説明

ポリエチレンの中空ビーズ

本発明は、制御された大きさおよび形態のポリエチレンの中空ビーズを製造するための方法を開示する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はポリエチレンの中空ビーズおよびこれらの製造方法の分野に関する。本発明は、また、これらの製造方法に使用される触媒成分にも関する。
【背景技術】
【0002】
鉄をベースとした触媒系はオレフィンの重合またはオリゴマー化の文献で述べられている。
【0003】
例えば、Britovsekら(非特許文献1)は、オレフィン、特にエチレンの重合に対して活性である鉄とコバルトをベースとする新規なオレフィン重合触媒を述べている。
【0004】
Small、BrookhartおよびBennett(非特許文献2)は、エチレンの重合に対して極めて活性である鉄およびコバルト触媒を述べている。
【0005】
SmallとBrookhart(非特許文献3)はプロピレンの重合用の新世代の鉄触媒を開示している。
【0006】
例えばRoscoeらは(非特許文献4)などのいくつかの他の研究グループは非相互作用性のポリスチレン担体上に担持されたメタロセンからポリオレフィン球を製造することができた。
【0007】
LiuとJin(非特許文献5)はポリスチレン鎖上に鉄をベースとした触媒を固定するための方法を開示している。
【0008】
これらの先行技術の資料はいずれも制御された形態および大きさのポリエチレンの中空ビーズを制御する問題に取り組んではいない。
【非特許文献1】G.J.P.Britovsek,V.C.Gibson,B.S.Kimberlay,P.J.Maddox,S.J.McTavish,G.A.Solan,A.J.P.White and D.J.Williams、in Chem.Comm.、1998、849
【非特許文献2】B.L.Small、M.Brookhart and A.M.A.Bennett,in J.Am.Chem.Soc.,1998,4049
【非特許文献3】B.L.Small and M.Brookhart,in Macromoleoules,1999,2120
【非特許文献4】S.B.Roscoe,J.M.Frechet,J.F.Walzer and A.J.Dias,in Science,1998,vol.280,270
【非特許文献5】C.Liu and G.Jin、in New J.Chem.2002,1485
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、制御された形態および大きさのポリエチレンの中空ビーズを製造するための方法を開示する。
【0010】
本発明は、また、ポリエチレンの中空ビーズの製造において極めて活性な担持された鉄をベースとした触媒成分も開示する。
【0011】
本発明は、担持された鉄をベースとした触媒成分を製造するための方法を更に開示する。
【課題を解決するための手段】
【0012】
したがって、本発明は、制御された大きさおよび形態のポリエチレンの中空ビーズを製造する方法であって、
a)担体が多孔性の官能基化されたポリスチレンビーズであり、そして触媒成分がこの担体に共有結合し、そして一般式I
【0013】
【化1】

【0014】
(ここで、Rは同一であり、1〜20個の炭素原子を有するアルキルであり、そして
R’とR”は同一であるかあるいは異なり、1〜20個の炭素原子を有する置換あるいは非置換のアルキル、または非置換もしくは1〜20個の炭素原子の置換基を有する置換のアリールである)
の鉄をベースとする錯体である担持された触媒成分を準備し;
b)この担持された触媒成分を好適な活性化剤により活性化し;
c)エチレンモノマーを供給し;
d)重合条件下に維持し;
e)制御された形状および大きさのポリエチレンの中空ビーズを取り出す
段階を含んでなる方法を開示する。
Rは同一であり、好ましくは1〜4個の炭素原子を有するアルキルであり、更に好ましくはメチルである。
【0015】
R’とR”は同一であるかあるいは異なり、そして1〜6個の炭素原子を有する置換あるいは非置換のアルキルから選択されるか、あるいは1〜6個の炭素原子の置換基を有する非置換あるいは置換のアリールである。好ましくは、R’とR”は同一であり、そしてフェニルである。このフェニル上の置換基は、存在する場合には、誘起型の吸引性、供与性の効果または立体効果のいずれかを有することができる。
【0016】
誘起型の吸引性あるいは供与性の効果を有する置換基は、水素またはアルコキシ、またはNO、またはCN、またはCORまたは1〜20個の炭素原子を有するアルキル、またはハロゲンまたはCX(ここで、Xはハロゲン、好ましくはフッ素である)、または3および4位の間の、あるいは4および5位の間の、あるいは5および6位の間の縮合環から選択可能である。
【0017】
この鉄をベースとする錯体の立体環境は、フェニル上の2および6位の、場合によっては3、4および5位の置換基により決定される。
【0018】
この立体効果のためには、このフェニル上の好ましい置換基は、存在する場合には、tert−ブチル、イソプロピルまたはメチルから選択可能である。最も好ましい置換基は2および6位のイソプロピルまたは2、4および6位のメチルである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明は、制御された形態および大きさのポリエチレンの中空ビーズの製造において極めて活性な担持された触媒成分であって、多孔性の官能基化されたポリスチレンビーズから製造される担体と、2〜18個の炭素原子の長さを有する置換あるいは非置換のアルキルである可撓性腕部によりこの担体に共有結合した鉄をベースとする錯体とを含んでなるものを開示する。
【0020】
好ましくは、この可撓性腕部は3〜6個の炭素原子を有する非置換アルキルである。
【0021】
本発明は、また、担持された触媒成分を製造するための方法であって、
a)一般式II
【0022】
【化2】

