соединения ванадия, способ их получения, способ получения эластомерных сополимеров
Классы МПК: | C08F4/68 ванадий, ниобий, тантал или их соединения C08F210/16 сополимеры этена с альфа-алкенами, например этилен-пропиленовые каучуки C08F210/18 с диенами, содержащими несопряженные двойные связи, например тройные этилен-пропиленовые сополимеры |
Автор(ы): | Тициано ТАНАЛЬЯ (IT), Сильвия ПРЕВЬЯТИ (IT), Луиджи АБИС (IT), Лилиана ДЖИЛА (IT) |
Патентообладатель(и): | ЭНИКЕМ С.П.А. (IT) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-02-14 публикация патента:
10.01.2002 |
Компонент катализатора для (со)полимеризации альфа-олефинов, состоящий из соединения, имеющего общую формулу VL3, где V является трехвалентным ванадием, а L является лигандом, имеющим общую формулу (1)

где R выбирают из Н и С1-С20 монофункциональных гидрокарбильных радикалов; n является целым числом между 2 и 13, исключая 4 и 5. Технический результат - повышение производительности. 3 с. и 10 з. п. ф-лы, 1 табл.
Рисунок 1

где R выбирают из Н и С1-С20 монофункциональных гидрокарбильных радикалов; n является целым числом между 2 и 13, исключая 4 и 5. Технический результат - повышение производительности. 3 с. и 10 з. п. ф-лы, 1 табл.
Формула изобретения
1. Соединения ванадия, имеющие общую формулу VL3, где V является трехвалентным ванадием, а L является лигандом, имеющим общую формулу (1)
где R выбирают из Н и С1-С20 монофункциональных углеводородных радикалов; n является целым числом между 2 и 13, исключая 4 и 5. 2. Соединения ванадия по п. 1, где R выбирают из Н и С1-С3 углеводородных радикалов; n является целым числом, которое выбирают из 2 и 3. 3. Соединения ванадия по п. 2, где n = 3, а R выбирают из Н и СН3. 4. Способ получения соединений ванадия по п. 1 путем проведения реакции ванадий тригалогенида с соединением LH, где L имеет значение, определенное выше. 5. Способ по п. 4, в котором ванадий тригалогенид является ванадий трихлоридом. 6. Способ по п. 4, в котором соединение LH выбирают из 2-формил-циклопентанона или 2-ацетилциклопентанона. 7. Способ получения эластомерных сополимеров этилена/альфа-олефина и, необязательно, третьего диенового мономера, в суспензии жидких мономеров, в присутствии катализатора, содержащего ванадий, и сокатализатора, в основном, состоящего из органического соединения алюминия, и, необязательно, в присутствии галогенированного промотора, отличающийся тем, что катализатор, содержащий ванадий, выбирают из катализаторов, имеющих общую формулу VL3, где V является трехвалентным ванадием и L является лигандом, имеющим общую формулу (1)

где R выбирают из Н и С1-С20 монофункциональных углеводородных радикалов; n является целым числом, выбираемым между 2 и 13, исключая 4 и 5. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что R выбирают из Н и 1-С3 углеводородных радикалов; n является целым числом, выбираемым из 2 и 3. 9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что n = 3 и R выбирают из Н и СН3. 10. Способ получения эластомерных сополимеров по п. 7, отличающийся тем, что альфа-олефин является пропиленом. 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что этилен/пропиленовые эластомерные сополимеры имеют содержание этилена от 35 до 85 вес. %, предпочтительно от 45 до 75 вес. %. 12. Способ по п. 7, отличающийся тем, что содержание диена меньше, чем 20%. 13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что содержание диена составляет от 2 до 15%.
