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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft späte Übergangsmetallkomplexe, ein
Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung bei der Polymerisation
von Olefinen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
Organometallics 10, 1421-1431 (1991); J. Organomet. Chem. 527(1-2),
263-276 (1997); Inorg. Chem. 35(6), 1518-28 (1996); und Inorg. Chem.
34(16), 4092-4105 (Englisch) (1995), wird über die Umsetzung von Bis(iminophosphoranyl)methanen
(BIPM), die typischerweise am Phosphoratom und am Stickstoff arylsubstituiert
sind, mit Halogeniden (Chloriden) von Metallen der Gruppe VIII,
die weiters zwei schwach koordinierende Liganden (L), wie z.B. Nitrile
oder Cyclooctadien, umfassen, berichtet, was je nach Reaktionsdauer,
Ligandentyp und Art des Metalls unterschiedliche Produkte ergibt.
Das Produkt kann ein Produkt vom N-C-Chelatierungstyp oder ein Produkt
vom N-N-Chelatierungstyp sein.
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Die
Produkte enthalten Alkylbrücken
zwischen den Phosphinimingruppen. Außerdem lehrt keiner der Literaturverweise
die Verwendung solcher Verbindungen zur Polymerisation von α-Olefinen
und legt diese auch nicht nahe.
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Das
US-Patent 5.557.023, das im September 1996 erteilt wurde, lehrt
die Verwendung einiger Phosphiniminkomplexe zur Oligomerisierung
von α-Olefinen.
Die Komplexe weisen aber eher eine der nachstehend dargestellten
Strukturen auf.
worin R, Q usw. wie im Patent
definiert sind. Die im Patent offenbarten Strukturen sind nicht
die Bisphosphinimine der vorliegenden Erfindung. Das Patent lehrt
zwar tatsächlich
Oligomerisation, legt Polymerisation aber nicht nahe.
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Zahlreiche
Patente und Arbeiten von Brookhart und/oder Gibson offenbaren die
Verwendung von Metallen der Gruppe 8, 9 oder 10 zur Polymerisation
von Olefinen. Solche Dokumente lehren jedoch, dass keine Copolymere
gebildet werden (z.B. WO 98/27124). Die vorliegende Erfindung beweist,
dass Copolymere von Olefinen unter Verwendung eines Katalysators
aus einem Metall der Gruppe 8, 9 oder 10, das nicht Nickel ist, hergestellt
werden können.
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Eine
Posterpräsentation
von Christopher M. Ong und Professor D.W. Stephan auf der Jahresversammlung
des Chemical Institute of Canada im Sommer 1999 offenbart Phosphiniminkomplexe
von Aluminium. Einer dieser offenbarten Komplexe ähnelt jenen
der vorliegenden Erfindung, mit dem Unterschied, dass das Metall
Aluminium ist und nicht ein Metall der Gruppe 8, 9 oder 10, das
nicht Nickel ist. Soweit die Erfinder wissen, offenbart das Poster
nicht die Verwendung solcher Komplexe zur Polymerisation von Olefinen.
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Lektion
60 der Sommertagung des ACS offenbart einen kubischen Cobaltkomplex
von Phosphiniminen. Sie offenbart jedoch keine Olefinpolymerisation
unter Verwendung solcher Komplexe. Die Arbeit "Phosphiniminato-Cluster von Eisen. Die
Kristallstrukturen von [FeCl(NPEt3)4, [FeC≡C-SiMe3)(NPEt3)]4 und [Fe3Cl3[NP(NMe2)3]3]" offenbart ebenfalls
kubische Phosphiniminkomplexe, lehrt jedoch nicht deren Verwendung
als α-Olefinpolymerisationskatalysatoren.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Verfahren
zur Polymerisation eines oder mehrerer C
2-12-α-Olefine
in Gegenwart eines aktivierten Komplexes, der aus der aus Komplexen
der Formel I:
worin M ein Metall der Gruppe
8, 9 oder 10 ist, das nicht Nickel ist; die R
1 und
R
2 jeweils unabhängig voneinander aus der aus
Hydrocarbylresten mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen bestehenden Gruppe
ausgewählt
sind; die X jeweils unabhängig
voneinander aus der aus aktivierbaren Liganden bestehenden Gruppe
ausgewählt sind;
und n = 1 oder 2 ist, mit der Maßgabe, dass, wenn n = 2 ist
und R
1 und R
2 keine
verzweigten, zyklischen oder aromatischen Reste sind, der Komplex
kubisch sein kann; und Komplexen der Formel II:
worin M, R
1,
R
2 und X wie oben definiert sind, bestehenden
Gruppe ausgewählt
ist, und eines Aktivators.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung stellt einen Komplex der Formel II
bereit:
worin M Fe, Co, Pd oder Pt
ist; X jeweils ein Halogenatom, ein C
1-10-Alkyl-
oder -Alkoxidrest oder ein zyklischer C
6-10-Alkyl-,
-Alkoxid-, -Aryl- oder -Aryloxidrest ist; und R
1 und
R
2 jeweils unabhängig voneinander ein verzweigter
oder unverzweigter C
3-10-Alkylrest, ein
C
6-10-Cycloalkylrest oder ein C
6-10-Arylrest
sind.
