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特許7004972極性基含有オレフィン共重合体の製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-07
(45)【発行日】2022-01-21
(54)【発明の名称】極性基含有オレフィン共重合体の製造方法
(51)【国際特許分類】
   C08F 210/02 20060101AFI20220114BHJP
   C08F 4/80 20060101ALI20220114BHJP
【FI】
C08F210/02
C08F4/80
【請求項の数】 14
(21)【出願番号】P 2018012758
(22)【出願日】2018-01-29
(65)【公開番号】P2018141138
(43)【公開日】2018-09-13
【審査請求日】2020-09-07
(31)【優先権主張番号】P 2017037171
(32)【優先日】2017-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成27年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業「極性基含有ポリプロピレン:触媒開発と樹脂設計」委託研究、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】504137912
【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学
(73)【特許権者】
【識別番号】303061270
【氏名又は名称】日本ポリケム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000497
【氏名又は名称】特許業務法人グランダム特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】野崎 京子
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 慎庫
(72)【発明者】
【氏名】中野 遼
(72)【発明者】
【氏名】安田 妃那
(72)【発明者】
【氏名】田谷野 孝夫
(72)【発明者】
【氏名】小林 稔
【審査官】久保 道弘
(56)【参考文献】
【文献】特開2011-137120(JP,A)
【文献】特開2013-227529(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08F 210/00-210/14
C08F 4/44-4/80
CAplus/REGISTRY(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エチレン及び/又は炭素数3~10のα-オレフィンに由来する構造単位と、
下記一般式(1)、(2)及び(3)で示される極性基含有モノマーからなる群より選ばれた少なくとも1種に由来する構造単位20~0.001mol%と、を含む極性基含有オレフィン共重合体であり、
かつ、
13C-NMR分析により算出されるメチル分岐度がコポリマー1,000炭素当たり、20以下の直鎖状ランダム共重合体であることを特徴とする極性基含有オレフィン共重合体の製造方法であって、カルベン前駆体化合物と、8~10族の遷移金属化合物の錯体前駆体とを反応させて得られる金属錯体を用いて重合することを特徴とする、極性基含有オレフィン共重合体の製造方法
【化1】

[式(1)、(2)及び(3)中、FGは、ハロゲン原子、水酸基、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数1~20のアルコキシ基、炭素原子数1~20のアルキルチオ基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有する置換アミノ基、シアノ基、カルボキシル基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有するエステル基、または炭素原子数1~20の炭化水素基を有するアシルオキシ基である。
Rは、炭素原子数1~10のアルキル基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~10のアルキル基、ハロゲン原子、またはシアノ基であり、FGとの間で環状構造を形成しても良い。]
【請求項2】
前記FGが、ハロゲン原子、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有する置換アミノ基、シアノ基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有するエステル基、または炭素原子数1~20の炭化水素基を有するアシルオキシ基であることを特徴とする請求項1に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法
【請求項3】
前記FGが、ハロゲン原子、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有するエステル基、または炭素原子数1~20の炭化水素基を有するアシルオキシ基であることを特徴とする請求項2に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法
【請求項4】
前記カルベン前駆体化合物が、下記一般式(4)又は一般式(5)で表されることを特徴とする、請求項に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化2】

[一般式(4)及び一般式(5)において、Zは、OR、SR、SO、N=CR、CR=NR、N(R、P(R、CO、COM’、C(O)N(R、C(O)R、SO、SOR、OSO、P(O)(OR2-y(R、SOM’、POM’、P(O)(ORM’、P(R(O)を表す。(ここで、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~20の炭化水素基を表し、M’は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウム又はホスホニウムを表し、yは0~2の整数を表す)。R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~40の炭化水素基である。Xは、炭素数3~9の飽和又は不飽和な二価の炭化水素基を表し、Xが形成する環上に置換基を有していてもよい。Raは、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~10の炭化水素基であり、Xから成る環の一部と縮環してもよい。Aは、カウンターアニオンを表し、任意の陰イオンを表す。E及びEは、それぞれ独立に、炭素原子又は窒素原子を表す。nは、0又は1の整数を表す。]
【請求項5】
前記カルベン前駆体化合物が、下記一般式(6)又は一般式(7)で表されることを特徴とする、請求項に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化3】

[一般式(6)又は一般式(7)において、Xは、炭素数3~9の飽和又は不飽和な二価の炭化水素基を表す。Xが形成する環上に置換基を有していてもよい。A、Z、R、R、X、E及びEは、請求項に記載した通りである。]
【請求項6】
前記カルベン前駆体化合物が、下記一般式(8)又は一般式(9)で表されることを特徴とする、請求項に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化4】

[一般式(8)又は一般式(9)において、R~Rは、ハロゲン原子又はヘテロ原子含有基又はヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~40の炭化水素基を表す。A、Z、R、R、E及びEは、請求項に記載した通りである。]
【請求項7】
前記記載のカルベン前駆体化合物が、下記一般式(10)又は一般式(11)で表されることを特徴とする、請求項に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化5】

[一般式(10)又は一般式(11)において、R10は、ハロゲン原子又はヘテロ原子含有基又はヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~40の炭化水素基を表す。A、Z、R、R、R、R、E及びEは、請求項又はに記載した通りである。]
【請求項8】
一般式(4)~(11)において、前記Zが、OR、SR、SO、N=CR、CR=NR、N(R、P(R、P(O)(OR2-y(Rであることを特徴とする、請求項のいずれ1項に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【請求項9】
前記8~10族の遷移金属を含む化合物が、下記一般式(12)又は一般式(13)で表されることを特徴とする、請求項に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化6】

[一般式(12)又は一般式(13)において、Mは、周期表の8~10族に属する遷移金属を表す。L及びLは、Mに配位子したリガンドを表し、それぞれ独立に、ハロゲン原子、水素原子、ヘテロ原子を含有する炭素数1~20の炭化水素基を表す。L及びLは、互いに連結して環を形成してもよい。
Zは、OR、SR、SO、N=CR、CR=NR、N(R、P(R、CO、COM’、C(O)N(R、C(O)R、SO、SOR、OSO、P(O)(OR2-y(R、SOM’、POM’、P(O)(ORM’、P(R(O)を表す。(ここで、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~20の炭化水素基を表し、M’は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウム又はホスホニウムを表し、yは0~2の整数を表す)。R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~40の炭化水素基である。Xは、炭素数3~9の飽和又は不飽和な二価の炭化水素基を表し、Xが形成する環上に置換基を有していてもよい。Raは、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~10の炭化水素基であり、Xから成る環の一部と縮環してもよい。E及びEは、それぞれ独立に、炭素原子又は窒素原子を表す。nは、0又は1の整数を表す。Aはカウンターカチオンを表し、任意の陽イオンを表す。]
【請求項10】
前記Mが、周期表第10族に属する遷移金属であることを特徴とする、請求項に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【請求項11】
前記8~10族の遷移金属を含む化合物が、下記一般式(C1)で表される金属錯体であることを特徴とする、請求項に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化7】

[式(C1)中、
Mは周期表第10族の金属原子を表し、
Xはリン原子(P)または砒素原子(As)を表し、
は、水酸基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数2~10のエステル基、シリル基、及びハロゲン原子から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~70の2価の炭化水素基を表し、
Qは、Y[-S(=O)-O-]M、Y[-C(=O)-O-]M、Y[-P(=O)(-OH)-O-]MまたはY[-S-]Mの「[ ]」の中に示される2価の基を表し(ただし、両側のY、Mは基の結合方向を示すために記載している。)、
15は、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~30の炭化水素基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~30の炭化水素基、炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基で置換された炭素原子数7~30の炭化水素基、炭素原子数2~10のアミド基で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基、炭素原子数1~30のアルコキシ基、炭素原子数6~30のアリールオキシ基、及び炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を表し、
16及びR17はそれぞれ独立して、水素原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基を表し、R16及びR17の少なくとも一方が、炭素原子数1~10のアルキル基または炭素原子数4~106のシクロアルキル基である。また、R16またはR17はYと結合して環構造を形成してもよい。
Lは電子供与性配位子を表し、
qは0、1/2、1または2である。]
【請求項12】
一般式(C1)中、Qが-S(=O)-O-である(ただし、SはYに結合し、OはMに結合する。)、請求項11に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【請求項13】
一般式(C1)で示される化合物が、一般式(C2)
【化8】

[式(C2)中、R112~R115は水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、シリル基またはハロゲン原子で置換された炭素原子数1~20の炭化水素基を表す。M、X、R15、R16、R17、L及びqは一般式(C1)の記載と同じ意味を表す。]
で示される金属錯体である、請求項11に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【請求項14】
一般式(C2)で示される化合物が、R112がシリル基である一般式(C3)
【化9】

