EP4352115A1 - Preformed catalytic system for the stereospecific polymerization of dienes and use thereof in a process for synthesizing diene polymers - Google Patents

Preformed catalytic system for the stereospecific polymerization of dienes and use thereof in a process for synthesizing diene polymers

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Publication number
EP4352115A1
EP4352115A1 EP22733699.7A EP22733699A EP4352115A1 EP 4352115 A1 EP4352115 A1 EP 4352115A1 EP 22733699 A EP22733699 A EP 22733699A EP 4352115 A1 EP4352115 A1 EP 4352115A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
neodymium
catalytic system
organic
molar ratio
substituted
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22733699.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Leyla PEHLIVAN
Stéphanie PINEL
Philip-Christopher GEORGE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA filed Critical Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Publication of EP4352115A1 publication Critical patent/EP4352115A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F136/00Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds
    • C08F136/02Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds
    • C08F136/04Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds conjugated
    • C08F136/06Butadiene

Definitions

  • the present invention relates to a catalytic system for the stereospecific polymerization of conjugated dienes favoring the 1,4-trans insertion of the monomers.
  • the invention relates more particularly to a polymetallic catalytic system for the stereospecific polymerization of conjugated dienes favoring the 1,4-trans insertion of the monomers.
  • the invention also relates to a process for the synthesis of diene polymers with a high 1,4-trans linking rate using a polymetallic catalytic system for the polymerization of the monomers.
  • the article Macromolecules 2017, 50, 7887-7894 "Regulation of the cis-1,4- and trans-l,4-Polybutadiene Multiblock Copolymers via Chain Shuttling Polymerization Using a Ternary Neodymium Organic Sulfonate Catalyst", Quanquan Dai et al., describe the synthesis of polybutadienes allowing to regulate the ratio of 1,4-cis and 1,4-trans levels to achieve a balance between tolerance to deformation (attributed to the cis-1,4 part of the polybutadiene) and stiffness (attributed to the crystallinity of the trans-1,4-part of the polybutadiene).
  • EP0091287 describes a catalytic system for the polymerization of butadiene comprising in particular didymium versatate and a dibutylmagnesium making it possible to achieve stereoregular polybutadiene with a high level of 1,4-trans.
  • the technical problem that arises in the context of the present invention is to have a process for the synthesis of stereoregular diene polymers, particularly stereoregular polymers of butadiene, promoting the formation of 1,4-trans linkages, and also making it possible to limit the formation of sequences 1.2.
  • the invention makes it possible to solve this problem by proposing a preformed catalytic system combining a neodymium organophosphate and an organic magnesium compound which, used for the polymerization of 1,3-dienes, has a stereospecificity with respect to the insertion 1 ,4-trans while maintaining satisfactory polymerization reaction conversion.
  • the use of the catalytic system according to the invention in a process for the synthesis of a diene polymer makes it possible to obtain diene polymers having high levels of 1,4-trans linkage, with in particular values of at least 65% by weight relative to the diene part of the polymer, and a low 1,2-linking rate, in particular with values less than or equal to 10% by weight relative to the diene part of the polymer.
  • the use of the preformed catalytic system according to the invention in a process for the polymerization of butadiene allows the synthesis of a polybutadiene having the following characteristics:
  • the invention relates to such a preformed catalytic system.
  • the invention relates to a method of synthesizing a diene polymer using such a preformed catalyst system.
  • R 1 R 2 Mg an organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg, in which R 1 and R 2 represent, independently of each other, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, an aromatic radical in C6- C20, substituted or not.
  • R 1 and R 2 represent, independently of each other, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, an aromatic radical in C6- C20, substituted or not.
  • the aliphatic radical in the definition of R 1 and R 2 is a Ci-Cio alkyl radical chosen from a methyl or ethyl radical, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl radicals , octyls, nonyls and decyls.
  • the preformation monomer is a conjugated diene monomer having 4 to 15 carbon atoms.
  • the preformation monomer is a 1,3-diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene.
  • neodymium salt of an organic phosphoric acid is a neodymium tris(organophosphate).
  • the 12- Catalytic system according to any one of the preceding embodiments in which the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, preferably of at least 15/1.
  • the organic phosphoric acid salt of neodymium is a phosphoric acid diester of neodymium, preferably tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate] of neodymium,
  • the preformation monomer is 1,3-butadiene
  • the organic magnesium compound is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium
  • the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) has a value of at most 15/1, preferably of at most 12/1, more preferably of at most 11/1, - the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, preferably of at least 15/1.
  • the molar ratio (organic magnesium compounds / neodymium) is at most 15/1, preferably at most 12/1, more preferably at most 11/1, the molar quantity of organic magnesium compounds being the sum of the molar quantities of the magnesium compounds R 1 R 2 Mg and R 3 R 4 Mg.
  • the conjugated diene monomer to be polymerized is a 1,3-diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably butadiene or isoprene, more preferably butadiene .
  • conjugated diene monomer to be polymerized is copolymerized with at least one other monomer chosen from conjugated diene monomers having 4 to 15 carbon atoms.
  • the conjugated diene monomer to be polymerized is a 1,3-diene having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene,
  • the neodymium organic phosphoric acid salt of the preformed catalytic system is the neodymium tris[bis(2-ethylhexyl)phosphate],
  • the preformation monomer is 1,3-butadiene
  • the organic magnesium compound of the preformed catalytic system is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium
  • the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) has a value of at most 15/1, preferably of at most 12/1, more preferably of at most 11/1 ,
  • the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, preferably at least 15/1,
  • an organic magnesium compound R 3 R 4 Mg in which each of R 3 and R 4 represents, independently of one another, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, an aromatic radical in C6- C20, substituted or not, preferably n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium, is added to the reactor independently of the catalytic system provided that the molar ratio (organic magnesium compounds / neodymium) is at most 15/1, preferably of at most 12/1, more preferably of at most 11/1, the molar quantity of organic magnesium compounds being the sum of the molar quantities of the magnesium compounds R 1 R 2 Mg and R 3 R 4 Mg .
  • the percentages (%) expressing the microstructure of the diene polymer are percentages by weight relative to the diene part of the polymer .
  • a 1,4-trans linking rate of more than 65% in a diene polymer corresponds to a 1,4-trans diene unit rate of more than 65% by weight relative to the weight of the diene part of the polymer .
  • high level of 1,4-trans linkage means a level of 1,4-trans linkage of more than 65% by weight relative to the weight of the diene part of the polymer.
  • any interval of values denoted by the expression “between a and b” represents the domain of values going from more than a to less than b (i.e. limits a and b excluded) while any interval of values denoted by the expression “from a to b” signifies the range of values going from a to b (that is to say including the strict limits a and b).
  • the expression “based on” used to define the constituents of the catalytic system is meant the mixture of these constituents and/or the product of the reaction between these constituents.
  • the compounds comprising carbon mentioned in the description can be of fossil origin or biobased. In the latter case, they can be, partially or totally, derived from biomass or obtained from renewable raw materials derived from biomass. In the same way, the compounds mentioned can also come from the recycling of materials already used, that is to say they can be, partially or totally, from a recycling process, or obtained from materials raw materials themselves from a recycling process. Are concerned more particularly in the present application in particular the monomers.
  • the butadiene can advantageously be derived in a known manner directly from biomass or be obtained from a biosourced precursor, for example biosourced ethanol.
  • the isoprene can advantageously be derived in a known manner directly from biomass or be obtained from a biosourced precursor, for example from biosourced isobutene.
  • the styrene can, for example, advantageously be obtained in a known manner directly from biomass or else from the recycling of polystyrene.
  • the subject of the invention is a preformed catalytic system based on at least
  • R 1 R 2 Mg an organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg, in which R 1 and R 2 represent, independently of each other, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, an aromatic radical in C6- C20, substituted or not.
  • the catalytic system according to the invention is based on at least one neodymium salt of an organic phosphoric acid.
  • the organic phosphoric acid salt of neodymium is advantageously a tris(organophosphate) of neodymium, the organophosphate being able to be chosen from the diesters of phosphoric acid of general formula (R'0)(R"0)P0(OH), in which R' and R", which are identical or different, represent a C 1 -C 10 alkyl radical or a C 6 -C 20 aryl or C 7 -C 25 alkylaryl radical.
  • the organic phosphoric acid salt of neodymium is neodymium tris[bis(2-ethylhexyl)phosphate].
  • the neodymium salt can be in the form of a powder, of a solution in an inert hydrocarbon solvent, of a suspension in an inert hydrocarbon solvent or else of a gel in an inert hydrocarbon solvent.
  • neodymium is present in the catalytic system in a concentration equal to or greater than 0.005 mol/l and at most 0.1 mol/l, more particularly at most 0.08 mol/l.
  • the catalytic system according to the invention is also based on at least one organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg
  • R 1 R 2 Mg, R 1 and R 2 can be identical or different.
  • R 1 R 2 Mg at least one of R 1 and R 2 can be a Ci-Cio aliphatic radical, substituted or not.
  • an aliphatic radical mention may be made of C 1 -C 10 alkyl groups, C 2 -C 10 alkenyl groups and C 2 -C 10 alkynyl groups, whether cyclic or non-cyclic.
  • R 1 and R 2 when one of R 1 and R 2 is an aliphatic radical, it is a noncyclic C 1 -C 10 alkyl radical chosen from the methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyls, nonyls and decyls.
  • R 1 R 2 Mg at least one of R 1 and R 2 can be a C -C aromatic radical, substituted or not.
  • aromatic radical mention may be made of C -C aryl groups.
  • substituted aliphatic radical or substituted aromatic radical is meant a radical substituted by one or more hydrocarbon groups having from 1 to 10 carbon atoms.
  • R 1 and R 2 each denote a non-cyclic C -C alkyl radical.
  • the organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium.
  • the molar ratio (R 1 R 2 Mg/neodymium) in said catalytic system has a value of at least 1/2, preferably of at least 1/1. There is no maximum value for this ratio which is linked to the 1,4-trans linkage rate to be achieved. Nevertheless, so that the achievement of a high level of 1,4-trans linkage greater than 65% by weight relative to the diene part of the polymer does not occur to the detriment of the 1,2- linkage level, the molar ratio (R 1 R 2 Mg/neodymium) in said catalytic system is preferably at most 15/1.
  • the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) is at most 12/1 to maintain a 1,2 linking rate of less than 10% by weight relative to the diene part of the polymer, more preferably still of at most 11/1.
  • the molar ratio (R 1 R 2 Mg/neodymium) in said catalytic system advantageously has a value of at least 1/1, or even preferably of at least 2/ 1.
  • the molar ratio (R 1 R 2 Mg/neodymium) in said catalytic system advantageously has a value of at most 12/1, even more preferably of at most 11/ 1.
  • the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) in said catalytic system has a value of at least 1/1, preferably of at least 2/1, and at most 12/1, more preferably at most 11/1.
  • the catalytic system according to the invention is also based on at least one diene monomer intended for the preformation of the catalytic system.
  • diene monomer which can be used to preform the catalytic system according to the invention, mention may be made of conjugated diene monomers and very particularly conjugated diene monomers having 4 to 15 carbon atoms.
  • Suitable as preformation diene monomer are in particular 1,3-butadiene, 2-methyl-
  • 1,3-butadiene or isoprene
  • 2,3-di(C 1 to C 5 alkyl) 1,3-butadiene such as for example 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,3-diethyl -1,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-1,3-butadiene, phenyl-1,3-butadiene, 1,3 -pentadiene, 2,4-hexadiene, or any other conjugated diene having between 4 and 12 carbon atoms.
  • the preforming diene monomer is a conjugated diene monomer having 4 to 12 carbon atoms, particularly isoprene or
  • 1,3-butadiene preferably butadiene.
  • the molar ratio (preformation monomer/neodymium) can have a value of at least 5/1, more particularly of at least 15/1.
  • the quantity of preformation monomer is mainly linked to the process for manufacturing the catalytic system and to its exothermic nature which is difficult to control industrially.
  • the catalytic system preferably comprises a hydrocarbon solvent.
  • the catalytic system can be in the form of a solution when it is in the presence of a hydrocarbon solvent.
  • the hydrocarbon solvent can be a low molecular weight aliphatic hydrocarbon solvent, such as for example cyclohexane, methylcyclohexane, n-heptane, or a mixture of these solvents, or else in an aromatic solvent such as toluene. It should be noted that non-aromatic solvents are particularly preferred.
  • the hydrocarbon solvent is preferably aliphatic, more preferably methylcyclohexane.
  • the catalytic system is stored in the form of a solution in the hydrocarbon solvent before being used in polymerization.
  • the catalytic system is bimetallic and therefore contains as metallic compounds only the neodymium salt and the organic magnesium compound.
  • the catalytic system is ternary and therefore only contains, apart from a possible solvent as mentioned above, the neodymium salt, the preformation monomer and the compound organic magnesium.
  • the organic phosphoric acid salt of neodymium is a phosphoric acid diester of neodymium, preferably tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate] of neodymium,
  • the preformation diene monomer is a conjugated diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene,
  • the organic magnesium compound R 1 R 2 Mg is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium
  • the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) has a value of at most 15/1, preferably of at most 12/1, more preferably of at most 11/1,
  • the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, preferably of at least 15/1.
  • the catalytic system according to the invention can be prepared in a conventional manner.
  • the method for preparing the catalytic system according to the invention comprises the following steps a) and b):
  • the organic phosphoric acid salt of neodymium used for the preparation of the catalytic system can be in the form of a powder; said salt is then previously placed in suspension or in solution in the hydrocarbon solvent.
  • Stage b) corresponds to the preformation stage of the catalytic system.