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In
einem weiteren Aspekt stellt die vorliegenden Erfindung einen Komplex
der Formel I bereit:
bereit, worin M Fe, Co, Pd
oder Pt ist; X jeweils ein Halogenatom, ein C
1-10-Alkyl- oder -Alkoxidrest
oder ein zyklischer C
6-10-Alkyl-, -Alkoxid-,
-Aryl- oder -Aryloxidrest ist; R
1 und R
2 jeweils unabhängig voneinander ein verzweigter
oder unverzweigter C
3-10-Alkylrest, ein
zyklischer C
6-10-Alkylrest oder ein C
6-10-Arylrest sind; und n = 1 oder 2 ist,
mit der Maßgabe,
dass, wenn n = 2 ist und R
1 und R
2 keine verzweigten, zyklischen oder aromatischen
Reste sind, der Komplex kubisch sein kann, und wenn der Komplex
kubisch ist, M nicht Co oder Fe sein kann.
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BESTE ART
DER DURCHFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Begriff "Fänger" umfasst in dieser
Beschreibung solche Verbindungen, die zur Entfernung von polaren
Verunreinigungen aus dem Reaktionslösungsmittel wirksam sind. Solche
Verunreinigungen können
unbeabsichtigt mit jeder der Polymerisationsreaktionskomponenten
eingebracht werden, vor allem mit der Lösungsmittel-, Monomer- und
Katalysatorzufuhr; und sie können
sich nachteilig auf die katalytische Wirkung und die Stabilität auswirken.
Dies kann zu einer Verringerung oder sogar Aufhebung der katalytischen
Aktivität
führen,
vor allem dann, wenn außerdem
ein Aktivator vorhanden ist, der zur Ionisierung des Eisenkomplexes
fähig ist.
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Der
Begriff "kubisch" in Bezug auf den
Komplex bedeutet hierin, dass die zentrale Struktur im Komplex ein
Würfel
ist, an dessen Ecken sich "M"- und Stickstoffatome
abwechseln.
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Die
nachstehenden Präferenzen
beziehen sich, je nach Fall, auf den obigen Aspekt der Erfindung.
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Wenn
die obigen Komplexe linear sind, ist M ein Metall der Gruppe 8,
9 oder 10, das nicht Nickel ist, vorzugsweise Fe, Co, Pd oder Pt,
insbesondere Fe. Wenn die Komplexe kubisch sind, kann M nicht Fe
oder Co sein und ist vorzugsweise Pd oder Pt.
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In
den obigen Komplexen sind R1 und R2 unabhängig
voneinander aus der aus Hydrocarbylresten mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen
bestehenden Gruppe ausgewählt;
und die X sind jeweils unabhängig
voneinander aus der aus aktivierbaren Liganden bestehenden Gruppe
ausgewählt.
Im Komplex der Formel 1 ist n = 1 oder 2, mit der Maßgabe, dass,
wenn n = 2 ist und R1 und R2 keine
verzweigten, zyklischen oder aromatischen Reste sind, der Komplex
kubisch sein kann. Vorzugsweise sind R1 und R2 in den obigen Komplexen unabhängig voneinander
aus der aus verzweigten oder unverzweigten C3-10-Alkylresten,
zyklischen C6-10-Alkylresten und C6-10-Arylresten bestehenden Gruppe ausgewählt. Besonders
bevorzugt sind R1 und R2 unabhängig voneinander
aus der aus unverzweigten oder verzweigten C1-4-Alkylresten
ausgewählt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind R1 und R2 gleich
und insbesondere bevorzugt t-Butylreste. In den Komplexen der vorliegenden
Erfindung sind die X unabhängig
voneinander aktivierbare Liganden. Im Allgemeinen kann X aus der
aus einem Halogenatom, C1-10-Alkyl- oder
-Alkoxidresten, zyklischen C6-10-Alkylresten,
zyklischen Alkoxidresten, Arylresten und Aryloxidresten bestehenden
Gruppe ausgewählt.
Vorzugsweise sind die X unabhängig
voneinander aus der aus einem Chloratom, einem Bromatom, einem C1-4-Alkylrest und einem C1-4-Alkoxyrest
bestehenden Gruppe ausgewählt.
Geeignete Alkyl- und
Alkoxyreste umfassen den Methylrest, den Ethylrest und den Ethoxyrest.
In manchen Fällen
sind die X vorteilhafterweise gleich.
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Die
Metallkomplexe der vorliegenden Erfindung können durch Umsetzung des Phosphiniminliganden mit
einer Verbindung, wie z.B. Butyllithium in einem inerten Hydrocarbyllösungsmittel
oder -verdünnungsmittel hergestellt
werden. Der resultierenden lithiierte Ligand kann dann mit einer
M enthaltenden Vorläuferverbindung
umgesetzt werden, worin M wie oben definiert ist, um den Komplex
zu bilden. Im Allgemeinen können die
obigen Reaktionen bei Temperaturen von etwa –30 °C bis zum Zersetzungspunkt des
Phosphinimins durchgeführt
werden, werden jedoch vorzugsweise bei weniger als 100 °C, besonders
bevorzugt bei etwa 20 °C
bis etwa 80 °C
durchgeführt.
