WO2007054224A2 - Complexe metallocene borohydrure d’un lanthanide, systeme catalytique l’incorporant, procede de polymerisation l’utilisant et copolymere ethylene/butadiene obtenu par ce procede - Google Patents

Complexe metallocene borohydrure d’un lanthanide, systeme catalytique l’incorporant, procede de polymerisation l’utilisant et copolymere ethylene/butadiene obtenu par ce procede Download PDF

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Julien Thuilliez
Christophe Boisson
Roger Spitz
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Societe De Technologie Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
Total Petrochemicals France
Centre National De La Recherche Scientifique
Ecole Superieure De Chimie-Physique-Electronique De Lyon (Cpe)
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Definitions

  • the present invention relates to a metallocene borohydride complex of a lanthanide, its method of preparation, a catalytic system incorporating this complex, a process for the copolymerization of at least two olefinic monomers by means of this catalytic system and a copolymer of ethylene and butadiene obtained by this process, whose units derived from butadiene comprise 1,4-cyclohexane or 1,2-cyclohexane linkages.
  • EP-A-1 092 731 teaches the use, for obtaining copolymers of ethylene and of a conjugated diene, of a catalytic system comprising:
  • organometallic complex represented by one of the following generic formulas A or B:
  • Ln is a metal of a lanthanide having atomic number which can range from 57 to 71
  • X is halogen can be chlorine, fluorine, bromine or iodine
  • Cp and Cp i 2 each includes a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl or fluorenyl group and wherein P is a bridge of the formula MR1R 2 , where M is an element of column IVA of the Mendeleev periodic table, and wherein R 1 and R 2 represent an alkyl group comprising from 1 to 20 carbon atoms, and
  • a co-catalyst which is selected from a group comprising an alkyl magnesium, an alkyl lithium, an alkyl aluminum, or a Grignard reagent, or which consists of a mixture of these constituents.
  • Ln represents a metal of a lanthanide whose atomic number can range from 57 to 71
  • X represents a halogen that can be chlorine, fluorine, bromine or iodine
  • M represents a halogen that can be chlorine, fluorine, bromine or iodine
  • M is an element of column IVA of the periodic table of Mendeleev
  • R 1 and R 2 represents an alkyl group comprising from 1 to 20 carbon atoms
  • X1 represents an alkyl group having 1 to 4 C or a phenyl group
  • X 2 represents Cl, BH 4 , H, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms N [Si (CH 3 ) 3 ] 2 , CH 2 [Si (CH 3 ) 3 ] or tetrahydrofuran
  • R 1, R 3 , R 4 represents H or the radical CH 3
  • R 2 represents H
  • R 5 , R 6 represent H, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or Si (CH 3 ) 3 ,
  • R 7 represents Si, C, Ge or Sn
  • An object of the present invention is to overcome this drawback, and this object is achieved in that the Applicants have unexpectedly discovered that a new metallocene borohydride complex of a lanthanide responding to one or the other other two formulas A and B:
  • this metallocene lanthanide complex according to the invention specifically includes, on the one hand, two fluorenyl and borohydride groups. connected to the lanthanide and, on the other hand, the alkali metal L, preferably lithium, associated with the complexing solvent molecule N which is preferably composed of tetrahydrofuran (THF).
  • THF tetrahydrofuran
  • these formulas A and B are such that x is equal to 1 and p is equal to 2, the complex according to the invention then being a dimer in both cases.
  • said complex specifically corresponds to formula B, being in this case of bridged type via the bridge of formula MR] R 2 , in which element M is preferably silicon and R 1 and R 2 are advantageously a methyl group.
  • said complex according to the invention corresponds to one of the formulas:
  • FIu represents an unsubstituted fluorenyl group of formula C) 3 H 8 in the BJ 1 complex, or substituted by an alkyl group comprising 1 to 20 carbon atoms in the B 1 group, where Me represents a methyl group, where Si is silicon, Nd neodymium, Li lithium, Et 2 O is an ether and x an integer ranging from 0 to 3.
  • said complex is isolatable in the form of single crystals, which makes it possible in particular to analyze it by the X-ray diffraction technique (see annex 1 attached) to obtain crystallographic data. More specifically, the Applicants have been able to establish that these single crystals of the B complex according to the invention are arranged according to a monoclinic network system.
  • Said complex according to the invention is advantageously obtained by a preparation process comprising the reaction of a ligand salt of formula P-Cp 1 Cp 2 -L 2 and a tris (borohydride) of lanthanide Ln dissolved in said complexing solvent and of formula Ln (BH 4 ) 3 N 3 .
  • this method of preparation comprises the casting at ambient temperature of said ligand salt dissolved in another solvent, such as diethyl ether, on said solution of lanthanide tris (borohydride). state dissolved in this other solvent, stirring at room temperature of the solution, filtering the stirred solution, concentration of the filtrate and / or drying the complex, the possible addition of a bad solvent to the concentrate to make rush the complex.
  • another solvent such as diethyl ether
  • a catalyst system according to the invention comprises, on the one hand, said metallocene borohydride complex of a lanthanide as defined above and, on the other hand, said co-catalyst chosen from the group consisting of an alkyl magnesium, a alkyl lithium, a Grignard reagent and a mixture of an alkyl lithium and an alkyl aluminum.
  • said co-catalyst is butyloctyl magnesium.
  • this catalytic system according to the invention advantageously makes it possible to copolymerize several olefins, such as mono-olefins and diolefins, which was not possible with any prior art catalytic system based on a metallocene complex of lanthanide borohydride type.
  • metallocene lanthanide borohydride complex confers on the catalytic system according to the invention an even higher catalytic activity for the copolymerization of a monoolefin, such as ethylene, and of a conjugated diene, such as the butadiene, than that provided by the metallocene halogenated complex of the aforementioned document WO-A-2004/035639 for the same copolymerization reaction.
  • a process for the copolymerization according to the invention of at least two olefinic monomers, such as a monoolefin and / or a diolefin comprises a reaction of said catalytic system in the presence of said monomers and, preferably, this reaction is
  • P10-1790-PCT carried out in suspension or in solution, in a hydrocarbon solvent, such as toluene, and at a temperature of between -20 ° C. and 120 ° C.
  • This reaction may be carried out under a variable pressure, preferably ranging from 1 bar to 50 bar and also preferably at a temperature preferably between 20 ° C. and 90 ° C.
  • the copolymerization process comprises:
  • the catalyst system could be formed in situ in the polymerization medium.
  • this process comprises the copolymerization of ethylene and butadiene to obtain an ethylene / butadiene copolymer in which:
  • the molar level of units derived from butadiene is advantageously greater than 10% and, still more advantageously, equal to or greater than 25%, and in which the units derived from butadiene comprise cyclic chains in the form of 1,2-cyclohexane, in addition to the usual trans-1,4 and 1,2 (vinyl) sequences.
  • the molar ratio of the 1,2-cyclohexane linkages in the units of said copolymer which are derived from butadiene is equal to or greater than 20% and even more advantageously equal to or greater than 25%. It will be noted that in certain cases this rate of 1,2-cyclohexane linkages may even be greater than 35%.
  • a molar ratio (cocatalyst / complex) of less than or equal to 10, and advantageously less than or equal to 5, is used to obtain a number-average molecular weight Mn of said copolymer. which is equal to or greater than 50 000 g / mol.
  • this molar ratio (co-catalyst / complex) is chosen to be less than or equal to 2 and the copolymerization is carried out under a pressure equal to or greater than 8 bar, for example equal to 10 bar, for obtaining a number-average molecular weight Mn of said copolymer which is equal to or greater than
  • Fig. 2 schematically illustrates the various sequences observed for the insertion of butadiene units in the ethylene / butadiene copolymers thus prepared.
  • test 4-2 leads to the production of a copolymer comprising 30.8% of units derived from butadiene, of which 20.2% of 1,2-cyclohexane linkages, with an activity catalytic 339 gg ⁇ .h "1 for complex 1 used against only 143 gg" '.h' 1 for the complex 2 "witness" tested in the test 4-4 carried out under conditions similar to those of polymerization Test 4-2, because of a butadiene feed of about 30% (see Table 4).
  • the 1-metallocene lanthanide borohydride complex according to the invention makes it possible to prepare copolymers of ethylene and butadiene having 1, 2-cyclohexane units with very high catalytic activities, which are the most important known to date. to the knowledge of the Claimants.
  • the polymerization took place in a 250 ml glass reactor, in
  • Lanthanide borohydride metallocene complex 1 according to the invention once alkylated by the cocatalyst, exhibits catalytic activity g.mol “.h” 1 of 831,900 g-mol "1. H” 1.