  • the hydrocarbon solvent used in the preparation of the catalytic system is generally an aliphatic hydrocarbon solvent such as methylcyclohexane or an aromatic solvent such as toluene. Most often, it is identical to the solvent of the catalytic solution defined previously. Indeed, the hydrocarbon solvent used in the preparation of the catalytic system is, preferably, also the solvent of the catalytic solution.
  • step a) the neodymium salt can be added to the hydrocarbon solvent, then the organic magnesium compound.
  • Step a) can take place at a temperature ranging from 10 to 60°C.
  • the reaction time of step a) can vary between 5 and 60 minutes, more preferably from 10 to 20 minutes.
  • step b) the preforming monomer is added to the reaction product of step a).
  • Step b) can be carried out at a temperature ranging from 20 to 70°C.
  • the reaction time of step b) can typically vary from 10 minutes to 24 hours, preferably from 20 minutes to 12 hours.
  • Stage b) can be followed by a degassing stage to eliminate the preformation monomer which would not have reacted during stage b).
  • the synthesis takes place under anhydrous conditions under an inert atmosphere both for step a) and for step b) and, where appropriate, the degassing step.
  • the reactions are carried out starting from solvents and anhydrous monomers under anhydrous nitrogen or argon.
  • Steps a) and b) are generally carried out with stirring.
  • the catalytic system thus obtained in solution can be stored under an inert atmosphere, for example under nitrogen or argon, in particular at a temperature ranging from ⁇ 20° C. to ambient temperature (of the order of 23° C. ).
  • the catalytic system according to the invention can be advantageously used in a diene polymer synthesis process, which process is also the subject of the present invention. Indeed, it turns out that the catalytic system according to the invention, used in such a process, promotes the 1,4-trans insertion of 1,3-diene monomers, thus making it possible to obtain diene polymers having a rate of high 1,4-trans linkage.
  • the synthesis process using a catalytic system according to the invention makes it possible in particular to obtain butadiene polymers having 1,4-trans linkage rates greater than or equal to 65% and having a linkage rate
  • a subject of the invention is therefore also a process for the synthesis of a diene polymer comprising a stage of polymerization of at least one conjugated diene monomer in the presence of a preformed catalytic system as described above.
  • the conjugated diene monomer to be polymerized is most particularly a monomer
  • 1,3-diene monomer in accordance with the invention, mention may very particularly be made of 1,3-diene monomers having 4 to 15 carbon atoms.
  • 1,3-diene monomer butadiene, isoprene, 2,3-di(C 1 to C 5 alkyl)-l,3-butadiene such as for example 2,3-dimethyl-l ,3-butadiene, 2,3-diethyl-l,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-l,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-l,3-butadiene, phenyl-l ,3-butadiene, 1,3-pentadiene, or any other 1,3-diene monomer having 4 to 12 carbon atoms.
  • 2,3-dimethyl-l ,3-butadiene 2,3-diethyl-l,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-l,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-l,3-butadiene, phenyl-l ,3-butadiene, 1,3-pentad
  • any non-cyclic terpene is also suitable, such as in particular a non-cyclic monoterpene (C10H16) such as myrcene, a non-cyclic sesquiterpene (C15H24) such as farnesene, etc.
  • C10H16 non-cyclic monoterpene
  • C15H24 non-cyclic sesquiterpene
  • the conjugated diene monomer to be polymerized is butadiene or isoprene, advantageously butadiene.
  • the polymerization step of the process is a homopolymerization step of a conjugated diene monomer in the presence of a catalytic system as described above.
  • the polymerization step of the process is a step of copolymerization of at least one conjugated diene monomer in the presence of a catalytic system as described above.
  • the conjugated diene monomer is then copolymerized with at least one other monomer.
  • conjugated diene monomer having 4 to 15 carbon atoms as defined above, different from the first conjugated diene monomer.
  • conjugated diene monomer suitable in particular 1,3-butadiene, 2-methyl-l,3-butadiene (or isoprene), 2,3-di (C 1 to C 5 alkyl) 1,3-butadiene such than for example 2,3-dimethyl-1,3- butadiene, 2,3-diethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-1,3-butadiene, phenyl-1, 3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2,4-hexadiene, or any other conjugated diene having between 4 and 12 carbon atoms.
  • conjugated diene monomer mention may also be made of non-cyclic terpene conjugated diene monomers, more particularly
  • a vinylaromatic compound is also suitable.
  • vinyl aromatic monomer mention may be made of a vinylaromatic monomer having from 8 to 20 carbon atoms, such as for example styrene, ortho-, meta-, para-methylstyrene, 2,4,6-trimethylstyrene, divinyl benzene and vinylnaphthalene, preferably the vinylaromatic monomer is styrene.
  • the polymerization step can be carried out in known manner, continuously or discontinuously, in bulk or in solution, generally and in known manner at a temperature between 40°C and 120°C.
  • the polymerization step can be carried out in an organic solvent conventionally used for the polymerization of diene monomers.
  • organic solvent is meant according to the invention an inert hydrocarbon solvent which can be for example an aliphatic or alicyclic hydrocarbon such as pentane, hexane, heptane, iso-octane, cyclohexane, methylcyclohexane, or a aromatic hydrocarbon such as benzene, toluene, xylene, or mixtures of these solvents.
  • non-aromatic solvents are particularly preferred.
  • the preformed catalytic system as described above is introduced into a reactor and used for the polymerization of at least one conjugated diene monomer in a reaction medium comprising the monomers to be polymerized and, where appropriate, the solvent of polymerization.
  • the catalytic system is used in proportions varying from 20 to 2000 pmol of rare earth metal per 100 g of monomers, preferably from 20 to 1000 pmol, even more preferably from 50 to 1000 pmol .
  • the polymerization step of the process is preceded by the addition to the polymerization medium, independently of the introduction of the preformed catalytic system used for the polymerization reaction and in a staggered manner, a quantity of at least one organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg. That is to say that the addition is made in the polymerization medium not at the same time and, therefore, either before, or after, or partly before and partly after, with respect to the introduction of the system preformed catalyst used to catalyze the polymerization reaction.
  • the addition can advantageously take place before the introduction of the monomers in order to avoid degassing.
  • the quantity of organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg is such that the molar ratio (organic magnesium compounds/neodymium) is preferably at most 15/1, and more preferably of at most 12/1 with a view to maintaining a 1,2 linking rate of less than or equal to 10%, more preferably of at most 11/1. It is necessary to understand here by molar quantity of organic magnesium compounds the sum of the molar quantity of magnesium compound R 3 R 4 Mg used during the polymerization and of the molar quantity of magnesium compound R 1 R 2 Mg of the catalytic system.
  • the organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg may be identical to or different from the organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg of the catalytic system.
  • each of R 3 and R 4 represents, independently of one another, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, an aromatic radical in C 6 -C 20 , substituted or not.
  • the aliphatic and aromatic radicals are defined above in relation to R 1 and R 2 . More particularly, each of R 3 and R 4 is a noncyclic C 1 -C 10 alkyl radical chosen from a methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl and decyl radical.
  • the organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg is preferably n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium.
  • At least one of the following characteristics is observed, at least two, at least three, at least four, at least five, at least six and preferably all:
  • the conjugated diene monomer to be polymerized is a 1,3-diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene,
  • the neodymium organic phosphoric acid salt of the catalytic system is a neodymium phosphoric acid diester, preferably neodymium tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate],
  • the preformation diene monomer of the catalytic system is a conjugated diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene,
  • the organic magnesium compound of the catalytic system is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium
  • the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) is at most 15/1, preferably at most 12/1, more preferably at most 11/1,
  • the molar ratio (preformation monomer / neodymium) is at least 5/1, preferably at least 15/1
  • each of R 3 and R 4 represents, independently of one another, a C 1 -C 10 aliphatic radical, substituted or not, an aromatic C 6 radical -C 20 , substituted or unsubstituted, preferably n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium, is added to the polymerization medium independently of the catalytic system at a rate such that the molar ratio (organic magnesium compounds/neodymium) is less than 15/ 1, preferably at most 12/1, more preferably at most 11/1, the molar amount of organic magnesium compounds being the sum of the molar amount of R 3 R 4 Mg and the molar amount of R 1 R 2 Mg.
  • the process for synthesizing a diene polymer according to the invention can be continued in a manner known per se.
  • the polymerization can be stopped, optionally after a step of post-polymerization modification of the diene polymer.
  • the process then continues in a manner known per se with the separation and recovery of the diene polymer prepared. Unreacted monomers can be removed by methods known to those skilled in the art, as can the solvent.
  • NIR Near infrared spectroscopy
  • NIR Near infrared
  • the principle of the method is based on the Beer-Lambert law generalized to a multi-component system. The method being indirect, it calls upon a multivariate calibration [Vilmin, F.; Dussap, C.; Coste, N. Applied Spectroscopy 2006, 60, 619-29] produced using standard elastomers with a composition determined by 13 C NMR.
  • the microstructure is then calculated from the NIR spectrum of an elastomer film of about 750 pm thick. Spectrum acquisition is carried out in transmission mode between 7800 and 3900 cm 1 with a resolution of 2 cm 1 , using a Fourier transform near infrared spectrometer equipped with an InGaAs detector cooled by the Peltier effect.
  • the conversion is calculated by the ratio between the mass of the polymer isolated at the end of the reaction and the mass of butadiene introduced into the reactor.
  • c m polybutadiene _ 100 m butadiene rri butadiene which represents the mass of butadiene introduced into the reactor, mp oiybutadiene which represents the mass of polybutadiene obtained.
  • Neodymium tris[bis(2-ethylhexyl)phosphate] is dissolved for 12 hours in methylcyclohexane.
  • the reaction medium is heated at 30° C. for 60 minutes.
  • the quantities of the reactants (molar ratios) are mentioned in the table below.
  • Table 2 presents the degree of conversion of the polymerization reactions with the various catalytic systems AX, as well as the microstructures of the polybutadienes obtained.
  • Catalyst 400 pmol Nd/100g monomer to be polymerized nd the quantity of polymer synthesized is insufficient to be able to carry out the microstructure measurements by NIR.
  • the 1,4-trans level in the polybutadiene decreases and the 1,2 linking level increases with an increasing Mg ca taiyseur/Nd molar ratio in the catalytic system. It is thus possible to modulate the 1,4-trans linking rate by varying the Mgc a t a iyseuri/Nd molar ratio with a preferential maximum value of the order of 10/1 in order to maintain a linking rate of 1 .2 to a value less than or equal to 10%.
  • Table 3 shows the microstructures of the polybutadienes obtained by varying the amount of organic magnesium compound added to the reaction medium outside the catalytic system.
  • the 1,2-linkage rate increases with an increasing Mg to t ai / Nd molar ratio while maintaining a high 1,4-trans linking rate, Mg to t ai being the total molar amount of organomagnesium compound comprising the magnesium compound added during the polymerization process and the magnesium compound which enters into the composition of the catalytic system.
  • the Mg totai / Nd molar ratio is preferably lower to 12/1, or even at most 11/1.

Abstract

The invention relates to a preformed stereospecific catalytic system comprising: • - an organic phosphoric acid salt of neodymium, • - a preforming diene monomer, and • - an organic magnesium compound having formula R1R2Mg, wherein R1 and R2 each represent, independently of each other, an optionally-substituted C1-C10 aliphatic radical or an optionally-substituted C6-C20 aromatic radical. The use of this catalytic system for the polymerization of 1,3-dienes, which promotes trans-1,4 insertion of 1,3-diene monomers, yields diene polymers with a high trans-1,4 chaining rate.

Description

SYSTÈME CATALYTIQUE PRÉFORMÉ POUR LA POLYMÉRISATION STEREOSPECIFIQUE DE DIENES ET LEUR UTILISATION EN PROCÉDÉ DE SYNTHÈSE DE POLYMÈRES DIÉNIQUES PREFORMED CATALYTIC SYSTEM FOR THE STEREOSPECIFIC POLYMERIZATION OF DIENES AND THEIR USE IN A PROCESS FOR THE SYNTHESIS OF DIENIC POLYMERS
Domaine technique Technical area
La présente invention concerne un système catalytique pour la polymérisation stéréospécifique de diènes conjugués favorisant l'insertion 1,4-trans des monomères. L'invention concerne plus particulièrement un système catalytique polymétallique pour la polymérisation stéréospécifique de diènes conjugués favorisant l'insertion 1,4-trans des monomères. L'invention concerne également un procédé de synthèse de polymères diéniques à taux de d'enchaînement 1,4-trans élevé utilisant un système catalytique polymétallique pour la polymérisation des monomères. The present invention relates to a catalytic system for the stereospecific polymerization of conjugated dienes favoring the 1,4-trans insertion of the monomers. The invention relates more particularly to a polymetallic catalytic system for the stereospecific polymerization of conjugated dienes favoring the 1,4-trans insertion of the monomers. The invention also relates to a process for the synthesis of diene polymers with a high 1,4-trans linking rate using a polymetallic catalytic system for the polymerization of the monomers.
Technique antérieure Prior technique
L'utilisation de systèmes catalytiques polymétalliques pour la synthèse de polymères diéniques par polymérisation de coordination a été décrite par le passé. The use of polymetallic catalytic systems for the synthesis of diene polymers by coordination polymerization has been described in the past.
La littérature rapporte notamment la combinaison de composés organiques de terres rares et de composés organiques de magnésium pour la polymérisation de monomères 1,3-diènes susceptible de générer une stéréospécificité des configurations 1,4-cis ou 1,4-trans, et en particulier de configuration 1,4-trans. The literature reports in particular the combination of organic compounds of rare earths and organic compounds of magnesium for the polymerization of 1,3-diene monomers capable of generating a stereospecificity of the 1,4-cis or 1,4-trans configurations, and in particular of 1,4-trans configuration.