Beim Komplex der Formel I, worin n = 1 ist, beträgt das Molverhältnis zwischen dem
lithiierten Phosphiniminliganden und M (dem Metall der Gruppe 8,
9 oder 10, das nicht Nickel ist) etwa 1,90 bis 2,10, vorzugsweise
etwa 1,92 bis 2,05. Wenn b = 2 ist, beträgt das Molverhältnis zwischen
lithiiertem Phosphiniminliganden und M, worin M wie oben definiert
ist, im Komplex der Formel 1 etwa 3,90 bis 4,10, vorzugsweise 3,95
bis 4,05. Alternativ dazu kann auch die Dimerform hergestellt werden
(z.B. Formel I, worin n = 2 ist). Es gilt anzumerken, dass, wenn
R1 und R2 unverzweigte
Alkylgruppen sind, vor allem solche mit weniger als 4 Kohlenstoffatomen,
der resultierende Komplex kubisch sein kann. Wenn R1 und
R2 jedoch nicht linear sind, ist der Komplex
linear (d.h. nicht kubisch mit Stickstoff und M an abwechselnden
Ecken). Es ist möglich,
zwei Mol der Verbindung der Formel 1 an ein Mol der Verbindung der
Formel II zu kondensieren. Das kann durch Rückfluss oder andere geeignete
Mittel erreicht werden.
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Der
Komplex der Formel II der vorliegenden Erfindung wird durch Hydrolyse
der Verbindungen der Formel I hergestellt. Dies kann durch herkömmliche
Verfahren erreicht werden, die Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung
bekannt sind. Vorzugsweise wird der Komplex der Formel I unter schonenden
Bedingungen, entweder sauren oder basischen, behandelt, um die Verbindung
zu hydrolysieren.
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Lösungspolymerisationsverfahren
sind auf dem Gebiet der Erfindung relativ gut bekannt. Diese Verfahren
werden in Gegenwart eines inerten Kohlenwasserstofflösungsmittels
durchgeführt,
typischerweise eines C5-12-Kohlenwasserstoffs,
der unsubstituiert oder mit einer C1-4-Alkylgruppe
substituiert sein kann, wie z.B. Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Cyclohexan,
Methylcyclohexan oder hydriertes Naphtha. Ein weiteres Lösungsmittel
ist Isopar E (aliphatisches C8-12-Lösungsmittel,
Exxon Chemical Co.).
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Die
Polymerisation kann bei Temperaturen von etwa 20 °C bis etwa
250 °C durchgeführt werden.
Je nach Produkt, das hergestellt wird, kann diese Temperatur relativ
niedrig sein, also etwa 20 °C
bis etwa 120 °C
für das
Suspensionsverfahren und 120 °C
bis 250 °C
für das
Lösungsverfahren
betragen. Der Druck während
der Reaktion kann bei den älteren
Hochdruckverfahren bis zu 1,03 MPa (etwa 15.000 psi) betragen oder im
Bereich von 103,4 bis 31,026 kPa (etwa 15 bis 4.500 psi) liegen.
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Geeignete
Olefinmonomere sind Ethylen und C3-20-Mono-
und -Diolefine. Bevorzugte Monomere umfassen Ethylen und C3-12-α-Olefine,
die unsubstituiert oder mit bis zu zwei C1-6-Alkylresten
substituiert sein können.
Veranschaulichende, nicht einschränkende Beispiele für solche α-Olefine
sind eines oder mehrere von Propylen, 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen,
1-Octen und 1-Decen.
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Das
Reaktionsprodukt der vorliegenden Erfindung in Gegenwart eines einzelnen α-Olefins kann ein Oligomer
mit einem Molekulargewicht (MG) von weniger als etwa 1.500 sein.
Das Reaktionsprodukt der vorliegenden Erfindung kann auch ein Co-oder Homopolymer
eines oder mehrerer α-Olefine
sein. Die Polymere, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, weisen ein gutes Molekulargewicht
auf. Das heißt, das
gewichtsmittlere Molekulargewicht (MG) liegt vorzugsweise über etwa
50.000 und reicht bis zu 107, vorzugsweise
beträgt
es 105 bis 106.
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Die
Polyethylenpolymere, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden können,
umfassen typischerweise nicht weniger als 60, vorzugsweise nicht
weniger als 70, insbesondere nicht weniger als 80, Gew.-% Ethylen,
und der Rest besteht aus einem oder mehreren C4-10-α-Olefinen,
die vorzugsweise aus der aus 1-Buten, 1-Hexen und 1-Octen bestehenden
Gruppe ausgewählt
sind. Das Polyethylen, das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wird, kann Verzweigungen aufweisen (d.h. eine
oder mehrere Verzweigungen pro 1000 Kohlenstoffatome, vorzugsweise
1-30 Verzweigungen
pro 1000 Kohlenstoffatome, typischerweise 1–20 Verzweigungen pro 1000
Kohlenstoffatome und insbesondere 1–10 Verzweigungen pro 1000
Kohlenstoffatome).
