイソブチルジメトキシシラン、シクロブチル−tert−ブチルジメトキシシラン、シクロペンチルイソプロピルジメトキシシラン、シクロペンチルイソブチルジメトキシシラン、シクロペンチル−tert−ブチ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、シクロヘキシルエチルジメトキシシラン、シクロヘキシルイソプロピルジメトキシシラン、シクロヘキシルイソブチルジメトキシシラン、シクロヘキシル−tert−ブチルジメトキシシラン、シクロヘキシルシクロペンチルジメトキシシラン、シクロプロピルイソプロピルジメトキシシラン、シクロプロピルイソブチルジメトキシシラン、シクロプロピル−tert−ブチルジメトキシシランが好ましい。
予備重合で用いられる電子供与性化合物(E)や化合物(D)の量は、固体触媒成分(A)中に含まれるチタン原子1モルに対して、通常0.01〜400モル、好ましくは0.02〜200モル、特に好ましくは、0.03〜100モルであり、有機アルミニウム化合物(B)1モルに対して、通常0.003〜5モル、好ましくは0.005〜3モル、特に好ましくは0.01〜2モルである。
予備重合において、電子供与性化合物(E)や化合物(D)を重合槽へ供給する方法は特に制限されない。このような方法としては、例えば、電子供与性化合物(E)や化合物(D)のみを供給する方法や、電子供与性化合物(E)や化合物(D)と有機アルミニウム化合物(B)との接触物を供給する方法、を例示することができる。予備重合で使用されるオレフィンは、本重合工程で使用されるオレフィンと同一であっても異なっていてもよい。
上記のように予備重合を行った後、あるいは、予備重合を行うことなく、前述の固体触媒成分(A)、有機アルミニウム化合物(B)および電子供与性化合物(C)からなるα−オレフィン重合用触媒の存在下に、α−オレフィンの本重合を行うことができる。
本発明において、本重合に使用するモノマーは、炭素原子数3〜20のα−オレフィンを用いることができ、同時に2種類以上のモノマーを用いることもできる。かかるモノマーを以下に例示するが、本発明はこれらに限定されるべきものではない。かかるα−オレフィンの具体例としては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、4−メチル−1−ペンテン等が例示される。
また本発明においては、これらα−オレフィンと、該α−オレフィンと共重合しうるコモノマーとの共重合も好適に実施される。該α−オレフィンと共重合しうるコモノマーとしてエチレンやジオレフィン化合物などを挙げることができる。ジオレフィン化合物としては、共役ジエン、非共役ジエンが挙げられ、かかる化合物の具体例としては、非共役ジエンとして、1,4−ペンタジエン、1,5−ヘキサジエン、1,6−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、1,8−ノナジエン、1,9−デカジエン、1,10−ウンデカジエン、1,11−ドデカジエン、1,13−テトラデカジエン、ジビニルベンゼン、4−メチル−1,4−ヘキサジエン、5−メチル−1,4−ヘキサジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、5−ビニル−2−ノルボルネン、5−メチル−2−ノルボルネン、ノルボルナジエン、5−メチレン−2−ノルボルネン、1,5−シクロオクタジエン、5,8−エンドメチレンヘキサヒドロナフタレン、1,2,4−トリビニルシクロヘキサン等が例示され、共役ジエンとしては、1,3−ブタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、1,3−オクタジエン、1,3−シクロオクタジエン、1,3−シクロヘキサジエン等を例示することができ
る。
本発明のα−オレフィン重合体の製造方法は、アイソタクチック立体規則性α−オレフィン重合体の製造方法として好適であり、アイソタクチック立体規則性プロピレン重合体の製造方法として特に好適である。
かかるアイソタクチック立体規則性プロピレン重合体の具体例としては、プロピレンの単独重合体;プロピレンと結晶性を失わない程度の量のエチレンおよび/または炭素原子数4〜12のα−オレフィン等のコモノマーとのランダム共重合体;あるいはプロピレンを単独重合またはプロピレンとエチレンもしくは炭素原子数4〜12のα−オレフィンとを共重合(これを「前段重合」と称する)させた後に炭素原子数3〜12のα−オレフィンとエチレンとを1段もしくは多段で重合(これを「後段重合」と称する)して製造するブロック共重合体等が挙げられる。ランダム共重合体で結晶性を失わない程度の量とはコモノマーの種類により異なるが、例えばエチレンの場合、共重合体中のエチレンから誘導される繰り返し単位の量は通常10重量%以下、1−ブテン等の他のα−オレフィンの場合、共重合体中のα−オレフィンから誘導される繰り返し単位の量は通常30重量%以下、好ましくは10重量%以下である。ブロック共重合体における前段重合の場合は、例えばエチレンの重合量は通常10重量%以下、好ましくは3重量%以下、さらに好ましくは0.5重量%以下であり、α−オレフィンの重合量は通常15重量%以下、好ましくは10重量%以下であり、後段重合の場合は、エチレンの重合量は通常20〜80重量%、好ましくは30〜50重量%である。
共重合体を構成するモノマーの組み合わせの具体例としては、プロピレンとエチレン、プロピレンと1−ブテン、プロピレンと1−ヘキセン、プロピレンと1−オクテン等の組み合わせが例示されるが、本発明はこれらに限定されるべきものではない。