  • P10-1790-PCT b) neodymium borohydride of formula Nd (BH 4 ) 3 (THF) 3 was synthesized, as described in the article by SM Cendrowski-Guillaume, G. Le Gland, M. Nierlich, M. Ephritikhine, Organometallics 2000, 19, 5654-5660.
  • the monocrystals of complex 3 have been characterized by X-ray diffraction, as illustrated in FIGS. 7 and 8, which indicates in particular that the crystals are arranged according to the triclinic network system.
  • the complex 3 according to the invention is also in the monomeric form and the unit cell contains two crystallographically independent complexes.
  • Its molar mass M 3 is between 1008 and 1012 g mol -1 depending on whether the ether molecules of the structure are THF, diethyl ether or a mixture of both.
  • the polymerizations were carried out in a 250 ml glass reactor, in 200 ml of toluene at a temperature of 80 ° C. and at an initial pressure of 4 bars or 2 bars in the case of test 6-5.
  • the monomers were introduced into the medium in the form of gaseous mixtures comprising 10, 20 and 30% butadiene.
  • Cy-1,2-T means cyclohexane-1,2-trans units in the copolymer chain
  • Cy-1,2-C means cyclohexane-1,2-cis units in the copolymer chain
  • Cy-1,4 means cyclohexane units -1.4 in the copolymer chain
  • the copolymer obtained using complex 3 has units derived from butadiene comprising chains in the form of 1,4-cyclohexane and 1,2-cyclohexane.
  • the X-ray diffraction analysis was carried out on a diffractometer using a MoKa source provided with a graphite monochromator (wavelength equal to 0.71069 ⁇ ) at a temperature of 150 K.
  • This series of columns, placed in an enclosure thermostated at 45 ° C, is composed of:
  • Detection was performed using a "Waters 410" refractometer. The molar masses were determined by relative calibration using polystyrene standards certified by “Polymer Laboratories”.
  • TMS
  • T butadiene or isoprene unit inserted in 1, 4-trans

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Abstract

La présente invention concerne un complexe métallocène borohydrure d'un lanthanide, son procédé de préparation, un système catalytique l'incorporant, un procédé de copolymérisation d'oléfines au moyen de ce système catalytique et un copolymère éthylène/butadiène obtenu par ce procédé, dont les unités butadiène comprennent des enchaînements 1,2-cyclohexane ou 1,2 et 1,4-cyclohexane. Un complexe selon l'invention répond à l'une ou l'autre des formules suivantes A et B où, dans la formule A, sont reliées au lanthanide Ln, tel que le Nd, deux molécules de ligands Cp1 et Cp2, constituées chacune d'un groupe fluorényle et où, dans la formule B, est reliée au lanthanide Ln une molécule de ligand, constituée de deux groupes fluorényle Cp1 et Cp2 qui sont reliés entre eux par un pont P de formule MR1R2, où M est un élément de la colonne IVA tel que Si, où R1 et R2, identiques ou différents, représentent un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, où L représente un métal alcalin tel que Li, où N représente une molécule d'un solvant complexant tel que le THF, où x est un nombre entier ou non supérieur à 0, et où p est un nombre entier égal ou supérieur à 1.

Description

COMPLEXE METALLOCENE BOROHYDRURE D'UN LANTHAND3E, SYSTEME
CATALYTIQUE L'INCORPORANT, PROCEDE DE POLYMERISATION L'UTDLISANT
ET COPOLYMERE ETHYLENE/ BUTADEENE OBTENU PAR CE PROCEDE. La présente invention concerne un complexe métallocène borohydrure d'un lanthanide, son procédé de préparation, un système catalytique incorporant ce complexe, un procédé de copolymérisation d'au moins deux monomères oléfiniques au moyen de ce système catalytique et un copolymère d'éthylène et de butadiène obtenu par ce procédé, dont les unités issues du butadiène comprennent des enchaînements 1,4- cyclohexane ou 1,2-cyclohexane.
Pour la copolymérisation de l'éthylène et d'un diène conjugué, il est connu d'utiliser des systèmes catalytiques à base de complexes métallocènes halogènes de lanthanides.
Le document de brevet EP-A-I 092 731 enseigne d'utiliser, pour l'obtention de copolymères d'éthylène et d'un diène conjugué, un système catalytique comprenant :
• d'une part, un complexe organométallique représenté par l'une des formules génériques suivantes A ou B :
Cpi Cp i
A : ^ Ln-X B : P ^ ^ Ln-X
Cpf ^Cp2 ' où Ln représente un métal d'un lanthanide dont le numéro atomique peut aller de 57 à 71, où X représente un halogène pouvant être le chlore, le fluor, le brome ou l'iode, où Cp i et Cp2 comprennent chacun un, groupe cyclopentadiényle ou fluorényle qui est substitué ou non et où P est un pont répondant à la formule MR1R2, où M est un élément de la colonne IVA de la classification périodique de Mendeleev, et où Ri et R2 représentent un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, et
• d'autre part, un co-catalyseur qui est choisi parmi un groupe comprenant un alkyl magnésium, un alkyl lithium, un alkyl aluminium, ou un réactif de Grignard, ou qui est constitué d'un mélange de ces constituants.
P10-1790-PCT Le document de brevet WO-A-2004/035639 au nom des Demanderesses enseigne d'utiliser, pour l'obtention de copolymères d'éthylène et de butadiène, un système catalytique comprenant :
(i) un complexe métallocène de lanthanide représenté par l'une ou l'autre des formules suivantes :
Cpi Cp1 ^ Ln-X et P ' ^ Ln-X
Cp2 ^Cp2 '
où Ln représente un métal d'un lanthanide dont le numéro atomique peut aller de 57 à 71, où X représente un halogène pouvant être le chlore, le fluor, le brome ou l'iode, où, dans la première formule, sont reliées audit métal Ln deux molécules de ligands Cpi et Cp2 identiques ou différentes, constituées chacune d'un groupe fluorényle qui est substitué ou non, et où, dans la seconde formule, est reliée audit métal Ln, une molécule de ligand constituée de deux groupes fluorényle Cp i et Cp2 identiques ou différents qui sont substitués ou non et qui sont reliés entre eux par un pont P répondant à la formule MRiR2, où M est un élément de la colonne IVA de la classification périodique de Mendeleev, et où Ri et R2 représentent un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, et
(ii) un co-catalyseur appartenant au groupe constitué par un alkyl magnésium, un alkyl lithium, un alkyl aluminium, un réactif de Grignard, ou qui est constitué d'un mélange de ces constituants.
D'autres systèmes catalytiques à base de complexes mono-cyclopentadiényle de type borohydrure de lanthanide sont notamment connus dans la littérature pour l'homopolymérisation de dioléfines.
P10-1790-PCT On peut par exemple citer l'article de D. Barbier-Baudry, O. Blacque, A. Hafid, A. Nyassi, H. Sitzmann, M. Visseaux, European Journal of Inorganic Chemistry 2000, 2333-2336, qui mentionne un complexe de formule (C5H(zPr)4)Ln(BH4)2(THF) incluant un ligand mono-cyclopentadiényle substitué par un groupe iso-propyle (/Pr), où THF est le tétrahydrofuranne, pour l'homopolymérisation de l'isoprène ou du styrène après alkylation par un co-catalyseur de type organolithien.
Plus récemment, l'article de F. Bonnet, M. Visseaux, A. Pereira, D. Barbier- Baudry, Macromolecules 2005, 38, 3162-3169 a divulgué l'utilisation d'un complexe similaire de formule (C5Me4(«Pr))Nd(BH4)2(THF)2 incluant un ligand mono- cyclopentadiényle penta-substitué, où nPr est un groupe n-propyle, pour la polymérisation stéréospécifique 1,4-trans de l'isoprène après alkylation par un co- catalyseur de type dialkylmagnésien.
On notera que ces complexes mono-cyclopentadiényle borohydrure de lanthanide n'ont pas été utilisés à ce jour pour la copolymérisation de mono-oléfines et de diènes conjugués.