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Der
Aktivator kann aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt sein:
- (i) einem Aluminoxan; und
- (ii) einem Aktivator, der zur Ionisierung des Komplexes eines
Metalls der Gruppe 8, 9 oder 10 fähig ist (der in Kombination
mit einem Alkylierungsaktivator eingesetzt werden kann).
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Der
Aluminoxanaktivator kann die Formel (R20)2AlO(R20AlO)mAl(R20)2 aufweisen,
worin die R20 unabhängig voneinander aus der aus
C1-20-Hydrocarbylresten bestehenden Gruppe
ausgewählt
sind und m = 0 bis 50 ist, und vorzugsweise R20 ein
C1-4-Alkylrest
ist und m = 5 bis 30 ist. Der Aluminoxanaktivator kann vor der Reaktion
eingesetzt werden, typisch ist jedoch eine In-situ-Alkylierung (z.B.
Alkylgruppen, die Abgangsliganden, Wasserstoff oder Halogenidgruppen
ersetzen).
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Wenn
der Komplex des Metalls der Gruppe 8, 9 oder 10 nur mit Aluminoxan
aktiviert wird, hängt
die Menge des Aluminoxans von der Reaktivität des Alkylierungsmittels ab.
Eine Aktivierung mit Aluminoxan erfordert im Allgemeinen ein Molverhältnis zwischen
Aluminium im Aktivator und dem Metall der Gruppe 8, 9 oder 10, das
nicht Nickel ist, im Komplex im Bereich von 50:1 bis 1000:1.
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Der
Aktivator der vorliegenden Erfindung kann eine Kombination aus einem
alkylierenden Aktivator, der auch als Fänger dient und kein Aluminoxan
ist, und einem Aktivator sein, der zur Ionisierung des Metalls der
Gruppe 8, 9 oder 10, das nicht Nickel ist, im Komplex fähig ist.
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Der
alkylierende Aktivafor (der auch als Fänger dienen kann), kann aus
der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt sein: (R)pMgX2-p, worin X ein Halogenid ist, die R unabhängig voneinander
aus der aus C1-10-Alkylresten bestehenden
Gruppe ausgewählt
ist und vorzugsweise ein C1-8-Alkylrest
sind, und p = 1 oder 2 ist; RLi, worin R wie oben definiert ist;
(R)pZnX2-p, worin
R wie oben definiert ist, X Halogen ist und q = 1 oder 2 ist; (R)sAlX3-s, worin R
wie oben definiert ist, X Halogen ist und s eine ganze Zahl von
1 bis 3 ist. Vorzugsweise ist R in den obigen Verbindungen ein C1-4-Alkylrest und X ist vorzugsweise Chlor.
Im Handel erhältliche
Verbindungen umfassen Triethylaluminium (TEAL), Diethylaluminiumchlorid
(DEAC), Dibutylmagnesium ((Bu)2Mg) und Butylethylmagnesium
(BuEtMg oder BuMgEt).
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Der
Aktivator, der zur Ionisierung des anderen Metalls der Gruppe 8,
9 und 10 als Nickel im Komplex fähig
ist, kann aus folgender Gruppe ausgewählt sein:
- (i)
Verbindungen der Formel [R1 5]+[B(R1 8)4]–, worin B ein Boratom
ist, R1 5 ein zyklisches
C5-7-Aromaten-Kation oder ein Triphenylmethylkation
ist und die R1 8 unabhängig voneinander
aus der aus Phenylresten, die unsubstituiert oder mit 3 bis 5 aus
der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählten Substituenten substituiert
sein können:
einem Fluoratom, einem C1-4-Alkyl- oder
-Alkoxyrest, der unsubstituiert oder mit einem Fluoratom substituiert
sein kann, und einem Silylrest der Formel -Sl(R1 9)3, worin die R19 unabhängig voneinander
aus der aus einem Wasserstoffatom und einem C1-4-Alkylrest
bestehenden Gruppe ausgewählt
sind; und
- (ii) Verbindungen der Formel [(R16)tZH]+[B(R1 8)4]–,
worin B ein Boratom ist, H ein Wasserstoffatom ist, Z ein Stickstoffatom
oder Phosphoratom ist, t = 2 oder 3 ist, R16 aus
der aus C1-8-Alkylresten und einem Phenylrest,
der unsubstituiert oder mit bis zu drei C1-4-Alkylresten
substituiert ist, bestehenden Gruppe ausgewählt ist oder ein R16 zusammen
mit dem Stickstoffatom einen Aniliniumrest bildet und R18 wie
oben definiert ist; und
- (iii) Verbindungen (Aktivatoren) der Formel B(R18)3, worin R18 wie
oben definiert ist.
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In
den obigen Verbindungen ist R18 vorzugsweise
ein Pentafluorphenylrest, R15 ein Triphenylmethylkation,
Z ein Stickstoffatom und R16 ein C1-4-Alkylrest, oder R16 bildet
zusammen mit dem Stickstoffatom einen Aniliniumrest, der mit zwei
C1-4-Alkylresten substituiert ist.
