説明

エチレンとα−オレフィンの弾性共重合体製造方法

本発明は、エチレンとα−オレフィンの共重合体製造方法に関するものであり、より詳細には、フィルム、軟質包装材、モルディング製品、電線、耐衝撃性補強材、ホットメルト接着剤、などで多様に応用可能な密度0.910g/cc以下のエチレンとα−オレフィンの共重合体の製造用触媒として有用な遷移金属化合物、これを含む触媒組成物及びこれを利用して密度0.910g/cc以下で弾性を示すエチレンとα−オレフィンの共重合体を製造する方法を提供するものである。本発明で提供する触媒組成物はシクロペンタジエン誘導体とオルト(ortho−)位置にアリール誘導体が置換されたアリールオキシ基を有した陰イオン性リガンド(配位子)を最小一つ以上含む遷移金属触媒及びアルミノキサン、またはホウ素またはアルミニウム化合物を活性化剤で使用する触媒系として狭い分子量分布及び均一な密度分布を有する密度0.910g/cc以下のエチレンとα−オレフィン共重合で活性が高くて高級α−オレフィンに対する反応性が優秀な重合方法を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エチレンとα−オレフィンの弾性共重合体製造方法に関するものであり、より具体的には、4族遷移金属触媒とアルミノキサン助触媒またはホウ素化合物助触媒を含む触媒系及びこれを利用したエチレンとα−オレフィンの弾性共重合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来にエチレンとα−オレフィンと共重合体製造には一般にチタンまたはバナジウム化合物の主触媒成分とアルキルアルミニウム化合物の助触媒成分で構成される、いわゆるチーグラー・ナッタ触媒系が使用されて来た。ところで、チーグラー・ナッタ触媒系はエチレン単独重合に対して高活性を示すが、不均一な触媒活性点のために高級α−オレフィンとの共重合反応性が良くなくて、一般的に密度0.910g/cc以下の弾性を示すエチレンとα−オレフィンとの共重合体製造のためには多量のα−オレフィン共単量体を使わなければならないし、このような条件では触媒の活性度が低くなる短所がある。また、このような触媒を使用して生成された共重合体は組成分布が非常に不均一で、分子量分布が広くて、弾性重合体として好適な物性を持ちにくい。
【0003】
最近にチタン、ジルコニウム、ハフニウムなど周期律表4族遷移金属のメタロセン化合物と助触媒であるメチルアルミノキサン(methylaluminoxane)で構成される、いわゆるメタロセン触媒系が開発された。メタロセン触媒系は単一種の触媒活性点を有する均一系触媒であるために既存のチーグラー・ナッタ触媒系に比べて分子量分布が狭くて、組成分布が均一なエチレンとα-オレフィンの共重合体を製造することができる特徴を有している。
【0004】
例えば、ヨーロッパ公開特許第320,762号、第3,726,325号または日本特開昭63−092621号、日本特開平02−84405号、または特開平03−2347号では、CpTiCl、CpZrCl、CpZrMeCl、CpZrMe、エチレン(IndHZrClなどでメタロセン化合物を助触媒メチルアルミノキサンで活性化させることでエチレンとα−オレフィンを高活性で共重合させて、分子量分布(Mw/Mn)が1.5〜2.0範囲である共重合体を製造することができることを発表した。しかし、前記触媒系では80℃以上の高温で実施される溶液重合法に適用する場合触媒自体の立体障害効果によって密度0.910g/cc以下の弾性共重合体を製造するためにチーグラー・ナッタ系の触媒と同じく多い量の高級α−オレフィンを使用しなければならない短所があり、また、このような場合β−水素離脱反応が優勢で、重量平均分子量(Mw)が30,000以上の高分子量重合体を製造するには好適ではない。
【0005】
一方、溶液重合条件でエチレンとα−オレフィンとの共重合で高い触媒活性と高分子量の重合体を製造することができる触媒として遷移金属を環形態で連結させた、いわゆる幾何拘束型非メタロセン系触媒が発表された。ヨーロッパ特許第0416815号と同特許第0420436号では、一つのシクロペンタジエンリガンド(配位子)にアミド基を環形態で連結させた例を提示したし、同特許第0842939号では電子供与化合物としてフェノール系リガンド(配位子)をシクロペンタジエンリガンド(配位子)と環形態で連結させた触媒の例を見せてくれる。しかし、このような幾何拘束型触媒の場合触媒自体の低くなった立体障害効果によって高級α−オレフィンとの反応性が著しく改善された。しかし、触媒合成段階が複雑でリガンド(配位子)と遷移金属化合物との間の環形成反応過程の収率が非常に低いために密度0.910g/cc以下のエチレンとα−オレフィンとの共重合体製造に好適な経済性ある製造工程を具現するには多くの困難がある。
【0006】
反面、幾何拘束型ではない非メタロセン系触媒の例としては、アメリカ特許第6,329,478号と韓国公開特許公報第2001−0074722号を挙げることができる。このような特許では最小限一つ以上のホスフィンイミン化合物をリガンド(配位子)で使用した単一活性点の触媒が140℃以上の高温溶液重合条件でエチレンとα−オレフィン共重合時に高いエチレン転換率を見せていることを見られる。しかし、このような触媒はメタロセン触媒の場合と同じく高級α−オレフィンに反応性が高くなくてエチレンと高級α−オレフィンの弾性重合体を製造することに好適ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
前記従来技術の問題点を克服するために本発明者らは、広範囲な研究を遂行した結果、シクロペンタジエン誘導体とオルト(ortho−)位置にアリール誘導体が置換されたアリールオキシ基を有した陰イオン性リガンド(配位子)を最小一つ以上含む触媒及びアルミノキサンまたはホウ素またはアルミニウム化合物を活性化剤で使用する触媒系が狭い分子量分布及び均一な密度分布を有する密度0.910g/cc以下のエチレンとα−オレフィンとの弾性共重合体製造に好適なことを知見し、本発明はこれに基礎して完成された。
【0008】
したがって、本発明の目的はフィルム、軟質包装材、モルディング製品、電線、耐衝撃性補強材、ホットメルト接着剤、などで多様に応用可能な密度0.910g/cc以下のエチレンとα−オレフィンの共重合体の製造用触媒として有用な遷移金属化合物、これを含む触媒組成物及びこれを利用して密度0.910g/cc以下で弾性を示すエチレンとα−オレフィンの共重合体を製造する方法を提供することにあり、密度0.910g/cc以下のエチレンとα−オレフィン共重合で活性が高くて高級α−オレフィンに対する反応性が優秀な単一活性点触媒及びこのような触媒成分を利用して狭い分子量分布及び組成分布と重量平均分子量50,000以上のエチレンとα−オレフィンの共重合体を商業的な観点で経済的に製造することができる重合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記目的を達成するための本発明の一側面は、単一反応器または直列若しくは並列式の二段反応用連続反応器内において下記化学式1に表示されたところのように、4族遷移金属周りにシクロペンタジエン誘導体とオルト(ortho−)位置にアリール誘導体が置換されたアリールオキシ基を有した陰イオン性リガンド(配位子)を最小一つ以上含む触媒及びアルミノキサン(aluminoxane)またはホウ素またはアルミニウム化合物を活性化剤で使用する触媒組成物存在下でエチレン及び一つ以上のC3−C18のα−オレフィン共単量体を共重合させて、密度0.850から0.910g/ccのエチレン及びα−オレフィン共重合体を製造する方法を提供する。
【0010】
[化学式1]

