説明

オレフィン系重合用触媒

発明の課題は、高いオレフィン重合活性を示すことができる、後周期遷移金属錯体系のオレフィン系重合用触媒を提供することにある。またその製造方法を提供することにある。さらには、該触媒を使用して得られるオレフィン系重合体、およびその製造方法を提供することにある。フッ素を含有する特定の一般式で示される構造を有する後周期遷移金属錯体系のオレフィン系重合用触媒を用いることにより達成される。また、その重合用触媒は系中で調製することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、新規なオレフィン系重合用触媒、それを用いて得られるオレフィン系重合体、それらの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
オレフィン系重合用触媒の高活性化は、現在においても重要な課題である。最近では、極性モノマーとの共重合や水系での重合が可能となることから、後周期遷移金属錯体系のオレフィン系重合用触媒が着目されている。
【0003】
特に、酸素原子近傍にフッ素化炭化水素基を有し、かつリン原子近傍にエステル基を有するニッケル系触媒(Shell Higher Olefin Process系触媒:SHOP系触媒)は水系でも高いエチレン重合活性を示すことが報告されている(特許文献1、非特許文献1、2)。
【0004】
また、下記一般式(5)または一般式(6)であることを特徴とする塩素含有ニッケル系触媒(Shell Higher Olefin Process系触媒:SHOP系触媒)は水系でも高いエチレン重合活性を示すことが報告されている(特許文献2、非特許文献3)。
【0005】
【化5】

【0006】
【化6】

【0007】
(式中、Phはフェニル基を示す)
しかし、実用的には活性や得られる重合体の分子量は十分とはいえず、新規な触媒の開発が望まれている。
【特許文献1】WO02/24763
【特許文献2】DE2923206A1
【非特許文献1】Macromolecules,2001年,34巻,2438頁
【非特許文献2】Macromolecules,2001年,34巻,2022頁
【非特許文献3】Macromolecules,2003年,36巻,6711頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の課題は、高活性で、高分子量の重合体が得ることができるオレフィン系重合用触媒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討した結果、本発明を完成するにいたった。
【0010】
即ち本発明は、下記一般式(1)または一般式(2)または一般式(3)であることを特徴とするオレフィン系重合用触媒に関する。
【0011】
【化7】

【0012】
【化8】

【0013】
【化9】

【0014】
(式中、Mはニッケル、パラジウムまたは白金である。Eは酸素または硫黄である。Xはリン、砒素またはアンチモンである。R1,R2,R3は各々独立して、水素または炭素数1〜20の炭化水素基である。Rf1,Rf2は各々独立してフッ素原子または炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基である。Fはフッ素である。mは1〜3である。)
好ましい実施態様としては、Mがニッケルであることを特徴とする、オレフィン系重合用触媒に関する。
【0015】
好ましい実施態様としては、Eが酸素、Xがリンであることを特徴とする、オレフィン系重合用触媒に関する。
【0016】
好ましい実施態様としては、Rf1およびRf2が炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基であることを特徴とする、オレフィン系重合用触媒に関する。
【0017】
さらに好ましい実施態様としては、Rf1がトリフルオロメチル基、Rf2がペンタフルオロフェニル基であることを特徴とする、オレフィン系重合用触媒に関する。
【0018】
好ましい実施態様としては、R1,R2,およびR3がフェニル基であることを特徴とする、オレフィン系重合用触媒に関する。
【0019】
さらに好ましい実施態様としては、下記一般式(4)であることを特徴とする、オレフィン系重合用触媒に関する。
【0020】
【化10】

【0021】
(式中、Phはフェニル基を示す)
また本発明は、上記オレフィン系重合用触媒を用いて得られるオレフィン系重合体に関する。
【0022】
好ましい実施態様としては、オレフィン系モノマーが炭素数10以下のα−オレフィンであることを特徴とするオレフィン系重合体に関する。
【0023】
また本発明は、上記オレフィン系重合用触媒の製造方法に関する。
【0024】
また本発明は、上記オレフィン系重合体の製造方法に関する。
【発明の効果】
【0025】
本発明のオレフィン系重合用触媒は、高いオレフィン系重合活性を示し、分子量の高いオレフィン系重合体を製造することができる。
【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。
(オレフィン系重合用触媒)
本発明は、下記一般式(1)または一般式(2)または一般式(3)であることを特徴とするオレフィン系重合用触媒に関する。
【0027】
【化11】