Описание изобретения к патенту
Настоящее изобретение относится к компонентам катализатора и их использованию при получении (со)полимеров альфа-олефинов, в частности при получении эластомернык этиленпропиленовых сополимеров (ЭПМ) и этиленпропилендиеновых третполимеров (ЭПДМ). Как известно из литературы, эффективные компоненты катализатора для (со)полимеризации альфа-олефинов состоят из органических соединений ванадия (в окислительном состоянии 3 или 5), растворимых в углеводородных растворителях. Типичными примерами указанных выше органических соединений ванадия являются:- ванадилтригалогениды, алкоксигалогениды и алкоксиды, такие как VOС1з, VOCl2(OBu) и VО(ОС2Н5)з;
- ванадийтетрагалогениды и ванадийалкоксигалогениды, такие как VCl4 и VCl3(OBu);
- ванадий и ванадилацетилацетонаты и хлорацетилацетонаты, такие как V(АсАс)з, VOCl2(AcAc), VO(AcAc)2, где (АсАс) является ацетилацетонатом;
- комплексы ванадийгалогенида и оснований Льюиса, таких как VCl3

а) углеводородорастворимое соединение ванадия, выбранное из 0= VС1х(ОR)3-x, где х= 0-3, R - углеводородный радикал; VCl4; VO(AcAc)2, где Ас - ацетилацетон; V(АсАс)з, где АсАс - ацетилацетонат; VOClx (АсАс)3-x, где х= 1 или 2; АсАс - ацетилацетонат; VС1з-nВ, где n= 2-3, В - основание Льюиса, способное образовывать углеводородорастворимые комплексы с VС1з; V(дикарбонильный остаток)з, где дикарбонильный остаток является производным соединения формулы R-C(= 0)-R"-C(= 0)-R; V(дикарбонильный остаток)зС1;
б) алюмоорганическое соединение. ЕР-А-0206753 раскрывает катализатор для полимеризации олефинов, который содержит хелат ванадия формулы (-O-(R1)C= C(R2)-CH= O3V, главным образом выбранный из следующих соединений: V(2-метил-3-оксобутаналят)з, V(3-оксобутаналят)з, V(2-этил-3-оксопентаналят)з, V(2-фенил-3-оксобутаналят)з. Соединения ванадия, известные из литературы, однако, имеют недостаток, заключающийся в недостаточной производительности. В настоящее время обнаружены новые соединения ванадия, которые преодолевают указанные неудобства. В соответствии с этим настоящее изобретение относится к соединениям ванадия, имеющим общую формулу VLз, где V является трехвалентным ванадием, a L является лигандом, имеющую общую формулу (I)

где R выбирают из Н и C1-C20 монофункциональных углеводородных радикалов, он предпочтительно выбирается из Н и С1-Сз углеводородных радикалов; n является целым числом между 2 и 13, исключая 4 и 5, и предпочтительно его выбирают из 2 и 3. Соединения, имеющие общую формулу VL3, которые являются наиболее предпочтительными, являются соединениями, выбираемыми из ванадий(III)2-ацетилциклопентаноата и ванадий(III)2-формилциклопентаноата, предпочтительным является ванадий(III)2-формилциклопентаноат. Комплекс, имеющий общую формулу VLз, может быть получен путем реакции ванадий (III)галогенида с соединением LH, т. е. с кетоном, соответствующим лиганду, имеющему общую формулу (I), например с 2-формилциклопентаноном или 2-ацетилциклопентаноном. Следующая задача настоящего изобретения относится к способу получения соединений, имеющих общую формулу VLз, который включает реакцию ванадий (III)галогенида, предпочтительно ванадий (III)трихлорида, с циклоалканоном, исключая циклогексанон и циклопентанон, замещенным в одном из альфа положений по отношению к кетону, R-CO-радикалом, где R имеет значение, определенное выше. Реакция предпочтительно имеет место при температуре между 0oС и 100oС. В предпочтительном воплощении V (III)тригалогенид и циклоалканон реагируют (в почти эквимолярном количестве) в воде, в среде, в которой образующийся VLз является практически нерастворимым. VL3 может быть легко извлечен путем экстрагирования органическим растворителем, например толуолом. Следующая задача настоящего изобретения относится к способу получения эластомерных этилен/альфа-олефиновых сополимеров, предпочтительно этилена и пропилена и необязательно третьего диенового мономера, в суспензии жидких мономеров, в присутствии катализатора, содержащего ванадий, и сокатализатора, в основном состоящего из органического соединения алюминия, и необязательно в присутствии галогенированного промотора, характеризуемый в котором катализатор, содержащий ванадий, выбирают из катализаторов, имеющих общую формулу VLз, где V является трехвалентным ванадием и L является лигандом, имеющим общую формулу (I).

