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Die
vorliegende Erfindung betrifft späte Übergangsmetallkomplexe, ein
Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung bei der Polymerisation
von Olefinen.
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Die
Publikationen Organometallics 10, 1421 – 1431 (1991); Inorg. Chem.
34, 4092 – 4105
(1995); J. Organomet. Chem. 527 (1 – 2), 263 – 276 (1997); und Inorg. Chem.
35 (6), 1518 – 28
(1996), berichten, dass die Reaktion von Bis(iminophosphoranyl)methan
(BIPM), das typischerweise am Phosphoratom und am Stickstoff arylsubstituiert
ist, mit Metallhalogeniden der Gruppe VIII (Chloriden), weiters
umfassend zwei schwach koordinierende Liganden (L), wie beispielsweise
Nitrile oder Cyclooctadien, abhängig
von der Reaktionszeit, der Art des Liganden oder der Natur des Metalls,
verschiedene Reaktionsprodukte ergab. Das Produkt konnte ein N-C-chelatisierendes
Produkt oder ein N-N-chelatisierendes Produkt sein (ähnlich denen
der vorliegenden Erfindung).
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Die
Produkte enthalten Alkylbrücken
zwischen den Phosphinimingruppen, und die Literatur, auf die verwiesen
wird, offenbart nicht die dreizähnigen Übergangsmetallkomplexe
der vorliegenden Erfindung. Auch lehrt keine der Publikationen die
Verwendung solcher Verbindungen für die Polymerisation von alpha-Olefinen oder
legt sie auch nicht nahe.
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Das
U.S.-Patent Nr. 5.557.023, ausgegeben im September 1996, lehrt die
Verwendung einiger Phosphiniminkomplexe zur Oligomerisation von
alpha-Olefinen. Die of fenbarten Komplexe sind jedoch keine Bisimin-Komplexe.
Die Komplexe weisen eher die nachstehend aufgezeigte Struktur auf.
worin R, Q usw. so wie in
der Patentschrift definiert sind. Die im Patent offenbarten Strukturen
sind nicht die Bisimine der vorliegenden Erfindung. Obgleich die
Publikation die Oligomerisation lehrt, legt sie keine Polymerisation
nahe.
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Die
Patentanmeldung WO 98/30609, veröffentlicht
am 16. Juli 1998, übertragen
an E. I. Du Pont de Nemours, lehrt die Verwendung von verschiedenen
Nickelkomplexen zur Polymerisation von alpha-Olefinen. Ein ähnlicher
Komplex in der Offenbarung ist die Verbindung XXXXI in der Mitte
von Seite 9 und die dazugehörige
Beschreibung der verschiedenen Substituenten. Während die Verbindung zwar eine
zyklische Brücke enthält, vervollständigt aber
ein Nickel-Heteroatom die zyklische Brücke in der Mitte der Verbindung.
Die Publikation legt nicht nahe oder offenbart keine Verbindungen
der vorliegenden Erfindung mit dreizähniger Funktionalität. Die Publikation
offenbart nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Es
gibt einige Patentschriften und Veröffentlichungen von Brookhart
und/oder Gibson, die die Verwendung von Pyridin-verbrückten Bisamin-Metallen
der Gruppe 8, 9 oder 10 zur Polymerisation von Olefinen offenbaren.
Diese Veröffentlichungen
lehren jedoch, dass keine Copolymere hergestellt werden (z.B. WO 98/27124).
Die vorliegende Erfindung belegt Copolymere von Olefinen, hergestellt
durch Einsatz eines Katalysators auf Eisen- (oder Cobalt)-Basis.
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WO
98/47933, veröffentlicht
am 29. Oktober 1998, ausgegeben an MacKenzie et al., übertragen
an Eastman Chemical Company, lehrt zweizähnige Aminoimin-Komplexe von
Eisen, Cobalt, Nickel und Palladium zur Polymerisation von Olefinen.
Es wird jedoch bei den Komplexen nicht die Gegenwart eines Schwefel-,
Sauerstoff- oder Phosphoratoms im an ein Metallatom aus Eisen, Cobalt,
Nickel oder Palladium gebundenen Liganden erwogen. Als solche führt die
Publikation weg vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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WO
98/49208, veröffentlicht
am 5. November 1998 im Namen von Bres et al., übertragen an BP Chemicals Limited,
offenbart ebenfalls einen Aminoiminkomplex von Nickel oder Palladium
zur Polymerisation von alpha-Olefinen. Erneut führt die Publikation insofern
weg vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung, als sie nicht. die
Gegenwart eines an das Metallatom im Komplex gebundenen Schwefel-,
Sauerstoff- oder
Phosphoratoms offenbart oder nahe legt.
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EP
924.223 offenbart zahlreiche Katalysatoren mit einem Pyrol-, Furan-
oder Thiophenring, wobei die Ringe mit zwei Imingruppierungen substituiert
sind.
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Hwang
et al. berichten (in J Chin. Chem. Soc. (Taipei) 45 (2), 269 – 275 (1998))
auf den Seiten 270 und 271 von der Synthese zweier Verbindungen
L1 und L2. Diese
sind Furan/Thiophenverbindungen mit zwei Iminsubstituenten.
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Amari
et al. berichten (in J. Mater. Chem. 6 (8), 1319 – 1324 (1996))
auf Seite 1320 von der Synthese der Verbindung DOA, einer iminsubstituierten
Thiophenverbindung.
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Koßmehl et
al. berichten (in Makromol. Chem. 183, 347 – 358) von der Synthese einer
diiminsubstituierten Thiophenverbindung.
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EP
1.004.600 offenbart Katalysatoren für die Olefinpolymerisation,
wobei die Katalysatoren zumeist mit zwei Imingruppierungen substituierte
Furan- oder Thiophenringe umfassen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Liganden der Formel I bereit:
worin W aus der aus einem
Schwefelatom, einem Sauerstoffatom und einem Phosphoratom bestehenden Gruppe
ausgewählt
ist; Y und Z unabhängig
voneinander aus der aus einem Phosphoratom und einem Schwefelatom
bestehenden Gruppe ausgewählt
sind; wenn Y Phosphor ist, ist m = 2, wenn Y Schwefel ist, ist m
= 1; wenn Z Phosphor ist, ist n = 2, wenn Z Schwefel ist, ist n
= 1; die R jeweils unabhängig
voneinander aus der aus einem Wasserstoffatom und einem Hydrocarbylrest
bestehenden Gruppe ausgewählt
sind oder gegebenenfalls R zusammen mit Q ein zyklisches Hydrocarbyl
bildet; R
1 und R
2 unabhängig voneinander
aus der aus einem Wasserstoffatom, einem substituierten oder unsubstituierten
Hydrocarbylrest, der gegebenenfalls ein oder mehrere Heteroatome
enthält,
vorzugsweise bestehend aus der Gruppe ausgewählt aus Silicium, Bor, Phosphor,
Stickstoff und Sauerstoff, die direkt oder indirekt an die Stickstoffatome
gebunden sein können,
und einem Tri-C
1–4-alkylsilylrest
bestehenden Gruppe ausgewählt
sind; Q ein zweiwertiger ungesättigter
Hydrocarbylrest oder ein zweiwertiger Rest ist, der Wasserstoff,
Kohlenstoff und ein oder mehrere Heteroatome, ausgewählt aus
der aus einem Sauerstoffatom, einem Stickstoffatom, einem Schwefelatom
und einem Boratom bestehenden Gruppe, umfasst, und Q zusammen mit
W einen oder mehrere ungesättigte
Ringe bildet, wobei die ungesättigten
Ringe unsubstituiert oder gegebenenfalls mit einem oder mehreren
Substituenten, die unabhängig
voneinander aus der aus einem Halogenatom und einem Alkylrest bestehenden
Gruppe ausgewählt sind,
vollständig
substituiert sind.
