CN101759713B

CN101759713B - 一种硅氧烷类化合物及其制备方法

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Publication number: CN101759713B
Application number: CN2008102405666A
Authority: CN
Inventors: 王军; 马晶; 刘海涛; 李现忠; 彭人琪; 李季禹; 马吉星; 陈建华; 张晓帆; 李昌秀; 蔡晓霞; 高明智
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: CN101759713A

Abstract

本发明提供了一种具有通式(I)所示的硅氧烷类化合物及其制备方法和该化合物作为烯烃聚合催化剂组分的应用，特别是在丙烯聚合反应中应用，含有该化合物作为外给电子体组分的催化剂体系具有较好的氢调敏感性，具有较高的聚合活性，聚合物具有较高的等规度。

Description

一种硅氧烷类化合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型的硅氧烷类化合物及其制备方法以及该化合物作为烯烃聚合催化剂组分的应用。

技术背景

自五十年代Ziegler-Natta催化剂发现以来，丙烯聚合反应催化剂的研发从第一代的TiCl₃AlCl₃/AlEt₂Cl体系到第二代的TiCl₃/AlEt₂Cl体系，再到第三代的以氯化镁为载体、单酯或芳香二元酸酯为内给电子体、硅烷为外给电子体的TiCl₄·ED·MgCl₂/AlR₃·ED体系，催化剂的催化聚合反应活性以及所得聚丙烯等规度都有了很大的提高。

在现有技术中，用于烯烃聚合或共聚合的Ziegler-Natta催化剂，其活性组分通常以镁、钛和卤素为主要成分，在用于聚合反应时，要同时加入助催化剂有机铝化合物以及外给电子体组分，外给电子体组分通常为有机硅烷类化合物，特别是对于丙烯的定向聚合反应而言，在无外给电子体作用时，大多数催化剂的定向性较低，得到的聚合物的等规指数也较低(一般低于90％)，不利于催化剂的工业应用。因此加入外给电子体组分对多数丙烯聚合催化剂起着非常重要的作用。

目前已公开了多种可用作丙烯聚合的外给电子体化合物，例如芳香羧酸酯(应用于第一、二代Z-N催化剂，但活性低)、有机胺(主要应用于第一、二代Z-N催化剂，活性低)、1，3-二醚(活性高，但所得聚合物分子量分布窄)、杯芳烃化合物、氨基硅烷化合物以及二甲氧基硅烷类化合物等。

中国专利CN1939939A报道了以烷氧基硅烷化合物作为外给电子体的丙烯聚合物的制造方法，该类化合物的分子结构中含有三个烷氧基，典型的化合物包括1，1，1-三甲基-3，3，3-三乙氧基二硅丙烷(TMTEDSP)、1，1，1-三甲基-4，4，4-三乙氧基二硅丙烷(TMTEDSB)、1，1，1-三甲基-5，5，5-三乙氧基二硅丙烷(TMTEDSPN)、1，1，1-三甲基-3，3，3-三甲氧基二硅丙烷(TMTMDSP)等，可得到具有高等规度、高熔体流动指数的丙烯聚合物。

WO00/63261公开了一类用于烯烃聚合的硅烷类外给电子体化合物，通式为R¹aR²b(OR³)c，其中c为1～3的整数，且(a+b+c)为4，其优选的外给电子体包括环己基甲基二甲氧基硅烷(CHMMS)和环己基三甲氧基硅烷等，用于丙烯聚合反应时，可得到高等规度的聚合物产品。

综上所述，对目前的给电子体化合物而言，本行业通常认为，在使用如通式为R¹aR²b(OR³)c的硅烷类化合物，c不能为4，否则该结构的化合物就不适合作为外给电子体使用。但令人意外的是，本发明人发现一类四烷氧基类硅氧烷类结构的化合物，当其用于烯烃聚合的外给电子体时，特别是用于丙烯聚合反应时，可得到较高等规度的聚合物，催化剂体系的氢调敏感性也较好。

发明内容

本发明的目的在于提供具有如下通式(I)的硅氧烷类化合物：

式中R₁-R₄、R^a和R^b基团相同或不同，为氢或C₁-C₆的直链或C₃-C₆支链的烷基、C₃-C₂₀环烷基、C₆-C₂₀芳基或芳烷基；R^c和R^d相同或不同，为C₁-C₆的直链或C₃-C₆支链的烷基、C₃-C₂₀环烷基、C₆-C₂₀芳基或C₇-C₂₀芳烷基。