где R выбирают из Н и C1-С20 монофункциональных углеводородных радикалов и предпочтительно выбирают из Н и C1-С3 углеводородных радикалов; n является целым числом, выбираемым между 2 и 3 или между 6 и 13, предпочтительно между 2 и 3 и даже более предпочтительно равно 2. Эластомерные сополимеры, которые могут быть получены по способу настоящего изобретения, содержат от 35% до 85% весовых этилена, предпочтительно от 45% до 75% весовых, и имеют внутреннюю вязкость, определяемую в 0-дихлорбензоле при 135oС, между 0,5 и 6 дл/г, предпочтительно от 1 до 3 дл/г. Термин альфа-олефины относится к альфа-олефинам, имеющим от 3 до 10 атомов углерода, например пропилену, бутену-1, пентену-1, гексену-1; однако предпочтительно, чтобы высший альфа-олефин был пропиленом, получая, таким образом, так называемые ЭПМ эластомерные сополимеры. Как известно специалистам в данной области, этилен и альфа-олефины могут быть сополимеризованы с другими диеновыми мономерами для получения ЭПДМ эластомерных тройных сополимеров. В этом случае содержание диенов должно быть меньше чем 20%, предпочтительно от 2 до 15%. Эти тер-мономеры могут быть выбраны из:
o o диенов с линейной цепью, таких как 1,4-гексадиен и 1,6-октадиен;
o o ациклических диенов с разветвленной цепью, таких как 5-метил-1,4-гексадиен;
3,7-диметил-1,6-октадиен; 3,7-диметил-1,7-октадиен;
o o ациклических диенов с единственным кольцом, таких как 1,4-циклогексадиен;
1,5 - циклооктадиен; 1,5- циклододека-диен;
o o диенов, имеющих соединенные мостиком ациклические кольца, таких как метилтетрагидроинден; дициклопентадиен; бицикло [2,2,2] гепта 2,5-2,5-диен; алкенил, алкилиден, циклоалкенил и циклоалкилиден норборнены, такие как 5-метилен-2-норборнен; 5-эталиден-2-норборнен (ЭНБ); 5-пропенил-2-норборнен. Среди несопряженных диенов, обычно используемых для получения этих сополимеров, диены, содержащие хотя бы одну двойную связь в растянутом кольце, являются предпочтительными, более предпочтительным является 5-этилиден-2-норборнен (ЭНБ). В способе получения эластомерных сополимеров соединения VL3 используют вместе с сокатализатором, выбираемым из сокатализаторов, имеющих общую формулу Rn AlXm, где R представляет C1-C20 алкильный радикал, Х представляет галоген, m +n = 3, m является целым числом от 0 до 2. Алкилалюминий хлориды, такие как Аl(С2H5)2Сl, Al(C2H5)Cl2, являются особенно пригодными для использования, наиболее предпочтительным является диэтилалюминий хлорид. Молярное отношение между сокатализатором и ванадием может изменяться от 5 до 1000, предпочтительно от 9 до 60. В способе сополимеризации, в дополнение к соединению ванадия настоящего изобретения и сокатализатору, является предпочтительным, как известно специалистам в данной области, также использовать промотор катализа. Эти промоторы катализа обычно принадлежат к группе хлорированных органических соединений, например этилтрихлорацетат, н-бутилперхлор-кротонат, диэтилдихлормалонат, четыреххлористый углерод, хлороформ. Молярное отношение между промотором и ванадием может изменяться от 0/1 до 1000/1, предпочтительно от 0,5/1 до 40/1, более предпочтительно от 1/1 до 10/1. Способ настоящего изобретения осуществляется в растворе или в суспензии, предпочтительно в суспензии, в реакционной среде, в которой полимер является по существу нерастворимым. В предпочтительном воплощении реакционная среда преимущественно состоит из одного из сополимеров, к которому необязательно добавляют насыщенный углеводород, такой как пропан, бутан, пентан, гексан или ароматические соединения, предпочтительно пропан, в качестве разбавителя. Температуру полимеризации поддерживают при значении между -5oС и 65oС, предпочтительно