DE69121813T2 - Additionspolymerisationskatalysator mit oxidativer Aktivität - Google Patents
Additionspolymerisationskatalysator mit oxidativer AktivitätInfo
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf eine Stoffzusammensetzung, die als Katalysator geeignet ist, auf ein Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung dieser Katalysatoren und auf ein Verfahren zur Verwendung der Zusammensetzung als Additionspolymerisationskatalysatoren. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf Katalysatorzusammensetzungen, auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Katalysatorzusammensetzungen und auf ein Verfahren zur Polymerisierung von Olefinen, Diolefinen und/oder acetylenisch ungesättigten Monomeren, wobei diese Katalysatoren verwendet werden.
- Die Verwendung von Katalysatoren des Ziegler-Natta-Typs bei der Polymerisation von additionspolymerisierbaren Monomeren ist selbstverständlich im Stand der Technik bekannt. Im allgemeinen enthalten diese löslichen Systeme eine Gruppe-4-oder Lanthanidmetallverbindung und einen Metallalkylcokatalysator, insbesondere einen Aluminiumalkylcokatalysator.
- In EP-A-0 277 004 sind bestimmte Bis(cyclopentadienyl)metallverbindungen, die durch Umsetzung eines Bis(cyclopentadienyl)metallkomplexes mit Salzen von Bronsted-Säuren, die ein nichtkoordinierendes kompatibles Anion enthalten, gebildet werden, beschrieben. Diese Druckschrift offenbart die Tatsache, daß solche Komplexe geeigneterweise als Katalysatoren bei der Polymerisation von Olefinen eingesetzt werden.
- Nachteiligerweise wurde nun gefunden, daß Katalysatoren, die entsprechend der oben erwähnten Technik hergestellt werden, nachteilig durch die Gegenwart von Nebenprodukt-Amin- oder Phosphinverbindungen, die aus der Katalysatorbildung resultieren, beeinträchtigt werden. Das heißt, die Vorgehensweise der EP-A-0 277 004 beinhaltet eine irreversible Reaktion zwischen einem Liganden der Metallverbindung und einem Kation des Bronsted-Säuresalzes. In der Praxis sind solche Kationen im allgemeinen Trialkylammonium- oder Phosphoniumionen, die zu der Bildung eines tertiären Amins oder Phosphins durch Protonentransfer auf den Liganden während der Katalysatorbildung führen. Solche Amin- oder Phosphinverbindungen sind unerwünschte Komponenten des resultierenden Katalysators aufgrund ihres inhibierenden Effektes auf die Additionspolymerisationen.
- Es wäre wünschenswert, wenn ein Additionspolymerisationskatalysator bereitgestellt werden könnte, der in einer Art und Weise aktiviert wird, bei der nur nicht beeinträchtigende und inerte Nebenprodukte gebildet werden.
- In J. Am. Ch. Soc. 109, 4111-4113 1987) ist ein Verfahren zur Herstellung von kationischem Zirconium(IV)-Benzylkomplexen durch Einelektronenoxidation von dº-organometallischen Verbindungen offenbart. Die bei der Herstellung der Zirconmetallocene eingesetzten Lösungsmittel waren Tetrahydrofuran oder Methylenchlorid, die beide mit der gewünschten Katalysatorbildung wechselwirken und/oder nachteilig die darauffolgende Olefinpolymerisation beeinflussen. Zusätzlich wird in der Druckschrift ein Oxidationsmittel, das Tetraphenylborat enthält, eingesetzt. Solche Anionen sind, wie jetzt entdeckt wurde, unakzeptabel für die Verwendung in einem Oxidationsaktivierungsprozeß zur Herstellung der Additionspolymerisationskatalysatoren.
- Es ist nun festgestellt worden, daß die oben beschriebenen und anderen Nachteile des Standes der Technik bei ionischen Olefinpolymerisationskatalysatoren mit den Katalysatoren der vorliegenden Erfindung vermieden oder zumindest vermindert werden können. Zusätzlich werden verbesserte Katalysatoraktivierungsverfahren und verbesserte Additionspolymerisationsprozesse entsprechend der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes ionisches Katalysatorsystem zur Verfügung zu stellen, das bei der Polymerisation von additionspolymerisierbaren Monomeren einschl. Olefin, Diolefin und/oder acetylenisch ungesättigten Monomeren geeignet ist. Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung solcher verbesserter Katalysatoren bereitzustellen. Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Polymerisationsverfahren unter Verwendung solcher verbesserter Katalysatoren bereitzustellen. Es ist weiterhin eine andere Aufgabe dieser Erfindung, solch einen verbesserten Katalysator bereitzustellen, der nicht der Bildung von wechselwirkenden Verbindungen unterliegt. Schließlich ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, solch einen verbesserten Katalysator bereitzustellen, der eine bessere Steuerung des Molekulargewichts und der Molekulargewichtsverteilung des Produktpolymeren ermöglichen kann.