前記式で、Mは周期律表上4族の遷移金属であり;
Cpは中心金属Mとη−結合することができるシクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環であり、前記シクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環は(C1−C20)アルキル、(C6−C30)アリール、(C2−C20)アルケニル及び(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキルから選択される一つ以上にさらに置換されることができ;
からRは互いに独立的に水素原子、ハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオまたはニトロであるか、或いは前記RからRは融合環を含む若しくは含まない(C3−C12)アルキレンまたは(C3−C12)アルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて、脂環族環又は単一環若しくは多環の芳香族環を形成することができ;
Arは(C6−C30)アリールまたはN、O及びSから選択された一つ以上を含む(C3−C30)ヘテロアリールであり;
及びXは互いに独立的にハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオまたは
【化1】

であり;
11からR15は、互いに独立的に水素原子、ハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオまたはニトロであるか、或いは前記R11からR15は融合環を含む若しくは含まない(C3−C12)アルキレンまたは(C3−C12)アルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて脂環族環又は単一環若しくは多環の芳香族環を形成することができ;
前記RからR、R11からR15、X及びXのアルキル、アリール、シクロアルキル、アルアルキル、アルコキシ、アルキルシロキシ、アリールシロキシ、アルキルアミノ、アリールアミノ、アルキルチオ若しくはアリールチオ;RからRまたはR11からR15がアルキレンまたはアルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて形成された環;、又は、前記ArとAr11のアリールまたはヘテロアリールはハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオ、ニトロ及びヒドロキシから選択される一つ以上にさらに置換されることができる。
【0011】
以下、本発明をもうすこし具体的に説明すると次のようである。
【0012】
本発明で使用された触媒は、下記化学式1の遷移金属触媒及び助触媒(cocatalyst)が含まれた触媒組成物である。前記助触媒にはホウ素化合物及びアルミニウム化合物から選択されるか、またはこれらの混合物が含まれることができる。
【0013】
まず、下記化学式1は遷移金属周りにシクロペンタジエン誘導体及びオルト(ortho−)位置にアリール誘導体が置換されたアリールオキサイドリガンド(配位子)を最小一つ以上含んで、リガンド(配位子)相互間架橋されない4族遷移金属触媒である。
[化学式1]

前記化学式1の遷移金属触媒で中心金属であるMは周期律表上4族の遷移金属であり、望ましくは、チタン、ジルコニウムまたはハフニウムである。また前記Cpは中心金属Mとη−結合することができるシクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環であり、前記シクロペンタジエニル環を含む融合環は(C1−C20)アルキル、(C6−C30)アリール、(C2−C20)アルケニル及び(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキルから選択される一つ以上にさらに置換されることができる。前記Cpの具体的な例としては、シクロペンタジエニル、メチルシクロペンタジエニル、ジメチルシクロペンタジエニル、テトラメチルシクロペンタジエニル、ペンタメチルシクロペンタジエニル、ブチルシクロペンタジエチル、sec−ブチルシクロペンタジエニル、tert−ブチルメチルシクロペンタジエニル、トリメチルシリルシクロペンタジエニル、インデニル、メチルインデニル、ジメチルインデニル、エチルインデニル、イソプロピルインデニル、フルオレニル、メチルフルオレニル、ジメチルフルオレニル、エチルフルオレニル、イソプロピルフルオレニルなどがある。
【0014】
前記化学式1のアリールフェノキシドリガンド上のRからRに関しては、互いに独立的に水素原子、ハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオまたはニトロであるか、或いは前記RからRは融合環を含む若しくは含まない(C3−C12)アルキレンまたは(C3−C12)アルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて脂環族環又は単一環若しくは多環の芳香族環を形成することができ;
【0015】
Arは(C6−C30)のアリールまたはN、O及びSから選択された一つ以上を含む(C3−C30)ヘテロアリールであり;
及びXは互いに独立的にハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオまたは
【化1】

