ES2201514T3 - Catalizadores para la produccion de polimeros de olefina. - Google Patents
Catalizadores para la produccion de polimeros de olefina.Info
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Abstract
Se presenta un precursor de catalizador que tiene la **fórmula** en donde M es un metal del Grupo IVB; cada L es un anión monovalente, bivalente o trivalente; Z e Y son cada uno heteroátomos; cada Ciclo es una molécula cíclica; cada R1 es un grupo que contiene entre 1 y 50 átomos seleccionado entre el grupo que consta de hidrógeno y elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R1 adyacentes pueden unirse para formar una molécula cíclica; cada R2 es un grupo que contiene entre 1 y 50 átomos seleccionado entre el grupo que consta de hidrógeno y elementos del Grupo IIIA al grupo VIIA y dos o más grupos R2 adyacentes pueden unirse para formar una molécula cíclica; W es un grupo puente; y cada m es independientemente un entero entre 0 y 5.
Description
Catalizadores para la producción de polímeros de
olefina.
La presente solicitud reivindica el beneficio de
la solicitud provisional de los EE.UU. con el Nº de serie
60/051.522, presentada el 7/2/97, cuya descripción se incorpora en
la presente memoria como referencia.
La invención se refiere a una familia de nuevos
precursores de catalizadores que contienen heteroátomos, útiles para
la polimerización de olefinas, tales como etileno,
alfa-olefinas superiores, dienos y mezclas de los
mismos.
Se ha desarrollado una diversidad de metalocenos
y otros catalizadores similares a los de sitio único para preparar
polímeros olefínicos. Los metalocenos son complejos de coordinación
organometálicos que contienen uno o más restos enlazados con
enlaces \pi (es decir, grupos ciclopentadienilo) en asociación con
un átomo de metal. Las composiciones catalíticas que contienen
metalocenos y otros catalizadores semejantes a los de sitio único
son muy útiles en la preparación de poliolefinas, produciendo
copolímeros relativamente homogéneos con excelentes regímenes de
polimerización mientras que permiten que se adapten estrechamente
las propiedades finales del polímero según se desee.
Recientemente, se ha publicado un trabajo
relacionado con ciertos precursores de catalizadores semejantes a
los de sitio único que contienen nitrógeno. La solicitud PCT
(Tratado del Convenio de Patentes) Nº WO 96/23.010 se refiere a
complejos de di(imina)metal que son complejos de
metales de transición de ligandos bidentados seleccionados entre el
grupo que consiste en:
en los que dicho metal de transición se
selecciona entre el grupo que consiste en Ti, Zr, Sc, V, Cr, un
metal de tierras raras, Fe, Co, Ni y
Pd.:
R^{2} y R^{5} son cada uno independientemente
hidrocarbilo o hidrocarbilo sustituido, siempre que el átomo de
carbono unido al átomo de nitrógeno de imino tenga por lo menos dos
átomos de carbono unidos al mismo;
R^{3} y R^{4} son cada uno independientemente
hidrógeno, hidrocarbilo, hidrocarbilo sustituido, o R^{3} y
R^{4} tomados conjuntamente son hidrocarbileno o hidrocarbileno
sustituido para formar un anillo carbocíclico;
R^{44} es hidrocarbilo o hidrocarbilo
sustituido, y R^{28} es hidrógeno, hidrocarbilo o hidrocarbilo
sustituido o R^{44} y R^{28} tomados conjuntamente forman un
anillo:
R^{45} es hidrocarbilo o hidrocarbilo
sustituido, y R^{29} es hidrógeno, hidrocarbilo sustituido o
hidrocarbilo, o R^{45} y R^{29} tomados conjuntamente forman un
anillo;
cada R^{30} es independientemente hidrógeno,
hidrocarbilo sustituido o hidrocarbilo, o dos de los R^{30}
tomados conjuntamente forman un anillo;
cada R^{31} es independientemente hidrógeno,
hidrocarbilo o hidrocarbilo sustituido;
R^{46} y R^{47} son cada uno
independientemente hidrocarbilo o hidrocarbilo sustituido, siempre
que el átomo de carbono unido al átomo de nitrógeno de imino tenga
por lo menos dos átomos de carbono unidos al mismo;
R^{48} y R^{49} son cada uno
independientemente hidrógeno, hidrocarbilo o hidrocarbilo
sustituido;
R^{20} y R^{23} son independientemente
hidrocarbilo o hidrocarbilo sustituido;
R^{21} y R^{22} son independientemente
hidrógeno, hidrocarbilo o hidrocarbilo sustituido; y
n es 2 ó 3;
y siempre que:
dicho metal de transición tenga también unido al
mismo un ligando que se puede ser desplazado por, o ser añadido al
monómero de olefina que se está polimerizando; y
cuando el metal de transición es Pd, dicho
ligando es (V), (VII) u (VIII).
