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JPWO2008047860A1 - 高純度末端不飽和オレフィン系重合体及びその製造方法 - Google Patents

高純度末端不飽和オレフィン系重合体及びその製造方法 Download PDF

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JPWO2008047860A1 JP2008539861A JP2008539861A JPWO2008047860A1 JP WO2008047860 A1 JPWO2008047860 A1 JP WO2008047860A1 JP 2008539861 A JP2008539861 A JP 2008539861A JP 2008539861 A JP2008539861 A JP 2008539861A JP WO2008047860 A1 JPWO2008047860 A1 JP WO2008047860A1
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亮 油谷
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雄大 津田
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裕 南
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Abstract

触媒の存在下に、炭素数3〜28のα−オレフィンの一種を単独重合または二種以上を共重合、あるいは炭素数3〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上とエチレンとを共重合して得られ、以下の(1)〜(4)を満足する高純度末端不飽和オレフィン系重合体及び触媒残渣が少なく末端不飽和度の高いオレフィン系重合体を効率的に製造する方法を提供する。(1)上記触媒に起因する、遷移金属の含有量が10質量ppm以下、アルミニウムの含有量が300質量ppm以下、ホウ素の含有量が10質量ppm以下である。(2)末端不飽和基としてビニリデン基を一分子当たり0.5〜1.0個を有する。(3)デカリン中、135℃において測定した極限粘度[η]が0.01〜2.5dl/gである。(4)分子量分布(Mw/Mn)が4以下である。

Description

本発明は、高純度末端不飽和オレフィン系重合体及びその製造方法に関し、詳しくは、末端不飽和基を有し、極性官能基の導入が容易であるため、マクロモノマーとしての機能を有し、ランダム構造やブロック構造に対する構造制御性が高く、変性重合体を効率的に製造するための反応性前駆体として好適な高純度末端不飽和オレフィン系重合体、及びこのオレフィン系重合体を高活性で製造し得る製造方法に関する。
従来、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンは、化学的安定性が高く、更には機械的物性に優れるため、広く自動車、家電、雑貨、電子電気機器等の分野で用いられている。また、高分子反応によって不飽和カルボン酸等の極性基を導入し、接着性や異種材料との相溶性を向上することが一般的に行われているが、化学的安定性が高いことが障害となり所望の機能を付与するには限界があった。ポリオレフィンの利点を保持しつつ、化学的安定性を損なわない範囲で、更なる反応性の向上を行うことにより、異種材料との複合材や樹脂改質材等に用途範囲を拡大することが可能となることが期待される。
低立体規則性ポリプロピレンとしては、マルチブロック構造、立体規則性分布、立体規則性などによって特徴付けられるポリプロピレンが開示されている(例えば、特許文献1〜6参照)。これらの低立体規則性ポリプロピレンは、重合に用いる触媒の活性が低く、触媒残渣が多いため、不純物を多量に含むという問題がある。また、特許文献1〜6には、末端構造に関する記載はない。特許文献7には、トリアッド分率[mm]の高い高立体規則性ポリプロピレン及びアタクチックプロピレン共重合体が開示されている。特許文献7には、開示されているポリプロピレンは、末端不飽和度が高いことが記載されているが、触媒残渣が多い。
特許文献8〜10には、二重架橋触媒/MAO(メチルアルミノキサン)触媒系に関する技術が開示されている。特許文献9の実施例3には、MAOを用い、かつ分子量調節剤として水素を用いたプロピレンの重合例が記載されており、その実施例には末端構造に関する記述はないが、追試の結果、末端不飽和基は一分子当たり0.05程度で、水素への連鎖移動による飽和末端が主であった。また、特許文献10の実施例5には、MAOを用い、連鎖移動剤である水素を用いないプロピレンの重合例が記載されているが、追試の結果、プロピレンの分子量が増大し、末端濃度が極端に減少したため、末端構造は解析不能であった。また、触媒活性が低く、触媒残渣が多いため不純物を多量に含むという問題があった。
特表平9−509982号公報 特表平9−510745号公報 特開2005−226078号公報 特表2004−515581号公報 特表2002−511499号公報 特表2002−511503号公報 特開平4−226506号公報 国際公開第96/30380号パンフレット 国際公開第02/24714号パンフレット 特開2000−256411号公報
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、反応性前駆体として好適な、触媒残渣が少なく末端不飽和度の高い高純度オレフィン系重合体、及びこのものを効率良く製造する方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特定のα−オレフィンの一種を単独重合または二種以上を共重合、あるいは特定のα−オレフィンから選ばれる一種以上とエチレンとを共重合して得られ、特定の条件を満たす高純度末端不飽和オレフィン系重合体により、その目的を達成し得ることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち本発明は、以下の高純度末端不飽和オレフィン系重合体及びその製造方法を提供するものである。
1. 触媒の存在下に、炭素数3〜28のα−オレフィンの一種を単独重合または二種以上を共重合、あるいは炭素数3〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上とエチレンとを共重合して得られ、以下の(1)〜(4)を満足することを特徴とする高純度末端不飽和オレフィン系重合体。
(1)上記触媒に起因する、遷移金属の含有量が10質量ppm以下、アルミニウムの含有量が300質量ppm以下、ホウ素の含有量が10質量ppm以下である。
(2)末端不飽和基としてビニリデン基を一分子当たり0.5〜1.0個を有する。
(3)デカリン中、135℃において測定した極限粘度[η]が0.01〜2.5dl/gである。
(4)分子量分布(Mw/Mn)が4以下である。
2. 末端不飽和基としてビニリデン基を一分子当たり0.8〜1.0個を有する上記1に記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体。
3. オレフィン系重合体が、プロピレン単独重合体、あるいはプロピレン90質量%以上と、エチレン及び炭素数4〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上10質量%以下との共重合体であり、メソペンタッド分率[mmmm]が30〜80モル%の範囲にある上記1記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体。
4. 以下の(a)及び(b)を満足する上記3記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体。
(a)[rmrm]>2.5モル%
(b)示差走査型熱量計(DSC)で観測される融点(Tm、単位:℃)と[mmmm]とが下記の関係を満たす。
1.76[mmmm]−25.0≦Tm≦1.76[mmmm]+5.0
5. オレフィン系重合体が、1−ブテン単独重合体、あるいは1−ブテン90質量%以上と、エチレン、プロピレン及び炭素数5〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上10質量%以下との共重合体であり、メソペンタッド分率[mmmm]が20〜90モル%の範囲にある上記1記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体。
6. 以下の(p)及び(q)を満足する上記5記載の高純度末端不飽和ポリオレフィン系重合体。
(p)示差走査型熱量計(DSC)による融点(Tm)が観測されないか又は融点(Tm)が0〜100℃の結晶性樹脂である。
(q){[mmmm]/[mmrr]+[rmmr]}≦20
7. 下記(A)と(B)又は(A)と(B)と(C)からなる触媒の存在下、炭素数3〜28のα−オレフィンの一種を単独重合または二種以上を共重合、あるいは炭素数3〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上とエチレンとを共重合するに際し、水素と遷移金属化合物とのモル比(水素/遷移金属化合物)が0〜5000の範囲において重合反応を行うことを特徴とする上記1に記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体の製造方法。
(A)シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基又は置換インデニル基を有する周期律表第3〜10族の金属元素を含む遷移金属化合物
(B)遷移金属化合物と反応してイオン性の錯体を形成しうる化合物
(C)有機アルミニウム化合物
8. 水素と遷移金属化合物とのモル比(水素/遷移金属化合物)が0〜10000の範囲において重合反応を行うことを特徴とする上記7に記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体の製造方法。
9. 遷移金属化合物が一般式(I)で表される二架橋錯体である上記7記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体の製造方法。
Figure 2008047860
〔式中、Mは周期律表第3〜10族の金属元素を示し、E1及びE2はそれぞれシクロペンタジエニル基,置換シクロペンタジエニル基,インデニル基,置換インデニル基,ヘテロシクロペンタジエニル基,置換ヘテロシクロペンタジエニル基,アミド基,ホスフィン基,炭化水素基及びケイ素含有基の中から選ばれた配位子を示し、A1及びA2を介して架橋構造を形成している。E1及びE2は互いに同一でも異なっていてもよく、また、E1及びE2のうちの少なくとも一つは、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基又は置換インデニル基である。Xはσ結合性の配位子を示し、Xが複数ある場合、複数のXは同じでも異なっていてもよく、他のX,E1,E2又はYと架橋していてもよい。Yはルイス塩基を示し、Yが複数ある場合、複数のYは同じでも異なっていてもよく、他のY,E1,E2又はXと架橋していてもよい。A1及びA2は二つの配位子を結合する二価の架橋基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20のハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、スズ含有基、−O−、−CO−、−S−、−SO2−、−Se−、−NR1−、−PR1−、−P(O)R1−、−BR1−又は−AlR1−を示し、R1は水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基又は炭素数1〜20のハロゲン含有炭化水素基を示し、それらは互いに同一でも異なっていてもよい。qは1〜5の整数で〔(Mの原子価)−2〕を示し、rは0〜3の整数を示す。〕
本発明によれば、末端にビニリデン構造を持つ高分子反応に最適な高純度末端不飽和オレフィン系重合体を提供することができる。本発明の高純度末端不飽和オレフィン系重合体は、触媒残渣が少なく、高純度の反応性前駆体として多様な反応に応用が可能である。
本発明の高純度末端不飽和ポリオレフィン系重合体は、炭素数3〜28のα−オレフィンの一種を単独重合または二種以上を共重合、あるいは炭素数3〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上とエチレンとを共重合して得られる。
