MXPA04008003A - Polialfaolefinas de alta viscosidad preparadas con un catalizador liquido ionico. - Google Patents

Abstract

Un proceso para preparar polialfaolefinas de muy alta viscosidad usando un catalizador de oligomerizacion liquido, ionico, acido, en la ausencia de un diluyente organico y los productos formados con estas.

Description

POLIALFAOLEFINAS DE ALTA VISCOSIDAD PREPARADAS CON UN CATALIZADOR LÍQUIDO IONICO CAMPO DE LA INVENCION La presente invención concierne a la preparación de polialfaolefinas de alta viscosidad preparadas usando un catalizador liquido iónico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las alfaolefinas pueden ser oligomerizadas para preparar reservas base de aceite lubricante sintético que tengan propiedades lubricantes deseables tales como un punto de vertido bajo y un alto índice de viscosidad (VI) . Sin embargo, polialfaolefinas de viscosidad muy alta, tal como las descritas en la Patente U.S. 4,827,064, son caras de fabricar usando los procesos de oligomerización convencionales. La Patente U.S. 5,304,615 expone la oligomerización de buteno usando un catalizador liquido iónico. La Solicitud de Patente Europea 97300875.8 describe un proceso para oligomerizar alfaolefinas, tales como deceno, usando un catalizador líquido iónico para producir polialfaolefinas que tengan una viscosidad de hasta aproximadamente 20 centistokes (cSt) a 100 °C. Desafortunadamente, el proceso expuesto en esta solicitud no ha mostrado ser adecuado para elaborar material de muy alta viscosidad, es decir, polialfaolefinas que tengan una viscosidad superior a 22 cSt a 100 °C. Adicionalmente, el arte previo expone el uso de imidazolio, piridinio, o fosfonio como un componente en el liquido iónico además del haluro de aluminio o el haluro de galio. Las composiciones ternarias con haluros de amonio se describen en WO 95/21872 como útiles para la oligomerización olefinica. Los solicitantes encontraron que es posible elaborar fácilmente polialfaolefinas que tengan muy alta viscosidad usando un catalizador líquido iónico al llevar a cabo la reacción de oligomerización en ausencia de solventes orgánicos que hasta ahora hayan sido usados como un diluyente para la alimentación. Por consiguiente, Los Solicitantes han sido capaces de elaborar polialfaolefinas desde alimentaciones que comprendan primeramente olefinas, tales como deceno y dodeceno, que tengan viscosidades en exceso de 22 cSt y aún en exceso de de 30 cSt. Las polialfaolefinas elaboradas usando el proceso de la presente invención también se ha mostrado que presentan excelentes valores de índice de viscosidad, puntos de vertido bajos, y valores de volatilidad de Noack bajos . Como se usa en esta descripción, las palabras "comprende" o "que comprende" se pretenden como una transición en extremo abierto que significa la inclusión de los elementos nombrados, pero que no excluyen necesariamente otros elementos no mencionados. La frase "consiste esencialmente de" o "que consiste esencialmente de" se pretende que quiera decir la exclusión de otros elementos de cualquier significado esencial a la combinación. La frase "consiste de" se pretende como una transición que significa la exclusión de todos los elementos mencionados con la excepción solamente de trazas menores de impurezas.

SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención está dirigida hacia un proceso para producir un producto polialfaolefinico de muy alta viscosidad, que comprende poner en contacto una alimentación que consiste esencialmente de al menos una alfaolefxna que tenga desde 4 a aproximadamente 14 átomos de carbonos con una cantidad oligomerizante efectiva de un catalizador de oligomerización liquido, iónico, ácido, que mantenga la alimentación y el catalizador de oligomerización bajo condiciones de oligomerización preseleccionadas por un tiempo suficiente para oligomerizar la alfaolefina al producto polialfolefinico, y recuperar el producto polialfaolefinico de alta viscosidad. Como se hizo notar anteriormente, se encontró que pueden obtenerse productos de muy alta viscosidad, usando el proceso de la presente invención al llevar a cabo la reacción de oligomerización en la ausencia del diluyente orgánico. Usando el proceso de la invención, pueden prepararse fácilmente polialfaolefinas, que tengan viscosidades en exceso de 22 cSt y aún en exceso de 30 cSt. Especialmente preferidas al preparar el producto polialfaolefinico son las alimentaciones que comprenden deceno o dodeceno . El catalizador de oligomerización liquido, iónico, ácido, usualmente comprenderá al menos dos componentes, y en la mayoría de los casos será un catalizador binario, es decir, consistirá de solamente dos componentes. El primer componente es un compuesto seleccionado del grupo que consiste de haluro de aluminio, haluro de alquil aluminio, haluro de galio, y haluro de alquil galio. Los compuestos preferidos para uso como el primer componente del catalizador de oligomerización son un haluro de aluminio o un haluro de alquil aluminio, tal como, por ejemplo, tricloruro de aluminio. El segundo componente es amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, o sulfonio terciario, tal como, por ejemplo, una sal líquida seleccionada desde uno o más de haluros de amonio substituidos por hidrocarbilo, haluro de imidazolio substituido con hidrocarbilo, haluro de piridinio substituido por hidrocarbilo, dihaluro de piridinio substituido con alquileno, o haluro de fosfonio substituido con hidrocarbilo. Se prefieren de manera particular como el segundo componente haluros de amonio substituido con alquilo, tal como clorhidrato de trimetilamina o haluros de imidizolio substituido con alquilo, tales como cloruro de l-etil-3-metil-imidazolium. La proporción molar de los dos componentes caerá usualmente en el intervalo desde aproximadamente 1:1 a aproximadamente 5 : 1 del primer componente al segundo componente, y más preferiblemente la proporción molar estará en el intervalo desde aproximadamente 1:1 a aproximadamente 2:1. El uso de una composición catalizadora binaria que consiste esencialmente de clorhidrato de trimetilamina y tricloruro de aluminio es particularmente ventajoso para llevar a cabo el proceso de la presente invención debido a la facilidad de preparación, la fácil disponibilidad comercial de los componentes, y el costo relativamente baj o . La cantidad de catalizador presente para promover la oligomerización de la alfaolefina no deberá ser menos que una cantidad oligomerizante efectiva, esto quiere decir, la cantidad mínima del catalizador necesaria para oligomerizar la alfaolefina al producto deseado. Esto puede variar en algún grado dependiendo de la composición del catalizador, la proporción de los dos componentes del catalizador entre si, la alimentación, las condiciones de oligomerización seleccionadas, y los similares. No obstante, una determinación de la cantidad catalítica efectiva deberá estar en la habilidad de un experto en el arte con no más que las pruebas de rutina necesarias para establecer la cantidad necesaria para llevar a cabo la invención. La presente invención está también dirigida hacia el producto polialfaolefinico único preparado usando la presente invención. Este producto está caracterizado por una viscosidad de no menos de 22 cSt a 100 °C, y más preferiblemente tendrá una viscosidad de al menos 30 cSt a 100 °C. Además, el producto polialfaolefinico presentará un bajo punto de vertido, preferiblemente menos de -30 °C, y baja volatilidad, preferiblemente con un número de Noak de 3 o menos. Preferiblemente, el producto tendrá un contenido dimérico de menos de 2 por ciento en peso.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCION Como se hizo notar anteriormente, es esencial que la reacción de oligomerización sea conducida en la ausencia de cualquier diluyente orgánico. Al llevar a cabo el proceso de la presente invención, la alimentación de alfaolefinas puede añadirse a la mezcla catalítica o el catalizador puede añadirse a la alimentación de alfadefinas . En un caso u otro o en ambos , la alimentación y el producto formado durante la oligomerización formará una fase separada del liquido iónico, lo cual permitirá que las dos fases se separen fácilmente. ? fin de facilitar la mezcla del catalizador y la alimentación, es deseable ya sea para agitar la mezcla de oligomerización o bien para burbujear la alfadefina alimentada a través del catalizador liquido iónico. Después de la terminación de la reacción de oligomerización, deberá detenerse la mezcla, y el producto y la alimentación residual deberán conservarse para formar una capa distinta aparte de la fase catalizadora. En procesos previos, la alimentación