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Die
vorliegende Erfindung stellt weiters ein Verfahren zur Polymerisation
von einem oder mehreren C
2–12-alpha-Olefinen in
Gegenwart eines aktivierten Komplexes der Formel II bereit:
worin M ein Metall der Gruppe
8, 9 oder 10 ist; W aus der aus einem Schwefelatom, einem Sauerstoffatom
und einem Phosphoratom bestehenden Gruppe ausgewählt ist; Y und Z unabhängig voneinander
aus der aus einem Phosphoratom und einem Schwefelatom bestehenden
Gruppe ausgewählt
ist; wenn Y Phosphor ist, ist m = 2, wenn Y Schwefel ist, ist m
= 1; wenn Z Phosphor ist, ist n = 2, wenn Z Schwefel ist, ist n
= 1; die R jeweils unabhängig
voneinander aus der aus einem Wasserstoffatom und einem Hydrocarbylrest
bestehenden Gruppe ausgewählt
sind oder gegebenenfalls R zusammen mit Q ein zyklisches Hydrocarbyl
bildet; R
1 und R
2 unabhängig voneinander
aus der aus einem Wasserstoffatom, einem substituierten oder unsubstituierten
Hydrocarbylrest, der ein oder mehrere Heteroatome enthalten kann,
vorzugsweise bestehend auf der Gruppe ausgewählt aus Silicium, Bor, Phosphor,
Stickstoff und Sauerstoff, die direkt oder indirekt an die Stickstoffatome
gebunden sein können,
und einem Tri-C
1–4-alkylsilylrest bestehenden
Gruppe ausgewählt
sind; Q ein zweiwertiger ungesättigter
Hydrocarbylrest oder ein zweiwertiger Rest ist, der Wasserstoff,
Kohlenstoff und ein oder mehrere Heteroatome, ausgewählt aus
der aus einem Sauerstoffatom, einem Stickstoffatom, einem Schwefelatom
und einem Boratom bestehenden Gruppe, umfasst, und Q zusammen mit
W einen oder mehrere ungesättigte
Ringe bildet, wobei die ungesättigten
Ringe unsubstituiert oder gegebenenfalls mit einem oder mehreren
Substituenten, die unabhängig
aus der aus einem Halogenatom und einem Alkylrest bestehenden Gruppe ausgewählt sind,
vollständig
substituiert sind, L ein aktivierbarer Ligand ist und p eine ganze
Zahl von 1 bis 3 ist.
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In
einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Umsetzung eines oder mehrerer C2–12-alpha-Olefine
in einem apolaren Lösungsmittel
in Gegenwart des obgenannten Katalysators mit einem Aktivator bei
einer Temperatur von 20 °C
bis 250 °C
und einem Druck von 0,1 bis 103 MPa (15 bis 15.000 psi) bereit.
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Die
in dieser Beschreibung verwendete Begriff "Fänger" umfasst jene Verbindungen,
die zur Entfernung polarer Verunreinigungen aus dem Reaktionslösungsmittel
wirksam sind. Derartige Verunreinigungen können unbeabsichtigt mit jeder
der Polymerisationsreaktionskomponenten, insbesondere bei der Zufuhr
des Lösungsmittels,
Monomers oder Katalysators, eingeführt werden und kann die Aktivität und Stabilität des Katalysators
negativ beeinflussen. Dies kann zu einer Abnahme oder gar zur völligen Ausschaltung
der katalytischen Aktivität
führen,
insbesondere dann, wenn ein zur Ionisierung der Metallkomplexe der
Gruppe 8, 9 oder 10 fähiger
Aktivator ebenfalls gegenwärtig
ist.
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Der
Begriff "eine inerte
funktionelle Gruppe" steht
für eine
Gruppe auf einem Liganden oder Substituenten, der nicht in die Reaktion
eingebunden ist oder nicht während
dieser reagiert. Beispielsweise würde im Aspekt der Polymerisation
der vorliegenden Erfindung eine inerte funktionelle Gruppe mit keinem
der Monomere, dem Aktivator oder dem Fänger der vorliegenden Erfindung
reagieren. Ähnlich
gilt für
die Alkylierung des Metallkomplexes oder die Ausbildung des Metallkomplexes,
dass die inerte funktionelle Gruppe nicht in die Alkylierungsreaktion
bzw. die Ausbildung des Metallkomplexes eingreifen würde.
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So
wie in dieser Beschreibung verwendet ist ein aktivierbarer Ligand
ein Ligand, der von einem Aktivator entfernt oder umgewandelt wird.
Diese umfassen anionische Substituenten und/oder gebundene Liganden.
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In
den Verbindungen der obigen Formel II ist M vorzugsweise ein Metall
der Gruppe 8, 9 oder 10. Vorzugsweise ist M aus der Gruppe aus Metallen
der Gruppe 8, 9 oder 10, bestehend aus Fe, Co, Ni oder Pd, ausgewählt.
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In
den obigen Verbindungen der Formeln I und II ist jedes R unabhängig aus
der aus einem Wasserstoffatom und einem Hydrocarbylrest bestehenden
Gruppe ausgewählt.
Vorzugsweise ist R aus der aus C1–10-Alkyl-
oder Arylresten, insbesondere aus C1–4-Resten,
wie beispielsweise sterisch anspruchsvollen Butyl- und Phenylresten,
bestehenden Gruppe ausgewählt.
In den obigen Formeln I und II sind R1 und
R2 unabhängig voneinander
aus der aus C1–10-Alkylresten; Trialkylsilylresten,
vorzugsweise C1–6, noch bevorzugter
C1–4;
Phenylresten, die unsubstituiert oder mit bis zu fünf Substituenten,
unabhängig
voneinander aus der aus C1–4-Alkylresten, Halogeniden
und inerten funktionellen Gruppen bestehenden Gruppe ausgewählt, substituiert
sind; und zwei Hydrocarbylresten, die zusammen gegebenenfalls einen
Ring bilden, bestehenden Gruppe ausgewählt. Vorzugsweise sind R1 und/oder R2 gegebenenfalls
ein 2,6-Diisopropylphenylrest oder ein Trimethylsilylrest. Im Komplex
der obigen Formel II ist L ein aktivierbarer Ligand, vorzugsweise
eine Halogenatom (Cl oder Br) und p eine Zahl von 1 bis 3, vorzugsweise
2 oder 3.
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In
den Verbindungen der Formeln I und II bilden gegebenenfalls die
von Q zusammen mit W gebildeten ungesättigten Ringstrukturen einen
oder mehrere 5- bis 10-gliedrige
Ring(e) (d.h. Q enthält
4 bis 9 Atome). Wie zuvor festgehalten müssen nicht alle Atome im Rückgrat von
Q Kohlenstoffatome sein. Q kann ein oder mehrere aus der aus einem
Sauerstoffatom, einem Stickstoffatom, einem Schwefelatom und einem
Boratom bestehenden Gruppe ausgewählte Heteroatome enthalten.
Die resultierende Ringstruktur kann unsubstituiert oder bis hin
zur Gänze
mit einem oder mehreren aus der aus einem Halogenatom, vorzugsweise
Chlor, und ein C1–4-Alkylrest bestehenden
Gruppe ausgewählten
Substituenten substituiert sein.
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In
den obigen Formeln I und II können
R und Q zusammen eine zyklische Hydrocarbylstruktur, vorzugsweise
einen aromatischen Ring, bilden. Ist W ein Schwefelatom, dann bildet
Q zusammen mit W gegebenenfalls Ringe, wie beispielsweise Thiophen,
Dithiol, Thiazol und Thiepin. Bildet Q gemeinsam mit R ein zyklisches
Hydrocarbyl, so ist die Struktur gegebenenfalls Benzothiophen. Diese
ungesättigten
Ringe können
unsubstituiert oder bis hin zur Gänze mit einem oder mehreren
aus der aus einem Halogenatom, vorzugsweise Chlor, und einem C1–4-Alkylrest
bestehenden Gruppe ausgewählten
Substituenten substituiert sein.