Ainsi, par exemple, l'article Macromolecules 2017, 50, 7887-7894, "Régulation ofthe cis-1,4- and trans-l,4-Polybutadiene Multiblock Copolymers via Chain Shuttling Polymerization Using a Ternary Neodymium Organic Sulfonate Catalyst", Quanquan Dai et al., décrit la synthèse de polybutadiènes permettant de réguler le rapport des taux de 1,4-cis et 1,4-trans pour atteindre un équilibre entre la tolérance à la déformation (attribuée à la partie cis-1,4 du polybutadiène) et la rigidité (attribuée à la cristallinité de la partie trans-l,4-du polybutadiène). Cet article explique qu’un système catalytique binaire à base de trifluorométhane sulfonate de néodyme et de dibutylmagnésium permet de synthétiser par catalyse de coordination un polybutadiène en favorisant l’insertion 1,4-trans du butadiène. Thus, for example, the article Macromolecules 2017, 50, 7887-7894, "Regulation of the cis-1,4- and trans-l,4-Polybutadiene Multiblock Copolymers via Chain Shuttling Polymerization Using a Ternary Neodymium Organic Sulfonate Catalyst", Quanquan Dai et al., describe the synthesis of polybutadienes allowing to regulate the ratio of 1,4-cis and 1,4-trans levels to achieve a balance between tolerance to deformation (attributed to the cis-1,4 part of the polybutadiene) and stiffness (attributed to the crystallinity of the trans-1,4-part of the polybutadiene). This article explains that a binary catalytic system based on neodymium trifluoromethane sulfonate and dibutylmagnesium makes it possible to synthesize a polybutadiene by coordination catalysis by promoting the 1,4-trans insertion of butadiene.
Plusieurs publications rapportent, quant à elles, la polymérisation contrôlée d’isoprène à l’aide de système catalytique comprenant un borohydrure de néodyme et un dialkylmagnésium, en présence ou non de tétrahydrofurane. Ces systèmes catalytiques permettent de fournir du polyisoprène stéréorégulier avec de forts taux de 1,4-trans. On peut par exemple citer Macromolecules 2005, 38, 3162-3169 "Highly trans-Stereospecific Isoprene Polymerization by Neodymium Borohydrido Catalysts", Fanny Bonnet et al. Several publications report the controlled polymerization of isoprene using a catalytic system comprising a neodymium borohydride and a dialkylmagnesium, in the presence or absence of tetrahydrofuran. These catalytic systems make it possible to provide stereoregular polyisoprene with high levels of 1,4-trans. Mention may be made, for example, of Macromolecules 2005, 38, 3162-3169 "Highly trans-Stereospecific Isoprene Polymerization by Neodymium Borohydrido Catalysts", Fanny Bonnet et al.
Un autre document EP0091287, décrit un système catalytique pour la polymérisation du butadiène comprenant notamment du versatate de didyme et un dibutylmagnésium permettant d’atteindre du polybutadiène stéréoréguliers à fort taux de 1,4-trans. Another document EP0091287 describes a catalytic system for the polymerization of butadiene comprising in particular didymium versatate and a dibutylmagnesium making it possible to achieve stereoregular polybutadiene with a high level of 1,4-trans.
Si des systèmes catalytiques employés dans les polymérisations stéréospécifiques des diènes conjugués ont déjà été décrits par le passé, un besoin demeure de disposer d'autres procédés de synthèse de polymères diéniques présentant des taux d'enchaînement 1,4-trans élevés, c'est-à-dire supérieur à 65% en poids par rapport à la partie diénique du polymère. Par ailleurs, dans certaines utilisations d'un polymère diénique, il peut être avantageux que celui-ci ait non seulement un taux d'enchaînement 1,4-trans élevé, mais encore un taux d’enchaînement 1,2 limité. Un procédé de synthèse de polymères diéniques permettant de donner satisfaction à ces deux objectifs à la fois serait particulièrement intéressant. If catalytic systems used in the stereospecific polymerizations of conjugated dienes have already been described in the past, a need remains to have other processes for the synthesis of diene polymers having high levels of 1,4-trans linkage, that is that is to say greater than 65% by weight relative to the diene part of the polymer. Moreover, in certain uses of a diene polymer, it may be advantageous for the latter not only to have a high 1,4-trans linkage rate, but also a limited 1,2 linkage rate. A process for the synthesis of diene polymers which makes it possible to satisfy both of these objectives at the same time would be of particular interest.
Exposé de l'invention Disclosure of Invention
Le problème technique qui se pose dans le cadre de la présente invention est de disposer d'un procédé de synthèse de polymères diéniques stéréoréguliers, particulièrement de polymères stéréoréguliers du butadiène, favorisant la formation des enchaînements 1,4-trans, et permettant également de limiter la formation des enchaînements 1,2. The technical problem that arises in the context of the present invention is to have a process for the synthesis of stereoregular diene polymers, particularly stereoregular polymers of butadiene, promoting the formation of 1,4-trans linkages, and also making it possible to limit the formation of sequences 1.2.
L’invention permet de résoudre ce problème en proposant un système catalytique préformé associant un organophosphate de néodyme et un composé organique de magnésium qui, utilisé pour la polymérisation de 1,3-diènes présente une stéréospécificité vis-à-vis de l'insertion 1,4-trans en maintenant une conversion de la réaction de polymérisation satisfaisante. L'utilisation du système catalytique selon l'invention dans un procédé de synthèse d'un polymère diénique permet d'obtenir des polymères diéniques présentant des taux d'enchaînement 1,4-trans élevés, avec notamment des valeurs d’au moins 65% en poids par rapport à la partie diénique du polymère, et un taux d’enchaînement 1,2- faible, notamment avec des valeurs inférieures ou égales à 10% en poids par rapport à la partie diénique du polymère. The invention makes it possible to solve this problem by proposing a preformed catalytic system combining a neodymium organophosphate and an organic magnesium compound which, used for the polymerization of 1,3-dienes, has a stereospecificity with respect to the insertion 1 ,4-trans while maintaining satisfactory polymerization reaction conversion. The use of the catalytic system according to the invention in a process for the synthesis of a diene polymer makes it possible to obtain diene polymers having high levels of 1,4-trans linkage, with in particular values of at least 65% by weight relative to the diene part of the polymer, and a low 1,2-linking rate, in particular with values less than or equal to 10% by weight relative to the diene part of the polymer.
Plus particulièrement, l’utilisation du système catalytique préformé selon l'invention dans un procédé de polymérisation du butadiène permet la synthèse d’un polybutadiène présentant les caractéristiques suivantes : More particularly, the use of the preformed catalytic system according to the invention in a process for the polymerization of butadiene allows the synthesis of a polybutadiene having the following characteristics:
- un taux d’enchaînement 1,4-trans d’au moins 65% en poids par rapport à la partie diénique du polybutadiène ; - a 1,4-trans linking rate of at least 65% by weight relative to the diene part of the polybutadiene;
- un taux d’enchaînement vinyle 1,2- inférieur ou égal 10% en poids par rapport à la partie diénique du polybutadiène. - a 1,2- vinyl linking rate less than or equal to 10% by weight relative to the diene part of the polybutadiene.
Dans un premier aspect, l'invention porte sur un tel système catalytique préformé. In a first aspect, the invention relates to such a preformed catalytic system.
Dans un autre aspect, l'invention porte sur un procédé de synthèse d'un polymère diénique utilisant un tel système catalytique préformé. In another aspect, the invention relates to a method of synthesizing a diene polymer using such a preformed catalyst system.
Résumé de l'invention Summary of the invention
L'invention, décrite plus en détails ci-après, a pour objet au moins l'une des réalisations énumérées aux points suivants : The invention, described in more detail below, relates to at least one of the embodiments listed in the following points:
1- Système catalytique préformé à base d’au moins 1- Preformed catalytic system based on at least
- un sel de néodyme d'un acide phosphorique organique, - a neodymium salt of an organic phosphoric acid,
- un monomère diénique de préformation, et - a preformation diene monomer, and
- un composé organique de magnésium de formule R1R2Mg, dans laquelle R1 et R2 représentent, indépendamment l’un de l’autre, un radical aliphatique en Ci-Cio, substitué ou non, un radical aromatique en C6-C20, substitué ou non. 2- Système catalytique selon la réalisation précédente dans lequel le radical aliphatique, dans la définition de R1R2Mg est un radical alkyle en Ci-Cio, substitué ou non. - an organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg, in which R 1 and R 2 represent, independently of each other, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, an aromatic radical in C6- C20, substituted or not. 2- Catalytic system according to the previous embodiment in which the aliphatic radical, in the definition of R 1 R 2 Mg is a Ci-Cio alkyl radical, substituted or not.
3- Système catalytique selon la réalisation précédente dans lequel le radical aliphatique, dans la définition de R1 et R2 est un radical alkyle en Ci-Cio choisi parmi un radical méthyle, éthyle, les radicaux propyles, butyles, pentyles, hexyles, heptyles, octyles, nonyles et décyles. 3- Catalytic system according to the previous embodiment in which the aliphatic radical, in the definition of R 1 and R 2 is a Ci-Cio alkyl radical chosen from a methyl or ethyl radical, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl radicals , octyls, nonyls and decyls.
4- Système catalytique selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans lequel le composé organique de magnésium de formule R1R2Mg est le n-butyléthylmagnésium ou le n- butyloctylmagnésium. 4- Catalytic system according to any one of the preceding embodiments in which the organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium.
5- Système catalytique selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans lequel le monomère de préformation est un monomère diène conjugué ayant 4 à 15 atomes de carbone.5- Catalytic system according to any one of the preceding embodiments in which the preformation monomer is a conjugated diene monomer having 4 to 15 carbon atoms.
6- Système catalytique selon la réalisation précédente dans lequel le monomère de préformation est un monomère 1,3-diène ayant 4 à 15 atomes de carbone, de préférence le 1,3-butadiène. 6- Catalytic system according to the previous embodiment in which the preformation monomer is a 1,3-diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene.
7- Système catalytique selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans lequel le sel de néodyme d'un acide phosphorique organique est un tris(organophosphate) de néodyme. 7- Catalytic system according to any one of the preceding embodiments in which the neodymium salt of an organic phosphoric acid is a neodymium tris(organophosphate).
8- Système catalytique selon la réalisation précédente dans lequel l’organophosphate est un diester d’acide phosphorique. 8- Catalytic system according to the previous embodiment in which the organophosphate is a phosphoric acid diester.
9- Système catalytique selon la réalisation précédente dans lequel le sel de néodyme d'un acide phosphorique organique est le tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme. 9- Catalytic system according to the previous embodiment in which the neodymium salt of an organic phosphoric acid is neodymium tris[bis(2-ethylhexyl)phosphate].
10- Système catalytique selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans lequel le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) a une valeur d’au plus 15/1 et de préférence d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1. 10- Catalytic system according to any one of the preceding embodiments in which the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) has a value of at most 15/1 and preferably of at most 12/1, more preferably of at most 11/1.
11- Système catalytique selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans lequel le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) a une valeur d’au moins 1/2, de préférence d’au moins 1/1, de préférence encore d’au moins 2/1. 11- Catalytic system according to any one of the preceding embodiments in which the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) has a value of at least 1/2, preferably of at least 1/1, more preferably of at least 2/1.
12- Système catalytique selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans lequel le rapport molaire (monomère de préformation / néodyme) présente une valeur d’au moins 5/1, de préférence d’au moins 15/1. 12- Catalytic system according to any one of the preceding embodiments in which the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, preferably of at least 15/1.
13- Système catalytique selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans lequel au moins une des caractéristiques suivantes est respectées, au moins deux, au moins trois, au moins quatre et de préférence toutes : 13- Catalytic system according to any one of the preceding embodiments in which at least one of the following characteristics is respected, at least two, at least three, at least four and preferably all of them:
- le sel d'acide phosphorique organique de néodyme est un diester d’acide phosphorique de néodyme, de préférence le tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme, - the organic phosphoric acid salt of neodymium is a phosphoric acid diester of neodymium, preferably tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate] of neodymium,
- le monomère de préformation est le 1,3-butadiène, - the preformation monomer is 1,3-butadiene,
- le composé organique de magnésium est le n-butyléthylmagnésium ou le n- butyloctylmagnésium, - the organic magnesium compound is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium,
- le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) présente une valeur d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1, - le rapport molaire (monomère de préformation / néodyme) présente une valeur d'au moins 5/1, de préférence d'au moins 15/1. - the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) has a value of at most 15/1, preferably of at most 12/1, more preferably of at most 11/1, - the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, preferably of at least 15/1.
14- Système catalytique selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans lequel le système catalytique est bimétallique. 14- Catalytic system according to any one of the preceding embodiments in which the catalytic system is bimetallic.
15- Système catalytique selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans lequel le système catalytique est ternaire. 15- Catalytic system according to any one of the preceding embodiments in which the catalytic system is ternary.
16- Procédé de préparation d'un polymère diénique comprenant la réaction de polymérisation d’au moins un monomère diène conjugué dans un réacteur en présence d'un système catalytique préformé tel que défini dans l’une des réalisations précédentes 16- Process for the preparation of a diene polymer comprising the polymerization reaction of at least one conjugated diene monomer in a reactor in the presence of a preformed catalytic system as defined in one of the preceding embodiments
17- Procédé selon la réalisation 16 comprenant, de manière décalée de l’introduction du système catalytique préformé dans le réacteur, l’ajout dans le réacteur d'au moins un composé organique de magnésium de formule R3R4Mg, dans laquelle chacun de R3 et R4 représente, indépendamment l’un de l’autre, un radical aliphatique en Ci-Cio, substitué ou non, ou un radical aromatique en C6-C20, substitué ou non. 17- Process according to embodiment 16 comprising, offset from the introduction of the preformed catalytic system into the reactor, the addition to the reactor of at least one organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg, in which each of R 3 and R 4 represents, independently of one another, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, or an aromatic radical in C6-C20, substituted or not.