[式(C3)中、3つのR116はそれぞれ独立して、水素原子または炭素原子数1~8の炭化水素基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。M、X、R15、R16、R17、R113、R114、R115、L及びqは一般式(C2)の記載と同じ意味を表す。]
で示される金属錯体である、請求項13に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特定の構造を有する極性基含有モノマーを構成成分とする、オレフィン共重合体に関し、詳しくは、エチレン及び/又はα-オレフィンモノマーと、特定の構造を有する極性基含有モノマー(極性基を有するビニリデンコモノマー)を共重合した、特異な構造を有する新規な極性基含有オレフィン共重合体に係わるものである。
【背景技術】
【0002】
オレフィン重合体は、樹脂材料の中で物性や成形性などの諸性質に優れ、経済性や環境問題適合性なども高く、非常に汎用されかつ重要な産業資材である。
しかし、オレフィン重合体は極性基を持たないため、他の材料との接着性や印刷適性、或はフィラーなどとの相溶性の物性が要求される用途への適用は困難であった。これを改良した材料として、高圧ラジカル法重合プロセスによって製造されたエチレンと極性基含有ビニルモノマーとの共重合体が、単体もしくは他の樹脂との組成物として用いられてきた(特許文献1及び特許文献2)。しかし、ポリマー多分岐構造に由来して、低弾性率や機械物性に劣り、単体で用いる場合はもちろんのこと、他の樹脂との組成物として用いる場合においても、その応用範囲は限られたものとなっていた。
【0003】
一方、従来一般に用いられているメタロセン触媒を用いたオレフィン重合体製造方法においては、エチレンと極性基含有モノマーを共重合させる際に、触媒重合活性が低下し共重合し難いとされていたが、有機アルミニウム化合物もしくは有機亜鉛化合物と極性コモノマーを反応させた後に(極性官能基のマスク化)、オレフィンと共重合させる手法が報告されている(特許文献3、4)。しかし、この手法では、コポリマー生成と同時に多量の金属塩が析出する問題点を有しており、有機アルミニウム化合物のコストの点からも普及していない。
ところで、近年において、いわゆるポストメタロセンと称される、後周期遷移金属錯体触媒を用い、有機アルミニウム化合物などのマスク化剤を使用することなく、オレフィンと極性コモノマーを共重合する試みが精力的に進められている。これまでに、コポリマー構造として分岐の少ない直線状共重合体を得られる特徴を有しつつ、極性コモノマーとして、アクリル酸エステル(特許文献5~10)、アクリロニトリル(非特許文献1)、ビニルエーテル(非特許文献2)などが報告されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第2792982号公報
【文献】特開平3-229713号公報
【文献】特開2003-327627号公報
【文献】特開平03-207707号公報
【文献】特表2002-521534号公報
【文献】特開平6-184214号公報
【文献】特開2008-223011号公報
【文献】特開2010-150246号公報
【文献】特開2010-150532号公報
【文献】特開2010-202647号公報
【非特許文献】
【0005】
【文献】K.Nozaki et al.,J.Am.Chem.Soc.,2007,129,8948-8949.
【文献】R.Jordan et al.,J.Am.Chem.Soc.,2007,129,8946-8947.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、極性コモノマーのうちで、1,1-二置換オレフィンであるビニリデン化合物は、一置換オレフィンであるビニル化合物と比較して、後周期遷移金属錯体触媒による重合性が低いために、オレフィンと共重合させることは困難であった。
このような事情に鑑み、本発明の目的は、新規な直鎖状のビニリデンコモノマーを用いた極性基含有オレフィン共重合体、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記した本発明の課題の解決を目指して、極性基含有オレフィン共重合体の製造において、種々探索した。
その結果、特定構造の重合触媒に用い、かつ、特定のビニリデンコモノマーを用いることで、上記の課題を解決することを見いだして、発明を完成するに至った。これらの成果に基づいて、次の発明を提供する。
【0008】
以上において、本発明の創作の経緯と発明の基本的な構成と特徴について、概括的に記述したので、ここで本発明の全体的な構成を俯瞰して総括すると、本発明は次の[1]~[16]の発明単位群からなるものである。
ここで、[1]における、特定構造を有する極性基含有オレフィン共重合体が、基本発明[1]として構成され、[2]以下の各発明は、基本発明に付随的な要件を加え、或いはその実施の態様を示すものである。そして、[4]~[16]の発明は、本発明の特定構造を有する極性基含有オレフィン共重合体の製法に係り付加的な要件を規定している。なお、全発明単位をまとめて発明群と称す。
【0009】
[1]
エチレン及び/又は炭素数3~10のα-オレフィンに由来する構造単位と、
下記一般式(1)、(2)及び(3)で示される極性基含有モノマーからなる群より選ばれた少なくとも1種に由来する構造単位20~0.001mol%と、を含む極性基含有オレフィン共重合体であり、
かつ、
13C-NMR分析により算出されるメチル分岐度がコポリマー1,000炭素当たり、20以下の直鎖状ランダム共重合体であることを特徴とする極性基含有オレフィン共重合体。
【化1】

[式(1)、(2)及び(3)中、FGは、ハロゲン原子、水酸基、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数1~20のアルコキシ基、炭素原子数1~20のアルキルチオ基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有する置換アミノ基、シアノ基、カルボキシル基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有するエステル基、または炭素原子数1~20の炭化水素基を有するアシルオキシ基である。
Rは、炭素原子数1~10のアルキル基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~10のアルキル基、ハロゲン原子、またはシアノ基であり、FGとの間で環状構造を形成しても良い。]
【0010】
[2]
前記FGが、ハロゲン原子、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有する置換アミノ基、シアノ基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有するエステル基、または炭素原子数1~20の炭化水素基を有するアシルオキシ基であることを特徴とする[1]に記載の極性基含有オレフィン共重合体。
【0011】
[3]
前記FGが、ハロゲン原子、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有するエステル基、または炭素原子数1~20の炭化水素基を有するアシルオキシ基であることを特徴とする[2]に記載の極性基含有オレフィン共重合体。
【0012】
[4]
[1]~[3]のいずれか1項に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法であって、
8~10族の遷移金属を含む化合物を用いて重合することを特徴とする、極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【0013】
[5]
前記8~10族の遷移金属を含む化合物が、カルベン前駆体化合物と8~10族の遷移金属化合物の錯体前駆体とを反応させて得られる金属錯体であることを特徴とする、[4]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【0014】
[6]
前記カルベン前駆体化合物が、下記一般式(4)又は一般式(5)で表されることを特徴とする、[5]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化2】

[一般式(4)及び一般式(5)において、Zは、OR、SR、SO、N=CR、CR=NR、N(R、P(R、CO、COM’、C(O)N(R、C(O)R、SO、SOR、OSO、P(O)(OR2-y(R、SOM’、POM’、P(O)(ORM’、P(R(O)を表す。(ここで、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~20の炭化水素基を表し、M’は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウム又はホスホニウムを表し、yは0~2の整数を表す)。R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~40の炭化水素基である。Xは、炭素数3~9の飽和又は不飽和な二価の炭化水素基を表し、Xが形成する環上に置換基を有していてもよい。Raは、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~10の炭化水素基であり、Xから成る環の一部と縮環してもよい。Aは、カウンターアニオンを表し、任意の陰イオンを表す。E及びEは、それぞれ独立に、炭素原子又は窒素原子を表す。nは、0又は1の整数を表す。]
【0015】
[7]
前記カルベン前駆体化合物が、下記一般式(6)又は一般式(7)で表されることを特徴とする、[6]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化3】

[一般式(6)又は一般式(7)において、Xは、炭素数3~9の飽和又は不飽和な二価の炭化水素基を表す。Xが形成する環上に置換基を有していてもよい。A、Z、R、R、X、E及びEは、[6]に記載した通りである。]
【0016】
[8]
前記カルベン前駆体化合物が、下記一般式(8)又は一般式(9)で表されることを特徴とする、[7]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化4】

[一般式(8)又は一般式(9)において、R~Rは、ハロゲン原子又はヘテロ原子含有基又はヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~40の炭化水素基を表す。A、Z、R、R、E及びEは、[6]に記載した通りである。]
【0017】
[9]
前記記載のカルベン前駆体化合物が、下記一般式(10)又は一般式(11)で表されることを特徴とする、[6]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化5】

[一般式(10)又は一般式(11)において、R10は、ハロゲン原子又はヘテロ原子含有基又はヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~40の炭化水素基を表す。A、Z、R、R、R、R、E及びEは、[6]又は[8]に記載した通りである。]
【0018】
[10]
一般式(4)~(11)において、前記Zが、OR、SR、SO、N=CR、CR=NR、N(R、P(R、P(O)(OR2-y(Rであることを特徴とする、[6]~[9]のいずれ1項に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【0019】
[11]
前記8~10族の遷移金属を含む化合物が、下記一般式(12)又は一般式(13)で表されることを特徴とする、[4]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化6】

[一般式(12)又は一般式(13)において、Mは、周期表の8~10族に属する遷移金属を表す。L及びLは、Mに配位子したリガンドを表し、それぞれ独立に、ハロゲン原子、水素原子、ヘテロ原子を含有する炭素数1~20の炭化水素基を表す。L及びLは、互いに連結して環を形成してもよい。
Zは、OR、SR、SO、N=CR、CR=NR、N(R、P(R、CO、COM’、C(O)N(R、C(O)R、SO、SOR、OSO、P(O)(OR2-y(R、SOM’、POM’、P(O)(ORM’、P(R(O)を表す。(ここで、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~20の炭化水素基を表し、M’は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウム又はホスホニウムを表し、yは0~2の整数を表す)。R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~40の炭化水素基である。Xは、炭素数3~9の飽和又は不飽和な二価の炭化水素基を表し、Xが形成する環上に置換基を有していてもよい。Raは、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~10の炭化水素基であり、Xから成る環の一部と縮環してもよい。Aは、カウンターアニオンを表し、任意の陰イオンを表す。E及びEは、それぞれ独立に、炭素原子又は窒素原子を表す。nは、0又は1の整数を表す。Aはカウンターカチオンを表し、任意の陽イオンを表す。]
【0020】
[12]
前記Mが、周期表第10族に属する遷移金属であることを特徴とする、[11]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【0021】
[13]
前記8~10族の遷移金属を含む化合物が、下記一般式(C1)で表される金属錯体であることを特徴とする、[4]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【化7】

[式(C1)中、
Mは周期表第10族の金属原子を表し、
Xはリン原子(P)または砒素原子(As)を表し、
は、水酸基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数2~10のエステル基、シリル基、及びハロゲン原子から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~70の2価の炭化水素基を表し、
Qは、Y[-S(=O)-O-]M、Y[-C(=O)-O-]M、Y[-P(=O)(-OH)-O-]MまたはY[-S-]Mの「[ ]」の中に示される2価の基を表し(ただし、両側のY、Mは基の結合方向を示すために記載している。)、
15は、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~30の炭化水素基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~30の炭化水素基、炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基で置換された炭素原子数7~30の炭化水素基、炭素原子数2~10のアミド基で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基、炭素原子数1~30のアルコキシ基、炭素原子数6~30のアリールオキシ基、及び炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を表し、
16及びR17はそれぞれ独立して、水素原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基を表し、R16及びR17の少なくとも一方が、炭素原子数1~10のアルキル基または炭素原子数4~106のシクロアルキル基である。また、R16またはR17はYと結合して環構造を形成してもよい。
Lは電子供与性配位子を表し、
qは0、1/2、1または2である。]
【0022】
[14]
一般式(C1)中、Qが-S(=O)-O-である(ただし、SはYに結合し、OはMに結合する。)、[13]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【0023】
[15]
一般式(C1)で示される化合物が、一般式(C2)
【化8】