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Ist
W ein Sauerstoffatom, so bildet Q mit W gegebenenfalls Ringe, wie
beispielsweise Furan, Oxazol, Oxidiazol, Pyran, Dioxin, Oxazin und
Oxepin. Bildet Q gemeinsam mit R ein zyklisches Hydrocarbyl, so
ist die Struktur gegebenenfalls Benzofuran, Benzoxazol und Benzoxazin.
Wirken beide R mit Q und W zusammen, könnte die Struktur Xanthen sein.
Diese ungesättigten
Ringe können
unsubstituiert oder bis hin zur Gänze mit einem oder mehreren
aus der aus einem Halogenatom, vorzugsweise Chlor, und einem C1–4-Alkylrest
bestehenden Gruppe ausgewählten
Substituenten substituiert sein.
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Ist
W ein Phosphoratom, dann würden
die Phosphorhomologe der obigen Sauerstoff- und Schwefelringe erhalten
werden.
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In
den obigen Verbindungen können
Z und Y unabhängig
voneinander aus der aus einem Sauerstoffatom oder einem Phosphoratom
bestehenden Gruppe ausgewählt
sein. Vorzugsweise sind Z und Y gleich. Noch bevorzugter sind Z
und Y Phosphoratome.
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Die
Metallkomplexe der vorliegenden Erfindung können durch Umsetzen des Liganden
mit einer Verbindung MXn·A(H2O),
worin X gegebenenfalls aus einer aus Halo gen, C1–6-Alkoxid,
Nitrat oder Sulfat, vorzugsweise einem Halogenid und insbesondere
Chlorid oder Bromid, bestehenden Gruppe ausgewählt ist und A für 0 oder
eine ganze Zahl von 1 bis 6 steht, hergestellt werden.
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Die
Reaktion des Komplexes der Formel I mit der Verbindung der Formel
MXn·A(H2O) kann in einem Hydrocarbyllösungsmittel
oder in einem polaren Lösungsmittel,
wie beispielsweise THF (Tetrahydrofuran) oder Dichlormethan, bei
einer Temperatur von 20 °C
bis 250 °C,
vorzugsweise von 20 °C
bis 120 °C,
durchgeführt werden.
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Die
resultierenden Verbindungen (d.h. der Formel II) können dann
gegebenenfalls alkyliert werden (entweder teilweise oder völlig). Einige
Alkylierungsmittel sind unter anderem Alkylaluminimunreagenzien,
wie beispielsweise Trialkylaluminium, Alkylaluminiumhalogenide (d.h.
(R)xAl3–x,
worin R ein C1–10-Alkylrest, X ein Halogenatom
ist, x 1 oder 2 ist und MAO wie unten beschrieben ist).
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Lösungspolymerisationsverfahren
sind auf dem Gebiet der Erfindung hinlänglich bekannt. Diese Verfahren
werden in Gegenwart eines inerten Kohlenwasserstoff-Lösungsmittels,
typischerweise einem C5–12-Kohlenwasserstoff,
der unsubstituiert oder mit einer C1–4-Alkylgruppe,
wie beispielsweise Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Cyclohexan, Methylcyclohexan
oder hydriertes Naphtha, substituiert sein kann, durchgeführt. Ein
zusätzliches
Lösungsmittel
ist Isopar E (aliphatisches C5–12-Lösungsmittel, Exxon Chemical
Co.).
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Die
Polymerisation kann bei Temperaturen von etwa 20 °C bis etwa
250 °C durchgeführt werden.
Abhängig
vom herzustellenden Produkt kann diese Temperatur relativ niedrig
sein, wie beispielsweise von 20 °C bis
etwa 180 °C.
Der Druck bei der Reaktion kann hoch sein, wie etwa 103 MPa (15.000
psi) bei älteren
Hochdruckverfahren, oder im Bereich von etwa 0,1 bis 31 MPa (15
bis 4.500 psi) liegen.
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Das
Verfahren verwendet einen aktivierten Komplex der Formel II mit
den zuvor beschriebenen bevorzugten Identitäten von Q, R, R1,
R2, W, Y und Z. Bevorzugte Verfahren sind
in den Ansprüchen
dargelegt.
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Geeignete
Olefinmonomere sind gegebenenfalls Ethylen und C3–20-Mono-
und -Diolefine. Bevorzugte Monomere umfassen Ethylen und C3–12-alpha-Olefine,
die unsubstituiert oder mit bis zu zwei C1–6-Alkylresten, C8–12,
substituiert sind. Illustrative, nicht einschränkende Beispiele derartiger
alpha-Olefine sind eines oder mehrere aus Propylen, 1-Buten, 1-Penten,
1-Hexen, 1-Octen und 1-Decen.
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Das
Reaktionsprodukt der vorliegenden Erfindung kann ein Co- oder Homopolymer
von einem oder mehreren alpha-Olefinen sein. Die gemäß der Erfindung
hergestellten Polymere weisen ein gutes Molekulargewicht auf. Das
heißt,
dass das gewichtsmittlere Molekulargewicht (Mw) vorzugsweise größer ist
als etwa 50:000 bis hin zu 106, vorzugsweise
105 bis 106.
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Die
Polyethylenpolymere, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden können,
umfassen typischerweise nicht weniger als 60, vorzugsweise nicht
weniger als 70, insbesondere nicht weniger als 80, Gew.-% Ethylen,
wobei der Rest aus einem oder mehreren C4–10-alpha-Olefinen,
vorzugsweise ausgewählt aus
der aus 1-Buten,
1-Hexen und 1-Octen bestehenden Gruppe, besteht. Das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte Polyethylen enthält gegebenenfalls Verzweigungen
(z.B. eine oder mehr Verzweigungen pro 1.000 Kohlenstoffatome, vorzugsweise
1-20 Verzweigungen
pro 1.000 Kohlenstoffatome, typischerweise 1 – 10 Verzweigungen pro 1.000
Kohlenstoffatome).
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Der
Aktivator kann aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt werden:
- (i) einem Aluminoxan; und
- (ii) einem Aktivator, der zur Ionisierung von Metallkomplexen
der Gruppe 8, 9 oder 10 fähig
ist (und der gegebenenfalls in Kombination mit einem Alkylierungsaktivator
eingesetzt wird).
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Für den Aluminoxanaktivator
kann die Formel (R20)2AlO(R20AlO)mAl(R20)2 gelten, worin
ein jedes R20 unabhängig voneinander aus der aus
C1–20-Hydrocarbylresten
bestehenden Gruppe ausgewählt
ist, m eine Zahl von 0 bis 50 ist, und vorzugsweise ist R20 ein C1–4-Alkylrest
und m eine Zahl von 5 bis 30. Der Aluminoxanaktivator kann vor der
Reaktion eingesetzt werden, vorzugsweise ist jedoch eine In-situ-Alkylierung
typisch (z.B. Alkylgruppen ersetzen austretende Liganden, Wasserstoff
oder Halogenidgruppen).
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Wird
der Metallkomplex der Gruppe 8, 9 oder 10 ausschließlich mit
Aluminoxan aktiviert, hängt
die Menge an Aluminoxan von der Reaktivität des Alkylierungsmittels ab.
Die Aktivierung mit Aluminoxan benötigt im Allgemeinen ein Molverhältnis von
Aluminium im Aktivator zum Metall der Gruppe 8, 9 oder 10 im Komplex von
50:1 bis 1.000:1. MAO liegt gegebenenfalls am unteren Ende des oben
angeführten
Bereichs.
