説明

二峰性ポリエチレン

本発明においては、二峰性重合体を製造するのに適した触媒成分の製造法において、(a)制御された形状および大きさをもつポリエチレンの中空のビーズをつくり;(b)この中空のビーズを真空下において乾燥し;(c)乾燥した中空のビーズを真空下において所望の触媒成分を含む濃厚な溶液で含浸し;(d)含浸した中空のビーズを大気圧に戻し;(e)過剰の液体を抜き取り;(f)不活性ガス中で大気圧において乾燥する段階を含んで成ることを特徴とする方法が開示されている。また該新規触媒成分から成る触媒を使用する二峰性重合体の製造法も開示されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は二峰性の分子量分布をもったポリエチレンの分野に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリオレフィンが使用される多くの用途においては、使用されるポリオレフィンが良好な機械的性質をもっていることが望ましい。一般に、高分子量ポリオレフィンは良好な機械的性質をもっていることが知られている。さらに、ポリオレフィンは通常何等かの形の加工(例えば成形加工、押出し加工など)を行なって最終製品にしなければならないから、使用されるポリオレフィンはまた良好な加工特性をもっていることが望ましい。しかし、ポリオレフィンの機械的性質とは異なり、その加工特性は分子量が減少するにつれて改善される傾向がある。
【0003】
従って、有利な機械的性質と有利な加工特性を同時に示すポリオレフィンを提供するという問題が存在する。従来から、高分子量成分(HMW)と低分子量成分(LMW)との両方をもったポリオレフィンを製造することによってこの問題を解決する試みがなされてきた。このようなポリオレフィンは広い分子量分布(MWD)をもっているか、多峰性の分子量分布をもっているかのいずれかである。
【0004】
多峰性の、或いは広い分子量分布をもったポリオレフィンを製造する方法はいくつか存在している。個々のポリオレフィンを熔融混合するか、或いは直列につながれた別々の反応器の中でつくることができる。単一の反応器の中で二峰性のポリオレフィン樹脂をつくるために二重部位の触媒を使用することも知られている。
【0005】
ポリオレフィンの製造に用いられるクロム触媒は分子量分布を広げる傾向があり、或る場合には二峰性の分子量分布を生じることができるが、通常これらの樹脂の低分子量部分はかなりの量の共重合単量体を含んでいる。分子量分布が広がると許容される加工性が得られるが、二峰性の分子量分布は優れた性質を与えることができる。
【0006】
Ziegler−Natta触媒は直列につながれた二つの反応器を用いて二峰性のポリエチレンを製造し得ることが知られている。典型的には第1の反応器の中でZiegler−Natta触媒の存在下において水素とエチレンを反応させて低分子量の単独重合体をつくる。この方法では過剰の水素を使用することが必要であるが、その結果生成物を第2の反応器に通す前にすべての水素を第1の反応器から除去する必要がある。第2の反応器においては、高分子量のポリエチレンを生成させるためにエチレンとヘキセンとの共重合体がつくられる。
【0007】
ポリオレフィンの製造にはメタロセン触媒も知られている。例えば特許文献1には二峰性の分子量分布をもったポリオレフィンを製造する方法が記載されている。この方法では2種のメタロセンを含む触媒系が使用される。使用されるメタロセンは例えばビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドおよびエチレン−ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリドである。二つの異なったメタロセン触媒を同じ反応器の中で使用することにより、少なくとも二峰性をもった分子量分布が得られる。
【0008】
公知の二峰性のポリオレフィンに関する一つの問題は、個々のポリオレフィン成分の分子量および密度が違い過ぎると、望ましい程度まで互いに混合することができず、押出しの条件が厳しくなるか、または繰返し押出しを行う必要が生じ、これは最終製品が部分的に劣化するか、および/またはコストが余分にかかる原因になる。従ってポリオレフィンの最終製品に対して最適な機械的性質および加工特性が得られない。従って多くの用途おいて改善されたポリオレフィンがなお必要とされており、またポリオレフィン製品の分子
量分布をもっと厳密に制御し、ポリオレフィン成分の混合性を改善することができ、それによってポリオレフィンの機械的性質および加工特性がさらに改善できるようにすることがなお必要とされている。
【特許文献1】ヨーロッパ特許−A−0619325号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の目的は二峰性重合体の重合に対し活性をもった触媒系を製造する新規方法を提供することである。
【0010】
また本発明の目的は二峰性の重合体を重合させる新規方法を提供することである。
【0011】
さらに本発明の目的は改善された性質をもった新規の二峰性重合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
従って本発明によれば、二峰性重合体を重合させるのに適した触媒成分の製造法において、
(a)制御された形状および大きさをもつポリエチレンの中空のビーズをつくり;
(b)この中空のビーズを真空下において乾燥し;
(c)乾燥した中空のビーズを真空下において所望の触媒成分を含む濃厚な溶液で含浸し;
(d)含浸した中空のビーズをゆっくりと大気圧に戻し;
(e)過剰の液体を抜き取り;
(f)不活性ガス中で大気圧において乾燥する段階を含んで成る方法が開示される。
【0013】
ポリエチレンの中空のビーズは、
(i)担体が多孔性の官能性を付与されたポリスチレンのビーズであり、触媒成分は該担体に共有結合的に結合した下記一般式(I)
【0014】
【化1】