En la presente memoria se describe una
composición catalítica para la polimerización de olefinas que
presenta una buena actividad de polimerización y una buena
productividad. La composición catalítica comprende un precursor de
catalizador que contiene heteroátomos que presenta la fórmula:
en la que M es un metal del Grupo
IVB;
cada L es un anión monovalente, bivalente o
trivalente;
X e Y son cada uno heteroátomos;
cada Cyclo es un resto cíclico;
cada R^{1} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o mas grupos R^{1}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
cada R^{2} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{2}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
W es un grupo de puenteo; y
cada m es independientemente un número entero de
0 a 5.
El precursor de catalizador se puede preparar
convenientemente haciendo reaccionar un compuesto organometálico
del Grupo IVB con un ligando que contiene heteroátomos de
fórmula:
en la que X, Y, W, Cyclo, R^{1}, R^{2} y m
tienen los significados anteriormente
indicados.
La invención proporciona un precursor de
catalizador de fórmula:
en la que M es un metal del Grupo
IVB
cada L es un anión monovalente, bivalente o
trivalente:
X e Y son cada uno heteroátomos;
cada Cyclo es un resto cíclico;
cada R^{1} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{1}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
cada R^{2} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA y dos o más grupos R^{2}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
W es un grupo de puenteo; y
cada m es independientemente un número entero de
0 a 5;
junto con una composición catalítica que
comprende este precursor de catalizador y un cocatalizador de
activación, así como un procedimiento para la polimerización de
olefinas utilizando esta composición catalítica.
La invención proporciona asimismo un precursor de
catalizador que comprende el producto de reacción de un compuesto
organometálico del Grupo IVB y un ligando que contiene heteroátomos
que presenta la fórmula:
en la que X e Y son cada uno
heteroátomos;
cada Cyclo es un resto cíclico;
cada R^{1} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{1}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
cada R^{2} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{2}
contiguos puede unirse para formar un resto cíclico;
W es un grupo de puenteo; y
cada m es independientemente un número entero de
0 a 5;
así como una composición catalítica que comprende
este precursor de catalizador y un cocatalizador de activación, y
un procedimiento para la polimerización de olefinas utilizando esta
composición catalítica.
El precursor de catalizador presenta la
fórmula:
En la fórmula anterior, M es un metal del Grupo
IVB, con preferencia zirconio.
\newpage
Cada L es un anión monovalente, bivalente o
trivalente, seleccionado con preferencia independientemente entre el
grupo que consiste en halógenos; hidrógeno; radicales alquilo,
arilo, alquenilo, alquilarilo, arilalquilo o hidrocarboxi que
tienen de 1 a 20 átomos de carbono; amidas, fosfuros; sulfuros;
sililalquilos; dicetonatos; y carboxilatos. Con mayor preferencia,
cada L se selecciona entre el grupo que consiste en haluros,
radicales alquilo y radicales arilalquilo. Con la mayor preferencia,
cada L se selecciona entre el grupo que consiste en radicales
arilalquilo tales como bencilo. Cada L puede contener uno o más
heteroátomos.
X e Y son cada uno heteroátomos y se seleccionan
con preferencia independientemente entre el grupo que consiste en N,
O, S y P. Con mayor preferencia, X e Y se seleccionan
independientemente entre el grupo que consiste en N y P. Con la
mayor preferencia, X e Y son ambos nitrógeno.
Cada Cyclo es un resto cíclico. Con preferencia,
cada Cyclo es un anillo carbocíclico que contiene de 3 a 7 átomos de
carbono. Con mayor preferencia, cada Cyclo es un grupo arilo.
Cada R^{1} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{1}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico tal como un
anillo alifático o aromático. Con preferencia, R^{1} es un
alquilo. Con mayor preferencia, R^{1} es isopropilo.
Opcionalmente, un grupo R^{1}puede estar unido a W.
Cada R^{2} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{2}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico, tal como un
anillo alifático o aromático. Con preferencia, R^{2} es hidrógeno
o un arilo. Con mayor preferencia, R^{2} es hidrógeno.
Opcionalmente, un Grupo R^{2} puede estar unido a W.
W es un grupo de puenteo. Con preferencia, W
contiene uno o más elementos del Grupo IIIA, Grupo IVA, Grupo VA o
Grupo VIA. Con mayor preferencia, W contiene uno o más elementos
del Grupo IVA. Con la mayor preferencia, W es un puente de dos
átomos de carbono en el que cada átomo de carbono está sustituido
con un grupo metilo.
Cada m es independientemente un número entero de
0 a 5, con preferencia 2.
En una realización preferida de la invención, el
precursor de catalizador presenta la fórmula:
El precursor de catalizador puede prepararse
mediante cualquier procedimiento. El procedimiento para la
preparación del precursor de catalizador no es crítico para la
invención. Sin embargo, un procedimiento útil para la preparación
del precursor de catalizador consiste en hacer reaccionar un
compuesto organometálico del Grupo IVB con un ligando que contiene
heteroátomos.