优选地，通式(I)中R₁-R₄相同或不同，为氢或甲基或乙基；R^a和R^b相同或不同，为异丙基、异丁基或异戊基；R^c和R^d相同或不同，为甲基、乙基、丙基、环戊基或环己基。

更优选，其中通式(I)中R^a和R^b，相同或不同，为异丙基、异丁基或异戊基，R^c和R^d相同或不同，为甲基、乙基，R₁-R₄为氢原子

具体地，通式(I)所述的硅氧烷类化合物，包括如下化合物：3，5-二甲基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、4-乙基-3，5-二甲基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、4-异丁基-3，5-二甲基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、4-异丙基-4-异戊基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、3，5-二乙基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、3，5-二乙基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、3，5-二异丙基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、3，5-二丁基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、3，5-二异丁基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、3，5-二丙基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、3，5-二甲基-1，1-二乙氧基-2，6-二氧环己硅烷、3，5-二丁基-1，1-二甲乙基-2，6-二氧环己硅烷、3，5-二异丁基-1，1-二甲乙基-2，6-二氧环己硅烷、4-丙基-4-异戊基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、3-异丁基-5-甲基-1，1-二甲乙基-2，6-二氧环己硅烷、4-环戊基-4-异戊基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、4-环戊基-4-丁基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、4-环戊基-4-异丁基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、4-环己基-4-异丁基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、4-异丙基-4-戊基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷、、4-异丙基-4-环戊基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷。

上述通式(I)的硅氧烷类化合物可采用多种方法制备。其优选的制备方法可包括如下步骤：在惰性溶剂中，任选地在碱或碱性物质存在下，将如通式(II)所示的醇类化合物与如通式(III)所示的四烷氧基硅烷化合物或如通式(IV)所示的二氯代二烷氧基硅烷化合物进行反应，得到相应的通式(I)的硅氧烷类化合物，所述的醇类化合物与所述的四烷氧基硅烷化合物或二氯代二烷氧基硅烷化合物的摩尔比为6～2∶1优选3～2∶1。

其中通式(II)中的R₁-R₄、R^a和R^b如通式(I)中的定义；

其中通式(III)、(IV)中的R^c和R^d如通式(I)中的定义。

其中所述的惰性溶剂选自酰胺、卤代烃、烃、醚，具体如二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、正己烷、环己烷、石油醚、乙醚、四氢呋喃、甲基叔丁基醚和N，N-二甲基甲酰胺的一种或几种。优选的溶剂是乙醚、正己烷、四氢呋喃等。

其中所述的碱或碱性物质包括有机碱和无机碱，例如Na、K、NaOH、KOH、NaH、KH、CaH₂、NaCO₃、K₂CO₃、NH₃、Et₃N、Me₃N、Bu₃N、吡啶、咪唑或4-二甲氨基吡啶及其混合物。

上述制备方法通常在-20℃～100℃下进行，优选在较低的温度下进行，更优选-5℃至室温下进行反应。

上述制备方法一个特定的实施方案为：在碱或碱性物质存在下，进行通式(II)所示的醇类化合物与如通式(III)所示的四烷氧基硅烷化合物或如通式(IV)所示的二氯代二烷氧基硅烷化合物进行反应，其中醇类化合物与四烷氧基硅烷化合物或二氯代二烷氧基硅烷化合物与碱的摩尔比为6～2∶1∶6～2，优选3～2∶1∶3～2。

本发明还涉及硅氧烷类化合物在烯烃聚合反应中的应用/用途，该硅氧烷类化合物可以作为催化剂组合物中的外给电子体组分，本发明的硅氧烷类化合物作为外给电子体特别适用于丙烯均聚或共聚。烯烃聚合方法和外电子体化合物的使用方式和用量是本领域所熟知的。

烯烃聚合方法是在包括主催化剂、助催化剂和外给电子体的存在下，进行的烯烃聚合反应，主催化剂包括钛、镁、卤素和给电子体化合物，优选主催化剂的制备：首先，将镁化合物溶解于由有机环氧化合物、有机磷化合物和惰性稀释剂组成的溶剂体系中，形成均匀溶液后与钛化合物混合，在助析出剂存在下，析出固体物；此固体物采用内给电子体进行处理，使其载附于固体物上，必要时，再用四卤化钛和惰性稀释剂对固体物进行处理，得到的主催化剂含镁、钛、卤素、磷、硅和内给电子体化合物。其中助析出剂为有机酸酐、有机酸、醚、酮中的一种，或它们的混合物。具体如：乙酸酐、邻苯二甲酸酐、丁二酸酐、顺丁烯二酸酐、均苯四甲酸二酐、醋酸、丙酸、丁酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙酮、甲乙酮、二苯酮、甲醚、乙醚、丙醚、丁醚、戊醚。