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Der
Aktivator der vorliegenden Erfindung ist gegebenenfalls eine Kombination
eines auch als Fänger dienenden
Alkylierungsaktivators, der nicht Aluminoxan ist, in Kombination
mit einem zur Ionisierung des Komplexes der Gruppe 8, 9 oder 10
fähigen
Aktivator.
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Der
Alkylierungsaktivator (der auch als Fänger dienen kann) wird gegebenenfalls
aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt: (R)pMgX2–p,
worin X ein Halogenid ist, jedes R unabhängig voneinander aus der aus
C1–10-Alkylresten,
vorzugsweise C1–8-Alkylresten, bestehenden
Gruppe ausgewählt
ist und p = 1 oder 2 ist; RLi, worin R wie oben definiert ist; (R)qZnX2–q, worin R wie oben
definiert ist, X ein Halogen ist und q = 1 oder 2 ist; (R)SAIX3–s, worin R wie oben
definiert ist, X ein Halogen und s eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist. In
den obigen Verbindungen ist R vorzugsweise ein C1–4-Alkylrest
und X Chlor. Im Handel erhältliche
Verbindungen schließen
Triethylaluminium (TEAL), Diethylaluminiumchlorid (DEAC), Dibutylmagnesium
((Bu)2Mg) und Butylethylmagnesium (BuEtMg
oder BuMgEt) ein.
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Der
zur Ionisierung von Metallkomplexen der Gruppe 8, 9 oder 10 fähige Aktivator
ist gegebenenfalls aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt:
- (i) Verbindungen der Formel [R15]+[B(R18)4]–,
worin B ein Boratom, R15 ein zyklisches
aromatisches C5–7-Kation oder ein Triphenylmethylkation
ist und jedes R18 unabhängig voneinander aus der Gruppe
bestehend aus Phenylresten, die unsubstituiert oder mit 3 bis 5
Substituenten, ausgewählt
aus der aus einem Fluoratom, einem C1–4-Alkyl-
oder -Alkoxyrest, der unsubstituiert oder mit einem Fluoratom substituiert
ist, bestehenden Gruppe, substituiert sind, und einem Silylrest
der Formel -Si-(R19)3,
worin jedes R19 unabhängig aus der aus einem Wasserstoffatom
und einem C1–4-Alkylrest
bestehenden Gruppe ausgewählt
ist, ausgewählt ist;
und
- (ii) Verbindungen der Formel [(R16)tZH]+[B(R18)4]–,
worin B ein Boratom, H ein Wasserstoffatom, Z ein Stickstoff- oder
Phosphoratom ist, t = 2 oder 3 ist und R16 aus
der aus C1–8-Alkylresten,
einem Phenylrest, der unsubstituiert oder mit bis zu drei C1–4-Alkylresten
substituiert ist, bestehenden Gruppe ausgewählt ist oder ein R16 zusammen
mit dem Stickstoffatom einen Aniliniumrest bildet und R18 so
wie oben definiert ist, und
- (iii) Verbindungen (Aktivatoren) der Formel B(R18)3, worin R18 wie
oben definiert ist.
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In
den obgenannten Verbindungen ist R18 vorzugsweise
ein Pentafluorphenylrest, R15 ein Triphenylmethylkation,
Z ein Stickstoffatom und R16 ein C1–4-Alkylrest,
oder R16 bildet zusammen mit dem Stickstoffatom einen
Aniliniumrest, der mit zwei C1–4-Alkylresten substituiert ist.
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Der
zur Ionisierung von Metallkomplexen der Gruppe 8, 9 oder 10 fähige Aktivator
entzieht einen oder mehrere L1-Liganden,
um das Gruppe-8-, 9- oder -10- Metallzentrum zu einem Kation zu
ionisieren, jedoch mit dem Metall der Gruppe 8, 9 oder 10 keine
kovalente Bindung einzugehen, und um ausreichend Abstand zwischen
dem ionisierten Metall der Gruppe 8, 9 oder 10 und dem Ionisierungsaktivator
bereit zustellen, um einem polymerisierbaren Olefin den Zugang zur
resultierenden aktiven Stelle zu ermöglichen.
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Beispiele
für zur
Ionisierung von Metallkomplexen der Gruppe 8, 9 oder 10 fähige Verbindungen
schließen
die folgenden Verbindungen ein:
- Triethylammoniumtetra(phenyl)bor,
- Tripropylammoniumtetra(phenyl)bor,
- Tri(n-butyl)ammoniumtetra(phenyl)bor,
- Trimethylammoniumtetra(p-tolyl)bor,
- Trimethylammoniumtetra(o-tolyl)bor,
- Tributylammoniumtetra(pentafluorphenyl)bor,
- Tributylammoniumtetra(pentafluorphenyl)bor,
- Tri(n-butyl)ammoniumtetra(o-tolyl)bor,
- N,N-Dimethylaniliniumtetra(phenyl)bor,
- N,N-Diethylaniliniumtetra(phenyl)bor,
- N,N-Diethylaniliniumtetra(phenyl)-n-butylbor,
- N,N-2,4,6-Pentamethylaniliniumtetra(phenyl)bor,
- Di(isopropyl)ammoniumtetra(pentafluorphenyl)bor,
- Dicyclohexylammoniumtetra(phenyl)bor,
- Triphenylphosphoniumtetra(phenyl)bor,
- Tri(methylphenyl)phosphoniumtetra(phenyl)bor,
- Tri(dimethylphenyl)phosphoniumtetra(phenyl)bor,
- Tropilliumtetrakispentafluorphenylborat,
- Triphenylmethyliumtetrakispentafluorphenylborat,
- Benzol(diazonioum)tetrakispentafluorphenylborat,
- Tropilliumphenyltrispentafluorphenylborat,
- Triphenylmethyliumphenyltrispentafluorphenylborat,
- Benzol(diazonium)phenyltrispentafluorphenylborat,
- Tropilliumtetrakis(2,3,5,6-tetrafluorphenyl)borat,
- Triphenylmethyliumtetrakis(2,3,5,6-tetrafluorphenyl)borat,
- Benzol(diazonioum)tetrakis(3,4,5-trifluorphenyl)borat,
- Tropilliumtetrakis(3,4,5-trifluorphenyl)borat,
- Benzol(diazonioum)tetrakis(3,4,5-trifluorphenyl)borat,
- Tropillinumtetrakis(1,2,2-trifluorethenyl)borat,
- Triphenylmethyliumtetrakis(1,2,2-trifluorethenyl)borat,
- Benzol(diazonium)tetrakis(1,2,2-trifluorethenyl)borat,
- Tropilliumtetrakis(2,3,4,5-tetrafluorphenyl)borat,
- Triphenylmethyliumtetrakis(2,3,4,5-tetrafluorphenyl)borat und
- Benzol(diazonioum)tetrakis(2,3,4,5-tetrafluorphenyl)borat.
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Handelsüblich leicht
erhältliche
Aktivatoren, die zur Ionisierung der Metallkomplexe der Gruppe 8,
9 oder 10 fähig
sind, umfassen: N,N-Dimethylaniliniumtetrakispentafluorphenylborat,
Triphenylmethyliumtetrakispentafluorphenylborat und Trispentafluorphenylbor.
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Wird
der Metallkomplex der Gruppe 8, 9 oder 10 mit einer Kombination
aus einer Aluminiumalkylverbindung (üblicherweise nicht Aluminoxan)
und einer zur Ionisierung des Metallkomplexes der Gruppe 8, 9 oder 10
fähigen
Verbindung (z.B. Aktivatoren (I) und (III), oben) aktiviert, so
liegen die Molverhältnisse
des Metalls der Gruppe 8, 9 oder 10 zum Metall im Alkylierungsmittel
(z.B. Al) zum Metalloid (z.B. Bor oder Phosphor) im zur Ionisierung
des Metallkomplexes der Gruppe 8, 9 oder 10 fähigen Aktivator (z.B. Bor)
gegebenenfalls in einem Bereich von 1:1:1 bis 1:100:5. Vorzugsweise
wird der Alkylierungsaktivator zuvor mit dem Metallkomplex der Gruppe
8, 9 oder 10 gemischt/mit diesem umgesetzt, woraufhin die resultierende
alkylierte Spezies mit dem zur Ionisierung des Metallkomplexes der
Gruppe 8, 9 oder 10 fähigen
Aktivator umgesetzt wird.
