Патент на изобретение №2315659
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) КАТАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ МОСТИКОВОГО БИС(ФЕНОКСИ-ИМИННОГО) КОМПЛЕКСА, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПРОЦЕСС ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ЭТИЛЕНА С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области химической промышленности, в частности к созданию более стойких к полярным средам, высокоактивных гомогенных катализаторов, позволяющих получать линейные, высококристаллические высоко- и сверхвысокомолекулярные ПЭ. Описан катализатор, представляющий собой бинарный мостиковый бис(фенокси-иминный) комплекс титана общей формулы:
где R1=кумил, изоборнил; R=Me, кумил; способ приготовления катализатора, заключающийся во взаимодействии дииминного лиганда с соединением переходного металла, в качестве компонентов для приготовления дииминного лиганда используют 4,4′-диамонодифенилметан и метил- или кумилпроизводные 3-кумил- или 3-изоборнилсалицилового альдегида, а в качестве соединения переходного металла используют диизопропоксидихлород титана – TiCl2(OiPr)2; и процесс полимеризации этилена, осуществляемый в среде углеводородного растворителя, в присутствии описанного выше катализатора при давлении этилена 0.1-0.8 МПа и температуре 30-80°С, в качестве сокатализатора используют, например, метилалюмоксан. Технический результат – высокоактивные гомогенные катализаторы позволяют получать линейный ПЭ с высокой и сверхвысокой ММ и повышенной температурой плавления (не менее 141-143°С). 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
(56) (продолжение): CLASS=”b560m”expressed chiral ligand environments for zirconium. H. Chem. Soc. Dalton Trans., 1999, 4069-4076]. RU 2238281 C2, 20.10.2004. JP 05-247130, 24.09.1993. EP 0558158, 01.09.1993.
Изобретение относится к области химической промышленности, в частности к созданию более стойких к полярным средам, высокоактивных гомогенных катализаторов, позволяющих получать линейные, высококристаллические высоко- и сверхвысокомолекулярные ПЭ. Известны катализаторы полимеризации этилена на основе бис(фенокси-иминных) комплексов с диарильными мостиками общей формулы:
где М=Zr, Hf. [1. Woodman P.R., Minslow J.J., Hitchcock P.В., Scott P. Non-planar co-ordination of C2-symmetric biaryl-bridged Schiff-base ligands: well expressed chiral ligand environments for zirconium. H. Chem. Soc. Dalton Trans., 1999, 4069-4076], где описан только синтез катализаторов. В патенте [2. Fujimoto, Makino Т., Tokimitsu. JP 308843, C07C 251/16, C07F 11/00, C08A 4/69, 2002] показано, что мостиковый комплекс хрома с бис(фенокси-иминным) лигандом строения
с активатором AlEt2Cl при полимеризации этилена имеет очень низкую активность (68 гПЭ/ммолькат.·ч). Наиболее близкой по технической сущности к настоящему изобретению является работа [3. Ishii S.-I., Mitani M., Saito J., Matsuura S., Furuyama R., Fujita T. Ethylene Polymerization Behavior of Polymethylene-Bridged Bis(Phenoxy-Imine)Zr Complexes. Stud. Surf. Sci. Catal. 2002, V.145, P.49-54] по исследованию серии катализаторов на основе хлорида циркония, содержащих полиметиленовые мостики и имеющих общую формулу:
где R – 1-адамантил, n=2…6 или R=кумил, n=4, 6. При полимеризации этилена на таких комплексах в присутствии МАО активность каталитических систем возрастает с увеличением количества метиленовых звеньев в мостике до n=4 и 6. Исследователями показано, что в случае, когда R=1-адамантил, а n=6 с увеличением температуры полимеризации от 25 до 50 и 75°С активность возрастает (время полимеризации – 5 мин), соответственно от 2640 до 9580 и 10780 кгПЭ/молькат.·ч, при этом ММ полиэтилена изменяется от 45000 до 39000 и 23000. В случае, когда R=кумил и n=6, в аналогичных условиях активность меняется от 9060 до 58380 и 103800 кгПЭ/молькат.·ч, a MM – от 38000 до 15000 и 9000. На наш взгляд, присутствие в структуре комплекса мостиковой связи сказывается на сверхвысокой активности катализатора. Известно, что активность практически всех комплексов Zr резко снижается с течением времени полимеризации, поэтому ни в одной из зарубежных публикаций не приводится кинетических кривых процесса (например, полимеризации этилена). В частности, в рассматриваемой работе время реакции ограничено 5 мин, а активность рассчитывается за час. Основным недостатком таких катализаторов является низкая ММ получаемых полимеров, а при сверхвысокой активности образуются не полимерные продукты, а олигомеры. Как отмечено в работе [4. R.Furuyama, J.Saito, M.Mitani, H.Makio, H.Yanaka, T.Fuhita. Polyolefin structural control using phenoxy-imine ligated group 4 transition metal complex catalysts. E-Polymers, 2003, No.021, P.1-25] MM полиолефинов, получаемых с использованием комплексов Zr, можно увеличить за счет использования в качестве сокатализаторов Al(i-С4Н9)3/Ph3СВ(С6F5)4 вместо МАО, однако при этом резко (почти на два порядка) снижается активность процесса полимеризации, что приводит к потере всего преимущества в активности мостикового каталитического комплекса. Таким образом, бис(фенокси-иминные) комплексы циркония с полиметиленовыми мостиками, синтезированные и проверенные в условиях полимеризации этилена, не позволяют получать полимер с ММ, характерными для высокомолекулярных соединений. Изобретение решает задачу синтеза новых мостиковых бинарных бис(фенокси-иминных) комплексов титана для осуществления высокоэффективной полимеризации этилена с получением высоко- и сверхвысокомолекулярных полиэтиленов. Задача решается за счет использования бинарных (двойных) бис(фенокси-иминных) комплексов, содержащих присоединенные к иминному азоту фенильные группы, связанные попарно метиленовым (-СН2-) мостиком, и имеющих общую структуру
где R1=кумил, изоборнил; R2=Me, кумил. В качестве сокатализатора используют метилалюмоксан (МАО). Полимеризацию проводят при давлениях этилена 0.1-0.8 МПа и температурах 30-80°С. В качестве углеводородных растворителей применяют, например, толуол, н-гексан, бензин и др. Молекулярную массу (MM) определяют вискозиметрически в растворе декалина при 135°С; в зависимости от величины ММ навеска полимера для определения характеристической вязкости [ [ Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Синтез комплекса бис{дихлорид[4,4′-бис(имино(3,5-дикумил-салицилиден))-дифенилметан]титана (IV)} (А) 1.1. Синтез лиганда Смесь 0.361 г (1 ммоль) 3,5-дикумилсалицилового альдегида, 15 мл метанола, 0.100 г (0.5 ммоль) 4,4′-диаминодифенилметана кипятят при перемешивании с обратным холодильником 4 ч до исчезновения исходных веществ по ТСХ. Из охлажденной реакционной смеси отфильтровывают осадок оранжевого цвета 0,485 г (98%), т.пл.