アイソタクチック立体規則性の尺度としては、アイソタクチック・ペンタッド分率が用いられる。ここでいうアイソタクチック・ペンタッド分率とは、A.ZambelliらによってMacromolecules、1973年、6号,925ページ〜926ページに発表されている方法、すなわち13C−NMRを使用して測定される結晶性ポリプロピレン分子鎖中のペンタッド単位でのアイソタクチック連鎖、換言すればプロピレンモノマー単位が5個連続してメソ結合した連鎖の中心にあるプロピレンモノマー単位の分率である。ただし、NMR吸収ピークの帰属に関しては、その後発刊されたMacromolecules、1975年、8号、687ページ〜689ページに基づいて行うものである。アイソタクチック・ペンタッド分率は「mmmm%」と略記することがある。理論的なmmmm%の上限値は1.000である。本発明のα−オレフィン重合体の製造方法は、mmmm%が0.900以上(より好ましくは0.940以上、さらに好ましくは0.955以上)のアイソタクチック立体規則性α−オレフィン重合体の製造方法として好ましい。
本重合時の有機アルミニウム化合物(B)の使用量は通常、固体触媒成分(A)中のチタン原子1モルあたり、1〜1000モルのごとく広範囲に選ぶことができるが、特に5〜600モルの範囲が好ましい。
また、本重合時に使用される電子供与性化合物(C)は、固体触媒成分(A)中に含まれるチタン原子1モルに対し、通常0.1〜2000モル、好ましくは0.3〜1000モル、特に好ましくは、0.5〜800モルであり、有機アルミニウム化合物(B)に対し、通常0.001〜5モル、好ましくは0.005〜3モル、特に好ましくは0.01〜1モルである。
本重合は、通常−30〜300℃までにわたって実施することができるが、20〜180℃が好ましく、40〜100℃がより好ましい。重合圧力に関しては特に制限は無いが、工業的かつ経済的であるという点で、一般的に常圧〜10MPa、好ましくは200kPa〜5MPa程度の圧力が採用される。また、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンの如き不活性ハイドロカルビル溶媒によるスラリー重合もしくは溶液重合、重合温度において液状のオレフィンを媒体としたバルク重合または気相重合も可能である。重合形式としては、バッチ式、連続式いずれでも可能であり、重合条件の異なる複数の反応工程を経る重合が可能である。また、用いる重合反応器は1基でもよいし、2基以上を直列に結んだ形式でもよく、一つの反応器内で重合条件を連続的に変化させる形式でもよい。
本重合時には重合体の分子量を調節するために水素等の連鎖移動剤を添加することも可能である。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
まず、実施例及び比較例における各構造値の測定方法を以下に示す。
[構造値の測定方法]
(1)極限粘度([η]、単位:dl/g);
ウベローデ型粘度計を用いて濃度0.1、0.2及び0.5g/dlの3点について還元粘度を測定した。極限粘度は、「高分子溶液、高分子実験学11」(1982年共立出版株式会社刊)第491頁に記載の計算方法、すなわち、還元粘度を濃度に対しプロットし、濃度をゼロに外挿する外挿法によって推算した。なお、溶媒としてはテトラリンを用い、温度は135℃で測定した。
(2)アイソタクチック・ペンタッド分率([mmmm])
10mmΦの試験管中で約200mgの重合体を3mlのオルソジクロロベンゼンに均一に溶解させて試料を調整し、その試料を13C−NMRスペクトルで測定した。13C−NMRスペクトルでの測定条件を以下に示す。
測定温度:135℃;
パルス繰り返し時間:10秒;
パルス幅:45°;
積算回数:2500回;
測定結果から、上述の方法に従ってアイソタクチック・ペンタッド分率を計算した。
(3)20℃キシレン可溶部量(CXS、単位:重量%);
20℃の冷キシレンに可溶な分量を百分率(wt%)で表した。
通常、CXSは値が小さいほど、無定形重合体が少なく、高立体規則性であることを示す。
[実施例1]
内容積3リットルの撹拌機付きステンレス製オートクレーブを減圧乾燥させた後、アルゴン置換を行い、冷却した。その後、当該オートクレーブ内を真空とした。
(B)成分としてトリエチルアルミニウム2.6ミリモル、(C)成分としてシクロヘキシルトリエトキシシラン(CHTES)0.52ミリモル、および固体触媒成分(A)として特開2004−182981号公報の実施例1(2)に記載の固体触媒成分6.39ミリグラムを準備し、この順でガラスチャージャー内のヘプタン中で接触させた。
接触させた(A)〜(C)成分をオートクレーブ内に一括で投入した。次に、液化プロピレン780gをオートクレーブ内に供給し、更に、水素5.1NLを供給した。その後、オートクレーブを70℃まで昇温し重合を開始した。
重合開始1時間後、未反応プロピレンを重合系外へパージして重合を終了し、生成した重合体を60℃で1時間減圧乾燥して166gの重合パウダーを得た。固体触媒成分1gあたりのポリプロピレンの収量(以下、PP/catと略す)は、PP/cat=26,000(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.78(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=1.08(dl/g)、[mmmm]は0.9783であった。重合条件及びその結果を、表1及び2に示す。
[実施例2]
(A)成分の使用量を5.44ミリグラムとしたこと、水素添加量を15.4NLとしたこと、以外は実施例1と同様の方法で重合を行った。重合結果を、表1及び表2に示す。
[実施例3]