- EP-A-0 418 044 (veröffentlicht am 29. Januar 1992) offenbart u.a., daß die Verbindungen der Formel II wie folgt neue Additionspolymerisationskatalysatoren sind. Sie lehrt, daß solche Verbindungen durch Prozesse analog zu denen der EP-A-0 277 044 hergestellt werden, und daher sind diese in praxi mit tertiären Amin- oder Phosphinverbindungen kontaminiert, die aus der Reaktion des Kations des Bronsted-Säurereaktanten mit dem Metallocenreaktanten resultieren.
- In Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Additionspolymerisationskatalysators der Formel II
- zur Verfügung gestellt, worin
- M ein Metall der Gruppe 4 oder der Lanthanidenreihe des Periodensystems der Elemente ist,
- X Hydrid oder eine Kohlenwasserstoff-, Silyl- oder Germylgruppe mit bis zu 20 Kohlenstoff-, Silicium- oder Germaniumatomen ist;
- Cp* eine Cyclopentadienyl- oder substituierte Cyclopentadienylgruppe ist, die an Z gebunden ist und in einem η&sup5; Bindungsmodus an M gebunden ist, wobei die Substituenten unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Kohlenwasserstoffresten, substituierten Kohlenwasserstoffresten, wobei ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Halogenatome, kohlenwasserstoffsubstituierte Metalloidreste, worin das Metalloid aus der Gruppe 14 des Periodensystems der Elemente ausgewählt ist oder Halogenreste oder durch zwei oder mehr solcher Substituenten, die zusammen ein kondensiertes Ringsystem bilden, ersetzt sind;
- Z eine zweibindige Einheit ist, die Sauerstoff, Bor oder ein Mitglied der Gruppe 14 des Periodensystems der Elemente enthält;
- Y eine Verbindungsgruppe ist, die Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff oder Schwefel enthält oder wobei Z und Y wahlweise zusammen ein kondensiertes Ringsystem ausbilden, und
- A&supmin; ein einzelner Koordinationskomplex ist, der eine Vielzahl von lipophilen Resten enthält, die covalent an ein zentrales formal ladungstragendes Metall- oder Metalloidatom, ausgewählt aus Aluminium, Gold, Platin, Bor, Phosphor und Silicium koordiniert sind und dieses abschirmen durch Inkontaktbringen eines Derivats einer Gruppe 4 oder Lanthanidmetals entsprechend der Formel I
- worin
- M, X, Cp*, Z und Y wie oben definiert sind, mit einem Oxidationsmittel, das in reduzierter Form nicht mit dem resultierenden Katalysator wechselwirkt, wobei dieses Oxidationsmittel der Formel
- (Ox+a)b(A&supmin;)d
- entspricht, worin
- Ox+a ein kationisches Oxidationsmittel mit einer Ladung von (+a), ausgewählt aus Ferroceniumionen, Bis-indenyl-Eisen(III)- Ionen, kationischen Derivaten eines substituierten Ferrocens, Ag&spplus;¹, Pd&spplus;², Pt&spplus;², Hg&spplus;², Hg&sub2;&spplus;², Au&spplus; und Cu&spplus; ist, das keine Bronsted-Säure ist;
- A&supmin; wie vorhergehend definiert ist; und
- b und d ganze Zahlen sind, die so ausgewählt sind, daß Ladungsneutralität gegeben ist.
- Die Erfindung stellt weiterhin einen Additionspolymerisationskatalysator der Formel II (wie oben definiert) bereit, wobei dieser Katalysator keine Amin- oder Phosphin-Nebenprodukte enthält und erhältlich ist durch das Verfahren der Erfindung.
- Alle Bezugnahmen auf das Periodensystem der Elemente hierin beziehen sich auf das Periodensystem der Elemente, das von CRC Press, Inc., 1989 veröffentlicht wurde und die auch das Urheberrecht innehaben. Ebenfalls beziehen sich alle Bezugnahmen auf eine Gruppe oder Gruppen auf die Gruppe oder Gruppen, wie sie in diesem Periodensystem der Elemente angegeben sind, unter Verwendung des IUPAC-Systems für die Numerierung der Gruppen.