Le document de brevet chinois 1 286 256 divulgue, à titre de catalyseur de polymérisation pour la synthèse de polyméthacrylates, un complexe métallocène borohydrure d'un lanthanide comportant une molécule de ligand constituée d'un groupe fluorényle répondant à la formule suivante :
{[(X1)2(R7)(C5R1R2R3R4)(C13H6R5R6)]MX2(L)n}m, où :
Xi représente un groupe alkyle possédant de 1 à 4 C ou un groupe phényle, X2 = représente Cl, BH4, H, un groupe alkyle possédant de 1 à 4 atome de carbone N[Si(CH3)3]2, CH2[Si(CH3)3] ou du tétrahydrofuranne, Ri, R3, R4 représente H ou le radical CH3, R2 représente H,
P10-1790-PCT - A -
R5, R6 représentent H, un groupe alkyle possédant de 1 à 4 atomes de carbone ou Si(CH3)3,
R7 représente Si, C, Ge ou Sn,
M représente un lanthanide, le yttrium ou le scandium, L représente Si(CH3)3, Li(THF)4, [éther couronne Y] ou [éther couronne Y]-2,4- époxy hexacycle, n représente 0 ou 1 et m = 1 ou 2 (si m = 2, n = 0),
Y est un métal monovalent.
Une autre voie de recherche récente a concerné des complexes métallocènes borohydrures de lanthanides incluant un ligand à base de deux groupes cyclopentadiényle. On peut par exemple citer les travaux de S. M. Cendrowski- Guillaume et al., Organometallics 2000, 19,5654-5660 et Macromolecules 2003, 36, 54- 60, qui ont divulgué l'utilisation d'un tel complexe métallocène, de formule (C5MeS)2Sm(BH4)(THF), où Me est un groupe méthyle et ou Sm est le samarium, pour catalyser spécifiquement la polymérisation de l'ε-caprolactone par ouverture de cycles.
On peut également citer les travaux de M. Visseaux et al., Journal of Organometallic Chemistry, 691, (2006), pages 86-92, qui ont divulgué que le métallocène Cp*2Nd(BH4)(THF), lorsqu'il est utilisé en association avec du butyléthylmagnésium, même en présence d'un important excès de THF, constitue un catalyseur très actif de l'éthylène et en présence d'une quantité stoechiométrique de butyléthylmagnésium permettant la polymérisation stéréospécifique 1,4-trans de l'isoprène.
A ce jour, la copolymérisation d'oléfines et de diènes conjugués à l'aide de complexes métallocènes borohydrures de lanthanides n'a pas été décrite et reste un objectif à atteindre.
P10-1790-PCT Un but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient, et ce but est atteint en ce que les Demanderesses viennent de découvrir d'une manière inattendue qu'un nouveau complexe métallocène borohydrure d'un lanthanide répondant à l'une ou l'autre des deux formules suivantes A et B :
Cp1 Cpi r \ i r / \ -,
A: [ Ln-(BH4)2-L-Nx Jp , B: [ P Ln-(BH4)2-L-Nx Jp
Cp2 Cp2
où Ln est un lanthanide dont le numéro atomique est compris entre 57 et 71, inclusivement, où, dans la formule A, sont reliées à Ln deux molécules de ligands Cp i et Cp2 identiques ou différentes, constituées chacune d'un groupe fluorényle qui est substitué ou non, où, dans la formule B, est reliée à Ln une molécule de ligand, constituée de deux groupes fluorényle Cp i et Cp2 identiques ou différents qui sont substitués ou non et qui sont reliés entre eux par un pont P répondant à la formule MRiR2, où M est un élément de la colonne IVA de la classification de Mendeleev, et où Ri et R2, identiques ou différents, représentent un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, où L représente un métal alcalin choisi dans le groupe constitué par le lithium, le sodium et le potassium, où N représente une molécule d'un solvant complexant, tel qu'un éther, où x est un nombre entier ou non qui est supérieur à 0 et où p est un nombre entier qui est égal à 1 ou 2, est utilisable pour la copolymérisation d'oléfines et, en particulier, pour la copolymérisation de mono-oléfines et de diènes conjugués et encore plus spécifiquement pour l'obtention, avec une activité catalytique élevée, de copolymères d'éthylène et de butadiène dont les unités issues du butadiène comprennent des enchaînements 1,2-cyclohexane.
P10-1790-PCT A la connaissance des Demanderesses, on notera que ce complexe métallocène borohydrure d'un lanthanide selon l'invention est le tout premier à ce jour permettant la synthèse d'un copolymère d'au moins une oléfine et d'au moins un diène conjugué comportant des enchaînements 1 ,2-cyclohexane, lorsqu'il est utilisé en association avec un co-catalyseur d'alkylation choisi dans le groupe constitué par un alkyl magnésium, un alkyl lithium, un réactif de Grignard et un mélange d'un alkyl lithium et d'un alkyl aluminium.
Comme cela ressort des formules A et B ci-dessus, on notera que ce complexe métallocène de lanthanide selon l'invention (également appelé « lanthanidocène » par l'homme du métier) inclut spécifiquement, d'une part, deux groupes fluorényle et borohydrure reliés au lanthanide et, d'autre part, le métal alcalin L, de préférence le lithium, associé à la molécule de solvant complexant N qui est de préférence constituée de tétrahydrofuranne (THF).
De préférence, Cp i et Cp2 sont chacun constitués d'un même groupe fluorényle non substitué qui répond à la formule C13H9 ou Ci3H8 pour les formules A ou B, respectivement.
Egalement à titre préférentiel, ces formules A et B sont telles que x est égal à 1 et p est égal à 2, le complexe selon l'invention étant alors un dimère dans les deux cas.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, ledit complexe répond spécifiquement à la formule B, étant dans ce cas de type ponté via le pont de formule MR]R2, dans lequel l'élément M est de préférence le silicium et Ri et R2 est avantageusement un groupe méthyle.
P10-1790-PCT Encore plus avantageusement, ledit complexe selon l'invention répond à l'une des formules :
FIu
Bl : r [Me χ 2Si x Nd-(BH4)2-Li-(THF) J î 2
FIu
FIu
/ ET : Me2Si Nd-(BH4)2-Li-(THF)x(Et20)3-x
\ F,Iu /
où FIu représente un groupe fluorényle non substitué de formule C)3H8 dans le complexe BJ., ou substitué par un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone dans le groupe Bl^, où Me représente un groupe méthyle, où Si est le silicium, Nd le néodyme, Li le lithium, Et2O est un éther et x un nombre entier allant de 0 à 3.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, ledit complexe est isolable à l'état de monocristaux, ce qui permet notamment de l'analyser par la technique de diffraction des rayons X (voir l'annexe 1 jointe) pour l'obtention de données cristallographiques. Plus précisément, les Demanderesses ont pu établir que ces monocristaux du complexe B^ selon l'invention sont arrangés selon un système de réseau monoclinique.
Ledit complexe selon l'invention est avantageusement obtenu par un procédé de préparation comprenant la réaction d'un sel de ligand de formule P-Cp1Cp2-L2 et d'un tris(borohydrure) de lanthanide Ln dissous dans ledit solvant complexant et de formule Ln(BH4)3N3.
P10-1790-PCT De préférence, en relation avec la formule B' selon l'invention, ledit sel de ligand répond à la formule Me2SiFIu2-Li2 et ledit tris(borohydrure) de lanthanide répond à la formule Nd(BH4)3(THF)3.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ce procédé de préparation comprend le coulage à température ambiante dudit sel de ligand dissous dans un autre solvant, tel que l'éther diéthylique, sur ladite solution de tris(borohydrure) de lanthanide à l'état dissous dans cet autre solvant, l'agitation à température ambiante de la solution, la filtration de la solution agitée, la concentration du filtrat et/ou le séchage du complexe, l'éventuel ajout d'un mauvais solvant au concentrât afin de faire précipiter le complexe.
Un système catalytique selon l'invention comprend, d'une part, ledit complexe métallocène borohydrure d'un lanthanide tel que défini ci-dessus et, d'autre part, ledit co-catalyseur choisi dans le groupe constitué par un alkyl magnésium, un alkyl lithium, un réactif de Grignard et un mélange d'un alkyl lithium et d'un alkyl aluminium.
Avantageusement, ledit co-catalyseur est le butyloctyl magnésium.
Comme indiqué ci-dessus, ce système catalytique selon l'invention permet avantageusement de copolymériser plusieurs oléfines, telles que des mono-oléfines et des dioléfines, ce que ne permettait aucun système catalytique de l'art antérieur à base d'un complexe métallocène de type borohydrure de lanthanide.
On notera également que ledit complexe métallocène borohydrure de lanthanide confère au système catalytique selon l'invention une activité catalytique encore plus élevée pour la copolymérisation d'une mono-oléfine, telle que l'éthylène, et d'un diène conjugué, tel que le butadiène, que celle procurée par le complexe métallocène halogène du document précité WO-A-2004/035639 pour la même réaction de copolymérisation.
Un procédé de copolymérisation selon l'invention d'au moins deux monomères oléfinique, tel qu'une mono-oléfine et/ou une dioléfine, comprend une réaction dudit système catalytique en présence desdits monomères et, de préférence, cette réaction est
P10-1790-PCT mise en œuvre en suspension ou en solution, dans un solvant hydrocarboné, tel que le toluène, et à une température comprise entre -20° C et 120° C.