(A)成分の使用量を8.47ミリグラムとしたこと、電子供与性化合物(C)としてシクロペンチルトリエトキシシラン(CPTES)としたこと、以外は実施例1と同様の方法で重合を行った。重合結果を、表1及び表2に示す。
[実施例4]
(A)成分の使用量を8.94ミリグラムとしたこと、電子供与性化合物(C)としてシクロペンチルトリエトキシシラン(CPTES)としたこと、以外は実施例2と同様の方法で重合を行った。重合結果を、表1及び表2に示す。
[実施例5]
(A)成分の使用量を8.61ミリグラムとしたこと、電子供与性化合物(C)としてsec−ブチルトリエトキシシラン(sBTES)1.05ミリモルを用いたこと、以外は実施例2と同様の方法で重合を行った。重合結果を、表1及び表2に示す。
[比較例1]
(A)成分の使用量を6.12ミリグラムとしたこと、電子供与性化合物(C)としてシクロヘキシルエチルジメトキシシラン(CHEDMS)としたこと、以外は実施例1と同様の方法で重合を行った。重合結果を、表1及び表2に示す。
[比較例2]
(A)成分の使用量を6.99ミリグラムとしたこと、電子供与性化合物(C)としてシクロヘキシルエチルジメトキシシラン(CHEDMS)としたこと、以外は実施例2と同様の方法で重合を行った。重合結果を、表1及び表2に示す。
[実施例6]
内容積3リットルの撹拌機付きステンレス製オートクレーブを減圧乾燥させた後、アルゴン置換を行い、冷却した。その後、当該オートクレーブ内を真空とした。
(B)成分としてトリエチルアルミニウム2.6ミリモル、(C)成分としてシクロヘキシルトリエトキシシラン(CHTES)0.52ミリモル、−C−O−C−O−C−結合基を有する化合物(D)として1,3−ジオキソラン0.26ミリモル、および固体触媒成分(A)として特開2004−182981号公報の実施例1(2)に記載の固体触媒成分8.39ミリグラムを準備し、この順でガラスチャージャー内のヘプタン中で接触させた。
接触させた(A)〜(D)成分をオートクレーブ内に一括で投入した。次に、液化プロピレン780gをオートクレーブ内に供給し、更に、水素15.4NLを供給した。その後、オートクレーブを70℃まで昇温し重合を開始した。
重合開始1時間後、オートクレーブ内のガスをパージして重合を終了し、生成した重合体を60℃で1時間減圧乾燥して159gの重合パウダーを得た。PP/cat=19,000(g/g)、CXS=0.80(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=0.72(dl/g)、[mmmm]は0.9852であった。重合条件及びその結果を、表1及び表2に示す。
[実施例7]
(A)成分の使用量を8.62ミリグラムとしたこと、−C−O−C−O−C−結合基を有する化合物(D)としての1,3−ジオキソラン添加量を0.18ミリモルとしたこと、以外は実施例6と同様の方法で重合を行った。重合結果を、表1及び表2に示す。
[実施例8]
(A)成分の使用量を5.82ミリグラムとしたこと、電子供与性化合物(C)としてシクロペンチルトリエトキシシラン(CPTES)としたこと、以外は実施例6と同様の方法で重合を行った。重合結果を、表1及び表2に示す。
[実施例9]
(A)成分の使用量を10.6ミリグラムとしたこと、電子供与性化合物(C)としてsec−ブチルトリエトキシシラン(sBTES)1.05ミリモルとしたこと、以外は実施例6と同様の方法で重合を行った。重合結果を、表1及び表2に示す。
Figure 2010168545
表1中、重合活性は、固体触媒成分(A)の重量に対する生成したポリプロピレンの重量を示す。
Figure 2010168545
[実施例10]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
内容積300ccの攪拌機付きガラス製丸底フラスコに、攪拌させながら、脱水・脱気処理したヘプタン100ccを仕込み、液温度を2〜5℃で、トリエチルアルミニウム2.7ミリモルと電子供与性化合物(E)としてシクロヘキシルトリエトキシシラン0.27ミリモルを添加し、更に、固体触媒成分(A)として特開2004−182981号公報の実施例1(2)に記載の固体触媒成分1.70gを添加した。次に、液温度を2〜5℃に保ちながらプロピレン3.8gを約3分間かけて連続的に供給して予備重合を行なった。ここへ、ヘプタン150ccを添加し、予備重合触媒成分のスラリーを得た。予備重合割合を算出するために該スラリーをろ過し、さらにヘキサン100ccで2回洗浄した後、室温で減圧乾燥した。得られた予備重合触媒成分は6.60gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.75g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.026gであった。
[本重合]
内容積3リットルの撹拌機付きステンレス製オートクレーブを減圧乾燥させた後、アルゴン置換を行い、冷却した。その後、当該オートクレーブ内を真空とした。
トリエチルアルミニウム2.0ミリモル、電子供与性化合物(C)としてシクロヘキシルトリエトキシシラン(CHTES)0.52ミリモルを、この順番に、予めヘプタン20ccを入れたガラスチャージャーへ供給して接触させた。
該混合物をオートクレーブ内に一括で投入した。次に、液化プロピレン780gをオートクレーブ内に供給し、更に、水素5.1NLを供給した。その後、オートクレーブを70℃まで昇温した。
次に、トリエチルアルミニウム0.6ミリモル、上記予備重合触媒成分スラリー1ccを、この順番に、予めヘプタン30ccを入れた加圧投入器へ供給して接触させた。