18- Procédé selon la réalisation précédente dans lequel le rapport molaire (composés organiques de magnésium / néodyme) est d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1, la quantité molaire de composés organiques de magnésium étant la somme des quantités molaires des composés de magnésium R1R2Mg et R3R4Mg. 18- Process according to the previous embodiment in which the molar ratio (organic magnesium compounds / neodymium) is at most 15/1, preferably at most 12/1, more preferably at most 11/1, the molar quantity of organic magnesium compounds being the sum of the molar quantities of the magnesium compounds R 1 R 2 Mg and R 3 R 4 Mg.
19- Procédé selon l’une quelconques des réalisations 16 à 18 dans lequel le monomère diène conjugué à polymériser est un monomère 1,3-diène. 19- Process according to any one of embodiments 16 to 18 in which the conjugated diene monomer to be polymerized is a 1,3-diene monomer.
20- Procédé selon l’une quelconques des réalisations 16 à 19 dans lequel le monomère diène conjugué à polymériser est un monomère 1,3-diène ayant 4 à 15 atomes de carbone, de préférence le butadiène ou l'isoprène, plus préférentiellement le butadiène. 20- Process according to any one of embodiments 16 to 19 in which the conjugated diene monomer to be polymerized is a 1,3-diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably butadiene or isoprene, more preferably butadiene .
21- Procédé selon l'une quelconque des réalisations précédentes 16 à 20 dans lequel le monomère diène conjugué à polymériser est copolymérisé avec au moins un autre monomère. 21. Process according to any one of the preceding embodiments 16 to 20, in which the conjugated diene monomer to be polymerized is copolymerized with at least one other monomer.
22- Procédé selon la réalisation précédente dans lequel le monomère diène conjugué à polymériser est copolymérisé avec au moins un autre monomère choisi parmi les monomères diènes conjugués ayant 4 à 15 atomes de carbone. 22. Process according to the preceding embodiment, in which the conjugated diene monomer to be polymerized is copolymerized with at least one other monomer chosen from conjugated diene monomers having 4 to 15 carbon atoms.
23- Procédé selon la réalisation 21 ou 22 dans lequel le monomère diène conjugué à polymériser est copolymérisé avec au moins un autre monomère choisi parmi les composés vinylaromatiques, de préférence le styrène. 23. Process according to embodiment 21 or 22, in which the conjugated diene monomer to be polymerized is copolymerized with at least one other monomer chosen from vinylaromatic compounds, preferably styrene.
24 - Procédé selon l'une quelconque des réalisations précédentes 16 à 23 dans lequel au moins une des caractéristiques suivantes est respectées, au moins deux, au moins trois, au moins quatre, au moins cinq, au moins six et de préférence toutes : 24 - Process according to any one of the preceding embodiments 16 to 23 in which at least one of the following characteristics is respected, at least two, at least three, at least four, at least five, at least six and preferably all of them:
- le monomère diène conjugué à polymériser est un 1,3-diène ayant 4 à 15 atomes de carbone, de préférence le 1,3-butadiène, - the conjugated diene monomer to be polymerized is a 1,3-diene having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene,
- le sel d'acide phosphorique organique de néodyme du système catalytique préformé est le tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme, - the neodymium organic phosphoric acid salt of the preformed catalytic system is the neodymium tris[bis(2-ethylhexyl)phosphate],
- le monomère de préformation est le 1,3-butadiène, - the preformation monomer is 1,3-butadiene,
- le composé organique de magnésium du système catalytique préformé est le n- butyléthylmagnésium ou le n-butyloctylmagnésium, - the organic magnesium compound of the preformed catalytic system is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium,
- dans le système catalytique préformé, le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) présente une valeur d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1, - in the preformed catalytic system, the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) has a value of at most 15/1, preferably of at most 12/1, more preferably of at most 11/1 ,
- dans le système catalytique préformé, le rapport molaire (monomère de préformation / néodyme) présente une valeur d’au moins 5/1, de préférence d’au moins 15/1, - in the preformed catalytic system, the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, preferably at least 15/1,
- un composé organique de magnésium R3R4Mg, dans laquelle chacun de R3 et R4 représente, indépendamment l’un de l’autre, un radical aliphatique en Ci-Cio, substitué ou non, un radical aromatique en C6-C20, substitué ou non, de préférence le n-butyléthylmagnésium ou le n- butyloctylmagnésium, est ajouté dans le réacteur indépendamment du système catalytique sous réserve que le rapport molaire (composés organiques de magnésium /néodyme) est d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1, la quantité molaire de composés organiques de magnésium étant la somme des quantités molaires des composés de magnésium R1R2Mg et R3R4Mg. - an organic magnesium compound R 3 R 4 Mg, in which each of R 3 and R 4 represents, independently of one another, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, an aromatic radical in C6- C20, substituted or not, preferably n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium, is added to the reactor independently of the catalytic system provided that the molar ratio (organic magnesium compounds / neodymium) is at most 15/1, preferably of at most 12/1, more preferably of at most 11/1, the molar quantity of organic magnesium compounds being the sum of the molar quantities of the magnesium compounds R 1 R 2 Mg and R 3 R 4 Mg .
Définition Definition
Les termes "radical", "groupe" et "groupement", au singulier ou au pluriel, sont équivalents et interchangeables. The terms "radical", "group" and "grouping", singular or plural, are equivalent and interchangeable.
L'expression "en Cx-Cy" pour un radical hydrocarboné signifie que ledit radical comprend x à y atomes de carbone. The expression "in C x -C y " for a hydrocarbon radical means that said radical comprises x to y carbon atoms.
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des pourcentages (%) en poids (aussi nommé pourcentage (%) massique). Les pourcentages (%) exprimant la microstructure du polymère diénique (par exemple la répartition relative des unités butadiène 1,2-, 1,4-trans et 1,4-cis) sont des pourcentages en poids par rapport à la partie diénique du polymère. Ainsi un taux d'enchaînement 1,4-trans de plus de 65% dans un polymère diénique correspond à un taux d'unité diènes 1,4-trans de plus de 65% en poids par rapport au poids de la partie diénique du polymère. In the present description, unless otherwise expressly indicated, all the percentages (%) indicated are percentages (%) by weight (also called percentage (%) by mass). The percentages (%) expressing the microstructure of the diene polymer (for example the relative distribution of the 1,2-, 1,4-trans and 1,4-cis butadiene units) are percentages by weight relative to the diene part of the polymer . Thus a 1,4-trans linking rate of more than 65% in a diene polymer corresponds to a 1,4-trans diene unit rate of more than 65% by weight relative to the weight of the diene part of the polymer .
Dans la présente description, on entend par "taux élevé d’enchaînement 1,4-trans" un taux d'enchaînement 1,4-trans de plus de 65% en poids par rapport au poids de la partie diénique du polymère. In the present description, the term “high level of 1,4-trans linkage” means a level of 1,4-trans linkage of more than 65% by weight relative to the weight of the diene part of the polymer.
D’autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l’expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c'est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l’expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c'est-à-dire incluant les bornes strictes a et b). On the other hand, any interval of values denoted by the expression "between a and b" represents the domain of values going from more than a to less than b (i.e. limits a and b excluded) while any interval of values denoted by the expression “from a to b” signifies the range of values going from a to b (that is to say including the strict limits a and b).
Par l’expression "à base de" utilisée pour définir les constituants du système catalytique, on entend le mélange de ces constituants et/ou le produit de la réaction entre ces constituants. Les composés comprenant du carbone mentionnés dans la description peuvent être d'origine fossile ou biosourcés. Dans ce dernier cas, ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus de la biomasse ou obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse. De la même manière, les composés mentionnés peuvent également provenir du recyclage de matériaux déjà utilisés, c'est-à-dire qu'ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus d'un procédé de recyclage, ou encore obtenus à partir de matières premières elles-mêmes issues d'un procédé de recyclage. Sont concernés plus particulièrement dans la présente demande notamment les monomères. By the expression “based on” used to define the constituents of the catalytic system, is meant the mixture of these constituents and/or the product of the reaction between these constituents. The compounds comprising carbon mentioned in the description can be of fossil origin or biobased. In the latter case, they can be, partially or totally, derived from biomass or obtained from renewable raw materials derived from biomass. In the same way, the compounds mentioned can also come from the recycling of materials already used, that is to say they can be, partially or totally, from a recycling process, or obtained from materials raw materials themselves from a recycling process. Are concerned more particularly in the present application in particular the monomers.
Ainsi, par exemple le butadiène peut être avantageusement issu de manière connue directement de la biomasse ou être obtenu à partir d'un précurseur biosourcé, par exemple l'éthanol biosourcé. L'isoprène peut être avantageusement issu de manière connue directement de la biomasse ou être obtenu à partir d'un précurseur biosourcé, par exemple à partir d'isobutène biosourcé. Le styrène peut par exemple avantageusement être issu de manière connue directement de la biomasse ou encore du recyclage de polystyrène. Thus, for example, the butadiene can advantageously be derived in a known manner directly from biomass or be obtained from a biosourced precursor, for example biosourced ethanol. The isoprene can advantageously be derived in a known manner directly from biomass or be obtained from a biosourced precursor, for example from biosourced isobutene. The styrene can, for example, advantageously be obtained in a known manner directly from biomass or else from the recycling of polystyrene.
Description détaillée de l'invention Detailed description of the invention
L'invention a pour objet un système catalytique préformé à base d'au moins The subject of the invention is a preformed catalytic system based on at least
- un sel de néodyme d'un acide phosphorique organique, - a neodymium salt of an organic phosphoric acid,
- un monomère de préformation, et - a preformation monomer, and
- un composé organique de magnésium de formule R1R2Mg, dans laquelle R1 et R2 représentent, indépendamment l’un de l’autre, un radical aliphatique en Ci-Cio, substitué ou non, un radical aromatique en C6-C20, substitué ou non. - an organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg, in which R 1 and R 2 represent, independently of each other, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, an aromatic radical in C6- C20, substituted or not.
Le système catalytique selon l’invention est à base d’au moins un sel de néodyme d'un acide phosphorique organique. Le sel d'acide phosphorique organique de néodyme est avantageusement un tris(organophosphate) de néodyme, l’organophosphate pouvant être choisi parmi les diesters d’acide phosphorique de formule générale (R’0)(R"0)P0(0H), dans laquelle R’ et R", identiques ou différents, représentent un radical alkyle en C1-C10 ou un radical aryle en C6-C20 ou alkylaryle en C7 - C25. A titre d’exemple on peut citer un tris [dibutyl phosphate] de néodyme, un tris [dipentyl phosphate] de néodyme, un tris [dioctyl phosphate] de néodyme, un tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme, un tris [bis (1-méthylheptyl) phosphate] de néodyme, un tris [bis (p- nonylphenyl) phosphate] de néodyme, un tris [butyl (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme, un tris [(1-méthylheptyl) (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme, un tris [(2-éthylhexyl) (p-nonylphényl) phosphate] de néodyme, un tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme, un tris[bis(oléyllyl) phosphate] de néodyme ou un tris[bis(linéolyl) phosphate] de néodyme. The catalytic system according to the invention is based on at least one neodymium salt of an organic phosphoric acid. The organic phosphoric acid salt of neodymium is advantageously a tris(organophosphate) of neodymium, the organophosphate being able to be chosen from the diesters of phosphoric acid of general formula (R'0)(R"0)P0(OH), in which R' and R", which are identical or different, represent a C 1 -C 10 alkyl radical or a C 6 -C 20 aryl or C 7 -C 25 alkylaryl radical. By way of example, mention may be made of a tris [dibutyl phosphate] of neodymium, a tris [dipentyl phosphate] of neodymium, a tris [dioctyl phosphate] of neodymium, a tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate] of neodymium, a neodymium tris[bis(1-methylheptyl)phosphate], neodymium tris[bis(p-nonylphenyl)phosphate], neodymium tris[butyl(2-ethylhexyl)phosphate], neodymium tris[(1-methylheptyl) ( neodymium tris [(2-ethylhexyl) (p-nonylphenyl) phosphate], neodymium tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate], tris [bis(oleyllyl) phosphate] neodymium or a neodymium tris[bis(lineolyl)phosphate].
Selon des modes de réalisation de l’invention, le sel d'acide phosphorique organique de néodyme est un tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme. According to embodiments of the invention, the organic phosphoric acid salt of neodymium is neodymium tris[bis(2-ethylhexyl)phosphate].
Le sel de néodyme peut être sous forme d'une poudre, d'une solution dans un solvant hydrocarboné inerte, d'une suspension dans un solvant hydrocarboné inerte ou alors d'un gel dans un solvant hydrocarboné inerte. Selon des modes de réalisation de l'invention, le néodyme est présent dans le système catalytique selon une concentration égale ou supérieure à 0,005 mol/l et d'au plus 0,1 mol/l, plus particulièrement d'au plus 0,08 mol/l. The neodymium salt can be in the form of a powder, of a solution in an inert hydrocarbon solvent, of a suspension in an inert hydrocarbon solvent or else of a gel in an inert hydrocarbon solvent. According to embodiments of the invention, neodymium is present in the catalytic system in a concentration equal to or greater than 0.005 mol/l and at most 0.1 mol/l, more particularly at most 0.08 mol/l.