>250°С. ИК спектр, 1.2. Синтез комплекса А. Смесь 0.221 г (0.25 ммоль) лиганда, 10 мл абсолютного хлористого метилена, 1.84 г (0.25 ммоль) раствора TiCl2(OiPr)2 в абсолютном толуоле (0.153 моль/л) перемешивают под аргоном 5 ч. Растворители отгоняют в вакууме, остаток выдерживают в вакууме масляного насоса при температуре 100°С 1.5 ч и перекристаллизовывают из смеси гексан/СН2Cl2. Получают 0.372 г (75%) темно-фиолетового порошка. Спектр ЯМР 1Н, 2. Полимеризация этилена Полимеризацию этилена проводят в стальном автоклаве с мешалкой емкостью 150 мл, в который в токе аргона загружают 44.7 мл толуола, 4.2·10-4 моль МАО в 0.3 мл толуола и 8.4·10-7 моль комплекса А в ампуле, который смывают 5 мл толуола. Полимеризацию проводят в течение 1 ч при температуре 30°С при давлении этилена 0.3 МПа. Процесс прерывают добавлением в реакционную смесь этилового спирта. Полученную суспензию полимера фильтруют, дважды промывают свежими порциями спирта и сушат при 60°С в вакууме до постоянной массы. Выход ПЭ 18.65 г, активность 74000 кгПЭ/молькат.·МПа·ч, М Пример 2. Синтез комплекса бис{дихлорид[4,4′-бис(имино(3-(1,7,7-триметилбицикло-[2.2.1]гептан-2-ил)-5-метилсалицилиден))дифенилметан]титана(IV)} (Б) 1.1. Синтез лиганда. Смесь 0.544 г (2 ммоль) 2-гидрокси-5-метил-3-(1,7,7-триметилбицикло-[2.2.1]гептан-2-ил)бензальдегида, 10 мл метанола, 0.198 г (1 ммоль) 4,4′-диаминодифенилметана, 10 мг муравьиной кислоты (99%) кипятят при перемешивании с обратным холодильником 10 ч до исчезновения исходных веществ по ТСХ. Из охлажденной реакционной смеси отфильтровывают светло-желтый осадок 0.652 г (93%.), т.пл. 179-181°С. Спектр ЯМР 1Н, 7.2. Синтез комплекса Б. Смесь 0.333 г (0.47 ммоль) лиганда, 5 мл абсолютного хлористого метилена, 3.100 г (0.47 ммоль) раствора TiCl2(OiPr)2 в абсолютном толуоле (0.158 моль/л) перемешивают в атмосфере аргона 6 ч. Хлористый метилен отгоняют в вакууме водоструйного насоса, затем толуол в вакууме масляного насоса при температуре 100°С. Остаток выдерживают в вакууме масляного насоса при температуре 100°С 1.5 ч. Получают 0.295 г (76%) черно-коричневого порошка. Спектр ЯМР 1Н, 2. Полимеризация этилена Полимеризацию проводят в условиях примера 1, но МАО загружают в количестве 4.9·10-4 моль (0.33 мл), а катализатор Б – в количестве 0.00162 г (9.8·10-7 моль). Выход ПЭ 4.65 г, активность 15815 кгПЭ/молькат.·МПа·час, М Примеры 3-11. Аналогичны примеру 1, но в условиях, представленных в таблице. Полученные результаты также отражены в таблице. Примеры 12-13 (сравнительные). Для контрольной проверки был синтезирован комплекс дихлорид {1,6-бис[имино(3-(1,7,7-триметилбицикло[2.2.1]гептан-2-ил)-5-метил-салицилиден)]гексан}титана(IV) (В), по структурной формуле практически аналогичный комплексу циркония, но содержащий в фенокси-группе в орто-положении по отношению к кислороду вместо кумила R1=изоборнил, a R2=Me, т.е. по строению фенокси-группы идентичный катализатору Б, а по характеру мостиковой полиметиленовой связки – (СН2)6– – прототипу на основе Zr. Структура комплекса В приведена ниже:
Сравнительные примеры аналогичны примеру 1, в условиях, представленных в таблице. Полученные результаты также отражены в таблице. Синтез комплекса дихлорид {1,6-бис[имино(3-(1,7,7-триметилбицикло[2.2.1]-гептан-2-ил)-5-метилсалицилиден)]гексан}титана(1У) (В) 1.1.Синтез лиганда Смесь 0.544 г (2 ммоль) 2-гидрокси-5-метил-3-(1,7,7-триметилбицикло[2.2.1]-гептан-2-ил)бензальдегида, 10 мл метанола, 0.116 г (1 ммоль) 1,6-гексаметилен-диамина, 10 мг муравьиной кислоты (99%) кипятят при перемешивании с обратным холодильником 6 ч до исчезновения исходных веществ по ТСХ. Из охлажденной реакционной смеси отфильтровывают светло-желтый осадок 0.563 г (92%), т.пл. >250°С. Спектр ЯМР 1Н, 1.2. Синтез комплекса В Смесь 0.156 г (0.25 ммоль) лиганда, 5 мл абсолютного хлористого метилена, 1.650 г (0.25 ммоль) раствора TiCl2(OiPr)2 в абсолютном толуоле (0.158 моль/л) перемешивают в атмосфере аргона 5 ч. Хлористый метилен отгоняют в вакууме водоструйного насоса, затем толуол в вакууме масляного насоса при температуре 100°С. Остаток выдерживают в вакууме масляного насоса при температуре 100°С 1.5 часа. Получают 0.168 г (78%) черно-красного порошка. Спектр ЯМР 1Н, Таким образом, как показано в примерах 1-11, новые бинарные мостиковые бис(фенокси-иминные) комплексы TiCl2, содержащие у иминного азота фенильные группы с метиленовой связкой, при полимеризации этилена позволяют получать с высокой активностью высоко- и сверхвысокомолекулярный линейный полиэтилен с повышенными температурными характеристиками. Сравнительные примеры 12-13 показывают, что бис(фенокси-иминный) комплекс титана, содержащий полиметиленовый мостик (СН2)n (n=6), при отсутствии у иминного азота фенильной группы имеет низкую активность (приблизительно в 10-60 раз) по сравнению с предлагаемыми новыми мостиковыми бинарными бис(фенокси-иминными) комплексами на основе титана. Технический результат – синтез новых высокоактивных гомогенных катализаторов, позволяющих получать линейный ПЭ с высокой и сверхвысокой ММ и повышенной температурой плавления (не менее 141-143°С).
Формула изобретения
1. Катализатор для процесса полимеризации этилена на основе мостикового бис(фенокси-иминного) комплекса переходного металла, отличающийся тем, что он представляет собой бинарный мостиковый бис(фенокси-иминный) комплекс титана общей формулы
где R1=кумил, изоборнил; R2=Ме, кумил. 2. Способ приготовления катализатора для процесса полимеризации этилена на основе мостикового бис(фенокси-иминного) комплекса переходного металла по п.1 взаимодействием дииминного лиганда с соединением переходного металла, отличающийся тем, что в качестве компонентов для приготовления дииминного лиганда используют 4,4′-диамонодифенилметан и метил- или кумилпроизводные 3-кумил- или 3-изоборнилсалицилового альдегида, а в качестве соединения переходного металла используют диизопропоксидихлород титана TiCl2(OiPr)2. 3. Процесс полимеризации этилена в среде углеводородного растворителя в присутствии катализатора на основе мостикового бис(фенокси-иминного) комплекса переходного металла, отличающийся тем, что используют катализатор по п.1 или катализатор, приготовленный по п.2 в сочетании с сокатализатором. 4. Процесс по п.3, отличающийся тем, что полимеризацию проводят при давлении этилена 0,1-0,8 МПа и температуре 30-80°С, в качестве углеводородного растворителя применяют, например, толуол, н-гексан, бензин, а в качестве сокатализатора используют, например, метилалюмоксан.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
] полимера колеблется от 0.007 до 0.001 г. ММ рассчитывают по формуле [5. Chiang R. J.Polym.Sci. 1959. V.36. P.91]:
, см-1: 1618 (N=C). Спектр ЯМР 1H, 
, м.д, CCl4: 1.65-1.67 с (24Н, 8СН3), 3.90 с (2Н, СН2), 6.92-7.28 м (32Н, 32Наром), 8.43 с (2Н, 2CH=N), 13.00 с (2Н, 2OН). Найдено, %: С 85.84; Н 6.94; N 3.11. C63H62N2O2. Вычислено, %: С 86.07; Н 7.40; N 3.18.
Нпл=239.0 Дж/г.
опыта, мин