【0023】
(ここで、Rは同一であり、そして1〜20個の炭素原子を有するアルキルである)
の第1の成分を準備し;
b)一般式III
【0024】
【化3】

【0025】
(ここで、可撓性腕部Aは2〜18個の炭素原子を有する置換あるいは非置換のアルキルである)
の多孔性の官能基化されたポリスチレンビーズを準備し;
c)段階a)の成分と段階b)の多孔性の官能基化されたビーズの間に共有結合を形成して、式
【0026】
【化4】

【0027】
の錯体を製造し;
d)段階c)の担持された成分と第1のアルキル−あるいはアリール−アミンR’−NHとを、そして第2のアルキル−あるいはアリール−アミンR”−NH(ここで、R’とR”は同一であるかあるいは異なる)とを反応させて、一般式V
【0028】
【化5】

【0029】
のビスイミン錯体を製造し;
e)段階d)のビスイミンと塩化第2鉄(FeCl)とをTHF中で反応させて、この第2鉄中心を配位させそして一般式VI
【0030】
【化6】

【0031】
の触媒成分を得る
段階を含んでなる方法も開示する。
【0032】
段階e)のすべての反応を不活性雰囲気下約20℃の室温および大気圧下で行う。次に、溶媒を蒸発し、そして担持された触媒成分乾燥ビーズを取り出す。
【0033】
出発の多孔性の官能基化されたポリスチレンビーズは250〜500ミクロンの大きさを有し、架橋度が0.5〜5%の範囲にある架橋ポリスチレンから製造される。架橋の適当なレベルを選択しなければならない;これは、形状拘束を確保するように充分に高いが、この活性成分の吸収を可能にするように充分に低くなければならない。1〜2%の架橋度が好ましい。
【0034】
できあがった担持された鉄をベースとした触媒系成分を調べると、この化合物内の鉄の分布は均一でない;触媒成分のビーズの断面を表す図1に見られるように、表面からビーズの中心に侵入するにつれて濃度は減少することが明らかになる。
【0035】
次に、触媒系は、この担持された触媒成分を好適な活性化剤により活性化することにより製造される。
【0036】
この活性化剤はアルモキサンまたはアルミニウムアルキルから選択可能である。
【0037】
このアルミニウムアルキルは式AlRのものであり、そして各Rが同一であるかあるいは異なり、そしてハライドまたは1〜12個の炭素原子を有するアルコキシあるいはアルキル基から選択され、そしてXが1〜3である場合に使用可能である。特に好適なアルミニウムアルキルはジアルキルアルミニウムクロリドであり、最も好ましいのはジエチルアルミニウムクロリド(EtAlCl)である。
【0038】
重合工程時にこの触媒成分を活性化するためにアルモキサンが使用され、そして当業界で既知のいかなるアルモキサンも好適である。
【0039】
この好ましいアルモキサンは、オリゴマーの線状アルモキサンに対しては式
【0040】
【化7】