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Bei
einer Lösungspolymerisation
werden die Monomere im Lösungsmittel
entweder vor der Bestückung
eines Reaktors gelöst/dispergiert,
oder es wird, im Falle von gasförmigen
Monomeren, das Monomer gegebenenfalls dem Reaktor zugeführt, sodass
es sich im Reaktionsgemisch löst.
Vor dem Mischen werden Lösungsmittel
und Monomere im Allgemeinen zur Entfernung polarer Verunreinigungen
gereinigt. Die pola ren Gruppierungen oder Katalysatorgifte umfassen
Wasser, Sauerstoff, Metallverunreinigungen usw. Vorzugsweise werden
Schritte vor dem Beschicken des Reaktorgefäßes gesetzt, beispielsweise
durch chemische Behandlung oder gründliche Trennverfahren nach
oder während
der Synthese oder der Herstellung der verschiedenen Komponenten.
Die Reinigung des Ausgangsmaterials vor dem Einführen in das Reaktionslösungsmittel verläuft gemäß den auf
diesem Gebiet für
die Reinigung von Ethylen, alpha-Olefin und wahlweise Dien eingesetzten
Standardverfahren (z.B. Molekularsiebe, Aluminiumoxidbetten, und
sauerstoffentfernende Katalysatoren). Das Lösungsmittel selbst (z.B. Cyclohexan
und Toluol) wird ähnlich
behandelt. In einigen Fällen
können aus übertriebener
Vorsicht heraus überschüssige Fängeraktivatoren
im Polymerisationsverfahren eingesetzt werden.
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Das
Ausgangsmaterial kann vor der Zufuhr in den Reaktor erwärmt werden.
In vielen Fällen
ist es jedoch wünschenswert,
Wärme aus
dem Reaktor zu entfernen, weshalb das Material Raumtemperatur aufweisen
kann, um zum Kühlen
des Reaktors beizutragen.
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Im
Allgemeinen können
die Katalysatorkomponenten im Lösungsmittel
der Reaktion vorgemischt werden oder als separate Ströme dem Reaktor
zugeführt
werden. In einigen Fällen
ist ein Vormischen wünschenswert,
um den Katalysatorkomponenten eine Reaktionszeit vor deren Eintritt
in die Reaktion zu geben. Solch ein "hintereinander geschaltetes" Mischverfahren wird
ein einigen Patentschriften im Namen der Novocar Chemicals (International)
S.A. (heute unter NOVA Chemicals (International) S.A. bekannt),
erworben von DuPont Canada Inc., beschrieben. So wird dies beispielsweise
im U.S.-Patent Nr. 5.589.555, ausgegeben am 31. Dezember 1996, beschrieben.
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Der
Reaktor umfasst gegebenenfalls einen Rohr- oder Rohrschlangenreaktor
zur Verwendung bei der "Hochdruck"-Polymerisation,
oder er umfasst gegebenenfalls einen oder mehrere Reaktoren oder
Autoklaven. Die sequentielle Verwendung von zwei derartigen Reaktoren,
von denen jeder so betrieben werden kann, dass unterschiedliche
Molekulargewichtseigenschaften der Polymere erzielt werden können, ist wohl
bekannt. Die Verweilzeit im Reaktorsystem hängt von der Konzipierung und
der Kapazität
des Reaktors ab. Im Allgemeinen sollte der Reaktor unter Bedingungen
in Betrieb sein, die ein gründliches
Mischen der Komponenten zulassen. Beim Verlassen des Reaktors wird
das Lösungsmittel
entfernt, und das erhaltene Polymer wird auf herkömmliche
Weise fertig gestellt.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht,
in denen, falls nicht anders spezifiziert, Gewicht für Gew.-%
und Teile für
Gewichtsteile (z.B. Gramm) steht.
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Materialien:
2,6-Dibromthiophen, Diphenylphosphin (Ph2PH),
Di-tert-butylphosphinchlorid (t-Bu2PCl), 2,5-Bis(5-tert-butyl-2-benzoxazolyl)thiophen
(IIf), 2,6-Diisopropylanilin, 2,5-Thiophendicarboxaldehyd, Eisen(II)-chlorid
(FeCl2), Eisen(III)-chlorid (FeCl3), Cobaltchlorid (CoCl2),
Nickel(II)-bromid (NiBr2), n-Butyllithium (n-BuLi,
1,6 M in Hexan) und Trimethylsilylazid (TMSN3)
wurden bei Aldrich Chemical Company Inc., Strem Chemical Inc. oder
Fisher Scientific erworben. Lösungsmittel
wurden durch Durchtretenlassen durch Molekularsiebe, Desoxo-Katalysatoren
und Aluminiumoxidsäulen
vor der Verwendung erhalten. Methylaluminoxan (PMAO-IP) (13,5 Gew.-%
Al) wurde bei AKZO-NOBEL gekauft. Ein Diimin-Eisenkomplex (VII)
wurde so wie in der Literatur beschrieben (G.L.P. Britovsek, V.C.
Gibson, B.S. Kimberley, P.J. Maddox, S.J. McTavish, G.A. Solan,
A.J.P. White und D.J. Williams, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 849
(1998), und B.L. Small, M. Brookhart und A.M.A. Bennett, J. Am.
Chem. Soc. 120, 4049 (1998)) hergestellt. Das wasserfreie Toluol
wurde bei Aldrich gekauft und über
Molekularsieben vor der Verwendung gereinigt. B(C6F5)3 wurde bei Boulder
Scientific Inc. gekauft und ohne weitere Reinigungsmaßnahmen
eingesetzt. Tritylborat wurde bei Asahi Glass Inc., Chargennummer
980224, gekauft.
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Messungen:
NMR-Spektren wurden unter Verwendung eines Bruker-200MHz-Spektrometers
aufgezeichnet. Chemische 1H-NMR-Verschiebungen
wurden mit Bezug auf Trimethylsilan angegeben. Die Molekulargewichte
und die Molekulargewichtsverteilungen des Polymers wurden mittels
unter Verwendung von Polyethylenstandards kalibriertem GPC (Waters
150-C) bei 140 °C
in 1,2,4-Trichlorbenzol gemessen. DSC wurde mit einem DSC 220 C
von Seiko Instruments durchgeführt.
Die Aufheizgeschwindigkeit beträgt
10 °C/min
von 0 °C
auf 200 °C.
FT-IR wurde mit einem Nicolet-Modell-750-Magna-IR-Spektrometer
durchgeführt.
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Arbeitsweise:
Alle Synthese- und Katalysatoransätze wurden in Stickstoff- oder
Argonatmosphäre
unter Einsatz von Standard-Schlenkverfahren oder in einer Glovebox
durchgeführt.
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BEISPIEL 1
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Synthese von Bis(2,5-di-tert-butylphosphino)thiophen
(Ia)
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Einer
THF-Lösung
(50 ml) von 2,5-Dibromthiophen (5,00 g, 20,7 mmol) bei –78 °C wurde langsam
eine THF-Lösung
(30 ml) von n-BuLi (26,9 ml, 1,6 M in Hexan, 41,3 mmol) zugesetzt.