[式(C2)中、R112~R115は水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、シリル基またはハロゲン原子で置換された炭素原子数1~20の炭化水素基を表す。M、X、R15、R16、R17、L及びqは一般式(C1)の記載と同じ意味を表す。]
で示される金属錯体である、[13]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【0024】
[16]
一般式(C2)で示される化合物が、R112がシリル基である一般式(C3)
【化9】

[式(C3)中、3つのR116はそれぞれ独立して、水素原子または炭素原子数1~8の炭化水素基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。M、X、R15、R16、R17、R113、R114、R115、L及びqは一般式(C2)の記載と同じ意味を表す。]
で示される金属錯体である、[15]に記載の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法。
【発明の効果】
【0025】
本発明においては、特定のビニリデンコモノマーを用いた新規な極性基含有オレフィン共重合体が提供される。
また、本発明では、特定構造のポストメタロセン錯体触媒を用いて、極性基含有オレフィン共重合体を製造することが可能である。
本発明により提供される極性基含有オレフィン共重合体は、応用範囲が広く非常に有用である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の極性基含有オレフィン共重合体について、更にはその共重合体の製造方法や利用等について、項目毎に具体的かつ詳細に説明する。
[1]本発明の極性基含有モノマー
(1)極性基含有モノマーについて
本発明で用いられる極性基含有モノマーは、
下記一般式(1)、(2)及び(3)で示される極性基含有モノマーからなる群より選ばれた少なくとも1種である。
【0027】
【化10】
【0028】
[式(1)、(2)及び(3)中、FGは、ハロゲン原子、水酸基、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数1~20のアルコキシ基、炭素原子数1~20のアルキルチオ基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有する置換アミノ基、シアノ基、カルボキシル基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有するエステル基、または炭素原子数1~20の炭化水素基を有するアシルオキシ基である。
Rは、炭素原子数1~10のアルキル基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~10のアルキル基、ハロゲン原子、またはシアノ基であり、FGとの間で環状構造を形成しても良い。]
【0029】
(2)極性基含有モノマーにおける具体例
式(1)、(2)及び(3)中、FGは、好ましくは、ハロゲン原子、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有する置換アミノ基、シアノ基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有するエステル基、または炭素原子数1~20の炭化水素基を有するアシルオキシ基であり、より好ましくは、ハロゲン原子、炭素原子数1~20のアリール基、炭素原子数1~20の炭化水素基を有するエステル基、または炭素原子数1~20の炭化水素基を有するアシルオキシ基である。
【0030】
ここで、FGについて詳細に説明する。
ハロゲン原子は、特に限定されない。ハロゲン原子は、好ましくは、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素が挙げられる。
【0031】
炭素原子数6~20のアリール基は、具体的には、フェニル基、メチルフェニル基、n-プロピルフェニル基、i-プロピルフェニル基、n-ブチルフェニル基、i-ブチルフェニル基、s-ブチルフェニル基、t-ブチルフェニル基、n-ヘキシルフェニル基、トリメチルフェニル基、ペンタメチルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基等を好適に挙げることができる。
【0032】
炭素原子数1~20のアルコキシ基は、具体的には、メトキシ、エトキシ、n-プロポキシ、i-プロポキシ、n-ブトキシ,i-ブトキシ、s-ブトキシ、t-ブトキシ、n-ペントキシ、n-ヘキソキシ、シクロプロポキシ、シクロペントキシ、シクロヘキソキシ、n-オクトキシ、n-デトキシ等を好適に挙げることができる。
【0033】
炭素原子数1~20のアルキルチオ基は、具体的には、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、ブチルチオ基、イソブチルチオ基、s-ブチルチオ基、t-ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、デシルチオ基、ドデシルチオ基等を好適に挙げることができる。
【0034】
炭素原子数1~20の炭化水素基を有する置換アミノ基は、具体的には、モノメチルアミノ基、ジメチルアミノ基、モノエチルアミノ基、ジエチルアミノ基、モノイソプロピルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、モノフェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ビス(トリメチルシリル)アミノ基、モルホリニル基等を好適に挙げることができる。
【0035】
炭素原子数1~20の炭化水素基を有するエステル基は、具体的には、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n-プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n-ブトキシカルボニル基、t-ブトキシカルボニル基、(4-ヒドロキシブチル)カルボニル基、(4-グリシジルブチル)カルボニル基、フェノキシカルボニル基、スクシン酸無水物基、スクシン酸イミド基等を好適に挙げることができる。
【0036】
炭素原子数1~20の炭化水素基を有するアシルオキシ基は、具体的には、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、(メタ)アクリロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等を好適に挙げることができる。
【0037】
次に、Rについて詳細に説明する。
式(1)、(2)及び(3)中、Rは、炭素原子数1~10のアルキル基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~10のアルキル基、ハロゲン原子、またはシアノ基であり、FGとの間で環状構造を形成しても良い。
炭素原子数1~10のアルキル基であるRは、具体的には、メチル基、エチル基、1-プロピル基、1-ブチル基、1-ペンチル基、1-ヘキシル基、1-ヘプチル基、1-オクチル基、1-ノニル基、1-デシル基、t-ブチル基、トリシクロヘキシルメチル基、イソプロピル基、1-ジメチルプロピル基、1,1,2-トリメチルプロピル基、1,1-ジエチルプロピル基、イソブチル基、1,1-ジメチルブチル基、2-ペンチル基、3-ペンチル基、2-ヘキシル基、3-ヘキシル基、2-エチルヘキシル基、2-ヘプチル基、3-ヘプチル基、4-ヘプチル基、2-プロピルヘプチル基、2-オクチル基、3-ノニル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基等を好適に挙げることができる。
ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~10のアルキル基であるRは、好ましくは、前述の炭素数1~20の炭化水素基を、ハロゲン原子で置換した構造体が挙げられる。具体的に好ましい例として、トリフルオロメチル基が挙げられる。
ハロゲン原子であるRの好ましい具体例は、フッ素、塩素、臭素である。これらの中で、更に好ましい置換基は、塩素である。
【0038】
[2]本発明におけるα-オレフィン
本発明に用いられるα-オレフィンは、エチレン及び/又は炭素数3~10のα-オレフィンである。好ましい具体例として、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン、3-メチル-1-ブテン、4-メチル-1-ペンテンが挙げられ、特に好ましい具体例として、エチレンが挙げられる。また、α-オレフィンは、一種類を使用してもよいし、複数を併用してもよい。
【0039】
[3]コポリマー組成(極性基含有オレフィン共重合体の組成)
本発明における極性基含有オレフィン共重合体は、極性基含有オレフィン共重合体中の極性基含有モノマーに由来する構造単位量が0.001~10.000mol%であることが好ましい。これらのうちで特に、0.010~5.000mol%の範囲で選択されることが好ましい。
この構造単位量は、触媒の選択や、重合時に添加する極性基含有モノマー量、重合時の圧力や温度で制御することが可能である。共重合体中の極性基含有モノマーに由来する構造単位量を増加させる具体的手段として、重合時に添加する極性基含有モノマー量の増加、重合時のオレフィン圧力の低減、重合温度の増加が有効である。例えば、これらの因子を調節して、目的とするコポリマー領域に制御することが求められる。
【0040】
本発明における極性基含有オレフィン共重合体は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)によって求められる重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比が1.5~3.5の範囲であることが好ましい。このうちで更に好ましくは1.6~3.3の範囲であり、特に好ましくは1.7~3.0の範囲である。
Mw/Mnがこの範囲を満たすと、積層体の成形を始めとして各種加工性が十分となり、接着強度が優れたものとなる。Mw/Mnは、使用する触媒の選択で制御することが可能である。
【0041】
本発明における極性基含有オレフィン共重合体は、融点は特に限定されない。融点は50℃~138℃であることが好ましい。このうちで特に好ましくは、60℃~135℃であり、更に好ましくは70℃~135℃の範囲である。この範囲を満たすと耐熱性と接着性が優れたものとなる。
この融点は、使用する触媒の選択や、重合時に添加する極性基含有モノマー量で制御することが可能である。極性基含有オレフィン共重合体の融点を増加させる具体的手段として、重合時に添加する極性基含有モノマー量の低減、重合時のオレフィン圧力の増加、重合温度の低下が有効である。例えば、これらの因子を調節して、目的とするコポリマー領域に制御することが求められる。
【0042】
本発明における極性基含有オレフィン共重合体は、13C-NMR分析により算出されるメチル分岐度がコポリマー1,000炭素当たり、20以下の直鎖状ランダム共重合体である。このメチル分岐度は、好ましくはコポリマー1,000炭素当たり、18以下である。
メチル分岐がこの数値を満たすと弾性率が高く、成形体の機械強度も高くなる。
このメチル分岐度は、使用する触媒の選択や、重合温度で制御することが可能である。共重合体のメチル分岐度を低下させる具体的手段として、重合温度の低下が有効である。例えば、これらの因子を調節して、目的とするコポリマー領域に制御することが求められる。
【0043】
[4]遷移金属を含む化合物