El compuesto organometálico del Grupo IVB puede
ser, por ejemplo, un alquil -,aril-, arilalquil-,
sililalquil-metal del Grupo IVB, o una amida o
fosfuro de metal del Grupo IVB. Con preferencia, el compuesto
organometálico del Grupo IVB es un alquil-, -arilalquil- o
aril-metal del Grupo IVB. Con mayor preferencia, el
compuesto organometálico del Grupo IVB es un
arilalquil-metal del Grupo IVB.
\newpage
Ejemplos de compuestos organometálicos del Grupo
IVB útiles son tetrametilzirconio, tetraetilzirconio,
tetraquis[trimetilsilil]zirconio,
tetraquis[dimetilamino]-zirconio,
diclorodibencilzirconio, clorotribencilzirconio,
triclorobencilzirconio,
bis[dimetilamino]bis[bencil]-zirconio
y tetrabencilzirconio.
Tetrametiltitanio, tetraetiltitanio,
tetraquis-[trimetilsililmetil]titanio,
tetraquis[dimetilamino]-titanio,
diclorodibenciltitanio, clorotribenciltitanio,
triclorobenciltitanio,
bis[dimetilamino]bis[bencil]titanio y
tetrabenciltitanio.
Tetrametilhafnio, tetraetilhafnio,
tetraquis[trimetil-sililmetil]hafnio,
tetraquis[dimetilamino]hafnio, diclorodibencilhafnio,
clorotribencilhafnio, triclorobencilhafnio,
bis[dimetilamino]bis[bencil]hafnio y
tetrabencilhafnio.
Con preferencia, el compuesto organometálico del
Grupo IVB es un hidrocarbil-zirconio. Con mayor
preferencia, el compuesto organometálico del Grupo IVB es un
arilalquil-zirconio. Con la mayor preferencia, el
compuesto organometálico del Grupo IVB es tetrabencilzirconio.
El ligando que contiene heteroátomos presenta la
fórmula:
en la que X, Y, W, Cyclo, R^{1}, R^{2} y m
tienen los significados anteriormente indicados. Con preferencia,
el ligando que contiene heteroátomos es un ligando basado en
diazabutadieno de
fórmula:
Por ejemplo, el precursor de catalizador
preferido
se puede preparar haciendo reaccionar un ligando
basado en diazabutadieno con un arilalquil-zirconio
tal como
tetrabencil-zirconio:
Esta reacción se lleva a cabo con preferencia en
un disolvente adecuado, tal como tolueno o benceno a una
temperatura en el intervalo de -50 a 50ºC y a una presión que varía
de vacío a 70,3 kg/cm^{2}.
Alternativamente, el precursor de catalizador se
puede preparar haciendo reaccionar el ligando que contiene
heteroátomos con un haluro metálico y haciendo reaccionar además a
continuación el producto de la reacción con un reactivo de Grignard,
tal como un haluro orgánico de magnesio. Por ejemplo, el mismo
precursor de catalizador
se puede preparar haciendo reaccionar un ligando
basado en diazabutadieno con un haluro de zirconio, tal como
tetracloruro de zirconio, y haciendo reaccionar además a
continuación el producto de la reacción con
PhCH_{2}MgCl.
El precursor de catalizador se pude aislar
mediante procedimientos convencionales.
La composición catalítica comprende el precursor
de catalizador y un cocatalizador de activación. El cocatalizador
de activación es capaz de activar el precursor de catalizador. Con
preferencia, el cocatalizador de activación es uno de los
siguientes: (a) poli(óxido(s) de hidrocarbilaluminio)
oligoméricos ramificados o cíclicos que contienen unidades
repetitivas de fórmula general -(Al(R*)O)-, en la que R* es
hidrógeno, un radical alquilo que contiene de 1 a aproximadamente
12 átomos de carbono, o un radical arilo tal como un grupo fenilo o
naftilo sustituido o no sustituido; (b) sales iónicas de fórmula
general [A^{+}][BR**_{4}-], en la que A^{+} es un ácido de
Lewis o de Bronsted catiónico capaz de sustraer un alquilo,
halógeno o hidrógeno de los catalizadores basados en metaloceno, B
es boro, y R** es un hidrocarburo aromático sustituido, con
preferencia un radical perfluorofenilo; (c)
alquil-boros de fórmula general BR**_{3}, en la
que R** es como se ha definido anteriormente; o mezclas de los
mismos.
\newpage
Con preferencia, el cocatalizador de activación
es un poli(óxido de hidrocarbilaluminio) oligomérico ramificado o
cíclico o un alquil-boro. Con mayor preferencia, el
cocatalizador de activación es un aluminoxano, tal como
metilaluminoxano (MAO) o metilaluminoxano modificado (MMAO), o un
alquil-boro.
Los aluminoxanos son bien conocidos en la técnica
y comprenden alquil-aluminoxanos oligoméricos
lineales representados por la fórmula:
y alquil-aluminoxanos
oligoméricos cíclicos de
fórmula:
en las que s es de 1 a 40, con preferencia de 10
a 20; p es de 3 a 40, con preferencia de 3 a 20; y R*** es un grupo
alquilo que contiene de 1 a 12 átomos de carbono, con preferencia
metilo.