【0028】
【化12】

【0029】
【化13】

【0030】
(式中、Mはニッケル、パラジウムまたは白金である。Eは酸素または硫黄である。Xはリン、砒素またはアンチモンである。R1,R2,R3は各々独立して、水素または炭素数1〜20の炭化水素基である。Rf1,Rf2は各々独立してフッ素原子または炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基である。Fはフッ素である。mは1〜3である。)
本発明に使用されるオレフィン系重合用触媒は、以下の反応により調製するのが好ましい。
【0031】
【化14】

【0032】
【化15】

【0033】
【化16】

【0034】
(反応式中、Mはゼロ価のニッケル、パラジウムまたは白金で、MLnはゼロ価のニッケル、パラジウムまたは白金化合物である。Eは酸素または硫黄である。Xはリン、砒素またはアンチモンである。R1,R2,R3は各々独立して、水素または炭素数1〜20の炭化水素基である。Rf1,Rf2は各々独立してフッ素原子または炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基である。Fはフッ素である。mは1〜3である。LはMに対して配位し、Mの価数をゼロ価に保持するものであれば特に制限はない。nは自然数である。)
これらの反応が進行しやすいことから、Mはゼロ価のニッケルであることが好ましい。
【0035】
Eは酸素であることが好ましい。Xはリンであることが好ましい。
【0036】
MLnはゼロ価のニッケル、パラジウムまたは白金化合物であるが、ゼロ価のニッケル化合物としては、例えば、ビス(シクロオクタジエン)ニッケル、ビス(シクロオクタテトラエン)ニッケル、ビス(1、3、7-オクタトリエン)ニッケル、ビス(アリル)ニッケル、ビス(メタリル)ニッケル、トリエチレンニッケルが好ましく、ビス(シクロオクタジエン)ニッケルが特に好ましい。
【0037】
f1,Rf2は各々独立して炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基が好ましい。具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ペンタフルオロフェニル基、トリフルオロメチル基で置換されたフェニル基等が挙げられる。特に、Rf1はトリフルオロメチル基が好ましく、Rf2はペンタフルオロフェニル基が好ましい。
【0038】
本発明の触媒は、このような骨格にフッ素を有しているため、高い活性を示すことができ、また、分子量の高いオレフィン系重合体を製造することができる。
【0039】
また、R1,R2,R3は各々独立して、炭素数1〜20の炭化水素基が、特に各種置換芳香族基が好ましい。置換芳香族基として最も好ましいのはフェニル基である。R1,R2,R3はRf1,Rf2置と各々独立して同じであってもよい。
【0040】
反応の促進のために、ホスフィン、ホスフィン酸化物、ケトン、エステル、エーテル、アルコール、ニトリル、アミン、ピリジン、オレフィン等を共存させるのが好ましい。特にオレフィンを共存させるのが好ましい。
【0041】
反応温度は0〜100℃、室温〜70℃が好ましい。反応時間に特に制限はないが、1時間以内、特に20分以内が好ましい。
【0042】
反応は不活性雰囲気下で行うのが好ましく、アルゴン、窒素等が挙げられる。場合により微量の酸素、水分が存在していてもよい。
【0043】
反応は、通常溶媒を使用して実施するのが好ましく、溶媒としては脂肪族または芳香族溶媒が好ましく、これらはハロゲン化されていてもよい。
【0044】
例としては、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ブタン、イソブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、イソドデカン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロヘプタン、エチルシクロヘキサン、ブチルクロリド、塩化メチレン、クロロホルムが挙げられる。
【0045】
また、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチルエーテル、アセトン、エタノール、メタノール、エチレングリコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、水等の極性溶媒であってもよい。これらは混合していてもよい。
【0046】
一般に溶媒は、M換算で、1〜20000μmol/L、さらには10〜10000μmol/Lの濃度の範囲で使用するのが好ましい。
【0047】
反応において、配位子を調製するための2つの化合物のモル比は、1.5/1〜1/1.5が好ましく、1.1/1〜1/1.1がより好ましい。
【0048】
反応において、MLn/配位子のモル比は、反応収率を高めるため少なくともMLnを等量以上使用するのがよく、4/1〜1/1が好ましく、3/1〜2/1がより好ましい。
【0049】
本発明のオレフィン系重合触媒は複核であってもよい。
【0050】
本発明のオレフィン系重合用触媒の具体例としては、下記一般式で示される化合物を好適に例示することができる。
【0051】
【化17】