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Der
Aktivator, der zur Ionisierung des anderen Metalls der Gruppe 8,
9 oder 10 als Nickel i Komplex fähig
ist, zieht einen oder mehrere X-Liganden ab, um das Metall zu eine
Kation zu ionisieren, nicht aber um eine kovalente Bindung mit dem
Metall herzustellen, sowie um ausreichenden Abstand zwischen dem
ionisierten Metall und dem ionisierenden Aktivator bereitzustellen,
um es einem polymerisierbaren Olefin zu ermöglichen, in die resultierende
aktive Stelle einzutreten.
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Beispiele
für Verbindungen,
die zur Ionisierung des anderen Metalls der Gruppe 8, 9 oder 10
als Nickel fähig
sind, umfassen die folgenden Verbindungen:
Triethylammoniumtetra(phenyl)bor,
Tripropylammoniumtetra(phenyl)bor,
Tri(n-butyl)ammoniumtetra(phenyl)bor,
Trimethylammoniumtetra(p-tolyl)bor,
Trimethylammoniumtetra(o-tolyl)bor,
Tributylammoniumtetra(pentafluorphenyl)bor,
Tributylammoniumtetra(pentafluorphenyl)bor,
Tri(n-butyl)ammoniumtetra(o-tolyl)bor,
N,N-Dimethylaniliniumtetra(phenyl)bor,
N,N-Diethylaniliniumtetra(phenyl)bor
N,N-Diethylaniliniumtetra(phenyl)-n-butylbor,
N,N-2,4,6-Pentamethylaniliniumtetra(phenyl)bor,
Di(isopropyl)ammoniumtetra(pentafluorphenyl)bor,
Dicyclohexylammoniumtetra(phenyl)bor,
Triphenylphosphoniumtetra(phenyl)bor,
Tri(methylphenyl)phosphoniumtetra(phenyl)bor,
Tri(dimethylphenyl)phosphoniumtetra(phenyl)bor,
Tropiliumtetrakispentafluorphenylborat,
Triphenylmethyliumtetrakispentafluorphenylborat,
Benzol(diazonium)tetrakispentafluorphenylborat,
Tropiliumphenyltrispentafluorphenylborat,
Triphenylmethyliumphenyltrispentafluorphenylborat,
Benzol(diazonium)phenyltrispentafluorphenylborat,
Tropiliumtetrakis(2,3,5,6-tetrafluorphenyl)borat,
Triphenylmethyliumtetrakis(2,3,5,6-tetrafluorphenyl)borat,
Benzol(diazonium)tetrakis(3,4,5-trifluorphenyl)borat,
Tropiliumtetrakis(3,4,5-trifluorphenyl)borat,
Benzol(diazonium)tetrakis(3,4,5-trifluorphenyl)borat,
Tropiliumtetrakis(1,2,2-trifluorethenyl)borat,
Triphenylmethyliumtetrakis(1,2,2-trifluorethenyl)borat,
Benzol(diazonium)tetrakis(1,2,2-trifluorethenyl)borat,
Tropiliumtetrakis(2,3,4,5-tetrafluorphenyl)borat,
Triphenylmethyliumtetrakis(2,3,4,5-tetrafluorphenyl)borat
und
Benzol(diazonium)tetrakis(2,3,4,5-tetrafluorphenyl)borat.
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Leicht
im Handel erhältliche
Aktivatoren, die zur Ionisierung des Komplexes der vorliegenden
Erfindung fähig
sind, umfassen:
N,N-Dimethylaniliniumtetrakispentafluorphenylborat,
Triphenylmethyliumtetrakispentafluorphenylborat
und
Trispentafluorphenylbor.
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Wenn
der Komplex mit einer Kombination aus einer Aluminiumalkylverbindung
(im Allgemeinen kein Aluminoxan) und einer Verbindung, die zur Ionisierung
des Komplexes des anderen Metalls der Gruppe 8, 9 oder 10 als Nickel
fähig ist
(z.B. die Aktivatoren (i) und (iii) oben), kann das Molverhältnis zwischen
dem anderen Metall der Gruppe 8, 9 oder 10 als Nickel, dem Metall
im Alkylierungsmittel (z.B. Al), und dem Nichtmetall (z.B. Bor oder
Phosphor) im Aktivator, der zur Ionisierung des Komplexes fähig ist
(z.B. Bor), im Bereich von 1:1:1 bis 1:100:5 liegen. Vorzugsweise
wird der Alkylierungsaktivator mit dem Komplex vorgemischt/umgesetzt,
und die resultierende, alkylierte Spezies wird dann mit dem Aktivator
umgesetzt, der zur Ionisierung des anderen Metalls der Gruppe 8,
9 oder 10 als Nickel fähig
ist.