本発明の極性基含有オレフィン共重合体の製造方法の一例として、8~10族の遷移金属を含む化合物を用いて重合する方法がある。
好ましい遷移金属の具体例として、バナジウム原子、ニオビウム原子、タンタル原子、クロム原子、モリブデン原子、タングステン原子、マンガン原子、鉄原子、ルテニウム原子、コバルト原子、ロジウム原子、ニッケル原子、パラジウム原子等が挙げられる。これらの中で好ましくは、バナジウム原子、鉄原子、コバルト原子、ニッケル原子、パラジウム原子であり、特に好ましくは、ニッケル原子、パラジウム原子である。これらの金属は、単一であっても複数を併用してもよい。
【0044】
8~10族の遷移金属を含む化合物が、カルベン前駆体化合物と、8~10族の遷移金属化合物の錯体前駆体とを反応させて得られる金属錯体であることが好ましい。
【0045】
カルベン前駆体化合物が、下記一般式(4)又は一般式(5)で表される化合物であることが好ましい。これらの化合物は、N-ヘテロサイクリックカルベン前駆体である。
【0046】
【化11】
【0047】
一般式(4)及び一般式(5)において、Zは、OR、SR、SO、N=CR、CR=NR、N(R、P(R、CO、COM’、C(O)N(R、C(O)R、SO、SOR、OSO、P(O)(OR2-y(R、SOM’、POM’、P(O)(ORM’、P(R(O)を表す。(ここで、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~20の炭化水素基を表し、M’は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウム又はホスホニウムを表し、yは0~2の整数を表す)。R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~40の炭化水素基である。Xは、炭素数3~9の飽和又は不飽和な二価の炭化水素基を表し、Xが形成する環上に置換基を有していてもよい。Raは、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~10の炭化水素基であり、Xから成る環の一部と縮環してもよい。Aは、カウンターアニオンを表し、任意の陰イオンを表す。E及びEは、それぞれ独立に、炭素原子又は窒素原子を表す。nは、0又は1の整数を表す。
【0048】
本発明の一般式(4)又は一般式(5)で示される、N-ヘテロサイクリックカルベン前駆体は、代表例として、窒素原子を2個有する1,3ジアゾール環(5員環のイミダゾール)を有し、その5員環が他の環と縮環し、縮環が1個の窒素原子を包有して、縮環の炭素原子においてカルベンを形成している。即ち、カルベンを発生させる5員環構造に、環構造が連結したN-ヘテロサイクリックカルベン前駆体であり、環構造は、カルベンを発生させる5員環構造中の窒素原子を含むように連結している。
【0049】
一般式(4)又は一般式(5)で示される、N-ヘテロサイクリックカルベン前駆体においては、5員環に縮環した環が更に縮環してもよく、それらの前駆体は下記の一般式(6)又は一般式(7)で示される。
【0050】
【化12】
【0051】
一般式(6)又は一般式(7)において、Xは、炭素数3~9の飽和又は不飽和な二価の炭化水素基を表す。Xが形成する環上に置換基を有していてもよい。A、Z、R、R、X、E及びEは、一般式(4)又は一般式(5)に記載した通りである。
【0052】
かかる一般式(6)又は一般式(7)で示される前駆体化合物は、より具体的に下記の一般式(8)又は一般式(9)で示される前駆体化合物である。
【0053】
【化13】
【0054】
一般式(8)又は一般式(9)において、R~Rは、ハロゲン原子又はヘテロ原子含有基又はヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~40の炭化水素基を表す。A、Z、R、R、E及びEは、一般式(4)又は一般式(5)に記載した通りである。
【0055】
かかる一般式(8)又は一般式(9)で示される前駆体化合物を、その合成法と共に具体的に下記に例示する。詳細な内容は特開2016-135777号公報に記載されている。
【0056】
【化14】
【0057】
前駆体化合物(b)は、2-(2,6-ジイソプロピルフェニル)イミダゾ[1,5-a]キノリニウム-9-オレートである。
【化15】
【0058】
前駆体化合物(c)は、2-(2,6-ジベンズヒドリル-4-メチルフェニル)イミダゾ[1,5-a]キノリニウム-9-オレートである。
【0059】
一般式(4)又は一般式(5)で示される、N-ヘテロサイクリックカルベン前駆体の他の例は、下記の一般式(10)又は一般式(11)で示される。
【0060】
【化16】
【0061】
一般式(10)又は一般式(11)において、R10は、ハロゲン原子又はヘテロ原子含有基又はヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~40の炭化水素基を表す。A、Z、R、R、R、R、E及びEは、一般式(4)又は一般式(8)などに記載した通りである。
【0062】
ここで、本発明のカルベン前駆体化合物の代表例を例示すると以下のとおりである。
【0063】
【化17】
【0064】
一般式(4)~(11)においては、Zは、OR、SR、SO、N=CR、CR=NR、N(R、P(R、CO、COM’、C(O)N(R、C(O)R、SO、SOR、OSO、P(O)(OR2-y(R、SOM’、POM’、P(O)(ORM’、P(R(O)を表す。
【0065】
Zの具体例としては、OH、OCH、OCHCH、SH、SCH、SCHCH、SOH、SOCH、SOCHCH、N=CH、N=CHCH、N=CHCHCH、N=CH(Dip)、CH=NH、CH=NCH、CH=NCHCH、CH=N(Dip),C(CH)=N(Dip)、NH、N(CH、N(CHCH、PH、P(CH、P(CHCH、PPr、PPh、COH、COCH、COCHCH、COK、C(O)NH、C(O)N(CH、C(O)N(CHCH、C(O)H、C(O)CH、C(O)CHCH、SOH、SOCH、SOCHCH、SOH、SOCH、SOCHCH、OSOH、OSOCH、OSOCHCH、P(O)(OH)(CH)、P(O)(OCH)(CH)、SONa、SOK、PONa、PO、P(O)(OH)Na、P(O)(OCHK、P(Bu)(O)、P(Pr)(O),PPh(O)などが例示される。ここで、Dipは2,6-ジイソプロピルフェニル基、Phはフェニル基、Prはイソプロピル基、Buは、ターシャリーブチル基を表す。
【0066】
及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~40の炭化水素基である。ここで、ヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~40の炭化水素基の具体例としては、C(O)CH、C(O)CHCH、CHOCH、CHOCHCH、CHNH、CHCHNHなどが例示される。
炭化水素基は、好ましくは炭素数1~33の炭化水素基であり、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基である。好ましい具体例は、1-プロピル基、1-ブチル基、1-ペンチル基、1-ヘキシル基、1-ヘプチル基、1-オクチル基、1-ノニル基、1-デシル基、t-ブチル基、トリシクロヘキシルメチル基、1,1-ジメチル-2-フェニルエチル基、イソプロピル基、1-ジメチルプロピル基、2,4,6-トリメチルフェニル基、2,6-ジイソプロピルフェニル基、2,6-ジベンズヒドリル-4-メチルフェニル基などである。
【0067】
Raは、水素原子又はヘテロ原子を含有してもよい炭素数1~10の炭化水素基であり、CH、CHCH、C(O)CH、C(O)CHCH、CHOCH、CHOCHCH、CHNH、CHCHNHなどが例示される。
は、カウンターアニオンを表し、任意の陰イオンとして、COO、Cl、Brが例示される。先述したZの中には、脱離基が外れてマイナス一価に荷電する置換基があり、この場合は分子内で電気的に中性となるため、Aを必要としない。
【0068】
一般式(8)~(11)における、ハロゲン原子又はヘテロ原子含有基又はヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~40の炭化水素基の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、CH、CHCH、C(O)CH、C(O)CHCH、CHOCH、CHOCHCH、CHNH、CHCHNH、NOなどが例示される。
より具体的には、炭化水素基は、好ましくは炭素数1~30の炭化水素基であり、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基である。好ましい具体例は、1-プロピル基、1-ブチル基、1-ペンチル基、1-ヘキシル基、1-ヘプチル基、1-オクチル基、1-ノニル基、1-デシル基、t-ブチル基、トリシクロヘキシルメチル基、1,1-ジメチル-2-フェニルエチル基、イソプロピル基、1-ジメチルプロピル基、フェニル基、ビフェニル基、アントラセニル基、2,4,6-トリメチルフェニル基などである。
【0069】
[5]金属錯体
[5.1]金属錯体(第1の例)
本発明に用いる金属錯体の第1の例は、一般式(4)~(11)のいずれかにおけるカルベン前駆体化合物と、周期表8~10族の遷移金属化合物の錯体前駆体とを反応させて得られることを特徴とする金属錯体である。
【0070】
かかる金属錯体としては、下記一般式(12)又は一般式(13)で表される化合物を挙げることができる。
【0071】
【化18】
【0072】
一般式(12)又は一般式(13)において、Mは、周期表の8~10族に属する遷移金属を表す。L及びLは、Mに配位子したリガンドを表し、それぞれ独立に、ハロゲン原子、水素原子、ヘテロ原子を含有する炭素数1~20の炭化水素基を表す。L及びLは、互いに連結して環を形成してもよい。Z、R、R、X、n、Ra、E及びEは、一般式(4)又は一般式(5)などに記載した通りである。Aは、カウンターカチオンを表し、任意の陽イオンとして、K、Naが例示される。Mの価数及びZ、L及びLの種類によって、錯体全体としてマイナスに荷電することがあり、この場合カウンターカチオンAが必要になる。ここで、Mの価数とは、有機金属化学で用いられる形式酸化数(formal oxidation number)を意味する。
一般式(12)又は一般式(13)における、遷移金属のMとしては、Fe、Co、Ni、Pd、Ptが挙げられる。リガンドのL及びLとしては、ハロゲン原子、メチル基、フェニル基、ベンジル基、ピリジン、2,6-ルチジンなどが挙げられる。
【0073】
かかる一般式(12)又は一般式(13)で示される金属錯体を、その合成法と共に下記に例示する。詳細な内容は特開2016-135777号公報に記載されている。
錯体合成反応は、α-オレフィンの重合又は共重合に使用する反応器中で行ってもよいし、該反応器とは別の容器中で行ってもよい。錯形成後に、金属錯体を単離抽出して触媒に用いてもよいし、単離せずに触媒に用いてもよい。
【0074】
【化19】
【0075】
この金属錯体は、2-(2,6-ジイソプロピルフェニル)イミダゾ[1,5-a]キノリニウム-9-オレートと、クロロ(メチル)(1,5-シクロオクタジエン)パラジウムとから形成されている。
【0076】
【化20】
【0077】
この金属錯体は、2-(2,6-ジイソプロピルフェニル)イミダゾ[1,5-a]キノリニウム-9-オレートと、Ni(cod)(codは1,5-シクロオクタジエンである)とから形成されている。
【0078】
[5.2]金属錯体(第2の例)
本発明に用いる金属錯体の第2の例について、以下説明する。
金属錯体の第2の例の構造は、一般式(C1)で示される。
【0079】
【化21】
【0080】