炭素数3〜28のα−オレフィンとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチルペンテン−1、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン、1−ペンタデセン、1−ヘキサデセン、1−ヘプタデセン、1−オクタデセン、1−ノナデセン及び1−イコセンなどが挙げられる。これらは単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
α−オレフィンを単独で重合する場合、炭素数3〜8のα−オレフィンが好ましく、特にプロピレン及び1−ブテンが好ましい。また、炭素数3〜28のα−オレフィンの二種以上を共重合する場合や炭素数3〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上とエチレンとを共重合する場合のモノマーの組み合わせとしては、プロピレンとエチレン、プロピレンと1−ブテン、プロピレンと炭素数5〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上、1−ブテンとエチレン、1−ブテンと炭素数5〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上、炭素数16〜28のα−オレフィンから選ばれる二種以上六種以下などが挙げられる。
本発明の高純度末端不飽和オレフィン系重合体がプロピレン系重合体や1−ブテン系重合体の場合、コモノマーの含有量は10質量%以下とすることが、末端ビニリデン基を高濃度に維持する点で好ましい。
本発明の高純度末端不飽和オレフィン系重合体は、触媒の存在下、上記α−オレフィンの重合により得られたものであって、以下の(1)〜(4)を満足することを要する。
(1)上記触媒に起因する、遷移金属の含有量が10質量ppm以下、アルミニウムの含有量が300質量ppm以下、ホウ素の含有量が10質量ppm以下である。
これは、触媒残渣に基づく金属成分の存在量を規定したものである。遷移金属としては、チタン、ジルコニウム及びハフニウムなどが挙げられ、これらの合計量が10質量ppm以下であることを要する。好ましくは5質量ppm以下である。また、アルミニウムの含有量は、好ましくは280質量ppm以下、ホウ素の含有量は好ましくは5質量ppm以下である。これらの金属成分は、ICP(高周波誘導結合プラズマ分光分析)測定装置により測定することができる。
(2)末端不飽和基として末端ビニリデン基を一分子当たり0.5〜1.0個を有する。
末端ビニリデン基の個数は、常法に従い1H−NMRの測定により求められる。1H−NMR測定から得られたδ4.8〜4.6(2H)に出現する末端ビニリデン基に基づいて、定法により末端ビニリデン基の含有量(C)(モル%)を算出する。更にゲルパーミエイションクロマトグラフィ(GPC)より求めた数平均分子量(Mn)とモノマー分子量(M)から、次式によって一分子当たり末端ビニリデン基の個数を算出する。
一分子当たりの末端ビニリデン基(個)=(Mn/M)×(C/100)
上記の方法以外に、13C−NMRを利用して末端ビニリデン基の個数を求めてもよい。当該方法においては全末端基種を決定し、更にその存在量を測定する。全末端基量に対する末端ビニリデン基の存在割合から一分子当たりの末端ビニリデン基数を、全不飽和基に対する末端ビニリデン基の存在割合から末端ビニリデン基の選択性を決定することが出来る。以下にプロピレン重合体の場合を例にして、説明する。
1H−NMRによる不飽和末端量の分析)
本願プロピレン重合体には<2>末端ビニリデン基のメチレン基(4.8〜4.6ppm)、<1>末端ビニル基のメチレン基(5.10〜4.90ppm)が観測される。全プロピレンに対する割合は次式で計算できる。また、<3>はプロピレン連鎖(0.6〜2.3ppm)のメチン、メチレン、メチル基に相当するピーク強度に対応する。
末端ビニリデン基量(A)=(<2>/2)/[(<3>+4×<1>/2+3×<2>/2)/6]×100 単位:mol%
末端ビニル基量(B)=(<1>/2)/[(<3>+4×<1>/2+3×<2>/2)/6]×100 単位:mol%
13C−NMRによる末端分率の分析)
本願プロピレン重合体は<5>n−プロピル末端の末端メチル基(14.5ppm付近)、<6>n−ブチル基末端の末端メチル基(14.0ppm付近)、<4>iso−ブチル末端のメチン基(25.9ppm付近)、<7>末端ビニリデン基のメチレン基(111.7ppm付近)が観察される。13C−NMRでの末端ビニル基量のピーク強度は1H−NMRスペクトルで求めた(A)(B)を用いて以下のようにして算出される。
13C−NMRの末端ビニル基量ピーク強度=(B)/(A)×<7>
ここで末端基の全濃度(T)は以下のように表わされる。
T=(B)/(A)×<7>+<4>+<5>+<6>+<7>
従って、各末端の割合は
(C)末端ビニリデン基=<7>/T×100 単位:mol%
(D)末端ビニル基=(B)/(A) ×<7>×100
(E)n−プロピル末端=<5>/T ×100
(F)n−ブチル基末端=<6>/T ×100
(G)iso−ブチル末端=<4>/T ×100
となる。
一分子当たりの末端ビニリデン基の個数は2×(C) /100 単位: 個/分子
となる。
本発明の高純度末端不飽和オレフィン系重合体において、一分子当たりの末端ビニリデン基の個数は、好ましくは0.6〜1.0個、更に好ましくは0.7〜1.0個、更に好ましくは0.8〜1.0個、更に好ましくは0.82〜1.0個、更に好ましくは0.85〜1.0個、最も好ましくは0.90〜1.0個である。一分子当たりの末端ビニリデン基の個数が0.5個以上であると、反応性前駆体としての性能が発揮される。
(3)デカリン中、135℃において測定した極限粘度[η]が0.01〜2.5dl/gである。
極限粘度[η]は、135℃のデカリン中、ウベローデ型粘度計で還元粘度(ηSP/c)を測定し、下記一般式(ハギンスの式)を用いて算出する。
ηSP/c=[η]+K[η]2
ηSP/c(dl/g):還元粘度
[η](dl/g):極限粘度
c(g/dl):ポリマー濃度
K=0.35(ハギンス定数)
本発明の高純度末端不飽和オレフィン系重合体において、極限粘度[η]は、好ましくは0.05〜2.3dl/g、より好ましくは0.07〜2.2dl/g、更に好ましくは0.1〜2.0dl/gである。極限粘度[η]が0.01dl/g以上であると、低分子量となりすぎることがないので、オレフィン系重合体の化学的安定性が保持され、2.5dl/g以下であると、末端不飽和基の濃度の低下が抑制されるため、反応性前駆体の特性が保持される。
(4)分子量分布(Mw/Mn)が4以下である。
本発明の高純度末端不飽和オレフィン系重合体において、分子量分布(Mw/Mn)が4以下であると、分子鎖長が均一となるため、反応性前駆体としての均一性が高く、極限粘度の大きい領域において、べたつき成分が少なくなる。
この分子量分布(Mw/Mn)は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)法により、下記の装置及び条件で、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)測定することにより求めることができる。
GPC測定装置
検出器 :液体クロマトグラフィー用RI検出器 ウオーターズ 150C
カラム :TOSO GMHHR−H(S)HT
測定条件
溶媒 :1,2,4−トリクロロベンゼン
測定温度 :145℃
流速 :1.0ml/分
試料濃度 :0.3質量%
重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)はポリスチレン換算分子量を対応するポリマーの分子量に換算するため、Mark-Houwink-桜田の式の定数K及びaを用いてUniversal Calibration法により求めた。具体的には「「サイズ排除クロマトグラフィー」」森定雄著、P67〜69、1992年、共立出版」に記載の方法によって決定した。なお、K及びαは、「「Polymer Handbook」 John Wiley&Sons, Inc.」に記載されている。また、新たに算出する絶対分子量に対する極限粘度の関係から定法によって決定することができる。
本発明の高純度末端不飽和オレフィン系重合体のうちのプロピレン単独重合体、あるいはプロピレン90質量%以上と、エチレン及び炭素数4〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上10質量%以下との共重合体(以下、これらを「プロピレン系重合体」と称することがある。)は、上記(1)〜(4)に加えて、立体規則性であるメソペンタッド分率[mmmm]が30〜80モル%の範囲にあることが好ましい。
このメソペンタッド分率[mmmm]は、より好ましくは30〜75モル%、更に好ましくは32〜70モル%である。メソペンタッド分率が30モル%以上であると、上記プロピレン系重合体が結晶性のものとなるので、耐熱性を示す。また、80モル%以下であると、上記プロピレン系重合体が適度に軟質となるので、溶媒への溶解性が良好となり、溶液反応等へ広く適用することができる。
上記のメソペンタッド分率[mmmm]、後述するラセミペンタッド分率[rrrr]及びラセミメソラセミメソ分率[rmrm]は、エイ・ザンベリ(A.Zambelli)等により「Macromolecules,,925(1973)」で提案された方法に準拠し、13C−NMRスペクトルのメチル基のシグナルにより測定されるポリプロピレン分子鎖中のペンタッド単位でのメソ分率、ラセミ分率及びラセミメソラセミメソ分率である。メソペンタッド分率[mmmm]が大きくなると、立体規則性が高くなる。
なお、13C−NMRスペクトルの測定は、エイ・ザンベリ(A.Zambelli)等により「Macromolecules,,687(1975)」で提案されたピークの帰属に従い、下記の装置及び条件にて行うことができる。また、後述するメソトリアッド分率[mm]、ラセミトリアッド分率[rr]及びメソラセミ分率[mr]も上記方法により算出した。
装置:日本電子(株)製JNM−EX400型13C−NMR装置
方法:プロトン完全デカップリング法
濃度:220mg/ml
溶媒:1,2,4−トリクロロベンゼンと重ベンゼンの90:10(容量比)混合溶媒
温度:130℃
パルス幅:45°
パルス繰り返し時間:4秒
積算:10000回
<計算式>
M=(m/S)×100
R=(γ/S)×100
S=Pββ+Pαβ+Pαγ
S:全プロピレン単位の側鎖メチル炭素原子のシグナル強度
Pββ:19.8〜22.5ppm
Pαβ:18.0〜17.5ppm
Pαγ:17.5〜17.1ppm
γ:ラセミペンタッド連鎖:20.7〜20.3ppm
m:メソペンタッド連鎖 :21.7〜22.5ppm
上記プロピレン系重合体は、更に下記(a)及び(b)を満足することが好ましく、下記(c)、(d)及び(e)も満足することがより好ましい。
(a)[rmrm]>2.5モル%
上記プロピレン系重合体の[rmrm]が2.5モル%を超えると、ランダム性が増加し透明性が更に向上する。
(b)示差走査型熱量計(DSC)で観測される融点(Tm、単位:℃)と[mmmm]とが下記の関係を満たす。
1.76[mmmm]−25.0≦Tm≦1.76[mmmm]+5.0
[mmmm]は平均値として測定されるものであり、立体規則性分布が広い場合と狭い場合とでは明確に区別することはできないが、融点(Tm)との関係を特定範囲に限定することによって、好ましい均一性の高い反応性ポリプロピレンを規定することができる。
上記関係式は、より好ましくは
1.76[mmmm]−20.0≦Tm≦1.76[mmmm]+3.0
更に好ましくは
1.76[mmmm]−15.0≦Tm≦1.76[mmmm]+2.0
である。
融点(Tm)が(1.76[mmmm]+5.0)を超える場合は、部分的に高い立体規則性部位と、立体規則性を持たない部位が存在することを示す。また、融点(Tm)が(1.76[mmmm]−25.0)に達しない場合、耐熱性が十分ではないおそれがある。
(c)[rrrr]/(1−[mmmm])≦0.1
上記プロピレン系重合体の[rrrr]/(1−[mmmm])が0.1以下であると、べたつきが抑制される。
なお、融点(Tm)は、DSC測定により求める。すなわち、示差走査型熱量計(パーキン・エルマー社製、DSC−7)を用い、試料10mgを窒素雰囲気下、320℃/分で25℃から220℃に昇温し、220℃で5分間保持した後、320℃/分で25℃まで降温し、25℃で50分間保持した。10℃/分で25℃から220℃まで昇温した。この昇温過程で検出される溶解熱吸収カーブの最も高温側に観測される吸熱ピークのピークトップを融点(Tm)とした。
(d)[mm]×[rr]/[mr]2≦2.0
上記プロピレン系重合体の[mm]×[rr]/[mr]2の値が2.0以下であると、透明性の低下が抑制され、柔軟性と弾性回復率のバランスが良好となる。[mm]×[rr]/[mr]2は、好ましくは1.8〜0.5、より好ましくは1.5〜0.5の範囲である。
(e)昇温クロマトグラフィーにおける25℃以下で溶出する成分量(W25)が20〜100質量%である。