であり;
11からR15は互いに独立的に水素原子、ハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオまたはニトロであるか、或いは前記R11からR15は融合環を含む若しくは含まない(C3−C12)アルキレンまたは(C3−C12)アルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて、脂環族環又は単一環若しくは多環の芳香族環を形成することができ;
前記RからR、R11からR15、X及びXのアルキル、アリール、シクロアルキル、アルアルキル、アルコキシ、アルキルシロキシ、アリールシロキシ、アルキルアミノ、アリールアミノ、アルキルチオ若しくはアリールチオ;RからRまたはR11からR15がアルキレンまたはアルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて形成された環;、又は、前記ArとAr11のアリールまたはヘテロアリールはハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオ、ニトロ及びヒドロキシから選択される一つ以上にさらに置換されることができる。
前記ハロゲン原子の例としてフッ素、塩素、ブロームまたはヨード原子を挙げることができ;前記(C1−C20)アルキルまたは(C3−C20)シクロアルキルの例として、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、n−オクチル、n−デシル、n−ドデシル、n−ペンタデシル、またはn−エイコシルであり、このうち望ましいものはメチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチルであり;(C6−C30)アリールの例を挙げると、フェニル、ナフチル、アントラセニル、フルオレニルを挙げることができ;(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキル基の例として、ベンジル、(2−メチルフェニル)メチル、(3−メチルフェニル)メチル、(4−メチルフェニル)メチル、(2、3−ジメチルフェニル)メチル、(2、4−ジメチルフェニル)メチル、(2、5−ジメチルフェニル)メチル、(2、6−ジメチルフェニル)メチル、(3、4−ジメチルフェニル)メチル、(4、6−ジメチルフェニル)メチル、(2、3、4−トリメチルフェニル)メチル、(2、3、5−トリメチルフェニル)メチル、(2、3、6−トリメチルフェニル)メチル、(3、4、5−トリメチルフェニル)メチル、(2、4、6−トリメチルフェニル)メチル、(2、3、4、5−テトラメチルフェニル)メチル、(2、3、4、6−テトラメチルフェニル)メチル、(2、3、5、6−テトラメチルフェニル)メチル、(ペンタメチルフェニル)メチル、(エチルフェニル)メチル、(n−プロピルフェニル)メチル、(イソプロピルフェニル)メチル、(n−ブチルフェニル)メチル、(sec−ブチルフェニル)メチル、(n−テトラデシルフェニル)メチル、トリフェニルメチル、ナフチルメチルまたはアントラセニルメチルを挙げることができ、このうち望ましいものはベンジル、トリフェニルメチルであり;(C1−C20)アルコキシの例としては、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、イソプロポキシ、n−ブトキシ、sec−ブトキシ、tert−ブトキシ、n−ペントキシ、ネオペントキシ、n−ヘキソキシ、n−オクチルオキシ、n−ドデソキシ、n−ペンタデソキシまたはn−エイコソキシを挙げることができ、このうち望ましいものは、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシまたはtert−ブトキシであり;(C3−C20)アルキルシロキシまたは(C6−C30)アリールシロキシの例として、トリメチルシロキシ、トリエチルシロキシ、トリ−n−プロピルシロキシ、トリイソプロピルシロキシ、トリ−n−ブチルシロキシ、トリ−sec−ブチルシロキシ、トリ−tert−ブチルシロキシ、トリ−イソブチルシロキシ、tert−ブチルジメチルシロキシ、トリ−n−ペンチルシロキシ、トリ−n−ヘキシルシロキシ、トリシクロヘキシルシロキシ、フェニルシロキシ、ジフェニルシロキシ、ナフチルシロキシを挙げることができ、このうち望ましいものは、トリメチルシロキシ、またはtert−ブチルジメチルシロキシまたはフェニルシロキシである。また、(C1−C20)アルキルアミノまたは(C6−C30)アリールアミノの例として、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジ−n−プロピルアミノ、ジイソプロピルアミノ、ジ−n−ブチルアミノ、ジ−sec−ブチルアミノ、ジ−tert−ブチルアミノ、ジイソブチルアミノ、tert−ブチルイソプロピルアミノ、ジ−n−ヘキシルアミノ、ジ−n−オクチルアミノ、ジ−n−デシルアミノ、ジフェニルアミノ、ジベンジルアミノ、メチルエチルアミノ、メチルフェニルアミノ、ベンジルヘキシルアミノを挙げることができ、このうち望ましいものは、ジメチルアミノ、ジエチルアミノまたはジフェニルアミノであり、(C1−C20)アルキルチオまたは(C6−C30)の例として、メチルチオ、エチルチオ、イソプロピルチオ、フェニルチオ、ナフチルチオを挙げることができる。
【0016】
前記化学式1の具体的な例としては、下記化学式から選択されることができる。
[化学式1−1]

[化学式1−2]

[化学式1−3]

[化学式1−4]

[化学式1−5]

[化学式1−6]

[化学式1−7]

[化学式1−8]

[化学式1−9]

[化学式1−10]

[化学式1−11]

[化学式1−12]

[化学式1−13]

[化学式1−14]

【0017】
前記R21からR26は互いに独立的に水素原子、ハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオまたはニトロであるか、或いは前記R21からR26は融合環を含む若しくは含まない(C3−C12)アルキレンまたは(C3−C12)アルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて、脂環族環又は単一環若しくは多環の芳香族環を形成することができ;前記R21からR26のアルキル、アリール、シクロアルキル、アルアルキル、アルコキシ、アルキルシロキシ、アリールシロキシ、アルキルアミノ、アリールアミノ、アルキルチオ又はアリールチオはハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオ、ニトロ及びヒドロキシから選択される一つ以上にさらに置換されることができ;
Cpは中心金属Mとη−結合することができるシクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環であり、前記シクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環は(C1−C20)アルキル、(C6−C30)アリール、(C2−C20)アルケニル及び(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキルから選択される一つ以上にさらに置換されることができ;
及びXは互いに独立的にメチルまたはClである。
【0018】
さらに具体的には、前記遷移金属触媒は下記から選択されることを特徴とするエチレン共重合体の製造方法を提供する。
【化2】