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In
einer Lösungspolymerisation
werden die Monomere entweder vor oder nach der Zufuhr zum Reaktor
im Lösungsmittel
gelöst/dispergiert,
oder die Monomere können,
im Falle von gasförmigen
Monomeren, so zum Reaktor zugeführt
werden, dass sie im Reaktionsgemisch gelöst werden. Vor dem Vermischen
werden das Lösungsmittel
und die Monomere im Allgemeinen gereinigt, um polare Verunreinigungen
zu entfernen. Die polaren Verunreinigungen oder Katalysatorgifte
umfassen Wasser, Sauerstoff, Metallverunreinigungen usw. Vorzugsweise
werden vor ihrer Zufuhr zum Reaktionsbehälter Schritte gesetzt, beispielsweise
in Form einer chemischen Behandlung oder von behutsamen Trennverfahren
nach oder während
der Synthese oder Herstellung der einzelnen Komponenten. Die Reinigung
des Ausgangsmaterials vor der Zugabe zum Reaktionslösungsmittel
wird gemäß Verfahren
nach dem Stand der Technik durchgeführt (z.B. werden Molekularsiebe, Aluminiumoxidbetten
und Sauerstoffentfernungskatalysatoren zur Reinigung von Ethylen, α-Olefin und
gegebenenfalls Dien verwendet). Das Lösungsmittel selbst (z.B. Cyclohexan
und Toluol) wird auf ähnliche
Weise behandelt. In manchen Fällen
kann, wenn äußerste Sorgfalt
geboten ist, ein Überschuss
an Fängeraktivatoren im
Polymerisationsverfahren eingesetzt werden.
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Das
Ausgangsmaterial kann vor seiner Zufuhr zum Reaktor erhitzt werden.
In vielen Fällen
wird jedoch gewünscht,
Wärme aus
dem Reaktor abzuführen,
sodass das Ausgangsmaterial Raumtemperatur aufweisen kann, um zur
Kühlung
des Reaktors beizutragen.
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Im
Allgemeinen können
die Katalysatorkomponenten im Lösungsmittel
für die
Reaktion vorgemischt werden oder in getrennten Strömen zum
Reaktor zugeführt
werden. In manchen Fällen
ist das Vormischen wünschenswert,
um den Katalysatorkomponenten vor ihrem Eintritt in die Reaktion
eine bestimmte Reaktionsdauer zur Verfügung zu stellen. Ein derartiges
In-line-Mischverfahren ist in zahlreichen Patenten von DuPont Canada
Inc. beschrieben. Beispielsweise ist es im US-Patent 5.589.555,
das am 31. Dezember 1995 erteilt wurde, beschrieben.
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Der
Reaktor kann einen Rohr- oder Serpentinenreaktor umfassen, wie sie
bei "Hochdruckpolymerisationen" verwendet werden,
oder er kann einen oder mehrere Reaktoren oder Autoklaven umfassen.
Die Verwendung von zwei Reaktoren in Serie ist allgemein bekannt,
wobei die beiden unabhängig
voneinander betrieben werden können,
um unterschiedliche Polymermolekulargewichtsverteilungen zu erreichen.
Die Verweildauer im Reaktorsystem hängt vom Aufbau und von der
Kapazität
des Reaktors ab. Im Allgemeinen sollten die Reaktoren unter Bedingungen
betrieben werden, bei denen die Reaktanden sorgfältig vermischt werden. Beim
Austritt aus dem Reaktorsystem wird das Lösungsmittel entfernt, und das
resultierende Polymer wird auf herkömmliche Weise fertigbearbeitet.
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Nachstehend
wird die vorliegende Erfindung anhand von einigen Beispielen veranschaulicht,
in denen, sofern nicht anders angegeben, Gewicht Gew.-% bedeutet
und Teile für
Gewichtsteile (z.B. Gramm) steht.
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Beispiel 1: Herstellung
von [(t(Bu3P=N)m 2]n (n
wahrscheinlich = 2) (1)
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Zu
einer Lösung
(10 ml) von tBu3P=NH
(283 mg, 1,30 mmol) in Toluol wurde langsam nBuLi
in Hexan (1,6 M, 0,81 ml, 1,3 mmol) zugesetzt. Die Lösung wurde
20 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt. Dann wurde die obige Lösung langsam
bei –30 °C zu einer
Toluollösung
(40 ml) von FeBr3 (385 mg, 1,3 mmol) zugesetzt.
Das Gemisch wurde langsam auf Raumtemperatur erwärmt und 12 Stunden lang gerührt. Eine
bräunlich-orange
Lösung
bildete sich. Die Lösung
wurde filtriert, um LiBr zu entfernen, und das Filtrat wurde eingeengt
und mit Heptan vermischt. Das Produkt kristallisierte bei –35 °C und ergab
ein oranges kristallines Material (540 mg, 96 %).
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Beispiel 2: (tBu3P=NH)Br2FeOFeBr2(HN=PtBu3) (2)
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tBu3P=NH (0,217 g,
1,0 mmol) wurde in wasserfreiem Heptan gelöst. Unter Rühren wurden 0,63 ml von 1,6
M nBuLi zugetropft. Das Reaktionsgemisch
wurde eine Stunde lang bei Raumtemperatur gerührt und in situ in der nächsten Stufe
eingesetzt. FeBr3 (0,296 g, 1,0 mmol, Anm.:
dieses im Handel erhältliche
Produkt von Aldrich war nicht trocken genug) wurde in 30 ml wasserfreiem
Toluol gelöst.