上記プロピレン系重合体において、昇温クロマトグラフィーにおける25℃以下で溶出するプロピレン系重合体の成分量(W25)は、好ましくは30〜100質量%、より好ましくは50〜100質量%である。
W25は、プロピレン系重合体が軟質であるか否かを表す指標であり、この値が小さくなると、弾性率の高い成分が多くなったり、立体規則性分布の不均一さが広がる。上記プロピレン系重合体においては、W25が20質量%以上であると、柔軟性が保たれる。
なお、W25とは、以下のような操作法、装置構成及び測定条件の昇温クロマトグラフィにより測定して求めた溶出曲線におけるTREF(昇温溶出分別)のカラム温度25℃において充填剤に吸着されないで溶出する成分の量(質量%)である。
(1)操作法
試料溶液を温度135℃に調節したTREFカラムに導入し、次いで降温速度5℃/時間にて徐々に0℃まで降温し、30分間ホールドし、試料を充填剤表面に結晶化させる。その後、昇温速度40℃/時間にてカラムを135℃まで昇温し、溶出曲線を得る。
(2)装置構成
TREFカラム :GLサイエンス社製 シリカゲルカラム(4.6φ×150mm)
フローセル :GLサイエンス社製 光路長1mm KBrセル
送液ポンプ :センシュウ科学社製 SSC−3100ポンプ
バルブオーブン :GLサイエンス社製 MODEL554オーブン(高温型)
TREFオーブン:GLサイエンス社製
二系列温調器 :理学工業社製 REX−C100温調器
検出器 :液体クロマトグラフィー用赤外検出器 FOXBORO社製 MIRAN 1A CVF
10方バルブ :バルコ社製 電動バルブ
ループ :バルコ社製 500μlループ
(3)測定条件
溶媒 :o−ジクロロベンゼン
試料濃度 :7.5g/L
注入量 :500μl
ポンプ流量 :2.0ml/分
検出波数 :3.41μm
カラム充填剤 :クロモソルブP(30〜60メッシュ)
カラム温度分布 :±0.2℃以内
本発明の高純度末端不飽和オレフィン系重合体のうちの1−ブテン単独重合体、あるいは1−ブテン90質量%以上と、エチレン、プロピレン及び炭素数5〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上10質量%との共重合体(以下、これらを「1−ブテン系重合体」と称することがある。)は、上記(1)〜(4)に加えて、立体規則性であるメソペンタッド分率[mmmm]が20〜90モル%の範囲にあることが好ましい。
このメソペンタッド分率[mmmm]は、より好ましくは30〜85モル%、更に好ましくは30〜80モル%である。メソペンタッド分率が20モル%以上であると、上記1−ブテン系重合体を成形してなる成形体表面におけるべたつきが抑制され、透明性が良好となる。また、90モル%以下であると、柔軟性の低下、低温ヒートシール性の低下、ホットタック性の低下が抑制される。
上記1−ブテン系重合体のメソペンタッド分率[mmmm]は、朝倉らにより報告された「Polymer Journal,16,717(1984)」、J.Randallらにより報告された「Macromol.Chem.Phys.,C29,201(1989)」及びV.Busicoらにより報告された「Macromol.Chem.Phys.,198,1257(1997)」で提案された方法に準拠して求めた。すなわち、13C核磁気共鳴スペクトルを用いてメチレン基、メチン基のシグナルを測定し、ポリ(1−ブテン)分子中のメソペンタッド分率を求めた。後述する立体規則性指数{[mmmm]/[mmrr]+[rmmr]}は、上記方法により、メソペンタッド分率[mmmm]、メソメソラセミラセミ分率[mmrr]及びラセミメソメソラセミ分率[rmmr]を測定した値から算出した。
13C核磁気共鳴スペクトルの測定は、下記の装置及び条件にて行った。
装置:日本電子(株)製JNM−EX400型13C−NMR装置
方法:プロトン完全デカップリング法
濃度:230mg/ml
溶媒:1,2,4−トリクロロベンゼンと重ベンゼンの90:10(容量比)混合溶媒
温度:130℃
パルス幅:45°
パルス繰り返し時間:4秒
積算:10000回
上記1−ブテン系重合体は、更に下記(p)及び(q)を満足することが好ましい。
(p)示差走査型熱量計(DSC)による融点(Tm)が観測されないか又は融点(Tm)が0〜100℃の結晶性樹脂である。本発明の1−ブテン系重合体において、融点(Tm)が観測される場合、この融点は0〜80℃であることが好ましい。なお、融点は、上述した測定法により求める。
(q){[mmmm]/[mmrr]+[rmmr]}≦20
上記1−ブテン系重合体の立体規則性指数{[mmmm]/[mmrr]+[rmmr]}が20以下であると、柔軟性の低下、低温ヒートシール性の低下、ホットタック性の低下が抑制される。この立体規則性指数は、好ましくは18以下、さらに好ましくは15以下である。
本発明の高純度末端不飽和ポリオレフィン系重合体は、下記(A)と(B)又は(A)と(B)と(C)からなる触媒の存在下、水素と遷移金属化合物とのモル比(水素/遷移金属化合物)が0〜10000の範囲、より好ましくは0〜5000の範囲において重合反応を行うことにより製造することができる。ここで、上記(A)成分は、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基又は置換インデニル基を有する周期律表第3〜10族の金属元素を含む遷移金属化合物、(B)成分は、遷移金属化合物と反応してイオン性の錯体を形成しうる化合物、(C)成分は、有機アルミニウム化合物である。
(A)成分のシクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基又は置換インデニル基を有する周期律表第3〜10族の金属元素を含む遷移金属化合物としては、下記一般式(I)で表される二架橋錯体が挙げられる。
Figure 2008047860
上記一般式(I)において、Mは周期律表第3〜10族の金属元素を示し、具体例としてはチタン,ジルコニウム,ハフニウム,イットリウム,バナジウム,クロム,マンガン,ニッケル,コバルト,パラジウム及びランタノイド系金属などが挙げられる。これらの中ではオレフィン重合活性などの点からチタン,ジルコニウム及びハフニウムが好適であり、末端ビニリデン基の収率及び触媒活性の点から、ジルコニウムが最も好適である。
1及びE2はそれぞれ、置換シクロペンタジエニル基,インデニル基,置換インデニル基,ヘテロシクロペンタジエニル基,置換ヘテロシクロペンタジエニル基,アミド基(−N<),ホスフィン基(−P<),炭化水素基〔>CR−,>C<〕及びケイ素含有基〔>SiR−,>Si<〕(但し、Rは水素又は炭素数1〜20の炭化水素基あるいはヘテロ原子含有基である)の中から選ばれた配位子を示し、A1及びA2を介して架橋構造を形成している。E1及びE2は互いに同一でも異なっていてもよい。このE1及びE2としては、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基,インデニル基及び置換インデニル基が好ましく、E1及びE2のうちの少なくとも一つは、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基又は置換インデニル基である。
Xはσ結合性の配位子を示し、Xが複数ある場合、複数のXは同じでも異なっていてもよく、他のX,E1,E2又はYと架橋していてもよい。このXの具体例としては、ハロゲン原子,炭素数1〜20の炭化水素基,炭素数1〜20のアルコキシ基,炭素数6〜20のアリールオキシ基,炭素数1〜20のアミド基,炭素数1〜20のケイ素含有基,炭素数1〜20のホスフィド基,炭素数1〜20のスルフィド基,炭素数1〜20のアシル基などが挙げられる。
ハロゲン原子としては、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。炭素数1〜20の炭化水素基として具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基などのアルキル基;ビニル基、プロペニル基、シクロヘキセニル基などのアルケニル基;ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基などのアリールアルキル基;フェニル基、トリル基、ジメチルフェニル基、トリメチルフェニル基、エチルフェニル基、プロピルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントラセニル基、フェナントニル基などのアリール基などが挙げられる。なかでもメチル基、エチル基、プロピル基などのアルキル基やフェニル基などのアリール基が好ましい。
炭素数1〜20のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基、フェニルメトキシ基、フェニルエトキシ基等が挙げられる。炭素数6〜20のアリールオキシ基としては、フェノキシ基、メチルフェノキシ基、ジメチルフェノキシ基等が挙げられる。炭素数1〜20のアミド基としては、ジメチルアミド基、ジエチルアミド基、ジプロピルアミド基、ジブチルアミド基、ジシクロヘキシルアミド基、メチルエチルアミド基等のアルキルアミド基や、ジビニルアミド基、ジプロペニルアミド基、ジシクロヘキセニルアミド基などのアルケニルアミド基;ジベンジルアミド基、フェニルエチルアミド基、フェニルプロピルアミド基などのアリールアルキルアミド基;ジフェニルアミド基、ジナフチルアミド基などのアリールアミド基が挙げられる。
炭素数1〜20のケイ素含有基としては、メチルシリル基、フェニルシリル基などのモノ炭化水素置換シリル基;ジメチルシリル基、ジフェニルシリル基などのジ炭化水素置換シリル基;トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリシクロヘキシルシリル基、トリフェニルシリル基、ジメチルフェニルシリル基、メチルジフェニルシリル基、トリトリルシリル基、トリナフチルシリル基などのトリ炭化水素置換シリル基;トリメチルシリルエーテル基などの炭化水素置換シリルエーテル基;トリメチルシリルメチル基などのケイ素置換アルキル基;トリメチルシリルフェニル基などのケイ素置換アリール基などが挙げられる。なかでもトリメチルシリルメチル基、フェニルジメチルシリルエチル基などが好ましい。
炭素数1〜20のホスフィド基としては、メチルスルフィド基、エチルスルフィド基、プロピルスルフィド基、ブチルスルフィド基、ヘキシルスルフィド基、シクロヘキシルスルフィド基、オクチルスルフィド基などのアルキルスルフィド基;ビニルスルフィド基、プロペニルスルフィド基、シクロヘキセニルスルフィド基などのアルケニルスルフィド基;ベンジルスルフィド基、フェニルエチルスルフィド基、フェニルプロピルスルフィド基などのアリールアルキルスルフィド基;フェニルスルフィド基、トリルスルフィド基、ジメチルフェニルスルフィド基、トリメチルフェニルスルフィド基、エチルフェニルスルフィド基、プロピルフェニルスルフィド基、ビフェニルスルフィド基、ナフチルスルフィド基、メチルナフチルスルフィド基、アントラセニルスルフィド基、フェナントニルスルフィド基などのアリールスルフィド基が挙げられる。
炭素数1〜20のスルフィド基としては、メチルスルフィド基、エチルスルフィド基、プロピルスルフィド基、ブチルスルフィド基、ヘキシルスルフィド基、シクロヘキシルスルフィド基、オクチルスルフィド基などのアルキルスルフィド基;ビニルスルフィド基、プロペニルスルフィド基、シクロヘキセニルスルフィド基などのアルケニルスルフィド基;ベンジルスルフィド基、フェニルエチルスルフィド基、フェニルプロピルスルフィド基などのアリールアルキルスルフィド基;フェニルスルフィド基、トリルスルフィド基、ジメチルフェニルスルフィド基、トリメチルフェニルスルフィド基、エチルフェニルスルフィド基、プロピルフェニルスルフィド基、ビフェニルスルフィド基、ナフチルスルフィド基、メチルナフチルスルフィド基、アントラセニルスルフィド基、フェナントニルスルフィド基などのアリールスルフィド基が挙げられる。
炭素数1〜20のアシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレリル基、パルミトイル基、テアロイル基、オレオイル基等のアルキルアシル基、ベンゾイル基、トルオイル基、サリチロイル基、シンナモイル基、ナフトイル基、フタロイル基等のアリールアシル基、シュウ酸、マロン酸、コハク酸等のジカルボン酸からそれぞれ誘導されるオキサリル基、マロニル基、スクシニル基等が挙げられる。