- Vorzugsweise ist M ein Metall der Gruppe 4 des Periodensystems der Elemente, am meisten bevorzugt Titan oder Zircon. X ist ebenfalls vorzugsweise Hydrid oder eine C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Kohlenwasserstoffgruppe.
- Geeignete Kohlenwasserstoff- und substituierte Kohlenwasserstoffreste die wenigstens ein Wasserstoffatom in dem Cyclopentadienylrest Cp* ersetzen, enthalten von 1 bis 20 Kohlenstoffatome und beinhalten geradkettige oder verzweigte Alkylreste, cyclische Kohlenwasserstoffreste, alkylsubstituierte cyclische Kohlenwasserstoffreste, aromatische Reste und alkylsubstituierte aromatische Reste. Geeignete Organometalloidreste beinhalten mono-, di- und trisubstituierte Organometalloidreste der Gruppe 14 Elemente, wobei jede der Kohlenwasserstoffgruppen 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten. Insbesondere beinhalten geeignete Organometalloidreste Trimethylsilyl, Triethylsilyl, Ethyldimethylsilyl, Methyldiethylsilyl, Triphenylgermyl und Trimethylgermyl.
- Die am meisten bevorzugten Reaktanten der Formel I sind "Amidosilan"- oder "Amidoalkandiyl"-Verbindungen, die der Formel (III) entsprechen:
- worin
- M Titan oder Zircon ist, das an eine η&sup5;-Cyclopentadienylgruppe gebunden ist;
- R' bei jeden Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt ist aus Wasserstoff, Silyl, Alkyl, Aryl und Kombinationen davon mit bis zu 10 Kohlenstoff- oder Siliciumatomen oder zwei R' zusammen mit der Cyclopentadienylgruppe einen Indenyl-, Tetrahydroindenyl-, Fluorenyl- oder Octahydrofluorenylring ausbilden;
- E Silicium oder Kohlenstoff ist;
- X unabhängig voneinander bei jedem Auftreten Hydrid, Trimethylsilyl oder eine Einheit, ausgewählt aus Alkyl, Aryl und Kombinationen davon mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen ist; und m 1 oder 2 ist.
- Beispiele der obigen am meisten bevorzugten Metallkoordinationsverbindungen der Formel III beinhalten Verbindungen, worin R' an der Amidogruppe Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl (einschl. Isomere), Norbornyl, Benzyl oder Phenyl ist; die Cyclopentadienylgruppe Cyclopentadienyl, Indenyl, Tetrahydroindenyl, Fluorenyl oder Octahydrofluorenyl ist; R' an der vorhergehenden Cyclopentadienylgruppe bei jedem Auftreten Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl (einschl. Isomere), Norbornyl, Benzyl oder Phenyl ist; und X Methyl, Neopentyl, Trimethylsilyl, Norbornyl, Benzyl, Methylbenzyl oder Phenyl ist. Spezielle Verbindungen umfassen:
- (tert-Butylamido-(tetramethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl )-1,2-ethandiylzircondimethyl,
- (tert-Butylamido)(tetramethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl)-1,2-ethandiyltitandimethylbenzyl,
- (Methylamido)(tetramethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl)-1,2-ethandiylzircondibenzylhydryl,
- (Methylamido)(tetramethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl )-1,2-ethandiyltitandineopentyl,
- (Ethylamido)(tetramethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl)methylentitandiphenyl,
- (tert-Butylamido)dibenzyl(tetramethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl)silanzircondibenzyl,
- (Benzylamido)dimethyl(tetramethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl)silantitandi(trimethylsilyl),
- (Phenylphosphido)dimethyl(tetramethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl)silanzircondibenzyl,
- (tert-Butylamido)dimethyl(tetramethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl)silandibenzylkzircon,
- (Benzylamido)dimethyl(tetramethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl)silandibutyltitan,und
- (tert-Butylamido)dimethyl(tetraethyl-η&sup5;-cyclopentadienyl)silandibenzyltitan.
- In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen ist -Z-Y- eine Amidosilan- oder Amidoalkangruppe mit bis zu 10 Nichtwasserstoffatomen, z.B. (tert-Butylamido)(dimethylsilyl) und (tert- Butylamido)-1-ethan-2-yl.