【0015】
但し式中Rは同一であって炭素数1〜20のアルキルであり、R’およびR”は同一または相異なり置換基をもったまたはもたない炭素数1〜20のアルキルであるか、或いは置換基をもったまたはもたない炭素数1〜20のアリールである、
の鉄をベースにした錯体である担持された触媒成分をつくり;
(ii)この担持された触媒を適当な賦活剤で賦活し;
(iii)エチレン単量体を供給し;
(iv)重合条件下に保ち;
(v)制御された形状および大きさをもつポリエチレンの中空のビーズを回収する段階によって製造される。
【0016】
基Rは同一であり、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、さらに好ましくはメチルである。
【0017】
R’およびR”は同一または相異なり、炭素数1〜6の置換基をもったまたはもたないアルキル、或いは炭素数1〜6の置換基をもったまたはもたないアリールから選ばれる。好ましくはR’およびR”は同一であり、置換基をもったまたはもたないフェニルである。フェニル基に置換基が存在する場合、それらの置換基は誘起吸引効果(inductive attracting effect)、供与効果(donating effect)または立体効果のいずれかをもっていることができる。
【0018】
誘起吸引効果または供与効果をもった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、または炭素数1〜20のアルキル、またはハロゲン、またはCX、但しXはハロゲン、好ましくはフッ素、または3位と4位の間、または4位と5位の間、または5位と6位の間で融合した融合環である。
【0019】
鉄をベースにした錯体の立体的環境は、フェニル上の2位と6位、随時3、4および5位の位置における置換基によって決定される。
【0020】
立体効果に対しては、もし存在するならば、フェニル上の好適な置換基はt−ブチル、イソプロピルおよびメチルから選ぶことができる。最も好適な置換基は2位と6位にあるイソプロピルまたは2、4、6位にあるメチルである。
【0021】
−20〜50℃の温度、好ましくは室温(約25℃)において真空下で中空のビーズを乾燥し、溶媒の痕跡を全部除去する。
【0022】
真空下において室温(約25℃)で、所望の触媒成分の0.1×10−3〜1モル濃度の溶液を乾燥した中空のビーズに加える。典型的には溶媒はCHCI、THF、またはCHCNから選ばれる。
【0023】
次に含浸した中空のビーズを徐々に大気圧に戻し、吸収される触媒成分の量をさらに増加させる。
【0024】
この具体化例においては、所望の触媒成分でビーズを完全に含浸させる。
【0025】
本発明の他の具体化例においては、中空のビーズの含浸をその表面に限定することができる。この場合上記の製造法は次のように変形される:
− 含浸時間を典型的には含浸時間約2時間から含浸時間約30分に減少させる;
− 含浸を大気圧下で行う。
【0026】
別法として、本発明のさらに他の具体化例においては、触媒成分が実質的に中空のビーズの内部に存在するようにするために表面の含浸を除去する。この場合上記の製造法は次のように変形される:
− 段階(e)の後で含浸し乾燥させたビーズをを迅速に洗滌して表面の触媒成分を除去する;
− 次いで迅速に液を抜き取り乾燥を行う。
【0027】
この点に関し「迅速に」とは触媒の表面成分だけが除去される期間であり、20秒〜
2分、好ましくは30〜60秒であることを意味する。
【0028】
次に担持された触媒成分を適当な賦活剤で賦活することにより触媒系をつくる。
【0029】
賦活剤はアルミノキサンまたはアルミニウムアルキルから選ぶことができる。
【0030】
使用できるアルミニウムアルキルは式AlRxのものであり、ここで各Rは同一または相異なり、ハロゲン、またはアルコキシ、または炭素数1〜12のアルキル基から選ばれ、xは1〜3である。特に適したアルミニウムアルキルは塩化ジアルキルアルミニウムであり、最も好適なものは塩化ジエチルアルミニウム(EtAlCl)である。
【0031】
アルミノキサンは重合過程中で触媒成分を賦活するのに使用される。当業界に公知知の任意のアルミノキサンが適している。
【0032】
好適なアルミノキサンは下記式によって表される直鎖および/または環式のアルキルアルミノキサンを含んで成っている。
【0033】
オリゴマーの直鎖のアルミノキサンに対しては
【0034】
【化2】