一方、Yはルイス塩基を示し、Yが複数ある場合、複数のYは同じでも異なっていてもよく、他のYやE1,E2又はXと架橋していてもよい。このYのルイス塩基の具体例としては、アミン類,エーテル類,ホスフィン類,チオエーテル類などを挙げることができる。アミンとしては、炭素数1〜20のアミンが挙げられ、具体的には、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、シクロヘキシルアミン、メチルエチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジシクロヘキシルアミン、メチルエチルアミン等のアルキルアミン;ビニルアミン、プロペニルアミン、シクロヘキセニルアミン、ジビニルアミン、ジプロペニルアミン、ジシクロヘキセニルアミンなどのアルケニルアミン;フェニルアミン、フェニルエチルアミン、フェニルプロピルアミンなどのアリールアルキルアミン;ジフェニルアミン、ジナフチルアミンなどのアリールアミンが挙げられる。
エーテル類としては、メチルエーテル、エチルエーテル、プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、ブチルエーテル、イソブチルエーテル、n−アミルエーテル、イソアミルエーテル等の脂肪族単一エーテル化合物;メチルエチルエーテル、メチルプロピルエーテル、メチルイソプロピルエーテル、メチル−n−アミルエーテル、メチルイソアミルエーテル、エチルプロピルエーテル、エチルイソプロピルエーテル、エチルブチルエーテル、エチルイソブチルエーテル、エチル−n−アミルエーテル、エチルイソアミルエーテル等の脂肪族混成エーテル化合物;ビニルエーテル、アリルエーテル、メチルビニルエーテル、メチルアリルエーテル、エチルビニルエーテル、エチルアリルエーテル等の脂肪族不飽和エーテル化合物;アニソール、フェネトール、フェニルエーテル、ベンジルエーテル、フェニルベンジルエーテル、α−ナフチルエーテル、β−ナフチルエーテル等の芳香族エーテル化合物、酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化トリメチレン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサン等の環式エーテル化合物が挙げられる。
ホスフィン類としては、炭素数1〜20のホスフィンが挙げられる。具体的には、メチルホスフィン、エチルホスフィン、プロピルホスフィン、ブチルホスフィン、ヘキシルホスフィン、シクロヘキシルホスフィン、オクチルホスフィンなどのモノ炭化水素置換ホスフィン;ジメチルホスフィン、ジエチルホスフィン、ジプロピルホスフィン、ジブチルホスフィン、ジヘキシルホスフィン、ジシクロヘキシルホスフィン、ジオクチルホスフィンなどのジ炭化水素置換ホスフィン;トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリプロピルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィンなどのトリ炭化水素置換ホスフィン等のアルキルホスフィンや、ビニルホスフィン、プロペニルホスフィン、シクロヘキセニルホスフィンなどのモノアルケニルホスフィンやホスフィンの水素原子をアルケニルが2個置換したジアルケニルホスフィン;ホスフィンの水素原子をアルケニルが3個置換したトリアルケニルホスフィン;ベンジルホスフィン、フェニルエチルホスフィン、フェニルプロピルホスフィンなどのアリールアルキルホスフィン;ホスフィンの水素原子をアリール又はアルケニルが3個置換したジアリールアルキルホスフィン又はアリールジアルキルホスフィン;フェニルホスフィン、トリルホスフィン、ジメチルフェニルホスフィン、トリメチルフェニルホスフィン、エチルフェニルホスフィン、プロピルフェニルホスフィン、ビフェニルホスフィン、ナフチルホスフィン、メチルナフチルホスフィン、アントラセニルホスフィン、フェナントニルホスフィン;ホスフィンの水素原子をアルキルアリールが2個置換したジ(アルキルアリール)ホスフィン;ホスフィンの水素原子をアルキルアリールが3個置換したトリ(アルキルアリール)ホスフィンなどのアリールホスフィンが挙げられる。チオエーテル類としては、前記のスルフィドが挙げられる。
次に、A1及びA2は二つの配位子を結合する二価の架橋基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20のハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、スズ含有基、−O−、−CO−、−S−、−SO2−、−Se−、−NR1−、−PR1−、−P(O)R1−、−BR1−又は−AlR1−を示し、R1は水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基又は炭素数1〜20のハロゲン含有炭化水素基を示し、それらは互いに同一でも異なっていてもよい。qは1〜5の整数で〔(Mの原子価)−2〕を示し、rは0〜3の整数を示す。
このような架橋基のうち、少なくとも一つは炭素数1以上の炭化水素基からなる架橋基であることが好ましい。このような架橋基としては、例えば一般式(a)
Figure 2008047860
(Dは周期律表第14族元素であり、例えば炭素,ケイ素,ゲルマニウム及びスズが挙げられる。R2及びR3はそれぞれ水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基で、それらは互いに同一でも異なっていてもよく、また互いに結合して環構造を形成していてもよい。eは1〜4の整数を示す。)
で表されるものが挙げられ、その具体例としては、メチレン基,エチレン基,エチリデン基,プロピリデン基,イソプロピリデン基,シクロヘキシリデン基,1,2−シクロヘキシレン基,ビニリデン基(CH2=C=),ジメチルシリレン基,ジフェニルシリレン基,メチルフェニルシリレン基,ジメチルゲルミレン基,ジメチルスタニレン基,テトラメチルジシリレン基,ジフェニルジシリレン基などを挙げることができる。これらの中で、エチレン基,イソプロピリデン基及びジメチルシリレン基が好適である。
一般式(I)で表される遷移金属化合物の具体例としては、(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−ジメチルシリレン)(3−メチルシクロペンタジエニル)(3'−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3−メチルシクロペンタジエニル)(3'−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−エチレン)(3−メチルシクロペンタジエニル)(3'−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−エチレン)(2,1'−メチレン)(3−メチルシクロペンタジエニル)(3'−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−エチレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3−メチルシクロペンタジエニル)(3'−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−メチレン)(2,1'−メチレン)(3−メチルシクロペンタジエニル)(3'−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−メチレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3−メチルシクロペンタジエニル)(3'−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−イソプロピリデン)(2,1'−イソプロピリデン)(3−メチルシクロペンタジエニル)(3'−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−ジメチルシリレン)(3,4−ジメチルシクロペンタジエニル)(3',4'−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3,4−ジメチルシクロペンタジエニル)(3',4'−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−エチレン)(3,4−ジメチルシクロペンタジエニル)(3',4'−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,
(1,2'−エチレン)(2,1'−メチレン)(3,4−ジメチルシクロペンタジエニル)(3',4'−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−エチレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3,4−ジメチルシクロペンタジエニル)(3',4'−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−メチレン)(2,1'−メチレン)(3,4−ジメチルシクロペンタジエニル)(3',4'−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−メチレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3,4−ジメチルシクロペンタジエニル)(3',4'−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−イソプロピリデン)(2,1'−イソプロピリデン)(3,4−ジメチルシクロペンタジエニル)(3',4'−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−ジメチルシリレン)(3−メチル−5−エチルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−エチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−ジメチルシリレン)(3−メチル−5−エチルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−エチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−ジメチルシリレン)(3−メチル−5−イソプロピルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−イソプロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−ジメチルシリレン)(3−メチル−5−n−ブチルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−n−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−ジメチルシリレン)(3−メチル−5−フェニルシクロペンジエニル)(3'−メチル−5'−フェニルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,
(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3−メチル−5−エチルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−エチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3−メチル−5−イソプロピルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−イソプロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3−メチル−5−n−ブチルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−n−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3−メチル−5−フェニルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−フェニルシクロペンジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−エチレン)(3−メチル−5−エチルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−エチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−エチレン)(3−メチル−5−イソプロピルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−イソプロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−エチレン)(3−メチル−5−n−ブチルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−n−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−エチレン)(3−メチル−5−フェニルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−フェニルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−メチレン)(3−メチル−5−エチルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−エチルシクロペンジエニル)ジルコニウムジクロリド,