Cette réaction peut être réalisée sous une pression variable, de préférence allant de 1 bar à 50 bars et, également à titre préférentiel, à une température de préférence comprise entre 20° C et 90° C.
A titre préférentiel, le procédé de copolymérisation comprend :
(i) la préparation préalable dudit système catalytique hors du milieu de polymérisation en faisant réagir ledit complexe avec ledit co-catalyseur, puis
(ii) la réaction du système catalytique obtenu en (i) en présence des monomères à polymériser.
En variante, on notera toutefois que le système catalytique pourrait être formé in situ dans le milieu de polymérisation.
Selon un exemple particulièrement avantageux de réalisation de l'invention, ce procédé comprend la copolymérisation de Péthylène et du butadiène pour l'obtention d'un copolymère éthylène/ butadiène dans lequel :
le taux molaire d'unités issues du butadiène est avantageusement supérieur à 10 % et, encore plus avantageusement, égal ou supérieur à 25 %, et dans lequel les unités issues du butadiène comprennent des enchaînements cycliques sous forme de 1 ,2-cyclohexane, outre les enchaînements usuels trans-1,4 et 1,2 (vinyliques).
Avantageusement, le taux molaire des enchaînements 1 ,2-cyclohexane dans les unités dudit copolymère qui sont issues du butadiène est égal ou supérieur à 20 % et, encore plus avantageusement, égal ou supérieur à 25 %. On notera que dans certains cas, ce taux d'enchaînements 1 ,2-cyclohexane peut même être supérieur à 35 %.
P10-1790-PCT Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise un rapport molaire (co- catalyseur / complexe) inférieur ou égal à 10, et avantageusement inférieur ou égal à 5, pour l'obtention d'une masse moléculaire moyenne en nombre Mn dudit copolymère qui est égale ou supérieure à 50 000 g/mol.
Encore plus avantageusement, ce rapport molaire (co-catalyseur / complexe) est choisi inférieur ou égal à 2 et la copolymérisation est réalisée sous une pression égale ou supérieure à 8 bars, par exemple égale à 10 bars, pour l'obtention d'une masse moléculaire moyenne en nombre Mn dudit copolymère qui est égale ou supérieure à
200 000 g/mol.
Un copolymère d'éthylène et de butadiène selon l'invention, qui est susceptible d'être obtenu par le procédé de copolymérisation défini ci-dessus, présente à la fois avantageusement :
a) un taux molaire d'unités issues du butadiène qui est égal ou supérieur à 25 %, et b) un taux molaire d'enchaînements 1 ,2-cyclohexane dans lesdites unités issues du butadiène qui est égal ou supérieur à 25 %.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ce copolymère d'éthylène et de butadiène présente, outre les deux caractéristiques a) et b) précitées, une masse moléculaire moyenne en nombre Mn égale ou supérieure à 30 000 g/mol.
Avantageusement, ces copolymères selon l'invention présentent par ailleurs un indice de polymolécularité Ip qui est inférieur à 3,5 et, encore plus avantageusement, inférieur ou égal à 2,5. A l'instar des masses moléculaires Mn, les indices de polymolécularité Ip ont été déterminés dans la présente description par chromatographie d'exclusion stérique (voir l'annexe 2 jointe).
P10-1790-PCT Les copolymères selon l'invention présentent de préférence une température de transition vitreuse Tg qui est inférieure à -10° C. Plus précisément, ces copolymères peuvent par exemple présenter une température Tg comprise entre -20° C et -50° C.
Cette température Tg est mesurée dans la présente description par la technique de calorimétrie différentielle à balayage « DSC » (Differential Scanning Calorimetry). Plus précisément, ces analyses thermiques ont été effectuées sur un Calorimètre
« SETARAM 131 ». Les échantillons ont subi deux montées en température de -100° C à 100° C à la vitesse de 10° C. min'1. Les données de la seconde montée en température ont été utilisées pour déterminer les propriétés thermiques des polymères.
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 l'invention, ladite description étant réalisée en référence aux dessins joints, parmi lesquels :
la Fig. 1 illustre la formule chimique développée d'un complexe métallocène borohydrure d'un lanthanide selon l'invention, la Fig. 2 illustre les divers enchaînements caractérisant l'insertion des unités issues du butadiène dans un copolymère d'éthylène et de butadiène préparé selon l'invention au moyen du complexe de la Fig. 1, les Figs. 3 et 4 illustrent chacune la structure des monocristaux, observée par diffraction des rayons X, qui caractérise le complexe selon l'invention de la Fig. 1, et la Fig. 5 est un spectre RMN 1H relatif au complexe selon l'invention de la Fig. 1 où seuls les hauts champs sont représentés (le signal relatif aux BH4 n'est pas représenté et apparaît vers 100 ppm). la Fig. 6 illustre la formule chimique développée d'un autre complexe métallocène borohydrure lanthanide selon l'invention. les Fig. 7 et 8 illustrent chacune la structure des monocristaux observée par diffraction des rayons X, qui caractérise le complexe selon l'invention de la Fig. 6 (les atomes de carbone des éthers ont été omis de la représentation pour une meilleure clarté).
P10-1790-PCT Pour tous les exemples suivants, on a opéré sous argon et on a préalablement séché les solvants utilisés par réaction avec du sodium suivie d'une distillation, ou bien sur un tamis moléculaire de 3 Â sous balayage d'argon.
On a analysé l'ensemble des complexes métallocènes synthétisés ci-après par
RMN 1H dans le THF-d8 à la température de 22°C, en utilisant un spectromètre
« BRUKER DRX 300 » à la fréquence de 300 MHz et en outre, pour le complexe borohydrure selon l'invention, par la technique de diffraction des rayons X décrite à l'annexe 1 jointe.
On a déterminé la microstructure de chaque copolymère obtenu dans ces exemples par les techniques de RMN1H et de RMN13C. On a utilisé à cet effet un spectromètre de dénomination « BRUKER DRX 400 », à des fréquences de 400 MHz pour la technique de RMN1H et de 100,6 MHz pour celle de RMN13C. L'acquisition des spectres a été effectuée à l'aide d'une sonde « QNP » de 5 mm à la température de 363 K. On a utilisé à titre de solvant un mélange tétrachloroéthylène/ perdeuterobenzène (rapport volumique 2:1).
P10-1790-PCT 1) Synthèse d'un complexe 1 de type métallocène borohydrure de lanthanide selon l'invention de formule [Me2SiFlUiNd(BH4)ILi(THF)I? :
a) On a synthétisé un sel de formule Me2SiFIu2Li2 (Me et FIu étant respectivement un groupe méthyle et un groupe fluorényle non substitué), comme décrit dans le document de brevet EP-A-I 092 731.
A cet effet, on a synthétisé dans un premier temps un composé de formule Me2Si(Ci3Hc)2. Pour ce faire, on a agité à reflux dans du THF et pendant une nuit 18 mmol de C13H10 et 18 mmol d'hydrure de sodium. On a ajouté ensuite à ce mélange 8,1 mmol de Cl2SiMe2, puis on a agité la solution obtenue pendant 3 heures et à température ambiante. On a ensuite évaporé une partie du THF, puis on a ajouté de l'heptane. On a hydrolyse la phase organique obtenue et on l'a extraite à plusieurs reprises par une solution aqueuse saturée en NH4Cl. Puis on a évaporé le solvant et, après séchage sous vide à 60° C de l'extrait, on a récupéré finalement ledit composé de formule Me2Si(Ci3Hg)2.
On a ensuite agité à température ambiante, pendant une nuit dans du toluène puis pendant 3 heures à 50° C, 4,4 mmol de ce composé de formule Me2Si(C13Hc)2 et 13 mmol de BuLi. On a obtenu un précipité constitué d'un sel répondant de formule Me2SiFIu2Li2, que l'on a lavé à l'heptane puis que l'on a séché sous vide.
b) on a synthétisé par ailleurs le borohydrure de néodyme de formule Nd(BH4)3(THF)3, comme décrit dans l'article de S. M. Cendrowski-Guillaume, G. Le Gland, M. Nierlich, M. Ephritikhine, Organometallics 2000, 19, 5654-5660.
c) On a alors synthétisé le complexe 1 selon l'invention de la manière suivante.
On a coulé à température ambiante 515 mg (1,3 mmol) du sel Me2SiFIu2Li2, dissous dans 75 ml d'éther diéthylique, sur une solution contenant 521 mg de Nd(BH4)3(THF)3 (1,3 mmol) dissous dans 75 ml d'éther diéthylique.