Le système catalytique selon l'invention est également à base d'au moins un composé organique de magnésium de formule R1R2Mg The catalytic system according to the invention is also based on at least one organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg
Dans la formule R1R2Mg, R1 et R2 peuvent être identiques ou différents. In the formula R 1 R 2 Mg, R 1 and R 2 can be identical or different.
Dans la formule R1R2Mg, l'un au moins de R1 et R2 peut être un radical aliphatique en Ci-Cio, substitué ou non. A titre de radical aliphatique, on peut citer les groupements alkyles en Ci-Cio, alcényles en C2- C10 et les groupements alcynyles en C2-C10, qu'ils soient cycliques ou non cycliques. Particulièrement, lorsque l’un de R1 et R2 est un radical aliphatique, il est un radical alkyle en C1-C10 non cyclique choisi parmi le radical méthyle, éthyle, les radicaux propyles, butyles, pentyles, hexyles, heptyles, octyles, nonyles et décyles. In the formula R 1 R 2 Mg, at least one of R 1 and R 2 can be a Ci-Cio aliphatic radical, substituted or not. As an aliphatic radical, mention may be made of C 1 -C 10 alkyl groups, C 2 -C 10 alkenyl groups and C 2 -C 10 alkynyl groups, whether cyclic or non-cyclic. Particularly, when one of R 1 and R 2 is an aliphatic radical, it is a noncyclic C 1 -C 10 alkyl radical chosen from the methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyls, nonyls and decyls.
Dans la formule R1R2Mg, l’un au moins de R1 et R2 peut être un radical aromatique en C -C , substitué ou non. A titre de radical aromatique, on peut citer les groupements aryles en C -C . In the formula R 1 R 2 Mg, at least one of R 1 and R 2 can be a C -C aromatic radical, substituted or not. By way of aromatic radical, mention may be made of C -C aryl groups.
Par radical aliphatique substitué ou radical aromatique substitué, on entend un radical substitué par un ou plusieurs groupements hydrocarbonés ayant de 1 à 10 atomes de carbone. By substituted aliphatic radical or substituted aromatic radical, is meant a radical substituted by one or more hydrocarbon groups having from 1 to 10 carbon atoms.
Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, dans la formule R1R2Mg, R1 et R2 désignent chacun un radical alkyle en C -C non cyclique. Selon ce mode de réalisation le composé organique de magnésium de formule R1R2Mg est le n-butyléthylmagnésium ou le n-butyloctylmagnésium.According to particular embodiments of the invention, in the formula R 1 R 2 Mg, R 1 and R 2 each denote a non-cyclic C -C alkyl radical. According to this embodiment, the organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium.
Selon des modes de réalisation particulier de l’invention, le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) dans ledit système catalytique a une valeur d’au moins 1/2, de préférence d’au moins 1/1. Il n’y a pas de valeur maximale à ce rapport qui soit liée au taux d’enchaînement 1,4-trans à atteindre. Néanmoins, afin que l’atteinte d’un taux élevé d’enchaînement 1,4-trans supérieur à 65% en poids par rapport à la partie diénique du polymère ne se fasse pas au détriment du taux d’enchaînement 1,2-, le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) dans ledit système catalytique est de préférence d’au plus 15/1. De préférence le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) est d’au plus 12/1 pour maintenir un taux d’enchaînement 1,2 inférieur à 10% en poids par rapport à la partie diénique du polymère, plus préférentiellement encore d’au plus 11/1. According to particular embodiments of the invention, the molar ratio (R 1 R 2 Mg/neodymium) in said catalytic system has a value of at least 1/2, preferably of at least 1/1. There is no maximum value for this ratio which is linked to the 1,4-trans linkage rate to be achieved. Nevertheless, so that the achievement of a high level of 1,4-trans linkage greater than 65% by weight relative to the diene part of the polymer does not occur to the detriment of the 1,2- linkage level, the molar ratio (R 1 R 2 Mg/neodymium) in said catalytic system is preferably at most 15/1. Preferably the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) is at most 12/1 to maintain a 1,2 linking rate of less than 10% by weight relative to the diene part of the polymer, more preferably still of at most 11/1.
Par ailleurs, en vue de maintenir une optimisation de la conversion, le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) dans ledit système catalytique a avantageusement une valeur d’au moins 1/1, voire de préférence d’au moins 2/1. Également, en vue de maintenir une optimisation de la conversion, le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) dans ledit système catalytique a avantageusement une valeur d’au plus 12/1, voire de préférence encore d’au plus 11/1. Ainsi, selon des modes de réalisation avantageux de l’invention, le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) dans ledit système catalytique a une valeur d’au moins 1/1, de préférence d’au moins 2/1, et d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1. Furthermore, with a view to maintaining optimization of the conversion, the molar ratio (R 1 R 2 Mg/neodymium) in said catalytic system advantageously has a value of at least 1/1, or even preferably of at least 2/ 1. Also, with a view to maintaining optimization of the conversion, the molar ratio (R 1 R 2 Mg/neodymium) in said catalytic system advantageously has a value of at most 12/1, even more preferably of at most 11/ 1. Thus, according to advantageous embodiments of the invention, the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) in said catalytic system has a value of at least 1/1, preferably of at least 2/1, and at most 12/1, more preferably at most 11/1.
Le système catalytique selon l’invention est également à base d’au moins un monomère diénique destiné à la préformation du système catalytique. A titre de monomère diénique utilisable pour préformer le système catalytique selon l'invention, on peut citer les monomères diènes conjugués et tout particulièrement les monomères diènes conjugués ayant 4 à 15 atomes de carbone. The catalytic system according to the invention is also based on at least one diene monomer intended for the preformation of the catalytic system. By way of diene monomer which can be used to preform the catalytic system according to the invention, mention may be made of conjugated diene monomers and very particularly conjugated diene monomers having 4 to 15 carbon atoms.
A titre de monomère diénique de préformation convient notamment le 1,3-butadiène, le 2-méthyl-Suitable as preformation diene monomer are in particular 1,3-butadiene, 2-methyl-
1.3-butadiène (ou isoprène), les 2,3-di (alkyle en Ci à C5) 1,3-butadiène tels que par exemple le 2,3- diméthyl-l,3-butadiène, le 2,3-diéthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-éthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl- 3-isopropyl-l,3-butadiène, le phényl-l,3-butadiène, le 1,3-pentadiène, le 2,4-hexadiène, ou tout autre diène conjugué ayant entre 4 et 12 atomes de carbone. 1,3-butadiene (or isoprene), 2,3-di(C 1 to C 5 alkyl) 1,3-butadiene such as for example 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,3-diethyl -1,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-1,3-butadiene, phenyl-1,3-butadiene, 1,3 -pentadiene, 2,4-hexadiene, or any other conjugated diene having between 4 and 12 carbon atoms.
A titre de monomère diénique utilisable pour préformer le système catalytique selon l'invention, on peut également citer les monomères diènes conjugués terpéniques non cyclique, plus particulièrement un farnésène ou le myrcène. As diene monomer that can be used to preform the catalytic system according to the invention, mention may also be made of non-cyclic terpene conjugated diene monomers, more particularly a farnesene or myrcene.
Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, le monomère diénique de préformation est un monomère diène conjugué ayant 4 à 12 atomes de carbone, particulièrement l’isoprène ou leAccording to particular embodiments of the invention, the preforming diene monomer is a conjugated diene monomer having 4 to 12 carbon atoms, particularly isoprene or
1.3-butadiène, de préférence le butadiène. 1,3-butadiene, preferably butadiene.
Selon des modes de réalisation de l’invention, le rapport molaire (monomère de préformation / néodyme) peut avoir une valeur d’au moins, 5/1, plus particulièrement d’au moins 15/1. L’homme du métier comprendra qu’il n’y pas de valeur maximale à ce rapport molaire qui soit liée à l’activité du catalyseur. La quantité de monomère de préformation est principalement liée au procédé de fabrication du système catalytique et à son caractère exothermique difficile à maîtriser industriellement. Par exemple, il peut être avantageux d’avoir un rapport molaire (monomère de préformation / néodyme) d’au plus 100/1, voire d’au plus 70/1. According to embodiments of the invention, the molar ratio (preformation monomer/neodymium) can have a value of at least 5/1, more particularly of at least 15/1. Those skilled in the art will understand that there is no maximum value for this molar ratio which is linked to the activity of the catalyst. The quantity of preformation monomer is mainly linked to the process for manufacturing the catalytic system and to its exothermic nature which is difficult to control industrially. For example, it may be advantageous to have a molar ratio (preformation monomer / neodymium) of at most 100:1, or even at most 70:1.
Selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention, le système catalytique comprend de préférence un solvant hydrocarboné. Le système catalytique peut se présenter sous la forme d’une solution lorsqu'il est en présence d'un solvant hydrocarboné. Le solvant hydrocarboné peut être un solvant hydrocarboné aliphatique de bas poids moléculaire, tel que par exemple le cyclohexane, le méthylcyclohexane, le n-heptane, ou un mélange de ces solvants, ou encore dans un solvant aromatique tel que le toluène. Il convient de noter que les solvants non-aromatiques sont particulièrement préférés. Le solvant hydrocarboné est de préférence aliphatique, de manière plus préférentielle le méthylcyclohexane. Généralement, le système catalytique est stocké sous la forme d'une solution dans le solvant hydrocarboné avant d'être utilisé en polymérisation. According to any one of the embodiments of the invention, the catalytic system preferably comprises a hydrocarbon solvent. The catalytic system can be in the form of a solution when it is in the presence of a hydrocarbon solvent. The hydrocarbon solvent can be a low molecular weight aliphatic hydrocarbon solvent, such as for example cyclohexane, methylcyclohexane, n-heptane, or a mixture of these solvents, or else in an aromatic solvent such as toluene. It should be noted that non-aromatic solvents are particularly preferred. The hydrocarbon solvent is preferably aliphatic, more preferably methylcyclohexane. Generally, the catalytic system is stored in the form of a solution in the hydrocarbon solvent before being used in polymerization.
Selon l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention, le système catalytique est bimétallique et ne contient donc comme composés métalliques que le sel de néodyme et le composé organique de magnésium. According to any one of the embodiments of the invention, the catalytic system is bimetallic and therefore contains as metallic compounds only the neodymium salt and the organic magnesium compound.
Selon l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention, le système catalytique est ternaire et ne contient donc, en dehors d'un éventuel solvant tel que cité plus haut, que le sel de néodyme, le monomère de préformation et le composé organique de magnésium. According to any one of the embodiments of the invention, the catalytic system is ternary and therefore only contains, apart from a possible solvent as mentioned above, the neodymium salt, the preformation monomer and the compound organic magnesium.
L'homme du métier comprendra que les modes de réalisation de l'invention mentionnés ci-dessus sont combinables entre eux dans tous leurs aspects particuliers et préférentiels, pour autant qu'ils soient compatibles. Ainsi, selon certains modes de réalisation particuliers du système catalytique de l'invention, au moins une des caractéristiques suivantes est respectées, au moins deux, au moins trois, au moins quatre et de préférence toutes : Those skilled in the art will understand that the embodiments of the invention mentioned above can be combined with one another in all their particular and preferential aspects, provided that they are compatible. Thus, according to certain particular embodiments of the catalytic system of the invention, at least one of the following characteristics is respected, at least two, at least three, at least four and preferably all of them:
- le sel d'acide phosphorique organique de néodyme est un diester d’acide phosphorique de néodyme, de préférence le tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme, - the organic phosphoric acid salt of neodymium is a phosphoric acid diester of neodymium, preferably tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate] of neodymium,
- le monomère diénique de préformation est un monomère diène conjugué ayant 4 à 15 atomes de carbone, de préférence le 1,3-butadiène, - the preformation diene monomer is a conjugated diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene,
- le composé organique de magnésium R1R2Mg est le n-butyléthylmagnésium ou le n- butyloctylmagnésium, - the organic magnesium compound R 1 R 2 Mg is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium,
- le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) présente une valeur d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, plus préférentiellement d’au plus 11/1, - the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) has a value of at most 15/1, preferably of at most 12/1, more preferably of at most 11/1,
- le rapport molaire (monomère de préformation / néodyme) présente une valeur d’au moins 5/1, de préférence d’au moins 15/1. - the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, preferably of at least 15/1.
Le système catalytique selon l’invention peut être préparé de manière classique. The catalytic system according to the invention can be prepared in a conventional manner.
Selon une variante, le procédé de préparation du système catalytique selon l’invention comprend les étapes a) et b) suivantes : According to a variant, the method for preparing the catalytic system according to the invention comprises the following steps a) and b):
- a) faire réagir dans un solvant hydrocarboné le sel d'acide phosphorique organique de néodyme et le composé organique de magnésium, puis - a) reacting the organic phosphoric acid salt of neodymium and the organic magnesium compound in a hydrocarbon solvent, then
- b) faire réagir le monomère diénique de préformation au produit de réaction de l’étape a). - b) reacting the preformation diene monomer with the reaction product of step a).
Le sel d'acide phosphorique organique de néodyme utilisé pour la préparation du système catalytique peut se trouver sous la forme de poudre ; ledit sel est alors préalablement mis en suspension ou en solution dans le solvant hydrocarboné. The organic phosphoric acid salt of neodymium used for the preparation of the catalytic system can be in the form of a powder; said salt is then previously placed in suspension or in solution in the hydrocarbon solvent.
L’étape b) correspond à l’étape de préformation du système catalytique. Le solvant hydrocarboné utilisé dans la préparation du système catalytique est généralement un solvant hydrocarboné aliphatique comme le méthylcyclohexane ou aromatique comme le toluène. Le plus souvent, il est identique au solvant de la solution catalytique définie précédemment. En effet, le solvant hydrocarboné utilisé dans la préparation du système catalytique est, de préférence, aussi le solvant de la solution catalytique. Stage b) corresponds to the preformation stage of the catalytic system. The hydrocarbon solvent used in the preparation of the catalytic system is generally an aliphatic hydrocarbon solvent such as methylcyclohexane or an aromatic solvent such as toluene. Most often, it is identical to the solvent of the catalytic solution defined previously. Indeed, the hydrocarbon solvent used in the preparation of the catalytic system is, preferably, also the solvent of the catalytic solution.