其中助催化剂为通式为AlR_nX_3-n的烷基铝化合物，式中R为氢，碳原子数为1～20的烃基，X为卤素，n为1＜n≤3的数；具体可选自三乙基铝、三丙基铝、三正丁基铝、三异丁基铝、三正辛基铝、三异丁基铝、一氢二乙基铝、一氢二异丁基铝、一氯二乙基铝、一氯二异丁基铝、倍半乙基氯化铝、二氯乙基铝，优选三乙基铝、三异丁基铝。

具体实施方式

给出以下实施例以便更好地说明本发明，并不用来限制本发明的范围。

测试方法：

1、聚合物熔融指数：根据ASTM D1238-99测定。

2、聚合物等规度：采用庚烷抽提法测定(庚烷沸腾抽提6小时)，即取2g干燥的聚合物样品，置于抽提器中用沸腾庚烷抽提6小时，之后将剩余物干燥至恒重，所得聚合物重量(g)与2的比值即为等规度。

3、分子量及分布测试：聚合物分子量及分子量分布MWD(MWD＝Mw/Mn)采用PL-GPC220以三氯苯为溶剂在150℃下的测定(标样：PS，流速：1.0ml/min，柱子：3xPlgel 10um M1xED-B 300×7.5nm)。

(一)硅氧烷类化合物的制备

实施例1：化合物3，5-二甲基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷的合成：

在一个反应瓶中，氮气保护和无水条件下，加入2，4-戊二醇(10.4克，0.1摩尔)、四甲氧基硅烷(7.6克，0.05摩尔)和四氢呋喃(150mL)，冷却条件下于2小时内分批加入氢化钠(2.4克，0.1摩尔)，加完后室温反应6小时。加入饱和氯化铵水溶液，搅拌后分出有机相，用乙醚萃取三次，合并有机相。依次用水、饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥后除去溶剂。余物经柱层析分离纯化后得到产品6.5克(产率34％)。

¹H-NMR(δ，ppm，TMS，CDCl₃)：4.2(6H，s，OCH₃)，3.9(2H，s，OCH₂)，3.7(2H，s，OCH₂)，2.1(3H，s，CH₃)，1.9(3H，s，CH₃)。

实施例2：化合物4-乙基-3，5-二甲基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷的合成

(1)3-乙基-2，4-戊二酮的合成

在一经氮气吹排后的反应瓶中，加入氢化钠(2.4克，0.1摩尔)和四氢呋喃(70mL)，搅拌冷却下滴加入2，4-戊二酮(10克，0.1摩尔)，滴加完毕后室温反应4小时。冷却下加入溴乙烷(16.4克，0.15摩尔)和四氢呋喃(20mL)的混合溶液，加完后室温反应0.5小时，加热回流反应6小时，冷却到室温。加入饱和氯化铵水溶液，搅拌0.5小时后分出有机相，水层用乙醚萃取三次，合并有机相。依次用水、饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥后除去溶剂。余物减压蒸馏，收集120～125℃/7mmHg的馏分(文献128～132℃/7mmHg)，得到产品6.3克(产率49％)。

(2)4-乙基-3，5-二甲基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷的合成

无水无氧氮气气氛下，依次加入LiAlH₄(0.4克，0.01mol)和乙醚(80ml)。冰水浴条件下慢慢滴加入上述合成的3-乙基-2，4-戊二酮(5.2克，0.04mol)，常温下反应6hr。缓慢滴加入氢氧化钠水溶液终止反应，过滤，固体组分用无水乙醚洗涤三次，合并有机相，无水硫酸钠干燥。旋转蒸发仪蒸干溶剂，得到粗产品，柱层析后分出产物醇3.2克。

向上述产物中加入无水乙醚(80mL)和、四甲氧基硅烷(1.52克，0.01摩尔)，搅拌溶解后，1小时内分批加入叔丁醇钾(0.02mol)，加完后保持室温反应8小时后再加热回流2hr，降至常温。无水乙醚洗涤萃取三次。合并有机相，用饱和食盐水充分洗涤后无水硫酸钠干燥。除去溶剂，过柱层析分离纯化后得到产品1.3克(产率30％)。