該混合物をオートクレーブ内にアルゴンで加圧して一括で投入し、重合を開始した。
重合開始1時間後、未反応プロピレンを重合系外へパージして重合を終了し、生成した重合体を60℃で1時間減圧乾燥して288gの重合パウダーを得た。固体触媒成分1gあたりのポリプロピレンの収量(以下、PP/catと略す)は、PP/cat=42,500(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.91(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=1.16(dl/g)、[mmmm]は0.9770であった。重合条件及びその結果を、表4及び4に示す。
[実施例11]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.92gに変更した以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は7.79gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.76g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.031gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用し、水素の供給量を15.4NLに変更した以外は実施例10と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=51,700(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.87(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=0.79(dl/g)、[mmmm]は0.9823であった。結果を表3及び4に示す。
[実施例12]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.87gに変更したこと、電子供与性化合物(E)をシクロヘキシルエチルジメトキシシラン0.27ミリモルに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は7.84gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.77g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.031gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用した以外は実施例10と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=58,500(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.72(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=1.12(dl/g)、[mmmm]は0.9810であった。結果を表3及び4に示す。
[実施例13]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.66gに変更したこと、電子供与性化合物(E)をシクロヘキシルエチルジメトキシシラン0.27ミリモルに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は8.87gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.82g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.035gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用し、水素の供給量を15.4NLに変更した以外は実施例10と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=65,500(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.86(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=0.85(dl/g)、[mmmm]は0.9851であった。結果を表3及び4に示す。
[実施例14]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.98gに変更したこと、電子供与性化合物(E)をシクロヘキシルエチルジメトキシシラン0.27ミリモルに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は9.10gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.79g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.036gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用し、電子供与性化合物(C)をシクロペンチルトリエトキシシラン0.52ミリモルに変更した以外は実施例10と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=47,400(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.64(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=1.16(dl/g)、[mmmm]は0.9830であった。結果を表3及び4に示す。