Se pueden preparar aluminoxanos en una diversidad
de maneras. Generalmente, se obtiene una mezcla de aluminoxanos
lineales y cíclicos en la preparación de aluminoxanos a partir de,
por ejemplo, trimetilaluminio y agua. Por ejemplo, un
alquil-aluminio se puede tratar con agua en forma de
un disolvente húmedo. Alternativamente, un
alquil-aluminio, tal como trimetilaluminio, se puede
poner en contacto con una sal hidratada, tal como sulfato de hierro
hidratado. Este último procedimiento comprende tratar una solución
diluida de trimetilaluminio, por ejemplo, en tolueno con una
suspensión de heptahidrato de sulfato ferroso. Es asimismo posible
formar metilaluminoxanos mediante la reacción de un
tetraalquildialuminoxano que contiene grupos alquilo C_{2} o
superiores con una cantidad de trimetilaluminio que es inferior a
un exceso estequiométrico. La síntesis de metilaluminoxanos se puede
conseguir asimismo mediante la reacción de un compuesto de
trialquil-aluminio o un tetraalquildialuminoxano que
contiene grupos alquilo C_{2} o superiores con agua para formar
un polialquil-aluminoxano, que se hace reaccionar a
continuación con trimetilaluminio. Se pueden sintetizar
metilaluminoxanos modificados adicionales, que contienen tanto
grupos metilo como grupos alquilo superiores, p.ej., grupos
isobutilo, mediante la reacción de un
polialquil-aluminoxano que contiene grupos alquilo
C_{2} o superiores con trimetilaluminio y a continuación con agua,
tal como se da a conocer, por ejemplo, en la patente de los EE.UU.
Nº 5.041.584.
Cuando el cocatalizador de activación es un
poli(óxido de hidrocarbilaluminio) oligomérico ramificado o cíclico,
la relación molar de átomos de aluminio contenidos en el poli(óxido
de hidrocarbilaluminio) a átomos de metal totales contenidos en el
precursor de catalizador se encuentra generalmente en el intervalo
de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 100.000:1, con
preferencia en el intervalo de aproximadamente 10:1 a
aproximadamente 10.000:1, y con la mayor preferencia en el intervalo
de aproximadamente 50:1 a aproximadamente 2.000:1. Cuando el
catalizador de activación es una sal iónica de fórmula
[A^{+}][BR**_{4}-] o un alquil-boro de fórmula
BR**_{3}, la relación molar de átomos de boro contenidos en la
sal iónica o el alquil-boro a átomos de metal
totales contenidos en el precursor de catalizador se encuentra
generalmente en el intervalo de aproximadamente 0,5:1 a
aproximadamente 10:1, con preferencia en el intervalo de
aproximadamente 1;1 a aproximadamente 5:1.
El precursor de catalizador, el cocatalizador de
activación, o la composición catalítica total se puede aplicar por
impregnación sobre un soporte sólido, inerte, en forma líquida tal
como una solución, una dispersión o un líquido puro, secar por
aspersión, en forma de un prepolímero, o se puede formar in
situ durante la polimerización. Particularmente preferidas
entre éstas es una composición catalítica que se seca por
aspersión, tal como se describe en la solicitud de patente europea
Nº 0.668.295 A1 o en forma líquida, tal como se describe en la
patente de los EE.UU. Nº 5.317.036.
En el caso de una composición catalítica
soportada, la composición catalítica se puede aplicar por
impregnación o depositar sobre la superficie de un sustrato inerte
tal como sílice, negro de carbono, polietileno, policarbonato,
poliestireno reticulado poroso, polipropileno reticulado poroso,
alúmina, toria, zircona o un haluro de magnesio (p.ej., dicloruro
de magnesio), de tal manera que la composición catalítica constituya
entre el 0,1 y el 90 por ciento en peso del peso total de la
composición catalítica y el soporte.
La composición catalítica se puede utilizar para
la polimerización de olefinas mediante cualquier procedimiento en
suspensión, solución, suspensión espesa o en fase gaseosa,
utilizando un equipo y condiciones de reacción conocidos, y no está
limitada a ningún tipo específico de sistema de reacción.
Generalmente, las temperaturas de polimerización de olefinas varían
de aproximadamente 0ºC a aproximadamente 200ºC a presiones
atmosféricas, subatmosféricas o superatmosféricas. Los
procedimientos de polimerización en suspensión o en solución pueden
utilizar presiones subatmosféricas o superatmosféricas y
temperaturas en el intervalo de aproximadamente 40ºC a
aproximadamente 110ºC. En la patente de los EE.UU. Nº 3.324.095 se
describe un sistema de reacción de polimerización en fase líquida
útil. Los sistemas de reacción en fase líquida comprenden
generalmente un recipiente de reacción al cual se añaden el
monómero olefínico y la composición catalítica, y el cual contiene
un medio de reacción líquido para disolver o suspender la
poliolefina. El medio de reacción líquido puede consistir en el
monómero líquido en masa o en un hidrocarburo líquido inerte que no
es reactivo en las condiciones de polimerización empleadas. Aunque
dicho hidrocarburo líquido inerte no necesita funcionar como
disolvente para la composición catalítica o para el polímero
obtenido mediante el procedimiento, éste sirve usualmente como
disolvente para los monómeros empleados en la polimerización. Entre
los hidrocarburos líquidos inertes adecuados para este propósito se
encuentran isopentano, hexano, ciclohexano, heptano, benceno,
tolueno y otros similares. El contacto reactivo entre el monómero
olefínico y la composición catalítica deberá mantenerse mediante una
agitación o movimiento constante. El medio de reacción que contiene
el producto de polímero olefínico y monómero olefínico sin
reaccionar se extrae del reactor continuamente. El producto de
polímero olefínico se separa y el monómero olefínico sin reaccionar
y el medio de reacción se reciclan al reactor.