P10-1790-PCT On a agité la solution obtenue pendant 12 heures à température ambiante, on l'a filtrée puis on a concentré le filtrat obtenu jusqu'à un volume total de 125 ml. On a ensuite coulé 200 ml de pentane sous agitation. Après apparition d'un trouble diffus, on a arrêté l'agitation.
Des cristaux rouge foncé (360 mg, 0,56 mmol) se sont formés après 12 heures au repos.
Ainsi, cette réaction à température ambiante a conduit au complexe 1 de néodyme selon l'invention de formule brute [Me2SiFlu2Nd(BH4)2Li(THF)]2, la formule développée étant illustrée à la Fig. 1. On a isolé ce complexe 1 sous la forme de monocristaux avec un rendement de 45 %.
On a caractérisé ces monocristaux du complexe 1 par diffraction des rayons X et par RMN 1H, comme cela est illustré aux Figs. 3 et 4 et à l'annexe 1 jointe, qui indique notamment que ces monocristaux sont agencés suivant le système de réseau monoclinique.
Comme cela ressort de la caractérisation par diffraction des rayons X
(Fig. 3 et Fig. 4), le complexe 1 selon l'invention de formule brute [Me2SiFIu2Nd(BH4^Li(THF)J2 se présente sous la forme d'un dimère.
La masse molaire Mi du dimère est égale à 1279,10 g.mol"1. L'analyse par RMN 1H du proton confirme la structure de ce complexe 1 et l'on a proposé l'attribution suivante pour ce complexe 1 :
(THF-d8, 22°C) : 97,5 ppm, 8H, BH4; 13,15 ppm, 6H, Si(CH3)2 ; 5 ppm, 4H, FIu ; -2,35 ppm, 2*4H, FIu.
P10-1790-PCT 2) Synthèse d'un complexe 2 « témoin » de l'état antérieur de la technique de type métallocène halogène de lanthanide de formule [Me2SiFlUjINdCl ;
On a coulé à température ambiante 1090 mg (2,8mmol) de Me2SiFIu2Li2, dissous dans 50 ml de THF, sur une solution contenant 620 mg (2,5 mmol) de NdCl3 dans 100 ml de THF (la suspension de NdCl3 a été préalablement chauffée à reflux pendant 12 heures). On a porté le mélange au reflux pendant 12 heures, puis on a évaporé le solvant.
On a extrait le produit au toluène et l'on a éliminé un sel par fïltration. On a obtenu
1390 mg (2,4 mmol) de complexe brut après évaporation du filtrat, le chloro (μ- diméthylsilyl)bis(η5-fluorényl) néodyme de formule [Me2SiFIu2]NdCl et de masse molaire M = 566,27 g/mol.
Cette réaction a nécessité de porter le milieu réactionnel au reflux et a conduit au complexe 2 isolé sous la forme d'un produit brut. L'analyse par diffraction des rayons X de ce complexe 2 n'a pas été possible, car des monocristaux n'ont pas pu être obtenus pour ce complexe 2. En raison du paramagnétisme du néodyme, aucun signal relatif au complexe 2 n'a pu être observé par RMN 1H que ce soit dans le THF-d8 ou dans la pyridine-d5.
3) Essais de eopolvmérisation à basse pression (pression initiale = 4 bars):
On a utilisé chacun de ces deux complexes 1 et 2 en association avec du butyloctyl magnésium (« BOMAG » en abrégé) à titre de co-catalyseur d'alkylation, pour la copolymérisation de l'éthylène et du butadiène. On a préparé chaque système catalytique 1 et 2 - respectivement selon l'invention et « témoin » - en procédant à une activation préalable du complexe 1 ou 2 correspondant par le co-catalyseur « BOMAG », selon un rapport molaire (co-catalyseur Mg / complexe Nd) variant de 1 ,9 à 10,4, la durée d'activation étant :
- de 15 min. pour les essais 3-1, 3-2, 3-3 et 3-6,
- de 12 h pour l'essai 3-4, et
- d' 1 h pour l'essai 3-5.
P10-1790-PCT Les polymérisations se sont déroulées dans un réacteur en verre de 250 ml, dans 200 ml de toluène à une température de 80° C et à une pression initiale de 4 bars. On a introduit les monomères dans le milieu sous la forme d'un mélange gazeux à 30 % de butadiène.
Après un temps t (min.) de réaction, la copolymérisation est stoppée par refroidissement et dégazage du réacteur, puis le copolymère est obtenu par précipitation dans du méthanol. Après séchage, on obtient une masse m (g) de copolymère.
Les résultats des différents essais sont reportés dans les tableaux 1 à 3 ci-après.
Tableau 1 : conditions de polymérisation
Figure imgf000018_0001
Tableau 2 : Activités des complexes et macrostructure des copolvmères
Figure imgf000018_0002
P10-1790-PCT où les colonnes exprimées en g.mor i-l'. uh-"11 et en g.g'Vh"1 indiquent le nombre de grammes de copolymère obtenu par mole (respectivement par gramme) de complexe et par heure, constituant ainsi des indicateurs de l'activité catalytique des complexes 1 et 2.
Tableau 3 : Caractérisation par RMN 13C de la microstructure des copolvmères
Figure imgf000019_0001
La Fig. 2 illustre de manière schématique les divers enchaînements observés pour l'insertion des unités butadiène au sein des copolymères éthylène / butadiène ainsi préparés.
Au vu du tableau 2, il apparaît que le complexe 1 métallocène borohydrure de lanthanide selon l'invention, une fois alkylé par le co-catalyseur, présente une activité catalytique en g.g"'.h'' très supérieure à celle du complexe 2 « témoin », qui est au moins sensiblement doublée, voire triplée (cf. essais 3-3 et 3-4) en comparaison de celle de ce complexe « témoin » de type métallocène halogène de lanthanide (cf. essai 3-6).
Au vu du tableau 3, il apparaît que ce complexe 1 selon l'invention permet d'obtenir des copolymères éthylène / butadiène dans lesquels les unités issues du butadiène sont présentes selon un taux molaire supérieur à 25 % et comprennent toujours des enchaînements 1 ,2-cyclohexane, des unités issues du butadiène, selon un taux molaire relativement élevé qui est égal ou supérieur à 25 %, voire à 30 %.
P10-1790-PCT Ainsi, l'essai 3-4 selon l'invention conduit à l'obtention d'un copolymère comportant 28,4 % d'unités issues du butadiène, dont 29,1 % d'enchaînements 1 ,2-cyclohexane, avec une activité catalytique de 200 g. g"1. h'1 pour le complexe 1 utilisé contre seulement 64 g.g^.h'1 pour le complexe 2 « témoin ».
En outre, l'essai 3-5 selon l'invention montre qu'il est possible d'obtenir une masse molaire moyenne en nombre Mn relativement élevée pour le copolymère d'éthylène / butadiène (supérieure à 70 000 g/mol) en choisissant un rapport molaire (co-catalyseur / complexe) inférieur à 2.
4) Essais de copolymérisation à pression élevée (pression initiale = 10 bars):
On a utilisé chacun des deux complexes 1 et 2 en association avec du « BOMAG » à titre de co-catalyseur d'alkylation et selon un même rapport molaire (co- catalyseur Mg / complexe Nd) égal à 2, pour la copolymérisation de l'éthylène et du butadiène. On a préparé chaque système catalytique 1 et 2 - respectivement selon l'invention et « témoin » - en procédant à une activation préalable du complexe 1 ou 2 correspondant par le co-catalyseur « BOMAG » pendant une durée de 15 min.
Les polymérisations se sont déroulées dans un réacteur métallique en acier inoxydable de 1 litre, dans 600 ml de toluène à 80° C et à une pression initiale de 10 bars. On a introduit les monomères butadiène et éthylène (« Bd » et « E » en abrégé, respectivement) dans le milieu en faisant varier la fraction de butadiène dans le mélange gazeux d'alimentation (« alim » en abrégé).
Les résultats des différents essais sont reportés dans les tableaux 4 à 6 ci-après.
P10-1790-PCT Tableau 4 : Conditions de polymérisation
Figure imgf000021_0001
Tableau 5 : Activités des complexes et macrostructure des copolymères:
Figure imgf000021_0002
où les colonnes exprimées en g.mor'.h"1 et en g. g"1. h"1 indiquent également le nombre de grammes de copolymère obtenu par mole (respectivement par gramme) de complexe et par heure, constituant ainsi des indicateurs de l'activité catalytique des complexes 1 et 2.