Die rotgefärbte
Lösung
wurde auf –100 °C abgekühlt, und
die oben beschriebene, anfänglich
hergestellte Aufschlämmung
von lithiiertem tBu3P=NH
wurde unter Rühren
zugesetzt. Nach Beendigung des Zusetzens wurde das Reaktionsgemisch
auf Raumtemperatur erwärmt,
wodurch sich die Lösung
braun (mit einem leichten Grünstich)
färbte
und ein Feststoff beobachtet wurde. Das Gemisch wurde über Nacht
unter N2 gerührt. Festes LiCl wurde abfiltriert,
und das Lösungsmittel
wurde im Vakuum entfernt. Das Produkt war ein dunkelgrüner, öliger Feststoff,
der durch Spülen mit
Heptan gereinigt wurde. Das Endprodukt war ein hellgrünes Pulver.
Die Ausbeute betrug 34 % (0,150 g, 0,347 mmol). Das Produkt wurde
durch einmalige Röntgenkristallographie
als (tBu3P=NH)Br2FeOFeBr2(HN=PtBu3) identifiziert.
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Beispiel 3: Hydrolyse
des Produkts (3)
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In
einem weiteren Versuch wurden mit tBu3P=NH (406 mg, 1,867 mmol), nBuLi
(1,6 M, 1,16 ml), FeBr3 (552 mg, 1,86 mmol,
gute Qualität)
die gleichen Verfahren durchgeführt
wie in Beispiel 2. Eine bräunlich-orange
Lösung
wurde erhalten. Zu dieser Lösung
wurde H2O (5 mg, 0,27 mmol) in Toluol (60
ml) zugetropft. Die Lösung
wurde bräunlich-grün und wurde
weitere 12 Stunden lang gerührt.
Die resultierende Lösung
wurde filtriert, und das Filtrat wurde bis zur Trockene abgepumpt,
um einen grünlichen
Feststoff zu erhalten. Dieser Feststoff wurde, wie er war, in einem
Polymerisationsbeispiel eingesetzt.
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Beispiel 4: Herstellung
von [(tBu3P=N)FeCl2)n (4)
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tBu3P=NLi (0,233
g, 1 mmol) in Toluol (~10 ml) wurde bei –100 °C zu einer Toluollösung (~20
ml) von FeCl3 (162 mg, 1 mmol) zugesetzt.
Das Gemisch wurde auf Raumtemperatur erwärmt und über Nacht gerührt. Eine
dunkelgrüne
Aufschlämmung
bildete sich, die dann filtriert wurde. Der erhaltene grüne Feststoff
wurde mit Neptan gewaschen und dann getrocknet. Das Filtrat wurde
mithilfe einer Vakuumpumpe auf einige Milliliter eingeengt und über Nacht
bei –70 °C gelagert.
Dunkle Kristalle bildeten sich, die von der Mutterlösung abgetrennt,
mit Heptan gewaschen und getrocknet wurden. Die Gesamtausbeute betrug
180 mg (53 %).
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Polymerisationsergebnisse
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In
den Beispiele ist der Druck in Manometerdruck angegeben. Die folgenden
Abkürzungen
und Begriffe werden verwendet:
Polydispersität: gewichtsmittleres
Molekulargewicht (Mw), dividiert durch zahlenmittleres Molekulargewicht (Mn)
DSC:
Differenzialscanning-Kalorimetrie
GPC: Gelpermeationschromatografie
MeON:
Methanol
PMAO-IP: eine Polymethylaluminoxan-Art
Fp: Polymerschmelzpunkt.
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Alle
nachstehend beschriebenen Polymerisationsversuche wurden unter Verwendung
eines 500 ml fassenden Reaktors vom Typ Autoclave Engineers ZipperclaveTM durchgeführt. Alle Chemikalien (Lösungsmittel,
Katalysator und Co-Katalysator) wurden dem Reaktor chargenweise
zugesetzt, mit Ausnahme von Ethylen, das je nach Bedarf zugeführt wurde.
Während
der Polymerisationsreaktion wurde kein Produkt entfernt. Wie Fachleuten
auf dem Gebiet der Erfindung bekannt ist, werden alle Zufuhr- oder
Feedströme
vor ihrem Eintritt in den Reaktor durch Kontakt mit unterschiedlichen
Absorptionsmedien gereinigt, um den Katalysator vergiftende Verunreinigungen,
wie z.B. Wasser, Sauerstoff, Schwefel und polare Materialien, zu
entfernen. Alle Komponenten wurden unter einer Atmosphäre aus gereinigtem
Argon oder Stickstoff gelagert und gehandhabt. Die Verfahrenssteuerung
des Reaktors läuft
mit einer auf der Software WONDERWARETM 5.1
basierenden speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). In dem Reaktor,
der mit einem luftbetätigten
Rührer
und einem automatischen Temperaturregelungssystem ausgestattet war,
wurden Ethylen-Polymerisationsversuche durchgeführt.
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Die
Polymerisationstemperatur für
die Aufschlämmungspolymerisationsdurchgänge betrug
50 °C und für die Lösungspolymerisationsdurchgänge 160 °C. Die Polymerisationsreaktionsdauer
der einzelnen Versuche variierte von 8 bis 30 Minuten. Die Reaktion
wurde durch den Zusatz von 5 ml Methanol zum Reaktor beendet, und
das Polymer wurde durch Abdampfen des Toluols gewonnen. Die Polymerisationsaktivitäten wurden
vom Gewicht des produzierten Polymers ausgehend berechnet.