Die Farbe der Lösung änderte sich
von klar und farblos auf blassblau, dann auf rosa und dann auf grün. Nach
dem Zusatz von 95 % BuLi gelierte die grünliche Lösung. Das Reaktionsgemisch
wurde dann in einer Stunde auf –50 °C erwärmen gelassen,
und eine THF-Lösung
(25 ml) von t-Bu2PCl (7,47 g, 41,3 mmol)
wurde zugesetzt. Die Farbe der Reaktionslösung änderte sich auf blassgelb.
Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur erwärmt und
12 Stunden lang gerührt.
Alle flüchtigen
Stoffe wurden dann im Vakuum entfernt. Der resultierende Rückstand wurde
in Heptan (50 ml) gelöst
und LiBr abfiltriert. Wurden Heptan und einige flüchtige Verunreinigungen
bei 50 °C
im Vakuum entfernt, wurde ein brauner Feststoff erhalten. Das reine
Produkt, ein blassrosa Feststoff, wurde durch ein Kristallisationsverfahren
in einer Hexan/Toluol-Lösung
(3:1) bei –35 °C erhalten.
Die Ausbeute betrug 36 %. 1H-NMR (Toluol-d8, δ):
1,20 (d, J = 11,8 Hz, 36H), 7,34 – 7,38 (m, 2H). Reinheit und
Molekulargewicht (M+ = 372) wurden mittels
GC-MS bestätigt.
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BEISPIEL 2
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Synthese von 2,5-Bis(diphenylphosphino)thiophen
(Ib)
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Eine
THF-Lösung
(50 ml) von Diphenylphosphin (2,53 g, 13,6 mmol) wurde durch Zutropfen
mit n-BuLi (8,5 ml, 1,6 M, 13,6 mmol) umgesetzt. Das Reaktionsgemisch
wurde 20 min lang gerührt
und dann einer Lösung
von 2,5-Dibromthiophen (1,63 g, 6,79 mmol) bei Raumtemperatur zugesetzt,
wodurch sich eine gelbe Lösung
ergab. Das Reaktionsgemisch wurde während zwei Stunden auf Raumtemperatur
erwärmen
gelassen. Das Produkt (2,92 g, Ausbeute 95 %) wurde durch ein Kristallisationsverfahren
in Toluol gereinigt. 1H-NMR (Toluol-d8, δ):
7,02 – 6,97
(m, 12H), 7,12-7,09
(m, 2H), 7,30 – 7,39
(m, 8H). Reinheit und Molekulargewicht (M+ = 452)
wurden mittels GC-MS bestätigt.
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BEISPIEL 3
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Synthese von 2,5-(t-Bu2P=NTMS)2thiophen
(IIa)
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Ein
200-ml-Schlenk-Kolben wurde mit einem Kühler, einer Stickstoffzuleitung,
einem Gasaustrittsblasenzähler
und einer TMSN3-Zuleitung ausgestattet.
Der Kolben wurde mit 2,5-(t-Bu2P)2thipohen (Ia) (1,29 g, 3,47 mmol) befällt. Die
TMSN3-Leitung wurde mithilfe einer Spritze
mit TMSN3 (7,0 ml, 52,7 mmol) gefüllt. Bei Raumtemperatur
wurden 3 ml TMSN3 in den Kolben injiziert
und das Gemisch auf 95 °C
erhitzt. Das verbleibende TMSN3 wurde der
Reaktion bei 95 °C
zugesetzt. Während
des Zusetzens entwickelte sich Stickstoff. Nach Vollendung der Zugabe
wurde das Reaktions gemisch weitere 2 Stunden bei 110 °C gehalten.
Als das überschüssige TMSN3 im Vakuum entfernt wurde, wurde ein weißer Feststoff
(1,87 g, Ausbeute 98 %) erhalten. 1H-NMR
(Toluol-d8, δ): 0,43 (s, 18H), 1,12 (d, J
= 14,7 Hz, 36H), 7,34 – 7,38
(m, 2H).
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BEISPIEL 4
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Synthese von 2,5-(Ph2P-NTMS)2thiophen
(IIb)
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Ein
200-ml-Schlenk-Kolben wurde mit einem Kühler, einer Stickstoffzuleitung,
einem Gasaustrittsblasenzähler
und einer TMSN3-Zuleitung ausgestattet.
Der Kolben wurde mit 2,5-(Ph2P)2thiophen
(Ib) (2,92 g, 6,45 mmol) befüllt.
Die TMSN3-Leitung wurde mithilfe einer Spritze
mit TMSN3 (6,0 ml, 45,2 mmol) gefüllt. Bei Raumtemperatur
wurden 3 ml TMSN3 in den Kolben injiziert
und das Gemisch auf 95 °C
erhitzt. Während
des Zusetzens entwickelte sich Stickstoff. Das verbleibende TMSN3 wurde der Reaktion bei 95 °C zugesetzt.
Nach Vollendung der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch weitere 2
Stunden bei 115 °C
gehalten. Als das überschüssige TMSN3 im Vakuum entfernt wurde, wurde ein weißer Feststoff
(4,0 g, Ausbeute 98 %) erhalten. 1H-NMR
(Toluol-d8, δ): 0,31 (s, 18H), 6,99 – 7,04 (m,
12H), 7,11 – 7,23
(m, 2H), 7,64 – 7,74
(m, 8H).
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BEISPIEL 5
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Synthese von 2,5-(Ph2P=N-PBut 2)thiophen (IIc)
-
Die
Toluollösung
von IIb (200 mg, 0,37 mmol) und Chlordiphenylphosphin (169 mg, 0,76
mmol) wurde 25 Stunden lang unter Rückfluss erhitzt. Als Toluol
im Vakuum entfernt wurde, wurde ein blassgelber Feststoff (280 mg,
Ausbeute 99 %) erhalten.
1N-NMR (Toluol-d
8, δ):
1,25 (d, J = 10,6, 36H), 6,92 – 7,04
(m, 12H), 7,54 – 7,65
(m, 8H). 8.50–8.60
(m. 2H)
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BEISPIEL 6
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Synthese von 2,5-(Ph2P=N-P(But 2)=NTMS)2thiophen
(IId)
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Ein
200-ml-Schlenk-Kolben wurde mit einem Kühler, einer Stickstoffzuleitung,
einem Gasaustrittsblasenzähler
und einer TMSN3-Zuleitung ausgestattet.
Der Kolben wurde mit 2,5-(Ph2P=N-P(But 2))2thiophen
(IIc) (0,28 g, 0,37 mmol) befüllt.
Die TMSN3-Leitung wurde mithilfe einer Spritze
mit TMSN3 (2,5 ml, 18,8 mmol) gefüllt. Bei
Raumtemperatur wurden 1 ml TMSN3 in den
Kolben injiziert und das Gemisch auf 95 °C erhitzt. Das restliche TMSN3 wurde der Reaktion bei 95 °C zugesetzt.
Während
des Zusetzens entwickelte sich Stickstoff. Nach Vollendung der Zugabe
wurde das Reaktionsgemisch weitere 2 Stunden bei 115 °C gehalten.
Als das überschüssige TMSN3 im Vakuum entfernt wurde, wurde ein blassgelber
Feststoff (0,33 g, Ausbeute 95 %) erhalten. 1H-NMR
(Toluol-d8, δ): 0,33 (s, 18H), 1,15 (d, J
= 10,3 Hz, 36 ), 6,97 – 7,10
(m, 12H), 7,11 – 7,23
(m, 8H), 8,07 – 8,25
(m, 2H).
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-
BEISPIELE 7 – 12
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Synthese der
Katalysatorvorläufer
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Allgemeines
Verfahren: Der Ligand (2,5-(t-Bu2P=NTMS)2thiophen (IIa), 1 Äq.) und ein Metallsalz (FeCl2, CoCl2, FeBr3, FeCl3 oder NiBr2) wurden gemeinsam in einen Schlenk-Kolben
in einer Glovebox eingebracht. Dann wurde der Kolben mit THF (30
ml) oder Dichlormethan (CH2Cl2,
30 ml) befüllt.