Dans l’étape a), le sel de néodyme peut être ajouté au solvant hydrocarboné, puis le composé organique de magnésium. L’étape a) peut avoir lieu à une température allant de 10 à 60°C. Le temps de réaction de l’étape a) peut varier entre 5 et 60 minutes, plus préférentiellement de 10 à 20 minutes. In step a), the neodymium salt can be added to the hydrocarbon solvent, then the organic magnesium compound. Step a) can take place at a temperature ranging from 10 to 60°C. The reaction time of step a) can vary between 5 and 60 minutes, more preferably from 10 to 20 minutes.
Dans l’étape b), on ajoute le monomère de préformation au produit de réaction de l’étape a). L’étape b) peut être réalisée à une température allant de 20 à 70°C. Le temps de réaction de l’étape b) peut varier typiquement de 10 minutes à 24 heures, préférentiellement de 20 minutes à 12 heures. In step b), the preforming monomer is added to the reaction product of step a). Step b) can be carried out at a temperature ranging from 20 to 70°C. The reaction time of step b) can typically vary from 10 minutes to 24 hours, preferably from 20 minutes to 12 hours.
L’étape b) peut être suivie d’une étape de dégazage pour éliminer le monomère de préformation qui n’aurait pas réagi au cours de l’étape b). Stage b) can be followed by a degassing stage to eliminate the preformation monomer which would not have reacted during stage b).
Comme toute synthèse faite en présence de composé organométallique, la synthèse a lieu dans des conditions anhydres sous atmosphère inerte aussi bien pour l’étape a) que pour l’étape b) et le cas échéant l’étape de dégazage. Typiquement, les réactions sont conduites à partir de solvants et de monomères anhydres sous azote ou argon anhydre. Les étapes a) et b) sont conduites généralement sous agitation. Like any synthesis carried out in the presence of an organometallic compound, the synthesis takes place under anhydrous conditions under an inert atmosphere both for step a) and for step b) and, where appropriate, the degassing step. Typically, the reactions are carried out starting from solvents and anhydrous monomers under anhydrous nitrogen or argon. Steps a) and b) are generally carried out with stirring.
Avant d'être utilisé, le système catalytique ainsi obtenu en solution peut être stocké sous atmosphère inerte, par exemple sous azote ou argon, notamment à une température allant de -20°C à la température ambiante (de l'ordre de 23°C). Before being used, the catalytic system thus obtained in solution can be stored under an inert atmosphere, for example under nitrogen or argon, in particular at a temperature ranging from −20° C. to ambient temperature (of the order of 23° C. ).
Le système catalytique selon l'invention peut être avantageusement utilisé dans un procédé de synthèse de polymère diénique, lequel procédé fait également l'objet de la présente invention. En effet, il s'avère que le système catalytique selon l'invention, utilisé dans un tel procédé, favorise l'insertion 1,4-trans de monomères 1,3-diènes permettant ainsi d'obtenir des polymères diéniques présentant un taux d'enchaînement 1,4-trans élevé. Le procédé de synthèse utilisant un système catalytique selon l'invention permet notamment l'obtention de polymères du butadiène présentant des taux d'enchaînement 1,4-trans supérieur ou égal à 65% et présentant un taux d’enchaînementThe catalytic system according to the invention can be advantageously used in a diene polymer synthesis process, which process is also the subject of the present invention. Indeed, it turns out that the catalytic system according to the invention, used in such a process, promotes the 1,4-trans insertion of 1,3-diene monomers, thus making it possible to obtain diene polymers having a rate of high 1,4-trans linkage. The synthesis process using a catalytic system according to the invention makes it possible in particular to obtain butadiene polymers having 1,4-trans linkage rates greater than or equal to 65% and having a linkage rate
1.2- inférieur ou égal à 10%. 1.2- less than or equal to 10%.
L'invention a donc également pour objet un procédé de synthèse d'un polymère diénique comprenant une étape de polymérisation d'au moins un monomère diène conjugué en présence d'un système catalytique préformé tel que décrit plus haut. A subject of the invention is therefore also a process for the synthesis of a diene polymer comprising a stage of polymerization of at least one conjugated diene monomer in the presence of a preformed catalytic system as described above.
Selon l’invention le monomère diène conjugué à polymériser est tout particulièrement un monomèreAccording to the invention, the conjugated diene monomer to be polymerized is most particularly a monomer
1.3-diène. A titre de monomère 1,3-diène conforme à l'invention, on peut citer tout particulièrement les monomères 1,3-diènes ayant 4 à 15 atomes de carbone. 1.3-diene. By way of 1,3-diene monomer in accordance with the invention, mention may very particularly be made of 1,3-diene monomers having 4 to 15 carbon atoms.
A titre de monomère 1,3-diène convient notamment le butadiène, l'isoprène, les 2,3-di(alkyle en Ci à C5)-l,3-butadiène tels que par exemple le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, 2,3-diéthyl-l,3-butadiène, 2- méthyl-3-éthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-isopropyl-l,3-butadiène, le phényl-l,3-butadiène, le 1,3- pentadiène, ou tout autre monomère 1,3-diène ayant 4 à 12 atomes de carbone. A titre de monomère 1,3-diène convient également tout terpène non cyclique, tel que notamment un monoterpène (C10H16) non-cyclique comme le myrcène, un sesquiterpène (C15H24) non-cyclique comme le farnésène, etc.... As 1,3-diene monomer, butadiene, isoprene, 2,3-di(C 1 to C 5 alkyl)-l,3-butadiene such as for example 2,3-dimethyl-l ,3-butadiene, 2,3-diethyl-l,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-l,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-l,3-butadiene, phenyl-l ,3-butadiene, 1,3-pentadiene, or any other 1,3-diene monomer having 4 to 12 carbon atoms. As 1,3-diene monomer, any non-cyclic terpene is also suitable, such as in particular a non-cyclic monoterpene (C10H16) such as myrcene, a non-cyclic sesquiterpene (C15H24) such as farnesene, etc.
Selon certains modes de réalisation de l'invention, le monomère diène conjugué à polymériser est le butadiène ou l'isoprène, avantageusement le butadiène. According to certain embodiments of the invention, the conjugated diene monomer to be polymerized is butadiene or isoprene, advantageously butadiene.
Selon certains modes de réalisation de l'invention, l'étape de polymérisation du procédé est une étape de d'homopolymérisation d'un monomère diène conjugué en présence d'un système catalytique tel que décrit plus haut. According to certain embodiments of the invention, the polymerization step of the process is a homopolymerization step of a conjugated diene monomer in the presence of a catalytic system as described above.
Selon certains modes de réalisation de l'invention, l'étape de polymérisation du procédé est une étape de copolymérisation d'au moins un monomère diène conjugué en présence d'un système catalytique tel que décrit plus haut. Le monomère diène conjugué est alors copolymérisé avec au moins un autre monomère. According to certain embodiments of the invention, the polymerization step of the process is a step of copolymerization of at least one conjugated diene monomer in the presence of a catalytic system as described above. The conjugated diene monomer is then copolymerized with at least one other monomer.
A titre d'un autre monomère convient notamment un monomère diène conjugué ayant 4 à 15 atomes de carbone tel que défini plus haut, différente du premier monomère diène conjugué. A titre de monomère diène conjugué convient notamment le 1,3-butadiène, le 2-méthyl-l,3-butadiène (ou isoprène), les 2,3-di (alkyle en Ci à C5) 1,3-butadiène tels que par exemple le 2,3-diméthyl-l,3- butadiène, le 2,3-diéthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-éthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-isopropyl- 1,3-butadiène, le phényl-l,3-butadiène, le 1,3-pentadiène, le 2,4-hexadiène, ou tout autre diène conjugué ayant entre 4 et 12 atomes de carbone. A titre de monomère diène conjugué, on peut également citer les monomères diènes conjugués terpéniques non cyclique, plus particulièrement un farnésène ou le myrcène. As another monomer suitable in particular is a conjugated diene monomer having 4 to 15 carbon atoms as defined above, different from the first conjugated diene monomer. As conjugated diene monomer suitable in particular 1,3-butadiene, 2-methyl-l,3-butadiene (or isoprene), 2,3-di (C 1 to C 5 alkyl) 1,3-butadiene such than for example 2,3-dimethyl-1,3- butadiene, 2,3-diethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-1,3-butadiene, phenyl-1, 3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2,4-hexadiene, or any other conjugated diene having between 4 and 12 carbon atoms. By way of conjugated diene monomer, mention may also be made of non-cyclic terpene conjugated diene monomers, more particularly a farnesene or myrcene.
A titre d'un autre monomère convient également un composé vinylaromatique. A titre de monomère vinyliques aromatique on peut citer un monomère vinylaromatiques ayant de 8 à 20 atomes de carbone, comme par exemple le styrène, l’ortho-, méta-, para-méthylstyrène, le 2,4,6- triméthylstyrène, le divinyl benzène et le vinylnaphtalène, de préférence le monomère vinylaromatique est le styrène. As another monomer, a vinylaromatic compound is also suitable. As vinyl aromatic monomer, mention may be made of a vinylaromatic monomer having from 8 to 20 carbon atoms, such as for example styrene, ortho-, meta-, para-methylstyrene, 2,4,6-trimethylstyrene, divinyl benzene and vinylnaphthalene, preferably the vinylaromatic monomer is styrene.
L'étape de polymérisation peut être effectuée de manière connue, en continu ou en discontinu, en masse ou en solution, généralement et de manière connue à une température comprise entre 40°C et 120°C. The polymerization step can be carried out in known manner, continuously or discontinuously, in bulk or in solution, generally and in known manner at a temperature between 40°C and 120°C.
L'étape de polymérisation peut être effectuée dans un solvant organique classiquement utilisé pour la polymérisation de monomères diéniques. Par solvant organique, on entend selon l’invention un solvant hydrocarboné inerte qui peut être par exemple un hydrocarbure aliphatique ou alicyclique comme le pentane, l’hexane, l’heptane, l'iso-octane, le cyclohexane, le méthylcyclohexane, ou un hydrocarbure aromatique comme le benzène, le toluène, le xylène, ou les mélanges de ces solvants.The polymerization step can be carried out in an organic solvent conventionally used for the polymerization of diene monomers. By organic solvent is meant according to the invention an inert hydrocarbon solvent which can be for example an aliphatic or alicyclic hydrocarbon such as pentane, hexane, heptane, iso-octane, cyclohexane, methylcyclohexane, or a aromatic hydrocarbon such as benzene, toluene, xylene, or mixtures of these solvents.
Il convient de noter que les solvants non-aromatiques sont particulièrement préférés. It should be noted that non-aromatic solvents are particularly preferred.
Le système catalytique préformé tel que décrit plus haut selon tous ses modes de réalisation est introduit dans un réacteur et utilisé pour la polymérisation d'au moins un monomère diène conjugué dans un milieu réactionnel comprenant les monomères à polymériser et, le cas échéant, le solvant de polymérisation. The preformed catalytic system as described above according to all its embodiments is introduced into a reactor and used for the polymerization of at least one conjugated diene monomer in a reaction medium comprising the monomers to be polymerized and, where appropriate, the solvent of polymerization.
Selon certains modes de réalisation de l’invention, le système catalytique est utilisé selon des proportions variant de 20 à 2000 pmol de métal de terre rare pour 100g de monomères, de préférence de 20 à 1000 pmol, encore plus préférentiellement de 50 à 1000 pmol. According to certain embodiments of the invention, the catalytic system is used in proportions varying from 20 to 2000 pmol of rare earth metal per 100 g of monomers, preferably from 20 to 1000 pmol, even more preferably from 50 to 1000 pmol .
Selon certains modes de réalisation de l'invention, l'étape de polymérisation du procédé est précédée de l'addition au milieu de polymérisation, indépendamment de l'introduction du système catalytique préformé utilisé pour la réaction de polymérisation et de manière décalée, une quantité prédéterminée d'au moins un composé organique de magnésium de formule R3R4Mg. C'est-à-dire que l'adjonction se fait dans le milieu de polymérisation pas en même temps et, par conséquent, soit avant, soit après, soit en partie avant et en partie après, par rapport à l'introduction du système catalytique préformé utilisé pour catalyser la réaction de polymérisation. L’adjonction peut se faire avantageusement avant l’introduction des monomères afin d’éviter un dégazage. According to certain embodiments of the invention, the polymerization step of the process is preceded by the addition to the polymerization medium, independently of the introduction of the preformed catalytic system used for the polymerization reaction and in a staggered manner, a quantity of at least one organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg. That is to say that the addition is made in the polymerization medium not at the same time and, therefore, either before, or after, or partly before and partly after, with respect to the introduction of the system preformed catalyst used to catalyze the polymerization reaction. The addition can advantageously take place before the introduction of the monomers in order to avoid degassing.
On notera que l'ajout du composé organique de magnésium de formule R3R4Mg avant le système catalytique préformé permet notamment de minimiser la dispersion des caractéristiques de l'élastomère obtenu notamment des masses moléculaires. It will be noted that the addition of the organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg before the preformed catalytic system makes it possible in particular to minimize the dispersion of the characteristics of the elastomer obtained, in particular of the molecular masses.