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Die
Katalysatoren (Fe-Katalysator 1-4) wurden in Toluol gelöst. Das
wasserfreie Toluol wurde von Aldrich bezogen und vor seiner Verwendung über Molekularsieben
gereinigt. Das PMAO-IP wurden von Akzo-Nobel bezogen und enthielt
13,5 Gew.-% Al. [CPh3][B(C6F5)4] (hierin im Folgenden
Tritylborat) wurde von Asahi Glass Inc. bezogen; Chargennummer 980224.
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Die
Polymer-Molekulargewichte und -Molekulargewichtsverteilungen wurden
durch GPC (WATERSTM 150-C) bei 140 °C in 1,2,4-Trichlorbenzol
gemessen, kalibriert unter Verwendung von Polyethylenstandards.
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DSC
wurde auf einem DSC 220 von SEIKOTM Instruments
durchgeführt.
Die Aufheizgeschwindigkeit von 0 auf 200 °C betrug 10 °C/Minute.
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NMR
(BRUCK
TM-300-DPS, 125 °C in Trichlorethan-d
3) diente zur Bestimmung der Verzweigungen
pro 1000 Kohlenstoffatome. Aufschlämmungspolymerisationen TABELLE
1 Polymerisationsdaten
1 - 1Allgemeine Homopolymerisationsbedingungen:
50 °C als
Temperatur eingestellt; 2,1 MPa (300 psi) an C2; Katalysatorkonzentration
300 μmol/l;
PMAO-IP als Co-Katalysator mit Al/Fe = 60; 216 ml Toluol als Lösungsmittel.
- 2plus Tritylborataktivierung: 50 °C als Temperatur
eingestellt; 300 psi C2; Katalysatorkonzentration 300 μmol/l; PMAO-IP
als Alkylierungsreagens mit Al/Fe = 20; Tritylborat als Co-Katalysator
mit B/Al = 1,05; 1 mmol/ml PMAO-IP als Fänger; 216 ml Toluol als Lösungsmittel.
- 3Copolymerisationsbedingungen: 50 °C als Temperatur
eingestellt; 0,69 MPa (100 psi) C2; Katalysatorkonzentration 300 μmol/l; PMAO-IP
als Co-Katalysator mit Al/Fe = 60; 30 ml 1-Octen; 216 ml Toluol
als Lösungsmittel.
TABELLE
2 Daten
der Polymereigenschaften 
- 1Allgemeine Homopolymerisationsbedingungen:
50 °C als
Temperatur eingestellt; 2,1 MPa (300 psi) C2; Katalysatorkonzentration
300 μmol/l;
PMAO-IP als Co-Katalysator mit Al/Fe = 60; 216 ml Toluol als Lösungsmittel.
- 2In-situ-Alkylierung plus Tritylborataktivierung:
50 °C als
Temperatur eingestellt; 2,1 MPa (300 psi) C2; Katalysatorkonzentration
300 μmol/l;
PMAO-IP als Alkylierungsreagens mit Al/Fe = 20; Tritylborat als
Co-Katalysator mit B/Al = 1,05; 1 mmol/ml PMAO-IP als Fänger; 216
ml Toluol als Lösungsmittel.
- 3Copolymerisationsbedingungen: 50 °C als Temperatur
eingestellt; 0,69 MPa (100 psi) C2; Katalysatorkonzentration 300 μmol/l; PMAO-IP
als Co-Katalysator mit Al/Fe = 60; 30 ml 1-Octen; 216 ml Toluol
als Lösungsmittel.
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Lösungspolymerisationen TABELLE
3 Polymerisationsdaten
1
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Allgemeine
Polymerisationsbedingungen: In-situ-Alkylierung plus Tritylborataktivierung:
160 °C als Temperatur
eingestellt; 1,4 MPa (200 psi) C2; Katalysatorkonzentration 200 μmol/l; PMAO-IP
als Alkylierungsreagens mit Al/Fe = 20; Tritylborat als Co-Katalysator
mit B/Al = 1,05; 1 mmol/ml PMAO-IP als Fänger; 216 ml Toluol als Lösungsmittel. TABELLE
4 Polymereigenschaftsdaten
1 - 1Allgemeine Polymerisationsbedingungen:
In-situ-Alkylierung plus Tritylborataktivierung: 160 °C als Temperatur
eingestellt; 1,4 MPa (200 psi) C2; Katalysatorkonzentration 200 μmol/l; PMAO-IP
als Alkylierungsreagens mit Al/Fe = 20; Tritylborat als Co-Katalysator
mit B/Al = 1,05; 1 mmol/ml PMAO-IP als Fänger; 216 ml Toluol als Lösungsmittel.
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GEWERBLICHE
ANWENDBARKEIT
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Die
vorliegende Erfindung stellt Katalysatorsysteme bereit, die auf
späten Übergangsmetallen,
vorzugsweise Eisen, basieren und zur Polymerisation von einem oder
mehreren α-Olefinen
in einem Suspensions- oder Lösungsverfahren
geeignet sind.