¹H-NMR(δ，ppm，TMS，CDCl₃)：4.2(3H，s，OCH₃)，3.9(3H，s，OCH₃)，3.5(1H，s，OCH)，3.3(1H，s，OCH)，1.7(H，m，CH)，1.3～1.5(2H，m，CH₂)，0.6～1.1(9H，s，CH₃)。

实施例3：化合物4-异丁基-3，5-二甲基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷的合成：

在一个反应瓶中，氮气保护和无水条件下，加入3-异丁基-2，4-戊二醇(16克，0.1摩尔)、四甲氧基硅烷(7.6克，0.05摩尔)和四氢呋喃(200mL)，冷却条件下于1小时内分批加入叔丁醇钾(11.2克，0.1摩尔)，加完后室温反应6小时。加入饱和氯化铵水溶液，搅拌后分出有机相，用乙醚萃取三次，合并有机相。依次用水、饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥后除去溶剂。余物蒸干溶剂后，经柱层析分离后得8.9克产品(产率36％)。

¹H-NMR(δ，ppm，TMS，CDCl₃)：4.1(3H，s，OCH₃)，3.9(3H，s，OCH₃)，3.5(2H，s，OCH₂)，1.8(2H，m，CH)，1.2～1.5(4H，m，CH₂)，0.6～1.0(12H，m，CH₃)。

实施例4：化合物4-异丙基-4-异戊基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷的合成

在一个反应瓶中，氮气保护和无水条件下，加入2-异丙基-2-异戊基-1，3-丙二醇(18.8克，0.1摩尔)、四甲氧基硅烷(7.6克，0.05摩尔)和四氢呋喃(150mL)，冷却条件下于2小时内分批加入叔丁醇钾(11.2克，0.1摩尔)，加完后室温反应8小时。加入饱和氯化铵水溶液，搅拌后分出有机相，用乙醚萃取三次，合并有机相。依次用水、饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥后除去溶剂。余物除溶剂后经柱层析分离后得7.7克产品(产率28％)。

¹H-NMR(δ，ppm，TMS，CDCl₃)：4.2(3H，s，OCH₃)，4.0(3H，s，OCH₃)，3.8(4H，s，OCH₂)，1.0～1.4(4H，m，CH₂)，0.6～0.9(12H，m，CH₃)。

实施例5：化合物3，5-二乙基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷的合成

在一个反应瓶中，氮气保护和无水条件下，加入3，5-庚二醇(13.2克，0.1摩尔)、四甲氧基硅烷((7.6克，0.05摩尔)和四氢呋喃(150mL)，冷却条件下于2小时内分批加入叔丁醇钾(11.2克，0.1摩尔)，加完后室温反应6小时。加入饱和氯化铵水溶液，搅拌后分出有机相，用乙醚萃取三次，合并有机相。依次用水、饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥后除去溶剂。余物除溶剂后经柱层析分离后得7.7克产品(产率35％)。

¹H-NMR(δ，ppm，TMS，CDCl₃)：4.2(3H，s，OCH₃)，4.0(3H，s，OCH₃)，3.8(4H，s，OCH₂)，1.5～1.7(2H，m，CH)，1.0～1.4(4H，m，CH₂)，0.7～0.9(6H，m，CH₃)。

(二)含钛的固体催化剂组分的制备

在经过高纯氮气充分置换的反应器中，依次加入氯化镁4.8g，甲苯95ml，环氧氯丙烷4ml，磷酸三丁酯(TBP)12.5ml，搅拌下升温至50℃，维持2.5小时，待固体完全溶解后，加入邻苯二甲酸酐1.4g，继续维持1小时，将溶液冷却至-25℃以下，1小时内滴加入TiCl₄56ml，缓慢升温至80℃，逐渐将固体物析出，加入邻苯二甲酸二丁酯6mmol，维持温度1小时，热过滤后，加入甲苯70ml，洗涤二次，得到固体。再加入甲苯60ml，TiCl₄40ml，升温到100℃，处理2小时，除去滤液后，再加甲苯60ml，TiCl₄40ml，升温到100℃，进行三次洗涤，时间各为10分钟，处理2小时，除去滤液，加入甲苯60ml，沸腾下洗涤三次。再加入己烷60ml，沸腾下洗涤两次。加入己烷60ml，常温洗涤两次后得到固体物8.4g(含钛固体催化剂组分)，含Ti：2.9％、Mg：36.2％、Cl：50.6％。