Tableau 6 : Caractérisation ar RMN 1H de la microstructure des co ol mères
Figure imgf000021_0003
P10-1790-PCT Au vu du tableau 5, il apparaît que le complexe 1 métallocène borohydrure de lanthanide selon l'invention, une fois alkylé par le co-catalyseur, présente une activité catalytique en g.gΛh"1 très supérieure à celle du complexe 2 « témoin », qui est plus que doublée, voire plus que quintuplée (cf. essais 4-1 et 4-2) en comparaison de celle de ce complexe « témoin » de type métallocène halogène de lanthanide (cf. essais 4-3 et 4-4).
Au vu du tableau 6, il apparaît que ce complexe 1 selon l'invention permet d'obtenir des copolymères éthylène / butadiène dans lesquels les unités issues du butadiène sont présentes selon un taux molaire supérieur à 10 %, voire à 30 %, et comprennent toujours des enchaînements 1,2-cyclohexane selon un taux molaire relativement élevé qui est supérieur à 20 %, voire à 30 %.
Ainsi, l'essai 4-2 selon l'invention conduit à l'obtention d'un copolymère comportant 30,8 % d'unités issues du butadiène, dont 20,2 % d'enchaînements 1 ,2-cyclohexane, avec une activité catalytique de 339 g.g^.h"1 pour le complexe 1 utilisé contre seulement 143 g.g"'.h'1 pour le complexe 2 « témoin » testé à l'essai 4-4 réalisé dans des conditions de polymérisation similaires à celles de l'essai 4-2, du fait d'une alimentation en butadiène d'environ 30 % (cf. tableau 4).
On notera également que ces polymérisations à haute pression (10 bars), associées à un rapport molaire (co-catalyseur Mg / complexe Nd) réduit (égal à 2) permettent au complexe 1 de l'invention de conférer au copolymère obtenu à l'essai 4-2 une masse molaire Mn (supérieure à 281 000 g/mol) très supérieure à celle procurée par le complexe 2 « témoin » (70 700 g/mol) dans les conditions similaires de l'essai 4-4.
En conclusion, le complexe 1 métallocène borohydrure de lanthanide selon l'invention permet de préparer des copolymères de l'éthylène et du butadiène présentant des motifs 1 ,2-cyclohexane avec des activités catalytiques très élevées, qui sont les plus importantes connues à ce jour à la connaissance des Demanderesses.
P10-1790-PCT 5) Essai d'homopolymérisation à basse pression (pression initiale = 4 bars)
On a utilisé le complexe 1 en association avec du butyloctyl magnésium (« BOMAG » en abrégé) à titre de co-catalyseur d'alkylation, pour la polymérisation de l'éthylène. On a préparé le système catalytique selon l'invention en procédant à une activation préalable du complexe 1 par le co-catalyseur « BOMAG », selon un rapport molaire (co-catalyseur Mg / complexe Nd) de 10,4, la durée d'activation étant de 15 min.
La polymérisation s'est déroulée dans un réacteur en verre de 250 ml, dans
200 ml de toluène à une température de 80 °C et à une pression de 4 bars.
Après 25 minutes de réaction, la polymérisation est stoppée par refroidissement et dégazage du réacteur, puis le polymère est obtenu par précipitation dans du méthanol. Après séchage, on obtient 7,1 g de polyéthylène, ayant une Mn = 7700 g/mol"1 et un indice de polymolécularité Ip = 1,98.
Figure imgf000023_0001
Le complexe 1 métallocène borohydrure de lanthanide selon l'invention, une fois alkylé par le co-catalyseur, présente une activité catalytique en g.mol" .h"1 de 831900 g-mol"1. h"1.
P10-1790-PCT 6) Synthèse d'un complexe 3 de type métalloeène borohydrure de lanthanide selon l'invention de formule MegSiFlu'îNdfBHdhLKétherh (FIu' = 2.7-'BmCnHn)
a) On a synthétisé un sel de formule [Me2 S iFlu'2] Li2(THF)2 (Me et FIu' étant respectivement un groupe méthyle et le ligand 2,7-ditertiobutylfluorényle).
A cet effet, on a synthétisé dans un premier temps un composé de formule [2,7-1Bu2Ci3H7][Li]. On a coulé 17,8 ml d'une solution de BuLi (1 ,6M, 28,4 mmol) sur une solution de 2,7-1Bu2C13H8 (7,54 g, 27,1 mmol) dans le toluène (50 ml). Le mélange a été agité 15 heures à température ambiante puis porté à 60°C pendant 2 heures. Le sel qui précipite est récupéré par filtration. [2,7-1Bu2Ci3H7][Li] est ensuite lavé à l'heptane, puis séché sous vide (5,88g, 76%).
3,64 g de [2,7-1Bu2Ci3H7][Li] (12,8 mmol) sont dissous dans du THF (150 ml).
La solution est refroidie à -50°C puis SiMe2Cl2 est ajouté (6,4 mmol). Le mélange est ramené à la température ambiante, puis est agité 15 heures. Le THF est évaporé puis le produit est extrait avec 50 ml de toluène. Le solvant est évaporé pour donner un solide beige de formule Me2Si(2,7-ιBu2Ci3H7)2. Le composé Me2Si(2,7-tBu2Ci3H7)2 est ensuite dissous dans 50 ml de THF. La solution est refroidie à 0°C puis 8,0 ml d'une solution de BuLi (1,6 M, 12,8 mmol) sont additionnés. Le mélange est ramené à la température ambiante, puis est agité 15 heures. Le THF est évaporé et le produit est lavé à l'heptane froid. On obtient 4.8 g de sel dilithié [Me2Si(2,7-tBu2C13H6)2]Li2(THF)2 (97%).
Le produit a été caractérisé par RMN du proton et sa formule brute est :
Figure imgf000024_0001
Les attributions sont :
RMN 1H (THF-d8, 22°C) : 0,96 ppm (s, 6H, SiMe2) ; 1,39 ppm (s, 36H, t-Bu) ;
1 ,78 et 3,62 ppm (m, 2*8H, 2*THF) ; 6,65 ppm (d, J = 8 Hz, 4H, FIuH) ; 7,78 ppm (d, J - 8 Hz, 4H, FIuH) ; 8,02 ppm (s, 4H, FIuH).
P10-1790-PCT b) on a synthétisé par ailleurs le borohydrure de néodyme de formule Nd(BH4)3 (THF)3, comme décrit dans l'article de S. M. Cendrowski-Guillaume, G. Le Gland, M. Nierlich, M. Ephritikhine, Organometallics 2000, 19, 5654-5660.
c) On a alors synthétisé le composé 3 selon l'invention de la manière suivante :
On a coulé à température ambiante le sel [Me2Si(2,7-tBu2Ci3H6)2]Li2(THF)2 (6,4 mmol) dissous dans 75 ml de THF sur une solution contenant 2,59 g (6,4 mmol) de Nd(BH4)3 (THF)3 dissous dans 75 ml de THF. Le mélange est maintenu sous agitation pendant 15 heures puis le solvant est évaporé. Un résidu de couleur marron-rouge est obtenu. On ajoute ensuite de l'éther diéthylique (175 ml). La solution obtenue est filtrée puis le filtrat est concentré jusqu'à un volume total de 75 ml environ (apparition d'un trouble). On ajoute alors sous agitation 75 ml de pentane. L'agitation est coupée et on laisse reposer la solution. Des cristaux se forment ainsi qu'une huile. On prélève le surnageant et on sèche longuement sous vide. On obtient un résidu solide mélangé à des cristaux. (2,45 g).
Ainsi, cette réaction à température ambiante a conduit au complexe 3 de néodyme selon l'invention de formule brute [Me2Si(FIu' )2Nd (BH4)2Li(éther)3], la formule développée étant illustrée à la Figure 6.
On a caractérisé les monocristaux du complexe 3 par diffraction des rayons X, comme cela est illustré sur les figures 7 et 8, qui indique notamment que les cristaux sont agencés suivant le système de réseau triclinique. Le complexe 3 selon l'invention se présente par ailleurs sous la forme monomère et la maille élémentaire contient deux complexes cristallographiquement indépendants.
Sa masse molaire M3 est comprise entre 1008 et 1012 g.mol"1 selon que les molécules d'éther de la structure soient du THF, de l'éther diéthylique ou un mélange des deux.
P10-1790-PCT 7) Essais de copolymérisation à basse pression
On a utilisé le complexe 3 en association avec du butyloctylmagnésum (« BOMAG » en abrégé) à titre de co-catalyseur d'alkylation, pour la copolymérisation de Péthylène et du butadiène. On a préparé chaque système catalytique 3 en procédant à une activation préalable du complexe 3 par le co-catalyseur « BOMAG », selon un rapport molaire (co-catalyseur Mg / complexe Nd) égal à 5, la durée d' activation étant de 15 min. pour l'ensemble des essais 7-1 à 7-5.