[実施例15]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.90gに変更したこと、電子供与性化合物(E)をシクロヘキシルエチルジメトキシシラン0.27ミリモルに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は8.28gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.77g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.033gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用し、電子供与性化合物(C)をシクロペンチルトリエトキシシラン0.52ミリモルに変更し、水素の供給量を15.4NLに変更した以外は実施例10と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=49,700(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.82(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=0.80(dl/g)、[mmmm]は0.9837であった。結果を表3及び4に示す。
[実施例16]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.85gに変更したこと、電子供与性化合物(E)をシクロヘキシルエチルジメトキシシラン0.27ミリモルに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は7.31gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.75g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.029gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用し、電子供与性化合物(C)をsec−ブチルトリエトキシシラン1.05ミリモルに変更し、水素の供給量を15.4NLに変更した以外は実施例10と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=61,500(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=1.00(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=0.78(dl/g)、[mmmm]は0.9815であった。結果を表3及び4に示す。
[比較例3]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.78gに変更したこと、電子供与性化合物(E)をシクロヘキシルエチルジメトキシシラン0.27ミリモルに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は7.25gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.76g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.029gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用し、電子供与性化合物(C)をシクロヘキシルエチルジメトキシシラン0.52ミリモルに変更した以外は実施例10と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=42,800(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.59(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=1.33(dl/g)、[mmmm]は0.9824であった。結果を表3及び4に示す。
[比較例4]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.62gに変更したこと、電子供与性化合物(E)をシクロヘキシルエチルジメトキシシラン0.27ミリモルに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は7.06gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.78g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.028gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用し、電子供与性化合物(C)をシクロヘキシルエチルジメトキシシラン0.52ミリモルに変更し、水素の供給量を15.4NLに変更した以外は実施例10と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=46,000(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.85(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=1.05(dl/g)、[mmmm]は0.9819であった。結果を表3及び4に示す。