Das Gemisch wurde einige Stunden lang gerührt, bis keine Metallsalze
mehr im Kolben zu sehen waren. Die Reaktionslösung wurde zur Entfernung einiger
unlöslicher
polymerer Materialien filtriert und eingeengt. Heptan (5 ml) wurde
zugegeben, um dem Komplex auszufällen.
Der erhaltene Feststoff wurde filtriert, mit Heptan gewaschen und
im Vakuum getrocknet.
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BEISPIEL 7
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Fe(III)-Komplex (IIIa)
aus IIa und FeCl3
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Als
beiger Feststoff isoliert (Ausbeute: 98 %). 1N-NMR
(Toluol-d8, δ):
0,42 (s, br, 18H), 1,12 (d, br, J = 14,7 Hz, 36H), 7,37 (s, br,
2H).
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BEISPIEL 8
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Fe(II)-Komplex (IIIb)
aus IIa und FeCl2
-
Als
weißer
Feststoff isoliert (Ausbeute: 85 %). 1H-NMR
(THF-d8, alle Peaks erscheinen aufgrund ihrer Breite als Singulett, δ): 0,09 (s,
br, 18 N), 1,25 (d, J = 14,6 Hz, 36H), 7,65 (s, br, 2H).
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BEISPIEL 9
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Co(II)-Komplex (IIIc)
aus IIa und CoCl2
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Als
blauer Feststoff isoliert (Ausbeute: 100 %). 1N-NMR
(THF-d8, alle Peaks erscheinen aufgrund ihrer Breite als Singulett, δ): 0,09 (s,
br, 18H), 1,25 (d, br, J = 14,8 Hz, 36H), 7,65 (s, br, 2H).
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BEISPIEL 10
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Fe(III)-Komplex (IV) aus
IId und FeCl3
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Als
hellbernsteinfarbiger Feststoff isoliert (Ausbeute: 84 %). 1N-NMR (THF-d8, δ): –0,10 (s, 18H), 1,29 (br, 36H),
7,20 (s, br, 12H), 7,77 (s, br, 8H).
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POLYMERISATIONSERGEBNISSE
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In
den Beispielen ist Druck als Überdruck
angeführt.
Die folgenden Bezeichnungen und Abkürzungen werden verwendet:
- Verzweigung:
Wird als Anzahl an Methylgruppen pro 1.000 Methylengruppen im Polymer
angegeben. Wird mittels FT-IR bestimmt.
- Polydispersität:
Das gewichtsmittlere Molekulargewicht (Mw) dividiert durch das zahlenmittlere
Molekulargewicht (Mn).
- DSC: Differential-Scanningkalorimetrie
- GPC: Gelpermeationschromatographie
- MeOH: Methanol
- PMAO-IP: eine Art von Polymethylaluminoxan
-
Alle
nachstehend beschriebenen Polymerisationsversuche wurden unter Verwendung
eines 500-ml-Autoclave-Engineers-Zipperclave-Reaktors durchgeführt. Alle
Chemikalien (Lösungsmittel,
Katalysator und Cokatalysator) wurden dem Reaktor chargenweise zugeführt, mit
Ausnahme von Ethylen, das nach Bedarf zugesetzt wurde. Kein Produkt
wurde während
der Polymerisationsreaktion entfernt. Wie Fachleuten auf dem Gebiet
der Erfindung bekannt ist, wurden alle Feedströme vor dem Zuführen in
den Reaktor durch Kontakt mit verschiedenen Absorptionsmedien zur
Entfernung von katalysatorvergiftenden Verunreinigungen, wie beispielsweise
Wasser, Sauerstoff, Schwefel und polaren Materialien, gereinigt.
Alle Komponenten wurden in einer Atmosphäre von gereinigtem Argon oder
Stickstoff gelagert oder verarbeitet. Der Reaktor setzt ein programmierbares
Steuerungssystem (PLC) mit Wonderware-5.1-Software zur Verfahrenssteuerung
ein. Ethylenpolymerisationen wurden in einem mit einem luftbetriebenen
Rührer
und einem automatischen Temperaturregelungssystem ausgestatteten
Reaktor durchgeführt.
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Bei
Suspensionspolymerisationen betrug die Reaktionstemperatur 50 °C und bei
Lösungspolymerisationen
140 °C und
160 °C.
Die Polymerisationsreaktionszeit eines jeden Versuchs variierte
von 10 bis 30 Minuten. Die Reaktion wurde durch Zusatz von 5 ml
Methanol in den Reaktor beendet, und das Polymer wurde durch Abdampfen
von Toluol erhalten. Die Polymerisationsaktivitäten wurden auf Grundlage des
Gewichts des hergestellten Polymers berechnet.
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SUSPENSIONSPOLYMERISATION
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BEISPIEL 11
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Der Eisenkomplex (IIIa)
mit MAO-Aktivierung
-
Toluol
(216 ml) wurde in den Reaktor eingebracht. Das Lösungsmittel wurde auf 50 °C erwärmt und mit
2,1 MPa (300 psi) Ethylen gesättigt.
PMAO-IP (3,83 mmol, 0,85 ml) wurde zuerst in den Reaktor inijziert. Nach
einer Minute wurde der in Toluol (12,2 ml) gelöste Katalysator (IIIa) (64,8 μmol, 46,1
mg) in den Reaktor eingespritzt. Die Polymerisation schritt langsam
und ohne Temperaturanstieg voran. Die Reaktion wurde durch Zusatz
von 5 ml MeOH nach 30 Minuten beendet. Das Polymer wurde getrocknet.
Ausbeute = 2,6 g. Aktivität =
80,0 g PE/mmolkat*h. Mw = 353,7*103. PD
= 3,5. Tm = 133,0 °C.
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LÖSUNGSPOLYMERISATION
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BEISPIEL 12
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Der Eisenkomplex (IIIa)
mit MAO-Aktivierung
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Toluol
(216 ml) wurde in den Reaktor eingebracht. Das Lösungsmittel wurde auf 140 °C erhitzt
und mit 1,9 MPa (286 psi) Ethylen gesättigt. PMAO-IP (3,83 mmol,
0,85 ml) wurde zuerst in den Reaktor inijziert. Nach einer Minute
wurde der in Toluol (12,2 ml) gelöste Katalysator (IIIa) (64,8 μmol, 45,9
mg) in den Reaktor eingespritzt. Die Polymerisation vollzog sich
sofort, und die Reaktionstemperatur stieg innerhalb von 30 s auf
147 °C.
Die Polymerisationsaktivität
nahm nach 1,5 Minuten drastisch ab. Die Reaktion wurde durch Zusatz
von 5 ml MeOH nach 10 Minuten beendet. Das Polymer wurde getrocknet.
Ausbeute = 5,1 g. Aktivität
= 473,0 g PE/mmolkat*h. Mw = 470,3*103. PD = 1,9. Tm = 135,8 °C.
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BEISPIEL 13
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Der Eisenkomplex (IIIa)
mit MAO-Aktivierung
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Toluol
(216 ml) wurde in den Reaktor eingebracht. Das Lösungsmittel wurde auf 160 °C erhitzt
und mit 1,4 MPa (200 psi) Ethylen gesättigt. PMAO-IP (2,6 mmol, 0,60
ml) wurde zuerst in den Reaktor inijziert. Nach einer Minute wurde
der in Toluol (12,2 ml) gelöste
Katalysator (IIIa) (43,2 μmol,
30,6 mg) in den Reaktor eingespritzt. Die Polymerisation vollzog
sich sofort und ohne Temperaturanstieg. Die Polymerisationsaktivität nahm nach
30 Sekunden drastisch ab. Die Reaktion wurde durch Zusatz von 5
ml MeOH nach 10 Minuten beendet. Das Polymer wurde getrocknet. Ausbeute
= 3,3 g. Aktivität
= 458,5 g PE/mmolkat*h. Mw = 560,8*103. PD = 2,6. Tm
= 132,9 °C.