Con preferencia, se emplea una polimerización en
fase gaseosa, con presiones superatmosféricas manométricas
comprendidas en el intervalo de 0,07 y 70,3 kg/cm^{2}, con
preferencia de 3,5 a 28,1 kg/cm^{2} y con la mayor preferencia de
7,0 a 21,1 kg/cm^{2}, y temperaturas comprendidas en el intervalo
de 30 a 130ºC, con preferencia de 65 a 110ºC. Son particularmente
útiles los sistemas de reacción en fase gaseosa con lecho sometido
a agitación o fluidizado. Generalmente, un procedimiento en fase
gaseosa de lecho fluidizado convencional se lleva a cabo haciendo
pasar una corriente que contiene uno o más monómeros olefínicos
continuamente a través de un reactor de lecho fluidizado en
condiciones de reacción y en presencia de una composición catalítica
a una velocidad suficiente para mantener un lecho de partículas
sólidas en un estado de suspensión. Una corriente que contiene
monómero sin reaccionar se extrae del reactor continuamente, se
comprime, se enfría, opcionalmente se condensa total o parcialmente,
tal como se da a conocer en las patentes de los EE.UU. Nº 4.528.790
y Nº 5.462.999, y se recicla al reactor. El producto se
extrae del reactor y se añade monómero de reposición a la corriente
de reciclado. Según se desee para el control de la temperatura del
sistema, puede estar presente asimismo cualquier gas inerte para la
composición catalítica y para las sustancias reaccionantes en la
corriente gaseosa. Además, se puede utilizar un coadyuvante de
fluidización tal como negro de carbono, sílice, arcilla o talco, tal
como se da a conocer en la patente de los EE.UU. Nº 4.994.534.
La polimerización se puede llevar a cabo en un
único reactor o en dos o más reactores en serie, y se realiza
sustancialmente en ausencia de venenos de catalizadores. Se pueden
emplear compuestos organometálicos como agentes depuradores para
venenos con el fin de aumentar la actividad del catalizador.
Ejemplos de agentes depuradores son alquil-metales,
con preferencia alquil-aluminios, y con la mayor
preferencia triisobutilaluminio.
Se pueden incluir coadyuvantes convencionales en
el procedimiento, siempre que no interfieran con el funcionamiento
de la composición catalítica en la formación de la poliolefina
deseada. Se puede utilizar hidrógeno o un hidruro metálico o no
metálico, p.ej., hidruro de sililo, como agente de transferencia de
cadena en el procedimiento. Se puede utilizar hidrógeno en
cantidades de hasta aproximadamente 10 moles de hidrógeno por cada
mol de alimentación total de monómeros.
Los polímeros olefínicos que se pueden producir
de acuerdo con la invención incluyen, pero sin limitarse a ellos,
homopolímeros de etileno, homopolímeros de
alfa-olefinas superiores lineales o ramificadas que
contienen de 3 a aproximadamente 20 átomos de carbono, e
interpolímeros de etileno y dichas alfa-olefinas
superiores, con densidades que varían de aproximadamente 0,86 a
aproximadamente 0,96. Las alfa-olefinas superiores
adecuadas incluyen, por ejemplo, propileno,
1-buteno, 1-penteno,
1-hexeno, 4
-metil-1-penteno,
1-octeno y
3,5,5-trimetil-1-hexeno.
Los polímeros olefínicos de acuerdo con la invención pueden basarse
asimismo en, o contener dienos conjugados o no conjugados, tales
como dienos hidrocarbonados lineales, ramificados o cíclicos que
tienen de aproximadamente 4 a aproximadamente 20, con preferencia de
4 a 12 átomos de carbono. Los dienos preferidos incluyen
1,4-pentadieno, 1,5-hexadieno,
5-vinil-2-norborneno,
1,7-octadieno, vinil-ciclohexeno,
diciclopentadieno, butadieno, isobutileno, isopreno,
etiliden-norborneno y otros similares. Se pueden
polimerizar también de acuerdo con la invención compuestos
aromáticos que presentan una insaturación vinílica, tales como
estireno y estirenos sustituidos, y monómeros vinílicos polares
tales como acrilonitrilo, ésteres de ácido maleico, acetato de
vinilo, ésteres de acrilato, ésteres de metacrilato,
vinil-trialquil-silanos y otros
similares. Los polímeros olefínicos específicos que se pueden
preparar de acuerdo con la invención incluyen, por ejemplo,
polietileno, polipropileno, cauchos de etileno/propileno (EPR),
terpolímeros de etileno/propileno/dieno (EPDM), polibutadieno,
poliisopreno y otros similares.
Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente
la invención.
La actividad se mide en g de polietileno/mmol de
metal \cdoth\cdot7,03 kg/cm^{2} de etileno.
I21 es el índice de fluidez (dg/min) tal como se
mide mediante la norma ASTM D-1238.
BBF es la frecuencia de ramas de butilo por cada
1.000 átomos de carbono de la cadena principal basada en
técnicas de medición por rayos infrarrojos.
En un matraz de tres bocas con una capacidad de
300 ml, equipado con una barra de agitación y cerrado
herméticamente con tapones, se cargaron 100 mmol (17,73 g) de
2,6-diisopropilanilina. Se añadieron 100 ml de
metanol y se agitó para que se disolvieran. La solución de color
rosa pálido se enfrió a una temperatura de 0ºC y se añadió gota a
gota aproximadamente 5% en moles (0,19 ml) de ácido fórmico mientras
que se agitaba. Se dejó que la solución se calentara a temperatura
ambiente y se añadieron gota a gota 50 mmol (7,25 ml) de glioxal (al
40% en peso en agua) mientras que se agitaba. La solución viró a
color naranja amarillento claro. Después de 1 hora, comenzaron a
precipitar sólidos de color amarillo a partir de la solución de
color naranja oscuro. Se dejó que la reacción se desarrollara
durante una noche.
El producto bruto se separó por filtración del
disolvente utilizando una frita de porosidad media con una
capacidad de 150 ml. Los sólidos se lavaron con metanol frío, y a
continuación se introdujeron en un matraz Erlenmeyer con una
capacidad de 500 ml equipado con una barra de agitación. Se
añadieron aproximadamente 100 ml de hexano para disolver los
sólidos y se añadió una cantidad suficiente de Na_{2}SO_{4}
para completar el secado de la solución. El recipiente se cerró
herméticamente con un tapón y se dejó con agitación durante 6
horas.
El Na_{2}SO_{4} se separó por filtración de
la solución utilizando una frita de porosidad media con una
capacidad de 150 ml. El filtrado se recogió en un matraz Schlenk
equipado con una barra de agitación y se sometió a una separación
por arrastre a vacío (0,5 mm Hg). Al residuo pulverulento de color
amarillo brillante se le añadieron 50 ml de metanol. El conjunto se
calentó a una temperatura de 63ºC y mientras que se agitaba se
añadió hexano en porciones de 5 ml (para un total de 25 ml) hasta
que se disolvió todo el producto. Se permitió seguidamente que la
solución se enfriara y se dejó en reposo durante una noche. Los
sólidos se separaron por filtración del disolvente utilizando una
frita de porosidad media con una capacidad de 150 ml. Los sólidos
se secaron a alto vacío (0,5 mm Hg). El producto total recogido
ascendió a 10,8 g (rendimiento del 57%).
A un matraz de fondo redondo secado en estufa se
cargaron 1,3 mmol del ligando puro del Ejemplo 1 y 1,3 mmol de
tetrabencilzirconio en la caja fría. Se añadieron 1,0 ml de
benceno-d6 seco; y la mezcla se dejó con agitación
durante una noche en ausencia de luz. La mezcla se filtró a
continuación a través de una frita de tipo medio secada en estufa.
Los sólidos (0,63 g) se recogieron y se disolvieron en cantidades
abundantes de tolueno seco. Esto se realizó añadiendo el tolueno en
porciones seguido de agitación vorticial. Una vez disueltos, la
solución se vertió en un tubo Schlenck secado en estufa envuelto en
una hoja delgada de aluminio. Se utilizaron a continuación una
jeringa y una aguja de calibre 25 secadas en estufa para depositar
en forma se una capa una corriente delgada de hexano seco lentamente
sobre la parte superior de la solución de tolueno. Se depositó en
forma de una capa cinco veces la cantidad de hexano seco sobre la
parte superior de la solución de tolueno. El tubo Schlenck se tapó y
se examinó periódicamente para determinar el crecimiento de
cristales. Seis días más tarde se pudieron observar cristales sobre
los lados del tubo Schlenck por debajo de la interfase de
tolueno/hexano. Después de unos pocos días había aumentado la
cantidad de cristales. En el día número doce, el disolvente se
retiró por medio de una jeringa y se concentró a vacío. Los
cristales permanecieron en el tubo Schlenck y se protegieron de la
luz.
Se preparó una serie de polímeros de etileno en
un reactor de fase en suspensión, a escala de laboratorio,
utilizando composiciones catalíticas de acuerdo con la invención.
Cada reacción de polimerización se llevó a cabo en
n-hexano (607 ml) utilizando 43 ml de
1-hexeno (tratado con alúmina y desoxigenado) como
comonómero.