式中、Mは周期律表第10族の金属原子を表し、Xはリン原子(P)または砒素原子(As)を表し、Yは、水酸基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数2~10のエステル基、シリル基、及びハロゲン原子から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~70の2価の炭化水素基を表し、Qは、Y[-S(=O)-O-]M、Y[-C(=O)-O-]M、Y[-P(=O)(-OH)-O-]MまたはY[-S-]Mの「[ ]」の中に示される2価の基を表す(ただし、両側のY、Mは基の結合方向を示すために記載している。)。
【0081】
15は、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~30の炭化水素基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~30の炭化水素基、炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基で置換された炭素原子数7~30の炭化水素基、炭素原子数2~10のアミド基で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基、炭素原子数1~30のアルコキシ基、炭素原子数6~30のアリールオキシ基、及び炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を表す。
【0082】
16及びR17はそれぞれ独立して、水素原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基を表し、R16及びR17のうち少なくとも一方が、炭素原子数1~10のアルキル基または炭素原子数4~106のシクロアルキル基である。また、R16またはR17はYと結合して環構造を形成してもよい。
Lは電子供与性配位子を表し、qは0、1/2、1または2である。
なお、本明細書では、「炭化水素」は飽和、不飽和の脂肪族炭化水素、及び芳香族炭化水素を含む。また、鎖状構造及び環状構造を含む。
【0083】
以下、一般式(C1)の構造について説明する。
Mは周期律表第10族の金属原子を表す。周期律表第10族の金属原子としては、Ni、Pd、Ptが挙げられるが、触媒活性や得られる重合体の分子量の観点からNi及びPdが好ましく、Pdがより好ましい。
Xはリン原子(P)または砒素原子(As)であり、中心金属Mに2電子配位している。Xとしては、入手が容易であることと触媒コストの面からPが好ましい。
【0084】
15は、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~30の炭化水素基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~30の炭化水素基、炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基で置換された炭素原子数7~30の炭化水素基、炭素原子数2~10のアミド基で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基、炭素原子数1~30のアルコキシ基、炭素原子数6~30のアリールオキシ基、または炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれた置換基を表す。
【0085】
15が表すハロゲン原子の好ましい具体例は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子である。これらの中で、さらに好ましい置換基は、塩素原子である。
【0086】
15が表す炭素原子数1~30の炭化水素基は、好ましくは炭素原子数1~20の炭化水素基、より好ましくは炭素原子数1~13の炭化水素基であり、アルキル基、シクロアルキル基、またはアリール基である。
好ましい具体例は、メチル基、エチル基、1-プロピル基、1-ブチル基、1-ペンチル基、1-ヘキシル基、1-ヘプチル基、1-オクチル基、1-ノニル基、1-デシル基、t-ブチル基、トリシクロヘキシルメチル基、1,1-ジメチル-2-フェニルエチル基、イソプロピル基、1-ジメチルプロピル基、1,1,2-トリメチルプロピル基、1,1-ジエチルプロピル基、1-フェニル-2-プロピル基、イソブチル基、1,1-ジメチルブチル基、2-ペンチル基、3-ペンチル基、2-ヘキシル基、3-ヘキシル基、2-エチルヘキシル基、2-ヘプチル基、3-ヘプチル基、4-ヘプチル基、2-プロピルヘプチル基、2-オクチル基、3-ノニル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基、エキソ-ノルボルニル基、エンド-ノルボニル基、2-ビシクロ[2.2.2]オクチル基、ノピニル基、デカヒドロナフチル基、メンチル基、ネオメンチル基、ネオペンチル基、5-デシル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フルオレニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、及びp-エチルフェニル基などが挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基としては、メチル基、ベンジル基であり、特に好ましくはメチル基である。
【0087】
15が表すハロゲン原子で置換された炭素原子数1~30の炭化水素基は、好ましくは前述の炭素原子数1~30の炭化水素基をフッ素原子、塩素原子、または臭素原子で置換した置換基であり、具体的に好ましい例として、トリフルオロメチル基、またはペンタフルオロフェニル基が挙げられる。
【0088】
15が表す炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基は、好ましくは前述の炭素原子数1~30の炭化水素基をメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、1-プロポキシ基、1-ブトキシ基、またはt-ブトキシ基で置換した置換基である。さらに好ましくはメトキシ基またはエトキシ基で置換された炭素原子数2~6の炭化水素基であり、具体的には、1-(メトキシメチル)エチル基、1-(エトキシメチル)エチル基、1-(フェノキシメチル)エチル基、1-(メトキシエチル)エチル基、1-(エトキシエチル)エチル基、ジ(メトキシメチル)メチル基、ジ(エトキシメチル)メチル基、ジ(フェノキシメチル)メチル基が挙げられる。特に好ましくは、1-(メトキシメチル)エチル基、1-(エトキシメチル)エチル基である。
【0089】
15が表す炭素原子数6~20のアリールオキシ基で置換された炭素原子数7~30の炭化水素基は、好ましくは、前述の炭素原子数1~30の炭化水素基をフェノキシ基、4-メチルフェノキシ基、4-メトキシフェノキシ基、2,6-ジメチルフェノキシ基、2,6-ジ-t-ブチルフェノキシ基で置換した置換基である。さらに好ましくはフェノキシ基または2,6-ジメチルフェノキシ基で置換された炭素原子数1~6の炭化水素基であり、特に好ましくは、1-(フェノキシメチル)エチル基、または1-(2,6-ジメチルフェノキシ基メチル)エチル基である。
【0090】
15が表す炭素原子数2~10のアミド基で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基は、好ましくは、前述の炭素原子数1~30の炭化水素基をアセトアミド基、プロピオニルアミノ基、ブチリルアミノ基、イソブチリルアミノ基、ヴァレリルアミノ基、イソヴァレリルアミノ基、ピバロイルアミノ基、ベンゾイルアミノ基で置換した置換基である。さらに好ましくは2-アセトアミドフェニル基、2-プロピオニルアミノフェニル基、2-ヴァレリルアミノフェニル基、2-ベンゾイルフェニル基であり、特に好ましくは、2-アセトアミドフェニル基である。
【0091】
15が表す炭素原子数1~30のアルコキシ基は、好ましくは炭素原子数1~20のアルコキシ基、より好ましくは炭素原子数1~6のアルコキシ基であり、好ましい具体例は、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、1-プロポキシ基、1-ブトキシ基、及びt-ブトキシ基などである。これらの中で、さらに好ましい置換基としては、メトキシ基、エトキシ基、またはイソプロポキシ基であり、特に好ましくは、メトキシ基である。
【0092】
15が表す炭素原子数6~30のアリールオキシ基は、好ましくは炭素原子数6~12のアリールオキシ基であり、好ましい具体例は、フェノキシ基、4-メチルフェノキシ基、4-メトキシフェノキシ基、2,6-ジメチルフェノキシ基、及び2,6-ジ-t-ブチルフェノキシ基が挙げられる。これらの中で、さらに好ましい置換基としては、フェノキシ基、または2,6-ジメチルフェノキシ基であり、特に好ましくは、フェノキシ基である。
【0093】
15が表す炭素原子数2~10のアシロキシ基は、好ましくは炭素原子数2~8のアシルオキシ基であり、好ましい具体例は、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ヴァレリルオキシ基、イソヴァレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基としては、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ベンゾイルオキシ基であり、特に好ましくは、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基である。
【0094】
これらのR15として好ましい群のうち、さらに好ましくは、炭素原子数1~20の炭化水素基、アルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基、炭素原子数1~20のアルコキシ基であり、特に好ましい具体例は、メチル基、ベンジル基、メトキシ基、2-アセトアミドフェニル基、アセチルオキシ基が挙げられる。
【0095】
16及びR17はそれぞれ独立して、水素原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基を表す。ただし、R16及びR17の少なくとも一方は、炭素原子数1~10のアルキル基または炭素原子数4~106のシクロアルキル基である。また、R16またはR17は、Yと結合して環構造を形成してもよい。
【0096】