【0019】
前記Cpは互いに独立的に中心金属Tiとη−結合することができるシクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環であり、前記シクロペンタジエニル環を含む融合環は(C1−C20)アルキル、(C6−C30)アリール、(C2−C20)アルケニル及び(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキルから選択される一つ以上にさらに置換されることができ;
及びXは互いに独立的にメチルまたはClである。
【0020】
一方、前記化学式1の遷移金属触媒は、オレフィン重合に使用される活性触媒成分になるために、望ましくは本発明による遷移金属化合物中のXリガンド(配位子)を抽出して中心金属を陽イオン化させながら弱い結合力を有した反対イオン、すなわち陰イオンで作用することができるアルミニウム化合物またはホウ素化合物、またはこれらの混合物が助触媒として使用される。この時使用される有機アルミニウム化合物は反応溶媒内で触媒毒に作用する微量の極性物質をとり除くためであるが、Xリガンド(配位子)がハロゲンである場合にはアルキル化剤として作用することもできる。
【0021】
本発明での助触媒で使用されることができるホウ素化合物は、アメリカ特許第5,198,401号で見られるところのように下記化学式2、化学式3または化学式4で表示される化合物のうちから選択されることができる。
[化学式2]
B(R31
[化学式3]
[R32[B(R31
[化学式4]
[(R33ZH][B(R31
【0022】
前記化学式2から化学式4で、Bはホウ素原子;R31はフェニルであり、該フェニルはフッ素原子、フッ素原子によって置換されるか、または置換されない(C1−C20)アルキル、またはフッ素原子によって置換されるか、または置換されない(C1−C20)アルコキシから選択された3から5個の置換基にさらに置換されることができ;R32は(C5−C7)シクロアルキルラジカルまたは(C1−C20)アルキル(C6−C20)アリールラジカル、(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキルラジカル、例えば、トリフェニルメチルラジカル;Zは窒素または燐原子;R33は(C1−C20)アルキルラジカルまたは窒素原子と共に2個の(C1−C4)アルキル基に置換されたアニリニウムラジカル;qは2または3の整数である。
【0023】
前記ホウ素系助触媒の望ましい例としてはトリス(ペンタフルオルフェニル) ボラン、トリス(2、3、5、6−テトラフルオルフェニル)ボラン、トリス(2、3、4、5−テトラフルオルフェニル)ボラン、トリス(3、4、5−トリフルオルフェニル)ボラン、トリス(2、3、4−トリフルオルフェニル)ボラン、フェニルビス(ペンタフルオルフェニル)ボラン、テトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、テトラキス(2、3、5、6−テトラフルオルフェニル)ボレイト、テトラキス(2、3、4、5−テトラフルオルフェニル)ボレイト、テトラキス(3、4、5−テトラフルオルフェニル)ボレイト、テトラキス(2、2、4−トリフルオルフェニル)ボレイト、フェニルビス(ペンタフルオルフェニル)ボレイトまたはテトラキス(3、5−ビストリフルオルメチルフェニル)ボレイトを挙げることができる。また、それらの特定配合例ではフェロセニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト1、1’−ジメチルフェロセニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、銀テトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、トリフェニルメチルテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、トリフェニルメチルテトラキス(3、5−ビストリフルオルメチルフェニル)ボレイト、トリエチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、トリプロピルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラキス(3、5−ビストリフルオルメチルフェニル)ボレイト、N、N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、N、N−ジエチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、N、N−2、4、6−ペンタメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、N、N−ジメチルアニリニウムテトラキス(3、5−ビストリフルオルメチルフェニル)ボレイト、ジイソプロピルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、ジシクロヘキシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、トリフェニルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイトトリ(メチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイト、またはトリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(ペンタフルオルフェニル)ボレイトが含まれて、このうち一番望ましいものはN、N−ジメチルアニリニウムテトラキスペンタフルオルフェニルボレイト、トリフェニルメチルアニリニウムテトラキスペンタフルオルフェニルボレイトまたはトリスペンタフルオルボランであり、この時中心金属M:ホウ素原子のモル比は、望ましくは、1:0.1〜50、より望ましくは、1:0.5〜15である。
【0024】
本発明で使用されるアルミニウム化合物は、化学式5または化学式6のアルミノキサン化合物、化学式7の有機アルミニウム化合物、または化学式8または化学式9の有機アルミニウムヒドロカビルオキサイド化合物が使用されることができる。
[化学式5]
(−Al(R41)−O−)
[化学式6]
(R41Al−(−O(R41)−)−(R41
[化学式7]
(R42Al(E)3−r
[化学式8]
(R43AlOR44
[化学式9]
43Al(OR44
【0025】
前記化学式5から化学式9で、R41は線形または非線形の(C1−C20)アルキルとして、望ましくは、メチルまたはイソブチルであり、mとpは互いに独立的に5から20の整数であり;R42、R43は(C1−C20)アルキル;Eは水素原子またはハロゲン原子;rは1から3の整数;R44は(C1−C20)アルキルまたは(C6−C30)アリールのうちから選択されることができる。
【0026】
前記アルミニウム化合物で使用することができる具体的な例として、アルミノキサン化合物としてメチルアルミノキサン、改良メチルアルミノキサン、テトライソブチルアルミノキサンがあって;有機化合物の例として、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、及びトリヘキシルアルミニウムを含むトリアルキルアルミニウム;ジメチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムクロライド、ジプロピルアルミニウムクロライド、ジイソブチルアルミニウムクロライド、及びジヘキシルアルミニウムクロライドを含むジアルキルアルミニウムクロライド;メチルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムジクロライド、プロピルアルミニウムジクロライド、イソブチルアルミニウムジクロライド、及びヘキシルアルミニウムジクロライドを含むアルキルアルミニウムジクロライド;ジメチルアルミニウムハイドライド、ジエチルアルミニウムハイドライド、ジプロピ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及びジヘキシルアルミニウムハイドライドを含むジアルキルアルミニウムヒドライドを挙げることができ、望ましくは、トリアルキルアルミニウム、より望ましくはトリエチルアルミニウム及びトリイソブチルアルミニウムであり、この時中心金属であるM:アルミニウム原子のモル比は望ましくは、1:1から1:2,000、より望ましくは1:5から1:1,000である。
【0027】
また、中心金属M:ホウ素原子:アルミニウム原子のモル比は、望ましくは、1:0.1〜50:1〜1,000、より望ましくは、1:0.5〜15;5〜500である。
【0028】
本発明の前記遷移金属触媒組成物を利用して密度0.910g/cc以下のエチレンとα−オレフィンの共重合体の製造方法は、適切な有機溶媒の存在下に前記の遷移金属触媒、助触媒、及びエチレン及びα−オレフィン共単量体を接触させて溶液上で進行される。また、反応器は一つ以上の連続撹拌型またはパイプ型が使用されることができ、2個以上が連続または並列で使用される場合は各反応器の条件を異にして反応分画によって互いに違う分子量及び密度を有した共重合体が物理的化学的に混合した形態の共重合体を製造することもできる。
【0029】
前記製造方法に使用されることができる望ましい有機溶媒は、C3−C20の炭化水素であり、その具体的な例としては、ブタン、イソブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどをあげることができ、場合によっては二つ以上の前記有機溶媒の混合物が使用されることができる。
【0030】