【0052】
(式中、Phはフェニル基を示す)。
【0053】
(オレフィン系モノマー)
本発明に用いられる、オレフィン系モノマーは、特に制限はないが、炭素数2〜20のオレフィンであることが好ましく、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ヘキサデセン、1−エイコセン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、ビニルシクロヘキサン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロオクテン、ノルボルネン、5−フェニル−2−ノルボルネン等が挙げられる。
【0054】
この中でも炭素数10以下のα−オレフィンが重合活性の高さから好ましく、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテンなどが挙げられる。これらのオレフィン系モノマーは、単独で使用してもよく、また2種以上使用してもよい。
【0055】
また、1,3−ブタジエン、イソプレン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、1,5−シクロオクタジエン、1,9−デカジエン、1,13−テトラデカジエン、ノルボルナジエン、5−ビニル−2−ノルボルネン、エチリデンノルボルネン、ジメタノオクタヒドロナフタリン、ジシクロペンタジエン等のジエンを少量併用してもよい。
【0056】
さらに、CH2=CH(CH2nGの式の化合物を少量併用してもよい。ここで、nは2〜20、Gは水酸基、水酸基含有炭化水素基、エーテル基、フッ素化炭化水素基、エステル基、カルボン酸基、アルコキシシリル基、シラノール基である。
【0057】
オレフィン系モノマーの使用量としては、制限はないが、オレフィン系モノマー/触媒(中心金属または配位子のうち少ない方の量になる)がモル比で10〜109であることが好ましく、さらには100〜107が好ましく、とくには1000〜105が好ましい。当該モル比が小さすぎると、分子量の小さい重合体しか得られなくなり、大きすぎると、モノマーに対するポリマーの収率が低くなる傾向が生ずる。
【0058】
(オレフィン系重合体)
オレフィン系重合に際し、溶媒を用いてもよい。溶媒としては特に制限はないが、脂肪族または芳香族溶媒が好ましく、これらはハロゲン化されていてもよい。例としては、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ブタン、イソブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、イソドデカン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロヘプタン、エチルシクロヘキサン、ブチルクロリド、塩化メチレン、クロロホルムが挙げられる。また、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチルエーテル、アセトン、エタノール、メタノール、エチレングリコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、水等の極性溶媒であってもよい。
【0059】
これらの溶媒は単独で用いても良いし、複数を組み合わせて用いても良い。従って、気相重合、バルク重合だけでなく、溶液重合、懸濁重合、分散重合、乳化重合、乳化分散重合等を採用してもよい。
【0060】
重合温度は、−30〜200℃、好ましくは0〜100℃、特に好ましくは室温〜70℃で行われる。重合時間は特に制限はないが、通常10分〜100時間、反応圧力は特に制限はないが、常圧〜10MPaである。
【0061】
重合は不活性雰囲気下で行うのが好ましく、アルゴン、窒素等が挙げられる。場合により微量の酸素、水分が存在していてもよい。
【0062】
また、重合はバッチ(不連続)、半連続、連続、いずれの方法で行ってもよい。
【0063】
本発明における重合とは、単独重合、ランダム共重合だけでなく、ブロック共重合、グラフト共重合等の共重合も含む。従って重合体も単独重合体、共重合体(ランダム、ブロック、グラフト等)を含む。それらの重合体は混合していてもよい。
【実施例】
【0064】
以下に、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら制限を受けるものではない。
【0065】
(合成例1)
(配位子の合成)
J.Org.Chem.5558頁,53(23)巻,1988年を参考にして以下のように合成した。窒素雰囲気下、ペンタフルオロベンジルトリフェニルホスホニウムブロミド(Helvetica Chimica Acta,1928頁,76巻,1993年と同様に合成)2.617g、乾燥THF(和光純薬製)11mlを仕込み、氷浴を用いて0℃に冷却した。モレキュラーシーブで乾燥したトリエチルアミン(和光純薬製)1.5mlを加え、15分攪拌した。さらにトリフルオロ酢酸無水物(東京化成製)0.78mlを滴下し、0℃で1時間、室温(15℃)で1時間反応させた。濾液を濃縮し、蒸留水(和光純薬製)15mlで洗浄、乾燥した。得られた生成物を60℃のメタノールに溶解させ0℃まで徐々に冷却し、再結晶を行った。乾燥後の収量は、1.5gであった。1H−NMR(CDCl3)によりベンジルプロトンが消失していることから、下記化学式で示される化合物が生成していることがわかる。
【0066】
【化18】