Las composiciones catalíticas se prepararon
mezclando 0,1 ml de 1-hexeno, una solución del
Precursor Catalítico A o B en benceno d6, y metilaluminoxano
modificado (MMAO, 7,0% en peso de Al en heptano, comercialmente
disponible de la entidad Akzo Chemicals, Inc.) para llegar a
relaciones molares Al/Zr de 1.000/1. Los Precursores Catalíticos A
y B se prepararon mediante la reacción de los Ligandos A y B,
respectivamente, con tetrabencilzirconio.
Las condiciones de reacción y los resultados se
muestran en la siguiente Tabla 1.
Ejemplo | Ligando | \mumol de Zr | T, ºC | C_{2} kg/cm^{2} | Actividad | Mn | Mw | PDI |
3a | A | 1,8 | 65ºC | 6 | 43.529 | NA | NA | - - |
3b | A | 1,8 | 75ºC | 6 | 15.686 | 9.534 | 185K | 19,43 |
3c | A | 1,8 | 65ºC | 14 | 34.000* | NA | NA | - - |
3d | B | 9,0 | 65ºC | 6 | 4863 | 5.332 | 61K | 11,46 |
*Dificultad al controlar la reacción |
Se preparó una serie de polímeros de etileno en
un reactor de fase en suspensión a escala de laboratorio utilizando
composiciones catalíticas de acuerdo con la invención.
Las composiciones catalíticas se prepararon
mezclando 0,1 ml de 1-hexeno, una solución de
precursor de catalizador en benceno d6, y MMAO (7,0% en peso de Al
en heptano, comercialmente disponible de la entidad Akzo Chemicals,
Inc.). Las relaciones molares Al/Zr fueron de 1.000/1. Se
prepararon precursores de catalizador haciendo reaccionar ligandos
de la siguiente fórmula, en la que R_{1}, R_{2} y R_{3} se
definen en la Tabla 2, con tetrabencilzirconio. La Tabla 2 muestra
asimismo las condiciones y los resultados de la reacción.
Ejemplo | R_{1} | R_{2} | R_{3} | Actividad |
4a | Me | Me | Me | 18.431 |
4b | Me | Me | H | 3.399 |
4c | Me | i-Pr | Me | 32.810 |
4d | Me | i-Pr | H | 2.118 |
4e | H | H | Me | 10.965 |
Comparativo 1 | Ningún ligando añadido | 784 |
Se prepararon dos polímeros de etileno en un
reactor de fase en suspensión a escala de laboratorio utilizando
composiciones catalíticas de acuerdo con la invención.
Las composiciones catalíticas se prepararon
mezclando 0,1 ml de 1-hexeno, una solución de
precursor de catalizador en benceno d6, y MMAO (7,0% en peso de Al
en heptano, comercialmente disponible de la entidad Akzo Chemicals,
Inc.). Se prepararon precursores de catalizador haciendo reaccionar
ligandos de la siguiente fórmula, en la que R se define en la Tabla
3, con tetrabencilzirconio. La Tabla 3 muestra asimismo las
condiciones y los resultados de la reacción.
Ejemplo | R | Actividad |
5a | Me | 424 |
5b | H | 3.629 |
Se preparó un polímero de etileno en un reactor
de fase en suspensión a escala de laboratorio utilizando una
composición catalítica de la invención que comprendía MMAO (7,0% en
peso de Al en heptano, comercialmente disponible de la entidad Akzo
Chemicals Inc.) y un precursor de catalizador preparado haciendo
reaccionar tetrabencilzirconio con:
Se prepararon 23,7 gramos d polietileno, y la
actividad de la composición catalítica fue de 5.414.
Se utilizan las composiciones catalíticas del
Ejemplo 3 para preparar polietileno en un reactor de fase gaseosa,
en lecho fluidizado a escala piloto. El reactor tiene un diámetro
nominal de 30,48 cm y se hace funcionar con una altura del lecho de
243,84 cm y una velocidad superficial de gas de aproximadamente
54,86 cm/s. La presión manométrica total del reactor es de 24,6
kg/cm^{2}.
En primer lugar, se carga un lecho de siembra al
reactor y se seca a un contenido de agua <5 ppm. El reactor se
presuriza con etileno a una presión manométrica de 14,0
kg/cm^{2}. Los niveles de 1-hexeno e hidrógeno en
el reactor se ajustan según se desee. La temperatura del lecho se
ajusta a 70ºC.
A continuación, la composición catalítica se
rocía en forma líquida en el interior del reactor con la ayuda de
una corriente de 2,27 a 3,18 kg/h de nitrógeno gas y una corriente
de 884,5 kg/h de gas de reciclo.
Se produce polietileno.
Claims (21)
1. Un precursor de catalizador que presenta la
fórmula:
en la que M es un metal del Grupo
IVB;
cada L es un anión monovalente, bivalente o
trivalente;
X e Y son cada uno heteroátomos;
cada Cyclo es un resto cíclico;
cada R^{1} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{1}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
cada R^{2} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{2}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
W^{1} es un grupo de puenteo; y
cada m es independientemente un número entero de
0 a 5.