共単量体でC3−C18のα−オレフィンを使用することができ、望ましくは、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−ヘキサデセン、及び1−オクタデセンでなされた群から選択されることができる。より望ましくは、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、または1−デセンとエチレンを共重合させることができる。
【0031】
重合反応は反応器内部の反応物が溶液状態で存在することができる圧力と温度で遂行される。この場合望ましい重合反応器圧力は10から200気圧、望ましくは20から150気圧であり、重合反応温度は60から250℃、望ましくは80から170℃である。
【0032】
本発明の方法によって製造された共重合体は、普通エチレン40〜90重量%を含んで、望ましくは50から85重量%のエチレンを含んで、さらに望ましくは55から80重量%の範囲である。密度範囲は0.850から0.910g/cc、望ましくは0.855あるいは0.905g/cc間、さらに望ましくは0.860あるいは0.900g/cc範囲である。
【0033】
共重合体製造時に分子量を調節するために水素を分子量調節剤として使用することができ、通常30,000〜500,000範囲の重量平均分子量(Mw)を有して、1.5あるいは3.0範囲の分子量分布を有する。
【0034】
前記のようにして製造されたエチレンとα−オレフィンの共重合体は、高分子量部分にはα−オレフィンによる分枝が少なくて、低分子量部分に大部分の分枝が集まっている既存チーグラー・ナッタ系触媒で製造された共重合体と違い高分子量部分にも均一にα−オレフィン分枝が分布されていて、ヘキサンなどに抽出されることができるα−オレフィン分枝が多量含まれた低分子量成分がほとんどなくて弾性体としての重要な物性を提供するだけでなく、最終製品の衛生性を大きく改善させることができる。したがって、このように製造されたエチレンとα−オレフィンの共重合体は決定性ポリマーの耐衝撃性補強材、フィルム、軟質包装材、モルディング製品、電線被覆、ホットメルト接着剤、など多様に応用可能である。
【0035】
本発明で提示された触媒組成物は、重合反応器内で均一な形態で存在するために該当重合体の溶融点以上の温度で実施する溶液重合工程に適用することが望ましい。しかし、アメリカ特許第4,752,597号に開示されたところのように多孔性金属オキサイド支持体に前記遷移金属触媒及び助触媒を支持させて非均一触媒組成物としてスラリ重合や気象重合工程に利用されることもできる。
【発明の効果】
【0036】
本発明による遷移金属触媒組成物とこれを利用したエチレンとα−オレフィンの共重合体製造方法は触媒活性が高いのみならず、高級α−オレフィン類との共重合反応性が非常に良くて、高分子量の重合体を高い収率で製造することができるために既に知られたメタロセン及び非メタロセン系単一活性点触媒に比べて密度0.850から0.910g/ccの弾性を有する共重合体製造に商業的な実用性が高い。また、非架橋型単一活性点触媒であるために触媒の合成段階が単純で合成収率が高くて、低い触媒製造原価を見えると共にα−オレフィン共単量体の使用量が少ないために工程の経済性のすぐれた長所がある。したがって、本発明による遷移金属触媒組成物及び製造方法は、多様な物性と弾性を有するエチレンとα−オレフィンの共重合体の製造に有用に使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明の実施例11によるエチレン及びα−オレフィンとの共重合体の13C−NMRスペクトルである。
【図2】本発明の実施例11によるエチレン及びα−オレフィンとの共重合体のゲルクロマトグラフィーから得られた分子量分布曲線である。
【発明を実施するための形態】
【0038】
以下、実施例を通じて本発明を具体的に説明するが、下記の実施例によって本発明の範疇が限定されるものではない。
【0039】
別に言及される場合を除いてすべてのリガンド(配位子)及び触媒合成実験は窒素雰囲気下で標準シュレンク(Schlenk)またはグローブボックス技術を使用して遂行されたし、反応に使用される有機溶媒はナトリウム金属とベンゾペノン下で還流させて、水分をとり除いて使用直前蒸溜して使用した。合成されたリガンド(配位子)及び触媒のH−NMR分析は常温でVarian Oxford300MHzを使用して遂行した。
【0040】
重合溶媒であるシクロヘキサンは、Q−5触媒(BASF社製品)、シリカゲル及び活性アルミナが充填された管を通過させて高純度の窒素でバブリングさせて水分、酸素及びその他触媒毒物質を充分に除去させた後使用した。
【0041】
重合された重合体は、下に説明された方法によって分析された。
1.溶融流れ指数(MI)
ASTMD2839に基づいて測定した。
2.密度
ASTMD1505に基づいて、密度勾配管を使用して測定した。
3.溶融点(Tm)分析
Dupont DSC2910を利用して窒素雰囲気下で10℃/minの速度で、2nd加熱条件で測定した。
4.分子量及び分子量分布
PL Mixed−BX2+preColが装着されたPL210 GPCを利用して135℃で1.0mL/minの速度で1、2、3−トリクロロベンゼン溶媒下で測定したし、PLポリスチレン標準物質を使用して分子量を補正した。
5.共重合体中のα−オレフィン含量(重量%)
Bruker DRX500核磁気共鳴分光器を利用して、125MHzで1、2、4トリクロロベンゼン/C(7/3重量分率)混合溶媒を使用して120℃で13C−NMRモードで測定した。(参考文献:Randal, J. C. JMS-Rev. Macromol. Chem. Phys. 1980、C29、201)
【0042】
(製造例1)
ビス(2−フェニルフェノキシ)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタン(IV)クロライドの合成
2−フェニルフェノール(1.72g、10.1mmol、Aldrich99%)を乾燥したフラスコに入れて40mLのトルエンに溶かした後よく撹拌させて温度を0℃に冷凍させた。N−ブチルリチウム(4.8mL、2.5Mヘキサン溶液、Aldrich)を混合物にゆっくり滴加(滴下)した。滴加が終われば1時間温度を維持させた後にペンタメチルシクロペンタジエニルチタニウムトリクロライド(1.64g、5.5mmol)を10mLトルエンに溶かしてゆっくり滴加した。滴加が終われば1時間維持させた後に常温にあげて、再び1時間撹拌させた。反応器温度を90℃にあげた後12時間反応させた。得られた混合物を濾過した後揮発物質をとり除いて、トルエン/ヘキサン混合溶媒で−35℃で再結晶を実施してオレンジ色固体成分2.3gを得た。
収率75%1H NMR(C)δ=1.54(s、15H)、6.74〜7.16(m、9H)ppm。
【0043】
(製造例2)
(ジクロロ)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(2−(9’、9’’ジメチルフルオレン−2’−イル)フェノキシ)チタン(IV)の合成
2−ブロモ−9、9’−ジメチルフルオレンの合成
1000mL3球丸いフラスコに2−ブロモフルオレン(25g、102.0mmol)、ヨードメタン(43.4g、306.0mmol)とDMSO300mLを入れて窒素雰囲気下で撹拌してとかす。ポタシウム−tert−ブトキシド(32.1g、285.6mmol)をDMSO400mLに溶かして除々に滴加させる。常温で12時間撹拌させた後再び80℃で1時間撹拌させた後常温で温度を下げる。水1000mLと混合した後ノーマルヘキサンで抽出する。有機蒸溜水で3回洗った後無水硫酸マグネシウム(MgSO)で水分をとり除いた後回転蒸発器で溶媒をとり除いてシリカゲルクロマトグラフィー管を利用してノーマルヘキサンに精製して再びノーマルヘキサンで再結晶して白色固形分である2−ブロモ−9、9’−ジメチルフルオレン27.0g(収率96.9%)を収得した。
H−NMR(CDCl)δ=1.65(s、6H)、7.35−7.39(m、2H)、7.44−7.50(m、2H)、7.58−7.62(m、2H)、7.72−7.73(m、1H)ppm
【0044】
2−(2’’−メトキシフェニル)−9、9’−ジメチルフルオレンの合成
2−ブロモ−9、9’−ジメチルフルオレン(27.0g、98.8mmol)、2−メトキシフェニルボロン酸(18.0g、118.6mmol)、パラジウムアセテート(0.13g、0.6mmol)、トリフェニルホスフィン(0.94g、3.6mmol)及びリン酸カリウム(40.9g、177.9mmol)を投入したフラスコに70mLの水と150mLのジメトキシエタン混合溶液を入れて6時間還流させる。常温で冷凍させた後塩化アンモニウム水溶液(150mL)と200mLのジエチルエーテルを入れ込んだ後有機層を分離して残留物をジエチルエーテルで抽出して集められた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させた後揮発物質をとり除いた後シリカゲルクロマトグラフィー管を利用してヘキサンに精製して固形分である2−(2’’−メトキシフェニル)−9、9’−ジメチルフルオレン28.0g(収率94.0%)を収得した。
H−NMR(CDCl)δ=1.56(s、6H)、3.88(s、3H)、7.04−7.06(d、1H)、7.08−7.11(t、1H)、7.33−7.39(m、3H)、7.43−7.45(d、1H)、7.47−7.48(d、1H)、7.56−7.58(d、1H)、7.63(s、1H)、7.76−7.840(t、2H)ppm
【0045】
2−(9’、9’’−ジメチルフルオレン−2’−イル)フェノールの合成
2−(2’’−メトキシフェニル)−9、9’−ジメチルフルオレン(25.0g、83.2mmol)を400mLの塩化メチレンに溶かした後−78℃から100mLのボロントリブロマイド(1M−塩化メチレン溶液)を滴加した後除々に常温で温度をあげて3時間反応させた。反応後氷(150g)とジエチルエーテル(300mL)混合溶液を投入した後有機層を分離して水溶液層をジエチルエーテルで抽出して集められた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させた後揮発物質をとり除いた後シリカゲルクロマトグラフィー管を利用してヘキサンと塩化メチレン混合溶液に精製して白色固形分である2−(9’、9’’−ジメチルフルオレン−2’−イル)フェノール18.0g(収率75.5%)を収得した。