Avantageusement, la quantité de composé organique de magnésium de formule R3R4Mg est telle que le rapport molaire (composés organiques de magnésium /néodyme) est de préférence au plus 15/1, et plus préférentiellement d'au plus 12/1 en vue de maintenir un taux d'enchaînement 1,2 inférieur ou égal à 10%, de préférence encore d'au plus 11/1. Il faut comprendre ici par quantité molaire de composés organiques de magnésium la somme de la quantité molaire de composé de magnésium R3R4Mg utilisé lors de la polymérisation et de la quantité molaire de composé de magnésium R1R2Mg du système catalytique. Advantageously, the quantity of organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg is such that the molar ratio (organic magnesium compounds/neodymium) is preferably at most 15/1, and more preferably of at most 12/1 with a view to maintaining a 1,2 linking rate of less than or equal to 10%, more preferably of at most 11/1. It is necessary to understand here by molar quantity of organic magnesium compounds the sum of the molar quantity of magnesium compound R 3 R 4 Mg used during the polymerization and of the molar quantity of magnesium compound R 1 R 2 Mg of the catalytic system.
Le composé organique de magnésium de formule R3R4Mg peut-être identique ou différent du composé organique de magnésium de formule R1R2Mg du système catalytique. The organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg may be identical to or different from the organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg of the catalytic system.
Dans la formule R3R4Mg, chacun de R3 et R4 représente, indépendamment l'un de l'autre, un radical aliphatique en Ci-Cio, substitué ou non, un radical aromatique en C6-C20, substitué ou non. Les radicaux aliphatiques et aromatiques sont définis plus haut en rapport avec R1 et R2. Plus particulièrement chacun de R3 et R4 est un radical alkyle en C1-C10 non cyclique choisi parmi un radical méthyle, éthyle, les radicaux propyles, butyles, pentyles, hexyles, heptyles, octyles, nonyles et décyles. In the formula R 3 R 4 Mg, each of R 3 and R 4 represents, independently of one another, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, an aromatic radical in C 6 -C 20 , substituted or not. The aliphatic and aromatic radicals are defined above in relation to R 1 and R 2 . More particularly, each of R 3 and R 4 is a noncyclic C 1 -C 10 alkyl radical chosen from a methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl and decyl radical.
Selon ces modes de réalisation de l'invention, le composé organique de magnésium de formule R3R4Mg est de préférence le n-butyléthylmagnésium ou le n-butyloctylmagnésium. According to these embodiments of the invention, the organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg is preferably n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium.
Selon certains modes de réalisation particuliers du procédé de synthèse d'un polymère diénique selon l'invention, au moins une des caractéristiques suivantes est respectées, au moins deux, au moins trois, au moins quatre, au moins cinq, au moins six et de préférence toutes : According to certain particular embodiments of the process for synthesizing a diene polymer according to the invention, at least one of the following characteristics is observed, at least two, at least three, at least four, at least five, at least six and preferably all:
- le monomère diène conjugué à polymériser est un monomère 1,3-diène ayant 4 à 15 atomes de carbone, de préférence le 1,3-butadiène, - the conjugated diene monomer to be polymerized is a 1,3-diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene,
- le sel d'acide phosphorique organique de néodyme du système catalytique est un diester d’acide phosphorique de néodyme, de préférence le tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme,- the neodymium organic phosphoric acid salt of the catalytic system is a neodymium phosphoric acid diester, preferably neodymium tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate],
- le monomère diénique de préformation du système catalytique est un monomère diène conjugué ayant 4 à 15 atomes de carbone, de préférence le 1,3-butadiène, - the preformation diene monomer of the catalytic system is a conjugated diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene,
- le composé organique de magnésium du système catalytique est le n-butyléthylmagnésium ou le n-butyloctylmagnésium, - the organic magnesium compound of the catalytic system is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium,
- dans le système catalytique, le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) est d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1, - in the catalytic system, the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) is at most 15/1, preferably at most 12/1, more preferably at most 11/1,
- dans le système catalytique, le rapport molaire (monomère de préformation / néodyme) est d’au moins 5/1, de préférence d’au moins 15/1 - in the catalytic system, the molar ratio (preformation monomer / neodymium) is at least 5/1, preferably at least 15/1
- un composé organique de magnésium R3R4Mg, chacun de R3 et R4 représente, indépendamment l’un de l’autre, un radical aliphatique en C1-C10, substitué ou non, un radical aromatique en C6-C20, substitué ou non, de préférence le n-butyléthylmagnésium ou le n- butyloctylmagnésium, est ajouté au milieu de polymérisation indépendamment du système catalytique selon un taux tel que le rapport molaire (composés organiques de magnésium /néodyme) inférieur à 15/1, de préférence d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1, la quantité molaire de composés organiques de magnésium étant la somme de la quantité molaire de R3R4Mg et de la quantité molaire de R1R2Mg. - an organic magnesium compound R 3 R 4 Mg, each of R 3 and R 4 represents, independently of one another, a C 1 -C 10 aliphatic radical, substituted or not, an aromatic C 6 radical -C 20 , substituted or unsubstituted, preferably n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium, is added to the polymerization medium independently of the catalytic system at a rate such that the molar ratio (organic magnesium compounds/neodymium) is less than 15/ 1, preferably at most 12/1, more preferably at most 11/1, the molar amount of organic magnesium compounds being the sum of the molar amount of R 3 R 4 Mg and the molar amount of R 1 R 2 Mg.
A l'issue de l'étape de polymérisation, le procédé de synthèse d’un polymère diénique selon l'invention peut être poursuivi de manière connue en soi. Ainsi, dans certains modes de réalisation, la polymérisation peut être stoppée, éventuellement après une étape de modification post polymérisation du polymère diénique. Le procédé se poursuit ensuite de manière connue en soi par la séparation et récupération du polymère diénique préparé. Les monomères n'ayant pas réagi peuvent être éliminés selon des méthodes connues de l'homme du métier, tout comme le solvant. At the end of the polymerization step, the process for synthesizing a diene polymer according to the invention can be continued in a manner known per se. Thus, in certain embodiments, the polymerization can be stopped, optionally after a step of post-polymerization modification of the diene polymer. The process then continues in a manner known per se with the separation and recovery of the diene polymer prepared. Unreacted monomers can be removed by methods known to those skilled in the art, as can the solvent.
Les caractéristiques précitées de la présente invention, ainsi que d'autres, seront mieux comprises à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation de la présente invention, donnés à titre indicatif et non limitatif. The aforementioned characteristics of the present invention, as well as others, will be better understood on reading the following description of several embodiments of the present invention, given by way of indication and not limitation.
Exemples Examples
Mesures et tests utilisés Measurements and tests used
Spectroscopie proche infrarouge (NIR): La microstructure des élastomères est caractérisée par la technique de spectroscopie proche infrarouge (NIR). Near infrared spectroscopy (NIR): The microstructure of elastomers is characterized by the technique of near infrared spectroscopy (NIR).
La spectroscopie proche infrarouge (NIR) est utilisée pour déterminer la microstructure (répartition relative des unités butadiène 1,2, 1,4-trans et 1,4 cis). Le principe de la méthode repose sur la loi de Beer-Lambert généralisée à un système multi composants. La méthode étant indirecte, elle fait appel à un étalonnage multivarié [Vilmin, F.; Dussap, C.; Coste, N. Applied Spectroscopy 2006, 60, 619-29] réalisé à l’aide d’élastomères étalons de composition déterminée par RMN 13C. La microstructure est alors calculée à partir du spectre NIR d'un film d'élastomère d'environ 750 pm d'épaisseur. L'acquisition du spectre est réalisée en mode transmission entre 7800 et 3900 cm 1 avec une résolution de 2 cm 1, à l'aide d'un spectromètre proche infrarouge à transformée de Fourier équipé d'un détecteur InGaAs refroidi par effet Peltier. Near infrared (NIR) spectroscopy is used to determine the microstructure (relative distribution of 1,2-, 1,4-trans and 1,4-cis butadiene units). The principle of the method is based on the Beer-Lambert law generalized to a multi-component system. The method being indirect, it calls upon a multivariate calibration [Vilmin, F.; Dussap, C.; Coste, N. Applied Spectroscopy 2006, 60, 619-29] produced using standard elastomers with a composition determined by 13 C NMR. The microstructure is then calculated from the NIR spectrum of an elastomer film of about 750 pm thick. Spectrum acquisition is carried out in transmission mode between 7800 and 3900 cm 1 with a resolution of 2 cm 1 , using a Fourier transform near infrared spectrometer equipped with an InGaAs detector cooled by the Peltier effect.
Conversion : Conversion:
La conversion est calculée par le rapport entre la masse du polymère isolé à la fin de la réaction et la masse de butadiène introduite dans le réacteur. c m"polybutadiene _ 100 m butadiène rributadiène qui représente la masse de butadiène introduite dans le réacteur, mpoiybutadiène qui représente la masse de polybutadiène obtenu. The conversion is calculated by the ratio between the mass of the polymer isolated at the end of the reaction and the mass of butadiene introduced into the reactor. c m " polybutadiene _ 100 m butadiene rri butadiene which represents the mass of butadiene introduced into the reactor, mp oiybutadiene which represents the mass of polybutadiene obtained.
Les exemples qui suivent visent à montrer le grand intérêt du système catalytique selon l’invention pour la polymérisation de monomères diènes conjugués, notamment en favorisant les enchaînements 1,4-trans tout en maintenant un faible taux d’enchaînement 1,2. Procédé de synthèse des systèmes catalytiques : The examples which follow aim to show the great interest of the catalytic system according to the invention for the polymerization of conjugated diene monomers, in particular by favoring the 1,4-trans linkages while maintaining a low level of 1,2 linkage. Process for the synthesis of catalytic systems:
Pour les systèmes catalytiques Al, A2 et A3: For Al, A2 and A3 catalytic systems:
Du tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme est mis en solution pendant 12 heures dans du méthylcyclohexane. Dans une bouteille steinie scellée inertée sous balayage d'azote sont introduits le solvant méthylcyclohexane dégazé, le tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme en solution dans le méthylcyclohexane (la concentration de Nd dans le système catalytique est de 0.03 mol/L), le butyléthylmagnésium en solution dans le méthylcyclohexane, puis le butadiène (ratio molaire butadiène/Nd = 30). Le milieu réactionnel est chauffé à 30°C durant 60 minutes. Les quantités des réactifs (ratio molaires) sont mentionnées dans le tableau ci-dessous. Le système catalytique A4 n'est pas préformé. Son procédé de préparation ne comporte donc pas d'addition de butadiène de préformation (ratio molaire butadiène/Nd = 0). Neodymium tris[bis(2-ethylhexyl)phosphate] is dissolved for 12 hours in methylcyclohexane. In a sealed steinie bottle inerted under nitrogen flushing are introduced the degassed methylcyclohexane solvent, tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate] of neodymium in solution in methylcyclohexane (the concentration of Nd in the catalytic system is 0.03 mol/L), butylethylmagnesium in solution in methylcyclohexane, then butadiene (butadiene/Nd molar ratio = 30). The reaction medium is heated at 30° C. for 60 minutes. The quantities of the reactants (molar ratios) are mentioned in the table below. The A4 catalytic system is not preformed. Its method of preparation therefore does not include the addition of preformation butadiene (molar ratio butadiene/Nd=0).
Tableau 1 Table 1
Procédé de synthèse des polymères du butadiène : Dans une bouteille steinie scellée inertée sous balayage d'azote sont introduits le solvant méthylcyclohexane dégazé, le n-butyléthylmagnésium (noté Mgp0iy) en solution dans le méthylcyclohexane puis le butadiène (8.7g). Pour l’ensemble des essais le rapport massique (solvant/ monomère) est de 7.4/1. Les quantités des réactifs sont mentionnées dans le tableau ci-dessous. Le système catalytique AX est ensuite introduit dans le milieu réactionnel. Le milieu réactionnel est chauffé à la température indiquée dans les tableaux. Après un temps de polymérisation de 5 heures, la réaction est stoppée à l'aide de méthanol (1 mL). Une mesure de conversion est réalisée le cas échéant. La solution est ensuite anti oxydée et mise à sécher sous étuve. Process for the synthesis of butadiene polymers: Into an inerted sealed steinie bottle under nitrogen flushing are introduced the degassed methylcyclohexane solvent, n-butylethylmagnesium (denoted Mg p0iy ) in solution in methylcyclohexane then butadiene (8.7g). For all of the tests, the mass ratio (solvent/monomer) is 7.4/1. The quantities of the reagents are mentioned in the table below. The catalytic system AX is then introduced into the reaction medium. The reaction medium is heated to the temperature indicated in the tables. After a polymerization time of 5 hours, the reaction is stopped using methanol (1 mL). A conversion measurement is carried out if necessary. The solution is then anti-oxidized and dried in an oven.
Présentation des essais Le tableau 2 présente le taux de conversion des réactions de polymérisation avec les différents systèmes catalytiques AX, ainsi que les microstructures des polybutadiènes obtenus. Presentation of the tests Table 2 presents the degree of conversion of the polymerization reactions with the various catalytic systems AX, as well as the microstructures of the polybutadienes obtained.
Tableau 2 Table 2
Catalyseur 400 pmol Nd/100g monomère à polymériser nd = la quantité de polymère synthétisé est insuffisante pour pouvoir réaliser les mesures de microstructure par NIR. Catalyst 400 pmol Nd/100g monomer to be polymerized nd = the quantity of polymer synthesized is insufficient to be able to carry out the microstructure measurements by NIR.