【0067】
(式中、Phはフェニル基を示す)
(実施例1)
(オレフィン系重合用触媒の調製と1−ヘキセンの重合)
窒素雰囲気下、合成例1で得られた化合物14.8mg(27.5μmol)、ビス(シクロオクタジエン)ニッケル(関東化学製)15.1mg(55μmol)に、乾燥トルエン(和光純薬製)10ml、モレキュラーシーブで乾燥した1−ヘキセン(和光純薬製)10mlを加え、60℃で3時間重合させた。トルエンと未反応1−ヘキセンを留去し、ポリヘキセンを得た。収量は、4.0gであった。
【0068】
(比較例1)
(オレフィン系重合用触媒の調製と1−ヘキセンの重合)
窒素雰囲気下、J.Org.Chem.5558頁,53(23)巻,1988年と同様に合成した下記化学式で示される化合物12.2mg(27.5μmol)、ビス(シクロオクタジエン)ニッケル(関東化学製)15.1mg(55μmol)に、乾燥トルエン(和光純薬製)10ml、モレキュラーシーブで乾燥した1−ヘキセン(和光純薬製)10mlを加え、60℃で3時間重合させた。トルエンと未反応1−ヘキセンを留去し、ポリヘキセンを得た。収量は、3.4gであった。
【0069】
【化19】

【0070】
(式中、Phはフェニル基を示す)
実施例1のオレフィン系重合用触媒の方が比較例1より収量が高く、高活性であることがわかる。
【0071】
(実施例2)
(オレフィン系重合用触媒の調製とエチレンの重合)
アルゴン雰囲気下、合成例1で得られた化合物14.8mg(27.5μmol)、ビス(シクロオクタジエン)ニッケル(関東化学製)15.1mg(55μmol)に、ナトリウム/ベンゾフェノンを用いて乾燥させたトルエン10ml、脱酸素剤および脱水剤(ガスクリーンおよびドライカラム、それぞれ日化精工製)で精製したエチレン(住友精化製)を、系を一旦減圧にして常圧で加え、70℃で1時間重合させた。トルエンを留去し、ポリエチレンを得た。収量は、0.41gであった。高温GPCによる分子量(オルトジクロロベンゼン、145℃、RI検出、PS換算)は、Mw11100、Mn3300であった。
【0072】
(比較例2)
(オレフィン系重合用触媒のその場調製とエチレンの重合)
アルゴン雰囲気下、J.Org.Chem.5558頁,53(23)巻,1988年と同様に合成した下記化学式で示される化合物12.2mg(27.5μmol)、ビス(シクロオクタジエン)ニッケル(関東化学製)15.1mg(55μmol)に、ナトリウム/ベンゾフェノンを用いて乾燥させたトルエン10ml、脱酸素剤および脱水剤(ガスクリーンおよびドライカラム、それぞれ日化精工製)で精製したエチレン(住友精化製)を、系を一旦減圧にして常圧で加え、70℃で1時間重合させた。トルエンを留去し、ポリエチレンを得た。0.34g。高温GPCによる分子量(オルトジクロロベンゼン、145℃、RI検出、PS換算)は、Mw3600、Mn1000であった。
【0073】
【化20】