H−NMR(CDCl)δ=1.55(s、6H)、7.04−7.07(m、2H)、7.30−7.40(m、4H)、7.47−7.50(m、2H)、7.55(s、1H)、7.78−7.80(d、1H)、7.85−7.87(d、1H)ppm
【0046】
(ジクロロ)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(2−(9’、9’’−ジメチルフルオレン−2’−イル)フェノキシ)チタン(IV)の合成
2−(9’、9’’−ジメチルフルオレン−2’−イル)フェノール(5.0g、17.1mmol)を200mLトルエンに溶かした後−78℃でノーマルブチルリチウム(2.5Mヘキサン溶液、6.9mL)を除々に入れ込んだ後常温で12時間撹拌させる。反応物の温度を−78℃に下げた後(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタン(IV)トリクロライド(4.7g、16.3mmol)を100mLのトルエンに溶かして除々に添加して、12時間常温で反応をさせた。反応が完了すればセライト(Celite)にフィルターして溶媒をとり除いて精製されたトルエンとヘキサンに−35℃で再結晶して濾過した後減圧乾燥させて赤色の固体成分である(ジクロロ)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(2−(9’、9’’−ジメチルフルオレン−2’−イル)フェノキシ)チタン(IV)5.6g(収率63.9%)を得た。
H−NMR(C)δ=1.61(s、6H)、1.77(s、15H)、7.03−7.05(t、1H)、7.16−7.19(t、1H)、7.32−7.34(m、2H)、7.37−7.39(d、1H)、7.42−7.44(d、1H)、7.46−7.47(d、1H)、7.71−7.77(m、3H)、7.82−7.84(d、1H)ppm
Mass(APCI mode、m/z):539.4
【0047】
実施例1
回分式重合装置を使用して次のようにエチレンと1−オクテンとの共重合を遂行した。
充分に乾燥後に窒素で置換させた2000mL容量ステンレススチール反応器にシクロヘキサン1140mLと1−オクテン150mLを入れた後改良メチルアルミノキサン−7(Akzo Nobel社、modified MAO-7、7wt%AlIsopar溶液)54.2mMトルエン溶液11.1mLを反応器に投入した。以後反応器の温度を140℃まで加熱した後製造例1で合成したビス(2−フェニルフェノキシ)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタン(IV)クロライド(5mMトルエン溶液)0.4mLと0.6mLのトリフェニルメチルアニリニウムテトラキスペンタフルオルフェニルボレイト(99%、Boulder Scientific)10mMトルエン溶液を順次に投入した後エチレンで反応器内の圧力を30kg/cmまで満たした後連続的に供給して重合されるようにした。反応開始1分内に最大温度165.0℃まで到逹したし、1分が経てば100mLの10vol%塩酸水溶液を含んだエタノールを投入して重合を終了させた後1.5Lのエタノールで1時間撹拌した後反応生成物を濾過、分離した。回収された反応生成物を60℃の真空オーブンで8時間乾燥させた結果40gの重合体が得られた。重合体のメルトインデックスは11.3、密度は0.8821g/ccであり、ゲルクロマトグラフィーによる分析時に重量平均分子量(Mw)が42,000g/mol、分子量分布(Mw/Mn)が2.10であったし、1−オクテン含量26.5重量%であった。
【0048】
実施例2
1−オクテン230mLを使用したことを除いては、実施例1と同一にエチレンと1−オクテンとの共重合を遂行した。
最大温度は167.5℃に到逹したし、最終的に44.0gの重合体が得られた。重合体のメルトインデックスは15.3、密度は0.8678g/ccであり、ゲルクロマトグラフィーによる分析時に重量平均分子量(Mw)が31,000g/mol、分子量分布(Mw/Mn)が2.05であったし、1−オクテン含量34.4重量%であった。
【0049】
実施例3
1−オクテンの代わりに1−デセン150mLを使用したことを除いては、実施例1と同一にエチレンと1−デセンとの共重合を遂行した。
最大温度は175℃に到逹したし、最終的に53.0gの重合体が得られた。重合体のメルトインデックスは12.0、密度は0.8887g/ccであり、ゲルクロマトグラフィーによる分析時に重量平均分子量(Mw)が37,000g/mol、分子量分布(Mw/Mn)が2.41であった。
【0050】
実施例4
1−オクテンの代わりに1−デセン230mLを使用したことを除いては、実施例1と同一にエチレンと1−デセンとの共重合を遂行した。
最大温度169℃に到逹したし、最終的に50.0gの重合体が得られた重合体のメルトインデックスは16.1、密度は0.8786g/ccであり、ゲルクロマトグラフィーによる分析時に重量平均分子量(Mw)が34,000g/mol、分子量分布(Mw/Mn)が2.25であった。
【0051】
実施例5
触媒投入前の反応温度を80℃まで加熱したことと1−デセン150mLを投入したことを除いては、実施例1と同一にエチレンと1−オクテンとの共重合を遂行した。
最大温度156.0℃に到逹したし、最終的に100.0gの重合体が得られた重合体のメルトインデックスは8.0、密度は0.8815g/ccであり、ゲルクロマトグラフィーによる分析時に重量平均分子量(Mw)が65,000g/mol、分子量分布(Mw/Mn)が2.30であった。
【0052】
実施例6
製造例2で合成された(ジクロロ)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(2−(9’、9’’−ジメチルフルオレン−2’−イル)フェノキシ)チタン(IV)を触媒で使用したことを除いては、実施例1と同一にエチレンと1−オクテンとの共重合を遂行した。
最大温度175℃に到逹したし、最終的に48gの重合体が得られた重合体のメルトインデックスは5.5、密度は0.8840g/ccであり、ゲルクロマトグラフィーによる分析時に重量平均分子量(Mw)が82,000g/mol、分子量分布(Mw/Mn)が2.25であったし、1−オクテン含量25.5重量%であった。
【0053】
実施例7
1−オクテン60mLを使用したことを除いては、実施例6と同一にエチレンと1−オクテンとの共重合を遂行した。
最大温度176.0℃に到逹したし、最終的に46gの重合体が得られた重合体の溶融点は91.5℃、メルトインデックスは4.0、密度は0.8979g/ccであり、ゲルクロマトグラフィーによる分析時に重量平均分子量(Mw)が86、000g/mol、分子量分布(Mw/Mn)が2.17であったし、1−オクテン含量17.9重量%であった。
【0054】
実施例8
1−オクテン230mLを使用したことを除いては、実施例6と同一にエチレンと1−オクテンとの共重合を遂行した。
最大温度は170℃に到逹したし、最終的に42gの重合体が得られた重合体のメルトインデックスは13.0、密度は0.8680g/ccであり、ゲルクロマトグラフィーによる分析時に重量平均分子量(Mw)が37,000g/mol、分子量分布(Mw/Mn)が2.21であったし、1−オクテン含量32.0重量%であった。
【0055】
実施例9
触媒投入前の反応温度を80℃まで加熱したことを除いては、実施例8と同一にエチレンと1−オクテンとの共重合を遂行した。
最大温度は149℃に到逹したし、最終的に95gの重合体が得られた重合体のメルトインデックスは4.1、密度は0.8710g/ccであり、ゲルクロマトグラフィーによる分析時に重量平均分子量(Mw)が83、000g/mol、分子量分布(Mw/Mn)が2.09であったし、1−オクテン含量30.5重量%であった。
【0056】
実施例10から実施例12
連続式重合装置を使用して次のようにエチレンと1−オクテンとの共重合を遂行した。
触媒、反応溶媒及び単量体を含んだすべての反応原材料は定量ポンプを使用して420mL容量反応器で連続的に入れ込んだし、重合された反応物での未反応単量体及び溶媒の除去と重合体回収も連続的になされた。重合溶媒としてはシクロヘキサンが使用され、各原料の流量及び主要反応条件は表1に表示した。反応器を出る反応物に5.2mmol/hr流量でペラルゴン酸を注入して触媒を非活性化させた後に未反応単量体と溶媒をとり除いて重合体を得た。
【0057】
触媒は、実施例10と11は製造例1で合成されたビス(2−フェニルフェノキシ)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタン(IV)クロライド実施例12は製造例2で合成された(ジクロロ)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(2−(9’、9’’−ジメチルフルオレン−2’−イル)フェノキシ)チタン(IV)が使用された。触媒使用量は表1に現われたもののようである。Tiは単一活性点触媒、Alは助触媒えあるトリイソブチルアルミニウム、Bはトリフェニルメチルアニリニウムテトラキスペンタフルオルフェニルボレイトをそれぞれ示す。触媒はトルエンに0.2g/lの濃度で溶解させて入れ込んだし、共単量体で1−オクテンを使用した。反応器の転換率はそれぞれの反応条件で反応器の後段工程ストリームのゲルクロマトグラフィー分析を通じて測定した。表2には実施例10と11によって製造されたエチレンと1−オクテンとの共重合体の分析結果である。
【0058】
【表1】