y la fase de producto usualmente también contuvieron un diluyente orgánico, tal como hexano. Los solicitantes descubrieron que la presencia del diluyente orgánico de los procesos previos interfieren con la reacción de oligomerización y evita la formación del producto polialfaolefinico de muy alta viscosidad. La alimentación consistirá esencialmente de una o más alfaolefinas que tengan desde 4 a aproximadamente 14 átomos de carbono en la molécula, generalmente desde aproximadamente 8 a aproximadamente 12 átomos de carbono. De manera especial se prefieren las alimentaciones que contengan 1-deceno y 1-dodeceno. Aunque la alimentación puede consistir de una mezcla de diferentes alfaolefinas, es esencial que la alaimentación no contenga algún diluyente orgánico. Como se explicó anteriormente, y como se ilustra adicionalmente en los ejemplos posteriores, se encontró que la presencia de un diluyente orgánico interfiere con la reacción de oligomerización y evita la formación del producto polialfaolefinico de muy alta viscosidad. Esto difiere de los procesos previos que incluyeron un diluyente orgánico, tal como hexano o heptano, como parte de la fase orgánica de la mezcla de reacción. El catalizador de oligomerización liquido, iónico, ácido, comprende dos componentes que forman un complejo. El primer componente del catalizador que comprenderá usualmente un compuesto seleccionado del grupo que consiste de haluro de aluminio, haluro de alquil aluminio, haluro de galio, y haluro de alquil galio. Especialmente se prefieren para el primer componente el haluro de aluminio o haluro de alquil aluminio. Se ha usado exitosamente el tricloruro de aluminio, como el primer componente para preparar el catalizador de oligomerización usado al practicar la presente invención. El segundo componente que constituye el catalizador es un liquido iónico el cual es primeramente sal o mezcla de sales que funden a temperaturas inferiores a la ambiente. Los líquidos iónicos pueden caracterizarse por la fórmula general Q+A~, en donde Q+ es amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, o sulfonio cuaternario, y A es un ión cargado negativamente tal como Cl~, Br", 0C14~, N03~, BF4~, BC14~, PFS-, SbF6~, A1C1~, ArF6, TaF6", CuCl2", FeCl3~, S03CF3_, S03C7H7~, y 3-sulfurtrioxifenilo. Se prefieren para uso como el segundo componente aquellos haluros de amonio cuaternario que contengan una o más porciones alquilo que tengan desde 1 a aproximadamente 9 átomos de carbono, tales como, por ejemplo, clorhidrato de trimetilamina, o haluros de imidazolio substituido con hidrocarbilo, tales como, por ejemplo, cloruro de 1- etil- 3- metil-imidazolio . La presencia del primer componente daría al líquido iónico un carácter de ácido de Lewis (o de Franklin) . Generalmente, a la mayor proporción molar del primer componente al segundo componente, corresponde la mayor acidez de la mezcla líquida iónica. Cuando el tricloruro de aluminio y el clorhidrato de trimetilamina se usan como el primer y el segundo componentes, respectivamente, del catalizador de oligomerización líquido iónico ácido, preferiblemente estarán presentes en una proporción molar desde aproximadamente 1:1 a aproximadamente 2:1. La reacción de oligomerización tiene lugar en un amplio intervalo de temperatura, pero preferiblemente se lleva a cabo a aproximadamente la temperatura ambiente o ligeramente inferior. La reacción de oligomerización es algo exotérmica y puede ser deseable controlar la temperatura de reacción con un extinguidor acuoso de la reacción. Preferiblemente, la temperatura de la mezcla de reacción se mantendrá inferior a 50 °C y más preferiblemente se mantendrá inferior a aproximadamente 30 °C. Después de la terminación de la reacción de oligomerización, la capa orgánica que contiene el producto alfaolefinico y la alimentación de olefina residual es separada de la fase liquida iónica. La olefina y los dimeros sin reaccionar pueden ser retirados del producto por los medios convencionales, tales como por destilación, y retro reciclado para conversión adicional. De manera similar, el catalizador líquido, iónico, ácido, que permanece después de la recuperación de la fase orgánica, puede ser reciclado a la zona de oligomerización. Después de la recuperación del producto polialfaolefinico, es generalmente deseable hidrogenar los dobles enlaces insaturados que permanecen en la mezcla del producto. Esto se logra fácilmente por medios convencionales bien conocidos por los expertos en la materia. La hidrogenación de los enlaces insaturados se lleva a cabo usualmente con hidrógeno en la presencia de un catalizador de hidrogenación tal como, por e emplo, catalizador que contenga níquel, paladio, platino, cobalto o los similares. La presente invención puede ser ilustrada adicionalmente por medio de los siguientes ejemplos que no se pretende que sean una limitación al proceso. EJEMPLO 1 Se preparó una mezcla catalizadora usando una proporción de 2 a 1 de tricloruro de aluminio a clorhidrato de trimetilamina . El catalizador (39.2 g) se colocó en un matraz de fondo redondo de 1 litro al cual se añadieron gota a gota 401.2 g de 2-deceno. La temperatura inicial de la mezcla de oligomerización fue de 0 °C que se permitió que aumentara a 22 °C. Se mantuvo una atmósfera inerte por medio de un burbujeador de gas con arrastre de nitrógeno. Se dejó proceder la reacción por 1 hora y se detuvo con hidróxido