16及びR17が表すアルコキシ基としては、炭素原子数1~20のものが好ましく、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基などが挙げられる。R16及びR17が表すアリールオキシ基としては炭素原子数6~24のものが好ましく、フェノキシ基などが挙げられる。R16及びR17が表すシリル基としてはトリメチルシリル基などが挙げられる。R16及びR17が表すアミノ基としてはアミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基などが挙げられる。R16及びR17が表すハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、2-ペンチル基、3-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、2-ヘキシル基、3-ヘキシル基、2-ヘプチル基、3-ヘプチル基、4-ヘプチル基、2-メチル-4-ヘプチル基、2,6-ジメチル-4-ヘプチル基、3-メチル-4-ヘプチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、1-アダマンチル基、トリフルオロメチル基、ベンジル基、2’-メトキシベンジル基、3’-メトキシベンジル基、4’-メトキシベンジル基、4’-トリフルオロメチルベンジル基、フェニル基、2-メチルフェニル基、3-メチルフェニル基、4-メチルフェニル基、2,6-ジメチルフェニル基、3,5-ジメチルフェニル基、2,4,6-トリメチルフェニル基、2-イソプロピルフェニル基、3-イソプロピルフェニル基、4-イソプロピルフェニル基、2,6-ジイソプロピルフェニル基、3,5-ジイソプロピルフェニル基、2,4,6-トリイソプロピルフェニル基、2-t-ブチルフェニル基、2-シクロヘキシルフェニル基、2-メトキシフェニル基、3-メトキシフェニル基、4-メトキシフェニル基、2,6-ジメトキシフェニル基、3,5-ジメトキシフェニル基、2,4,6-トリメトキシフェニル基、4-フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、4-トリフルオロメチルフェニル基、3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、2-フリル基、2-ビフェニル基、2’,6’-ジメトキシ-2-ビフェニル基、2’-メチル-2-ビフェニル基、2’,4’,6’-トリイソプロピル-2-ビフェニル基などが挙げられる。
【0097】
また、R16とR17は同じでも、異なっていてもよい。また、R16とR17は結合して環構造を形成してもよい。R16及び/またはR17はYと結合して環構造を形成してもよい。
【0098】
なお、R16及びR17の少なくとも一方は、炭素原子数1~10のアルキル基または炭素原子数4~106のシクロアルキル基を表す。炭素原子数1~10のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基が好ましい。炭素原子数4~106のシクロアルキル基としては、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、等が挙げられるが、以下の一般式(5)で示されるシクロアルキル基が特に好ましい。
【0099】
【化22】
【0100】
式中、Rは置換基を有してもよい炭素原子数1~14のアルキレン基を表し、R19、R110及びR111は、それぞれ独立して、水素原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~30の炭化水素基を表し、R及びR10の少なくとも一方は、水素原子ではなく、R19、R110、R111及び前記アルキレン基Rは、それぞれで結合して、環構造を形成してもよい。なお、式中では、炭素原子と一般式(C1)におけるXとの結合も表記している。
【0101】
さらに、R16及びR17は、合成の容易さから双方とも前記一般式(5)で示されるシクロアルキル基であることが好ましい。
【0102】
上記したように、一般式(5)において、R19及びR110の少なくとも一方は水素原子でない。この水素原子でない置換基R19またはR110が、重合反応中のβ-水素脱離によるポリマーの連鎖移動を抑制して、得られる重合体の分子量を向上させると考えられる。R19、R110及びR111が表すアルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~30の炭化水素基の具体例として、前記のR16及びR17の具体例と同様のものが挙げられる。
前記アルキレン基Rとしては、炭素原子数が2~6であるものが好ましく、炭素原子数が4であるものがより好ましい。
【0103】
19及びR110の少なくとも一方は、炭素原子数1~6のアルキル基または炭素原子数3~8のシクロアルキル基であることが好ましい。さらにR19及びR110は少なくとも一方がイソプロピル基であることが好ましい。
【0104】
以下、R16またはR17が一般式(5)で示される基を表す場合のX-R16またはX-R17部位の具体例を挙げる。なお、Meはメチル基を表し、XとM、XとYとの結合は省略している。
【0105】
【化23】
【0106】
【化24】
【0107】
【化25】
【0108】
【化26】
【0109】
【化27】
【0110】
【化28】
【0111】
【化29】
【0112】
これらの中で、R16及びR17は下記式で示される2-イソプロピル-5-メチルシクロヘキシル基(メンチル基)であることが好ましい。さらにR16及びR17は双方ともメンチル基であることがより好ましい。
【0113】
【化30】
【0114】
一般式(C1)において、Qは-S(=O)-O-、-C(=O)-O-、-P(=O)(-OH)-O-、または-S-で示される2価の基を表し、Mに1電子配位する部位である。前記各式の左側がYに結合し、右側がMに結合している。これらの中でも触媒活性の面から-S(=O)-O-が特に好ましい。
【0115】
-Q部位では、電気陰性度の大きい酸素原子または硫黄原子が金属原子Mに1電子配位している。Y-Q-M間の結合電子は、形式上、Y-Qをアニオン状態、Mをカチオン状態で表記することも可能である。
【0116】
一般式(C1)中、Yは、水酸基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数2~10のエステル基、シリル基、及びハロゲン原子から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~70の2価の炭化水素基を表す。
上の置換基であるシリル基としては、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、トリブチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基、t-ブチルジフェニルシリル基などが挙げられ、特にトリメチルシリル基、トリエチルシリル基が好ましい。
上の置換基である炭素原子数1~10のアルコキシ基としては、好ましくは炭素数1~6のアルコキシ基である。好ましい具体例は、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、フェノキシ基などが挙げられ、特にメトキシ基、フェノキシ基が好ましい。
上の置換基である炭素原子数2~10のエステル基としては、好ましくは炭素数2~8のエステル基であり、好ましい具体例は、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n-プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n-ブトキシカルボニル基、t-ブトキシカルボニル基、(4-ヒドロキシブトキシ)カルボニル基、(4-グリシジルブトキシ)カルボニル基、フェノキシカルボニル基、スクシン酸無水物基、スクシン酸イミド基が挙げられる。好ましくは、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、(4-ヒドロキシブトキシ)カルボニル基、スクシン酸無水物基が挙げられ、特に好ましくは、メトキシカルボニル基、スクシン酸無水物基である。
上の置換基であるハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素等が挙げられ、特に、フッ素、塩素が好ましい。
炭素原子数1~70の炭化水素基としては、好ましくは、炭素原子数1~12の炭化水素基であり、好ましくはアルキレン基、アリーレン基等が挙げられ、特にアリーレン基が好ましい。
【0117】
はXとQ部位を結合する架橋部位である。XをP原子で示したYの具体例を以下に示す。ここで、複数のR104は、同じでも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、シリル基またはハロゲン原子で置換された炭素原子数1~20の炭化水素基を表す。ただし、Yとしての炭素原子数の上限は70である。
【0118】
【化31】
【0119】
104が表すハロゲン原子、アルコキシ基、アリールオキシ基及びシリル基の具体例はYで説明したものと同様である。R104が表す炭素原子数1~20の炭化水素基及びハロゲン原子で置換された炭素原子数1~20の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、2-ペンチル基、3-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、2-ヘキシル基、3-ヘキシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基、エキソ-ノルボニル基、エンド-ノルボニル基、メンチル基、ネオメンチル基、トリフルオロメチル基、ベンジル基、4’-トリフルオロメチルベンジル基、フェニル基、2-メチルフェニル基、3-メチルフェニル基、4-メチルフェニル基、2,6-ジメチルフェニル基、3,5-ジメチルフェニル基、2,4,6-トリメチルフェニル基、2-イソプロピルフェニル基、3-イソプロピルフェニル基、4-イソプロピルフェニル基、2,6-ジイソプロピルフェニル基、3,5-ジイソプロピルフェニル基、2,4,6-トリイソプロピルフェニル基、2-t-ブチルフェニル基、2-シクロヘキシルフェニル基、4-フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、4-トリフルオロメチルフェニル基、3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、2-フリル基、2-ビフェニル基、2’-メチル-2-ビフェニル基、2’,4’,6’-トリイソプロピル-2-ビフェニル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基、シクロヘキセニル基、シンナミル基、スチリル基、アントラセニル基、フルオレニル基などが挙げられる。
【0120】
置換基R16またはR17は、Y部位と結合して環構造を形成してもよい。具体的には以下に示す構造が挙げられる。なお、以下の例は、置換基R16とY部位が結合して環構造を形成している場合を示している。
【0121】
【化32】
【0122】
一般式(C1)で示される金属錯体の中でも、特に以下の一般式(C2)で示されるものが好ましい。
【化33】
【0123】
一般式(C2)中、R112~R115は水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数1~8のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、シリル基またはハロゲン原子で置換された炭素原子数1~20の炭化水素基を表す。これらの具体例はR104で説明したものと同様である。M、X、R15、R16、R17、L及びqは一般式(C1)の記載と同じ意味を表す。
【0124】
一般式(C2)においては、R がシリル基である以下の一般式(C3)で示されるものが好ましい。
【0125】
【化34】
【0126】
式中、それぞれ独立した3つのR116は同じでも異なっていてもよく、水素原子または炭素原子数1~8の炭化水素基を表す。M、X、R15、R16、R17、R113、R114、R115、L及びqは一般式(C2)の記載と同じ意味を表す。
【0127】
一般式(C3)において、R116は炭素原子数1~4の炭化水素基が好ましく、3つのR116がすべてメチル基であることが特に好ましい。R113は水素原子または炭素原子数1~6の炭化水素基であることが好ましく、水素原子、イソプロピル基、またはフェニル基であることが特に好ましい。R114及びR115は水素原子または炭素原子数1~4の炭化水素基が好ましく、水素原子であることが特に好ましい。
【0128】
一般式(C1)で示される触媒の金属錯体は、公知の文献(例えば、J.Am.Chem.Soc.2007,129,8948)に記載の方法と同様の方法で、合成することができる。すなわち、0価あるいは2価のMソースと一般式(C1)中の配位子とを反応させて金属錯体を合成する。