Les polymérisations se sont déroulées dans un réacteur en verre de 250 ml, dans 200 ml de toluène à la température de 80°C et à une pression initiale de 4 bars ou 2 bars dans le cas de l'essai 6-5. On a introduit les monomères dans le milieu sous la forme de mélanges gazeux comprenant de 10, 20 et 30% de butadiène.
Après un temps t (min.) de réaction, la polymérisation est stoppée par refroidissement et dégazage du réacteur, puis le copolymère est obtenu par précipitation dans du méthanol. Après séchage on obtient une masse m (g) de polymère.
Tableau 7 : Conditions de polymérisation (complexe 3)
Figure imgf000026_0001
P10-1790-PCT Tableau 8 : Activités du complexe 3 et macrostructure des copolymères
Figure imgf000027_0001
Tableau 9 : Caractérisation par RMN ' C de la microstructure des copolvmères
Figure imgf000027_0002
* Le signal αCy-1,4 n'a pas pu être intégré en raison de sa faible intensité et de la superposition de nouveaux petits signaux. On peut estimer que le taux des unités 1 ,4-cyclohexane représente moins de 5% des unités butadiène insérées.
Dans le tableau 9 :
Cy-1,2-T signifie unités cyclohexane-l,2-trans dans la chaîne de copolymère Cy-1,2-C signifie unités cyclohexane-l,2-cis dans la chaîne de copolymère Cy- 1,4 signifie unités cyclohexane-1,4 dans la chaîne de copolymère
Le copolymère obtenu à l'aide du complexe 3 présente des unités issues du butadiène comprenant des enchaînements sous forme de 1 ,4-cyclohexane et 1,2-cyclohexane.
P10-1790-PCT ANNEXE 1:
Analyse du complexe métallocène borohydrure de lanthanide selon l'invention par la technique de diffraction des rayons X :
L'analyse par diffraction des rayons X a été effectuée sur un diffractomètre en utilisant une source MoKa munie d'un monochromateur en graphite (longueur d'onde égale à 0,71069 À) à la température de 150 K.
En boîte à gants, sous atmosphère d'argon, les cristaux de l'échantillon ont été transférés dans une boîte de Pétri et recouvert de Paratone-N (Hampton Research). Un petit fragment a ensuite été découpé et analysé à l'aide d'un diffractomètre « KappaCCD » de dénomination « Bruker-AXS ». La mesure des intensités diffractées a été réalisée à 150 K avec le logiciel « Collect » en balayage Φ et ω à la longueur d'onde Ka du molybdène. L'intégration des images obtenues et la mise à l'échelle des intensités ont été effectuées avec la suite « Denzo-SMN ».
La structure a été résolue par méthodes directes :
- par le programme « SIR97 », cf. l'article de A. Altomare, M. C. Burla, M.
Camalli, G. Cascarano, C. Giacovazzo, A. Guagliardi, A.G.G. Moliterni, G. Polidori, R.
Spagna, SIR97, an integrated package of computer programs for the solution and refinement of crystal structures using single crystal data, et
- par l'affinage par moindres-carrés, avec le programme « SHELXL, cf. l'article de G.M. Sheldrick: SHELXL-97, Universitàt Gôttingen, Gôttingen, Allemagne, 1997.
Les données cristallographiques sont résumées dans le tableau ci-après.
P10-1790-PCT Données cristallographiques du complexe 1 métallocène borohydrure de lanthanide :
Figure imgf000029_0001
P10-1790-PCT ANNEXE 2: Analyse par Chromatographie d'Exclusion Stérique des copolymères :
a) Pour les copolymères solubles à température ambiante dans le tétrahydrofuranne (THF), on a déterminé les masses molaires par chromatographie d'exclusion stérique dans le THF. On a injecté les échantillons à l'aide d'un injecteur « Waters 717 » et d'une pompe « Waters 515 HPLC » à un débit de 1 ml. min"1 dans une série de colonnes « Polymer Laboratories ».
Cette série de colonnes, placée dans une enceinte thermostatée à 45° C, est composée de :
- 1 précolonne PL Gel 5 μm,
- 2 colonnes PL Gel 5 μm Mixte C, - 1 colonne PL Gel 5 μm-500 Â.
On a réalisé la détection à l'aide d'un réfractomètre « Waters 410 ». On a déterminé les masses molaires par calibration relative en utilisant des étalons de polystyrène certifiés par « Polymer Laboratories ».
Sans être une méthode absolue, la SEC permet d'appréhender la distribution des masses moléculaires d'un polymère. A partir de produits étalons commerciaux, les différentes masses moyennes en nombre (Mn) et en poids (Mw) peuvent être déterminés et l'indice de polymolécularité calculé (Ip = Mw/Mn).
b) Pour les copolymères insolubles à température ambiante dans le tétrahydrofuranne, les masses molaires ont été déterminées dans le 1,2,4- trichlorobenzène. On les a tout d'abord dissous à chaud (4 h 00 à 150° C), puis on les a injectés à 150° C avec un débit de 1 ml. min"1 dans un chromatographe « Waters Alliance GPCV 2000 » équipé de trois colonnes « Styragel » (2 colonnes « HT6E » et 1 colonne « HT2 »).
On a effectué la détection à l'aide d'un réfractomètre « Waters ». On a déterminé les masses molaires par calibration relative en utilisant des étalons polystyrène certifiés par « Polymer Laboratories ».
P10-1790-PCT ANNEXE 3
Détermination par RMN 1H et 13C de la microstructure des unités butadiène insérées dans les copolymères d'éthylène et de butadiène.
L'analyse spectroscopique RMN haute résolution a été réalisée avec un spectromètre de dénomination Bruker DRX 400 à des fréquences de 400 MHz pour l'observation du 1H et 100.6 MHz pour l'observation du 13C. Les spectres ID ont été obtenus avec une sonde 5-mm QNP à la température 363K. Pour les spectres 2D, une sonde large bande avec un gradient de champ suivant l'axe z a été utilisée. Les corrélations 1H-1H ont été déterminées avec une séquence COSY-GS et les corrélations 1H-13C avec les séquences HMQC-GS et HMBC-GS. Un mélange de tétrachloroéthylène (TCE) et perdeutérobenzene (C6D6) (rapport 2/1 en volume) a été utilisé comme solvant. Les concentrations de polymère pour l'analyse sont comprises entre 10 et 15% (w/w). Les déplacements chimiques (δ) sont donnés en ppm en prenant comme référence interne le tétraméthylsilane (TMS) ; en l'absence de TMS la résonance du polyéthylène ("PE" à δ= 30.06 ppm) est utilisée en tant que référence interne.
NOTATIONS
Dans l'ensemble des schémas et des tableaux de cette annexe, les symboles suivants ont été utilisés :
T : unité butadiène ou isoprène insérée en 1 ,4-trans,
C : unité butadiène ou isoprène insérée en 1 ,4-cis, L : unité butadiène insérée en 1 ,4-cis ou trans,
V : unité butadiène insérée en 1 ,2 (vinyle),
E : unité éthylène,
B : unité butadiène (sans distinction de microstructure),
Cy-1,2-T : motif 1 ,2-trαrt.y-cyclohexane, Cy- 1 ,2-C : motif 1 ,2-cw-cyclohexane,
Cy- 1,4 : motif 1,4-cyclohexane.
P10-1790-PCT En ce qui concerne l'attribution des signaux découlant des unités butadiène 1,2 (V) et 1,4-trans (T) et des unités 1 ,2-tnms-cyclohexane (Cy-1,2-T), il faudra se reporter à l'article « Investigation of Ethylene/Butadiene Copolymers Microstructure by ' H and 13 C NMR » : M.F. Llauro, C. Monnet, F. Barbotin, V. Monteil, R. Spitz, C. Boisson, Macromolecules 2001, 34, 6304.
Schéma 1 : notations employées pour désigner les différents carbones d'une unité 1 ,2-cyclohexane sous forme isolée dans la chaîne de copolymère.
Figure imgf000032_0001
Tableau 1 : déplacements chimiques des carbones relatifs aux motifs 1 ,2-trα«5-cyclohexane
Figure imgf000032_0002
P10-1790-PCT Tableau 2 : déplacements chimiques des carbones relatifs aux motifs 1 ,2-czs-cyclohexane
Figure imgf000033_0002
Schéma 2 : notations employées pour désigner les différents carbones d'une unité 1 ,4-cyclohexane sous forme isolée dans la chaîne de copolymère.