от 25oС до 50oС. Время контакта изменяется от 10 минут до 6 часов, предпочтительно от 15 минут до 1 часа. Полимеризацию обычно проводят с водородом в качестве модератора и регулятора молекулярного веса, осуществляя реакцию при общем давлении от 5 до 100 бар, предпочтительно от 8 до 30 бар, при отношении между парциальным давлением этилена и парциальным давлением водорода, большем чем 4, предпочтительно большем чем 20. Однако другие соединения, например диэтилцинк, могут быть использованы в качестве регулятора молекулярного веса. Компонент катализатора настоящего изобретения при тех же самых условиях обеспечивает более высокие каталитические выходы по отношению к компонентам катализатора, известным из литературы, таким как, например, ванадий (III) ацетилацетонат. Последующие примеры обеспечивают лучшее понимание настоящего изобретения. ПРИМЕРЫ
Все реагенты являются коммерческими продуктами; растворители, используемые при полимеризации, и промоторы деаэрируют в атмосфере азота и обезвоживают на кремнеземе и молекулярных ситах. Органические соединения алюминия используют в растворе, разбавленном гексаном. Комплексы ванадия характеризуют с помощью спектра 1Н ЯМР на спектрометре Bruker AM 300 при комнатной температуре. Образцы готовят путем растворения соединений в дейтерированном толуоле. Наблюдаемые сигналы, обусловленные парамагнитными ядрами ванадия, распределены в области, расположенной в диапазоне от примерно 94 до 150 миллионных долей. Сополимеры, полученные в последующих примерах, характеризуются следующим образом:
А) Состав и отношения продукта реакции (r1


Получение V(fC5)3, т. е. соединения, имеющего общую формулу VL3, где L является 2-формилциклопентаноатом. а) Приготовление лиганда
33 мл этилформиата и 44,7 мл натрийметилата при 33% в метаноле добавляют к 300 мл безводного этилового эфира в атмосфере азота. Температуру устанавливают при ОoС и по каплям медленно добавляют 23,1 мл циклопентанона, следя за тем, чтобы температура не превышала 5oС, в течение 4 часов, а затем при комнатной температуре в течение примерно 20 часов. Твердый преципитат фильтруют, а затем промывают безводным эфиром, а затем опять гептаном. Получают примерно 20 г продукта. б) Приготовление соединения ванадия
8,7 грамма лиганда, предварительно приготовленного на стадии (а), растворяют в 60 мл воды, деаэрированной в атмосфере азота; затем медленно добавляют 3,38 грамма трихлорида ванадия, растворенного в 60 мл деаэрированной воды к этому раствору. 200 мл толуола добавляют к образовавшейся суспензии, толуоловую фазу затем выпаривают в вакууме, получая 5,2 грамма продукта, который при анализе показывает содержание 11,4% ванадия. Указанный выше комплекс ванадия имеет следующий спектр:
1H ЯМР: 94,81 м. д. (1Н), 93,95 м. д. (1Н), 85,02 м. д. (1Н), 83,80 м. д. (1H), 82,96 м. д. (2Н), 74,97 м. д. (2Н), 1,32 м. д. (1H), -0,68 м. д. (1H), -0,87 м. д. (1H), -1,20 м. д. (1H), -1,35 м. д. (1H), -1,56 м. д. (1H), -1,70 м. д. (1H), -1,97 м. д. (1H), -2,0 м. д. (1H), -3,15 м. д. (1H), -6,46 м. д. (1H), -8,76 м. д. (1H), -9,36 м. д. (1H), -14,0 м. д. (1H), -16,34 м. д. (1H), -18,54 м. д. (1H), -136,36 м. д. (1H), -140,50 м. д. (1Н), -143,52 м. д. (1H), -148,65 м. д. (1H). Сополимеризация этилена и пропилена