(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−メチレン)(3−メチル−5−イソプロピルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−イソプロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−メチレン)(3−メチル−5−n−ブチルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−n−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−ジメチルシリレン)(2,1'−メチレン)(3−メチル−5−フェニルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−フェニルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−エチレン)(2,1'−メチレン)(3−メチル−5−イソプロピルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−イソプロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−エチレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3−メチル−5−イソプロピルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−イソプロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−メチレン)(2,1'−メチレン)(3−メチル−5−イソプロピルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−イソプロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド,(1,2'−メチレン)(2,1'−イソプロピリデン)(3−メチル−5−イソプロピルシクロペンタジエニル)(3'−メチル−5'−イソプロピルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドなど及びこれらの化合物におけるジルコニウムをチタン又はハフニウムに置換したもの、及び後述する一般式(II)で表される化合物を挙げることができる。また、他の族の金属元素の類似化合物であってもよい。好ましくは周期律表第4族の遷移金属化合物であり、中でもジルコニウムの化合物が好ましい。
上記一般式(I)で表される遷移金属化合物の中では、一般式(II)で表される化合物が好ましい。
Figure 2008047860
上記一般式(II)において、Mは周期律表第3〜10族の金属元素を示し、A1a及びA2aは、それぞれ上記一般式(I)における一般式(a)で表される架橋基を示し、CH2,CH2CH2,(CH32C,(CH32C(CH32C,(CH32Si及び(C652Siが好ましい。A1a及びA2aは、互いに同一でも異なっていてもよい。R4〜R13はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20のハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基又はヘテロ原子含有基を示す。ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基及びケイ素含有基としては、上記一般式(I)において説明したものと同様のものが挙げられる。炭素数1〜20のハロゲン含有炭化水素基としては、p−フルオロフェニル基、3,5−ジフルオロフェニル基、3,4,5−トリフルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、3,5−ビス(トリフルオロ)フェニル基、フルオロブチル基などが挙げられる。ヘテロ原子含有基としては、炭素数1〜20のヘテロ原子含有基が挙げられ、具体的には、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジフェニルアミノ基などの窒素含有基;フェニルスルフィド基、メチルスルフィド基等の硫黄含有基;ジメチルホスフィノ基、ジフェニルホスフィノ基などの燐含有基;メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基などの酸素含有基などが挙げられる。なかでも、R4及びR5としてはハロゲン、酸素、ケイ素等のヘテロ原子を含有する基が、重合活性が高く好ましい。R6〜R13としては、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基が好ましい。X及びYは一般式(I)と同じである。qは1〜5の整数で〔(Mの原子価)−2〕を示し、rは0〜3の整数を示す。
上記一般式(II)で表される遷移金属化合物のうち、両方のインデニル基が同一である場合、周期律表第4族の遷移金属化合物としては、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−エチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−イソプロピルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−ブチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(4−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(4,7−ジメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(5,6−ジメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−エトキシメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−エトキシエチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−メトキシメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−メトキシエチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−フェニルメチルシリレン)(2,1’−フェニルメチルシリレン)ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−フェニルメチルシリレン)(2,1’−フェニルメチルシリレン)ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−イソプロピリデン)ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−イソプロピリデン)ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−イソプロピリデン)ビス(3−イソプロピルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−イソプロピリデン)ビス(3−n−ブチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−イソプロピリデン)ビス(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−イソプロピリデン)ビス(3−トリメチルシリルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−イソプロピリデン)ビス(3−フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、
(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(3−イソプロピルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(3−n−ブチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(3−トリメチルシリルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジフェニルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジフェニルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジフェニルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(3−n−ブチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジフェニルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジフェニルシリレン)(2,1’−メチレン)ビス(3−トリメチルシリルインデニル)ジルコニウムジクロリドなど、及びこれらの化合物におけるジルコニウムをチタン又はハフニウムに置換したものを挙げることができるがこれらに限定されるものではない。また、第4族以外の他の族の金属元素の類似化合物であってもよい。好ましくは周期律表第4族の遷移金属化合物であり、中でもジルコニウムの化合物が好ましい。
一方、上記一般式(II)で表される遷移金属化合物のうち、R5が水素原子で、R4が水素原子でない場合、周期律表第4族の遷移金属化合物としては、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)(インデニル)(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)(インデニル)(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)(インデニル)(3−トリメチルシリルインデニル)ジルコニウムジクロリド(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)(インデニル)(3−フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)(インデニル)(3−ベンジルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)(インデニル)(3−ネオペンチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)(インデニル)(3−フェネチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−エチレン)(2,1’−エチレン)(インデニル)(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−エチレン)(2,1’−エチレン)(インデニル)(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−エチレン)(2,1’−エチレン)(インデニル)(3−トリメチルシリルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−エチレン)(2,1’−エチレン)(インデニル)(3−フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−エチレン)(2,1’−エチレン)(インデニル)(3−ベンジルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−エチレン)(2,1’−エチレン)(インデニル)(3−ネオペンチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−エチレン)(2,1’−エチレン)(インデニル)(3−フェネチルインデニル)ジルコニウムジクロリドなど、及びこれらの化合物におけるジルコニウムをチタン又はハフニウムに置換したものを挙げることができるがこれらに限定されるものではない。また、第4族以外の他の族の金属元素の類似化合物であってもよい。好ましくは周期律表第4族の遷移金属化合物であり、中でもジルコニウムの化合物が好ましい。