- Das kationische Oxidationsmittel Ox+a weist ein Oxidationspotential auf, das ausreichend ist, um eine molekulare Oxidation des Derivats eines Gruppe-4-oder eines Lanthanoidmetalls zu bewirken, um eine katalytische Spezies auszubilden. Im allgemeinen und vorzugsweise befindet sich das Gruppe-4- oder Lanthanoidmetall der Derivatverbindung bereits im höchsten atomaren Oxidationszustand. Das Verfahren der Erfindung umfaßt eine molekulare Oxidation. Die am meisten bevorzugten kationischen Oxidationsmittel weisen ein Oxidationspotential von wenigstens +0,20 Volt und vorzugsweise wenigstens von +0,25 Volt auf. Die kationischen Oxidationsmittel sind keine Bronsted-Säuren.
- Das Anion A&supmin;, wenn es als Ladungsausgleichsanion in dem katalytischen System dieser Erfindung fungiert, überträgt keinen anionischen Substituenten oder ein Fragment davon auf irgendeine kationische Spezies, wobei dadurch ein neutrales Gruppe- 4- oder Lanthanoidmetallprodukt gebildet wird und wird nicht zur Neutralität während der Katalysatorherstellung oder Verwendung abgebaut.
- Oxidationsmittel, die Anionen aufweisen, die einen Koordinationskomplexx mit einem einzelnen Boratom enthalten, sind am meisten bevorzugt.
- Anionen, die Bor enthalten und besonders geeignet für die Herstellung des Katalysators dieser Erfindung sind, können durch die folgende allgemeine Formel wiedergegeben werden:
- [BX¹X²X³X&sup4;]&supmin;
- worin
- B Bor im Valenzzustand 3 ist;
- X¹ bis X&sup4; sind die gleichen oder unterschiedliche nichtreaktive Organyl- oder Silylreste mit 6 bis 20 Kohlenstoff- oder Siliciumatomen. Zusätzlich können zwei oder mehr der X¹ bis X&sup4; miteinander über eine stabile verbrückende Gruppe verbunden sein. Vorzugsweise weisen X¹ bis X&sup4; keine reaktiven Wasserstoffeinheiten auf. Das heißt, die Reste enthalten entweder keinen Wasserstoff oder enthalten Wasserstoff in nichtreaktiven Stellungen oder enthalten eine ausreichende sterische Hinderung, um potentiell aktive Wasserstoffstellen zu schützen. Beispiele geeigneter Reste für X¹ bis X&sup4; sind perfluorierte Kohlenwasserstoffreste mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, 3,4,5- Trifluorphenyl und 3,5-Bis(trifluormethyl)phenyl.
- Das am meisten bevorzugte Anion ist Tetra(pentafluorphenyl)borat.
- Die am meisten bevorzugten kationischen Oxidationsmittel sind Ferrocenium und Ag&spplus;¹-Kationen.
- Beispiele von Oxidationsmitteln sind Ferroceniumtetra(pentafluorphenyl)borat, Gold(I)-tetrakis(3,4,5-trifluorphenyl)borat, Silbertetra(pentafluorphenyl)borat und 1,1'-Dimethylferroceniumtetrakis(3,5-bis(trifluormethyl)phenyl)borat.
- Ohne daß beabsichtigt ist, an eine bestimmte Theorie oder Vorgehensweise gebunden zu sein, wird angenommen, daß das kationische Oxidationsmittel die molekulare Oxidation des Gruppe- 4- oder Lanthanoidmetallderivats bewirkt und während des Verfahrens eine neutrale Spezies wird. Das oxidierte Metallderivat verliert einen Wasserstoff- oder Kohlenwasserstoffrest (.R) durch eine unimolekulare Eliminationsreaktion. Zwei oder mehr solcher Radikale formen ein Wasserstoffmolekül oder eine neutrale organische Spezies der Formel Rx, wobei x eine ganze Zahl von größer oder gleich 2 ist. Diese Nebenprodukte sind natürlich neutral bezüglich oder interferieren nicht mit jeglicher nachfolgenden Polymerisationsreaktion und können ebenfalls aus der Reaktionsmischung entfernt werden. Dieses Ergebnis ist stark bevorzugt im Vergleich zu bekannten Verfahren zur Katalysatoraktivierung, die zu der Bildung eines Amins oder ähnlicher Reaktionsnebenprodukte führt.