[実施例17]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.84gに変更したこと、電子供与性化合物(E)をシクロヘキシルエチルジメトキシシラン0.27ミリモルに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は8.29gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.78g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.033gであった。
[本重合]
内容積3リットルの撹拌機付きステンレス製オートクレーブを減圧乾燥させた後、アルゴン置換を行い、冷却した。その後、当該オートクレーブ内を真空とした。
トリエチルアルミニウム2.0ミリモル、電子供与性化合物(C)としてシクロヘキシルトリエトキシシラン(CHTES)0.52ミリモル、更なる成分としての1,3−ジオキソラン(−C−O−C−O−C−なる結合を有する化合物)0.085ミリモルを、この順番に、予めヘプタン20ccを入れたガラスチャージャーへ供給して接触させた。
該混合物をオートクレーブ内に一括で投入した。次に、液化プロピレン780gをオートクレーブ内に供給し、更に、水素15.4NLを供給した。その後、オートクレーブを70℃まで昇温した。
次に、トリエチルアルミニウム0.6ミリモル、上記予備重合触媒成分スラリー1ccを、この順番に、予めヘプタン30ccを入れた加圧投入器へ供給して接触させた。
該混合物をオートクレーブ内にアルゴンで加圧して一括で投入し、重合を開始した。
重合開始1時間後、未反応プロピレンを重合系外へパージして重合を終了し、生成した重合体を60℃で1時間減圧乾燥して306gの重合パウダーを得た。固体触媒成分1gあたりのポリプロピレンの収量は、PP/cat=41,700(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.77(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=0.81(dl/g)、[mmmm]は0.9855であった。重合条件及びその結果を、表4及び4に示す。
[実施例18]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.86gに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は6.57gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.72g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.026gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用し、1,3−ジオキソランの使用量を0.26ミリモルに変更した以外は実施例17と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=37,300(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.65(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=0.81(dl/g)、[mmmm]は0.9856であった。結果を表3及び4に示す。
[実施例19]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を2.00gに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は8.82gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.78g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.035gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用し、電子供与性化合物(C)をシクロペンチルトリエトキシシラン0.52ミリモルに変更し、1,3−ジオキソランの使用量を0.26ミリモルに変更した以外は実施例17と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=39,500(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.59(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=0.82(dl/g)、[mmmm]は0.9858であった。結果を表3及び4に示す。
[実施例20]
[予備重合触媒成分(F)の製造]
固体触媒成分(A)の使用量を1.89gに変更したこと以外は実施例10と同様に行った。得られた予備重合触媒成分は6.31gであり、従って予備重合触媒成分中のポリプロピレンの割合は、0.70g−ポリプロピレン/g−予備重合触媒成分であった。また、スラリー1cc中の予備重合触媒成分量は0.025gであった。
[本重合]