【0035】
またオリゴマーの環式アルミノキサンに対しては
【0036】
【化3】

【0037】
ここでnは1〜40、好ましくは10〜20、mは3〜40、好ましくは3〜20であり、RはC〜C−アルキル基、好ましくはメチルである。メチルアルミノキサン(MAO)が好適に使用される。
【0038】
硼素をベースにした賦活剤も使用される。これらは例えばヨーロッパ特許−A−0,427,696号明細書記載のテトラキス−ペンタフルオロフェニルボラートトリフェニルカルベニウム[C(Ph)B(C]のような硼酸トリフェニルカルベニウムを含んで成っている。
【0039】
他の硼素をベースにした賦活剤はヨーロッパ特許−A−0,277,004号明細書に記載されている。
【0040】
触媒成分を5分以内の時間の間、好ましくは30秒〜2分間賦活剤と接触させる。活性をもった触媒成分を抜取り、同じまたは他の単量体と一緒に第2の反応区域に注入する。同一または他の単量体は炭素数1〜8のα−オレフィンである。
【0041】
本発明において第1の反応区域で製造されたポリエチレンの中空のビーズは高分子量および高密度をもっている。第2の反応区域における条件を調節して低分子量および低密度をもった重合体の成分をつくる。得られる最終重合体は二峰性である。
【0042】
好ましくは本発明に使用される反応器は二重ループ反応器である。
実施例
【0043】
市販業者から購入した原料および試薬を標準的な精製を行った後に使用した。溶媒は使用前に次のような方法、即ち
− トルエンおよびテトラヒドロフラン(THF)に対してはナトリウムおよびベンゾフェノン上で;
− メタノールに対してはナトリウム上で;そして
− ジクロロメタン(DCM)に対しては五酸化燐上で乾燥し蒸溜した。
【0044】
ビーズを用いない実験はすべて標準的なSchlenk管法またはJacomexグローブボックス法のいずれかを用い、アルゴン雰囲気下において真空ライン上で行った。
【0045】
NMRスペクトルはBruker DPX 200を用い、Hに対しては200MHzで、13Cに対しては50MHzで測定した。
【0046】
赤外ATRスペクトルはIR Centaurus microscopeを用い、珪素上で4000〜400cm−1の範囲で測定した。
【0047】
高分解能質量スペクトルはVarian MAT 311(電子イオン化法)を用い、Rennes大学のCRMPOにおいて測定した。
【0048】
元素分析はVernaison(フランス)のCNRS laboratoryによって行われた。
【0049】
触媒の合成
2,6−ジアセチルピリジンからビスイミンを合成するはBritovsek等の論文((G.J.P.Britovsek,M.Bruce,V.C.Gibson,B.S.Kimberley,P.J.Maddox,S,Mastroianni,S.J.McTavish,C.Redshaw,G.A.Solan,S.Stromberg,A.J.P.White,D.J.Williams,J.Am.Chem.Soc誌、,1999年,8728頁.)の実施例記載のようにして行った。鉄錯体をつくるためには.SmallおよびBrookhartの論文(L.Small,M.Brookhart,Macromolecules誌,1999年,2120頁)記載の方法を適用し、テトラヒドロフラン(THF)中で塩化鉄(II)をビスイミンに加えた。撹拌しながら還流させ反応を30分間行った。反応混合物を室温に冷却した。鉄錯体の沈澱が生じ、この混合物を濾過した。沈澱を真空下で乾燥した。
【0050】
【化4】

【0051】
アルゴン雰囲気下において3mLの無水エタノール中に163mg(1ミリモル)の2
,6−ジアセチルピリジンを含む還流した均一な溶液に、406mg(3ミリモル)の2,4,6−トリメチルアニリンを加えた。氷酢酸を数滴加えた後、この溶液を90℃の温度において20時間還流させた。室温に冷却し、エタノールから生成物を晶出させた。濾過した後、黄色の固体を冷エタノールで洗滌し、減圧下で乾燥して0.164(42%)のビスイミンを得た。
【0052】
【化5】