【0041】
およびオリゴマーの環状アルモキサンに対しては式
【0042】
【化8】

【0043】
(ここで、nは1−40、好ましくは10−20であり、mは3−40、好ましくは3−20であり、そしてRはC−Cアルキル基、好ましくはメチルである)
により表されるオリゴマーの線状および/または環状のアルキルアルモキサンを含んでなる。
メチルアルモキサン(MAO)が好ましくは使用される。
【0044】
好ましくは、この活性化剤は担持された触媒成分の乾燥ビーズに対して過剰に添加される。このモル比[Al]:[Fe]は少なくとも2000、好ましくは少なくとも2500である。このポリエチレンの中空ビーズは、出発のポリスチレンビーズと最終のポリエチレンビーズを表す図2に見られるように0.5〜5mmの直径を有する。フェニル基上の種々の置換基について得られる最終のポリエチレンビーズを表す図3で見られるように、このポリエチレンの中空ビーズの直径は、鉄をベースとする触媒成分のフェニル基R’およびR”に結合する置換基の性状に依存する。加えて、このビーズは極めて狭い大きさの分布を有する。
【0045】
触媒活性は、また、フェニル基上の置換基R’およびR”の性状によっても支配される。
[実施例]
【0046】
商品供給者から購入した出発材料と試薬を標準の精製の後に使用した。
−トルエンとテトラヒドロフラン(THF)に対してはナトリウムとベンゾフェノンにより、
−メタノールに対してはナトリウムにより、そして
−ジクロロメタン(DCM)に対しては五酸化リンにより
溶媒を乾燥し、使用前に蒸留した。
アルゴン下真空ラインを用いる標準のシュレンク法とグローブボックス法ですべての操作を行った。
このロータリーシェイカーはLabquakeシェイカーである。
NMRスペクトルをBruker DPX200により200MHz(Hに対して)および50MHz(13Cに対して)で記録した。
赤外ATR(シリシウム(silicium))スペクトルをIR Centaurus顕微鏡により4000−400cm−1の範囲で記録した。
高分解能質量スペクトルをCRMPO、University of RennesにおいてVarian MAT311(電子イオン化法)により得た。
元素分析をCNRS Laboratory,Vernaison(France)により行った。
触媒の合成
出発化合物の2,6−ジアセチル−4−メチルピリジン(1)を既知の方法により合成した(例えばT.L.Gilchrist and T.G.Roberts,in J.Chem.Soc.,Perkins Trans.,1983,1283,またはT.L.Gilchrist,D.Hughes,W.Stretch and W.J.T.Crystal,in J.Chem.Soc.,Perkins Trans.,1987,2505を参照のこと)。
【0047】
【化9】

【0048】
1.22g(6.89ミリモル)の2,6−ジアセチル−4−メチルピリジン(1)を120mlのジクロロメタン(DCM)中に溶解した。次に、2.10g(11.03ミリモル)のパラ−トルエンスルホン酸を添加し、続いて5.2ml(93.74ミリモル)のエチレングリコールを添加した。この反応混合物を還流において50℃で3日攪拌した。次に、これを室温まで冷却し、50mlのDCM中に溶解し、200mlの飽和NaHCOにより2回、そして200mlの水により3回洗浄した。この有機相を硫酸マグネシウム上で乾燥し、濾過し、そして減圧下で乾燥した。カラムクロマトグラフィ(シリカ、溶離液としてDCM)によって、1.244g(4.7ミリモル)の化合物(2)を68%の収率で黄色油として得た。
【0049】
【化10】

【0050】
アルゴン下で3.6mLのジクロロメタン(DCM)中でRapp Polymereから購入した200mg(0.2ミリモル)のポリスチレンAM−NHビーズ(1ミリモル/g、250〜315μmの大きさ)に0.44mL(3.0ミリモル)のトリエチルアミンをゆっくりと添加し、続いて0.36mL(2.4ミリモル)の6−ブロモヘキサノイルクロリドを注意深く添加した。この反応混合物をロータリーシェイカーにより室温で2時間攪拌し、その後液を排出した。次に、このビーズをジメチルホルムアミドにより30分間2回、DCMにより10分間2回、メタノールにより10分間2回、ジメチルホルムアミドにより30分間2回、DCMにより10分間2回、メタノールにより30分間2回洗浄し、減圧下で乾燥して、0.2ミリモルの白色ビーズ(3)を得た。カイザー試験を行って、反応が完結したことを確認した。
【0051】
【化11】