本発明で用いる触媒を構成する(B)遷移金属化合物と反応してイオン性の錯体を形成しうる化合物としては、比較的低分子量の高純度末端不飽和オレフィン系重合体が得られる点、及び触媒高活性の点でボレート化合物が好ましい。ボレート化合物としては、テトラフェニルホウ酸トリエチルアンモニウム,テトラフェニルホウ酸トリ−n−ブチルアンモニウム,テトラフェニルホウ酸トリメチルアンモニウム,テトラフェニルホウ酸テトラエチルアンモニウム,テトラフェニルホウ酸メチル(トリ−n−ブチル)アンモニウム,テトラフェニルホウ酸ベンジル(トリ−n−ブチル)アンモニウム,テトラフェニルホウ酸ジメチルジフェニルアンモニウム,テトラフェニルホウ酸トリフェニル(メチル)アンモニウム,テトラフェニルホウ酸トリメチルアニリニウム,テトラフェニルホウ酸メチルピリジニウム,テトラフェニルホウ酸ベンジルピリジニウム,テトラフェニルホウ酸メチル(2−シアノピリジニウム),テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリエチルアンモニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリ−n−ブチルアンモニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリフェニルアンモニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸テトラ−n−ブチルアンモニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸テトラエチルアンモニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸ベンジル(トリ−n−ブチル)アンモニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸メチルジフェニルアンモニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリフェニル(メチル)アンモニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸メチルアニリニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸ジメチルアニリニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリメチルアニリニウム,
テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸メチルピリジニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸ベンジルピリジニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸メチル(2−シアノピリジニウム),テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸ベンジル(2−シアノピリジニウム),テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸メチル(4−シアノピリジニウム) ,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリフェニルホスホニウム,テトラキス[ビス(3,5−ジトリフルオロメチル)フェニル]ホウ酸ジメチルアニリニウム,テトラフェニルホウ酸フェロセニウム,テトラフェニルホウ酸銀,テトラフェニルホウ酸トリチル,テトラフェニルホウ酸テトラフェニルポルフィリンマンガン,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリフェニルカルベニウム,テトラキス(パーフルオロフェニル)ホウ酸メチルアニリニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸フェロセニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸(1,1'−ジメチルフェロセニウム),テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸デカメチルフェロセニウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸銀、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリチル,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸リチウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸ナトリウム,テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸テトラフェニルポルフィリンマンガン,テトラフルオロホウ酸銀などを挙げることができる。これらは一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。後述する水素と遷移金属化合物とのモル比(水素/遷移金属化合物)が0である場合、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸ジメチルアニリニウム、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリフェニルカルベニウム及びテトラキス(パーフルオロフェニル)ホウ酸メチルアニリニウムなどが好ましい。
本発明の製造方法で用いる触媒は、上記(A)成分と(B)成分との組み合わせでもよく、上記(A)成分及び(B)成分に加えて(C)成分として有機アルミニウム化合物を用いてもよい。
(C)成分の有機アルミニウム化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリノルマルへキシルアルミニウム、トリノルマルオクチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムクロリド、ジエチルアルミニウムクロリド、メチルアルミニウムジクロリド、エチルアルミニウムジクロリド、ジメチルアルミニウムフルオリド、ジイソブチルアルミニウムヒドリド、ジエチルアルミニウムヒドリド及びエチルアルミニウムセスキクロリドなどが挙げられる。これらの有機アルミニウム化合物は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのうち、本発明においては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリノルマルへキシルアルミニウム及びトリノルマルオクチルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウムが好ましく、トリイソブチルアルミニウム、トリノルマルへキシルアルミニウム及びトリノルマルオクチルアルミニウムがより好ましい。
(A)成分の使用量は、通常0.1×10-6〜1.5×10-5mol/L、好ましくは0.15×10-6〜1.3×10-5mol/L、より好ましくは0.2×10-6〜1.2×10-5mol/L、特に好ましくは0.3×10-6〜1.0×10-5mol/Lである。(A)成分の使用量が0.1×10-6mol/L以上であると、触媒活性が十分に発現され、1.5×10-5mol/L以下であると、重合熱を容易に除去することができる。
(A)成分と(B)成分との使用割合(A)/(B)は、モル比で好ましくは10/1〜1/100、より好ましくは2/1〜1/10である。(A)/(B)が10/1〜1/100の範囲にあると、触媒としての効果が得られると共に、単位質量ポリマー当たりの触媒コストを抑えることができる。また、目的とする末端不飽和オレフィン系重合体中にホウ素が多量に存在するおそれがない。
(A)成分と(C)成分との使用割合(A)/(C)は、モル比で好ましくは1/1〜1/10000、より好ましくは1/5〜1/2000、さらに好ましくは1/10〜1/1000である。(C)成分を用いることにより、遷移金属当たりの重合活性を向上させることができる。(A)/(C)が1/1〜1/10000の範囲にあると、(C)成分の添加効果と経済性のバランスが良好であり、また、目的とする末端不飽和オレフィン系重合体中にアルミニウムが多量に存在するおそれがない。
本発明の製造方法においては、上述した(A)成分及び(B)成分、あるいは(A)成分、(B)成分及び(C)成分を用いて予備接触を行うこともできる。予備接触は、(A)成分に、例えば(B)成分を接触させることにより行うことができるが、その方法に特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。このような予備接触により触媒活性の向上や、助触媒である(B)成分の使用割合の低減など、触媒コストの低減に効果的である。
本発明の末端不飽和オレフィン系重合体は、上記触媒の存在下、水素と遷移金属化合物とのモル比(水素/遷移金属化合物)が0〜10000の範囲において重合反応を行うことにより得ることができる。水素/遷移金属が0である場合、上述したように(B)遷移金属化合物と反応してイオン性の錯体を形成しうる化合物としては、特にテトラキス(パーフルオロフェニル)ホウ酸メチルアニリニウム、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸ジメチルアニリニウム及びテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸トリフェニルカルベニウムなどが好ましい。
通常、水素は分子量調整剤や連鎖移動剤として機能し、重合鎖末端は飽和構造となることが知られている。すなわち、水素が分子量調整剤や連鎖移動剤として機能するため、添加量にしたがって単調に分子量が低下すると共に、ポリマー末端の不飽和度は極端に低下する。また、水素はドーマントの再活性化を行い、触媒活性を高めることができるという機能を有することが知られている。通常これらの目的で水素を使用する際は、水素と遷移金属化合物とのモル比は13000〜100000の範囲で使用される。
本願発明において、微量の水素(水素/遷移金属化合物モル比が10000以下)が触媒性能に与える影響は不明であるが、上記のようにある特定の範囲で水素を用いることで、末端ビニリデン基選択性および活性を向上させることができる。すなわち、本願発明は(1)水素を添加しても分子量が変化しない微量水素添加領域の存在、(2)触媒活性が向上し、ポリマー中の触媒残渣が低下し、高純度体が得られる微量水素添加領域の存在、および(3)末端不飽和基のビニリデン基純度が向上する微量水素添加領域の存在を見出すしたことにより完成したものである。
水素と遷移金属化合物とのモル比(水素/遷移金属化合物)は、好ましくは10〜9000、より好ましくは20〜8000、より好ましくは40〜7000、より好ましくは200〜4500、より好ましくは300〜4000、最も好ましくは400〜3000である。このモル比が10000以下であると、末端不飽和度の極端に低いポリオレフィン系重合体の生成が抑制され、目的とする高純度末端不飽和ポリオレフィン系重合体を得ることができる。また、当該モル比が0である場合に比べると、微量水素が存在することで、末端ビニリデン基の含有量を増加させることができる。また、末端ビニリデン基以外の末端不飽和基としては末端ビニル基が挙げられるが、末端ビニル基を含む重合体は、ラジカル重合変性によって変性重合体を製造する際の反応性前駆体として使用すると、変性率が低下する等の問題が生じやすい。このような場合には微量の水素を存在させることで、末端ビニル基数の上昇とともに末端ビニル基の生成量を低下させることができるため好ましい。
末端ビニル基は、段落〔0012〕に示した方法で定量することができ、不飽和基に占める末端ビニル基の割合(%)は以下の式から計算される。
(D)/〔(C)+(D)〕×100 単位:%
不飽和基に占める末端ビニル基の割合は、好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下、より好ましくは8%以下、最も好ましくは0〜5%の範囲である。
上記のように、末端ビニリデン基選択性及び触媒活性を高めるためには、微量の水素の存在下で重合反応を行うことが好ましい。微量水素の添加による効果は、実施例において示され、従来の予測に反して分子量の低下は認められず、活性の大幅な向上と末端ビニリデン基選択性の向上が顕著に現れた。また、末端ビニル基の生成量の低下が認められた。一方、大量に水素を用いた場合は、通常の挙動を示した。