【0053】
塩化鉄(II)四水和物45.77mg(0.23ミリモル)を温度120℃において5時間の間減圧下で乾燥した。この塩化鉄(II)をTHF中でビスイミンに加えた。還流させながら30分間撹拌して反応を行った。この反応混合物を室温に冷却した。鉄の錯体の沈殿が生じ、この混合物を濾過し、2mmHgの減圧下において乾燥し、0.104g(87%)の青色の錯体1を得た。
【0054】
【化6】

【0055】
ポリスチレンの多孔性ビーズの含浸
アルゴン雰囲気下において3.6mLのジクロロメタン(DCM)中のRapp poymereから購入したポリスチレンAM−NHのビーズ(1.13ミリモル/g、250〜315μm)177mg(0.2ミリモル)に0.44mL(0.3ミリモル)のトリエチルアミンをゆっくりと加えた。この添加を行った後、6−ブロモヘキサノイルクロリド0.36mL(2.4ミリモル)を注意して加えた。反応混合物を2時間室温において回転振盪機(rotato)上で撹拌した後液を抜取った。次いでビーズをジメチルフォルムアミドを用い30分間2回洗滌し、DCMを用い10分間2回、メタノールを用い10分間2回、ジメチルフォルムアミドを用い30分間2回、DCMを用い10分間2回、メタノールを用い30分間2回洗滌し、次いで減圧下で乾燥して0.2ミリモルの白色のビーズ2を得た。Kaiser試験を行って反応が完結したことを証明した。
【0056】
【化7】

【0057】
グローブボックス中において鉄錯体(1)23.3mg(0.0448ミリモル)を5mLのDCM中に溶解しDCM中に鉄錯体(1)を8.9×10−3モル含む溶液をつくった。この溶液をビーズ(2)に加えた。この溶液を回転振盪機の上で室温において2時間撹拌した。次に該混合物から液を抜取り迅速に2mLのDCMで洗滌した後減圧下で乾燥した。同じ操作を2回正確に繰返した。この混合物を回転振盪機の上で室温において2時間撹拌した。ビーズから液を抜取り、2mLのDCMで迅速に洗滌し、次いで減圧下で乾燥して青色のビーズ(3)を得た。鉄の量の測定値はFe(ICP AES)として630ppm(重量基準)であった。ビーズ(3)の全装荷量はビーズ1g当たり1.128×10−2ミリモルFeであった。
【0058】
【化8】

【実施例1】
【0059】
第1の反応区域におけるエチレンの重合
200mLのステンレス鋼の反応器の中に、アルゴン雰囲気下において55mLのトルエンを加え、次いで3.2mLのMAO(トルエン中30重量%)を加えた。反応器の中に5分間アルゴンを流し、反応器に2mLのトルエンを加え、2分間後に8.4mgの乾燥したビーズ(3)(9.47×10−8モルFe)を迅速に反応器の中に注入した。再び反応器の中にアルゴンを5分間流した。温度が50℃に上昇した。反応器の中に20バールの圧力でエチレンを加え、この反応混合物を3時間撹拌した。アルゴン雰囲気下において反応混合物を室温に戻し、その後で溶液を取り出し、ビーズをメタノールで洗滌し、減圧下で乾燥して大きさが0.5〜1.5mmの多孔性の球形のポリエチレン粒子0.727gを得た。活性を測定し、鉄1モル当たりのポリエチレンの生成量は7.67トンであった。
【0060】
第2の触媒成分を用いるポリエチレンの多孔性ビーズの含浸
グローブボックスの中において回転振盪機の上で150mgのポリエチレンのビーズを1日間5mLのトルエンで洗滌した。6mg(1.14×10−5モル)の錯体(1)を2mLのDCM中に溶解してDCM中に鉄錯体(1)を5.7×10−3モル含む溶液をつくった。この溶液をSchlenk管の中で減圧下でビーズに加えた。減圧下においてビーズを溶液と共に30分間静置した。大気圧に戻した後、ビーズから液を抜取り、1mLのトルエンを用いて迅速に洗滌した後、減圧下で乾燥して図1で示されるポリエチレンの灰色のビーズを得た。
【0061】
第2の反応区域におけるエチレンの重合
アルゴン雰囲気下において200mLのステンレス鋼の反応器に55mLのトルエンを加えた後、4mLのMAO(トルエン中30%)を加えた。反応器の中にアルゴンを5分間流した。48mgの乾燥した含浸ビーズをトルエンを加えずに迅速に反応器に注入した。再び反応器にアルゴンを2分間流した。温度が50℃に上昇した。反応器に20バールの圧力でエチレンを加え、反応混合物を3時間撹拌した。次に反応混合物をアルゴン雰囲気下において室温に戻し、この溶液を取り出し、ポリエチレンのブロックをメタノールで洗滌し、減圧下で乾燥して図2で表されるポリエチレン粒子0.838gを得た。
【0062】
最終的な重合体の粒子をつくるのに用いた工程の順序を図3にまとめ、第1の重合の後で得られたポリエチレンのビーズの分子量分布、および両方の重合の後で得られたポリエチレンの粒子の分子量分布を図4に示す。
【0063】
2回の重合後に得られた重合体の多分散度は明らかに二峰性の性質をもっている。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】触媒成分を含浸した後の多孔性のポリエチレンのビーズ。
【図2】第2の重合から得られたポリエチレンの粒子。
【図3】図2の粒子を得るのに用いられた二重重合の図式。
【図4】それぞれ1回の重合後の重合体(ビーズ)および2回の重合後の重合体(ブロック)の分子量分布を示す図。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
二峰性重合体を製造するのに適した触媒成分の製造法において、
(a)制御された形状および大きさをもつポリエチレンの中空のビーズをつくり;
(b)この中空のビーズを真空下において乾燥し;
(c)乾燥した中空のビーズを真空下において所望の触媒成分を含む濃厚な溶液で含浸し;
(d)含浸した中空のビーズをゆっくりと大気圧に戻し;
(e)過剰の液体を抜き取り;
(f)不活性ガス中で大気圧において乾燥する段階を含んで成ることを特徴とする方法。
【請求項2】
含浸の時間は であることを特徴とする請求項1記載の方法。
【請求項3】
含浸は大気圧において行われ、含浸時間は約30分であることを特徴とする請求項1記載の方法。
【請求項4】
含浸して乾燥させたビーズを段階(e)の後で30〜60秒の間洗滌した後、迅速に液を抜取り乾燥させることを特徴とする請求項1記載の方法。
【請求項5】
ポリエチレンの中空のビーズは、
(i)担体が多孔性の官能性を付与されたポリスチレンのビーズであり、触媒成分は該担体に共有結合的に結合した下記一般式(I)
【化1】