Figure imgf000033_0001
Tableau 3 : déplacements chimiques des carbones relatifs aux motifs 1 ,4-cyclohexane
Figure imgf000033_0003
P10-1790-PCT Données cristallographiques du complexe 3
Figure imgf000034_0001
P10-1790-PCT

Claims

REVENDICATIONS
1) Complexe métallocène borohydrure d'un lanthanide, caractérisé en ce qu'il répond à l'une ou l'autre des deux formules suivantes A et B :
Cp, Cp1 r \ i r / \ -,
A: L Ln-(BH4)2-L-Nx Jp , B: [ P Ln-(BH4)2-L-Nx Jp
Cp2 Cp2
où Ln représente ledit lanthanide dont le numéro atomique est compris entre 57 et 71, inclusivement, où, dans la formule A, sont reliées au lanthanide Ln deux molécules de ligands Cpi et Cp2 identiques ou différentes, constituées chacune d'un groupe fluorényle qui est substitué ou non, où, dans la formule B, est reliée au lanthanide Ln une molécule de ligand, constituée de deux groupes fluorényle Cp i et Cp2 identiques ou différents qui sont substitués ou non et qui sont reliés entre eux par un pont P répondant à la formule MR1R2, où M est un élément de la colonne FVA de la classification de Mendeleev, et où R] et R2, identiques ou différents, représentent un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, où L représente un métal alcalin choisi dans le groupe constitué par le lithium, le sodium et le potassium, où N représente une molécule d'un solvant complexant, tel qu'un éther, où x est un nombre entier ou non qui est supérieur à 0, et où p est un nombre entier égal à 1 ou 2.
2) Complexe selon la revendication 1 , caractérisé en ce que L représente le lithium.
P10-1790-PCT 3) Complexe selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que N représente le tétrahydrofuranne .
4) Complexe selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que x est égal à 1 et en ce que p est égal à 2, ledit complexe étant un dimère.
5) Complexe selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que Cpi et Cp2 sont chacun constitués d'un même groupe fluorényle non substitué qui répond à la formule Ci3H9 ou Ci3H8 pour les formules A ou B, respectivement.
6) Complexe selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il répond à la formule B.
7) Complexe selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément M compris dans ledit pont P de formule MRiR2 est le silicium.
8) Complexe selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il répond à la formule :
FIu
B!: r |_ Me χ 2Si x Nd-(BH4^-Li-(THF) î J2
FIu
où FIu représente un groupe fluorényle non substitué de formule Ci3H8, où Me représente un groupe méthyle, où Si est le silicium, Nd est le néodyme , Li est le lithium et THF est le tétrahydrofuranne .
P10-1790-PCT 9) Complexe selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il répond à la formule :
FIu
/ \
B^ : Me2Si Nd-(BH4)2-Li-(THF)x(Et20)3-x
où FIu représente un groupe fluorényle non substitué de formule Ci3H8, où Me représente un groupe méthyle, où Si est le silicium, Nd est le néodyme , Li est le lithium et THF est le tétrahydrofuranne, où x est un nombre entier allant de 0 à 3.
10) Complexes selon une des revendications 6 à 9, caractérisés en ce qu'il sont à l'état de monocristaux.
11) Complexe selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits monocristaux correspondent à un système de réseau monoclinique.
12) Complexe selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits monocristaux correspondent à un système de réseau triclinique.
13) Procédé de préparation d'un complexe selon une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend la réaction d'un sel de ligand de formule P-CPiCp2-L2 et d'une solution de tris(borohydrure) de lanthanide Ln dissous dans ledit solvant complexant et de formule Ln(BH4)3N3.
P10-1790-PCT 14) Procédé de préparation d'un complexe selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit sel de ligand répond à la formule Me2SiFIu2-Li2 et en ce que ledit tris(borohydrure) de lanthanide répond à la formule Nd(BH4)3(THF)3, où THF est le tétrahydrofuranne.
15) Procédé de préparation d'un complexe selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il comprend le coulage à température ambiante dudit sel de ligand dissous dans un autre solvant, tel que l'éther diéthylique, sur ladite solution de tris(borohydrure) de lanthanide à l'état dissous dans cet autre solvant.
16) Système catalytique utilisable pour la copolymérisation d'au moins une oléfine et d'au moins un diène conjugué, comprenant, d'une part, un complexe métallocène d'un lanthanide et, d'autre part, un co-catalyseur choisi dans le groupe constitué par un alkyl magnésium, un alkyl lithium, un réactif de Grignard et un mélange d'un alkyl lithium et d'un alkyl aluminium, caractérisé en ce que ledit complexe est un complexe métallocène borohydrure d'un lanthanide tel que défini à l'une des revendications 1 à 12.
17) Système catalytique selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit co- catalyseur est le butyloctyl magnésium.
18) Procédé de copolymérisation d'oléfines mettant en jeu un système catalytique caractérisé en ce qu'il comprend la copolymérisation de l'éthylène et du butadiène à l'aide d'un système catalytique selon la revendication 17, pour l'obtention d'un copolymère dans lequel les unités issues du butadiène comprennent des enchaînements sous forme de 1,2-cyclohexane.
P10-1790-PCT 19) Procédé de copolymérisation selon la revendication 18, caractérisé en ce que le taux molaire d'unités issues du butadiène dans ledit copolymère est supérieur à 10 %.
20) Procédé de copolymérisation selon une des revendications 18 ou 19, caractérisé en ce que le taux molaire des enchaînements 1 ,2-cyclohexane dans les unités dudit copolymère qui sont issues du butadiène est égal ou supérieur à 20 %.
21) Procédé de copolymérisation selon la revendication 20, caractérisé en ce que le taux molaire des enchaînements 1 ,2-cyclohexane dans les unités dudit copolymère qui sont issues du butadiène est égal ou supérieur à 25 %.
22) Procédé de copolymérisation d'oléfines, caractérisé en ce qu'il comprend la copolymérisation de l'éthylène et du butadiène à l'aide du système catalytique selon la revendication 17, pour l'obtention d'un copolymère dans lequel les unités issues du butadiène comprennent des enchaînements sous forme de 1,4-cyclohexane.
23) Procédé de copolymérisation d'oléfines, caractérisé en ce qu'il comprend la copolymérisation de l'éthylène et du butadiène à l'aide du système catalytique selon la revendication 17, pour l'obtention d'un copolymère dans lequel les unités issues du butadiène comprennent des enchaînements sous forme d'enchaînements 1,2- cyclohexane et 1 ,4-cyclohexane.
24) Procédé de copolymérisation selon une des revendications 16 à 23, caractérisé en ce que le rapport molaire (co-catalyseur / complexe) est choisi inférieur ou égal à 10.
25) Procédé de copolymérisation selon la revendications 24, caractérisé en ce que le rapport molaire (co-catalyseur / complexe) est choisi inférieur ou égal à 5.
P10-1790-PCT 26) Procédé de copolymérisation selon la revendication 25, caractérisé en ce que le rapport molaire (co-catalyseur / complexe) est choisi inférieur ou égal à 2 et en ce que la polymérisation est réalisée sous une pression égale ou supérieure à 8 bars, pour l'obtention d'une masse moléculaire moyenne en nombre Mn dudit copolymère qui est égale ou supérieure à 200 000 g/mol.
27) Procédé de copolymérisation selon une des revendications 18 à 26, caractérisé en ce qu'il comprend :
(i) la préparation préalable dudit système catalytique en faisant réagir ledit complexe avec ledit co-catalyseur, puis
(ii) une réaction en suspension ou en solution, dans un solvant hydrocarboné, tel que le toluène, et à une température comprise entre -20° C et 120° C, dudit système catalytique obtenu en (i) en présence desdits monomères à polymériser.
28) Copolymère d'éthylène et de butadiène, caractérisé en ce qu'il présente à la fois :
- un taux molaire d'unités issues du butadiène qui est égal ou supérieur à 25 %, et
- un taux molaire d'enchaînements 1 ,2-cyclohexane dans lesdites unités issues du butadiène qui est égal ou supérieur à 25 %.
29) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il présente une masse moléculaire moyenne en nombre Mn égale ou supérieure à 30 000 g/mol.
30) Copolymère d'éthylène et de butadiène susceptible d'être obtenu selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il présente les unités issues du butadiène comprenant des enchaînements sous forme de 1 ,4-cyclohexane.
P10-1790-PCT 31) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon la revendication 30, caractérisé en ce qu'il présente des unités issues du butadiène sous forme d'enchaînements 1,2- cyclohexane et 1,4-cyclohexane.
P10-1790-PCT
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