de potasio acuoso. El producto fue lavado con agua e hidrogenado usando un catalizador de níquel. El monómero y el dímero residuales se removieron por destilación. Se encontró que el oligómero destilado presentó las propiedades siguientes: Viscosidad cinemática a 100 °C 31.6 cSt Viscosidad cinemática a 40 °C 283.0 cSt Indice de Viscosidad 152.0 Punto de Vertido -39 °C Volatilidad de Noack 1.68 % EJEMPLO 2 El procedimiento general fue el mismo que en el Ejemplo 1, anterior, excepto por la adición de 185 gramos de diluyente heptano, el cual se mezcló con 400 gramos de deceno. Se preparó el catalizador en una proporción molar de 2 a 1 de tricloruro de aluminio a clorhidrato de trimetilamina y 40.1 gramos se añadieron a la reacción de una manera por goteo. La temperatura de la reacción inicial fue de - 6 °C. El producto fue lavado con agua e hidrogenado usando un catalizador de níquel. El monómero y dímero residuales se removieron por destilación hasta menos de 1 % . Se encontró que el oligómero destilado presentó las siguientes propiedades: Viscosidad cinemática a 100 °C 15.0 cSt 'Viscosidad cinemática a 40 °C 109.0 cSt Indice de Viscosidad 143.0 Punto de Vertido -45 °C Deberá observarse que la viscosidad cinemática del oligómero del Ejemplo 2 fue significativamente inferior tanto a 100 °C como a 40 °C que la del oligómero del Ejemplo 1. El índice de viscosidad del producto del Ejemplo 2 fue también inferior.

Claims (1)

1. NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Un proceso para producir un producto polialfaolefinico de muy alta viscosidad caracterizado porque comprende poner en contacto una alimentación que consiste esencialmente de al menos una alfaolefina que tenga desde 4 a aproximadamente 14 átomos de carbono con una cantidad oligomerizante efectiva de un catalizador de oligomerización liquido, iónico, ácido, mantener la alimentación y el catalizador de oligomerización bajo condiciones de oligomerización preseleccionadas por un tiempo suficiente para oligomerizar la alfaolefina al producto polialfaolefinico, y recuperar el producto polialfaolefinico de alta viscosidad. 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la alimentación comprende 1-deceno. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la alimentación comprende 1-dodeceno . 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el catalizador de oligomerización iónico ácido comprende un primer componente y un segundo componente, el primer componente comprende un compuesto seleccionado del grupo que consiste de haluro de aluminio, aluro de alquil aluminio, haluro de galio, y haluro de alquil galio, y el segundo componente es un liquido iónico que comprende una sal liquida que contenga amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, o sulfonio cuaternario. 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el primer componente es haluro de aluminio o haluro de alquil aluminio . 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el primer componente es tricloruro de aluminio . 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el segundo componente es seleccionado de uno o más haluro de amonio substituido con hidrocarbilo, haluro de imidazolio substituido con hidrocarbilo, haluro de piridinio substituido con hidrocarbilo, dihaluro de piridinio substituido con alquileno, o haluro de fosfonio substiuido con hidrocarbilo . 8. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el segundo componente es un haluro de amonio substituido con alquilo que contenga una o más porciones alquilo que tenga desde 1 a aproximadamente 9 átomos de carbono . 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el segundo componente comprende al menos clorhidrato de trimetil amina. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el segundo componente es un haluro de imidazolio substituido con alquilo. 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el segundo componente comprende al menos cloruro de l-etil-3-metil-imidazolio . 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la proporción del primer componente al segundo componente del catalizador de oligomerización está en el intervalo desde aproximadamente 1:1 a aproximadamente 5:1. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la proporción del primer componente al segundo componente está en el intervalo desde aproximadamente 1:1 a aproximadamente 2:1. 14. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye la etapa adicional de hidrogenar los enlaces dobles insaturados presentes en el producto polialfaolefínico. 15, El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dimero en el producto es reducido a menos de 2 por ciento en peso. 16. Un producto polialfaolefinico caracterizado porque tiene una viscosidad de no menos de 22 centistokes a 100 °C elaborado usando el proceso de conformidad con la reivindicación 1. 17. El producto de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque tiene una viscosidad de no menos de 30 centistokes a 100 °C. 18. El producto de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el producto contiene menos de 2 por ciento en peso de dimero. 