【0129】
一般式(C2)及び一般式(C3)で示される化合物は、一般式(C1)中のY及びQを、一般式(C2)及び一般式(C3)に対応する特定の基にすることにより合成することができる。
【0130】
0価のMソースは、パラジウムソースとして、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムが挙げられ、ニッケルソースとして、テトラカルボニルニッケル(0):Ni(CO)、ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケルが挙げられる。
【0131】
2価のMソースは、パラジウムソースとして、(1,5-シクロオクタジエン)(メチル)塩化パラジウム、塩化パラジウム、酢酸パラジウム、ビス(アセトニトリル)ジクロロパラジウム:PdCl(CHCN)、ビス(ベンゾニトリル)ジクロロパラジウム:PdCl(PhCN)、(N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン)ジクロロパラジウム(II):PdCl(TMEDA)、(N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン)ジメチルパラジウム(II):PdMe(TMEDA)、ビス(アセチルアセトナト)パラジウム(II):Pd(acac)(acac=アセチルアセトナト)、(トリフルオロメタンスルホン酸パラジウム(II):Pd(OSOCFが、ニッケルソースとして、(アリル)塩化ニッケル、(アリル)臭化ニッケル、塩化ニッケル、酢酸ニッケル、ビス(アセチルアセトナト)ニッケル(II):Ni(acac)、(1,2-ジメトキシエタン)ジクロロニッケル(II):NiCl(DME)、トリフルオロメタンスルホン酸ニッケル(II):Ni(OSOCFが挙げられる。
【0132】
一般式(C1)で示される金属錯体は、単離して使用することができるが、錯体を単離することなくMを含む金属ソースと配位子前駆体を反応系中で接触させて、これをそのまま(in situ)重合に供することもできる。特に一般式(C1)中のR15が水素原子の場合、0価のMを含む金属ソースと配位子前駆体とを反応させた後、錯体を単離することなくそのまま重合に供することが好ましい。
【0133】
この場合の配位子前駆体は、一般式(C1)の場合、
【0134】
【化35】
【0135】
(式中の記号は前記と同じ意味を表す。)
で示される。
【0136】
一般式(C1)におけるMソース(M)と配位子前駆体(C1-1)(C1配位子)との比率((C1配位子)/M)は、0.5~2.0の範囲で、さらには、1.0~1.5の範囲で選択することが好ましい。
【0137】
一般式(C1)の金属錯体を単離する場合、予め電子供与性配位子(L)を配位させて安定化させたものを用いることもできる。この場合、qは1/2、1または2となる。qが1/2とは一つの2価の電子供与性配位子が2つの金属錯体に配位していることを意味する。qは金属錯体触媒を安定化する意味で1/2または1が好ましい。なお、qが0の場合は配位子がないことを意味する。
【0138】
電子供与性配位子(L)とは、電子供与性基を有し、金属原子Mに配位して金属錯体を安定化させることのできる化合物である。
電子供与性配位子(L)としては、硫黄原子を有するものとしてジメチルスルホキシド(DMSO)が挙げられる。窒素原子を有するものとして、アルキル基の炭素原子数1~10のトリアルキルアミン、アルキル基の炭素原子数1~10のジアルキルアミン、ピリジン、2,6-ジメチルピリジン(別名:2,6-ルチジン)、アニリン、2,6-ジメチルアニリン、2,6-ジイソプロピルアニリン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)、4-(N,N-ジメチルアミノ)ピリジン(DMAP)、アセトニトリル、ベンゾニトリル、キノリン、2-メチルキノリンなどが挙げられる。酸素原子を有するものとして、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタンが挙げられる。金属錯体の安定性及び触媒活性の観点から、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ピリジン、2,6-ジメチルピリジン(別名:2,6-ルチジン)、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)が好ましく、ジメチルスルホキシド(DMSO)、2,6-ジメチルピリジン(別名:2,6-ルチジン)がより好ましい。
【0139】
[6]重合用触媒
本発明における重合用触媒は、触媒活性が良好で、分子量が高くコモノマー含量も高い、エチレンなどのα-オレフィンと(メタ)アクリル酸エステル又はアリルモノマーとの共重合体の製造を可能となす触媒である。
この触媒は、前記した金属錯体を主要な触媒成分(A)とするものであり、成分(B)として、成分(A)と反応してイオン対を形成する化合物又はイオン交換性層状珪酸塩を用い、必要に応じて成分(C)の有機アルミニウム化合物を使用する。
【0140】
成分(B)の具体例としては、下記(B-1)~(B-3)が挙げられる。
(B-1)アルミニウムオキシ化合物
(B-2)成分(A)と反応して成分(A)をカチオンに変換することが可能なイオン性化合物又はルイス酸
(B-3)固体酸
【0141】
(B-1)アルミニウムオキシ化合物においては、アルミニウムオキシ化合物がポストメタロセン錯体を活性化できることは周知であり、そのような化合物としては、具体的には次の各一般式(II)~(IV)で表される化合物が挙げられる。
【0142】
【化36】
【0143】
上記の各一般式中において、Rは、水素原子又は炭化水素基、好ましくは炭素数1~10、特に好ましくは炭素数1~6の炭化水素基を示す。また、複数のRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、pは0~40、好ましくは2~30の整数を示す。一般式のうち、一番目及び二番目の式で表される化合物は、アルミノキサンとも称される化合物であって、これらの中では、メチルアルミノキサン又はメチルイソブチルアルミノキサンが好ましい。上記のアルミノキサンは、各群内及び各群間で複数種併用することも可能である。そして、上記のアルミノキサンは、公知の様々な条件下に調製することができる。
一般式の三番目で表される化合物は、一種類のトリアルキルアルミニウム又は二種類以上のトリアルキルアルミニウムと、一般式RB(OH)で表されるアルキルボロン酸との10:1~1:1(モル比)の反応により得ることができる。一般式中、Rは、炭素数1~10、好ましくは炭素数1~6の炭化水素基を示す。
【0144】
(B-2)の化合物は、成分(A)と反応して成分(A)をカチオンに変換することが可能なイオン性化合物又はルイス酸であり、このようなイオン性化合物としては、カルボニウムカチオン、アンモニウムカチオンなどの陽イオンと、トリフェニルホウ素、トリス(3,5-ジフルオロフェニル)ホウ素、トリス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素などの有機ホウ素化合物との錯化物が挙げられる。
また、上記のようなルイス酸としては、種々の有機ホウ素化合物、例えばトリス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素などが例示される。或いは、塩化アルミニウム、塩化マグネシウムなどの金属ハロゲン化合物が例示される。
なお、上記のルイス酸のある種のものは、成分(A)と反応して成分(A)をカチオンに変換することが可能なイオン性化合物として把握することもできる。
【0145】
(B-3)の固体酸としては、アルミナ、シリカ-アルミナ、シリカ-マグネシアなどが挙げられる。
【0146】
本発明の重合触媒は、一般式(4)~(11)で表されるカルベン前駆体化合物またはリンスルホン酸化合物と、8~10族(後周期型;Fe、Co,Ni、Pdなど)の遷移金属化合物とを反応させて得られるα-オレフィン重合触媒である。
触媒組成物の合成は、一般に、8~10族の遷移金属化合物と、新規なカルベン前駆体化合物またはリンスルホン酸化合物とを溶液又はスラリー中で接触して行うことができる。
遷移金属化合物として好ましくは、10族の遷移金属化合物であり、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、硫酸パラジウム、酢酸パラジウム、ビス(アリルパラジウムクロライド)、塩化パラジウム、臭化パラジウム、(シクロオクタジエン)パラジウム(メチル)クロライド、ジメチル(テトラメチルエチレンジアミン)パラジウム、ビス(シクロオクタジエン)ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、(テトラメチルエチレンジアミン)ニッケル(メチル)クロライド、ジメチル(テトラメチルエチレンジアミン)ニッケル、(シクロオクタジエン)ニッケル(メチル)クロライドなどを使用して合成する。
【0147】
錯体形成反応は、α-オレフィンとの共重合に使用する反応器中で行ってもよいし、該反応器とは別の容器中で行ってもよい。錯体形成後に、金属錯体を単離抽出して触媒に用いてもよいし、単離せずに触媒に用いてもよい。更に、後述する多孔質担体の存在下に実施することも可能である。
また、本発明の触媒組成物は、一種類を単独で用いてもよいし、複数種の触媒組成物を併用してもよい。特に、分子量分布やコモノマー含量分布を広げる目的には、こうした複数種の触媒組成物の併用が有用である。
【0148】
本発明の重合触媒は、単独で用いてもよく、また担体に担持して用いることもできる。使用可能な担体としては、本発明の主旨を損なわない限りにおいて、任意の担体を用いることができる。
一般に、無機酸化物やポリマー担体が好適に使用できる。具体的には、SiO、Al、MgO、ZrO、TiO、B、CaO、ZnO、BaO、ThOなど又はこれらの混合物が挙げられ、SiO-Al、SiO-V、SiO-TiO、SiO-MgO、SiO-Crなどの混合酸化物も使用することができ、無機ケイ酸塩、ポリエチレン担体、ポリプロピレン担体、ポリスチレン担体、ポリアクリル酸担体、ポリメタクリル酸担体、ポリアクリル酸エステル担体、ポリエステル担体、ポリアミド担体、ポリイミド担体などが使用可能である。
これらの担体については、粒径、粒径分布、細孔容積、比表面積などに特に制限はなく、任意のものが使用可能である。
【0149】
本発明のオレフィン重合用触媒は、重合槽の内外において、重合させるべきモノマーの存在下又は不存在下、上記の成分(A)及び(B)を接触させることにより調製することができる。
即ち、成分(A)及び(B)と必要に応じて成分(C)を重合槽に別々に導入してもよいし、成分(A)及び(B)を予め接触させた後に重合槽に導入してもよい。また、成分(A)及び(B)の混合物を成分(C)に含浸させた後に重合槽へ導入してもよい。
上記の各成分の接触は、窒素などの不活性ガス中において、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレンなどの不活性炭化水素溶媒中で行ってもよい。接触温度は、-20℃から溶媒の沸点の範囲の温度、特に、室温から溶媒の沸点の範囲の温度が好ましい。この様にして調製された触媒は、調製後に洗浄せずに使用してもよく、また、洗浄した後に使用してもよい。更には、調製後に必要に応じて新たに成分を組み合わせて使用してもよい。
【0150】