【0052】
2.2mLのTHF中の0.1mL(0.72ミリモル)のジイソプロピルアミン溶液に0.5mL(0.66ミリモル)のn−ブチルリチウムを−20℃で滴下して加えることにより、リチウムジイソプロピルアミン(LDA)の溶液を製造した。この暗赤色溶液を−20℃で15分間攪拌し、その後同様に−20℃の2.2mLのTHF中の160mg(0.60ミリモル)の錯体(2)溶液に滴加した。アルゴン下でこの橙色溶液を−20℃で30分間攪拌した後、0.2ミリモルのビーズ(3)に添加した。このビーズをロータリーシェイカーにより室温で一夜攪拌した。次に、このビーズをTHF中10分間2回、及び30分間1回、ジメチルホルムアミド中10分間2回、DCM中5分間2回、メタノール中90分間1回、THF中15分間1回、メタノール中15分間1回、THF中15分間1回洗浄し、次に減圧下で乾燥した。この手順を2回繰り返して、0.2ミリモルの暗黄色のビーズ(4)を得た。
【0053】
【化12】

【0054】
2mLの10%HCl水溶液を添加した4mLのTHFに0.2ミリモルのビーズ(4)を溶解することにより、ビーズ(4)の脱保護基を行った。このビーズは橙色となった。これらをロータリーシェイカーにより室温で一夜攪拌した。次に、これらを排液し、THF/水の1/1混合物により30分間2回、メタノールにより15分間2回、THF/水の1/1混合物により30分間2回、メタノールにより15分間2回洗浄し、次に減圧下で乾燥した。この手順を2回繰り返して、淡黄色のビーズ(5)を得た。
【0055】
【化13】

【0056】
0.9mLのDCM中の0.033ミリモルのビーズ(5)の混合物に0.028mL(0.198ミリモル)の2,4,6−トリメチルアニリンと1適の氷酢酸を添加した。このビーズをロータリーシェイカーにより室温で40時間攪拌した。次に、これらを排液し、DCMにより30分間2回、メタノールにより30分間2回、そして再度DCMによりそれぞれ30分間および2時間、メタノールにより30分間2回洗浄し、次に減圧下で乾燥した。この手順を2回繰り返して、淡黄色のビーズ(6)を得た。
【0057】
【化14】

【0058】
次の反応を全部グローブボックス中で行った。39mg(0.196ミリモル)の四水和した塩化鉄(II)を1mLのDCM中に溶解し、続いて3mLのTHFを添加することにより、DCMとTHF中で四水和した塩化鉄(II)の4.9×10−2M溶液を製造した。次に、0.3mLのTHF中の0.01ミリモルのビーズ(6)の混合物に0.2mL(0.0098ミリモル)の四水和した塩化鉄(II)溶液を添加した。この暗青色のビーズをロータリーシェイカーにより室温で20時間攪拌した。次に、これらを排液し、THFにより1時間1回および30分間2回、トルエンにより30分間1回および1時間1回洗浄し、次に減圧下で乾燥して、暗青色のビーズ(7)を得、グローブボックス中で貯蔵した。鉄の量を
Fe(ICP AES):2.61%
ビーズ(7)の全装填量:0.467ミリモルFe/gビーズ
と測定した。
【0059】
【化15】

【0060】
波数の関数として反射率を表した図5に錯体(7)の反射スペクトルを示す
エチレンの重合
【実施例1】
【0061】
2mLのトルエン中の12.91mg(6.03μモル)のビーズ(7)を200mL反応器に入れ、次にアルゴンで5分間掃気した。アルゴン下で5mLのメチルアルモキサン(MAO)(トルエン中30%、3500当量)を、続いて85mLのトルエンを添加し、そしてこの反応器をアルゴンにより5分間掃気した。温度を50℃まで上昇させ、反応器を20バールのエチレンの下に置き、そして反応混合物を17時間攪拌した。この反応混合物を室温まで戻し、そしてアルゴン下でこの溶液を取り出した際、このビーズをエ
タノールにより洗浄し、そして減圧下で乾燥して、4.571gのポリエチレンのボールを得た。ビーズ(7)の活性をミリモルのFe当りのポリエチレンのグラム数で測定した。これらの方法によってそれぞれ、
活性(gポリマー/ミリモルFe)=758
ICP AESによるポリエチレンビーズ上の残存の鉄:0.019%
を得た。
【実施例2】
【0062】
2mLのトルエン中の2.9mg(1.35μモル)のビーズ(7)を200mLの反応器に入れ、アルゴンにより5分間掃気した。アルゴン下で5mLのMAO(トルエン中30%、16500当量)を、続いて85mLのトルエンを添加し、そしてこの反応器をアルゴンにより5分間掃気した。温度を50℃まで上昇させ、反応器を20バールのエチレンの下に置き、そして反応混合物を3時間攪拌した。この反応混合物を室温まで戻し、そしてアルゴン下でこの溶液を取り出した時に、このビーズをエタノールにより洗浄し、そして減圧下で乾燥して、1.874gのポリエチレンのボールを得た。この活性は
活性(gポリマー/ミリモルFe)=1388
であった。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】触媒ビーズの直径に沿った表面からの距離の関数としてエネルギー分散X線スペクトロメーター(EDS)を備えた走査電子顕微鏡(SEM)により測定した成分の鉄と塩素のパーセントを表す。
【図2】出発のポリスチレンビーズと最終のポリエチレン中空ビーズを表す。
【図3】フェニル基上の種々の置換基に依存して得られる最終のポリエチレンビーズを表す。この置換基は、それぞれイソプロピル、ジイソプロピル、tert−ブチル、トリメチル、ジエチルおよびジメチルである。
【図4】ポリエチレンの中空ビーズを表す。図4aはこのビーズの外部の像であり、そして図4bは内部の像である。
【図5】cm−1で表した波数の関数として%で表した触媒VIの反射スペクトルを表す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御された大きさおよび形態のポリエチレンの中空ビーズを製造するための担持された触媒成分を製造する方法であって、
a)一般式II
【化1】