- Es wird darauf hingewiesen, daß die beiden Verbindungen, die zur Herstellung des aktiven Katalysators miteinander kombiniert werden, so ausgewählt werden müssen, um eine Übertragung eines Fragments des Anions, insbesondere einer Arylgruppe auf das Metallkation, wodurch eine katalytisch inaktive Spezies gebildet wird, zu vermeiden. Dies kann durch sterische Hinderung, die aus Substitutionen an den Gruppen, die an das Gruppe 4- oder Lanthanoidmetall gebunden sind, sowie durch Substitutionen an den aromatischen Kohlenstoffatomen des Anions durchgeführt werden. Daraus folgt, daß Gruppe-4- und Lanthanoidmetailverbindungen (erste Komponenten), die z.B. perhydrocarbylsubstituierte Cyclopentadienylreste enthalten, effektiv mit einem breiteren Bereich zweiter Verbindungen verwendet werden können, als dies der Fall wäre mit ersten Komponenten, die weniger raumbeanspruchende Reste enthalten. Indem die Menge und Größe der Metallsubstituenten reduziert wird, werden aber effektivere Katalysatoren erhalten mit zweiten Verbindungen, die Anionen enthalten, die beständiger gegenüber Abbau sind, wie z.B. solche mit Substituenten an den meta- oder para-Positionen der Phenylringe. Eine andere Möglichkeit, die Anionen resistenter gegen Abbau zu machen, wird durch Fluorsubstitution, insbesondere Perfluorsubstitution im Anion erreicht. Zweite Komponenten, die fluorsubstituierte stabilisierte Anionen enthalten, können dann mit einem breiteren Bereich von ersten Komponenten verwendet werden.
- Im allgemeinen kann der Katalysator durch Kombinieren der beiden Komponenten in einem geeigneten Lösungsmittel bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von -100ºC bis 300ºC hergestellt werden.
- Der Katalysator kann verwendet werden, um α-0lefine und/oder acetylenisch ungesättigte Monomere mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen und/oder Diolefine mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen entweder allein oder in Kombination zu polymerisieren. Der Katalysator kann ebenfalls verwendet werden, um α-0lefine, Diolefine und/oder acetylenisch ungesättigte Monomere im Kombination mit anderen ungesättigten Monomeren zu polymerisieren. Im allgemeinen kann die Polymerisation unter Bedingungen, die im Stand der Technik für Ziegler-Natta- oder Kaminsky-Sinn-artigen Polymerisationsreaktionen bekannt sind, durchgeführt werden, d.h. bei Temperaturen von 0 bis 250ºC und Drücken von Atmosphärendruck bis 1000 Atmosphären (100 MPa). Suspensions-, Lösungs-, Aufschlämmungs- oder andere Prozeßbedingungen können eingesetzt werden, falls erwünscht. Ein Träger kann eingesetzt werden, aber vorzugsweise werden die Katalysatoren in einer homogenen Art und Weise verwendet. Es wird selbstverständlich auch davon ausgegangen, daß das Katalysatorsystem sich in situ bildet, wenn dessen Komponenten direkt dem Polymerisationsprozeß zugesetzt werden und ein geeignetes Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel einschl. kondensierter Monomere in diesem Polymerisationsprozeß verwendet wird. Es ist aber bevorzugt, den Katalysator in einem separaten Schritt in einem geeigneten Lösungsmittel auszubilden, bevor dieser der Polymerisationsmischung zugegeben wird.
- Wie oben angegeben, wird der verbesserte Katalysator der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in einem geeigneten Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel hergestellt. Geeignete Lösungsmittel beinhalten geradkettige und verzweigtkettige Kohlenwasserstoffe wie z.B. Isobutan, Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Octan und Mischungen davon; cyclische und alicyclische Kohlenwasserstoffe wie z.B. Cyclohexan, Cycloheptan, Methylcyclohexan, Methylcycloheptan, perfluorierte Kohlenwasserstoffe wie z.B. perfluorierte C&sub4;&submin;&sub1;&sub0; Alkane und aromatische und alkylsubstituierte aromatische Verbindungen wie z.B. Benzol, Toluol und Xylol. Geeignete Lösungsmittel beinhalten ebenfalls flüssige Olefine, die als Monomere oder Comonomere fungieren können, einschl. Ethylen, Propylen, Butadien, Cyclopenten, 1- Hexen, 3-Methyl-1-penten, 4-Methyl-1-penten, 1,4-Hexadien, 1-Octen, 1-Decen, Styrol, Divinylbenzol, Allylbenzol und Vinyltoluol (einschl. aller Isomeren allein oder in Mischung).
- Es wird angenommen, daß die aktive Katalysatorspezies der vorliegenden Erfindung ein Metallzentrum enthält, das kationisch ungesättigt bleibt und eine Metallgrundstoffverbindung aufweist, die bezüglich Olefinen, Diolefinen und acetylenisch ungesättigten Verbindungen reaktiv ist. Ebenfalls zugeordnet zu diesem Metallzentrum ist ein ladungsausgleichender anionischer Rest der Formel A&supmin;.