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BEISPIEL 14
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Der Eisenkomplex (IIIa)
mit MAO-In-situ-Alkylierung und B(C6F5)3-Aktivierung
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Toluol
(216 ml) wurde in den Reaktor mit 0,05 ml PMAO-IP (216,0 μmol) in 10
ml Toluol eingebracht. Die Lösung
wurde auf 140 °C
erhitzt und mit 1,9 MPa (286 psi) Ethylen gesättigt. Der Katalysator (IIIa)
(64,8 μmol,
45,8 mg) wurde in Toluol (11,8 ml) gelöst, in eine Katalysator-Einspritzbombe
eingebracht und mit PMAO-IP (1,35 mmol, 0,3 ml) gemischt. B(C6F5)3 (67,9 μmol, 34,8
mg) wurde in Toluol (12,4 ml) gelöst und in eine Cokatalysator-Einspritzbombe
eingebracht. Katalysator und Cokatalysator wurden gleichzeitig in
den Reaktor eingespritzt. Die Polymerisation vollzog sich sofort
und ohne Temperaturanstieg. Der Ethylenverbrauch nahm nach 30 Sekunden
ab und fiel nach 2 Minuten auf null. Die Reaktion wurde durch Zusatz
von 5 ml MeOH nach 10 Minuten beendet. Das Polymer wurde getrocknet.
Ausbeute = 9,7 g. Aktivität
= 900,3 g PE/mmolkat*h. Mw = 495,9103. PD
= 2,1. Tm = 134,7 °C.
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BEISPIEL 15
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Der
Eisenkomplex (IIIa) mit MAO-In-situ-Alkylierung und [CPh3][B(C6F5)4-Aktivierung
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Toluol
(216 ml) wurde in den Reaktor mit 0,05 ml PMAO-IP (216,0 μmol) in 10
ml Toluol eingebracht. Die Lösung
wurde auf 140 °C
erhitzt und mit 1,9 MPa (286 psi) Ethylen gesättigt. Der Katalysator (IIIa)
(64,8 μmol,
45,5 mg) wurde in Toluol (11,8 ml) gelöst, in eine Katalysator-Einspritzbombe
eingebracht und mit PMAO-IP (1,35 mmol, 0,3 ml) gemischt. [CPh3][B(C6F5)4] (68,0 μmol,
62,3 mg) wurde in Toluol (12,4 ml) gelöst und in eine Cokatalysator-Einspritzbombe
eingebracht. Katalysator und Cokatalysator wurden gleichzeitig in den
Reaktor eingespritzt. Die Polymerisation vollzog sich sofort, und
die Reaktionstemperatur stieg innerhalb von 30 s auf 170 °C. Die Polymerisationsaktivität nahm nach
3 Minuten ab. Die Reaktion wurde durch Zusatz von 5 ml MeOH nach
10 Minuten beendet. Das Polymer wurde ge trocknet. Ausbeute = 10,0
g. Aktivität
= 934,9 g PE/mmolkat*h. Mw = 749,3*103.
PD = 2,0. Tm = 134,3 °C.
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BEISPIEL 16
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Der Eisenkomplex (IIIa)
mit MAO-Aktivierung zur Ethylen- und 1-Octen-Copolymerisation
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Toluol
(216 ml) und 40 ml 1-Octen wurden in den Reaktor mit 0,05 ml PMAO-IP
(216,0 μmol)
in 10 ml Toluol eingebracht. Die Lösung wurde auf 140 °C erhitzt
und mit 1,9 MPa (286 psi) Ethylen gesättigt. PMAO-IP (3,83 mmol,
0,85 ml) wurde in den Reaktor injiziert. Nach einer Minute wurde
der Katalysator (IIIa) (64,8 μmol, 45,6
mg) in Toluol gelöst
und in den Reaktor eingespritzt. Die Polymerisation vollzog sich
sofort, und die Reaktionstemperatur stieg innerhalb von 30 s auf
150 °C.
Die Reaktion wurde durch Zusatz von 5 ml MeOH nach 10 Minuten beendet.
Das Polymer wurde getrocknet. Ausbeute = 6,0 g. Aktivität = 555,0
g PE/mmolkat*h. Mw = 790,7*103. PD = 2,0.
Tm = 115 °C.
6,8 Verzw./1.000 C mittels FT-IR nachgewiesen.
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BEISPIEL 17
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Der Eisenkomplex (IIIb)
mit MAO-Aktivierung
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Toluol
(216 ml) wurde in den Reaktor eingebracht. Das Lösungsmittel wurde auf 140 °C erhitzt
und mit 1,9 MPa (286 psi) Ethylen gesättigt. PMAO-IP (3,83 mmol,
0,85 ml) wurde zuerst in den Reaktor injiziert. Nach einer Minute
wurde der in Toluol (12,2 ml) gelöste Katalysator (IIIb) (64,8 μmol, 43,7
mg) in den Reaktor eingespritzt. Die Polymerisation vollzog sich
sofort, und die Reaktionstemperatur stieg innerhalb von 30 s auf
145 °C.
Die Polymerisationsaktivität
nahm nach 1 Minute drastisch ab. Die Reaktion wurde durch Zusatz
von 5 ml MeOH nach 10 Minuten beendet. Das Polymer wurde getrocknet.
Ausbeute = 3,7 g. Aktivität
= 342,4 g PE/mmolkat*h. Mw = 975,6*103.
PD = 1,7. Tm = 135,1 °C.
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BEISPIEL 18
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Der Cobaltkomplex (IIIc)
mit MAO-Aktivierung
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Toluol
(216 ml) wurde in den Reaktor eingebracht. Das Lösungsmittel wurde auf 140 °C erhitzt
und mit 1,9 MPa (286 psi) Ethylen gesättigt. PMAO-IP (3,83 mmol,
0,85 ml) wurde zuerst in den Reaktor injiziert. Nach einer Minute
wurde der in Toluol (12,2 ml) gelöste Katalysator (IIIc) (64,8 μmol, 43,7
mg) in den Reaktor eingespritzt. Die Polymerisation vollzog sich
langsam und ohne Temperaturanstieg. Die Polymerisationsaktivität nahm nach
2 Minuten drastisch ab. Die Reaktion wurde durch Zusatz von 5 ml
MeOH nach 10 Minuten beendet. Das Polymer wurde getrocknet. Ausbeute
= 3,8 g. Aktivität
= 351,4 g PE/mmolkat*h. Mw = 605,7*103.
PD = 1,85. Tm = 134,3 °C.
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VERGLEICHSBEISPIEL
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Der Eisenkomplex (VII)
mit MAO-Aktivierung
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Toluol
(216 ml) wurde in den Reaktor eingebracht. Das Lösungsmittel wurde auf 140 °C erhitzt
und mit 1,9 MPa (286 psi) Ethylen gesättigt. PMAO-IP (3,83 mmol,
0,85 ml) wurde zuerst in den Reaktor injiziert. Nach einer Minute
wurde der in Toluol (12,2 ml) gelöste Katalysator (VII) (64,8 μmol, 39,2
mg) in den Reaktor eingespritzt. Die Polymerisation vollzog sich
sofort, und die Reaktionstemperatur stieg innerhalb von 30 s auf
162 °C.
Die Polymerisationsaktivität
nahm nach 3 Minuten drastisch ab. Die Reaktion wurde durch Zusatz
von 5 ml MeOH nach 10 Minuten beendet. Das Polymer wurde getrocknet.
Ausbeute = 10,3 g. Aktivität
= 960,0 g PE/mmolkat*h. Mw =457,5*103. PD
= 45,62. Tm = 99 – 123 °C, Multi-Peaks.