(ここで、Rは同一であり、そして1〜20個の炭素原子を有するアルキルである)
の第1の成分を準備し;
b)一般式III
【化2】

(ここで、可撓性腕部Aは2〜18個の炭素原子を有する置換あるいは非置換のアルキルである)
の多孔性の官能基化されたポリスチレンビーズを準備し;
c)段階a)の成分と段階b)の多孔性の官能基化されたビーズの間に共有結合を形成して、式IV
【化3】

の錯体を製造し;
d)段階c)の担持された成分と第1のアルキル−あるいはアリール−アミンR’−NHとを、そして第2のアルキル−あるいはアリール−アミンR”−NH(ここで、R’とR”は同一であるかあるいは異なる)とを反応させて、一般式V
【化4】

のビスイミン錯体を製造し;
e)段階d)のビスイミンと塩化第2鉄FeClとを溶媒中で反応させて、一般式VI
【化5】

の最終触媒成分を得る
段階を含んでなる方法。
【請求項2】
可撓性腕部Aが3〜6個の炭素原子を含む請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記Rが同一でありそして1〜4個の炭素原子を有するアルキル基である請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記アルキル−あるいはアリール−アミン中のR’とR”が同一であり、そして置換あるいは非置換のフェニルである請求項1〜3のいずれか一つに記載の方法。
【請求項5】
前記フェニルがイソプロピル基により2および6位で置換されている請求項4に記載の方法。
【請求項6】
前記フェニルがメチル基により2、4および6位で置換されている請求項4に記載の方法。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか一つに記載の方法により入手可能な担持された触媒成分。
【請求項8】
制御された大きさおよび形態のポリエチレンの中空ビーズを製造するための方法であって、
a)請求項1〜6のいずれか一つにおいて製造される担持された触媒成分であって、前記担体が多孔性の官能基化されたポリスチレンビーズであり、そして前記触媒成分が前記担体に共有結合し、そして一般式I
【化6】

(ここで、R、R’およびR”は請求項1〜6のいずれか一つにおいて定義されているものである)
の鉄をベースとする錯体であるものを準備し;
b)前記担持された触媒成分を好適な活性化剤により活性化し;
c)エチレンモノマーを供給し;
d)重合条件下に維持し;
e)制御された形状および大きさのポリエチレンの中空ビーズを取り出す
段階を含んでなる方法。
【請求項9】
前記活性化剤がメチルアルモキサンである請求項8に記載の方法。
【請求項10】
請求項8または請求項9の方法により入手可能な制御された形態および大きさのポリエチレンの中空ビーズ。

【図1】
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【図2】
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【図5】
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【図3】
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【公表番号】特表2006−522848(P2006−522848A)
【公表日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−505535(P2006−505535)
【出願日】平成16年4月7日(2004.4.7)
【国際出願番号】PCT/EP2004/050481
【国際公開番号】WO2004/090000
【国際公開日】平成16年10月21日(2004.10.21)
【出願人】(504469606)トータル・ペトロケミカルズ・リサーチ・フエリユイ (180)
【出願人】(505252333)サントル・ナシヨナル・ド・ラ・ルシエルシユ・シヤンテイフイク (24)
【Fターム(参考)】