- Der durch das Verfahren dieser Erfindung gebildete Katalysator kann in Lösung gehalten oder von dem Lösungsmittel getrennt werden, isoliert werden und für den nachfolgenden Gebrauch gelagert werden. Wie vorhergehend angegeben, kann der Katalysator auch in situ während der Polymerisationsreaktion durch Einleiten der getrennten Komponenten in das Polymerisationsgefäß hergestellt werden, worin die Komponenten in Kontakt treten und miteinander reagieren, um den verbesserten Katalysator dieser Erfindung herzustellen.
- Das Äquivalenzverhältnis des Derivats einer Gruppe-4- oder Lanthanoidmetallverbindung zu der eingesetzten Oxidationsmittelverbindung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1:1 bis 10:1, bevorzugter von 0,75:1 bis 2:1, am meisten bevorzugt 1,0:1,0. In den meisten Polymerisationsreaktionen beträgt das Äquivalenzverhältnis von Katalysator zu eingesetzter polymerisierbarer Verbindung von 10&supmin;¹²:1 bis 10&supmin;¹:1, bevorzugter von 10&supmin;&sup6;:1 bis 10&supmin;³:1.
- Ein vorteilhaftes Merkmal einiger dieser Katalysatoren dieser Erfindung, insbesondere derer, die auf monocyclopentadienylsubstituierten Titanverbindungen in Kombination mit einem Oxidationsmittel, das Bor enthält, basieren, ist das, wenn die Katalysatoren dieser Erfindung verwendet werden, um α-Olefine entweder allein oder in Kombination mit Diolefinen zu copolymerisieren, die Menge an Olefinen oder Diolefinen mit höherem Molekulargewicht, die in das Copolymer eingebracht werden, signifikant vergrößert wird im Vergleich zu Copolymeren, die mit konventionelleren Ziegler-Natta-Katalysatoren hergestellt werden. Die relativen Reaktionsgeschwindigkeiten von Ethylen und höheren α-Olefinen mit den oben erwähnten Katalysatoren auf Titanbasis dieser Erfindung sind so ähnlich, daß die Monomerverteilung im Copolymer, das mit dem Katalysator dieser Erfindung hergestellt wird, durch das Verhältnis der Monomerreaktanten eingestellt werden kann.
- "Additionspolymerisierbare Monomere", die geeigneterweise entsprechend der vorliegenden Erfindung polymerisiert werden, beinhalten z.B. ethylenisch ungesättigte Monomeren, acetylenische Verbindungen und konjugierte oder nichtkonjugierte Diene. Bevorzugte Monomere umfassen die C&sub2;&submin;&sub1;&sub0;α-Olefine, insbesondere Ethylen, Propylen, Isobutylen, 1-Buten, 1-Hexen, 4-Methyl- 1-penten und 1-Octen. Andere bevorzugte Monomere beinhalten Styrol, halo- oder alkylsubstituierte Styrole, Tetrafluorethylen, Vinylbenzocyclobutan und 1,4-Hexadien.
- Im allgemeinen können die Katalysatoren so ausgewählt werden, so daß Polymerprodukte hergestellt werden, die frei von bestimmten Verunreinigungsspuren wie z.B. Aluminium, Magnesium und Chlorid sind, die üblicherweise in Polymeren gefunden werden, die mit Ziegler-Natta-Typ-Katalysatoren hergestellt worden sind. Die Polymerprodukte, die mit den Katalysatoren dieser Erfindung hergestellt wurden, sollten dann einen breiteren Bereich von Anwendungsmöglichkeiten aufweisen als Polymere, die mit konventionelleren Ziegler-Natta-Typ-Katalysatoren, die ein Metallalkyl wie z.B. ein Aluminiumalkyl enthalten, hergestellt wurden.
- Nachdem die Erfindung beschrieben worden ist, werden folgende Beispiele als weitere Veranschaulichung davon bereitgestellt. Falls nicht anderweitig angegeben, sind alle Teile und Prozentangaben auf Gewichtsbasis ausgedrückt.
- Zu 25 ml luftfreiem gereinigtem Toluol werden 25 Mikromol (tert-Butylamido)dimethyl(tetrametyl-η&sup5;-cyclopentadienyl)silandibenzylzircon und 25 Mikromol Ferroceniumperfluortetraphenylborat zugegeben. Die Mischung wurde ungefähr 1 Minute lang gerührt, bis die blaue Farbe des festen Ferroceniumsalzes verblaßt war.