−Ti:触媒中のTiを意味する。
−Al:助触媒トリイソブチルアルミニウムを示す。
−B:助触媒トリフェニルメチルアニリニウムテトラキスペンタフルオルフェニルボレイトを示す。
【0059】
【表2】

【0060】
前記の実施例らから分かるところのように本発明を通じた触媒組成物及び製造方法を通じて密度0.910g/cc以下で30,000以上の高い分子量と3以下の狭い分子量分布を有するエチレンとα−オレフィンとの共重合体を回分式または連続反応条件下で成功的に生産することができることを分かる。
【0061】
図1は、本発明の実施例11によるエチレン及びα−オレフィンとの共重合体の13C−NMRスペクトルで典型的なランダム共重合体のスペクトラムとしてRandal、J.C.(参考文献JMS-Rev. Macromol. Chem. Phys. 1980、C29、201)の方法によって重合体中のα-オレフィン含量を求めることができる。
【0062】
図2は、本発明の実施例11によるエチレン及びα−オレフィンとの共重合体のゲルクロマトグラフィーから得られた分子量分布曲線である。図2を参照すれば、分子量分布曲線の範囲から見て表2に現われたところのように実施例11によって製造された共重合体の分子量分布を確認することができる。
【0063】
また、本発明の触媒系を利用して高温の溶液重合条件で少ない量のa−オレフィン共単量体を投入しながらも高い収率で密度0.910g/cc以下のエチレンとa−オレフィンとの共重合体を製造することができることを見せてくれる。
【0064】
以上で説明したところのように本発明の実施例に対して詳しく記述されたが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者なら、添付された請求範囲に定義された本発明の精神及び範囲を脱しないながらも、本発明をいろいろに変形して実施することができるであろう。したがって、本発明のこれからの実施例らの変更は、本発明の技術を脱することができないだろう。
【産業上の利用可能性】
【0065】
本発明による遷移金属触媒組成物とこれを利用したエチレンとα−オレフィンの共重合体製造方法は触媒活性が高いのみならず、高級α−オレフィン類との共重合反応性が非常に良くて、高分子量の重合体を高い収率で製造することができるために既に知られたメタロセン及び非メタロセン系単一活性点触媒に比べて密度0.850から0.910g/ccの弾性を有する共重合体製造に商業的な実用性が高い。また、非架橋型単一活性点触媒であるために触媒の合成段階が単純で合成収率が高くて、低い触媒製造原価を見えると共にα−オレフィン共単量体の使用量が少ないために工程の経済性のすぐれた長所がある。したがって、本発明による遷移金属触媒組成物及び製造方法は、多様な物性と弾性を有するエチレンとα−オレフィンの共重合体の製造に有用に使用されることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
単一反応器または直列若しくは並列式の二段反応用連続反応器内において、下記化学式1の遷移金属化合物触媒を含む触媒組成物の存在下に、エチレンとC3−C18のα−オレフィン共単量体とを共重合させて密度0.850〜0.910g/ccであるエチレンとα−オレフィンとの共重合体を製造する方法。
[化学式1]