19. Un proceso para producir un producto polialfaolefinico de muy alta viscosidad que está caracterizado por una viscosidad de al menos 22 centistokes a 100 °C, el proceso comprende poner en contacto una alimentación que consiste esencialmente de al menos una alfaolefina que tenga desde 4 a aproximadamente 14 átomos de carbono con una cantidad oligomerizante efectiva de un catalizador de oligomerización liquido, iónico, ácido, binario, que tenga un primer componente que consiste de un haluro de aluminio o un haluro de alquil aluminio y un segundo componente que consiste .de un amonio cuaternario seleccionado de un haluro de amonio cuaternario que contenga una o más porciones alquilo que tengan desde 1 a aproximadamente 9 átomos de carbono o un haluro de imidazolio substituido con hidrocarbilo; mantener la alimentación y el catalizador de oligomerización bajo condiciones de oligomerización preseleccionadas por un tiempo suficiente para oligomerizar la alfaolefina al producto polialfaolefinico; y recuperar el producto polialfaolefinico de alta viscosidad. 20. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el catalizador de oligomerización liquido, iónico, ácido, binario, comprende un primer componente de tricloruro de aluminio y un segundo componente de clorhidrato de trimetilamina. 21. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el catalizador de oligomerización liquido, iónico, ácido, binario, comprende un primer componente de tricloruro de aluminio y un segundo componente de cloruro de l-etil-3-metil-imidazolio . 22. El proceso de conformidad con las reivindicaciones 20 o 21, caracterizado porque la proporción molar de tricloruro de aluminio al segundo componente está en el intervalo desde aproximadamente 1 : 1 y 2:1. 23. Una composición polialfaolefinica de alta viscosidad caracterizada porque comprende un producto que resulta de la oligomerización bajo condiciones de oligomerización de una reserva de alimentación que contenga al menos 1-deceno o 1-dodeceno en la presencia de un catalizador de oligomerización gue comprenda un liquido iónico que comprenda un primer componente y un segundo componente en donde el primer componente es un compuesto seleccionado del grupo que consiste de haluro de aluminio, haluro de alquil aluminio, haluro de galio, y haluro de alquil galio y en donde el segundo componente es seleccionado del grupo que consiste de amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, y sulfonio terciario, y en donde el producto tenga una viscosidad en exceso de 22 cSt a 100 °C. 24. Una composición polialfaolefinica de alta viscosidad de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque el producto tiene un contenido dimérico de menos de 2 % en peso. 25. Una composición polialfaolefinica de alta viscosidad de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque el producto tiene una viscosidad de al menos 30 cSt a 100 °C. 26. Una composición polialfaolefinica de alta viscosidad de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque el producto tiene un punto de vertido de menos de - 30 °C. 27. Una composición polialfaolefinica de alta viscosidad de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque el producto tiene una viscosidad de no menos de 22 cSt a 100 °C. 28. Un proceso caracterizado porque comprende: poner en contacto bajo condiciones de reacción una alimentación que comprenda una alfa olefina que tenga cuatro átomos de carbono con un catalizador de oligomerización liquido, iónico, . ácido, formado al combinar haluro de aluminio y clorhidrato de trimetilamina para formar asi un producto de reacción que comprenda un producto polialfaolefinico. 29. Un proceso de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la proporción molar de haluro de aluminio a clorhidrato de trimetilamina combinados para formar el catalizador de oligomerización liquido, iónico, ácido, está en el intervalo desde aproximadamente 1:1 a aproximadamente 5:1. 30. Un proceso de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque la etapa de poner en contacto se conduce en ausencia de un diluyente orgánico. 31. Un proceso de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque la etapa de poner en contacto se lleva a cabo a una temperatura inferior a aproximadamente 50 °C. 32. Un proceso para producir un producto polialfaolefinico, el proceso está caracterizado porque • comprende: mezclar una alimentación alfa olefinica que comprenda al menos 1-deceno o 1-dodeceno, con una cantidad oligomerizante efectiva de un catalizador de oligomerización liquido, iónico, ácido, que comprenda un primer componente y un segundo componente en donde el primer componente es un compuesto seleccionado del grupo que consiste de haluro de aluminio, haluro de alquil aluminio, haluro de galio, y haluro de alquil., galio y en donde el segundo componente es seleccionado del grupo que consiste de amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, y sulfonio terciario para producir un producto de reacción que comprenda una polialfaolefina. 33. Un proceso de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque comprende: formar una fase orgánica que comprenda el producto de reacción y una fase liquida iónica que comprenda el catalizador de oligomerización liquido, iónico, ácido. 34. Un proceso de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque comprende adicionalmente: separar la fase orgánica en un primer producto que comprenda una alfa olefina o un dimero de alfa olefina sin reaccionar y un producto polialfaolefinico que comprenda oligómeros de alfa olefina. 35. Un proceso de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque comprende: hidrogenar el producto alfaolefinico .