(三)丙烯聚合实验

容积为5L的不锈钢反应釜，经气体丙烯充分置换后，加入AlEt₃2.5ml，上述实施例1～5中合成的硅烷类化合物0.1mol，再加入上述制备的含钛固体催化剂组分10mg以及1L氢气，通入液体丙烯2.3L，升温至70℃，维持此温度1小时，降温，放压，出料得PP树脂，具体的聚合结果见附表1。

附表1

实施例	硅氧烷类化合物	活性(gPP/gCat)	等规度(％)	Mw/Mn
					1	3，5-二甲基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷	27800	96.5	4.80
2	4-乙基-3，5-二甲基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷	35300	96.7	4.50
					3	4-异丁基-3，5-二甲基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷	32000	96.8	6.44
4	4-异丙基-4-异戊基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷	35500	97.6	4.67
					5	3，5-二乙基-1，1-二甲氧基-2，6-二氧环己硅烷	25900	96.8	5.13

(四)不同氢气下的聚合实验结果比较

采用上述的丙烯聚合条件，只是改变氢气的加入量为1L和2.4L，比较所得聚合物的熔融指数的变化情况，具体结果见附表2。

对比例1：采用上述的丙烯聚合条件，只是将外给电子体化合物改为甲基环己基二甲氧基硅烷。

附表2

从表1中可以看出，本发明的硅氧烷类化合物在作为烯烃聚合催化剂中外给电子体组分使用时，催化剂的聚合活性和聚合产物的等规度均较为理想。从表2种可以看出，在相同的氢气加入量下，当作为丙烯聚合催化剂体系的外给电子体组分时，本发明的硅氧烷类化合物所得聚合物的熔融指数高于现有技术中常用的硅氧烷化合物，且随着氢气加入量的增加，聚合物的熔融指数的增加尤为明显，这一点非常有利于开发不同牌号得聚合物产品。

Claims

1.一种如通式(I)所示的硅氧烷类化合物：

式中R₁-R₄基团相同或不同，为氢或C₁-C₆的直链或C₃-C₆支链的烷基、C₃-C₂₀环烷基、C₆-C₂₀芳基或芳烷基；R_a和R_b基团相同或不同，为异丙基、异丁基或异戊基；R^c和R^d相同或不同，为C₁-C₆的直链或C₃-C₆支链的烷基、C₃-C₂₀环烷基、C₆-C₂₀芳基或C₇-C₂₀芳烷基。

2.根据权利要求1所述的硅氧烷类化合物，其中通式(I)中R₁-R₄，相同或不同，为氢或甲基或乙基。

3.根据权利要求1所述的硅氧烷类化合物，其中通式(I)中R^c和R^d，相同或不同，为甲基、乙基、丙基、环戊基或环己基。

4.根据权利要求1所述的硅氧烷类化合物，其中通式(I)中R^c和R^d相同或不同，为甲基、乙基，R₁-R₄为氢原子。

5.权利要求1-4之一所述的硅氧烷类化合物的制备方法，包括如下步骤：

在惰性溶剂中，任选地在碱性物质存在下，将如通式(II)所示的醇类化合物与如通式(III)所示的四烷氧基硅烷化合物或如通式(IV)所示的二氯代二烷氧基硅烷化合物进行反应，得到相应的通式(I)的硅氧烷类化合物，其中醇类化合物与四烷氧基硅烷化合物或二氯代二烷氧基硅烷化合物的摩尔比为6～2∶1；

其中通式(II)中的R₁-R₄、R^a和R^b如通式(I)中的定义；

其中通式(III)、(IV)中的R^c和R^d如通式(I)中的定义。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中所述的醇类化合物与所述的四烷氧基硅烷化合物或二氯代二烷氧基硅烷化合物的摩尔比为2～3∶1。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其中所述的惰性溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、正己烷、环己烷、石油醚、乙醚、四氢呋喃、甲基叔丁基醚和N，N-二甲基甲酰胺的一种或几种。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其中所述的碱性物质为Na、K、NaOH、KOH、NaH、KH、CaH₂、NaCO₃、K₂CO₃、NH₃、Et₃N、Me₃N、Bu₃N、吡啶、咪唑或4-二甲氨基吡啶及其混合物。

9.权利要求1-4之一所述的硅氧烷类化合物在烯烃聚合反应中的应用，其特征在于，将所述的硅氧烷类化合物作为催化剂组合物中的外给电子体组分。

10.根据权利要求9所述的硅氧烷类化合物在烯烃聚合反应中的应用，其中所述的烯烃聚合是丙烯均聚反应或共聚。