前記式で、Mは周期律表上4族の遷移金属であり;
Cpは中心金属Mとη−結合することができるシクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環であり、前記シクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環は(C1−C20)アルキル、(C6−C30)アリール、(C2−C20)アルケニル及び(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキルから選択される一つ以上にさらに置換されることができ;
からRは互いに独立的に水素原子、ハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオまたはニトロであるか、或いは前記RからRは融合環を含む若しくは含まない(C3−C12)アルキレンまたは(C3−C12)アルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて脂環族環又は単一環若しくは多環の芳香族環を形成することができ;
Arは(C6−C30)アリールまたはN、O及びSから選択された一つ以上を含む(C3−C30)ヘテロアリールであり;
及びXは互いに独立的にハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオまたは
【化1】

であり;
11からR15は互いに独立的に水素原子、ハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオまたはニトロであるか、或いは前記R11からR15は融合環を含む若しくは含まない(C3−C12)アルキレンまたは(C3−C12)アルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて脂環族環又は単一環若しくは多環の芳香族環を形成することができ;
前記RからR、R11からR15、X及びXのアルキル、アリール、シクロアルキル、アルアルキル、アルコキシ、アルキルシロキシ、アリールシロキシ、アルキルアミノ、アリールアミノ、アルキルチオ若しくはアリールチオ;RからRまたはR11からR15のそれぞれがアルキレンまたはアルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて形成された環;、又は、前記ArとAr11のアリールまたはヘテロアリールは、ハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオ、ニトロ及びヒドロキシから選択される一つ以上にさらに置換されることができる。
【請求項2】
前記化学式1の遷移金属触媒において、MがTi、ZrまたはHfであることを特徴とする請求項1に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項3】
前記遷移金属触媒は、下記化学式1−1〜1−14から選択されることを特徴とする請求項2に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
[化学式1−1]

[化学式1−2]

[化学式1−3]

[化学式1−4]

[化学式1−5]

[化学式1−6]

[化学式1−7]

[化学式1−8]

[化学式1−9]

(R11とR12が連結されて環を形成した場合に該当)
[化学式1−10]

[化学式1−11]

[化学式1−12]

(R11とR12及びR13とR14が連結されて環を形成した場合に該当)
[化学式1−13]

[化学式1−14]

前記R21からR26は互いに独立的に水素原子、ハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオまたはニトロであるか、或いは前記R21からR26は融合環を含む若しくは含まない(C3−C12)アルキレンまたは(C3−C12)アルケニレンを介して隣接した置換体と連結されて脂環族環又は単一環若しくは多環の芳香族環を形成することができ;前記R21からR26のアルキル、アリール、シクロアルキル、アルアルキル、アルコキシ、アルキルシロキシ、アリールシロキシ、アルキルアミノ、アリールアミノ、アルキルチオ又はアリールチオはハロゲン原子、(C1−C20)アルキル、(C3−C20)シクロアルキル、(C6−C30)アリール、(C6−C30)アリール(C1−C10)アルキル、(C1−C20)アルコキシ、(C3−C20)アルキルシロキシ、(C6−C30)アリールシロキシ、(C1−C20)アルキルアミノ、(C6−C30)アリールアミノ、(C1−C20)アルキルチオ、(C6−C30)アリールチオ、ニトロ及びヒドロキシから選択される一つ以上にさらに置換されることができ;
Cpは中心金属Mとη−結合することができるシクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環であり、前記シクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環は(C1−C20)アルキル、(C6−C30)アリール、(C2−C20)アルケニル及び(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキルから選択される一つ以上にさらに置換されることができ;
及びXは互いに独立的にメチルまたはClである。
【請求項4】
前記遷移金属触媒は、下記から選択されることを特徴とする請求項3に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【化2】

前記Cpは互いに独立的に中心金属Tiとη−結合することができるシクロペンタジエニル環またはシクロペンタジエニル環を含む融合環であり、前記シクロペンタジエニル環を含む融合環は(C1−C20)アルキル、(C6−C30)アリール、(C2−C20)アルケニル及び(C6−C30)アリール(C1−C20)アルキルから選択される一つ以上にさらに置換されることができ;
及びXは互いに独立的にメチルまたはClである。
【請求項5】
前記触媒組成物は、前記遷移金属触媒;及びアルミノキサン化合物、アルキルアルミニウム化合物、ホウ素化合物及びこれらの混合物から選択される助触媒;を含む請求項1に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項6】
前記遷移金属触媒と前記助触媒の割合が遷移金属M:ホウ素原子:アルミニウム原子のモル比基準で1:0.5〜50:1〜1,000である請求項5に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項7】
前記ホウ素化合物助触媒は、N、N−ジメチルアニリニウムテトラキスペンタフルオルフェニルボレイト、トリフェニルメチルアニリニウムテトラキスペンタフルオルフェニルボレイト、及びこれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項5に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項8】
前記α−オレフィン共単量体は、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン及びこれらの混合物から選択される請求項1に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項9】
前記共重合体中α−オレフィン共単量体の含量は、10重量%あるいは60重量%であることを特徴とする請求項1に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項10】
前記共重合体中α−オレフィン共単量体の含量は、20重量%から45重量%であることを特徴とする請求項9に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項11】
前記共重合体密度が0.855から0.905g/ccであることを特徴とする請求項1に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項12】
前記共重合体密度が0.860から0.900g/ccであることを特徴とする請求項11に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項13】
前記共重合体重量平均分子量は、30,000から500,000の間であり、分子量分布(Mw/Mn)は1.5から3.0であることを特徴とする請求項1に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項14】
前記共重合体製造のための反応器内の圧力は、10〜150気圧であり、重合反応温度は80〜250℃であることを特徴とする請求項1に記載のエチレン及びα−オレフィンとの共重合体製造方法。
【請求項15】
請求項1から14のうちいずれか一つの方法で製造されたエチレンとα−オレフィンの共重合体。

【図1】
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【図2】
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【公表番号】特表2012−507589(P2012−507589A)
【公表日】平成24年3月29日(2012.3.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−534377(P2011−534377)
【出願日】平成21年10月19日(2009.10.19)
【国際出願番号】PCT/KR2009/006024
【国際公開番号】WO2010/053264
【国際公開日】平成22年5月14日(2010.5.14)
【出願人】(308007044)エスケー イノベーション  カンパニー リミテッド (53)
【氏名又は名称原語表記】SK INNOVATION CO.,LTD.
【Fターム(参考)】