但し式中Rは同一であって炭素数1〜20のアルキルであり、R’およびR”は同一または相異なり置換基をもったまたはもたない炭素数1〜20のアルキルであるか、或いは置換基をもったまたはもたない炭素数1〜20のアリールである、
の鉄をベースにした錯体である担持された触媒成分をつくり;
(ii)この担持された触媒を適当な賦活剤で賦活し;
(iii)エチレン(または他の)単量体を供給し;
(iv)重合条件下に保ち;
(v)制御された形状および大きさをもつポリエチレンの中空のビーズを回収する段階によって製造されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の方法。
【請求項6】
Rがメチルであることを特徴とする請求項5記載の方法。
【請求項7】
R’およびR”は同一であり、且つ置換基をもったまたはもたないフェニルであることを特徴とする請求項5または6記載の方法。
【請求項8】
フェニル基上の置換基は2位および6位に位置し、且つ同一であってイソプロピルであることを特徴とする請求項7記載の方法。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれか一つに記載された方法で得られる触媒成分。
【請求項10】
(a)請求項9記載の触媒成分;および
(b)賦活剤
を含んで成ることを特徴とする二峰性重合体を製造するための触媒系。
【請求項11】
賦活剤はメチルアルミノキサンであることを特徴とする請求項10記載の触媒系。
【請求項12】
(a)第1の反応区域において第1の重合体の中空のビーズをつくり、
(b)第1の反応区域から重合体の中空のビーズを回収し、
(c)二つの反応区域の間で請求項10または11記載の触媒系をつくり、
(d)段階(c)の触媒系および第2の単量体を第2の反応区域に注入し、
(e)重合条件下に保ち、
(f)二峰性の重合体を回収する段階を含んで成ることを特徴とする二峰性重合体の製造法。
【請求項13】
第2の単量体は炭素数1〜4のα−オレフィンであることを特徴とする請求項12記載の方法。
【請求項14】
第1および第2の反応区域はループ反応器であることを特徴とする請求項12または13記載の方法。
【請求項15】
請求項12〜14のいずれか一つに記載された方法で得られる二峰性重合体。
【請求項16】
二峰性重合体を製造するための請求項10または11記載の触媒系の使用方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公表番号】特表2007−507558(P2007−507558A)
【公表日】平成19年3月29日(2007.3.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−527422(P2006−527422)
【出願日】平成16年9月23日(2004.9.23)
【国際出願番号】PCT/EP2004/052291
【国際公開番号】WO2005/030818
【国際公開日】平成17年4月7日(2005.4.7)
【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)】