A la lecture des résultats exposés dans le tableau 2 : Effet de la préformation du système catalytique et du rapport molaire Mg/Nd dans le système catalytique sur l'optimisation de la microstructure du polybutadiène : On reading the results presented in Table 2: Effect of the preformation of the catalytic system and of the Mg/Nd molar ratio in the catalytic system on the optimization of the microstructure of polybutadiene:
On constate qu'un système catalytique non préformé avec du butadiène ne permet pas d'atteindre un taux de conversion satisfaisant permettant produire une quantité suffisante d'élastomère pour déterminer la microstructure. It is found that a catalytic system not preformed with butadiene does not make it possible to achieve a satisfactory conversion rate allowing the production of a sufficient quantity of elastomer to determine the microstructure.
On constate que le taux 1,4-trans dans le polybutadiène diminue et le taux d'enchaînement 1,2 augmente avec un rapport molaire Mgcataiyseur/Nd croissant dans le système catalytique. Il est ainsi possible de moduler le taux d'enchaînement 1,4- trans par la variation du rapport molaire Mgcataiyseuri/Nd avec une valeur maximale préférentielle de l'ordre 10/1 afin de maintenir un taux d'enchaînement 1,2 à une valeur inférieure ou égale à 10%. It is observed that the 1,4-trans level in the polybutadiene decreases and the 1,2 linking level increases with an increasing Mg ca taiyseur/Nd molar ratio in the catalytic system. It is thus possible to modulate the 1,4-trans linking rate by varying the Mgc a t a iyseuri/Nd molar ratio with a preferential maximum value of the order of 10/1 in order to maintain a linking rate of 1 .2 to a value less than or equal to 10%.
Effet du rapport molaire Mg/Nd dans le système catalytique sur la conversion de la réaction de la polymérisation du butadiène : Effect of the Mg/Nd molar ratio in the catalytic system on the conversion of the reaction of the polymerization of butadiene:
On constate, à la lecture des résultats du tableau 2, que la conversion en 5 heures de polymérisation du butadiène à 90°C croit puis décroît avec un rapport molaire Mgcataiyseur/Nd croissant dans le système catalytique dans un domaine de valeurs allant de 2/1 à 10/1. It can be seen, on reading the results in Table 2, that the conversion in 5 hours of polymerization of butadiene at 90° C. increases and then decreases with an increasing Mg ca catalyst/Nd molar ratio in the catalytic system in a range of values ranging from 2/1 to 10/1.
Le tableau 3 présente les microstructures des polybutadiènes obtenus en faisant varier la quantité de composé organique de magnésium ajouté dans le milieu réactionnel en dehors du système catalytique. Table 3 shows the microstructures of the polybutadienes obtained by varying the amount of organic magnesium compound added to the reaction medium outside the catalytic system.
Tableau 3 Table 3
A la lecture des résultats exposés dans le tableau 3 : On reading the results presented in Table 3:
Effet du rapport molaire M au Néodyme : Effect of the molar ratio M to Neodymium:
On constate que le taux d'enchaînement 1,2 augmente avec un rapport molaire croissant Mgtotai / Nd tout en conservant un taux élevé d'enchaînement 1,4-trans, Mgtotai étant la quantité molaire totale de composé organomagnésien comprenant le composé de magnésium ajouté lors du procédé de polymérisation et le composé de magnésium qui entre dans la composition du système catalytique.It is found that the 1,2-linkage rate increases with an increasing Mg to t ai / Nd molar ratio while maintaining a high 1,4-trans linking rate, Mg to t ai being the total molar amount of organomagnesium compound comprising the magnesium compound added during the polymerization process and the magnesium compound which enters into the composition of the catalytic system.
On constate également que pour maintenir un taux d'enchaînement 1,2 à une valeur inférieure ou égale à 10%, lorsqu'un composé organomagnésien est ajouté lors du procédé de polymérisation du butadiène, le rapport molaire Mgtotai / Nd est de préférence inférieur à 12/1, voire d'au plus 11/1. It is also noted that to maintain a 1,2 linking rate at a value less than or equal to 10%, when an organomagnesium compound is added during the butadiene polymerization process, the Mg totai / Nd molar ratio is preferably lower to 12/1, or even at most 11/1.

Claims

Revendications Claims
1. Système catalytique préformé à base d'au moins 1. Preformed catalytic system based on at least
- un sel d'un acide phosphorique organique de néodyme, - a salt of an organic neodymium phosphoric acid,
- un monomère diénique de préformation, et - a preformation diene monomer, and
- un composé organique de magnésium de formule R1R2Mg , dans laquelle chacun de R1 et R2 représente, indépendamment l’un de l’autre, un radical aliphatique en Ci-Cio, substitué ou non, ou un radical aromatique en C6-C20, substitué ou non. - an organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg , in which each of R 1 and R 2 represents, independently of one another, a Ci-Cio aliphatic radical, substituted or not, or an aromatic radical C6-C20, substituted or unsubstituted.
2. Système catalytique préformé selon la revendication 1, dans lequel le radical aliphatique, dans la définition de R1R2Mg est un radical alkyle en C1-C10, substitué ou non. 2. Preformed catalytic system according to claim 1, in which the aliphatic radical, in the definition of R 1 R 2 Mg is a C1-C10 alkyl radical, substituted or unsubstituted.
3. Système catalytique préformé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé organique de magnésium de formule R1R2Mg est le n-butyléthylmagnésium ou le n- butyloctylmagnésium. 3. Preformed catalytic system according to claim 1 or 2, characterized in that the organic magnesium compound of formula R 1 R 2 Mg is n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium.
4. Système catalytique préformé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le monomère de préformation est un monomère diène conjugué ayant 4 à 15 atomes de carbone, de préférence le 1,3-butadiène. 4. Preformed catalytic system according to any one of the preceding claims, characterized in that the preformation monomer is a conjugated diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene.
5. Système catalytique préformé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le sel d'un acide phosphorique organique de néodyme est un tris(organophosphate) de néodyme . 5. Preformed catalytic system according to any one of the preceding claims, characterized in that the salt of an organic phosphoric acid of neodymium is a tris (organophosphate) of neodymium.
6. Système catalytique préformé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le sel d'un acide phosphorique organique de néodyme est le tris[bis (2- éthylhexyl) phosphate] de néodyme. 6. Preformed catalytic system according to any one of the preceding claims, characterized in that the salt of an organic phosphoric acid of neodymium is tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate] of neodymium.
7. Système catalytique préformé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport molaire (composé organique de magnésium/ néodyme) a une valeur d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, plus préférentiellement encore d’au plus 11/1. 7. Preformed catalytic system according to any one of the preceding claims, characterized in that the molar ratio (organic magnesium compound/neodymium) has a value of at most 15/1, preferably of at most 12/1, plus preferably still at most 11/1.
8. Système catalytique préformé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport molaire (composé organique de magnésium/ néodyme) a une valeur d’au moins 1/2, de préférence au moins 1/1, plus préférentiellement encore d’au moins 2/1. 8. Preformed catalytic system according to any one of the preceding claims, characterized in that the molar ratio (organic magnesium compound / neodymium) has a value of at least 1/2, preferably at least 1/1, more preferably still of at least 2/1.
9. Système catalytique préformé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport molaire (monomère de préformation / néodyme) présente une valeur d’au moins 5/1, avantageusement d’au moins 15/1. 9. Preformed catalytic system according to any one of the preceding claims, characterized in that the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, advantageously of at least 15/1.
10. Système catalytique préformé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que au moins une des caractéristiques suivantes est respectées, au moins deux, au moins trois, au moins quatre et de préférence toutes : 10. Preformed catalytic system according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the following characteristics is respected, at least two, at least three, at least four and preferably all of them:
- le sel d'acide phosphorique organique de néodyme est un diester d’acide phosphorique de néodyme, de préférence le tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme,- the organic phosphoric acid salt of neodymium is a phosphoric acid diester of neodymium, preferably tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate] of neodymium,
- le monomère diénique de préformation est un monomère diène conjugué ayant 4 à 15 atomes de carbone, de préférence le 1,3-butadiène, - the preformation diene monomer is a conjugated diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene,
- le composé organique de magnésium est un dialkylmagnésium, chacun des radicaux alkyles étant en Ci-Cio, substitué ou non, de préférence le n-butyléthylmagnésium ou le n- butyloctylmagnésium, - the organic magnesium compound is a dialkylmagnesium, each of the alkyl radicals being Ci-Cio, substituted or unsubstituted, preferably n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium,
- le rapport molaire (composé organique de magnésium / néodyme) présente une valeur d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, plus préférentiellement d’au plus 11/1,- the molar ratio (organic magnesium compound/neodymium) has a value of at most 15/1, preferably at most 12/1, more preferably at most 11/1,
- le rapport molaire (monomère de préformation / néodyme) présente une valeur d’au moins 5/1, de préférence d’au moins 15/1. - the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, preferably of at least 15/1.
11. Procédé de préparation d'un polymère diénique comprenant la réaction de polymérisation d’au moins un monomère diène conjugué dans un réacteur en présence d'un système catalytique préformé tel que défini dans l’une quelconque des revendications précédentes. 11. Process for the preparation of a diene polymer comprising the polymerization reaction of at least one conjugated diene monomer in a reactor in the presence of a preformed catalytic system as defined in any one of the preceding claims.
12. Procédé selon la revendication 11 comprenant, de manière décalée à l’introduction du système catalytique préformé dans le réacteur, l’ajout dans le réacteur d'au moins un composé organique de magnésium de formule R3R4Mg, dans laquelle chacun de R3 et R4 représente, indépendamment l’un de l’autre, un radical aliphatique en Ci-Cio, substitué ou non, ou un radical aromatique en C6-C20, substitué ou non. 12. Process according to claim 11 comprising, staggered upon introduction of the preformed catalytic system into the reactor, the addition to the reactor of at least one organic magnesium compound of formula R 3 R 4 Mg, in which each of R 3 and R 4 represents, independently of one another, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, or an aromatic radical in C6-C20, substituted or not.
13. Procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce que le rapport molaire (composés organiques de magnésium / néodyme) est d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1, la quantité molaire de composés organiques de magnésium étant la somme des quantités molaires des composés de magnésium R1R2Mg et R3R4Mg. 13. Process according to claim 12, characterized in that the molar ratio (organic magnesium compounds/neodymium) is at most 15/1, preferably at most 12/1, more preferably at most 11/ 1, the molar amount of organic compounds of magnesium being the sum of the molar amounts of the magnesium compounds R 1 R 2 Mg and R 3 R 4 Mg.
14. Procédé selon l’une quelconques des revendications 11 à 13 caractérisé en ce que le monomère diène conjugué à polymériser est un monomère 1,3-diène ayant 4 à 15 atomes de carbone, de préférence le 1,3-butadiène. 14. Process according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the conjugated diene monomer to be polymerized is a 1,3-diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendication 11 à 14 dans lequel au moins une des caractéristiques suivantes est respectées, au moins deux, au moins trois, au moins quatre, au moins cinq, au moins six et de préférence toutes : 15. Method according to any one of claims 11 to 14, in which at least one of the following characteristics is respected, at least two, at least three, at least four, at least five, at least six and preferably all of them:
- le monomère diène conjugué à polymériser est un monomère 1,3-diène ayant 4 à 15 atomes de carbone, de préférence le 1,3-butadiène, - the conjugated diene monomer to be polymerized is a 1,3-diene monomer having 4 to 15 carbon atoms, preferably 1,3-butadiene,
- le sel d'acide phosphorique organique de néodyme du système catalytique est un diester d’acide phosphorique de néodyme, de préférence le tris [bis (2-éthylhexyl) phosphate] de néodyme, - the neodymium organic phosphoric acid salt of the catalytic system is a neodymium phosphoric acid diester, preferably neodymium tris [bis (2-ethylhexyl) phosphate],
- le composé organique de magnésium R1R2Mg du système catalytique est un dialkylmagnésium, chacun des radicaux alkyles étant en Ci-Cio, substitué ou non, de préférence le n-butyléthylmagnésium ou le n-butyloctylmagnésium, - the organic magnesium compound R 1 R 2 Mg of the catalytic system is a dialkylmagnesium, each of the alkyl radicals being Ci-Cio, substituted or unsubstituted, preferably n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium,
- le rapport molaire (R1R2Mg / néodyme) présente une valeur d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1 - the molar ratio (R 1 R 2 Mg / neodymium) has a value of at most 15/1, preferably of at most 12/1, more preferably of at most 11/1
- le rapport molaire (monomère de préformation / néodyme) présente une valeur d’au moins 5/1, de préférence d’au moins 15/1, - the molar ratio (preformation monomer/neodymium) has a value of at least 5/1, preferably at least 15/1,
- un composé organique de magnésium R3R4Mg, dans laquelle chacun de R3 et R4 représente, indépendamment l’un de l’autre, un radical aliphatique en Ci-Cio, substitué ou non, un radical aromatique en C6-C20, substitué ou non, de préférence le n- butyléthylmagnésium ou le n-butyloctylmagnésium, est ajouté dans le réacteur indépendamment du système catalytique, sous réserve que le rapport molaire (composés organiques de magnésium /néodyme) est d’au plus 15/1, de préférence d’au plus 12/1, de préférence encore d’au plus 11/1, la quantité molaire de composés organiques de magnésium étant la somme des quantités molaires des composés de magnésium R1R2Mg et R3R4Mg. - an organic magnesium compound R 3 R 4 Mg, in which each of R 3 and R 4 represents, independently of one another, an aliphatic radical in Ci-Cio, substituted or not, an aromatic radical in C6- C20, substituted or unsubstituted, preferably n-butylethylmagnesium or n-butyloctylmagnesium, is added to the reactor independently of the catalytic system, provided that the molar ratio (organic magnesium compounds / neodymium) is at most 15/1 , preferably at most 12/1, more preferably at most 11/1, the molar quantity of organic magnesium compounds being the sum of the molar quantities of the magnesium compounds R 1 R 2 Mg and R 3 R 4 Mg.
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