900 мл жидкого пропилена загружают в совершенно обезвоженный, способный выдержать высокое давление реактор объемом 1,7 дм3, снабженный мешалкой с лопастями. Реактор является термостатированно-регулируемым при 30oС, и его насыщают этиленом до тех пор, пока не будет достигнуто избыточное давление в 5,4 бар (соответствующее составу жидкой фазы, указанному в таблице 1), а впоследствии - еще и избыточное давление водорода в 2 бар. Общее давление в верхней части реактора составляет 18,5 бар. Затем в реактор загружают 0,31 грамма ДЕАХ (деэтил-алюминийхлорид), растворенного в гексане, а затем малыми порциями 0,026 грамм V(fC5)3 и 0,072 грамм н-бутилперхлор-кротоната, растворенного в толуоле (в соответствии с количеством ванадия, указанным в таблице 1). Реакцию проводят при постоянной температуре, вводя непрерывно полиэтилен для поддержания давления постоянным. Через 65 минут, когда реакция прекращается, мономеры испаряют и 168 грамм сополимера извлекают и впоследствии характеризуют (результаты в таблице 1). Сравнительный ПРИМЕР 3 - сополимеризация этилена и пропилена
900 мл жидкого пропилена загружают в способный выдержать высокое давление реактор, описанный выше. Реактор является термостатированно-регулируемым при 35oС, и его насыщают этиленом до тех пор, пока не будет достигнуто избыточное давление в 5,7 бар (соответствующее составу жидкой фазы, указанному в таблице 1), а впоследствии - еще и избыточное давление водорода в 2,2 бар. Общее давление в верхней части реактора составляет 21,6 бар. Следуя процедуре, описанной выше (примеры 1 и 2), в реактор загружают 0,21 грамм ДЕАХ, растворенного в гексане, и 0,072 грамм н-бутилперхлоркротоната, растворенного в толуоле. Реакцию проводят при постоянной температуре, вводя непрерывно полиэтилен для поддержания давления постоянным. Через 60 минут, когда реакция прекращается, мономеры испаряют и 110 грамм сополимера извлекают и впоследствии характеризуют (результаты в таблице 1). ПРИМЕР 4
900 мл жидкого пропилена загружают в способный выдержать высокое давление реактор, описанный выше. Реактор является термостатированно-регулируемым при 35oС, и его насыщают этиленом до тех пор, пока не будет достигнуто избыточное давление в 5,7 бар (соответствующее составу жидкой фазы, указанному в таблице 1), а впоследствии - еще и избыточное давление водорода в 1,8 бар. Общее давление в верхней части реактора составляет 20,8 бар. Затем в реактор загружают 0,31 грамм ДЕАХ, 0,22 грамм V(fC5)3 и 0,072 г н-бутилперхлоркротоната (нБПХК), растворенных в толуоле (в соответствии с количеством ванадия, указанным в таблице 1). Реакцию проводят при постоянной температуре, вводя непрерывно полиэтилен для поддержания давления постоянным. Через 50 минут, когда реакция прекращается, мономеры испаряют и 118 г сополимера извлекают и впоследствии характеризуют (результаты в таблице 1). ПРИМЕР 5 - Получение V(acC5)3, т. е. VL3, где L является 2-ацетилциклопентаноатом
5,23 грамма гидроксида натрия растворяют в 100 мл воды, деаэрированной в атмосфере азота; затем к этому раствору добавляют 16,8 грамм 2-ацетилциклопентанона, а затем медленно растворяют 5,95 грамм трихлорида ванадия, растворенного в 100 мл деаэрированной воды при 70oС. Образовавшуюся суспензию затем фильтруют в атмосфере азота, промывая теплой водой. Преципитат затем экстрагируют толуолом и толуоловый раствор затем выпаривают в вакууме, получая 12 грамм продукта, который при анализе показывает содержание 11,15% ванадия. Комплекс ванадия, полученный таким образом, имеет следующий спектр 1Н ЯМР:
75,1-74,20-73,62 м. д. (8Н), 50,14 м. д. (3Н), 49,80 м. д. (3Н), 48,43 м. д. (6Н), -1,21 (4Н), -1,54 (4Н), -4,91 м. д. (1Н), -5,34 м. д. (1Н), -5,75 м. д. (1Н), -6,28 м. д. (1Н), -6,62 м. д. (1Н), -7,07 м. д. (1H), -7,49 м. д. (1H), -7,94 м. д. (1Н). Сополимеризация этилена и пропилена