末端不飽和オレフィン系重合体を製造する際の重合方法については特に制限ないが、溶液重合及びバルク重合が好ましい。また、バッチ法及び連続法のどちらの重合方法も適用することができる。溶液重合に用いる溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、ブタン、オクタン及びイソブタンなどの飽和炭化水素系溶媒、シクロヘキサン及びメチルシクロヘキサンなどの脂環式炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン及びキシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒が挙げられる。
本発明の高純度末端不飽和ポリオレフィン系重合体における極限粘度[η]、分子量分布(Mw/Mn)、メソペンタッド分率[mmmm]及び融点(Tm)は、下記の方法により制御することができる。
極限粘度[η]の制御は、一般的な重合条件の変更により可能である。極限粘度を増大させるためには、重合温度の低下、重合圧力上昇等によるオレフィンモノマー濃度の増加、遷移金属触媒量の低下の何れか一つ以上の因子によってなされ、極限粘度を低下させるためには、それぞれの制御因子を上記とは逆に設定する。
分子量分布(Mw/Mn)は、通常、使用する触媒によってほぼ決定され、Mw/Mnは1.5〜2.5程度の範囲である。分子量分布を制御するには、重合を多段ステージで行い、各々のステージの生成分子量を変化させればよい。すなわち、分子量分布を拡大するには、製造を多段で行い、各々の重合温度、モノマー濃度を変更し、高分子量の重合体および、より低分子量の重合体を反応器内で製造することでなされる。上記製造法で得られる本願発明の重合体の分子量分布は4以下である。
メソペンタッド分率[mmmm]は、触媒の選択及び重合条件の選定によって制御することができる。低メソペンタッド分率の重合体は、後述する実施例1に記載の触媒のように、置換基種及び置換位置が同一の配位子を有する対称性の高い触媒を用いて製造することができる。置換基種及び置換位置が異なる場合や、一方の配位子のみが置換基を有する場合は、立体規則性がより高い重合体を製造することができる。更に、配位子が架橋基以外の置換基を有さない場合、最も高い立体規則性を有する重合体を製造することができる。さらに詳しく説明すると以下のとおりである。すなわち、[mmmm]<50にするには、一般式(II)で示された遷移金属化合物のうち、両方のインデニル基が同一の置換基を有するものが好ましく、特に好ましくは、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−イソプロピルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(3−ブチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(4−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリドである。また、[mmmm]を50〜65にするには、一般式(II)で示された遷移金属化合物のうち、R5が水素原子であり、R4が水素原子以外の置換基を有するものが好ましく、特にR4が嵩高い置換基であることが好ましい。嵩高い置換基としては、トリメチルシリルメチル基、トリメチルシリル基、フェニル基、ベンジル基、ネオペンチル基、フェネチル基等が挙げられる。また、[mmmm]>65にするには、一般式(II)で示された遷移金属化合物のうち、両方のインデニル基が無置換のものが好ましく、特に好ましくは(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリドおよび当該化合物の架橋基であるジメチルシリレン基をフェニルメチルシリレン基、ジフェニルシリレン基およびメチレン基から選ばれる基に置換したものである。
また、重合条件の因子としては、重合温度とオレフィンモノマー濃度が挙げられる。メソペンタッド分率は、重合温度を低下すること、重合圧力を増加することによってオレフィンモノマー濃度を大きくすることにより、増加させることができる。
融点(Tm)は、メソペンタッド分率[mmmm]と、
1.76[mmmm]−25.0≦Tm≦1.76[mmmm]+5.0
の関係を有し、メソペンタッド分率が融点の支配因子である。従って、概ねメソペンタッド分率を制御することによって融点を制御することができる。当該関係式は、重合体の立体規則性[mmmm]と融点(Tm)の関係から導き出したものである。一般に、立体規則性の高い部位と立体規則性の低い又は立体規則性を有しない部位を有するポリオレフィンや、立体規則性を有するポリオレフィンと立体規則性の低い又は立体規則性を有しないポリオレフィンとの混合物では、観測される平均の立体規則性と融点(Tm)との関係は、低立体規則性でありながら高融点を示す傾向にある。一方、上記関係式を満たす重合体は均一性の高い立体規則性分布を有する重合体であるため、上記関係式は立体規則性分布の均一性の指標となる。
また、置換基種及び置換位置が異なるか、一方の配位子のみが置換基を有する触媒を用いた場合は、2,1−挿入や1,3−挿入のような異種結合を生成すること、更に多段重合により立体規則性を変化させ、立体規則性分布を拡大させることが可能であることから、これらの制御因子により、同一の立体規則性で融点を制御することができる。
本発明の高純度末端不飽和オレフィン系重合体において、上記触媒に起因する、遷移金属の含有量が10質量ppm以下、アルミニウムの含有量が300質量ppm以下、ホウ素の含有量が10質量ppm以下であることを達成するためには、触媒活性が高いことが必要である。
選定した(A)と(B)又は(A)と(B)と(C)を触媒とし、水素/(A)を0〜10000の範囲で、重合条件を選定することにより、触媒活性を高めることができる。その因子は、通常、重合温度、オレフィンモノマー温度及び重合時間である。重合温度は、通常20〜150℃であり、この範囲を外れると触媒活性が低下するおそれがある。重合温度は、好ましくは30〜130℃、より好ましくは40〜100℃である。
オレフィンモノマー濃度は高いほど好ましく、通常0.05mol/L以上からオレフィンモノマーを溶媒とするバルク重合が含まれる。オレフィンモノマー濃度が0.05mol/L未満では、触媒活性が低下するおそれがある。
高純度末端不飽和オレフィン系重合体の製造は、触媒活性が十分に発現する条件を予め設定し、その後、上記の極限粘度[η]、分子量分布(Mw/Mn)、メソペンタッド分率[mmmm]及び融点(Tm)の制御因子を変更することによって行われる。製造条件決定過程の一例は以下のとおりである。
(1)触媒の選択
所望の立体規則性をその制御範囲にもつと予想される(A)成分を選択する。
(2)微量水素添加量の決定
上記(1)で選択された(A)成分を用い、所望の末端ビニリデン基を満足する水素添加量を決定する。
(3)立体規則性の制御
水素添加量を固定し、所望の立体規則性を満足する重合条件を2点決定する。具体的には、重合温度およびモノマー濃度が異なる条件の組み合わせで所望の立体規則性を有する重合体の製造条件を決定する。その際、所望の分子量が上記の2点の範囲に存在するように設定する。
(4)分子量の制御
上記(3)の重合条件を基に、反応条件を調整し分子量を制御する。分子量を増加させる場合は、製造温度の低下、モノマー濃度の増加または両者の組み合わせで制御することができる。また、分子量を低下させる場合は、製造温度の上昇、モノマー濃度の低下または両者の組み合わせで制御することができる。
上記の方法により得られた製造条件を用い、重合時間を調整することで本願発明の重合体を製造することができる。重合時間は、通常1分〜20時間程度、好ましくは5分〜15時間、より好ましくは10分〜10時間、特に好ましくは20分〜8時間である。重合時間が1分未満であると、末端不飽和オレフィン系重合体の生成量が少なく、また、触媒残渣が増加するおそれがある。また、20時間を超えると、触媒活性が低下し、実質的に末端不飽和オレフィン系重合体の生成が停止するおそれがある。
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例1(プロピレン単独重合体の製造)
(1)金属錯体の合成:
以下のようにして(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)−ビス(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロライドを合成した。
シュレンク瓶に(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)−ビス(インデン)のリチウム塩3.0g(6.97mmol)をTHF(テトラヒドロフラン)50mlに溶解し−78℃に冷却した。ヨードメチルトリメチルシラン2.1ml(14.2mmol)をゆっくりと滴下し室温で12時間撹拌した。
溶媒を留去し、エーテル50mlを加えて飽和塩化アンモニウム溶液で洗浄した。分液後、有機相を乾燥し溶媒を除去して(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)−ビス(3−トリメチルシリルメチルインデン)3.04g(5.88mmol)を得た(収率84%)。
次に、窒素気流下においてシュレンク瓶に上記で得られた(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)−ビス(3−トリメチルシリルメチルインデン)3.04g(5.88mmol)とエーテル50mlを入れた。−78℃に冷却し、n−BuLiのヘキサン溶液(1.54M、7.6ml(1.7mmol))を滴下した。室温に上げ12時間撹拌後、エーテルを留去した。得られた固体をヘキサン40mlで洗浄することによりリチウム塩をエーテル付加体として3.06g(5.07mmol)を得た(収率73%)。
1H−NMR(90MHz、THF−d8)による測定の結果は、以下のとおりである。
δ:0.04(s,18H,トリメチルシリル),0.48(s,12H,ジメチルシリレン),1.10(t,6H,メチル),2.59(s,4H,メチレン),3.38(q,4H,メチレン),6.2-7.7(m,8H,Ar-H)
窒素気流下で、上記で得られたリチウム塩をトルエン50mlに溶解した。−78℃に冷却し、ここへ予め−78℃に冷却した四塩化ジルコニウム1.2g(5.1mmol)のトルエン(20ml)懸濁液を滴下した。滴下後、室温で6時間撹拌した。その反応溶液の溶媒を留去した。得られた残渣をジクロロメタンにより再結晶化することにより、(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)−ビス(3−トリメチルシリルメチルインデニル) ジルコニウムジクロライド0.9g(1.33mmol)を得た(収率26%)。
1H−NMR(90MHz、CDCl3)による測定の結果は、以下のとおりである。
δ:0.0(s,18H,トリメチルシリル),1.02,1.12(s,12H,ジメチルシリレン),2.51(dd,4H,メチレン),7.1-7.6(m,8H,Ar-H)
(2)プロピレンの重合:
加熱乾燥した内容積1.4Lのステンレス鋼製オートクレーブに、乾燥ヘプタン0.4L、トリイソブチルアルミニウム0.5mmolのヘプタン溶液1ml、メチルアニリニウムテトラキス(パーフルオロフェニル)ボレート1.5μmolのヘプタンスラリー2mlを加え、50℃に制御しながら10分間、攪拌した。ここに、上記(1)で調製した(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)−ビス(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロライド0.5μmolのヘプタンスラリー2mlを投入した。
次に、攪拌しながら温度を70℃に昇温し、全圧で0.8MPaまでプロピレンガスを導入した。重合反応中、圧力が一定になるように調圧器によりプロピレンガスを供給して120分間重合し、その後冷却し、未反応プロピレンを脱圧により除去し、内容物を取り出した。内容物を風乾した後、更に80℃で減圧乾燥を8時間行うことによってポリプロピレン123gを得た。得られたポリプロピレンについて、下記の方法により物性を測定した。重合条件を表1に、重合評価結果を表2に示す。なお、表2において「ppm」は「質量ppm」を意味する。
(1)極限粘度[η]
株式会社離合社製のVMR−053型自動粘度計を用い、テトラリン溶媒中135℃において測定した。
極限粘度[η]は、135℃のデカリン中、ウベローデ型粘度計で還元粘度(ηSP/c)を測定し、下記一般式(ハギンスの式)を用いて算出した。
ηSP/c=[η]+K[η]2
ηSP/c(dl/g):還元粘度
[η](dl/g):極限粘度
c(g/dl):ポリマー濃度
K=0.35(ハギンス定数)
(2)分子量分布