上記予備重合触媒成分スラリーを使用し、電子供与性化合物(C)をsec−ブチルトリエトキシシラン1.05ミリモルに変更し、1,3−ジオキソランの使用量を0.26ミリモルに変更した以外は実施例17と同様に行った。固体触媒成分1gあたりの重合体の収量は、PP/cat=38,000(g/g)であった。また、全重合体収量に占める20℃キシレンに可溶な成分の割合は、CXS=0.81(重量%)、重合体の極限粘度は、[η]=0.80(dl/g)、[mmmm]は0.9848であった。結果を表3及び4に示す。
Figure 2010168545
表3中、重合活性は、固体触媒成分(A)の重量に対する生成したポリプロピレンの重量を示す。
Figure 2010168545
以上のように、実施例1〜20で使用されたα−オレフィン重合用触媒は、比較例1〜4で使用されたα−オレフィン重合用触媒よりも同一水素添加量で[η]の低いポリプロピレンを生成し、また、重合活性と立体規則性のバランスに優れていた。すなわち、本発明のα−オレフィン重合用触媒およびα−オレフィン重合体の製造方法によれば、水素による分子量制御性に優れ、高活性で高立体規則性のα−オレフィン重合体を提供できることを確認した。

Claims (7)

  1. 下記の成分(A)〜(C)を接触させて得られるα―オレフィン重合用触媒。
    (A)チタン原子、マグネシウム原子およびハロゲン原子を必須成分とする固体触媒成分であって、
    Si−O結合を有するケイ素化合物(i)の存在下において、下記一般式(I)で表されるチタン化合物(ii)を、有機マグネシウム化合物(iii)で還元することにより得られる固体触媒成分前駆体(a)と、
    ハロゲン化化合物(b)と、
    電子供与体(c)と、を接触させて得られる固体触媒成分
    Figure 2010168545
    ・・・(I)
    [式(I)中、aは1〜20の数を表し、Rは炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を表す。Xはハロゲン原子又は炭素原子数1〜20のハイドロカルビルオキシ基を表し、全てのXは同一であっても異なっていてもよい。]
    (B)有機アルミニウム化合物
    (C)下記一般式(II)で表される電子供与性化合物
    Si(OEt)・・・(II)
    [式(II)中、RはSiに結合する炭素原子が2級炭素である炭素原子数3〜20のハイドロカルビル基を表す。]
  2. さらに、−C−O−C−O−C−結合基を有する化合物(D)を接触させることを特徴とする、請求項1に記載のα―オレフィン重合用触媒。
  3. 下記の成分(A)、(B)と電子供与性化合物(E)とを接触処理し、該接触処理してなる接触処理物の存在下、オレフィンを予備重合して得られる予備重合触媒成分(F)と、成分(B)、(C)とを接触させて得られるα―オレフィン重合用触媒。
    (A)チタン原子、マグネシウム原子およびハロゲン原子を必須成分とする固体触媒成分であって、
    Si−O結合を有するケイ素化合物(i)の存在下において、下記一般式(I)で表されるチタン化合物(ii)を、有機マグネシウム化合物(iii)で還元することにより得られる固体触媒成分前駆体(a)と、
    ハロゲン含有化合物(b)と、
    電子供与体(c)と、を接触させて得られる固体触媒成分
    Figure 2010168545
    ・・・(I)
    [式(I)中、aは1〜20の数を表し、Rは炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基を表す。Xはハロゲン原子又は炭素原子数1〜20のハイドロカルビルオキシ基を表し、全てのXは同一であっても異なっていてもよい。]
    (B)有機アルミニウム化合物
    (C)下記一般式(II)で表される電子供与性化合物
    Si(OEt)・・・(II)
    [式(II)中、RはSiに結合する炭素原子が2級炭素である炭素原子数3〜20のハイドロカルビル基を表す。]
    (E)R Si(OR4−n・・・(IV)
    式(IV)中、Rは炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基、水素原子またはヘテロ原子含有置換基を表し、Rは炭素原子数が1〜20のハイドロカルビル基を表し、nは1〜3の数を表す。nが2あるいは3の場合、Rは同一でも異なってもよく、nが1あるいは2の場合、Rは同一でも異なってもよい。
  4. 電子供与性化合物(E)が下記一般式(V)で表される、請求項3記載のα−オレフィン重合用触媒。
    3738Si(OMe)・・・(V)
    (式中、R37、R38は炭素原子数1〜20のハイドロカルビル基、水素原子またはヘテロ原子含有置換基を表す。R37およびR38は同一であっても異なっていてもよい。)
  5. 電子供与性化合物(E)が下記一般式(V)で表される、請求項3記載のα−オレフィン重合用触媒。
    3738Si(OMe)・・・(V)
    (式中、R37は炭素原子数3〜7の環状ハイドロカルビル基を表し、R38は炭素原子数1〜10の直鎖状または分枝状ハイドロカルビル基を表す。)
  6. 予備重合触媒成分(F)に、さらに−C−O−C−O−C−結合基を有する化合物(D)を接触させることを特徴とする、請求項3〜5のいずれかに記載のα―オレフィン重合用触媒。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載のα−オレフィン重合用触媒を用いてα−オレフィンを単独重合または共重合するα−オレフィン重合体の製造方法。
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