- Ein 4-l-Reaktor wurde mit 2 l eines gemischten Alkanlösungsmittels (Isopar E ) und 300 ml 1-Octen befüllt, auf 150ºC erwärmt und mit Ethylen auf 31 Atmosphären (3,1 MPa) unter Druck gesetzt. Alle Komponenten waren vorhergehend gereinigt und von Luft befreit worden. 20 ml der obigen Katalysatorlösung wurden zugesetzt, was zu einer unmittelbaren schnellen Aufnahme von Ethylen und einem starken Anstieg der Reaktortemperatur führte (Ethylenaufnahme ungefähr 50 g/Minute und Temperaturanstieg von etwa 26ºC). Nach dem Ende eines Zeitraums von 10 Minuten wurde der Reaktorinhalt entfernt und leichtflüchtige Bestandteile entfernt, wobei 78 g eines Ethylen/1-Octen-Copolymers zurückblieben. Der 1-Octen-Gehalt des Polymers betrug 7,5 Mol-%, wie durch Massenausgleich bestimmt wurde.
- Eine Katalysatorlösung wurde durch Mischen von 10 Mikromol (tert-Butylamido)dimethyl(η&sup5; -2,3,4,5-tetramethylcyclopentadienyl)silandibenzyltitan und Ferroceniumperfluortetraphenylborat in 5 ml Toluol hergestellt. Nach 30 Sekunden Rühren war das blaue Ferrocenium aufgebraucht, und eine grün-braune Lösung wurde gebildet.
- Die Zugabe dieser Katalysatorlösung zu einem gerührten (500 Upm) 2-l-Reaktor, der Isopar-E (1000 ml), 1-Octen (200 ml), Wasserstoff (50 ml bei 50 psi, 350 kPa) und Ethylen (gesättigt bei 450 psi, 3 MPa) enthielt bei 130ºC, resultierte in einem Temperaturanstieg von 40ºC. 10 Minuten nach der Zugabe der Katalysatorlösung zu dem Reaktor wurde der Inhalt aus dem Reaktor entfernt und die leichtflüchtigen Bestandteile abgezogen, um 104 g eines linearen Niederdruckpolyethylens zu ergeben.
Claims (25)
1. Verfahren zur Herstellung eines
Additionspolymerisationskatalysators der Formel (II)
worin M ein Metall
der Gruppe 4 oder der Lanthanidreihe
des Periodensystems der Elemente ist,
X Hydrid oder eine Kohlenwasserstoff-, Silyl- oder
Germylgruppe mit bis zu 20 Kohlenstoff-, Silicium- oder
Germaniumatomen ist,
CP* eine Cyclopentadienyl- oder substituierte
Cyclopentadienylgruppe ist, die an Z gebunden ist und mit einer
η&sup5;-Bindung an M gebunden ist, wobei diese Substituenten
unabhängig voneinander ausgewählt sind aus
Kohlenwasserstoffresten, substituierten Kohlenwasserstoffresten,
worin ein oder mehrere Wasserstoffatome durch
Halogenatome ersetzt sind, kohlenwasserstoffsubstituierten
Metalloidresten, worin das Metalloid ausgewählt ist aus der
Gruppe 14 des Periodensystems der Elemente, oder
Halogenresten oder zwei oder mehreren solcher Substituenten, die
zusammen ein kondensiertes Ringsystem bilden,
Z eine zweiwertige Einheit ist, die Sauerstoff, Bor oder
ein Mitglied der Gruppe 14 des Periodensystems der
Elemente enthält,
Y eine verbindende Gruppe ist, die Stickstoff, Phosphor,
Sauerstoff oder Schwefel enthält, oder wahlweise Z und Y
zusammen ein kondensiertes Ringsystem bilden, und
A&supmin; ein einfacher Koordinationskomplex ist, der eine
Vielzahl von lipophilen Resten enthält, die kovalent an ein
zentrales, formal ladungstragendes Metall- oder
Metalloidatom, ausgewählt aus Aluminium, Gold, Platin, Bor,
Phosphor und Silicium, koordiniert sind und dieses
abschirmen,
durch Inkontaktbringen eines Derivats eines
Gruppe-4- oder Lanthanidmetalls entsprechend der Formel (I)
worin M, X, Cp*, Z und Y wie oben definiert sind,
mit einem Oxidationsmittell, das in reduzierter Form nicht
mit dem resultierenden Katalysator wechselwirkt, wobei
dieses Oxidationsmittel der Formel (OX+a)b(A&supmin;)d
entspricht, worin
OX+a ein kationisches Oxidationsmittel mit einer Ladung
von (+a), ausgewählt aus Ferroceniumionen, Bisindenyl-
Fe(III)-Ionen, kationischen Derivaten eines
substituierten Ferrocens, Ag&spplus;¹, Pd&spplus;², Pt&spplus;², Hg&spplus;², Hg&sub2;&spplus;², Au&spplus; und
Cu&spplus;, ist, das keine Brönsted-Säure ist,
A&supmin; wie vorhergehend beschrieben definiert ist und
b und d ganze Zahlen sind, die so ausgewählt sind, daß
Ladungsneutralität gegeben ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß M Titan oder Zirkon ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes X unabhängig voneinander Hydrid, Trimethylsilyl