上述したように、ゲルパーミエイションクロマトグラフィ(GPC)法により、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)測定し、分子量分布(Mw/Mn)を求めた。
(3)一分子当たりの末端ビニリデン基含有量
上述した方法により算出した。
(4)メソペンタット分率[mmmm]、ラセミメソラセミメソ分率[rmrm]、メソメソラセミラセミ分率[mmrr]及びラセミメソメソラセミ分率[rmmr]
上述した方法により測定した。
(5)融点(Tm)
上述したDSC測定により求めた。
(6)遷移金属、アルミニウム及びホウ素の含有量
電気炉を用いてポリマーを灰化し、硫酸/フッ酸混合水溶液に溶解した後、2mol/L塩酸水溶液で一定容量とした後、必要に応じて希釈し、ICP(高周波誘導結合プラズマ分光分析)測定装置により測定した。検出限界を超えた場合は1質量ppm未満とし、また、触媒成分が全てポリマーに残存したと仮定して、計算値として示した。
(7)不飽和基に占める末端ビニル基の割合(%)
上述した方法により算出した。
実施例2〜5
表1に示す重合条件によって重合温度、重合圧力による分子量の制御を行い、高純度末端不飽和ポリプロピレンを合成し、上記の方法により評価した。評価結果を表2に示す。
実施例6及び7
微量の水素の存在下、表1に示す条件で高純度末端不飽和ポリプロピレンを合成し、上記の方法により評価した。評価結果を表2に示す。なお、重合は実施例1に準じて実施したが、水素は、遷移金属触媒成分を投入した後に、予め室温常圧で採取した所定量をオートクレーブの気密性を保ちつつ、注射器を用いて投入した。
実施例8
実施例1においてプロピレンを1−ブテン200mlに替えて、トリブチルアルミニウムの使用量、遷移金属化合物の使用量、重合温度及び時間を表1に示すとおりとした以外実施例1と同様の重合反応を行い、高純度末端不飽和ポリプロピレンを合成した。なお、上記1−ブテンは、耐圧ガラス容器からオートクレーブに投入した。得られた高純度末端不飽和ポリプロピレンを、上記の方法により評価した。評価結果を表2に示す。また、{[mmmm]/[mmrr]+[rmmr]}は9.0であった。
比較例1及び2
大量の水素存在下、表1に示す条件で、実施例6及び7と同様にしてポリプロピレンを合成し、上記の方法により評価した。評価結果を表2に示す。
Figure 2008047860
Figure 2008047860
実施例1〜7において、遷移金属及びホウ素は検出限界以下であったが、触媒成分が全てポリマーに取り込まれたと仮定して計算した場合、遷移金属(ジルコニウム)は0.32〜0.88質量ppm、ホウ素は0.11〜0.32質量ppmであった。
実施例9〜13
加熱乾燥した内容積1.4Lのステンレス鋼製オートクレーブに、乾燥ヘプタン0.4L、トリイソブチルアルミニウム0.5mmolのヘプタン溶液1ml、メチルアニリニウムテトラキス(パーフルオロフェニル)ボレート4μmolのヘプタンスラリー4mlを加え、10分間、攪拌した。ここに、実施例1の(1)で調製した(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)−ビス(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロライド1.5μmolのヘプタンスラリー2mlを投入した。
次に、室温で表3に示した所定量の水素を注入し、攪拌しながら温度を80℃に昇温し、プロピレン分圧を0.5MPaでプロピレンガスを導入した。重合反応中、圧力が一定になるように調圧器によりプロピレンガスを供給して40分間重合し、その後冷却し、未反応プロピレンを脱圧により除去し、内容物を取り出した。内容物は実施例1(2)と同様にしてポリプロピレンを得た。得られたポリプロピレンの結果を表3に示す。
実施例14
(1)金属錯体の合成
以下のようにして(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)−(インデニル)(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロライドを合成した。
窒素気流下、200ミリリットルのシュレンク瓶にエーテル50ミリリットルと(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)ビスインデン3.5g(1.02mmol)を加え、ここに−78℃でn−ブチルリチウム(n−BuLi)のヘキサン溶液(1.60モル/リットル、12.8ミリリットル)を滴下した。室温で8時間攪拌した後溶媒を留去し、得られた固体を減圧乾燥することにより白色固体5.0gを得た。この固体をテトラヒドロフラン(THF)50ミリリットルに溶解させ、ここへヨードメチルトリメチルシラン1.4ミリリットルを室温で滴下した。水10ミリリットルで加水分解し、有機相をエーテル50ミリリットルで抽出したのち、有機相を乾燥し溶媒を留去した。ここへエーテル50ミリリットルを加え、−78℃でn−BuLiのヘキサン溶液(1.60モル/リットル、12.4ミリリットル)を滴下したのち、室温に上げ3時間攪拌後、エーテルを留去した。得られた固体をヘキサン30ミリリットルで洗浄した後減圧乾燥した。この白色固体5.11gをトルエン50ミリリットルに懸濁させ、別のシュレンク瓶中でトルエン10ミリリットルに懸濁した四塩化ジルコニウム2.0g(8.60mmol)を添加した。室温で12時間攪拌後溶媒を留去し、残渣をヘキサン50ミリリットルで洗浄した後、残渣をジクロロメタン30ミリリットルから再結晶化させることにより黄色微結晶1.2gを得た(収率25%)。
(2)プロピレンの重合
加熱乾燥した内容積5Lのステンレス鋼製オートクレーブに、乾燥ヘプタン2.5L、トリイソブチルアルミニウム1.4mmolのヘプタン溶液1.4ml、メチルアニリニウムテトラキス(パーフルオロフェニル)ボレート15.4μmolのヘプタンスラリー2mlを加え、50℃に制御しながら10分間攪拌した。
更に、上記(1)で調製した遷移金属化合物錯体の(1,2’−ジメチルシリレン)(2,1’−ジメチルシリレン)−(インデニル)(3−トリメチルシリルメチルインデニル)ジルコニウムジクロライドの3.8μmolのヘプタンスラリー6mlを投入した。
更に水素を投入後、攪拌しながら温度を60℃に昇温し、分圧で0.49MPaまでプロピレンガスを導入した。
重合反応中、圧力が一定になるように調圧器によりプロピレンガスを供給して100分
間重合し、その後冷却し、未反応プロピレンを脱圧により除去し内容物を取り出した。
内容物を風乾後、更に80℃で減圧乾燥を8時間行なうことによって反応性ポリプロピレン525gを得た。結果を表3に示す。
実施例15
実施例9において、H2/Zrを40にした以外は、同様にしてポリプロピレンを製造した。結果を表3に示す。
Figure 2008047860
本発明の高純度末端不飽和オレフィン系重合体は、変性重合体を効率的に製造するための反応性前駆体として好適である。

Claims (9)

  1. 触媒の存在下に、炭素数3〜28のα−オレフィンの一種を単独重合または二種以上を共重合、あるいは炭素数3〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上とエチレンとを共重合して得られ、以下の(1)〜(4)を満足することを特徴とする高純度末端不飽和オレフィン系重合体。
    (1)上記触媒に起因する、遷移金属の含有量が10質量ppm以下、アルミニウムの含有量が300質量ppm以下、ホウ素の含有量が10質量ppm以下である。
    (2)末端不飽和基としてビニリデン基を一分子当たり0.5〜1.0個を有する。
    (3)デカリン中、135℃において測定した極限粘度[η]が0.01〜2.5dl/gである。
    (4)分子量分布(Mw/Mn)が4以下である。
  2. 末端不飽和基としてビニリデン基を一分子当たり0.8〜1.0個を有する請求項1に記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体。
  3. オレフィン系重合体が、プロピレン単独重合体、あるいはプロピレン90質量%以上と、エチレン及び炭素数4〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上10質量%以下との共重合体であり、メソペンタッド分率[mmmm]が30〜80モル%の範囲にある請求項1記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体。
  4. 以下の(a)及び(b)を満足する請求項3記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体。
    (a)[rmrm]>2.5モル%
    (b)示差走査型熱量計(DSC)で観測される融点(Tm、単位:℃)と[mmmm]とが下記の関係を満たす。
    1.76[mmmm]−25.0≦Tm≦1.76[mmmm]+5.0
  5. オレフィン系重合体が、1−ブテン単独重合体、あるいは1−ブテン90質量%以上と、エチレン、プロピレン及び炭素数5〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上10質量%との共重合体であり、メソペンタッド分率[mmmm]が20〜90モル%の範囲にある請求項1記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体。
  6. 以下の(p)及び(q)を満足する請求項5記載の高純度末端不飽和ポリオレフィン系重合体。
    (p)示差走査型熱量計(DSC)による融点(Tm)が観測されないか又は融点(Tm)が0〜100℃の結晶性樹脂である。
    (q){[mmmm]/[mmrr]+[rmmr]}≦20
  7. 下記(A)と(B)又は(A)と(B)と(C)からなる触媒の存在下、炭素数3〜28のα−オレフィンの一種を単独重合または二種以上を共重合、あるいは炭素数3〜28のα−オレフィンから選ばれる一種以上とエチレンとを共重合するに際し、水素と遷移金属化合物とのモル比(水素/遷移金属化合物)が0〜5000の範囲において重合反応を行うことを特徴とする請求項1に記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体の製造方法。
    (A)シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基又は置換インデニル基を有する周期律表第3〜10族の金属元素を含む遷移金属化合物
    (B)遷移金属化合物と反応してイオン性の錯体を形成しうる化合物
    (C)有機アルミニウム化合物
  8. 水素と遷移金属化合物とのモル比(水素/遷移金属化合物)が0〜10000の範囲において重合反応を行うことを特徴とする請求項7に記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体の製造方法。
  9. 遷移金属化合物が一般式(I)で表される二架橋錯体である請求項7記載の高純度末端不飽和オレフィン系重合体の製造方法。
    Figure 2008047860
    〔式中、Mは周期律表第3〜10族の金属元素を示し、E1及びE2はそれぞれシクロペンタジエニル基,置換シクロペンタジエニル基,インデニル基,置換インデニル基,ヘテロシクロペンタジエニル基,置換ヘテロシクロペンタジエニル基,アミド基,ホスフィン基,炭化水素基及びケイ素含有基の中から選ばれた配位子を示し、A1及びA2を介して架橋構造を形成している。E1及びE2は互いに同一でも異なっていてもよく、また、E1及びE2のうちの少なくとも一つは、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基又は置換インデニル基である。Xはσ結合性の配位子を示し、Xが複数ある場合、複数のXは同じでも異なっていてもよく、他のX,E1,E2又はYと架橋していてもよい。Yはルイス塩基を示し、Yが複数ある場合、複数のYは同じでも異なっていてもよく、他のY,E1,E2又はXと架橋していてもよい。A1及びA2は二つの配位子を結合する二価の架橋基であって、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20のハロゲン含有炭化水素基、ケイ素含有基、ゲルマニウム含有基、スズ含有基、−O−、−CO−、−S−、−SO2−、−Se−、−NR1−、−PR1−、−P(O)R1−、−BR1−又は−AlR1−を示し、R1は水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基又は炭素数1〜20のハロゲン含有炭化水素基を示し、それらは互いに同一でも異なっていてもよい。qは1〜5の整数で〔(Mの原子価)−2〕を示し、rは0〜3の整数を示す。〕
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