【0074】
(式中、Phはフェニル基を示す)
実施例2のオレフィン系重合用触媒により得られたポリエチレンの方が比較例2より収量が高く、高活性であること、また高分子量であることがわかる。
【0075】
(実施例3)
(オレフィン系重合用触媒の調製とエチレンの重合)
重合容器として100mlのステンレススチール製オートクレーブを用いた。窒素雰囲気下、合成例1で得られた化合物14.8mg(27.5μmol)、ビス(シクロオクタジエン)ニッケル(関東化学製)15.1mg(55μmol)に、水素化カルシウムを用いて乾燥させたトルエン10ml、脱酸素剤および脱水剤(ガスクリーンおよびドライカラム、それぞれ日化精工製)で精製したエチレン(住友精化製)を、0.45MPaで加え、70℃で15分重合させたところ、系は固化した。トルエンを留去し、ポリエチレンを得た。収量は、4.1gであった。
【0076】
(実施例4)
(オレフィン系重合用触媒の調製とエチレンの重合)
窒素雰囲気下、トリフェニルホスフィン(和光純薬製)13.1mg(50μmol)、2,6−ジフルオロ−1,4−ベンゾキノン(J.Chem.Soc.Perkin Trans.2719頁,1巻,2002年に準じて合成)7.2mg(50μmol)に脱水トルエン(和光純薬製)4ml、脱水メタノール(和光純薬製)1mlを加え、室温で20分攪拌した。得られた溶液を一旦濃縮後、脱水トルエンを10ml再び加えた。この溶液をビス(シクロオクタジエン)ニッケル(関東化学製)15.1mg(55μmol)に加え、さらに、得られた溶液を100mlのステンレススチール製オートクレーブに入れた。脱酸素剤および脱水剤(ガスクリーンおよびドライカラム、それぞれ日化精工製)で精製したエチレン(住友精化製)を、0.45MPaで加え、70℃で3時間重合させた。収量は0.4gであった。
【0077】
(比較例3)
(オレフィン系重合用触媒のその場調製とエチレンの重合)
窒素雰囲気下、トリフェニルホスフィン(和光純薬製)13.1mg(50μmol)、2,6−ジクロロ−1,4−ベンゾキノン(和光純薬製)8.9mg(50μmol)に脱水トルエン(和光純薬製)4ml、脱水メタノール(和光純薬製)1mlを加え、室温で20分攪拌した。得られた溶液を一旦濃縮後、脱水トルエンを10ml再び加えた。この溶液をビス(シクロオクタジエン)ニッケル(関東化学製)15.1mg(55μmol)に加え、さらに、得られた溶液を100mlのステンレススチール製オートクレーブに入れた。脱酸素剤および脱水剤(ガスクリーンおよびドライカラム、それぞれ日化精工製)で精製したエチレン(住友精化製)を、0.45MPaで加え、70℃で3時間重合させた。収量は0.01gであった。
【0078】
実施例4のオレフィン系重合用触媒により得られたポリエチレンの方が比較例3より収量が高く、高活性であることがわかる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(1)または一般式(2)または一般式(3)であることを特徴とするオレフィン系重合用触媒。
【化1】

【化2】

【化3】

(式中、Mはニッケル、パラジウムまたは白金である。Eは酸素または硫黄である。Xはリン、砒素またはアンチモンである。R1,R2,R3は各々独立して、水素または炭素数1〜20の炭化水素基である。Rf1,Rf2は各々独立してフッ素原子または炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基である。Fはフッ素である。mは1〜3である。)
【請求項2】
Mがニッケルであることを特徴とする、請求項1に記載のオレフィン系重合用触媒。
【請求項3】
Eが酸素、Xがリンであることを特徴とする、請求項1または2に記載のオレフィン系重合用触媒。
【請求項4】
f1およびRf2が炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載のオレフィン系重合用触媒。
【請求項5】
f1がトリフルオロメチル基、Rf2がペンタフルオロフェニル基であることを特徴とする、請求項4に記載のオレフィン系重合用触媒。
【請求項6】
1,R2,およびR3がフェニル基であることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載のオレフィン系重合用触媒。
【請求項7】
下記一般式(4)であることを特徴とする請求項6記載のオレフィン系重合用触媒。
【化4】

(式中、Phはフェニル基を示す)
【請求項8】
請求項1から7のいずれか1項に記載のオレフィン系重合用触媒を用いて得られるオレフィン系重合体。
【請求項9】
オレフィン系モノマーが炭素数10以下のα−オレフィンであることを特徴とする、請求項8記載のオレフィン系重合体。
【請求項10】
請求項1から7のいずれか1項に記載のオレフィン系重合用触媒の製造方法。
【請求項11】
請求項8または9に記載のオレフィン系重合体の製造方法。

【国際公開番号】WO2005/080445
【国際公開日】平成17年9月1日(2005.9.1)
【発行日】平成19年10月25日(2007.10.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−510189(P2006−510189)
【国際出願番号】PCT/JP2005/002115
【国際出願日】平成17年2月14日(2005.2.14)
【出願人】(000000941)株式会社カネカ (3,932)
【Fターム(参考)】