2. Un precursor de catalizador que presenta la
fórmula:
3. Una composición catalítica que comprende:
a) un precursor de catalizador que presenta la
fórmula:
en la que M es un metal del Grupo
IVB;
cada L es un anión monovalente, bivalente o
trivalente;
X e Y son cada uno heteroátomos;
cada Cyclo es un resto cíclico;
cada R^{1} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o mas grupos R^{1}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
cada R^{2} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{2}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
W^{1} es un grupo de puenteo; y
cada m es independientemente un número entero de
0 a 5; y
b) un cocatalizador de activación.
4. Un procedimiento para la polimerización de
olefinas, que comprende poner en contacto una olefina en condiciones
de polimerización con una composición que comprende:
a) un precursor de catalizador que presenta la
fórmula:
en la que M es un metal del Grupo
IVB;
cada L es un anión monovalente, bivalente o
trivalente;
X e Y son cada uno heteroátomos;
cada Cyclo es un resto cíclico;
cada R^{1} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o mas grupos R^{1}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
cada R^{2} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{2}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
W^{1} es un grupo de puenteo; y
cada m es independientemente un número entero de
0 a 5; y
b) un cocatalizador de activación.
5. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, que se puede preparar haciendo reaccionar un
compuesto organometálico del Grupo IVB y un ligando que contiene
heteroátomos que presenta la fórmula:
en la que X e Y son cada uno
heteroátomos;
cada Cyclo es un resto cíclico;
cada R^{1} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{1}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
cada R^{2} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{2}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
W^{1} es un grupo de puenteo; y
cada m es independientemente un número entero de
0 a 5.
6. Una composición catalítica que comprende:
a) un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, que se puede preparar haciendo reaccionar un
compuesto organometálico del Grupo IVB y un ligando que contiene
heteroátomos que presenta la fórmula:
en la que X e Y son cada uno
heteroátomos;
cada Cyclo es un resto cíclico;
cada R^{1} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{1}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
cada R^{2} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{2}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
W^{1} es un grupo de puenteo; y
cada m es independientemente un número entero de
0 a 5; y
b) un cocatalizador de activación.
7. Un procedimiento para la polimerización de
olefinas, que comprende poner en contacto una olefina en condiciones
de polimerización con una composición catalítica que comprende:
a) un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, que se puede preparar haciendo reaccionar un
compuesto organometálico del Grupo IVB y un ligando que contiene
heteroátomos que presenta la fórmula:
en la que X e Y son cada uno
heteroátomos;
cada Cyclo es un resto cíclico;
cada R^{1} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{1}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
cada R^{2} es un grupo que contiene de 1 a 50
átomos seleccionados entre el grupo que consiste en hidrógeno y
elementos del Grupo IIIA al Grupo VIIA, y dos o más grupos R^{2}
contiguos pueden unirse para formar un resto cíclico;
W^{1} es un grupo de puenteo; y
cada m es independientemente un número entero de
0 a 5; y
b) un cocatalizador de activación.
8. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, en el que cada L es un haluro, alquilo o
arilalquilo.
9. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, en el que X e Y son independientemente N o P.
10. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, en el que X e Y son ambos nitrógeno.
11. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, en el que cada Cyclo es un anillo carbocíclico que
contiene de 3 a 7 átomos de carbono.
12. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, en el que cada Cyclo es un grupo arilo.
13. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, en el que cada R^{1} es alquilo.
14. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, en el que cada R^{1} es isopropilo.
15.Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, en el que cada R^{2} es hidrógeno o arilo.
16. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, en el que cada W es un puente de dos átomos de
carbono en el que cada átomo de carbono está sustituido con un grupo
metilo.
17. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 1, en el que cada m es 2.
18. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 5, en el que el ligando que contiene heteroátomos
es
y el compuesto organometálico del grupo IVB es
tetrabencilzirconio.
19. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 5, en el que el ligando que contiene heteroátomos
presenta la fórmula
el compuesto organometálico del Grupo IVB es
tetrabencilzirconio; en la que R_{1}, R_{2} y R_{3} son como
se definen como una cualquiera de las
combinaciones
(i) R_{1} es Me, R_{2} es Me y R_{3} es
Me;
(ii) R_{1} es Me, R_{2} es Me y R_{3} es
H;
(iii) R_{1} es Me, R_{2} es
i-Pr y R_{3} es Me;
(iv) R_{1} es Me, R_{2} es
i-Pr y R_{3} es H; o
(v) R_{1} es H, R_{2} es H y R_{3} es
Me.
20. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 5, en el que el ligando que contiene heteroátomos es
uno cualquiera de
y el compuesto organometálico del Grupo IVB es
tetrabencilzirconio.
21. Un precursor de catalizador según la
reivindicación 5, en el que el ligando que contiene heteroátomos
es
y el compuesto organometálico del Grupo IVB es
tetrabencilzirconio.
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