oder eine Einheit, ausgewählt aus Alkyl, Aryl und
Kombinationen davon mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen, ist, Y
NR' ist und Z (ER'&sub2;)m ist, worin jedes R' unabhängig
voneinander Wasserstoff, Silyl, Alkyl, Aryl oder eine
Kombination davon mit bis zu 10 Kohlenstoff- oder
Siliciumatomen ist oder zwei R' zusammen mit der
Cyclopentadienylgruppe einen Indenyl-, Tetrahydromdenyl-,
Fluorenyl- oder Octahydrofluorenylring ausbilden, E
Kohlenstoff oder Silicium ist und m 1 oder 2 ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß E Silicium ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das kationische Oxidationsmittel ein
Oxidationspotential von wenigstens +0,20 V hat.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das kationische Oxidationsmittel ein
Oxidationspotential von wenigstens +0,25 V hat.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß OX+a Ferrocenium oder Ag+¹ ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß A&supmin; [BX¹X²X³X&sup4;]&supmin; ist, worin
B Bor ist in einem Valenzzustand von 3 und
X¹ bis X&sup4; gleiche oder unterschiedliche, nichtreaktive,
organische oder Silylreste mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen
oder Siliciumatomen sind und wahlweise zwei oder mehrere
der X¹ bis X&sup4; miteinander über eine stabile
Verbrückungsgruppe verbunden sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß X¹, X², X³ und X&sup4; ausgewählt sind aus perfluorierten
Kohlenwasserstoffresten mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen,
3,4,5-Trifluorphenyl und 3,5-Bis(trifluormethyl)phenyl.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß A&supmin; Tetrakis(pentafluorphenyl)borat ist.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß X Hydrid oder eine C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Kohlenwasserstoffgruppe
ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß X Benzyl ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß X Methyl ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß Cp* nichtsubstituiertes Cyclopentadienyl oder
Tetramethylcyclopentadienyl ist.
15. Additionspolymerisationskatalysator der Formel II,
wie in Anspruch 1 definiert, wobei dieser Katalysator
nicht zu Amin- oder Phosphinnebenprodukten führt und
erhältlich ist durch das Verfahren nach Anspruch 1.
16. Katalysator nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß M, X, Y, Z und A&supmin; so sind, wie in einem der Ansprüche
2, 3, 4 und 8 bis 13 definiert.
17. Katalysator nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß Cp* nichtsubstituiertes Cyclopentadienyl oder
Tetramethylcyclopentadienyl ist.
18. Verwendung eines Katalysators nach einem der
Ansprüche 15 bis 17 oder erhalten durch ein Verfahren nach
einem der Ansprüche 1 bis 14 als
Additionspolymerisationskatalysator.
19. Verwendung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator in situ gebildet wird.
20. Verwendung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator in einem Lösungsmittel verwendet
wird, in dem er durch ein Verfahren nach Anspruch 1
hergestellt worden ist.
21. Verwendung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator ein direktes (d.h. ungereinigtes)
Produkt des Verfahrens nach Anspruch 1 ist.
22. Katalytisches Additionspolymerisationsverfahren,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator so ist, wie in einem der Anspruche 15
bis 17 beansprucht, oder erhalten wird nach einem
Verfahren, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 14 beansprucht
ist.
23. Ein Verfahren nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator in situ gebildet wird.
24. Ein Verfahren nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
dab der Katalysator in einem Lösungsmittel verwendet
wird, in dem er durch ein Verfahren nach Anspruch 1
hergestellt worden ist.
25. Ein Verfahren nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator ein direktes (d.h. ungereinigtes)
Produkt des Verfahrens nach Anspruch 1 ist.
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