触媒成分は、重合槽内で、或は重合槽外でオレフィンの存在下で予備重合を行ってもよい。オレフィンとは炭素間二重結合を少なくとも1個含む炭化水素をいい、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセン、3-メチルブテン-1、スチレン、ジビニルベンゼンなどが例示されるが、特に種類に制限はなく、これらと他のオレフィンとの混合物を用いてもよい。好ましくは炭素数2又は3のオレフィンである。オレフィンの供給方法は、オレフィンを反応槽に定速的にあるいは定圧状態になるように維持する供給方法やその組み合わせ、段階的な変化をさせるなど、任意の方法が可能である。
【0151】
[7]共重合反応
本発明における共重合反応は、プロパン、n-ブタン、イソブタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの炭化水素溶媒や液化α-オレフィンなどの液体、また、ジエチルエ-テル、エチレングリコ-ルジメチルエ-テル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸エチル、安息香酸メチル、アセトン、メチルエチルケトン、ホルミルアミド、アセトニトリル、メタノ-ル、イソプロピルアルコ-ル、エチレングリコ-ルなどのような極性溶媒の存在下或いは非存在下に行われる。また、ここで記載した液体化合物の混合物を溶媒として使用してもよい。なお、高い重合活性や高い分子量を得るうえでは、上記の炭化水素溶媒がより好ましい。
【0152】
本発明における共重合に際して、公知の添加剤の存在下又は非存在下で共重合を行うことができる。添加剤としては、ラジカル重合禁止剤や、生成共重合体を安定化する作用を有する添加剤が好ましい。例えば、キノン誘導体やヒンダ-ドフェノ-ル誘導体などが好ましい添加剤の例として挙げられる。
具体的には、モノメチルエ-テルハイドロキノンや、2,6-ジ-t-ブチル4-メチルフェノ-ル(BHT)、トリメチルアルミニウムとBHTとの反応生成物、4価チタンのアルコキサイドとBHTとの反応生成物などが使用可能である。
また、添加剤として、無機及び又は有機フィラーを使用し、これらのフィラーの存在下で重合を行ってもよい。
【0153】
本発明において、重合形式に特に制限はない。媒体中で少なくとも一部の生成重合体がスラリーとなるスラリー重合、液化したモノマー自身を媒体とするバルク重合、気化したモノマー中で行う気相重合、又は、高温高圧で液化したモノマーに生成重合体の少なくとも一部が溶解する高圧イオン重合などが好ましく用いられる。
また、重合様式としては、バッチ重合、セミバッチ重合、連続重合のいずれの様式でもよい。
【0154】
未反応モノマーや媒体は、生成共重合体から分離し、リサイクルして使用してもよい。リサイクルの際、これらのモノマーや媒体は、精製して再使用してもよいし、精製せずに再使用してもよい。生成共重合体と未反応モノマー及び媒体との分離には、従来の公知の方法が使用できる。例えば、濾過、遠心分離、溶媒抽出、貧溶媒を使用した再沈などの方法が使用できる。
【0155】
共重合温度、共重合圧力及び共重合時間に特に制限はないが、通常は、以下の範囲から生産性やプロセスの能力を考慮して、最適な設定を行うことができる。
即ち、共重合温度は、通常-20℃から290℃、好ましくは0℃から250℃、共重合圧力は、0.1MPaから100MPa、好ましくは、0.3MPaから90MPa、共重合時間は、0.1分から50時間、好ましくは、0.5分から40時間、更に好ましくは1分から30時間の範囲から選ぶことができる。
本発明において、共重合は、一般に不活性ガス雰囲気下で行われる。例えば、窒素、アルゴン雰囲気が使用でき、窒素雰囲気が好ましく使用される。なお、少量の酸素や空気の混入があってもよい。
【0156】
共重合反応器への触媒とモノマーの供給に関しても特に制限はなく、目的に応じて様々な供給法をとることができる。例えばバッチ重合の場合、予め所定量のモノマーを共重合反応器に供給しておき、そこに触媒を供給する手法をとることが可能である。この場合、追加のモノマーや追加の触媒を共重合反応器に供給してもよい。また、連続重合の場合、所定量のモノマーと触媒を共重合反応器に連続的に、又は間歇的に供給し、共重合反応を連続的に行う手法をとることができる。
【0157】
共重合体の組成の制御に関しては、複数のモノマーを反応器に供給し、その供給比率を変えることによって制御する方法を一般に用いることができる。その他、触媒の構造の違いによるモノマー反応性比の違いを利用して共重合組成を制御する方法や、モノマー反応性比の重合温度依存性を利用して共重合組成を制御する方法が挙げられる。
共重合体の分子量制御には、従来公知の方法を使用することができる。即ち、重合温度を制御して分子量を制御する方法、モノマー濃度を制御して分子量を制御する方法、連鎖移動剤を使用して分子量を制御する方法、遷移金属錯体中の配位子構造の制御により分子量を制御するなどが挙げられる。
連鎖移動剤を使用する場合には、従来公知の連鎖移動剤を用いることができる。例えば、水素、メタルアルキルなどを使用することができる。
【実施例
【0158】
以下において、本発明を実施例によって具体的に説明し、本発明の構成の合理性、有意性、有用性、従来技術に対する卓越性を実証する。
【0159】
[1]重合体の構造の解析方法
[1-1]共重合体のコモノマー含有率
実施例で得た共重合体のコモノマー含有率は、Bruker社製Ascend500を用いたNMR解析により決定した。溶媒として1,1,2,2-テトラクロロエタン-dを使用し、120℃におけるH-NMR測定により、エチレン:コモノマーのモル比を決定し、incorp.(%)という表記で表1に記載した。incorp.(%)は、コモノマー含量(mol%)を意味する。
[1-2]メチル分岐量
試料200mgをo-ジクロロベンゼン/重水素化臭化ベンゼン(C6D5Br)=4/1(体積比)2.4mlおよび化学シフトの基準物質であるヘキサメチルジシロキサンと共に内径10mmφのNMR試料管に入れて窒素置換した後封管し、加熱溶解して均一な溶液としてNMR測定に供した。NMR測定は10mmφのクライオプローブを装着したブルカー・バイオスピン(株)のNMR装置AVANCEIII400を用いた。
メチル分岐量は13C-NMRスペクトルで10~180ppmの範囲のシグナルの積分強度の総和を1,000に規格化した時の20.0ppm、33.2ppmの特性シグナルの積分強度の平均をもって1,000C当たりのメチル分岐の個数として求めた。
【0160】
[2]数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)
東ソー(株)製・TSKgel・GMHHR-H(S)HTカラム(7.8mmI.D.×30cmを2本直列)を備えた東ソー(株)製高温GPC装置、HLC-8121GPC/HTを用い、単分散ポリスチレンを分子量の標準物質とするサイズ排除クロマトグラフィー(溶媒:1,2-ジクロロベンゼン、温度:145℃)により算出した。
なお、後述する表1においては、Mw/MnをPDIという表記で示している。
【0161】
以下の合成例で特に断りのない限り、操作は精製アルゴン雰囲気下で行い、溶媒は脱水・脱酸素したものを用いた。触媒として用いた金属錯体1及び金属錯体2は、それぞれ、非特許文献3;K.Nozaki et al.,J.Am.Chem.Soc.,2015,137,10934-10937、非特許文献11;特開2014-219220号公報に従って合成した。なお、コモノマーとしては、メタクリル酸メチル(Methyl methacrylate(MMA);関東化学)、α-メチルスチレン(α-methylstyrene(α-MS);TCI)、β-メタリルクロリド(methallyl chloride(MACl);TCI)、メチルブテニルアセテート(methyl butenyl acetate(MBAc);Aldrich)、メタリルフェニルエーテル(methallyl phenyl ether(MAPE);Alfa Aesar)を用いた。これらのコモノマーは、すべて蒸留して用いた。これらのコモノマーのうち、メタクリル酸メチル(MMA)、メチルブテニルアセテート(MBAc)、α-メチルスチレン(α―MS)、メタリルフェニルエーテル(MAPE)の構造式を下記に示す。
【化37】
【0162】
[3]実施例1、2、4、5、6、8、9、10、11、12の極性基含有オレフィン共重合体の合成
アルゴン雰囲気下、下記の触媒(金属錯体1)を所定量(表1に記載の量)含む耐圧硝子工業(株)製50mLオートクレーブ中に、所定量(表1に記載の量)のトルエンと、所定量(表1に記載の量)の各コモノマー(表1中に記載)を加えた。所定量(表1に記載の量)のエチレンを充填した後、オートクレーブを所定の温度(表1中に記載の温度)で、所定時間(表1中に記載の時間)撹拌した。室温に冷却後、オートクレーブ中にメタノール(約20mL)を加えた。生じた共重合体をろ過によって回収した。共重合体をODCB(オルト-ジクロロベンゼン)に溶解させた後、メタノール中で再沈殿させた。その後、減圧下で乾燥させて、共重合体を得た。
【0163】
【化38】
【0164】
[4]実施例3、7の極性基含有オレフィン共重合体の合成
アルゴン雰囲気下、金属錯体1を所定量(表1に記載の量)含む耐圧硝子工業(株)製50mLオートクレーブ中に、所定量(表1に記載の量)のトルエンと、所定量(表1に記載の量)の各コモノマー(表1中に記載)を加えた。所定量(表1に記載の量)のエチレンを充填した後、オートクレーブを所定の温度(表1中に記載の温度)で、所定時間(表1中に記載の時間)撹拌した。室温に冷却後、オートクレーブ中にメタノール(約20mL)を加えた。生じた共重合体をろ過によって回収した。共重合体をソックスレー抽出器に入れ、メチルエチルケトンを用いて5日間、洗浄した。その後、減圧下で乾燥させて、共重合体を得た。
【0165】
[5]実施例13の極性基含有オレフィン共重合体の合成
アルゴン雰囲気下、下記の触媒(金属錯体2)を所定量(表1に記載の量)含む耐圧硝子工業(株)製50mLオートクレーブ中に、所定量(表1に記載の量)のトルエンと、所定量(表1に記載の量)の各コモノマー(表1中に記載)を加えた。所定量(表1に記載の量)のエチレンを充填した後、オートクレーブを所定の温度(表1中に記載の温度)で、所定時間(表1中に記載の時間)撹拌した。室温に冷却後、オートクレーブ中にメタノール(約20mL)を加えた。生じた共重合体をろ過によって回収した。共重合体をODCB(オルト-ジクロロベンゼン)に溶解させた後、メタノール中で再沈殿させた。その後、減圧下で乾燥させて、共重合体を得た。
【0166】
【化39】
【0167】
[6]結果及び考察
表1に実験結果を示す。いずれの実施例においても極性基含有オレフィン共重合体が得られることが確認された。本実施例によれば、接着性や印刷適性、或はフィラーなどとの相溶性の物性を発現する、新規な極性基含有オレフィン共重合体が提供される。また、本実施例によれば、極性基含有オレフィン共重合体が効率よく製造される。
なお、13C-NMR分析により算出されるオレフィン共重合体のメチル分岐度が、コポリマー1,000炭素当たり20以下の直鎖状ランダム共重合体であることが確認された。
【0168】
【表1】
【0169】
本発明は上記で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形又は変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0170】
本発明によれば、接着性や印刷適性が良好であり、或はフィラーなどとの良好な相溶性を発現する新規な極性基含有オレフィン共重合体が提供され、これは、新規な極性基含有オレフィン共重合体であるため、広範囲な用途に使用できる。このオレフィン共重合体は、本発明の製造方法により製造でき、産業上の利用可能性が高い。
特に、本発明のオレフィン共重合体は、他材料との接着性、印刷適性、又はフィラーなどとの相溶性の物性が要求される用途に好適に用いることができる。