900 мл жидкого пропилена загружают в способный выдержать высокое давление реактор, описанный выше. Реактор является термостатированно-регулируемым при 35oС, и его насыщают этиленом до тех пор, пока не будет достигнуто избыточное давление в 5,7 бар (соответствующее составу жидкой фазы, указанному в таблице 1), а впоследствии - еще и избыточное давление водорода в 2,5 бар. Общее давление в верхней части реактора составляет 21,6 бар. 0,31 грамм ДЕАХ, растворенного в гексане, 0,026 грамм V(acC5)3, и 0,072 грамм н-бутилперхлоркротоната, растворенного в толуоле (в соответствии с количеством ванадия, указанным в таблице 1), затем загружают в реактор. Реакцию проводят при постоянной температуре, вводя непрерывно этилен для поддержания давления постоянным. Через 60 минут, когда реакция прекращается, мономеры испаряют и 127 грамм сополимера извлекают и впоследствии характеризуют (результаты в таблице 1). Сравнительный ПРИМЕР 6
920 мл жидкого пропилена загружают в способный выдержать высокое давление реактор, описанный выше. Реактор является термостатированно-регулируемым при 40oС, и его насыщают этиленом до тех пор, пока не будет достигнуто избыточное давление в 6 бар (соответствующее составу жидкой фазы, указанному в таблице 1), а впоследствии - еще и избыточное давление водорода в 2 бар. Общее давление в верхней части реактора составляет 23,5 бар. 0,31 грамм ДЕАХ, растворенного в гексане, а затем 0,02 грамма ванадий (III) ацетилацетоната и 0,072 грамм н-бутил-перхлоркротоната, растворенного в толуоле (в соответствии с количеством ванадия, указанным в таблице 1), затем добавляют в реактор. Реакцию проводят при постоянной температуре, вводя непрерывно этилен для поддержания давления постоянным. Через 45 минут, когда реакция прекращается, мономеры испаряют, и 97 грамм сополимера извлекают и впоследствии характеризуют (результаты в таблице 1). ПРИМЕР 7
1650 мл жидкого пропилена загружают в способный выдержать высокое давление реактор; реактор является термостатированно-регулируемым при 40oС, и его насыщают этиленом до тех пор, пока не будет достигнуто избыточное давление в 6 бар (соответствующее составу жидкой фазы, указанному в таблице 1), а впоследствии - еще и избыточное давление водорода в 2 бар. Общее давление в верхней части реактора составляет 23,3 бар. 0,276 грамм ДЕАХ, растворенного в гексане, а затем 0,0256 грамм V(fC5)3, и 0,072 г н-бутилперхлоркротоната, растворенных в толуоле (в соответствии с количеством ванадия, указанным в таблице 1), затем загружают в реактор. Реакцию проводят при постоянной температуре, вводя непрерывно полиэтилен для поддержания давления постоянным. Через 40 минут, когда реакция прекращается, мономеры испаряют и 128 г сополимера извлекают и впоследствии характеризуют (результаты в таблице 1). ПРИМЕР 8
920 мл жидкого пропилена загружают в способный выдержать высокое давление реактор, и реактор является термостатированно-регулируемым при 40oС, и его насыщают этиленом до тех пор, пока не будет достигнуто избыточное давление в 6 бар (соответствующее составу жидкой фазы, указанному в таблице 1), а впоследствии - еще и избыточное давление водорода в 2 бара. Общее давление в верхней части реактора составляет 23,5 бар. 0,31 грамм ДЕАХ, 0,026 грамм V(acC5)3 и 0,072 грамма н-бутилперхлоркротоната, растворенного в толуоле (в соответствии с количеством ванадия, указанным в таблице 1), затем загружают в реактор. Реакцию проводят при постоянной температуре, вводя непрерывно этилен для поддержания давления постоянным. Через 50 минут, когда реакция прекращается, мономеры испаряют и 120 грамм сополимера извлекают и впоследствии характеризуют (результаты в таблице 1).
Класс C08F4/68 ванадий, ниобий, тантал или их соединения
Класс C08F210/16 сополимеры этена с альфа-алкенами, например этилен-пропиленовые каучуки
Класс C08F210/18 с диенами, содержащими несопряженные двойные связи, например тройные этилен-пропиленовые сополимеры